KR101212504B1

KR101212504B1 - 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101212504B1
Application number: KR1020120066798A
Authority: KR
Inventors: 염다원
Original assignee: 염다원
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2012-12-24

Abstract

본 발명은 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 숙신산(succinic acid), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose) 및 황련추출물을 포함하는 항균 하이드로겔 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 우수한 함수특성으로 상처에 적절한 습윤 환경을 제공하여 상처치유를 촉진할 뿐 아니라, 항균활성이 우수하여 감염이 우려되는 상처나 감염된 상처의 치료에 매우 효과적으로 적용할 수 있다.

Description

황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔 및 그 제조방법{Antimicrobial hydrogel comprising Coptis chinesis}

본 발명은 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리비닐알코올, 숙신산, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 황련추출물을 포함하는 항균 하이드로겔 및 그 제조방법에 관한 것이다.

하이드로겔은 물에 녹지는 않지만 자체 무게보다 여러 배 이상의 물을 흡수할 수 있는 특성이 있다. 이러한 특성을 이용하여 상처 부위에서 삼출물 흡수에 의한 습윤 환경을 조성하여 흉터를 최소화하거나 흉터 없이 효과적으로 상처를 치료할 수 있으며, 수술 시 장관의 유착을 방지하기 위해 의학 분야에도 응용되고 있는 등 그 용도가 다양하다. 특히 최근에는 조직공학 등에도 응용되고 있어 그 효용성이 더욱 주목을 받고 있다.

하이드로겔 제조에 이용되는 고분자로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 히알루론산(hyaluronic acid), 알긴산(alginic acid), 펙틴(pectin), 키토산(chitosan) 등 많은 합성 또는 천연 고분자들이 있다. 그중에서도 PVA는 수용성인 합성고분자로 독성이 거의 없으며 우수한 상처 드레싱 효과를 가지고 있다. 또한 생체 적합성이 뛰어나고 함수 특성이 우수하여 하이드로겔 제조에 많이 이용되고 있다. PVA를 이용하여 하이드로겔을 제조하는 방법은 동결-해동과정(Freezing-Thawing Method, FT)을 이용하여 가교시키는 방법, 글루타르알데히드(glutaraldehyde)나 폴리카르복시산(polycarboxylic acid) 등과 같은 가교제를 이용하는 방법, 그리고 감마선과 같은 방사선 조사를 이용하는 방법 등이 있다. 이 가운데 폴리카르복시산은 각각의 카르복시산(carboxylic acid)이 PVA의 하이드록시 라디칼(hydroxy radical)과 반응하여 에스테르 형태의 가교를 형성하게 되며 포름알데히드가 전혀 개입되지 않는 장점이 있다(Koo et al., 2009).

한편, 분자량별로 PVA의 함수특성과 겔화 비율을 측정한 연구에서 분자량이 50,000인 경우에 함수특성이 우수하고, 분자량이 89,000의 PVA는 겔화 비율이 우수하며, 분자량 186,000인 경우는 이 함수특성과 겔화 비율이 고르게 나타나는 것으로 보고되어 있다(Chun et al., 2005). PVA를 이용한 하이드로겔은 우수한 생체 적합성을 가지며, 생체 의학적으로 인공 디스크, 인공연골, 콘택트렌즈 등의 여러 분야에서 연구되고 있다.

이러한 PVA 하이드로겔은 제조방법에 따라 가교 구조와 물리적 성질이 각각 달라질 수 있는데, 예로서 FT 방법에 의한 경우는 하이드로겔 내 고분자들 간에 물리적인 가교(cross-linking)를 형성시키는 것이며, 가교제를 이용하는 경우는 가교제가 고분자와 화학적으로 반응하여 가교(cross-linking)를 형성하게 된다. 가교가 형성된 고분자들에 의하여 만들어진 PVA 하이드로겔은 원래의 수용성이 없어져 물에 녹지 않게 되며, 신축성 등 기계적인 물성이 높아지게 된다.

카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC) 하이드로겔은 PVA 하이드로겔과는 달리 신축성 등 기계적 물성은 낮으나 독성이 없어 인체에 무해하며, 수분흡수력이 크고 생체적합성이 우수한 특징이 있다.

이에 인체에 안전하면서도 신축성 등 기계적 물성이 뛰어난 PVA와, 독성이 없고 생분해성 천연고분자인 CMC를 이용한 PVA/CMC 하이드로겔은 생체 친화성이 높은 하이드로겔로 평가되고 있다.

한편, 하이드로겔을 제조할 때 연화제로써 이용되는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG)은 수용성이며 흡습성이 있으나, 중합도가 증가할수록 흡습성이 감소하는 특징이 있다.

그러나 상기와 같은 하이드로겔들은 함수특성 때문에 상처 부위에 습윤 환경을 조성할 수 있는 장점은 있지만, 그 자체로는 항균 활성이 없어 세균에 의한 감염이 문제가 되는 경우가 있다.

상처치료에 항균 활성은 중요한 요소이다. 특히, 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)과 같은 화농성 균은 상처 치료를 어렵게 하며, 감염이 발생하면 항생제를 투여하여야 하는 경우가 많다. 감염과 상처회복과정에는 상처 부위의 pH도 관여되는데, 상처 및 염증에 대한 pH의 영향에 관한 연구에서는 상처가 회복되는 과정에서 상처 부위에 산성 환경이 조성되면 세균의 증식이 억제되고, 상처 부위의 치유 속도가 빨라질 수 있다고 보고하고 있다(Lim et al., 2010). 또한, 매실(Prunus mume) 착즙 액의 식중독 유발균에 대한 항균 작용에 대한 연구에서는 매실과육에 함유된 구연산과 같은 유기산들에 의해서 산성이 유지되므로 항균활성을 나타내는 것으로 보고하였다(Lee et al., 2003). 한편, 숙신산(succinic acid, SA, HOOCCH₂CH₂COOH)은 과일에 많이 존재하는 유기산 중의 하나로써 무색, 무취의 결정성 고체이며, 디카르복시산(dicarboxylic acid)이기 때문에 가교제로서 PVA와 반응시켜 고흡수성 필름 제조에 이용할 수가 있다. 즉, SA의 카르복시산(-COOH)이 PVA의 하이드록시(-OH)기와 에스테르화 반응을 하여 가교를 형성할 수 있다.

한국공개특허공보 제2003-0045730호

Gwang-Hoe Koo, Sung-Jong Yoon and Jinho Jang, Preparation of Superabsorbent PVA Films with Polycarboxylic Acid Crosslinkers, J. of the Korean Soc. of Dyers and Finishers, Vol. 21, No. 4, pp. 39-45(2009) Heung Jae Chun, Sang Bong Lee, Sang Yong Nam, Soon Hwan Ryu, Sun Young Jung, Seung Hoon Shin, Seong Ihl Cheong, Ji Won Rhim, Preparaton and Swelling Behavior of Thermally Cross-linked Poly(vinyl alcohol) and Poly(acrylic acid) Hydrogel, J. Ind. Chem., Vol. 11, No. 4, pp. 556-560(2005) Hyun Ju Lim, Hak Tae Kim et al., Effect of Newly Developed Pectin/CMC Dressing Materials on Three Different Types of Wound Model, Polymer(Korea), Vol. 34, No.4, pp 363-368(2010)

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 황련추출물을 포함하여 우수한 함수특성으로 상처에 적절한 습윤 환경을 제공하여 상처치유를 촉진할 뿐 아니라, 항균활성이 우수하여 감염이 우려되는 상처나 감염된 상처의 치료에 매우 효과적으로 적용할 수 있는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 외부로부터 세균 등 감염성 병원체와 이물질 등의 침입을 방지할 수 있고, 상처에 적절한 습윤 환경을 제공하여 화상, 창상, 외상, 욕창, 피부 질환 등에 대한 상처 치유, 살균, 흉터 방지 및 억제, 상처 회복 등을 촉진할 수 있는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 우수한 함수특성과 항균활성으로 유착방지제, 창상피복제, 드레싱제 등과 같은 의료용 소재로 사용하기에 적합한 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 우수한 항균 드레싱 효과로 항생제 남용에 의한 내성균 발현의 억제에 크게 기여할 수 있는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 숙신산(succinic acid), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose) 및 황련추출물을 포함하고, 상기 폴리비닐알코올:숙신산:카르복시메틸 셀룰로오스는 10:0.5~1.9:2~4의 중량비로 포함되고, 상기 황련추출물은 폴리비닐알코올, 숙신산 및 카르복시메틸 셀룰로오스의 전체 중량에 0.1 내지 60중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔을 제공한다.

특히, 상기 폴리비닐알코올:숙신산:카르복시메틸 셀룰로오스는 10:1:4의 중량비로 포함되고, 상기 황련추출물은 폴리비닐알코올, 숙신산 및 카르복시메틸 셀룰로오스의 전체 중량에 1 내지 5중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 황련추출물은 물, 알코올 또는 물과 알코올의 혼합 용액에서의 열수추출물인 것이 좋다.

상기의 항균 하이드로겔은 Staphylococcus aureus에 대해 항균활성을 나타내며, 함수율은 1,000% 이상을 나타낸다.

상기 항균 하이드로겔은 화상, 창상, 외상, 욕창 또는 피부 질환에 대한 상처 치유; 살균; 흉터 방지 및 억제; 또는 상처회복용으로 사용되어 유착방지제, 창상피복제 또는 드레싱제와 같은 의료용 소재에 사용하기 적합하다.

또한 본 발명은 (S1)증류수에 폴리비닐알코올과 숙신산을 넣고 6시간동안 교반하면서 90℃로 가온하여 폴리비닐알코올/숙신산 용액을 제조하는 단계; (S2)상기 폴리비닐알코올/숙신산 용액에 카르복시메틸 셀룰로오스를 첨가하고 90℃에서 3시간 동안 교반하여 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸 셀룰로오스 용액을 제조하는 단계; (S3)상기 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸 셀룰로오스 용액에 황련추출물을 첨가하고 90℃에서 30분간 교반하는 단계; 및 (S4)상기 혼합물을 전연하고, 실온, 48%RH의 조건하에서 48시간 동안 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.

상기 (S1)의 폴리비닐알코올 및 숙신산은 10:0.5~1.9의 중량비로 혼합되고, 용액 중 1 내지 20% 농도로 포함되는 것이 좋다.

상기 (S2)의 카르복시메틸 셀룰로오스는 폴리비닐알코올/숙신산 용액에 폴리비닐알코올:숙신산:카르복시메틸 셀룰로오스가 10:0.5~1.9:2~4의 중량비가 되도록 포함되며, (S3)의 황련추출물은 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸 셀룰로오스 전체 중량 대비 황련추출물을 0.1 내지 60중량%로 포함되는 것이 좋다.

본 발명에 따른 항균 하이드로겔은 황련추출물을 포함하여 우수한 함수특성으로 상처에 적절한 습윤 환경을 제공하여 상처치유를 촉진할 뿐 아니라, 항균활성이 우수하여 감염이 우려되는 상처나 감염된 상처의 치료에 매우 효과적으로 적용할 수 있다. 또한, 외부로부터 세균 등 감염성 병원체와 이물질 등의 침입을 방지할 수 있고, 상처에 적절한 습윤 환경을 제공하여 화상, 창상, 외상, 욕창, 피부 질환 등에 대한 상처 치유, 살균, 흉터 방지 및 억제, 상처 회복 등을 촉진할 수 있어 유착방지제, 창상피복제, 드레싱제 등과 같은 의료용 소재로 사용하기에 적합하다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따르면 우수한 항균 드레싱 효과로 항생제 남용에 의한 내성균 발현의 억제에 크게 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 하이드로겔들의 IR 스펙트럼 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 하이드로겔에 증류수를 가하여 팽윤시키는 과정을 도시한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 하이드로겔들의 시간경과에 따른 팽윤과정을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 하이드로겔들의 팽윤도(Swelling ratio)를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 하이드로겔들의 Gel Fraction을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 하이드로겔들의 최대 팽윤상태에서의 기계적 강도를 나타낸 그래프이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 하이드로겔의 SEM-EDS 분석 결과를 나타낸 사진이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 하이드로겔의 SEM 이미지(× 5000)이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔의 S. aureus균에 대한 항균활성을 나타낸 사진이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔의 P. aeruginosa균에 대한 항균활성을 나타낸 사진이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자는 함수특성 뿐 아니라 항균활성이 우수한 하이드로겔을 제조하여 상처치료, 유착방지 등 다방면에 걸쳐 효과적으로 이용될 수 있으며, 나아가 항균 드레싱 효과로 항생제 남용에 의한 내성균 발현의 억제에 크게 기여할 수 있도록 하기 위하여, 생체적합성과 수용성을 나타내는 폴리비닐알코올(PVA)과 함수특성이 우수한 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC), 유기산인 동시에 디카르복시산으로 가교제로 사용이 가능한 숙신산(SA) 및 천연물질인 황련추출물을 사용하여 실제 임상에 적용할 수 있는 항균 하이드로겔을 제조하고자 하였다.

이러한 본 발명의 항균 하이드로겔은 폴리비닐알코올, 숙신산, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 황련추출물을 포함한다.

상기 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)은 수용성 폴리하이드록시 폴리머로 취급이 용이하고, 화학저항과 완전한 생분해성, 좋은 물리적 성질 때문에 많이 사용되고 있다. 화학적으로 가교된 PVA는 좋은 투과성, 생체적합성, 생분해성, 수용성으로 의공학(biomedical)이나 생화학분야(biochemistry)에서 주목받고 있다.

상기 폴리비닐알코올은 중량평균분자량이 10,000~1,000,000g/mol인 것을 사용하는 것이 좋으며, 바람직하게는 50,000 내지 200,000g/mol인 것을 사용하는 것이다. 상기 폴리비닐알코올의 중량평균분자량이 상기 범위내일 경우 함수특성과 겔화비율이 고르게 나타날 수 있어 더욱 좋다.

상기 숙신산(succinic acid, SA)은 디카르복시산(dicarboxylic acid)으로, 본 발명의 하이드로겔의 제조 시 가교제의 역할을 한다. 즉, 상기 숙신산의 카르복시산(carboxylic acid)과 PVA의 하이드록시 라디칼(hydroxy radical)의 반응으로 에스테르 형태의 가교를 형성하게 된다.

상기 숙신산은 폴리비닐알코올 100중량부에 대하여 5 내지 19중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위내일 경우에는 폴리비닐알코올과 숙신산의 분리 없이 안정적으로 가교를 형성할 수 있다.

상기 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC)는 독성이 없어 인체에 무해하며, 수분흡수력이 크고 생체적합성이 우수한 특징이 있다.

상기 카르복시메틸 셀룰로오스는 폴리비닐알코올 100중량부에 대하여 20 내지 40중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위내일 경우에는 필름 형성이 잘되고, 매우 유연한 필름을 형성할 수 있으며, 적당한 양의 CMC를 함유할 수 있어 우수한 함수특성을 기대할 수 있어 더욱 좋다. 특히, 상기 카르복시메틸 셀룰로오스의 함량이 40중량부 미만일 경우에는 1,000% 이상의 함수특성을 얻기 어려울 수 있으며, 40중량부를 초과할 경우에는 유연성이 저하되는 문제가 있었다. 따라서, 상기 카르복시메틸 셀룰로오스는 폴리비닐알코올 100중량부에 대하여 40중량부로 포함되는 것이 가장 바람직하다.

상기와 같은 폴리비닐알코올, 숙신산 및 카르복시메틸 셀룰로오스는 10:0.5~1.9:2~4의 중량비로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10:1:4의 중량비로 혼합되는 것이다. 상기 폴리비닐알코올, 숙신산 및 카르복시메틸 셀룰로오스가 전술한 중량비로 혼합되어 사용될 경우 각 성분의 분리 없이 적절한 가교가 일어나 우수한 하이드로겔을 형성할 수 있고, 유연성이 좋으며 우수한 함수특성을 가지는 하이드로겔을 제조할 수 있게 된다. 또한, 상기의 중량비로 혼합되어 제조된 본 발명의 하이드로겔은 생분해성이 우수하고, 물리, 화학적 성질이 우수하며, 생체적합성 또한 우수하게 된다. 뿐만 아니라, 상기 폴리비닐알코올, 숙신산 및 카르복시메틸 셀룰로오스가 전술한 중량비로 혼합될 경우 이후 첨가되는 황련추출물과의 혼합 시에도 균질한 혼합이 이루어져 하이드로겔 전반에 걸쳐 균질한 항균 특성을 가지는 하이드로겔을 제조할 수 있으며, 황련추출물의 사용으로 인한 최대의 항균활성을 나타낼 수 있도록 하여 더욱 전술한 범위로 포함되는 것이 중요하다. 즉, 상기 폴리비닐알코올, 숙신산 및 카르복시메틸 셀룰로오스는 10:0.5~1.9:2~4의 중량비로 혼합되어야만 본 발명에서 제조하고자 하는 항균활성과 함수특성이 우수한 하이드로겔을 제조할 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 항균 하이드로겔에 사용되는 황련(Coptis chinensis)은 여러해살이 초본식물로서 한국, 일본, 중국 등에서 재배하고 있으며, 주성분으로서는 베르베린(berberine), 팔마틴(palmatine), 콥티신(coptisine), 마그노플로린(magnoflorine), 에피베린(epiberine) 등이 있다. 황련은 예로부터 청열제로 많이 처방되었으며, 항균 작용, 항산화 작용, 멜라닌 생성억제 작용, 암세포 억제작용 등 많은 약리적 활성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.

상기 황련추출물은 항균특성으로 하이드로겔 내 항균성을 부여하는 동시에 카르복시메틸 셀룰로오스의 분산성을 개선시키는 작용을 한다.

상기의 황련추출물은 통상의 방법으로 제조할 수 있는데, 구체적으로 황련을 건조 분쇄하여 분말화한 후 약 10배량의 추출용매로 열수 혹은 냉침 하여 3~10시간 동안 추출한 추출원액을 여과, 농축 및 건조하는 통상의 방법으로 제조할 수 있다. 이때 사용될 수 있는 추출용매로는 정제수, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 글리세린, 프로필렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, 벤젠, 헥산, 디에틸에테르, 디클로로메탄 등의 용매를 1종 이상 혼합하여 사용하거나, 1종의 용매를 사용하여 추출한 후 여기에 1종 또는 2종 이상의 용매를 사용하여 용매분획할 수도 있다.

더욱 바람직하게, 본 발명에 사용되는 상기 황련추출물은 물, 알코올 또는 물과 알코올의 혼합용액을 사용하여 열수 추출한 추출물인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어 상기 황련추출물은 추출, 분획 및 정제 처리의 각 단계에서 얻어지는 추출액, 분획 및 정제물, 그 희석액 또는 농축액, 그 건조물 등을 모두 의미하는 것으로, 본 발명에서 구체적인 예를 들어 설명하지 않더라도 본 발명에서 설명하는 추출물의 범주가 상기와 같음은 자명한 것이다.

상기 황련추출물은 상기 폴리비닐알코올, 숙신산 및 카르복시메틸 셀룰로오스의 전체 중량 대비 0.1 내지 60중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 내지 5중량%로 포함되는 것이다. 그 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 원하는 정도의 항균 효과를 얻기 어려우며, 60중량%를 초과할 경우에는 사용함량 대비 항균효과가 미미하게 된다.

상기와 같이 폴리비닐알코올, 숙신산, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 황련추출물을 포함하는 본 발명의 항균 하이드로겔은 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.

먼저, 증류수에 폴리비닐알코올과 숙신산을 넣고 폴리비닐알코올/숙신산 용액을 제조한다.

이때 상기 폴리비닐알코올과 숙신산은 10:0.5~1.9의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하며, 상기 폴리비닐알코올과 숙신산은 용매인 증류수와 혼합하여 1 내지 20중량% 농도의 수용액으로 제조하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4 내지 7중량% 농도의 수용액으로, 가장 바람직하게는 5 내지 6중량% 농도의 수용액으로 제조하는 것이다. 상기 폴리비닐알코올과 숙신산의 혼합 수용액의 농도가 1중량% 미만일 경우에는 폴리비닐알코올과 숙신산 수용액을 전연한 후 건조 시 많은 시간이 소모될 수 있으며, 20중량%를 초과할 경우에는 폴리비닐알코올을 완전히 용해시키는데 많은 시간과 에너지가 소모될 수 있다.

상기의 혼합액은 6시간 동안 교반하면서 90℃로 가온하게 되면 숙신산의 카르복시산과 폴리비닐알코올의 하이드록시 라디칼이 반응하여 에스테르 형태의 가교를 형성한 폴리비닐알코올/숙신산 용액을 얻을 수 있다.

그 다음 상기 폴리비닐알코올/숙신산 용액에 카르복시메틸 셀룰로오스를 첨가하여 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸 셀룰로오스 용액을 제조한다.

상기 카르복시메틸 셀룰로오스는 폴리비닐알코올/숙신산 용액에 교반하면서 서서히 가하여 혼합하는데, 이때 카르복시메틸 셀룰로오스는 폴리비닐알코올:숙신산:카르복시메틸 셀룰로오스가 10:0.5~1.9:2~4의 중량비가 되도록, 바람직하게는 10:1:4의 중량비가 되도록 첨가하는 것이 좋다.

상기 카르복시메틸 셀룰로오스의 첨가 이후에는 카르복시메틸 셀룰로오스가 용액 중 균일하게 분산되도록 90℃에서 3시간 동안 강하게 교반한다.

상기와 같이 얻어진 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸 셀룰로오스 용액에는 이후 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸 셀룰로오스 전체 중량 대비 황련추출물을 0.1 내지 60중량%, 바람직하게는 1 내지 5중량%로 첨가하고, 90℃에서 30분간 교반하여 하이드로겔 용액을 제조한다.

이어서, 상기 하이드로겔 용액을 전연하고, 실온, 48% RH의 조건하에서 건조하여 최종 항균 하이드로겔을 얻을 수 있다.

상기와 같이 제조되는 본 발명의 항균 하이드로겔은 항균활성이 우수하며, 특히 각종 상처 및 수술부위의 염증성 원인균, 특히 Staphylococcus aureus에 대하여 강한 항균활성을 나타낸다. 또한, 본 발명의 항균 하이드로겔은 1,000% 이상의 우수한 함수특성을 갖는다.

즉, 본 발명의 항균 하이드로겔은 우수한 함수특성으로 상처에 적절한 습윤 환경을 제공하여 상처치유를 촉진할 뿐 아니라, 항균활성이 우수하여 감염이 우려되는 상처나 감염된 상처의 치료에 매우 효과적으로 적용할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 항균 하이드로겔은 외부로부터 세균 등 감염성 병원체와 이물질 등의 침입을 방지할 수 있고, 상처에 적절한 습윤 환경을 제공하여 화상, 창상, 외상, 욕창, 피부 질환 등에 대한 상처 치유, 살균, 흉터 방지 및 억제, 상처 회복 등을 촉진할 수 있어 유착방지제, 창상피복제, 드레싱제 등과 같은 의료용 소재로 사용하기에 적합하며, 우수한 항균 드레싱 효과로 항생제 남용에 의한 내성균 발현의 억제에 크게 기여할 수 있다.

본 발명에서는 항균 하이드로겔을 제조하기 위하여 PVA, SA 및 CMC를 사용하여 가교제를 이용하는 방법에 따라 하이드로겔을 제조하고, 각 하이드로겔의 물리적 특징과 성상을 비교하여 최적의 유연성과 필름형성 특성을 갖는 최적의 하이드로겔의 조성을 찾아내고, 이 하이드로겔 조성에 황련추출물을 첨가하여 최종적으로 항균 하이드로겔을 제조하였다.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

이하 실시예들에서 사용되는 PVA(Mw 146,000~186,000, 99+% hydrolyzed), Sod. CMC(average Mw ～90,000), SA 등은 Sigma-Aldrich Co.의 제품들을 사용하였으며, 황련은 시중에서 엄선하여 구입, 사용하였다. 항균실험에 사용된 Nutrient Broth와 Nutrient Agar는 Difco Co.에서 구입하였으며, 그람 양성균인 Staphylococcus aureus(KCTC1621)와 그람 음성균인 Pseudomonas aeruginosa(KCTC1636)는 한국생명공학연구원 생명자원센터(KCTC)에서 공급받아 사용하였다.

또한, 황련추출물은 다음과 같이 제조하였다. 황련 350g을 흐르는 수돗물로 30초간 세척하고 증류수 1,000mL로 1회 세척한 후 건조기에서 60℃로 24시간 동안 건조하였다. 완전히 건조된 황련을 믹서로 분쇄하고 20호 체(18mesh, 850㎛)를 통과한 황련분말 300g을 증류수 1,000mL에 넣고 3시간 동안 90℃로 가온(water bath)하여 추출하였다. 추출액은 감압여과(Whatman #2)하고 여액을 동결 건조(Bondiro, IlShin Lab.)하여 황련 물 추출 분말(Coptis chinensis extract, Cc)을 제조하였다.

실시예 1. 하이드로겔 제조

PVA를 이용한 하이드로겔의 제조는 가교제로 숙신산(Succinic acid, SA)을 이용하여 직접 하이드로겔을 만드는 방법으로 제조하였다.

먼저, 증류수에 PVA와 SA를 5:1 및 10:1의 중량비로 넣고 6시간 동안 교반하면서 가온(water bath, 90℃)하여 PVA/SA 용액을 만들었다. 이 용액에 Sod. CMC를 교반하면서 PVA:SA:CMC의 중량비가 5:1:6, 10:1:2, 10:1:4가 되도록 서서히 가하여 혼합하고 90℃에서 3시간 동안 강하게 교반하여 PVA/SA/CMC 용액을 만들었다. 이들 각 하이드로겔 용액(70℃)을 petri dish(90×15㎜, SPL Life Sciences)에 10g씩 넣어 전연하고, 실온(25℃), 48% RH의 조건하에서 48시간 동안 건조하여 각 하이드로겔을 제조하였다.

실시예 2. 항균 하이드로겔 제조

황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔은 다음과 같이 제조하였다.

먼저, PVA/SA(10:1)(1%Cc) 하이드로겔의 제조는 PVA 5g과 SA 0.5g을 증류수 100mL에 용해한 PVA/SA(10:1) 용액에 황련추출건조분말을 전체 중량의 1중량%가 되도록 가하여 만들었으며, PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc) 하이드로겔, PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 하이드로겔, 그리고 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔은 PVA 5g과 SA 0.5g을 증류수에 용해한 PVA/SA 용액에 CMC 2g을 가하여 PVA/SA/CMC(10:1:4) 용액을 만들고, 황련추출건조분말을 각각 전체 중량의 1, 3, 5중량%가 되도록 PVA/SA/CMC(10:1:4) 용액에 용해시켜 제조하였다.

실험예 1. 하이드로겔의 조성 및 성상

상기 실시예 1 및 2에서 제조한 각각의 하이드로겔의 유연성, 투명성 등의 물리적 특성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 SA를 이용하여 직접 casting하고 FT과정을 거치지 않고 제조한 하이드로겔들은 매우 유연한 필름을 형성하였으며, 기계적 강도가 우수하고 대부분 투명한 필름을 형성하는 것으로 나타남을 확인할 수 있었다. 특히, PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔의 경우는 필름 형성이 잘되고 유연성이 좋을 뿐만 아니라 적당한 양의 CMC를 함유하여 우수한 함수특성이 기대되었다.

또한, PVA, SA, CMC를 10:1:4의 비율로 가하고, 황련추출 건조분말을 각각 1, 3, 5중량%로 첨가하여 제조한 PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc), PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc), PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔들은 우수한 필름형성 특성을 나타내었으며, 유연성과 기계적 강도도 또한 우수함을 확인할 수 있었다(도 1).

실험예 2. 가교반응의 확인

상기 실시예 1 및 2에 따라 PVA에 SA를 가교제로 가하여 제조한 각각의 하이드로겔에서, PVA의 하이드록시 라디칼(hydroxyl radical)과 SA의 카르복시 그룹(carboxyl group)이 결합하여 에스테르화 반응을 일으켰는지 확인하기 위하여 FT-IR(IFS-66/S, Bruker)을 이용하여 확인하였다. 즉, PVA, SA, CMC 및 황련추출물은 KBr과 함께 혼합하여 만든 펠렛으로 투과율(Transmittance)을 측정하였으며, PVA/SA(10:1), PVA:SA/CMC(10:1:4) 및 PVA:SA:CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔은 두께 120㎛, 넓이 10㎟의 절편을 만들어 ATR을 이용하여 흡수율(Absorbance)을 측정하고 각 파장별로 분석하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

에스테르화 반응의 확인은 에스테르화 반응으로 형성된 C=O, O-C-C, C-O-C 결합을 증명하여야 하는데, C=O는 기존의 카르복시 그룹에도 존재하므로 O-C-C 및 C-O-C 결합을 확인하는 것이 매우 중요하다.

시험결과 도 2에 도시한 바와 같이, PVA/SA(10:1), PVA/SA/CMC(10:1:4) 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔들은 1237㎝^-1파장과 1087㎝^-1 파장 주위에서 각각 O-C-C와 C-O-C에 의한 피크가 나타나 PVA와 SA의 에스테르화 반응을 확인할 수 있었으며, 1700㎝^-1파장 주위에서 나타나는 C=O에 의한 피크는 각 하이드로겔 필름들과 SA(-COOH)에서 같이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이 카르복시 그룹에 의한 흡수 피크(peak)는 SA에서 가장 크게 나타났으며, 에스테르화 반응이 일어난 하이드로겔 필름에서는 상대적으로 많이 소실되는 것으로 나타났다.

실험예 3. 팽윤율(Swelling ratio) 측정

실온(25℃)에서 48시간 동안 건조한 상기 실시예 1 및 2의 하이드로겔들을 시간별 무게 측정치의 변화가 없을 때까지 24시간 이상, 40℃의 온풍으로 건조(R-com digital incubator, Autoelex Co.)하였다. 건조평형 상태의 하이드로겔들의 무게를 측정한 후 petri dish(90×15㎜, SPL Life Sciences)에 넣고 증류수 20mL를 가하였다(도 3). 상온(25℃)에서 거즈를 이용하여 표면의 물기를 제거한 팽윤상태의 각 하이드로겔의 무게를 1시간 마다 측정하였으며, 그 차이를 나타내지 않을 때(평형상태)까지 측정하여 하기 수학식 1에 따라 최대 Swelling Ratio를 구하고 각 하이드로겔들의 함수특성을 비교하여 도 4 및 도 5에 나타내었다.

[수학식 1]

Sweeling Ratio(%) = {(Ws-Wd)/Wd}×100

(Ws: 팽윤된 겔의 무게, Wd: 건조한 겔의 무게)

각 하이드로겔은 각각의 조성에 따라 서로 다른 팽윤 양상을 나타내었으며, PVA에 CMC를 가하여 제조한 하이드로겔의 경우 가장 큰 Swelling Ratio를 나타내어 CMC를 함유한 하이드로겔들의 함수특성이 가장 우수한 것으로 나타났다.

실험결과 도 4에 나타낸 바와 같이, 함수특성이 우수한 CMC를 함유한 경우 쉽게 팽윤되기 시작하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 각 하이드로겔을 증류수에 넣고 팽윤시켰을 때 황련추출성분이 시간 경과에 따라 용량 의존적으로 용출되는 것을 색상의 변화를 통하여 관찰할 수 있었다. 즉, 황련추출물을 함유한 PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc), PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔의 경우, 시간 경과에 따라 황련추출성분들이 지속적으로 용출되어 나오는 것을 볼 수 있었는데, PVA/SA(10:1)(1%Cc)와 PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc) 하이드로겔은 24시간이 경과하였을 때 황련추출물 성분의 용출이 대부분 진행된 것으로 관찰되었으나, PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔은 황련추출물 성분이 계속 남아 있는 것을 관찰할 수 있었다.

도 5는 각 하이드로겔을 증류수에 넣어 시간별로 무게를 측정하여 최대로 팽윤되었을 때의 Swelling Ratio를 나타낸 것이다. 본 발명에 따라 SA를 가교제로 사용하여 제조한 PVA/SA/CMC(10:1:4), PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc), PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔은 자체 무게의 10배 이상의 수분을 흡수하여 1,000% 이상의 높은 Swelling ratio를 나타냄을 확인할 수 있었다.

실험예 4. Gel fraction 측정

Gel Fraction은 하이드로겔의 겔화 정도를 나타내며 하이드로겔의 기계적 강도와도 밀접한 관계가 있다. 이에 상기 실시예 및 2에서 제조한 하이드로겔들의 Gel Fraction을 측정하기 위하여, 증류수를 넣은 petri dish에 상기 실시예 1 및 2에서 제조한 하이드로겔들을 넣고 실온(25℃)에서 3일 이상 담가 놓아 가교반응에 쓰이지 않은 고분자를 세척하였다. 이때 증류수는 24시간마다 새로운 것으로 교환하였으며, 하이드로겔 표면의 물기를 거즈로 제거하고 무게를 24시간마다 측정하여 그 무게가 감소하지 않을 때까지 세척하였다. 세척한 하이드로겔 표면의 물기를 제거하고 실온(25℃)에서 24시간 동안 건조한 후 시간별 무게 측정치의 변화가 없을 때까지 48시간 이상 40℃로 온풍 건조하였다. 이렇게 건조된 하이드로겔의 무게를 측정하고, 하기 수학식 2에 따라 Gel Fraction을 계산하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

[수학식 2]

Gel Fraction(%) = (Wd/Wi)×100

(Wd: 세척 후 건조한 겔의 무게, Wi: 세척하기 전 겔의 무게)

실험결과 도 6에 도시한 바와 같이, 실시예 1 및 2에서 제조한 하이드로겔들은 50% 이상의 Gel Fraction을 나타내었으며, 증류수로 72시간 동안 세척한 이후에도 우수한 탄력성과 인장력을 나타냄을 확인할 수 있었다.

Gel Fraction을 측정할 때, 팽윤된 하이드로겔을 증류수에 담가 겔화되지 않은 성분들을 세척하고 24시간마다 그 무게를 측정하였는데, 최대 팽윤상태는 각 하이드로겔 모두 4시간 이내에 도달하였으나 겔화되지 않은 성분들을 세척하여 제거하는데 소요되는 시간은 각 하이드로겔마다 큰 차이를 나타내었다. PVA/SA(10:1) 하이드로겔과 같이 CMC를 함유하지 않은 하이드로겔들은 24시간 이내에 평형상태에 도달하였으나, CMC를 함유한 PVA/SA/CMC(10:1:4), PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc), PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔은 평형상태에 도달하는데 72시간 이상 소요되는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 CMC나 황련추출성분을 함유한 하이드로겔들의 경우 겔화 반응에 쓰이지 않은 CMC, 또는 황련추출성분이 증류수에 지속적으로 용출되기 때문인 것으로 생각되며, 이러한 현상을 통하여 CMC와 황련추출성분이 겔화 반응에 강하게 참여하지 않는다는 것을 알 수 있었다.

한편, 시간별 무게 측정시험 결과 72시간이 경과하면서 이러한 무게의 변화는 나타나지 않았으며, 72시간까지 세척한 결과로 얻어진 무게의 변화로 Gel Fraction을 평가였다. 각 하이드로겔의 Gel Fraction 측정 결과, PVA/SA(10:1) 하이드로겔과 황련추출물을 함유한 PVA/SA(10:1)(1%Cc) 하이드로겔의 Gel Fraction이 각각 75.34%와 73.64%로서 높게 나타남을 확인할 수 있었다. 한편, PVA/SA/CMC(10:1:4), PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc), PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔과 같이 가교제로 SA를 사용하고, 함수특성을 높이기 위하여 CMC를 첨가한 하이드로겔들은 각각 55.93%, 54.03%, 56.97%, 53.51%의 Gel Fraction을 나타내었다. 이들 CMC를 함유한 하이드로겔들은 상대적으로 낮은 Gel Faction에도 불구하고, 함수특성이 우수하고 건조 시에도 변형이 거의 없이 필름 형성이 잘 이루어지는 특성을 지니고 있어서 항균성 황련추출성분을 함유하는 항균 하이드로겔 제조에 적합할 것으로 판단되었다.

실험예 5. 인장강도 및 신장율 측정

하이드로겔의 필수적인 조건 중의 하나는 우수한 함수특성 외에도 하이드로겔의 가장 큰 물리적 특징인 신축성과 인장강도가 뛰어나야 한다. 따라서 실시예 1 및 2에서 제조한 하이드로겔 중 Swelling Ratio, Gel Fraction 및 건조 시 유연성 등 물리적 성상이 우수하게 나타난 하이드로겔들 가운데, CMC를 함유하지 않는 PVA/SA(10:1) 하이드로겔과 CMC를 가한 PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔, 그리고 CMC와 황련추출성분을 가하여 제조한 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔을 대상으로 측정하여 PVA/SA(10:1) 하이드로겔의 인장강도와 신장특성에 미치는 CMC와 황련추출성분의 영향을 평가하였다.

구체적으로, 두께가 120㎛인 각 하이드로겔을 W(폭)10㎜×L(길이)50㎜의 절편으로 만든 후, 증류수에 넣고 실온(25℃)에서 4시간 동안 팽윤시켜 모든 하이드로겔들이 최대 팽윤상태에 도달하도록 하였다. 상기 팽윤된 각 하이드로겔들을 W10㎜×L5㎜만 남게 Texture Analyser(TA.XTExpress Enhanced, Stable Micro Systems)에 고정시켜 단락이 될 때까지 인장강도 및 신장율(Elongation Rate)을 측정하였다. 인장강도 및 신장율은 하기 수학식 3 및 4에 따라 계산하고, 실험결과는 도 7에 나타내었다.

[수학식 3]

σ _t = (W/A)(㎏/㎟)

(W: 인장하중(㎏), A: 단면적(㎟))

[수학식 4]

Elongation Rate(%) = {(L-L_o)/L_o}×100

(L: 단락이 일어날 때까지의 길이, L_o: 초기 길이)

실험결과 도 7에 나타낸 바와 같이, CMC와 황련추출성분을 함유하지 않은 PVA/SA(10:1) 하이드로겔의 신장율은 1,544%로서 15배 이상 신장되었으며, PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔과 황련추출성분을 함유한 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔도 각각 582.8%와 384.4%의 신장율을 나타내어, 신축성이 매우 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, PVA/SA(10:1), PVA/SA/CMC(10:1:4), PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔의 각 인장강도는 0.105Mpa, 0.016MPa 및 0.034Mpa으로 기계적 강도 또한 우수함을 확인할 수 있었다.

실험예 6. 표면상태 관찰

하이드로겔은 대체로 여러 가지의 성분들로 구성되므로 고르고 균일한 구조로 되어 있어야 일정한 물리적 특성을 나타낼 수 있으며, 황련추출성분과 같은 활성 성분들이 일정한 비율로 용출될 수 있을 것이다. 따라서 상기 실시예 1 및 2에서 제조한 하이드로겔들 중 함수특성, 필름 형성 특성, 기계적 강도 등 여러 가지 특성이 우수한 PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔과 이 처방을 바탕으로 항균물질인 황련추출물을 각각 1%, 3%, 5%씩 첨가하여 제조한 PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc) 하이드로겔, PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 하이드로겔 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔의 표면구조를 전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 또한, 이들 하이드로겔 필름들의 구조적 특성과 하이드로겔의 필름구조에 미치는 CMC 및 황련추출성분들의 영향을 알아보고자 SEM-EDS(JSM 7000F, JEOL)를 통하여 하이드로겔 필름의 표면을 분석하였다. 그 결과는 도 8 내지 10에 나타내었다.

도 8은 PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔의 SEM-EDS 분석 결과로 하이드로겔에 CMC 입자가 분산된 형태로 구성되어 있음을 확인할 수 있었다.

또한 도 9에 나타낸 바와 같이 PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔의 CMC 입자는 황련추출성분이 1%, 3%, 5%로 점차 증가함에 따라 더 미세하게 분산됨을 확인할 수 있었다. 즉, 황련추출분말의 첨가량이 증가함에 따라(밝은색으로 나타난) CMC의 분포가 더욱 균일해지는 것을 알 수 있었다. 이러한 현상은 증류수를 이용하여 추출한 황련추출성분이 수용성으로서 CMC와 용해도 차가 크기 때문에 건조과정에서 CMC와 같이 침전하게 되는 일종의 공침현상에 의하여 CMC의 분산성이 좋아지는 것으로 판단되었다. 이러한 결과는 황련추출물을 첨가함으로써 항균 활성이 있는 하이드로겔을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 더욱 균일한 구조를 갖는 하이드로겔의 제조가 가능하다는 것을 의미하는 것으로 판단되었다.

도 10은 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔 표면을 5,000배로 확대한 SEM 이미지로, CMC가 유기적으로 연결된 것같이 보이며, CMC의 분산 상태가 비교적 고르게 나타남을 확인할 수 있었다.

실험예 7. 항균활성 시험

상기 실시예 1 및 2에서 제조한 하이드로겔의 항균활성 시험을 위하여, PVA/SA/CMC(10:1:4), PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%), PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%) 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔을 clean bench에서 무균상태로 제조하여, 멸균된 펀치를 이용하여 직경 6.4㎜의 무균 하이드로겔 디스크(ø=6.4mm, thickness=0.12mm, 24시간 배양 후 팽윤된 하이드로겔 디스크의 ø는 약 9.5mm)를 만들어 disc diffusion법으로 시험하였고, 균주로는 S. aureus(KCTC1621)와 P. aeruginosa(KCTC1636)를 이용하여 평가하였다.

먼저, Nutrient Agar 배지를 사용하여 인큐베이터(R-com digital incubator, Autoelex Co.)에서 37℃의 조건하에 배양하여 활성화시킨 다음, 배양된 각 균주 일 백금이를 취하여 Nutrient Broth 10mL에 접종하여 동일한 조건으로 배양하여, 0.5 McFarland nephelometer를 이용하여 균수를 1.5×10⁸cfu/mL로 하였다. 항균활성 시험용 Nutrient Agar 평판배지는 121℃에서 15분간 멸균하고 60℃로 냉각한 후 멸균된 petri dish에 약 15~20mL씩 분주하여 제조하였다. 121℃에서 15분간 멸균한 면봉을 이용하여 상기 Nutrient Broth에서 배양된 균주를 Nutrient Agar 평판배지에 고르게 spreading하였다. 황련추출물(Cc)을 함유한 하이드로겔 디스크와 대조군 하이드로겔 디스크를 올려놓은 다음, 인큐베이터(R-com digital incubator, Autoelex Co.)에서 24시간 동안 배양시켜 하이드로겔 디스크 주위에 생성된 clear zone의 반경(radius)을 imageJ®(NIH) 프로그램으로 측정하였다. 그 결과는 도 11 및 12와 하기 표 2에 나타내었다.

구분	PVA/SA/CMC(10:1:4)	PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc)	PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc)	PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc)
Clear zone(radius), ㎜	2.20±0.56	2.97±0.62	3.13±0.56	5.43±1.13

실험 결과 도 11 및 상기 표 2에서와 같이, 황련추출물을 가하여 제조한 하이드로겔 디스크는 G(+) 균인 S. aureus에 대하여 황련추출물 용량의 증가에 따라 점진적으로 항균 활성이 증가됨을 확인할 수 있었다. S. aureus는 화농성 균으로 피부에 상재하면서 각종 상처에 염증을 일으키는 원인균이므로, 황련추출물을 함유한 PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%) 하이드로겔, PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%) 하이드로겔 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%) 하이드로겔이 S. aureus균에 항균 활성을 나타내는 것은 이들 하이드로겔이 임상적으로 실용 가능성이 있는 것으로 생각되어 의미가 있다고 판단되었다. 그러나 G(-)균인 P. aeruginosa에 대한 항균 활성 시험에서는 각 하이드로겔이 모두 효과가 없는 것으로 나타났다(도 12).

한편, 황련추출성분을 함유하지 않은 PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔도 S. aureus 에 대하여 항균활성이 있는 것으로 나타났는데, 이것은 PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔이 유기산인 SA에 의하여 산성을 띄고 있기 때문으로 판단되었다. 산성 환경은 세균의 증식을 억제할 수 있는 것으로 보고되어 있어서, SA에 의한 하이드로겔 pH의 변화에 따른 항균 활성에 대해서도 고려해 보아야 할 것으로 생각되었다.

따라서 항균활성에 영향을 미치는 하이드로겔의 pH를 측정하여 항균활성과의 관계를 알아보고자 PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔, PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc) 하이드로겔, PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 하이드로겔, 그리고 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔들의 pH를 간단히 측정하여 보았다. 즉, pH3.4~6.4까지의 pH를 비교적 자세하게 알아볼 수 있는 pp pH 시험지(ADVANTEC, Toyo Roshi Kaisha, Ltd)를 이용하여 비색법으로 측정하여 보았다. 즉, 두께 120㎛, 넓이 1㎠의 PVA/SA/CMC(10:1:4), PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc), PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 및 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔에 각각 증류수를 40㎕씩 떨어뜨려 스며들게 한 후, 7㎟의 pH 시험지(pp, ADVANTEC, Toyo Roshi Kaisha, Ltd)를 올려놓고 비색법으로 pH를 측정하였다. 비색법으로 측정한 각 하이드로겔들의 pH 측정값은 대체로 3.6~4.2 범위의 산성을 나타내는 것으로 관찰되었다. 이러한 항균 활성 시험과 각 하이드로겔의 pH에 관한 실험결과로서, PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔의 S. aureus에 대한 항균 활성은 하이드로겔의 산성에 기인하는 것으로 판단되었으며, 이러한 항균 활성은 PVA/SA/CMC(10:1:4)(1%Cc) 하이드로겔, PVA/SA/CMC(10:1:4)(3%Cc) 하이드로겔, 그리고 PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔에 첨가한 천연 항균 물질인 황련추출성분의 S. aureus에 대한 항균작용에 상승작용을 하는 것으로 판단되었다. 특히, PVA/SA/CMC(10:1:4)(5%Cc) 하이드로겔은 S. aureus에 대한 저지반경이 평균 5.43㎜로서 PVA/SA/CMC(10:1:4) 하이드로겔보다 약 2.5배로 나타나 황련추출성분에 의한 강한 항균활성이 있다는 것을 알 수 있었다.

비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims

폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 숙신산(succinic acid), 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose) 및 황련추출물을 포함하고, 상기 폴리비닐알코올:숙신산:카르복시메틸 셀룰로오스는 10:0.5~1.9:2~4의 중량비로 포함되고, 상기 황련추출물은 폴리비닐알코올, 숙신산 및 카르복시메틸 셀룰로오스의 전체 중량 대비 0.1 내지 60중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔.
제1항에 있어서,
상기 폴리비닐알코올:숙신산:카르복시메틸 셀룰로오스는 10:1:4의 중량비로 포함되고, 상기 황련추출물은 폴리비닐알코올, 숙신산 및 카르복시메틸 셀룰로오스의 전체 중량 대비 1 내지 5중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔.
제1항에 있어서,
상기 황련추출물은 물, 알코올 또는 물과 알코올의 혼합 용액에서의 열수추출물인 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔.
제1항에 있어서,
상기 항균 하이드로겔은 Staphylococcus aureus에 대해 항균활성을 나타내는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔.
제1항에 있어서,
상기 항균 하이드로겔은 1,000% 이상의 팽윤도를 가지는 것을 특징으로 하는 황련 추출물을 이용한 항균 하이드로겔.
제1항에 있어서,
상기 항균 하이드로겔은 화상, 창상, 외상, 욕창 또는 피부 질환에 대한 상처 치유; 살균; 흉터 방지 및 억제; 또는 상처회복의 용도로 이용되는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔.
제1항에 있어서,
상기 항균 하이드로겔은 유착방지제, 창상피복제 또는 드레싱제의 의료용 소재인 것을 특징으로 하는 황련 추출물을 이용한 항균 하이드로겔.
(S1)증류수에 폴리비닐알코올과 숙신산을 넣고 6시간동안 교반하면서 90℃로 가온하여 폴리비닐알코올/숙신산 용액을 제조하는 단계;
(S2)상기 폴리비닐알코올/숙신산 용액에 카르복시메틸 셀룰로오스를 첨가하고 90℃에서 3시간 동안 교반하여 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸 셀룰로오스 용액을 제조하는 단계;
(S3)상기 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸 셀룰로오스 용액에 황련추출물을 첨가하고 90℃에서 30분간 교반하는 단계; 및
(S4)상기 (S3)단계에서 혼합한 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸셀룰로오스 용액과 황련추출물의 혼합물을 전연하고, 실온, 48%RH의 조건하에서 48시간 동안 건조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 (S1)의 폴리비닐알코올 및 숙신산은 10:0.5~1.9의 중량비로 혼합되고, 용액 중 1 내지 20중량%의 농도로 포함되는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 (S2)의 카르복시메틸 셀룰로오스는 폴리비닐알코올, 숙신산에 폴리비닐알코올:숙신산:카르복시메틸 셀룰로오스가 10:0.5~1.9:2~4의 중량비가 되도록 포함되는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 (S3)의 황련추출물은 폴리비닐알코올/숙신산/카르복시메틸 셀룰로오스 전체 중량 대비 황련추출물을 0.1 내지 60중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 황련추출물을 이용한 항균 하이드로겔의 제조방법.