전기방사는 높은 비표면적을 가지는 마이크로~나노 단위 직경의 나노섬유를 생산하는 간단하고 효율적인 공정이다. 따라서 식물 추출물과 폴리머를 혼합한 방사용액으로 손쉽게 의료용 나노섬유의 제조가 가능하다. 향나무는 라디칼 생성, 화상, 세포손상과 같은 자외선과 SLS에 의한 피부손상을 방지하는데 효과적이라고 알려져 있다. 또한 방미효과와 함께 집먼지 진드기 방지 효과가 보고된 바 있다. 전기방사로 향나무 추출물을 함유하여 제조한 PVA 나노섬유를 연구하였다. 향나무 추출물의 서로 다른 농도(0.25, 0.5, 1.5 wt. %)를 함유하는 PVA/향나무 추출물 나노 복합섬유를 제조하였으며 방사용액의 농도, 인가전압, TCD 등의 전기방사 조건을 최적화 하였다. 연구결과 균일한 PVA/향나무 추출물 나노 복합섬유을 얻을 수 있는 최적 조건으로 PVA 농도는 12wt%, 인가전압은 10 Kv, TCD는 10~20 cm로 나타나났다. 제조된 전기방사 나노 복합섬유의 형태 및 미세구조를 SEM을 통해 관찰하였다. 향나무 추출물의 첨가에 의해 나노섬유의 직경이 증가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 310~360 nm의 직경범위를 가지는 PVA/향나무 추출물 복합 나노섬유가 전기방사를 통해 성공적으로 얻어졌다.
전기방사는 높은 비표면적을 가지는 마이크로~나노 단위 직경의 나노섬유를 생산하는 간단하고 효율적인 공정이다. 따라서 식물 추출물과 폴리머를 혼합한 방사용액으로 손쉽게 의료용 나노섬유의 제조가 가능하다. 향나무는 라디칼 생성, 화상, 세포손상과 같은 자외선과 SLS에 의한 피부손상을 방지하는데 효과적이라고 알려져 있다. 또한 방미효과와 함께 집먼지 진드기 방지 효과가 보고된 바 있다. 전기방사로 향나무 추출물을 함유하여 제조한 PVA 나노섬유를 연구하였다. 향나무 추출물의 서로 다른 농도(0.25, 0.5, 1.5 wt. %)를 함유하는 PVA/향나무 추출물 나노 복합섬유를 제조하였으며 방사용액의 농도, 인가전압, TCD 등의 전기방사 조건을 최적화 하였다. 연구결과 균일한 PVA/향나무 추출물 나노 복합섬유을 얻을 수 있는 최적 조건으로 PVA 농도는 12wt%, 인가전압은 10 Kv, TCD는 10~20 cm로 나타나났다. 제조된 전기방사 나노 복합섬유의 형태 및 미세구조를 SEM을 통해 관찰하였다. 향나무 추출물의 첨가에 의해 나노섬유의 직경이 증가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 310~360 nm의 직경범위를 가지는 PVA/향나무 추출물 복합 나노섬유가 전기방사를 통해 성공적으로 얻어졌다.
Electrospinning is a simple and effective process for producing nanofiber with diameter range from nanometers to micrometers which have high specific surface area. Hence, medicated nanofibers can be readily fabricated using a solution containing a mixture of a plant-extracts and a polymer. It has pr...
Electrospinning is a simple and effective process for producing nanofiber with diameter range from nanometers to micrometers which have high specific surface area. Hence, medicated nanofibers can be readily fabricated using a solution containing a mixture of a plant-extracts and a polymer. It has proved that Juniperus Chinensis can be effectively used for the prevention of UV and SLS-induced advers skin reaction such as radical production, inflammation and skin cell damage. It also found that Juniperus Chinensis has efficient ingredient of antifungal activity and house dust mite repellent effect. The fabrication of PVA nanofibers containing Juniperus Chinensis extracts by electrospinning has been studied. PVA/Juniperus Chinensis extracts composite nanofibers were produced at different Juniperus Chinensis concentrations (0.25, 0.5, 1.5 wt. %). The parameters of electrospinning including polymer contents, voltage and tip-to-collector distance (TCD) were optimized for fabrication process. The study show that 12 wt. % PVA, 10kV applied voltage and TCD 10~20 cm are the best condition to obtain uniform PVA/Juniperus Chinensis extracts composite nanofibers. Morphologies of the electrospun composite nanofiber were observed by using a field emission scanning electron microscope. It has been found that the average diameters of fibers increased by the adding of Juniperus Chinensis extracts. As the results, PVA/Juniperus Chinensis extracts composite nanofibers having a diameter in the range from 310~360 nm were successfully prepared via an electrospinning.
Electrospinning is a simple and effective process for producing nanofiber with diameter range from nanometers to micrometers which have high specific surface area. Hence, medicated nanofibers can be readily fabricated using a solution containing a mixture of a plant-extracts and a polymer. It has proved that Juniperus Chinensis can be effectively used for the prevention of UV and SLS-induced advers skin reaction such as radical production, inflammation and skin cell damage. It also found that Juniperus Chinensis has efficient ingredient of antifungal activity and house dust mite repellent effect. The fabrication of PVA nanofibers containing Juniperus Chinensis extracts by electrospinning has been studied. PVA/Juniperus Chinensis extracts composite nanofibers were produced at different Juniperus Chinensis concentrations (0.25, 0.5, 1.5 wt. %). The parameters of electrospinning including polymer contents, voltage and tip-to-collector distance (TCD) were optimized for fabrication process. The study show that 12 wt. % PVA, 10kV applied voltage and TCD 10~20 cm are the best condition to obtain uniform PVA/Juniperus Chinensis extracts composite nanofibers. Morphologies of the electrospun composite nanofiber were observed by using a field emission scanning electron microscope. It has been found that the average diameters of fibers increased by the adding of Juniperus Chinensis extracts. As the results, PVA/Juniperus Chinensis extracts composite nanofibers having a diameter in the range from 310~360 nm were successfully prepared via an electrospinning.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 천연 항균물질을 포함하고 있는 향나무 추출물을 함유하는 PVA나노섬유를 제조하기 위한 전기방사 조건을 살펴보고 그 특성을 고찰한 후, 향후 최첨단 의료 소재분야 및 기능성 섬유 소재로의 응용 가능성을 제안하고자 하였다.
제안 방법
25 wt. %로 하여 12시간 교반 후에 1시간 초음파 처리한 다음, 다시 12시간 교반하여 향나무 추출물을 함유하는 PVA 복합 방사용액을 제조하였다.
PVA 고분자 용액과 향나무 추출물을 포함하는 복합 방사용액의 농도에 따른 점도 변화, 표면장력의 변화를 관찰하기 위하여 LVDV Ⅱ+ Pro Viscometer(Brookfield), 표면장력측정기(Surface Tensiometer, TK6, KRUSS, Germany)를 이용하여 각각 측정하였다.
PVA/향나무 추출 용액을 이용한 나노섬유를 제조하기 위해 전기방사 시스템을 0∼40 kv의 전압공급이 가능한 고전압 공급장치(high voltage DC power supply unit, Matsusada Precision Inc.), 집전판(collector), 주사기 펌프(syringe pump, KDS100), 주사기(gastight and needle lock type 10mL, Hamilton), 금속 주사기 바늘 (21G) 등으로 구성하였다.
), 집전판(collector), 주사기 펌프(syringe pump, KDS100), 주사기(gastight and needle lock type 10mL, Hamilton), 금속 주사기 바늘 (21G) 등으로 구성하였다. 나노섬유 제조조건은 유체 주입속도 2.0 mL/h, 방사거리 TCD(tip to collector distance) 10, 15, 20 ㎝, 전압은 8, 10, 12, 14 kV의 조건으로 나노섬유를 제조하였다.
향나무 추출물은 에탄올을 이용하여 향나무와 용매를 액비 1: 10으로 하여 상온에서 48시간 침지한 후, 3회 반복 추출하여 침전물이 없을 때까지 여과지로 3회 여과한 후, 회전증발 농축기(RV10, IKAⓇ, Germany)를 이용하여 온도 40∼60 ℃, 회전속도 180rpm으로 감압 농축 후 건조하여 gum상태로 추출하였다.
향나무 추출물을 함유한 PVA 나노섬유를 제조하기 위하여 방사용액의 농도, 인가전압, 팁과 콜렉터 사이의 거리 등 다양한 전기방사 조건을 고찰하였으며, 복합 나노섬유의 방사성의 변화를 살펴보기 위해 표면구조, 직경을 관찰하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 향나무는 심재인 자단향을 전문업체를 통해 구입하여 사용하였다. 고분자는 PVA217[(degree of hydrolysis = 88 %, degree of polymerization (DP) =1700) from Kuraray Co. Ltd.] 을 구입하여 사용하였다. 이 외에 에탄올, 증류수 등이 사용되었다.
본 연구에 사용된 향나무는 심재인 자단향을 전문업체를 통해 구입하여 사용하였다. 고분자는 PVA217[(degree of hydrolysis = 88 %, degree of polymerization (DP) =1700) from Kuraray Co.
이론/모형
나노섬유의 형태와 직경을 조사하기 위해 Scanning Electro Microscope (JSM-6010LA, JEOL, Japan)를 이용하였다.
이로써 TCD의 조건은 10∼20 cm까지 모두 균일한 나노섬유가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 다만 향나무 추출물을 함유하는 PVA 전기방사를 위한 TCD 조건은 PVA 전기 방사에 대한 선행연구들(Charensriwilaiwat et al., 2013; Liu et al., 2012)을 참고로 하여 15 cm로 설정하였다. 방사노즐에서 집전판까지의 거리가 멀어짐에 따라 나노섬유의 직경이 증가하는 경향을 보였다.
성능/효과
향나무 추출물을 함유하는 복합 나노섬유를 제조하기 위한 전기방사의 조건 중, 방사용액의 농도 12 wt. %, 인가전압 10 kV일 때 나노섬유의 표면이 매끄럽고, 평균직경 편차가 가장 작은 균일한 섬유가 얻어졌다. 팁에서 콜렉터까지의 거리 는 10∼20 cm일 때 나노섬유의 표면이 매끄럽고 균일한 섬유가 얻어졌다.
방사용액의 농도 12 wt. %에서 평균직경의 표준편차가 가장 작은 것으로 나타나, 전기방사를 위한 PVA 방사용액의 적정농도는 12 wt. %임을 확인할 수 있다.
5 wt. %일 때는 나노섬유의 평균직경이 362 ㎚, 표준편차는 30으로, 점도가 높아짐으로 인해 응집력이 증가함으로써 섬유의 쪼개짐이 균일하게 형성되지 않아 나노섬유의 직경 균일도가 다소 감소하는 결과를 보였다. 향나무 추출물의 함량이 2.
전압의 변화에 따라 나노섬유의 직경 균일도가 달라지는 것을 알 수 있었다. Fig. 4에서 보는 바와 같이 전압이 8 kV일 때 나노섬유의 평균직경은 321 ㎚, 표준편차는 68로 나타났으며, 전압이 10 kV 일 때는 나노섬유의 평균직경이 301 ㎚, 표준편차는 11로 나타났고, 전압이 12 kV 일 때는 나노섬유의 평균직경이 364 ㎚, 표준편차는 48로 나타났으며, 전압이 14 kV 일 때는 나노섬유의 평균직경이 268 ㎚, 표준편차는 84로 나타나 인가전압이 10 kV일 때 가장 균일한 나노섬유를 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.
5에 나타내었다. TCD의 3가지 설정 조건 모두, 나노섬유의 방사가 이루어졌는데 TCD가 10 ㎝일 경우 나노섬유의 평균직경은 301 ㎚, 표준편차는 14로 나타났고, TCD가 15 ㎝일 경우 나노섬유의 평균직경은 349 ㎚, 표준편차는 12로, 또한 TCD가 20 ㎝일 경우 나노섬유의 평균직경은 376 ㎚, 표준편차는 18로 나타났다. 이로써 TCD의 조건은 10∼20 cm까지 모두 균일한 나노섬유가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
또한 표면장력은 11∼12 wt %일 때는 변화가 없다가 13 w t%에서 약간 증가하는 것으로 나타났다.
, 2012)을 참고로 하여 15 cm로 설정하였다. 방사노즐에서 집전판까지의 거리가 멀어짐에 따라 나노섬유의 직경이 증가하는 경향을 보였다.
팁에서 콜렉터까지의 거리 는 10∼20 cm일 때 나노섬유의 표면이 매끄럽고 균일한 섬유가 얻어졌다. 복합 나노섬유의 직경은 향나무 추출물의 함량이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났는데, 추출물 함량이 0.25 wt. %일 때 310 nm, 0.
이로써 TCD의 조건은 10∼20 cm까지 모두 균일한 나노섬유가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
%, TCD 15 ㎝일 때, 전압에 따른 나노섬유의 형태변화를 나타낸 것이다. 전압의 변화에 따라 나노섬유의 직경 균일도가 달라지는 것을 알 수 있었다. Fig.
향나무 추출물을 함유한 복합방사용액의 점도와 표면장력 측정 결과와 복합 나노섬유의 직경을 Table 2에 나타내었다. 향나무 추출물을 첨가함에 따라 방사용액의 점도는 증가하였고, 방사용액의 표면장력은 거의 변화가 없는 것으로 나타났다. 또한 첨가된 향나무 추출물의 증가에 따라 나노섬유의 직경이 증가하였다.
후속연구
이로써 천연 항균 물질을 포함하는 향나무 추출물 함유 PVA복합 나노섬유가 전기방사를 통해 얻어졌다. 제조된 복합 나노섬유의 의료용 소재분야 및 기능성 섬유 소재로의 응용 가능성을 제안하기 위해서는 추후 복합 나노섬유의 항균성을 포함한 다른 기능성의 고찰이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
향나무 추출물의 주요 성분은 무엇인가?
, 2011). 향나무 추출물의 주요 성분은 monoterpene류와 sesquiterpene류로 구성된 terpene성분으로 알려져 있다(Kuo & Shiu, 1996). 정유성분의 대부분을 차지하는 쇄상 및 환상의 탄화수소류는 살균, 소독 작용 및 항염증 작용이 있는 것으로 알려져 있으며 피부자극성과 독성이 매우 낮아 기능성 섬유소재 분야 뿐 아니라 향장품, 의약품 등에 다양하게 응용되고 있다(Cimanga et al.
전기방사란?
전기방사는 높은 비표면적을 가지는 마이크로~나노 단위 직경의 나노섬유를 생산하는 간단하고 효율적인 공정이다. 따라서 식물 추출물과 폴리머를 혼합한 방사용액으로 손쉽게 의료용 나노섬유의 제조가 가능하다.
PVA는 어떠한 분야에서 사용되는가?
, 2007). 또한 토양 박테리아에 의해 분해되므로 환경보호에 민감한 용도의 재료로 각광을 받을 수 있는 생분해성 합성 고분자이므로 각종 광학용 필름과 분리막, 고기능성 섬유 및 환경친화성 수용성 섬유, 그리고 인체 장기 대체용 하이드로겔, 생체반응기(bio-reactor), 생체센서 등의 최첨단 소재산업 분야에 널리 사용되고 있다(Charensriwilaiwat et al., 2010; Doshi & Reneker, 1995; Ren et al.
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