[논문]혈청 알부민 나노입자를 이용한 항생제 흡착

김현지; 임성인

doi:10.7464/ksct.2021.27.1.55

혈청 알부민 나노입자를 이용한 항생제 흡착
Adsorption of Antibiotics on Serum Albumin Nanoparticle 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.27 no.1, 2021년, pp.55 - 60

김현지 (부경대학교 화학공학과) , 임성인 (부경대학교 화학공학과)

초록
AI-Helper

항생제는 감염병 환자의 치료, 농수축산업의 생산성 향상을 위한 목적으로 광범위하게 사용되는 약물이다. 그러나 항생제 과용 및 낮은 생분해성으로 인해 상당량이 하수로 누출되어 환경오염을 유발하며 내성 박테리아 출현을 촉진하고 있다. 본 연구에서는 생분해성 혈청 단백질인 알부민을 항생제 흡착제로 사용하기 위한 가능성을 탐구하였다. 혈청 알부민은 다양한 대사 산물과 호르몬을 모든 조직의 혈관 외 공간으로 운반하는 천연 혈액 단백질이다. 혈청 알부민은 수용성이 높지만 이온성, 친수성 또는 소수성 분자를 쉽게 수용하는 고유 결합 부위를 가지고 있어 나노 흡착제로 유망한 물질이다. 코아세르베이션(coacervation)을 유도하기 위해 탈용매제인 에탄올을 알부민 수용액에 적가하여 150 ~ 170 nm 크기 범위의 알부민 나노 입자로 탈수화 및 액-액분리 하였다. 글루타르알데히드 가교제를 첨가할 경우 알부민 나노입자의 크기 안정성 및 동질성이 증가하였다. 항생제 아목시실린에 대한 알부민 나노입자의 흡착능 평가에서 가교제 사용 농도, pH에 따른 흡착능의 차이가 관찰되었다. 분광광도법으로 측정한 알부민 나노입자의 단위질량당(mg) 최대 흡착능은 pH 4.0 수용액에서 아목시실린 12.4 마이크로그램(㎍)이다. 이러한 결과는 물에서 항생제를 제거하는 천연 나노 흡착제를 제조하기 위한 구성 물질로서 혈청 알부민의 잠재력을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Antibiotics are compounds broadly used to treat patients with infectious diseases and to enhance productivity in agriculture, fisheries, and livestock industries. However, due to the overuse of antibiotics and their low biodegradability, a substantial amount of antibiotics is leaking into the sewer, subsequently resulting in pollution and the emergence of antibiotic-resistant bacteria. This study explores biodegradable serum albumin's potential as an adsorbent to remove antibiotics from water. Serum albumin is a natural blood protein that transports various metabolites and hormones to all tissues' extravascular spaces. While serum albumin is highly water-soluble, it has intrinsic binding sites which readily accommodate ionic, hydrophilic, or hydrophobic molecules, rendering it a good building block for a nano-adsorbent. To induce coacervation, a desolvating agent, ethanol, was added dropwise into the aqueous albumin solution, resulting in dehydration and liquid-liquid phase separation of albumins into albumin nanoparticles within a size range of 150 ~ 170 nm. The addition of glutaraldehyde as a cross-linker improved the size stability and homogeneity of albumin nanoparticles. Adsorption of amoxicillin antibiotics on albumin nanoparticles was dependent upon glutaraldehyde concentration used in desolvation and pH during adsorption. The maximum adsorption capacity measured by spectrophotometry was found to be 12.4 micrograms of amoxicillin per milligram of albumin nanoparticle. These results demonstrate serum albumin's potential as a building block for fabricating a natural nano-adsorbent to remove antibiotics from water.

주제어

표/그림 (8)

그림 Figure 1. Amoxicillin Calibration curve. (a) In sodium phosphate buffer (PBS). (b) In acetate buffer.
그림 Figure 2. Preparation of BSA nanoparticles.
그림 Figure 3. Analysis of BSA nanoparticles. (a) Picture of BSA nanoparticles solutions (Reaction Ⅰ & Ⅱ). (b) ELS graphs (Light scattering intensity Distribution vs Diameter) of BSA nanoparticles solutions (Reaction Ⅰ to Ⅳ). Reaction Ⅰ : water/ethanol = 1/4 (by volume), GA/BSA = 0.064 (by weight); Reaction Ⅱ : water/ethanol = 1/2, GA/BSA = 0.064; Reaction Ⅲ: water/ethanol = 1/4, GA/BSA = 0.032; Reaction Ⅳ: water/ethanol = 1/2, GA = 0.
그림 Figure 4. SEM images of BSA nanoparticles (Reaction Ⅱ&Ⅲ). Reaction Ⅱ: water/ethanol = 1/2, GA/BSA = 0.064; Reaction Ⅲ: water/ethanol = 1/4, GA/BSA = 0.032.
표 Table 1. Comparative properties of BSA nanoparticles produced at different reaction conditions
그림 Figure 5. Measurement of amoxicillin adsorption on BSA nanoparticles.
그림 Figure 6. Absorbance data of experimental group, control group 1 and 2. (a) BSANP from reaction Ⅰ at pH 7.4. (b) BSANP from reaction Ⅲ at pH 7.4. (c) BSANP from reaction Ⅰ at pH 4.0. (d) BSANP from reaction Ⅲ at pH 4.0.
표 Table 2. AX adsorption capacity of BSA nanoparticles (BSANP) at different pH

참고문헌 (25)

Dorne, J. L. C. M., Ragas, A. M. J., Frampton, G. K., Spurgeon, D. S., and Lewis, D. F., "Trends in Human Risk Assessment of Pharmaceuticals," Anal. Bioanal. Chem., 387(4), 1167-1172 (2007).

상세보기
Fent, K., Weston, A. A., and Caminada, D., "Ecotoxicology of Human Pharmaceuticals," Aquat. Toxicol., 76(2), 122-159 (2006).

상세보기
Berendonk, T. U., Manaia, C. M., Merlin, C., Fatta-Kassinos, D., Cytryn, E., Walsh, F., Burgmann, H., Sorum, H., Norstrom, M., Pons, M. N., Kreuzinger, N., Huovinen, P., Stefani, S., Schwartz, T., Kisand, V., Baquero, F., and Martinez, J. L., "Tackling Antibiotic Resistance: the Environmental Framework," Nat. Rev. Microbiol., 13(5), 310-317 (2015).

상세보기
Gao, P., He, S., Huang, S., Li, K., Liu, Z., Xue, G., and Sun, W., "Impacts of Coexisting Antibiotics, Antibacterial Residues, and Heavy Metals on the Occurrence of Erythromycin Resistance Genes in Urban Wastewater," Appl. Microbiol. Biotechnol., 99(9), 3971-3980 (2015).

상세보기
"The Korean Ministry of Environment Press Release - 'Detection of Some Pharmaceutical Substances Including Antibiotics in Major Rivers,'" http://www.me.go.kr/home/web/board/read.do?menuId286&boardMasterId1&boardCategoryId39&boardId162825 (accessed Jan. 28, 2021).
Hena, S., Gutierrez, L., and Croue, J. P., "Removal of Pharmaceutical and Personal Care Products (PPCPs) from Wastewater Using Microalgae: A Review," J. Hazard. Mater., 403, 124041 (2021).

상세보기
Guo, R., and Chen, J., "Application of Alga-Activated Sludge Combined System (AASCS) as a Novel Treatment to Remove Cephalosporins," Chem. Eng. J., 260, 550-556 (2015).

상세보기
Du, Y., Zhang, S., Guo, R., and Chen, J., "Understanding the Algal Contribution in Combined UV-algae Treatment to Remove Antibiotic Cefradine," RSC Adv., 5(74), 59953-59959 (2015).

상세보기
El Shenawy, E. A., Elkelawy, M., Bastawissi, H. A. E., Taha, M., Panchal, H., kumar Sadasivuni, K., and Thakar, N., "Effect of Cultivation Parameters and Heat Management on the Algae Species Growth Conditions and Biomass Production in a Continuous Feedstock Photobioreactor," Renew. Energy, 148, 807-815 (2020).

상세보기
Malakootian, M., Yaseri, M., and Faraji, M., "Removal of Antibiotics from Aqueous Solutions by Nanoparticles: a Systematic Review and Meta-analysis," Environ. Sci. Pollut. Res., 26(9), 8444-8458 (2019).

상세보기
Van Wieren, E. M., Seymour, M. D., and Peterson, J. W., "Interaction of the Fluoroquinolone Antibiotic, Ofloxacin, with Titanium Oxide Nanoparticles in Water: Adsorption and Breakdown," Sci. Total Environ., 441, 1-9 (2012).

상세보기
de Sousa, D. N. R., Insa, S., Mozeto, A. A., Petrovic, M., Chaves, T. F., and Fadini, P. S., "Equilibrium and Kinetic Studies of the Adsorption of Antibiotics from Aqueous Solutions onto Powdered Zeolites," Chemosphere, 205, 137-146 (2018).

상세보기
Yu, K., Sun, C., Zhang, B., Hassan, M., and He, Y., "Size-dependent Adsorption of Antibiotics onto Nanoparticles in a Field-scale Wastewater Treatment Plant," Environ. Pollut., 248, 1079-1087 (2019).

상세보기
Aydin, S., Aydin, M. E., Beduk, F., and Ulvi, A., "Removal of Antibiotics from Aqueous Solution by Using Magnetic Fe 3 O 4 /red Mud-nanoparticles," Sci. Total Environ., 670, 539-546 (2019).

상세보기
Adams, L. K., Lyon, D. Y., and Alvarez, P. J., "Comparative Eco-toxicity of Nanoscale TiO 2 , SiO 2 , and ZnO Water Suspensions," Water Res., 40(19), 3527-3532 (2006).

상세보기
Rahimizadeh, P., Yang, S., and Lim, S. I., "Albumin: An Emerging Opportunity in Drug Delivery," Biotechnol. Bioprocess Eng., 25(6), 985-995 (2020).

상세보기
Irache, J. M., and Espuelas, S., "Albumin Nanoparticles," in Nanotechnologies for the Life Sciences, Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2007.
"WHO Report on Surveillance of Antibiotic Consumption," (2016).
Sun, S., Xiao, Q. R., Wang, Y., and Jiang, Y., "Roles of Alcohol Desolvating Agents on the Size Control of Bovine Serum Albumin Nanoparticles in Drug Delivery System," J. Drug Deliv. Sci. Technol., 47, 193-199 (2018).

상세보기
Cheung, D. T., and Nimni, M. E., "Mechanism of Crosslinking of Proteins by Glutaraldehyde I: Reaction with Model Compounds," Connect Tissue Res., 10(2), 187-199 (1982).

상세보기
Homsirikamol, C., Sunsandee, N., Pancharoen, U., and Nootong, K., "Synergistic Extraction of Amoxicillin from Aqueous Solution by Using Binary Mixtures of Aliquat 336, D2EHPA and TBP," Sep. Purif. Technol., 162, 30-36 (2016).

상세보기
Weber, C., Kreuter, J., and Langer, K., "Desolvation Process and Surface Characteristics of HSA-nanoparticles," Int. J. Pharm., 196(2), 197-200 (2000).

상세보기
Anastopoulos, I., Pashalidis, I., Orfanos, A. G., Manariotis, I. D., Tatarchuk, T., Sellaoui, L., Bonilla-Petriciolet, A., Mittal, A., and Nunez-Delgado, A., "Removal of Caffeine, Nicotine and Amoxicillin from (waste) Waters by Various Adsorbents. A Review," J. Environ. Manage., 261, 110236 (2020).

상세보기
Putra, E. K., Pranowo, R., Sunarso, J., Indraswati, N., and Ismadji, S., "Performance of Activated Carbon and Bentonite for Adsorption of Amoxicillin from Wastewater: Mechanisms, Isotherms and Kinetics," Water Res., 43(9), 2419-2430 (2009).

상세보기
Zha, S. xing, Zhou, Y., Jin, X., and Chen, Z., "The Removal of Amoxicillin from Wastewater Using Organobentonite," J. Environ. Manage., 129, 569-576 (2013).

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증