KR20100005806A - 과산화수소 및 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 및 저분자은-알긴산염의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과산화수소 및 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 및 은-알긴산염의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 알긴산염 1 중량부에 대하여 10(w/v)% 내지 40(w/v)%의 과산화수소를 40 중량부 내지 60 중량부로 첨가하여 용해시키는 단계; 및 상기 혼합액에 초음파를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염을 고효율로 생산할 수 있는 효과가 있으며, 종래에 비해 항균성이 향상된 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염을 제공하는 효과가 있다.

과산화수소, 초음파, 저분자, 알긴산염, 은-알긴산염

Description

과산화수소 및 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염의 제조방법{Method of preparing alginate and silver-alginate having low molecular weight using hydrogen peroxide and ultrasonic wave}

본 발명은 과산화수소 및 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 및 은-알긴산염의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 고분자의 알긴산염을 저분자화 시키고, 항균성을 향상시킨 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염을 제조하는 방법에 관한 것이다.

미역, 다시마 등의 해조류에 많이 함유되어 있는 알긴산염은 항균성 및 독특한 생리 기능성 효과가 발견되어 의료용 재료 등 여러 분야에 광범위하게 사용되고 있으며, 그 수요가 큰 폭으로 상승되고 있다.

알긴산염(Alginate)은 해조 다당류의 일종으로 α-L-글루론네이트[G]과 β-D-만루론네이트[M] 로 구성되어 있으며, MM 블럭(block), GG 블럭의 호모폴리머 블럭(homopolymer block) 혹은 MG 블럭과 같은 헤테로폴리머 블럭(heteropolymer block)이 번갈아가면서 α-1,4 또는 β-1,4 결합으로 구성된 다당류(polysaccharide)이며, 구조식은 다음과 같다.

<알긴산염(sodium alginate)의 화학적 구조식>

알긴산염(Alginate)의 물리화학적인 특성은 M/G 비율 및 블럭 조성에 의해 결정된다. M/G의 비율은 해조류의 종류에 따라 다르지만, 일반적으로 알긴산염의 함량이 높은 시기에 M/G의 비율도 높다. G-블럭은 M-블럭에 반해 딱딱한 체인으로 형성되어있고 2가 양이온에 의해 겔 형성을 하면서 가교결합 되어진다.

이러한 알긴산염(alginate)은 금속이온과 반응하여 겔(gel)을 형성함으로써 금속이온을 흡착하는 성질을 가지고 있다. 알긴산염이 금속이온과 결합하는 반응기구는 알긴산염의 구성 성분인 우론산(uronic acid)의 카르복시기(carboxyl group) 사이를 금속이온이 결합하여 3차원 망상구조의 겔(gel)을 형성하기 때문으로 알려져 있으며, 알긴산염의 폴리글루론산(polyguluronic acid segment(G))과 폴리만누 론산(polymannuronic acid segment(M)) 사이의 금속이온이 가교결합을 형성함으로서 망상구조를 형성하고, 우론산(uronic acid)의 배열종류가 금속이온 결합능에 관계있는 것으로 보고되어 있으며, M/G의 비율이 낮을수록 중금속의 제거능력이 우수한 것으로 보고되었다. 또한, 카르복실기가 포함된 금속염이 항균제로서 이용 가능성이 있는 것으로 알려져 있다.

알긴산은 금속이온과의 반응으로 실온에서 겔화되고, 특히 폴리만누론산 세그먼트(polymannuronic acid segment)가 존재할 때 유연한 겔이 생성하며, 겔화 과정에서 여러 가지 기능성 재료를 넣을 수 있다. 이러한 특성으로 알긴산염은 항종양제, 창상치유제, 창상피복재와 같은 의약 생리활성물질로 이용가능하다. 특히, 창상피복재로 사용 가능한 것은 첫째, 알긴산이 친수성 겔을 형성하여 체액을 신속히 흡수되고 둘째, 창상부와 점착하여도 이 피복재에 식염수를 첨가하면 불용성의 칼슘염이 가용성의 나트륨 염(sodium alginate)으로 전환되어 박리가 용이하며, 셋째, 창상에 남은 섬유는 생분해 특성이 있기 때문이다.

따라서, 알긴산이 가지고 있는 이러한 장점 등을 이용하여 여러 분야에 화학적으로 응용되고 있다. 알긴산염을 겔(gel)로 제조하여 효소고정화제로 이용하거나 필름 제제 및 캡슐 제조용으로 이용하려는 연구가 진행되어 왔다. 또한, 알긴산염의 식이섬유로의 기능이 알려지고 알긴산염이 유해금속과 결합함으로써 유해금속을 체외 배출하는 특성이 있음을 응용하여 다이어트 보조식품으로 사용되기도 한다. 알긴산의 금속 결합능을 이용하여 폐수에 알긴산염을 가하여 중금속을 회수 제거하고, 또 식수(tap water)중의 금속을 제거 처리하기 위한 연구가 보고되었다.

You 등은 미역 다시마 등을 묽은 Na₂CO₃로 처리하여 분리 추출하는 방법으로 추출조건에 따라 다른 점도를 가진 Na-알긴산염으로 만들고, Na-알긴산염 용액의 점도가 금속이온 결합능에 미치는 영향을 조사하여 알긴산염의 점도가 높을수록 금속이온 결합능이 높음을 보고하였다. 특히, 알긴산염(Ag-alginate, Cu-alginate 등)이 pH 7의 Ag 및 Cu의 일정농도 이상에서 대장균, 포도상 구균에 항균 효과가 있는 것으로 보고되었다.

최근에는 이러한 다당류 알긴산염을 저분자화 시켜 그 응용범위를 의료의약품(Drug carrier, Wound dressing, Transformation support, etc.) 등 생체적합 재료와 같은 고부가가치를 갖는 재료로 넓히고자 하는 연구가 진행 중이다. 이러한 알긴산염을 응용하는 선행 특허로는 대한민국 특허출원 제2006-0003350호에 균질한 열가역성 알긴산염 필름 및 이로부터 제조된 연질캡슐에 대하여 개시된 바 있으며, 미국특허 제5986164호에 분자량이 7000 내지 40,000인 알긴산염 창상드레싱에 대하여 개시된 바 있고, 국제공개개특허 WO06/029554에는 파클리탁셀 - 소디움 알긴산염 마이크로스피어의 혈관색전제 및 그 제조방법에 대하여 개시된 바 있다.

지금까지의 보고된 다당류 알긴산염의 저분자화 방법은 크게 화학적인 처리방법 및 효소를 이용한 방법으로 나눌 수 있다. 이중 효소 처리 방법은 분자량의 조절은 가능하지만 효소의 고단가, 장시간의 반응시간 그리고 대량처리가 어렵다는 단점을 가지고 있고, 화학적인 방법은 회수율이 낮고, 긴 화학 처리 시간, 반응 후 처리공정의 어려움, 식용으로 사용하는데 어려움 그리고 반응 후 폐수의 처리가 곤 란하다는 단점이 있다. 또한, 최근에는 γ선 조사(γ-irradiation)을 이용한 방법이 사용되고 있지만 대량 생산 측면에서 효율이 떨어지고, 고가의 설비비 및 경제적인 측면에서 효율이 낮다는 문제가 있다.

한편, 알긴산염을 저분자화 시키는 선행 특허로는 초음파 전처리와 열수 추출, 마이크로파 전처리와 열수추출 및 고온 가압 전처리와 열수추출에 의한 수용성 저분자알긴산의 제조 방법이 알려져 있으며, 알긴산염 수용액에 초음파를 조사하여 저분자량 알긴산염의 제조방법이 알려져 있다. 그러나, 상기 기술된 방법에는 본 발명에서와 같이 과산화수소 및 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염의 제조방법에 대하여는 전혀 개시된 바 없다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 과산화수소와 초음파를 동시에 이용하여, 고효율로 제조할 수 있는 저분자된 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 제조방법에 의해서 제조된, 항균특성이 향상된 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염을 포함하는 항균용 조성물을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

a) 알긴산염 1 중량부에 대하여 10(w/v)% 내지 40(w/v)%의 과산화수소를 40 중량부 내지 60 중량부로 첨가하여 용해시키는 단계; 및

b) 상기 혼합액에 초음파를 처리하는 단계를 포함하는 저분자 알긴산염의 제조방법을 제공한다.

상술한 바와 같이, 알긴산염은 α-L-글루론네이트[G]과 β-D-만루론네이트[M] 잔기를 함유하는 선형의 분지되지 않은 화학 중합체이다. 그러나, 이와 같은 알긴산염은 분자량이 크고, 점도가 높으며, 또한, 용매 특성이 좋지 않아 사용에 많은 어려움이 있다. 또한 목적에 적합하게 분자량을 제어하고 고효율로 대량 생산하는 기술이 확립되어 있지 않아 작업성에 문제점이 있다.

본 발명에서는 과산화수소와 초음파 조사를 동시에 사용, 즉 과산화수소를 이용하여 하이드록시 라디칼로 분해되는 효율을 높이며, 초음파 조사에서 라디칼의 생성량을 높이고, 생성된 라디칼에 의해 간단하고 빠른 시간에 고수율로 저분자 알긴산염 제조함으로써 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있었다.

본 발명에서 저분자화에 유용한 알긴산염으로는 알긴산염의 1 가 염, 예를 들어 나트륨 및 칼륨 알긴산염 뿐만 아니라 알긴산염의 에스터화된 형태, 예를 들어 프로필렌 글리콜 알긴산염이 있다. 상기와 같은 모든 에스터화된 형태들은 본 발명에 사용되는 알긴산염의 정의 내에 포함된다. 본 발명에 사용될 수 있는 알긴산염의 추가적인 예로 마그네슘 알긴산염 및 3-에탄올 아민 알긴산염가 있다. 상기 및 본 발명에 개시한 바와 같은 모든 상기와 같은 알긴산염들은 단독으로 또는 본 발명의 다른 알긴산염들과 함께 사용될 수 있다.

본 발명에서 출발물질은 알긴산염은 Junsei Chemical사의 알긴산염(sodium alginate)을 사용하였으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 과산화수소(H₂O₂)는 알긴산염 1 중량부에 대하여 10(w/v)% 내지 40(w/v)%의 과산화수소 40 중량부 내지 60 중량부로 첨가한다.

또한, 본 발명의 일 실험예에서는 과산화수소 처리 및 초음파 조사에 따른 최적의 분자량 제어 조건을 확립하기 위하여, 알긴산염을 과산화수소에 용해시킨 다음 반응시간에 따른 점도 변화 및 분자량 분포를 조사하였다. 그 결과 반응시간이 길어짐에 따라 고유 점도값이 저하됨을 확인할 수 있었고, 분자량은 반응시간 30분까지 급격히 감소하며, 30분 이상부터는 분자량의 저하가 완만하게 이뤄짐을 확인할 수 있었다(도 2 참조).

따라서, 본 발명에서 반응시간은 30분 내지 5시간이 바람직하며, 이때 초음파는 20kHz 내지 lMHz의 진동범위를 갖는 초음파를 사용하는 것이 바람직하다.

일반적으로 초음파는 의료기기 또는 비파괴검사 등에 사용되는 약 1 초과 ∼ 10 MHz의 진동수를 가지는 고주파 영역의 초음파와, 세척기, 플라스틱 또는 금속의 용접 등에 사용되는 15 ∼ 1000 kHz의 상대적으로 낮은 진동수를 가지는 저주파 영역의 초음파가 있다. 상기와 같이 통상적으로 초음파는 표면의 검사나 세척을 위한 용도로 주로 사용되어 왔으나, 본 발명에서는 분자 구조를 변형시키기 위한 용도로 과산화수소와 초음파를 동시에 처리하여 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 변형하는 것에 특징이 있는 것이다. 본 발명에서는 저주파 영역인 20kHz 내지 1MHz의 진동범위를 갖는 초음파를 사용하여 수행한다.

본 발명의 반응시(초음파 처리시) 온도는 30℃ 내지 100 ℃에서 수행하며, 바람직하기로는 30℃ 내지 50℃에서 수행한다. 상기 가공온도가 30 ℃ 미만이면 알긴산염 분자의 분자운동이 한정되어 초음파에 의한 구조변화가 원활하게 이루어지지 않으며, 100 ℃ 초과하는 경우에는 알긴산염이 열분해되는 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명은,

a) 알긴산염 1 중량부에 대하여 10(w/v)% 내지 40(w/v)%의 과산화수소를 40 중량부 내지 60 중량부로 첨가하여 용해시키는 단계;

b) 상기 혼합액에 초음파를 처리하는 단계; 및

c) 상기 초음파 처리된 b)단계의 용액에 질산은(AgNO₃) 용액을 첨가하여 반응시킨 다음 침전물을 회수하는 단계를 포함하는 저분자 은-알긴산염의 제조방법을 제공한다.

이때, 저분자 은-알긴산염 내의 은의 함량은 질산은의 농도를 변화시키는 것에 의해 조절될 수 있고, 바람직하기로는 6.5 중량% 내지 20 중량%의 질산은을 첨가할 수 있으며, 더욱 바람직하기로는 10 중량%로 첨가한다. 항균성을 증가시키기 위하여, 질산구리 및 이산화티타늄 등이 선택적으로 추가될 수 있다.

상기 회수된 침전물은 증류수 및/또는 에탄올로 세척한 다음 건조시켜 사용될 수 있으며, 질산이온을 제거하기 위하여 질산은(AgNO₃) 용액을 음이온 교환수지를 통과시킨 후 알긴산염에 첨가할 수도 있다.

한편, 본 발명자들은 상기 제조된 저분자 은-알긴산염의 항균성을 평가하기 위해 금나노, 은나노 및 알긴산염을 비교물질로 사용하여 저분자 은-알긴산염의 항균선 테스트를 실시한 결과, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염의 항균성이 향상되었음을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에서는 저분자 은-알긴산염을 포함하는 항균용 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 항균용 조성물은 항균성을 요구하는 생필품, 특히 유기금속항균제의 사용이 금지된 플라스틱 제품, 바람직하기로는 항균 매트, 항균 칫솔, 항균필터, 항균탈취제 및 항균드레싱(거즈, 붕대 등 의료용 항균섬유) 등에 응용할 수 있다.

본 발명에서 용어 "항균(antimicrobial)"이란 세균(bacteria), 진균(fungi) 등의 병원성 미생물의 성장을 저해하는 것뿐만 아니라 이의 생존을 저해하여 살균하는 것을 포함한다.

본 발명에 따른 항균용 조성물은 세균, 효모 및 곰팡이 등 광범위한 종류의 균류에 강력한 항균 활성을 나타낸다. 세균의 예로는 대장균 (Escherichia coli), 서브티리스균(Bacillus subtilis), 포도상구균 (Staphylococcus aureus), 슈도모나스(Pseudomonas aeruginosa), 크레브시엘라 (Klebsiella aerogenes), 프로테우스(Proteus mirabilis) 등이 있으며, 효모의 예로는 캔디다(Candia solani), 사카로마이세스 (Saccharomyces cerevisiae), 지고삭카로마이세스(Zygosaccharomyces rouxii) 등이 있다. 곰팡이의 예로는 아스퍼질러스(Aspergillus niger), 페니실리움(Penicillium chrysogenum) 등이 있다. 본 발명의 일 실험예에서 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염의 항균력을 확인한 결과, 통상의 알긴산염 및, 금 나노, 은 나노 실험군에 비해 본 발명에 따른 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염이 대장균(Escherichia coli )을 억제하는 효과가 높다는 것을 알 수 있었다(실험예 3 참조).

따라서, 본 발명의 항균용 조성물은 병원성 세균의 생육을 억제하거나 사멸시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 조성물은 저분자 알긴산염 또는 저분자 은-알긴산염을 단독으로 포함하거나, 하나 이상의 약리학적으로 허용되는 담체, 부형제 및 희석제를 추가로 포함할 수 있다. 상기에서 '약리학적으로 허용되는'이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 조성물을 말한다.

상기 본 발명에 따른 항균용 조성물은 분말, 과립, 정제, 환제, 당의정제, 캡슐제, 액제, 겔제, 시럽제, 슬러리제 및 현탁액 등으로 당업계에 공지된 방법을 이용하여 제형화될 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 조성물은 다양한 형태로 제제화할 수 있다. 상기 제제로는 예를 들면, 이에 한정되지는 않으나 창상피복재, 소독제, 살균 세정제, 정균제 및 식품 보존제가 포함된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 저분자 알긴산염의 제조방법은 과산화수소를 사용하여 하이드록시 라디칼로 분해되는 효율을 높이며, 초음파 조사에서 라디칼의 생성량을 높이고 생성된 라디칼에 의해 간단하고 빠른 시간에 알긴산염을 저분자화 시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 저분자 알긴산염에 Ag(silver)를 치환시키는 은-알긴산염을 제조하는 방법을 제공함으로써, 향상된 항균 특성을 갖는 저분자 은-알긴산염을 제조할 수 있는 효과가 있다.

이렇게 제조된 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염은 항균 특성이 우수하여 인체에 대한 안전성 문제가 야기된 유기금속항균제의 대체할 수 있는 효과가 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한 다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

실시예 1 : 저분자 알긴산염의 제조

알긴산염의 저분자화를 위해 도 1에 도시된 바와 같은 저분자-알긴산염 제조장치에 잘 건조된 알긴산염 6 g을 과산화수소(34.5 w/v%, Samchun Chemicals) 300 ml에 녹인 후, 초음파 분위기 하에서 이를 50 ℃에서 30분 동안 반응시켰다. 반응 후 수득된 반응물은 적하깔대기(dropping funnel)을 사용하여 500 ml의 에탄올에 떨어뜨려 침전시키고 이 침전물을 걸러 회수하였다. 회수되어진 침전물은 다시 1차 증류수 200 ml에 균일하게 녹인 후 이를 회전 감압 증류장치를 사용하여 결정화하여 회수하였다. 상기 회수된 저분자화 알긴산염은 FT-NMR, 점도측정 및 MALS-GPC 등을 이용하여 저분자화 알긴산염의 구조분석, 분자량 측정을 실시하였다.

실험예 1 : 반응시간에 따른 알긴산염의 분자량 및 점도 변화 조사

반응시간에 따른 알긴산염의 분자량 및 점도 변화를 조사하기 위하여, 반응시간을 30분, 60분, 90분, 120분, 150분 및 180분으로 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 알긴산염을 제조하였다.

수득된 저분자 알긴산염은 점도 및 분자량 측정을 실시하였다. 알긴산염의 분자량은 다각도 광산란기(Multi Angle Light Scattering)가 장착된 GPC(MALS-GPC)를 통하여 확인이 가능하였고, 사용한 분석용 컬럼은 울트라하이드로겔 컬럼(Ultrahydrogel Column, Waters)을 사용하였고 용출제(eluent)는 0.1N NaNO₃ 를 사용하여 1.0 ml/min의 조건으로 행하였다.

점도측정 및 MALS-GPC에 의한 분자량 측정 결과, 도 2 및 표 1에 개시된 바와 같이, 반응시간이 길어짐에 따라 고유 점도 값이 저하됨을 확인할 수 있고 분자량 역시 동일하게 저하됨을 확인할 수 있었다. 분자량은 30분까지 급격하게 감소함을 확인하였고 30분 이상부터는 분자량의 저하가 완만하게 이뤄짐을 확인하였다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 반응시간이 증가함에 따라 짧게 잘리워진 알긴산염의 사슬의 영향으로 컬럼 내의 머무름 시간(retention time)이 길어짐을 확인할 수 있었다.

상기와 같이 제조된 저분자화 알긴산염의 분자 구조를 알기 위하여, H¹- NMR 및 C¹³-NMR을 실시하였다.

H¹- NMR을 실시한 결과, 도 4에 나타난 바와 같이 8.7 ppm과 2.1 ppm에서 새 로운 피크가 생성되고 세기(intensity)가 증가함을 확인할 수 있었다. 이를 NMR-Predictor를 사용하여 확인한 결과, 8.7 ppm은 과산화수소에서 생성된 하이드록시 라디칼이 알긴산염의 1,4 글리코시드(1,4-glycosidic) 결합을 끊으면서 생성된 HCOO-(formate)이고, 2.1 ppm은 짧게 잘리워진 사슬의 일부분인 부분들이 알긴산염의 주사슬에 붙은 CH₃-와 -CH₂- 임을 확인할 수 있었다.

또한, C¹³-NMR을 실시한 결과, 반응 시간이 증가함에 따라 168 ppm~174 ppm에서 보여주는 새로운 피크는 앞선 H¹- NMR 결과에서 확인했듯이 고분자 알긴산염(sodium alginate)이 잘려지면서 생성된 HCOO-(formate)이고, 61~63 ppm에서 보이는 피크 역시 앞서 설명한 CH₃-와 -CH₂-임을 확인할 수 있었다.

실시예 2 : 저분자 은- 알긴산염(silver alginate)의 제조

저분자 알긴산 은의 제조를 위해, 질산은(AgNO₃) 3.5g을 35ml의 1차 증류수에 녹인 후 적하깔대기(dropping funnel)를 사용하여 저분자 알긴산염 4g을 1차 증류수 100ml에 균일하게 녹인 용액에 떨어뜨린 후 상온에서 1시간동안 반응시킨 다음 침전물을 회수하였다. 회수된 침전물은 1차 증류수와 에탄올로 3회 세척한 후 감압 건조시켰다.

실시예 3 : 저분자 은- 알긴산염(silver alginate)의 제조

저분자 알긴산의 제조를 위해 잘 건조된 알긴산염 6g을 과산화수소 300ml에 녹인 후 초음파 분위기 하에서 이를 50 ℃에서 3시간 동안 반응 시킨 후 준비된 질산은 용액(silver nitrate/distilled water : 3.5 g/35 ml)을 적하깔대기(dropping funnel)를 사용하여 천천히 떨어뜨렸다. 상온에서 1시간 동안 반응시킨 다음 에탄올 500ml에 떨어뜨리고 수득된 침전물을 1차 증류수와 에탄올로 3회 세척 한 후 감압 건조시켰다.

실험예 2 : 저분자 은- 알긴산염(silver alginate)의 은 함량 측정

상기 실시예 2 및 3에서 수득된 저분자 은-알긴산염의 은 함량을 측정하기 위하여, ICP-MS(Inductively coupled plasma mass spectrometry)를 실시하였다.

실험결과, 저분자 알긴산염을 제조한 뒤 이를 은으로 치환시켜 얻은 실시예 2에서 제조된 저분자 은-알긴산염의 경우 은의 함량이 37.41 %인데 반해 저분자 알긴산염 제조와 은 이온 치환을 동시에 반응시켜 얻은 실시예 3에서 제조된 저분자 은-알긴산염의 경우 음의 함량이 26.54 %임을 확인하였다. 이론적인 은의 함량이 대략 38 %로 알긴산염(COO^-Na⁺)이 -COO^-Ag⁺로 약 98% 치환되었음을 확인하였다.

은-알긴산염의 은 함량

은-알긴산염 (Ag-alginate)	시료 중량(g)	용액 중량(g)	시료 농도(ppm)	은 농도(ppm)	은 함량(%)
실시예 2에서 수득된 시료	0.0093	14.2780	651.3	243.7	37.41
실시예 3에서 수득된 시료	0.1365	17.4688	7813	2074	26.54

실험예 3 : 저분자 은- 알긴산염의 항균성 테스트

상기 실시예 2 및 3에서 제조된 저분자 은-알긴산염의 항균성을 평가하기 위해 항균성 테스트는 실시하였다. 비교물질로 금 나노 및 은 나노를 사용하였다. 또한, 알긴산염 및 저분자 알긴산염도 함께 실시하였다. 상기에서 금 나노는 금 나노를 300ppm으로 함유한 금나노칫솔모((주)이큐엔텍)를 사용하였으며, 은 나노는 은 나노를 300ppm으로 함유한 은나노칫솔모(나울)을 사용하였다. 항균성 시험방법은 KS KO693법으로 시험편과 대조편을 공시균(임상적으로 중요한 병원성 세균인 Escherichia coli 사용)으로 접종 및 배양시킨 후 일정량의 액체 속에 진탕시켜 배양된 세균을 추출시키고, 이 액체 속에 존재하는 세균의 수를 측정하여 항균성이 있는 시험편에서의 감소율을 계산하였다.

감소율[%] = (B - A)/B × 100

A : 접종 후 일정 접촉시간을 통하여 배양된 시험편으로부터 재생된 세균 수 B : 접종 후 일정 접촉시간을 통하여 배양된 대조편으로부터 재생된 세균 수

먼저, 영양배지(LB 배지)와 튜브(15ml)를 각각 가압증기멸균을 시행한 다음 멸균된 튜브에 금나노, 은나노, 알긴산염, 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염을 각각 0.2g을 넣고 영양배지(LB 배지) 4ml를 분주하여 24h 배양한 균액은 적당하게 희석하여 멸균된 튜브에 20㎕ 접종한 후 37℃에서 24h 배양한 후 균의 증식 유무를 육안 판정하였다. 희석은 최적 배양된 균을 500배 희석(2.6× 10⁵CFU/ml)하여 접종하여 배양하였다. 또한, 시험 전의 균수(발육 집락)와 시험 후의 균수(발육 집락)를 각각 측정하여, 이하의 기준으로 항균성 평가하였다.

실험결과, 표 2 및 도 7에 나타난 바와 같이, 저분자 은-알긴산염의 경우 우수한 항균특성을 나타났으며, 저분자 알긴산염의 경우도 알긴산염에 비해 뛰어나며, 비교실험군인 은나노와 비슷한 항균특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.

항균성 평가표

	균의 증식 여부	항균성
기준 물질. 대장균	평가 불가	평가 불가
금 나노	Yes	△
은 나노	Yes	△
알긴산염	Yes	×
저분자 알긴산염	Yes	△
저분자 은-알긴산염	No	◎

◎ : 시험 후의 균수가 시험 전의 균수의 1/10000 미만이다.

○ : 시험 후의 균수가 시험 전의 균수의 1/10000 이상 ~ 1/1000 미만이다.

△ : 시험 후의 균수가 시험 전의 균수의 1/1000 이상 ~ 1/100 미만이다.

× : 시험 후의 균수가 시험 전의 균수의 1/100 이상이다.

도 1은 본 발명에 따른 저분자 알긴산염 제조장치를 나타낸 그림이다. (SA: sodium alginate)

도 2는 반응시간에 알긴산염(sodium alginate)의 분자량을 나타낸 그래프이다.

도 3은 반응시간에 따른 알긴산염의 MALS-GPC(Multi Angle Light Scattering Gel Permeation Chromatography) 그래프이다.(RawSA:알긴산염, LMWSA-30min:반응시간을 30분으로 하여 제조된 저분자 알긴산염, LMWSA-3h:반응시간을 30분으로 하여 제조된 저분자 알긴산염)

도 4는 반응시간에 따른 알긴산염의 H¹- NMR 결과이다.(RawSA:알긴산염, LMWSA-30min:반응시간을 30분으로 하여 제조된 저분자 알긴산염, LMWSA-3h:반응시간을 30분으로 하여 제조된 저분자 알긴산염)

도 5는 반응시간에 따른 알긴산염의 C¹³-NMR(164~182ppm) 결과이다.(RawSA:알긴산염, LMWSA-30min:반응시간을 30분으로 하여 제조된 저분자 알긴산염, LMWSA-3h:반응시간을 30분으로 하여 제조된 저분자 알긴산염)

도 6은 반응시간에 따른 알긴산염의 C¹³-NMR(50~110ppm) 결과이다.(RawSA:알긴산염, LMWSA-30min:반응시간을 30분으로 하여 제조된 저분자 알긴산염, LMWSA-3h:반응시간을 30분으로 하여 제조된 저분자 알긴산염)

도 7은 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염의 항균성 평가 사진이다.

Claims (6)

1. a) 알긴산염 1 중량부에 대하여 10(w/v)% 내지 40(w/v)%의 과산화수소를 40 중량부 내지 60 중량부로 첨가하여 용해시키는 단계; 및

   b) 상기 혼합액에 초음파를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저분자 알긴산염의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 초음파 처리는 20kHz 내지 1MHz의 초음파를 30℃ 내지 100℃에서 30분 내지 5시간 동안 처리하는 것을 특징으로 저분자 알긴산염의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 b)단계에서 수득한 반응물을 에탄올로 침전시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 저분자 알긴산염의 제조방법.
4. a) 알긴산염 1 중량부에 대하여 10(w/v)% 내지 40(w/v)%의 과산화수소를 40 중량부 내지 60 중량부로 첨가하여 용해시키는 단계;

   b) 상기 혼합액에 초음파를 처리하는 단계; 및

   c) 상기 초음파 처리된 b)단계의 용액에 질산은(AgNO₃) 용액을 첨가하여 반 응시킨 다음 침전물을 회수하는 단계를 포함하는 저분자 은-알긴산염의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 초음파 처리는 20kHz 내지 1MHz의 초음파를 30℃ 내지 100℃에서 30분 내지 5시간 동안 처리하는 것을 특징으로 저분자 알긴산염의 제조방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따라 제조된 저분자 알긴산염 또는 저분자 은-알긴산염을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균용 조성물.

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