• Smart Structures and Systems
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• 제34권1호
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• pp.51-62
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• 2024

Application of biopolymers to improve the mechanical properties of soils has been extensively reported. However, a comprehensive understanding of various engineering applications is necessary to enhance their effectiveness. While numerous experimental studies have investigated the use of biopolymers as injection materials, a detailed understanding of their injection behavior in soil through numerical analyses is lacking. This study aimed to address this gap by employing pore network modeling techniques to analyze the injection characteristics of biopolymer solutions in soil. A pore network was constructed from computed tomography images of Ottawa 20-30 sand. Fluid flow simulations incorporated power-law parameters and governing equations to account for the viscosity characteristics of biopolymers. Agar gum was selected as the biopolymer for analysis, and its injection characteristics were evaluated in terms of concentration and pore-size distribution. Results indicate that the viscosity properties of biopolymer solutions significantly influence the injection characteristics, particularly concerning concentration and injection pressure. Furthermore, notable trends in injection characteristics were observed based on pore size and distribution. Importantly, in contrast to previous studies, meaningful correlations were established between the viscosity of the injected fluid, injection pressure, and injection distance. Thus, this study introduces a novel methodology for integrating pore network construction and fluid flow characteristics into biopolymer injections, with potential applications in optimizing field injections such as permeation grouting.

• Geomechanics and Engineering
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• 제25권1호
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• pp.31-40
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• 2021

Injection grouting is one of the most common ground improvement practice to increase the strength and reduce the hydraulic conductivity of soils. Owing to the environmental concerns of conventional grout materials, such as cement-based or silicate-based materials, bio-inspired biogeotechnical approaches are considered to be new sustainable and environmentally friendly ground improvement methods. Biopolymers, which are excretory products from living organisms, have been shown to significantly reduce the hydraulic conductivity via pore-clogging and increase the strength of soils. To study the practical application of biopolymers for seepage and ground water control, in this study, we explored the injection capabilities of biopolymer-based grout materials in both linear aperture and particulate media (i.e., sand and glassbeads) considering different injection pressures, biopolymer concentrations, and flow channel geometries. The hydraulic conductivity control of a biopolymer-based grout material was evaluated after injection into sandy soil under confined boundary conditions. The results showed that the performance of xanthan gum injection was mainly affected by the injection pressure and pore geometry (e.g., porosity) inside the soil. Additionally, with an increase in the xanthan gum concentration, the injection efficiency diminished while the hydraulic conductivity reduction efficiency enhanced significantly. The results of this study provide the potential capabilities of injection grouting to be performed with biopolymer-based materials for field application.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권4호
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• pp.61-68
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• 2024

바이오폴리머 주입에 의한 보강효과 예측을 위하여 대상지반 내 바이오폴리머의 주입도 모니터링이 요구된다. 본 연구에서는 전기비저항을 이용하여 사질토 내 바이오폴리머 수용액의 포화도 및 주입경과를 평가하였다. 사질토 내 바이오폴리머 수용액 포화도에 따른 전기비저항의 변화를 평가하고자 중량농도 0.5%의 잔탄검 바이오폴리머 수용액과 주문진 표준사를 이용하여 조성된 포화도 20%, 40%, 60%, 80%, 100% 시료의 전기비저항을 측정하였다. 또한, 주입경과 평가를 위하여 노건조 주문진 표준사 시료에 대한 바이오폴리머 수용액 상방향 주입 중 8개 층에서 전기비저항을 측정하였다. 포화도에 따른 전기비저항 측정 결과, 시료의 포화도가 증가함에 따라 전기비저항은 감소하였으며, 해당 결과를 바탕으로 포화도와 전기비저항 사이의 상관관계가 수립되었다. 주입경과에 따른 전기비저항 측정 결과, 바이오 폴리머 수용액이 시료에 침투함에 따라 전기비저항은 감소 및 수렴하였으며, 앞서 수립된 포화도-전기비저항 상관관계를 바탕으로 주입과정 중 바이오폴리머 수용액 주입도 평가가 가능하였다. 본 연구는 바이오폴리머 처리 구간에 대한 전기비저항 평가가 바이오폴리머의 주입 양상 모니터링에 활용될 수 있음을 보여준다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.259-267
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• 2022

The rheological and penetration characteristics of sodium alginate and xanthan gum aqueous solutions were analyzed for the development of biopolymer-based injection materials. The results of viscosity measurements for the rheological characteristics analysis show that all aqueous biopolymer solutions exhibit a tendency for shear-thinning, i.e., the apparent viscosity decreases as the shear rate increases. In addition, a regression analysis using several models (Power-law, Casson, Sisko, and Cross) was applied to the shear-thinning fluid analysis results, the highest accuracy was determined by applying the power-law model. The micromodel experiment for the penetration characteristics analysis determined that all biopolymer aqueous solutions show higher pore saturation than water, and that pore saturation tends to increase as the flow rate and concentration increases. When comparing the rheological and penetration characteristics of the biopolymer aqueous solution used in this study, the xanthan gum aqueous solution showed a fully developed shear-thinning tendency, unlike the sodium alginate aqueous solution. This tendency is considered to have the advantage of enhancement injectability and pore saturation.

• 대한핵의학회지
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• 제27권2호
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• pp.293-297
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• 1993

카이토산은 천연착화제의 일종으로 카이틴의 유도체인데 셀룰로오스와 유사한 다당류로서 갑각류, 곤충, 균류, 효모등에 널리 퍼져있다. 카이토산은 수용성과 불용성의 두가지 형태가 있다. 본 연구의 목적은 수용성 카이토산을 일반 마우스식이에 섞어 60일과 90일의 장기간 복용했을 때, 복강을 통하여 체내에 유입되는 방사성스트론튬을 효과적으로 제거할 수 있는가를 조사한 것이다. 그 효과를 카이토산을 처리하지 않은 대조군과 60일 처리군, 90일 처리군 간에 비교하였다. 10% 수용성카이토산 분말을 보통식이에 혼합하여 60일, 90일 간격으로 섭취시킨 후에 방사성스트론튬을 복강을 통하여 주사하였다. 그리고 5일간 식이를 복용시킨 후 6일째에 척추, 두개골, 대퇴골, 경골, 치아, 꼬리뼈 등으로 세분, 도살 부검하여 감마카운터로 계측하였다. 대조군은 카이토산을 처리하지 않았다. 각각의 실험군은 마우스 5개체로 구성하였다. 90일간 카이토산을 처리한 군이 대조군과 60일 처리군에 비해 방사성스트론튬의 골조직 침착율이 낮게 나타났다. 이러한 결과는 대부분의 골조직에서 동일하게 나타났다. 본 연구를 통해 수용성카이토산은 체내에 유입되는 카이토산을 제거하는데 효과가 있으며, 장기간 처리했을 때 그 효과는 더욱 증가되는 것으로 나타났다. 결론적으로, 수용성 카이토산은 복강중으로 오염되는 방사성스트론튬의 방어약제로 쓰일 수 있으며, 그 중 장기간 수용성 카이토산을 투여할 수록 그 배출효과가 증대될 것으로 기대된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권9호
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• pp.5-13
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• 2023

대표적 사면 보강재료인 시멘트 계열의 보강재는 지반주입 또는 지표 도포 시 지반 및 지하수의 오염이 발생할 수 있다. 이에 따라 친환경 바이오폴리머를 사용한 사면 보강재료가 기존의 재료를 대체할 수단으로 관심받고 있으나, 현재 사용되고 있는 바이오폴리머는 지하수 또는 강우 환경에 노출되면 쉽게 용해되어 강도가 감소되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 카제인나트륨과 Transglutaminase(TGase, C₂₀H₁₆N₄O₂S₂)의 단백질 교차결합을 이용하여 바이오폴리머의 내수성을 증가시켰으며, 사면 보강재료로서 사용성과 적용성을 평가하기 위해 강우사면시험을 수행하였다. 카제인나트륨만으로 보강한 경우 강우로 인해 카제인나트륨이 용해되어 1시간 만에 사면이 완전히 파괴되었다. 반면 TGase를 소량(0.5%) 첨가하여 보강한 사면은 내수성이 증가하여 강우 지속시간 80시간이 지나도 붕괴되지 않음을 관찰하였다. TGase 소량 첨가로 인한 강도 및 내수성 증가가 나타났으며, 친환경 보강재로서의 적용성을 확인하였다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제34권3호
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• pp.336-341
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• 2005

본 연구에서는 납을 경구투여 (20㎎/day)하고 3% 또는 5% 키토산 식이를 8주간 섭취하였을 때 혈액과 조직 (간, 신장 대퇴골)에서의 납 함량과 무기질 (철, 아연, 칼슘) 함량을 조사하였다 첫째 실험동물의 체중증가량, 식이섭취량과 식이 효율은 모든 실험 군간에 유의적 인 차이를 보이지 않았다. 둘째 혈액의 납 농도는 키토산을 섭취한 군이 섭취하지 않은 군에 비해서 감소하였다(p＆lt;0.01). 혈액의 철과 아연은 Pb-C5군(납 20m/day 투여 ,5% 키토산 식이군)에서 정상 대조군(N군)에 비해 감소하였으나 3%키토산 식이군에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다(p＆lt;0.05). 혈액의 칼슘농도는 납을 투여 한 군이 납을 투여하지 않은 군에 비해서 감소하였다(p＆lt;0.05). 셋째간의 납 농도는 키토산 섭취 수준에 따른 영향이 없었다. 간의 아연과 칼슘 농도는 Pb-C5군(납 20 m/day 투여, 5% 키토산 식이군)에서 정상 대조군(N군)에 비해 감소하였으나 3% 키토산 식이군에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다(p＆lt;0.05).넷째 신장의 아연 농도는Pb-C5군(납 20㎎/day 투여, 5% 키토산 식이군)에서 가장 낮았으나 철과 칼슘은 군간에 유의적인 차이를 보이지 않았다. 다섯째 대퇴골의 납 함량은 키토산을 섭취한 군이 섭취하지 않은 군에 비해서 감소하였으며 대퇴골의 파단력은 정상 대조군(N군)에 비해서 납 투여군에서 감소하였다 대퇴골의 칼슘은 납 투여에 의해서 감소하였으나 키토산 섭취 수준에 따라서는 영향을 받지 않았다. 결론적으로 본 연구에서는 납 투여에 의해서 증가된 혈액과 조직(간, 신장, 대퇴골)의 납 함량이 키토산 섭취에 따라서 감소하는 경향을 보였으며 특히 혈액은 유의적인 감소효과를 나타내어 키토산이 중금속의 흡수를 방해함을 알 수 있었다. 또한 납 투여에 따라 무기질의 수준도 다소 감소하는 경향을 보였는데 키토산에 의해서도 역시 감소하는 경향을 나타냈다. 특히 5%키토산 식 이 군에서 는 정 상 대조군(N군)보다 유의적인 감소를 나타냈으나 3% 키토산 식이군에서는 유의적인 차이를 보이지 않은 것으로 볼 때 키토산의 수준에 따라 무기질에 미치는 영향이 다르게 평가되었다 그러므로 키토산의 섭취 시 적절한 키토산의 수준과 무기질의 영양상태를 충분히 고려해야 할 것으로 사료된다.