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1. 항균작용을 가진 재료
무기계 항균제는 은을 시작으로 항균성 금속을 각종 무기계 담체에 담지 시킨 것이다.
이런 무기계 항균제는 유기계 항균제에 비하여 일반적으로 안전성이 높고, 기타 폭넓은 항균 스펙트럼성, 내구성, 내열성이 우수한 것으로 알려져 왔다.
그러나 유기계 항균제 중에는 열에 의한 분해, 다이옥신 등을 발생시키는 문제도 있으나 일반적으로 단시간 내에 효과를 발휘하는 장점도 있다.
[Fig 1]에 표시된 바와 같이 미량의 은 이온을 시작으로 다른 금속에도 같은 모양의 항균작용이 있음을 보여 준다(*2).
이런 효과를 극미량작용(Oligodynamic Action)이라고 한다.
그러나 실제 사용면에서는 수은, 카드늄 등의 중금속은 안전성에 문제가 있기 때문에 실제 사용 가능한 것은 은, 동, 아연 정도다.
[Fig 1] 대장균(Typhus균 - Salmonella Typhii)의 생존에 미치는 각종 금속 이온의 농도
- 최소 발육 저지 농도 -
| 금속이온종류 |
MIC |
금속이온종류 |
MIC |
| Na+ |
1.0 |
K+ |
1.0 |
| NH4+ |
1.0 |
Ll+ |
0.5 |
| Sr++ |
0.5 |
Ca++ |
0.5 |
| Mg++ |
0.25 |
Ba++ |
0.25 |
| Mn++ |
0.12 |
Zn++ |
1.0x10-3 |
| Al+++ |
1.0x10-3 |
Fe++ |
1.0x10-3 |
| H+ |
1.0x10-3 |
Pb++ |
5.0x10-4 |
| Ni++ |
1.2x10-4 |
Co++ |
1.2x10-4 |
| Au+ |
1.2x10-4 |
Cd++ |
6.0x10-5 |
| Cu++ |
1.5x10-5 |
Hg++ |
2.0x10-6 |
| Ag+ |
2.0x10-6 |
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(*2) 신 살균공학 실용 핸드북, 467, Science Form (1991)
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2. 항균의 메카니즘
은의 항균성 메카니즘에 대하여는 완전한 결론을 얻을 수 없다. 현재까지 많이 알려진 2가지의 유력한 설은 [은 이온설]과 [활성산소 관련설]이다.
| (1) 은 이온설 |
은 이온이 항균기능을 발휘하는 본질은 아무래도 은 이온과 -SH基(Sulfhydryl기)의 반응으로 알려져 왔다.
은 이온은 -SH기를 갖는 아미노산으로 된 Cystein(HS-CH2-CH(-NH2)-COOH)과 강하게 결합한다.
기타 같은 방법으로 Glutathione(-SH기를 갖고 있는 Tripeptide)도 Cystein과 강하게 결합한다.
은 이온의 살균작용에 대하여 은의 전위적정(電位滴定)의 수법부터 은의 거동을 해석한 椿 井의 연구(*1)에서는 본질을 토하고 있다.
이 연구로부터 살균 속도는 할로겐 원소의 종류에는 관계없이 액 중의 은 농도로 결정되는 것으로 알려져 왔다.
또한 살균의 한계는 은 농도가 10~9.5mol/ℓ정도로 아주 낮은 농도로 되어 있고, 이것은 정확히 -SH기와 은 이온이 반응하는 한계의 농도에 상당하는 것으로도 판명되었다.
이 의미는 은 농도의 공급 속도에 의존하고, 은 이온과 -SH기와의 상호작용이 살균작용의 한계를 조절하고 있다는 것이다.
항균제로부터 용출한 은 이온은 공존하는 염류나 담백질 등과 반응하고 완전한 은 착제를 만든다.
은 화합물 자체의 균체 이동은 없고, 표면에 부착된 은은 어떤 경로로 내막에 들어가 친화성의 수순에 따라 여러 가지 담백질과 반응한다.
최후에 은은 -SH기의 부분에 결합하여 가장 안정된 화합물로 된다.
한편 박테리아는 생존하기 위하여 진입해온 은 이온을 해독하지 않으면 안 된다.
그런 관계로 균은 은을 안정된 유산 은이나 금속 은의 형태로 되던가, 또는 Glutathione 이나 Metallothionein(Cystein 잔기를 많이 함유한 담백질)이 관여하여 가용성 이는 난용성의 화합물의 형태로 되어 세포 이외로 배출한다.
그러나 해독하는 이상은 은 이온이 균의 신진대사 시스템을 방해하여 균은 사멸하게 된다(*2).
은 세라믹이나 은 글라스 등은 이런 은 이온에 의한 작용기구로 제조된 것으로 생각한다.
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| (*1), (*2)椿井 靖雄: 다양화한 무기계 항균제와 고도의 이용기술, IPC, 25 |
| (2) 활성산소설 |
산소의 일종인 활성산소는 생리적 대사에 기여하고 때로는 생리활성물질의 생성 역할, 또는 병원균을 죽이고 더욱이 항암작용에도 중요한 역할을 하고 있어 우리들의 생명에 관한 일에 중요한 역할을 하고 있다.
그러나 잘 조절을 하지 못하면 이는 생체조직의 산화반응, 핵산이나 담백질의 변성, 때로는 지방질의 과산화 반응을 일으킨다.
활성산소를 발생하는 은계 무기계 항균제의 항균기구는 산화 티타늄 광촉매와 같은 반응계가 예상된다.
밴드겦 이상의 광 에너지를 산화 티타늄 광 촉매에 쪼이면 가전자대(價電子帶: Valence band)로부터 전도대(Conduction band)로 전자가 이동하고, 전도대에서는 전자가 발생, 가전자대에는 정공(正孔: Hole)이 생긴다.
이런 결과로 산화 티타늄의 전자나 정공이 표면의 화학반응에 관여하게 된다.
산화티타늄에서의 반응은 다음과 같은 경로로 발생하는 것을 생각할 수 있다.
제 1단계 - 광에너지에 의한 여기
Tio2+hΥ→Tio2*(e-+h+)
제 2단계 - 전도대(傳導帶)로의 산소환원
O2+e- → O2-
O2-+H+ → HO2·
O2-+2H++e- → H2O2
H2O2+e- → ·OH+OH-
H2O2+O2 → ·OH+OH-+O2
제 2단계 - 가전자대(價電子帶)로의 물의 산화
H2O+h+ → ·OH+H+
OH-+h+ → ·OH
이 반응의 결과 독성이 강한 Hydroxylresical(·OH)가 발생한다.
은 인산 지루코늄의 작용 기구는 활성산소로 되어있다고 생각한다(*1).
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| (*1)高麗寬紀: 무기계 항균제 개발의 현상, 방균 방휘, 24, 509-515 (1996) |
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