[논문]아데노신을 포집한 나노 플렉시블 베시클 제조 및 다구찌 방법에 의한 조성의 최적화

이서영; 진병석

doi:10.14478/ace.2019.1047

아데노신을 포집한 나노 플렉시블 베시클 제조 및 다구찌 방법에 의한 조성의 최적화
Preparation of Nano Flexible Vesicles Encapsulating Adenosine and Composition Optimization by Taguchi Method 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.30 no.4, 2019년, pp.487 - 492

이서영 (동덕여자대학교 화학.화장품학부) , 진병석 (동덕여자대학교 화학.화장품학부)

초록
AI-Helper

주름 개선을 위한 활성물질인 아데노신의 경피 투과를 위해 나노 플렉시블 베시클에 포집을 시도하였다. 나노 플렉시블 베시클은 인지질, 에탄올, lysolecithin으로 구성되는데, 수화 과정에서 형성된 액정 상을 물속에 분산시켜 만드는 액정형 베시클이다. 본 연구에서는 베시클 입자크기에 영향을 미치는 요인을 알아보기 위하여 실험계획법 중 하나인 다구찌 방법을 적용하였다. 다구찌 직교 배열을 활용하여 베시클 입자크기에 대한 망소 특성의 S/N 비를 산출하였다. 베시클 구성성분에서 에탄올과 lysolecithin 비율, 수화 과정에서 투입되는 수용액 양 등이 베시클 입자크기에 큰 영향을 미치는 주요 인자들이고, ANOVA 분석을 통해 이들 인자가 신뢰수준 95%에서 유의함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Nano flexible vesicles encapsulating an adenosine, an active ingredient for anti-wrinkle, were prepared for the transdermal delivery. The nano flexible vesicle is usually composed of phospholipid, ethanol, and lysolecithin, which is a type of liquid crystalline one made by dispersing the liquid crystalline phase formed through a hydration process into a water phase. In this study, the Taguchi method, one of the experimental design methods, was applied to investigate the factors affecting the vesicle droplet size. Signal to noise (S/N) ratios for the smaller the better characteristics of vesicle droplet size were calculated using the Taguchi orthogonal array. The composition of ethanol and lysolecithin in the vesicle constituents and the amount of aqueous solution added in the hydration process were main factors that had a great effect on the vesicle droplet size and ANOVA test showed that these factors were significant at 95% confidence level.

주제어

표/그림 (12)

그림 Figure 1. Process scheme for the preparation of nano flexible vesicles encapsulating adenosine.
표 Table 1. Design Factors and Levels for Analysis
그림 Figure 2. Flowchart for experimental design.
표 Table 2. Orthogonal Array L₈(2⁷) for Analysis
그림 Figure 3. Solubility curve of adenosine with niacinamide concentration at 25 and 60 ℃.
그림 Figure 4. TEM image of nano flexible vesicles encapsulating adenosine.
표 Table 3. Droplet Size and S/N Ratio of Vesicles with Different Process Conditions
표 Table 4. Average Value of S/N Ratio of Each Factor at Level 1 and 2
그림 Figure 5. Main effect plots for S/N ratio.
그림 Figure 6. Interaction plots for S/N ratio.
표 Table 5. Results of ANOVA Analysis with S/N Ratio
표 Table 6. Comparison between Predicted and Experimental Values

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 연구에서는 주름 개선용 피부 활성물질인 아데노신(adenosine)의 피부 내 투과흡수를 위하여 아데노신을 포집한 나노 플렉시블 베시클 (nano flexible vesicle)을 제조하였다. 나노 플렉시블 베시클은 수화 액정형 베시클의 일종으로, edge activator로는 lysolecithin을 사용하고, 아데노신의 용해도를 높이기 위해 hydrotrope로 나이아신 아마이드 (niacinamide)를 사용하였다.

제안 방법

3 g까지 증가시킬 수 있었다. 나이아신 아마이드로 아데노신의 용해도를 높인 수용액을 지질 혼합물에 첨가하여 수화 액정을 만들고, 이를 다시 물속에 분산시켜서 만들어진 나노 플렉시블 베시클을 cryo-TEM으로 관측하였다. Figure 4에서 보듯이 구형의 베시클이 비교적 잘 형성된 것을 확인할 수 있었다.
나이아신 아마이드를 hydrotrope로 사용하여 피부 활성물질인 아데노신의 용해도를 높인 수용액을 만들고, 이 수용액을 포집한 나노 플렉시블 베시클을 제조하였다. 제조되는 베시클의 입자 사이즈에 영향을 미치는 인자를 알아보기 위하여, 다구찌 방법을 적용한 실험을 실시하여 각 인자별 S/N 비를 산출하였다.
실험계획법을 통해 나노 플렉시블 베시클의 특성에 미치는 인자들을 분석하고 최적의 제조 조건을 살펴보았다. 베시클의 특성값을 입자 사이즈로 설정하고, 실험 인자로는 에탄올 비율, 아데노신 수용액 농도(%), 수용액 첨가량, LL의 비율 등 4가지를 선정하였다. 실험 인자 중 아데노신 수용액 농도를 제외한 나머지 3가지 인자는 혼합 지질 전체 양 대비 비율(wt/wt)로 표시하고, 각 실험 인자에 대한 수준값은 2로 Table 1과 같이 설정하였다.
Transfersome과 ethosome의 뛰어난 피부투과 침투 효능에 대한 여러 논문 발표[8-10]에도 불구하고, transfersome은 효능 성분의 낮은 포집효율과 제조 과정 중에 유기 용매사용, 높은 제조 단가의 문제를 지니고 있으며, ethosome의 경우에는 물리적 안정성이 낮고 에탄올 성분을 비교적 많이 함유(20~45%)하기 때문에 피부에 적용하기 어려운 한계를 지니고 있다[11]. 본 연구진도 기존 ethosome 제조 공정을 개선하여, 수화 과정을 통하여 lyotropic 라멜라 액정 배열을 유도한 후, 이 액정을 rotational isomerization 상태에서 물속에 분산시키는 비교적 간단한 2단계 공정으로 수화 액정형 베시클을 개발하였다. 이 공정을 통해 에탄올 양을 최소화(5% 이내)하고 리포좀 대비 상당히 높은 포집 효율로 수용성, 지용성의 여러 효능 성분의 포집을 시도하였다[12-14].
실험 인자 중 아데노신 수용액 농도를 제외한 나머지 3가지 인자는 혼합 지질 전체 양 대비 비율(wt/wt)로 표시하고, 각 실험 인자에 대한 수준값은 2로 Table 1과 같이 설정하였다. 실험 인자는 예비 실험을 통해 가장 영향력이 클 것으로 예상되는 인자들을 선택하여 결정하였고, 각 인자들의 수준값 역시 실험 가능한 범위의 최저치와 최고치 사이에서 중간값을 선택하여 결정하였다. 앞서 결정된 4개의 인자 외에도 에탄올과 다른 인자 간의 상호작용을 고려하여 직교 배열표 L₈(2⁷)에 주 효과(A~D)와 교호작용 효과(A × B, A × C, A × D)를 Table 2와 같이 실험배치를 하였다.
실험계획법을 통해 나노 플렉시블 베시클의 특성에 미치는 인자들을 분석하고 최적의 제조 조건을 살펴보았다. 베시클의 특성값을 입자 사이즈로 설정하고, 실험 인자로는 에탄올 비율, 아데노신 수용액 농도(%), 수용액 첨가량, LL의 비율 등 4가지를 선정하였다.
실험조건별 얻어진 S/N 비 값에 대하여, 배치된 각 인자들을 1, 2수준별로 분리하고 나서 수준별 평균값을 구하였다. 그리고 인자별 두 수준의 평균값 간 최대와 최소 차이(delta)를 정리해서 Table 4에 나타내었다.
본 연구진도 기존 ethosome 제조 공정을 개선하여, 수화 과정을 통하여 lyotropic 라멜라 액정 배열을 유도한 후, 이 액정을 rotational isomerization 상태에서 물속에 분산시키는 비교적 간단한 2단계 공정으로 수화 액정형 베시클을 개발하였다. 이 공정을 통해 에탄올 양을 최소화(5% 이내)하고 리포좀 대비 상당히 높은 포집 효율로 수용성, 지용성의 여러 효능 성분의 포집을 시도하였다[12-14].
본 연구에서는 S/N 비뿐만 아니라 ANOVA (analysis of variance) 분석을 함께 사용함으로써 특정 신뢰 수준에서 오차의 추정치와 평균 제곱을 비교하였다. 이를 통해 베시클의 입자 사이즈에 미치는 인자들의 영향력을 살펴보고, 이를 바탕으로 인자들을 최적으로 조합한 나노 플렉시블 베시클을 구성하여 재현성 검증을 실시하였다.
나이아신 아마이드를 hydrotrope로 사용하여 피부 활성물질인 아데노신의 용해도를 높인 수용액을 만들고, 이 수용액을 포집한 나노 플렉시블 베시클을 제조하였다. 제조되는 베시클의 입자 사이즈에 영향을 미치는 인자를 알아보기 위하여, 다구찌 방법을 적용한 실험을 실시하여 각 인자별 S/N 비를 산출하였다. 베시클 구성 성분 중 에탄올 과 lysolecithin 비율, 수화 과정에서 투입되는 수용액 양 등이 베시클 입자 사이즈에 영향을 미치는 주요 인자임을 알게 되었고, ANOVA 분석을 통해서도 이들 인자가 신뢰수준 95%에서 유의함을 확인하였다.
실험계획법을 통해 설계된 조건에 따라 나노 플렉시블 베시클의 성분 구성 비율을 정하여 제조하였고 Figure 1에 제조 과정을 요약하였다. 제조된 나노 플렉시블 베시클의 형태는 cryo-TEM (Tecnai F20, FEI Tech.사)으로 관찰하고, 입자크기는 레이저광의 동적산란을 이용하여 입자 사이즈를 분석하는 입도분석기(ELSZ-2000, Otsuka Elec.사)를 사용하여 측정하였다.
직교 배열표에 따른 8가지 실험조건으로 베시클을 제조한 후, 각 실험조건별로 제조된 베시클의 입자 사이즈를 측정하였다. Table 3에 실험조건별 베시클 입자 사이즈의 측정된 값과 이 입자 사이즈로부터 계산된 S/N 비를 정리하였다.
Figure 5의 결과로부터 A~C 인자는 모두 1수준으로, D 인자는 2수준으로 선택하면 최적조건이 된다. 최적조건(A₁B₁C₁D₂)으로 베시클을 제조하였을 때, 베시클 입자 사이즈가 어느 정도 더 작게 만들어 질 수 있는지 예측값을 구하고 실제 실험값과 비교하여 보았다. 최적조건에서의 S/N 비 예측값은 식 (2)로 구하였다.

대상 데이터

베시클의 주성분으로 사용된 인지질은 phosphatidyl choline 성분이 95% 이상인 Emulmetik 950 (hydrogenated phophatidyl choline, 이하 HPC로 표기)이며 Lucas Meyer사의 제품을 사용하였다. Edge activator로 사용되는 lysolecithin (이하 LL 표기)은 Kyowa Hakko사의 제품을 사용하였고 베시클 내로 포집되는 효능 물질인 아데노신, 나이아신 아마이드는 Sigma-Aldrich사의 제품을 사용하였다. 나노 플렉시블 베시클은 소량의 에탄올에 HPC와 LL 혼합물을 녹인 후 수용액을 첨가하여 수화 액정상을 만들고 이를 물속에 분산시켜 만든 수화 액정형 베시클인데 좀 더 구체적으로 다음과 같이 제조되었다.
베시클의 주성분으로 사용된 인지질은 phosphatidyl choline 성분이 95% 이상인 Emulmetik 950 (hydrogenated phophatidyl choline, 이하 HPC로 표기)이며 Lucas Meyer사의 제품을 사용하였다. Edge activator로 사용되는 lysolecithin (이하 LL 표기)은 Kyowa Hakko사의 제품을 사용하였고 베시클 내로 포집되는 효능 물질인 아데노신, 나이아신 아마이드는 Sigma-Aldrich사의 제품을 사용하였다.

데이터처리

다구찌 방법은 특성 최적화를 위한 분석 방법으로, 직교 배열표(table of orthogonal array)를 사용한 일부 실시법을 통해 실험횟수를 최소화 할 수 있으며, 손실함수(loss function)와 신호 대 잡음비(S/N 비)를 도입하여 영향력이 강한 인자들의 최적 조합으로 특성을 향상시킬 수 있는 수단을 제공한다[15,16]. 본 연구에서는 S/N 비뿐만 아니라 ANOVA (analysis of variance) 분석을 함께 사용함으로써 특정 신뢰 수준에서 오차의 추정치와 평균 제곱을 비교하였다. 이를 통해 베시클의 입자 사이즈에 미치는 인자들의 영향력을 살펴보고, 이를 바탕으로 인자들을 최적으로 조합한 나노 플렉시블 베시클을 구성하여 재현성 검증을 실시하였다.
앞서 가장 작은 delta 값을 나타낸 A × C 인자를 오차항으로 배치시키고, 나머지 각 인자별 1수준, 2수준 S/N 비의 합으로부터 각 인자의 제곱합(SS, sum of square) 및 평균 제곱 합(MS)을 구하였고, 이로부터 각 인자별 F0 값을 구하였다.

이론/모형

나노 플렉시블 베시클의 피부투과 효능을 높이기 위해서는, 피부 각질층 세포 사이의 좁은 틈을 잘 통과할 수 있도록, 베시클 입자가 나노 사이즈로 아주 작게 만들어져야 한다. 나노 플렉시블 베시클의 입자 사이즈는 베시클을 구성하는 성분 비율이나 제조 방법 등에 따라 크게 달라지는데, 본 연구에서는 베시클 입자 사이즈에 크게 영향을 미치는 요인들을 분석하기 위하여 실험계획법 중 하나인 다구찌 방법을 사용하였다.

성능/효과

베시클 구성 성분 중 에탄올 과 lysolecithin 비율, 수화 과정에서 투입되는 수용액 양 등이 베시클 입자 사이즈에 영향을 미치는 주요 인자임을 알게 되었고, ANOVA 분석을 통해서도 이들 인자가 신뢰수준 95%에서 유의함을 확인하였다. S/N 비 결과로부터 선택된 최적조건으로 베시클을 제조한 결과, 더 작은 입자 사이즈의 베시클이 만들어졌다. 따라서 다구찌 방법을 적용하면 실험횟수를 줄이면서 나노 플렉시블 베시클 제조의 최적설계가 가능함을 알 수 있었다.
그리고 인자별 두 수준의 평균값 간 최대와 최소 차이(delta)를 정리해서 Table 4에 나타내었다. 각 인자의 1, 2수준 간 delta 값을 비교해 보면 A, C, D 인자순으로 delta 값이 크게 나타나고, B 인자가 가장 작게 나타났다. Delta 값이 크게 나타나는 인자일수록 베시클 입자 사이즈에 미치는 영향력이 크다.
0 증가하였다. 결과적으로 다구찌 방법을 통해 나노 플렉시블 베시클 제조의 최적조건을 찾을 수 있고 이로 인해 품질 특성을 개선할 수 있음을 알 수 있었다.
Delta 값이 크게 나타나는 인자일수록 베시클 입자 사이즈에 미치는 영향력이 크다. 따라서 A 인자인 에탄올 비율이 베시클 입자 사이즈에 미치는 영향력이 가장 크고, B 인자인 아데노신 농도는 영향력이 크지 않은 결과로 나타났다. Figure 5는 A~D 인자의 1, 2수준별 S/N 비 평균값의 차이를 나타낸 그림으로, 각 인자별 S/N 비 값이 큰 쪽을 선택하는 것이 베시클 입자 사이즈를 작게 만드는 최적의 조건이 된다.
S/N 비 결과로부터 선택된 최적조건으로 베시클을 제조한 결과, 더 작은 입자 사이즈의 베시클이 만들어졌다. 따라서 다구찌 방법을 적용하면 실험횟수를 줄이면서 나노 플렉시블 베시클 제조의 최적설계가 가능함을 알 수 있었다.
제조되는 베시클의 입자 사이즈에 영향을 미치는 인자를 알아보기 위하여, 다구찌 방법을 적용한 실험을 실시하여 각 인자별 S/N 비를 산출하였다. 베시클 구성 성분 중 에탄올 과 lysolecithin 비율, 수화 과정에서 투입되는 수용액 양 등이 베시클 입자 사이즈에 영향을 미치는 주요 인자임을 알게 되었고, ANOVA 분석을 통해서도 이들 인자가 신뢰수준 95%에서 유의함을 확인하였다. S/N 비 결과로부터 선택된 최적조건으로 베시클을 제조한 결과, 더 작은 입자 사이즈의 베시클이 만들어졌다.
앞서 가장 작은 delta 값을 나타낸 A × C 인자를 오차항으로 배치시키고, 나머지 각 인자별 1수준, 2수준 S/N 비의 합으로부터 각 인자의 제곱합(SS, sum of square) 및 평균 제곱 합(MS)을 구하였고, 이로부터 각 인자별 F₀ 값을 구하였다. 이 결과를 통해 에탄올 비율(A 인자), 수용액 첨가량(C 인자), LL의 비율(D 인자) 등이 베시클 입자 사이즈에 영향을 주는 인자로 신뢰수준 95%에서 유의함을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	피부투과 효능을 높이기 위해 리포좀을 개선한 transfersome의 생성방법과 작용 원리는?	피부투과 효능을 높이기 위해 리포좀을 개선한 transfersome, etho-some이 새로 제안되었다. Transfersome은 인지질에 edge activator라고불리는 계면활성제를 혼합하여 만들어지는 베시클로, 곡률 반경이 큰 구조를 갖는 edge activator는 베시클의 지질 이중층 막을 약화시켜 베시클 막의 변형이 쉽게 일어날 수 있도록 유도하고 있다[5]. Touitou가 개발한 ethosome은 에탄올에 인지질을 녹인 후 이를 물에 분산시켜 만들어지는데, ethosome에 함유된 에탄올이 각질층 세포의 지질층에 접근하여 지질의 융점(Tm)을 낮추면서 지질층의 유동성을 증가시키고 견고한 구조의 각질층 장벽 막을 느슨하게 만들어 결국에는 ethosome의 투과 효능을 높이게 된다[6,7].
	피부의 각질층의 역할은?	피부의 각질층은 피부를 보호하고 외부 물질의 피부 침투를 방어하는 장벽 역할을 수행하고 있다. 이로 인해, 화장품에 쓰이는 피부 활성물질 대부분은 피부 내부로 흡수가 어렵고 피부 표면에 그대로 남아 효능을 제대로 발휘하기 어려운 경우가 많다.
	화학적 피부투과 증진제의 한계점은?	이로 인해, 화장품에 쓰이는 피부 활성물질 대부분은 피부 내부로 흡수가 어렵고 피부 표면에 그대로 남아 효능을 제대로 발휘하기 어려운 경우가 많다. 화학적 피부투과 증진제(chemical permeation enhancer)를 사용하면 각질층의 장벽기능이 약화되면서 활성물질의 피부 흡수를 높일 수는 있지만, 이는 피부자극을 유발하고 피부 장벽기능의 손상을 일으키는 등 피부에 안전하지 못하기 때문에 오랜 기간 매일 반복적으로 사용하는 화장품에는 사용이 어렵다. 따라서 화장품에는 피부에 안전한 인지질로 만들어지는 베시클(vesicle)을 피부투과 흡수 증진을 위한 소재로 활용하고 있는데 가장 대표적인 예로 리포좀(liposome)을 들 수 있다[1,2].

저자의 다른 논문 :

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