석유기반 플라스틱의 대체제인 폴리하드록시부틸레이트(polyhydroxybutyrate, PHB)의 기존 추출방법은 분자량 감소 및 물성 변형을 일으킨다. 본 연구에서는 기능화 된 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 부착한 돌기형 탄소나노튜브 분리막의 여과를 통해 물리적 파쇄를 발생시켜 미생물 내 축적된 PHB를 추출하고자 하였다. 돌기형 탄소나노튜브 분리막의 물리적 파쇄를 확인하기 위해 대장균 용액으로 여과 실험을 수행하여 불활성화를 관찰하였다. 또한 PHB를 축적한 미생물 용액의 여과를 수행하여 PHB가 추출되었는지 확인하였더니 가장 대표적인 추출방법인 chloroform과 비교하여도 여과로 인한 추출이 4% 높은 성능을 가진 것을 관찰하였다. 본 결과를 통해 친환경적 바이오 플라스틱 회수를 위한 돌기형 탄소나노튜브 분리막의 적용 가능성을 확인하였다.
본 연구의 목적은 학술논문에 출현하는 공저 관계를 중심으로 연구자들 간에 동적으로 변화하는 협업 네트워크를 분석하여 협업 형성의 요인을 규명하는 것이다. 연구 목적을 달성하기 위하여 국내 나노바이오 분야 연구자들이 SCI 저널에 투고한 논문 1,631편을 대상으로 총 3,898명의 연구자들 간의 공저 관계를 추출하고, 2001년부터 2015년까지 세 구간으로 나누어 동적 네트워크 분석을 수행하였다. 그 결과, 직전년도 공저 요인은 모든 구간에서 유의하였으나 연구 경력 요인은 구간$2{\rightarrow}3$에서 유의한 것으로 나타났다. 그리고 연구자 영향력 요인은 구간$2{\rightarrow}3$에서, 연구자 부상성 요인은 구간$1{\rightarrow}2$에서 유의한 것으로 나타났으나 연구자의 인기도와 기관의 명성 요인은 모든 구간에서 유의하지 않은 것으로 나타났다. 마지막으로 동일 소속기관, 주제의 유사성, 저널의 유사성 요인 모두가 구간에 관계없이 유의한 것으로 나타났다.
탄소나노튜브(CNT)의 tip 부분에 존재하는 금속 촉매 입자들은 불순물로써 나노전자소자에 응용하는데 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 또한, 바이오센서에서 target 바이오 물질과 반응하는 물질을 CNT에 고정시키기 위해서는 CNT-tip을 개방시키는 것이 중요하다. 본 연구에서는 성장된 CNT의 tip부분에 존재하는 금속 촉매 입자의 제거와 CNT-tip을 개방하기 위해 $HNO_3$의 농도 (20, 40, 60)와 etching 시간 (5, 10, 15, 20, 25 min)에 따라 최적의 조건을 찾는 실험을 하였다.
현재까지 연구 개발된 바이오칩 및 센서의 경우에는 생체분자 상호작용의 분석을 수행하기 위해서 효소나 형광 물질 등과 같은 표지물질을 생체분자에 주입할 필요성이 있었다. 이러한 표지작업은 단백질 등과 같이 고차구조를 형성하는 생체분자에 있어서 그 분자인식능을 저하시키는 문제가 발생하게 된다. 그리고 표지작업은 일련의 조작이 필요하기 때문에 조작의 복잡성을 띄게 되고, 간편성을 저해하는 문제가 발생하게 되며, 분석 결과를 얻기 위해서는 장시간을 필요로 하게 된다. 또한, 생체분자 상호작용의 분석에 적용되는 측정장치도 대형화하게 되어 온사이트 모니터링에 이용하기 어렵다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 비표지로 생체분자의 상호작용 분석이 가능한 SPR 광학특성, QCM 및 전기화학법 등을 이용한 비표지 바이오칩 및 센서가 개발되었다. 하지만 표지 바이오칩 및 센서와 마찬가지로 장치의 대형화 및 복잡화, 간편성 및 감도 등에 문제가 있었다. 따라서 지금까지 개발되어진 표지 및 비표지 바이오칩의 문제들을 해결하기 위해서 나노구조에서만 발현되는 새로운 광학특성인 LSPR을 기반으로 하는 새로운 형태의 코어-쉘 구조 나노입자 바이오칩이 제작되었다. 코어-쉘 나노입자 바이오칩의 표면에 수직방향으로부터 입사광을 조사하고 바이오칩 표면으로부터 반사된 반사광을 검출기로 검출하여 흡수 스펙트럼을 소형의 분광기로 해석함으로서 코어-쉘 나노입자 바이오칩 기반 비표지 광학 바이오센서를 완성하였다. 또한 단백질 항원-항체 반응에 대한 비표지 검출 및 정량특성을 평가한 결과, 감도, 간편성, 유연성, 폭넓은 응용성 등에 양호한 특성을 확인할 수 있었다. 이상에서 살펴본 바와 같이, 코어-쉘 나노입자 바이오칩 기반 비표지 광학 바이오센서는 생체분자 상호작용의 분석에 많이 이용되고 있는 단백질, DNA, 세포 등의 생체분자에 유연하게 대처할 수 있을 것으로 생각되어지며, 그 밖에 의료, 식품분석, 환경 및 공정 모니터링 등 분야에 폭넓게 이용될 것으로 기대되고 있다. 또한 본 코어-쉘 나노입자 바이오칩 기반 비표지 광학 바이오센서는 소형으로 저렴한 분광기를 이용하여 측정을 실시하고 있기 때문에 온사이트 모니터링에의 적용도 가능할 것으로 생각된다.
고로쇠 수피 수용성 추출물의 나노입자화를 통하여 항암활성 증진에 대하여 연구하였다. 먼저 세포독성 측정결과 인간 정상 폐 세포(HEL299)에 대하여 일반 열수 추출물이 1.0 mg/mL의 농도에서 23.51%로 나노입자에 비하여 낮은 세포독성을 나타내었다. 그리고 DPPH radical 소거 활성 실험결과 고로쇠 추출물 나노입자가 높은 항산화 활성을 나타내었고, SOD 유사활성 결과에서도 1.0 mg/mL의 농도에서 32.33%로 일반 열수 추출물에 비하여 높은 항산화 활성을 나타내었다. 인간 위암세포, 간암세포, 유방암세포 그리고 폐암세포에 대하여 암세포 억제 활성 측정결과 고로쇠 추출물 나노입자의 경우 1.0 mg/mL의 농도에서 59-73%의 억제 활성을 나타내었다. 나노입자의 경우 일반 열수 추출물에 비하여 약 5-10% 이상 증진된 활성을 보였다. 그리고 여러 인간 암세포주에 대한 항암실험 결과, 소화기계통의 암세포주에 대하여 71-73%의 암세포 억제 활성을 나타내어 다른 암세포주에 비하여 높은 암세포억제 활성을 보였다. 이러한 결과를 인간 위암세포인 AGS로의 나노입자 침투를 confocal microscope 관찰을 통하여 확인하였다. 위와 같은 결과를 바탕으로 하여 고로쇠 추출물을 나노입자화 공정을 통하여 활성 증진을 확인하였고, 천연 항산화제, 항암소재로서의 활용이 가능할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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