항균성 은의 독성을 감소시키는 방법 개발

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-02-25

헬싱키대학의 화학자들은 새로운 고분자-안정화 은 나노입자의 제조에 관한 연구를 진행하여 왔다. 그 결과가 중요한 이유는, 은의 항균 특성으로 인해 직물, 바닥코팅 및 페인트에 사용되고 있지만 은 나노입자가 인체에 미치는 영향에 대한 것이 완전히 알려져 있지 않고 있다. 연구팀은 이제 은에 노출되면 화학적으로 나노입자가 고분자에 결합하는 능력이 감소될 수 있다고 생각하고 있다. 본 연구결과는 Colloid and Polymer Science 지에 게재되었다. 나노입자는 연구 및 일상생활 분야에서 많은 논쟁을 불러 일으키고 있다. 반면 은의 항균특성은 오랫동안 잘 알려져 왔으며 많은 상품에서 이용되고 있다. 슈퍼마켓은 은 혹은 은 입자를 포함한 수 많은 제품을 판매하고 있다. 항균 직물, 용기, 샤워커튼, 바닥코팅, 페인트 및 접착제 등에 이용되고 있다. 콜로이드 은 용액(Colloidal silver water)뿐만 아니라 크림, 탈취제 및 상체 드레싱 제품 등 내외용으로 이용되고 있다. 미국의 경우, 은 나노입자를 포함한 새로운 살충제가 안전성 문제로 이슈가 되고 있다. 문제는 은 나노입자에 대한 독성 정보를, 은 이온이나 금속 은의 독성 정보를 기반으로 이끌어내도 되느냐는 것이다. 헬싱키 대학의 연구팀이 개발한 방법은, 은의 독성을 감소시키는 해법이 되고 있다. 나노입자는 안정화 혼합물의 존재 하에서 금속 염, 이 경우 질산은(silver nitrate)을 환원시키는 다양한 기법에 의해 제조된다. 고분자-안정화 은 나노입자는 헬싱키대학의 고분자화학연구소에서 성공적으로 제조되었다. 제조공정에 사용된 안정화 혼합물은 반응성 thiol 말단 기를 갖는 고분자이다. Thiol 그룹은 은과 효과적으로 결합하여 은 나노입자의 고분자와의 결합과 효과적인 콜로이드 안정화를 가능하게 한다. 고분자 자체는 유연하고 고무와 같은 아크릴레이트이며, 이것은 수용성 성분을 포함하고 있어서 은 이온이 다른 소수성 코팅으로부터 방출되는 것을 가능하게 한다. 아이디어는, 이런 은 나노입자가 코팅이나 그것의 성분으로 사용될 수 있다는 것이다. 은이 미생물에 미치는 독성과 관련된 많은 메커니즘이 밝혀지고 있다. 은 이온은 세포 내에서 단백질의 thiol 그룹과 반응하는 것으로 알려졌다. 또한 은 이온은 DNA의 복제를 억제함으로써 DNA를 손상시킨다. 은의 물에 거의 용해되지 않은 염을 형성하는 능력은 메커니즘에서 큰 비중을 차지한다. 염소 이온이 세포질에서 염화은으로 침전하게 되면 세포호흡이 방해 받게 된다. 은 나노입자의 항균 효율도 잘 알려져 있으며, 특히 대장균과 같은 그람 음성균에 효과적이다. 은 나노입자는 은 이온을 방출하고 세포로 침투하면서 효과를 나타낸다. 은, 은 이온 및 은 나노입자는 일반적으로 인체에 무해한 것으로 인식되어 왔다. 그러나 가장 최근의 연구에 의하면, 나노입자는 포유동물의 세포를 통과하여 유전자형(genotype)에 영향을 미칠 수 있다고 한다. 또한 은 나노입자가 세포함입(endocytosis) 작용을 통해 능동적으로 세포 내로 유입된다는 것도 밝혀졌다. 세포 내에서 세포 호흡작용으로 생성된 과산화수소는 은 나노입자를 산화시키고 은 이온을 방출하여 결국 독성을 증가시키게 된다. 따라서 은 나노입자는 세포 혹은 유전자에 독성이 있다. 게다가, 은 나노입자는 구멍을 통해 피부 및 선(gland)으로 침투할 수 있다. 만약 피부가 손상되면, 피부로 인한 은 입자의 유입이 더욱 촉진된다. 따라서 은 나노입자를 포함하고 있는 코팅에서 나노입자가 방출되지 않는 것은 중요하다. 연구팀에 따르면, 코팅의 영향이 물질로부터 방출되는 은 이온에만 국한되어서는 안 된다고 한다. 결과적으로 나노입자는 가능한 코팅에 부착된 상태로 유지되어야 하며, 이로써 은 입자에의 노출가능성을 감소시킬 수 있게 된다. 첨부그림#1> 은 나노입자를 안정화시키는데 사용된 세 가지 다른 종류의 고분자에 대한 개념도. 노란색은 공중합체인 poly (BuA-co-MMA), 파란색은 PAA[poly(acrylic acid)]이고 붉은색은 thiol 그룹을 나타낸다. 첨부그림#2> 공중합체인 poly (BuA-co-MMA)로 안정화된 은 나노입자의 투과전자현미경 사진 References: 1) Erickson B.E. (2009) Nanosilver pesticides. Chemical and Engineering news, 87, 48, 25-26. 2) Niskanen, Jukka; Shan, Jun; Tenhu, Heikki; Jiang, Hua; Kauppinen, Esko; Barranco, Violeta; Pico, Fernando; Yliniemi, Kirsi; Kontturi, Kyosti. Synthesis of copolymer-stabilized silver nanoparticles for coating materials. Colloid and Polymer Science, in press. DOI: 10.1007/s00396-009-2178-x Three different polymers.png Stabilized nanoparticle.png 출처 : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2010-02/uoh-tto022410.php