데이터마이닝 기법을 활용한 화학공학 미래기술 예측에 관한 연구

송영훈 건국대학교 2014 국내박사

화학공학분야의 기술은 지난 수십 년간 양적 질적 측면에서 비약적인 발전을 이루었으며 초기에는 정유, 석유화학, 식품, 의약 기술을 의미하였지만 최근에 BT, NT, ET 등 신기술이 급격하게 유입되어 화학공학 분야의 산업 구조를 명확하게 설명하기 쉽지 않다. 이와 같이 기술혁신의 주기가 빨라지고 기술개발의 불확실성이 높아지는 화학공학분야에 대하여 체계적인 미래 기술 예측을 통하여 급변하는 미래 사회의 도전에 능동적인 대응이 필요한 상황이다. 지금까지의 미래기술 예측을 위한 방법으로는 전문가에 의한 예측, 특허정보를 이용한 기술 확산 및 유망기술 발굴 등이 있었으나 화학공학분야의 미래 기술 예측은 거의 없는 실정이므로 화학공학 분야와 유사하게 기술의 융합이 빠르며 화학공학분야와 달리 세부기술이 정의되어 있는 2009년에 국가과학기술위원회에서 발표한 녹색기술의 미국등록특허를 대상으로 화학공학 분야의 미래기술 예측을 하였다. 27대 중점녹색기술별로 특허 검색을 위한 키워드를 확정하고 특허검색 및 노이즈를 제거하여 특허 데이터를 수집한 후 비정형화된 항목인 제목, 요약, 청구항 및 상세한 설명을 대상으로 VOSviewer의 텍스트 마이닝 기술을 적용하여 특허기술이 적용된 제품 및 용도를 추출하였다. 실리콘계 태양전지의 고효율 기술 등 화학공학 분야 기술이 직접적 연관된 14개의 분야에 대하여 제품/용도를 추출하여 제품 간의 연관관계를 분석하여 제품/용도가 기술을 파악할 수 있는 중요 요소임을 확인하고, 연도 및 중요 제품/용도에 대한 흐름을 분석하여 연도에 따라 제품/용도가 변화하는 것을 확인하고 이를 통해 미래 기술 예측을 위한 모델링의 적용 타당성을 검증하였다. 비정형화된 항목에서 추출한 제품 및 용도와 특허의 정형화된 항목을 결합하여 화학공학 분야 기술의 미래 기술 예측을 위한 모델링의 필드로 활용하였으며, 2012년 말 특허유지 여부가 확정된 특허를 대상으로 데이터 마이닝 분석 유형을 분류로 선택하였고 퍼셉트론 기법을 사용하여 최적의 feature를 적용한 미래기술 예측 모델을 설계하였고 이를 검증하였다. 최종적으로 2012년 말 등록유지 여부가 결정되지 않은 녹색기술관련 미국등록특허를 대상으로 화학공학분야에 대한 미래기술을 예측하여 본 결과, 산업 활동의 공정개선 및 효율향상을 통해 동일한 산출을 얻는데 필요한 투입자원의 양을 줄여 소비되는 에너지․자원과 배출되는 환경오염물질의 양을 절감하는 기술을 의미하는 고효율화 기술과 이에 관련된 기술이 미래 기술로 예측되었으며, 이에 대한 제품/용도를 분석해 보니 vehicle, engine, battery, fuel cell, control system, lamp 등으로 분석되었다. 이 연구의 미래기술 예측 방법론은 비정형 데이터로부터 미래기술 예측 모델링에 활용 가능한 중요 항목을 추출하고 이를 정형화된 데이터와 결합하여 모델을 설계한 방법으로서 데이터 마이닝에 활용하는 데이터 수집부터 적용까지 전 과정으로 이루어졌으며, 데이터 마이닝 기법을 적용한 모델을 통하여 다양한 분야의 미래기술 예측이 가능할 것으로 사료된다. Chemical engineering technology has been developing rapidly and vastly for last few decades. The first phase of development in chemical engineering technology was quite static in pattern where it mainly focused on refiner, petrochemical, food industry and medical science. However, there has been more complexity in recent developments which is a result of newly developed technologies. To cope with the uncertain and rapidly changing trend of improvement, a methodological approach to predict the future development of chemical engineering technology is required. Today the prediction of forthcoming technology is being predicted by experts through observing patents information and key technology. Even so, there has been no further attempt has been done and/or any progress found in the field of chemical engineering regarding this matter. In this study, author proposes a prediction of forthcoming chemical engineering technology by US Patent for “Green Technologies” category selected by Korea National Science & Technology Council. Keywords are assigned for each 27 main green technology categories while patent data is collected through patent searching with noise elimination. Patent products and applications are extracted with title, abstract, claim and detail explanations by utilizing VOSviewer text-mining approach. The extracted products and applications relationship is proven to be the key element of prediction for 14 categories of chemical engineering technology. Analysis of technical trend of future technology with changes applied to product and application yearly is also done in order to validate the model of prediction of future technology. This study is done to create a model predicting future technologies through data mining process in which products and uses from the unstructured fields of patents combined with the structured fields. The result of chemical engineering forthcoming technology prediction on US Patent for “Green Technologies” category is that both process and efficiency of industrial activities are in need of going through the same calculation to reduce the amount of resources consumption for energy and emissions of pollutants. Their products and applications are vehicle, engine, battery, fuel cell, control system and lamp. This future technology predictive model used main fields which are able to be used as a future technology prediction modeling in unstructured data combined with structured data. This study also uses data mining method from data collection to application and is considered to be able to be widely used to forecast diverse future technologies.

Poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) 복합지지체에서 배양되는 조골모세포에 대한 전기자극이 활성유도에 미치는 영향에 관한 연구

김현지 단국대학교 대학원 2023 국내석사

현대 의학의 발전과 동반된 인간 수명 연장은 질병의 증가라는 새로운 사회적 문제를 야기한다. 그 중에서도 노화에 따른 골 조직의 손상은 삶의 질을 감소시키고 상당한 사회적 비용을 초래할 수 있기 때문에 안전하고 혁신적인 조직 공학 전략이 필요하다. 조직 공학이란, 조직 또는 장기를 재건하는 데 필요한 세포의 증식 및 분화를 위해 의학, 세포학, 재료 과학 그리고 생물 공학이 결합된 응용 학문이다. 조직 공학의 대표적인 요소로는 세포, 생체 재료, 그리고 자극 인자가 있으며 최근의 골 조직 공학은 생체 재료와 자극 인자를 결합하여 지지체 내 세포 활동을 향상시키는 데 초점을 맞추고 있다. 조직의 재생을 위한 생체 재료에는 금속, 세라믹 그리고 고분자 재료가 있다. 골 조직 재생에 있어 금속은 기계적 강도와 내구성이 우수하지만 조직이 치료된 후 외과적으로 제거되어야 하며 세포의 성장 및 영양분의 확산에 필요한 다공성 구조로 제작하기 어렵다. 세라믹의 경우 실제 뼈와 화학적으로 유사하여 생체 적합성이 우수하고 다양한 형태의 지지체로 제작될 수 있지만 높은 취성과 제한된 분해성 등의 단점이 있다. 마지막으로 고분자는 분해 가능한 고분자를 활용하여 재료의 생분해성을 조절할 수 있으며 다른 재료들보다 유연하여 가공이 용이하다. 하지만 금속과 세라믹에 비해 기계적 강도가 낮으며 몇몇의 고분자는 면역원성 반응 및 염증 등의 문제를 일으킬 수 있고 다공성 구조로 제작하기 어렵다. 효율적인 조직 재생을 위해 이와 같은 각 재료의 특징들을 이해해야 하며 적용 부위에 알맞게 기계적 특성, 생분해성, 그리고 생물학적 반응을 고려하여 재료를 선택해야 한다. 최근, 각 재료의 단점들을 개선하기 위해 단일 재료를 사용하는 것이 아닌 서로 다른 종류의 재료를 혼합하여 복합 지지체를 제작하는 데 많은 연구가 이루어지고 있다. 고분자 재료는 크게 천연 고분자와 합성 고분자로 나뉘는데 천연 고분자는 생체 적합성이 우수하나 면역원성 반응, 분해 속도 조절의 어려움, 그리고 낮은 기계적 특성으로 인해 적용이 제한된다. 합성 고분자는 적용 부위에 따라 맞춤형 구조로 설계할 수 있지만 천연 고분자에 비해 세포 적합성이 낮다는 단점이 있다. 골 조직 공학에서 사용되는 대표적인 합성 고분자에는 poly(ε-caprolactone) (PCL), poly(L-lactide) (PLA), 그리고 poly(glycolic acid) (PGA) 등이 있다. PLA는 탄성 계수가 높고 생체 적합성 및 생분해성이 우수하지만 높은 취성으로 인해 사용이 제한된다. 이는 PCL을 혼합함으로써 개선될 수 있으며 PLA 와 PCL의 공중합체를 Poly(L-lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL)라고 한다. PLCL은 PLA와 PCL 특성들의 조합으로 지지체 분해 속도, 기계적 강도, 유연성 등을 조절할 수 있으며 골 조직 재료로써 생체 적합성과 생분해성이 다양한 연구에서 입증되었다. 본 연구에서는 PLCL 고분자 지지체에 인산 칼슘, 그리고 인산 칼슘-마그네슘 입자를 함입하여 고분자/세라믹 복합 지지체를 제조함으로써 합성 고분자의 기계적 강도와 생체 적합성을 개선하였다. 인산 칼슘은 실제 뼈와 화학적으로 유사하여 골 조직 재생에 흔하게 사용되고 있으나 기계적 성질과 생분해성이 낮기에 최근 초기 기계적 강도와 분해성이 우수한 마그네슘을 활용한 세라믹 재료에 대한 연구가 이루어지고 있다. 지지체와 세라믹 입자의 표면 형태 및 모양은 scanning electrone microscope (SEM)으로 분석하였고, 화학적 조성은 energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX)와 fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR)를 통해 확인하였다. 골 조직을 재생할 때 생체 재료의 특성을 고려할 뿐만 아니라 자극 인자를 적절히 활용하면 골 조직 재생에 있어 시너지 효과를 기대할 수 있다. 조직 공학에서 골 형성을 촉진시키는 자극 인자로는 성장 인자, 기계적 자극, 자기장, 진동 자극, 전기 자극 등이 있으며 이 중 전기 자극은 다른 자극 인자들과 달리 국소 부위에 자극을 집중적으로 전달할 수 있기 때문에 임상적인 면에서 보다 일관성 있는 효과를 기대할 수 있다. 이전 연구에서 전기장 효과가 질병의 치료, 상처 치유, 그리고 메커니즘 등에 관하여 큰 잠재성을 가지고 있다는 것을 보고하였지만 정형외과적 치료에서 전기적 자극의 역할은 아직 연구가 더 필요한 실정이다. 본 연구에서는 내생 전기장의 형태인 direct current (DC)를 지지체 내 세포에 대한 전기 자극으로써 선택하였다. 최근 골 조직 공학 전략은 단순히 생체 재료의 특성만을 고려하는 것이 아닌 자극 인자를 결합하여 골 조직 재생의 최적화에 초점을 맞추고 있다. 따라서 본 연구는 미래에 골 질환 및 골 손상을 치료하는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.

주변 환경에 무감각한 골형성 단백질 유래 폴리펩타이드를 포함하는 다공성 히알루론산 지지체의 제조 및 생물학적 특성 평가

이수연 서울과학기술대학교 2014 국내석사

고압의 CO2 내에서 polyaniline 의 합성 및 supercapacitor 전극에 사용된 polyaniline/oxide 하이브리드 물질의 전기화학적 특성

신비오 울산대학교 대학원 2014 국내석사

전 세계적 기후 변화에 따른 대책으로 태양광, 풍력 등의 신재생에너지를 활용하는 다양한 기술들이 확대되고 있다. 그러나 신재생에너지의 발전설비는 기후변동에 따라 큰 출력변동이 생기고, 수요와 공급시간의 불균형으로 인해 지속적인 공급이 불가능 하다는 단점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 스마트그리드 사업의 일환으로 전기차, 전기저장장치의 개발에 초점이 맞춰지고 있다. 전도성 고분자를 사용한 슈퍼캐패시터인 pseudocapacitor 는 고용량 capacitor 로 사용되고 있다. 그러나, 탄소소재를 전극 물질로 활용하는 electrical double layer capacitor(EDLC)보다 낮은 cycle ability 로 인해 전도성 고분자와 탄소소재를 결합하는 새로운 형태의 하이브리드형 슈퍼캐패시터의 연구가 활발히 진행 중이다. 또한, 전도성 고분자 보다 더 큰 용량을 필요로 하는 곳이 늘어나며 슈퍼캐패시터의 capacitance 를 늘리고자 metal oxide 를 합성하는 연구도 함께 되고 있다. 본 논문에서는 에너지 저장장치 중에서도 최근에 활발한 연구가 진행되고 있는 슈퍼캐패시터의 성능향상을 위하여 고압으로 압축 된 liquid-CO2 와 물의 계면에서 일어나는 polymerization 으로 polyaniline nanofibers(PANI)를 합성하였다. 또한, EDLC 의 재료인 graphene oxide 의 환원을 통하여 PANI 와 합성하였고, metal oxide 중 하나인 manganese oxide 와의 composite 을 합성도 진행하였다. 또한, 각각 물질을 슈퍼캐패시터 전극으로 제조하여 1 ~ 5 A/g 의 current density 변화를 주며 specific capacitance 를 측정하였다. Cycle ability 는 2000 cycles 충방전을 통해 측정하여 각 재료물질의 전기화학적 특성의 장단점을 비교 고찰 해 보았다. PANI/rGO 전극으로 구성된 슈퍼캐패시터의 내부저항을 측정한 EIS data 를 보면 합성 된 순수한 PANI nanofibers 와 비교하여 solution resistance 와 charge transfer resistance 가 각각 1/2 배의 감소를 보였다. 이는 PANI/rGO 사이의 π-π 결합으로electrolyte ions 이 전극의 계면에 접근하기 쉬워 더 높은 conductivity 를 가질 수있게 하였기 때문이다. 또한 2000 cycles 의 충방전을 진행한 실험에서 약 9.1 %의 감소를 보이며 종전의 1000 cycles 에서 PANI (20 %), graphene (29%) 감소량에 비해 월등히 좋아진 cycle ability 를 보였다. 전도성 고분자와 metal oxide 의 합성인 PANI/MnO2 는 PANI/rGO 보다 15 % 가량 향상된 351 F/g 의 용량을 보이며 Cycle ability 또한 2000 cycles 동안 18 %의 감소로 안정적인 구조를 관찰하며 전도성 고분자의 여러 가지 응용방안에 대해 알아보았다. 더 나아가 cycle ability 와 specific capacitance 를 함께 증가 시킬 수 있는 전도성 고분자, 카본소재, metal oxide 세 물질을 함께 활용하는 연구가 좀 더 수행 되어야 할 것으로 생각된다.

화학실험 시 사고예방을 위한 안전대책

이종우 한양대학교 공학대학원 2017 국내석사

연구개발은 신규물질, 신제품개발, 공정개선 및 신규공정에 따른 원칙수립 등 창조적인 활동을 수행한다. 인류는 지속적인 연구개발과 과학기술이 고도화됨에 따라 날이 갈수록 삶은 윤택해지고 있다. 하지만, 연구개발을 하는 동안 발생되는 안전사고는 오히려 증가하는 추세이다. 특히 교육연구기관의 경우 대기업 기업부설연구소와는 다르게 안전관리시스템에서부터 안전시설 및 연구환경이 매우 열악하며, 안전사고는 매년 급증하고 있으며, 화재, 폭발, 환경오염, 화학물질 또는 가스누출, 생물안전(바이러스)사고 등 안전사고의 발생형태도 복잡다양해지고 있다. 실험실은 건축, 기계, 전기, 전자, 바이오, 의학 등 여러 분야가 있지만, 특히 화학실험실인 신소재, 화학, 화학공학, 반도체 등 화학실험실에서 발생되는 안전사고가 국내외적으로 사고발생 빈도가 가장 높으며, 화학물질 및 고압가스 등 유해.위험물질, 고압반응기, 고온로, 화학폐기물 발생. 위험도가 높은 실험기계기구 사용 등으로 사고발생 시 대형인명사고 및 재난사고로 확산될 가능성이 농후하다. 화학실험실의 특징은 소량의 다품종의 유해화학물질과 가연성, 독성가스가 많이 사용되고 있으며 학문의 융, 복합화 됨에 따라 최근에는 전기, 전자, 기계, 물리분야에도 화학실험공정과 유사하거나, 협업하여 실험을 하고 있는 추세이다. 또한 대부분 교육연구기관이 접근성이 용이한 대도심에 위치하고 있어, 안전사고의 2차적인 대형사고의 위험이 있음으로 사고예방을 위해서 만전을 기하여야 한다. 이에 본 연구는 대학교 안전관리 담당자의 입장에서 화학실험 시 발생될 수 있는 주요 위험요인인 유해화학물질, 위험물, 고압가스, 화학폐기물, 화학실험 기계기구 사용을 중점적으로 연구하여 실험 시 발생될 수 있는 안전사고의 위험성과 그리고 국내외 동종 사고사례에 대해 분석하였으며, 화학실험과 관련된 모든 관계법령을 기준으로 동종사고 재발방지를 위해서 공학적인 안전대책 및 개선방안에 대해서 제시하였다. 이 연구를 통해 화학실험에 대한 안전정책 및 안전관리 매뉴얼 작성 등의 기초자료로 활용되길 바라며, 무엇보다 대한민국의 미래를 책임지는 우수한 연구활동종사들의 안전환경 조성에 도움이 되었으면 좋겠다 Research and development (R&D) activities include creation of new materials, new product development, and process improvement. Humanity enjoys benefits of technology as R&D and scientific techniques enhances. However, safety accidents during R&D activities are in increasing trend. In particular, educational research institutes, unlike corporate research institutes, tend to have less sophisticated safety management system and are exposed to higher risk of facing safety accidents in their facilities and research environments. In fact, statistics show that educational research institutes have more and more safety accidents every year, and accidents including fire, explosion, environmental pollution, and chemical or gas leakage, Bio-safety accident are becoming more diversified and com plicated. The laboratory has many fields such as architecture, machinery, elec tricity, electronics, biotechnology, and medicine. Safety accidents occurring in laboratories such as new materials, chemicals, chemical engineering, and semiconductors that perform chemical experiments are the most frequent accidents. They are mainly caused by chemicals, high pressure gas, high pressure reactor, high temperature furnace, and chemical waste generation. There is a high possibility that the accidents will spread to large human accidents and disaster accidents due to the use of highly dangerous experimental machine tools. The chemical laboratory is characterized by the use of small quantities of harmful chemical substances, flammable and toxic gases in a small amount, and because of the fusion and synthesis of science, it has recently been used in the fields of electricity and electronics. In addition, most education research institutes are located in urban area where accessibility is easy, and there is a risk of secondary major accident of safety accident. The purpose of this study is to investigate the use of toxic chemicals, hazardous materials, high - pressure gas, chemical waste, and chemical experiment equipment. The risk of safety accidents and the cases of domestic and foreign similar accidents. Based on all relevant laws and regulations related to chemical experiments, we propose engineering safety measures and improvement measures to prevent recurrence of homologous accidents. I hope that this research will be used as basic data on safety policy and safety management manual for chemical experiments, and I hope that it will help to create a safe environment for excellent researchers who are responsible for the future of Korea.

In-situ 합성을 통한 PbS 양자점 광전극의 제작과 이를 활용한 고성능 광전기화학적 수소생산 연구

서주원 단국대학교 대학원 2024 국내석사

프로폴리스가 도핑 된 키토산 지지체의 유방암세포 활성 억제 효과에 관한 연구

이찬희 단국대학교 대학원 2015 국내석사

현대문명의 발달과 함께 의학, 약학, 공학과 같은 과학기술이 발전하면서, 인간의 평균수명 100세 시대에 도달하고 있다. 인간의 평균 수명이 날로 늘어나면서 삶의 질을 위한 욕구 또한 증가하고 있으며, 이로 인해 많은 관심이 고조되고 있다. 하지만 삶의 질이 높아짐과 함께 현대인들의 식습관이 서구식으로 변화면서 비만, 혈관질환, 골 질환 및 각종 암 등과 같은 각종 질환의 발병 빈도수가 증가하고 있다. 이러한 문제로 인해, 현재 전 세계적으로 이를 해결하기 위한 수많은 노력들이 진행 중이며, 많은 성과들이 발표되고 있다. 인간이 극복해야 할 큰 질환 중 하나인 암의 경우, 많은 연구에도 불구하고 아직 완치가 어려운 상태이다. 각종 암 중 대표적 여성암인 유방암은 완치가 가능한 암이지만, 전 세계적으로 여전히 높은 발병률이 나타나고 있으며, 특히 개발도상국과 같은 곳의 유방암 발병률이 크게 증가하고 있는 상황이다. 현재 가장 일반적으로 시행되는 유방암 치료는 크게 수술과 수술 후 진행되는 보조적 치료로 나눠지며, 유방암은 특히 2차적인 재 발병률과 전이 발생률이 다른 암에 비해 현저히 높다는 특징을 갖고 있는 만큼 2차적인 치료가 중요시 된다. 대표적인 2차적 치료 방법은 크게 4가지로 나눌 수 있으며, 방사선, 항호르몬, 항암 및 표적치료 등이 이에 해당된다. 유방암 치료는 완치 후에도 많은 관심과 노력이 요구 된다. 대부분의 의사들은 수술 후, 환자에게 가슴 복원을 위한 보형물 삽입을 권유하고 있다. 절제술로 인한 여성으로써의 상실감은 여성이 겪는 2, 3차적인 피해이다. 이로 인해 정신적인 스트레스와 함께 우울증을 겪는 여성들이 많이 있으며, 이는 사회생활에서 많은 어려움을 겪게 하는 큰 원인이 된다. 이러한 정신적인 고통에도 불구하고 많은 여성은 보형물로 인한 합병증과 재발 위험 및 고 비용으로 인하여 가슴복원에 많은 거부감을 갖고 있다. 생, 사의 문제를 중요시 하던 과거에서 벗어나, 삶의 질 향상에 대한 욕구가 큰 현대사회 있어서, 이를 해결하는 것이 유방암 완치의 최종단계가 될 것이라고 생각한다. 본 연구에서는 생체적합성이 큰 키토산을 이용하여 제작한 스캐폴드에 프로폴리스를 도핑하여 유방암의 재발 방지 및 전이를 방지하기 위한 저비용, 고부가 가치의 보형물로써의 가능성을 확인하고자 한다. 유방암 세포를 유도하기 위하여 프로폴리스가 함입된 인산칼슘 박막을 제조하였으며, 이의 물리화학적 표면 구조를 분석하기 위하여 SEM과 EDX를 이용하였다. 또한 개질한 표면위에 유방암 세포를 배양하여 세포의 부착능과 membrane을 이용한 유도능을 확인함으로써 전이를 방지하기 위한 효과를 확인하는 한편, 증식 실험을 통하여 세포 생존율을 확인하여 세포의 재발 방지에 얼마나 효과적인지를 확인하였다. 추가적으로 HPLC를 통하여 표면개질과 동시에 도핑 된 약물의 정도를 확인하였으며, 유전자 발현을 통하여 세포의 자가사멸을 확인하였다. 2D, 3D에서 진행된 실험 결과를 통해 유방암의 2차 재발을 방지하기 위한 고기능성 보형물의 가능성을 확인하여 이를 응용함으로써, 유방암 치료의 새로운 패러다임의 가능성을 확인하고자 하였다. With dramatic advances in medicine, pharmacy, and scientific and engineering technologies, the human average life span reached 100 years old. Correspondingly, the desire for the quality of life became very high. The onset frequency of various diseases including the corpulence, blood vessel disease, osteonosus and all sorts of cancer and etc. increased 엳 새 the change in dining habit and life style. To solve these problems, presently, the efforts have been directed. Cancer is one of the major diseases to be solved, but still remains unresolved, in spite of many researches. The breast cancer, a representative women's cancer, is the cancer which can be treated but the incidance rate is still very high around the world, developing countries, in particular. Presently, the treatment of breast cancer can be divided into operation and auxiliary therapy. And breast cancer show remarkably high recurrence and transition rates compared other types of cancers. Representative second any therapy can divide into four cases including radiation, antihormone, anti-cancer and target treatment. Intensive concern and efforts are required even after recovery. Alter surgery, doctors recommend patients for the prosthesis insertion for the breast restoration. Many female who put breast resect operations expension the qualification deprivation as a woman. Due to this, patients undergo the depression with the spiritual stress. And this becomes the major factor that female patients undergo a lot of difficulties in the social life. In spite of this spiritual suffering, many women has the repulsion which in the breast restoration due to the complication of the prosthesis such as relapse risk and expensive cost. In modern society where the quality of life is valued high, full recovery of the breast after surgery can provide the patients with the confidence in their life In this study, propolis-doped scaffolds are prepared by using the chitosan, which is highly biocompatibles and can prevent the recurrence of the breast cancer and metastasis, is cheap. Calcium phosphate thin film in which the propolis is loaded was prepared in order to lure the breast cancer cell. And SEM and EDX were used to analyze the physical and chemical properties of the coating. The cell test was performed by using the reformed surface and chitosan scaffold. And through this, the adhesive ability of the cell and migration inhibit was confirmed. In addition, it confirmed how the cell viability was confirmed through the proliferation test and it was effective in the prevention of recurrence of the breast cancer cell. In addition, to confirm the amount of drug doped on the scaffold, HPLC was used. And the apoptosis of the cell was confirmed through the analysis on the expression pattern of the target genes. Our results illustrate that the prepared scaffold can contribute to the inhibition of secondary incidence of the breast cancer in 2D and 3D analysis.

전기화학 및 생체학적 응용을 위한 나노 물질 합성 및 표면 처리 공정 개발

최진영 경희대학교 대학원 2024 국내석사

나노 물질은 원자 규모의 크기로 인해 높은 표면적을 가지고 향상된 물리화학적 특성을 나타낸다는 장점을 가지고 있어 다양한 산업 분야에서 활용 가치가 높은 물질이다. 향상된 전기적, 화학적 또는 촉매적 특성을 나타내도록 특정 크기 및 형태를 가진 나노 물질을 합성하는 연구가 최근 수십년간 활발히 진행되어 왔다. 반면에 이러한 나노 물질들이 인체에 악영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 보고되어 왔다. 따라서 나노 물질 개발과 더불어 나노 물질의 독성에 대한 연구 개발도 필요하다. 본 논문은 금속 나노 물질을 합성하여 전기화학적 촉매로서 활용하고, 생체학적 응용을 위해 표면 처리된 나노 물질의 세포 독성을 연구하여 작성되었다. 첫번째로 손쉬운 반용매 결정화 기반 합성방법으로 Cu 나노 입자와 CoO 나노 시트가 함께 분포되어 있는 Cu/CoO hetero-metallic nanostructure를 합성하였다. 단일 금속 나노 촉매가 아닌 이종 금속 나노 구조체는 향상된 물리화학적 안정성 및 촉매 활성을 가지고 있지만 합성 방법이 번거롭고 조건이 까다롭다는 단점이 있다. 본 연구에서는 반용매 결정화 방법을 도입하여 손쉬운 합성 공정을 개발하였다. 추가적으로 표면적을 넓혀 촉매적 능력을 향상시키기 위해 Carbon black 위에 합성된 촉매를 담지하여 최종적으로 Cu/CoO/C 나노 촉매를 제조하였다. -0.2 V 전위 조건으로 pH 7의 PBS버퍼용액 내에서 전기적 H2O2 환원 촉매 성능을 측정한 결과 Cu/CoO/C 나노 촉매는 H2O2에 대한 우수한 촉매 성능과 좋은 선택성 및 안정성을 나타내었다. 이는 H2O2 전기화학 센서용 전극 재료 개발에 기여할 수 있고 본 연구에서 개발된 합성 방법을 활용하여 다양한 hetero-metallic nanostructures 합성에 도움이 될 것이다. 두번째로 나노 입자의 표면 특성에 따른 세포 독성의 영향을 조사하기 위하여 표면 개질을 시킨 나노 입자를 합성하였다. 대다수의 무기 금속 나노 입자가 나노 입자의 탁월한 성능 덕분에 의학분야에서 다양하게 응용되고 있다. 하지만 나노 입자 특성의 미세한 변화가 생물학적 결과에 어떠한 영향을 끼치지 않는다고 단언할 수 없고 생리학적 환경에서의 나노 입자의 변형과 장기적인 잠재적 독성에 대한 완전한 이해가 아직 이루어지지 않았다. 때문에 나노 물질 특성에 따른 인체 건강에 미치는 영향에 대한 이해가 필요하다. 본 연구에서는 이러한 나노 입자의 독성 연구에 이바지하고자 TiO2 나노 입자가 비이온성 고분자인 PVP와 PEG로 코팅된 TiO2-PVP 및 TiO2-PEG나노 입자를 합성하였고 세포 독성 테스트를 진행하여 표면 특성에 따른 나노 입자의 세포 독성을 확인하였다. 그 결과 표면 개질 전 후의 나노 입자의 독성 차이가 거의 없음을 확인하였고, TiO2의 PVP 및 PEG로의 표면 특성 변화가 독성에 영향을 끼치지 않는다는 결론을 얻었다. 추가적으로 표면 개질이 생체 분포와 생물적 축적 양상에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하고 있다. 이를 바탕으로 생체학적으로 안전하게 작용할 개선된 나노 입자를 설계하기 위한 기초 지식을 마련하는데 도움이 될 것으로 예상된다. 나노 물질은 뛰어난 물리화학적 특성을 가지므로 전기적, 화학적, 그리고 촉매적 특성이 향상되어 다양한 분야에서 많은 관심을 받고 있다. 기존 물질과는 달리 크기와 형태에 따라 다양한 특성을 나타내며, 이러한 특성이 의료 분야를 비롯한 다양한 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 제시하고 있어 지난 수십 년간 다양한 형태의 나노 물질을 개발하는 연구들이 활발히 진행되어왔다. 하지만 최근 연구에서는 이러한 물질이 인체에 부정적인 영향을 줄 수 있다는 측면이 강조되고 있지만 나노 물질에 대한 직간접 노출에 따른 독성학적 영향을 조사한 연구는 거의 드물다. 따라서 나노 물질의 독성에 대한 연구가 더욱 중요시되고 있다. 본 연구에서는 이종 금속 나노 구조체의 전기화학적 촉매 기능 뿐 만 아니라, 생체 응용 가능성을 탐구하기 위해 나노 물질의 특성에 따른 세포 독성을 조사하였다. 전기화학적 촉매 응용에서 촉매의 안정성과 H2O2 환원 효율을 높이기 위해 Cu와 Co의 시너지 효과를 활용하는 이종 금속 나노 구조체를 합성하였고, 나노 물질의 특성에 따른 세포 독성 조사를 위해 TiO2 나노 입자의 표면에 PVP 및 PEG를 코팅한 TiO2-PVP 및 TiO2-PEG를 합성하였다. 이처럼 나노 물질의 특성을 단순한 물질에서 두가지 원소의 상호작용으로 인해 향상된 성능을 나타내는 물질을 합성했고, 고분자를 활용한 표면 코팅을 통해 표면 특성과 세포 독성 간의 영향을 규명하려 하였다. 첫번째로 Cu와 Co 2가지 원소를 포함한 Hetero-metallic nanostructure을 H2O2 전기화학적 센서용 촉매로 활용한 연구이다. 다양한 H2O2 감지 기술 중에서 뛰어난 선택성과 고감도를 가지는 전기화학적 감지에 고효율 촉매를 활용하고자 하였다. Cu와 Co의 조합이 해상도 한계를 효과적으로 향상시킬 수 있어서 높은 정확도를 갖는 센서를 개발할 수 있음을 활용하고자 Antisolvent crystallization 기반 합성으로 CuCl2와 CoCl2가 용해된 용액에 antisolvent와 환원제를 차례대로 첨가하여 간단하게 이종 금속 나노 구조체를 합성하였다. Cu 나노 입자와 CoO 나노 시트가 고르게 분포된 Heterostructure는 H2O2 환원에 촉매 반응을 보였지만 Carbon black 위에 담지하여 surface areas를 높여 전기화학 성능을 향상시켰다. 이를 통해 H2O2 전기화학적 감지에 사용할 센서를 설계할 때 개별적인 성능을 나타내는 촉매를 통합하여 효과적으로 성능을 상승시킬 수 있는 가능성을 제시하였고 다양한 hetero-metallic nanostructures합성을 위한 연구 분야에 도움이 될 것이라 기대한다. 두번째로 TiO2와 표면 개질된 TiO2-PVP, TiO2-PEG를 나노 입자에 대한 생체학적 독성 연구에 적용한 예시이다. 나노 입자가 뛰어난 물리화학적 특성을 가지므로 전기적, 화학적, 그리고 촉매적 특성이 향상되어 있음에도 불구하고 인체에 노출되었을 때 부정적인 영향을 줄 수 있어 안전성 문제로 응용에 제한이 많았고 그로 인해 나노 입자의 독성과 관련된 다양한 연구가 이루어져 왔다. PVP와 PEG는 모두 표면 전하를 변화시키고 친수성을 부여함으로써 콜로이드 안정성을 제공하는 널리 사용되는 표면 안정화제이다. 본 연구에서는 이러한 안정화제가 해당 나노 입자의 생체 분포와 생물적 축적에 영향을 미칠 것으로 가설하였다. 나노 입자들에 세포를 노출시킨 후 세포 증식 분석을 실행함으로써 동일하게 표면이 개질된 TiO2-PVP 및 TiO2-PEG 나노 입자와 bare-TiO2에 대해 세포 독성의 차이를 가지고 있는지 여부를 판단하였다. 그 결과 표면 특성 변화 전 후의 나노 입자에서 유사한 세포 증식 감소가 나타났으며, TiO2는 표면 특성에 따라 독성이 변화하지 않는다는 것을 증명했다. 반용매 결정화를 기반으로 한 기술을 활용하여 비교적 쉽고 간단하게 이종 금속 나노 구조체를 합성할 수 있으며, 이를 촉매로 활용할 때 두가지 금속의 상호 작용으로 촉매 성능이 향상된다는 사실을 확인하였다. 이 기술을 활용하면 다양한 분야에서 우수한 성능을 가진 이종 금속 나노 촉매를 합성할 수 있다. 또한, 표면 개질된 나노 입자를 사용하여 금속 나노 입자의 표면 특성이 세포에 미치는 독성에 영향을 주지 않는 것을 발견하였다. 이는 앞으로 안전한 생체적용 나노 물질을 개발하는 데 중요한 배경을 제공하며, 이러한 연구 결과를 토대로 다양한 나노 물질 합성 방법과 응용 연구가 발전될 것을 기대한다.

화학사고 사례분석을 통한 취급시설 검사 방법 및 제도 개선에 관한 연구

이지수 한국산업기술대학교 산업기술·경영대학원 2021 국내석사

A Study on the Improvement of the Inspection Method and System of Hazardous chemical Handling Facilities through Case Analysis of Chemical Accident Graduate School of Industrial Technology & Management Korea Polytechnic University Department of Biochemical Engineering by Lee Ji-soo Advisor : Prof. Park seung-joon, Ph.D. Despite restrictions on safe management of chemicals in India's Bhopal, China's Tianjin port explosion, and more recently Lebanon's Beirut port, these accidents continue to cause serious human and property damage. In Korea, the Hazardous Chemicals Control Act was strengthened as the starting point of the Gumi hydrofluoric acid accident, and the Act was completely revised to the Chemical Materials Management Act. As the law is revised, standards for hazardous chemical handling facilities have been strengthened, and large and small chemical accidents are constantly occurring despite the fact that the workplace has presented its own inspection register to inspect hazardous chemical handling facilities. In this study, we investigated whether the inspection method of hazardous chemical handling facilities and the system (system for inspection and self-inspection register for safety) could actually contribute to preventing chemical accidents, and based on eight cases of chemical accidents in Siheung, Ansan, and Incheon. First, it is an institutional aspect of the inspection of the handling facility. Many businesses have been exposed to chemical accidents due to the lack of inspection personnel for the inspection of the handling facilities (operator once a year and non-operator once every two years) due to the lack of inspection personnel. In order to solve the problems in the institutional aspect, it is necessary to secure additional professional manpower that can be immediately deployed to the site and additional safety management measures considering the inspection cycle are needed. Second, it is about the improvement of items in the self-inspection register. The self-inspection register is the best legal item for preventing accidents that check hazardous chemical handling facilities once a week for abnormalities and safely managing the handling facilities from the workplace. However, there are a number of items depending on material properties, and there are many items simply to check for leakage. Hazardous chemical handling facilities are classified into nine types (manufacturing, indoor storage facilities, outdoor storage facilities, outdoor storage facilities, underground storage facilities, vehicle transport facilities, external piping facilities) depending on their purpose, If the self-inspection register of the handling facility is supplemented considering the characteristics of each handling facility, or if detailed items are added to the current self-inspection register so that practical safety inspections can be made, it can greatly contribute to the prevention of chemical accidents.

유럽연합(EU)의 신(新) 화학물질관리제도(REACH)와 국내 "화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률"의 비교분석 및 국내 제도 개선방안 연구

이선영 한양대학교 공학대학원 2014 국내석사