KR20110069839A - 소포-스레드 접합체로부터 형성되는 생체모방 막 - Google Patents

소포-스레드 접합체로부터 형성되는 생체모방 막 Download PDF

Info

Publication number
KR20110069839A
KR20110069839A KR1020117010277A KR20117010277A KR20110069839A KR 20110069839 A KR20110069839 A KR 20110069839A KR 1020117010277 A KR1020117010277 A KR 1020117010277A KR 20117010277 A KR20117010277 A KR 20117010277A KR 20110069839 A KR20110069839 A KR 20110069839A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vesicle
thread
membrane
conjugate
biomimetic
Prior art date
Application number
KR1020117010277A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101419259B1 (ko
Inventor
카를로 디 몬테마그노
Original Assignee
아쿠아 에이/에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아쿠아 에이/에스 filed Critical 아쿠아 에이/에스
Publication of KR20110069839A publication Critical patent/KR20110069839A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101419259B1 publication Critical patent/KR101419259B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/125—In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/14—Dynamic membranes
    • B01D69/141—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
    • B01D69/142—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes with "carriers"
    • B01D69/144—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes with "carriers" containing embedded or bound biomolecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/76—Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • B01D71/80—Block polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/30—Cross-linking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/34—Use of radiation
    • B01D2323/345—UV-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/025—Reverse osmosis; Hyperfiltration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/701—Organic molecular electronic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/761—Biomolecules or bio-macromolecules, e.g. proteins, chlorophyl, lipids or enzymes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2929—Bicomponent, conjugate, composite or collateral fibers or filaments [i.e., coextruded sheath-core or side-by-side type]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/30—Woven fabric [i.e., woven strand or strip material]
    • Y10T442/3065—Including strand which is of specific structural definition
    • Y10T442/3089—Cross-sectional configuration of strand material is specified
    • Y10T442/3106—Hollow strand material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/608—Including strand or fiber material which is of specific structural definition
    • Y10T442/609—Cross-sectional configuration of strand or fiber material is specified
    • Y10T442/612—Hollow strand or fiber material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)

Abstract

본 발명은 생물학적 막 및 막 단백질의 특성 및 기능을 갖는 인공 장치의 제조 방법, 및 상기 장치의 구조에 관한 것이다. 간단히 말해, 본 발명의 한 양상에서, 스레드에 접합되어 소포-스레드 접합체를 형성하는 중합체성 소포에 천연 또는 유전자 조작된 단백질이 혼입된다. 조작된 단백질은 바람직하게는 중합체성 소포의 벽에 포매된 막관통 단백질이다. 소포-스레드 접합체는 이후 유체 사이의 화합물을 선택적으로 수송하고/하거나 여과하는 능력을 포함하는 다양한 고유 기능성을 갖는 막 또는 얇은 직물로 형성된다. 특정 특성을 갖는 단백질을 선택함으로써, 막은 유도 정전기, 전자기 및 화학적 힘을 통한 분자 수준의 접근성을 포함하는 정의된 기능성으로 가공될 수 있다.

Description

소포-스레드 접합체로부터 형성되는 생체모방 막 {BIOMIMETIC MEMBRANE FORMED FROM A VESICLE-THREAD CONJUGATE}
본 발명은 생물학적 막 및 막 단백질의 특성 및 기능을 갖는 인공 장치의 제조 방법, 및 상기 장치의 구조에 관한 것이다.
생물학적 막 단백질은 특히 펌프, 채널, 밸브, 에너지 변환기, 및 기계적, 열적 및 전기적 센서로서의 작용을 포함하는 다양한 기능을 갖는다. 이러한 단백질은 나노미터 크기이고 매우 효율적이므로, 이는 인공 장치에 사용하기에 매우 매력적이다. 그러나, 이의 천연 지질 막 환경은 저강도, 수성 환경의 필요성, 및 화학적 또는 세균적 분해에 대한 취약성과 같은 단점을 지닌다.
간단히 말해 본 발명의 한 양상에서, 스레드 (thread) 에 접합되어 소포-스레드 접합체를 형성하는 중합체성 소포에 천연 또는 유전자 조작 단백질이 혼입된다. 조작된 단백질은 바람직하게는 중합체성 소포의 벽에 포매되는 막관통 단백질이다. 소포-스레드 접합체는 이후, 유체 사이의 화합물을 선택적으로 수송하고/하거나 여과하는 능력을 포함하는 다양한 고유 기능성을 갖는 막 또는 얇은 직물로 형성된다. 특징점을 갖는 단백질을 선택함으로써, 막은 유도 정전기, 전자기 및 화학적 힘을 통한 분자 수준의 접근성 (addressability) 을 포함하는 정의된 기능성으로 가공될 수 있다.
본 발명의 소포-스레드 접합체는 원하는 대로 하기의 특성을 갖도록 고안되고 제작될 수 있다: 원하는 두께의 막을 형성하는 능력; 원하는 화학적 조성의 막을 형성하는 능력; 고강도의 막을 형성하는 능력; 및 원하는 대로 이미 형성된 막의 강도를 증가시키는 능력. 소포-스레드 접합체의 가장 중요한 특성 중 하나는 이들이 천연 생물학적 막 단백질을 기능적인 상태로 수용할 수 있고, 이러한 접합체가 강건하고 수명이 길다는 것이며, 소포에 생물학적 막 단백질을 삽입함으로써 단백질의 특성 및 기능을 갖는 장치가 형성된다. 적합한 소포는, 이들이 적절하게 배향되고 단백질의 천연 기능을 해치지 않는 경우에 단백질을 쉽게 삽입하게 할 수 있도록 천연 지질 막과 충분히 유사해야 한다. 이러한 조건을 만족시키는 소포는 바람직하게는 친수성 외부 블록 및 소수성 내부 블록의 일반적인 특성을 갖는 지질화 중합체 또는 삼-블록 공중합체로부터 형성된다.
본 발명의 한 양상은, 함께 작용하는 경우 빛으로부터 전기를 생성하는 장치, "바이오태양 전지 (Biosolar Cell)" 를 야기하는 2 개의 상이한 단백질을 소포가 포함하는 소포-스레드 접합체의 생성에 관한 것이다. 본 발명의 또다른 양상은 물 수송 단백질을 이용하여 임의의 수원으로부터 물을 정제할 수 있게 하는 것이다. 이러한 양상의 상세한 설명은 아래에 주어진다.
장치 소형화를 야기하는 기술적 혁신이 전자 기기를 더 작고, 더 경량이고, 더 효율적으로 만들기는 했지만, 이러한 장치를 위한 전원의 발전은 빠르게 진행되지 않았다. 21 세기의 전원은 크기 및 중량은 감소시키면서 증가하는 수의 장치에 에너지를 공급하는 도전에 직면해있다. 또한, 나노기술 및 바이오기술의 미래 제품은 형태 또는 기능에서 오늘날 사용되는 것과 심지어 유사하지 않은 전력 공급을 요구할 것이다.
다양한 신흥 적용물을 위한 더 경량이고 더 소형인 전력원에 대한 강한 요구가 있다. 최대화된 전력 밀도가 주어진 전력 요구를 위해 수행되는데 필요한 중량을 최소화시키기 위해, 상기 전원은 현대 배터리 기술로 달성할 수 있는 것보다 더 큰 범위의 과제 목적을 가능하게 한다. 통상적인 연료 공급원의 경우 연료 공급원이 장치 가까이에 있어야 하고 이동할 경우 이와 함께 수송되어야 하므로, 중량 요구는 결정적이다. 연료의 소모 또한 마찬가지이고 이러한 공급의 보충이 이후 필요하다. 이는 사용자의 범위 및 이동성에 대해 제한될 수 있다.
현대 과학은 나노바이오기술의 개발에서 장래성 있는 뛰어난 잠재력을 나타내고 있다. 어떠한 원자도 낭비되지 않는 성분을 이용하는 장치의 제조는 가장 높은 수준의 효율성 및 소형화를 보증한다. 비록 전원에 관한 최근의 기술적 개발이 장래성이 있더라도, 이는 현존하는 기술의 개선 증대로부터 유래된다. 다음 세대의 장치에 이상적으로 적합한 전원은 이의 기능에 대한 나노바이오기술을 이용할 것이고, 또한 높은 수준의 성능으로 현세대의 장치에 전력을 공급할 수 있을 것이다.
최근에서야 최초의 나노바이오기술 장치를 개발하는데 필요한 기술 및 지식이 이용가능해졌고, 생화학 연료 ATP 에 의해 전력이 공급되는 나노미터 수준의 유기/무기 하이브리드 장치의 공학 기술 및 구성이 보고되었다 (Soong, R. K., Bachand, G. D., Neves, H. P., Olkhovets, A. G., Craighead, H. G., and Montemagno, C. D. (2000), Science 290, p. 1555 1558). 이러한 장치에 사용하기 위한 ATP 의 발생, 및 기타 기계에 전력을 공급하기 위한 이러한 장치의 사용은, 마크로미터와 나노미터 수준 사이의 전력 이동 및 상이한 유형의 에너지의 상호전환에 대한 관심의 동기가 되었다.
본 발명의 또다른 양상에서, 상이한 기능성을 갖는 다른 단백질은 전자/양자를 수송하는데 사용되어 전기적 및 화학적 전력이 변환될 수 있게 하고, 기계적 밸브 및 센서로서 작용한다.
본 발명의 바람직한 형태의 경우, 광학적 에너지를 전기적 에너지로 전환하고 이러한 에너지를 외부 부하에 운반할, 2 개의 에너지 전환 단백질, 박테리오로돕신 및 시토크롬 산화효소로 포매된 생체적합성 중합체 막을 포함하는 소포를 갖는 소포-스레드 접합체로 이루어지는 바이오전지-전력화 물질 및 직물을 제공하는데 막이 사용된다. 얇은 (1 ㎛ 미만) 중합체성 막의 사용 및 전원과 함께 연료를 운반할 필요성의 결여로부터 엄청난 중량 절약이 야기된다. 따라서 대부분의 물질의 덮개 (clothing) 및 표면에 통합될 수 있는 시스템이 개발될 수 있고, 이는 태양 전지로 달성할 수 있는 것 이상의 효율성을 갖는 유효하게 무게가 없는 (1 ㎏/㎡ 미만) 에너지원을 제공한다. 이에 따라, 바이오태양 전력 물질은 빛으로부터 이의 에너지를 얻는 하이브리드 유기/무기 전원을 형성한다.
본 발명의 방법은 생체모방 막 및 얇은 필름으로 형성되는 소포-스레드 접합체로 이루어지는 얇은 직물의 제조에 관한 것이다. 한 구현예의 경우, 소포는 광학적 에너지를 전기적 에너지로 전환하고 이러한 에너지를 외부 부하에 운반할, 2 개의 에너지 전환 단백질, 박테리오로돕신 및 시토크롬 산화효소로 포매된 생체적합성 중합체 막이다. 이러한 단백질은 수백만 년에 걸쳐 자연 선택됨으로써 분리되고 최적화되어 광학적 및 전기적 에너지를 전기화학적 에너지로 전환한다. 장치에 혼입되면, 이는 유용한 양의 전력을 무한하게 제공하고, 적대적 및 우호적인 환경 모두에서 높은 이동성을 요구하는 적용물에 대해 충분히 경량이고, 소형이고 튼튼하다.
박테리오로돕신은 빛의 흡수에 따라 세포 막을 가로질러 양자를 수송하는 세균 단백질이다. 시토크롬 산화효소는 고-에너지 전자를 사용하여 양자를 수송하는 막 단백질이다. 이러한 단백질은, 이후에 외부 작업을 수행하는데 사용되는 기전력으로 전환되는 전기화학적 양자 구배로 빛 에너지를 변형시키기 위해 함께 사용된다. 장치는 통상적 태양 전지의 생물학적인 버전이므로, 전력 공급과 함께 수반될 "연료" 가 없고 전력 밀도를 유의하게 증가시킨다. 또한, 상기 장치로부터 이론적으로 추출할 수 있는 최대 에너지는 무한한데, 이는 태양 또는 장치가 작동하는 한 작동할 것이기 때문이다. 최종 장치의 예상 면적 질량 밀도는 약 100 g/㎡ 이고, 이는 태양 전지로 달성할 수 있는 것 이상의 효율성을 갖는 유효하게 무게가 없는 에너지원을 제공한다. 이러한 바이오태양 전지의 물질 조성 및 치수는, 0 부피 및 중량을 유효하게 차지하면서 상당량의 장비에 전력을 공급하기에 충분한 큰 (>250 W/㎏) 전력 밀도 및 큰 에너지 밀도 (3 시간 동안 800 Whr/㎏, 3 일 동안 9500 Whr/㎏, 10 일 동안 32000 Whr/㎏) 를 궁극적으로 야기할 것이다. 또한 이의 작동으로부터 발생하는 무시해도 무방한 음향적, 열적 및 전기적 신호가 있다.
본 발명의 공급원은 대량 생산되는 단백질 및 통상적 중합체로부터 구성되므로, 본 발명의 전원과 통상적인 태양 전지 사이에는 중요한 차이가 있는데, 이는 경량성, 유연성, 강건성 및 저비용으로의 대량 생산성일 것이다. 이러한 장치에 대하여 관련된 길이 척도는 포장물의 두께 (< 1 ㎛) 이다. 이러한 효소가 보통 존재하는 막은 5 nm 의 두께를 갖는다. 바이오태양 전지의 적층 시트는 중량 손실을 야기하지 않는 덮개 및 기타 표면에 혼입될 수 있는데, 이는 결국 마멸되어야 하기 때문이다. 직물에서 전력-발생 세포의 적절한 모듈러 고안은, 상당한 손상을 견디고 계속 기능성을 유지하기 위한 전력 직물 (power fabric) 의 능력을 야기할 것이다. 전기적 및 생화학적 에너지를 교환하는 능력은, 전기적으로 전력을 공급하는 바이오-장치의 구성 및 생화학적 연료의 전기로의 전환을 가능하게 할 것이다. 전기적, 생화학적 및 광학적 형태 사이의 에너지 변형 능력은 주입 에너지의 유형에 의해 구속받지 않는 나노생물학적 장치를 고안 및 제조할 수 있게 할 것이다.
상술된 것, 및 본 발명의 또다른 목적, 특징 및 이점은 동반된 도면과 함께 취해진 이의 바람직한 구현예의 하기 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 소포-스레드 접합체의 도식적 대표도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 소포-스레드 접합체를 제조하는데 요구되는 방법을 설명한다.
도 3 은 소포 표면이 관능화되어 아민-말단 PEtOz-PDMS-PEtOz 소포가 제조되는 본 발명의 한 구현예를 설명한다.
도 4 는 메타실레이트-말단 PEtOz-PDMS-PEtOz 소포 및 NHS-말단 PEtOz-PDMS-PEtOz 소포를 나타내는 본 발명의 대안적 구현예를 설명한다.
도 5 는 본 발명에 따른 스레드 성분으로서 셀룰로오스의 사용을 설명한다.
도 6 은 본 발명에 따른 스레드 성분으로서 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC) 의 사용을 설명한다.
도 7 은 본 발명에 따른 바람직한 스레드를 갖는 바람직한 소포의 접합체를 설명한다.
도 8 은 본 발명에 따른 스레드 성분으로서 아미노에틸 셀룰로오스 (AE-셀룰로오스) 의 사용을 설명한다.
바람직한 구현예의 상세한 설명
"Biomimetic membranes" 명칭의 미국 특허 제 7,208,089 호의 내용이 본원에서 명백하게 참조 인용된다. "Biomimetic Polymer Membrane that Prevents Ion Leakage" 명칭의 국제 특허 출원 PCT/US08/74163 이 본원에서 명백하게 참조 인용된다. "Making Functional Protein-Incorporated Polymersomes" 명칭의 국제 특허 출원 PCT/US08/74165 가 본원에서 명백하게 참조 인용된다. "Protein Self-Producing Artificial Cell" 명칭의 미국 가출원 61/055,207 이 본원에서 명백하게 참조 인용된다.
본 발명은 생체모방 막 또는 얇은 필름 (8) 로 형성될 수 있는 도 1 에 설명된 바와 같은 소포-스레드 접합체 (1) 에 관한 것이다. 바람직한 구현예의 경우, 얇은 필름 (8) 은 소포-스레드 접합체 (1) 을 직물로 직조함으로써 형성된다. 대안적 구현예의 경우, 얇은 필름 (8) 은 접합체가 서로 부착되는 "제지" 배열로 소포-스레드 접합체 (1) 을 침착시킴으로써 형성된다. 도 1 은 소포 막에 포매된 임의의 종류의 단백질 (7) 을 갖는 소포 또는 폴리머솜 (polymersome) (2) 를 나타낸다. 소포 (1) 은 스레드 (5) 에 이를 연결하는 가교 관능기 (4) 를 갖는 ABA 삼-블록 공중합체 (3) 을 포함할 수 있다. 또한 나타낸 것은 다수의 상기 소포-스레드 접합체 (1) 에 의해 형성되는 얇은 필름, 또는 막, (8) 이다. 접합체는 도 2 에 나타낸 바와 같이 관능화된 소포 표면 및 관능화된 스레드 표면을 제공함으로써 형성된다.
소포는 바람직하게는 미국 특허 제 7,208,089 호에 기재된 바와 같은 지질화 중합체 또는 삼-블록 공중합체이다. 도 3 은 소포 표면이 관능화되어 아민-말단 PEtOz-PDMS-PEtOz 소포를 생성하는 본 발명의 한 구현예를 설명한다 (이의 내용이 본원에서 명백하게 참조 인용되는 Joon-Sik Park, et al. Macromolecules 2004, 37, 6786-6792 참조).
소포 표면은 기타 공지된 기술을 사용하여 관능화될 수 있다. 도 4 는 메타실레이트-말단 PEtOz-PDMS-PEtOz 소포 및 NHS-말단 PEtOz-PDMS-PEtOz 소포를 나타낸다. 선택된 관능성은 소포-스레드 접합체에 사용된 스레드의 유형에 따라 변화할 수 있다. 또한, 중합체 및 관능화의 유형은 소포에 혼입된 단백질의 유형에 따라 가변적일 수 있다.
스레드는 제한 없이 셀룰로오스 물질, 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC), 아미노에틸셀룰로오스 (AE-셀룰로오스) 및 나일론-기재 물질을 포함하는 다양한 시판 물질로부터 선택될 수 있다. 바람직한 셀룰로오스 물질은 친수성이고, 물에 불용성이고, 대부분 유기 용매이다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 셀룰로오스 물질 상의 다수 히드록실기는 다른 사슬 상의 산소 분자와 수소 결합을 형성하여, 사슬을 서로 나란하게 단단히 고정시키고, 높은 인장 강도를 갖는 미세원섬유 (microfibril) 를 형성한다. 결정질 셀룰로오스는 25 MPa 의 압력 하에 물에서 비결정질이 될 것이다. 셀룰로오스의 히드록실기는 다양한 시약과 일부 또는 완전히 반응하여 유용한 특성을 갖는 유도체를 제공할 수 있다. 셀룰로오스 에스테르 및 셀룰로오스 에테르, 예를 들어 몇 개만 예를 들면 셀룰로오스 아세테이트, 에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 및 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스는 가장 중요한 시판 물질이다. 도 6 에 나타낸 바와 같이, 또다른 스레드 물질은 시판되는 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC) 일 수 있다. CMC 는 히드록실기에 결합되는 카르복시메틸기 (-CH2-COOH) 를 갖는 셀룰로오스 유도체이다. 극성 (유기산) 카르복실기는 셀룰로오스 용해성 및 화학적 반응성이 되게 한다. 저치환도 (DS=0.2) 로 일부 카르복시메틸화된 셀룰로오스는 이의 섬유성 특성을 유지하는 한편, 이의 특성 중 다수는 본래 섬유의 것과 상이하다. 평균 사슬 길이 및 치환도는 매우 중요하고; 더-소수성인 저치환 CMC 는 요변성이지만 더-확장된 고치환 CMC 는 유사소성이다. 낮은 pH 에서, CMC 는 카르복실산과 자유 히드록실기 사이의 락톤화를 통해 가교를 형성할 수 있다. 도 8 은 아미노에틸 셀룰로오스 (AE-셀룰로오스) 로부터 형성되는 스레드를 나타낸다. AE-셀룰로오스는 수산화나트륨의 존재 하에 셀룰로오스와 2-아미노에틸-황산을 반응시킴으로써 만들어질 수 있다. AE-셀룰로오스는 Whatman 으로부터 시판되고, 크로마토그래피 컬럼 및 필터에 이미 사용되고 있다.
도 7 은 바람직한 소포와 바람직한 스레드와의 접합체를 설명한다. 이러한 구현예의 경우, 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC) 스레드는 디시클로헥실 카르보디이미드 (DCCI) 의 존재 하에 아민-관능화 소포와 반응한다. 대안적으로는, AE-셀룰로오스가 트리클로로메틸푸린 또는 벤젠술포닐 클로라이드와 같은 할라이드와 반응할 것이다. 이는 또한 디시클로헥실카르보디이미드와 같은 카르보디이미드의 존재 하에 단백질 및 유기산과 반응할 것이다.
본 발명의 바람직한 형태의 경우 소포-스레드 접합체는 직물로 직조되어, 광학적 에너지를 전기적 에너지로 전환하고 이러한 에너지를 외부 부하로 운반할, 2 개의 에너지 전환 단백질, 박테리오로돕신 및 시토크롬 산화효소로 포매된 생체적합성 중합체 막을 혼입하는 얇은 직물로 이루어지는 바이오태양-전력 물질 및 직물을 제공하는데 사용되는 생체모방 막이 제조된다. 얇은 (1 ㎛ 미만) 중합체성 막의 사용 및 전원과 함께 연료를 운반할 필요성의 결여로부터 엄청난 중량 절약이 야기된다. 따라서 대부분의 물질의 덮개 및 표면에 통합될 수 있는 시스템이 개발될 수 있고, 이는 태양 전지로 달성할 수 있는 것 이상의 효율성을 갖는 유효하게 무게가 없는 (1 ㎏/㎡ 미만) 에너지원을 제공한다. 이에 따라 바이오태양 전력 물질은 빛으로부터 이의 에너지를 얻는 하이브리드 유기/무기 전원을 형성한다.
본 발명의 한 형태의 경우, 박테리오로돕신 및 시토크롬 산화효소는 스레드와 또한 접합되는 소포에 통합된다. 소포-스레드 접합체는 미세가공 (microfabricate) 전극과 접촉하는 직물로 직조된다. 제안된 장치의 작동은 박테리오로돕신, 시토크롬 산화효소, 및 이의 지질 및 중합체 막에의 통합이 이해된 후에 가장 잘 이해될 수 있다. 3 가지 모두는 집중적으로 연구되었고, 이의 합성 및 기능에 관하여 폭넓은 내용의 문헌을 갖는다. 에너지-전환 단백질 및 이의 지질 및 중합체 막에 혼입에 관한 보다 상세한 내용은 미국 특허 제 7,208,089 호를 참조한다.
막 표면 상의 이온의 확산이 크고, 소포의 적합한 선택에 의해 더 커질 수 있으므로, 소포 표면 그 자체는 바이오태양 전지의 성공적인 기능을 위해 요구되는 모든 것이다 (Pitard et al., 1996). 지질화 중합체 또는 많은 생체적합성 중합체 매트릭스 중 임의의 하나와 같은 소포는 단백질을 함유하고 양자 장벽으로서 역할한다. 이러한 중합체 매트릭스는 매우 일반적이고, 바람직하게는 단지 이것이: (a) 막관통 단백질을 사용하는 경우 단백질의 상부 및 하부 절반을 분리하는 소포를 형성하고, (b) 단백질이 적절한 배향을 갖는 소포에 쉽게 삽입될 수 있도록 천연 지질 막과 충분히 유사한 환경을 형성하고, (c) 단백질에 의해 생기는 소포의 국부 화학적 환경은 단백질의 천연 기능을 포함하도록 하는 방법으로 단백질이 펼쳐지거나 변형되는 것을 야기하지 않는 것을 필요로 한다. 이러한 조건을 만족시키는 소포는 제한 없이, 친수성 외부 블록 및 소수성 내부 블록의 일반적 특성을 갖는 지질화 중합체 및 삼-블록 공중합체를 포함한다. 단백질-혼입된 중합체성 소포는 바람직하게는 미국 특허 제 7,208,089 호 및 국체 특허 출원 PCT/US08/74163 에 기재된 것들이다. BR 및 COX 는 소포의 표면에서 배향 및 결합되고, 소포-스레드 접합체로부터 형성된 막은 전극과 중첩된다.
미국 특허 제 7,208,089 호에 제공된 것과 같이 단백질에 대한 전극의 근접성을 증가시키는데 사용할 수 있는 많은 전략이 있다. 전극 그리드 (grid) 는 전기적 측정을 위해 외부적으로 연결된 얇은 철망 (wire mesh) 의 형태로 지질의 상부에 직접적으로 위치될 수 있다. 상부 표면 상의 액체를 제거한 후에, 알루미늄 또는 니켈의 얇은 투명층이 막에 직접적으로 분무되어 상대 전극을 형성할 수 있다. 대안적으로, 전극은 팁의 정렬을 래스터링 (raster) 함으로써 지질 표면에 전기화학적으로 침착될 수 있다. 이러한 침착은 막의 상부 표면에 수백만 개의 나노 수준 와이어를 야기할 것이다. 상기 단계가 반복되고 조합되어, 지질 막에 함유된 배향 COX 및 BR 을 야기한다.
BR 및 COX 의 배향에 대한 하기 2 개의 가능한 시나리오가 있다: 평행 및 역-평행 쌍극자 배향. 쌍극자가 평행인 경우, 정렬은 단일계 (sigle field) 의 적용을 통해 동시에 두 쌍극자에 대하여 달성될 수 있다. 쌍극자가 역-평행인 경우, PM 의 거대 결집 쌍극자 모멘트가 이용된다. 적절한 배향은 높은 계 (high field) 에서의 COX 의 초기 배향 이후 COX 의 교란을 방지하기에는 충분히 작지만 PM 절편을 충분히 조작하기에는 충분히 큰 계에서의 PM 의 배향에 의해 달성될 것이다.
소포 형성 시의 중합체 막의 사용은 하기의 이유로 바람직하다: 이는 지질 막보다 더 긴 수명을 갖고, 더 튼튼하고, 전자 및 이온 전도성 및 투과성과 같이 더 쉽게 맞춰진 특성을 가짐. 이러한 막의 안쪽은 천연 단백질 환경이 가능한 한 가깝게 시뮬레이션될 수 있도록 소수성이고 탄성이 있어야 한다.
다른 것들 중 광학적 흡수, 극성, 전기 및 이온 전도성과 같은 넓은 범위의 특성을 갖는 다양한 생체적합성 중합체가 존재한다. 본 발명의 태양 전지의 특성을 강화하는 중합체는 단백질 및 전극과 혼화가능해야 한다. 양자에 대한 비투과성이 또한 중요하다. 중합체 표면을 도핑하는 능력은 양자 전도성 및 막관통 전도력에서 주요 역할을 할 수 있으므로 중요할 수 있다. 중합체의 수명 및 그 안에 함유된 단백질의 수명의 이의 효과가 또한 관련되며, 이의 선택시의 인자이다. 짧은 수명을 갖지만 높은 성능을 갖는 중합체의 선택은 특별한 적용물에서 유용할 수 있다.
생물학적 성분으로 만들어진 고도로 효율적이고 생산적인 태양 전원의 제조에 대한 상술된 방법은, 에너지 전환 생물학적 단백질과 외부 장치의 통합을 증명하고, 다양한 장치에 전력을 공급할 수 있는 바이오태양 전지를 대규모 제조할 수 있는 제조 경로에 관한 방법을 지적한다.
본 발명의 또다른 양상에서, 삼-블록 공중합체 막에 혼입되는 아쿠아포린계 (Aquaporin family) 의 단백질의 사용을 통해, 물만을 통과시킬 안정한 필름이 제조됨에 따라, 물 정제, 탈염, 및 투석을 통한 분자 농축을 용이하게 한다. 아쿠아포린은 세균, 바이러스, 미네랄, 단백질, DNA, 염, 세정제, 용해 기체, 및 심지어 수용액으로부터의 양자를 포함하는 모든 불순물의 통과를 배제하지만, 아쿠아포린 분자는 이의 구조 때문에 물을 수송할 수 있다. 아쿠아포린계 단백질에 관한 더 자세한 내용은 미국 특허 제 7,208,089 호에 개시되어 있다. 물은 유압 또는 삼투압으로 인해 특정 방향으로 막을 통해 이동한다. 물 정제/탈염은 아쿠아포린으로 충전된, 장치의 중앙에서 경질성 단백질 혼입된 중합체 막에 의해 분리된 챔버를 갖는 2-챔버 장치로 달성될 수 있다. 이러한 막 자체는 물에 대해 불침투성이고, 제 1 챔버에서의 오염된 물을 제 2 챔버의 정제된 물로부터 분리시킨다. 순수한 물만 두 챔버 사이를 흐를 수 있다. 따라서, 막 한쪽 면의 바닷물 또는 기타 오염된 물이 적절한 압력 하에 있는 경우, 순수한 물은 자연적으로 다른 챔버로 흘러간다. 따라서, 음용할 수 없는 공급원으로부터 정제된 물을 얻을 수 있거나, 관심있는 화학 물질이 함유된 수원의 경우 물이 선택적으로 제거되어 주입 챔버에 고농도의 원하는 화학 물질을 남길 수 있다. 그러나, 중요하게는 아쿠아포린은 물에 대한 이의 배타적 선택성 이외의 이유로 본 발명에 또한 적합하다. 이러한 단백질계의 많은 일원, 예컨대 아쿠아포린Z (AqpZ) 는 극도로 튼튼하고, 기능 손실 없이 오염된 공급수 (source water) 의 가혹 조건에 견딜 수 있다. AqpZ 는 산, 전압, 세정제 및 열에 대한 노출로부터의 변성 또는 풀림에 대해 저항성이다. 따라서, 장치는 또다른 막을 오염시키거나 파괴할 수 있는 물질로 오염된 공급수를 정제하는데 사용될 수 있고, 이는 지속적으로 고온인 부분에서 사용될 수 있다.
AqpZ 는 또한 변하기 쉽다. 이러한 단백질은 이의 최종 형태 및 기능에 영향을 주는 유전적 서열에 따라 숙주 세균에서 특이적으로 발현되므로, 기술자들은 쉽게 이의 유전적 코드를 변화시켜 단백질의 특성을 바꿀 수 있다. 따라서, 단백질은 조작되어 단백질 본래 기능과 상이할 수 있는 원하는 적용을 수행할 수 있다. 예를 들어, 수채널의 중앙 근처의 특정 아미노산 잔류물을 시스테인으로 간단하게 변화시킴으로써, 생성된 아쿠아포린이 용액 내의 임의의 자유 수은과 결합하고, 봉쇄로 인해 물의 수송이 중단될 것이다. 따라서, 막 장치에 사용되는 이러한 변이 단백질은 독성 물질의 농도가 너무 높이 상승하면 흐름을 간단하게 중단시킴으로써 물 샘플 내의 수은 오염을 검출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태는 통상적인 필터 디스크의 형태를 갖는데, 이는 그런 상태로 기능성에 대해 가장 쉽게 검정될 수 있기 때문이다. 상기 디스크를 가공하기 위해, 합성 삼-블록 공중합체 및 단백질의 5 ㎚ 두께 단일층을 25 ㎜ 시판 한외여과 디스크의 표면에 랭뮤어-블로젯 수반 (Langmuir-Blodgett through) 을 사용하여 침착시킨다. 디스크 상의 단일층을 이후 254 nm UV 빛에 노출시켜, 중합체를 가교하고 이의 내구성을 증가시킨다. 마지막으로, 220 nm 기공 크기 PVDF 막을 디스크 표면에 에폭시 접착시켜, 안전한 취급을 보장하고 모서리에서의 누출을 방지한다.
장치는 가압된 공급수가 막을 가로지르게 하는 챔버에 이를 장착함으로써 검정된다. 장치는 순수한 물 만이 막의 다른 면을 통해 들어오고, 오염된 용질이 본래의 챔버에 농축되어 남는 경우 기능하는 것으로 고려된다. 오염된 용액은 가압되어, 더 높은 수의 용해된 입자를 갖는 챔버로 흐르는 순수한 물의 자연적 경향을 극복하여야 한다. 오염된 용질로부터 순수한 물을 역삼투하고 분리하는 것이 아쿠아포린 Z 막의 목적이다. 시스템의 이러한 경향, 또는 삼투압은 평방 인치 당 파운드 (psi) 로 표현될 수 있다. 예를 들어, 해수의 삼투압은 대략 360 psi 이다.
장치가 이러한 유형의 압력을 용인하도록 사용될 수 있는 몇 가지 방법이 있다. 중합체의 일부 변형은 다른 것보다 천연적으로 더 내구성이 있고, UV 빛으로 가교되어 보다 강성을 제공할 수 있다. 또다른 방법은 고농도의 비독성 및 쉽게 제거할 수 있는 용질을 담수 챔버에 첨가하여, 막을 가로지르는 정상적 삼투를 촉진시키는 한편, 챔버 가압으로 인한 역삼투가 또한 발생하도록 하는 것이다. 마지막으로, 연속하여 더 적은 농도의 오염물을 함유하는 밀봉되고, 연결된 챔버의 캐스케이드인 다중 AqpZ 장치를 사용함으로써 역삼투에 요구되는 압력을 감소시킬 수 있다. 챔버의 각 쌍에서 물을 정제하는데 요구되는 생성된 압력은 역삼투에 필요한 총 압력의 일부이다. 따라서, 각각의 막은 적은 압력에만 견뎌야하고, 손상되지 않고 그대로 남을 더 큰 기회를 갖는다. 따라서, 챔버의 각각의 쌍 사이의 농도 차이가 100% 대신 단지 10% 뿐인 경우, 상기 언급된 고압의 단지 10% 가 각 연결 지점에서 공급수를 정제하는데 필요할 것이다. 순수한 물은 일정한 압력 및 흐름으로 최종 챔버에서 지속적으로 제조될 것이다.
아쿠아포린 역삼투 막은 단일 단계만으로 몇 가지 상이한 유형의 오염물을 포함하는 물을 정제할 수 있다. 통상적인 고순도 시스템은 연수제, 탄소 필터, 이온 교환기, UV 또는 화학적 살균, 및 물 (이는 아쿠아포린-정제수만큼 깨끗하지 않음) 이 제조될 수 있기 전에 함께 사용되도록 설정된 2 통과 역삼투 필터를 포함할 수 있는 몇 가지 성분을 필요로 한다. 이러한 정교한 준비는 아쿠아포린 막이 할 수 있는 것처럼 공급수로부터 150 달톤 미만의 용해된 기체 또는 물질을 제거할 수 없다. 또한, 모든 이러한 성분은 유지를 필요로 한다. UV 전구는 교체 및 에너지를 필요로 한다. 이온 교환기는 이들이 모두 찼을 때 화학적으로 재생되는 것이 필요하다. 연화제는 염을 필요로 한다. 탄소 및 역삼투 카트리지는 오염된 경우 교체되어야 한다. 마지막으로, 단일 단계 장치는 전형적인 정제 시스템보다 더 적은 공간 및 훨씬 적은 무게를 필요로 할 것이며, 이러한 이점은 본 발명의 아쿠아포린 물 정제 장치가 휴대용이 될 수 있게 할 것이다.
아쿠아포린 막은 또한 통상적인 시스템보다 더 빠르다. 통상적인 고속 R.O. 유닛은 매 분 약 28.4 리터 (7.5 갤론) 의 깨끗한 물을 만들 수 있다. 현재의 연구는 AqpZ 포화된 지질 막 (0.0177 ㎟) 을 54 μmol/초의 속도로 가로지르는 물 분자의 이동을 나타낸다 (Pohl, P., Saparov, S. M., Borgnia, M. J., and Agre, P., (2001), Proceedings of the National Academy of Sciences 98, p. 9624 9629). 따라서, 1.0 평방 미터의 표면적을 갖는 이론적인 아쿠아포린 Z 역삼투 막은 매 분 3295 리터 이하의 순수한 물을 여과할 수 있다. 이러한 속도는 보통의 정제기보다 116 배 초과로 더 빠르다.
마지막으로, 신규한 단백질-기재 막은 또한 제조하기 매우 저렴하다. 방법의 핵심, AqpZ 는 조작된 E. 콜라이 (E.coli), 세균 균주로부터 밀리그램 양으로 쉽게 수확된다. 평균적으로, 단백질을 생성하는 배양물의 각각의 리터로부터 2.5 mg 의 순수한 단백질이 수득될 수 있다. 10 mg 의 단백질이 약 5 달러의 성장 배지로부터 생성될 수 있다. 이는 여러 실물 크기 장치에 대하여 충분한 단백질이다. 또한, AqpZ 가 포매된 중합체는 각 장치에 대하여 단지 적은 가치의 화학 물질에 대해 동일한 실험실에서 제조될 수 있다. 아쿠아포린 Z 역삼투 막은 신규하고, 효율적이고, 저렴한 물 정제 방법이다.
따라서, 오염되거나, 염이 있거나, 다르게는 오염된 물로부터의 완전히 순수한 물의 매우 효율적인 제조를 달성하기 위해 생물학적 성분을 이용하는 방법 및 기구가 개시되었다. 본 발명은 물 수송 생물학적 단백질과 외부 장치의 통합을 증명하고, 물 정제 장치를 대규모 제조할 수 있는 제조 경로에 관한 방법을 나타낸다.
비록 본 발명이 바람직한 구현예에 의해 기재되었더라도, 하기 청구항에서 설명한 바와 같이, 본원에 개시된 방법 및 장치의 수많은 변화 및 변형이 본 발명의 취지 및 범주에 어긋나지 않고 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (16)

  1. 스레드 (thread) 에 접합되어 소포-스레드 접합체를 형성하는 중합체성 소포.
  2. 제 1 항에 있어서, 관능화 소포 표면 및 관능화 스레드 표면을 제공함으로써 형성되는 소포-스레드 접합체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단백질이 소포의 막에 혼입되는 소포-스레드 접합체.
  4. 제 3 항에 있어서, 1 종 이상의 단백질이 소포의 막에 혼입되는 소포-스레드 접합체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 소포가 친수성 외부 블록 및 소수성 내부 블록의 일반적 특성을 갖는 지질화 중합체 또는 삼-블록 공중합체로부터 형성되는 소포-스레드 접합체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 스레드가 임의의 하나 또는 다수 또는 순열의 셀룰로오스 물질, 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC), 아미노에틸셀룰로오스 (AE-셀룰로오스), 미세섬유 세포, 나노-결정질 셀룰로오스, 셀룰로오스 나노섬유/위스커 (whisker) 및/또는 나일론-기재 물질을 포함하는 소포-스레드 접합체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 소포-스레드 접합체의 스레드를 직물로 직조함으로써 형성되는 생체모방 막.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 소포-스레드 접합체를, 접합체가 서로 부착되는 "제지 (paper-making)" 배열로 침착시킴으로써 형성되는 생체모방 막.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 따른 생체모방 막의 조합으로 형성되는 생체모방 막.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, UV 빛으로 가교되는 생체모방 막.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 소포의 막에 혼입된 상이한 종류의 단백질을 갖는 소포-스레드 접합체를 포함하는 생체모방 막.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 소포의 막에 혼입된 단백질이 아쿠아포린 계 (Aquaporin family) 의 단백질을 포함하는 생체모방 막.
  13. 제 12 항에 있어서, 물만을 통과시킴으로써 물 정제, 탈염, 및 투석을 통한 분자 농축을 용이하게 하는 물 여과 막인 생체모방 막.
  14. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 2 개의 에너지 전환 단백질이 소포 막에 혼입되는 생체모방 막.
  15. 제 14 항에 있어서, 2 개의 에너지 전환 단백질이 박테리오로돕신 및 시토크롬 산화효소인 생체모방 막.
  16. 미세가공 (microfabricate) 전극과 접촉하는 제 14 항 또는 제 15 항에 따른 생체모방 막을 포함하는 전원.
KR1020117010277A 2008-10-07 2009-10-06 소포-스레드 접합체로부터 형성되는 생체모방 막 KR101419259B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10328108P 2008-10-07 2008-10-07
US61/103,281 2008-10-07
PCT/DK2009/000216 WO2010040353A2 (en) 2008-10-07 2009-10-06 Biomimetic membrane formed from a vesicle-thread conjugate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110069839A true KR20110069839A (ko) 2011-06-23
KR101419259B1 KR101419259B1 (ko) 2014-07-17

Family

ID=41728264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117010277A KR101419259B1 (ko) 2008-10-07 2009-10-06 소포-스레드 접합체로부터 형성되는 생체모방 막

Country Status (12)

Country Link
US (1) US9440195B2 (ko)
EP (1) EP2344269B1 (ko)
JP (1) JP5564510B2 (ko)
KR (1) KR101419259B1 (ko)
CN (1) CN102238998B (ko)
AU (1) AU2009301502B2 (ko)
CA (1) CA2739889C (ko)
DK (1) DK2344269T3 (ko)
IL (1) IL212172A (ko)
MA (1) MA32766B1 (ko)
MX (1) MX2011003641A (ko)
WO (1) WO2010040353A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9352285B2 (en) 2012-11-20 2016-05-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Selectively modified nanoporous structure and production methods thereof

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2751331C (en) * 2009-02-03 2016-04-26 Aquaz A/S Nanofabricated membrane using polymerized proteoliposomes
US8647853B2 (en) 2009-12-15 2014-02-11 Ensovi, Llc Foam microreactor for multi-phase shear-sensitive reactions
WO2012161662A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 National University Of Singapore Pore-spanning biomimetic membranes embedded with aquaporin
SG11201501277RA (en) 2012-08-29 2015-03-30 Agency Science Tech & Res Solid supported artificial cell membrane system
GB201300465D0 (en) * 2013-01-11 2013-02-27 Aquaporin As A hollow fiber module having tfc-aquaporin modified membranes
DK177696B1 (en) 2013-02-25 2014-03-17 Aquaporin As Systems for water extraction
GB201405390D0 (en) * 2014-03-26 2014-05-07 Applied Biomimetic As Process for making membranes
KR101742862B1 (ko) * 2015-02-11 2017-06-15 인하대학교 산학협력단 인공막 고정형 액체 여과 구조체
EP3219381A1 (de) * 2016-03-16 2017-09-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Poröse dünnschichtmembran, verfahren zu ihrer herstellung sowie verwendungsmöglichkeiten
US11331019B2 (en) 2017-08-07 2022-05-17 The Research Foundation For The State University Of New York Nanoparticle sensor having a nanofibrous membrane scaffold
CN108084462A (zh) * 2017-12-29 2018-05-29 安徽宏实光机电高科有限公司 一种聚合物囊泡包覆改性尼龙粉末的制备方法
SE544407C2 (en) 2019-02-27 2022-05-10 Aquammodate Ab Stabilized filtration device

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3736204A (en) * 1969-08-08 1973-05-29 American Cyanamid Co Reverse osmotic water purification
EP0032622B1 (en) * 1979-12-20 1985-08-14 Dennis Chapman Polymerisable phospholipids and polymers thereof, methods for their preparation, methods for their use in coating substrates and forming liposomes and the resulting coated substrates and liposome compositions
JPH0735691A (ja) * 1993-07-21 1995-02-07 Oki Electric Ind Co Ltd 化学センサ及びその製造方法並びに化学センサユニット
WO1997009068A2 (en) * 1995-09-01 1997-03-13 University Of Washington Interactive molecular conjugates
DE69712754T2 (de) * 1996-03-01 2002-10-17 Univ California Hemmung der selectinbindung
DE69738823D1 (de) * 1996-08-26 2008-08-21 Massachusetts Inst Technology Herstellung von polymergegenständen mit hydrophiler oberfläche
AU724492B2 (en) * 1996-10-10 2000-09-21 Biotechnology Research And Development Corporation Polymer-protein composites and methods for their preparation and use
US6537575B1 (en) * 1999-07-30 2003-03-25 The University Of Chicago Synthetic biological membrane with self organizing properties
JP3416726B2 (ja) 1999-09-22 2003-06-16 独立行政法人農業生物資源研究所 バイオセンサー
JP2003527167A (ja) * 1999-12-23 2003-09-16 メムブラーナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 血液透析濾過システム
DE60035369T2 (de) 1999-12-30 2008-02-28 Dana-Farber Cancer Institute, Inc., Boston Proteoliposomen, die ein integral membranprotein mit einer oder memhreren transmembrandomänen enthalten
CA2833718C (en) 2002-07-29 2017-01-03 Applied Biomimetic A/S Biomimetic membrane suitable for use in a solar cell
WO2004093786A2 (en) 2003-04-16 2004-11-04 Corium International Covalent and non-covalent crosslinking of hydrophilic polymers and adhesive compositions prepared therewith
CA2428677A1 (en) 2003-05-15 2004-11-15 Fisenko Anatoliy A method of induced froth (foam) formation process and natural purification
CN101031287A (zh) * 2004-03-02 2007-09-05 麻省理工学院 纳米细胞药物递送系统
US20060183166A1 (en) 2005-02-11 2006-08-17 Michael Mayer Arrays of supported biomembranes and uses thereof
ES2394467T3 (es) 2005-05-20 2013-02-01 Aquaporin A/S Membrana para la filtración de agua
AT502713B1 (de) 2005-10-19 2008-08-15 Univ Wien Bodenkultur Verfahren zur herstellung von lipid-membranen
WO2008154500A1 (en) 2007-06-08 2008-12-18 Northwestern University Compositions and methods for polymer-caged liposomes
WO2009076174A1 (en) * 2007-12-05 2009-06-18 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Highly permeable polymer membranes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9352285B2 (en) 2012-11-20 2016-05-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Selectively modified nanoporous structure and production methods thereof

Also Published As

Publication number Publication date
DK2344269T3 (da) 2019-12-02
CN102238998A (zh) 2011-11-09
EP2344269B1 (en) 2019-08-28
WO2010040353A2 (en) 2010-04-15
MX2011003641A (es) 2011-08-12
JP5564510B2 (ja) 2014-07-30
JP2012505167A (ja) 2012-03-01
MA32766B1 (fr) 2011-11-01
CN102238998B (zh) 2014-10-29
IL212172A0 (en) 2011-06-30
AU2009301502B2 (en) 2013-05-30
WO2010040353A3 (en) 2010-08-19
IL212172A (en) 2016-02-29
EP2344269A2 (en) 2011-07-20
CA2739889A1 (en) 2010-04-15
US20110259815A1 (en) 2011-10-27
US9440195B2 (en) 2016-09-13
AU2009301502A1 (en) 2010-04-15
KR101419259B1 (ko) 2014-07-17
CA2739889C (en) 2017-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101419259B1 (ko) 소포-스레드 접합체로부터 형성되는 생체모방 막
KR100803845B1 (ko) 생체유사 막
Xu et al. Recent advances in forward osmosis (FO) membrane: Chemical modifications on membranes for FO processes
Rana et al. Water desalination using nanocelluloses/cellulose derivatives based membranes for sustainable future
Fuwad et al. Biomimetic membranes as potential tools for water purification: Preceding and future avenues
US10744461B2 (en) Ultrafiltration membrane based on bacterial nanocellulose and graphene oxide
US10960354B2 (en) Device for producing energy by salinity gradient through titanium oxide nanofluid membranes
NO341122B1 (no) Biomimetisk vannmembran omfattende akvaporiner, anvendt ved fremstilling av salinitetsenergi
CN102145259A (zh) 用于过滤水的膜
CN100377766C (zh) 仿生膜
Gopakumar et al. Nanocellulose: environmental and engineering applications of
TWI780440B (zh) 電吸附除鹽裝置
Manirethan et al. Development of bioelectrochemical systems integrated nanocomposite membranes for wastewater management
Nguyen et al. Recent advances in innovative osmotic membranes for resource enrichment and energy production in wastewater treatment

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170616

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190617

Year of fee payment: 6