콘택트렌즈 관리용액의 미셀임계농도 및 표면장력과 세척력 간의 상관관계 The Correlation between Critical Micelle Concentration/Surface of Contact Lens Care Solutions Tension and Their Cleaning Efficacy원문보기
목적: 본 연구에서는 콘택트렌즈 관리용품의 세척력 평가를 위해 미셀임계농도 평가법, 표면장력 평가법 및 단백질세척효율평가법의 상관관계에 대해 알아보고자 하였다. 방법: 계면활성제의 미셀임계농도와 실제 콘택트렌즈 관리용액의 계면활성제 농도를 문헌과 관련 자료들을 이용하여 조사하였다. 표면장력기기로 $25{\pm}1^{\circ}C$에서 콘택트렌즈 관리용액의 표면장력을 측정하였으며, lotrafilcon A, comfilcon A, balafilcon A재질의 렌즈를 인공누액에 14일 동안 침착시킨 후 콘택트렌즈 관리용액으로 세척하여 세척효율을 비교하였다. 결과: 콘택트렌즈 관리용품 22제품 중 계면활성제 농도가 표시된 제품은 9제품이었으며 문헌상의 미셀임계농도보다 계면활성제 농도가 더 높은 제품은 7제품이었다. 표면장력을 측정한 결과 대체적으로 소프트렌즈용 관리용품의 표면장력이 다른 관리용품보다 낮음을 알 수 있었으며, 렌즈에 침착된 단백질 제거효과 분석 결과에서는 표면장력이 더 낮은 제품의 단백질 제거효율이 더 높은 것을 알 수 있었다. 결론: 콘택트렌즈 관리용액의 계면활성제 농도가 높은 경우 표면장력이 낮으며, 표면장력이 낮을수록 침착된 단백질 세척 효율이 높아져 세척력 평가법 간에 서로 상관관계가 있음을 밝혔다.
목적: 본 연구에서는 콘택트렌즈 관리용품의 세척력 평가를 위해 미셀임계농도 평가법, 표면장력 평가법 및 단백질세척효율평가법의 상관관계에 대해 알아보고자 하였다. 방법: 계면활성제의 미셀임계농도와 실제 콘택트렌즈 관리용액의 계면활성제 농도를 문헌과 관련 자료들을 이용하여 조사하였다. 표면장력기기로 $25{\pm}1^{\circ}C$에서 콘택트렌즈 관리용액의 표면장력을 측정하였으며, lotrafilcon A, comfilcon A, balafilcon A재질의 렌즈를 인공누액에 14일 동안 침착시킨 후 콘택트렌즈 관리용액으로 세척하여 세척효율을 비교하였다. 결과: 콘택트렌즈 관리용품 22제품 중 계면활성제 농도가 표시된 제품은 9제품이었으며 문헌상의 미셀임계농도보다 계면활성제 농도가 더 높은 제품은 7제품이었다. 표면장력을 측정한 결과 대체적으로 소프트렌즈용 관리용품의 표면장력이 다른 관리용품보다 낮음을 알 수 있었으며, 렌즈에 침착된 단백질 제거효과 분석 결과에서는 표면장력이 더 낮은 제품의 단백질 제거효율이 더 높은 것을 알 수 있었다. 결론: 콘택트렌즈 관리용액의 계면활성제 농도가 높은 경우 표면장력이 낮으며, 표면장력이 낮을수록 침착된 단백질 세척 효율이 높아져 세척력 평가법 간에 서로 상관관계가 있음을 밝혔다.
Purpose: The present study was aimed to figure out the correlation amongst the evaluation methods for critical micelle concentration, surface tension and protein cleaning efficacy to evaluate cleaning efficacy of contact lens care products. Methods: The critical micelle concentration of surfactants ...
Purpose: The present study was aimed to figure out the correlation amongst the evaluation methods for critical micelle concentration, surface tension and protein cleaning efficacy to evaluate cleaning efficacy of contact lens care products. Methods: The critical micelle concentration of surfactants and the actual concentration of surfactants in contact lens care solutions were investigated by employing references published and related information. Surface tension of contact lens care solutions was measured by surface tension device at $25{\pm}1^{\circ}C$, and contact lenses made of lotrafilcon A, comfilcon A and balafilcon A were washed with contact lens care solutions after the incubation in artificial tears for 14 days and their cleaning efficacy was compared. Results: Among the 22 contact lens care products, 9 products provided the label of the concentration of surfactant, and 7 products showed higher concentration of surfactant than the critical micelle concentration reported in references. As a result of measuring surface tension, the surface tension of lens care products for soft contact lens was generally lower than other care products. When examined the removal effect of protein deposited on lens surface, it was known that the care products having lower surface tension showed higher protein removal efficiency. Conclusions: The surface tension is low when surfactant concentration in contact lens care solutions is high, and the removal effect of protein deposited is accordingly increased with the decrease of surface tension. Thus, these indicate the correlation amongst the evaluation methods for cleaning efficacy.
Purpose: The present study was aimed to figure out the correlation amongst the evaluation methods for critical micelle concentration, surface tension and protein cleaning efficacy to evaluate cleaning efficacy of contact lens care products. Methods: The critical micelle concentration of surfactants and the actual concentration of surfactants in contact lens care solutions were investigated by employing references published and related information. Surface tension of contact lens care solutions was measured by surface tension device at $25{\pm}1^{\circ}C$, and contact lenses made of lotrafilcon A, comfilcon A and balafilcon A were washed with contact lens care solutions after the incubation in artificial tears for 14 days and their cleaning efficacy was compared. Results: Among the 22 contact lens care products, 9 products provided the label of the concentration of surfactant, and 7 products showed higher concentration of surfactant than the critical micelle concentration reported in references. As a result of measuring surface tension, the surface tension of lens care products for soft contact lens was generally lower than other care products. When examined the removal effect of protein deposited on lens surface, it was known that the care products having lower surface tension showed higher protein removal efficiency. Conclusions: The surface tension is low when surfactant concentration in contact lens care solutions is high, and the removal effect of protein deposited is accordingly increased with the decrease of surface tension. Thus, these indicate the correlation amongst the evaluation methods for cleaning efficacy.
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문제 정의
본 연구에서는 시판되고 있는 세척 기능을 가진 콘택트렌즈 관리용품의 세척력을 미셀임계농도 평가법, 표면장력 평가법, 렌즈에 침착된 단백질 세척효율 평가법으로 분석한 후 이들 세척력 평가법 간에 상관관계가 있는 지를 알아보고 세척 효능 평가법으로써의 활용에 대한 가능성을 알아보고자 하였다.
본 연구에서는 현재 시판중인 콘택트렌즈 관리용액의 세척력을 미셀임계농도 평가법, 표면장력 평가법, 렌즈에 침착된 단백질세척효율측정법으로 알아보았다.
제안 방법
Lotrafilcon A, comfilcon A, balafilcon A의 렌즈를 20℃에서 14일 동안 실제 누액과 같은 농도의 인공누액에 침착시킨 후, 표면장력 값이 다른 OP제품과 BT제품을 제조사의 가이드라인에 따라 사용하여 렌즈를 세척하였다. OP제품은 렌즈의 각 면에 용액을 3~4방울을 떨어뜨려 20초간 문지른 후 렌즈 각 면을 10초 동안 헹구고 렌즈보관용기에 렌즈를 6시간동안 담가 놓는 것을 권장하였고, BT제품은 렌즈의 각 면에 용액을 3~4방울을 떨어뜨려 20초간 문지른 후 렌즈 각 면을 5초 동안 헹구고 렌즈 보관용기에 렌즈를 4시간 담가 놓는 것을 권장하였다.
Lotrafilcon A, comfilcon A, balafilcon A의 렌즈를 20℃에서 14일 동안 실제 누액과 같은 농도의 인공누액에 침착시킨 후, 표면장력 값이 다른 OP제품과 BT제품을 제조사의 가이드라인에 따라 사용하여 렌즈를 세척하였다. OP제품은 렌즈의 각 면에 용액을 3~4방울을 떨어뜨려 20초간 문지른 후 렌즈 각 면을 10초 동안 헹구고 렌즈보관용기에 렌즈를 6시간동안 담가 놓는 것을 권장하였고, BT제품은 렌즈의 각 면에 용액을 3~4방울을 떨어뜨려 20초간 문지른 후 렌즈 각 면을 5초 동안 헹구고 렌즈 보관용기에 렌즈를 4시간 담가 놓는 것을 권장하였다. 단백질 정량은 Lowry 방법을 사용하였다.
계면활성제를 함유하고 있는 콘택트렌즈 관리용액인 세척제 및 다목적용액 중 22제품의 미셀임계농도를 조사하였다(Table 3). 콘택트렌즈 관리용액에 포함되어 있는 계면활성제 중 Polysorbate 80, Polysorbate 20, Poloxamer 407(F127), Poloxamer 237(F87), Poloxamer 338(F108), Poloxamine(T1107), Poloxamine(T1304), PEG-400, tyloxapol의 미셀임계농도 값은 각각 1.
문헌조사를 통하여[9-12] 계면활성제의 미셀임계농도를 확인하였고, 콘택트렌즈 관리용액의 계면활성제 농도를 식약처와 제조사에서 제공하고 있는 자료를 통하여 조사하였다.
표면장력 측정용 비이커에 약 80 ml의 콘택트렌즈 관리용액을 담은 후, 표면장력측정기(Tensiometer DCAT 11, Data physics, Germany)로 표면장력을 측정하였다. 측정온도는 25±1℃로 하였다.
현재 국내에 판매중인 콘택트렌즈 관리용액 중 계면활성성분이 제시된 22제품을 선정하여 미셀임계농도를 조사하였다. 표면장력은 시판중인 콘택트렌즈 관리용액을 용도별로 나눈 후 임의로 제품을 선정하여 측정하였다. 침착된 단백질 제거효과에 사용된 콘택트렌즈는 실리콘하이드로겔 재질인 lotrafilcon A, comfilcon A, balafilcon A 렌즈를 사용하였으며(Table 1), 단백질 제거에 사용된 관리용액은 표면장력이 다른 두 제품을 임의로 선정하였다(Table 2).
대상 데이터
표면장력은 시판중인 콘택트렌즈 관리용액을 용도별로 나눈 후 임의로 제품을 선정하여 측정하였다. 침착된 단백질 제거효과에 사용된 콘택트렌즈는 실리콘하이드로겔 재질인 lotrafilcon A, comfilcon A, balafilcon A 렌즈를 사용하였으며(Table 1), 단백질 제거에 사용된 관리용액은 표면장력이 다른 두 제품을 임의로 선정하였다(Table 2).
현재 국내에 판매중인 콘택트렌즈 관리용액 중 계면활성성분이 제시된 22제품을 선정하여 미셀임계농도를 조사하였다. 표면장력은 시판중인 콘택트렌즈 관리용액을 용도별로 나눈 후 임의로 제품을 선정하여 측정하였다.
데이터처리
세 가지 재질의 렌즈에서의 단백질 제거효율을 보기 위해 SPSS 12.0 KO for Windows 프로그램의 Twoway ANOVA방식을 이용하여 실험값들을 분석하였으며, 실험값은 평균±표준편차로 표시하였다.
이론/모형
OP제품은 렌즈의 각 면에 용액을 3~4방울을 떨어뜨려 20초간 문지른 후 렌즈 각 면을 10초 동안 헹구고 렌즈보관용기에 렌즈를 6시간동안 담가 놓는 것을 권장하였고, BT제품은 렌즈의 각 면에 용액을 3~4방울을 떨어뜨려 20초간 문지른 후 렌즈 각 면을 5초 동안 헹구고 렌즈 보관용기에 렌즈를 4시간 담가 놓는 것을 권장하였다. 단백질 정량은 Lowry 방법을 사용하였다.
성능/효과
3개의 렌즈 모두 Poloxamine(Tetronic1304)을 계면활성제로 포함하고 있는 OP제품이 Poloxamine(Tetronic1107)을 계면활성제로 포함하고 있는 BT제품 보다 세척효율이 높았으며 이는 lotrafilcon A를 제외한 두 가지 렌즈에서 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다(p<.000).
1). Balafilcon A 렌즈가 lotrafilcon A 렌즈와 comfilcon A 렌즈보다 통계적으로 유의한 침착량을 보였다(p0.05). 동일한 실리콘하이드로겔 렌즈 재질이지만 렌즈 표면의 특성에 의해 침착되는 단백질 양이 상이함을 알 수 있었다.
Balafilcon A를 OP제품과 BT제품으로 세척했을 때의 단백질양은 각각 109.03±16.63 µg/lens, 299.36±40.99 µg/lens로 감소하였고, 세척효율은 각각 82.37%, 51.59%이었으며 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<.000).
Comfilcon A를 OP제품과 BT제품으로 세척했을 때의 단백질양은 각각 7.83±7.47 µg/lens, 82.97±22.45 µg/lens로 감소하였으며, 세척효율이 각각 93.41%, 30.16% 였다.
Lotrafilcon A, comfilcon A, balafilcon A 3개의 렌즈를 14일 동안 인공누액에 침착시킨 결과 침착된 단백질양은 각각 151.66±79.31 µg/lens, 118.80±61.51 µg/lens, 618.32±67.63 µg/lens였다(Fig. 1).
Lotrafilcon A는 두 용액간의 통계적으로 유의한 차이가 없었으며(p>0.05), Comfilcon A의 경우 OP제품에서 높은 세척력을 보였으나 BT제품에서는 나머지 두 재질보다 낮은 세척효율을 보였다(Fig. 2).
Lotrafilcon A를 OP제품과 BT제품으로 세척했을 때의 단백질양은 각각 26.55±5.92 µg/lens, 54.15±15.46 µg/lens로 감소하였으며, 세척효율이 각각 82.50%, 64.30% 로 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<.000).
OP제품과 BT제품은 함유된 계면활성제 성분명만이 제시되어 있었고 농도 표시는 되어 있지 않아 농도에 대한 정보를 알 수 없었으나 표면장력이 각각 34.79±0.08 mN/m, 40.81±0.30 mN/m로 OP제품은 40 mN/m 이하의 표면장력을 띔으로써 문헌상 미셀임계농도 보다 더 높은 농도로 계면활성제를 포함하고 있는 것으로 생각되며 BT제품 역시 40 mN/m 이상의 표면장력을 띔으로써 문헌상 미셀임계농도 보다 더 낮은 농도로 계면활성제를 포함하고 있을 확률이 높은 것으로 생각된다.
OP제품으로 세척했을 때의 세척효율은 통계적으로 유의한 차이가 있었으나(p<.000), BT제품으로 세척했을 때는 단백질양은 감소하였지만 통계적으로 유의한 차이는 아니었다.
세척제가 적절한 세척효과를 나타내기 위해서는 함유된 계면활성제 농도가 미셀임계농도보다 더 높아야 한다.[1,2] 미셀임계농도는 콘택트렌즈 세척제의 pH, 이온강도 등에 의해 많은 영향을 받는데 콘택트렌즈 세척액에는 계면활성제 외에 킬레이팅제, 완충액, 방지제등 많은 물질들이 첨가되어있으며 이러한 제제들이 서로 상호작용하여 세척력에 영향을 줄 수 있다. 따라서 동일 성분의 세척액이라도 제품 조성에 따라서 세척력이 다를 수 있다.
30 mN/m인 BT제품을 사용하여 렌즈에 침착된 단백질 세척 효율을 비교하였을 때, 표면장력이 더 낮은 OP제품이 높은 것을 볼 수 있었다. 대부분의 콘택트렌즈 관리용액이 문헌상의 미셀임계농도보다 높은 농도로 계면활성제를 함유하고 있을수록 표면장력이 낮으며, 표면장력이 낮을수록 침착된 단백질 제거효과가 높아짐을 알 수 있었다.
05). 동일한 실리콘하이드로겔 렌즈 재질이지만 렌즈 표면의 특성에 의해 침착되는 단백질 양이 상이함을 알 수 있었다.
따라서 미셀임계농도 평가법, 표면장력 평가법, 렌즈에 침착된 단백질세척효율 평가법의 결과값은 서로 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었으며 모두 콘택트렌즈 관리용품의 세척력 효능 평가에 적절하게 이용될 수 있을 것으로 보인다.
30 mN/m로 OP제품은 40 mN/m 이하의 표면장력을 띔으로써 문헌상 미셀임계농도 보다 더 높은 농도로 계면활성제를 포함하고 있는 것으로 생각되며 BT제품 역시 40 mN/m 이상의 표면장력을 띔으로써 문헌상 미셀임계농도 보다 더 낮은 농도로 계면활성제를 포함하고 있을 확률이 높은 것으로 생각된다. 또한 미셀임계농도보다 높은 농도에서 적절한 세척효과를 보인다는 이론과 부합하여 표면장력이 더 낮은 OP제품의 세척효율이 더 높았던 것으로 생각된다.
또한, poloxamer 407의 농도는 관리용품에 따라 7.9 × 10−7 M에서 4.0 × 10−4 M로 관리용품 간 약 500배 정도 차이가 있었으며 미셀임계농도는 2.8 × 10−6 M과 비교하였을 때도 함유된 poloxamer 407의 농도가 미셀임계농도의 3/10배에서 140배 정도의 차이가 있어 관리용품에 따라서는 계면활성제인 poloxamer 407의 농도가 적거나 너무 과한 경우가 발생할 가능성이 있다고 사료된다.
반대로 콘택트렌즈 관리용액에 포함된 계면활성제가 문헌상 미셀임계농도보다 적은 Q제품과 HI제품의 표면장력은 각각 43.83±0.15 mN/m, 44.87±0.57 mN/m로 모두 40 mN/m 이상으로 측정되었다.
적절한 계면활성제의 농도는 부작용을 유발하지 않으면서 충분한 세척효능을 가져야 하는 것을 의미한다. 본 연구 결과 제조사에서의 농도 설정은 동일 계면활성제를 사용하였을 때에도 그 차이가 컸다. 즉, 실제 관리용품에서 사용되고 있는 polysorbate 20의 농도는 FM제품에는 8.
하드렌즈용 관리용품의 경우 30 mN/m 이하의 표면장력을 가진 제품이 총 10제품 중 4종이었고, 40 mN/m 이상인 경우는 2종으로 대체적으로 다른 용도의 관리용품보다 표면장력이 낮았다. 소프트렌즈용과 모든렌즈용 관리용품은 30 mN/m 이하의 표면장력을 가진 제품은 없었으며 40 mN/m 이상인 경우가 소프트렌즈용은 총 11제품 중 6제품, 모든렌즈용은 총 4제품 중 3제품으로 모두 하드렌즈용 보다 표면장력이 높은 제품이 많았다(Table 4).
즉, 실제 관리용품에서 사용되고 있는 polysorbate 20의 농도는 FM제품에는 8.1 × 10−5 M, NS제품에는 8.1 × 10−3 M로 100배 차이로 나타났으며 미셀임계농도인 6.0 × 10−5 M의 1.35배와 135배로 차이가 컸다.
콘택트렌즈 관리용액의 계면활성제 농도를 조사해본 결과 제조사에서 농도를 제시하고 있는 제품은 22제품 중단 9제품이었으며, 나머지 13제품은 성분만 표시되어 있고 농도는 제시되어 있지 않았다. 또한, 9제품 중 2제품은 문헌상으로 제시된 미셀임계농도보다 낮은 농도의 계면활성제 농도가 함유되어 있었다.
표면장력이 34.79±0.08 mN/m인 OP제품과 40.81±0.30 mN/m인 BT제품을 사용하여 렌즈에 침착된 단백질 세척 효율을 비교하였을 때, 표면장력이 더 낮은 OP제품이 높은 것을 볼 수 있었다.
후속연구
따라서 제조사에서는 각기 사정에 맞는 시험법을 사용하여 세척 효능을 검사하고 관련 자료를 제출하여 인허가를 받고 있다. 이러한 세척 효능 검사법의 불확실성을 제거하기 위해 식품의약품안전처에서는 세척제 허가시 제출 자료에 관한 시험방법 가이드라인을 제시하고자 하였으며 본 연구 결과 계면활성제 성분의 미셀임계농도 이상 함유 여부 평가법, 표면장력 평가법, 콘택트렌즈에 침착된 단백질의 세척 효율 평가법 모두 콘택트렌즈 관리용품의 세척효능 검사에 활용될 수 있을 것으로 나타나 제조사에서 이 세 가지 방법 중 적절한 방법을 선택하여 효능 평가를 하면 세척력에 대한 검증이 될 수 있을 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
미셀임계농도는 무엇인가?
콘택트렌즈 관리용품 중 세척의 목적으로 사용되는 계면활성제는 일정 농도 이상의 수용성 용액에서 외부는 친수성, 내부는 소수성인 구형의 미셀(micelle)을 형성한다. [1,2] 미셀은 계면활성제 자유분자와 평형을 이루는데 이 미셀을 형성하기 위해 도달해야할 계면활성제의 최소 농도를 미셀임계농도(critical micelle concentration, CMC)라고 한다. 수용액이 미셀임계농도에 이르게 되면 계면장력이나 혼탁도, 자기확산 등과 같은 물리화학적 성질도 함께 변화하게 되는데, 이들의 변화 시점이 약간씩 달라 미셀임계농도는 어느 한 시점이 아닌 일정 범위를 갖게 된다.
콘택트렌즈 관리용품에는어떤것들이 있는가?
콘택트렌즈 관리는 기본적으로 관리용품을 사용하며 콘택트렌즈의 종류에 따라서는 소독시에 관리용품 사용 대신 열소독 방법을 사용하기도 한다. 콘택트렌즈 관리용품으로는 세척제, 단백질제거제, 보존제, 소독제, 헹굼액 등이 있으며, 최근에는 모든 기능이 합쳐진 다목적용액이 많이 사용되고 있다.
동일 성분의 세척액이라도 제품 조성에 따라서 세척력이 다를 수 있는 이유는?
표면장력 역시 미셀임계농도를 기점으로 변화하게 되는데, 계면활성제의 농도가 높아질수록 표면장력은 감소하다가 미셀임계농도에 다다르면 표면이 포화되고 그보다 더 높은 농도에서는 이미 포화된 표면으로 인해 표면장력의 값은 일정하게 유지된다. 세척제가 적절한 세척효과를 나타내기 위해서는 함유된 계면활성제 농도가 미셀임계농도보다 더 높아야 한다. [1,2] 미셀임계농도는 콘택트렌즈 세척제의 pH, 이온강도 등에 의해 많은 영향을 받는데 콘택트렌즈 세척액에는 계면활성제 외에 킬레이팅제, 완충액, 방지제등 많은 물질들이 첨가되어있으며 이러한 제제들이 서로 상호작용하여 세척력에 영향을 줄 수 있다. 따라서 동일 성분의 세척액이라도 제품 조성에 따라서 세척력이 다를 수 있다.
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