• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권3호
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• pp.398-406
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• 2022

그람음성균의 외막은 수많은 생물물리학적 및 생화학적 과정이 작용하여 생존력을 유지하도록 설계되어 있는 세포환경의 가장 바깥 층이다. 세포공학의 발전으로 인해 박테리아의 막 환경을 변경하는 등 유전정보를 원하는 대로 조작할 수 있게 되었고 이는 박테리아를 특정 목적에 적용시킬 수 있게 하였다. 그중 기능성 분자를 박테리아 외막에 표지하는 세포 표면공학은 숙주세포가 특정 외부물질이나 자극에 반응하도록 유도하는 전략 중 하나이다. 기능성 펩타이드 또는 단백질을 세포 표면에 표지하기 위한 방법으로 막 고정 모티프를 융합한 후 세포 내에서 발현하는 방법이 일반적으로 사용되고 있지만 이는 박테리아 시스템에서 발현할 수 없는 외인성 단백질이나 크기가 큰 단백질에는 적용할 수 없다는 한계점이 있다. 박테리아 외막의 구성요소에 자연적으로 존재하는 반응성 그룹과 기능성 물질을 화학접합하는 방법도 있으나 필수 구성 요소의 비특이적 변형으로 인해 세포의 생장이 저해되는 경우가 많다. 본 연구에서는 비천연아미노산 또는 자가결합 도메인을 사용해 대장균의 세포 표면을 부위 특이적으로 형광 표지하는 두 가지의 접근법을 수행하였다. 첫 번째 접근법은 화학선택적 반응성을 지닌 비천연아미노산이 삽입된 펩타이드를 대장균 표면에 발현하여 위치 특이적으로 형광염료를 접합시키는 방법이다. 두 번째 접근법은 자가결합능력을 지닌 이종 이량체 코일-코일에서 유래된 α-나선 도메인을 대장균 외막에 발현하고 녹색 형광 단백질이 융합된 상보적인 α-나선 도메인을 막 표면에 특이적으로 고정하는 방법이다. 제시된 방법들은 위치와 시간이 제어된 방식으로 박테리아 외막에 새로운 기능을 부여하는 방법론으로서 유용하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.251-251
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• 2011

해양 투기가 금지되면서 혐기소화를 통해 최종적으로 발생되는 폐기물 양을 줄이고 메탄 등의 바이오 가스를 얻어 이를 에너지로 얻기 위한 많은 공정들이 현장에 적용되고 있다. 하지만 혐기 소화 과정을 마친 후 유출되는 유출액은 고농도의 유기물질 및 암모니아성 질소, 인산염 등을 다량으로 함유하고 있어 적은 양이라도 하천이나 호수 등에 유입되면 수질 악화와 부영양화를 초래할 위험성이 크다. 이번 연구에서는 음식물류 폐기물로부터 바이오가스를 생산하기 위한 혐기소화 공정에서 발생하는 유출액의 방류수 수질기준 확보와 경제성을 만족시킬 수 있는 처리공정의 상용화 기술을 개발하기 위해 생물학적 처리， 물리 화학적 처리를 통합한 공정을 적용하였다. P건설사 혐기소화 유출액 pilot plant(1 ton/day) 운전 결과 50~70% 로 $NO_2$-N 이 약 1,000 mg/$\ell$정도로 축적되는 현상을 보였으며 상대적으로 $COD_{Cr}$의 농도는 400~600 mg/$\ell$로 C/N 비가 낮아 탈질이 어려울 것으로 판단하였다. 이에 실험실 규모에서의 실험을 진행하였다. $NO_2$-N와 $NO_3$-N을 기준으로 McCarty 양론비 기준 80% 에서 300%까지 메탄올을 주입해 제조 폐수와 실제폐수로 실험을 진행하였고 제조폐수로 실행된 실험에서 아질산 탈질의 효율을 확인하였다. 미생물이 메탄올에 순응 후 완전 탈질에 걸리는 시간은 약 2.5 일로 확인 되었으며 메탄올이 추가로 주입되지 않은 반응조의 $NO_2$-N의 탈질량은 메탄올이 이론값 100% 주입 된 반응조에 비해 30% 이하의 처리 효율을 나타냈다. 이론값을 기준으로 메탄올이 100% 주입된 반응조는 약 96.1%의 탈질 효율을 보였으며 메탄올 순응 후에 약 1.5 일의 HRT가 단축되었기 때문에 메탄올에 장시간 순응 시 탈질 효율이 더 좋아질 것으로 보인다. 아질산탈질에 대한 실험실 규모 연구결과를 토대로 pilot plant에서 재현성 검토를 목적으로 운전을 수행하였다. 무산소조의 HRT는 2.7 일 이었으며 호기조의 HRT는 4.1 일 이었다. 유입수의 평균 $COD_{Cr}$ 농도는 2,878 mg/L, T - N 농도는 2,723 mg/L로 나타났으며 $NO_2$-N 기준 C/N비 1.2-1.8의 메탄올을 주입하였을 때 96% 이상의 탈질율을 보였다.

• 생물환경조절학회지
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• 제1권1호
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• pp.72-83
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• 1992

우리 나라 축사는 생산효율 제고를 위하여 대형화, 밀폐화, 고밀도화, 자동화 경향이 뚜렷하다. 대형의 밀폐된 고밀도 축사는 쾌적한 실내환경을 전제로 하기 때문에 기계적으로 실내환경을 적절히 제어하지 않으면 안된다. 제한된 공간에 먼지, 병원성 미생물, 유해기체, 수분이나 열의 과도한 집적은 생산과 재생산효율에 심각한 영향을 미친다. 그러므로 축사내 생산주체인 가축과 작업인이 쾌적한 실내환경에서 생산활동을 할 수 있도록 열적, 화학적/생물학적 환경을 물리적으로 제어하지 않으면 안된다. 본 연구는 실험축사내 가축이 일정한 열을 발생할 때 실내공기의 유동형태를 예측하기 위해서 수행하였다. 이 연구의 결과를 실내환경제어를 위한 환기시스템 책략 개발의 기초자료로 활용할 수 있다. 실험축사내의 공기유동을 예측하기 위해 Body-Fitted Coordinate(BFC)의 격자배열과 k-$\varepsilon$ 난류모형 및 SIMPLE계열 solution scheme을 사용하였으며, 예측의 유효성 검정은 Boon(1978)의 실험결과를 이용하였다. 예측한 공기유동의 형태와 실험한 공기유동의 형태를 비교한 결과 대체로 만족할만한 결과를 얻었다. 그러나 유입공기의 온도가 1$0^{\circ}C$인 경우의 공기유동은 실험유동형태와 약간의 차이가 있었다. 즉, 실험에서는 수평슬롯으로 유입 된 공기가 바로 아래로 굴절되어 유동하였으나, 예측의 결과는 일정 거리로 수평방향으로 유동하다가 아래로 굴절하였다. 이런 유동의 차이는 k-$\varepsilon$ 난류모형 자체가 경험적으로 부력에 민감하게 반응않는 결함이 원인이 될 수도 있으며, 실험의 부적절한 수행이 원인이 될 수도 있다. 이 유동의 경우 Reynolds 수가 3,000정도의 난류이며, 완전발달유동 (fully-developed flow)이므로 관성력 (inertia force)이 부력 (buoyancy force)보다 커, 일정거리 수평으로 유동하다가 아래로 굴절할 수도 있기 때문이다. 앞으로 이를 규명하기 위한 보다 깊이 있는 연구가 이루어져야 할 것이다.

• 한국습지학회지
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• 제12권2호
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• pp.59-65
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• 2010

습지는 식생과 수위 정도에 따라 다양한 물리 화학적 특성을 보이는 생태계로 작은 공간내에서도 다양한 생지화학적 반응이 일어날 수 있다. 특히, 용존유기탄소와 무기질소는 습지 내 생물학적 반응 정도를 결정하는 주요 인자로 탄소와 질소의 동태를 파악하고, 습지 환경의 변화 즉, 식생과 수위 및 계절변화에 따른 시공간적 패턴을 이해하는 것이 중요하다. 본 연구는 실험을 위해 인공적으로 건설, 운용되고 있는 인공습지에서 식생유무와 수심정도, 계절에 따라 토양시료를 채취, 분석하였다. 그 결과, 용존유기탄소와 질산염의 함량이 식생이 있는 지역에서 모두 높게 나타났다. 용존탄소는 식생이 있는 경우, 수심이 깊은 지역에서는 평균 $0.37mg{\cdot}g^{-1}$, 수심이 낮은 지역에서는 $0.31mg{\cdot}g^{-1}$로 나타나 수위 정도에 따라 차이를 보였다. 이는 식생에서 제공되는 뿌리 삼출물의 증가와, 미생물의 유기물 분해작용의 복합적인 영향에 의한 것으로 판단된다. 반면, 질산염 함량은 수심에 따라 유의한 차이를 나타내지 않았으며, 이는 식생의 유무가 수심보다 질산염의 동태에 주요 영향을 미치는 것으로 볼 수 있다. 본 연구결과, 습지의 환경조건, 특히 수심이나 식생의 유무에 따라 탄소와 질소의 양적, 질적인 차이가 나타나며, 이는 습지 내에서 진행되는 생지화학적 반응의 시공간적 패턴에 영향을 미칠 것으로 보인다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제56권4호
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• pp.160-189
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• 2023

천전리 각석은 중생대 백악기 경상누층군의 대구층에 속하는 셰일층준에 새겨져 있다. 이 암석은 열변질 작용을 받아 혼펠스화 되어 경도가 높고 치밀한 조직을 보이며, 조암광물은 석영, 정장석, 사장석, 방해석, 운모, 녹니석 및 불투명 광물들로 동일한 조성을 가지나 풍화대에서는 방해석이 거의 검출되지 않는다. 각석은 일정한 깊이의 풍화대를 형성하고 있으며 풍화대와 비풍화대는 광물조성 및 화학조성의 차이가 있다. 풍화대의 CaO 함량은 비풍화대에 비해 90% 이상 감소하였으며, 이는 방해석이 물과 반응하여 용탈되었기 때문이다. X-선의 투과특성으로 각석 표면의 풍화심도를 산출한 결과, 탈락 및 박리 영역에서는 0.5~1.0mm 정도의 깊이를 보였지만 대부분 영역의 풍화깊이는 3~4mm 정도로 산출되었다. 이는 Ca과 Sr의 함량과 변화로도 입증할 수 있다. 각석의 표면변색은 색의 농도를 달리하며 분포하고, 황갈색 변색은 얇은 생물 피막층과 함께 교호하며 79.6%의 피도를 보인다. 따라서 천전리 각석의 물리화학적 및 생물학적 손상을 효과적으로 제어할 수 있는 주기적인 보존관리와 예방보존 차원의 정밀모니터링이 필요할 것이다.

• 한국식품위생안전성학회지
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• 제16권2호
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• pp.103-110
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• 2001

예측식품미생물학(PFM)은 1980년대 후반 이후 식품미생물학 분야에서 새롭게 발생한 신학문 분야이다. PFM은 특별한 환경적 요인에 따른 미생물 특히, 병원성미생물의 반응(사멸과 생존)을 예측하기 위하여 수학적인 모델을 이용한 것이다. 현재까지 개발된 PFM모델중 완전한 것은 없지만, 어떤 특정 조건하에서는 신속하고 객관적으로 미생물의 반응을 예측하는데 이용될 수 있다는 장점 때문에, HACCP시스템, Risk Assessment 등에서 응용 가능성이 커지고 있다. 본 연구는 PFM 모델중 PMPwin5.1을 이용하여, 우유 저장에 대한 HACCP시스템 중 미생물학적 위해요소 분석, CCP 및 CL설정에 대한 방법론적 예를 제시하였다. 모델에 대한 초기조건으로 우유와 동일한 물리화학적 조건인 pH 6.7, Aw 0.993, NaCl 1.3%을 고정변수로 하고, 저장온도(4~15$^{\circ}C$)를 변이변수로 선정하여, 온도에 따른 주요 병원성미생물의 generation time, lag phase duration, infective dose에 도달하는데 걸리는 시간을 산출하였다. 이 결과를 바탕으로 온도의 변화에 따른 각 병원성미생물의 성장을 안전정도에 따라 “안전온도범위(Safe temperature zone)”, “주의온도범위(Caution temperature zone)”, “위험온도범위(Danger temperatue zone)”로 분류하였으며, 이들 분류는 우유의 유통기간인 5일을 기준으로 각 병원성미생물의 lag phase duration, infective dose에 도달하는 시간에 따라 결정하였다. 이러한 결과는 우유의 HACCP시스템에 있어, 위해요인 분석시 위해요인의 분류 및 위해요소간의 위해 정도의 우선순위 부여에 보조적인 수단으로 이용될 수 있다. 또한 유통.저장단계에서 병원성미생물의 상징에 대한 온도수준을 나타내므로, 이 단계를 CCP로 설정할 수 있고, CCP에 대한 CL은 주위온도범위내에서 설정할 수 있다. 그리고 허용수준에 대한 온도의 범위를 제시하므로 모니터링이나 검증에서도 이용할 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권5호
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• pp.577-581
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• 2011

가시광 영역에서 강한 광루미네선스(photoluminescence, PL) 특성이 있는 실리콘 나노입자는, 생물학적 형광 이미징, RGB(red, green, blue) 디스플레이, 포토닉스, 광전소자 등의 응용소재로 개발될 수 있어 많은 연구가 수행되고 있다. 실리콘 나노입자의 광학적 및 물리화학적 특성을 이용한 실용적인 응용 및 개발을 위해서는 그 특성의 조절이 용이한 제조법 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 Na(naphthalide)를 환원제로 사용한 용액환원법을 이용하여 한 단계로 입자표면이 알킬기로 안정화된 평균 <10 nm 크기의 실리콘 나노입자를 합성할 수 있는 방안을 시도하였다. 이를 위하여 실리콘 전구체로 알킬기를 포함하고 있는 (Octyl)$SiCl_3$ 단독 또는 (Octyl)$SiCl_3$와 $SiCl_4$의 혼합물을 사용하여 Si-Cl 결합의 환원을 통한 입자의 형성과 동시에 반응물에 포함된 Octyl 기에 의한 표면 안정화를 한번에 달성할 수 있었다. 합성한 실리콘 입자의 TEM/EDS, FTIR 분석결과 입자의 크기는 <10 nm이며, 표면이 알킬기로 덮여있어 소수성 용제인 헥산에 쉽게 용해되었으며 입자표면은 소량의 산화된 Si-O-Si 그룹을 포함하고 있었다. UV-vis 및 PL 분석결과 표면 알킬기를 포함하는 실리콘 나노입자의 전형적인 광 특성을 보여 간단한 반응단계를 통하여 표면이 Octyl기로 덮인 실리콘 나노입자를 합성할 수 있음을 보였다. 본 연구에서 시도한 합성법을 응용할 경우, 향 후 실리콘 나노입자의 표면에 다양한 기능기를 one-pot으로 도입할 수 있을 것으로 기대된다.

• 유기물자원화
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• 제30권3호
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• pp.13-22
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• 2022

수계에 오염된 색도 물질을 더욱 효율적으로 처리하고자 버려지는 폐자원을 이용하여 흡착제인 바이오차를 제조하고 적용하는 방안을 모색하고자 하였다. 이에 가로수 전정부산물이나 폐목재를 활용하여 넓은 비표면적을 가지고 있는 바이오차를 제조하고 이를 이용하여 색도물질 제거에 적용하였다. 대표적인 가로수 전정부산물(플라타너스, 은행나무, 참나무)과 폐목재를 산소가 없는 조건에서 열분해하여 바이오차를 제조하였으며, 제거대상 물질로는 방향족 고리를 가지고 있어서 생물학적 분해가 어렵고, 물리적 처리와 화학적 처리시 제거효율이 떨어지는 것으로 알려져 있는 녹청색의 유기염료로 주로 인피섬유에 사용되며, 종이, 가죽과 면의 매염에 사용되기도 하는 메틸렌블루(MB)를 선정하였다. 실험결과 플라타너스 기반 바이오차가 제일 높은 흡착능을 보였으며, Langmuir 모델식을 이용하여 구한 q_max 값은 78.47 mg/g으로 나타났다. 또한 물리적 흡착과 화학적 흡착을 구별하는데 사용되는 Dubinin-Radushkevich(D-R) 모델식을 이용하여 흡착에너지(E) (kJ/mol)를 구한 결과 MB에 대한 흡착에너지(E) 값은 4.891 kJ/mol로 8 kJ/mol(물리흡착과 화학흡착의 기준 값) 보다 작았으며, 이는 바이오차와 MB 염료 사이에 van der Waals와 같은 약한 결합이 존재하는 물리흡착임을 알 수 있었다. 반응온도 변화에 따른 흡착실험을 통해 얻은 ∆G의 값은 -3.67~7.68 kJ/mol으로서 물리적 흡착반응 영역에 해당함을 확인하여, 본 연구에서 제조된 플라타너스 기반 바이오차의 MB 흡착메커니즘은 넓은 비표면적을 이용한 물리적 흡착임을 제시할 수 있었다. 또한 타 연구에서 제시된 상업용 활성탄과 비교하여도 동등 이상의 흡착능력을 보였다.

• 환경생물
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• 제20권2호
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• pp.165-172
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• 2002

두 가지 유해인자가 동시에 작용할 때 생물체에 나타나는 영향은 길항작용에서 상승작용에 이르기까지 폭넓게 나타난다. 상승작용의 생물학적 중요성에도 불구하고 유해인자간의 복합작용을 설명할 수 있는 구체적 연구결과들은 별로 없는 실정이다. 본 연구는 고온과 기타 환경 유해인자의 복합작용에 의해 생물체에 나타내는 반응에 있어서의 규칙성을 도출해 내기 위하여 수행되었다. 고온과 이온화방사선, 자외선, 초음파 등의 동시작용에 관한 효모세포 실험결과를 분석하였으며 다른 연구자들에 의하여 수행된 바이러스, 세균포자, 동식물세포 및 포유류 배양세포에 관한 실험결과를 이용하여 도출된 규칙성을 검증하였다. 본 연구를 통하여 검증된 상승 작용에 관한 규칙성은 다음과 같이 요약될 수 있다. 방사선량률이 일정할 경우 특정 온도범위 내에서만 상승작용을 관찰할 수 있다. 방사선량률을 증가시키면 최대 상승작용을 나타내는 온도 값도 증가하게 되며, 선량률을 낮추면 온도값도 따라서 낮아지게 된다. 방사선 조사시의 온도가 일정할 경우 특정범위의 선량률에서만 상승작용이 관찰되는데, 이 범위 내에 최대상승작용 유발선량률 값이 존재한다. 방사선 조사시의 온도를 낮추면 선량률의 값 또한 낮아지며 그 역도 마찬가지이다. 본 연구에서 밝혀진 규칙성은 상승작용의 신개념 적립에 실마리를 제공할 것이며 특히 생물체에 대한 유해 환경 요인의 복합영향 해석과 환경재해 예방을 위한 영향평가 및 위해 평가에 유용하게 활용될 수 있을 것이다

• 한국식품과학회지
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• 제47권6호
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• pp.757-764
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• 2015

홍삼의 신규 추출 방법으로 아임계수 추출(subcritical water extraction, SWE)을 적용하여 홍삼 추출물의 이화화적 특성 및 진세노사이드 추출 특성을 조사함으로써 최적 아임계수 추출 조건을 결정하고 기존 추출 방법과 비교함으로써 산업적 이용 효율을 평가하였다. 아임계수 추출에 의한 홍삼 추출물의 당도, 고형분 함량, 색차 및 탁도는 추출 온도가 높아지고 추출 시간이 길어질수록 증가하였고 pH는 낮아졌으며, 조 사포닌은 $120^{\circ}C$, 20분에서 최대였다. TLC 및 HPLC 분석 결과, 총 및 극성 진세노사이드 농도는 $120^{\circ}C$, 20분에서 최대였고 홍삼 특유의 저극성 진세노사이드 Rg3, Rh1 등은 $150^{\circ}C$, 15분에서 최대 농도였다. 또한 최적 아임계수 추출과 열수, 에탄올 및 메탄올을 용매로 환류 냉각 추출하여 비교한 결과, 저극성 진세노사이드의 추출 이행률은 $150^{\circ}C$, 15분의 아임계수 추출에서 가장 높았고 특히 Rg3는 3.5-5배, Rh1은 2-2.5배의 높은 농도로 나타났다. 홍삼의 특이 사포닌으로 극미량 존재하는 Rg3 및 Rh1은 강력한 항암 효과 등이 보고되면서 최근 화학적, 물리적, 생물학적 방법에 의한 전환연구가 활발히 진행되고 있으나 낮은 선택성과 생산성의 저하, 부 반응으로 인한 환경 공해 및 대량 생산의 한계 등으로 산업적 적용에 제약이 존재하여 왔다. 본 연구에서는 아임계 상태에서의 물의 특성 변화를 이용한 아임계수 추출을 적용하여 홍삼으로부터 특히 저극성 진세노사이드의 선택적 추출 및 전환에 효과적인 대체 기술로서 가능성을 확인하였다.