Physical Properties of Reticulated Polyurethane Foams and the Enhancement of Microbial Adhesion through their Surface Treatments

We first investigated basic characteristics of reticulated polyurethane (PU) foams as microbial carriers. In general, the specific surface area of PU foams increases with respect to decreasing pore sizes. However, the number of microbes adhered on the unit surface of reticulated PU foams decreases with respect to decreasing pore sizes. Thus, as a result of totally considering all effects such as apparent density, hydrolysis rate, and adhesion, we can know that PU foams with 45 PPI is the most appropriate microbial carrier. In this study, we can also investigate the effect of various physico-chemical surface treatments on the adhesion of microbes on the surface of PU foams. We used a chitosan treatment, a PEI (Polyethylene Imine) treatment, a xanthane treatment and a plasma treatment. As a result of comparing all surface treatments, the plasma surface treatment was the best.

망상 폴리우레탄 폼의 물성 및 표면처리를 통한 미생물 고정화 특성의 향상

각 샘플의 공극사이즈 (PPI)에 따른 미생물 고정화 능의 관계는 대체로 공극의 크기가 줄어들수록 미생물 고정화 량이 증가하는 경향을 보여주었다. 일반적으로 공극의 크기가 작을수록 비표면적이 증가하기 때문에 미생물 고정화 능이 증가할 것으로 사료되지만, 본 실험에서는 각 시편의 표면적을 측정 한 것이 아니고, 각 시편의 질량을 기준으로 미생물 점착량을 산출하였기 때문에 이와 같은 결과를 나타낸 것으로 사료된다. 특히 폴리우레탄 오픈 셀의 경우 담체의 PPI가 커질 경우 일반적으로 그 단위 부피당 표면적은 증가되지만, 단위 질량당 표면적은 이에 비례하여 증가하지 않음을 시편 관찰을 통하여 확인하였다. 따라서 이와 같은 이유로 인하여 각 시편의 PPI에 대한 점착율의 경향성은 발견하기 어려웠다. 각 시편의 비표면적 (단위질량당 표면적)을 실험을 통하여 결정한 후, 각 시편의 단위 면적 당 미생물 고정화 율을 산출한 결과, 단위 면적당 고정화 된 미생물의 수는 PPI 증가에 따라서 오히려 감소하였다. 따라서, 겉보기 밀도를 비롯하여 유실율, 점착율의 실험을 통한 모든 결론을 종합하여 고려해볼 때 45 PPI 담체가 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한 고분자의 표면처리를 통해 미생물 점착율을 증가시킬 수 있다는 것을 실험으로 확인할 수 있었다. 특히 PEI 처리 담체의 경우 건조 무게의 증가량이 미처리 담체에 비하여 약 3 배정도 향상되는 것을 알 수 있었다. 또한 플라즈마 처리 실험 결과에서 알 수 있듯이 폴리우레탄 폼 담체에 미생물의 점착율이 플라즈마 표면처리에 의해 표면 친수도의 향상으로 인하여 증가되었다. 미생물의 점착율은 플라즈마 처리를 했을 때 가장 증가했고, Chitosan 처리를 한 경우를 제외하고 PEI를 처리했을 때도 처리하지 않았을 때보다 증가했다. 본 실험을 통하여 미생물 고정화 실험을 통하여 각 PPI별로 폴리우레탄 담체의 미생물 고정화 능력의 차이를 비교할 수 있음을 알았다. 따라서 앞으로의 실험은 고정화된 미생물을 현미경 관찰을 통하여 확인하고, 플라즈마 처리 후 미생물의 화학적 고정화(공유결합이나 이온결합체 형성을 통한 고정화 과정에서의 관능기 및 미생물의 유실이 없는 미생물 고정화)를 통한 미생물 고정화 율의 증가 방법을 개발하는데 주안점을 두고자 한다 한편, 다른 형태의 고분자나 미생물 종류를 달리하여 본 연구를 확장시킴으로써 환경 및 생물 산업에 유용한 소재로 사용되는 최적의 미생물 고정화 담체를 개발할 수 있으리라 사료된다.