세균 부착에 미치는 고분자의 기능성 측쇄 및 표면 특성의 영향 = Bacterial Adhesion on Polymer Surface Depends on Functional Groups and Surface Properties of Polymer

국문 초록 (Abstract)

여러 종류의 고분자 표면에서 일어나는 세균의 부착이 고분자 물질의 표면 특성과 기능성 측쇄에 의해 어떻게 영향을 받는지 알아보기 위해서, 그 구조에 다양한 정도의 불소화와 분극을 반영하는 세 가지 고분자 물질, 즉 poly(propylenecarbonate) (PPC), poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVEHFP), 및 Nafion을 검사했다. 고분자 필름을 4시간동안 Escherichia coli, Staphylococcus aureus 또는 Pseudomonas aeruginosa와 배양시켜 세균의 부착을 유도한 후에, 고주파음 처리로 고분자 표면에 부착된 세균을 이탈시키고, 부착되었던 세균 수를 한천배지 위에서 측정하였다.
고분자 표면에 부착된 세균을 주사형 전자현미경으로 관찰하면 한천배지에서 측정된 세균 수의 결과와 일치하였는데, 두 개의 불소화 고분자인 PVFHFP와 Nafion은 불소를 포함하지 않은 PPC에 비해서 세균부착이 상당히 낮게 나타났다. 특히 PVFHFP는 S. aureur와 E. coli에 의한 부착이 거의 일어나지 않았다. 이와 같은 결과는 접촉각도를 측정하여 얻어지는 표면 에너지의 관점에서 일부 설명될 수 있다. 즉, 높은 표면 에너지를 갖는 PPC는 세균을 더 끌어당기는 반면에, 낮은 표면 에너지를 갖는 불소화 고분자들은 상대적으로 덜 끌어당긴다. PVFHFP와 Nafion은 중축 뿐만 아니라 측쇄에도 다양하게 불소 원소를 포함하여 결과적으로 표면의 roughness가 다르게 나타난다. 하지만 이를 원자력 현미경으로 측정했을 때, 이 불소화 고분자들의 표면은 별 차이 없이 비교적 평탄한 것으로 관찰되었고, 세균의 크기를 감안하면 고분자 표면의 roughness 차이는 본 연구에서 무시할 수 있는 것으로 보였다. 따라서 표면 에너지가 낮아지도록 고분자를 합성하면 그 표면에 세균의 부착이 거의 일어나지 않기 때문에 불소화 고분자를 생체 이식용 물질의 후보로 고려해 볼 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In order to investigate how the functional groups and the surface properties of polymer materials influence the bacterial adhesion on various polymer surfaces, poly(propy1enecarbonate) (PFC), poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVFHFP)), and Nafion were tested as their chemical structures reflect various degrees of fluorination and polarization. The polymer films were allowed for 4 hours to contact with Escherichia coli, Staphylococcus aureus, or Pseudomonas aeruginosa and then subjected to sonication to remove the adhering bacteria that were subsequently counted by plating on agar.
Scanning electron microscopy of bacteria adherent to polymer surfaces and bacterial counting of those bacteria clearly demonstrated that the surface of two fluorinated polymers, PVFHFP and Nafion, revealed the significantly lower adhesion compared with non-fluorinated PFC. Particularly, PVFHFP surface showed the scarce adhesion by S. aureus and E. coli. These results may be explained in part with respect to films' surface energy determined by contact angle measurements: PPC with high surface energy attracted more bacteria, while PVFHFT and Nafion with low surface energy did less bacteria. PVFHFP and Nafion contain fluorine atoms in the backbones and functional groups that would give rise to different degrees of roughness. When resolved by atomic force microscopy, however, the surface of these fluorinated polymers was relatively smooth without any noticeable difference. Considering the size of bacteria, the effect of roughness on polymer films was negligible in this study. When synthesized to reduce surface energy for decrease in bacterial adhesion, these fluorinated polymeric materials may be considered as candidates for the artificial implants.