현재 석유화학 및 화학분야에서 이온성 액체를 이용한 많은 연구가 이뤄지고 있다. 휘발성 유기용매의 대체 물질로서 각광을 받고 있는 이온성 액체는 최대 250억불 이상의 시장을 형성할 것으로 기대된다 위에서 말한 바와 같이 생물공학 분야에서도 이온성 액체를 이용한 연구가 시작되어 용매로 사용하는 방법, 분리매개체로서 사용하는 방법 등 다양하게 이용되고 있다. 이러한 이온성 액체는 효소의 활성, 안정성을 증대시킬 뿐 아니라, 분리 과정도 손쉽게 실현할 수 있다. 또한 환경적 측면과, 경제적인 측면을 고려하여 청정용매로 널리 사용 할 수 있을 것이다. 앞에서 말한 바와 같이 생물공학에서 이온성 액체의 응용 가능성은 무한하다 볼 수 있다. 또한, 나노공학과 생물공학을 접목하는 분야에서도 널리 이온성 액체가 쓰일 수 있을 것이다. 유럽과 미국에서는 주로 청정용매로서의 응용에 대한 연구를, 일본에서는 주로 이온 전도성 재료로서의 응용에 대한 연구를 활발히 하고 있다. 이러한 전 세계적인 연구의 활성화에 비하여 국내 상황은 대학 및 연구소에서 산발적으로 연구가 진행되고 있는 수준이다. 이에 국내에서도 이에 대한 관심과 더불어 정부 및 기업체, 대학 및 연구소에 의한 컨소시엄을 형성하여 보다 체계적인 연구지원이 이뤄져야 할 것이다.
현재 석유화학 및 화학분야에서 이온성 액체를 이용한 많은 연구가 이뤄지고 있다. 휘발성 유기용매의 대체 물질로서 각광을 받고 있는 이온성 액체는 최대 250억불 이상의 시장을 형성할 것으로 기대된다 위에서 말한 바와 같이 생물공학 분야에서도 이온성 액체를 이용한 연구가 시작되어 용매로 사용하는 방법, 분리매개체로서 사용하는 방법 등 다양하게 이용되고 있다. 이러한 이온성 액체는 효소의 활성, 안정성을 증대시킬 뿐 아니라, 분리 과정도 손쉽게 실현할 수 있다. 또한 환경적 측면과, 경제적인 측면을 고려하여 청정용매로 널리 사용 할 수 있을 것이다. 앞에서 말한 바와 같이 생물공학에서 이온성 액체의 응용 가능성은 무한하다 볼 수 있다. 또한, 나노공학과 생물공학을 접목하는 분야에서도 널리 이온성 액체가 쓰일 수 있을 것이다. 유럽과 미국에서는 주로 청정용매로서의 응용에 대한 연구를, 일본에서는 주로 이온 전도성 재료로서의 응용에 대한 연구를 활발히 하고 있다. 이러한 전 세계적인 연구의 활성화에 비하여 국내 상황은 대학 및 연구소에서 산발적으로 연구가 진행되고 있는 수준이다. 이에 국내에서도 이에 대한 관심과 더불어 정부 및 기업체, 대학 및 연구소에 의한 컨소시엄을 형성하여 보다 체계적인 연구지원이 이뤄져야 할 것이다.
Ionic liquids, composed of organic cations and either organic or inorganic anions remain liquid over a wide range of temperature. ionic liquids are a new group of solvents or extractants of great interest as a potential 'green solvent'. Ionic liquids are gaining wide recognition as novel solvents in...
Ionic liquids, composed of organic cations and either organic or inorganic anions remain liquid over a wide range of temperature. ionic liquids are a new group of solvents or extractants of great interest as a potential 'green solvent'. Ionic liquids are gaining wide recognition as novel solvents in many research fields, such as chemistry, chemical engineering, electrochemitry, etc. However, not much researches have been done related to biotechnology using ionic liquids, while a lot of researches have been performed in chemistry. The merits of ionic liquids in bioseparation technology are originated from some unique properties of ionic liquids, such as negligible vapor pressure, good thermal stability, controllable viscosity and miscibility with water and organic solvents. An appropriate selection of ionic liquid for bioprocesses requires basic knowledge on physicochemical properties of ionic liquids. This review gives a brief overview on the application of ionic liquids in biotechnology, including bioconversion and bioseparation.
Ionic liquids, composed of organic cations and either organic or inorganic anions remain liquid over a wide range of temperature. ionic liquids are a new group of solvents or extractants of great interest as a potential 'green solvent'. Ionic liquids are gaining wide recognition as novel solvents in many research fields, such as chemistry, chemical engineering, electrochemitry, etc. However, not much researches have been done related to biotechnology using ionic liquids, while a lot of researches have been performed in chemistry. The merits of ionic liquids in bioseparation technology are originated from some unique properties of ionic liquids, such as negligible vapor pressure, good thermal stability, controllable viscosity and miscibility with water and organic solvents. An appropriate selection of ionic liquid for bioprocesses requires basic knowledge on physicochemical properties of ionic liquids. This review gives a brief overview on the application of ionic liquids in biotechnology, including bioconversion and bioseparation.
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문제 정의
Lactic acid 생산에 있어, Lactobacillus rhamnosns를 이용하여 배양하고, 여기에 약간의 이미다졸륨 계열의 이온성 액체를 첨가하여 유기용매와 독성 테스트를 비교 분석하였다(53, 54). 이러한 공정들의 목적은 연속적으로 수용액 내에서 비수용성 생산물질을 분리해 내는데 있다. 이온성 액체 중 메틸과 에틸이 미다졸륨 계열을 이용하여 쥐의 백혈병 세포와 Caenorhabditis degss에서 독성 분석을 실시하였다.
이는 이 온성 액체 자체를 이용한 방법, 그리고 수용 액상에서 보조 또는 공유용매로서 이온성 액체, 마지막으로 수용액과 이 상계 또는 다상계 시스템을 이용하는 방법이다. 이와 같은 이온성 액체의 성질을 이용하여 생물공학에서 응용과 분리공정에 대한 응용에 대해 알아보고자 한다.
제안 방법
Lactic acid 생산에 있어, Lactobacillus rhamnosns를 이용하여 배양하고, 여기에 약간의 이미다졸륨 계열의 이온성 액체를 첨가하여 유기용매와 독성 테스트를 비교 분석하였다(53, 54). 이러한 공정들의 목적은 연속적으로 수용액 내에서 비수용성 생산물질을 분리해 내는데 있다.
이온성 액체의 경우에도 물과 이온성 액체의 이 상계 시스템을 이용하여 생물 물질을 분리하고 있다(81). [Bmim][PF6]를 이용하여 이 상계 내에서 flavylium salt의 특성을 규명했다. 그리고, 두 항생제(amoxicillin, ampicillin)를 분리하는 연구도 상온에서[0mim][BF4]와 물의 이 상계를 이용하여 이뤄졌다 (82).
이온성 액체 중 메틸과 에틸이 미다졸륨 계열을 이용하여 쥐의 백혈병 세포와 Caenorhabditis degss에서 독성 분석을 실시하였다. 그리고, 이를 전통적인 유기 용매인 아세톤, acetonitrile, 메탄올, methyl t-butyl ether의 독성과 비교하였다. 이 중 이온성 액체 음이온 종류에 따른 독성의 영향은 없는 것으로 나타났으며, 양이온의 알킬 체인 길이에 따라 독성 영향이 나타나고 있음을 밝혀냈다 (55, 56).
이에 추가적으로 이온성 액체를 액체막여 과에서 매체로서 사용하는 연구를 진행했으며, 여러 유기 용매 및 아미노산들이 효율적으로 분리됨을 알게 되었다(86-90). 막 여과시스템에 효소인 lipase를 포함하여 생물반응기로 응용하였으며, 기질도 효율적으로 산물로 생전환시 키면서 동시 반응, 분리를 구현하였다 (91).
이러한 공정들의 목적은 연속적으로 수용액 내에서 비수용성 생산물질을 분리해 내는데 있다. 이온성 액체 중 메틸과 에틸이 미다졸륨 계열을 이용하여 쥐의 백혈병 세포와 Caenorhabditis degss에서 독성 분석을 실시하였다. 그리고, 이를 전통적인 유기 용매인 아세톤, acetonitrile, 메탄올, methyl t-butyl ether의 독성과 비교하였다.
이온성 액체 중 이미다졸륨 계열을 이용하여 capillary electrophoresis에 의한 분리를 진행하였다. Acetonitrile과 이미다졸륨 계열의 이온성 액체를 이용하여 페놀류들을 분리해냈다 (49).
대상 데이터
Toluene과 물, 그리고 이온성 액체의 이 상계에서 Suzuki와 Heck coupling을 실시하였다(31). [Bmhn][PF6], [Bmim][BF4] 등을 이용하여 고분자 합성 (methyl methacrylate)에 이용하였다(32, 33). 극초단파를 이용한 고분자 합성에도 이온성 액체를 용매로서 이용하여, 크로마토그래피를 이용한 분리 없이도 높은 수율과 순도로 산물을 얻어 냈다(34).
성능/효과
효소와 섬유소 막에 이온성 액체를 이용하여 안정성을 높이는 연구가 진행되었다. 섬유소 막에 효소인 laccase를 고정화하고, 이온성 액체를 첨가하여 효소 활성을 약 1.6배 높였다. 그리고, 이온성 액체를 첨가한 활성 막은 높은 안정성을 보이는 것으로 확인되었다 (95).
이온성 액체는 높은 열 안정성, 아주 낮은 증기압, 전기전도도, 액체 결정구조로 형성되었으며, 높은 전기적 탄성, 높은 열용량과 낮은 인화성을 지니고 있다(Table 2). 또한, 극성이 크기 때문에 무기 및 유기 금속 화합물을 잘 용해시키며 상온 및 넓은 온도 범위에서 액체 상태로 존재하는 독특한 특성을 지니고 있다(3).
후속연구
이러한 이온성 액체는 효소의 활성, 안정성을 증대 시 킬 뿐 아니라, 분리 과정도 손쉽게 실현할 수 있다. 또한 환경적 측면과, 경제적인 측면을 고려하여 청정용매로 널리 사용할 수 있을 것이다. 앞에서 말한 바와 같이 생물공학에서 이온성 액체의 응용 가능성은 무한하다 볼 수 있다.
앞에서 말한 바와 같이 생물공학에서 이온성 액체의 응용 가능성은 무한하다 볼 수 있다. 또한, 나노공학과 생물공학을 접목하는 분야에서도 널리 이온성 액체가 쓰일 수 있을 것이다. 유럽과 미국에서는 주로 청정용매로서의 응용에 대한 연구를, 일본에서는 주로 이온 전도성 재료로 서의 응용에 대한 연구를 활발히 하고 있다.
이에 따라 원유가 상승을 대비한 석유화학제품의 대체 생산 공정 개발과 전지 및 연료전지용 비수용성 차세대 전해질 소재의 개발에 이 온성 액체가 각광을 받고 있다. 석유화학에서는 이온성 액체를 이용하여 유해물질인 황과 인을 원유로부터 제거하는데 응용이 가능할 것이다. 제약산업에서는 이 온성 액체를 이용하여 신약을 제조하고 분리하는 시도가 진행 중이다.
가장 많이 사용되고 있는 이미다졸륨 계열 중 일부만이 독성 분석이 되어 있는 실정이다. 이온성 액체가 미생물 또는 세포를 포함한 배양액 내에 존재하면서 산물을 분리해 내고자 한다면, 보다 더 체계적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단한다.
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