[학위논문]규칙적으로 잘 배열된 유기-무기 하이브하이브리드 나노세공구조 실리카에 대한 아미노산과 니코틴의 흡착거동 Adsorption behavior of amino acids and nicotine molecule on periodic mesoporous organosilicas원문보기
나노세공 물질 (2~50 nm)은 다양한 입자모양 (분말, 모놀리스, 섬유, 그리고 박막 형태 등)을 가지고 큰 표면적 (> 1000 m2/g), 잘 배열된 세공구조와 균일한 세공크기 때문에 광학, 전기, 센서, 분리막, 촉매, 바이오 물질의 흡착, 약물전달, 나노 입자 제조 등 다양한 분야에서 응용범위를 넓혀가고 있다. 특히, 나노세공 물질의 한 종류인 규칙적으로 배열된 유기-무기 ...
나노세공 물질 (2~50 nm)은 다양한 입자모양 (분말, 모놀리스, 섬유, 그리고 박막 형태 등)을 가지고 큰 표면적 (> 1000 m2/g), 잘 배열된 세공구조와 균일한 세공크기 때문에 광학, 전기, 센서, 분리막, 촉매, 바이오 물질의 흡착, 약물전달, 나노 입자 제조 등 다양한 분야에서 응용범위를 넓혀가고 있다. 특히, 나노세공 물질의 한 종류인 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카는 그 골격 내에 유기물질이 분자 수준으로 균일하게 분포되어 있어 2차 반응으로 기공 벽에 유기물이나 촉매 등을 결합시켜 새로운 특성을 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한 골격 내의 유기물질로 인하여 유기물과의 상호인력이 상대적으로 강하게 작용한다. 그리고 아미노산은 몸을 구성하는 필수 성분인 단백질의 기본체이며, 아미노산이 체내에 부족하게 되면 여러 가지 부작용이 유발되므로 인위적으로 체내로 공급해줘야 하는 필요성이 있다. 이러한 점에 착안하여 본 연구에서는 세 가지 종류의 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카를 합성하고, 이에 세 가지 종류의 아미노산을 선택하여 흡착하였다. 먼저 삼원블록공중합체를 주형으로 사용하고 유기그룹 (본 연구에서는, 벤젠, 바이페닐, 그리고 아민)이 도입된 실리카 전구체를 사용하여 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카를 합성한다. 이렇게 합성된 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카를 이용하여, hydrophobicity 정도에 따라 분류된 3가지의 아미노산 (라이신, 글리신, 아이소류신)을 상온에서 흡착하였다. SAXS patterns, TEM image, N2 isotherm sorption-desorption, 29Si MAS NMR과 13C CP MAS NMR spectra, FT-IR spectra, 그리고 Zeta potential을 통하여 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카의 구조 및 물리화학적 특성을 확인하였다. 또한 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카에 흡착된 아미노산의 양은 닌히드린 방법을 사용하여 UV-visible을 통해 계산하였다. 이를 통하여 흡착제인 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카에 대한 아미노산들의 흡착거동을 파악하였다. 흡착의 거동은 hydrophobicity에 가장 많은 영향을 받으며, 흡착제의 등전점과 흡착물질인 아미노산의 등전점이 일치하는 경우, 그 등전점에서 가장 높은 흡착거동을 보인다. 이 시스템은 흡착 및 분리, 단백질의 합성, 그리고 더 나아가 약물전달시스템에 응용이 될 수 있다.
또한 니코틴에 대한 흡착거동도 조사하였다. 니코틴은 물 속에 녹아 지하수 및 토양을 오염시킨다. 이 뿐만 아니라, 니코틴은 인체에도 매우 유해한데, 혈액 속에 40-60mg이 농축되면 사망할 수도 있다. 그래서 최근 오염된 하수 및 토양, 그리고 인체 내 혈액으로부터 니코틴을 제거하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 실험에서 사용한 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카는 유기그룹이 도입되어 있어, 니코틴 흡착에 장점을 가진다. 니코틴은 친수성이 크기 때문에, 친수성이 가장 큰 아민이 도입된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카에 가장 많은 양이 흡착될 것이라 예상되었지만, 어느 정도 소수성을 가지는 벤젠그룹이 도입된 것이 가장 좋은 성능을 보였다. 이는 아민이 도입된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카에 대하여, 물 분자와 니코틴 분자들 사이의 경쟁흡착 과정에서 물 분자의 흡착이 우수하게 일어나기 때문에 니코틴에 대한 흡착능력이 저하되는 것이다. 또한 인체 내에서의 니코틴 흡착 거동을 관찰하기 위하여, 유사체액인 SBF를 사용하였다. c-SBF와 r-SBF, 두 가지 종류를 사용하였다. c-SBF는 전통적인 유사체액이며, r-SBF는 혈액과 동일하게 개질 된 것이다. 이 두 SBF 용액에는 많은 이온들이 있으며, 이 이온들에 의하여 니코틴의 흡착이 방해를 받는다. 또한, 니코틴 분자가 pH 3~pH 9 범위의 수용액에서 산성 이온과 같이 존재하게 되면 니코틴 염을 형성하게 된다. 그로 인하여 기존의 기공 사이즈보다 큰 새로운 기공 크기를 가지게 되며, 그 흡착량이 물에서 보여준 니코틴의 흡착량 보다 적었다. 이 시스템은 환경 및 인체로부터의 니코틴 흡착에 대한 가능성을 보여주었다.
나노세공 물질 (2~50 nm)은 다양한 입자모양 (분말, 모놀리스, 섬유, 그리고 박막 형태 등)을 가지고 큰 표면적 (> 1000 m2/g), 잘 배열된 세공구조와 균일한 세공크기 때문에 광학, 전기, 센서, 분리막, 촉매, 바이오 물질의 흡착, 약물전달, 나노 입자 제조 등 다양한 분야에서 응용범위를 넓혀가고 있다. 특히, 나노세공 물질의 한 종류인 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카는 그 골격 내에 유기물질이 분자 수준으로 균일하게 분포되어 있어 2차 반응으로 기공 벽에 유기물이나 촉매 등을 결합시켜 새로운 특성을 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한 골격 내의 유기물질로 인하여 유기물과의 상호인력이 상대적으로 강하게 작용한다. 그리고 아미노산은 몸을 구성하는 필수 성분인 단백질의 기본체이며, 아미노산이 체내에 부족하게 되면 여러 가지 부작용이 유발되므로 인위적으로 체내로 공급해줘야 하는 필요성이 있다. 이러한 점에 착안하여 본 연구에서는 세 가지 종류의 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카를 합성하고, 이에 세 가지 종류의 아미노산을 선택하여 흡착하였다. 먼저 삼원블록공중합체를 주형으로 사용하고 유기그룹 (본 연구에서는, 벤젠, 바이페닐, 그리고 아민)이 도입된 실리카 전구체를 사용하여 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카를 합성한다. 이렇게 합성된 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카를 이용하여, hydrophobicity 정도에 따라 분류된 3가지의 아미노산 (라이신, 글리신, 아이소류신)을 상온에서 흡착하였다. SAXS patterns, TEM image, N2 isotherm sorption-desorption, 29Si MAS NMR과 13C CP MAS NMR spectra, FT-IR spectra, 그리고 Zeta potential을 통하여 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카의 구조 및 물리화학적 특성을 확인하였다. 또한 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카에 흡착된 아미노산의 양은 닌히드린 방법을 사용하여 UV-visible을 통해 계산하였다. 이를 통하여 흡착제인 규칙적으로 배열된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카에 대한 아미노산들의 흡착거동을 파악하였다. 흡착의 거동은 hydrophobicity에 가장 많은 영향을 받으며, 흡착제의 등전점과 흡착물질인 아미노산의 등전점이 일치하는 경우, 그 등전점에서 가장 높은 흡착거동을 보인다. 이 시스템은 흡착 및 분리, 단백질의 합성, 그리고 더 나아가 약물전달시스템에 응용이 될 수 있다.
또한 니코틴에 대한 흡착거동도 조사하였다. 니코틴은 물 속에 녹아 지하수 및 토양을 오염시킨다. 이 뿐만 아니라, 니코틴은 인체에도 매우 유해한데, 혈액 속에 40-60mg이 농축되면 사망할 수도 있다. 그래서 최근 오염된 하수 및 토양, 그리고 인체 내 혈액으로부터 니코틴을 제거하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 실험에서 사용한 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카는 유기그룹이 도입되어 있어, 니코틴 흡착에 장점을 가진다. 니코틴은 친수성이 크기 때문에, 친수성이 가장 큰 아민이 도입된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카에 가장 많은 양이 흡착될 것이라 예상되었지만, 어느 정도 소수성을 가지는 벤젠그룹이 도입된 것이 가장 좋은 성능을 보였다. 이는 아민이 도입된 유기-무기 하이브리드 나노세공구조 실리카에 대하여, 물 분자와 니코틴 분자들 사이의 경쟁흡착 과정에서 물 분자의 흡착이 우수하게 일어나기 때문에 니코틴에 대한 흡착능력이 저하되는 것이다. 또한 인체 내에서의 니코틴 흡착 거동을 관찰하기 위하여, 유사체액인 SBF를 사용하였다. c-SBF와 r-SBF, 두 가지 종류를 사용하였다. c-SBF는 전통적인 유사체액이며, r-SBF는 혈액과 동일하게 개질 된 것이다. 이 두 SBF 용액에는 많은 이온들이 있으며, 이 이온들에 의하여 니코틴의 흡착이 방해를 받는다. 또한, 니코틴 분자가 pH 3~pH 9 범위의 수용액에서 산성 이온과 같이 존재하게 되면 니코틴 염을 형성하게 된다. 그로 인하여 기존의 기공 사이즈보다 큰 새로운 기공 크기를 가지게 되며, 그 흡착량이 물에서 보여준 니코틴의 흡착량 보다 적었다. 이 시스템은 환경 및 인체로부터의 니코틴 흡착에 대한 가능성을 보여주었다.
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