[논문]Ag 담지 다공성 세라믹 비드 제조 및 항균 특성

서원학; 한요섭; 정영; 박재구

Ag 담지 다공성 세라믹 비드 제조 및 항균 특성
Preparation of Ag-impregnated Porous Ceramic Beads and Antibacterial Properties 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.27 no.5, 2005년, pp.549 - 554

서원학 (한양대학교 지구환경시스템공학과) , 한요섭 (한양대학교 지구환경시스템공학과) , 정영 ((주)마이크로포어) , 박재구 (한양대학교 지구환경시스템공학과)

초록
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골격 구조를 가진 다공성 세라믹 비드에 질산은 용액을 이용하여 Ag를 담지 하였으며, Ag 담지된 비드의 대장균, 포도상구균에 대한 항균 특성을 평가하였다. 또한, 상용화된 Ag-활성탄과 항균 특성에 대해 비교실험도 진행하였다. 질산은 용액의 농도가 높을수록, 비드의 내 외부 표면의 Ag 함량이 증가하였으며, 담지된 Ag 입자의 크기는 $0.5{\sim}2.0\;{\mu}m$ 범위로 나타났다. Ag 담지된 비드의 항균 특성은 다음과 같이 관찰되었다 : i) 질산은 용액 농도 및 반응시간이 증가할수록 높은 활성을 나타내었다. ii) 포도상구균에 비해 대장균의 경우 더 좋은 제거율을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Porous ceramic beads that had skeleton structure were impregnated with Ag from silver nitrate solution. Ag-impregnated porous ceramic beads were performed to evaluate the antibacterial properties on Escherichia coli and Staphylococcus aureus, also, compared with commercial silver-activated carbon on antibacterial activity. As concentration of silver nitrate solution increased, deposited-Ag contents of outer and inner surface of beads were increased. The size of silver particles supported on porous ceramic bead were range of $0.5{\sim}2.0\;{\mu}m$. The observed effects of the prepared Ag-impregnated beads on antibacterial activity are as follows : i) Antibacterial activity should be directly proportional to silver nitrate solution and reaction time. ii) The antibacterial activity against Escherichia coli was better than that against Staphylococcus aureus.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

2) 제조된 세라믹 비드에 질산은 용액을 이용하여 Ag를 내 * 외부에 침적시켜 항균 성능부여 하였다. 여재에 고정화된 Ag 입자는 0.
다공성 세라믹 비드의 기공크기 분포는 화상 해석 시스템 (Image-Pro Plus ver. 4.0, I&G Plus, USA)을 이용하여 측정하였다. 측정한 결과, 비드의 기공크기는 45-260 Um으로 분포하였으며, 평균 기공크기는 180 pim으로 나타났다.
5℃)동안 실시하였으며, 박테리아는 대장균을 사용하였다. 또한, 상용화된 항균여재인 Ag- 활성탄과의 비교실험을 통하여 제조된 Ag 담지된 다공성세라믹 비드의 성능을 평가하였다.
외부에 담지된 Ag 입자를 관찰하였다. 또한, 세라믹 비드의 항균성 평가에 대해서는 박테리아 접종 후 30분 동안의 순간 항균 특성과 40일 동안 지속성 항균 특성을 조사하였다. 순간 항균 평가는 박테리아 중 그람 음- 성균인 대장균(Escherichia coli, E.
반응기에 들어간 세라믹 비드의 양은 전체 반응기의 부피에 5% 로 충전하였으며 유입수는 정량펌프 (MasterFlex, Cole-Parmer, USA)와 유량계 (flux meter, Dwyer, USA)를 이용하여 일정량이 반응기 상부에서 들어가는 상향류 시스템을 채택하였다. 반응 운전 기간은 40일 동안 진행하였으며, 시간에 따른 대장균에 대한 감소율로부터 항균성을 평가하였다.
5 개의 각각의 반응기는 아크릴 재질의 원통형으로 직경 5 cm, 높이 20 cm이며, 총 용적은 500 mL이다. 반응기에 들어간 세라믹 비드의 양은 전체 반응기의 부피에 5% 로 충전하였으며 유입수는 정량펌프 (MasterFlex, Cole-Parmer, USA)와 유량계 (flux meter, Dwyer, USA)를 이용하여 일정량이 반응기 상부에서 들어가는 상향류 시스템을 채택하였다. 반응 운전 기간은 40일 동안 진행하였으며, 시간에 따른 대장균에 대한 감소율로부터 항균성을 평가하였다.
평가하였다. 비드와 박테리아 종의 접종시간 동안에 박테리아의 감소율을 측정하여 항균 특성을 평가하였다. 접종시간은 최대 30분이었으며, 측정 조건은 온도 25±0.
비드의 Ag 탈착 특성을 파악하고자 물속에서의 비드의 Ag 탈착 농도를 측정하였다. 수증의 Ag 농도는 NSF 법을 이 용하여 한국수도환경 연구소에 의 뢰 하여 분석하였다.
비드의 표면 및 내부에 담지된 Ag 함량은 원자 흡광광도계(AAS, SOLAAR989, UNICAM, England)를 이용하여측정하였다. Table 2는 농도가 다르게 제조된 질산은 용액에 함침된 비드의 Ag 함량을 나타낸 것이다.
세라믹 비드의 순간 항균특성은 대장균과 포도상구균을 이용하여 평가하였다. 비드와 박테리아 종의 접종시간 동안에 박테리아의 감소율을 측정하여 항균 특성을 평가하였다.
또한, 세라믹 비드의 항균성 평가에 대해서는 박테리아 접종 후 30분 동안의 순간 항균 특성과 40일 동안 지속성 항균 특성을 조사하였다. 순간 항균 평가는 박테리아 중 그람 음- 성균인 대장균(Escherichia coli, E. co)과 그람 양성군인포도상구균 {Staphylococcus, aureus, S. aweus)에 대해 실시하였으며, 지속성 항균 특성은 대장균에 대해서 평가하였다.
순간 항균특성을 측정하였다. 순간 항균특성은 대장균과 포도상구균에 대한 항균 성능을 비교하였다. 한편, 지속성 평가의 경우에는 Fig.
이후 Ag 담지된 세라믹 비드의 기본 물성을 평가하였으며, 비드 내 . 외부에 담지된 Ag 입자를 관찰하였다. 또한, 세라믹 비드의 항균성 평가에 대해서는 박테리아 접종 후 30분 동안의 순간 항균 특성과 40일 동안 지속성 항균 특성을 조사하였다.
우선 박테리아와 제조된 세라믹 비드가 접촉된 30분 동안의 순간 항균특성을 측정하였다. 순간 항균특성은 대장균과 포도상구균에 대한 항균 성능을 비교하였다.
이에 본 연구에서는 수산화알루미늄(A1(OH)& alumium hydroxide)을 이용하여 구형 다공성 세라믹 비드를 제조한후 기공 표면에 Ag을 담지시켜 항균성능을 부여하였다. 이후 Ag 담지된 세라믹 비드의 기본 물성을 평가하였으며, 비드 내 .
부여하였다. 이후 Ag 담지된 세라믹 비드의 기본 물성을 평가하였으며, 비드 내 . 외부에 담지된 Ag 입자를 관찰하였다.
1 atm으로 30분간 감압하였다. 이후, 용액으로부터 비드를 분리하여항온항습기 (TH-1-3-L, Jeio Tech, Korea)을 이용하여 6시간 (온도 60℃, 상대습도 60%) 건조한 후, 600℃에서 1시간 동안 열처리하여 Ag 담지 다공성 세라믹 비드 (Ag- impregnated porous ceramic beads, AFs)를 제조하였다.
4개의 제조된 비드의 농도를 측정한 결과, 비드의 담지된 Ag 농도가 높을수록 수중에 탈착된 Ag의 농도도 증가되었다. 제조된 비드의 수중에서 탈착된 Ag는 미국 EPA 0.1 mg/L을 기준으로 비교하였다. 측정결과, 0.
항균특성 평가는 순간 항균 특성과 지속성 항균 특성으로 나누어 실시하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 세라믹 비드의 크기는 직경이 약 2~4 mm 이다. 다공성 세라믹 비드 내부는 기공들이 창 (window)을통해 서로 연결된 연속성 기공구조을 지니고 있다.
제조된 다공성 비드의 항균특성 평가에 사용된 박테리아 종은 그람 음성균인 대장균 KCTC 1682 (Escherichia coll) 와 그람 양성균인 포도상구균 KCTC 1916 (Staphylococcus aureus)으로 하였다. 분양 받은 균주는 nutrient broth 액상 배지에 접종 후 진탕 배양기(37℃, 160 rpm)에서 16시간동안 배양하였다.
출발원료는 수산화알루미늄 (A1(OH)3, AlohaTech)을 이용하였다. 먼저 고농도의 슬러리 원료를 제조하기 위해 어트리션 밀을 사용하여 수산화 알루미늄을 3 nm 이하로 습식분쇄하였다.

이론/모형

Ag 담지 공정은 딥-코팅(dip-coating)법을 이용하였다. Fig.
배양된 박테리아의 농도는 ~ io, CFU/ mL으로 제조하여 사용하였다. 박테리아의 감소율 방법은 shake flask 방법으로서 삼각플라스크 용기에 조제수와 Ag 담지된 다공성 세라믹 비드를 넣고 시간에 따른 박테리아의 집락수를 측정하여 평가하였다.²⁾
탈착 농도를 측정하였다. 수증의 Ag 농도는 NSF 법을 이 용하여 한국수도환경 연구소에 의 뢰 하여 분석하였다. Table 3은 물속에서의 탈착된 Ag 농도를 나타낸 것이다.
이후 슬러리에 발포제 및 에폭시계 겔화제를 일정량 첨가한 한 후 이증에멀젼법(double-emulsion method)에 의해 다공성 세라믹 비드 성형체를 제조하였다. 성형체는 80 ℃에서 약 8시간 건조과정을 거친 후 1600℃에서 3시간 동안 소성되었다.

성능/효과

지속성 실험에서도 Ag 함량이 높은 비드일수록, 항균 성능이 우수하게 나타났다. 0.05-AFs와 0.1-AFs 비드의 경우, 30일 정도의 기간이 경과하면서 항균성이 급격히 감소하는 것으로 나타났으나, 0.5-AFs와 1.0-AFs 여재는 40일이 경과하였음에도 95% 이상의 항균성을 유지하였다.
1) 세라믹 비드의 평균 기공 크기는 180 μm이며, 기공률 70%인 연속성 기공구조를 가지는 3차원 망상형 구조를 갖는 것으로 나타났다.
3) 순간 항균 특성을 평가한 결과 그람 음성균과 양성균인 대장균과 포도상구균에 대해 90% 이상의 우수한 항균성을 보였다. 특히 박테리아 종에 따른 항균력이 다르게 나타내었는데 이는 세포벽의 두께 차이에 의한 Ag의 내성도 차이로 판단된다.
4) Ag 함량이 높은 세라믹 비드일수록 항균 지속성이 우수하였으며, 1.0-AFs 경우에는 40일까지 제거율 90% 이상을 유지하였다. 이로부터 항균 세라믹 비드 시제품은 상용 Ag-활성탄 항균 여재에 비해 지속성이 우수한 것으로 나타났다.
Table 3은 물속에서의 탈착된 Ag 농도를 나타낸 것이다. 4개의 제조된 비드의 농도를 측정한 결과, 비드의 담지된 Ag 농도가 높을수록 수중에 탈착된 Ag의 농도도 증가되었다. 제조된 비드의 수중에서 탈착된 Ag는 미국 EPA 0.
15 wt%으로 나타났다. 대장균 제거율 측정 결과, Ag- 활성탄의 경우에선 오히려 0.5-AFs 세라믹 비드보다도 성능이 떨어졌으며 제거경향 또한 변동이 크게 나타났다. 또한, 대략 3주가 결과하면서 부터 제거율이 90% 이하로 감소하여 40일 증에는 60%로 나타나 항균 지속성이 매우 낮음을 확인할 수 있었다.
5-AFs 세라믹 비드보다도 성능이 떨어졌으며 제거경향 또한 변동이 크게 나타났다. 또한, 대략 3주가 결과하면서 부터 제거율이 90% 이하로 감소하여 40일 증에는 60%로 나타나 항균 지속성이 매우 낮음을 확인할 수 있었다.
질산은 용액에 따라 다르게 나타났다. 우선 박테리아종의 상관이 없이 사용된 질산은 용액의 Ag 함량이 높을수록 항균율은 높게 나타났다. 그람 음성균인 대장균의 경우, 제조된 여재 Ag 함량에 따라 대장균의 제거율이 미세한 차이가 나타나지만 접종 30분 후 대장균의 제거율이 99 % 이상 나타내었다 (Fig.
0-AFs 경우에는 40일까지 제거율 90% 이상을 유지하였다. 이로부터 항균 세라믹 비드 시제품은 상용 Ag-활성탄 항균 여재에 비해 지속성이 우수한 것으로 나타났다.
0 μm의 크기를 가지며, Ag 함량이 우수한 여재일수록 표면 및 내부에 .존재하는 Ag 분포도가 우수하였다.
7은 Ag 함량이 서로 다른 세라믹 비드의 대장균에 대한 항균특성을 나타낸 것이다. 지속성 실험에서도 Ag 함량이 높은 비드일수록, 항균 성능이 우수하게 나타났다. 0.
1 mg/L을 기준으로 비교하였다. 측정결과, 0.05, 0.1 그리고 0.5% 비드의 경우 각각 불검출, 0.015 그리고 0.071 mg/L으로기준치 보다 낮게 나타났다. 그러나 1.
0, I&G Plus, USA)을 이용하여 측정하였다. 측정한 결과, 비드의 기공크기는 45-260 Um으로 분포하였으며, 평균 기공크기는 180 pim으로 나타났다. 그밖에 비표면적, 기계적 강도 등의 비드의 기본 물성은 Table 1에 나타내었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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