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연구 논문 : Perfluoropolyether (PFPE)로 처리된 표면의 생물오손 방지 특성 연구
박수인 ( Soo In Park ),권순일 ( Sun Il Kwon ),이영민 ( Yeong Min Lee ),고원건 ( Won Gun Koh ),하종욱 ( Jong Wook Ha ),이상엽 ( Sang Yup Lee ) 한국공업화학회 2012 공업화학 Vol.23 No.1
해조류 및 따개비 등의 해양 생물에 의한 선박 및 해양 구조물 표면의 생물오손(biofouling)은 선박 운영비를 증가시키고 구조물을 유지, 보수하는데 어려움을 가져왔다. 본 논문에서는 이러한 생물오손 방지 또는 생물오손 제거(foulingrelease)를 향상시키는 방안으로 불소계 화합물인 perfluoropolyether (PFPE)를 이용하여 해양 생물의 표면 점착을 억제하는 방법이 연구되었다. 우선 생물오손을 예측할 수 있는 지표로서 물방울 접촉각이 측정되었다. 아민그룹으로 처리된 친수성 표면이 갖는 46.7°의 물방울 접촉각이 PFPE 처리 후 64.5°로 상승하여 표면의 혐수성이 증가하였다. 이로 인해 초기에 따개비 포자 및 해양 미생물의 점착이 친수성 카르복실 표면과 비교시 약 15% 억제되었다. 또한 표면 코팅시 평탄면이 형성되어 PDMS로 처리된 표면 굴곡이 있는 표면보다 점착된 미생물의 제거가 용이하였다. 이러한 점착 억제 특성은 물리화학적 방법을 통해 측정된 물성들과 비교, 분석되었으며, 표면에 점착된 미생물의 염색을 통한 형광도 측정을 통해 표면 점착도가 정량적으로 분석되었다. PFPE가 갖는 가공의 용이성과 저독성 특성으로 인해 PFPE는 향후 단기간 생물학적 방오염이 필요한 해양 구조물 이외에 단백질 점착 억제가 요구되는 의료용 장비 등에 도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Biofouling by marine organisms such as algae and barnacles causes lots of significant problems in marine systems such as a rise of the maintenance-repair cost for the ship and the marine structures. In this work, a fluoropolymer, perfluoropolyether (PFPE), was applied as an anti-biofouling coating material that prevents the adhesion of marine organisms and facilitates the removal of them. Water contact angles of various surfaces were tested to examine the hydrophobicity of the PFPE-modified surface. The PFPE-modified surface showed the water contact angle of 64.5° which is a remarkable rise from 46.7° of amine-treated surface. When the substrate was treated with PFPE, the adhesion on the of the barnacle and other marine organisms were repressed around 15% by the enhanced hydrophobicity. In addition, the removal the of the adhered marine organisms were better comparing to that of the surface prepared by PDMS. Surfaces of the substrate treated by PFPE were characterized through physical and chemical methods to analyze the biofouling results. Degree of biomolecular adhesion to the substrate was quantified by the measurement the fluorescence intensity of marine organisms dyed with green fluorescence. PFPE is expected to be applicable not only to anti-biofouling systems but also to medical devices where the prevention of protein adhesion is required.
미세유체시스템을 이용한 효소 함유 하이드로젤 기반 알코올 분석 바이오센서 개발
장은지 ( Eun Ji Jang ),박상필 ( Sang Phil Park ),이현종 ( Hyun Jong Lee ),임태극 ( Tae Geuk Lim ),한상원 ( Sang Won Han ),이혜원 ( Hyue Won Lee ),정의석 ( Ui Seok Chung ),고원건 ( Won Gun Koh ) 한국화상학회 2012 한국화상학회지 Vol.18 No.3
본 연구는 미세유체시스템 내부에 효소가 고정된 PEG 하이드로젤 마이크로 어레이를 이용한 알코올 감지 바이오센서 제작에 대한 방법을 소개한다. 모델 알코올인 에탄올은 알코올 옥시다아제 (Alcohol oxidase, AOX)를 포함한 PEG 하이드로젤 마이크로어레이에 의해 광학적으로 분석되며, 다중의 미세채널 구조를 이용하여 동시에 여러 농도의 알코올을 측정할 수 있다. 에탄올과 알코올 옥시다아제와의 효소촉매작용을 통해 H2O2이 생성되며 이는 페록시다아제 (Peroxidase, POD)와 반응하여 무색의 Amplex Red reagent를 붉은 형광을 띄는 resorufin으로 바꿔준다. 결과적으로 형광측정을 통해 에탄올의 농도를 확인할 수 있다. 에탄올의 농도가 높을수록 H2O2의 생성이 많아지고 resorufin의 형광강도가 강해지는 메카니즘을 통해 손쉽게 측정이 가능하다. 여섯 줄의 미세유체채널을 포함하는 미세유체시스템 내부에 각각 에탄올에 반응하는 알코올 옥시다아제가 고정된 PEG 하이드로젤 마이크로 어레이를 제조하고 체내의 에탄올 농도인 1.0∼10mM을 반응시켜 형광변화를 통한 동시 측정이 가능한 바이오센서를 제작하였다. This paper describes a simple method to fabricate a microfluidic biosensor that can optically detect alcohol. This system is composed of microchannels connected with six inlet and outlet, which have width and height approximately 100um and 30um, respectively. The oxidase enzymes were entrapped with the poly(ethyleneglycol)(PEG)-based hydrogel microstructure that was fabricated within the microchannels by a photolithography process. Alcohol oxidase(AOX) and peroxidase(POD) were chosen as the model enzyme which resulted in a fluorescent hydrogel microarray that was responsive to alcohol. The hydrogel-entrapped AOX could perform enzyme-catalyzed oxidase of alcohol to produce H2O2 which reacted with POD to produce highly fluorescent resorufin. The fluorescence intensity of the hydrogel microstructures increased as the alcohol concentrations increased, and alcohol detection was possible in the concentration range from 1.0 to 10mM using fluorescence indicator in a single detection chamber.