KR20170085641A - 인삼 추출물을 포함하는, 금속 나노입자 제조용 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

인삼 추출물을 포함하는, 금속 나노입자 제조용 조성물 및 이의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인삼 추출물을 유효성분으로 포함하는 금속 나노입자 제조용 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물을 이용한 금속 나노입자의 제조방법; 상기 방법에 의해 제조된 금속 나노입자; 상기 금속 나노입자의 항균, 바이오필름 분해 및 항응고 용도에 관한 것이다. 본 발명의 금속 나노입자 제조용 조성물 및 이를 이용한 금속 나노입자 제조방법은 천연 추출물인 인삼의 뿌리 또는 잎 추출물을 유효성분으로 이용하여, 종래보다 제조시간이 현저히 단축되고, 별도의 환원제 또는 안정제의 부가 없이도 크기가 균일한 금속 나노입자를 제조할 수 있다. 또한, 상기 방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 포함하는 조성물은 항균활성, 바이오필름 분해활성, 항응고 활성, 항암 활성 및 항염증 활성을 가져 다양한 산업분야에서 활용될 수 있다.

Description

인삼 추출물을 포함하는, 금속 나노입자 제조용 조성물 및 이의 용도 {Composition for producing a metal nanoparticle comprising ginseng extract and use thereof}
본 발명은 인삼 추출물을 유효성분으로 포함하는, 금속 나노입자 제조용 조성물; 상기 조성물을 이용한 금속 나노입자의 제조방법; 상기 방법에 의해 제조된 금속 나노입자; 상기 금속 나노입자의 항균, 바이오필름 분해, 항응고, 항암 및 항염증 용도에 관한 것이다.
나노 테크놀로지는 전기공학 및 생물공학에서 잠재적인 효과를 가지는 현대과학에서 중요한 분야로 급격하게 성장하고 있다. 그 중에서도 금속 나노입자는 이화학적이고 생물학적인 독특한 입자 크기와 그의 모양 때문에 중요하게 여겨지고 있으며(Colloids Surf B Biointerfaces, 2013, 107, 227-34), 특유의 전자성, 자기성, 촉매성 및 광학적인 특성으로 인하여 생의학, 광학 등의 분야에서 다양하게 응용되고 있어 그의 중요성은 점차 높아져 가고 있다.
여러 금속 중, 은은 오랫동안 그것의 항균 특성으로 많은 세균 감염을 치료하기 위한 의학적 질병의 치료를 위해 사용되어 왔고, 나노입자 형태로서의 은 나노입자는 그의 이온 형태보다 세포독성이 감소되고 항박테리아의 효과를 증대시킨다고 알려져 있어, 항균, 항염증 또는 감염 방지를 위해 많은 분야에 적용된다고 알려져 있다. 금 또한, 그것의 독특하고 조화스러운 표면 플라즈몬 진동으로 약 전달자, 조직 또는 암 이매징, 포토 광열 치료(photo thermal therap), 검체에서 병원균의 면역 색층 확인(immune chromatographic identification), 바이오센서, DNA 라벨링 또는 베이포 센싱(vapor sensing) 등의 다양한 분야에서 사용되어져 왔다.
일반적으로 이러한 금속 나노입자를 제조하기 위하여 화학적, 물리적 또는 생물학적 합성방법 등이 이용되고 있는데, 화학적 합성방법은 비교적 공정이 간단하나 비용이 많이 들고 시약의 부작용 등이 문제시 되고 있다. 또한, 물리적 방법은 나노입자의 크기 제어가 어렵고 고가의 제조 설비가 요구되는 등의 문제가 있어 효과적인 금속 나노입자의 제조가 어렵다는 단점이 있다.
이러한 이유로, 최근 박테리아 또는 균주에 의한 제조방법이나, 천연 추출물을 유효성분으로 포함하는 친환경적인 금속 나노입자의 제조방법에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 종래 박테리아 또는 균주에 의해 금속 나노입자를 합성하는 방법은 짧게는 하루에서 길게는 며칠까지 합성을 위한 긴 시간이 필요하고, 합성된 나노입자의 안정화를 위해 부가적인 환원제 또는 안정화제와 같은 캡핑제(capping agent)가 필요하다는 단점이 존재하였다. 이에, 여전히 친환경적이면서 동시에 안정하고, 화학적 또는 물리적인 합성방법과 비교할 때 제조시간의 한계를 극복한 금속 나노입자에 대한 개발은 계속 요구되고 있는 실정이다.
한편, 인삼(Panax ginseng)은 두릅나무과(Araliaceae)에 속한 식물로, 다른 식물과 비교할 때, 성장이 매우 느리고, 다년생인 식물이며, 대부분은 한국, 중국의 북동쪽, 또는 시베리아 극동지역에서 발견된다. 인삼은 오랫동안 토닉, 강장제, 안티 에이징제 등의 전통적 약재로 재배되어 사용되어 왔는데, 주요 활성성분은 진세노사이드로 40개 이상 존재한다고 알려져 있으며, 대부분이 항암, 항당뇨, 산화방지제, 항염증, 면역기능의 변화 및 통제, 방사선 방호, 항건망증, 항아포프토시스 또는 항스트레스 등의 생물학적이고 약학적인 활성을 가진다고 알려져 있다. 또한, 다른 연구에서도 인삼의 일부 성분이 노화, 주요 신경 시스템의 장애나 신경변성질환에 효과가 있다고 보고되고 있다.
인삼은 여러 부위 중에서도 주로 뿌리나 열매가 많이 사용되고 있다. 그 이유는, 인삼의 뿌리에 진세노사이드가 대량으로 함유되어 있다고 알려져 있기 때문이다. 반면, 인삼의 뿌리와 다르게 인삼의 잎은 뿌리보다 많은 부위를 차지하고 있음에도 불구하고, 그것을 활용한 약재의 제조 빈도는 뿌리나 열매에 에 비해 현저히 낮았다. 그러나 최근 인삼의 잎에 플라보노이드(flavonoids), 트리터페노이드(triterpenoids), 폴리아세틸렌(polyacetylenic), 알코올, 진세노사이드, 아미노산, 펩타이드, 폴리사카라이드, 휘발성 기름 및 지방산과 같은 많은 활성 성분을 포함되어 있고, 이러한 활성 성분들이 심혈관, 생식 및 대사시스템 뿐 아니라, 주요 신경 시스템에 많은 중요한 약학적인 효과를 생산하고, 그 외에도 항-피로, 항-고혈당, 항당뇨, 항암, 산화방지제 및 항노화의 특성을 가진다고 보고되고 있어(Biomaterials, 2009, 30(10), 1857-69), 인삼의 잎을 이용한 연구가 점차 증대되고 있는 중이다. 다만, 아직까지 인삼의 잎 추출물을 이용하여 금속 나노입자를 제조한 바 없다.
이러한 배경 하에, 본 발명자들은 천연 추출물을 이용하여 금속 나노입자를 제조하는 데 있어, 종래보다 제조시간이 현저히 단축되고 크기가 균일하며, 별도의 환원제 또는 안정제의 부가 없이도 안정하게 제조할 수 있는 금속 나노입자의 제조방법을 개발하고, 상기 방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 포함하는 조성물이 항균활성, 바이오필름 분해활성, 항응고, 항암 및 항염증 활성을 가짐을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 하나의 목적은 인삼 추출물을 유효성분으로 포함하는, 금속 나노입자 제조용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 금속 나노입자 제조용 조성물과 금속 전구체를 반응시키는 단계를 포함하는, 금속 나노입자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속 나노입자를 포함하는 항균용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속 나노입자를 포함하는 바이오필름 분해용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속 나노입자를 포함하는 항응고용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속 나노입자를 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 금속 나노입자를 포함하는 항염증용 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양태는 인삼 추출물을 포함하는, 금속 나노입자 제조용 조성물을 제공한다.
본 발명의 금속 나노입자 제조용 조성물 및 이를 이용한 금속 나노입자 제조방법은 천연 추출물인 인삼의 뿌리 또는 잎 추출물, 또는 홍삼 뿌리 추출물을 유효성분으로 이용하여, 종래보다 제조시간이 현저히 단축되고, 별도의 환원제 또는 안정제의 부가 없이도 크기가 균일한 금속 나노입자를 제조할 수 있다. 또한, 상기 방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 포함하는 조성물은 항균 활성, 바이오필름 분해 활성, 항응고 활성, 항암 활성 및 항염증 활성을 가져 다양한 산업분야에서 활용될 수 있다.
본 발명에서 용어, "인삼"은 두릅나무과(Araliaceae)에 속한 식물로, 다른 식물과 비교할 때, 성장이 매우 느리고, 다년생인 식물이며, 대부분은 한국, 중국의 북동쪽, 또는 시베리아 극동지역에서 발견되는 식물을 의미한다. 구체적으로, 상기 인삼은 인삼(panax ginseng) 또는 홍삼(red ginseng)을 선택할 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
본 발명에서 용어, "인삼 추출물"은 인삼을 용매를 이용하여 통상적인 방법으로 얻어낸 인삼에 속한 성분이나 물질을 의미한다.
상기 인삼 추출물은 하기의 단계들을 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다:
1) 인삼에 추출용매를 가하여 추출하는 단계;
2) 단계 1)의 추출물을 식힌 후 여과하는 단계; 및
3) 단계 2)의 여과한 추출물을 감압 농축한 후 건조하는 단계.
상기 방법에 있어서, 단계 1)의 인삼은 재배한 것 또는 시판되는 것 등 제한 없이 사용할 수 있으며, 구체적으로는, 인삼(panax ginseng) 또는 홍삼(red ginseng)을 이용할 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다. 또한, 인삼의 부위로는 천연, 잡종 또는 변종 수련의 모든 기관, 예를 들어, 뿌리, 가지, 줄기, 잎, 꽃, 열매와 같은 지상부를 모두 포함할 수 있고, 보다 구체적으로는 뿌리 또는 잎을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에서는, 채취한 인삼(panax ginseng)의 뿌리 또는 잎을 세척 및 건조한 후, 조각으로 잘라 멸균수에서 가열하여 인삼의 성분들을 물에 침출시킨 추출물이나, 홍삼(red ginseng) 뿌리 추출물을 제조하였다.
상기 방법에 있어서, 상기 추출물은 물, C1 내지 C4의 알코올 또는 이들의 혼합물인 용매로 추출되는 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 알코올은 에탄올 또는 메탄올일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 보다 구체적으로는, 증류수를 용매로 하여 추출되는 것일 수 있다.
상기 추출 방법으로는 여과법, 열수추출, 침지추출, 환류냉각추출 및 초음파추출 등 당업계의 통상적인 방법을 이용할 수 있다. 상기 열수추출 방법으로는 1회 내지 5회 추출할 수 있고, 구체적으로는 3회 반복 추출할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 추출용매는 건조된 인삼에 0.1 내지 10배 첨가할 수 있으며, 구체적으로는 0.3 내지 5배 첨가할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 추출온도는 구체적으로 20 ℃ 내지 40℃일 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 추출시간은 구체적으로 12 내지 48시간일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 방법에 있어서, 단계 3)의 감압농축은 구체적으로 진공감압농축기 또는 진공회전증발기를 이용할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 상기 건조는 구체적으로 감압건조, 진공건조, 비등건조, 분무건조 또는 동결건조할 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
본 발명에서 용어, "금속 나노입자"는 금속으로 이루어진, 크기가 최소한 1~100nm인 초미세 입자로, 작은 크기에 기인하는 특이하고도 다양한 성질을 보이는 입자를 의미한다. 본 발명에서 금속 나노입자는 제조방법에 따라 서로 다른 생리활성을 가질 수 있으며, 구체적으로 인삼 뿌리 또는 잎 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된, 본 발명의 금속 나노입자는 각 추출물의 생리활성 물질을 포함하고 있어, 다른 방법으로 제조된 금속 나노입자보다 매우 우수한 항균 활성, 바이오필름 분해 활성, 항응고 활성, 항암 활성 및 항염증 활성을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 "금속"은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 로듐(Rd)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로는, 금(Au) 또는 은(Ag)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 금 나노입자와 AuNP(s)는 혼용되고, 은 나노입자와 AgP(s)는 혼용된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 인삼 뿌리 또는 잎 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물과 상기 추출액을 테트라클로로금(III)산 또는 질산은 용액과 환원반응을 일으켜 나타나는 반응 혼합액의 색 변화를 육안으로 관찰하여 금 또는 은 나노입자의 합성을 확인하였다(실시예 3).
따라서 본 발명의 조성물은 인삼 추출물을 유효성분으로 이용하여 금속 나노입자를 제조하기 위한 것으로, 특히, 인삼의 잎 또는 뿌리 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 금 또는 은 나노입자를 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 상기 인삼 추출물을 포함하는 금속 나노입자 제조용 조성물과 금속 전구체를 반응시키는 단계를 포함하는, 금속 나노입자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본원발명의 제조방법은 천연 추출물인 인삼 추출물을 이용하여 금속 나노입자를 제조하는바, 화학적 합성방법 및 물리적 합성방법에 비해 친환경적이고 제조시간을 현저히 단축시키며, 동시에 별도의 환원제 또는 안정제 없이 안정화를 유지할 수 있는 금속 나노입자를 제조할 수 있어, 다양한 산업 분야에서 매우 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 금속 나노입자의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명에서 용어, "인삼", "인삼 추출물" 및 "금속 나노입자"는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 제조방법은 사용하는 금속 전구체에 따라 다양한 금속 나노입자를 제조할 수 있으며, 구체적으로, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 로듐(Rd)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다. 보다 구체적으로는, 금(Au) 또는 은(Ag)을 선택할 수 있다.
본 발명에서 용어, "금속 전구체"는 금속 나노입자를 제조하기 위하여 첨가하는 화합물을 의미한다. 구체적으로, 금속 전구체로는 제조하고자 하는 나노입자의 금속 종류에 따라 다양한 종류의 화합물을 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 금 나노입자의 제조에는 테트라클로로금(III)산 (HAuCl4), NaAuCl3, 및 AuCl3로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는, 테트라클로로금(III)산 (HAuCl4)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 은 나노입자의 제조에는 AgBF4, AgCF3SO3, AgClO4, AgNO3, AgPF6 및 Ag(CF3COO)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는, 질산은(AgNO3)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 구리 나노입자의 제조에는 CuCl2, CuF2, CuBr2, CuI2, (CH3COO)2Cu, Cu(ClO4)2, Cu(NO3)2 및 CuSO4로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제조방법에서, 반응에 사용되는 금속 전구체의 농도는 금속 나노입자 제조에 영향을 미칠 수 있다. 본 발명의 금속 전구체의 농도는 금속 나노입자 제조용 조성물로 금속 나노입자를 제조할 수 있는 한 제한되지 않으나, 구체적으로 금속 전구체의 농도는 0.01 내지 100 mM, 더욱 구체적으로는 0.01 내지 50mM, 가장 구체적으로는, 0.01 내지 10mM일 수 있다.
본 발명의 제조방법에서, 반응 온도는 금속 나노입자 제조에 영향을 미칠 수 있다. 본 발명의 반응 온도는 금속 나노입자 제조용 조성물로 금속 나노입자를 제조할 수 있는 한 제한되지 않으나, 구체적으로 반응 온도는 10 내지 100℃, 더욱 구체적으로 50 내지 100℃일 수 있다.
본 발명의 제조방법에서, 반응 시간은 금속 나노입자 제조에 영향을 미칠 수 있다. 본 발명의 반응 시간은 금속 나노입자 제조용 조성물로 금속 나노입자를 제조할 수 있는 한 제한되지 않으나, 구체적으로 금속이 금인 경우 반응 시간은 1분 내지 1시간, 더욱 구체적으로 1분 내지 50분일 수 있으며, 금속이 은인 경우, 반응 시간은 30분 내지 5시간, 더욱 구체적으로는 30분 내지 2시간일 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서는, 인삼(panax ginseng)의 잎 추출물을 이용하여 금 또는 은 나노입자를 제조하는 경우, 테트라클로로금(III)산을 넣은 반응 혼합액은 3분 내에 어두운 자주색으로 변하였고(도 1의 a), 질산은을 넣은 반응 혼합액은 45분 내에 완전히 갈색으로 변하였다(도 1의 b). 또한, 인삼(panax ginseng)의 뿌리 추출물을 이용하는 경우는, 질산은을 넣은 반응 혼합액은 하얀색에서 갈색으로 변하는데 2시간이 소요되었고(도 1의 d), 테트라클로로금(III)산을 넣은 반응 혼합액은 5분이 소요되었다(도 1의 e). 또한, 홍삼 뿌리 추출액을 이용하여 제조한 경우에는, 반응 혼합액이 각각 은 나노입자의 제조시에는 1시간, 금 나노입자의 제조시에는 10분 이내에 각각 갈색과 루비색(ruby red)으로 변하는 것을 확인하였다(도 1의 f 및 g).
상기의 결과를 통해, 인삼의 잎 또는 뿌리, 홍상 뿌리 추출물을 이용하여 제조되는 금 또는 은 나노입자가 다른 천연 추출물이나 인삼의 다른 부위 추출물을 이용하여 제조되는 나노입자에 비해 매우 짧은 시간 안에 합성되는 것을 확인할 수 있었으며, 특히, 인삼의 잎 추출물을 이용할 경우, 현저히 빠른 시간 내에 경제적이고 친환경적인 방법으로 안정적인 금속 나노입자가 합성된다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 제조방법은 반응액을 원심분리하여 금속 나노입자를 회수하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서는, 인삼 추출물을 함유하는 금속 나노입자 제조용 조성물을 1mM의 테트라클로로금(III)산과 질산은 용액에 각각 첨가한 후, 80℃로 유지하고, 16,000rpm에서 20분간 원심분리하여 금속 나노입자를 제조하였다(실시예 3).
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 상기 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 금속 나노입자는 인삼 뿌리 또는 잎 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되어, 각 추출물의 생리활성 물질을 포함하고 있는 바, 다른 방법으로 제조된 금속 나노입자보다 매우 우수한 항균 활성, 바이오필름 분해 활성, 항응고 활성, 항암 활성 및 항염증 활성을 가져 다양한 산업에 유용하게 이용될 수 있다.
상기 "금속 나노입자"는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 금속 나노입자는 의료용, 생물학적 분석용, 연료용, 전자부품 재료의 용도로 사용될 수 있으며, 구체적으로, 금 나노입자는 고유의 빛 전도 특성으로 인해 유기태양전지, 센서프로브, 생물의학용 드러그 딜리버리, 전도재료 및 촉매제로 이용될 수 있고, 은 나노입자는 광학특성, 전도성 및 항균성으로 인해, 항균제, 정량검출을 위한 바이오센서, 광학분석법 등에 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 금속 나노입자는 크기나 형태, 표면의 화학적 특성 또는 응집상태를 변화시킴으로써, 입자의 광학적, 전자적 특정을 조절할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자의 모양은, 일반적으로 구형의 모양을 띨 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 금속 나노입자의 크기는 구체적으로 3 내지 80 nm, 더욱 구체적으로 5 내지 50 nm, 가장 구체적으로 10 내지 40nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 종래 금 나노입자의 경우 2 내지 40nm의 크기이고, 은 나노입자의 경우 100nm가 일반적인 크기라고 공지된 것과 비교할 때, 본 발명의 인삼 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 크기는 종래 제조된 금속 나노입자에 비해 작으며, 그 분포가 균일하며, 특히, 본 발명의 은 나노입자의 경우는 종래의 크기보다 매우 작다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서는, 인삼 추출물을 이용하여 제조한 금속 나노입자가 10 내지 40 nm 범위의 균일한 크기의 나노입자를 제조한다는 것을 확인하였다(실시예 3). 구체적으로, 금 나노입자의 경우, 인삼) 잎 추출물을 이용한 경우는 10 내지 30nm의 크기이고, 인삼의 뿌리 추출물을 이용한 경우에는 10 내지 40nm의 크기였으며, 홍삼의 뿌리 추출물을 이용한 경우에는 10 내지 30nm의 크기로 그 크기가 매우 균일하였다.
또한, 은 나노입자의 경우, 인삼의 잎 추출물을 이용한 경우에는 10 내지 20nm의 크기이고, 인삼의 뿌리 추출물을 이용한 경우에는 10 내지 30nm의 크기였으며, 홍삼의 뿌리 추출물을 이용한 경우에는 10 내지 30nm의 크기로 은 나노입자의 크기 또한, 매우 균일한 범위임을 확인하였다.
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 상기 금속 나노입자를 포함하는 항균용 조성물을 제공한다.
본 발명의 금속 나노입자는 인삼 뿌리 또는 잎 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되어, 각 추출물의 생리활성 물질을 포함하고 있는 바, 다른 방법으로 제조된 금속 나노입자보다 매우 우수한 항균 활성을 가진다.
상기 "금속 나노입자"는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 항균용 조성물은 세균, 진균 또는 효모에 대해 항균활성을 가질 수 있으며, 구체적으로, 비브리오(Vibrio) 속 미생물, 살모넬라(Salmonella) 속 미생물, 스테피로코커스(Staphylococcus) 속 미생물, 에스케리치아(Escherichia) 속 미생물, 바실러스(Bacillus) 속 미생물, 및 칸디다(Candida)속 미생물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상에 대해 항균 활성을 가질 수 있으며, 더욱 구체적으로는, 비브리오 파라헤몰리티쿠스(Vibrio parahaemolyticus), 살모넬라 엔테리카(Salmonella enterica), 스테피로코커스 오우러스(Staphylococcus aureus), 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 안트라시스(Bacillus anthracis), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus) 및 칸디다 알비칸스(Candida albicans)로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상에 대해 항균 활성을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 본 발명의 은 나노입자 또는 상기 은 나노입자를 포함하는 조성물은 병원성 미생물에 대한 항균활성이 일반적인 은 나노입자보다 매우 우수한 바, 화장품, 의약외품, 의약품, 식품 등의 다양한 분야에서 널리 사용될 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서는, 인삼 잎 추출물을 이용하는 금 나노입자는 비브리오 파라헤몰리티쿠스, 살모넬라 엔테리카, 에스케리치아 콜라이, 스테피로코커스 오우러스에 대해 항균활성을 가짐을 확인할 수 있었고, 인삼 뿌리 추출물을 이용하는 은 나노입자는 에스케리치아 콜라이, 바실러스 세레우스, 스테피로코커스 오우러스, 비브리오 파라헤몰리티쿠스 및 바실러스 안트라시스에 대하여 항균활성을 보여주었다. 또한, 홍삼 뿌리 추출물을 이용하는 은 나노입자는 비브리오 파라헤몰리티쿠스, 스테피로코커스 오우러스, 바실러스 세레우스 및 칸디다 알비칸스에 대한 항균 활성을 가짐이 확인되었는데, 칸디다 알비칸스에 대해 가장 크고, 그 다음으로 비브리오 파라헤몰리티쿠스, 스테피로코커스 오우러스, 바실러스 세레우스의 순서로 항균활성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 상기 결과를 통해 본 발명의 은 나노입자가 미생물에 대하여 항균활성을 가짐을 확인할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 상기 금속 나노입자를 포함하는 바이오필름 분해용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 금속 나노입자는 인삼 뿌리 또는 잎 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되어, 각 추출물의 생리활성 물질을 포함하고 있는 바, 다른 방법으로 제조된 금속 나노입자보다 매우 우수한 바이오필름 분해 활성을 가진다.
상기 "금속 나노입자"는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명에서 용어, "바이오필름"은 세균의 집합체로서 세균이 얇게 필름처럼 들러붙어 있는 것을 의미한다. 즉, 바이오필름은 세균으로 인해 생성되며 다시 그것은 세균에게 서식처를 제공하여 세균 증식을 가속화하는 원인이 된다.
본 발명의 바이오필름 분해 조성물은 바이오필름 분해 활성을 가져 바이오필름-관련 감염을 저해함으로써, 비용적인 측면이나 환자의 고통을 경감시키는 역할을 하는바, 구체적으로, 플라스틱, 금속 등의 표면을 부식 등으로부터 보호하기 위한 산업이나, 치과기기 산업, 배관 산업 등의 다양한 분야에서 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서는, 스테피로코커스 오우러스(Staphylococcus aureus) 및 슈도모나스에루지노사(Pseudomonas aeruginosa)에 대한 비색법(colorimetric method)으로 본 발명의 바이오필름 분해 활성을 확인한 결과, 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 은 나노입자는, 4 ?g/ml 농도의 은 나노입자에서 스테피로코커스 오우러스와 슈도모나스에루지노사에 대한 바이오필름 분해 활성이 최고조였으며, 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 은 나노입자에서도 상기와 같은 농도에서 스테피로코커스 오우러스와 슈도모나스에루지노사에 대한 바이오 분해 활성이 있음을 확인하였다.
이를 통해, 인삼 추출물을 이용하여 제조된 나노입자가 균주에 대한 바이오필름 분해 활성을 가져 바이오필름-관련 감염을 저해함으로써 비용적인 측면이나 환자의 고통을 경감시키는 역할을 할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 상기 금속 나노입자를 포함하는 항응고용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 금속 나노입자는 인삼 뿌리 또는 잎 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되어, 각 추출물의 생리활성 물질을 포함하고 있는 바, 다른 방법으로 제조된 금속 나노입자보다 매우 우수한 항응고 활성을 가진다.
상기 "금속 나노입자"는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명에서 용어, "항응고"는 신체의 정상적인 혈액응고 성질을 저해하는 것을 의미하며, 항응혈이라고도 쓰인다. 구체적으로는, 혈액에 첨가함으로써 응고를 저지하는 항응혈제, 혈액에 존재하는 활성형 혈액응고인자에 대한 혈액의 생리적 항응혈소로 여러 혈액응고인자의 작용을 저지하는 항트롬빈III나 헤파린 등이 있고, 경구 투여에 의해 응혈인자의 활성을 저해하는 항응혈약제, 및 병적 상태에서 후천적으로 출현하여 가역적, 비가역적으로 혈액응고인자의 활성을 억제하는 항응혈물질로 나뉜다.
본 발명의 항응고용 조성물은 인삼 추출물, 구체적으로는 인삼의 잎 또는 뿌리 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금속 나노입자를 포함함으로써, 혈액의 응고를 저지하는바, 구체적으로는, 의학 분야나 생명공학 분야에서 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 혈액과 직접적으로 접촉하는 약 및 유전자의 전달자나 또는 바이오센서, 생체 내 나노캐리어로서 변형하여 사용될 수 있으나, 이에 제한된 것은 아니다. 또한, in vitro 상에서 실험을 위한 목적으로도 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 항응고용 조성물을 약학, 의약외품, 화장품, 식품 및 사료 조성물로 사용될 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서는, 나이 25 내지 45세 범위의 건강한 남성 및 여성 자원자의 혈액을 채취하여 2 개의 진공 채혈기에 넣고 각각 A 및 B로 표시한 후 합성된 금 나노입자의 항응고 효과를 관찰하였다. 그 결과, 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 나노입자는, 금 나노입자가 존재할 시 응혈 형성이 저해되었으며, 금 나노입자가 포함되지 않은 대조군은 혈액이 완전히 응고됨을 확인하였다. 이와 같은 결과를 통하여, 인삼의 잎 추출물에 의해 생합성된 금 나노입자가 항응고 활성을 가짐을 확인할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 본 발명의 금속 나노입자를 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
본 발명의 금속 나노입자는 인삼 뿌리 또는 잎 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되어, 각 추출물의 생리활성 물질을 포함하고 있는 바, 다른 방법으로 제조된 금속 나노입자보다 매우 우수한 항암 활성을 가진다.
상기 "금속 나노입자"는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 용어 "예방"은, 상기 약학적 조성물의 투여로 암 질환을 억제 또는 지연시키는 모든 행위를 의미한다.
또한, 본 발명의 용어 "치료"는, 상기 약학적 조성물의 투여로 암 질환의 증세가 호전되거나 완치되는 모든 행위를 의미한다.
상기 암은 폐암, 비소세포성 폐암, 결장암, 골암, 췌장암, 피부암, 두부 또는 경부 암, 피부 또는 안구내 흑색종, 자궁암, 난소암, 직장암, 위암, 항문부근암, 결장암, 유방암, 나팔관암종, 자궁내막암종, 자궁경부암종, 질암종, 음문암종, 호지킨병(Hodgkin's disease), 식도암, 소장암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 만성 또는 급성 백혈병, 림프구 림프종, 방광암, 신장 또는 수뇨관암, 신장세포 암종, 신장골반 암종, 중추신경계(CNS; central nervous system) 종양, 1차 중추신경계 림프종, 척수 종양, 뇌간 신경교종, 뇌하수체 선종 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 약학적 조성물은 약학적으로 허용 가능한 담체를 포함할 수 있다.
본 발명의 용어, "약학적으로 허용 가능한 담체"란 생물체를 자극하지 않으면서, 주입되는 화합물의 생물학적 활성 및 특성을 저해하지 않는 담체, 부형제 또는 희석제를 의미할 수 있으며, 구체적으로, 비자연적 담체(non-naturally occuring carrier)이 수 있다. 본 발명에 사용 가능한 상기 담체의 종류는 특별히 제한되지 아니하며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되고 약학적으로 허용되는 담체라면 어느 것이든 사용할 수 있다. 상기 담체의 비제한적인 예로는, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 알부민 주사 용액, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용되거나 2 종 이상을 혼합하여 사용될 수 있다.
약학적으로 허용 가능한 담체를 포함하는 상기 약학적 조성물은 경구 또는 비경구의 여러 가지 제형일 수 있다. 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다.
상세하게는, 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 화합물에 적어도 하나 이상의 부형제, 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트, 수크로오스, 락토오스, 젤라틴 등을 섞어 조제될 수 있다. 또한, 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용될 수 있다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데, 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 액체 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제 및 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 오일, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔, 마크로골, 트윈 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로젤라틴 등이 사용될 수 있다.
상기 약학적 조성물은 약학적으로 유효한 양으로 투여할 수 있다.
상기 "약학적으로 유효한 양"은 의학적 치료에 적용 가능한 합리적인 수혜/위험 비율로 질환을 치료하기에 충분한 양을 의미하며, 유효 용량 수준은 개체 종류 및 중증도, 연령, 성별, 감염된 바이러스 종류, 약물의 활성, 약물에 대한 민감도, 투여 시간, 투여 경로 및 배출 비율, 치료 기간, 동시 사용되는 약물을 포함한 요소 및 기타 의학 분야에 잘 알려진 요소에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 금속나노입자가 각각 1일 0.0001 내지 1000mg/kg으로, 구체적으로는 0.001 내지 100mg/kg으로 투여되도록, 상기 약학적 조성물을 투여할 수 있다.
상기 투여는 어떠한 적절한 방법으로 환자에게 본 발명의 조성물 도입하는 것을 의미하며, 상기 조성물의 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 어떠한 일반적인 경로를 통하여 투여될 수 있다. 복강 내 투여, 정맥 내 투여, 근육 내 투여, 피하 투여, 피내 투여, 경구 투여, 국소 투여, 비 내 투여될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 약학적 조성물을 매일 투여 또는 간헐적으로 투여해도 좋고, 1일당 투여 횟수는 1회 또는 2~3회로 나누어 투여하는 것이 가능하다. 두 유효성분이 각각 단제인 경우의 투여횟수는 같은 횟수여도 좋고, 다른 횟수로 해도 된다. 또한, 본 발명의 조성물은 암 질환의 예방 또는 치료를 위하여 단독으로, 또는 다른 약물 치료와 병용하여 사용할 수 있다. 상기 요소를 모두 고려하여 부작용 없이 최소한의 양으로 최대 효과를 얻을 수 있는 양을 투여하는 것이 중요하며, 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
상기 개체란 암이 발병하였거나 발병할 수 있는 인간을 포함한 쥐, 생쥐, 가축 등의 모든 동물을 의미한다. 구체적으로는, 인간을 포함한 포유동물일 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서는 은 및 금 나노입자가 인간 폐암 세포(A549)에 대해 각각 100㎍/mL 및 2㎍/mL 농도에서 세포독성을 나타냄을 확인하였다(도 25). 이를 통해 인삼의 잎 추출물에 의해 생합성된, 은 및 금 나노입자가 항암 활성을 가짐을 알 수 있었다.
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 본 발명의 금속 나노입자를 포함하는 암 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다.
상기 "금속 나노입자"는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 용어 "식품"은 육류, 소시지, 빵, 초콜릿, 캔디류, 스낵류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알코올음료, 비타민 복합제, 건강 기능 식품 및 건강 식품 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 식품을 모두 포함한다.
상기 건강 기능(성) 식품(functional food)이란, 특정보건용 식품(food for special health use, FoSHU)과 동일한 용어로, 영양 공급 외에도 생체조절기능이 효율적으로 나타나도록 가공된 의학, 의료효과가 높은 식품을 의미한다. 여기서 "기능(성)"이라 함은 인체의 구조 및 기능에 대하여 영양소를 조절하거나 생리학적 작용 등과 같은 보건용도에 유용한 효과를 얻는 것을 의미한다. 본 발명의 식품은 당 업계에서 통상적으로 사용되는 방법에 의하여 제조가능하며, 상기 제조시에는 당 업계에서 통상적으로 첨가하는 원료 및 성분을 첨가하여 제조할 수 있다. 또한 상기 식품의 제형 또한 식품으로 인정되는 제형이면 제한 없이 제조될 수 있다. 본 발명의 식품용 조성물은 다양한 형태의 제형으로 제조될 수 있으며, 일반 약품과는 달리 식품을 원료로 하여 약품의 장기 복용 시 발생할 수 있는 부작용 등이 없는 장점이 있고, 휴대성이 뛰어나, 본 발명의 식품은 염증성 질환의 예방 또는 개선의 효과를 증진시키기 위한 보조제로 섭취가 가능하다.
상기 건강 식품(health food)은 일반식품에 비해 적극적인 건강유지나 증진 효과를 가지는 식품을 의미하고, 건강보조식품(health supplement food)은 건강보조 목적의 식품을 의미한다. 경우에 따라, 건강 기능 식품, 건강식품, 건강보조식품의 용어는 호용된다.
구체적으로, 상기 건강 기능 식품은 본 발명의 화합물을 음료, 차류, 향신료, 껌, 과자류 등의 식품 소재에 첨가하거나, 캡슐화, 분말화, 현탁액 등으로 제조한 식품으로, 이를 섭취할 경우 건강상 특정한 효과를 가져오는 것을 의미하나, 일반 약품과는 달리 식품을 원료로 하여 약품의 장기 복용 시 발생할 수 있는 부작용이 없는 장점이 있다.
본 발명의 식품 조성물은, 일상적으로 섭취하는 것이 가능하기 때문에 암 질환의 예방 또는 개선에 대하여 높은 효과를 기대할 수 있으므로, 매우 유용하게 사용될 수 있다.
상기 식품 조성물은 생리학적으로 허용 가능한 담체를 추가로 포함할 수 있는데, 담체의 종류는 특별히 제한되지 않으며 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 담체라면 어느 것이든 사용할 수 있다.
또한, 상기 식품 조성물은 식품 조성물에 통상 사용되어 냄새, 맛, 시각 등을 향상시킬 수 있는 추가 성분을 포함할 수 있다. 예들 들어, 비타민 A, C, D, E, B1, B2, B6, B12, 니아신(niacin), 비오틴(biotin), 폴레이트(folate), 판토텐산(panthotenic acid) 등을 포함할 수 있다. 또한, 아연(Zn), 철(Fe), 칼슘(Ca), 크롬(Cr), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 구리(Cu), 크륨(Cr) 등의 미네랄을 포함할 수 있다. 또한, 라이신, 트립토판, 시스테인, 발린 등의 아미노산을 포함할 수 있다.
또한, 상기 식품 조성물은 방부제(소르빈산 칼륨, 벤조산나트륨, 살리실산, 데히드로초산나트륨 등), 살균제(표백분과 고도 표백분, 차아염소산나트륨 등), 산화방지제(부틸히드록시아니졸(BHA), 부틸히드록시톨류엔(BHT) 등), 착색제(타르색소 등), 발색제(아질산 나트륨, 아초산 나트륨 등), 표백제(아황산나트륨), 조미료(MSG 글루타민산나트륨 등), 감미료(둘신, 사이클레메이트, 사카린, 나트륨 등), 향료(바닐린, 락톤류 등), 팽창제(명반, D-주석산수소칼륨 등), 강화제, 유화제, 증점제(호료), 피막제, 검기초제, 거품억제제, 용제, 개량제 등의 식품 첨가물(food additives)을 포함할 수 있다. 상기 첨가물은 식품의 종류에 따라 선별되고 적절한 양으로 사용될 수 있다.
본 발명의 화합물은 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 유효성분의 혼합양은 그의 사용 목적(예방, 건강 또는 치료적 처치)에 따라 적합하게 결정될 수 있다. 일반적으로, 식품 또는 음료의 제조시에 본 발명의 식품 조성물은 식품 또는 음료에 대하여 50 중량부 이하, 구체적으로 20 중량부 이하의 양으로 첨가될 수 있다. 그러나 건강 및 위생을 목적으로 장기간 섭취할 경우에는 상기 범위 이하의 함량을 포함할 수 있으며, 안전성 면에서 아무런 문제가 없기 때문에 유효성분은 상기 범위 이상의 양으로도 사용될 수 있다.
본 발명의 식품 조성물의 일 예로 건강음료 조성물로 사용될 수 있으며, 이 경우 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물은 포도당, 과당과 같은 모노사카라이드; 말토스, 슈크로스와 같은 디사카라이드; 덱스트린, 사이클로덱스트린과 같은 폴리사카라이드; 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알코올일 수 있다. 감미제는 타우마틴, 스테비아 추출물과 같은 천연 감미제; 사카린, 아스파르탐과 같은 합성 감미제 등을 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 건강음료 조성물 100 mL 당 일반적으로 약 0.01 ~ 0.04 g, 구체적으로 약 0.02 ~ 0.03 g이 될 수 있다.
상기 외에 건강음료 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 전해질, 풍미제, 착색제, 펙트산, 펙트산의 염, 알긴산, 알긴산의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올 또는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 그 밖에 천연 과일주스, 과일주스 음료, 또는 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 크게 중요하진 않지만 본 발명의 건강음료 조성물 100 중량부당 0.01 ~ 0.1 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
본 발명의 식품 조성물은 암 질환의 예방 또는 개선 효과를 나타낼 수 있다면 다양한 중량%로 포함할 수 있으나, 구체적으로 본 발명의 금속 나노입자를 식품 조성물의 총 중량 대비 0.00001 내지 100 중량% 또는 0.01 내지 80 중량%로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 본 발명의 금속 나노입자를 포함하는 암 예방 또는 개선용 사료 조성물을 제공한다.
본 발명의 용어 "사료"는 동물이 먹고, 섭취하며, 소화시키기 위한 또는 이에 적당한 임의의 천연 또는 인공 규정식, 한끼식 등 또는 상기 한끼식의 성분으로, 본 발명의 화합물을 유효성분으로 포함하는 사료는 당업계의 공지된 다양한 형태의 사료로 제조가능하며, 구체적으로 농후사료, 조사료 및/또는 특수사료가 포함될 수 있다.
본 발명의 사료 조성물에 포함되는 본 발명의 금속나노입자는 사료의 사용목적 및 사용조건에 따라 달라질 수 있으며, 일 예로 가축 사료 조성물의 총 중량에 대하여 0.01 내지 100 중량%, 보다 구체적으로는 1 내지 80 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 또 다른 하나의 양태는 상기 금속 나노입자를 포함하는 항염증용 조성물을 제공한다.
본 발명의 금속 나노입자는 인삼 뿌리 또는 잎 추출물이나 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되어, 각 추출물의 생리활성 물질을 포함하고 있는 바, 다른 방법으로 제조된 금속 나노입자보다 매우 우수한 항염증 활성을 가진다.
상기 "금속 나노입자"는 상기에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 용어, “항염증”이란, 염증을 억제하거나 감소시키는 작용을 의미하며, 상기 용어, “염증”은 생체 조직이 손상을 입었을 때에 체내에서 일어나는 방어적 반응으로, 염증성 질환을 유발하는 원인이다.
본 발명에서, 상기 항염증용 조성물은 염증을 억제하거나 감소시키는 활성을 나타냄으로써 염증성 질환의 예방, 치료 또는 개선에 이용될 수 있다.
상기 염증성 질환은, 본 발명의 항염증용 조성물에 의하여 증상이 완화, 경감, 개선 또는 치료될 수 있는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 구체적인 예로, 크론씨병, 홍반병, 아토피, 류마티스 관절염, 하시모토 갑상선염, 악성빈혈, 에디슨씨 병, 제1형 당뇨, 루프스, 만성피로증후군, 섬유근육통, 갑상선기능저하증과 항진증, 경피증, 베체트병, 염증성 장질환, 다발성 경화증, 중증 근무력증, 메니에르 증후군(Meniere's syndrome), 길리안-바레 증후군(Guilian-Barre syndrome), 쇼그렌 증후군(Sjogren's syndrome), 백반증, 자궁내막증, 건선, 백반증, 전신성 경피증 또는 궤양성 대장염일 수 있다.
본 발명에서 상기 항염증용 조성물을 약학, 의약외품, 화장품, 식품 및 사료 조성물로 사용될 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서는 은 나노입자는 1000μM 농도까지 RAW264.7 세포에 대해 세포독성이 없으며, 농도의존적으로 NO 생산을 억제함을 확인하였다(도 26). 또한, 금 나노입자는 100μM 농도까지 RAW264.7 세포에 대해 세포독성이 없으며, 농도의존적으로 NO 생산을 억제함을 확인하였다(도 26). 이를 통해, 인삼의 잎 추출물에 의해 생합성된, 은 및 금 나노입자가 세포독성 없이 항염증 활성을 가짐을 확인하였다.
본 발명의 금속 나노입자 제조용 조성물 및 이를 이용한 금속 나노입자 제조방법은 천연 추출물인 인삼의 뿌리 또는 잎 추출물을 유효성분으로 이용하여, 종래보다 제조시간이 현저히 단축되고, 별도의 환원제 또는 안정제의 부가 없이도 크기가 균일한 금속 나노입자를 제조할 수 있다. 또한, 상기 방법에 의해 제조된 금속 나노입자를 포함하는 조성물은 항균 활성, 바이오필름 분해 활성, 항응고 활성, 항암 활성 및 항염증 활성을 가져 다양한 산업분야에서 활용될 수 있다.
도 1은 인삼 잎 추출물(a 내지 c), 인삼 뿌리 추출물(d 및 e) 또는 홍삼(f 및 g) 추출물과 테트라클로로금(III)산(HAuCl4·3H2O)또는 질산은 용액을 반응시킨 후의 색 변화를 나타낸 도이다(control :대조군, AgNPs:은 나노입자, AuNPs:금 나노입자).
도 2는 UV-vis를 통한 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 생성여부를 확인한 도면이다.
도 3은 UV-vis를 통한 인삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 생성여부를 확인한 도면이다.
도 4는 UV-vis를 통한 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 생성여부를 확인한 도면이다.
도 5는 FE-TEM을 통한 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 구조적 특징을 나타낸 도면이다.
도 6은 FE-TEM을 통한 인삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 구조적 특징을 나타낸 도면이다.
도 7은 FE-TEM을 통한 인삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 구조적 특징의 단순분산형, 나노입자 간섭무늬 간격(fringe spacing)을 나타낸 것이다.
도 8은 FE-TEM을 통한 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 구조적 특징을 나타낸 도면이다.
도 9는 EDAX 분석을 통해, 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 순도를 나타낸 것이다.
도 10은 EDAX 분석을 통해, 인삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 순도를 나타낸 것이다.
도 11은 EDAX 분석을 통해, 홍삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 순도를 나타낸 것이다.
도 12는 TEM을 통해, 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 원소 매핑 결과를 분석한 것이다.
도 13은 TEM을 통해, 인삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 원소 매핑 결과를 분석한 것이다.
도 14는 TEM을 통해, 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 원소 매핑 결과를 분석한 것이다.
도 15는 X선 회절을 통해, 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 회절패턴을 나타낸 것이다.
도 16은 X선 회절을 통해, 인삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 회절패턴을 나타낸 것이다.
도 17은 동적광산란법 분석을 통해, 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 용량(volume), 강도(intensity) 및 수(number)를 바탕으로 크기분포 프로파일 결과를 나타낸 도면이다.
도 18은 동적광산란법 분석을 통해, 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 용량(volume), 강도(intensity) 및 수(number)를 바탕으로 크기분포 프로파일 결과를 나타낸 도면이다.
도 19는 인삼의 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 항균활성을 나타낸 것이다.
도 20은 인삼의 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 은 나노입자의 항균활성을 나타낸 것이다.
도 21은 홍삼의 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 은 나노입자의 항균활성을 나타낸 것이다.
도 22은 인삼의 잎 추출물을 이용하여 제조된 은 나노입자의 바이오필름 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 23은 홍삼의 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 은 나노입자의 바이오필름 분해 활성을 나타낸 것이다.
도 24는 인삼의 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 항응고활성을 나타낸 것이다.
도 25는 인삼의 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 모모세포(Keratinocyte cell) 및 폐암 세포(A549 cell)에 대한 세포 독성을 나타낸 것이다.
도 26은 인삼의 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 항염 활성을 나타낸 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 재료
테트라클로로금(III)산(HAuCl4·3H2O) 및 질산은(AgNO3)을 시그마-알드리치 케미칼(Sigma-Aldrich Chemicals, USA)에서 구입하고, 배지들은 구입하고 Difco에서 구입하였다(MB cell, Seoul, Republic of Korea). 또한, 인삼의 뿌리와 잎은 한국 고창에서 4년생 인삼으로부터 채취하였다.
표준 항생제 디스크(discs)로는 시판되는 반코마이신(vancomycin , VA30) 30 ㎍/disc, 리팜피신(rifampicin, RD5) 5㎍/disk, 올레안도마이신(oleandomycin, OL15) 15㎍/disk, 페니실린 G(P10) 10㎍/disk, 노보비오신(novobiocin, NV30) 30 ㎍/disk, 린코마이신(lincomycin, MY15) 15㎍/disk 및 테트라사이클린(tetracycline, TE30) 30㎍/disc을 구입하였다(Oxoid Ltd., England).
병원 박테리아 균주로는 비브리오 파라헤몰리티쿠스(Vibrio parahaemolyticus) [ATCC 33844], 살모넬라 엔테리카(Salmonella enteric) [ATCC 13076], 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli) [ATCC 10798], 스테피로코커스 오우러스(Staphylococcus aureus) [ATCC 6538], 바실러스 안트라시스(Bacillus anthracis) [NCTC 10340], 바실러스 세레우스(Bacillus cereus) [ATCC 14579], 칸디다 알비칸스(Candida albicans) [KACC 30062], 및 슈도모나스에루지노사(Pseudomonas aeruginosa) [ATCC 27853]로 구성된 군에서 선택하여 사용하였다. 상기 박테리아 균주들은 37℃의 아가 영양배지에서 배양하였고, 글리세롤 스탁 바이알에서 -0℃로 보존하였다.
그 외 인간의 혈액은 건강한 남성 및 여성 자원자로부터 채혈하여 진공 채혈기 튜브에 저장하였다(Greiner Bio-One).
실시예 2. 인삼 추출물의 제조
2-1. 인삼의 잎 추출물의 제조
상기 실시예 1에서 채취한 인삼 잎 15g을 깨끗이 한 후, 증류수에서 여러번 씻어 먼지나 현탁된 물질들을 제거하고, 6~8 시간동안 실온에서 그늘 건조하였다. 이후, 상기 잎들을 작은 조각으로 잘라 절구와 막자로 빻았다. 그런 다음, 상기 조각들을 100 ml의 멸균수에서 20분간 가열하여 인삼의 성분들을 물에 침출시킨 추출액을 Whatman 필터 페이퍼로 여과한 후, 15분간 10,000rpm에서 원심분리하였다. 여과시킨 액체를 멸균수 100 ml에 두고 4℃에서 저장하였다.
2-2. 인삼의 뿌리 추출물 제조
상기 실시예 1에서 채취한 인삼 뿌리 25g을 깨끗이 한 후, 증류수에서 여러번 씻어 먼지나 현탁된 물질들을 제거하였다. 이후, 상기 뿌리를 작은 조각으로 잘라 절구와 막자로 빻았다. 그런 다음, 상기 조각들을 100ml의 멸균수에서 30분간 가열하여 인삼의 성분들을 물에 침출시킨 추출액을 Whatman 필터 페이퍼로 여과한 후, 10분간 10,000rpm에서 원심분리하였다. 여과시킨 액체를 멸균수 100ml에 두고 4℃에서 저장하였다.
2-3. 홍삼의 뿌리 추출물 제조
홍삼뿌리를 빻아 홍삼뿌리 파우더를 획득한 후, 뿌리 파우더 10g을 멸균수 100ml와 혼합하고 30분간 가열하여 홍삼 성분을 물에 침출시킨 액체를 Whatman 여과 페이퍼로 여과하고 10분간 10,000rpm으로 원심분리하였다. 여과시킨 액체를 멸균수 100 ml에 두고 4℃에서 저장하였다.
실시예 3. 금 또는 은 나노입자의 합성
3-1. 인삼 잎 추출물을 이용한 금 또는 은 나노입자의 합성방법
상기 실시예 2-1에서 제조된 인삼 잎 여과액 100 ml에서 5 ml의 여과액을 25 ml의 멸균수와 혼합하고, 최종농도 1 mM의 테트라클로로금(III)산과 질산은 용액을 상기 반응 혼합액 각각 첨가하였다. 이후, Au3 +가 Auº로, Ag+가 Agº원자로 환원될 수 있도록 반응 혼합액을 80℃로 유지한 후, 나노입자의 형성을 나타내는 색 변화를 지속적으로 관찰하였다. 상기 반응 혼합액을 2,000rpm에서 10분 동안 원심분리하여 원하지 않는 성분들을 제거하고, 16,000rpm에서 15분간 원심분리하여 펠릿으로 만들고 멸균수로 여러 번 수세한 후, 밤새도록 공기 중에서 건조하였다. 여기서, 반응 혼합액의 색 변화를 육안으로 관찰하여 금 또는 은 나노입자(AuNP, AgNP)의 합성을 확인하였다.
도 1의 a 내지 c에서 확인할 수 있는 바와 같이, 테트라클로로금(III)산을 넣은 반응 혼합액은 3분 내에 어두운 자주색으로 변하였고(도 1의 a), 질산은을 넣은 반응 혼합액은 45분 내에 완전히 갈색으로 변하였다(도 1의 b). 반면, 인삼 잎 추출물과 멸균수가 같은 비율로 존재하고 상기의 반응 혼합액과 유사한 조건인 대조군에서는 색 변화가 관찰되지 않았다(도 1의 c). 상기의 색 변화는 표면 플라즈몬(surfacde plasmon) 진동에 의한 것으로, 반응 혼합액 중에서 금 또는 은 나노입자의 형성에 의해 발생되는 것이다.
즉, 상기의 결과를 통해, 인삼의 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자가 다른 천연 추출물이나 인삼의 다른 부위 추출물을 이용하여 제조되는 나노입자에 비해 매우 짧은 시간 안에 합성되는 것을 확인할 수 있는바, 인삼의 잎 추출물을 이용하면, 매우 빠른 시간 내에 경제적이고 친환경적인 방법으로 안정적인 금속 나노입자를 합성할 수 있다는 것을 알 수 있으며, 이를 통해 인삼 잎에 존재하는 페놀산, 플라보노이드, 진세노사이드, 및 폴리사카라이드가 금속 나노입자 형성에 영향을 미친다는 것을 간접적으로 확인할 수 있다.
3-2. 인삼 뿌리 추출물을 이용한 금 및 은 나노입자의 합성방법
상기 실시예 2-2에서 제조된 인삼 뿌리 여과액 100ml에서 5ml의 여과액을 25 ml의 멸균수와 혼합하고, 최종농도 1mM의 테트라클로로금(III)산과 질산은 용액을 반응 혼합액에 각각 첨가한 후, 80℃로 유지하였다. 상기 반응 혼합액을 2,000rpm에서 10분 동안 원심분리하여 원하지 않는 성분들을 제거하고, 16,000rpm에서 20분간 원심분리하여 펠릿으로 만들고 멸균수로 여러 번 수세한 후, 밤새도록 공기 중에서 건조하였다. 여기서, 반응 혼합액의 색 변화를 육안으로 관찰하여 금 및 은 나노입자의 합성을 확인하였다.
도 1의 d 및 e에서 확인할 수 있는 바와 같이, 질산은을 넣은 반응 혼합액은 하얀색에서 갈색으로 변하는데 2시간이 소요되었고, 테트라클로로금(III)산을 넣은 반응 혼합액은 5분 후에 핑크색으로 완전히 변하였다. 반면, 대조군에서는 색 변화가 관찰되지 않았다. 역시 상기의 색 변화는 표면 플라즈몬(surfacde plasmon) 진동에 의한 것으로, 반응 혼합액 중에서 금 또는 은 나노입자의 형성에 의해 발생되는 것으로, 이를 통해, 인삼 잎 추출물보다는 합성시간이 느리나, 다른 천연 추출물을 이용하여 제조되는 금 또는 은 나노입자의 합성시간에 비해서는 빠른 시간 내에 합성되는 것을 확인할 수 있었다.
3-3. 홍삼 뿌리 추출물을 이용한 금 및 은 나노입자의 합성방법
상기 실시예 2-3에서 제조된 홍삼 뿌리 여과액 100ml에서 5ml의 여과액을 25ml의 멸균수와 혼합하고 최종농도 1 mM의 테트라클로로금(III)산과 질산은 용액을 반응 혼합액에 각각 첨가한 후, 환원반응이 일어날 수 있도록 80℃로 유지하였다. 이후, 2,000rpm에서 10분 동안 원심분리하여 원하지 않는 성분들을 제거하고, 16,000rpm에서 15분간 원심분리하여 펠릿으로 만들고 멸균수로 여러 번 수세한 후, 밤새도록 공기 중에서 건조하였다. 여기서, 반응 혼합액의 색 변화를 육안으로 관찰하여 금 및 은 나노입자의 합성을 확인하였다.
그 결과 도 1의 f 및 g에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 반응 혼합액은 각각 1시간 및 10분 이내에 갈색과 루비색(ruby red)으로 변하였다. 이를 통해서도 역시 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자는 인삼 잎 추출물을 이용하는 경우보다는 느리게 합성되나, 다른 천연 추출물을 이용하여 제조되는 금속 나노입자의 합성시간에 비해서는 현저히 빠른 시간 내에 합성되는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 4. 인삼 추출물을 이용여 제조된 금속 나노입자의 특성분석
4-1. 분석방법
상기 인삼 추출물을 이용하여 제조되는 나노입자를 자외선/가시광선 분광법(Ultraviolet/Visible Spectroscopy, UV-vis), 전계 방출형 주사전자현미경(Field-emission transmission electron microscopy, FE-TEM), 에너지 분산형 X선 분석 (energydispersive X-ray spectrometer, EDX spectra), 원소 매핑 (elemental mapping), 동적광산란법 (Dynamic Light Scattering, DLS) 및 안정성 분석을 이용하여 나노입자의 크기, 모양, 구성 및 특성을 분석하였다.
구체적으로, 각 용액을 UV-vis 분광광도계(Ultrospec 2100 Pro, Amersham, Biosciences)에서 300 내지 800 nm의 파장 범위내에 걸쳐 흡광도를 스캔함으로써, 금 및 은 이온의 환원을 확인하였다. 또한, 전계 방출형 주사전자현미경(field emission transmission electron microscopy, FE-TEM), 에너지 분산형 X선 분석(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDAX), 및 200 kV에서 작동되는 JEM-2100F (JEOL) 장치로 원소매핑(elemental mapping)을 이용하여 상기 제조된 나노입자의 크기, 모양, 형태(morphology) 및 분포를 분석하였다.
또한, FM-TEM, EDAX 및 원소 매핑 분석을 위해, 탄소 코팅된 구리 그리드(carbon coated copper grid) 상에 정제한 나노입자 소량을 적하하고, 60℃의 오븐에서 건조하여 시료를 제조하였다. 제조된 시료를 FE-TEM을 통해 나노입자의 구조적 특성을 분석하였고, EDX 및 원소 매핑을 통해 원소의 분포를 분석하였다.
또한, 동적 광산란법((Dynamic light scattering, DLS), Particles size analyzer, Photal, Otsuka Electronics, Japan)을 이용하여 나노입자의 사이즈 분석 프로파일을 분석하였다. 구체적으로, 유체역학적 직경(hydrodynamic diameters)과 다분산지수(polydispersity index, PDI)를 25℃에서 분석하고, 참고 분산매질로서, 굴절률 1.3328, 점성 0.8878 및 유전율(dielectric constant) 78.3을 가지는 순수 물을 사용하였다.
상기 제조된 나노입자의 X선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석은 X선 회절계(X-ray diffractometer, D8 Advance, Bruker, Germany) 상에서, 40 kv, 40 mA의 CuKα방사(radiation)로 6°/분의 스캔률, 0.02의 스텝사이트, 20 내지 80°의 2θ범위에 걸쳐 수행하였다.
또한, 나노입자의 안정성 분석을 수산화나트륨을 상기 나노입자에 첨가하기 전 및 후로 나누어 관찰하였다. 상기 나노입자의 안정성에서의 pH 변화에 따른 효과를 pH 3 내지 12 범위에서 관찰하였다.
4-2. 인삼 추출물을 이용하여 제조된 금 또는 은 나노입자의 특성분석 결과
4-2-1. 자외선/가시광선 분광법 (Ultraviolet/Visible Spectroscopy, UV-vis) 분석
상기 실시예 3-1 내지 3-3에서 제조된 인삼 잎, 뿌리 추출물과 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되는 금 또는 은 나노입자의 제조여부를 UV-vis 분석을 통해 확인한 결과, 인삼 잎 추출물을 이용한 경우에는 금 나노입자의 경우 578nm에서, 은 나노입자의 경우 420nm에서 주요 흡수 피크가 확인되어, 인삼 잎 추출물을 이용하여 금 및 은 나노입자가 제조되었음을 확인할 수 있었다(도 2의 a 및 b). 또한, 인삼 뿌리 추출물을 이용한 경우에는 은 나노입자는 412nm에서, 금 나노입자는 534 nm에서 주요 흡수 피크가 확인되어 역시 인삼 뿌리 추출물을 이용한 경우에도 금 및 은 나노입자가 제조되었음을 확인할 수 있었다(도 3의 a 및 b).
마지막으로, 홍삼 뿌리 추출물을 이용한 경우는, 은 나노입자는 410nm에서, 금 나노입자는 560nm에서 주요 흡수 피크를 확인하였는바, 이를 통해 홍삼 뿌리 추출물을 이용한 금 및 은 나노입자가 제조되었음을 확인할 수 있었다(도 4의 a 및 b).
이와 같은 주요 흡광 피크는 금 또는 은 나노입자의 특이적인 피크로, 나노입자의 표면 플라즈몬 공명(Surface Resonance Plasmon)에 대응하는 것이다. 상기 인삼의 잎, 뿌리 또는 홍삼의 뿌리 추출물을 이용하여 합성된 금 또는 은 나노입자는 20℃에 저장되어도 UV-vis 스펙트럼이 몇 달 동안 변하지 않았으며, 이것은 상기 금속 나노입자가 물에서 오랜 시간동안 안정하다는 것을 나타내는 것이다.
4-2-2. 전계 방출형 주사전자현미경 (Field-emission transmission electron microscopy, FE- TEM ) 분석
FE-TEM을 통해, 실시예 3-1 내지 3-3에서 제조된 인삼의 잎, 뿌리 또는 홍삼의 뿌리 추출물을 이용하여 제조한 금 또는 은 나노입자의 구조적 특징을 분석하였다.
그 결과, 인삼의 잎 추출물로 제조한 경우의 금 나노입자는 10 내지 30nm의 크기이고 구형을 가지며(도 5의 a 및 b), 간섭무늬 간격(fringe spacing)이 0.23nm임을 확인할 수 있었다(도 5의 c). 또한, 도 5의 d에서는 [111], [200], [220], [311] 및 [222] 상에 대응되는 링을 가지는 정제된 구형모양의 금 나노입자가 가지는 선택된 전자 회절 패턴(selected electron diffraction pattern, SEAD)을 확인할 수 있었다(도 5의 d). 은 나노입자의 경우는 10 내지 20nm의 크기의 구형이고(도 5의 e 및 f), 간섭무늬 간격을 0.24nm이며(도 5의 g), [111], [200], [220], [311], 및 [222] 상에 대응되는 링을 가지는 은 나노입자의 SEAD 이미지를 확인할 수 있었다(도 5의 h).
인삼의 뿌리 추출물로 제조된 은 나노입자는 10 내지 30nm의 크기이고 구형이며(도 6의 a 및 b), 금 나노입자는 10 내지 40nm의 크기이고, 구형임을 확인하였다(도 6의 c, d). 또한, 상기 은 및 금 나노입자는 균일하고 단순분산형이며(도 7의 a), 나노입자 간섭무늬 간격(fringe spacing)이 0.23nm임을 확인할 수 있었다(도 7의 b, c). 입자가 크리스탈 임을 보여주는 링-유사(ring-like) 회절 패턴이 [111], [200], [220], 및 [311] 상에 대응되는 은 및 금 나노입자의 SEAD 이미지를 확인하였다(도 7의 d 내지 f).
홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조된 금 및 은 나노입자는 모두 10 내지 30nm의 크기이고 구형을 가지며, 균일한 단순 분산형임을 확인하였다(도 8의 a 및 b).
이와 같은 결과를 통하여, 인삼의 잎, 뿌리 추출물 또는 홍삼의 뿌리 추출물을 이용하여 제조되는 금 및 은 나노입자가 제조되었음을 다시 확인할 수 있었다. 또한, 제조된 금 및 은 나노입자의 크기가 종래 제조된 금속 나노입자에 비해 그 분포가 균일하고 작은 크기로 존재한다는 것을 확인할 수 있었으며, 특히, 은 나노입자의 경우가 종래의 크기인 100nm보다 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있었다.
4-2-3. 에너지 분산형 X선 (Energy Dispersive X-Ray Analysis, EDAX ) 분석
EDAX 분석을 통해, 실시예 3에서 제조된 금 및 은 나노입자의 순도를 각각 측정하였다.
그 결과, 인삼의 잎 추출물을 이용하여 제조한 금 또는 은 나노입자의 경우, 도 9의 a 및 b에서 확인할 수 있는 바와 같이, 금 나노입자는 2.15 keV에서, 은 나노입자는 3 keV에서 광학적인 흡광이 관찰되었으며(도 9의 a 및 b), 인삼의 뿌리 추출물을 이용한 경우에는, 은 나노입자가 3 keV에서, 금 나노입자는 2.2 keV에서 광학적인 흡광이 관찰되었다(도 10의 a 및 b). 또한, 홍삼의 뿌리 추출물을 이용하여 제조한 경우에는, 은 나노입자는 3 keV에서, 금 나노입자는 2.3 keV에서 광학적인 흡광이 관찰되었는바(도 11의 a 및 b), 상기의 결과는 금 및 은 나노결정의 특성으로, 이를 통해 금 및 은 나노입자가 제조되었음을 확인할 수 있다.
4-2-4. 투과전자현미경 (Transmission electron microscope, TEM ) 분석
TEM을 통해, 실시예 3에서 제조된 금 및 은 나노입자의 분포를 분석하였으며, 상기 원소 매핑 결과는 합성된 나노입자 펠렛 용액을 전자현미경을 통해 확인하였다.
그 결과, 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조한 금 나노입자의 분포는 54.73%이고(도 12의 a 및 b), 은 나노입자는 47.70%임을 확인할 수 있었으며(도 12의 c 및 d), 인삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조한 경우의 은 나노입자의 분포는 54.73%이고(도 13의 c 및 d), 금 나노입자는 52.16%임을 확인할 수 있었다(도 13의 c 및 d). 또한, 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 합성된 경우의 원소 매핑 결과는 도 14의 a 내지 d를 통해 확인하였다. 원소 매핑에서 얻은 상기 결과를 통해 본원발명의 금 및 은 나노입자가 각각의 물질에서 우수한 입자임을 확인할 수 있었다.
4-2-5. X선 회절 (X-ray diffraction, XRD ) 분석
XRD 분석을 통해, 실시예 3에서 제조된 금 및 은 나노입자의 회절패턴을 분석하였다.
그 결과, 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된 금 나노입자는 [111], [200], [220], [311] 및 [222]에 대응되는 20 내지 80 범위의 2θ값 전체 스펙트럼에서 강렬한 피크를 확인할 수 있었으며, 은 나노입자는 XRD 스펙트럼에서 [111], [200], [331], [241] 및 [311]에 대응되는 2θ값에서 피크를 확인할 수 있었다(도 15의 a 및 b). 인삼 뿌리 추출물을 이용한 경우에는, [111], [200], [331], [241] 및 [311]에 대응되는 2θ값 전체 스펙트럼에서 강렬한 피크를 확인할 수 있었다(도 16의 a 및 b). 이는 금 및 은 나노 크리스탈의 Bragges's reflection과 유사한 값을 나타내므로, 이러한 결과로부터 금 및 은 나노입자가 제조되었음을 확인할 수 있다.
4-2-6. 동적광산란법 (Dynamic Light Scattering, DLS) 분석
동적광산란법 분석을 통해, 실시예 3에서 제조된 금 및 은 나노입자의 용량(volume), 강도(intensity) 및 수(number)를 바탕으로 입자의 크기 분포를 프로파일을 확인하였다.
그 결과, 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조한 경우의 금 나노입자는 다분산지수(polydispersity index, PDI)가 0.191인, 50 내지 150nm의 범위이고(도 17의 a 내지 c), 은 나노입자는 다분산지수(polydispersity index)가 0.13인, 70 내지 140 nm의 범위임을 확인하였으며(도 17의 d 내지 f), 금 및 은 나노입자의 평균 입자 크기, 즉 나노입자의 역학적 직경(hydrodynamic diameter)은 각각 97nm 및 80nm임을 확인하였다. 또한, 홍삼 뿌리 추출물을 이용한 경우의 은 나노입자는 다분산지수(polydispersity index, PDI)가 0.190이고, 평균지름이 83 nm이며(도 18의 a 내지 c), 금 나노입자는 다분산지수(polydispersity index)가 0.159이고, 평균지름이 183 nm 임을 확인하였다(도 18의 d 내지 f).
4-2-7. 안정성 분석
마지막으로, 실시예 3에서 제조된 금 및 은 나노입자의 안정성 분석을 위해, pH가 각각 5.6과 6인 나노입자 합성을 위한 반응 혼합액에 0.1M의 수산화나트륨을 첨가하였다.
그 결과, 인삼의 잎 또는 뿌리 추출물을 이용하여 제조한 금 또는 은 나노입자의 경우, 수산화나트륨이 첨가되었어도, 주요한 변화(shift)가 나타나지 않아 안정하다는 것을 확인할 수 있었으며, 특히, pH 3 내지 12의 범위의 흡수에서 주요한 변화가 나타나지 않았다. 또한, 합성 후 3주가 지난 뒤 반은 혼합액의 UV-vis 스펙트럼을 확인해본 결과, 아무런 변화가 관측되지 않았다. 또한, 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 합성한 경우에도, 상기 pH 범위에서 주요한 변화(shift)가 나타나지 않아 안정하다는 것을 확인할 수 있었으며, 합성 후 3주가 지난 뒤 반은 혼합액의 UV-vis 스펙트럼을 확인해본 결과에서도, 아무런 변화가 관측되지 않았다.
이것은 인삼의 잎 또는 뿌리 추출물이나 홍삼 추출물을 이용하여 합성된 금 및 은 나노입자는 별도의 환원제나 안정제의 부가 없이도 안정성을 나타낸다는 것을 의미하는 것이다. 특히, 잎의 추출물의 경우, 상기의 결과는 인삼 잎에 존재하는 산화방지제 활성을 나타내는 페놀산 및 플라보노이드와, Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rg1, F1, F2, 및 F4와 같은 진세노사이드와 같은 성분들이 합성된 금 및 은 나노입자의 안정성에 중요한 역할을 한다는 것을 시사하는 것이며, 이에 따라, 인삼 잎 추출물은 다른 환원제나 안정제 없이 그 자체로 환원제 및 안정제의 역할을 하고, 본 발명의 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된, 금 및 은 나노입자는 넓은 범위의 pH에 걸쳐 약 전달자에 적용할 수 있는 가능성이 있음을 시사하는 것이다.
실시예 5. 나노입자의 항균활성 평가
5-1. 측정방법
나노입자의 항균활성을 측정하기 위해, 디스크 확산법(disc diffusion method)을 이용하여 뮐러-힌톤 아가(Muller-Hinton agar, MHA) 플레이트에서 측정하였다. 항균활성 평가 시험에 사용된 병원성 미생물은 비브리오 파라헤몰리티쿠스(Vibrio parahaemolyticus), 살모넬라 엔테리카(Salmonella enterica), 스테피로코커스 오우러스(Staphylococcus aureus), 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 안트라시스(Bacillus anthracis), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus) 및 칸디다 알비칸스(Candida albicans)로 구성된 군에서 선택하여 이용하였다.
상기 각 균주를 MHA 배지 플레이트에 100㎕를 균등하게 펴 바른 후 하룻동안 배양하고, 제조된 은 및 금 나노입자 반응 혼합액 30㎕(100 mg/L) 또는 50㎕ (100 mg/L)를 도포하여 37℃에 24시간 배양하였다. 배양 후, 은 및 금 나노입자 주위의 저해영역(inhibition zone)을 측정하고 각 항생제 디스크의 저해영역과 비교하였다. 대조군으로는, 반코마이신(vancomycin), 노보비오신(novobiocin), 테트라사이클린, 리팜피신(rifampicin), 올렌도마이신(oleandomycin), 페니실린, 및 린코마이신(lincomycin)으로 이루어진 군에서 하나 이상의 표준 항생물질을 선택하여 이용하였다.
5-2. 항균활성 측정 결과
실시예 3-1에서 제조된 인삼 잎 추출물을 이용하여 제조되는 금 나노입자는 도 19에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비브리오 파라헤몰리티쿠스, 살모넬라 엔테리카, 에스케리치아 콜라이 및 스테피로코커스 오우러스에 대해 항균활성을 가짐을 확인하였으며, 은 나노입자는 비브리오 파라헤몰리티쿠스, 살모넬라 엔테리카, 및 에스케리치아 콜라이에 대해 항균 활성을 가짐을 확인할 수 있었다. 상기의 결과는 하기 표 1과 같다.
Figure pat00001
또한, 실시예 3-2에서 제조된 인삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되는 금 및 은 나노입자의 항균활성을 측정한 결과, 도 20에서 확인할 수 있는 바와 같이, 은 나노입자는 에스케리치아 콜라이, 바실러스 세레우스, 스테피로코커스 오우러스, 비브리오 파라헤몰리티쿠스 및 바실러스 안트라시스에 대하여는 항균활성을 보여주었으나, 금 나노입자는 같은 농도에서 어떤 활성도 관측되지 않았다.
마지막으로, 실시예 3-3에서 제조된 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되는 은 나노입자는 도 21에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비브리오 파라헤몰리티쿠스, 스테피로코커스 오우러스, 바실러스 세레우스 및 칸디다 알비칸스에 대한 항균 활성을 가짐을 확인하였다. 그 중에서도, 특히 칸디다 알비칸스에 대한 항균활성이 가장 컸고, 그 다음으로 비브리오 파라헤몰리티쿠스, 스테피로코커스 오우러스, 바실러스 세레우스의 순서였다. 이에 대한 결과는 하기 표 2에서 나타내었다. 상기 결과를 통해 본 발명의 금 또는 은 나노입자는 미생물에 대한 항균활성을 가짐을 확인할 수 있다.
Figure pat00002
실시예 6. 나노입자의 바이오필름 분해 활성 평가
6-1. 측정방법
은 나노입자의 바이오필름 분해 활성은 스테피로코커스 오우러스(Staphylococcus aureus) 및 슈도모나스에루지노사(Pseudomonas aeruginosa)에 대한 비색법(colorimetric method)으로 확인하였다. 구체적으로, 96-웰 마이크로-티터 플레이트의 웰에 100㎕의 스테피로코커스 오우러스와 슈도모나스에루지노사 균주로 채워 로그 기(log phase)로 24시간 배양하였다. 이후, 은 나노입자를 1 내지 4 ㎍의 범위로 추가하고, 상기 세포배양 플레이트를 4시간 동안 37℃에서 배양한 후, 상기 배지를 제거하고, 상기 웰을 200㎕의 멸균수로 3회 수세하였다. 그런 다음 마이크로-티터 플레이트를 45분 동안 공기 건조하고, 물에 0.1%의 크리스털 바이올렛(crystal violet)이 첨가된 용액 200㎕을 각 웰에 첨가하여 4분 동안 둔 후 300㎕의 멸균수로 3회 수세하여 과도한 균주를 제거하였다. 이를 통해 근접한 세포에 의해 통합된 염색은 95%의 에탄올 200㎕에 함께 용해되었다. 각 웰의 흡수를 마이크로-티터 ELISA 리더를 사용하여 595 nm에서 측정한 후, 하기의 식을 이용하여 바이오필름 활성 저해의 퍼센트를 계산하였다: [1-(A595 of test /A595 of control)]×100 (Gurunathan et al., 2014). 상기 실험은 반복하여 수행되며 결과는 평균±SD 하에서 분석하였다.
6-2. 바이오필름분해활성 측정결과
인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된, 실시예 3-1의 은 나노입자는, 도 22에서 확인할 수 있는 바와 같이, 은 나노입자 4 ㎍/ml의 농도에서 스테피로코커스 오우러스와 슈도모나스에루지노사에 대한 바이오필름 분해 활성이 최고조임을 확인할 수 있었으며, 실시예 3-3에서 제조된 홍삼 뿌리 추출물을 이용하여 제조되는 은 나노입자에서 도 23에서 확인할 수 있는 바와 같이, 은 나노입자의 4 ㎍/ml 농도에서 스테피로코커스 오우러스와 슈도모나스에루지노사에 대한 바이오 분해 활성이 있음을 확인하였다.
이를 통해, 인삼 추출물을 이용하여 제조된 나노입자가 균주에 대한 바이오필름 분해 활성을 가져 바이오필름-관련 감염을 저해함으로써 비용적인 측면이나 환자의 고통을 경감시키는 역할을 할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
실시예 7. 나노입자의 항응고 활성 평가
7-1. 측정방법
건강한 남성 및 여성 자원자(나이 25 내지 45세의 나이범위)에게 인간 혈액을 채취하여 2 개의 진공 채혈기에 넣고 각각 A 및 B로 표시하였다. 시간이 경과된 후, 합성된 금 나노입자의 항응고 효과를 관찰하였다.
7-2. 항응고 활성의 측정결과
인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된, 실시예 3-1의 금 나노입자는, 도 24에서 확인할 수 있는 바와 같이, 금 나노입자가 존재하면 응혈 형성이 저해되는 것을 확인할 수 있었다(도 24의 a). 이와 비교하여, 항응고제가 포함되지 않은 대조군은 혈액이 완전히 응고된다(도 24의 b). 또한, 24 시간 후에도, 금 나노입자의 안정성에 대한 특이적인 변화는 관찰되지 않았다.
이와 같은 결과를 통하여, 인삼의 잎 추출물에 의해 생합성된 금 나노입자의 항응고 활성을 알 수 있으며, 또한, 이러한 결과는 상기 금 나노입자를 혈액과 직접적으로 접촉하는 약 및 유전자의 전달자나 또는 바이오센서, 생체 내 나노캐리어로서 변형하여 사용할 수 있음을 시사하는 것이다.
실시예 8. 나노입자의 모모세포 및 암세포에 대한 세포 독성 평가
인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된, 실시예 3-1의 나노입자의 항암 활성을 측정하기 위하여, 인간 폐암 세포(A549) 및 모모 세포(HaCaT Skin)에서 금 나노입자 및 은 나노입자의 세포독성을 MTT 분석법을 통해 측정하였다. 그 결과, 은 나노입자는 모모 세포에 대해 1000㎍/mL 농도에서도 세포 독성이 없어, 생체적합성을 가짐을 알 수 있었다(도 25). 그러나, 은 나노입자는 A549 폐암 세포에 대해서는 100㎍/mL 농도에서도 세포독성을 나타내었다. 또한, 금 나노입나의 경우, 모모 세포에 대해 20㎍/mL 농도에서도 세포 독성이 없어, 생체적합성을 가짐을 알 수 있었다(도 25). 그러나, 금 나노입자는 A549 폐암 세포에 대해서는 2㎍/mL 농도에서도 세포독성을 나타내었다. 따라서, 은 나노입자는 약 전달을 위한 생체적합성을 가지고, 금 나노입자는 항암제로서 사용할 수 있음을 알 수 있었다.
실시예 9. 나노입자의 항염 활성 평가
인삼 잎 추출물을 이용하여 제조된, 실시예 3-1의 은 또는 금 나노입자를 처리한 후 RAW264.7 세포의 생존능을 측장하고, 은 또는 금 나노입자와 함께 LPS (1㎍/ml)를 RAW264.7 세포에 처리한 후, NO의 생성량을 측정하였다. 이때, L-NMMA(monomethylarginine)를 양성 대조군으로 사용하였다. 그 결과, 은 나노입자는 1000μM 농도까지 RAW264.7 세포에 대해 세포독성이 없으며, 농도의존적으로 NO 생산을 억제함을 확인하였다(도 26). 또한, 금 나노입자는 100μM 농도까지 RAW264.7 세포에 대해 세포독성이 없으며, 농도의존적으로 NO 생산을 억제함을 확인하였다(도 26). 이를 통해, 인삼의 잎 추출물에 의해 생합성된, 은 및 금 나노입자가 세포독성 없이 항염증 활성을 가짐을 확인하였다.
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 인삼 추출물을 유효성분으로 포함하는, 금속 나노입자 제조용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 로듐(Rd)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것인, 금속 나노입자 제조용 조성물
  3. 제1항에 있어서, 상기 추출물은 인삼(panax ginseng) 잎 추출물, 인삼(panax ginseng) 뿌리 추출물 및 홍삼(red ginseng) 뿌리 추출물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것인, 금속 나노입자 제조용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 추출물은 물, C1 내지 C4의 알코올 및 이들의 혼합 용매로 구성되는 군으로부터 선택되는 용매로 추출된 것인, 금속 나노입자 제조용 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 조성물과 금속 전구체를 반응시키는 단계를 포함하는, 금속 나노입자의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 로듐(Rd)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것인, 금속 나노입자의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 반응에 사용되는 금속 전구체의 농도는 0.01 내지 100 mM인 것인, 금속 나노입자의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 반응은 10 내지 100℃에서 수행되는 것인, 금속 나노입자의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 금속이 금인 경우 반응시간은 1분 내지 1시간인 것인, 금속 나노입자의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 금속이 은인 경우 반응시간은 30분 내지 5시간인 것인, 금속 나노입자의 제조방법.
  11. 제5항에 있어서, 상기 방법은 반응액을 원심분리하여 금속 나노입자를 회수하는 단계를 추가로 포함하는, 금속 나노입자의 제조방법.
  12. 제5항의 제조방법에 의해 제조된, 금속 나노입자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 금속 나노입자는 크기가 5 내지 40 nm인 것인, 금속 나노입자.
  14. 제12항의 금속 나노입자를 포함하는, 항균용 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 조성물은 비브리오(Vibrio)속 미생물, 살모넬라(Salmonella)속 미생물, 스테피로코커스(Staphylococcus)속 미생물, 에스케리치아(Escherichia)속 미생물, 바실러스(Bacillus)속 미생물, 및 칸디다(Candida)속 미생물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상에 대해 항균 활성을 가지는 것인, 항균용 조성물.
  16. 제12항의 금속 나노입자를 포함하는, 바이오필름 분해용 조성물.
  17. 제12항의 금속 나노입자를 포함하는, 항응고용 조성물.
  18. 제12항의 금속 나노입자를 포함하는, 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  19. 제12항의 금속 나노입자를 포함하는, 항염증용 조성물.
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