KR20220067109A - HUMIDITY AND pH SENSITIVE SELF-HEALING POROUS NANOCAUSULES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents

HUMIDITY AND pH SENSITIVE SELF-HEALING POROUS NANOCAUSULES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF Download PDF

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Abstract

One aspect of the present invention provides a core comprising an antimicrobial agent, a ligand brush formed on at least a part of the surface of the core, and a porous nanocapsule, in which the antimicrobial agent is released under conditions of humidity of 45 to 100 %, and pH of 5 to 7. The present invention can selectively release antibacterial substances under environmental conditions in which bacteria, Escherichia coli, etc. are actively proliferating, thereby accurately and effectively improving antibacterial activity.

Description

습도 및 pH 민감형 다공성 나노 캡슐 및 그 제조방법{HUMIDITY AND pH SENSITIVE SELF-HEALING POROUS NANOCAUSULES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Humidity and pH-sensitive porous nanocapsules and manufacturing method thereof

본 발명은 항균성이 우수하고 습도 및 pH에 민감하여 자기 치유가 가능한 다공성 나노 캡슐 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous nanocapsule capable of self-healing because it has excellent antibacterial properties and is sensitive to humidity and pH, and a method for manufacturing the same.

항균제는 악취뿐만 아니라 전염성 질병을 일으키는 미생물의 비활성화를 목적으로 사용되고 있다. 이러한 미생물의 비활성화를 위해 수많은 항균제가 개발되고 있으며, 상기 항균제의 형태는 스프레이형, 패치형, 필름형으로 다양하게 이용되고 있다. 다만, 이러한 형태의 항균제는 단일성 혹은 일회성 효과에 불과하여 지속적인 항균 효과가 유지되지 않는 문제점이 있다.Antibacterial agents are used for the purpose of inactivating microorganisms that cause not only bad odors but also infectious diseases. Numerous antibacterial agents have been developed for inactivation of these microorganisms, and the form of the antibacterial agent is variously used as a spray type, a patch type, and a film type. However, since this type of antibacterial agent has only a single or one-time effect, there is a problem in that the continuous antibacterial effect is not maintained.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 캡슐 내에 항균 물질을 담지한 나노 캡슐 형태의 항균제가 제안되어 보호용품, 방호복 등의 특수 텍스타일 제품이나 의료용품, 특수 포장재 등에 적용되고 있으나, 기존 나노 캡슐은 다공성 캡슐이나 비드 형태를 사용하여 상시 방출되는 시스템으로, 캡슐의 방출 기간을 조절할 수 없어 일단 방출이 시작되면 제어가 불가능하다. 이러한 기존 나노 캡슐은 항균 물질의 낭비가 심하고, 그 수명도 약 6개월 정도로 단기간 내에 소진되는 문제점이 존재한다.In order to solve this problem, an antibacterial agent in the form of a nanocapsule carrying an antibacterial substance in the capsule has been proposed and applied to special textile products such as protective products and protective clothing, medical supplies, and special packaging materials. It is a constant release system using the form of beads, and the release period of the capsule cannot be controlled, so once the release begins, it is impossible to control. These existing nanocapsules have a problem in that the antibacterial material is wasted heavily and the lifespan thereof is consumed within a short period of about 6 months.

한편, 많은 종류의 박테리아, 대장균, 곰팡이류는 pH 1~9 조건에서 생존이 가능하지만 특히 pH 6~7에서 가장 증식이 활발하여, 상시 방출되는 기존 나노 캡슐 시스템으로는 적절한 시기를 놓쳐 항균성이 현저하게 저하될 수 있다.On the other hand, many types of bacteria, Escherichia coli, and fungi can survive in the conditions of pH 1-9, but they proliferate the most at pH 6-7. can be lowered

이에 특정 조건, 특히, 박테리아, 대장균 등의 증식이 활발한 환경에서 선택적으로 반응하여 항균 물질의 방출을 조절할 수 있는 나노 캡슐의 기술 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for the development of a nanocapsule technology capable of controlling the release of antibacterial substances by selectively reacting under specific conditions, particularly, in an environment in which the proliferation of bacteria, E. coli, etc. is active.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 특정 조건에서 항균 물질의 방출 및 방출 억제 조절이 가능하여 수명 특성이 우수하고, 항균성이 우수한 다공성 나노 캡슐 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to control the release and suppression of the release of antibacterial substances under specific conditions, so that the lifespan characteristics are excellent, and the porous nanocapsules having excellent antibacterial properties and a method for manufacturing the same is to provide

본 발명의 일 측면은 항균제를 포함하는 코어; 상기 코어 표면 중 적어도 일부에 형성된 리간드 브러시; 및 상기 항균제는 습도 45~100% 및 pH 5~7의 조건에서 방출되는 다공성 나노 캡슐을 제공한다.One aspect of the present invention is a core comprising an antibacterial agent; a ligand brush formed on at least a portion of the surface of the core; And the antibacterial agent provides a porous nanocapsule that is released under the conditions of 45-100% humidity and pH 5-7.

일 실시예에 있어서, 상기 코어는 하나 이상의 기공을 포함하고, 상기 기공은 pH 5 미만의 조건에서 상기 리간드 브러시에 의해 폐쇄(closed)되고, pH 5~7의 조건에서 상기 리간드 브러시에 의해 개방(open)될 수 있다.In one embodiment, the core includes one or more pores, and the pores are closed by the ligand brush under a condition of less than pH 5, and open by the ligand brush at a condition of pH 5-7 ( can be open).

일 실시예에 있어서, 상기 리간드 브러시는 상기 코어에 실란계 화합물을 결합시킨 후 아크릴계 화합물을 반응시킬 수 있다.In an embodiment, the ligand brush may react the acrylic compound after bonding the silane compound to the core.

일 실시예에 있어서, 상기 실란계 화합물은 3-(트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트(3-(Trimethoxysilyl)propylmethacrylate, MPS), 3-(글리시독시)트리메톡시실란(3-(Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane, GPS), 3-(메르캅토프로필)트리메톡시실란(3-(mercaptopropyl)trimethoxysilane, MCPS) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.In one embodiment, the silane-based compound is 3-(trimethoxysilyl)propylmethacrylate (MPS), 3-(glycidoxy)trimethoxysilane (3-(Glycidyloxypropyl) ) may be one selected from the group consisting of trimethoxysilane, GPS), 3-(mercaptopropyl) trimethoxysilane (3-(mercaptopropyl) trimethoxysilane, MCPS), and a mixture of two or more thereof.

일 실시예에 있어서, 상기 아크릴계 화합물은 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 펜틸아크릴레이트, 펜틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.In one embodiment, the acrylic compound is acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylic It may be one selected from the group consisting of rate, pentyl acrylate, pentyl methacrylate, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, and a mixture of two or more thereof.

일 실시예에 있어서, 상기 항균제는 트리클로산(Triclosan) 또는 용액 상태의 항균물질일 수 있다.In one embodiment, the antibacterial agent may be triclosan (Triclosan) or an antibacterial substance in a solution state.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 나노 캡슐의 평균 입경은 200~800㎚일 수 있다.In one embodiment, the average particle diameter of the porous nanocapsules may be 200 ~ 800㎚.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또다른 일 측면은, (a) 실리카(SiO2) 전구체 및 항균제를 포함하는 수용액을 반응시켜 실리카 코어 지지체를 제조하는 단계; (b) 상기 실리카 코어 지지체에 실란계 화합물을 투입하여 반응시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 생성물에 아크릴계 화합물을 투입하고 반응시켜 리간드 브러시를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 항균제는 습도 45~100% 및 pH 5~7의 조건에서 방출되는 다공성 나노 캡슐의 제조방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, another aspect of the present invention, (a) preparing a silica core support by reacting an aqueous solution containing a silica (SiO 2 ) precursor and an antibacterial agent; (b) reacting by adding a silane-based compound to the silica core support; and (c) adding and reacting an acrylic compound to the product of step (b) to form a ligand brush; wherein the antibacterial agent is a porous nano-particle released under conditions of 45-100% humidity and pH 5-7. A method for manufacturing a capsule is provided.

일 실시예에 있어서, 상기 실리카 코어 지지체는 하나 이상의 기공을 포함할 수 있다.In one embodiment, the silica core support may include one or more pores.

일 실시예에 있어서, 상기 다공성 나노 캡슐의 평균 입경은 200~800㎚일 수 있다.In one embodiment, the average particle diameter of the porous nanocapsules may be 200 ~ 800㎚.

본 발명의 일 측면에 따른 자기 치유가 가능한 다공성 나노 캡슐 및 그 제조방법은, 음이온성 항균제를 담지하는 코어 및 상기 코어 상에 리간드 브러시를 형성하여 특정 범위의 습도 및 pH 조건에서 리간드 브러시의 팽창에 따라 코어 내의 항균제가 방출되고, 상기 범위를 벗어나게 되면 본래 형태로 자기 치유됨으로써 항균 수명이 연장될 수 있고, 특정 범위, 즉, 박테리아, 대장균 등의 증식이 활발한 환경 조건에서 선택적으로 항균물질을 방출할 수 있어, 항균 작용을 정확하고 효과적으로 향상시킬 수 있다.A porous nanocapsule capable of self-healing according to an aspect of the present invention and a method for manufacturing the same, by forming a core supporting an anionic antibacterial agent and a ligand brush on the core, are effective in the expansion of the ligand brush in a specific range of humidity and pH conditions. Accordingly, the antibacterial agent in the core is released, and when it is out of the above range, the antibacterial life can be extended by self-healing to its original form, and the antibacterial material can be selectively released in a specific range, that is, under environmental conditions where the proliferation of bacteria, E. coli, etc. is active. Therefore, it is possible to accurately and effectively improve the antibacterial action.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다공성 나노 캡슐의 pH에 따른 방출 메커니즘을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 다공성 나노 캡슐의 제조방법 및 습도/pH 조건에 따른 다공성 나노 캡슐의 방출 및 억제 메커니즘을 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2지지체의 EDS 및 XPS 분석한 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 SEM 및 TEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 pH 조건에 따른 방출 시험을 수행하여 FT-IR 분석한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 pH 조건에 따른 방출 시험을 수행하여 UV-Vis 분석한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 항균 특성 평가 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 세포 독성 평가 결과이다.
1 is a schematic view of the release mechanism according to the pH of the porous nanocapsule according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a porous nanocapsule according to an embodiment of the present invention and a mechanism for releasing and inhibiting the porous nanocapsule according to humidity/pH conditions.
3 is a result of EDS and XPS analysis of the PNC@SiO 2 support according to an embodiment of the present invention.
4 is a SEM and TEM image of a PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule according to an embodiment of the present invention.
5 is a result of FT-IR analysis by performing a release test according to pH conditions of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules according to an embodiment of the present invention.
6 is a UV-Vis analysis result by performing a release test according to pH conditions of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules according to an embodiment of the present invention.
7 is a result of evaluation of antibacterial properties of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules according to an embodiment of the present invention.
8 is a cytotoxicity evaluation result of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "indirectly connected" with another member interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.When a range of numerical values is recited herein, the values have the precision of the significant figures provided in accordance with the standard rules in chemistry for significant figures, unless the specific range is otherwise stated. For example, 10 includes the range of 5.0 to 14.9 and the number 10.0 includes the range of 9.50 to 10.49.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 측면은, 항균제를 포함하는 코어; 상기 코어 표면 중 적어도 일부에 형성된 리간드 브러시; 및 상기 항균제는 습도 45~100% 및 pH 5~7의 조건에서 방출되는 다공성 나노 캡슐을 제공한다.One aspect of the present invention, a core comprising an antibacterial agent; a ligand brush formed on at least a portion of the surface of the core; And the antibacterial agent provides a porous nanocapsule that is released under the conditions of 45-100% humidity and pH 5-7.

종래 항균 나노 캡슐은 항균 물질의 방출이 시작되면 항균 물질의 방출이 종료될 시점까지 지속되어 항균 물질의 방출을 제어할 수 없어 수명 특성 및 항균 효율이 저하되는 문제점이 있다.Conventional antibacterial nanocapsules have a problem in that when the release of the antibacterial material starts, it continues until the time when the release of the antibacterial material is terminated, so that the release of the antibacterial material cannot be controlled, so that lifespan characteristics and antibacterial efficiency are lowered.

본 발명의 항균성이 우수한 다공성 나노 캡슐은, 항균제를 포함하는 코어가 하나 이상의 기공을 포함하고, 상기 코어 표면 중 적어도 일부에 리간드 브러시가 형성될 수 있고, 특정 범위의 조건, 상세하게는 습도 45~100% 및 pH 5~7 조건에서 상기 리간드 브러시의 팽창에 따라 상기 기공이 개방될 수 있고, 이에 따라 코어에 포함된 항균제가 방출될 수 있고, 상기 범위를 벗어나면 항균제의 방출이 중단되어 불필요한 항균제의 방출을 방지할 수 있다.In the porous nanocapsule having excellent antibacterial properties of the present invention, the core containing the antimicrobial agent includes one or more pores, the ligand brush may be formed on at least a part of the surface of the core, and a specific range of conditions, specifically, humidity 45~ Under the conditions of 100% and pH 5-7, the pores may be opened according to the expansion of the ligand brush, and accordingly, the antibacterial agent contained in the core may be released. release can be prevented.

상기 코어는 실리카(SiO2)일 수 있고, 상기 실리카 전구체로는 테트라에틸오르토실리케이트(Tetraethylorthosilicate, TEOS), 테트라메틸오르토실리케이트(Tetramethylorthosilicate, TMOS), 테트라메톡시실리케이트(Tetramethoxysilicate, TMS) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The core may be silica (SiO 2 ), and as the silica precursor, tetraethylorthosilicate (TEOS), tetramethylorthosilicate (TMOS), tetramethoxysilicate (TMS), and 2 of these It may be one selected from the group consisting of the above mixtures, but is not limited thereto.

상기 코어는 항균제를 담지(loading)할 수 있고, 상기 항균제는 트리클로산(Triclosan) 또는 용액 상태의 항균물질일 수 있다. 상기 트리클로산은 세균, 박테리아 및 곰팡이 등의 살균 및 항균 효과가 우수하고 단시간 내 빠르게 분산되어 소취, 소염 및 세정 효과가 우수할 수 있다. 상기 항균물질은, 예를 들어, 아미드계 화합물, 피리딘계 화합물, 카르복시산계 화합물, 은나노, 할로겐 화합물 또는 항균성을 갖는 천연물질일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The core may be loaded with an antimicrobial agent, and the antimicrobial agent may be triclosan or an antimicrobial substance in a solution state. The triclosan has excellent sterilization and antibacterial effects against bacteria, bacteria and fungi, and can be rapidly dispersed within a short time to have excellent deodorization, anti-inflammatory and cleaning effects. The antibacterial material may be, for example, an amide-based compound, a pyridine-based compound, a carboxylic acid-based compound, nano-silver, a halogen compound, or a natural material having antibacterial properties, but is not limited thereto.

한편, 상기 코어 상에 리간드 브러시를 형성시킬 수 있고, 상기 리간드 브러시는 상기 코어에 실란계 화합물을 결합시킨 후 아크릴계 화합물을 반응시킬 수 있다. 상기 코어는 실리카로 이루어져 리간드 브러시를 형성시키는 아크릴계 화합물과의 결합력이 낮아 상기 리간드 브러시의 균일한 형성이 어려워 상기 코어 표면을 실란계 화합물로 개질한 후 상기 아크릴계 화합물을 반응시켜 상기 코어 상에 리간드 브러시를 형성시킬 수 있다.Meanwhile, a ligand brush may be formed on the core, and the ligand brush may react with the acrylic compound after bonding the silane compound to the core. Since the core is made of silica and has low binding force with the acrylic compound forming the ligand brush, uniform formation of the ligand brush is difficult. can form.

상기 실란계 화합물은 3-(트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트(3-(Trimethoxysilyl)propylmethacrylate, MPS), 3-(글리시독시)트리메톡시실란(3-(Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane, GPS), 3-(메르캅토프로필)트리메톡시실란(3-(mercaptopropyl)trimethoxysilane, MCPS) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The silane-based compound is 3- (trimethoxysilyl) propylmethacrylate (3- (Trimethoxysilyl) propylmethacrylate, MPS), 3- (glycidoxy) trimethoxysilane (3- (Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane, GPS), It may be one selected from the group consisting of 3-(mercaptopropyl) trimethoxysilane (3-(mercaptopropyl) trimethoxysilane, MCPS) and a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto.

또한, 상기 아크릴계 화합물은 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 펜틸아크릴레이트, 펜틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다In addition, the acrylic compound is acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, pentyl acryl rate, pentyl methacrylate, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, and may be one selected from the group consisting of mixtures of two or more thereof, but is not limited thereto

한편, 상기 코어는 하나 이상의 기공을 포함하고, 상기 기공은 pH 5 미만의 조건에서 상기 리간드 브러시에 의해 폐쇄(closed)되고, pH 5~7의 조건에서 상기 리간드 브러시에 의해 개방(open)될 수 있다.On the other hand, the core may include one or more pores, and the pores may be closed by the ligand brush under a condition of less than pH 5, and open by the ligand brush under a condition of pH 5-7. have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 다공성 나노 캡슐의 pH에 따른 방출 메커니즘을 도식화한 것이다.1 is a schematic view of the release mechanism according to the pH of the porous nanocapsule according to an embodiment of the present invention.

도 1(a)을 참조하면, 상기 코어는 기공을 포함하고, 상기 코어인 실리카 지지체가 실란계 화합물에 의해 표면이 개질된 PNC@SiO2-MPS 중간체일 수 있고, 상기 PNC@SiO2-MPS 중간체는 상기 아크릴계 화합물이 결합되어 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐로 제조될 수 있다. 상기 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 표면은 MAA의 카르복실기로 형성된 리간드 브러시가 형성될 수 있고, 상기 캡슐의 내부에 항균제가 담지되어 있으며, 상기 캡슐의 기공이 리간드 브러시에 의해 개방(open) 또는 폐쇄(closed)될 수 있다.Referring to FIG. 1( a ), the core includes pores, and the silica support, which is the core, may be a PNC@SiO 2 -MPS intermediate whose surface is modified by a silane-based compound, and the PNC@SiO 2 -MPS The intermediate may be prepared as PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules by combining the acrylic compound. On the surface of the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule, a ligand brush formed of a carboxyl group of MAA may be formed, an antibacterial agent is supported inside the capsule, and the pores of the capsule are opened by the ligand brush ( open) or closed (closed).

도 1(b) 및 (c)는 pH 조건이 각각 pH 4 및 pH 6을 만족하는 것으로, 도 1(b)에서는 MAA의 카르복실기, 즉, 리간드 브러시 간에 수소 결합이 형성되어, 상기 리간드 브러시의 팽창(swelling)이 발생하지 않고, MAA와 Si-O-Si 그룹 분자 간의 상호 작용, 즉, 상기 나노 캡슐 표면에서의 정전기적 인력 및 분자 간 수소 결합으로 인해 상기 코어의 형성된 기공이 폐쇄됨으로써, 상기 코어에 담지된 항균제의 방출이 제어될 수 있다. 이에 반해, 도 1(c)에서는 MAA의 카르복실산 그룹이 -COO-로 음이온화되면서 서로 밀어내는 척력이 발생하고 이에 따라 리간드 브러시가 팽창되고, 코어의 기공이 개방되면서 항균제가 방출될 수 있다.1(b) and (c) show that the pH conditions satisfy pH 4 and pH 6, respectively. In FIG. 1(b), hydrogen bonds are formed between the carboxyl groups of MAA, that is, between the ligand brushes, and the ligand brush expands. (swelling) does not occur, and the formed pores of the core are closed due to the interaction between MAA and Si—O—Si group molecules, that is, electrostatic attraction and intermolecular hydrogen bonding on the surface of the nanocapsule, so that the core The release of the antimicrobial agent supported on the can be controlled. On the other hand, in FIG. 1(c), as the carboxylic acid group of MAA is anionized to -COO- , a repulsive force is generated to repel each other, and accordingly, the ligand brush is expanded, and the pores of the core are opened, and the antibacterial agent can be released. .

한편, 상기 다공성 나노 캡슐의 평균 입경은 200~800㎚일 수 있다. 상기 다공성 나노 캡슐은 상기 항균제의 방출 시 평균 입경이 상승할 수 있고, 방출 억제 시 평균 입경이 작아질 수 있다. 상기 다공성 나노 캡슐의 평균 입경이 200㎚ 미만이면 항균 효과가 저하될 수 있고, 800㎚ 초과이면 상기 다공성 나노 캡슐 입자의 균일성이 저하되고 거대화되어 가공성이 저하될 수 있다.On the other hand, the average particle diameter of the porous nanocapsules may be 200 ~ 800㎚. In the porous nanocapsule, the average particle diameter may increase when the antimicrobial agent is released, and the average particle diameter may decrease when the release is suppressed. If the average particle diameter of the porous nanocapsules is less than 200 nm, the antibacterial effect may be reduced, and if it exceeds 800 nm, the uniformity of the porous nanocapsules particles may be reduced and enlarged to reduce workability.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또다른 일 측면은, (a) 실리카(SiO2) 전구체 및 항균제를 포함하는 수용액을 반응시켜 실리카 코어 지지체를 제조하는 단계; (b) 상기 실리카 코어 지지체에 실란계 화합물을 투입하여 반응시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 생성물에 아크릴계 화합물을 투입하고 반응시켜 리간드 브러시를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 항균제는 습도 45~100% 및 pH 5~7의 조건에서 방출되는 다공성 나노 캡슐의 제조방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, another aspect of the present invention, (a) preparing a silica core support by reacting an aqueous solution containing a silica (SiO 2 ) precursor and an antibacterial agent; (b) reacting by adding a silane-based compound to the silica core support; and (c) adding and reacting an acrylic compound to the product of step (b) to form a ligand brush; wherein the antibacterial agent is a porous nano-particle released under conditions of 45-100% humidity and pH 5-7. A method for manufacturing a capsule is provided.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 나노 캡슐의 제조방법 및 습도/pH 조건에 따른 다공성 나노 캡슐의 방출 및 억제 메커니즘을 도식화한 것이다.2 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a porous nanocapsule according to an embodiment of the present invention and a mechanism for releasing and inhibiting the porous nanocapsule according to humidity/pH conditions.

도 2를 참조하면, 도 2(a) 및 (b)를 살펴보면, 실리카 전구체 및 항균제를 포함하는 수용액을 반응시켜 실리카 코어 지지체(PNC@SiO2)를 제조할 수 있고, 상기 실리카 코어 지지체 표면에 하나 이상의 기공을 포함하여 제조할 수 있다. 상기 실리카 전구체는 테트라에틸오르토실리케이트(Tetraethylorthosilicate, TEOS), 테트라메틸오르토실리케이트(Tetramethylorthosilicate, TMOS), 테트라메톡시실리케이트(Tetramethoxysilicate, TMS) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Referring to FIG. 2, referring to FIGS. 2 (a) and (b), a silica core support (PNC@SiO 2 ) can be prepared by reacting an aqueous solution containing a silica precursor and an antibacterial agent, and on the surface of the silica core support It may be prepared by including one or more pores. The silica precursor may be one selected from the group consisting of tetraethylorthosilicate (TEOS), tetramethylorthosilicate (TMOS), tetramethoxysilicate (TMS), and mixtures of two or more thereof, but not limited

도 2(c)를 살펴보면, 상기 PNC@SiO2 지지체에 실란계 화합물을 투입하여 반응시켜 상기 실리카 코어 지지체의 표면이 개질된 중간체(PNC@SiO2-MPS)를 제조할 수 있고, 상기 중간체 표면 상에 아크릴계 화합물을 투입하고 반응시켜 리간드 브러시가 형성된 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐을 제조할 수 있다. 상기 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 특정 범위의 환경 조건, 상세하게는, 상기 다공성 나노 캡슐은 습도 45~100% 및 pH 5~7 조건에서 상기 항균제를 방출할 수 있다. 도2(c)에서 pH 4 일 때의 다공성 나노 캡슐의 방출 억제와 pH 6 일 때의 다공성 나노 캡슐의 항균제 방출을 나타내었는데, pH 4에서는 상기 다공성 나노 캡슐의 리간드 브러시 간의 정전기적 인력 및 수소 결합으로 인해 상기 코어의 기공이 폐쇄되어 항균제의 방출이 억제될 수 있고, pH 6에서는 상기 다공성 나노 캡슐의 리간드 브러시를 형성하는 MAA의 카르복실산 그룹이 -COO-로 음이온화되면서 서로 밀어내는 척력이 발생하면서, 리간드 브러시가 팽창하고 이에 다라 상기 코어의 기공이 개방되어 상기 기공을 통해 항균제가 방출될 수 있다.Referring to FIG. 2( c ), an intermediate (PNC@SiO 2 -MPS) in which the surface of the silica core support is modified by adding and reacting a silane-based compound to the PNC@SiO 2 support can be prepared, and the surface of the intermediate PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules having a ligand brush formed thereon can be prepared by adding and reacting an acryl-based compound thereon. The PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule may release the antibacterial agent under a specific range of environmental conditions, specifically, the porous nanocapsule has a humidity of 45-100% and a pH of 5-7. In Figure 2(c), the release inhibition of the porous nanocapsules at pH 4 and the release of the antimicrobial agent at the pH 6 were shown. At pH 4, electrostatic attraction and hydrogen bonding between the ligand brushes of the porous nanocapsules. Due to this, the pores of the core are closed and the release of the antibacterial agent can be suppressed, and at pH 6, the carboxylic acid group of MAA forming the ligand brush of the porous nanocapsule is anionized into -COO- , and the repulsive force repels each other. As it occurs, the ligand brush swells, which in turn opens the pores of the core so that the antimicrobial agent can be released through the pores.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다. 아래 실험 결과는 별도의 조건이 기재되어 있지 않는 한 상온(25℃), 상압(1 atm)에서 수행되었다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail. However, the following experimental results describe only representative experimental results among the above examples, and the scope and contents of the present invention may not be construed as being reduced or limited by the examples. Each effect of the various embodiments of the present invention not explicitly presented below will be specifically described in the corresponding section. The experimental results below were performed at room temperature (25° C.) and atmospheric pressure (1 atm) unless otherwise specified.

시료 및 분석기기Samples and Analytical Instruments

펜탄올(pentanol), 폴리비닐피롤리돈(Mw=40,000, Polyvinylpyrrolidone), 테트라에틸오르토실리케이트(Tetraethyl orthosilicate, TEOS), 수산화암모늄 (28~30%, ammonium hydroxide), 구연산나트륨(0.18M, Sodium Citrate), 3-(트리메톡시실릴)프로필메타아크릴레이트(3-(Trimethoxysilyl)propylmethacrylate, MPS), 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate) 폴리(메탈릭산, 나트륨염) 용액(Poly (methalic acid, sodium salt) solution, MAA), N-N’-메틸렌비스아크릴아미드(N,N'-methylenebisacrylamide, BIS), 암모늄퍼설페이트(ammonium persulfate, APS), 트리클로산(음이온성 항균물질), 소듐라우릴벤젠설페이트(sodium lauryl benzenesulfate), 완충액(Buffer, pH 4, 6), 무수에탄올(absolute ethanol)을 나노 캡슐의 제조과정에 사용하였고, 상기 모든 시료는 Korea-Sigma Aldrich 社에서 구입하였으며, 탈이온수는 모든 공정에서 사용되었다.Pentanol, polyvinylpyrrolidone (Mw=40,000, Polyvinylpyrrolidone), tetraethyl orthosilicate (TEOS), ammonium hydroxide (28-30%, ammonium hydroxide), sodium citrate (0.18M, Sodium Citrate) ), 3-(Trimethoxysilyl)propylmethacrylate (MPS), methyl methacrylate poly (methalic acid, sodium salt) solution (Poly (methalic acid, sodium salt) ) solution, MAA), N-N'-methylenebisacrylamide (N,N'-methylenebisacrylamide, BIS), ammonium persulfate (APS), triclosan (anionic antibacterial substance), sodium laurylbenzene sulfate ( sodium lauryl benzenesulfate), buffer (Buffer, pH 4, 6), and absolute ethanol were used in the manufacturing process of nanocapsules, and all the samples were purchased from Korea-Sigma Aldrich, and deionized water was used in all processes. was used

다공성 나노 캡슐의 형태 등의 표면 구조는 전계 방출 주사 현미경(Field emission scanning electron microscope, FE-SEM, LEO SUPRA 55, Carl Zeiss, Germany)과 투과 전자 현미경(Transmission electron microscopy, TEM)으로 분석하였다.The surface structure, such as the shape of the porous nanocapsule, was analyzed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, LEO SUPRA 55, Carl Zeiss, Germany) and a transmission electron microscopy (TEM).

다공성 나노 캡슐의 표면을 구성하는 원소 조성은 X선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS, JEM-2100F (JEOL), USA)에 의해 분석하였다.The element composition constituting the surface of the porous nanocapsule was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS, JEM-2100F (JEOL), USA).

입자 크기는 입자 크기 분석(Otsuka (ELSZ-2000ZS), Japan)를 사용하여 측정하였다.Particle size was measured using particle size analysis (Otsuka (ELSZ-2000ZS), Japan).

화학적 조성 및 성분 변화는 흡수 피크의 이동에 따라 4,000-500 cm-1의 범위에서 퓨리에 변환 적외선 분광계(Fourier transform infrared spectrometer, FT-IR, Spectrum One System, PerkinElmer)을 이용하여 분석하였다.Chemical composition and component changes were analyzed using a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR, Spectrum One System, PerkinElmer) in the range of 4,000-500 cm -1 according to the shift of the absorption peak.

방출 거동 시험은 UV-Vis spectrometry (CARY 300 Bio, Varian)을 이용하여 분석하였다.The emission behavior test was analyzed using UV-Vis spectrometry (CARY 300 Bio, Varian).

세포 독성 시험에서 A549 세포는 세포 생존 분석 키트(EZ-Cytox, Dogen, Seoul Korea)를 이용하여 배양하였고, 생존 세포는 광학 현미경(Olympus, CKX41)으로 관측하였다.In the cytotoxicity test, A549 cells were cultured using a cell viability assay kit (EZ-Cytox, Dogen, Seoul Korea), and viable cells were observed with an optical microscope (Olympus, CKX41).

실시예 1: PNC@SiOExample 1: PNC@SiO 22 지지체 제조 support manufacturing

PVP 2.5g을 펜탄올 25ml에 분산시켜 약 50분 동안 60℃에서 250rpm으로 교반하여 균질한 혼합물을 제조하였다. 제조된 혼합물에 트리클로산 80㎎(3.0㎎/mL)을 첨가하고, 물 3.5ml, 0.18M 농도의 구연산나트륨 용액 250μl(243.12μl의 물에 11.6㎎의 구연산나트륨이 포함), 무수에탄올 2.4ml, 수산화암모늄 250μl을 첨가하여 1분 30초 동안 교반한 후, TEOS를 1.0ml을 첨가하여 다시 1분30초 동안 교반하였다. 교반이 종료된 후 상온에서 12시간 유지한 후 10,000rpm으로 10분 동안 원심 분리하여 나노 캡슐을 분리하고, 에탄올(20vt%)로 세척하고 진공건조하였다. 분리한 나노 캡슐은 고온 가열로(Furnace)를 이용하여 550℃에서 건조시켜 수득하여 다공성 나노 캡슐인 PNC@SiO2 지지체를 제조하였다.2.5 g of PVP was dispersed in 25 ml of pentanol and stirred at 250 rpm at 60° C. for about 50 minutes to prepare a homogeneous mixture. 80 mg (3.0 mg/mL) of triclosan was added to the prepared mixture, 3.5 ml of water, 250 μl of 0.18 M concentration of sodium citrate solution (243.12 μl of water contains 11.6 mg of sodium citrate), 2.4 ml of absolute ethanol, hydroxide After adding 250 μl of ammonium and stirring for 1 minute and 30 seconds, 1.0 ml of TEOS was added and stirred again for 1 minute and 30 seconds. After stirring was completed, the nanocapsules were separated by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes after maintaining at room temperature for 12 hours, washing with ethanol (20vt%), and vacuum drying. The separated nanocapsules were dried at 550° C. using a high-temperature furnace to prepare a porous nanocapsule PNC@SiO 2 support.

실시예 2: PNC@SiOExample 2: PNC@SiO 22 -MPS 중간체 제조-MPS intermediate preparation

제조된 PNC@SiO2 지지체 210㎎에 에탄올 210㎎ 및 MPS 1.05ml를 첨가하여 25℃, 24시간 동안 250rpm으로 교반한 후, 다시 10,000rpm, 10분 동안 원심 분리한 후 20vt%의 에탄올로 세척하고, 40℃에서 6시간 동안 진공하여 PNC@SiO2-MPS 중간체를 제조하였다.After adding 210 mg of ethanol and 1.05 ml of MPS to the prepared PNC@SiO 2 support 210 mg, stirring at 250 rpm for 24 hours at 25 ° C., centrifugation again at 10,000 rpm for 10 minutes, and washing with 20vt% ethanol , and vacuum at 40 °C for 6 hours to prepare a PNC@SiO 2 -MPS intermediate.

실시예 3: PNC@SiOExample 3: PNC@SiO 22 -g-MAA 다공성 나노 캡슐의 제조Preparation of -g-MAA porous nanocapsules

상기 PNC@SiO2-MPS 중간체 100㎎에 물 50ml 및 소듐라우릴벤젠설페이트 5㎎이 혼합된 용액에 분산시켜 250rpm으로 1 시간 동안 초음파 처리하여 혼합하고, MMA 모노머 200㎎ 및 BIS 15㎎을 첨가한 후 30분 동안 N2 가스 분위기에서 버블링(bubbling)하고 신속하게 암모늄퍼설페이트 용액(2.0mL, 5.0㎎/mL을 첨가하여 75℃, 4 시간 동안 초음파 처리하였다. 초음파 처리된 다공성 나노 캡슐은 탈이온수로 세척하고 상온에서 건조하여 PNC@SiO2-g-MAA 나노 캡슐을 제조하였다.The PNC@SiO 2 - In 100 mg of the MPS intermediate, 50 ml of water and 5 mg of sodium laurylbenzene sulfate were dispersed in a mixed solution, sonicated at 250 rpm for 1 hour, and MMA monomer 200 mg and BIS 15 mg were added. After bubbling in an N 2 gas atmosphere for 30 minutes, ammonium persulfate solution (2.0 mL, 5.0 mg/mL) was quickly added and sonicated at 75° C. for 4 hours. The sonicated porous nanocapsule was removed Washed with ionized water and dried at room temperature to prepare PNC@SiO 2 -g-MAA nanocapsules.

실험예 1: PNC@SiOExperimental Example 1: PNC@SiO 2 2 지지체의 EDS 및 XPS 분석EDS and XPS analysis of scaffolds

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2지지체의 EDS 및 XPS 분석 결과이다. 도 3(a) 내지 도3(c)를 참조하면, 상기 PNC@SiO2의 표면은 주로 Si-O-Si 결합을 이루는 둥근 구형의 형상을 가지고 있으며, 특히 도 3(b) 및 도 3(c)는 PNC@SiO2의 EDS 분석하여 상기 PNC@SiO2의 원소 조성을 확인한 것으로, 상기 PNC@SiO2의 표면을 형성하는 Si 및 O 원소의 존재를 확인할 수 있어, 상기 PNC@SiO2지지체가 Si-O-Si와 C=O 결합에 의해 수득된 다공성 나노 캡슐임을 확인할 수 있다.3 is a PNC@SiO 2 EDS and XPS analysis results of the support according to an embodiment of the present invention. 3(a) to 3(c), the surface of the PNC@SiO 2 has a round spherical shape mainly forming a Si-O-Si bond, and in particular, FIGS. 3(b) and 3( c) is to confirm the element composition of the PNC@SiO 2 by EDS analysis of PNC@SiO 2 , it is possible to confirm the presence of Si and O elements forming the surface of the PNC@SiO 2 , the PNC@SiO 2 support is It can be confirmed that the porous nanocapsules are obtained by bonding Si-O-Si and C=O.

한편, 도 3(a1) 내지 도 3(c1)는 상기 PNC@SiO2지지체를 XPS 분석한 결과로 각 피크는 화학 결합에 해당하는 원소 조성을 나타내고, 도 3(d)에서 각 피크에 대한 원소의 Atom(%)를 나타낸 것이다. 도 3(a1) 내지 도 3(c1) 및 도 3(d)를 참조하면, PNC@SiO2는 고분자 중합체와 실라놀 결합(Si-O-Si 결합)으로 형성된 다공성 나노 캡슐임을 확인할 수 있고, 주 성분인 Si 및 O의 성분비율은 각각 34.87At% 및 65.13At%임을 확인할 수 있다. On the other hand, FIGS. 3(a1) to 3(c1) are the results of XPS analysis of the PNC@SiO 2 support, and each peak represents an element composition corresponding to a chemical bond, and in FIG. 3(d), the element for each peak Atom (%) is shown. 3(a1) to 3(c1) and 3(d), it can be seen that PNC@SiO 2 is a porous nanocapsule formed of a high molecular polymer and a silanol bond (Si-O-Si bond), It can be seen that the component ratios of Si and O, which are the main components, are 34.87 At% and 65.13 At%, respectively.

실험예 2: PNC@SiOExperimental Example 2: PNC@SiO 22 -g-MAA 다공성 나노 캡슐의 SEM 및 TEM 분석-SEM and TEM analysis of g-MAA porous nanocapsules

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 SEM 및 TEM 이미지이다.4 is a SEM and TEM image of a PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule according to an embodiment of the present invention.

도 4(a) 및 도 4(b)는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 SEM에 의한 표면 형상 이미지로, 피커링(Pickering)법에 의해 형성됨으로써, 매우 작은 실리카 기반 입자들이 모여 구형의 라즈베리형 다공성 나노 캡슐이 형성되었음을 확인할 수 있다. 특히 도 4(a)의 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 표면을 확대한 도 4(b)에서의 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 피커링 법과 소결 공정에 의해 제조된 다공성 나노 캡슐로 비드 사이로 형성된 기공을 확인할 수 있고, 표면에 형성된 리간드 브러시가 기공 위를 얇게 덮은 형상을 확인할 수 있다.4(a) and 4(b) are images of the surface shape by SEM of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules, which are formed by the Pickering method, so that very small silica-based particles are gathered and spherical. It can be confirmed that the raspberry-type porous nanocapsules of In particular, the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule in FIG. 4(b), which enlarged the surface of the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule of FIG. 4(a), was manufactured by the Pickering method and the sintering process. The pores formed between the beads with the porous nanocapsule can be confirmed, and the shape of the ligand brush formed on the surface covering the pores thinly can be confirmed.

또한, 도 4(c) 및 도 4(d)는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 TEM에 의한 분석 이미지로, 표면의 검은색 입자는 Si-O-Si 결합으로 인한 부분이고, 특히 도 4(d)를 참조하면, 검은색 입자 사이에 존재하는 열린 공간은 입자와 입자 사이에 형성된 기공들이 나노 캡슐의 표면에 형성되어 다공성 구조의 나노 캡슐이 제조되었음을 확인할 수 있다. In addition, FIGS. 4(c) and 4(d) are analysis images by TEM of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules. The black particles on the surface are parts due to Si-O-Si bonding, In particular, referring to FIG. 4( d ), it can be confirmed that, in the open space between the black particles, the pores formed between the particles are formed on the surface of the nanocapsule, and thus the nanocapsule having a porous structure is manufactured.

구체적으로 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 제조에 있어서, 피커링법에 의해 PNC@SiO2이 형성되고, 상기 PNC@SiO2는 중합체 고분자의 반응으로 인해 표면에 매우 작은 실리카 입자들이 항균물질 방울(droplets) 표면에 자기조립되면서 캡슐의 쉘 부분을 형성함으로써 기공 표면을 덮고 있는 형태의 코어-쉘 형태의 다공성 나노 캡슐인 PNC@SiO2 지지체를 제조할 수 있다. 제조된 PNC@SiO2 지지체를 MPS로 개질하여 그 표면에 Si-O 및 (C=O)-OH 구조가 형성된 PNC@SiO2-MPS중간체를 제조할 수 있고, 상기 PNC@SiO2-MPS중간체를 MAA의 카르복실기(-COOH)와 반응시켜 그 표면에 리간드 브러시가 그라프트된 다공성 나노 캡슐(PNC@SiO2-g-MAA)을 제조할 수 있다.Specifically, in the preparation of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules, PNC@SiO 2 is formed by the Pickering method, and the PNC@SiO 2 is very small silica particles on the surface due to the reaction of the polymer polymer. The PNC@SiO 2 support, a porous nanocapsule of the core-shell type covering the pore surface, can be prepared by forming the shell portion of the capsule while self-assembly on the surface of the material droplets. By modifying the prepared PNC@SiO 2 support with MPS, a PNC@SiO 2 -MPS intermediate having a Si-O and (C=O)-OH structure formed on the surface thereof can be prepared, and the PNC@SiO 2 -MPS intermediate can be reacted with the carboxyl group (-COOH) of MAA to prepare a porous nanocapsule (PNC@SiO 2 -g-MAA) having a ligand brush grafted onto the surface thereof.

상기 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 리간드 브러시가 형성된 표면에 존재하는 -COO- 그룹에 의해 pH 5(pKa > 2) 이상의 조건을 만족하면 항균물질을 방출할 수 있다.The PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule can release an antibacterial material when the condition of pH 5 (pKa > 2) or higher is satisfied by the -COO - group present on the surface on which the ligand brush is formed.

실험예 3: PNC@SiOExperimental Example 3: PNC@SiO 22 , PNC@SiO, PNC@SiO 22 -MPS, PNC@SiO-MPS, PNC@SiO 22 -g-MAA의 물성 평가-Assessment of physical properties of g-MAA

Zeta potential
[mV]
Zeta potential
[mV]
Mobility
[㎠/V-s]
Mobility
[cm2/Vs]
Diameter
[㎚]
Diameter
[nm]
Std. Dev.
[㎚]
Std. Dev.
[nm]
PNC@SiO2 PNC@SiO 2 -16.58-16.58 -1.06E-04-1.06E-04 414.8414.8 105.6105.6 PNC@SiO2-MPSPNC@SiO 2 -MPS -51.95-51.95 -4.05E-04-4.05E-04 487.6487.6 88.688.6 PNC@SiO2-g-MAAPNC@SiO 2 -g-MAA -39.09-39.09 -3.05E-04-3.05E-04 527.8527.8 90.590.5

표 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 각 제조 단계의 PNC@SiO2 지지체, PNC@SiO2-MPS 중간체 및 PNC@SiO2-g-MAA다공성 나노 캡슐의 표면 제타 전위 값을 측정하기 위해 표면에너지의 변화 및 음이온화를 확인하여 각각의 화학적 단위로 인한 제타 전위 값을 나타낸 것이다.Table 1 is a PNC@SiO 2 support, PNC@SiO 2 -MPS intermediate, and PNC@SiO 2 -g-MAA of each manufacturing step according to an embodiment of the present invention. Surface to measure the surface zeta potential value of the porous nanocapsule The zeta potential value due to each chemical unit is shown by confirming the change in energy and anionization.

표면 전하 값은 상기 다공성 나노 캡슐 표면의 Si-O-Si, C=O 및 COO-와 같은 화학 전위의 평형으로 인해 값의 변화가 발생한다. 표 1을 참조하면, 상기 PNC@SiO2 다공성 지지체의 경우 TEOS의 Si-O기로 인해 표면 전자 값이 음이온화(-16.58mV)된 것을 확인할 수 있고, MPS 개질 후 제타 전위 값은 C=O 결합으로 인해 감소(-51.95mV)하였으며, PNC@SiO2-g-MAA는 MAA가 그래프트 결합되고, 이에 따라 카르복실기의 음이온화로 인해 상기 PNC@SiO2-g-MAA의 표면의 음전하의 전자 밀도가 증가하여 표면 전위 값이 다시 상승(-39.09mV)한 것을 확인할 수 있다.The surface charge value changes due to the equilibrium of chemical potentials such as Si-O-Si, C=O and COO- on the surface of the porous nanocapsule. Referring to Table 1, in the case of the PNC@SiO 2 porous support, it can be seen that the surface electron value is anionized (-16.58 mV) due to the Si-O group of TEOS, and the zeta potential value after MPS modification is a C=O bond was decreased (-51.95 mV), and in PNC@SiO 2 -g-MAA, MAA was graft-bonded, and thus, due to anionization of the carboxyl group, the electron density of negative charges on the surface of PNC@SiO 2 -g-MAA increased. As a result, it can be confirmed that the surface potential value rose again (-39.09mV).

또한, 평균 직경에 있어서 PNC@SiO2 지지체의 경우 414.8(±105.6)㎚이고, PNC@SiO2-MPS 중간체는 평균 직경은 487.6(±88.6)㎚로 측정되었으며, PNC@SiO2-g-MAA다공성 나노 캡슐의 평균 직경은 527.8(±90.5)㎚로 증가하였음을 확인할 수 있다. 상기 다공성 나노 캡슐의 평균 직경은 표면 개질이 진행되면서 증가하였으며, MAA가 그라프트되어 리간드 브러시가 형성된 PNC@SiO2-g-MAA다공성 나노 캡슐의 크기가 가장 증가한 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 다공성 나노 캡슐의 평균 직경은 표면 개질이 진행되는 공정에 따라 증가됨을 확인할 수 있고, 본 발명의 다공성 나노 캡슐 입자의 표준편차는 90.5㎚를 나타냄으로써, 상기 다공성 나노 캡슐의 입자 크기 및 형태의 균일성이 우수함을 알 수 있고, 이에 따라 코팅, 스프레이 형태나 포장재, 보호용 특수 원단 등에 적용될 시 우수하고 균일한 항균 및 살균 효과를 얻을 수 있을 것으로 예측할 수 있다.In addition, in the case of the PNC@SiO 2 support in the average diameter, 414.8 (±105.6) nm, and the PNC@SiO 2 -MPS intermediate, the average diameter was measured to be 487.6 (± 88.6) nm, PNC@SiO 2 -g-MAA It can be seen that the average diameter of the porous nanocapsules increased to 527.8 (±90.5) nm. The average diameter of the porous nanocapsules increased as the surface modification progressed, and it can be seen that the size of the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules on which MAA is grafted and ligand brushes are formed. Accordingly, it can be confirmed that the average diameter of the porous nanocapsules increases according to the surface modification process, and the standard deviation of the porous nanocapsule particles of the present invention is 90.5 nm, so that the particle size of the porous nanocapsules and It can be seen that the uniformity of the form is excellent, and accordingly, it can be predicted that excellent and uniform antibacterial and sterilization effects can be obtained when applied to coatings, spray forms, packaging materials, and special fabrics for protection.

실험예 4: 다공성 나노 캡슐의 물성 평가 1Experimental Example 4: Evaluation of physical properties of porous nanocapsules 1

도 5는 항균제인 트리클로산, 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA, 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐이 각각 pH 4 및 pH 6에서 항균제를 방출하였을 때의 화학적 조성 및 성분 변화를 확인하기 위해 FT-IR 분석한 결과이고, 상기 트리클로산의 FR-IR 분석은 항균제의 포함 유무를 확인하기 위하여 함께 수행하였다.5 is an antibacterial agent triclosan, PNC@SiO 2 -g-MAA containing an antibacterial agent, and PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule containing an antibacterial agent Chemicals when the antibacterial agent is released at pH 4 and pH 6, respectively It is the result of FT-IR analysis to confirm the composition and component change, and the FR-IR analysis of triclosan was performed together to confirm the presence or absence of the antibacterial agent.

도 5(a)를 참조하면, 항균제인 트리클로산의 FT-IR 스펙트럼은 하이드록실기(-OH)에 의해 특정 피크가 3,312㎝-1, C-Cl 흡수 밴드가 722~570㎝-1에서 관찰되었고, CH2-Cl에 대해 강한 CH 진동 밴드가 1,300~1,150㎝-1에서 관찰되었다. 도 5(b)를 참조하면, 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA의 경우 나노 캡슐 표면 상에 MAA-grafted 리간드 브러시에 의하여 -COO-에 의한 1,115㎝-1 피크가 관찰되었다. 또한, MAA 흡수밴드인 C=O의 특성 피크가 1,709㎝-1에서 관찰되었으며, 1,500㎝-1에서 밴드는 연신 진동 흡수에 의해 C=O-C 그룹이 관찰되었고, 소량의 C-CI 특성 피크가 722㎝-1에서 관찰되었다.Referring to Figure 5 (a), in the FT-IR spectrum of triclosan, an antibacterial agent, a specific peak was observed at 3,312 cm -1 due to a hydroxyl group (-OH), and a C-Cl absorption band was observed at 722-570 cm -1 . , a strong CH vibration band for CH 2 -Cl was observed at 1,300-1,150 cm -1 . Referring to FIG. 5(b), in the case of PNC@SiO 2 -g-MAA containing an antibacterial agent, a peak of 1,115 cm -1 by -COO - was observed by the MAA-grafted ligand brush on the surface of the nanocapsule. In addition, the characteristic peak of C=O, the MAA absorption band, was observed at 1,709 cm -1 , the C=OC group was observed by stretching vibration absorption in the band at 1,500 cm -1 , and a small amount of C-CI characteristic peak was 722 . cm −1 .

한편, 본 발명의 다공성 나노 캡슐의 pH 조건에 따른 항균제의 방출 거동을 확인하기 위해, pH 4 및 pH 6의 완충액을 사용하여 방출 시험을 수행하였을 때의 화학적 조성 및 성분 변화를 분석하였다.On the other hand, in order to confirm the release behavior of the antimicrobial agent according to the pH conditions of the porous nanocapsules of the present invention, chemical composition and component changes were analyzed when the release test was performed using buffers of pH 4 and pH 6.

도 5(c)를 참조하면, 항균제를 포함한 PNC@SiO2-g-MAA를 pH 4에서 방출 실험을 진행한 후 측정된 피크를 살펴보면, PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 코어에 담지된 항균제가 소량 방출되어 트리클로산 특성 피크인 C-CI 흡수 밴드가 722~570㎝-1에서 관찰되었고, CH2-Cl에 대해 강한 CH 진동 밴드가 1,300~1,150㎝-1에서 관찰된 반면에, 도 5(d)를 참조하면, pH 6 조건에서 방출 실험을 진행한 다공성 나노 캡슐의 경우 코어에 담지된 항균제가 다량 방출되어 상기 다공성 나노 캡슐 표면의 주성분인 MAA의 -COO- 그룹이 1,150㎝-1에서 주요 특성 피크로 관찰되었고, 항균제인 트리클로산이 방출된 후 잔존하는 소량의 C-CI 특성 피크도 722㎝-1에서 관찰되었다.Referring to FIG. 5(c), looking at the peak measured after conducting a release test of PNC@SiO 2 -g-MAA containing an antibacterial agent at pH 4, PNC@SiO 2 -g-MAA in the core of the porous nanocapsule. A small amount of the supported antibacterial agent was released, and the triclosan characteristic peak, C-CI absorption band, was observed at 722-570 cm -1 , and a strong CH oscillation band for CH 2 -Cl was observed at 1,300-1,150 cm -1 , whereas Referring to FIG. 5(d), in the case of the porous nanocapsules subjected to the release experiment at pH 6, a large amount of the antibacterial agent supported on the core was released, and the -COO - group of MAA , which is the main component of the porous nanocapsule surface, was 1,150 cm- 1 was observed as a main characteristic peak, and a small amount of C-CI characteristic peak remaining after triclosan, an antibacterial agent, was released was also observed at 722 cm -1 .

실험예 5: 다공성 나노 캡슐의 물성 평가 2Experimental Example 5: Evaluation of physical properties of porous nanocapsules 2

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐을 pH 4 및 pH 6조건에서 각각 항균제의 방출 거동을 평가하기 위해 UV-Vis 측정한 결과 그래프로, 항균제의 방출 유무를 비교하기 위해 항균제인 트리클로산 및 항균제를 포함하지 않은 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 UV-Vis 측정도 함께 수행하였다.6 is a graph showing the results of UV-Vis measurement of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules according to an embodiment of the present invention to evaluate the release behavior of antibacterial agents at pH 4 and pH 6, respectively. To compare the release or not, UV-Vis measurement of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules without antibacterial agent triclosan and antibacterial agent was also performed.

도 6을 참조하면, 항균제인 트리클로산과 pH 6 인 완충액의 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 240㎚에서 트리클로산의 방출 거동이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, 항균제를 포함하지 않은 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐과 pH 4인 완충액의 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 트리클로산의 특성 피크가 나타내지 않음을 확인할 수 있다. 따라서, pH 조건에 따라 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 코어물질인 항균제의 방출 거동을 컨트롤할 수 있음을 예상할 수 있다.Referring to FIG. 6 , it can be seen that the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules of the antibacterial agent triclosan and a buffer of pH 6 exhibit the triclosan release behavior at 240 nm. In contrast, it can be seen that the characteristic peak of triclosan does not appear in the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules that do not contain an antibacterial agent and the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules in the pH 4 buffer. Therefore, it can be expected that the release behavior of the antimicrobial agent, which is the core material of the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule, can be controlled according to the pH condition.

상세하게는, 엔탱글링화(entangling)된 리간드 브러시는 특정 습도와 pH 조건에서만 스웰링이 발생하면서 음이온성 항균제와 정전기적 상호작용이 발생하고, 본 발명의 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 경우 pH 5 이상의 환경에서 카르복실기의 이온화에 의해 음으로 하전된 그룹 사이의 정전기적 반발로 인해 상기 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 표면의 형성되어 기공을 덮고 있는 리간드 브러시들이 빠르게 팽창하고, 이에 따라 음이온 값을 갖는 항균제인 트리클로산과 강한 정전기적 반발력으로 인해 상기 항균제가 떨어져 나가면서 방출되는 것을 확인할 수 있다.In detail, the entangling ligand brush causes electrostatic interaction with the anionic antibacterial agent while swelling occurs only under specific humidity and pH conditions, and the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanometer of the present invention In the case of capsules, the surface of the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule is formed due to the electrostatic repulsion between negatively charged groups by ionization of the carboxyl group in an environment of pH 5 or higher, and the ligand brushes covering the pores are rapidly removed. It can be confirmed that the antibacterial agent is released as it swells due to the strong electrostatic repulsion with triclosan, which is an antibacterial agent having an anion value.

한편, pH 4에서의 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 항균제의 방출이 일어나지 않았고, 상세하게는 표면 상에 존재하는 MAA의 카르복실기 그룹 간의 수소결합의 형성 및 Si-O-Si 그룹 간의 정전기적 인력이 존재하여 리간드 브러시들의 스웰링 현상이 거의 발생되지 않으나, pH 6 조건에서는 MAA의 카르복실기가 이온화되고 전기적으로 음으로 하전되어, 그룹 간의 정전기적 반발이 발생함으로써 상기 리간드 브러시가 빠르게 팽창하게 되고, 이에 따라 코어물질인 항균제가 정전기적 반발에 의해 방출됨을 확인할 수 있다.On the other hand, in the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule at pH 4, the release of the antibacterial agent did not occur, in detail, the formation of hydrogen bonds between the carboxyl groups of MAA and the Si-O-Si groups present on the surface. Swelling of the ligand brushes hardly occurs due to the presence of electrostatic attraction, but at pH 6, the carboxyl group of MAA is ionized and electrically negatively charged, causing electrostatic repulsion between the groups to rapidly expand the ligand brush. Accordingly, it can be confirmed that the antimicrobial agent, which is the core material, is released by electrostatic repulsion.

실험예 6: 나노 캡슐의 물성 평가 3Experimental Example 6: Evaluation of physical properties of nanocapsules 3

도 7 및 표 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 항균 특성을 평가한 것이다.7 and Table 2 show the evaluation of the antibacterial properties of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules according to an embodiment of the present invention.

도 7은 상기 항균 특성 평가를 위해 배지 pH 4, pH 6및 pH 7에 각각 (a1, b1, c1) 대조군 샘플(Control sample, C.S), (a2, b2, c2) 항균제를 포함하지 않은 PNC@SiO2-g-MAA, (a3, b3, c3) 코어에 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA의 샘플을 일정 간격을 두고, 습도 100%에서 8 시간동안 방치한 후 클리어 존의 형성을 관찰한 이미지이다.7 shows (a1, b1, c1) control samples (Control sample, CS), (a2, b2, c2) PNC@ that does not contain an antibacterial agent in the medium pH 4, pH 6 and pH 7 for the evaluation of the antibacterial properties. SiO 2 -g-MAA, (a3, b3, c3) Formation of a clear zone after leaving a sample of PNC@SiO 2 -g-MAA containing an antibacterial agent in the core at regular intervals and at 100% humidity for 8 hours is an observed image.

한편, 항균 특성 평가에서 다공성 나노 캡슐 55㎎/10mL를 사용하여 8시간 동안 대장균의 밀도변화를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었고, pH 조건 별 항균 효과는 아가 배지에 대장균을 배양하여 다공성 나노 캡슐의 지지체에서의 항균제 방출과 항균 작용을 통한 클리어 존의 형성을 관찰하였다.On the other hand, in the evaluation of antibacterial properties, the density change of E. coli was measured for 8 hours using 55 mg/10 mL of porous nanocapsules, and the results are shown in Table 2. The release of the antibacterial agent from the support of the capsule and the formation of a clear zone through the antibacterial action were observed.

도 7을 참조하면, pH 4의 배지에서는 모든 샘플에서(a1, a2, a3) 항균제가 방출되지 않아 대장균의 클리어존(clear)은 관찰되지 않은 것을 확인할 수 있고, 이는 pH 4의 조건에서 다공성 나노 캡슐에 형성된 리간드 브러시 간의 강한 수소결합으로, 상기 리간드 브러시의 스웰링 현상이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, pH 6 및 7의 배지에서는 각각 12㎜ 및 13㎜의 클리어존이 형성되었음을 확인할 수 있다. 이는 항균제를 포함하는 다공성 나노 캡슐의 표면에 음이온화된 리간드 브러시 간의 정전기적 반발력이 강해지면서 리간드 브러시가 팽창되고, 이에 따라 상기 다공성 나노 캡슐의 기공이 개방되어 코어에 담지되어 있던 항균제가 방출되어 항균 작용 효과에 따른 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 7, it can be confirmed that the clear zone of E. coli was not observed because the antibacterial agent was not released in all samples (a1, a2, a3) in the medium of pH 4, which is a porous nanometer under the condition of pH 4 As a result of strong hydrogen bonding between the ligand brushes formed in the capsule, it can be seen that the ligand brush does not have a swelling phenomenon. In contrast, it can be seen that clear zones of 12 mm and 13 mm were formed in the medium of pH 6 and 7, respectively. This is because the electrostatic repulsive force between the anionized ligand brushes on the surface of the porous nanocapsule containing the antibacterial agent is strengthened, and the ligand brush expands. Accordingly, the pores of the porous nanocapsule are opened and the antibacterial agent supported in the core is released to release the antibacterial agent. It can be confirmed according to the action effect.

pH 4pH 4 pH 6pH 6 pH 7pH 7 초기
OD 값
Early
OD value
8h 후
OD 값
after 8h
OD value
초기
OD 값
Early
OD value
8h 후
OD 값
after 8h
OD value
초기
OD 값
Early
OD value
8h 후
OD 값
after 8h
OD value
Control sample
(C.S)
control sample
(CS)
0.0280.028 0.0800.080 0.0340.034 0.1000.100 0.0370.037 2.3502.350
PNC@SiO2-g-MAA
(항균제 포함x)
PNC@SiO 2 -g-MAA
(including antibacterial x)
0.0280.028 9.3909.390 0.0340.034 2.4902.490 0.0370.037 3.4003.400
PNC@SiO2-g-MAA
(항균제 포함)
PNC@SiO 2 -g-MAA
(including antibacterial)
0.0280.028 11.4611.46 0.0340.034 6.0206.020 0.0370.037 8.3008.300

한편, 대장균 밀도 변화 결과를 나타낸 표 2를 참조하면, pH 4조건에서 모든 경우의 초기 대장균의 밀도가 0.028(OD)이고, C.S는 8시간 후 대장균의 밀도가 0.080(OD)로 증가하였고, 항균제를 포함하지 않은 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 경우 9.390(OD)로 증가하였고, 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 경우 11.46(OD)로 가장 크게 증가하였다.On the other hand, referring to Table 2 showing the results of changes in E. coli density, the initial density of E. coli in all cases at pH 4 was 0.028 (OD), and in CS, the density of E. coli increased to 0.080 (OD) after 8 hours, and antibacterial agents In the case of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules without PNC@SiO 2 -g-MAA, it increased to 9.390 (OD), and in the case of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules containing antibacterial agent, it increased the most to 11.46 (OD). did

pH 6 조건에서 모든 경우의 초기 대장균의 밀도는 0.034(OD)를 나타내었고, 8시간 후 대장균의 밀도가 C.S는 0.100(OD)으로, 항균제를 포함하지 않은 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 2.490(OD)으로, 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 경우 6.020(OD)으로 증가하였다. pH 7 조건에서 모든 경우의 초기 대장균의 밀도가 0.037(OD)이고, 8시간 후 대장균의 밀도가 C.S는 2.350(OD)으로, 항균제를 포함하지 않은 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 3.400(OD)으로, 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 경우 8.300(OD)으로 증가하였다.At pH 6, the initial density of E. coli in all cases was 0.034 (OD), and after 8 hours, the density of E. coli was 0.100 (OD) at CS, PNC@SiO 2 -g-MAA porous nano The capsule increased to 2.490 (OD), and 6.020 (OD) for the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule containing the antibacterial agent. At pH 7, the initial density of E. coli was 0.037 (OD) in all cases, and the density of E. coli after 8 hours was 2.350 (OD), and PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules without antibacterial agents were 3.400 (OD), and increased to 8.300 (OD) in the case of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules containing the antibacterial agent.

이에 따라, 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 pH 6 조건에서 항균제에 의한 대장균의 증식 억제효과가 가장 우수함을 확인할 수 있고, 특히 pH 4 조건에서 보다 pH 6에서의 대장균의 밀도가 약 48%의 증식 억제효과를 나타냄을 확인할 수 있다. 이는 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐이 특정 습도 및 pH 조건을 만족하면, 상기 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐 표면의 리간드 브러시가 팽창되어, 폐쇄되어 있던 기공이 개방되고, 코어에 담지되어 있던 항균제가 방출됨으로써 항균 효과를 구현하는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be confirmed that the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule containing the antibacterial agent has the best effect of inhibiting the proliferation of E. coli by the antibacterial agent under the pH 6 condition, and in particular, the E. coli at pH 6 than at the pH 4 condition It can be confirmed that the density of the exhibits a proliferation inhibitory effect of about 48%. This is because when the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule containing the antibacterial agent satisfies specific humidity and pH conditions, the ligand brush on the surface of the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule expands, and the closed pores It can be confirmed that this is opened, and the antibacterial agent supported on the core is released, thereby realizing the antibacterial effect.

실험예 7: 다공성 나노 캡슐의 물성 평가 4Experimental Example 7: Evaluation of physical properties of porous nanocapsules 4

도 8 및 표 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 세포 독성 평가 결과이다.8 and Table 3 are cytotoxicity evaluation results of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules according to an embodiment of the present invention.

세포 독성 시험을 수행하기 위해, 대조군 샘플(Control sample, C.S), 항균제를 포함하지 않은 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐, 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡술을 pH 6의 완충액에 24시간 동안 담지하여 얻은 용액을 노출용액으로 사용하였다.To perform the cytotoxicity test, a control sample (CS), PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules without antibacterial agent, and PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules containing antibacterial agent were used. A solution obtained by immersion in a buffer of pH 6 for 24 hours was used as an exposure solution.

샘플은 특정 농도로 희석하고 인간의 폐 상피세포(A549 세포) 3.12 × 105개를 10mL 배지에 분배하였고, 분배된 세포를 24시간 동안 배양하고, 이를 5분 동안 초음파 처리하며 3가지의 노출용액에 노출시킨 후 24시간 동안 배양한 후 광학 현미경으로 증식된 세포의 수를 관찰하였고, 노출 전과 24시간 배양 후의 세포의 수를 측정하고, 부착 수 변화에 따른 세포 부착률을 표 3에 나타내었다.The sample was diluted to a specific concentration and 3.12 × 10 5 human lung epithelial cells (A549 cells) were distributed in 10 mL medium, and the distributed cells were cultured for 24 hours, sonicated for 5 minutes, and three exposure solutions After culturing for 24 hours after exposure to , the number of proliferated cells was observed under an optical microscope, the number of cells before exposure and after 24 hours of incubation was measured, and the cell adhesion rate according to the change in the number of adhesions is shown in Table 3.

또한, 노출용액의 농도는 약품 독성 농도 기준의 1/10의 범위에서 수행하였고, 이에 따라 캡슐에서 추출된 항균제의 농도는 100ug/mL이고, 세포 부착 활성은 대조군 샘플과 비교하였다.In addition, the concentration of the exposure solution was performed in the range of 1/10 of the drug toxicity concentration standard, and accordingly, the concentration of the antimicrobial agent extracted from the capsule was 100ug/mL, and the cell adhesion activity was compared with the control sample.

세포 부착 수
(Number of cell adhesion)
number of cell attachments
(Number of cell adhesion)
세포 부착률
(Cell adhesion activity, %)
cell adhesion rate
(Cell adhesion activity, %)
0 h0 h 24 h24 h Control sample
(C.S)
control sample
(CS)
104104 166166 160160
PNC@SiO2-g-MAA
(항균제 포함x)
PNC@SiO 2 -g-MAA
(including antibacterial x)
8585 112112 132132
PNC@SiO2-g-MAA
(항균제 포함)
PNC@SiO 2 -g-MAA
(including antibacterial)
113113 113113 100100

표 3을 참조하면, C.S의 생존하는 세포의 수는 104개에서 166개로 증가하였고, 노출용액에 24시간 노출하여 배양한 후 배양 전과 비교하여 160% 증가한 것을 확인할 수 있다. 또한, 항균제를 포함하지 않은 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 경우 생존하는 세포의 수가 85에서 112개로 증가하였고, 이에 따라 세포 부착률이 132%로 증가한 것을 확인할 수 있다. 한편, 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 경우 생존하는 세포의 수가 노출 전과 노출 후 모두 113개로 증가 및 감소가 일어나지 않았으며, 이는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐로부터 방출된 항균제가 기인한 것으로 예측할 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the number of viable cells in CS increased from 104 to 166, and after culturing by exposure to the exposure solution for 24 hours, it can be confirmed that the number increased by 160% compared to before culturing. In addition, in the case of the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule containing no antibacterial agent, the number of viable cells increased from 85 to 112, and it can be seen that the cell adhesion rate increased to 132%. On the other hand, in the case of the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule containing the antibacterial agent, the number of surviving cells did not increase or decrease to 113 both before and after exposure, which is the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule. It can be predicted that this is due to the antimicrobial agent released from the capsule.

구체적으로, 본 발명의 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 코어에 항균제를 담지하고 특정 pH 및 습도 조건이 충족되면서, 다공성 나노 캡슐 표면의 리간드 브러시가 팽창됨으로써 폐쇄되어 있던 기공이 개방되고, 상기 기공을 통해 항균제가 방출된 것으로 예측할 수 있다.Specifically, in the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule of the present invention, the closed pores are opened by the expansion of the ligand brush on the surface of the porous nanocapsule while the antibacterial agent is supported on the core and specific pH and humidity conditions are met. , it can be predicted that the antimicrobial agent is released through the pores.

한편, 도 8은 세포 독성 시험을 수행하고, 노출 전과 노출 후를 관찰한 배지 이미지이고, 도 8(a1, a2)는 대조군 샘플(Control sample, C.S), 도 8(b1, b2)는 항균제를 포함하지 않은 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐, 도 8(c1, c2)는 항균제를 포함하는 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐의 노출 전 및 노출 후의 이미지이다. 도 8(a1) 및 (a2)에 나타난 바와 같이, 죽은 세포는 배지의 측면에 부착되지 못한 상태인 것을 나타내고, 생존하는 세포는 세포가 배지의 측면에 부착된 상태임을 나타낸다.On the other hand, Figure 8 is a cytotoxicity test, and is a medium image observed before and after exposure, Figure 8 (a1, a2) is a control sample (Control sample, CS), Figure 8 (b1, b2) is an antibacterial agent PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules not containing, FIGS. 8 (c1, c2) are images before and after exposure of PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsules containing an antibacterial agent. As shown in FIGS. 8(a1) and (a2), dead cells indicate that they are not attached to the side of the medium, and surviving cells indicate that the cells are attached to the side of the medium.

표 3 및 도 8에 따라서, 본 발명의 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 대조군인 C.S보다 세포 부착률이 60% 낮은 것으로 나타났으나, 노출 전과 노출 후의 생존하는 세포 수의 변화가 없는 것을 나타내어, 상기 PNC@SiO2-g-MAA 다공성 나노 캡슐은 방출된 항균제의 항균 효과가 존재하면서도, A549 세포에 대한 독성이 없는 것을 확인할 수 있다.According to Table 3 and Figure 8, the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule of the present invention showed a 60% lower cell adhesion rate than the control CS, but the change in the number of viable cells before and after exposure was It can be seen that the PNC@SiO 2 -g-MAA porous nanocapsule has no toxicity to A549 cells while the antibacterial effect of the released antibacterial agent is present.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (10)

항균제를 포함하는 코어;
상기 코어 표면 중 적어도 일부에 형성된 리간드 브러시; 및
상기 항균제는 습도 45~100% 및 pH 5~7의 조건에서 방출되는 다공성 나노 캡슐.
a core comprising an antimicrobial agent;
a ligand brush formed on at least a portion of the surface of the core; and
The antibacterial agent is a porous nanocapsule that is released under the conditions of 45-100% humidity and pH 5-7.
제1항에 있어서,
상기 코어는 하나 이상의 기공을 포함하고,
상기 기공은 pH 5 미만의 조건에서 상기 리간드 브러시에 의해 폐쇄(closed)되고, pH 5~7의 조건에서 상기 리간드 브러시에 의해 개방(open)되는 다공성 나노 캡슐.
According to claim 1,
The core comprises one or more pores,
The pores are closed (closed) by the ligand brush at a condition of less than pH 5, and open (opened) by the ligand brush at a condition of pH 5 to 7 porous nanocapsules.
제1항에 있어서,
상기 리간드 브러시는 상기 코어에 실란계 화합물을 결합시킨 후 아크릴계 화합물을 반응시킨 다공성 나노 캡슐.
According to claim 1,
The ligand brush is a porous nanocapsule in which an acryl-based compound is reacted after binding a silane-based compound to the core.
제3항에 있어서,
상기 실란계 화합물은 3-(트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트(3-(Trimethoxysilyl)propylmethacrylate, MPS), 3-(글리시독시)트리메톡시실란(3-(Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane, GPS), 3-(메르캅토프로필)트리메톡시실란(3-(mercaptopropyl)trimethoxysilane, MCPS) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 다공성 나노 캡슐.
4. The method of claim 3,
The silane-based compound is 3- (trimethoxysilyl) propylmethacrylate (3- (Trimethoxysilyl) propylmethacrylate, MPS), 3- (glycidoxy) trimethoxysilane (3- (Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane, GPS), A porous nanocapsule which is one selected from the group consisting of 3-(mercaptopropyl)trimethoxysilane (3-(mercaptopropyl)trimethoxysilane, MCPS) and a mixture of two or more thereof.
제3항에 있어서,
상기 아크릴계 화합물은 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 펜틸아크릴레이트, 펜틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 다공성 나노 캡슐.
4. The method of claim 3,
The acrylic compound is acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, pentyl acrylate, A porous nanocapsule which is one selected from the group consisting of pentyl methacrylate, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethyl acrylate, polyethyl methacrylate, and a mixture of two or more thereof.
제1항에 있어서,
상기 항균제는 트리클로산(Triclosan) 또는 용액 상태의 항균물질인 다공성 나노 캡슐.
According to claim 1,
The antibacterial agent is triclosan or a porous nanocapsule which is an antibacterial material in a solution state.
제1항에 있어서,
상기 다공성 나노 캡슐의 평균 입경은 200~800㎚인 다공성 나노 캡슐.
According to claim 1,
The average particle diameter of the porous nanocapsules is 200 ~ 800nm porous nanocapsules.
(a) 실리카(SiO2) 전구체 및 항균제를 포함하는 수용액을 반응시켜 실리카 코어 지지체를 제조하는 단계;
(b) 상기 실리카 코어 지지체에 실란계 화합물을 투입하여 반응시키는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계의 생성물에 아크릴계 화합물을 투입하고 반응시켜 리간드 브러시를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 항균제는 습도 45~100% 및 pH 5~7의 조건에서 방출되는 다공성 나노 캡슐의 제조방법.
(a) preparing a silica core support by reacting an aqueous solution containing a silica (SiO 2 ) precursor and an antibacterial agent;
(b) reacting by adding a silane-based compound to the silica core support; and
(c) adding an acrylic compound to the product of step (b) and reacting to form a ligand brush;
The method for producing a porous nanocapsule, wherein the antibacterial agent is released under the conditions of 45-100% humidity and pH 5-7.
제8항에 있어서,
상기 실리카 코어 지지체는 하나 이상의 기공을 포함하는 다공성 나노 캡슐의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The silica core support is a method of manufacturing a porous nanocapsule comprising one or more pores.
제8항에 있어서,
상기 다공성 나노 캡슐의 평균 입경은 200~800㎚인 다공성 나노 캡슐의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The average particle diameter of the porous nanocapsules is a method of manufacturing a porous nanocapsule of 200 ~ 800㎚.
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