• 한국패류학회지
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• 제26권1호
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• pp.1-18
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• 2010

자연에 존재하는 생명체들은 유기-무기 성분들이 포함된 미세구조로 이루어진 계층학적으로 복잡한유-무기 나노 복합재를 합성한다. 자연에서 진행되는 유기-무기 나노복합재의 생성 및 재생 과정은 생광물화과정으로서 생물학적 환경에서 진행되는 생광물화과정의 연구는 신물질 합성에 대한 단서를 제공할 뿐만 아니라 산업적으로 중요한공정의 개발에 있어 귀중한 지침으로 활용될 수 있다. 연체동물 역시 생광물화과정을 수행하는 다른 생명체들과 마찬가지로 단백질과 다당류로 이루이진 유기매트릭스와 무기물의 상호작용을 통하여 패각을 설계하고 합성한다. 본 고찰에서는 이매패류의 패각 형성 과정 연구를 기반으로 아울러 생광물화과정 연구를 기반으로 한 소재합성과 관련된 생체모방공학 기술을 고찰하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권8호
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• pp.598-606
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• 2013

본 연구에서는 실제 매립장에 매립되어 있는 슬러지 고화물을 대상으로 생광물화 미생물 종분석을 위한 기초 연구를 수행 하였고, 또한 분석된 미생물을 배양하여 일반적으로 알려진 생광물화균과의 대조 실험을 통해 토착 미생물의 carbonate 생성능을 기기분석을 통해 비교 평가하였다. 시료내 미생물 종분석을 16S rDNA 시퀀스 분석을 통해 수행해본 결과, 다양한 미생물종이 관찰되었으며, 특히 생광물화 기작에 관여한다고 알려진 호기성 토양 미생물의 한종인 Bacillus megaterium과 금속을 환원시켜 미네랄염 상태로 전환시키는 Alkaliphilus metalliredigens의 근연종을 확인 하였다. 복토재에서 분리 배양한 균주를 이용하여 실험을 수행한 결과, 생광물화 균주가 주입된 실험군에서 미생물이 주입되지 않은 대조군보다 이산화탄소의 감소량이 더 컸다. 이와 연계하여 반응후 열중량분석기(TG-DTA)를 이용하여 탄산염(carbonate minerals)을 정량한 결과, 미생물이 주입된 실험군에서 대조군에 비해 약 30% 정도 더 생성된 것을 확인 하였다. 이러한 실험 결과로 비춰 볼 때 열중량분석법(TG-DTA)은 이산화탄소의 생물학적 전환에 의해 생성된 탄산염물의 정략적 분석에 적합할 것으로 판단된다. 이를 종합해 보면 복토재로 현장 매립된 슬러지 고화물은 매립장에서 표면 발산되는 이산화탄소의 자연적인 탄산염 전환 매체로서 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제16권2호
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• pp.171-180
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• 2003

본 연구는 금속이 다량 함유된 석탄회(metal-rich fly ash, MRFA)를 이용, 이산화탄소 및 금속의 격리를 위한 생지화학적 과정을 연구하고자 한다 이를 위해 다양한 이산화탄소 분압과 중탄산염 이온 농도의 조건 하에서 MRFA를 이용, 미생물에 의한 이산화탄소의 난용성 탄산염 광물로의 전환 실험을 실시하였다. 시험관부터 4-L의 배양용기까지의 다양한 규모의 실험을 통해, 금속환원 박테리아와 MRFA를 이용하는 경우, 효과적인 이산화탄소 및 금속의 격리가 이루어지는 것으로 나타났다. MRFA를 이용하는 침전 기작을 통한 이산화탄소 격리는 화석연료를 이용하는 발전소에서 방출되는 이산화탄소의 제거 및 석탄회 폐기물의 안정화의 보완적 방법으로 유용하다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권11호
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• pp.812-820
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• 2011

본 연구는 이산화탄소의 생광물화에 관한 연구로 광물별 생광물화 특성을 알아보기 위하여 CaO, MgO, $SiO_2$ 수용액을 이용하여 bottle test를 진행하였으며, 슬러지 고화물을 이용하여 batch test를 진행하였다. 대상 미생물은 생광물화 관련 미생물 중 Bacillus Megaterium과 Bacillus pasteurii 종을 이용하여 실험을 진행하였다. 단일 수용액을 사용한 실험에서는 CaO, MgO, $SiO_2$에 대해 각각 1.1, 4.0, 0.3 mmol의 이산화탄소 가스가 감소되었다. 혼합 수용액을 사용한 실험에서는 Ca + Mg, Ca + Si, Mg + Si에 대해 각각 2.7, 1.8, 2.3 mmol의 이산화탄소가 감소되었다. 슬러지 고화물을 이용한 batch test의 경우, 슬러지 고화물의 양과 주입된 이산화탄소 가스의 농도에 따라 각각 다른 이산화탄소의 소모를 보였다. XRD 분석 결과, Ca 이온이 존재할 때 $CaCO_3$ (Calcite)가 가장 잘 형성되었으며, SEM 분석 결과, 생광물화 반응 후 대상매체에 단립화된 결정이 더 많이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과 생광물화 기술이 이산화탄소를 저감하기 위한 기술로 활용될 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국광물학회지
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• 제32권1호
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• pp.63-69
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• 2019

광물 구조에 분포하는 철의 산화수 정보는 유 무기적 퇴적광물형성 시 산화환원 조건 등 과거 퇴적 환경에 대한 정보를 제공한다. 특히, 생광물화작용에서 미생물의 역할을 규명하기 위해서는 고분해능 투과 전자현미경(HRTEM) 및 전자에너지 손실 분광기(EELS)를 활용한 나노스케일 분석이 필요하다. HRTEM-EELS를 이용한 광물구조 내 철의 산화수 및 탄소 결합 구조 분석, Fe(II)/Fe(III) 및 탄소 기원 분포영상으로부터 광물생성의 생물학적 요소를 판별할 수 있다. 이와 같은 나노스케일 분석을 통하여 지질미생물학자들은 미생물-광물작용의 증거를 직접적으로 얻을 수 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권3호
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• pp.179-191
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• 2013

본 연구에서는 생광물화에 미치는 주요한 영향 인자의 파악 및 광물별 생광물화 특성을 알아보기 위하여 $CaCl_2$, $MgCl_2$, $CaCl_2-MgCl_2$ 수용액을 이용하여 bottle test를 진행하였으며, 대상 미생물은 생광물화 관련 미생물 중 Bacillus pasteurii와 S 매립지 복토재 내 토착 미생물을 이용하였다. 광물 종류별 실험을 진행한 결과, $CaCl_2$, $MgCl_2$, $CaCl_2-MgCl_2$에 대해 각각 85, 88, 42 mg/L의 암모늄($NH_4{^+}$)이온이 생성되었고 이산화탄소 가스가 각각 12, 12, 24시간 후에 검출되지 않았다. 수용액 내 $Ca^{2+}$이 $CaCl_2$의 경우 12시간 후 92% 감소하였고 $CaCl_2-MgCl_2$의 경우 36시간 후 85% 감소하였다. 반면에 $Mg^{2+}$은 $MgCl_2$의 경우 48시간 후 46% 감소하였고 $CaCl_2-MgCl_2$의 경우 72시간 후 38.5% 감소하였다. 이온 농도 또는 광물의 종류에 관계없이, pH의 경우 생광물화가 일어난 실험군에서만 pH 5.5에서 pH 9로 변하는 것을 볼 수 있었고 미생물 활성도($OD_{600}$) 또한 0에서 0.6으로 증가했다. 실험 종료 후, 주사전자현미경(SEM) 사진을 촬영한 결과, 회전 타원체 모양의 결정체와 사다리꼴 모양의 결정체가 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 이는 X-선 회절분석으로 확인된 $CaCO_3$ (Calcite)와 $MgCO_3$ (Magnesite)이었다. 본 연구 결과 urea를 이용한 생광물화능을 판단할 수 있는 영향인자로서 효소의 활성도, $CO_2$ gas 농도변화, $OD_{600}$, pH, 용액 내 칼슘(또는 마그네슘) 이온농도가 적합함을 확인하였다.

• Journal of Periodontal and Implant Science
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• 제36권3호
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• pp.601-611
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• 2006

임프란트 식립을 필요로 하는 환자의 수평적 치조제 결손의 증대를 위해 골유도재생술과 병용한 bioactive glass (BG) $(Biogran^{(R)})$ 이식의 골재생 양상을 각기 다른 치유기간을 부여한 4명의 환자에서 평가하였다. 6, 8, 10, 18개월의 치유기간 후 임프란트 식립부위에서 조직절편을 채득하여 골재생을 조직계측학적으로 평가하였다. 임프란트 식립을 위한 surgical reentry시 모든 이식부위는 임상적으로 명확한 수평적 치조제 폭경의 증가를 관찰할 수 있었다. 하지만 조직학적 분석결과 BG는 불량한 골전도성을 나타내었다. 6, 8개월의 치유기간후, 이식부위에서 신생골이 거의 관찰되지 않았으며(2.5%이하), 이식부와 기존 골의 경계부위에서 BG particle에 대한 신생골 성장과 결합양상 또는 관찰할 수 없었다. 10개월의 치유기간후 기존 골조직으로부터 성장한 신생골의 BG particle과의 직접적인 접촉양상을 일부 관찰할 수 있었다. 이식부는 13.2%의 광물화된 신생골조직을 보였고, 대부분의 BG particle은 결체조직으로 둘러싸여 있었다. 18개월의 치유기간이 부여된 환자의 조직절편에서 신생골은 이식부의 10.7%를 차지하여 비교적 낮은 신생골 형성양을 나타내었고, 이식부에 존재하는 잔존BG particle은 대부분은 결체조직으로, 일부분에서 광물화된 골조직으로 둘러싸여 있었다. 6, 8, 10, 18개월에서 잔존 BG particle양은 전체 이식부 면적에 대해서 각기 22.3%, 26.5%, 30.7%, 18.7%로 나타났다. 본 증례보고는 비록 한정적인 4명의 환자에서의 조직계측학적 평가결과이지만, 수평적 치조제 결손의 증대를 위해 골유도재생술과 병용한 bioactive glass이식은 불량한 골전도성으로 인해 효과적인 골재생을 위한 이식재로서는 적절하지 않을 수 있음을 나타낸다.

• 자원환경지질
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• 제47권4호
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• pp.431-439
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• 2014

이 연구의 목적은 KURT(KAERI underground research tunnel) 지하수 내에 금속이온을 환원시키는 미생물의 존재 여부를 확인하고 배양하여, 이들의 활동에 따른 철과 망간 환원의 관찰과 환원물의 광물학적 특성을 연구함으로써, 금속환원미생물에 의한 산화상태로 존재하는 철과 망간의 환원과 광물 상전이 가능성을 확인하는 것이다. KURT 지하수 내 금속을 환원하는 미생물은 전자공여체로 포도당, 초산, 젖산, 개미산, 피루브산을, 전자수용체로 Fe(III)-citrate를 사용하여 농화배양 하였으며, 16S rRNA 분석을 통해 종 다양성을 확인하였다. 농화배양된 금속환원미생물에 의한 철과 망간의 환원과 생광물화작용을 알아보기 위해 전자공여체로 포도당, 초산, 젖산, 개미산, 피루브산을, 전자수용체로 철수산화물인 아카가나이트(akaganeite, ${\beta}$-FeOOH)와 망간산화물(manganese oxide, ${\lambda}-MnO_2$)을 이용하여 금속환원 실험을 실시하였다. 미생물 활동에 의해 형성된 환원물의 광물학적 특성은 SEM, EDX, XRD 분석을 통해 확인되었다. 연구 결과 KURT 지하수에서 금속을 환원하는 혐기성 미생물로는 Fusibacter, Desulfuromonas, Actinobacteria, Pseudomonas sp. 등이 확인되었고, 이 미생물들은 체외에서 철과 망간을 환원하여 이들 광물의 상전이를 확인하였다. 철(Fe)은 $Fe^{3+}$을 포함한 아카가나이트(${\beta}$-FeOOH)에서 $Fe^{2+}/Fe^{3+}$를 포함한 자철석($Fe_3O_4$)으로 환원되었고, 망간(Mn)은 $Mn^{4+}$를 포함한 망간산화물(${\lambda}-MnO_2$)에서 $Mn^{2+}$을 포함한 능망간석($MnCO_3$)으로 환원되었다. 이러한 지하 140 m의 KURT 지하수에서 서식하는 미생물들에 의해 철과 망간이 환원됨은 다른 중금속과 핵종원소의 환원 가능한 환경이 조성되었을 뿐 만 아니라, 미생물에 의하여 환원된 철의 재산화에 의해서도 주변 핵종원소가 환원될 수 있음을 의미한다. 따라서 이러한 직 간접적인 산화-환원 반응에 의해 KURT 지하수 내에서는 금속환원미생물들이 유해금속물질을 침전시켜 이동성을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 고준위 폐기물에서 유해물질의 유출시 핵물질의 확산을 막는데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권2호
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• pp.205-209
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• 2019

바이오미네랄의 독특한 구조 및 생물학적 물성은 다양한 의료 및 산업용 분야에서 활용할 수 있는 뛰어난 잠재력을 지니고 있어 최근 관심이 증대되고 있다. 껍질 메트릭스 단백질에 의해 조절되는 탄산칼슘 생광물화는 이러한 바이오 미네랄의 생성 메커니즘을 이해하기 위한 대표적인 모델로 활용되고 있다. 본 연구에서는 진주조개 프리즘층에 존재하는 껍질 메트릭스 단백질인 GRP_BA 재조합단백질과 껍질 메트릭스 단백질의 특성과 유사한 인공단백질 GG1234를 이용하여, 상온상압 조건에서 in vitro 탄산칼슘 결정화를 진행하였다. 대표적인 탄산칼슘 결정화 방법인 $CaCl_2$ 용액과 $(NH_4)_2CO_3$ 증기를 활용하였을 때, 두 단백질 모두 상온상압 조건에서 전형적인 능면체의 방해석 결정 성장을 저해하였고, 하위단위의 작은 방해석 결정이 뭉쳐진 장미모양리본 형태의 구형 방해석 성장을 유도하였다. 이러한 실험결과는 두 단백질에서 나타나는 블록으로 구성된 무정형 단백질의 특성에 의해 야기된 것으로 추정되며, 이러한 측면에서 본 연구는 껍질 메트릭스 단백질에 의해 조절되는 탄산칼슘 생광물화 현상의 이해를 높이는 데 기여할 것으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제31권2호
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• pp.113-121
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• 2018

전라남도 화순군에 위치한 백아산 아천동굴은 전남지역에서 발견된 유일한 석회동굴이다. 이 연구에서는 백아산 아천동굴 내부에서 채취한 동굴생성물(동굴산호, 붕암)과 주변 점토 퇴적물의 광물학적 특성을 확인하고, 생성물 내에 존재하는 호기성 미생물을 농화배양하여 탄산염광물을 형성하는 생광물화작용에 대해 알아보고자 하였다. 연구를 위한 시료는 동굴 내 세 지점에서 점토, 동굴산호, 붕암을 채취하였다. XRD 분석결과, 동굴산호와 붕암은 주로 탄산염광물인 Mg가 풍부한 방해석(Mg-rich calcite)으로 이루어져 있었고, 점토는 석영, 백운모, 질석으로 구성되어 있었다. 탄산염광물 형성 미생물의 농화배양을 위하여 각각 소량의 동굴생성물을 D-1 배지에 넣고 상온의 호기 조건에서 미생물을 배양하였다. 그리고 미생물들의 탄산염광물 형성능을 확인하고자 요소가 포함된 D-1 배지에 칼슘이온(Ca-acetate, Ca-lactate)을 주입한 후 각 시료로부터 농화배양된 미생물 배양액을 1% (v/v)씩 주입하였다. 그 결과 모든 조건에서 흰색의 침전물이 형성되었으며, XRD 분석결과 침전물이 방해석과 바테라이트(vaterite)로 구성된 것을 확인하였다. SEM-EDS 분석 결과 Ca, C, O를 주성분으로 하는 능면체, 구형, 주상형의 탄산칼슘이 관찰되었다. 따라서 백아산 아천동굴 내 영구암대에 분포하는 임의의 동굴생성물로부터 확인된 미생물들은 동굴생성물 형성에 관여하고 탄소와 칼슘의 지화학적 순환에 기여했을 것으로 추정된다.