[논문]키토산 기반 분자 각인 고분자 필름의 슐린닥 흡착 및 방출 특성

윤연흠; 윤순도; 나재운; 심왕근

doi:10.14478/ace.2019.1004

키토산 기반 분자 각인 고분자 필름의 슐린닥 흡착 및 방출 특성
Adsorption and Release Characteristics of Sulindac on Chitosan-based Molecularly Imprinted Functional Polymer Films 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.30 no.2, 2019년, pp.233 - 240

윤연흠 (전남대학교 공과대학 에너지자원공학과) , 윤순도 (전남대학교 공학대학 화공생명공학과) , 나재운 (순천대학교 공과대학 고분자공학과) , 심왕근 (순천대학교 공과대학 고분자공학과)

초록
AI-Helper

분자인식기술은 특정 분자를 고분자 매트릭스에 각인시켜 특정 분자의 선택성을 높이는 기술로 관심을 받아왔다. 이 연구에서는 Sulindac (SLD)을 각인시킨 키토산 기반 약물 전달용 필름의 흡착 및 방출 특성을 가소제, 온도, pH를 변화시켜 실험하고 그 결과를 관련 모델식으로 해석하였다. SLD 각인 고분자 필름의 약물 흡착은 Freundlich와 Sips식이 Langmuir식보다 더 잘 설명되었고 binding site 에너지 분포 함수는 SLD와 고분자 필름 간의 흡착 특성관계를 이해하는데 유용하였다. 그리고 SLD 각인 고분자 필름의 약물 방출은 Fickian 확산 거동을 보인 반면, 인공피부조건에서는 non-Fickian 확산 거동을 따랐다.

Abstract ▼ AI-Helper

Molecular recognition technology has attracted considerable attention for improving the selectivity of a specific molecule by imprinting it on a polymer matrix. In this study, adsorption and release characteristics of chitosan based drug delivery films imprinted with sulindac (SLD) were investigated in terms of the plasticizer, temperature and pH and the results were also interpreted by the related mathematical models. The adsorption characteristics of target molecules on SLD-imprinted polymer films were better explained by the Freundlich and Sips equation than that of the Langmuir equation. The binding site energy distribution function was also useful for understanding the adsorption relationship between target molecules and polymer films. The drug release of SLD-imprinted polymer films followed the Fickian diffusion mechanism, whereas the drug release using artificial skin followed the non-Fickian diffusion behavior.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Tensile Strength (TS) and Elongation at Break (%E) of Prepared Chitosan-based Biomaterials Patches
그림 Figure 1. Experimental adsorption isotherms (symbols) on four different polymer films at 310 K and their corresponding fitting to Langmuir (a), Freundlich (b) and Sips (c) isotherm equations (lines).
그림 Figure 2. Binding site energy distribution curves of SLD on four different polymer films.
표 Table 2. Adsorption Isotherm Parameters
그림 Figure 3. Experimental and predicted data for SLD from different polymer films at pH 6.5 and 37 ℃ (Fickian diffusion model, (a) and Empirical model, (b)) and their Fickian effective diffusion distribution curves (c).
표 Table 3. Fickian Diffusion and Empirical Model Parameters of SLD Release from Different Polymeric Films
그림 Figure 4. Experimental and Fickian model fits of SLD release from SLD imprinted polymer films at different pHs and temperatures (a~d) and their Fickian effective diffusion distribution curves (e~h).
그림 Figure 5. Arrhenius type relationships for the effective diffusion of SLD release from SLD imprinted polymer films at different pHs.
표 Table 4. Fickian Diffusion Model Parameters of SLD Release from SLD Imprinted Polymer Films at Different pHs
그림 Figure 6. SLD release ratio (%) at pH 6.5 and 310 K from artificial skin. The symbols represent experimental data and the solid line depicts model prediction: Fickian (a) and Empirical (b) models.
표 Table 5. Fickian Diffusion and Empirical Model Parameters of SLD Release from Artificial Skin

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

또한, 친환경 공정이며, 경화 속도, 전력 소비량이 적고, 낮은 온도에서 가교를 진행한다는 장점을 가지고 있다[23]. 본 연구의 최종 목적은 UV 경화 SLD 각인 키토산 기반 경피 약물전달용 패치를 제조하여 각인 특성에 대해 흡착 및 방출 특성 모델을 이용하여 약물 방출 특성을 이해하고 약물 방출 에 대한 최적화를 하는데 있다.

제안 방법

SLD 각인 MCHS 기반 경피 전달 패치에 대한 각인 특성은 목적분 자인 SLD의 흡착실험을 수행한 후, binding 등온선을 이용하여 조사하 였다. 먼저 목적분자 각인 특성을 평가하기 위해 SLD 추출 실험을 수행하였다.
SLD 각인 MCHS 기반 경피 전달 패치에서 SLD의 방출 특성은 pH 와 온도에 따른 in vitro 방출 실험을 통해 측정하였다. 제조한 SLD가 각인 MCHS 기반 경피 전달 패치 (0.
SLD 각인 키토산 필름의 binding 특성을 살펴보기 위해 각인하지 않은 필름과 서로 다른 가소제를 넣어 제조한 필름에 대해 SLD 물질 을 이용하여 흡착 실험을 실시하고 그 결과를 Figure 1 (symbol)에 비 교하였다. 먼저 대상 물질에 대한 흡착특성을 살펴보면 흡착용액의 농도가 증가함에 따라 제조한 패치에 흡착 되는 흡착량이 증가하는 경향을 보였다.
UV 경화 SLD 각인 MCHS 기반 패치는 캐스팅 방법을 이용하여 제 조하였다. MCHS 2.
2 g)를 ethanol (20 mL)에 용해시킨 후, 브랜딩 공정 중 MCHS/PVA/SSA 겔 화용액에 SLD가 균일한 각인을 위해 20 min 동안 dropwise 시켜 SLD 각인 MCHS/PVA/SSA 겔화용액을 제조하였다. 가소제로 사용된 GL 과 CA는 MCHS과 PVA의 무게 기준으로 40% 첨가하여 위와 같은 방 법으로 제조하였다. 이후 겔화용액의 기포를 아스피레이터를 이용하 여 제거한 후 55 ℃에서 미리 가열된 유리주형(200 × 200 × 1 mm)에 붓고, 50 ℃에서 12 h 동안 건조시켰다.
이후 겔화용액의 기포를 아스피레이터를 이용하 여 제거한 후 55 ℃에서 미리 가열된 유리주형(200 × 200 × 1 mm)에 붓고, 50 ℃에서 12 h 동안 건조시켰다. 건조된 바이오 소재에 대한 가교는 UV 경화 공정을 이용하여 가교하였다. 제조된 MCHS 기반 패 치에 대한 인장강도(tensile strength (MPa)) 및 신축률(elongation properties (%E))은 Instron 6012 시험기(USA)를 사용하였으며, 22 ℃, 상 대습도 52%에서 일주일 동안 보관 후 측정하였다.
고분자 필름과 대상 목적 물질인 SLD 사이에 존재하는 흡착에너지 (친화도) 관계를 결합에너지분포 함수를 이용하여 보다 더 자세히 살 펴보았다[25,26]
두께는 mechanical scanner (digital thickness gauge “Mitutoyo” Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였는데, 시료 주변의 12지점의 두께를 측정하여 평균값을 사용하였다.
흡착 평형 도달 후, UV-vis 분광광도측정기를 이용하여 용액의 농도에 따른 흡착량을 이 용하여 binding 등온선을 조사하였다. 또한, SLD가 각인된 소재와 각 인되지 않은 소재의 흡착 전과 후의 농도를 측정하여 각인 특성을 확 인하였다. 흡착량은 다음 식 (1)을 통해 구하였다
SLD 각인 MCHS 기반 경피 전달 패치에 대한 각인 특성은 목적분 자인 SLD의 흡착실험을 수행한 후, binding 등온선을 이용하여 조사하 였다. 먼저 목적분자 각인 특성을 평가하기 위해 SLD 추출 실험을 수행하였다. Ethanol과 DW를 1 : 1 비율로 혼합한 공용매를 사용하여 SLD를 추출한 뒤, 50 ℃에서 12 h 동안 건조하였다.
MCHS 용액과 PVA 용액을 kitchenaid mixer를 이용하여 15 min 동안 혼합 후, 실온에서 기계식 교반기(400 rpm)를 이용하여 60 min 동안 브랜딩 공정을 수행하였다. 목적분자로 사용된 SLD (0.2 g)를 ethanol (20 mL)에 용해시킨 후, 브랜딩 공정 중 MCHS/PVA/SSA 겔 화용액에 SLD가 균일한 각인을 위해 20 min 동안 dropwise 시켜 SLD 각인 MCHS/PVA/SSA 겔화용액을 제조하였다. 가소제로 사용된 GL 과 CA는 MCHS과 PVA의 무게 기준으로 40% 첨가하여 위와 같은 방 법으로 제조하였다.
활성화 에너지(E_a)는 약물이 키토산 필름에 형성된 사슬 사이를 이 동할 수 있게 해주는데 필요한 에너지라고 할 수 있다. 물질의 확산 특성이 온도와 관계가 있음을 나타내는 Arrhenius 관계식을 이용하여 pH에 따른 SLD 각인 키토산 필름의 활성화에너지 특성이 어떻게 되 는지 살펴보았다[31].
본 연구에서는 키토산 기반 경피 약물전달용 패치를 UV 경화 공정 을 이용하여 제조하고 분자인식기술(molecular imprinting technique; MIT)을 이용하여 목적약물인 sulindac (SLD)을 각인하여 약물 방출 및 흡착 모델을 조사하였다. MIT는 목적분자를 고분자 매트릭스에 각인하여 목적분자에 대한 선택성을 높여 분리하기 어려운 물질들의 정 량 분석 및 방출에 유용하게 사용할 수 있으며, 이를 이용하여 흡착제, 고정상 추출, 임상분석, 막 분리, 모세관 전기영동 등에 사용되어왔으며 촉매나 센서 코팅용제, 의료용 패치 등에 응용이 가능하다는 장점 이 있다[20,21].
이 연구에서는 UV 경화 sulindac (SLD) 각인 키토산 기반 패치에 대해 목적대상물질의 흡착 및 방출 특성을 실험과 다양한 모델을 이용하여 고찰하였다. SLD 각인 고분자 필름은 그렇지 않은 필름에 비 해 목적 물질인 SLD의 흡착량이 약 3.
건조된 바이오 소재에 대한 가교는 UV 경화 공정을 이용하여 가교하였다. 제조된 MCHS 기반 패 치에 대한 인장강도(tensile strength (MPa)) 및 신축률(elongation properties (%E))은 Instron 6012 시험기(USA)를 사용하였으며, 22 ℃, 상 대습도 52%에서 일주일 동안 보관 후 측정하였다. 각각의 시료는 ASTM D-421 규격으로 사용하였다.
SLD 각인 MCHS 기반 경피 전달 패치에서 SLD의 방출 특성은 pH 와 온도에 따른 in vitro 방출 실험을 통해 측정하였다. 제조한 SLD가 각인 MCHS 기반 경피 전달 패치 (0.1 g)을 100 mL의 pH 4.0, 7.0, 10.0 용액에 담근 후 진탕배양기(VS-8480SF, Vision, Scientific Co., Korea) 에 80 rpm으로 25, 37, 45 ℃에서 일정한 시간 간격으로 상등액 2 mL 을 취하여 UV-vis 분광광도측정기를 이용하여 방출된 SLD의 농도를 측정하였다. 또한, 인공피부(Neoderm®-ED, Tego Science, Inc.
50 mmol/L 농도로 제조된 SLD 용액을 30 mL씩 첨가하여 진탕배양기에 넣고 25 ℃, 200 rpm으로 24 h 동안 흡착 실험을 수행하였다. 흡착 평형 도달 후, UV-vis 분광광도측정기를 이용하여 용액의 농도에 따른 흡착량을 이 용하여 binding 등온선을 조사하였다. 또한, SLD가 각인된 소재와 각 인되지 않은 소재의 흡착 전과 후의 농도를 측정하여 각인 특성을 확 인하였다.

대상 데이터

(Louis, USA)에서 구입하였다. Lactic acid (LA) 와 ethanol은 Duksan (Pharmaceutical Co., Ltd., Korea)에서 구입하였다. 본 실험에 사용된 물(DW)은 탈이온화 후 재증류한 것을 사용하였다.
Medium molecular weight chitosan (MCHS) (Mw: 190,00~310,000 and the degree of deacetylation (DD): 75~85%), polyvinyl alcohol (PVA) (Mw: 89,000~98,000 and the degree of hydrolysis (DH): 99%), sulindac (SLD), glycerol (GL), citric acid (CA), sulfosuccinic acid (SSA) 는 Sigma-Aldrich Co. (Louis, USA)에서 구입하였다. Lactic acid (LA) 와 ethanol은 Duksan (Pharmaceutical Co.
, Korea)에서 구입하였다. 본 실험에 사용된 물(DW)은 탈이온화 후 재증류한 것을 사용하였다.

데이터처리

는 각각 Langmuir, Freundlich, Sips식의 매개변수를 나타낸다. 이 연구에서 사 용한 흡착 등온식의 매개변수값들은 Nelder-Mead법을 이용하여 구하 였으며, 실험값과 계산값의 오차는 회귀분석 값으로 비교하였다. 흡착 등온식을 이용하여 fitting한 흡착실험결과는 Figure 1(a)~(c)와 Table2에 정리하였다.

이론/모형

제조된 MCHS 기반 패 치에 대한 인장강도(tensile strength (MPa)) 및 신축률(elongation properties (%E))은 Instron 6012 시험기(USA)를 사용하였으며, 22 ℃, 상 대습도 52%에서 일주일 동안 보관 후 측정하였다. 각각의 시료는 ASTM D-421 규격으로 사용하였다. 두께는 mechanical scanner (digital thickness gauge “Mitutoyo” Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였는데, 시료 주변의 12지점의 두께를 측정하여 평균값을 사용하였다.
SLD 방출 특성 목적 약물에 대한 약물 방출특성을 속도론적 관점으로 살펴보는 것 은 고분자 필름의 특성을 이해하는데 도움을 줄 뿐 아니라 최적의 약 물 전달 시스템을 설계하는데도 큰 기본 정보를 제공해준다. 따라서 이 연구에서는 고분자 필름에 대한 약물 방출 메커니즘을 보다 체계 적으로 규명하기 위해 Fickian 확산 방정식과 empirical식을 이용하였다[30-33]. 먼저, 얇은 고분자 판상에서 Fick’s 확산 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.
보다 체계적으로 SLD 각인 키토산 필름의 흡착 평형 특성을 살펴보 고자 이 연구에서는 널리 사용되고 있는 흡착등온식 가운데 Langmuir, Freundlich, Sips식을 이용하였다[24-26]. Langmuir 흡착 등온식은 흡 착제 표면의 흡착 site가 균일한 에너지를 갖는 단층 흡착이 일어나며, 흡착된 분자는 일정한 국지점에 잡혀 있고, 흡착된 분자들 간에는 상 호작용이 없다는 가정 하에 유도된 식으로 다음과 같이 쓸 수 있다
Figure 3(a)와 (b)는 분자인식 고분자 필름의 SLD 방출 특성을 모델 링식으로 예측한 결과와 함께 나타낸 것이다. 사용한 식의 매개변수 값은 Nelder-Mead법으로 구하였으며, 최적 매개 변수 값은 실험에 대 한 오차값과 함께 Table 3에 정리하였다. 그림에 비교한 것처럼, 분자 인식 고분자 필름의 SLD 방출 특성은 흡착특성과는 다른 경향을 보 였다.
는 친화도 분포 함수를 나타낸다. 이 연 구에서는 국부적인 흡착등온식으로 Langmuir식을 사용하였고, binding site 에너지 분포는 Generalized Regularization법을 이용하여 구하 였다[27-30]. Figure 2에 비교하여 나타낸 것처럼 분자각인을 수행한 고분자 필름과 그렇지 않은 고분자 필름 사이에는 목적 물질인 SLD와 의 상호관계에 있어 뚜렷한 차이가 있음이 확인된다.

성능/효과

예를 들어 SLD 약물 방출%는 실험 약 3 h 후 pH 4에서 76~85%, pH 7은 91~95%, pH 10은 96~98%를 나타내었고, 약 10 h이 지나면 모든 조건에서 100% 방출이 이루어졌다. 그리고 Figure 4(a)~(d)와 Table 4 에 정리한 것처럼, SLD 약물 방출 특성은 Fickian 확산 모델로 만족스 럽게 모사할 수 있었으며, 구하여진 확산 계수 값은 실험결과와 동일 하게 온도와 pH 값이 커질수록 더 크게 나타났다. 예를 들어 pH 7에 서 Fickian 확산 모델로 구한 D_e 값은 각각 3.
이 연구에서는 UV 경화 sulindac (SLD) 각인 키토산 기반 패치에 대해 목적대상물질의 흡착 및 방출 특성을 실험과 다양한 모델을 이용하여 고찰하였다. SLD 각인 고분자 필름은 그렇지 않은 필름에 비 해 목적 물질인 SLD의 흡착량이 약 3.3~3.8배 정도 컸다. 연구에 사 용한 가소제 가운데서는 glycerol을 넣어 제조한 필름의 흡착량이 다 른 필름에 비해 더 컸으나 흡착량 차이는 미미하였다.
SLD 각인 고분자 필름의 약물 방출 특성은 흡착 특성과는 달랐다. SLD 방출 속도는 MCHS 결합 및 가소제의 관능기와 밀접한 관계가 있었으며, 특히 MCHS의 흡착친화도와 에너지 불균일도가 클수록 방 출속도가 빨랐다. 약물 방출은 온도가 높아질수록, pH 값이 알칼리성 으로 갈수록 더 빠르게 방출되는 특성을 보였다.
Ethanol과 DW를 1 : 1 비율로 혼합한 공용매를 사용하여 SLD를 추출한 뒤, 50 ℃에서 12 h 동안 건조하였다. SLD의 추출은 UV-vis 분광광도측정기(Optizen 2120UV, Neogen, Co., Ltd, Korea)를 사용하여 추출 시간에 따른 제거 정도를 확인하였으며, 20 h 후 거의 99.0% 이상 제거되었음을 확인하였다. 흡착실험은 45 mL vial에 목적 분자가 제조된 키토산 기반 바이오 소재와 0.
8배 더 큰 것으로 나타나 SLD 각인이 키토산 필름에 효과적으 로 이루어졌음을 확인하였다. 가소제 유무에 따른 흡착 특성에서는 가 소제를 넣어 각인한 필름이 그렇지 않은 필름에 비해 SLD 흡착량이 조금 더 큰 것으로 나타났다. 그러나 이 연구에서 실험한 영역에서는 그 차이가 미미하였으며, 가소제 가운데에서는 citric acid (CA4-SLD) 보다는 glycerol (GL4-SLD)을 넣어 제조한 경우가 SLD 흡착량이 조 금 더 큰 것으로 나타났다.
45E-13(318 K) m2 /s로 온도가 올라갈수록 확산계수 값도 커 졌다. 그리고 310 K에서 구한 D_e 값은 각각 2.41E-13 (pH 4), 4.63E-13 (pH 7), 7.48E-13(pH 10) m2 /s으로 알칼리 영역의 D_e 값이 산성 영역 에 비해 약 3.10배 더 컸다. Figure 4(e)~(h)에 정리한 SLD 확산 분포 함수는 모든 실험 조건에 서 unimodal 분포곡선을 나타내었고, 온도와 pH가 올라갈수록 분포도 값은 더 높은 D_e값으로 이동하고 분포도의 폭 또한 더 넓고 완만한 형태로 나타났다.
먼저 대상 물질에 대한 흡착특성을 살펴보면 흡착용액의 농도가 증가함에 따라 제조한 패치에 흡착 되는 흡착량이 증가하는 경향을 보였다. 그리고 SLD로 각인 제조한 필름(SLD)은 그렇지 않은 샘플(Non)과 비교해볼 때, 흡착 평형량이 농도 1.5 mmol/L에서 약 3.3~3.8배 더 큰 것으로 나타나 SLD 각인이 키토산 필름에 효과적으 로 이루어졌음을 확인하였다. 가소제 유무에 따른 흡착 특성에서는 가 소제를 넣어 각인한 필름이 그렇지 않은 필름에 비해 SLD 흡착량이 조금 더 큰 것으로 나타났다.
SLD 각인 고분 자 필름의 흡착실험 데이터는 Freundlich와 Sips식으로 만족스럽게 설 명이 가능하였는데 이는 각인 고분자 필름의 표면이 목적분자에 대해 에너지적으로 불균일함을 의미하는 것이었다. 그리고 binding site 에 너지 분포 함수 결과로부터 약물 각인 고분자 필름의 경우에는 목적 대상물질과 관련한 2개의 주요한 에너지 site가 존재하고, 그렇지 않 은 고분자 필름은 1개의 에너지 site가 존재함을 확인하였다. 또한 binding site 에너지 분포 함수의 피크 높이, 피크 넓이 및 피크 위치는 목적대상물질과 고분자 필름 간의 흡착 특성과 상관관계가 있었다.
약물 방출은 온도가 높아질수록, pH 값이 알칼리성 으로 갈수록 더 빠르게 방출되는 특성을 보였다. 그리고 이러한 약물 방출 특성은 Fickian 확산식과 이의 확산 분포 함수식 및 Arrhenius 관 계식으로 만족스럽게 설명할 수 있었다. 반면에 인공피부를 이용한 SLD의 방출은 선형 또는 비선형적 거동이었으며, 약물 방출 실험 결 과는 empirical 관계식으로 잘 설명할 수 있었으며, 이로부터 인공피부 조건에서의 약물 방출 메커니즘은 non-Fickian임을 확인하였다
그리고 binding site 에 너지 분포 함수 결과로부터 약물 각인 고분자 필름의 경우에는 목적 대상물질과 관련한 2개의 주요한 에너지 site가 존재하고, 그렇지 않 은 고분자 필름은 1개의 에너지 site가 존재함을 확인하였다. 또한 binding site 에너지 분포 함수의 피크 높이, 피크 넓이 및 피크 위치는 목적대상물질과 고분자 필름 간의 흡착 특성과 상관관계가 있었다. SLD 각인 고분자 필름의 약물 방출 특성은 흡착 특성과는 달랐다.
그러나 SLD 각인한 고분자 필름의 데이터(SLD, GL4-SLD, CA4-SLD)는 Freundlich와 Sips 등온식이 Langmuir식에 비해 fitting 능력이 더 우수 하였다. 또한 흡착에너지의 불균일 정도를 나타내는 매개변수 (, )값이 1.0에서 크게 벗어나는 것으로 보아 SLD 각인 고분자 필름의 표면은 각인하지 않은 고분자 필름(Non)의 표면에 비해 에너지적으로 더 불균일함을 확인할 수 있다
또한, 인공피부(Neoderm®-ED, Tego Science, Inc., Korea) 를 이용하여 37 ℃, 60% RH에서 방출 실험을 수행하여 경피전달용 패치로서 가능성을 확인하였다.
SLD 각인 키토산 필름의 binding 특성을 살펴보기 위해 각인하지 않은 필름과 서로 다른 가소제를 넣어 제조한 필름에 대해 SLD 물질 을 이용하여 흡착 실험을 실시하고 그 결과를 Figure 1 (symbol)에 비 교하였다. 먼저 대상 물질에 대한 흡착특성을 살펴보면 흡착용액의 농도가 증가함에 따라 제조한 패치에 흡착 되는 흡착량이 증가하는 경향을 보였다. 그리고 SLD로 각인 제조한 필름(SLD)은 그렇지 않은 샘플(Non)과 비교해볼 때, 흡착 평형량이 농도 1.
그림에 비교한 것처럼, 분자 인식 고분자 필름의 SLD 방출 특성은 흡착특성과는 다른 경향을 보 였다. 모든 필름이 실험 실시 후 약 10 h이 지나면 100% 방출이 이루 어졌고, 첨가제의 특성에 따라서도 약물 방출 속도에 차이가 났다. 즉, 목적 약물에 대한 SLD 각인 키토산 필름의 겉보기 방출 속도는 GL4-SLD > SLD > CA4-SLD의 순으로 나타났다.
그리고 이러한 약물 방출 특성은 Fickian 확산식과 이의 확산 분포 함수식 및 Arrhenius 관 계식으로 만족스럽게 설명할 수 있었다. 반면에 인공피부를 이용한 SLD의 방출은 선형 또는 비선형적 거동이었으며, 약물 방출 실험 결 과는 empirical 관계식으로 잘 설명할 수 있었으며, 이로부터 인공피부 조건에서의 약물 방출 메커니즘은 non-Fickian임을 확인하였다
실험 시작 후 약 500 h이 지나면 100% 방출이 이루어졌으며, 약물 이 방출되는 순서는 CA4-SLD > GL4-SLD > SLD로 나타나 가소제 종류에 따라 그 특성이 달라졌다.
그림에 나타낸 것처럼, SLD의 방출 확산 분 포 특성은 첨가제에 따라 조금 다른 양상을 보였다. 약물 방출 속도 분 포 곡선의 형태는 SLD가 가장 넓고 완만한 형태를 보였으며 CA4-SLD가 가장 좁은 형태의 속도 분포를 나타냈다. 보다 구체적으로 GL4-SLD 의 약물 방출 확산 속도 분포 범위는 4.
SLD 방출 속도는 MCHS 결합 및 가소제의 관능기와 밀접한 관계가 있었으며, 특히 MCHS의 흡착친화도와 에너지 불균일도가 클수록 방 출속도가 빨랐다. 약물 방출은 온도가 높아질수록, pH 값이 알칼리성 으로 갈수록 더 빠르게 방출되는 특성을 보였다. 그리고 이러한 약물 방출 특성은 Fickian 확산식과 이의 확산 분포 함수식 및 Arrhenius 관 계식으로 만족스럽게 설명할 수 있었다.
즉, 목적 약물에 대한 SLD 각인 키토산 필름의 겉보기 방출 속도는 GL4-SLD > SLD > CA4-SLD의 순으로 나타났다. 이 결과는 SLD의 최대 흡착량값 크기 순서와 상관관계가 없었으나 고분자 필름과 약물 간의 특성을 나타내는 흡착 친화도값과 시스템 에너지 불균일도를 나 타나는 지표인 n 값과는 상관관계가 있었다. 즉, 흡착친화도 값이 크 고 에너지 불균일도가 높을수록 방출 속도가 빠른 경향을 보였다.
이러한 결과는 시스템의 온도와 pH가 고분자 필름 에서 확산하는 약물의 움직임, 용해도 및 계면상에서 약물과 필름상 의 접착력에 영향을 주기 때문으로 판단된다. 이 연구에서 사용한 MCHS 기반 패치는 pH 4에서 pH 10 사이에서 구조적인 변화는 없으 나 SLD 약물은 산성 영역에서는 안정하지만 염기성 영역에서는 분해 되어 방출이 더 빠르다고 할 수 있었다. 활성화 에너지(E_a)는 약물이 키토산 필름에 형성된 사슬 사이를 이 동할 수 있게 해주는데 필요한 에너지라고 할 수 있다.
0 L/mg)으로 나타났다. 이러한 결과는 흡착 등온식 계산 결과와 동일한 것으로 CA4-SLD가 다른 고분자 필름에 비해 가장 강하고 많은 흡착 site를 지니고 있음을 보이는 것이다. 또한 Figure 2에 나타낸 것처럼 binding site 분포 곡선의 면적은 최대 흡착량과 관련이 있고 분포곡선 면적의 넓이 크기 순서와 최대 흡착량 크기 순서는 동일하였다.
즉 높은 영역에서 최대 피크 위치 순서는 CA4-SLD (10.1 L/mg) > GL4-SLD (9.5 L/mg) > SLD (7.0 L/mg)으로 나타났다.
즉, 목적 약물에 대한 SLD 각인 키토산 필름의 겉보기 방출 속도는 GL4-SLD > SLD > CA4-SLD의 순으로 나타났다.
이 결과는 SLD의 최대 흡착량값 크기 순서와 상관관계가 없었으나 고분자 필름과 약물 간의 특성을 나타내는 흡착 친화도값과 시스템 에너지 불균일도를 나 타나는 지표인 n 값과는 상관관계가 있었다. 즉, 흡착친화도 값이 크 고 에너지 불균일도가 높을수록 방출 속도가 빠른 경향을 보였다. 또 한 Figure 3(a)와 (b) 그리고 Table 3에 나타낸 것처럼, 분자인식 고분 자 필름의 경우 전반적으로 empirical 모델(Figure 3(b) 참조)보다는 Fickian 확산 모델(Figure 3(a) 참조)식이 약물 방출 특성을 더 만족스럽게 예측 하였다.
90E-13 m2 /s에서 최대 피크를 보였다. 최대 약물 방출 속도는 hydroxyl 그룹만 가지고 있는 GL4-SLD가 SLD에 비해 1.1배 빠르지만 hydroxyl 그룹과 carboxyl 그룹을 지닌 CA4-SLD는 SLD에 비해 0.63배 느린 특성을 보였 다. 이러한 결과는 SLD 결합 정도가 MCHS와의 결합에 관계가 되나 첨가된 가소제와 관계가 더 밀접하다고 할 수 있다.
Figure 4(a)~(c)는 SLD 키토산 필름 가운데 SLD의 약물 방출 특성 을 서로 다른 온도와 pH에서 비교하여 나타낸 것이며, Figure 4(d)는 310 K 조건에서 SLD 각인 키토산 필름의 약물 방출 특성을 서로 다 른 pH에서 비교하여 나타낸 것이다. 키토산 필름으로부터 SLD의 방 출은 실험을 수행한 조건에 상관없이 온도가 올라갈수록, pH 값은 산 성에서 알칼리성으로 갈수록 더 빠르게 방출됨을 확인할 수 있었다. 예를 들어 SLD 약물 방출%는 실험 약 3 h 후 pH 4에서 76~85%, pH 7은 91~95%, pH 10은 96~98%를 나타내었고, 약 10 h이 지나면 모든 조건에서 100% 방출이 이루어졌다.
Figure 5는 SLD 각인 키토산 필름 가운데 GL-SLD의 약물 방출 확산 관계를 Arrhenius 관계로 나타낸 것이다. 확산 계수 값은 온도에 따라 선형적으로 변화하는 특성을 보였으며, Arrhenius 관계식으로 구한 활 성화 에너지(E_a) 값은 16.3 (pH 4), 13.3 (pH 7), 11.7 (pH 10) kJ/mol로 나타나 알칼리성 영역의 활성화 에너지 값이 산성이나 중성 영역에 비해 작았다. 이는 앞 절에서 설명한 SLD 약물이 알칼리성 영역에서 더 분해가 잘 이루어지는 것으로 설명이 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해당 논문에서 분해 속도가 빠른 천연고분자사용을 최적의 소재라 언급한 이유는 무엇인가?	이러한 천연고분자의 사용은 최근 환경적으로 문제가 되는 석유를 기초로 하는 고분자의 대체 물질로 최근 많은 연구가 진행 중에 있다[12,13]. 비록 앞에서 언급한 생체적합 고분자 물질은 자연계에서 미생물로 인해 분해된다 할지라도 분해 속도가 비교적 느리며, 응용에 있어서 한계가 있다. 그러므로 분해 속도가 빠른 천연고분자사용은 석유계 고분자 물질의 대체 소재로 최적의 소재라 할 수 있다[14,15].
	경피 약물전달 시스템(transdermal drug delivery system; TDDS)은 무엇인가?	경피 약물전달 시스템(transdermal drug delivery system; TDDS)은 기존의 약물 투여 방법인 경구 및 주사 투여와는 달리 피부를 통한 약물 전달 방법으로, 다양한 약물들을 각질층의 약물 전달학적 한계를 극복하여 효과적으로 치료 약물을 전달하는 시스템으로 최근 많은 연구가 진행 중이다[1,2]. 주사 투여는 일회 투여되는 독성이 심한 약물, 세포독성을 지닌 불안한 약물, 쉽게 불활성화 되는 약물 및 국소적용이 요구되는 약물들은 특별하게 설계된 제형에 담겨서 투여되며, 고통 및 피부 상처를 초래하며, 구강 투여에 이용되는 약물은 실제 치료에 작용되는 약물의 체내 흡수가 비교적 낮다는 단점이 있다[3,4].
	TDDS의 장점은 무엇인가?	주사 투여는 일회 투여되는 독성이 심한 약물, 세포독성을 지닌 불안한 약물, 쉽게 불활성화 되는 약물 및 국소적용이 요구되는 약물들은 특별하게 설계된 제형에 담겨서 투여되며, 고통 및 피부 상처를 초래하며, 구강 투여에 이용되는 약물은 실제 치료에 작용되는 약물의 체내 흡수가 비교적 낮다는 단점이 있다[3,4]. TDDS는 간 초회통화효과를 거치지 않아 생체 이용률이 높으며 장시간 서서히 약물의 전달이 가능하고 경구 투여가 곤란한 환자에게도 투여가 가능하며, 주사에 비해 환자의 고통이 적고, 부담이 없으며 경구 투여에 비해 흡수에 영향을 주는 인자가 적고 제어 및 혈중 농도를 장시간 필요 수준으로 유지하기 쉬우며, 필요에 따라 흡수를 용이하게 조절할 수 있다는 장점이 있다[5-10].

참고문헌 (33)

M. R. Prausnitz1 and R. Langer, Transdermal drug delivery, Nat. Biotechnol., 26, 1261-1268 (2008).

상세보기
P. L. Lam and R. Gambari, Advanced progress of microencapsulation technologies: In vivo and in vitro models for studying oral and transdermal drug deliveries, J. Control. Release, 178, 25-45 (2014).

상세보기
Y. Nir, A. Paz, A. Sabo, and I. Potasman, Fear of injections in young adults, Am. J. Trop. Med. Hyg., 68, 341-344 (2003).

상세보기
M. Kermode, Unsafe injections in low-income country health settings: Need for injection safety promotion to prevent the spread of blood-borne viruses, Health Promot. Int., 19, 95-103 (2004).

상세보기
H. Rosen and T. Abribat, The rise and rise of drug delivery, Nat. Rev. Drug Discov., 4, 381-385 (2005).

상세보기
D. J. Vigerust, Neuroinflammation: A precursor and promoter of oncogenesis. Future Neurol., 11, 113-117 (2016).

상세보기
A. Zahoor, S. Sharma, and G. K. Khuller, Inhalable alginate nanoparticles as antitubercular drug carriers against experimental tuberculosis, Int. J. Antimicrob. Agents, 26, 298-303 (2005).

상세보기
D. A. LaVan, T. McGuire, and R. Langer, Small-scale systems for in vivo drug delivery, Nat. Biotechnol., 21, 1184-1191 (2003).

상세보기
S. L. Tao and T. A. Desai, Microfabricated drug delivery systems: From particles to pores, Adv. Drug Deliv. Rev., 55, 315-328 (2003).

상세보기
P. Gupta, K. Vermani, and S. Garg, Hydrogels: From controlled release to pH-responsive drug delivery, Drug Discov. Today, 7, 569-579 (2002).
S. Banerjee, P. Chattopadhyay, A. Ghosh, P. Datta, and V. Veer, Aspect of adhesives in transdermal drug delivery systems, Int. J. Adhes. Adhes., 50, 70-84 (2014).

상세보기
K. E. Ryu and Y. B. Kim, Biodegradation of polymers, Polym. Sci. Technol., 9, 464-472 (1998).
L. S. Nair and C. T. Laurencin, Bioddegradable polymers as biomaterials, Prog. Polym. Sci., 32, 762-798 (2007).

상세보기
H. Tian, J. Yan, A. V. Rajulu, A. Xiang, and X. Luo, Fabrication and properties of polyvinyl alcohol/starch blend films: Effect of composition and humidity, Int. J. Biol. Macromol., 96, 518-523 (2017).

상세보기
Y. H. Wu, X. G. Luo, W. Li, R. Song, J. Li, Y. Li, B. Li, and S. L. Liu, Green and biodegradable composite films with novel antimicrobial performance based on cellulose, Food Chem., 197, 250-256 (2016).

상세보기
M. J. John and S. Thomas, Biofibres and biocomposites, Carbohydr. Polym., 71, 343-364 (2008).

상세보기
D. Altiok, E. Altiok, and F. Tihminlioglu, Physical, antibacterial and antioxidant properties of chitosan films incorporated with thyme oil for potential wound healing applications, J. Mater. Sci. Mater. Med., 21, 2227-2236 (2010).

상세보기
G. Raju and M. R. H. M. Haris, Preparation and characterization of acidified chitosan immobilized in epoxidized natural rubber, Polym. Test., 53, 1-6 (2016).

상세보기
H. Chen, X. Hu, E. Chen, S. Wu, D. J. McClements, S. Liu, B. Li, and Y. Li, Preparation, characterization, and properties of chitosan films with cinnamaldehyde nanoemulsions, Food Hydrocoll., 61, 662-671 (2016).

상세보기
Y. Yang, H. Niu, and H. Zhang, Direct and highly selective drug optosensing in real, undiluted biological samples with quantum-dot-labeled hydrophilic molecularly imprinted polymer microparticles, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 15741-15749 (2016).

상세보기
X. Zhao, L. Chen, and B. Li, Magnetic molecular imprinting polymers based on three-dimensional (3D) graphene-carbon nanotube hybrid composites for analysis of melamine in milk powder, Food Chem., 255, 226-234 (2018).

상세보기
M. Maciazek-Jurczyk and A. Sulkowska, Spectroscopic analysis of the impact of oxidative stress on the structure of human serum albumin (HSA) in terms of its binding properties, Spectrochim. Acta A, 136, 265-282 (2015).

상세보기
Y. H. Yun, C. M. Lee, Y. S. Kim, and S. D. Yoon, Preparation of chitosan/polyvinyl alcohol blended films containing sulfosuccinic acid as the crosslinking agent using UV curing process, Food Res. Int., 100, 377-386 (2017).

상세보기
D. D. Do, Adsorption Analysis: Equilibria and Kinetics, 11-148, Imperial College Press, London, UK (1998).
M. Jaroniec and R. Madey, Physical Adsorption on Heterogeneous Solids, 1-143, Elsevier, Amsterdam, Netherlands (1988).
W. Rudzinski and D. Everett, Adsorption of Gases on Heterogeneous Solid Surfaces, 1-111, Academic Press, London, UK (1991).
S. W. Nahm, W. G. Shim, Y. K. Park, and S. C. Kim, Thermal and chemical regeneration of spent activated carbon and its adsorption property for toluene, Chem. Eng. J., 210, 500-509 (2012).

상세보기
K. J. Hwang, C. Im, D. W. Cho, S. J. Yoo, J. W. Lee, and W. G. Shim, Enhanced photovoltaic properties of TiO2 film prepared by polycondensation in sol reaction, RSC Adv., 2, 3034-3038 (2012).

상세보기
K. J. Hwang, J. Y. Park, Y. J. Kim, G. Kim, C. Choi, S. Jin, N. Kim, J. W. Lee, and W. G. Shim, Adsorption behavior of dyestuffs on hollow activated carbon fiber from biomass, Sep. Sci. Technol., 50, 1757-1767 (2015).

상세보기
K. J. Hwang, W. G. Shim, Y. Kim, G. Kim, C. Choi, S. O. Kang, and D. W. Cho, Dye adsorption mechanisms in $TiO_2$ films, and their effects on the photodynamic and photovoltaic properties in dyesensitized solar cells, Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 21974-21981 (2015).

상세보기
J. F. Rubilar, R. M. S. Cruz, R. N. Zuniga, I. Khmelinskii, and M. C. Vieira, Mathematical modeling of gallic acid release from chitosan films with grape seed extract and carvacrol, Int. J. Biol. Macromol., 104, 197-203 (2017).

상세보기
P. L. Ritger and N. A. Peppas, A simple equation for description of soluble release II. Fickian and anomalous release from swellable devices, J. Control. Release, 5, 37-42 (1987).
A. E. Ivanov, O. P. Kozynchenko, L. I. Mikhalovska, S. R. Tennison, H. Jungvid, V. M. Gun'ko, and S. V. Mikhalovsky, Activated carbons and carbon-containing poly(vinyl alcohol) cryogels: Characterization, protein adsorption and possibility of myoglobin clearance, Phys. Chem. Chem. Phys., 14, 16267-16278 (2012).

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증