• 제목/요약/키워드: Removal mechanism

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Substance P에 의한 가토 회장평활근의 수축기전에 대한 연구 (Studies on the Mechanism of Contraction by Substance P in Rabbit Ileum)

  • 조세헌;정진섭;이상호
    • The Korean Journal of Physiology
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    • 제18권2호
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    • pp.151-162
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    • 1984
  • 가토의 회장평활근에서 substance P의 수축기전을 밝히기 위하여 본 실험을 시행하여 다음과 같이 요약하였다. 1) SP는 $10^{-9}M$부터 수축을 일으켜 $10^{-7}M$에서 최대수축을 나타내었고 그 생도는 $10^{-6}M$ acetylcholine에 의한 수축의 90%에 달하였다. 2) SP를 농도별로 부가적으로 투여할 때는 SP를 각 농도마다 따로 투여함 때보다 수축의 크기가 크게 감소하였다. 3) $10^{-7}M$ SP로 5분간 처리한 회장평활근의 $10^{-8}M$ SP에 글한 반응은 $10^{-7}M$$10^{-8}M$ SP 투여시간의 간격이 클수록 증가하여 20분후 정상으로 회복되었다. 4) $10^{-7}M$ SP로 3분 처리후에도 $10^{-6}M$ acetylcholine에 의한 수축은 영향을 받지 않았다. 5) $10^{-7}M$ SP에 의한 수축은 $10^{-6}M$ atropine에 의해 영향을 받지 않았고 3mM TEA전처치시 $10^{-7}M$ SP에 의한 수축은 정상이거나 약간 감소하였고 SP 전처치시 TEA 수축은 감소하였다. 6) $10^{-8}M$ SP와 3mM TEA에 의한 수축은 Na없는 용액, $10^{-4}M$ ouabain, 100k용액에 의해 완전히 억제되었고 $10^{-6}M$ NE 존재시는 40% 정도 억제되었다. $10^{-7}M$ SP에 의한 수축은 각 조건내서 완전히 억제되지 않았다. K없는 용액에서 $10^{-8}M$ SP 의한 수축은 완전히 억제되고 $10^{-7}M$ SP와 TEA에 의한 수축은 완전히 억제되지 않았다. 7) SP에 의한 수축은 0. 1 mM $Ca^{2+}$존재시 상당히 억제되었고 외부 $Ca^{2+}$증가시 증가하여 1.8 mM $Ca^{2+}$에서 최고에 달하였으며 그 이후는 오히려 감소하였다. SP수축의 감소속도는 0.5mM $Ca^{2+}$에 의해 증가하였으나 1.8mM이상의 $Ca^{2+}$농도에서는 영향을 받지 않았다. 8) $Ca^{2+}$없는 용액에서 $10^{-7}M$ SP는 수축을 일으켰고 그 수축의 크기는 $Ca^{2+}$없는 용액으로 처리시간이 증가함에 따라 감소하며 10분후 완전 소실되었다. 9) $Ca^{2+}$없는 용액으로 처리시간이 길어질수록 0.5mM $Ca^{2+}$에서 $10^{-7}M$ SP에 의한 수축은 감소하였다. 10) $Ca^{2+}$없는 용액에서 10분간 처리한 후 $10^{-7}M$ SP에 의한 수축은 Ca loading time이 길수록 외부 $Ca^{2+}$농도가 높을수록 증가하였다. 이상의 결과로 볼 때 저농도의 SP는 주로 외부 $Ca^{2+}$의 유입에 의해 수축을 일으키는 것으로 생각되며 이 $Ca^{2+}$의 유입에 관여하는 기전은 $K^+$투과도의 감소에 의한 막전위의 탈분극만으로 완전히 설명할 수 없었고 고농도의 SP에 의한 수축에는 세포내부 $Ca^{2+}$의 유리도 관여하고 이 $Ca^{2+}$저장고는 세포막과 밀접하게 연결되어 있는 것으로 생각된다.

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APPLICATION OF FUZZY SET THEORY IN SAFEGUARDS

  • Fattah, A.;Nishiwaki, Y.
    • 한국지능시스템학회:학술대회논문집
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    • 한국퍼지및지능시스템학회 1993년도 Fifth International Fuzzy Systems Association World Congress 93
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    • pp.1051-1054
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    • 1993
  • The International Atomic Energy Agency's Statute in Article III.A.5 allows it“to establish and administer safeguards designed to ensure that special fissionable and other materials, services, equipment, facilities and information made available by the Agency or at its request or under its supervision or control are not used in such a way as to further any military purpose; and to apply safeguards, at the request of the parties, to any bilateral or multilateral arrangement, or at the request of a State, to any of that State's activities in the field of atomic energy”. Safeguards are essentially a technical means of verifying the fulfilment of political obligations undertaken by States and given a legal force in international agreements relating to the peaceful uses of nuclear energy. The main political objectives are: to assure the international community that States are complying with their non-proliferation and other peaceful undertakings; and to deter (a) the diversion of afeguarded nuclear materials to the production of nuclear explosives or for military purposes and (b) the misuse of safeguarded facilities with the aim of producing unsafeguarded nuclear material. It is clear that no international safeguards system can physically prevent diversion. The IAEA safeguards system is basically a verification measure designed to provide assurance in those cases in which diversion has not occurred. Verification is accomplished by two basic means: material accountancy and containment and surveillance measures. Nuclear material accountancy is the fundamental IAEA safeguards mechanism, while containment and surveillance serve as important complementary measures. Material accountancy refers to a collection of measurements and other determinations which enable the State and the Agency to maintain a current picture of the location and movement of nuclear material into and out of material balance areas, i. e. areas where all material entering or leaving is measurab e. A containment measure is one that is designed by taking advantage of structural characteristics, such as containers, tanks or pipes, etc. To establish the physical integrity of an area or item by preventing the undetected movement of nuclear material or equipment. Such measures involve the application of tamper-indicating or surveillance devices. Surveillance refers to both human and instrumental observation aimed at indicating the movement of nuclear material. The verification process consists of three over-lapping elements: (a) Provision by the State of information such as - design information describing nuclear installations; - accounting reports listing nuclear material inventories, receipts and shipments; - documents amplifying and clarifying reports, as applicable; - notification of international transfers of nuclear material. (b) Collection by the IAEA of information through inspection activities such as - verification of design information - examination of records and repo ts - measurement of nuclear material - examination of containment and surveillance measures - follow-up activities in case of unusual findings. (c) Evaluation of the information provided by the State and of that collected by inspectors to determine the completeness, accuracy and validity of the information provided by the State and to resolve any anomalies and discrepancies. To design an effective verification system, one must identify possible ways and means by which nuclear material could be diverted from peaceful uses, including means to conceal such diversions. These theoretical ways and means, which have become known as diversion strategies, are used as one of the basic inputs for the development of safeguards procedures, equipment and instrumentation. For analysis of implementation strategy purposes, it is assumed that non-compliance cannot be excluded a priori and that consequently there is a low but non-zero probability that a diversion could be attempted in all safeguards ituations. An important element of diversion strategies is the identification of various possible diversion paths; the amount, type and location of nuclear material involved, the physical route and conversion of the material that may take place, rate of removal and concealment methods, as appropriate. With regard to the physical route and conversion of nuclear material the following main categories may be considered: - unreported removal of nuclear material from an installation or during transit - unreported introduction of nuclear material into an installation - unreported transfer of nuclear material from one material balance area to another - unreported production of nuclear material, e. g. enrichment of uranium or production of plutonium - undeclared uses of the material within the installation. With respect to the amount of nuclear material that might be diverted in a given time (the diversion rate), the continuum between the following two limiting cases is cons dered: - one significant quantity or more in a short time, often known as abrupt diversion; and - one significant quantity or more per year, for example, by accumulation of smaller amounts each time to add up to a significant quantity over a period of one year, often called protracted diversion. Concealment methods may include: - restriction of access of inspectors - falsification of records, reports and other material balance areas - replacement of nuclear material, e. g. use of dummy objects - falsification of measurements or of their evaluation - interference with IAEA installed equipment.As a result of diversion and its concealment or other actions, anomalies will occur. All reasonable diversion routes, scenarios/strategies and concealment methods have to be taken into account in designing safeguards implementation strategies so as to provide sufficient opportunities for the IAEA to observe such anomalies. The safeguards approach for each facility will make a different use of these procedures, equipment and instrumentation according to the various diversion strategies which could be applicable to that facility and according to the detection and inspection goals which are applied. Postulated pathways sets of scenarios comprise those elements of diversion strategies which might be carried out at a facility or across a State's fuel cycle with declared or undeclared activities. All such factors, however, contain a degree of fuzziness that need a human judgment to make the ultimate conclusion that all material is being used for peaceful purposes. Safeguards has been traditionally based on verification of declared material and facilities using material accountancy as a fundamental measure. The strength of material accountancy is based on the fact that it allows to detect any diversion independent of the diversion route taken. Material accountancy detects a diversion after it actually happened and thus is powerless to physically prevent it and can only deter by the risk of early detection any contemplation by State authorities to carry out a diversion. Recently the IAEA has been faced with new challenges. To deal with these, various measures are being reconsidered to strengthen the safeguards system such as enhanced assessment of the completeness of the State's initial declaration of nuclear material and installations under its jurisdiction enhanced monitoring and analysis of open information and analysis of open information that may indicate inconsistencies with the State's safeguards obligations. Precise information vital for such enhanced assessments and analyses is normally not available or, if available, difficult and expensive collection of information would be necessary. Above all, realistic appraisal of truth needs sound human judgment.

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우리나라 중동부지역에 분포하는 멸종위기야생식물 현황과 위험요인 평가 (The Status of Endangered Plants Distributed in the Middle Eastern Area of Korea and Evaluation of the Risk Factors)

  • 김영철;채현희;홍보람;오현경;이경화;이규송
    • 한국환경생태학회지
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    • 제30권3호
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    • pp.291-307
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    • 2016
  • 전 세계적인 그리고 국가적인 규모에서 멸종위기야생식물의 멸종위험 평가와 더불어 지역적인 규모에서의 멸종위험평가는 직접적인 보전활동의 계획과 실행에 있어 대단히 중요하다. 우리나라 중동부지역에는 34종의 멸종위기야생식물이 분포하였다. 각각의 종에 대해 분포지, 분포면적, 개체수 및 개체군의 소멸에 영향을 미칠 수 있는 요인을 조사하였다. 조사결과에 따라 각각의 종이 소유하고 있는 생활사 특성을 포함한 10가지 평가항목을 바탕으로 위험요인을 평가하였다. 34종에 대한 위험요인 평가결과 첫째, 다수의 위험요인이 존재하고 심각한 훼손압력에 노출되어 있어 적극적이고 시급한 생육지 보전활동이 필요한 12종, 둘째, 소수의 직접적인 위험요인을 제거하는 것으로 개체군의 지속이 가능한 16종, 셋째, 비교적 넓은 분포지와 많은 개체수에 따라 소극적인 관리를 통해서도 개체군의 지속이 가능한 6종으로 구분되었다. 멸종위기야생식물에 있어 가장 큰 위험요인은 인구의 증가, 개발, 채취에 따른 생육지와 개체군의 소멸이었다. 또한 식생환경의 변화로 인한 적합한 생육지의 감소와 재정착의 기작이 정상적으로 작동하지 않는 생태계 건강성의 상실이 또 다른 원인이 될 수 있다. 본 조사가 이루어진 지역에서 멸종위기야생식물의 분포지와 출현 빈도 및 중요도를 바탕으로 5개 권역별을 제시하였다. 그리고 각 권역의 특성에 따른 보전 전략을 제시하였다. 우리는 멸종위기야생식물의 멸종위험에 대한 평가는 분포현황정보 뿐만 아니라 종의 생활사 특성을 포함하는 평가방법이 필요함을 제안한다. 뿐만 아니라 개체군동태와 생태적 지위에 대한 이해가 필요함을 제안한다.

클로닝된 Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki HDI 살충성 단백질 유전자의 대장균에서의 발현 (Expression in Eschepichia coli of a Cloned Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki HDI In-secticidal Protein Gene.)

  • 황성희;차성철;유관희;이형환
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제26권6호
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    • pp.497-506
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    • 1998
  • Bacillus thurintensis subsp. kurstaki HD1 살충성 단백질 ICP 유전자가 있는 NdeI 단편 3.856 kb를 클로닝하여 제조한 pHLN2-80(-) 클론이 pHLN1-80(-)에 비해서 대장균에서 ICP발현량이 과다발현되는 현상을 규명하고자 하였다. 본 연구에서는 상기의 pHLN2-80(+) 클론의 발현량을 조절하는 원인을 규명하기 위하여 ICP의 아미노산 서열은 변화되지 않는 범위 내에서 pHLN1-80(+) 클론에 있는 Plac프로모터와 ICP유전자 프로모터의 일부인 -80 bp프로모터의 염기서열, 전사 개시점과 종결부위의 변이가 ICP유전자발현에 미치는 영향을 조사하였다. pHLN1-80(+)에 5'-말단에 존재하는 -80 bp 프로모터만을 보유한 pHLNK-80 클론은 ICP 생산은 매우 저조하였다. Plac프로모터와 -80 bp 프로모터의 구조 골격을 일부 변이 시킨 pHLNF1-80클론의 ICP생산량은 pHLN2-80(-)가 생산한 양보다는 낮아서 과다발현이 안되었다. Plac프로모터 상류를 약 350bp을 제거하여 만든 클론 pHLND2-80의 ICP 생산량은 모클론인 pHLN2-80(-) 보다 매우 높게 과다발현 되었다. ICP 유전자의 과다발현 현상에 대한 전사 개시점과 전사종결 부위의 역할을 알아보기 위해서 -72bp ICP유전자프로모터를 갖는 클론 pHLD1-72는 재조합 클론 pHLN2-80(-)가 생산한 양보다 적은 양의 ICP을 생성하였고, 클론 pHLD2-72는 재조합 클론 pHLN2-80(-)보다 적은 ICP을 발현하여 과다 발현되었으며, 클론 pHLN2-72는 모클론인 pHLN2-80(-)보다 약간 높은 ICP 생산량을 보여 과다발현되었다. 클론 pHLN2-72를증식하여 파쇄액을 만든 후에 Bombyx mori유충에 대한 살충력 검사에서 클론 pHLN2-72이 생산한 ICP는 pHLN1-80(+)이 생산한 ICP보다 약 90배의 살충력을 보였다. SDS-PAGE와 Western blot 분석에서도 클론 pHLN2-72는 재조합 클론 pHLN2-80(-)보다 약간 높게 ICP가 생성이 되었었다. 이상의 결과는 과다발현에 Plac프로모터와 종결부위가 반드시 필요하며, -72 bp ICP 프로모터가 -80 bp 프로모터보다 과다발현률이 높았으며, ICP 유전자는 반드시 Plac프로모터의 전사 방향에 역방향으로 삽입이 되어야 하는 것으로 나타났다.

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인대광산 지역 광산배수에 영향을 받은 하천에서 미량원소의 계절적인 수질변화와 자연저감 (Seasonal Variation and Natural Attenuation of Trace Elements in the Stream Water Affected by Mine Drainage from the Abandoned Indae Mine Areas)

  • 강민주;이평구;최상훈
    • 자원환경지질
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    • 제40권3호
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    • pp.277-293
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    • 2007
  • 비소와 납 함유량이 높은 인대광산 지역에 분포하는 여러 폐광석 적치장으로부터 유출된 침출수와 광산배수에 영향을 받은 수계에서 미량원소, pH 및 산화환원전위차의 계절적 및 공간적인 변화가 관찰되었다. 채광활동이 약 40년전이었고 폐광석 적치장이 유실되었기 때문에 이 수계는 심각하게 오염된 상태이었다. 침출수와 광산배수의 유입으로 인하여 수계 상류구간의 지표수는 비교적 약 산성 및 강한 산화환경 특성이 있으며, 아연(최대 $5.830mg/{\ell}$), 구리(최대 $1.333mp/{\ell}$), 카드뮴(최대 $0.031mg/{\ell}$) 및 황산염(최대 $173mg/{\ell}$) 함량의 계절적 및 공간적인 변화가 큰 특징이 있었다. 침출수에서 가장 함량이 높은 원소의 순서로 나열하면 아연($0.045-13.909mg/{\ell}$), 철($0.017-8.730mg/{\ell}$), 구리($0.010-4.154mg/{\ell}$) 및 카드뮴($n.d.-0.077mg/{\ell}$)이며, pH는 낮으며 황산염 함량(최대 $310mp/{\ell}$)은 높았다. 광산배수도 아연, 구리, 카드뮴 및 황산염 함량이 높았으며, pH는 연중 중성으로 일정하게 유지되었다. 침출수와 광산배수가 단기적인 수계 유량의 변동에 영향을 줄 수 없을 지라도 수계의 화학원소 함량에 강한 영향을 주었다. 수계 내 철(수)산화광물이 풍부하다는 것과 화학적 특성은 철(수)산화광물의 침전이 이 수계의 지표수로부터 미량원소를 제거하는 데 중요한 역할을 하고 있음을 지시하였다. 이 수계의 하류 구간에서의 공간적 및 계절적인 변화는 오염되지 않은 지류로부터 유입되는 지표수에 의해 크게 기인하였다. 또한, 이 구간에서의 미량원소의 함량은 어떠한 인위적인 처리 없이도 광산배수와 침출수가 배출되는 지점으로부터 가까운 거리에서 지류와 수리학적으로 혼합되어진 후 배경값과 거의 유사한 함량으로 낮아졌다. 비보존성 반응(즉 침전, 흡착, 산화, 용해 등)과 보존성 반응(예: 수리학적 혼합)은 미량원소가 강으로 이동되는 것을 크게 감소시키는 효과적인 자연저감 기작이었다.

광반응, 펜톤, 그리고 Fe$^{2+}$와 UV의 조합반응을 이용한 Triclosan의 분해 : 공정 비교 연구 (Degradation of Triclosan by the Photolysis, the Fenton, and the Hybrid Reaction with Fe$^{2+}$ and UV : A Comparative Study)

  • 손현석;조경덕
    • 대한환경공학회지
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    • 제30권5호
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    • pp.517-523
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    • 2008
  • 본 연구에서는 펜톤반응, 광반응, 그리고 Fe$^{2+}$와 UV의 조합반응을 이용하여 항균제이면서 신종오염물질 중의 하나인 Triclosan (TCS)에 대한 분해 메커니즘을 해석하였다. 결과에 의하면 Fe$^{2+}$의 산화율은 $H_2O_2$와 UV-C에서 각각 30%와 28%로 차이를 보이지 않은 반면 UV-A의 경우 15%로 차이를 보였다. TCS의 초기 분해속도는 광반응(UV-C > UV-A)이 Fe$^{2+}$와 UV 조합반응과 펜톤 반응보다 높았으나 반응시간의 경과와 함께 Fe$^{2+}$가 포함된 조합반응에서의 분해속도 증가가 관찰되었다. 또한 반응중 메탄올의 첨가에 의해 모든 반응에서 영향을 받았고 펜톤반응의 경우 20분 동안 분해효율 90%에서 5%로 급감되었다. 이온성 부산물인 Cl$^-$의 생성율은 Fe$^{2+}$와 UV-C 조합반응에서 가장 높았으며(77% / 150 min) 메탄올이 첨가된 반응 초기에서는(15 min) 12%의 Cl$^-$ 생성을 보인반면 다른 반응들은 무시할 수준($\leq$2%)이었다. TOC의 제거 역시 Fe$^{2+}$와 UV-C의 조합반응에서 가장 높았으며 펜톤반응, Fe$^{2+}$와 UV-A 조합반응, UV-C 광반응, 그리고 UV-A의 광반응 순으로 낮았다. 그러나 펜톤반응의 경우 90분 후 부터는 반응이 거의 중지되는 것이 관찰되었는데 이는 $H_2O_2$에 의한 Fe$^{2+}$의 산화반응이 중지되었기 때문이다. 이에 반해 Fe$^{2+}$와 UV의 조합공정에서 반응은 지속되었다. 또한 초기 Cl$^-$ 생성은 Fe$^{2+}$와 UV-C의 조합반응에서 환원반응에 의한 TCS의 분해메커니즘을 가지고 있다고 할 수 있다. 환원에 의한 분해는 할로겐화유기화합물의 무기화에 매우 유리하므로 TCS의 대안적 처리방법으로 UV-C와 Fe$^{2+}$의 조합반응은 적용가능하다.

플라즈마를 이용한 악취물질 분해 특성 (Decomposition of odor using atmospheric-pressure plasma)

  • 강석원;이재식;이강산;임희아;김지성;이정대;박월수;박영구
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제21권7호
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    • pp.708-718
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    • 2020
  • 대기오염 중 악취는 인간의 생활이나 활동, 건강에 직·간접적으로 영향을 주어 사회적 환경문제로 인식되고 있다. 악취물질 중 NH3(암모니아), H2S(황화수소), C6H6(벤젠)은 석유화학공장, 공공하수처리시설 및 분뇨처리시설, 가축분뇨 처리시설, 폐기물 처리시설과 음식물류 처리시설에 등에서 대량으로 발생하므로 효율적인 악취 제거가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 대기압 플라즈마를 이용한 악취 제거와 제거효율을 연구하였다. 가스크로마토그래피(Gas Chromatography, GC)와 악취측정장치를 이용하여 대기압 플라즈마와 악취물질 반응 전후의 농도를 측정하였다. 측정결과를 백분율로 환산하여 효율을 평가하였다. 플라즈마를 이용한 악취 분해는 플라즈마를 방전시킬 때 생성된 활성라디칼과 O3(오존)을 이용하여 악취물질을 중화처리 및 광화학적으로 산화하는 기전을 이용한 것으로 상온에서 악취 물질의 처리가 가능하며, 2차 오염물질의 발생이 없다는 장점이 있다. NH3, H2S, C6H6 3가지 악취 물질 모두 대기압 플라즈마의 출력을 500 W로 방전시켜 반응시켰을 때 모두 1분 내로 악취 물질이 완전히 분해되었다. 따라서 고농도의 악취 물질과 두 종류 이상의 냄새유발 물질이 반응할 때 발생한 복합악취 또한 대기압 플라즈마를 이용하여 제거할 수 있다고 판단된다.

영지의 균사체성 ${\beta}-glucan$에 의한 Raw 264.7 대식세포의 Nitric Oxide생성 (Production of Nitric Oxide in Raw 264.7 Macrophages treated with Ganoderan, the ${\beta}-Glucan$ of Ganoderma lucidum)

  • 한만덕;이은숙;김영권;이준우;정훈;윤경하
    • 한국균학회지
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    • 제26권2호통권85호
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    • pp.246-255
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    • 1998
  • 영지균사체로부터 기능적인 면역활성 물질을 얻고자, 여러 조건으로 추출된 ${\beta}-glucan$성 다당류(GAM)의 Raw 264.7 대식세포 활성 정도를 알아보았다. GAN으로 자극된 Raw 264.7 대식세포는 대조군보다 약 $2{\sim}5$배의 nitric oxide 생성을 촉진하였다. 대식세포의 활성화 정도는 GAM의 구조와 분자량 그리고 화학적 조성에 따라 NO생성에 차이를 보였다. 서당을 탄소원으로 배양된 균사체로부터 추출된 알칼리 가용성이며 수용성인 G-BUC로 활성화된 Raw 264.7세포는 $22{\mu}M$의 NO생성을 유도하였다. G-SUC(WS)는 87%의 탄수화물과 3.4%의 단백질로된 평균분자량 30 kD의 다당류이다. 탄수화물의 구성당은 48%의 포도당과 22%의 mannose등으로 구성된 glucomannan성 GAM이다. 세포분획성 GAM가운데 세포벽으로부터 추출된 알칼리 가용성(CW-AB-WS)인 ${\beta}-glucan$성 다당류가 가장 많은 NO생성을 촉진시켜 영지의 대식세포 활성 다당류로 가장 잠재력이 있는 다당류인 것으로 나타났다. NO생성에 GAN과 대식세포 활성물질(LPS 및 $IFN-{\gamma}$)의 혼합 효과는 독자적인 자극보다는 혼합하여 자극했을 때 NO의 생성이 증폭되었다. GAM으로 활성화된 대식세포의 유사분열은 대조군에 비해 현저히 억제되었으며, 활성화된 대식세포의 배양액은 in vitro에서 L1210 암세포 주에 세포독성을 나타내었다. 이와 같은 결과로 보아 영지의 ${\beta}-glucan$성 다당류(GAN)는 ${\beta}-anomeric$ glucan receptor를 갖고 있는 대식세포를 자극하여 NO를 생성하며, 이때 NO생성의 촉진하는 다당류의 조건은 어느정도의 수용성을 갖고 있는 소량의 단백질이 포함된 고분자성 ${\beta}$glucan다당류이다.

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유기 리간드와 비정질 실리카겔의 상호 작용에 대한 17O 고상핵자기공명 분광분석 연구: 실리카 표면 구조 및 지각의 탈수반응에 대한 의의 (17O Solid-State NMR Study of the Effect of Organic Ligands on Atomic Structure of Amorphous Silica Gel: Implications for Surface Structure of Silica and Its Dehydration Processes in Earth's Crust)

  • 김현나;이성근
    • 한국광물학회지
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    • 제25권4호
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    • pp.271-282
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    • 2012
  • 비정질 실리카겔은 Si와 O로 이루어진 가장 간단한 화합물로서, 표면에 다양한 구조의 물과 수산기, 그리고 합성과정에서 형성된 유기 리간드(ligand)를 함유하고 있어, 지권, 수권, 그리고 생물권의 상호작용을 이해하는 모델 시스템으로서 의미를 갖는다. 본 연구에서는 $^{17}O$ NMR 분광분석을 통해 비정질 실리카겔의 Si-O-Si와 Si-OH 산소 원자환경의 차이를 규명하고자 하였다. 이를 위해 $SiCl_4$의 수화반응을 통해 $^{17}O$이 집적된 비정질 실리카겔을 합성하였다. $^1H$$^{29}Si$ NMR 분광분석 결과, 비정질 실리카겔 표면에는 다양한 수소결합 세기를 가진 물과 수산기 이외에, Si-$O{\cdots}R$ 형태의 유기 리간드가 존재함을 확인하였다. 이와 같은 유기 리간드는 에탄올 또는 증류수를 이용해 비정질 실리카겔을 초음파 세척함으로써 상당부분 제거 가능하다. $^{17}O$ NMR 분광분석 결과, 짧은 펄스 길이($0.175{\mu}s$)를 이용한 $^{17}O$ NMR 스펙트럼에서 Si-O-Si와 Si-OH 산소원자 환경이 거의 구분되지 않고 나타나는 반면, 특정 실험조건($2{\mu}s$ 펄스길이)의 $^{17}O$ NMR 스펙트럼에서는 약 0 ppm에서 빠른 동역학적 특성을 가지는 Si-OH로 추정되는 피크가 관찰되었다. 이 피크는 비정질 실리카겔 표면의 유기 리간드가 제거됨에 따라 더 뚜렷하게 관찰되며, 이는 유기 리간드와 비정질 실리카의 산소원자 사이의 상호작용이 존재함을 지시한다. 이와 같은 상호작용은 비정질 실리카겔 표면의 수산기의 원자구조에 대한 정보를 제공하며, 이를 통해 규산염 지구물질의 탈수반응 기작에 대한 이해를 고양시킬 수 있다. 따라서 궁극적으로 지구물질의 탈수반응에 기인하여 일어나는 섭입대의 중간깊이(약 70~300 km)에서 일어나는 지진의 미시적인 원인에 대한 실마리를 제시할 것으로 기대된다.

열처리에 따른 백석면의 광물학적 특성 변화와 열분해 과정 연구 (Characterization of Mineralogical Changes of Chrysotile and its Thermal Decomposition by Heat Treatment)

  • 정현이;문원진;노열
    • 자원환경지질
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    • 제49권2호
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    • pp.77-88
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    • 2016
  • 백석면[Chrysotile, $Mg_3Si_2O_5(OH)_4$]은 사문석군 광물에 속하는 1:1 층상규산염광물로 섬유상의 형태와 구조적 특성으로 인해 다양한 이용과 연구가 진행되었으나, 근래에는 1급 발암물질로 선정되면서 백석면의 분해에 따른 본질적인 무해화를 위한 연구의 관심도가 높아졌다. 따라서 이 연구는 열처리에 따른 백석면의 광물학적 특성 변화를 관찰하여 열분해에 따른 무해화 과정을 알아보고자 하였다. 실험은 캐나다 LAB Chrysotile 광상에서 산출되는 백석면을 이용하여 $600-1,300^{\circ}C$ 범위에서 2시간 동안 열처리를 하였으며, TG-DTA, XRD, FT-IR, SEM-EDS, TEM-EDS 분석을 통해 백석면의 결정구조, 형태 및 화학성분의 변화를 확인하여 광물학적 특성변화를 관찰하였다. 열분해 실험 결과, 섬유상의 hollow tube 구조를 가지는 백석면은 약 $600-650^{\circ}C$에서 흡열반응이 일어남에 따라 팔면체판(MgOH)에서 수산기(OH)가 제거되면서 백석면은 비정질 광물의 형태로 변화하였다(탈수화 1단계). 약 $820^{\circ}C$에서는 발열반응이 관찰되었으며 이는 Mg, Si, O의 재배열 결과 주상의 고토감람석(forsterite, $Mg_2SiO_4$)으로 상전이에 영향을 준 것으로 사료된다(탈수화 2단계). 또한 $800^{\circ}C$ 이상으로 열처리한 일부 시료에서 고토감람석 내 결정구조의 변화가 시작되었고, $1,000^{\circ}C$ 이상에서는 온도 상승에 따라 점진적인 재결정 작용 결과 3차원적으로 성장하여 구형광물로 형태 변화가 나타나며 완화휘석(enstatite, $MgSiO_3$)을 형성하였다. 따라서 이 연구는 다양한 분석법의 적용과 2시간 동안의 열처리를 통하여 백석면의 탈수화 반응에 따른 결정구조의 붕괴와 섬유상 형태의 변형을 확인하였으며, 백석면은 무해 광물인 고토감람석과 완화휘석으로 상전이 됨을 통해 백석면의 무해화 과정을 제시 할 수 있었다.