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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 생분해성 고분자를 이용한 마 이크로캡슐에 대한 연구 중 뛰어난 생체적합성에도 불구하고 높은 결정성과 소수성으로 인해 분해가 느린 결점 과 입자간 심한 유착 등으로 제조상 어려움을 지니고 있는 생분해성 PCL을 이용하여 액중건조법으로 약물 을 함유한 마이크로캡슐을 제조하고 제조 조건에 따른 특성을 알아보며 PEO와의 블렌딩을 통한 친수성기의 도입으로 PCL의 단점을 개선하고 약물 방출 특성을 통해 약물 전달용으로서의 가능성을 살펴보고자 한다.
- 본 연구에서는 생분해성 PCL을 이용한 마이크로캡슐 의 제조와 특성을 고찰하고 이의 단점을 개선하기 위하여 0~50 wt%의 PEO와 블렌드하여 제조한 마이크로 캡슐에서 PCL/PEO와 약물간의 상호작용과 특성에 대하여 고찰하였다. 이에 따라, 유화제의 종류와 농도에 의하여 캡슐의 모양 및 표면의 형태에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보았으며 교반 속도에 따른 입자의 크기가 어떻게 변'하는지를 살펴보았다.
제안 방법
- 시간에 따라 용액을 채취하여 UV/Vis. (Scin Co. UV S2100) 흡광 광도법으로 약물의 발 색 피크인 280 nm에서 흡광도를 측정하고 용출된 약물 의 양을 정량하여 특성을 시험하였다. 그리고 PEO 40 wt%을 사용하여 위와 같은 방법으로 교반 속도만을 1000, 3000, 그리고 11000 rpm으로 다르게 하여 제조한 마이 크로캡슐에 대하여 특성을 살펴보았다.
- 물질의 표면에서 차지 하는 방울과 동적퍼짐 사이에서 형성된 접촉각은 물질 의 소수성 또는 친수성과 관계가 되어지고, 고분자의 표면 특성 중 표면 에너지는 표면장력을 알고 있는 용 매와 고분자간의 접촉각을 측정함으로써 얻을 수 있는데, 본 연구에서는 PCL/PEO, 약물 그리고 PCL/PEO+약 물 (2:1)의 표면 자유 에너지를 알아보기 위하여 Sessile drop 방법 (SEO 300 A)을 사용하여 20±1 ℃ 의 온도 조 건에서 측정하였다꺼25 접촉각 측정은 임계 표면 장력을 측정하기 위하여 젖음액을 떨어뜨린 후 형성된 각을 5 초 이내에 측정하였다.26 본 연구의 접촉각 측정을 위하여 사용된 젖음액으로는 증류수와 다이아이오도메탄 두 가지를 사용하였으며, 시편은 유압프레스를 이용하여 각각의 재료를 녹는점이상의 온도로 가열을 하고 압력 을 주어 필름 형태로 제조하였고, 각 시편에 대하여 10 번 이상 접촉각을 측정하여 그 평균값을 취하였고, 이를 이용하여 PCL/PEO, 약물 그리고 PCL/PEO + 약물의 표면 에너지를 측정하였다. Table 1에 사용된 젖음액에 대한 표면 장력과 각각의 성분들의 값을 나타내었다.
- PCL/PEO 마이크로캡슐의 특성 측정. PCL/PEO에서 PEO의 비율을 0~50 wt%로 변화시켜 블렌드하고 2 g 의 PCL/PEO 블렌드를 CH2CI2 20 mL에 용해시키고 이 용액에 분말 형태의 약물 0.
- PCL/PEO 마이크로캡슐의 특성 측정. PCL/PEO에서 PEO의 비율을 0~50 wt%로 변화시켜 블렌드하고 2 g 의 PCL/PEO 블렌드를 CH2CI2 20 mL에 용해시키고 이 용액에 분말 형태의 약물 0.5 g을 넣어 용해시킨 후 5% 젤라틴 수용액 200 mL에 첨가하여 11000 rpm의 속 도로 4시간 동안 40 ℃ 에서 교반시켜 CH2CL을 완전히 증발시켜 여과하고 건조하여 특성을 측정하기 위한 마 이크로캡슐을 제조하였다. 제조된 PCL/PEO 마이크로캡 슐의 약물 방출 거동을 관찰하기 위해서 10 mL 에틸 알코올에 0.
- 교반 속도에 대한 영향. 교반 속도에 대한 영향을 살펴 보기 위하여 5% 농도의 젤라틴 수용액을 유화제로 사용하여 4시간 동안 교반 속도를 1000, 3000, 그리고 11000rpm으로 각각 변화시켜 PCL/PEO 마이크로캡슐을 제조 한 다음 광학 현미경으로 관찰한 사진과 이들의 평균 크기를 Figure 7과 Figure 8에 각각 나타내었다. 1000 과 3000 rpm으로 제조하였을 때는 완전한 구의 형태로 평균 크기가 각각 19와 10 ㎛인 마이크로캡슐이 제조되 었으며, 11000 rpm의 교반 속도로 제조하였을 때는 평균 크기가 170 nm로 1000 rpm으로 제조하였을 때보다 무려 100배 가까이 감소함을 알 수 있었고, SEM 사진을Figure 9에 나타내었다.
- UV S2100) 흡광 광도법으로 약물의 발 색 피크인 280 nm에서 흡광도를 측정하고 용출된 약물 의 양을 정량하여 특성을 시험하였다. 그리고 PEO 40 wt%을 사용하여 위와 같은 방법으로 교반 속도만을 1000, 3000, 그리고 11000 rpm으로 다르게 하여 제조한 마이 크로캡슐에 대하여 특성을 살펴보았다.
- 이때 유화제의 종류에 대한 영향을 살펴보기 위하여 유화제로 폴리(비닐 알코올), Span 80, 그리고 젤라 틴을 이용하여 제조하고 비교 분석하였고, 유화제의 농 도에 대한 영향을 고찰하기 위하여 1~6% 농도의 젤 라틴 수용액을 유화제로 사용하여 그 영향을 살펴보았 다. 또한 교반 속도에 대한 영향을 살펴보기 위하여 1000, 3000, 그리고 11000 rpm으로 젤라틴 5% 수용액을 사용하여 마이크로캡슐을 제조하였다.
- 벽재와 심물질간의 계면 특성. 물질의 표면에서 차지 하는 방울과 동적퍼짐 사이에서 형성된 접촉각은 물질 의 소수성 또는 친수성과 관계가 되어지고, 고분자의 표면 특성 중 표면 에너지는 표면장력을 알고 있는 용 매와 고분자간의 접촉각을 측정함으로써 얻을 수 있는데, 본 연구에서는 PCL/PEO, 약물 그리고 PCL/PEO+약 물 (2:1)의 표면 자유 에너지를 알아보기 위하여 Sessile drop 방법 (SEO 300 A)을 사용하여 20±1 ℃ 의 온도 조 건에서 측정하였다꺼25 접촉각 측정은 임계 표면 장력을 측정하기 위하여 젖음액을 떨어뜨린 후 형성된 각을 5 초 이내에 측정하였다.26 본 연구의 접촉각 측정을 위하여 사용된 젖음액으로는 증류수와 다이아이오도메탄 두 가지를 사용하였으며, 시편은 유압프레스를 이용하여 각각의 재료를 녹는점이상의 온도로 가열을 하고 압력 을 주어 필름 형태로 제조하였고, 각 시편에 대하여 10 번 이상 접촉각을 측정하여 그 평균값을 취하였고, 이를 이용하여 PCL/PEO, 약물 그리고 PCL/PEO + 약물의 표면 에너지를 측정하였다.
- PCL/PEO 마이크로캡슐의 제조. 여러가지 조건에 따른 마이크로캡슐의 제조에 미치는 영향을 알아보기 위하여 PCL과 PEO 40 wt%를 블렌드하고 2 g의 PCL/PEO 블렌드를 CHzCL 20 mL에 용해시킨 다음 이 용액에 분 말형태의 약물 0.5 g을 넣어 용해시킨 후 1~6% 농도 의 유화제 200 mL에 첨가하여 3000 rpm의 속도로 4시간 동안 40 ℃ 에서 교반시켜 CH2CL을 완전히 증발시 켜 여과하고 건조하여 PCL/PEO 마이크로캡슐을 제조 하였다. 이때 유화제의 종류에 대한 영향을 살펴보기 위하여 유화제로 폴리(비닐 알코올), Span 80, 그리고 젤라 틴을 이용하여 제조하고 비교 분석하였고, 유화제의 농 도에 대한 영향을 고찰하기 위하여 1~6% 농도의 젤 라틴 수용액을 유화제로 사용하여 그 영향을 살펴보았 다.
- 5 g을 넣어 용해시킨 후 1~6% 농도 의 유화제 200 mL에 첨가하여 3000 rpm의 속도로 4시간 동안 40 ℃ 에서 교반시켜 CH2CL을 완전히 증발시 켜 여과하고 건조하여 PCL/PEO 마이크로캡슐을 제조 하였다. 이때 유화제의 종류에 대한 영향을 살펴보기 위하여 유화제로 폴리(비닐 알코올), Span 80, 그리고 젤라 틴을 이용하여 제조하고 비교 분석하였고, 유화제의 농 도에 대한 영향을 고찰하기 위하여 1~6% 농도의 젤 라틴 수용액을 유화제로 사용하여 그 영향을 살펴보았 다. 또한 교반 속도에 대한 영향을 살펴보기 위하여 1000, 3000, 그리고 11000 rpm으로 젤라틴 5% 수용액을 사용하여 마이크로캡슐을 제조하였다.
- 본 연구에서는 생분해성 PCL을 이용한 마이크로캡슐 의 제조와 특성을 고찰하고 이의 단점을 개선하기 위하여 0~50 wt%의 PEO와 블렌드하여 제조한 마이크로 캡슐에서 PCL/PEO와 약물간의 상호작용과 특성에 대하여 고찰하였다. 이에 따라, 유화제의 종류와 농도에 의하여 캡슐의 모양 및 표면의 형태에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보았으며 교반 속도에 따른 입자의 크기가 어떻게 변'하는지를 살펴보았다. 또한 PCL/PEO, 약 물 그리고 PCL/PEO + 약물 각각에 대한 접촉각 측정을 통하여 약물의 OH기로 인한 관능기가 발달하였고 PCL 과 약물간의 분산성의 저하로 혼화가 잘 되지않음을 알 수 있었으며, 부착일을 통하여 이 빠르게 일어날 것임을 예상할 수 있었다.
- 일반적으로 약물 전달 시스템에서의 거동은 심물질의 봉입량, 벽재 물질의 분자량, 온도, pH 그리고 팽윤 등의 인자에 따른 영향에 대하여 연구되어 왔는데,% 본 연구에서는 벽재와 심물질간의 계면 현상에 따른 약물 전달 시스템의 방출 거동을 알아보기 위하여 Table 3에 접촉각 측정을 통한 표면 자유 에너지를 이용하여 식 (2)와 기하학적 평균치를 이용하여 부착일 WA (work ofadhesion)을 구하였으며, 그 결과를 Table4에 나타내었다
- 제조된 마이크로캡슐의 형태 및 평균입경을 알아보 기 위하여 SEM과 광학 현미경을 사용하였다. 이때 평균 입 경을 측정하기 위하여 Sigma scan pro 5.
대상 데이터
- PCL/PEO 마이크로캡슐의 제조. 여러가지 조건에 따른 마이크로캡슐의 제조에 미치는 영향을 알아보기 위하여 PCL과 PEO 40 wt%를 블렌드하고 2 g의 PCL/PEO 블렌드를 CHzCL 20 mL에 용해시킨 다음 이 용액에 분 말형태의 약물 0.
- ) 를 사용하였다. 또한 유화제로 폴리(비닐 알코올), Span 80, 그리고 젤라틴을 사용하였고, 심물질로 사용된 약물은 Figure 1에 나타낸 바와 같이 macrolide계 항생제인 erytlKomycin estolate를 (주)신풍제약에서 공급받았다.
- 본 연구에 사용된 PCLe -60 ℃ 의 유리 전이 온도 와 60 ℃의 녹는점을 갖는 결정성 지방족 폴리에스터 로 유연한 분자 구조를 가지고 있고, 효소에 의해 가수 분해되어지며 독성이 없어 약물 전달용에 많이 응용되 어지고 있다.'8 그리고 PCLe 낮은 유리 전이 온도 때문에 무정형 상일 때 체온에서 높은 분자량의 변화를 나타낸다.
- 시약 및 재료. 본 연구에 사용한 벽재 고분자는 poly (^-caprolactone) (PCL, Mn: 80000, m.p.: 60 ℃, d: 1.145, Aldrich Co)와 폴리(에틸렌 옥사이드) (PEO, Mv:200000, m.p: 65 ℃, Aldrich Co.)로서 실험에 앞서 수분을 제거하였으며, PCL/ PEO의 용매는 메틸렌 클로라이드 (Junsei Co.) 를 사용하였다. 또한 유화제로 폴리(비닐 알코올), Span 80, 그리고 젤라틴을 사용하였고, 심물질로 사용된 약물은 Figure 1에 나타낸 바와 같이 macrolide계 항생제인 erytlKomycin estolate를 (주)신풍제약에서 공급받았다.
데이터처리
- 제조된 마이크로캡슐의 형태 및 평균입경을 알아보 기 위하여 SEM과 광학 현미경을 사용하였다. 이때 평균 입 경을 측정하기 위하여 Sigma scan pro 5.0을 사용하였다.
성능/효과
- 1 g의 in vitro에서 30시간 동안의 약물 방 출 형태를 나타낸 것이다. PEO 0 wt%에서는 initial burst 가 없이 30시간 동안 비교적 일정한 방출 속도를 나타 내었으며, PEO 10 wt%로 제조된 마이크로캡슐의 경우에는 initial burst가 관찰되어 초기 약 3시간 동안 빠른 방출 속도를 보였다 PEO 20 wt%에서 50 wt%로 함량이 증가함에 따라 초기 방출 속도는 점점 더 빨라졌으며, 50 wt%의 경우에는 초기 5시간 동안 약 89%의 약물 방 출을 나타내었다. 이를 통하여 PEO의 함량이 증가할수록 약물 방출 속도가 빠르고 초기 방출량이 많은 것을 확인하였으며, 또한, PEO의 함량이 증가함에 따라 방출 속도가 빨라짐과 PEO 0 M%에서는 보이지 않았던 initial burst 역시 커짐을 알 수 있었다.
- Table 3에 나타난 결과에서처럼 표면 자유 에너지는 PCU PEO와 PCL/PEO+약물의 경우가 모두 PEO의 함량이 증가함에 따라 49.8에서 57.6 로, 50.1에서 61.7 mJ-m'2 로 각각 증가하였음을 확인하였는데, 이는 PEO의 함량이 증가함에 따라 PCL과 PEO간의 London 인력에 대한 van der Waals 힘인 물리적인 결합이 감소하기 때문에 YsL/의 값이 감소하였지만 PCL/PEO의 OH기가 이동 이 자유로워져 YsSP값이 비극성 값의 감소 폭보다 큰 폭 으로 증가하여 결과적으로 표면 자유 에너지의 값이 증가 한 것으로 사료된다. 또한 PCL/PEO+약물의 경우가 PEO 의 함량이 증가함에 따라 약물과 PEO간에 OH기의 상 호작용이 증가하여 PCL/PEO의 값보다 높은 *값을 나 타내었다 관찰된다.
- 이에 따라, 유화제의 종류와 농도에 의하여 캡슐의 모양 및 표면의 형태에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보았으며 교반 속도에 따른 입자의 크기가 어떻게 변'하는지를 살펴보았다. 또한 PCL/PEO, 약 물 그리고 PCL/PEO + 약물 각각에 대한 접촉각 측정을 통하여 약물의 OH기로 인한 관능기가 발달하였고 PCL 과 약물간의 분산성의 저하로 혼화가 잘 되지않음을 알 수 있었으며, 부착일을 통하여 이 빠르게 일어날 것임을 예상할 수 있었다. 실험을 통해 유화제의 농도를 높게 하여 마이크로캡슐을 제조하였을 때 방출 속도가 증가 함을 알 수 있었고 교반 속도를 빠르게 하여 제조한 마이크로 캡슐일수록 계면의 증가로 인하여 방출 속도 가 빨라짐을 알 수 있었다.
- 또한 PCL/PEO, 약 물 그리고 PCL/PEO + 약물 각각에 대한 접촉각 측정을 통하여 약물의 OH기로 인한 관능기가 발달하였고 PCL 과 약물간의 분산성의 저하로 혼화가 잘 되지않음을 알 수 있었으며, 부착일을 통하여 이 빠르게 일어날 것임을 예상할 수 있었다. 실험을 통해 유화제의 농도를 높게 하여 마이크로캡슐을 제조하였을 때 방출 속도가 증가 함을 알 수 있었고 교반 속도를 빠르게 하여 제조한 마이크로 캡슐일수록 계면의 증가로 인하여 방출 속도 가 빨라짐을 알 수 있었다.
- 〃 Figure 4는 교반속도 3000 rpm, PEO 40 wt%로 일정하게 하고 농도를 1%~6%로 변화시킨 젤라틴 수용액을 유화제로 사용하여 제조한 PCL/PEO 마이크로캡슐을 광학 현미경으로 관찰한 것이다. 우선 유화제의 농도에 따라 제조된 마 이크로캡슐의 형태 변화는 다음과 같이 1% 농도의 유 화제를 사용하였을 때는 일그러진 형태와 입자들 간의 유착으로 인한 덩어리들이 관찰되었고, 2%일 때는 캡슐이 완성되지 않은 형태 및 균일하지 않은 입자의 크기를 나타내었으며, 3~6%로 제조했을 때는 명확한 구 형의 모습이 관찰되었고 또한 입자가 비교적 고르게 분포되어 있음을 알 수 있었다.
- PEO 0 wt%에서는 initial burst 가 없이 30시간 동안 비교적 일정한 방출 속도를 나타 내었으며, PEO 10 wt%로 제조된 마이크로캡슐의 경우에는 initial burst가 관찰되어 초기 약 3시간 동안 빠른 방출 속도를 보였다 PEO 20 wt%에서 50 wt%로 함량이 증가함에 따라 초기 방출 속도는 점점 더 빨라졌으며, 50 wt%의 경우에는 초기 5시간 동안 약 89%의 약물 방 출을 나타내었다. 이를 통하여 PEO의 함량이 증가할수록 약물 방출 속도가 빠르고 초기 방출량이 많은 것을 확인하였으며, 또한, PEO의 함량이 증가함에 따라 방출 속도가 빨라짐과 PEO 0 M%에서는 보이지 않았던 initial burst 역시 커짐을 알 수 있었다. 이는 친수성 PEO의 양 이 증가함에 따라 친수성 에틸 알코올과의 상호작용이 증가하였기 때문이라 관찰된다.
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