KR20120046714A - 은이 화학적 및/또는 물리적으로 결합된 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법 및 이로부터 얻어진 항균성 면 섬유 - Google Patents
은이 화학적 및/또는 물리적으로 결합된 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법 및 이로부터 얻어진 항균성 면 섬유Info
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Abstract
본 발명은 용출이 되지 않는 항균성 천연 셀룰로오스-OAg 매트릭스를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 천연 셀룰로오스를 AgCl이 용해된 NH4OH 용액에 침지하여 은 이온(Ag+)을 상기 천연 셀룰로오스 매트릭스에 도입하는 단계 및 상기 은 이온이 도입된 천연셀룰로오스 매트릭스를 건조함으로써 천연셀룰로오스 -OH의 수소가 Ag+로 치환되어 천연 면-AgO 복합체가 형성되는 단계를 포함한다.
본 발명에 의해 얻어진 매트릭스는 항균성을 가지면서 인간의 피부에 대한 세포독성이 없고, 은과 매트릭스의 화학적 결합에 의해 재수화시에도 화학적으로 결합된 은 성분의 용출이 일어나지 않아, 항균 활성을 나타내는 유효한 은 농도를 유지하여 항균 활성을 지속적으로 유지한다.
본 발명에 의해 얻어진 매트릭스는 항균성을 가지면서 인간의 피부에 대한 세포독성이 없고, 은과 매트릭스의 화학적 결합에 의해 재수화시에도 화학적으로 결합된 은 성분의 용출이 일어나지 않아, 항균 활성을 나타내는 유효한 은 농도를 유지하여 항균 활성을 지속적으로 유지한다.
Description
본 발명은 은이 화학적 및/또는 물리적으로 결합된 항균성 면 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 은 이온(Ag+)을 상기 천연 셀룰로오스 매트릭스에 도입하고 건조하여 셀룰로오스-OAg 복합체를 형성함으로써 은이 화학적으로 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
은은 지표상에서 68번째로 풍부한 금속으로서, 화폐에서부터 반도체분야에 이르기까지 다양한 분야에서 사용된다. 특히, 은은 예로부터 금 및 백금 등과 함께 귀금속으로 사용되고 있다. 귀금속은 피부에 직접 접촉하여도 인간 및 동물의 피부에 부작용이 가장 작은 금속이라 할 수 있다. 그 중 은은 예로부터 항균성을 가지고 있으면서 인체에 무해한 중금속으로 알려져 피부 질환 및 의료분야에 광범위하게 사용되어 왔다.
의료 분야에서는 은의 항균성을 이용하여 다양한 유해 미생물들을 살균하기 위해 셀룰로오스, 라텍스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등에 은을 물리적으로 결합시킨 항균성 섬유가 많이 사용되고 있다. 또한, 은이 함침된 의료용 밴디지(bandage)는 박테리아, 진균류(fungi), 원생동물문(protozoa) 및 바이러스로부터 상처를 소독 및 보호하는 능력을 가지고 있다. 은 드레싱재와 같은 상기 은이 함침된 의료용 밴디지의 대부분은 화상 환자와 관련된 것들이다. 예를 들어, 은 함침된 밴디지를 사용하는 화상 환자의 경우에 있어서, 여러 가지 요소에 의해 피부 재생이 촉진되는 것으로 보고되었다.
나아가, 장치 관련 오염은 임상적 및 경제적으로 큰 부담이다. 예를 들어, 카테터(catheter) 관련 균혈증의 관리에는 적어도 감염 당 2,836달러의 비용이 든다.
현재, 가장 일반적인 은 적용처는 창상 치료용 드레싱재 및 중심 정맥 카테터(central venous catheter)로 치료하는 것이다. 마취(은 술파디아진 및 클로로헥시딘) 중심정맥 카테터는 대조 카테터에 비하여 박테리아 감염을 저감시키는 것을 보여준다. 의료 분야에서 은의 또 다른 용도는 눈의 결막에 사용하기 위한 은 단백질의 제조이다.
은은 박테리아 감염을 방지하기 위해 대부분 사용된다. 은 창상 치료용 드레싱재는 의료 분야에 대하여 의미있는 기여를 할 수 있음을 보여주었다. 창상 치료용 드레싱재로서 사용된 경우, 결과들은 섬유아세포(fibroblast)의 세포 라인에 대하여 매우 유독함을 보여주었다.
현재 사용 중인 가장 중요한 은 화합물은 은 술파디아진(AgSD), 금속 은, 은 아세테이트 및 은 단백질이다. 은 화합물이 화상부위의 감염 및 안구질환을 방지하고, 그리고, 사마귀를 파괴하는데 사용되지만, 은의 사용과 함께 세포 독성의 문제가 야기되고 있다. 현재, 밴디지 재료는 질산은으로 처리함으로써 은이 함침된다. 그러나, 인체에 대한 세포독성과 용출문제는 여전히 큰 문제이다.
상기한 바와 같은 이유로, 은을 셀룰로오스에 영구적으로 함침시키는 수단이 필요하다. 본 발명의 셀룰로오스에 대하여 은을 영구적으로 고정시키는 기술은 섬유 및 의료용 솜 또는 면에 유용하며, 또한 목재 방부, 항생 밴디지, 정수 및 많은 다른 가능성을 포함하여, 수많은 분야에서 필요로 하는 기술이다.
본 발명의 일 견지는 항균 활성을 가지며, 재수화시에도 항균성이 유지될 수 있는 수준 이상으로 은의 결합이 유지되는, 은이 화학적으로 또는 화학적 및 물리적으로 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스 제조방법 및 이에 의해 제조된 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 견지는 항균활성을 가지며, 인간의 피부에 대한 세포독성이 적거나 또는 없고, 재수화시에도 은의 용출 현상이 일어나지 않는 은이 결합된 셀룰로오스 매트릭스 제조방법 및 이에 의해 제조된 은이 결합된 셀룰로오스 매트릭스를 제공하고자 한다.
본 발명은 다음과 같은 수단에 의해 상기와 같은 목적은 물론, 이에 기재되지 않은 다른 목적을 달성할 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 구현예로서, 천연 셀룰로오스 매트릭스를 AgCl이 용해된 NH4OH 용액에 침지하여 은 이온(Ag+)을 상기 천연 셀룰로오스 매트릭스에 도입하는 단계; 및 상기 은 이온이 도입된 천연 셀룰로오스 매트릭스를 건조함으로써 셀룰로오스의 -OH의 수소가 Ag+로 치환되어 셀룰로오스-OAg 복합체의 화학적 결합이 형성되는 단계를 포함하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법,
제2 구현예로서, 상기 NH4OH 용액 내의 은 농도가 0.00035 내지 0.0035 Ag w/v%인 것을 특징으로 하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법,
제3 구현예로서, 천연 셀룰로오스 매트릭스를 AgCl이 용해된 NH4OH 용액에 침지하여 은 이온(Ag+)을 상기 천연 셀룰로오스 매트릭스에 도입하는 단계; 및 상기 은 이온이 도입된 천연 셀룰로오스 매트릭스를 건조함으로써 셀룰로오스의 -OH의 수소가 Ag+로 치환되어 셀룰로오스-OAg 복합체의 화학적 결합 및 셀룰로오스와 은 분자 또는 AgO2의 은 입자간의 물리적 결합이 형성되는 단계를 포함하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법,
제4 구현예로서, 상기 NH4OH 용액에서의 은 농도는 0.0035 내지 7.5 Ag w/v%인 것을 특징으로 하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법,
제5 구현예로서, 상기 어느 하나의 방법에 의해 제조되며, 상기 셀룰로오스의 3번 탄소에 존재하는 수산기(-OH)의 H가 Ag+로 치환되어 형성된 셀룰로오스-OAg의 화학적 결합 또는 셀룰로오스-OAg의 화학적 결합 및 셀룰로오스의 은 입자의 물리적 결합이 존재하는 것을 특징으로 하는 은이 물리적 화학적으로 결합된 천연 셀룰로오스의 항균성 면 섬유가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 의해 제공되는 은이 결합된 항균성 천연 셀룰로오스 매트릭스는, 세탁과 같은 물리적 힘이 가해지거나 재수화에 의해 미반응 은 및 물리적으로 결합된 은이 용출되더라도 매트릭스에 화학적으로 결합한 은이 항균 활성을 나타내는 유효량 이상 존재하여, 반 영구적으로 항균성을 유지한다.
또한, 본 발명의 은이 화학적으로 결합된 항균성 천연 셀룰로오스 매트릭스는 인간 세포에 대하여 독성이 낮거나 또는 거의 없다.
도 1은 각각의 은 농도에 대하여 은-코팅된 구강용 솜 펠렛의 ESEM 사진을 나타낸다.
도 2는 AgCl의 결정을 나타내는 ESEM 사진이다.
도 3은 4가지 타입의 미생물 유기체를 은 결합된 구강용 솜 펠렛(0.0035 Ag w/v % 용액 사용)으로 사용한 경우에 있어서, 시간의 경과에 따른 미생물 유기체의 농도 변화를 600nm에서의 광학 밀도(Optical Density) 값으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 각각 상이한 농도로 은-결합된 구강용 솜 펠렛에서 인간의 폐포 상피세포 (A549)를 성장시킨 경우의 세포독성과의 관계를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 방법에 따라 제조된 은 함유 제품의 세탁에 따른 은 용출 정도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 AgCl의 결정을 나타내는 ESEM 사진이다.
도 3은 4가지 타입의 미생물 유기체를 은 결합된 구강용 솜 펠렛(0.0035 Ag w/v % 용액 사용)으로 사용한 경우에 있어서, 시간의 경과에 따른 미생물 유기체의 농도 변화를 600nm에서의 광학 밀도(Optical Density) 값으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 각각 상이한 농도로 은-결합된 구강용 솜 펠렛에서 인간의 폐포 상피세포 (A549)를 성장시킨 경우의 세포독성과의 관계를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 방법에 따라 제조된 은 함유 제품의 세탁에 따른 은 용출 정도를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스 제조방법은 천연 셀룰로오스 매트릭스를 AgCl이 용해된 NH4OH 용액에 침지하여 은 이온(Ag+)을 상기 천연 셀룰로오스 매트릭스에 도입하는 단계 및 상기 은 이온이 도입된 천연 셀룰로오스 매트릭스를 건조함으로써 셀룰로오스의 수산기(-OH)의 수소가 Ag+로 치환되어 셀룰로오스-OAg 복합체의 화학적 결합 또는 셀룰로오스와 은 분자와의 물리적 결합이 형성되는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 매트릭스로서 천연 셀룰로오스를 사용하며, 이러한 셀룰로오스는 자연적으로 발생하며, 무독성, 생물 분해성이고, 거대한 펠렛화된 표면적을 갖는 유기 미디어로서, 환경 및 의료분야에 대하여 이상적이다. 셀룰로오스는 수목 식물(woody plants) 및 비수목 식물(non-woody plants)을 포함하여 다양한 공급원으로부터 얻을 수 있으며, 본 발명에서는 특별한 제한없이 사용될 수 있다.
은을 공급하는 은 화합물로는 AgCl을 사용하는 것이 바람직하며, 또한, 용매로는 NH4OH를 사용하는 것이 바람직하다. NH4OH는 반응 후 인체에 무독한 NH4Cl 이외의 다른 잔류 물질이 없어 특히 바람직하다. AgCl이 상기 NH4OH에 의해 용해되어, 셀룰로오스 매트릭스에 상기 용해된 은 이온을 공급할 수 있다. 이때, NH4OH는 AgCl의 은을 셀룰로오스에 반응시킨 후, 기체 상태인 NH3의 형태로 방출되며, 완전 건조 후에는 pH를 중성으로 유지시킬 수 있어 바람직하다. 상기 NH4OH 이외에 다른 알카리성 물질을 사용하는 경우, AgCl이 수화되지 않고, 부산물을 만들어 바람직하지 않다.
상기 은 화합물로서 사용되는 AgCl은 NH4OH에 의해 다음 식 (1)과 같은 반응으로 용해된다.
AgCl + 2(NH4OH) = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O (1)
셀룰로오스의 C-3가 3개의 수산기 중에서 산도(acidity)가 가장 높아 셀룰로오스의 R-OH(알코올기)가 H+를 잃게 되어 R-O-라는 알콕실레이트 형태(alkoxylate form)를 형성하는데, 여기에 은이 치환하게 되어 셀룰로오스와 은이 화학적으로 결합하게 되는 것이다. Ag+와 셀룰로오스간의 가능한 결합 모드를 아래의 구조식에 나타낸다.
이온성 은은 4개까지의 리간드를 가질 수 있으며, C-2 및 C-3에서의 하이드록실기는 이좌 배위자 형태로 금속 이온에 결합할 수 있다. 그러므로, C-3 하이드록실기는 3개의 하이드록실기 중에서 가장 높은 산성도를 갖는다. 그러므로, C-3 하이드록실기 중 하나가 알콕실레이트 형태로 은과 결합하는 것으로 생각된다. 이들 하이드록실기는 효과적으로 금속 이온에 킬레이트 화합물을 형성하여 수용액에서 용출되는 것을 방지한다.
이러한 반응은 상기 은 이온이 도입된 셀룰로오스 매트릭스를 건조하여 셀룰로오스의 -OH의 수소를 Ag+로 치환하여 셀룰로오스-OAg 복합체를 형성하는 단계에 의해 형성되며, 이에 의해 셀룰로오스가 은과 반응하여 킬레이트화되어 수용액 상에서도 용출현상을 일으키지 않는다.
이러한 반응은 1시간 내지 96시간 동안 행하는 것이 바람직하다. 1시간 미만에서는 NH4OH에서 AgCl의 용해가 충분히 일어나지 않으며, 셀룰로오스와의 반응 후 용해되지 않은 AgCl의 산화에 의해 색이 변색하여 바람직하지 않으며, 셀룰로오스 매트릭스 내의 은의 결합이 충분하지 않아 본 발명의 효과를 충분히 얻을 수 없다. 나아가, 96시간은 초과하더라도 더 이상의 AgCl의 용해는 일어나지 않고, 오히려 은 입자가 형성되어 바람직하지 않다. 보다 바람직하게는 3 내지 48시간, 더욱 바람직하게는 5 내지 24시간을 들 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 얻어지는 셀룰로오스 매트릭스 내에는 상기와 같은 셀룰로오스-OAg 복합체가 형성되어 셀룰로오스에 은이 화학적으로 결합되어 있으며, 이와 함께 은이 매트릭스 내에 물리적으로 결합하여 Ag2O, Ag 및 AgCl의 형태로도 존재한다. 상기 은과 셀룰로오스와 화학적으로 결합하여 셀룰로오스-OAg 복합체를 형성하는 것은 NH4OH 용액 내의 은 농도가 0.0035 Ag w/v%인 용액에서 일어나며, 상기 농도를 초과하는 부분에 대하여는 물리적 결합이 일어나는 것으로 보인다.
따라서 상기 건조단계를 행한 후, 세정하여 물리 화학적 반응이 일어나지 않은 입자 상태의 은, AgCl 및 부산물을 제거한다.
이때, 건조 온도는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 100-150℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 매트릭스 내의 은이 AgO 또는 Ag2O 상태로 존재하면 이들은 흰색을 유지하는데, 상기 온도 범위에서 건조할 경우에 셀룰로오스 매트릭스에 물리적으로 결합한 은이 Ag2O 또는 AgO 상태로 되어 흰색을 유지할 있으며, 나아가, 보다 높은 살균력을 보유할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 방법에 의해 형성된 화학적으로 결합된 셀룰로오스-OAg 복합체는 셀룰로오스에 물리적인 힘이 가해질 경우에 물리적 결합으로 매트릭스 내에 존재하던 은 성분이 상기 매트릭스로부터 이탈되는 경우를 제외하고는, 재수화되더라도 상기 복합체로부터 Ag가 용출되는 현상은 거의 발생하지 않는다.
상기 Ag의 용출은 NH4OH 용매 내에 존재하던 은이 천연 셀룰로오스와 화학적으로 또는 물리적으로 결합하지 않고 AgCl 결정이나 입자상태로 매트릭스에 존재하던 은이 매트릭스로부터 이탈하는 경우나, 또는 사용 중에 보풀과 같은 형태로 셀룰로오스-OAg 복합체 자체가 마모에 의해 유출되는 경우와는 상이한 것으로 구별된다.
셀룰로오스-OAg 복합체는 은이 셀룰로오스 매트릭스와 화학적으로 결합함으로써 형성되며, 이에 의해 매트릭스에 항균활성을 제공한다. 매트릭스에 항균활성을 나타내기에 충분한 은의 농도는 0.01mg/g 정도이다. 이러한 항균활성은 은의 농도가 0.00035Ag w/v% 이상인 NH4OH 용액을 사용함으로써 얻을 수 있다. 용액 내의 은 농도가 이보다 낮은 경우에는 화학적 또는 물리적으로 셀룰로오스 매트릭스에 결합한 은의 함량이 항균 활성을 발휘하기에 충분하지 않다.
이러한 항균 활성은 은 농도가 높을수록 우수하지만, 상기 NH4OH 용액 내에서 용해되는 AgCl의 용해도 한계로 인해 7.5 Ag w/v%를 초과하는 것은 경제적으로 바람직하지 않다.
한편, 은 농도가 지나치게 높으면 인간세포에 대한 독성을 야기하는 문제가 있는바, 인간의 피부에 장기간 접촉하는 제품에 사용하는 경우에는 적정 농도를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 인간 세포에 대한 독성은 매트릭스 내의 은 농도가 대략 1.0mg/g을 넘으면, 인체에 심각한 손상을 끼치지는 않지만, 서서히 세포독성을 나타내기 시작한다. 이러한 세포독성을 나타내는 은 농도를 갖는 매트릭스는 은 농도가 0.035 Ag w/v%인 NH4OH 용액을 사용하는 경우에 얻어진다. 그러나, 0.35 Ag w/v%를 초과하는 용액을 사용하면 인간 세포에 대하여 세포독성이 강하게 나타나 인체에 바람직하지 않은 영향을 끼치므로, 0.35 Ag w/v%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
따라서, 항균활성을 갖는 셀룰로오스 매트릭스를 얻기에 적합한 NH4OH 용액 내의 은의 농도로는 0.00035-7.5 Ag w/v%가 바람직하며, 나아가, 인체에 직접 접촉하는 부품에 사용할 경우에는 충분한 항균성을 나타내면서 세포독성을 갖지 않아야 하므로 0.00035-0.35Ag w/v%가 바람직하다.
본 발명에 의해 얻어진 면 섬유와 같은 천연 셀룰로오스 매트릭스는, 이에 한정하는 것은 아니지만, 붕대나 거즈와 같은 상처부위에 적용되는 의료용은 물론, 양말, 수건, 의복, 마스크 등 인체에 직접 접촉하는 제품이나, 침대보 등의 면으로 제조되는 텍스타일 제품 등에 적용될 수 있으며, 이로 인해, 제품이나, 이들 제품이 접촉하는 부위에 대한 살균 및 항균 효과를 얻을 수 있으며, 아토피성 피부염에도 효과를 볼 수 있다. 또한, 정수기나 공기청정기 등의 향균 필터 등 항균성이 요구되는 다양한 분야에서 광범위하게 적용될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 일 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명에 의해 얻어지는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스에 대하여, 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 복합체의 제조, 다양한 미디어의 용출 테스트 및 침지 결과, 은 코팅된 구강용 솜 펠렛의 항균효과 및 인간 폐포 상피 세포에 대한 은 코팅된 구강용 솜 파이버의 효과에 대하여 테스트하였다.
1. 은-셀룰로오스 매트릭스 복합체의 제조
구강용 솜
펠렛의
형성
구강용 솜 펠렛은 천연 솜을 펠렛 형태로 만든 후, 형성된 펠렛이 풀어지지 않도록 식용 Na-CMC(Sodium Carboxymethyl Cellulose)를 표면에 코팅하듯이 살짝 발라서 형성하였다.
구강용 솜
펠렛에
대한 셀룰로오스-
OAg
복합체의 형성
그 후, 대기 조건 하에서 AgCl을 각각 10, 5, 0.5, 0.05, 0.005, 0.0005g NH4OH 용액에 녹여 은의 농도가 각각 7.5, 0.75, 0.35, 0.035, 0.0035, 0.00035 Ag w/v %가 되도록 하고, 이 용액에 상기 구강용 솜 펠렛을 넣어, 면의 셀룰로오스 매트릭스를 은과 반응시켜 셀룰로오스-OAg 복합체를 형성하였다. 상기 반응을 24시간 동안 행하였다.
상기 반응 후, 물로 3회 세정한 후, 건조하였다. 이때의 pH는 6~8이었다. 이 반응은 상온에서 실시하였으며, 건조시 온도는 105℃를 넘지 않았다.
도 1은 은이 결합된 코튼의 ESEM 사진을 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 0.035~0.35 Ag w/v % 범위의 농도로 처리된 경우에는 코튼에서 은 결정(크리스탈 입자)이 검출되었다. 그러나, 은 입자는 0.0035 Ag w/v % 또는 그 미만의 농도로 처리된 경우에는 발견되지 않았다.
검출된 결정 입자는 셀룰로오스에 화학적으로 결합하지 않은 은 결정이다. 그것이 AgCl 결정이 되면 육각형 모양(도 2 참조)이 되며, 그 크기가 1~10마이크로미터(㎛) 정도이다. 따라서 그 결정은 인체에 적용을 하였을 때 20㎛ 정도의 크기를 갖는 혈관을 통해 이동하여 인체 내에 축적될 수 있으므로, 인체에 직접 접촉하는 제품에 사용하는 경우에는 0.035 Ag w/v % 이하의 은 농도를 갖는 NH4OH 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
EDS(Energy Dispersive X-ray Analysis System)를 사용하여 성분 분석을 수행하였다. 상기 X-ray로부터 얻은 각 성분의 분포를 지도로 나타내어 EDS-Map 분석법으로 농도를 유추하였는바, 화학적으로 결합된 이온성 은은 0.0035 Ag w/v % 이하의 은 농도를 갖는 용액을 사용한 경우에는 평균적으로 표면 전체에 걸쳐 분산되어 있었다. 또한, 물을 용매로 한 교반 용출 실험에서는 은 이온도 검출되지 않았다. 이로부터, 이온성 은은 상기 식 1에 나타낸 메커니즘에 의해 셀룰로오스에 화학적으로 결합되어 있음을 알 수 있다.
2. 용출 테스트
상기 1에서 얻은 은이 결합된 코튼 펠렛, 페이퍼 미디어 및 밴드를 파장 328.068nm에서 상대적 검출한계(LOD) 0.9ppb Ag로 은을 읽도록 설정된 ICP(유도결합 플라즈마, Inductively Coupled Plasma, Perkin-Elmer Optima 3000DV)를 사용하여 이들로부터 은의 용출 여부를 테스트하였다.
상기 은이 결합된 코튼 펠렛을 50mL의 탈이온수에서 150rpm으로 24시간 동안 흔들었다. 상청액을 잔류 은 농도에 대한 ICP로 테스트하였다. 표 1은 은 이온 또는 분자가 검출되지 않음을 보여준다.
사용한 미디어는 상기 설명한 구강용 솜 펠렛인 면 펠렛과 일반 실험에 사용하는 원판형 종이 코튼 필터를 페이퍼 미디어로 사용하였다. 또한 밴디지는 일반 의학용으로 사용하는 사각형 거즈를 사용하였다.
표 1에서 은 농도, 미디어 중량 및 미디어 내의 총 은의 중량은 다음과 같은 방법으로 측정하였다.
-은 농도: 냉각장치를 사용하여 진한 질산(HNO3) 25ml와 과산화수소수(H2O2) 25ml에 각 미디어를 침지하고, 비등점을 높이고 열의 분산을 위해 작은 유리 구슬을 사용하였다. 반응 초기에 발생하는 거품이 냉각장치로 넘어가지 않을 때까지의 온도로 최대한 올려 24시간 동안 가열하였다. 고체인 미디어를 완전 용액화시킨 후(다이제스트), 은의 농도를 ICP로 측정하였다.
-미디어 중량: 실험 전에 미디어를 105℃에서 2시간 동안 데시케이터로 건조하고, 미디어의 온도를 실온으로 냉각한 후, 미디어의 건조 무게를 측정하였다.
-미디어 내의 전체 은 중량: ICP로 측정한 은 농도(mg/L)를 사용된 질산 및 과산화수소수의 함량(L)과 다이제스트 후 증발하여 손실된 액체의 양을 증류수를 넣어 총량 50ml로 보정한 후, 은의 양(mg)으로 환산하였다. 미디어 중량으로 나눈 값으로 다음 식으로 나타낼 수 있다.
은 중량=은 농도(mg/L) x 0.05L}/미디어 중량(g)
표 1에서 대조군의 값은 용출 실험(Leaching test)과 비교하기 위해 용출 실험을 하지 않은 미디어로부터 다이제스트법을 사용하여 미디어에 들어 있는 은의 농도를 측정한 실험값이고, 용출 후의 값은 물을 용매로 사용하여 24시간 150rpm으로 진동 교반한 후, 미디어에 들어 있는 은의 농도를 측정한 값이다.
| 미디어 | 은 농도(mg/L) | 미디어 중량(g) | 미디어 내의 총 은 중량(mg/g) | |
| 용출 후 | 대조군 | |||
| 코튼 펠렛 | 2.568 | 0.7202 | 0.4752 | 0.4862 |
| 페이퍼 | 35.42 | 0.6288 | 2.8165 | 3.0453 |
| 밴디지 | 43.27 | 0.3463 | 6.2475 | 6.00245 |
상기 표 1로부터, 3가지 미디어에서 용출 전 및 후의 은 중량의 측정값을 비교하면 그 측정치가 분석의 오차범위 내에 들어 있음을 알 수 있는데, 이로부터 본 발명의 방법에 의해 은이 천연 셀룰로오스와 화학적 반응을 하면 재수화에 의해서는 은이 용출이 되지 않음을 알 수 있다.
3. 미생물의 배양 및 항균성 테스트
Candida albican, Micrococcus luteus, Pseudomonas putida, 및 Escherichia coli를 ATCC(American Type Culture Collection)로부터 얻었다. 모든 세포를 37℃, LB(Luria Broth) 미디어에서 24시간 동안 배양하였다. 세포를 원심 분리하여 인산 완충 식염수(PBS)로 2회 세정하였다. 상기 세포들을 20mL의 PBS 내에 약 104CFU로 접종하고, 0, 0.00035, 0.0035, 0.035, 0.35 및 0.7 Ag w/v %의 은 농도를 갖는 NH4OH 용액으로부터 제조된 은이 화학적 또는 물리화학적으로 결합된 구강용 솜 펠렛과 함께 37℃에서 배양하였다. 48시간 배양 후, 각 세포 샘플 1ml를 한천 배지 상에 도포하여 37℃에서 24시간 동안 성장시켰다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 세포 농도를 한천 배지 플레이팅법(Agar plating method)을 사용하였다.
| 미생물 | 은 농도(Ag w/v%) | |||||
| 0 | 0.00035 | 0.0035 | 0.035 | 0.35 | 0.7 | |
| Candida albican | >104 | ~0.5x104 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Micrococcus luteus | >104 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Pseudomonas putida | >104 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Escherichia coli | >104 | ~0.3x103 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0.00035 Ag w/v %의 농도에서 제조된 펠렛에서는, Pseudomonas putida는 검출되지 않았다. 그러나 Candida albican , Micrococcus luteus, 및 Escherichia coli에서는 일부 검출되었다. 0.0035 Ag w/v % 이상의 농도에서 제조된 펠렛에서는 모든 미생물 세포가 검출되지 않음을 보여주고 있다. 또한 상기 표 2에는 나타내지 않았지만, 0.7 Ag w/v % 이상에서는 모든 미생물들이 0.0035 Ag w/v % 이상에서 보여주는 결과와 같이 미생물이 검출되지 않음을 알 수 있다.
도 3은 4가지 타입의 미생물 유기체에 대한 600nm에서의 광학 밀도(Optical Density) 값의 변화를 나타낸 것으로서, 은이 화학적으로 결합된 구강용 솜 펠렛(0.0035 Ag w/v %)으로 숙성한 4시간 이내에 초기 농도의 10%로 급속하게 감소하였음을 보여준다. Pseudomonas putida 및 Candida albican에 대한 OD값은 은이 화학적으로 결합된 구강용 솜 펠렛과 함께 숙성한 후 2시간 이후에는 더 이상 급격하게 감소하지는 않았으나, 최종적으로는 24시간 이내에 초기 농도의 10% 정도로 감소하였다.
4. 인간세포 배양 및 세포독성 테스트
형태학적으로 상피세포와 유사하며, 인간의 폐로부터 기인된 인간의 폐포 상피세포(A549)를 ATCC로 얻었다. 상기 세포를 10% 우태혈청(FBS: fetal bovine serum), L-글루타민(2mM), 암포테리신 B(5.6mg/L) 및 페니실린-스트렙토마이신(100U/mL)을 보충한 1.0ml DMEM(Dulbeco's modified Eagle's Media)를 함유하는 24웰 플레이트(Corning Costar) 상에 2 x 104cells/cm2로 접종(seed)하였다.
도 4에 나타낸 바와 같이 각각 상이한 농도로 은이 물리 화학적으로 결합된 구강용 솜 펠렛에서 상기 세포를 성장시켰다. 1일, 2일 및 7일에 대하여 세포독성 여부를 모니터링하였다. 생사 평가 키트(Molecular Probes, Eugene, OR)를 사용하여 세포 생존능력 및 세포독성에 대한 은-결합된 구강용 솜 펠렛의 효능을 확인하였다. 다섯 개의 다른 농도의 SIC를 인간 상피 세포에 대하여 테스트하였다.
2일 및 7일 모두, 생존 가능한 세포(녹색)가 0.035 Ag w/v % 또는 그 미만의 농도에서 제조된 펠렛에서 현저하였으며, 대부분의 죽은 세포(적색)는 0.35 Ag w/v % 이상의 농도에서 제조된 펠렛에서 검출되었다. 이로부터, 인간의 상피세포에 대한 세포독성은 0.035 Ag w/v % 또는 그 미만의 농도를 갖는 용액으로부터 제조된 펠렛에서는 관찰되지 않음을 확인하였다.
5. 세탁에 대한 은 용출 테스트
상기 1에서 얻은 은 결합된 코튼 중에서 물리화학적으로 결합된 은 농도가 0.035%의 농도에서 제조된 코튼을 사용하여 제조된 양말 및 죠키팬츠(Jockey pants) 제품에 대하여 세탁함으로써 은 용출 테스트를 행하였다.
상기 양말 및 죠키 팬츠 코튼 샘플을 2인치x2인치의 정사각형으로 잘랐다. 각 샘플을 50개 준비하였다. 그 후에 상기 샘플을 계면활성제나 합성세제를 사용하지 않고, 통상의 세척 조건 하에서 테스트하였다. 세탁은 Hotpoint® 브랜드 세탁기로 수행하였다.
샘플을 각각의 세탁 주머니에 넣고, 세탁기에 넣어 세척 및 탈수함으로써 일회 세탁으로 하였다. 세탁 후에, 샘플을 하나 세탁 주머니에서 꺼내어 다이제스트법으로 ICP를 사용하여 은의 농도를 측정하였다. 이러한 방법으로 각 세탁 후 샘플을 하나씩 꺼내면서 복수 회 세탁을 수행하였다.
각 세탁을 행한 후 샘플의 초기 은 농도를 고려하여 전개되는 은 용출의 경향을 기록하였다. 각 샘플의 잔류 은 농도를 다이제스트/ICP 방법으로 측정하고, 초기 농도와 비교하여 각 세탁 후 샘플에서 은이 잔류하는 정도를 살펴보았다. 그 결과를 표 3 및 도 5에 나타내었다.
| 세탁 회수 | 죠키 팬츠 | 양말 |
| 0 | 1.01 | 0.53 |
| 5 | 0.61 | 0.44 |
| 10 | 0.35 | 0.52 |
| 15 | 0.35 | 0.34 |
| 20 | 0.19 | 0.18 |
| 30 | 0.15 | 0.16 |
단위: mg(Ag 중량)/g(미디어 중량)
표 3과 같이 0.035Ag w/v%의 은의 농도를 갖는 NH4OH 용액에 아주 엷은 속 내의인 죠키 팬츠 2인치x2인치로 잘라둔 샘플을 함침시킨 경우, 상기 샘플에 함유된 은의 양이 1.01 mg/g이었다. 이를 20회 세탁시 은의 양은 0.19mg/g으로 초기 은 함량의 20% 정도이고, 30회 세탁시 잔류 은의 양은 0.15mg/g로 약 15% 정도였다.
항균활성은 0.00035 Ag w/v% 용액에서 은을 결합시켰을 때의 매트릭스 내의 은 함량인 약 0.01mg/g의 은 농도를 갖는 경우에도 항균력을 나타내므로, 상기 세탁 후의 은 농도는 항균력을 나타내기에 충분하다. 추가적인 세탁에 있어서도 은 농도가 감소하지 않고, 항균활성을 나타내기에 충분한 농도를 유지하고 있는 것으로부터 은이 셀룰로오스에 화학적으로 결합하고 있음을 알 수 있다.
또한 같은 은의 농도인 0.035Ag w/v%을 면 양말과 접촉을 시켰을 때, 그 은의 함유량은 0.53mg/g으로 상기 죠키 팬츠의 1/2 정도에 불과하였다. 이는 면 양말 제조 중에 함유된 기타 첨가제 등에 의해 은의 반응성이 달라졌기 때문으로 생각되었다. 그러나 30회 세정 후 은의 함유량은 거의 비슷하게 남아 있었다.
나아가, 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 초기 20회까지의 세탁시에는 시료로부터 은이 이탈되었으나, 이때 이탈되는 은은 단지 물리적인 힘에 의해 셀룰로오스-OAg가 부스러져 나오는 것과 물리적으로 결합되어 있던 은 성분이 빠져나온 것으로 생각된다.
한편, 이 실험 결과를 실시예 2의 용출실험 결과인 표 1과 비교해 보면, 실시예 2에서는 150r.p.m.으로 24시간 동안에는 은이 용출되지 않으나, 세탁기와 같이 세정과 탈수의 물리적 강도가 높으면 셀룰로오스-OAg의 형태로 부스러져 나오는 것 뿐만 아니라, 물리적 매트릭스에 결합되어 있던 은 성분이 유출될 가능성이 있음을 보여 준다. 그러나, 두 경우 모두, 본 발명의 방법에 의해 셀룰로오스에 결합된 은(Ag)은 재수화에 의해서는 셀룰로오스로부터 용출되지 않으며, 충분한 항균활성을 유지함을 알 수 있다.
Claims (7)
- 천연 셀룰로오스 매트릭스를 AgCl이 용해된 NH4OH 용액에 침지하여 은 이온(Ag+)을 상기 천연 셀룰로오스 매트릭스에 도입하는 단계; 및
상기 은 이온이 도입된 천연 셀룰로오스 매트릭스를 건조함으로써 셀룰로오스의 -OH의 수소가 Ag+로 치환되어 셀룰로오스-OAg 복합체의 화학적 결합이 형성되는 단계
를 포함하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법. - 제 1항에 있어서, 상기 NH4OH 용액 내의 은 농도가 0.00035 내지 0.0035 Ag w/v%인 것을 특징으로 하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법.
- 천연 셀룰로오스 매트릭스를 AgCl이 용해된 NH4OH 용액에 침지하여 은 이온(Ag+)을 상기 천연 셀룰로오스 매트릭스에 도입하는 단계; 및
상기 은 이온이 도입된 천연 셀룰로오스 매트릭스를 건조함으로써 셀룰로오스의 -OH의 수소가 Ag+로 치환되어 셀룰로오스-OAg 복합체의 화학적 결합 및 셀룰로오스와 은 분자 또는 AgO2의 은 입자간의 물리적 결합이 형성되는 단계
를 포함하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법. - 제 3항에 있어서, 상기 NH4OH 용액에서의 은 농도는 0.0035 내지 7.5 Ag w/v%인 것을 특징으로 하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도입하는 단계는 1 내지 96시간 동안 행하는 것을 특징으로 하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건조 온도는 100 내지 150℃임을 특징으로 하는 은이 결합된 천연 셀룰로오스 매트릭스의 항균성 면 섬유 제조방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되며, 상기 셀룰로오스의 3번 탄소에 존재하는 수산기(-OH)의 H가 Ag+로 치환되어 형성된 셀룰로오스-OAg의 화학적 결합 또는 셀룰로오스-OAg의 화학적 결합 및 셀룰로오스의 은 입자의 물리적 결합이 존재하는 것을 특징으로 하는 은이 물리적 화학적으로 결합된 천연 셀룰로오스의 항균성 면 섬유.
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