견고한 뼈 재생을위한 뼈 조직 공학 - 나노 접착제 고분자 막
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An Affair To Remember Beegie Adair
.허블보기 스파이럴 갤럭시는 우리에게 직접적으로 방향을 설정했습니다
토픽 : 천문학 우주론 허블 우주 망원경 이미지 으로 허블 우주 망원경 2019년 7월 29일 NGC 3432 믿거 나 말거나, 밝은 물집과 물질의 주머니로 얼룩진이 길고 빛나는 줄무늬는 우리 은하와 같이 나선 은하입니다. 그러나 어떻게 그럴 수 있을까요? NGC 3432라는 이름의이 은하가 지구상의 유리한 지점에서 우리에게 직접 향하는 것을 보았습니다. 은하계의 나선 팔과 밝은 핵은 숨겨져 있고, 우리는 매우 바깥쪽에있는 얇은 띠가 보입니다. 우주 먼지의 어두운 띠, 다양한 밝기의 패치 및 별 형성의 분홍색 영역은 NGC 3432의 실제 모양을 만드는 데 도움이됩니다. 그러나 여전히 다소 어려움이 있습니다! NASA / ESA 허블 우주 망원경과 같은 관측소는 모든 종류의 방향에서 나선 은하를 보았 기 때문에 천문학 자들은 우리가 한 순간을 잡았을 때를 알 수 있습니다. 은하계는 레오 마이너 (Lesser Lion)의 별자리에 있습니다. 볼거리에 NGC 3432가있는 다른 망원경에는 Sloan Digital Sky Survey, Galaxy Evolution Explorer (GALEX) 및 IRAS (Infrared Astronomical Satellite)가 있습니다. 크레디트 : ESA / Hubble & NASA, A. Filippenko, R. Jansen
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.견고한 뼈 재생을위한 뼈 조직 공학 - 나노 접착제 고분자 막
Thamarasee Jeewandara, Phys.org PCL 및 PDA NP의 전기 방사를 통한 조작 된 멤브레인 제작의 개략도. 제공 : NPG Asia Materials, doi : 10.1038 / s41427-019-0139-5, 2019 년 7 월 30 일 기능
생체 공학자 들은 NPG Asia Materials 에 게재 된 새로운 연구 에서 생쥐의 두개골에서 뼈 결함을 복구하기 위해 줄기 세포 가 있는 새로운 섬유막의 개발을보고했습니다 . 이를 위해 홍합에서 영감을 얻은 폴리 도파민단백질은 홍합의 접착 단백질과 마찬가지로 막 표면에 생물학적 물질을 묶어주는 유망한 화합물이다. 이번 연구에서 화학 공학, 기계 공학, 재료 기술, 중국 및 호주의 미래 재료 및 재생 의학 분야의 학제 간 부서의 연구원 인 Yi Deng은 폴리 도파민 나노 입자로 생체 적합성 막을 코팅하여 칼슘을위한 많은 위상 학적 부위를 형성했다 부착 및 뼈 결함 수리. 이 팀은 함께 코팅 및 코팅 막 배양 줄기 세포 에서 분리 된 뼈의 골수를 라이브 생쥐의 두개골 뼈의 결함을 재생하기 위해 세포막을 이식. 2 개월간의 번역 연구 후 그들은 코팅되지 않은 멤브레인에 비해 줄기 세포가 뼈의 상당량을 생산하도록 끈적 멤브레인의 능력을 나타냈다. 뼈 결함과 부상은 일반적으로 사고 또는 나이 관련 퇴행성 질환으로 인해 선천성 결함으로 현미경 적 수준에서 발생할 수 있습니다. 대부분의 뼈 결함은 자기 치유 기전으로 자발적으로 치료할 수 없으며 뼈 연구 및 뼈 조직 공학 에서 뼈 복구를 촉진하는 견고한 생체 적합 물질을 개발해야하는 시급한 요구 사항이 있습니다 . 생체 공학자는 줄기 세포 분화를 조작 하여 최적화 된 대규모 뼈 재생을 위한재료 과학 및 첨단 기능성 재료에서, electrospun membrane 은 다음과 같은 몇 가지 생체 적합성 장점으로 인해 유도 된 조직 공학 전략에 큰 주목을 받았습니다.
줄기 세포 부착을 위한 생체 모방 법
세포 부착 및 성장을 촉진하는 넓은 표면적
3 차원 섬유 막을 형성하고 수많은 줄기 세포주 (마우스, 래트 및 인간 종에서 유래 한 것)의 골 형성 가능성을 촉진하는 능력 .
TOP : PDA NP 및 전기 방사 PDA / PCL 섬유 멤브레인의 미세 형태. PDA NP의 TEM 이미지; (b1) PDA / PCL, (b3) 2 % PDA / PCL, (b4) 5 % PDA / PCL 및 (b5) 10 % PDA / PCL 섬유 멤브레인의 SEM 이미지. B의 빨간색 화살표는 필라멘트를 가리 킵니다. BOTTOM : PDA / PCL 섬유질 막의 화학 성분. (a) 라만 스펙트럼 및 (b) PDA / PCL 섬유막의 상응하는 수적 이미지와의 접촉각. 제공 : NPG Asia Materials, doi : 10.1038 / s41427-019-0139-5
재료 과학자들은 합성 GTR 재료를 (1) 생 흡수성 재료와 (2) 비 흡수성 재료의 두 가지 주요 범주로 분류합니다. 비 흡수성 재료는 두 번째 수술을 통해 이식 한 후에 제거되어야하며, 새로 생성 된 조직을 손상시키면서 증가 된 의료 비용을 초래합니다. 대조적으로, 생물학적 합병증이 임상 적용을 심각하게 저지하지만 폴리 비닐 알코올 (PVA) , 폴리 락 티드 - 글리콜 라이드 (PLA) 또는 PCL 과 같은 생분해 성 막이 임상 적 착상에 바람직하다 . 그러므로 현재 연구에서, Deng et al. 는 catechol 화학을 기반으로하는 '물질 독립적 인'단순한 표면 코팅, 엔지니어링 전략으로 홍합에서 분비 된 생물 흡착 접착 단백질을 사용했다 . Polydopamine (PDA) 은 mesenchymal 줄기 세포 부착 을 지원 하고 인간 체세포의 재 프로그램 을 유도 하기 위해 nanoscale 생체 물질 코팅과 같은 다양한 기질에서 줄기 세포의 조골 세포 분화를 촉진 할 수 있습니다 . 그럼에도 불구하고, PDA 나노 층은 표면으로부터 쉽게 탈락하여 국소 세포 사멸 또는 염증 반응 을 유도 할 수있다부작용으로. Deng et al. 기존 한계를 극복하고 실험실에서 새로운 생체 적합성 및 생분해 성 막을 개발하기위한 특정 실험 단계를 구현했습니다. 새로 개발 된 생체 재료 또는 섬유질 막은 국소 줄기 세포의 운명을 조종하여 뼈 재생을위한 골아 세포를 형성하는 유리한 틈새를 제공 할 것입니다. 1 단계 : electrospinning이있는 PDA 내장 PCL (PDA / PCL) 엔지니어링 과학자들은 PDA / PCL 섬유 막 제조 및 합성을 위해 카테콜 (catechol) 화학을 사용했다. 그들은 electrospinning을 통해 섬유질 멤브레인을 형성하기 위해 연속적인 초음파 처리와 볼 텍싱 (vortexing)을 통해 PC nanoparticles (PDAs)를 PCL에 균일하게 분산시켰다. Deng et al. 사용한 주사 전자 현미경 (SEM) 및 랜덤 마이크론 크기의 섬유 망의 관찰, 표면 특성. 비교 적으로, 순수한 PCL 전기 방사 막은 부드럽게 유지되는 반면, PDA NP의 통합은 섬유 표면을 거칠게 만들었다. 이 과학자들은 라만 스펙트럼 과 X 선 광전자 분광법 (XPS) 분석을 사용하여 새로운 표면 화학을 확인했다 . 생체 적합 물질은 단백질 흡착과 세포 부착을 허용하는 친수성이었다. 연구원들은접촉각 측정 을 통해 순수한 수정되지 않은 PCL 멤브레인에 비해 PDA 습윤성 및 향상된 친수성을 확인할 수 있습니다.
TOP : 뼈와 같은 결절 형성. (a) 7 일과 14 일 동안 SBF에 담근 후 획득 한 PDA / PCL 섬유막의 SEM 사진. (b) 14 일째 PDA / PCL 섬유질 막 표면의 입자 퇴적물의 EDS 데이터 및 Ca / P 비. 바닥 : 세포 부착과 증식. (a) SEM과 b CLSM 6 시간과 12 시간에 다른 PDA NP 농도를 갖는 조작 된 섬유질 멤브레인에 부착 된 hMSC를 관찰. pseudopodia를 가리키는 빨간색 화살표. (b)의 오른쪽 위에있는 삽입물은 단일 셀의 확대 이미지를 보여줍니다. (c) CCK-8을 통해 얻은 표본 표면의 hMSCs의 세포 부착 및 (d) 증식 곡선. * 그룹간에 p <0.05를 나타내며, **는 그룹간에 p <0.01를 나타냅니다. #는 다른 그룹과 비교하여 p <0.05를 나타낸다. 제공 : NPG Asia Materials, doi : 10.
2 단계 : 표면 특성 연구
생체 활성 멤브레인은 주위의 골조직 (뼈 조직) 과 통합 될 수 있기 때문에 , Deng et al. 모의 체액 (SBF) 용액에 담긴 생체 물질의 표면에서 뼈 아파타이트 층의 형성을 평가했다 . 7 일간 침지 후, 과학자들은 PDA / PCL 세포막에서 클러스터링 된 결절 응집체를 관찰하였으며 이는 14 일째에 급격히 증가 하였다. 대조적으로, 원래의 수정되지 않은 PCL의 대조군 샘플은 7 일에 Ca-P 침착 물을 보유하고 있었고, 하루에 아파타이트 섬 그러므로 PDA 함량이 증가할수록 표면에 증착 된 인회석의 양이 증가했다. Deng et al. 재료 특성화 데이터를 사용하여 순수한 PCL 컨트롤과 비교하여 PDA / PCL 멤브레인의 향상된 생체 내 생체 활성을 검증했습니다. 3 단계 : 생물 기능화 연구 과학자들은 세포 접착, 퍼짐 및 인간 간엽 줄기 세포 (hMSCs) 증식 과 비교하여 조작 된 PDA / PCL 세포막의 세포 적합성 (세포 생체 적합성)을 평가했다 . hMSCs는 주로 골수 에 존재하여 손상시 조직 복구를 돕습니다. 세포 배양 6 시간 후 원형 세포 형태를 가진 hMSCs는 순수한 PCL에는 잘 접착되지 않았지만 PDA / PCL 세포막의 세 가지 변이체에 멤브레인 표면 부착을위한 filopodia를 나타냈다. 세포 카운팅 실험 및 세포 생존 능력 CCK-8 분석을 사용하여 , Deng et al. PDA NP의 함량이 생존 세포 의 수에 유의 한 영향을 미친다는 것을 보여 주었다 표면에 붙어 있으며 작업에서 2 % PDA / PCL 그룹으로 최적의 표면 특성을 관찰했습니다. 연구팀 은 ARS ( Alizarin Red S ) 염색 으로 hMSC 의 알칼리성 인산 가수 분해 효소 (ALP) 활성 및 칼슘 매트릭스 생성을 결정함으로써 유도 된 뼈 조직 재생을 위해 PDA / PCL 막을 설계하는 최적의 공식을 결정했다 . PDA NP의 양이 많거나 적 으면 저농도가 세포 성장을 유발하지 않았기 때문에 세포 성장과 골 형성 분화 는 낮았지 만 높은 농도는 독성이었다.
골 형성의 분화 : a, b ALP 활성의 착색 및 정량화, c, ARS 염색 및 칼슘 생성의 정량화, 다른 PDA / PCL 섬유질 막의 osteo-specific genes에 대한 RT-PCR 분석. *는 군간의 p <0.05를, **는 군간의 p <0.01를 나타낸다. #는 다른 그룹과 비교하여 p <0.05를 나타내며, ##은 다른 그룹과 비교하여 p <0.05를 나타낸다. 제공 : NPG Asia Materials, doi : 10.1038 / s41427-019-0139-5
분자 수준에서의 조사가 생물 공학을위한 생체 재료에서 강력한 도구이기 때문에, Deng et al. 분자 도구를 사용하여 hMSC와 조작 된 멤브레인 사이의 상호 작용을 조사했습니다. 이를 위해 그들은 막에서 배양 된 hMSCs에서 골 형성 관련 유전자 ALP , Runx2 , Col1a1 및 OPN 의 발현을 모니터링했다 . 7 일에 그들은 2 % PDA / PCL 샘플에서 상당 수준의 ALP 유전자 발현을 관찰 하였다. 14 일째에는 1, 2 % PDA / PCL 그룹에서 Runx2 유전자 발현 수준이 유의하게 높았다. 그러나 21 일까지 과학자들은 네 그룹 사이에서 눈에 띄는 차이를 관찰하지 못했습니다. 그들은 면역 형광 염색법을 사용하여 관찰을 검증하고 성숙한 골아 세포로 분화하기위한 hMSC의 최적 유도를 위해 2 % PDA / PCL 막을 선택했습니다. 4 단계 : 번역 연구 Deng et al.은 in vitro 실험 결과를 바탕으로 동물 모델을 사용하여 마이크로 파이버 멤브레인의 생체 내 생물 기능을 조사했습니다. 이를 위해 쥐 두개골에 임계 크기의 뼈 결함을 만들고 결손 부위를 덮기 위해 섬유막을 배치 한 다음 미세 CT (micro-computed tomography)를 이용한 뼈 형성 검사 , 조직 학적 분석 및 형광 표지를 실시했습니다. 이식 후 4-8 주. 그들이 마이크로 CT 두개골의 3D 이미지를 검사했을 때, 2 % PDA / PCL 막은 가장 큰 뼈 형성 영역을 제공하고 뼈 결함의 중심까지 상당한 확장을 제공했습니다. 과학자들은 경이적인 osteoconductive 통합을위한 2 % PDA / PCL 막에서 석회화 매트릭스와 뼈 리모델링의 더 높은 함량을 얻었다.
왼쪽 : PDA / PCL 섬유막의 생체 내 평가. (a) 8 주 수술 후 전체 두개골의 3 차원 마이크로 CT 이미지 재구성. (b) 4 주 및 8 주에 새로운 뼈 부위의 정량화. (c) 4 주 및 8 주 후에 마이크로 CT 데이터로부터 분석 된 막 이식편의 결함 및 d 뼈 조직 형태 측정의 미세 CT 영상. *는 그룹 간의 p <0.05를 나타내며, &는 다른 그룹과 비교하여 p <0.05를 나타냅니다. 우측 : 조직 및 면역 조직 학적 분석 이식 후 4 주 및 8 주째에 두개골 결손 부위와 PCL 및 2 % PDA / PCL 섬유질 막이 결손 된 부위의 조직 학적 및 면역 조직 학적 분석 : (a) H & E 염색, (b) Masson 염색, (c) 톨루이딘 블루 염색, (d) 및 OCN의 면역 조직 염색. HB 주인 뼈; CT 결합 조직; NB 새로 형성된 뼈. a-c의 빨간색 화살표는 혈관을 가리 킵니다. 제공 : NPG Asia Materials, doi : 10.1038 / s41427-019-0139-5
헤 마톡 실린 및 에오신 (H & E)는의 염색 2 퍼센트 PDA / PCL 군 비교적 가시 뼈 구조 조정은 PCL 그룹의 공동의 섬유 조직을 밝혔다. 과학자들은 또한 PDA / PCL 2 % 그룹에서 수술 후 8 주 후에 혈관 형성이 많은 뼈를 관찰했다. 그들은 Masson, 톨루이딘 블루 및 면역 조직 화학 검사 (IHC)로 더 염색하여 새로운 뼈와 콜라겐 형성을 확인했다. 결합 된 조직 학적 데이터는 조작 된 섬유질 멤브레인에서의 PDA NP의 사용이 생체 외에서 골 분화가 또한 유효하다는 가설을지지하면서 골 재생을 현저하게 증가 시킨다는 것을 밝혀냈다. 이러한 방식으로 이순신 (Yi Deng)과 공동 연구원은 재생 의학 분야의 뼈 조직 공학 응용 분야에 바이오 인피 다드 (bioinert) 합성 폴리머로 공동 전기 방사 된 PDA NP를 제조하여 바이오 인피 드 (bioinset), 유연 및 골조직 용 PDA / PCL 섬유 멤브레인을 제조했습니다. 복합 재료에 포함 된 PDA NP의 양은 개발 된 멤브레인의 화학적 조성, 섬유 크기 및 기계적 특성을 크게 개선했습니다. 시험관 내 실험과 생체 내 데이터 모두 순수 PCL에 비해 2 % PDA / PCL 구조로 새로운 뼈 형성 능력을 확인했습니다. 조작 된 PCL / PDA 멤브레인은 osteoconductive하고 이식하기 쉽고 GTR 응용 분야에 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
추가 탐색 조직과 뼈를 재생시키는 새로운 멤브레인 클래스, 치주염 치료를위한 실행 가능한 솔루션 자세한 정보 : Yi Deng 외. 강력한 뼈 재생을위한 Bioinspired 및 osteopromotive polydopamine nanoparticle - incorporated 섬유질 멤브레인, NPG Asia Materials (2019). DOI : 10.1038 / s41427-019-0139-5
Rabih O. Darouiche. 외과 임플란트와 관련된 감염 치료, New England Journal of Medicine (2004). DOI : 10.1056 / NEJMra035415
Rajeswari Ravichandran et al. 지방 줄기 세포를 골 형성 계통으로 분화시키기위한 PLLA / PBLG / Collagen 나노 섬유 구조에 대한 나노 히드 록시 아파타이트의 침전, Biomaterials (2011). DOI : 10.1016 / j.biomaterials.2011.10.030
H. Lee et al. Multifunctional Coatings를위한 홍합 - 고무 표면 화학, Science (2007). DOI : 10.1126 / science.1147241
저널 정보 : New England Journal of Medicine , Biomaterials , Science
https://phys.org/news/2019-07-bone-tissue-engineeringnano-glue-polymer-membranes.html
.연구원은 인간의 반구 수면 모델링
Lisa Zyga, Phys.org 신용 : Pixabay의 Gordon Johnson, 2019 년 7 월 30 일 기능
조류, 돌고래, 고래와 같은 일부 동물은 한쪽 반구가 잠을 자고 다른 반구는 깨어있는 반구 수면에 관여 할 수 있습니다. 잠에서 깨어 나면 동물들은 문자 그대로 포식자와 새들에게 "눈을 뜨게"할 수 있으며 끝나면 몇 일 또는 몇 주 동안 연속 비행을 할 수 있습니다. 반구기 수면은 인간에서 발생하는 것으로 알려지지 않았지만, 최근의 연구에 따르면 첫 번째 밤 효과라고 불리는 새로운 위치에서 수면 장애가 발생할 때 비슷한 수면 스타일을 나타냅니다. 이 효과는 두 반구 사이의 비대칭 역학 관계를 포함합니다 : 오른쪽 반구 가 정상적인 서파 수면에 종사 하는 반면 , 왼쪽 반구는 더 얕은 수면을 경험하므로 부분적으로주의를 기울일 수 있습니다. 이제 새로운 연구에서 연구자들은 인간의 뇌 에서 반구 수면 모델을 개발하기 위해이 수면 활동의 기본 메커니즘을 더 조사했습니다 . Lukas Ramlow 등이 작성한이 논문은 최근 EPL에 게재되었다 . "우리의 연구에 따르면 두뇌 반구 의 자발적인 동적 대칭 파괴가 인간에게도 가능하다는 것이 밝혀졌습니다"라고 공자 인 베를린 Technische Universität의 이론 물리학 교수 인 Eckehard Schöll 은 Phys.org 에 말했다 . "다른 수면 단계는 서로 다른 정도의 동기화와 관련되어 있으므로 고 반구 수면의 약한 형태, 즉 두 반구의 수면 깊이가 서로 다른 것은 고래, 돌고래, 바다 표범, 그리고 철새뿐만 아니라 인간에서도 잘 나타납니다. 조류." 인간의 두뇌에서, 수면 및 웨이크 상태는 전기적 활동의 상이한 형태에 의해 구별 될 수있다. 깨어 났을 때 뇌의 뉴런은 비동기적이고 다소 혼란스러운 방식으로 발화되는 반면, 수면중인 뇌의 뉴런은보다 동기화 된 방식으로 발사됩니다. 이전의 연구에 따르면 두 반구는 두 반구가 조화 된 방식으로 전기 신호를 생성하므로 두 반구의 뇌가 두 개의 결합 된 오실레이터로 간주 될 수 있다고합니다. 이러한 관점에서 볼 때, 반구 수면은 뇌가 두 개의 공존하는 도메인을 차지하고 하나의 동기화 된 (수면) 반구와 하나의 비 일관적인 (깨어있는) 반구로 구성된 상태에서 발생합니다. 물리학에서 질서와 무질서가 공존하는이 유형의 상태를 "키메라 상태 (chimera state)"라고합니다. 연구원들은 90 명의 서로 다른 두뇌 부위에있는 20 명의 인간의 MRI 데이터를 사용하여 뇌가 어떻게 비 일관성 (깨어 있음)에서 동기화 (잠 들어 있음)로 변하는 지 조사했습니다. 그들이 설명 하듯이, 각 반구 내의 커플 링 (반구 내 커플 링)은 두 반구 사이의 커플 링 (반구 간 커플 링)보다 강하다. 연구자들은 반구 커플 링 강도를 모델 내 고정 된 상태로 유지하면서 반구 커플 링 강도를 감소시킴으로써 반구 수면과 키메라 상태를 닮은 한 반구가 다른 반동보다 더 많은 동기화 된 활동을 보였다는 것을 관찰했다. "이전에는 '키메라 상태'가 자연적으로 반구 수면 (특정 동물에 대해 알려진) 형태로 나타날 수 있지만 현실적인 모델링은 제공되지 않았다"고 Schöll은 말했다. "우리 연구의 중요성은 경험적 인간의 뇌 연결성을 이용하여 두뇌 반구의 동역학을 모델링함으로써 처음으로 보여졌으며, 이는 반구 수면과 유사한 부분 동기화가 실제로 발생할 수 있다는 것을 의미합니다. 반구 (강) 및 반구 (약) 커플 링의 다른 강점에 관한 것이다. " 결과는 반구 수면은 두 반구 사이의 어느 정도의 분리가 필요하다는 생각을지지한다. 연구진은이 분리가 뇌의 구조적 비대칭으로 인해 발생할 수 있음을 발견했다. 예를 들어, 두 반구가이 영역 내에서 서로 다른 크기의 뇌 영역과 서로 다른 신경 세포 밀도를 가지고 있다는 것은 잘 알려져 있습니다. 연구원들은 그들의 모델에 기초하여 약간의 구조적 비대칭이더라도 키메라 상태 에서처럼 한쪽 반구가 다른 쪽 반보다 더 많은 발사 동기 패턴을 보이는 역학적 비대칭 성을 발견했다. 전반적으로, 뇌의 구조적 비대칭 성은 반구 수면의 기본 메커니즘과 관련 첫날 효과를 설명 할 수 있지만, 많은 의문점은 아직 풀리지 않습니다. "향후 연구에서 우리는 다음과 같은 질문에 대해 우리 모델 (인간 두뇌의 경험적 구조적 연결성에 역학을 사용)에서 반구 수면 상태를보다 철저히 조사 할 계획이다"라고 Schöll은 말했다. "두뇌 반구의 어느 부분이 동기화되지 않았습니까? 두뇌의 다른 영역 사이의 동기화를 중재하는 뇌에서 어떤 종류의 중계를 식별 할 수 있습니까? 그러한 중계 동기화는 어떻게 기억이나 학습 또는 인식과 관련이 있습니까? 또한 우리는 뇌 의 자연 발생적인 강한 동기화와 관련이있는 간질 발작이 어떻게 시작되고 종결 되는지 조사 중이다 . "
추가 탐색 깨어있는 동안 뇌 기능을 향상시킬 수 있습니까? 자세한 정보 : Lukas Ramlow, Jakub Sawicki, Anna Zakharova, Jaroslav Hlinka, Jens Christian Claussen 및 Eckehard Schöll. "반구 수면의 모델로서의 경험적인 뇌 네트워크에서의 부분 동기화" EPL. DOI : 10.1209 / 0295-5075 / 126 / 50007 저널 정보 : Europhysics Letters (EPL)
https://phys.org/news/2019-07-unihemispheric-humans.html
.태양 전지 재료를 처리하면 예기치 않은 미세 구조가 형성됨을 알 수 있습니다
에 의해 물리학의 미국 학회 벤질 아민으로 처리 한 후 강하게 재구성 된 결정 표면의 전자 현미경 이미지. 에칭 된 3D 결정 위에 2D 페 로브 스카이 트로 보이는 흔적을 볼 수 있습니다. 학점 : Loi Lab / University of Groningen, 2019 년 7 월 30 일
태양 전지 기술의 최근 발전은 다결정 페 로브 스카이 트 필름을 활성층으로 사용하여 24.2 %의 효율 증가를 가져 왔습니다. 하이브리드 유기 - 무기 페 로브 스카이 트는 특히 성공적이며, 태양 전지, 광 검출기, 발광 다이오드 및 레이저를 포함한 광전자 장치에 사용되어왔다. 그러나 하이브리드 페 로브 스카이 트 의 표면 은 전하 캐리어가 반도체 재료에 갇혀있는 표면 결함 또는 표면 트랩이 발생하기 쉽습니다. 이 문제를 해결하고 트랩 수를 줄이려 면 크리스탈 표면 을 부동 태화해야합니다. 사용 전에 페 로브 스카이 트는 화학 용액, 증기 및 대기 가스로 처리하여 재료의 효과가 떨어지는 결함을 제거 할 수 있습니다. 벤질 아민은 이러한 목적으로 특히 성공한 분자입니다. 이러한 치료가 작동하는 물리적, 화학적 메커니즘에 대한 자세한 이해의 수집 증가의 열쇠입니다 전하 캐리어를 에 태양 전지 . 이번 주 Applied Physics Review 의 기사에서 저자들은 벤질 아민으로 처리 한 하이브리드 유기 - 무기 페 로브 스카이 트 결정을 테스트하여 크리스탈 표면이 부동화되고 트랩 상태가 감소되는 메커니즘을 조사한다고 설명합니다. "이 분자는 태양 전지의 다결정 분야에서 사용되어 왔으며 사람들은 태양 전지가 개선되었음을 입증했다"고 저자 인 Maria A. Loi는 말했다. "우리는 깨끗한 시스템에서 왜 태양 전지가 개선되고 왜이 분자를 추가하면 장치를 더 잘 만들 수 있는지 이해하고 싶었습니다." 이 실험은 벤질 아민이 결정 의 표면으로 들어가 3 차원 결정의 표면에 새로운 2 차원 물질 -2-D 페 로브 스카이 트를 생성 함을 보여 주었다. 2-D 버전이 형성되고 나중에 표면에서 떨어져 나가면, 계단식 에칭 패턴이 발생합니다. "주 목적은 결함 상태를 줄이기 위해 표면을 부동화하는 것이 었습니다."라고 Loi 씨는 말했다. 놀랍게도, 우리는 표면이 변형 된 것으로 밝혀 졌는데, 이것은 예상 된 메커니즘이 아니 었습니다. 사람들은이 분자가 장치의 품질을 향상시킬 수 있다고보고하지만 실제로는 2 차원 층을 만들고 있다고보고 한 사람은 아무도 없습니다. 물질을 재구성 할 수도있다 "고 말했다. 저자들은 또한 벤질 아민과 대기 가스의 조합이 패시베이션에 가장 효과적이라는 것을 발견했다. Loi는 이것이 하나 이상의 유형의 트랩 상태가 존재 함을 의미 할 수 있습니다. 여러 유형의 트랩 상태에 대한 추가 조사를 통해 효율적인 광전자 장치를 위한 결정 준비와 관련된 메커니즘을 정밀하게 조정할 수 있습니다 .
추가 탐색 상업용 태양 전지에 가까운 맑은 단계 추가 정보 : 벤질 아민에 의한 메틸 암모늄 납 트리 브로마이드 단결정의 표면 부동화 메커니즘, Applied Physics Reviews , DOI : 10.1063 / 1.5088342 미국 물리학 연구소 제공
https://phys.org/news/2019-07-solar-cell-materials-reveals-formation.html
.혼돈의 가장자리 : 외계 행성 안정성 분석을위한 새로운 방법
에 의해 물리학의 미국 학회 혼돈 지표 MEGNO (a)와 재발 네트워크에 의해 얻어진 토성의 안정성지도는 평균 경로 길이 (b)와 전이도 (c)를 측정합니다. 후자의 두 패널은 목성의 통과 타이밍 변화와 태양의 방사 속도를 각각 기준으로합니다. 신용 : Tamás Kovács, 2019 년 7 월 30 일
멀리 떨어진 별을 중심으로 회전하는 외계 행성은 케플러 우주 망원경과 같은 첨단 기술로 빠르게 집중되고 있습니다. 외계 행성의 초기 위치와 속도가 알려지지 않았기 때문에 이러한 시스템을 완전히 이해하는 것은 어렵습니다. 시스템 동역학이 준주기 또는 혼돈인지 여부를 결정하는 것은 번거롭고 비용이 많이 들고 계산적으로 까다 롭습니다. 금주의 카오스 에서 Tamás Kovács는 외계 행성계의 안정성 분석을위한 다른 방법을 제공합니다.이 방법은 관찰 된 시계열 데이터를 사용하여 역학 측정을 추론하고 외계 행성 시스템의 예측 불가능 성을 정량화합니다. "우리가 시스템 운동의 지배 방정식을 모르고 망원경으로 측정 한 시계열 만 가지고 있다면 시계열을 복잡한 네트워크 로 변환하려고 합니다 .이 경우에는 재발 네트워크 (recurrence network) "라고 코바치 (Kovács)는 말했다. "이 네트워크는 우리가 분석하고자하는 기반 시스템의 모든 역동적 인 특징을 가지고 있습니다." 이 논문은 1981 년에 시스템의 상태에 대한 일련의 관찰을 사용하여 시스템의 동역학을 재구성 할 수 있다고 제안한 물리학 자 Floris Takens의 연구를 그려 낸다. Takens의 임베딩 정리를 시작으로 Kovács는 고차원 궤도를 재구성하고 위상 공간의 몸체가 서로 가깝게있는 반복 점을 식별하기 위해 시간 지연 내장을 사용합니다. "이러한 특별한 포인트는 복잡한 네트워크의 정점과 가장자리가 될 것입니다."코바치가 말했다. "일단 네트워크를 구축하면이 네트워크를 다시 프로그래밍하여 과도 성과 평균 경로 길이 또는 해당 네트워크 고유의 측정 값을 적용 할 수 있습니다 ." Kovács는 알려진 시스템을 모델, 토성, 목성 및 태양의 3 체 시스템으로 사용하여이 방법의 신뢰성을 테스트 한 다음이를 Kepler 36b 및 36c 시스템에 적용합니다. 그의 케플러 시스템 결과는 알려진 것과 일치합니다. "이전의 연구에서 Kepler 36b와 36c는 직접 시뮬레이션과 수치 적분을 통해 시스템이 혼돈의 가장자리에 있다는 것을 알 수 있기 때문에 매우 특별한 시스템이라고 지적했습니다."Kovács가 말했습니다. "때로는 일정한 역 동성을 보여 주지만 다른 때에는 혼란스러운 것처럼 보입니다." 저자는 3 가지 바디가있는 시스템에 자신의 방법을 적용하고, 확장 성을 테스트하고, 더 긴 시계열 및 더 날카로운 데이터 세트를 처리하는 능력을 탐구 할 계획입니다.
추가 탐색 새로운 행성의 발견은 우리 태양계에 필적하는 먼 태양계를 드러낸다. 추가 정보 : exoplanetary 관찰 가능한 재발 네트워크 분석, 혼돈 , DOI : 10.1063 / 1.5109564 저널 정보 : 카오스 미국 물리학 연구소 제공
https://phys.org/news/2019-07-edge-chaos-method-exoplanet-stability.html
."비소세포폐암, 성장 억제 유전자 신호 경로 발견"
송고시간 | 2019-07-30 14:26 미 소크연구소, LKB1 유전자 신호 중계하는 효소 2개 확인 루벤 쇼 교수(왼쪽)와 파블로 홀스테인 연구원 루벤 쇼 교수(왼쪽)와 파블로 홀스테인 연구원 [소크 연구소 제공]
(서울=연합뉴스) 한기천 기자 = 치사율이 높은 비소세포폐암(NLSLCs)에서 돌연변이가 자주 발견되는 유전자가 LKB1이다. 정상일 때 LKB1은 암 종양을 억제한다. 발생 초기부터 적극적으로 개입해 종양이 생기는 걸 아예 차단한다. 이 과정에서 LKB1은 14개의 활성 효소로 구성된 '계주팀'의 주장 역할을 한다. 이들 효소의 연쇄 반응을 통해 세포 신호를 전달하는 것이다. LKB1이 비활성화됐을 때 어떤 메커니즘이 작동해 비소세포폐암의 성장을 촉진하는지를 미국 소크 연구소 과학자들이 밝혀냈다. 이들이 발견한 건, LKB1의 신호를 받아 암세포의 성장과 염증을 억제하는 데 관여하는 활성 효소 두 개다. 이 연구소의 암센터 소장인 루벤 쇼 교수팀은 이런 내용의 연구보고서를 지난 27일(현지시간) 저널 '캔서 디스커버리(Cancer Discovery)' 온라인판에 발표했다. 온라인( 링크 )에 공개된 연구개요에 따르면 LKB1이 폐암 발생에 관여하는 유전자로 처음 확인된 건 15년이 넘었다. 하지만 한 팀처럼 움직이는 14개의 활성 효소 중 어떤 것이 LKB1의 종양 억제 기능과 연관돼 있는지는 베일에 싸여 있었다. 활성 효소(kinases)는 ATP 등 '뉴클레오타이드 3인산'에서 말단 인산기가 떨어져 인산 화합물을 만드는 반응을 촉진한다. 쇼 교수팀은 지난해 LKB1의 폐암 억제 작용과 별로 상관이 없는 효소 2개를 어렵게 찾아냈으나 나머지 12개의 비밀은 풀지 못했다. 보고서의 제1 저자를 맡은 파블로 홀스테인 박사후과정 연구원은 "LKB1의 종양 억제 작용을 풀어낼 열쇠가 분명히 이들 12개의 효소 중에 있을 것 같았는데 어느 것인지는 알 수 없었다"고 토로했다. 연구팀은 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위와 유전자 분석 기술을 연계해 이를 효소의 정체를 밝히기로 했다. 배양한 NLSLCs 세포와 NLSLCs가 생기게 조작한 생쥐 모델에서, 하나 또는 복수의 효소를 번갈아 비활성화한 뒤 종양의 성장과 발달에 어떤 영향을 미치는지 비교·관찰했다. 그렇게 해서 찾아낸 게 바로 SIK1과 SIK3 두 효소다. 실험 결과 SIK1만 억제해도 종양의 성장은 빨라졌다. 하지만 추가로 SIK3까지 억제하면 종양이 훨씬 더 빨리 성장하면서 더 공격적으로 변했다. SIK1은 주기능을, SIK3는 보조 기능을 하는 것 같았다. 쇼 교수는 "14개의 효소 가운데 SIK1과 SIK3를 찾아낸 건, 무명의 쿼터백이 실제론 스포츠 역사상 가장 중요한 쿼터백이라는 걸 알게 된 거나 마찬가지"라고 의미를 부여했다. SIK1과 SIK3가 폐암 세포의 염증 반응을 특별히 억제한다는 것도 확인됐다. 일반적으론 LKB1도 세포 염증을 억제하는 것으로 알려졌지만 이것 또한 흥미로운 발견이었다. 다시 말해 폐암 종양에선 LKB1 유전자나, SIK1·SIK3 효소 중 어느 한쪽만 돌연변이를 일으켜도 염증이 악화하고 종양의 성장이 빨라진다고 연구팀은 설명한다. 소크 연구소의 동료 과학자인 마크 몬트미니 교수는 최근 쇼 교수와 함께 발표한 논문에서, SIK1·SIK3 효소로부터 신호를 넘겨받는 '대사 스위치(metabolic switches)'를 발견했다고 밝힌 바 있다. 이로써 LKB1에서 시작해 SIK1·SIK3를 거쳐 대사 스위치로 이어지는 3단계 신호 전달 경로가 드러났다. 보고서의 수석저자이기도 한 쇼 교수는 자신의 랩(실험실)을 개설한 2006년부터 이 프로젝트에 전념해 왔다고 한다. 쇼 교수는 "다른 각도에서 폐암의 문제를 공략해 이 암이 어떻게 성장하는지 보여주는 단일 직선 경로를 찾아냈다"면서 "비소세포폐암에서 염증이 종양 형성을 추동한다는 건, 매우 값지고 놀라운 발견"이라고 강조했다. 쇼 교수팀의 다음 목표는, 이번에 발견한 '효소 작동' 염증 스위치가 어떻게 비소세포폐암의 종양 성장을 촉발하는지 연구하는 것이다.
https://www.yna.co.kr/view/AKR20190730091500009?section=it/science
A&B, study(laboratory evolution, mainhotspot project)
B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://pr.ibs.re.kr/handle/8788114/5556?mode=full
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
.Scanning Doppler Lidar를 이용한 행성 경계층 바람의 측정
박수진 1, 제1저자 연구원
박수진 1, 김상우 1 세 *OrcID, 박문수 2OrcID과 송창근 3 1 서울 대학교 지구 환경 과학부 08826 2 한국 외국어 대학교 대기 과학 연구소, 용인 17035 삼 울산 국립 기술 대학교 도시 환경 공학부 울산 44919 * 서신을 처리해야하는 작성자. 접수 : 2018 년 6 월 19 일 / 개정 : 2018 년 8 월 7 일 / 수락 : 2018 년 8 월 8 일 / 게시일 : 2018 년 8 월 10 일 (이 기사는 대기 경계층 특집 원격 감지 (Remote Sensing of Atmospheric Boundary Layer )에 속한다. 전체 텍스트 | PDF [4697 KB, 2018 년 8 월 11 일 업로드 됨] | 피규어
추상
유성 경계층 (PBL)에서 바람 프로파일의 정확한 측정은 수치 기상 예측뿐만 아니라 대기 품질 모델링에서도 중요합니다. 스캐닝 도플러 광 검출 및 거리 측정 (라이더) 측정을 사용하는 두 가지 바람 검색 방법을 비교하고 동시 라디오 존데 음향으로 검증했습니다. 17 개의 라디오 존데 (radiosonde) 사운드 프로파일을 비교해 보면 사인 피팅 방법이 더 많은 수의 데이터 포인트를 검색 할 수 있다는 것을 보여 주었지만 특이 값 분해 방법은 바이어스 (0.57 ms -1 )와 평균 제곱근 오차 (1.75 ms -1)와 라디오 존데 soundings. 속도 방위각 디스플레이 스캔을 얻기 위해 방사 속도의 평균 시간 간격을 15 분으로 늘리면 소음에 대한 평균 신호 효과로 인해 라디오 존데 소리와 더 잘 일치하게됩니다. 나란히 놓인 윈드 도플러 라이더와 에어러솔 미사 산란 라이저에서 동시에 측정 한 결과 PBL 바람의 시간적 변화와 PBL 내 에어러솔의 수직 분포가 나타났다.
https://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
https://scitechdaily.com/harvard-scientist-connects-the-dots-in-fin-to-limb-evolution/
.그라디언트로 배열 된 여러 레이어를 사용하여 도체를 늘릴 수 있습니다
Bob Yirka, Phys.org 작성 탄성 층에 다양한 농도의 Au NP를 갖는 신축성 나노 복합체의 층상 조립. 층 구조의 계면 경계는 서로 다른 농도 기울기를 갖는 각 AuPU 복합 현탁액의 순차적 여과에 의해 계층화된다. 사진은 편안하고 긴장된 조건에서 GAP 다층 전도체를 보여줍니다. 크레디트 : 송우진, 포항 공과 대학교, 2019 년 7 월 30 일 보고서
한미 양국의 여러 기관에 소속 된 연구원 팀이 새로운 종류의 신축성있는 도체를 만드는 방법을 개발했습니다. 저널 Science Advances에 게재 된 논문 에서 그룹은 자신들의 프로세스와 지휘자 및 배터리로 테스트 한 결과를 설명합니다. 지난 몇 년 동안 의학자들은 더 많은 유형의 웨어러블 또는 삽입 장치를 사용하여 신체 프로세스를 모니터링하거나 규제 할 가능성을 조사했습니다. 전자가 신축성 및 / 또는 구부릴 수 있다면 진전을 이룩한 것보다 훨씬 더 많은 일을 할 수 있습니다. 이러한 장치를 만드는 장애물 중 하나는 전기 연결과 신축성의 균형을 유지하면서 엔지니어가 직면하게되는 도전 과제입니다. 일반적으로 도체 가 늘어날수록 도전성이 떨어집니다. 이 새로운 노력에서 연구자들은이 문제를 우회하는 방법을 발견했습니다. 연구진은 다양한 농도의 나노 입자가 여러 층으로 구성된 지휘자를 만들었습니다. 이 층들은 포지티브 전하를 띤 폴리 우레탄으로 만들어진 필름 과 음전하를 띤 금 나노 입자로 이루어져 있으며 모두 그라디언트로 배열되어 있습니다. 하단과 상단에서 90 %의 다른 비율을 사용하여 팀은 50 % 또는 85 %의 가중치로 재료가 늘어날 때 전도성을 보장 할 수있었습니다. 더 자세히 살펴보면 물질이 늘어날 때 나노 입자가 정렬 된 경로로자가 조직되어 지속적인 전도성을 나타냄을 확인할 수 있습니다. 테스트 결과 300 %까지의 변형률에서 전도성을 유지할 수 있었다. 그러나 실제 적용에서 어떻게 작동 하는지를보기 위해 연구자들은 전극 중 하나를 전극으로 만들고이를 리튬 이온 배터리에 적용했습니다 . 성능 측정을 통해 실제 장치에서 사용하는 데 필요한 범위에 있음을 알 수 있었으며 1000 회 실행 한 후 원래 용량의 90 %에서 작업을 계속할 수 있음이 입증되었습니다. 더 많은 테스트가 지휘자와 함께 이루어져야 할 것이지만, 연구원들은 의료 기기 와 신축성있는 배터리 개발에 유용 할 것이고 , 두 가지 애플리케이션을 모두 활용할 수있는 기기를 개발하는 데 유용 할 것으로 낙관하고있다 .
추가 탐색 팀은 전도성을 복원 할 수있는 웨어러블 장치 용 신소재 개발 자세한 정보 : Minsu Gu 외. 그라디언트 다층 도체가있는 확장 가능한 배터리, Science Advances (2019). DOI : 10.1126 / sciadv.aaw1879 저널 정보 : Science Advances
https://phys.org/news/2019-07-conductors-stretchable-multiple-layers-gradient.html
.3 차원 종양 클러스터를 구축하는 노화 종양 세포
논문저자 이현규1, 논문저자 고려대 이현규 Hyun-Gyu Lee1,
June Hoan Kim 2, Woong Sun 2, Sung-Gil Chi3, WonshikChoi 1,4 & Kyoung J. Lee1 ,Scientific Reports volume 8 , 문서 번호 : 10503 ( 2018 ) | 인용문 다운로드 추상 세포 노화 (영구적 인 세포주기 정지)는 생물학적 유기체에 대한 유익한 중요성이 아직 탐구되기 시작한 공통적 인 흥미로운 현상입니다. 다른 한편으로는, 노화 세포는 그들 주위의 조직 구조를 변형시킬 수있다. 무한히 증식 할 수있는 능력을 가진 종양 세포는 그 현상으로부터 자유롭지 못합니다. 여기에 우리는 유방암 식민지의 고밀도 단일 층에있는 노화 세포가 주변에있는 비 노화 세포의 집합 센터 역할을하는 놀라운 관찰을보고합니다. 결과적으로, 노화 세포는 융합 성인 2D 종양 층에서 국소화 된 3D 세포 - 클러스터를 활발히 형성한다. 놀라운 현상을 뒷받침하는 생물 리 학적 메커니즘은 주로 유사 분열 세포 반올림, 동적 및 차동 세포 부착 및 세포 주 화성을 포함한다. 이러한 몇 가지 생물 물리학 적 요소를 통합함으로써 우리는 세포 Potts 모델을 통해 실험 관측을 재현 할 수있었습니다.
소개
세포 노화는 증식하는 세포가 완전한 성장 억제에 들어가고 그 체적을 극적으로 팽창시키는 (일반적으로, 2 차원 기질에서 튀긴 알 의 형태로) 생물체에서 공통적 인 현상이다 . 이 세포 상태의 근원은 강하게 연구되어왔다. 그러나 그 기본 메커니즘은 명확하지 않다. 1 , 2. 중요하게 노화 세포는 노화 관련 분비 표현형 (SASPs)으로 총체적으로 분류되는 다수의 분비물을 통해 그 이웃과 상호 작용한다. 이러한 분비 표현형은 생물에 부정적인 영향을 미치는 다양한 생물학적 과정에 관여하는 것으로 알려져있다. 예를 들어, 주위의 악성 종양 세포의 성장을 자극하는 친 염증성 사이토 카인과 케모카인이 그 중 3 개 , 4 개 입니다. 노화 세포의 축적은 또한 나이 - 관련 질환과 같은 더 많은 유기체 레벨 부작용과 연관된 5. 특히 조직 개조를 촉진 할 수도 있습니다. 예를 들어, 일부 세포 노화 따라서 암세포의 침윤 촉진 소프 주변 조직 구조를 만드는 세포 외 매트릭스 저하 프로테아제를 분비 6 , 7 , 8 . 한편, 노화 세포에 대한 유익한 효과에 대해서도 최근 논의된다. SASP는 배아 패터닝 9 , 10 및 상처 치료 11에 기여하는 단백질을 포함 합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 조직 재생 효과가 SASP에 의해 생물 물리학 적으로 조율되는 방법의 정확한 성격은 특히 조직에 대한 개별 세포의 규모에서 많이 연구되어야합니다. 이 논문에서는 단일 클론 세포주 인 MDA-MB-231 (널리 사용되는 악성 유방암 세포주)의 시험 관내 배양을 바탕으로 초기 시딩 및 이웃 노화 방지와의 상호 작용에서 신생 세포의 출현을 신중하게 분석합니다 세포. 놀랍게도, 불멸화 된 종양 세포조차도 노화를 일으키는 것으로 나타났습니다 12 . 더 흥미 진진한 것은 노화 된 MDA-MB-231 세포가 인접한 종양 세포에 대한 인력의 중심 역할을하여 처음에 2 층 (2D) 콜로니의 단층에서 3 차원 (3D ) 세포 클러스터. 우리는 전환 이 시험 관내 에서 명확한 것으로 나타남을 본다.예를 들어 노화 세포가 조직 개질에 관여 할 수있는 사례. 또한 몇 가지 필수 메커니즘만으로 통합 된 컴퓨터 모델을 통한 관찰에 대한 경험적 설명을 제공합니다. Metropolis kinetics에서 작동하는 셀룰러 Potts 모델 (CPM)은 세포 부피의 보존, 유사 분열 세포 반올림 (결과적으로 세포 - 환경 유착의 동적 강도)과 같은 생물 물리학 적 과정을 재현하는 것을 목표로하며, 세포의 주 화성 운동. 실험 결과 MDA-MB-231 세포 배양 물 (처음에는 직경 2mm의 디스크 영역에 균일하게 도금 된 합류 단일 층 (confluent mono layer),도 1a 참조, 방법에 대한 자세한 내용 참조)은 다수의 노화 세포가 전체 집단으로 무작위로 출현한다 시간이 지남에 따라 증가한다 (그림 1b ). 그들은 '튀긴 계란'형태로 쉽게 식별 할 수 있습니다 (그림 1c ). 노화 된 상태로 들어가는 세포의 몸체는 꽤 합류하는 인구 내에서도 거대한 지역을 차지하기 위해 며칠 동안 측면으로 팽창합니다 (그림 1c ). 완전히 개발 노화 세포의 점유 면적이 현저하게 다른 하나에서 다를 수 있지만, 일반적으로 1.4 × 10 종종 크고 매우 큰 수 5 μ m (2) (도. 참조 1D를) - 전형적인 비 노화 세포보다 약 3 배 더 크다. 반면에 노화 세포의 몸은 ~ 2 μ m 만큼 얇 습니다 (그림 1e 의 두 측면보기 참조 ). 신체는 f-actin의 조밀 한 네트워크에 의해 구조적으로 잘 유지됩니다 (그림 1e 의 상단 그림 참조 ). 세포가 갑자기 파열되어 대사 과정을 끝낼 때까지 끊임없는 시공간 파동이 몸 전체에 나타나며 핵쪽으로 향하게됩니다.
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0.pdf
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