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문제 정의
- 최근 항균성 물질로 적용되는 나노 물질로는 나노 은, 나노 금, 나노 백금 등이 있다.11-13 본 연구에서는 균의 증식에 대한 억제가 가능한 항균성을 갖는 나노 백금과 나노 금의 항균성을 확인하기 위해 실험을 통해 알아보았다.
제안 방법
- HEMA (96.20%), NVP (2.50%), MMA (1.00%), EGDMA (0.30%)를 배합하여 제조한 조합을 sample R로 명명하였고, R의 조합에 나노 백금을 0.50% 첨가시켜 배합한 후 제조한 조합을 sample P로, 또한 나노 백금을 0.50%로 일정량 고정시킨 후 나노 금의 양을 1.00 ~ 7.00%까지 증가시켜 제조한 sample을 PA1 ~ PA7로 각각 명명하였다. 실험에 사용된 배합비를 Table 1에 정리하여 나타내었다.
- 제조된 렌즈의 항균성을 확인하기 위해 건조 필름법에 의한 미생물을 분석하였다. 건조필름은 미생물이 증식할 수 있도록 영양성분을 필름에 코팅하여 건조한 것으로 E. coil/Coliform Count Plate와 Staph Express Count Plate를 통해 확인하였으며, 그 결과를 Fig. 1에 나타내었다. sample R과 sample PA7을 비교 하였을 때 sample R에 의한 필름에서 다소 많은 미생물이 확인되었다.
- 광투과율은 TOPCON TM-2를 사용하였으며, 광투과율은 UV-B, UV-A 그리고 가시광선 영역을 한 번에 각각 측정하였고, 실험의 정확도를 높이기 위해 모든 sample에 대해 3회 반복하여 광투과율을 측정하였다.
- 굴절률 측정은 ABBE Refractormeter (ATAGO NAR 1T, Japan)를 사용하였으며, 굴절계의 프리즘 부에 콘택트렌즈 시료를 위치시킨 후, 굴절 시야에 경계선이 나타날 때까지 측정 손잡이를 돌려 경계선에 위치 될 때의 눈금을 통해 굴절률을 측정하였다. 모든 굴절률 실험은 정확도를 높이기 위해 각각의 sample을 3번 반복하여 함수된 굴절률을 측정하였다.
- 콘택트렌즈는 소프트 콘택트렌즈의 주 재료인 HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate)를 주성분으로 하였고, 소수성과 광학적인 우수성의 특성을 갖는 MMA (methyl methacrylate)와 친수성의 특성으로 함수율을 증가시키는 NVP (N-vinyl-2-pyrrolidone)를 일정한 양으로 첨가하여 함수율을 증가시켰다. 그리고 항균성을 위해 일정량의 나노 백금 0.50%와 나노 금을 1.00%, 3.00%, 5.00%, 그리고 7.00%로 증가시켜 각각 배합하였다. 사용된 교차결합제는 EGDMA (ethylene glycol dimethacrylate) 그리고 개시제는 AIBN (2,2'-azobisisobutyronitrile)을 사용하였다.
- 또한 자외선 흡수제인 2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone과 titanium(VI) isopropoxide를 사용하여 자외선 차단의 기능을 함께 갖는 콘택트렌즈를 제조하여 자외선 차단을 확인하였다. 또한 기존의 콘택트렌즈의 물리적 특성에 부합하는 정도를 실험을 통해 알아보았다.
- 또한 자외선 흡수제인 2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone과 titanium(VI) isopropoxide를 사용하여 자외선 차단의 기능을 함께 갖는 콘택트렌즈를 제조하여 자외선 차단을 확인하였다. 또한 기존의 콘택트렌즈의 물리적 특성에 부합하는 정도를 실험을 통해 알아보았다.
- 마지막으로 100 ℃ 에서 약 40분 열처리 공정을 거친 후 제조되어진 콘택트렌즈의 수화된 sample을 통해 함수율, 굴절률, 광투과율 그리고 인장강도 등의 물리적 특성을 평가하였다. 또한 항균성의 유무를 확인하기 위해 건조 필름법에 의한 미생물을 분석하였다.
- 중합을 위해 70 ℃ 에서 약 40분, 80 ℃ 에서 약 40분 건조하였다. 마지막으로 100 ℃ 에서 약 40분 열처리 공정을 거친 후 제조되어진 콘택트렌즈의 수화된 sample을 통해 함수율, 굴절률, 광투과율 그리고 인장강도 등의 물리적 특성을 평가하였다. 또한 항균성의 유무를 확인하기 위해 건조 필름법에 의한 미생물을 분석하였다.
- 굴절률 측정은 ABBE Refractormeter (ATAGO NAR 1T, Japan)를 사용하였으며, 굴절계의 프리즘 부에 콘택트렌즈 시료를 위치시킨 후, 굴절 시야에 경계선이 나타날 때까지 측정 손잡이를 돌려 경계선에 위치 될 때의 눈금을 통해 굴절률을 측정하였다. 모든 굴절률 실험은 정확도를 높이기 위해 각각의 sample을 3번 반복하여 함수된 굴절률을 측정하였다.
- 본 연구에서 제조된 콘택트렌즈 재료는 항균성의 기능을 첨가하기 위해 나노 백금과 나노 금을 사용하였으며, 이를 확인하기 위해 건조필름법에 의한 미생물을 분석하였으며, E. coil/Coliform Count Plate와 Staph Express Count Plate를 통해 확인하였다. 나노 입자가 포함되지 않은 콘택트렌즈와 비교하여 나노 백금과 금이 포함되어 항균성을 갖는 콘택트렌즈에서 미생물의 증식이 다소 낮음을 확인하였다.
- 5 ℃의 온도를 유지하기 위해 발열상자(heated box)는 General Incubator(LIB-030M, Labtech, Korea)를 사용하였다. 실험에 사용된 콘택트렌즈는 최소 검사 24시간 전에 표준 식염수 용액(0.90% 염화나트륨 용액)에 보관하고 검사 온도에서 최소한 2시간 동안 평형을 이루게 하여 전류 값을 측정하였다.
- 콘택트렌즈는 소프트 콘택트렌즈의 주 재료인 HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate)를 주성분으로 하였고, 소수성과 광학적인 우수성의 특성을 갖는 MMA (methyl methacrylate)와 친수성의 특성으로 함수율을 증가시키는 NVP (N-vinyl-2-pyrrolidone)를 일정한 양으로 첨가하여 함수율을 증가시켰다. 그리고 항균성을 위해 일정량의 나노 백금 0.
- 필름 상에 도포되어 건조된 배지에 시료액 1 mL를 주입하여 배지가 시료액을 흡수하게 한 다음 35 ℃ ± 1 ℃로 유지하기 위해 항온기에서 1주일 동안 배양한 후 대장군균 및 황색포도상구균을 검출하였다.
- 함수율은 중량측정법을 통해 측정하였으며, 건조기를 통해 제조된 콘택트렌즈를 CaSO4와 함께 유리병에 넣어 microwave oven에 약 10분 동안 건조한 후 건조된 무게를 측정 하였고, 0.90% 염화나트륨의 식염수 용액에 24시간 수화시킨 후 sample의 무게를 각각 측정한 후 다음 식에 적용하여 함수율을 산출하였다.
대상 데이터
- 기능성 콘택트렌즈 재료 중합에 사용된 재료는 소프트 콘택트렌즈의 주재료인 HEMA와 개시제인 AIBN은 JUNSEI 사 제품을, MMA는 Crown Guaranteed Reagents사 제품을 사용하였으며, NVP는 Acros사 제품을, EGDMA, 2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone과 titanium(VI) isopropoxide는 Sigma-Aldrich사 제품을 구입하여 각각 사용하였다. 또한 물리적 특성 실험에 사용된 재료로는 건조무게 측정 시 사용되는 CaSO4는 Drierite사 제품을, 항균성 평가를 위한 Petrifilm은 E.
- 실험에 사용된 배합비를 Table 1에 정리하여 나타내었다. 또한 sample PA3은 HEMA (92.94%), NVP (2.42%), MMA (0.97%), EGDMA (0.29%), Platinum (0.48%) 그리고 Au (2.90%)로 구성된 배합비이며, 이 배합비에 2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone을 1.00% 첨가한 조합을 PA3-B로, titanium isopropoxide을 1.00% 첨가한 조합을 PA3-T로 명명하였다. 기능성 항균성을 위한 실험에 사용된 배합비를 Table 2에 나타내었다.
- 기능성 콘택트렌즈 재료 중합에 사용된 재료는 소프트 콘택트렌즈의 주재료인 HEMA와 개시제인 AIBN은 JUNSEI 사 제품을, MMA는 Crown Guaranteed Reagents사 제품을 사용하였으며, NVP는 Acros사 제품을, EGDMA, 2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone과 titanium(VI) isopropoxide는 Sigma-Aldrich사 제품을 구입하여 각각 사용하였다. 또한 물리적 특성 실험에 사용된 재료로는 건조무게 측정 시 사용되는 CaSO4는 Drierite사 제품을, 항균성 평가를 위한 Petrifilm은 E. coil/Coliform Count Plate와 Staph Express Count Plate (3M사)를 구입하여 사용하였다.
- 사용된 교차결합제는 EGDMA (ethylene glycol dimethacrylate) 그리고 개시제는 AIBN (2,2'-azobisisobutyronitrile)을 사용하였다.
- 측정에 사용된 기기는 Rehder single-chamber system-O2 permeometer 사용하였으며, 35 ℃ ± 0.5 ℃의 온도를 유지하기 위해 발열상자(heated box)는 General Incubator(LIB-030M, Labtech, Korea)를 사용하였다.
이론/모형
- m으로 약 30분 동안 교반하였다. 교반된 모너머를 콘택트렌즈 제조 방법 중 하나인 캐스트 몰드법(cast mould)을 이용하여 렌즈를 제조 하였다. 중합을 위해 70 ℃ 에서 약 40분, 80 ℃ 에서 약 40분 건조하였다.
- 산소투과율(Dk/t) 측정은 ISO 18369-4:2006 (Ophthalmic optics - Contact lenses - Part 4: Physicochemical properties of contact lens materials, 4.4.3 Polarographic method)을 기준으로 측정하였다. 측정에 사용된 기기는 Rehder single-chamber system-O2 permeometer 사용하였으며, 35 ℃ ± 0.
- 인장강도 측정은 AIKOH ENGINEERING의 MODEL-RX Series를 사용하였다. 인장강도는 0에서 20초의 시간 동안 0.
- 제조된 렌즈의 항균성을 확인하기 위해 건조 필름법에 의한 미생물을 분석하였다. 건조필름은 미생물이 증식할 수 있도록 영양성분을 필름에 코팅하여 건조한 것으로 E.
- 항균성 측정은 건조 필름법을 사용하여 미생물을 분석하였다. 필름 상에 도포되어 건조된 배지에 시료액 1 mL를 주입하여 배지가 시료액을 흡수하게 한 다음 35 ℃ ± 1 ℃로 유지하기 위해 항온기에서 1주일 동안 배양한 후 대장군균 및 황색포도상구균을 검출하였다.
성능/효과
- 2, 3에 각각 나타내었다. Sample R의 UV-B, UV-A 그리고 visible transmittance는 각각 87.8%, 87.5%, 90.8%의 평균 광투과율을 나타내었다. Sample P의 경우 86.
- coil/Coliform Count Plate와 Staph Express Count Plate를 통해 확인하였다. 나노 입자가 포함되지 않은 콘택트렌즈와 비교하여 나노 백금과 금이 포함되어 항균성을 갖는 콘택트렌즈에서 미생물의 증식이 다소 낮음을 확인하였다. 또한 물리적 특성 중 시감투과율은 88.
- 2%를 각각 나타내었다. 또한 2-hydroxy-4-methoxybenzophenone와 titanium isopropoxide을 첨가한 PA3-B와 PA3-T의 평균 광투과율은 UV-B, UV-A, visible ray에 대해 1.3% 12.1%, 86.3% 그리고 15.5%, 63.5%, 90.2%를 각각 나타내었다.
- 나노 입자가 포함되지 않은 콘택트렌즈와 비교하여 나노 백금과 금이 포함되어 항균성을 갖는 콘택트렌즈에서 미생물의 증식이 다소 낮음을 확인하였다. 또한 물리적 특성 중 시감투과율은 88.3 ~ 90.8% 범위를 나타내었으며, 자외선 영역의 차단은 UV-B 영역의 경우 2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone, titanium(VI) isopropoxide에 의해 1.3% ~ 15.5% 범위로 차단됨을 확인하였다. 굴절률은 각각 1.
- 2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone과 titanium isopropoxide을 첨가한 sample 에서는 자외선 흡수제를 첨가하지 않은 sample R과 비교하여 UV-B와 UV-A의 차단 효과를 나타내었다. 또한 이 결과로 볼 때 생성된 고분자의 가시광선 영역에 대한 전체적인 광투과율은 비교적 높은 값을 나타내는 것으로 나타났다.
- 436의 범위를 나타냈다. 함수율의 경우 88.3 ~ 90.8% 범위를 나타내었으며, 나노 백금과 나노 금은 함수율에 많은 영향을 주지 않은 것으로 나타났다. 또한 인장강도는 0.
후속연구
- 8% 범위를 나타내었으며, 나노 백금과 나노 금은 함수율에 많은 영향을 주지 않은 것으로 나타났다. 또한 인장강도는 0.146 ~ 0.191 kgf를 나타내어 기존 콘택트렌즈의 물리적 특성에 부합되는 것으로 판단되며, 앞으로도 기능성을 갖춘 콘택트렌즈의 안 의료용 소재 산업에 적용 및 응용될 것으로 기대된다.
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