KR101920150B1 - 다공성 구조를 구비하는 미생물 이탈방지 케이지 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

다공성 구조를 구비하는 미생물 이탈방지 케이지 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 미생물 이탈방지 케이지 제조방법은, 카본계 물질 및 고분자를 함유하는 혼합물을 제공하는 단계, 혼합물을 3차원 프린터를 사용하여 압출하여 내부 공간을 정의하는 외벽을 구비하는 3차원 케이지를 제조하는 단계, 케이지를 탄화하여 케이지의 외벽 내에 기공을 형성하는 단계 및 내부 공간으로 미생물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 다공성 구조를 갖고, 전기전도성을 나타내는 미생물 이탈방지 케이지를 제공함으로써, 케이지 내부에 있는 미생물의 외부 유출을 방지하고, 미생물을 이용한 전기 산업 분야 등의 적용에 있어 우수한 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 미생물 이탈방지 케이지 제조에 3차원 프린팅을 이용함으로써, 기존의 제작단계를 단축시키면서 보다 다양한 형상과 크기의 케이지를 제조할 수 있다.

Description

다공성 구조를 구비하는 미생물 이탈방지 케이지 및 이의 제조방법{Cage for prevention of microbial separation having microporous structure and method for manufacturing the same}

본 발명은 케이지에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 미생물 이탈방지 케이지에 관한 것이다.

최근 환경에 대한 관심이 높아져가는 추세에 부응하여 각종의 산업시설에 의한 폐수 처리, 토양 오염 등에 대한 규제가 강화되고 있으며, 이러한 오염 문제를 해결하기 위한 다각적인 연구가 진행되고 있다. 더불어, 오염원을 처리하는 방식에 있어서도, 친환경적인 방법인 미생물을 이용한 생물학적 처리방법이 최근 각광을 받고 있다.

미생물 고정화 담체란, 담체 내에 고농도의 미생물을 포집시키고, 미생물의 대사 과정 및 대사 산물 등에 의한 파생 효과를 이용하는 것을 의미하는데, 이러한

미생물 고정화 담체는, 수 처리 산업, 식, 음료 산업(예를 들어, 발효공정), 미생물의 전자전달계를 이용한 전기생합성 분야 등 다양한 산업분야에서 활용 가능성이 기대되고 있다.

그러나, 현재까지의 미생물 고정화 담체는 수 처리 산업 분야에서는 그 활용이 비교적 활발한 편이나, 그 외의 적용분야가 다양하지 않은 실정이다. 기존의 미생물 고정화 담체는 제조방법 및 소재의 한계로 인하여, 담체의 형상 또는 크기가 다양하지 못한 문제점과, 담체 표면의 공극이 커서 미생물의 유출율이 높다는 단점이 존재하는데, 이러한 문제점이 미생물 고정화 담체가 보다 다양한 분야에 활용되지 못하는 원인 중 하나일 수 있다.

따라서, 기존의 미생물 고정화 담체에 대한 새로운 제작방법 및 소재에 대한 연구가 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0026871호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미생물의 유출 방지 특성이 개선되고, 전기전도성을 갖는 미생물 이탈방지 케이지를 제공함에 있다. 또한, 기존의 미생물 담체에 비하여 보다 다양한 모양과 크기의 미생물 이탈방지 케이지를 제조함에 있다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 다공성 구조를 구비하는 미생물 이탈방지 케이지 제조방법을 제공한다. 상기 미생물 이탈방지 케이지 제조방법은, 카본계 물질 및 고분자를 함유하는 혼합물을 제공하는 단계, 상기 혼합물을 3차원 프린터를 사용하여 압출하여 내부 공간을 정의하는 외벽을 구비하는 3차원 케이지를 제조하는 단계, 상기 케이지를 탄화하여 상기 케이지의 외벽 내에 기공을 형성하는 단계 및 상기 내부 공간으로 미생물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 외벽을 형성할 때, 상기 내부 공간 내에 다수의 셀을 정의하는 격벽 구조를 형성할 수 있다. 상기 격벽 구조 내 상기 셀의 크기는, 상기 미생물의 크기보다 크거나 같은 것일 수 있다. 상기 고분자는 폴리젖산일 수 있다.

상기 기공의 크기는 상기 미생물의 크기보다는 작은 것일 수 있다. 상기 카본계 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, 카본블랙, 카본파이버, 셀룰로오스 나노크리스탈 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.

상기 3차원 케이지를 제조하는 단계는, 상기 외벽의 일측에 주입구를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 미생물을 주입하는 단계는, 상기 미생물을 상기 주입구에 주입하는 단계 및 상기 주입 후에는, 상기 주입구를 열처리하여 상기 주입구를 봉입하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상기 미생물의 주입은, 상기 미생물을 함유하는 수화 젤을 주입하는 것일 수 있다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 다공성 구조를 구비하는 미생물 이탈방지 케이지를 제공한다. 상기 미생물 이탈방지 케이지는, 카본계 물질을 함유하고, 내부 공간을 정의하는 외벽을 구비하되, 상기 외벽에는 기공이 형성되고, 상기 내부 공간에는 미생물이 포획된 것일 수 있다.

상기 내부 공간에는 다수의 셀을 정의하는 격벽 구조가 형성된 것일 수 있다. 상기 격벽 구조 내 셀의 크기는 상기 미생물의 크기보다 크거나 같은 것일 수 있다. 상기 기공의 크기는 상기 미생물의 크기보다는 작은 것일 수 있다. 상기 카본계 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, 카본블랙, 카본파이버, 셀룰로오스 나노크리스탈 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 다공성 구조를 가지고, 전기전도성을 나타내는 미생물 이탈방지 케이지를 제공함으로써, 케이지 내부에 있는 미생물의 외부 유출을 방지하고, 미생물을 이용한 전기 산업 분야 등의 적용에 있어 우수한 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 미생물 이탈방지 케이지 제조에 3차원 프린팅을 이용함으로써, 기존의 제작단계를 단축시키고 보다 다양한 형상과 크기의 미생물 이탈방지 케이지를 제조할 수 있다.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 이탈방지 케이지 제조방법을 순서대로 나타낸 순서도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 이탈방지 케이지를 나타낸 모식도이다.
도 2b는 도 2a의 A-A'및 B-B'를 따라 취한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른 미생물 이탈방지 케이지의 표면을 관찰한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예 2에 따른 미생물 이탈방지 케이지의 전도성을 확인한 실험 결과이다.
도 5는 본 발명의 실험예 3에 따른 미생물 이탈방지 케이지 내부의 미생물 생존 여부를 확인한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 본 발명의 실험예 4에 따른 미생물 이탈방지 케이지의 미생물 이탈 방지 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예들의 미생물 이탈방지 케이지 구조의 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 이탈방지 케이지 제조방법을 순서대로 나타낸 순서도이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 이탈방지 케이지를 나타낸 모식도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A'및 B-B'를 따라 취한 단면도들이다.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 카본계 물질을 포함하는 3차원 프린터용 혼합물을 준비할 수 있다(S10). 구체적으로, 상기 카본계 물질은 전기전도성을 가지는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 카본계 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, 카본블랙, 카본파이버, 셀룰로오스 나노크리스탈 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 일 예로써, 상기 카본계 물질은 그래핀일 수 있다.

상기 혼합물은 고분자를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는 열가소성 수지, 예컨대, 아크릴로부타디엔스티렌(ABS, acrylonitrile-butadiene-styrene) 또는 폴리젖산(poly lactic acid)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일 예로써, 상기 고분자는 천연 원료 유래 수지로 생체적합성(biocompatible)이 우수한 폴리젖산(poly lactic acid)을 사용할 수 있다.

상기 혼합물은 상기 카본계 물질 및 상기 고분자를 주 성분으로 함유하는 필라멘트 형태일 수 있고, 상기 카본계 물질 및 상기 고분자가 용매에 용해되어 있는 용액 형태, 구체적으로, 잉크 형태일 수도 있다. 상기 혼합물이 필라멘트일 경우에는, 상기 카본계 물질 및 상기 고분자 외에 안정제, 가소제 및 난연제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있으며, 상기 혼합물이 잉크 형태일 경우에는 상기 용액 내에 바인더 등을 더 포함할 수도 있다.

예컨대, 상기 혼합물은 필라멘트 형태일 수 있으며, 상기 혼합물 내에서 상기 고분자는 상기 혼합물 100 중량부 대비 50 내지 95 중량부로 함유될 수 있다.

상기 혼합물을 3차원 프린터로 압출하여 3차원 케이지를 제조할 수 있다(S20). 구체적으로, 상기 혼합물은 3차원 프린터 내 노즐을 통과하여 섬유(fiber) 형태로 압출되고, 상기 섬유를 기판 상에 적층시킴으로써 3차원 구조체, 3차원 케이지를 형성할 수 있다.

구체적으로, 상기 3차원 케이지는 내부 공간을 정의하는 외벽(12)을 구비할 수 있다. 상기 외벽(12)으로 정의된 내부 공간에는 다수의 셀(11)을 정의하는 격벽(12')들이 구비될 수 있다. 즉, 상기 섬유를 3차원 프린터를 이용하여 적층시키되, 다수개의 상기 격벽(12')이 층층이 적층된 구조를 구비하는 3차원 케이지(100)를 형성할 수 있다. 이때, 상기 격벽(12'), 구체적으로 상기 격벽(12')을 형성하는 상기 셀(11)의 일측은 개방된 형태를 가짐으로써, 추후에 상기 케이지(100) 내로 미생물을 주입하였을 때 상기 미생물들이 상기 격벽(12')내, 구체적으로, 상기 각 셀(11) 내로 분산될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀(11)의 크기(D)는 수 ㎛ 내지 수천 ㎛, 구체적으로, 1 ㎛ 내지 5000 ㎛, 더 구체적으로, 100 ㎛ 내지 1000 ㎛일 수 있다.

상기 3차원 케이지(100)는 입체도형, 예컨대, 물방울 형상, 구형, 원기둥, 원뿔, 다면체 또는 다각 기둥의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 케이지(100)는 내부에 미생물을 포획시키는 미생물 이탈방지 케이지일 수 있으며, 이에 따라, 상기 케이지(100)의 외벽(12)의 일 측에는 주입구(13)를 형성할 수 있다. 상기 주입구(13)는 미생물(20)을 주입하는 구멍일 수 있다. 예를 들어, 상기 주입구(13)의 크기는 80㎛ 내지 1000㎛일 수 있다.

상기 3차원 케이지(100)를 탄화 처리하여 상기 케이지(100), 구체적으로, 상기 외벽(12) 및 격벽(12')내에 기공(10)을 형성할 수 있다(S30). 상기 탄화는 출력된 상기 3차원 케이지(100)를 열처리하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는 질소 기체 분위기에서 천천히 승온시키다가 750℃ 이상의 온도, 구체적으로, 800℃ 내지 1200℃, 더 구체적으로, 800℃ 내지 1000℃, 보다 구체적으로, 850℃ 내지 950℃의 온도에서 1시간 내지 2시간 동안 유지시키는 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 탄화는 상기 케이지(100)를 형성하는 외벽(12) 및 격벽(12')내에서 고분자, 일 예로는 폴리젖산(PLA)을 분해시켜 탄소화(carbonization)하는 것일 수 있다. 즉, 상기 탄화는 상기 고분자를 분해하여 상기 외벽(12) 및 격벽(12')내에 상기 고분자가 존재하던 자리에 다수의 기공(pore)을 형성하여, 다공성 구조를 갖는 3차원 케이지(100)를 제조할 수 있다. 상기 기공(10)은 상기 케이지(100)의 표면 및 내부에, 구체적으로, 상기 케이지(100)의 골격을 형성하는 외벽(12) 및 격벽(12')에 모두 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 기공(10)의 크기(d)는 수 nm 내지 수천 nm, 구체적으로, 1nm 내지 1000nm, 더 구체적으로, 5nm 내지 500nm, 보다 구체적으로, 10nm 내지 450nm일 수 있다.

상기 케이지(100) 내부로 미생물(20)을 주입할 수 있다(S40). 구체적으로, 상기 탄화 처리 후에 상기 케이지(100)를 상온(25℃) 근처까지 냉각시킨 후, 상기 케이지(100)의 주입구(13)에 주사기 등을 통하여 미생물(20)을 주입할 수 있다. 상기 미생물(20)의 종류에는 크게 제한이 있는 것은 아니며, 예를 들어, 상기 미생물(20)은 발효미생물(microzyme) 또는 호기성 미생물일 수 있으며, 기능적으로는 전자를 방출할 수 있는 미생물일 수 있다. 예컨대, 상기 미생물(20)은 대장균, 누룩균, 황균, 고초균, 젖산균, 효모균, 방선균, 아질산화균, 질산화균, 수소세균, 철세균, 호기적질소고정균, 메탄생성균, 지오박터 및 아세토젠으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.

예를 들어, 상기 기공(10)의 크기(d)는 상기 미생물(20)의 크기(l)보다는 작을 수 있다. 상기 셀(11)의 크기(D)는 상기 미생물(20)의 크기(l)보다 크거나 같을 수 있다.

상기 미생물(20)은 수화젤(hydrogel), 구체적으로 열가역적 수화젤과 함께 주입될 수 있다. 구체적으로, 상기 미생물(20)이 포함된 수용액에 수화젤용 고분자(ex. 상품명: Pluronic F-127)를 약 20% 이상이 첨가된, 미생물을 함유하는 수화젤(30)을 형성한 다음 상기 케이지(100) 내로 주입될 수 있다.

이때, 상기 수화젤은 일정 온도 이하, 일 예로, 10℃ 이하의 온도이거나, 상기 수화젤의 농도가 일정 농도 이하, 일 예로, 15% 이하의 농도일 경우에 겔 상태에서 액체 상태로 변하는 특성을 가지는데, 이러한 상기 수화젤의 특성을 이용하여 상기 미생물(20)을 상기 케이지(100) 내로 용이하게 주입할 수 있으며, 상기 미생물(20)을 외부 오염으로부터 보호할 수 있다.

구체적으로, 상기 미생물(20)을 케이지(100) 내로 주입하기 전에는 상기 미생물을 함유하는 수화젤(30)을 겔상으로 만들어 보관하고, 상기 수화젤(30)의 온도 또는 점도를 조절하여 액상의 형태로 만든 다음 상기 케이지(100) 내로 주입할 수 있으며, 주입 후에는 상온(25℃)에서 다시 겔상으로 변화시킬 수 있다. 이로써, 상기 미생물(20)을 상기 케이지(100) 내로 주입하기 전과 주입 후에 외부 오염으로부터 보호할 수 있다. 또한, 주입된 상기 미생물(20)은 상기 격벽(12') 내, 구체적으로 셀(11) 내에서 각각 고루 분산되어 포획될 수 있다.

상기 케이지(100)의 주입구(13)를 봉입할 수 있다(S50). 상기 미생물(20)의 주입이 이루어진 후에 상기 주입구(13), 구체적으로 상기 주입구(13) 주변의 외벽(12)을 열처리하여 녹임으로써, 상기 주입구(13)을 봉입할 수 있다. 이때의 열처리 온도는 200℃ 내지 350℃일 수 있다.

상기 케이지(100) 내로 주입된 미생물(20)은 상기 케이지(100) 내부에 형성된 상기 격벽(12') 내 셀(11)에 포획될 수 있다. 이때, 상기 셀(11)의 크기(D)는 상기 미생물(20)의 크기(l)보다 크거나 같을 수 있다. 이에 따라, 상기 셀(11) 내에 상기 미생물(20)들이 고루 분산되어 포획될 수 있어 상기 케이지(100) 내 미생물(20)의 응집을 막는 효과를 발휘할 수 있다.

상기 케이지(100)는 상기 미생물(20)이 상기 케이지(100)의 내부, 구체적으로, 상기 셀(11) 내에는 포획되면서 상기 케이지(100)의 표면의 기공(10)으로는 유출되지 않음으로써, 미생물의 이탈 방지 효과를 높일 수 있다. 단, 상기 기공(10)으로는 화학물질을 포함하는 매질, 예를 들어, 상기 미생물(20)의 대사산물 및 상기 미생물(20)의 영양원의 이동은 가능할 수 있다. 이때, 미생물(20)에 의해 합성된 전자 또한 상기 매질을 통하여 이동할 수 있다. 또한, 상기 케이지(100)의 구조체 자체는 카본계 물질, 즉, 전기전도성이 우수한 소재로 이루어져, 예를 들어 미생물 연료전지 등에서 상기 3차원 미생물 케이지(100)를 전극으로 활용할 수 있다.

나아가, 본 발명의 미생물 이탈방지 케이지(100)는 3차원 프린팅을 이용하여 형성된 것으로 혼합물의 압출만으로 제작이 가능하여, 기존의 제작 공정 중, 특히 건조 및 숙성 단계를 거쳐야 하는 복잡한 제조공정을 단축시키는 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 미생물 이탈방지 케이지(100)는 다양한 형상과 크기로의 제작이 가능하여, 현재 미생물 고정화 담체가 사용되고 있는 수 처리 분야 이외에, 식, 음료 산업 분야 등 보다 다양한 산업 분야에도 널리 활용될 수 있을 것으로 예측된다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실험예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

< 제조예 1: 다공성 구조를 구비하는 미생물 이탈방지 케이지 제조>

그래핀 20g 및 폴리젖산 80g을 함유하는 필라멘트를 3차원 프린터로부터 용융 및 압출하여 3차원 케이지를 제조하였다. 제조된 3차원 케이지를 고온 전기로를 이용하여 질소기체 분위기에서 850℃의 온도로 1시간 30분간 열처리하여, 다공성 구조를 갖는 미생물 이탈방지 케이지를 제조하였다.

한편, 수화젤용 고분자(상품명: Pluronic F-127)을 4℃이하의 환경에서 대장균이 포함된 용액에 20% 첨가하여 미생물이 포함된 수화젤을 제작하였다. 상기 케이지를 상온으로 냉각시킨 다음, 주사기를 이용하여 상기 케이지의 주입구로 액상의 상기 미생물이 포함된 수화젤을 주입하였다. 그 다음에, 상기 케이지의 주입구를 220℃로 열처리하여 상기 주입구를 봉입하였다.

< 실험예 1: 미생물 이탈방지 케이지의 다공성 구조 확인>

탄화 과정을 통해 형성된 케이지의 다공성 구조를 확인하기 위해 물방울 모양의 미생물 이탈방지 다공성 케이지의 바닥면과 옆면의 표면형상을 주사전자현미경(SEM) 촬영하였다. 또한, 상기 케이지에 물을 투입하여 물 흡수 양상을 관찰하였다.

< 실험예 2: 미생물 이탈방지 케이지의 전기전도성 확인>

제조예 2에 의하여 제조된 미생물 이탈방지 케이지와, 그래핀과 유사한 탄소 기반 재료인 그물모양의 유리질 탄소(Reticulated vitreous carbon, RVC)로 형성된 전극의 전기전도성을 측정하였다. 각 재료의 샘플 크기를 1 ㎝ × 1 ㎝ × 1 ㎝ 로 하였고, 전기전도성 측정 방법으로는 멀티미터를 이용하여 저항을 측정함으로써 전기전도성을 확인하였다.

< 실험예 3: 미생물 이탈방지 케이지 내 미생물 생존 확인>

제조예 2에 의하여 제조된 미생물 이탈방지 케이지를, 일정시간 경과 후에 케이지 내부 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영함으로써 확인하였다.

< 실험예 4: 미생물 이탈방지 케이지 내 미생물 이탈 방지 확인>

식염수가 담겨진 코니칼 튜브에 미생물 이탈방지 케이지를 넣은 후 일정 시간 간격을 두고 코니칼 튜브 내 용액의 성분들을 추출하여 미생물의 세포 밀도를 측정함으로써 미생물 유출 여부를 확인하였다. 미생물의 세포 밀도는 분광광도계(UV-Visible Spectrophotometer)를 이용하여 600 nm 파장의 흡광도 측정을 통해 확인하였다. 실험 결과 시간에 따라 추출한 용액의 흡광도가 0.036 내지 0.037로 일정하게 유지되었다.

도 3은 본 발명의 실험예 1에 따른 미생물 이탈방지 케이지의 표면을 관찰한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

도 3을 참조하면, 탄화 과정을 통해 약 100 ㎚ 두께의 그래핀 섬유가 적층된 형태로 형성됨을 확인하였다. 또한, 물 흡수 실험 결과 탄화 과정 후 상기 케이지가 물을 흡수한 뒤 다시 물을 투과시키는 것을 확인할 수 있었다. 이로써, 상기 케이지의 표면 및 내부에 다수의 기공이 형성되었음을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실험예 2에 따른 미생물 이탈방지 케이지의 전도성을 확인한 실험 결과이다.

도 4를 참조하면, 그래핀으로 형성된 미생물 이탈방지 케이지가 RVC로 형성된 전극에 비하여 전기전도도가 더욱 향상되었음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 실험예 3에 따른 미생물 이탈방지 케이지 내부의 미생물 생존 여부를 확인한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

도 5를 참조하면, 미생물 이탈방지 케이지 내부, 구체적으로, 격벽 내 셀에 미생물이 생존하여 부착되어 있음을 관측하였다. 관찰결과, 상기 미생물의 생존기간은 최소 약 7일이었다.

도 6은 본 발명의 실험예 4에 따른 미생물 이탈방지 케이지의 미생물 이탈 방지 실험 결과를 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 20분, 1시간, 3시간, 9시간 및 24시간이 경과하여도 흡광도가 유지되는 것으로 보아, 미생물의 이탈율이 0에 가까운 효율을 보임을 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예들의 미생물 이탈방지 케이지 구조의 사진이다.

도 7을 참조하면, 3차원 프린터를 이용하여 제조된 미생물 이탈방지 케이지의 형상이 다양하게 형성될 수 있음을 보여준다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100: 미생물 이탈방지 케이지 10: 기공
11: 셀 12: 외벽
12': 격벽 13: 주입구
20: 미생물 30: 미생물을 함유하는 수화젤
d: 기공의 크기 D: 셀의 크기
l: 미생물의 크기

Claims (13)

1. 카본계 물질 및 고분자를 함유하는 혼합물을 제공하는 단계;
   상기 혼합물을 3차원 프린터를 사용하여 압출하여 내부 공간을 정의하는 외벽을 구비하는 3차원 케이지를 제조하는 단계;
   상기 케이지를 탄화하여 상기 케이지의 외벽 내에 기공을 형성하는 단계; 및
   상기 내부 공간으로 미생물을 주입하는 단계를 포함하는 미생물 이탈방지 케이지 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 외벽을 형성할 때, 상기 내부 공간 내에 다수의 셀을 정의하는 격벽 구조를 형성하는 것인 미생물 이탈방지 케이지 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 격벽 구조 내 상기 셀의 크기는, 상기 미생물의 크기보다 크거나 같은 것인 미생물 이탈방지 케이지 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 고분자는 폴리젖산인 것인 미생물 이탈방지 케이지 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기공의 크기는 상기 미생물의 크기보다는 작은 것인 미생물 이탈방지 케이지 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 카본계 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, 카본블랙, 카본파이버, 셀룰로오스 나노크리스탈 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것인 미생물 이탈방지 케이지 제조방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 3차원 케이지를 제조하는 단계는, 상기 외벽의 일측에 주입구를 형성하는 단계를 더 포함하고,
   상기 미생물을 주입하는 단계는,
   상기 미생물을 상기 주입구에 주입하는 단계; 및
   상기 주입 후에는, 상기 주입구를 열처리하여 상기 주입구를 봉입하는 단계를 포함하는 것인, 미생물 이탈방지 케이지 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 미생물의 주입은,
   상기 미생물을 함유하는 수화 젤을 주입하는 것인 미생물 이탈방지 케이지 제조방법.
9. 내부공간을 정의하는 외벽; 및
   상기 내부공간에 형성되고, 내부에 미생물을 포획하는 다수의 셀을 정의하는 격벽들을 포함하고,
   상기 외벽 및 상기 격벽들은 기공을 구비하고,
   상기 격벽에 의해 정의되는 셀의 크기는 상기 미생물의 크기보다 크거나 같고,
   상기 외벽의 기공의 크기는 상기 미생물의 크기보다는 작고,
   상기 외벽 및 격벽들은 카본계 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는, 미생물 이탈방지 케이지.
10. 제9항에 있어서,
    상기 미생물 이탈방지 케이지는 미생물 연료전지용 전극으로 사용되는 것인, 미생물 이탈방지 케이지.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제9항에 있어서,
    상기 카본계 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 그라파이트, 카본블랙, 카본파이버, 셀룰로오스 나노크리스탈 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것인 미생물 이탈방지 케이지.

Images