Biofouling is a phenomenon in which bio-derived substances such as microorganisms or biomolecules adsorb and accumulate on wet, solid surfaces. Biofouling, ubiquitous in our living environments and industrial fields, should be resolved since it causes severe pathogenic and economic threats. Among the various anti-biofouling strategies, surface modification methods, especially surface coating with synthetic polymers, have been widely studied due to their various advantages, such as non-toxicity and high versatility. This dissertation suggests vapor-based synthetic processes to fabricate a high-performance anti-biofouling polymer coating to solve the issues inherent in the conventional liquid-based processes. The vapor-based methods can deposit a high-purity polymeric surface with excellent uniformity and form a copolymer through uniform mixing in the vapor phase without phase separation. In the first chapter, a hydrophobic fouling-release surface was developed with sulfur as a raw material, which is challenging to stabilize into a polymer by liquid-based process, to replace conventional raw materials for fabricating fouling-release surfaces such as fluorine and silicon that have environmental toxicity. In the following chapter, an initial chemical vapor deposition (iCVD) process was utilized as a synthesis tool to fuse different types of monomers, which is challenging in the liquid-based process, to fabricate a hydrophilic polymer surface with durability and superior fouling-resistance against biomolecular adsorption. In the last chapter, the developed materials were utilized to apply in the membrane filtration process, which is a field highly requiring anti-biofouling properties. To sum up, this study presents an important milestone in developing anti-biofouling polymeric materials and the realization of high-performance anti-biofouling surfaces.
바이오파울링이란 미생물 혹은 생체 분자 같은 생물 유래 물질들이 물에 젖은 표면에 흡착하거나 쌓이는 현상을 말한다. 이는 생활 환경이나 산업 현장 등 우리 주변에 만연하면서 의료적, 경제적 손실을 야기하므로 해소해야 한다. 이를 해소하는 다양한 방법들 중 안티바이오파울링 표면 개질, 특히 고분자를 활용하는 코팅 방식은 환경 친화적이고 범용성이 크다는 등 여러 장점들로 인해 각광받고 있다. 본 논문에서는 고분자 기반 고성능 안티바이오파울링 표면을 제작 함에 있어서 기존의 액상 공정이 내재하고 있는 문제점들을 개선함을 해결하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 기상 기반 코팅 공정을 도입하여 목표하는 표면 개발을 진행하였다. 기상 증착 공정은 고순도의 고분자 박막을 우수한 균일도로 증착이 가능하며, 상분리 없이 기상에서의 균일한 혼합을 통한 공중합 형성이 가능하다. 첫 번째 장에서는 액상으로 안정적인 물질로의 합성이 어려운 황 원료를 기상 공정을 통해 활용하여 기존의 환경적 문제가 있는 실리콘 및 불소 계열 소재를 대체한, 미생물 흡착 방지에 효과가 큰 소수성 표면을 개발하였다. 다음 연구에서는 화학 기상 증착 공정 (initiated chemical vapor deposition, 이하 iCVD) 공정을 활용하여 액상에서는 융합이 어려운 서로 상이한 소재들을 융합하여 내구성이 높고 생체분자 흡착 방지에 효과가 큰 친수성 표면을 개발하였다. 마지막 장에서는 앞서 개발된 소재를 활용하여 안티바이오파울링 성능이 필요한 분야인 멤브레인 여과 공정에 응용하였다. 결론적으로 본 연구를 통해 우수한 안티바이오파울링 성능을 갖는 표면을 개발하였고, 나아가 이를 개발하는 새로운 방법을 제시할 수 있었다.
