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가설 설정
- 다공성 중공사막에 BSA가 end-on결합으로 단층 흡착을 한다고 가정할 때의 흡착용량을 계산하였다. 식(10)을 이용하여, 점유율에 의해 4.
제안 방법
- 본 연구의 목적은 다음과 같다. (1) 방사선 그라프 중합법에 의해 작성된 각종 음이온 교환기 DEA, TEA에 따른 BSA의 고정량의 특성을 조사한다. (2) GMA 그라프트율을 변화에 따른 BSA의 고정 특성 (3) BSA 고정량에 따른 이성질체 D-, L-Trp의 흡착 특성을 조사한다.
- (1) 방사선 그라프 중합법에 의해 작성된 각종 음이온 교환기 DEA, TEA에 따른 BSA의 고정량의 특성을 조사한다. (2) GMA 그라프트율을 변화에 따른 BSA의 고정 특성 (3) BSA 고정량에 따른 이성질체 D-, L-Trp의 흡착 특성을 조사한다.
- GMA 그라프트 중합막에 음이온교환기로서 DEA과 TEA를 도입하였다. DEA는 50 v/v% 수용액에 303 K 에서, TEA는 100 v/v% 용액에 343 K에서 소정시간 반응 시켜, 음이온교환 막을 얻었다.
- 각종 막의 물성을 측정하기 위해 FT-IR (Bomen, Model MB100-10)과 SEM (Philips, Model XL-30S- FEG)을 측정하였다. 또한, BSA용액은 분광광도계(UV-VIS spectrophotometer, Model UV-1201, Shimadzu)로 분석하였다.
- 그 후, GMA 그라프트 막에 2종류의 음이온 교환기로서 DEA, TEA를 도입시켜 음이온 교환막을 합성하였다. 그 후, BSA를 투과시켜 BSA 고정막을 만들었다. 이 BSA고정막에 DL-Trp을 투과흡착시켜 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 합성하였다. 그 후, GMA 그라프트 막에 2종류의 음이온 교환기로서 DEA, TEA를 도입시켜 음이온 교환막을 합성하였다. 그 후, BSA를 투과시켜 BSA 고정막을 만들었다.
- GMA 그라프트막을 만들었다. 그 후, GMA 그라프트 막에 각종 음이온 교환기로서 diethylamine (DEA), triethylamine (TEA)를 도입시켜 2종류의 음이온 교환 막을 합성하였다. 이 막에 BSA를 투과시켜 BSA 고정막을 만들었다.
- 시켰다. 그라프트 중합 후, 생성된 호모폴리머를 제거하기 위해 dimethylformamide (DMF) 용액에 침적시켰다. 그 후 메탄올로 막을 세척한 후, 진공 건조하여 중량을 측정하였다.
- 2(a)에 나타난 실험 장치를 사용하였다. 길이 10 cm의 중공사 막을 U 자형으로 하여 물을 0.1 MPa의 압력으로 막의 내면에서 외면으로 투과시켰다. 정해진 시간 내에 투과한 용액의 체적을 측정하여 막 내면을 기준으로 투과 유속을 계산하였다.
- 길이 10 cm의 중공사막을 질소 분위기 하에서 전자선을 조사하여, 라디컬을 발생시켰다. 전자선 조사는 가속전압 2.
- 다공성막의 외면으로 나오는 유출액의 액량과 그 단백질 농도와의 관계를 측정하고, 파과곡선을 적분하여, 단백질의 고정량을 산출하였다. 다음의 식으로부터, 고정량을 흡착 적층수로 환산하였다.
- BSA농도는 분광광도계를 이용하여 280 nm에서 측정하였다. 단백질을 투과시킨 후, 막 중에 잔존하는 단백질을 제거하기 위해 Tris-HCl buffer (0.02 M, pH=8)를 투과시켜, BSA 고정막을 세정하였다. 이때 얻어진 막을 DEA-BSA, TEA-BSA 막이라 하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 방사선 그라프트 중합법을 적용하여, 다공성 중공사막에 전자선을 조사시킨 후, glycidyl methacrylate (GMA)와의 그라프트 중합법에 의해 GMA 그라프트막을 만들었다. 그 후, GMA 그라프트 막에 각종 음이온 교환기로서 diethylamine (DEA), triethylamine (TEA)를 도입시켜 2종류의 음이온 교환 막을 합성하였다.
- 측정하였다. 또한, BSA용액은 분광광도계(UV-VIS spectrophotometer, Model UV-1201, Shimadzu)로 분석하였다.
- 이온교환기의 분자량을 나타낸다. 또한, 이온 교환기도입 반응 후 막에 잔존 에폭시기를 제거하기 위하여 EtA을 5시간 반응시켰다. 이때 얻어진 막을 DEA, TEA막이라 하였다
- 본 연구에서는 방사선 그라프트 중합법을 적용하여, 다공성 중공사막에 전자선을 조사시킨 후, GMA 그라프트막을 합성하였다. 그 후, GMA 그라프트 막에 2종류의 음이온 교환기로서 DEA, TEA를 도입시켜 음이온 교환막을 합성하였다.
- 그 후, GMA 그라프트 막에 각종 음이온 교환기로서 diethylamine (DEA), triethylamine (TEA)를 도입시켜 2종류의 음이온 교환 막을 합성하였다. 이 막에 BSA를 투과시켜 BSA 고정막을 만들었다.
- 전자선 조사가 끝난 후, 막을 10 v/v% GMA-methanol 용액에 넣어 소정 시간 반응시켜, GMA 그라프트 중합을 시켰다. 그라프트 중합 후, 생성된 호모폴리머를 제거하기 위해 dimethylformamide (DMF) 용액에 침적시켰다.
- 1 MPa의 압력으로 막의 내면에서 외면으로 투과시켰다. 정해진 시간 내에 투과한 용액의 체적을 측정하여 막 내면을 기준으로 투과 유속을 계산하였다.
- 이때 용매 또한 pH 8의 Tris buffer 용액을 사용하였다. 투과 액의 흡광도(280 nm)를 측정하여 D-, L-, DL-Trp의 흡착량을 구하였다.
대상 데이터
- 9, Sigma A 7030)를 사용하였고, 이 BSA를 20 mM Tris-HCl builer (Sigma T 6791)에 용해시켜 사용하였다. D, L-Trpe Sigma 5936제품을 사용하였다. 그 외 다른 시약은 특급이나 그 이상의 등급의 것을 사용하였다.
- 음이온교환기 도입반응에 사용된 시약으로는 DEA, TEA을 사용하였고, 이온교환기 도입 반응 후 잔존 에폭시기를 제거하기 위하여 ethanolamine (EtA)을 사용하였다. 고정용 단백질로서는 bovine serum albumin (M=67500, pl=4.9, Sigma A 7030)를 사용하였고, 이 BSA를 20 mM Tris-HCl builer (Sigma T 6791)에 용해시켜 사용하였다. D, L-Trpe Sigma 5936제품을 사용하였다.
- 기재(base polymer 이하 B.P)로는 내경 1.95 mm, 외경 3.01 mm, pore size 0.34 μm, 공극율 71%인 폴리에틸렌 다공성 중공사 정밀여과 막(Asahi Chemical)을 사용하였다. 음이온교환기 도입반응에 사용된 시약으로는 DEA, TEA을 사용하였고, 이온교환기 도입 반응 후 잔존 에폭시기를 제거하기 위하여 ethanolamine (EtA)을 사용하였다.
- 34 μm, 공극율 71%인 폴리에틸렌 다공성 중공사 정밀여과 막(Asahi Chemical)을 사용하였다. 음이온교환기 도입반응에 사용된 시약으로는 DEA, TEA을 사용하였고, 이온교환기 도입 반응 후 잔존 에폭시기를 제거하기 위하여 ethanolamine (EtA)을 사용하였다. 고정용 단백질로서는 bovine serum albumin (M=67500, pl=4.
이론/모형
- pore의 유효 직경의 변화를 투과 유속과 관계에 따라 다음의 Hagen-poiseuille 식으로 계산할 수 있다.
- 이성질체 Trp의 흡착 실험은 투과법으로 수행하였다. Trpe D-, L-, DL-Trp을 사용하였다.
성능/효과
- 1) DEA막과 TEA막의 이온교환밀도는 3.4 mmol/g, 1.74 mmol/g으로 DEA막이 TEA막보다 높은 이온교환기를 얻을 수 있었다.
- 2) DEA막의 경우, 그라프트 체인에 BSA가 8층 이상으로 다층 흡착하였으나, TEA 막의 경우 다층 흡착이 이루어지지 않았다.
- 3) DEA막에 BSA를 고정시킨 막의 경우, BSA의 고정량이 증가하여도 Trp의 흡착량은 증가하지 않고 일정함을 나타내었다.
- 4) L-, D-Trp 혼합물을 투과시킨 BTC에 있어서, DEA-BSA 막의 경우, BSA에 대한 L-Trp와 D-Trp의 키랄 인식이 다르기 때문에 2단계의 BTC곡선을 얻을 수 있었다.
- 11에 나타내었다. BSA 고정량을 변화시켜 이성질체를 흡착시킨 결과 BSA의 고정량이 증가하여도 이성질체의 흡착량은 일정함을 나타내었다. 따라서 많은 양의 BSA보다는 이성질체를 흡착하는데 있어 일정한 BSA 고정량을 유지하는 것이 좀 더 효과적인 것을 알 수 있었다.
- 7에 나타냈다. BSA의 흡착, 세척, 용리 과정에 따라, BSA와 고정된 막이 세척과정에 의해 100% 용리시킬 수 있었다. 이것은 BSA의 고정량과 용리의 조절이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
- DEA막과 TEA막은 각각 최종전화율 100%, 47%로 나타났으며, 이때 이온교환밀도는 3.4 mmol/g, 1.74 mmol/g으로 나타났다. 그 결과 DEA가 TEA보다 높은 이온교환막을 얻을 수 있었다.
- 39x10-17 m2으로 하여 단백질이 다공성 중공사막에 단층 흡착을 한다고 가정하여 계산한 결과를 Table 1에 나타냈다. DEA막의 경우, 그라프트율이 높아질수록, 그라프트 체인이 신장하기 때문에, 그라프트 체인에 단백질이 8층 이상으로 다층흡착하여, 흡착용량이 증가하는 것을 알 수 있었다. 그러나, TEA 막의 경우, 다층 흡착이 이루어지지 않는 것을 알 수 있었다.
- 이때 막에서의 체류 시간은 10-50 sec로 계산되어 진다. 그 결과 DEA-BSA와 TEA-BSA막의 경우 투과유속 즉 체류 시간이 변화하여도 D-Trp의 흡착량에는 변화가 없다는 것을 알 수 있었다. 이는 광학 인식능을 가진 BSA가 유속에 영향을 받지 않는다는 것을 나타낸다.
- 74 mmol/g으로 나타났다. 그 결과 DEA가 TEA보다 높은 이온교환막을 얻을 수 있었다. 여기서 TEA막의 전화율이 낮은 이유는 TEA가 4급 암모늄기로서 에폭시기 개환반응에 참가할 수 있는 수소를 포함하지 않기 때문으로 생각된다.
- 막의 두께를 나타낸다. 그 결과, GMA 그라프트율 150%를 이용하여 도입한 DEA막의 pore 유효 직경은 0.155 μm로 알 수 있었고, TEA막의 pore 유효 직경은 0.276 μm로 알 수 있었다.
- 6(b)에 나타내었다. 그라프트율이 증가함에 따라 순수투과 특성이 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 그라프트율이 증가함에 따라 막의 표면에 도입되어진 그라프트 체인의 도입이 증가하면서 물의 투과유속이 그라프트 체인에 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다[12].
- BSA 고정량을 변화시켜 이성질체를 흡착시킨 결과 BSA의 고정량이 증가하여도 이성질체의 흡착량은 일정함을 나타내었다. 따라서 많은 양의 BSA보다는 이성질체를 흡착하는데 있어 일정한 BSA 고정량을 유지하는 것이 좀 더 효과적인 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 그러나, glutaraldehyde에 의해 가교를 시켰을 경우, 고정량이 150 mg/g으로 가교를 사용하지 않았을 경우의 고정량 180 mg/g에 비해 약 80% 낮은 고정량을 나타내고 있었다. 그래서, 본 연구에서는 BSA의 최대 고정량에 따른 Trp의 흡착 특성을 보기 위해 glutaraldehyde에 의한 가교 방법을 사용하지 않았다.
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