KR20160040894A - Biocompatible antibacetial composition containing graphene oxide derivative-triple iodine complex as an active ingredient and the preparation thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a biocompatible antibacterial composition containing a graphene oxide derivative-triple iodine composite as an active ingredient and a production method thereof. According to various embodiments of the present invention, the graphene oxide derivative-triple iodine composite is biocompatible in contact with human internal tissues and blood streams, and has enlarged surface area as well. The composition according to the present invention can be brought into contact with a number of bacteria at a time, exhibiting outstanding inhibitory effects on proliferation of bacteria. Thus, the composition can be useful as a composition which can be an alternative to a povidone-iodine (PVP-I) medication which is conventionally used the most.

Description

산화 그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체를 유효성분으로 함유하는 생체적합성인 항박테리아 조성물 및 이의 제조방법{Biocompatible antibacetial composition containing graphene oxide derivative-triple iodine complex as an active ingredient and the preparation thereof}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biocompatible antibacterial composition containing an oxidized graphene derivative-triple iodine complex as an active ingredient and a method for preparing the same.

본 발명은 산화 그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체를 유효성분으로 함유하는 생체적합성인 항박테리아 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a biocompatible antibacterial composition containing an oxidized graphene derivative-triiodide complex as an active ingredient and a method for producing the same.

일반적으로 그래핀은 독특한 물성으로 인해 상당한 관심을 끌고 있는 sp2-결합된 탄소원자로 이루어지는 치밀한 벌집 배열 구조의 단일 원자 얇은 시트이다. 이러한 물질은 바이오센서, 바이오 칩, 의료 기기, 이식형 의료 기기(예로, 인공 보형물), 약물 전달 시스템 및 이미지 프로브와 같은 생의학 분야를 포함하는 분야에서 유용하게 사용된다. In general, graphene is a single-atom thin sheet of dense honeycomb structure consisting of sp 2 -bonded carbon atoms of considerable interest due to its unique properties. Such materials are useful in fields including biosensors such as biosensors, biochips, medical devices, implantable medical devices (e.g., artificial implants), drug delivery systems, and image probes.

그래핀 옥사이드(이하, GO) 및 이중 산화된 그래핀 옥사이드(이하, DGO)는 생명공학에서 사용될 수 있도록 다양한 활성 산소 관능기를 포함한다. 그래핀 유도체의 가장 중요한 특성 중 일부는 낮은 제조비용, 넓은 표면적, 우수한 콜로이드성 작용, 및 낮은 독성이다. Graphene oxide (hereinafter referred to as GO) and double oxidized graphene oxide (hereinafter referred to as DGO) contain various active oxygen functionalities for use in biotechnology. Some of the most important properties of graphene derivatives are low manufacturing cost, large surface area, excellent colloidal action, and low toxicity.

용매 내에서 GO 및 DGO의 용해도는 생명공학에 적용하는데 중요하다. 이런 물질들의 최대 용해도는 용매의 극성 및 표면 기능화의 정도 모두에 의존한다. 종래 GO 및 이의 유도체는 인간 및 포유동물 세포의 성장을 촉진하고, 독성이 제한적이거나, 전혀 없는 우수한 생체 적합성 물질로 알려져 있다. Solubility of GO and DGO in solvents is important for biotechnology applications. The maximum solubility of these materials depends on both the polarity of the solvent and the degree of surface functionalization. Conventional GO and its derivatives promote the growth of human and mammalian cells, and are known to be excellent biocompatible materials with limited or no toxicity.

이러한 독특한 특성은 조직 공학, 조직 이식, 상처 치료 및 약물 전달 장치에 사용되는 물질을 연구하는 그룹을 자극했다. 몇몇 연구자들은 L-929 세포, 골아세포, 신장 세포, 배아 세포의 부착과 증식을 촉진한다고 보고한바 있고, Ruiz 등은 이미 GO가 박테리아나 포유동물 세포에도 고유의 항박테리아, 세균 발육 억제, 또는 독성 특성이 없는 것을 증명한 바 있다. 종래 은으로 도핑된 GO 필름은 박테리아 세포 사멸 억제 및 유도하는 영역을 나타낼 수 있는데, 은(silver)은 세포 배양시 세포에 독성이 있다는 문제점이 있다.This unique trait stimulated groups working on materials used in tissue engineering, tissue transplantation, wound healing and drug delivery devices. Some researchers have reported that L-929 cells promote the adhesion and proliferation of osteoblasts, kidney cells, and embryonic cells, and Ruiz et al. Have already shown that GO has antibacterial, bacterial growth, or toxic effects inherent in bacterial or mammalian cells We have proved that there is no characteristic. Conventionally, the doped GO film may represent a region that inhibits and induces bacterial cell death, and silver has a problem in that the cell is toxic when cultured.

또한, 그래핀-PLL(Poly-L-lysine) 복합 물질은 E. coli 박테리아에 대하여 항박테리아 효과를 나타내고, 인간 세포 배양에 생체 적합성을 나타내는 것으로 보고되었다. 상기 PLL의 E. Coli에 대한 항균 효과가 확립되는데, Lee 등은 산소 작용기를 포함하는 넓은 표면적 때문에 PLL 분자를 더 많이 부착할 수 있고, 그 결과 단독 PLL 보다 더 우수한 효과를 나타내는 것으로 보고 있다. 이 외에, 폴리비닐피롤리돈(PVP)과 요오드를 혼합하여 형성된 요오드 착물은 요오드의 자극적인 부작용은 피하면서, 유용한 살균 특성만을 활용하는 방법을 선호하고 있음을 규명하여 보고된 바 있다.
In addition, the poly-L-lysine composite material exhibits an antibacterial effect against E. coli bacteria and has been reported to exhibit biocompatibility in human cell culture. The antimicrobial effect of the PLL on E. coli is established. Lee et al. Show that PLL molecules can be attached more because of the large surface area including oxygen functional groups, and as a result, the PLL exhibits more excellent effect than the single PLL. In addition, iodine complexes formed by mixing polyvinylpyrrolidone (PVP) and iodine have been reported to favor the use of only useful sterilization properties while avoiding the irritating side effects of iodine.

이러한 이유로, 특히 수술 시, 선택하는 제품으로 피부 절개 전에 도포하는데 사용되었고, 포비돈-요오드는 인체조직에 대해 민감하지 않고, 자극적이지 않다고 많이 알려져 있었지만, 최근 PVP-I 제제에 대하여 접촉성 자극 및 접촉성 알레르기 피부염이 나타나는 등 문제점이 보고된 바 있고, PVP는 수용성 중합체이고, PVP-I 복합체도 마찬가지로 수용성이다. 이를 적용을 할 수는 있지만, 물에 용해되는 것을 원하지 않는다. 이러한 이유로 앞으로는 보다 효과적이고 안정한 조성물을 조사하고 제조할 필요가 있다.
For this reason, especially during surgery, it has been known that povidone-iodine is not sensitive and non-irritating to human tissues and has been widely used for application prior to skin incision as a selected product. Recently, contact stimuli and contact with PVP- Problems such as the appearance of allergic dermatitis have been reported. PVP is a water-soluble polymer and PVP-I complex is also water-soluble. You can apply it, but you do not want to be dissolved in water. For this reason, it is necessary to investigate and prepare a more effective and stable composition in the future.

일본 공개특허공보 1996-165183Japanese Patent Laid-Open No. 1996-165183

O. N. Ruiz et. al., ACS Nano 5 (2011) 8100-8107O.N. Ruiz et. al., ACS Nano 5 (2011) 8100-8107 S. Some, et. al., ACS Nano 6 (2012) 7151-7161S. Some, et. al., ACS Nano 6 (2012) 7151-7161 Chao Li et. al., Biomaterials 34 (2013) 3882-3890Chao Li et. al., Biomaterials 34 (2013) 3882-3890

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상업적으로 사용되고 있는 포비돈-요오드(PVP-I)를 대체할 수 있는 강력한 항박테리아 활성을 갖는 다양한 그래핀-요오드 복합체를 제공하는 것이다.
The object of the present invention is to provide various graphene-iodine complexes having potent antibacterial activity that can replace commercially available povidone-iodine (PVP-I).

본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면, 산화그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체를 유효성분으로 함유하는 생체적합성인 항박테리아 조성물을 제공한다.According to a representative aspect of the present invention, there is provided a biocompatible antibacterial composition comprising an oxidized graphene derivative-tri-iodine complex as an active ingredient.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 그래핀옥사이드(GO) 또는 이중 산화된 그래핀옥사이드(DGO)인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물을 제공한다.In one embodiment of the present invention, the biocompatible antibacterial composition is characterized in that the oxidized graphene derivative is graphene oxide (GO) or double oxidized graphene oxide (DGO).

또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 이중 산화된 그래핀 옥사이드인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물을 제공한다.Also, in one embodiment of the present invention, the biocompatible antibacterial composition is characterized in that the oxidized graphene derivative is double oxidized graphene oxide.

또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체에 대하여 삼중 요오드는 15 내지 20 중량% 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물을 제공한다.In one embodiment of the present invention, a biocompatible antibacterial composition is provided, wherein the amount of tri-iodine relative to the oxidized graphene derivative is in the range of 15 to 20 wt%.

또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체는 양전하로 하전된 산화그래핀 유도체 표면에 삼중 요오드 음이온 분자가 정전기적 상호작용하여 부착되는 형태인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물을 제공한다.In one embodiment of the present invention, the oxidized graphene derivative-triiodide complex is a form in which a triad iodide anion molecule is electrostatically interacted with and attached to the surface of a positively charged oxidized graphene derivative. Lt; RTI ID = 0.0 > antibacterial < / RTI >

또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 박테리아는 크렙시엘레 뉴모니아(Klebsiella pneumonia), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 프로테우스 마이크로빌리스(Proteus microbilis), 스타필로코쿠스 에이러스(Staphylococcus aureus), 에쉐리치아 코얼라이(Escherichia coli), 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물이 개시된다.In one embodiment of the present invention, the bacteria are selected from the group consisting of Klebsiella pneumonia, Pseudomonas aeruginosa, Proteus microbilis, Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus, and Escherichia coli. The present invention also relates to a biocompatible antibacterial composition, which is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of Staphylococcus aureus and Escherichia coli.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 산화그래핀 유도체를 증류수에 분산시킨 후, pH 1-2로 조절한 후, KI-I2 용액을 혼합한 후, 초음파 처리하는 단계; 및 (b) 상기 단계 (a)의 혼합 용액을 50-80 ℃에서 교반한 후, 원심분리한 다음, 세척하는 공정을 거쳐 진공 하에서 건조하여 펠렛 형태의 산화그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체를 얻는 단계;를 포함하는 생체적합성인 항박테리아 조성물의 제조방법이 개시된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a pharmaceutical composition, comprising the steps of: (a) dispersing an oxidized graphene derivative in distilled water, adjusting the pH to 1-2, mixing KI-I 2 solution and then ultrasonifying; And (b) stirring the mixed solution of step (a) at 50-80 ° C, followed by centrifugation, washing, and drying under vacuum to obtain a pellet-shaped oxidized graphene derivative-triiodide complex A process for the preparation of a biocompatible antibacterial composition is disclosed.

또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 그래핀옥사이드(GO) 또는 이중 산화된 그래핀옥사이드(DGO)인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물의 제조방법이 개시된다.Also, in one embodiment of the present invention, a method for preparing a biocompatible antibacterial composition is disclosed, wherein the oxidized graphene derivative is graphene oxide (GO) or double oxidized graphene oxide (DGO) .

또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 이중 산화된 그래핀 옥사이드인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물의 제조방법이 개시된다.
Also disclosed herein is a method of making a biocompatible antibacterial composition, wherein the oxidized graphene derivative is bi-oxidized graphene oxide.

본 발명의 여러 구현예에 따르면, 본 발명의 산화그래핀-삼중 요오드 복합체는 인간 내부 조직 및 혈류 접촉에 있어 생체적합한 동시에, 넓은 표면적을 갖는 본 발명에 따른 조성물은 한번에 많은 박테리아와 접촉할 수 있으므로, 박테리아의 증식을 억제하는 효과가 우수하여, 종래 가장 많이 사용하고 있는 PVP-I 제제를 대신할 수 있는 조성물로 유용하게 사용할 수 있다.
According to various embodiments of the present invention, the oxidized graphene-triple iodine complex of the present invention is biocompatible with human internal tissues and blood flow contacts, and the composition according to the present invention having a large surface area can contact many bacteria at once , It is excellent in the effect of inhibiting the proliferation of bacteria and can be usefully used as a composition that can replace the PVP-I formulation which is most widely used in the past.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 DGO 및 GO의 XPS 조사 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 (a) DGO-I, GO-I, 및 PVP-I의 XPS 조사 스펙트럼을 나타내는 도면이고, (b) GO-I의 C1s 스펙트럼을 나타내는 도면이며, (c) DGO-I의 C1s 스펙트럼을 나타내는 도면이고, (d) GO-I의 고해상도 I 3d 스펙트럼을 나타내는 도면이며, (e) DGO-I의 고해상도 I 3d 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 PVP-I의 고해상도 I 3d 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 (a) GO, GO-I, PVP-I, 및 KI-I의 자외선-가시광선 분광 스펙트럼을 나타내는 도면이고, (b) DGO, DGO-I, PVP-I, 및 KI-I의 자외선-가시광선 분광 스펙트럼을 나타내는 도면이며, (c) GO 및 GO-I의 라만 스펙트럼을 나타내는 도면이고, (d) DGO 및 DGO-I의 라만 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 SEM 이미지를 나타내는 도면으로서, (a) PVP-I의 SEM 이미지를 나타내는 도면이고, (b) KI3의 SEM 이미지를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 SEM 이미지를 나타내는 도면으로서, (a) GO, (b) GO-I, (c) DGO, (d) DGO-I의 SEM 이미지를 나타내는 도면이고, (e) GO-I 조성물의 엘리먼트 맵핑을 나타내는 도면이며; (f) 원자 I, (g) 원자 C, (h) 원자 O를 나타냄, (i) DGO-I 조성물의 엘리먼트 맵핑을 나타내는 도면이고: (j) 원자 I, (k) 원자 C, (l) 원자 O를 나타냄, (m) 12시간 후의 DGO를 포함하는 크렙시엘레 뉴모니아 박테리아 바이오필름을 나타내는 도면이고, (n) 12시간 후의 DGO를 포함하는 슈도모나스 에루지노사 박테리아 필름을 나타내는 도면이며, (o) 12시간 후의 DGO를 포함하는 프로테우스 마이크로빌리스 박테리아 필름을 나타내는 도면이고, (p) 12시간 후의 DGO를 포함하는 스타필로코쿠스 에이러스 박테리아 필름을 나타내는 도면이며, (q) 12시간 후의 DGO를 포함하는 E.coli 박테리아 필름을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 DGO-I 조성물의 SEM 이미지를 나타내는 것으로서, (a) 박테리아 크렙시엘레 뉴모니아를 포함하지 않는 DGO-I 조성물의 SEM 이미지를 나타내고, (b) 박테리아 슈도모나스 에루지노사를 포함하지 않는 DGO-I 조성물의 SEM 이미지를 나타내며, (c) 박테리아 프로테우스 마이크로빌리스를 포함하지 않는 DGO-I 조성물의 SEM 이미지를 나타내고, (d) 박테리아 E. Coli를 포함하지 않는 DGO-I 조성물의 SEM 이미지를 나타내며, (e) 12시간 후의 바이오필름을 포함하지 않는 DGO-I 조성물의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른 디스크 확산 활성에 의한 억제 영역을 나타내는 도면으로서, (1) E. coli, (2) 크렙시엘레 뉴모니아, (3) 슈도모나스 에루지노사, (4) 프로테우스 마이크로빌리스, (5) 스타필로코쿠스 에이러스 박테리아를 포함하고, (a) 무처리군, (b) GO 및 (c) DGO가 코팅된 여과지를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른 디스크 확산 활성에 의한 억제 영역을 나타내는 도면으로서, (1) E. coli, (2) 크렙시엘레 뉴모니아, (3) 슈도모나스 에루지노사, (4) 프로테우스 마이크로빌리스, 및 (5) 스타필로코쿠스 에이러스 박테리아를 포함하고, (a) 무처리군, (b) PVP-I, (c) GO-I, 및 (d) DGO-I가 코팅된 여과지를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 구현예에 따른 생존/사멸 활성 형광 현미경 이미지를 나타내는 도면으로서, (1a-5a, 1b-5b)는 (a) E. Coli, (b) 크렙시엘레 뉴모니아, (c) 프로테우스 마이크로빌리스, (d) 슈도모나스 에루지노사, 및 (e) 스타필로코쿠스 에이러스를 나타내고, 형광 현미경 이미지 (1a-5a)는 대조군, 형광 현미경 이미지 (1a-5a)는 DGO-I가 처리된 시료를 나타내며, 생존 세포는 형광 녹색, 사멸 세포는 형광 빨강색이고, 1c-5c는 생존/사멸 활성 측정 실험 결과를 정량화한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른 9 시간 후, LB, LB-박테리아, LB-조성물, 및 LB-조성물-박테리아를 포함하는 4 개의 테스트 튜브에 세균 성장 결과를 나타내는 도면으로서, (a) GO, (b) DGO, (c) PVP-I, (d) GO-I, 및 (e) DGO-I를 사용하고, (1) 슈도모나스 에루지노사 박테리아 포함하는 경우, (2) 크렙시엘레 뉴모니아 박테리아 포함하는 경우, (3) 스타필로코쿠스 에이러스 박테리아 포함하는 경우, (4) 프로테우스 마이크로빌리스 박테리아 포함하는 경우, 및 (5) E. coli를 포함하는 경우를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른 조성물을 포함하는 시료의 상등액에서 세균의 성장 수준을 보여주는 그래프로서, (a) E. coli, (b) 크렙시엘레 뉴모니아, (c) 프로테우스 마이크로빌리스, (d) 슈도모나스 에루지노사, 및 (d) 스타필로코쿠스 에이러스 박테리아를 포함하는 경우이다.
도 13은 본 발명의 일 구현예에 따른 인간의 백혈구 세포의 성장, 이동 결과를 나타내는 도면으로서, (a) 유리 커버 슬립, (b) GO, (c) DGO, (d) GO-I, (e) DGO-I, 및 (f) PVP-I를 처리한 경우이고, (g) WBC의 세포 생존 능력을 체외에서 농도 의존적(100, 50, 25, 12.5, 및 6.125 μg/mL를 각각 왼쪽에서 오른쪽 방향)으로 나타내었으며, 세포를 24시간 동안 GO, DGO, GO-I, DGO-I, 및 PVP-I를 포함하여 배양하여 표시하였다.1 is a diagram showing an XPS emission spectrum of DGO and GO according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing XPS irradiation spectra of (a) DGO-I, GO-I and PVP-I according to one embodiment of the present invention, (b) C1s spectrum of GO-I (d) a high-resolution I 3d spectrum of GO-I, and (e) a high-resolution I 3d spectrum of DGO-I.
Figure 3 is a high resolution I 3d spectrum of PVP-I according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing ultraviolet-visible light spectra of (a) GO, GO-I, PVP-I and KI-I according to an embodiment of the present invention, (b) DGO, DGO- (C) Raman spectra of GO and GO-I, and (d) Raman spectra of DGO and DGO-I. Fig. .
5 is a view showing an SEM image of a view showing a SEM image of a view showing an SEM image in accordance with one embodiment of the invention, (a) PVP-I, (b) KI 3.
6 is a view showing an SEM image according to an embodiment of the present invention, which is an SEM image of GO, GO-I, (c) DGO, (d) DGO-I, e) the element mapping of the GO-I composition; (i) an atomic I, (g) an atom C, (h) an atom O, (i) an element mapping of the DGO- (M) DGO after 12 hours, (n) shows a Pseudomonas aeruginosa bacterial film containing DGO after 12 hours, and (o) shows a Proteus microviral bacterial film containing DGO after 12 hours, (p) shows a Staphylococcus aureus bacterial film containing DGO after 12 hours, (q) Lt; RTI ID = 0.0 > E. coli < / RTI >
7 shows an SEM image of a DGO-I composition according to an embodiment of the present invention, which comprises: (a) an SEM image of a DGO-I composition that does not contain a bacterial Krebs cyanemmonia; (b) (C) an SEM image of a DGO-I composition that does not contain bacterial Proteus microvillus; (d) a bacterial strain containing E. coli; (E) a SEM image of the DGO-I composition that does not comprise the biofilm after 12 hours.
(1) E. coli, (2) Klebsiella nymonia, (3) Pseudomonas aeruginosa, (4) Pseudomonas aeruginosa, and (A) untreated group, (b) GO, and (c) DGO-coated filter paper, which contains Proteus microbialis, Proteus microbialis, and Staphylococcus aureus bacteria.
FIG. 9 is a view showing an inhibition region due to disk diffusion activity according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a graph showing the inhibition region by the disk diffusion activity of E. coli, (2) Klebsielenumonia, (3) Pseudomonas aeruginosa, (B) PVP-I, (c) GO-I, and (d) DGO-I. Coated filter paper.
(A) E. coli, (b) Klebsiella pneumoniae, (b) Klebsiella pneumoniae, and (c) Klebsiella pneumoniae. (1a-5a) is a control, fluorescence microscope image (1a-5a) is DGO (1a-5b), and the fluorescence microscope image -I indicates the treated sample, the viable cells are fluorescent green, the dead cells are fluorescent red, and 1c-5c is a figure quantifying the results of the measurement of viability / killing activity.
Figure 11 shows bacterial growth results in four test tubes containing LB, LB-bacteria, LB-composition, and LB-composition-bacteria after 9 hours according to one embodiment of the invention, GO, (b) DGO, (c) PVP-I, (d) GO-I, and (e) DGO-I, and (1) Pseudomonas aeruginosa bacteria, (3) contains Staphylococcus aureus bacteria, (4) contains Proteus microbial bacteria, and (5) contains E. coli.
12 is a graph showing the growth level of bacteria in a supernatant of a sample containing a composition according to an embodiment of the present invention, wherein (a) E. coli, (b) Klebsiella nymonitica, (c) (D) Pseudomonas aeruginosa, and (d) Staphylococcus aureus bacteria.
(A) glass cover slip, (b) GO, (c) DGO, (d) GO-I, (100, 50, 25, 12.5, and 6.125 μg / mL, respectively) on the left side of the WBC, and (d) And the cells were cultured for 24 hours including GO, DGO, GO-I, DGO-I, and PVP-I.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서, 용어 'GO'는 1회 산화된 그래핀 옥사이드, graphene oxide로 정의되고, DGO는 2회 산화된 그래핀 옥사이드, Double Oxidized Graphene Oxide로 정의될 수 있다.
In this specification, the term 'GO' is defined as graphene oxide, which is once oxidized, and DGO, can be defined as double oxidized graphene oxide.

본 발명의 일 측면에 따르면, 산화그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체를 유효성분으로 함유하는 생체적합성인 항박테리아 조성물이 개시된다.According to one aspect of the present invention, a biocompatible antibacterial composition containing an oxidized graphene derivative-triiodide complex as an active ingredient is disclosed.

본 발명에 따른 산화그래핀-삼중 요오드 복합체는 인간 내부 조직 및 혈류 접촉에 있어 생체적합한 동시에, 박테리아의 증식을 억제하는 효과가 우수하여, 종래 가장 많이 사용하고 있는 PVP-I 제제를 대신할 수 있는 조성물로 유용하게 사용할 수 있다.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The oxidized graphene-triiodide complex according to the present invention is suitable for living body tissues and blood contact with living bodies, has excellent effect of inhibiting the growth of bacteria, and can be used as a substitute for PVP- And can be usefully used as a composition.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 그래핀옥사이드(GO) 또는 이중 산화된 그래핀옥사이드(DGO)인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the oxidized graphene derivative is graphene oxide (GO) or double oxidized graphene oxide (DGO).

바람직하게, 상기 산화그래핀 유도체는 이중 산화된 그래핀 옥사이드인 것을 특징으로 한다.Preferably, the oxidized graphene derivative is a double oxidized graphen oxide.

일반적으로 그래핀옥사이드(GO) 및 이중 그래핀 옥사이드(DGO)는 많은 극성 작용기(예로, 카보닐기, 하이드록시기, 및 에폭시기)를 포함하고 있어, H+를 쉽게 포집할 수 있으므로 높은 산성 조건(pH=1) 하에서 양전하를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있는데, 이에, 양전하로 하전된 GO 및 DGO 층이 형성된다. 이때, 양전하의 총량은 증가하는 H+ 이온 농도에 따라 증가되고, 이러한 이유로 많은 트리요오드 음이온 분자(I3 -)가 양전하로 하전된 GO 및 DGO 표면에 효과적으로 부착된다.In general, graphene oxide (GO) and the double-graphene oxide (DGO) has many polar functional groups (e.g., carbonyl group, hydroxyl group, and an epoxy group), it contains, it is possible to easily collect the H + highly acidic conditions ( pH = 1), so that positively charged GO and DGO layers are formed. At this time, the total amount of positive charges increases with increasing H + ion concentration, and for this reason, many triiodide anion molecules (I 3 - ) are effectively attached to positively charged GO and DGO surfaces.

그래핀의 큰 표면적 때문에 PVP-I 단독으로 만들어진 것과 비교하여 매우 크고, 이러한 이유로 본 발명에 따른 GO-I 및 DGO-I 조성물은 PVP-I 단독으로 만들어진 것 보다 매우 우수한 항박테리아 활성을 보인다. The GO-I and DGO-I compositions according to the present invention exhibit much better antibacterial activity than those made by PVP-I alone because of the large surface area of graphene, as compared to those made by PVP-I alone.

이렇게 우수한 항박테리아 활성은 얼마나 많은 트리요오드를 포함할 수 있느냐에 따라 달라지는데, 이와 같은 이유로 넓은 표면적을 갖는 본 발명에 따른 조성물은 한번에 많은 박테리아와 접촉할 수 있고, PVP-I 단독보다 훨씬 더 우수한 효율을 나타낼 수 있는 것이다.This excellent antibacterial activity varies depending on how many triiodides can be contained. For this reason, the composition according to the present invention having a large surface area can be contacted with many bacteria at once and has a much higher efficiency than PVP-I alone .

한편, 이러한 항박테리아 반응은 오직 본 발명에 따른 조성물과 PVP-I 단독으로 사용하는 경우와 가장 큰 차이를 나타내는데, 본 발명에 따른 조성물은 PVP-I와 매우 유사한 반응 메커니즘을 보이나, PVP-I 분자로부터 떨어져 나온 요오드 원소의 정확한 메커니즘은 알려져 있지 않다. This antibacterial reaction shows the greatest difference from the case of using only the composition according to the present invention and the case using PVP-I alone. The composition according to the present invention shows a reaction mechanism very similar to that of PVP-I, The precise mechanism of the iodine element that has fallen away from it is not known.

본 발명에 따른 조성물과 종래 PVP-I에서 요오드가 방출되면, 상기 요오드가 단백질의 티로신 잔기에 비가역적으로 결합하여, 일부 아미노산이 핵산과 수소 결합을 형성하고, 설피드릴기를 산화하며, 지질의 불포화 부분과 반응하는 것을 막는 것이 확인되었다.
When iodine is released from the composition according to the present invention and conventional PVP-I, the iodine is irreversibly bound to the tyrosine residue of the protein, some amino acids form a hydrogen bond with the nucleic acid, the sulfhydryl group is oxidized, ≪ / RTI >

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체에 대하여 상기 삼중 요오드는 15 내지 20 중량% 비율로 구성되는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the amount of tri-iodine relative to the oxidized graphene derivative is in the range of 15 to 20 wt%.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산화그래핀 유도체에 대하여 상기 삼중 요오드는 15 내지 20 중량% 비율로 구성되는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나는 경우, 항균 효과를 달성하기 어려운 문제점이 있을 수 있고, 종래 PVP-I와 비교했을 때, 더 많은 요오드를 포함하는 것으로 확인되었다.
According to one embodiment of the present invention, the amount of tri-iodine relative to the oxidized graphene derivative is preferably in the range of 15 to 20% by weight. If the amount of tri-iodine is out of the range, it may be difficult to achieve the antimicrobial effect , It was confirmed that it contained more iodine than the conventional PVP-I.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체는 양전하로 하전된 산화그래핀 유도체 표면에 삼중 요오드 음이온 분자가 정전기적 상호작용하여 부착되는 형태인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the oxidized graphene derivative-triiodide complex is characterized in that triiodide anion molecules are electrostatically interacted with each other on the surface of a positively charged oxidized graphene derivative.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 도 1 내지 2에 나타낸 바와 같이, 요오드를 도핑한 후 XPS 스펙트럼에서 C-I 결합에너지에 해당하는 피크가 관찰되었고, 순수한 요오드 분자(I2)와는 다르게, 3중 치환 요오드에 해당하는 피크가 관찰됨에 따라, 본 발명에 따른 조성물은 트리요오드 음이온과 형성된 조성물임을 알 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, a peak corresponding to the CI binding energy was observed in the XPS spectrum after iodine doping, and unlike the pure iodine molecule (I 2 ) As a peak corresponding to iodine is observed, it can be seen that the composition according to the present invention is a composition formed with a triiodide anion.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 박테리아는 크렙시엘레 뉴모니아(Klebsiella pneumonia), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 프로테우스 마이크로빌리스(Proteus microbilis), 스타필로코쿠스 에이러스(Staphylococcus aureus), 에쉐리치아 코얼라이(Escherichia coli) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
In one embodiment of the invention, the bacteria are selected from the group consisting of Klebsiella pneumonia, Pseudomonas aeruginosa, Proteus microbilis, Staphylococcus aureus ), Escherichia coli (Escherichia coli), and the like.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 산화그래핀 유도체를 증류수에 분산시킨 후, pH 1-2로 조절한 후, KI-I2 용액을 혼합한 후, 초음파 처리하는 단계; 및 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a pharmaceutical composition, comprising: (a) dispersing an oxidized graphene derivative in distilled water, adjusting the pH to 1-2, mixing KI-I 2 solution and then ultrasonifying; And

(b) 상기 단계 (a)의 혼합 용액을 50-80 ℃에서 교반한 후, 원심분리한 다음, 세척하는 공정을 거쳐 진공 하에서 건조하여 펠렛 형태의 산화그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체를 얻는 단계;를 포함하는 생체적합성인 항박테리아 조성물의 제조방법이 개시된다.(b) stirring the mixed solution of step (a) at 50-80 DEG C, followed by centrifugation, washing, and drying under vacuum to obtain a pellet-shaped oxidized graphene derivative-triiodide complex; Lt; RTI ID = 0.0 > biocompatible < / RTI >

본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 그래핀옥사이드(GO) 또는 이중 산화된 그래핀옥사이드(DGO)인 것을 특징으로 한다.In one aspect of the present invention, the oxidized graphene derivative is characterized by being graphene oxide (GO) or double oxidized graphene oxide (DGO).

바람직하게, 상기 산화그래핀 유도체는 이중 산화된 그래핀 옥사이드인 것을 특징으로 한다.
Preferably, the oxidized graphene derivative is a double oxidized graphen oxide.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.

실시예 1: GO-I 조성물 제조Example 1: Preparation of GO-I composition

(1) 단계 1: GO 시트의 제조(1) Step 1: Preparation of GO sheet

GO 시트는 천연 흑연 분말을 황산, 과망간산 칼륨 및 질산 나트륨과 함께 변형된 Hummer's method를 이용하여 제조하였다.
The GO sheet was prepared using the modified Hummer's method with natural graphite powder in combination with sulfuric acid, potassium permanganate and sodium nitrate.

(2) 단계 2: GO-I 조성물 제조(2) Step 2: Preparation of GO-I composition

상기 단계 1에서 얻은 GO 나노 시트를 탈이온 증류수(약 10 mg/mL)에 분산시킨 후, 상기 용액을 pH 1로 조절한 다음, 마지막으로 KI-I2 용액을 혼합하고, 1시간 동안 초음파 처리 하였다. 상기 결과 용액을 60 ℃에서 1시간 동안 교반한 다음 14,000 rpm으로 20분 동안 원심분리한 후, 벤젠으로 3회 세척한 다음, 진공 하에서 건조하여 펠렛 형태의 결과물을 얻었다.
The GO nanosheet obtained in the above step 1 was dispersed in deionized distilled water (about 10 mg / mL), the solution was adjusted to pH 1, and finally, the KI-I 2 solution was mixed and ultrasonicated for 1 hour Respectively. The resultant solution was stirred at 60 DEG C for 1 hour, centrifuged at 14,000 rpm for 20 minutes, washed three times with benzene, and then dried under vacuum to obtain a pellet-shaped product.

실시예 2: DGO-I 조성물 제조Example 2: Preparation of DGO-I composition

(1) 단계 1: 2중 산화된 그래핀 옥사이드(DGO)의 제조(1) Step 1: Preparation of Dioxide Grafted Oxide (DGO)

DGO 시트는 상기 실시예 1의 단계 1에서 제조된 GO를 이용하여 종래 알려진 방법으로 제조하였다(B. J. Hong, et. al., ACS Nano 2012, 1, 63-73.).
The DGO sheet was prepared by a conventionally known method using the GO prepared in Step 1 of Example 1 (BJ Hong, et al., ACS Nano 2012, 1, 63-73).

(2) 단계 2: DGO-I 조성물 제조(2) Step 2: Preparation of DGO-I composition

GO 나노시트를 사용하는 대신 DGO 나노시트를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 단계 2와 동일한 방법을 수행하여 DGO-I 조성물을 제조하였다.
The DGO-I composition was prepared in the same manner as in step 2 of Example 1 except that the DGO nanosheet was used instead of the GO nanosheet.

비교예 1: PVP-I 조성물의 제조Comparative Example 1: Preparation of PVP-I composition

KI 200 mg와 I2 100 mg을 탈이온수 6 mL와 혼합한 다음 30분 동안 초음파 처리 한 후, PVP 185 mg을 첨가하였다. 상기 제조된 복합물을 14,000 rpm으로 20분 동안 원심분리한 후, 벤젠으로 3회 세척한 다음, 진공하에서 건조하여 펠렛 형태의 결과물을 얻었다.
200 mg of KI and 100 mg of I 2 were mixed with 6 mL of deionized water, sonicated for 30 minutes, and then added with 185 mg of PVP. The prepared composite was centrifuged at 14,000 rpm for 20 minutes, washed three times with benzene, and then dried under vacuum to obtain a pellet-shaped product.

실험예 1: 분광학적 분석Experimental Example 1: Spectroscopic Analysis

(1) X-선 광전자 분광법(XPS)(1) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)

X-선 광전자 분광법(XPS)은 물질의 원소 조성과 그 함량을 조사하기 위해 사용하였다. 제조된 GO 시트는 허머 방법(Bay carbon, SP-2)을 참고하여 그래파이트 분말로 합성하였고, 종래 알려진 방법으로 정제하였다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to investigate the elemental composition and content of the material. The prepared GO sheet was synthesized as a graphite powder by referring to the Hummer method (Bay carbon, SP-2) and purified by a conventionally known method.

제조예 2에서 제조된 DGO 시트는 종래 보고된 방법을 이용하여 합성하였다. XPS 분석에 근거하여, 제조된 GO가 C/O 비율이 2 이하로 낮은 것을 알 수 있다(도 1 참조). 얻어진 DGO는 C/O 비율이 1.2 이하로 나타났고, DGO 나노 시트의 산소 함량이 증가함에 따라 DGO는 산소-포함 작용기를 가장 많은 양으로 포함하는 것을 나타내었다.The DGO sheet prepared in Preparation Example 2 was synthesized using a conventionally reported method. Based on the XPS analysis, it can be seen that the produced GO has a low C / O ratio of 2 or less (see FIG. 1). The obtained DGO showed a C / O ratio of 1.2 or less, and as the oxygen content of the DGO nanosheets increased, DGO showed the largest amount of oxygen-containing functional groups.

본 발명에 따른 GO-I 및 DGO-I 조성물을 XPS를 사용하여 분석하였다. 도 2a는 GO-I, DGO-I 및 PVP-I의 조사 스펙트럼을 나타내었다; 요오드 원자는 트리요오드 및 펜타요오드의 형태로 검출되었다. GO-I 시트의 고해상도 C1s XPS 스펙트럼은 공액 벌집 격자 내의 탄소 원자의 C-C 결합에 대응되는 284.7 eV에서 날카로운 피크를 보여주었다. 286.6, 287.5 및 288.7 eV의 피크는 그래파이트의 sp2 원자 구조의 강한 산화작용 및 파괴로 인한 C-O 결합 구성 차이에 해당한다(도 2b 참조). The GO-I and DGO-I compositions according to the present invention were analyzed using XPS. Figure 2a shows the irradiation spectra of GO-I, DGO-I and PVP-I; Iodine atoms were detected in the form of triiodide and pentaiodide. The high-resolution C1s XPS spectrum of the GO-I sheet showed a sharp peak at 284.7 eV corresponding to the CC bond of the carbon atoms in the conjugated honeycomb lattice. The peaks at 286.6, 287.5 and 288.7 eV correspond to the CO bond configuration differences due to the strong oxidization and destruction of the sp 2 atomic structure of graphite (see FIG. 2b).

도핑 후의 탄소 XPS 스펙트럼과 비교하면, 우리는 도핑된 후에, 285.3 eV에서 C-I 결합 에너지에 해당하는 피크가 나타나는 것을 확인하였다. Compared to the carbon XPS spectrum after doping, we found that after doping, a peak corresponding to the C-I bond energy appears at 285.3 eV.

마찬가지로, DGO-I 시트의 C1s XPS 스펙트럼은 탄소원자의 C-C 결합에 해당하는 284.8 eV에서 날카로운 피크를 나타내었다. 286.7, 287.6 및 288.6 eV의 피크는 그래파이트의 sp2의 C-O 결합 구성 차이에 해당한다(도 2c 참조). 또한, DGO에 요오드가 도핑된 후, C-I 결합의 에너지에 해당하는 285.4 eV에서 나타난 피크가 관찰되었다. GO-I 및 DGO-I 각각의 C1s 피크는 284.6 eV(GO 및 DGO의 C-C 결합)로부터 약간 이동한 284.7 및 284.8 eV에서 측정되었다. Similarly, the C1s XPS spectrum of the DGO-I sheet showed a sharp peak at 284.8 eV, which corresponds to the CC bond of the carbon atom. The peaks at 286.7, 287.6 and 288.6 eV correspond to the CO bond configuration difference of sp 2 of graphite (see Fig. 2C). Further, after DGO was doped with iodine, a peak at 285.4 eV corresponding to the energy of the CI bond was observed. The C1s peaks of GO-I and DGO-I, respectively, were measured at 284.7 and 284.8 eV, slightly shifted from 284.6 eV (CC combination of GO and DGO).

도 2d 및 2e에서는 GO-I 및 DGO-I 각각의 I(3d)의 XPS 코어-레벨 스펙트럼을 나타낸다. 두 경우 모두, GO-I 및 DGO-I 조성물의 요오드 원자에 기인한 I(3d3/2) 및 I(3d5/2) 각각에 해당하는 619.4 및 631.93 eV에서 두개의 분할된 피크가 측정되었다.Figures 2d and 2e show the XPS core-level spectra of I (3d) for GO-I and DGO-I, respectively. In both cases, two split peaks at 619.4 and 631.93 eV corresponding to I (3d 3/2 ) and I (3d 5/2 ) due to the iodine atoms of the GO-I and DGO-I compositions were measured .

종래 보고된 바와 같이, I(3d) 피크는 619.9 eV의 결합 에너지에서 관찰된 순수한 요오드 분자(I2)와는 다르다. As previously reported, the I (3d) peak differs from the pure iodine molecule (I 2 ) observed at a binding energy of 619.9 eV.

따라서 I(3d) XPS 분석은 그래핀 표면에 잘 결합되어 있는 요오드 원자와 순수한 요오드 분자를 요오드와 산소 작용기 사이의 정전기적 인력으로 나타내어 예상하였다. 도핑된 요오드는 GO 및 DGO 구조의 산소 작용기와 함께 정전기적 인력을 포함하는 화학적인 결합을 형성할 수 있다. XPS 스펙트럼 정량 분석은 종래 제조된 PVP-I의 요오드 함량이 12.2%인 반면에, GO-I 및 DGO-I는 각각 15.3% 및 19.1%를 포함하고 있음을 보여주지만, 우리는 제조된 GO-I 및 DGO-I가 종래 PVP-I와 비교했을 때, 더 많은 요오드를 포함할 것으로 판단하였다. PVP-I의 I(3d) XPS 스펙트럼은 도 3에 나타내었다.
Therefore, I (3d) XPS analysis predicted that the iodine atoms and pure iodine molecules bound to the graphene surface are represented by electrostatic attraction between iodine and oxygen functional groups. Doped iodine can form chemical bonds, including electrostatic attraction, with the oxygen functionality of GO and DGO structures. XPS spectral quantitative analysis showed that the previously prepared PVP-I contained 12.2% of the iodine, whereas GO-I and DGO-I contained 15.3% and 19.1%, respectively, And DGO-I would contain more iodine when compared to conventional PVP-I. The I (3d) XPS spectrum of PVP-I is shown in FIG.

(2) UV-스펙트럼 분석(2) UV-spectrum analysis

UV-스펙트럼을 통해 조성물 내 존재하는 트리요오드 음이온을 측정하였다. GO 및 DGO의 UV-vis 흡수 피크가 각각 229.3 및 253 nm에서 나타났다(도 4a, 4b 참고). KI-I2 용액의 경우, 352.2에서 흡수 피크, 460 nm에서 넓은 폭 피크가 나타나며, 이는 트리요오드 음이온으로 보고된 λmax와 일치하는 것으로 보고된바 있다. 트리요오드 음이온과 GO, DGO 및 PVP 조성물 형성 후에, 우리는 트리요오드 음이온 피크가 약간 적색편이가 일어나는 것을 관찰하였다. 특히, GO-I, DGO-I 및 PVP-I의 주요 흡수 피크는 UV-vis 스펙트럼의 약 354 및 약 465 nm에서 나타났고(단일 KI-I2 용액과 비교하면, 약 2-5 nm 적색 편이), 트리요오드 음이온과 형성된 조성물임을 나타내는 결과이다.
The triiodide anion present in the composition was measured via UV-spectrum. The UV-vis absorption peaks of GO and DGO were found at 229.3 and 253 nm, respectively (see Figs. 4a and 4b). For the KI-I 2 solution, an absorption peak at 352.2 and a broad-width peak at 460 nm appear, consistent with a λ max reported as a triiodide anion. After formation of the triiodide anion and the GO, DGO and PVP compositions, we observed that the triiodide anion peak was slightly redshifted. In particular, GO-I, the major absorption peaks of DGO-I and PVP-I has appeared at about 354 and about 465 nm in the UV-vis spectrum in comparison with (a single-KI-I 2 solution, about 2-5 nm red shift ), And a composition formed with a triiodide anion.

(3) 라만 분광 분석(3) Raman spectroscopic analysis

라만 분광기는 제조된 탄소 재료의 구조 및 품질 특성을 빠르고 쉽게 제공한다. 라만 스펙트럼은 대기조건 하, 탈이온수(DI-water)를 떨어뜨린 실리콘(Si) 기판 상에서 앞서 제조된 시료로부터 514 nm의 여기 파장을 얻었다.The Raman spectroscope provides the structure and quality characteristics of the carbon material produced quickly and easily. Raman spectra obtained an excitation wavelength of 514 nm from the previously prepared sample on a silicon (Si) substrate with deionized water (DI-water) removed under atmospheric conditions.

도 4c, 4d에 나타낸 바와 같이, 오요드가 도핑된 GO 및 DGO와 요오드가 도핑되지 않은 GO 및 DGO 라만 스펙트럼 각각을 비교하였다. 앞서 제조된 GO 및 DGO의 라만스펙트럼은 각각 약 1352 및 약 1600 cm-1에서 명확한 D 및 G 밴드에 해당하는 두개의 뚜렷한 피크가 보였다.As shown in Figs. 4c and 4d, o-iod-doped GO and DGO were compared with iodine-undoped GO and DGO Raman spectrum, respectively. The previously prepared Raman spectra of GO and DGO showed two distinct peaks corresponding to distinct D and G bands at about 1352 and about 1600 cm -1 , respectively.

일반적으로, G 밴드는 sp2 탄소 도메인의 E2g-진동 모드와 관련이 있고, 흑연화(graphitization)의 정도를 설명할 수 있다. 반면, D 밴드는 구조적 결함 및 sp2 도메인의 부분적으로 무질서한 구조와 관련이 있다.In general, the G band is associated with the E2g-vibration mode of the sp 2 carbon domain and can account for the degree of graphitization. On the other hand, D-band is partially related to the disordered structure of structural defects and sp 2 domain.

본 연구에서, 앞서 제조된 DGO의 ID/IG 비율은 제조된 GO와 비교했을 때보다 현저하게 증가하는 것으로 나타났다. GO의 경우, ID/IG 비율이 0.98이고, 이차 산화 후, DGO 시료는 강한 산화반응 방법을 두번 수행함에 따라 1.02로 확인되었다(도 4c, 4d 참조). 도 4c, 4d에 나타낸 바와 같이, 라만 스펙트럼에서는 각각의 GO 및 DGO 시료 보다 GO-I 및 DGO-I 시료의 D 및 G 피크가 이동하지 않는 것으로 나타났다. 그러나, 상기 GO-I 및 DGO-I 시료의 ID/IG 비율은 GO 및 DGO보다 약간 증가하는 것으로 나타났다. 낮은 파장 수에서는, GO 및 DGO 보다 GO-I 및 DGO-I가 115 및 154 cm-1에서 두개의 새로운 라만 피크가 측정되었고, 이는 각각 I3 - and I5 - 을 나타낸다. 반면, 재료 표면에 도핑된 요오드 분자의 물리적 축적의 가능성을 부정하는 요오드 분자(I2)(181 cm-1)에 해당하는 라만 피크는 없었다.
In this study, the ID / IG ratio of the DGO produced above was significantly increased compared to the GO prepared. In the case of GO, the ID / IG ratio was 0.98, and after the secondary oxidation, the DGO sample was identified as 1.02 by performing the strong oxidation reaction method twice (see FIGS. 4c and 4d). As shown in FIGS. 4c and 4d, in the Raman spectrum, the D and G peaks of the GO-I and DGO-I samples were not shifted compared with the respective GO and DGO samples. However, the ID / IG ratio of the GO-I and DGO-I samples was slightly increased compared to GO and DGO. At low wavelengths, two new Raman peaks were measured at GO and DGO at GO and DGO-I at 115 and 154 cm -1 , which represent I 3 - and I 5 - , respectively. On the other hand, there was no Raman peak corresponding to the iodine molecule (I 2 ) (181 cm -1 ), which negated the possibility of physical accumulation of doped iodine molecules on the material surface.

(4) 주사 전자 현미경(SEM) 분석(4) Scanning electron microscope (SEM) analysis

주사 전자 현미경(SEM) 분석은 다양한 재료의 표면 형태를 결정하는데 사용되었다(도 6 참조). 우리는 GO의 SEM 이미지에서 얇고, 주름진 GO 시트를 관찰하였다(도 6a 참조). GO 단독과 비교해 볼 때, 제조된 GO-I와는 다른 형태를 보인다(도 6b 참조). DGO의 SEM 이미지는 GO 보다 더 많이 주름진 형태를 나타내었다(도 6c 참조). 제조된 DGO-I 또한 DGO 단독과 비교해볼 때. 다른 표면 형태를 보인다(도 6d 참조). 우리는 또한 PVP-I과 KI-I2 복합체의 표면 형태를 다른 복합체와 비교하였다(도 7 참조).Scanning electron microscopy (SEM) analysis was used to determine the surface morphology of the various materials (see FIG. 6). We observed a thin, wrinkled GO sheet in the SEM image of the GO (see FIG. 6A). (Fig. 6B), compared to the GO-I produced. SEM images of DGO showed more corrugated morphology than GO (see Figure 6c). Compared with DGO alone, DGO-I was also prepared. (See Fig. 6D). We also compared the surface morphology of the PVP-I and KI-I 2 complexes with other composites (see FIG. 7).

GO-I 및 DGO-I 표면의 요오드 원자 분포를 증명하기 위해, 도 6e-6i에 나타낸 바와 같이, 선택 영역에서 엘리먼트 매핑을 나타내었다. 엘리먼트 매핑으로부터, 본 발명에 따른 조성물의 C, O, I 원자의 균일 분포가 명백하게 측정되었다.
To demonstrate the iodine atom distribution of the GO-I and DGO-I surfaces, element mappings are shown in the selection region, as shown in Figures 6e-6i. From the element mapping, the homogeneous distribution of the C, O, I atoms of the composition according to the invention was clearly determined.

실험예 2: 항박테리아 활성 비교Experimental Example 2: Comparison of antibacterial activity

(1) 박테리아 세포 배양(1) Bacterial cell culture

각각 따로 자란 크렙시엘레 뉴모니아(Klebsiella pneumonia, strain MRKP), 도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa, strain PA14), 프로테우스 마이크로빌리스(Proteus microbilis, strain PR03), 스타필로코쿠스 에이러스(Staphylococcus aureus, strain RN4220), 에쉐리치아 코얼라이(Escherichia coli, strain DH5R)를 20 mL 시험관 내의 본 발명에 따른 조성물을 첨가된 Luria-Bertani(LB) 배양액에 12시간 동안 37 ℃에서 최종 농도가 20 μg/mL이 될 때까지 배양하였다.
(Klebsiella pneumonia, strain MRKP), Pseudomonas aeruginosa (strain PA14), Proteus microbilis (strain PR03), Staphylococcus (Staphylococcus aureus), Staphylococcus aureus Escherichia coli strain DH5R) was added to Luria-Bertani (LB) culture medium supplemented with the composition according to the present invention in a 20 mL test tube for 12 hours at 37 占 폚 to a final concentration of 20 占 퐂 / mL. < / RTI >

(2) 고체 표면 상에서 박테리아 성장(2) Bacterial growth on a solid surface

살균 여과지에 GO, DGO, GO-I, DGO-I 및 PVP-I 용액(1 ㎎/㎖)을 떨어뜨린 후, 진공에서 건조시켰다. 상기 여과지는 1×109 세포/㎖의 박테리아을 함유하는 용액으로 코팅된 멸균 LB 배양 플레이트에 넣고, 37 ℃에서 24 시간 동안 배양하였다.
GO, DGO, GO-I, DGO-I and PVP-I solutions (1 mg / ml) were dropped onto the bactericidal filter paper and dried in vacuo. The filter paper was placed in a sterile LB culture plate coated with a solution containing 1 x 10 < 9 > cells / ml of bacteria and cultured at 37 DEG C for 24 hours.

(3) 생존/사멸 분석(3) Survival / death analysis

5 ml 시험관 내의 Luria-Bertani (LB) nutrient 배양액 1 ml를 포함하는 박테리아 시료에 DGO-I 조성물을 첨가하여 최종 농도가 20 μg/mL될 때까지 1시간 동안 배양하였다. 박테리아 용액의 초기 OD는 0.1(4×107 cells)이었다. 그 다음 생존/사멸 Bac-Light Bacterial Viability Kit(L-7007, Molecular Probes)는 라벨링된 박테리아 세포를 사용하였다. 염색 과정은 분자 프로브(MP07007)에 의해 제공된 프로토콜에 따라 수행되었다. 생존 박테리아는 형광 녹색(SYTO9)이고, 죽은 박테리아는 형광 빨강(요오드화 프로피디움)이다.
The DGO-I composition was added to a bacterial sample containing 1 ml of a 5 ml Luria-Bertani (LB) nutrient culture in vitro and incubated for 1 hour to a final concentration of 20 [mu] g / ml. The initial OD of the bacterial solution was 0.1 (4 x 10 7 cells). The survival / death Bac-Light Bacterial Viability Kit (L-7007, Molecular Probes) was then used to label the bacterial cells. The staining procedure was performed according to the protocol provided by the molecular probe (MP07007). Surviving bacteria are fluorescent green (SYTO9) and dead bacteria are fluorescent red (propidium iodide).

본 발명에 따른 조성물에 대한 항박테리아 성질이 요오드의 확산에 지배적인 것으로 가정하여, 본 발명에 따른 조성물의 존재 하에, 박테리아 성장 실험을 수행하고, 상기 박테리아에 대한 항박테리아 활성을 계산하였고, 본 발명에 따른 조성물의 생체적합성 실험은 인간세포(WBC) 존재 하에서 수행되었는데, 종래 보고된 바에 따르면, 단일벽탄소나노튜브(SWCNT)와 PVP-I 조성물이 E.coli 박테리아에 대하여 항박테리아 효과를 나타내는 것으로 알려져 있었으나, 본 발명에 따른 조성물이 인간 세포 배양에 생체적합하면서 동시에 고유의 항박테리아 특성을 가지고 있음을 입증하는 보고서는 없다.Assuming that the antibacterial properties of the composition according to the present invention are dominant in the diffusion of iodine, bacterial growth experiments were carried out in the presence of the composition according to the invention, the antibacterial activity against the bacteria was calculated, (SWCNT) and PVP-I compositions exhibit antibacterial effects against E. coli bacteria, as has been reported in the prior art. There is no report proving that the composition according to the present invention is biocompatible with human cell cultures and at the same time has inherent antibacterial properties.

또한, GO 및 DGO는 항박테리아 효과가 없기 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이, GO 및 DGO가 처리된 시료 또는 대조군 시료 모두 억제 영역은 찾을 수 없었다. 그러나 본 발명에 따른 GO-I, DGO-I 및 PVP-I 조성물로 여과지를 코팅한 후, 항박테리아 활성을 측정한 결과, 도 9에 나타낸 바와 같이, 박테리아 성장을 억제하는 영역이 명백하게 확인되었다.Also, since GO and DGO had no antibacterial effect, no inhibition region could be found in both GO and DGO treated samples or control samples, as shown in Fig. However, after the filter paper was coated with the GO-I, DGO-I and PVP-I compositions according to the present invention, the antibacterial activity was measured. As a result, as shown in Fig. 9, a region for inhibiting bacterial growth was clearly identified.

하기 표 1에 요약된 바와 같이, 박테리아의 증식 억제의 평균 영역은 박테리아 증식이 억제되지 않은 부분으로 여과지의 바깥쪽으로부터 밀리미터 내로 측정되었다. 또한 동일 조건 하의 DGO-I를 처리한 각각의 박테리아 억제 영역의 직경은 GO-I를 처리한 경우보다 약간 큰 것으로 확인되었으며, PVP-I를 처리한 경우보다 더 큰 것이 확인되었다(표 1 참조). As summarized in Table 1 below, the mean area of inhibition of bacterial growth was measured in millimeters from the outside of the filter paper as a portion where bacterial growth was not inhibited. In addition, the diameter of each of the bacterial inhibition zones treated with DGO-I under the same conditions was found to be slightly larger than that of GO-I treated and greater than that of PVP-I treated (see Table 1) .

위에서 살펴본 바와 같이, 상기 억제 영역은 접시 위에서 요오드 증기의 방출보다는 배양액 내의 본 발명에 따른 조성물로부터 요오드 확산 때문인 것으로 보이고, 억제 영역의 차이는 요오드 및 다른 요오드 조성물로부터 확산된 요오드의 양에 대한 유기체의 차동 감도를 반영한 것으로 볼 수 있다.
As noted above, the inhibition zone appears to be due to iodine diffusion from the composition according to the invention in the culture medium rather than the release of iodine vapor on the plate, and the difference in the inhibition zones is due to the presence of iodine in the organism relative to the amount of iodine diffused from iodine and other iodine compositions It can be regarded as reflecting the differential sensitivity.

Bacteria NameBacteria Name Inhibition zone with GO (mm)Inhibition zone with GO (mm) Inhibition zone with DGO (mm)Inhibition zone with DGO (mm) Inhibition zone with PVP-I (mm)Inhibition zone with PVP-I (mm) Inhibition zone with GO-I (mm)Inhibition zone with GO-I (mm) Inhibition zone with DGO-I (mm)Inhibition zone with DGO-I (mm) Klebsiella pneumoniaeKlebsiella pneumoniae -- -- 19.119.1 25.825.8 35.135.1 Proteus mirabilisProteus mirabilis -- -- 18.218.2 23.223.2 32.632.6 Pseudomonas aeruginosaPseudomonas aeruginosa -- -- 21.421.4 28.828.8 35.935.9 Stapylococcus aureusStapylococcus aureus -- -- 21.121.1 26.126.1 32.232.2 E ColiE Coli -- -- 23.623.6 28.828.8 36.136.1

한편, 박테리아의 생존 및 사멸 분석 결과, 생존 및 사멸 박테리아만이 SYTO9 또는 PI로 염색되었고, 박테리아와 비생물학적 입자의 위치를 쉽게 알아낼 수 있는 방법으로, 양전하로 하전된 현광 라벨 PI는 살아 있는 양으로 대전된 세포 멤브레인을 통과할 수 있는 것으로서 죽은 박테리아 세포만을 염색하고, PI 분자와는 대조적으로, 중성 분자 SYTO 9는 생존 및 사멸 박테리아 모두의 세포막을 통과 할 수 있으나, 죽은 세포가 SYTO9과 PI의 혼합물로 라벨링되었을 때, SYTO9에 의한 녹색 형광색은 형광 공명 에너지 전이(FRET) 효과에 의해 억제되고, 죽은 세포는 적색을 띈다. 이렇게 SYTO9 및 PI의 조합이 진핵 세포를 염색하는 것에 적합한 것으로 보고된 바 있다.On the other hand, as a result of analysis of bacteria survival and death, only viable and dead bacteria were stained with SYTO9 or PI, and the position of bacteria and abiotic particles could be easily found. As a result, positively charged, In contrast to PI molecules, the neutral molecule SYTO 9 can pass through the cell membrane of both viable and dead bacteria, but the dead cell is a mixture of SYTO9 and PI , Green fluorescence by SYTO9 is suppressed by the fluorescence resonance energy transfer (FRET) effect, and dead cells are red. This combination of SYTO9 and PI has been reported to be suitable for staining eukaryotic cells.

이렇게 측정된 결과는 도 10에 나타내었고, 분석 된 모든 종류의 염색 결과가 표시되었다. 도 10(1a-5a)에 나타낸 바와 같이, 상기 SYTO9 및 PI 오버레이 이미지에서는 대조군에 오직 생존 세포만이 존재하고 있음을 보여주고, 도 10(1b-5b)에서는 조성물의 사멸 세포만의 존재를 보여준다. 도 10(1c-5c)에 나타낸 바와 같이, 각 조건에 대한 죽은 세포의 상대적 평균 세기는 3-5%, 대조군과 DGO-I로 처리된 시료에 대해서는 96-98%로 계산되었다. 상기 데이터는 대조군과 DGO-I가 처리된 시료(n=3)의 두 조건에 대한 사멸 세포수와 총 세포수의 비율로 계산되었다. 대조군과 본 발명에 따른 조성물이 처리된 시료와의 백분율 사이의 차이는 t-테스트(p < 0.005)를 사용한 통계학적 유효성으로 계산되었다. 이러한 생존/사멸 분석 실험은 DGO-I 조성물이 가진 살균 활성 및 나아가 다섯 종류의 박테리아 세포에 대해 항박테리아 효과가 있음을 보여주었다.
The results thus obtained are shown in FIG. 10, and the results of all types of staining were analyzed. As shown in Fig. 10 (1a-5a), only the surviving cells were present in the control group in the SYTO9 and PI overlay images, and in Fig. 10 (1b-5b) . As shown in Figure 10 (1c-5c), the relative mean intensity of dead cells for each condition was calculated to be 3-5%, 96-98% for samples treated with the control and DGO-I. The data were calculated as the ratio of the number of dead cells to the total number of cells for both the control and DGO-I treated samples (n = 3). The difference between the percentages of the control and the compositions according to the invention with treated samples was calculated as statistical efficacy using the t-test (p < 0.005). This survival / death assay showed the bactericidal activity of the DGO-I composition and also the antibacterial effect against the five bacterial cells.

GO, DGO, GO-I 및 DGO-I 조성물의 박테리아 성장 효과를 측정하기 위해, 20 mL 시험관에 Luria-Bertani(LB) 영양분 배양액 5 mL과 20 μg/mL 최종 농도로 제조된 재료를 포함시켜 배양하였다. 상기 시료에 E. Coli, 크렙시엘레 뉴모니아(Klebsiella pneumonia), 프로테우스 마이크로빌리스(Proteus microbilis), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa) 및 스타필로코쿠스 에이러스(Staphylococcus aureus) 박테리아 세포를 0.01 흡광도(OD)로 접종하였다. 실험은 PVP-I를 포함하여, GO, DGO, GO-I 및 DGO-I 조성물과 동일한 양을 투여하여 수행되었다. 실험적 통제는 복합재료 없이, LB 배양액 5 mL에 0.03의 OD로 5 종류의 다른 박테리아를 접종하여 준비하였다. 박테리아의 성장을 평가하기 위해 다른 조성물을 포함하는 각각의 시료의 아래 부분에 방해가 되는 침전물을 제거한 상층액을 여러 번 실험하였다. In order to measure bacterial growth effects of GO, DGO, GO-I and DGO-I compositions, 5 mL of Luria-Bertani (LB) nutrient broth and 20 μg / Respectively. E. coli, Klebsiella pneumonia, Proteus microbilis, Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus bacterial cells were mixed with 0.01 (OD). Experiments were performed with the same amounts of GO, DGO, GO-I and DGO-I compositions, including PVP-I. Experimental controls were prepared by inoculating 5 different bacteria into 5 mL of LB medium without the composite material at an OD of 0.03. To evaluate the growth of the bacteria, the supernatant was tested several times to remove precipitate that would interfere with the lower portion of each sample containing the other composition.

3, 6, 9 및 12시간에서, 600 nm에서 세포의 흡광도를 측정하여 세균의 성장을 모니터링 하였다. 요오드 조성물(GO-I 및 DGO-I)의 OD는 3시간 후에 증가하지 않았고, 반면, PVP-I의 OD는 약간 증가되었다. 다른 시료(요오드가 없는 조성물)은 대조군(박테리아 없는 경우)보다 상당이 증가되었다. PVP-I가 함유된 시료는, GO-I 및 DGO-I 시료보다 6시간 후에 OD가 증가하였다. 그러나 ODS는 여전히 박테리아를 함유하는 시료에 비해 낮았다. 모든 박테리아의 경우에서, 본 발명에 따른 GO-I 및 DGO-I를 포함하는 배양 튜브는 대조군 시료에 비해 OD의 구별할 수 있는 차이가 거의 없었다(도 10 참조). PVP-I를 포함하는 세포 배양 튜브는 본 발명에 따른 GO-I와 DGO-I와 비교했을 때 의 OD가 증가하였다. 놀랍게도, 12시간 후, 본 발명에 따른 GO-I 및 DGO-I를 포함하는 시료는 대조군에 비해 OD(0.00-0.04 범위의 평균 흡광도)가 눈에 띄는 차이를 보이지 않는다. GO와 DGO(요오드 제외)는 대조군에 비해 시간이 지남에 따라 OD가 증가하고 포화되었다. 9시간 후에, 박테리아를 함유하는 시료들은 대조군 시료에 비해 더욱 탁하고, 높은 OD 값을 나타내었고, 이러한 결과는 대조군 시료와 비교할 때, 포화점을 나타낼 수 있다(시료 GO-I 및 DGO-I 제외). At 3, 6, 9 and 12 hours, the bacterial growth was monitored by measuring the absorbance of the cells at 600 nm. The OD of the iodine compositions (GO-I and DGO-I) did not increase after 3 hours, whereas the OD of PVP-I was slightly increased. Other samples (iodine free composition) were significantly increased compared to the control (without bacteria). The samples containing PVP-I increased OD 6 hours after the GO-I and DGO-I samples. However, ODS was still lower than samples containing bacteria. In the case of all bacteria, the culture tubes containing GO-I and DGO-I according to the invention had little distinguishable difference in OD compared to the control samples (see Fig. 10). Cell culture tubes containing PVP-I have increased OD compared to GO-I and DGO-I according to the invention. Surprisingly, after 12 hours, samples containing GO-I and DGO-I according to the present invention show no noticeable difference in OD (mean absorbance in the range of 0.00-0.04) relative to the control. GO and DGO (except iodine) increased OD and saturate over time compared to the control group. After 9 hours, the bacteria-containing samples showed more turbid and higher OD values than the control samples, and these results may show saturation points as compared to the control samples (except for samples GO-I and DGO-I ).

도 10에 나타낸 바와 같이, OD의 플롯은 GO-I 및 DGO-I 조성물이 PVI-단독보다 높은 항박테리아 활성을 나타낸다. 종래 연구에서는 물에 분산된 GO가 염을 포함하는 배지 용액에 첨가되면, 현탁액으로부터 GO가 응집되고, 침전되어 저밀도 GO 응집체를 형성하는 것을 보여주었다.
As shown in FIG. 10, the plot of OD shows that GO-I and DGO-I compositions have higher antibacterial activity than PVI-alone. Previous studies have shown that when GO dispersed in water is added to a medium containing salt, the GO aggregates from the suspension and precipitates to form a low density GO aggregate.

바이오필름에 많은 양으로 존재하는 세포는 GO를 액체 배지에 첨가했을 때, 박테리아 증식에 직접적인 영향을 가지고 있음을 나타내는 것 역시 보고된 바 있다. 12 시간 후, 침전된 DGO 및 DGO-I 시료에 대한 박테리아 증식은 SEM으로 분석하였다(도 5, 6 참조). 상기 SEM 이미지는 DGO 침전된 시료가 대조군 시료(LB 배양액과 DGO, 도 6c)에 비해 응집된 세포를 많이 포함하는 얇은 박테리아 바이오 필름으로 덮혀 있는 것을 나타내고(도 6m-q 참조), 반면 본 발명에 따른 DGO-I 박테리아 시료는 표면에 그 어떤 바이오필름도 형성되지 않았다(도 7 참조). It has also been reported that cells present in large amounts in biofilms have a direct effect on bacterial proliferation when GO is added to the liquid medium. After 12 hours, bacterial growth on precipitated DGO and DGO-I samples was analyzed by SEM (see Figures 5 and 6). The SEM image shows that the DGO precipitated sample is covered with a thin bacterial biofilm (see Figure 6m-q) that contains a lot of aggregated cells compared to the control samples (LB medium and DGO, Figure 6c) No DGO-I bacterial samples were formed with any biofilm on the surface (see FIG. 7).

이러한 결과는 PVP-I 조성물에 비해 DGO-I 조성물에 의한 항박테리아 효과가 LB 배양액에서 박테리아 증식을 막는데 충분한 것을 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 GO-I 및 DGO-I 조성물은 항박테리아 물질로서 사용될 수 있다. 도 10에서 나타낸 OD는 요오드 조성물의 항박테리아 효과를 입증한다. These results indicate that the antibacterial effect by the DGO-I composition is sufficient to prevent bacterial growth in the LB broth compared to the PVP-I composition. Thus, the GO-I and DGO-I compositions according to the present invention can be used as antibacterial agents. The OD shown in FIG. 10 demonstrates the antibacterial effect of the iodine composition.

상기 본 발명에 따른 DGO-I 조성물은 대부분 박테리아 증식을 억제하는 효과가 있고, 본 발명에 따른 GO-I 조성물보다 더 우수하다. 본 발명에 따른 GO-I 및 본 발명에 따른 DGO-I 조성물은 PVP-I보다 더 우수한 저해 활성이 있다. 용액 내 요오드 복합체로부터 천천히 유리시켜, 세포질 또는 세포막을 지질의 요오드화와 세포질 및 멤브레인 화합물의 산화를 통해 를 통해 사멸시킨다. 트리요오드가 음이온 전하를 갖기 때문에, GO 및 DGO의 넓은 표면적으로 분포된 양전하를 띈 산소 작용기와 정전기적 인력을 통해 결합한다.The DGO-I composition according to the present invention has an effect of inhibiting bacterial growth and is superior to the GO-I composition according to the present invention. GO-I according to the present invention and DGO-I composition according to the present invention have better inhibitory activity than PVP-I. Slowly released from the iodine complex in solution, the cytoplasm or cell membrane is killed through iodination of lipids and oxidation of cytoplasmic and membrane compounds. Since triiodine has anionic charge, it binds through electrostatic attraction with a positively charged oxygen functional group distributed over a large surface area of GO and DGO.

따라서 큰 면적을 가진 2D 나노 소재의 많은 양이온성 산소 작용기은 많은 음이온성 트리요오드의 결합을 초래하고, 표면적이 없는 PVP-I와 비교하여 세균 억제를 증가시킨다. 한편, 본 발명자들은 GO에 부착된 트리요오드의 양은 DGO 조성물에 부착된 양보다 낮아야 한다는 가설을 세웠고, 낮은 박테리아 억제를 초래한다. 다시 말하면, 본 실험 결과는 많은 산소 작용기로 작용하고, 트리요오드가 결합된 조성물로 제공되며, 더 우수한 항 박테리아 조성물을 나타내는 DGO를 보여주었다(도 11 참조).
Thus, many cationic oxygen functionalities in 2D nanomaterials with large areas result in binding of many anionic triiodides and increase bacterial inhibition compared to PVP-I without surface area. On the other hand, the inventors hypothesized that the amount of triiodide attached to the GO should be lower than the amount attached to the DGO composition, resulting in low bacterial inhibition. In other words, the present experimental results show that DGO, which acts as a number of oxygen functional groups, is provided in a composition with triiodide conjugate and exhibits better antibacterial composition (see FIG. 11).

실험예 3: 생체적합성 측정Experimental Example 3: Biocompatibility measurement

(1) 세포 배양(1) Cell culture

본 실험에서는 인간 T-세포 림포아세포 유사 세포주(Jurkat cells)를 사용하였다. 상기 세포는 10 % 소 태아 혈청(FBS)과 1 % 페니실린 스트렙토 마이신(PS)이 첨가된 RPMI 1640 배지(Gibco)에서 배양되었다. 이들 세포는 5 % CO2와 함께 37 ℃에서 배양하였다. 상기 배지는 이틀에 한 번씩 교환하였다. 실험을 위해 1.5×105 cells를 유리 슬라이드를 포함하는 배양 접시에 파종하였다. 24시간 후에, 상기 세포 성장의 형태를 현미경 하에서 관찰하였다.
In this experiment, human T-cell lymphocyte-like cell lines (Jurkat cells) were used. The cells were cultured in RPMI 1640 medium (Gibco) supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS) and 1% penicillin streptomycin (PS). These cells were incubated at 37 ° C with 5% CO 2 . The medium was changed once every two days. For the experiment, 1.5 × 10 5 cells were inoculated on a culture dish containing glass slides. After 24 hours, the morphology of the cell growth was observed under a microscope.

(2) 세포 독성 분석(2) Cytotoxicity analysis

백혈구는 5 % CO2, 37 ℃에서 48-well 세포 배양 플레이트에 DI로 희석한 1, 2, 5, 6 및 PVP-I 용액을 다양한 농도(6.125, 12.5, 25, 50 및 100 μg/mL)로 접종하였다. 상기 7가지 물질에 대한 세포의 생존률은 24시간 후에 평가하였다. 세포 사멸은 주르카트(Jurkat) 세포주에 트립판 블루 염료(Sigma Aldrich, Germany)으로 분석하였다. 상기 염료를 제외시킨 생존 세포는 무색이고, 세포막이 파괴되면 파랑색으로 변화였다. 생존 및 사멸 세포는 형광 현미경에 의해 정량 하였다. 상기 세포의 농도는 혈구계산기로 측정되었다. 모든 실험은 같은 조건하에서 수행되었고, 상기 세포 생존률(%)은 무처리된 대조군 세포에 대한 백분율로 나타내었다.
White blood cells of 5% CO 2, a 1, 2, 5, 6, and a variety of the PVP-I solution concentrations (6.125, 12.5, 25, 50 and 100 μg / mL) diluted in 37 ℃ in 48-well cell DI on culture plates . Cell survival rates for the 7 materials were assessed after 24 hours. Cell death was analyzed by trypan blue dye (Sigma Aldrich, Germany) in a Jurkat cell line. The surviving cells except for the dye were colorless and changed to blue when the cell membrane was destroyed. Survival and apoptotic cells were quantified by fluorescence microscopy. The concentration of the cells was measured with a hemocytometer. All experiments were performed under the same conditions, and the cell viability (%) was expressed as a percentage of untreated control cells.

본 발명자들은 인간 백혈구 세포(WBC cell)를 사용하여 인간 세포가 부착된 조성물(GO, DGO, GO-I 및 DGO-I 조성물 및 PVP-I) 필름에 대한 효과를 평가하였다. 다양한 조성물은 1 ㎎/㎖ 용액 100 μL와 함께 스핀-캐스팅 시료로 유리 커버 슬립을 코팅하였다. 대조군 유리 커버슬립과 GO/DGO 조성물로 코팅된 커버슬립을 배양 접시에 위치시키고, 배양 배지와 각종 세포를 첨가하였다. 커버슬립 상에 백혈구가 부착되고, 증식이 허용되었다. 백혈구 부착은 시간을 다르게 하여 광학 현미경으로 평가되었다. 24시간 동안 배양된 후의 백혈구의 다른 세포 생태학의 대표 이미지는 도 12에 나타내었다. 그 결과, 본 발명에 따른 조성물이 코팅된 유리 커버슬립 상에 효율적으로 부착되고, 자랐음을 나타낸다(도 12b-12f). 백혈구의 현미경 사진은 형태학적 변화, 세포 사진을 확대, 및 대조군 유리 커버슬립에 비해 본 발명의 조성물이 코팅된 커버슬립 상에 펼쳐져 있는 것을 표시하여 나타내었고(도 12a 참조), 이는 세포 부착과 세포 증식 효과에 대한 특징이다(도 12 참조). 유리 커버슬립 단독으로 대조군을 실험결과, 몇몇 세포는 부착되었으나, 백혈구가 확장 및 증식되기에는 부족한 것이 확인되었다(도 12a 참조). 이러한 데이터는 그래핀-요오드 조성물(도 12d, 12e) 역시 PVP-I에 비해 인간 세포가 더 효율적으로 증식할 수 있음을 나타낸다. 이는 본 발명에 따른 물질은 사용량에 비해 인간 세포 배양에 독성이 없음을 의미한다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 모든 요오드 조성물이 인간 세포 부착 및 성장에 큰 도움이 되는 것을 나타낸다.
The present inventors evaluated the effect on human cell-deposited compositions (GO, DGO, GO-I and DGO-I compositions and PVP-I) films using human white blood cell (WBC) cells. Various compositions were coated with a glass cover slip with a spin-cast sample together with 100 μL of a 1 mg / mL solution. The control glass cover slip and the cover slip coated with the GO / DGO composition were placed in the culture dish, and the culture medium and various cells were added. White blood cells adhere on the cover slip, and propagation is allowed. Leukocyte adhesion was assessed by optical microscopy at different times. Representative images of different cell ecology of leukocytes after 24 hours of incubation are shown in Fig. As a result, the composition according to the present invention efficiently adheres on the coated glass cover slip, indicating that it has grown (Figs. 12B-12F). Microscopic photographs of leukocytes were shown by morphological changes, enlargement of cell photographs and expansion of the composition of the present invention on a coated cover slip compared to a control glass cover slip (see Fig. 12A) (See Fig. 12). As a result of the control group test with glass cover slip alone, it was confirmed that some cells were attached but the leukocyte was insufficient to expand and proliferate (see Fig. 12A). These data indicate that graphene-iodine compositions (Figures 12d, 12e) are also able to multiply human cells more efficiently than PVP-I. This means that the material according to the present invention is not toxic to human cell culture relative to the amount used. These results indicate that all the iodine compositions according to the present invention are very helpful for human cell adhesion and growth.

실험 결과, 세포 생존율은 GO 및 DGO가 약 98% 초과로 100 μg/mL 만큼 높고, 상기 그래핀 유도체는 생체 적합함을 나타낸다(도 12g 참조). 도 12g에 나타낸 바와 같이, 작은 양의 세포는 100 μg/mL 높은 농도의 GO-I, DGO-I에 의해 사멸하였다. 그러나 PVP-O는 같은 조건에서 약 20% 세포가 사멸하는 높은 독성을 나타내었다. 따라서 본 발명에 따른 GO-I 및 DGO-I 조성물이 매우 생체 적합한 것으로 보인다.
As a result of the experiment, the cell survival rate was as high as about 100 μg / mL with more than about 98% of GO and DGO, and the graphene derivative shows biocompatibility (see FIG. As shown in FIG. 12g, small amounts of cells were killed by GO-I, DGO-I at a high concentration of 100 μg / mL. However, PVP-O showed high toxicity, killing approximately 20% of cells under the same conditions. Thus, GO-I and DGO-I compositions according to the present invention appear to be very biocompatible.

GO 및 DGO 유도체의 양전하를 띄는 산소 작용기에 트리요오드 음이온을 정전기적 상호작용을 통해 신규한 그래핀-요오드 조성물을 제조한 결과, 트리요오드는 DGO-I 조성물에 많은 요오드 소스를 제공함을 알 수 있고, 이에 따라, DGO-I 조성물은 대부분 다른 화합물에 비해 항박테리아 활성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.The novel graphene-iodine compositions were prepared through electrostatic interactions of triiodide anions with positively charged oxygen functional groups of GO and DGO derivatives. As a result, it can be seen that the triiodide provides a lot of iodine sources to the DGO-I composition , Indicating that the DGO-I composition is superior in antibacterial activity to most other compounds.

본 발명에 따른 조성물은 박테리아 증식에 대비하여 보호할 수 있는 항균 물질로 사용될 수 있고, 또한, 인간의 세포 배양에 생체 적합한 것으로 확인되었다. 본 발명에 따른 그래핀-요오드 조성물은 인간 세포 배양에 세포독성이 없는 효과와 함께 강력한 항박테리아 효과를 제고할 수 있음을 보여준다. 그 결과, 본 발명에 따른 요오드 조성물은 잠재적이고, 생물 의학적이며, 생명 공학적으로 응용할 수 있는 생물학적 특성을 통해 더 많이 이해할 수 있다.The composition according to the present invention can be used as an antimicrobial substance that can be protected against bacterial proliferation and has also been found to be biocompatible with human cell culture. The graphene-iodine composition according to the present invention shows that the cytotoxicity-free effect and the strong antibacterial effect can be enhanced in human cell culture. As a result, the iodine compositions according to the present invention can be better understood through potential biological, biomedical, and biotechnologically applicable biological properties.

Claims (9)

산화그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체를 유효성분으로 함유하는 생체적합성인 항박테리아 조성물.
A biocompatible antibacterial composition comprising an oxidized graphene derivative-tri-iodine complex as an active ingredient.
제1항에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 그래핀옥사이드(GO) 또는 이중 산화된 그래핀옥사이드(DGO)인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물.
The biocompatible antibacterial composition of claim 1, wherein the oxidized graphene derivative is graphene oxide (GO) or double oxidized graphene oxide (DGO).
제1항에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 이중 산화된 그래핀 옥사이드인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물.
The biocompatible antibacterial composition of claim 1, wherein the oxidized graphene derivative is bi-oxidized graphene oxide.
제1항에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체에 대하여 상기 삼중 요오드는 15 내지 20 중량% 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물.
The biocompatible antibacterial composition of claim 1, wherein the tri-iodine relative to the oxidized graphene derivative is comprised between 15 and 20 wt%.
제1항에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체는 양전하로 하전된 산화그래핀 유도체 표면에 삼중 요오드 음이온 분자가 정전기적 상호작용하여 부착되는 형태인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물.
The biocompatible antibacterial composition according to claim 1, wherein the oxidized graphene derivative-triiodide complex is a form in which triple iodine anion molecules are electrostatically interacted with each other on the surface of a positively charged oxidized graphene derivative .
제1항에 있어서, 상기 박테리아는 크렙시엘레 뉴모니아(Klebsiella pneumonia), 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 프로테우스 마이크로빌리스(Proteus microbilis), 스타필로코쿠스 에이러스(Staphylococcus aureus), 에쉐리치아 코얼라이(Escherichia coli) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물.
The method of claim 1, wherein the bacteria is selected from the group consisting of Klebsiella pneumonia, Pseudomonas aeruginosa, Proteus microbilis, Staphylococcus aureus, Wherein the antibacterial composition is at least one selected from the group consisting of Escherichia coli and Escherichia coli.
(a) 산화그래핀 유도체를 증류수에 분산시킨 후, pH 1-2로 조절한 후, KI-I2 용액을 혼합한 후, 초음파 처리하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)의 혼합 용액을 50-80 ℃에서 교반한 후, 원심분리한 다음, 세척하는 공정을 거쳐 진공 하에서 건조하여 펠렛 형태의 산화그래핀 유도체-삼중 요오드 복합체를 얻는 단계;를 포함하는 생체적합성인 항박테리아 조성물의 제조방법.
(a) dispersing the oxidized graphene derivative in distilled water, adjusting the pH to 1-2, mixing the KI-I 2 solution, and ultrasonically treating the mixture;
(b) stirring the mixed solution of step (a) at 50-80 DEG C, followed by centrifugation, washing, and drying under vacuum to obtain a pellet-shaped oxidized graphene derivative-triiodide complex; Lt; RTI ID = 0.0 &gt; of a &lt; / RTI &gt; biocompatible antibacterial composition.
제7항에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 그래핀옥사이드(GO) 또는 이중 산화된 그래핀옥사이드(DGO)인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물의 제조방법.
8. The method of claim 7, wherein the oxidized graphene derivative is graphene oxide (GO) or double oxidized graphene oxide (DGO).
제7항에 있어서, 상기 산화그래핀 유도체는 이중 산화된 그래핀 옥사이드인 것을 특징으로 하는 생체적합성인 항박테리아 조성물의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the oxidized graphene derivative is bi-oxidized graphene oxide.
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