KR101978828B1

KR101978828B1 - 바이오필름 제거용 조성물

Info

Publication number: KR101978828B1
Application number: KR1020160033415A
Authority: KR
Inventors: 임종현; 이정래; 이상민
Original assignee: 주식회사 엘지생활건강
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2019-05-15
Also published as: KR20170109377A

Abstract

본 발명은 바이오필름 제거용 조성물에 관한 것이다. 특히, 바이오필름의 표면을 침투하여 바이오필름을 제거할 수 있는 바이오필름 제거용 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명에 따른 바이오필름 제거용 조성물은 바이오필름 외벽의 분자 간 결합을 약하게 만들어 바이오필름을 경질 또는 연질 표면에서 떼어내는 효과가 탁월하여 바이오필름 제거 효과가 우수하다.

Description

바이오필름 제거용 조성물{Composition for removal of biofilm}

본 발명은 바이오필름 제거용 조성물에 관한 것이다. 특히, 경질 또는 연질의 표면에 부착되어 있는 바이오필름을 떼어내어 제거할 수 있는 바이오필름 제거용 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 세균이나 진균 등은 물체 표면에 부착하여 바이오필름이라는 집합체를 형성한다. 바이오필름의 점착성은 표면에 존재하는 고분자 매트릭스에서 유래한다. 고분자 매트릭스는 다당류와 단백질 등으로 구성되며, 다당류의 수산화기들 사이에 수소결합으로 인해 강하게 밀집되어 있다.

바이오필름은 구강, 피부, 주방, 욕실, 배관 등 다양한 공간에 존재하며, 한번 형성된 바이오필름은 쉽게 제거되지 않기 때문에 빠른 세균 증식의 원인이 된다. 바이오필름 형성은 표면 물질의 부식, 병원균에 의한 감염 등의 원인이 되며, 구강 내에서는 충치 등과 같은 구강 질환을 유발하기도 한다.

다당류의 수소결합으로 밀집되어 있는 바이오필름 외부 매트릭스는 항균제 등이 내부로 침투하는 것을 막아 항균제의 작용을 방해한다. 따라서, 바이오필름 제거를 위해 강산/강염기 처리 또는 물리적으로 직접 긁어 내는 방법 등을 필요로 한다. 하지만, 구강과 같은 인체 바이오필름은 위의 제거 방법을 사용하지 못한다. 또한, 생활에서 사용하는 제품은 안전성 등의 문제로 바이오필름을 제거할 수 있는 강한 화학 약품을 사용하지 못한다.

이에 따라서 바이오필름 제거에 있어서 인체에 보다 안전하고 효과적인 방법을 개발하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.

국제특허 출원번호 PCT-US2012-070949호와 일본특허 출원번호 제2013-158345호는 바이오 필름 제거와 성장 억제를 위한 이온성 액체를 포함한 조성물에 관하여 개시하고 있다. 친환경 소재인 이온성 액체를 통해 바이오필름을 제거하거나 성장을 억제할 수 있기 때문에 기존의 바이오필름 제거 방법보다 인체에 안전한 조성물이라는 장점이 있다. 특별히, 구강 관리용 제품에 이온성 액체를 포함하는 조성물을 활용하면 양치질로 닦여지지 않는 부분까지 관리가 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 실질적인 효과를 위해서는 총 중량 대비 10 중량% 수준의 높은 농도의 이온성 액체를 포함해야 하는 단점과 인체에 안전한 물질만으로 이온성 액체를 만들기 어렵다는 단점이 있다.

한편, 공융 용매(eutectic solvent)는 2종 이상의 물질이 함께 용융되어 녹는점이 낮아진 상태로 존재하는 물질로서 일반적으로 4가 암모늄염과 수소결합 제공물질(hydrogen bond donor)의 조합으로 이루어진다. 예를 들어 302℃의 녹는점을 가지는 염화 콜린(choline chloride)과 133℃의 녹는점을 가지는 요소(urea)가 1:2 비율로 섞여 있을 때 두 물질의 혼합물은 12℃의 녹는점을 가져 상온에서 액체로 존재한다.

현재, 인체에 안전한 물질로 이루어지는 특정한 조합의 공융 용매를 이용한 바이오필름 제거용 조성물에 대해서는 연구가 부족한 실정이다.

일본 특허 출원번호 제2013-158345호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 바이오필름 외벽의 분자 간 결합을 약하게 만들어 바이오필름을 경질 또는 연질 표면에서 떼어내는 효과가 탁월한 바이오필름 제거용 조성물을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 4급 암모늄 및 수소결합 제공물질을 포함하는 공융 용매(eutetic solvent)를 함유하는 바이오필름 제거용 조성물을 제공한다:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

R₁ 내지 R₃는 각각 독립적으로 탄소수가 1 내지 10인 알킬(alkyl), 탄소수가 6 내지 10인 아릴(aryl), 탄소수가 2 내지 10인 알케닐(alkenyl) 및 탄소수가 1 내지 10인 하이드록시알킬(hydroxyalkyl)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이다.

본 명세서에서 사용된 용어, "알킬(alkyl)"은 탄화수소기를 의미하며, 이는 정해진 탄소 원자 수를 가진 선형, 환상, 분지형 또는 이의 조합일 수 있다. 상기 알킬의 예로는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, t-부틸, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, 이소-아밀, 헥실, 옥틸, 노일 등을 포함한다. 또한, 하이드록시알킬은 수산기(하이드록시)가 포함된 알킬을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어, "아릴(aryl)"은 한개, 두개 또는 세개의 고리를 포함하는 카보 환상 방향족계를 의미하며, 여기서 이러한 고리는 펜던트(pendant) 방식으로 함께 부착될 수 있거나 융합될 수 있다. 용어 "아릴"은 방향족 라디칼을 포함하며, 예로서, 벤질, 페닐, 나프틸, 안트라세닐, 페난트릴, 인다닐, 인데닐, 아눌레닐, 아줄레닐, 테트라히드로나프틸 및 바이페닐 등이 있다.

본 명세서에서 사용된 용어, "알케닐(alkenyl)"은 이중 결합을 포함하는 알켄 화합물을 포함하는 치환기를 의미한다.

즉, 상기 화학식 1로 표시되는 4급 암모늄은 베타인(betaine)(N,N,N-트리메틸 글리신(N,N,N-trimethyl glycine)), N,N,N-트리에틸 글리신(N,N,N-triethyl glycine), N,N,N-트리프로필 글리신(N,N,N-tripropyl glycine), N,N,N-트리이소프로필 글리신(N,N,N-triisopropyl glycine), N-부틸-N,N-디메틸 글리신(N-butyl-N,N-dimethyl betaine), N-펜틸-N,N-디메틸 글리신(N-pentyl-N,N-dimethyl glycine), N-헥실-N,N-디메틸 글리신(N-hexyl-N,N-dimethyl glycine), N-헵틸-N,N-디메틸 글리신(N-heptyl-N,N-dimethyl glycine), N-옥틸-N,N-디메틸 글리신(N-octyl-N,N-dimethyl glycine), N-노닐-N,N-디메틸 글리신(N-nonyl-N,N-dimethyl glycine), N-데실-N,N-디메틸 글리신(N-decyl-N,N-dimethyl glycine) 또는 이들의 2 이상의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 4급 암모늄은 베타인(betaine)일 수 있다. 상기 베타인은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있으며, 베타인 무수물, 베타인 수화물, 또는 염산염이나 그 외 물에 용해시켰을 때 베타인을 유리할 수 있는 다른 종류의 염을 모두 포함할 수 있다. 상기 베타인은 공지된 방법에 의해 천연물로부터 추출된 것이나 합성된 것을 모두 사용할 수 있으며, 그 제조 방법이나 유래는 어떠한 것에 한정되지 않는다.

[화학식 2]

본 발명의 명세서에서 사용된 용어, "수소결합 제공물질"은 상기 4급 암모늄과 수소결합을 할 수 있는 화합물을 의미한다.

본 발명에서 상기 수소결합 제공물질은 예를 들어, 알코올 또는 카르복실산일 수 있으며, 바람직하게는 탄소수가 1 내지 10인 알코올, 예를 들어, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로판올(propanaol), 부탄올(butanol), 펜탄올(pentanol), 헥산올(hexanol), 헵탄올(heptanol), 옥탄올(octanol), 노난올(nonanol), 데칸올(decanol), 이소프로판올(isopropanol), 아밀알코올(amyl alcohol) 등을 포함하는 1가 알코올; 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 디프로필렌글리콜(dipropylene glycol), 부틸렌글리콜(butylene glycol), 펜틸렌글리콜(pentylene glycol), 헥실렌글리콜(hexylene glycol), 헵틸렌글리콜(heptylene glycol), 글리세롤(glycerol), 에리스리톨(erythritol), 자일리톨(xylitol), 만니톨(mannitol), 솔비톨(sorbitiol) 등을 포함하는 다가 알코올; 알릴 알코올(allyl alcohol), 게라니올(geraniol), 프로파길 알코올(propagyl alcohol), 시트로넬올(citronellol), 리나룰(linalool) 등을 포함하는 불포화 지방족 알코올; 이노시톨(inositol), 멘톨(menthol), 신나밀 알코올(cinnamayl alcohol), 벤질 알코올(benzyl alcohol), 유게놀(eugenol), 말톨(maltol) 등을 포함하는 고리형 알코올; 또는 이들의 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 탄소수가 1 내지 10인 다가 알코올, 불포화 지방족 알코올 또는 고리형 알코올, 예를 들어, 게라니올(geraniol), 시트로넬롤(citronellol), 신나밀 알코올(cinnamyl alcohol), 리나룰(linalool), 말톨(maltol), 벤질알코올(benzyl alcohol), 유게놀(eugenol), 에리스리톨(erythritol), 솔비톨(sorbitol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 디프로필렌글리콜(dipropylene glycol), 부틸렌글리콜(butylene glycol) 또는 헥실렌글리콜(hexylene glycol)일 수 있다.

특히, 본 발명자들은 다가 알코올인 에리스티톨과 솔비톨을 사용하여 현저히 우수한 바이오필름 제거 효과를 확인하였으며, 따라서, 다양한 수소결합 제공물질 중에서도 특히 바람직하게는 에리스리톨(erythritol) 및/또는 솔비톨(sorbitol)일 수 있다.

본 발명에서 4급 암모늄은 조성물 총 중량 대비 0.001 내지 80 중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 50 중량% 포함될 수 있다. 0.001 중량% 미만으로 포함되는 경우와 80 중량% 초과로 포함되는 경우에는 바이오필름 제거 효과가 나타나지 않거나 공융 용매가 형성되지 않을 수 있다는 문제가 있다.

본 발명에서 상기 수소결합 제공물질은 조성물 총 중량 대비 0.001 내지 80 중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 50 중량% 포함될 수 있다. 0.001 중량% 미만으로 포함되는 경우와 80 중량% 초과로 포함되는 경우에는 바이오필름 제거 효과가 나타나지 않거나 공융 용매가 형성되지 않을 수 있다는 문제가 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 4급 암모늄 및 수소결합 제공물질은 0.1 - 10 : 1 의 중량비로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.3 - 5 : 1 의 중량비로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.5 - 2.5 : 1 의 중량비로 포함될 수 있다. 본 발명자들은 상기 4급 암모늄 및 수소결합 제공물질을 약 2 : 1 의 중량비로 포함하는 공융용매를 이용하여 현저한 바이오필름 제거 효과를 확인하였다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 공융 용매는 조성물 총 중량 대비 0.002 내지 100 중량% 함유될 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 50 중량% 함유될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 10 중량% 함유될 수 있다. 상기 공융 용매가 0.002 중량% 미만 함유될 경우에는 유효한 바이오필름 제거 효과를 발휘할 수 없을 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 조성물은 상기 공융 용매만으로도 우수한 바이오필름의 제거 효과를 가지고 있으므로, 종래 사용되던 항균제(화학 살균제)를 대체 또는 보완할 수 있다는 특징이 있다.

본 발명에 따른 바이오필름 제거용 조성물은 어떠한 미생물이 형성하는 바이오필름인지에 대하여 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 스트렙토코커스(Streptococcus) 속, 포르피로모나스(Porphyromonas) 속, 프레보텔라(Prevotella) 속, 푸소박테리움(Fusobacterium) 속, 세라티아(Serratia) 속, 메틸로박테리움(Methylobacterium) 속, 슈도모나스(Pseudomonas) 속, 잔토모나스(Xanthomonas) 속, 코리네박테리움(Corynebacterium) 속 또는 바실러스(Bacillus) 속이 형성하는 바이오필름 제거용 조성물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans), 슈도모나스 애루기노사(Psedomonas aeruginosa), 포르피로모나스 진지발리스(Porphyromonas gingivalis), 프레보텔라 니그레센스(Prevotella nigrescens), 푸소박테리움 누클레아툼(Fusobacterium nucleatum) 또는 세라티아 마르체센스(Serratia marcescens)가 형성하는 바이오필름 제거용 조성물일 수 있다.

특히, 본 발명자들은 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)가 형성하는 바이오필름을 이용하여 본 발명에 따른 조성물의 우수한 바이오필름 제거 효과를 확인하여 가장 바람직하게는 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)가 형성하는 바이오필름 제거용 조성물일 수 있다.

본 발명자들은 상기 공융 용매를 함유하는 조성물이 경질 또는 연질의 표면에 부착되어 있는 바이오필름을 떼어내는 것을 발견하여 상기 공융 용매를 함유하는 조성물이 우수한 바이오필름의 제거 효과를 가지는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명에 따른 조성물은 생성된 바이오필름의 표면을 침투하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공융 용매의 조성물은 수용성이기 때문에, 바람직하게는 물에 희석하여 사용할 수 있다. 또한, 인체에 안전한 성분들로만 구성되어 있기 때문에 구강 케어용 제품에 활용하기 용이하다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 조성물은 항균제(화학 살균제)를 더 포함할 수 있으며, 상기 항균제는 바이오필름을 제거하기 위해 사용할 수 있는 항균제를 의미하며, 화학 항균제 및/또는 천연 항균제가 포함될 수 있다. 바람직하게는 예를 들어, 이소프로필메틸페놀(IPMP, Isopropylmethylphenol), 트리클로산(triclosan), 염화세틸피리디듐(Cetylpyridium chloride), 염화벤잘코늄(Benzalkonium chloride), 클로로헥시딘(chlorhexidine) 및 오플록사신(ofloxacin)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 화학 항균제일 수 있고, 상기 천연 항균제는 예를 들어, 후박 추출물, 계피 추출물, 정향 추출물, 유칼립투스 추출물, 마늘 추출물, 골든씰(goldenseal) 추출물, 겨자 추출물, 티트리(tea tree) 추출물, 타임(thyme) 추출물 및 오레가노(oregano) 추출물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 천연 살균제일 수 있다.

특히, 본 발명자들은 상기 항균제 중에서도 이소프로필메틸페놀(IPMP, Isopropylmethylphenol)을 본 발명에 따른 바이오필름 제거용 조성물에 더 포함하여 더욱 향상된 바이오필름 제거 효과를 확인하였다. 즉, 이소프로필메틸페놀을 단독으로 포함하는 조성물과 비교하여 본 발명에 따른 공융 용매를 포함하는 조성물의 우수한 바이오필름 제거 효과를 확인하였을 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 공융 용매를 포함하는 조성물에 항균제를 포함하는 경우 상승 효과를 실험적으로 확인하여 바이오필름을 효과적으로 제거할 수 있다.

상기 항균제는 조성물 총 중량 대비 0.001 내지 1 중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 1 중량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량% 포함될 수 있다. 0.001 중량% 미만으로 포함될 경우에는 우수한 항균효과 발휘가 어려울 수 있으며, 1 중량% 초과로 포함될 경우에는 인체 안정성에 문제가 될 수 있다.

본 발명에 따른 조성물은 항균제만을 이용하는 경우에는 바이오필름의 침투가 어려워 이미 생성된 바이오필름 제거 효과를 발휘하기 어려우나, 본 발명에 따른 공융 용매와 함께 상기 항균제를 첨가하여 바이오필름 내부로의 침투를 향상시켜 상기 항균제의 효능이 극대화될 수 있으며, 상기 항균제는 바이오필름 제거용 조성물의 효능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 상기 공융 용매를 함유하는 조성물은 보다 구체적으로 구강 내에 바이오필름을 형성하는 즉, 프라그 생성의 주 원인균, 바람직하게는 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)가 형성하는 바이오필름을 제거할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 조성물은 구내염 예방 또는 치료, 치은염 예방 또는 치료, 시린이의 예방 또는 치료, 구취 제거용, 또는 충치 예방 또는 치료의 용도로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 조성물은 통상적으로 구강 조성물의 제조에 사용되는 성분들로서 습윤제, 연마제, 약효제, 감미제, pH 조정제, 방부제, 결합제, 향료, 기포제 또는 물 등을 더 포함할 수 있으며, 그 함량은 당업계에서 통상적으로 사용되는 양을 사용할 수 있다.

상기 습윤제는 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나 농글리세린, 글리세린, 솔비톨수용액, 비결정성 솔비톨수용액, 폴리에틸렌글리콜류 또는 프로필렌글리콜을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 연마제로는 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나 침강실리카, 실리카겔, 지르코늄실리케이트, 인산일수소칼슘, 무수인산일수소칼슘, 함수알루미나, 경질탄산칼슘, 중질탄산칼슘, 칼슘피로인산염, 불용성메타인산염 또는 알루미늄실리케이트를 사용할 수 있다.

상기 약효제는 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나 불화나트륨, 일불소인산나트륨, 불화나트륨, 불화주석, 클로로헥시딘, 알란토인 클로로히드록시알루미네이트, 아미노카프론산, 염화아연, 염산피리독신, 초산토코페롤, 또는 효소류 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 감미제로는 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나 사카린나트륨, 자일리톨, 에리스리톨, 또는 아스파탐 등을 사용할 수 있다.

상기 pH 조정제로는 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나 인산나트륨, 인산이나트륨, 구연산, 또는 트리에탄올아민 등을 사용할 수 있다.

상기 방부제로는 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나 안식향산, 메틸파라벤, 프로필파라벤, 또는 안식향산나트륨 등을 사용할 수 있다.

상기 결합제로는 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나 카르복시메틸셀룰로오스나트륨, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 구아검, 펙틴, 폴리비닐피롤리돈, 카르복시비닐폴리머, 알긴산나트륨, 라포나이트, 카보머, 카라기난, 잔탄검, 또는 알지네이트류 등을 사용할 수 있다.

상기 기포제로는 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나 음이온성 계면활성제인 알킬 황산나트륨 및 라우릴 황산나트륨, 비이온성 계면활성제인 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌의 공중합체(폴록사머), 폴리옥시에틸렌경화피마자유 또는 폴리옥시에틸렌솔비탄 지방산에스테르 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 조성물은 기타 첨가제로서 덱스타라나제 등의 효소류를 사용 할 수도 있다.

본 발명의 조성물은 그밖에 잔량의 물, 바람직하게 정제수를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 또 다른 일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 상기 공융 용매를 포함하는 조성물은 물때 제거용 조성물로 사용할 수 있다. 상기 물때는 치과용품, 주방용품, 욕실용품, 정수기, 상하수도 배관 또는 세탁기의 세탁조 등의 부위에 생길 수 있으며, 이러한 물때는 예를 들어, 세라티아 마르체센스(Serratia marcescens), 메틸로박테리움(Methylobacterium) 속, 슈도모나스(Pseudomonas) 속, 잔토모나스(Xanthomonas) 속, 코리네박테리움(Corynebacterium) 속 또는 바실러스(Bacillus) 속 등의 세균이 공기 중에 떠다니다가 번식하여 바이오필름을 형성한 결과 생길 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 조성물은 이러한 균에 의한 바이오필름을 제거하여 물때를 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 물때 제거용 조성물은 통상적으로 당업계에서 사용될 수 있는 통상적인 물질들을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 바이오필름 제거용 조성물을 생물체 또는 비생물체의 표면에 처리하는 단계를 포함하는 바이오필름의 제거 방법, 바람직하게는 화학식 1로 표시되는 4급 암모늄 및 수소결합 제공물질을 포함하는 공융 용매(eutectic solvent)를 함유하는 조성물을 처리하여 바이오필름을 제거하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 조성물을 포함하는 바이오필름 제거용 제품을 제공한다. 상기 제품은 바이오필름을 제거하기 위한 용도의 제품이라면 어느 제품에 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 상기 조성물을 포함하는 구강용 제품일 수 있다.

상기 구강용 제품은 구강 건강을 위해 제조, 시판되는 제품들을 모두 포함할 수 있으며, 적용되는 구강용 제품에는 제한이 없다. 예를 들어, 상기 구강용 제품으로는 치약, 구강 스프레이, 구강 세정제, 구강용 연고, 구강 청정제, 가글링 제품, 껌 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 구강용 제품은 액상, 고상, 현탁액, 젤상, 에어로졸 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 바이오필름 제거용 조성물은 바이오필름 외벽의 분자 간 결합을 약하게 만들어 바이오필름을 경질 또는 연질 표면에서 떼어내는 효과가 탁월하여 바이오필름 제거 효과가 우수하다.

도 1은 본 발명에 따른 공융 용매 및 각 구성 성분들의 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거 능력을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 공융 용매의 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거 능력에 바이오필름 성숙도가 미치는 영향을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 공융 용매의 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거 능력을 흡광도 분석을 통해 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 공융 용매의 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거 능력을 전자주사현미경(scanning electron microscope)으로 분석한 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 공융 용매의 농도가 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거 능력에 미치는 영향을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 공융 용매와 항균제(IPMP)가 함께 존재할 때 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거 능력을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 공융 용매의 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 유래 불용성 글루칸(glucan) 용해 능력을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

1. 실시예 및 비교예 조성물의 제조

본 발명자들은 본 발명에 따른 공융 용매가 바이오필름 제거에 미치는 영향을 평가하기 위하여 염화 콜린, 베타인, 게라니올(geraniol), 시트로넬올(citronellol), 신나밀 알코올(cinnamyl alcohol), 리나룰(linalool), 말톨(maltol), 벤질알코올(benzyl alcohol), 유게놀(eugenol), 에리스리톨(erythritol), 자일리톨(xylitol), 솔비톨(sorbitol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 부틸렌 글리콜(butylene glycol), 헥실렌 글리콜(hexylene glycol) 중 2종 이상으로 조합된 공융 용매들을 이용하여 바이오필름 제거력을 1차 평가하였다.

그 중에서도 우수한 바이오필름 제거력을 나타낸 베타인 및 솔비톨(sorbitol) 조합과 베타인 및 에리스리톨(erythritol) 조합에 대한 실시예를 하기 표 1에서 제시한다.

* IPMP: 이소프로필메틸페놀(isopropylmethylphenol)

(단위:중량%)	비교예					실시예
(단위:중량%)	1	2	3	4	5	1	2	3
정제수	100	99.9	99.9	99.9	99.9	99.9	99.9	99.8
IPMP	-	0.1	-	-	-	-	-	0.1
베타인	-	-	0.1	-	-	0.066	0.066	0.066
솔비톨	-	-	-	0.1	-	0.034	-	-
에리스리톨	-	-	-	-	0.1	-	0.034	0.034

2. 바이오필름 모델의 제조

본 발명자들은 공융 용매의 바이오필름 제거 효능을 평가하기 위한 바이오필름 모델을 제조하였다. 보다 상세하게는, 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 균을 BHI 액체 배지에서 OD₆₀₀ 값이 1.0이 되도록 배양하였다. 배양한 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)균은 1% 수크로오스(sucrose)를 함유한 BHI 액체 배지에 1:10 비율로 희석한 후, 폴리스티렌 재질의 웰 플레이트(well plate)에 옮겼다. 이후 24시간 동안 37℃에서 추가 배양하여 바이오필름 모델을 제조하였다.

3. 실험예 1 - 바이오필름 제거 능력 확인

본 발명자들은 평가에 이용한 비교예 및 실시예 조성물을, 상기 방법으로 제조한 바이오필름에 10분간 접촉하도록 처리하였다. 이후 정제수로 씻어준 후 깨끗한 배지로 다시 채워주고, 생존한 미생물을 정량적으로 측정하기 위하여 알라마르 블루(Alamar blue) 시약을 1시간 처리한 후 형광 분석을 하였다.

스트렙토코커스 뮤탄스 ( Streptococcus mutans ) 바이오필름 제거 능력

공융 용매 및 각 구성성분에 의한 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거 평가 결과를 도 1에 나타내었다.

그 결과, 0.066 중량%의 베타인과 0.034 중량%의 솔비톨 혹은 에리스리톨 혼합 조성물(실시예 1, 2)이 현저한 바이오필름 제거력을 가지는 것을 확인하였다. 이는 일반적인 항균제인 IPMP(비교예 2)보다 우수한 바이오필름 제거력이다. 또한 베타인, 솔비톨, 에리스리톨 각 구성 성분만으로는 바이오필름 제거력을 가지지 못하는 것을 확인하였다.(비교예 3 내지 5)

4. 실험예 2 - 바이오필름 성숙도에 따른 공융 용매 효능

바이오필름 성숙도에 따른 공융 용매의 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거 능력 평가 결과를 도 2에 나타내었다.

그 결과, 공융 용매(실시예 1, 2)의 경우 바이오필름 생성 전, 즉 부유균에 대한 살균 능력은 지니지 못하였다. 그러나 미생물이 표면에 부착된 상태에서는 바이오필름을 높은 효율로 제거하였고, 바이오필름이 완전히 성숙한 상태에서도 일정 수준 이상으로 바이오필름을 제거하였다. 이에 반해 일반 항균제(비교예 2)의 경우 바이오필름 생성 전, 즉 부유균에 대한 살균 능력은 매우 우수하나 바이오필름이 생성되면 제거력을 지니지 못하였다. 이는 항균제가 다당류로 구성된 바이오필름 외벽을 침투하지 못하기 때문인 것으로 판단되었다.

이와 같이, 공융 용매의 바이오필름 제거 능력은 일반 항균제와 전혀 다른 양상을 나타내며, 공융 용매가 바이오필름 내부 미생물을 살균하는 것이 아니라 경질 또는 연질 표면으로부터 미생물을 떼어내는 방식으로 바이오필름을 제거한다는 것을 확인하였다.

5. 실험예 3 - 공융 용매의 바이오필름 제거 방식

본 발명자들은 공융 용매가 바이오필름을 기질 표면에서 떼어내는 작용을 한다는 것을 검증하기 위하여 공융 용매 처리 후 흡광도 분석을 통해 평가한 바이오필름 제거 능력을 도 3에 나타내었다.

또한, 공융 용매 처리 후 기질 표면에 잔존한 미생물의 이미지를 전자주사현미경을 이용하여 촬영하였고, 이를 도 4에 나타내었다.

흡광도 분석을 통한 스트렙토코커스 뮤탄스 ( Streptococcus mutans ) 바이오필름 제거 능력 평가

스트렙토코커스 뮤탄스 균의 경우 UV 영역 파장의 빛을 흡수하는 특징이 있어 표면에 잔존한 미생물을 확인하기 위해 300 nm 파장에서의 흡광도를 측정하였다. 그 결과, 흡광도 분석을 통해 측정한 공융 용매의 바이오필름 제거 능력이 앞서 알라마르 블루 시약을 통해 평가한 바이오필름 제거 능력과 동일한 수준임을 확인하였다. 알라마르 블루 시약을 통한 평가법은 생존한 미생물의 양을 측정하는 방식이고, 흡광도 분석 평가법은 생존 여부에 관계없이 기질 표면에 남아있는 미생물의 양을 측정하는 방식이기 때문에 도 3의 결과는 공융 용매가 바이오필름에 침투하여 살균하는 것이 아니라 바이오필름을 기질 표면에서부터 떼어내는 작용을 한다는 것을 의미한다.

전자주사현미경 이미지 분석을 통한 스트렙토코커스 뮤탄스 ( Streptococcus mutans ) 바이오필름 제거 능력 평가

공융 용매 처리 후 기질 표면을 확인하기 위해 전자주사현미경을 이용하여 이미지 촬영을 하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

공융 용매를 바이오필름에 처리하였을 때 기질 표면의 미생물이 줄어들었음을 확인할 수 있었다. 물(비교예 1)과 접촉한 바이오필름의 경우 미생물들이 강하게 밀집되어 있는 반면에 공융 용매(실시예 1, 2)와 접촉한 바이오필름은 미생물들 간의 흡착이 줄어들었고, 표면에 잔존한 미생물도 줄어들었다. 이를 통해 공융 용매가 표면에 부착되어 있는 미생물을 떼어내는 작용을 한다는 것을 확인할 수 있다.

6. 실험예 4 - 공융 용매 농도에 따른 바이오필름 제거 능력

본 발명자들은 공융 용매 농도에 따른 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거 능력을 평가한 결과를 도 5에 나타내었다.

그 결과, 공융 용매의 농도가 증가할수록 바이오필름 제거력이 증가한다는 것을 확인하였다. 또한, 베타인, 에리스리톨 조합의 공융 용매와 베타인, 솔비톨 조합의 공융 용매의 바이오필름 제거력을 비교 시 공융 용매가 높은 농도일 때 두 공융 용매의 바이오필름 제거력은 큰 차이가 없으나 낮은 농도일 때는 베타인, 에리스리톨 조합의 공융 용매가 더 우수한 바이오필름 제거력을 지님을 알 수 있다.

7. 실험예 5 - 공융 용매와 화학 항균제의 시너지 효과

본 발명자들은 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름 제거에 공융 용매와 화학 항균제가 함께 사용될 때 보이는 시너지 효과를 도 6에 나타내었다.

그 결과, 화학 항균제(비교예 2) 자체로는 바이오필름 제거력을 지니지 못하나, 공융 용매와 함께 사용될 때(실시예 3) 공융 용매의 바이오필름 제거력을 20% 정도 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 공융 용매가 바이오필름을 떼어내는 작용을 함과 동시에 화학 항균제가 바이오필름 내부로 침투할 수 있도록 만드는 작용도 함께 하는 것을 알 수 있다.

8. 실험예 6 - 공융 용매의 바이오필름 제거 원리

본 발명자들은 공융 용매가 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름을 제거하는 원리를 확인하기 위해 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 바이오필름으로부터 불용성 글루칸을 분리하였고, 이에 대한 용해도를 평가하였다. 공융 용매와 1 중량% 불용성 글루칸을 혼합한 후 550 nm 파장에서의 흡광도를 측정하여 혼탁도를 측정하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

불용성 글루칸이 베타인과 혼합되었을 때(비교예 3) 혼탁도 감소가 없었고, 에리스리톨과 혼합되었을 때(비교예 5) 혼탁도가 약간 감소하였다. 이에 반해 베타인, 에리스리톨 조합의 공융 용매와 혼합되었을 때(실시예 2) 불용성 글루칸 용액의 혼탁도가 크게 감소한 것으로 보아 공융 용매가 바이오필름 외벽이 뭉쳐지는 주 원인인 다당류 간 결합력을 약하게 하는 방식으로 불용성 글루칸의 용해도를 향상시킨다는 것을 유추할 수 있다.

즉, 공융 용매가 바이오필름 외벽 구성성분들의 분자 간 결합을 깨뜨려, 불용성 글루칸의 용해도가 향상되고, 기질 표면으로부터 바이오필름이 떨어지고, 화학 항균제의 침투가 증가한다는 것을 확인하였다.

Claims

4급 암모늄 및 수소결합 제공물질을 포함하는 공융 용매(eutetic solvent)를 함유하는 바이오필름 제거용 조성물로서,
상기 4급 암모늄은 베타인(betaine)(N,N,N-트리메틸 글리신(N,N,N-trimethyl glycine)), N,N,N-트리에틸 글리신(N,N,N-triethyl glycine), N,N,N-트리프로필 글리신(N,N,N-tripropyl glycine), N,N,N-트리이소프로필 글리신(N,N,N-triisopropyl glycine), N-부틸-N,N-디메틸 글리신(N-butyl-N,N-dimethyl betaine), N-펜틸-N,N-디메틸 글리신(N-pentyl-N,N-dimethyl glycine), N-헥실-N,N-디메틸 글리신(N-hexyl-N,N-dimethyl glycine), N-헵틸-N,N-디메틸 글리신(N-heptyl-N,N-dimethyl glycine), N-옥틸-N,N-디메틸 글리신(N-octyl-N,N-dimethyl glycine), N-노닐-N,N-디메틸 글리신(N-nonyl-N,N-dimethyl glycine), N-데실-N,N-디메틸 글리신(N-decyl-N,N-dimethyl glycine) 또는 이들의 2 이상의 혼합물이고,
상기 수소결합 제공물질은 탄소수가 1 내지 10인 알코올, 다가 알코올, 불포화 지방족 알코올 및 고리형 알코올로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 4급 암모늄은 베타인(betaine)인 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 수소결합 제공물질은 게라니올(geraniol), 시트로넬올(citronellol), 신나밀 알코올(cinnamyl alcohol), 리나룰(linalool), 말톨(maltol), 벤질알코올(benzyl alcohol), 유게놀(eugenol), 에리스리톨(erythritol), 자일리톨(xylitol), 솔비톨(sorbitol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 부틸렌 글리콜(butylene glycol), 헥실렌 글리콜(hexylene glycol) 또는 이들의 2 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 수소결합 제공물질은 솔비톨(sorbitol), 에리스리톨(erythritol) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 4급 암모늄은 조성물 총 중량 대비 0.001 내지 80 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 수소결합 제공물질은 조성물 총 중량 대비 0.001 내지 80 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 4급 암모늄 및 수소결합 제공물질은 0.5 - 2.5 : 1 의 중량비(4급 암모늄 : 수소결합 제공물질)로 포함되는 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 공융 용매는 조성물 총 중량 대비 0.002 내지 100 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항, 및 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성물은 생성된 바이오필름의 표면을 침투하는 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제4항에 있어서,
상기 조성물은 항균제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제11항에 있어서,
상기 항균제는 이소프로필메틸페놀(IPMP, Isopropylmethylphenol), 트리클로산(triclosan), 염화세틸피리디듐(Cetylpyridium chloride), 염화벤잘코늄(Benzalkonium chloride), 클로로헥시딘(chlorhexidine) 및 오플록사신(ofloxacin)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 항균제인 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제11항에 있어서,
상기 항균제는 조성물 총 중량 대비 0.001 내지 1 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제11항에 있어서,
상기 항균제는 바이오필름 제거용 조성물의 효능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 바이오필름은 스트렙토코커스(Streptococcus) 속, 포르피로모나스(Porphyromonas) 속, 프레보텔라(Prevotella) 속, 푸소박테리움(Fusobacterium) 속, 세라티아(Serratia) 속, 메틸로박테리움(Methylobacterium) 속, 잔토모나스(Xanthomonas) 속, 코리네박테리움(Corynebacterium) 속 또는 바실러스(Bacillus) 속이 형성하는 바이오필름인 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 바이오필름은 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)가 형성하는 바이오필름인 것을 특징으로 하는 바이오필름 제거용 조성물.
제1항, 제3항 내지 제9항, 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 바이오필름 제거용 조성물을 생물체 또는 비생물체의 표면에 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오필름의 제거 방법.
제1항, 제3항 내지 제9항, 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 바이오필름 제거용 조성물을 포함하는 바이오필름 제거용 제품.