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의료기술,식수설치 등 민감한 응용 분야에는"Quorum Quenching 천연물질" 사용.
압축 이산화탄소를 사용해 식품의 병원성 미생물을 죽이는 프로세스를 개발하고 있다.
“사용된 오일은 독점적으로 식물성 추출물과 CO2로 추출된다. 함침 과정에서 압축된 CO2에 오일이 재용해돼 표면침투로 그 효과를 얻는다.

박테리아가 없는 물질과 무균 음식에 대한 새로운 프로세스

전등 스위치, 수도관 혹은 의료 기기 같은 플라스틱 소재 부품에는 박테리아가 잘 모인다.
이는 플라스틱에 포함된 구리와 같은 살균 물질 또는 특수 항균 코팅으로 해결할 수 있다.

독일 프라운호퍼 환경연구소(Fraunhofer UMSICHT)는
이를 위해 항균제를 표면에 가까운 폴리머층에 침투시키거나 항균제로 박테리아 사이의 교류를 막아 생물막 형성을 차단한다. 소비자 영역, 의료 기술, 기술 응용 및 식품 산업을 위한 응용 분야에서 공정이 계속 개발되고 테스트되고 있다.

▲ 아몬드 함침에 대한 예비 테스트. 고압 기술 센터의 연구원 카렌 푹스(Karen Fuchs). © Fraunhofer UMSICHT

Fraunhofer UMSICHT는 10년 동안 재료, 특히 플라스틱의 항균성 함침을 연구해 왔다.
산업계와의 협력을 통해 광범위한 노하우가 생겨나고 있으며 연구원들은 현재 새로운 응용 분야에서 테스트하고 유망한 솔루션을 제시하고 있다.

목표는, 항균성을 갖고 독성 물질 또는 구리와 같은 매우 고가의 물질에 대한 환경친화적인 대안 개발이다. 침투 공정의 장점은 매우 적은 양의 항균제만 도입하고 완성된 제품에도 지속 가능한 효과가 있다.
다른 방법은 생물막이 형성될 수 있는 표면을 다룬다. 예를 들어 의료 기기 또는 수도관의 경우, 박테리아 사이의 교류가 의도적으로 방해돼 생물막 형성을 효과적으로 방지 할 수 있다.

고압 기술을 사용하여 플라스틱 함침

원칙적으로, 특수 기능을 갖는 플라스틱을 제공하는 두 가지 방법이 있다.
원하는 첨가제가 배합에 의해 제품에 도입되거나, 활성 성분이 표면의 후속 코팅에 의해 제품에 녹아 들어가게 하는 것이다.
후속 코팅은 항균 효과가 작용해야 하는 정확한 표면지점에 처리하는 것이다.

이를 위해 Fraunhofer UMSICHT는 초임계 이산화탄소의 도움으로 폴리머 표면에 함침되는 공정을 개발했다. 초임계 이산화탄소는 가스처럼 쉽게 표면을 관통 할 수 있고 동시에 액체의 밀도를 가지므로 함침에 이상적이다. 또한, 이산화탄소는 가연성이거나 독성이 없으며 쉽게 구할 수 있고 저렴하다.

1시간 이내에 박테리아 제거

소비자 부문의 응용 분야의 예로 전등 스위치의 경우, 초임계 이산화탄소가 함침되는 동안 나노 및 마이크로 스케일 입자가 도입된다. 이것은 박테리아의 번식을 막는다.
초임계 이산화탄소는 중합체 구조를 개방하고 표면으로의 물질 전달을 가능하게 한다. Fraunhofer UMSICHT의 재료 시스템 및 고압 기술 부서 책임자 닐스 묄더스(Nils Mölders)는 “시험 결과 단 1시간 후에 미생물이 오염된 전등 스위치 표면에 있는 모든 박테리아가 제거된 것으로 나타났다”고 설명한다.
은 입자가 현재 표준(DIN-EN 71-3)에 따라 세척되지 않기 때문에 소위 침출 시험도 긍정적이었다.

▲ 식수관과 같은 민감한 응용 분야의 경우, 박테리아 생물막의 발생을 막는 천연 물질의 함침을 사용한다. © Fraunhofer UMSICHT (사진제공:프라운호퍼연구소)

박테리아 간의 신호소통 차단

의료 기술 또는 식수 설치와 같은 민감한 응용 분야의 경우 Fraunhofer 연구진은 " Quorum Quenching Natural Products"를 사용해 나노입자와 은염을 피한다.
*Quorum Quenching: Quorum Sensing 에 반하는 개념으로 미생물간의 신호교환을 차단하는 현상
여기에서는 이미 형성된 박테리아를 죽이는 것이 아니라 박테리아 간의 생물막이 형성되지 않도록 미리 박테리아 간의 소통을 막는 것이다.

Fraunhofer UMSICHT의 카렌 푹스(Karen Fuchs)는 “우리는 박테리아 수용체를 점유하여 교류를 막아 유해한 영향을 방지하는 다양한 천연 물질을 사용한다. 직물은 환경친화적이며 사람이나 동물에게 위험하지 않다. 따라서, 오염방지용 살균 페인트가 현재 사용되는 조선에도 적합하다. 천연 물질은 고정화를 위해 미세 캡슐화되거나, 예를 들어 페인트 배합물 또는 식수 관에서 고압 함침을 사용하여 원하는 물질 표면으로 도입된다.

Fraunhofer UMSICHT의 실험실 규모로 첫 번째 성공적인 테스트가 수행되었으며, 보트 페인트에 대한 현장 테스트가 준비 중이다. 쿼럼 퀜칭(Quorum Quenching) 활성 물질의 확인 및 검증은 Goethe University Frankfurt, Gutenberg University Mainz 및 산업 파트너 Brill & Partner 및 KEBOS와 협력하여 수행된다.

음식의 병원성 세균에 대하여

일부 음식은 세균에 감염되기 쉽기때문에 유해한 미생물(예 : 살모넬라균이 정착될 수 있다. 최근 수분 활동이 적은 식품은 특히 오염으로 인한 리콜의 영향을 점점 더 많이 받고 있다.

이 식품에는 아몬드, 땅콩, 견과류 파이, 말린 과일 및 채소, 건조 육류, 유제품 (예 : 분유) 및 건조 차, 허브 및 향신료가 포함된다. 식품 산업의 경우, 이 글로벌 개발은 국제적으로 사용될 수 있는 오염 제거 기술과 식품 안전 외에도 높은 식품 품질을 보장해야 하는 긴급한 필요성이 있다.

Fraunhofer UMSICHT는 캐나다 앨버타 대학교 (University of Alberta) 파트너와 함께 압축 이산화탄소를 사용해 식품의 병원성 미생물을 죽이는 프로세스를 개발하고 있다.

천연물질에서 오는 항균제

연구원들은 이미 항균오일과 초임계 이산화탄소를 사용해 실험실 규모로 아몬드를 오염 제거하는 데 성공했다. 동시에, 함침은 아몬드가 세균에 내성이 있고 품질에 영향을 미치지 않았다.
카렌 푹스(Karen Fuchs)는 “사용된 오일은 독점적으로 식물성 추출물과 CO2로 추출된다.

함침 과정에서 압축된 CO2에 오일이 재용해되어 필요한 자리 표면으로 침투해 효과를 얻는다"고 설명한다. 

CO2의 사용은 잔류 물을 남기지 않고 아몬드로부터 분리될 수 있고 공정 후에 재순환 될 수 있다는 추가 이점이 있다. 

 

자료제공: Franuhofer UMSICHT  

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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