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Development of SERS integrated-PCR for multiplexed-detection of cancer mutations
Sánchez Barea, Joel Incheon National University 2025 국내박사
Development of SERS integrated-PCR for multiplexed-detection of cancer mutations Molecular biology is constantly developing new techniques to overcome the diagnostic challenges in public health. The early detection and monitoring of cancer mutations is essential for a good prognosis of the disease and to provide the best treatment for the patient. For the multiplexed detection of mutations many techniques have been developed, being Polymerase Chain Reaction (PCR) the gold standard in molecular diagnostics, provides a high specificity and sensitivity in the detection. However, the multiplexed detection in PCR is limited due to the light sources used for the detection of fluorophores. The light sources can only detect one fluorophore in the same wavelength. To improve the multiplexed capacities of PCR is necessary to integrate it with other techniques. Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) generates a specific optical spectrum for each molecule, making possible the detection of multiple targets in a single experiment. Integration of these techniques often requires the use of complicated extraction methods such as magnetic beads. The number of targets that can be analyzed can also be limited to 3 due to the interaction among the fluorophores used as Raman reporters. In this thesis research a new method have been developed for the integration of SERS with PCR that enables the detection of 4 different targets without using complicated extraction methods or statistical analysis. Incorporating a blocking DNA sequence the unwanted interaction of the probes with the nanoparticles is prevented, avoiding the presence of false negatives. The blocking DNA was first designed as a single strand to hybridize with the uncleaved probes after undergoing PCR. The design of the blocking DNA was further improved modifying the structure to a hairpin-shaped DNA, which prevents any undesired interaction of the single strand DNA with the surface of the nanoparticles. The integration of PCR with SERS was first achieved with the single strand blocking DNA and optimized with the appropriate buffer for the hybridization of the probes with the blocking DNA. The system was improved with the design of the SERS Hairpin-blocked Integrated PCR (SHIP), introducing the hairpin-shaped blocking DNA and enabling the detection of up to 4 mutations with a single set of probes. This approach not only offers an easy method of integration for SERS and PCR but also opens the opportunity to improve these techniques combining with new technologies like machine learning that will enhance the molecular diagnostic methods. 분자생물학은 공중보건의 진단적 과제를 극복하기 위해 끊임없이 새로운 기술을 개발하고 있습니다. 암 돌연변이의 조기 발견 및 모니터링은 질병의 양호한 예후와 환자에게 최상의 치료를 제공하는 데 필수적입니다. 돌연변이의 다중 검출을 위해 많은 기술이 개발되었으며, 분자 진단의 황금 표준인 중합효소 연쇄 반응(PCR)은 검출에 높은 특이성과 민감성을 제공합니다. 그러나 PCR 의 다중 검출은 형광체 검출에 사용되는 광원으로 인해 제한적입니다. 광원은 동일한 파장에서 하나의 형광체만 검출할 수 있습니다. PCR 의 다중 용량을 개선하려면 다른 기술과 통합해야 합니다. 표면 강화 라만 산란(SERS)은 각 분자에 대해 특정 광학 스펙트럼을 생성하여 단일 실험에서 여러 대상을 검출할 수 있습니다. 이러한 기술을 통합하려면 종종 자기 비드와 같은 복잡한 추출 방법을 사용해야 합니다. 라만 리포터로 사용되는 형광체 간의 상호 작용으로 인해 분석할 수 있는 대상의 수도 3 개로 제한될 수 있습니다. 이 논문 연구에서 우리는 복잡한 추출 방법이나 통계 분석을 사용하지 않고도 4 가지 다른 타겟을 검출할 수 있는 SERS 와 PCR 을 통합하는 새로운 방법을 개발했습니다. 차단 DNA 시퀀스를 통합하면 프로브와 나노입자의 원치 않는 상호작용이 방지되어 거짓 음성이 발생하지 않습니다. 차단 DNA 는 먼저 PCR 을 거친 후 절단되지 않은 프로브와 교잡할 단일 가닥으로 설계되었습니다. 차단 DNA 의 디자인은 헤어핀 모양의 DNA 로 구조를 수정하여 나노입자 표면과 단일 가닥 DNA 의 원치 않는 상호작용을 방지하여 더욱 개선되었습니다. PCR 과 SERS 의 통합은 먼저 단일 가닥 차단 DNA 로 달성되었고, 프로브와 차단 DNA 의 교잡을 위한 적절한 완충액으로 최적화되었습니다. 이 시스템은 헤어핀 모양의 차단 DNA 를 도입하고 단일 프로브 세트로 최대 4 개의 돌연변이를 검출할 수 있는 SERS 헤어핀 차단 통합 PCR(SHIP)의 디자인으로 개선되었습니다. 우리는 이 접근 방식이 SERS 및 PCR 을 쉽게 통합할 수 있는 방법을 제공할 뿐만 아니라 기계 학습과 같은 새로운 기술과 결합하여 분자 진단 방법을 향상시킬 수 있는 기회를 제공한다고 믿습니다.
Joel Ignacio Santelices 과학기술연합대학원대학교 한국해양과학기술원(KIOST) 2025 국내석사
본 연구는 전례 없는 유해 조류 번성 현상에 대응하여 2016년 3월 칠레 칠로에 섬 인근 해역에서 발생한 어류 폐기물 해양 투기 사건을 분석한다. 칠레 해양 영토 및 상선청(DIRECTEMAR)이 취한 조치는 국내 규정 및 런던 의정서 준수 여부를 기준으로 평가되었다. 공식 공공 문서, 과학적 배경 자료 및 해양학적 조건에 대한 분석을 통해 Alexandrium catenella와 Pseudochattonella verruculosa로 확인된 미세조류의 번성을 촉진한 요인들을 규명하였다. 연구 결과, 비상 상황에서의 해양 투기는 필요했지만, 관련 당국의 사전 예방 계획에 결함이 있었으며, 이는 투기의 적법성뿐 아니라 폐기물 관리 인프라에 대한 의문을 제기한다. 본 연구는 향후 유사한 사건에 효과적으로 대응하기 위해 제도적 역량과 대응 체계의 강화가 필요하다는 결론을 제시한다. 주제어: 유해 조류 번성, 해양 투기, 양식업, DIRECTEMAR, 런던 의정서
Joel, Ndikumana 한림대학교 2021 국내박사
지난 수십 년 동안 용액 처리 가능한 유기 반도체 재료를 기반으로 한 박막 트랜지스터는 낮은 처리 온도, 경량, 유연성 및 견고성으로 인해 산업계와 학계에서 많은 관심을 끌었습니다. 트랜지스터의 비정질 실리콘에 필적하는 우수한 성능이 달성되어 차세대 전자 산업의 핵심 역할을 할 것입니다. 활성 채널의 형태, 분자 배향 및 결정도는 유기 반도체 기반 전계 효과 트랜지스터의 성능을 결정합니다. 고성능 소형 분자의 실질적인 단점은 용해도가 좁아 코팅 후 필름의 품질이 낮아 성능이 저하된다는 것입니다. 이와 관련하여 기존의 작은 분자는 유연한 사이드 그룹 또는 할로겐을 부착하도록 맞춤화되었습니다. 기능화 된 저분자 반도체는 안정성과 향상된 전기적 성능에 반영되어 용해도가 크게 향상되고 고체 상태가 더 잘 조정되었습니다. 이 방법은 기존의 소분자에 존재하는 헤링본 패킹과는 달리 분자 조직의 공동면 패킹을 자극하는 방법으로, 추가 된 사이드 그룹의 위치, 크기 및 특성에 의해 좌우됩니다. 기능화 된 저분자 물질 중에서 difluorinated-triethylsilylethynyl anthra-dithiophene (dif-TES-ADT)이 더 나은 성능을 갖는 것으로 입증되었습니다. 전계 효과 트랜지스터의 기본 적용은 제 3 전극 인 게이트에 가변 전압을 적용하여 드레인 전극과 소스 전극 사이의 활성 채널에 흐르는 전류를 제어하는 것입니다. 발견 이후 TFT 의 주요 응용 분야는 평판 디스플레이의 픽셀로 전환되었습니다. 유기 전자 제품의 시장 침투를 확대하고 향상시키기 위해 장치의 성능 향상이 작업해야 할 주요 요소입니다. 이와 관련하여 우리는 공정 매개 변수를 변경하여 dif-TES-ADT 기반 OTFT 의 성능을 연구하기로 결정했습니다. 특히,이 논문은 능동 채널 형태가 전기적 특성에 미치는 영향과 굽힘 사이클에서 기계적 안정성에 미치는 영향을 분석하는 데 전념합니다. 사실이 논문은 두 부분으로 나뉘어져 있습니다. 시작 부분은 트랜지스터에 관한 문헌을 소개하는 이론적 부분입니다. TFT 의 물리학, 유기 반도체의 전하 수송 및 그 작동 원리를 설명하고 두 번째는 재료 준비, 장치 제조, 반도체 필름 형태 학적 특성 및 전기적 특성화와 같은 모든 실험 작업을 포함합니다. 2,8-difluoro-5,11 bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene 기반의 bottom-gate-top- contact 유기 박막 트랜지스터는 반도체 공정 기술을 통해 제작되고 최적화됩니다. 기능화 된 저분자 유기 반도체의 결정 구조, 분자 배향 및 박막 형태는 끓는점이 다른 두 가지 용매 인 클로로 벤젠과 톨루엔을 사용하여 조정되었습니다. 각 용매에 대해 5 가지 다른 어닐링 조건이 사용되었습니다 : 60 oC, 80 oC, 100 oC, 100 oC 및 140 oC 에서 어닐링되었습니다. 다섯 가지 온도 중 가장 높은 이동성은 0.94 Cm2 / V 입니다. s 는 80 oC 의 어닐링 온도에서 얻어졌다. 활성 채널이 톨루엔 형태로 주조 된 장치의 이동성은 100oC 에서 0.84 Cm2 / V 의 최고를 가지고 약간 낮은 이동성을 나타냅니다. 증착 된 필름은 서로 다른 끓는점의 용매를 사용하여 다른 형태를 생성하여 장치의 전기적 성능에 차이를 생성합니다. 용매의 증발 속도는 제작 된 장치의 전기적 특성에 반영된 것처럼 다른 형태로 이어지는 필름의 핵 형성을 나타냅니다. 고비 점 용매 인 클로로 벤젠은 느린 증발을 자극하여 결과적으로 고체 상태로 전환되기 전에 결정 형성에 더 긴 시간을 제공하며, 이는 POM, AFM 및 X- 선 연구에서 볼 수 있듯이 더 큰 결정 영역을 생성합니다. 반면에 저비점 용매 인 톨루엔은 더 빨리 증발하므로 물질 분자 조직 능력이 감소하여 필름의 형태 학적 품질이 저하되어 성능이 저하됩니다. 플렉서블 트랜지스터에서 유기 박막 트랜지스터는 클로로 벤젠과 톨루엔의 두 가지 다른 용매로 코팅 된 dif-TES-ADT 스핀으로 폴리이 미드 기판 위에 제작되었습니다. 원 자간 력 현미경을 이용하여 반도체 박막 형태를 연구하였고, 기계적 굽힘 장치를 이용하여 기계적 볼록 연신율을 확인 하였다. 제작 된 OTFT 의 기계적 변형을 적용하기 전에 출력 및 전달 특성은 60 oC, 100 oC 및 140 oC 의 세 가지 다른 어닐링 온도에서 측정되었습니다. 순방향 및 역방향 스윕 사이에서 작은 히스테리시스가 목격되었습니다. 클로로 벤젠 필름의 전계 효과 이동도는 각각 어닐링 온도 60 oC, 100 oC 및 140 oC에서 0.25 cm2/V. s, 0.32 cm2/V. s 및 0.29 cm2/V. s 에서 변경됩니다. 톨루엔의 이동도 0.43 cm2/V. s, 0.39 cm2/V. s 및 0.30 cm2/V. s 유연한 장치의 전기적 특성은 다양한 굽힘주기에서 테스트되었습니다. Chlorobenzene 에서 증착 된 필름은 입자 크기가 더 크고 거칠기가 높고 연결성이 낮아 이동성이 약간 낮아졌습니다. 톨루엔과는 달리 기계적 스트레스 하에서 다른 전기적 반응을 보였습니다. 두 필름 모두에서, 활성층이 길어짐에 따라 발생하는 균열로 인해 필름의 전하 캐리어 수송을 방해하기 때문에 굽힘주기 수에 따라 이동도가 감소했습니다. Toluene 의 dif-TES-ADT 에서 발견되는 더 작은 결정 도메인은 일부 전하 수송 경로와 함께 덜 상호 연결된 균열을 분산시켜 심각한 변형을 줄였습니다. 클로로 벤젠에서 1,000 번, 톨루엔에서 10,000 번 벤딩 작업을 수행 한 후 이동도가 급격히 감소하고 더 이상 트랜지스터의 전기적 특성을 나타내지 않았습니다. 톨루엔의 작은 결정질 영역은 반도체 층의 탄성 향상에 기여합니다. 이 연구는 유기 반도체에서 분자 배열을 개선하고 전하 수송을 촉진하기 위해 용매 및 어닐링 온도에서 느린 증발 속도의 역할을 지적합니다. 적절한 후열 어닐링과 함께 고비 점 용매를 포함하는 용액 처리가 유기 전자 응용 분야의 성능을 향상시키는 효과적인 방법임을 보여줍니다. Over the last decades, thin film transistor based on solution processable organic semiconductor materials have attracted much attention both in industries and academia due to their low processing temperature, light weight, flexibility and robustness. A good performance comparable to that of amorphous silicon in transistors has been achieved which indicates that they are going to play a key role next generation of electronics industry. The morphology, molecular orientation and the degree of crystallinity of the active channel, dictate the performance of Organic semiconductor based field effect transistors. A substantial disadvantage of high performance small molecules is their narrow solubility which result in poor quality of the film after coating leading to reduced performance. In this regard, conventional small molecules have been tailored with attaching flexile side groups or halogens. Functionalized small molecule semiconductors have strongly improved solubility and better tuned solid state order which is reflected in stability and enhanced electrical performance. This is method stimulate co-facial packing of molecular organization, differently to edge to face herringbone packing existing in conventional small molecules which is governed by the position, size and the nature of added side groups. Among Functionalized small molecule materials, difluorinated-triethylsilylethynyl anthra dithiophene (dif-TES-ADT) have been demonstrated to have better performance. The fundamental application of a field effect transistor is to govern the current flowing in active channel between the drain and source electrodes, through the application of a variable voltage to a third electrode, the gate. Since its discovery, the chief application of TFT has been switching to pixels in flat panel displays. To enlarge and enhance the marketplace permeation of organic electronics, the boosted performance of the devices is the main factor to work on. In this regard, we decided to study the performance of dif-TES-ADT based OTFTs by changing process parameters. In particular, this dissertation is devoted to analyze the influence of the active channel morphology on the electrical characteristics, and its influence of mechanical stability under bending cycles. In fact, this thesis is divided into two parts: the beginning is theoretical part which introduces the literature on the transistors. It describes the physics of TFT, the charge transport in organic semiconductor and its working principle, and the second encompasses all the experimental work: materials preparation, Devices fabrication, semiconductor film morphological characterization and electrical characterization. 2,8-difluoro-5,11 bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene based bottom-gate-top-contact organic thin film transistor are fabricated and optimized through semiconductor processing techniques. The crystalline structure, molecular orientation and thin-film morphology of the functionalized small molecules organic semiconductor were tuned by using two different solvents with different boiling points: chlorobenzene and Toluene. With each solvent, five different annealing conditions were used: annealed at 60 oC, 80 oC, 100 oC, 100 oC and 140 oC. Of all five temperatures, the highest mobility of 0.94 Cm2/V. s was obtained at annealing temperature of 80 oC. the mobilities in devices whose active channel was casted form Toluene showed slightly lower mobility with having the best of 0.84 Cm2/V at 100 oC The deposited films result in different morphologies with solvents of different boiling points, which generates differences in electrical performance of devices. The evaporation rate of the solvent dictates the nucleation of film leading to different morphology, as reflected in electrical characteristics of fabricated devices. High boiling point solvent, chlorobenzene, stimulates slow evaporation consequently giving lengthier time for crystal formation before transition to solid state, this results in bigger crystalline domains as shown from POM, AFM and X-ray study. On the other hand, low boiling point solvent, toluene, evaporates faster therefore reducing the materials molecules ability to organize resulting in the poor morphological quality of the film which is reflected in inferior performance. In flexible transistors, organic thin film transistors were fabricated on polyimide substrate with dif-TES-ADT spin coated from the two different solvents: Chlorobenzene and Toluene. The semiconductor thin film morphology was studied by using Atomic Force Microscopy, and mechanical convex elongation was made by using mechanical bending device. Prior to the application mechanical deformations of the fabricated OTFTs, output and transfer characteristics were measured from both at three different annealing temperatures: 60 oC, 100 oC and 140 oC. A small hysteresis was witnessed among the forward and reverse sweeps. The field effect mobility in the film from chlorobenzene changes from 0.25 cm2/V. s, 0.32 cm2/V. s and 0.29 cm2/V. s at annealing temperature 60 oC, 100 oC and 140 oC respectively. The mobility for toluene 0.43 cm2/V. s, 0.39 cm2/V. s and 0.30 cm2/V. s Electrical characteristics of flexible devices were tested under different bending cycles the film deposited from Chlorobenzene showed bigger grain size with higher roughness and less connectivity which resulted in slightly lower mobility to that from Toluene, they also showed different electrical responses under mechanical stress. In both films, the mobility decreased according to the number of bending cycles, due to the cracks developed as active layer elongates which hamper the charge carrier transport of the film. The smaller crystalline domains found in dif-TES-ADT from Toluene result in to a distributed less interconnected cracks with some charge transport pathways resulted in less grave strain. The mobility decreased drastically and no-longer exhibited any of transistor electrical characteristics after undergoing 1,000 bending operations in chlorobenzene and 10,000 in toluene. The small crystalline domains in toluene contribute to elasticity enhancement of the semiconductor layer. This study points out the role of slow evaporation rate in solvent and annealing temperature to improve molecular arrangement and promote charge transport in organic semiconductor. It demonstrates that solution-processing involving high boiling point solvent with adequate post-thermal annealing is an effective method for enhancing the performance of organic electronics applications.
Petersson Ivre, Joel Graduate School of International Studies, Yonsei U 2020 국내석사
Noting an increased interest in research on “strongmen” and a resurgence of authoritarianism, this thesis investigates the influence of personalism on the decision-making processes of authoritarian regimes. With a theoretical basis in institutional and psychological theories of personalism, this thesis uses a between-cases comparison of the poliheuristic decision-making processes behind China’s passing of the Anti-Secession Bill in 2005, and Russia’s decision to annex Crimea from Ukraine in 2014. The results show that differences in institutional constraints and leader personality between the two authoritarian states can partly explain why China responded in a reactive manner to Taiwan’s independence movement, while Russia responded aggressively to the Ukrainian revolution. The findings have theoretical implications for the understanding of personalism’s influence on decision-making process in different types of authoritarian states and emphasize the need for a better understanding of these processes, given the apparent resurgence of personalism in authoritarian states. “독재자”와 권위주의의 부활에 대한 관심이 높아짐에 따라, 본 논문은 권위주의적 정부의 의사 결정 과정에서 페르소널리즘이 미친 영향에 대해 연구한다. 페르소널리즘에 대한 제도론과 심리학 이론을 바탕으로 본 논문은 2005 년 중국이 반국가분열법을 통과 시킨 사례와 2014 년 러시아가 우크라이나로부터 크림반도를 합병한 사례를 비교한다. 연구 결과에 따르면, 두 권위주의 국가의 제도적 제약과 지도자의 성격 차이가 대만 독립 운동에 수동적인 중국과 우크라이나 혁명에 적극적인 러시아의 반응을 부분적으로 설명한다. 본 연구는 다양한 종류의 권위주의적 정부의 의사 결정 과정에서 페르소널리즘의 영향을 이해할 수 있는 이론적 함의를 시사한다. 또한, 권위주의 국가에서 페르소널리즘의 명백한 부활을 감안할 때 해당 국가의 의사 결정 과정에 대한 이해가 제고될 필요가 있음을 강조한다.