Anti-aging Effects of Lactic Acid Bacteria

박민정 대구대학교 대학원 2025 국내박사

Aging is a complex process characterized by the gradual decline of physiological functions, in which oxidative stress plays a critical role. Over time, cells can be damaged by the accumulation of reactive oxygen species (ROS), which may lead to chronic inflammation and contribute to age-related disorders. Therefore, reducing oxidative stress and alleviating inflammation may be beneficial for anti-aging. Various natural antioxidant compounds have been extensively studied through diverse approaches, including chemical analyses, in vitro cell-based assays, and in vivo animal models. Among the many natural antioxidants, probiotics—especially lactic acid bacteria—are drawing increasing attention for their role in reducing oxidative stress. They help regulate antioxidant enzymes and strengthen the immune system, making them effective in protecting the body from oxidative damage. Kimchi, a traditional Korean fermented food, is rich in lactic acid bacteria and offers a valuable source for discovering probiotic strains with antioxidant potential. Caenorhabditis elegans is a widely used model organism in aging research due to its short lifespan, simple genome, and ease of genetic manipulation. Under standard laboratory conditions (25 °C), it takes approximately three days for C. elegans to develop from an egg into a reproductive adult. During this aging process, physiological changes such as fat accumulation and reduced motility lead to an increase in body width. Previous studies have demonstrated that administering lactic acid bacteria instead of the standard E. coli OP50 can extend the lifespan of C. elegans. For example, Lactobacillus rhamnosus has been reported to enhance oxidative stress resistance and increase longevity by modulating the DAF-2/DAF-16 signaling pathway. In addition, C. elegans fed with lactic acid bacteria exhibited reduced intracellular reactive oxygen species (ROS). These characteristics make C. elegans a suitable in vivo model for evaluating the antioxidant and anti-aging effects of probiotic strains. Platycodon grandiflorus, known for its immune-enhancing effects on respiratory health, contains bioactive compounds such as saponins, flavonoids, and polyphenols with anti-inflammatory and antioxidant properties. Previous studies have demonstrated that extracts reduce reactive oxygen species (ROS) and support antioxidant defenses. Moreover, fermentation of plants using lactic acid bacteria breaks down complex compounds into more bioavailable forms, increasing beneficial substances and enhancing immune-regulating and anti-inflammatory effects. Aged mice are widely used as in vivo models to investigate age-related physiological changes, including increased oxidative stress, chronic low-grade inflammation, and functional decline of tissues. In particular, ICR mice aged 18 months or older are generally considered aged, with those over 24 months classified as senescent. These animals typically exhibit elevated levels of reactive oxygen species (ROS), pro-inflammatory cytokines, and senescence-associated biomarkers, making them suitable models for evaluating the effects of antioxidant and anti-inflammatory interventions. Therefore, this study aimed to evaluate the antioxidant activity of lactic acid bacteria isolated from kimchi and to investigate their antioxidant potential at the genetic level through whole-genome analysis. In particular, Weissella cibaria HY207, a selected strain, was administered to Caenorhabditis elegans to assess its effects on aging, oxidative stress protection, ROS levels, and lifespan. Furthermore, W. cibaria HY207 was used to ferment Platycodon grandiflorus root extract in order to enhance its antioxidant and anti-inflammatory properties, with the goal of developing it as a functional food. The fermented extract was orally administered to aged (25-month-old) mice to evaluate its antioxidant, anti-inflammatory, and anti-aging effects in vivo. The results of this study demonstrated that Weissella cibaria HY207, isolated from kimchi, exhibits significant antioxidant activity both in vitro and in vivo. Whole-genome analysis revealed the presence of genes related to oxidative stress resistance, supporting the strain's functional potential at the genetic level. When administered to Caenorhabditis elegans, HY207 reduced intracellular ROS levels, enhanced stress resistance, and significantly extended the lifespan of the worms compared to controls. Furthermore, fermentation of Platycodon grandiflorus extract with Weissella cibaria HY207 enhanced its antioxidant and anti-inflammatory effects, demonstrated by increased radical scavenging activity and decreased expression of inflammatory markers in vitro. Oral administration of the fermented Platycodon grandiflorus with W.cibaria HY207 to 25-month-old aged mice significantly reduced pro-inflammatory cytokines (e.g., IL-6, IL-8, CRP) and decreased the expression of inflammatory proteins and senescence-associated markers (p16, p21) in liver tissue, as confirmed by Western blot analysis. H&E staining and β-galactosidase staining confirmed the alleviation of liver inflammation and the anti-aging effects in liver tissue. These results suggest that W. cibaria HY207 functions as a potent antioxidant probiotic that enhances the functional efficacy of Platycodon extracts via fermentation. This integrated strategy offers promising potential for developing novel functional foods targeting oxidative stress, inflammation, and aging-related disorders. Future studies should investigate its applicability in human clinical trials and functional dietary supplement formulations. 노화는 생리 기능의 점진적인 저하로 특징지어지는 복잡한 과정이며, 이 과정에서 산화 스트레스는 중요한 역할을 한다. 시간이 지남에 따라 세포는 활성산소 (ROS)의 축적으로 인해 손상될 수 있으며, 이는 만성 염증을 유발하고 노화 관련 질환에 기여할 수 있다. 따라서 산화 스트레스를 줄이고 염증을 완화하는 것은 항노화에 유익할 수 있다. 다양한 천연 항산화 화합물들이 화학적 분석, 세포 기반 실험(in vitro), 동물 모델(in vivo) 등 다양한 접근법을 통해 활발히 연구되어 왔다. 이 중에서도 프로바이오틱스, 특히 유산균은 산화 스트레스를 감소시키는 데 중요한 역할을 하며 건강증진, 특히 항노화에 관련하여 더 많은 주목을 받고 있다. 유산균은 항산화 효소의 조절을 도와주고 면역계를 강화시켜 산화적 손상으로부터 신체를 보호하는 데 효과적인 것으로 알려져 있다. 김치는 유산균이 풍부한 한국의 전통 발효 식품으로, 항산화 잠재력을 지닌 유익한 균주를 발굴할 수 있는 가치 있는 자원이다. Caenorhabditis elegans는 수명이 짧고, 유전체가 단순하며, 유전 조작이 용이하다는 특성 덕분에 노화 연구에서 널리 사용되는 동물 모델 생물이다. 일반적인 실험실 조건 (25 °C)에서는 알에서 성체가 되기까지 약 3일이 걸린다. 노화 과정에서는 지방 축적, 운동 능력 감소와 같은 생리적 변화가 발생하여 체폭이 증가하게 된다. 기존 연구에 따르면 일반적으로 E. coli OP50 대신 유산균을 급여했을 때 C. elegans의 수명이 연장되는 것으로 나타났다. 예를 들어, Lactobacillus rhamnosus는 DAF-2/DAF-16 신호 경로를 조절하여 산화 스트레스 저항성을 향상시키고 수명을 증가시킨다고 보고된 바 있다. 또한 유산균을 먹인 C. elegans는 체내 활성산소 (ROS)가 감소한 것으로 나타나, 유산균의 항산화 및 항노화 효과를 평가하는 데 적합한 in vivo 모델임을 시사한다. 도라지(Platycodon grandiflorus)는 면역 증진과 호흡기 건강에 도움을 주는 것으로 알려져 있으며, 사포닌, 플라보노이드, 폴리페놀 등 다양한 생리활성 물질을 함유하고 있어 항염 및 항산화 효과를 가지고 있다. 이전 연구들은 도라지 추출물이 활성산소를 줄이고 항산화 방어를 지원한다고 보고하였다. 또한, 식물성 소재를 유산균으로 발효하면 복잡한 화합물이 보다 흡수되기 쉬운 형태로 분해되어 유익한 성분이 증가하고 면역 조절 및 항염 효과가 증진되는 것으로 알려져 있다. 노화 생쥐는 산화 스트레스 증가, 만성염증, 조직 기능 저하 등 노화 관련 생리적 변화를 연구하기 위한 in vivo 모델로 널리 사용된다. 특히 18개월 이상의 ICR 생쥐는 일반적으로 노화 개체로 간주되며, 24개월 이상은 고령 개체 (senescent)로 분류된다. 이들 개체는 일반적으로 활성산소 (ROS), 염증성 사이토카인, 노화 관련 바이오마커 등의 수치가 높아, 항산화 및 항염 치료제의 효과를 평가하기에 적합한 모델이다. 따라서 본 연구에서는 김치에서 분리한 유산균의 항산화 활성을 평가하고, 전장유전체 분석을 통해 이들의 유전적 항산화 잠재력을 조사하고자 하였다. 특히, 선발된 균주인 Weissella cibaria HY207을 C. elegans에 투여하여 노화, 산화 스트레스 보호, ROS 감소, 수명 연장 등에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 HY207을 이용하여 도라지 추출물을 발효시켜 항산화 및 항염 효과를 증진시키고자 하였으며, 이를 기능성 식품 소재로 개발하기 위한 기초 자료로 활용하고자 하였다. 발효된 도라지 추출물은 25개월 된 노화 생쥐에 경구 투여되어, in vivo에서의 항산화, 항염, 항노화 효과를 종합적으로 평가하였다. 본 연구를 통해 김치에서 분리한 Weissella cibaria HY207 균주는 in vitro와 in vivo 실험에서 모두 뚜렷한 항산화 활성을 나타내는 것으로 확인되었다. 전장유전체 분석 결과, 이 균주는 산화 스트레스 저항성과 관련된 다양한 유전자를 보유하고 있어 유전적 수준에서도 기능성이 뒷받침됨을 보여주었다. C. elegans에 HY207 사균을 투여한 결과, 체내 활성산소 (ROS) 수치가 유의미하게 감소하였고, 스트레스 저항성이 증가하였으며, 대조군에 비해 수명이 연장되었다. 또한, HY207 생균을 이용해 도라지 추출물을 발효한 결과, 항산화 및 항염 효과가 더욱 증진되었으며, 이는 라디칼 소거능 증가 및 염증 관련 지표 감소를 통해 확인되었다. 발효된 추출물과 HY207을 25개월 된 노화 생쥐에 경구 투여한 결과, 혈중 염증성 사이토카인 (IL-6, IL-8, CRP) 수치가 유의하게 낮아졌고, 웨스턴 블랏 분석을 통해 간 조직에서 염증성 단백질과 노화 관련 마커(p16, p21)의 발현이 감소함이 확인되었다. 또한, H&E 염색과 β-갈락토시다아제 염색을 통해 간 조직의 염증 완화 및 항노화 효과가 확인되었다. 이러한 결과는 W. cibaria HY207 균주가 강력한 항산화 유산균으로서의 가능성이 있을 뿐만 아니라, 도라지와 같은 식물성 소재의 기능성을 발효를 통해 그 효과를 증진시킬 수 있음을 시사한다. 본 연구는 향후 산화 스트레스 및 염증, 노화 관련 질환을 완화할 수 있는 기능성 식품 개발에 활용될 수 있는 기초 자료로서의 의미를 가지며, 향후 사람을 대상으로 한 임상 연구 및 건강기능식품 형태의 제품화 가능성도 기대할 수 있다.

Anti-Aging Effects of Ferulic Acid Through Multiple Aging Models and the Involvement of Nrf2/HO-1 in Photoaged Skin

장소희 강원대학교 대학원 2026 국내박사

Aging is a multifactorial biological process characterized by progressive physiological decline due to oxidative stress, chronic inflammation, metabolic dysregulation, and diminished regenerative capacity. As aging arises from the interaction between intrinsic molecular damage and external stressors, an integrated assessment across multiple biological systems is essential to understand its fundamental mechanisms. Ferulic acid (FA), a plant-derived phenolic compound, is well known for its antioxidant and cytoprotective properties and has been proposed as a potential anti-aging agent. However, its systemic effects under physiological aging conditions have not yet been comprehensively evaluated. This paper investigated the anti-aging efficacy of FA using integrated experimental models of UVB-induced skin photoaging, P407-induced vascular aging, and natural aging in mice. In Chapter Ⅰ, in the UVB-induced photoaging model, FA exhibited potent free radical scavenging activity and significantly suppressed inflammatory mediators, including COX-2, iNOS, NO, and PGE₂, in activated macrophages. In HDFs, FA promoted ECM homeostasis by increasing COL1A1 and decreasing MMP-1 expression. Furthermore, FA increased the expression of CerS3 and SPTLC2 indicating enhanced barrier lipid synthesis. UVB-induced aging-related β-galactosidase activity was significantly reduced by FA. FA also increased HO-1 expression and enhanced wound closure capacity and normalization of UVB-induced HO-1 and Nrf2 expression levels suggest regulation of the Nrf2/HO-1 signaling axis. In Chapter Ⅱ, in the P407-induced vascular aging model, FA improved dyslipidemia by reducing total cholesterol and LDL and restoring HDL levels, and normalizing elevated serum ALT and AST levels. FA alleviated hepatic steatosis, reduced adipocyte hypertrophy, and mitigated P407-induced aortic wall thickening, demonstrating protective effects against lipid-induced vascular and metabolic damage. In Chapter Ⅲ, in a natural aging model, FA reduced body weight. In aged animals, FA 50mg/kg improved serum triglyceride and HDL profiles while reducing hepatic lipid accumulation and adipocyte hypertrophy and attenuated age-related aortic wall hypertrophy in both age groups. Furthermore, FA increased blood testosterone levels in both groups and increased Leydig cell density in testicular tissue. FA was shown to balance androgen metabolism by suppressing SRD5A2 gene expression while maintaining relatively stable 5α-reductase activity except at 100 µg/mL. In conclusion, this study demonstrates that FA is a potent natural compound with integrated anti-aging efficacy across skin, vascular, and systemic levels. These results suggest potential of FA as a multifunctional bioactive ingredient for use in anti-aging foods, cosmetics, and therapeutics, and as a promising candidate for managing hormone-related disorders.

Engineered delivery system of stem cell-derived exosome for skin anti-aging

An, Jaeyoon Sungkyunkwan University 2022 국내박사

In the 2000s, the global trend of population aging and low fertility continues, and as individuals' income increases, Interest in improving the quality of life through health care is an important issue related to most people's instincts. Because a high quality of life comes from living healthy and young, people seek to counter the natural aging process. With age, the impaired healing process of the dermis microenvironment is associated with a reduction in fibroblasts and dysregulation of the extracellular matrix (ECM), ultimately resulting in the formation of skin wrinkles, a typical sign of aging. Over the past few decades, much effort has been devoted to reducing skin wrinkles as anti-aging demands have increased in humans. Among the anti-aging strategies, dermal fillers are the most representative. In the case of fillers, they only temporarily fill the volume of the skin, but have a limitation in that they cannot fundamentally produce collagen in the aging skin. Here, based on the fact that exosomes (EXOs) contribute to anti-inflammatory function and tissue regeneration in the wound healing process, we intend to present an ultimate solution for anti-aging by utilizing EXOs with these functions. In chapter 2, we demonstrated that EXOs derived from human adipose-derived stem cells (ADSCs) can modulate the macrophage phenotype to overexpress the CD301b, inducing fibroblast activation and ultimately producing collagen in dermis. In chapter 3, we developed hyaluronic acid (HA)-based hydrogel filler containing EXOs with the function of reprogramming the dermis microenvironment for collagen production, and showed the effect of collagen production in animal models, providing promising anti-aging functional dermal filler candidates that can augment fibroblasts in the dermis microenvironment via CD301bhi macrophages. In chapter 4, we report the exosome-based sunscreen (ExoScreen) for ultraviolet (UV)-protection and alleviating sunburn of the skin using engineered human adipose-derived stem cells (ADSCs)-derived exosomes. ExoScreen is prepared by maneuvering exosomal surfaces with dopamine for improving skin adhesion and complementing sunblock efficiency of exosomes against ultraviolet-B (UVB). We extensively assessed the physicochemical properties of ExoScreen by transmission electron microscopy, nanoparticle tracking analysis. Exosome contents, including protein levels and gene expression, were analyzed by western blotting and miRNA assay. We assessed the cytotoxic effect of ExoScreen and compared it with commercialized organic sunscreen (Padimate O) and inorganic sunscreen (titanium oxide nanoparticles). In chapter 5, for long-term storage to use the EXOs as biotherapeutics, as a method to maintain the stability of EXOs, we developed the formulation composed of ADSC-derived exosomes (ADSC-EXOs) and high molecular weight of HA, and evaluated the stability of EXOs through the observation for changes in concentration, size, biological activity, and morphology during long-term storage. 본 논문에서는 엑소좀이 상처 치유 과정에서 항염증성 기능과 조직 재생에 기여한다는 사실을 바탕으로 이러한 기능을 가진 엑소좀를 활용하여 궁극적인 항노화 솔루션을 제시하고자 한다. 제 2장에서, 우리는 인간 지방줄기세포에서 유래한 엑소좀이 대식세포의 표현형을 조절하여 CD301b를 과발현시킴으로써 섬유아세포의 활성화를 유도하고 궁극적으로 진피층에서 콜라겐을 생성할 수 있음을 최초로 입증하였다. 제 3장에서는, 제2장에서 입증한 엑소좀의 콜라겐 생성효능을 효과적으로 유도하기 위해 히알루론산 고분자 기반의 하이드로젤을 접목하여 진피층의 미세환경을 장기적으로 재구성시키고자 하였다. 동물 모델을 이용하여 엑소좀이 함유된 하이드로젤에 의해 CD301b가 과량발현된 마크로파지가 궁극적으로 극대화된 콜라겐 생성의 항노화기능을 유도한다는 사실을 밝힘으로써 차세대 항노화 필러로서의 유망한 가능성을 제시해주었다. 제 4장에서는, 인간지방줄기세포에서 유래한 엑소좀의 표면개질을 통해 자외선에 의한 피부보호 및 재생 효능을 지닌 자외선차단물질(엑소스크린)을 개발하였다. 엑소스크린은 엑소좀 표면에 도파민을 개질시킴으로써 피부에 대한 접착력을 부여할수 있고, 자외선 B의 차단효과도 부여하였다. 개발된 엑소스크린은 투과전자현미경, 나노입자추적 분석을 통해 물리화학적 특성을 광범위하게 평가하였고, 웨스턴 블롯팅 및 miRNA 분석을 통해 엑소좀 내의 단백질 성분도 확인하였다. 추가적으로 기존의 자외선차단물질로 사용되고 있는 Padimate O 및 산화티타늄과의 자외선 차단능력에 대한 비교를 통해 엑소스크린의 효과적인 자외선차단능력을 검증하였다. 제 5장에서는, 유용한 기능을 지닌 엑소좀의 장기 보관을 위하여 히알루론산 함유의 조성물을 이용한 엑소좀 장기보관법을 개발하였다. 고분자량의 히알루론산 과의 특이적결합을 통해 동결시 엑소좀의 응집을 방지하여 표면 막의 손상을 최소화시키고자 하였다. 기존의 타 동결보호제인 트리할로제와의 엑소좀 안정성에 대한 비교분석(엑소좀 농도, 효소활성능력, 단백질 함량)에서도 본 연구에서 개발한 히알루론산-엑소좀 조성물에서 높은 안정성 유지능력을 확인하였다.

Isolation and identification of anti-aging activity components from leaves of Rosa davurica Pall

Minzhe Fang 경희대학교 대학원 2022 국내박사

This study was to evaluate the ability of the R. davurica leaves extracts as well as the isolation and identification compounds in controlling the MMPs and type I procollagen gene expression in HaCaT cells and expressing the anti-aging activity. The isolated and identified seven chemical compounds from R. davurica leaves, it was separated by repeating column chromatography, observed molecular weight by UPLC-Qtof/MS, and identified structure by NMR. Also, to study anti-aging activity components from leaves of R. davurica, it was evaluated for anti-oxidant activities and related anti-aging effects such as ELISA, RT-PCR, etc. For evaluating anti-aging effects, it was applied UVB irradiation and evaluated MMPs and procollagen type I. The chemical structures were identified as p-hydroxybenzoic acid (4-HBA) (1); ethyl gallate (2); kaempferol (3); kaempferol-3-O-β-D-glucopyranoside (astragalin) (4); quercetin-3-O-β-D-galactopyranoside (hyperoside) (5); 3-O-(2′′-α-L-rhamnopyranosyl)-β-D-xylopyranose-quercetin (QRX) (6) and sesquiterpene glycoside (SG) (7). QRX and SG were separated from R.davurica leaves for the first time. Moreover, SG was identified as a new compound. About the anti-aging effects result, compound 1 to 7 inhibited the UVB-induced MMP-1 expression by 34.4%, 47.5%, 53.7%, 32.2%, 32.9%, 44.8%, and 37.0% respectively, and reduced UVB-induced MMP-3 expression by 36.7%, 39.2%, 39.7%, 35.3%, 39.4%, 39.7%, and 28.6% respectively. Furthermore, compound 1 to 7 promoted type I procollagen by 63.1%, 75.4%, 87.6%, 65.5%, 67.3%, 71.9%, and 36.4% respectively. Overall, Compounds 1 to 7 have anti-aging effects, but Compounds 2, 3, and 6 were the substances with the best anti-aging effects. According to the results of this study, it is expected that the R. davurica have anti-oxidant activities, photoaging inhibitory properties against UVB irradiation in keratinocytes, and can be used as a pharmaceutical, medicinal and cosmeceutical material.

SNS 인플루언서 속성이 얼리안티에이징(Early Anti-aging)화장품 구매의도에 미치는 영향:준사회적 상호작용의 매개효과 - 2030중국여성 -

정롱즈 서경대학교 일반대학원 2025 국내석사

In recent years, the growing interest in beauty and the intensifying trend of population aging have led to a rise in consumers seeking to maintain a youthful appearance. As a result, the market for early anti-aging cosmetics has been expanding rapidly. In particular, the increasing number of social media users and the widespread use of beauty influencers in marketing have raised academic and practical interest in how influencer attributes—credibility, expertise, and attractiveness—affect consumers' purchase intentions. Accordingly, there is a pressing need to develop effective marketing strategies tailored to the early anti-aging cosmetics sector. This study aims to examine the influence of social media influencer (SNS influencer) attributes on consumers' purchase intention for early anti-aging cosmetics and to verify the mediating effect of parasocial interaction in this relationship. The study was conducted with female Chinese international students in their 20s and 30s, currently enrolled at universities in Seoul, who are interested in early anti-aging cosmetics and have been exposed to relevant products through SNS influencers at least once. From April 10 to May 10, 2025, a total of 316 valid responses were collected using a self-administered offline questionnaire. The study was conducted in accordance with the ethical approval of the Seokyeong University Institutional Review Board (SKUIRB-2025-01-007). For data analysis, SPSS version 26 was used to perform exploratory factor analysis, descriptive statistics, correlation analysis, multiple regression analysis, and the Sobel test. Data were processed through coding and cleaning procedures. The level of statistical significance was set at p < .05. The main findings are as follows: First, all three influencer attributes—credibility, expertise, and attractiveness—showed a statistically significant positive effect on parasocial interaction. Second, these attributes also had a significant positive effect on consumers' purchase intentions for early anti-aging cosmetics. Third, parasocial interaction was positively and significantly correlated with purchase intention. Fourth, the attributes of SNS influencers were found to have a significant positive effect on purchase intention through the mediating role of parasocial interaction. In conclusion, SNS influencer attributes and parasocial interaction both significantly influence purchase intention for early anti-aging cosmetics. Furthermore, parasocial interaction serves as a mediating variable in the relationship between influencer attributes and purchase intention. Therefore, to effectively stimulate purchase intention in the early anti-aging cosmetics market, it is crucial to enhance influencer attributes—credibility, expertise, and attractiveness—and to adopt strategic approaches that foster parasocial interaction between influencers and consumers. 최근 아름다움에 대한 관심 증가와 인구 고령화 심화로 인해 젊은 외 모를 유지하려는 소비자가 늘어나면서 얼리안티에이징(Early Anti-aging) 화장품 시장이 빠르게 성장하고 있다. 특히 SNS 이용자 수 증가와 함께 뷰티 인플루언서를 활용한 마케팅이 활발해지면서, 인플루언서의 신뢰성, 전문성, 매력성이 소비자 구매의도에 미치는 영향에 대한 관심이 높아지고 있기에 얼리안티에이징 화장품 시장 속 마케팅 전략이 필요한 시점이다. 본 연구는 얼리안티에이징(Early Anti-aging) 화장품 시장에서 SNS 인플루언서의 속성이 소비자의 구매의도에 미치는 영향을 분석하고, 이 과정에서 준사회적 상호작용의 매개효과를 검증하는데 목적이 있다. 조사방법으로는 얼리안티에이징(Early Anti-aging) 화장품에 관심이 있으며, SNS 인플루언서를 통해 해당 제품을 한 번 이상 접한 경험이 있 는 서울 소재 대학에 재학 중인 20∼30대 중국인 여성 유학생을 대상으로 2025년 4월 10일부터 5월 10일 30일간 오프라인으로 자기기입식 설문지를 통해 최종 316부 분석을 하였으며, 서경대학교 기관생명윤리위원회 심의 통지서(SKUIRB-2025-01-007) 거쳐 연구를 진행하였다. 자료처리 및 방법은 SPSS 26ver 프로그램을 활용하여 탐색적 요인분석, 기술통계분석, 상관분석, 다중회귀분석, Sobel-test 등을 실시하였으며, 데이터 코딩과 데이터 크리닝 과정을 거쳐 분석하였다. 통계분석의 유의성은 유의확률 0.05를 가준으로 하였으며 도출된 결과는 다음과 같다. 첫째, SNS 인플루언서 속성이 준사회적 상호작용에 미치는 영향을 확인한 결과, SNS 인플루언서 속성이 준사회적 상호작용에 유의한 영향을 미칠 것이라는 가설에 대해서는, 신뢰성, 전문성, 매력성과 준사회적 상호 작용 간에는 모두 통계적으로 유의한 정적(+) 영향을 미치는 것으로 나타났다. 둘째, SNS 인플루언서 속성은 얼리안티에이징(Early Anti-aging)화장 품 구매의도에 미치는 영향을 확인한 결과, 신뢰성, 전문성, 매력성과 구매의도 간에는 모두 통계적으로 유의한 정적(+) 영향을 미치는 것으로 나타났다. 셋째, 준사회적 상호작용와 얼리안티에이징(Early Anti-aging)화장품 구매의도의 미치는 영향을 확인한 결과, 준사회적 상호작용과 구매의도 간에는 통계적으로 유의한 정적(+) 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 넷째, SNS 인플루언서 속성는 준사회적 상호작용을 매개하여 얼리안 티에이징(Early Anti-aging)화장품 구매의도에 미치는 영향을확인한 결과, SNS인플루언서의 신뢰성, 전문성, 매력성이 준사회적 상호작용성을 매개로 얼리안티에이징(Early Anti-aging) 화장품 구매의도에 유의한 정 적(+) 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 결론적으로 SNS 인플루언서 속성와 준사회적 상호작용이 얼리안티에 이징(Early Anti-aging)화장품 구매의도에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었고 준사회적 상호작용이 SNS 인플루언서 속성와 얼리안티에이징 (Early Anti-aging)화장품 구매의도의 관계에서 매개효과가 나타나는 것 을 확인할 수 있었다. 따라서, 얼리안티에이징(Early Anti-aging) 화장품의 구매 의도를 유도 하기 위해서는 인플루언서의 신뢰성, 전문성, 매력성과 같은 속성을 강화하고, 소비자와의 준사회적 상호작용을 촉진할 수 있는 전략적 접근이 필요하다.

Identification and Quantification of Oxyresveratrol and Moracin Derivatives from UV-C Irradiated Mulberry Leaves and Their Skin Anti-Aging Activities

전영희 대구가톨릭대학교 대학원 2020 국내박사

뽕나무(Morus alba L., Moraceae)의 잎은 예로부터 당뇨, 고혈압, 중풍, 및 노화 치료제로 널리 사용되어져 왔으며, 단백질, 식이섬유, 무기질 등의 영양성분 뿐만 아니라 항당뇨, 항고혈압, 항비만, 항노화 및 항산화성분의 1-deoxynojirimycin (1-DNJ), γ-aminobutyric acid (GABA), 페놀화합물 (phenolic acids, flavonoids, stilbenes 및 moracins) 등의 생리활성물질을 함유하고 있어 기능성식품 원료로 각광을 받고 있다. 그러나 뽕잎의 화학성분과 생리활성은 품종, 산지, 시비, 및 수확시기에 따라 크게 차이나며, 특히 국내에 자생하는 Morus종의 뽕잎에는 피부노화 억제 효과가 우수한 stilbenes 및 2-arylbenzofuran (moracin) 화합물이 극히 미량으로 존재하고 있어 기능성 화장품 원료로 활용에 큰 제약을 받고 있다. 따라서, 본 연구는 국내에서 대량생산되고 있는 뽕잎의 활용도와 기능성을 높이기 위해 다양한열처리 가공기술을 적용하여 생리활성물질의 생성 및 변화를 관찰하였으며, 아울러 자외선 조사(UV-A, UV-B, UV-C)에 의한 뽕잎의 특유한 항노화 성분의 분리 및 동정 그리고 그들의 피부 항노화 활성을 측정한 결과는 다음과 같다. 먼저, 뽕잎을 3가지 다른 가열처리(볶음, 찜, 마이크로웨이브)와 발효처리를 실시한 결과, 볶음 및 마이크로파 처리 시는 뽕잎의 항산화성분인 페놀산 및 플라보노이드 함량이 대조구에 비해 약 1.21배 증가하였다. 반면, 찜처리 시는 항당뇨 성분인 1-DNJ 함량이 약 1.53배 증가하였고, 발효처리 시는 항당뇨 및 항고혈압 성분인 GABA 함량이 약 1.62배 증가하였다. 다음, 자외선 종류별 및 조사시간에 따른 페놀화합물을 측정한 결과, 자외선 B 조사시 control (unirradiated) 대비 chlorogenic acid (CGA)는 1.02∼1.26배, flavonoids의 함량은 1.03∼1.29배 각각 증가하였으며, UV-B 5분 조사 뽕잎의 CGA 및 플라보노이드 함량이 가장 높았고, 그 다음으로 UV-C 1분 조사 뽕잎 > UV-A 40분 조사 뽕잎 > control (unirradiated) 순으로 나타났다. 반면, GABA 및 1-DNJ의 경우 자외선 종류 및 조사시간에 따라 거의 함량 변화가 나타나지 않았다. 한편, UV-B와 C를 조사할 경우 ORT 및 MC 유도체가 생성 및 축적됨을 확인하였고, 특히 UV-C를 처리할 경우 ORT 및 MC 유도체가 각각 control (unirradiated)에 비해 7.40배 및 30.03배 크게 증가한다는 사실을 처음으로 확인하였다. 다음, 자외선 종류에 따른 뽕잎의 항산화 효과를 DPPH 및 superoxide anion radical을 이용하여 측정한 결과, UV-B 5분 조사 뽕잎에서 radical 소거활성이 가장 높았으며, control 대비 각각 1.83, 1.53배 증가하였다. 그 다음으로 UV-C 5분 조사 뽕잎 > UV-A 40분 조사 뽕잎 > control (unirradiated) 순으로 나타났다. 그리고 피부 항노화 효과는 노화 발생과 관련된 3가지 효소 (tyrosinase, α- glucosidase, 및 elastase)에 대한 저해효과를 측정하였으며, 그 결과, UV-C 5분 조사 뽕잎에서 3가지 효소저해활성이 가장 높았으며, control 대비 2.98, 55.78, 1.79배 각각 증가하였다. 그 다음으로 UV-B > UV-A > control (unirradiated) 순으로 저해효과가 나타났다. 특히, UV-C 5분 조사 뽕잎의 경우 현재 미백 화장품원료로 널리 사용되고 있는 상백피추출물보다 항산화 및 항노화 활성이 2.10∼1.78 및 1.13∼1.65배 각각 높게 나타났다. 한편, 세포실험을 이용한 자외선 조사 뽕잎추출물과 자외선 C 조사 뽕잎으로부터 분리한 8가지 페놀화합물 (2가지 stilbenes과 6가지 moracins)의 mouse melanoma B16F1 세포와 human dermal fibroblast HS68 세포를 이용하여 피부 항노화 효과를 측정하였다. 먼저 세포독성시험을 실시하여 독성이 나타나지 않은 농도 (20∼100 μg/mL)을 결정하여 시험농도로 사용하였다. 먼저 피부 미백효과를 측정하기 위해 melanoma B16F1 세포를 이용하여 세포 내/외 멜라닌 양을 측정하였으며, 피부 주름개선 효과를 측정하기 위해 fibroblast HS68 세포를 이용하여 type I procollagen 합성 및 matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) 억제활성을 각각 측정하였다. 그 결과, UV-C 5분 조사 뽕잎추출물이 control (100%) 대비 세포 내 멜라닌 양과 MMP-1 활성을 각각 59.55±4.10, 38.80±4.05% 까지 감소시켰고, type I procollagen을 119.41±1.24% 까지 증가시킴으로써 피부미백 및 주름개선효과가 가장 우수하였으며, 그 다음으로 UV-B 5분조사 뽕잎 > UV-A 40분조사 뽕잎 > control (unirradiated) 순으로 나타났다. 이러한 결과로부터 UV-C 조사 처리 뽕잎에 항당뇨, 항노화 및 항산화 물질인 ORT 및 MC유도체가 많이 함유되어 있어 기능성 원료로 적합함을 확인할 수 있었다. 한편, UV-C조사 뽕잎 메탄올추출물을 제조한 후 용매분획과 SiO2, ODS-A, Sephadex 컬럼 크로마토그래피를 순차적으로 실시하여 8가지 페놀화합물 [2가지 ORT 유도체 {ORT (oxyresveratrol), PORT (4’-prenyloxyresveratrol)}, 6가지 MC 유도체 {moracin M (MCM). moracin C (MCC). moracin N (MCN), 6,5’-dimethoxymoracin M (DMMCM), moracinB (MCB), chalcomoracin (CMC)}]을 분리 및 정제하였으며, 아울러 UV, 1D-및 2D-NMR, 그리고 FAB-MS 기기분석을 통해 그들의 화학구조를 동정하였다. 이들 8가지 물질 중 DMMCM과 MCB는 뽕잎으로부터 처음으로 분리 및 동정되었으며, 분리된 8가지 화합물의 항산화, 항노화 및 피부항노화 활성과 그들의 구조와의 상관관계를 조사하였다. UV-C 조사 뽕잎으로부터 분리된 8가지 화합물의 항산화 활성을 측정한 결과, DPPH radical 소거활성은 MCN이 가장 높았으며, 양성대조군인 L-ascorbic acid 보다 1.35배 높은 활성을 보였다. 또한, CMC과 MCC는 L-ascorbic acid와 비슷하게 나타났으며, 그 다음으로 ORT > PORT > MCM > MCB > DMMCM 순으로 나타났다. Superoxide anion radical 소거활성은 MCN에서 가장 높았으며, 양성대조군으로 사용된 α-tocopherol 보다 2.91배 높은 활성을 보였다. 그 다음으로는 MCN > MCC > ORT > PORT > CMC ≥ MCM > MCB > DMMCM 순으로 나타났다. 다음, 항노화 활성과 관련된 tyrosinase 저해활성은 ORT > PORT > CMC > MCN 순으로 낮았으며, 특히 위의 4가지 성분은 양성대조군으로 사용된 arbutin보다 각각 24.88배, 15.76배, 2.53배, 1.40배 높은 활성을 보였다. α-Glucosidase 저해활성은 CMC > PORT > MCN > MCC > MCM > DMMCM > ORT > MCB 순으로 나타났으며, 그리고 elastase 저해활성은 CMC > MCN > MCC > MCB > MCM ≥ ORT > PORT > DMMCM 순으로 나타났다. 이들 모두 양성대조군으로 사용된 acarbose와 ursolic acid보다 낮은 활성을 보였지만 CMC은 상당한 효소저해효과를 나타내었다. 이러한 결과로부터 항산화의 경우, stilbene 골격이 2-arylbenzofuran 보다 효과적으로 radical을 소거한 반면, 항노화의 경우, 2-arylbenzofuran 골격이 stilbene 보다 효소저해활성이 높은 것으로 나타났다 (tyrosinase 제외). 그리고 구조와 활성과의 관계를 확인한 결과, 2-arylbenzofuran에 prenyl기가 치환되면 활성이 증가한 반면, methoxyl기가 치환되면 활성이 감소하였다. 또한, prenyl기가 benzene A ring에 치환되는 것이 B ring에 치환되는 것보다 활성을 크게 증가시킨 반면, ORT에 prenyl가 치환 되면 활성이 감소하였다 (α-glucosidase 제외). 한편, 8가지 화합물의 피부 항노화 효과를 확인하기 위해 먼저 세포독성시험을 실시한 후 두 세포 모두 독성을 나타내지 않는 1.25∼20 μM을 시험농도로 사용하였다. 8가지 화합물의 피부 미백효과를 확인하기위해 세포내/외 멜라닌 양을 측정한 결과, 세포내에서는 α-MSH처리 세포 (100%) 대비 PORT (47.22±2.76%)가 멜라닌 생성을 크게 감소시켰으며, 그 다음으로 MCC > ORT >MCM 순으로 나타났다. 세포외에서는 ORT (24.03±1.07%)가 멜라닌 생성을 크게 감소시켰으며, 이는 normal 세포 (33.39±0.55%)보다 감소효과가 크게 나타내었다. 그 다음으로는 PORT > MCM > MCC 순이었으며, 4가지 화합물 모두 양성대조군인 arbutin (85.06±1.82% at 350 μM)보다 훨씬 우수한 활성을 나타내었다. 다음, type I procollagen 합성효과를 측정한 결과, control (100%) 대비 PORT (213.29±10.41%)와 CMC (183.93±7.50%)에서 콜라겐 합성이 우수하였으며, 그 다음으로 MCM > ORT 순이었으며, 이들 모두 양성대조구인 L-ascorbic acid (162.04±5.42% at 50 μM)보다 콜라겐 합성을 촉진시켰다. 마지막으로, 콜라겐 분해효소로 알려진 MMP-1 억제활성을 5 μM에서 측정한 결과, UV-A 조사된 세포 (100%) 대비 CMC (64.99±2.44%)에서 MMP-1 억제활성이 가장 높았으며, 이는 양성대조군으로 사용된 epigallocatechin gallate (EGCG, 71.96±2.11%)보다 높은 활성을 보였다. 다음, 20 μM 농도에서 측정한 결과, MCB (36.40±2.10%)가 가장 높은 억제활성을 보였으며, 그 다음으로 MCM > DMMCM 순으로 나타났다. 이러한 결과로부터 피부미백은 세포내/외에서 멜라닌 양을 크게 감소시킨 ORT와 PORT가, 주름개선 효과는 type I procollagen 합성을 촉진시킨 PORT와 CMC, 그리고 MMP-1의 활성을 크게 감소시킨 CMC, MCB가 피부 항노화활성을 증진시킨다는 것을 확인하였으며, 특히 본 연구를 통해서 CMC과 MCB의 콜라겐 합성 및 MMP-1 억제효과를 밝힘으로써 우수한 주름개선 효과를 처음으로 확인하였다. 마지막으로 UV 종류 및 조사시간, 뽕나무 품종, 뽕잎 수확시기 및 자외선조사 후 저장기간에 따른 8가지 물질의 함량 변화를 HPLC를 이용하여 정량한 결과는 다음과 같다. 먼저, UV 종류 및 조사시간에 따른 ORT 및 MC 유도체의 함량을 측정한 결과, UV-A는 10, 20, 40분 시간에 따라 control (unirradiated) 대비 함량이 유의적으로 감소한 반면, UV-B와 UV-C에서는 유의적으로 증가하였으며, 특히, UVC 5분 조사 뽕잎의 경우 control (unirradiated) 대비 ORT 및 MC 유도체의 함량이 각각 7.40 및 28.36배 증가하였다. 다음, 뽕나무 5가지 품종 (대심, 전주상, 상마루, 심흥, 수원)에 따른 UV-C 조사 5분 뽕잎의 ORT 및 MC유도체의 함량을 분석한 결과, ‘심흥’ (57.48±0.40 mg/100 g)과 ‘상마루‘ (63.25±0.19 mg/100 g) 품종이 각각 함량이 가장 높게 나타났다. 다음, 수확시기 (4월, 7월, 9월, 11월)에 따른 UV-C 조사 5분 뽕잎의 ORT 및 MC 유도체의 함량을 분석한 결과, 11월에 수확한 뽕잎에 UV-C를 5분간 조사할 경우 control (unirradiated) 대비 ORT 및 MC 유도체의 함량이 각각 7.89, 11.92배 증가하였으며, 그 다음으로 7월 > 11월 > 4월 순으로 나타났다. 마지막으로, UV-C 5분 조사 뽕잎을 실온에서 일정 기간동안 (0∼15일) 저장하면서 ORT 및 MC유도체의 함량을 측정한 결과, ORT, PORT, MCM의 경우 저장 3일째 함량이 가장 높았으며, 0일째 대비 각각 1.83, 2.01, 3.25배 증가하였다. 반면, MCC, MCN, DMMCM, MCB, CMC는 저장 7일째 함량이 가장 높았으며, 0일째 대비 각각 3.59, 2.69, 5.73, 2.70, 15.98배 증가하였다. 이상의 연구결과로부터 자외선 C 조사는 뽕잎에 미량으로 존재하는 항산화 및 항노화성 ORT 및 MC 유도체를 크게 증가시킴으로써 뽕잎의 기능성을 크게 강화할 수 있었으며, 아울러 그로부터 분리된 8가지 페놀화합물 중 MCN, PORT, CMC, MCB 성분은 강한 항산화 및 항노화 효과를 나타내었기에 우선 UV-C 조사 뽕잎추출물은 현재 화장품 원료로 널리 사용하고 있는 상백피를 대체할 수 있는 미백 및 주름개선 기능성화장품 소재로 사용할 수 있으며, 아울러 피부 항노화 활성이 우수한 MCN, PORT, CMC, MCB 성분은 향후 기미, 주근깨 뿐만 아니라 주름개선용 기능성 원료로 각광을 받을 수 있을 것으로 기대된다. 향후 자외선 C 조사 뽕잎추출물과 이로부터 분리된 페놀화합물의 피부 항노화 작용기작에 대한 보다 깊은 연구가 필요한 실정이다. Mulberry (Morus alba L.) leaves are rich source of protein, dietary fiber and various functional components, such as 1-deoxynojirimycin (1-DNJ), γ-aminobutyric acid (GABA), flavonoids, stilbenes and 2-arylbenzofurans with anti-hyperglycemic, anti-hypertensive, anti-hyperlipidemic, anti-aging, and antioxidant activities. However, Morus type-derived mulberry leaves cultivated in Korea rarely contain resveratrols and moracins, which are mainly contributed to a variety of biological and pharmacological properties of mulberry trees. Thus, a new processing technology is required to develop for upgrading functional property of mulberry leaf. Thermal processing is receiving to enhance phytochemical nutrients in plants. We found that the thermal treatments, such as roasting, stemming, and fermentation, considerably affected on chemical compositions of mulberry leaves, including 1-DNJ, GABA, and flavonoids, whereas the thermal treatment did not induced oxyresveratrols (ORTs) and moracins (MCs) of mulberry leaves. Meanwhile, ultraviolet (UV) irradiation is known to induce and increase bioactive secondary metabolites of plants. So, three UV treatments including UV-A, UV-B and UV-C apply for mulberry leaves. As a result, UV-B irradiation greatly increased chlorogenic acid and flavonoid contents of mulberry leaves, whereas UV-C treatment significantly raised level of ORT and MC derivatives of mulberry leaves. In particular, UV-C irradiation increased considerable amounts of ORT and MC derivatives of mulberry leaves harvested on September. The methanol extracts from UV-A, UV-B and UV-C irradiated mulberry leaves was determined several biological property including antioxidant and anti-aging activities by in vitro assays. UV-C irradiated mulberry leaves have higher amounts of ORTs and MCs, of which ORTs increased approximately 4∼12 fold and MCs increased 2∼16 fold, respectively, compared to UV-unirradiated mulberry leaves. Methanol extracts from UV-C irradiated mulberry leaves exhibited stronger tyrosinase, α- glucosidase and elastase inhibitory activities than those from UV-A and UV-B irradiated mulberry leaves. In particular, UV-C irradiated mulberry leaves showed potent inhibition activity of melanin sythesis in B16F1 melanoma cells, promotion of type I procollagen and inhibition activity of MMP-1 in HS68 fibroblast cells. Meanwhile, a bioassay-guided fractionation and purification procedure of the methanol extract from UV-C irradiated mulberry leaves was led to isolate and identify two oxyresveratrol derivatives, ORT and 4’-prenyloxyresveratrol (PORT), and six 2-arylbenzofuran derivatives [moracin M (MCM), moracin C (MCC), moracin N (MCN), 6,5’-dimethoxymoracin M (DMMCM), moracin B (MCB), and chalcomoracin (CMC)]. Their chemical structures were determined by UV, FAB-MS, and 1D- and 2D-NMR spectrometry. In addition, major phytochemicals in mulberry leaves, including GABA, 1-DNJ, ORT and MC derivatives, were quantitated by HPLC according to UV irradiation type and time. Moreover, antioxidant and anti-aging effect of methanolic extract from the UV-irradiated mulberry leaves, and their major ORT and MC deriviatives were evaluated by in vitro assays using DPPH and superoxide anion radical scavenging activity, and skin-aging derived-enzymes such as tyrosinase, α-glucosidase and elastase. Furthermore, inhibitory activity of extracts and major constituents on melanin synthesis in B16F1 melanoma cells, and on promotion of type I procollagen and inhibitory activity of MMP-1 in HS68 fibroblast cells were also investigated. The structure-activity relationships of ORT and MC derivatives against skin anti-aging effects were also examined. Among eight compounds isolated, ORT and PORT exhibited potent tyrosinase inhibitory activities with IC50 values of 0.57 and 0.90 μM, respectively, and CMC exerted significant tyrosinase and α-glucosidase inhibitory activity with IC50 values of 5.61 and 6.00 μM, respectively. In addition, PORT significantly decreased α-melanocyte stimulating hormone (α-MSH)-induced melanin synthesis by 47.22±2.76% and greatly increased the type I procollagen synthesis by 213.29±10.41% as compare to control. Furthermore, MCB noticeably decreased the UV-A induced MMP-1 expression by 36.40±2.10% as compared to control. Other methoxyl-substituted MC, such as MCN, MCC, and MCB, also exerted considerable procollagen synthesis and inhibited melanin synthesis at concentration of 5∼20 μg/mL. The structure-activity relationship of ORT and MC derivatives from UV-C irradiated mulberry leaves against skin anti-aging activity speculated that the prenylation and its cyclization with Diels-Alder type adducts in ORT and MC skeletons were mainly responsible for strong anti-aging activity of PORT and MCB. Taken together, these results suggested that the UV-C irradiated mulberry leaves may be useful as promising sources of nutraceuticals and cosmeceuticals, and especially, PORT, MCB and CMC from the UV-C irradiated mulberry leaves may be exploited as potential anti-aging agents in cosmetics for prevention of freckle and wrinkle.

성인 여성의 노화·항노화와 피부관리 인식이 피부 건강을 위한 행동에 미치는 영향연구

김영자 동방문화대학원대학교 2026 국내박사

This study aims to empirically identify the structural relationship between anti-aging perception and skin care perception—factors that have been recognized as key determinants of skin-health behavior among adult women—and to propose practical strategies for anti-aging and skin care interventions. Although previous studies have suggested that aging perception and skin care perception influence skin-health behavior, integrated analyses examining the structural pathways between these two factors have been limited. Therefore, this study conducted a survey of 364 adult women in their 20s to 60s residing in the Seoul metropolitan area (Seoul, Gyeonggi, and Incheon) and analyzed the causal structure linking anti-aging perception, skin care perception, and skin-health behavior. The results revealed the following. First, significant differences were observed according to personal background variables, such as age, education, income, occupation, and marital status, each exerting distinct influences on subfactors of anti-aging perception and skin care perception. Notably, increasing age was associated with heightened perceptions of the impact of skin aging, the importance of skin care, and trust in professional management, confirming the presence of life-cycle–based skin care characteristics. Second, the subfactors of anti-aging perception— perceived impact of skin aging and perceived intrinsic aging—positively influenced all domains of skin-health behavior, including lifestyle habits, self-management, psychological expectations, and skin-health management. In contrast, a heightened perception of skin-problem occurrence negatively influenced psychological expectations, suggesting that excessive concern about skin problems may hinder positive skin-health behavior. Third, skin care perception—comprising the importance of skin care, professional management, and trust in management—exerted significant positive effects on all domains of skin-health behavior, with professional management and management trust showing particularly strong associations with self-management practices. Fourth, anti-aging perception directly influenced skin care perception, which in turn mediated the relationship between anti-aging perception and skin-health behavior. The importance of skin care and professional management demonstrated partial mediation, whereas management trust served as a full mediator in specific pathways. These findings confirm that skin care perception functions as a critical mechanism linking anti-aging perception to skin-health behavior. Overall, the results indicate that enhancing skin-health behavior among adult women requires strengthening anti-aging awareness, increasing the reliability and quality of skin care information, providing systematic professional care services, and implementing preventive, lifestyle-focused education. In particular, establishing an integrated skin-health management model—comprising anti-aging education, personalized professional care, self-management guidance, and lifestyle monitoring—may serve as an effective practical strategy to promote sustained skin-health behavior. By empirically identifying the structural relationship between anti-aging perception and skin care perception and validating the mediating role of skin care perception, this study supplements the fragmented approaches of previous research and offers academic and practical contributions. Furthermore, the findings provide a foundational basis for developing policies, educational programs, and counseling interventions aimed at improving anti-aging and skin-health behaviors among adult women. 본 연구는 성인여성의 피부건강행동을 설명하는 핵심적인 요인으로 확인되어 온 항노화 인식과 피부관리 인식의 구조적 관계를 실증적으로 규명하고, 이를 토대로 항노화 및 피부관리 실천 전략의 방향을 제시하는 데 목적을 두었다. 기존 연구는 노화 인식과 피부관리 인식이 피부건강행동에 영향을 미친다는 점을 제기해 왔으나, 두 요인이 상호적으로 작용하는 구조적 경로에 대한 통합적 분석은 제한적이었다는 한계를 가진다. 이에 본 연구는 20대에서 60대까지 수도권(서울·경기·인천)에 거주하는 성인여성 364명을 대상으로 설문조사를 실시하고, 항노화 인식–피부관리 인식–피부건강행동 간의 인과적 구조를 분석하였다. 연구결과, 첫째, 개인적 배경에 따른 유의미한 차이가 나타나 연령, 학력, 소득, 직업, 결혼 여부는 항노화 인식과 피부관리 인식의 하위 요인에 서로 다른 영향을 미쳤다. 특히 연령이 증가할수록 피부노화 영향 인식과 피부관리 중요성, 전문관리 신뢰가 높게 나타나, 생애주기별 피부관리 특성이 존재함을 확인하였다. 둘째, 항노화 인식의 하위 요인인 피부노화 영향과 내인성 노화 인식은 생활습관, 셀프관리, 기대심리, 피부건강관리 등 모든 피부건강행동 요인에 정적 영향을 미쳤다. 반면 피부문제 발생 인식은 기대심리에는 부정적 영향을 보여, 피부 문제에 대한 과도한 인식이 긍정적 피부건강행동을 저해할 수 있음을 시사하였다. 셋째, 피부관리 인식(피부관리 중요성, 전문관리, 관리 신뢰)은 네 가지 피부건강행동 요인 모두에 유의미한 정적 영향을 미쳤으며, 특히 전문관리와 관리 신뢰의 수준이 높을수록 셀프관리 행동이 강화되는 경향이 두드러졌다. 넷째, 항노화 인식은 피부관리 인식에 직접적으로 영향을 미쳤으며, 이는 다시 피부건강행동에 매개효과를 나타내는 것으로 분석되었다. 피부관리 중요성과 전문관리 요인은 부분매개, 관리 신뢰는 특정 경로에서 완전매개하는 등, 피부관리 인식이 항노화 인식과 피부건강행동 간의 핵심적 연결고리로 작용함을 확인하였다. 이러한 결과는 성인여성의 피부건강행동을 증진시키기 위해서는 항노화 인식 강화, 피부관리 정보의 신뢰성 제고, 전문관리 서비스의 체계적 제공, 그리고 예방 중심의 생활습관 교육이 복합적으로 이루어져야 함을 의미한다. 특히 항노화 교육→전문관리→셀프관리→생활습관 조절로 이어지는 통합형 피부건강관리 모델 구축은 성인여성의 지속 가능한 피부건강행동을 촉진하는 실천적 전략으로 작동할 수 있다. 본 연구는 항노화 인식과 피부관리 인식 간의 구조적 관계를 실증적으로 규명하고, 피부관리 인식의 매개적 역할을 검증함으로써 기존 연구의 단편적 접근을 보완하고 학술적·실무적 기여를 제공하였다. 더 나아가 본 연구는 성인여성의 항노화 및 피부건강행동 향상을 위한 정책·교육·상담 프로그램 개발에 기초자료로 활용될 수 있다는 점에서 의미를 갖는다.

Development of Highly Permeable and Selective Membranes using PEG/PPG, Pebax and PIM-based Polymers for CO2 Separation

MDHOMAYUNKABIR 인천대학교 자연과학대학 2026 국내박사

In recent years, demand for efficient, environmentally sustainable gas separation technologies has increased significantly due to a sharp rise in atmospheric levels of carbon dioxide (CO2), a major greenhouse gas, primarily from the combustion of fossil fuels in industrial processes, power generation, and other human activities. This escalating concentration of CO2 gas in the atmosphere has led to several adverse environmental consequences, the most critical of which is global warming. Consequently, developing effective CO2 separation and sequestration technologies has gained considerable attention due to their low energy requirements, ease of use, scalability, and operational simplicity. The prime objective of this thesis is the development and characterization of advanced polymer membranes for the efficient separation of CO2 from gas mixtures. This research encompasses four main categories of membrane systems: (i) rubbery crosslinked synthetic membranes, (ii) rubbery crosslinked mixed matrix membranes (MMMs), (iii) MMMs fabricated from commercially available rubbery polymers, and (iv) glassy crosslinked synthetic membranes. The development of these advanced polymer membranes is expected to play a significant role in the efficient separation of CO2 from other gases, as well as in addressing global warming and purifying natural gas. This dissertation contains five chapters, the contents of which have been summarized as follows: Chapter 1 presents an overview of the importance of CO2 separation and discusses a range of technologies developed and used for this purpose. It also emphasizes the significance of membrane-based technologies for gas separation and outlines their advantages over other separation techniques. To provide a comprehensive understanding of membrane-based separation technology, this chapter discusses the underlying theory, mechanisms of gas transport across the membrane, fundamental parameters, and key factors influencing the gas separation performance of polymer membrane–based processes. This chapter concludes by presenting approaches for fabricating novel polymer membrane materials to achieve efficient CO2 separation. Chapter 2 describes the development of a series of crosslinked rubbery polymer membranes [PEG/PPG-2CZPImide (x:y)] based on poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol) (PEG/PPG)- and 5,6-di(9H-carbazol-9-yl)isoindoline-1,3-dione (2CZPImide), prepared via ring-opening metathesis polymerization (ROMP) by varying the molar ratio of the norbornene-functionalized PEG/PPG oligomer (NB-PEG/PPG-NB) and 2-(bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2-ylmethyl)-5,6-di(9H-carbazol-9-yl)isoindoline-1,3-dione (2CZPImide-NB) in the reaction feed from 10:1 to 6:1. The comonomer 2CZPImide-NB is a monofunctional monomer for ROMP reaction. Hence, ROMP copolymerization of dinorbornene-functionalized NB-PEG/PPG-NB with this monomer (NB-2CzPimide) forms voids in the crosslinked polymer matrix due to the absence of regular PEG/PPG polymer chain segments within the crosslinked network. This phenomenon effectively widens the d-spacing between the PEG/PPG segments and enhances gas diffusivity across the membranes (Figure A1) The synthesized crosslinked PEG/PPG-2CZPImide (x:y) membranes displayed excellent thermal stability with good CO2 separation performance having CO2 permeabilities ranging from 311.1 to 418.1 Barrer and CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities of 39.4–52.0 and 13.4–16.0, respectively. Moreover, the crosslinked membrane PEG/PPG-2CZPImide (6:1), displayed good plasticization resistance up to 10 atm. Figure A1. Schematic illustration of the crosslinked PEG/PPG-2CZPImide (x:y) membrane, showing its enhanced CO2 transport behavior compared with the pristine crosslinked PEG/PPG membrane. Chapter 3 presents the development of a series of c-4CzTPN porous carbon–doped CO2-philic poly(ethylene glycol)/poly(propylene glycol) (PEG/PPG)–based crosslinked rubbery polymer membranes via in situ ROMP polymerization, aimed at enhancing CO2 transport without significantly compromising the CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities (Figure A2). The porous carbon c-4CzTPN was derived from the carbonization of poly[2,3,5,6-tetra(carbazol-9-yl)terephthalonitrile] (p-4CzTPN). By combining the porous c-4CzTPN with the high CO2/light gas selectivity of the crosslinked PEG/PPG polymer matrix, the resulting mixed matrix membrane (MMM), PEG/PPG-c-4CzTPN-x, obtained via the incorporation of c-4CzTPN into the crosslinked PEG/PPG matrix (using in situ ROMP polymerization), exhibited high CO2 permeability along with moderate CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities. The incorporation of c-4CzTPN filler into the crosslinked PEG/PPG network enhanced the gas diffusivity and facilitated CO2 transport across the PEG/PPG polymer matrix. Moreover, the high CO2/light gas selectivity of crosslinked PEG/PPG matrix ensured minimal reduction in CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities. Hence, the membranes exhibited high CO2 permeabilities and good CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities. In particular, the PEG/PPG-c-4CzTPN-0.25 and PEG/PPG-c-4CzTPN-0.5 membranes surpassed Robeson’s 2008 upper bound for CO2/N2 separation (Figure A2). The crosslinked PEG/PPG- structure of the polymer matrix provided excellent anti-aging and anti-plasticization properties. Figure A2. Conceptual schematic of the PEG/PPG-c-4CzTPN-x membranes, illustrating their structural features and the resulting CO₂/N₂ and CO₂/CH₄ separation behavior. Chapter 4 describes the fabrication of Pebax-based MMMs using sterically bulky 4,5-bis(9H-carbazol-9-yl)phthalic acid (2CzPA) as a filler, aimed at enhancing CO2 transport and thermomechanical properties. The sterically bulky 2CzPA acid was synthesized as an intermediate in the preparation of the final 2CzPImide monomer described in Chapter 1. Adding the sterically bulky 2CzPA filler to the Pebax matrix served dual functions: first, strong hydrogen-bonding interactions between the -COOH groups of 2CzPA and the -NH groups of the imide functionalities in the PA segments of Pebax enhanced the interfacial compatibility of the filler and the polymer matrix (Figure A3). Second, the 1,2-disubstituted carbazole moieties in 2CzPA induced steric hindrance that perturbed the regular chain packing of the polyethyleneoxide (PEO) segments (Figure A3). Both these factors promoted CO2 diffusion and solubility in the Pebax membrane, enhancing CO2 transport across the MMMs compared to a neat Pebax membrane. Moreover, the filler–polymer interaction also enhanced the thermomechanical properties compared to the neat Pebax. The optimal CO2 transport and mechanical properties were obtained at 1 wt% filler loading with a CO2 permeability of 227.51 Barrer, a Young’s modulus of 137.7 MPa, and elongation at break of 652%. Figure A3. Conceptual schematic of the Pebax/2CzPA-x mixed-matrix membranes (MMMs), illustrating the interaction between 2CzPA and the Pebax matrix. Chapter 5 explores the synthesis, characterization, and gas separation performance of biphenyl-crosslinked PIM–polyimide membranes. The ultimate aim was to develop spirobisindane-based, crosslinked glassy polymer membranes that combine high CO2 permeability with enhanced resistance to aging and plasticization. The crosslinked membranes were obtained via controlled heat treatment of spirobisindane-based PIM–polyimide polymer membranes. These spirobisindane-based PIM–polyimide polymer membranes incorporate thermally labile lactone functionalities within the phenolphthalein unit with sterically hindered spirobisindane and durene diamine (DDA) moieties within the polymer chain segments. Heating pristine polymers at 400 °C generated free radicals via thermal decomposition of the thermally labile lactone moieties in phenolphthalein. Subsequent coupling of free radicals in an inert atmosphere led to biphenyl crosslinking between polymer chain segments (Figure A4). These phenomena generated additional free volume within the polymer matrix, which in turn enhanced gas diffusivities and permeabilities. Moreover, the biphenyl-crosslinked structure formed between adjacent polymer chain segments conferred high thermal stability to the crosslinked polymer membranes, along with excellent anti-plasticization and anti-aging properties. (Figure A4). Figure A4. Conceptual schematic of the phenolphthalein-based thermally crosslinked PIM-polyimide x-PIM(mP-nD) membrane, illustrating its structure along with the anti-aging and anti-plasticization characteristics. 지난 수백년간 산업 공정, 발전, 그리고 기타 인간 활동에서의 화석연료 연소로 인해 주요 온실가스인 이산화탄소(CO₂)의 대기 중 농도가 급격히 증가하고 있다. 이러한 CO₂ 농도 증가는 다양한 환경 문제를 야기하며, 그 중에서도 지구 온난화는 가장 심각한 문제로 대두되고 있다. 이에 따라 낮은 에너지 소모, 공정의 단순성, 우수한 확장성, 그리고 운전의 용이성을 장점으로 갖는 CO₂ 분리 및 저장 기술에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 본 학위논문에서는 가스 혼합물로부터 CO₂를 효율적으로 분리할 수 있는 고성능 고분자 막을 개발하고, 그 분리 성능 및 물리·화학적 특성을 체계적으로 분석하였다. 이를 위해 본 연구에서는 네 가지 주요 막 시스템을 다루었다. 즉, (i) 고무상 가교 합성막, (ii) 고무상 가교 혼합매질막(mixed-matrix membranes, MMMs), (iii) 상업적으로 이용 가능한 고무상 고분자를 기반으로 한 혼합매질막, 그리고 (iv) 유리상 가교 합성막이다. 이러한 고성능 고분자 막의 개발은 CO₂를 다른 가스로부터 효율적으로 분리하는 데 기여할 뿐만 아니라, 지구 온난화 문제 해결과 천연가스 정제 공정 등 다양한 응용 분야에서도 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 본 학위논문은 총 5개의 장으로 구성되어 있으며, 각 장의 주요 내용은 다음과 같다. 제1장에서는 CO₂ 분리의 중요성을 개괄하고, 이를 위해 개발·활용되고 있는 다양한 분리 기술을 소개한다. 또한 가스 분리 분야에서 막 기반 기술의 중요성을 강조하고, 다른 분리 공정과 비교한 막 공정의 장점을 설명한다. 막 기반 분리 기술에 대한 포괄적인 이해를 제공하기 위해, 본 장에서는 막을 통한 가스 수송 메커니즘과 기본 이론, 핵심 물성 인자, 그리고 고분자 막 공정의 분리 성능에 영향을 미치는 주요 요인들을 논의한다. 마지막으로, 효율적인 CO₂ 분리를 달성하기 위한 고성능 고분자 막 소재의 설계 및 제조 전략을 제시하였다. 제2장에서는 PEG/PPG와 5,6-di(9H-carbazol-9-yl)isoindoline-1,3-dione를 기반으로 한 가교 고무상 고분자 막 [PEG/PPG-2CZPImide (x:y)]의 합성 및 CO2 분리 특성을 다룬다. 해당 막은 norbornene 기능화 PEG/PPG 올리고머와 2CZPImide-NB를 개환 메타세시스 중합(ROMP)으로 합성하였으며, 반응물 몰비를 10:1–6:1 범위에서 조절하였다. 이때 기능성 모노머로 작용하는 2CZPImide-NB의 도입은 가교 고분자 네트워크 내 공극 형성을 유도하여 PEG/PPG 세그먼트 간 간격을 증가시키고, 이에 따라 가스 확산도가 향상되었다. 합성된 가교막은 우수한 열적 안정성과 함께 CO₂ 투과도 311.1–418.1 Barrer, CO₂/N₂ 선택도 39.4–52.0, CO₂/CH₄ 선택도 13.4–16.0의 뛰어난 분리 성능을 나타냈으며, 특히 PEG/PPG-2CZPImide (6:1) 막은 10 atm까지 우수한 가소화 저항성을 보였다. 그림 A1. 가교된 PEG/PPG-2CZPImide (x:y) 막의 개략도. 제3장에서는 CO₂/N₂ 및 CO₂/CH₄ 선택도의 저하를 최소화하면서 CO₂ 수송 특성을 향상시키기 위해, in situ ROMP 중합을 통해 다공성 탄소 c-4CzTPN이 도핑된 CO₂ 친화성 PEG/PPG 기반 가교 고무상 혼합매트릭스막(PEG/PPG-c-4CzTPN-x)을 개발하였다. 탄화된 poly[2,3,5,6-tetra(carbazol-9-yl)terephthalonitrile]로부터 제조된 c-4CzTPN을 가교 PEG/PPG 매트릭스에 도입함으로써 가스 확산도와 CO₂ 수송이 효과적으로 향상되었으며, 동시에 PEG/PPG 매트릭스의 높은 선택도로 인해 CO₂/N₂ 및 CO₂/CH₄ 선택도 감소는 최소화되었다. 그 결과, 해당 막들은 높은 CO₂ 투과도와 우수한 CO₂/N₂ 및 CO₂/CH₄ 선택도를 동시에 나타냈으며, 특히 PEG/PPG-c-4CzTPN-0.25 및 -0.5 막은 CO₂/N₂ 분리에 대해 Robeson 2008 상한선을 초과하는 성능을 보였다. 또한 가교 PEG/PPG 구조는 우수한 노화 방지 및 가소화 저항 특성을 제공하였다. 그림 A2. PEG/PPG-c-4CzTPN-x 막의 개념도. 제4장에서는 CO₂ 수송 특성과 열·기계적 물성 향상을 위해 입체적으로 부피가 큰 4,5-bis(9H-carbazol-9-yl)phthalic acid(2CzPA)를 충전제로 도입한 Pebax 기반 혼합매트릭스막을 개발하였다. 2CzPA의 –COOH 작용기와 Pebax의 PA 세그먼트 간 강한 수소 결합은 계면 적합성을 향상시켰으며, 동시에 입체적 장애 효과로 PEO 세그먼트의 규칙적인 사슬 패킹을 교란하여 CO₂의 확산 및 용해도를 증가시켰다. 그 결과, 해당 혼합매트릭스막은 순수 Pebax 대비 향상된 CO₂ 수송 성능과 함께 우수한 열·기계적 물성을 나타냈으며, 최적의 성능은 충전제 1 wt%에서 CO₂ 투과도 227.51 Barrer, 영률 137.7 MPa, 파단 신율 652%로 달성되었다 . 그림 A3. Pebax/2CzPA-x 혼합매트릭스막(MMMs)의 개념도. 제5장에서는 비페닐 가교된 스피로비스인단 기반 PIM–폴리이미드 막의 합성, 구조적 특성 및 가스 분리 성능을 고찰한다. 본 연구에서는 제어된 열처리를 통해 스피로비스인단 기반 PIM–폴리이미드 막 내 페놀프탈레인 단위의 열적으로 불안정한 락톤 기능기를 분해하여 자유 라디칼을 생성하고, 이들의 결합을 통해 인접한 고분자 사슬 간 비페닐 가교 구조를 형성하였다. 이러한 가교 과정은 고분자 매트릭스 내 자유 부피를 증가시켜 가스 확산도와 CO₂ 투과도를 향상시키는 동시에, 비페닐 가교 구조를 통해 우수한 열적 안정성, 가소화 저항성 및 노화 방지 특성을 부여하였다. 그림 A4. 페놀프탈레인 기반 열 가교된 PIM–폴리이미드 x-PIM(mP-nD) 막의 개념도. In recent years, demand for efficient, environmentally sustainable gas separation technologies has increased significantly due to a sharp rise in atmospheric levels of carbon dioxide (CO2), a major greenhouse gas, primarily from the combustion of fossil fuels in industrial processes, power generation, and other human activities. This escalating concentration of CO2 gas in the atmosphere has led to several adverse environmental consequences, the most critical of which is global warming. Consequently, developing effective CO2 separation and sequestration technologies has gained considerable attention due to their low energy requirements, ease of use, scalability, and operational simplicity. The prime objective of this thesis is the development and characterization of advanced polymer membranes for the efficient separation of CO2 from gas mixtures. This research encompasses four main categories of membrane systems: (i) rubbery crosslinked synthetic membranes, (ii) rubbery crosslinked mixed matrix membranes (MMMs), (iii) MMMs fabricated from commercially available rubbery polymers, and (iv) glassy crosslinked synthetic membranes. The development of these advanced polymer membranes is expected to play a significant role in the efficient separation of CO2 from other gases, as well as in addressing global warming and purifying natural gas. This dissertation contains five chapters, the contents of which have been summarized as follows: Chapter 1 presents an overview of the importance of CO2 separation and discusses a range of technologies developed and used for this purpose. It also emphasizes the significance of membrane-based technologies for gas separation and outlines their advantages over other separation techniques. To provide a comprehensive understanding of membrane-based separation technology, this chapter discusses the underlying theory, mechanisms of gas transport across the membrane, fundamental parameters, and key factors influencing the gas separation performance of polymer membrane–based processes. This chapter concludes by presenting approaches for fabricating novel polymer membrane materials to achieve efficient CO2 separation. Chapter 2 describes the development of a series of crosslinked rubbery polymer membranes [PEG/PPG-2CZPImide (x:y)] based on poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol) (PEG/PPG)- and 5,6-di(9H-carbazol-9-yl)isoindoline-1,3-dione (2CZPImide), prepared via ring-opening metathesis polymerization (ROMP) by varying the molar ratio of the norbornene-functionalized PEG/PPG oligomer (NB-PEG/PPG-NB) and 2-(bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2-ylmethyl)-5,6-di(9H-carbazol-9-yl)isoindoline-1,3-dione (2CZPImide-NB) in the reaction feed from 10:1 to 6:1. The comonomer 2CZPImide-NB is a monofunctional monomer for ROMP reaction. Hence, ROMP copolymerization of dinorbornene-functionalized NB-PEG/PPG-NB with this monomer (NB-2CzPimide) forms voids in the crosslinked polymer matrix due to the absence of regular PEG/PPG polymer chain segments within the crosslinked network. This phenomenon effectively widens the d-spacing between the PEG/PPG segments and enhances gas diffusivity across the membranes (Figure A1) The synthesized crosslinked PEG/PPG-2CZPImide (x:y) membranes displayed excellent thermal stability with good CO2 separation performance having CO2 permeabilities ranging from 311.1 to 418.1 Barrer and CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities of 39.4–52.0 and 13.4–16.0, respectively. Moreover, the crosslinked membrane PEG/PPG-2CZPImide (6:1), displayed good plasticization resistance up to 10 atm. Figure A1. Schematic illustration of the crosslinked PEG/PPG-2CZPImide (x:y) membrane, showing its enhanced CO2 transport behavior compared with the pristine crosslinked PEG/PPG membrane. Chapter 3 presents the development of a series of c-4CzTPN porous carbon–doped CO2-philic poly(ethylene glycol)/poly(propylene glycol) (PEG/PPG)–based crosslinked rubbery polymer membranes via in situ ROMP polymerization, aimed at enhancing CO2 transport without significantly compromising the CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities (Figure A2). The porous carbon c-4CzTPN was derived from the carbonization of poly[2,3,5,6-tetra(carbazol-9-yl)terephthalonitrile] (p-4CzTPN). By combining the porous c-4CzTPN with the high CO2/light gas selectivity of the crosslinked PEG/PPG polymer matrix, the resulting mixed matrix membrane (MMM), PEG/PPG-c-4CzTPN-x, obtained via the incorporation of c-4CzTPN into the crosslinked PEG/PPG matrix (using in situ ROMP polymerization), exhibited high CO2 permeability along with moderate CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities. The incorporation of c-4CzTPN filler into the crosslinked PEG/PPG network enhanced the gas diffusivity and facilitated CO2 transport across the PEG/PPG polymer matrix. Moreover, the high CO2/light gas selectivity of crosslinked PEG/PPG matrix ensured minimal reduction in CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities. Hence, the membranes exhibited high CO2 permeabilities and good CO2/N2 and CO2/CH4 selectivities. In particular, the PEG/PPG-c-4CzTPN-0.25 and PEG/PPG-c-4CzTPN-0.5 membranes surpassed Robeson’s 2008 upper bound for CO2/N2 separation (Figure A2). The crosslinked PEG/PPG- structure of the polymer matrix provided excellent anti-aging and anti-plasticization properties. Figure A2. Conceptual schematic of the PEG/PPG-c-4CzTPN-x membranes, illustrating their structural features and the resulting CO₂/N₂ and CO₂/CH₄ separation behavior. Chapter 4 describes the fabrication of Pebax-based MMMs using sterically bulky 4,5-bis(9H-carbazol-9-yl)phthalic acid (2CzPA) as a filler, aimed at enhancing CO2 transport and thermomechanical properties. The sterically bulky 2CzPA acid was synthesized as an intermediate in the preparation of the final 2CzPImide monomer described in Chapter 1. Adding the sterically bulky 2CzPA filler to the Pebax matrix served dual functions: first, strong hydrogen-bonding interactions between the -COOH groups of 2CzPA and the -NH groups of the imide functionalities in the PA segments of Pebax enhanced the interfacial compatibility of the filler and the polymer matrix (Figure A3). Second, the 1,2-disubstituted carbazole moieties in 2CzPA induced steric hindrance that perturbed the regular chain packing of the polyethyleneoxide (PEO) segments (Figure A3). Both these factors promoted CO2 diffusion and solubility in the Pebax membrane, enhancing CO2 transport across the MMMs compared to a neat Pebax membrane. Moreover, the filler–polymer interaction also enhanced the thermomechanical properties compared to the neat Pebax. The optimal CO2 transport and mechanical properties were obtained at 1 wt% filler loading with a CO2 permeability of 227.51 Barrer, a Young’s modulus of 137.7 MPa, and elongation at break of 652%. Figure A3. Conceptual schematic of the Pebax/2CzPA-x mixed-matrix membranes (MMMs), illustrating the interaction between 2CzPA and the Pebax matrix. Chapter 5 explores the synthesis, characterization, and gas separation performance of biphenyl-crosslinked PIM–polyimide membranes. The ultimate aim was to develop spirobisindane-based, crosslinked glassy polymer membranes that combine high CO2 permeability with enhanced resistance to aging and plasticization. The crosslinked membranes were obtained via controlled heat treatment of spirobisindane-based PIM–polyimide polymer membranes. These spirobisindane-based PIM–polyimide polymer membranes incorporate thermally labile lactone functionalities within the phenolphthalein unit with sterically hindered spirobisindane and durene diamine (DDA) moieties within the polymer chain segments. Heating pristine polymers at 400 °C generated free radicals via thermal decomposition of the thermally labile lactone moieties in phenolphthalein. Subsequent coupling of free radicals in an inert atmosphere led to biphenyl crosslinking between polymer chain segments (Figure A4). These phenomena generated additional free volume within the polymer matrix, which in turn enhanced gas diffusivities and permeabilities. Moreover, the biphenyl-crosslinked structure formed between adjacent polymer chain segments conferred high thermal stability to the crosslinked polymer membranes, along with excellent anti-plasticization and anti-aging properties. (Figure A4). Figure A4. Conceptual schematic of the phenolphthalein-based thermally crosslinked PIM-polyimide x-PIM(mP-nD) membrane, illustrating its structure along with the anti-aging and anti-plasticization characteristics.

토마토 세포배양의 세포 추출물과 배양액의 항산화 및 피부 항노화 효과

유영미 전북대학교 일반대학원 2010 국내석사

Many of the useful natural products from plants have diverse biological activities, such as anti-cancer, anti-bacterial, anti-viral, and anti-aging etc, and are used in various fields, including medicine, food, and cosmetics. Quality of natural products can vary according to the climate of the habitat, soil environment, producing area, harvesting time etc. Thus, it is difficult to mass produce natural products. However, plant cell culture method has many advantages compared to open field culture method. Plant cell culture method can produce rare useful compounds, solve environmental problems such as pesticides, heavy metals, and other harmful compounds, and maintain consistency of quality etc. and mass production is also possible. Tomato (Lycopersicon esculentum) is an annual plant, belongs to Solanales, Solanaceae and its habitat is Andes in South America. It was introduced and started to be cultivated in Korea since 400 years ago. Tomato contains many biologically useful compounds which has preventive or treating efficacy on various diseases. However, there is no report about the possibility of tomato used as cosmetic material that has anti-oxidant and anti-aging effect. In this study, tomato cell culture was obtained by using un-utilized part, stem, and anti-oxidant and skin anti-aging effect of tomato cell extract and culture media were confirmed. Cytotoxicity of tomato cell extract and culture media was measured on human dermal fibroblast and human epidermal keratinocyte. By observing that tomato cell extract and culture media had no cytoxicity up to 100 ug/ml and 10%, respectively, their safety on skin were confirmed. Also, 100 ug/ml of tomato cell extract exhibited promotion effect on proliferation of human dermal fibroblast and human epidermal keratinocyte. Anti-oxidant and skin anti-aging effect of tomato cell extract and culture media were evaluated. As a result, they exhibited very similar inhibitory effect on reactive oxygen with N-Acetyl-L-Cysteine (NAC). In order to confirm this reactive oxygen scavenging activity was a defensive mechanism to oxidative stress caused by the activation of oxidation-reduction related enzymes, changes in the activity of superoxide dismutase (SOD), one of the anti-oxidative enzymes, was measured. As a result, tomato cell extract and culture media increased SOD activity at 50 ug/ml and 10%, respectively. Tomato cell extract had increased higher SOD activity than culture media. Moreover, tomato cell extract and culture media both induced biosynthesis of procollagen. Especially, 10% of culture media showed better effect on procollagen biosynthesis compared to TGF-beta, a positive control. Also, tomato cell extract and culture media exhibited inhibitory effect on the expression of matrix metalloproteinase-1 (MMP-1), which is the collagen degradation enzyme, participating in extracellular matrix (ECM) degradation that causes wrinkles. Culture media at 1% and 10% exhibited superior inhibitory effect on the expression of MMP-1 compared to retinoic acid, which is known for the best effective agent for wrinkle reduction. On the base of the result, tomato cell extract and the culture media can prevent and reduce wrinkle formation and they are expected to be used as natural skin anti-aging cosmetical material. 최근 식물에서 얻어지는 다양한 유용 성분들은 항암, 항균, 항바이러스, 항노화 등의 다양한 생리활성을 지니고 있으며 의약품, 식품, 화장품 외에 다양한 분야에 이용되고 있다. 이러한 식물유래 유용성분의 경우 생육지의 기후나 토양의 환경, 산지 또는 수확시기에 따라 품질의 차이가 있을 수 있으며 대량생산에 적합하지 못한 단점이 있다. 식물세포배양은 노지 재배 방식보다 많은 장점을 지니고 있다. 희귀한 유용 물질의 생산성, 농약, 중금속 및 기타 유해물질 등의 환경적인 문제, 품질의 일관성 등의 문제가 식물세포배양 기술을 통해 해결이 될 수 있으며 대량생산 또한 가능하다. 토마토(Lycopersicon esculentum)는 통화식물목 가지과에 속하는 일년생 작물로써 남미 안데스 산맥이 원산지이며 400여 년 전에 우리나라에 도입되어 재배되기 시작했다. 토마토는 여러 생리활성 물질들을 함유하고 있으며 그 결과 다양한 질병의 예방 및 치료 효능을 갖는 것으로 보고되었다. 하지만 현재까지 항산화 및 항노화 효과를 통한 화장품 소재로서의 가능성에 대한 연구결과는 보고된 바가 없다. 본 연구에서는 토마토의 미활용 부위인 줄기를 이용한 식물세포배양을 통해 획득된 식물 성분의 토마토 세포 추출물과 그 배양액의 항산화 및 피부 항노화 효과를 확인하였다. 토마토 세포 추출물 및 배양액은 인간 섬유아세포와 인간 각질형성세포 모두에서 토마토 세포 추출물의 경우 100 ug/ml, 배양액은 최대 10% 농도까지 세포생존율 측정 결과 세포독성을 나타내지 않음으로써 피부세포에 대한 안정성이 확인되었다. 또한 토마토 세포 추출물의 경우 100 ug/ml 농도에서 섬유아세포와 각질형성세포의 세포증식을 촉진하였다. 토마토 세포 추출물 및 배양액의 항산화 및 피부 항노화 평가 결과 NAC (N-Acetyl-L-Cysteine)와 거의 유사한 활성산소 억제능을 보였고, 활성산소 소거 활성이 산화적 스트레스에 대한 방어기작으로서 나타나는 세포 내 산화-환원 관련 효소 활성 촉진으로 인한 것인지 확인하기 위해 항산화 효소 중 하나인 superoxide dismutase (SOD)의 활성을 측정하였다. 그 결과 50 ug/ml 농도의 토마토 세포 추출물과 10% 배양액 모두 SOD 활성을 증가시켰으며 토마토 세포 추출물이 SOD 활성을 더 많이 증가시켰다. 또한 토마토 세포 추출물과 배양액 모두 인체 내의 프로콜라겐 생성을 자체적으로 유도하는 효과를 나타냈으며 특히 배양액 10% 농도의 경우 양성 대조군인 TGF-beta보다도 우수한 프로콜라겐 생성 촉진 효과를 보였다. 뿐만 아니라 토마토 세포 추출물과 배양액은 피부주름과 관련하여 진피층의 extracellular matrix degradation에 관여하는 콜라겐 분해효소인 MMP-1의 발현 억제를 나타냈고 토마토 세포 배양액의 경우 1%, 10% 농도 모두에서 현재 주름 개선 효과가 가장 강한 것으로 알려져 있는 레티노인산보다도 우수한 MMP-1 발현 억제효과를 나타내었다. 이상의 결과로부터 본 토마토 세포 추출물과 배양액이 주름 방지 및 개선효과가 있는 것으로 확인되었으며 천연 피부 항노화 소재로 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대되었다.

Revolutionizing Anti-Aging Plant Research: Yolo-Based Real-Time Identification of Botanical Species in Jeju Island

구바주 프라딥 제주대학교 대학원 2024 국내석사

In the wake of the COVID-19 pandemic, scientific research and innovation have adapted to the urgent need for contactless, efficient methodologies. This study introduces an innovative system designed to revolutionize the real-time identification of botanical plant species prevalent in Jeju Island and their associated anti-aging properties. Existing traditional systems in this field face enormous challenges, characterized by lengthy identification processes and inherent inefficiencies in accurately identifying specific plant parts associated with anti-aging effects. These insufficiencies hinder timely and accurate identification of botanical plant species renowned for their anti-aging properties. The absence of robust real-time detection systems poses a significant barrier to the advancement of anti-aging plant research, impeding the discovery and understanding of potential treatments. This study seeks to address these systemic challenges by introducing an innovative YOLO-based approach for rapid and accurate identification of plant species and their associated anti-aging properties. Collecting a dataset of 50 different native botanical plant species found on Jeju Island, the study utilized YOLOv5m, a state-of-the-art computer vision technique known for its accuracy and efficiency in object detection tasks. The rigorously trained and fine-tuned on this specialized dataset, YOLOv5m model achieved an excellent average precision (MAP) of 98.2% at a confidence threshold of 50%. This remarkable accuracy highlights the model's powerful ability to rapidly detect and classify diverse botanical plants and anti-aging utility parts in real time. Therefore, this study aims to reshape the landscape of anti-aging plant research by providing a solution to the systematic identification problem inherent in traditional plant research systems. Particularly in the post-COVID-19 era, where remote and efficient methodologies are paramount, this innovative framework holds immense promise. Additionally, the interdisciplinary potential of this research lies at the intersection of computer vision, botany, and anti-aging research. This innovative framework promotes interdisciplinary collaboration and provides new opportunities for researchers from different fields to explore ways to collaborate.