Water pollution by aqueous heavy metals has become one of the most serious environmental problems nowadays. The purification of polluted water is of special concern due to toxicity of heavy metals on human health. For removal of heavy metal ion, adsorption technique is very popular because of simplicity and low cost. In recent years, there were several previous studies using non-living algal biomass as an adsorbent for the elimination of heavy metals due to its advantages such as low cost and easy cultivation. Diatoms are photosynthetic algae, found in the oceans, which have cell wall, called frustule. Diatom frustule, which has porous structure and high surface area, can exhibit enhanced heavy metal ion adsorption capacity with absence of secondary pollutants and low cost.
Polydopamine has been used for removal of heavy metal ion due to its chelating ability and simple depositing method without any surface pretreatment. However, substrates that were used in studies of elimination of heavy metal ions using polydopamine coating have problems such as high cost and production of secondary pollutants.
In chapter 1, nature-originated diatom frustule powders modified with a mussel-inspired adhesive, polydopamine, have been studied as an adsorbent for aqueous heavy metals. Diatom frustule powder, processed diatom, was coated by polymerization of dopamine hydrochloride. An aqueous solution containing heavy metal ions was passed through the column and the removal of heavy metal ions in eluate was confirmed by inductively coupled plasma-mass spectrometry.
Atopic dermatitis is a skin disease accompanied by itching, red rash, and dry skin, which is one of the most common disease. Typical treatments for atopy have side effects including diabetes, osteoporosis, and hypertension. Recently, sacran which is another algal biomass, has attracted a particular focus of attention as a new material for atopy treatment, which is a sulfated glycosaminoglycan-like compound extracted from river algae Aphanothece sacrum. Previous studies showed that sacran is effective in the treatment of atopic dermatitis due to its anti-inflammatory effect and moisturizing effect. However, huge molecular weight of sacran (~16 MDa) makes transdermal delivery difficult.
In chapter 2, we increased transdermal delivery efficiency of sacran by using dissolving microneedle (MN) patches. Dissolving microneedles for transdermal delivery of sacran are fabricated using droplet-born air blowing (DAB) method with the advantage of minimization of drug deformation and drug loss. It was confirmed that dissolving MN patches containing sacran helped relieve atopic symptoms through in-vivo test
중금속에 의한 수질 오염은 오늘날 가장 심각한 환경 문제 중 하나이다. 중금속 이온이 인체에 미칠 수 있는 독성 때문에 수중 중금속 이온 제거의 중요성은 더욱 크다. 중금속 이온 제거 방법 중 흡착 방식은 단순하고 저비용이라는 특성 때문에 보편적으로 사용되고 있다. 다양한 흡착제 중, 살아있지 않은 조류 바이오매스(non-living algal biomass)는 특히 저비용과 쉬운 재배 방법이라는 이점으로 중금속 이온 제거에서 각광받고 있다. 규조는 바다에 존재하는 광합성 조류로 세포 벽은 규각이라는 실리카 성분으로 이루어져 있다. 이 규각은 다공성 구조와 큰 표면적을 가지는 동시에 2차 오염 물질을 생산하지 않는다는 장점을 가지고 있다. 본 학위 논문에서는 홍합의 접착력에 관여하는 화학적 작용기를 모방하여 폴리도파민 (polydopamine)을 코팅한 자연 유래 바이오실리카(biosilica)인 규각을 중금속 이온 흡착제로서 고찰한다. 가공된 규조토인 바이오실리카(biosilica), 규각을 도파민(dopamine)의 중합 반응을 이용하여 코팅한 후, 이를 함유한 칼럼에 중금속 이온 수용액을 통과시켰다. 은 환원 실험, X선 광전자 분광법, 퓨리에변환 적외선 분광계, 열 중량 분석기로 성공적인 도파민(dopamine) 코팅을 확인했다. 또한 흡착제 칼럼을 통과한 용출액을 유도 결합 플라즈마 분광 분석법(ICP-OES)에 의해 분석하여 코팅 조건 별, 금속 종류 별 흡착 용량에 대해 고찰하고자 한다.
아토피 피부염은 현대에서 가장 흔한 피부 질병 중 하나로 가려움증, 붉은 발진과 건조한 피부를 동반한다. 아토피 피부염은 근본적인 치료법이 존재하지 않아 아토피 피부염 환자의 치료는 보통 피부 보호, 수분 공금, 피부염 증상 완화로 이루어진다. 최근, 강 조류에서 추출한 또 다른 조류 바이오매스(biomass) 사크란(sacran) 성분이 아토피 치료의 새로운 물질로 주목되고 있다. 선행 연구에 따르면 사크란(sacran)은 항염 효과와 뛰어난 보습 효과로 아토피 피부염 치료에 효과를 보였다. 하지만 현존하는 다당류 중 가장 큰 분자량을 가지는 특성 때문에 경피 전달 효율이 매우 떨어지는 한계가 있었다. 본 학위 논문에서는 용해성 마이크로니들(microneedle) 패치를 사용하여 항염 효과를 지닌 조류인 사크란(sacran)의 경피 전달 효율 증가시켰다. 약물 변형 및 약물 손실을 최소화하는 송풍 인장 방식을 이용하여 용해성 마이크로니들(microneedle)을 제작한 후, 아토피가 유발된 쥐를 통한 동물 실험으로 아토피 증상 완화를 확인하였다.
