pH감응형 P(MAA-co-EGMA) 수화젤을 분산 광중합을 이용하여 마이크로 크기의 미세입자로 합성하고 화장품 제형으로서의 응용 가능성을 평가하기 위하여 모델 탑재물질인 Rh-B와 화장품 분야에서 기능성 물질로 사용되는 ascorbic acid, adenosine, EGCG, arbutin을 이용하여 탑재 및 방출 거동을 조사하였다. Rh-B 탑재의 경우, pH 6.5인 수용액에서 이온화에 의한 P(MAA-co-EGMA) 수화젤의 음전하와 Rh-B의 양전하 사이의 정전기적 인력으로 인하여 가장 높은 탑재효율을 나타내었다. 그러나 화장품 기능성 물질들의 경우, pH 6.5 수용액에서 이온화된 P(MAA-co-EGMA) 수화젤의 음전하와 기능성 물질들이 나타내는 음전하 사이의 정전기적 반발력 때문에 상대적으로 낮은 탑재효율을 나타내었다. Rh-B를 사용한 방출실험 결과, p(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자는 높은 pH에서는 다량의 Rh-B를 그리고 낮은 pH에서는 소량의 Rh-B를 방출하는 pH 감응성 방출거동을 나타내었다.
pH감응형 P(MAA-co-EGMA) 수화젤을 분산 광중합을 이용하여 마이크로 크기의 미세입자로 합성하고 화장품 제형으로서의 응용 가능성을 평가하기 위하여 모델 탑재물질인 Rh-B와 화장품 분야에서 기능성 물질로 사용되는 ascorbic acid, adenosine, EGCG, arbutin을 이용하여 탑재 및 방출 거동을 조사하였다. Rh-B 탑재의 경우, pH 6.5인 수용액에서 이온화에 의한 P(MAA-co-EGMA) 수화젤의 음전하와 Rh-B의 양전하 사이의 정전기적 인력으로 인하여 가장 높은 탑재효율을 나타내었다. 그러나 화장품 기능성 물질들의 경우, pH 6.5 수용액에서 이온화된 P(MAA-co-EGMA) 수화젤의 음전하와 기능성 물질들이 나타내는 음전하 사이의 정전기적 반발력 때문에 상대적으로 낮은 탑재효율을 나타내었다. Rh-B를 사용한 방출실험 결과, p(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자는 높은 pH에서는 다량의 Rh-B를 그리고 낮은 pH에서는 소량의 Rh-B를 방출하는 pH 감응성 방출거동을 나타내었다.
pH-responsive P(MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles were synthesized via dispersion photo polymerization and the feasibility of the particles as the cosmetic formulation was investigated. Rh-B and the functional materials for the cosmetic application such as ascorbic acid, adenosine, EGCG, and arbu...
pH-responsive P(MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles were synthesized via dispersion photo polymerization and the feasibility of the particles as the cosmetic formulation was investigated. Rh-B and the functional materials for the cosmetic application such as ascorbic acid, adenosine, EGCG, and arbutin were loaded in the P (MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles in order to examine the interaction between the hydrogel and the loaded materials. In the loading experiments, Rh-B showed the highest loading efficiency to the P(MAA-co-EGMA) hydrogels due to the electrostatic attraction between the negative charge of the hydrogels and the positive charge of Rh-B at the ionized states. However, the functional materials showed relatively low loading efficiencies because of the electrostatic repulsions between the negative charges of both the hydrogels and the materials at the ionized states. In addition, P(MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles showed pH-responsive release behavior of Rh-B according to the external pH changes.
pH-responsive P(MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles were synthesized via dispersion photo polymerization and the feasibility of the particles as the cosmetic formulation was investigated. Rh-B and the functional materials for the cosmetic application such as ascorbic acid, adenosine, EGCG, and arbutin were loaded in the P (MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles in order to examine the interaction between the hydrogel and the loaded materials. In the loading experiments, Rh-B showed the highest loading efficiency to the P(MAA-co-EGMA) hydrogels due to the electrostatic attraction between the negative charge of the hydrogels and the positive charge of Rh-B at the ionized states. However, the functional materials showed relatively low loading efficiencies because of the electrostatic repulsions between the negative charges of both the hydrogels and the materials at the ionized states. In addition, P(MAA-co-EGMA) hydrogel microparticles showed pH-responsive release behavior of Rh-B according to the external pH changes.
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문제 정의
0에서는 다량의 Rh-B가 방출되는 pH 감응성 방출거동을 보여주었다 이러한 결과들을 종합하여 볼 때 본연구에서 합성한 pH 감응형 P(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자는 외부 환경의 pH 변화에 따라서 선택적으로 약물을 방출할 수 있는 지능형 전달시스템에 사용할 수 있는 가능성이 있다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 화장품 기능성 물질의 탑재에 있어서는 수화젤이 보여주는 낮은 탑재효율을 극복하여야만 P(MAA-cclEGMA) 수화젤 미세입자의 화장품 제형으로서의 응용성을 높일 수 있으므로, 향후 수화젤 조성 중 MAA 감소에 의한 수용액 상에서 발생하는 음전하의 감소 수화젤과 탑재물질 사이에 최소한의 정전기적 반발력을갖는 pH에서 기능성 물질의 탑재, 또는 정전기적 반발력을 최소화할수 있는 기능성 물질의 선정 등에 관한 연구를 통하여 낮은 탑재효율을 극복하고자 한다.
본 연구에서는 화장품 소재로 사용되는 여러가지 기능성 물질들의불안정성을 해결하고, 안정적인 탑재효율과 경피 흡수율을 향상시키기 위하여 pH 감응형 수화젤 미세입자를 기능성 물질의 전달체로시용하는 지능형 약물전달 시스템을 화장품 제형에 적용하고 그 가능성을 살펴보았다. pH 감응형 수화젤은 주변 환경의 pH 변화에 따라서 수화젤의 구조적 변화를 일으켜 선별적으로 약물의 방출을 조절할수 있다.
본 연구에서는 화장품 제형에서의 pH 감응형 수화젤 미세입자의응용 가능성을 확인하기 위한 첫 단계로 전달체로 사용될 pH 감응형 P(MAA-co-EGMA) 수화젤을 미세입자의 형태로 합성하는 방법을 개발하고, 모델 탑재물질인 Rh-B(rhodamine-B) 와 ascorbic acid, adenosine, EGCG, arbutin과 같은 여러가지 기능성 물질의탑재실험을 통하여 최대의 탑재효율을 얻을 수 있도록 탑재환경에따른 수화젤과 탑재물질 사이의 상호작용에 디}히여 알아보았다. 그리고 탑재된 Rh-B의 방출 실험을 통하여 합성된 P(MAA-caEGMA) 수화젤 미세입자의 pH 변화에 따른 선택적인 방출거동을 관찰하였다
제안 방법
0 사이의 완충용액에서 수화젤을 팽윤시켰다. 24시간이지난 후 팽윤싱태의 수화젤을 꺼내 membrane filter (pore size 0.2μm, ADVANTEC) 를 이용하여 외부의 완충용액을 제거한 草, 질량을 측정하였다. 수화젤의 평형 질량팽윤비는 식 (1)을 이용하여 계산하였다.
수화젤 미세입자의 합성. MAA와 PEGMA 의 공중합 수화젤(이후부터는 P(MAM-co-EGMA) 수화젤이라고명명) 미세입자는 단량체인 MAA와 PEGMA를 1:1 mol비, 가교제인 PEGDMA를 단량체 대비 1.0 mol%, 그리고 개시제인 Irgacure® 184를 단량체 대비 2.0 wt%로 혼합한 후 분산 광중합을 이용하여 합성하였다. Silicon oil 50 mL에 분산안정제인 Span®20 10 wt%와 앞서 준비한 단량체 혼합물을 넣고 용액 내 산소를 제거하기 위하여 질소를 2분간 주입한 후, 호모지나이저 (T18, 旺A)를이용하여 2분 동안 10000 rpm에서 교반하여 단량체 혼합물을 오일상에 분산시켰다.
수화젤 내부에 탑재된 Rh-B의 양은 실험 과정에서 일정한 시간 간격으로 Rh-B 용액의 흡광도를 측정하여, 미리 준비한 Rh-B 용액 농도와 흡광도의 보정곡선을 이용하여 계산하였다. Rh-B 용액의 흡광도는 UV-visible spectrophotometer(8453, Agilent)< 이용하여 554 皿에서 측정하였다 화장품 기능성 물질들의 탑재실험은 각각 1 mg/mL의 기능성 물질 수용액들을 제조하여 Rh-B 탑재와 동일한방법으로 수행하였다. 단, 기능성 물질의 경우 탑재실험 용액의 농도는 HPLC를 이용하여 측정하였다 측정에 사용된 HPLC는 Waters사 (USA) 의 600 s Controller, 616 Pump, 717 plus Autosampler 996 Photodiode array detector로 구성되었으며, HPLC column 은 Vartan사(USA) 의 Polaris C18—A(300 mm X 4.
0 mL/ mEn이였다 각 기능성 물질들의 즉정 파장은 ascorbic acid, adenosine, EGCG는 254 nm, arbutine 280 nm을 사용하였다. Rh-B의 방출실험은 탑재가 완료된 건조 수화젤 입자를 pH 4.0과 pH 6.0 완충용액에 각각 넣고 일정한 시간 간격으로 용액의 흡광도를 측정하여 방출된 Rh-B의 양을 계산하였다.
6 mm, 5 μm) 을 사용하였다. 각 기능성 물질들에 대한 분석 조건은 ascorbic acid 의 경우, 이동상 A로 water에 0.1% trifluoroacetic acid(TFA), 이동상 B로 acetonitrile (ACN) 에 0.1% TFA를 사용하였으며, 유속 1.4 mL/ min, 흐름의 구배는 분석시작 5분 뒤 이동상 A가 85%, 이동상 B가 15%가 되도록 하였다. Adenosine과 EGCG의 경우, 단일이동상으로 80% water와 20% ACN에 0.
그리고 탑재된 Rh-B의 방출 실험을 통하여 합성된 P(MAA-caEGMA) 수화젤 미세입자의 pH 변화에 따른 선택적인 방출거동을 관찰하였다
0에서 P(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자로부터 시간에 따른 Rh-B의 방출율을 나타낸 것이다. 방출율은 방출실험 전 P(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자에 탑재된 Rh-B의양에 대한 일정시간 동안 수화젤 미세입자로부터 방출된 Rh-B의 누적량의 비율로 계산하였다. 방출실험 7일 경과 후 Rh-B의 방출율은 pH 4.
본 연구에서는 분산 광중합을 이용하여 평균 입자크기 약 5 μm의 pH 감응형 P(MAA-clEGMA) 수화젤 미세입자를 구형으로 합성하였다. P(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자는 MMM의 pKa 인 pH 5를 전후하여 급격한 팽윤비의 변화를 보여주었고 이러한 pH 에 따른 팽윤거동은 앞으로 본 연구에서 의도하는 pH 변화에 따른약물의 선택적 방출을 가능하게 해줄 것으로 예상된다.
01 mg/mL의 Rh-B 용액에 건조된 수화젤 입자를 넣고 24시간 경과 후 입자를 용액에서 꺼내 감압 필터링 장치에서 증류수로 표면세척을 흥卜고 동결건조를 통하여 완료하였다. 수화젤 내부에 탑재된 Rh-B의 양은 실험 과정에서 일정한 시간 간격으로 Rh-B 용액의 흡광도를 측정하여, 미리 준비한 Rh-B 용액 농도와 흡광도의 보정곡선을 이용하여 계산하였다. Rh-B 용액의 흡광도는 UV-visible spectrophotometer(8453, Agilent)< 이용하여 554 皿에서 측정하였다 화장품 기능성 물질들의 탑재실험은 각각 1 mg/mL의 기능성 물질 수용액들을 제조하여 Rh-B 탑재와 동일한방법으로 수행하였다.
Figure 2는 P(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자의 pH에 따른 평형 질량팽윤비를 나타낸 것이다. 수화젤 입자를 pH 2.0, 4.0, 6.0, 그리고 8.0 의 완충용액에 투입하고 24시간 후, 입자의 팽윤거동을 관찰하였다. 그림에서 볼 수 있듯이 pH 5를 전후하여 급격한 팽윤비의 차이를 볼수 있는데, 이것은 P(MMA-co-EGMA) 수화젤에 포함되어 있는 MAA 성분에 의한 것으로 설명할 수 있다.
팽윤실험. 외부 pH 에 따른 P(MAA-wEGMA) 수화젤의 팽윤거동을 살펴보기 위하여 건조한 수화젤의 질량을 측정한 후, PH 2.0 에서 pH 8.0 사이의 완충용액에서 수화젤을 팽윤시켰다. 24시간이지난 후 팽윤싱태의 수화젤을 꺼내 membrane filter (pore size 0.
세척이 완료된수화젤 입자는 동결건조장치 (Ecospin 3180c, Bio Tron) 를 이용하여 왼전 건조시킨 후 실험에 사용하였다. 합성된 수화젤 미세입자의형태와 크기는 Olympus사의 BX51 광학현미경을 사용하여 관찰하였다
대상 데이터
0 mL/min이였다. Arbutin의 경우, 단일이동상으로 97.5% water와 2.5% ACN에 0.1% TFA를 사용하였고 유속은 1.0 mL/ mEn이였다 각 기능성 물질들의 즉정 파장은 ascorbic acid, adenosine, EGCG는 254 nm, arbutine 280 nm을 사용하였다. Rh-B의 방출실험은 탑재가 완료된 건조 수화젤 입자를 pH 4.
으로 많이 사용되는 형광물질중 하나이다. Rh-B가 가지고 있는 분석의 용이성을 이용하여 본 연구에서 Rh-B를 화장품 기능성 물질의 탑재 및 방출실험 이전에 P(MAA-cteEGMA) 수화젤의 탑재 및 방출거동을 평가하기 위한모델 물질로 사용하였다. Figure 3은 시간에 따른 P(MAA-co- EGMA) 수화젤 미세입자에 대한 Rh-B의 탑재량을 나타낸 것이다.
Rh-B 용액의 흡광도는 UV-visible spectrophotometer(8453, Agilent)< 이용하여 554 皿에서 측정하였다 화장품 기능성 물질들의 탑재실험은 각각 1 mg/mL의 기능성 물질 수용액들을 제조하여 Rh-B 탑재와 동일한방법으로 수행하였다. 단, 기능성 물질의 경우 탑재실험 용액의 농도는 HPLC를 이용하여 측정하였다 측정에 사용된 HPLC는 Waters사 (USA) 의 600 s Controller, 616 Pump, 717 plus Autosampler 996 Photodiode array detector로 구성되었으며, HPLC column 은 Vartan사(USA) 의 Polaris C18—A(300 mm X 4.6 mm, 5 μm) 을 사용하였다. 각 기능성 물질들에 대한 분석 조건은 ascorbic acid 의 경우, 이동상 A로 water에 0.
분산이 완료된 후, 300초간 UV를 조사하여 합성된 수화젤 입자는 초순수를 사용하여 여러 차례 원심분리를 이용한반복적인 세척을 통하여 silicon oil로부터 분리하였다. 세척이 완료된수화젤 입자는 동결건조장치 (Ecospin 3180c, Bio Tron) 를 이용하여 왼전 건조시킨 후 실험에 사용하였다. 합성된 수화젤 미세입자의형태와 크기는 Olympus사의 BX51 광학현미경을 사용하여 관찰하였다
재료. 실험에 사용된 methacrylic acid (MAA), poly (ethylene glycol) methacrylate (MW=526, PEGMA), poly (ethylene glycol) dimethacrylate (MW=330, PEGDMA), silicon oil, Span®20은 Sigma-Aldrich사(USA) 로부터, 광중합 개시제인 Irgacure® 184 는 Ciba사(USA)로부터 모델 탑재물질인 Rh-B는 Junsei사 (Japan) 로부터, 화장품 기능성 물질 중 99+ % L-ascorbic acid, 99% adenosine, 80% EGCG는 Sigma-Aldrich사(USA)사로부터, 그리고 arbutine 네비온 주식회사로부터 구입하여 사용하였다.
성능/효과
Figure 3은 시간에 따른 P(MAA-co- EGMA) 수화젤 미세입자에 대한 Rh-B의 탑재량을 나타낸 것이다. P(MAA-cbEGMA) 수화젤 입자를 Rh-B 용액에 24시간 침지한후, 수화젤 내부에 탑재된 Rh-B의 질량은 4.55 m&/g(Rh~B의 질량/수화젤의 질량) 이었고, 탑재효율로 계산하면 약 97.6%이다. 이러한 높은 Rh-B 탑재효율은 수화젤과 Rh-B 사이의 상호작용에 의한 것으로 설명할 수 있다.
P(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자는 MMM의 pKa 인 pH 5를 전후하여 급격한 팽윤비의 변화를 보여주었고 이러한 pH 에 따른 팽윤거동은 앞으로 본 연구에서 의도하는 pH 변화에 따른약물의 선택적 방출을 가능하게 해줄 것으로 예상된다. Rh-B의 탑재실험에서 pH 6.5에서 P(MAA-co-EGMA) 수화젤의 이온화된카르복시기에 의한 음전하와 용해된 Rh-B의 피란그룹이 갖는 양전하 사이의 정전기적 인력으로 높은 탑재효율을 나타내었다. 그러나 ascorbic acid와 adenosinee 초순수의 pH인 6.
5보다 낮은 pKa 를 갖고 있기 때문에 수용액에서 쉽게 이온화되어 수화젤의 이온화된카르복시기가 갖는 음전하와 정전기적 반발력을 일으켜 매우 낮은 탑재효율을 나타내었다. 또한 ascorbic acid와 adenosine에 비해 상대적으로 높은 pKa를 갖는 EGCG와 arbutine 수용액에서 상대적으로 적은 음전하를 갖기 때문에 수화젤과의 정전기적 반발력이 약하게 나타나서 상대적으로 높은 탑재효율을 나타내었다. Rh-B의 방출실험에서 P(MAA-"EGMA) 수화젤 미세입자는 외부 환경의 pH 변화에 따라서 매우 큰 방출량의 차이를 나타내었다.
방출율은 방출실험 전 P(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자에 탑재된 Rh-B의양에 대한 일정시간 동안 수화젤 미세입자로부터 방출된 Rh-B의 누적량의 비율로 계산하였다. 방출실험 7일 경과 후 Rh-B의 방출율은 pH 4.0과 pH 6.0에서 각각 2.8과 75.3%이었다. P(MAA-co- EGMA) 수화젤 미세입자는 주변의 pH에 따라서 큰 방출량의 차이를 보여주었는데, pH 4.
Rh-B의 방출실험에서 P(MAA-"EGMA) 수화젤 미세입자는 외부 환경의 pH 변화에 따라서 매우 큰 방출량의 차이를 나타내었다. 즉, pH 4.0에서는 소량의 Rh-B가, pH 6.0에서는 다량의 Rh-B가 방출되는 pH 감응성 방출거동을 보여주었다 이러한 결과들을 종합하여 볼 때 본연구에서 합성한 pH 감응형 P(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자는 외부 환경의 pH 변화에 따라서 선택적으로 약물을 방출할 수 있는 지능형 전달시스템에 사용할 수 있는 가능성이 있다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 화장품 기능성 물질의 탑재에 있어서는 수화젤이 보여주는 낮은 탑재효율을 극복하여야만 P(MAA-cclEGMA) 수화젤 미세입자의 화장품 제형으로서의 응용성을 높일 수 있으므로, 향후 수화젤 조성 중 MAA 감소에 의한 수용액 상에서 발생하는 음전하의 감소 수화젤과 탑재물질 사이에 최소한의 정전기적 반발력을갖는 pH에서 기능성 물질의 탑재, 또는 정전기적 반발력을 최소화할수 있는 기능성 물질의 선정 등에 관한 연구를 통하여 낮은 탑재효율을 극복하고자 한다.
후속연구
P(MAA-co-EGMA) 수화젤 미세입자는 MMM의 pKa 인 pH 5를 전후하여 급격한 팽윤비의 변화를 보여주었고 이러한 pH 에 따른 팽윤거동은 앞으로 본 연구에서 의도하는 pH 변화에 따른약물의 선택적 방출을 가능하게 해줄 것으로 예상된다. Rh-B의 탑재실험에서 pH 6.
따라서 P(MAA-ca EGMA) 수화젤의 경우 pH 5 이상의 pH 환경에서는 이온화에 의한음전하를 띠는 그룹들 사이의 정전기적 반발력 때문에 수화젤이 급격하게 팽창하게 되는 것이다. 주변 pH 환경에 따른 MAA에 존재하는 카르복시기의 이온화에 의한 P(MAA-co-EGMA) 수화젤의 pH 감응성은 향후 본 연구에서 구현하고자 하는 pH 변화에 따른 선택적 약물방출에 적합한 것으로 생각한다.
참고문헌 (23)
D. Kanjickal , S. Lopina, M. M. Evancho-Chapman, S. Schmidt, D. Donovan, and S. Springhetti, J. Biomed. Mater. Res., 68A, 489 (2003)
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