KR20190019657A

KR20190019657A - 닥풀 추출물을 포함하는 은 나노입자 분산제

Info

Publication number: KR20190019657A
Application number: KR1020170104860A
Authority: KR
Inventors: 허상호; 김나영
Original assignee: 허상호; 김나영
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-02-27

Abstract

본 명세서에 개시된 내용은 은 나노입자 분산제에 관한 것이다. 구체적으로는 닥풀 추출물을 포함하는 은 나노입자 분산제에 관한 것이다.

Description

닥풀 추출물을 포함하는 은 나노입자 분산제{Metal nanoparticle dispersing agent containing Abelmoschus manihot extract}

본 명세서에 개시된 내용은 은 나노입자 분산제에 관한 것이로 더욱 상세하게는 닥풀 추출물을 포함하는 은 나노입자 분산제에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

금, 은 백금 등의 금속 나노입자들은 최근 의학, 제약 분야뿐만 아니라, 샴푸, 비누, 치약 등의 생활용품에 광범위하게 이용되고 있으며, 현재의 상용화된 금속 나노입자들은 분산된 콜로이드 용액의 형태로 대부분 여러 화학물질의 환원제로 사용되고 있다.

그러나, 나노 크기의 금속 입자들은 콜로이드 상태로 존재하지 못하고 표면장력에 의해 응집이 발생하고, 이러한 나노입자들의 응집은 나노입자의 특성을 잃게 만들어 이를 안정화할 수 있는 분산제가 필요하다.

분산제는 고체 미립자를 분산시키고 안정한 현탁액을 제조하기 위한 물질로 해교제, 보호 콜로이드, 계면 활성제 등이 이에 해당된다.

분산제의 분산 방법에는 고체 입자에 흡착해 응집하고 있는 고체 입자에 액체가 쉽게 침윤하게 하는 방법, 분산제가 고분자일 경우 고체 입자 표면에 흡착층을 형성하여 입체장해에 따른 입자간의 반발력을 높이는 방법, 고체 입자의 표면 전하를 증가시켜 입자간의 반발력을 높이는 방법 등이 있다

그러나, NaBH₄등의종래의 분산제를 이용하여 합성된 금속 나노입자들은 불안정하여 오랜 기간 동안 콜로이드 상태로 존재하지 못하고 응집이 발생하는 문제점이 있다.

또한 금속 나노입자들이 의학, 제약 분야뿐만 아니라, 샴푸, 비누, 치약 등의 생활용품 분야에서 사용하기 위해서는 인체에 무해하고, 환경 친화적인 분산제를 이용한 나노입자의 합성방법이 필요하다.

송재용, 조영한, 김범수 (2010), '목련잎 추출물을 이용하여 생물학적으로 합성된 은나노입자의 표면성분 분석, Journal of Industrial Science and Technology Institute, Vol. 24, No. 1, pp. 93-98, June 2010 김범수 (2014), "금속 나노 입자 생물학적 합성 및 항균활성",『BT News』, Vol. 21, No.2 pp.24-29 권상용 외 1명 (2011), "'닥풀(황촉규)'점액의 신비한 작용에 대한 탐구",『전국과학전람회』

본 발명은 오랜 기간 동안 콜로이드 상태로 존재하고, 인체에 무해하고, 환경 친화적인 분산제를 제공하고자 한다.

하나의 실시예로서, 이 개시 내용은 닥풀 추출물을 포함하는 은 나노입자 분산제에 대해 기술하고 있다.

본 발명은 닥풀 추출물을 포함하는 은 나노입자 분산제에 대한 것으로, 오랜 기간 동안 콜로이드 상태로 존재하고, 인체에 무해하고, 환경 친화적인 분산제을 제공한다.

도 1은 NaBH₄ 화학 분산제를 이용하여 합성한 은 나노입자의 흡광도이다.
도 2는 10% 닥풀 추출물의 흡광도이다.
도 3은 20% 닥풀 추출물의 흡광도이다.
도 4는 30% 닥풀 추출물의 흡광도이다.
도 5는 40% 닥풀 추출물의 흡광도이다.
도 6은 50% 닥풀 추출물의 흡광도이다.
도 7은 닥풀 추출물의 농도에 따른 반응시간 및 흡광도 변화이다.
도 8은 닥풀과 화학분산제의 염석에 따른 흡광도 변화이다.
도 9는 10% NaCl 수용액을 첨가한 은 나노입자 수용액(감잎 추출물) 왼쪽부터 직후-3일 후-확대도이다.
도 10은 10% NaCl 수용액을 첨가한 은 나노입자 수용액(닥풀 추출물) 왼쪽부터 직후-3일 후-확대도이다.
도 11은 10% NaCl 수용액을 첨가한 은 나노입자 수용액(목련 추출물) 왼쪽부터 직후-3일 후-확대도이다.
도 12는 전해질 첨가에 따른 각 식물 추출액으로 합성한 금속나노입자의 안정도 비교이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

하나의 실시예로서, 이 개시 내용은 닥풀 추출물을 포함하는 금속나노입자 분산제에 대해 기술하고 있다.

닥풀 추출물의 농도는 25%~35%가 바람직하다. 25% 미만에서는 은나노입자 수득률이 낮고, 35% 초과에서는 수득률이 더 이상 증가하지 않는다.

닥풀의 성분을 살펴보면 점액질이 약 16%, 아라반(araban, 12.30%), 갈락탄(galactan, 13.19%), 전분(16.03%), 라모노산(rhamnosan, 8.08%), 단백질(6.38%), 수산칼슘(17.61%) 등의 성분을 지니고 있으며 옛날부터 닥풀의 뿌리는 임질, 유즙 분비 부족, 볼거리염, 종기에 효과가 있고 이뇨 작용이 있으며 특히 해독의 효능이 있는 것으로 알려져 있다.

또한 닥풀은 닥섬유의 엉킴을 막고 알칼리성이던 닥 섬유를 pH 7.9 정도로 만들어 변색을 막아 주는 중요한 역할을 하여 전통 한지로 만든 책은 백년이 지나도 변하지 않고 오래 지속되는 식물이다.

따라서 '독성이 없는 식물 추출물'로 '독성 없는 은나노입자의 분산제'로서 사용이 가능한 식물로 판단된다.

나아가 닥풀을 포함하는 은나노입자 분산제를 이용하여 분산시킨 은나노입자를 미세먼지를 막을 수 있는 친환경적 살균이 필요한 마스크 또는 가정의 문에 바르는 전통 한지 등에 코팅을 하여 사용하면 미세먼지를 방지에 효과적이다. 또한 피부가 약한 아기들을 위해 물수건에 '친환경 은 나노입자 분산제'를 사용한다면 아토피 등의 피부병에도 효과적이다.

[실시예 1. 닥풀 추출물을 활용한 금속나노입자 합성]

가. 분산제로 사용될 닥풀 추출물의 제조

1) 마른 닥풀 뿌리를 상온(24℃)의 물에 담가 불린다.

2) 물에 불린 닥풀 뿌리의 껍질을 칼로 벗기고 잘게 자른다.

3) 손질이 완료된 닥풀 50g을 저울을 이용해 측정하고 막자사발에 담아둔다.

4) 200mL의 물을 첨가한 뒤, 막자사발을 이용해 점액이 충분히 나올 때까지 다져준다.

5) 망을 사용하여 닥풀의 점액을 짜낸다.

6) 두 번의 감압여과로 점액을 걸러준다.

7) 닥풀 추출물을 이용한 금속 나노입자를 합성하기에 최적의 온도를 결정하기 위해 온도에 따른 닥풀 추출물의 점성 변화를 관찰한다.

온도	10℃	20℃ ~ 40℃	50℃	70℃	80℃
닥풀 추출물의 점성도 변화	점성이 커서 걸죽함	점성이 작아져 덜 걸죽해짐	점성이 조금 느껴짐.	점성이 거의 없음	점성이 전혀 없음

<닥풀 추출물의 온도에 따른 점성도 변화 실험결과>

8) 위의 <표 1>의 결과에 따라 닥풀 추출물은 점성이 전혀 없는 80℃ 이상에서 지속적으로 실험을 진행하기로 결정하였다.

나. 화학분산제를 이용한 금속나노입자 합성

1) 정밀저울을 이용하여 0.1698g의 AgNO₃를 측정한 뒤, 증류수를 첨가하여 1.0×10^-3M AgNO₃ 수용액 1L를 만든다.

2) 정밀저울을 이용하여 NaBH₄를 0.0756g을 측정하고 2.0×10^-3M의 NaBH₄ 수용액 1L를 만든다.

3) 2.0×10^-3M의 NaBH₄수용액 100mL를 삼각 플라스크에 담고, 플라스크 주변을 얼음으로 감싸 온도가 10도 이하가 되도록 한다.

4) 스포이드를 이용하여 1.0×0^-3M AgNO₃수용액 6.7mL를 한 방울씩 2.0×10^-3M의 NaBH₄ 수용액 30mL에 떨어뜨려 반응시킨다

다. 닥풀을 분산제로 활용한 금속 나노입자 합성

1) 정밀저울을 이용하여 0.1698g의 AgNO₃ 를 측정한 뒤, 증류수를 첨가하여 1.0×10^-3M AgNO₃수용액 1L를 만든다.

2) 1.0×10^-3M AgNO₃수용액 95mL를 플라스크에 넣고, 중탕해 80℃가 되도록 한다. '가.'의 결과에 따라(<표 3> 참조) 닥풀 추출물이 80℃에서 반응될 수 있도록 하기 위해서이다.

3) 80℃로 중탕한 위 2)의 플라스크에 닥풀 추출물을 5mL 첨가하여 반응시킨다.

[실시예 2. 닥풀 추출물의 농도에 따른 효과 비교]

가. 농도별로 닥풀 추출물 제조

1) 실시예 1.의 '가.'에서 만든 닥풀 추출물을 다섯 개의 비커에 각각 나누어 담고 증류수를 첨가하여, 10%~50% 농도의 용액을 제조하였다.

2) 95mL의 증류수에 위의 '1)'에서 제조한 10%~50%의 닥풀 추출물을 각각 5mL씩 넣고 UV-vis로 찍어 Base로 삼는다.

(닥풀 추출물 고유의 색이 흡광도에 영향을 주는 것을 방지하기 위함이다.)

나. 닥풀의 농도별 은나노입자의 수득률 비교

1) 1.0×10^-3M AgNO₃수용액을 5개의 플라스크에 95mL씩 나누어 담고, 중탕하여 80℃ 가 되도록 한다.

2) 플라스크 각각에 10, 20, 30, 40, 50%의 닥풀 추출물을 5mL씩 첨가하여 반응시킨다.

3) 5분마다 은 나노입자의 색을 확인하며 UV-visable을 이용하여 흡광도 그래프를 그린다.

4) 침전이 일어나기 시작하면 바로 10℃의 물에 담가 반응을 정지한다.

[실시예 3. 닥풀 추출물과 기존 분산제(화학, 식물)의 분산 안정성 비교]

가. 닥풀 추출물과 기존 화학분산제의 분산 안정성 비교

1) 실시예 1-나, 다, 3-나의 실험법에 따라 은 나노입자를 합성한다.

2) 닥풀 추출물 또는 화학 분산제로 합성한 은 나노입자에 위와 동일한 방법으로 10% NaCl 수용액을 마이크로 피펫을 이용해 각각 1mL, 2mL, 3mL씩 첨가한다.

3) 전해질을 첨가한 은 나노 용액을 거름종이를 이용하여 걸러준다.

4) UV-vis spectra를 이용해 3)의 흡광도 피크 값의 변화를 비교·분석한다.

나. 닥풀 추출물과 기존 식물분산제의 분산 안정성 비교

1) 식물(감잎, 목련, 닥풀) 5g씩을 끓고 있는 증류수 100mL에 넣고 5분간 우려낸다.

2) 두 번의 감압여과로 용액을 걸러준다.

3) 3개의 플라스크에 1.0×10^-3M AgNO₃수용액을 95mL씩 넣고 95℃로 유지한다.

4) 3)에 식물 추출물을 5mL씩 넣고 95℃의 항온수조에서 반응시킨다.

5) AgNO₃수용액의 변화를 UV-vis spectra를 이용해 관찰한다.

다. 닥풀 추출물과 기존 식물 추출물의 분산 안정성 비교

1) 3종류 식물 추출물로 합성한 '나.'의 은(Ag)나노 콜로이드 용액 10mL에 10% NaCl 수용액을 마이크로 피펫을 이용해 각각 1mL, 2mL, 3mL씩 첨가한다.

2) 전해질을 첨가한 은 나노 콜로이드 용액을 걸러준다.

3) 거른 콜로이드 용액의 흡광도를 UV-vis spectra를 이용해 측정한다.

4) 다시 위의 1)과 2)의 과정을 2번 더 반복하여 피크 값의 변화를 비교·분석한다.

[실시예 4. 은나노입자의 합성효율비교]

가. 화학분산제를 이용한 은나노입자의 합성 효율

NaBH₄ 화학 환원 분산제를 사용한 은 나노입자 합성 실험을 진행한 결과, 노란색으로 용액의 색이 변해가는 과정을 관찰할 수 있었으며 흡광도 결과는 <도 1>과 같이 나타났다.

<도 1>에서 보는 바와 같이 흡광도를 측정하였을 때 피크는 약 400nm대에서 나타났으며 이를 통해 추후 실험에서 은 나노입자의 생성여부를 파악하는 대조군으로 사용하였다.

나. 닥풀 추출물의 농도별 금속나노입자의 합성효율

농도별 닥풀 추출물을 사용하여 은 나노입자를 합성한 uv-vis 결과를 다음과 같은 그래프로 표현하였다. 피크를 나타낸 파장대는 약 440nm로 위에서 진행한 화학 환원 분산제를 사용한 은 나노입자와 약간의 차이를 보였으나 그래프의 전체적인 개형은 매우 유사함을 알 수 있었다. 농도별로 비교를 할 경우에는 침전이 일어나기 시작한 시점에서의 흡광도 값과 이에 도달하기까지 걸리는 시간에 차이가 있었다.

10%부터 30%까지의 그래프를 비교한 결과 최대 흡광도 값은 계속해서 증가하였으며 그에 도달하는 시간 또한 점점 짧아졌다.

30%부터 50%까지의 그래프를 비교한 결과 농도가 증가하여도 최대 흡광도 값은 일정하였으며 걸리는 시간만 짧아졌다.

10%~50%의 닥풀 추출물들의 흡광도 그래프들을 농도별 변화로 반응속도와 함께 비교하여 정리해 보면 <도 7>와 같이 나타난다.

10 ~ 30%까지 농도에서의 흡광도 값을 비교하였을 때, 농도가 높아질수록 침전이 일어나는 흡광도 값, 즉 수득률이 높아졌다. 그러나 30%이상의 농도에서는 수득률의 변화가 없었으며 반응시간만 빨라졌다. 여기서 닥풀 추출물의 농도를 30%이상으로 할 필요가 없는 것으로 분석되었다.

다. 화학분산제와 닥풀 추출물의 금속나노입자 합성효율 비교

NaBH₄ 화학 환원 분산제의 합성 효율(도 1 참조)과 닥풀 추출물의 은 나노입자 합성 효율(도 3 참조)을 비교한 결과 NaBH₄ 화학 환원 분산제를 사용한 은 나노입자 합성 효율은 닥풀 추출물 20% 농도일 때의 흡광도 값이 400~450nm wavelength에서 흡광도(Absorbance)가 1.1로 비슷한 결과를 나타냈으며, 닥풀 추출물 30% 농도에서의 합성효율보다는 화학분산제의 합성효율이 떨어지는 것으로 나타났다.

[실시예 5. 분산 안정도 비교 결과]

가. 화학분산제와 닥풀 추출물의 분산 안정도 비교 결과

NaBH₄ 화학분산제를 사용한 은나노입자와 20% 농도의 닥풀 추출물을 사용한 은나노 입자의 분산안정도는 두 용액 모두에 10% NaCl 수용액을 마이크로 피펫을 이용해 각각 1mL씩 첨가 한 후 은나노용액을 거름종이로 거른 후 UV-vis spectra를 이용해 흡광도 피크 값의 변화를 비교한 결과 흡광도의 변화는 아래의 <도 8>와 같이 나타났다.

여기서 닥풀(끓임)은 실시예 3-나의 방법으로 제조한 것이며, 닥풀(전통)은 실시예 1-다의 방법으로 제조한 것, 화학분산제는 실시예 1-나의 방법으로 제조한 것을 의미한다.

<도 8>에서 보는 바와 같이 두 가지 닥풀 추출물 모두 화학분산제에 비해 10% NaCl 수용액에 의한 변화가 작아 염석 전과 후의 흡광도 차이가 거의 없는 것으로 나타났다. 이를 통해 기존 식물 추출물 같이 끓이는 방식과 전통한지를 제조할 때 쓰인 짜서 추출하는 방식을 통한 각각의 닥풀 추출물들이 모두 화학분산제에 비해 매우 우수한 분산안정도를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

나. 다른 식물 추출물과의 분산 안정도 비교 결과

기존에 사용되어 온 감잎, 목련잎의 추출물과 닥풀 추출물과의 분산안정도를 비교하기 위해 식물 추출물을 사용하여 합성한 은나노입자에 10% NaCl 수용액을 첨가한 결과 용액의 색이 뿌옇게 변했으며 이를 걸렀을 때 색이 옅어짐을 관찰할 수 있었다.

흡광도는 전해질을 첨가하기 전보다 낮아졌는데 이는 염석을 통해 응집이 일어나 은나노입자의 농도가 작아진 것으로 생각된다.

여기서 흡광도의 감소량이 작은 것을 분산 안정도가 높은 것으로 보고 전해질을 첨가하며 440nm에서의 상대적인 피크값 변화를 분석하여 각 식물 추출물의 효과를 비교해 보았다.

<도 9> ~ <도 11>에서 보는 바 같이 감잎과 목련잎 추출물을 사용하여 합성한 은 나노입자 수용액의 경우 전해질을 첨가했을 때 색이 눈에 띄게 옅어졌으며 침전이 일어났으며 3일 후에는 상층액은 거의 투명해져서 흡광도를 측정할 수 없었다. 하지만 닥풀 추출물로 합성한 은 나노입자의 경우 전해질을 첨가하였을 때에도 색이나 흡광도면에서 급격한 변화를 보이지 않았다.

각 감잎, 목련잎, 닥풀 추출물에 전해질을 1mL, 2mL, 3mL를 각각 첨가하고 수용액을 거른 후 측정한 440nm에서의 흡광도의 상대적인 변화를 기록하여보면 다음의 <표 4>와 같이 나타난다.

	감잎	목련잎	닥풀
초기	1.2	1.2	1.2
1ml 첨가	0.677	0.486	1.084
2ml 첨가	0.362	0.146	0.983
3ml 첨가	0.277	0.074	0.893

<표 2> 전해질 첨가에 따른 440nm에서의 상대적 흡광도 변화

위의 <표 2>를 그래프로 나타내면 <도 12>와 같다.

<도 12>에서 보는 바와 같이 닥풀 추출물의 흡광도 감소량은 감잎이나 목련추출물에 비해서 현저히 작게 나타났다. 이는 전해질을 첨가했을 때 응집이 일어나는 은나노입자의 양이 닥풀 추출물이 가장 작다는 것이다.

이 실험을 통해 닥풀 추출물이 현재까지 천연식물 분산제로 연구되어 온 감잎이나 목련잎 추출액보다 더 우수한 분산 안정도를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.

개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.

Claims

닥풀 추출물을 포함하는 은 나노입자 분산제.