생체모방 바이

May 03, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13290(2023) 이 기사 인용

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잠자리 날개의 표면 구조 디자인을 대략적으로 모방함으로써 MgO/Mg(OH)2의 새로운 이상 3D 나노꽃이 전기방사 기술을 통해 성공적으로 합성되었습니다. 3D 나노꽃은 상업용 멜라민 스펀지 위에 코팅되었으며 SEM, XRD, FTIR 및 EDS로 광범위하게 특성화되었습니다. 뚜렷하고 조밀한 3D 나노 꽃잎의 형성은 SEM 이미지에 의해 밝혀졌으며, 평균 꽃잎 두께와 인접한 꽃잎 사이의 평균 거리는 각각 36nm와 121nm인 것으로 나타났습니다. 합성된 3D 나노 꽃으로 코팅된 멜라민 스폰지의 살균 활성은 5가지 다른 박테리아(Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae 및 Pseudomonas aeruginosa)에 대해 평가되었습니다. 이 연구는 그람 양성균과 그람 음성균에 대해 MgO/Mg(OH)2 3D 나노꽃 코팅 MS의 중요한 살균 활성을 입증했습니다. 그럴듯한 살균 메커니즘에는 봉투 변형, 침투 및 산화 스트레스 유도가 포함됩니다. 이 연구는 특히 의료 기기에서 병원성 세균 감염과 관련된 위험을 줄이는 능력을 갖춘 새로운 생체모방 생체재료를 소개합니다.

항균 표면은 연간 약 50억~100억 달러에 달하는 이식 의료 기기와 관련된 감염을 줄이기 위한 생의학 응용 분야에서 수요가 높습니다1. 산화티타늄, 산화아연, 산화은과 같은 여러 나노입자는 광범위한 박테리아 균주에 대해 합리적인 살균 활성을 보여주었습니다2,3. 그러나 인체 내 중금속 원소 기반 나노입자의 축적과 관련된 세포 독성 효과는 살균제로 사용하는 것에 대해 심각한 우려를 불러일으켰습니다4,5. 은 및 항생제와 같은 살생물제로 생의학 장치를 코팅하는 것은 전통적인 생화학적 접근 방식이지만; 동시에 항생제를 과도하게 사용하면 박테리아의 약물 내성이 생겨 만성 감염이 발생합니다6. 의료용 임플란트 수술을 받은 환자의 거의 10%가 급성 세균 감염으로 발전하여 미국에서 평균 10만 명이 사망하는 것으로 추산됩니다7. 생체의료용 임플란트-조직 경계면에 감염이 발생하면 2차 수술을 통해 의료 기기 및/또는 임플란트를 제거하는 것이 불가피합니다. 이는 환자에게 불편함을 줄 뿐만 아니라 의료 비용도 증가시킵니다8. 항생제의 과도한 사용으로 인해 항생제 내성 박테리아 균주의 출현이 계속 증가함에 따라 새로운 항균 전략과 살균제를 발견할 필요성이 생겼습니다9.

지난 10년 동안 나노 규모의 표면 변형은 공학적 항균 지형 생성을 위한 새로운 경로를 제공했습니다10. 예를 들어 홈, 능선 및 잔물결 기반 구조는 박테리아 부착을 줄여 생물막 형성을 완화하는 데 엄청난 잠재력을 보여주었습니다 10,11. 최근 매미, 잠자리 등 곤충 날개 표면에 나타나는 자연적으로 발생하는 고종횡비 나노구조의 살생물 활성이 발견되면서 새로운 항균 나노물질 지형에 대한 연구가 촉발되었습니다12. 부착된 병원체와 나노규모 지형 사이의 물리적 상호작용은 그러한 표면의 항균 활성을 촉진합니다. 곤충 날개 외에도 자연적으로 발생하는 생물 부착 방지 및 자가 세척 표면에는 벼잎14, 연꽃 잎15, 도마뱀 가죽16 및 상어 피부17,18이 포함됩니다. 천연 소재의 살균 나노 구조에서 영감을 받아 티타늄19,20, 금21, 다이아몬드22, 블랙 실리콘23 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)24를 사용하여 나노 돌출부가 성공적으로 개발되었습니다. 거의 모든 인공 나노 구조는 그람 양성균과 그람 음성균 모두에 대해 탁월한 살생 활성을 나타냅니다.