KR102316040B1 - 폴리디아세틸렌을 포함하는 결빙 방지용 조성물 - Google Patents

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KR102316040B1 KR1020190159101A KR20190159101A KR102316040B1 KR 102316040 B1 KR102316040 B1 KR 102316040B1 KR 1020190159101 A KR1020190159101 A KR 1020190159101A KR 20190159101 A KR20190159101 A KR 20190159101A KR 102316040 B1 KR102316040 B1 KR 102316040B1
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Abstract

본 발명은 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물 및 이를 이용한 결빙 방지 방법으로, 얼음 재결정화를 억제함으로써 우수한 결빙 방지 효과를 나타낼 수 있다.

Description

폴리디아세틸렌을 포함하는 결빙 방지용 조성물 {A COMPOSITION FOR ANTIFREEZE COMPRISING POLYDIACETYLENE}
본 발명은 결빙 방지용 조성물 및 결빙 방지 방법에 관한 것이다.
결빙 방지제는 빙점 이하의 온도에서 시료의 결빙을 방지하기 위한 물질로, 화합물, 단백질, 당단백질, 탄수화물 등 다양한 물질이 결빙 방지제로 사용될 수 있다. 결빙 방지제는 물이 얼음으로 결정화되는 것을 방지해주거나 얼음이 해동된 후 재결정화되는 과정을 억제하는 역할을 할 수 있다.
한편, 재결정화를 통해 성장한 얼음 결정은 냉동된 시료를 손상시킬 수 있다. 예를 들어, 각종 세균, 효모, 혈소판, 적혈구, 난자 및 정자, 배 등 전 세포(whole cell)의 장기 보존 시, 얼음이 재결정화에 의해 세포가 파괴될 수 있다. 다른 예를 들어, 얼음의 재결정화에 의해 냉동식품의 맛과 형태 등이 변형될 수 있다. 따라서, 결빙 방지제는 바이오 의학 분야, 식품산업분야, 농수산 분야 등 다양한 분야에서 시료를 보호하기 위해 중요한 역할을 할 수 있으며, 보다 우수한 결빙 방지 효과를 나타내는 물질의 개발이 필요하다.
한국공개특허 제10-2009-0045454호
본 발명은 결빙 방지용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 결빙 방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 폴리디아세틸렌(polydiacetylene; PDA)을 포함하는 결빙 방지용 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 화합물인, 결빙 방지용 조성물:
[화학식 2]
Figure 112019124916524-pat00001
상기 화학식 2 에서,
R1및 R4는 각각 C1 내지 C30의 알킬기이고;
R2 및 R5는 각각 C1 내지 C30의 알킬기이고;
R3 및 R6은 각각 에폭시기, 아지리딘기, 벤조산기, 말레이미드기, -OH, -COOH, -COH, -NCO, -NCS, -CON3, CH2C(NH2+)OCH3, -OP(O2-)OH 또는 -SH 이다.
3. 위 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 소포(vesicle) 형태인, 결빙 방지용 조성물.
4. 위 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 판상(plate) 형태인, 결빙 방지용 조성물.
5. 위 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-펜타코사딘-1-올(10,12-Pentacosadiyn-1-ol), 10,12-펜타코사디노익산(10,12-Pentacosadiynoicacid), 10,12-헤네이코사디노익산(10,12-Heneicosadiynoicacid) 및 10, 12-트리코사디노익산(10,12-Tricosadiynoicacid)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 모노머로부터 중합된, 결빙 방지용 조성물.
6. 위 1에 있어서, 하기 수학식 1로 계산된 상기 조성물의 재결정화 억제(RI) 값은 0.05 내지 0.9인, 결빙 방지용 조성물:
[수학식 1]
RI(Recrystalization Inhibition)=(정제수에 폴리디아세틸렌이 첨가된 조성물의 상위 10개의 얼음 입자의 평균 면적)/ (정제수의 상위 10개의 얼음 입자의 평균 면적).
7. 위 1에 있어서, 상기 조성물은 식품, 약품, 색소, 농화학제 및 생물학적 재료 중 적어도 하나의 결빙 방지용인, 조성물.
8. 위 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-트리코사디노익산 및 10,12-펜타코사딘-1-올 중 적어도 하나를 클로로포름에 용해시켜 제조된 것인, 결빙 방지용 조성물.
9. 위 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-트리코사디노익산 및 10,12-펜타코사딘-1-올 중 적어도 하나를 테트라하이드로퓨란에 용해시켜 제조된 것인, 결빙 방지용 조성물.
10. 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물을 시료에 첨가하여 시료의 결빙을 저해하는 결빙 방지 방법.
11. 위 10에 있어서, 상기 시료는 식품, 약품, 색소, 농화학제 및 생물학적 재료 중 적어도 하나인, 결빙 방지 방법.
본 발명 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물은 우수한 결빙 방지 효과, 구체적으로, 얼음 재결정화 억제 효과를 나타낼 수 있다. 본 발명 조성물을 세포 배양액이나 냉동 식품 등에 포함시켜 얼음 재결정화에 의한 세포나 식품의 변형을 억제할 수 있다.
도 1은 소포 형태 PDA의 구조와 형태학적 분석 결과를 나타낸다.
도 2는 판상 형태 PDA 구조와 형태학적 분석 결과를 나타낸다.
도 3은 소포 형태 및 판상 형태 PDA의 IRI 분석 결과를 나타낸다.
도 4는 TCDA 모노머로부터 중합된 소포 형태의 PDA와 판상 형태의 PDA의 얼음의 재결정화 억제 효과를 비교한 결과를 나타낸다.
도 5는 TCDA와 PCD-ol(4:1의 몰 비율) 모노머로부터 중합된 소포 형태의 PDA와 판상 형태의 PDA의 얼음의 재결정화 억제 효과를 비교한 결과를 나타낸다.
도 6은 TCDA와 PCD-ol(1:1의 몰 비율) 모노머로부터 중합된 소포 형태의 PDA와 판상 형태의 PDA의 얼음의 재결정화 억제 효과를 비교한 결과를 나타낸다.
도 7은 PCD-ol 모노머로부터 중합된 소포 형태의 PDA와 판상 형태의 PDA의 얼음의 재결정화 억제 효과를 비교한 결과를 나타낸다.
도 8은 음성대조군의 재결정화 광학이미지를 나타낸다.
도 9는 광학 이미지와 형광 이미지 분석을 통한 소포 형태 PDA의 분포를 나타낸다.
도 10은 광학 이미지와 형광 이미지 분석을 통한 판상 형태 PDA의 분포를 나타낸다.
본 발명 용어 "결빙 방지"는 어는점을 낮추거나, 얼음이 형성되지 않도록 하거나 얼음 형성 속도를 늦추거나, 얼음의 재결정화가 되지 않도록 하거나, 얼음 재결정화 속도를 늦추거나, 얼음 결정의 크기를 작게 유지하는 작용을 의미하며, “항동결”, “항-동결”, “동결 제어”, “결빙 제어”, “동결 억제” 및 “결빙 억제”와 상호 교환적으로 사용 가능하다.
본 발명 용어 “얼음 재결정화(Ice recrystallization; IR)”는 작은 얼음 결정이 큰 얼음 결정으로 성장하는 과정을 의미하며, 융해-확산-재동결 또는 승화-확산-응축 메커니즘으로 진행될 수 있다. 얼음은 부분적으로 얼어붙은 환경에서의 냉각조건이나, 얼어붙은 물질의 온도 변동으로 인해 거듭 발생한다. 이는 아이스크림과 같은 냉동 식품의 보관 중 부드러운 질감 손실과 품질 저하의 주요 원인 중 하나이다. 또한, 냉동 보존에서 해동 중 얼음의 재결정화는 세포막을 손상시키고 세포 탈수를 진행시킴으로 인해, 세포 및 조직을 손상시킨다.
본 발명은 폴리디아세틸렌을 포함하는 결빙 방지용 조성물을 제공한다.
상기 폴리디아세틸렌은 디아세틸렌(diacetylene)을 포함하는 모노머들이 중합되어 생성된 중합체로, 폴리아세틸렌을 중합하기 위해 사용되는 모노머의 종류는 하나 이상일 수 있다.
상기 디아세틸렌을 포함하는 모노머는 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112019124916524-pat00002
상기 화학식 1 에서,
R1은 C1 내지 C30의 알킬기이고,
R2는 C1 내지 C30의 알킬기이며,
R3은 에폭시기, 아지리딘기, 벤조산기, 말레이미드기, -OH, -COOH, -COH, -NCO, -NCS, -CON3, CH2C(NH2+)OCH3, -OP(O2-)OH, 또는 -SH 일 수 있다.
본 발명의 용어 "알킬"은 다른 기재가 없는 한, 직쇄 또는 분지쇄 또는 고리형의 포화 탄화수소로, C1 내지 C30의 치환되거나 치환되지 않은, 직쇄, 분지쇄, 또는 고리형 포화 탄화수소를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 화학식 1의 화합물은 R1이 C3 내지 C15의 알킬기이고, R2가 C3 내지 C15의 알킬기이고, R3은 -OH 또는 -COOH인 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 화학식 1의 화합물은 R1이 C7 내지 C15의 알킬기이고, R2가 C5 내지 C10의 알킬기이고, R3은 -OH 또는 -COOH인 화합물일 수 있다. 예를 들어, 화학식 1의 화합물은 10,12-펜타코사딘-1-올, 10,12-펜타코사디노익산, 10,12-헤네이코사디노익산 및 10,12-트리코사디노익산으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물은 양쪽성 성질에 의해 수용액과 계면을 형성하므로 리포좀, 마이셀, Langmuir Blodgett 또는 Langmuir Schaeffer 필름 등과 같이 자기 조립이 가능하다.
상기 폴리디아세틸렌은 중합체 주쇄(main chain)에 이중결합과 삼중결합이 교대로 존재하는 형태일 수 있다.
상기 폴리디아세틸렌은 화학식 2의 반복단위를 포함하는 화합물일 수 있다:
[화학식 2]
Figure 112019124916524-pat00003
상기 화학식 2 에서,
R1및 R4는 각각 C1 내지 C30의 알킬기이고,
R2 및 R5는 각각 C1 내지 C30의 알킬기이며,
R3 및 R6은 각각 에폭시기, 아지리딘기, 벤조산기, 말레이미드기,-OH, -COOH, -COH, -NCO, -NCS, -CON3, CH2C(NH2+)OCH3, -OP(O2-)OH, 또는 -SH 일 수 있다.
본 발명 용어 '반복단위(repeat units)'는 중합체의 기본이 되는 단위체(mer)로, 중합체 내에서 반복되는 단위를 의미한다.
상기 폴리디아세틸렌은 적어도 하나의 상기 모노머들이 중합된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리디아세틸렌은 상기 모노머들이 수용액상 가까이 위치할 때 자외선을 쬐는 과정을 거쳐 중합된 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 모노머들이 자기조립(self-assembly) 됐을 때, 자외선을 쬐는 과정을 거쳐 중합된 것일 수 있다. 상기 모노머들은 비공유결합, 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니나, 반데르발스힘, 수소 결합, 친수성 상호작용, 또는 소수성 상호작용을 통해 자기조립 될 수 있다.
상기 폴리디아세틸렌은 10,12-펜타코사딘-1-올 및 10, 12-트리코사디노익산 중 적어도 하나의 모노머로부터 중합된 것일 수 있다.
일 구현예로, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-펜타코사딘-1-올 모노머로부터 중합된 것일 수 있다.
다른 구현예로, 상기 폴리디아세틸렌은 10, 12-트리코사디노익산 모노머로부터 중합된 것일 수 있다.
또 다른 구현예로, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-펜타코사딘-1-올 1 몰 대비 10, 12-트리코사디노익산 1 몰 내지 7 몰 비율로 중합된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-펜타코사딘-1-올 1 몰 대비 10, 12-트리코사디노익산 1 몰 내지 7 몰, 2 몰 내지 6 몰, 3 몰 내지 5 몰 비율로 중합된 것일 수 있다.
또 다른 구현예로, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-펜타코사딘-1-올 1 몰 대비 10, 12-트리코사디노익산 0.1 몰 내지 2 몰 비율로 중합된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-펜타코사딘-1-올 1 몰 대비 10, 12-트리코사디노익산 0.1 몰 내지 2 몰, 0.2 몰 내지 1.9 몰, 0.3 몰 내지 1.8 몰, 0.4 몰 내지 1.6 몰, 0.5 몰 내지 1.5 몰, 0.6 몰 내지 1.4 몰, 0.7 몰 내지 1.3 몰, 0.8 몰 내지 1.2 몰, 0.9 몰 내지 1.1몰 비율로 중합된 것일 수 있다.
상기 폴리디아세틸렌은 10,12-트리코사디노익산 및 10,12-펜타코사딘-1-올 중 적어도 하나를 클로로포름 또는 테트라하이드로퓨란에 용해시켜 제조된 것일 수 있다.
상기 폴리디아세틸렌은 10,12-트리코사디노익산 및 10,12-펜타코사딘-1-올 중 적어도 하나를 클로로포름 또는 테트라하이드로퓨란에 용해시켜 혼합물을 만들고 상기 혼합물을 자외선에 노광하여 제조된 것일 수 있다.
상기 폴리디아세틸렌은 특정 조건에서 자기조립되어 선형, 소포 형태 또는 판상 형태로 존재할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 판상 형태는 모노머들이 비공유결합, 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니나, 반데르발스힘, 수소 결합, 친수성 상호작용, 또는 소수성 상호작용을 통해 형성된 2차원 또는 3차원 형태일 수 있다.
본 발명 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물은 결빙 방지 효과를 나타낼 수 있다.
상기 결빙 방지 효과는 시료의 얼음 성장 억제 또는 얼음 재결정화를 억제함으로써 나타나는 것일 수 있다.
본 발명 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물의 얼음 재결정화 억제 정도는 하기 수학식 1에 의해 계산된 RI(Recrystalization Inhibition) 값으로 확인할 수 있다:
[수학식 1]
RI=(정제수에 폴리디아세틸렌이 첨가된 조성물의 상위 10개의 얼음 입자의 평균 면적)/ (정제수의 상위 10개의 얼음 입자의 평균 면적).
폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물의 RI 값은 0.01 내지 1.3 일 수 있으며, 예를 들어, 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물의 RI 값은 0.01 내지 1.3, 0.02 내지 1.2, 0.03 내지 1.1, 0.04 내지 1 또는 0.05 내지 0.9일 수 있으며, 구체적으로, 0.05 내지 0.9 일 수 있다.
폴리디아세틸렌 형태의 관점에서, 판상 형태의 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물이 소포 형태의 폴리아세틸렌을 포함하는 조성물 보다 우수한 얼음 재결정화 억제 효과를 나타낼 수 있다.
즉, 폴리디아세틸렌의 농도가 동일한 경우, 판상 형태의 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물의 RI 값은 소포 형태의 폴리아세틸렌을 포함하는 조성물의 RI 값 보다 낮을 수 있다.
한편, 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물의 얼음 재결정화 억제 효과는 폴리디아세틸렌의 중합을 위해 사용된 모노머의 종류나 사용된 모노머의 비율 등에 의해 크게 영향을 받지 않을 수 있다.
본 발명 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물은 식품, 약품, 색소, 농화학제 또는 생물학적 재료 중 적어도 하나의 결빙 방지용 조성물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 생물학적 재료는 원핵 세포; 진핵 세포; 미생물; 동물 세포; 암 세포, 정자; 난자; 성체 줄기 세포, 배아 줄기 세포, 역분화 줄기 세포를 포함하는 줄기 세포; 제대혈, 백혈구, 적혈구, 및 혈소판을 포함하는 혈액 세포; 신장 세포, 간 세포, 및 근육 세포를 포함하는 조직 세포, 기관, 또는 조직일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물을 첨가하여 시료의 결빙을 저해하는 결빙 방지 방법을 제공한다.
폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물에 대해서는 전술하였는바, 자세한 설명은 생략한다.
상기 결빙 방지 방법은 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물을 결빙을 방지하고자 하는 시료에 첨가하여, 얼음 재결정화를 억제함으로써 시료의 결빙을 방지하는 것일 수 있다.
상기 시료는 냉동식품, 약품, 농화학제, 색소 또는 생물학적 재료를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 냉동식품은 아이스크림, 냉동 과일, 정육 등 낮은 온도에서 보관이 필수적인 식품을 의미할 수 있다.
구체적으로, 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물은 아이스크림, 얼려먹는 요거트, 아이스 블렌드, 슬러리 등의 냉동 디저트류에서 얼음 재결정화로 인해 큰 얼음 결정이 생성되는 것을 방지함으로써, 냉동식품의 얼음 결정 구조를 미세하게 유지하여 냉동식품의 맛과 질을 향상시킬 수 있다.
또한, 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물은 냉동 과일, 냉동 야채 및 정육 등의 냉동 혹은 저온 보관 식품의 냉동 상태에서 얼음 재결정화로 인해 큰 얼음 결정이 생성되는 것을 방지함으로써, 식품의 맛과 질을 유지시킬 수 있다.
또한, 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물은 세포와 같은 생물학적 재료의 냉동 및 해동 과정에서 얼음 재결정화로 인해 큰 얼음 결정이 생성되는 것을 방지함으로써, 세포의 생존, 형태 또는 기능을 유지시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.
실시예
1. 폴리디아세틸렌(PDA) 제조
1-1 TCDA를 이용한 PDA 제조
1-1-1. 소포형 PDA 제조
10,12-트리코사디노익산 6.93 mg을 클로로포름에 녹이고, 0.22 μm PTFE 필터로 여과 하였다. 질소 또는 비활성 기체(inert gas)을 주입하여 상기 소수성 용매 클로로포름을 날려주었다. 여기에 상기 단량체의 총 농도가 1.0 mM이 되도록 3차 증류수를 더한 후 80℃ 수조(water bath)에서 15분 동안 가열하여 분산시켰다. 상기 혼합물에 15분간 초음파 처리(Fisher Sonic Dismembrator Model 550 W, 동력의 25%)하여, 단량체들을 정렬한 후 0.8 μm PTFE 필터로 여과하고, 4℃에서 6시간 동안 냉각시켰다. 상기 입자들을 254 nm UV에 노광하면 고분자화되어 파란색을 띠게 된다. 이어 상기 입자를 110℃에 5분 가열하면 빨간색을 띠는 소포형 PDA가 제조된다.
1-1-2. 판상형 PDA 제조
10,12-트리코사디노익산 10 mg 을 10 ml THF(테트라하이드로퓨란)에 녹여 1 mg/ml의 혼합물을 만들었다. 상기 혼합물을 0.22 μm PTFE 필터로 여과 하였다. 이어 여과한 혼합물의 1100 μl를 20 ml 3차 증류수에 가한 후 1.5℃ 수조(water bath)에서 스터링바를 이용하여 10분 동안 교반하였다. 이어 합성된 혼합물을 4℃에서 6시간 동안 냉각시켰다. 그 후 상기 입자들을 254 nm UV에 노광하면 고분자화되어 파란색을 띠게 된다. 이어 110℃에서 5분 가열하면 빨간색을 띠는 판상형 PDA가 제조된다.
1-2 TCDA/PCD-ol(4:1 molar ratio)를 이용한 PDA 제조
1-2-1. 소포형 PDA 제조
10,12-트리코사디노익산 5.54 mg과 10,12-펜타코사딘-1-올 1.44 mg을 클로로포름에 녹이고, 0.22 μm PTFE 필터로 여과 하였다. 질소 또는 비활성 기체(inert gas)를 주입하여 소수성 용매 클로로포름을 날려주었다. 여기에 단량체의 총 농도가 1.0 mM이 되도록 3차 증류수 20 ml을 더한 후 80℃ 수조(water bath)에서 15분 동안 가열하여 분산시켰다. 상기 혼합물에 15분간 초음파 처리(Fisher Sonic Dismembrator Model 550 W, 동력의 25%)하여, 단량체들을 정렬한 후 0.8 μm PTFE 필터로 여과하고, 4℃에서 6시간 동안 냉각시켰다. 상기 입자들을 254 nm UV에 노광하면 고분자화되어 파란색을 띠게 된다. 이어 상기 입자를 110℃에 5분 가열하면 빨간색을 띠는 소포형 PDA가 제조된다.
1-2-2. 판상형 PDA 제조
10,12-트리코사디노익산 7.93 mg과 10,12-펜타코사딘-1-올 2.07 mg 을 10 ml THF(테트라하이드로퓨란)에 녹여 1 mg/ml의 혼합물을 만들었다. 상기 혼합물을 0.22 μm PTFE 필터로 여과 하였다. 이어 여과한 혼합물의 1100 μl을 20 ml 3차 증류수에 가한 후 1.5℃ 수조(water bath)에서 스터링바를 이용하여 10분 동안 교반하였다. 이어 합성된 혼합물을 4℃에서 6시간 동안 냉각시켰다. 그 후 상기 입자들을 254 nm UV에 노광하면 고분자화되어 파란색을 띠게 된다. 이어 110℃에서 5분 가열하면 빨간색을 띠는 판상형 PDA가 제조된다.
1-3 TCDA/PCD-ol(1:1 molar ratio)를 이용한 PDA 제조
1-3-1. 소포형 PDA 제조
10,12-트리코사디노익산 3.47 mg과 10,12-펜타코사딘-1-올 3.61 mg을 클로로포름에 녹이고, 0.22 μm PTFE 필터로 여과를 하였다. 질소 또는 비활성 기체(inert gas)를 주입하여 상기 소수성 용매 클로로포름을 날려주었다. 여기에 상기 단량체의 총 농도가 1.0 mM이 되도록 3차 증류수 20 ml를 더한 후 80℃ 수조(water bath)에서 15분 동안 가열하여 분산시켰다. 상기 혼합물에 15분간 초음파 처리(Fisher Sonic Dismembrator Model 550 W, 동력의 25%)하여, 단량체들을 정렬한 후 0.8 μm PTFE 필터로 여과하고, 4℃에서 6시간 동안 냉각시켰다. 상기 입자들을 254 nm UV에 노광하면 고분자화되어 파란색을 띠게 된다. 이어 상기 입자를 110℃에 5분 가열하면 빨간색을 띠는 소포형 PDA가 제조된다.
1-3-2. 판상형 PDA 제조
10,12-트리코사디노익산 4.90 mg과 10,12-펜타코사딘-1-올 5.10 mg 을 10 ml THF(테트라하이드로퓨란)에 녹여 1 mg/ml의 혼합물을 만든다. 상기 혼합물을 0.22 μm PTFE 필터로 여과 하였다. 이어 여과한 혼합물의 1100 μl를 20 ml 3차 증류수에 가한 후 1.5℃ 수조(water bath)에서 스터링바를 이용하여 10분 동안 교반하였다. 이어 합성된 혼합물을 4℃에서 6시간 동안 냉각시켰다. 그 후 상기 입자들을 254 nm UV에 노광하면 고분자화되어 파란색을 띠게 된다. 이어 110℃에서 5분 가열하면 빨간색을 띠는 판상형 PDA가 제조된다.
1-4 PCD-ol를 이용한 PDA 제조
1-4-1. 소포형 PDA 제조
10,12-펜타코사딘-1-올 7.21 mg을 클로로포름에 녹이고, 0.22 μm PTFE 필터로 여과 하였다. 질소 또는 비활성 기체(inert gas)를 주입하여 상기 소수성 용매 클로로포름을 날려주었다. 여기에 상기 단량체의 총 농도가 1.0 mM이 되도록 3차 증류수를 더한 후 80℃ 수조(water bath)에서 15분 동안 가열하여 분산시켰다. 상기 혼합물에 15분간 초음파 처리(Fisher Sonic Dismembrator Model 550 W, 동력의 25%)하여, 단량체들을 정렬한 후 0.8 μm PTFE 필터로 여과하고, 4℃에서 6시간 동안 냉각시켰다. 상기 입자들을 254 nm UV에 노광하면 고분자화되어 파란색을 띠게 된다. 이어 상기 입자를 110℃에 5분 가열하면 빨간색을 띠는 소포형 PDA가 제조된다.
1-4-2. 판상형 PDA 제조
10,12-펜타코사딘-1-올 10 mg 을 10 ml THF(테트라하이드로퓨란)에 녹여 1 mg/ml의 혼합물을 만든다. 상기 혼합물을 0.22 μm PTFE 필터로 여과 하였다. 이어 여과한 혼합물의 1100 μl를 20 ml 3차 증류수에 가한 후 1.5℃ 수조(water bath)에서 스터링바를 이용하여 10분 동안 교반하였다. 이어 합성된 혼합물을 4℃에서 6시간 동안 냉각시켰다. 그 후 상기 입자들을 254 nm UV에 노광하면 고분자화되어 파란색을 띠게 된다. 이어 110℃에서 5분 가열하면 빨간색을 띠는 판상형 PDA가 제조된다.
2. 폴리디아세틸렌의 형태학 분석
2-1. 실험 방법
합성한 소포 형태와 판상 형태의 폴리디아세틸렌 샘플 10 μl을 유리 기판 위에 가한 후 진공 상태에서 상기 샘플의 용매를 날려주었다. 이어 건조된 유리 기판 위에 10분 동안 Pt 코팅을 진행하였다. 코팅된 샘플을 주사전자현미경(Hitachi S-4700)을 이용하여 형태학적 분석을 수행하였다.
2-2. 실험 결과
형태학 분석을 통해 실시예 1에서 제조된 PDA가 소포 형태 또는 판상 형태(2D 형태)로 존재할 수 있다는 것을 확인하였다. 도 1는 소포 형태 TCDA 조건의 PDA 구조와 형태학적 분석 결과를 나타내며, 도 2은 판상 형태 TCDA 조건의 PDA 구조와 형태학적 분석 결과를 나타낸다.
3. 폴리디아세틸렌의 IRI(Ice Recrystallization Inhibition) 분석
3-1. 실험 방법
합성된 폴리디아세틸렌 샘플의 IRI(Ice Recrystallization Inhibition) 분석은 스플랫 방법으로 진행하였다. 합성된 소포형 및 판상형 폴리디아세틸렌 샘플 10 μl를 1.5 m 높이에서 액체질소로 -150℃까지 냉각된 알루미늄 블록으로 떨어뜨렸다. 이어 커버글라스에 위에 생성된 얼음 결정을 관찰하기 위하여 -6℃로 유지되고 있는 콜드 스테이지 위로 커버글라스를 옮겼다. 이어 샘플 위로 커버 챔버를 올린 후 관찰하였다. 콜드 스테이지 위에서 30분 동안 얼음 결정 크기의 변화를 광학 현미경(Olympus BX53 Upright Microscope)을 이용해서 관찰하였고, 30분 후 샘플의 얼음 결정 중 상위 10개의 얼음 결정을 선정하여 분석을 진행하였다. 정제수에 샘플이 첨가된 조성물의 상위 10개의 얼음 입자의 평균 면적을 구한 후 이를 정제수의 상위 10개의 얼음 입자의 평균 면적과 비교하여 RI 값을 계산하였다(상기 수학식 1 참조).
3-2. 실험 결과
IRI 분석을 통해, 동일한 농도에서 판상 형태 PDA가 소포 형태 PDA 보다 RI 값이 낮다는 것을 확인하였다(도 3 참조).
도 3에서 concentration은 디아세틸린 모노머의 농도 값을 나타내며, RI는 대조군 시료 처리 시 얼음 입자 평균 면적 대비, PDA 시료 처리 시 얼음 입자 평균 면적을 나타낸다.
IRI 분석 결과를 통해, 판상 형태 PDA의 얼음 재결정화 억제 효과가 소포 형태 PDA 보다 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 한편, PDA 중합에 사용된 모노머의 종류 및 모노머의 비율은 얼음 재결정화 억제 효과에 큰 영향을 미치지 않았다.
4. 폴리디아세틸렌 얼음 재결정화의 광학 이미지(optical image) 분석
4-1. 실험 방법
폴리디아세틸렌의 얼음 재결정화의 광학 이미지는 광학 현미경(Olympus BX53 Upright Microscope)로 관찰하였다. 얼음 결정은 광학 현미경 중 투과 모드를 사용하여 관찰하였다. 초기 상태의 얼음 재결정화 광학 이미지는 커버글라스에 얼음 결정이 생긴 후 콜드 스테이지로 옮긴 직후 관찰을 진행하였고, 마지막 상태의 얼음 재결정화 광학 이미지는 -6℃에서 30분을 유지 후 관찰하였다.
4-2. 실험 결과
광학 이미지 분석을 통해, 판상 형태 PDA가 소포 형태 PDA 보다 얼음 재결정화 억제 효과가 우수하다는 것을 확인하였다.
도 4 내지 7에 나타난 바와 같이, PDA를 얼음에 처리하고 -6℃에서 30분 경과한 후 얼음의 성장 정도는 판상 형태 PDA를 처리한 경우가 소포 형태를 처리한 경우보다 적었으며, 특히 판상 형태 PDA는 소포 형태 PDA 보다 적은 농도로 처리되었음에도 불구하고 우수한 얼음 재결정화 억제 효과를 나타냈다.
도 8에 나타난 바와 같이, PDA가 포함되지 않은 정제수를 얼음에 처리하고 -6℃에서 30분 경과한 후, 얼음의 성장 정도는 소포 형태 및 판상 형태의 PDA를 처리한 경우보다 현저히 큰 것을 확인하였다.
또한, 모노머의 종류 및 비율에 상관없이 판상 형태 PDA가 소포 형태 PDA 보다 우수한 얼음 재결정화 억제 효과를 나타내었으며, 이는 실시예 3의 IRI 분석 결과에 대응된다.
5. 폴리디아세틸렌 분포 확인
5-1. 실험 방법
폴리디아세틸렌의 분포를 확인하기 위하여 광학 이미지와 형광 이미지를 광학 현미경(Olympus BX53 Upright Microscope)로 관찰하였다. 광학 이미지는 -6℃ 콜드 스테이지 위에서 30분 유지 후 광학 현미경의 투과 모드를 이용하여 얼음 결정 관찰을 진행하였다. 형광 이미지는 광학 현미경의 반사 모드를 이용하여 관찰을 진행하였고, 폴리디아세틸렌의 형광 특징(excitation wavelength 488 nm, emission wavelength 560 nm)을 이용하여 관찰을 진행하였다. 형광 이미지를 관찰하기 위하여 형광 필터는 Green Excitation 필터(Excitation wavelength 510~550 nm, emission wavelength 590~ nm)을 사용하였다. 샘플을 -6℃ 콜드 스테이지 위에서 30분 유지 후 광학 이미지를 관찰 후 이어 형광 이미지를 관찰하였다.
5-2. 실험 결과
광학 이미지와 형광 이미지 분석을 통해, 소포 형태 PDA는 얼음 경계에 분포하는 반면, 판상 형태 PDA는 얼음에 골고루 분포한다는 것을 확인하였다(도 9 및 10 참조).
도 10에 나타난 바와 같이 판상 형태의 PDA는 얼음 경계에 분포하지 않고 얼음 안에 골고루 분포하는 바, 판상 형태의 PDA가 얼음과 상호 작용을 더 잘하여 얼음 결정 안으로 들어가게 되면서 얼음이 성장하는 것을 방해하여 얼음 재결정화를 보다 효과적으로 억제할 수 있는 것으로 예측된다.

Claims (11)

  1. 폴리디아세틸렌을 포함하는 결빙 방지용 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 화합물인, 결빙 방지용 조성물:
    [화학식 2]
    Figure 112019124916524-pat00004

    상기 화학식 2 에서,
    R1및 R4는 각각 C1 내지 C30의 알킬기이고;
    R2 및 R5는 각각 C1 내지 C30의 알킬기이고;
    R3 및 R6은 각각 에폭시기, 아지리딘기, 벤조산기, 말레이미드기, -OH, -COOH, -COH, -NCO, -NCS, -CON3, CH2C(NH2+)OCH3, -OP(O2-)OH 또는 -SH 이다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 소포 형태인, 결빙 방지용 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 판상 형태인, 결빙 방지용 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-펜타코사딘-1-올, 10,12-펜타코사디노익산, 10,12-헤네이코사디노익산 및 10, 12-트리코사디노익산으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 모노머로부터 중합된, 결빙 방지용 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 하기 수학식 1로 계산된 상기 조성물의 재결정화 억제(RI) 값은 0.05 내지 0.9인, 결빙 방지용 조성물:
    [수학식 1]
    RI(Recrystalization Inhibition)=(정제수에 폴리디아세틸렌이 첨가된 조성물의 상위 10개의 얼음 입자의 평균 면적)/ (정제수의 상위 10개의 얼음 입자의 평균 면적).
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 식품, 약품, 색소, 농화학제 또는 생물학적 재료 중 적어도 하나의 결빙 방지용인, 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-트리코사디노익산 및 10,12-펜타코사딘-1-올 중 적어도 하나를 클로로포름에 용해시켜 제조된 것인, 결빙 방지용 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리디아세틸렌은 10,12-트리코사디노익산 및 10,12-펜타코사딘-1-올 중 적어도 하나를 테트라하이드로퓨란에 용해시켜 제조된 것인, 결빙 방지용 조성물.
  10. 폴리디아세틸렌을 포함하는 조성물을 시료에 첨가하여 시료의 결빙을 저해하는 결빙 방지 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 시료는 식품, 약품, 색소, 농화학제 및 생물학적 재료 중 적어도 하나인, 결빙 방지 방법.
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