Earticle

초임계 이산화탄소를 이용하여 감초의 glycyrrhizic acid를 추출하기 위하여 일정 유속 (3 mL/min)에서 추출온도와 압력보조용매의 종류와 첨가량에 대한 효과를 조사하여 보았다. 순수한 초임계 이산화탄소만을 사용해서 감초로부터 glycyrrhizic acid를 거의 추출할 수 없었다. 99.9% methanol, ethanol과 isopropanol을 보조용매로 초임계 이산화탄소에 첨가하여 추출한 경우, 추출수율의 증대에 큰 영향을 미치지 않았으나, 70% (v/v) aqueous methanol, ethanol과 isopropanol 을 이산화탄소에 10% (v/v)으로 첨가한 경우에는 급격한 수율의 증대를 볼 수 있었고, 70% (v/v) aqueous methanol을 첨가하였을 때가 96.62 wt%로 가장 높은 회수율을 나타내었다. 한편, 70% (v/v) aqueous ethanol을 보조용매로 사용한 경우의 가장 높은 회수율과 빠른 추출속도를 나타낸 추출압력과 추출온도는 각각 40 MPa과 80℃였고, 이 조건하에서 다양한 농도의 aqueous ethanol (50～90% (v/v))을 보조용매로 사용하였을 때 60% (v/v) aqueous ethanol을 보조용매로 첨가한 경우가 104.11 wt%로 가장 높은 회수율과 빠른 추출속도를 나타내었다. 또한 이산화탄소에 대한 60% (v/v) aqueous ethanol의 첨가량은 15% (v/v)을 첨가하였을 때 60분 내에 최고 회수율 (104.57 wt%)에 도달하였다.

The extraction of glycyrrhizic acid from licorice using supercritical carbon dioxide (SCCO2) was investigated with respect to the effects of extraction parameters such as the kind and amount of modifier, temperature, pressure, and extraction time. The conventional organic solvent extraction was also conducted for a quantitative comparison. The content of glycyrrhizic acid in crude extracts was analyzed by HPLC and the yield of glycyrrhizic acid was computed as a weight percent recovery. The optimal pressure and temperature for SCCO2 extraction were found to be 40 MPa and 80℃, respectively, when SCCO2 was modified with 70% aqueous ethanol. Under the same pressure and temperature, the highest recovery was attained to be 104.57% in the first 60 min when the concentration of 60% aqueous ethanol in SCCO2 was 15%.

분자량이 1 MDa 이상인 β-(1,6)-branched β-(1,3)-glucan의 효과적인 저분자화 방법을 물리적인 방법, 화학적인 방법, 효소적인 방법으로 나누어 고찰하였다. 물리적인 방법인 초음파처리의 경우엔, 저분자화가 진행됨에 따라 감소하는 저분자화의 효율로 인하여 산업적으로 일정 수준이하의 BBG을 수득하 기에 난점이 있으며, 또한 3차 구조의 변성 문제도 주목해야 할 것이다. 화학적인 산 처리법의 경우, 분자량 100,000 Da 이하의 BBG을 산업적으로 수득하기에는 유리할 수 있으나, 약리적 효능에 결정적인 β-(1,6)-branch의 파괴가 단점이라 할 수 있다. 효소적인 방법이야말로 triple helix 3차 구조의 변성 문제나 β-(1,6)-branch의 감소 문제를 피하며, 효과적으로 분자량을 감소시킬 수 있음이 확인되었으나, 아직 분지도가 높은 β-(1,6)-branched β-(1,3)-glucan까지 효과적으로 가수분해 할 수 있는 효소를 screening 하지는 못하였다.

β-(1,6)-Branched β-(1,3)-D-glucans are known to enhance the immune system in human body, and in most cases have higher molecular weights over 1 MDa. In order to enhance the efficacy of glucans by decreasing their molecular weights, sonication, acid treatment, and enzymatic hydrolysis were tested and compared in this work. Treatment of sonication was effective to decrease the molecular weight to the extent of several dozens of kilo-daltons, but have a risk to disorder the triple helical structure of the glucans. Acid treatment was also an effective method to degrade polysaccharides, but β -(1,6)-branchs of the glucan molecules was found to be also hydrolyzed. Treatment of β-(1,3)-glucanase was an effective method to decrease the molecular weight in mild conditions, but could not hydrolyse the highly β-(1,6)-branched β-(1,3)-glucans efficiently.

생물공학기술을 이용하여 제품과 서비스를 창출하는 산업을 생물산업이라고 한다. 우리나라는 1999년부터 산업자원부가 생물산업의 범위를 8개 부문으로 분류하고 있으나 산업분류와 제품 분류, 기술 분류의 기준이 섞여 있어 통계자료를 이용한 현황 파악이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 국내 생물산업의 현황 파악을 위해 한국생물산업협회의 매출조사자료를 근거로 하였다. 국내 생물산업제품의 상당수가 기존 산업의 수요구조를 따르는 것으로 가정하고 1985-90-95년의 접속불변산업연관표에서 국내 생물산업분야를 생물의약분야, 생물화학분야, 바이오식품분야, 생물농업분야, 생물공정 및 환경분야의 6개 분야로 분류․선정하였다. 1985년에서 1995년 기간의 최종재수요구조, 중간재 수 요구조, 수입구조 등의 변화가 산출액 변화에 미친 기여도를 분석하기위해 변화요인을 크게 경제성장에 의한 효과와 수요구조변화에 의한 효과로 나눈 후 수요구조변화에 Syrquin 구조분해모형을 이용하였다. 분석결과 생물산업의 세부 각 분야들은 다양한 성장배경을 가지고 있으며 바이오식품과 생물농업분야를 제외한 생물산업분야는 사회적 수요가 성장을 이끌어왔음을 확인하였다. 또한 각 분야별 민간수요변화에 대한 대응과 수입․수출구조의 개선이 산업 성장에 필요함을 알 수 있었다.

This study defines the biotechnology industry, examines its position in the domestic economy, and analyses its structure with I-O tables of year 1985, 1990 and 1995. Structural decomposition analysis is used in order to estimate the impact of different sources of growth. We classifies Korean biotechnology industry into 6 sectors, based on the survey of domestic biotechnology industry by Bioindustry Association of Korea. Empirical results indicate that each sector of bioindustry has various sources of growth and industrial demand has led the growth in all sectors except for food-bio and agriculture-bio. For the growth of the industry, each sector needs to cope with the change of the private demand and to improve the import and export structure.

본 연구에서는 썩은 고구마 및 감자로부터 amylase 생산균주인 사상균 FM04를 분리하였으며, 분리균주의 섬유소분해효소 생산에 관한 배양의 환경변수 및 기질특성을 조사하였다. 최적의 효소생산을 위한 온도, pH, 교반조건은 각각 28～30℃, 5.0～6.0, 100rpm이였다. FM04는 Amylase 생산을 위해 탄소원으로서 starch을 잘 이용하였다. 경제적인 효소생산을 위해 전분이 많이 함유된 음식물쓰레기를 이용하였고, 1%(w/v)의 기질농도에서 5.2 U/ml의 amylase 효소활성을 얻을 수 있었다. Amylase 활성의 최적온도 및 pH는 각각 60℃와 4.5이었으며, 열안정성은 50℃에서 2일 동안 90%의 활성이 유지되었다. 음식물쓰레기의 효소학적 가수분해에서는 2.5U/ml의 amylase 배양상등액에 음식물쓰레기 20% (w/v)의 첨가한 반응물을 50℃, 48시간의 반응한 결과 72.6 g/L의 환원당을 얻을 수 있었다.

A filamentous fungus, strain FM04 producing amylase was isolated from rotten yam peels and potatoes. The favorable conditions of cultivation factors such as, temperature, pH, and agitation speed of strain FM04 were 28～30℃, 5.0～6.0, and 100 rpm, respectively. Starch was the best carbon source in the amylase production. Therefore, food wastes containing lots of starch were employed as the carbon source of the cultivation for the economical amylase production. 5.2 U/ml of amylase was obtained In the cultivation using 1% (w/v) of food wastes. The amylase showed the highest activity at enzyme reaction conditions of 60℃ and pH 4.5 and showed 90% of residual activity after the reaction at 50℃ for 2 days. In the enzymatic hydrolysis reaction using 20% (w/v) of food wastes and 2.5 U/ml of amylase, 72.6 g/l of reducing sugar was obtained at the reaction condition of 50℃, pH 4.5 for 2 days.

프로바이오틱 생균인 B. polyfermenticus SCD의 유용성을 확인하기 위해 항산화 및 콜레스테롤 저하 효과를 검증하였다. DPPH법에 의한 항산화 활성은 48% 정도였으며, TCA법에 의한 활성은 45%로 측정되었다. 그리고 TBARS법에 의해 측정된 활성은 stimulator가 존재할 때 60%에 달하였으며, SOD 유사활성은 15% 정도였다. 이러한 활성은 기존의 항산화제인 BHT나 α-tocopherol의 1% 용액과 비교할 때, 비슷하거나 약간 낮은 수치를 보여 준다. 향후 항산화 물질이 정제되어 이 물질의 1% 용액과 1% 농도의 기존 항산화제의 활성을 비교하여야 한다. 그러나 이 같은 뚜렷한 B. polyfermenticus SCD의 항산화력을 바탕으로 천연 항산화제 개발이 가능하다고 판단된다. 한편 B. polyfermenticus SCD의 콜레스테롤 저하 효과는 0.3% oxgall이 존재할 때, 64% 정도였다. 이 수치는 oxgall이 존재하지 않을 때 수치(67%)와 비교할 때, 큰 변화가 없었다. 그리고 콜레스테롤 저하 기작은 세포내 흡착에 의한 것으로 판단되었다.

Antioxidative and cholesterol-reducing activity of Bacillus polyfermenticus SCD were measured to characterize its probiotic properties. DPPH (1,1-diphenyl-2-picyryl hydrazyl) radical scavenging activity of the culture supernatant of B. polyfermenticus SCD was estimated to be 48%. The culture supernatant on the peroxidation of linoleic acid were investigated and the value was shown to be about 45%. The inhibition of TBA (2-thiobarbituric acid) formation of the culture supernatant was revealed 60% when stimulator was presented. The SOD-like activity of the culture supernatant was about 15%, which is similar to BHT (butylated hydroxytoluene) and α-tocopherol. After cultured in TSB broth added soluble cholesterol either 0.1% or 0.3% of oxgall in 37℃ for 24 h aerobically, cholesterol-reducing activities were revealed about 67% or 64%, respectively. To test whether the products are cholesterol-related or not, residual activity was determined. The cholesterol activity was rarely changed. In addition, when the cell extracts recovered after cultivation, was tested in absence of cholesterol, cholesterol activity was not detected. However, cholesterol activity was detected in the presence of cholesterol. Thus, it was assumed that B. polyfermenticus SCD could reduce cholesterol by conjugating with it, rather than by digesting the cholesterol using cholesterol-hydrolyzing enzymes.

본 연구에서는 푸마르산 또는 숙신산을 생산/소비하는 생물공정에서 각 물질의 농도를 온라인 모니터링을 하기 위한 흐름주입분석기술 (FIA)을 개발하였다. 각 효소반응에 필요한 효소 (Fum/MDH, ICL/ICDH)를 VA-Epoxy Biosynth E3-carrier에 공유 결합에 의해 고정화하였고 소형 고정화 효소반응기를 흐름주입분석 장치에 도입하였다. 푸마르산-FIA 및 숙신산-FIA 시스템에서 고정화 효소 반응기의 특성 (예를 들면, 고정화 Fum/MDH 효소 반응기와 ICL/ICDH 효소 반응기는 최적 pH가 9.0이었으며 35℃의 반응온도에서 최대 활성을 보임) 을 연구하였고 실제 생물공정에의 적용 가능성을 조사하기 위해 각 FIA 시스템의 성능을 조사하였다. 또한 모사공정 과 실제 발효공정에서 푸마르산과 숙신산의 농도를 온라인 모니터링하여 오프라인 분석값과 비교하였고 잘 일치함을 볼 수 있었다.

On-line monitoring techniques for fumaric acid and succinic acid were developed by flow injection analysis (FIA). For the determination of fumaric acid, two enzymes, fumarase and malic dehydrogenase were immobilized on VA-epoxy Biosynth E3-carrier and integrated into a FIA-system with a fluorescence detector. For the analysis of succinic acid, isocitrate lyase and isocitrate dehydrogenase were also immobilized on VA-epoxy polymer support and used in a FIA system. The immobilized enzymes in two FIA systems were characterized systematically, e.g. optimum pH and temperature, inhibitory effects etc. Two FIA systems were also used to on-line monitor the concentrations of fumaric acid and succinic acid in biotechnological processes. Good agreement between on-line monitored data and off-line data measured by HPLC showed extensive application of the FIA systems in bioprocesses.

초임계 이산화탄소를 이용한 효율적인 DDS 설계를 위한 기초연구로서 순수한 초임계 이산화탄소와 초임계 이산화탄소와 상용성이 있으면서 고분자에 대해서는 비용매로 작용하는 극성 공용매로 변형된 초임계 이산화탄소를 이용하여 생체분해성 고분자인 L-PLA의 미세입자 형성에 대하여 고찰하였다. L-PLA용액의 농도가 증가할수록 입자 크기는 증가하였으며, 약 4%이상의 농도에서는 입자들 간의 강한 응집으로 인하여 입자의 형태가 구형에서 섬유상으로 변화하였다. 침전기 내 초임계 유체의 온도가 높아짐에 따라 생성된 입자의 크기가 증가하였으며, 온도가 높아질수록 입자의 분포는 불균일하게 나타났다. 용액 유량이 증가함에 따라 전체적으로 구형 입자의 생성이 증가하였으며, 입자의 평균 크기는 증가하는 것으로 나타났다. 순수한 초임계 이산화탄소를 사용한 경우 모든 실험 조건에서 입자 회수율은 약 30~40% 정도로 나타났다. 입자 회수율을 향상시키기 위해 극성 공용매를 초임계 이산화탄소와 혼합하여 입자를 제조하였다. 메탄올과 에탄올을 이산화탄소 대비 몰비 0.5로 혼합한 경우 회수율은 각각 80 %와 70%로 매우 높은 값을 나타냈으며, 평균 직경 1 μm이하의 매우 작은 입자를 제조할 수 있었다.

Biodegradable poly (L-lactide) (L-PLA) solution in methylene chloride was precipitated into microparticles by using supercritical carbon dioxide modified with polar cosolvents. The effects of the amount of polar cosolvents, solution concentration, temperature, and solution flow rate on the formation of microparticles were investigated. The mean particle size was found to increase with the increase of solution concentration and flow rate. It was also observed that the particle size not only increases but the size distribution also becomes less uniform as the temperature increases. The percent recovery of microparticles was found to be 30~40% at all experimental conditions. The supercritical carbon dioxide modified with methanol and ethanol was employed to enhance the recovery, resulting in significant improvement up to about 80 and 70% for methanol and ethanol, respectively. Furthermore, the mean diameter of L-PLA microparticles was found to be less than 1 μm for both cosolvents.

수용성 절삭유에서 발생빈도가 높고 생존․성장력이 우수한 Pseudomonas aeruginosa를 사용하여 방청제가 방부제(Kathon 886 MW, Triadine 3, Triadine 10 and Grotan BK)의 항균효능에 미치는 영향을 조사하였다. 실험결과 방부제와 방청제를 함께 사용할 경우 방부제의 효능은 첨가되는 방청제에 의해 그 영향을 받았다. Kathon 886 MW 항균효능은 SS 510과 MEA를 각각 첨가하였을 때 증가하였다. Triadine 3, Triadine 10, Grotan BK는 사용된 방청제에 대해 유사한 경향의 향균효능을 보였는데, CP-105, CP-E-7, MEA에 대해서 상승효과를 보였다. 그리고 방청제 고유의 항균력을 비교해 본 결과, CP-E-7과 MEA는 bioresistant 하였으며, 다른 방청제 (CP-105, AMIDE, SS-510, TEA)는 biosupportive하였다. 방부제 고유의 항균력을 비교해본 결과, Triadine 10 < Triadine 3 < Kathon 886 MW < Grotan BK 순으로 항균성이 좋게 나타났다.

The effect of corrosion inhibitors on antimicrobial activity of biocides (Kathon 886 MW, Triadine 3, Triadine 10 and Grotan BK) was investigated using the Pseudomonas aeruginosa which frequency of occurrence in contaminated fluids is very high and its growth and survival is excellent. When a biocide was used with a corrosion inhibitor, the antimicrobial activity of it was affected by the corrosion inhibitor used. The antimicrobial activity of Kathon 886 MW increased when corrosion inhibitor (each of SS 510, MEA) was used. Triadine 3, Triadine 10, Grotan BK showed the similar trend of antimicrobial effect for the corrosion inhibitors used. Their antimicrobial activities increased when the corrosion inhibitor such as CP-105, CP-E-7 and MEA was used individually. The antimicrobial activity of each corrosion inhibitor was also compared. The results showed that CP-E-7 and MEA was bioresistant and the other corrosion inhibitors were biosupportive. The antimicrobial activity of biocides was in the order of Triadine 10 < Triadine 3 < Kathon 886 MW < Grotan BK.

고체배양을 통해 10종의 균주 중에서 선별된 고활성 균주인 T. versicolor KCTC 16781은 100 mg/L의 6가지 염료(reactive blue 19, reactive blue 49, reactive black 5, acid black 52, reactive orange 16, and acid violet 43)를 15일 이내에 효율적으로 분해하였다. T. versicolor KCTC 16781은 액체배양에서 반응 2-3일 이내에 6가지 염료의 색도를 100% 제거시켰으며, 배양 초기에 빠른 속도로 효소를 생산하여 높은 활성을 보였다. 이로 인해 색도제거 속도가 기존의 연구에 보고된 결과들보다 우수함을 입증하였다. 서로 다른 종류의 염료분해 실험에서, 효소활성이 반응 초기에 작은 차이를 보였지만, 최대 효소활성에 도달한 후의 값이 2.0±0.5 U/mL의 범위에 들어 염료의 종류에 관계없이 비슷한 범위의 활성 을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 염료의 색도제거가 완벽하게 이루어진 후에도 효소활성은 감소하지 않았으며, 배양말기까지 2.0 U/mL 이상의 효소활성을 유지하여 고농도의 염료를 제거할 수 있는 가능성을 보였다.

Due to the low biodegradability of dyes, conventional biological wastewater treatment systems are inefficient in treating dye wastewater. Various white-rot fungi were investigated for the decolorization of six industrial dyes (reactive blue 5, reactive blue 16, reactive black 5, acid black 52, reactive orange 16, and acid violet 43). Among ten fungi, T. versicolor KCTC 16781 was selected as a testing strain because this had the best performance of decolorization for six dyes from the results of the solid culture experiments. In liquid culture medium, T. versicolor KCTC 16781 decolorized over 96% of six dyes for 48 hrs. Laccase started to produce in the early stage of the culture, and showed the highest peak value of 2.3 U/mL in 24 hrs. Enzyme activity remained constant until the end of culture. Fungal decolorization is a promising alternative to replace or supplement present treatment process.

R. eutropha의 PHA 생합성 유전자를 포함하는 플라스미드 pSYL107을 가진 재조합 대장균 GCSC6576과 A. latus PHA 생합성 유전자를 포함하는 플라스미드 pJC4를 가진 fadR atoC 돌연변이주 재조합 대장균 LS5218의 유청으로부터 P(3HB-co-3HV) 합성을 비교하였다. 재조합 대장균 GCSC6576(pSYL107)의 플라스크 배양에서 acetic acid induction과 oleic acid의 첨가는 3HV 함량을 증가시켰다. 재조합 대장균 LS5218의 pH-stat 유가식 배양결과, 39시간에 균체농도 31.8 g/L, P(3HB-co-3HV) 농도 10.6 g/L, P(3HB-co-3HV) 함량 33.4%, 3HV 함량 6.26 mol%를 얻을 수 있었다.

Two recombinant Escherichia coli strains, GCSC6576 harboring a plasmid pSYL107 containing the Ralstonia eutropha polyhydroxyalkanoate (PHA) biosynthesis genes and a fadR atoC mutant LS5218 harboring a plasmid pJC4 containing the Alcaligenes latus PHA biosynthesis genes were compared for their ability to synthesize poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) [P(3HB-co-3HV)] from whey. The 3HV fraction could be increased by acetic acid induction and oleic acid supplementation in flask cultures of recombinant E. coli GCSC6576. With the pH-stat fed-batch culture of recombinant E. coli LS5218, we obtained a cell concentration, a P(3HB-co-3HV) concentration, a P(3HB-co-3HV) content, and a 3HV fraction of 31.8 g/L, 10.6 g/L, 33.4%, and 6.26 mol%, respectively in 39 h.

피부미백효과 및 항산화물질로 알려진 glabridin은 감초뿌리 (Glycyrrhiza glabra)에 포함되어 있는 성분으로서 추출 및 HPLC에 의한 분리에 관한 연구 결과는 다음과 같다. 용매에 따른 추출정도를 알기위하여 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트 및 아세톤 등 4가지 용매로 1시간동안 초음파 추출하여 HPLC에서 비교 분석하였다. 그 결과 에틸아세테이트의 추출용매가 1260.0 ㎎/㎏으로 가장 함량이 높았으며, 에탄올, 메탄올, 아세톤 순으로 나타났다. HPLC의 역상 컬럼에서 이동상의 조성을 아세토나이트릴/물 (50/50, vol. %)으로 사용했을 때 체류시간은 20.3분이였으며, 에틸아세테이트로 추출한 시험용액을 LC/MS로 확인하였다.

By reversed-phase high-performance liquid chromatography, the extraction and separation of glabridin by from licoricce root was performed in this work. The column efficiencies and resolutions of glabridin were investigated with mobile phase composition on the reversed-phase chromatographic system. The glabridin collected from licorice root was identified by LC/MS. The mobile phase used to extract glabridin were composed of ethanol, methanol, acetone, and ethyl acetate. For one-hour ultrasonic extraction with solvent of ethyl acetate, the favorable content of glabridin was obtained as 1.26g/㎏. The glabridin was well separated in the mobile phase composition of 50/50 vol. % (acetonitrile/water).

각 샘플의 공극사이즈 (PPI)에 따른 미생물 고정화 능의 관계는 대체로 공극의 크기가 줄어들수록 미생물 고정화 량이 증가하는 경향을 보여주었다. 일반적으로 공극의 크기가 작을수록 비표면적이 증가하기 때문에 미생물 고정화 능이 증가할 것으로 사료되지만, 본 실험에서는 각 시편의 표면적을 측정한 것이 아니고, 각 시편의 질량을 기준으로 미생물 점착량을 산출하였기 때문에 이와 같은 결과를 나타낸 것으로 사료된다. 특히 폴리우레탄 오픈셀의 경우 담체의 PPI가 커질 경우 일반적으로 그 단위 부피당 표 면적은 증가되지만, 단위 질량당 표면적은 이에 비례하여 증가하지 않음을 시편 관찰을 통하여 확인하였다. 따라서 이와 같은 이유로 인하여 각 시편의 PPI에 대한 점착율의 경향성은 발견하기 어려웠다. 각 시편의 비표면적 (단위질량당 표면적)을 실험을 통하여 결정한 후, 각 시편의 단위 면적 당 미생물 고정화 율을 산출한 결과, 단위 면적당 고정화 된 미생물의 수는 PPI 증가에 따라서 오히려 감소하였다. 따라서, 겉보기 밀도를 비롯하여 유실율, 점착율의 실험을 통한 모든 결론을 종합하여 고려해볼 때 45 PPI 담체가 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한 고분자의 표면처리를 통해 미생물 점착율을 증가시킬 수 있다는 것을 실험으로 확인할 수 있었다. 특히 PEI 처리 담체의 경우 건조 무게의 증가량이 미처리 담체에 비하여 약 3 배 정도 향상되는 것을 알 수 있었다. 또한 플라즈마 처리 실험 결과에서 알 수 있듯이 폴리우레탄 폼 담체에 미생물의 점착율이 플라즈마 표면처리에 의해 표면 친수도의 향상으로 인하여 증가되었다. 미생물의 점착율은 플라즈마 처리를 했을 때 가장 증가했고, Chitosan 처리를 한 경우를 제외하고 PEI를 처리했을 때도 처리하지 않았을 때보다 증가했다. 본 실험을 통하여 미생물 고정화 실험을 통하여 각 PPI별로 폴리우레탄 담체의 미생물 고정화 능력의 차이를 비교할 수 있음을 알았다. 따라서 앞으로의 실험은 고정화된 미생물을 현미경 관찰을 통하여 확인하고, 플라즈마 처리 후 미생물의 화학적 고정화(공유결합이나 이온결합체 형성을 통한 고정화 과정에서의 관능기 및 미생물의 유실이 없는 미생물 고정화)를 통한 미생물 고정화 율의 증가 방법을 개발하는데 주안점을 두고자 한다. 한편, 다른 형태의 고분자나 미생물 종류를 달리하여 본 연구를 확장시킴 으로써 환경 및 생물 산업에 유용한 소재로 사용되는 최적의 미생물 고정화 담체를 개발할 수 있으리라 사료된다.

We first investigated basic characteristics of reticulated polyurethane (PU) foams as microbial carriers. In general, the specific surface area of PU foams increases with respect to decreasing pore sizes. However, the number of microbes adhered on the unit surface of reticulated PU foams decreases with respect to decreasing pore sizes. Thus, as a result of totally considering all effects such as apparent density, hydrolysis rate, and adhesion, we can know that PU foams with 45 PPI is the most appropriate microbial carrier. In this study, we can also investigate the effect of various physico-chemical surface treatments on the adhesion of microbes on the surface of PU foams. We used a chitosan treatment, a PEI (Polyethylene Imine) treatment, a xanthane treatment and a plasma treatment. As a result of comparing all surface treatments, the plasma surface treatment was the best.

발효조의 냉각수 공급 제어 신호와 냉각수의 유출입 지점의 온도를 온라인으로 측정하여 이 값들로부터 냉각량을 추정할 수 있는 실험식을 얻었다. 회분식 배양을 통하여 냉각량이 온라인으로 측정될 수 있음을 확인하였고 기질의 재투입시 냉각량의 변화를 통하여 유가배양의 제어변수로 활용할 수 있음을 점검하였다. 미리 프로그램된 목표 냉각량의 증가곡선에 따라 냉각량이 증가되면서 세포가 자라도록 유가배양을 실시하였다. 본 연구를 통하여 냉각량의 온라인 측정방법을 제시하였고 이를 유가배양 제어변수로 할용하여 세포의 성장속도를 조절할 수 있음을 보였다.

A laboratory jar fermenter was modified to measure the duration for cooling water supply and the temperatures of the coolant at the inlet and outlet of water jacket. Successful operation of temperature control and on-line measurement was achieved by adjusting optimum parameters of the Proportion-Integral-Derivative temperature controller. The variables measured on-line were used to estimate cooling rates from empirical equations comprised of the time period of cooling water supply and the temperatures of coolant. The measured cooling rate showed a good correlation to the specific growth rate during batch cultivation of E. coli. Cooling rate was measured and applied to programmed cell growth in a fed-batch cultivations. Three fed-batch cultivations were demonstrated by feeding substrate to follow the programmed cooling rates increasing exponentially.

내분비계장애물질인 bisphenol A, nonylphenol, pentachlorophenol을 대상으로 여성 유방암세포 유래 MCF-7 세포주와 남성 전립선암세포 유래 PC-3 세포주에서 세포 증식효과를 MTT 방법으로 조사하였다. MCF-7 세포주에 이들 세 종류의 내분비계장애물질을 농도별로 처리하여 세포증식에 미치는 영향을 조사한 결과 모두 세포증식을 촉진하는 결과를 보였다. 10-7 M에서 10-6 M 농도 범위에서 MCF-7 세포의 최대증식효과를 유도하였다. 그러나 PC-3 세포주의 경우에는 세포증식에 bisphenol A, nonylphenol, pentachlorophenol 모두 영향을 미치지 못하였다. 이러한 결과는 이들 세 종류의 내분비계 장애물질이 남성 전립선세포 유래인 PC-3 세포주의 증식에는 관여하지 않고 여성 유방암 세포에서 유래하고 에스트로젠 반응성인 MCF-7 세포주에만 증식효과를 갖는 사실을 보여주고 있으며 이는 bisphenol A, nonylphenol, pentachlorophenol이 여성호르몬인 에스트로젠과 유사한 역할을 한다는 사실을 보여주는 것이라 할 수 있다.

In the present study, we have analyzed effects of the endocrine distruptors, such as bisphenol A, nonylphenol and pentachlorophenol, on cell proliferation in the human breast cancer cell line, MCF-7, and the human prostate cancer cell line, PC-3, with MTT method. A dose dependent analysis of the cell proliferation of MCF-7 cells after administration of bisphenol A, nonylphenol and pentachlorophenol revealed a significant induction of cell proliferation. Maximum induction of cell proliferation was observed at concentrations between 10-7 and 10-6 M. Whereas, these chemicals had little effect on proliferation of PC-3 cells. These results demonstrated that bisphenol A, nonylphenol and pentachlorophenol do not induce proliferation of PC-3 cells but exhibit a significant induction of MCF-7 cell proliferation, suggesting all these chemicals are a estrogen mimic.

LAL 측정용 chip을 제작하기 위해서 우선 시료의 부피 감소에 대한 비탁법과 비색법을 비교하였다. 비색법은 낮은 부피에서 높은 감도를 보여 주었으며 시료의 부피와 무관하게 같은 endotoxin의 농도에서는 같은 흡광도를 보인다는 결론을 얻었다. Endotoxin의 농도에 따른 표준곡선을 end point법과 kinetic point법을 비교한 결과 대한약전의 기준에 적합한 kinetic point법이 적합하였다. 이러한 기초 실험결과를 통해 PDMS LOC를 제작하여 LAL 시험을 수행하였다. LOC를 이용하여 더 짧은 시간과 더 작은 시료로 시험이 가능하도록 하였다. 특히 PDMS LOC는 복잡한 channel을 쉽게 만들 수 있을 뿐 아니라 mold를 이용하여 상용화를 위한 대량 생산이 가능하다. 따라서 PDMS를 이용한 LOC의 제작과 실험을 통해 기존의 수작업의 LAL 시험을 LOC를 이용한 다중시료 측정과 자동화의 가능성을 제시하였다.

LAL (Limulus amebocyte lysate) test to detect and quantity endotoxin is based on gellation reaction between endotoxin and LAL from a blood extract of Limulus polyphemus. The test is labor intensive requiring dedicated personnel, takes relatively long reaction time (approximately 1 hr), requires relatively large volume of samples and reagents, and its end-point detection method is rather subjective. To solve these problems, we attempted to develop a miniaturized LOC (lab-on-a-chip) prototype using PDMS and glass. Using the 62 mm (length) × 18 mm (width) prototype in which 2 mm (width) × 44.34 mm (length) × 100 ㎛ (depth) microfluidic channel was provided, we compared the various detection methods of gellation, turbidometric, and chromogenic assays to find the chromogenic method to be the most suitable for small volume assay. In this assay, kinetic point method was more accurate than end point method. We also found the PDMS chip thickness should be minimized to around 2 mm to allow sufficient light transmittance, which necessitated a glass slide bonding for chip rigidity. Through the miniaturization, the test time was reduced from 1 hr to less than 10 minutes, and the sample volume could be reduced from 100 ㎕ to 4.4 ㎕. In sum, this study revealed that the mini LOC could be an alternative for a semi-automated and reliable method for LAL test.