다중 컬럼 크로마토그래피 이용 탄소나노튜브 정밀 분리 기술 개발

단일벽 탄소나노튜브(SWNT)는 금속성과 반도체성이 혼합되어 있어, 고순도 반도체성 SWNT를 대량으로 분리하는 것이 상용화에 중요한 과제입니다. 기존 팁 소니케이션 방식은 용매 손실, 오염, 높은 비용 및 대량 처리에 한계가 있었습니다. 본 기술은 이러한 문제를 해결하기 위해 배쓰 소니케이션을 활용한 반도체성 탄소나노튜브의 선택적 분리 방법을 제안합니다. 티오펜 고리 및 탄화수소 측쇄를 포함하는 폴리티오펜 유도체(P3DDT)를 분산제로 사용하여 SWNT와 결합시킵니다. 이때 금속성 SWNT는 응집 및 침전되고, 반도체성 SWNT는 용매에 분산된 상태를 유지하게 됩니다. 배쓰 소니케이션은 기존 방식 대비 분산액의 안정도를 높이고, 용매 손실 및 오염을 줄이며, 온도 조절이 용이하고, 저비용으로 대량 분리가 가능합니다. 이를 통해 반도체성 탄소나노튜브의 순도를 75% 이상으로 높여 트랜지스터, 센서, 태양전지 등 다양한 고성능 전자 소자의 상용화를 앞당길 수 있습니다.

기존 탄소나노튜브 분리 기술은 반도체성 또는 금속성 중 한 종류의 순도를 높이면 다른 종류의 순도가 저하되는 한계가 있었습니다. 본 기술은 이러한 문제를 해결하고자 다중 컬럼 크로마토그래피를 활용하며, 반도체성 및 금속성 탄소나노튜브가 겔과 계면활성제에 흡착하는 정도의 차이를 이용합니다. 초기에는 높은 농도의 계면활성제로 반도체성 탄소나노튜브를 분리한 후, 계면활성제 농도를 낮춰 금속성 탄소나노튜브를 분리합니다. 이를 통해 두 종류의 탄소나노튜브를 모두 높은 순도로 얻을 수 있습니다. 이 방법은 경제적이고 대량 공정에 적용 가능하여 차세대 전자소재, 전극, 이차전지 등 다양한 분야의 핵심 재료 개발에 기여할 것으로 기대됩니다.

기존 수소 생산 방식은 복잡하거나 부산물 관리의 어려움으로 수소연료전지차에 적용하기 어려웠습니다. 본 기술은 바이오매스와 수산화물을 활용한 가스화 반응을 통해 수소를 생산하며, 애쉬 형태의 부산물을 효율적으로 필터링하는 시스템을 제안합니다. 특히, 부산물 보관부와 필터 세척 기능을 통해 반응 환경을 일정하게 유지하고 연속적인 수소 생산이 가능합니다. 이 시스템은 연료전지에서 생성된 물을 재활용하고, 바이오매스 혼합 및 반응 온도 제어 기능을 갖춰 수소연료전지자동차에 최적화된 안정적이고 효율적인 수소 공급 솔루션을 제공합니다.

화석연료 기반 수소 생산의 온실가스 배출 문제를 해결하고 바이오매스 수소 생산의 효율을 높이기 위한 기술입니다. 본 기술은 바이오매스 간 강한 수소결합으로 인해 알칼리 이온과 접촉이 어려웠던 문제점을 해결하기 위해 이온성 액체를 활용한 전처리 단계를 도입합니다. 염화이온을 포함하는 이온성 액체를 사용하여 바이오매스를 전처리하면 수소결합이 약화되어 알칼리열처리 기반 열화학 반응 효율을 극대화할 수 있습니다. 이를 통해 수소 생산량은 약 14% 증가하고 수소 순도 또한 향상되어 고순도 친환경 수소 생산이 가능합니다.

반도체 공정 폐수에는 질소, 인, 불소 등 유해 물질이 고농도로 포함되어 기존 처리 방식들은 경제성이나 효율성 측면에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 바덴포 공정과 그래핀 산화물 기반 세라믹 나노 멤브레인 여과를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 그래핀 산화물 코팅 나노 멤브레인은 미세 기공과 강한 음전하로 암모늄, 불소 이온 등 1가 이온성 물질을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 별도의 약품이나 탄소원 주입 없이 경제적이면서도 효율적인 질소 및 불소 제거가 가능하며, 폐수 처리 시스템의 성능과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 암리논 합성법은 복잡한 다단계 공정, 고온 반응 조건, 위험한 수소 가스 사용 등으로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 한계가 있었습니다. 본 기술은 위치선택적 스즈키 커플링 반응을 활용하여 암리논 유도체를 안전하고 효율적으로 제조하는 방법을 제안합니다. 화학식 1 화합물과 피리디닐 보론산의 스즈키 커플링 반응 후, 중간 생성물을 화학식 2 화합물과 반응시키는 방식으로, 종래 대비 축소된 합성 단계와 온화한 산처리 조건으로 탈보호기 반응을 수행합니다. 이를 통해 위험한 수소 가스 없이 고수율(60% 이상)로 암리논 유도체를 얻을 수 있으며, 급성 심부전 치료제 개발 및 생산의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

유방암은 조기 진단이 환자 생존율에 결정적인 영향을 미치지만, 기존 진단법은 초기 병변 검출에 한계가 있었습니다. 본 기술은 혈액 내 알파-1 산성 당단백질(AGP)의 N-당화 변화가 초기 유방암의 핵심 바이오마커임을 규명하였습니다. 렉틴을 활용하여 AGP의 푸코실화, 만노실화, 시알릴화 등 N-당화 수준을 정밀하게 검출하며, 특히 유방암 1기 환자의 혈청에서 이 당화 수준이 현저히 감소함을 확인했습니다. 이를 통해 양성 유방종이나 다른 병기의 유방암과 명확히 구별하여 초기 유방암을 높은 민감도와 특이도로 진단할 수 있습니다. 이 기술은 유방암 조기 진단의 정확도를 획기적으로 높여, 환자의 치료 성공률 향상과 사망률 감소에 크게 기여할 것입니다. 진단 키트 및 정보 제공 방법으로 개발되어 상용화가 기대됩니다.

주사 투여로 인한 환자 고통과 인슐린의 낮은 점막 투과 문제는 당뇨 치료의 큰 과제였습니다. 본 기술은 변이체 TCTP-PTD를 인슐린과 혼합하여 비침습적 점막 전달을 가능하게 합니다. 특정 TCTP-PTD 펩타이드 서열(서열번호 3, 8, 13)이 인슐린의 점막 투과율을 크게 높이며, 이는 비강 투여 시에도 피하주사와 유사한 혈당 강하 효과를 보였습니다. 점막 손상 없이 안전하게 인슐린 생체이용률을 향상시켜 환자의 치료 편의성과 삶의 질을 높일 수 있습니다.

기존 하나의 웨어러블 기기가 가진 운동 자세 교정의 한계를 극복하기 위해, 복수의 웨어러블 기기를 신체 여러 부위에 부착하여 움직임 정보를 통합적으로 수집하는 기술입니다. BLE 통신을 통해 실시간으로 가속도와 각도 데이터를 수신하고, 이를 사전에 저장된 올바른 자세 정보와 비교 분석하여 사용자의 운동 자세를 정밀하게 판단합니다. 이 시스템은 줄넘기, 스쿼트, 런지 등 다양한 운동에 대한 정확한 자세 교정 피드백을 제공하여, 운동 효과를 극대화하고 부상 위험을 줄이는 데 기여합니다. 또한 다중 사용자의 동시 모니터링도 가능하여 스마트 피트니스 경험을 향상시킵니다.

기존 리튬 이차전지의 흑연 음극재는 용량 한계와 실리콘 음극재의 큰 충방전 부피 변화 문제를 가지고 있습니다. 본 기술은 실리카 함유 콜로이드에 산화그래핀을 첨가하여 분말화한 뒤, 마그네시오써믹 반응으로 실리카를 실리콘으로, 산화그래핀을 그래핀으로 동시에 환원시켜 실리콘-그래핀 복합 나노물질을 제조합니다. 이 방법은 자연에 풍부한 실리카를 원료로 사용하여 경제적이며, 제조된 나노물질은 부피 변화를 최소화하고 높은 전기 전도도, 용량, 안정성을 갖는 전극을 형성할 수 있습니다. 리튬 이온 전지 및 다양한 차세대 전지의 고성능 음극재로 활용되어 배터리 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.