콜로이드와 계면화학은 표면적과 표면에너지의 학문이다. 계면상의 위치에 따라서 분자밀도, 분자간의 상호작용력, 분자 배향성 그리고 반응성이 달라진다는 것은 흥미있는 주제가 되고 있다. 이러한 계면에너지가 중요하게 작용하는 시스템으로서 회합체, 에멀젼, 입자분산, 거품, 2차원적 표면이나 필름을 들 수 있다. 특히 나노 입자에 관련된 생체 적합성 재료를 사용하여 약물 전달체와 화장품 나노 소재로 이용하는데 관심이 고조되고 있다. 나노 입자는 수 nm에서 수백 nm 크기를 갖는, 넓은 표면적을 가진 콜로이드 상의 불균일 분산 입자의 일종이다. 지금까지 나노 입자의 제조, 특성 규명, 나노입자를 이용한 약물 봉입에 관한 연구가 활발히 이루어져 약물 전달체로서의 가능성이 충분히 입증되었다. 또한 난용성분 가용화 나노소재, 피부 흡수 증진용 나노소재, 자외선 차단용 나노소재, 안정화용 나노소재, 서방형 나노소재 등의 화장품 연구에 생체적합 나노전달체를 이용한 예가 보고되었다. 나노/마이크로 입자 시스템은 제조방법과 형태에 따라 나노/마이크로 스피어, 나노/마이크로 캡슐, 나노/마이크로 에멀젼, 폴리머마이셀, 리포좀 등으로 구분된다. 수용액상에서 자기 회합체를 구성하는 나노수준의 폴리머 마이셀입자, 고농도, 고활성 물질에 대하여 농도 및 활성을 일정하게 제어할 수 있는 나노/마이크로 캡슐, 단일 이중층 또는 다층(100~800 nm)을 형성하여 여러 생리 환성 물질의 전달체로 이용되는 리포솜(liposome)에 대하여 제조방법과 산업의 응용에 대해 소개하였다.
콜로이드와 계면화학은 표면적과 표면에너지의 학문이다. 계면상의 위치에 따라서 분자밀도, 분자간의 상호작용력, 분자 배향성 그리고 반응성이 달라진다는 것은 흥미있는 주제가 되고 있다. 이러한 계면에너지가 중요하게 작용하는 시스템으로서 회합체, 에멀젼, 입자분산, 거품, 2차원적 표면이나 필름을 들 수 있다. 특히 나노 입자에 관련된 생체 적합성 재료를 사용하여 약물 전달체와 화장품 나노 소재로 이용하는데 관심이 고조되고 있다. 나노 입자는 수 nm에서 수백 nm 크기를 갖는, 넓은 표면적을 가진 콜로이드 상의 불균일 분산 입자의 일종이다. 지금까지 나노 입자의 제조, 특성 규명, 나노입자를 이용한 약물 봉입에 관한 연구가 활발히 이루어져 약물 전달체로서의 가능성이 충분히 입증되었다. 또한 난용성분 가용화 나노소재, 피부 흡수 증진용 나노소재, 자외선 차단용 나노소재, 안정화용 나노소재, 서방형 나노소재 등의 화장품 연구에 생체적합 나노전달체를 이용한 예가 보고되었다. 나노/마이크로 입자 시스템은 제조방법과 형태에 따라 나노/마이크로 스피어, 나노/마이크로 캡슐, 나노/마이크로 에멀젼, 폴리머 마이셀, 리포좀 등으로 구분된다. 수용액상에서 자기 회합체를 구성하는 나노수준의 폴리머 마이셀입자, 고농도, 고활성 물질에 대하여 농도 및 활성을 일정하게 제어할 수 있는 나노/마이크로 캡슐, 단일 이중층 또는 다층(100~800 nm)을 형성하여 여러 생리 환성 물질의 전달체로 이용되는 리포솜(liposome)에 대하여 제조방법과 산업의 응용에 대해 소개하였다.
Colloid and surface chemistry have been focused on surface area and surface energy. Local surface properties such as surface density, interaction, molecular orientation and reactivity have been one of interesting subjects. Systems of such surface energy being important would be listed as association...
Colloid and surface chemistry have been focused on surface area and surface energy. Local surface properties such as surface density, interaction, molecular orientation and reactivity have been one of interesting subjects. Systems of such surface energy being important would be listed as association colloid, emulsion, particle dispersion, foam, and 2-D surface and film. Such nanoparticle systems would be applied to drug delivery systems and functional cosmetics with biocompatible and degradable materials, while nanoparticles having its size of several nm to micron, and wide surface area, have been accepted as a possible drug carrier because their preparation, characteristics and drug loading have been inves-tigated. The biocompatible carriers were also used for the solubilization of insoluble drugs, the enhancement of skin absorption, the block out of UV radiation, the chemical stabilization and controlled release. Nano/micro emulstion system is classified into nano/microsphere, nano/microcapsule, nano/microemulsion, polymeric micelle, liposome according to its prep-aration method and size. Specially, the preparation method and industrial applications have been introduced for polymeric micelles self-assembled in aqueous solution, nano/microapsules controlling the concentration and activity of high concen-tration and activity materials, and monolayer or multilayer liposomes carrying bioactive ingredients.
Colloid and surface chemistry have been focused on surface area and surface energy. Local surface properties such as surface density, interaction, molecular orientation and reactivity have been one of interesting subjects. Systems of such surface energy being important would be listed as association colloid, emulsion, particle dispersion, foam, and 2-D surface and film. Such nanoparticle systems would be applied to drug delivery systems and functional cosmetics with biocompatible and degradable materials, while nanoparticles having its size of several nm to micron, and wide surface area, have been accepted as a possible drug carrier because their preparation, characteristics and drug loading have been inves-tigated. The biocompatible carriers were also used for the solubilization of insoluble drugs, the enhancement of skin absorption, the block out of UV radiation, the chemical stabilization and controlled release. Nano/micro emulstion system is classified into nano/microsphere, nano/microcapsule, nano/microemulsion, polymeric micelle, liposome according to its prep-aration method and size. Specially, the preparation method and industrial applications have been introduced for polymeric micelles self-assembled in aqueous solution, nano/microapsules controlling the concentration and activity of high concen-tration and activity materials, and monolayer or multilayer liposomes carrying bioactive ingredients.
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문제 정의
최근에는 고기능성 제품에 대한 소비자의 관심이 높아짐에 따라 기능성을 갖고 있는 신소재나 천연물의 연구에 집중되고 있다. 그러나 이러한 다양한 재료보다는 나노입자의 구성 재료에 한정하여 생체 적합하고 생분해성인 재료를 소개하고자 한다. 생체 적합성 (biocompatible)이란 생체 이식과 투여를 목적으로 하는 물질에 대하여 과학적 방법에 따른 결과로 체내에서 조직적합성 및 혈액적 합성을 갖고 있는 것이라고 정의된다.
분자밀도, 분자간의 상호작용력, 분자 배향성 그리고 반응성으로 분자회합체 에멀젼, 입자분산, 거품, 2차원적 표면이나 필름을 이용하여 약물 전달체와 화장품 나노 소재로 이용할 수 있다. 나노/마이크로 입자 시스템은 제조방법과 형태에 따라 여러 가지로 구분되지만 본고에서는 용액상에서 자기 회합체를 구성하는 나노수준의 폴리머 마이셀 입자, 고농도, 고활성 물질에 대하여 농도 및 활성을 일정하게 제어할 수 있는 나노/마이크로 캡슐, 단일 이중층 또는 다층(100〜800 nm)을 형성하여 여러 생리 활성 물질의 전달체로 이용되는 리포솜(liposome)에 대하여 제조방법과 산업의 응용에 대해 간략하게 소개하였다. 개성을 존중하고 질적 향상이 무엇보다 중요한 웰빙(well-being)시대의 시장전략은 이러한 미세한 나노입자를 조절제어하는 기술을 통하여 제품의 품질향상에서 시작하여야 할 것이다.
표적지향화란 이와 같이 약물을 약리효과 발현부위에 선택적으로 작용시키는 것을 목적으로 하는 시도를 총칭한다[28]. 나노/마이크로캡슐 표면의 특정 분자의 표면수식을 통해 체내의 특정부위에 선택적으로 유효성분을 함유하고 있는 나노/마이크로 캡슐제제를 송달하고, 불필요한 부위로의 이행을 억제할 뿐만 아니라, 표적에 도달할 때까지의 통과장벽을 극복하고, 송달 패턴을 제어하며, 나아가 이로부터 종합적인 재현성과 도달 효율성을 높이고자 한다. 최근에는 의약 및 바이오산업의 진보에 따라 세포막 흡착 및 투과력이 우수한 펩타이드나 특정 anti-body를 캡슐의 표면에 수식하는 등 의 표적지향화도 활발히 시도되고 있다.
일반적인 나노/마이크로 캡슐의 피복물질로 사용되는 종류는 Table 2에서 보는 바와 같다. 본고에서는 각각의 나노입자 시스템에 적합한 합성 폴리아미노산 (Self-assemblies), PLGA (나노/마이크로 캡슐), 지질(리포솜) 등의 생체 적합성 재료를 선정하고 그 예를 다음 장에서 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본고에서는 이러한 콜로이드와 계면화학에 대한 이해를 바탕으로 특히 인체에 적용할 수 있는 생체 적합한 회합체 콜로이드를 생성하고 이용하는 기술을 계면 화학적 관점에서 소개하고자 한다.
제안 방법
리포솜은 지질의 종류에 따라 양이온성 리포솜, 음이온성 리포솜으로 나누기도 하는데 특히 양이온성 리포솜은 최근, 제조가 쉽고 plasmid DNA와 복합체를 형성하는 것이 용이하며 효소에 의한 DNA분해를 방어할 수 있어 유전자 전달체로 많은 연구가 이루어지고 있다. 고전적인 리포솜 제제의 불안정성을 향상시키고 체내의 순환시간을 증가시키기 위해 친수성 쉘(shell)에 PEG로 표면을 수식하고, 단일클론 항체 (monoclonal antibody), 혹은 폴레 이 트와 같은 비타민, 성장인자(epithelial or nerve growth factor), 지단백질(LDL, apolipoprotein B), 당단백질(trans ferring, viral envelop glycoprotein), 당지질이나 콜레스테 롤류 등의 리간드로 리포솜 표면을 수식하여 목표 선택성 리포솜을 제조한다[37].
현재 나노/마이크로 캡슐의 분산 안정성과 표적지향(targeting)기능 등을 부여하기 위하여 캡슐표면에 분자를 결합하거나 코팅하거나 덧씌우는 공정을 통해 고기능성 나노/마이크로 캡슐을 설계 제작한다. 특히, 의약산업에서 약물의 생체 내 표적부위를 지향할 성질을 주는 것을 표 적지향화(targeting)라고 하고, 이는 약물체내 거동의 제어를 통하여 약물 투여의 최적화를 달성하고자 하는 DDS (drug delivery system)의 사고방식 중에서도 가장 기본적이고 중요한 개념이다.
성능/효과
리포솜은 이러한 천연 또는 합성 인지질로 구성되어 있기 때문에 신진대사에 참여하여 생체막 분자와 상호교환이 가능하고, 생분해성이고, 신체에 대한 독성이 거의 없으며, 화학적 결합 없이 활성물질을 포집할 수 있다. 또한, 화학적으로 민감한 분자를 보호할 수 있고, 선택적 투과성과 지연성이 우수하여 방출속도 조절 시스템의 제조에 적당하며, 리포솜을 구성하고 있는 지질의 성분, 크기, 전하 투과성, 표면 리간드 등을 변화시킴으로써 유기체 내에서의 리포솜의 분포와 특성을 상황에 따라 조절할 수 있다. 그리고 친수성이나 친유성 약의 양쪽 모두를 전달하는데 선택적으로 사용이 가능하다는 장점이 있어 약물전달체로서 지금까지 활발히 응용되어 왔다.
후속연구
1987년 에 시판된 Christian Dior의 Capture TM이란 노화방지용 겔이 처음으로 나노/마이크로 입자(리포좀)의 상용화를 구현해 주목받은 것을 시작으로[41], 국내에서는 pH 감응형 나노입자를 이용하여 멜라닌 합성 저해에 대한 연구를 진행한 것이 한 예라고 할 수 있다[42]. 본고에서 다룬 생체 적합한 나노/마이크로 입자는 이러한 관점에서 볼 때, 난용성분 가용화 나노소재, 피부 흡수 증진용 나노소재, 자외선 차단용 나노소재, 안정화용 나노소재, 서방형 나노소재 등의 화장품 연구에 응용 가능성이 있다. 콜로이드 계면화학을 적용하여 연구가 진행된다면 궁극적으로는 화장품의 효능을 발현시키는 smart carrier로 나노입자를 연구 개발할 수 있을 것이다.
본고에서 다룬 생체 적합한 나노/마이크로 입자는 이러한 관점에서 볼 때, 난용성분 가용화 나노소재, 피부 흡수 증진용 나노소재, 자외선 차단용 나노소재, 안정화용 나노소재, 서방형 나노소재 등의 화장품 연구에 응용 가능성이 있다. 콜로이드 계면화학을 적용하여 연구가 진행된다면 궁극적으로는 화장품의 효능을 발현시키는 smart carrier로 나노입자를 연구 개발할 수 있을 것이다.
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