온도 수용체의 작용을 연구하기 위한 나노베지클-탄소나노튜브 장치 및 바이오전자 피부로의 응용

학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :자연과학대학 물리·천문학부(물리학전공),2020. 2. 홍승훈.Human perceives changes in external environments such as odorants, tastants and temperature through olfactory, gustatory and somesthetic systems. Among them, tactile sensations are triggered when thermoreceptors in cells receive chemical signals or feel changes in temperatures from outside cells. In other words, thermoreceptors act as the first sensing parts in sensory systems. Therefore, the monitoring of thermoreceptor activity is essential for the fundamental understanding of somesthetic systems. In addition, the study on thermoreceptors may lead to the development of bioelectronic sensors. In this dissertation, it will be discussed about the electrically monitoring of thermoreceptor activity via bioelectronic sensors. The bioelectronic sensors were based on carbon nanotube field effect transistors (CNT-FETs). First, a bioelectronic skin based on nanovesicles for the monitoring of thermoreceptor activity to cool sensation will be discussed. Here, CNT-FETs were hybridized with nanovesicles containing human thermoreceptors, transient receptor potential melastatin 8 (hTRPM8). This method enabled us to discriminate between menthol, well-known cooling agent, and non-cooling substances with high sensitivity and selectivity. Interestingly, bioelectronic skins could also be used for the detection of menthol in real samples such as an electronic liquid menthol oil. Moreover, the enhancement of cool sensation by lower temperature (18℃) was demonstrated using this platform. Next, a bioelectronic skin based on nanovesicles for the monitoring of human thermoreceptor activity to irritant substances and cold sensation will be discussed. In this strategy, a floating electrode-based CNT-FET was functionalized with nanovesicles containing human thermoreceptors, transient receptor potential ankyrin 1 (hTRPA1). This strategy allowed us to sensitively evaluate the contents of cinnamaldehyde, as low as 1 fM. Here, we also demonstrated that the responses of hTRPA1 to cinnamaldehyde could be enhanced by a lower temperature (10℃). Furthermore, the method provided a means to quantitatively evaluate cinnamaldehyde in real samples such as cinnamon massage oil.인간은 후각과 미각 촉각 등 다양한 기관을 통해 외부의 냄새, 맛 물질과 온도의 변화를 인지한다. 그 중, 촉각은 피부세포에 존재하는 온도 수용체들이 세포 밖의 화학 신호를 받아들임으로써 생성된다. 즉, 온도 수용체들이 감각 기관에서 첫번째 감지 파트로서 작용하게 된다. 따라서, 온도 수용체의 작용을 측정하는 것은 촉각 기관에 대한 근본적인 이해를 위하여 필수적이다. 또한, 촉각 수용체에 대한 연구는 바이오전자 센서의 개발로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 바이오전자 센서를 통하여 촉각 수용체의 작용을 전기적으로 모니터링하는 것에 대하여 논의 할 것이다. 이 바이오전자 센서는 탄소나노튜브를 채널로 제작한 전계 효과 트랜지스터를 기반으로 하고 있으며, 이 센서는 향상된 센서 감도와 선택성을 가지고 있다. 먼저, 시원한 온도에 대한 인간의 온도 수용체의 작용을 모니터링하기 위한 나노베지클 기반 바이오 전자 촉각 센서에 대하여 논의할 것이다. 이를 위하여, 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터와 TRPM8 (Transient receptor potential melastatin 8)이라는 인간의 온도 수용체를 포함하고 있는 나노베지클이 융합되었다. 이를 통해 시원한 감각을 내는 물질로 잘 알려진 멘솔 (menthol)을 다른 자극성 물질로부터 높은 감도와 선택성을 가지고 구별할 수 있었다. 흥미롭게도, 이 바이오전자 촉각 센서는 피부에 직접 바르는 마사지 오일에 존재하는 멘솔을 검지하는 데에도 이용되었다. 다음으로, 유해한 차가운 감각 및 고통에 대한 인간의 촉각 수용체의 작용을 모니터링하기 위한 나노베지클 기반 바이오 전자 촉각 센서에 관하여 논의 할 것이다. 이를 위하여, 플로팅 전극 기반의 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터가 인간 촉각 수용체 TRPA1 (Transient receptor potential ankiryn 1)가 내장된 나노베지클이 준비되었다. 이를 통해 시나몬의 주요 구성 성분인 신남알데하이드를 1 fM 의 낮은 농도까지 검지할 수 있었다. 우리는 또한 사람의 피부처럼 고통을 느끼는 감각에 대해 차가운 온도인 10도정도에서 반응이 크게 향상됨을 입증하였다. 뿐만 아니라, 이 방법은 시나몬 오일과 같은 실제 샘플에서도 신남알데하이드 성분을 정량적으로 검출하기 위해 사용될 수도 있었다.Chapter 1 Introduction 1 1.1 Thermoreceptor Protein 2 1.2 Monitoring of Thermoreceptor Protein Activity 3 1.3 Carbon Nanotube Field Effect Transistor 5 1.4 References 7 Chapter 2 Bioelectronic Skin based on Nanovesicles for the Monitoring of Human Thermoreceptor Activity to Cool Sensation 9 2.1 Introduction 10 2.2 Fabrication of a Bioelectronic Skin Mimicking Human Somesthetic System 12 2.3 Characterization of hTRPM8 in HEK-293T Cells and Nanovesicles 14 2.4 Responses of Bioelectronic Skins to Menthol 17 2.5 Summary 26 2.6 References 27 Chapter 3 Bioelectronic Skin based on hTRPA1 in Nanovesicles for the Monitoring of Human Thermoreceptor Activity to Irritant and Cold Sensation 30 3.1 Introduction 31 3.2 Structure of a Bioelectronic Skin Comprised of hTRPA1 in Nanovesicles and a Carbon Nanotube-based Transistor 33 3.3 Characterization of hTRPA1 Expressed in HEK-293 Cells and Nanovesicles 35 3.4 Electrical Responses of Bioelectronic Skins 38 3.5 Detection of Cinnamon Oil Ingredients with Different Temperatures 44 3.6 Summary 48 3.7 References 49 Chapter 4 Conclusions 52 Chapter 5 Abstract in Korean 54 Acknowledgement 57Docto

An analysis of musical traits on L.V.Beethoven, sonata for piano in E Major, Op.109

This thesis is the research of Piano Sonata op.109 by Ludwig van Beethoven(1770-1827), performed for my master’s degree requirement. Firstly, I looked over the composer’s life and characteristics of his last five sonatas. Then, I analyzed the work Op. 109. The ultimate objective of this research is to obtain benefit for the performance from musical understanding through the analysis. Ludwig van Beethoven played a pivotal role to complete the Viennese classicism and introduce new romanticism in the begining of the 19th century. Especially, the sonata forms in his works is acknowledged as well-developed traditional “Sonata Forms”, the heritage of Haydn and Mozart, and is characterized as new norm of sonata with the unique compositional technique. Op. 109, particularly remarkable work for these characteristics of his 32 piano sonatas, is from his late period ­ Beethoven‘s career is generally divided into early(-1802), middle(1802-1815), and late (1815-1822) period. Beethoven’s music changed into simple and intimate style in his late piano sonatas(Op. 109, 110, 111) ­ sinking into the meditation beyond secular world by rich feeling expression with fantastic components and new compositional technique The first movement of Op. 109 includes contrasting the first/second theme and fermata on tonic chord in the last part. It brings ambiguity in distinguish the movements, which is different point from early Sonata Forms according with classic sonata. The second movement is not an ordinary slow movement, but a dynamic and dramatic movement with the scherzo form, contrasting use of pp-ff crescendo. The third movement consists of six variations and is finished with lyrical tunes without a finale with a flourish.;이 논문은 필자의 석사 졸업연주곡들 중 하나인 Ludwig van Beethoven(1770-1827)의 Piano Sonata op.109에 대해 연구한 것이다. 먼저 작곡가의 생애와 그의 피아노 소나타를 개괄적으로 살펴본 뒤 실제 악곡을 분석해보았다. 궁극적으로 작품분석을 통한 음악적인 이해가 실제 연주에 도움을 주는 것을 목적으로 한다. Beethoven은 18세기를 끝맺음하는 시점에서 비엔나 고전주의를 완성하고 새로운 낭만주의 시대의 문을 열어준 위대한 교량역할을 하였다. 그는 Franz J. Haydn(1732-1809)과 Wolfgang A. Mozart(1756-1791)의 고전파 음악의 전통적인 양식을 원숙하게 작품에서 드러냈고 독창적인 작곡기법을 통해 새로운 소나타 형식의 작품을 만들었다. Beethoven의 32곡의 피아노 소나타는 연대별로 대개 세 시기-초기(1802년까지), 중기(1802-1816), 그리고 후기(1816-1822)-로 나누는데 후기 소나타(Op.101, 106, 109, 110, 111) 중에서 특히 op.109, 110, 111번 이 3곡의 소나타는 특별히 ‘최후의 3부작’이라고 부르고 있다. 본 논문은 1. Beethoven의 피아노 소나타를 살펴보고 후기 소나타의 특징을 알아본다. 2. Op.109를 중심으로 구조를 분석하고 내용과 악보를 관련시켜 Beethoven의 낭만음악을 예견하게 하는 특징을 알아본다. Op.109의 주된 특징으로 1악장은 서로 대조되는 제1주제와 제2주제가 나타나고 1악장의 마지막 부분을 으뜸화음에 페르마타를 사용함으로써 고전 소나타 형식에 맞춰서 쓰인 초기 소나타 양식에서 벗어나 악장 구별을 모호하게 했다. 2악장은 보통의 느린 악장이 아닌 scherzo형식을 사용했으며 p와 f의 대조적인 사용과 pp에서 cresendo 되어 ff로 가는 다이나믹을 사용해서 극적인 분위기를 더욱 잘 나타낸다. 또 3악장은 6개의 변주곡 형식으로 되어있고 소나타의 화려한 피날레와는 다르게 서정적인 선율로 마무리 된다. 이처럼 자유로운 형식, 장식음의 사용, 서정적인 선율, 넓은 음역 사용 등의 독창적이고 자유로운 표현은 낭만음악을 예견하게 하며, 이를 통해 이 작품에서 고난과 역경을 초월하고 음악으로 승화시킨 내면이 잘 드러남을 볼 수 있다.Ⅰ. 서론 1 A. 연구의 목적 1 B. 연구의 방법 2 Ⅱ. Beethoven의 생애와 피아노 소나타 3 A. Beethoven의 생애 3 B. Beethoven 피아노 소나타의 특징 5 Ⅲ. Beethoven 후기 피아노 소나타의 특징 13 Ⅳ. Beethoven Piano Sonata op.109의 분석 29 A. 작품분석 29 B. 악곡분석 31 1. 제 1악장 31 2. 제 2악장 39 3. 제 3악장 46 Ⅳ. 결론 56 참고문헌 57 Abstract 5

J. Brahms Sonata for Clarinet and Piano Op. 120, No. 2 ;B. Bartók Romanian Folk Dances Sz. 56 ;F. Poulenc Sonata for Violin and Piano FP. 119

본 논문은 본인의 석사 과정 졸업 리사이틀 때 연주된 작품들을 연구한 것으로, J. Brahms 「Sonata for Clarinet and Piano Op. 120, No. 2」, B. Bartók「Romanian Folk Dances Sz. 56」, F. Poulenc「Sonata for Violin and Piano FP. 119」의 작곡 배경과 각 곡들의 특징에 대하여 알아보았다. 19세기 후기 낭만 시대를 이끈 브람스(Johannes Brahms, 1833-1897)는 낭만주의 시대에 살면서도 절대음악의 요소들을 다양한 기법으로 응용하여 고전주의 음악의 맥을 이은 음악가이다. 그의 생애 말년의 작품 중 하나인 「Sonata for Clarinet and Piano Op. 120, No. 2」는 클라리넷과 피아노를 위한 실내악 작품으로서 제 1악장은 전통적인 소나타 형식, 제 2악장은 트리오를 포함하는 복합 3부 형식, 제 3악장은 주제와 6개의 변주를 포함하는 변주곡 형식으로, 고전적인 형식에 낭만주의의 서정성을 융합시킨 곡으로 자유롭지만 일정한 형식을 고수하였다. 20세기 초 음악사조에서는 신고전주의, 12음 음악, 민속적 음악의 양식화라는 세 가지 주요 경향이 나타났다. 이 시기에 동유럽에서 배출된 민족 음악학자인 바르토크(Bela Bartók, 1881-1945)는 당시 서양 음악에 있어서 비주류였던 동유럽의 음악을 전 세계에 알리는데 공헌을 했고 이를 위해 그는 헝가리와 그 주변의 지방들을 직접 돌아다니며 농민 음악 등을 채보하여 체계적이고 과학적으로 민속 음악학을 연구했다. 「Romanian Folk Dances Sz. 56」은 루마니아의 민속 음악을 소재로 한 6개의 춤곡으로, 각 곡의 음계는 주로 교회 선법과 헝가리 음계를 사용하며 리듬도 당김음과 부점 리듬, 오스티나토 리듬 등을 사용하여 좀 더 효과적으로 민속적 색채를 느낄 수 있게 한다. 풀랑크(Francis Poulenc, 1899-1963)는 프랑스에서 시작된 신고전주의를 따른 프랑스 6인조를 대표하는 작곡가이다. 20세기에 전반적으로 나타난 신고전주의 음악사조는 17, 18세기의 전통적인 음악 어법을 20세기 음악 양식에 새롭게 결합하려는 시도를 한다. 풀랑크의 유일한 바이올린 소나타 「Sonata for Violin and Piano FP. 119」는 신고전주의적 양식이 곳곳에 내재된 작품이다. 총 3악장으로 구성된 이 곡은 제 1악장이 전통적 소나타 형식으로 구성되어 있고, 교회 선법, 오스티나토 기법, 지속 저음 등 17세기의 양식이 복조성, 불규칙적인 리듬 등과 함께 어우러져 신고전주의 음악적 특징을 잘 보이고 있다. 본 논문에서는 작곡가들의 생애와 음악적 특징을 알아보았고 이를 바탕으로 작품들을 분석하였다.;This thesis describes characteristics and compositional backgrounds of three pieces which were performed at the writer’s master’s recital: J. Brahms 「Sonata for Clarinet and Piano Op. 120, No. 2」, B. Bartók, 「Romanian Folk Dances Sz. 56」, F. Poulenc 「Sonata for Violin and Piano FP. 119」 Johannes Brahms (1833-1897) led the late romantic era in nineteenth century. He maintained the stream of the classical music by applying various composition techniques of absolute music. 「Sonata for Clarinet and Piano Op. 120, No. 2 」is a chamber work for the two instruments and one of his late compositions. The first movement is in traditional sonata form, the second movement in ternary form with trio, the third movement in theme and variation form with 6 variations. The combination of classical forms and romantic lyricism shows liberty in strict frames. In the music history of the twentieth century there were movements for neo-classicism, twelvetone music, and stylization of folk music. Bela Bartok (1881-1945), an ethnomusicologist from Hungary, dedicated introducing Hungarian and Romanian music to the classic Western music. He traveled the locality collecting folk music, and researched them systematically. 「Romanian folk Dances Sz. 56」 consists of 6 dance music which are based on folk music. Each movement use church modes and Hungarian scales. As far as rhythm, they have syncopations, dotted rhythms, ostinato rhythms so that it sounds more of folk music. Francis Poulenc (1899-1963) is one of the significant French composers called ‘Les Six’ [The Six] whose music represents the neo-classicism which started in France. The neo-classicism tried blending classical musical language of seventeenth and eighteenth century into the one of twentieth century. 「Sonata for Violin and Piano FP. 119」 is the only violin sonata of Poulenc and implies neo-classical characteristics in various ways. Among the three movements, the first movement shows the features of neo-classicism through the combination of seventeenth century: a traditional sonata form, church mode, ostinato bass and bitonality, and irregular rhythm.Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 본론 3 1. J. Brahms 「Sonata for Clarinet and Piano Op. 120, No. 2」 3 2. B. Bartók 「Romanian Folk Dances Sz. 56」 19 3. F. Poulenc 「Sonata for Violin and Piano FP. 119」 28 Ⅲ. 결론 45 참고문헌 47 ABSTRACT 4

Effect of fingertip temperature on neuromechanical mechanism of multi-finger system in human

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 사범대학 체육교육과, 2019. 2. 박재범.본 연구의 목적은 손 끝 피부를 통한 온도 변화 자극에 의한 힘 생성 정도의 변화, 중추신경계의 전략 수정, 그에 따른 힘 생성의 안정성에 미치는 영향을 규명하는데 있다. 피부 온도 변화 자극이 운동수행력과 안정성 유지에 미치는 영향을 확인하기 위하여 손 끝에 통제온도, 40℃, 43℃의 온도 자극을 부여함과 동시에 검지 최대 힘 생성, 점진적 힘 생성, 네 손가락 일정 합력 유지 과제를 수행하였으며 각 손가락이 생성하는 힘 값을 비제어 다양체 분석(UCM)을 통해 계산하였다. 그 결과 온도조건에 따른 최대 힘 값 생성에는 변화가 없었으며 온도가 증가함에 따라 중지의 독립성이 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 네 손가락 일정 합력 생성 시 검지와 중지의 힘 분배 값이 각각 증가, 감소하였으며 검지, 중지, 약지의 힘 분산값이 증가하여 네 손가락의 합력이 일정하게 유지될 수 있도록 적응(adaptation)하는 전략을 사용한 것을 확인할 수 있었다. 온도증가에 의해 증가한 분산 값과 동시에 과제 수행에 영향을 미치지 않는 분산()과 수행 결과의 오차를 발생시키는데 영향을 미치는 분산()이 모두 증가하여 이들의 상대값으로 결정되는 공동작용 지수(V)에는 유의한 차이가 나타나지 않았다.This study examined the effects of stimulating fingertip temperature on the patterns of force sharing and stability properties during multi-finger force production tasks. The experiment consisted of three blocks: 1) maximal voluntary contraction (MVC) task, 2) single-finger ramp task to quantify enslaving (i.e., unintended force production by non-task fingers), and 3) 12 trials of multi-finger steady-state force production task at 20% MVC. There were three temperature conditions including body-temperature (i.e., control condition), 40℃, and 43℃, and the stimulation was given to the index finger only for all experimental conditions. As the results, there were no significant differences in the MVC forces, enslaving, and the accuracy of performance during the steady-state task between the conditions. These represent that fingertip temperature stimulation only to index finger doesn't affect to muscle force production capability of multi-finger, independency of each finger, and force production accuracy of multi-finger. However, the share of stimulated index finger force increased with the index fingertip temperature, while the share of middle finger force decreased. Also, The coefficient of variation of both index and middle finger forces over repetitive trials increased with the index fingertip temperature. Under the framework of the uncontrolled manifold (UCM) hypothesis used to quantify indices of multi-finger synergies (i.e., stability property) stabilizing total force during the steady-state task, the two variance components within the UCM analysis increased together with the fingertip temperature, while no changes in the synergy indices between the conditions. The effect of fingertip temperature on the sharing pattern and force variation may be due to diffuse reflex effects of the induced afferent activity on alpha-motoneuronal pools. However, the unchanged stability properties may be the reflection of the active error compensation strategies by non-stimulated finger actions.Ⅰ. 서론 1 1. 연구의 필요성 1 2. 연구의 목적 3 3. 용어의 정의 4 Ⅱ. 이론적 배경 5 1. 근육의 온도 변화 5 1) 근육의 온도 변화와 수행력 5 2) 근육의 온도 변화와 생리적·기계적 변화 5 2. 감각의 연구 6 1) 피부 접촉 감각(Cutaneous Receptor) 6 2) 손의 피부 접촉 감각 8 3. 힘의 공동작용 8 Ⅲ. 연구방법 10 1. 연구대상 10 2. 실험도구 10 3. 실험 절차 및 방법 12 4. 자료 분석 16 Ⅳ. 연구 결과 22 1. 검지 최대 자발적 수축력 생성 과제 결과 22 2. 점진적 힘 생성 과제 결과 23 3. 일정 합력 생성 과제 결과 25 Ⅴ. 논의 30 Ⅵ. 결론 36 Ⅶ. 참고문헌 38Maste

향상된 전기전도도를 위한 금속성 탄소나노튜브와 금속박막의 복합체

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 물리·천문학부, 2015. 2. 홍승훈.금속 전극은 모든 전기적 장치를 구성하는 가장 기본적인 요소로서, 전기적 장치를 구성하는 부품들에 전류를 공급하는 역할을 한다. 따라서 이상적인 전극은 전기전도도(Conductivity)와, 강도(Rigidity)등의 성질이 우수하여 전기적 장치를 구성하는 부품들의 기능에 영향을 미치지 않아야 한다. 때문에, 연구자들은 오랫동안 전극의 성질을 개선시키고자 노력을 해왔다. 본 논문에서는, 도체성 탄소나노튜브(mCNT)와 금속박막의 복합구조를 제작하여 그 전기적 특성을 일반 금속박막과 비교하였다. Raman Spectroscopy와 AFM을 이용하여 mCNT와 금속박막의 복합구조가 성공적으로 제작되었음을 확인하였으며, 4-point probe measurement를 이용하여 그 전기적 특성을 일반 금속박막과 비교하였다. 그 결과 금속 복합체의 전기전도도가 순수한 금속만을 증착한 구조의 전기전도도보다 향상됨을 확인하였다. 마지막으로, mCNT와 금속을 혼합하여 만든 복합체의 온도에 의한 전기전도도의 변화를 측정하여, 복합체가 전형적인 금속의 특성을 보이는 것을 확인하였다.국문 초록 Chapter 1. 서론 1.1 탄소나노튜브 1.2 원심분리법 1.3 4-probe point measurement Chapter 2. Pristine mCNT를 이용하여 향상된 전도도 2.1 서론 2.2 실험방법 2.2.1 원심분리를 이용한 pristine mCNT 추출 2.2.2 4-probe point measurement을 위한 소자 제작 2.2.3 전기적 특성 측정 2.3 실험결과 및 토의 2.3.1 Pristine mCNT의 성분분석 2.3.2 전류-전압 특성 비교 2.3.3 Au의 두께에 따른 저항 2.3.4 온도변화에 따른 전도도의 변화 Chapter 3. 결론 Chapter 4. ReferenceMaste

Composition comprising monoacetyldiacylglycerol derivatives for preventing or treating asthmatic disease

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