초록 ▼

본 연구의 목표는 두가지로 요약할 수 있다. 첫째, MCL-PHA, P(3HB-co-4HB) 등 PHA의 경제적 생산을 위한 유가식 발효공정을 개발하여 생산단가를 낮추는데 기여 하고, 둘째, PHA 약물전달 시스템 개발과 같은 생체의료분야 용도를 개발하는 것이다.
위의 연구목표 달성을 위해 다음과 같은 연구를 수행하였다.
- Pseudomonas oleovorans의 고농도 유가식 발효공정 개발 (1차년도)
- Ralstonia eutropha, Alcaligenes latus, Comamonas acidovoran

본 연구의 목표는 두가지로 요약할 수 있다. 첫째, MCL-PHA, P(3HB-co-4HB) 등 PHA의 경제적 생산을 위한 유가식 발효공정을 개발하여 생산단가를 낮추는데 기여 하고, 둘째, PHA 약물전달 시스템 개발과 같은 생체의료분야 용도를 개발하는 것이다.
위의 연구목표 달성을 위해 다음과 같은 연구를 수행하였다.
- Pseudomonas oleovorans의 고농도 유가식 발효공정 개발 (1차년도)
- Ralstonia eutropha, Alcaligenes latus, Comamonas acidovorans의 균체성장 및 P(3HB-co-4HB) 합성특성 조사 (1차, 2차년도)
- 스텐트 코팅용 PHA 약물전달 시스템 개발 (2차년도)
- P(3HB-co-4HB) 생산 고농도 유가식 발효공정 개발 (3차년도)
- PHA microsphere 제조 (3차년도)
- PHA/전분 블렌드 제조 및 특성화 (3차년도)
MCL-PHA 생산을 위한 P. oleovorans의 pH-stat 유가식 배양결과, 65 g/L의 최대 균체농도, 41 g/L의 최대 PHA 농도, 75%의 최대 PHA 함량, 1.0 g/L/h의 최대 PHA 생산성을 얻을 수 있었다. 본 연구결과는 최종 균체농도, PHA 농도, PHA 함량, PHA 생산성 면에서 문헌에 보고된 P. oleovorans를 이용한 PHA 생산결과중 가장 높은 값들을 나타냈다. P(3HB-co-4HB) 생산을 위해 R. eutropha, A. latus, C. acidovorans 세 균주의 균체성장 및 PHA 합성특성을 조사한 결과, A. latus와 C.acidovorans는 고농도 배양이 어려워서 R. eutropha ATCC 17699와 NCIMB 11599 두 균주를 대상으로 유가식 배양을 실시하였다. 탄소원으로 포도당을 이용하는 NCIMB 11599의 유가식 배양결과, 약 200 g/L의 균체와 87%의 PHA 함량을 얻을 수있었으나 4HB 분율이 너무 낮았다. 탄소원으로 과당을 이용하는 ATCC 17699의 유가식 배양결과, PHA 합성단계시 공급배지 중의 γ-butyrolactone 비가 높을수록 균체농도, PHA 농도, 함량 및 생산성 등은 감소하였으나 4HB 분율은 25 mol%까지 증가하였다.
PHA의 의료분야 응용을 위한 연구로서, 좁아지거나 막힌 부위에 삽입하여 흐름을 정상화시키는데 사용되는 기기인 스텐트에 재협착을 방지하는 paclitaxel과 같은 약물을 포함한 생분해성 고분자를 코팅하여 약물을 서서히 방출시키기 위한 시스템을 고안하였다. 실험결과, 고분자의 농도가 낮을수록, 약물의 농도가 높을수록, dip-coating 시간이 길수록 약물방출이 증가하였으며, P(3HB) > PLGA > MCL-PHA의 순서로 약물이 빨리 방출되어, 생분해성 고분자의 농도 및 종류, 약물의 농도, dip-coating 시간 등을 변화시켜 약물방출을 조절할 수 있었다. 주사용 약물전달 시스템으로 유화용매 증발법을 이용하여 P(3HB-co-4HB) microsphere를 제조하였다. 유화제의 종류 및 농도를 변화시켜 입자크기, 포획효율, 약물봉입량 등을 변화시킬 수 있었다. 유화제 농도가 증가할수록 입자크기가 감소하였으며 10 - 150 $\mu$m 범위의 입자를 얻었다. 이밖에도 PHA와 전분을 블렌딩하여 물성을 변화시킬 수 있었다.

Abstract ▼

The purpose of this research is two-folds: 1. development of high cell density fed-batch fermentation processes to produce MCL-PHA and P(3HB-co-4HB), 2. their biomedical application such as drug delivery system.
- Development of high cell density fed-batch culture of Pseudomonas oleovorans (1st y

The purpose of this research is two-folds: 1. development of high cell density fed-batch fermentation processes to produce MCL-PHA and P(3HB-co-4HB), 2. their biomedical application such as drug delivery system.
- Development of high cell density fed-batch culture of Pseudomonas oleovorans (1st year)
- Characteristics of growth and P(3HB-co-4HB) synthesis of Ralstonia eutropha, Alcaligenes latus, Comamonas acidovorans (1st and 2nd year)
- Development of PHA drug delivery system for stent coating (2nd year)
- Development of high cell density fed-batch fermentation process for the production of P(3HB-co-4HB) (3rd year)
- Preparation of PHA microspheres (3rd year)
- Preparation and characterization of PHA/starch blends (3rd year)
P. oleovorans was cultivated to produce MCL-PHAs from octanoic acid and ammonium nitrate as carbon and nitrogen source, respectively, by a pH-stat fed-batch culture technique. The highest final cell concentration, PHA concentration, PHA content, and PHA productivity were 65 g/L, 41 g/L, 75%, and 1.0 g/L/h, respectively, which were the highest values reported with P. oleovorans. Growth characteristics of R. eutropha, A. latus, and C. acidovorans were investigated to produce P(3HB-co-4HB). A. latus and C. acidovorans could not be grown to high cell densities. By fed-batch culture of R. eutropha NCIMB 11599 using glucose as carbon source, ca. 200 g/L of cell concentration and 87% of PHA content were obtained but 4HB fractions were too low. By fed-batch culture of R. eutropha ATCC 17699 using fructose as carbon source, cell concentration, PHA concentration, PHA content and productivity decreased while 4HB fraction increased to 25 mol% as the ratio of γ-butyrolactone to fructose in the feed solution increased.
For biomedical applications of PHA, stent coating system with biodegradable polymers containing drug such as paclitaxel was proposed to prevent restenosis.
Drug release increased with decreasing polymer concentration, increasing drug concentration, and increasing dip-coating duration. The order of drug release frompolymer coating was : P(3HB) > PLGA > MCL-PHA. These results suggest that drug release can be controlled by changing the concentration and types of polymers, drug concentration, and dip-coating duration. P(3HB-co-4HB) microspheres were prepared using emulsification-solvent evaporation method for intravenous PHA drug delivery system. Particle size, encapsulation efficiency, and protein loading were controlled by changing types and concentration of surfactant.
Particle size decreased with surfactant concentration and particles of 10 - 150 $\mum$ were obtained. In addition, PHA/starch blends were prepared to change material properties.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...6
• 3. 결과 및 고찰...11
• 4. 결론...23
• 5. 인용문헌...24