KR20110052355A - Method of inactivating a biofilm using magnetic particles - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method of inactivating a biofilm is provided to inactivate the biofilm through improved sterilization power for a short time. CONSTITUTION: A method of inactivating a biofilm comprises: a step of preparing an object having a biofilm(5) on the surface thereof; a step of adding magnetic particles(4) to the biofilm; a step of sanctioning AC magnetic field from the outside of the object; and a step of inactivating the biofilm by generating heat from magnetic particles through the AC magnetic field applied from the outside.

Description

자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법{METHOD OF INACTIVATING A BIOFILM USING MAGNETIC PARTICLES}Method of inactivation of biofilm using magnetic particles {METHOD OF INACTIVATING A BIOFILM USING MAGNETIC PARTICLES}

본 발명은 자성 입자(magnetic particle,M.P.)가 교류 자기장을 인가하면 발열한다는 특성을 이용한 생물막의 불활성화 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 자성 입자(magnetic particle,M.P.)에 교류 자기장을 인가하면 발열한다는 특성을 이용하여 단시간에 효과적으로 생물막을 불활성화할 수 있는 생물막의 불활성화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of inactivating a biofilm using a property that magnetic particles (M.P.) generate heat when an alternating magnetic field is applied. More specifically, the present invention relates to a method of inactivating a biofilm, which can effectively inactivate a biofilm in a short time by using the property of generating an alternating current by applying an alternating magnetic field to magnetic particles (M.P.).

생물막이란 표면에 붙어 있는 미생물과 그 미생물이 대사과정에서 분비한 세포외 고분자 물질(EPS, Extracellular Polymeric Sustances)이 결합하여 만든 매끄러운 점액질의 층을 말한다. 즉, 생물막은 표면상에 붙어 있는 미생물 군집체로서 각각의 미생물 군집은 미생물의 대사과정이나 주위 환경에서 발생하는 물질로 이루어진 점액질로 둘러싸여 있는데, 표면 성질이나 주변 환경에 구애 받지 않고 물과 접촉하는 곳이라면 어디서나 존재한다. 생물막은 우리의 일상생활에서 매우 친숙 한 것으로, 아주 가까운 곳에서 생물막과 접하면서 살고 있다. 생물막은 충분한 수분과 영양분이 있다면 어떠한 표면이든지 존재할 수 있다. 강가의 돌, 꽃을 꽂아둔 꽃 병 안, 세면대나 화장실 바닥 등에 생긴 미끄러운 막이 모두 생물막이다. 또한 생물막은 살아있는 유기체 표면에도 흔히 관찰되는데 치아의 플라그나 장내 조직세포 표면에서도 활발하게 세포외 고분자 물질을 분비하며, 미생물 군집을 형성한다.The biofilm is a smooth mucous layer formed by combining microorganisms on the surface and extracellular polymeric substances (EPS) secreted by the microorganisms. In other words, the biofilm is a microbial colony attached to the surface, and each microbial community is surrounded by mucous membranes composed of substances occurring in the metabolic process of the microorganisms or the surrounding environment, and is in contact with water regardless of the surface properties or the surrounding environment. If it exists anywhere. Biofilms are very familiar to our daily lives and live in close contact with them. Biofilms can exist on any surface with sufficient moisture and nutrients. Biofilms are slippery membranes on riverside stones, in flower jars with flowers, and on washbasins and toilet floors. Biofilms are also commonly observed on the surface of living organisms, which actively secrete extracellular macromolecules from the plaque of the teeth and the surface of intestinal tissue cells, forming microbial communities.

생물막의 결합물질은 생물막을 이루는 미생물이 생산해서 배출하는 유기고분자 물질로 만들어지며 세포외 고분자 물질(EPS, Extracellular Polymeric Sustances)라고 불린다. EPS의 화학구조는 미생물의 종류와 환경조건에 따라서 달라진다. 생물막의 조성은 대부분(80~95 %)이 물로 이루어져 있으며 나머지 부분이 EPS(유기물의 약 85~98%)와 EPS 에 흡착된 유무기 물질, 미생물, 휴믹 물질들로 구성되어 있다. 또한 외부로부터 유래한 진흙, 무기염류, 부식 생성물 등이 생물막에 포함된 경우도 많다. 결과적으로 생물막에서 미생물 세포가 차지하는 비중은 전체의 1~2% 정도로 작다. The binding material of the biofilm is made of organic polymer material produced and discharged by the microorganisms that make up the biofilm and is called extracellular polymer sustances (EPS). The chemical structure of EPS depends on the type of microorganism and the environmental conditions. The biofilm is composed mostly of water (80 ~ 95%) and the rest is composed of EPS (about 85 ~ 98% of organic matter) and organic matter, microorganisms, and humic substances adsorbed on EPS. In addition, mud, inorganic salts, and corrosion products derived from the outside are often included in the biofilm. As a result, microbial cells account for only 1 to 2% of the total biofilm.

생물막의 구조를 밝히는 연구는 생물막 연구가 시작되던 1980 년 초부터 꾸준히 이루어져 왔다. 생물막의 전체적인 구조는 EPS로 둘러싸인 버섯 형태의 미생물 군집이 수로(water channel)로 각각 분리되어 있는 형태로 생물막 내부에는 통로 등 비어있는 공간이 존재한다. 생물막은 때에 따라 균일하게 층을 이루는 경우 도 있지만 대부부의 경우 불균일하게 띠엄띠엄 분포하는 형태를 가진다. 자연계에서 볼 수 있는 생물막은 두께는 평균적으로 50 ~ 150 μm의 얇은 것에서부터 하수처리장 같은 곳에서 형성되는 수 cm 에 달하는 것까지 다양하다. 생물막의 내부는 여러 가지 성질의 층으로 나누어져 다른 환경을 구성하는 경우가 많다. 예를 들어 호기층과 혐기층이 함께 존재하는 생물막을 흔히 관찰할 수 있다. Research into the biofilm structure has been ongoing since the early 1980s, when biofilm research began. The overall structure of the biofilm is that the microbial community in the form of mushrooms surrounded by EPS is separated into water channels, and there is an empty space such as a passage inside the biofilm. Biofilms are sometimes uniformly layered, but in most cases they have a non-uniform distribution of zirconiums. The biofilms found in nature vary in thickness from 50 to 150 μm on average, to several centimeters of water formed in sewage treatment plants. The interior of the biofilm is often divided into layers of various properties to form different environments. For example, biofilms with both aerobic and anaerobic layers are often observed.

생물막은 동전의 양면과도 같아서 생성된 환경에 따라 인간에게 유해할 수도 있으며, 유익하게 사용될 수도 있다. 생물막이 원치 않은 표면에 생성되었을 경우, 산업 시설에서는 부식과 biofouling, 용수의 오염을 일으켜 경제적 손실을 야기할 수 있고, 수돗물 2차 오염의 원인이자 병원성 미생물의 온상이 될 수 있다. 또한 체내에 이식하는 인공기관 등의 의료 장비에 형성될 경우 인체에 치명적인 영향을 끼칠 수 있다. 이러한 관점에서 생물막 형성의 제어는 여러 분야에 걸쳐 중요한 관심거리가 되어왔으며, 그에 대한 연구가 80년대 이후로 미국과 유럽을 중심으로 활발하게 이루어지고 있다. 이와는 반대로 생물막 형성을 촉진시켜서 생물막을 유용하게 사용하는 연구들도 꾸준히 진행되어 왔는데, 예를 들어 생물막을 산업 폐수나 지하수의 오염 물질을 제거하는데 이용하는 연구(bioremediation)는 오래 전부터 이루어져 왔으며 최근에는 제약, 식품 첨가물, 화학첨가물 등에 쓰이는 생화학 물질을 얻는데도 생물막을 이용하고 있다.Biofilms are like two sides of a coin, so depending on the environment they are created, they can be harmful to humans and can be useful. If biofilms are formed on unwanted surfaces, industrial facilities can cause corrosion, biofouling, and water contamination, resulting in economic losses, as well as secondary sources of tap water and a hotbed of pathogenic microorganisms. In addition, when formed in medical equipment, such as artificial organs that are implanted in the body can have a fatal effect on the human body. In this respect, control of biofilm formation has been an important concern in many fields, and research on it has been actively conducted in the United States and Europe since the 80s. Conversely, studies on the use of biofilms to promote biofilm formation have been ongoing. For example, bioremediation of biofilms to remove contaminants from industrial wastewater or groundwater has been under way for a long time. Biofilms are also used to obtain biochemicals used in food additives and chemical additives.

한편, 대부분의 세균은 어떠한 표면에 부착되고 일정농도에 도달하면 적정밀도인식(quorum sensing)을 통해 생물막(biofilm)의 형태로 성장하게 된다. 이렇게 형성된 생물막은 세균의 서식처 및 방어막의 역할을 하게 되어 부유 세균으로 존재할 때보다 일반적인 소독제, 예를 들어, 염소, 과산화수소 또는 오존에 대한 저항성이 수십 내지 수천 배 증가하게 된다. 상기 생물막 형태의 미생물 군집은 최근 의료계에 사용되는 의료 도구들의 안전성을 위협하고 있으며, 생물막을 완벽하게 소독 및 멸균할 수 있는 안전한 소독법이 요구된다. On the other hand, most bacteria are attached to any surface and reaches a certain concentration to grow in the form of a biofilm through quorum sensing. The biofilm thus formed serves as a habitat and a barrier for the bacteria, thereby increasing tens to thousands of times more resistance to general disinfectants such as chlorine, hydrogen peroxide or ozone than when present as suspended bacteria. The microbial community in the form of the biofilm threatens the safety of medical tools used in the medical industry recently, and a safe disinfection method capable of completely disinfecting and sterilizing the biofilm is required.

종래에는 생물막을 소독하기 위한 표준 소독방법으로 습식법에 해당하는 고압 증기 멸균(autoclaving)과 건식법에 해당하는 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide), 감마선(gamma irradiation), 과산화수소 플라즈마(hydrogen peroxide plasma) 등을 이용한 소독법이 이용되어 왔다. 그러나 상기 소독법들은 비교적 우수한 소독력 및 살균력을 지니면서도 단점을 가지고 있어서 의료 분야를 비롯한 여러 산업 분야에서 활용하는데 있어 한계점을 가지고 있다. 고압 증기 멸균은 고온 고압에 약한 물질을 소독하는데 부적합하며, 수증기에 의해 금속 표면에 산화피막을 형성하여 물질의 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 에틸렌 옥사이드를 이용한 소독은 특정 고분자를 파괴시킬 뿐만 아니라 강한 독성을 지녀 소독 후 이차적인 정화가 요구된다. 감마선 역시 의료용 고분자의 물성을 약화시키고, 과산화수소 플라즈마는 과량의 활성 라디칼(free radical)을 발생하여 합금 금속표면을 부식시킬 수 있다.Conventionally, as a standard disinfection method for disinfecting biofilms, autoclaving corresponding to the wet method and disinfection using ethylene oxide, gamma irradiation, and hydrogen peroxide plasma corresponding to the dry method are used. Has been used. However, the disinfection methods have a relatively good disinfection and sterilization power, but also has limitations in using in various industrial fields including medical field. High pressure steam sterilization is unsuitable for disinfecting materials susceptible to high temperature and high pressure, and may form an oxide film on the metal surface by water vapor, thereby degrading the performance of the material. In addition, disinfection with ethylene oxide not only destroys specific polymers, but also has strong toxicity and requires secondary purification after disinfection. Gamma rays also weaken the properties of medical polymers, and hydrogen peroxide plasma can produce excess free radicals to corrode alloy metal surfaces.

이처럼 종래에 사용되고 있는 생물막을 제거할 수 있는 소독법들의 문제점을 극복하기 위하여 이를 보완할 대체 소독법의 개발이 요구되고 있으며, 특히 세포 투과성이 우수하고, 독성 및 잔류성이 없는 소독 방법의 필요성이 절실히 요구되고 있다.In order to overcome the problems of conventional disinfection methods that can remove the conventional biofilms are required to develop an alternative disinfection method to compensate for this, in particular, the need for disinfection methods that have excellent cell permeability, no toxicity and no persistence is urgently required. have.

최근 자성체를 이용하여 바이오 관련 연구용 소재 및 바이오 의료에 응용하는 연구가 많이 시도되고 있다. 특히 바이오 물질 분리용 소재 및 의료 소재로의 이용 연구가 많이 되고 있는데, DNA 및 RNA의 분리정제, 단백질 및 아미노산의 분리정제, 바이오 센서, 약물전달시스템(Drug Delivery System), 자기공명영상(MRI) 조영제 및 국소온열치료 등에 사용이 가능하도록 자성입자에 유기기능성 화합물로 코팅하는 기능성 실란 코팅 자성입자들이 연구되고 있다.Recently, a lot of researches using magnetic materials for bio-related research materials and biomedical applications have been attempted. In particular, there are many researches on the use of biomaterial separation materials and medical materials, such as separation and purification of DNA and RNA, separation and purification of proteins and amino acids, biosensors, drug delivery systems, and magnetic resonance imaging (MRI). Functional silane-coated magnetic particles have been studied to coat the magnetic particles with organic functional compounds so that they can be used for contrast agents and local thermotherapy.

자성 입자는 외부 자기장을 이용해 조작할 수 있는 특징을 지녀 여러 분야에서 유용하게 사용될 수 있다. 자성 입자 중에서도 상자성이나 초상자성을 지니는 입자들은 외부 자기장에 반응하며, 특히 초상자성 입자들은 유전자 전달, MRI(magnatic resonance imaging), 조직 복구, 해독 등의 다양한 생의학 분야에 응용되고 있다. Magnetic particles have a feature that can be manipulated using an external magnetic field and can be usefully used in various fields. Among magnetic particles, paramagnetic or superparamagnetic particles respond to an external magnetic field. In particular, superparamagnetic particles are applied to various biomedical fields such as gene transfer, magnetic resonance imaging (MRI), tissue repair, and detoxification.

자성 입자는 교류 자장 내에서 자화 손실에 의해 자체 열(self-heating)을 발생시키는 특징이 있다. 이러한 자성 입자의 특성을 이용한 자성 입자의 생체 치료로의 응용의 또 하나의 예로서, 자성 스핀 에너지를 이용한 고온 치료를 들 수 있다(US 6,530,944 B2, US 5,411,730). 자성 입자는 외부에서 라디오주파수의 교류전류를 흘려주면 스핀 플립핑(flipping) 과정을 통해 열을 방출하게 된다. 이때 입자 주변의 온도가 40℃ 이상이 되면 세포가 높은 열에 의해 죽게 되어 질병 세포를 선택적으로 사멸 시킬 수 있다. Magnetic particles are characterized by generating self-heating by loss of magnetization in alternating magnetic fields. As another example of application of the magnetic particles to the biological treatment using the properties of such magnetic particles, high temperature treatment using magnetic spin energy is available (US 6,530,944 B2, US 5,411,730). Magnetic particles emit heat through a spin flipping process when an AC current of a radio frequency flows from the outside. At this time, when the temperature around the particle is more than 40 ℃ cells are killed by high heat can selectively kill the diseased cells.

따라서, 종래에 소독법들에 비해 빠른 소독 효과를 나타내면서 인체나 환경에 무해하고, 잔류성이 없는 소독 방법을 개발하기 위한 방안으로서 자성 입자가 인가된 외부 자기장에 의한 자기 소실에 의해 열이 발생하는 특성을 이용하여 생물막을 불활성화 시키고자 하였다. 또한 부유 미생물에 비해 생물막을 형성한 미생물은 상대적으로 미생물의 세포막을 불활성화 시키는 것이 용이하지 않고 낮은 불활성화 효과만을 보이는데 불과하여 본 발명에서는 자성 입자의 발열 특성을 이용하여 부유 미생물뿐만 아니라 생물막을 형성한 미생물을 불활성화하고 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하였다.Therefore, as a method for developing a disinfection method that is harmless to a human body or the environment and has no residual property while exhibiting a faster disinfection effect than conventional disinfection methods, heat is generated by magnetic loss caused by an external magnetic field to which magnetic particles are applied. To inactivate the biofilm. In addition, the microorganisms that form the biofilms are relatively easy to inactivate the cell membranes of the microorganisms compared to the floating microorganisms, and show only low inactivation effects. In the present invention, biofilms as well as floating microorganisms are formed using the exothermic properties of the magnetic particles. One attempt was to inactivate one microorganism and solve the above problems.

본 발명의 목적은 자성 입자를 이용하여 단시간에 향상된 소독력으로 생물막을 불활성화 하는 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method of inactivating a biofilm with improved disinfection power in a short time using magnetic particles.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서 표면에 생물막(biofilm)이 형성되어 있는 대상체를 준비하는 단계; 상기 생물막에 자성 입자를 첨가하는 단계; 상기 자성 입자가 첨가된 생물막이 형성된 대상체 외부에서 교류 자기장을 인가하는 단계; 및 상기 외부에서 인가된 교류 자기장에 의해 상기 자성 입자가 발열함으로써 상기 생물막을 불활성화하는 단계를 포함하는 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of preparing an object in which a biofilm (biofilm) is formed on the surface to achieve the above object; Adding magnetic particles to the biofilm; Applying an alternating magnetic field outside the object on which the biofilm to which the magnetic particles are added is formed; And inactivating the biofilm by exothermic magnetic particles by the alternating magnetic field applied from the outside.

본 발명에 따른 상기 자성 입자는 Fe3O4 , Fe2O3, 알루미늄(Al), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 주석, 아연, 카드뮴, 마그네슘, 구리, 바륨, 리튬 및 이트륨의 산화물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 이중 바람직하게는 Fe3O4 또는 Fe2O3 , 더욱 바람직하게는 Fe3O4가 선택될 수 있다. The magnetic particles according to the present invention are Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , aluminum (Al), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), tin, zinc, cadmium, magnesium, copper, barium, It may be selected from the group consisting of oxides of lithium and yttrium, preferably Fe 3 O 4 Or Fe 2 O 3 , more preferably Fe 3 O 4 can be selected.

본 발명에서 상기 자성 입자의 지름은 5 nm ~ 1 ㎛인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the diameter of the magnetic particles is characterized in that 5 nm ~ 1 ㎛.

본 발명에 따른 상기 자성 입자가 첨가된 생물막은 10분 이내의 시간 동안 상기 자성 입자에 외부에서 교류 자기장을 인가하는 것을 특징으로 한다.The biofilm to which the magnetic particles are added according to the present invention is characterized by applying an alternating magnetic field to the magnetic particles from the outside for a time within 10 minutes.

본 발명에 따른 상기 생물막은 슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 비브리오 하베아이(Vibrio harveyi), 아그로박테리움 투메파시엔스 (Agrobacterium tumefaciens), 대장균(Escherichia coli) 또는 캔디다 알비칸스(Candidad albicans)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.The biofilm according to the present invention is Pseudomonas aeruginosa, Vibrio harveyi, Agrobacterium tumefaciens, Escherichia coli or Candida albicans by Candida albicans. It is characterized by being formed.

본 발명은 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 항원-항체 또는 효소-기질에 있어서 상기 항체 또는 상기 효소에 자성 입자를 코팅하여 체내의 생물막으로 이동시키고, 교류 자기장을 인가하여 인가된 교류 자기장에 의해 자성입자가 발열하는 특성을 이용해 생물막을 불활성화시키는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above another object, the present invention coats the magnetic particles on the antibody or the enzyme in an antigen-antibody or enzyme-substrate and transfers them to the biofilm in the body, and applies magnetic alternating current by applying an alternating magnetic field. It is characterized in that the biofilm is inactivated by using the property of generating particles.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 자성 입자가 외부에서 교류 자기장을 인가시 스스로 발열하는 성질을 이용한 생물막의 불활성화 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 표면에 생물막(biofilm)이 형성되어 있는 대상체를 준비하는 단계; 상기 생물막에 자성 입자를 첨가하는 단계; 상기 자성 입자가 첨가된 생물막이 형성된 대상체 외부에서 교류 자기장을 인가하는 단계; 및 상기 외부에서 인가된 교류 자기장에 의해 상기 자성 입자가 발열함으로써 상기 생물막을 불활성화하는 단계를 포함하는 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of inactivating a biofilm using a property in which magnetic particles generate heat by themselves when an alternating magnetic field is applied from the outside. More specifically, preparing a subject having a biofilm (surface) is formed on the surface; Adding magnetic particles to the biofilm; Applying an alternating magnetic field outside the object on which the biofilm to which the magnetic particles are added is formed; And inactivating the biofilm by generating the magnetic particles by the alternating magnetic field applied from the outside.

여기서, 생물막의 불활성화라 함은 생물막을 구성하는 미생물의 증식을 억제하거나, 미생물을 사멸 또는 제거시켜 감염성을 없애는 것을 의미한다. 상술한 본 발명의 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법에 따르면, 기존의 염소계 소독이나 오존 소독에 의해 불활성화가 어려운 생물막을 단시간에 매우 효과적으로 소독 및 멸균하여 생물막을 불활성화시킬 수 있다. Here, inactivation of a biofilm means inhibiting proliferation of microorganisms constituting the biofilm or killing or removing microorganisms to eliminate infectivity. According to the method of inactivating the biofilm using the magnetic particles of the present invention described above, the biofilm that is difficult to inactivate by conventional chlorine disinfection or ozone disinfection can be effectively disinfected and sterilized in a short time to inactivate the biofilm.

또한, 복잡한 공정을 거치지 않고 자성 입자를 생물막에 단순하게 첨가하고, 외부에서 교류 자기장을 인가하는 것만으로 자성 입자가 자기 소실에 의해 열이 발생하고, 상기 발생된 열에 의해 생물막을 우수한 소독력으로 불활성화할 수 있다. 본 발명은 또한 자성 입자가 존재하는 부위만 발열되기 때문에 생물막이 형성되어 있는 부분만 국지적으로 불활성화 시킬 수 있다는 장점이 있다. In addition, by simply adding magnetic particles to the biofilm without undergoing a complicated process, and by applying an alternating magnetic field from the outside, the magnetic particles generate heat due to magnetic loss, and the heat generated thereby inactivates the biofilm with excellent disinfection power. can do. The present invention also has the advantage that it is possible to locally inactivate only the portion where the biofilm is formed because only the portion where the magnetic particles are present is exothermic.

또한, 본 발명은 인체나 환경에 유해할 수 있는 화학 약품이 잔류하지 않아 독성이 없으며, 자성 입자의 농도와 양, 교류 자기장의 인가 시간을 조절함으로써 발열되는 정도를 변화시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention is non-toxic because there is no chemical that may be harmful to the human body or the environment, there is an advantage that can change the degree of heat generation by adjusting the concentration and amount of magnetic particles, the application time of the alternating magnetic field.

상기 자성 입자는 입자 자체가 자기장을 가지고 있지는 않지만 자기장에 노 출되었을 때는 자기쌍극자를 형성하는 물질을 의미한다. 자성 입자의 물리 화학적 성질은 그 크기, 자화 정도, 표면 형상 등으로 특징지어진다. 본 발명의 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법에 사용되는 자성 입자는 산화철(Fe3O4 또는 Fe2O3) 및 알루미늄(Al), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 주석(Sn), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 바륨(Ba), 리튬(Li) 및 이트륨의 산화물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 이중 바람직하게는 Fe3O4 또는 Fe2O3 가 선택될 수 있다. 더욱 바람직하게는 Fe3O4가 선택될 수 있다. 자적철석(Fe2O3) 또는 자철광(Fe2O3)등의 산화철 입자들은 마이크로미터 크기일 때에는 강자성을 띠지만, 나노 미터 크기의 작은 입자들은 초상자성을 띤다. 이러한 입자들은 합성이 쉽고, 크기를 쉽게 조절할 수 있으나, 바람직하게는 입자는 평균 입자 직경이 100nm 이하, 바람직하게는 50nm 이하, 특히 바람직하게는 30nm 이하이다. 바람직하게는 평균 입자 직경은 1 내지 40nm, 더욱 바람직하게는 3 내지 30nm, 특히 바람직하게는 5 내지 25nm 범위이다.The magnetic particles refer to a material which does not have a magnetic field but forms a magnetic dipole when exposed to the magnetic field. The physicochemical properties of the magnetic particles are characterized by their size, magnetization degree, surface shape, and the like. The magnetic particles used in the biofilm deactivation method using the magnetic particles of the present invention are iron oxide (Fe 3 O 4 Or Fe 2 O 3 ) and aluminum (Al), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), tin (Sn), zinc (Zn), cadmium (Cd), magnesium (Mg), copper (Cu ), Barium (Ba), lithium (Li) and yttrium may be selected from the group consisting of, preferably Fe 3 O 4 Or Fe 2 O 3 Can be selected. More preferably Fe 3 O 4 may be selected. Iron oxide particles such as magnetite (Fe 2 O 3 ) or magnetite (Fe 2 O 3 ) are ferromagnetic when micrometer-sized, but nanometer-sized particles are superparamagnetic. These particles are easy to synthesize and can be easily adjusted in size, but preferably the particles have an average particle diameter of 100 nm or less, preferably 50 nm or less, particularly preferably 30 nm or less. Preferably the average particle diameter is in the range from 1 to 40 nm, more preferably from 3 to 30 nm, particularly preferably from 5 to 25 nm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생물막에 자성 입자를 첨가한 후, 외부 교류 자기장을 인가하며, 상기 자성 입자가 인가된 외부 교류 자기장에 의해 발열한다는 특성을 이용하여 생물막을 불활성화시킬 수 있으며, 상기 생물막은 약 10분 이내의 시간 동안 상기 교류 자기장을 인가하는 것만으로 생물막을 불활성화 시킬 수 있어 기존의 소독법에 비해 짧은 시간 내 간단한 방법에 의해 생물막을 소독할 수 있는 장점이 있다.According to an embodiment of the present invention, after the magnetic particles are added to the biofilm, an external alternating magnetic field may be applied, and the biofilm may be inactivated by using the property of generating heat by an external alternating magnetic field to which the magnetic particles are applied. In addition, the biofilm can inactivate the biofilm simply by applying the alternating magnetic field for a time within about 10 minutes, so that the biofilm can be sterilized by a simple method within a short time compared to the conventional disinfection method.

본 발명에 따른 상기 생물막은 슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 비브리오 하베아이(Vibrio harveyi), 아그로박테리움 투메파시엔스 (Agrobacterium tumefaciens), 대장균(Escherichia coli) 또는 캔디다 알비칸스(Candidad albicans)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.The biofilm according to the present invention is Pseudomonas aeruginosa, Vibrio harveyi, Agrobacterium tumefaciens, Escherichia coli or Candida albicans by Candida albicans. It is characterized by being formed.

본 발명은 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 항원-항체 또는 효소-기질에 있어서 상기 항체 또는 상기 효소에 자성 입자를 코팅하여 체내의 생물막으로 이동시키고, 교류 자기장을 인가하여, 인가된 교류 자기장에 의하여 자성 입자가 발열한다는 특성을 이용해 생물막을 불활성화시키는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above another object, the present invention coats the magnetic particles on the antibody or the enzyme in an antigen-antibody or enzyme-substrate, transfers them to a biofilm in the body, and applies an alternating magnetic field, thereby applying the applied alternating magnetic field. It is characterized in that the biofilm is inactivated by using the property that the magnetic particles generate heat.

일반적으로 자성 입자들은 입자의 안정화와 생적합성 향상을 위해 표면 개질이 필요하다. 생분자들이 결합할 수 있는 특이적인 결합 그룹을 자성 입자에 수식하는 방법이 있다. 예를 들어 생분자들에 공유결합을 통해 결합할 수 있는 카복실이나 아미노기, 바이오틴이 수식된 분자에 특이적으로 결합할 수 있는 스트랩다비딘/아비딘을 자성입자에 수식할 수 있다. 이러한 방법들은 보통 목적 입자들을 위한 특이한 수용기를 고정화하는데 사용된다.In general, magnetic particles need surface modification to stabilize particles and improve biocompatibility. There is a method of modifying a magnetic particle with specific binding groups that biomolecules can bind to. For example, a carboxyl or amino group capable of covalently binding to biomolecules, and strapavidin / avidine capable of specifically binding to a molecule modified with biotin may be modified in a magnetic particle. These methods are usually used to immobilize specific receptors for the desired particles.

상기 항체나 효소에 자성 입자를 코팅하기 위하여 자성 입자를 5 ~ 20 % glutaraldehyde로 처리하여 활성화시킨다. 실온에서 3시간 동안 회전시켜 반응시킨 후, 자성 입자와 반응하지 않은 glutaraldehyde는 제거한다. 항체 또는 효소는 결합반응용 완충용액에 용해시켜 항체 또는 효소 용액을 만든 후 glutaraldehyde로 미리 활성화시킨 자성 입자에 항체 또는 효소 용액을 넣고 잘 흔들어주면서 실온에서 16-24시간 동안 반응시킨다. 반응이 끝난 후 Quenching용액을 넣어 항체 또는 효소와 자성 입자의 반응을 종결시킨다. In order to coat the magnetic particles on the antibody or enzyme, the magnetic particles are activated by treating them with 5 to 20% glutaraldehyde. After reacting by rotating at room temperature for 3 hours, glutaraldehyde which did not react with magnetic particles is removed. The antibody or enzyme is dissolved in a buffer for binding reaction to make an antibody or enzyme solution. The antibody or enzyme solution is added to magnetic particles previously activated with glutaraldehyde, and the reaction is performed at room temperature for 16-24 hours while shaking well. After the reaction is completed, the Quenching solution is added to terminate the reaction between the antibody or enzyme and the magnetic particles.

이와 같이 자성 입자가 코팅된 항체 또는 효소를 체내에 생물막이 형성된 기관이나 조직에 이동시키고, 교류 자기장을 인가하여, 상기 자성입자가 인가된 교류 자기장에 의하여 발열한다는 특성을 이용해 체내에 형성된 생물막을 불활성화 시켜서 조직이나 인체내 세균의 감염을 억제 및 미생물의 사멸을 유도할 수 있다. As described above, the antibody or enzyme coated with the magnetic particles is transferred to the organ or tissue in which the biofilm is formed in the body, and an alternating magnetic field is applied to generate the biofilm formed in the body by using the characteristic that the magnetic particles generate heat by the applied alternating magnetic field. By activating it can suppress the infection of bacteria in tissues or human body and induce the death of microorganisms.

상술한 본 발명의 자성 입자가 외부에서 인가된 교류 자기장에 의하여 발열한다는 특성을 이용한 생물막의 불활성화 방법에 따르면, 기존의 염소계 소독이나 오존 소독에 의해 불활성화가 어려운 생물막을 단시간에 매우 효과적으로 소독 및 멸균하여 생물막을 불활성화시킬 수 있다. 또한 자성 입자가 존재하는 부위만 발열시키는 것이 가능하기 때문에 생물막이 형성되어 있는 부분만 국지적으로 불활성화 시킬 수 있다. According to the deactivation method of the biofilm using the above-described characteristics that the magnetic particles of the present invention generate heat by an alternating magnetic field applied from the outside, the biofilm which is difficult to deactivate by conventional chlorine disinfection or ozone disinfection is very effectively disinfected and Sterilization can inactivate the biofilm. In addition, it is possible to generate heat only in the region where the magnetic particles are present, so that only the portion where the biofilm is formed can be locally inactivated.

또한, 본 발명은 인체나 환경에 유해할 수 있는 화학 약품이 잔류하지 않아 독성이 없으며, 자성 입자의 농도와 양, 교류 자기장의 인가 시간을 조절함으로써 발열되는 정도를 변화시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention is non-toxic because there is no chemical that may be harmful to the human body or the environment, there is an advantage that can change the degree of heat generation by adjusting the concentration and amount of magnetic particles, the application time of the alternating magnetic field.

또한 본 발명은 항원-항체 특이성, 효소-기질 특이성에 기초하여, 자성 입자가 코팅된 상기 항체 및 상기 효소를 체내에 생물막이 형성된 부분으로 이동시켜 생물막이 형성된 부분만 불활성화 시키는 데 응용될 수 있을 것이다.In addition, the present invention may be applied to inactivate only the biofilm-forming part by moving the antibody and the enzyme coated with magnetic particles to the biofilm-forming part in the body based on antigen-antibody specificity and enzyme-substrate specificity. will be.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of inactivating a biofilm using magnetic particles according to exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 생물막이 형성되어 있는 대상체로서 폴리카보네이트 쿠폰에 자성 입자로서 Fe3O4입자를 첨가한 후, 상기 폴리카보네이트 쿠폰 외부에서 교류 자기장을 인가함으로써 생물막을 불활성화 시키는 방법을 수행하는 데 사용되는 소독장치를 설명하기 위한 전체 시스템 모식도이다.1 is used to perform a method of inactivating a biofilm by adding Fe 3 O 4 particles as magnetic particles to a polycarbonate coupon as an object on which a biofilm is formed, and then applying an alternating magnetic field outside the polycarbonate coupon. It is a schematic diagram of the whole system to explain the disinfection device.

도 1을 참조하면, 교류 자기장 유도 장치(1)는 코일(2)과 연결되어 있으며 상기 교류 자기장 유도 장치(1)내에 위치한 출력조절단자(1a)를 조절하여 자기장을 발생시키면 상기 교류 자기장 유도 장치(1)를 통해 상기 교류 자기장 유도 장치(1)와 연결되어 있는 코일(2) 주변에 자기장이 형성된다. Referring to FIG. 1, the AC magnetic field induction apparatus 1 is connected to the coil 2 and generates an magnetic field by controlling an output control terminal 1a located in the AC magnetic field induction apparatus 1. A magnetic field is formed around the coil 2 which is connected to the AC magnetic field induction device 1 through (1).

본 실시예에서의 생물막 시편은 폴리카보네이트 쿠폰(6)위에 생물막(5)이 형성되어 있고, 상기 형성된 생물막(5)에 자성 입자(4)가 첨가된 구조로 되어 있다. 상기 생물막 시편은 코일(6) 주변에 형성된 자기장 영역에 놓이게 된다. 이때 상기 자기장이 형성된 영역에 놓여진 생물막 시편은 외부에서 인가된 교류 자기장에 의해 자성 입자가 발열되어 생물막이 형성되어 있는 부분만 국지적으로 불활성화 시킬 수 있다. The biofilm specimen in this embodiment has a structure in which a biofilm 5 is formed on a polycarbonate coupon 6 and magnetic particles 4 are added to the formed biofilm 5. The biofilm specimen is placed in the magnetic field region formed around the coil 6. In this case, the biofilm specimen placed in the region in which the magnetic field is formed may locally inactivate only a portion where the magnetic particles are generated by the alternating magnetic field applied from the outside.

본 발명의 실시예들에서는 생물막이 형성된 대상체로서 폴리카보네이트 쿠폰(6)을 사용하여, 이에 형성된 생물막을 불활성화하였지만, 본 발명에 따라 불활성화되는 생물막에는 이에 한정되지 않고 모든 종류의 생물막이 포함될 수 있으며, 생물막이 형성되어 있는 의료기기 또는 각종 생활 도구 등을 포함할 수 있다. 세균이 어떠한 표면에 부착되고 일정농도에 도달하면 적정밀도인식(quorum sensing)을 통해 생물막(biofilm)의 형태로 성장하게 되는데 이러한 종류의 생물막 또한 본 발명에 따라 불활성화가 가능하다. , In the embodiments of the present invention, the biofilm formed by using the polycarbonate coupon 6 as an object on which the biofilm is formed is inactivated. However, the biofilm that is inactivated according to the present invention may include all kinds of biofilms. In addition, the biofilm may include a medical device or various life tools. When bacteria adhere to a certain surface and reach a certain concentration, they grow in the form of a biofilm through quorum sensing. This kind of biofilm can also be inactivated according to the present invention. ,

상기 생물막은 세균의 서식처 및 방어막의 역할을 하게 되어 부유 세균으로 존재할 때보다 일반적인 소독제, 예를 들어, 염소, 과산화수소 또는 오존에 대한 저항성이 수십 내지 수천 배 증가하여 쉽게 사멸되지 않는 특성을 보인다. 따라 서, 본 발명은 상기 생물막 시편이 외부에서 인가된 교류 자기장에 의해 자성 입자가 발열되어 생물막 시편을 단 시간내에 효과적으로 소독할 수 있다. 본 발명의 외부에서 인가된 교류 자기장에 의해 자성 입자가 발열한다는 특성을 이용한 생물막의 불활성화 방법은 기존의 염소계 소독이나 오존 소독에 의해 불활성화가 어려운 생물막을 단시간에 매우 효과적으로 소독 및 멸균하여 생물막을 불활성화시킬 수 있다. 또한 자성 입자가 존재하는 부위만 발열시킴으로써 생물막이 형성되어 있는 부분만 국지적으로 불활성화 시킬 수 있으며, 인체나 환경에 유해할 수 있는 화학 약품이 잔류하지 않아 독성이 없다. The biomembrane acts as a habitat and a protective film of bacteria, and exhibits properties that are not easily killed due to an increase in resistance to a general disinfectant, for example, chlorine, hydrogen peroxide or ozone, by tens to thousands of times. Therefore, the present invention can effectively disinfect the biofilm specimen in a short time by the magnetic particles are generated by the alternating magnetic field applied from the outside of the biofilm specimen. The biofilm deactivation method using the characteristic that the magnetic particles generate heat by the alternating magnetic field applied from the outside of the present invention is very effective to disinfect and sterilize a biofilm which is difficult to inactivate by a conventional chlorine disinfection or ozone disinfection in a short time. Can be inactivated. In addition, by heating only the site where the magnetic particles are present, only the part where the biofilm is formed can be inactivated locally, and there is no toxicity because there is no chemical which may be harmful to human body or the environment.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

< 실시예 1 > 자성 입자의 농도와 시간에 따른 발열 변화Example 1 Exothermic Change with Time and Concentration of Magnetic Particles

슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa, PA01) 생물막이 형성된 폴리카보네이트 쿠폰 위에 자성 입자 Fe3O4 0.15 ml을 농도 별로 첨가한 후 외부에서 일정한 범위의 교류 자기장을 인가하여 시간에 따른 자성 입자의 온도 변화를 측정하여 도 2로 나타내었다. Pseudomonas aeruginosa (PA01) on the polycarbonate coupons with the biofilm formed by adding 0.15 ml of magnetic particles Fe 3 O 4 by concentration and applying a range of alternating magnetic fields from the outside to change the temperature of the magnetic particles with time The measurement is shown in FIG. 2.

도 2에서 보는 바와 같이 상기 자성 입자가 첨가된 생물막에 교류 자기장을 인가하며, 자성 입자의 자기 소실에 의해 열이 발생하여 8분 내에 최고의 온도를 나타냈으며, 자성 입자의 농도가 증가할수록 자성 입자의 온도 상승 폭도 큰 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 2, an alternating magnetic field is applied to the biofilm to which the magnetic particles are added, and heat is generated due to magnetic loss of the magnetic particles, thereby showing the highest temperature within 8 minutes, and as the concentration of the magnetic particles increases, It was confirmed that the temperature rise was also large.

도 3a, 3b 및 3c에서는 자성 입자의 존재 유무에 따른 온도 차이를 명확히 하기 위해서 각각 증류수 0.15 ml, 40 mg/ml 자성 입자 0.15 ml 및 60 mg/ml 자성 입자 0.15 ml을 슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa, PA01) 균주를 이용한 생물막에 첨가한 후, 상기 생물막에 외부에서 교류 자기장을 인가하여 그에 따른 온도 변화를 적외선 열화상 카메라를 이용하여 측정하였다. 상기 인가된 교류 자기장은 자성 입자 농도에 관계없이 일정하였고 8분 동안 모든 샘플에 인가되었다. In FIGS. 3A, 3B, and 3C, 0.15 ml of distilled water, 0.15 ml of 40 mg / ml magnetic particles, and 0.15 ml of 60 mg / ml magnetic particles were respectively added to Pseudomonas aeruginosa to clarify the temperature difference depending on the presence or absence of magnetic particles. , PA01) was added to the biofilm using the strain, and the alternating temperature was applied to the biofilm from the outside using an infrared thermography camera. The applied alternating magnetic field was constant regardless of the magnetic particle concentration and applied to all samples for 8 minutes.

도 3a 에서 제시된 바와 같이 증류수만을 첨가하였을 때는 외부 교류 자기장을 상기 생물막에 인가하더라도 뚜렷한 온도 상승이나 온도 변화를 보이지 않았다. 반면, 도 3b 에서 상기 생물막에 40 mg/ml 자성 입자 Fe3O4 0.15 ml이 첨가된 경우는 생물막이 존재하는 부위가 옅은 연두색을 띠고 있어 생물막이 존재하는 부위만 온도가 상승하였음을 확인할 수 있다. 도 3b에 비해 생물막에 첨가된 자성 입자의 농도가 1.5배 증가된 60 mg/ml 자성 입자 Fe3O4 0.15 ml이 첨가된 도 3c에서는 생물막이 존재하는 부위에 짙은 연두색을 나타내어 60℃ 이상의 온도로 자성 입자의 온도가 상승한 것을 알 수 있다.When only distilled water was added as shown in FIG. 3A, even though an external alternating magnetic field was applied to the biofilm, there was no obvious temperature rise or temperature change. On the other hand, in the case of adding 0.15 ml of 40 mg / ml magnetic particles Fe 3 O 4 to the biofilm in FIG. 3b, it can be seen that the temperature at which the biofilm exists is light green, and only the temperature at which the biofilm exists is increased. . Compared to FIG. 3B, 60 mg / ml of magnetic particles Fe 3 O 4 having 1.5 times increased in concentration of the magnetic particles added to the biofilm is added to FIG. 3C to show a deep light green color in the region where the biofilm is present. It can be seen that the temperature of the magnetic particles has increased.

따라서, 도 2 및 도 3의 결과를 토대로 생물막에 자성 입자를 첨가했을 때 인가한 교류 자기장에 의해 자성 입자는 자기 소실에 의해 열이 발생하여 그 온도가 상승하였고 이는 자성 입자의 농도가 높을수록 온도 상승의 폭도 더 큰 것을 알 수 있었다.Accordingly, based on the results of FIGS. 2 and 3, when the magnetic particles were added to the biofilm, the magnetic particles generated heat by magnetic disappearance due to the alternating magnetic field applied thereto. The extent of the rise was also greater.

< 실시예 2 > 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 평가Example 2 Evaluation of Inactivation of Biofilm Using Magnetic Particles

< 실시예 2-1 > 생물막 내 개체수의 변화Example 2-1 Change of Population in Biofilm

자성 입자의 농도에 따른 슈도모나스 애루지노사 생물막의 불활성화를 확인하기 위하여 상기 생물막에 각각 증류수, 자성 입자 50 mg/ml 및 60mg/ml을 0.15 ml씩 각각 가하였다. 그 후 상기 생물막 외부에서 교류 자기장을 인가하여 자성 입자의 농도에 따른 슈도모나스 애루지노사 생물막의 불활성화 평가를 도말평판법 (spread plate method)을 통해 확인하고 이를 도 4에 나타내었다. In order to confirm the inactivation of the Pseudomonas aeruginosa biofilm according to the concentration of the magnetic particles, 0.15 ml of distilled water, 50 mg / ml, and 60 mg / ml, respectively, were added to the biofilm. Then, the inactivation evaluation of the Pseudomonas aeruginosa biofilm according to the concentration of the magnetic particles by applying an alternating magnetic field outside the biofilm was confirmed by a spread plate method and is shown in FIG. 4.

도 4는 증류수만을 처리한 것과 자성 입자를 첨가한 생물막에 대한 생물막 내 개체 수의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 증류수만을 첨가한 생물막은 외부에서 교류 자기장을 인가하더라도 초기 개체 수와 별다른 차이가 없었고 미생물을 사멸시키지 못하는 것으로 나타났다. 이에 반하여, 50 mg/ml의 자성 입자를 가한 후 외부에서 교류 자기장을 8분 인가한 경우 초기 개체 수에 비해 약 1/102 ~ 1/102.5 정도로 개체수가 감소하는 것으로 나타났다. 이 때 집락 형성 단위능의 감소는 거의 99 %에 달하였다. 즉, 자성 입자를 첨가하지 않아 외부 자기장을 인가하더라도 열이 발생하지 않은 증류수만을 첨가한 생물막에 비하여 미생물의 사멸 속도가 현저히 증가함을 알 수 있었다.Figure 4 is a graph showing the change in the number of individuals in the biofilm for the biofilm treated with only distilled water and the addition of magnetic particles. Referring to FIG. 4, the biofilm added with only distilled water did not show any difference from the initial population and did not kill microorganisms even when an alternating magnetic field was applied from the outside. On the contrary, when an alternating magnetic field was applied for 8 minutes from the outside after adding 50 mg / ml of magnetic particles, the population decreased by about 1/10 2 to 1/10 2.5 compared to the initial population. At this time, the colony forming unit capacity was almost 99%. That is, even when the external magnetic field is applied without adding the magnetic particles, the killing rate of the microorganisms was significantly increased as compared with the biofilm containing only the distilled water without heat generation.

또한, 생물막에 첨가된 자성 입자의 농도가 60 mg/ml 인 경우는 외부 자기장을 8분 동안 인가한 경우 초기 개체수에 비해 약 1/104.5 정도로 개체수가 감소하는 것으로 나타났다. 이때 집락 형성 단위능의 감소는 약 99.99% 이상을 나타냈다. 따라서, 첨가된 자성 입자의 농도가 60 mg/ml 일때 자성 입자의 농도가 50 mg/ml 에 비하여, 8 분 동안 외부에서 교류 자기장을 인가하였을 때 개체 수가 약 100배 이상 더 감소하는 것으로 나타났다. In addition, when the concentration of the magnetic particles added to the biofilm is 60 mg / ml, when the external magnetic field is applied for 8 minutes, the population was reduced by about 1/10 4.5 compared to the initial population. At this time, the decrease in colony forming unit capacity was about 99.99% or more. Therefore, when the concentration of the added magnetic particles is 60 mg / ml, the concentration of the magnetic particles was found to be more than about 100 times when the alternating magnetic field is applied externally for 8 minutes compared to 50 mg / ml.

따라서, 본 실시예를 통해서 생물막에 첨가된 자성 입자의 농도가 증가할수록 생물막의 소독력이 훨씬 증가함을 알 수 있었다.Therefore, it can be seen that the disinfecting power of the biofilm increases much as the concentration of the magnetic particles added to the biofilm increases through this example.

< 실시예 2-2 > 생물막의 세포막 손상 효과<Example 2-2> Cell membrane damage effect of the biofilm

슈도모나스 애루지노사 생물막이 인가된 외부 교류 자기장에 의해 생물막 내부까지 효과적으로 불활성화되는지 여부를 확인하기 위하여, 증류수 0.15 ml 및 60 mg/ml 자성입자 Fe3O4 0.15 ml 를 첨가하고 외부 교류 자기장을 인가한 후 생물막을 염색하고 이를 공초점 현미경(Confocal Laser Scanning Microscopy; CLSM)을 이용하여 관찰하였다. 생물막의 염색은 LIVE/DEAD BacLight bacterial viability kit(Molecular Probes)를 이용하여 수행하였다. 공초점 현미경의 관찰에서 초록색은 살아있는 세포를 의미하고, 붉은 색은 죽은 세포를 의미한다. To determine whether the Pseudomonas aeruginosa biofilm is effectively inactivated to the inside of the biofilm by an applied external alternating magnetic field, 0.15 ml of distilled water and 0.15 ml of 60 mg / ml magnetic particles Fe 3 O 4 are added and an external alternating magnetic field is applied. The biofilms were then stained and observed using Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM). Biofilm staining was performed using a LIVE / DEAD BacLight bacterial viability kit (Molecular Probes). In confocal microscopy, green means live cells and red means dead cells.

본 실시예에서 폴리카보네이트 쿠폰에 형성된 생물막에 대해 증류수 및 자성 입자를 첨가한 후 외부에서 교류 자기장을 8분 동안 인가하였으며 그 후 생물막을 관찰한 결과를 도 5a 및 도 5b에 나타내었다. 도 5a는 증류수만을 첨가한 생물막을 보여주는 공초점 현미경 사진이고, 도 5b는 자성 입자가 첨가된 생물막을 보여주는 공초점 현미경 사진이다.In the present embodiment, after adding distilled water and magnetic particles to the biofilm formed on the polycarbonate coupon, an alternating magnetic field was applied for 8 minutes from the outside, and the results of observing the biofilm are shown in FIGS. 5A and 5B. 5A is a confocal micrograph showing a biofilm to which only distilled water is added, and FIG. 5B is a confocal micrograph showing a biofilm to which magnetic particles are added.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 증류수만을 첨가하여 교류 자기장을 인가하였을 때는 도 5a에서 보는 바와 같이 생물막 세포막의 손상이 없어 초록색으로 관찰되었으나, 자성 입자를 첨가한 후 교류 자기장을 인가하였을 때는 도 5b에서 보는 바와 같이 생물막을 이루는 대부분의 미생물이 사멸되어 붉은 색으로 관찰되었다. 따라서 자성 입자를 첨가한 생물막은 외부 교류 자기장 인가에 의해 자성 입자가 열을 발생하여 상기 발생된 열에 의해 미생물의 세포막이 손상되어 8분 이내에 생물막을 이루는 대부분의 미생물이 사멸하는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B, when the alternating magnetic field was added with only distilled water, as shown in FIG. 5A, the biofilm cell membrane was observed to be green due to no damage. However, when the alternating magnetic field was added after the magnetic particles were added, FIG. 5B. As shown in, most of the microorganisms forming the biofilm were killed and observed in red color. Therefore, it can be seen that in the biofilm to which the magnetic particles are added, the magnetic particles generate heat by applying an external alternating magnetic field, and the cell membrane of the microorganisms is damaged by the generated heat, and most of the microorganisms forming the biofilm are killed within 8 minutes.

상술한 바와 같이 자성 입자를 이용하여 생물막을 불활성화 시킨 경우 매우 짧은 시간에 세균이 두껍게 형성하고 있는 생물막에 대해 생물막 내부에 있는 세균까지 매우 효과적으로 불활성화 할 수 있음을 확인하였다. 이는 기존의 염소계 소독이나 오존 소독에 의해 불활성화가 어려운 생물막을 단시간에 매우 효과적으로 소독 및 멸균하여 생물막을 불화성화 시킬 수 있었다. 또한 자성 입자는 독성 및 잔류성이 없어, 친환경적으로 의료 도구 및 생물질(biomaterial) 상의 생물막을 소독할 수 있다. 더욱이 자성 입자가 첨가된 생물막에 교류 자기장을 인가하는 것과 같은 간단한 방법에 의해 생물막을 불활성화 시킬 수 있었다.As described above, when the biofilm is inactivated using the magnetic particles, it was confirmed that the bacteria inside the biofilm can be effectively inactivated with respect to the biofilm in which the bacteria are thickly formed in a very short time. This could disinfect the biofilm by disinfecting and sterilizing the biofilm which is difficult to inactivate by conventional chlorine disinfection or ozone disinfection very effectively in a short time. In addition, magnetic particles are non-toxic and non-permanent, so that biofilms on medical instruments and biomaterials can be sterilized in an environmentally friendly manner. Furthermore, the biofilm could be inactivated by a simple method such as applying an alternating magnetic field to the biofilm containing the magnetic particles.

도 1은 생물막이 형성되어 있는 폴리카보네이트 쿠폰에 자성 입자를 가한 후, 교류 자기장을 인가함으로써 생물막을 불활성화시킬 수 있음을 나타내는 전체 시스템 모식도이다.1 is an overall system schematic diagram showing that a biofilm can be inactivated by applying an alternating magnetic field after adding magnetic particles to a polycarbonate coupon having a biofilm formed thereon.

도 2는 자성 입자의 농도와 교류 자기장의 인가 시간에 따른 자성 입자의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the temperature change of the magnetic particles according to the concentration of the magnetic particles and the application time of the alternating magnetic field.

도 3a, 3b 및 3c는 증류수, 40 mg/ml의 자성 입자 및 60 mg/ml 의 자성 입자 0.15 ml을 생물막이 형성된 폴리카보네이트 쿠폰에 가한 후 교류 자기장을 인가한 후 온도 변화를 적외선 열화상 카메라 사진으로 나타낸 결과이다.Figures 3a, 3b and 3c is a thermal infrared camera photograph showing the temperature change after applying distilled water, 40 mg / ml magnetic particles and 0.15 ml of 60 mg / ml magnetic particles to the polycarbonate coupon formed biofilm and applying an alternating magnetic field This is the result.

도 4는 증류수, 50 mg/ml의 자성 입자 및 60 mg/ml의 자성 입자를 가한 후 시간에 따른 생물막 내 개체 수의 변화를 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing the change in the number of individuals in the biofilm with time after adding distilled water, 50 mg / ml of magnetic particles and 60 mg / ml of magnetic particles.

도 5a 및 5b는 증류수 및 60 mg/ml의 자성 입자를 0.15 ml 가한 후 교류 자기장을 인가하여 생물막을 보여주는 공초점 현미경 사진이다. 5A and 5B are confocal micrographs showing biofilms by adding 0.15 ml of distilled water and 60 mg / ml of magnetic particles and applying an alternating magnetic field.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1: 교류 자기장 유도 장치1: AC magnetic field induction device

1a: 출력조절단자1a: Output control terminal

1b: 모니터패널1b: monitor panel

2: 냉각장치2: chiller

3: 코일3: coil

4: 자성 입자4: magnetic particles

5: 생물막5: biofilm

6: 폴리카보네이트 쿠폰6: polycarbonate coupon

Claims (7)

표면에 생물막(biofilm)이 형성되어 있는 대상체를 준비하는 단계;Preparing a subject having a biofilm formed on a surface thereof; 상기 생물막에 자성 입자를 첨가하는 단계;Adding magnetic particles to the biofilm; 상기 자성 입자가 첨가된 생물막이 형성된 대상체 외부에서 교류 자기장을 인가하는 단계; 및Applying an alternating magnetic field outside the object on which the biofilm to which the magnetic particles are added is formed; And 상기 외부에서 인가된 교류 자기장에 의해 상기 자성 입자가 발열함으로써 상기 생물막을 불활성화하는 단계를 포함하는 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법.And deactivating the biofilm by heating the magnetic particles by an alternating magnetic field applied from the outside. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자성 입자는 Fe3O4, Fe2O3, 알루미늄(Al), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 주석, 아연, 카드뮴, 마그네슘, 구리, 바륨, 리튬 및 이트륨의 산화물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법.The magnetic particles include Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , aluminum (Al), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), tin, zinc, cadmium, magnesium, copper, barium, lithium, and yttrium. Inactivation method of a biofilm using magnetic particles, characterized in that selected from the group consisting of oxides. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자성 입자는 Fe3O4 또는 Fe2O3 인 것인 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법.The magnetic particles are Fe 3 O 4 Or Fe 2 O 3 Inactivation method of a biofilm using magnetic particles. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자성 입자의 지름은 5 nm ~ 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법.The diameter of the magnetic particles is 5 nm ~ 1 ㎛ characterized in that the biofilm inactivation method using magnetic particles. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자성 입자가 첨가된 생물막은 10분 이내의 시간 동안 상기 자성 입자에 외부에서 교류 자기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법.The biofilm to which the magnetic particles are added inactivates a biofilm using magnetic particles, wherein an alternating magnetic field is externally applied to the magnetic particles for a time within 10 minutes. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 생물막은 슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 비브리오 하베아이(Vibrio harveyi), 아그로박테리움 투메파시엔스 (Agrobacterium tumefaciens), 대장균(Escherichia coli) 또는 캔디다 알비칸스(Candidad albicans)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법.The biofilm is formed by Pseudomonas aeruginosa, Vibrio harveyi, Agrobacterium tumefaciens, Escherichia coli or Candida albicans. Inactivation method of a biofilm using magnetic particles. 항원-항체 또는 효소-기질에 있어 상기 항체 또는 상기 효소에 자성 입자를 코팅하여 체내의 생물막으로 이동시키고, 교류 자기장을 인가하여 인가된 교류 자기장에 의해 자성 입자가 발열하는 특성을 이용해 생물막을 불활성화시키는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용한 생물막의 불활성화 방법.In the antigen-antibody or enzyme-substrate, magnetic particles are coated on the antibody or the enzyme and transferred to the biofilm in the body, and an alternating magnetic field is applied to inactivate the biofilm by using the characteristic that the magnetic particles generate heat by the applied alternating magnetic field. Inactivation method of a biofilm using magnetic particles, characterized in that.
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