[논문]이온성액체의 미생물.생명화학공학에의 응용과 전망

하성호

doi:10.4014/kjmb.1211.11003

이온성액체의 미생물.생명화학공학에의 응용과 전망
Applications and Prospects of Ionic Liquids in Microbiology and Biochemical Engineering 원문보기

한국미생물·생명공학회지 = Korean journal of microbiology and biotechnology, v.41 no.1, 2013년, pp.1 - 7

초록
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비휘발성, 비폭발성, 열적 안정성의 특성을 가지고 있는 이온성액체는 환경친화적인 용매이고, 또한 양이온과 음이온의 다양한 조합을 통해 사용 목적에 부합하는 이온성액체를 용이하게 합성할 수 있어 용매로서의 다양성으로 인해 청정 용매, 촉매, 추출 및 분리, 전해질 등의 분야에서 다양하게 응용되고 있다. 이에 본 논문에서는 이온성액체에 대한 기본 지식와 함께 현재 미생물생명화학공정에서 이온성액체가 용매로서 효과적으로 응용되고 있는 효소반응 분야, 단백질 재접힘 분야, 바이오매스 용해 및 활용분야에서의 최근 연구동향을 기술하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Ionic liquids (ILs) have been widely recognized as environmentally benign solvents. Their unique properties, including negligible vapor pressure, non-flammability, a wide liquid range and their tunable physicochemical properties by proper selection of cations and anions, make them attractive green solvents in a variety of fields such as organic synthesis/catalysis, extraction/ separation, and electrochemistry, amongst others. In this paper, the recent technological developments and their prospects in the application of ILs in microbiology and biochemical engineering, including enzymatic reactions, protein folding/refolding and biomass dissolution, are discussed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

최근에는, 대표적 지속가능한 기술인 생물공정에의 이온성액체의 응용이 활발하게 진행되고 있다[32, 51, 57]. 따라서, 본고에서는 이온성액체의 독특한 성질을 이용한 최근의 미생물생명화학화학 응용공정을 효소반응, 단백질 재접힘, 바이오매스 분야를 중심으로 알아보고 그 응용가능성을 검토하고자 한다.
이에 본 논문에서는 이온성액체에 대한 기본 지식과 함께 현재 미생물생명화학공정에서 이온성액체가 용매로서 효과적으로 응용되고 있는 효소반응 분야, 단백질 재접힘 분야, 바이오매스 용해 및 활용분야에서의 최근 연구동향을 기술하였다.

성능/효과

셀룰로오스의 용해도는 이온성액체의 음이온에 따라 큰 차이가 있었으며, [Bmim][Cl]에 약 25 wt% 정도의 셀룰로오스를 용해시킬 수 있었다. 또한, 이온성 액체에 용해시킨 셀룰로오스는 물, 에탄올, 아세톤 등의 반용매(anti-solvent)를 이용하여 셀룰로오스를 다시 재구성하는 것이 가능하다는 것을 보여주었다. 이러한 결과는 셀룰로오스 기반의 복합소재 개발의 가능성을 열었다.
지난 2002년, Rogers 그룹은 1-alkyl-3- methylimidazolium 양이온과 halides 음이온을 가지는 이온성액체를 이용하여 셀룰로오스를 효과적으로 용해/재생할 수 있음을 발표하였다[46]. 셀룰로오스의 용해도는 이온성액체의 음이온에 따라 큰 차이가 있었으며, [Bmim][Cl]에 약 25 wt% 정도의 셀룰로오스를 용해시킬 수 있었다. 또한, 이온성 액체에 용해시킨 셀룰로오스는 물, 에탄올, 아세톤 등의 반용매(anti-solvent)를 이용하여 셀룰로오스를 다시 재구성하는 것이 가능하다는 것을 보여주었다.

후속연구

특히, 대표적 지속가능한 기술인 생물공정에의 이온성액체의 응용은 기존의 생물공정에서 부득이하게 사용하고 있는 환경 오염물질인 유기용매를 사용하지 않는 것 외에 생촉매의 반응성, 선택성, 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 이온성액체가 다양한 바이오매스를 용해시킬 수 있다는 것이 알려지면서 바이오매스를 이온성액체에 용해하여 재구성하는 전처리과정을 거친 후 효율적으로 발효하여 바이오에너지를 얻는 바이오리파이너리 공정이 활발히 개발되고 있는데, 그 이외에도 이온성액체를 적용하여 제작된 다양한 바이오매스 기반의 소재들을 응용한 생체이식 가능 장비, 바이오센서, 생물연료전지 등의 생의학 분야에서도 다양한 목적으로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 이온성액체가 미생물생명화학공학 분야에서 이용되기 위해서는 이온성액체의 높은 가격, 아직 검증되지 않은 이온성 액체의 독성 등을 포함한 여러 가지 극복해야 할 점들이 있지만, 이온성액체 응용 기술은 현재까지 미생물생명화학공정이 가지고 있었던 여러 가지 문제점들을 해결할 수 있는 또 하나의 대안으로, 생물화학공정의 산업적 가치를 높이는 핵심기술로서 고부가가치 생명공학물질의 생산이 가능할 것으로 기대된다.
이온성액체 응용기술은 향후 지속가능 기술(sustainable technology) 시대에 있어 유기합성, 전기화학, 화학공학, 분리공정 등을 포함하는 여러 분야에서 엄청난 파급효과가 있을 것으로 기대되어, 유럽, 일본, 미국 등의 기술 선도 국가들에서 다양한 분야에 걸쳐 이온성액체의 활용에 대한 활발한 연구 및 산업적 응용이 진행되고 있다. 또한, 이온성액체는 환경친화적인 용매의 요구에 적합한 모든 특징을 가지고 있어서 관심이 증대되고 있으며, 기존의 유기용매가 지니지 못하는 다양한 특성을 지님과 동시에 무한한 응용 가능 분야가 개발되고 있기 때문에 향후 전망은 매우 밝을 것으로 기대된다. 특히, 대표적 지속가능한 기술인 생물공정에의 이온성액체의 응용은 기존의 생물공정에서 부득이하게 사용하고 있는 환경 오염물질인 유기용매를 사용하지 않는 것 외에 생촉매의 반응성, 선택성, 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
또한, 이온성액체가 다양한 바이오매스를 용해시킬 수 있다는 것이 알려지면서 바이오매스를 이온성액체에 용해하여 재구성하는 전처리과정을 거친 후 효율적으로 발효하여 바이오에너지를 얻는 바이오리파이너리 공정이 활발히 개발되고 있는데, 그 이외에도 이온성액체를 적용하여 제작된 다양한 바이오매스 기반의 소재들을 응용한 생체이식 가능 장비, 바이오센서, 생물연료전지 등의 생의학 분야에서도 다양한 목적으로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 이온성액체가 미생물생명화학공학 분야에서 이용되기 위해서는 이온성액체의 높은 가격, 아직 검증되지 않은 이온성 액체의 독성 등을 포함한 여러 가지 극복해야 할 점들이 있지만, 이온성액체 응용 기술은 현재까지 미생물생명화학공정이 가지고 있었던 여러 가지 문제점들을 해결할 수 있는 또 하나의 대안으로, 생물화학공정의 산업적 가치를 높이는 핵심기술로서 고부가가치 생명공학물질의 생산이 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이온성액체가 청정 용매로 칭해지는 이유는?	이온성액체는 증기압이 영에 가까운 낮은 휘발성, 비폭발성, 고온에서도 안정적인 액체로 존재하는 높은 열적 안정성으로 인해 “청정용매(green solvents)”라 불리면서 친환경용매로 많은 관심을 받고 있다[42]. 특히, 이온성액체는 다양한 무기물, 유기물, 고분자 물질을 용해시킬 수 있고, 소수성, 용해도, 점도, 밀도 등의 물리화학적 특성을 쉽게 변화시킬 수 있어서 “디자이너용매(designer solvent)”로도 불린다[8].
	이온성액체를 이용한 생물반응공정은 일반적으로 어떻게 분류됩니까?	일반적으로, 이온성액체를 이용한 생물반응공정은 세 종류로 분류할 수 있다. 이는 이온성액체 자체로서, 그리고 수용액상에서 보조 또는 공유 용매로서, 마지막으로 수용액과 이상계 또는 다상계 시스템을 이용하는 방법이다[21]. 이온성액체를 반응매질로 하여 생체촉매인 효소를 이용한 공정은 생물화학공정에 이온성액체가 가장 먼저 적용이 시도되어진 분야로, 그 연구가 다른 생물화학공정 분야에 비해 아직도 활발히 진행되고 있다.
	이온성액체란?	이온성액체(Ionic Liquids, ILs)는 소금과 같이 양이온과 음이온의 이온결합으로 이루어진 염화합물로써 100°C 이하의 비교적 낮은 온도에서 액체 상태로 존재하는 이온성 염이다[33, 37]. 이온성액체를 구성하는 대표적인 양이온으로는 디알킬이미다졸륨 (dialkylimidazolium), 디알킬피리디늄 (dialkylpyridinium), 디알킬피롤리디늄 (dialkylpyrrolidinium), 4급 암모늄 (quaternary ammonium), 4급 포스포늄 (quaternary phosphonium) 등이 있으며, 음이온으로는 NO3− , BF4− , PF6− , AlCl4− , Al2Cl7− , CH3CO2− , CF3SO3− (trifluoromethanesulfonate, TfO), (CF3SO2)2N− (trifluoromethanesulfonylamide, Tf2N), CH3CH(OH)CO2− (L-lactate) 등이 있다(Fig.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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