눈은 특수한 해부학적 구조와 생리적 특성을 가지고 있으며 특히 강력한 국소 면역 반응을 나타내는 것을 특징으로 하는 기관이다[1-3]. 외부 감염에 대한 강력한 방어 기전에도 불구하고, 안구 감염은 빈번히 발생하며 안구 손상과 실명의 주요 원인으로 간주되고 있다[4]. 안구 감염은 다양한 원인에 의해 나타날 수 있는데 이 중에서 인공눈물, 안약과 같은 점안제의 사용이 늘어남에 따라 점안제의 미생물 오염에 의한 안구 감염 발생 빈도 또한 증가하고 있다[5]. 점안제의 오염은 제조 과정, 공급 과정, 개봉 후 사용 중에 발생할 수 있다. 미생물의 오염으로 인한 문제를 해결하기 위해 흔히 염화벤잘코늄 등이 함유된 방부제가 사용되고 있다[5]. 그러나 염화벤잘코늄의 장기 투여는 알레르기 반응, 안구 건조증, 각막 손상, 각막 궤양 등의 부작용을 일으킬 가능성이 높다고 알려져 있다[6-9]. 연구에 따르면, 방부제가 포함된 점안제와 방부제가 없는 점안제의 미생물 오염률은 2.2%에서 34.8%까지 다양하게 나타나며, 방부제 처리가 오염을 완전히 막지는 못하는 것으로 보인다. 또한 방부제가 포함된 점안제를 장기적으로 사용하면 각막과 결막 표면에 독성 영향을 미칠 수 있다고 보고되고 있다[10-19]. 이와 같이 단순히 방부제의 첨가로는 점안액의 오염을 완전히 방지할 수 없으며, 또한, 알레르기 반응, 안구 건조증, 각막염, 결막염, 시력 저하 등과 같은 다양한 형태의 합병증을 유발할 수 있으므로 방부제를 사용하지 않고 점안액을 무균 상태로 유지하기 위한 새로운 방법이 필요하게 되었다.

방부제 첨가 없이 약제를 보관 및 사용하기 위한 대표적인 방법 중 하나는 멸균 포장된 일회용 용기에 약제를 분배하여 사용하는 것이다. 이 방법은 최근까지 임상에서 인공눈물[20], 항생제 점안제[21]와 같은 민감한 안과용 약제에 대해 제한적으로 사용되고 있지만 오염 등의 문제가 지속적으로 발생함에 따라 이를 대체할 수 있는 무방부제 다회용 점적기가 개발되어 사용되고 있다.

다회용 투여 용기에 담겨 유통되는 다회용 점안제(multi-use ophthalmic solution)는 사용 기간 동안 여러 번 반복해서 사용할 수 있도록 고안된 무균 제제이다. 일반적으로 깔때기 모양의 용기 캡을 통해 눈에 주입되며, 고개를 뒤로 젖히고 용기를 눌러 안약을 떨어뜨리는 방식으로 사용되는데 이 과정에서 용기 캡이 눈 주위나 손에 닿을 가능성이 있어 미생물 오염이 발생할 위험이 존재한다[5]. 또한, 정확한 투여량을 조절할 수 있는 장치가 없어 사용자가 감각에 의존해 용기를 조작해야 하기 때문에 오염 가능성이 더 커질 수 있다[22]. 무균 설비에서 생산된 점안제는 개봉 전까지 무균 상태가 유지되지만, 일단 개봉되면 공기와의 접촉, 점안 과정에서의 부주의, 그리고 다양한 환경적 요인들로 인해 무균 상태를 유지하기 어려운 상황에 놓이게 된다[23]. 안과 외래 환자가 사용한 점안제를 회수하여 미생물 오염도를 분석한 결과, 1일, 2일, 4일 동안 사용한 점안제에 비해 7일 이상 사용한 점안제의 미생물 오염도가 높아졌다는 연구가 보고된 바 있다[24]. 이는 다회용 점안제가 반복적으로 개봉되면서 빛, 공기, 온도 등 다양한 환경 요인에 오랫동안 노출됨에 따라 미생물 오염에 취약해질 수 있음을 의미한다.

공기압 차이를 이용한 무방부제 다회용 점적기는 뚜껑에 장착된 버튼을 통해 일정량의 안약을 정량적으로 배출할 수 있도록 설계되었으며, 기존의 점안제처럼 누르면 과도한 양이 한꺼번에 쏟아지지 않도록 설계되어 사용자가 안약을 보다 정확하고 위생적으로 투여할 수 있으며, 오염을 방지할 수 있을 것으로 설계되었다. 본 연구에서는 공기압 차이를 이용한 새로운 무방부제 다회용 점적기의 세균 억제 효과를 평가하였다. 이를 위해 기존의 일회용 점안 용기, 압박 방식의 시중 판매 중인 무방부제 다회용 점적기, 그리고 공기압 차이를 이용한 무방부제 다회용 점적기를 비교하여 미생물 배양 및 분석을 수행했다. 또한 제형과 사용 기간에 따른 차이, 오염된 약제를 사용했을 때 세균 배출 억제 효과도 함께 평가하였다.

1. 공기압 차이를 이용한 무방부제 다회용 점적기의 구조

본 실험에 사용된 공기압 차이를 이용한 무방부제 다회용 점적기는 점안액이 방출되는 경로에서 외부 물질의 유입과 역류를 방지하기 위해 duckbill 밸브를 적용하였다. Duckbill 밸브는 역류 방지 장치 역할을 하는 일체형 탄성체로 구성된 밸브로 오리주둥이와 비슷한 모양의 주둥이 끝이 뾰족하여 압력이 발생할 수 있는 면적이 거의 없기에 주둥이 밖에서 발생된 압력으로 인해 주둥이는 닫혀 밀봉되어 역류를 차단하며, 내부 압력이 발생하면 주둥이 모양의 입구가 열리며 단방향으로 유체가 흐르는 밸브의 특징으로 인해 역류로 인한 오염을 방지하기 때문에 오염 차단 및 무균을 위한 의료 분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 duckbill 밸브의 역류 방지 기능으로 용기 내부에 외부 물질의 유입을 차단하여 내부 용액의 오염을 방지하여 무균성을 유지할 수 있다. 한 방울의 약액 크기는 0.04∼0.05 μm가 되도록 설정하였다. 노출부의 버튼을 눌렀을 때, 실리콘 버튼 내부의 공간에서 생성된 공기가 필터를 통과하며 불순물을 제거한 후 injection duck valve를 통해 용기 내부로 주입된다. 버튼 내부의 체적은 약 0.1 mL로, 용기 내부로 주입된 공기가 용액을 밀어내어 한 방울(약 0.04∼0.05 mL)의 용액이 discharge duck valve를 통해 배출된다. 용기의 재질은 low-density polyethylene (LDPE), 노즐은 high-density polyethylene (HDPE), 밸브 및 개스킷은 실리콘 소재로 가공되었다(Figure 1). 점안용기의 본체에 사용된 HDPE, LDPE는 Material Safety Data Sheet에서 안전하다고 알려져 있어 현재 점안용기의 제조에 가장 널리 사용되고 있는 소재이다. 또한 밸브 및 개스킷에 사용된 실리콘 소재는 성형 조건에 따라 액체 상태에서 고체에 이르기까지 다양한 형태로 성형이 가능하므로 duckbill 밸브와 sealing 개스킷에 사용하여 역류를 방지하거나 용기 밀봉 목적으로 사용하였다. 이러한 안전성이 검증된 용기재료를 사용하고, 외부 미생물을 차단하며 액체를 방출하는 구조의 용기에 점안제를 넣어 점안액의 안전성과 무균성을 유지할 수 있도록 하였다. 해당 점적기는 유니메드제약에서 오송첨단의료산업진흥재단에 의뢰하여 직접 개발하였다. 국내에서 생산 출시된 동일한 원리를 가지고 있는 점적기는 없으며, 외국의 경우는 무보존제 점안기에 대한 개발이 이뤄지고 있다. 공기압 차이를 이용한 프랑스의 Nemera 용기 시스템은 보틀을 압착해서 액체가 유출된 후 외부 공기가 유입되는 형태이며, 본 연구에 사용된 용기는 버튼식 공기 주입부가 있어 주입된 외부 공기에 의해 일정량의 액체가 유출되는 형태이다.

Fig. 1. Design diagram of a preservative-free multi-dose dropper using air pressure differentials. (A) The structural assembly of the multi-dose dropper, highlighting the nozzle and container sections. (B) The internal mechanism, including the external and inner buttons, valves, and membrane filter.

2. 연구 설계

안약 사용 과정에서 발생하는 세균의 오염을 줄일 수 있는지 알아보기 위해 다양한 연구 설계를 통한 세균 검출 여부를 확인하였다(Figure 2). 다회용 점적기(그룹 A), A사의 무방부제 다회용 점적기(그룹 B), 공기압 차이를 이용한 무방부제 다회용 점적기(그룹 C) 세 가지 점적기를 Figure 3과 같이 비교하였다. 시중에서 판매되고 있으며 보존제가 포함되지 않은 디어큐어(DKSH Korea^Ⓡ)를 점적기에 주입하여 사용하였다. 그룹(A, B, C)별로 3개의 점적기를 사용하여 실험을 진행하였다.

Fig. 2. Process of microbial contamination evaluation. Group A: commercially available multi-dose dropper; Group B: commercially available preservative-free multi-dose dropper; Group C: preservative-free multi-dose dropper using air pressure differentials.

Fig. 3. Eyedropper bottles used in this study. (A) Commercially available multi-dose dropper. (B) Commercially available preservative-free multi-dose dropper. (C) Preservative-free multi-dose dropper using air pressure differentials.

3. 점안제의 보관

본 연구에서 사용한 점안제로는 시중에서 판매되고 있는 디어큐어(DKSH Korea^Ⓡ)를 이용하였다. 디어큐어는 염화나트륨, 수산화나트륨, 염산, 주사용수, 에데트산나트륨수화물, 인산수소나트륨수화물, 염화칼륨 등의 첨가제를 포함하며, 보존제를 포함하지 않는 점안액이다. 점안제 사용기간 및 세균 여과 효과 평가를 위한 실험에서 수집된 점안제는 분석 전 최대 48시간 동안 2℃∼8℃의 조건에서 보관되었다. 각 점안제에 대해 수집 날짜, 활성 성분, 배치 번호, 출처, 포장 유형, 사용 중 보관 조건 등이 기록되었다. 샘플링 및 배양 방법의 신뢰성을 보장하기 위해 모든 절차는 Class A 무균 작업대 내 Class II Type A2 vertical laminar airflow hood 내에서 수행하였다.

4. 미생물 오염원의 선택 및 오염에 필요한 미생물 수의 설정

대한민국약전에서 권장하는 세 가지 미생물인 Staphylococcus aureus (S. aureus) (NCTC 3881), Bacillus subtilis (B. subtilis) (NCTC 1021), Aspergillus brasiliensis (A. brasiliensis) (NCTC 6196)를 사용해 점적기 팁과 내부 캡을 의도적으로 오염시킨 후 검체의 샘플링 및 배양 방법의 신뢰성과 타당성을 검증하였다[25]. 이 미생물들은 지난 30년간 다양한 연구에서 점적기 팁과 내부 캡의 오염원으로 자주 분리된바[5] 있어 점적기의 세균 오염 방지 효과를 평가하기에 적절하다고 판단하여 본 연구에서 사용하였다. 필요한 미생물 수를 결정하기 위해 24시간 배양하여 10² CFU/mL로 희석하였다. S. aureus는 액상티오글리콜산배지(Fluid Thioglycollate Medium, BD) 5 mL에서 37℃에서 5시간 동안 배양되었다. B. subtilis와 A. brasiliensis는 대두카제인소화배지(Tryptic Soy Broth, BD)에서 배양하였다. 농축된 배지(평균 10⁴ 또는 10⁵ 사이)를 10배씩 계대희석 한 후, 각 희석액 100 µL를 실온에서 0시간과 24시간 후에 한천배지에 도말하였다. 배양은 37℃, 5% CO₂ 조건 또는 호기성 조건하에서 배양되었다. 10⁴ 또는 10⁵에서 배양된 집락 수를 눈으로 확인하고 측정이 가능한 수를 확인 후 집락수 측정기(350CL, Hwashin Instrument)를 이용하여 계수하였다. 본 실험은 대한민국약전에서 권장하는 프로토콜에 따라 수행되었다[26].

5. 미생물 성장 여부 평가

미생물 성장 여부는 맥팔랜드 기준(McFarland Standards)을 참고하여 탁도를 시각적으로 확인하여 평가하였다(Figure 4) [27, 28]. 실험 정확도를 높이기 위해 양성 대조군(미생물 성장 확인을 위한 오염된 배양액)과 음성 대조군(무균 상태의 배양액)을 함께 비교하였다. 점안액을 멸균된 액체배지에 한 방울씩 떨어뜨리고 35℃에서 24시간 동안 배양한 후 배지의 혼탁도를 맥팔랜드 기준에 따라 시각적으로 비교하였다. 미생물 성장 정도는 0에서 +3까지의 단계로 표현되었으며, 단계별 의미는 다음과 같다. 0: 혼탁 없음(미생물 성장 없음), +1: 미세한 혼탁(약간의 미생물 성장), +2: 중간 정도의 혼탁(상당한 미생물 성장), +3: 뚜렷한 혼탁(활발한 미생물 성장).

Fig. 4. Examples of McFarland Standards.

6. 점안제 내용물과 점적기 팁 및 내부 캡 표면의 샘플링 및 배양

실험에 사용한 점적기(그룹 C)는 용기부와 버튼이 있는 헤드부를 분리하고 70% 에탄올에 12시간 동안 완전히 침수시킨 후 에탄올에서 꺼내 24시간 동안 건조하였다. 그 후 24시간 동안 UV 멸균 처리를 실시하였고 멸균 처리가 끝난 점적기는 실험 시작 전에 무균 검사를 실시하여 점적기의 현재 상태가 무균 상태임을 확인한 후 실험을 진행하였다. 일회용 점안용기(그룹 A)와 무방부제 다회용 점적기(그룹 B)는 이미 멸균처리된 제품을 사용하였으므로 추가적인 멸균 처리 과정을 거치지 않고 바로 사용하였다. 점적기의 오염도 및 세균 여과 효과를 평가하기 이전에 실험의 신뢰성을 보장하기 위해 실험에 사용할 점안제의 내용물, 점적기 팁, 내부 캡 표면의 무균 상태를 평가하였다. 각 샘플을 무균 환경에서 채취한 후, 37℃에서 배양하여 미생물의 존재 여부를 확인하였고 오염이 없을 경우에만 본 실험을 진행하였다. 점안제 팁과 내부 캡의 샘플은 eSwab^Ⓡ (Deltalab)을 사용하여 채취하였으며, 채취한 샘플은 액상티오글리콜산배지과 대두카제인소화배지에서 24시간 동안 배양하여 미생물 성장 여부를 확인하였다.

7. 사용 기간에 따른 점안액 오염도 측정

점안제 사용 기간에 따른 점안기의 오염 정도를 평가하기 위해, 1일, 5일, 10일 시점에서 균 배양 검사를 시행하였다. 매일 8∼9시(오전), 12∼13시(점심), 18∼19시(저녁)에 3가지 점적기에 포함된 점안액 3방울을 방출하였으며 오염도 측정을 위해 1일, 5일, 10일째에 오전, 점심, 저녁 때 채취한 점안액 3방울을 액상 티오글리콜산배지와 대두카제인소화배지에 떨어뜨린 후 배양하였다.

8. 점적기의 세균 여과 효과

이미 오염된 약물을 점안할 때 내부에서 외부로 세균 배출을 억제할 수 있는지 확인하기 위해 정방향 여과 실험을, 외부 세균으로부터 점적기 내부 오염을 억제할 수 있는지 평가하기 위해 역방향 여과 실험을 진행하였다[27]. 정방향 여과 효과의 평가를 위해 균액을 10⁵ CFU/mL로 희석한 후, 이를 멸균 접시에 떨어뜨렸다. 점안제 용기를 눌러 500 µL의 점안액을 제거하고, 발생한 음압을 이용해 준비된 균액 500 µL를 점적기 끝을 통해 용기 안으로 흡입하였다. 용액은 vortexing 하여 충분히 혼합한 후 용기를 다시 눌러 첫 번째 배출된 점안액 500 µL를 제거하고, 두 번째 배출된 점안액 500 µL를 시험관에 담아 그중 20 µL를 혈액한천배지에 배양해 대조군으로 설정하였다. 이후, 용기 표면을 10% 포비돈-아이오다인 용액으로 소독하고 주사기를 사용해 용기 내부의 용액을 추출한 뒤, 이 중 20 µL를 혈액한천배지에 배양해 실험군으로 사용하였다. 배양은 37℃, 5% CO₂ 조건 또는 호기성 조건하에서 24시간 동안 실시하였다. 역방향 여과 실험을 위해 먼저 점안제가 들어 있는 용기 표면을 10% 포비돈-아이오다인 용액으로 소독한 후, 6×10⁷ 또는 6×10⁵ CFU/mL의 균액 1 mL를 주사기를 이용해 점안제 용기(5 mL)에 주입하고, Vortex 장비를 사용해 충분히 혼합하여, 용기 안의 점안액을 10⁷ 또는 10⁵ CFU/mL 농도의 세균으로 오염시켰다. 실험군은 용기 본체를 손(그룹 A와 B) 또는 버튼(그룹 C)을 눌러 여과기와 점적기를 거쳐 나오는 500 µL의 용액을 시험관에 담고, 이 중 20 µL를 혈액한천배지에 도말하여 배양하였다. 양성 대조군은 용기 표면을 10% 포비돈-아이오다인 용액으로 소독한 후, 여과기를 통하지 않도록 주사기를 이용해 오염된 점안액을 직접 추출하여, 이 중 20 µL를 혈액한천배지에 도말하여 배양하였다.

1. 점안제의 내용물, 점적기 팁, 내부 캡 표면의 무균 상태 평가 결과

그룹 A는 다회용 점적기를 사용한 대조군으로 설정되었으며(별도의 세균 오염 제거 필터 없음, 본체를 눌러 점안제 배출), 그룹 B는 시중에서 판매 중인 무방부제 다회용 점적기를 사용한 실험군(세균 오염 제거 필터 보유, 본체를 눌러 점안제 배출), 그룹 C는 공기압 차이를 이용한 무방부제 다회용 점적기를 사용한 실험군(세균 오염 제거 필터 보유, 버튼을 눌러 점안제 배출)으로 구성되었다. 각 그룹은 서로 다른 점적기 설계와 작동 방식에 따라 세균 오염 방지 효과를 비교하기 위해 구분되었다. 실험 전 무균 상태에서 각 샘플을 채취하여 점안제의 내용물, 점적기 팁, 그리고 내부 캡 표면에서 미생물 오염도를 평가한 결과, 모든 그룹(A, B, C)에서 실험 기간 동안 세균 오염이 발생하지 않았음을 확인하였다.

2. 사용 기간에 따른 점적기 점안제의 오염도 평가 결과

점안제의 사용 기간에 따른 미생물 오염도 평가 결과 그룹 A에서는 사용 시작 5일째와 10일째 아침, 점심, 저녁 모든 시간대에서 미생물 배양이 확인되었다. 특히, 10일 시점에서 미생물 혼탁도가 더욱 증가하는 경향을 보였다. 반면, 그룹 B와 C에서는 모든 시점에서 미생물이 검출되지 않았다(Table 1, Figure 5).

Fig. 5. Images of microbial contamination levels based on usage duration of eye drops in culture glass tubes. A: commercially available multi-dose dropper; B: commercially available preservative-free multi-dose dropper; C: preservative-free multi-dose dropper using air pressure differentials.
Abbreviations: FTM, fluid thioglycollate medium; TSB, tryptic soy broth.

Table 1

Microbial contamination levels based on usage duration of eye drops

Time (day)	Group	Observation time
		Morning	Afternoon	Evening
Day 1	A	-	-	-
	B	-	-	-
	C	-	-	-
Day 5	A	+1	+1	+2
	B	-	-	-
	C	-	-	-
Day 10	A	+3	+3	+3
	B	-	-	-
	C	-	-	-

Group A: commercially available disposable dropper; Group B: commercially available preservative-free multi-dose dropper; Group C: preservative-free multi-dose dropper using air pressure differentials.

3. 정방향, 역방향 세균 여과 효과 평가 결과

세균 여과 효과를 평가한 정방향(forward) 실험 결과 그룹 A에서는 양성 대조군과 실험군 모두에서 세균 오염이 관찰되었다. 그룹 B와 C는 오염된 점안제 용기에서 주사기를 통해 추출한 양성 대조군 용액에서는 세균이 배양되었으나, 여과기를 통해 얻은 실험군 용액에서는 세균이 배양되지 않았다. 역방향(reverse) 실험에서 그룹 B와 C 모두 양성 대조군에서는 공통적으로 세균 오염이 관찰된 반면, 실험군에서 점적기와 여과기를 통해 균액을 흡입한 그룹 B와 C의 실험군 용기 내부 용액에서는 세균이 관찰되지 않았다(Table 2, Figure 6).

Fig. 6. Images of bacterial filtration efficiency of eye droppers for forward and reverse contamination protocol in culture glass tubes. A: commercially available multi-dose dropper; B: commercially available preservative-free multi-dose dropper; C: preservative-free multi-dose dropper using air pressure differentials.
Abbreviations: PC, positive control; EG, experimental group.

Table 2

Bacterial filtration efficiency of eye droppers for forward and reverse contamination protocol

Test	Group		Bacterial growth (+/-)a)
			Staphylococcus aureus	Bacillus subtilis	Aspergillus brasiliensis
Forward	A	PC	+3	+3	+3
		EG	+3	+3	+3
	B	PC	+3	+3	+3
		EG	-	-	-
	C	PC	+3	+3	+3
		EG	-	-	-
Reverse	A	PC	+3	+3	+3
		EG	+3	+3	+3
	B	PC	+3	+3	+3
		EG	-	-	-
	C	PC	+3	+3	+3
		EG	-	-	-

Group A: commercially available disposable dropper; Group B: commercially available preservative-free multi-dose dropper; Group C: preservative-free multi-dose dropper using air pressure differentials.

^a)Assessed according to the McFarland Standards.

Abbreviations: PC, positive control; EG, experimental group.

본 연구에서 평가한 공기압을 이용한 무방부제 다회용 점적기는 기존의 일회용 점적기와 비교하여 장기간 반복 사용 시에도 점안제 내부에 세균 오염이 발생하지 않았으며, 외부로부터의 세균 유입과 내부 세균의 외부 방출을 효과적으로 억제하였다. 이러한 결과는 공기압을 이용한 무방부제 다회용 점적기가 기존 무방부제 다회용 점적기와 비교해 동등한 수준의 세균 억제 효과를 나타냄을 의미한다.

다회용 점안제는 1회용 점안제와 달리 벤잘코늄염화물과 같은 보존제를 포함하여 개봉 후에도 여러 차례 사용할 수 있도록 설계된 제형이다. 그러나 반복적인 개봉과 사용 과정에서 점적기의 팁, 뚜껑, 또는 용기가 사용자의 손, 눈꺼풀, 속눈썹, 얼굴 피부와 접촉하거나 점안 용기의 뚜껑을 여닫는 과정에서 미생물에 의한 오염 가능성이나 약물의 안정성 저하 문제가 발생할 수 있다[11, 23, 29-32]. 이러한 미생물 오염은 사용 기간이 길어질수록 증가한다고 알려져 있다[23, 33, 34]. 이러한 문제를 해결하기 위해 점안액이 방출되는 경로에 외부 물질의 유입을 방지하기 위한 장치를 장착하여 사용하게 되었고, 이를 발전시켜 세균, 진균과 같은 미생물까지도 여과할 수 있는 장치가 개발되어 현재 상업적으로 널리 활용되고 있다.

본 실험에 사용된 공기압을 이용한 무방부제 다회용 점적기는 기존의 무방부제 다회용 점적기와 달리 세균 여과를 위해 duckbill 밸브를 적용해 외부 물질의 유입을 차단하며, 공기 주입 경로 역시 용액의 역류를 방지하도록 설계되었다. 또한 정량을 주입하기 어려운 기존의 점적기 방식을 보완하여 버튼 방식을 통해 공기를 주입하여 한 방울의 용액 크기를 0.04∼0.05 μm로 정량의 용액이 배출되도록 하는 장점을 갖고 있다.

그룹 B와 C 모두 미생물 오염을 차단하는 필터링 시스템이 적용된 무방부제 다회용 점적기로, 여과 장치를 사용하여 외부 세균이 점적기 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 본 연구에서 그룹 B와 C의 결과가 동일했던 이유는, 두 그룹 모두 동일한 여과 원리를 사용하여 미생물의 역방향 침투와 정방향 배출을 차단했기 때문이라 생각되며 이는 두 점적기가 미생물 오염을 효과적으로 차단하는 설계구조를 가지고 있음을 나타낸다.

사용 기간에 따른 오염 정도를 평가하기 위해 1, 5, 10일 동안 반복 사용된 점안제의 세균 배양 검사를 시행한 결과, 그룹 A의 경우 1일 차에서는 모든 시간대에서 세균 오염이 나타나지 않았으나, 5일과 10일 차에서는 점차 오염도가 증가하는 경향을 보였다. 반면, 그룹 B와 C에서는 사용 후 1일, 5일, 10일째 모두에서 세균의 오염이 관찰되지 않았다. 그룹 A에서 관찰된 미생물 오염은 여과 필터를 포함하지 않은 일반적인 다회용 점적기의 구조적 한계로 인해 발생된 것으로 판단된다. 점적기 팁과 캡이 외부와 접촉할 가능성이 높아 사용 중 오염이 발생하기 쉬운 반면, 그룹 B와 C의 경우 설계적으로 미생물 오염을 차단하는 여과 시스템이 적용되어 있어 오염이 발생하지 않았다. 이는 그룹 B와 C 모두 점안제 사용 기간 동안 미생물 오염을 억제하는 데 효과적임을 나타낸다.

점적기의 세균 여과 효과를 평가한 실험에서 공기압을 이용한 무보존제 점적기의 세균 여과 장치 기능이 효과적임을 확인하였으며, 양방향 실험 모두에서 동일한 결과를 보였다. 예상대로 역방향 실험에서 그룹 A는 양성 대조군과 실험군 모두 세균 오염이 확인되었으며, 이는 세균이 점적기를 통해 외부에서 용기 내부로 침투했음을 의미한다. 반면 그룹 B와 C에서 실험군에서는 세균 오염이 관찰되지 않았다. 이는 B와 C 그룹이 역방향 세균 여과에 효과적임을 보여준다. 정방향 실험에서도 그룹 A의 양성 대조군과 실험군 모두 세균 오염이 확인되었으나, 그룹 B와 C의 경우 오직 양성 대조군에서만 세균이 관찰되었고 실험군에서는 관찰되지 않았다. 이러한 결과를 통해 그룹 B와 C는 세균이 점적기 내부로 침투하는 것을 방지하는 동시에, 이미 점적기 내부가 세균에 오염된 상태라 하더라도 여과기를 통해 점안 시 완전한 여과가 가능함을 의미한다.

이번 연구의 제한점으로는 제한된 세균 종(S. aureus, B. subtilis, A. brasiliensis)만을 대상으로 여과 효과를 평가하였기 때문에, 실제 환경에서 접촉할 수 있는 다양한 미생물에 대한 검증이 필요하다는 점이 있다. 또한, 탁도 단계를 평가하는 정성적 검사를 사용하여 오염 정도를 평가했으므로, 정량적인 오염 여부나 시간에 따른 미생물 증식 속도를 파악하기 어렵다는 한계가 있다. 이러한 제한점을 보완하기 위해, 후속 연구에서는 세균 오염의 정량적 검사를 통해 점적기의 세균 여과 성능을 더욱 정밀하게 분석하고 비교하는 실험이 필요하다. 더불어, 본 연구에서는 사용 기간을 10일로 설정하여 세균 오염을 평가했으나, 일부 미생물은 성장 속도가 느리고 낮은 농도에서는 충분히 증식하지 않을 가능성이 있기 때문에, 검출 민감도를 향상시키기 위해 더 긴 기간 동안 사용 후 평가할 필요가 있다. 또한, 본 연구는 실험실 환경에서 공기압을 이용한 무방부제 다회용 점적기의 세균 억제 효과를 평가한 것이며, 실제 사용 환경, 여과 장치의 장기 내구성, 다양한 약물과의 호환성, 환경적 영향 등은 다루지 못했기 때문에 이러한 부분을 고려한 추가적인 연구가 필요하다.

본 실험에 사용된 공기압 차이를 이용한 다회용 점적기는 세균 침입을 효과적으로 차단하였으며, 다양한 조건과 장기간 사용에도 안정적인 세균 억제 성능을 유지하였다. 이러한 세균 억제 효과 외에도 공기압 차이를 이용한 다회용 점적기는 정량적인 투여가 가능하며, 사용자가 보다 위생적으로 안약을 투여할 수 있다는 점에서 기존의 무방부제 다회용 점적기와 차별성을 가지고 있다는 점에서 방부제 없이도 점안액의 무균 상태를 보장할 수 있는 대안으로써 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

본 연구의 목적은 기존 점적기 모델의 단점을 보완하여 새롭게 설계된 공기압 차이를 이용한 무방부제 다회용 점적기의 세균 억제 효과를 평가하는 것이다. 성능을 평가하기 위해 상용 다회용 점적기, 기존 다회용 무방부제 점적기, 공기압 차이를 이용한 무방부제 점적기의 세균 오염 및 여과 효과를 시간 경과에 따라 비교하였다. 세균 오염을 평가하기 위해 대한민국약전에서 제시한 세균 종에 따라 Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Aspergillus brasiliensis를 사용하였으며, 맥팔랜드(McFarland) 혼탁도 기준에 따라 세균 오염 정도를 측정하였다. 사용 기간에 따른 오염 정도를 평가한 실험에서 일반적인 다회용 점적기의 경우, 사용 기간이 길어질수록 세균 오염이 크게 증가한 반면, 공기압 차이를 이용한 무방부제 점적기에서는 실험 기간 동안 세균 성장이 전혀 관찰되지 않았다. 정방향 및 역방향 여과 실험에서도 새로운 공기압 차이를 이용한 다회용 무방부제 점적기는 세균이 점적기 안으로 침투하거나 점적기 끝을 통해 외부로 배출되는 것을 효과적으로 차단하였다. 결론적으로, 공기압 차이를 이용한 무방부제 다회용 점적기는 세균 침입을 효과적으로 차단하였으며, 방부제 없이도 점안액의 무균 상태를 보장할 수 있는 대안으로써 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

None

This research was supported by “Regional Innovation Strategy (RIS)” through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (MOE) (2021RIS-001 (1345370811)).

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Lee DB^1,2, Post-doctoral researcher; Yoo SL^2,3, Graduate student; Song M⁴, Researcher; Na M⁵, Director; Yoon DW^2,3, Professor.

- Conceptualization: Na M, Song M, Yoon DW.

- Methodology: Lee DB, Yoo SL, Song M.

- Investigation: Lee DB, Yoo SL, Song M.

- Writing – original draft: Lee DB.

- Writing – review & editing: Na M, Yoon DW.

This article does not require IRB/IACUC approval because there are no human and animal participants.