Polyethersulfone (PES)와 Bovine Serum Albumin (BSA) 용액으로 전기방사법을 이용하여 단백질 친화막을 제조하였다. 방사운전조건(방사용액의 농도, 전압, 방사속도, 방사거리)을 다양하게 조절하여 나노섬유의 크기를 관찰하였으며, 최적의 친화막 제조 조건을 확인할 수 있었다. XPS와 FT-IR로써 PES와 BSA의 결합을 확인하였으며, PES-BSA 나노섬유의 최적 방사 온도와 습도는 $20{\sim}22^{\circ}C$와 $45{\sim}55%$임을 알 수 있었다. 또한 PES 함량이 증가할수록 섬유의 크기가 증가하고, BSA의 경우 나노섬유의 크기에 큰 영향이 없음을 알았다. PES 7 wt%, BSA 0.7 wt%. Hexafluropropanol (HFP) 92.3 wt%의 용액을 이용하여 전압 10.0 kV, 방사거리 10 cm, 방사속도 1.0 mL/hr의 조건에서 방사한 경우 균일한 크기의 PES-BSA 나노섬유가 얻어졌다.
Polyethersulfone (PES)와 Bovine Serum Albumin (BSA) 용액으로 전기방사법을 이용하여 단백질 친화막을 제조하였다. 방사운전조건(방사용액의 농도, 전압, 방사속도, 방사거리)을 다양하게 조절하여 나노섬유의 크기를 관찰하였으며, 최적의 친화막 제조 조건을 확인할 수 있었다. XPS와 FT-IR로써 PES와 BSA의 결합을 확인하였으며, PES-BSA 나노섬유의 최적 방사 온도와 습도는 $20{\sim}22^{\circ}C$와 $45{\sim}55%$임을 알 수 있었다. 또한 PES 함량이 증가할수록 섬유의 크기가 증가하고, BSA의 경우 나노섬유의 크기에 큰 영향이 없음을 알았다. PES 7 wt%, BSA 0.7 wt%. Hexafluropropanol (HFP) 92.3 wt%의 용액을 이용하여 전압 10.0 kV, 방사거리 10 cm, 방사속도 1.0 mL/hr의 조건에서 방사한 경우 균일한 크기의 PES-BSA 나노섬유가 얻어졌다.
Protein affinity membranes based on polyethersulfone (PES) and bovine serum albumin (BSA) were prepared by using an electrospinning method. The changes in the size of nanofiber according to the various conditions of electrospinning (concentration of spinning solution, voltage, flow rate, tip to coll...
Protein affinity membranes based on polyethersulfone (PES) and bovine serum albumin (BSA) were prepared by using an electrospinning method. The changes in the size of nanofiber according to the various conditions of electrospinning (concentration of spinning solution, voltage, flow rate, tip to collector distance) were investigated, and the preparation conditions of the affinity membrane were optimized. XPS and FT-IR results showed the firm incorporation of BSA with PES. It was found PES-BSA nanofibers could be prepared at the temp. of $20{\sim}22^{\circ}C$ and humidity of $45{\sim}55%$. The size of nanofibers increased with increase of the content of PES in the spinning solution while BSA did not affect much to the size of nanofiber. It was also revealed that the narrow size distribution of nanofiber could be obtained with PES 7 wt%, BSA 0.7 wt%, HFP 92.3 wt% at the electrospinning conditions of 1 mL/hr, 10 cm TCD, and 10 kV.
Protein affinity membranes based on polyethersulfone (PES) and bovine serum albumin (BSA) were prepared by using an electrospinning method. The changes in the size of nanofiber according to the various conditions of electrospinning (concentration of spinning solution, voltage, flow rate, tip to collector distance) were investigated, and the preparation conditions of the affinity membrane were optimized. XPS and FT-IR results showed the firm incorporation of BSA with PES. It was found PES-BSA nanofibers could be prepared at the temp. of $20{\sim}22^{\circ}C$ and humidity of $45{\sim}55%$. The size of nanofibers increased with increase of the content of PES in the spinning solution while BSA did not affect much to the size of nanofiber. It was also revealed that the narrow size distribution of nanofiber could be obtained with PES 7 wt%, BSA 0.7 wt%, HFP 92.3 wt% at the electrospinning conditions of 1 mL/hr, 10 cm TCD, and 10 kV.
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문제 정의
방사 운전조건인 용액의 농도, TCD (tip to collector distance), 용액 방사속도(flow late), 전압(voltage)을 조절함으로써 나노섬유 친화막의 제조 가능 유무와 나노섬유의 굵기를 조절하고자 하였다. Table 2와 같이 용액 방사속도가 0.
본 연구에서는 친화막 제조에 있어 전기방사법을 이용하여 제조하고자 하였다. 현재까지의 친화막 제조의 과정은 1) 기질막을 제조 후 2) 기질막 활성화 3) 활성화된 기질막에 친화 리간드 결합에 방법으로 제조하고 있다[18].
방사전압(voltage) 등을 들 수 있겠다. 이에 본 연구에서는 방사용액의 농도, 방사속도, 방사거리, 방사 전압을 조절하여 최적의 나노섬유를 제조하고자 하였다 [21-23],
제안 방법
굵기를 조절하고자 하였다. Table 2와 같이 용액 방사속도가 0.55, 0.7, 0.85, 1.0 mL/hr일 때의 변화, 전압이 10 kV, 12.5 kV, 15 kV일 때의 변화, 그리고, 방사거리가 10 cm, 15 cm일 때의 변화를 관찰하고자 하였다.
방사된 전기방사 친화막은 SEM (Jeol, JSM5410)을 이용하여 섬유의 몰폴로지를 관찰 후, Image Analyzer (i-Soultion; IMTechnology Inc.)를 이용하여 섬유의 직경을 즉정하였다. 시료를 관찰하기 위하여 ion coater로 gold coating 한 후 구조를 관찰하였다.
)를 이용하여 섬유의 직경을 즉정하였다. 시료를 관찰하기 위하여 ion coater로 gold coating 한 후 구조를 관찰하였다.
일반적으로 전기방사를 하기 위한 고분자 용액은 고분자, good solvent, poor solvent로 이루어지나, 본 연구에서는 고분자의 특성상 한 가지의 용매만을 사용하여야만 하였다. PES는 소수성을 가지는 고분자인 반면에, BSA는 친수성을 가지는 대표적인 고분자인 관계로 두 종류의 용매를 혼합하여 사용할 경우 고분자 용질의 응집 현상이 발생함을 볼 수 있었다.
전기방사법을 이용하여 친화막의 제조 연구를 수행하였다. 소수성의 고분자 물질과 친수성의 생체고분자 물질을 혼합하여 사용 시 용매 선택성에 따른 문제를 해결하였으며, 방사조건이 같을 때 PES의 함량이 증가하면 굵은 섬유를 얻을 수 있었고, BSA의 함량은 섬유 크기에 특정한 영향이 없다는 것을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
PES는 Solvay사의 Radel H-3000을 180℃에서 3 시간 건조하여 사용하였고, BSA는 Sigma-Aldrich사의 A7906를 정제 없이 사용하였다. 그리고 단일 용매로 사용되는 HFP (l, l, l, 3, 3, -Hexafluro-2-propanol)는 Aldrich 사에서 공급받아 사용하였다.
XPS는 ESCALAB 250 XPS (VG Scientifics)를 사용하였으며, 즉정 방법으로는 μ-metal chamber 장착 하에 초고진공 (Ixio-10 Torr)에서 step size 15 kV / 150 W / 500 gm 로 monochrimated Al-Ka 선(1486.6 eV)을 사용하였다. 그리고 FT-IRe Jasco FT-IR 620 (Jasco cop oration)을 사용하였다.
)을 이용하여 용액 공급 속도를 조절하였다. 고전압장치로 CPS 60K02VIT (CHUNGPA EMT Co., Ltd.)를 사용하였으며, 장치의 간단한 도해는 Fig. 1과 같다.
정제 없이 사용하였다. 그리고 단일 용매로 사용되는 HFP (l, l, l, 3, 3, -Hexafluro-2-propanol)는 Aldrich 사에서 공급받아 사용하였다.
방사에 사용된 용액은 Table 1과 같이 PES 와 BSA의 함량을 변화하여 용액을 제조하였다. 제조한 용액은 팁 내경 22 Gage, 5 mL 주사기에 넣어 기포를 완전히 제거 후 KDS100 (KD Scientific Inc.
이론/모형
본 연구에서 PES-BSA 친화막을 전기방사법으로 제조하였다. 방사에 사용된 용액은 Table 1과 같이 PES 와 BSA의 함량을 변화하여 용액을 제조하였다.
전기방사법에 의하여 제조된 친화막의 합성 유무를 확인하기 위하여 XPS, FT-IR을 사용하였다. XPS는 ESCALAB 250 XPS (VG Scientifics)를 사용하였으며, 즉정 방법으로는 μ-metal chamber 장착 하에 초고진공 (Ixio-10 Torr)에서 step size 15 kV / 150 W / 500 gm 로 monochrimated Al-Ka 선(1486.
그리고 FT-IRe Jasco FT-IR 620 (Jasco cop oration)을 사용하였다. 측정 방법으로는 ZnSe 프리즘을 이용한 Single Reflection ATR법을 이용하여 측정하였고, scanning 100회, resolution 4.0으로 4000 — 400 cm1 범위의 파장에 걸쳐 spectrum을 관찰하였다.
성능/효과
그리고 FT-IR을 통하여 펩티드 결합과 -SO를 확인함으로써 두 고분자간 잘 결합되어 있음을 확인하였다. PES-BSA 친화막의 SEM 분석결과 PES 7 wt%, BSA 0.7 wt%, 방사전압 10.0 kV, 방사거리 10 cm, 방사속도 1.0 mL/hr로 친화막 제조 시 나노섬유의 굵기가 가장 균일한 나노섬유 제조가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
최적의 전압과 점도가 유지된다면 방사거리의 변화는 섬유 크기에 큰 영향이 없다는 것을 알 수 있었다. SEM 분석에 의하여, PES 7 wt%, BSA 0.7 wt%, 방사전압 10.0 kV, 방사 거리 10 cm, 방사속도 1.0 mL/hr로 친화막 제조 시 나노섬유의 굵기도 균일하게 얻어진다는 것을 알았다.
즉, 본 연구에서는 PES에 대하여 BSA를 20 wt까지 방사하였지만, 실험결과 그 이상도 방사가능할 것으로 생각된다. XPS를 통하여 질소와 황의 peak를 관찰할 수 있었으며, BSA의 첨가비에 대한 정량적인 제조를 확인하였다. 그리고 FT-IR을 통하여 펩티드 결합과 -SO를 확인함으로써 두 고분자간 잘 결합되어 있음을 확인하였다.
XPS를 통하여 질소와 황의 peak를 관찰할 수 있었으며, BSA의 첨가비에 대한 정량적인 제조를 확인하였다. 그리고 FT-IR을 통하여 펩티드 결합과 -SO를 확인함으로써 두 고분자간 잘 결합되어 있음을 확인하였다. PES-BSA 친화막의 SEM 분석결과 PES 7 wt%, BSA 0.
6 eV (S2p) 에서 확인할 수 있었다. 그리고 PES-BSA 나노섬유에서는 아미노산에 의한 질소의 peak를 399.6 eV (Nls)에서 관찰할 수 있었으며, Table 4에서 나타낸 XPS spectra의 AT의 결과 BSA가 첨가비에 대하여 정량적으로 잘 제조되었음을 확인할 수 있었다.
PES는 소수성을 가지는 고분자인 반면에, BSA는 친수성을 가지는 대표적인 고분자인 관계로 두 종류의 용매를 혼합하여 사용할 경우 고분자 용질의 응집 현상이 발생함을 볼 수 있었다. 그리하여 두 가지 고분자 모두를 용해시킬 수 있는 HFF를 사용하였으나 낮은 끓는점(57~ 60℃)을 가지는 용매를 사용함으로 방사 공정에서의 clogging 현상이 발생하게 되었고, 이는 온도와 습도를 조절함으로써 성공적으로 방사할 수 있었다. 온도 20~22℃, 습도 45-45% 조건에서 방사함으로써 clogging 현상을 제어할 수 있었는데, 이것은 용매의 휘발속도를 제어함으로써 나노 섬유 형성이 용이하기 때문이라 생각된다.
소수성의 고분자 물질과 친수성의 생체고분자 물질을 혼합하여 사용 시 용매 선택성에 따른 문제를 해결하였으며, 방사조건이 같을 때 PES의 함량이 증가하면 굵은 섬유를 얻을 수 있었고, BSA의 함량은 섬유 크기에 특정한 영향이 없다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 PES에 대한 BSA의 함량에 대하여 기존의 제조 방법으로는 이온 교환기에 따른 BSA에 대한 흡착 적층 수제한 이 따르나[24], 본 연구에서는 제조 방법의 변화로
다만 고농도의 용액에서는 BSA의 함량이 증가하면 섬유 굵기가 일시적으로 증가하다 다시 감소하는 것을 볼 수 있다. 용액의 방사속도 및 전압의 증가는 대체적으로 섬유의 굵기를 증가시킨다는 것을 알 수 있었다. 방사 속도의 증가는 나노 섬유에서 고분자 rich phase를 더 오래 유지시킬 수 있으며, 전압의 증가는 좀 더 안정적인 방사를 유도하게 된다.
2에 나타내었다. 전체적으로 농도에 상관없이 나노섬유는 제조가 가능하였으나, 용액의 농도, 방사운전조건에 따라 섬유 크기의 편차가 발생함을 보여주었다. Table 3을 보면 PES의 함량이 많아질수록, 그리고, BSA의 함량이 많아질수록 나노섬유의 크기 편차가 많아짐을 관찰할 수 있었다.
방사거리의 경우에는 저 농도에서는 섬유의 굵기가 감소되는 결과를 초래하였으나, 고 농도에서는 큰 차이를 보여 주지 않았다. 최적의 전압과 점도가 유지된다면 방사거리의 변화는 섬유 크기에 큰 영향이 없다는 것을 알 수 있었다. SEM 분석에 의하여, PES 7 wt%, BSA 0.
후속연구
해결하였다. 즉, 본 연구에서는 PES에 대하여 BSA를 20 wt까지 방사하였지만, 실험결과 그 이상도 방사가능할 것으로 생각된다. XPS를 통하여 질소와 황의 peak를 관찰할 수 있었으며, BSA의 첨가비에 대한 정량적인 제조를 확인하였다.
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