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      • KCI등재

        액적기반 미세유체장치에서 라이소자임 결정화

        고관영 ( Kwan Young Ko ),김인호 ( In Ho Kim ) 한국화학공학회 2013 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.51 No.6

        액적기반 미세유체 시스템을 이용해 난백단백질인 라이소자임의 결정화실험을 하였다. Flow-focusing 칩을 이용해 water-in-oil 형태의 액적을 만들고 페트리 디쉬와 십자몰드에 넣은 후, 액적 내부에서 라이소자임 수용액과 침전제 (NaCl) 사이의 액-액 반응을 관찰하였다. 그리고 수용액의 pH가 4.8일 때와 7.2일 때의 결정형태를 비교하였다. 그 결과, pH 4.8에서는 다면체 또는 판상형의 결정이 형성되었고, pH 7.2에서는 침상형 결정이 생성되었다. pH 4.8, 7.2 두경우 액적이 홀로 있을 때에는 액적부피가 유지되거나 감소하면서 결정이 형성되었다. 하지만 액적이 서로 인접해 있을 때는 액적사이의 상호작용이 관찰되었고, 두 pH에서 다른 경향성을 보였다. pH 4.8에서는 인접한 액적의 부피에 영향을 주어 한 액적의 부피가 커졌고, 부피가 커진 액적에서 결정이 형성되었다. pH 7.2에서는 부피에 영향을 서로 주지 않고 각각의 액적에서 결정이 형성되었다. Lysozyme crystallization was performed by using flow-focusing chip in droplet-based microfluidic system. Water-in-oil droplets were formed in the system and collected on petri-dish and cross type mold. Liquid-liquid reaction of lysozyme and sodium chloride occurred in the droplet and crystals were observed through microscope. Solution pH was varied as 4.8 and 7.2. Crystals of polyhedron and plate-like shape were obtained at pH 4.8, while needle structure crystals formed at pH 7.2. Lysozyme in single droplet for two pHs were crystallized with constant or decreased droplet size. However, crystals at pH 4.8 were only obtained in the droplet of which size was increased by the interaction between droplets. Droplet volume did not change at pH 7.2 and crystals formed in both droplets.

      • KCI등재

        양이온교환 고성능액체크로마토그래피에서 라이소자임의 모멘트 분석

        고관영 ( Kwan Young Ko ),김인호 ( In Ho Kim ) 한국화학공학회 2016 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.54 No.4

        양이온교환 고성능액체크로마토그래피에서 라이소자임을 분석하고, 실험결과인 크로마토그램을 통해 모멘트 분석을 수행하였다. 용리 인산완충용액은 1.0, 0.75, 0.5 M의 소금을 포함하였다. 실험변수는 유량, 용리 완충용액중 소금 농도, 시료의 농도로 하였다. General rate (GR) model을 도입하여 1차와 2차 모멘트를 해석하였다. 1차 모멘트 해석에서 평형상수 K를 구할 수 있으며, 이는 L/u_{0} vs. (μ1-t_{0})/(1-ε_{e})(1-ε_{i})]를 도식화했을 때의 기울기이다. 2차 모멘트 해석에서 입자내 확산계수는 이론단수 실험자료에서 계산하였다. 모멘트 분석결과를 통해 여러 물질전달 현상이 이론단 상당높이(HETP)에 주는 영향을 알아보기 위해 van Deemter plot을 작성하고, 총괄 이론단 상당높이(Htotal)에 기여하는 Hax, Hf, 그리고 Hd를 조사하였다. 그 중 입자내 확산계수를 나타내는 Hd가 가장 지배적이었고, 외부 물질전달 계수를 나타내는 Hf의 영향이 가장 미미했다. The moment analysis of lysozyme was implemented using chromatograms that were obtained from weak cation exchange column in high performance liquid chromatography system. Three elution sodium phosphate buffers containing 1.0, 0.75, 0.5 M sodium chloride were used. Experiments were conducted by varying flow rate, elution sodium chloride concentration, and lysozyme solute concentration. The general rate (GR) model was employed to calculate the first moment and the second moment. By plotting L/u0 vs. (μ1-t0)/(1-εe)(1-εi)] equilibrium constants (K) were obtained from first moment analysis. Intra-particle diffusivity was obtained from theoretical plate number data. Based on the results of moment analysis, van Deemter plots were drawn in order to investigate the contributions of Hax, Hf, and Hd to total Height Equivalent to a Theoretical Plate (HETP, Htotal). The effect of intra-particle diffusion (Hd) was the most dominant factor contributing to HETP while external mass transfer (Hf) was negligible factor.

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        이온교환크로마토그래피에서 라이소자임 분리에 미치는 pH와 온도 영향

        고관영 ( Kwan Young Ko ),김인호 ( In Ho Kim ) 한국화학공학회 2014 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.52 No.1

        라이소자임은 용균 작용, 조직 회복 과정의 촉진 등의 작용을 하며 난백 중에 0.3% 함유되어 있다. 난백에서 라이소자임을 분리하는 방법으로 친화성 크로마토그래피, 이온교환크로마토그래피, 한외여과법 등이 있는데 이 중 이온교환크로마토그래피가 가장 많이 사용된다. 라이소자임을 양이온 젤이 충전된 유리 칼럼에서 분리·정제할 때 최적의 pH 와 온도 조건을 찾는 것을 실험 목표로 하고, ASPEN Chromatography 전산 모사의 결과와 비교하였다. 실험에 사용 되는 완충용액은 인산완충용액이었고 pH를 5~8로 변화를 주어 상온에서 실험하였고, 가장 분리가 잘 이루어진 pH에 서 온도를 5 oC 간격으로 25~40 oC로 변화시켜 실험하였다. RP-HPLC (Reversed phase High Performance Liquid Chromatography) 분석을 통해 라이소자임의 체류 시간을 확인하였고, OriginPro 8을 이용해 용출 단계에서 크로마토그램의 면적을 비교하여 라이소자임의 양을 정량분석하였다. 결과를 분석한 결과, pH 5일 때, 온도가 25 oC에서 가장 많은 양의 라이소자임이 분리되었다. Lysozyme amounts to 0.3% in egg white and functions as an agent of cell lysis and activator of tissue reconstruction. Ion exchange chromatography is the most useful method of separation among affinity chromatography, ion exchange chromatography, and ultra-filtration. The aim of present study is to find the optimum pH and temperature for the separation of lysozyme in egg white within cation exchange gel filled glass column. And we compared results of experiments with those of simulations. Phosphate buffer was used, and pH and temperature were varied as 5~7 and 25~40 oC respectively. RP-HPLC was the tool for the retention time identification and quantitative analysis of lysozyme. OriginPro 8 measured the peak area of lysozyme chromatogram and quantified the eluted lysozyme. Largest amount of lysozyme was separated under the conditions of pH 5 and T 25 oC.

      • KCI등재

        역상 크로마토그래피에서 모멘트 방법과 van Deemter 식을 이용한 고리형 아데노신 일인산의 분리특성 연구

        이일송 ( Il Song Lee ),고관영 ( Kwan Young Ko ),김인호 ( In Ho Kim ) 한국화학공학회 2015 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.53 No.6

        고성능액체크로마토그래피(high-performance liquid chromatography, HPLC)에서 C18(octadecyl silica, ODS) 칼럼에서 고리형 아데노신 일인산(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)의 크로마토그램을 얻은 후, 모멘트 분석을 수행하였다. 일반속도 모델(general rate model, GR model)을 기반으로 first absolute moment와 second central moment를 계산하였다. 모멘트 분석의 중요한 세 가지 계수인 분자확산계수(molecular diffusivity, Dm), 외부물질전달계수(external masstransfer coefficient, kf), 입자내부확산계수(intra-particle diffusivity, De)는 각각 Wilke-Chang 식, Wilson-Geankoplis식을 이용하고 이론단수(theoretical plate number) 식과 van Deemter 식을 비교하여 계산하였다. 실험은 각각 세 가지의이동상 조성, 용질 농도, 유량 조건에서 수행하였다. Van Deemter 그래프를 그려 모멘트 분석결과를 정성적으로 정리했으며, 이론단 상당높이(height equivalent to a theoretical plate, HETP, Htotal)에 Hax, Hf, Hd가 미치는 영향을 알아보기위해 van Deemter coefficient를 비교했다. HETP에 가장 큰 영향을 주는 요인은 입자내부확산(Hd)이었으며 외부물질 전달(Hf)는 그 영향이 매우 작았다. The moment analysis of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) was performed using chromatograms that were obtained with the pulse input method from an octadecyl silica (ODS) high-performance liquid chromatography (HPLC) column. The general rate (GR) model was employed to calculate the first absolute moment and the second central moment. Three important coefficients for moment analysis, which are molecular diffusivity (Dm), external mass transfer coefficient (kf), and intra-particle diffusivity (De), were estimated by the Wilke-Chang equation, Wilson-Geankoplis equation, and comparing van Deemter equation to theoretical plate number equation, respectively. Experiments were conducted by various conditions of flow rates, methanol volume ratio of the mobile phase, and solute concentration. After the moment analysis, results were organized by van Deemter plots. Also van Deemter coefficients were compared each other to effect Hax, Hf, and Hd on height equivalent to a theoretical plate (HETP, Htotal). The value of intraparticle diffusion (Hd) was the primary factor which makes for HETP whereas external mass transfer (Hf) was disregardable factor.

      • KCI등재

        감귤 추출물로부터 D-리모넨 분리를 위한 유사 이동층 크로마토그래피(SMB) 전산모사

        김태호 ( Tae Ho Kim ),고관영 ( Kwan Young Ko ),김인호 ( In Ho Kim ) 한국화학공학회 2016 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.54 No.1

        리모넨은 오렌지 향이 있는 천연의 키랄 화합물로 주로 감귤껍질과 레몬껍질에 함유되어 있다. 4 oC로 냉장 보관한 감귤 껍질을 에탄올을 용매로 속슬렛 추출기에서 2시간동안 120 oC에서 추출하였다. 역상 HPLC 분석을 통해 d-리모넨과 불순물의 헨리 상수를 계산하여 HLim=8.55, Himp=0.223를 얻었다. Aspen chromatography 프로그램을 사용해서 0.46×25 cm 칼럼으로 이루어진 4-bed SMB의 리모넨 전산모사를 수행하였고 삼각도내의 m2, m3 값을 변경하면서 순도가 가장 높은 분리 조건을 찾았다. 그 결과 가장 높은 순도는 98.59%이고, m2=2.57, m3=9.55였다. 이 때의 feed 유량은 1 mL/min, desorbent 유량은 1.19 mL/min, extract 유량은 0.857 mL/min, raffinate 유량은 1.34 mL/min이었다. Scale-up 전산모사를 위해 칼럼의 직경을 1.6 cm로 늘린 4-bed SMB에서 직경이 0.46 cm인 4-bed SMB와 같은 결과를 갖는 조건을 찾기 위해 유량을 칼럼 부피 비에 정비례하여 증가시켰다. 이 때 feed, desorbent, extract, raffinate의 유량은 각각 12 mL/min, 14 mL/min, 10 mL/min, 16 mL/min이었다. 리모넨과 불순물의 등온흡착곡선을 선형으로 가정하였기에 칼럼 부피에 정비례하여 유량을 증가시키는 scale-up이 가능하였다. Limonene is orange flavored natural material that is mainly contained in mandarine and lemon peels. Dlimonene was extracted from cold-storaged mandarine peel by using Soxhlet extractor at 120 oC for 2 hours with ethanol as solvent. Henry constants of d-limonene and impurity were calculated as HLim=8.55 and Himp=0.223 from the result of HPLC analysis. 4-bed SMB of limonene simulation with 0.46×25 cm columns was conducted by using Aspen chromatography program. Then effective condition for purity was found by changing m2 and m3 values in triangle diagram. The highest purity was 98.59% at m2=2.57, m2=9.55. For this case, feed, desorbent, extract, and raffinate flow rates were 1 mL/min, 1.19 mL/min, 0.857 mL/min and 1.34 mL/min, respectively. Scale-up simulation was also conducted by increasing column diameter from 0.46 cm to 1.6 cm for getting the same efficiency. The increased flow rates were 12 mL/min, 14 mL/ min, 10 mL/min, and 16 mL/min for feed, desorbent, extract, and raffinate. It was possible to scale-up with maintaining same limonene purity because linear isotherms of limonene and impurity were assumed.

      • KCI등재

        다양한 용매에서 Soxhlet 추출기를 이용한 감귤 껍질에서 d-Limonene 추출의 최적조건 연구

        박상민 ( Sang Min Park ),고관영 ( Kwan Young Ko ),김인호 ( In Ho Kim ) 한국화학공학회 2015 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.53 No.6

        감귤류의 과일 내에 포함된 것으로 알려진 d-limonene 성분은 정유 성분을 추출하여 분리하는 방법으로 얻을 수 있다. 연속 증류 추출법 중 하나인 Soxhlet 추출법을 사용하여 감귤 껍질의 정유 성분을 추출한 후, 역상 HPLC를 통해 정량분석을 하였다. 추출용매의 끓는점과 극성도가 수율에 주는 영향을 알아보기 위해 에탄올, n-헥산, 석유에테르 3가지용매를 추출 용매로 사용하였다. 120 oC에서 각각의 용매를 1, 2, 4시간 동안 추출했을 때의 시료를 얻어 총 9가지 시료를 분석하였다. 역상 HPLC에서 정량분석을 한 결과, 세 가지 용매 모두 2시간 동안 추출했을 때 d-limonene의 함유량이 가장 많았으며, 이 때 감귤 껍질 1 g당 함유량은 7.77 mg(에탄올), 0.49 mg(n-헥산), 0.28 mg(석유에테르)였다. 에탄올을 사용했을 때 수율이 가장 높은 것으로 보아 용매의 극성도가 끓는점보다 추출 효율에 더 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. D-limonene included in citrus fruits is obtainable to extract essential oil as well as separate the oil ingredient. Soxhlet extraction, a type of SDE (Simultaneous steam Distillation and solvent Extraction), was used to extract limonene from tangerine peel. HPLC analysis was performed to quantify extracted d-limonene by using reversed-phase HPLC column. Results of HPLC analysis showed that the optimal extraction time was 2 hours in any solvent, and the extracted amounts of d-limonene in tangerine peel (per g tangerine peel) were 7.77 mg, 0.49 mg, and 0.28 mg in ethyl alcohol, nhexane, and ether. Because yield was the highest in using ethyl alcohol as a solvent, polarity is stronger factor to effect on yield of extraction than boiling point.

      • KCI등재

        보문 : 재료(유/무기,전자,반도체),고분자,나노기술,반도체기술,마이크로반응기 ; 미세유체 결정화기를 이용한 탄산칼슘 Biomineralization

        김인호 ( In Ho Kim ),서승우 ( Seung Woo Seo ),이창수 ( Chang Soo Lee ),고관영 ( Kwan Young Ko ) 한국화학공학회 2013 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.51 No.1

        Polydimethylsiloxane (PDMS) 기반의 미세유체 시스템을 이용해 탄산칼슘의 결정화 실험을 수행하였다. 탄산칼슘의 결정화를 위한 다양한 반응방법 중 액체-액체 반응을 위해 염화칼슘 수용액과 탄산나트륨 수용액을 사용하였고 아스 파르트산을 첨가하여 탄산칼슘 결정 중 베터라이트와 칼사이트의 생성에 어떤 차이를 보이는지 조사하였다. 그리고 탄 산칼슘의 결정화 진행상황에서 결정핵 생성에 유리한 염화칼슘과 탄산나트륨의 비율을 조사하였다. 이를 위해 크리스 마스트리 모양의 미세유체 반응기를 사용하여 채널 내부에 염화칼슘과 탄산나트륨의 농도구배를 형성하도록 하였다. 미세유체 결정화기 내부를 광학현미경으로 촬영한 결과, 탄산나트륨과 염화칼슘의 농도비가 2:1일 때 결정핵이 생성 됨을 확인하였고 핵 생성 이후의 결정 성장 과정을 촬영하여 결정형태의 변화를 관찰하였다. 아스파르트산의 첨가 시 에 결정핵 생성과 성장을 저해하며 전체 결정형태 중 베터라이트의 비율이 높아짐을 보였다. Crystallization of CaCO_3 is practiced on a polymethylsiloxane (PDMS) - based microfluidic system. Liquid- liquid reaction was investigated by mixing calcium chloride (CaCl_2) and sodium carbonate (Na_2CO_3) solution to crystallize CaCO_3. Aspartic acid (Asp) was added to investigate the morphology change such as vaterite and calcite. Suitable ratio of Na_2CO_3 and CaCl_2 was searched for initial seed formation. Christmas tree model was used as microfluidic device to form concentration gradient of Na_2CO_3 and CaCl_2. After observing microfluidic channel by using optical microscope, we found that seeds of CaCO_3 were formed under the condition that the ratio of Na_2CO_3 and CaCl_2 was 2:1. Morphology of crystals were also observed as CaCO_3 crystals grow. When Asp was added, vaterite crystal was more frequently found in two morphologies (vaterite and calcite) and seed formation and crystal growth were inhibited.

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