플라즈마를 이용한 미생물합성 폴리에스테르의 표면개질과 효소분해성

Surface Modification and Enzymatic Degradation of Microbial Polyesters by Plasma Treatments

미생물 합성 고분자인 poly(hydroxylalkanoate)s (PHAs)의 초기효소분해는 표면침식의 메커니즘으로 진행하므로 이들의 분해거동은 표면특성을 개질로서 조절할 수 있다. 본 연구에서는 효소분해속도를 조절하기 위하여 플라즈마 기법을 PHAs 표면특성의 개질에 적용하였다. $CF_3H$와 $O_2$ 플라즈마를 사용하여 재료 표면에 각각 소수성 및 친수성을 부여하였다. 효소분해 실험은 pH 7.4의 0.1 M potassium phosphate 완충용액에서 Alcaligenes facalis T1에서 정제된 poly(hydroxybutyrate) 분해효소를 첨가하여 행하였다. $CF_3H$ 플라즈마 처리된 시편의 경우 표면 층의 불소화에 따른 소수성의 증가와 분해 효소에 대한 비활성으로 초기분해 속도가 상당히 지연됨을 관찰하였으나 $O_2$ 플라즈마 처리에 의한 표면 친수성은 분해속도의 촉진 등에 큰 영향을 미치지 않았다.

Since the enzymatic degradation of microbial poly(hydroxylalkanoate)s (PHAs), such as poly[(R)-3-hydroxybutyrate] and poly[(R)-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate] initially occurs by a surface erosion process, their degradation behaviors can be controlled by the change of surface property. In order to control the rate of enzymatic degradation, plasma modification technique was applied to change the surface property of microbial PHAs. The surface hydrophobic and hydrophilic properties of PHA films were introduced by $CF_3H$ and $O_2$ plasma exposures, respectively. The enzymatic degradation was carried out at $37^{\circ}C$ in 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 7.4) in the presence of an extracellular PHB depolymerase purified from Alcaligenes facalis T1. The results showed that the significant retardation of initial enzymatic erosion of $CF_3H$ plasma-treated PHAs was observed due to the hydrophobicity and the enzyme inactivity of the fluorinated surface layers while the erosion rate of $O_2$ plasma-treated PHAs was not accelerated.