KR101415148B1

KR101415148B1 - 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법

Info

Publication number: KR101415148B1
Application number: KR1020120106203A
Authority: KR
Inventors: 이상율; 김정완; 김성철
Original assignee: 한국항공대학교산학협력단
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-08-06
Also published as: KR20140039691A

Abstract

인체에 발생하는 화상을 포함한 각종 상처를 치료하기 위한 천연물질 합성을 위해 유체 내에 발생시킨 플라스마(plasma)를 이용한 젤라틴/은 나노입자 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법에 관한 것으로, 유체(11)를 수용하는 용기(10), 상기 용기(10)에 장착되는 한 쌍의 전극(20), 상기 전극(10)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(30), 상기 용기(10)와 전극(20)을 절연시키는 절연 부재(40) 및 상기 용기(10)에 투입되는 고형 젤라틴과 유체를 혼합하기 위한 자석 교반기(50)를 포함하고, 상기 유체 내에서 발생시킨 플라스마를 활용하여 고분자/금속 나노입자 복합재를 형성하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법을 이용하는 것에 의해, 고분자와 은 나노입자의 분산이 한 번의 공정(one-step method)에 의해 동시에 이루어지므로, 은 나노입자의 분산 안정성이 뛰어나고, 입자의 크기 및 형상의 조절을 용이하게 실현할 수 있다.

Description

항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법{THE SYNTHESIZING TECHNIQUE OF GELATIN/Ag NANOPARTICLE ANTIMICROBIAL BIOCOMPOSITE AND DEVICE FOR MANUFACTURING AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF}

본 발명은 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법에 관한 것으로, 특히 인체에 발생하는 화상을 포함한 각종 상처를 치료하기 위한 천연물질 합성을 위해 유체 내에 발생시킨 플라스마(plasma)를 이용한 젤라틴/은 나노입자 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 유체 내에 발생시킨 플라스마를 활용하는 유체 플라스마 공정법(Solution Plasma Process)을 이용하여 유체 내에서 고분자 물질인 젤라틴 기지재(Gelatin Matrix)에 은 나노입자 (Ag Nanoparticle)를 넓게 분산 시킨 후 동결 건조(Freeze drying)와 자외선 방사 후처리를 통해 항균성 및 살균력을 극대화시킨 3차원 비계(3D Scaffold)형태의 생체복합재료를 합성하는 기술에 관한 것이다.

현재 나노기술의 발달로 나노 크기를 갖는 수많은 무기입자 또는 금속입자들을 제조하는 것이 개발되고 있다. 무기물 또는 금속의 나노입자들은 그들의 극대화된 표면적 및 양자효과로 인해 벌크 상에서 나타내는 물리, 화학적 성질들을 더욱 적은 양으로도 더욱 뛰어나게 구현할 뿐만 아니라, 벌크 상에서와는 다른 성질들을 나타내기도 하는 것으로 보고되었다.

이처럼 나노입자들은, 극소량 사용하여도 벌크 상으로 사용되는 재료와 거의 동등하거나 더욱 우수한 효과를 나타내는 나노입자들은 극소량 사용되기 때문에 인체 및 환경에 대한 독성도 거의 나타내지 않으므로, 환경친화적이고 인체 및 자연 환경에도 유익한 재료로 인정되어, 이들은 새로운 재료로 각광받으며 이에 대한 수많은 연구가 진행되고 있다.

이러한 나노입자들을 합성섬유, 플라스틱 성형품, 필름, 도료, 잉크 등의 중합체 제품에 혼입시켜 복합재료로 사용할 경우에는, 중합체와 무기 또는 금속 나노입자와 낮은 상용성, 응집, 불 균일 분포 등으로 인한 복합재료의 물성의 열화 및/또는 불 투명화 등의 문제점을 야기하여, 나노입자화에 따른 의도하는 효과를 수득하는 것이 어려운 것으로 알려져 있다.

즉, 종래 기술에서 나노입자를 합성하는 공정 조건은 주로 고온이나 고압의 환경을 필요로 하는 단점이 있다. 또한, 합성된 나노입자의 크기, 형상 등을 제어하지 못하며, 원하는 크기 및 형태로 합성하기에는 한계가 있다. 선행 연구 결과에 따르면, 이렇게 은 나노입자의 크기 및 형상 제어가 되지 않는다면 의생명공학적으로 활용했을 때, 인체에 심혈관계 질병을 일으키거나 순환계 장애를 일으킬 수 있다고 보고된바 있다.

또한, 은(silver, Ag)이 항균 효과가 있다는 것은 오래전부터 알려져 있었으나 귀금속이기 때문에 제품을 제작하는 과정에서 고비용의 문제가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일 예가 문헌 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 고분산성 및 고순도의 은 나노입자를 연속적으로 용이하게 제조하고, 그렇게 제조된 은 나노입자를 섬유사에 최적의 방법으로 함유시킴으로써 항균력 및 살균력을 크게 증대시킬 수 있는 은 나노 분말을 이용한 항균섬유의 제조방법이 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 회전하에 예열된 중합체에 은 나노입자 콜로이드 용액을 첨가하고, 수분을 제거하고, 혼련하고 방사함으로써, 은 나노입자가 응집 없이 중합체 내에 균일하게 분산되어 있는 은 나노입자-함유 항균섬유 및 이에 의해 제조된 항균섬유에 대해 개시되어 있다.

또 하기 비특허문헌 1에는 화상 치료에 사용하는 것을 목적으로 은 나노입자가 함유된 젤라틴을 섬유 형태로 제조하는 기술에 대해 개시되어 있고, 하기 비특허문헌 2에는 은 나노입자가 함유된 거즈를 이용하여 피부 감염 세균에 대한 항균력을 측정하는 기술에 대해 개시되어 있으며, 하기 비특허문헌 5에는 피부의 대체 인공조직으로 사용하는 젤라틴이 피부 조직의 재생을 유도하는 것으로 섬유아세포를 이용하는 기술에 대해 개시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0535916호(2011.12.02 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0588763호(2011.11.04 공개)

Wound-dressing materials with antibacterial activity from electrospun gelatin fiber mats containing silver nanoparticles, P. Rujitanaroj N. Pimpha P. Supaphol, Polymer vol. 49, pp 4723-4732 (2008) 은나노 거즈의 피부 감염 세균에 대한 항균효과, 조선영, 조재위, 이규석, 대한피부과학회지, 제46권 제12호, pp 1595-1602 (2008) 임상분리 균주에 대한 은 이온 거즈의 생체 외 항균력 시험, 어영, 황규열, 윤갑준, 김효열, 어홍선, 권오갑, 대한임상미생물학회지, 제10권 제1호, pp 37-43 (2007) Silver nanoparticles enhance thrombus formation through increased platelet aggregation and procoagulant activity, Jun EA, Lim KM, Kim K, Bae ON, Noh JY, Chung KH, Chung JH, Nanotoxicology, Vol. 5 No. 2, pp 157-167 (2011) Accelerated tissue regeneration through incorporation of basic fibroblast growth factor-impregnated gelatin microspheres into artificial dermis, K. Kawai, S. Suzuki, Y. Tabata, Y. Ikada, Y. Nishimura, Biomaterials, Vol. 21, pp 489-499 (2000)

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술, 예를 들어 상기 특허문헌 1에 개시된 기술은 공정 시 고온 고압을 적용하므로 제조 공정의 정밀도가 필요하다는 문제가 있고, 상기 특허문헌 2에 개시된 기술은 섬유 형태에 은 나노입자를 혼합할 때 2단계의 방법을 사용하므로, 제조 효율이 저하한다는 문제점이 있었다.

또한, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 화상을 포함한 다양한 상처에 대한 치료를 하는 과정에서, 감염예방을 위해 사용되고 있는 은 나노 제품과 피부재생을 목적으로 사용되고 있는 젤라틴 제품을 각각 별도, 즉, 은 나노입자를 제조하여 고분자 내에 합성시키는 2단계 방법(two-step method)을 사용하므로 은 나노입자의 크기, 형상, 분산성의 제어가 곤란하다는 불편함이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 다양한 상처에 대한 감염기능과 젤라틴에 의한 피부 재생의 기능을 동시에 제공할 수 있는 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유체 플라스마 공정을 사용하여 상온 및 대기압에서도 공정이 가능하며, 또한 추가적인 화학물질을 첨가하지 않아서 방사성 문제도 없는 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 공정방법을 단순화하여 제조 효율성을 증대시키는 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조장치는 유체(11)를 수용하는 용기(10), 상기 용기(10)에 장착되는 한 쌍의 전극(20), 상기 전극(10)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(30), 상기 용기(10)와 전극(20)을 절연시키는 절연 부재(40) 및 상기 용기(10)에 투입되는 고형 고분자와 유체를 혼합하기 위한 자석 교반기(50)를 포함하고, 상기 유체 내에서 발생시킨 플라스마를 활용하여 고분자/은 나노입자 복합재를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조장치에 있어서, 상기 유체(11)는 증류수, 알코올, 에틸렌글리콜, 벤젠, 톨루엔 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조장치에 있어서, 상기 고분자는 젤라틴, 키토산, 알긴산의 고분자 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조장치에 있어서, 상기 전원 공급부(30)는 유니폴라 펄스 전원(Unipolar pulsed power) 또는 바이폴라 펄스 전원(Bipolar pulsed power)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조방법은 (a) 용기 내에 유체, 은 나노입자 전구체, 고분자를 투입하여 용액으로 혼합하는 단계, (b) 상기 용액에 플라스마를 발생시켜 생체복합재의 용액을 형성하는 단계, (c) 상기 (b) 단계의 생체복합재의 용액을 동결 건조하는 단계, (d) 상기 (c) 단계에서 건조된 생체복합재를 자외선 방사 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조방법에 있어서, 상기 고분자는 젤라틴, 키토산, 알긴산의 고분자 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조방법에 있어서, 상기 은 나노입자는 상기 고분자의 기지재 내에 평균 10~20㎚의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

삭제

또 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조방법에 있어서, 상기 생체복합재는 상기 (c) 단계에서의 동결건조를 통해 다공성 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계에서의 동결건조는 상기 생체복합재의 용액을 금형 내에 투입하여 -40 ~ -80℃에서 급속 동결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 항균성 생체복합재는 상술한 항균성 생체복합재의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법에 의하면, 유체 플라스마 공정을 사용하고, 상온 대기압에서 적용되므로 제조 공정을 단순화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법에 의하면, 고분자와 은 나노입자의 분산이 한 번의 공정(one-step method)에 의해 동시에 이루어지므로, 은 나노입자의 분산 안정성이 뛰어나고, 입자의 크기 및 형상의 조절을 용이하게 실현할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법에 의하면, 어떠한 화학작용제도 사용하지 않으므로, 미생물에 의한 피부 감염을 예방하는 이외에도 대체 조직으로 활용할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조장치의 예시적인 개략 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 항균성 생체복합재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 공정도,
도 3은 도 1에 도시된 전극 사이에서 플라스마 발생 상태를 나타내는 사진,
도 4는 본 발명으로 제조된 3차원 비계 형태의 생체 복합재료에서 젤라틴 조직과 은 나노입자의 현미경 사진,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유해 미생물의 항균 실험 결과를 나타내는 사진.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

먼저, 본 발명의 개요에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 방법에서는 유체 플라스마 공정법을 사용한다. 이 유체 플라스마 공정법은 나노입자의 크기, 형태 등을 제어할 수 있기 때문에 나노입자로 인해 발생하는 심혈관계 질환이나 순환계 장애를 유발할 수 있는 문제점도 해결할 수 있다.

또 본 발명은 유체 내에서 플라스마를 발생시켜 나노입자를 합성하는 방법인 one-step method이기 때문에 다른 나노입자를 제조하는 공정보다 젤라틴이라는 고분자 내에 분산 시키기에 상당히 용이한 방법이다.

은이라는 물질은 귀금속으로써 높은 비용을 필요로 하는데, 본 발명에서는 나노입자의 크기, 형태, 분산성 제어가 가능하기 때문에, 적은 양의 은을 사용하여 나노입자의 크기를 제어하여 표면적을 최대화시켜 항균 효과를 극대화시킬 수 있기 때문에 경제적인 문제도 해결할 수 있다.

또한, 의생명공학 분야에 활용할 때, 화상을 포함한 상처의 치료 목적으로 사용할 때, 본 발명은 복합체의 형태이기 때문에 은 나노입자를 이용하여 항균작용 및 감염 예방 효과를 해결하는 것은 물론이고 젤라틴을 기지재로 사용하여 피부 재생 효과까지 유도할 수 있는 복합적 효과까지도 창출해낼 수 있다.

본 발명은 항균 및 감염 예방에 효과가 있는 은을 유체 플라스마 공정법을 이용하여 젤라틴을 포함하는 용액 내에서 분산성이 우수한 수십 나노 크기 이하의 나노입자의 형태로 합성하고 이를 동결 건조(freeze drying) 공정과 자외선 방사 후처리 공정을 거처 항균성 및 살균력이 극대화된 3차원 비계(3D Scaffold)형태의 생체복합재료를 합성하는 방법을 마련하는 것이다.

즉, 본 발명에서는 은 나노입자가 포함된 항균성 생체복합재료를 제조할 때, 상온, 대기압에서 제조할 수 있으며, 이렇게 만들어진 은 나노입자는 젤라틴 고분자 내에 10~20㎚의 크기로 넓게 골고루 분산되어 저농도이면서도 고효율을 나타낸다.

본 발명에 따라 3차원 비계(3D Scaffold)형태로 제작된 생체복합재료는 상처 입은 피부 조직의 감염을 유발하는 것으로 알려진 황색포도상구균(S. aureus), 대장균 (E. coli) 등의 유해 미생물 억제에도 상당한 효과가 있으며, 다공성 구조 (Porous structure)를 가지고 있어 상처를 치료할 때 감염 예방 외에도 상흔 없이 세포 조직의 재생을 유도하는 등의 융합적인 효과를 볼 수 있을 것으로 기대한다.

먼저, 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조장치의 구성에 대해 도 1 및 도 2에 따라 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조장치의 예시적인 개략 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조장치(100)는 유체(11)를 수용하는 용기(10), 상기 용기(10)에 장착되는 한 쌍의 전극(20), 상기 전극(10)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(30), 상기 용기(10)와 전극(20)을 절연시키는 절연 부재(40) 및 상기 용기(10)에 투입되는 고형 고분자와 유체를 효율적으로 혼합하기 위한 자석 교반기(50)를 포함한다.

상기 유체(11)는 증류수를 주로 사용하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 용도에 따라 알코올, 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 벤젠, 톨루엔 등을 적용할 수 있다.

상기 고분자는 인체 무해하고 생체 분해성이 탁월한 젤라틴, 키토산, 알긴산 등의 고분자 중에서 어느 하나를 사용한다.

또 상기 한 쌍의 전극(20)으로서는 전도도가 높은 텅스텐 전극을 적용한다.

또한, 상기 전원 공급부(30)는 유니폴라 펄스 전원(Unipolar pulsed power) 또는 바이폴라 펄스 전원(Bipolar pulsed power)을 사용하며, 일 예로, 한 쌍의 전극 간 거리가 1 ㎜인 경우, 방전 전압 : 800 V, 주파수 : 20 kHz, 방전 시간 : 180 sec, 듀티비 : 70-25 % 가 적용된다.

또 다른 예로서 전극 간 거리가 1 ㎜인 경우, 방전 전압 : 1600 V, 주파수 : 20 kHz, 방전 시간 : 180 sec, 듀티비 : 10-85 %가 적용된다.

이를 정리하면 하기 표 1과 같다,

변수	실시 값
전압	800~1600 V
주파수	20 kHz
듀티비	10~85 %
방전시간	180 sec
전극 간 거리	1 mm

그러나, 본 발명은 상기 예에 한정되는 적용되는 용기(10)의 크기, 유체(11)의 종류, 전극(20) 간의 거리, 자석 교반기(50)의 능력, 등에 따라 인가 전압 등이 변경됨은 물론이다.

다음에, 도 1에 도시된 바와 같은 항균성 생체복합재의 제조장치에 따라 항균성 생체복합재를 제조하는 과정에 대해 도 2 및 도 3에 따라 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 항균성 생체복합재를 제조하는 과정을 설명하기 위한 공정도이고, 도 3은 도 1에 도시된 전극 사이에서 플라스마 발생 상태를 나타내는 사진이며, 도 4는 본 발명으로 제조된 3차원 비계 형태의 생체 복합재료에서 젤라틴 조직과 은 나노입자의 현미경 사진이다.

본 발명은 유체 플라스마 공정법을 이용하여 젤라틴/은 나노입자 항균성 생체 복합재료를 합성하는 기술이다. 이 공정법을 이용하여 더욱 작은 크기의 은 나노입자를 젤라틴 기지재에 넓게 분산시키는 방식으로 개략적인 공정원리는 다음과 같다.

제1 공정: 용액 제조 공정(S10)

고형 젤라틴을 용기(10) 내의 증류수에 녹여서 젤라틴 용액을 만든다. 이때 용기(10)에는 보다 효율적인 혼합을 위해 자석 교반기(50)를 이용하며 또한 용액의 온도는 40℃ 정도에서 혼합한다. 또한, 저농도의 은 전구체로 사용하는 질산은(AgNO₃)도 개량하여 용액(11) 내에서 이온화시킨다.

용기(10)에 투입되는 유체, 은 전구체(AgNO₃) 농도, 젤라틴 농도의 혼합 비율은 본 발명이 적용되는 분야에 상이하게 적용가능하므로, 특별히 한정되지는 않는다. 일 예로서, 1~3% w/w 농도의 고분자와 1~5 mM의 은 전구체 농도를 갖는 것을 사용한다.

제2 공정: 유체 플라스마 발생 공정(S20)

상기 제1 공정(S10)에서와 같이, 제조된 젤라틴/은 용액을 두 개의 홀 이 있는 용기(10)에 넣고 텅스텐 전극(20)을 꽂아 전원 공급부(30)에 연결한다. 이렇게 연결된 전극(20)에 플라스마가 안정적으로 발생하는 적당한 변수, 예를 들어 상기 표 1과 같은 조건으로 유체 플라스마 공정을 실시한다. 이때에 변수는 전원의 종류, 전극 간 거리, 진동수, 전압, 플라스마 방전 시간 등이다. 이러한 조건에서 한 쌍의 텅스텐 전극(20) 사이에는 도 3에 도시된 바와 같이 플라스마가 발생한다.

상기 제2 공정(S20)에 의해, 은 나노입자는 고분자의 기지재 내에 평균 10~20㎚의 입자 크기를 갖게 된다.

제 3공정: 동결 건조 공정(S30)

상술한 바와 같이 제조된 젤라틴/은 나노입자 항균성 생체 복합재료 용액을 적정한 금형(mold)에 넣고 -40 ~ -80℃의 저온에서 급속 동결시킨다. 이때에 젤라틴 조직의 동결이 서서히 일어나도록 급속 냉동기에 넣을 때, 예를 들어 스티로폼 (Polystyrene)에 넣어서 동결하고, 이렇게 동결된 용액을 동결건조기 (Lyophilizer)에 넣고 적정시간 동안 건조시켜서 용액을 3차원 비계(3D Scaffold) 형태로 제조한다.

동결 건조 조건은 예를 들어 1기압 이하에서 -40 ℃ 이하 온도에서 실행한다. 상기 제3 공정(S30)에 의해, 상기 생체복합재는 도 4에 도시된 바와 같이, 다공성 구조로 형성된다.

제 4공정: 후처리 공정(S40)

이와 같이 제조된 3차원 비계 형태의 젤라틴/은 나노입자 항균성 생체 복합재료에 적정 조건에 맞추어 자외선 방사(UV-irradiation) 처리한다. 이때 자외선의 파장은 예를 들어, 254㎚, 광원과 재료와의 거리는 5㎝ 정도로 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 자외선 방사 처리의 목적은 의생명공학에 활용하기 위해 무균 상태를 다시 한번 유지하는 것은 물론이고 젤라틴 조직의 가교결합(Cross-link)을 유도하여 조직의 특성을 개선하는 장점이 있다.

다음에, 본 발명에 따른 항균성 생체복합재의 제조의 일 예를 설명한다.

먼저, 본 발명에서 유체 플라스마를 발생시킬 때 발생 전원인 전원 공급부(30)로서 유니폴라 펄스 전원을 사용하였고, 그 외 여러 가지 변수 조건은 전압 1600 V, 주파수 20 kHz, 듀티비 10~85%, 방전시간 180 sec, 전극 갭 1㎜로 하였다.

또 항균성 생체 복합재료를 제조할 때 재료의 양은 은 전구체(AgNO₃)의 경우는 5 mM의 농도(증류수 100 ml 당 0.08 g)로 하였고, 기지재의 역할을 하는 젤라틴의 경우는 3 % w/w의 양(증류수 100 ml 당 3 g)으로 지정하였다.

용기(10) 내의 증류수(11)에 개량된 젤라틴을 혼합하여 완전히 용해시킨 뒤, 개량된 은 전구체를 첨가한 용액 내에서 플라스마를 발생시켜 젤라틴/은 나노입자 항균성 생체복합재료의 용액을 제조하였다.

이와 같이 제조된 용액은 동결 건조 공정을 통해 3차원 비계 형태로 제조 하였다. 3차원 비계 형태로 제조할 때 원하는 형태의 금형을 사용하면 더욱 효율적이며, 제조된 후에 무균 처리 및 젤라틴 조직의 가교결합을 위해 자외선 방사를 254㎚의 파장에서 15분간 실시하였다.

위의 조건대로 제조된 무균상태의 0.018g의 항균성 생체복합재료(은 나노입자의 양은 0.0004g)를 황색포도상구균 (Staphylococcus aureus KCTC-1916), 대장균 (Escherichia coli MC-1061)에 각각 24시간 배양시킨 후에 접종하였다. 그 후 24시간 배양하였으며 시험 결과를 도 5 및 표 2로 나타내었다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유해 미생물의 항균 실험 결과를 나타내는 사진이다.

	초기균수 (CFU/ml)	24시간 경과 후의 정균 감소율
황색포도상구균	1.7 X 10¹⁰	94.8 %
대장균	0.7 X 10⁹	99.9 %

도시한 바와 같이 은 나노입자가 분산되어 있는 생체복합재료는 94.8% 이상의 우수한 정균 감소율을 나타내는 것을 알 수 있었다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

삭제

본 발명에 따른 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 방법을 사용하는 것에 의해 화상 및 다양한 상처의 치료용 패치 형태로 사용하는 의약품으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 젤라틴을 기지대로 사용하므로, 균일한 피부 조직의 재생이 가능하여 생체 조직공학에 활용할 수 있다.

또 천연물질을 이용하여 합성한 항균성 생체복합재이므로, 면역력이 약한 노인, 어린이에게 안전하게 사용할 수 있으며, 감염 미생물에 취약한 고온 다습한 환경에도 적용가능하다.

10 : 용기
20 : 전극
30 : 전원 공급부
40 : 절연 부재
50 : 자석 교반기

Claims

유체(11)를 수용하는 용기(10),
상기 용기(10)에 장착되는 한 쌍의 전극(20),
상기 전극(20)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(30),
상기 용기(10)와 전극(20)을 절연시키는 절연 부재(40) 및
상기 용기(10)에 투입되는 고형 고분자와 유체를 혼합하기 위한 자석 교반기(50)를 포함하고,
상기 유체 내에서 발생시킨 플라스마를 활용하여 고분자/은 나노입자 복합재를 형성하고,
상기 전원 공급부(30)는 유니폴라 펄스 전원(Unipolar pulsed power) 또는 바이폴라 펄스 전원(Bipolar pulsed power)인 것을 특징으로 하는 항균성 생체복합재의 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 유체(11)는 증류수, 알코올, 에틸렌글리콜, 벤젠, 톨루엔 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 항균성 생체복합재의 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 고분자는 젤라틴, 키토산, 알긴산의 고분자 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 항균성 생체복합재의 제조장치.
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(a) 용기 내에 유체, 은 나노입자 전구체, 고분자를 투입하여 용액으로 혼합하는 단계,
(b) 상기 용액에 플라스마를 발생시켜 생체복합재의 용액을 형성하는 단계,
(c) 상기 (b) 단계의 생체복합재의 용액을 동결 건조하는 단계,
(d) 상기 (c) 단계에서 건조된 생체복합재를 자외선 방사 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 생체복합재의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 고분자는 젤라틴, 키토산, 알긴산의 고분자 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 항균성 생체복합재의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 은 나노입자는 상기 고분자의 기지재 내에 평균 10~20㎚의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 항균성 생체복합재의 제조방법.
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제5항에 있어서,
상기 생체복합재는 상기 (c) 단계에서의 동결건조를 통해 다공성 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 항균성 생체복합재의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 (c) 단계에서의 동결건조는 상기 생체복합재의 용액을 금형 내에 투입하여 -40 ~ -80℃에서 급속 동결된 것을 특징으로 하는 항균성 생체복합재의 제조방법.
청구항 제5항 내지 제7항, 제9항, 제10항 중 어느 한 항의 항균성 생체복합재의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 생체 복합재.