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전도성 고분자/리그닌 복합소재를 함유한 하이드로젤의 제조 및 센서 응용
Preparation of Hydrogels Containing Polypyrrolelignin Hybrids and Application in Sensors 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.31 no.4, 2020년, pp.411 - 415  

박선영 (동덕여자대학교 대학원 보건향장학과) ,  박소연 (동덕여자대학교 응용화학과) ,  김혜준 (동덕여자대학교 응용화학과) ,  임영순 (동덕여자대학교 대학원 보건향장학과) ,  배준원 (동덕여자대학교 대학원 보건향장학과)

초록
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이 논문에서는, 주요한 목질 소재의 하나인 리그닌(lignin)의 표면에 전도성고분자를 코팅한 복합체를 제조하고 이를 하이드로젤(hydrogel)에 도입하여 센서(sensor) 소재로의 활용 가능성을 검증하는 연구를 다루고자 한다. 리그닌 표면에 전도성 고분자인 폴리피롤(polypyrrole)을 중합한 후 성공적인 도입 여부는 적외선(FT-IR) 분광기를 통하여 확인하였고 그 형태는 주사전자현미경을 통하여 분석하였다. 얻어진 폴리피롤@리그닌(PPy@lignin) 복합 소재는 하이드로젤과 혼합하여 전도성을 띄는 하이드로젤을 형성하였다. 이어서, 전기적 측정을 통하여 전도성 여부를 검증하였다. 이 하이드로젤이 센서 소재로 활용될 수 있는지 확인하기 위하여, 여러 가지 용매류 및 용액류를 하이드로젤에 도입하여 센서 신호를 얻었고, 그 유효성 여부를 다양한 보완실험과 교차검증을 통하여 확인하였다. 향후 다양한 후속 연구가 필요하겠지만, 현 연구에서는 폴리피롤@리그닌 복합재를 포함한 하이드로젤이 센서 소재로 활용될 가능성이 충분함을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this article, the preparation of hydrogels containing conducting polymer@lignin hybrids and their application to sensing materials were demonstrated using diverse techniques. A conducting polymer, polypyrrole (PPy) was polymerized on the surface of lignin and successful formation was analyzed wit...

주제어

#Lignin   #Polypyrrole   #Hydrogel   #Chemical sensor  

표/그림 (7)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 나아가, 센서 소재를 재활용할 수 있는 매체로서의 기능을 실험적으로 보여주기도 하였다[9]. 본 연구에서는, 기존 연구에서 얻어진 지식과 직관을 바탕으로 위에서 언급한 3가지 소재의 장점을 결합하여 활용하기 위하여 전도성고분자/리그닌 복합 소재를 함유하는 하이드로젤을 제조하여 센서에 활용하는 연구를 시도하였다. 리그닌의 존재 하에서 전도성 고분자를 간단한 전기화학중합법으로 리그닌의 표면에 중합하였다.
  • 최근, 각종 소재와 디바이스(device)의 인체적합성이 큰 이슈로 대두됨에 따라서, 저독성 수용 매체의 선택과 개발도 매우 중요한 요인이 되었다. 본 연구에서는, 생체적합성이 높은 하이드로젤을 수용 매체로 선택하여 위에서 얻어진 전도성 고분자/리그닌 복합 소재를 활용할 매개체로 도입하였다. 하이드로젤은 수분을 수용할 수 있는 물질들로 구성이 되는데, 그 중에서 당분자를 기반으로 하는 전분류 및 일부 고분자 등이 대표적이다.
  • 이제 다양한 전기 측정을 통해 얻어진 소재의 센서 매체물질로서의 활용 가능성을 타진해 보고자 한다. 먼저, 통상적으로 분석물질을 용액 형태로 도입하기 때문에, 여러 가지 극성을 지니는 용매들을 도입하여 먼저 테스트를 해 보았다.

가설 설정

  • 온도를 상온으로 더욱 낮추면 하이드로젤이 얻어진다. 아가로즈와 폴리피롤@리그닌 복합 소재의 비율은 조절이 가능하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전도성 고분자의 한계를 극복하기 위해 어떠한 형태로 개발되어 왔는가? 다만, 이 전도성 고분자들은 상용 고분자들에 비해서 상대적으로 범용 용매에 대한 용해성이 떨어지고, 제조 과정도 상대적으로 복잡하므로 아직도 다소간의 맹점들이 존재하고 있다[4]. 이러한 한계점들을 극복하기 위하여 다양한 이종 물질들과 혼합하거나 결합하여 복합 소재 형태로 개발되어 왔다[5]. 이러한 맥락에서, 전도성 고분자와 리그닌 복합재가 개발되어 물성 향상이 이루어진다면 가치가 있을 것으로 판단되며, 이 소재는 상당한 부가가치를 발생시킬 수 있는 후보군이 될 것이다[6].
대표적인 전도성 고분자들은 무엇이 있는가? 전도성 고분자는 여러 가지 상용 고분자가 지니고 있는 장점 이외에 전기전도성을 지니고 있어 응용분야가 매우 넓어질 가능성이 높아 많은 관심을 끌고 있다. 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리사이오펜(polythiophene) 등 대표적인 전도성 고분자들은 개별적으로 경쟁력을 갖고 있으므로 특정한 분야에서는 매우 유망한 소재로 각광받고 있다[3]. 다만, 이 전도성 고분자들은 상용 고분자들에 비해서 상대적으로 범용 용매에 대한 용해성이 떨어지고, 제조 과정도 상대적으로 복잡하므로 아직도 다소간의 맹점들이 존재하고 있다[4].
전도성 고분자의 한계는 무엇인가? 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리사이오펜(polythiophene) 등 대표적인 전도성 고분자들은 개별적으로 경쟁력을 갖고 있으므로 특정한 분야에서는 매우 유망한 소재로 각광받고 있다[3]. 다만, 이 전도성 고분자들은 상용 고분자들에 비해서 상대적으로 범용 용매에 대한 용해성이 떨어지고, 제조 과정도 상대적으로 복잡하므로 아직도 다소간의 맹점들이 존재하고 있다[4]. 이러한 한계점들을 극복하기 위하여 다양한 이종 물질들과 혼합하거나 결합하여 복합 소재 형태로 개발되어 왔다[5].
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참고문헌 (10)

  1. V. K. Thakur, M. K. Thakur, P. Raghavan, and M. R. Kessler, Progress in green polymer composites from lignin for multifunctional applications: A review, ACS Sustain. Chem. Eng., 2, 1072-1092 (2014). 

    상세보기 crossref

  2. Q. Fu, Y. Chen, and M. Sorieul, Wood-based flexible electronics, ACS Nano, 24, 3528-3538 (2020). 

  3. J. Bae, K. Shin, O. S. Kwon, Y. Hwang, J. An, A. Jang, H. J. Kim, and C.-S. Lee, A succinct review of refined chemical sensor systems based on conducting polymer-cyclodextrin hybrids, J. Ind. Eng. Chem., 79, 19-28 (2019). 

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  4. J. Bae, Identification of toxic chemicals using polypyrrole-cyclodextrin hybrids, Appl. Chem. Eng., 30, 186-189 (2019). 

  5. K. H. Kim, S. H. Lee, S. E. Seo, J. Bae, S. J. Park, and O. S. Kwon, Ultrasensitive stress biomarker detection using polypyrrole nanotube coupled to a field-effect transistor, Micromachines, 11, 439 (2020). 

    상세보기 crossref

  6. Q. Wang, X. Pan, C. Lin, D. Lin, Y. Ni, L. Chen, L. Huang, S. Cao, and X. Ma, Biocompatible, self-wrinkled, antifreezing and stretchable hydrogel-based wearable sensor with PEDOT:sulfonated lignin as conductive materials, Chem. Eng. J., 370, 1039-1047 (2019). 

    상세보기 crossref

  7. N. X. D. Mai, J. Bae, I. T. Kim, S.-H. Park, G. W. Lee, J. H. Kim, D. Lee, H. B. Son, Y. C. Lee, and J. Hur, A recyclable, recoverable, and reformable hydrogel-based smart photocatalyst, Environ. Sci. Nano, 4, 955 (2017). 

    crossref

  8. J. Bae and J. Hur, Synthesis and characterization of thermo-reversible conductive hydrogel toward smart electrodes, Sci. Adv. Mater., 8, 176-179 (2016). 

    상세보기 crossref

  9. Y. Hwang, J. Y. Park, O. S. Kwon, S. Joo, C.-S. Lee, and J. Bae, Incorporation of hydrogel as a sensing medium for recycle of sensing material in chemical sensors, Appl. Surf. Sci., 429, 258-263 (2018). 

    상세보기 crossref

  10. S. Kim, W.-K. Oh, Y. S. Jeong, J.-Y. Hong, B.-R. Cho, J.-S. Han, and J. Jang, Cytotoxicity of, and innate immune response to, size-controlled polypyrrole nanoparticles in mammalian cells, Biomaterials, 32, 2342-2350 (2010). 

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