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문제 정의
- 마이크로캡슐을 제조할 때 교반속도, PCL의 농도, PVA의 농도 변화에 따라 마이크로캡슐의 크기 및 입도분포가 어떻게 변화하는지 알아보았다. 입자의 형태나 크기를 제어하는 가장 일반적인 방법은 교반속도를 조절하는 것이므로 우선 교반속도에 따른 마이크로캡슐의 영향을 알아보기 위해 동일 시간 동안 교반속도를 750, 1000, 1250 그리고 1500 rpm으로 변화시키며 마이크로캡슐을 제조하였다.
- 본 연구에서는 액중건조법을 사용하여 레몬그라스 오일을 심 물질로 함유하는 PCL마이크로캡슐을 제조하였으며, PCL마이크로캡슐 제조 시, 벽재물질, 유화제의 농도와 교반속도에 따른 영향과 방출거동을 알아보았다. FT-IR을 통해 레몬그라스 오일이 마이크로캡슐 안에 함유되었음을 확인하였다.
- 본 연구에서는 액중건조법을 이용하여 치유효과, 소화계/신경계 강장효과, 살균효과 등의 효과를 가졌지만 쉽게 산화되는 레몬그라스 오일을 포집하여 마이크로캡슐을 제조하고 방출거동을 확인하여 향의 휘산 속도를 조절하고자 하였다. 또한, 벽재물질, 유화제의 농도, 교반속도를 변화시켰을 때, 마이크로캡슐의 형태 및 크기분포, 포집효율, 항산화 활성을 확인하였다.
제안 방법
- 레몬그라스 오일과 레몬그라스 오일을 함유한 마이크로캡슐의 항산화 효능을 측정하기 위해 DPPH을 이용하였다. DPPH 라디칼 소거능 측정은 안정한 유해산소 화합물인 DPPH를 기질로 하여 시료의 항산화 능력을 측정하였으며, 517 nM에서 광흡수를 나타내는 DPPH는 항산화 물질에 의해 전자공여 작용으로 탈색되어 흡광도가 감소하고 감소된 흡광도의 변화를 통하여 항산화 물질의 활성을 측정하였다. 각각의 시료를 메탄올 용액에 녹인 후 희석하여 사용하였으며, 각기 다른 농도의 시료에 0.
- 각각의 시료를 메탄올 용액에 녹인 후 희석하여 사용하였으며, 각기 다른 농도의 시료에 0.15 mM DPPH 용액을 10 µL을 첨가하여 잘 혼합하여 30 min 후 517 nM에서 흡광도의 변화를 측정하였다.
- 본 연구에서는 액중건조법을 이용하여 치유효과, 소화계/신경계 강장효과, 살균효과 등의 효과를 가졌지만 쉽게 산화되는 레몬그라스 오일을 포집하여 마이크로캡슐을 제조하고 방출거동을 확인하여 향의 휘산 속도를 조절하고자 하였다. 또한, 벽재물질, 유화제의 농도, 교반속도를 변화시켰을 때, 마이크로캡슐의 형태 및 크기분포, 포집효율, 항산화 활성을 확인하였다.
- 레몬그라스 오일과 레몬그라스 오일을 함유한 마이크로캡슐의 항산화 효능을 측정하기 위해 DPPH을 이용하였다. DPPH 라디칼 소거능 측정은 안정한 유해산소 화합물인 DPPH를 기질로 하여 시료의 항산화 능력을 측정하였으며, 517 nM에서 광흡수를 나타내는 DPPH는 항산화 물질에 의해 전자공여 작용으로 탈색되어 흡광도가 감소하고 감소된 흡광도의 변화를 통하여 항산화 물질의 활성을 측정하였다.
- 마이크로캡슐의 형태를 확인하기 위해 시료를 1 mg/mL의 농도로 희석한 뒤 광학현미경을 통해 관찰했다. 구형의 입자를 가지는 것을 Figure 3을 통해서 확인하였다.
- 벽재물질의 농도에 따른 마이크로캡슐의 영향을 알아보기 위해 교반속도를 1500 rpm, PVA의 농도를 2 wt%로 고정하고 PCL의 농도를 각각 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 wt%로 변화시키며 마이크로캡슐을 제조하였다. PCL 농도변화에 따른 마이크로캡슐의 입도분포 결과를 Figure 5(b)에 나타냈다.
- )를 이용하여 포집된 레몬그라스의 양을 측정하였고 아래의 식으로 포집효율을 구하였다. 용액을 원심분리하여 상등액을 자외선 분광광도계로 측정해 흡광도를 통하여 포집되지 않은 레몬그라스의 양을 확인하였다.
- 레몬그라스 오일과 마이크로캡슐에 함유된 레몬그라스 오일의 항산화 활성을 Figures 7, 8에 나타냈다. 우선, 제조한 마이크로캡슐과 레몬그라스 오일의 항산화 활성을 비교하였다. 대조군으로 사용된 Ascrobic acid의 경우 10 ppm의 농도에서 81% 정도의 항산화 활성을 나타냈다.
- 마이크로캡슐을 제조할 때 교반속도, PCL의 농도, PVA의 농도 변화에 따라 마이크로캡슐의 크기 및 입도분포가 어떻게 변화하는지 알아보았다. 입자의 형태나 크기를 제어하는 가장 일반적인 방법은 교반속도를 조절하는 것이므로 우선 교반속도에 따른 마이크로캡슐의 영향을 알아보기 위해 동일 시간 동안 교반속도를 750, 1000, 1250 그리고 1500 rpm으로 변화시키며 마이크로캡슐을 제조하였다.
- 제조된 마이크로캡슐 내 레몬그라스 오일의 방출거동을 알아보기 위해 일정양의 에탄올 용액에 제조한 마이크로캡슐을 넣고 상온에서 교반시키며 1 h마다 소량을 채취하여 UV-VIS를 통해 12 h 동안 방출 거동을 알아보았다. 채취한 샘플과 같은 양의 에탄올 용액을 첨가하여 용액의 양을 일정하게 유지하였다.
- 제조된 마이크로캡슐 내 레몬그라스 오일의 방출거동을 알아보기 위해 투석법을 이용하여 레몬그라스 오일이 함유된 마이크로캡슐을 투석막에 넣어 에탄올 25 mL에 첨가한 후, 400 rpm으로 교반시키고 30 min마다 1 mL를 채취하여 원심분리하여 상층액과 하층액으로 나누고 상층액을 UV-VIS spectrometer를 통해 흡광도를 측정하여 방출 거동을 알아보았다.
- 제조된 마이크로캡슐 내 레몬그라스 오일의 포집효율을 측정하기 위해 UV-VIS Spectrophotometer (Optizen Pop, Mecasys Co.)를 이용하여 포집된 레몬그라스의 양을 측정하였고 아래의 식으로 포집효율을 구하였다. 용액을 원심분리하여 상등액을 자외선 분광광도계로 측정해 흡광도를 통하여 포집되지 않은 레몬그라스의 양을 확인하였다.
- 제조된 마이크로캡슐의 형태를 확인하기 위해 광학현미경(Optical microscope, L200D, Nickon Eclipse)과 편광현미경(Polarized optical microscopes, Leica DMRXP, Leica Microsystem Mettler Toledo Co.)을 이용하였고, 제조 조건의 변화에 따른 마이크로캡슐의 입자크기의 변화를 확인하기 위해 동적광산란광도계(Dynamic Light Scattering, Zetasizer Nano ZS, Malvern Co.)를 사용하여 마이크로캡슐의 크기를 측정하였다.
- 제조한 마이크로캡슐의 함입여부를 확인하기 위해 레몬그라스 오일, 마이크로캡슐, 파포된 마이크로캡슐를 KBr디스크에 코팅하여 샘플을 제작하였고 FT-IR Spectrophotometer (Jasco, 480 plus)를 이용하여 측정하고, 비교 분석하였다.
- 레몬그라스 오일의 경우 3400 cm-1에서 O-H, 2900 cm-1에서 C-H, 1600 cm-1에서 -C=C 신축진동피크가 나타났고, 마이크로캡슐의 샘플을 측정한 경우 3400 cm-1에서 O-H, 1450 cm-1에서 C-H 굽힘진동피크가 나타나 마이크로캡슐이 제조된 후 레몬그라스 오일의 진동피크가 나타나지 않는 것을 확인하였다. 포집된 레몬그라스 오일을 확인하기 위해 마이크로캡슐을 파포 시킨 후 샘플을 제작하였다. 파포된 마이크로캡슐의 피크가 레몬그라스 오일과 같은 3400, 2900, 1600 cm-1에서 측정되는 것을 확인했으며 이를 통하여 레몬그라스 오일이 마이크로캡슐 내에 봉입된 것을 확인할 수 있었다.
- 각각의 샘플은 유해산소의 저해활성을 나타냈으며, 시간이 지날수록 항산화 활성이 증가되었다. 항산화 활성의 변화를 알아보기 위해 교반속도, PCL의 농도, PVA의 농도를 변화시켜 제조한 샘플을 동일한 시간동안 소량 채취하여 측정하였다. 항산화 활성은 8 h까지 활성산소 저해활성이 증가하고 이후부터는 일정하게 나타났다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 레몬그라스(Cymbopogon Flexuosus, Aroma world, Australia) 오일은 일반적인 제품을 이용했고, 벽재물질인 Poly(ε-caprolactone) (PCL, MW 15000, Sigma aldrich co.) 제품을 구입하여 별도의 여과과정 없이 사용하였고 벽재물질과 심 물질을 위한 용매로는 디클로로메탄(Dichloromethane (DCM), 99.5%, Samchun Chemical Co., LTD) 제품을 유화제는 Poly(vinylalcohol) (PVA, MW 500, Junsei chemical) 제품을 사용하였다.
성능/효과
- 비등방성 상태의 수화액정을 서서히 분산시켜 형성된 구형의 입자를 편광현미경으로 관찰하면 Axial cross가 관찰된다. Axial cross가 뚜렷하게 나타난 것으로 액정의 분산이 우수한 것을 관찰하였다.
- 본 연구에서는 액중건조법을 사용하여 레몬그라스 오일을 심 물질로 함유하는 PCL마이크로캡슐을 제조하였으며, PCL마이크로캡슐 제조 시, 벽재물질, 유화제의 농도와 교반속도에 따른 영향과 방출거동을 알아보았다. FT-IR을 통해 레몬그라스 오일이 마이크로캡슐 안에 함유되었음을 확인하였다. 제조된 캡슐은 광학현미경과 편광현미경의 몰타십자가를 통해 알 수 있었다.
- 교반속도에 따른 차이는 750 rpm에서 제조된 마이크로캡슐이 51%로 가장 많은 양이 방출되었고, 1500 rpm에서 제조된 마이크로캡슐이 31%로 가장 적은 양이 방출되었다. PCL 농도에 의해서는 0.5 wt%에서 제조된 마이크로캡슐이 55%로 가장 많은 양이 방출되었고, 2.0 wt%에서 제조된 마이크로캡슐이 42%로 가장 적은 양이 방출되었다. 유화제 PVA 농도에 의해서는 2.
- 제조된 캡슐은 광학현미경과 편광현미경의 몰타십자가를 통해 알 수 있었다. PCL마이크로캡슐의 형태는 구형으로 나타났으며, PSA를 통해 확인한 크기 및 평균 입도 분포는 벽재물질, 유화제의 농도가 1 wt%일 때, 교반속도가 빨라질수록 크기 및 입도분포는 가장 작게 나타났다. PCL마이크로캡슐의 포집효율은 1250 rpm에서 76.
- 5%로 측정되었다. PCL의 농도가 낮을 때는 레몬그라스 오일에 흡착되는 PCL의 양이 증가함에 따라 포집효율이 점차 증가되었고 2 wt%의 농도에서는 PCL이 레몬그라스 오일을 포집하기 전에 구형의 입자를 이루어서 포집효율이 급격히 감소한 것으로 보인다. PVA의 농도에 따라, 0.
- 벽재 물질의 농도가 낮을수록 높은 항산화 활성을 나타냈으며 이는 방출거동의 실험결과 일치하였다. PVA의 농도에 의한 영향은 2 wt%의 농도에서 46%의 높은 항산화 활성을 나타냈으며, 1 wt%의 농도에서 39%의 항산화 활성을 나타냈다. 유화제인 PVA의 항산화 활성 또한 방출거동의 결과와 일치하였으며 이를 통해 방출속도와 방출되는 양에 따라 항산화 활성을 조절할 수 있을 것이라 생각된다.
- 레몬그라스와 마이크로캡슐의 항산화 활성은 대조군인 Ascrobic acid와 비교할 경우 낮은 활성을 보였지만 40 ppm의 항산화 활성을 나타냈고 농도가 증가함에 따라 점차적으로 증가하는 경향을 보였다. 각각의 샘플은 유해산소의 저해활성을 나타냈으며, 시간이 지날수록 항산화 활성이 증가되었다. 항산화 활성의 변화를 알아보기 위해 교반속도, PCL의 농도, PVA의 농도를 변화시켜 제조한 샘플을 동일한 시간동안 소량 채취하여 측정하였다.
- 항산화 활성은 8 h까지 활성산소 저해활성이 증가하고 이후부터는 일정하게 나타났다. 교반 속도에 의한 차이를 8 h 이후에 측정한 결과는 750 rpm에서 가장 높은 활성인 53%를 나타냈으며 1000, 1250, 1500 rpm에서는 40%의 활성을 나타냈다. 이는 방출거동과 유사한 결과로 방출되는 레몬그라스 오일이 증가함에 따라 항산화 활성 또한 증가된 것으로 보인다.
- Figure 5(a)는 입도분석기를 이용하여 교반속도 변화에 따른 마이크로캡슐의 크기를 관찰한 것으로 낮은 교반속도에서 마이크로캡슐을 제조한 경우 비교적 큰 입자들이 생성되고 교반속도가 1500 rpm로 증가함에 따라 입자의 크기가 5 µm로 가장 작게 나타났다. 교반속도가 빨라질수록 평균 입자 크기는 작게 나타났고, 입도분포 역시 좁게 나타났다. 이것은 교반속도의 증가에 따른 전단 응력의 증가로 인한 표면장력은 저하로 보다 안정한 마이크로캡슐을 형성하기 위해 입자의 크기가 감소하는 것으로 판단된다.
- 방출거동은 초기부터 8 h까지 급격히 진행되고 8 h 후부터는 일정하게 나타났다. 교반속도에 따른 차이는 750 rpm에서 제조된 마이크로캡슐이 51%로 가장 많은 양이 방출되었고, 1500 rpm에서 제조된 마이크로캡슐이 31%로 가장 적은 양이 방출되었다. PCL 농도에 의해서는 0.
- 유화제의 농도가 1 wt%일 때 입자 크기가 가장 낮은 것을 확인하였다. 따라서 벽재물질과 유화제의 농도가 1.0 wt%일 때, 평균 입자 크기와 입도분포가 가장 작게 나타나는 것을 확인하였다.
- 8%로 나타났다. 레몬그라스 오일의 방출거동은 벽재물질 농도가 2.0 wt%, 유화제의 농도가 1.0 wt%일 때, 교반속도가 빠를수록 느리게 방출이 나타나는 것을 확인하였다. 마이크로캡슐의 항산화 활성은 방출거동과 일치한다는 것을 확인하였다.
- 대조군으로 사용된 Ascrobic acid의 경우 10 ppm의 농도에서 81% 정도의 항산화 활성을 나타냈다. 레몬그라스와 마이크로캡슐의 항산화 활성은 대조군인 Ascrobic acid와 비교할 경우 낮은 활성을 보였지만 40 ppm의 항산화 활성을 나타냈고 농도가 증가함에 따라 점차적으로 증가하는 경향을 보였다. 각각의 샘플은 유해산소의 저해활성을 나타냈으며, 시간이 지날수록 항산화 활성이 증가되었다.
- 자외선 분광광도계를 이용해서 마이크로캡슐의 포집효율을 측정한 결과를 Table 1에 나타내었다. 마이크로캡슐의 포집효율은 교반속도에 따라, 750 rpm일 때 69.5%, 1000 rpm일 때 71.1%, 1250 rpm일 때 76.5%, 1500 rpm일 때 69.7%으로 교반속도가 증가함에 따라 포집효율 또한 증가하다 감소하는 경향을 나타냈다. PCL의 농도에 따라, 0.
- 0 wt%일 때, 교반속도가 빠를수록 느리게 방출이 나타나는 것을 확인하였다. 마이크로캡슐의 항산화 활성은 방출거동과 일치한다는 것을 확인하였다. 방출되는 레몬그라스 오일이 많아질수록 항산화 활성이 높아지는 것을 확인하였다.
- 마이크로캡슐의 항산화 활성은 방출거동과 일치한다는 것을 확인하였다. 방출되는 레몬그라스 오일이 많아질수록 항산화 활성이 높아지는 것을 확인하였다. 이 연구 결과를 통해서 교반속도와 PCL, PVA의 농도를 조절하므로 마이크로캡슐의 크기를 제어할 수 있고 방출속도를 제어하여 항산화 효과를 볼 수 있는 약물 적용에도 유용할 것으로 판단된다.
- 이는 기존의 연구와 같은 결과[7]로 PCL의 농도가 높은 경우 소수성이 증가하여 에탄올과의 상호작용을 저해하여 가수분해 속도를 감소시키고 반대의 경우로 PVA의 농도가 높아질 경우 친수성이 증가하여 더 많은 상호작용을 하여 가수분해 속도가 증가하여 더 많은 에탄올을 흡수하여 팽윤성이 증가된 결과로 생각된다. 위의 결과로 벽재물질의 농도가 낮을수록 많은 레몬그라스 오일의 방출속도가 더 빠른 것을 확인할 수 있었다. 마이크로캡슐의 제조 시 교반속도가 느리고 벽재물질의 농도가 낮을수록 캡슐이 파포되는데 걸리는 시간이 짧기 때문에 생기는 결과라 판단된다.
- 0 wt%에서 제조된 마이크로캡슐이 42%로 가장 적은 양이 방출되었다. 유화제 PVA 농도에 의해서는 2.0 wt%에서 제조된 마이크로캡슐이 49%로 가장 많은 양이 방출되었고, 1.0 wt%에서 제조된 마이크로캡슐이 40%로 가장 적은 양이 방출되었다. 이는 기존의 연구와 같은 결과[7]로 PCL의 농도가 높은 경우 소수성이 증가하여 에탄올과의 상호작용을 저해하여 가수분해 속도를 감소시키고 반대의 경우로 PVA의 농도가 높아질 경우 친수성이 증가하여 더 많은 상호작용을 하여 가수분해 속도가 증가하여 더 많은 에탄올을 흡수하여 팽윤성이 증가된 결과로 생각된다.
- 포집된 레몬그라스 오일을 확인하기 위해 마이크로캡슐을 파포 시킨 후 샘플을 제작하였다. 파포된 마이크로캡슐의 피크가 레몬그라스 오일과 같은 3400, 2900, 1600 cm-1에서 측정되는 것을 확인했으며 이를 통하여 레몬그라스 오일이 마이크로캡슐 내에 봉입된 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 방출되는 레몬그라스 오일이 많아질수록 항산화 활성이 높아지는 것을 확인하였다. 이 연구 결과를 통해서 교반속도와 PCL, PVA의 농도를 조절하므로 마이크로캡슐의 크기를 제어할 수 있고 방출속도를 제어하여 항산화 효과를 볼 수 있는 약물 적용에도 유용할 것으로 판단된다.
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