매우 효율적이고 내구성이 뛰어난 항균 나노복합 직물

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17332(2022) 이 기사 인용

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의료 관련 감염으로 인해 매년 수백만 건의 입원과 수십억 달러의 비용이 발생합니다. 이 문제를 해결하기 위한 잠재적인 해결책은 의료용 직물(병원 침구, 가운, 실험복 등)용 항균 섬유를 개발하는 것입니다. 금속 나노입자로 코팅된 직물은 항균 특성을 갖는 것으로 입증되었지만 침출 및 그에 따른 기능 손실, 독성 및 환경 오염의 위험으로 인해 의료 시설에서 채택되지 않았습니다. 이 연구는 새로운 크레스코팅 공정을 사용하여 제작된 항균 아연 나노복합 직물의 개발 및 테스트를 제시합니다. 이 공정에서 아연 나노입자는 다양한 천연 및 합성 직물 내에서 현장에서 성장하여 안전하고 내구성이 뛰어난 나노복합체를 형성합니다. 아연 나노복합 직물은 가장 흔한 그람 양성균과 그람 음성균, 곰팡이 병원체에 대해 24시간 이내에 99.99%(4log10)에서 99.9999%(6log10)의 전례 없는 미생물 감소를 보여줍니다. 또한, 100회 세탁 후에도 항균 활성이 그대로 유지되어 섬유의 높은 수명과 내구성을 입증합니다. 독립적인 피부과 평가를 통해 새로운 직물이 자극이 없고 저자극성임을 확인했습니다.

의료 관련 감염(HAI)은 미국에서 병원에서 치료를 받는 동안이나 치료를 받은 후에 환자 31명 중 최소 1명이 감염될 정도로 공중 보건의 주요 문제입니다1. 의료 시설의 직물(커튼, 침구, 작업자 의류, 카펫, 환자 가운, 수건, 가구)은 미생물을 보유하고 SARS-CoV-22,3을 포함한 HAI의 확산을 촉진하는 것으로 알려져 있습니다. 병원 환경의 모든 직물을 정기적으로 청소하고 소독제를 적용하는 것만으로는 전염을 예방하는 데 충분하지 않습니다. 정기적인 세탁을 하더라도 의료종사자의 의복은 8~12시간의 일반적인 작업 일정 이후 상당한 양의 미생물 부하가 있는 것으로 나타났으며, 병원 커튼의 약 92%가 세탁 후 1주일 이내에 병원균을 함유하고 있었습니다4.

이 문제의 규모는 의료 시설을 최대 수용 능력으로 유지하고 더 많은 감염이 확산되기 쉬운 코로나19 팬데믹 이후 더욱 커졌습니다. 미국 병원에서 흔히 볼 수 있는 HAI 중 중심관 관련 혈류 감염(CLABSI), 카테터 관련 요로 감염(CAUTI), 인공호흡기 관련 폐렴은 각각 47%, 19%, 45% 증가했습니다. 이 외에도 질병통제예방센터(CDC)에서는 2020년에 코로나19 팬데믹이 시작되면서 메티실린 내성 황색 포도상구균(MRSA)과 관련된 감염이 증가했다고 보고했습니다5.

미국에서는 병원, 요양원 및 의료 시설에서 SARS-CoV-2의 전염이 두드러져 2020년 3월 18일 현재 미국에서 1037,400명 이상의 의료 종사자가 COVID-19에 감염되었습니다26,7. 의료 종사자들의 초점이 이 문제를 해결하는 데로 옮겨가는 동안, 요양원 사망의 주요 원인 중 일부는 호흡기 감염, 요로 감염(UTI), 위장염, 패혈증, 다제 내성과 관련된 피부 질환과 같이 뒷전으로 밀려났습니다. 박테리아 및 곰팡이 병원체8,9. 이로 인해 이러한 시설은 감염에 대한 "핫스팟"이 되어 이상적으로는 낮은 자본 투자가 필요한 곳에서 전염을 억제하는 자가 소독 항바이러스/항균 섬유가 시급히 필요하게 됩니다.

나노기술과 나노재료의 사용은 차세대 기능성 직물 개발을 위한 가장 유망한 접근 방식 중 하나입니다10,11. 나노물질, 특히 나노입자의 중요성은 증가된 표면 대 부피 비율과 높은 표면 에너지로 인해 이러한 기능이 크게 향상되어 다양한 기능을 부여할 수 있는 능력에 있습니다12. 특히 은 나노입자는 광범위한 항균 특성으로 인해 섬유 산업에서 관심이 높아지고 있습니다. 2004년부터 2011년 사이에 항균 직물의 은 시장 점유율은 9%에서 25%로 증가하여 점차 합성 유기 화합물을 대체했습니다13. 금속 및 금속산화물 나노입자를 직물에 통합하기 위한 여러 가지 방법이 개발되었습니다14. 가장 일반적인 접근법에는 나노입자 용액 스프레이, 폴리머 또는 고분자 전해질을 사용한 층별 증착, 초음파 화학적 코팅, 플라즈마 증착 및 전기 방사가 포함됩니다.

99.999% (> 1 log10 to > 5 log10) reduction. The percentages obtained are higher than or similar to those reported in the literature for antimicrobial cotton fabrics against Gram-positive S. aureus and Gram-negative bacteria36,37. Though the antimicrobial mechanism of zinc nanoparticles is not clearly studied, reports from previous studies have suggested that their photocatalytic properties generate hydrogen peroxide (H2O2) through a series of reactions in the presence of H2O. These hydrogen peroxide molecules are toxic to the microbial cells as they can penetrate the cell membrane and kill them38. There have been fewer studies on the antimicrobial efficacy of these textiles on fungal pathogens. However, the results obtained here indicate that these novel nanocomposite textiles can also be used for antifungal applications./p> 99.999% (> 5 log10) reduction indicating that the nanocomposite fabrics can retain their antimicrobial behavior even after several washes. This means that the novel nanocomposite fabrics have better longevity and durability when compared to other antimicrobial textiles previously studied39,40./p> 99.999% (> 5 log10) microbial reduction. The fabrics are also safe, highly durable and can be reused over 100 wash/dry cycles without loss of their functionality. Third party dermatological tests showed that the nanocomposite fabric materials are non-irritating and hypoallergenic to human skin. Therefore, these fabrics can be successfully used as medical textiles such as hospital linen and surgical gowns, which can aid in the fight against nosocomial infections and disease transmission in healthcare setting./p>