바이오메디컬 응용을 위한 은 나노입자의 캡슐화 및 pH-반응형 스마트 소재를 이용한 항균 활성과 수중 접착력이 향상된 생체재료의 제조

국문 초록 (Abstract)

상처 감염 예방과 피부 건강 관리는 의료 및 스킨케어 분야에서 지속적인 과제이며, 효과적인 항균활성과 실시간 피부 상태 진단을 동시에 제공하는 생체재료의 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 의료용 상처 드레싱과 기능성 스킨케어 응용을 목표로 두 가지 플랫폼 기술을 개발하였다. 첫 번째 시스템은 식물 추출물(캐모마일)을 환원제로 하여 은 나노입자를 합성하고, 졸-겔 방법을 통해 실리카로 캡슐화하여 면 거즈에 다층 코팅하였 다. 실리카 캡슐 내에서 은 이온이 서서히 방출되도록 설계함으로써 세포독 성을 저감시키면서도 항균 지속성을 확보하였으며, 표면 개질을 통해 색감 개선 및 표면거칠기 감소로 피부자극을 최소화하였다. 두 번째 시스템은 천연 pH 지시약인 안토시아닌을 함유한 알지네이트 하 이드로겔로, pH 변화에 따른 색 변화를 통해 피부 상태를 실시간 모니터링 하는 스마트 기능을 부여하였다. 사이클로덱스트린으로 캡슐화한 티트리오일 을 적재하여 천연 항균 효과를 동시에 제공하였으며, 우수한 수중 접착력으 로 습윤 환경에서의 피부 밀착성을 확보하였다. 두 시스템 모두에 대해 주사전자현미경(SEM)과 항균 실험(E. coli O157:H7, S. epidermidis)을 수행하여 나노 구조 특성 및 항균 성능을 평가하였으며, 90% 이상의 항균효율을 달성하였다. 본 연구의 두 플랫폼 기술은 의료용 상처 드 레싱, 약물 전달 시스템, pH-반응형 스킨케어 패치 및 개인 맞춤형 피부 건 강 모니터링 제품으로 응용 가능하다. 천연 유래 소재를 활용한 친환경적이 고 안전한 고기능성 생체재료 플랫폼으로서 의의를 가지며, 향후 헬스케어 및 뷰티케어 제품 개발의 기초가 될 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.1.1 상처 감염과 피부건강(skin health) 관리의 중요성 1
• 1.1.2 기존 드레싱 및 스킨케어(skin care) 소재의 한계 2
• 1.2 스킨케어 소재의 발전 방향 2
• 1.2.1 항균 기능성 소재 3
• 1.2.2 pH-반응형 소재 3
• 1.3 나노입자 기반 캡슐화 및 천연 지시약 기반 센싱 4
• 1.3.1 은 나노입자의 실리카 캡슐화 전략 4
• 1.3.2 티트리오일의 사이클로덱스트린 캡슐화 전략 4
• 1.3.3 천연 지시약 기반 pH-반응형 센싱 전략 7
• 1.4 연구 목적 및 의의 7
• Ⅱ. 실험 9
• 2.1 실리카 캡슐화된 은 나노입자 코팅 거즈 9
• 2.1.1 재료 9
• 2.1.2 실리카 캡슐화된 은 나노입자의 제조 및 분석 9
• 2.1.3 실리카로 캡슐화된 은 나노입자의 방출 거동 분석 12
• 2.1.4 항균 거즈의 제조 12
• 2.1.5 항균 거즈 표면의 물리적 분석: SEM, AFM 12
• 2.1.6 항균 거즈 표면의 화학적 분석: FTIR, XRD 13
• 2.1.7 항균 거즈의 유연성, 통기성, 흡수성 평가 13
• 2.1.8 항균 거즈의 항균 활성 평가 14
• 2.1.9 항균 거즈의 코팅 내구성 평가 15
• 2.1.10 항균 거즈의 세포독성 평가 15
• 2.1.11 통계 분석 15
• 2.2 pH-반응형 스마트 하이드로겔 16
• 2.2.1 재료 16
• 2.2.2 사이클로덱스트린-티트리오일 나노복합체의 제조 16
• 2.2.3 pH-반응형 스마트 하이드로겔 제조 17
• 2.2.4 캡슐화된 나노복합체의 방출 거동 분석 19
• 2.2.5 스마트 하이드로겔의 구조적 특성 분석: SEM 19
• 2.2.6 스마트 하이드로겔의 팽윤성, 표면 습윤성 평가 19
• 2.2.7 스마트 하이드로겔의 pH 에 따른 색변화 특성 19
• 2.2.8 스마트 하이드로겔의 수중 접착력 평가 20
• 2.2.9 스마트 하이드로겔의 항균 활성 평가 20
• 2.2.10 통계분석 21
• Ⅲ. 결과 및 고찰 22
• 3.1 은 나노입자 실리카 캡슐화 거즈 22
• 3.1.1 캡슐화 나노입자의 형태 및 캡슐화 효율 22
• 3.1.2 캡슐화 나노입자의 방출 거동 24
• 3.1.3 항균 거즈 표면의 물리적 특성(SEM, 색감, 거칠기) 26
• 3.1.4 항균 거즈의 화학적 특성(FTIR, XRD) 30
• 3.1.5 항균 거즈의 유연성, 통기성, 흡수성 33
• 3.1.6 항균 거즈의 항균 활성 35
• 3.1.7 항균 거즈의 코팅 내구성 38
• 3.1.8 항균 거즈의 생체적합성 40
• 3.2 pH-반응형 스마트 하이드로겔 43
• 3.2.1 캡슐화된 나노복합체의 방출 거동 43
• 3.2.2 스마트 하이드로겔의 구조적 특성 45
• 3.2.3 스마트 하이드로겔의 팽윤성, 표면 습윤성 47
• 3.2.4 스마트 하이드로겔의 pH 에 따른 색변화 50
• 3.2.5 스마트 하이드로겔의 수중 접착력 53
• 3.2.6 스마트 하이드로겔의 항균 활성 55
• Ⅳ. 결론 57
• 참고문헌 59
• Abstract 65