KR20090060406A - 바이오필름을 처리하기 위한 방법 및 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고 원자가 은 이온을 사용한 바이오필름 처리 방법 및 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 항-바이오필름제가 종자, 잎, 줄기, 도관, 꽃, 뿌리 및 열매을 포함하는 식물 물질 및 임의의 표면, 특히 살균 작업 또는 처리 표면 및 종자 또는 식물 표면을 방부, 살균 또는 처리하기 위해 사용되며; 항미생물 코팅으로 사용되고; 사람, 식물, 및 동물 질병 및 병태를 치료하는데 사용된다.
Description
I. 발명의 분야
본 발명은 바이오필름(biofilm)을 처리하기 위한 방법 및 조성물과 관련이 있다. 본 발명의 조성물과 방법은 식물 물질 또는 식물의 임의의 일부분을 보존(preservation)시키고/거나 식물 물질의 미생물 오염을 처리, 예방 또는 감소시키기 위한 것이다. 본 발명의 조성물과 방법은 또한 식물 물질(즉, 생산, 취급, 운반, 저장, 가공 또는 포장을 위해 사용되는 표면)과 접촉될 수 있는 임의의 표면 상의 미생물 오염을 처리 또는 예방하는데 적합하다. 본 발명의 조성물과 방법은 하나 이상의 고 원자가(valence) 은 이온을 포함한다.
II. 발명의 배경
환경, 의료 및 산업 미생물학자들은 천연 환경에서 미생물 개체군이 정규적으로 독자성 또는 부유성(planktonic) 세포로서 성장하지 않으며, 오히려 표면에 부착된, 바이오필름; 복합 공동체(complex communities)로서 성장한다는 것을 보고하였다(Costerton et al., 1995; Davey and O'Toole, 2003). 이러한 발견은 식물 병리(Marques et al., 2002; Dow et al., 2002; Ramey et al., 2004); 광범위한 농 업 및 농장(farming) 적용; 식품 산업, 특히 표면 가공 식품; 식품 기원 질병, 특히 살모넬라(Salmonella); 식품 오염 및/또는 질병(포도의 피어스병(Pierce's 질병), 감자둘레썩음병 및 저장썩음병(storage rots), 갈변(browning) 뿌리썩음병, 종자 감염(infestations)을 포함하나 이로만 국한되지 아니함); 우유 및 유제품, 광범위한 사람 및 인간 감염증(infections); 의료용 임플란트; 및 의료 기구를 포함하나, 이로만 국한되지 아니하는, 광범위한 미생물학적 질병 및 병태를 처리하기 위한 개념적 프레임워크를 변화시켰다.
식물 질병은 식품(food commodity) 생산, 원예, 화초 원예, 뉴트라슈티컬(nutraceuticals), 잔디(turf-grass), 마초(forages), 묘목 작물(nursery crops), 삼림(forestry) 작업 섬유 작물 생산 및 대체 연료를 포함하는 농업 식물 생산을 포괄하는 모든 산업에서 전세계적인 경제 손실을 초래한다. 또한, 병원균은 수확후 저장시 식물 물질을 공격한다. 식물 질병으로 인한 전세계적인 경제 손실은 잠재적인 생산량의 10% 내지 15% 감소를 초래하여 그 결과 1988년과 1990년 사이에 761억 달러의 비용 손실을 가져왔다(Orke et al., 1994; Pinstrup-Anderson, 2001). 식물 및 농산물에 이러한 감염은 주로 미생물, 예컨대, 진균, 박테리아, 선충류, 원생생물 및 바이러스에 의해 야기된다.
미생물 오염체를 제거하기 위한 관용적인 상업적 세척 및 살균(sanitizing) 방법은 바이오필름이 연관된 경우 효과가 미미한 것으로 확인되었다.
식물 생산에 있어서 또 다른 주요 관심사는 토양- 및 종자-기원 질병의 출현이다. 일예로서, 박테리아 및 진균 병원균은 농업의 모든 섹터에 질병과 손실을 초래할 수 있다. 진균 병원균, 예컨대, 피시움종(Pythium spp.), 피톱쏘라종(Phytophthora spp.), 리족토니아 소라니(Rhizoctonia solani), 푸사리움종(Fusarium spp.)은 광범위한 식물에 있어서 모잘록병, 종자썩음병, 벼모마름병 및 밀그루마름병을 일으킬 수 있다. 박테리아 병원균는 전세계적인 드라이 빈(dry bean)(파세오루스 불가리스(Phaseolus vulgaris) 생산을 포함한 다수의 작물에서 주요한 문제이다(Hirano and Upper, 1983; Singh and Munoz, 1999). 병원균, 예컨대, 슈도모나스 시링게 피브이. 시링게(Pseudomonas syringae pv. syringae)(갈색점무늬병), 슈도모나스 시링게 피브이. 파세오리콜라(P. syringae pv. phaseolicola)(달무리마름병(halo blight)), 산코모나스 액소노포디스 피브이. 파세올리(Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli)(일반 잎마름병(common blight)) 및 쿠르토박테리움 플락쿰파시엔스 피브이. 플라쿰파시엔스(Curtobacterium flaccumfaciens pv. flaccumfaciens)(시듦병(wilt))은 상기 질병이 관리되지 아니하는 경우 콩 경작지(fields)에 심각한 손실을 초래하게 된다. 인증된 무병 종자의 사용은 감염을 예방하는데 있어서 첫번째 방어선이 된다. 일단 질병에 걸리게 되면, 유일한 조절 방법은 등록된 화학 농약을 적용하는 것이다. 엽용(Foliar) 농약은 질병압(disease pressure)을 감소시킬 수 있다; 그러나, 발병된 경작지에 적용된 화학적 처리는 거의 수확시까지 증상의 발생을 막기 위해 반복적으로 적용되어야 한다.
종자 병리학에 있어서 복잡한 인자는 바이오필름을 형성할 수 있는 병원성 박테리아의 능력인데, 상기 바이오필름은 제거와 살균에 대하여 흔히 고도의 내성 을 지닌다(Costerton et al. 1999; Ceri et al. 2001; Olson et al. 2002). 그 결과, 과거와 현재의 실험 결과는 항미생물 제거제, 농약 또는 살균제로 사용된 화학물질의 효능을 어마어마하게 과대평가할 수 있다. 위에 나열된 푸사리움종(Fusarium spp.)과 드라인 빈의 4종의 박테리아 병원균들은 시험관에서 또는 종자에서 바이오필름을 형성할 수 있으며 실제로 형성한다(미공개). 또한, 이러한 박테리아는 종자상에 바이오필름을 형성할 수 있고, 그 결과 현재의 종자 처리를 효과가 없거나 미미한 효과를 초래하게 된다.
하기 특성을 갖는 효과적인 항-바이오필름제에 대한 요구가 여전히 존재한다: 저렴(또는 비용효율이 높음), 광범위 효능(broad-spectrum efficacy), 항-바이오필름제의 지연 방출, 바이오필름을 제거하거나 파괴하는 능력, 및 낮은 수준의 독성. 이러한 항-바이오필름제는 질병 관리 비용을 줄이고, 식물 물질의 품질과 경제적 가치를 증가시키며, 소비자 만족도를 증가시키고, 소비자 신뢰도를 증가시키고, 농업 분야를 비롯한 의료 및 산업 분야에서 산업 성장을 촉진시킴으로써 부패하기 매우 쉬운 상품에 극히 유익할 것이다. 유사하게, 더 효과적인 종차 처리는 다음 3가지 부분에서 생산자들에게 도움이 될 수 있다: 1. 연속적으로 생산 감소를 축소시킬 온실 및 대지 작물에서 종자-기원 식물 질병의 예방, 2. 종자 처리가 발아와 출현 속도를 증가시킬 대 토양-기원 질병 및 서리피해(단기 재배 지역에서)의 예방, 3. 더 안전한 농약은 천연 및 농업 환경에서 생태적 피해를 감소시킬 것이다. 종자 처리는 또한 싹(sprouts)과 연관된 감염과 같은 식품-기원 인간 감염의 위험을 감소시키는데 이바지할 수 있다.
항-미생물제로서 은을 포함하는 조성물과 방법을 이용하는 것은 당업계에 공지되어 있다. 그러나, 종래 기술은 독자성 또는 부유성 세포에 대하여 항미생물제로서 은의 사용을 개시하고 있으나, 바이오필름과 같이 성장하는 미생물에 대하여 항-바이오필름제로서 은의 사용에 대해서는 교시한 바가 없다. 질산은으로 성장하는 식물을 뒤덮는 것(covering)은 항미생물 효과를 제공하는데, 이것은 질병으로부터 식물을 보호하는데 기여하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 비록 은 처리가 질병으로부터 종자를 보호할 수 있기는 하지만, 그러한 처리는 식물 호르몬/신호전달에 대한 간섭에 기인한 종자 발아 또는 유식물 발달(seedling development)에 해로울 수 있기 때문에 실제로 실행될 수는 없다고 전통적으로 이해되어 왔다. 또한, 종래 기술은 항-미생물제로서 1가(monovalent) 은을 사용하는 것을 교시하고 있으나 임의의 더 높은 원자가의 은을 사용하는 것에 대해서는 교시한 바가 없다.
종자 상의 바이오필름과 같이 성장하는 미생물을 포함하나, 이로만 국한되지 아니하는, 종자의 미생물 오염을 처리, 예방 또는 감소시키기 위한 항미생물제 및/또는 항-바이오필름제로서 사용하기 위한 고 원자가 은 이온을 포함하는 조성물 및 방법은 종래 기술 분야에 존재하지 아니하는데, 여기서 상기 방법 및 조성물은 종자 발아를 저해하지 아니한다. 또한 종자의 발아율 및 발아 속도를 증가시키는데 기여하며, 토양-기원 질병 및 서리피해의 회피도(avoidance)를 개선시키는데 기여하는 그러한 방법 및 조성물에 대한 요구가 존재하다.
III. 발명의 요약
종자를 보존하고/거나 식물 물질 상의 바이오필름과 같이 성장하는 미생물을 처리, 예방 또는 감소시키는 것을 포함하나, 이로만 국한되지 아니하는, 식물 물질을 보존하고/거나 식물 물질의 미생물 오염을 처리, 예방 또는 감소시키기 위한 방법 및 조성물에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 조성물과 방법은 항-바이오필름제로서 고 원자가 은 이온을 포함한다.
본 발명의 조성물과 방법은 다양한 농업, 산업, 및 의료 환경에서 유용성을 갖는데, 예를 들어, 식물 물질의 생명을 연장 또는 개선시키는데 있어서, 임의의 표면을 살균시키는데 있어서, 특히 작업 또는 가공(processing) 표면(예를 들어, 테이블) 및 종자 또는 식물 표면을 살균시키는데 있어서; 항미생물 코팅으로; 그리고 사람, 식물, 및 동물 질병 및 병태를 처리하는데 있어서 유용성을 갖는다.
IV. 발명의 상세한 설명
본 발명은 은 이온, 바람직하게는 고 원자가 은 이온을 포함하는 항-바이오필름제를 사용하여 바이오필름을 처리하는 방법 및 조성물을 포함한다. 본 발명의 조성물과 방법은 또한 1종 이상의 다른 활성제제를 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물과 방법은 예를 들어, 박테리아, 진균, 바이러스, 조류, 또는 기생충, 효모 및 기타 세균에 의해 형성된 바이오필름, 유사 구조, 또는 전구체에 대하여 항-미생물성이다. 하기에 보다 상세히 기술되어 있는 바와 같이, 본 발명의 방법 및 조성물은 액체 환경에서 성장중이고/거나 부유중인 미생물을 포함하나, 이로만 국한되지 아니하는, 바이오필름 또는 유사 구조가 발견될 수 있는 곳은 어디에서나 사용될 수 있다.
본 발명의 방법은 하나 이상의 형태의 고 원자가 은을 포함하는 항미생물제와 종자를 접촉시킴으로써 상기 종자의 미생물 오염을 처리, 예방 또는 감소시키는 것을 포함한다. 본 발명의 조성물은 적어도 한 가지 형태의 고 원자가 은을 포함한다. 본 발명의 방법 및 조성물은 부유성 미생물에 대하여 종자를 처리하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일부 구체예들에서, 본 발명의 조성물과 방법은 하나 이상의 바이오필름을 처리 또는 예방하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 구체예들에서, 본 발명의 조성물과 방법은 하나 이상의 사람, 동물, 또는 식물 질병, 병태, 감염, 또는 오염을 처리 및/또는 예방하는데 사용될 수 있다. 전형적으로, 이러한 질병 및 감염 등은 바이오필름과 연관되거나 상기 바이오필름내에 존재하는 세균에 의해 야기된다.
본 발명은 또한 예를 들어, Ag(II)와 Ag(III) 원자가 상태를 지니는 은 이온을 포함하나, 이로만 국한되지 아니하는, 적어도 한 가지 형태의 고 원자가 은을 사용하여, 식물 물질 상에서 성장하는 하나 이상의 바이오필름을 처리, 예방 또는 감소시키기 위한 조성물과 방법을 포함한다. 한 구체예에서, 본 발명의 방법은 적어도 한 가지 형태의 고 원자가 은을 포함하는 항-바이오필름제를 식물 물질에 접촉시킴으로써 상기 식물 물질 상의 바이오필름(들)을 처리, 예방 또는 감소시키는 것을 포함한다. 한 구체예에서, 본 발명의 조성물은 적어도 한 가지 형태의 고 원자가 은을 포함하는 항-바이오필름제를 포함할 수 있다.
일부 구체예들에서, 본 발명은 하나 이상의 항-바이오필름제를 포함하는 조성물과 식물 물질을 접촉시킴으로써 박테리아, 진균, 조류, 바이오필름, 바이러스, 및 기생충에 대하여 처리하는 것을 포함하는, 식물 물질의 건강, 생명, 또는 품질을 보존하기 위한 조성물과 방법을 포함한다. 항-바이오필름제는 하나 이상의 고 원자가 은 이온을 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 구체예들에서, 본 발명의 조성물과 방법은 식물, 식물 물질, 또는 이의 일부분, 가장 바람직하게는 종자를 보존하고/거나 살균하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 구체예들에서, 본 발명의 조성물과 방법은 저장가능기간(storage life)을 연장시키거나 식물 물질을 보존하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 구체예들에서, 항-바이오필름제는 표면 오염을 감소시키거나 제거시킨다.
본 발명의 조성물과 방법은 또한 하나 이상의 다른 활성제 및/또는 첨가제를 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물과 방법은 추가로 상기 종자와 하나 이상의 추가 항-바이오필름제, 보존제(preservatives) 및/또는 추가 항미생물제를 접촉시키는 것을 포함하는데, 적어도 한 가지 형태의 고 원자가 은을 포함하거나 몇몇 기타 활성제 또는 조합물을 포함할 수 있다.
본 발명은 항-바이오필름제를 이용하여 접촉시키는 임의의 방법을 포함한다. 전형적인 접촉의 메커니즘은 액체, 분말 또는 기타 운반 형태(예를 들어, 주사, 정제, 청소용 진공(washing vacuum) 또는 경구)로 코팅, 분무, 침윤, 세정(wiping), 및 확산을 포함하나, 이로만 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 일부 구체예들에서, 본 발명의 조성물과 방법은 식물의 임의의 일부분 또는 식물 물질에 항-바이오필름제를 적용하는 것을 포함할 수 있다. 추가로, 임의의 구조 또는 경질(hard) 표면(예를 들어, 수확, 운반, 취급, 포장 또는 가공과 연관된 도구 또는 기계 표면)이 본 발명의 항-바이오필름제로 살균, 소독, 포화(impregnated), 또는 코팅될 수 있다.
추가로, 임의의 저장, 또는 온실 설비 또는 운반 용기가 본 발명의 항-바이오필름제로 포화되어 항-바이오필름제가 표면 오염을 예방하고 식물 또는 이의 일부분과 접촉된다.
본 발명의 조성물은 1종 이상의 요망되지 않고/거나 해로운 미생물을 제거 또는 감소시키기 위해 식물 또는 이의 일부분을 처리하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 조성물은 식물 또는 이의 일부분이 1종 이상의 요망되지 않거나 해로운 미생물로 감염되는 것을 예방하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 이러한 구체예들에서, 보존성 조성물과 방법은 항-미생물제일 수 있다.
본 발명의 조성물은 하나 이상의 요망되지 않고/거나 해로운 바이오필름을 제거 또는 감소시키기 위해 식물 또는 이의 일부분을 처리하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 조성물은 하나 이상의 요망되지 않거나 해로운 바이오필름이 식물 또는 이의 일부분에 감염되는 것을 예방하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 이러한 구체예들에서, 보존성 조성물과 방법은 항-바이오필름제일 수 있다.
본 발명은 안정하고, 서서히 방출되는 은 이온 화합물이 식물 표면 또는 더 폭넓게는 박테리아 및 진균 오염체와 연관된 임의의 경질 표면, 예를 들어, 나무, 콘크리트, 금속, 고무 또는 플라스틱, 치과 임플란트, 및 카테터(catheters) 상에서 성장하는, 바이오필름을 포함하는, 박테리아 및 진균 병원균에 대하여 항미생물제로서 사용될 수 있다는 것을 입증한다.
본 발명의 일부 구체예들에 따라서, 항미생물제 및/또는 항-바이오필름제와 종자를 접촉시키는 임의의 방법이 사용될 수 있다. 종자를 접촉시키는 전형적인 메커니즘은 액체, 겔, 분말 또는 기타 운반 형태로 코팅, 분무, 침윤(immersing) 및 확산을 포함하나, 이로만 국한되는 것은 아니다
본 발명의 일부 구체예들은 식물 또는 식물 물질의 저장가능기간(shelf life)을 유지 및 연장하기 위한 본 발명의 조성물, 및 이의 용도를 포함한다.
본 발명의 조성물은 은 화합물 및 Ag 산화물(들)의 조합에 의해 전형적으로 형성되는, 고 원자가 은 종(species)을 생산하는 임의의 은 함유 화합물을 포함한다. 이러한 조성물은 박테이아 및 진균을 포함하는, 다양한 세균에 대한 항-미생물 활성 및/또는 항-바이오필름 활성을 나타내며, 은 화합물에서 서서히 방출되는 은 이온을 제공한다. 본원에서 사용된 용어 "산화된 은 종"은 은의 화합물들을 포함하나, 이로만 국한되지 아니할 수 있는데, 여기서 상기 은은 +I, +II 또는 +III 원자가 상태 또는 이들의 임의의 조합으로 존재한다. 이러한 산화된 은 종은, 예를 들어, 은(I) 산화물, 은(II) 산화물, 은(III) 산화물 또는 이의 혼합물, 10 내지 20 보다 더 높은 용해 생성물을 지니는 모든 은 염(예를 들어, Ag2SO4, AgCl, Ag2S2O8, Ag2SO3, Ag2S2O3, Ag3PO4, 등등, 및 온 옥시-염, 예컨대, Ag7O8X(여기서 X는 이로만 국한되는 것은 아니나 NO3-, CIO4-, SO4 2-, F- 등을 포함함)을 포함한다. 이러한 활성 은 종은 이로만 국한되는 것은 아니나, 산화된 은 종, 예컨대, 은 염, 은 산화물(Ag2O), 고차 은 산화물, 즉, Ag(II) 및 Ag(III)(AgO, Ag2O3, Ag3O4 등), 일반식 Ag7O8X을 갖는 옥시-염(여기서, X는 황산염, 염화물, 인산염, 탄산염, 구연산염, 타르타르산염, 옥살산염 등과 같은 산 음이온 중 하나를 포함할 수 있음)을 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물은 또한 생산 공정의 산화단계의 부산물로서, 엘리멘탈(elemental) 은을, 바람직하게는, 소량으로, 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 조성물은 고 원자가 은 종이 생성되는 임의 형태의 은의 수성 현탁액을 포함한다. 이러한 활성 은 종은 Ag+, Ag++ 및 Ag+++로 이루어진 군에서 선택된 적어도 한 형태의 가용성 은 이온을 포함하는 적어도 한 형태의 고 원자가 은을 포함할 수 있다.
본원에 사용된, 은 이온은 1보다 더 높은 원자가 상태, 예를 들어, Ag(II)와 Ag(III) 원자가 상태를 갖는 은 이온을 함유하는 조성물을 의미한다. 바람직한 조성물은 수성 현탁액이다. 본 발명의 조성물과 방법은 1 이상의 원자가 상태를 지니는 은 이온을 포함할 수 있고 그래서 산화된 은 종은 다가 물질로 구성될 수 있다. 마지막으로, 본 발명의 조성물은 상이한 항미생물 특성을 나타낼 수 있는 다른 은 함유 물질을 형성하기 위해 소정 시간에 걸쳐 반응하는 다수의 은 함유 물질 또는 은-함유 물질을 포함할 수 있는 것으로 여겨진다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 항미생물 특성은 식물 물질과 같은, 기질의 내부 또는 표면에서 항미생물적으로 활성있는 은 종 또는 고 원자가 은 이온을 접촉시킴으로써 달성될 수 있다. 고 원자가 은 이온은 고 원자가 은 이온을 생산하는 임의의 공정 또는 반응에 의해 생산될 수 있다. 바람직한 과정은 고 원자가 은 이온의 수성 현탁액을 초래하는 그러한 공정이다. 이러한 공정들은 당업계의 통상의 기술자에게 널리 알려져 있다. 예를 들어, 문헌[JA MacMillan, Chem. Rev., 62, 65 (1962); 및 S. S. Djokic, J. Electrochemical. Soc. 151, (6) C359 (2004)]을 참조하라.
바람직한 구체예들에서, 고 원자가 은 이온은 제일 먼저 1가 은 염 또는 은 착물, 예컨대 질산은, 과염소산염 또는 은 디아미노 착물의 수용액을 제공함으로써 생산될 수 있다. 반응이 산성 조건 또는 거의 중성 조건(즉, pH 7 이하)에서 진행되는 경우 질산은이 더 바람직할 수 있다. 반응이 알카리성 조건(즉, pH 7 이상)에서 진행되는 경우, 은 디아미노 착물(즉, [Ag(NH3)2]+)이 더 바람직할 수 있다. 바람직한 구체예들에서, 산화제는 과황산칼륨(potassium persulfate, KPS)이다.
본 발명의 방법 또는 조성물이 Ag++을 방출하는 하나 이상의 은 화합물을 포함하는 경우, 상기 화합물은, 이로만 국한되는 것은 아니나, 은(II) 산화물(AgO), 고 원자가 은 염(Ag(Ag3O4)X(여기서, X = NO3, CIO4, F 또는 HSO4), (Ag3O4)2SO4, 황산은(II)(AgSO4), 실버 바이플로라이드(silver bifluoride)(AgF2), 과요오드산은(II); 유기 착물[예컨대, AgPy4S2O8, 실버 오르쏘-페난트롤린, Agdipy2, Agdipy2(X)2(여기서, X = NO3, CIO4) Agdipy3, Agdipy3(X)2(여기서, X = NO3, CIO4), Agdipy2(NO3)2-NO3.HNO3, (AgtripyNO3)NO3, 실버(II) 퀴놀레이트, 실버(II) 신코메로네이트(silver cinchomeronate), 실버(II) 이소신코메로네이트, 실버(II) 루티디네이트(lutidinate), 실버(II) 디피콜리네이트(dipicolinate), 실버(II) 니코네이트, 실버(II) 이소니코네이트, 실버(II) 피리딘-2,4,6-3 카르복살레이트(검정), 실버(II) 피리딘-2,4,6-3 카르복살레이트(갈색), 실버(II) 피리딘-2,4,5-3 카르복살레이트, 실버(II) 비구아니드(biguanide), 실버(II) 벤잘코니움 클로라이드, 실버(II) 세틸디메틸에틸암모늄 브로마이드, 실버(II) 에틸렌 비쿠아니드(biquanide)를 포함하나, 이로만 국한되지 아니함]로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 방법 또는 조성물이 Ag+++을 방출하는 하나 이상의 은 화합물을 포함하는 경우, 상기 화합물은, 이로만 국한되는 것은 아니지만, 실버(III) 플루오라이드[(BaAgF5, MAgF4(M = K, Rb, Cs, N)], 과요드산은(III)[Na5H2Ag(III)(IO6)2-H2O], 실버(III) 텔루레이트(tellurate), 실버(III) 에틸렌비스(비구아니드) [Ag(enbigH)2X(여기서, X = SO4, NO3, CIO4 또는 OH], 실버(III) 비구아니드로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
다른 구체예들에서, 본 발명의 방법 또는 조성물은 은(I, II, III) 과산물, 콜로이드 은, 나노결정성(nanocrystaline) 은 또는 은 제올라이드를 포함할 수 있다.
고 원자가 은 이온을 생산하는 방법은 당업계의 통상의 기술자에게 널리 알려져 있다.
은 증착 화합물은 하기 형태(format) 중 임의의 형태로 사용될 수 있다: 은 증착 코팅, 액체, 분말, 캡슐, 정제, 코팅, 및 유사한 형태(configurations). 본 발명의 바람직한 구체예에서, 활성제는 직접적으로 도입되거나, 식물 물질에 상기 활성제의 구성성분 또는 전구체를 순차적으로 부가함으로써 도입될 수 있으며, 코팅 안에 또는 상기 코팅 상에 상기 활성제의 전구체를 지니게 함으로써 도입될 수 있다. 다른 형태는 또한 필름, 시트, 화이버, 스프레이 및 겔을 포함한다.
본 발명의 조성물에 통합되는 보존제는 보존제의 존재가 요구되는 다양한 응용을 위해 사용될 수 있다. 바람직한 용도는 식용가능하며 섬유 작물, 농작물, 장식물(ornamental), 종묘 식물, 묘목(tree seedlings), 섬유 식물, 잔디(turf grass) 및 마초, 지방종자(oilseeds), 시리얼, 콩(pulses), 야채, 약용 식물, 기능식품 식물, 및 온실 작물을 포함하나, 이로만 국한되지 아니하는 농업 분야에서 식물 물질의 처리 및 보존 둘 모두이다.
본 발명의 조성물은 항진균제, 항박테리아제, 항바이러스제 및 항기생충제, 성장인자, 항혈관신생 인자, 마취제, 뮤코다당(mucopolysaccharides), 및 금속, 살균제, 항생제, 세제(cleaners), 및 기타 화학물질을 포함하나, 이로만 국한되지 아니하는, 추가의 항미생물제를 포함한다.
본 발명에서 사용될 수 있는 항미생물제의 일예는 하기를 포함하나, 이로만 국한되는 것은 아니다: 8-히드록시퀴놀린 설페이트, 8-히드록시퀴놀린 시트레이트, 알루미늄 설페이트, 4차 암모늄, 이소니아지드(isoniazid), 에탐부톨, 피라지남니드(pyrazinamnide), 스트렙토마이신, 클로파지민(clofazimine), 리파부틴, 플루오로퀴놀론, 오플록사신(ofloxacin), 스파플록사신, 리팜핀, 아지쓰로마이신(azithromycin), 클라리쓰로마이신(clarithromycin), 댑손, 테트라사이클린, 에리쓰로마이신, 사이크로플록사신, 독시사이클린, 암피실린, 암포테리신 B, 케토코나졸, 플루코나졸, 피리메타민(pyrimethamine), 설파디아진, 클린다마이신, 린코마이신, 펜타미딘, 아토바쿠온(atovaquone), 파로마이신, 디클라자릴, 아시클로비어, 트리플루오로우리딘, 포스카르네트(foscarnet), 페니실린, 젠타마이신, 간시클로비어(ganciclovir), 이아트로코나졸(iatroconazole), 미코나졸, Zn-피리티온(pyrithione), 중금속(금, 백금, 은, 아연, 및 구리를 포함하나, 이로만 국한되지 아니함) 및 염화물, 브롬화물, 요오드화물 및 과요오드산염과 같은 염을 포함하는 이들의 화합된 형태, 및 담체와의 복합체, 및 기타 형태. 바람직한 항-미생물제는 비쿠아니드이다.
본 발명의 조성물은 또한 공지된 식물 도는 종자 처리 및 살진균 제품, 예컨대, Vitaflo 280, Apron-Maxx RTA, 티람(thiram)을 포함한다. 본 발명의 조성물은 또한 종자 코팅, 증강제(enhancers), 유화제, 농유제, 항기포제, 보존제, 방향제, 착색제, 유연제(emollients), 충진제 등을 포함할 수 있다.
다수의 비활성 성분은 제형에 선택적으로 포함될 수 있다. 성분의 예는 유화제, 농유제, 용매, 항기포제, 보존제, 방향제, 착색제, 유연제, 충진제 등이다.
본 발명의 조성물과 방법은 광범위한 환경 및 장소에서 바이오필름을 처리하는데 사용될 수 있다. 본원에서 사용된, 바이오필름 처리는, 바이오필름이 발견되거나, 발견될 것으로 예상되거나, 발견될 것으로 가정될 수 있는 어떠한 곳에서라도 항-바이오필름제와 바이오필름 또는 유사 구조를 접촉시키는 것을 의미한다. 당업계의 통상의 기술자는 본 발명이 적용될 수 있는 분야 및 산업이 어마어마한 수의 공정, 제품, 및 장소임을 쉽게 이해할 것이다.
본 발명의 매트릭스 및 장치내에 포함되는 보존제는 활성제의 존재가 요구되는 다양한 응용분야에 사용될 수 있다. 농업 및 원예 분야 둘 모두에서 식물 물질의 처리 및 보존에 있어서 특히 바람직하게 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 조성물과 방법은 식물 종자를 보존 및/또는 살균하는데 있어서 효과적이거나 유익할 수 있다. 대표적인 종자는 드라이 빈, 콩 작물(예를 들어, 완두, 렌즈콩(lentils), 병아리콩(chickpeas), 및 잠두(faba beans)), 곡물(예를 들어, 옥수수, 밀, 및 보리)의 종자; 지방 종자 작물, 예컨대, 캐놀라 종자; 기능식품 작물 식물의 종자, 예컨대, 인삼, 및 야채, 예컨대, 감자 종자를 포함하나, 이로만 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 이 양상에서, 본 발명의 조성물과 방법은 몇가지 예를 들면, 슈도모나드(Pseudomonads), 산토모나드(Xanthomonads), 쿠르토박테리움(Curtobacterium) 종, 스클레로티니아(Sclerotinia) 종, 피시움 종, 푸사리움 종, 보트리티스 시네리아(Bortytis cinerea) 종, 헬민토스포리움 솔라니(Helminthosporium solani), 스트렙토미세스종(Streptomyces spp.), 파이톱쏘라종(Phytophthora spp.), 리족토니아 솔라니(Rhizoctonia solani), 에르위니아(Erwinia) 종, 및 클라비박터(Clavibacter) 종에 의해 유발된 질병 또는 병태를 포함하나, 이로만 국한되지 않는, 하나 이상의 미생물 감염에 대하여 처리하는데 적합하다.
대표적인 질병 또는 병태는, 박테리아성 마름병, 갈색점무늬병, 공통 마름병(common blight), 도관입고병(vascular wilt), 흰곰팡이병(white mold), 뿌리썩음병, 적미병(head blight), 은색무늬썩음병(silver scurf), 마른썩음병(dry rot), 더뎅이병(common scab), 둘레썩음병(ring rot), 무름병(soft rot), 모잘록병, 모마름병(seedling blight), 종자썩음병, 및 궤양병(bacterial canker)을 포함하나, 이로만 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 조성물과 방법은 또한 광범위하게 분류된 표면을 오염제거, 살균 또는 보호하는데 효과적이거나 유익할 수 있다. 대표적인 표면은 농업의 표면, 예를 들어, 온실, 관계 시스템, 저장 시설, 및 나무상자(crates) 및 상자(bins); 수확, 종묘, 전정, 경작 및 가공/취급 장비(예컨대, 콘베이어 벨트, 피커(pickers), 및 커터(cutters))와 관련된 생산 장비를 포함하는, 농업 기구 및 장비; 우유공장, 양계공장(poultry plants), 도축소(slaughter houses), 해산물 가공 공장, 신선한 농작물 가공 센터, 및 음료수 가공 센터를 포함하는, 식품 가공 공장, 센터, 또는 장비를 포함하나, 이로만 국한되지 아니한다.
본 발명의 조성물과 방법은 또한 보호 코팅 및/또는 보호 코팅내 성분으로써 효과적이거나 유익하다. 대표적인 분야는 건축, 환경, 의료, 치과, 및 산업 표면을 포함하나, 이로만 국한되는 것은 아니다. 대표적인 표면은 병원, 온실, 농업 저장 시설, 급수 시스템(water sytems), 배(예를 들어, 생물부식(biocorrosion)), 케이블(예를 들어, 생물부식), 및 파이프라인(예를 들어, 생물부식); 및 이들 자체의 코팅, 예를 들어, 페인트, 염색, 및 그라우트; 의료 기구, 예를 들어, 카테터 및 투석 기계, 또는 이들의 부품; 및 치과 임플란트 및 코팅을 포함하나, 이로만 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 조성물과 방법은 또한 화장품, 또는 화장품의 포장에 포함되는 성분을 포함하나, 이로만 국한되지 아니하는, 식물-기반 화장품을 위한 보존제로서, 효과적이거나, 효과적일 것으로 예상된다.
정의
본원에 사용된, 식물 물질은 꽃, 열매, 농산물, 종자, 줄기, 뿌리, 기는 줄기, 뿌리줄기, 잎, 도관계, 싹(sprouts), 원예(cut flower) 등을 포함하는, 임의의 식물 또는 야채, 또는 이들의 일부분을 의미한다.
당업계의 통상의 기술자는 바이오필름이 단일 종으로 구성되거나, 다수-종, 동종성(homogenous), 이종성(heterogeneous), 및/또는 바이오필름과 연관되거나 이에 의해 보호된 다른 개체를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본원에 사용된, 바이오필름은 또한 한 단계 이상의 바이오필름 발달 또는 형성을 의미한다.
본원에 사용된, 항-바이오필름제는 바이오필름에 대하여 효과적인 임의의 인자, 화학물질, 생화학물질, 또는 그 외의 것을 의미한다. 전형적인 항-바이오필름제는 항-미생물, 항-박테리아, 항-진균 또는 항-조류 특성을 갖는 것들이다. 금속 및 금속 화합물, 바람직하게는, 고 원자가 은 이온은 일반적으로 항-박테리아 및 에틸렌 억제 특성을 지니는 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따라 바람직한 항-바이오필름제이다. 본 발명의 일부 구체예들에서, 항-바이오필름제는 예를 들어, 하나 이상의 미생물 종에 대하여 효과 또는 활성을 나타내는 범용제(broad spectrum agent)이다.
본원에 사용된, 보존 또는 유사 단어들은 잘린 꽃과 같은, 식물 물질의 저장가능기간을 유지가거나 연장하기 위해 사용될 수 있는 임의의 성분, 화학물질, 또는 생화학물질 또는 그외 것들을 포함한다. 보존제는 항-바이오필름제이거나, 항-바이오필름제과 병용될 수 있거나, 항-바이오필름제가 바이오필름을 제거 또는 파괴시킨 후 사용될 수 있다.
"지연 방출(Sustained release)" 또는 "지연가능 기재(sustainable basis)"는 시(時) 또는 일(日)로 측정된 시간에 걸쳐 지속되는 귀금속의 원자, 분자, 이온 또는 덩어리의 방출을 정의하기 위해 사용되며, 그에 따라 이와 같은 금속 종의 방출과 벌크(bulk) 금속(이 금속은 너무 낮아서 비효과적인 속도 및 농도로 그러한 종을 방출시킴)과 매우 용해되기 쉬운 귀금속 염, 예컨대, 질산은(이러한 귀금속 염은 사실상 즉각적으로 은 이온을 방출시키나, 알코올 또는 전해질과 접촉시, 연속적으로 방출시키지 못함)의 방출은 구별된다.
부유균(Planktonic): 부유, 단일 세포로 성장하는 미생물(이것은 이들의 생명 주기의 일부분임).
지연된 방출: 시(時) 또는 일(日)로 측정된 시간에 걸쳐 지속되는 항미생물 금속 또는 귀금속의 원자, 분자, 이온 또는 덩어리의 방출.
본원에 사용된, 표면 오염은 표면 상에서 성장하거나 상기 표면에 이동된(relocated) 미생물을 의미한다. 표면 오염과 관련된 미생물은 활동적으로 성장하거나 휴지기일 수 있으나, 감염, 질병 또는 기타 바람직하지 아니한 상태를 재개시킬 수 있는 생존력 접종원(viable inoculum)을 의미한다.
농업: 식품, 섬유, 조경(landscaping) 또는 기분전환(recreation)을 위해 사용되는 식물-유래 상품에 관한 모든 단계(phase)의 생산, 운반, 가공 및 포장에 관한 원예, 경작지 생산, 온실 생산, 묘포 작물, 잔디 및 마초, 섬유 작물, 대체 연료, 및 조림(forestry)을 포함하나, 이로만 국한되지 아니하는, 식물 및 식품 생산과 연관된 모든 분야, 상품 및 표면을 포함한다.
추가적으로, 농업은 식품 또는 그외 다른 것을 위해 사용되는 동물-유래 상품의 모든 양상의 생산, 운반, 가공 및 포장을 포함한다. 상기 정의는 식물- 및 동물-유래 상품 둘 모두의 생산, 운반, 취급, 가공 및 포장과 관련된 임의의 천연 또는 인공 표면을 포함한다.
본 발명은 하기 구현 실시예를 참조하여 보다 더 상세히 기술될 것이다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예들로 제한되어서는 아니됨이 주목되어야 한다.
실시예 1: 고 원자가 은 이온의 제조.
고 원자가 은 이온을 하기에 따라, 공지 기술을 이용하여 제조하였다: 질산은(Ag(Ag2O4)2NO3)를 질산은 (AgNO3) 수용액 및 과황산칼륨(K2S2O8)을 반응시켜 순수한 질산은의 검은 침전물을 수득함으로써 제조하였다(하기 화학 반응식을 참조하라). 침전물을 여과하여 회수하고 분말을 건조하였다.
7AgNO3(aq) + K2S2O8(aq) + 8H2O → Ag(Ag2O4)2NO3(침전) + 6HNO3(aq) + 6H2SO4(aq) + K2SO4(aq) + 4H2(g)
출발 물질에 대한 설명
질산은(AgNO3) 기술 등급
과황산칼륨(K2S2O8) 기술 등급
물 증류됨
A. 오버-헤드 스터러가 장착되어 있는, 1000L SS Reactor Sytem을 청소하고, 탈이온수(750L)를 채운다.
B. 진탕을 개시하고 수동으로 30kg 과산화황산칼륨(KPS, 110M)을 채운다.
C. KPS가 용해될 때까지 혼합물을 진탕시킨다.
D. 청결한 250L vat(프라스틱 또는 스테인리스 강철)에, 탈이온수(150L)와 질산은(17.85kg, 105M)의 혼합물을 준비한다. 용해될 때까지 진탕시킨다.
E. 주위 온도를 유지하고 정량 펌프를 사용하여, 질산은 용액을 1000L Reactor내에 함유된 KPS 용액으로 옮긴다. 검은색 침전물이 즉각적으로 형성되기 시작할 것이다.
F. 첨가 과정 동안(약 30 내지 45분) 진탕을 유지한다.
G. 추가 1시간 동안 반응 혼합물을 계속해서 진탕시킨다. 10 내지 20분 동안 진탕을 중단하고 상청액의 소정 부피를 1500L vat로 빨아들인다; 추후 처리를 위해 담아 놓는다.
H. 1000 L 반응기의 내용물에, 탈이온수(300L)를 첨가한다. 여과를 준비하면서 혼합물을 진탕시킨다.
I. 옥시실버니트레이트 수성 슬러리를 적당하게 준비된 필터 누체(nutsche)(압변/진탕식 또는 박스)로 옮기고 완전히 건조시킨다. 여과물의 pH를 확인한다.
J. 약 15 내지 20L의 물로 필터 케이크를 세척하고 완전히 건조시킨다. 여과물이 여전히 산성(pH < 4)이면 반복한다.
K. 상기 필터 케이크를 적당한 드라이어(트레이 드라이어 또는 진탕식 팬 드라이어)에서 꺼내고; 젖은 물질의 중량을 측정하고 12시간 동안 공기 기류하에서 건조시킨다. 건조 중량을 측정하고 분석을 위한 표본을 만든다.
L. 건조 생성물을 폴리에틸렌 백에 옮기고 생성물을 저장하고, 습기를 제거하고 차광시킨다.
실시예 2: 나노결정성 은 분말과 대비한, 야채 부패병(soft rot) 병원균(
Erwinia carotovora
subsp. carotovora; Ecc)에 대한 고 원자가 은 항-미생물 활성.
결론
- 고 원자가 은은 식물 병원균 에르위니아종(Erwinia spp.)에 대하여 항-미생물제로서 나노결정성 은만큼 효험이 있었다.
실시예 3
: 황산구리와 같은 다른 종자 처리 제품과 비교한, 콩 달무리 마름병 병원균인 달무리 마름병 병원균(
Pseudomonas syringae pv. phaseolicola
) HB-9 부유균 및 이의 바이오필름 둘 모두에 대한 고 원자가 은의 항-미생물 활성.
결론
- 고 원자가 은은 가장 낮은 농도(바이오필름의 감소를 초래한, 시험된 가장 낮은 구리 농도보다 5O배 더 낮은 농도)에서 부유균 및 바이오필름의 100% 박멸을 초래하였다.
- 황산구리: 가장 낮은 농도(5000 ppm)에서 부유균 ~ 48% 감소 및 바이오필름 17% 감소. 농도 11460 ppm이 효과를 발휘하는데 요구되었다.
- 고 원자가 은은 황산구리보다 부유 세포 및 바이오필름 PspHB-9을 박멸시키는데 있어서 적어도 > 50배 내지 114배 더 효과적이다.
실시예 4
: 드라이 빈 종자 발아 및 출현에 대한 고 원자가 은의 영향 평가 - 온실에서 수행된 초기 독성 분석.
표 5에 나열된 화합물로 처리하고 고체 아가 배지 상에 플레이팅한 후 5일 및 10일 경과 후 각각의 처리로부터 얻은 종자 50개에 대한 발아를 직접적으로 측정하였다. 또한 온실내 4개 포트에 포트당 5줄로 파종한 종자 20개로부터의 유식물의 출현에 따라 각각의 처리에 관한 발아를 간접적으로 측정하였다. 플레이트 상의 발아에 대한 결과는 표 6 및 7에 제시되어 있다. 단일 변수 ANOVA를 사용한 발아 데이터의 통계학적 비교는 임의의 처리로부터의 종자의 발아에 유의한 차이가 없었음을 보여주었다. 이러한 결과는 실험 제품을 포함한, 드라이 빈 종자에 적용된 처리가, 종자 발아에 유의적인 유해한 영향을 미치지 아니하였음을 제시한다.
실시예 5
. 온실에서 유식물의 발아
실시예 5. 비처리된 종자와 비교하여 고 원자가 은으로 처리된 드라이 빈(
Phaseolus vulgaris
L. cvs. Othello 및 AC Polaris) 종자로부터의 미생물 회복.
드라이 빈 종자 재배종(cultivars)을 이 실험에 사용하였음: 샘플 설명
1. '오셀로' - 핀토 빈(Pinto beans) - 이 종자들을 분류 및 세정 작업 이전에 경작지 수확자로부터 직접 얻었다. 상기 종자에는 상업적인 종자 처리 시설에서 가공 과정 동안 일반적으로 버려지게 될 종자가 포함되어 있었다 - 손상되거나, 탈색되거나, 쭈끄러들었거나 작은 종자. 이들 종자가 세정되지 아니하였다는 사실로 인해, 이들 종자는 여전히 흙, 먼지, 식물 파쇄물 등을 함유한다. 그러므로, 이 종자 품목(lot)은, 매우 다양한 개체 및 높은 미생물 회수가 예상되며, 높은 천연 미생물 공격(challenge)에 대한 좋은 모델을 제공할 것으로 예상되었다. 이러한 종자들은 전반적으로 처리하는데 더 까다로우면서, 또한 예상한 바와 같이 이와 같이 최소한도로 가공된 종자에 대한 다양한 결과를 양상한다.
2. AC 폴라리스 - 화이트빈(White beans) - 이 종자들을 상업 종자 처리 시설에서 가공 및 세척하였다. 가공은 소형, 손상, 및/또는 탈색 종자의 배제를 초래하고, 그에 따라 전체적으로 더무거운 종자 품목을 양산한다. 가공 후, 종자를 세척하고 청결하게 하여, 그 결과 흙, 먼지 또는 파쇄물의 유의한 감소가 초래되었다. 이러한 가공 단계들로 인하여, 이러한 종자들로부터는 미생물 다양성 및 개체수가 감소될 것으로 예상되었고, 특히 본 연구에 사용한 다루기 매우 까다로운 '오셀로' 종자 품목과 비교할 때 그러할 것으로 기대되었다. 'AC 폴라리스' 종자 품목은 인공적으로 접종된 종자를 시험하기 위한 탁월한 공급원이었다.
종자 미생물 오염에 대한 점수매기기
표 10에 기재된 공격을 지닌 '오셀로'와 'AC 폴라리스' 종자의 품목들을 처리함으로써 실험을 수행하였다. 종자를 개별적으로 12-웰 마이크로타이터 플레이터의 웰에 위치시키고 1시간 동안 은 및/또는 물로 처리하였다. 처리후, 종자를 즉석에서 제조한 인산염 완충액에 적셔 헹구고 연이어 즉석에서 제조한 인산염 완충액을 함유한 새로운 12-웰 마이크로타이터 플레이트로 옮기고 15 내지 30분 동안 초음파분해처리(sonication)하였다. 초음파분해처리는 생존중인 박테리아와 진균을 종자 표면으로부터 제거시켰으며 이들은 액체내로 회수되었다. 6일 후, 종자를 함유한 각각의 웰을 하기 두 인자에 기초하여 점수를 매겼다:
- 6일째에, 처리를 위해 종자들이 최초로 담겨진 액체의 탁도.
- 역시 6일째에, 박테리아 및/또는 진균 콜로니로 뒤덮인 종자 표면 영역.
점수는 다음과 같이 다르게 매겼다:
(0) - 6일 경과후 종자 표면 상에서 관찰된 미생물이 없으며 분명한 탁도가 관찰되지 아니함
(1) - 최소 탁도 및/또는 20% 이하의 종자 외부 영역이 가시적으로 미생물에 의해 뒤덮여 있음
(2) - 20% 이상 50% 미만의 종자 표면이 미생물에 의해 뒤덮여 있고/거나 (1)에서 관찰된 탁도보다 높은 탁도이나 맥파랜드(McFarland) 탁도 표준 점수 0.5와는 결코 매치되지 아니함.
(3) - 적어도 50%의 종자 표면이 미생물 콜로니에 의해 뒤덮여 있으며 가장 낮은 맥파랜드 점수 -0.5의 탁도에 근접한 더 심해진 탁도.
(4) - 박테리아 및/또는 진균 콜로니로 뒤덮인 종자 표면이 50%를 초과하고/거나 심한 탁도(12-웰 플레이트의 웰 바닥이 간신히 보임)
(5) - 종자 표면이 완전히 미생물로 뒤덮여 있고/거나 탁도가 최대, "우윳빛"으로 보이는 액체 배양물.
각 실험에서 종자 6개에 대한 점수를 매겼으며 각각의 실험을 독립적으로 3회 반복하였다. 표 11, 13, 및 15에 제시된 수치는 종자 6개로부터의 점수의 평균을 나타낸다. 종자상의 미생물 개체군을 감소시키는 고 원자가 은의 효능은 박테리아, 진균의 전체 점수에 기초하여 측정되었다. 총 미생물 점수(박테리아와 진균을 합함)가 사멸 백분율로서 표 12, 14, 및 16에 제시되어 있다.
실험 1
'오셀로' 종자: 4개의 독특한 콜로니 형태를 지니는 진균을, 주로 비-접종 처리로, '오셀로' 종자로부터 회수하였다. 육안 확인(Visual identification)은 푸사리움종(Fusarium sp.)을 나타내는 포자 천연색을 지니는 것들을 포함하였다. 5 내지 6개 유형의 박테리아 콜로니가 또한 비-접종된 '오셀로' 종자로부터 회수되었다. 종자에 달무리 마름병 병원균을 접종하였을 때, 진균 출현 및 숫자가 감소 되었는데, 이는 일반적으로 슈도모나스(Pseudomonas) 속 유래 박테리아에 의해 생산된 광범위 항생제로 인한 것으로써 놀랍지 않다. 이러한 항생제는 표면에 콜로니를 형성할 때 다른 미생물과 대비하여 상당한 경쟁적 이점을 제공할 수 있다.
'AC 폴라리스' 종자: 'AC 폴라리스' 종자를 상업 종자 세정 시설에서 미리-세정시켰고, 회수 데이터는 비-접종시 이러한 종자로부터의 더 낮아진 미생물 회수에 관한 이전에 언급된 예상을 확신시켰다. 놀랍게도, 이러한 종자가 달무리 마름병 병원균(P. syringae pv. phaseolicola)로 접종된 경우, 박테리아 수치는 특이적으로 비처리된 종자에서 높았다. 이것은, 추가적인 스트레스가 적용되지 아니하였을 때, 경쟁적 이점 및 종의 연속에 있어서의 감소에 기인한 것일 수 있다.
데이터는 하기 표 11과 12에 요약되어 있다.
실험 2
실험 1에서 관찰된 것과 동일한 경향이 실험 2에서 관찰되었다.
'오셀로' 종자: 3개의 독특한 콜로니 형태를 지니는 진균을, 주로 비-접종 처리로, 초기 육안 확인에 기초하여, '오셀로' 종자로부터 회수하였다. 5가지 유형의 박테리아 콜로니가 또한 비-접종된 '오셀로' 종자로부터 회수되었다. 종자에 달무리 마름병 병원균을 접종하였을 때, 진균 출현이 감소되었고, 회수된 개체는 주로 슈도모나스(Pseudomonas)였다.
'AC 폴라리스' 종자: 회수 데이터는 천연, 비접종 종자에서 이러한 종자로부터의 미생물 회수가 더 낮아졌음을 보여주었다. 달무리 마름병 병원균을 접종하였을 때, 박테리아 수치는 비처리된 종자의 경우 더 높았다.
데이터는 표 13과 14에 요약되어 있다.
실험 3
다양성 데이터는 이전의 실험들과 유사하였다.
결론:
고 원자가 은은 종자 표면에 결합된 다양한 박테리아 및 진균 종에 대하여 살박테리아 및 살진균 효능을 나타내었다. 데이터는 3회 반복된 독립 실험을 통해 일치되었다.
실시예 6. 다양한 드라이 빈 품종의 종자에 수용성 코팅으로 적용된 경우 고 원자가 은의 효능에 대한 평가.
옥시질산은에 의해 생성된 고 원자자 은 이온의 효능을 질병에 걸린 드라이 빈 종자에 대한 종자 처리에 따라 평가하였다. 옥시질산은을 발아된 드라이 빈(Phaseolus vulgaris L)에 수용성 종자 코팅으로 적용하였다.
고 원자가 은 이온을 하기에 따라, 공지의 기술을 이용하여 제조하였다: 질산은(Ag(Ag2O4)2NO3)를 질산은(AgNO3) 수용액과 과황산칼륨(K2S2O8)을 반응시켜 순수한 질산은의 검은색 침전물을 생성시킴으로써 제조하였다(하기 화학 반응 참조). 침전물을 여과에 의해 회수하고 분말을 건조하였다.
7AgNO3(aq) + K2S2O8(aq) + 8H2O → Ag(Ag2O4)2NO3(침전물) + 6HNO3(aq) + 6 H2SO4(aq) + K2SO4(aq) + 4H2(g)
종자를 페트리 플레이트내 블로터(blotters)에 위치시키고, 3일 동안 과량의 물에 적시고 난 다음, 4일째에 물을 뺐다. 3일간 급수된 과량의 물은 발아중인 종자에 대하여 매우 높은 박테리아 부하와 병원성 박테리아, 부생성(saprophytic) 박테리아 및 부패병(soft-rot) 박테리아에 기인한 고 질병압을 초래하였다. 이러한 질병압은 너무나 극심하여 실험 2 내지 5의 발아율은 미생물 생장에 의해 압도되었기 때문에 실질적으로 0이었다. 그러나, 실험 #1(품종 '오셀로'의 건강한 종자 로트)은 질병압을 극복하고 두드러지게 발아될 수 있었다.
이러한 극단적인 조건은 박테리아 질병압에 대한 고 원자가 은의 현저한 효 과를 밝히는데 사용되었다. 이러한 조건하에서, 고 원자가 은 처리는 음성 대조군(물)과 양상 표준(Apron Maxx RTA)과 비교하여 유의하게 발아를 증가시켰다.
10일까지, 1% 고 원자가 은 처리는 음성 대조군(멸균수)과 비교하여 34.7%까지 발아를 증가시켰다. 또한, 발아는 Apron Maxx RTA(드라이 빈에 관한 등록된 종자 처리 및 산업 표준)에 비해 54% 더 높았다. 이러한 결과는 표 1에 제시되어 있으며 도 1에 도시되어 있다. 고 원자가 은을 이용한 처리는 25% 발아율에 도달하는데 필요한 일수에서 관찰된 바와 같이 발아에 나쁜 영향을 미쳤다. 예를 들어, 종자에 적용된 식물에 유해한 화합물은 발아를 지연시키거나 억제할 것이다. 이것은 25% 및/또는 50% 발아율에 도달하기 위해 더 긴 시간을 필요로하게 할 것이다.
더욱이, 고 원자가 은은 1.3- 내지 2.3배까지 발아된 종자의 숫자를 증가시켰다. 고 원자가 은의 긍정적 효과는 도 2에서 눈으로 확인할 수 있다.
고 원자가 은은 뛰어난 드라이 빈 종자 처리제인데, 이것이 발아중인 종자에 식물유해성 효과를 미치지 아니하며 매우 많은 수의 오염 박테리아에 의해 공격받는 종자의 발아를 상당히 구제할 수 있기 때문이다. 구체적으로, 이것은 종자 처리제로서 고 원자가 은을, 특히 저급 품질 종자 또는 빈약한 발아 조건에서 사용하여 발아율을 증가시킬 수 있다는 것을 입증한다. 또한 콩과 작물의 경우, 고 원자가 은 처리가 발아를 가속화시킬 수 있으나(실시예 7 참조), 본원에 기재된 실험에서 처리는 드라이 빈 종자의 가속화된 발아를 야기하지 못하였다는데 주의가 요망되었다.
이 실험의 결과는 하기 표 17에 제시되어 있다.
실험 7: 콩 작물 종자(완두, 병아리콩, 렌즈콩, 대두, 드라이 빈)에 대한 고 원자가 은의 식물유해독성의 평가
본 실험은 실시예 6에서 사용된 것과 동일한 고 원자가 은이, 항미생물 종자 처리제로서 콩 종자에 첨가된 경우, 콩 작물인 완두, 병아리콩, 대두 및 렌즈콩의 발아 또는 출현를 감소시키거나, 상기 콩 작물들에 유해한지 여부를 결정하기 위한 실험이다. 발아 데이터는 고 원자가 은이 하기 4가지 농도 중 어느 한 농도로 수성 코팅으로써 적용된 종자를 대상으로 하여 기록되었다: 1000-ppm, 2500-ppm, 5000-ppm 및 10000-ppm.
5가지 콩 작물의 각각의 종자 100개를(표 18) 다양한 농도의 고 원자가 은으로 처리하고(표 19) 이후 5" 포트의 비멸균 모래 흙에 뿌리고(n = 50개 종자) 온실에 놓아 두거나, 멸균된 페트리 플레이트의 습윤 블로터 상에 놓아 두었다(n = 50개 종자). 블로터 상에서의 발아를 7일 및 14일째에 스코어링하였다. 흙으로부터의 출현을 21일과 28일째에 스코어링하였다. 고 원자가 은으로 코팅된 콩 종자의 발아 및 출현을 물로 처리한 종자의 결과와 비교하였으며, 유식물을 임의의 식물유해독성에 대한 징후에 관하여 육악으로 등급을 매겼다. 이 실험에 관한 통제된 변수는 표 20에 요약되어 있다.
종자를 처리하기 위해, 100개의 종자를 50㎖ Falcon 튜브에 넣고 처리 용액과 화합시켰다. 종자를 유순하게 굴리고 상기 Falcon 튜브를 전도시킴으로써 5분 동안 상기 처리제와 혼합시켰다. 코팅된 종자를 건조시키기 위해 30분 동안 개방된 페트리 플레이트에 놓아 두었다. 종자를 온실내에 배치된, 포트 당 10개씩 파종하고, 오후 3:00부터 오후 10:00까지 일광을 보충하는 수은 램프 조명과 함께 표준 조건하에서 유지하였다.
처리 용액의 제조:
10% 용액 - 5㎖의 멸균수에 0.5g의 고 원자가 은을 첨가한다. 일정하게 교반한다.
5% 용액 - 상기 10% 용액을 15분 동안 평형화시킨 후, 0.5㎖의 멸균수에 0.5㎖의 10% 용액을 첨가한다. 일정하게 교반한다.
2.5% 용액 - 0.75㎖의 멸균수에 0.25㎖의 10% 용액을 첨가한다. 일정하게 교반한다.
1% 용액 - 0.9㎖의 멸균수에 0.1㎖의 10% 용액을 첨가한다. 일정하게 교반한다.
콩 종자에 고 원자가 은 처리:
종자 100개를 50㎖ Falcon 튜브에 넣고 1㎖의 처리 용액을 첨가한다. 튜브를 5분 동안 유순하게 돌리고 전도시켜 손상이 초래됨이 없이 각각의 종자를 균일하게 코팅시킨다. 튜브에서 종자를 꺼내어 빈 페트리 플레이트에 조심스럽게 쏟아 붇는다. 노출시킨체 두고(뚜껑을 개방함) 30분 동안 공기 중에서 종자를 건조시킨다.
발아와 출현의 평가
(1) 발아: 각각의 처리로부터의 종자 50개를 거대 페트리 플레이트 안의 25개의 개별 습윤된 블로터 상에 놓는다. 실온에서 2주 동안 빛을 비추거나 빛을 비추지 않고서 인큐베이션한다. 7일 및 14일째에 발아에 대한 점수를 매긴다.
(2) 출현: 각각의 처리로부터의 종자 50개를 5개 포트(포트 당 종자 10개 및 처리당 5개 포트)에 파종한다. 충분한 공기를 순환시키면서 22℃에서 온실 안에 놓아 둔다. 필요한 경우, 수은 램프를 사용하여 일광을 보충한다(오후 3:00시에 점등; 오후 10:00시에 소등). 전정수(Pre-emergent) 식물의 경우, 필요에 따라토양 습도를 유지하기 위해 물을 공급하나 축축하게 젖도록 공급하지 아니한다. 정수 식물의 경우 매일 물을 공급한다. 21일과 28일째에 출현에 대해 점수를 매긴 다.
종자를 물, 또는 5개 농도의 고 원자가 은 중 어느 하나로 처리하고 페트리 플레이트 안에서 공기 건조시켰다. 종자를 처리하고 공기 건조시키고 난 후, 이들 종자를 온실내의 포트에 담겨진, 비멸균된 흙에 파종하였다. 달리, 이들 종자를 거대 페트리 플레이트내 습윤 블로터 상에 놓아 두었다.
블로터 상에서의 종자 발아를 7일째(표 21) 및 14일째(표 22)에 점수를 매겼다. 모든 대두 종자는 매우 느리고 낮은 발아율을 나타내었는데, 다수의 종자가 7일 경과후 발아되지 아니하였으며 최대 발아율은 64%이었다. 카불리 병아리콩(Kabuli chickpea)의 경우 발아 감소가 대두에서의 발아 감소보다 덜 극심하였지만, 카불리 병아리콩은 또한 대조군을 포함한, 모든 처리에 있어서 전반적으로 감소된 발아율을 나타내었다.
고 원자가 은의 처리는 이 실험에 있어서 임의의 콩 종자의 발아에 대하여 나쁜 영향을 미치지 아니하였다. 반대로, 미생물의 과부하를 지닌 종자(대두처럼)는 이 종자를 처리하기 위해 사용된 고 원자가 은의 농도 증가와 직접적으로 관련된 발아율의 증가를 나타내었다.
실시예 8
: 고 원자가 은에 의한 발아의 향상.
본 실험은 저급 품질의 대두 종자에 적용된 경우 고 원자가 은에 의한 발아 의 향상을 평가한다.
고 원자가 은은 발아된 대두 종자의 발아 속도 및 개수를 증가시키는 것으로 확인되었다. 발아 속도는 7일 경과후 발아 백분율로 제시된다(표 23). 물 조절은 7일까지 26.7%에 달하였으나 고 원자가 은 처리는 각각 28%, 29.6%, 34.5%, 및 59.4%에 달하였다.
고 원자가 은으로 처리된 발아된 종자의 개수는 물로만 처리된 종자와 비교할 때 증가되는 것으로 나타났다. 14일째, 1% 고 원자가 은은 물만 처리한 경우보다 발아율이 34% 더 높았다(표 24). 고 원자가 은 처리는 발아된 종자의 비율을 효과적으로 2배(또는 거의 2배) 증가시켰다.
과도한 박테리아 성장이 물 처리된 종자 및 이로부터의 블로터에서 관찰된 반면, 고 원자가 은 처리된 종자는 주요한 박테리아 성장이 나타나지 않았다.
실시예 9
. 건강한 드라이 빈 종자
고 원자가 은으로 처리된 건강한 드라이 빈 종자는 물 대조군 또는 산업 표준 'Apron Maxx RTA'보다 더 빠른 발아 속도와 더 높은 발아율(%)(표 25)을 나타내었다. 추가적으로, 50%와 100% 발아에 도달하는데 걸리는 가장 짧은 시간이 고 원자가 은 처리시 관찰되었다(표 25).
Claims (17)
- 고 원자가(valence) 은 이온을 포함하는 1종 이상의 보존제를 포함하는 조성물과 식물 물질 또는 이의 일부분을 접촉시키는 단계, 및 이 접촉에 따른 결과로써, 상기 식물 물질이 보존되는 단계를 포함하는, 식물 물질 처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 조성물이 질산은 수용액; 산화제; 및 1종 이상의 산의 음이온을 포함하는 식물 물질 처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 식물 또는 이의 일부분을 접촉시키는 단계가 종자, 뿌리, 뿌리줄기, 기는 줄기, 덩이 줄기, 줄기, 잎, 꽃, 도관 조직, 및 이들의 조합물을 접촉시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 식물 물질 처리 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 식물 물질이 보존되는 단계가 하나 이상의 바이오필름에 대하여 상기 식물 물질을 처리하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 식물 물질 처리 방법.
- 제 4항에 있어서, 하나 이상의 바이오필름에 대하여 상기 식물 물질을 처리하는 단계가 상기 바이오필름을 제거 또는 감소시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 식물 물질 처리 방법.
- 제 4항에 있어서, 하나 이상의 바이오필름에 대하여 상기 식물 물질을 처리하는 단계가 에르위니아(Erwinia) 종, 슈도모나스(Pseudomonas) 종, 산토모나스(Xanthomonas) 종, 클라비박터(Clavibacter) 종, 쿠르토박테리움(Curtobacterium) 종, 스트렙토미세스(Streptomyces) 종, 푸사리움(Fusarium) 종, 리족토니아(Rhizoctonia) 종, 콜레토트리쿰(Colletotrichum) 종, 버티실리움(Verticillium) 종, 피시움(Pythium) 종, 파이톱쏘라(Phythophthora) 종, 헬민토스포리움(Helminthosporium) 종, 클레로티니아(Sclerotinia) 종, 보트리티스(Botrytis) 종, 아스코치타(Ascochyta) 종, 및 이의 변종으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 종에 대하여 상기 식물 물질을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 물질 처리 방법.
- 은 증착 화합물을 포함하는 항-바이오필름제와 바이오필름을 접촉시키는 단계를 포함하는 바이오필름 처리 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 항-바이오필름제가 고 원자가 은 이온, 및 이의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오필름 처리 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 바이오필름이 식물 또는 이의 일부분, 또는 식물 상품(commodity)의 생산, 운반, 취급, 가공 또는 포장과 관련된 천연 또는 인공 표면 물질의 위 또는 안에 존재함을 특징으로 하는 바이오필름 처리 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 바이오필름이 동물 또는 이의 일부분, 또는 동물 상품(commodity)의 생산, 운반, 취급, 가공 또는 포장과 연관된 천연 또는 인공 표면 물질의 위 또는 안에 존재함을 특징으로 하는 바이오필름 처리 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 바이오필름이 의료 기구(medical device) 또는 이의 일부분, 또는 상기 기구의 생산, 운반, 취급, 가공 또는 포장과 관련된 천연 또는 인공 표면 물질의 위 또는 안에 존재함을 특징으로 하는 바이오필름 처리 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 바이오필름이 산업용 기계 또는 이의 표면 또는 일부분 위 또는 안에 존재함을 특징으로 하는 바이오필름 처리 방법.
- 제 7항에 있어서, 하나 이상의 추가 항-바이오필름제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오필름 처리 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 항-바이오필름제가 부유성(planktonic) 박테리아를 처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오필름 처리 방법.
- 고 원자가 은 이온을 포함하는 조성물을 포함하는 항-바이오필름 조성물.
- 고 원자가 은 이온을 포함하는 1종 이상의 보존제를 포함하는 조성물과 표면 또는 이의 일부분을 접촉시키는 단계, 및 이 접촉에 따른 결과로써, 상기 표면이 살균되는 단계를 포함하는, 표면 처리 방법.
- 고 원자가 은 이온을 포함하는 1종 이상의 보존제를 포함하는 조성물과 표면 또는 이의 일부분을 접촉시키는 단계, 및 이 접촉에 따른 결과로써, 상기 표면의 오염이 예방되는 것을 포함하는, 표면 처리 방법.
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