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문제 정의
- 콘택트렌즈의 기본 특성은 각막에 직접 접촉하여 착용하는 의료용품으로 사용되고 있는 제품으로서 선명한 시야 확보와 더불어 사용과 착용상의 편리성과 안전성을 갖추고 있어야 한다. 그러므로 생체친화성, 고 산소투과성, 고 굴절률, 그리고 자외선 차단 등의 다양한 기능을 갖춘 신기능의 콘택트렌즈용 재료를 개발하는데 초점을 맞추고 있다.[1-3]
- 그러나 지금까지의 연구에서 개시제와 교차결합제 양의 변화에 따른 물성변화에 대한 연구는 있었으나 약물 전달효과에 대한 연구는 거의 없다. 그리하여 본 연구는 콘택트렌즈 제작 시 가장 기본이 되는 개시제와 교차결합제의 농도를 변화하여 콘택트렌즈의 물성을 측정하고, 콘택트렌즈 재질 변화에 따른 약물 전달효과를 비교하고자 한다.
- 콘택트렌즈의 물리적 특성에 따라 부착되는 단백질 양이 달라지며,[25-27] 단백질이 부착된 렌즈의 착용 시, 착용감 저하, 시력저하, 염증 질환, 세균감염 등의 부작용을 유발시킬 수 있으므로 본 연구에서는 물리적 특성을 변화시킨 6종의 콘택트렌즈에 대해 단백질 부착정도를 살펴보았다. 본 실험에 시용한 단백질은 bovine serum albumin(BSA)으로서 콘택트렌즈에 부착된 단백질의 양을 Fig.
제안 방법
- ε280nm = 6.7 cm−1M−1로 이용하여 계산하였으며, 초기 단백질 농도에서 단백질이 부착된 콘택트렌즈를 제거한 용액의 단백질 농도를 뺀 값으로 콘택트렌즈의 단백질 부착량으로 계산하였다.
- 개시제와 교차결합제의 농도를 변화시켜 재질을 변화시킨 다양한 콘택트렌즈의 약물 용출 양을 측정하기 위해서, 콘택트렌즈를 phosphate buffer saline(PBS, 1X, pH7.4)에 넣어 3, 8, 24시간 간격으로 흡광도를 측정하였다. 흡광도는 분광광도계(Cary 60, Agilent, USA)를 이용하여 1 cm 셀로 측정하였다.
- 개시제와 교차결합제의 농도에 따른 콘택트렌즈의 재질을 변화시켜서 재질변화에 대한 물리적 특성 및 약물의 용출량과 속도를 비교하였다. 개시제의 증가에 따른 함수율에는 거의 변함이 없었으며 교차결합제의 증가에 따라 함수율이 감소함을 확인하였다.
- 굴절률은 콘택트렌즈를 PBS용액에 24시간 담가 두었다가 ABBE Refractormeter(ATAGO NAR IT, Japan)를 이용하여 측정하였다.
- 본 연구에서는 Table 1에서와 같은 구성비로 고분자 중합 개시제와 교차결합제의 농도를 변화시켜서 콘택트렌즈의 여러 물리적 성질을 살펴보았다.
- 소프트콘택트렌즈인 hydrogel을 제작하기 위해 가장 기본 되는 재료인 HEMA에 개시제인 AIBN을 0.2%로 고정시킨 상태에서 교차결합제인 EGDMA의 농도를 0.1~3% 범위로 변화, 교차결합제인 EGDMA을 0.1%로 고정시킨 상태에서 개시제인 AIBN을 0.1~3%의 농도로 변화시켜서 시료를 만들었다. 광범위 항균물질인 노플록사신은 0.
- 약물용출 농도는 노플록사신의 몰흡광계수(273 nm에서 37,500 cm−1M−1)를 이용하여 계산하였으며, 약출용출 속도는 단위 시간당 약물용출 농도로서 계산하였다.
- 콘택트렌즈의 단백질 부착정도를 확인하기 위해 콘택트렌즈를 실온에서 BSA(3.88 g/L)가 포합된 용액에 넣어 37℃에서 50 rpm으로 속도로 흔들면서 24시간 동안 항온 상태에 두었다. 부착된 단백질 양을 측정하기 위하여 단백질이 부착된 콘택트렌즈를 제거하고 남은 용액을 분광광도계를 이용하여 280 nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 4)에 넣어 3, 8, 24시간 간격으로 흡광도를 측정하였다. 흡광도는 분광광도계(Cary 60, Agilent, USA)를 이용하여 1 cm 셀로 측정하였다. 약물용출 농도는 노플록사신의 몰흡광계수(273 nm에서 37,500 cm−1M−1)를 이용하여 계산하였으며, 약출용출 속도는 단위 시간당 약물용출 농도로서 계산하였다.
대상 데이터
- 1~3%의 농도로 변화시켜서 시료를 만들었다. 광범위 항균물질인 노플록사신은 0.1%씩 시료에 함께 혼합하여 사용하였으며, 혼합비율은 Table 1에 나타내었다. 시료는 개시제 농도의 변화에 따른 3종 즉, P1~P3와 교차결합제 농도의 변화에 따른 3종 P4~P6로 분류하여 종 6종을 사용하였다.
- 하이드로겔 콘택트렌즈 제조를 위한 가장 기본 시약인 HEMA(2-hydroxyethyl methacrylate)는 Junsei사에서 구입하여 사용하였으며, 중합개시제인 AIBN(2,2'-Azobisisobutyronitrile)는 Junsei사(Japan)에서 구입하여 사용하였다. 교차결합제로 사용되는 EGDMA(ethylene glycol dimethacrylate), 항균제인 노플록사신, 그리고 단백질인 bovine serum albumin(BSA)은 sigma-aldrich사(USA)에서 구입하여 실험하였다.
- 단백질이 부착된 렌즈의 착용 시, 착용감 저하, 시력저하, 염증 질환, 세균감염 등의 부작용을 유발시킬 수 있으므로 본 연구에서는 물리적 특성을 변화시킨 6종의 콘택트렌즈에 대해 단백질 부착정도를 살펴보았다. 본 실험에 시용한 단백질은 bovine serum albumin(BSA)으로서 콘택트렌즈에 부착된 단백질의 양을 Fig. 4에 나타내었다. 개시제인 AIBN의 농도가 증가함에 따라 P1, P2, 그리고 P3렌즈에 부착된 단백질양이 33.
- 1%씩 시료에 함께 혼합하여 사용하였으며, 혼합비율은 Table 1에 나타내었다. 시료는 개시제 농도의 변화에 따른 3종 즉, P1~P3와 교차결합제 농도의 변화에 따른 3종 P4~P6로 분류하여 종 6종을 사용하였다. 콘택트렌즈 시료는 제작용 성형틀에 Table에 제시한 구성비로 시약을 넣어 80도에서 2시간, 100도에서 1시간씩 가열 중합하여 준비하였다.
- 하이드로겔 콘택트렌즈 제조를 위한 가장 기본 시약인 HEMA(2-hydroxyethyl methacrylate)는 Junsei사에서 구입하여 사용하였으며, 중합개시제인 AIBN(2,2'-Azobisisobutyronitrile)는 Junsei사(Japan)에서 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- 실험결과는 SPSS 20.0 프로그램을 이용하여 개시제 및 교차결합제의 농도 변화에 따른 물리적 특성 변화에 대한 유의성 여부를 ANOVA test에서 Tukey HSD방법으로 처리하였으며, 95% 신뢰구간에 대한 p<0.05에서 유의성을 검증하였다.
- )를 측정하여 아래 식으로 계산하였다. 함수율 및 본 연구를 위해 측정한 모든 실험값들은 시료 당 10회씩 반복 실험하여 평균한 값으로 나타내었다.
성능/효과
- 970 mg/g으로 각각 나타났다. 개시제 농도의 증가가 단백질 부착 양에는 거의 영향이 없다는 것을 확인하였다. 반면 교차결합제의 농도로서 콘택트렌즈의 재질을 변화시켰을 때는 0.
- 개시제의 양을 0.2%, 0.5%, 그리고 1.0%로 증가시킨 각 콘택트렌즈에서 용출된 노플록사신의 약물농도는 3시간, 8시간, 그리고 24시간 동안 시간이 경과됨에 따라 전반적으로 증가하였다. Fig.
- 개시제와 교차결합제의 농도에 따른 콘택트렌즈의 재질을 변화시켜서 재질변화에 대한 물리적 특성 및 약물의 용출량과 속도를 비교하였다. 개시제의 증가에 따른 함수율에는 거의 변함이 없었으며 교차결합제의 증가에 따라 함수율이 감소함을 확인하였다. 굴절률의 경우 함수율과 마찬가지로 개시제 농도의 증가에 따라 거의 변화가 없었으며, 교차결합제 농도가 증가함에 따라 굴절률 값이 증가되는 양상을 보였다.
- 4에 나타내었다. 개시제인 AIBN의 농도가 증가함에 따라 P1, P2, 그리고 P3렌즈에 부착된 단백질양이 33.825 mg/g, 37.715 mg/g, 그리고 36.970 mg/g으로 각각 나타났다. 개시제 농도의 증가가 단백질 부착 양에는 거의 영향이 없다는 것을 확인하였다.
- 253%로 거의 변화가 없었다. 교차결합제인 EGDMA의 농도를 변화시킨 P4~P6렌즈는 EGDMA의 농도의 증가에 따라 33.129%, 30.907%, 그리고 27.068%로 감소되어 교차결합제 농도 증가에 대한 변화량이 더 크게 나타났다. 이러한 결과는 교차결합제가 고분자들 사이를 연결하는 역할을 함으로써 고분자 사이의 간격을 줄여주고 공극 크기를 줄여주기 때문이다.
- 굴절률에 대한 분석 결과, 개시제의 농도에 따른 굴절률 차이는 매우 유의하였으며(F=25.670, p<0.001), Tukey의 사후검정 결과는 P1(1.4402±0.0015)이 P2(1.4371±0.0009)와 P3(1.4370±0.0006)보다 굴절률이 유의하게 높은 것으로 분석되었다.
- 개시제의 증가에 따른 함수율에는 거의 변함이 없었으며 교차결합제의 증가에 따라 함수율이 감소함을 확인하였다. 굴절률의 경우 함수율과 마찬가지로 개시제 농도의 증가에 따라 거의 변화가 없었으며, 교차결합제 농도가 증가함에 따라 굴절률 값이 증가되는 양상을 보였다. 따라서 콘택트렌즈의 재질변화에 따른 함수율과 굴절률 변화는 개시제의 농도에는 거의 변화가 없었으며 교차결합제의 농도에는 매우 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다.
- 그리고 교차결합제의 농도에 따른 굴절율의 차이도 매우 유의하였으며(F=98.515, p<0.001), 사후검정 결과는 P6(1.4425±0.0011)이 가장 높고 P5(1.4385±0.0008)가 그 다음이고 P4(1.4372±0.0005)가 가장 낮은 것으로 나타났고 모두가 통계적으로 유의한 차이를 보인 것으로 분석되었다.
- 그리고 교차결합제의 농도에 따른 함수율 차이도 유의하였으며(F=19.654, p<0.001), 사후검정 결과는 P6(27.068±0.971)이 P4(33.129±2.834)와 P5(30.907±1.035)보다 함수율이 유의하게 낮은 것으로 분석되었고 P4와 P5는 상대적으로 큰 차이를 보이지만 통계적으로 유의할 만한 증거는 되지 못했다.
- 011). 단백질 부착에 있어서 개시제에 의한 변화는 거의 없으며 교차결합제에 의한 영향은 매우 크다는 것을 알 수 있었다. 교차결합제의 농도가 증가하면 함수율이 감소하고 따라서 함수율 감소로 인한 단백질 부착 양이 증가된다는 기존의 연구결과와도 매우 일치함을 알 수 있었다.
- 콘택트렌즈에 포함된 약물의 용출속도는 초기에는 약물이 급격한 감소를 보이다가 8시간 이후에는 매우 완만한 용출속도를 보이며 재질의 변화에 따른 약물용출 속도 변화는 거의 없다는 것을 알 수 있었다. 단백질의 부착도는 개시제의 양에 따른 변화는 거의 없었으나 교차결합제의 농도가 증가하면 단백질이 많이 부착되는 것으로 나타났다.
- 굴절률의 경우 함수율과 마찬가지로 개시제 농도의 증가에 따라 거의 변화가 없었으며, 교차결합제 농도가 증가함에 따라 굴절률 값이 증가되는 양상을 보였다. 따라서 콘택트렌즈의 재질변화에 따른 함수율과 굴절률 변화는 개시제의 농도에는 거의 변화가 없었으며 교차결합제의 농도에는 매우 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다. 콘택트렌즈에 포함된 약물의 용출속도는 초기에는 약물이 급격한 감소를 보이다가 8시간 이후에는 매우 완만한 용출속도를 보이며 재질의 변화에 따른 약물용출 속도 변화는 거의 없다는 것을 알 수 있었다.
- 16배로 나타났다. 시간에 따른 약물의 용출 농도는 교차결합제의 증가에 따라 증가한 반면 전체 약물의 용출량은 오히려 줄어들었으며, 약물용출 속도도 마찬가지로 교차결합제의 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 이러한 현상은 서론에서 언급한 바와 같이 약물의 크기보다 공극크기가 크면 용출이나 확산이 용이할 것이며 네트워크의 구조가 촘촘하여 공극크기가 약물의 크기와 같아지면 약물용출이 원활하게 이루어지지 못하다는 연구[36]와 일치되는 결과이다.
- 0005)가 가장 낮은 것으로 나타났고 모두가 통계적으로 유의한 차이를 보인 것으로 분석되었다. 이 분석에서 개시제의 농도에 따른 굴절률의 차이보다 교차결합제의 농도에 따른 차이가 매우 유의하게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 035)보다 함수율이 유의하게 낮은 것으로 분석되었고 P4와 P5는 상대적으로 큰 차이를 보이지만 통계적으로 유의할 만한 증거는 되지 못했다. 이 분석에서 개시제의 농도에 따른 함수율의 차이보다 교차결합제의 농도에 따른 차이가 매우 유의하게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 이러한 현상은 서론에서 언급한 바와 같이 약물의 크기보다 공극크기가 크면 용출이나 확산이 용이할 것이며 네트워크의 구조가 촘촘하여 공극크기가 약물의 크기와 같아지면 약물용출이 원활하게 이루어지지 못하다는 연구[36]와 일치되는 결과이다. 즉, 교차결합제의 농도가 진한 P6렌즈의 경우 상대적으로 낮은 농도의 교차결합제를 사용한 P4렌즈에 비해 약물의 용출양이 전반적으로 줄어들었음을 알 수 있었다. 개시제와 교차결합제의 농도의 변화에 따라 개시제보다는 교차결합제에 의한 물리적 특성에 많은 변화를 나타내었다.
- 따라서 콘택트렌즈의 재질변화에 따른 함수율과 굴절률 변화는 개시제의 농도에는 거의 변화가 없었으며 교차결합제의 농도에는 매우 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다. 콘택트렌즈에 포함된 약물의 용출속도는 초기에는 약물이 급격한 감소를 보이다가 8시간 이후에는 매우 완만한 용출속도를 보이며 재질의 변화에 따른 약물용출 속도 변화는 거의 없다는 것을 알 수 있었다. 단백질의 부착도는 개시제의 양에 따른 변화는 거의 없었으나 교차결합제의 농도가 증가하면 단백질이 많이 부착되는 것으로 나타났다.
- 통계분석 결과, 개시제의 농도에 따른 함수율 차이는 유의하였으며(F = 4.711, p = 0.023), 사후검정 결과(Tukey HSD)는 P1(30.753±1.384)이 P2(29.308±0.597)와 P3(29.253±0.976)보다 함수율이 유의하게 높은 것으로 분석되었다.
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