메틸셀룰로오스의 전기방사성과 유변학적 거동의 이해 및 효소 고정화 지지체로의 응용

Abstract

셀룰로오스는 자연계에 가장 풍부하게 존재하는 소재로 인류가 오래 전부터 사용해온 우수한 천연 재료 중 하나이다. 화학적 개질을 통해 다양한 셀룰로오스 유도체를 합성할 수 있다. 이런 셀룰로오스 유도체는 대부분의 용매에 녹지 않는 셀룰로오스의 불용성을 해결하여 다양한 연구 및 산업 분야에 응용되고 있다. 그 중에서도 메틸셀룰로오스는 친수성 셀룰로오스 유도체로서 식품, 제약, 화장품, 건축 분야를 비롯한 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 본 연구의 목적은 메틸셀룰로오스를 전기 방사 하여 나노 섬유를 제조하고, 메틸셀룰로오스 방사 원액의 유변학적 분석을 통해 고분자 사슬의 거동을 관찰함으로써 전기 방사성과의 상관관계를 알아보고자 하였다. 먼저, 메틸셀룰로오스를 물/알코올을 공용매로 하여 용액을 제조하고 입도 분석을 통해 용액 내 메틸셀룰로오스 사슬의 수력학적 부피를 측정하였다. 그 결과, 첨가한 알코올의 소수성이 증가할수록 수력학적 부피가 감소하는 것을 확인하였다. 소각 X선 산란 분석을 통해 메틸셀룰로오스 사슬의 형태가 disordered 구조임을 확인하였다. 또한 유변학적 분석을 통해 메틸셀룰로오스 사슬의 얽힘 농도를 구하고, 서로 다른 분자량의 메틸셀룰로오스를 분석하여 분자량에 따른 유변학적 특성과 그 전기 방사성에 관하여 알아보고자 하였다. 그 결과, 에탄올을 공용매로 사용하였을 때에 전기 방사 시 나노 섬유가 잘 형성되는 것을 확인하였으며 이는 에탄올의 친수성 도메인에 의한 사슬의 얽힘이 잘 형성되었기 때문으로 판단된다. 또한 제조된 메틸셀룰로오스 나노 섬유를 효소 고정화 지지체로의 응용을 위해 가교 반응을 진행하여 물에 대한 불용성을 부여하였다. 효소 활성을 증대시키기 위하여 Cross-linked enzyme aggregate 및 물리적 흡착에 의한 리파아제의 고정화를 실시하여 고정화 형태에 따른 고정화 효율과 기질과의 활성을 확인하였다. 그 결과, Cross-linked enzyme aggregate 형태의 고정화 방법이 고정화 효율 및 효소의 활성이 우수함을 확인하였고 최종적으로 식물성 기름과 알코올 분해반응을 통해 제조한 메틸셀룰로오스 리파아제 효소고정화 지지체의 바이오 디젤 생산으로의 응용이 가능함을 확인하였다.