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3D 프린팅을 이용한 마이크로니들 제작의 최신 연구 동향

Recent Research Trend in Microneedle Fabrication Using 3D Printing

추상민 ( Sangmin Choo ) , 정재환 ( Jae Hwan Jung )
  • : 한국공업화학회
  • : 공업화학 32권4호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 08월
  • : 379-384(6pages)
공업화학

DOI


목차

1. 서 론
2. 마이크로니들 제작을 위한 3D 프린팅 기술
3. 3D 프린팅 기술을 이용한 마이크로니들 제작 연구 동향
4. 3D 프린팅 제작기법의 선택 및 기술의 한계점
5. 결 론
감 사
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마이크로니들은 약물전달 및 진단에 사용되는 미세바늘로 일반 주사와 달리 길이가 짧아 효과적으로 약물을 전달하는 한편 고통과 감염위험은 최소화시킬 수 있는 도구이다. 기존의 마이크로니들은 MEMS 기술을 기반으로 정밀하게 나노미터 수준으로 제작되었으나 장비와 유지비가 비싸고 공정이 복잡하여, 최근에는 3D 프린팅을 이용해 경제적이고 간단하며 신속하게 마이크로니들을 제작하는 연구가 진행 중이다. 3D 프린팅 기술은 프로토타입의 제작이 간단하고 수정 보완이 용이하기 때문에 마이크로니들 의약품 및 화장품의 상용화에 유리하다. 이에 본 총설은 SLA, 2PP, DLP, CLIP, FDM 3D 프린팅 기술에 대해 소개하고, 이를 이용한 마이크로니들 제작 연구동향에 대해 소개하고자 한다. 또한 현재 마이크로니들 기술의 한계점과 앞으로 해결해야 할 부분에 대해서 논해보고자 한다.
A microneedle is a tool that used for drug delivery and diagnosis. Unlike general injections, the microneedle is short in length, enabling effective drug delivery while minimizing pain and risk of infection. Conventionally, microneedles have been manufactured precisely at a nanometer level based on microelectro mechanical systems (MEMS) technology, requiring expensive equipments & maintenance and complicated processes. To address the issues, 3D printing research has been conducted to fabricate microneedles simply, economically, and rapidly. Since 3D printing facilitates to manufacture prototypes and apply feedbacks, it is advantageous for the development and commercialization of microneedle for pharmaceuticals and cosmetics. Therefore, this review will introduce stereolithography (SLA), two-photon polymerization (2PP), dynamic light processing (DLP), continuous liquid interface production (CLIP), and fused deposition modeling (FDM) 3D printing technologies and also highlight research trends for microneedle production using them. Furthermore, the limitation of the current microneedle technology and the direction to be solved in the future will be discussed.

UCI(KEPA)

I410-ECN-0102-2022-500-000805759

간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
  • : SCOPUS
  • : 격월
  • : 1225-0112
  • : 2288-4505
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1990-2022
  • : 3938


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33권3호(2022년 06월) 수록논문
최근 권호 논문
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1수질분석에 사용되는 qPCR기술

저자 : 김원재 ( Won Jae Kim ) , 황윤정 ( Yunjung Hwang ) , 이민혜 ( Minhye Lee ) , 정민섭 ( Minsub Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 235-241 (7 pages)

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유엔이 발표한 세계 물개발 보고서는 2030년까지 식수가 현재보다 40% 감소할 것으로 전망하고 있다. 이는 물의 양이 감소하는 것이 아니라, 환경오염으로 인해 상수원이 오염되는 것을 말한다. 미생물이 수질에 깊은 연관이 있기 때문에 미생물의 분석은 수질관리에 매우 중요하다. 현재 미생물 분석에 사용되는 방법은 배양 후 현미경을 통한 모양과 형태를 분석하는 것이 가장 일반적이나, 유전자분석 기술이 발달함에 따라 현미경을 통한 미생물 분석 방식에 qPCR(quantitative polymerase chain reaction) 적용이 가능해졌고 활용방법 등이 연구되었다. 그 중에는 역전사 단계를 추가하여 RNA 분석에 용이성을 부여한 RT-qPCR법과 미생물 배양분석에 접목시켜 검사시간을 단축시키는 ICC-qPCR, 자연에서 채취한 샘플의 위양성율을 감소시키는 데 용이한 viability qPCR, 다중분석에 용이한 multiplex qPCR, 소량의 샘플만으로 분석이 가능한 microfluidic qPCR법 등이 있다. 본 논문에서는 이처럼 qPCR 방법이 미생물 분석에 적용되는 사례와 방식의 원리, 그리고 발전 방향에 대해 소개하고자 한다.


According to the World Water Development Report 2015 released by the United Nations, drinking water is expected to decrease by 40% by 2030. This does not mean that the amount of water decreases, but rather that the water source is contaminated due to environmental pollution. Because microbes are deeply related to water quality, the analysis of microbe is very important for water quality management. While the most common method currently used for microbial analysis is microscopic examination of the shape and feature after cell culture, as the gene analysis technology advances, quantitative polymerase chain reaction (qPCR) can be applied to the microscopic microbiological analysis, and the application method has been studied. Among them, a reverse transcription (RT) step enables the analysis of RNA by RT-PCR. Integrated cell culture (ICC)-qPCR shortens the test time by using it with microbial culture analysis, and viability qPCR can reduce the false positive errors of samples collected from natural water source. Multiplex qPCR for improved throughput, and microfluidic qPCR for analysis with limited amount of sample has been developed In this paper, we introduce the case, principle and development direction of the qPCR method applied to the analysis of microorganisms.

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2Integrated Applications of Microalgae to Wastewater Treatment and Biorefinery: Recent Advances and Opportunities

저자 : Nguyen Van Tuyen , Lawrence A. Limjuco , Kisay Lee , Nhat Minh Dang

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 242-257 (16 pages)

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Microalgae is becoming a vital component for a circular economy and ultimately for sustainable development. Herein, recent developments in different outcomes of microalgae for wastewater treatment and biorefinery were reviewed. From its primary function as a third-generation resource of biofuel, the usage of microalgae has been diversified as an integral element for the CO2 sequestration and production of economically valuable products (e.g., pharmaceuticals, animal feeds, biofertilizer, biochar, etc.). Principles and recent challenges for each microalgae application were presented to suggest a motivation for future research and the direction of development. The integration of microalgae within the concept of the circular economy was also discussed with various routes of microalgae-based biorefinery.

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3Newer Insights on Ferrate(VI) Reactions with Various Water Pollutants: A Review

저자 : Levia Lalthazuala Lalhmunsiama , Chhakchhuak Vanlalhmingmawia Diwakar Tiwari , Suk Soon Choi , Seung-mok Lee

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 258-271 (14 pages)

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Ferrate (VI) [Fe(VI)] has multi-functional features, which include potential oxidant, coagulant, and disinfectant. Because of these distinctive properties, numerous studies on the synthesis of ferrate (VI) and its possible applications in a wide research areas have been investigated. This review highlights the recent development made on different synthesis methods for ferrate including wet chemical, electrochemical, and thermal methods. The recent advancements achieved in ferrate (VI) oxidation and the synergistic effect of the oxidative properties of ferrate (VI) in the presence of various compounds or materials are also included. Moreover, this review discusses the applications of ferrate (VI) for degrading various types of water pollutants and its reaction mechanism. The optimized experimental conditions and interaction mechanisms of ferrate (VI) with micro-pollutants, dyes, and other organic compounds are also elaborated upon to provide greater insight for future studies. Lastly, the limitations and prospects of the ferrate use in the treatment of polluted water are described.

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4알팔파 및 무환자나무열매로부터 천연유화제의 추출: CCD-RSM을 이용한 최적화

저자 : 홍세흠 ( Seheum Hong ) , 이승범 ( Seung Bum Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 272-278 (7 pages)

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본 연구에서는 알팔파 및 무환자나무열매로부터 천연유화제를 추출하여 CCD-RSM을 이용한 추출수율 및 추출물의 거품안정도에 관한 추출공정을 최적화하였으며, 95% 신뢰구간에서 최적화 결과의 통계학적 합리성을 확인하였다. 독립변수로는 주정/초순수의 부피비와 추출온도, 반응치로는 추출수율과 추출물의 거품안정도로 설정하였다. 주정/초순수 부피비 53.5 vol%, 추출온도 70.9 ℃인 최적조건 하에서 알팔파 추출공정의 최대 추출수율은 26.2 wt%, 추출물의 최대 거품안정도는 44.5%로 예측되었다. 무환자나무열매 추출공정의 경우, 최적조건인 주정/초순수 부피비 60.4 vol%, 추출온도 72.4 ℃에서 최대 추출수율은 31.9 wt%, 추출물의 최대 거품안정도는 47.5%로 예측되었다. 이러한 최적화 결과의 정확성을 확인하기 위해 실제 실험을 수행한 결과, 알팔파 및 무환자나무열매 추출공정에 대한 각각의 평균 오차율은 3.4(± 0.3)% 및 5.0(± 0.04)%로 나타났다.


In this study, natural emulsifiers were extracted from Medicago sativa L. and Sapindus saponaria L. The extraction yield using CCD-RSM and the extraction process of foaming stability of the extracted product were optimized and 95% confidence interval was used to confirm the statistical reasonableness of the optimization. Herein, independent parameters were the ethanol volume and extraction temperature, whereas reaction parameters were the extraction yield and foaming stability. Under the condition of 53.5 vol% ethanol and extraction temperature (70.9 ℃), the maximum yield and foaming stability of the extracted product from Medicago sativa L were predicted as 26.2 wt% and 44.5%, respectively. In the case of the extraction from Sapindus saponaria L, the maximum yield and foaming stability were expected to be 31.9 wt% and 47.5% under the optimized conditions including 60.4 vol% of ethanol and extraction temperature (72.4 ℃). The average experimental error for validating the accuracy was about 3.4(± 0.3)% and 5.0(± 0.04)% for the extraction processes from Medicago sativa L. and Sapindus saponaria L., respectively.

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5색상 분석법을 이용한 농도 및 촉매반응속도 측정

저자 : 이은아 ( Euna Lee ) , 장지웅 ( Ji Woong Chang )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 279-283 (5 pages)

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반응물과 생성물이 자외선 및 가시광선 영역에서 빛을 흡수하는 경우 시료의 농도 및 화학반응의 특성을 평가하는데 자외선가시광선분광법을 사용할 수 있다. 하지만 고농도와 높은 반응 온도 조건에서는 자외선가시광선분광법을 사용하는데 한계가 존재한다. 색을 가지고 있는 시료의 촉매 반응을 색상 분석으로 농도 및 조성을 외부에서 수집한 이미지를 분석하여 자외선가시광선분광법에서 동일한 결과를 얻을 수 있다. Resazurin은 촉매 및 환원제에 의해 resorufin으로 환원되며 농도에 따라 적색변광이 일어나며 카메라를 통해 수집하여 분석할 수 있다. 색상 분석을 위한 색공간은 CIE L*a*b*를 사용하였고 소프트웨어를 통해 각각의 색상좌표 값을 추출하고 각 시료의 농도를 분석하였다. 시료의 농도와 촉매 반응에 대해 색공간을 이용한 분석법과 자외선가시광선분광법의 결과와 비교하여 제시된 방법의 유효성을 확인할 수 있다. 더욱이 색상 분석을 통한 농도 분석에서는 자외선가시광선분광법과 다르게 흡수파장이 중복이 있는 경우에도 디콘볼루션 없이 독립적으로 두 물질의 농도 측정이 가능하다.


UV-vis spectroscopy is one of the powerful tools for measuring the concentrations of reactant and products during a chemical reaction. However, there is an limitation of using the technique when the reaction undergoes in high concentration and high temperature. Color analysis using camera images can provide the identical results with UV-vis analysis with regardless of the sample concentration and temperature. The catalytic reduction reaction of resazurin to resorufin was investigated using the color analysis with the color spaces such as CIE L*a*b*. Moreover, the color analysis enabled the independent analysis of two different material's concentrations without the deconvolution of overlapped wavelengths unlike the case of using UV-vis spectroscopy.

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6PP 분말/CNF 1 wt% 슬러리 복합체의 CNF 분산 및 물성에 대한 개질 PP의 영향

저자 : 김준석 ( Jun Seok Kim ) , 김연철 ( Youn Cheol Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 284-288 (5 pages)

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폴리프로필렌(PP) 분말과 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 1 wt% 슬러리 현탁액을 감압여과 및 오븐 건조한 후 이축압출기를 이용하여 PP 분말/CNF 1 wt% 슬러리 복합체를 제조하였다. PP는 곁가지 및 극성기가 도입된 개질 PP를 사용하였다. 곁가지는 디비닐벤젠을 이용하여 도입하였고 극성기는 말레인산무수물(MAH)을 이용하여 개질하였다. CNF의 분산성 및 복합체의 물성을 검토한 결과 PP 분말/CNF 1 wt% 슬러리로부터 제조한 복합체의 경우 CNF 분말로부터 제조한 복합체와 비교 시 인장강도 및 굴곡강도에서는 동등 이상 수준을 나타내는 것을 확인하였다.


Polypropylene (PP) powder/cellulose nanofibers (CNF) 1 wt% slurry composites were prepared by filtering their suspension under reduced pressure and dried them in an oven followed by the use of a twin screw extruder. PP modified with side branches and polar groups was used. The side branches and polar groups were introduced into PP by using divinylbenzene and maleic anhydride (MAH), respectively. As a result of examining the dispersibility of CNF and the physical properties of the composite, it was confirmed that the composite prepared from PP powder/CNF 1 wt% slurry showed equal or higher levels in tensile and flexural strength as compared with those using the composite prepared from CNF powder.

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7전 고체 고분자 전지용 Oligo(EDOT)/PVdF 블렌드 전해질

저자 : 김민수 ( Min Su Kim ) , 권현주 ( Hyeon-ju Gwon ) , 조남주 ( Nam-ju Jo )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 289-295 (7 pages)

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본 연구에서는 동종의 thiophene계 고분자를 전극과 전해질 재료로 적용하여 고체 전해질과 전극이 맞닿은 계면 저항을 감소시킨 고분자 전지를 제작하였다. 먼저 poly(3,4-ethylenedioxy thiophene) (PEDOT) 기반 전극과의 계면 저항을 최소화하기 위해 3,4-ethylenedioxy thiophene (EDOT) 올리고머[oligo(EDOT)]를 고체 전해질에 도입하고, oligo(EDOT)의 부족한 리튬 염 해리능력을 향상시키기 위해서 poly(vinylidene fluoride) (PVdF)와 블렌딩한 oligo(EDOT)/PVdF 블렌드 기반 고체 전해질을 제작하였다. 그 결과, oligo(EDOT)에 PVdF를 도입함으로써 고체 고분자 전해질의 이온 전도도는 증가하였다. 또 PEDOT 기반 전극과 oligo(EDOT)/PVdF 블렌드 기반 고체 전해질로 이루어진 전 고체 고분자 전지의 전기화학적 특성을 평가한 결과, 동종의 thiophene계 고분자 물질을 전극과 전해질에 도입함으로써 계면 저항이 크게 감소함을 확인하였다.


In this study, we intend to fabricate an all solid polymer battery with a reduced interfacial resistance between the solid electrolyte and the electrode by applying thiophene based polymers as both electrode and electrolyte materials. In order to minimize the interfacial resistance with the poly(3,4-ethylenedioxy thiophene) (PEDOT) based electrode, 3,4-ethylenedioxy thiophene (EDOT) oligomer was introduced into the solid electrolyte. Also, to improve the lithium salt dissociation ability of the EDOT oligomer [oligo(EDOT)] electrolyte, it was blended with poly(vinylidene fluoride) (PVdF). As a result, the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte increased by introducing PVdF into the oligo (EDOT). From the result of evaluating the electrochemical properties of an all solid polymer battery, the interfacial resistance significantly decreased by introducing a thiophene based polymer to the electrode and electrolyte.

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8PDMS 코팅을 통한 지르코늄 기반 금속유기골격체의 고습 환경에서 DIMP 흡착 성능 지속성 개선

저자 : 장원형 ( Wonhyeong Jang ) , 정상조 ( Sangjo Jeong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 296-301 (6 pages)

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UiO-66과 같은 지르코늄 기반 금속유기골격체(Zr-MOFs)는 비표면적이 넓고 선택적 흡착 능력이 뛰어나 전장환경에서 화학작용제 방호 물질로써 주목받고 있다. 하지만 대부분의 금속유기골격체는 약한 금속-유기 리간드 결합과 공극의 존재로 인하여 대기 중에 노출 시 물 분자와의 반응으로 선택적 흡착 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 대표적인 소수성 고분자 물질인 폴리디메틸실록산(PDMS)을 지르코늄 기반 금속유기골격체인 UiO-66 표면에 코팅하였고, 전장환경에서 적용 가능성을 평가하기 위해 고습 환경에서 diisopropyl methylphosphonate (DIMP)와 같은 유사 화학작용제의 흡착 성능 지속성을 코팅 전과 비교하였다. PDMS를 코팅한 UiO-66의 표면 구조와 유기 작용기 분포를 분석한 결과 실리콘이 고르게 도포된 것을 확인하였으며, 접촉각을 측정한 결과 PDMS를 코팅한 UiO-66에서 30° 이상 접촉각이 증가하여 소수성이 증대한 것을 확인하였다. 또한 UiO-66과 PDMS를 코팅한 UiO-66을 흡착제로 사용하여 고습 환경에서 유사 화학작용제인 DIMP의 흡착 성능 지속성을 확인한 결과 PDMS를 코팅한 UiO-66가 기존의 UiO-66에 비하여 높은 DIMP 흡착 성능 지속성을 나타내는 것을 알 수 있었다.


Due to the fact that zirconium based metal-organic frameworks (Zr-MOFs), such as UiO-66, have a large specific surface area and excellent selective adsorption capacity, Zr-MOFs are gaining attention as materials that can provide protection from the attack of chemical warfare agents in battleground. However, most of the metal-organic frameworks have an issue of selective adsorption capacity degraded by water molecules when exposed to the atmosphere, because of the weak metal-organic ligand bonds and the presence of voids. Therefore, polydimethylsiloxane (PDMS), a representative hydrophobic polymer material, was coated on the surface of UiO-66 to enhance the sustainability of the diisopropyl methylphosphonate (DIMP) sorption capacity in the battleground condition. Through the analysis of surface structure and organic functional group distribution of PDMS coated UiO-66, silicon was confirmed to be evenly coated. The contact angle increased by over 30° for the PDMS coated UiO-66, indicating that the hydrophobicity was improved. In addition, both the UiO-66 and PDMS coated UiO-66 were used as adsorbents for DIMP, a similar chemical warfare agent, to investigate the durability of adsorption capacity in a high humidity environment. The PDMS coated UiO-66 showed higher durability of adsorption capacity for 20 days than that of pristine UiO-66.

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9PdO 나노입자를 이용한 니트라민 폭발물 분해반응에 대한 1H NMR 반응속도연구

저자 : 계영식 ( Young-sik Kye ) , Mathew Kumbier , 김동욱 ( Dongwook Kim ) , Gerard S. Harbison , Marjorie A. Langell

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 302-308 (7 pages)

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사격장 피탄지에 잔류되는 고폭화약으로 인한 환경오염 문제를 해결하기 위해 표면적이 큰 나노입자를 사용한 분해반응을 연구하였다. 수질오염을 가상하여 물에 용해시킨 research department explosive (RDX)와 high melting explosive (HMX) 니트라민 폭발물에 PdO를 첨가하여 313 K에서 분해반응시켰다. 폭발물의 분해반응속도를 측정하기 위해 반응초기부터 종료시까지 시료 손실없이 반응속도를 측정할 수 있고 스펙트럼을 통하여 반응의 진행 정도를 관찰 가능한 1H NMR을 사용하였다. NMR 피크의 chemical shift 및 peak intensity 분석으로 유사 1차 분해반응이 일어남을 확인하였으며, 측정된 RDX와 HMX의 분해반응 속도상수는 각각 2.10 × 10-2과 6.35 × 10-4 h-1이었다. 본 연구로부터 산화금속 PdO 나노입자는 니트라민 폭발물 분해반응연구에 적용 가능함을 확인하였다.


The PdO nanoparticle with large surface area was selected to solve the environmental pollution problem at fire range caused by high energy explosives research department explosive (RDX) and high melting explosive (HMX). By simulating water pollution, RDX and HMX nitramine explosives were dissolved in water, followed by the degradation reaction at 313 K by adding PdO. In order to measure the degradation reaction rate of explosives, 1H NMR was used, which can monitor the reaction rate without losing sample during reaction, and observe the progress of the reaction through the spectrum. The results showed that the degradation of RDX and HMX by PdO nanoparticles are pseudo-first order reaction. The degradation of explosives compounds were observed via the chemical shift and peak intensity analysis of NMR peaks. The measured rate constants for these reactions of RDX and HMX were 2.10 × 10-2 and 6.35 × 10-4 h-1, respectively. This study showed that the application of PdO nanoparticles for explosives degradation is a feasible option.

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10장파장 형광 탄소 양자점 제조에 있어서 산의 역할에 대한 연구

저자 : 윤소희 ( Sohee Yun ) , 이진희 ( Jinhee Lee ) , 최진실 ( Jin-sil Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 309-314 (6 pages)

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탄소점은 수 nm 크기의 탄소 기반 나노 입자로서 높은 생체 적합성, 우수한 발광 특성 등의 장점으로 인해 바이오센서 및 바이오 이미징 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 하지만 청색광을 발광하는 대부분의 탄소점은 해당 파장의 빛이 생물학적 조직에 대해서 약한 침투성을 보여주기 때문에 생물 의학 분야에서 응용에 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 장파장 영역에서의 형광을 방출하는 탄소점 개발의 필요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 p-페닐렌다이아민에 염산을 첨가하여 산화 후 중합시킴으로써 장파장 빛을 발광하는 탄소점을 획득할 수 있었다. 이때 염산의 양에 따라 탄소점의 화학적 구조가 영향을 받음을 적외선 분광과 X-선 광전자 분광 분석을 통해 확인할 수 있었다. 이러한 탄소점의 화학적 구조 변화는 이들의 흡광, 형광, 그리고 형광 수율에 영향을 끼쳤다. 이 연구는 장파장을 가지는 탄소점을 합성함에 있어서 영향을 주는 인자 (산)에 대한 이해를 높일 수 있었으며 이를 기반으로 바이오 센서 등의 다양한 생물의학 분야에 높은 응용 가능성을 가지는 효과적인 탄소점의 설계가 가능할 것으로 보인다.


Carbon dots (CDs) are few nanometer-sized carbon-based nanoparticles and emerging candidate materials in various fields such as biosensors and bioimaging due to their excellent optical properties and high biocompatibility. However, most CDs, emitting blue light, have limited their application in biomedical fields due to the low penetration of short-wavelength lights into the biological system. Therefore, there has been enormous need to develop long-wavelength emitting CDs. In this study, red-emitting CDs were successfully synthesized through the hydrothermal reaction of p-phenylenediamine with hydrochloric acid. In addition, the effect of the amount of hydrochloric acid on the formation of carbon dots, resulting in the variation of the chemical structures of CDs, were investigated, which was confirmed with the intensive structural analyses using infrared and X-ray photoelectron spectroscopy. It was found that the chemical structure of CDs governed their optical properties and quantum yield. Therefore, this study provides an insight into the role of acid in forming red-emitting CDs as the optimal probe for biomedical application.

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1탄소섬유를 활용한 구조용 배터리 연구 동향

저자 : 권동준 ( Dong-jun Kwon ) , 남상용 ( Sang Yong Nam )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 361-370 (10 pages)

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탄소 섬유 강화플라스틱은 가볍지만 우수한 기계적 강도를 가지는 복합재의 한 종류이다. 가벼우면서 우수한 기계적 강도를 가지는 탄소 섬유 강화플라스틱은 산업 전반에 널리 이용되고 있으며, 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차 및 무인기 등의 무게 감소 핵심 대체 부품으로 연구되고 있다. 배터리를 전원으로 사용하는 운송수단 등은 외부 충격에 이차 폭발의 위험이 있기 때문에 배터리를 안전하게 보호할 수 있는 덮개가 필수적인 동시에, 무게를 줄여 주행거리를 늘려야 하는 요구조건을 만족해야 한다. 이러한 요구 조건에 부합하는 재료로 탄소섬유 강화플라스틱이 손꼽히고 있고, 배터리 보호 덮개 및 다양한 대체품으로의 활용이 연구되고 있다. 한편, 우수한 전기적 특성을 가진 탄소섬유를 배터리 구성품으로 활용하는 연구가 배터리 분야에서 진행 중이고, 이에 더 나아가 탄소 섬유가 배터리를 보호하고 배터리 전극 및 집전체 역할까지 동시에 수행하는 구조용 배터리에 대한 연구가 스웨덴과 미국을 중심으로 활발히 연구 중이다. 본 총설에서는 탄소 섬유의 역할에 따른 구조용 배터리의 분류 및 해당 배터리들에서 발생하는 문제점 등을 포괄하는 최근 연구 동향을 요약하고, 구조용 배터리에 대한 전망을 간략히 논의하고자 한다.

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2박테리아 부착억제 고분자 기반 고체 표면의 항균 코팅 연구 동향

저자 : 고상원 ( Sangwon Ko ) , 이재영 ( Jae-young Lee ) , 박덕신 ( Duckshin Park )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 371-378 (8 pages)

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고체 표면의 박테리아 부착억제를 목적으로 고분자를 이용한 친수성 표면 개질 연구가 주목을 받고 있다. 부착억제 기능은 세포독성이 아닌 작용으로 바이오필름 형성의 초기단계 방지를 목적으로 하며 친수성 또는 이온성 고분자가 도입된 고체 표면은 단백질, 박테리아 등 생물 개체의 부착방지에 효과적이다. 이는 표면에서의 친수층 형성으로 인한 표면 장벽 형성, 고분자 사슬에 의한 반발력과 삼투압성 응력 작용, 그리고 이온성 고분자와 세포 표면의 정전기적 상호작용에 기인한다. 부착억제를 위한 고분자의 표면 도입은 주로 표면 기능기와의 결합을 이용한 접합 방식과 자연 모방 접착 기능기를 활용한 침적 방식으로 이루어지고 있다. 본 총설에서는 표면 도입 시 부착억제 기능을 보이는 대표적인 고분자의 종류, 코팅방법, 및 항균 특성을 소개하고 향후 공공시설, 산업 등으로의 대면적 응용을 위한 고려 사항들을 다루고자 한다.

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33D 프린팅을 이용한 마이크로니들 제작의 최신 연구 동향

저자 : 추상민 ( Sangmin Choo ) , 정재환 ( Jae Hwan Jung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 379-384 (6 pages)

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마이크로니들은 약물전달 및 진단에 사용되는 미세바늘로 일반 주사와 달리 길이가 짧아 효과적으로 약물을 전달하는 한편 고통과 감염위험은 최소화시킬 수 있는 도구이다. 기존의 마이크로니들은 MEMS 기술을 기반으로 정밀하게 나노미터 수준으로 제작되었으나 장비와 유지비가 비싸고 공정이 복잡하여, 최근에는 3D 프린팅을 이용해 경제적이고 간단하며 신속하게 마이크로니들을 제작하는 연구가 진행 중이다. 3D 프린팅 기술은 프로토타입의 제작이 간단하고 수정 보완이 용이하기 때문에 마이크로니들 의약품 및 화장품의 상용화에 유리하다. 이에 본 총설은 SLA, 2PP, DLP, CLIP, FDM 3D 프린팅 기술에 대해 소개하고, 이를 이용한 마이크로니들 제작 연구동향에 대해 소개하고자 한다. 또한 현재 마이크로니들 기술의 한계점과 앞으로 해결해야 할 부분에 대해서 논해보고자 한다.

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4비귀금속계 금속을 이용한 일산화질소 산화 촉매 연구

저자 : 신중훈 ( Junghun Shin ) , 홍성창 ( Sungchang Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 385-392 (8 pages)

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본 연구에서는 Co/CeO2 촉매 제조 시 코발트의 첨가 함량 및 세리아의 소성온도에 따른 물리·화학적 특성 및 일산화질소 산화 성능을 비교하였다. Co/CeO2 촉매의 구조적 특성은 XRD, BET 분석을 통하여 확인하였으며, 코발트 표면밀도에 따른 표면 결정 상태를 제안하였다. 또한, Raman, XPS 분석을 통하여 촉매의 산화가 및 산소 결합 상태를 확인하였으며, 일산화질소 산화 성능과의 관계를 제안하였다. H2-TPR 분석을 통하여 촉매의 특성 변화에 따른 산소전달특성을 확인하였으며, 일산화질소 산화를 위한 촉매의 활성점(Co3+)을 제안하였다.

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5CO2/N2 분리를 위한 Pebax 혼합막에서 Zeolitic Imidazolate Framework-7의 영향

저자 : 윤숭석 ( Soong Seok Yoon ) , 홍세령 ( Se Ryeong Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 393-402 (10 pages)

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본 연구는 대표적 poly(ether-b-amide)인 Pebax-1657과 Pebax-2533에 합성된 zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7)을 넣어 혼합막을 제조하고, 단일기체 N2, CO2에 대한 투과 성질을 조사하였다. 기체투과 결과에서, N2의 경우 Pebax-1657/ZIF-7 혼합막과 Pebax-2533/ZIF-7 혼합막 모두 ZIF-7 혼입에 따라 투과도가 감소하는 비슷한 현상을 보였지만, CO2 투과도의 경우는 고분자에 종류에 따라 조금 다른 경향을 보였다. Pebax-1657/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의 0~3 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도가 감소하다가 그 이후 함량에서 투과도가 증가하였고, Pebax-2533/ZIF-7 혼합막의 경우는 ZIF-7의 0~5 wt% 함량 범위에서 CO2 투과도 증가 없이 감소하였다. CO2/N2 선택도의 경우 두 혼합막 모두 ZIF-7의 함량이 많아짐에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 특히 Pebax-2533/ZIF-7 5 wt%은 다른 혼합막들에 비해 가장 좋은 투과 성능을 보였다. 이는 ZIF-7이 Pebax-1657보다 Pebax-2533에 더 좋은 호환성을 보이며 CO2에 대한 선택적인 특성이 잘 나타났기 때문으로 생각된다.

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6고성능 평면 슈퍼커패시터를 위한 얇고 유연한 폴리아닐린 전극 제작

저자 : 손선규 ( Seon Gyu Son ) , 김서진 ( Seo Jin Kim ) , 신준호 ( Junho Shin ) , 류태공 ( Taegon Ryu ) , 정재민 ( Jae-min Jeong ) , 최봉길 ( Bong Gill Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 403-408 (6 pages)

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본 논문에서는 얇고 유연한 평면 슈퍼 커패시터(PSC)를 스크린 인쇄된 탄소 전극에 폴리아닐린(PANI)을 코팅하여 제작하였습니다. 스크린 프린팅 방법을 사용하여 유연한 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 탄소 잉크를 코팅한 후 희석 중합 법을 사용하여 탄소 표면에 PANI 박막을 코팅하였습니다. 서로 맞물린 구조의 얇은 유연한 PANI 전극을 폴리머겔 전해질로 조립하여 평면 모양의 슈퍼 커패시터(PSC) 장치를 만들었습니다. 상기 제조된 PANI/PSC는 매우 얇고 유연 하였으며, 10 mV/s에서 409 μF/cm2의 높은 면적 정전용량을 나타내었습니다. 이 값은 500 mV/s에서 원래 값의 46%로 유지되었습니다. 유연한 PANI/PSC는 180°의 구부러진 상태와 100번째의 반복적인 피로도 테스트에서도 82%의 높은 정전 용량 유지를 보여주었습니다.

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7전기화학적 산화를 위한 삼원 전이 금속 코팅 불용성 산화 전극 제조에 관한 연구

저자 : 박종혁 ( Jong-hyeok Park ) , 최장욱 ( Jang-uk Choi ) , 박진수 ( Jin-soo Park )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 409-416 (8 pages)

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불용성 산화 전극은 전기화학적 수처리 공정에 있어 가장 핵심적인 소재이며, 이를 이용하여 난분해성 유기물질을 분해하는 방법으로 많은 연구가 진행되어 왔다. 이러한 불용성 산화 전극 제조에 있어 금속 기판 표면에 코팅하는 금속 촉매의 종류, 코팅 방식, 소결 방법 등의 다양한 제조 변수가 불용성 산화 전극의 성능 및 내구성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 Ir-Ru-Ta 삼원 금속 코팅을 활용하여 동일한 전 처리 및 소결 조건에서 코팅 방법에 따라 불용성 산화 전극을 제조하고 이의 성능과 내구성을 연구하였다. 코팅 방식은 브러쉬 및 스프레이 코팅법을 활용하였으며, 그 결과 최적화된 스프레이 코팅 조건에서 동일한 촉매 잉크양으로 더 많은 금속을 Ti 기판 표면에 코팅이 가능하여 촉매 잉크 저감이 가능한 것을 확인하였다. 또한, 전극 표면의 갈라짐 현상 및 삼원 금속의 균일한 도포에 의해 스프레이 코팅법으로 제조한 Spray_2.0_3.0 전극이 가장 높은 전기화학적 활성 비표면적을 보여주었으며, 4-chlorophenol의 분해 성능이 타 전극에 비해 우수한 것으로 나타났다. 하지만, 불용성 산화전극의 내구성은 전극의 코팅방법에 따라 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

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8유기 단열재의 화재위험성 등급 평가

저자 : 유지선 ( Ji Sun You ) , 전남 ( Nam Jeon ) , 정영진 ( Yeong-jin Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 417-422 (6 pages)

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본 연구에서는 유기 단열재인 poly isocyanurate foam (PIR), poly urethane foam (PUR), phenol foam (PF)을 선정하여 ISO 5660-1의 기준에 따라 콘칼로리미터(cone calorimeter)를 이용하여 측정하였다. 화재위험성 평가를 표준화하기 위하여 기준물질(PMMA)을 사용하여 Chung's equations-III와 Chung's equation-IV에 의한 화재위험성을 등급화하여 평가하였다. Chung's equations-II의 화재성능지수-II 값은 PF가 14.77 s2/kW로 화재성능지수-II가 가장 높았고, PUR이 0.08 s2/kW로 화재성능지수-II가 가장 낮았다. 화재성장지수-II 값은 PF가 0.01 kW/s2로 화재성장지수-II가 가장 낮았고, PUR 이 1.14 kW/s2로 화재성장지수-II가 가장 높았다. Chung's equations-III의 화재성능지수-III에서 PUR이 0.11로 화재성능 지수-III가 가장 낮게 나타났고, PF가 20.23으로 화재성능지수-III가 가장 높았다. FGI-III에서는 PUR이 14.25로 화재성장지수-III가 가장 높게 나타났고, PF가 0.13으로 가장 안전한 물질로 판단하였다. 그리고 Chung's equation-IV의 화재위험성지수-IV는 PUR (130.03) >> PIR (19.13) > PMMA (1.00) > PF (0.01)의 순서로 나타났다. 따라서 PF가 화재위험성이 가장 낮고, PUR이 가장 높은 것으로 판단하였다.

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9화재 발생 시 목재 수종의 화재위험성 등급 평가

저자 : 진의 ( Eui Jin ) , 정영진 ( Yeong-jin Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 423-430 (8 pages)

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본 연구는 건자재용 목재의 화재위험성 및 화재위험성 등급을 평가하기 위하여 Chung's equations-III, -IV에 의한 화재성능지수-III (FPI-III), 화재성장지수-III (FGI-III), 화재위험성지수-IV (FRI-IV)를 중심으로 조사하였다. 시험편은 적삼목, 전나무, 물푸레나무, 단풍나무를 사용하였다. 화재 특성은 시험편에 대하여 콘칼로리미터(ISO 5660-1) 장비를 이용하여 조사하였다. 연소반응 후 측정된 FPI-III는 polymethylmetacrylate (PMMA) 기준으로 0.86∼12.77로 나타났다. FGI-III는 PMMA를 기준으로 0.63∼5.26으로 나타났다. 화재위험성 등급 지수인 FRI-IV에 의한 화재 등급은 0.05∼6.12였으며 적삼목이 단풍나무와 비교하여 122.4배 높았다. FRI-IV에 의한 화재위험성 등급은 단풍나무, 물푸레나무, 전나무, PMMA, 적삼목 순서로 증가하였다. 모든 시편의 CO 피크농도는 103∼162 ppm으로 측정되었으며 미국직업안전위생관리국(occupational safety and health administration)의 허용기준(permissible exposure limits)인 50 ppm보다 2.1∼3.2배 높게 나타났다. 적삼목과 같이 체적밀도가 작고 휘발성 유기물질을 다량 함유한 소재는 FPI-III가 낮고 FGI-III가 높으므로 화재위험성 등급이 높은 것으로 나타났다.

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10ZIF-8@GO를 함유한 PEBAX-PEI 복합막의 기체투과 특성

저자 : 이은선 ( Eun Sun Yi ) , 홍세령 ( Se Ryeong Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 431-441 (11 pages)

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본 연구에서는 PEBAX에 GO과 ZIF-8@GO의 함량을 달리하여 PEBAX/GO-PEI 복합막과 PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막을 제조하고, N2와 CO2의 투과 특성을 연구하였다. 전체적으로 PEBAX/GO-PEI 복합막의 N2와 CO2 투과도는 GO 함량이 증가할수록 감소하였고, CO2/N2 선택도는 약간 증가하였다. PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막에서도 N2의 투과도는 감소하였으나 CO2는 ZIF-8@GO 1 wt%까지 증가하였고, 그 이후의 함량에서는 감소하였다. CO2/N2 선택도는 ZIF-8@GO 1 wt%에서 92.3으로 가장 높은 선택도를 보였는데 이는 PEBAX와의 호환성을 향상시켜 고르게 분산되면서 다공성의 ZIF-8의 효과와 함께 CO2에 친화성이 좋은 GO, ZIF-8의 효과를 가장 크게 받았기 때문으로 생각된다. 또한 PEBAX/ZIF-8@GO-PEI 복합막은 ZIF-8@GO 5 wt%를 제외하고 PEBAX-PEI와 PEBAX/GO-PEI 복합막보다 CO2 투과도와 CO2/N2 선택도가 모두 향상되면서 Robeson upper bound에 근접하는 결과를 얻었다.

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