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【발명의 명칭】 입자 기반 생분해성 고분자의 분해도 정량 평가 방법 {Method for Quantitative Evaluation of Degradation of Biodegradable Polymers Using Particles} 【기술분야】 본 발명은 생분해성 고분자의 분해도를 정량적으로 평가하기 위한 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 생분해성 고분자를 입자 형태로 제공하고, 분해 반응에 따라 발생하는 광학적 신호를 시간 경과에 따라 측정함으로써 분해 진행 정도를 정량적으로 평가하는 방법에 관한 것이다. 【배경기술】 플라스틱 폐기물 증가로 인해 생분해성 고분자(biodegradable polymer)가 대체 소재로 활용되고 있으나, 실제 분해 속도와 환경 의존성이 크기 때문에 정확하고 재현성 있는 분해도 평가 기술의 필요성이 대두되고 있다. 현재 생분해도 평가는 주로 이산화탄소(CO2) 발생량 기반 표준 시험법과 필름 기반 무게 감소 측정법이 포함된다. 이산화탄소 발생량 기반 분석은 퇴비화 조건에서 시료가 분해되는 과정 동안 발생하는 이산화탄소를 측정하여 분해도를 산출하는 방식으로, 국제 표준에서 제시되는 대표적인 생분해도 평가법이다. 그러나, 이 방법은 분석 기간이 일반적으로 90일 이상 소요되고, 이산화탄소 발생량이 미량일 경우 검출이 어려워 소량 시료 또는 마이크로입자(microparticle) 형태의 시료에는 적용이 제한된다. 또한 이산화탄소 센서 및 전용 배양 시스템 등 고가의 장비가 필요하여 일반 연구실 환경에서는 수행하기 어렵다. 따라서 연구실 환경에서는 이산화탄소 발생량 기반 표준법보다 필름 기반 무게 감소 분석법이 더 널리 사용되는 경향이 있다. 필름 기반 무게 감소 분석법은 일정 시간 간격으로 필름을 회수하여 세척·건조 후 무게 변화를 측정하는 방식으로, 장비 요구 조건이 단순하고 접근성이 높아 실제 연구 환경에서 가장 빈번히 활용된다. 그러나, 필름 시료는 두께, 표면 거칠기, 제조 편차 등의 요인에 따라 분해 속도가 달라질 수 있어 실험 간 재현성이 저하될 수 있다. 또한 회수·세척·건조 과정에서 시료 손실이 발생하면 실제 분해량과 측정값 간 불일치가 발생할 수 있다. 특히 표면적이 넓은 필름은 분해가 상대적으로 느리게 진행되어 분석 기간이 장기간에 걸리는 경향이 있으며, 분해 초기 단계에서 발생하는 미세한 질량 변화는 전자저울의 측정 한계 이하로 떨어져 검출이 어려울 수 있다. 더불어 무게 측정 기반 방식은 시료를 회수하여 측정해야 하므로 분해 반응의 실시간(real-time) 관찰이 불가능하다. 한편, 미세유체기술(microfluidic system)은 미세 규모 채널에서 유체 흐름을 정밀하게 제어하여 균일한 크기의 마이크로입자를 제조할 수 있어 소량 시료 기반의 분석에 유리하다. 그러나, 이를 생분해성 고분자의 정량적 분해도 평가에 직접적으로 활용한 기술은 충분히 확립되지 않았다. 특히 PBAT(poly(butylene adipate-co-terephthalate))와 같은 생분해성 고분자는 특정 파장에서 고유 형광(autofluorescence)을 나타내며, 분해가 진행될수록 형광 신호가 감소하는 특성이 있음이 알려져 있다. 이는 별도의 형광 표지 없이도 분해도를 관찰할 수 있다는 장점을 제공하지만, 이를 실시간·정량 분석 형태로 구현한 기술은 제한적인 실정이다. 그러나, 상기 선행기술들은 생분해성 고분자를 입자 단위로 분리·고정한 상태에서 광학적 신호를 이용하여 분해 진행을 실시간으로 정량 평가하는 구성을 개시하거나 시사하지 않는다. 따라서 기존 필름 기반 평가의 한계를 보완하고, 신속하면서도 재현성 높은 생분해성 고분자 분해도 평가 기술을 제공할 수 있는 새로운 플랫폼 개발이 요구되고 있다. 【선행기술문헌】 (특허문헌 0001) 대한민국 등록특허 제10-2025-0118887호 【발명의 내용】 【해결하고자 하는 과제】 본 발명은 기존 생분해도 평가법이 가지는 구조적 한계를 개선하여 생분해성 고분자의 분해도를 보다 정확하고 재현성 있게 정량 평가할 수 있는 기술을 마련하는 데 그 목적이 있다. 필름 기반 무게 감소 분석법은 시료 두께, 표면 거칠기, 제조 편차 등에 따라 분해 속도가 달라질 수 있어 실험 간 변동성이 커질 수 있다. 또한 필름을 회수하여 세척 및 건조하는 과정에서 시료 일부가 손실될 수 있어 실제 분해와 무관한 무게 변화가 측정값에 포함될 가능성이 존재한다. 이러한 요인들은 반복 실험의 수행을 어렵게 하여 재현성 확보에 한계를 초래한다. 더 나아가 분해 초기 단계에서 발생하는 미세한 질량 변화는 측정 장비의 한계로 인해 검출이 어렵고, 무게 측정 방식의 특성상 시료를 회수해야만 분석이 가능하므로 분해 반응의 시간적 진행 양상을 연속적으로 관찰하는 데 제약이 있다. 이와 같은 문제들은 전체 분석 기간을 장기화시키고, 생분해성 고분자의 분해도를 정량적으로 비교·평가하는 데 어려움을 야기한다. 따라서 생분해성 고분자의 분해 거동을 시간의 흐름에 따라 정량적으로 평가할 수 있는 새로운 분석 방법을 제공함으로써 기존 필름 기반 분석법의 한계를 극복하는 것이 본 발명의 기술적 과제이다. 【과제의 해결 수단】 본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 생분해성 고분자를 입자 형태로 제공하고, 이를 분석 단위로 활용하여 분해 거동을 시간 경과에 따라 정량적으로 평가할 수 있는 기술을 제공한다. 일 실시형태에 따르면 생분해성 고분자를 용매에 용해한 분산상과 연속상 용액을 이용하여 액적 기반 공정을 통해 생분해성 고분자의 마이크로입자를 형성할 수 있다. 상기 액적 기반 공정은 미세유체 구조를 포함하는 장치를 이용하여 구현될 수 있으며 두 상의 유동 조건을 제어함으로써 비교적 균일한 크기의 입자를 제조할 수 있다. 형성된 액적은 용매의 제거 또는 고형화 과정을 거쳐 고체의 마이크로입자로 전환될 수 있다. 고형화된 마이크로입자는 분해 거동의 관찰 및 분석을 용이하게 하기 위하여 마이크로웰(microwell) 또는 동등한 기능을 갖는 구조체가 형성된 칩 상에 배치될 수 있다. 상기 구조체는 개별 입자의 위치를 고정하여 분해 반응 전후 및 반응 진행 중의 변화를 동일 위치에서 관찰할 수 있도록 한다. 상기 구조체는 마이크로웰 구조에 한정되지 않으며 입자의 위치를 개별적으로 구획, 고정 또는 추적할 수 있는 임의의 구조를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 분해도 분석 구성은 생분해성 고분자가 특정 파장에서 나타내는 고유 형광 신호를 이용하여 별도의 형광 표지 없이 분해 반응을 평가할 수 있도록 한다. 상기 형광 신호는 광학 관찰 장치를 통해 시간 경과에 따라 획득될 수 있으며 획득한 이미지는 배경 신호 보정, 관심 영역(ROI) 설정, 신호 정규화 등의 이미지 처리 과정을 거쳐 정량화될 수 있다. 이를 통해 분해 반응의 진행에 따른 형광 신호 변화가 계산될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 (1) 생분해성 고분자를 입자 형태로 제공하는 분석 구성, (2) 입자의 위치 고정을 위한 구조체 기반 분석 환경, (3) 고유 형광을 이용한 무표지(label-free) 분해도 평가 방식, (4) 광학적 신호를 기반으로 한 시간 경과에 따른 정량 분석 구성 을 포함하는 생분해도 평가 기술을 제공한다. 【발명의 효과】 본 발명에 따르면 미세유체기술을 이용하여 생분해성 고분자를 단분산 특성을 갖는 마이크로입자 형태로 제조할 수 있으며, 이에 따라 분해도 분석에 사용되는 시료 간 물리적 조건 차이가 최소화될 수 있다. 이러한 특성은 분해 반응의 진행 양상을 보다 일관된 조건 하에서 평가할 수 있도록 하여 분해도 정량 분석의 재현성과 신뢰성을 향상시키는 데 기여할 수 있다. 또한 본 발명은 마이크로입자를 칩 상의 미세 구조체에 개별적으로 고정하여 각 입자를 분해 반응 동안 독립적인 반응 단위로 유지할 수 있도록 하여 입자 간 공간적 간섭을 효과적으로 방지한다. 이에 따라 동일한 분해 조건 하에서 다수의 마이크로입자에 대한 병렬 분석이 가능하며 단일 시료 기반 분석에 비해 보다 높은 분석 효율을 제공할 수 있다. 아울러 본 발명은 생분해성 고분자가 분해 과정에서 나타내는 고유 형광 특성을 활용함으로써 별도의 형광 표지 물질을 사용하지 않고도 분해 반응의 진행 양상을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 이러한 형광세기 기반 온칩 분석은 시료의 회수 또는 건조 과정 없이 분해 반응을 연속적으로 관찰할 수 있어 기존의 무게 변화 기반 분석 방법에서 발생할 수 있는 시료 손실 및 측정 변동 요인을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 분해 반응 초기 단계에서의 변화도 안정적으로 반영할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 미세유체 기반 분해도 정량 평가 플랫폼은 기존 필름 기반 분석 방법에 비해 적은 시료량으로도 분해 반응의 진행 양상을 효과적으로 반영할 수 있으며 생분해성 고분자의 분해 특성을 보다 정밀하고 효율적으로 평가할 수 있는 분석 수단을 제공할 수 있다.

본 발명은 다단계 정제 공정 없이 고순도 배터리급 수산화리튬을 직접 회수할 수 있는 통합 전기화학 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 구체적으로 양이온 교환막을 구비한 제로 갭 셀(zero-gap cell) 수전해 구성을 기반으로, 양극 측에 산성의 리튬 함유 전해질을 공급하고 음극 측에 초순수를 공급한 후 전기장을 인가한다. 이에 따라 음극에서는 수소 발생 반응(HER)을 통해 유용한 수소 가스가 생산되며, 동시에 리튬 이온이 전기적 인력에 의해 막을 투과하여 음극 전해액에 4.0 M 이상의 고농도로 축적된다. 축적된 음극 전해액을 증발시키면 복잡한 결정화 공정 없이 거의 100% 순도의 고체 수산화리튬(LiOH)을 획득할 수 있다. 음극 다공성 전달층의 기공도를 최적화하여 수산화리튬에 의한 전극 막힘을 방지하였으며, 본 공정은 기존 직접 증발 공정 대비 극히 낮은 에너지만을 요구하여 친환경적이고 경제적인 리튬 재활용 공정으로서 유용하게 활용될 수 있다.

현재 건설현장에서는 여름철 옥외 작업 비중이 높은 건설 근로자의 온열질환 예방을 위해, 습구흑구온도지수(WBGT)와 작업대사율을 기반으로 작업시간과 휴식시간을 일정 비율로 관리하는 한국산업안전보건공단의 지침을 적용하고 있다. 그러나 이러한 방식은 환경 변수와 작업 대사율만 고려한 지표로서, 개인의 생체 특성에 따른 회복시간 차이를 반영하지 못한다는 한계가 있다. 특히 동일한 환경과 작업 조건에서도 개인별 열스트레스 회복 속도에는 차이가 발생함에도 불구하고, 휴식 중 실제 회복 상태를 정밀하게 모니터링하거나 작업 복귀 시점을 개인 단위로 판단하기 어려운 문제가 존재한다. 본 발명은 상기 한계를 해결하기 위하여, 환경 변수와 개인의 생체 특성을 통합적으로 반영할 수 있는 physiological strain index (PSI)를 기반으로 한 개인맞춤형 실시간 회복률 모니터링 시스템을 제안한다. 본 시스템은 휴식 중 열스트레스의 회복 정도를 정량화함으로써 기존의 고정 비율 휴식 관리 방식에서 개인 맞춤형 회복 기반 관리 방식으로 전환하는 것을 목표로 한다. 구체적으로, 건설 현장의 고열 환경(온도 37℃, 습도 70%)을 재현한 환경 챔버에서 다양한 체형을 가진 20대 남성 35명을 대상으로, 건설현장 작업부하와 유사한 수준의 트레드밀 걷기(경사 5°, 속도 4 km/h)를 수행하도록 하여 환경 및 생체 데이터를 수집하고, 이를 기반으로 열스트레스 회복율 예측 모델이 개발되었다. 이는 현장 투입 전 건설근로자의 열스트레스 회복률이 100%에 도달하기까지의 회복패턴을 분류함으로써 열스트레스 회복이 느린 온열질환 취약군(Late recovery group)을 사전에 식별할 수 있다. 또한, 휴식 중 physiological strain index (PSI)를 예측함으로써, 충분한 회복 여부를 판단하여 작업 복귀 시점을 개인 단위로 결정할 수 있도록 한다.

폴리에틸렌글리콜/폴리프로필렌글리콜(PEG/PPG)을 기반으로 하고, 다양한 양의 poly2,3,5,6-tetra(carbazol-9-yl)terephthalonitrile 유래 다공성 탄소(c-4CzTPN)로 도핑된 일련의 가교 고무상 고분자막을 링열림 메타세시스 중합(ROMP)을 통해 제조하였다. 이는 가스 투과성을 향상시키고 PEG/PPG 고분자 매트릭스 네트워크를 통한 CO₂ 전송을 개선하기 위한 것이다. c-4CzTPN의 도입은 가스 확산도를 크게 증가시켜, 특히 CO₂가 고분자 매트릭스를 통과할 수 있도록 가스 분자의 투과를 촉진한다. 상기 막은 우수한 CO₂ 분리 성능을 나타내며, CO₂ 투과도는 442.92–558.35 Barrer 범위이고, CO₂/N₂ 및 CO₂/CH₄ 선택도는 각각 41.87–48.67 및 14.77–15.91을 나타낸다. 특히 PEG/PPG-c-4CzTPN-0.5 막은 CO₂/N₂ 분리에 대해 Robeson의 2008 상한을 초과하는 우수한 성능을 보였다. 또한 공급 가스 압력 10 atm까지의 조건에서 강한 내가소화 특성을 나타내며, 236일에 걸친 우수한 항노화 안정성을 유지한다.

고분자 고유 미세공극체(Polymer of intrinsic microporosity, PIM-1)는 높은 자유 부피와 미세공극성으로 인해 뛰어난 기체 투과성을 보이는 것으로 알려져 있다. 그러나 낮은 선택성, 플라스틱화, 열화(aging) 특성 저하와 같은 여러 한계가 존재한다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 우리는 트리아진(triazine) 가교 결합을 포함하는 복합막 PIM-nPI-Tz를 개발하였다. 이는 니트릴기를 갖는 폴리이미다졸륨(PI-CN)을 PIM-1 막 위에 스핀코팅한 후 열처리를 통해 제조하였다. 형성된 코팅층은 CO₂ 친화성으로 인해 PIM-1 막의 선택성을 향상시켰으며, 트리아진 형성은 골격 간격을 확장시켜 확산성과 투과성을 개선하였다. 특히, PIM-5PI-Tz(5% PI-CN 용액을 PIM-1 위에 코팅한 뒤 열처리하여 제작된 복합막)는 CO₂ 투과도(7539 Barrer)가 73% 증가하고, CO₂/N₂ 선택도(24.4)가 34% 증가하여 2019년 Robeson 상한선에 거의 근접하는 성능을 달성하였다. 또한, 20 bar의 공급 압력 조건에서도 플라스틱화가 효과적으로 억제되었고, CO₂/N₂ 혼합 기체 조건에서 300일 이상 분리 성능을 유지하여 뛰어난 내플라스틱화 및 내열화 특성을 입증하였다. 즉, 두 고분자를 단순히 블렌딩하는 대신, 고투과성 PIM-1 막 위에 이미다졸륨 층을 코팅한 후 열처리를 통해 가교화하는 새로운 전략을 적용하였다. 그 결과, 수용성 코팅 물질인 PI-CN은 CO₂ 분리 성능을 크게 향상시켰으며, 다양한 기체 분리막에 폭넓게 응용될 수 있는 가능성을 보여주었다.

Organic electronic devices offer several advantages over conventional inorganic materials, such as flexibility, light weight, and low cost; however, their poor stability in atmospheric environments remains a significant limi tation. The increasing environmental pollution caused by organic electronic waste has led to a growing interest in biodegradable polymers as sustainable alternatives. This study presents the development of an ecofriendly or ganic gas sensor based on blended films of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and poly(butylene succinate) (PBS). The organic transistor maintained a stable device performance even with up to 90 wt% reduction in P3HT con tent through vertical phase separation via slow evaporation of the high-boiling-point solvent, dichlorobenzene (DCB). Notably, the chloroform (CF)-processed films exhibited horizontal phase separation, which enhanced their gas-sensing performance owing to the presence of gas-ester groups in PBS in the active layer. Furthermore, the intrinsic flexibility of PBS improved the mechanical durability of the active layer, which was shown to be biodegradable in seawater. This study demonstrates that solvent engineering is a powerful strategy for optimiz ing the multifunctional properties of polymer blends, thereby providing an environmentally sustainable and highly sensitive gas-sensing platform.

본 발명은 창호형 환기 장치 설치 시 최상단에 설치하는 더미 모듈에 관한 것이다. 환기 장치를 모두 설치한 후 최상단 창호 레일에 삽입되어 장치의 전도를 방지하고 창호와 일체감을 줄 수 있도록 하였다. 창호 레일에 삽입될 수 있도록 좌우를 개방하여 옆에서 슬라이딩 형태로 밀어넣을 수 있다. 전면에 수직형 요소를 주어 통일감을 표현하였으며, 커버는 사용자 의도에 따라 교체가 가능하다.

본 발명은 창호을 약 130mm 개방한 뒤 환기를 위해 삽입하는 모듈형 환기 장치에 관한 것으로, 모듈형 환기 장치 중에서도 실내외 공기 교환을 위한 급기 및 배기 모듈의 디자인에 관련한 것이다. 급기 모듈과 배기 모듈은 각각 별개이며, 급기 모듈에서의 급기팬와 배기모듈에서의 배기팬은 서로 반대 방향으로 장착된다. 급기 모듈과 배기 모듈은 동일한 플랫폼과 형상을 공유하며, 단지 팬의 방향만 반대이다. 급기 모듈은 실외의 오염 물질을 정화하기 위한 필터카트리지와 필터가 포함되며, 배기 모듈은 실내의 오염물질을 실외로 배기 시 필터링이 필요 없으므로, 해당 필터카트리지에 필터를 삽입하지 않고 비워둔다. 급기 모듈과 배기 모듈은 수직형 라인으로 디자인 일체감을 주었다. 또한 커버를 변경할 수 있도록 디자인되어, 사용자의 요구에 따라 커버를 교체할 수 있는 디자인이다.

본 연구에서는 CO₂ 투과도를 향상시키기 위해, 부피가 큰 입체장애기를 갖는 4,5-bis(9H-carbazol-9-yl)phthalic acid(2CzPA)를 poly(amide-b-ethylene oxide) (Pebax)의 필러로 활용하여 Pebax/2CzPA 혼합매질막(mixed-matrix membranes, MMMs)을 제작하였다. 2CzPA 필러는 두 개의 CO₂ 친화성 카복실기(–COOH)를 포함하고 있어, 투과하는 CO₂ 분자와 상호작용하여 고분자 매트릭스 내에서 CO₂의 용해도를 증가시킨다. 또한, 입체적으로 부피가 큰 두 개의 1,2-바이카바졸 작용기는 Pebax 내 연질 poly(ethylene oxide) (PEO) 사슬의 조밀한 배열을 방해함으로써 기체 확산성을 향상시킨다. 적외선 분광 분석(IR 분석)을 통해 2CzPA의 카복실기와 Pebax의 아미드기 사이에 수소 결합 상호작용이 존재함이 확인되었으며, 이는 막의 열적 및 기계적 특성 향상에 기여한다. 2CzPA를 1중량% 첨가했을 때, Pebax 막의 CO₂ 투과도는 164.70 Barrer에서 227.51 Barrer로 증가하였으며, CO₂/N₂(약 48.20) 및 CO₂/CH₄(약 15.60) 선택도는 유지되었다. 가장 우수한 성능을 보인 Pebax/2CzPA-1.0 막은 100일 동안의 장기 안정성 시험에서도 우수한 내노화 성능을 나타냈다.

표면 기능 조절이 가능한 2차원(2D) 나노소재를 고분자 매트릭스에 통합하는 것은 고성능 혼합 매트릭스 멤브레인(MMM) 개발을 위한 유망한 방안을 제시합니다. 이 중 흑연질 탄소 질화물(g-C3N4)은 고유 나노기공을 통해 기체 수송을 촉진하고 멤브레인 투과도를 향상시킵니다. 그러나 CO2 투과도는 향상되지만, 순수한 g-C3N4는 CO2/CH4 선택도를 저하시키는 경우가 많습니다. 이러한 상충 관계를 해소하기 위해, 철 도핑된 g-C3N4를 높은 자유 부피와 우수한 기체 확산 특성을 가진 고유 미세기공 폴리머(PIM-1)에 도입했습니다. 철 도핑은 g-C3N4의 CO2 친화도를 높이고 CO2 분자와의 상호작용을 강화하여 투과도와 선택도를 모두 향상시켰습니다. 그 결과, Fe-g-C3N4/PIM-1 MMM은 향상된 CO2 투과도와 CO2/CH4 선택도를 보였으며, 이는 CO2 분리 응용 분야에 대한 잠재성을 시사합니다. PIM-1 매트릭스에 0.5 wt%의 Fe 도핑된 g-C3N4를 첨가한 결과, 원상태 PIM-1 대비 CO2 투과도가 40.3% 증가했고, 도핑되지 않은 g-C3N4 기반 MMM 대비 15.2% 향상되었습니다. 도핑되지 않은 g-C3N4는 CO2/CH4 선택도를 감소시켰지만, Fe 도핑은 그 반대 효과를 나타내어 도핑되지 않은 시스템 대비 선택도를 6.3% 향상시켰습니다. 특히, Fe-g-C3N4/PIM-1 MMM은 CO2/CH4 분리에 대한 2008 Robeson 상한선을 초과했습니다. 또한, 이 막은 뛰어난 기계적 강도와 노화 방지 및 가소화 방지 특성을 나타내어 전체적으로 순수한 PIM-1보다 우수한 성능을 보였습니다.