KR101742683B1

KR101742683B1 - 갈레이트기를 포함하는 화합물, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염으로 합성된 유기물-금속이온 복합체의 나노스프레이 코팅방법

Info

Publication number: KR101742683B1
Application number: KR1020150116155A
Authority: KR
Inventors: 최인성; 박지훈; 서혜린
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-06-07
Also published as: KR20170021957A

Abstract

본 발명은 갈레이트기를 포함하는 화합물, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염으로 합성된 유기물-금속이온 복합체의 나노스프레이 코팅방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 나노스프레이 코팅방법은 갈레이트기를 포함하는 화합물, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염을 독립적인 스프레이에 도입하여 이를 코팅하고자 하는 대상에 순차적으로 분사하므로 코팅하려는 대상의 크기에 구애받지 않고 시료의 낭비 없이 균일한 코팅을 신속하게 수행할 수 있고, 상기 코팅방법으로 인하여 형성되는 유기물-금속이온 복합체 코팅은 하이드록시기(-OH)를 가지고 있어 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 가능함과 더불어 항균성, 항산화성을 가지기 때문에 의학적 응용분야에도 적용이 가능하며, 상기 필름이 자외선(Ultra Violet, UV) 영역의 광학흡수 특성이 있어 코팅된 물질을 자외선으로부터 보호할 뿐만 아니라 EDTA와 같은 킬레이트 시약(chelating agent)이나 수소이온농도지수(pH)에 민감하여 원하는 때에 코팅을 자유자재로 분해할 수 있는 효과가 있다.

Description

갈레이트기를 포함하는 화합물, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염으로 합성된 유기물-금속이온 복합체의 나노스프레이 코팅방법{Nanospray coating method of organic-metal ion complex, which is synthesized by gallate group containing compound and metal of the lanthanoid series salts or transition metal salts}

본 발명은 갈레이트기를 포함하는 화합물, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염으로 합성된 유기물-금속이온 복합체의 나노스프레이 코팅방법에 관한 것이다.

자연에 존재하는 갈레이트기를 포함하는 폴리페놀물질과 란탄족금속염, 전이금속염에서 얻어진 금속이온이 배위결합을 하여 유-무기 복합체 나노필름을 형성하는 것은 일반적으로 알려져있다(특허문헌 1).

폴리페놀-금속이온 복합체 나노필름은 다양한 표면(유리, 실리콘, 금속표면, 플라스틱 등)에 전처리 없이 형성되며, EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)와 같은 킬레이트 시약(chelating agent)이나 수소이온농도지수(pH)에 민감성을 갖고 있어 원하는 때에 코팅을 자유자재로 분해할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 상기 특허문헌 1에서 개시하고 있는 코팅방법은 시료를 준비하여 두 코팅물질 수용액을 시료가 존재하는 반응용기에 섞어 코팅하는 용액기반 과정으로 진행되기 때문에 마이크로, 나노입자와 같은 용액 상에 분산되는 물질이라면 폴리페놀-금속이온 나노필름이 균일하게 코팅되지만, 코팅하려는 대상이 벌크시료 혹은 기판의 경우 코팅시에 두 코팅물질 수용액을 섞어주는 과정에서 시료에 손상이 가해질 가능성이 있을 뿐만 아니라 코팅물질이 섞일 때 균질도가 떨어져 코팅이 균일하게 수행되지 못하는 문제가 있다. 또한, 만들어진 코팅물질 수용액을 벌크시료 부피이상으로 벌크시료가 잠길 만큼 준비해야 하고, 코팅 이후에는 바로 버려지기 때문에 공정상 소비되는 용액의 양이 많다는 단점도 있다. 나아가, 수용액에서 가라앉지 않는 밀도가 작은 물질들을 코팅하려는 경우, 코팅물질 수용액과 제한적으로 접촉할 수밖에 없어 표면 코팅이 어려운 문제가 있다. 이러한 단점들로 인하여 용액기반 코팅과정은 대면적 코팅이 어렵고 불균일하여 실질적 응용이 어렵다는 한계가 존재한다.

상기 문제점과 한계점을 극복하기 위하여, 본 발명자들은 상기 특허문헌 1에서 개시하고 있는 갈레이트기를 포함하는 화합물, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염을 독립적인 스프레이에 도입하여 이를 코팅하고자 하는 대상에 순차적으로 분사함으로써 유기물-금속이온 복합체를 코팅물질로 형성하는 방법을 고안하였다.

스프레이코팅기술로 가장 잘 알려진 방법으로는 LBL(Layer-By-Layer) 방법이 있으나, 상기 LBL 방법의 스프레이 코팅은 각기 다른 전하를 가지는 고분자 용액을 번갈아 코팅하는 방법이기 때문에 코팅 시 고분자용액의 세척과정이 엄밀하게 이루어지지 않는 경우 균일하지 않은 필름이 형성될 수 있는 문제가 있다.

하지만, 본 발명에 따른 코팅방법은 코팅을 위한 전처리 과정이 필요하지 않아 코팅에 필요한 전처리 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있고, 기존 전통적인 코팅방법과는 다르게 코팅시간으로 두께를 증가시키기보다는 코팅 횟수로 코팅의 두께를 조절할 수 있다. 또한, +/- 전하의 물질을 번갈아 도포하여 정전기적인 인력에 의해 겹겹이 쌓아 필름을 형성하는 LBL 방법과는 달리, 본 발명에 따른 코팅방법은 갈레이트기를 포함하는 화합물이 란탄족금속이온 또는 전이금속이온을 배위(coordination) 하면서 필름이 형성되어 갈레이트기에 존재하는 다수의 -OH기에 의하여 마이너스 전하를 띄게 된다. 즉, 같은 전하의 물질을 여러 차례에 걸쳐 도포할 수 있는 방법이기 때문에 코팅물질의 균질도면에서 LBL 방법의 스프레이 코팅법보다 유리한 이점이 있고, 짧은 세척시간, 코팅시간으로 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 나아가, 다양한 유기물, 무기물 물질들을 함께 분사하여 나노필름에 담지, 전달자로써의 응용이 가능하다.

이뿐만 아니라, 본 발명에 따른 코팅방법에서 사용하는 갈레이트기를 포함하는 화합물(특히, 타닌산), 및 란탄족금속염 또는 전이금속염(특히, FeCl₃)은 FDA 승인이 된 안전한 물질(Generally Recognized as Safe, GRAS)이므로 식품, 과일 코팅과 같은 생활밀접 응용분야에 적용 가능한 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 코팅방법은 나노미터 수준의 코팅을 물에 녹아있는 갈레이트기를 포함하는 화합물, 금속이온으로 수행한다는 점에서 기존 도료를 이용한 스프레이 코팅법과 비교하여 차별성이 있고, 물을 용제로 사용하기 때문에 유기용제에 민감한 물질도 쉽게 코팅을 수행할 수 있으며 이에 식품코팅, 식기코팅과 같이 삶에 밀접한 연관이 있는 응용분야에 적용 가능하다. 나아가, 본 발명자들은 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅에 포함되는 갈레이트기를 포함하는 화합물이 하이드록시기(-OH)를 가지고 있어 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 가능함과 더불어 항균성, 항산화성을 가지기 때문에 의학적 응용분야에도 적용이 가능하며, 상기 필름이 자외선(Ultra Violet, UV) 영역의 광학흡수 특성이 있어 코팅된 물질을 자외선으로부터 보호할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

WO 2014/197940 A1

본 발명의 목적은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 기재에 분사하는 단계(단계 1);를 포함하는 나노스프레이 코팅방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 기재에 분사하는 단계(단계 1);를 포함하는 기재 표면에 친수성(Hydrophilicity)을 도입하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 기재에 분사하는 단계(단계 1);를 포함하는 기재 표면에 항균성(antibiosis)을 도입하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 및 란탄족금속이온 또는 전이금속이온의 착물이 코팅된 김 서림 방지용 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 및 란탄족금속이온 또는 전이금속이온의 착물이 표면에 코팅된 항균성 과일을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 기재에 분사하는 단계(단계 1);를 포함하는 나노스프레이 코팅방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 기재에 분사하는 단계(단계 1);를 포함하는 기재 표면에 친수성(Hydrophilicity)을 도입하는 방법을 제공한다.

나아가, 본 발명은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 기재에 분사하는 단계(단계 1);를 포함하는 기재 표면에 항균성(antibiosis)을 도입하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 및 란탄족금속이온 또는 전이금속이온의 착물이 코팅된 김 서림 방지용 렌즈를 제공한다.

나아가, 본 발명은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 및 란탄족금속이온 또는 전이금속이온의 착물이 표면에 코팅된 항균성 과일을 제공한다.

본 발명에 따른 나노스프레이 코팅방법은 갈레이트기를 포함하는 화합물, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염을 독립적인 스프레이에 도입하여 이를 코팅하고자 하는 대상에 순차적으로 분사하므로 코팅하려는 대상의 크기에 구애받지 않고 시료의 낭비 없이 균일한 코팅을 신속하게 수행할 수 있고, 상기 코팅방법으로 인하여 형성되는 유기물-금속이온 복합체 코팅은 하이드록시기(-OH)를 가지고 있어 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 가능함과 더불어 항균성, 항산화성을 가지기 때문에 의학적 응용분야에도 적용이 가능하며, 상기 필름이 자외선(Ultra Violet, UV) 영역의 광학흡수 특성이 있어 코팅된 물질을 자외선으로부터 보호할 뿐만 아니라 EDTA와 같은 킬레이트 시약(chelating agent)이나 수소이온농도지수(pH)에 민감하여 원하는 때에 코팅을 자유자재로 분해할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 코팅방법의 일례를 나타내는 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 코팅방법에 따라 금(Au) 기판의 코팅 전과 후의 주사전자현미경 사진을 나타내는 이미지이다.
도 3은 금(Au) 기판의 표면에 코팅된 코팅물질을 분석하기 위하여 FT-IR을 통해 분석한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 4는 다양한 종류의 기판을 코팅한 후 접촉각을 측정한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 코팅방법으로 표면이 코팅된 방울토마토에 식초 스프레이를 처리하는 경우 육안으로 관찰되는 접촉각 변화를 관찰한 이미지이다.
도 6은 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅에 생물학적 기능화가 용이한지 확인하기 위하여 실험한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 7은 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 김 서림 방지 효과를 평가하기 위하여 실험을 수행한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 8은 석영 셀에 타닌산-철이온 필름(5회 코팅)을 코팅한 후, UV-Vis 흡수 스펙트럼을 통해 관찰한 이미지이다.
도 9는 코팅 전후의 석영셀을 나타내는 이미지이다.
도 10은 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 항균효과를 평가하기 위하여 사과를 대상으로 본 발명에 따른 코팅을 5회 수행하고, 시간 경과에 따른 변화를 관찰한 이미지이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 하나 이상의 화학식

이하, 본 발명에 따른 나노스프레이 코팅방법을 단계별로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 나노스프레이 코팅방법에 있어서, 상기 단계 1은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 기재에 분사하는 단계이다.

이때, 상기 란탄족금속염의 란탄족금속이온 또는 전이금속염의 전이금속이온은 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)와 착물을 형성할 수 있다.

또한, 상기 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물은 갈레이트기를 포함하는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 타닌산(Tannic Acid, TA), 갈릭산(Gallic acid), 테아플라빈-3-갈레이트(Theaflavin-3-gallate), 에피갈로카테킨 갈레이트(Epigallocatechin gallate), 에피카테친 갈레이트(epicatechin gallate) 등을 사용할 수 있고, 가장 바람직하게는 타닌산(Tannic Acid, TA)을 사용할 수 있다.

나아가, 상기 란탄족금속염의 금속은 세륨(Ce), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb) 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 전이금속염의 금속은 알루미늄(Al), 바나듐(V), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 등을 사용할 수 있다.

나아가, 상기 란탄족금속염의 금속 또는 전이금속염의 금속과 염을 형성할 수 있는 음이온으로는 특별한 제한은 없으나, Cl^-, NO₃ ^2-, SO₄ ^2-, CH₃CO₂ ^-, PO₄ ^3- 등을 사용할 수 있다.

상기 나노스프레이 코팅을 수행할 때, 상기 스프레이는 압축공기를 이용한 스프레이(공기 유량 : 0.5 내지 15.0 L/min)를 사용하여 수행할 수 있다. 보다 구체적으로는, 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 제1스프레이와 제2스프레이에 각각 넣어 분사하며, 상기 제1스프레이와 제2스프레이는 동시에 분사하거나 순차적으로 분사할 수 있다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 화학식

이때, 상기 친수성은 갈레이트기에 존재하는 하이드록시기(-OH)에 의하여 발생하는 것을 특징으로 한다. 상기 방법으로 기재 표면에 하이드록시기로 인하여 친수성이 도입되면 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 가능할 뿐만 아니라 김 서리 방지의 효과까지 발생한다.

나아가, 본 발명은 하나 이상의 화학식

이때, 상기 항균성은 갈레이트기를 포함하는 화합물에 의하여 발생하는 것을 특징으로 한다. 상기 방법으로 기재 표면에 항균성이 도입되면 의학적 응용분야에 적용이 가능하다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 화학식

이때, 상기 김 서림 방지는 갈레이트기의 하이드록시기(-OH)에 의해 표면이 친수화되어 김이 서리지 않는 것을 특징으로 한다.

나아가, 본 발명은 하나 이상의 화학식

로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 및 란탄족금속이온 또는 전이금속이온의 착물이 표면에 코팅된 항균성(antibiosis) 과일을 제공한다.

이때, 상기 항균성은 갈레이트기를 포함하는 화합물에 의하여 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 나노스프레이 코팅방법과 이로 인하여 제조되는 표면이 나노 껍질로 코팅된 기재는 광 조사, 은 나노입자, 열 등의 외부 환경 자극으로부터 안정하게 보호되고, 필요에 따라 기재의 손상 없이 코팅이 분해되는 효과가 있다. 구체적으로, 타닌산(Tannic Acid, TA) 및 Fe^III 이온의 배위 착물을 사용하는 기질-독립적인(substrate-independent) 코팅(TA-Fe^III 껍질)은 높은 생체 적합성을 띄며 수초 이내에 빠르게 진행된다(도 1 참조).

도 1은 후술할 실험예 1에서 수행하는 본 발명에 따른 코팅방법을 나타내는 이미지이다.

이에, 본 발명에 따른 코팅방법에 따라 과일의 용이한 코팅이 가능한지 확인하기 위하여 실험을 수행한 결과, 본 발명에 따른 코팅방법의 코팅 반복횟수에 비례하여 코팅 두께가 증가하는 것으로 나타났다(실험예 1의 표 1 참조).

또한, 본 발명에 따른 코팅방법에 따라 금(Au) 기판의 용이한 코팅이 가능한지 확인하기 위하여 실험을 수행한 결과, 본 발명에 따른 코팅방법으로 금(Au)을 코팅할 시 균일한 코팅이 용이한 것으로 나타났다(실험예 2의 도 2 참조).

나아가, 상기 금(Au) 기판의 표면에 코팅된 코팅물질을 분석하기 위하여 FT-IR을 통해 분석한 결과, 타닌산-철이온 나노필름 스프레이코팅한 금 기판은 타닌산의 IR 결과와 유사한 것으로 나타났다(실험예 2의 도 3 참조).

또한, 코팅 전과 후의 접촉각을 측정하기 위하여 실험을 수행한 결과, 본 발명에 따른 코팅방법으로 코팅을 수행하면 갈레이트기를 포함하는 화합물에 존재하는 다수의 하이드록시기(-OH)로 인하여 친수성이 높아지므로 물에 대한 접촉각이 현저히 낮아지는 것으로 나타났다. 이로부터, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅은 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 용이할 것임을 알 수 있다(실험예 3의 도 4 참조)

나아가, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 분해성을 평가하기 위하여 실험을 수행한 결과, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅은 HCl 또는 식초에 의하여 용이하게 분해되므로, 원하는 때에 코팅을 자유자재로 분해할 수 있는 장점이 있음을 알 수 있다(실험예 4 및 실험예 5의 도 5 참조).

또한, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅에 생물학적 기능화가 용이한지 확인하기 위하여 실험을 수행한 결과, 타닌산-철이온 나노필름을 코팅하지 않은 시료의 경우 형광 염료를 붙인 BSA의 기능화가 유도되지 않은 것으로 나타났다. 반면, 본 발명에 따른 코팅방법으로 타닌산-철이온 나노필름을 코팅한 시료의 경우 형광 염료를 붙인 BSA의 기능화가 유도되어 형광이 관찰되는 것으로 나타났다. 이로부터, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅에 포함되는 갈레이트기를 포함하는 화합물이 하이드록시기(-OH)를 가지고 있으므로, 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 용이한 효과가 있음을 알 수 있다(실험예 6의 도 6 참조).

나아가, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 김 서림 방지(anti-fogging) 효과를 평가하기 위하여 안경의 오른쪽 렌즈에만 코팅을 형성하고 수증기 상태에 위치시켜 김 서림 현상을 관찰하였으며, 그 결과 본 발명에 따른 코팅방법으로 코팅한 렌즈는 수증기가 풍부한 환경에서도 김 서림이 효과적으로 방지되는 것으로 나타났다(실험예 7의 도 7 참조).

또한, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 자외선 차단효과를 평가하기 위하여 자외선 흡수실험은 석영 셀(Quartz cell, Hellma Analytics, Synthetic Quartz로 제작됨, Light path: 10 mm, Type No. 100.600-QG)을 사용하여 실험을 수행한 결과, UV-Vis 스펙트럼에서 타닌산-철이온 필름이 400 nm 미만의 UV 영역대의 빛을 흡수하는 것으로 나타났다. 최대흡수파장 300 nm 부근의 피크는 UV-B 영역으로 오존에서 흡수되지 못한 자외선이 인체에 피해를 주는 영역으로 알려져있다. 또한, 최대흡수파장 210 nm 부근의 피크는 UV-C 영역으로 오존에서 대부분 흡수되지만 만일 흡수되지 못한 자외선에 인체가 노출되면 치명적인 피해를 받는 영역이기 때문에 이들 결과를 접목한다면 타닌산-철이온 나노필름 코팅이 자외선으로부터의 코팅물질 보호가 가능함을 알 수 있다(실험예 8의 도 8 및 도 9 참조).

나아가, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 항균효과를 평가하기 위하여 사과를 대상으로 본 발명에 따른 코팅을 5회 수행하고, 시간 경과에 따른 변화를 관찰한 결과, 7일이 경과한 후 코팅을 수행하지 않은 사과는 사진과 같이 멍이 들고 물러졌으나 코팅을 한 사과는 단단하며 처음과 같은 상태를 유지하였다. 이로부터, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 타닌산-철 이온 나노필름은 항균효과가 우수함을 알 수 있다(실험예 9의 도 10 참조).

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.

< 실험예 1> 과일 코팅

본 발명에 따른 코팅방법에 따라 과일의 용이한 코팅이 가능한지 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.

타닌산 수용액(170.01 mg/10 ml DI, 10 mM) 및 FeCl₃ 수용액(27.02 mg/10 ml DI, 10 mM)을 각각 압축공기를 이용하는 스프레이 용기에 넣은 후 코팅 대상인 방울토마토로부터 약 10cm의 거리를 두고 동일한 속도(유속 10.5 L/분)로 동일한 시간(1초) 동안 순차적으로(타닌산→FeCl₃) 표면 위에 분사하였다(도 1).

상기 순차적인 분사는 총 6차례에 걸쳐 반복하여 분사하였으며, 분사를 반복할 때마다 타원해석기(Gaertner L116s ellipsometer, Gaertner Scientific Corportaion)를 통해 코팅된 층의 두께를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

코팅 반복횟수	두께(nm)
1	2.59
2	13.44
3	22.35
4	33.69
5	41.86
6	50.18

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅방법의 코팅 반복횟수에 비례하여 코팅 두께가 증가하는 것으로 나타났다.

< 실험예 2> 금(Au) 기판의 코팅 및 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)을 통한 코팅물질의 분석

본 발명에 따른 코팅방법에 따라 금(Au) 기판의 용이한 코팅이 가능한지 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.

먼저, 금 기판에 10 mM 타닌산 용액을 1초 도포하고 10 mM 염화철 용액을 1초 도포하고 증류수로 세척한 후 아르곤 가스로 블로잉(blowing) 하였다. 상기 과정을 5번 반복하여 5겹의 코팅을 형성하고, 이를 Pt 코팅한 후 SEM 이미지를 촬영하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2는 본 발명에 따른 코팅방법에 따라 금(Au) 기판의 코팅 전과 후의 주사전자현미경 사진을 나타내는 이미지이다.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅방법으로 금(Au)을 코팅할 시 균일한 코팅이 용이한 것으로 나타났다.

또한, 상기 금(Au) 기판의 표면에 코팅된 코팅물질을 분석하기 위하여 FT-IR을 통해 분석하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3은 금(Au) 기판의 표면에 코팅된 코팅물질을 분석하기 위하여 FT-IR을 통해 분석한 결과를 나타내는 이미지이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 타닌산-철이온 나노필름 스프레이코팅한 금 기판은 타닌산의 IR 결과와 유사한 것으로 나타났다. 보다 구체적으로 스펙트럼을 비교하면, 1000-1750 cm^-1에 해당하는 IR의 주요 부분(main region)에서 주요 피크(main peak)들이 겹치는 것으로 보아 타닌산이 스프레이 코팅으로 도포되었다는 것을 알 수 있다(빨간색 화살표 피크들이 겹치는 피크이다). 상기 스프레이 코팅된 타닌산-철이온 필름의 IR 스펙트럼은 Nexus FT-IR 분광 광도계(Thermo Nicolet)를 통해 얻었고, 타닌산의 IR 스펙트럼은 ZnSe ATR crystal을 탑재한 ALPHA FT-IR 분광계(Bruker Corporation)를 통해 얻었다.

< 실험예 3> 다양한 기판의 코팅 및 접촉각 평가

금(Au) 기판을 포함하여 다양한 종류의 기판의 코팅을 상기 실험예 2와 동일하게 수행하였으며, 코팅 전과 후의 접촉각을 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4는 다양한 종류의 기판을 코팅한 후 접촉각을 측정한 결과를 나타내는 이미지이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅방법으로 코팅을 수행하면 갈레이트기를 포함하는 화합물에 존재하는 다수의 하이드록시기(-OH)로 인하여 친수성이 높아지므로 물에 대한 접촉각이 현저히 낮아지는 것으로 나타났다. 이로부터, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅은 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 용이할 것임을 알 수 있다.

< 실험예 4> 코팅의 분해성 평가 1

본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 분해성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.

먼저, 타닌산 수용액(170.01 mg/10 ml DI, 10 mM) 및 FeCl₃ 수용액(27.02 mg/10 ml DI, 10 mM)을 각각 압축공기를 이용하는 스프레이 용기에 넣은 후 코팅 대상인 방울토마토로부터 약 10cm의 거리를 두고 동일한 속도(유속 10.5 L/분)로 동일한 시간(1초) 동안 순차적으로(타닌산→FeCl₃) 표면 위에 3번 반복하여 분사하였다. 이때, 코팅 두께를 타원해석기(Gaertner L116s ellipsometer, Gaertner Scientific Corportaion)를 통해 분석하였으며 그 결과 코팅된 두께는 25.24 nm인 것으로 나타났다.

이후, 상기 코팅된 방울토마토를 0.1M의 HCl에 2시간 30분 동안 담지하여 코팅의 분해를 유도한 후, 다시 타원해석기를 통해 코팅된 두께를 분석하였으며 그 결과 코팅된 두께가 7.44 nm인 것으로 나타났다. 또한, 코팅 분해를 유도한 후에도 방울토마토는 코팅의 수행하기 이전과 같이 온전한 상태로 유지되어 있음을 확인하였다.

이로부터, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅은 HCl에 의하여 용이하게 분해되므로, 원하는 때에 코팅을 자유자재로 분해할 수 있는 장점이 있음을 알 수 있다.

< 실험예 5> 코팅의 분해성 평가 2

본 발명에 따른 코팅방법으로 표면이 코팅된 방울토마토를 HCl에 담지하는 대신에 식초 스프레이를 처리하는 것을 제외하고, 상기 실험예 4와 동일한 방법으로 수행하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5는 본 발명에 따른 코팅방법으로 표면이 코팅된 방울토마토에 식초 스프레이를 처리하는 경우 육안으로 관찰되는 접촉각 변화를 관찰한 이미지이다.

도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅방법으로 표면이 코팅된 방울토마토에 식초 스프레이를 처리하는 경우 코팅이 용이하게 분해되므로 접촉각이 코팅을 수행하기 이전과 유사하게 높아지는 것으로 나타났다.

< 실험예 6> 생물학적 기능화 평가

본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅에 생물학적 기능화가 용이한지 확인하기 위하여 실험을 수행하였다.

먼저, 타닌산 수용액(170.01 mg/10 ml DI, 10 mM) 및 FeCl₃ 수용액(27.02 mg/10 ml DI, 10 mM)을 각각 압축공기를 이용하는 스프레이 용기에 넣은 후 코팅 대상인 PDMS(Polydimethylsiloxane) 패턴으로부터 약 10cm의 거리를 두고 동일한 속도(유속 10.5 L/분)로 동일한 시간(1초) 동안 순차적으로(타닌산→FeCl₃) 표면 위에 3번 반복하여 분사하였다.

이후, 형광 염료(Alexa 647)를 붙인 BSA(Bovine Serum Albumin)를 상기 PDMS 패턴에 스핀코팅한 후, 기판에 마이크로컨택프린팅(μcp)하여 단백질 고정화가 유도되었는지 평가하였다(원 직경 : 100 ㎛). 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6은 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅에 생물학적 기능화가 용이한지 확인하기 위하여 실험한 결과를 나타내는 이미지이다.

도 6에 나타난 바와 같이, 타닌산-철이온 나노필름을 코팅하지 않은 시료의 경우 형광 염료를 붙인 BSA의 기능화가 유도되지 않은 것으로 나타났다. 반면, 본 발명에 따른 코팅방법으로 타닌산-철이온 나노필름을 코팅한 시료의 경우 형광 염료를 붙인 BSA의 기능화가 유도되어 형광이 관찰되는 것으로 나타났다.

이로부터, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅에 포함되는 갈레이트기를 포함하는 화합물이 하이드록시기(-OH)를 가지고 있으므로, 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 용이한 효과가 있음을 알 수 있다.

< 실험예 7> 김 서림 방지(anti-fogging) 평가

본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 김 서림 방지(anti-fogging) 효과를 평가하기 위하여 안경의 오른쪽 렌즈에만 코팅을 형성하고 수증기 상태에 위치시켜 김 서림 현상을 관찰하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7은 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 김 서림 방지 효과를 평가하기 위하여 실험을 수행한 결과를 나타내는 이미지이다.

도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅방법으로 코팅한 렌즈는 수증기가 풍부한 환경에서도 김 서림이 효과적으로 방지되는 것으로 나타났다.

< 실험예 8> 자외선 차단효과 평가

본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 자외선 차단효과를 평가하기 위하여 자외선 흡수실험은 석영 셀(Quartz cell, Hellma Analytics, Synthetic Quartz로 제작됨, Light path: 10 mm, Type No. 100.600-QG)을 사용하여 실험을 수행하였다.

먼저, 석영 셀을 타닌산 및 철이온 스프레이 코팅을 통해 총 5차례의 코팅을 수행한 후, 자외선 분광계(UV-Vis Spectrometer, SHIMADZU, UV-2550)를 사용하여 UV-Vis 스펙트럼을 얻었다. 그 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.

도 8은 석영 셀에 타닌산-철이온 필름(5회 코팅)을 코팅한 후, UV-Vis 흡수 스펙트럼을 통해 관찰한 이미지이다.

도 9는 코팅 전후의 석영셀을 나타내는 이미지이다.

도 8 및 도 9에 나타난 바와 같이, UV-Vis 스펙트럼에서 타닌산-철이온 필름이 400 nm 미만의 UV 영역대의 빛을 흡수하는 것으로 나타났다. 최대흡수파장 300 nm 부근의 피크는 UV-B 영역으로 오존에서 흡수되지 못한 자외선이 인체에 피해를 주는 영역으로 알려져있다. 또한, 최대흡수파장 210 nm 부근의 피크는 UV-C 영역으로 오존에서 대부분 흡수되지만 만일 흡수되지 못한 자외선에 인체가 노출되면 치명적인 피해를 받는 영역이기 때문에 이들 결과를 접목한다면 타닌산-철이온 나노필름 코팅이 자외선으로부터의 코팅물질 보호가 가능함을 알 수 있다.

< 실험예 9> 항균효과 평가

본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 항균효과를 평가하기 위하여 사과를 대상으로 본 발명에 따른 코팅을 5회 수행하고, 시간 경과에 따른 변화를 관찰하였다. 그 결과를 도 10에 나타내었다.

도 10은 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅의 항균효과를 평가하기 위하여 사과를 대상으로 본 발명에 따른 코팅을 5회 수행하고, 시간 경과에 따른 변화를 관찰한 이미지이다.

도 10에 나타난 바와 같이, 7일이 경과한 후 코팅을 수행하지 않은 사과는 사진과 같이 멍이 들고 물러졌으나 코팅을 한 사과는 단단하며 처음과 같은 상태를 유지하였다. 이로부터, 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 타닌산-철 이온 나노필름은 항균효과가 우수함을 알 수 있다.

Claims

하나 이상의 화학식
로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 기재에 분사하는 단계(단계 1);를 포함하는 기재 표면에 친수성(Hydrophilicity)을 도입하는 방법에 있어서,
상기 친수성은 갈레이트기에 존재하는 하이드록시기(-OH)에 의하여 발생하고,

상기 분사는,
상기 하나 이상의 화학식
로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액을 제1스프레이에 넣고; 상기 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액은 제2스프레이에 넣어 동시에 분사하거나 순차적으로 분사하는 것을 특징으로 하는 기재 표면에 친수성(Hydrophilicity)을 도입하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 란탄족금속염의 란탄족금속이온 또는 전이금속염의 전이금속이온은 화학식
로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)와 착물을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 기재 표면에 친수성(Hydrophilicity)을 도입하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물은 타닌산(Tannic Acid, TA), 갈릭산(Gallic acid), 테아플라빈-3-갈레이트(Theaflavin-3-gallate), 에피갈로카테킨 갈레이트(Epigallocatechin gallate) 및 에피카테친 갈레이트(epicatechin gallate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 기재 표면에 친수성(Hydrophilicity)을 도입하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 란탄족금속염의 금속은 세륨(Ce), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd) 및 터븀(Tb)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이고; 및
상기 전이금속염의 금속은 알루미늄(Al), 바나듐(V), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 기재 표면에 친수성(Hydrophilicity)을 도입하는 방법.
삭제
하나 이상의 화학식
로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액을 기재에 분사하는 단계(단계 1);를 포함하는 기재 표면에 항균성(antibiosis)을 도입하는 방법에 있어서,
상기 항균성은 갈레이트기를 포함하는 화합물에 의하여 발생하고,

상기 분사는,
상기 하나 이상의 화학식
로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 수용액을 제1스프레이에 넣고; 상기 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액은 제2스프레이에 넣어 동시에 분사하거나 순차적으로 분사하는 것을 특징으로 하는 기재 표면에 항균성(antibiosis)을 도입하는 방법.
하나 이상의 화학식
로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 및 란탄족금속이온 또는 전이금속이온의 착물이 코팅된 김 서림 방지용 렌즈에 있어서,
상기 김 서림 방지는 갈레이트기의 하이드록시기(-OH)에 의해 표면이 친수화되어 김이 서리지 않는 것을 특징으로 하는 렌즈.
하나 이상의 화학식
로 표시되는 갈레이트기(Gallate group)를 포함하는 화합물 및 란탄족금속이온 또는 전이금속이온의 착물이 표면에 코팅된 항균성(antibiosis) 과일에 있어서,
상기 항균성은 갈레이트기를 포함하는 화합물에 의하여 발생하는 것을 특징으로 하는 과일.