이산화티타늄 나노입자로 코팅된 마스크의 항균활성 평가

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18739(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

전염병을 통제하기 위해 나노기술의 다양한 응용을 통해 재료의 자가 세척 및 항균 특성을 향상시켰습니다. 이 연구의 목적은 TiO2 나노입자로 코팅된 안면 마스크의 항균 특성을 평가하는 것입니다. TiO2로 코팅된 천 안면 마스크의 항균 효능은 박테리아 현탁액(E. coli 및 S. aureus 모두에서 105 CFU)에 마스크를 접종하여 측정되었습니다. 결과는 TiO2 나노입자 용액(2%)이 E. coli 및 S. aureus의 105 CFU(5 log cfu/cm2)의 시작 접종원을 각각 1.3 및 1.68 log로 감소시켰으며 항균 활성은 3.7 및 3.34 log인 것으로 나타났습니다. , 각각. 또한, 1% 농도에서 E. coli와 S. aureus에 대한 항균활성은 각각 2.1 log와 2.01 log였으며, 저농도(0.5%)에서는 E. coli와 S. aureus에 대한 항균활성이 1.8 log로 나타났다. 각각 1.72 로그입니다. 모든 실험군의 CFU는 대조군(식염수)의 CFU보다 현저히 낮았습니다. 결론적으로, 고농도(2%)의 TiO2 나노입자 용액은 E. coli와 S. aureus에 대해 강력한 항균효과를 보였으며 그 차이는 통계적으로 유의한 반면, 저농도(0.5%와 1%)에서는 유의한 항균활성을 보였다. %) 18시간 후 TiO2 나노입자 용액. 3시간 후에도 E. coli와 S. aureus 사이의 콜로니 감소에 대해서는 통계적으로 유의미한 차이가 있었습니다. 안면 마스크에 포함된 TiO2의 항균 활성은 박테리아 감염 위험을 줄이는 데 유망할 수 있습니다.

나노기술의 발전은 물리학과 생물학, 의학, 전자, 식품, 수질, 섬유산업, 대기질, 생체역학 등 여러 분야에 큰 영향을 미칠 수 있는 유망한 기술 동향이다. 1.'로 정의된다. 미터의 10억분의 1(10-9) 부분, 즉 나노 규모(1~100nm)에서 수행되는 과학 및 기술입니다.

나노입자의 종류는 금속, 비금속, 유기, 무기 나노입자 등 다양하다. 2. 금속 나노입자의 예로는 티타늄, 구리, 은 나노입자 등이 있다. 이산화티타늄(TiO2)은 저비용, 안정성, 낮은 독성, 높은 굴절률, 높은 광학 특성, 높은 자외선 흡광도, 강한 산화환원 능력, 높은 에너지 갭(즉, 3.2~5.2eV)과 같은 독특한 특성을 가지고 있으며, 좋은 전기적, 광학적, 자기적 특성 3,4. 현미경 기술(전자현미경 또는 스캐닝 프로브 현미경)과 같은 적절한 특성화 기술5을 사용하여 크기, 모양, 표면 형태, 결정화도 및 광 흡수와 같은 나노입자의 특성을 완전히 정의하는 것이 필요합니다. 또한 광학 기술(분광학)을 사용하여 반사율, 투과도, 광화학 및 발광과 같은 나노입자 특성을 연구할 수 있습니다. 6. Brunauer-Emmett-Teller(BET), X선 회절법(XRD) 및 적외선 분광학(IR) NP 구조의 특성화를 위해 가장 광범위하게 사용되는 기술이며 나노입자의 상, 입자 크기, 유형 및 결정 특성을 설명하는 데 사용될 수 있습니다. 나노입자의 표면 품질은 응력, 표면 코팅, 경도, 변형, 마찰 및 접착성을 포함한 기계적 특성에 의해 크게 영향을 받습니다. TiO2의 특징으로는 안정성, 저비용, 무독성, 생체 적합성, 광학적 및 전기적 특성이 있습니다. 이는 주로 브루카이트, 예추석, 금홍석 등 세 가지 형태로 나타나며 구조도 다릅니다. 열역학적 시뮬레이션에 따르면 가열하는 동안 아나타제와 브루카이트는 모두 60kbar 미만의 모든 온도와 압력에서 더 안정적인 금홍석으로 변환됩니다. 7. TiO2 광촉매와 같은 나노물질은 다양한 유기 및 무기 물질의 광분해에서 놀라운 활동을 보여주었습니다. 오염물질. 유기 오염물질은 온도와 압력의 일반적인 환경에서 완전히 무해한 물질로 분해될 수 있기 때문에 광촉매는 머지않아 다양한 유형의 오염물질을 처리하는 가장 효율적인 방법 중 하나가 될 것으로 예상됩니다. 제초제, 카르복실산, 알코올 등 오염물질은 이산화탄소, 물, 단순 광물로 완전히 분해될 수 있다. 8. 광촉매는 금홍석에 적합한 입자 크기, 모양, 결정성, 아나타제 등 특정 품질을 가져야 한다. 비율이 특히 효과적입니다. TiO2 나노입자를 제조하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 방법으로는 전착법, 역미셀법, 졸-겔법, 금속 유기 화학 기상 증착법, 화염 연소법, 기체상(에어로졸) 합성, 수열법, 침전에 의한 습식 화학 합성 등이 있습니다. 염의 수산화물 및 마이크로에멀젼 매개 방법 9. 졸-겔 공정은 재료 과학 및 세라믹 공학 분야에서 주로 사용되는 습식 화학 기술입니다. 이는 전구체 용액이 물에 의해 유도되는 중합반응을 통해 무기고체로 전환되는 것으로 정의할 수 있다. 10. 가수분해는 기본적으로 액체 내 콜로이드 입자의 분산인 졸을 형성하고, 응축은 겔의 형성으로 이어진다. 위에서 논의한 방법과 비교하여, 졸-겔 공정은 낮은 공정 온도(< 100°C)와 분자 수준 조성 균질성을 사용할 수 있기 때문에 무기 및 유기-무기 하이브리드 나노물질의 합성 및 제조에 매우 유망합니다. 졸-겔 방법을 사용하면 입자 크기와 모양을 쉽게 제어할 수 있습니다. 졸-겔 공정은 균일한 크기의 미세한 구형 분말을 생성하며 TiO2 물질을 합성하는 데 널리 사용되어 왔으며 일반적으로 티타늄(IV) 알콕사이드의 산 촉매 단계를 통해 진행됩니다 11. 졸-겔의 가장 매력적인 특징 중 하나 공정은 결과 물질을 섬유, 필름, 단분산 분말과 같은 원하는 형태로 성형할 수 있는 가능성입니다. Mehrotra와 Singh이 제안한 것처럼 최종 형태를 제어하기 위해 졸-겔 공정에 여러 단계와 조건이 적용됩니다. 미생물을 죽이기 위한 광촉매로 TiO2를 사용하는 것은 오랫동안 알려져 왔습니다. 12. 항균 특성 및 메커니즘 먼지, 냄새를 분해하고 제거하며 박테리아를 죽이는 광촉매 특성으로 인해 광범위하게 적용되는 TiO2 나노입자를 포함하여 나노기술에 대한 논의가 널리 이루어졌습니다. 이 기술의 메커니즘은 적절한 파장의 빛에 노출되었을 때 광촉매 과정에서 TiO2 분자 표면에 반응성 슈퍼옥사이드 라디칼(O2- 및 ·OH)이 생성되는 것에 달려 있습니다 13,14,15. 산소 방사는 다양한 메커니즘을 통해 박테리아 세포에 영향을 주어 사망에 이르게 합니다. 두 유형의 박테리아 모두 항균 나노입자에 대한 반응이 서로 다릅니다. 소독은 병원성 미생물을 제거하는 데 사용되는 치료 절차로 정의되지만 박테리아 포자를 제거할 수는 없습니다16. 최근 수십 년 동안 나노입자 형태의 TiO2는 광범위한 항균 활성을 갖는 것으로 알려져 있습니다17,18. 천 마스크는 통기성 병원체(세균 또는 바이러스)로부터 보호하기 위해 사용되는 소재입니다. 19. 전체 마스크, 하프 마스크, 쿼터 마스크로 분류됩니다. 안면 마스크의 필터링 효율은 안면 마스크 재료(20)의 밀도에 따라 서로 다릅니다. 정기적인 교환 없이 안면 마스크를 계속 사용하면 부적절한 세척으로 인해 온도와 습도가 습기를 유발하여 미생물 군집이 형성되기 때문에 잠재적으로 표면이 오염될 수 있습니다. ; 또한 부적절하게 사용하면 병원균이 확산될 위험이 있습니다 21,22,23,24,25. 안면 마스크 폐기로 인해 폐기물이 엄청나게 증가했으며 이는 "전염 위험이 있는 위험"으로 분류되었으며 안면 마스크는 생물학적 위험으로 폐기됩니다 26. 나노입자는 광범위한 유기체를 죽일 수 있는 것으로 나타났습니다. 세포벽과 외피가 다르기 때문에 소독제에 대한 저항성이 다른 그람 음성균과 그람 양성균을 포함합니다. 27 또한 바이러스, 곰팡이, 조류, 원생동물을 포함한 많은 다른 유기체도 다음과 같은 것으로 나타났습니다. TiO2 나노입자에 의해 사멸됩니다 12. 이러한 나노입자는 안면 마스크 소독에 유용한 것으로 나타났습니다 16,17. TiO2로 코팅된 안면 마스크는 코로나19와 같은 전염병을 통제하기 위한 향상된 자가 세척 및 항균 특성을 위해 널리 적용됩니다. 28 이 논문은 TiO2 나노입자로 코팅된 안면 마스크의 항균 특성을 평가하는 것을 목표로 합니다.