Optimal Block Stacking System Based on the Schedule of Block Insertion and Removal in the Shipyard

조선소에서 블록을 보관하는 적치장 환경은 한정적인 환경에서 제한적인 선택이 뒤따른다. 언제나 적치장 공간이 부족 현상이 발생하고 이에 대한 블록 이동이 필연적으로 발생한다. 그래서 조선소에서 블록의 보관 그리고 불필요한 이동을 감소시키는 것은 항상 조선소에서 고민하는 분야이다. 이를 해결하기 위해 적치장 내 블록 반입 및 반출 일정을 고려한 블록 적치가 상당히 중요하다. 이와 관련된 기존 연구에서 적치장을 지번 기반으로 표현하여 블록 적치 문제에 대해 접근하였다. 이러한 관련 연구들에 대한 한계점으로는 블록의 크기 대비 공간의 활용이 떨어졌다는 점이다. 또한 반입·반출 일정을 적용은 배제된 채 진행된 관련 연구들은 반출 시 발생하는 간섭 블록이 최적화되지 않았다는 한계점도 뚜렷하게 도출해 낸다. 이러한 기존 지번 기반의 문제해결 방식을 개선하고자 이 논문에서 제시한 연구는 좌표 기반 그래프로 표현하여, 주어진 블록 반출·반입 일정에 따라 블록 적치를 최적화하는 방법을 제안하였다. 따라서 공간 효율성의 최대화와 간섭 블록의 수를 최소화하는 휴리스틱 알고리즘을 제안하였다. 본 논문에서 적치장 블록 적치 문제에 대한 핵심 아이디어는 블록 별로 하나의 정점으로 표현되는 그래프를 새로 생성한 후, 탐색알고리즘을 적용한다. 모든 이동 가능 정점을 얻는다. 그리고 출입구까지 거리를 정의하여 일정표를 통한 블록의 초기 반입 위치를 도출한다. 또한 시뮬레이션을 통해 제안하는 방법이 다른 알고리즘에 공간 효율성과 간섭 블록의 수가 나은 결과를 나타낸다.|The storage environment where blocks are stored in shipyards is followed by limited selection in a limited environment. There is always a shortage of storage space, and block movement inevitably occurs. Therefore, reducing the storage of blocks and unnecessary movement in shipyards is an area that shipyards always worry about. To solve this problem, it is very important to store blocks in consideration of the schedule for inserting and removing blocks. In previous studies related to this, the problem of block accumulation was approached by expressing the storage yard by number-based. A limitation of these related studies is that the use of space compared to the size of the block has been reduced. In addition, related studies conducted without a schedule clearly derive limitations that the interference block that occurs is not optimized. In order to improve this existing number-based problem-solving method, the study presented in this paper proposed a method of optimizing block accumulation according to a given block insert and remove schedule by expressing it as a coordinate-based graph. Therefore, we propose a heuristic algorithm that maximizes spatial efficiency and minimizes the number of obstruct blocks. In this paper, the key idea for the problem of storage yard is to create a new graph represented by one vertex for each block, and then apply the exploration algorithm. All movable vertices are obtained. In addition, the distance to the entrance is defined to derive the initial inserting location of the block through the schedule. In addition, the proposed method through simulation results in better spatial efficiency and the number of interference blocks for other algorithms.Maste

Chracterizing Optical Properties of Single Gold Nanoparticles

금 나노 입자는 국지 표면 플라즈몬 공명 효과에 의해 크기, 모양, 주변 매질의 유전율에 따라 달라지는 독특한 광학적 특성을 나타낸다. 금 나노 입자는 합성 시 크기와 모양의 조절이 가능하고, 생체 적합성, 싸이올 분자를 이용한 표면의 개질이 쉽다는 점 때문에, 다양한 분야에서 관심을 받고 있다. 지금까지는 흔히 집합체 수준에서 금 나노입자의 연구가 진행되어 왔으나, 단일 입자 분광학 기술의 발전으로, 금 나노 입자의 광학적 특성을 단일 입자 수준에서 확인하는 것이 가능해졌다. 단일 입자 수준에서의 광학적 특성 분석은, 집합체 평균 없이 나노 입자의 크기와 모양에 의한 광 특성을 분석 할 수 있기 때문에, 금 나노 입자의 광학적 특성을 더 깊이 이해하기 위해 매우 바람직한 일이다. 더욱이 금 나노입자를 화학 센서, 광학 탐침, 약물 전달체 등과 같은 다양한 분야에서 보다 넓은 응용을 위해서는 단일 입자 수준에서의 광학적 특성 규명 연구가 더욱 필요하다. 이 실험에서는 차등 간섭 명암 현미경과 암시야 현미경을 이용하여, 비등방성 모양을 가진 금 나노 입자의 광학적 특성을 단일 입자 수준에서 분석했다. 암시야 현미경을 이용하여 초점, 비초점 산란 이미지와 산란 스펙트럼을 얻었고, 비등방성 모양으로부터 나타나는 광학적 특성을 증명했다. 다음으로 차등 간섭 명암 현미경을 이용하여, 비등방성 모양에 의해 나타나는 편광 감응성 광특성을 분석했다. 더 나아가, 비등방성 모양의 금 나노 입자를, 다기능성 광학 탐침, 바이오센서로의 응용 가능성을 제시하였다. |Gold nanoparticles have unique optical properties which depend on the size, shape, and dielectric constant of the surrounding medium due to localized surface plasmon resonance effect. Gold nanoparticles have been receiving attention in a variety of fields because of synthesis method that can control shape and size, biocompatibility, and convenience of functionalization on their surface using thiol molecules. Until now, gold nanoparticles have been studied at the ensemble level. However, with the development of single particle spectroscopy, it has become possible to characterize the optical properties of gold nanoparticles at a single particle level. Characterizing the optical properties of single gold nanoparticle without ensemble averaging is very desirable to have deeper insight in size and shape dependent optical properties of gold nanoparticles. Furthermore, it is necessary to characterize optical properties at the single particle level for wide application in various fields such as chemical sensors, optical probes, drug delivery, etc. In this study, we investigated the optical properties of anisotropic gold nanoparticle using two powerful techniques in single particle study, differential interference contrast microscopy and dark-field microscopy. Using the dark-field microscopy we obtained focused, defocused scattering images and scattering spectra, and verified the optical properties induced by anisotropic shape. In addition, polarization-dependent optical properties due to anisotropic shape were observed using differential interference contrast microscopy. Furthermore, anisotropic gold nanoparticles are suggested to be applicable to multifunctional optical probes and biosensors.Maste

Characterization of Optical Properties of Single Gold Nanoparticles and Their Applications

금 나노입자는 지난 수십 년간 고유한 광학 및 화학적 특성으로 인해 국부 표면 플라즈몬 공명 (Localized surface plasmon resonance, LSPR) 감지, 광학 탐침, 약물 전달, 광열 치료, 진단, 표면 증폭 라만 분광법 (Surface enhanced Raman spectroscopy, SERS)와 같은 다양한 영역에서 널리 연구되고 있다. 금 나노입자의 독특한 광학적 특성은 LSPR 효과로 인해 나타나고, 크기, 모양, 주변 매질의 굴절률에 따라 달라진다. LSPR 효과란 특정 파장의 빛이 플라즈모닉 나노입자에 조사되었을 때, 전도띠의 자유 전자가 집단적으로 진동하며 빛을 흡수하게 되는 현상을 말한다. 본 연구에서는 광학 현미경을 이용하여 다양한 모양을 가진 금 나노입자의 광학적 특성과 그 응용에 대해 연구하였고, 보다 구체적인 내용은 아래와 같다. 2장에서는 표면에 여러 개의 긴 가지가 돌출되어 있는 별 모양의 금 나노입자와 짧은 가지가 있는 성게형 금 나노입자의 LSPR 파장에서 편광과 파장에 의존하는 비초점 산란 특성을 단일 입자 수준에서 연구하였다. 입자에 조사되는 빛의 편광을 회전시키면서 산란광의 세기 변화를 관찰하였을 때, 금 나노입자의 산란광의 세기는 편광의 회전에 따라 주기적으로 변하였다. 그러나 비초점에서 나타나는 입자의 특징적인 산란 패턴의 형태는 편광의 회전에 관계없이 변하지 않았다. 이를 통해 다중 가지 나노 입자가 편광 감응성 광특성을 증명하였다. 게다가, 입자에 조사되는 빛의 파장을 변경해주었을 때, 비초점 산란 패턴이 보여주는 단일 쌍극자의 배향이 변경될 뿐만 아니라, 편광의 회전에 따른 산란광의 세기의 주기도 바뀜을 확인하여, 실험에 사용된 입자가 파장 감응성 광특성을 가지고 있음도 확인하였다. 3장에서 플라즈모닉 금 나노로드 (Au nanorods, AuNRs)는 많은 생물물리학 연구에서 광학 배향 탐침으로 널리 연구되었다. 그러나, 대물 렌즈의 동일한 초점 평면에서 AuNRs의 3차원 배향을 규명하는 일은 매우 까다롭다. 이 문제를 극복하기 위해 타원형 또는 구형 다공성 실리카 껍질로 싸인 단일 AuNR (AuNR@mSiO2)를 제작했다. 구형 AuNR@mSiO2는 중심 AuNR이 3차원 공간에서 무작위로 배향을 가지기 때문에 AuNRs의 3차원 배향을 같은 초점 평면에서 대용량으로 동시에 관측 가능하였다. 또한, 구형의 AuNRs@mSiO2와 flow cell을 이용해 입자에 외력을 가하여 AuNRs@mSiO2의 굴러가도록 하였고, 이에 따른 중심 AuNRs의 배향 변화를 In-situ로 유도하고 관측하였다. 마지막으로, 다기능성 광학 탐침을 개발하기 위해, 미분 간섭 현미경으로 동적 생물학적 환경에서 AuNRs@mSiO2를 다기능 방향 탐침으로 사용 가능함을 보였다. 4장에서는 산소 플라즈마 처리와 수은 아말감 반응이 단일 AuNR 및 AuNRs@mSiO2의 구조와 스펙트럼에 어떻게 영향을 미치는지를 연구하였다. AuNR 종횡비는 산소 플라즈마 처리와 수은 아말감 반응의 시간에 따라 점차 감소하였다. 그러나 AuNRs@mSiO2는 수은 아말감 반응에도 불구하고 다공성 규소 껍질 때문에 구조적 안정성이 더 높았다. 따라서 AuNR의 종횡비 감소의 영향 없이 수은 아말감 반응에 의한 광 특성 변화를 관찰할 수 있었다. 이 장에서는 단일 입자 수준에서 수은 아말감 반응과 스펙트럼 변화 사이의 관계에 대한 기본적인 정보를 제공한다. |Over the few decades, gold nanoparticles (AuNPs) have been widely used in various areas such as localized surface plasmon resonance (LSPR) sensing, optical probe, drug delivery, photo-thermal therapy, diagnostics, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) due to their unique optical and chemical properties. The unique optical properties of AuNPs depend on the size, shape, and refractive index of a surrounding medium because of the LSPR effect. The LSPR is the collective oscillation of free electrons of the conduction band with incident light. In this study, we investigated the optical properties of AuNPs with various shapes under optical microscopy and their application. In chapter 2, we demonstrate the polarization- and wavelength-dependent defocused scattering properties at the LSPR wavelengths of single Au nanostars with multiple long branches protruding from their surfaces and Au nanourchins with multiple short branches. The defocused scattering intensities of multiple branch nanoparticles at two LSPR excitation wavelengths changed periodically as a function of the rotational angle of a polarizer, whereas the doughnut-shaped scattering pattern remained unaltered. Furthermore, the characteristic doughnut-shaped defocused scattering pattern enabled the resolution of the spatial field distributions of single dipoles on the same AuNPs surface at two LSPR wavelengths. In chapter 3, many biophysical studies have investigated plasmonic gold nanorods (AuNRs) as optical orientation probes. However, characterizing the various three-dimensional (3D) orientations of anisotropic AuNPs in the same focal plane of the objective lens is challenging. We fabricated single AuNRs (10 nm × 30 nm) coated with either an elliptical or spherical mesoporous silica shell (mSiO2) to overcome this challenge. The spherical AuNRs@mSiO2 achieved high-throughput detection because the AuNR core is randomly oriented in 3D space. Additionally, by taking advantage of the spherical shape of the AuNRs@mSiO2, in situ monitoring of the tilting angles of the anisotropic core is achieved by inducing the movement of the AuNRs@mSiO2 through applying an external fluidic force in a flow cell. Furthermore, we demonstrate the use of AuNRs@mSiO2 as multifunctional orientation probes in dynamic biological environments under DIC microscopy. Chapter 4 demonstrates how oxygen plasma treatment and Hg amalgamation affect the structural, spectral changes in single AuNRs and AuNRs@mSiO2. The samples subjected to different reaction times were characterized by scanning electron microscopy and dark-field microscopy. The aspect ratio of bare AuNRs was a gradually decreasing function of plasma treatment and amalgamation time. However, AuNRs@mSiO2 showed higher structural stability due to the mSiO2 shell against the Hg elemental. Therefore, we observed the change in optical properties caused by the Hg deposition and inward diffusion without the effect of the decrease in aspect ratio. This chapter provides fundamental information on the relationship between the physical, chemical reaction and structural, spectral changes of AuNRs at the single particle level.Docto

Single gold nanostars with multiple branches as multispectral orientation probes in single-particle rotational tracking

Herein, we performed a single-particle correlation study to characterize the optical properties of gold nanostars (AuNSs) with multiple sharp branches under dark-field (DF) and differential interference contrast (DIC) microscopy, and to examine their use as multispectral orientation probes. We presented the polarization-dependent, periodic DIC images and intensities of single AuNSs at their localized surface plasmon resonance (LSPR) wavelengths with high sensitivity. Furthermore, we demonstrated that single AuNSs protrude multiple branches that can be used as individual sensors with DIC polarization anisotropy. Thus, unlike conventional Au nanorod (AuNR) probes, single AuNSs were presented as multispectral optical sensors that can provide detailed information such as rotational motions and rotational speeds at different branches of their star-like structure in dynamic environments

Mesoporous silica shell-coated single gold nanorods as multifunctional orientation probes in dynamic biological environments

In this study, the optical properties of single AuNRs@mSiO2 are characterized under dark-field and differential interference contrast (DIC) microscopy.Furthermore, we presented polarization-dependent, periodic DIC images and intensities of single AuNRs@mSiO2 at their localized surface plasmon resonance wavelength and investigated their use as multifunctional orientation probes in dynamic biological environments. Moreover, the real-time rotational motions of the AuNRs@mSiO2 on the HeLa cell membranes were tracked with millisecond temporal resolution

Localized surface plasmon resonance inflection points for improved detection of chemisorption of 1-alkanethiols under total internal reflection scattering microscopy

Plasmonic gold nanoparticles are widely used in localized surface plasmon resonance (LSPR) sensing. When target molecules adsorb to the nanoparticles, they induce a shift in the LSPR scattering spectrum. In conventional LSPR sensing, this shift is monitored at the maximum of the LSPR scattering peak. Herein, we describe the sensitivity of detecting chemisorption of 1-alkanethiols with different chain lengths (1-butanethiol and 1-haxanethiol) on single gold nanorods (AuNRs) of fixed diameter (25 nm) and three different aspect ratios under a total internal reflection scattering microscope. For single AuNRs of all sizes, the inflection point (IF) at the long-wavelength side (or low-energy side) of the LSPR scattering peak showed higher detection sensitivity than the traditionally used peak maximum. The improved sensitivity can be ascribed to the shape change of the LSPR peak when the local refractive index is increased by chemisorption. Our results demonstrate the usefulness of tracking the curvature shapes by monitoring the homogeneous LSPR IF at the red side of the scattering spectrum of single AuNRs