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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박원호
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2018
Comparative Study on α-, β-chitin Nanocrystals and Deacetylation; Effect of Mechanical Properties on Methylcellulose Hydrogel
정형섭
,
박원호
한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집
2018.10
학술대회자료
Effect of α- and β-chitin nanocrystals on mechanical properties of methylcellulose hydrogel
정형섭
,
강동훈
,
박원호
한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집
2018.04
학술대회자료
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키틴은 갑각류의 껍질에 존재하는 고결정성의 천연고분자로 생체적합성, 생분해성 및 상처치유 효과를 나타내며, 결정형태에 따라 α, β로 분류된다. 새우나 게의 껍질에 존재하는 키틴은 α-결정구조이며 이로부터 추출되는 나노결정은 높은 종횡비의 침상 형태를 가져 nanowhisker라 불린다. 오징어(squid pen)에 존재하는 키틴은 β-구조이며 이로부터 추출되는 나노결정도 침상 형태를 나타낸다.
그러나, 본 연구에서는 새로운 β-키틴의 원료로 갑오징어뼈를 선정하였다. 갑오징어뼈에서 추출되는 나노결정은 침상과는 다른 둥글고 굴곡이 있는 형태로 나타났다. 본 연구에서는 각각의 키틴 나노결정을 추출하여 메틸셀룰로스 수화젤의 충진재로의 적용가능성을 확인하였으며, 추가적으로 β-키틴 나노결정의 탈아세틸화에 따른 특성 변화와 메틸셀룰로스 수화젤에 첨가하였을 때의 영향을 비교 관찰하였다.
새우 껍질로부터 추출한 α-키틴은 잔류 단백질을 제거하고 표백하는 과정을 거쳐 얻어졌다. 이로부터 α-키틴의 비결정질 부분을 제거하여 α-키틴 나노결정(α-chitin nanowhisker)을 추출하였다. 또한, 갑오징어뼈에서도 순서대로 각각 단백질 및 무기물의 제거과정을 거쳐 β-키틴을 추출하였다. 다시 이로부터 염산용액을 이용하여 추출한 β-키틴에서 비결정질 부분을 제거하여 β-키틴 나노결정(β-chitin nanocrystals)을 추출하였다.
β-키틴 나노결정의 탈아세틸화에는 고농도의 수산화나트륨 수용액을 사용하였다. 그리고 각각의 키틴 나노결정을 메틸셀룰로스 용액에 함량을 달리하여 첨가하여 수화젤의 기계적 특성에 미치는 영향을 살펴보았다.
새우껍질로부터 추출된 α-키틴 나노결정은 침상 형태를 나타내었고, 갑오징어뼈로부터 추출된 β-키틴 나노결정은 둥글고 표면이 울퉁불퉁하며 α-키틴 나노결정보다 적은 크기를 가진 것으로 나타났다. 각각의 나노결정을 수화젤에 도입하였을 때 메틸셀룰로스의 젤화온도는 점차 낮아지고 젤화시간도 점차 빨라지며 젤의 탄성을 증가시켰다. 탈아세틸화된 β-키틴 나노결정은 결정영역의 손실로 인해 탄성의 큰 변화는 없지만 메틸셀룰로스의 젤화속도를 촉진시키는 것으로 나타났다.
이로써 키틴 나노결정으로 보강된 메틸셀룰로스 수화젤은 기존 수화젤의 단점인 약한 기계적 강도를 보완함으로써 주입형 수화젤로의 응용이 가능할 것으로 예상된다.
그러나, 본 연구에서는 새로운 β-키틴의 원료로 갑오징어뼈를 선정하였다. 갑오징어뼈에서 추출되는 나노결정은 침상과는 다른 둥글고 굴곡이 있는 형태로 나타났다. 본 연구에서는 각각의 키틴 나노결정을 추출하여 메틸셀룰로스 수화젤의 충진재로의 적용가능성을 확인하였으며, 추가적으로 β-키틴 나노결정의 탈아세틸화에 따른 특성 변화와 메틸셀룰로스 수화젤에 첨가하였을 때의 영향을 비교 관찰하였다.
새우 껍질로부터 추출한 α-키틴은 잔류 단백질을 제거하고 표백하는 과정을 거쳐 얻어졌다. 이로부터 α-키틴의 비결정질 부분을 제거하여 α-키틴 나노결정(α-chitin nanowhisker)을 추출하였다. 또한, 갑오징어뼈에서도 순서대로 각각 단백질 및 무기물의 제거과정을 거쳐 β-키틴을 추출하였다. 다시 이로부터 염산용액을 이용하여 추출한 β-키틴에서 비결정질 부분을 제거하여 β-키틴 나노결정(β-chitin nanocrystals)을 추출하였다.
β-키틴 나노결정의 탈아세틸화에는 고농도의 수산화나트륨 수용액을 사용하였다. 그리고 각각의 키틴 나노결정을 메틸셀룰로스 용액에 함량을 달리하여 첨가하여 수화젤의 기계적 특성에 미치는 영향을 살펴보았다.
새우껍질로부터 추출된 α-키틴 나노결정은 침상 형태를 나타내었고, 갑오징어뼈로부터 추출된 β-키틴 나노결정은 둥글고 표면이 울퉁불퉁하며 α-키틴 나노결정보다 적은 크기를 가진 것으로 나타났다. 각각의 나노결정을 수화젤에 도입하였을 때 메틸셀룰로스의 젤화온도는 점차 낮아지고 젤화시간도 점차 빨라지며 젤의 탄성을 증가시켰다. 탈아세틸화된 β-키틴 나노결정은 결정영역의 손실로 인해 탄성의 큰 변화는 없지만 메틸셀룰로스의 젤화속도를 촉진시키는 것으로 나타났다.
이로써 키틴 나노결정으로 보강된 메틸셀룰로스 수화젤은 기존 수화젤의 단점인 약한 기계적 강도를 보완함으로써 주입형 수화젤로의 응용이 가능할 것으로 예상된다.
목차
Table of Contents1. INTRODUCTION 11.1. Chitin 11.2. Chitin nanocrystals 21.3. Methylcellulose 51.4. Nanocomposite hydrogel 62. EXPERIMENTAL 72.1. Material 72.2. Isolation of α-CNW from shrimp shells 72.2.1. Purification of α-chitin 72.2.2. Acid hydrolysis of α-chitin 82.3. Extraction of β-CNW from cuttlefish bone 82.3.1. Deproteinization 82.3.2. Demineralization 82.3.3. Acid hydrolysis of β-chitin 92.4. Preparation of deacetylated β-CNCs 132.5. Preparation of the nanocomposite hydrogels 132.5.1. Preparation of the MC nanocomposite hydrogels reinforced with α-CNWs and β-CNCs 132.5.2. Preparation of the MC composite hydrogels reinforced with Dβ-CNCs 142.6. Analyses 152.6.1. Microscopy 152.6.2. Degree of deacetylation 152.6.3. Attenuated total reflectance infrared spectroscopy (ATR-IR) 152.6.4. X-ray diffraction 162.6.5. Thermal analysis 162.6.6. Rheological characterization 162.6.7. Tensile test 172.6.8. Stability of Dβ-CNCs suspension 173. RESULTS & DISCUSSION 183.1. Identification of α-CNWs from shrimp sells 183.1.1. Purification of α-CNWs 183.1.2. Morphology of α-CNWs 183.2. Identification of β-CNCs from cuttlefish bone 193.2.1. Purification of β-chitin 193.2.2. Structures of β-chitin 213.3. Isolation of chitin nanocrystals 253.4. Deacetylation of β-CNCs 293.4.1. Crystalline structure of Dβ-CNCs 293.4.2. Thermal behavior of Dβ-CNCs 303.5. Mechanical properties of the MC nanocomposite hydrogels reinforced with α-CNWs and β-CNCs 383.5.1. Gelation behavior 383.5.2. Rheological properties 393.5.3. Compressive strength 433.5.4. Reinforcing effect of chitin nanocrystals 443.6. Mechanical properties of the MC nanocomposite hydrogels reinforced with Dβ-CNCs 503.6.1. Effect of the electrostatic repulsion of Dβ-CNCs on the dispersion 503.6.2. Gelation behavior 513.6.3. Compressive strength 524. CONCLUSION 58REFERENCE 60
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