KR101308261B1 - 멀티레벨 항균 표면 코팅 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제, 1 이상의 비휘발성 살생물제, 및 1 이상의 중합체를 포함하며, 상기 휘발성 또는 가스성 살생물제는 휘발성 또는 가스성 살생물제의 서방을 제공하도록 중합체 내에 캡슐화되는, 멀티 레벨 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 물질을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

멀티레벨 항균 표면 코팅 및 그의 제조방법{A MULTI-EFFECT ANTIMICROBIAL SURFACE COATING FORMING MATERIAL AND ITS PREPARATION}
본 발명은 멀티레벨 항균 표면 코팅 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
미생물은 우리의 환경에서 어디든지 존재한다. 그 다수는 무해하고 유익할 수도 있고, 일부는 잘 공지된 병원체인 반면에 다른 것들은 인간에서 알레르기성 반응을 유발할 수 있다. 세계보건기구(WHO)는 감염성 질병이 전염되는 가장 일반적인 경로 중의 하나는 환자의 기침, 재채기 또는 말에 의해 나온 감염성 액적(droplets)에 의해 오염된 표면과 직접 접촉하는 것에 의한 것이다. 바이러스를 비롯한 다수의 미생물은 표면 상에서 수일간 생존할 수 있다. 예컨대, 인플루엔자 바이러스는 24-48시간 동안 생존할 수 있는 반면에, 파라인플루엔자 및 SARS 바이러스는 대부분의 표면 상에서 수시간 및 수일간 생존하는 것으로 알려져 있다. 일부 병원체는 환자의 물건(fomite)을 통하여 전염되는 것으로 알려져 있다. 환자의 물건이 병원체에 의해 오염된 표면과 접촉하면, 그 병원체는 환자의 물건을 통하여 전염된다. 따라서, 규칙적인 세정 및 소독은 감염 사슬을 파괴하는데 중요하며, 또 항균성 표면 코팅의 사용은 질병 전염에 대하여 부가적 보호장치를 제공한다.
은, 구리 및 황동을 비롯한 다수의 금속은 접촉시 다수의 병원성 미생물을 치사시킬 수 있는 고유한 살균(germicidal) 특성을 보유한다[Fang, H.P., Pure & Appl. Chem . 1997, 69, 2425-2429]. 나노은, 광촉매성 TiO2 및 표면 고정된(tethered) 살세균제(bactericides) (예를 들어, 제4급 암모늄 화합물(QACs), 포스포늄 염)는 최근들어 접촉 치사(contact-killing) 항균성 표면 코팅으로 사용되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이들 물질의 항균 특성은, 표면이 먼지 및 오염원에 의해 더럽혀지면 빠르게 감소되므로, 이들의 효능을 유지하기 위해서는 빈번한 세정을 필요로 한다.
내용물이 없어질 때까지 환경에 대하여 점진적 및 연속적 방출에 의해 서방성 "방출 치사"(release-killing)를 제공하도록 괴상 물질 및 코팅 중에 항생제, 살생물제(예를 들어, 페놀, 할로겐) 및 금속(예를 들어, 은 이온)을 저장하는 것이 개발되었다. 코헨의 그룹(Li, Z. et al ., Langmuir 2006, 22, 9820-9823)은 저장된 은 염 및 표면 그라프트된 제4급 암모늄을 기초로 "방출 치사" 및 "접촉 치사" 능력을 갖는 2-레벨 항세균 코팅을 제공하기 위하여 층대층, 자가조립법을 적용한 반면에, 호 일행 (Ho, C. H. et al ., Adv . Mater . 2004, 16, 957-961)은 나노은을 고정하기 위하여 중합체 필름을 사용하여"접촉- 및 방출-치사" 효과를 달성하는 한편, 폴리에틸렌 글리콜의 그라프트된 층은 세균의 접착을 추방하였다. 그러나, 표면 상에 병원체(미생물과 같은), 먼지 및/또는 오염원의 접착은 접촉- 및 방출-치사 효과를 갖는 항균성 코팅에서 여전히 문제가 된다. 따라서, 멀티 레벨 항균성 표면 코팅이 여전히 필요하다.
발명의 요약
본 발명은 최근에 개발된 항균성 표면 코팅의 문제에 대한 해결책을 제공한다.
본 발명의 일개 목적은 1 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제(biocides), 1 이상의 비휘발성 살생물제, 및 1 이상의 중합체를 포함하며, 상기 휘발성 또는 가스성 살생물제는 휘발성 또는 가스성 살생물제의 서방(sustained release)을 제공하도록 중합체 내에 캡슐화되는, 멀티 레벨(multi-level) 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 1 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제를 휘발성 또는 가스성 살생물제의 서방을 제공하도록 1 이상의 중합체 내에 캡슐화하고, 또 이것을 1 이상의 비휘발성 살생물제와 혼합하는 것을 포함하는, 멀티 레벨 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 1 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제, 1 이상의 비휘발성 살생물제, 및 1 이상의 중합체를 포함하며, 상기 휘발성 또는 가스성 살생물제는 휘발성 또는 가스성 살생물제의 서방을 제공하도록 중합체 내에 캡슐화되어 있는, 멀티 레벨 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하는 물질을 제공하고; 또 상기 물질을 물품 또는 물체에 적용하여 방출 치사, 접촉 치사 및 항접착 효과를 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하는 것을 포함하는, 물품 또는 물체를 소독하는 방법을 제공한다.
상기 요약뿐만 아니라 본 발명의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조하여 읽어보면 더욱 잘 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 도시된 자세한 배열 및 도구에 한정되지 않음을 이해해야 한다.
도 1은 (a) 중합체-캡슐화된 ClO2 w/o/w 에멀젼을 1개월 저장한 후의 사진; 및 제조된 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 제형 B (ClO2 + ZnCl2) 및 아연을 갖지 않는 제형 A (캡슐화됨)과 참조 표준으로 순수한, 캡슐화되지 않은 이산화염소 용액(ClO2)의 (b) 광학현미경 사진 및 (c) UV-Vis 스펙트럼을 도시한다.
도 2는 (a) 중합체-캡슐화된 ClO2의 코팅을 갖거나(좌측) 및 갖지 않는(우측) 유리 슬라이드의 영상 사진; 0.5 내지 1 미크론-크기의 에멀젼 클러스터(d)를 함유하는 구상(c)으로 이루어진 균일한 표면 코팅을 도시하는 코팅된 유리의 (b) 광학 사진 및 (c) 및 (d) 주사전자현미경 사진을 도시한다.
도 3은 중합체 캡슐화제의 표면으로부터 돌출하는 아연-함유 봉-상 나노구조 (약 30 nm x 1000 nm)를 나타내는 캡슐 표면의 고배율의 투과전자현미경으로 본 표면 상에 코팅된 조성물 B의 개략도이다.
도 4는 (a) 일정한 온도의 오븐 중 25℃(○) 및 35℃(□)에서 상대 공기 습도 60-80%로 7일 방출 실험하는 동안 코팅에 잔류하는 ClO2 의 양 및 (b) 주위 온도(20-26℃) 및 조건(R.H. = 60-90%)에서 28일 방출 실험하는 동안 코팅에 잔류하는 ClO2의 양을 도시하는 다이아그램이다.
도 5는 7일에 걸쳐 얻어진 코팅 유리로부터의 ClO2 가스의 평균 방출 속도를 도시하는 다이아그램이다.
도 6은 다양한 시간에서 생육가능한 (a) 비. 서브틸리스(B. subtilis) 및 (b) 대장균(E. coli), 피. 에루기노사(P. aeruginosa) 및 에스. 아우레우스(S. aureus) 및 (c) 1 mg/cm2 중합체-캡슐화된 ClO2에 의해 코팅된 유리와 접촉한지 10, 30 및 60분 후 생존하는 (1) 에스. 아우레우스, (2) 에스. 에피데르미스(S. epidermis) 및 (3) 대장균 및 (4) 피. 에루기노사 세포 세균을 도시하는 다이아그램이다.
도 7은 30 ppm의 염화아연(코팅), 이산화염소(용액) 및 캡슐화된 물(플라시보)을 함유하는 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 B에 의해 코팅된 표면과 접촉한지 10분 후 생육가능한 그램 양성 및 그램 음성 세균에서 로그 감소(log reduction)를 도시하는 다이아그램이다.
도 8은 1 mg/cm2 멀티레벨 항균성 코팅에 의해 코팅된 유리와 접촉한지 1, 5, 10 및 30분 후 생존하는 (a) 비. 서브틸리스, (b) 에스. 아우레우스 및 (c) 대장균 세균 세포를 도시하는 다이아그램이다. 오차 바(error bar)는 5개 샘플로부터 얻은 표준 편차를 나타낸다.
도 9는 1 mg/cm2 항균성 조성물 A(닫힌 기호) 및 30 ppm의 염화아연을 함유하는 1 mg/cm2 항균성 조성물 B(열린 기호)로 코팅된 유리와 접촉시 코팅한지 상이한 일수에 (30분 접촉시간, 중성 pH) 치사한 (a) 에스. 아우레우스 및 (b) 대장균 세균 세포의 수를 도시하는 다이아그램이다. 각 데이터는 적어도 5개 샘플로부터 얻었고 데이터 지점의 일부는 1회 이상 반복하였다.
도 10은 시간의 함수로 아연을 갖는 항균성 코팅 중의 이산화염소 함량을 모니터링하는 것에 의해 이산화염소 방출을 얻을 수 있고 또 실온 조건에서 총 30일간에 걸쳐서 10분 접촉한 후 생육가능한 에스. 아우레우스에서 ≥ 99.9% 감소를 유지함을 도시하는 다이아그램이다.
도 11은 0, 10 및 30 ppm의 염화아연을 갖는 1 mg/cm2 항균성 조성물 B에 의해 코팅된 유리와 접촉한 지 1, 5, 10 및 30분 후 생존하는 에스. 아우레우스 세균 세포를 도시하는 다이아그램이다. 오차 바는 5개 샘플로부터 얻은 표준편차를 나타낸다.
도 12는 상이한 시간에서 항균성 조성물 A로 코팅된 유리와 접촉한 후(닫힌 기호) 및 ClO2가 스프레이된(열린 기호) 후의 생육가능한 비. 서브틸리스 세포에서 말론디알데히드(MDA) 레벨을 나타내는 다이아그램이다.
도 13은 배율 1000 x에서 (a) 캡슐화된 멸균수로 코팅된 유리 상에서 (즉, 플라시보) 및 (b) 미코팅 유리 상에서 접착성 대장균의 광학영상이다.
도 14는 배율 1000 x에서 (a) 캡슐화된 멸균수로 코팅된 유리 상에서 (즉, 플라시보) 및 (b) 미코팅 유리 상에서 접착성 에스. 아우레우스 세포의 광학영상이다.
도 15는 1 mg cm-2 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 A에 의해 코팅된 유리(닫힌 기호)에서 접촉 시간에 대한 비. 서브틸리스의 시험된 내생포자 및 세포의 감소 특징을, 코팅없는(열린 기호) 유리 상에서의 그것과 비교한 것을 도시하는 다이아그램이다. 각 데이터 지점은 5개 샘플을 3번 세트로 실시한 것의 평균을 나타내며, 표준 오차 바도 나타낸다.
본 발명은 1 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제, 1 이상의 비휘발성 살생물제, 및 1 이상의 중합체를 포함하고, 상기 휘발성 또는 가스성 살생물제는 휘발성 또는 가스성 살생물제의 서방을 제공하도록 중합체 내에 캡슐화되는, 멀티 레벨 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질을 제공한다.
본 발명에 따르면, 휘발성 또는 가스성 살생물제는 비제한적으로 용존 이산화염소(ClO2), 용존 염소, 염소화된 화합물, 알코올성 및 페놀성 화합물, 및 이들의 고체 및/또는 액체 전구체, 및 그의 조합물을 포함한다. 본 발명의 일례로서, 휘발성 살생물제는 용존 이산화염소 및 그의 전구체이다. 본 발명의 다른 예로서, 휘발성 살생물제는 이산화염소, 클로라이트(chlorite) 염 및 염소의 조합물이다.
본 발명에 따르면, 비휘발성 살생물제는 비제한적으로 금속 함유 살생물제, 트리클로산, 카복시산, 슈가 산(sugar acids) 또는 그의 조합을 포함한다. 카복시산의 일례는 시트르산이고 또 슈가 산의 일례는 아스코르브산이다. 본 발명의 일 구체예로서, 비휘발성 살생물제는 금속 함유 살생물제이다. 본 발명에 따르면, 금속 함유 살생물제 각각은 1 이상의 VII, IB, IIB, IVA 및 IVB족 금속 함유 화합물 및 그의 염, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명의 일부 예로서, 금속 함유 살생물제는 은, 구리 또는 아연-함유 화합물과 같은 미량 금속-함유 화합물 또는 그의 염이다.
본 발명에 따르면, 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "중합체"는 "중합체", "중합성 계면활성제" 또는 그의 조합을 지칭하며, 살생물제를 캡슐화하는 에멀젼을 형성하여 살생물제가 서서히, 점진적으로 또 연속적으로 주변 환경으로 방출될 수 있게 한다. 본 발명의 일례로서, 중합체 및/또는 중합성 계면활성제는 살생물제의 서방을 제공하도록 휘발성 또는 가스성 살생물제가 캡슐화되어 있는, w/o/w (water-in-oil-in-water) 이중 에멀젼과 같은 이중층 에멀젼을 형성한다. 본 발명에 따르면, 중합체 각각은 양친성 블록 공중합체(Amphiphilic Block Copolymer) 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명의 일부 예로서, 양친성 블록 공중합체는 폴록사머(poloxamer)(예를 들어 시판되는 Pluronics, 또는 Tetronics), 또는 그의 조합과 같은 양친성 이- 또는 삼-블록 공중합체이다.
본 발명에 따르면, 상기 물질에 의해 형성된 코팅은 (1) 미생물 성장을 소독 및 억제하기에 충분한 양으로 휘발성 살생물제를 서방(sustained release)하거나, (2) 감염성 액적과 접촉시 살생물제 방출을 증가하거나, 또 (3) 도포되면 미생물의 접착을 불활성화하고 방지하도록 표면 상에 형성된 비휘발성 살생물제의 나노구조를 통하여 방출 치사, 접촉 치사 및 항접착을 비롯한 멀티 레벨 항균 특성을 나타낸다.
본 발명의 일개 특정 예로서, 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질 또는 조성물은 VII, IB, IIB, IVA 및 IVB족 금속 함유 화합물 중의 하나와 같은 휘발성 산화성 살생물제 및 비휘발성 살생물제, 및 양쪽 살생물제가 캡슐화되어 있는 w/o/w 이중 에멀젼을 형성하기 위한 1 이상의 중합체를 포함하므로, 상기 중합체는 휘발성 산화성 살생물제 및 금속-함유 화합물과 상호작용한 다음 금속-함유 나노구조가 형성되고 w/o/w 이중 에멀젼의 외부 표면 상에 퇴적(deposited)된다.
본 발명에서, 금속-함유 나노구조의 형성은, 이들의 산화환원(redox) 포텐셜, 얻어질 금속성 또는 금속 산화물 나노구조에 따라서, 산화성 살생물제 및 금속 염과 같은 금속-함유 화합물을 포함한 산화환원 반응을 포함할 것으로 믿어진다. 중합체는 전형적인 계면활성제로 작용하며 나노구조의 성장을 제어하여 대형 입자의 형성을 방지함으로써 나노구조는 그자리에서 형성되며 또 에멀젼의 표면 상에 퇴적된다.
본 발명의 일 구체예로서, w/o/w 이중 에멀젼은 제1 수상, 오일 상, 및 중합체로 이루어진 제2 수상을 1:0.5~2: 2~20 부피 비율로 포함한다. 본 발명의 일례로서, 제1 수상은 사용된 1 이상의 휘발성 살생물제를 사용하는 동안 효능에 따라서 약 10 ppm 내지 약 70 vol.% 의 휘발성 살생물제를 함유한다; 오일 상은 오일 상과 반응하여 그것을 변성시킬 수 있는 살생물제와 상용성(compatible)인 저 휘발성 오일을 함유하며, 또한 비휘발성 카복시산 또는 슈가 산과 같은 제2 살생물제, 및 후각적 단서 및 심미적 목적을 위한 향료를 더 함유할 수 있다; 또 최외 중합체에 의해 캡슐화된 제2 수상은 접촉 치사 특성을 제공하는 1 이상의 비휘발성 금속-함유 살생물제를 함유하며, 상기 비휘발성 살생물제에 함유된 금속은 약 5000 ppm와 동일하거나 또는 그 미만, 바람직하게는 약 100 ppm 미만이다. 일례로서, 제2 수상에 함유된 비휘발성 살생물제는 전체 물질의 약 3 중량% 양의 트리클로산이다. 제1 수상, 오일 상 및 제2 수상은 중합체 또는 중합성 계면활성제에 의해 분리된다. 본 발명에 따르면, 오일 상 및 제2 수상을 분리하는 최외 중합체는 미생물에 대하여 항접착 특성도 또한 나타내며, 중합체 또는 중합성 계면활성제의 최소 농도는 이들의 임계적 미셀(micelle) 농도 및 계면활성제의 특징에 따라서 결정된다.
본 발명의 일 구체예로서, 본 발명의 물질을 물품에 도포하여 물품 상에 표면 코팅을 형성하며, 이것은 실온에서 미생물 성장을 소독 및 억제하는 중합체 또는 중합성 계면활성제로부터 제조된 w/o/w 에멀젼으로부터 휘발성 살생물제의 서방에 의한 "방출 치사" 효과, 표면 코팅이 감염성 액적과 접촉하거나 또는 감염성 액적에 의해 오염될 때 비휘발성 금속-함유 살생물제의 방출 증가에 의한 "접촉 치사" 효과 및 금속-함유 살생물제와 최외 중합체의 상호작용에 의해 표면 상에 형성된 금속-함유 나노구조에 의한 "항접착" 효과를 비롯한 멀티레벨 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 1 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제는 휘발성 또는 가스성 살생물제의 서방을 제공하도록 1 이상의 중합체 내에 캡슐화하고, 또 이것을 1 이상의 비휘발성 살생물제와 혼합하는 것을 포함하는, 멀티 레벨 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 일례로서, 비휘발성 살생물제는 휘발성 또는 가스성 살생물제와 함께 중합체 내에 캡슐화될 수 있다.
또한, 본 발명은 1 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제, 1 이상의 비휘발성 살생물제, 및 1 이상의 중합체를 포함하며, 상기 휘발성 또는 가스성 살생물제는 휘발성 또는 가스성 살생물제의 서방을 제공하도록 중합체 내에 캡슐화되어 있는, 멀티 레벨 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질을 제공하고; 또 이 물질을 물품 또는 물체에 도포하여 방출 치사, 접촉 치사 및 항접착 효과를 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하는 것을 포함하는, 물품 또는 물체를 소독하는 방법을 제공한다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 더욱 자세하게 설명하며, 이들 실시예는 제한보다는 설명의 목적으로 제공된다.
실시예 1: 항균성 w/ ow 이중 에멀젼 조성물 A의 제조
ClO2 수용액을 1:1의 몰비의 HCl(0.45 몰/L)에 의해 활성화하였다. 25 ml의 상기 용액을 레몬 오일(파라핀 용매에 용해된 천연 추출물로부터 얻은 10 % (v/v) 이센셜 오일로서 BuAc = 1 (주: H2O = 0.3)을 기초하여 0.1의 낮은 증발속도 를 가졌다)에 현탁시켰다. 25 ml의 5% (w/v) Pluronic P123 (EO20PO70EO20; MW 5750 g/몰; HLB (친수성 친유성 균형) 8; 독일의 BASF사로부터 구입) 계면활성제 용액을 교반(즉, 400 rpm)하면서 상기 혼합물에 부가하였다. 생성한 에멀젼을 50 ml의 탈이온수에 2.5 g Pluronic F127 (EO106PO70EO106; MW 12600 g/몰; 22의 HLB; 독일 BASF 사로부터 구입)가 용해된 수성 현탁액에 교반속도 200 rpm으로 부가하여 1:1:2 w/o/w 이중 에멀젼을 얻었다.
실시예 2: 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 B의 제조
ClO2 수용액을 1:1의 몰비의 HCl(0.45 몰/L)에 의해 활성화하였다. 25 ml의 상기 용액을 레몬 오일(파라핀 용매에 용해된 천연 추출물로부터 얻은 10 % (v/v) 이센셜 오일로서 BuAc = 1 (주: H2O = 0.3)을 기초하여 0.1의 낮은 증발속도 를 가졌다)에 현탁시켰다. 25 ml의 5% (w/v) Pluronic P123 (EO20PO70EO20; MW 5750 g/몰; HLB (친수성 친유성 균형) 8; 독일의 BASF사로부터 구입) 계면활성제 용액을 교반(즉, 400 rpm)하면서 상기 혼합물에 부가하였다. 생성한 에멀젼을 50 ml의 탈이온수에 2.5 g Pluronic F127 (EO106PO70EO106; MW 12600 g/몰; 22의 HLB; 독일 BASF 사로부터 구입)이 용해된 수성 현탁액에 교반속도 200 rpm으로 부가하여 1:1:2 w/o/w 이중 에멀젼을 얻었다. 0.25 ml의 50 mM ZnCl2(99 %, 알드리히 제조)를 부가하여 최종 에멀젼을 얻었다. 다른 제조에서는, ZnCl2 대신 CuCl2(99 %, 알드리히 제조), AgNO3 (99 %, 알드리히 제조), 또는 금속 염(즉, Zn2 +, Cu2 + 및 Ag+의 조합)으로 치환할 수 있다.
실시예 3: 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 C의 제조
ClO2 수용액을 1:1의 몰비의 HCl(0.45 몰/L)에 의해 활성화하였다. 25 ml의 상기 용액을 파라핀 용매에 현탁시켰고 BuAc = 1 (주: H2O = 0.3)을 기초하여 0.1의 낮은 증발속도를 가졌다. 25 ml의 5% (w/v) Pluronic F127 (EO106PO70EO106; MW 12600 g/몰; HLB of 22; 독일 BASF 사로부터 구입) 계면활성제 용액을 교반(즉, 400 rpm)하면서 상기 혼합물에 부가하였다. 생성한 에멀젼을 50 ml의 탈이온수에 2.5 g Pluronic F127 (EO106PO70EO106; MW 12600 g/몰; 22의 HLB; 독일 BASF 사로부터 구입)이 용해된 수성 현탁액에 교반속도 200 rpm으로 부가하여 1:1:2 w/o/w 이중 에멀젼을 얻었다. 500 ppm의 CuCl2(99 %, 알드리히 제조) 및 100 ppm의 아스코르브산(99 %, 알드리히 제조)을 부가하였다.
실시예 4: 항균성 w/o/w 이중 에멀젼의 특징
(1) w/o/w 이중 에멀젼은 백색 불투명 내지 투명하며 또 장기간 저장에 안정하다 (도 1a 참조);
(2) w/o/w 이중 에멀젼을 광학 현미경 하에서 조사하여 중합체-캡슐화된 ClO2를 관찰하였다. 도 1b는 본 발명에 따른 중합체-캡슐화된 ClO2의 영상이다. 광학 현미경 하에서 10-20 미크론 직경 크기의 작은 에멀젼 캡슐이 관찰되었고, 또 캡슐 내에서는 미량의 작은 미크론 크기의 w/o 에멀젼을 볼 수 있었다;
(3) ClO2의 저장량은 0.1 M 티오황산나트륨 (Na2S2O3, RDH) 및 전분 지시제를 사용한 요오드 적정에 의해 측정하였다;
(4) ClO2의 저장량은 클로라이트 및 히드로클로라이트와 같은 기타 옥시클로린 종의 존재에 대해 UV-Vis 분광광도계(Ultrospec 4300 pro)에 의해 검사하였다. 도 1c의 스펙트럼은 0.5 nm 해상도로 200 내지 600 nm에서 찍었다. 이중 에멀젼의 UV-Vis 분광학은 ClO2(330 nm)를 검출하였다.
현미경에 의한 조성물 A의 분석
코팅된 w/o/w 이중 에멀젼은 도 2a에 도시된 바와 같이 퇴적되어 표면 상에 투명하고 촉각적으로 매끈한 코팅을 형성하였다. 겔 및 히드로겔에 대한 공통적인 문제인 시네레시스(Syneresis)는 관찰되지 않았다.
코팅된 w/o/w 이중 에멀젼은 광학현미경(Olympus BH2-MJLT) 및 JEOL 6300 주사전자현미경에 의해 가속전압 10-15 kV에서 조사하였다. 도 2b는 100 x 배율에서 표면의 광학 현미경사진을 도시하며, 또 상기 코팅은 퇴적된 마이크로캡슐을 현상시키는 균일한 특징을 나타낸다. 더 높은 배율에서 주사전자현미경에 의한 더욱 근접 조사는 퇴적된 마이크로캡슐의 구형상(도 2c) 및 이들이 함유한 더 작은 0.5-1 ㎛ 캡슐(도 2d)을 나타내었다.
염화아연 염을 사용한 조성물 B의 구조
30 ppm의 염화 아연 염을 함유하는 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 B를 투과 전자현미경 그리드 상에 퇴적하였다. JEOL JEM 2010 고해상 투과 전자현미경하, 가속 전압 200 kV 및 빔 전류 100 pA.cm-2에서 코팅을 관찰하였다.
도 3은 코팅의 상세한 구조를 설명하는 개략도를 도시한다. 배합물에 부가된 미량의 염화아연 염은 이산화염소와 반응하여 도 3에 도시된 바와 같이 캡슐의 최외 표면 상에 매립된 아연-함유 나노-봉을 그자리에서 형성한다. 아연, 구리 및 은을 비롯한 미량의 금속 염의 부가는 살세균 활성의 실질적 증가(즉, 10-100배)를 초래한다.
닦기 시험 ( wiping test )
코팅된 표면을 표면에 대한 마모를 모의하도록 20N 상압으로 깨끗한 목면천을 사용하여 30회 닦았다. 코팅은 내구성이 있으며 표 1에 나타낸 바와 같이 급격한 닦아내기를 한 후에도 변함없이 유지되었지만, 세정수에 의해 씻겨질 수 있다.
유리 스테인레스강
원소 미코팅 코팅됨 닦기a 원소 미코팅 코팅됨 닦기a
Si(2p) 20.7 0.5 4.8 Fe(2p) 24.6 1.2 0.6
Al(2p) 0.6 0.0 0.0 Cr(2p) 6.6 0.7 0.7
Mg(ls) 5.1 0.0 0.0 Ni(LMM) 1.9 0.0 0.0
O(ls) 54.0 29.0 39.6 O(ls) 47.2 34.6 34.6
Na(ls) 6.9 0.5 5.9 Na(ls) 0.0 10.5 9.2
C(ls) 12.7 69.5 48.6 C(ls) 19.4 49.2 54.3
a 닦기 표면에 대하여 20N 상압을 가하여 목면천으로 반복동작으로 30회
실시예 5: 조성물 A 표면 코팅으로부터 ClO 2 의 방출
ClO 2 의 단시간 방출
표면 코팅의 ClO2 함량은 R.H. 60-80% 상대습도, 25℃ 및 35℃ 온도의 오븐에서 상이한 시간으로 측정하였다. 코팅된 샘플은 고정 시간 간격으로 제거하여 20 ml 탈이온수에서 초음파 처리하여 코팅을 용해시켰다. 과량의 요오드화 칼륨(KI, BDH)을 부가하고 또 산성 매질에서 요오드 적정을 실시하였다. 유리 요오드(I2)는 0.1 M 티오황산나트륨(Na2S2O3, RDH)과 전분 지시약에 의해 적정하였다.
도 4a는 25℃에서 7일간 방출 실험하는 동안 코팅에 잔류하는 ClO2의 양을 도시한다. 25℃ 및 R.H. 60-80 %의 상대습도에서 각각의 날에 코팅 물질 g당 약 1500 ㎍의 가스성 ClO2가 방출되었다. 이산화염소는 35℃에서 11 mg.g-1일- 1 의 확산 속도로 방출되었다.
ClO 2 의 장기간 방출
표면 코팅의 ClO2 함량은 통풍되는 층류 유동(laminar flow) 캐비넷의 주위 조건, 즉 T = 20-26℃ 및 R.H. = 60-90 % 하에서 상이한 시간에 측정하였다. 코팅된 샘플은 고정 시간 간격으로 제거하고 또 20 ml 탈이온수에서 초음파 처리하여 코팅을 용해시켰다. 과량의 요오드화칼륨(KI, BDH)을 부가하고 또 산성 매질에서 요오드 적정을 실시하였다. 유리 요오드(I2)는 0.1 M 티오황산나트륨(Na2S2O3, RDH)과 전분 지시제를 사용하여 적정하였다.
도 4b는 25℃에서 28일간 방출 실험하는 동안 코팅에 잔류하는 ClO2의 양을 도시한다. 각각의 날에 코팅 물질 g당 약 1300 ㎍의 가스성 ClO2가 방출되었다.
다양한 온도 하에서 ClO 2 의 방출
표면 코팅의 ClO2 함량은 25, 30 및 35℃ 온도 및 R.H. 60-80% 상대습도의 오븐에서 상이한 시간으로 측정하였다. 코팅된 샘플은 고정 시간 간격으로 제거하여 20 ml 탈이온수에서 초음파 처리하여 코팅을 용해시켰다. 과량의 요오드화 칼륨(KI, BDH)을 부가하고 또 산성 매질에서 요오드 적정을 실시하였다. 유리 요오드(I2)는 0.1 M 티오황산나트륨 (Na2S2O3, RDH)과 전분 지시약에 의해 적정하였다.
도 5는 25, 30 및 35℃에서 방출된 ClO2의 평균량을 도시한다. 승온은 확산 속도의 증가 및 체온에 가깝게하며, w/o 에멀젼의 P123 필름 계면은 불안정하여 ㄱ감싸고 있는(enveloping) F127 필름과 합쳐져서 융착(coalescence)과 살생물제의 급속 방출을 초래한다.
실시예 6: 조성물 A 표면 코팅의 항세균 특성
에스. 아우레우스(S. aureus) 세포에 대한 조성물 A의 항세균 특성
코팅된 유리판으로부터 방출된 이산화염소의 살세균 특성은 에스. 아우레우스(S. aureus) 세포에서 조사하였다. 멸균 TSA 플레이트에 육즙(broth) 배양액(약 106.cm-3)으로부터 1 루프(약 100 ml)의 에스. 아우레우스 접종물을 균일하게 접종하였다. 1 mg.cm-2의 캡슐화된 ClO2에 의해 코팅된 유리는 고정 두께의 멸균된 U-형상의 종이 프레임을 이용하여 TSA 플레이트의 표면으로부터 0.6, 3 및 10 mm 거리를 두고 고정시켰다. TSA 플레이트를 37±0.1℃에서 거꾸로 하여 철야로 배양하고 코팅된 유리 아래의 한천을 세균 성장에 대해 조사하였다.
중합체-캡슐화된 ClO2 조성물 A 코팅은 "방출-치사" 특성을 제공하였다. 관찰된 바와 같은 살세균 활성은 중량 측정 데이터와 일치한다. 코팅된 표면 근처에서 80 ppm ClO2 가스 농도는 코팅된 유리로부터 0.6 mm 떨어져 위치하는 한천 상에서 세균 성장을 방지하기에 충분한 것으로 관찰되었다. 표면으로부터 3 mm 거리에 위치한 코팅된 유리 바로 위의 한천에서는 세균 성장이 관찰되지 않았지만, 10 mm 거리에서 ClO2 농도는 충분히 감소하여 살세균 활성은 관찰되지 않았다.
그램 양성 및 그램 음성 세균에 대한 조성물 A의 항세균 특성(1)
100 ㎕의 107.cm-3 세균 세포 현탁액은, 멸균된 생물학적 안전 캐비넷(NuAire, Nu-425-400E) 중, 주위 조건(23±2℃, 70% R.H.)에서, 코팅된 표면과 접촉하게 위치시켰다. 고정 접촉 시간 5, 10, 20, 30 및 60분에서 5개 샘플 각각에 대해 3개 세트를 실시하였다. 샘플을 20 ml 중화제를 함유하는 일차 계대배양 튜브에 30분간 침지시켜 생존하는 세균 세포를 안정화시켰다. 1% (v/v) 0.1 M Na2S2O3를 0.1% (v/v) (최종 농도)의 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노올레에이트(Tween 80)를 함유하는 600 ml의 0.85% (w/v) 정상 염수(NaCl, RDH) 용액에 부가한 다음 121℃에서 20분간 오토클레이브처리하는 것에 의해 멸균성 중화제 용액을 새로이 제조하였다. 상기 중화제로부터 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 플레이트를 접종한 후 37±0.1℃에서 24시간 동안 생존 세균의 수를 계수하였다. 샘플을 드립-건조시키고 또 20 ml의 멸균성 영양 육즙(영양 육즙 번호 2, Oxoid 제조)을 함유하는 제2 계대배양 튜브에 10분 동안 전달하였다. 상기 영양 육즙의 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 살아있는 세균의 수는 플레이트를 접종한 후 37±0.1℃에서 24시간 동안 계수하였다.
표 2는 2개의 그램 양성(즉, 비.서브틸리스(B. subtilis) 및 에스. 아우레우스(S. aureus)) 및 2개의 그램 음성 (대장균(E. coli) 및 피.에루기노사(P. aeruginosa) 세균에 대하여 제1일 및 제7일에 10 및 30분 동안 1 mg.cm-2 코팅된 유리와 접촉한 후 생존 세균의 로그 (log) 감소를 제공한다.
접촉 후 치사된 비. 서브틸리스, 대장균, 피.에루기노사 및 에스. 아우레우스의 수 (로그)
세균 균주 치사된 세균의 수 (로그) [% 치사]
0 일
(t = 10 분)		 0 일
(t = 30 분)		 07 일
(t = 10 분)
비. 서브틸리스 0.66±0.07 [78.1%] 2.70±0.85 [98.8%] 0.60±0.13 [74.2%]
대장균 2.16±0.76 [96.6%] 5.10±0.66 [99.9%] 2.40±0.76 [97.7%]
피.아에루기노사 0.61±017[73.6%] 2.00±0.30 [99.2%] 0.83±0.12 [84.6%]
에스. 아우레우스 0.46±0.03 [65.1%] 0.80±0.20 [83.1%] --
그램 양성 및 그램 음성 세균에 대한 조성물 A의 항세균 특성 (2)
100 ㎕의 107.cm-3 세균 세포 현탁액은, 멸균된 생물학적 안전 캐비넷(NuAire, Nu-425-400E) 중, 주위 조건(23±2℃, 70% R.H.)에서, 코팅된 표면과 접촉하게 위치시켰다. 고정 접촉 시간 5, 10, 20, 30 및 60분에서 5개 샘플 각각에 대해 3개 세트를 실시하였다. 샘플을 20 ml 중화제를 함유하는 일차 계대배양 튜브에 30분간 침지시켜 생존하는 세균 세포를 안정화시켰다. 1% (v/v) 0.1 M Na2S2O3를 0.1% (v/v) (최종 농도)의 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노올레에이트(Tween 80)를 함유하는 600 ml의 0.85% (w/v) 정상 염수(NaCl, RDH) 용액에 부가한 다음 121℃에서 20분간 오토클레이브처리하는 것에 의해 멸균성 중화제 용액을 새로이 제조하였다. 상기 중화제로부터 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 플레이트를 접종한 후 37±0.1℃에서 24시간 동안 생존 세균의 수를 계수하였다. 샘플을 드립-건조시키고 또 20 ml의 멸균성 영양 육즙(영양 육즙 번호 2, Oxoid 제조)을 함유하는 제2 계대배양 튜브에 10분 동안 전달하였다. 상기 영양 육즙의 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 생육가능한 세균의 수는 플레이트를 접종한 후 37±0.1℃에서 24시간 동안 계수하였다.
도 6은 접촉 시간의 함수로 생육가능한 (a) 비. 서브틸리스 및 (b) 대장균, 피. 에루기노사 및 에스. 아우레우스의 감소를 도시한 것이다. (c) (1) 에스. 아우레우스, (2) 에스. 에피데르미디스(S. epidermidis), (3) 대장균 및 (4) 피. 에루기노사(P. aeruginosa) 세균 세포가 1 mg/cm2 중합체-캡슐화된 ClO2에 의해 코팅된 유리와 접촉한지 10, 30 및 60분 후 생존하는 세균을 도시한다. 각 접촉 시간에 대한 그래프에 % 감소를 나타낸다. 각 데이터는 5개 샘플 각각을 3회 반복한 실험의 평균값이다.
실시예 7: 조성물 B 표면 코팅의 항균 특성
30 ppm의 염화아연 염을 함유하는 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 B를 그램 양성 및 그램 음성 세균에 대한 살세균 활성에 대해 시험하였다.
다양한 시간에서 그램 양성 및 그램 음성 세균에 대한 조성물 B의 항세균 특성
100 ㎕의 107.cm-3 세균 세포 현탁액은, 멸균된 생물학적 안전 캐비넷(NuAire, Nu-425-400E) 중, 주위 조건(23±2℃, 70% R.H.)에서, 코팅된 표면과 접촉하게 위치시켰다. 고정 접촉 시간 1, 5, 10 및 30분에서 5개 샘플 각각에 대해 3개 세트를 실시하였다. 샘플을 20 ml 중화제를 함유하는 일차 계대배양 튜브에 30분간 침지시켜 생존하는 세균 세포를 안정화시켰다. 1% (v/v) 0.1 M Na2S2O3를 0.1% (v/v) (최종 농도)의 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노올레에이트(Tween 80)를 함유하는 600 ml의 0.85% (w/v) 정상 염수(NaCl, RDH) 용액에 부가한 다음 121℃에서 20분간 오토클레이브 처리하는 것에 의해 멸균성 중화제 용액을 새로이 제조하였다. 상기 중화제로부터 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 플레이트를 접종한 후 37±0.1℃에서 24시간 동안 생육가능한 세균의 수를 계수하였다. 샘플을 드립-건조시키고 또 20 ml의 멸균성 영양 육즙(영양 육즙 번호 2, Oxoid 제조)을 함유하는 제2 계대배양 튜브에 10분 동안 전달하였다. 상기 영양 육즙의 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 살아있는 세균의 수는 플레이트를 접종한 후 37±0.1℃에서 24시간 동안 계수하였다.
도 7은 30 ppm 염화아연 염 (코팅), 이산화염소 (용액) 및 캡슐화된 물(플라시보)을 함유하는 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 B에 의해 코팅된 표면과 접촉한지 10분 후 생존하는 그램 양성 및 그램 음성 세균의 로그 감소를 도시한다. 30 ppm 염화아연을 갖는 항균 조성물 B는 코팅된 표면과 접촉한 지 10분 후 생존 세균에서 99% 보다 더 우수한 감소를 얻었다. 상기 도면은 또한 캡슐화없이는 이산화염소는 증발되어 효과가 없어질 뿐만 아니라 중합체 계면활성제 단독은 높은 항균 효과를 얻을 수 없음을 분명하게 보여준다.
도 8은 30 ppm 염화아연을 갖는 1 mg.cm-2 항균 조성물 B에 의해 코팅된 유리 표면과 접촉한지 1, 5, 10 및 30분 후 생육가능한 세균 세포를 도시한다. 결과는 상기 코팅이 탁월한 살세균 특성을 가지며 10분 이하의 접촉 시간에서 얻은 것과 같이 생육가능한 세균에서 5 로그 감소(즉, 99.999% 치사)를 얻음을 나타낸다.
다양한 시간에서 그램 양성 및 그램 음성 세균에 대한 조성물 A 및 B의 항세균 특성
항균 조성물 A 및 B에 의해 코팅된 유리판은 코팅한 후 다양한 시간에서 살세균 활성에 대해 조사하였다. 100 ㎕의 107.cm-3 세균 세포 현탁액은, 멸균된 생물학적 안전 캐비넷(NuAire, Nu-425-400E) 중, 주위 조건(23±2℃, 70% R.H.)에서, 코팅된 표면과 접촉하게 위치시켰다. 고정 접촉 시간 30분에서 5개 샘플 각각에 대해 3개 세트를 실시하였다. 샘플을 20 ml 중화제를 함유하는 일차 계대배양 튜브에 30분간 침지시켜 생존하는 세균 세포를 안정화시켰다. 1% (v/v) 0.1 M Na2S2O3를 0.1% (v/v) (최종 농도)의 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노올레에이트(Tween 80)를 함유하는 600 ml의 0.85% (w/v) 정상 염수(NaCl, RDH) 용액에 부가한 다음 121℃에서 20분간 오토클레이브 처리하는 것에 의해 멸균성 중화제 용액을 새로이 제조하였다. 상기 중화제로부터 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 플레이트를 접종한 후 37±0.1℃에서 24시간 동안 생육가능한 세균의 수를 계수하였다. 샘플을 드립-건조시키고 또 20 ml의 멸균성 영양 육즙(영양 육즙 번호 2, Oxoid 제조)을 함유하는 제2 계대배양 튜브에 10분 동안 전달하였다. 상기 영양 육즙의 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 생육가능한 세균의 수는 37±0.1℃에서 24시간 동안 플레이트를 배양한 후 37±0.1℃에서 24시간 동안 계수하였다.
도 9는 28일 동안 멀티 레벨 항균 조성물 A 및 B에 의해 코팅된 유리의 살세균 특성을 비교하였다. 이 도면은 코팅된 유리와 접촉한지 30분 후 생존하는 에스. 아우레우스 (도 9a) 및 대장균 세균 (도 9b)에서 로그 감소를 도시한다. 항균성 조성물 B에 의해 코팅된 유리는 28일에 걸쳐 생육가능한 세균에서 5 로그 감소를 유지하였고 또 효과적이고 장기간의 표면 소독을 제공한다.
실시예 8: 에스 . 아우레우스 상에서 키르비 - 바우어 디스크-확산 시험( Kirby - Bauer Disk-diffusion Test )
표준 키르비-바우어 디스크 확산 시험은 에스. 아우레우스를 이용하여 실시하였다. 멸균 TSA 플레이트에 육즙 배양액(약 106.cm-3)으로부터 1 루프(약 100 ㎕)의 에스. 아우레우스 접종물을 균일하게 접종하였다. 멸균 필터 페이퍼는 100 ml의 멸균 증류수, 70% 에탄올 및 항균성 조성물 B에 의해 코팅시켰다. 건조 후, 필터를 TSA 플레이트에 놓고 TSA 플레이트를 37±0.1℃에서 거꾸로 하여 철야로 배양하였다. 100㎕의 70% 에탄올에 의해 코팅된 필터 페이퍼(건조없음)를 양성 대조용으로 사용하였다.
세균이 성장할 수 없는 웨이퍼를 둘러싸는 청정 영역 (억제 구역이라 부름)을 대조하는 것에 의해 특정 세균이 전염될 수 있는지 여부를 시험하기 위하여 함침된(impregnated) 웨이퍼를 사용하는 표준 항균성 시험 방법인 키르비-바우어 디스크 확산 시험을 실시하였다. 억제 구역은 항균성 조성물 B로 코팅되어 건조된 웨이퍼의 경우에 최대이었고, 그 다음은 70% 알코올로 코팅된 웨이퍼이며, 양쪽 웨이퍼를 70% 알코올로 코팅하고(건조) 또 멸균수로 코팅하면(건조) 억제 구역을 나타내지 않는다.
실시예 9: 염화아연 표면 코팅을 갖는 조성물 B의 ClO 2 방출 및 항균 특성
조성물 B로부터 캡슐화된 ClO 2 의 방출
표면 코팅의 ClO2 함량은 통풍되는 층류 유동 캐비넷 중, 주위 조건, 즉 T = 20-26℃ 및 R.H. = 60-90 % 하에서 상이한 시간에 측정하였다. 코팅된 샘플은 고정 시간 간격으로 제거하고 또 20 ml 탈이온수에서 초음파처리하여 코팅을 용해시켰다. 과량의 요오드화칼륨(KI, BDH)을 부가하고 또 산성 매질에서 요오드 적정을 실시하였다. 유리 요오드(I2)는 0.1 M 티오황산나트륨(Na2S2O3, RDH)과 전분 지시제를 사용하여 적정하였다.
도 10은 25℃에서 28일 방출 실험하는 동안 코팅에 잔류하는 ClO2의 양을 도시한다. 각각의 날에 코팅 물질 g당 약 1600 ㎍의 가스성 ClO2가 방출되었다.
조성물 B의 항접착 특성
항균성 조성물 B에 의해 코팅된 유리판은 코팅된 후 다양한 시간에서 살세균 활성에 대해 조사하였다. 100 ㎕의 107.cm-3 세균 세포 현탁액은, 멸균된 생물학적 안전 캐비넷(NuAire, Nu-425-400E) 중, 주위 조건(23±2℃, 70% R.H.)에서, 코팅된 표면과 접촉하게 위치시켰다. 고정 접촉 시간 10분에서 5개 샘플 각각에 대해 3개 세트를 실시하였다. 샘플을 20 ml 중화제를 함유하는 일차 계대배양 튜브에 30분간 침지시켜 생존하는 세균 세포를 안정화시켰다. 1% (v/v) 0.1M Na2S2O3를 0.1% (v/v) (최종 농도)의 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노올레에이트(Tween 80)를 함유하는 600 ml의 0.85% (w/v) 정상 염수(NaCl, RDH) 용액에 부가한 다음 121℃에서 20분간 오토클레이브 처리하는 것에 의해 멸균성 중화제 용액을 새로이 제조하였다. 상기 중화제로부터 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 37±0.1℃에서 24시간 동안 플레이트를 배양한 후 생육가능한 세균의 수를 계수하였다. 샘플을 드립-건조시키고 또 20 ml의 멸균성 영양 육즙(영양 육즙 번호 2, Oxoid 제조)을 함유하는 제2 계대배양 튜브에 10분 동안 전달하였다. 상기 영양 육즙의 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 계대 배양하였다. 살아있는 세균의 수는 37±0.1℃에서 24시간 동안 플레이트를 배양한 후 계수하였다.
도 10에 도시된 바와 같이, 염화아연을 갖는 항균성 B에 의해 28일 동안 코팅된 유리는 살세균 특성을 제공하였다. 도면은 코팅된 유리와 접촉한지 10분 후 생육가능한 에스. 아우레우스에서 로그 감소를 도시한다. 항균성 조성물 B에 의해 코팅된 유리는 28일에 걸쳐 생육가능한 세균에서 4-5 로그 감소를 유지하였고 또 효과적이고 장기간의 표면 소독을 제공하였다.
실시예 10: 미량의 염화아연 부가에 의한 항균성 조성물 B의 살세균 특성의 향상
100 ㎕의 107.cm-3 세균 세포 현탁액은, 멸균된 생물학적 안전 캐비넷(NuAire, Nu-425-400E) 중, 주위 조건(23±2℃, 70% R.H.)에서, 코팅된 표면과 접촉하게 위치시켰다. 고정 접촉 시간 1, 5, 10, 20, 30 및 60 분에서 5개 샘플 각각에 대해 3개 세트를 실시하였다. 샘플을 20 ml 중화제를 함유하는 일차 계대배양 튜브에 30분간 침지시켜 생존하는 세균 세포를 안정화시켰다. 1% (v/v) 0.1 M Na2S2O3를 0.1% (v/v) (최종 농도)의 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노올레에이트(Tween 80)를 함유하는 600 ml의 0.85% (w/v) 정상 염수(NaCl, RDH) 용액에 부가한 다음 121℃에서 20분간 오토클레이브 처리하는 것에 의해 멸균성 중화제 용액을 새로이 제조하였다. 상기 중화제로부터 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 37±0.1℃에서 24시간 동안 플레이트를 배양한 후 생존 세균의 수를 계수하였다. 샘플을 드립-건조시키고 또 20 ml의 멸균성 영양 육즙(영양 육즙 번호 2, Oxoid 제조)을 함유하는 제2 계대배양 튜브에 10분 동안 전달하였다. 상기 영양 육즙의 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 생육가능한 세균의 수는 37±0.1℃에서 24시간 동안 플레이트를 배양한 후 계수하였다.
도 11에 도시한 바와 같이, 항균성 조성물 B에 미량의 염화아연 염의 부가는 코팅의 항균 특성에 대하여 큰 증진 효과를 가졌다. 코팅된 유리 표면과 접촉한지 10분 후 30 ppm의 염화아연을 갖는 항균성 조성물의 경우 생육가능한 세균에서 105 감소가 관찰되었다.
실시예 11: 미량의 아연, 구리 및 은 염을 함유하는 조성물 B의 항균 특성
30 ppm 염화 구리 및 30 ppm 질산은을 함유하는 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 B를 실시예 2에 기재된 과정에 따라서 제조하였다.
100 ㎕의 107.cm-3 세균 세포 현탁액은, 멸균된 생물학적 안전 캐비넷(NuAire, Nu-425-400E) 중, 주위 조건(23±2℃, 70% R.H.)에서, 코팅된 표면과 접촉하게 위치시켰다. 고정 접촉 시간 10 분에서 5개 샘플 각각에 대해 3개 세트를 실시하였다. 샘플을 20 ml 중화제를 함유하는 일차 계대배양 튜브에 30분간 침지시켜 생존하는 세균 세포를 안정화시켰다. 1% (v/v) 0.1 M Na2S2O3를 0.1% (v/v) (최종 농도)의 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노올레에이트(Tween 80)를 함유하는 600 ml의 0.85% (w/v) 정상 염수(NaCl, RDH) 용액에 부가한 다음 121℃에서 20분간 오토클레이브 처리하는 것에 의해 멸균성 중화제 용액을 새로이 제조하였다. 상기 중화제로부터 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 37±0.1℃에서 24시간 동안 플레이트를 배양한 후 생육가능한 세균의 수를 계수하였다. 샘플을 드립-건조시키고 또 20 ml의 멸균성 영양 육즙(영양 육즙 번호 2, Oxoid 제조)을 함유하는 제2 계대배양 튜브에 10분 동안 전달하였다. 상기 영양 육즙의 100 ㎕ 등분량을 TSA 플레이트에 배양하였다. 생육가능한 세균의 수는 37±0.1℃에서 24시간 동안 플레이트를 배양한 후 계수하였다.
상기 시험에 따르면, 30 ppm의 염화구리를 갖는 항균성 조성물 B는 코팅된 유리 기판과 접촉한지 10분 후 107 대장균을 99% 또 107 비.서브틸리스를 > 99.999 % 감소시킴을 나타낸다. 30 ppm의 질산은을 갖는 항균성 조성물 B는 코팅된 유리 기판과 접촉한지 10분 후 107 대장균 및 107 비. 서브틸리스를 > 99.999 % 감소시켰다.
실시예 12: 세포막 손상의 분석
말론디알데히드 ( MDA ) 시험
막 지질의 과산화에 의해 생성된 말론디알데히드(MDA)의 레벨은 ClO2에 의한 산화성 스트레스와 막 손상의 지표인 것으로 간주된다. MDA는 티오바르비투르산 에세이에 의해 측정된다(Esterbauer, H.& Cheeseman, K. H.; Methods Enzymol . 1990, 186, 407-421).
100 ㎕의 107.cm-3 비. 서브틸리스 세포 현탁액을 항균성 조성물 A로 코팅된 유리 기판 상에 놓고 10분간 접촉시켰다. 세균을 회수하고 또 에펜도르프관에서 0.6% 2-티오바르비투르산(98 %, 시그마 제조)을 부가하기 전에 5% 트리클로로아세트산(99.0%, 시그마-알드리히 제조)과 혼합하였다. 이 용액을 15분간 95℃로 가열하고, 실온으로 냉각시킨 다음 10,000 rpm에서 10분간 원심분리(에펜도르프 5415C)하였다. 상청액의 광학 밀도는 분광광도계(ICN Biomedicals, 156812)에 의해 534 nm 내지 600 nm 사이에서 기록되었고 또 MDA 농도는 검량 표준에 대하여 산출하였다.
도 12에 도시한 바와 같이, 증가된 MDA 레벨과 세포 치사 사이에는 강한 상관 관계가 있었고, 막 손상은 코팅이 미생물을 불활성화시키고 치사시키는 가능한 경로들 중의 하나임을 나타낸다.
원자력 현미경에 의한 세균 세포에서 막 손상의 관찰
30 ppm의 염화아연을 함유하는 100 ㎕ 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 B를 1 인치2의 청정하고 멸균된 실리콘 웨이퍼 상에 놓았다. 100 ㎕의 107.cm-3 대장균을 코팅된 웨이퍼 상에 놓고 또 태핑 모드 하의 원자력 현미경(Nanoscope IIIα)하에서 관찰하였다.
청정한 멸균 실리콘 표면 상에서 건강한 대장균 세포와 비교하여, 항균성 조성물 B 코팅된 실리콘과 접촉된 대장균 세포의 세포 및 막은 손상됨이 관찰되었다. 이것은 또한 항균성 조성물이 세균 세포를 손상시킴을 나타낸다.
실시예 13: 항균성 w/o/w 이중 에멀젼의 항접착 특성
청정한 유리 및 0 ppm의 이산화 염소를 갖는 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물(즉, 플라시보)에 의해 코팅된 유리 상에서 대장균 K12 (Carolina 15-5065A) 및 에스.아우레우스(S. aureus) 의 접착을 결정하였다. 200 ㎕의 108 cm-3 세균 현탁액을 코팅된 유리 표면과 미코팅 유리 표면 상에 균일하게 도포하고 또 37℃에서 4시간 동안 교반없이 배양하였다. 샘플을 멸균 증류수로 부드럽게 세척하여 비-접착성 세균을 제거하였다. 샘플에 대해 그램 염색을 실시하고 광학현미경(배율 1000 x)하에서 관찰된 영상을 기록하여 코팅된 표면과 미코팅 표면 상에서 세균 접착정도를 정량하였다.
도 13에 도시한 바와 같이, 코팅된 유리 상에 있는 대장균의 수는 미코팅 유리와 비교할 때 현저히 적었다. 이는 코팅이 세균의 접착을 방지시켰음을 나타내었다.
도 14에 도시한 바와 같이, 코팅된 유리 상에서 에스. 아우레우스(S. aureus)의 수는 미코팅 유리와 비교하여 현저하게 적었다. 플라시보 코팅은 캡슐화에 사용된 중합체가 항접착 특성을 향상시킴을 나타내었다.
실시예 14: 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 A 및 C의 포자살균( Sporicidal ) 특성
비. 서브틸리스 (B. subtilis ) 내생포자의 제조
비. 서브틸리스(Carolina 15-4921A) 세균 세포를 37±0.1℃에서 3일간 TSA 플레이트 상에서 배양하여 더 많은 포자를 얻었다. 1 또는 2개의 세균 콜로니를 플레이트로부터 수집하여 5 ml 멸균 탈이온수를 함유하는 15 ml 원심분리관으로 전달하였다. 이 현탁액을 보르텍스에서 혼합하여 세포와 포자로 분리하였다. 2 ml의 현탁액을 에펜도르프관으로 전달하였다. 포자는 원심분리에 의해 정제하여 수세하였다. 현탁액은 4℃, 10,000 g에서 20분간 원심분리하였다. 상청액을 따라내고 또 1 ml의 냉각 멸균된 탈이온수(4℃)를 부가하고 또 4℃에서 샘플을 재현탁하였다. 상기 현탁액의 등분량을 상 대조 현미경하에서 조사하였다. 원심분리 및 세척 단계는, 상 대조 현미경에 의해 나타나는 바와 같이, 99% 이상의 유리 포자가 얻어질 때까지 반복하였다. 정제된 포자를 포스페이트 완충 염수(pH 7.4)에 현탁시키고 또 4℃ 암소에서 7일 이상 동안 저장하였다. 현탁액 중의 생존 포자의 농도는 TSA 플레이트 상에서 플레이트 계수 수법에 이어 현탁액의 등분량의 단계희석(serial dilution)에 의해 결정하였다.
포자살균 시험
100 ㎕의 105.cm-3 비. 서브틸리스(B. subtilis)(Carolina 15-4921A) 내생포자 현탁액을, 멸균된 생물학적 안전 캐비넷(NuAire, Nu-425-400E) 중, 주위 조건(23±2℃, 70% R.H.)에서 코팅된 유리 기판 및 미코팅 유리 기판과 접촉시켰다. 각 접촉 시간 0.5, 2, 8, 24, 48 및 72 시간당 5개 샘플 한 세트로부터 측정을 실시하였다. 필요한 접촉 시간 후, 기판을 20 ml 중화제에 30분간 침지시켜 생존하는 세균을 안정화시킨 다음 20 ml 영양 육즙에서 10분간 침지시켰다. 생육가능한 포자의 수는 TSA 플레이트 상으로 플레이트 스프레딩(spreading) 방법을 적용하는 것에 의해 결정하였다. 이 플레이트를 37℃에서 철야로 배양하고 콜로니의 수를 계수하였다.
도 15는 항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 A로 코팅된 유리와 접촉한 생육가능한 비. 서브틸리스 영양증식 세포 및 내생포자의 로그 감소를 도시한다.
항균성 w/o/w 이중 에멀젼 조성물 C에 의해 코팅된 유리의 포자살균 특성은 30분간 접촉한 후 90% 감소보다 더 우수한 감소를 나타낸다. 향상된 성능은 금속-함유 나노구조 및 내생포자를 손상시키는 산화성 구리-아스코르브산 염색 반응의 형성에 기인하였다.
당업자들은 상기 구체예에 대하여 본 발명의 광범위한 개념에서 벗어나지 않고 변형을 가할 수 있음을 잘 알고 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 명세서에 개시된 특정 구체예에 한정되지 않지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 정신과 범위 내에서의 변형을 포괄하는 것으로 이해된다.

Claims (22)

  1. 멀티 레벨 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질로서,
    (i) a) w/o/w 이중 에멀션을 형성하기 위한 하나 이상의 중합체와, b) 상기 하나 이상의 중합체내에 캡슐화되어 있는 하나 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제를 포함하는 w/o/w 이중 에멀션; 및,
    (ii) 하나 이상의 금속 함유 살생물제를 포함하며,
    멀티 레벨 항균 특성을 나타내는 표면 코팅이 방출 치사, 접촉 치사 및 항접착 효과를 포함하는 물품 및 물체의 표면에 도포될 때에 형성되는, 물질.
  2. 제 1항에 있어서, 휘발성 또는 가스성 살생물제 각각은 용존 이산화염소, 용존 염소, 염소화된 화합물, 알코올성 및 페놀성 화합물, 및 이들의 고체 및/또는 액체 전구체, 및 그의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질.
  3. 제 1항에 있어서, 휘발성 살생물제가 용존 이산화염소 및 그의 전구체인 물질.
  4. 제 1항에 있어서, 휘발성 살생물제가 용존 이산화염소, 용존 아염소산 염 및 용존 염소의 조합물인 물질.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 금속 함유 살생물제 각각은 1 이상의 VII, IB, IIB, IVA 및 IVB족 금속 함유 화합물 및 그의 염, 및 그의 조합물으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질.
  10. 제 9항에 있어서, 금속 함유 살생물제는 미량 금속-함유 화합물 또는 그의 염인 물질.
  11. 제 10항에 있어서, 금속-함유 살생물제가 은, 구리 또는 아연-함유 화합물을 함유하는 물질.
  12. 제 1항에 있어서, 중합체가 1 이상의 중합체, 1 이상의 중합성 계면활성제 또는 이들 조합물로부터 각각 선택되는 물질.
  13. 제 1항에 있어서, 중합체가 1 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제를 캡슐화하는 에멀젼을 형성함으로써, 상기 살생물제는 서서히, 점진적으로 또 연속적으로 주변 환경으로 방출될 수 있는 물질.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 1항에 있어서, 중합체는 양친성 블록 공중합체(Amphiphilic Block Copolymer)인 물질.
  17. 제 16항에 있어서, 양친성 블록 공중합체가 양친성 이- 또는 삼-블록 공중합체인 물질.
  18. 제 17항에 있어서, 양친성 블록 공중합체가 폴록사머(poloxamer) 또는 그의 조합물인 물질.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 물질에 의해 형성된 코팅은 도포되면 (1) 미생물 성장을 소독 및 억제하도록 휘발성 살생물제를 서방(sustained release)하거나, (2) 감염성 액적과 접촉시 살생물제 방출을 증가하거나, 또 (3) 미생물의 접착을 불활성화하고 방지하도록 비휘발성 살생물제의 나노구조를 표면 상에 형성함으로써 방출 치사, 접촉 치사 및 항접착 효과를 포함하는 멀티 레벨 항균 특성을 나타내는 물질.
  20. 멀티 레벨 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질을 제조하는 방법으로서,
    휘발성 또는 가스성 살생물제의 서방을 제공하도록 1 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제를 1 이상의 중합체 내에 캡슐화하여 w/o/w 이중 에멀션을 형성하고, 또 이것을 1 이상의 금속 함유 살생물제와 혼합하는 것을 포함하는, 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 금속 함유 살생물제가 휘발성 또는 가스성 살생물제와 함께 중합체 내에 캡슐화되는 방법.
  22. 물품 또는 물체를 소독하는 방법으로서,
    (i) a) w/o/w 이중 에멀션을 형성하기 위한 하나 이상의 중합체와, b) 상기 하나 이상의 중합체내에 캡슐화되어 있는 하나 이상의 휘발성 또는 가스성 살생물제를 포함하는 w/o/w 이중 에멀션; 및,
    (ii) 하나 이상의 금속 함유 살생물제를 포함하는 멀티 레벨 항균 특성을 갖는 항균성 표면 코팅을 형성하기 위한 물질을 제공하는 단계와;
    물품 또는 물체상에, 방출 치사, 접촉 치사 및 항접착 효과를 갖은 항균성 표면 코팅을 물질을 도포하는 단계를 포함하며,
    상기 휘발성 또는 가스성 살생물제는 상기 휘발성 또는 가스성 살생물제의 서방을 제공하도록 중합체내에 캡슐되어 있는 방법.
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