(A)study of bulk erythrocyte deformability and its quantitative relation to blood viscosity in filtration method using whole blood

Carlo, Granaderos Chonbuk National Univ. 2007 국내석사

Mechanical force inhibits osteoclastogenic potential of human periodontal ligament fibroblasts through OPG production and ERK-mediated signaling

이춘봉 Chonbuk National Univ. 2008 국내박사

It has been suggested that periodontal ligament fibroblast (PLF) and gingival fibroblasts (GF) play important roles in bone remodeling whereas their main functions might differ from that PLF stimulate bone remodeling but GF protect from abnormal resorption of bone. However, a little information is available concerning whether PLF are better at stimulating osteoclast formation than GF. The precise effect of mechanical force on osteoclastogenesis of the two fibroblast populations is also unknown. This study showed that more osteoclast-like cells were induced in the co-cultures of bone marrow cells with PLF than GF, and this was considerably increased when anti-osteoprotegerin (OPG) antibody was added to the co-cultures. mRNA level of receptor activator of nuclear factor-kappaB ligand (RANKL) was increased in both PLF and GF when they were cultured with dexamethasone and vitamin D3 while that of OPG in PLF but not GF was decreased. Centrifugal force inhibited osteoclasto-genesis of both populations, and this was appeared to be related to the force-induced up-regulation of OPG. Treatment with 10 ??M PD98059 inhibited OPG expression along with the augmentation of osteoclast-like cells that were increased by adding anti-OPG antibody. These results suggest that PLF are naturally better at inducing osteoclast formation than GF, which could be due to, in part, to the different properties between these cells to induce OPG. Overall, centrifugal force inhibits osteoclasto-genesis of the periodontal fibroblasts through OPG production and extra-cellular signal-regulated kinase activation. 치주인대섬유모세포(PLF) 및 치은섬유모세포(GF)는 기계적 및 생리적 자극에 의한 치조골 개조과정에서 중요한 역할을 수행한다고 알려져 있다. 특히 PLF의 주요한 기능은 치조골 개조의 촉진에 있는 반면 GF는 치조골의 비정상적 흡수를 억제한다는 것이 주된 기능으로 여겨져 왔다. 그러나 PLF가 GF보다 파골세포 형성유도 효과가 더 크다는 것을 증명할 수 있는 과학적 기초자료는 매우 부족한 실정이다. 아울러 기계적 자극이 PLF 및 GF의 파골세포 분화유도에 미치는 영향에 대한 심도 있는 연구가 매우 부족하다. 따라서 본 연구는 파골세포 분화유도에 대한 PLF과 GF의 특성을 비교분석하고, 기계적 자극에 의한 파골세포 분화유도의 변화 양상 및 그 분자적 기전을 알기 위해 수행되었다. PLF 및 GF는 전북대 치과병원 교정과에 내원한 20-30대 환자로부터 교정을 목적으로 발거한 치아로부터 확보하여 배양하였으며, 파골세포 분화유도를 위한 단핵 세포는 생쥐의 골수로부터 확보하여 본 실험에 사용하였다. 배양된 세포에 대한 기계적 자극은 재료 및 방법에서 설명한 것과 같이 원심 분리기를 이용하여 약 50 g/cm2의 힘으로 1시간 동안 처리하였고, 실험 목적에 따라 자극 후 다양한 시간에 단백질과 RNA 추출 및 파골세포 염색을 실시하였다. 실험결과 PLF는 GF보다 파골세포 분화유도 효과가 매우 큰 것으로 나타났으며, OPG 항체를 배지에 첨가했을 경우 파골 세포의 형성이 크게 증가됨을 확인하였다. 파골세포 분화유도물질의 존재 유무에 따른 OPG 및 RANKL의 유전자 발현수준을 RT-PCR을 통해 분석한 결과, dexamethasone 및 vitamin D3의 존재하에서만 PLF 및 GF에서의 RANKL발현이 현저히 증가한 반면 PLF의 경우 OPG의 발현이 상대적으로 감소 되었다. 한편 기계적 자극이 가해졌을 때 PLF 및 GF의 파골세포 분화유도 효과가 현저히 감소였으며, 이러한 결과는 기계적 자극에 의한 세포 내 OPG 발현의 증가와 밀접한 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 다른 한편, 기계적 자극에 따른 OPG 증가 및 파골세포 분화유도 억제는 MAPK의 하나인 ERK 활성과 밀접한 관련이 있었다. 즉, ERK 억제제인 PD98059를 배양세포에 첨가한 후 기계적 자극을 가했을 경우 파골세포 분화유도가 현저히 증가하였고, 반면 OPG의 유전자 발현수준이 현저히 감소된다는 것을 확인하였다. 지금까지의 연구결과를 종합해보면 PLF는 GF에 비해 근본적으로 파골세포 분화유도 능력이 우수하며, 이는 두 세포간의 OPG 발현 수준과도 일부분 관련되어 있다는 것을 알 수 있었다. 아울러 본 연구결과는 기계적 자극은 치주섬유모세포들의 파골세포 분화 유도 효과를 억제하며, 이는 OPG 생성유도 및 ERK 활성과 밀접한 상관 관계가 있다는 것을 의미하고 있다. 결론적으로 기계적 자극 특히, 기계적 압력 그 자체는 OPG 및 OPG와 유사한 기능을 갖는 항파골세포 물질의 생산을 통한 분화유도 억제에 있다고 할 수 있다. 이러한 추론과 관련하여, 즉 생체 내에서의 compression side는 오히려 파골세포의 분화가 활발히 일어나는 부분임을 감안 할 때, 생체 내에서는 기계적 자극에 의해 활성화되는 특이적 RANKL 생성원이 존재할 것으로 여겨진다. 기존의 다양한 연구논문을 근거로 할 때 T 림프구는 가장 중요한 생성원으로 믿어지나 향 후 이에 대한 심도 있는 연구가 뒤따라야 할 것으로 여겨진다.

Effect of p53 on the ionizing radiation (IR) -induced PTEN and HO-1 expression in breast cancer cells

나병식 Chonbuk National Univ. 2008 국내박사

The tumor suppressor p53 is a redox-active transcription factor that organizes and directs cellular responses in the fate of a variety of oxidative stresses following ionizing radiation (IR), such as cell death. The cancer cell death resulting from IR is generally understood as radiosensitivity. p53 plays a crucial role in mediating radiosensitivity. Recent study shows correlation between IR-induced apoptotic activity and p53 status in various cancer tissues. However, there is no evidence indicating the clear mechanism by which p53 modulates radiosensitivity in cancer cells following IR. The purpose of the present study was to investigate the effect of p53 on the ionizing radiation (IR) -induced PTEN and HO-1 expression in breast cancer cells. In this study, I used two type breast cancer cell lines, p53-wild type MCF-7 cells and p53 mutant type MDA-MB 231 cells. IR caused an increase of p53 protein level only in p53 wild type MCF-7 cells. In IR-induced cell killing response, p53 mutant type MDA-MB 231 cells is less sensitive to X-rays compared with p53 wild type MCF-7 cells. IR also induces more increase of ROS level in p53 wild type- than p53 mutant type- breast cancer cells. Moreover, there is increased HO-1 and PTEN protein expression in p53 wild type cells compared with that in p53-deficient cells, indicating that IR-induced PTEN and HO-1 expression of breast cancer cells are p53-dependent. These results suggest that redox-related genes such as PTEN and HO-1 are involved in p53 -modulated radiosensitivity of breast cancer cells following IR. 이온화 방사선 조사 후 세포반응들은 p53의 단백질 합성의 전사인자로서 다양한 단백질들의 발현을 통해 일어나고 있다. p53은 종양억제 인자로서 종양발생에 아주 중요한 역할을 하고, 세포의 산화적 스트레스에 일차적으로 반응하는 산화-환원 반응 전사인자로 알려져 있다. 이온화 방사선은 일차적으로 세포의 double-strand DNA breaks을 유도하게 되며, 세포는 DNA의 손상에 따른 checkpoint 모니터를 활성화 시켜서, 결국 세포는 죽거나 회복한다. 이 때 p53은 checkpoint의 중심역할을 하며, 방사선 조사 후 세포의 운명, 즉 죽거나 회생은 p53에 달려있음을 쉽게 예측할 수 있다. 그리고 이온화 방사선 반응에 따른 세포의 운명은 p53 시스템에서 활성산소에 민감한 반응을 보이는 인자들에 달려 있음을 알 수 있다. 이온화 방사선 조사 후 세포의 죽음은 이온화 방사선의 방사선 감수성에 결정적 의존성을 보인다고 알려졌다. 이 때 방사선 감수성 역시 p53에 결정적 영향을 받는데, 아직까지 기전이 밝혀지지 않고 있다. 따라서 본 연구는 유방암 세포에서 p53이 target 유전자로 PTEN 및 HO-1을 통하여 방사선 감수성을 조절하는지 확인하였다. 이온화 방사선 조사 후 유방암 세포의 p53 단백질의 기능 유무가 암세포의 사멸의 민감도, ROS의 생성, PTEN 및 HO-1의 발현에 미치는 영향을 확인함으로써, 이온화 방사선 조사 후 p53에 의하여 나타나는 세포반응에 PTEN 및 HO-1이 관련이 있을 것을 제시하고자 하였다. 본 연구에서는 두 가지 유방암 세포주를 사용하였는데, p53 단백질은 존재하고 단지 기능면에서 차이를 보이는 세포주를 사용하였는데, MCF-7 세포는 정상 기능의 p53 단백질을 갖고 있으며, MDA- MB 231 세포주는 기능이 없는 돌연 변이된 p53 단백질을 갖고 있다. 세포생존율은 MTT 법으로 측정하였고, 단백질 발현은 웨스턴 브롯을 실시하여 측정하였다. ROS는 FACS 분석으로 측정하였다. 일반적으로 이온화 방사선 조사 후 p53 단백질발현이 증가 한다고 잘 알려져 있다. 8 Gy으로 조사 한 후 72시간에 p53 단백질 발현을 확인 한 결과, 단지 MCF-7 세포에서만이 단백질이 증가하였다. 이는 MCF-7 세포에서는 정상적인 p53가 존재하는 것을 알 수 있었다. 그러나 MDA-MB 231세포에서는 변화를 보이지 않아 정상적인 기능을 하지 않음을 알 수 있었다. 또한 p53 단백질의 기능여부가 이온화 방사선 조사 후 세포의 생존에 많은 영향을 미쳐 p53기능이 없는 세포에서 방사선 내성이 나타낸다. 이온화 방사선 조사 후 세포사의 민감도가 차이가 있는지 확인 하였는데 8 Gy으로 조사 한 후 72시간에 세포 성장률을 확인 한 결과, MCF-7 세포가 MDA-MB 231보다 세포 사멸에 민감하게 반응하고 있음을 확인하였다. 이것으로 보아 본 연구 시스템에서도 p53단백질이 이온화 방사선 조사에 따른 방사선 감수성에 영향을 주고 있음을 확인되었다. p53이 역시 ROS 생성에 영향을 주었다. 그리고 HO-1 및 PTEN은 이온화 방사선 에 의해 시간 의존적으로 현저하게 발현이 유도되었는데, 이 반응은 p53기능에 크게 의존하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들은 HO-1 및 PTEN들이 이온화 방사선 조사 후 p53의해 조절되는 방사선 감수성에 중요하게 작용함을 시사해 준다. 결론적으로 이상의 연구 결과는 이온화 방사선을 이용한 암 치료에서 발생되는 방사선에 관한 기전 규명의 중요한 정보로 활용될 수 있으리라고 본다.

Development and evaluation of capacitive pressure sensor for obtaining radial pulse from the wrist

웨이란 Chonbuk National Univ. 2012 국내박사

Taurine regulates cell proliferation and intracellular magnesium in human osteoblast cells

조성건 Chonbuk National Univ. 2008 국내박사

Taurine has been reported to influence bone metabolism, and its specific transport system, the taurine transporter, is expressed in osteoblasts. In association with bone metabolism, a number of studies have demonstrated that divalent cations, including Mg^(2+), play a critical role in bone remodeling and skeletal development. The present study determined the effects of taurine treatment on intracellular Mg^(2+) regulation and mitogen-activated protein kinase (MAPK) activation in human osteoblast (HOB) cells. The intracellular Mg^(2+) concentrations in a single HOB cell were determined using the fluorescent dye Mag-fura-2AM, and lactate dehydrogenase (LDH) activity was measured by spectrophotometrically determining the level of pyruvic acid. The level of activation of the extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK 1/2) and p38 mitogen-activated protein (MAP) kinase was measured via Western blotting. Taurine reduced LDH activity and increased cell proliferation in HOB cells in a concentration-dependent manner. In the HOB cells, the mean intracellular Mg^(2+) concentration ([Mg^(2+)]i) was 0.51±0.01 mM (n=26) in normal culture media. 20mM Taurine caused an increased in [Mg^(2+)]i by 0.72±0.04 mM (n=4) in the HOB cells. This increment of [Mg^(2+)]i was inhibited significantly by 10 μM PD98059 (a specific ERK 1/2 antagonist), nifedipine, lidocaine, and imipramine. Taurine also was shown to stimulate the activation of extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK 1/2). This taurine-stimulated ERK1/2 activation was inhibited by PD98059. In the present study, taurine was shown to increase cell proliferation and generate an increase in [Mg^(2+)]i accompanied by ERK 1/2 activation in HOB cells. 타우린은 골아세포가 발현하는 타우린 운반통로를 통해 골대사에 관여한다고 알려져 있다. 골대사와 관련하여 마그네슘을 비롯한 이가 양이온은 골의 리모델링과 골격발달에 있어 매우 중요한 역할을 수행한다. 우리의 연구는 타우린이 골아세포 내 마그네슘의 조절 및 mitogen-activated protein kinase (MAPK)의 활성화에 어떤 영향을 끼치는가에 대한 것이다. 하나의 골아세포 내 마그네슘 농도는 Mag-fura-2AM으로 염색하여 측정하였고 유산탈수소효소의 활성도는 분광광도계로 피루빅산의 상대치를 측정하였다. 또한 면역블로팅으로 extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2)과 p38 MAPK의 활성화 정도를 확인하였다. 타우린은 농도의존적으로 골아세포를 증식시키고 유산 탈수소효소치를 감소시켰다. 골아세포 내 정상적인 세포 내 마그네슘의 농도는 0.51±0.01 mM (n=26)이다. 20mM 타우린을 처리한 경우 세포 내 마그네슘이 0.72±0.04 mM (n=4)로 증가하였다. 이러한 마그네슘의 증가는 10 μM 의 PD98059 (ERK 길항제)을 비롯해 nifedipine, lidocaine, imipramine에 의해 완벽하게 차단되었다. 타우린은 또한 ERK1/2을 활성화 시켰으며 이는 PD98059에 의해 차단되었다. 결론적으로, 타우린은 골아세포에서 ERK1/2을 활성화시켜 세포의 증식 및 세포 내 마그네슘의 증가를 유발한다.

Identification of the A190T variation in human polycystin 2 as a nonsynonymous cSNP

이병호 Chonbuk National Univ. 2008 국내박사

Polycystin 2 (PKD2) is an ion channel that regulates the intracellular calcium ion concentration. Amino acid changes in PKD2 are known to cause autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD), and are possibly associated with many other complex diseases. In an effort to find cSNPs in PKD2, we used direct sequencing analysis to screen the entire coding region of the PKD2 gene. A major nonsynonymous cSNP, Ala190Thr (A190T), in the N-terminal intracellular domain of PKD2 was identified in this study nonsynonymous cSNP was previously reported as a mutation for ADPKD. However, this study excluded the possibility that the A190T variation was a missense mutation for ADPKD by a thorough clinical evaluation and population study. In 500 genetically unrelated Koreans, the allele frequencies of G and A at the A190T variation were 64% and 36%, respectively. The genotype frequency of the cSNP was exactly in Hardy-Weinberg equilibrium. These experimental results indicate that mutational research needs to be confirmed by a thorough clinical evaluation and population study. Since the A190T variation is implicated as having possible causative roles in the pathogenesis of various ADPKD-related diseases, the possible association of the A190T variation with primary hypertension was thoroughly investigated. As expected, The amino acid change of threonine from alanine at the 190 position of PKD2 was associated with primary hypertension. Polycystin 2(PKD2) 단백질은 일종의 이온 통로 역할을 하는 단백질로 세포 내 칼슘이온 농도를 조절하는 역할을 한다. PKD2 단백질의 아미노산이 바뀌는 변이가 있으면 상염색체우성다낭신(autosomal dominant polycystic kidney disease, ADPKD)이 발병할 뿐만 아니라, 간다낭, 고혈압, 뇌동맥류, 심장질환, 신장질병등과 같은 다양한 종류의 복합형질 질병과 관련이 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 PKD2에 존재하는 cSNP (cDNA에 존재하는 SNP)를 발견하기 위해서, 10명으로부터 PKD2 유전자의 coding region을 하였다. 이 실험을 통해 PKD2의 N-terminal 부위에서 Ala190Thr (A190T) nonsynonymous cSNP를 발견하였다. 하지만 이 A190T 변이는 상염색체우성다낭신을 유발시키는 치환돌연변이(missense mutation)라고 알려져 있었다. 본 연구에서는 이 A190T 변이가 정말로 상염색체우성다낭신을 유발시키는 돌연변이지를 판단하기 위해 상염색체우성다낭신이 걸리지 않은 건강한 500명의 A190T 변이를 조사하였다. 이 집단 연구를 통해 A190T 변이에 해당하는 G와 A의 대립유전자 분포는 각각 64%와 36%임을 알 수 있었다. 이 대립유전자는 정확하게 Hardy-Weinberg equilibrium을 따르고 있기 때문에 A190T 변이는 돌연변이가 아니라 집단에 존재하는 주요 nonsynonymous cSNP라고 결론 내려졌다. 본 연구는 향후 모든 돌연변이 연구에서 철저한 임상적 평가가 얼마나 중요한지에 대한 모델케이스라고 볼 수 있다. 이 A190T 변이는 그 기능상 충분히 간다낭, 고혈압, 뇌동맥류, 심장질환, 신장질병등과 같이 상염색체우성다낭신과 관련 있는 질병과 관련이 있을 수 있어, 본 연구에서는 A190T 변이와 고혈압과의 상관관계도 본 연구에서 조사 분석하였다. 이 상관관계 연구 결과 예상하였던바대로 A190T 변이가 고혈압과의 상관관계가 밀접함을 알 수 있었다.

(An) energy-efficient data aggregation scheme with privacy and integrity in wireless sensor networks

Rabindra,Bista Chonbuk National Univ. 2011 국내박사

CD38 plays critical role in thrombin-induced procoagulant activity of platelets

Mushtaq, Mazhar Chonbuk National Univ. 2011 국내박사

Properties of thermoplastic polyurethane nanocoposites prepared with master batches of ionomers and montmorillonite

이시호 Chonbuk National Univ. 2008 국내박사

Thermoplastic polyurethane (TPU) is one of the most versatile polymers which can meet a variety of physical properties due to many factors available in polyurethane reaction. Polyurethane finds extensive use in both flexible foaming for automotive cushioning purpose as well as insulation material for refrigerators. Thermoplastic polyurethane is also used to replace rubber applications because of many excellent advantages such as better abrasion resistance, cut and tear resistance, higher load bearing, clarity, ozone resistance, castability, and so on. However, regardless of many advantages, TPU has some limitation in applications relating high temperature applications as well as certain chemical resistance required. Many studies have been done to improve the air permeability of TPU and to enhance the high temperature resistances to expand the application range of TPU. To overcome these fundamental shortcomings of TPU characteristics, recent advances in organoclay-based nanocomposites inspired efforts to disperse clay not only in the laboratory but also in the market for industrial applications. During the past decade, polymer/layered silicate nanocomposite based on thermoplastic polymers has become a hot issue in polymer science. There are many papers from a large number of research groups reporting on the preparation, characterization and properties of these nanocomposites. Two main types of nanocomposite can be obtained when a thermoplastic polymer is mixed with layered silicate: intercalated and exfoliated structure. It is required to successfully produce nanocomposite that good compatibility should exist between polymer matrix and layered silicate. In order to connect this known nanocomposite technology to TPU nanocomposites, several approaches in this paper were tried. To meet the industrial requirement, the commercially easily obtainable raw materials (neutralizing agent, ionomer, clay/organoclay, and TPU) were selected within the proven nanocomposite technology. Also to check the feasibility of mass productivity, the concept of “master batch” is applied for the neutralized ionomer leading the instant exfoliation of TPU nanocomposites during the extrusion process. This study focused on the feasibility of mass product TPU nanocomposites by utilizing neutralized ionomer, clay, and TPU. The study also covered the different behaviors of polyether-based TPU and polyester-based TPU in nanocomposite formation. In this study, XRD and TEM clearly proved that poly (ethylene-co-sodium acrylate, PEEA) ionomers are highly effective compatibilizer for nanocomposites of organoclay (Cloisite 30B) and TPU. XRD patterns also demonstrated that the Na+ as a neutralization cation for PEEA is workable with the better exfoliation result of mixture. The DSC study also showed the crystallization temperature of nanocomposites was increased, while the degree of crystallinity decreased with increasing of ionic moieties in the ionomers. Young’s modulus of nanocomposites increased initially while strain induced hardening disappeared with increasing the ionomers. As a consequence of the study, it was found, although it’s an early stage, that the commercial based TPU nanocomposites are a feasible approach by utilizing “master batch’ of neutralized ionomer and organoclay. The further performance improvement of TPU-based nanocomposites will be required. 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 우레탄 반응의 다양성을 통하여 여러 가지 물성의 폴리머를 생산할 수 있다. 폴리우레탄 물질은 자동차 쿠션 폼 뿐 아니라 냉장고의 단열재 등으로 많이 사용된다. 또한 폴리우레탄은 고무 대용으로 사용되는데 이는 폴리우레탄 탄성체의 우수한 생산성 및 물성들 때문이다. 하지만 여러 폴리우레탄의 장점에도 불구하고 폴리우레탄의 구조적 취약점인 내열성 및 내화학성이 폴리우레탄의 적용을 저해하고 있다. 이러한 근본적인 폴리우레탄의 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구가 있었으며, 최근에는 나노 점토를 이용한 폴리우레탄 나노 복합재료들을 활발히 연구하고 있다. 본 연구에서는 이미 알려진 폴리머-나노 복합재료 연구결과들을 열가소성 폴리우레탄에 적용하여 TPU 의 문제점을 해결하고자 하였다. 특히 마스터 배치(Master batch) 개념을 도입하여 일반 산업체에서 큰 공정에 변화 없이 폴리우레탄/ 나노 복합재료를 생산할 수 있도록 조건을 개발하고자 하였다. 실험재료는 상업적으로 쉽게 구할 수 있는 재료(ionomer, 유기 나노점토, TPU)를 사용하였다. Ionomer, 유기 나노점토 사이의 상호 작용을 검토하여 마스터 배치를 생성 TPU 나노 복합재료를 압출기를 통하여 생산 시 즉각적으로 나노 점토가 분산 (exfoliation)되여 특히 우수한 내열성을 나타낼 수 있도록 하였다. 마스터 배치는 poly (ethylene-co-acrylic acid)와 Cloisite 30B 로 제조할 때 TPU와의 나노 복합재료가 용이하게 형성됨을 발견하였다. TPU는 폴리에스테르와 폴리에테르 두 종류를 비교하였으며 여러 가지 물성 중 층상간격과 구조는 투과전자현미경(TEM) 과 X선 회절분석기 (XRD)로 고찰하였다. 측정결과 마스터 배치가 층상간격을 넓혀주는 것으로 확인되었다. 또한 열중량분석기(TGA) 를 이용하여 TPU 나노 복합재의 열 안정성을 확인 하였으며, 고온에서 (섭씨 350도 이상) 나노 복합재가 TPU 단독보다 월등이 우수한 안정성을 보여주었다. 본 연구에서는 마스터 배치를 통하여 TPU 나노 복합재의 산업화가 가능함을 확인 하였으며, TPU의 문제점인 열 안정성을 나노 복합재료를 통하여 극복할 수 있음을 발견하였다.

Synthesis and processing of nanostructured TiO₂and its application for dye-sensitized solar cells

김길성 Chonbuk National Univ. 2005 국내박사

최근 과학적으로 흥미롭고 기술적으로 유용한 재료 연구 분야인 나노 크기를 갖는 재료의 합성 및 응용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 금속, 반도체 및 세라믹 등의 나노 입자, 나노 튜브, 나노 선, 나노 점, 나노 기공, 나노 리본 및 나노 패턴링과 같은 나노 크기를 갖는 다양한 형태의 재료가 합성되어지고 또한 이러한 물질을 이용하는 새로운 응용들이 연구되고 있다. 본 논문은 이산화티탄 (TiO₂)을 기반으로 하는 나노 튜브의 합성, 가공공정 및 염료감응 태양전지 (DSC) 제작을 위한 응용에 초점을 두고 있다. 이산화티탄에서 유도된 나노 튜브, 부분적으로 이온 교환된 티탄염 나노 튜브 및 이산화티탄 나노 튜브에 대한 합성과 특성 연구를 하였다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 이산화티탄에서 유도된 나노 튜브의 형성은 반응온도, 반응시간 및 수산화나트륨 (NaOH) 농도에 강한 영향을 받고 있음을 알 수 있었다. 이산화티탄 나노 입자를 사용하여 10 M 수산화나트륨 수용액, 반응온도 150℃ 및 48 시간 동안 수열합성법으로 얻어진 티탄염 나노 튜브의 외경은 약 10 nm와 길이는 수백 nm임을 관찰할 수 있었다. 나노 튜브는 나노 입자가 2차원적인 나노 층으로 변형된 후 말림 효과로 인하여 나노 튜브가 형성된다. 형성된 나노 튜브는 물 세척과 산 처리에 의해 부분적으로 이온 교환된 티탄염 나노 튜브로 전환되고, 열처리 공정을 통해 티탄염 나노 튜브를 이산화티탄 나노 튜브로 전환된다. 염료감응 태양전지 (DSC)의 제작 및 광 거동 연구는 아래와 같이 조사하였다 : FTO가 도포된 전도성 유리기판 위에 닥터 브레이드 방법으로 이산화티탄을 코팅한 후 광 감응염료를 흡착시키고 고분자 접착제를 사용하여 태양전지를 제작하였다. 다양한 반응변수에서 합성된 여러 형태의 이산화티탄 나노 재료를 전도성 유기기판 위에 코팅하였다. 염료감응 태양전지의 광화학적 거동은 표면의 균일성, 결정성 및 이산화티탄 코팅 층의 조성에 따라 변화하는 것을 알 수 있었다. 450℃에서 소성 처리된 나노 구조를 갖는 이산화티탄 (아나타제) 태양전지의 에너지 전환 효율(η)은 12.11%, J_(SC) 는 27.06 mA/㎠, V_(OC) 은 0.81 V 및 fill factor는 0.552 이었다. 따라서 나노 구조를 갖는 이산화티탄 입자는 염료감응 태양전지의 응용 발전에 큰 가능성이 있음을 알 수 있었다. 끝으로 티탄염 나노 튜브 코팅의 가공공정에 대한 연구를 조사하였다. 이 연구에서는 전기화학적 증착법으로 실리콘 (Si) 기판 위에 티탄염 나노 튜브 코팅을 고안했고, 코팅된 티탄염 나노 튜브를 열 필라멘트 화학증착 (HF-CVD) 반응기에서 다양한 온도 및 가스 분위기를 사용하여 처리하였다. 티탄염 나노 튜브는 약 500℃의 기판의 표면온도 (T_(s))에서 붕괴가 시작되었고, 온도 및 가스 분위기에 따라서 다른 형태의 상 변화를 보이고 있음을 알 수 있었다. 활성화된 수소 및 탄소 라디칼이 카바이드, 비 양론적인 이산화티탄, 탄소 튜브 및 탄소 선으로 도포된 이산화티탄과 같은 새로운 구조물의 형성을 이끌어 내었다. 이러한 결과들은 원자화된 수소 기체와 티탄염 나노 튜브의 붕괴에 의한 활성 점의 생성 때문에 위에서 언급한 나노 튜브 및 나노 선 구조들의 핵 생성을 촉진하는 것으로 판단된다. In recent years, the synthesis of nanosized materials and exploring their applications have been evolved as scientifically interesting and technologically useful area of materials research. Various types of nanosized materials such as nano-particles, -tubes, -wires, -rods, -pores, -ribbons, and also nano-patterning of different materials including metal, semiconductors, and also ceramics are created and their novel applications are being explored. The present thesis primarily concerns with studies on synthesis of titanium dioxide based nanotubes, their processing and also their use for fabrication of dye sensitized solar cells (DSCs). The studies regarding ‘synthesis and characterization’ of TiO₂-derived nanotubes, partially ion-exchanged titanate nanotubes and titania nanotubes (TiO₂) are discussed in detail. Based on these experimental results, it can be inferred that the formation of TiO₂-derived nanotubes is affected strongly by the reaction temperature, reaction time, and the concentration of NaOH solution. It is observed that TiO₂-derived nanotubes with an external diameter of ~ 10 nm and the lengths over a few hundreds of nanometers can be synthesized by using hydrothermal method of titania nanoparticles in the 10 M NaOH solution, at ~ 150℃ for 48 h reaction time. The nanotubes can be formed via conversion of nanoparticles into two dimensional nanosheets, which are then subjected to some kind of curling effects to form tubular structures. The washing treatment as well as acid treatment of such nanotubes render conversion to partially ion-exchanged titanate nanotubes and a further heat treatment converts them into titania nanotubes via dehydration process. The DSCs were fabricated and their photo response studies were investigated as following: the titania coatings (referred to as workingcoatings) were manufactured on glass substrate coated with conducting tin oxide by using doctor blade technique. These were then adsorbed with photosensitive dye and solar cell is completed by using polymer sealant. The working-coating of titania was prepared using different types nanomaterials which were processed with different reaction parameters. It turned out that photochemical response of solar cells also changes as the morphology, phase, and composition of working-coating layer change. The solar energy conversion efficiency (η) of the nanostructured TiO₂(anatase)-based film calcined at 450℃ reached 12.11% with J_(SC) of 27.06 mA/㎠, V_(OC) of 0.81 V and FF of 0.552. This nanostructured TiO₂ particles possess a high potential for further development in the application of dye-sensitized solar cells. Finally, the studies regarding processing of titanate nanotubes coatings were investigated. In these studies, titanate nanotube coatings on silicon substrate were devised using electrodeposition method and these were then treated in hot filament chemical vapor deposition (HF-CVD) chamber at different temperatures and ambient gases. It was observed that titanate nanotubes start disintegrating above T_(s) ~ 500℃, and exhibit different types of phase precipitation depending upon temperature and ambient gas. Under appropriate conditions, the presence of activated hydrogen and carbon radicals lead to the formation of novel architecture which is a mixture of nano phases such as carbide, nonstoichiometric titania, carbon nanotubes, and titania decorated carbon nanowires. The results are discussed in terms of reduction in thermal reaction barrier due to presence of atomic hydrogen and formation of energetic sites during disintegration of titania nanotubes to facilitate nucleation of above-mentioned nanotube and nanowire structures.