P(MAA-co-PEGMA) 수화젤의 조성과 탑재 pH가 화장품 활성물질의 탑재효율에 미치는 영향 Effect of P(MAA-co-PEGMA) Hydrogel Compositions and Loading pH on the Loading Efficiency of Cosmetic Active Agents원문보기
본 연구에서는 알부틴, ascorbic acid, 아데노신 등과 같은 화장품 활성물질들을 주변 pH 변화에 따라서 선택적으로 방출하게 하는 지능형 전달시스템을 개발하기 위하여, pH 감응성 P(MAA-co-PEGMA) 수화젤을 분산 광중합을 이용하여 평균 크기 약 $2{\mu}m$의 구형 입자로 합성하였으며, 수화젤 입자는 수화젤의 $pK_a$인 PH 5를 전후로 하여 급격한 팽윤비의 변화를 보여주었다. P (MAA-co-PEGMA) 수화젤에 대한 활성물질들의 탑재에 영향을 미치는 요인들을 알아내기 위하여, 수화젤의 MAA와 EG의 조성과 탑재 pH에 따른 활성물질들의 탑재효율을 조사하였다. 수화젤을 구성하는 MAA와 EG의 조성 중 MAA의 함량이 감소함에 따라서 활성물질들의 탑재효율이 증가하였으며, 탑재 pH에 따른 실험에서는 수화젤과 활성물질들 사이에 형성되는 정전기적 반발력이 최소가 되는 pH보다는 수화젤의 팽윤비가 높게 되는 pH에서 탑재효율이 더 높게 나타났다.
본 연구에서는 알부틴, ascorbic acid, 아데노신 등과 같은 화장품 활성물질들을 주변 pH 변화에 따라서 선택적으로 방출하게 하는 지능형 전달시스템을 개발하기 위하여, pH 감응성 P(MAA-co-PEGMA) 수화젤을 분산 광중합을 이용하여 평균 크기 약 $2{\mu}m$의 구형 입자로 합성하였으며, 수화젤 입자는 수화젤의 $pK_a$인 PH 5를 전후로 하여 급격한 팽윤비의 변화를 보여주었다. P (MAA-co-PEGMA) 수화젤에 대한 활성물질들의 탑재에 영향을 미치는 요인들을 알아내기 위하여, 수화젤의 MAA와 EG의 조성과 탑재 pH에 따른 활성물질들의 탑재효율을 조사하였다. 수화젤을 구성하는 MAA와 EG의 조성 중 MAA의 함량이 감소함에 따라서 활성물질들의 탑재효율이 증가하였으며, 탑재 pH에 따른 실험에서는 수화젤과 활성물질들 사이에 형성되는 정전기적 반발력이 최소가 되는 pH보다는 수화젤의 팽윤비가 높게 되는 pH에서 탑재효율이 더 높게 나타났다.
In order to develop an intelligent delivery system for cosmetic active agents (e.g., arbutin, ascorbic acid, and adenosine), pH-responsive P(MAA-co-PEGMA) hydrogel particles having an average size of approx. $2{\mu}m$ and spherical shape were synthesized via dispersion photopolymerization...
In order to develop an intelligent delivery system for cosmetic active agents (e.g., arbutin, ascorbic acid, and adenosine), pH-responsive P(MAA-co-PEGMA) hydrogel particles having an average size of approx. $2{\mu}m$ and spherical shape were synthesized via dispersion photopolymerization. There was a drastic change in the swelling ratio of P (MAA-co-PEGMA) hydro gels at a pH 5, which is the $pK_a$ of the hydrogel. To determine the factors that have an effect on the loading of cosmetic active agents into the hydrogel, the loading efficiency of the active agents was investigated at various MAA and EG compositions of the hydrogel and the loading pH conditions. When the MAA contents in the hydrogel decreased, the loading efficiency of the active agents increased. In loading experiments with different pH conditions, the active agents showed higher loading efficiency into the hydrogel at the pH where the hydrogel was at the swollen state than at the pH where the electrostatic repulsion was minimized.
In order to develop an intelligent delivery system for cosmetic active agents (e.g., arbutin, ascorbic acid, and adenosine), pH-responsive P(MAA-co-PEGMA) hydrogel particles having an average size of approx. $2{\mu}m$ and spherical shape were synthesized via dispersion photopolymerization. There was a drastic change in the swelling ratio of P (MAA-co-PEGMA) hydro gels at a pH 5, which is the $pK_a$ of the hydrogel. To determine the factors that have an effect on the loading of cosmetic active agents into the hydrogel, the loading efficiency of the active agents was investigated at various MAA and EG compositions of the hydrogel and the loading pH conditions. When the MAA contents in the hydrogel decreased, the loading efficiency of the active agents increased. In loading experiments with different pH conditions, the active agents showed higher loading efficiency into the hydrogel at the pH where the hydrogel was at the swollen state than at the pH where the electrostatic repulsion was minimized.
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문제 정의
앞선 연구에서 우리는 pH 감응성 수화젤인 P(MAA-co-PEGMA) 수화젤 입지를 합성하여 수화젤의 pH에 따른 팽윤거동과 수화젤로 부터 pH에 따른 탑재물질의 방출거동의 차이를 보여 주었다.WJ8 그 러나, P(MAA-cclPEGMA) 수화젤 입자를 화장품 활성물질의 전 달체로 사용하기 위하여서는 수화젤에 대한 화장품 활성물질들의 높 은 탑재효율이 필요하다 따라서, 본 연구에서는 pH 감응성 P (MAA- co—PEGMA) 수화젤을 화장품 활성물질의 지능형 전달체로서 적용 하기 위하여 수화젤에 대한 활성물질들의 탑재효율에 영향을 미치는 요인들을 P(MAA-co-PEGMA) 수화젤과 활성물질들의 pKa에 따 른 정전기적 상호작용을 이용하여 조사하였다 구체적으로는 P(MAA- s-EGMA) 수화젤을 구성하는 MAA와 EG 중 MAA의 함량과 탑 재 pH가 여러 가지 화장품 활성물질들의 수화젤에 대한 탑재효율 미 치는 영향을 관찰하였다.
탑재 pH가 화장품 활성물질의 탑재에 미치는 영향. 본 연구에서 목적으로 하는 pH 감응성을 보유하면서 동시에 정전기적 반발력을 최소로 하여서 최대의 탑재효율을 나타낸 MAA와 EG의 조성인 0.6:1의 P(MAA-cclPEGMA) 수화젤 입자를 사용하여 탑재 pH 가 활성물질의 탑재효율에 미치는 영향을 조사하였다. 활성물질들 을 수화젤에 탑재하는 과정에서 수화젤 자체에 발생하는 음전하의 양을 적게 하는 것뿐만 아니라, 활성물질들도 최소의 음전하를 보유 하면서 수화젤도 최대로 팽윤되는 환경에서 활성물질들을 탑재시 키는 것이 활성물질들의 수화젤에 대한 탑재효율을 향상시키기 위하 여서는 바람직하다.
P(MAA-CbPEGMA) 수회젤의 MAA와 EG 조성이 화장품 활성물 질의 탑재에 미치는 영향. 본 연구에서는 수화젤에 대한 화장품 활성 물질의 탑재효율을 향상시키기 위하여 활성물질들을 탑재하는 과정 에서 수화젤과 활성물질들 사이에 정전기적 상호작용을 최적화하는 수화젤의 조성과 탑재 pH를 찾고자 한다. P(MAA-co-PEGMA) 수화젤 입자를 구성하는 MAA와 EG 중 MAAS] 힘랑이 활성물질들 의 탑재효율에 미치는 영향을 조사하기 위하여 탑재 pH가 6.
제안 방법
0 사 이의 완충용액에서 수화젤을 팽윤시켰다. 24시간이 지난 후 팽윤상 태의 수화젤 입자를 꺼내 외부에 묻은 물기를 제거한 후 질량을 측정 하였다. 수화젤의 평형 질량팽윤비는 식(1)을 이용하여 계산하였다.
P(MAA-cbPEGMA) 수화젤 미세입자의 합성. 공중합 수화젤인 P(MAA-co-PEGMA) 수화젤 입자를 합성하기 위한 단량체의 조 성은 MAA와 PEGMA 중 EG를 각각 1:1( 0.8:1, 0.6:1, 0.4:1, 그리고 0.2:1 몰비로 혼합한 후, 각각의 단량체 혼합물에 단량체 대 비 0.75 mol%의 PEGDMA, 0.5 wt% Irgacure® 184, 분산안 정제인 DC2501 를 분산, 실리콘 오일 대비 10 wt%, 그리고 전체 질량 대비 25 wt%의 초순수를 첨가하였다 이 혼합용액에 실리콘 오일 30 mL를 첨가하고 혼합물 내 산소를 제거하기 위하여 질소를 2분 동안 주입한 후, ultrasonic processor (VCX750, Sonics & Materials) 를 이용하여 1분 동안 수용상인 혼합용액을 오일상에 분산시켰다 분산이 완료된 흑, 300초 동안 UV를 조사하여 수화젤 을 입자형태로 합성하고, 합성된 수화젤 입자는 여러 차례 초순수를 사용한 원심분리를 통하여 세척하였다 세척이 완료된 수화젤 입자는 동결건조장치 (Ecospin 3180c, Bio Tron) 를 이용하여 건조한 후 다 음 실험에 사용하였다. 합성된 수화젤 입자의 형태와 크기는 광학현 미경 (BX51, Olympus) 을 사용하여 관찰하였다
본 연구에서는 분산 광중합을 이용하여 pH 감응성 수화젤인 P(MAA-co-PEGMA) 수화젤을 평균 크기 약 2 pm의 구형 입자 로 합성하였다. P(MAA-caPEGMA) 수화젤 입자는 수화젤의 pKa 인 pH 5를 전후로 하여 급격한 팽윤비의 변화를 보여주었고 이러한 pH에 따른 팽윤거동은 향후 본 연구에서 개발하고자 하는 pH 변화 에 따른 화장품 활성물질의 선택적 방줄을 가능하게 해줄 것으로 예 상된다 P(MAA—8-PEGMA) 수화젤에 대한 알부틴, L-ascorbic acid, 아데노신과 같은 화장품 활성물질의 탑재효율을 항상시키기 위 하여, 활성물질들을 탑재하는 과정에서 수화젤과 활성물질들 사이에 정전기적 상호작용을 최적화하는 수화젤의 조성과 탑재 pH를 조사 하였다 P(MAA-s-PEGMA) 수화젤을 구성하는 MMA와 EG의 조성 중 MAA의 함량이 감소함에 따라서 MAA의 카르복시기의 이 온화에 의한 수화젤과 화장품 활성물질들 사이의 정전기적 뱐발력이 작아지기 때문에 활성물질들의 탑재효율이 증가하였다 탑재 pH에 대 해서는 각 활성물질들과 수화젤 사이에 형성되는 정전기적 반발력보 다는 수화젤이 크게 팽윤되는 pH에서의 탑재효율이 높은 것을 알 수 있었다.
P(MAA-CO-PEGMA) 수회젤 미세입자의 팽윤. 외부 pH에 따른 P(MAA-co-PEGMA) 수화젤 입자의 팽윤거동을 살펴보기 위하 여 건조한 수화젤 입자의 질량을 측정한 후 pH 2.0에서 pH 8.0 사 이의 완충용액에서 수화젤을 팽윤시켰다. 24시간이 지난 후 팽윤상 태의 수화젤 입자를 꺼내 외부에 묻은 물기를 제거한 후 질량을 측정 하였다.
1% TFA를 사용하였다. 유속은 1.4 mL/min이고, 흐름의 구배는 분석시 작 5분 뒤 이동상 A가 85%, 이동상 B가 15%가 되도록 하였다 아데 노신 분석의 경우 단일이동상으로 80%의 water와 20% ACN에 0.1% TFA를 사용하였고 유속은 1.0 mL/min으로 하였다. 알부틴 분석의 경우, 단일이동상으로 97.
탑재 pH가 활성물질의 탑재효율에 미치는 영향을 조사하기 위 하여 모든 활성물질들에 대하여 각 물질들의 pKa 보다 낮은 pH, pKa 와 동일한 pH, 그리고 pKa보다 높은 pH에서 탑재실험을 진행하였 다. 알부틴의 pKa는 9.
5 wt% Irgacure® 184, 분산안 정제인 DC2501 를 분산, 실리콘 오일 대비 10 wt%, 그리고 전체 질량 대비 25 wt%의 초순수를 첨가하였다 이 혼합용액에 실리콘 오일 30 mL를 첨가하고 혼합물 내 산소를 제거하기 위하여 질소를 2분 동안 주입한 후, ultrasonic processor (VCX750, Sonics & Materials) 를 이용하여 1분 동안 수용상인 혼합용액을 오일상에 분산시켰다 분산이 완료된 흑, 300초 동안 UV를 조사하여 수화젤 을 입자형태로 합성하고, 합성된 수화젤 입자는 여러 차례 초순수를 사용한 원심분리를 통하여 세척하였다 세척이 완료된 수화젤 입자는 동결건조장치 (Ecospin 3180c, Bio Tron) 를 이용하여 건조한 후 다 음 실험에 사용하였다. 합성된 수화젤 입자의 형태와 크기는 광학현 미경 (BX51, Olympus) 을 사용하여 관찰하였다
05 g을 넣고 일정 시간 경과 후, 입자를 수용액에 서 꺼내 감압 필터링 장치에서 증류수로 표면세척을 하고 동결건조를 통하여 완료하였다. 활성물질들의 방출은 탑재가 완료된 건조 수화 젤 입자를 pH 4.0과 pH 6.0 완충용액에 각각 넣고 일정한 시간 간격 으로 용액 내 활성물질들의 농도를 HPLC를 사용하여 측정하고 방출 된 활성물질들의 양을 미리 준비한 활성물질들의 보정곡선을 이용하 여 계산하였다. 화장품 활성물질의 분석에 사용된 HPLC는 Waters 의 600s controller, 616 pump, 717plus autosampler, 그리고 996 photodiode array detector로 구성되었다.
대상 데이터
P(MAA-co-PEGMA) 수화젤 입자의 합성과 팽윤. Figure 1은 본 연구에서 분산 광중합으로 합성한 P(MAA-caPEGMA) 수화 젤 입자를 광학현미경으로 관찰한 사진이다. 입자의 평균 크기는 약 2 #이었으며 그림에서 보이는 바와 같이 모두 균일한 구형의 모양 을 하고 있었다.
실험에 사용된 methacrylic acid (MAA), poly(etliylene 잉ycol) methacrylate (MW=360, PEGMA), poly (ethylene glycol) dimethacrylate (MW=330, PEGDMA), 실리콘 오일, 99+% L—ascorbic acid, 그리고 99% 아데노신은 Sigma-Aldrich (미국)로 부터 Irgacure® 184는 Ciba (미국) 로부터 구입하여 사용하였다 그리고 알부틴과 DC2501 (bis (polyethylene glycol methylether) dimethylsilane) 은 (주) 네비온(한국) 로부터 제공받아 사용하였다. HPLC 분석을 위하여 HPLC grade water는 B&J (미국)로부터, acetonitrile(ACN)은 Fisher(미국)로부터, 그리고 99+% tri- fluoroacetic acid(TFA)는 Sigma-Aldrich(미국)로부터 구입하 여 사용하였다.
화장품 활성물질의 탑재 및 방출. 본 연구에서는 화장품 활성물질 로는 알부틴, L-ascorbic acid, 그리고 아데노신을 사용하였다. 화 장품 활성물질들의 탑재는 2 mg/mL 의 활성물질 수용액 각각에 건조 된 수화젤 입자 0.
재료. 실험에 사용된 methacrylic acid (MAA), poly(etliylene 잉ycol) methacrylate (MW=360, PEGMA), poly (ethylene glycol) dimethacrylate (MW=330, PEGDMA), 실리콘 오일, 99+% L—ascorbic acid, 그리고 99% 아데노신은 Sigma-Aldrich (미국)로 부터 Irgacure® 184는 Ciba (미국) 로부터 구입하여 사용하였다 그리고 알부틴과 DC2501 (bis (polyethylene glycol methylether) dimethylsilane) 은 (주) 네비온(한국) 로부터 제공받아 사용하였다. HPLC 분석을 위하여 HPLC grade water는 B&J (미국)로부터, acetonitrile(ACN)은 Fisher(미국)로부터, 그리고 99+% tri- fluoroacetic acid(TFA)는 Sigma-Aldrich(미국)로부터 구입하 여 사용하였다.
0 mL/min으로 하였다. 알부틴 분석의 경우, 단일이동상으로 97.5%의 water와 2.5% ACN에 0.1% TFA 를 사용하였고 유속은 L0 mL/mind로 하였다 분석 파장은 L- ascorbic acid와 아데노신은 254 nm, 알부틴은 280 nm를 사용하 였다 분석에 사용된 컬럼은 L-ascorbic acid와 아데노신은 Agilent 의 TC-C18, 알부틴의 경우에는 RS tech의 Optimapak+를 사용 하였다.
0 완충용액에 각각 넣고 일정한 시간 간격 으로 용액 내 활성물질들의 농도를 HPLC를 사용하여 측정하고 방출 된 활성물질들의 양을 미리 준비한 활성물질들의 보정곡선을 이용하 여 계산하였다. 화장품 활성물질의 분석에 사용된 HPLC는 Waters 의 600s controller, 616 pump, 717plus autosampler, 그리고 996 photodiode array detector로 구성되었다. L-Ascorbic acid 분석 의 경우 이동상 A로 water에 0.
성능/효과
Figures 5 와 6은 ascorbic acid와 아데노신에 대하여 pH에 따라 수행한 탑재 실험의 결과를 각각 보여준다. Ascorbic acid와 아데노신의 pKa는 각각 4.04와 3.5이고 알부틴의 경우와 달리 pKa보다 낮은 환경보다 높은 환경에서 탑재효율이 더 높았다. 이와 같은 결과는 탑재에 영향 을 미치는 요인이 수화젤과 활성물질 사이의 정전기적 상호작용뿐만 아니라 수화젤의 팽윤과도 매우 밀접한 관련이 있음을 나타낸다.
본 연구에서는 분산 광중합을 이용하여 pH 감응성 수화젤인 P(MAA-co-PEGMA) 수화젤을 평균 크기 약 2 pm의 구형 입자 로 합성하였다. P(MAA-caPEGMA) 수화젤 입자는 수화젤의 pKa 인 pH 5를 전후로 하여 급격한 팽윤비의 변화를 보여주었고 이러한 pH에 따른 팽윤거동은 향후 본 연구에서 개발하고자 하는 pH 변화 에 따른 화장품 활성물질의 선택적 방줄을 가능하게 해줄 것으로 예 상된다 P(MAA—8-PEGMA) 수화젤에 대한 알부틴, L-ascorbic acid, 아데노신과 같은 화장품 활성물질의 탑재효율을 항상시키기 위 하여, 활성물질들을 탑재하는 과정에서 수화젤과 활성물질들 사이에 정전기적 상호작용을 최적화하는 수화젤의 조성과 탑재 pH를 조사 하였다 P(MAA-s-PEGMA) 수화젤을 구성하는 MMA와 EG의 조성 중 MAA의 함량이 감소함에 따라서 MAA의 카르복시기의 이 온화에 의한 수화젤과 화장품 활성물질들 사이의 정전기적 뱐발력이 작아지기 때문에 활성물질들의 탑재효율이 증가하였다 탑재 pH에 대 해서는 각 활성물질들과 수화젤 사이에 형성되는 정전기적 반발력보 다는 수화젤이 크게 팽윤되는 pH에서의 탑재효율이 높은 것을 알 수 있었다.
이러한 결과는 수화젤 에서 이온화에 의하여 음전하를 발생하는 MAA의 카르복시기 양이 감 소함에 따라서 수화젤과 ascorbic acid 또는 아데노신 사이의 음전 하에 의한 정전기적 반발력이 감소하기 때문으로 설명할 수 있다. 그 러나, MAA와 EG의 조성이 081에서 0.6:1로 변화함에 따라서는 탑재효율의 증가가 ascorbic acid의 경우는 없거나 아데노신의 경 우는 1:1에서 0.8:1로 변화할 때의 증가보다는 크지 않았는데, 이것 은 정전기적 반발력의 감소에 의하여 최대로 ascorbic acid 또는 아데노신이 탑재될 수 있는 수화젤의 음전하에 한계가 있어서 수화 젤 네트워크에 그 보다 적은 음전하가 발생하여도 탑재효율에는 커 다란 영향을 미치지 않는 것으로 설명할 수 있다.
후속연구
이것은 수화젤을 구성하는 MAA의 비율이 감소함에 따라서 pKa 보다 높은 pH에서 이온화되는 키르복시기가 감소하게 되고 결과 적으로 수화젤 네트워크 내부에 형성되는 정전기적 반발력이 감소하 기 때문이다 pH 변화에 따른 P(MAA-cclPEGMA) 수화젤 입자의 pH 감응성을 정량적으로 표현하기 위히여 pH 8에서의 평형 질량 팽윤비 (#)와 PH 2에서의 평형 질량팽윤비 (#) 를 계산하여 Table 1에 정리하였다. MAA와 EG의 조성이 041과 0.2:1 인 수화젤의 경우, 낮은 pH와 높은 pH에서의 질량팽윤비의 차 이가 크지 않았기 때문에, 본 연구에서 개발하고자 하는 pH 변하에 따른 선택적 약물방출이 가능한 전달체로서 적합하지 않은 것으로 판단되어 이후 실험에서는 사용하지 않았다.
참고문헌 (20)
Y. W. Lee, Y. I. Hwang, and S. C. Lee, Korean Journal of Food Science and Technology, 31, 280 (1999)
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