KR20210081171A

KR20210081171A - 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물

Info

Publication number: KR20210081171A
Application number: KR1020190173445A
Authority: KR
Inventors: 한인석; 최재현
Original assignee: (주)유투시스템
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-07-01
Also published as: KR102318909B1

Abstract

본 발명은 어류로부터 추출된 프로타민 단백질과 DNA를 배합한 하이드로겔과, 염화이온을 흡착하는 불가사리 유래의 다공성 구조체를 이용함으로써, 자연 및 인체에 무해하고 염분을 효율적으로 제거할 수 있는, 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물은 다공성 구조체; 염화물; 및 양이온성 프로타민과, 상기 양이온성 프로타민과 이온 결합된 음이온성 DNA를 포함하는 하이드로젤;을 포함한다.

Description

하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물{SALT REMOVAL COMPOSITION USING HYDROGEL}

본 발명은 천연 바이오 물질인 양이온성 프로타민과 음이온성 DNA로부터 형성된 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물에 관한 것이다.

바닷물의 염분을 제거하기 위한 방법으로 역삼투 공정, 이온교환수지 또는 멤브레인 필터가 이용되고 있다.

역삼투 공정은 고농도 용액 쪽에 삼투압보다 큰 압력을 가하면 고농도 용액 쪽의 물이 저농도 쪽으로 이동하게 되는 공정으로, 물만 통과시켜 증류수에 가까운 순수한 물을 공급한다. 이온교환수지는 고분자 물질에 결합한 작용기에 의해 바닷물 속에 녹아 있는 양이온이나 음이온을 선택적으로 교환해주는 물질이다. 멤브레인 필터는 미세한 기공을 가지고 있으며, 높은 수압으로 빠르게 해수를 통과시키기 때문에 염분과 염소이온 등을 제거한다.

역삼투 공정, 이온교환수지 또는 멤브레인 필터를 이용하여 바닷물의 염분을 제거하는 경우, 염분이 90% 이상 제거되어 증류수에 가까운 순수한 물을 수득할 수 있다. 하지만, 이러한 공정은 정수 처리 과정이 길고 복합하며, 해수의 양에 따라 장치의 크기가 달라지기 때문에 비효율적이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 바닷물의 염분을 제거하는 방법으로 하이드로젤을 이용한 조성물이 연구되고 있다. 하이드로젤(Hydrogel)은 물을 흡수하는 수화젤이라고도 지칭하며, 물리적 결합 또는 화학적 결합으로 인해 3차원 네트워크 구조를 가진다.

하이드로젤은 온도, pH, 이온세기 등 외부 조절인자에 의해 하이드로겔의 부피, 가교도, 강도 등의 물리적 성질을 조절할 수 있어 여러 분야에서 응용성이 높은 물질로 그 중요성이 점점 증대되고 있다.

하이드로젤은 대부분 모노머, 가교제 및 개시제와 같은 화학성분으로 제조되며, 온도에 민감한 온도-센시티브 하이드로젤, pH 변화에 반응하는 pH-센시티브 하이드로젤, 포도당에 민감한 글로코오스-센시티브 하이드로젤 등이 있다.

이 중 공유결합으로 제조된 pH-센시티브 하이드로젤은 하이드로젤 내부로 염분이 침투하여 염분을 제거하기 위한 용도로도 사용되고 있으나, 하이드로젤 내부에 염분이 투입되어 salt-bridge을 형성하기 때문에 염분과 반응할 때 하이드로젤의 수축이 발생하고 팽창이 덜 발생하게 된다. 수축이 발생하고 팽창이 덜 발생하는 이유는 하이드로젤 내부에서 가교제의 양이 상대적으로 많기 때문이다. 이처럼 하이드로젤 제조 시 가교제의 첨가량이 많으면 젤은 단단해지나, 염분 반응에 수축율이 감소하게 되어 염분을 제거하는데 한계가 있다. 또한 하이드로젤의 대부분이 화학성분으로 합성되기 때문에 염분을 제거하는 과정에서도 환경오염에 대한 우려가 있다.

따라서, 바닷물의 염분을 효율적으로 제거하면서 자연에 무해하고 환경오염을 저감시킬 수 있는 연구가 필요하다.

본 발명의 목적은 천연 바이오 물질로부터 형성된 하이드로젤을 이용하여, 이온결합을 통해 염분을 효율적으로 제거할 수 있는 염분 제거용 조성물을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 인체에 무해하고 비용측면에서 경제적인 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물은 다공성 구조체; 염화물; 및 양이온성 프로타민과, 상기 양이온성 프로타민과 이온 결합된 음이온성 DNA를 포함하는 하이드로젤;을 포함한다.

본 발명에 따른 염분 제거용 조성물은 어류로부터 추출된 프로타민 단백질과 DNA를 배합한 하이드로겔과, 염화이온을 흡착하는 불가사리 유래의 다공성 구조체를 이용함으로써, 이온결합과 해리를 통해 염분을 효율적으로 제거할 수 있다.

아울러, 본 발명의 염분 제거용 조성물은 어류로부터 채취한 천연 바이오 물질을 이용함에 따라, 자연 및 인체에 무해하고 경제적 가치가 큰 이점이 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 프로타민과 DNA의 이온결합된 상태의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이드로겔, semi-IPN 및 full-IPN의 모식도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물을 설명하도록 한다.

기존 염분 제거용 조성물은 양이온과 음이온을 갖는 물질들을 공유결합으로 합성한 하이드로젤을 이용하였으나, 염분 용액의 양에 대하여 다량의 하이드로겔을 투입해야 하고 비용측면에서 경제성이 적은 단점이 있다.

본 발명에서는 천연 바이오 물질로서 서로 이온결합 된 프로타민과 DNA를 주성분으로 한 하이드로젤을 이용하여, 이온결합과 해리를 통해 염분을 효율적으로 제거하고자 본 발명을 연구하였다.

본 발명에 따른 염분 제거용 조성물은 다공성 구조체, 염화물 및 하이드로젤을 포함한다.

본 발명의 다공성 구조체는 기공 크기가 1~1000nm인 미세기공을 포함하는 것으로, 단백질이 제거된 불가사리 유래 다공성 구조체를 포함하는 것이 바람직하다.

불가사리는 높은 번식력과 재생능력을 가졌기 때문에 별다른 비용 없이 대량 확보가 가능한 생물로서, 저비용으로 대량생산이 가능한 특징이 있다.

상기 다공성 구조체는 단백질과 탄산칼슘으로 구성되는 불가사리로부터 단백질을 제거하여 수득될 수 있다. 불가사리를 펩신, 트립신, 유용미생물(effective microorganism; EM) 등과 같은 단백질 분해효소를 1 : 1000 내지 1 : 10000의 비율로 혼합하여 용액을 제조하고, 제조된 용액을 40 ~ 50℃에서 24 ~ 72시간 반응시켜 단백질을 분해하면 물보다 비중이 큰 연노랑색의 탄산칼슘 다공성 구조체가 침전한다. 이를 추출하여 탄산칼슘으로 이루어진 3차원 다공성 구조체를 수득할 수 있다.

불가사리 유래 다공성 구조체는 3차원적 다공성을 통한 물 분자 클러스터의 물리적 흡착 및 구조체 내부에서의 전기적 인력으로 인한 화학적 흡착을 원리로 하여 염화이온을 흡착할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 염분 제거용 조성물을 이용한 염분 제거과정에서, 불가사리 유래 다공성 구조체는 해리되는 염화이온을 흡착하여, 소금물(염분 용액)에서 염소기를 제거하기 때문에 염분 잔여물을 최소화하고 환경친화적인 효과를 부여할 수 있다.

본 발명의 염분 제거용 조성물에 포함되는 다공성 구조체의 무게, 크기 또는 부피는 염분이 포함된 바닷물의 양, 염분이 포함된 용액의 양을 고려하여 결정될 수 있다.

본 발명의 염분 제거용 조성물에 포함되는 염화물은 염소(Cl)를 포함하는 화합물을 의미하며, 염화칼슘(CaCl₂), 염화나트륨(NaCl) 및 염화마그네슘(MgCl₂) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에서 염화물은 조성물 내에서 후술할 양이온과 음이온의 이온결합 비율을 조정하기 위해 첨가되는 것으로, 염분이 포함된 바닷물과 접촉 시 염화이온(Cl-)이 발생하고, 수소(H+)와 수산화기(OH-)도 발생하게 된다.

상기 염화물은 다공성 구조체 100중량부에 대하여, 30~100중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 염화물의 함량이 30~100중량부를 벗어나는 경우, 염분 제거 효율이 저하될 수 있다.

본 발명의 염분 제거용 조성물에 포함되는 하이드로젤은 어류에서 쉽게 확보할 수 있는 천연 바이오 물질을 포함하며, 수용액 상에서 팽윤되는 특성을 가지기 때문에 젤의 형태와 강도 및 구조적 안정성을 가진다.

본 발명의 하이드로젤은 어류로부터 채취(분리)한 양이온성 프로타민 단백질과, 어류로부터 채취한 음이온성 DNA를 포함하는 천연 바이오 물질을 포함한다.

어류의 종에 따라 차이가 있으나, 어류 정자와 관련하여 세포의 핵을 살펴보면, 약 35~50%의 양이온을 가진 프로타민이 음이온성 DNA와 이온결합을 하고 있다.

어류로부터 분리한 단백질과 DNA를 이용함으로써, 상기 하이드로젤 내에서 양이온성 프로타민 단백질과 음이온성 DNA가 서로 이온 결합으로 연결되어 있다.

본 발명의 프로타민(protamine)은 공지된 것으로, 어류 정자의 핵을 이루는 프로타민을 사용한다. 바람직하게, 본 발명의 프로타민은 연어(salmon), 청어(Clupea), 고등어(Scomber), 잉어(Cyprinus), 송어(Oncorhynchus) 등 어류의 정소에서 유래한 염기성 단백질로서, 특히 아르기닌 함량이 높고, 4,000 내지 5,000의 작은 분자량을 가진다.

본 발명의 목적상 상기 프로타민은 어류의 정소 중에 핵산과 결합한 염기성 단백질을 산으로 분해한 다음, 중화한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로타민은 원재료를 열수조건에서 산 가수분해를 거치고 중화한 다음, 염석하여 단백질 성분의 양이온성 프로타민을 얻을 수 있으며, 분말형태로 사용할 수 있다.

또한 이러한 프로타민은 한림제약, 시그마알드리치 등의 제조사에서 시판되고 있는 제품을 구입하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 양이온성 물질은 어류로부터 채취한 프로타민 대신 어류로부터 채취한 히스톤(histone) 등을 포함할 수 있고, 프로타민 및 히스톤을 모두 포함할 수도 있다.

상기 양이온성 프로타민과 이온결합 된 상태로 존재하는 음이온성 DNA는 어류로부터 채취한 DNA이며, 인산기, 당, 염기로 구성된다.

본 발명의 하이드로젤에 포함되는 음이온성 DNA는 단일가닥 또는 이중가닥 구조일 수 있고, 원형 또는 선형 구조일 수 있다. 그리고 상기 DNA는 일반적인 어류로부터 채취한 DNA를 모두 사용할 수 있으며, 본 발명에서 DNA의 염기서열은 중요한 요소가 아니다.

본 발명의 음이온성 DNA는 어류로부터 채취한 DNA 중 플라스미드 DNA(pDNA)를 포함할 수 있다. 플라스미드 DNA는 공지된 것으로, 세균의 세포 내에 염색체와는 별개로 존재하면서 독자적으로 증식할 수 있는 DNA이고, 고리 모양을 띠고 있으며 세균의 생존에 필수적인 유전자는 아니다. 유전공학에서는 세균 내 플라스미드 DNA를 세포 밖으로 빼내고 제한효소로 끊은 뒤, 필요로 하는 유전자를 삽입하여 이를 다시 세균에 넣어 배양하는 유전자재조합 기술을 사용하여 플라스미드 DNA를 형성한다.

본 발명의 음이온성 물질은 어류로부터 채취한 DNA 대신 어류로부터 채취한 헤파린(heparin) 등을 포함할 수 있고, DNA 및 헤파린을 모두 포함할 수도 있다.

본 발명의 하이드로젤은 양이온성 프로타민과 음이온성 DNA의 혼합비가 중량비로 1 : 0.1 ~ 1 : 5인 것이 바람직하다. 이들의 혼합비가 1 : 0.1 ~ 1 : 5를 벗어나는 경우, 하이드로젤 내에서 이온결합이 불충분하게 일어나면서, 염분을 제거하는 과정에서 염분에 대한 이온결합 및 해리가 제대로 진행되지 않아 염분을 효율적으로 제거하기 어려울 수 있다.

그리고 본 발명의 하이드로젤은 양이온성 프로타민에 대한 음이온성 DNA의 몰비(molar binding ratios)가 0.020 ~ 0.050 일 수 있고, 바람직하게는 0.025 ~ 0.040 일 수 있다. 이들의 몰비가 0.020 ~ 0.050 을 벗어나는 경우, 하이드로젤 내에서 이온결합이 불충분하게 일어나면서, 염분을 제거하는 과정에서 염분에 대한 이온결합과 해리가 제대로 진행되지 않아 염분을 효율적으로 제거하기 어려울 수 있다.

본 발명의 하이드로젤은 다공성 구조체 100중량부에 대하여, 30~100중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 40~80중량부로 포함되는 것이 보다 바람직하다. 하이드로젤의 함량이 30~100중량부를 벗어나는 경우, 염분이 포함된 용액에서 양이온과 음이온의 이온결합 및 해리가 충분히 일어나지 않을 수 있어 염분 제거 효율이 저하될 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 하이드로젤은 양이온성 프로타민 단백질에 음이온성 DNA가 서로 이온결합으로 연결되어 있으며, 염분에 노출되면 프로타민 단백질과 DNA가 소금물의 양이온, 음이온과 서로 결합하면서 해리가 일어나게 되어 염분이 제거된다. 이때 소금물에서는 해리와 결합이 끊임없이 일어나며, 해리된 염화이온은 불가사리 유래 다공성 구조체에 흡착된다.

본 발명의 하이드로젤은 친수성 모노머 및 개시제를 더 포함하여 반상호침입 고분자 망상 구조(semi-IPN)를 나타낼 수 있다. 또는, 상기 하이드로젤은 친수성 모노머, 개시제 및 가교제를 더 포함하여 상호침입 고분자 망상 구조(IPN)를 나타낼 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 반상호침입 고분자 망상 구조(semi-IPN)는 친수성 모노머와 개시제를 더 첨가하여 얽혀있는 망목구조의 네트워크 형태를 가진다.

상호침입 고분자 망상 구조(full-IPN)는 친수성 모노머, 개시제와 가교제를 더 첨가하여 얽혀있는 망목구조의 네트워크 형태를 가진다. semi-IPN 에 비해, full-IPN는 네트워크 형태가 더 조밀하게 형성되며, 이온결합된 프로타민과 DNA 사이 또는 주변에 친수성 모노머에 의한 폴리머가 가교 결합되어 있을 수 있다.

예를 들어, semi-IPN은 대략 10~50%의 가교 정도를 나타낼 수 있고, full-IPN은 대략 50% 를 초과하는 가교 정도를 나타낼 수 있다.

상기 semi-IPN 또는 full-IPN 형태의 하이드로젤을 제조하기 첨가되는 친수성 아크릴계 모노머, 개시제 또는/및 가교제는 극소량으로 첨가될 수 있다.

친수성 모노머로는 히드록시기 함유 모노머, 아미노기 함유 모노머, 카르복시기 함유 모노머, 설폰기 함유 모노머, 글리시딜기 함유 모노머 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 히드록시기 함유 모노머는 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트,

4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 5-히드록시펜틸(메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실(메타)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸(메타)아크릴레이트, 10-히드록시데실(메타)아크릴레이트, (4-히드록시메틸시클로헥실)메틸(메타)

아크릴레이트 등의 (메타)아크릴산히드록시알킬에스테르, 카프로락톤 변성 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 등의 카프로락톤 변성 모노머, 2-아크릴로일옥시에틸-2-히드록시에틸프탈산, N-메틸올(메타)아크릴아미드, N-히

드록시에틸(메타)아크릴아미드 등의 1급 수산기 함유 모노머; 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필(메타)아크릴레이트, 3-클로로-2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필(메타)아크릴레이트 등의 2급 수산기 함유 모노머; 2,2-디메틸-2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 등의 3급 수산기 함유 모노머를 포함할 수 있다. 상기 히드록시기 함유 모노머 중에서도, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트를 사용하는 것이, 디(메타)아크릴레이트 등의 불순물이 적은 이점이 있다.

상기 아미노기 함유 모노머는 디메틸아미노에틸(메타) 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 카르복시기 함유 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 말레산, 무수말레산, 이타콘산,푸마르산, 아크릴아미드 N-글리콜산, 계피산, (메타)아크릴산의 마이클 부가물(예컨대, 아크릴산 다이머, 메타크릴산 다이머, 아크릴산 트라이머, 메타크릴산 트라이머, 아크릴산 테트라머, 메타크릴산 테트라머 등), 2-(메타)아크릴로일옥시에틸디카르복실산모노에스테르(예컨대, 2-아크릴로일옥시에틸숙신산모노에스테르, 2-메타크릴로일옥시에틸숙신산모노에스테르, 2-아크릴로일옥시에틸프탈산모노에스테르, 2-메타크릴로일옥시에틸프탈산모노

에스테르, 2-아크릴로일옥시에틸헥사히드로프탈산모노에스테르, 2-메타크릴로일옥시에틸헥사히드로프탈산모노에스테르 등) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 설폰기 함유 모노머는 에틸렌설폰, 알릴설폰, 메타알릴설폰 등의 올레핀설폰, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판설폰, 스티렌설폰 또는 그의 염 등을 들 수 있다. 상기 모르필린기 함유 모노머는 4-메틸모르필린(4-Methylmorpholine), 상기 글리시딜기 함유 모노머는 글리시딜(메타) 아크릴레이트, 알릴 글리시딜에테르 등을 들 수 있다.

개시제는 단시간의 자외선 등의 활성 에너지선 조사에 의해 중합체를 경화하도록 하는 광중합 개시제를 포함할 수 있다. 가열에 의해 중합체를 경화하는 열중합 개시제도 포함될 수 있으나, 경화 속도가 느리기 때문에, 광중합 개시제를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 광중합 개시제는, 디에톡시아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 벤질디메틸케탈, 4-(2-히드록시에톡시)페닐-(2-히드록시-2-프로필)케톤, 1-히드록시시클로헥실페닐 케톤, 2-메틸-2-모르폴리노(4-티오메틸페닐)프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부타논, 2-히드록시-2-메틸-1-[4-(1-메틸비닐)페닐]프로파논 올리고머 등의 아세토페논류; 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르 등의 벤조인류; 벤조페논, o-벤조일벤조산메틸, 4-페닐벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸-디페닐술파이드, 3,3',4,4'-테트라(t-부틸퍼옥시카르보닐)벤조페논, 2,4,6-트리메틸벤조페논, 4-벤조일-N,N-디메틸-N-[2-(1-옥소-2-프로페닐옥시)에틸]벤젠메탄아미늄브로마이드, (4-벤조일벤질)트리메틸암모늄클로라이드 등의 벤조페논류; 2-이소프로필티오크산톤, 4-이소프로필티오크산톤, 2,4-디에틸티오크산톤, 2,4-디클로로티오크산톤, 1-클로로-4-프로폭시티오크산톤, 2-(3-디메틸아미노-2-히드록시)-3,4-디메틸-9H-티오크산톤-9-온메소클로라이드 등의 티오크산톤류; 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀옥사이드, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸-펜틸포스핀옥사 이드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드 등의 아실포스폰옥사이드류; 등을 들 수 있다.

가교제는 헥산디올디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트 및 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 프로필렌글리콜디아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디아크릴레이트, 트리프로필렌디아크릴레이트 등을 포함하는 디아크릴레이트계 가교제, 트리아크릴

레이트계 가교제, 아지리딘계 가교제, 에폭시계 가교제 등을 사용할 수 있다.

가교제는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 국내외 유수의 제조업자들에 의해 상용적으로 공급되는 것을 사용할 수 있으며 특별히 제한되어 사용되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 염분 제거용 조성물은 다음과 같이 제조될 수 있다.

먼저, 어류의 정자를 증류수에 투입한 후 초음파를 이용하여 교반한다. 초음파의 진동에 의해 정자의 세포막을 깨고 난 후, 원심분리를 통해 증류수에 불용인 프로타민과 DNA가 서로 이온결합된 것을 IPN 형태의 하이드로젤로 제조한다.

IPN 형태의 하이드로젤을 제조하기 위해, 상기 이온결합된 프로타민과 DNA가 수용된 증류수에, 프로타민과 DNA의 전체 100중량부에 대하여, 친수성 모노머 0.1~5중량부, 개시제 0.1~1중량부, 또는/및 가교제 0.1~1중량부를 첨가한 후, 25~60℃에서 교반한다. 상기 개시제를 첨가한 시점에는 5∼3000mJ/cm² 의 광원을 조사하여 광중합에 의해 가교가 진행되도록 할 수 있다. 가교 정도에 따라 하이드로젤 내에서 이온결합된 프로타민과 DNA가 거의 움직이지 못한 상태로 고정시킬 수 있으며, semi-IPN 또는 full-IPN 형태의 하이드로젤을 제조할 수 있다.

이렇게 제조된 IPN 형태의 하이드로젤을 불가사리 유래 다공성 구조체, 염화물과 25±10℃에서 혼합하여 염분 제거용 조성물을 제조할 수 있다.

본 발명의 염분 제거용 조성물은 증류수에 하이드로젤, 다공성 구조체, 염화물을 수용시킨 형태이거나, 또는 증류수 없이 하이드로젤, 다공성 구조체, 염화물을 포함한 형태일 수 있다.

본 발명의 염분 제거용 조성물은 하이드로젤 내부에 서로 이온결합된 프로타민과 DNA가 갇힌 상태로 존재하다가, 염분에 노출되면 하이드로젤 내부에 있는 프로타민과 DNA가 해리되어 염분의 염화이온과 나트륨 이온과 이온결합을 하게 되고, 해리된 이온들은 끊임없이 이온결합과 해리를 반복하는 과정에서 일부 염화이온은 다공성 구조체에 흡착되어 제거된다.

이와 같이 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

1. 염분 제거용 조성물의 제조

실시예 1

송어에서 추출하여 냉동된 정소 10kg을 25℃에서 해동한 다음 혈액 및 이물질을 제거하고, 정제수 150kg을 넣어준 후 초음파를 이용하여 정소 분쇄액을 수득하였다.

1500rpm의 원심 분리기를 이용하여 서로 이온결합된 양이온성 프로타민과 음이온성 DNA를 회수하였다.

이어서, 상기 프로타민과 DNA의 전체 100중량부에 대하여, 친수성 모노머로서 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트 1중량부, 개시제로서 4-벤조일-4'-메틸-디페닐술파이드 0.1중량부를 첨가한 후, 30℃에서 교반하여 semi-IPN 형태의 하이드로젤을 수득하였다.

불가사리 유래 다공성 구조체를 제조하기 위해, 불가사리 100g을 깨끗이 세척하고 표면상의 염분을 제거한 후 수조에 담고 1.5L의 증류수를 가하였다. 수조의 온도를 47℃로 설정한 후, 단백질 분해효소로서 펩신(1:10000) 1.5g을 넣고 5분간 교반한 후 3일간 방치하였다. 3일 후, 수조 위에 뜬 부유물을 제거하고 증류수로 연노랑색의 고체만 남을 때까지 씻어내고, 얻어진 연노랑색의 고체를 50℃의 건조기에서 건조하여 연노랑색 가루 형태의 불가사리 유래 다공성 구조체를 수득하였다.

이어서, 불가사리 유래 다공성 구조체 100중량부에 대하여, 제조된 semi-IPN 형태의 하이드로젤 50중량부, 염화물로서 NaCl 30중량부를 25℃에서 혼합하여 염분 제거용 조성물을 제조하였다.

실시예 2

고등어에서 추출하여 냉동된 정소를 이용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 염분 제거용 조성물을 제조하였다.

실시예 3

청어에서 추출하여 냉동된 정소를 이용한 점 및 가교제로서 헥산디올디아크릴레이트 0.1중량부를 첨가하여 full-IPN 형태의 하이드로젤을 제조한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 염분 제거용 조성물을 제조하였다.

실시예 4

연어에서 추출하여 냉동된 정소를 이용한 점 및 가교제로서 헥산디올디아크릴레이트 0.5중량부를 첨가하여 full-IPN 형태의 하이드로젤을 제조한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 염분 제거용 조성물을 제조하였다.

하기 표 1의 실시예 1 내지 4에서의 수득된 하이드로겔 정보이다,

[표 1]

2. 물성 평가 방법 및 그 결과

실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 염분 제거용 조성물 10g을 200mL 용기에 투입하고, 2.5%(wt./vol.)의 100mL 소금물을 투입하여 염분 제거 성능을 측정하였다.

측정된 소금물의 농도는 표 2에 기재하였다.

[표 2]

상기 표 2를 참조하면, 본 발명에서 제조된 염분 제거용 조성물을 이용함으로써 소금믈의 염분 제거 효과를 확인할 수 있다.

실시예 1 내지 4의 결과에서 모두 소금물의 농도가 현저하게 감소하였으며, 이러한 결과는 본 발명의 천연 바이오 물질인 프로타민과 DNA의 이온결합과 해리를 통해, 그리고 불가사리 유래 다공성 구조체를 통해, 염분을 효율적으로 제거할 수 있음을 보여준다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims

다공성 구조체;
염화물; 및
양이온성 프로타민과, 상기 양이온성 프로타민과 이온 결합된 음이온성 DNA를 포함하는 하이드로젤;을 포함하는, 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 다공성 구조체는 단백질이 제거된 불가사리 유래 다공성 구조체를 포함하는, 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 염화물은 염화칼슘(CaCl₂), 염화나트륨(NaCl) 및 염화마그네슘(MgCl₂) 중 1종 이상을 포함하는, 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 음이온성 DNA는 어류로부터 채취한 것인, 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 하이드로젤은 양이온성 프로타민과 음이온성 DNA의 혼합비가 중량비로 1 : 0.1 ~ 1 : 5인, 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 하이드로젤은 친수성 모노머 및 개시제를 더 포함하여 반상호침입 고분자 망상 구조(semi-IPN)를 갖는, 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 하이드로젤은 친수성 모노머, 개시제 및 가교제를 더 포함하여 상호침입 고분자 망상 구조(IPN)를 갖는, 하이드로젤을 이용한 염분 제거용 조성물.