컴퓨터 시스템의 성능 및 다양한 전산모사 프로그램의 발전으로 더 복잡한 원소로 이루어진 화학시스템의 해석이 가능해지고, 그에 따라 분자동역학 전사모사를 활용한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 기존에는 실험위주로 진행되던 고분자 막에 대한 기체 투과 특성을 계산하는 연구가 관심을 받고 있고, 식품포장, 의약품등에 사용되고 있는 기체차단성 막 에 대한 분자동역학 연구가 많이 이루어지고 있다. 최근 실크 피브로인을 이용해 코팅막을 만들었을 때 기체 차단 효과가 나 타난다는 보고가 있었고, 본 연구에서는 이러한 실크 피브로인을 활용해 복합막을 만들었을 때 산소 차단 효과가 나타나는지 확인하고자 분자동역학 전산모사를 이용해 연구를 진행하였다. 단일 모델을 제작하고 기체 투과 특성을 계산하고 실험값과 비교를 통해 모델이 실제 실험 결과를 반영하는 것을 확인하였고, 실제 복합막 모델을 만들어 고분자 내에서 기체 이동경로 분석을 진행한 결과 산소 분자가 피브로인 영역을 통과하지 못하고 막히는 것을 보여주었다. 따라서, 실크 피브로인이 도입된 복합막이 산소 차단 성능이 우수하여, 식품포장 등에 유용할 것으로 기대된다.

화석연료의 사용에 따른 지구 온난화 및 기상 이변으로 인하여 온실가스 저감 문제가 대두되고 있으며, 그에 따 라 에너지 소모 없이 셀프 쿨링이 가능한 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 실크는 천연 쿨링 소재로 알려져 있으나, 기존의 혼합 공정에서는 실크를 화학적으로 분말화 시키기 때문에 복사 냉각 효과가 사라지는 문제점이 있어, 복사냉각을 위한 필름 또는 코팅제 형태로 제조하는데 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 실크 피브로인의 고유구조를 훼손 하지 않는 물리적 분쇄 공정을 거친 실크 분말을 사용하여 다양한 형태의 막을 제조하고, 코팅제로서의 적용가능성을 살펴보 고자 연구를 수행하였다. 이를 위해 실크 피브로인 분말이 도입된 전기방사 복합막 및 평막 형태의 복합막을 제조하였으며, 용액의 점도가 막 제조 및 제조된 막의 물성에 큰 영향을 미치는 것을 관찰하였다.

최근 들어 여러 산업 분야에 활발히 사용되고 있는 고분자 분리막은 화학구조의 제어나 제막공정에서의 물리적 특성 제어뿐만 아니라 다양한 소재와 혼합된 복합막 제조를 통해서 고유의 특성을 부여할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 분리막 제조 시에 누에(Bombyx mori)가 생산한 친환경 천연소재로 활용 가능성이 넓은 실크 고분자의 복합막 제조 시 다른 소재와의 혼화성 지표로 사용할 수 있는 용해도 파라미터를 분자동역학을 이용하여 계산하였다. 역시 친환경성 및 생체적합성을 갖고 있는 polyvinylalcohol (PVA)의 용해도 파라미터를 분자동역학을 이용하여 계산 후 서로 비교하였을 때 두 고분자 소재가 비슷한 용해도 파라미터 값을 갖는 것을 확인하였다. 결론적으로, 두 고분자가 서로 잘 혼합될 수 있음을 이론적으로 증명하였고, 실제 실험을 통해서도 이를 확인할 수 있었다.

비단 원료인 실크(견사)는 피브로인(Fibroin; 75%)과 세리신(Sericin; 25%)으로 구성된 단백질 복합체이다. 실크단백질은 실크로부터 탄산나트륨을 이용하는 정련과정을 거쳐 세리신을 제거한 100% 피브로인으로 구성되어 있다. 피브로인은 셀룰로스와 같은 β-sheet 형태로 인하여 불용성이면서 일정한 강도를 유지하는 단백질로서 천연섬유로 사용되어 왔다. 21세기에 실크피브로인의 산 처리 분해산물을 이용한 기능성 생활용품을 비롯하여 당뇨, 고혈압, 숙취제거, 생분해성 고분자 등 다양한 식품용 및 인체용 소재로 실용화되고 있다. 산 처리 가수분해 방법은 고온·강산에서 실크단백질을 분해한 이후 중화·탈색·탈취·탈염·농축·건조를 거쳐 실크펩타이드와 실크아미노산을 제조하여 왔다. 산 처리가수분해에 따른 불규칙한 분자량, 낮은 회수율, 환경오염 등의 문제점을 극복하기 위하여 효소분해 방법을 도입하여 생산수율 향상과 저분자량의 실크펩타이드를 제조하고자 하였다. 세리신이 제거된 실크피브로인은 에스에스바이오팜㈜에서 제공받았다, 실크피브로인은 CaCl₂ : EtOH : DW (몰비 1 : 2 : 8) 용액에 20%(w/v)으로 용해시킨 후 투석막(MW cut-off 12 kDa, Sigma)을 이용하여 과잉의 염을 제거하고 잔존하는 불용성 고형물은 원심분리를 통하여 제거한 실크피브로인 용액을 제조하였다. 단백질분해효소는 Biocatalysts, DuPont, DSM Food Specialities, Novozymes사에서 판매하는 효소를 구입하여 사용하였다. 실크단백질 농도는 Lowry 방법, 효소반응에 따른 아미노산 농도는 Ninhydrin 방법, 그리고 실크단백질과 펩타이드 분자량은 SDS-PAGE를 이용하여 측정하였다. Bacterial Protease로 알려진 5종의 단백질분해효소를 실크피브로인의 단백질 량 대비 1%에 해당하는 량으로 24시간 처리한 결과, 실크피브로인은 Protamex®에서 27.6%, Alphalase®에서 39.3%, Delvolase™에서 46.8%, Alcalase®에서 47.4%, FoodPro® Alkaline Protease에서 47.4%가 분해되는 것을 확인하였다. 또한 효소분해에서 좋은 결과를 보여준 FoodPro® Alkaline Protease의 처리량을 실크피브로인의 0.1, 0.5, 1.0%로 증가함에 따라 실크피브로인의 분해는 29.2%, 37.5%, 그리고 47.4%로 증가하는 사실로부터 실크피브로인의 효소분해는 처리하는 단백질분해효소의 량에 의존적으로 이루어졌다. 한편, Alphalase®의 경우에는 실크피브로인 대비 효소처리량을 0.1, 0.5, 1.0%로 증가하여도 실크피브로인의 분해는 22.6%, 23.6%, 그리고 39.3%로 증가하여 실크피브로인의 분해를 위하여 일정수준 이상의 효소처리가 필요하였다. 단백질 분해효소의 처리시간에 따른 실크피브로인의 분자량을 SDS-PAGE로 확인한 결과, 반응시간에 따라 Running Gel의 상단에서 분해되기 시작하는 고분자량의 실크피브로인과 특정 분자량에 해당하는 단백질 밴드가 강하게 생성되는 것을 확인하였다. 향후 실크피브로인을 분해할 수 있는 다양한 단백질분해 효소의 조합과 반응조건을 활용하면 적정한 분자량을 지닌 실크펩타이드의 제조공정을 개발할 수 있을 것이다.

실크는 자연계에서 생산되는 가장 긴 섬유상 단백질로서 수 천년간 수술용 봉합 사로 사용되어 온 대표적인 의료용 생체재료이다. 실크의 의료용 소재 활용의 범위 를 혹대하기 위하여 스케폴드를 제조하였다. 인산염은 뼈를 구성하는 주요 성분 중 의 하나이다. 실크단백질은 생체친화성이 우수한 물질로서 뼈의 주요 구성성분과 복합화하여 사용하면, 뼈의 결손시 대체 소재로 개발 가능성이 있을 것으로 기대되 므로, 본 연구에서는 인산염이 첨가된 실크단백질 소재를 제조하고 그 특성을 분석 하여 그 결과를 보고하고자 한다.

실크단백질은 누에고치를 구성하는 단백질로서 누에가 생합성하는 천연단백질 이다. 화학적 처리에 의하여 실크단백질은 인체 활성을 갖는 특성이 있는 것으로 최 근 보고되고 있다. 일반적으로 뼈는 신생골을 만드는 조골세포와 오래된 뼈를 흡수 하는 파골세포간의 균형적인 역할에 의하여 유지된다. 파골세포와 조골세포의 역 할에 영향을 줌으로써 골다공증 등 뼈와 관련된 질환의 예방 및 치료에 활용될 수 있다. 화학적으로 처리된 실크단백질이 파골세포의 분화에 영향이 미치는 것으로 보고되었다. 파골세포에 미치는 실크단백질의 효과에 대한 영향을 살펴보기 위하 여 receptor activation of nuclear factor κB ligand (RANKL), 파골세포 특이 유전자 (matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), cathepsin-K, calcitonin receptor (CTR)), mitogen-activated protein kinase (MAPK), nuclear factor-κB (NF-κB) transcription factors (nuclear factor of activated T cells c1 (NFATc1))의 발현을 분석하였다.

연골은 혈관과 신경의 분포가 없이 단단한 세포외 기질로 쌓여있어 손상되거나 퇴화되면 재생이 어려운 조직이다. 연골조직은 다른 결합조직과는 달리 당단백질, 연결조직섬유 및 매트릭스 등의 기질에 의해 유연성을 갖는다. 실크단백질은 천연 단백질로서, 세리신과 피브로인 두 가지 단백질로 되어있다. 실크는 몸속에 삽입할 경우 생체적합성이 뛰어나며 면역 거부반응이 미미하여, 최근 많은 연구자에의해 생체재료로서 새로운 의료용 소재로서 개발되고 있다. 실크단백질은 다양한 아미 노산의 결합으로 이루어져있어, 당단백과 매트릭스로 이루어진 연골조직을 대체 할 수 있을 것으로 생각되었다. 본 연구에서는 실크단백질을 이용하여 연골세포의 성장에 대한 실크의 영향을 세포수준과 분자적 수준에서 관찰하였다. 또한 줄기세 포 배양 시, 실크단백질을 처리하여 줄기세포가 연골세포로 분화되는데 있어 실크 단백질이 분화에 어떤 영향을 미치는지를 확인하였다. 실크단백질은 연골세포의 성장에 효과적이었으며, 연골분화마커인자의 발현량을 증가시켰다. 실크 단백질 은 줄기세포의 연골분화에 도움을 주는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 연골세포를 이식하는 치료 시 실크단백질을 우수한 첨가제로서 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

실크 차폐막을 이용한 골유도 재생술은 치의학에서 많은 관심을 가지고 있는 분 야 중에 하나이다. 특히 실크비브로인이 가지고 있는 고유의 성질을 이용하여 저분 자량을 가지는 활성물질을 복합하여 사용하는 경우 실크 단독으로 제조된 차폐막 에 비하여 그 성능이 더 우수할 것으로 기대된다. 이에 본 연구진은 실크 피브로인 소재의 차폐막에 테트라사이클린을 함유시켜 그 효능을 비교 분석하였다. 실험은 가토의 두개골 결손 모형에서 시행되었고 모두 20마리의 뉴질랜드 가토 가 이용되었다. 분석은 미세전산화단층촬영법과 조직학적 분석법으로 하였다. 그 결과 재생된 골의 부피가 수술 후 4주 시편에서는 1% TC-loaded SFM, collagen membrane, 및 control에서 각각 7.80±5.87 mm3, 8.09±6.88 mm3, 및 8.27±4.99 mm3을 보였다 (P ＞0.05). 수술 후 8주 시편에서는 그 값이 각각 36.56±8.50 mm3, 18.86±13.09 mm3, 및 19.09±5.07 mm3으로 4주 시편에 비하여 각 군 사이의 차이가 통계적으로 유의하였다 (P ＜0.05). 결론적으로 약물을 탑재한 실크 소재 치과용 차폐막이 기존의 상품화된 교원섬 유 차폐막에 비하여 골 재생 능력이 우수함을 알 수 있었다. 추후 실크 소재를 이용 한 약물 전달 기법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

골유도재생술은 골결손부의 부피를 회복하기 위해 차폐막을 이용하는 치과수 술이다. 이 차폐막에는 동물유래의 콜라겐과 합성재료로서 polytetrafluoroethylene (PTFE)를 이용한 것이 개발되어 있다. 본 연구에서는 백서두정골에 인위적 결손부 를 형성하고 실크 차폐막의 골유도재생효과를 평가해보았다. 이를 위해 총 30마리 의 Sprague-Dawley 백서가 사용되었는데, 실크차폐막을 실험군으로, 콜라겐 차폐 막(Rapi-gideⓇ)과 PTFE(cytoplastⓇ)을 대조군으로하여 각각 10마리씩 적용하였 다. 백서 두정골에 하나의 골 결손부를 형성한 후, 차폐막을 덮고 4주, 8주에 희생시 켜서 방사선학적 방법(μ-CT)으로 골생성정도를 비교해보았다. 결과, 수술 4주후 에는 실크(13.58mm 3 )와 콜라겐(7.06mm 3 ), PTFE(1.86mm 3 )대조군사이에 큰 차이 가 있었다(p <0.05). 수술 8주 후에는 각 군 사이에 큰 차이는 없었다(p >0.05). 하지 만 실크 차폐막 적용군에서는 다른 대조군들과는 달리 이물질 반응이 거의 없는 조 직학적 소견이 관찰 되었다. 결론적으로, 이 실험에서, 실크차폐막이 골유도재생술 을 위한 재료로써 유효함을 알 수 있었다.

The objective of this study was to assess improvements caused by silk sericin extract in blood glucose and lipid concentrations in the sera of streptozotocin(STZ, 55㎎/㎏B.W., I.P. injection)-induced diabetic rats fed on experimental diets for 5 weeks. Serum concentrations of blood glucose, total cholesterol, atherosclerotic index, LDL, LDL-cholesterol, free cholesterol, cholesteryl ester ratio, triglyceride(TG) and phospholipids(PL) were remarkably higher in the diabetic group(group BSW) and STZ(I.P.)-plus-silk sericin extract group(group ESS) than in the control group(group CG, basal diet-plus-water). However, the serum concentrations of blood glucose, total cholesterol, atherosclerotic index, LDL, LDL-cholesterol, free cholesterol, cholesteryl ester ratio, TG and PL were lower in the ESS group than in the BSW group, whereas the ratio of HDL-cholesterol concentration to total cholesterol and HDL-cholesterol concentration in the ESS group were higher than in the BSW group. The activities of alkaline phosphatase(ALP) and aminotransferase(AST, ALT) in serum were lower in the ESS group than in the diabetic BSW group. The results shown above suggested that silk sericin extract effectively improves blood glucose and lipid concentrations in the sera of STZ-induced diabetic rats.

Pad-dry-cure 방식으로 ethylene cyanohydrin을 이용하여 견직물을 acrylonitrile화 시킬 때 건조 시간, curing 온도 및 시간, ethylene cyanohydrin 처리 농도, 처리 농도 등 조건 변화에 따른 변화와 반응양식을 규명하고자 하였다. 가공된 견직물의 FT-IR과 DSC 분석을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. Curing을 에서 2분, ethylene cyanohydrin 처리 농도 5%, 처리농도 0.1%, 건조 온도를 로 하여 건조 시간 경과에 따른 견직물의 FT-IR 분석 결과, 건조 시간 경과에 따라 -OH() 특성 peak가 전부 장파장 쪽으로 shift 되어 나타났고, random coil에 의한 amide peak()는 단파장 쪽으로 shift되어 -sheet peak()와 중복되어 나타났다. 건조를 에서 3분, curing을 에서 2.5분, 농도를 0.1%로 하여 ethylene cyanohydrin 처리 농도에 따른 가공 견직물의 FT-IR 분석에서 -OH () 특성 peak에서 변화가 나타나 견직물의 -OH기가 반응에 관여하고 있는 것을 알 수 있었다. 위와 같은 조건으로 가공된 견직물의 DSC 분석에서 ethylene cyanohydrin 처리에 의해 견직물의 열분해 온도는 무처리의 에서 대략 로 상승하는 것으로 나타났다. 건조를 에서 3분, curing을 에서 2.5분, ethylene cyanohydrin 처리농도 5%로 하여 처리 농도에 따른 가공 견직물의 FT-IR 분석에서는 촉매 처리농도 0.8%일 경우를 제외하고는 -OH() 특성 peak에서 대부분 무처리와 비슷한 결과를 보여 주고 있으나, 0.8%의 경우에는 peak에 큰 변화를 나타냈다. 같은 조건에서 가공된 견직물의 DSC 분석에서, ethylene cyanohydrin 처리에 의해 견직물의 열분해 온도는 촉매농도와는 관계없이 무처리()에 비해 가공 견직물(대략 )의 열분해 온도가 상승됨을 알 수 있었다. 건조를 에서 70초, ethylene cyanohydrin 처리농도 5%, 처리농도 0.8%, Curing 시간을 2.5분으로 하고 curing 온도를 각각 110, 120, 130, 140, 150, 로 변화시켜 가공한 견직물의 FT-IR의 분석 결과, curing 온도 110, 150, 에서 -OH특성 peak의 변화가 크게 나타났다. 같은 조건으로 가공한 견직물의 DSC 분석에서는 ethylene cyanohydrin 처리에 의한 견직물의 열분해 온도는 curing 온도에 상관없이 미처리구()에 비해 전부 열분해 온도(대략 )가 상승함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 유체시스템을 이용한 나일론 필라멘트의 실크감성화 기술을 연구하였다. 이를 위해서 타스란 텍스쳐링 ATY 기계를 개조하였으며, 4가지의 40d/12f 나일론 소재가 개조된 ATY기계에서 기능성 약제를 이용하여 만들어졌다. 이들 소재사를 사용하여 4가지 직물이 제조되어 염색 가공 공정을 진행시켰다. 그리고 이들 직물시료의 수분율, UV차단성, 직물태등과 같은 여러 가지 물성을 측정하였으며, 이들 물성을 ATY텍스쳐링 조건과 기능제 처리조건과 비교 분석하였다.

Probiotic strain is known to regulate the immune system by colonizing in the intestine and interact with intestinal cell receptors of lymphoid tissue. In this study, safety of Streptococcus thermophilus KCTC14471BP and silk fibroin coating effects was evaluated with respect to mucin binding abilities and immune system modulation. S. thermophilus KCTC14471BP was coated with silk fibroin by adding 1% water-soluble calcium and 0.1% silk fibroin. S. thermophilus KCTC14471BP showed the high activities of leucine arylamidase and β-galactosidase. Regarding the antibiotic resistance tests, S. thermophilus KCTC14471BP was susceptible to ampicillin, vancomycin, gentamicin, kanamycin, streptomycin, erythromycin, clindamycin, tetracycline, and chloramphenicol. S. thermophilus KCTC14471BP coated with silk fibroin showed the improved mucin binding ability from 16.1% to 71.3% and was confirmed to have no cytotoxicity against RAW 264.7 macrophage. S. thermophilus KCTC14471BP coated with silk fibroin showed dose-dependently significant increases in pro-inflammatory cytokines IL-1β, IL-6, and TNF-α. These results suggested that S. thermophilus KCTC14471BP can be expected as a promising probiotic bacteria for applications to food industries such as fermentation or functional foods.