에센셜 오일의 나노 허브 캡슐화를 이용한 항균 직물
Summary
항균 실험실 코트는 병원균 축적 및 우발적인 생물 유출의 교차 오염을 방지합니다. 여기에서는 실험실 코트의 일반적인 용도에 대한 효능과 적합성을 정확하게 평가하기 위해 나노 허브 캡슐화 및 수정된 표준 테스트를 사용하여 피부 친화적인 항균 직물을 개발하기 위한 프로토콜을 설명합니다.
Abstract
실험실 코트는 생물학적 위험 실험실 및 의료 시설에서 병원균, 유출 및 화상에 대한 직접적인 노출을 방지하기 위한 보호복으로 널리 사용됩니다. 이 면 기반 보호 코트는 다공성 특성, 수분 보유 능력 및 사용자 신체의 보온성 유지로 인해 미생물 성장 및 부착 부위에 이상적인 조건을 제공합니다. 여러 연구에서 병원 의류와 실험복에서 병원성 박테리아가 생존하여 미생물 전파 매개체 역할을 하는 것으로 나타났습니다.
이러한 문제를 해결하기 위한 일반적인 접근 방식은 섬유 마감재에 항균제를 적용하는 것이지만 많은 합성 화학 물질의 독성 및 환경 영향으로 인해 우려가 제기되었습니다. 진행중인 전염병은 또한 효과적인 항균제와 친환경적이고 독성이 없는 제형에 대한 조사의 창을 열었습니다. 이 연구는 키토산 나노 입자에 캡슐화 된 두 가지 천연 생리 활성 화합물 인 카바 크롤과 티몰을 사용하여 최대 4 로그 감소 (99.99 %)로 4 가지 인간 병원체에 대한 효과적인 보호를 보장합니다. 이러한 병원체는 생물학적 위험 실험실에서 사용되는 실험실 코트에서 자주 검출됩니다.
처리된 직물은 또한 90%의 미생물 감소로 최대 10회의 세탁 사이클에 저항하여 의도한 용도에 충분합니다. 실험실 코트 사용의 일반적인 시나리오를 더 잘 나타내기 위해 기존 표준 직물 테스트를 수정했습니다. 이러한 개선을 통해 항균 실험실 코트의 효과를 보다 정확하게 평가하고 짧은 시간 내에 중화해야 하는 우발적인 미생물 유출의 운명을 시뮬레이션할 수 있습니다. 일반 보호 코트와 비교하여 항균 실험실 코트에서 시간 경과에 따른 병원균 축적을 조사하기 위한 추가 연구가 권장됩니다.
Introduction
보호용 흰색 코트는 미생물학 실험실 및 의료 시설에서 필수 개인 보호 장비(PPE) 품목이며 병원균, 유출 및 화상에 직접 노출되지 않도록 보호합니다. 이러한 면 코트는 많은 요인으로 인해 미생물 성장을 촉진합니다 – 직조된 직물은 부착 부위 및 통기를 제공하며, 면과 전분은 사용자로부터 박리된 상피 세포와 함께 제조 공정에 사용되어 영양분을 공급하며, 사용자와의 근접성은 따뜻함과 습기를 제공합니다. 직물에 미생물이 축적되면 알레르기 및 병원 감염, 불쾌한 냄새 및 직물 변질과 같은 건강 문제가 발생할 수 있습니다1.
일반 의복과 달리 보호 코트는 많은 설문 조사 2,3에서 볼 수 있듯이 자주 세탁하거나 소독하지 않습니다. 많은 연구들은 실험실 외투가 미생물 전파의 매개체로 작용한다는 증거와 의료 환경에서 병원 감염의 위험성을 보여준다2,4, 특히 메티실린 내성 황색포도상구균(methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA)과 같은 내성 균주3; 따라서 미생물 오염으로부터 보호하기 위한 PPE의 건강 문제를 제기합니다. 생물 안전 레벨 2 (BSL-2) 시설 또는 미생물학 교육 실험실의 맥락에서 실험실 코트 관련 감염에 대한 단면 연구는 충분하지 않지만 많은 규제 당국은 격리 수준 내에서 실험실 코트 사용을 제한합니다. 그러나 북미의 많은 학술 기관은 시설 내 세탁 및 보관과 같은 실질적인 제약으로 인해 요구 사항을 충족하기 위해 고군분투하고 있으며, 카페테리아 및 도서관과 같은 공공 장소에서 실험복을 착용하는 사건이 일반적입니다. 이러한 문제에 대한 한 가지 실용적인 해결책은 섬유 마감재에 항균제를 적용하는 것입니다.
항균 직물은 주로 체취를 줄이기 위한 운동복, 활동복 및 양말에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 그러나 일부 은도금 면 마스크와 의료용 의류를 제외하고는 PPE 개발에서 이러한 직물을 사용하는 것이 일반적이지 않다5. 우리는 BSL-2 실험실에서 발견되는 일반적인 병원체를 억제하고 일반적인 병원체의 교차 오염으로부터 효과적인 보호를 제공하는 실험실 코트용 항균 직물의 개발을 보고합니다.
현재 다양한 항균 직물 및 마감재가 시판되고 있지만, 이들 중 대부분은 중금속 콜로이드 입자(예: 은, 구리, 아연), 유기금속 또는 트리클로산 및 4차 암모늄 화합물과 같은 합성 화학 물질을 사용하며, 이는 환경 친화적이지 않으며1 피부 자극 및 알레르기와 같은 건강 문제를 유발할 수 있다6. 일부 합성 제제는 정상 세균총과 같은 비표적 미생물 또는 항생제 내성(AMR) 유도로 인해 우려를 제기합니다. 미국 식품의약국(FDA)은 상업용 항균 직물을 규제하며, 이는 사용자에게 무독성이고 환경 독성이 없어야 합니다. 따라서, 광범위한 미생물을 억제하는 천연 살생물제에 기초한 항균 직물이 바람직하다. 에센셜 오일(EO)은 항균 및 치료제로 널리 사용되지만, 항균 마감재에서의 사용은 이들의 내구성 6,7,8로 인해 제한적이다. 나노 허브 마감처리에 대한 당사의 지식과 시장 조사에 따르면 8 허브 기반 항균 원단은 상업적으로 이용 가능하지 않다. 합성 코팅은 제조가 쉽고 내구성이 길기 때문입니다. 연구 목적으로만 보고된 나노 허브 코팅 직물로는 님7, 모링가 9, 카레 잎9 등이 있다.
본 연구는 오레가노 EO에서 추출한 두 가지 생리 활성 성분인 카바크롤과 티몰을 사용하는데, 이는 광범위한 박테리아 병원체와 바이러스에 효과적이지만 일반적으로 인간에게 안전한 것으로 알려져 있다10. 그러나 이러한 생리 활성 성분은 휘발성이므로 직물에 직접 적용하면 항균 잠재력이 짧습니다. 나노 허브 캡슐화는 생리 활성 성분 또는 약물이 환경 분해로부터 코어를 보호하는 고분자 쉘 내부에 적재되어 유통 기한을 향상시키는 과정입니다. 또한, 일반적으로 10 nm 내지 100 nm 범위의 중합체 입자의 작은 크기는 적용의 효능을 향상시키고, 직물 상으로의 생리활성 화합물의 방출을 늦춘다. 이러한 생리활성 화합물은 식품 보존(10)과 같은 다양한 목적으로 사용되지만, 섬유 코팅에는 사용되지 않는다.
많은 고분자 봉지재 중에서 키토산은 무독성, 생분해성, 점막접착성 및 생체 적합성과 같은 많은 특성으로 인해 매력적인 후보입니다11. 조개껍데기와 곰팡이 세포벽에서 발견되는 키틴의 탈아세틸화 과정을 통해 얻은 천연 다당류입니다. 약물 또는 단백질 전달(11,12,13), 방출 제어(14) 및 항균 필름(10)과 같은 생화학 및 식품 보존 용도에 사용된다. 키토산은 물에 쉽게 용해되지 않지만 산성 매질에서 콜로이드 현탁액을 형성합니다. 생리활성 분자는 간단한 2단계 이온성 겔화 방법14,15,16에 의해 키토산 나노입자(NP)에 로딩됩니다. 이 과정에서 카바크롤 및 티몰과 같은 소수성 생리활성 화합물은 계면활성제인 Tween 80의 도움을 받아 수중유 에멀젼을 형성합니다. 이어서, 폴리음이온성 화합물인 펜타소듐 트리폴리포스페이트(TPP)를 사용하여 다양이온성 고분자 분자와 TPP 분자의 인산기를 따라 아미노기 사이의 가교결합을 형성하여 복합체를 안정화시킨다. 이 복합체화 과정은 키토산 매트릭스 내의 생리 활성 화합물을 고형화하고, 이후 정제되어 면 견본에 코팅되어 항균 직물을 생산합니다.
나노 제형은 직물에 적용하기 전에 에멀젼 형태의 항균 효과에 대해 먼저 테스트해야 합니다. 이는 Kirby-Bauer 디스크 확산, 웰 확산 및 실린더 플레이트 분석과 같은 정성적 방법에 의해 편리하게 평가될 수 있다. 그러나, 실린더 플레이트 분석(17 )은 제형의 다양한 부피를 로딩하고 클리어런스 영역을 비교할 수 있는 유연성을 제공한다. 이 방법에서, 항균 제제는 스테인레스 스틸 실린더에 적재되고 시험 미생물 또는 병원체로 접종되는 부드러운 한천 층에 놓인다. 시험 유기체에 대해 생성된 클리어런스 영역의 직경은 항균 제제의 억제 가능성에 비례하므로 브로스 희석 방법의 대안으로 사용할 수 있습니다. 그러나 클리어 존의 크기는 특정 표준이 유지되지 않는 한 특정 플레이트 내에서 비교 또는 정성적 측정일 뿐입니다. 항균제는 병원체의 성장을 억제 (생체 정적)하거나 세포를 죽이거나 (살 생물) 병원체에 대해 작용하며, 이는 각각 최소 억제 농도 (MIC) 및 최소 살균 농도 (MBC)로 정량화 할 수 있습니다. 그러나, 생리활성 화학물질의 효능 및 거동은 그들의 제형(액체 상태)과 직물과 같은 기재 상에 코팅될 때 상이하다(18). 이는 직물에 대한 항균제의 부착 안정성, 수분 함량, 기질 유형 및 미생물 부착과 같은 여러 요인이 효능에 중요한 역할을 하기 때문입니다. 의도된 목적이 정균 활성뿐인 경우, “평행 줄무늬 방법”19 과 같은 정성 분석을 통해 확산성 항균 제제를 비교적 빠르고 쉽게 평가할 수 있습니다. 그러나 살균 효과를 결정해야 하는 경우 “섬유 재료에 대한 항균 마감 평가”20 를 사용할 수 있으며, 이는 스파이크된 병원체의 로그 감소를 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
살 생물 제의 항균 효능은 통상적으로 최소 억제 농도 (MIC) 및 최소 살균 농도 (MBC)와 같은 정량 분석에 의해 테스트되며, 여기서 박테리아는 24 시간 동안 항균 액체에 담근다. 그러나 이러한 분석은 액체 계면이 부족하고 살생물제가 직물 섬유를 따라 천천히 확산되는 코팅된 직물에는 적합하지 않습니다. 따라서 AATCC 147, ISO 20645, AATCC 100 및 JIS L 1902와 같은 많은 표준 직물 테스트가 설정되었습니다…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 캐나다 센테니얼 칼리지의 “응용 연구, 혁신 및 기업가 정신 서비스”(ARIES)의 자금 지원을 받았습니다.
Materials
| Acetic acid | Millipore Sigma | 64-19-7 | |
| Antibiotic base agar | BD Difco | DF0270-17-4 | Also known as Antibiotic Medium 2 |
| Antibiotic seed agar | BD Difco | DF0263-17-3 | Also known as Antibiotic Medium 1 |
| Blood Agar (Nutrient Agar with 5% Sheep Blood) | Donated by CFIA | ||
| Bromcresol Purple Lactose Agar | Donated by CFIA | ||
| Candida albicans | ATCC The Global Bioresource Center | ATTC 10231 | |
| Carvacrol | Millipore Sigma | 282197 (CAS# 499-75-2) | |
| Centrifuge Allergra X-22R Centrifuge | Beckman Coulter | Model # X-22R | Refrigerated. Wait at least 20 min or until the temperature reach the set low value (e.g., 4 °C) as the refrigeration takes time. |
| Chitosan Medium Molecular Weight (CS) | Millipore Sigma | 448877 (CAS # 9012-76-4) | |
| Clamshell Heat Press | Intiva | IM1200 | |
| Escherichia coli (E. coli) | ATCC The Global Bioresource Center | ATTC 23725 | |
| Incubator | Thermo Scientific | 1205M34 | |
| Letheen Broth | BD Difco | DF0681-17-7 | Used to neutralize antimicrobial effects. Product from different manufacturers may require to add Polysorbate 80, which is already added in Difco product. |
| Milli Q water | Millipore Sigma | ZR0Q16WW | Deionized water |
| Mueller-Hinton Agar | BD Difco | DF0252-17-6 | |
| Pentasodium tripolyphosphate (TPP) | Millipore Sigma | 238503 (CAS# 7758-29-4) | |
| Phospahte Buffered Saline (PBS) | Thermo Scientific | AM9624 | |
| Pseudomonas aeruginosa | ATCC The Global Bioresource Center | ATTC 9027 | |
| Sabouraud Dextrose Agar | BD Difco | DF0109-17-1 | |
| Shaking incubator/ Thermo shaker | VWR | Model# SHKA2000 | |
| Staphylococcus aureus | ATCC The Global Bioresource Center | ATTC 6538 | |
| Thymol | Millipore Sigma | T0501 (CAS# 89-83-8) | |
| Trypticase Soy Agar | BD Difco | 236950 | |
| Trypticase Soy Broth | BD Difco | 215235 | |
| Tween 80 | Millipore Sigma | STS0204 (CAS # 9005-65-6) | |
| UV-Vis Spectrophometer | Thermo Scientific | GENESYS 30 (840-277000) |
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