오염가스 제거용 생물복합섬유의 경제적 바이오필터 개발

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.

매립지, 음식물 쓰레기 처리시설 등에서 발생하는 메탄, 악취 가스 등 오염가스는 지구온난화 및 환경 문제를 유발합니다. 본 기술은 오염가스 제거용 미생물을 섬유소재에 효과적으로 고정시켜, 적은 양의 미생물로도 오염가스를 효율적으로 제거하는 생물복합섬유를 제안합니다. 원예용 부직포나 토목섬유에 미생물 배양액과 고정화 담체(펄라이트, 토버모라이트 등)를 결합하는 방식으로 제조되며, 이를 바이오필터나 바이오커버 형태로 활용하여 오염가스 발생원에 직접 적용할 수 있습니다. 기존 방식 대비 적은 미생물량으로도 메탄, 황화수소 등 다양한 오염가스를 높은 효율로 제거하며, 섬유 소재의 유연성으로 장치 제작 비용과 시간을 절감하여 경제성과 상용화 가능성을 높일 수 있습니다.

아산화질소(N2O)는 이산화탄소보다 300배 강력한 온실가스이자 오존층 파괴 물질로, 농업 및 폐수처리 시설에서 배출량이 증가하고 있어 효과적인 저감 방법이 시급합니다. 본 기술은 신규 아조스피라 속 HJ23 균주(KCTC13866BP)를 활용하여 아산화질소를 효율적으로 저감합니다. 이 균주는 기존 환원 세균 대비 최대 60배 높은 아산화질소 환원 능력을 지니고 있으며, 탈질 관련 유전자를 발현하여 질산염 및 아질산염 환원에도 탁월합니다. 최적 C/N 비율(62), pH(5-7), 온도(37-40℃), N2O 농도(500ppm 이상) 조건에서 고농도 아산화질소를 빠르게 처리할 수 있습니다. 특히, 탈질 활성 없는 다른 균주와 혼합 시 N2O 환원 속도가 더욱 향상되는 시너지 효과를 보입니다. 이 생물학적 저감 기술은 2차 환경오염 없이 농업 및 폐수처리 시설의 온실가스를 효과적으로 줄여 환경 규제 대응과 지속 가능한 발전에 크게 기여할 것입니다.

매립지 및 유기성 폐기물 처리 시설에서는 메탄과 다양한 악취 유발 화합물이 동시에 발생하여 심각한 환경 문제와 비용 부담을 야기합니다. 본 기술은 신규 스핑고모나스 속 MD2 균주(KCTC 11845BP)를 활용하여 이 문제를 해결합니다. MD2 균주는 메탄과 황화수소, 황화메틸, 벤젠, 톨루엔 등의 악취 물질을 동시에 효과적으로 분해하는 뛰어난 능력을 가집니다. 특히 기존 메탄산화세균 대비 월등히 빠른 성장 속도로 대량 배양이 용이하며, 저렴한 유기성 폐기물을 기질로 활용할 수 있습니다. 이 균주를 포함하는 조성물은 바이오커버 또는 바이오필터 형태로 매립지나 폐기물 처리 시설에 적용됩니다. 이를 통해 메탄과 악취를 동시에 생물학적으로 분해하여 개별 처리 비용을 절감하고, 탄소배출권 확보 및 환경 문제 해결에 크게 기여할 수 있습니다. 높은 제거 효율과 안정적인 성능이 입증된 친환경 솔루션입니다.

기존 폐수처리 방식은 산소 폭기 및 잉여 슬러지 처리 비용이 높고, 미생물 연료전지의 효율을 높일 우수한 미생물 개발이 필요했습니다. 본 기술은 신규한 캔디다 속 IR11(Candida sp. IR11) 균주를 미생물 연료전지에 적용하여 이 문제를 해결합니다. 이 균주는 유기물을 분해해 수소이온과 전자를 효율적으로 생성하며, 이를 통해 미생물 연료전지의 전압 안정화 시간을 단축하고 전압 수준을 높여 전기 생산량을 증대시킵니다. 캔디다 IR11 균주를 포함하는 미생물 연료전지는 폐수 정화와 전기 생산을 동시에 수행하는 장치에 활용될 수 있습니다. 이를 통해 외부 전원 없이도 폐수처리 장치를 운영할 수 있어 운영 효율을 극대화하고 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있습니다. 쿨롱 효율도 14%에서 22% 이상으로 크게 향상되어 상용화 가능성이 매우 높습니다.

기존 VOC(휘발성 유기화합물) 제거 기술은 흡수 시 겔의 기계적 강도가 저하되거나 붕괴되어 재사용 및 상용화에 어려움이 있었습니다. 본 기술은 폴리숙신이미드(PSI)에 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 실란 가지를 도입한 가지형 가교제를 활용하여 소수성 겔을 제조합니다. 이를 통해 VOC를 흡수해도 겔의 기계적 강도가 저하되지 않으며, 팽윤 및 건조 과정을 반복하여 VOC를 흡수 및 회수 후 재사용이 가능합니다. 이 소수성 겔은 폐수, 토양, 배기가스 등 다양한 환경에서 VOC를 효과적으로 제거할 수 있는 혁신적인 솔루션을 제공합니다.

고기구이 음식점 등 생활밀착형 배출원에서 발생하는 미세먼지, VOCs, 유적 등으로 인한 오염물질과 화재 위험은 심각한 문제입니다. 본 기술은 복수의 격벽과 공기 주입부를 통해 강력한 와류 현상을 유도하여 배출가스 내 입자성 오염물질과 수용성 VOCs를 효과적으로 제거하는 습식 세정 장치입니다. 세정액에 배출가스가 접촉하는 시간을 연장하고, 유입되는 화염까지 차단하여 안전성을 높입니다. 오염물질 막힘 현상을 방지하고 유지 관리가 편리하며, 소형화 및 모듈화를 통해 다양한 규모의 배출원에 적용 가능합니다. 이 기술은 환경 오염 저감과 화재 예방에 기여합니다.