| 초록 |
연구개요 · 본 연구과제는 폐자원들의 산화/수화 동시 반응을 위한 광촉매(Photocatalysis)-효소 하이브리드 촉매반응으로 발생한 전자를 멤브레인에 삽입된 메탈단백질의 빠른 전자전달을 통해 분자촉매를 연결하여 효과적인 수소 생산을 위한 전자 전달메카니즘 연구를 목표로, 무한의 태양 빛과 폐기물 자원화를 위한 광촉매, 생촉매, 분자촉매를 사용을 통해서 수소 및 전기를 생산하는 광바이오전기화학반응(photobioeletrochemical) & 키모효소연속반응(chemoenzymatical)이 결합된 신재생에너지 모델을 제안하는 것으로 waste to product라는 패러다임 제안을 목적으로 함 연구 목표대비 연구결과 · 멤브레인 단백질의 분리 및 분석: 소수성 단백질이 삽입되어 안정화 될 수 있는 프로테오리포좀을 제작해 사용하기 위한 MtrCAB 단백질을 발현 후 정제하여 리독스 특성 확인함. · 프로테오리포좀 제조 최적화: 프로테오리포좀 제작의 최적화를 위해 계면활성제로 n-Octylglucoside (OG)가, 인지질로서 E. coli Polar Lipid Extract를 빠른 희석법을 이용한 방법중 4.5 wt% 를 비율로 이용할 때 MtrCAB단백질이 많은 양이 삽입되어 프로테오리포좀 제작됨 · 친수성물질이 동시 캡슐화된 프로테오리포좀 제조방법: MtrCAB이 리포좀 내부로 삽입과 동시에 친수성 물질인 RR120 캡슐화를 확인하기 위해 sodium dithionite를 첨가하여, 산화된 MtrCAB단백질을 환원시킬 경우, MtrCAB이 없이는 리포좀 내부의 RR120이 환원되지 못함이 확인되었고, MtrCAB가 리포좀 내로 삽입되었을 경우, 외부의 전자 주개인 sodium dithionite에 의해 발생된 전자가 MtrCAB를 환원시키고, 환원된 MtrCAB가 산화되면서 전자를 리포좀 내부로 이동하여 RR120이 환원됨 · 프로테오리포좀의 분광전기화학연구: 백금전극으로부터 발생시킨 전자의 MtrCAB에 의한 전달 과정을 확인한 결과 MtrCAB이 없이는 리포좀 내부의 RR120이 환원되지 못함이 확인되었고, MtrCAB가 리포좀 내로 삽입되었을 경우, 외부의 백금 전극으로부터 공급받은 전자에 의해 MtrCAB를 환원시키고, 환원된 MtrCAB가 산화되면서 전자를 리포좀 내부로 이동하여 RR120이 환원됨 · 프로테오리포좀 내로의 수소전환 촉매의 캡슐화 연구: 수소 전환 촉매인 CoP, Pt 나노입자를 동시에 캡슐화하여 프로테오리포좀을 제작하여 수소가 생산되는 반응에 대한 결과를 확인한 결과 미량의 나노입자로 인한 수소발생 여부를 확인하기 어려웠음을 확인할 수 있고, 멤브레인에 영향을 줄수 있는 valinomycin 투입을 통해 내부의 수소환원을 위한 MtrCAB의 역할을 확인하기 위한 실험을 수행하였으나, 결과를 해석하기 어려움, 또한 멤브레인에 영향을 줄수 있는 CCCP 투입을 통해 내부의 수소환원을 위한 MtrCAB의 역할을 확인하기위한 실험을 수행하였으나, valinomycin 영향을 해석하기 어려움을 재확인하였음 · 광촉매 합성 및 제작: RuP-TiO<sub>2</sub> 광촉매 및 CdS 광촉매를 합성하였고 이화학분석을 통해 특성을 확인함 · 광촉매/수소촉매가 캡슐화된 프로테오리포좀의 전자 전달 반응 연계 연구:MtrCAB이 리포좀 내부로 삽입과 동시에 수소촉매인 Cobaloxime Complex (CoP)를 동시에 캡슐화시켰고, 광촉매 및 전자주개를 이용하여 연구한 결과 수소촉매 이전에 다른 전자주개를 통한 연구를 수행하는 것이 필요함을 확인함. · 합성한 광촉매로부터 발생한 전자가 프로테오리포좀의 단백질을 통해 이동되어 내부의 전자수용체의 환원 반응성 및 최적화 연구: 광촉매로 RuP-TiO<sub>2</sub>, CdS, CD를 빛에너지로 여기 시켜 발생된 전자를 MtrCAB에 의한 전달 과정을 확인한 결과 본 시스템으로의 수소생산 가능성은 확인하였지만, 수소촉매의 캡슐 로딩 효율을 높이는 것이 가장 중요한 이슈임을 재차 확인함. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) · 융합기술의 핵심으로서 산업적으로 유용한 태양에너지 전환 및 연료화 기술개발의 중요한 원천기술 뿐만 아니라 수소경제화를 실현가능한 친환경 기술 개발에 활용 · 최근 이슈가 되고 있는 미세플라스틱을 처리할 수 있는 환경 기술로서 이용가능하며, 다양한 환경 오염물들의 처리기술에 바이오분자 기반의 친환경적인 방법으로 활용 · 바이오연료의 원료 수급을 위한 저가의 비용으로 확보할 수 있는 기술로서 이용 가능하며, 다양한 바이오매스 처리 및 재활용 기술에 융합기반의 연구 방법으로 활용 · 광촉매 디자인 및 응용 연구의 확산을 통해 생체모방시스템 산업에 중요한 영향을 미칠 것이며, 광전기화학 분야의 광합성 관련 기작 분야 연구에 기초적 연구 자료로 제공 및 활성화를 가져올 것임 · 장기적으로 에너지·환경 융합 공학에 대한 새로운 접근 방식에 기여하고, 정밀 화학제품의 생산에 있어서 다양한 플랫폼의 전망을 제공하며, 미래의 다양한 분야에서 에너지, 환경, 생명공학, 화학 등에 융합 기술을 위한 토대가 될 것임 · 고부가가치의 이윤을 창출하는 새로운 바이오화학 기술 개발에 초석이 되고 나아가 경제적 수익을 창출하는 미래 산업 기술로의 발전에 기여할 수 있음. (출처 : 요약문 2p) |
