자외선 차단 특성을 지닌 셀룰로오스와 티아졸리딘을 기반으로 한 생분해성 필름

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 7887(2022) 이 기사 인용

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현재의 이론적 근거는 셀룰로오스와 티아졸리딘을 기반으로 한 새로운 친환경 UV 차폐 필름을 탐색하는 것입니다. 셀룰로오스는 각각 과요오드산염과 TEMPO/과요오드산염/차아염소산염에 의해 디알데히드 셀룰로오스(DAC)와 트리카르복시 셀룰로오스(TCC)로 산화되었습니다. E-3-아미노-5-(페닐디아제닐)-2-티옥소티아졸리딘-4-온(TH)은 디아조늄 염을 2-티옥소-4-티아졸리디논의 5-메틸렌과 결합하여 합성되었습니다. 그런 다음 DAC는 Schiff 염기 반응을 통해 TH와 결합되고 다양한 비율로 TCC에 통합되어 UV 차폐 필름을 얻었습니다. 합성된 물질의 화학 구조를 조사하기 위해 1HNMR, 적외선 분광법(FTIR) 및 열 중량 분석(TGA)을 사용했습니다. 또한 필름의 형태, 열적, 기계적 및 UV 차폐 특성을 조사했습니다. UV 차폐 연구에 따르면 DAC-TH가 10%인 필름은 UVB(자외선 차단) 99.88%, UVB(자외선 흡수) 99.99%, UPF(자외선 차단) 흡수율 96.19%를 나타냈습니다. 또한, 준비된 필름은 Escherichia coli, S. aureus, P. aeruginosa 및 Candida albicans에 대해 유망한 항균 활성을 보여주었습니다. 마지막으로, 제조된 필름은 정상 인간 피부 섬유아세포의 HFB-4 세포주에 대해 세포독성 효과를 나타내지 않았습니다.

지난 수십 년 동안 고분자 필름은 저비용, 경량, 우수한 탄성 및 높은 투과율로 인해 식품, 의약품, 전자 기기 등 다양한 주요 산업에서 포장재로 널리 적용되어 왔습니다1,2. 그러나 과학자들은 환경 보존을 요구하는 목소리가 높아지고 친환경 소재를 사용하려는 경향이 커지면서 생분해성 소재를 만드는 방향으로 전환했습니다3,4. 재생 가능한 자원에서 얻은 이러한 재료는 순수 폴리머, 복합재 또는 혼합 제품이며 녹색 폴리머로 분류될 수 있습니다. 최근 셀룰로오스 소재는 독특한 생체적합성, 생분해성, 무독성, 무알레르기 특성으로 인해 합성 고분자의 강력한 대안으로 떠오르고 있습니다5. 적절한 변형을 통해 사슬 백본에 삽입될 수 있는 기능 그룹에 따라 달라집니다. 이는 가장 유망한 재료로 보이며 약물 전달6, 전도성 재료7,8, 비료제9 및 수처리10와 같은 많은 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 디알데히드 셀룰로오스(DAC)는 반응성이 높은 부위를 갖는 가장 널리 사용되는 산화 셀룰로오스입니다. 과요오드산염은 셀룰로오스를 디알데히드 셀룰로오스11,12로 산화시키는 데 널리 사용됩니다. 이는 C2 및 C36에서 셀룰로오스의 인접한 수산기를 산화시킵니다. 최근 몇 년 동안, 디알데히드 셀룰로오스는 알데히드 그룹이 쉬프 염기 상호작용을 통해 아미노산의 NH2와 가교결합할 수 있는 이상적인 가교제로서 점점 더 주목을 받고 있습니다7.

한편, UV 차단 셀룰로오스 필름의 제작은 생분해성 및 친환경 UV 차폐 재료로서의 추가 개발 및 적용이 시급히 필요해졌습니다. 열처리 기술을 통해 UV 차단 셀룰로오스를 개발하기 위해 많은 접근 방식이 수행되었으며, 이는 UV 차단 셀룰로오스를 제조하기 위한 친환경적이고 간단한 접근 방식으로 제시되었습니다. 그러나 이 방법은 치료 중 셀룰로오스 섬유의 노란색 변색에 따라 달라집니다. 더욱이, UV 흡수제는 셀룰로오스 필름에 통합하여 높은 UV 보호를 달성하는 지배적인 기술로 간주됩니다. 이러한 맥락에서 고효율 셀룰로오스 기반 UV 차폐 필름의 개발은 과학자들의 큰 관심을 끌고 있습니다17. 유기 및 무기 UV 흡수제는 사슬 백본에 삽입된 작용기의 유형에 따라 UV 보호를 달성하기 위해 대부분 셀룰로오스 필름에 통합됩니다13.

반면, 헤테로고리 화합물은 천연 및 합성 물질에서 발견될 수 있으며 주로 UV 흡수 특성이 뛰어난 것으로 알려져 있습니다18,19,20. 일반적으로 로다닌으로 알려진 3-아미노-2-티옥소티아졸리딘-4-온은 방부제, 항염증제, 항기생충제, 항진균제, 항당뇨병제, 항바이러스제 및 항종양 활성을 나타내는 광범위한 생물학적 활성을 가지고 있습니다21,22,23. 항균 활성을 입증하기 위해 로다닌 유도체에 대한 많은 연구가 수행되었습니다24,25. 또한, 그들의 아조 염료 유도체는 광학적 특성을 지닌 Fe3+26에 대한 분광 광도계 화학 센서로 사용됩니다.