초록 ▼

연구의 목적 및 내용

다양한 여러 종류의 표면들이 세균성 박테리아에 노출되었을 때 박테리아의 군집체인 생물막에 의한 각종 오염 및 감염이 발생할 수 있는데, 관련 피해를 줄이기 위해 박테리아의 표면 흡착을 억제할 수 있는 기능, 표면에 박테리아가 접촉하였을 때 죽일 수 있는 기능, 또는 두 가지 기능들을 모두 갖춘 이중 기능성 표면을 개발하고자 하였다. 이런 목적을 달성하기 위해 각 기능을 갖춘 고분자 재료 합성 및 합성한 물질로 표면을 개질하는 방법, 그리고 이중 기능성의 최적화를 위한 표면 개질법을 연구하였다. 또한

연구의 목적 및 내용

다양한 여러 종류의 표면들이 세균성 박테리아에 노출되었을 때 박테리아의 군집체인 생물막에 의한 각종 오염 및 감염이 발생할 수 있는데, 관련 피해를 줄이기 위해 박테리아의 표면 흡착을 억제할 수 있는 기능, 표면에 박테리아가 접촉하였을 때 죽일 수 있는 기능, 또는 두 가지 기능들을 모두 갖춘 이중 기능성 표면을 개발하고자 하였다. 이런 목적을 달성하기 위해 각 기능을 갖춘 고분자 재료 합성 및 합성한 물질로 표면을 개질하는 방법, 그리고 이중 기능성의 최적화를 위한 표면 개질법을 연구하였다. 또한 한 시스템 내에서 기능의 극대화를 위해 생체 모방적인 접근법으로 박테리아의 표면 흡착을 억제해 줄 수 있는 마이크로 표면구조를 만들어 최적화된 표면구조와 화학적 개질법을 결합한 플랫폼을 통해 박테리아에 의한 오염을 예방하고자 하였다.

연구결과

표면개시 원자이동 라디칼 중합법과 합성한 기능성 고분자의 자기 조립 단분자막을 형성하는 방법으로 박테리아의 흡착을 효과적으로 억제하는 기능성 표면을 개발하였다. 아울러 홍합을 모방한 기능성 재료를 합성하여, 박테리아 흡착을 억제할 수 있는 기능성 표면 또한 구현하였다. 박테리아를 죽이는 기능과 관련하여, 해당 기능성 고분자의 표면 중합 밀도를 조절함으로써 박테리아 세포를 효과적으로 죽일 수 있는 조건을 최적화하였다. 이 중 기능성 표면은 기능성 고분자를 활용한 방법 외에 고분자 층에 은 나노입자를 도입한 방법으로도 개발하였다. 박테리아 세포를 죽이는 기능을 제대로 평가하기 위해서 live/dead 염색 이외에 발광 박테리아를 활용해, 발광세기 측정으로 쉽게 평가할 수 있는 방법을 개발하고 균락 형성 분석 또한 수행하여 박테리아 세포를 죽이는 여부를 성공적으로 검증할 수 있었다. 박테리아의 표면 흡착을 억제할 수 있는 마이크로 기둥기반의 구조체도 성공적으로 제작하였는데, 기둥의 너비, 기둥들 간의 간격, 기둥 높이/너비 비를 조절하여 다양한 디자인의 마이크로 기둥으로 구성된 실리콘 기판들을 만들었다. 이를 통해 표면 에너지를 조절함과 동시에 박테리아 흡착과 표면 에너지간의 상관관계를 도출하여 박테리아 세포의 표면 흡착 억제를 위한 최적화된 표면 구조를 개발하였다. 또한 최적화한 표면 구조와 화학적 개질법을 결합하여 박테리아에 의한 오염을 막을 수 있는 플랫폼을 고안하였다.

연구결과의 활용계획

본 연구 과제를 통해 개발한 화학적 표면 개질법과 합성한 재료들은 관련 분야에서 표면의 물리적/화학적 성질들을 조절하는 등 다른 기초연구를 수행하는데 있어 충분히 유용한 자료로 활용될 수 있을 것이고, 본 연구진도 관련 후속 연구에 연구 노하우로 활용할 것이다. 또한 표면 구조를 마이크로 크기에서 조절한 연구결과는 일상생활에서 박테리아에 의한 오염/감염을 예방하고자 하는 대상의 표면 구조를 디자인하고자 할 때 활용할 수 있을 것인데, 본 연구진은 특히 개질되어야 할 대상체가 상대적으로 작으면서도 부가가치가 높은 의료 분야에서 의료용 도구 표면 구조를 디자인할 때 활용할 계획을 갖고 있다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents

Bacteria can adhere to a surface using adhesive proteins and they rapidly proliferate, forming biofilm. Biofilm can cause severe infection or contamination in various fields including medicine. To address this issue, this study aimed to develop functional surfaces such as no

Purpose& contents

Bacteria can adhere to a surface using adhesive proteins and they rapidly proliferate, forming biofilm. Biofilm can cause severe infection or contamination in various fields including medicine. To address this issue, this study aimed to develop functional surfaces such as non-biofouling surface to suppress bacterial adhesion, bactericidal surface, and dual functional surface. Functional materials were synthesized and surface modification methods were investigated with the materials. In addition, surface topography/structure was manipulated to achieve minimal bacterial adhesion. The optimal surface structure was combined with surface modification method to prevent bacterial infection/contamination.

Result

We developed the functional surfaces to suppress bacterial adhesion via grafting-from or grafting-onto approach. The non-biofouling function could maintain at least 2-4 days. Mussel-inspired material (named as alginate-catechol) was also prepared to inhibit bacterial adhesion. Regarding bactericidal function, the surface grafting density of the quaternized polyamine was optimized to kill efficiently the adhered bacteria on surface. In addition to live/dead staining, we evaluated the killing efficacy with colony formation assay, demonstrating more than 20% of adhered bacteria were killed.
As topographical approach, inspired by shark and pilot whale, micro-pillar structures were fabricated with various design by adjusting diameter of a micro-pillar, the distance between micro-pillars, and its aspect ratio. Through the experimental investigation, we showed the relationship between surface energy and the degree of bacterial adhesion, and concluded that the surface with lower energy is efficient to suppress bacterial adhesion. By combining the optimal surface microstructure with chemical surface modification, we also achieved a platform to prevent bacterial contamination.

Expected Contribution

The synthesized materials and the surface modification method can be used to control chemical/physical properties of surfaces in the relevant research fields. We plan to use the current results as reference materials for our further researches. The micro-pillar structure is expected to used as a reference when people including our research team need to fabricate surface structure of certain tools in our daily-life to control bacterial contamination/infection.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 17 5. 연구결과의 활용계획 ... 18 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 18 7. 참고문헌 ... 19 8. 연구성과 ... 20 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 23 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 23 11. 기타사항 ... 23끝페이지 ... 23