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문제 정의
- 본 연구는 인체에 안전한 천연물질을 이용하여 항균성을 갖는 산업용 안전장갑을 개발하기 위하여 황금추출물을 담지한 제올라이트 마이크로입자를 제조한 다 음 후가공을 통해 제올라이트를 HDPE 원단에 함유시켰다. 이때 황금추출물이 항균활성을 나타내는 농도와 제올라이트에 함유되는 황금추출물의 담지효율 및 방출거동을 분석하였고, 제조된 제올라이트 함유 HDPE 원단의 항균 활성 또한 분석하였다.
- 본 연구에서는 천연약용재로 사용되고 있는 황금추출물을 산업용 안전장갑으로 사용되고 있는 HDPE 원단에 처리하여 항균성을 갖는 안전장갑을 개발하고자 하였다. 이를 위해 무기물 담체로서 미세기공을 함유한 제올라이트 입자에 황금추출물을 담지 시키고 바인더를 이용하여 HDPE 원단에 처리한 다음 황금추출물의 방출거동 및 항균효과를 분석하였다.
제안 방법
- 이어서 황금추출물 2mg을 증류수 10mL에 완전히 용해시키고 제올라이트 25mg을 서서히 투입한 다음 상온에서 24시간 동안 교반하여 황금추출물을 제올라이트에 담지 시켰다. 교반 종료 후 원심분리기를 이용하여 3,000rpm에서 5분 동안 원심분리 하여 미흡착 황금추출물을 제거하고 동결건조를 통해 황금추출물이 담지된 제올라이트 입자를 제조하였다.
- . 먼저 황금추출물 수용액을 0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4mg/mL로 제조하고 황금추출물에 함유되어 있는 baicalin의 흡광도(275nm)를 UV로 측정하여 검량선을 만들었다. 이어서 황금추출물 2mg을 증류수 10mL에 용해시키고 제올라이트 25mg을 서서히 투입한 다음 상온에서 24시간 동안 교반하였다.
- 본 연구에서는 황금추출물의 농도별 항균성을 분석하기 위하여 0.025-0.4mg/mL의 범위로 황금추출물 수용액을 제조하여 240-800nm 파장범위로 UV를 측정하여 Figure 1에 나타내었다. 황금추출물의 농도가 증가할수록 275nm의 파장에서 baicalin의 흡광도가 증가하는 것을 확인하였고, 이를 이용하여 황금추출물의 양을 계산할 수 있는 검정선을 얻을 수 있었다.
- 4mg/mL) 50μL씩 흡수시켰다. 시료가 처리된 plate를 37℃ 인큐베이터에서 24시간 배양한 후 disc 주위의 inhibition zone을 digital calliper(Mitutoyo Co., Japan)로 측정하여 황금 추출물의 농도에 따른 항균 효과를 확인하였다.
- 본 연구는 인체에 안전한 천연물질을 이용하여 항균성을 갖는 산업용 안전장갑을 개발하기 위하여 황금추출물을 담지한 제올라이트 마이크로입자를 제조한 다 음 후가공을 통해 제올라이트를 HDPE 원단에 함유시켰다. 이때 황금추출물이 항균활성을 나타내는 농도와 제올라이트에 함유되는 황금추출물의 담지효율 및 방출거동을 분석하였고, 제조된 제올라이트 함유 HDPE 원단의 항균 활성 또한 분석하였다.
- 본 연구에서는 천연약용재로 사용되고 있는 황금추출물을 산업용 안전장갑으로 사용되고 있는 HDPE 원단에 처리하여 항균성을 갖는 안전장갑을 개발하고자 하였다. 이를 위해 무기물 담체로서 미세기공을 함유한 제올라이트 입자에 황금추출물을 담지 시키고 바인더를 이용하여 HDPE 원단에 처리한 다음 황금추출물의 방출거동 및 항균효과를 분석하였다.
- 상기에서 제조된 황금추출물 담지 제올라이트가 처리된 HDPE원단(가로 5cm × 세로 5cm) 을 10mL 증류수에 침지한 다음 37℃에서 24시간 동안 동적인 상태로 방치하였다. 이어서 원단이 침지된 용출액을 취하여 275nm의 baicalin의 흡광도를 분석하여 계산하였다.
- 제올라이트에 담지 되는 황금추출물의 양을 알아보기 위하여 황금추출물 수용액에 제올라이트를 투입하고 24시간 동안 교반한 뒤 제올라이트에 담지 되지 않은 황금추출물 수용액을 UV로 분석하였다.
- 황금 추출물 담지 제올라이트를 함유한 원단은 1×1 cm의 크기로 잘라 UV light 하에서 24시간 멸균시킨 후 실온에 보관하였고 일부는 Phosphate-buffered saline(PBS)에 침지하여 24시간 동안 37℃ 오븐에서 보관하였다. 제조된 원단의 항균 효과 측정은 황금 추출물과 동일한 균주를 사용하였으며 각 균주가 도말된 agar plate 위에 제조된 원단과 용출된 용액을 흡수시킨 paper disc를 올린 후 37℃ 인큐베이터에서 24시간 배양하여 시료 주위의 inhibition zone을 관찰하였다.
- 황금 추출물의 담지율은 제올라이트와 교반 전·후 황금추출물 수용액을 취하여 UV를 측정한 다음 baicalin의 흡광도를 분석하여 측정하였다.
- 황금 추출물의 항균 효과를 확인하기 위해 paper disc(8mm x 1.5mm, Adventec, USA)를 균주가 접종된 agar plate 표면 위에 올려놓고 황금 추출물을 농도별로 희석하여(0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4mg/mL) 50μL씩 흡수시켰다.
- 황금추출물 담지 제올라이트가 함유된 HDPE 원단으로부터 황금추출물의 방출거동은 하기와 같은 방법으로 분석하였다. 상기에서 제조된 황금추출물 담지 제올라이트가 처리된 HDPE원단(가로 5cm × 세로 5cm) 을 10mL 증류수에 침지한 다음 37℃에서 24시간 동안 동적인 상태로 방치하였다.
대상 데이터
- 산업용 안전장갑으로 사용되는 HDPE 원단은 (주)형제인터네셔널에서 제공받아 사용하였고 바인더로는 아크릴계 수지를 사용하였다. 먼저 HDPE 원단을 가로 5cm × 세로 5cm 크기로 준비한 다음 3% 바인더가 함유된 10mL 수용액에 황금추출물이 담지된 제올라이트 25mg을 분산시켰다.
- 세균의 증식은 Brain heart infusion(BHI, Difco, USA)에서 1-2차 계대배양 후 같은 배지에 식균하여 5% CO2인큐베이터(37℃)에서 배양하였다. 항균활성용 배지는Trypticsoyagar(Difco,USA) 와 Nutrient agar(Difco, USA) 배지를 사용하였다.
- 황금추출물 및 황금추출물 담지 제올라이트가 함유된 원단의 항균성 시험은 S. aureus(ATCC 6538), Escherichia coli(E. coli, ATCC 8739)와 Klebsiella pneumoniae(K. pneumoniae, ATCC 4352)을 이용하여 시험하였다. 세균의 증식은 Brain heart infusion(BHI, Difco, USA)에서 1-2차 계대배양 후 같은 배지에 식균하여 5% CO2인큐베이터(37℃)에서 배양하였다.
- 황금추출물은 한국한의학연구원 한의기술응용센터에서 제공받아 사용하였으며, 황금추출물 담지체로 사용된 제올라이트(H-bate, SiO2:Al2O3=98:2wt%)는 Cosmo Catalysts사에서 구입하여 사용하였다. 먼저 황금추출물 담지체로 사용된 제올라이트 입자(입자크기 0.
이론/모형
- 제올라이트에 담지되는 황금추출물의 담지율은 UV-vis spectrometer를 이용하여 간접법으로 분석하였다14). 먼저 황금추출물 수용액을 0.
- 황금 추출물 담지 제올라이트를 함유한 원단의 항균 활성 정도의 평가는 직물의 항균도 시험 방법인 KS K 0693：2011에 준하여 공시균인 S. aureus와 K. pneumoniae을 사용하여 18시간 배양 후 시험에 의한 균 감소율(%)을 다음 식(1)과 같이 계산하였다.
- 황금 추출물의 항균 효과를 측정하기 위해 한천배지 확산법을 사용하였다. S.
성능/효과
- Figure 6의 (a)인 control HDPE는 E. coli와 S. aureus에 대해 항균효과가 없는 것으로 나타났다. 그러나 Figure 6의 (b)인 황금추출물 담지 제올라이트를 함유한 HDPE 원단은 E.
- Figure 5(B)는 황금추출물 담지 제올라이트를 처리한 HDPE 원단을 37℃에서 24시간 동안 침지한 용출액을 UV로 측정한 결과이다. UV의 흡광도를 분석한 결과 원단으로부터 방출된 황금추출물의 양은 35.6% 임을 확인하였다. 초기 제올라이트에 담지된 황금추출물의 농도 대비 HDPE 원단처리 후 방출되는 황금추출물의 농도가 다소 낮은 값은 나타내었다.
- 결론적으로 황금추출물을 담지한 제올라이트는 산업용 안전장갑으로 사용되는 HDPE 원단에 항균성을 부여할 수 있는 좋은 방법이며, 이렇게 제조된 안전장갑은 극대화된 항균성의 발현 및 효과 지속성에 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.
- 고배율 SEM 사진을 통해서 황금추출물 담지 전·후의 제올라이트에 큰 변화가 없음을 관찰하였다.
- coli의 경우 모든 시료에서 inhibition zone이 관찰되었고 황금추출물의 농도가 증가할수록 inhibition zone의 크기가 증가하는 경향을 나타내었다. 그리고 S. aureus의 경우도 E. coli와 유사한 경향을 나타내었고 소량의 황금추출물 (0.025mg/mL)에서도 항균활성이 나타나는 것을 확인하였다. 선행연구에 의하면 baicalein의 균에 대한 최소저지농도(Minimum inhibitory concentration, MIC)가 70-100㎍/mL이고, 이러한 억제활성은 baicalein 분자구조의 하이드록시(-OH) 그룹에 의한 것으로 보고되고 있다16).
- 이상의 결과로 황금추출물 담지 제올라이트를 함유한 HDPE 원단이 우수한 항균효과가 있다는 것을 확인하였다. 그리고 본 연구에서 사용한 천연항균제로서 황금추출물과 이러한 추출물을 제올라이트에 담지 시켜 HDPE 원단에 적용하는 방법이 항균효과의 발현 및 지속성에 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.
- 5% 의 항균성을 보였다. 그리고 황금추출물 담지 제올라이트를 함유한 HDPE 원단은 S. aureus와 K. pneumoniae에 대해 모두 99.9%의 항균성을 나타내었다.
- aureus에 대한 agar diffusion 실험을 통한 inhibition zone을 나타낸 것이다. 먼저 E. coli의 경우 모든 시료에서 inhibition zone이 관찰되었고 황금추출물의 농도가 증가할수록 inhibition zone의 크기가 증가하는 경향을 나타내었다. 그리고 S.
- 4%로 증가할수록 inhibition zone이 증가하는 것을 확인하였다. 약물전달체로 사용된 제올라이트 마이크로입자는 45%의 황금추출물 담지율을 나타내었고 바인더를 통해 HDPE 원단 표면에 균일하게 고정화시킬 수 있었다. 황금추출물 담지 제올라이트가 함유된 HDPE 원단으로부터 황금추출물의 방출이 잘 이루어지는 것을 확인하였고, agar diffusion 분석 및 균 감소율을 통해 S.
- 이상의 결과로 황금추출물 담지 제올라이트를 함유한 HDPE 원단이 우수한 항균효과가 있다는 것을 확인하였다. 그리고 본 연구에서 사용한 천연항균제로서 황금추출물과 이러한 추출물을 제올라이트에 담지 시켜 HDPE 원단에 적용하는 방법이 항균효과의 발현 및 지속성에 유리하다는 것을 확인할 수 있었다.
- 고배율 SEM 사진을 통해서 황금추출물 담지 전·후의 제올라이트에 큰 변화가 없음을 관찰하였다. 즉, 황금추출물 덩어리 또는 기타 이물질과 같은 흔적이 관찰되지 않아 황금추출물이 제올라이트 표면 또는 기공에 잘 담지된 것을 확인하였다.
- Figure 4는 황금추출물 담지 제올라이트를 바인더 수용액과 함께 직물에 처리한 후 열처리에 의해 제올라이트를 섬유표면에 고정화시킨 HDPE 원단의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 황금추출물 담지 제올라이트가 섬유표면에 분산되어 고정화된 것을 관찰하였고, HDPE 원단의 부분적인 부분에 제올라이트들이 소량으로 응집되어 있는 현상이 나타났으나 전반적으로 직물표면에 제올라이트가 잘 고정화된 것을 확인하였다.
- 약물전달체로 사용된 제올라이트 마이크로입자는 45%의 황금추출물 담지율을 나타내었고 바인더를 통해 HDPE 원단 표면에 균일하게 고정화시킬 수 있었다. 황금추출물 담지 제올라이트가 함유된 HDPE 원단으로부터 황금추출물의 방출이 잘 이루어지는 것을 확인하였고, agar diffusion 분석 및 균 감소율을 통해 S. aureus와 E. coli 및 K. pneumoniae에 대해서도 99.9%의 항균성이 있음을 확인하였다.
- 황금추출물의 농도가 0.025%에서 S. aureus와 E. coli에 대해 항균효과가 나타나는 것을 확인하였고, 황금추출물의 농도가 0.4%로 증가할수록 inhibition zone이 증가하는 것을 확인하였다. 약물전달체로 사용된 제올라이트 마이크로입자는 45%의 황금추출물 담지율을 나타내었고 바인더를 통해 HDPE 원단 표면에 균일하게 고정화시킬 수 있었다.
- 4mg/mL의 범위로 황금추출물 수용액을 제조하여 240-800nm 파장범위로 UV를 측정하여 Figure 1에 나타내었다. 황금추출물의 농도가 증가할수록 275nm의 파장에서 baicalin의 흡광도가 증가하는 것을 확인하였고, 이를 이용하여 황금추출물의 양을 계산할 수 있는 검정선을 얻을 수 있었다.
후속연구
- 따라서 다양한 기능성을 발휘할 수 있는 제올라이트를 약물전달용 담체로 활용하여 산업현장에 필수적으로 사용되는 안전장갑에 적용한다면 항균효과의 지속성이 확보된 우수한 안전장갑 개발이 가능할 것으로 판단된다.
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