[논문]초임계 유체를 이용한 약용화장품 항균제의 미세입자 제조

신문삼

초임계 유체를 이용한 약용화장품 항균제의 미세입자 제조
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신문삼 (을지대학교 피부관리학과)

본 논문에서는 의약품, 화장품, 생활용품에서 널리 사용되는 약물인 히토키치올에 대해 초임계 유체를 이용하여 미세화공정이 연구되었다. 낮은 임계온도와 임계압력의 조건을 고려하여 초임계 이산화탄소를 선정하였고, 초임계 이산화탄소와의 용해도를 고려하여 초임계 용액 급속팽창공정이 선정되었다. 본 연구에서 입자크기에 영향을 미치는 온도와 압력효과가 검토되었고 상평형자료에 의해 해석되었다.

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문제 정의

본 연구에서는 초임계 유체를 이용하여 항균제인 히토키치올을 미세화하는 공정조건에 대한 연구를 수행하였다. 초임계 유체 중에서 상대적으로 낮은 임계온도와 임계압력을 지닌 초임계 이산화탄소를 선택하였고, 히토키치올이 초임계 이산화탄소에 용해되기 때문에 초임계 용액 급속팽창법을 활용하였다.
초임계 유체 중에서 상대적으로 낮은 임계온도와 임계압력을 지닌 초임계 이산화탄소를 선택하였고, 히토키치올이 초임계 이산화탄소에 용해되기 때문에 초임계 용액 급속팽창법을 활용하였다. 초임계 용액 급속 팽창공정에서 입자크기에 미치는 열역학적인 작업변수인 온도와 압력의 효과를 분석하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서 대상약물인 히토키치올에 대하여 초임계 용액 급속팽창공정에 의하여 미세입자가 성공적으로 얻어질 수 있었다. 그리고 이 공정에서 열역학적인 작업변수인 온도와 압력변화에 따른 입자크기에 영향을 상평형 실험자료와 열역학적 모델을 이용하여 고찰하였다. 이 초임계 공정에서 온도가 증가함에 따라 평균입자크기는 2.
온도와 압력조건은 약물인 히토키치올의 이산화탄소에 대한 용해도 측정결과를 토대로 결정하였다.
약물의 용해속도를 높이기 위해 자석혼합기(Magnetic Bar)를 사용한다. 용해조와 밸브사이에 금속혼합 여과기(Metal Fritted Filter)를 설치하여 용해된 약물만 통과하도록 하였다. 일단 초임계 이산화탄소에 약물이 포화되면, 밸브를 열고 다공성 레이저드릴 오리피스 노즐(Laser-drilled Orifice Nozzle)을 통해 팽창조안으로 용액을 분사시킨다.
입도분석기(제조원, Sympatec Gmbh)의 레이저 회절광선(Laser Diffraction Beam)을 이용하여 입자 크기와 분포도를 측정하였다. 입자크기의 측정범위는 0.
입자크기에 대한 압력효과를 알아보기 위해 표 1.과 그림 1.에서 보는바와 같이 일정한 온도 313.2K에서 10.0MPa에서 20.0MPa 압력범위에서 5.0MPa 간격으로 실험을 실시하였다. 압력이 증가함에 따라 평균입자크기는 2.
입자크기의 측정범위는 0.1 ~ 35.0μm 이고, 입자구조 및 형태는 전자현미경(Scanning Electron Microsocpe, SEM, JSM-6700F, 제조원 JEOL)을 이용하여 측정하였다.
히토키치올의 초임계 용액 급속팽창공정에서 입자 크기에 대한 온도효과를 알아보기 위해 표 1.과 그림 1.에서 보는 바와 같이 일정한 압력 15.0MPa에서 313.2K에서 333.2K 온도범위에서 10K 간격으로 실험을 실시하였다. 온도가 증가함에 따라 평균입자 크기가 2.

대상 데이터

이산화탄소(순도 99.5%이상)와 히토키치올(순도 98.0%)는 각각 대한산업가스와 후남대지기술(주)에서 공급되었다.

이론/모형

본 연구에서는 초임계 유체를 이용하여 항균제인 히토키치올을 미세화하는 공정조건에 대한 연구를 수행하였다. 초임계 유체 중에서 상대적으로 낮은 임계온도와 임계압력을 지닌 초임계 이산화탄소를 선택하였고, 히토키치올이 초임계 이산화탄소에 용해되기 때문에 초임계 용액 급속팽창법을 활용하였다. 초임계 용액 급속 팽창공정에서 입자크기에 미치는 열역학적인 작업변수인 온도와 압력의 효과를 분석하고자 한다.

성능/효과

에서 보는 바와 같이 압력이 증가할수록 초임계 이산화탄소에 대한 약물의 용해도는 증가한다. 그 결과 더 높은 과포화도와 더 높은 핵생성속도로 인해 입자크기는 감소한다. 압력증가에 따라 첫 번째 인자는 입자크기를 증가시키고, 두 번째와 세 번째 인자는 입자크기를 감소시킨다.
첫 번째로는 압력이 높을수록 용액농도가 증가하여 입자간 합침 현상으로 인해 입자크기가 증가한다. 두 번째로는 더 높은 압력은 용액의 물질전달속도를 빠르게 하고, 노즐에서 거주시간을 짧게 하여, 입자성장을 감소시켜 입자크기는 감소한다. 마지막 인자로서, 그림 2.
본 연구에서 대상약물인 히토키치올에 대하여 초임계 용액 급속팽창공정에 의하여 미세입자가 성공적으로 얻어질 수 있었다. 그리고 이 공정에서 열역학적인 작업변수인 온도와 압력변화에 따른 입자크기에 영향을 상평형 실험자료와 열역학적 모델을 이용하여 고찰하였다.
06μm로 감소함을 알 수 있었다. 열역학적 작업변수인 온도와 압력을 조절하여 공정에 알맞은 최적의 입자크기를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
이 초임계 공정에서 온도가 증가함에 따라 평균입자크기는 2.28μm에서 3.32μm로 증가하고, 압력이 증가함에 따라 평균입자크기는 2.57μm에서 2.06μm로 감소함을 알 수 있었다.

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