KR20110031141A - 내지문성 코팅의 형성을 위한 지질분해성 효소의 신규 용도, 내지문성 코팅의 형성 방법, 이에 따라 형성된 내지문성 코팅을 포함하는 기재 및 이를 포함하는 제품 - Google Patents

내지문성 코팅의 형성을 위한 지질분해성 효소의 신규 용도, 내지문성 코팅의 형성 방법, 이에 따라 형성된 내지문성 코팅을 포함하는 기재 및 이를 포함하는 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내지문성 코팅의 형성을 위한 지질분해성 효소(lipolytic enzyme)의 신규 용도, 지질분해성 효소를 포함하는 조성물을 기재에 처리하는 것을 포함하는 내지문성 코팅의 형성 방법, 상기 방법에 따라 형성된 내지문성 코팅을 포함하는 기재 및 이러한 기재를 포함하는 제품을 제공한다. 본 발명에 따른 내지문성 코팅을 이용하면 디스플레이, 전자 제품의 외관, 건축 내장재 등의 지문에 의한 오염을 감소시킬 수 있다.

Description

내지문성 코팅의 형성을 위한 지질분해성 효소의 신규 용도, 내지문성 코팅의 형성 방법, 이에 따라 형성된 내지문성 코팅을 포함하는 기재 및 이를 포함하는 제품{NOVEL USE OF LIPOLYTIC ENZYME FOR FORMATION OF ANTI-FINGERPRINT COATING, METHOD OF FORMING ANTI-FINGERPRINT COATING, SUBSTRATE COMPRISING THE ANTI-FINGERPRINT COATING FORMED BY THE METHOD, AND PRODUCT COMPRISING THE SUBSTRATE}
본 발명은 기재 표면에 셀프 클리닝(Self Cleaning) 기능을 부여할 수 있는 내지문성 코팅의 형성을 위한 지질분해성 효소(lipolytic enzyme)의 신규 용도, 지질분해성 효소를 이용한 내지문성 코팅의 형성 방법, 상기 방법에 따라 형성된 내지문성 코팅을 포함하는 기재 및 이러한 기재를 포함하는 제품에 관한 것이다.
각종 디스플레이 제품, 하이그로시 처리가 된 전자 제품이나 건축 내장재 등의 경우 지문에 의한 오염은 가장 흔하게 일어나는 오염 중 하나이다. 이러한 오염은 시야에 확연히 식별되어 제품 외관 불량을 초래한다. 특히, 최근 전자기기의 터치스크린 인터페이스 기술의 발전과 더불어 디스플레이 표면의 지문 오염이 증가하면서, 디스플레이 표면에 지문 오염 문제를 해결할 필요성이 증대되고 있다. 그럼에도 불구하고, 현재까지 진정한 내지문성 코팅을 구현한 기술은 개발된 바 없는 실정이며, 이지 클리닝(Easy Cleaning) 개념의 내오염 코팅이 개발되어 있는 것에 그친다.
이를테면, 특허문헌 1에서 개시하고 있는, 폴리실리케이트 27.6 중량부 - 36.2 중량부와, 에폭시 및 비닐 수지 중 선택되는 어느 하나의 수지 10.6 중량부 이하와, 콜로이달실리카 21.2 중량부 - 42.6 중량부와, -OH, -NH2, -COOH 로 구성되는 제1군으로부터 선택되는 하나 이상과, -CnF2n +1, -SiR3 로 구성되는 제2군으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어지는 첨가제를 총합으로 10.6 중량부 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 가전제품의 스테인리스 스틸 외부 케이스용 내지문 코팅에 대한 것을 예시할 수 있다.
또한, 특허문헌 2에서 개시하고 있는, 퍼플루오로폴리에테르 부분이 없는 경화되거나 또는 가교된 폴리머, 및 유체 플루오르화 알킬- 또는 알콕시-함유 폴리머 또는 올리고머를 포함하는 방오 조성물에 대한 것도 예시할 수 있다.
그러나, 이러한 내오염 필름은 주로 불소계 코팅을 이용하여 오염 물질이 표면에 전사되었을 때 표면의 저표면에너지를 이용하여 잘 닦여나가는 현상을 이용한 것으로, 셀프 클리닝(Self Cleaning), 즉, 능동적으로 지문의 전사를 감소시키거나 지문을 분해시킬 수 있는 기능을 갖고 있지 않으며, 오염물을 닦기 전에는 외관이 개선될 수 없는 문제가 있다.
또한, 종래의 내지문성 피막은 그 적용분야에 있어 외부 케이스용으로 사용되는 강판에 주로 적용될 수 있을 뿐이고, 디스플레이 장치와 같이 높은 광투과성이 요구되는 부분의 적용에는 한계가 있었다.
한편, 효소를 이용한 자정 개념의 코팅액, 코팅막, 또는 코팅 방법 등도 개발되었다. 그런데, 이는 주로 선박 바닥에 해양유기체가 부착되는 것을 막기 위한 것으로서, 디스플레이, 전자 제품의 외관, 건축용 내장재 등의 지문에 의한 오염을 감소시키는 것이 아니다.
이를테면, 특허문헌 3에서 개시하고 있는 자가 광택(self-polishing) 항오염(anti-fouling) 코팅 조성물이나, 특허문헌 4에서 개시하고 있는 해양 유기체 의한 수중 장치의 오염 방지방법을 예시할 수 있다.
즉, 종래의 효소를 이용한 자정 개념의 코팅액, 코팅막, 또는 코팅 방법 등은 해양 유기체가 선박 등의 바닥에 부착되지 못하도록 해양 유기체가 생산하는 흡착성 물질을 사전에 제거분해하거나 흡착성 물질과 같이 떨어져 나가게끔 하는 매커니즘을 가지고 있을 뿐, 지문 오염원을 분해하는 것과는 무관하다.
이렇듯, 현재까지 디스플레이 표면에 내지문성을 부여하기 위한 용도에 적용할 수 있는 자정 개념의 내지문성 코팅에 관한 기술은, 적어도 본 출원인이 지득하는 한도 내에서는, 없다.
본 발명은 효소를 이용하여 전사된 지문 성분을 분해하여 지문 성분 간의 물성 편차를 줄임으로써 지문을 은닉하거나, 닦지 않고 제거할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 지문의 전사 감소 및 지문 분해 특성을 갖는 내지문성 코팅의 형성 방법, 상기 방법에 따라 형성된 내지문성 코팅을 포함하는 기재 및 이러한 기재를 포함하는 제품을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 단순히 이지 클리닝(Easy Cleaning) 기능을 제공하는 내오염 코팅이 아니라 셀프 클리닝(Self Cleaning) 기능을 제공할 수 있는 내지문 코팅을 형성하기 위한 방법에 대해 연구하였다. 보다 구체적으로, 본 발명자들은 지문의 성분 중 대부분이 지질이라는 점에 착안하여 지질분해성 효소를 기재에 코팅하면 상기 효소에 의해 전사된 지문을 감소시킬 수 있으리라고 가정하고, 지질분해성 효소가 코팅된 기재에 전사된 지문의 물성 변화를 관측함으로써 이러한 코팅이 내지문성을 나타냄을 확인하였다.
지문의 구성성분은 대부분 땀과 피지이며, 피부에서 떨어져 나온 각질 및 외부에서 묻어온 먼지 등의 오염 물질이 또한 포함되어 있다. 이 중 전자제품과 같은 제품의 외관에 흔적을 남기는 주 요인은 피지(sebum)이며, 피지의 구성성분은 트리글리세리드(triglycerides), 왁스 모노에스테르(wax monoesters), 지방산(fatty acids), 스쿠알렌(squalene), 미량의 콜레스테롤, 콜레스테릴 에스테르(cholesteryl esters) 등과 같은 지질인 것으로 알려져 있다(P.W. Wertz, Int. J Cosmet. Sci. 2009, 31: 21-25). 이러한 피지의 구성 성분 중 트리글리세리드 및 왁스 모노에스테르는 전체의 70% 가까운 비율을 차지하는데, 이 물질들은 에스테르 결합에 의하여 여러 지방산이 결합한 구조이다. 이 에스테르 결합을 끊어줄 경우 피지 성분은 대부분이 지방산, 그 중 특히 올레산(oleic acid)의 형태를 띄게 되어 균질성이 증대되고, 보다 저분자량의 물질로 전환될 수 있다. 궁극적으로는 올레산을 더 저분자의 물질로 분해하거나 변형시켜 휘발성을 증가시킴으로서 제품으로부터 완전히 이탈시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 내지문성 코팅의 형성을 위한 지질분해성 효소의 신규 용도, 즉, 지질분해성 효소를 이용한 내지문성 코팅의 형성 방법을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 지질분해성 효소를 포함하는 조성물을 기재에 처리하는 것을 포함하는 내지문성 코팅의 형성 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 지질분해성 효소(lipolytic enzyme)는 트리글리세리드(triglycerides), 왁스 모노에스테르(wax monoesters), 지방산(fatty acids), 스쿠알렌(squalene), 콜레스테롤, 콜레스테릴 에스테르(cholesteryl esters) 등과 같은 지문의 지질 성분을 가수분해할 수 있는 특성을 가진 효소라면 어떠한 것이든 포함한다.
상온에서 에스테르 결합의 가수분해 활성을 지니는 효소의 대표적인 예인 리파아제이다. 리파아제의 종류나 유래는 특별히 제한되지 않으며, 어떠한 리파아제던지 본 발명의 지질분해성 효소로서 사용될 수 있다. 피지의 주성분인 트리글리세리드 및 왁스 모노에스테르(wax monoester)에 대하여 높은 가수 분해도를 얻기 위하여 위치상 비특이적인 리파아제가 바람직할 수 있다. 현재, 미생물을 이용하여 생산한 다양한 리파아제를 Novozymes 사나 Amano enzyme 사 등에서 시판하고 있으며, 리파아제의 구조적 유전자가 삽입된 형질 전환체에 의해서도 리파아제를 생산할 수도 있다.
리파아제 외에도 지질분해 활성을 갖고 있는 효소는 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 프로테아제의 상당수는 지질분해 활성을 갖고 있는 지질분해성 효소로 알려져 있으며, 그 외에도 큐티네이즈 등이 지질분해 활성을 갖고 있는 것으로 알려져 있다.
내지문성 코팅의 형성을 위한 지질분해성 효소를 포함하는 조성물은 이 외에도 프로테아제, 아밀라아제, 셀룰라아제 및 락타아제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 효소를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 지문으로 묻어나는 각종 단백질류의 분해를 위하여 프로테아제를 표면에 함께 고정하여 이용할 수 있다. 프로테아제는 단백질과 펩티드 결합을 분해하여 오염을 제거하는데 이용된다. 또한, 땀으로 분비되는 구성 성분 및 각종 외부 오염원으로부터 유래된 성분을 제거하기 위하여 아밀라아제, 셀룰라아제 및 락타아제 등의 효소가 추가로 이용될 수 있다.
또한, 상기 조성물은 효소 외에도 효소를 안정화시킬 수 있는 물질을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물은 PBS(phosphate buffered saline) 완충 용액, 인산칼륨(potassium phosphate) 완충 용액, 인산나트륨(sodium phosphate) 완충 용액 등과 같은 완충용액을 포함할 수 있다. 효소의 활성을 보존하기 위하여 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 다가 알코올을 폴리머의 형태로 효소와 함께 기재에 코팅하거나, 폴리우레탄, 아크릴계 유기물, 실록산계 유무기 화합물을 효소와 함께 기재에 코팅할 수 있다.
위에 열거한 효소 이외의 조성물은 효소와 함께 코팅할 수도 있으나, 순차적으로 기재에 코팅할 수도 있다. 즉 효소를 제외한 조성물을 1차로 기재에 코팅한 후 그 위에 효소를 흡착, 공유 결합 등의 방법으로 코팅할 수 있다.
한편, 지질분해성 효소가 지질을 가수분해하기 위해서는 수분이 필요하다. 지문은 지질 외에도 수분을 함께 포함하므로 반드시 별도의 수분 공급이 필요한 것은 아니나, 보다 많은 수분 공급과 효소의 안정성 향상을 위해 하이드로겔(hydrogel) 성분이 조성물에 포함되어 있거나, 기재의 표면에 코팅되어 있을 수 있다. 하이드로겔(hydrogel) 성분을 만들기 위해서는 두 개 이상의 이중결합을 함유한 크로스 링커(cross-linker)기와 물에 친화적인 작용기가 동시에 존재하는 물질을 이용할 수 있다. 이러한 성분으로는 다관능기를 가진 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 계열, 아크릴아미드(acrylamide) 계열 등을 예로 들 수 있다. 하이드로겔 코팅에 의한 수분의 공급과 효소 안정화 효과에 의하여 트리글리세리드 및 왁스 모노에스테르의 가수 분해가 보다 촉진될 수 있다.
한편, 이러한 내지문성 코팅이 형성되는 기재는 특별히 제한되지 않으며, 어떠한 것이든 적용가능하다. 예를 들어, 내지문 코팅의 형성이 요구되는 제품은 디스플레이 제품, 전자제품의 외관, 건축 내장재 등 일상생활에서 손의 접촉이 많은 제품들이다. 이러한 제품들은 대부분 각종 플라스틱, 유리 등을 포함하는 표면을 지니고 있거나, UV 코팅과 같은 각종 광택 코팅 또는 보호 코팅이 되어 있는 표면을 지니고 있다. 한 구체예에서, 상기 기재는 플라스틱 또는 유리일 수 있다. 예를 들어, 상기 기재는 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 트리아세틸셀룰로즈, 올레핀 공중합체 및 폴리메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상의 폴리머 또는 유리를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기재에는 폴리머 또는 유리를 포함하는 기재의 표면에 광택 코팅, 보호 코팅, 도색 코팅, 하이드로젤 코팅 등의 각종 코팅이 형성되어 있는 기재 또한 포함된다.
지질분해성 효소를 포함하는 조성물을 기재에 처리하는 방법 또한 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 공지된 방법이라면 어떠한 것이든 이용가능하다. 효소를 고정화하는 방법에 대해서는 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 지질분해성 효소는 흡착, 공유결합 또는 인캡슐레이션(encapsulation)에 의해 기재의 표면에 도입될 수 있다.
흡착은 지질분해성 효소가 물리적 결합력에 의해 기재의 표면 또는 효소를 제외한 내지문 코팅 조성물의 코팅층에 붙는 것을 의미한다. 효소를 구성하고 있는 단백질은 그 자체로 물체의 표면에 흡착하는 성질이 매우 강하다. 따라서, 별도의 추가적인 처리 공정 없이도 흡착에 의해 지질분해성 효소가 기재의 표면에 고정될 수 있다. 하기 실시예에서는 이러한 흡착에 의한 지질분해성 효소의 고정이 우수한 안정성을 갖는다는 점을 보여준다.
기재의 표면에 지질분해성 효소를 도입하기 위해 기재와 효소 간에 또는 효소를 제외한 내지문 코팅 조성물의 코팅층과 효소 간에 공유결합을 형성하는 방법으로는 시아노겐 브로마이드(cyanogen bromide), 산 아지드 유도체(Acid azide derivatives), 콘덴싱 시약(condensing reagent), 디아조 커플링(diazo coupling), 알킬레이션(alkylation), 캐리어 크로스-링킹(carrier cross-linking) 등의 다양한 공지 기술이 존재한다.
예를 들어, 캐리어 크로스 링킹 방법은 이작용기성 크로스-링커(bifunctional cross-linker)를 이용하여 기재의 표면에 존재하는 작용기와 지질분해성 효소에 존재하는 작용기 간에 공유결합을 형성시키는 방법이다. 지질분해성 효소에는 아미노기, 카복시기 외에도 다양한 작용기가 존재하므로, 이들 작용기와 공유결합할 수 있는 작용기가 기재의 표면에 존재한다면 이작용기성 크로스-링커를 이용하여 쉽게 공유결합을 형성시킬 수 있다. 이 때, 기재의 표면에 존재하는 작용기는 본래부터 기재가 가지고 있는 작용기이거나 효소와의 공유결합 형성을 위해 기재의 표면에 도입된 것, 또는 효소를 제외한 내지문 코팅 조성물에 포함된 작용기일 수 있다. 예를 들어, 기재가 플라스틱 물질일 경우 기재 표면에 존재하는 작용기를 직접 이용할 수 있으며, 플라즈마 처리, 프라이머 처리 등을 통하여 목적한 작용기를 표면에 도입할 수도 있다. 또한, 기재가 유리인 경우 실록산계 유기 화합물을 이용한 SAM(self-assembled monolayer) 처리를 통하여 작용기를 표면에 도입할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 효소와의 공유결합 형성을 위한 작용기로는 아미노기(amine), 아미드기(amide), 카복실기(carboxyl), 알데히드기(aldehyde), 히드록시기(hydroxyl), 티올기(thiol) 등이 포함되며, 기재의 표면에 존재하거나 도입되는 작용기는 기재의 종류에 달라질 수 있다.
한 구체예에서, 공유결합은 a) 표면에 아미노기(amine), 아미드기(amide), 카복실기(carboxyl), 알데히드기(aldehyde), 히드록시기(hydroxyl) 및 티올기(thiol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 갖는 기재에 이작용기성 크로스-링커(bifunctional cross-linker)를 포함하는 용액을 처리하고; b) 지질분해성 효소를 포함하는 완충용액 중에 상기 기재를 침지하는 것을 포함하는 과정을 통해 형성될 수 있다.
공유결합의 유도를 위해 사용되는 이작용기성(bifunctional) 크로스-링커(cross-linker)로는 비스-이미도에스테르(bis-imidoester), 비스-숙신이미딜 유도체(bis-succinimidyl derivative), 이작용기성 아릴 할라이드(bifunctional aryl halide), 이작용기성 아크릴레이팅 시약(bifunctional acrylating agent), 디알데하이드(dialdehyde), 디케톤(diketone) 등을 예로 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에서는 디알데하이드(dialdehyde)인 글루타르알데히드를 이용하여 공유결합을 유도한 예를 보여준다.
다른 구체예에서, 공유 결합은 표면에 에폭시기(epoxy)를 갖는 기재를, 지질분해성 효소를 포함하는 완충 용액에 침지하는 것을 포함하는 과정을 통해 형성될 수 있다. 추가로, 상기 과정을 거진 기재에 효소의 활성을 해치지 않는 수준의 열 처리 또는 UV 처리를 가함으로써 효소의 고정을 보다 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 공유결합을 이용하여 효소를 고정하는 방법에 대해서는 후술하는 실시예에 보다 구체적으로 설명하였다.
또한, 인캡슐레이션은 지질분해성 효소를 다른 물질을 이용하여 이들 물질 사이에 가둠으로써 효소를 고정화하는 방법을 의미한다. 한 구체예에서, 상기 인캡슐레이션은 기재의 표면에 겔 매트릭스(gel matrix), 마이크로캡슐(microcapsule), 할로우 파이버(hollow fiber) 또는 멤브레인을 코팅하고 지질분해성 효소를 도입하는 과정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스 니트레이트나 셀룰로오스 아세테이트와 같은 셀룰로오스 계열(cellulose), 폴리 카보네이트 (poly carbonate), 나일론 (nylon), PTFE (Polytetrafluoroethylene)와 같은 플루오르 수지 (fluororesin)로 이루어진 멤브레인 등이 사용가능하다.
겔 매트릭스(gel matrix), 마이크로캡슐(microcapsule), 할로우 파이버(hollow fiber) 또는 멤브레인을 코팅하는 과정과 지질분해성 효소를 도입하는 과정은 동시에 또는 순차적으로 수행될 수 있다. 즉, 기재의 표면에 겔 매트릭스(gel matrix), 마이크로캡슐(microcapsule), 할로우 파이버(hollow fiber) 또는 멤브레인을 먼저 코팅한 후, 지질분해성 효소를 포함하는 완충 용액에 상기 기재를 침지하거나, 기재의 표면에 매트릭스(gel matrix), 마이크로캡슐(microcapsule), 할로우 파이버(hollow fiber) 또는 멤브레인을 코팅하는 것과 동시에 지질분해성 효소를 도입하는 것이 가능하다. 예를 들어, 겔 매트릭스를 이용한 인캡슐레이션 방법에서, 겔 메트릭스를 코팅하여 경화한 후 효소를 흡착시키는 방법뿐만 아니라 졸-겔 반응을 진행하는 단계에서 졸 용액을 제조할 때 효소를 첨가하여 혼합 용액을 만든 후 이를 기재에 코팅하여 경화시키는 방법 또한 사용가능하다.
상기 방법 중 겔 매트릭스(gel matrix)를 이용하여 인캡슐레이션(encapsulation)시키는 방법의 경우 효소의 활성 보존 및 촉진에 더욱 유리하다. 기계적 강도 및 광학적 특성이 보장되는 겔(gel) 류는 어느 것이든 적용이 가능하다. 예를 들어, TMOS(tetramethoxysilane), TEOS(tetraethoxysilane), GPTMS(glycidoxypropyl trimethoxysilane) 등을 이용하여 졸-겔(sol-gel) 법으로 제조한 코팅층이나 PEG(polyethylene glycol)에 기계적 강도를 강화시켜 이중 네트워크(double network)를 형성한 하이드로겔(hydrogel) 등을 이용하여 1차 코팅한 후 여기에 효소를 인캡슐레이션(encapsulation)할 수 있다. 보다 구체적인 설명은 후술하는 실시예에 나타내었다.
한편, 위 방법들에서 사용되는 지질분해성 효소를 포함하는 완충 용액으로는 PBS(phosphate buffered saline) 완충 용액, 인산칼륨(potassium phosphate) 완충 용액, 인산나트륨(sodium phosphate) 완충 용액 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 완충용액에 포함되는 지질분해성 효소는 고정하고자 하는 기재의 표면을 단일층(mono layer)으로 커버할 수 있는 양을 고정하는 것을 원칙으로 한다. 상용 지질분해성 효소는 대부분 덱스트린, 락토오스 등과 같은 익스텐더(extender) 과량과 안정제 등과 같은 첨가물에 소량의 효소가 포함된 형태이므로, 이 중 단백질만의 함량만을 고려하여 효소 첨가량을 결정한다. 공유 결합의 경우 기재 표면의 작용기에 상응하는 양의 단백질 양을 계산하여 효소 첨가량을 결정하며, 흡착과 인캡슐레이션의 경우 기재 표면을 커버할 수 있는 단백질량의 3~10배수에 해당하는 양을 완충용액에 녹여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 상술한 방법에 따라 형성된 내지문성 코팅을 포함하는 기재를 제공한다. 하기 실시예를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 방법에 따라 지질분해성 효소를 고정한 내지문성 코팅을 포함하는 기재는 지문 분해 및 지문 전사 감소를 통한 내지문 특성을 나타낸다. 이러한 내지문성 코팅은 기재의 표면에 단층 또는 다층으로 적층될 수 있다. 내지문성 코팅은 20nm 내지 200㎛의 두께로 기재의 표면에 형성되어 있을 수 있다. 코팅의 두께는 단층 코팅하였을 때의 20nm 수준에서 코팅 조성물의 종류 및 함량에 따라 200㎛에 이를 수 있다. 단, 코팅의 두께는 기재에서 요구되는 광학적 특성을 저해하지 않는 수준에서 조절하여야 한다. 상기 내지문성 코팅층의 두께가 20nm 미만인 경우에는 지문 성분의 분해가 제한적이라는 문제가 발생할 수 있으며, 200㎛를 초과하는 경우에는 광학적 투과도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
지문 성분의 퍼짐 효과를 극대화 하기 위해서는 상기 내지문성 코팅층의 표면에너지가 20 내지 50 mN/m인 것이 바람직하다. 상기 내지문성 코팅층의 표면에너지가 20 mN/m 미만에서는 지문 성분이 퍼지지 않을 수도 있으며, 50 mN/m를 초과하는 경우 지문의 제거가 쉽지 않을 수도 있다. 여기서, 효소의 한 예로 리파아제를 코팅한 경우 표면에너지 측정 결과 30 내지 50 mN/m를 나타내며, 이 범위에서는 지문의 퍼짐 효과를 극대화되고, 결과적으로 지문 전사가 감소되므로, 바람직할 수 있다.
본 발명은 상기 내지문성 코팅을 포함하는 기재를 포함하는 제품을 제공한다. 본 발명에 따른 내지문성 코팅을 포함하는 기재를 포함하는 제품은 일상 생활에서 손의 접촉이 많은 제품들일 수 있으며, 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 이러한 제품으로는 디스플레이 장치, 전자 장치, 건축 내장재 등을 포함한다. 예컨대, 상기 디스플레이 장치는 액정 디스플레이(LCD), 유기발광디스플레이(OLED), 및 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 현재 보급되고 있는 휴대용 디스플레이 장치들은 터치스크린 방식의 인터페이스를 갖고 있어 본 발명에 따른 내지문성 코팅이 도입될 경우 제품의 미관을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 제품에 내지문성 코팅을 도입하는 방법 또한 특별히 제한되지 않는다. 즉, 상기 디스플레이 장치 등의 제품의 기재 표면에 상기 지질분해성 효소를 직접 코팅할 수도 있고, 상기 지질분해성 효소가 코팅된 필름 형태의 기재를 상기 제품의 표면에 부착할 수도 있다.
본 발명에 따른 내지문성 코팅을 이용하면 디스플레이 장치, 전자 제품의 외관, 건축 내장재 등의 지문에 의한 오염을 감소시킬 수 있다.
도 1은 실시예 1 에 따라 형성된 내지문성 코팅을 갖는 기재에 지문을 전사한 후, 헤이즈 값을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 3은 실시예 1 및 2에 따라 형성된 내지문성 코팅을 갖는 기재에 주요 지문 성분을 전사한 후 분해되는 결과를 NMR로 측정한 스펙트럼이다.
도 4 및 5는 실시예 3에 따라 형성된 내지문성 코팅을 갖는 기재에 주요 지문 성분을 전사한 후 분해되는 결과를 NMR로 측정한 스펙트럼이다.
도 6 및 7은 실시예 3에 따라 형성된 내지문성 코팅을 갖는 기재에 실제 지문을 전사한 후 소멸되는 결과를 헤이즈미터(hazemeter)로 측정한 그래프이다.
도 8은 실시예 3에 따라 형성된 내지문성 코팅을 갖는 기재에 와이핑 테스트를 실시한 후 실제 지문을 전사한 후 소멸되는 결과를 헤이즈미터(hazemeter)로 측정한 그래프이다.
도 9 및 10는 실시예 3에 따라 형성된 내지문성 코팅을 갖는 기재에 복합적인 오염원을 적용시켰을 경우 오염원이 소멸되는 결과를 헤이즈미터(hazemeter)로 측정한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
[ 실시예 ]
< 실시예 1> 공유결합을 이용한 지질분해성 효소의 고정
다음 방법으로 유리 기판 위에 리파아제를 코팅하였다.
아미노 알킬 실란(Amino alkyl silane)으로 표면 코팅된 슬라이드 글라스를 글루타르알데히드(glutaraldehyde) 10% 용액에 2시간 동안 반응시켰다. 다음으로 슬라이드 글라스를 증류수로 가볍게 씻은 후 리파아제(Amano Enzyme사, Lipase PS "Amano"SD, Burkholderia cepacia 유래)가 100 mg/mL 농도로 포함된 PBS 버퍼에 담그고 상온에서 24시간 정치시켰다. 그리고, 리파아제가 고정된 슬라이드 글라스를 흐르는 증류수로 충분히 씻어내고, 다시 증류수에 넣어 약하게 흔들며 40분간 씻어낸 후, 슬라이드 글라스를 꺼내어 압축 질소로 불어주고 상온에서 건조시켜, 리파아제가 코팅된 유리 기판의 제조를 완료하였다.
< 실험예 1> 내지문성 코팅에 의한 지문 전사도의 감소 확인
실시예 1과 같이 리파아제를 고정한 슬라이드 글라스에 지문을 전사한 시편을 세 개씩 준비한 후 시간에 따른 헤이즈(haze) 값을 측정하고 그 결과를 도 1에 도시하였다. 여기서 비교군(control glass (w/o lipase))은 아미노 알킬 실란 및 글루타르알데히드까지만 처리된 슬라이드 글라스로 하여 비교하였다.
지문을 찍은 직후(0hr)에 측정한 헤이즈 값을 살펴보면, 비교군에 비하여 리파아제가 코팅된 기재에서 더 낮은 값을 보여 리파아제가 고정된 기재에 지문이 덜 묻어남을 알 수 있다. 또한, 시간이 증가함에 따라 리파아제가 코팅된 기재에서 지문이 분해되어 헤이즈(haze) 값이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 리파아제를 고정한 표면에 지문을 전사하고 현미경 관찰 및 헤이즈(Haze) 값을 측정하는 실험을 통하여 리파아제를 고정한 표면이 리파아제를 고정하지 않은 표면에 비하여 지문 전사도가 낮음을 확인할 수 있었다.
< 실시예 2> 에폭시기를 이용한 지질분해성 효소의 고정
화학적 공유결합을 이용하여 리파아제를 코팅하는 방법으로 실시예 1에서 설명한 방법 외에 에폭시(epoxy)기를 이용하여 고정하는 방법도 실시하였다. 에폭시기로 처리된 슬라이드 글라스(Superchip Glass ES, Slide epoxy silane, nuncTM)를 리파아제가 100 mg/mL 농도로 포함된 인산나트륨(sodium phosphate) 버퍼에 담그고 상온에서 4시간 동안 정치시킨 후 50 ~ 55℃ 오븐에서 30분간 반응시켰다. 슬라이드 글라스를 꺼내어 증류수에 15 ~ 20회 침지시켜 헹구어주고 충분한 양의 증류수에 담궈 20분, 3회 씻어주었다. 압축 질소로 불어주고 상온에서 건조하였다.
< 실시예 3> 겔 매트릭스에 흡착에 의한 가수 분해 효소의 고정
겔 매트릭스(gel matrix)를 이용하여 가수 분해 효소를 흡착하여 기재의 표면에 코팅하였다. 이 방법의 경우 겔 매트릭스(gel matrix)가 효소를 안정화시켜 효소의 효율을 증가시키며 다양한 겔 매트릭스(gel matrix)를 통하여 기능성 코팅을 함께 실시할 수 있는 장점이 있다. 효소로는 리파아제 단독 또는 리파아제와 아밀라아제, 리파아제와 프로테아제의 조합을 이용할 수 있다. 먼저 슬라이드 글라스에 실록산계 조성물을 이용하여 겔 매트릭스(gel matrix)를 코팅하였다. 이는 한국 공개 특허 제1998-0002185호의 실시예 1의 방법으로 실시하였다. 이와 같이 제조한 겔 매트릭스(gel matrix) 슬라이드를 효소가 100 mg/mL 농도로 포함된 PBS 버퍼에 담그고 상온에서 24시간 정치시켰다. 슬라이드를 꺼내어 상기 실시예 2와 같은 방법으로 씻어준 후 압축 질소로 불고 상온에서 건조하였다.
< 실험예 2> 내지문성 코팅에 의한 지질 분해 효과 확인
상기 실시예 1 및 2의 방법과 같이 화학적 공유결합 방법으로 리파아제를 코팅하여 제조한 글라스에서 지문 분해 성능을 지니는지 확인하기 위하여 지문의 주요 성분인 트리글리세리드를 이용하여 실험하였다. 트리글리세리드는 트리올레인을 이용하였으며, 이를 글라스 표면에 바르고 상온에서 24시간 방치하여 트리올레인이 분해되는지 여부를 1H-NMR로 분석하였다. 그 결과 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이 레퍼런스(reference, 트리올레인)에서는 나타나지 않는 산 피크(acid peak)가 리파아제 코팅 슬라이드에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예 3> 내지문성 코팅에 의한 지질 분해 효과 확인
상기 실시예 3의 방법과 같이 겔 매트릭스(gel matrix)와 함께 리파아제를 코팅하여 제조한 글라스에서 지문 분해 성능을 지니는지 확인하기 위하여 지문의 주요 성분인 트리글리세리드를 이용하여 실험하였다. 트리글리세리드는 트리올레인을 이용하였으며 이를 글라스 표면에 바르고 상온에서 24시간 방치하여 트리올레인이 분해되는지 여부를 1H-NMR로 분석하였다. 그 결과 도 4 및 5에 나타낸 바와 같이 레퍼런스(reference, 트리올레인)에서는 나타나지 않는 산 피크(acid peak)가 리파아제 코팅 슬라이드에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예 4> 내지문성 코팅에 의한 지문 분해 성능의 확인
상기 실시예 3의 방법과 같이 겔 매트릭스(gel matrix)와 함께 리파아제를 코팅하여 제조한 글라스에서 지문 분해 성능을 지니는지 확인하기 위하여 손바닥을 이용하여 실제 지문을 전사한 후 소멸되는 정도를 헤이즈(haze)값 측정을 통하여 확인하였다. 항온 항습 시험기를 이용하여 다양한 조건의 온, 습도 조건하에서 48 내지 96시간 동안의 헤이즈 변화를 시간 별로 관찰하였으며 그 결과를 도 6와 도 7에 나타내었다. 지문 전사로 인하여 증가한 헤이즈 값(△H)을 100%로 하여 시간에 따른 △H의 변화 정도를 나타내었다. 실시예 3의 방법으로 제조하였으나 리파아제를 첨가하지 않은 시편('w/o 리파아제'로 표기)과 비교하여 보았을 때 리파아제를 첨가한 시편('w/리파아제'로 표기)에서 현저히 헤이즈가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예 5> 내지문성 코팅에 의한 지문 분해 성능의 확인
상기 실시예 3의 방법과 같이 겔 매트릭스(gel matrix)와 함께 리파아제를 코팅하여 제조한 글라스에서 흡착에 의한 지질분해성 효소의 고정이 우수한 안정성을 갖는다는 점을 확인하기 위하여 와이핑 테스트를 실시하였다.
글라스 시편을 놓고 1kg의 추로 하중을 가하면서 무진천으로 100회 왕복하여 와이핑 실시 시편을 준비하였다. 이 시편과 무진천으로 와이핑하지 않은 시편에 대하여 실제 지문을 전사한 후 소멸되는 정도를 헤이즈(haze)값 측정을 통하여 확인하였다. 항온 항습 시험기를 이용하여 50도, 30% 상대 습도 조건하에서 48 시간 동안의 헤이즈 변화를 시간 별로 관찰하였으며 그 결과를 도 8에 나타내었다. 지문 전사로 인하여 증가한 헤이즈 값(△H)을 100%로 하여 시간에 따른 △H의 변화 정도를 나타내었다. 실시예 3의 방법으로 제조하였으나 와이핑 처리하지 않은 시편(no wiped로 표기)과 비교하여 보았을 때 와이핑을 실시한 시편(wiping 100회로 표기)에서 성능이 감소하지 않은 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예 6> 내지문성 코팅에 의한 지문 분해 성능의 확인
상기 실시예 3의 방법과 같이 겔 매트릭스(gel matrix)와 함께 효소를 코팅하는 방법이나, 리파아제 외에 다른 가수 분해 효소를 추가로 첨가하여 제조한 글라스에서 다양한 오염원에 대한 분해 성능이 더 우수한지를 확인하기 위하여 실험을 실시하였다. 리파아제를 단독으로 첨가하여 제조한 시편, 리파아제와 아밀라아제를 함께 첨가하여 제조한 시편, 리파아제와 프로테아제를 함께 첨가하여 제조한 시편 등 세 종류의 시편을 준비하여 각각의 오염원에 대한 제거 정도를 헤이즈(haze)값 측정을 통하여 확인하였다. 오일과 녹말을 섞어 만든 오염원을 전사한 후 시간에 따른 헤이즈 변화를 관찰한 결과를 도 9에 나타내었으며, 오일과 계란 흰자를 섞어 만든 오염원을 전사한 후 시간에 따른 헤이즈 변화를 관찰한 결과를 도 10에 나타내었다. 두 가지 실험을 통하여 리파아제 단독으로 첨가한 경우보다 다른 가수분해 효소를 함께 첨가하였을 때 복합적인 오염원에 대한 제거 성능이 향상됨을 확인할 수 있었다.
상기 결과로부터, 본 발명은 비교적 간단한 방법으로 표면에 효소를 코팅하여 내지문성능을 구현할 수 있고, 내지문 특성이 요구되는 대부분의 기재에 응용될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (13)

  1. 지질분해성 효소(lipolytic enzyme)를 포함하는 조성물을 기재에 처리하는 것을 포함하는 내지문성 코팅의 형성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지질분해성 효소는 리파아제인 내지문성 코팅의 형성 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 조성물은 프로테아제, 아밀라아제, 셀룰라아제 및 락타아제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 효소를 추가로 포함하는 것인 내지문성 코팅의 형성 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재는 플라스틱 또는 유리를 포함하는 것인 내지문성 코팅의 형성 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 트리아세틸셀룰로즈, 올레핀 공중합체 및 폴리메틸메타크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하는 것인 내지문성 코팅의 형성 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 지질분해성 효소는 흡착, 공유결합 또는 인캡슐레이션(encapsulation)에 의해 기재의 표면에 도입되는 것인 내지문성 코팅의 형성 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 공유결합은 a) 표면에 아미노기(amine), 아미드기(amide), 카복실기(carboxyl), 알데히드기(aldehyde), 히드록시기(hydroxyl) 및 티올기(thiol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 갖는 기재에 이작용기성 크로스-링커(bifunctional cross-linker)를 포함하는 용액을 처리하고; b) 지질분해성 효소를 포함하는 완충용액 중에 상기 기재를 침지하는 것을 포함하는 과정을 통해 형성되는 것인 내지문성 코팅의 형성 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 공유결합은 표면에 에폭시기(epoxy)를 갖는 기재를, 효소를 포함하는 완충 용액에 침지하는 것을 포함하는 과정을 통해 형성되는 것인 내지문성 코팅의 형성 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 인캡슐레이션은 기재의 표면에 겔 매트릭스(gel matrix), 마이크로캡슐(microcapsule), 할로우 파이버(hollow fiber) 또는 멤브레인을 코팅하고 지질분해성 효소를 도입하는 과정을 통해 수행되는 것인 내지문성 코팅의 형성 방법.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 형성된 내지문성 코팅을 포함하는 기재.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 내지문성 코팅은 20nm 내지 200㎛의 두께로 기재의 표면에 형성되어 있는 것인 기재.
  12. 청구항 11에 따른 기재를 포함하는 제품.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제품은 디스플레이 장치, 전자 제품 또는 건축 내장재인 제품.
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