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김태형
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Crab-on-a-Tree: All Biorenewable, Optical and Radio Frequency Transparent Barrier Nanocoating for Food Packaging

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

일반적으로 식품포장재는 외부의 물성을 견디는 층, 산소투과를 막는 산소차단막, 그리고 수분 투과를 막는 층과 같은 다층막 형태로 이루어져 있습니다. 그 중에서 산소차단막으로 금속이나 금속산화물, 염소가 포함된 고분자를 사용해왔습니다. 하지만 이러한 물질들은 환경 문제나 인체에 해로운 단점이 있고, 특히 금속과 금속산화물의 경우 불투명하고, 무선주파수를 차단하는 단점이 있습니다. 최근 냉장고가 내용물의 유통기한 등의 정보를 읽어 보여주는 기술이 개발되었는데, 차세대 식품포장재는 이러한 기술을 반영하기 위해 QR코드 인식이나 무선주파수 신호 인식이 가능하여야 합니다.

최근 산화 그래핀 (Graphene oxide)와 같은 2D material과 고분자를 이용하여 투명하면서 산소차단 특성이 우수한 산소차단막이 연구가 되고 있습니다. 다만 산화 그래핀을 사용할 경우 함량이 높아질수록 산소차단특성은 좋아지지만 차단막이 검은색이 되는 단점이 있습니다. 그로 인해 QR 코드 인식이 어렵고, 무선주파수 신호도 차단하는 특성이 있어 위에서 설명한 스마트 시스템에 사용할 수 없습니다.

본 연구에서는 지구에 첫번째, 두번째로 많이 존재하는 바이오고분자인 셀룰로오스와 키틴을 나노크기로 만든 cellulose nanofiber (CNF)와 chitin nanowhisker (CNW)를 layer-by-layer (LbL) 기법을 이용하여 다층박막을 쌓았습니다. 이렇게 만들어진 다층박막은 기존의 고분자 기반의 식품포장재에 비해 얇은 두께에서 식품포장재가 요구하는 수치를 만족하였고, 이러한 수치는 수분, 구부림, 냉각 등의 외부자극에도 유지되었습니다. 또한, 색이 없고 투명하여, QR 코드 인식과 무선주파수 인식도 가능하다는 것을 확인함으로써  스마트 식품 포장재로의 활용 가능성을 보여주었고, 박테리아의 성장을 억제하는 효과를 보였습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

이번 연구는 연세대학교 화학과의 김병수 교수님과 한국화학연구원 바이오실용화 센터의 오동엽 박사님 그룹과 공동으로 수행되었습니다. 저는 김병수 교수님 지도 아래 6명의 석박통합과정 학생과 1명의 박사과정 학생, 3명의 석사과정학생과 함께 'Soft and Hybrid Nanomaterials Laboratory'에서 연구를 진행하고 있습니다. 저희 연구실은 크게 두개의 그룹으로 나눌 수 있습니다. 그래핀 혹은 탄소나노입자와 같은 탄소나노물질 개발, layer-by-layer 방법을 이용한 다층박막 코팅을 통한 에너지 변환 촉매, 저장 시스템과 같은 에너지 분야에 활용하는 연구그룹이 있고, 새로운 epoxide 단량체 개발과 이를 통한 기능화 된 polyether를 개발 하여 바이오 센서, 약물 전달을 포함하는 바이오 응용 분야 활용하는 연구그룹이 있습니다. 자세한 연구 주제 관련 내용은 아래 홈페이지에 나와있습니다.
연구실 홈페이지: http://bskim19.yonsei.ac.kr

저와 같이 실험을 진행한 공동 1저자인 Thang Hong Tran 학생은 오동엽 박사님 지도 아래 한국화학연구원 바이오실용화센터에서 연구를 진행하고 있습니다. 바이오실용화센터에 대한 소개와 자세한 연구분야는 아래 홈페이지에 나와있습니다.
한국화학연구원 바이오실용화센터 홈페이지 : http://ulsan.krict.re.kr/sub020301

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

한 사람이 모든 분야의 전문가가 될 수 없습니다. 그렇기에 각자의 전문분야를 활용하여 공동연구를 하는 것을 권장하고 있습니다. 본 연구는 저희 연구실에서는 layer-by-layer (LbL) 방법과 한국화학연구원의 오동엽 박사님 연구팀의 바이오소재를 결합하여 진행하게 된 공동연구로, 기존에 LbL을 이용하여 물분해 반응의 전기화학 촉매 분야에 주로 사용해오던 저희에게 새로운 응용 분야에 대한 연구를 경험할 수 있게 해주었습니다. 이 과정에서 cellulose나 chitin과 같은 바이오 물질에 대해서도 공부해볼 수 있었고, 공동 연구를 통해 다른 분야의 연구자들의 새로운 시선으로 바라본 관점과 조언을 들을 수 있어서 좋은 기회였다고 생각됩니다. 또한, 이러한 경험과 함께 좋은 저널에 게재되는 결과를 얻을 수 있어서 의미 깊은 공동연구였습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

제 중심 연구분야는 바이오 물질도 아니고 산소차단막도 아니기에, 본 연구분야보다는 크게 대학원 진학이라는 분야로 진학을 하고자 하는 분들께 자신이 하고싶은 연구분야를 찾고, 대학원 진학 전에 연구인턴을 해보는 것을 추천드립니다. 결국, 학위 과정을 통해 조금 더 전문성을 가지게 되는 것인데, 자신이 관심없는 분야에 대해서는 의욕이 생기지 않아 결국 포기하게 되는 경우가 많기 때문입니다. 더불어 대학원도 많은 사람들과 같이 생활하고 연구하는 만큼 해당 연구실 분위기도 좋다면 더 좋겠죠. 마지막으로, 힘들 때 견딜 수 있는 구심점과 스트레스를 해소할 방법을 찾는 것도 추천드립니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재 Covalent Organic Framework (COF)에 대해서 연구를 진행하고 있는데, 이 물질들은 분자간의 공유 결합을 통해 형성된 격자로, 결정성 (crystallinity)와 표면적이 넓어서 다양한 분야에 사용되고 있습니다. 본 연구에서는 산소와 같은 기체를 차단하는 물질을 연구했다면, COF는 반대로 기체를 흡착하고 저장할 수 있어서 이산화탄소 흡착이나 수소 저장 분야를 연구해보고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

항상 새로운 연구 기회와 아낌없는 조언을 주시는 김병수 교수님께 감사드리며, 공동 연구를 통해 새로운 재료와 분야에 대해 시야를 넓힐 수 있는 기회를 주신 오동엽 박사님, 박제영 박사님, 황성연 박사님께 감사합니다. 앞으로도 좋은 기회가 있다면 함께 연구할 수 있다면 영광일 것 같습니다. 더불어, 실험을 하면서 잘 안되는 부분들에 대해 많은 조언과 방향을 제시해주시는 그룹원들께 감사합니다. 마지막으로, 기나긴 학위과정임에도 불구하고, 저를 믿고 응원해주시는 아빠, 엄마, 그리고 친형에게 정말 감사합니다.


 등록일 2019-03-29
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