KR20220140227A - Antiviral-antibiotic organic-inorganic hybrid nanoparticle and its method of preparing the same, and article including the same - Google Patents

Antiviral-antibiotic organic-inorganic hybrid nanoparticle and its method of preparing the same, and article including the same Download PDF

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KR20220140227A
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Abstract

Disclosed are organic-inorganic hybrid nanoparticles, a method for manufacturing the same, and an article thereof. The disclosed organic-inorganic hybrid nanoparticles include hematite, and lysine conjugated to the hematite. In the present invention, lysine molecules form strong ionic bonds on the surface of hematite to form chemically stable organic molecule-inorganic metal oxide hybrid nanoparticles.

Description

항바이러스-항균 특성을 갖는 유무기 하이브리드 나노입자와 그 제조방법, 및 물품{Antiviral-antibiotic organic-inorganic hybrid nanoparticle and its method of preparing the same, and article including the same}Antiviral-antibiotic organic-inorganic hybrid nanoparticle and its method of preparing the same, and article including the same

항바이러스-항균 특성을 갖는 유무기 하이브리드 나노입자와 그 제조방법, 및 물품이 개시된다. 보다 상세하게는, 생체 적합성(biocompatibility)을 가지면서 바이러스 및 세균을 흡착시켜 사멸하는 특성을 보유하고, 동시에 물에 잘 분산되어 콜로이드 상태를 유지하는 성질을 지닌 유무기 하이브리드 나노입자와 그 제조방법, 및 물품이 개시된다.Disclosed are an organic-inorganic hybrid nanoparticle having antiviral-antibacterial properties, a method for preparing the same, and an article. More specifically, organic-inorganic hybrid nanoparticles having a property of adsorbing and killing viruses and bacteria while having biocompatibility, and at the same time maintaining a colloidal state by being well dispersed in water, and a method for manufacturing the same; and articles are disclosed.

산화철 나노입자(iron oxide nanoparticle)는 생체 적합성이 뛰어나고, 인체에 상대적으로 안전하며, 아래에 설명하는 자기적 특성 등 여러가지 장점 때문에 이미 생명-의 과학(bio-medical science)분야에 많이 이용되어 왔다. 대표적 예로서 자기공명영상 (Magnetic Resonance Imaging)의 조영제(contrast agent), 약물전달(drug delivery), 세포표지(cell labelling), 고열치료(hyperthermia therapy) 등이 있다(비특허문헌 1~3 참조). Iron oxide nanoparticles have been widely used in the field of bio-medical science because of their excellent biocompatibility, relative safety to the human body, and various advantages such as magnetic properties described below. Representative examples include contrast agent, drug delivery, cell labeling, and hyperthermia therapy of Magnetic Resonance Imaging (see Non-Patent Documents 1 to 3). .

그런데, 위에 열거한 모든 작용과 기능은 산화철 나노입자가 자석에 끌리는 자성 나노입자(magnetic nanoparticle)이어야 근본적으로 가능하다. 이러한 목적에 이용되는 자성 산화철(magnetic iron oxide)로는 마그네타이트(Fe3O4)와 마그헤마이트(감마-Fe2O3)가 알려져 있다(비특허문헌 1 참조). 이들 나노입자들은 상온에서 초상자성(superparamagnetism)을 보여 자기장에 강하게 반응하는 특성이 있다. 자기장에 거의 반응하지 않는 산화철인 헤마타이트(=α-Fe2O3)는 위의 용도에 쓰일 수 없으므로 축적된 연구성과가 훨씬 적다. 그리고, 산화철은 일반적으로 물에 잘 녹지 않으므로 마그네타이트/마그헤마이트 나노입자 표면에 각종 유기분자를 코팅 (coating)함으로써 용해도를 높여 약물 제조에 쓰는 연구개발이 진행되어 왔다. 그 중에서도 라이신(lysine)은 그 자체의 수용해성(water-solubility)(상온에서 1.5kg/L)이 탁월할 뿐만 아니라(비특허문헌 4 참조), 금속 산화물의 표면에 붙어 그 금속 산화물의 용해도를 높여주는 역할을 수행한다. 라이신은 인체 구성성분인 아미노산의 일종으로서 생체 적합성이 뛰어나고 인체에 대해 독성이 없으므로 라이신을 접합시킨(라이신-grafted) 마그네타이트/마그헤마이트 나노입자에 관한 선행기술 문헌들이 존재한다(비특허문헌 5~7 참조). However, all the actions and functions listed above are fundamentally possible only when the iron oxide nanoparticles are magnetic nanoparticles that are attracted to magnets. As magnetic iron oxides used for this purpose, magnetite (Fe 3 O 4 ) and maghemite (gamma-Fe 2 O 3 ) are known (see Non-Patent Document 1). These nanoparticles exhibit superparamagnetism at room temperature and thus have a characteristic of strongly responding to magnetic fields. Hematite (=α-Fe 2 O 3 ), an iron oxide that hardly responds to magnetic fields, cannot be used for the above purposes, so the accumulated research results are much less. In addition, since iron oxide is generally not soluble in water, research and development for use in drug manufacturing has been conducted by coating various organic molecules on the surface of magnetite/maghemite nanoparticles to increase solubility. Among them, lysine is not only excellent in its own water-solubility (1.5 kg/L at room temperature) (see Non-Patent Document 4), but also attaches to the surface of the metal oxide to increase the solubility of the metal oxide. plays a role in enhancing As lysine is a kind of amino acid that is a component of the human body, it has excellent biocompatibility and is not toxic to the human body, so there are prior art documents about magnetite/maghemite nanoparticles conjugated with lysine (lysine-grafted) (Non-Patent Document 5~ 7).

한편, 산화철의 또 하나의 응용분야는 항바이러스-항균 약물소재인데, 이 분야의 기초단계 연구성과가 간헐적으로 보고된 바 있다(비특허문헌 8~10 참조). 그러나, 거의 모든 생명-의 과학 관련 산화철 연구는 이미 마그네타이트/마그헤마이트에 집중되어 그들 물질의 특성이 비교적 잘 알려져 있으므로 항바이러스-항균 연구에서도 역시 마그네타이트/마그헤마이트가 주 연구대상이 되어 왔다(비특허문헌 8~10 참조). 현재까지 산화철에 항바이러스-항균 성질이 존재하는 것은 보고되었으나, 기존의 약제들에 비해 탁월한 장점이 증명된 바가 없으므로 항바이러스-항균용 산화철 나노입자 연구는 산발적인 기초단계 연구문헌만 존재할 뿐 체계적인 개발에 이르지 못했다. On the other hand, another application field of iron oxide is an antiviral-antibacterial drug material, and basic research results in this field have been reported intermittently (see Non-Patent Documents 8 to 10). However, almost all life science-related iron oxide research has already focused on magnetite/maghemite, and the properties of their materials are relatively well known. See Non-Patent Documents 8 to 10). Until now, it has been reported that iron oxide has antiviral-antibacterial properties, but there is no evidence of superior advantages over existing drugs. did not reach

이와 별도로 빈혈(anemia) 치료제로서 산화철을 후보물질로 연구한 문헌이 존재한다(비특허문헌 2~3 참조). 이 경우, 산화철보다는 인체에 잘 흡수되는 다른 철화합물들이 효능이 더 우수하여 오랜 연구개발을 통해 상용화되고 있으므로, 이러한 빈혈증 치료약 관련 연구문헌은 본 발명이 구현하려는 항바이러스-항균용 물질의 개발로는 이어지지는 못하였다.Separately, there is a literature researching iron oxide as a candidate material as a therapeutic agent for anemia (see Non-Patent Documents 2-3). In this case, other iron compounds that are well absorbed by the human body than iron oxide have better efficacy and are commercialized through long research and development. could not be continued.

또한, 전기영동(electrophoresis)에서 그 이동도(mobility)를 조절하기 위한 목적으로 산화철에 각종 아미노산을 코팅한 연구도 존재한다(비특허문헌 11 참조). 그러나, 이러한 목적의 연구에서는 코팅을 위한 라이신 용액 중 라이신 농도 범위가 매우 낮은 값(0.01mM~10mM)에 국한되어 항바이러스-항균용 물질의 개발로는 이어지지 못하였다. In addition, there is a study of coating various amino acids on iron oxide for the purpose of controlling its mobility in electrophoresis (see Non-Patent Document 11). However, in the study for this purpose, the lysine concentration range in the lysine solution for coating was limited to a very low value (0.01mM ~ 10mM), so it did not lead to the development of an antiviral-antibacterial substance.

[선행기술문헌][Prior art literature]

[비특허문헌][Non-patent literature]

1. D. Chang et al. Frontiers in Pharmacology 9, 831 (2018)1. D. Chang et al. Frontiers in Pharmacology 9, 831 (2018)

2. E. Alphandery et al. Nanotoxicology 13, 573 (2019)2. E. Alphandery et al. Nanotoxicology 13, 573 (2019)

3. D. Bobo et al. Pharm. Res. 33, 2373 (2016)3. D. Bobo et al. Pharm. Res. 33, 2373 (2016)

4. https://en.wikipedia.org/wiki/라이신4. https://en.wikipedia.org/wiki/lysine

5. R. Contreras-Montoya et al. Crystal Growth&Design 20, 533 (2020)5. R. Contreras-Montoya et al. Crystal Growth&Design 20, 533 (2020)

6. C. Mandawala et al. J. Materials chemistry B, Royal Society of Chemistry, 2017, 10.1039/C6TB0348F. hal-015867786. C. Mandawala et al. J. Materials chemistry B, Royal Society of Chemistry, 2017, 10.1039/C6TB0348F. hal-01586778

7. H. Zhang, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20641901 7. H. Zhang, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20641901

8. S. Tong et al. Mater. Today 31, 86 (2019)8. S. Tong et al. Mater. Today 31, 86 (2019)

9. Y. Abo-zeid et al. WIREs Nanomed Nanobiotechnol 12, e1592 (2020)9. Y. Abo-zeid et al. WIREs Nanomed Nanobiotechnol 12, e1592 (2020)

10. R. Kumar et al. J. Infect. Chemother. 25, 325 (2019)10. R. Kumar et al. J. Infect. Chemother. 25, 325 (2019)

11. A. Ben-Taleb et al. Materials Chemistry and Physics 37, 68 (1994)11. A. Ben-Taleb et al. Materials Chemistry and Physics 37, 68 (1994)

본 발명의 일 구현예는 생체 적합성(biocompatibility)을 가지면서 바이러스 및 세균을 흡착시켜 사멸하는 특성을 보유하고, 동시에 물에 잘 분산되어 콜로이드 상태를 유지하는 성질을 지닌 유무기 하이브리드 나노입자를 제공한다.One embodiment of the present invention provides an organic-inorganic hybrid nanoparticle having a property of adsorbing and killing viruses and bacteria while having biocompatibility, and at the same time being well dispersed in water to maintain a colloidal state. .

본 발명의 다른 구현예는 상기 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method for preparing the organic-inorganic hybrid nanoparticles.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 유무기 하이브리드 나노입자를 포함하는 물품을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides an article including the organic-inorganic hybrid nanoparticles.

본 발명의 일 측면은,One aspect of the present invention is

헤마타이트; 및hematite; and

상기 헤마타이트에 접합된 라이신을 포함하는 유무기 하이브리드 나노입자를 제공한다. It provides an organic-inorganic hybrid nanoparticle comprising lysine conjugated to the hematite.

상기 헤마타이트의 철원자는 상기 라이신의 카르복실기 중의 산소원자와 이온결합에 의해 결합될 수 있다.The iron atom of the hematite may be bonded to an oxygen atom in the carboxyl group of the lysine by an ionic bond.

상기 유무기 하이브리드 나노입자에서 상기 라이신의 함량은 1~4중량%일 수 있다.The content of the lysine in the organic-inorganic hybrid nanoparticles may be 1 to 4% by weight.

상기 유무기 하이브리드 나노입자에서 상기 라이신의 함량은 2~3중량%일 수 있다.The content of the lysine in the organic-inorganic hybrid nanoparticles may be 2-3% by weight.

상기 헤마타이트는 평균입경이 10~200nm일 수 있다.The hematite may have an average particle diameter of 10 to 200 nm.

본 발명의 다른 측면은,Another aspect of the present invention is

상기 유무기 하이브리드 나노입자를 포함하는 물품을 제공한다.It provides an article comprising the organic-inorganic hybrid nanoparticles.

상기 물품은 부직포, 복합 부직포 또는 부직포 적층체일 수 있다.The article may be a non-woven fabric, a composite non-woven fabric or a non-woven fabric laminate.

본 발명의 또 다른 측면은,Another aspect of the present invention is

라이신을 용매에 용해시켜 라이신 용액을 제조하는 단계(S10);Dissolving lysine in a solvent to prepare a lysine solution (S10);

상기 라이신 용액에 헤마타이트를 첨가한 후 교반하는 단계(S20); 및Stirring after adding hematite to the lysine solution (S20); and

상기 단계(S20)에 얻어진 결과물로부터 상기 용매를 제거하는 단계(S30)를 포함하는 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing organic-inorganic hybrid nanoparticles comprising the step (S30) of removing the solvent from the resultant obtained in the step (S20).

상기 용매는 물을 포함할 수 있다.The solvent may include water.

상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도는 0.03~4M일 수 있다. The lysine concentration in the lysine solution in the step (S10) may be 0.03 ~ 4M.

상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도는 0.05~2M일 수 있다.The lysine concentration in the lysine solution in the step (S10) may be 0.05 ~ 2M.

상기 단계(S10) 및 상기 단계(S20)는 상온 및 상압하에서 수행될 수 있다.The steps (S10) and (S20) may be performed at room temperature and under normal pressure.

상기 단계(S10) 및 상기 단계(S20)에는 상기 라이신, 상기 용매 및 상기 헤마타이트를 제외하고는 어떠한 물질도 첨가되지 않을 수 있다.In the step (S10) and the step (S20), no substance may be added except for the lysine, the solvent, and the hematite.

본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 나노입자는 하기와 같은 이점들을 갖는다. Organic-inorganic hybrid nanoparticles according to an embodiment of the present invention have the following advantages.

(1) 라이신 분자가 헤마타이트 표면에 강한 이온결합을 하여 화학적으로 안정적인 유기분자-무기 금속 산화물 하이브리드 나노입자를 형성한다. (1) Lysine molecules form strong ionic bonds on the hematite surface to form chemically stable organic-inorganic metal oxide hybrid nanoparticles.

(2) 일반적으로 금속 산화물은 물에 거의 녹지 못하여 헤마타이트도 이러한 약점을 가지는데 라이신을 접합시킴으로써 용해도가 획기적으로 증가하여 장시간 콜로이드 상태로 유지가능하다. (2) In general, metal oxide is hardly soluble in water, so hematite also has this weakness. By conjugating lysine, the solubility is dramatically increased, so that it can be maintained in a colloidal state for a long time.

(3) 라이신과 헤마타이트 모두 생체 적합성(biocompatibility)이 뛰어나고 세포 독성(cytotoxicity)이 거의 없다.(3) Both lysine and hematite have excellent biocompatibility and almost no cytotoxicity.

(4) 상온 및 상압에서 쉽게 장시간 보관 가능한 분말 형태로 존재한다.(4) It exists in the form of a powder that can be easily stored for a long time at room temperature and pressure.

(5) 헤마타이트는 여러가지 산화철 중 등전점(Iso Electric Point: IEP) 값이 가장 높다. 라이신의 IEP값도 20 가지 아미노산 중 Arginine 다음으로 두번째로 높다. 후술하는 바와 같이 일반적으로 음전하를 띤 바이러스나 세균을 흡착 사멸시키는데 높은 IEP값이 압도적으로 유리하다.(5) Hematite has the highest isoelectric point (IEP) value among various iron oxides. The IEP value of lysine is also the second highest after arginine among 20 amino acids. As will be described later, a high IEP value is overwhelmingly advantageous in adsorbing and killing negatively charged viruses or bacteria.

(6) 라이신은 zwitterion(쌍극성 이온)의 특성을 가짐으로써, 다양한 생리학적 작용을 하며, 유기물질들을 흡착시켜 이동을 억제할 수 있다(참고문헌 1~2 참조).(6) Lysine has the characteristic of zwitterion (dipolar ion), and thus has various physiological actions and can inhibit movement by adsorbing organic substances (see References 1-2).

(7) 제조 과정에서 별도의 촉매, 계면활성제 및 접착제 등이 필요 없고 유해한 화학물질이 사용되지 않는다.(7) There is no need for a separate catalyst, surfactant, adhesive, etc., and harmful chemicals are not used in the manufacturing process.

(8) 제조공정이 상온 내지 90℃ 이하의 온도에서만 이루어지고 모든 공정을 통해 에너지 소비가 극히 적다.(8) The manufacturing process is performed only at room temperature to 90°C or lower, and energy consumption is extremely low through all processes.

(9) 제조공정에서 고온, 고압, 고진공 또는 0℃ 이하의 저온 등 특수 조건이 요구되지 않아 모든 공정이 시설 및 작업 조건상으로 대단히 안전하다.(9) In the manufacturing process, special conditions such as high temperature, high pressure, high vacuum, or low temperature below 0℃ are not required, so all processes are very safe in terms of facilities and working conditions.

(10) 발명된 유무기 하이브리드 나노입자 자체가 항바이러스-항균 능력을 가지므로 제조공정에서 무균-무바이러스의 극한 조건 없이 통상적인 청결 조건을 유지하는 것으로 충분하다. (10) Since the invented organic-inorganic hybrid nanoparticles themselves have antiviral-antibacterial ability, it is sufficient to maintain normal cleanliness without extreme conditions of sterility-freedom in the manufacturing process.

(11) 제조공정에서 유해한 화학물질이 배출되지 않는다.(11) No harmful chemicals are emitted in the manufacturing process.

도 1은 라이신의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 헤마타이트의 (0001) 표면의 평면도이다.
도 3은 라이신이 헤마타이트의 (0001) 표면에 흡착된 상태를 나타낸 유무기 하이브리드 나노입자의 측면도이다.
도 4는 제조예 1에서 제조된 헤마타이트의 XRD 그래프이다.
도 5는 실시예 1-5 및 1-8에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트(lysine-grafted hematite)의 XRD 그래프이다.
도 6은 참고문헌 19에 개시되어 있는 전형적인 헤마타이트의 XRD 그래프이다.
도 7은 제조예 1 및 실시예 1-5에서 제조된 헤마타이트와 라이신-접합된 헤마타이트 분말의 실물 사진이다.
도 8은 제조예 1 및 실시예 1-5에서 제조된 헤마타이트 및 라이신-접합된 헤마타이트의 SEM 이미지이다.
도 9는 제조예 1 및 실시예 1-5에서 제조된 헤마타이트와 라이신-접합된 헤마타이트의 N2 등온 흡착곡선 및 공극(pore) 크기 분포 곡선이다.
도 10은 다양한 라이신 농도의 라이신 용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트를 증류수에 분산시켜 콜로이드 용액을 만든 다음, 일정시간 정치시켜 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 침강속도를 비교한 사진이다.
도 11a 내지 도 11ℓ은 다양한 라이신 농도의 라이신 용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트들로 코팅된 SMS 복합 부직포(Spunbond-Meltblown-Spunbond nonwoven fabric)의 SEM 이미지이다.
도 12는 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트의 MDCK 숙주세포에 대한 세포 독성 사진이다.
도 13은 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트의 MRC-5 숙주세포에 대한 세포 독성 사진 및 세포 생존율 (cell viability) 그래프이다.
도 14는 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트의 Escherichia coli(대장균)에 대한 항균효능 시험 결과이다.
도 15는 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트로 코팅된 SMS 복합 부직포의 바이러스 불활화를 시간에 따라 측정한 실험결과이다.
1 is a schematic diagram showing the structure of lysine.
2 is a plan view of the (0001) surface of hematite.
3 is a side view of organic-inorganic hybrid nanoparticles showing a state in which lysine is adsorbed on the (0001) surface of hematite.
4 is an XRD graph of hematite prepared in Preparation Example 1.
5 is an XRD graph of lysine-grafted hematite prepared in Examples 1-5 and 1-8.
6 is an XRD graph of a typical hematite disclosed in Reference 19.
7 is a real photograph of hematite and lysine-conjugated hematite powders prepared in Preparation Examples 1 and 1-5.
8 is an SEM image of hematite and lysine-conjugated hematite prepared in Preparation Example 1 and Examples 1-5.
9 is an N 2 isothermal adsorption curve and a pore size distribution curve of hematite and lysine-conjugated hematite prepared in Preparation Example 1 and Examples 1-5.
10 is a photograph comparing the sedimentation rate of lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared by dispersing lysine-conjugated hematite prepared using lysine solutions of various lysine concentrations in distilled water, and then standing for a certain time to make a colloidal solution. to be.
11A to 11L are SEM images of lysine-conjugated hematite-coated SMS composite nonwoven fabrics prepared using lysine solutions of various lysine concentrations.
12 is a photograph of cytotoxicity of lysine-conjugated hematite prepared in Examples 1-5 to MDCK host cells.
13 is a graph showing cytotoxicity and cell viability of lysine-conjugated hematite prepared in Example 1-5 to MRC-5 host cells.
14 is a lysine-conjugated hematite prepared in Examples 1-5, showing the results of the antibacterial efficacy test against Escherichia coli (E. coli).
15 is a lysine-conjugated hematite-coated SMS composite nonwoven fabric prepared in Examples 1-5, showing the experimental results of measuring virus inactivation over time.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 나노입자를 상세히 설명한다.Hereinafter, organic-inorganic hybrid nanoparticles according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 명세서에서, "상온(room temperature)"은 10~40℃(예를 들어, 25℃)를 의미한다.As used herein, "room temperature" means 10 ~ 40 ℃ (eg, 25 ℃).

또한 본 명세서에서, "상압"은 724~770mmHg(예를 들어, 760mmHg)를 의미한다.Also, in this specification, "normal pressure" means 724 to 770 mmHg (eg, 760 mmHg).

또한 본 명세서에서, "부직포(non-woven fabric)"는 1매의 부직포를 의미한다.Also, in this specification, "non-woven fabric" means a single non-woven fabric.

또한 본 명세서에서, "복합 부직포(non-woven fabric composite)"는 2종 이상의 부직포가 개별적으로 제조된 후 별도의 라미네이팅(합지) 후공정을 거쳐 제조된 부직포 적층체가 아니라, 2종 이상의 부직포가 하나의 장치에서 각각 연속공정으로 제조되어 일체화된 부직포를 의미한다. 따라서 본 명세서에서,"복합 부직포"는 "모놀리식 부직포(monolithic non-woven fabric)"로 지칭될 수도 있다.In addition, in the present specification, "non-woven fabric composite" is not a non-woven fabric laminate manufactured through a separate lamination (lamination) post process after two or more kinds of non-woven fabrics are individually prepared, but two or more kinds of non-woven fabrics are one It means a nonwoven fabric that is manufactured in a continuous process in each of the devices and integrated. Therefore, in this specification, "composite non-woven fabric" may also be referred to as "monolithic non-woven fabric".

또한 본 명세서에서, "부직포 적층체(non-woven fabric laminate)"는 2종 이상의 부직포가 개별적으로 제조된 후 별도의 라미네이팅(합지) 후공정을 거쳐 제조된 다층 부직포를 의미한다. In addition, as used herein, the term "non-woven fabric laminate" refers to a multilayer nonwoven fabric manufactured through a separate lamination (lamination) post process after two or more types of nonwoven fabrics are separately manufactured.

본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 나노입자는 헤마타이트(hematite) 및 상기 헤마타이트에 접합된(grafted) 라이신(lysine)을 포함한다.The organic-inorganic hybrid nanoparticles according to an embodiment of the present invention include hematite and lysine grafted to the hematite.

상기 라이신은 화학식이 C6H14N2O2로서, 도 1의 화학구조를 갖는다.The lysine has the chemical structure of FIG. 1 as C 6 H 14 N 2 O 2 .

상기 헤마타이트는 화학식이 α-Fe2O3로서, 도 2의 (0001) 표면 구조를 갖는다. 도 2에서, 점선은 (0001) 표면의 단위세포(Unit Cell)를 나타낸다.The hematite has a chemical formula of α-Fe 2 O 3 , and has the (0001) surface structure of FIG. 2 . In FIG. 2 , a dotted line indicates a unit cell on the (0001) surface.

상기 헤마타이트 표면의 철원자는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 라이신의 카르복실기 중의 산소원자와 이온결합에 의해 결합될 수 있다.The iron atom on the surface of the hematite, as shown in FIG. 3, may be bonded to an oxygen atom in the carboxyl group of the lysine by an ionic bond.

도 3은 라이신(110)이 헤마타이트(120)의 (0001) 표면에 흡착된 상태를 나타낸 유무기 하이브리드 나노입자(100)(즉, 라이신-접합된 헤마타이트)의 측면도이다. 도 3의 (a)는 라이신(110)이 서있는 형태(upright configuration)를 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 라이신(110)이 누워있는 형태(flat configuration)를 나타낸 도면이다.3 is a side view of the organic-inorganic hybrid nanoparticles 100 (ie, lysine-conjugated hematite) showing a state in which lysine 110 is adsorbed to the (0001) surface of the hematite 120 . Figure 3 (a) is a view showing the lysine 110 is standing (upright configuration), Figure 3 (b) is a view showing the lysine 110 is lying (flat configuration).

이하, 상기 헤마타이트와 라이신에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the hematite and lysine will be described in more detail.

자석에 끌리는 성질을 거의 나타내지 않는 헤마타이트는 자연에 흔하게 존재하는 산화철로서, 자석에 강하게 끌리는 마그네타이트/마그헤마이트(magnetite/maghemite)의 결정구조가 입방정계(cubic crystal system)에 속하는 것과 달리, 그 결정구조가 삼방정계(trigonal crystal system)에 속한다(참고문헌 3). Hematite, which exhibits little attraction to magnets, is iron oxide commonly found in nature. Unlike the crystal structure of magnetite/maghemite, which is strongly attracted to magnets, belongs to the cubic crystal system. The crystal structure belongs to the trigonal crystal system (Reference 3).

학술적으로 볼 때, 자성을 나타내는 기본단위인 스핀이 소위 "경사진 반강자성 배열(canted antiferromagnetic order)"을 가져서 철원자 1개당 유효한(effective) 자기 모멘트(magnetic moment)는 0.002μB(Bohr magneton)에 불과하며(참고문헌 3), 마그네타이트/마그헤마이트의 포화자화(saturation magnetization)값 (85~95 Am2/kg(참고문헌 4 및 비특허문헌 5), 철원자당 약 1.2μB)과 비교할 때 무시할만큼 작아서 앞에 열거한 의학적 목적에 쓰이지 못하여 연구문헌이 상대적으로 드물며 주목을 받지 못했다. From a scientific point of view, the fundamental unit of magnetism, spin, has a so-called “canted antiferromagnetic order”, so that the effective magnetic moment per iron atom is 0.002 μ B (Bohr magneton). (Reference 3), and the saturation magnetization value of magnetite/maghemite (85~95 Am 2 /kg (Reference 4 and Non-Patent Document 5), about 1.2 μ B per iron atom). It is so small that it cannot be used for the medical purposes listed above.

그러나, 헤마타이트는 항바이러스-항균을 목적으로 하는 제약 소재로서는 오히려 마그네타이트/마그헤마이트에 비해 아래에 설명하는 바와 같은 뛰어난 장점을 가지고 있다. 항바이러스-항균 소재로서 요구되는 결정적으로 중요한 항목은 정전기적 특성이다. 헤마타이트의 등전점(IEP: isoelectric point)은 9.1(참고문헌 5) 혹은 8.4-8.5 (참고문헌 6)로 알려져 있다. 통상적 조건에서 인체의 pH는 7.4 정도이고, IEP 값이 이보다 높은 헤마타이트는 양(+)전하를 띠게 된다. 바이러스와 세균은 일반적으로 음전하를 띠고 있다는 사실(참고문헌 7, 예를 들어 MS2 bacteriophage의 IEP=3.9)이 잘 알려져 있다. 이로 인해 헤마타이트가 음전하를 띤 바이러스나 박테리아를 강하게 끌어당겨 흡착시킬뿐 아니라 뒤에 설명하는 메커니즘으로 사멸시킬 수 있게 된다. 이에 비해 마그네타이트의 IEP는 6.0-6.8(참고문헌 5) 혹은 6.5-6.8 (참고문헌 6)이며, 마그헤마이트의 IEP는 3.3-6.7(참고문헌 6)이다. 따라서, 통상적인 생리학적 조건(physiological condition)에서 마그네타이트/마그헤마이트는 모두 음전하를 띠게 된다. IEP가 로그 척도 (logarithmic scale)로 정의되므로, IEP 값이 마그네타이트/마그헤마이트보다 2 혹은 그 이상 높은 헤마타이트는 양전하를 띠는 경향이 마그네타이트/마그헤마이트보다 100배 혹은 그 이상 강하다.However, as a pharmaceutical material for antiviral-antibacterial purposes, hematite has excellent advantages as described below compared to magnetite/maghemite. A critically important item required as an antiviral-antibacterial material is its electrostatic properties. The isoelectric point (IEP) of hematite is known to be 9.1 (Reference 5) or 8.4-8.5 (Reference 6). Under normal conditions, the pH of the human body is about 7.4, and hematite with an IEP value higher than this has a positive (+) charge. It is well known that viruses and bacteria are generally negatively charged (Ref. 7, eg IEP = 3.9 for MS2 bacteriophage). This allows hematite to strongly attract and adsorb negatively charged viruses or bacteria, as well as kill them by the mechanism described later. On the other hand, the IEP of magnetite is 6.0-6.8 (Reference 5) or 6.5-6.8 (Reference 6), and the IEP of maghemite is 3.3-6.7 (Reference 6). Accordingly, both magnetite/maghemite are negatively charged under normal physiological conditions. Since IEP is defined on a logarithmic scale, hematite, which has an IEP value of 2 or more than that of magnetite/maghemite, tends to be positively charged by 100 times or more than that of magnetite/maghemite.

여기에 IEP=9.7인 라이신(참고문헌 8)을 첨가하면 그 만큼 양전하를 띠는 경향이 증가하므로 라이신-접합 (lysine-grafting)이 약효를 크게 증가시킬 수 있다. 라이신은 모든 산화철의 양전하 띠는 경향을 강화시킬 수 있지만 어쨌든 라이신-접합된 헤마타이트가 라이신-접합된 마그네타이트/마그헤마이트보다 압도적으로 유리한 사실에는 변함이 없다. If lysine with IEP=9.7 (Reference 8) is added here, the tendency to take on a positive charge increases by that much, so lysine-grafting can greatly increase the drug efficacy. Although lysine can reinforce the positively charged tendency of all iron oxides, it does not change the fact that lysine-conjugated hematite has an overwhelming advantage over lysine-conjugated magnetite/maghemite anyway.

항바이러스-항균 효능을 위해서 또 하나의 필수적인 항목은 약 성분의 수용해성(water-solubility)인데 제조과정 및 약으로 작용하는 과정에서 물에 녹아 분산된 형태로 존재해야 하기 때문이다. 산화철 나노입자는 물에 거의 분산되지 못하며, 교반(stirring)을 활발히 하여도 콜로이드(colloid)상태를 유지하지 못하고 빠르게 침전한다. 라이신은 그 자체로서 수용해성(1.5kg/L, 비특허문헌 4)이 탁월하고, 헤마타이트 나노입자 표면에 접합될(grafted)때 나노입자를 물에 분산시켜 콜로이드 용액으로 유지시키는 역할을 수행한다. 헤마타이트 나노입자를 라이신 용액에 담가 라이신을 접합시킬 때, 본 발명자들이 찾아낸 결정적인 중요사항은 라이신 농도가 대단히 높아야(0.05M~2M) 한다는 것이다. 이러한 고농도에서는 라이신이 헤마타이트 나노입자에 강하게 이온결합하여 나노입자의 IEP 값 및 물에 분산되어 콜로이드 상태를 유지하는 특성이 획기적으로 증가한다. Another essential item for antiviral-antibacterial efficacy is the water-solubility of the drug ingredient, since it must exist in a dispersed form in water during the manufacturing process and in the process of acting as a drug. Iron oxide nanoparticles are hardly dispersed in water, and even with active stirring, they cannot maintain a colloidal state and precipitate rapidly. Lysine itself has excellent water solubility (1.5 kg/L, non-patent document 4), and when grafted onto the surface of hematite nanoparticles, disperses the nanoparticles in water to maintain the colloidal solution. . When lysine is conjugated by soaking hematite nanoparticles in a lysine solution, the decisive important point found by the present inventors is that the lysine concentration must be very high (0.05M-2M). At such a high concentration, lysine strongly ionically bonds to hematite nanoparticles, so that the IEP value of the nanoparticles and the properties of maintaining a colloidal state by being dispersed in water are remarkably increased.

항바이러스-항균효능을 시험할 때 배양기간(통상 2~3일)을 포함해 전처리 시간까지 고려하여 5일 이상의 시간이 소요되므로 효능 평가가 가능하기 위해서는 약 1주일간 약의 성분이 상당 부분 (50% 이상) 침전되지 않고 남아있어야 한다. 라이신 용액 중 라이신의 농도가 0.05M 미만이면 나노입자에 접합된 라이신의 양이 작아 나노입자의 친수성(hydrophilicity)이 약하므로 충분히 분산되지 못하고 시간이 흐름에 따라 입자가 침강한다. 0.05M을 초과하여 0.2M까지는 나노입자에 접합된 라이신의 양이 증가하여 나노입자가 물에 잘 분산되어 장시간(7일 후에도 50% 이상) 콜로이드 상태를 유지한다. 라이신 농도가 0.2M을 초과하여 2M까지 증가할때 이미 나노입자 표면에 라이신이 거의 덮여있어 친수성이 충분히 커졌기 때문에 물에 분산되는 특성이 특별히 더 향상되지는 않고 나노입자 중 라이신의 중량비도 거의 포화된다. 후술하는 바와 같이 라이신농도가 0.05M~2M일 때 나노입자 중 라이신의 중량비는 2~3%이다. 라이신의 농도가 과도하게 많아지면 (2~4M) 나노입자의 수용해성은 더 이상 증가하지 않으면서 라이신 분자간의 상호작용이 강해져 뭉쳐지는 경향이 발생하고 이로 인해 나노입자 중 라이신의 중량비는 약간 더(4%로) 늘어날 수 있다. 이에 수반하여 용액의 색깔이 탁해지고 라이신 사이의 응집력때문에 헤마타이트에 대한 접합력은 오히려 약해질 수 있다. 이 범위에서 나노입자 중 라이신의 중량비가 약간 더(3%에서 4%로) 늘어날 수 있지만 늘어난다해도 이미 라이신이 나노입자 표면을 덮고 있으므로 나노입자의 특성 향상에 도움이 되지 못한다. 그리고, 라이신을 4M 이상의 초고농도로 물에 용해시키는 것은 실제로 용이하지도 않고 라이신을 낭비할 뿐이므로 실익이 없다. 기존의 문헌들(비특허문헌 5, 11 및 참고문헌 9)에서는 통상적으로 훨씬 낮은 라이신 농도에서 실험이 행해졌으므로 항바이러스-항균 약 소재로서의 실용성을 보이지 못했다. 예를 들어, 비특허문헌 5에서 라이신 농도는 0.1mM~10mM이고, 비특허문헌 11에서 라이신 농도는 0.01mM~10mM이고, 참고문헌 9에서 라이신 농도는 0.1mM~3mM이어서 본 발명의 농도 범위의 최소값인 0.05M보다 훨씬 더 낮다. When testing the antiviral-antibacterial efficacy, it takes more than 5 days, including the incubation period (usually 2 to 3 days) and the pretreatment time. % or more) should remain without precipitation. If the concentration of lysine in the lysine solution is less than 0.05M, the amount of lysine conjugated to the nanoparticles is small, and the hydrophilicity of the nanoparticles is weak, so that they cannot be sufficiently dispersed and the particles settle over time. From 0.05M to 0.2M, the amount of lysine conjugated to the nanoparticles increases, so that the nanoparticles are well dispersed in water and maintain a colloidal state for a long time (more than 50% even after 7 days). When the lysine concentration exceeds 0.2M and increases to 2M, the surface of the nanoparticles is already almost covered with lysine and the hydrophilicity is sufficiently increased, so the dispersion property in water is not particularly improved and the weight ratio of lysine in the nanoparticles is almost saturated. . As will be described later, when the lysine concentration is 0.05M to 2M, the weight ratio of lysine in the nanoparticles is 2-3%. When the concentration of lysine is excessively increased (2~4M), the water solubility of the nanoparticles does not increase any more, and the interaction between lysine molecules becomes stronger and agglomeration occurs. 4%) can be increased. Concomitantly, the color of the solution becomes cloudy, and the adhesion to hematite may be rather weakened due to the cohesive force between lysine. In this range, the weight ratio of lysine among nanoparticles can be slightly increased (from 3% to 4%), but even if it is increased, it does not help to improve the properties of nanoparticles because lysine already covers the surface of the nanoparticles. In addition, dissolving lysine in water at an ultra-high concentration of 4M or more is not practically easy and only wastes lysine, so there is no practical benefit. In the existing literature (Non-Patent Documents 5, 11 and Reference 9), since the experiment was usually conducted at a much lower lysine concentration, it did not show practicality as an antiviral-antibacterial drug material. For example, in Non-Patent Document 5, the lysine concentration is 0.1mM to 10mM, in Non-Patent Document 11, the lysine concentration is 0.01mM to 10mM, and in Reference 9, the lysine concentration is 0.1mM to 3mM, so the concentration range of the present invention is It is much lower than the minimum value of 0.05M.

한편, 등전점만을 고려하면 아미노산 중 아르기닌(arginine)의 IEP값이 10.8(참고문헌 8)로서 가장 높아 유리하다. 그러나, 아르기닌은 물에 녹는 용해도(20℃에서 149g/L, 참고문헌 10)가 라이신에 비해 대단히 작고, 실제로 산화철 나노입자에 아르기닌을 코팅하여 물에 녹이는 실험을 수행했을 때, 산화철 나노입자가 잘 분산되지 못하고 빠르게 침전하여 의약소재로 적합하지 않았다.On the other hand, considering only the isoelectric point, the IEP value of arginine among amino acids is the highest as 10.8 (Reference 8), which is advantageous. However, arginine has a very low solubility in water (149 g/L at 20 ° C, Reference 10) compared to lysine, and when an experiment was performed to dissolve iron oxide nanoparticles by coating arginine in water, iron oxide nanoparticles were well It did not disperse and precipitated quickly, making it unsuitable as a pharmaceutical material.

라이신이 헤마타이트와 결합하는 화학적 메커니즘은 상술한 바와 같이 라이신의 카르복실기(carboxylic group) 중의 산소(O) 음이온이 헤마타이트 표면의 철(Fe) 양이온과 이온결합(ionic bond)을 형성하는 것이다. 라이신이 헤마타이트 표면에 붙는 구조 및 화합결합의 형태, 흡착에너지 등을 규명하기 위하여 양자역학에 기초한 원자 및 전자구조계산을 수행하였다. As described above, the chemical mechanism of lysine bonding with hematite is that an oxygen (O) anion in a carboxylic group of lysine forms an ionic bond with an iron (Fe) cation on the surface of hematite. Atomic and electronic structure calculations based on quantum mechanics were performed to investigate the structure of lysine attached to the hematite surface, the form of the chemical bond, and the adsorption energy.

상술한 바와 같이 도 1은 라이신 분자의 구조를 나타내고, 도 2는 철원자가 표면에 노출된(Fe-terminated) 헤마타이트의 (0001) 표면을 보여준다. 헤마타이트의 (0001) 표면에 존재하는 Fe 원자 개수는 나노입자 전체의 Fe와 O의 비율(stoichiometry)인 2:3을 유지하는 값이며 알려진 구조(참고문헌 11)와 일치한다.As described above, FIG. 1 shows the structure of a lysine molecule, and FIG. 2 shows a (0001) surface of hematite with iron atoms exposed on the surface (Fe-terminated). The number of Fe atoms present on the (0001) surface of hematite is a value that maintains 2:3, the stoichiometry of Fe and O of the entire nanoparticles, and is consistent with the known structure (Reference 11).

흡착구조 및 흡착에너지를 계산하는 방법으로서 밀도범함수이론(Density Functional Theory)에 기초한 소위 Generalized Gradient Approximation(GGA) 계산법(참고문헌 12)이 널리 알려져 있다. 또한, 전이금속 (transition metal)인 철원자가 존재하는 경우에는 소위 허바드U(Hubbard U)항을 추가하는 것이 필요하므로(참고문헌 13), 두 식을 결합한 보편적 계산법인 (GGA+U)방법을 채택하였다. 철(Fe)의 U 값으로는 보편적으로 사용되는 U=4eV를 선택하였다.As a method for calculating the adsorption structure and adsorption energy, the so-called Generalized Gradient Approximation (GGA) calculation method based on Density Functional Theory (Reference 12) is widely known. In addition, when an iron atom, which is a transition metal, exists, it is necessary to add the so-called Hubbard U term (Reference 13), so the universal calculation method (GGA+U) method combining the two equations is adopted. did. As the U value of iron (Fe), U=4 eV, which is commonly used, was selected.

상술한 바와 같이 도 3은 라이신이 헤마타이트 나노입자의 표면에 붙는 구조를 보여준다. 라이신 내 카르복실기(carboxylic group) 중의 산소원자(음전하를 띰)가 헤마타이트의 철원자(양전하를 띰)와 이온결합을 이루고 있으며, 계산에서 얻어진 O-Fe 결합길이는 1.95

Figure pat00001
이었다. 계산된 흡착에너지는 도 3의 (a) 및 (b) 각각의 경우에 라이신 분자당 -1.35eV(=-130kJ/mol) 및 -1.45eV(=-140kJ/mol)이었다. 도 3의 (a) 및 (b) 구조 간의 흡착에너지 차이가 매우 작아 주위 환경에 따라 두가지 형태가 모두 가능함을 알 수 있다. 이러한 크기의 흡착에너지 값(약 1.4eV)은 보통 이온결합에너지의 전형적인 값이며, 라이신이 헤마타이트 나노입자의 표면에 안정되게 결합되어 있음을 알 수 있다. 계산된 원자 및 전자구조를 분석해보면, 도 3의 (a) 및 (b)의 경우 모두 수소결합 (hydrogen bonding)(결합에너지는 전형적으로 약 0.2eV)이 아울러 존재하여 구조 안정성을 증가시킨다. As described above, FIG. 3 shows a structure in which lysine is attached to the surface of hematite nanoparticles. The oxygen atom (negatively charged) in the carboxylic group in lysine forms an ionic bond with the iron atom (positive) of hematite, and the O-Fe bond length obtained in the calculation is 1.95
Figure pat00001
It was. The calculated adsorption energies were -1.35 eV (=-130 kJ/mol) and -1.45 eV (=-140 kJ/mol) per lysine molecule in each case of FIGS. 3 (a) and (b). It can be seen that the difference in adsorption energy between the structures (a) and (b) of FIG. 3 is very small, so that both types are possible depending on the surrounding environment. The adsorption energy value (about 1.4 eV) of this size is a typical value of the ionic binding energy, and it can be seen that lysine is stably bound to the surface of the hematite nanoparticles. Analyzing the calculated atomic and electronic structures, in both (a) and (b) of FIG. 3, hydrogen bonding (bonding energy is typically about 0.2 eV) also exists, increasing structural stability.

산화금속 나노입자(Metal-Oxide Nanoparticle)가 항바이러스-항균 효과를 나타내는 메커니즘(mechanism)은 다음과 같이 알려져 있으며(참고문헌 14, 15, 비특허문헌 9), 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자를 구체적인 예로 들어 설명한다.The mechanism (mechanism) showing the antiviral-antibacterial effect of metal-oxide nanoparticles is known as follows (References 14, 15, Non-Patent Document 9), and lysine-conjugated hematite nanoparticles It will be described with a specific example.

(1) 정전기 상호작용(electrostatic interaction)(1) electrostatic interaction

헤마타이트 나노입자는 표면의 Fe3+이온에 의해 일반적 조건에서 양(+)전하를 띤다. 그리고, 표면에 결합된 라이신(IEP= 9.7) 역시 양(+)전하를 띠는데, 이것은 아민기(NH2 group)가 NH3 +로 이온화되는 경향 때문이다. Hematite nanoparticles are positively charged under normal conditions by Fe 3+ ions on the surface. And, lysine bound to the surface (IEP = 9.7) also has a positive (+) charge, which is due to the tendency of the amine group (NH 2 group) to be ionized into NH 3 + .

바이러스와 세균들이 음전하를 띠고 있으므로(참고문헌 7), 이들은 본 발명 물질(즉, 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자)에 우선적으로 끌려 흡착하여 이동할 수 없게 되고, 양-음전하 간의 접촉에 의해 방전(discharge)이 일어나 바이러스/세균의 막(membrane)부분이 탈분극화(depolarized)되어 손상 및 파괴된다. 이것은 전기적 합선(electric short-circuit)과 비슷한 현상이므로, 2가지 효과, 즉 막을 구성하는 성분내 화학적 결합의 와해(breakup) 및 열의 발생에 의한 막의 파괴(destruction)를 초래한다. 정량적으로 분석하면, 양전하를 띤 본 발명 물질에 음전하를 띤 바이러스가 접촉하였을 때, 그 전위차는 전형적으로 수십 mV이다. 전위차가 50mV인 경우 전자(e) 하나가 방전될 때마다 발생하는 에너지는 50meV(=8 × 10-21J)이며, 물(H2O)로 환산하면 물분자 한 개의 온도를 약 64℃ 올리는 열에 해당한다. 즉, 전자가 방전되어 탈분극화되면서 접촉부에 일종의 줄 열(Joule heat)이 발생해 주위 분자들의 온도가 상승하여 접촉부의 구조파괴에 기여한다. Since viruses and bacteria are negatively charged (Reference 7), they are preferentially attracted to and adsorbed to the inventive material (ie, lysine-conjugated hematite nanoparticles) and cannot move, and are discharged by contact between positive and negative charges ( discharge) occurs, and the membrane part of the virus/bacteria is depolarized and damaged and destroyed. Since this is a phenomenon similar to an electric short-circuit, it causes two effects, namely, breakup of chemical bonds in components constituting the film and destruction of the film by generation of heat. Quantitatively, when a negatively charged virus contacts the positively charged inventive material, the potential difference is typically several tens of mV. If the potential difference is 50 mV, the energy generated every time one electron (e) is discharged is 50 meV (=8 × 10 -21 J), and when converted to water (H 2 O), the temperature of one water molecule is raised by about 64°C. corresponds to the column. That is, as the electrons are discharged and depolarized, a kind of Joule heat is generated in the contact part, and the temperature of the surrounding molecules rises, contributing to the structural destruction of the contact part.

(2) 활성산소의 생성(Genaration of Reactive Oxygen Species)(2) Generation of Reactive Oxygen Species

바이러스/세균의 막이 파괴되어 그 내부가 노출되고 본 발명 물질의 표면의 Fe3+ 및 라이신이 바이러스/세균의 내부와 접촉하면 Fe3+ 혹은 NH3 +등이 산화작용을 일으켜 활성산소(Reactive Oxygen Species, ROS)를 생성한다(참고문헌 16). 활성산소가 바이러스/세균 내부에 발생하면 내부 구성물질들과 활발히 반응하여 치명적 해를 입히게 된다.When the virus/bacterial membrane is destroyed and the inside is exposed, and when Fe 3+ and lysine on the surface of the material of the present invention come into contact with the inside of the virus/bacterium, Fe 3+ or NH 3+ causes oxidation, such as reactive oxygen (Reactive Oxygen ) . Species, ROS) (Ref. 16). When active oxygen is generated inside the virus/bacterium, it actively reacts with the internal components, causing fatal harm.

(3) 금속이온의 과잉으로 인한 생리학적 작용 교란(3) Disturbance of physiological action due to excess of metal ions

바이러스/세균내에 Fe3+이온이 과다하게 존재하게 되므로 바이러스/세균의 생리학적 작용이 교란되어 그 항상성(homeostasis)이 깨어지고 불활화 및 사멸에 이르게 된다.Since Fe 3+ ions are excessively present in the virus/bacterium, the physiological action of the virus/bacterium is disturbed, and its homeostasis is broken, leading to inactivation and death.

여기서 주목해야 할 점은 금속 산화물 나노입자가 의약품의 성분으로 쓰이기 위한 필수적인 조건으로서 세포 독성(cytotoxicity)이 없어야 한다는 것이다. 산화철 나노입자의 장점은 항바이러스-항균 특성을 갖는 다른 금속(Cu, Ag, Al, Ti, Zn 등)의 산화물들에 비해 독성이 현저하게 낮다는 사실이다. 철이온 (Fe2+ 혹은 Fe3+) 자체가 적혈구의 구성성분 등의 형태로 생명체 내에 비교적 많은 양으로 존재하여 생명현상에 깊이 관여하여 왔고, 정상적인 상황에서 독성이 없는 것이 잘 알려져 있다. 따라서, 인체에 투여되는 의약품으로서 MRI 조영제나 빈혈 치료제 등으로 FDA 등에서 이미 사용이 승인되어 왔다. 항바이러스-항균 목적으로 쓰일 경우 후술하는 평가예들에서 보이는 바와 같이 정상적인 세포에는 독성이 없고 다른 생리학적 구조와 기능을 가진 바이러스나 세균의 특정 부분(예를 들어, 바이러스의 표면돌기 단백질 (spike protein))과 작용하여 앞서 설명된 메커니즘으로 이들을 흡착, 불활화(inactivation) 및 사멸시킨다.It should be noted here that metal oxide nanoparticles should not have cytotoxicity as an essential condition for use as a pharmaceutical ingredient. The advantage of iron oxide nanoparticles is the fact that the toxicity is remarkably low compared to oxides of other metals (Cu, Ag, Al, Ti, Zn, etc.) with antiviral-antibacterial properties. Iron ions (Fe 2+ or Fe 3+ ) themselves exist in relatively large amounts in living things in the form of red blood cells, and have been deeply involved in life phenomena, and it is well known that they are not toxic under normal circumstances. Therefore, as a drug to be administered to the human body, it has already been approved for use by the FDA, etc. as an MRI contrast agent or an anemia treatment agent. When used for antiviral-antibacterial purposes, as shown in the evaluation examples to be described later, a specific part of a virus or bacteria (e.g., a spike protein of a virus) that is not toxic to normal cells and has a different physiological structure and function. )) to adsorb, inactivate, and kill them by the mechanisms previously described.

상기 유무기 하이브리드 나노입자에서 상기 라이신의 함량은 1~4중량%일 수 있다. 상기 유무기 하이브리드 나노입자에서 상기 라이신의 함량이 1중량% 미만이면 항바이러스-항균 효과가 미미하고, 4중량%를 초과하는 것은 제조가 현실적으로 용이하지 않을 뿐아니라 항바이러스-항균 효능을 증가시키지도 않아 실용성이 없다.The content of the lysine in the organic-inorganic hybrid nanoparticles may be 1 to 4% by weight. If the content of the lysine in the organic-inorganic hybrid nanoparticles is less than 1% by weight, the antiviral-antibacterial effect is insignificant, and if it exceeds 4% by weight, it is not practically easy to manufacture and does not increase the antiviral-antibacterial efficacy. There is no practicality.

구체적으로, 상기 유무기 하이브리드 나노입자에서 상기 라이신의 함량은 2~3중량%일 수 있다. 상기 유무기 하이브리드 나노입자에서 상기 라이신의 함량이 상기 범위(2~3중량%)이내이면, 우수한 항균 및 항바이러스 효과를 얻을 수 있다.Specifically, the content of the lysine in the organic-inorganic hybrid nanoparticles may be 2-3% by weight. When the content of the lysine in the organic-inorganic hybrid nanoparticles is within the above range (2 to 3% by weight), excellent antibacterial and antiviral effects can be obtained.

상기 헤마타이트는 평균입경이 10~200nm일 수 있다.The hematite may have an average particle diameter of 10 to 200 nm.

본 발명의 다른 측면은 상기 유무기 하이브리드 나노입자를 포함하는 물품을 제공한다.Another aspect of the present invention provides an article including the organic-inorganic hybrid nanoparticles.

상기 물품은 부직포, 복합 부직포 또는 부직포 적층체일 수 있다. 예를 들어, 상기 유무기 하이브리드 나노입자를 섬유에 코팅하여 항바이러스-항균 필터(filter)로 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 물품은 SMS 복합 부직포 또는 부직포 적층체(Spunbond-Meltblown-Spunbond nonwoven fabric composite or laminate)일 수 있다.The article may be a non-woven fabric, a composite non-woven fabric or a non-woven fabric laminate. For example, it is possible to use the organic-inorganic hybrid nanoparticles as an antiviral-antibacterial filter by coating the fibers. Accordingly, the article may be an SMS composite nonwoven or a Spunbond-Meltblown-Spunbond nonwoven fabric composite or laminate.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법을 제공한다.Hereinafter, there is provided a method for producing organic-inorganic hybrid nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법은 라이신을 용매에 용해시켜 라이신 용액을 제조하는 단계(S10), 상기 라이신 용액에 헤마타이트를 첨가한 후 교반하는 단계(S20) 및 상기 단계(S20)에 얻어진 결과물로부터 상기 용매를 제거하는 단계(S30)를 포함한다.The method for producing organic-inorganic hybrid nanoparticles according to an embodiment of the present invention comprises the steps of dissolving lysine in a solvent to prepare a lysine solution (S10), adding hematite to the lysine solution and then stirring (S20) and and removing the solvent from the resultant obtained in step (S20) (S30).

상기 용매는 물을 포함할 수 있다.The solvent may include water.

상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도는 0.03~4M일 수 있다. 상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도가 0.03M 미만이면 다음 단계(S20)에서 나노입자에 접합되는 라이신의 양이 너무 적어 나노입자가 물에서 빨리 침강하고 항바이러스-항균효과도 미미하며, 4M 이상의 고농도로 용해시키는 것은 현실적으로 용이하지 않고 라이신만 낭비하므로 실용성이 없다. The lysine concentration in the lysine solution in the step (S10) may be 0.03 ~ 4M. If the lysine concentration in the lysine solution in the step (S10) is less than 0.03M, the amount of lysine conjugated to the nanoparticles in the next step (S20) is too small so that the nanoparticles precipitate quickly in water, and the antiviral-antibacterial effect is also insignificant. , dissolving at a high concentration of 4M or more is not practically easy, and only lysine is wasted, so it is not practical.

구체적으로, 상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도는 0.05~2M일 수 있다. 상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도가 상기 범위(0.05~2M)이면, 우수한 항바이러스-항균 효능을 나타내는 유무기 하이브리드 나노입자를 얻을 수 있다.Specifically, the lysine concentration in the lysine solution in the step (S10) may be 0.05 ~ 2M. If the concentration of lysine in the lysine solution in the step (S10) is in the above range (0.05 to 2M), it is possible to obtain organic-inorganic hybrid nanoparticles exhibiting excellent antiviral-antibacterial efficacy.

보다 구체적으로, 상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도는 0.15~0.2M일 수 있다. 상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도는 상기 범위(0.15~0.2M)이면, 후술하는 바와 같이 섬유 코팅성이 탁월한 유무기 하이브리드 나노입자를 얻을 수 있다.More specifically, the lysine concentration in the lysine solution in the step (S10) may be 0.15 ~ 0.2M. If the concentration of lysine in the lysine solution in the step (S10) is in the above range (0.15-0.2M), organic-inorganic hybrid nanoparticles having excellent fiber coating properties can be obtained as described below.

상기 단계(S10) 및 상기 단계(S20)는 상온 및 상압하에서 수행될 수 있다.The steps (S10) and (S20) may be performed at room temperature and under normal pressure.

또한, 상기 단계(S10) 및 상기 단계(S20)에는 상기 라이신, 상기 용매 및 상기 헤마타이트를 제외하고는 어떠한 물질도 첨가되지 않을 수 있다.In addition, in the step (S10) and the step (S20), any substance other than the lysine, the solvent, and the hematite may not be added.

상기 단계(S30)는 원심분리 및 가열건조에 의해 수행될 수 있다.The step (S30) may be performed by centrifugation and heat drying.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited only to the following examples.

실시예Example

제조예 1: 헤마타이트의 제조Preparation Example 1: Preparation of hematite

원료 분말로 사용되는 Fe(OH)3를 합성하기 위하여 Fe(NO3)3 32.4g과 NaHCO3 30g을 각각 10분간 교반을 통해 250ml 물에 용해시킨 뒤 Fe(NO3)3 용액과 NaHCO3 용액을 혼합하였다. 이때, 혼합액에 갈색 침전물이 생성되는데 침전물을 원심 분리기를 통해 물을 일차적으로 제거하고, 증류수로 1회 이상 씻어서 미반응 잔여물을 제거하여 갈색 가루 형태인 Fe(OH)3를 얻었다. 이상의 과정은 상온 및 상압(25℃, 1기압)하에서 수행되었다. 이렇게 얻어진 Fe(OH)3를 증류수 250ml에 넣고 90℃까지 승온 시킨 후, 7시간 유지시킨 뒤, 원심 분리기를 통해 물을 제거하고, 증류수로 1회 씻어낸 후, 건조시켜 헤마타이트(α-Fe2O3)를 얻었다. In order to synthesize Fe(OH) 3 used as a raw material powder, 32.4 g of Fe(NO 3 ) 3 and 30 g of NaHCO 3 were dissolved in 250 ml water by stirring for 10 minutes, respectively, and then Fe(NO 3 ) 3 solution and NaHCO 3 solution was mixed. At this time, a brown precipitate is generated in the mixed solution, and the precipitate is first removed from water through a centrifugal separator, and then washed with distilled water at least once to remove unreacted residue to obtain Fe(OH) 3 in the form of brown powder. The above process was performed at room temperature and under normal pressure (25° C., 1 atm). The thus obtained Fe(OH) 3 was put into 250 ml of distilled water, heated to 90° C., maintained for 7 hours, and then water was removed through a centrifugal separator, washed once with distilled water, and dried to obtain hematite (α-Fe 2 O 3 ) was obtained.

실시예 1-1~1-8 및 비교예 1-1~1-6: 유무기 하이브리드 나노입자의 제조Examples 1-1 to 1-8 and Comparative Examples 1-1 to 1-6: Preparation of organic-inorganic hybrid nanoparticles

라이신 43.85g을 1.5L 증류수에 넣어 완전히 용해시켜 라이신 수용액을 제조하였다. 이후, 상기 제조예 1에서 얻은 헤마타이트 30g을 상기 라이신 수용액에 첨가하고 24시간 교반시켰다. 이상의 과정은 상온 및 상압(25℃, 1기압)하에서 수행되었다. 이렇게 얻어진 결과물로부터 원심분리기를 통해 물을 제거하고 50℃에서 24시간 동안 건조시켜 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자를 얻었다. Lysine 43.85g was completely dissolved in 1.5L distilled water to prepare an aqueous solution of lysine. Then, 30 g of hematite obtained in Preparation Example 1 was added to the lysine aqueous solution and stirred for 24 hours. The above process was performed at room temperature and under normal pressure (25° C., 1 atm). From the resultant obtained in this way, water was removed through a centrifuge and dried at 50° C. for 24 hours to obtain lysine-conjugated hematite nanoparticles.

상기 실시예 1-1~1-8 및 비교예 1-1~1-6에서 라이신 수용액 중의 라이신 농도(CL) 및 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자 중의 라이신 함량(WL)을 정리하여 하기 표 1에 나타내었다. 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자 중의 라이신 함량은 TGA(ThermoGravimetric Analysis) 및 용액 중의 라이신의 공급량과 변화량 등으로부터 산출되었다.In Examples 1-1 to 1-8 and Comparative Examples 1-1 to 1-6, the lysine concentration (C L ) in the lysine aqueous solution and the lysine content (W L ) in the lysine-conjugated hematite nanoparticles are summarized below. Table 1 shows. The lysine content in the lysine-conjugated hematite nanoparticles was calculated from TGA (ThermoGravimetric Analysis) and the amount of supply and change of lysine in the solution.

실시예Example 1-11-1 1-21-2 1-31-3 1-41-4 1-51-5 1-61-6 1-71-7 1-81-8 CL C L 0.05M0.05M 0.07M0.07M 0.1M0.1M 0.15M0.15M 0.2M0.2M 0.4M0.4M 1M1M 2M2M WL(중량%)W L (wt%) 2.02.0 2.22.2 2.42.4 2.62.6 2.82.8 2.92.9 2.952.95 3.03.0 비교예comparative example 1-11-1 1-21-2 1-31-3 1-41-4 1-51-5 1-61-6 CL C L 0.5mM0.5 mM 2mM2 mM 0.02M0.02M 0.03M0.03M 3M3M 4M4M WL(중량%)W L (wt%) 0.30.3 0.50.5 0.70.7 1.11.1 3.53.5 44

실시예 2-1~2-8 및 비교예 2-4~2-6: SMS 복합 부직포의 제조Examples 2-1 to 2-8 and Comparative Examples 2-4 to 2-6: Preparation of SMS composite nonwoven fabric

상기 실시예 1-1~1-8 및 비교예 1-4~1-6에서 제조된 각각의 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자 10g을 2.5L 증류수에 넣어 24시간 이상 교반시켜 나노입자가 증류수 속에 고르게 분산된 콜로이드 용액을 제조하였다. 이후, 상기 콜로이드 용액에 SMS 복합 부직포를 10분 가량 담가 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자를 SMS 복합 부직포에 흡착시킨 뒤, 상기 SMS 복합 부직포를 24시간 진공 건조하여, 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자들이 높은 밀도로 고르게 분산되어 코팅된 SMS 복합 부직포를 얻었다. 비교예 1-1~1-3의 경우는 라이신의 양이 너무 적어 부직포에 잘 코팅되지 않으므로 이에 대응하는 SMS 복합 부직포 코팅 시험인 비교예 2-1~2-3은 여기에서 제외하였다.10 g of each of the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-1 to 1-8 and Comparative Examples 1-4 to 1-6 were put in 2.5L distilled water and stirred for 24 hours or more, so that the nanoparticles were dissolved in distilled water. An evenly dispersed colloidal solution was prepared. Thereafter, the SMS composite nonwoven fabric was immersed in the colloidal solution for about 10 minutes to adsorb the lysine-conjugated hematite nanoparticles to the SMS composite nonwoven fabric, and then vacuum-dried the SMS composite nonwoven fabric for 24 hours to obtain lysine-conjugated hematite nanoparticles. were uniformly dispersed at a high density to obtain a coated SMS composite nonwoven fabric. In the case of Comparative Examples 1-1 to 1-3, the amount of lysine was too small to be well coated on the nonwoven fabric, so Comparative Examples 2-1 to 2-3, which is a corresponding SMS composite nonwoven fabric coating test, were excluded here.

평가예 1: 헤마타이트 나노입자 및 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 XRD 그래프 분석Evaluation Example 1: XRD graph analysis of hematite nanoparticles and lysine-conjugated hematite nanoparticles

제조예 1에서 제조된 헤마타이트 나노입자의 XRD 그래프를 도 4에, 실시예 1-5 및 1-8에서 제조된 라이신-접한된 헤마타이트 나노입자의 XRD 그래프를 도 5에 각각 도시하였다. XRD 장치로는 Rigaku의 D/Max-2500VK/PC를 사용하였으며, 분석조건은 CuKα radiation speed 2° min-1이었다.The XRD graph of the hematite nanoparticles prepared in Preparation Example 1 is shown in FIG. 4, and the XRD graphs of the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-5 and 1-8 are shown in FIG. 5, respectively. Rigaku's D/Max-2500VK/PC was used as the XRD device, and the analysis conditions were CuKα radiation speed 2° min -1 .

도 6은 참고문헌 19에 개시되어 있는 전형적인 헤마타이트의 XRD 그래프이다.6 is an XRD graph of a typical hematite disclosed in Reference 19.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 도 4의 XRD 그래프(제조예 1) 및 도 5의 XRD 그래프(실시예 1-5 및 1-8)는 24.14° (012), 33.22° (104), 35.68° (110), 40.88° (113), 43.46° (202), 49.38° (024), 54.02° (116), 57.46° (018), 62.4° (214), 64° (300), 69.7° (208), 72° (1010), 75.42° (220) 피크들이 도 6에 도시된 전형적인 헤마타이트(α-Fe2O3)의 표준값과 일치하므로 제조예 1에서 헤마타이트가 성공적으로 합성되었을 뿐만 아니라, 실시예 1-5 및 1-8에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자에도 산화철이 헤마타이트 상태로 유지되고 있음을 확인할 수 있다. 농도가 0.2M 및 2M인 고농도 라이신 용액내에서 헤마타이트에 라이신을 접합시켰을 때 헤마타이트 구조가 전혀 변하지 않았으므로 그 보다 작은 농도의 라이신 용액을 썼을 때 역시 헤마타이트 구조가 변화하지 않을 것은 자명하다. 따라서, 비록 본 명세서에 모든 실시예에 대한 XRD 그래프를 포함시키지는 않았지만 헤마타이트 나노입자는 항상 헤마타이트 구조를 유지하고 있음을 알 수 있다.4 to 6 , the XRD graph of FIG. 4 (Preparation Example 1) and the XRD graph of FIG. 5 (Examples 1-5 and 1-8) are 24.14° (012), 33.22° (104), 35.68 ° (110), 40.88° (113), 43.46° (202), 49.38° (024), 54.02° (116), 57.46° (018), 62.4° (214), 64° (300), 69.7° ( 208), 72° (1010), and 75.42° (220) peaks coincide with the standard values of typical hematite (α-Fe 2 O 3 ) shown in FIG. 6 , so hematite was successfully synthesized in Preparation Example 1 as well as , It can be seen that iron oxide is maintained in a hematite state even in the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-5 and 1-8. Since the hematite structure did not change when lysine was conjugated to hematite in high-concentration lysine solutions of 0.2M and 2M concentrations, it is obvious that the hematite structure would not change when lysine solutions of smaller concentrations were used. Therefore, although XRD graphs for all examples are not included in the present specification, it can be seen that the hematite nanoparticles always maintain the hematite structure.

평가예 2: 헤마타이트 나노입자 및 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자 분말 의 실물 사진Evaluation Example 2: Real pictures of hematite nanoparticles and lysine-conjugated hematite nanoparticles powder

도 7의 (a)는 제조예 1에서 제조된 헤마타이트 분말의 실물 사진이고, 도 7의 (b)는 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자 분말의 실물 사진이다. 7A is an actual photograph of the hematite powder prepared in Preparation Example 1, and FIG. 7B is an actual photograph of the lysine-conjugated hematite nanoparticle powder prepared in Examples 1-5.

도 7을 참조하면, 헤마타이트(a) 분말은 어두운 갈색을 띠며, 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자(b) 분말은 다홍색을 띤다. Referring to FIG. 7 , the hematite (a) powder has a dark brown color, and the lysine-conjugated hematite nanoparticle (b) powder has a deep red color.

평가예 3: 헤마타이트 나노입자 및 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 SEM 분석Evaluation Example 3: SEM analysis of hematite nanoparticles and lysine-conjugated hematite nanoparticles

도 8의 (a)는 제조예 1에서 제조된 헤마타이트 나노입자의 SEM 이미지이고(배율 80,000), 도 8의 (b)는 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 SEM 이미지이고(배율 80,000)이다. 여기에서 사용된 SEM 장치는 JEOL사의 JSM-6390LV이었다.Figure 8 (a) is an SEM image of the hematite nanoparticles prepared in Preparation Example 1 (magnification 80,000), Figure 8 (b) is the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-5 SEM image (magnification 80,000). The SEM device used here was JEOL's JSM-6390LV.

도 8을 참조하면, 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자는 제조예 1에서 제조된 헤마타이트 나노입자에 비해 입자크기가 상대적으로 약간 작고 입자들이 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8 , the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-5 have a relatively slightly smaller particle size than the hematite nanoparticles prepared in Preparation Example 1, and the particles are uniformly distributed. can be checked

평가예 4: 헤마타이트 나노입자 및 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 BET 분석Evaluation Example 4: BET analysis of hematite nanoparticles and lysine-conjugated hematite nanoparticles

도 9는 제조예 1에서 제조된 헤마타이트 나노입자 및 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 BET(비표면적) 분석결과를 보여준다. 도 9의 삽입도는 공극(pore) 크기 분포에 대한 BJH 분석결과를 보여준다.9 shows the BET (specific surface area) analysis results of the hematite nanoparticles prepared in Preparation Example 1 and the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-5. The inset of FIG. 9 shows the BJH analysis result for the pore size distribution.

또한, 제조예 1에서 제조된 헤마타이트 나노입자 및 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 BET 특성을 하기 표 2에 나타내었다.In addition, the BET characteristics of the hematite nanoparticles prepared in Preparation Example 1 and the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-5 are shown in Table 2 below.

시료sample 총 표면적 (m2/g)Total surface area (m 2 /g) 평균 공극 직경(nm)Average pore diameter (nm) 총공극 부피(cm3/g)Total pore volume (cm 3 /g) 겉표면적 (m2/g)Surface area (m 2 /g) 헤마타이트나노입자hematite nanoparticles 96.78696.786 11.60611.606 0.28080.2808 91.05991.059 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자Lysine-Conjugated Hematite Nanoparticles 86.91186.911 11.37211.372 0.24710.2471 78.37878.378

상기 표 2를 참조하면, 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자는 제조예 1에서 제조된 헤마타이트 나노입자에 비해 비표면적이 약간 줄어들었음을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the specific surface area of the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-5 is slightly reduced compared to the hematite nanoparticles prepared in Preparation Example 1.

평가예 5: 헤마타이트 나노입자 및 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 침강속도 비교 분석Evaluation Example 5: Comparative analysis of sedimentation rates of hematite nanoparticles and lysine-conjugated hematite nanoparticles

제조예 1에서 제조된 헤마타이트 나노입자, 그리고 실시예 1-1~1-8 및 비교예 1-1~1-6에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 침강속도를 비교한 사진을 도 10에 나타내었다. 구체적으로, 도 10은 다양한 라이신 농도의 라이신 수용액을 이용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자를 증류수에 분산시켜 콜로이드 용액을 만든 다음 일정시간(도 10의 (a) 콜로이드 용액 제조 직후, (b) 콜로이드 용액 제조 후 60분 후, (c) 콜로이드 용액 제조 후 24시간 후, (d) 콜로이드 용액 제조 후 7일 후) 정치시켜 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 침강속도를 비교한 사진이다. 전술한 바와 같이 라이신을 접합시키지 않은 헤마타이트(제조예 1)는 교반을 활발을 하여도 콜로이드 상태를 유지하지 못하고 곧 침전됨을 볼 수 있다.Photographs comparing the sedimentation rates of the hematite nanoparticles prepared in Preparation Example 1, and the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-1 to 1-8 and Comparative Examples 1-1 to 1-6 It is shown in Figure 10. Specifically, FIG. 10 shows a colloidal solution by dispersing lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared using a lysine aqueous solution of various lysine concentrations in distilled water for a predetermined time ((a) of FIG. 10 immediately after preparing the colloidal solution, ( b) 60 minutes after preparation of colloidal solution, (c) 24 hours after preparation of colloidal solution, (d) 7 days after preparation of colloidal solution) is a photograph comparing the sedimentation rate of lysine-conjugated hematite nanoparticles . As described above, it can be seen that hematite (Preparation Example 1) to which lysine is not conjugated does not maintain a colloidal state even with vigorous stirring and is soon precipitated.

도 10에 기재된 번호를, 라이신 수용액 중의 라이신 농도와 함께, 제조예 1에서 제조된 헤마타이트, 그리고 실시예 1-1~1-8 및 비교예 1-1~1-6에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자와 일대일로 매칭시켜 하기 표 3에 나타내었다.The number described in Figure 10, together with the lysine concentration in the lysine aqueous solution, hematite prepared in Preparation Example 1, and Examples 1-1 to 1-8 and Comparative Examples 1-1 to 1-6 Lysine-conjugated It is shown in Table 3 by matching one-to-one with the hematite nanoparticles.

도 10의 번호number in figure 10

Figure pat00002
Figure pat00002
라이신 수용액 중의 라이신 농도Lysine concentration in lysine aqueous solution 0.000M0.000M 0.5mM0.5 mM 2mM2 mM 0.02M0.02M 0.03M0.03M 0.05M0.05M 0.07M0.07M 0.1M0.1M 실험예Experimental example 제조예 1Preparation Example 1 비교예 1-1Comparative Example 1-1 비교예
1-2
comparative example
1-2
비교예
1-3
comparative example
1-3
비교예
1-4
comparative example
1-4
실시예
1-1
Example
1-1
실시예
1-2
Example
1-2
실시예
1-3
Example
1-3
도 10의 번호number in figure 10 라이신 수용액 중의 라이신 농도Lysine concentration in lysine aqueous solution 0.15M0.15M 0.2M0.2M 0.4M0.4M 1M1M 2M2M 3M3M 4M4M 실험예Experimental example 실시예1-4Example 1-4 실시예
1-5
Example
1-5
실시예
1-6
Example
1-6
실시예 1-7Examples 1-7 실시예 1-8Examples 1-8 비교예 1-5Comparative Example 1-5 비교예 1-6Comparative Example 1-6

도 10의 (c) 및 표 3을 참조하면, 콜로이드 용액 제조후 24시간 정치시켰을 때 라이신의 농도가 0.05M 미만인 라이신 수용액을 사용하여 제조된 콜로이드 용액들의 색이 약간 옅어진 것을 확인할 수 있고, 반면에 라이신의 농도가 0.05M을 초과하는 라이신 수용액을 사용하여 제조된 콜로이드 용액들의 색은 거의 변함이 없는 것을 확인할 수 있다. Referring to Figure 10 (c) and Table 3, it can be seen that the color of the colloidal solutions prepared by using the aqueous solution of lysine having a concentration of lysine of less than 0.05M when left still for 24 hours after the preparation of the colloidal solution is slightly pale, whereas It can be seen that the color of the colloidal solutions prepared by using an aqueous lysine solution in which the concentration of lysine exceeds 0.05M is almost unchanged.

또한, 도 10의 (d) 및 표 3을 참조하면, 콜로이드 용액 제조후 7일간 정치시켰을 때 라이신의 농도가 0.05M 미만인 라이신 수용액을 사용하여 제조된 콜로이드 용액들과 라이신의 농도가 0.05M을 초과하는 라이신 수용액을 사용하여 제조된 콜로이드 용액들 간의 침전 정도 차이가 선명히 나타났다. In addition, referring to FIG. 10 (d) and Table 3, when the colloidal solution was prepared and then left for 7 days, the concentration of lysine and colloidal solutions prepared using an aqueous lysine solution having a lysine concentration of less than 0.05M exceeds 0.05M The difference in the degree of precipitation between the colloidal solutions prepared using the lysine aqueous solution was clearly shown.

전술한 바와 같이 항바이러스-항균효능을 시험할 때 배양기간(통상 2~3일)을 포함해 전처리 시간까지 고려하여 5일 이상의 시간이 소요되므로 효능 평가가 가능하기 위해서는 약 1주일간 약의 성분이 상당부분 (50% 이상) 침전되지 않고 남아있어야 한다. 라이신 용액 중 라이신의 농도가 0.05M 미만이면 나노입자에 접합된 라이신의 양이 적어 나노입자의 친수성(hydrophilicity)이 약하므로 충분히 분산되지 못하고 시간이 흐름에 따라 입자가 침강한다. 0.05M을 초과하여 0.2M까지는 나노입자에 접합된 라이신의 양이 증가하여 나노입자가 물에 잘 분산되어 장시간(7일 후에도 50% 이상) 콜로이드 상태를 유지한다. 라이신 농도가 0.2M을 초과하여 2M까지 증가할때 이미 나노입자 표면에 라이신이 거의 덮여있어 친수성이 충분히 커졌기 때문에 물에 분산되는 특성이 특별히 더 향상되지는 않고 나노입자 중 라이신의 중량비도 거의 포화된다. 표 1에 보인 바와 같이 라이신 농도가 0.05M~2M일 때 나노입자 중 라이신의 중량비는 2~3%이다. 라이신의 농도가 과도하게 많아지면 (2~4M) 나노입자의 수용해성은 더 이상 증가하지 않으면서 라이신 분자간의 상호작용이 강해져 뭉쳐지는 경향이 발생하고 이로 인해 나노입자 중 라이신의 중량비는 약간 더(4%로) 늘어날 수 있다. 이에 수반하여 용액의 색깔이 탁해지고 라이신 사이의 응집력 때문에 헤마타이트에 대한 접합력은 오히려 약해질 수 있다. 이 범위에서 나노입자 중 라이신의 중량비가 약간 더(3%에서 4%로) 늘어날 수 있지만 늘어난다해도 이미 라이신이 나노입자 표면을 덮고 있으므로 나노입자의 특성 향상에 도움이 되지 못한다. 그리고, 라이신을 4M 이상의 초고농도로 용해시키는 것은 용이하지 않고 라이신만 낭비할 뿐이므로 실용성이 없다. As described above, when testing the antiviral-antibacterial efficacy, it takes more than 5 days in consideration of the pretreatment time including the incubation period (usually 2-3 days). A significant portion (more than 50%) should remain unsettled. If the concentration of lysine in the lysine solution is less than 0.05M, the amount of lysine conjugated to the nanoparticles is small and the hydrophilicity of the nanoparticles is weak, so that they cannot be sufficiently dispersed and the particles settle over time. From 0.05M to 0.2M, the amount of lysine conjugated to the nanoparticles increases, so that the nanoparticles are well dispersed in water and maintain a colloidal state for a long time (more than 50% even after 7 days). When the lysine concentration exceeds 0.2M and increases to 2M, the surface of the nanoparticles is already almost covered with lysine and the hydrophilicity is sufficiently increased, so the dispersion property in water is not particularly improved and the weight ratio of lysine in the nanoparticles is almost saturated. . As shown in Table 1, when the lysine concentration is 0.05M to 2M, the weight ratio of lysine in the nanoparticles is 2-3%. When the concentration of lysine is excessively increased (2~4M), the water solubility of the nanoparticles does not increase any more, and the interaction between lysine molecules becomes stronger and agglomeration occurs. 4%) can be increased. Concomitantly, the color of the solution becomes cloudy and the adhesion to hematite may be rather weakened due to the cohesive force between lysine. In this range, the weight ratio of lysine among nanoparticles can be slightly increased (from 3% to 4%), but even if it is increased, it does not help to improve the properties of nanoparticles because lysine already covers the surface of the nanoparticles. And, it is not easy to dissolve lysine at an ultra-high concentration of 4M or more, and it is not practical because only lysine is wasted.

요약하면 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자를 제조할 때 사용되는 라이신 수용액 중의 라이신 농도가 나노입자의 콜로이드 상태를 유지하는 특성을 결정한다는 사실을 알 수 있다. 한편, 추가적인 실험으로서 금속 산화물 나노입자에 다른 종류의 아미노산들, 즉 글라이신, 프롤린, 아르지닌 등에 대해서도 라이신에서와 같은 조건을 써서 접합을 시도했으나 접합이 라이신과는 달리 제대로 이루어지지 않았다. 따라서, 이러한 추가실험의 경우에 얻어진 나노입자들은 물에 잘 분산되지 못하고 빠르게 침전하였으며 약물소재로 적합하지 않음을 알 수 있었다. In summary, it can be seen that the concentration of lysine in the aqueous solution of lysine used to prepare lysine-conjugated hematite nanoparticles determines the characteristics of maintaining the colloidal state of the nanoparticles. On the other hand, as an additional experiment, conjugation was attempted with other types of amino acids, ie, glycine, proline, arginine, etc., to the metal oxide nanoparticles using the same conditions as for lysine, but conjugation was not performed properly unlike lysine. Therefore, in the case of these additional experiments, the obtained nanoparticles were not well dispersed in water, precipitated quickly, and it was found that they were not suitable as drug materials.

평가예 6: 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자가 코팅된 SMS 복합 부직포의 SEM 이미지 분석Evaluation Example 6: SEM image analysis of SMS composite nonwoven fabric coated with lysine-conjugated hematite nanoparticles

도 11a 내지 도 11ℓ은 다양한 라이신 농도의 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자로 코팅된 SMS 복합 부직포(Spunbond-Meltblown-Spunbond nonwoven fabric composite)의 SEM 이미지이다. 여기에서 사용된 SEM 장치는 JEOL사의 JSM-6390LV이었다. 도 11a는 bare SMS 복합 부직포의 SEM 이미지이고, 도 11b는 라이신 농도가 0.03M인 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자로 코팅된 SMS 복합 부직포(비교예 2-4)이고, 도 11c는 라이신 농도가 0.05M인 경우 (실시예 2-1)이고, 도 11d는 라이신 농도가 0.07M인 경우 (실시예 2-2)이고, 도 11e는 라이신 농도가 0.1M인 경우 (실시예 2-3)이고, 도 11f는 라이신 농도가 0.15M인 경우 (실시예 2-4)이고, 도 11g는 라이신 농도가 0.2M인 경우 (실시예 2-5)이고, 도 11h는 라이신 농도가 0.4M인 경우 (실시예 2-6)이고, 도 11i는 라이신 농도가 1M인 경우 (실시예 2-7)이고, 도 11j는 라이신 농도가 2M인 경우 (실시예 2-8)이고, 도 11k는 라이신 농도가 3M인 경우 (비교예 2-5)이고, 도 11ℓ은 라이신 농도가 4M인 경우 (비교예 2-6)를 나타낸다. 11a to 11l are SEM images of lysine-conjugated hematite nanoparticles coated with SMS composite nonwoven fabric (Spunbond-Meltblown-Spunbond nonwoven fabric composite) prepared using lysine aqueous solution of various lysine concentrations. The SEM device used here was JEOL's JSM-6390LV. 11a is an SEM image of a bare SMS composite nonwoven fabric, and FIG. 11b is a lysine-conjugated hematite nanoparticle-coated SMS composite nonwoven fabric (Comparative Example 2-4) prepared using a lysine aqueous solution having a lysine concentration of 0.03M. , Figure 11c is when the lysine concentration is 0.05M (Example 2-1), Figure 11d is when the lysine concentration is 0.07M (Example 2-2), Figure 11e is when the lysine concentration is 0.1M ( Example 2-3), Figure 11f is when the lysine concentration is 0.15M (Example 2-4), Figure 11g is when the lysine concentration is 0.2M (Example 2-5), Figure 11h is lysine When the concentration is 0.4M (Example 2-6), Figure 11i is when the lysine concentration is 1M (Example 2-7), Figure 11j is when the lysine concentration is 2M (Example 2-8) and , Figure 11k is when the lysine concentration is 3M (Comparative Example 2-5), Figure 11L shows the case where the lysine concentration is 4M (Comparative Example 2-6).

라이신의 농도가 0.03M 미만인 라이신 수용액(비교예 1-1~1-3)을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자로 SMS 복합 부직포에 코팅을 시도한 경우에는 코팅이 잘 이루어지지 않아서 여기에 SEM 이미지를 제시하지 않았다.Lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared using an aqueous solution of lysine having a lysine concentration of less than 0.03M (Comparative Examples 1-1 to 1-3) were used to coat the SMS composite nonwoven fabric. SEM images were not presented in

도 11을 참조하면, 라이신 농도가 0.2M인 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자로 SMS 복합 부직포를 코팅했을 때 (실시예 2-5) 모든 경우 중 나노입자가 뭉치는 경향이 최소화되면서 고르게 잘 분산되어 가장 우수하게 코팅된 것을 확인할 수 있다. 차선으로는 라이신 농도가 0.15M인 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자로 SMS 복합 부직포를 코팅한 경우(실시예 2-4)에 나노입자가 비교적 고르게 분산되어 코팅이 이루어졌음을 볼 수 있다. 나노입자가 물에서 콜로이드 상태를 유지하는 측면에서는 평가예 5에서 보듯이 라이신 농도가 0.05M~2M 범위인 라이신 수용액이 어느 정도 다 가능하나 섬유에 코팅하여 사용하는 것을 목적으로 할 경우에는 그 중에서도 라이신 농도가 0.15M~0.2M인 라이신 수용액이 최적임을 알 수 있다. 11, when the SMS composite nonwoven fabric is coated with lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared using an aqueous lysine solution having a lysine concentration of 0.2M (Example 2-5), in all cases, the nanoparticles are agglomerated As the tendency is minimized, it can be seen that it is evenly and well-distributed and the most excellent coating can be confirmed. As a suboptimal method, when the SMS composite nonwoven fabric is coated with lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared using an aqueous lysine solution having a lysine concentration of 0.15M (Example 2-4), the nanoparticles are relatively evenly dispersed and the coating is made. It can be seen that lost In terms of maintaining the colloidal state of nanoparticles in water, as shown in Evaluation Example 5, an aqueous solution of lysine having a lysine concentration in the range of 0.05M to 2M is possible to some extent. It can be seen that an aqueous solution of lysine having a concentration of 0.15M to 0.2M is optimal.

평가예 7: 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 MDCK에 대한 세포 독성 (cytotoxicity) 시험Evaluation Example 7: Lysine-conjugated hematite nanoparticles to MDCK cytotoxicity (cytotoxicity) test

라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 세포 독성 (cytotoxicity)을 측정하였다. 시료는 라이신 농도가 0.2M인 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자(실시예 1-5)를 선택하였다. 그 이유는 0.2M 용액을 쓸 때 나노입자 중 접합된 라이신의 함유량이 충분히 높고 (2.8중량%), 7일이 경과하여도 콜로이드 상태를 잘 유지하기 때문이다. 이처럼 선택한 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자를 물에 녹여 나노입자 농도가 20mg/mL인 나노입자 수용액을 얻었다. 상기 나노입자 수용액에 PBS(phosphate buffer saline)를 가하여 2%로 희석하고 1000rpm으로 10분간 원심분리한 후에 상등액을 시험 원액으로 사용하였다. 시험 원액 중의 라이신 농도는 80μM이었다.The cytotoxicity of lysine-conjugated hematite nanoparticles was measured. As a sample, lysine-conjugated hematite nanoparticles (Example 1-5) prepared using an aqueous lysine solution having a lysine concentration of 0.2M were selected. The reason is that when using a 0.2M solution, the content of conjugated lysine in nanoparticles is sufficiently high (2.8 wt%), and the colloidal state is well maintained even after 7 days. The selected lysine-conjugated hematite nanoparticles were dissolved in water to obtain an aqueous solution of nanoparticles having a nanoparticle concentration of 20 mg/mL. Phosphate buffer saline (PBS) was added to the aqueous nanoparticle solution, diluted to 2%, centrifuged at 1000 rpm for 10 minutes, and the supernatant was used as a test stock solution. The concentration of lysine in the test stock solution was 80 μM.

숙주세포로 선택된 MDCK(Madin Darby Canine Kidney)는 개(dog)의 한 종류인 cocker spaniel 신장에서 추출한 상피 세포로 바이오 및 의약 연구에 널리 이용된다. MDCK (Madin Darby Canine Kidney) selected as a host cell is an epithelial cell extracted from a cocker spaniel kidney, a type of dog, and is widely used in bio and pharmaceutical research.

분말 형태 시료의 세포 독성을 평가하기 위해 『의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통기준규격 -24- 식약청 고시 제 2006-32 호』의 제11장 또는 ISO 10993-12 Sample preparation and reference materials에 따라 시료에서 PBS로 용출시킨 후 『의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통기준규격 식약청 고시 제 2006-32 호』의 제5장 또는 ISO 10993-5에 따라 시험을 실시하였다. 일반적으로 사용되는 직접 접촉법에 의한 시험법에 따라 실험을 진행하고, 그 결과에 따라 세포 독성을 평가하였다. 세포 독성 시험은 세포에 연속 희석한 시료를 처리하고 일정시간 배양했을 때 세포 생존에 영향을 주지 않는 최대 농도를 찾기 위한 시험 방법이다.In order to evaluate the cytotoxicity of powder samples, in accordance with Chapter 11 or ISO 10993-12 Sample preparation and reference materials of 『Common Standards for Biological Safety of Medical Devices-24-KFDA Notification No. 2006-32』 After dissolution with PBS, the test was carried out according to Chapter 5 or ISO 10993-5 of 『KFDA Notification No. 2006-32 of Common Standards for Biological Safety of Medical Devices』. The experiment was carried out according to the test method by direct contact method, which is generally used, and the cytotoxicity was evaluated according to the result. The cytotoxicity test is a test method to find the maximum concentration that does not affect cell viability when serially diluted samples are processed and cultured for a certain period of time.

본 시험은 위의 기준규격에 따라 작성한 시험기관(서울 건국대 내 ㈜케이알바이오텍(KR Biotech))의 세포 독성 시험 지침서 문서번호 KRBOP 0803 01, Crystal violet method)에 따라 수행하였다.This test was performed according to the cytotoxicity test guideline document number KRBOP 0803 01, Crystal violet method of a testing institution (KR Biotech, Konkuk University, Seoul) prepared according to the above standards.

① 96 well plate에 MDCK 세포를 5% CO2, 37℃에서 배양하였다.① In a 96 well plate, MDCK cells were cultured at 5% CO 2 , 37°C.

② 시료 용출액 원액과 2 배 연속 희석하여 배양 세포에 첨가하여 3일 동안 배양하였다. 이 때, 음성대조군으로 사용하기 위해 1 열은 남겨두었다.② Serial dilution with the sample eluate stock solution and 2 times was added to the cultured cells and cultured for 3 days. At this time, one column was left for use as a negative control group.

③ Multi pipette을 사용하여 모든 well에 50㎕ Crystal violet 염색 시약을 넣었다.③ Using a multi pipette, 50 μl of Crystal violet staining reagent was added to all wells.

④ 22±2℃에 30 분 방치 후, 흐르는 물로 plate를 세척하였다④ After standing at 22±2℃ for 30 minutes, wash the plate with running water.

⑤ Plate를 건조한 후, Multi well plate reader를 이용하여 575nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다⑤ After drying the plate, absorbance was measured at a wavelength of 575 nm using a multi-well plate reader.

결과 판정은 세포 음성대조군(본 발명 시료를 넣지 않은 PBS액)에서의 흡광도 (100%)를 기준으로, 50% 이상의 흡광도를 얻었을 때에 세포 독성이 없는 것으로 판단하였다Based on the absorbance (100%) in the cell negative control group (PBS solution not containing the sample of the present invention), it was determined that there was no cytotoxicity when an absorbance of 50% or more was obtained.

시험결과, 가장 높은 농도인 시험 원액, 1/2배 희석액 및 1/4배 희석액을 각각 MDCK세포에 처리하였을 때 모든 영역에서 세포 독성을 보이지 않았다. 세포 독성 시험결과 사진은 도 12와 같았다. 도 12는 실시예 1-5에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트의 MDCK 숙주세포에 대한 세포독성 사진이다. 음성 대조군과 본 시료 용액의 흡광도를 각각 원액과 희석액들(1/2 및 1/4)에 대해 보여주는 사진이며, 대조군과 본 시료 용액과의 흡광도 차이가 거의 없다. 또한, 세포 독성시험 결과를 하기 표 4에 나타내었다.As a result of the test, when MDCK cells were treated with the highest concentrations of the test stock solution, 1/2-fold dilution, and 1/4-fold dilution, respectively, cytotoxicity was not observed in all areas. A photo of the cytotoxicity test result was shown in FIG. 12 . 12 is a cytotoxicity photograph of lysine-conjugated hematite prepared in Example 1-5 against MDCK host cells. It is a photograph showing the absorbance of the negative control and this sample solution for the stock solution and the diluted solutions (1/2 and 1/4), respectively, and there is little difference in absorbance between the control and this sample solution. In addition, the cytotoxicity test results are shown in Table 4 below.

시료sample 숙주세포host cell 독성을 나타내지 않는 최고 희석배수Highest dilution without toxicity 본 발명시료sample of the present invention MDCKMDCK 1(가장 고농도인 원액상태에서도 세포 독성 없음)1 (No cytotoxicity even in the highest concentration of stock solution)

평가예 8: 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 MRC-5에 대한 세포 독성 (cytotoxicity) 시험Evaluation Example 8: Cytotoxicity test for MRC-5 of lysine-conjugated hematite nanoparticles

라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 세포 독성을 또 다른 숙주세포인 MRC-5(인간 폐섬유 아세포)에 대해 하기와 같은 방법으로 재검증 하였다.The cytotoxicity of lysine-conjugated hematite nanoparticles was re-verified against another host cell, MRC-5 (human lung fibroblasts), as follows.

(1) 시험 재료(1) test material

1) 세포: MRC-5(human lung fibroblast)1) Cell: MRC-5 (human lung fibroblast)

2) 성장 배지: DMEM(10% FBS, 1% penicillin/streptomycin)2) Growth medium: DMEM (10% FBS, 1% penicillin/streptomycin)

3) 세포 독성 시험 시약: WST-1 assay kit, Takara3) Cytotoxicity test reagent: WST-1 assay kit, Takara

4) 생리식염수: PBS(phosphate buffered saline)4) Physiological saline: PBS (phosphate buffered saline)

5) 시료: 라이신 농도가 0.2M인 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자(실시예 1-5)이며, 이 나노입자를 물에 녹인 용액 중의 나노입자 농도는 20mg/mL이었다.5) Sample: Lysine-conjugated hematite nanoparticles (Example 1-5) prepared using a lysine aqueous solution having a lysine concentration of 0.2M, and the nanoparticle concentration in a solution of these nanoparticles in water is 20 mg/mL It was.

6) Plate: 96 well cell culture plate6) Plate: 96 well cell culture plate

(2) 시험방법(2) Test method

1) 인간 폐섬유아세포 (human lung fibroblast)인 MRC-5를 96 well plate에 8 x 103 cells/200μL /well로 분주 후 37℃, 5% CO₂의 CO2 배양기(37℃, 5% CO2)에서 24시간 배양시켰다.1) After dispensing human lung fibroblast MRC-5 at 8 x 103 cells/200μL/well in a 96 well plate, 37℃, 5% CO₂ CO 2 incubator (37℃, 5% CO 2 ) incubated for 24 hours.

2) 본 발명 시료는 시험 전 실온 보관하였다.2) Samples of the present invention were stored at room temperature before testing.

3) 멸균 3차 증류수에 시험 시료를 용해시켜 12시간 이상 동안 교반기를 이용하여 교반시켰다.3) The test sample was dissolved in sterile tertiary distilled water and stirred using a stirrer for 12 hours or more.

4) 교반시킨 직후의 시료를 취하여 성장 배지를 이용해 원래 나노입자농도(20mg/mL)의 2%농도 용액을 제조하고 이것을 시료 원액으로 사용하였다. 시료 원액 중 라이신 농도는 80μM이었다.4) Taking a sample immediately after stirring, a 2% concentration solution of the original nanoparticle concentration (20 mg/mL) was prepared using a growth medium, and this was used as a sample stock solution. The concentration of lysine in the sample stock solution was 80 μM.

5) 4번의 시료 원액을 아래와 같이 성장 배지에 3배씩 연속희석(serial dilution)하여 다양한 희석배수의 시험검체 시험액을 제조하였다.5) The sample stock solution of No. 4 was serially diluted 3 times in the growth medium as follows to prepare a test sample solution of various dilutions.

도 13의 (a)는 흡광도를 측정한 시료 사진이고, 도 13의 (b)는 흡광도 결과 그래프이다. 구체적으로, 도 13의 (b)는 시료의 각 농도에서 세포생존율을 나타낸다. 13 (a) is a photograph of a sample obtained by measuring the absorbance, and FIG. 13 (b) is a graph of the absorbance result. Specifically, Figure 13 (b) shows the cell viability at each concentration of the sample.

20mg/mL의 나노입자 농도의 시료를 12시간 이상 동안 800rpm 이상으로 교반 시키고, 교반 직후와 교반을 멈추고 30분 정치시킨 다음의 상등액을 취해 세포에 처리하는 시험액을 하기 표 5와 같이 제조하였다. 희석 농도란 원래의 20mg/mL에 대한 희석된 비율을 의미한다.A sample having a nanoparticle concentration of 20 mg/mL was stirred at 800 rpm or higher for 12 hours or more, and a test solution in which the cells were treated by taking the supernatant immediately after stirring and after stopping the stirring for 30 minutes was prepared as shown in Table 5 below. The dilution concentration means the diluted ratio to the original 20 mg/mL.

시험액 중의 희석 농도dilution concentration in test solution 2%2% 0.66%0.66% 0.22%0.22% 0.07%0.07% 0.02%0.02% Media(μL)Media (μL) 980980 600600 600600 600600 600600 20mg/mL sample(μL)20mg/mL sample (μL) 2020 300300 300300 300300 300300

6) 8 x 103 cells/200μL /well로 배양된 96 well plate에 2%~0.02%의 농도로 연속 희석된 시험액을 200μL씩 24시간 동안 처리하였다.6) In a 96-well plate cultured at 8 x 103 cells/200μL/well, 200 μL of serially diluted test solution at a concentration of 2% to 0.02% was treated for 24 hours.

7) 24시간 후, 96 well plate에 분주된 시험액을 제거하였다.7) After 24 hours, the test solution dispensed in the 96 well plate was removed.

8) PBS로 plate 바닥에 남은 시료를 washing하였다.8) The sample remaining on the bottom of the plate was washed with PBS.

9) WST-1 배지(WST-1 10μL in 100μL media/well)를 각 well에 100μL씩 처리 후 CO2 배양기에서 2시간 동안 반응시켰다.9) 100 μL of WST-1 medium (WST-1 10 μL in 100 μL media/well) was treated in each well, and then reacted in a CO 2 incubator for 2 hours.

10) 반응 완료된 배지를 Microplate reader를 이용하여 420 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다.10) The absorbance of the reaction medium was measured at a wavelength of 420 nm using a microplate reader.

(3) 결과(3) Results

WST-1 assay 흡광값을 이용하여 세포생존율을 산출하였다. Cell viability was calculated using the WST-1 assay absorbance value.

시험한 모든 농도 범위에서 도 13의 (b)와 같이 숙주세포 MRC-5의 세포생존율(cell viability)이 80% 이상이므로, 통상적으로 cell viability가 50%가 되는 농도를 나타내는 CC50 값은 시험을 수행한 가장 높은 농도(라이신 농도 기준 80μM)보다도 현저히 더 높아 본 발명시료의 세포 독성은 거의 없는 것으로 판단된다. 그리고, 이 결과는 앞서의 MDCK 숙주 세포에 대한 독립된 세포 독성 시험 (평가예 7)에서 세포 독성이 없다는 결론과 일치한다. Since the cell viability of the host cell MRC-5 is 80% or more as shown in FIG. 13(b) in all the tested concentration ranges, the CC 50 value representing the concentration at which the cell viability is usually 50% is the test. It is significantly higher than the highest concentration performed (80 μM based on lysine concentration), so it is judged that there is almost no cytotoxicity of the sample of the present invention. And, this result is consistent with the conclusion that there is no cytotoxicity in the previous independent cytotoxicity test for MDCK host cells (Evaluation Example 7).

평가예 9: 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 항균효능 시험Evaluation Example 9: Antimicrobial Efficacy Test of Lysine-Conjugated Hematite Nanoparticles

시료의 Escherichia coli에 대한 항균효능을 측정하였다. 사용한 시료는 라이신 농도가 0.2M인 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자(실시예 1-5)이며, 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자를 물에 녹여 얻은 용액 중의 나노입자 농도는 20mg/mL(라이신 농도 기준으로 4mM)이었다. 균에 시료를 첨가했을 때 최종시료 농도(원액기준)는 위 값의 2%인 80μM이다.The antibacterial effect of the sample against Escherichia coli was measured. The sample used was lysine-conjugated hematite nanoparticles (Example 1-5) prepared using an aqueous lysine solution having a lysine concentration of 0.2M, and nanoparticles in a solution obtained by dissolving lysine-conjugated hematite nanoparticles in water The concentration was 20 mg/mL (4 mM based on the lysine concentration). When the sample is added to the bacteria, the final sample concentration (based on the stock solution) is 80 μM, which is 2% of the above value.

항균의 활성 확인은 본 발명시료에 균을 5분간 반응시킨 후, 고체 LB(Luria-Bertani) 배지(혹은 배양기: Culture Medium)를 통해 확인하였다. 실험 결과 Echerichia coli에 대해 99% 이상의 항균 효능을 보이는 것으로 확인되었다. 시험과정은 다음과 같았다. Antibacterial activity was confirmed through a solid LB (Luria-Bertani) medium (or incubator: Culture Medium) after the bacteria were reacted with the sample of the present invention for 5 minutes. As a result of the experiment, it was confirmed that it showed an antibacterial effect of more than 99% against Echerichia coli. The test procedure was as follows.

1) 시험 전날, 37℃, 220 rpm의 진탕 배양기를 통해 균을 전배양하였다. 1) The day before the test, the bacteria were pre-cultured in a shaking incubator at 37°C and 220 rpm.

2) 시험 당일, 전배양한 균을 새로운 LB media에 1/100만큼 접종하여 37℃, 220rpm의 진탕 배양기를 통해 2시간 ~ 2시간 30분 정도 본 배양하였다. 2) On the day of the test, 1/100 of the pre-cultured bacteria were inoculated into new LB media and incubated for 2 hours to 2 hours and 30 minutes in a shaking incubator at 37°C and 220 rpm.

3) 본 배양 중, OD(Optical Density: 광학밀도 혹은 흡광도) 값을 측정하여 OD600(파장 600nm의 흡광도)이 0.5 ~ 1.0인 수치까지 배양하였다.3) During the main culture, the OD (Optical Density: optical density or absorbance) value was measured and cultured until the OD600 (absorbance at a wavelength of 600 nm) was 0.5 to 1.0.

4) 배양이 끝난 균을 원심분리를 통해 침전시켰다. 4) The cultured bacteria were precipitated by centrifugation.

5) 원심분리된 균을 PBS를 이용해 LB media 성분이 남아있지 않도록 2 ~ 3 회 washing하였다.5) The centrifuged bacteria were washed 2-3 times with PBS so that no LB media component remained.

6) 세척된 균을 0.5 ~ 1 x 107 CFU/mL만큼 분주한 뒤, 원심분리를 통해 균을 침전시켰다. 6) After dispensing the washed bacteria by 0.5 ~ 1 x 107 CFU/mL, the bacteria were precipitated by centrifugation.

7) 침전된 균에 시료를 1 mL 첨가한 뒤, 1 ~ 5 분간 반응시켰다. 7) 1 mL of the sample was added to the precipitated bacteria, and then reacted for 1 to 5 minutes.

8) 음성대조군으로는 시료 대신 수돗물을 사용하였다. 8) As a negative control, tap water was used instead of the sample.

9) 반응이 끝나면, 원심분리를 통해 시료와 균을 분리해 주었다. 9) After the reaction, the sample and the bacteria were separated by centrifugation.

10) 균에 남아있는 시료 성분을 제거하기 위해 PBS를 이용해 2 ~ 3 회 washing하였다. 10) Washing was carried out 2-3 times with PBS to remove the sample components remaining in the bacteria.

11) 세척이 끝난 균 침전물에 PBS 1 mL을 넣어서 resuspension 한 뒤, 고체 LB 배지에 균액 100 uL를 spreading시켰다.11) After resuspension by adding 1 mL of PBS to the washed bacterial precipitate, 100 uL of the bacterial solution was spread on the solid LB medium.

시험결과 본 발명시료에 대한 Escherichia coli 항균 효능을 생균숫자의 계수(count)를 통해 음성 대조군과 비교하였을 때, 하기 표 6에서 보듯이 99% 이상의 항균 효능을 보이는 것으로 확인되었다. 배양사진 결과는 도 14와 같았다. As a result of the test, when the Escherichia coli antibacterial efficacy of the sample of the present invention was compared with the negative control through the count of viable cells, it was confirmed that the antibacterial efficacy was greater than 99% as shown in Table 6 below. The results of the culture photograph were as shown in FIG. 14 .

시료sample 배지상의 생균수(Count)Number of viable cells on the medium (Count) 음성대조군(수돗물)Negative control group (tap water) Uncountably manyuncountably many 본 발명시료sample of the present invention 99% 이상 감소99% or more reduction

평가예 10: 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자를 코팅한 부직포 상에서의 항바이러스 시험Evaluation Example 10: Antiviral test on nonwoven fabric coated with lysine-conjugated hematite nanoparticles

시료의 HCoV-OC43에 대한 항바이러스 효능을 측정하였다. 선택한 시료는 라이신 농도가 0.2M인 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자(실시예 1-5)인데, 그 이유는 실시예 2-5 및 도 11g에 보인바와 같이 이 경우 SMS부직포 상에 나노입자가 가장 고르게 잘 분산되어 효능을 극대화할 수 있기 때문이다. 이처럼 선택한 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자를 물에 녹여 얻은 용액 중의 나노입자 농도는 20mg/mL(라이신 농도 기준으로 4mM)이었다.The antiviral efficacy of the samples against HCoV-OC43 was measured. The selected sample is lysine-conjugated hematite nanoparticles (Example 1-5) prepared using an aqueous lysine solution having a lysine concentration of 0.2M, because in this case, as shown in Examples 2-5 and 11g This is because the nanoparticles are most evenly and well dispersed on the SMS non-woven fabric to maximize the efficacy. The concentration of nanoparticles in a solution obtained by dissolving the selected lysine-conjugated hematite nanoparticles in water was 20 mg/mL (4 mM based on the lysine concentration).

본 시험의 목적은 본 발명 시료를 코팅한 부직포의 바이러스 불활화 효과를 검증하는데 있다. 이를 위해 위에서 선택한 부직포(실시예 2-5)에 HCoV-OC43을 spiking 한 후 접촉 시간(2시간, 4시간, 8시간)에 따른 불활화 정도를 확인하였다. 균에 시료를 첨가했을 때 최종시료 농도(원액기준)는 위 값의 2%인 80μM로 추정된다.The purpose of this test is to verify the virus inactivation effect of the nonwoven fabric coated with the sample of the present invention. To this end, after spiking HCoV-OC43 on the nonwoven fabric selected above (Example 2-5), the degree of inactivation according to the contact time (2 hours, 4 hours, 8 hours) was confirmed. When the sample is added to the bacteria, the final sample concentration (based on the stock solution) is estimated to be 80 μM, which is 2% of the above value.

본 시험에 사용한 부직포는 SMS 복합 부직포(Spunbond-Meltblown-Spunbond nonwoven fabric)이었다.The nonwoven fabric used in this test was an SMS composite nonwoven fabric (Spunbond-Meltblown-Spunbond nonwoven fabric).

대상 바이러스로 하기 표 7에 기재된 Human coronavirus OC43 (HCoV-OC43)를 사용하였다. Human coronavirus OC43은 병원성 바이러스 은행(Korea Bank for Pathogenic Viruses)으로부터 분양을 받았다.Human coronavirus OC43 (HCoV-OC43) described in Table 7 below was used as the target virus. Human coronavirus OC43 was purchased from the Korea Bank for Pathogenic Viruses.

바이러스virus 세포주cell line 비고note Human coronavirus OC43(KBPV-VR-8)Human coronavirus OC43 (KBPV-VR-8) HCT-8
(KCLB-10244)
HCT-8
(KCLB-10244)
- COVID-19를 일으키는 SARS-CoV-2의 모델 바이러스
- Betacoronaviruses 속 바이러스
- (+)ssRNA virus
- Enveloped virus
- 인수공통 바이러스
- Model virus of SARS-CoV-2 that causes COVID-19
- Viruses of the genus Betacoronaviruses
- (+)ssRNA virus
- Enveloped virus
- zoonotic virus

시험의 과정은 다음과 같았다.The procedure of the test was as follows.

(1) 세포 배양 배지: RPMI + 10 % fetal bovine serum(1) Cell culture medium: RPMI + 10% fetal bovine serum

(2) 바이러스 배양 배지: DMEM + 2 % fetal bovine serum(2) Virus culture medium: DMEM + 2% fetal bovine serum

HCT-8 cell (KCLB-10244)을 37℃, 5% CO2 incubator에서 배양하였다. T-150 flask에서 배양된 monolayer cell에 HCoV-OC43를 감염시킨 후 바이러스 배양 배지를 넣어주고 37℃, 5% CO2 incubator에서 배양하면서 주기적으로 CPE (cytopathic effect)를 관찰하였다. CPE가 명백하게 관찰될 때 배양액과 cell debris를 수거한 다음 동결과 해빙과정을 3번 거쳐 세포를 파쇄하고 원심분리로 cell debris를 제거하였다. 원심 상등액을 0.45㎛ filter로 여과한 후 소분하여 -70℃에서 보관하였다.HCT-8 cells (KCLB-10244) were cultured at 37° C., 5% CO 2 in an incubator. After infecting the monolayer cells cultured in the T-150 flask with HCoV-OC43, a virus culture medium was added, and CPE (cytopathic effect) was periodically observed while culturing in an incubator at 37° C. and 5% CO 2 . When CPE was clearly observed, the culture medium and cell debris were collected, and then the cells were disrupted by freezing and thawing three times, and the cell debris was removed by centrifugation. The centrifugal supernatant was filtered through a 0.45 μm filter and then divided and stored at -70°C.

1 x 1 cm2 크기의 시료를 코팅한 부직포 10 조각을 1세트로 하여 총 3세트를 준비하였다. 각 세트마다 0.2 mL의 HCoV-OC43를 spiking 하여 1분 동안 바이러스를 홉착시켰다. 바이러스 홉착이 완료된 시료를 실온에서 반응시키면서 2시간, 4시간, 8시간에 이를 때 마다 하나의 세트를 회수하여 각 시료에 존재하는 바이러스를 즉시 정량하였다. 각 시료로부터 바이러스를 회수한 방법은 다음과 같았다. 반응이 완료된 두 조각의 시료를 conical tube에 옮긴 후 2.8 mL의 바이러스 배양 배지를 주입하고, 1분씩 3회에 걸쳐 vortex mixer로 격렬하게 혼합해 주었다. 이후, 회수액을 0.45㎛ filter로 여과한 후 곧바로 정량하였다. 각 시료는 duplicate로 준비하여 수행하였다.A total of 3 sets were prepared by using 10 pieces of nonwoven fabric coated with a sample having a size of 1 x 1 cm 2 as one set. In each set, 0.2 mL of HCoV-OC43 was spiked to trap the virus for 1 min. While reacting the sample in which the virus adsorption was completed at room temperature, one set was recovered every 2 hours, 4 hours, and 8 hours, and the virus present in each sample was immediately quantified. Viruses were recovered from each sample as follows. After transferring the two pieces of the reaction sample to a conical tube, 2.8 mL of virus culture medium was injected, and vigorously mixed with a vortex mixer 3 times for 1 minute each. Thereafter, the recovered solution was filtered through a 0.45 μm filter and immediately quantified. Each sample was prepared and performed in duplicate.

바이러스 배양액과 각 시료로부터 회수한 회수액을 0.45㎛m filter로 여과한 후 7배수로 8회차 연속희석하였다. 희석한 시료들을 미리 준비해 둔 cell plate에 0.25 mL씩 8개 well에 접종하였다. 1시간 동안 37℃, 5% CO2 incubator에서 배양한 후 1 mL의 바이러스 배양 배지를 주입하고, 37℃, 5% CO2 incubator에서 배양하면서 주기적으로 CPE 반응이 나타나는 well을 확인하였다. 바이러스 titer를 TCID50으로 분석하였다.The virus culture solution and the recovered solution collected from each sample were filtered through a 0.45 μm filter and serially diluted 8 times with a 7-fold number. The diluted samples were inoculated into 8 wells of 0.25 mL each on a previously prepared cell plate. After culturing in an incubator at 37°C, 5% CO 2 for 1 hour, 1 mL of virus culture medium was injected, and wells in which CPE reactions appear periodically were checked while culturing in an incubator at 37°C, 5% CO 2 . Virus titer was analyzed by TCID50.

본 시험에서는 시료를 코팅한 부직포에 의한 코로나바이러스 불활화 효과를 확인하고자 하였다. 이를 위해 시료를 코팅한 부직포에 접촉한 시간(2시간, 4시간, 8시간)에 따른 Human coronavirus OC43의 불활화 효과를 측정하였다.In this test, it was attempted to confirm the corona virus inactivation effect by the nonwoven fabric coated with the sample. To this end, the inactivation effect of Human coronavirus OC43 according to the time (2 hours, 4 hours, 8 hours) in contact with the nonwoven fabric coated with the sample was measured.

시료를 코팅한 부직포에 의한 불활화 효과 확인시험(2차 반복)에서 spiking 한 HCoV-OC43은 2시간 반웅 후 51.26 %가 불활화 되었고, 4시간 반웅 후 66.18 %가 불활화 되었으며, 8시간 반응 후에는 96.01 %가 불활화 되었다.In the test to confirm the inactivation effect of the nonwoven fabric coated with the sample (2nd repetition), 51.26% of HCoV-OC43 spiked after 2 hours of reaction was inactivated, and after 4 hours of reaction, 66.18% was inactivated, and after 8 hours of reaction, HCoV-OC43 was inactivated. was inactivated by 96.01%.

하기 표 8은 결과의 요약이고, 도 15는 표 8을 그래프로 나타낸 것이다.Table 8 below is a summary of the results, and FIG. 15 is a graphical representation of Table 8.

Inactivation (%)Inactivation (%) EXP. 1EXP. One EXP. 2EXP. 2 AverageAverage Sample treated for 2 hrSample treated for 2 hours 51.2651.26 51.2651.26 51.2651.26 Sample treated for 4 hrSample treated for 4 hours 68.8468.84 63.5263.52 66.1866.18 Sample treated for 8 hrSample treated for 8 hours 96.1096.10 95.9195.91 96.0196.01

평가예 11: 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 세포 독성, 항균 및 항바이러스 효능 평가Evaluation Example 11: Cytotoxicity, antibacterial and antiviral efficacy evaluation of lysine-conjugated hematite nanoparticles

실시예 1-1~1~4, 실시예 1-6~1-8 및 비교예 1-1~1-6에서 제조된 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 세포 독성, 항균 및 항바이러스 효능을 평가예 7~10에 따라 평가하여, 그 결과를 실시예 1-5에서 제조된 라이신 수용액을 사용하여 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자의 결과와 함께 하기 표 9에 나타내었다. 하기 표 9에서, MDCK에 대한 세포 독성은 희석배수 1/4(즉 라이신 기준 20μM)에서의 세포 생존율로 평가하고, MRC-5에 대한 세포 독성은 희석배수 1/80(라이신 1μM)에서의 세포 생존율로 평가하고, Escherichia coli 항균 효능은 평가예 9의 조건에서 생균 감소 비율로 평가하고, HCoV-OC43에 대한 항바이러스 효능은 평가예 10의 조건에서 8시간 반응 후의 바이러스 불활화 비율로 평가하였다.Cytotoxicity of lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared using lysine aqueous solutions prepared in Examples 1-1 to 1-4, Examples 1-6 to 1-8 and Comparative Examples 1-1 to 1-6 , Antibacterial and antiviral efficacy was evaluated according to Evaluation Examples 7 to 10, and the results are shown in Table 9 below with the results of lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared using the lysine aqueous solution prepared in Examples 1-5 shown in In Table 9 below, cytotoxicity to MDCK was evaluated by cell viability at a dilution of 1/4 (ie, 20 μM based on lysine), and cytotoxicity to MRC-5 was evaluated by cell viability at a dilution of 1/80 (lysine 1 μM). The survival rate was evaluated, and the Escherichia coli antibacterial efficacy was evaluated by the reduction rate of live cells under the conditions of Evaluation Example 9, and the antiviral efficacy against HCoV-OC43 was evaluated by the virus inactivation rate after 8 hours of reaction under the conditions of Evaluation Example 10.

실시예Example 1-11-1 1-21-2 1-31-3 1-41-4 1-51-5 1-61-6 1-71-7 1-81-8 MDCK에 대한 세포 생존율(%)
(희석배수 1/4)
Cell viability (%) against MDCK
(dilution factor 1/4)
9999 9999 9999 9999 9999 9999 9898 9696
MRC-5에 대한 세포 생존율(%)(희석배수 1/80)Cell viability (%) for MRC-5 (dilution 1/80) 99.999.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.599.5 9999 Escherichia coli균 감소비율(%)Escherichia coli reduction rate (%) 4040 5454 7070 9090 9999 9595 8080 5656 HCoV-OC43 바이러스 불활화 비율(%)HCoV-OC43 virus inactivation rate (%) 2525 4040 6060 8888 9696 9090 7474 5050 비교예comparative example 1-11-1 1-21-2 1-31-3 1-41-4 1-51-5 1-61-6 MDCK에 대한 세포 생존율(%)
(희석배수 1/4)
Cell viability (%) against MDCK
(dilution factor 1/4)
9999 9999 9999 9999 9393 8888
MRC-5에 대한 세포 생존율(%)(희석배수 1/80) Cell viability (%) for MRC-5 (dilution 1/80) 99.999.9 99.999.9 99.999.9 99.999.9 9797 9393 Escherichia coli균 감소비율(%)Escherichia coli reduction rate (%) 22 33 88 2525 3030 2020 HCoV-OC43 바이러스 불활화 비율(%)HCoV-OC43 virus inactivation rate (%) 1One 22 55 1010 2020 1010

상기 표 9를 참조하면, 실시예 1-1~1-8에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자는 MDCK에 대한 세포 독성 및 MRC-5에 대한 세포 독성이 없고, Escherichia coli 항균 효능 및 HCoV-OC43에 대한 항바이러스 효능이 우수한 것으로 나타났다.Referring to Table 9, the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Examples 1-1 to 1-8 have no cytotoxicity to MDCK and cytotoxicity to MRC-5, Escherichia coli antibacterial efficacy and HCoV It was shown that the antiviral efficacy against -OC43 was excellent.

반면에, 비교예 1-1~1-6에서 제조된 라이신-접합된 헤마타이트 나노입자는 MDCK에 대한 세포 독성 및 MRC-5에 대한 세포 독성은 대체로 없지만, Escherichia coli 항균 효능 및 HCoV-OC43에 대한 항바이러스 효능은 대단히 열악한 것으로 나타났다. 세포 독성이 모든 경우에 거의 없는 것(즉 세포생존율이 높은 것)은 기본적으로 헤마타이트와 라이신 모두 세포 독성이 거의 없는 물질이기 때문이다. 라이신의 농도가 극히 높을 때만 세포 생존율이 조금 줄어들었으나 그 감소량은 미미하였다. 항균 및 항바이러스 효능이 비교예들에서 급격히 줄어든 것은 등전점(IEP)의 변화, 수용해성의 변화, 라이신이 초고농도에서 서로 뭉치는 효과 등이 복합적으로 작용했기 때문이다.On the other hand, the lysine-conjugated hematite nanoparticles prepared in Comparative Examples 1-1 to 1-6 generally do not have cytotoxicity to MDCK and cytotoxicity to MRC-5, but Escherichia coli antibacterial efficacy and HCoV-OC43 Its antiviral efficacy was found to be very poor. The reason that cytotoxicity is almost nonexistent in all cases (that is, high cell viability) is because basically both hematite and lysine are substances with little cytotoxicity. Only when the concentration of lysine was extremely high, the cell viability was slightly reduced, but the amount of decrease was insignificant. The reason that the antibacterial and antiviral efficacy was sharply decreased in the comparative examples is because the change in the isoelectric point (IEP), the change in water solubility, and the effect of lysine aggregating with each other at ultra-high concentrations acted in a complex way.

<참고문헌 목록><List of References>

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본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the drawings and embodiments, it will be understood that these are merely exemplary, and that those skilled in the art can make various modifications and equivalent other embodiments therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

100: 유무기 하이브리드 나노입자 110: 라이신
120: 헤마타이트
100: organic-inorganic hybrid nanoparticles 110: lysine
120: hematite

Claims (13)

헤마타이트; 및
상기 헤마타이트에 접합된 라이신을 포함하는 유무기 하이브리드 나노입자.
hematite; and
Organic-inorganic hybrid nanoparticles comprising lysine conjugated to the hematite.
제1항에 있어서,
상기 헤마타이트의 철원자는 상기 라이신의 카르복실기 중의 산소원자와 이온결합에 의해 결합된 유무기 하이브리드 나노입자.
According to claim 1,
The iron atom of the hematite is organic-inorganic hybrid nanoparticles combined with an oxygen atom in the carboxyl group of the lysine by an ionic bond.
제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 나노입자에서 상기 라이신의 함량은 1~4중량%인 유무기 하이브리드 나노입자.
According to claim 1,
The organic-inorganic hybrid nanoparticles in which the content of the lysine in the organic-inorganic hybrid nanoparticles is 1 to 4% by weight.
제3항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 나노입자에서 상기 라이신의 함량은 2~3중량%인 유무기 하이브리드 나노입자.
4. The method of claim 3,
The organic-inorganic hybrid nanoparticles in which the content of the lysine in the organic-inorganic hybrid nanoparticles is 2-3% by weight.
제1항에 있어서,
상기 헤마타이트는 평균입경이 10~200nm인 유무기 하이브리드 나노입자.
According to claim 1,
The hematite is an organic-inorganic hybrid nanoparticle having an average particle diameter of 10 to 200 nm.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 유무기 하이브리드 나노입자를 포함하는 물품.An article comprising the organic-inorganic hybrid nanoparticles according to any one of claims 1 to 5. 제6항에 있어서,
상기 물품은 부직포, 복합 부직포 또는 부직포 적층체인 물품.
7. The method of claim 6,
The article is a nonwoven fabric, a composite nonwoven fabric or a nonwoven laminate article.
라이신을 용매에 용해시켜 라이신 용액을 제조하는 단계(S10);
상기 라이신 용액에 헤마타이트를 첨가한 후 교반하는 단계(S20); 및
상기 단계(S20)에 얻어진 결과물로부터 상기 용매를 제거하는 단계(S30)를 포함하는 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법.
Dissolving lysine in a solvent to prepare a lysine solution (S10);
Stirring after adding hematite to the lysine solution (S20); and
Method for producing organic-inorganic hybrid nanoparticles comprising the step (S30) of removing the solvent from the resultant obtained in the step (S20).
제8항에 있어서,
상기 용매는 물을 포함하는 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The solvent is a method of producing an organic-inorganic hybrid nanoparticle containing water.
제8항에 있어서,
상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도는 0.03~4M인 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The lysine concentration in the lysine solution in the step (S10) is a method of producing an organic-inorganic hybrid nanoparticle of 0.03 ~ 4M.
제10항에 있어서,
상기 단계(S10)에서 상기 라이신 용액 중의 라이신 농도는 0.05~2M인 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The lysine concentration in the lysine solution in the step (S10) is a method of producing an organic-inorganic hybrid nanoparticle of 0.05 ~ 2M.
제8항에 있어서,
상기 단계(S10) 및 상기 단계(S20)는 상온 및 상압하에서 수행되는 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
The step (S10) and the step (S20) is a method for producing an organic-inorganic hybrid nanoparticle is performed at room temperature and under normal pressure.
제8항에 있어서,
상기 단계(S10) 및 상기 단계(S20)에는 상기 라이신, 상기 용매 및 상기 헤마타이트를 제외하고는 어떠한 물질도 첨가되지 않는 유무기 하이브리드 나노입자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
In the step (S10) and the step (S20), no material is added except for the lysine, the solvent, and the hematite.
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