KR20210055735A - 항병원성 조성물 및 이의 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에는 바이러스, 세균 및 진균을 불활성화시키기 위한 조성물, 장치 및 방법이 개시된다. 상기 조성물, 방법 및 장치는 바이러스, 세균 및/또는 진균의 불활성화를 위해 질화규소 분말 코팅 또는 슬러리와 같은 코팅 또는 슬러리를 포함할 수 있다.
Description
본 개시내용은 항바이러스성, 항균성 및 항진균성 조성물, 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 바이러스, 세균 및 진균의 불활성화 및 용해를 위한 질화규소 조성물, 장치 및 코팅에 관한 것이다.
바이러스, 세균 및 진균의 안전하고 신뢰할 수 있는 불활성화, 제거 또는 용해에 대한 필요성은 전세계적이다. 인간의 건강과 농산물에 영향을 미치는 병원체를 통제해야 할 광범위한 필요성이 있다. 인간 의약 요법을 위한 것 뿐만 아니라 다양한 의료 장치 또는 장비, 검사대, 의복, 필터, 마스크, 장갑, 카테터, 내시경 기기 및 이의 유사물을 위한 표면 코팅 및/또는 복합재로 사용하기 위한 항병원성 특성을 보유하는 소재가 필요하다.
더욱이, 항병원성 소재의 적용은 농업에서 상당히 필요로 한다. 세계 연간 식용 작물의 최대 15%는 식물계 바이러스, 세균 및 진균에 대한 취약성으로 인해 파괴된다. 예를 들어, 플라스모파라 비티콜라(Plasmopara viticola)는 상대적으로 따뜻하고 습한 여름 기후에 포도 덩굴의 가장 치명적인 질병 중 하나로 간주되며 프랑스, 스페인 및 이탈리아에서 작물 수확량을 현저히 감소시켰다. 더욱이, 상기 진균에 의해 생성된 진균독소는 인간의 건강과 수명에 전반적으로 부정적인 영향을 미친다는 우려가 증가하고 있다. 통상적인 약제학적 병원체 불활성화 방법은 특수하게 조작된 유기 석유화학물질, 항생제, 유전 공학의 사용을 포함하거나 또는 고체 상태의 불활성화제(예컨대, 산화제1 구리, Cu2O, 및 질산은, AgNO3)의 사용을 통한 것이다. 이러한 치료법은 꽤 효과적이지만, 사용 시 환경의 건강 및 안전성에 중대한 문제가 있다. 새로운 석유화학 화합물은 인간, 야생생물, 식물 및 토양에 만성적인 잔류 영향을 미칠 수 있다. 사람, 동물 및 농작물에 항생제의 광범위한 사용은 세균 병원체의 내재적인 내성을 증가시킨다. 질병에 저항하기 위한 작물의 유전공학은 점점 더 인기가 없고 정치적으로 입에 맞지 않는다. 고체 상태의 불활성화제는 포유류 세포에 손상을 유도할 수 있는 Cu 및 Ag 이온을 방출한다. 또한 병원체 통제에 대한 상기 각 접근 방식은 증가된 규제 조사를 받고 있다.
따라서, 인체와 장기간 접촉할 수 있는 의료 장치, 장비, 의복 또는 기타 시스템에 적용될 수 있거나, 또는 바이러스성 또는 세균성 질병 및 진균 감염을 치료하기 위해 다양한 농업 응용예에 사용될 수 있는, 바이러스, 세균 및 진균를 불활성화 및 사멸시키기 위한 안전하고 신뢰할 수 있는 방법이 필요하다.
본 명세서에는 장치 표면의 적어도 일부에 질화규소를 갖되, 상기 질화규소가 상기 장치 표면 상의 병원체를 불활성화시키기에 충분한 농도로 존재하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 질화규소 코팅을 포함할 수 있다. 상기 질화규소는 약 1 wt% 내지 약 100 wt%, 예를 들어 15 wt% 질화규소의 농도로 존재할 수 있다. 또한, 본 명세서에는 인간 환자의 한 위치에서 병원체를 치료하거나 예방하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 질화규소를 포함하는 장치와 상기 환자를 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 다른 측면에서, 병원체를 불활성화시키는 방법은 약 1 wt% 내지 약 100 wt% 농도의 질화규소를 포함하는 기구를 바이러스와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 기구의 표면 상에 질화규소 분말로 상기 기구를 코팅하는 단계 및/또는 상기 기구 내에 질화규소 분말을 혼입시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 장치, 기구 및/또는 코팅 내의 질화규소는 병원체를 불활성화하기에 충분한 농도로 존재할 수 있다. 상기 기구는 병원체를 불활성화하는데 필요한 기간 동안 환자와 접촉하고 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 기구는 적어도 1분 동안 환자와 접촉하고 있을 수 있거나, 환자 내에 영구적으로 이식될 수 있다.
상기 장치 또는 기구 중의 질화규소는 분말 형태로 존재할 수 있다. 일 측면에서, 상기 병원체는 인플루엔자 A일 수 있다. 상기 질화규소는 알칼리성 에스테르교환에 의해 바이러스 작용을 감소시키고 혈구응집소의 활성을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에는 약 1 vol% 내지 약 30 vol%, 예를 들어 약 1.5 vol% 질화규소의 농도로 질화규소를 포함할 수 있는 병원체 불활성화용 조성물이 제공된다. 다른 측면에서, 병원체를 불활성화하는 방법은 약 1 vol% 내지 약 30 vol% 농도의 질화규소를 포함하는 조성물을 상기 병원체와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 병원체와 접촉하도록 식물의 표면 상에 상기 조성물을 분무하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 상기 조성물은 적어도 1분 동안 병원체와 접촉하고 있을 수 있다. 상기 조성물은 질화규소 입자 및 물의 슬러리를 포함할 수 있다.
상기 질화규소는 병원체를 불활성화하기에 충분한 농도로 존재할 수 있다. 상기 질화규소 입자는 병원체의 포자에 부착할 수 있다. 상기 병원체는 플라스모파라 비티콜라(Plasmopara viticola)일 수 있다. 상기 식물은 카베르네 소비뇽(Carbernet Sauvignon) 또는 칸노나우(Cannonau)일 수 있다.
또한, 본 명세서에는 식물의 한 위치에서 병원체를 치료 또는 예방하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 질화규소를 포함하는 슬러리와 상기 식물을 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 슬러리는 약 1 vol% 내지 약 30 vol% 질화규소를 포함 할 수 있다. 상기 질화규소는 병원체를 불활성화하기에 충분한 농도로 존재할 수 있다. 일부 측면에서, 상기 병원체는 플라스모파라 비티콜라이고 상기 식물은 카베르네 소비뇽 또는 칸노나우이다. 상기 조성물은 상기 병원체와 적어도 1분 동안 접촉하고 있을 수 있다.
본 발명의 다른 측면 및 반복은 이하에 더 자세히 설명된다.
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도 1은 인플루엔자 A 바이러스의 예시이다.
도 2a는 0 wt%, 7.5 wt%, 15 wt% 및 30 wt% Si3N4에 10 분 동안 노출된 바이러스의 예시이다.
도 2b는 도 2a에 따라 Si3N4에 노출된 바이러스가 접종된 세포의 생존력을 결정하는데 사용된 방법의 예시이다.
도 3a는 1, 5, 10 및 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 바이러스의 예시이다.
도 3b는 도 3a에 따라 Si3N4에 노출 후 바이러스의 생존력을 결정하는데 사용된 방법의 예시이다.
도 4a는 도 2a에 따라 0 wt%, 7.5 wt%, 15 wt% 및 30 wt% Si3N4에 10 분 동안 노출된 인플루엔자 A의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다.
도 4b는 도 2b에 따라 7.5 wt%, 15 wt% 및 30 wt% Si3N4에 10 분 동안 노출된 인플루엔자 A가 접종된 세포의 세포 생존율 그래프이다.
도 5는 다양한 농도의 Si3N4에 노출된 슬러리에 대해 다양한 비율의 바이러스로 접종된 세포의 사진을 포함한다.
도 6a는 접종 전 MDCK 세포의 형광 현미경 이미지를 보여준다.
도 6b는 대조군에 노출된 바이러스를 접종한 후 MDCK 세포의 형광 현미경 이미지를 보여준다.
도 6c는 30 wt% Si3N4에 노출된 바이러스를 접종한 후 MDCK 세포의 형광 현미경 이미지를 보여준다.
도 7a는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다.
도 7b는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A를 접종한 세포의 세포 생존율 그래프이다.
도 8a는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다.
도 8b는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A를 접종한 세포의 세포 생존율 그래프이다.
도 9a는 불활성화 전의 인플루엔자 A 바이러스의 라만(Raman) 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 9b는 노출 1 분 후 불활성화 후 RNA 및 혈구응집소의 화학적 변형과 관련된 인플루엔자 A 바이러스의 라만 스펙트럼의 변화를 도시한 것이다.
도 10은 NH3이 알칼리성 에스테르교환 기전에 의해 인플루엔자 A 바이러스를 불활성화시키는 것을 도시한 것이다.
도 11은 불활성화 후 오가배위성 포스페이트 기의 O-P-O 신장(stretching)을 도시한 것이다.
도 12a는 혈구응집소 구조에서 메티오닌의 진동 방식을 도시한 것이다.
도 12b는 암모니아의 존재 하에 메티오닌의 구조 변화를 도시한 것이다.
도 13은 불활성화 후 메티오닌에서 호모시스테인으로의 C-S 신장을 도시한 것이다.
도 14a는 1 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% 또는 30 wt% Si3N4에 노출된 고양이 칼리시바이러스의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다.
도 14b는 1 분, 10 분, 30 분 또는 60 분 동안 30 wt% Si3N4에 노출된 고양이 칼리시바이러스를 접종한 세포의 세포 생존율 그래프이다.
도 15a는 15 wt% 질화규소 슬러리에 10 분 노출 후 및 섬유성 액틴(F-액틴) 단백질의 존재에 대해 녹색으로 염색된 MDCK 세포를 포함하는 생체 배지에 접종한 후, 적색으로 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스(핵단백질, NP)를 도시한 것이다.
도 15b는 도 15a의 NP 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스를 도시한 것이다.
도 15c는 도 15a의 F-액틴 염색된 MDCK 세포를 도시한 것이다.
도 16a는 질화규소에 노출 없이, 섬유성 액틴(F-액틴) 단백질의 존재에 대해 녹색으로 염색된 MDCK 세포를 포함하는 생체 배지에 접종한 후, 적색으로 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스(핵단백질, NP)를 도시한 것이다.
도 16b는 도 16a의 NP 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스를 도시한 것이다.
도 16c는 도 16a의 F-액틴 염색된 MDCK 세포를 도시한 것이다.
도 17은 미처리(위) 및 1.5 vol% Si3N4 분말로 1 분 동안 처리된(아래) 플라스모파라 비티콜라를 접종한 카베르네 소비뇽 잎을 도시한 것이다.
도 18a는 미처리된 포자낭을 도시한 것이다.
도 18b는 Si3N4 존재 하의 포자낭을 도시한 것이다.
도 19는 카베르네 소비뇽 및 칸노나우 잎이 대조군 및 처리된 플라스모파라 비티콜라에 의해 감염된 잎 면적을 도시한 그래프이다.
도 1은 인플루엔자 A 바이러스의 예시이다.
도 2a는 0 wt%, 7.5 wt%, 15 wt% 및 30 wt% Si3N4에 10 분 동안 노출된 바이러스의 예시이다.
도 2b는 도 2a에 따라 Si3N4에 노출된 바이러스가 접종된 세포의 생존력을 결정하는데 사용된 방법의 예시이다.
도 3a는 1, 5, 10 및 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 바이러스의 예시이다.
도 3b는 도 3a에 따라 Si3N4에 노출 후 바이러스의 생존력을 결정하는데 사용된 방법의 예시이다.
도 4a는 도 2a에 따라 0 wt%, 7.5 wt%, 15 wt% 및 30 wt% Si3N4에 10 분 동안 노출된 인플루엔자 A의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다.
도 4b는 도 2b에 따라 7.5 wt%, 15 wt% 및 30 wt% Si3N4에 10 분 동안 노출된 인플루엔자 A가 접종된 세포의 세포 생존율 그래프이다.
도 5는 다양한 농도의 Si3N4에 노출된 슬러리에 대해 다양한 비율의 바이러스로 접종된 세포의 사진을 포함한다.
도 6a는 접종 전 MDCK 세포의 형광 현미경 이미지를 보여준다.
도 6b는 대조군에 노출된 바이러스를 접종한 후 MDCK 세포의 형광 현미경 이미지를 보여준다.
도 6c는 30 wt% Si3N4에 노출된 바이러스를 접종한 후 MDCK 세포의 형광 현미경 이미지를 보여준다.
도 7a는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다.
도 7b는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A를 접종한 세포의 세포 생존율 그래프이다.
도 8a는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다.
도 8b는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A를 접종한 세포의 세포 생존율 그래프이다.
도 9a는 불활성화 전의 인플루엔자 A 바이러스의 라만(Raman) 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 9b는 노출 1 분 후 불활성화 후 RNA 및 혈구응집소의 화학적 변형과 관련된 인플루엔자 A 바이러스의 라만 스펙트럼의 변화를 도시한 것이다.
도 10은 NH3이 알칼리성 에스테르교환 기전에 의해 인플루엔자 A 바이러스를 불활성화시키는 것을 도시한 것이다.
도 11은 불활성화 후 오가배위성 포스페이트 기의 O-P-O 신장(stretching)을 도시한 것이다.
도 12a는 혈구응집소 구조에서 메티오닌의 진동 방식을 도시한 것이다.
도 12b는 암모니아의 존재 하에 메티오닌의 구조 변화를 도시한 것이다.
도 13은 불활성화 후 메티오닌에서 호모시스테인으로의 C-S 신장을 도시한 것이다.
도 14a는 1 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% 또는 30 wt% Si3N4에 노출된 고양이 칼리시바이러스의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다.
도 14b는 1 분, 10 분, 30 분 또는 60 분 동안 30 wt% Si3N4에 노출된 고양이 칼리시바이러스를 접종한 세포의 세포 생존율 그래프이다.
도 15a는 15 wt% 질화규소 슬러리에 10 분 노출 후 및 섬유성 액틴(F-액틴) 단백질의 존재에 대해 녹색으로 염색된 MDCK 세포를 포함하는 생체 배지에 접종한 후, 적색으로 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스(핵단백질, NP)를 도시한 것이다.
도 15b는 도 15a의 NP 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스를 도시한 것이다.
도 15c는 도 15a의 F-액틴 염색된 MDCK 세포를 도시한 것이다.
도 16a는 질화규소에 노출 없이, 섬유성 액틴(F-액틴) 단백질의 존재에 대해 녹색으로 염색된 MDCK 세포를 포함하는 생체 배지에 접종한 후, 적색으로 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스(핵단백질, NP)를 도시한 것이다.
도 16b는 도 16a의 NP 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스를 도시한 것이다.
도 16c는 도 16a의 F-액틴 염색된 MDCK 세포를 도시한 것이다.
도 17은 미처리(위) 및 1.5 vol% Si3N4 분말로 1 분 동안 처리된(아래) 플라스모파라 비티콜라를 접종한 카베르네 소비뇽 잎을 도시한 것이다.
도 18a는 미처리된 포자낭을 도시한 것이다.
도 18b는 Si3N4 존재 하의 포자낭을 도시한 것이다.
도 19는 카베르네 소비뇽 및 칸노나우 잎이 대조군 및 처리된 플라스모파라 비티콜라에 의해 감염된 잎 면적을 도시한 그래프이다.
본 개시내용의 다양한 구현예가 이하에 상세하게 논의된다. 특정 실시형태가 논의되지만, 이는 예시 목적만을 위한 것이라는 점을 이해해야 한다. 관련 기술분야의 기술자는 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 다른 구성요소 및 구성이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 이하의 상세한 설명 및 도면은 예시적이며 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 개시내용의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 설명된다. 하지만, 특정 경우에는 설명의 모호함을 피하기 위해 공지되거나 통상적인 세부 사항이 설명되지 않는다. 본 개시내용의 하나 또는 일 구현예에 대한 언급은 동일한 구현예 또는 임의의 구현예에 대한 언급일 수 있으며; 상기 언급들은 적어도 하나의 구현예를 의미한다.
"하나의 구현예" 또는 "일 구현예"에 대한 언급은 상기 구현예와 관련하여 설명된 특별한 특징, 구조 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 구현예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 다양한 위치에서 "하나의 구현예에서"라는 어구의 출현은 반드시 모두 동일한 구현예를 지칭하는 것은 아니며, 다른 구현예와 상호 배타적인 별개의 또는 대안적인 구현예도 아니다. 더욱이, 일부 구현예에 의해서는 나타나고 다른 구현예에 의해서는 나타나지 않을 수 있는 다양한 특징이 설명된다.
본 명세서에 사용된 용어 "기구"는 조성물, 장치, 표면 코팅 및/또는 복합재를 포함한다. 일부 예에서, 상기 기구는 다양한 의료 장치 또는 장비, 검사대, 의복, 필터, 마스크, 장갑, 카테터, 내시경 기기 등을 포함할 수 있다. 상기 기구는 금속, 중합체 및/또는 세라믹(예컨대, 질화규소 및/또는 기타 세라믹 재료)일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 일반적으로 본 개시 내용의 맥락 내에서, 그리고 각 용어가 사용되는 특정 문맥에서 본 기술분야의 일상적인 의미를 갖는다. 본 명세서에서 논의되는 용어 중 어느 하나 이상에 대체 언어 및 동의어가 사용될 수 있으며, 용어가 본 명세서에 상세히 설명되거나 논의되는지 여부에 특별한 의미를 두어서는 안된다. 일부 경우에는 특정 용어의 동의어가 제공된다. 하나 이상의 동의어의 상술은 다른 동의어의 사용을 배제하지 않는다. 본 명세서에서 논의된 임의의 용어의 예를 포함하는 본 명세서의 모든 곳에서의 예의 사용은 단지 예시일 뿐이며, 본 개시내용 또는 임의의 예시적인 용어의 범위 및 의미를 추가로 제한하려는 것이 아니다. 마찬가지로, 본 개시내용은 본 명세서에서 제공된 다양한 구현예들에 제한되지 않는다.
본 개시내용의 추가적인 특징 및 이점은 후속되는 상세한 설명에 기술될 것이고, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 자명할 것이며, 또는 본 명세서에 개시된 원리의 실행에 의해 학습될 수 있다. 본 개시내용의 특징 및 이점은 첨부된 청구항에서 특별하게 지적된 기기 및 조합에 의해 실현되고 수득될 수 있다. 본 개시내용의 이러한 특징 및 다른 특징은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 보다 완전하게 명백해질 것이며, 또는 본 명세서에 설명된 원리의 실행에 의해 학습될 수 있다.
본 명세서에는 바이러스, 세균 및 진균의 불활성화를 위한 질화규소(Si3N4)를 포함하는 항병원성 장치, 조성물 및 기구가 제공된다. 질화규소는 생체적합성인 고유의 표면 화학을 갖고, 1) 예컨대, 척추 및 치아 임플란트에서, 동시 골형성, 골유도, 골전도 및 정균작용; 2) 다른 기전에 따른 그람 양성균 및 그람 음성균 모두의 사멸; 3) 인간 및 동물의 바이러스, 세균 및 진균 뿐만 아니라 식물계 바이러스, 세균 및 진균의 불활성화; 및 4) 질화규소 분말을 함유하는 중합체 매트릭스 또는 금속 매트릭스 복합재, 천연 또는 인조 섬유, 중합체 또는 금속이 핵심 질화규소 골 수복, 정균, 항바이러스 및 항진균 특성을 보유하는 것을 포함하는, 다수의 생물의학적 응용예를 제공한다.
일 구현예에서, 항병원성 조성물은 질화규소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 항병원성 조성물은 질화규소 분말을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 항병원성 조성물은 100% 질화규소를 포함하는 모놀리식 구성요소일 수 있다. 이러한 구성요소는 내부 다공도가 없는 완전 치밀성일 수 있거나, 또는 약 1% 내지 약 80% 범위의 다공도를 갖는 다공성일 수 있다. 모놀리식 구성요소는 의료 장치로 사용되거나, 또는 바이러스, 세균 및/또는 진균의 불활성화가 필요할 수 있는 기구에 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 항병원성 조성물은 바이러스, 세균 및 진균을 불활성화시키기 위해 장치 또는 코팅 내에 혼입될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 항병원성 조성물은 질화규소 분말을 포함하는 슬러리일 수 있다. 예를 들어, 상기 항병원성 조성물은 농업 병원체의 불활성화를 위해 식물 표면 상에 분무될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 항병원성 조성물은 인간 바이러스, 세균 및/또는 진균을 불활성화시킬 수 있다. 상기 항병원성 조성물에 의해 불활성화될 수 있는 바이러스의 비제한적인 예는 인플루엔자 A 및 고양이 칼리시바이러스(Feline calicivirus)를 포함한다. 예를 들어, 질화규소 바이오세라믹은 인플루엔자 A 바이러스의 불활성화에 효과적일 수 있다. 일부 구현예에서, 질화규소 코팅은 항균 및 항바이러스 내성을 감소시킬 수 있고, 및/또는 골 조직 수복을 촉진할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 항병원성 조성물은 농업 바이러스, 세균 및/또는 진균을 불활성화시킬 수 있다. 상기 항병원성 조성물에 의해 불활성화될 수 있는 농업 진균의 비제한적인 예는 플라스모파라 비티콜라(노균병) 또는 유사 식물 병원체를 포함한다.
특정 이론에 제한됨이 없이, 질화규소는 암모니아(NH3)가 바이러스, 세균 또는 진균 불활성화에 이용가능하도록 표면 화학을 제공할 수 있다. 질화규소의 표면 화학은 하기와 같이 표시될 수 있다:
Si3N4 + 6H2O → 3SiO2 + 4NH3
SiO2 + 2H2O → Si(OH)4
표면 실란올이 비교적 안정적이기 때문에 질소는 규소보다 더 빠르게(몇 분 이내) 용출한다. 바이러스의 경우, 질화규소는 게놈 통합 상실 및 바이러스 불활성화를 초래하는 알칼리성 에스테르교환을 통해 RNA 절단을 제공할 수 있다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 이것은 또한 혈구응집소의 활성을 감소시킬 수도 있다.
일 구현예에서, 상기 항병원성 조성물은 (i) 일반적인 기체 상태보다는 고체 상태로부터 암모니아의 느리지만 연속적인 용출; (ii) 세포에 대한 손상 또는 부정적인 영향 없음; 및 (iii) pH가 감소함에 따라 지능적인 용출 증가를 나타내는 용출 동역학을 나타낼 수 있다. 질화규소의 무기 성질은 토양, 식물 및 이의 열매에 잔류 영향을 미치는 것으로 알려진 석유화학 또는 유기금속 살진균제의 사용보다 더 유익할 수 있다.
장치 또는 기구는 항바이러스, 항균 또는 항진균 작용을 위해 상기 장치 표면의 적어도 일부에 질화규소를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 장치는 상기 장치 표면의 적어도 일부 상에 질화규소 코팅을 포함할 수 있다. 상기 질화규소 코팅은 분말로서 상기 장치의 표면에 적용될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 분말은 크기가 마이크로미터일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 질화규소는 상기 장치에 혼입될 수 있다. 예를 들어, 장치에는 상기 장치의 본체 내에 질화규소 분말이 혼입될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 장치는 질화규소로 제조될 수 있다.
상기 질화규소 코팅은 상기 장치의 표면에 약 1 wt% 내지 약 100 wt%의 농도로 존재할 수 있다. 다양한 구현예에서, 상기 코팅은 약 1 wt%, 2 wt%, 5 wt%, 7.5 wt%, 8.3 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 16.7 wt%, 20 wt%, 25 wt%, 30 wt%, 33.3 wt%, 35 wt% 또는 40 wt% 질화규소 분말을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 상기 코팅은 약 15 wt% 질화규소를 포함한다. 일부 구현예에서, 질화규소는 장치 또는 기구 내 또는 장치 또는 기구의 표면 상에 약 1 wt% 내지 약 100 wt%의 농도로 존재할 수 있다. 다양한 구현예에서, 장치 또는 기구는 약 1 wt%, 2 wt%, 5 wt%, 7.5 wt%, 8.3 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 16.7 wt%, 20 wt%, 25 wt%, 30 wt%, 33.3 wt%, 35 wt%, 40 wt%, 50 wt%, 60 wt%, 60 wt%, 70 wt%, 80 wt%, 90 wt% 내지 100 wt% 질화규소를 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 항병원성 특성을 위해 질화규소를 포함하는 장치 또는 기구는 의료 장치일 수 있다. 장치 또는 기구의 비제한적인 예는 정형외과용 임플란트, 척추 임플란트, 척추경 나사, 치아 임플란트, 유치 카테터, 기관내 튜브, 대장내시경 스코프 및 기타 유사한 장치를 포함한다.
일부 구현예에서, 질화규소는 중합체 및 직물, 수술 가운, 관류, 의복, 공기 및 물 필터, 마스크, 병원 검사 및 수술대와 같은 테이블, 책상, 장난감, 에어컨 필터와 같은 필터, 또는 칫솔과 같은 항병원성 특성을 위한 소재 또는 기구에 코팅으로서 혼입되거나 내부에 혼입될 수 있다.
다른 구현예에서, 질화규소 분말은 슬러리, 현탁액, 겔, 스프레이 또는 치약을 포함하지만 이에 제한되지 않는 조성물에 혼입될 수 있다. 다른 구현예에서, 질화규소는 임의의 적절한 분산제 및 슬러리 안정화제와 함께 물과 혼합될 수 있으며, 그 후에 슬러리를 다양한 농업 식물, 과수, 포도 나무, 곡물 작물 등에 분무함으로써 적용될 수 있다. 예를 들어, 질화규소 슬러리는 진균에 감염된 포도 잎에 분무될 수 있다.
일 예에서, 상기 항병원성 조성물은 질화규소 분말과 물의 슬러리일 수 있다. 상기 질화규소 분말은 약 0.1 vol% 내지 약 20 vol%의 농도로 상기 슬러리에 존재할 수 있다. 다양한 구현예에서, 상기 슬러리는 약 0.1 vol%, 0.5 vol%, 1 vol%, 1.5 vol%, 2 vol%, 5 vol%, 10 vol%, 15 vol%, 또는 20 vol% 질화규소를 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에는 질화규소를 포함하는 항병원성 조성물과 바이러스, 세균 및/또는 진균을 접촉시켜 병원체를 불활성화시키는 방법이 제공된다. 일 구현예에서, 상기 방법은 질화규소로 장치 또는 기구를 코팅하는 단계 및 코팅된 기구를 상기 바이러스, 세균 또는 진균과 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 기구의 코팅은 상기 기구의 표면에 질화규소 분말을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 질화규소 분말은 상기 장치 또는 기구 내에 혼입될 수 있다.
추가 구현예에서, 상기 방법은 식물계 병원체에 감염된 살아있는 농업 식물, 나무, 곡물 등의 표면과 질화규소 슬러리를 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 감염된 잎에는 물에 약 1 vol% 내지 약 40 vol% 질화규소를 함유한 슬러리가 분무될 수 있다. 상기 잎은 상기 질화규소 슬러리에 1 분 이상, 5 분 이상, 10 분 이상, 20 분 이상, 30 분 이상, 1 시간 이상, 2 시간 이상, 5 시간 이상, 또는 1 일 이상 노출될 수 있다. 다양한 예에서, 상기 잎의 감염된 면적은 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 또는 99% 이상 감소될 수 있다. 일 예에서, 노출 1 분 후, 잎의 감염된 면적은 약 95% 감소할 수 있다.
특정 이론에 제한됨이 없이, 상기 항병원성 조성물은 알칼리성 에스테르교환에 의해 바이러스 작용을 감소시키고 혈구응집소의 활성을 감소시킬 수 있다. 놀랍게도 질화규소 분말은 (i) 알칼리성 에스테르교환에 의해 RNA 뉴클레오티드간 결합의 파괴를 통해 바이러스 작용을 현저히 감소시키고, (ii) 혈구응집소의 활성을 현저히 감소시켜, 바이러스 표면의 단백질 구조를 변성시킴으로써 숙주 세포 인식을 방해하여 바이러스 엔벨로프의 존재에 관계없이 바이러스의 불활성화를 초래하는 것으로 발견되었다.
일 구현예에서, 상기 항병원성 조성물은 (i) 일반적인 기체 상태보다는 고체 상태로부터 암모니아의 느리지만 연속적인 용출; (ii) 세포에 대한 손상 또는 부정적인 영향 없음; 및 (iii) pH가 감소함에 따라 지능적인 용출 증가를 나타내는 용출 동역학을 나타낼 수 있다. 또한, 질화규소의 무기 성질은 토양, 식물 및 이의 열매에 잔류 영향을 미치는 것으로 알려진 석유화학 또는 유기금속 살진균제의 사용보다 더 유익할 수 있다.
놀랍게도 질화규소 입자는 병원체의 포자에 전기적으로 끌려 부착할 수 있음이 발견되었다.
또한, 본 명세서에는 인간 환자의 한 위치에서 병원체를 치료하거나 예방하는 방법이 제공된다. 예를 들어, 상기 병원체는 바이러스, 세균 또는 진균일 수 있다. 상기 방법은 상기 환자를 질화규소를 포함하는 장치, 기구 또는 조성물과 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 임의의 한 이론에 제한됨이 없이, 질화규소는 바이러스(예컨대, 인플루엔자 A), 세균 또는 진균을 불활성화시킨다. 상기 장치, 기구 또는 조성물은 약 1 wt% 내지 약 100 wt%의 질화규소를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 상기 장치 또는 기구는 약 1 wt% 내지 약 100 wt%의 질화규소를 상기 장치 또는 기구의 표면 상에 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 장치 또는 기구는 모놀리식 질화규소 세라믹일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 장치 또는 기구는 질화규소 분말 코팅과 같은 질화규소 코팅을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 장치 또는 기구에는 질화규소가 상기 장치의 본체 내에 혼입될 수 있다. 예를 들어, 질화규소 분말은 본 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 상기 장치 또는 기구의 본체 내에 분쇄되거나 다른 방식으로 혼입될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 장치 또는 기구는 1 분 이상, 5 분 이상, 30 분 이상, 1 시간 이상, 2 시간 이상, 5 시간 이상 또는 1 일 이상 동안 환자와 접촉할 수 있다. 적어도 하나의 예에서, 상기 장치 또는 기구는 환자에게 영구적으로 이식될 수 있다.
또한, 본 명세서에는 식물의 한 위치에서 병원체를 치료하거나 예방하는 방법이 제공된다. 예를 들어, 상기 병원체는 바이러스, 세균 또는 진균일 수 있다. 상기 방법은 질화규소를 포함하는 조성물과 상기 식물을 접촉시키는 것을 포함할 수 있다. 임의의 한 이론에 제한됨이 없이, 질화규소는 바이러스, 세균 또는 진균(예컨대, 플라스모파라 비티콜라)을 불활성화시킨다. 일부 구현예에서, 상기 조성물은 적절한 분산제 및 슬러리 안정화제와 함께 최대 40 vol%의 질화규소를 함유하는 물 중의 질화규소 슬러리를 포함할 수 있다. 상기 조성물은 살아있는 농업 식물, 나무, 곡물 등에 적용되어, 1 분 이상, 5 분 이상, 30 분 이상, 1 시간 이상, 2 시간 이상, 5 시간 이상, 또는 1 일 이상 동안 접촉된 후, 바이러스, 세균 및 진균을 사멸시키거나 그 증식을 예방할 수 있다.
실시예
실시예 1: 바이러스 불활성화에 대한 질화규소 농도의 효과
바이러스의 불활성화에 대한 질화규소 농도의 효과를 보여주기 위해, 인플루엔자 A를 다양한 농도의 Si3N4 분말에 노출시켰다. 질화규소를 제조하기 위해, 순수 증류수와 특정 중량의 질화규소 분말을 혼합하였다. 예를 들어, 7.5g의 질화규소를 92.5g의 순수 증류수에 분산시켰다. 이 혼합물에 상기 바이러스를 각각 1:1, 1:10 및 1:100 바이러스/혼합물의 농도로 각각 첨가하였다. 이 혼합물을 그 다음 4℃에서 10 분 동안 부드러운 교반하에 항온배양시켰다. 인플루엔자 A는 도 2a에 도시된 바와 같이 0 wt%, 7.5 wt%, 15 wt% 및 30 wt% Si3N4에 4℃에서 10 분 동안 노출되었다. 그 다음, 상기 혼합물을 여과하여 질화규소 분말을 제거하였다.
그 다음, 인플루엔자 A 바이러스에 접종된 Madin-Darby 개 신장(MDCK) 세포에서 인플루엔자 A를 불활성화시키는 Si3N4의 효과에 대해 관찰하였다. 그 다음, 나머지 혼합물을 생체 배지 내에 살아있는 MDCK 세포를 담고 있는 페트리 접시에 접종하였다. 이어서, 3 일 노출 후 염색법을 사용하여 살아있는 MDCK 세포의 양을 계수하였다. MDCK 세포의 생존력은 도 2b에 따라 Si3N4에 노출된 인플루엔자 A를 3 일 동안 세포에 접종한 후 결정되었다.
도 4a는 0 wt%, 7.5 wt%, 15 wt% 및 30 wt% Si3N4에 10 분 동안 노출된 인플루엔자 A의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다. 도 4b는 7.5 wt%, 15 wt% 및 30 wt% Si3N4에 10 분 동안 노출된 인플루엔자 A를 접종한 세포의 세포 생존율 그래프이다.
실시예 2: 바이러스 불활성화에 미치는 노출 시간 및 온도의 효과
바이러스의 불활성화에 미치는 질화규소의 효과를 보여주기 위해, 인플루엔자 A를 다양한 시간과 온도 동안 고정된 Si3N4 분말 농도(15 wt%)에 노출시켰다. 이어서 혼합물을 실온 및 4℃에서 1-30 분 동안 부드러운 교반하에 항온배양하였다. 예를 들어, 인플루엔자 A는 도 3a에 도시된 바와 같이, 실온 또는 4℃에서 1, 5, 10 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출시켰다. 인플루엔자 A를 불활성화시키는 Si3N4의 효과에 대해 인플루엔자 A 바이러스 접종된 Madin-Darby 개 신장(MDCK) 세포를 관찰하였다. MDCK 세포의 생존력은 도 3b에 따라 Si3N4에 노출된 인플루엔자 A를 3 일 동안 상기 세포에 접종한 후 결정하였다.
도 7a는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다. 도 7b는 실온에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A를 접종한 세포의 세포 생존율을 도시한 그래프이다.
도 8a는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A의 PFU/100μl를 도시한 그래프이다. 도 8b는 4℃에서 1 분, 5 분, 10 분 또는 30 분 동안 15 wt% Si3N4에 노출된 인플루엔자 A를 접종한 세포의 세포 생존율을 도시한 그래프이다.
실시예 3: H1H1 인플루엔자 A 불활성화에 미치는 질화규소의 효과
바이러스의 불활성화에 미치는 질화규소의 효과를 보여주기 위해, 인플루엔자 A를 15 wt% 질화규소 슬러리에 10 분 동안 노출시켰다.
도 15a 내지 도 15c는 진핵 세포에서 발견되는 섬유성 액틴(F-액틴) 단백질의 존재에 대해 녹색으로 염색된 MDCK 세포를 포함하는 생체 배지에 접종한 후 적색으로 염색된 H1H1 인플루엔자 A 바이러스[A/Puerto Rico/8/1934 H1N1(PR8)](핵단백질, NP)를 도시한 것이다. 도 16a 내지 도 16c는 질화규소의 존재없이 상기 MDCK 세포에 대한 상기 바이러스의 효과를 도시한 것이다.
실시예 4: 플라스모파라 비티콜라에 미치는 질화규소의 효과
농업 진균의 불활성화에 미치는 질화규소의 효과를 보여주기 위해, 카베르네 소비뇽(Carbernet Sauvignon) 잎을 3 x 104 포자낭/ml 농도의 플라스모파라 비티콜라로 감염시켰다. 처리된 플라스모파라 비티콜라를 1.5 vol% 질화규소 슬러리에 1 분간 노출시켰다.
도 17a는 카베르네 소비뇽 잎 상의 미처리된 플라스모파라 비티콜라 진균을 도시한 것이다. 도 17b는 카베르네 소비뇽 잎 상의 처리된 플라스모파라 비티콜라 진균을 도시한 것이다. 1.5 vol% Si3N4 분말로 1 분간 처리된 플라스모파라 비티콜라를 접종한 잎은 잎 표면에 더 적은 진균을 갖고 있음을 볼 수 있다. 이것은 대조군 및 처리된 플라스모파라 비티콜라가 접종된 카베르네 소비뇽 및 칸노나우 잎 모두에 대한 감염된 잎 면적의 백분율을 도시한 도 19에 의해 더욱 입증된다. 도 19는 대조군 및 처리된 진균 사이의 감염된 잎 면적에 통계적 유의성을 명확히 보여준다.
질화규소 입자는 도 18b에 도시된 바와 같이 병원체의 포자에 전기적으로 끌려서 그 자체에 부착하는 것으로 나타난다. 도 18a는 플라스모파라 비티콜라의 미처리된 포자낭의 현미경 이미지를 도시한 것인 반면, 도 18b는 Si3N4의 존재하에 플라스모파라 비티콜라 포자낭의 현미경 이미지를 도시한 것이다.
몇 가지 구현예를 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 다양한 수정, 대안적 구성 및 등가물이 사용될 수 있다는 것은 당업자에 의해 인식될 것이다. 또한, 본 발명의 불필요한 모호함을 피하기 위해 다수의 공지된 공정 및 구성요소는 설명하지 않았다. 따라서, 상기 상세한 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
당업자는 현재 개시된 구현예가 제한이 아닌 예로서 교시한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부된 도면에 제시된 사항은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 이하 청구범위는 본 명세서에 설명된 모든 일반적인 특징 및 특이적인 특징 뿐만 아니라, 언어의 문제로서 본 발명의 방법과 시스템 사이에 속한다고 말할 수 있는 본 발명의 방법 및 시스템의 범위에 대한 모든 설명을 포함하도록 의도된다.
Claims (18)
- 병원체를 불활성화시키는 방법으로서,
질화규소를 포함하는 기구를 병원체와 접촉시키는 단계를 포함하되, 상기 질화규소를 약 1 wt% 내지 약 100 wt%의 농도로 상기 기구의 내부 또는 표면 상에 존재하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 기구의 표면에 질화규소 분말로 상기 기구를 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 질화규소 분말을 상기 기구 내에 혼입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기구를 인간 환자와 상기 환자 내의 한 위치에서 접촉시키는 단계로서, 상기 병원체가 상기 위치에서 치료되거나 예방되는, 상기 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 기구는 상기 병원체와 적어도 1분 동안 접촉되는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 기구가 상기 환자 내에 영구적으로 이식되는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 질화규소가 상기 병원체를 불활성화시키는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 병원체가 인플루엔자 A를 포함하는 방법.
- 제1항에 따라 병원체를 불활성화시키는 단계를 포함하는, 인간 환자의 한 위치에서 병원체를 치료 또는 예방하는 방법.
- 병원체를 불활성화시키는 방법으로서,
약 1 vol% 내지 약 30 vol% 농도의 질화규소를 포함하는 조성물을 상기 병원체와 접촉시키는 단계를 포함하는 방법. - 제12항에 있어서, 상기 조성물이 질화규소 입자와 물의 슬러리를 포함하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 병원체와 접촉하도록 식물 표면 상에 상기 조성물을 분무하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 병원체가 식물의 한 위치에서 치료 또는 예방되는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 질화규소가 상기 병원체를 불활성화시키는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 병원체가 플라스모파라 비티콜라(Plasmopara viticola)를 포함하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 식물이 카베르네 소비뇽(Carbernet Sauvignon) 또는 칸노나우(Cannonau)를 포함하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 조성물이 적어도 1분 동안 상기 병원체와 접촉하고 있는 방법.
- 제10항에 따라 병원체를 불활성화시키는 단계를 포함하는, 식물의 한 위치에서 병원체를 치료 또는 예방하는 방법.
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