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수록정보
수록범위 : 1권1호(1990)~32권3호(2021) |수록논문 수 : 3,841
공업화학
32권3호(2021년 06월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재 SCOPUS

1전기화학적 방법을 통한 금속 유기 골격체 합성

저자 : 문상현 ( Sanghyeon Moon ) , 김지영 ( Jiyoung Kim ) , 최현국 ( Hyun-kuk Choi ) , 김문갑 ( Moon-gab Kim ) , 이영세 ( Young-sei Lee ) , 이기영 ( Kiyoung Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 229-236 (8 pages)

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금속 유기 골격체는 최근 20년간 센서, 촉매, 에너지 저장과 같은 많은 응용분야에서 관심을 받아온 물질이다. 이 물질을 합성하기 위해 수열 합성, 유기용매열과 같은 합성법이 제시되어 왔으나, 그 공정이 복잡하면서 고비용·장시간이 소요된다는 문제점이 제기되어 왔다. 이를 해결하기 위한 전기화학적 합성법이 새롭게 제시되었는데, 간단한 준비 절차와 특정한 온도·압력 조건 없이 합성할 수 있어 기존 합성법의 단점을 보완한다는 특징이 있다. 이에 본 총설논문에서는 전기화학적으로 합성 가능한 금속 유기 골격체의 종류와 전기화학적 합성 메커니즘을 다루고 있다. 전기화학적 합성법을 통해 형성된 금속 유기 골격체를 적용한 응용분야 연구동향을 정리하였다.


During the last two decades, metal-organic frameworks (MOFs) have been drawn attention due to their high specific surface area, porosity, and catalytic activities that allow to use in many applications such as sensor, catalysis, energy storage, etc. To synthesize MOFs hydrothermal or solvothermal method were generally used. However, these methods require high-cost equipment and long time-spend for the synthesis with multi-step process. In contrast, electrochemical synthesis has been considered as a simple and easy process under the ambient conditions. In this review, we described the mechanism of electrochemical MOFs synthesis by the number of configured electrodes system, with the recent reports of various applications.

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2복합대기오염 저감 시스템을 위한 오존 고속산화 기반 고도산화공정

저자 : 엄성현 ( Sunghyun Uhm ) , 홍기훈 ( Gi Hoon Hong ) , 황상연 ( Sangyeon Hwang )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 237-242 (6 pages)

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미세먼지와 함께 질소산화물, 황산화물, 휘발성 유기화합물, 암모니아 비롯한 유발물질에 대한 동시 저감기술은 엄격해지는 환경규제와 실질적인 저감효과 제고를 위해 꾸준히 주목받아 왔다. 오존산화에 의한 비수용성 질소산화물 고속산화 공정은 전통적으로 적용되고 있는 선택적 촉매환원 공정에 비해 공간절약형 시스템 적용을 가능하게 할 뿐만 아니라 운영비용 절감 측면에서 매우 효과적인 방법으로 평가되고 있으며 황산화물을 비롯한 산성가스와 동시 저감이 가능한 공정 구현이 가능하다는 장점까지 있다. 본 논문에서는 오존 고속산화 공정에 대한 기술 이슈 및 개발 동향을 소개하며 향후 산업적 이용 확대를 위한 개발 방향에 대해서 고찰하고자 한다.


Simultaneous removal technologies of multi-pollutants such as particulate matters (PMs), NOx, SOx, VOCs and ammonia have received consistent attention due to the enhancement of pollutant abatement efficiency in addition to the stringent environmental regulation and emission standard. Pretreatment of insoluble NO by an ozone oxidation can be considered to be more effective route for saving space occupation as well as operation cost in comparison with that of traditional selective catalytic reduction (SCR) process. Moreover the primary advantage of ozone oxidation process is that the simultaneous removal with acidic gas including SOx is also available. Herein, we highlight recent studies of multi-pollutant abatement via ozone oxidation process and the promising research topics for better application in industrial sectors.

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3양극산화를 사용한 TiO2 마이크로/나노 구조체 제조 및 리튬 이온 전지 음극재로의 응용 연구

저자 : 김용태 ( Yong-tae Kim ) , 최진섭 ( Jinsub Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 243-252 (10 pages)

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전기자동차(EV) 및 중대형 에너지 저장 장치(ESS)의 활용을 위한 차세대 에너지 저장 장치에 대한 요구가 증가함에 따라, 높은 출력 및 안정성 등의 특성을 갖는 리튬 이온 전지 개발이 시급한 과제로 떠오르고 있다. 리튬 이온 이차전지의 성능은 주로 전극 재료의 물리/화학적 특성에 의해 결정되는데, TiO2는 우수한 안정성 및 높은 안정성, 친환경적 특성으로 인해 현재 상용화된 탄소계 음극재를 대체할 수 있는 물질로 높은 관심을 받고 있다. 특히, 양극산화를 통해 제조된 자기 정렬된 TiO2 마이크로 및 나노 구조는 차세대 리튬 이온 이차 전지의 유망한 음극 소재 물질로 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 총설 논문에서는 양극산화를 통한 TiO2 나노 튜브 및 마이크로콘 구조 메커니즘 및 구조 발달에 영향을 미치는 인자에 대한 설명을 다루었다. 또한, TiO2의 낮은 전기전도도 및 용량 한계를 극복하기 위한 TiO2 기반 복합체를 리튬 이온 이차 전지의 음극재로 활용한 연구를 소개하였다.


With increasingly strict requirements for advanced energy storage devices in electric vehicles (EVs) and stationary energy storage systems (EES), the development of lithium-ion batteries (LIBs) with high power density and safety has become an urgent task. Because the performance of LIBs is determined primarily by the physicochemical characteristics of its electrode material, TiO2, owing to its excellent stability, high safety levels, and environmentally friendly properties, has received significant attention as an alternative material for the replacement of commercial carbon-based anode materials. In particular, self-organized TiO2 micro and nanostructures prepared by anodization have been intensively investigated as promising anode materials. In this review, the mechanism for the formation of anodic TiO2 nanotubes and microcones and the parameters that influence their morphology are described. Furthermore, recent developments in anodic TiO2-based composites as anode electrodes for LIBs to overcome the limitations of low conductivity and specific capacity are summarized.

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4대장암 진단용 단백질 바이오마커 측정을 위한 바이오센서 개발의 최신 연구 동향

저자 : 리징징 ( Jingjing Li ) , 스윈페이 ( Yunpei Si ) , 이혜진 ( Hye Jin Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 253-259 (7 pages)

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Colorectal cancer (CRC) is one of the most prevalent diseases in modern society, constituting a serious threat to global health. Currently, routine clinical screening and early removal of precancerous polyps are the most successful methods for reducing CRC incidence and mortality. However, the high cost and invasive detection of sigmoidoscopy and colonoscopy limited the CRC-screening participation and prevention. The emergence of biosensors provides an inexpensive, sensitive, less invasive tool for detecting CRC disease biomarkers. This review highlights some of recent efforts made on developing biosensors with electrochemical and optical techniques targeting CRC specific protein biomarkers for early diagnosis and prognosis, potential applications, and future perspectives.

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5코코넛 오일로부터 유래된 카르복실레이트계 음이온 계면활성제의 합성 및 계면 특성에 관한 연구

저자 : 이예진 ( Ye Jin Lee ) , 박기호 ( Ki Ho Park ) , 신희동 ( Hee Dong Shin ) , 임종주 ( Jong Choo Lim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 260-267 (8 pages)

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본 연구에서는 코코넛 오일로부터 카르복실레이트계 음이온 계면활성제 SLEC-3을 합성하였으며, 합성된 계면활성제의 구조를 FT-IR, 1H-NMR 및 13C-NMR 분석을 통하여 확인하였다. 합성한 계면활성제 SLEC-3에 대하여 임계 마이셀 농도, 정적 및 동적 표면장력, 유화력, 거품 안정성 등의 계면 물성을 측정한 결과, 기존 세제 제품에서 널리 사용되는 음이온 계면활성제 SLES와 비교하여 계면 활성이 보다 우수하고 계면 에너지를 낮추는데 더 효과적이었다. 또한 SLCE-3에 대한 생분해성, 급성 경구 독성 및 급성 피부자극 시험을 실시한 결과, 저자극 및 저독성을 가지고 있기 때문에 세제 및 세정제 제품에 적용할 수 있을 것으로 판단되었다.


In this study, a carboxylate-based anionic surfactant SLEC-3 was prepared from coconut oil and the structure was elucidated by using FT-IR, 1H-NMR and 13C-NMR analysis. Measurements of interfacial properties such as critical micelle concentration, static and dynamic surface tensions, emulsification index, and foam stability have shown that SLEC-3 is better in terms of interfacial activity and more effective in lowering interfacial free energy than those of SLES, which has been widely used as a conventional anionic surfactant in the detergent industry. Biodegradability, acute oral toxicity and dermal irritation tests also revealed that SLEC-3 surfactant possesses excellent mildness and low toxicity, indicating the potential applicability in detergents and cleaner products formulation.

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6전기적 특성 변화를 통한 고분자 유연메타 전자소자의 곡률 안정성 평가

저자 : 곽지윤 ( Ji-youn Kwak ) , 정지영 ( Ji-young Jeong ) , 주정아 ( Jeong-a Ju ) , 권예필 ( Ye-pil Kwon ) , 김시훈 ( Si-hoon Kim ) , 최두선 ( Doo-sun Choi ) , 제태진 ( Tae-jin Je ) , 한준세 ( Jun Sae Han ) , 전은채 ( Eun-chae Jeon )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 268-276 (9 pages)

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최근 무선통신 기기가 보편화됨에 따라 이로부터 발생하는 전자기파를 제어할 수 있는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 전자기파 제어 물질로 가장 흔히 사용되는 것은 자성 물질이지만 제품에 적용 시 제품이 무겁고 두꺼워지는 특징 때문에 일반 전자기기에 사용하기에는 문제가 있어 이를 해결하기 위해 가볍고 두께가 얇은 고분자 유연메타 전자소자가 제시되었다. 또한 고분자 유연메타 전자소자는 단일 제품을 다양한 곡률에 적용할 수 있어 곡면 형상이 많은 전자기기에 사용하기에도 적합하다. 그러나 이러한 고분자 유연메타 전자소자를 곡면에 적용하기 위해서는 곡률 변화에 따른 전자기파 제어 특성의 안정성 평가가 필수적으로 요구된다. 이에 본 연구에서는 도선 면적이 일정할 때 도선 길이에 따른 저항 변화율이 전자기파 제어 특성과 역의 관계라는 점을 활용하여 고분자 유연메타 전자소자의 전기적 특성 변화를 통해 전자기파 제어 특성을 예측할 수 있는 방법을 개발하였고, 이를 이용하여 고분자 유연메타 전자소자의 곡률 안정성 평가를 수행하였다. 그 결과 곡률 반경이 감소할수록 도선 길이에 따른 저항 변화율이 증가하였고, 곡률 유지 시간에 의한 변화는 없었다. 또한 곡면 적용 시 도선에 영구적인 변화와 곡면 제거 시 회복 가능한 변화가 복합적으로 발생하였고, 이러한 변화의 원인이 곡면 적용 시 가해진 인장응력에 의해 생성된 도선 내 수직방향 크랙이라는 사실도 밝혀냈다.


As wireless communication devices become more common, interests in how to control the electromagnetic waves generated from the devices are increasing. One of the most commonly used electromagnetic wave control materials is magnetic one, but due to the features that make the product heavy and thick when applied to the product, it is difficult to use them in curved electronic devices. Therefore, a polymer flexible meta electronic device has been presented to sort out the problem, which is thin and can have various curvatures. However, it requires an additional evaluation of curvature reliability. In this study, we developed a method to predict electromagnetic wave control characteristics through the resistance/length of the conductive ink line patterns of polymer flexible meta electronic devices, which is inversely proportional to the electromagnetic wave control characteristics. As the radius of curvature decreased, the resistance/length increased, and there was little variations with the duration times of curvature. We also found that both permanent and recoverable changes along with the removal of curvature were occurred when the curvature was applied, and that the cause of these changes was newly created vertical cracks in the conductive ink line pattern due to the tensile stress applied by applying curvature.

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7소수성의 이미다졸리움 이온성 액체 합성과 이들의 물리화학적 특성 조사

저자 : 무함마드살만 ( Muhammad Salman ) , 이수영 ( Sooyoung Lee ) , 이혜진 ( Hye Jin Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 277-282 (6 pages)

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본 연구에서는 PF6를 음이온으로 하며, 이미다졸리움 계열의 양이온을 변화시키면서 2종의 소수성을 띠는 이온성 액체 전해질을 합성하였다. 합성한 이온성 액체는 1-benzyl-3-butylimidazolium hexafluorophosphate [BzBIM]PF6와 1-pentyl-3-butylimidazolium hexafluorophosphate [PBIM]PF6이며 이들 각각의 구조는 푸에리에 변환 적외선 분광기와 핵자기공명 분광기를 이용하여 분석하였다. 이와 함께, 합성한 이온성 액체 전해질의 물리적(점도, 이온전도도, 열적 안정성) 및 전기화학적 특성을 조사하고 비교 분석하였다. 그 결과, [BzBIM]PF6의 경우 [PBIM]PF6와 다르게 이미다졸리움 양이온에 π-π 분자 간 결합이 강하게 존재하는 벤질링 기능기를 가지고 있어서 열적 및 전기화학적 특성에서 더 우세한 안정성을 보여주었다.


Two hydrophobic imidazolium based ionic liquids including 1-benzyl-3-butylimidazolium hexafluorophosphate [BzBIM]PF6 and 1-pentyl-3-butylimidazolium hexafluorophosphate [PBIM]PF6 having the same anion and different cation parts were synthesized. The structural composition of these ionic liquids were confirmed with Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR). Their physiochemical properties such as viscosity, ionic conductivity and thermal stability alongside electrochemical potential window range for both ionic liquid electrolytes were characterized and compared to each other. The overall results revealed that [BzBIM]PF6 has higher thermal and electrochemical stabilities and viscosity than that of [PBIM]PF6 probably due to the presence of benzyl ring in the imidazolium cation providing strong intermolecular π-π interactions.

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8석탄계 활성탄에 의한 Carbol Fuchsin의 흡착 특성과 파라미터: 동력학 및 열역학

저자 : 이종집 ( Jong Jib Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 283-289 (7 pages)

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석탄계 활성탄(CAC)에 의한 carbol fuchsin (CF) 염료의 흡착 특성을 pH, 초기농도, 온도 및 접촉시간을 흡착변수로 사용하여 조사하였다. CF는 수중에서 해리하여 양이온인 NH2+를 가지게 되는데, 염기성 영역에서 음전하를 가진 활성탄의 표면과 정전기적 인력으로 결합하였으며 최적조건인 pH 11에서 96.6%를 흡착하였다. 등온흡착은 Langmuir, Freundlich, Temkin 및 Dubinin-Radushkevich 모델을 사용하여 해석하였다. 실험결과는 Langmuir 식이 더 잘 맞았다. 따라서 흡착 메카니즘은 균일한 에너지 분포를 가진 활성탄 표면에서 단분자층으로 흡착된다고 예상되었다. 평가된 Langmuir의 무차원 분리계수 값들(RL = 0.503~0.672)로부터 활성탄에 의해 CF를 효과적으로 처리할 수 있다는 것을 알았다. Temkin식과 Dubinin-Radushkevich 식에 의해 구한 흡착에너지는 각각 BT = 4.397~6.281 kJ/mol과 E = 1.456~2.319 J/mol이었다. 따라서 흡착공정은 물리흡착(BT < 20 J/mol, E < 8 kJ/mol)으로 나타났다. 흡착속도실험결과는 유사 2차 속도식에 더 잘 맞았다. CAC에 대한 CF 염료의 흡착반응은 온도가 올라갈수록 자유에너지 변화의 음수값이 증가하였기 때문에 온도 증가와 함께 자발성도 높아지는 것으로 나타났다. 양수 값의 엔탈피 변화(12.747 kJ/mol)는 흡열반응임을 알려주었다.


Adsorption characteristics of carbol fuchsin (CF) dye by coal-based activated carbon (CAC) were investigated using pH, initial concentration, temperature and contact time as adsorption variables. CF dissociates in water to have a cation, NH2 +, which is bonded to the negatively charged surface of the activated carbon in the basic region by electrostatic attraction. Under the optimum condition of pH 11, 96.6% of the initial concentration was adsorbed. Isothermal adsorption behavior was analyzed using Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich models. Langmuir's equation was the best fit for the experimental results. Therefore, the adsorption mechanism was expected to be adsorbed as a monolayer on the surface of activated carbon with a uniform energy distribution. From the evaluated Langmuir's dimensionless separation coefficients (RL = 0.503∼0.672), it was found that CF can be effectively treated by activated carbon. The adsorption energies determined by Temkin and Dubinin-Radushkevich models were E = 15.31~7.12 J/mol and B = 0.223~0.365 kJ/mol, respectively. Therefore, the adsorption process was physical (E < 20 J/mol, B < 8 kJ/mol). The experimental result of adsorption kinetics fit better the pseudo second order model. In the adsorption reaction of CF dye to CAC, the negative free energy change increased as the temperature increased. It was found that the spontaneity also increased with increasing temperature. The positive enthalpy change (40.09 kJ/mol) indicated an endothermic reaction.

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9복합 정제 공정에 따른 천연 흑연의 물리화학적 특성 변화가 리튬 이온 전지의 음극재 성능에 미치는 영향

저자 : 안원준 ( Won Jun Ahn ) , 황진웅 ( Jin Ung Hwang ) , 임지선 ( Ji Sun Im ) , 강석창 ( Seok Chang Kang )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 290-298 (9 pages)

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천연 흑연의 음극재 적용을 위하여 정제 공정을 실시하였으며, 공정에 따른 흑연의 구조적 변화와 불순물 함량이 음극 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 천연 흑연은 불화암모늄과 황산을 동일 비로 하여 사용량을 달리한 산처리 및 온도(800~2500 ℃)를 달리한 열처리를 통하여 화학적/물리적으로 정제되었다. 산을 이용한 불순물 제거는 한계가 있었으며, 이후 진행된 2500 ℃까지의 열처리를 통해 Si과 같은 일부 원소를 제외하고 대부분의 불순물이 전량 제거되는 것을 확인하였다. 복합 정제 공정에 따라 제조된 흑연 음극재의 특성이 향상되었으며, 구조와 불순물 함량 변화는 각각 용량 및 속도 특성과 초기 쿨롱 효율에 지배적인 영향을 미쳤다. 복합 정제 공정은 흑연 구조를 향상시켰으며, 불순물을 효율적으로 제거하여 SEI층 형성 억제 및 Li+ 삽입 공간 확대를 통해 리튬 이온 전지의 성능을 향상시켰다.


A purification process was performed for the application of natural graphite as an anode material. The influence of the structural change and impurity content of graphite according to the process on the anode electrochemical characteristics was investigated. Natural graphite was chemically/physically purified by acid-treatment which used different amounts of solution of ammonium fluoride/sulfuric acid in the same ratio and thermal treatment used different temperatures (800~2500 ℃). Acid-treatment had limitation to remove impurities, and identified that all impurity contents was removed except some traces of atom such as Si by after progressed thermal-treatment until 2500 ℃. The anode materials characteristic of graphite treated by purification process was improved, and changes in the structure and impurity contents affected dominantly the capacity, rate property and initial Coulombic efficiency. Consequently, the complex purification process improved the graphite structure and also the performance of lithium ion battery by controlling the excessive formation of solid electrolyte interphase and expanding Li+ insertion space originated from the effective removal of impurities.

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10경피약물전달을 위한 아세트아미노펜 각인 기능성 전분 기반 바이오 소재 제조 및 방출 특성

저자 : 김한성 ( Han-seong Kim ) , 김경중 ( Kyeong-jung Kim ) , 이시연 ( Si-yeon Lee ) , 조은비 ( Eun-bi Cho ) , 강현욱 ( Hyun-wook Kang ) , 윤순도 ( Soon-do Yoon )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 299-304 (6 pages)

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본 연구에서는 mung bean starch (MBS), polyvinyl alcohol (PVA), sodium benzoate (S), glycerol (GL), melanin (MEL)을 이용하여 광열 효과가 있는 기능성 acetaminophen (AP) 각인 MBS 기반 바이오 소재를 제조하고 약물 방출 특성을 조사하였다. 제조된 AP 각인 바이오 소재의 물리화학적 특성은 FE-SEM과 FT-IR을 통해 분석하였다. 또한, NIR (near infrared) laser (1.5 W/㎠) 조사에 따른 기능성 바이오 소재의 광열 효과 및 AP 방출 특성을 조사하였다. 바이오 소재에 NIR laser를 조사하였을 때, MEL이 첨가 바이오 소재는 첨가하지 않은 바이오 소재보다 2배 이상 높은 온도상승을 보였다. 표준 버퍼 용액과 인공 피부를 사용하여 기능성 AP 각인 바이오 소재의 AP 방출 특성 조사결과, NIR laser를 조사하였을 때, MEL 첨가 바이오 소재는 첨가하지 않은 바이오 소재보다 AP 방출율이 1.2배 높은 것을 확인하였다. 이 결과로부터, 기능성 바이오 소재는 급성 진통 치료를 위한 바이오 소재로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.


This study focuses on the preparation of acetaminophen (AP) imprinted functional biomaterials for a transdermal drug delivery using mung bean starch (MBS), polyvinyl alcohol (PVA), sodium benzoate (S) as a crosslinking agent, glycerol (GL) as a plasticizer, and melanin (MEL) as a photothermal agent. The prepared AP imprinted biomaterials were characterized using FE-SEM and their physical properties were evaluated. The photothermal effect and AP release property for functional biomaterials were examined with the irradiation of near infrared (NIR) laser (1.5 W/㎠). When the NIR laser was irradiated on functional biomaterials with/without the addition of MEL, the temperature of MEL added biomaterial increased from 25 ℃ to 41 ℃, whereas the biomaterial without MEL increased from 25 ℃ to 28 ℃. Results indicate that there is the photothermal effect of prepared biomaterial with the addition of MEL. Based on the results, AP release properties were evaluated using standard buffer solutions and artificial skin. It was found that AP release rates of MEL added AP loaded biomaterials were 1.2 times faster than those of MEL non-added AP loaded biomaterials when irradiating with NIR laser. We envision that the developed functional biomaterials can be utilized for an acute pain-killing treatment.

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