KR20190120651A - 후코이단 카테콜 접합체를 포함하는 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 표면 코팅 방법 - Google Patents

후코이단 카테콜 접합체를 포함하는 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 표면 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 후코이단 카테콜 접합체를 포함하는 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 코팅 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 후코이단 카테콜 접합체와 전이금속염 등을 이용하여 박테리아, 바이러스 등의 흡착을 방지할 수 있는 표면 코팅을 효율적으로 할 수 있는 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 표면 코팅 방법에 관한 것이다.

Description

후코이단 카테콜 접합체를 포함하는 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 표면 코팅 방법{Composition for coating a surface comprising fucoidan catechol conjugates and method of coating a surface using the same}
본 발명은 후코이단 카테콜 접합체를 포함하는 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 표면 코팅 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 후코이단 카테콜 접합체와 전이금속염 등을 이용하여 박테리아, 바이러스 등의 흡착을 방지할 수 있는 표면 코팅을 효율적으로 할 수 있는 표면 코팅용 조성물 및 이를 이용한 표면 코팅 방법에 관한 것이다.
다시마와 미역에 3∼5％ 함유되어 있는 후코이단은 라미나란(laminaran), 알긴산(alginic acid)과 함께 갈조류를 형성하는 주요 다당류인 후코이단은 함황(sulfated) 헤테로 다당으로 주로 L-fucose가 α-1,2 또는 α-1,3 결합으로 된 골격을 가지면서 갈락토오스, 만노스, 자일로스, 글루쿠로닉 산 등을 함유할 수 있다.
후코이단은 기능성 식품의 기초원료, 식이보조제, 첨가제, 특효약으로 알려지고 있다. 후코이단은 갈조류에 유연성을 부여하여 격렬한 조수의 흐름으로부터 보호되도록 하는 것으로 알려져 있다.
한편, 카테콜 작용기를 이용하면 원래 접착성을 갖고 있지 않던 고분자에 접착성을 부여하는 것이 가능하다. 다양한 고분자에 접착성을 부여하는 범용 기술로 침지법을 이용한 친수성 고분자 코팅방법이 알려져 있다.
하지만, 상기 침지법을 이용한 코팅방법은 시료를 준비하여 두 코팅물질 수용액을 시료가 존재하는 반응용기에 섞어 코팅하는 용액기반 과정으로 진행되기 때문에 마이크로, 나노입자와 같은 용액 상에 분산되는 물질이라면 폴리페놀-금속이온 나노필름이 균일하게 코팅되지만, 코팅하려는 대상이 벌크 시료 혹은 기판의 경우 코팅시에 두 코팅물질 수용액을 섞어주는 과정에서 시료에 손상이 가해질 가능성이 있을 뿐만 아니라 코팅 물질이 섞일 때 균질도가 떨어져 코팅이 균일하게 수행되지 못하는 문제가 있다.
또한, 만들어진 코팅물질 수용액을 벌크 시료 부피 이상으로 벌크시료가 잠길 만큼 준비해야 하고, 코팅 이후에는 바로 버려지기 때문에 공정상 소비되는 용액의 양이 많다는 단점도 있다.
나아가, 수용액에서 가라앉지 않는 밀도가 작은 물질들을 코팅하려는 경우, 코팅물질 수용액과 제한적으로 접촉할 수밖에 없어 표면 코팅이 어려운 문제가 있다. 이러한 단점들로 인하여 용액기반 코팅과정은 대면적 코팅이 어렵고 불균일하여 실질적 응용이 어렵다는 한계가 존재한다.
본 발명의 배경기술로는 대한민국 등록특허 제10-1042965호에는 카테콜 폴리에틸렌글리콜 유도체와 단백질 또는 펩타이드의 접합체 및 이의 제조방법이 개시되어 있다.
본 발명자들은 표면의 우수한 접착성과 항박테리아 효과를 가진 후코이단 카테콜 접합체를 다양한 기재 표면에 고정화하여, 상기 효과를 부여한, 다양한 기능성 기재를 제공할 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 목적은 후코이단 카테콜 접합체를 표면에 균일하게 효율적으로 코팅할 수 있는 표면 코팅용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 후코이단 카테콜 접합체를 표면에 균일하게 효율적으로 코팅할 수 있는 표면 코팅방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.
일 측면에 따르면, 후코이단 카테콜 접합체; 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액;을 포함하는, 표면 코팅용 조성물이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 란탄족금속염의 란탄족금속이온 또는 전이금속염의 전이금속이온은 상기 후코이단 카테콜 접합체와 착물을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 란탄족금속염의 금속은 세륨(Ce), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd) 및 터븀(Tb)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이고; 또는 상기 전이금속염의 금속은 알루미늄(Al), 바나듐(V), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전이금속염은 삼염화철일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 후코이단 카테콜 접합체는 상기 후코이단의 카르복시기와 카테콜기 함유 유도체의 아민기가 아마이드 결합으로 형성된 접착성 후코이단 카테콜 접합체일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 카테콜기 함유 유도체는 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린 및 이소프로테레놀에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 후코이단 카테콜 접합체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 접착성 후코이단 카테콜 접합체일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
일 실시예에 따르면, 상기 표면 코팅 조성물은 항박테리아 효과를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 표면 코팅 조성물은 대장균 부착방지 효과를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 표면은 의료용구, 기기, 건물, 대중교통차량의 손잡이 및 마감재, 공조덕트, 유리창, 시트, 생활용품, 유아용품, 가전제품, 하수처리 시설, 또는 정수 시설의 표면일 수 있다.
다른 측면에 따르면, (i) 후코이단 카테콜 접합체를 용매에 용해시키는 단계; (ii) 란탄족금속염 또는 전이금속염을 용매에 용해시키는 단계; 및 (iii) 상기 (i) 단계 및 (ii) 단계에서 제조된 용액을 기재 상에 각각 동시에 코팅하는 단계;를 포함하는, 표면 코팅 방법이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 용매는 증류수일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계 (iii) 후 PBS(phosphate-buffered saline) 용액으로 상기 기재를 처리한 후 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PBS는 1~ 10분 동안 처리할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PBS를 처리한 후 단계 (iii)을 반복할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계 (iii) 및 PBS 처리를 2회 이상 반복할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 코팅은 스핀코팅, 딥코팅(dip-coating), 드롭캐스팅(drop casting) 및 분무 코팅에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 표면 코팅방법을 이용하여, 기재 표면의 평균 접촉각을 20°이하로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 후코이단 카테콜 접합체와 전이금속염 등을 이용하여 박테리아, 바이러스 등의 흡착을 방지할 수 있는 표면 코팅을 균일하고 효율적으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 후코이단 카테콜 접합체 용액과 전이금속염 등을 이용한 분무 표면 코팅 방법은 종래의 침지법과 대비하여 공정이 단순하고, 공정시간이 단축되고, 코팅 효율을 개선할 수 있다. 또한, 분무 표면 코팅 방법은 코팅하려는 대상의 크기에 구애받지 않고 시료의 낭비 없이 균일한 코팅을 신속하게 수행할 수 있다. 따라서 박테리아 등의 흡착방지, 항균활성을 가지는 대면적의 표면으로 용이하게 개질할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅방법으로 인하여 형성되는 유기물-금속이온 복합체 코팅은 히드록시기(-OH)를 가지고 있어 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 가능함과 더불어 항균성을 가지기 때문에 의학적 응용분야에도 적용 가능하다.
따라서, 의료용 재료인 티타늄, 강철, 나일론, 금 등을 비롯한 세균성 접촉감염 우려가 있는 건물 및 대중교통차량의 손잡이 및 마감재, 공조덕트, 가전제품, 생활용품, 정수시설 등에 다양한 표면에 분무 코팅함으로서 공정을 단순화할 수 있고, 단시간 내 대면적 적용이 가능하며, 코팅효율을 개선하고, 친수성을 향상시키며, 박테리아 등의 번식을 방지하는 효과 및 항균 활성이 있어 범용으로 활용될 수 있다.
도 1a는 카테콜 화합물 용액과 삼염화철 용액을 섞지 않고 동시에 분무 코팅하는 방식을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1b는 카테콜 화합물 용액과 삼염화철 용액을 섞은 뒤 분무 코팅하는 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 후코이단 카테콜을 티타늄 기판에 분무 코팅 시 PBS 처리에 따른 후코이단 카테콜의 분무 코팅 후 두께를 나타낸 그래프이다.
도 3은 후코이단 카테콜의 분무 코팅의 재현성 검증 및 분무 코팅 횟수별 두께 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 티타늄 기판에 대한 후코이단 카테콜 분무코팅 전후의 친수성 변화를 접촉각 측정으로 통해 관찰한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 5는 강철 기판에 대한 후코이단 카테콜 분무코팅 전후의 친수성 변화를 접촉각 측정으로 통해 관찰한 결과를 나타낸 이미지이다.
도 6은 대조군 강철표면과 후코이단 카테콜 접합체로 분무 코팅된 강철표면에서의 대장균 표면흡착 정도를 나타낸 이미지이다.
도 7은 대조군 손잡이표면(무궁화호)과 후코이단 카테콜 접합체로 분무 코팅된 손잡이표면(무궁화호)에서의 대장균 표면흡착 정도를 나타낸 이미지이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세하게 설명하고자 한다 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에 사용되는 용어 “포함”은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명자들은 후코이단 카테콜기를 포함하는 화합물, 및 란탄족금속염 또는 전이금속염을 독립적인 스프레이에 도입하여 이를 코팅하고자 하는 대상에 섞지 않고 동시에 분사함으로써 후코이단 카테콜-금속이온 복합체를 코팅물질로 형성하고, 항균 표면을 형성하는 방법을 고안하였다.
본 발명에 따른 코팅방법은 기존의 전통적인 코팅방법과는 다르게 코팅시간으로 두께를 증가시키기보다는 분무 코팅 횟수로 코팅의 두께를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코팅방법은 후코이단 카테콜기를 포함하는 화합물이 란탄족금속이온 또는 전이금속이온을 배위(coordination)하면서 필름이 형성되어 카테콜기에 존재하는 다수의 -OH기에 의하여 마이너스 전하를 띄게 된다. 즉, 같은 전하의 물질을 여러 차례에 걸쳐 도포할 수 있는 방법이기 때문에 코팅물질의 균질도면에서 종래의 LBL 방법의 스프레이 코팅법보다 유리한 이점이 있고, 짧은 세척시간, 짧은 코팅 시간으로 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 코팅방법은 물에 녹아있는 후코이단 카테콜기를 포함하는 화합물, 금속이온으로 수행한다는 점에서 기존 도료를 이용한 스프레이 코팅법과 비교하여 차별성이 있고, 물을 용제로 사용하기 때문에 유기용제에 민감한 물질도 쉽게 코팅을 수행할 수 있으며 이에 식품코팅, 식기코팅과 같이 삶에 밀접한 연관이 있는 응용분야에 적용 가능하다.
나아가, 본 발명자들은 본 발명에 따른 코팅방법으로 형성되는 코팅에 포함되는 카테콜기를 포함하는 화합물이 하이드록시기(-OH)를 가지고 있어 수소결합을 통해 생물학적 기능화(단백질, 효소 부착)가 가능함과 더불어 항균성, 항산화성을 가지기 때문에 의학적 응용분야에도 적용이 가능하며, 대장균으로부터 부착이 방지될 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 후코이단 카테콜 접합체; 및 란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액;을 포함하는, 표면 코팅용 조성물이 제공된다.
상기 후코이단(fucoidan)은 해조류에 유연성을 부여하여, 격렬한 조수의 흐름으로부터 해조류가 보호될 수 있도록 하는 성분으로, 후코스(Fucose)의 기본당과 황산기가 결합한 황산다당류이다. 현재에는 기능성 식품의 기초 원료로서, 식이보조제 및 첨가제 등으로 사용되는 것으로 알려져 있으며, 최근연구에서 항균작용, 혈압상승억제작용, 간세포증식인자 생산유도, 면역세포조절작용, 항알레르기작용, 항바이러스작용이 있다고 밝혀졌다 특히 소화기계통 암 종류 치유에 뛰어난 효과가 있는 것으로 보고된 바 있으며, 대부분의 암 치유에도 매우 우수한 효과가 있는 것으로 나타났다 또한, F-후코이단은 임파종 세포줄기의 자살을 유도하며 토끼에서는 이상 증식을 억제할 수 있다고 보고된 바가 있다.
본 발명자들은 해조류 추출물이며, 항바이러스 및 항암효과를 가진, 천연물 유래의 후코이단과 카테콜기를 함유하는 유도체의 아마이드 결합을 통해 후코이단 카테콜 접합체를 제조하고, UV-Vis, FT-IR을 통해 합성 여부를 확인하였다.
이에 한정되는 것은 아니나, 상기 후코이단 카테콜 접합체는 상기 후코이단의 카르복시기와 카테콜기 함유 유도체의 아민기가 아마이드 결합으로 형성된 접착성 후코이단 카테콜 접합체일 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니나, 상기 카테콜기 함유 유도체는 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린 및 이소프로테레놀에서 선택될 수 있다. 상기 카테콜기 함유 유도체는 아마이드 결합이 가능한, 노출된 아민기와 카테콜기를 함유하는 유도체일 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니나, 도파민이 가장 적합할 수 있다.
상기 도파민(dopamine)은 C8H11NO2의 화학식, 분자량 153.18을 가진다. L-도파의 방향족-L-아미노산탈카르복실화효소에 의한 반응에서 생성되는 최초의 카테콜아민이며, 노르에피네프린과 에피네프린의 전구체이다.
상기 후코이단 카테콜 접합체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
이에 한정되는 것은 아니나, 본원의 후코이단 카테콜의 제조방법은 (a) 후코이단, 도파민 및 EDC(1-ethyl-3-[3-dimethyl aminopropyl]carbodiimide hydrochloride)를 넣어 혼합액을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합액을 pH 2 내지 pH 8에서 반응시키는 단계; 및 (c) 상기 반응으로 생성된 접착성 후코이단 카테콜 접합체를 정제하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 후코이단과 카테콜기를 함유하는 유도체의 아마이드 결합을 통해 후코이단 카테콜 접합체 용액과 전이금속염인 삼염화철 용액을 섞지 않고 동시에 분무 코팅할 수 있고(도 1a), 또한 상기 두 용액은 섞은 뒤 분무 코팅할 수도 있다(도 1b).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 란탄족 금속염의 란탄족금속이온 또는 전이금속염의 전이금속이온은 상기 후코이단 카테콜 접합체와 착물을 형성할 수 있다.
이 때, 상기 란탄족금속염의 란탄족금속이온 또는 전이금속염의 전이금속이온은 화학식
Figure pat00003
로 표시되는 카테콜기(Catechol group)와 착물을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 란탄족금속염의 금속은 세륨(Ce), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd) 및 터븀(Tb) 등을 사용할 수 있고, 상기 전이금속염의 금속은 알루미늄(Al), 바나듐(V), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh) 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전이금속염은 삼염화철일 수 있다.
본 발명자들은 상기 접착성을 부여한 후코이단 카테콜 접합체를 포함하는 표면 코팅용 조성물을 다양한 표면에 도입하였다.
도 3에 나타난 바와 같이, 상기 코팅용 조성물을 이용하여 코팅된 티타늄 웨이퍼에 대하여 코팅의 두께를 측정하였다. 분무 코팅 조건에 따라 각각 다른 두께를 나타내었으며, 코팅 횟수가 증가할수록 코팅의 두께가 증가하는 것을 확인하였다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 코팅용 조성물은 항박테리아 효과를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 코팅용 조성물은 대장균 부착방지 효과를 가질 수 있다. 도 6에 나타난 바와 같이, 6시간 동안 대장균을 배양하였을 때, 대조군에서는 박테리아의 부착 및 성장을 확인할 수 있는 반면, 후코이단 카테콜 접합체로 코팅된 강철 표면에서는 박테리아의 부탁이 현저히 억제되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 표면 코팅용 조성물은 의료용구, 기기, 건물, 대중교통차량의 손잡이 및 마감재, 공조덕트, 유리창, 시트, 생활용품, 유아용품, 가전제품, 하수처리 시설, 정수 시설의 표면 코팅에 이용될 수 있다.
상기 표면은 이에 한정하는 것은 아니나, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 강철(stainless steel, SS), 탄탈륨(Ta), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 니티놀합금(NiTi), 코발트-크롬 합금(CoCr) 갈륨비소(GaAs), 티타늄(Ti), 폴리테트라플루오르에틸렌 (polytetrafluoroethylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리우레탄(polyurethane), 니트로셀룰로스(nitrocellulose), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 산화규소(SiO2), 티타늄(titanium), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화니오븀(Nb2O5), 실리콘, 실리콘 고무, 유리 및 이의 조합으로 선택된 소재로 제작된 표면일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, (i) 후코이단 카테콜 접합체를 용매에 용해시키는 단계; (ii) 란탄족금속염 또는 전이금속염을 용매에 용해시키는 단계; 및 (iii) 상기 (i) 단계 및 (ii) 단계에서 제조된 용액을 기재 상에 각각 동시에 코팅하는 단계;를 포함하는, 표면 코팅 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 용매는 물 특히, 증류수일 수 있다. 물을 용제로 사용하기 때문에 유기용제에 민감한 물질도 쉽게 코팅을 수행할 수 있으며 이에 식품코팅, 식기코팅과 같이 삶에 밀접한 연관이 있는 응용분야에 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계 (iii) 후 PBS(phosphate-buffered saline) 용액으로 상기 기재를 처리한 후 건조하는 단계를 더 포함하는 표면 코팅방법이 제공된다. 상기 PBS 처리에 의하면, 분무 코팅 두께를 증가시킬 수 있다(도 2).
이에 한정되는 것은 아니나, 상기 PBS 처리 시간은 1시간 이하가 적합하고, 1 ~ 10분이 더 적합할 수 있다. 상기 PBS 처리 시간이 1시간을 초과하는 경우, 처리 시간에 상기 분무 코팅 두께 증가가 비례하여 증가하지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PBS를 처리한 후 단계 (iii)을 반복할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 코팅 및 PBS 처리를 2회 이상 반복하여 실시하여, 표면의 코팅 두께를 효율적으로 증가시킬 수 있다.
이에 한정하는 것은 아니나, 상기 기재는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 강철(stainless steel, SS), 탄탈륨(Ta), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 니티놀합금(NiTi), 코발트-크롬 합금(CoCr) 갈륨비소(GaAs), 티타늄(Ti), 폴리테트라플루오르에틸렌 (polytetrafluoroethylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리우레탄(polyurethane), 니트로셀룰로스(nitrocellulose), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 산화규소(SiO2), 티타늄(titanium), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화니오븀(Nb2O5), 실리콘, 실리콘 고무, 유리 및 이의 조합으로 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코팅은 스핀코팅, 딥코팅(dip-coating), 드롭캐스팅(drop casting) 및 분무 코팅에서 선택될 수 있고, 분무 코팅이 적합할 수 있다. 후코이단 카테콜 접합체 용액과 전이금속염 등을 이용한 분무 표면 코팅 방법은 종래의 침지법과 대비하여 공정이 단순하고, 공정시간이 단축되고, 코팅 효율을 개선할 수 있다. 또한, 분무 표면 코팅 방법은 코팅하려는 대상의 크기에 구애받지 않고 시료의 낭비 없이 균일한 코팅을 신속하게 수행할 수 있다. 따라서 박테리아 등의 흡착방지, 항균활성을 가지는 대면적의 표면으로 용이하게 개질할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 코팅방법을 이용하여, 기재 표면의 평균 접촉각을 20°이하로 감소시킬 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 코팅 전 접촉각은 각각 50.14° 및 59.99°이나, 본 발명에 따른 코팅 후 개질된 표면의 물 접촉각 측정이 불가능할 정도로 매우 높은 친수성 성질을 나타내었다. 또한, 이는 24시간 동안 후코이단 카테콜을 침지법으로 코팅한 강철(물 접촉각: 21.19°)보다 친수성이 더 뛰어난 경향을 보였다. 이는 본 발명에 따른 후코이단 카테콜 접합체를 포함하는 표면 코팅용 조성물이 표면에 잘 부착된다는 것을 의미한다.
실시예
실시예 1. 티타늄 웨이퍼에 후코이단 카테콜 접합체 코팅
후코이단 카테콜은 5 mg/mL의 농도로, 삼염화철은 0.1 M 농도로 증류수에 용해시켰다. 티타늄 기판은 에탄올과 증류수에 순차적으로 초음파 세척을 진행하였다. 세척한 티타늄 기판에 준비한 용액들을 섞지 않고 동시에 분무 코팅을 진행하였다(도 1a 참조).
1 회(1 set) 분무 코팅 시, 1초 동안 분무하였으며, pH 7.4의 PBS(phosphate-buffered saline) 용액에 기판을 5분 동안 담근 뒤. 기판 건조 후 추가로 분무 코팅을 진행하였다.
이 경우, 정해진 횟수만큼 분무코팅을 하되 매 분무 코팅마다 PBS 용액에 담그는 과정을 반복해서 실시하였다.
최종적으로 고체 기판을 증류수로 세척한 뒤, 아르곤 가스를 이용하여 기판 표면에 남은 증류수를 제거하였다.
PBS 처리를 위한 다른 방법으로, 정해진 횟수만큼 후코이단 카테콜 접합체를 분무코팅한 뒤, PBS 용액에 기판을 1회 1시간 담그는 방식으로 티타늄 웨이퍼에 후코이단 카테콜 접합체를 도입하였다. 이 경우, 최종적으로 기판은 증류수로 세척한 뒤, 아르곤 가스를 이용하여 기판 표면에 남은 증류수를 제거하였다.
실시예 2. 강철에 후코이단 카테콜 접합체 코팅
코팅을 위하여 사용한 고체가 강철기판인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한방법으로 표면 코팅을 수행하였다.
실시예 3. 손잡이에 후코이단 카테콜 접합체 코팅
코팅을 위하여 사용한 고체가 무궁화호 좌석 손잡이인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 코팅을 수행하였다.
결과
실험예 1. 코팅 두께의 측정
실시예 1 및 2에서 코팅된 티타늄 웨이퍼에 대하여, 코팅의 두께를 측정하였다. 코팅의 두께를 측정하기 위하여 엘립소미터(ellipsometer)를 사용하였다. 분무 코팅 조건에 따라 각각 다른 두께를 보였다(도 2 및 도 3).
도 2의 그래프에서는 1회 분무 코팅 후 코팅 횟수마다 5분간 PBS 처리한 경우가 분무 코팅 후 1회, 1시간 동안 PBS를 처리한 경우보다 코팅 두께가 더 증가한 것을 알 수 있다.
또한, 도 3의 그래프에서는, 코팅의 횟수가 증가함에 따라, 코팅의 두께도 증가하는 것을 알 수 있다.
실험예 2. 접촉각의 측정
고체 표면에 본 발명에 따른 후코이단 카테콜 접합체의 분무 코팅이 잘 이루어졌는지 확인하기 위하여 접촉각을 측정하였다.
티타늄, 강철 표면에 본 발명에 따른 실시예 1 및 2에서 코팅된 고체 표면에 각각 증류수 방울(약 5μL 부피)을 적가한 후 접촉각 측정기를 통하여 접촉각을 확인하여, 그 결과를 도 4 및 5에 나타내었다. 도 4 및 5는 상기 각각의 경우에 대한 접촉각을 확인하기 위한 사진이다. 도 4 및 도 5에 따르면, 티타늄, 강철 모두의 경우에 본 발명에 따른 표면 코팅용 조성물로 코팅하지 않은 경우와 이를 코팅한 경우의 접촉각의 차이가 현저함 알 수 있다. 이를 통하여, 본 발명에 따른 분무 코팅이 잘 이루어졌음을 알 수 있다. 또한, 침지법 코팅에 의한 경우보다 접촉각이 작다는 것을 확인하였다.
실험예 3. 후코이단 카테콜 접합체와 삼염화철이 분무 코팅된 강철 표면의 항박테리아 효과 확인
본 발명의 실시예 2에 의하여 제조된 후코이단 카테콜 접합체와 삼염화철이 분무 코팅된 강철 기판을 준비하고, 각 웨이퍼 위에서 107 cells/mL의 농도의 대장균을 37℃ 조건에서 배양하였다. 이 때, 대조군으로는 아무런 표면 처리를 하지 않은 강철 기판을 사용하였고 침지법을 통해 코팅한 강철 기판과의 비교를 위해 강철을 후코이단 용액에 24시간 동안 담궈 코팅 샘플을 준비하였다. 도 6에 나타난 바와 같이, 6시간 동안 대장균을 배양하였을 때, 대조군에서는 박테리아의 부착 및 성장을 확인할 수 있는 반면, 후코이단 카테콜 접합체로 코팅된 강철 표면에서는 박테리아의 부착이 현저히 억제되는 것을 확인할 수 있었다. 아울러 카테콜 작용기와 철 이온 간의 빠르고 강한 상호작용을 바탕으로 한 분무 코팅이 24시간 동안 소요되는 침지법과 비교했을 때 유사한 수준으로 대장균의 부착 및 성장을 억제할 수 있음을 보였다(도 6 참조).
실험예 4. 후코이단 카테콜 접합체와 삼염화철이 분무 코팅된 손잡이표면의 항박테리아 효과 확인
본 발명의 실시예 3에 의하여 제조된 후코이단 카테콜 접합체와 삼염화철이 분무 코팅된 손잡이 기판을 준비하고, 각 웨이퍼 위에서 107 cells/mL의 농도의 대장균을 37℃ 조건에서 배양하였다. 이 때, 대조군으로는 아무런 표면 처리를 하지 않은 손잡이 기판을 사용하였고 도 7에 나타난 바와 같이, 6시간 동안 대장균을 배양하였을 때, 대조군에서는 박테리아의 부착 및 성장을 확인할 수 있는 반면, 후코이단 카테콜 접합체로 코팅된 손잡이 표면에서는 박테리아의 부착이 현저히 억제되는 것을 확인할 수 있었다(도 7 참조).
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술 분야의 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 실시예들은 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 (18)

  1. 후코이단 카테콜 접합체; 및
    란탄족금속염 또는 전이금속염 수용액;을 포함하는, 표면 코팅용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 란탄족금속염의 란탄족금속이온 또는 전이금속염의 전이금속이온은 상기 후코이단 카테콜 접합체와 착물을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는, 표면 코팅용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 란탄족금속염의 금속은 세륨(Ce), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd) 및 터븀(Tb)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이고; 또는
    상기 전이금속염의 금속은 알루미늄(Al), 바나듐(V), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 표면 코팅용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전이금속염은 삼염화철인, 표면 코팅용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    후코이단 카테콜 접합체는 상기 후코이단의 카르복시기와 카테콜기 함유 유도체의 아민기가 아마이드 결합으로 형성된 접착성 후코이단 카테콜 접합체인, 표면 코팅용 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카테콜기 함유 유도체는 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린 및 이소프로테레놀에서 선택되는, 표면 코팅용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 후코이단 카테콜 접합체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 접착성 후코이단 카테콜 접합체인, 표면 코팅용 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00004
  8. 제1항에 있어서,
    상기 표면 코팅 조성물은 항박테리아 효과를 가진, 표면 코팅용 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 표면 코팅 조성물은 대장균 부착방지 효과를 가진, 표면 코팅용 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 표면은 의료용구, 기기, 건물, 대중교통차량의 손잡이 및 마감재, 공조덕트, 유리창, 시트, 생활용품, 유아용품, 가전제품, 하수처리 시설, 또는 정수 시설의 표면인, 표면 코팅용 조성물.
  11. (i) 후코이단 카테콜 접합체를 용매에 용해시키는 단계;
    (ii) 란탄족금속염 또는 전이금속염을 용매에 용해시키는 단계; 및
    (iii) 상기 (i) 단계 및 (ii) 단계에서 제조된 용액을 기재 상에 각각 동시에 코팅하는 단계;를 포함하는, 표면 코팅 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 용매는 증류수인 것을 특징으로 하는, 표면 코팅 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    단계 (iii) 후 PBS(phosphate-buffered saline) 용액으로 상기 기재를 처리한 후 건조하는 단계를 더 포함하는, 표면 코팅 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 PBS는 1~ 10분 동안 처리하는, 표면 코팅 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 PBS를 처리한 후 단계 (iii)을 반복하는, 표면 코팅 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    단계 (iii) 및 PBS 처리를 2회 이상 반복하는, 표면 코팅 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 코팅은 스핀코팅, 딥코팅(dip-coating), 드롭캐스팅(drop casting) 및 분무 코팅에서 선택되는, 표면 코팅 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 표면 코팅방법을 이용하여, 기재 표면의 평균 접촉각을 20°이하로 감소시키는 것을 특징으로 하는, 표면 코팅 방법.
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