14-방사선(dh)

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이재 어
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1 Journal of Radiation Industry 7 (1) : 87~91 (213) Review Paper 방사선이용항균성천연추출물함유하이드로겔제조및특성연구 권희정 * 박은지 1 최종배 임종영 정진오 신영민정성린 박종석 임윤묵 한국원자력연구원첨단방사선연구소공업환경연구부 1 ( 주 ) 큐젠바이오텍 Radiation Preparation and Characterization of Antimicrobial Hydrogels Hui-Jeong Gwon*, Eun Ji Park 1, Jong-Bae Choi, Jong-Young Lim, Jin-Oh Jeong, Young Min Shin, Sung In Jeong, Jong-Seok Park and Youn-Mook Lim Research Division for Industry & Environment, Korea Atomic Energy Research Institute, Jeongeup , Korea 1 Quegenbiotech, Co., Ltd, Incheon , Korea Abstract - Taraxacum platycarpum (TP) has been used for years without restriction on usual dose for its non-toxic nature and nonexistence of the side effects. To develop antimicrobial hydrogel, poly (vinylalcohol) (PVA) hydrogels containing the aqueous extracted TP as an antimicrobial agent were prepared by using gamma-rays irradiation. The antimicrobial activities of the s were tested against Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis by disc diffusion method. The inhibition zones (IZ) of the TP extracts and s against S. aureus were 16 mm and 2 mm and against S. epidermidis was 1 mm and 13 mm, respectively. In conclusion, the that has an excellent antimicrobial activity was proved to be a valuable material for functional skin care. Key words : Antimicrobial hydrogel, Taraxacum platycarpum, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Gamma-ray irradiation 서 피부질환의예방, 개선또는치료를목적으로항균성천연물질을함유한하이드로겔이많이사용되고있는 론 * Corresponding author: Hui-Jeong Gwon, Tel , Fax , . hjgwon@kaeri.re.kr 데, 하이드로겔은습윤상태가지속적으로요구되는화상치료또는피부재생을목적으로사용되는재료로서대개 6% 이상의수분이함유되어있다 (Hassan and Peppas 2; Martens and Anseth 2). 하이드로겔은체액을잘흡수하고, 박테리아로부터감염을막을수있으며, 상처또는피부에탈부착이용이하다는장점이있고, 투명성과산소투과성이좋을뿐만아니라, 약물제어가가능하고, 취급이용이하여사용이계속증가하고있다 87

2 88 권희정 박은지 최종배 임종영 정진오 신영민 정성린 박종석 임윤묵 (Gwon et al. 21). 이러한하이드로겔은방사선을이용하여기존의화학적가교법과비교시인체에유해한가교제나개시제의사용없이매우효과적으로제조할수있다. 또한방사선조사선량을조절하면조성물의변화없이손쉽게원하고자하는물리적특성에맞게조절할수있다 (Park et al. 21). 국화과 (Compositae) 의여러해살이풀인민들레 (Taraxacum platycarpum) 는전세계적으로분포되어있으며, 국내에서일반적으로포공영 ( 浦公英 ) 이란한약재명으로알려져있다 (Kim et al. 2). 민들레는 hydroxycinnamic acid와같은페놀류 (phenolic) 화합물과비타민 C, tocopherol 등비타민류가함유되어있는것으로알려져있으며, 뿌리에는 taraxasterol, β-sitosterol 등많은식물성스테로이드화합물과 chlorogenic acid, caffeic acid 등의페놀류 (phenolic) 화합물을함유하고있는것으로보고되고있다 (Cheong et al. 1998; 신승렬 1999). 민들레는병충해의피해를거의받지않고생명력이몹시강하여뛰어난약성을지니고있어급성편도선염, 기관지염, 위염, 대장염, 피부염등의염증성질환, 소화불량, 변비, 해열, 살충등에효과가있는것으로알려져있다 ( 한영실등 1998). 특히민간에서는민들레추출물을이용한여드름및화농성피부질환의개선및치료에도많이이용되고있어 (Jeong et al. 1991; Kim et al. 1998), 본연구에서는방사선가교기술을이용하여천연추출물인민들레가함유된하이드로겔을제조하여피부위생에관련하는미생물및피부상재균의생성억제및항균활성에대해알아보고자하였다. 재료및방법 1. 시약및재료실험에사용한민들레 (Taraxacum platycarpum) (TP) 의건초는신흥과학상사에서구입하여사용하였다. 하이드로겔제조에사용된 Poly(vinyl alcohol) (PVA) 은분자량 85,~124,인것을 Aldrich사 (WI, USA) 에서구입하여별도의정제과정없이사용하였다. 모든실험에서물은 3차증류수를사용하였다. 2. 민들레추출물제조방법민들레전초 5g을 3차증류수 (5 ml) 에넣고, 24시간동안 8 C 에서열수추출하여민들레열수추출물 (TP) 을제조하였다. 필요한경우에는냉동건조시킨분말을녹여사용하였다. 3. 하이드로겔의제조민들레열수추출물 (8 wt%) 과 PVA (2 wt%) 를혼합하여 12 C 에서 2분간 autoclave에서용해시켰다. 제조된용액을 petri dish (1 cm 1 cm) 에 2 mm 두께로부어성형한후, 영하 76 C 에서 3분간냉동한후다시상온으로융해하여 1차적으로물리적가교구조를형성하게하였다. 물리적가교를이룬하이드로겔을포장하여총선량 25 kgy, 선량율 1 kgy h -1 로감마선 ( 6 Co) 을조사하여하이드로겔가교및멸균된민들레추출물함유하이드로겔을제조하였다. 4. 실험균주및배지항균활성측정을위해사용한균주는 KCTC (Korean Collection for Type Culture) 에서구입하여 5% glycerol stock으로 6 C deep-freezer에보관하였다. 실험전균주.1 ml을액체배지 1 ml에접종하여 24시간 35 C 에서배양하였고, 이배양액에서.1 ml를새로운배지 1 ml 에접종하여 18시간동안 2차배양하여활성화시킨후실험에사용하였다. 이때사용한활성배지로는 Nutrient Broth (Difco, NB) 를사용하였다. 5. 항균활성먼저시험균주로는주요피부상재균과관련원인균인 Staphylococcus aureus와 Staphylococcus epidermidis를대상으로시험하였다. 항균활성측정을위해 paper disc 법을이용하였다. NB에서배양한각균주를각각의선택배지가분주된멸균된 petri dish에균일하게섞은후실온에서굳혔다. 굳은배지위에민들레함유하이드로겔 ( 직경 9mm 두께 2 mm) 을올려놓고, 이것을 35 C 배양기에넣어 24시간동안배양시켰다. 그후paper disc (8 mm) 주변에형성된성장저지환 (inhibition zone, mm) 의크기를측정하여항균활성정도를측정하는것으로, 이때성장저지환의크기가클수록항균효과가뛰어난것으로평가된다. 6. 하이드로겔의겔화율측정제조된하이드로겔의가교도를알아보기위해겔화율을측정하였다. 진공오븐에 65 C, 48 hr 동안하이드로겔을건조한후, 무게를측정하였다. 이무게가초기무게 (W i) 이다. 가교에참여하지않은고분자를제거하기위해건조된하이드로겔을 3차증류수에 48 hr 침지시킨다. 이하이드로겔을다시진공오븐에 65 C, 48 hr 동안건조시킨다. 건조된이무게는나중무게 (W d) 이다.

방사선이용항균성하이드로겔제조 89 겔화율 (%)=W dw -1 i 7. 하이드로겔의함수율측정민들레열수추출물을함유하는피부질환개선및미용용하이드로겔로서의수분공급능력을평가하기위하여함수율을측정하였다. 제조된하이드로겔을 2cm 2 cm가되도록절단하여증류수에시간별로침지시켜하이드로겔을팽윤시켰다.

3 방사선이용항균성하이드로겔제조 89 겔화율 (%)=W dw -1 i 7. 하이드로겔의함수율측정민들레열수추출물을함유하는피부질환개선및미용용하이드로겔로서의수분공급능력을평가하기위하여함수율을측정하였다. 제조된하이드로겔을 2cm 2 cm가되도록절단하여증류수에시간별로침지시켜하이드로겔을팽윤시켰다. 이후, 하이드로겔표면의여분의물을닦은다음팽윤된겔의무게를측정하여아래와같은수학식에의해함수율 (absorption ratio, %) 을측정하였다. 팽윤된겔의무게를 W s, 팽윤된겔을진공오븐에넣어 65 C 에서 48시간건조시킨겔의무게를 W d 로나타낸다. 함수율 (%)=(W s-w d)(w d) 하이드로겔의겔강도측정제조된 TP 하이드로겔의피부질환용으로피부에부착하여이용하기에적합한강도를갖는지판단하기위한기계적물성을알아보기위하여겔강도를측정하였다. 겔강도는 INSTRON 5569 (Instron Co., USA) 를이용하여상온에서압축강도를측정하였다. 압축강도측정을위하여하이드로겔의시편두께는 1 mm±.5 mm이고지름은 1 mm으로준비하였으며각조성마다 6개의시편을제조하여측정하였다. 압축강도측정시크로스헤드 (cross head) 속도는 1 mm min -1 이었으며, 시편이 5% 변형이이루어질때의값을측정하였다. 결과및논의 1. 항균활성 Table 1에나타난바와같이민들레추출물과민들레추출물함유하이드로겔의성장저지환지름은각각 Staphylococcus aureus에서 16 mm와 2 mm이었고, Staphylococcus epidermidis에서는각각 1 mm와 13 mm이었다. 이로부터민들레추출물의항균효과는물론, 민들레추출물함유하이드로겔의경우는겔자체의우수한수분흡수및약물확산기능으로추출물단독보다는보다우수한항균효과를가지고있는것을확인할수있었다. 2. 겔화율측정 Fig. 1에감마선을조사하여제조된 TP 하이드로겔의 Table 1. Comparison of antibacterial properties of modified samples by inhibition zone test (inhibition zone, mm) Bacterial strain Only hydrogel TP extract (mm) (mm) (mm) S. aureus 16 2 S. epidermidis 1 13 Gel content (%) Only hydrogel 겔화율을나타내었다. 감마선조사선량이증가할수록겔화율이증가하는것을볼수있다. 겔화율, 즉가교도는감마선조사에의해발생한자유라디칼에의한고분자사슬간의화학적가교밀도에영향을받는다. TP 하이드로겔의기본을이루는 PVA 고분자는동결 / 융해과정을거치며물리적가교반응외에감마선조사량에의한화학적가교반응이더해져가교율, 즉겔화율은동결 / 융해횟수, 감마선조사선량이증가함에따라점차증가하는경향을나타내었다. 그러나 TP 추출물이함유된경우가교율이낮아진것은, 가교가진행되는 PVA 고분자사슬사이에서추출물의 entanglement에의해물리적가교율이낮아진것으로판단된다. 3. 함수율측정 Radiation dose (kgy) Fig. 1. Gel content of s as functions of TP concentration and irradiation dose. 함수율은방사선에의한가교밀도에의한영향을받는다. 가교밀도란중합체전부의구조단위수에대한가교점수의비율을말하는데, 가교점이많을수록가교밀도는높아지고, 가교밀도가높을수록겔내부구조는더촘촘해져서그안에수분을함유할수있는공간이줄어들게되어함수율이감소하게되는것이다 (Miranda et al. 1999; Tranquilan-Aranilla et al. 1999). Fig. 2에의하면, 민들레추출물을함유하지않은하이드로겔과함유한

9 권희정 박은지 최종배 임종영 정진오 신영민 정성린 박종석 임윤묵 35 겔강도를나타내었다. 겔강도는압축강도를이용하여시 Absorption ratio (%) 3 25 2 15 5 Only PVA hydrogel 편의변형이 5% 이루어질때까지측정하였다.

4 9 권희정 박은지 최종배 임종영 정진오 신영민 정성린 박종석 임윤묵 35 겔강도를나타내었다. 겔강도는압축강도를이용하여시 Absorption ratio (%) Only PVA hydrogel 편의변형이 5% 이루어질때까지측정하였다. 감마선가교에의해겔내부에형성되는 3차원망상구조에의한가교밀도는겔의기계적강도와비례적인관계를가지는것으로미루어볼때, 민들레추출물함유하이드로겔의경우추출물에의한가교밀도의저하로인해더낮은겔강도를나타내는것으로판단된다. 또한동결융해과정을거쳐제조된겔의경우, 감마선에의한화학적가교와더불어물리적가교에의해두배이상의더높은겔강도를나타내었으며횟수가증가할수록겔강도 도비례적으로증가하였다. Time (h) Fig. 2. Comparison of absorption ratio among PVA hydrogels with and without TP extracts. 결 론 본연구에서는방사선을이용하여민들레추출물을함 cycle 1 cycle 2 cycles 유하는항균성하이드로겔을제조하였다. 천연항균소재들중식용및약용으로널리이용되고있는민들레의 열수추출물을함유하여제조된하이드로겔은피부부 Compressive strength (kpa) 5 착용하이드로겔로사용에적합한겔강도와함수율을나타내었고, 대표적인피부상재균에대해우수한항균효과를나타내고있어향후여드름, 종기등의염증성피부질환의예방및개선용약학적또는화장료조성물로유용하게사용될수있을것으로기대된다. 사 사 Only PVA hydrogel Fig. 3. Mechanical properties of s as a function of freezo cycles. 이논문은미래창조과학부의재원으로시행하는한국과학재단의방사선기술개발사업으로지원받아수행되었으며이에감사드립니다. 하이드로겔모두수분에침지된후 3~4시간이지난후모두평형상태에도달하여일정한함수율값을유지하였다. 민들레추출물함유하이드로겔의경우약 5% 정도의더높은평형함수율값을나타내는데, 이는민들레추출물에의한 PVA 고분자사슬간의방사선가교밀도저하가주원인으로판단되며, 민들레추출물자체의수분흡수능에따른함수율상승효과도기여했을것으로판단된다. 4. 겔강도측정 Fig. 3은민들레추출물미함유및함유하이드로겔의 참고문헌 신승렬 민들레의영양성분에관한연구. 한국농산물저장유통학회 6: 한영실, 전희정, 김건희 민들레 (Taraxacum platycarpum) 추출물의항균성검색. 한국조리과학학회지 14: Cheong H, Choi EJ, Yoo GS, Kim KM and Ryu SY Desacetylmatricarin, an anti-allergic component from Taraxacum platycarpum. Planta. Med. 64: Gwon HJ, Lim YM, Nho YC and Baik SH. 21. Humectants effect on aqueous fluids absorption of γ-irradiated PVA hydrogel followed by freeze thawing. Radiat. Phys. Chem. 79:

5 방사선이용항균성하이드로겔제조 91 Hassan CM and Peppas NA. 2. Structure and applications of poly(vinyl alcohol) hydrogels produced by conventional crosslinking or by freezing/thawing methods. Adv. Polym. Sci. 153: Jeong JY, Chung YB, Lee CC, Park SW and Lee CK Studies on immunopotentiating activities of antitumor polysaccharide from aerial parts of Taraxacum platycarpum. Arch. Pharm. Res. 14: Kim KH, Chun HJ and Han YS Screening of antimicrobial activity of the dandelion (Taraxacum platycarpum) extracts. Kor. J. Soc. Food Sci. 4: Kim SD, Kim MH and Kim DH. 2. Effects of dandelion (Taraxacum platycarpum D.) extracts on the growth of lactic acid bacteria and gas formation from kimchi. Korean J. Phstharvest. Sci. Technol. 7: Martens P and Anseth KS. 2. Characterization of hydrogels formed from acrylate modified poly(vinyl alcohol) macromers. Polymer 41: Miranda LF, Lugao AB, Machado LDB and Ramanathan LV Crosslinking and degradation of PVP hydrogels as a function of dose and PVP concentration. Radiat. Phys. Chem. 55: Park KR, Kim DP and Nho YC. 21. Preparation and its application for wound dressing of gelatin hydrogel and PVP/ gelatin by radiation crosslinling. J. Korean Ind. Eng. Chem. 12: Tranquilan-Aranilla C, Yoshii F, Dela Rosa AM and Makuuchi K Kappa-carrageenan-polyethylene oxide hydrogel blends prepared by gamma irradiation. Radiat. Phys. Chem. 55: Manuscript Received: July 7, 213 Revised: July 26, 213 Revision Accepted: August 1,

09-감마선(dh)

09-감마선(dh) Journal of Radiation Industry 4 (3) : 253~257 (2010) Review Paper 감마선 조사가 포인세티아의 발근, 생육 및 색상변이에 미치는 영향 이은경* 김원희 김성태 강시용 1 국립원예특작과학원, 1 한국원자력연구원 Rooting, Growth, and Color Mutation of Poinsettias Affected