KR102312508B1 - 항균성 키토산-폴리우레탄 나노섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 설파디아진은(silver sulfadiazine)을 포함하는 키토산-폴리우레탄 나노섬유에 관한 것이다.

Description

항균성 키토산-폴리우레탄 나노섬유{Antibacterial chitosan-polyurethane nanofiber}
본 발명은 설파디아진은(silver sulfadiazine)을 포함하는 키토산-폴리우레탄 나노섬유에 관한 것이다.
드레싱(dressing)은 화상이나 창상, 욕창 및 외상에 의한 피부결손 부위인 상처면을 피복하여 치유속도를 향상시키기 위해 사용되는 방법이다. 드레싱 방법에 있어서 거즈 등을 이용하여 상처면을 건조시켜 가피(딱지)가 형성되게 하는 건조드레싱(dry dressing) 방법이 일반화되어 있었으나, 1962년 Winter에 의한 돼지 창상의 상피형성 속도가 습윤 환경이 건조 환경에 비해 2배 이상 빠르다는 발표 이후 습윤 드레싱(wet dressing)이 개발, 출시되고 상처의 처치 방법도 다양하게 전개되고 있는 실정이다.
습윤 드레싱 재료에 요구되는 조건으로는 상피세포가 원활하게 상처면을 유주 전개할 수 있는 습윤 환경 조성, 습윤 환경시 균의 증식이 빠르기 때문에 외부로부터 세균 침입방지 및 증식을 억제할 수 있는 감염방지, 외부의 물리적 충격에 따른 손상을 방지할 수 있는 보호 작용 등이 있다.
한편, 최근 발표에 의하면, 각종 항생제의 오남용에 따른 세균의 내성이 매우 심각한 상태로 문제가 되고 있다. 그 대표적인 예로써 MRSA (Methicillin Resistant Straphylococcus Aureus, 메티실린 내성 황색포도상 구균)나 VRE(Vancomycine-resistant enterococcus) 등은 항생제에 내성이 있는 병원성 세균으로서 대부분 피부감염 형태로 나타나는데, 수술환자나 노약자, 면역시스템이 약한 사람의 경우 혈류감염, 뼈 감염, 폐렴, 뇌막염 등으로 발전하게 되면 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 인구의 1/3 이상이 피부나 코 점막 등에 포도상구균 등의 박테리아를 갖고 있으며, 이러한 균은 타인에게 전염성이 있으므로, 화상이나 창상, 외상 등에 의한 상처를 입은 경우, 그러한 균에 감염될 가능성이 높다. 그런데, 이러한 균이 항생제에 내성이 있다면 상처 치료에 상당한 문제점을 야기할 수 있다.
이와 관련하여, 넓은 범위의 항균, 항진균 효과를 제공하는 은(silver, Ag)을 이용한 드레싱재 제품이 개발되어 왔다. 은(silver)은 특히, 나노크기의 입자일 경우 세균 및 바이러스균에 대한 항균작용이 더욱 뛰어나며, 항알레르기, 환경호르몬 저해에 대한 탁월한 효과를 발휘한다. 뿐만 아니라 은 나노입자는 인체에 특별한 부작용을 나타내지 않는 물질로도 알려져 있다. 콜로이드 형태의 은 나노입자는 세균 및 바이러스균의 세포속 침투가 용이하여, 효소작용을 정지시키거나, 세포벽 파괴, 균의 신진대사를 저해시킴으로써, 각종 세균 및 바이러스, 알레르기성 질환균에 대한 멸균작용을 발휘한다. 수용액 상태의 콜로이드 은은 FDA의 승인을 받은 항생제로서, 실제 임상에서 솜이나 붕대 등에 사용이 되는데, 이는 화상, 감염, 염증, 기타 미생물 감염에 있어서 은의 효능이 이미 과학적으로 입증되었기 때문이다.
종래 이러한 은 나노입자의 특성을 이용하여 항균성 나노소재 또는 섬유 등을 제조한 기술들이 제공되어 왔다. 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0003233호는, 나노은을 거즈에 접착하기 위하여, 수용성 녹말 또는 에틸렌-초산비닐 공중합체와 점착성 부여수지 및 왁스를 주성분으로 하는 3성분계 핫멜트형을 사용한 공정에 대해 개시하고 있다. 또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0075905호는 20~70nm 크기의 은입자를 해도형 복합섬유의 도성분에 분산시켜 화학적으로 용출시킨 후 섬유표면에 은 입자를 존재하게 하여 항균기능성의 복합섬유를 제공하는 방법에 대해 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 설파디아진은(silver sulfadiazine)을 포함하는 키토산-폴리우레탄 나노섬유 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 설파디아진은(silver sulfadiazine)을 포함하는 키토산-폴리우레탄 나노섬유를 제공한다.
본 발명의 설파디아진은(silver sulfadiazine)을 포함하는 키토산-폴리우레탄 나노섬유는 항균성을 나타낸다.
본 발명에서 상기 설파디아진은(silver sulfadiazine)은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 의미한다:
[화학식 1]
Figure 112015060560647-pat00001
상기 설파디아진은은 한국 식약처 승인 적응증으로 2-3도 화상, 각종 피부궤양(욕창, 다리궤양, 방사선궤양, 당뇨병성괴저, 피부상처 등)으로 인한 다음 병원균의 감염증 : 녹농균, 엔테로박터속, 클레브시엘라속, 포도구균속, 용혈성연쇄구균, 칸디다속, FDA 승인 적응증으로 화상의 효능, 효과를 가지는 화합물로서, 항균성이 우수한 것으로 알려져 있다.
본 발명의 설파디아진, 키토산 또는 폴리우레탄은 상업적으로 구매하여 사용하거나, 또한 공지된 방법으로 당업자가 합성하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 상기 나노섬유는 전기방사에 의해 제조된다. 예시적으로 본 발명의 상기 나노섬유는 키토산, 폴리우레탄 및 설파디아진은(silver sulfadiazine)의 혼합물을 제조하는 단계 및 상기 혼합물을 전기방사하는 단계로 제조될 수 있다(도 1).
본 발명에서 전기방사는 이 분야에서 공지된 방법으로 실시될 수 있으며, 예를 들면, 방사용액을 공급 장치를 이용하여 전기방사 노즐에 연결하고, 노즐과 집전체 사이에 고전압 발생장치를 이용하여 고전계(高電界, 10kV~100kV)를 형성시켜 실시한다. 전계의 크기는 노즐과 집전체 사이의 거리와 관계가 있으며, 전기방사를 용이하게 하기 위하여 이들 사이의 관계를 조합하여 사용한다. 이 때, 사용되는 전기방사장치로는 당업계에서 통상 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 일렉트로-브로운법이나 원심전기방사 방법 등을 사용할 수도 있다.
구체적인 일 실시예에서, 키토산을 TFA/DCM의 혼합 용매에 용해시키고, 폴리우레탄을 상기 용액에 가하였다. 이어서, 설파디아진은을 가하여 키토산, 폴리우레탄 및 설파디아진은을 함유하는 혼합물을 제조한 후, 이를 전기방사하여 나노섬유를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 키토산 및 폴리우레탄 나노섬유는 생체적합성이다. 본 발명에서 생체적합성이란 바람직하게는 완전한 흡수 후 제거될 필요가 없거나, 또는 인체와 특히 잘 양립가능함을 의미하는 것으로, 본 발명의 키토산 및 폴리우레탄 나노섬유는 면역 반응을 유도하지 않거나 적게 유도하거나, 또는 특정 세포 타입 또는 조직과 통합가능하다.
또한, 본 발명의 키토산 및 폴리우레탄 나노섬유는 기계적 강도가 우수하며, 항균성이 뛰어나다.
본 발명에서 항균(antimicrobial)이란 세균(bacteria), 진균(fungi) 등의 병원성 미생물의 성장을 저해하는 것 뿐만아니라 이의 생존을 저해하여 살균하는 것을 포함한다. 본 발명의 설파디아진은을 포함하는 키토산 및 폴리우레탄 나노섬유는 생활환경 주변의 모든 병원성 미생물을 항균 처리할 수 있으며, 이러한 병원성 미생물로는, 칸디다(Candida), 크립토코쿠스(Cryptococcus), 아스퍼질러스(Aspergillus), 트리코파이톤(Trichophyton), 트리코모나스(Trichomonas), 케토미움(Chaetomium), 글리오클라디움(Gliocladium), 아우레오바시디움(Aureobasidium), 페니실리움(Penicillium), 라이조푸스(Rhizopus), 클라도스포륨(Cladosporium), 뮤코(Mucor), 풀루라리아(Pullularia), 트리코데르마(Trichoderma), 푸사륨(Fusarium), 미로테슘(Myrothecium), 멤노니엘라(Memnoniella) 등의 진균과, 에스체리시아(Escherichia), 바실러스(Bacillus), 슈도모나스(Pseudomonas), 케토니움(Chetonium), 스타필로코커스(Staphylococcus), 클렙시엘라(Klebsiella) 레지오넬라(Legionella), 살모렐라(Salmonella), 비브리오(Vibrio), 리케치아(Rickettsia) 등의 세균을 예시할 수 있으며, 이들 미생물로 제한되지 않는다.
바람직하게, 본 발명의 설파디아진은을 포함하는 키토산-폴리우레탄 나노섬유는 P. aeruginosa, S. aureus 및 메티실린-저항성 S. aureus에 항균성이다.
구체적인 일 실시예에서, 키토산 및 폴리우레탄을 포함하는 나노섬유의 형태를 키토산 단독 나노섬유와 SEM으로 비교하였고, 그 결과, 폴리우레탄을 함께 포함하는 나노섬유가 더 평평하고, 균일한 직경을 가지는 좋은 형태를 나타내는 것이 확인되었다.
또한, 구체적인 일 실시예에서 키토산 및 폴리우레탄을 포함하는 나노섬유는 우수한 탄력성과 신장률을 나타내었고, 기계적 물성이 보다 개선되었다.
또한, 구체적인 일 실시예에서, 설파디아진은이 없는 키토산 및 폴리우레탄을 포함하는 섬유 시트 자체에는 박테리아 성장 억제 효과가 없었으나, 설파디아진은을 포함하는 키토산 및 폴리우레탄 나노섬유 시트에서는 우수한 박테리아 성장 억제효과가 있음이 확인되었다.
이와 같이 본 발명의 나노섬유는 설파디아진은의 포함으로 광범위한 항균력을 가지면서, 동시에 키토산-폴리우레탄을 함께 포함하여 우수한 기계적 강도를 나타내어 상처 표면에 견고하게 고정될 수 있으므로, 상처 치유를 위한 최적의 항균성 상처 드레싱용 재료로 활용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 나노섬유를 포함하는 항균용 상처드레싱용 재료를 제공한다. 바람직하게, 본 발명의 항균용 상처드레싱용 재료는 필름(film), 시트(sheet), 부직포, 폼, 로프, 펠렛(pellet), 분말, 직물 등으로 제조될 수 있다.
본 발명의 설파디아진은을 포함하는 키토산-폴리우레탄 나노섬유는 광범위한 항균력을 가지면서, 동시에 우수한 기계적 강도를 나타내므로, 항균성 상처 드레싱용 재료로 널리 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 설파디아진은을 포함하는 키토산-폴리우레탄 나노섬유의 제조방법을 도식화한 것이고,
도 2는 (a) 폴리우레탄(PU), (b) 키토산(CTS) 및 (c) 키토산-폴리우레탄(CTS/PU) 섬유시트의 SEM 이미지 촬영 결과를 나타낸 것이고,
도 3은 키토산(CTS) 나노섬유(어두운 회색), 폴리우레탄(PU) 나노섬유(검정색) 및 키토산-폴리우레탄(CTS/PU) 섬유 시트(검정색)의 응력 변형 곡선을 나타낸 것이고,
도 4는 키토산(CTS) 나노섬유(어두운 회색), 폴리우레탄(PU) 나노섬유(검정색) 및 키토산-폴리우레탄(CTS/PU) 섬유 시트(어두운 파랑색)의 FT-IT 스펙트럼을 나타낸 것이고,
도 5는 (a) 키토산-폴리우레탄(CTS/PU) 및 (b) 설파디아진은을 포함하는 키토산-폴리우레탄(CTS/PU/AgSD) (100:1) 섬유 시트의 EDX 스펙트럼을 나타낸 것이고,
도 6은 키토산-폴리우레탄(CTS/PU) 섬유 시트(어두운 파랑색) 및 설파디아진은을 포함하는 키토산-폴리우레탄(CTS/PU/AgSD) 섬유 시트(100:1, 어두운 붉은색)의 TGA 곡선을 나타낸 것이고,
도 7은 전기방사로 성형한 키토산-폴리우레탄(CTS/PU) 섬유 시트(어두운 파랑색) 및 설파디아진은을 포함하는 키토산-폴리우레탄(CTS/PU/AgSD) 섬유 시트의 SEM 및 TEM 이미지를 나타낸 것으로, CTS/PU 섬유시트는 (a), (d), CTS/PU:AgSD = 1000:1 섬유시트는 (b), (e), CTS/PU:AgSD = 100:1 섬유시트는 (c), (f)이며,
도 8은 (a) CTS/PU 섬유 시트, (b) CTS/PU:AgSD = 1000:1 섬유시트, 및 (c) CTS/PU:AgSD = 100:1의 MRSA, S. aureus 및 P aeruginosa에 대한 항균시험 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
<실험방법>
재료
중저분자 키토산, 설파디아진은(silver sulfadiazine)(98%), 및 트리플루오르산(ReagentPlus®, 99%)은 시그마-알드리치(St. Louis, MO)에서 구입하였다. 폴리우레탄(Bionate 75A)은 Resomer® (Ingelheim, Germany)에서 구입하였다. 디클로로메탄(Extra Pure, 99.0%+), N,N-디메틸포름아미드(99.5%), 테트라히드로퓨란(99.5%)는 JUNSEI (JUNSEI CHEMICAL Co. Ltd., Japan)에서 구매하였다. 전기방사 CTS/PU/AgSD (키토산/폴리우레탄/설파디아진은) 섬유 시트를 중화시키기 위한 수산화나트륨은 YPC (Yakuri Pure Chemicals CO., LTD. Japan)에서 구매하였다. 메틸 알코올(MeOH)은 DaeJung (Chemical & Metals Co. LTD. Korea)에서 구입하였다. 탈이온-증류수(DDW)는 ultrapure water system (Puris Ro800; Bio Lab Tech., Korea)로 생산하였다. 투석을 위한 멤브레인 튜브는 Spectrum Spectra (Spectra/Por 4 dialysis tubing, 12-14 K MWCO, 45 mm flat width, 100-foot length)에서 구매하였다. 박테리아주 P. aeruginosa ATCC 27853, S. aureus ATCC 25923 및 메티실린-저항성 S. aureus ATCC 700787은 American Type Culture Collection (Manassas, VA)에서 얻었다. 사용된 모든 화학 용매는 분석 등급이고, 추가 정제 없이 사용하였다.
정제 CTS (키토산)의 제조
순수 CTS를 얻기 위하여, 4℃에서 1.0 g의 CTS (시그마-알드리치 미가공)을 50 mL의 1% 아세트산에 완전히 용해시켜 2 wt.% 용액을 제조하였다. 고체 제거를 위하여 필터 종이를 이용하여 용해된 용액을 진공 여과하였다. 상기 용액을 이어서 25 mL의 1 N NaOH 용액에 부었다. 그 다음, 순수 CTS를 pH가 7에 도달할 때까지 DDW를 이용하여 세척하였다. 결과로 얻어진 물질들을 투석하고 동결건조하였다.
ELSP에 의한 CTS/PU/ AgSD 섬유 시트의 성형
CTS, PU, CTS/PU 및 CTS/PU/AgSD 섬유 시트의 다양한 블랜드(AgSD = 0, 0.1 및 1 wt.%)를 ELSP (전기방사)로 성형하였다. ELSP 용액을 제조하기 위하여, 순수 CTS를 TFA/DCM (7:3)의 혼합 용매 시스템에 용해시켰다. 이어서, PU를 총 농도 7% (w/v)의 고체와 함께 CTS/PU (80/20)의 비율로 CTS 용액에 가하였다. 이어서, 다양한 농도의 AgSD (0, 0.1 및 1 wt.%)를 CTS/PU 용액에 각각 가하였다. 본 과정은 CTS/PU/AgSD ELSP 용액을 제조하기 위하여 사용되었다. 전기방사 CTS 및 CTS/PU 섬유 시트는 TFA/DCM (7:3)을 용매 시스템으로 사용하여 제조하였고, PU 나노섬유 단독은 DMF/THF (5:5)의 혼합물을 사용하여 성형하였다. ELSP는 다음 조건에 따라 수행하였다. ELSP 용액을 20 게이지 금속 무딘끝(blunt tip) 바늘을 장착한 루어-락(luer-lock) 시린지에 로딩하였다. 수집기는 회전 맨드릴로 덮힌 알루미늄 포일이었다. 기계는 20 kV에서 유속 1 ml/h으로 작동하였다. 바늘 끝에서 수집기 사이의 거리는 15 cm였다. 잔여 용매 제거를 위하여, 얻어진 CTS/PU/AgSD 섬유 시트를 실온에서 진공 하 밤새 건조하였다. 산을 중화하기 위하여, 건조 CTS/PU/AgSD 섬유 시트를 40 ml의 3.2 M NaOH/MeOH (중화 용액)에 담그고 세척액이 pH 7에 도달할 때까지 DDW로 세척하였다. 이후, 젖은 CTS/PU/AgSD 섬유 시트를 동결-건조하였다.
물리적 및 화학적 분석(응력 변형, TGA )
CTS, PU 및 CTS/PU 섬유 시트의 기계적 물성을 평가하기 위하여, 인장 강도를 기계적 테스터(Instron 44646, Instron, MA)를 사용하여 측정하였다. 이를 위하여 시험 표본들(20×5 ㎟)을 로드시키고, 부러질 때까지 응력을 가하여 실온에서 10 mm/분의 크로스헤드 속도로 시험하였다. 또한, CTS/PU 및 CTS/PU/AgSD 섬유 시트의 온도 분해 물성을 조사하기 위하여, TGA를 TGA Q5000IR (TA Instruments, USA)를 사용하여 수행하였다. 각 섬유 시트 샘플의 분해 물성을 25℃ 내지 800℃의 온도 범위에서 10℃/분의 가열속도로 질소 분위기에서 측정하였다.
EDX (Energy- Dispersive X-Ray Spectroscopy)
EDX 분석은 Phoenix EDX attachment를 장착한 Stereo-scan 440 (Leica, United Kingdom)으로 수행하였다. 각 피크의 EDX 스펙트라는 금 코팅된 CTS/PU 및 CTS/PU/AgSD 섬유 시트, 각각의 표면 지역에 전자 빔을 맞춤으로써 스폿 프로파일 모드(spot profile mode)에서 기록하였다.
CTS/PU/ AgSD 섬유 시트의 형태 분석( SEM , TEM )
전기방사 섬유 시트의 형태는 15 kV에서 SEM (Scanning Electron Microscope, Hitachi S-2300, Japan)으로 수행하였다. 모든 샘플들은 실온에서 건조하였고, 10분 동안 카본 테이프 상에서 금 코팅하였다. 각 샘플은 촬영 전에 구리-격자판(copper-grid) 상에 로드하였다. 또한, 단일 섬유는 각 샘플을 200 볼트에서 JEM-2100F (JEOL, USA)에 의해 TEM (Transmission electron microscopy)을 사용하여 수행함으로써 관찰하였다.
FT-IR (Fourier Transform-Infrared Spectroscopy)
CTS, PU, CTS/PU 섬유 시트의 표면 분자 구조는 FT-IR 분광광도계(SpectrumTM One System, Perkin-Elmer)로 확인하였다. 각 샘플의 투과율은 4000 및 500 cm-1 사이의 4 cm-1의 해상도에서 10 스캔으로 기록하였다.
박테리아 억제 시험
세 종류의 박테리아: P. aeruginosa ATCC 27853, S. aureus ATCC 25923 및 메티실린-저항성 S. aureus ATCC 700787을 18시간 동안 35℃에서 Mueller-Hinton broth (Difco Laboratories, Detroit, MI)에서 호기성으로 성장시켰다. 디스크 확산 시험은 Mueller-Hinton Agar (Difco)를 사용하여, 항미생물 디스크 감수성 시험(9판, 표준 M2-A9 승인)용 CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute) 수행 표준에 따라 수행하였다. 간단하게, Mueller-Hinton 한천(Difco) 표면은 0.5 McFarland 표준 탁도로 조정된 박테리아 세포 현탁액에 담근 면봉(swab)을 사용하여 접종하였고, 약 5분 동안 건조하였다. 한천 상에 CTS/PU/AgSD 섬유 시트 디스크를 두고, 감수성 플레이트들을 16-18시간 동안 35℃에서 인큐베이션하였다. 디스크 주변에 형성된 억제 구역은 밀리미터(mm)로 측정하였다.
<실험결과>
CTS, PU, 및 CTS/PU 섬유 시트의 정성( SEM , FT-IR, 인장시험)
각 시험 CTS, PU, CTS/PU 섬유 시트들은 도 2에서와 같이 ELSP로 성공적으로 성형되었다. 각 나노섬유 표면 형태를 확인하기 위하여, 각 섬유 시트를 SEM으로 확인하였다. 도 2(a) 및 (b)에 나타나듯이, PU 나노섬유는 평평하게 성형되었고 좋은 형태로 매우 균일한 직경을 가졌다. CTS 나노섬유는 무작위 공극 직경과 함께 보다 다분산된 형태를 나타내었다. 도 2(c)에 나타나듯이, CTS/PU 섬유 시트(CTS/PU = 80/20의 비)는 잘 성형되었고 좋은 형태를 나타냈다. 이러한 결과는 CTS 나노섬유에 첨가된 PU가 전기방사 CTS 단독과 비교하여 형태를 개선시켰다는 것을 의미한다.
CTS 단독에 비한 CTS/PU 섬유 시트의 기계적 물성 향상은 인장 강도 시험으로 확인하였다. 도 3에서 확인할 수 있듯이, CTS, PU 및 CTS/PU 섬유 시트 간에 인장 물성에 상당한 차이가 있었다. PU 나노섬유는 파열 전 118% 까지 신장되는 8.2 MPa의 고 영률(Young's modulus)을 가지는 뛰어난 유연성과 좋은 탄성을 나타내었다. CTS 나노섬유는 1.6 MPa의 영률로 나쁜 유연성을 가졌고, 12%의 신장으로 파열되었다. 그런데, PU와 혼합된 CTS 섬유 시트는 5.2 MPa의 영률을 나타내었고, 파열 시점까지 약 51% 신장되었다. 이러한 결과는 인장 강도 및 영률이 PU 고분자를 CTS로 통합시킴으로써 증가되었음을 증명하는 것이다. 이는 CTS/PU 섬유 시트가 CTS 나노섬유 단독보다 개선된 기계적 물성 및 더 깨끗한 형태를 가짐을 의미한다. 이러한 물성은 이들 두 고분자가 잘 혼합되었고, 기계적 형성을 개선하는 분자적 수준의 상호작용이 있음을 의미한다.
CTS/PU 혼합 섬유 시트의 화학적 물성을 확인하기 위하여, 표면을 FT-IR로 조사하였다. 각 샘플(CTS, PU, 및 CTS/PU) 섬유 스펙트럼은 도 4에 나타내었다. CTS의 특징적 피크는 약 905 cm-1 및 1157 cm-1에서 관찰되었고, 이는 사카라이드 구조에 대응한다. 추가 피크들은 1650 cm-1 (C=O stretching), 1540 cm-1 및 1320 cm-1 (N-H, C-N stretching peaks)에서 관찰되었고, 이들은 각각 아미드 결합 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ에 대응한다. PU의 적외선 스펙트럼은 3320 cm-1 (N-H), 2960 cm-1 (C-H), 1710 cm-1 (C=O), 1530 cm-1 (C=C), 1220 cm-1 (C-C), 1110 cm-1 (C-O) 및 777 cm-1 (C-H)를 나타내었다. 이 결과에 기초하여, CTS/PU 혼합물의 적외선 스펙트럼을 분석하였다. CTS/PU 중 3390 cm-1 주변의 흡수 밴드는 3320 cm-1 주변의 순수 PU 보다 더 넓은 밴드를 가졌다. 이는 CTS 중 히드록실 및 아미노 기와 폴리우레탄 기(N-H) 사이의 상호작용을 의미한다. 추가로, 1650 cm-1 (아미드 결합 Ⅰ) 및 1320 cm-1 (아미드 결합 Ⅱ)에서 CTS의 아미드 결합 흡수, 1530 cm-1 (C=C), 1220 cm-1 (C-C)에서의 PU 기가 CTS/PU 스펙트럼에서 관찰되었다. 이들 피크는 CTS/PU에서는 관찰되었으나, 순수 CTS 및 PU 단독에서는 관찰되지 않았다. 상기 결과는 CTS 및 PU가 CTS/PU 섬유 복합제에 잘 혼합되었음을 의미한다.
CTS/PU/ AgSD 섬유 시트의 물리화학적 분석( EDX , TGA )
다양한 약물을 로드시킨 CTS/PU 섬유 시트로의 AgSD 물리적 혼합물을 선택하였다. 상기 혼합 용액을 ELSP로 성형하여 CTS/PU/AgSD 섬유 시트를 제조하였다. CTS의 일차 아미노 및 카르복실기는 은 이온과 킬레이트 결합하는 능력이 있어서 개선된 분산 및 조절된 방출을 할 수 있도록 한다. 따라서 은 이온을 함유하는 AgSD도 ELSP 용액 중에서 CTS와 화학적으로 결합할 것이 예상되었다. 섬유 시트가 AgSD를 함유하고 결합되었는지를 확인하기 위하여 성형한 CTS/PU 및 CTS/PU/AgSD 섬유 시트를 EDX로 확인하였다. 도 5(a)에서 확인할 수 있는 바와 같이, CTS/PU 섬유 시트의 스펙트럼은 Ag 함량이 전혀 나타나지 않았다. 반면 CTS/PU/AgSD 섬유 시트는 도 5(b)에 나타나듯이 0.59 중량%의 함량으로 은을 포함하는 것이 명확히 확인되었다. 이러한 결과는 Ag가 CTS/PU/AgSD 섬유 시트에 잘 통합되었다는 것을 의미한다.
섬유 시트들의 온도 안정성을 확인하기 위하여, 각 섬유 시트(CTS/PU 및 CTS/PU/AgSD)를 TGA로 시험하였다. 도 6에서 나타나듯이, 50-60℃ 주변에서 첫 중량 변화 곡선은 수분의 손실에 의한 것이고, 230-280℃에서 두 번째 중량 변화 곡선은 고분자의 열화(degradation)에 의한 것이었다. CTS/PU 및 CTS/PU/AgSD 부직포 매트는 이들 온도에서 유사한 열화를 나타내었다. 그러나, 470℃ 이상에서는 CTS/PU 및 CTS/PU/AgSD 간에 지속적인 중량 차이가 있었다. 이는 CTS/PU/AgSD 샘플 중 분해되지 않는 은의 존재를 의미한다. 상기 결과는 또한, 섬유 시트가 열에 안정함을 의미한다.
CTS/PU/ AgSD 섬유 시트의 표면 형태( TEM , SEM )
섬유 시트 샘플들의 표면 형태를 확인하기 위하여, SEM 분석을 수행하였다. SEM은 다양한 비의 AgSD를 함유한(AgSD 함량 = 0, 0.1 및 1 wt.%) CTS/PU 섬유 시트가 ELSP 기술에 의해 각각 잘 성형되었음을 나타내었다(도 7(a)-(c)). CTS/PU/AgSD 섬유 시트가 다양한 AgSD 함량을 함유하고 있음에도 불구하고 이들은 유사한 형태를 갖는 것이 관찰되었다.
개별 섬유들의 TEM 분석은 각 섬유가 AgSD를 함유하는지 여부를 확인한 것이다(도 7(d)-(f)). CTS/PU 섬유 시트에서는 AgSD가 관찰되지 않았으나, CTS/PU/AgSD 섬유 시트에서는 섬유 내부에 AgSD가 관찰되었다. 흥미롭게도, 0.1% 내지 1%로 AgSD의 함량이 점차 증가함에 따라 섬유 중에 더 많은 AgSD가 관찰되었다(도 7(e)-(f)).
CTS/PU/ AgSD 섬유 시트의 박테리아 억제 시험
CTS/PU/AgSD 섬유 시트가 박테리아의 성장을 방지하는 데 효과적인지 확인하기 위하여, 세 종류의 박테리아에 대하여 항균시험을 수행하였다: P. aeruginosa, S. aureus 및 MRSA. 실험에서 CTS/PU 및 CTS/PU/AgSD 섬유 시트를 대조군 및 비교군으로 각각 사용하였다. 도 8(c)에 나타나듯이, CTS/PU : AgSD (100:1) 섬유 시트는 섬유 디스크 주변에 박테리아 성장 저해 구역을 나타내었다.
또한, CTS/PU : AgSD (100:1) 섬유 시트는 P.aeruginosa에 비하여 S.aureus 및 MRSA에 대하여 높은 효과를 가지는 것이 발견되었다. 도 8(b)에서 확인될 수 있듯이 CTS/PU : AgSD (1000:1) 섬유 시트가 가장 낮은 AgSD의 양을 가지고 있었지만, 모든 박테리아에 대해 성장 저해 효과를 나타내었으며, 100:1로 AgSD를 로드한 섬유 시트보다는 작은 억제 반경을 나타내었다. 도 8(a)에 나타나듯이, AgSD가 없는 경우, CTS/PU 섬유 시트 자체에는 박테리아 성장 억제 효과가 없었다. 즉 박테리아 억제효과는 AgSD 함량에 용량 의존적이었다. 위 결과로부터 CTS/PU/AgSD 섬유 시트가 항미생물 상처 드레싱제로 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다.

Claims (5)

  1. 설파디아진은(silver sulfadiazine)을 포함하는 키토산-폴리우레탄 나노섬유로서,
    상기 나노섬유는
    a) 키토산을 TFA/DCM (7:3)의 혼합 용매에 용해시키는 단계;
    b) 폴리우레탄을 상기 키토산 : 폴리우레탄 = 80 : 20의 비율로 첨가하는 단계; 및
    c) 설파디아진은을 추가로 첨가하는 단계를 포함하는 나노섬유의 제조방법에 의해 제조된 것인, 키토산-폴리우레탄 나노섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유가 항균성인 나노섬유.
  3. 제1항의 나노섬유를 포함하는 상처 드레싱 재료.
  4. a) 키토산을 TFA/DCM (7:3)의 혼합 용매에 용해시키는 단계;
    b) 폴리우레탄을 상기 키토산 : 폴리우레탄 = 80 : 20의 비율로 첨가하는 단계;
    c) 설파디아진은을 추가로 첨가하는 단계; 및
    d) 전기방사하는 단계를 포함하는, 키토산-폴리우레탄 나노섬유의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 나노섬유는 항균성인 제조방법.

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