멀티의 항균 특성

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 21427(2022) 이 기사 인용

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문 손잡이, 조리대, 난간 등 사람이 많이 접촉하는 표면은 병원균 확산의 전염 지점이 될 수 있으므로 적극적으로 자가 소독하는 물질을 개발할 필요성이 강조됩니다. 내구성으로 인해 이러한 표면에 금속이 자주 사용되지만, 많은 금속은 다양한 메커니즘을 통해 기능하는 항균 특성도 가지고 있습니다. 이 연구는 시너지 활동을 통해 광범위하고 신속한 위생을 달성하는 것을 목표로 개별적으로 항균 특성을 보유하는 여러 금속으로 구성된 금속 합금을 조사합니다. 구리, 은, 니켈 및 코발트의 확장 가능한 합금을 준비하기 위해 엔트로피 기반 안정화 패러다임이 제안되었습니다. 조합 스퍼터링을 사용하여 웨이퍼 전체에 걸쳐 각 요소의 구성 등급이 약 50%인 100mm 웨이퍼에 박막 합금을 준비했습니다. 그런 다음 필름을 어닐링하고 합금 안정성을 조사했습니다. 항균 활성 테스트는 인간 바이러스 및 박테리아 병원체를 대신하는 Phi6, MS2, Bacillus subtilis 및 Escherichia coli의 4가지 미생물을 사용하여 성장한 합금과 어닐링된 필름 모두에서 수행되었습니다. 테스트 결과, 일부 테스트 합금과 30초 동안 접촉한 후 SARS-CoV-2 대리 역할을 하는 외피 단일 가닥 RNA 박테리오파지인 Phi6가 최대 6.9배(> 99.9999%)까지 감소한 것으로 나타났습니다. 또한, 외피가 없는 이중 가닥 DNA 박테리오파지 MS2, 그람 음성 대장균 및 그람 양성 B. subtilis 박테리아 균주는 30, 20 및 10분 후에 활성이 5.0, 6.4 및 5.7 로그 감소한 것으로 나타났습니다. , 각각. 합금 샘플의 항균 활성은 조성에 대한 강한 의존성을 보여 주었으며 로그 감소는 Cu 함량에 따라 직접적으로 증가했습니다. 어닐링 후 상분리에 의한 Cu 농도는 일부 샘플에서 활성을 향상시켰습니다. 결과는 이상적인 항균 표면을 디자인하는 데 활용할 수 있는 다양한 주제에 동기를 부여합니다.

사람이 많이 다니는 지역의 접촉 표면1,2,3은 감염자와 취약한 사람 사이의 간접적인 접촉을 통해 질병 전파의 매개체가 될 수 있으므로4,5 광범위한 병원체에 효과적인 자가 소독 물질을 개발하는 것이 중요합니다. 이전 연구에서는 메티실린 감수성 황색 포도상구균(MSSA) 및 저항성 황색 포도상구균(MRSA)11, 라이노바이러스12와 같은 많은 인간 병원체를 포함하여 미생물이 몇 시간에서 며칠 동안 표면에서 살아 있거나 활성 상태를 유지할 수 있음을 보여주었습니다6,7,8,9,10. 인플루엔자 바이러스 A13, 로토바이러스14 및 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)7,15와 같은 코로나 바이러스는 2020~2020년 전 세계적인 유행병을 일으켰습니다216,17. 이러한 긴 수명은 부분적으로 표면과의 후속 접촉 중에 병원균이 확산될 가능성을 결정합니다. 교통량이 많은 표면은 금속으로 만들어지는 경우가 많으며, 상대적으로 저렴한 비용, 내구성 및 내부식성으로 인해 스테인리스강(SS)이 일반적으로 선택됩니다. SS는 적당한 항균 특성을 갖는 것으로 보고되었습니다19. 때때로 구리와 아연의 합금인 황동(CuZn)은 기분 좋은 황금빛 색상으로 인해 터치 표면에 사용되지만 훨씬 더 부드러운 금속이며 가격이 더 비쌉니다(작성 ​​당시 SS 비용의 3배). 쉽게 산화됩니다. 녹색 또는 검은색 산화는 표면에서 벗겨지는 경향이 있으므로 황동 표면은 정기적으로 청소해야 합니다. 황동에는 항균 활성이 알려져 있습니다20,21. 질병 전파에 초점을 맞추면 구리(Cu), 은(Ag) 및 코발트(Co)와 같이 항균 활성을 나타내는 많은 금속22,23,24,25,26,27,28,29,30이 그렇지 않습니다. 비용과 산화 경향으로 인해 널리 사용됩니다. 이들 금속 각각은 다양한 병원체에 대해 다양한 메커니즘을 통해 항균 활성을 달성합니다18. 이러한 메커니즘을 시너지 효과로 활용함으로써 이러한 요소의 고용체 합금은 부품의 합보다 더 큰 다양한 병원체에 대해 활성을 발휘하여 항균 초합금을 생성할 수 있습니다.

This work focuses on the development of multicomponent alloys of CuAgCo; each of these metals achieve antimicrobial activity through different modes of action30. Copper in-particular has shown biological activity against a wide range of viruses7,22,23,24,2 protein *. J. Biol. Chem. 274, 5474–5482 (1999)." href="/articles/s41598-022-25122-4#ref-CR31" id="ref-link-section-d64682919e648"31 and bacteria7,30. The mode of action in these systems has been attributed to interactions between the Cu+1/+2 ions32 and surface proteins which become denatured, resulting in the viral envelope failing33,34. Silver metal has been used as an antimicrobial agent since times of antiquity35 and can bind with virus surface glycoproteins disrupting replication25,26,36,37. In bacteria, the sanitizing mechanisms in Ag have been attributed to damage to the cell wall and membranes38 and interference with internal cellular functions30,39. Cobalt in the Co3+ state has been reported to have anti-bacterial and anti-viral27,28,29 properties when complexed with chelators or ligands, potentially through Schiff bases, a mechanism that inactivates protein active sites40. In its un-oxidized state, cobalt has been shown to be effective at reducing bacterial presence39,41. By developing an alloy of these metals, the resultant material may show antimicrobial activity due to a range of mechanisms, making it simultaneously effective against a range of pathogens larger than any one metal. Furthermore, the multifaceted modes of action may provide accelerated sanitation properties./p> 18%; conventional materials design rules correctly predict the immiscibility of the Ag. Each of the binary phase diagrams also predict immiscibility of the 3d metals with Ag. Silver precipitates have been observed in previous antimicrobial surfaces of Ag-diamond like carbon (DLC), resulting in reduced materials longevity, but improved long-term antimicrobial properties54,61. The EDX also shows Ni and Co in the precipitates. The slightly smaller lattice parameter of FCC1 compared to bulk Ag is likely the result of a small amount of residual Ni and Co being alloyed into the lattice./p> 0.05) antimicrobial activity against Phi6 and MS2, Fig. 4a,b (and Supplemental Fig. S4), achieving a 6.9-log reduction of Phi6 (30 s test time) and a 7.1-log reduction for MS2 (30-min test time). The log-reduction metric is a percentile scale which is normalized to the titer concentration for each test; these values correspond to the limits of detection for each respective organism. All of the other tested metals—including our candidate metals Co, Ni and Ag—showed much lower activity. Also notable among the tested metals is zinc (Zn), which has been previously reported to have antimicrobial activity against a wide range of pathogens30, but here appears to be weak (Supplementary Fig. S5). Zinc was not used in the wafer due to its high vapor pressure, making it incompatible with general-use vacuum systems. All of the tested surfaces, other than Cu, are statistically identical to the stainless steel (alloy 304) control; 304SS is chosen as the control due to its common use for high-traffic surfaces./p>

2 protein *. J. Biol. Chem. 274, 5474–5482 (1999)./p>