상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모발의 시스틴 또는 아민과 공유결합하는 폴리에틸렌 글리콜 유도체를 함유하는 모발 코팅용 조성물을 제공한다.
상기 조성물은 모발의 시스틴 또는 아민과 공유결합 함으로써 반영구적으로 모발의 두께 및 볼륨을 증가시킴을 특징으로 하는 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 모발의 시스틴 또는 아민과 공유결합할 수 있는 고분자는 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol, PEG), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 중합고분자, 생체고분자 또는 합성고분자 등이 단일 또는 두가지 이상물질의 혼합체 또는 결합체로서 사용될 수 있다.
또한 본원에서 정의된 폴리에틸렌 글리콜(PEG)는 메톡시 폴리에틸렌 글리콜(mPEG) 유도체 또는 폴리에틸렌 글리콜 유도체를 포함한다.
상기에서 중합고분자는 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 글리콜을 주성분으로 한다.
상기에서 생체 고분자는 히아루론산, 알긴산, 키토산 등 자연적인 생체고분자이고, 합성고분자는 실리콘 등이다.
상기에서 모발의 시스틴 또는 아민과 공유결합하는 고분자는 바람직하게는 폴리에틸렌 글리콜 또는 이의 유도체이다.
폴리에틸렌 글리콜 유도체는 폴리에틸렌 글리콜의 알코올 말단기를 반응기로 치환하여 제조한다.
모발의 시스틴 또는 아민과 공유결합하는 폴리에틸렌 글리콜 유도체는 폴리에틸렌 글리콜 유도체의 반응기가 시스틴 또는 아민과 선택적으로 결합하여 공유결합을 형성할 수 있는 화학적 성질을 가진 반응기여야 한다.
상기 시스틴과 선택적으로 공유결합하는 반응기는 말레이마이드(maleimide), 비닐설폰(vinylsulfone), 치올(thiol) 등이다.
상기 아민과 선택적으로 공유결합하는 반응기는 하이드로시숙신이미딜 에스 테르(hydroxysuccinimidyl ester), 알데히드(aldehyde), 프로피온알데히드(propionaldehyde), 부틸알데히드(butyraldehyde), 니트로페닐 카보네이트(nitrophenyl carbonate), 이소시아네이트(isocyanate), 에폭사이드(epoxide), 트레실레이트 (tresylate), 옥시카보닐 이미다졸(oxycarbonyl imidazole) 등이다.
본원에서 정의된 폴리에틸렌 글리콜은 다양한 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜을 사용할 수 있는데, 구체적으로는 100 내지 1,000,000, 바람직하게는 1,000 내지 200,000 달톤인 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜을 제공함이 바람직하다.
상기 반응기로 치환된 폴리에틸렌 글리콜 유도체는 모발의 시스틴기 또는 아민과 수용액상에서 적절히 빠른 시간내에 반응을 일으켜 결과적으로 공유결합을 이룬다.
상기에서 모발에 공유결합된 폴리에틸렌 글리콜 또는 이의 유도체는 샴퓨나 세제 등으로 인한 일반적인 세척시에 떨어져나오지 않으며 거의 영구적으로 모발에 부착된 상태를 유지할 수 있다.
하기의 반응식들은 본 발명의 폴리에틸렌 글리콜 유도체와 모발의 시스틴 또는 아민과의 공유결합시의 반응식을 도시한 예들을 참고로 예시한 것이다.
PEG-말레이마이드(PEG-maleimide)가 케라틴의 시스틴의 치올(thiol, SH)그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 1을 따른다. 이 반응은 pH 6-7 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 10-60 분 정도내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
PEG-치올(PEG-thiol)이 케라틴의 시스틴의 치올(thiol, SH)그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 2를 따른다. 이 반응은 pH 6-8 정도의 상온의 수용액 상에서 과산화수소수와 같은 산화제를 첨가하면 적절한 반응을 일으키며 반응은 10-60 분 정도내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
PEG-비닐설폰(PEG-vinylsulfone)이 케라틴의 시스틴의 치올(thiol, SH)그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 3을 따른다. 이 반응은 pH 7-8 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 1-2 시간내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라톤을 지칭한다.
아민(amine)과 반응하여 공유결합을 형성할 수 있는 PEG 유도체로서는 말단기가 하이드록시 숙신이미딜 에스터 (hydroxysuccinimidyl ester)인 것이 보편적으로 알려져 있으며 상기 반응식 4와 같은 반응을 일으킨다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, R'은 아마이드(amide), 우레탄(urethane), 우레아(urea) 등 가수분해가 되지 않는 비교적 짧은 길이의 연결체이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라톤을 지칭한다.
PEG-알데히드(PEG-aldehyde)가 케라틴의 아민 그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 5를 따른다. 이 반응은 pH 5-6 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 1-24 시간 정도내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
PEG-프로피온알데히드(PEG-propionaldehyde)가 케라틴의 아민 그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 6을 따른다. 이 반응은 pH 5-6 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 1-24 시간 정도내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
PEG-부틸알데히드(PEG-butyraldehyde)가 케라틴의 아민 그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 7을 따른다. 이 반응은 pH 5-6 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 1-24 시간 정도내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
PEG-니트로페닐 칼보네이트(PEG-nitrophenyl carbonate)가 케라틴의 아민 그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 8을 따른다. 이 반응은 pH 7-9 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 1-4 시간 정도내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
PEG-이소시아네이트(PEG-isocyanate)가 케라틴의 아민 그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 9를 따른다. 이 반응은 pH 7-9 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 1-2 시간 정도 내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
PEG-에폭사이드(PEG-epoxide)가 케라틴의 아민 그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 10을 따른다. 이 반응은 pH 7-9 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 1-2 시간 정도내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
PEG-트레실레이트(PEG-tresylate)가 케라틴의 아민 그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 11을 따른다. 이 반응은 pH 7-9 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 1-4 시간 정도내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
PEG-옥시카보닐 이미다졸(PEG-oxycarbonyl imidazole)이 케라틴의 아민 그룹과 반응할 시에는 상기 반응식 12를 따른다. 이 반응은 pH 7-9 정도의 상온의 수용액 상에서 적절한 반응을 일으키며 반응은 1-4 시간 정도내에 완결된다.
여기에서 R은 CH3O 또는 H이며, n은 10-10,000 이며, Ker는 케라틴을 지칭한다.
모발의 표면에 폴리에틸렌 글리콜 고분자가 부착된 모발은 모발의 볼륨향상, 모발끼리의 접착방지, 모발에 먼지 또는 기름 등의 이물질 부착 방지 등의 특징을 가진다.
본 발명의 모발 코팅용 조성물은 당업계에 잘 알려진 통상의 코팅용 조성물을 사용할 수 있으며, 하기에 구체적으로 이를 예시하나 이에 한정되거나 제한되지 않는다.
구체적으로, 본 발명의 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 유도체를 함유하는 모발 코 팅용 조성물은 분말 또는 액상형태의 PEG 유도체를 인산 완충액등의 완충액에서 소량의 방부제를 함유한 pH 6 내지 7를 유지하는 2 내지 4배, 바람직하게는 약 3배(v/w) 부피의 제형액과 혼합하여 제조가능하고, PEG 유도체 용액은 10 내지 50% 농도, 바람직하게는 20 내지 30%(v/w)의 PEG 유도체를 함유하도록 제조될수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 폴리에틸렌 글리콜 유도체를 함유하는 모발 코팅제의 제조
mPEG-말레이마이드 20K(methoxy PEG-maleimide, MW: 20,000 Da, 제조원: 경기도 안양 소재 선바이오 주식회사) 3g 또는 30g은 분말 또는 액상상태로 유지하고, 10 내지 50 mM 인산 완충액과 소량의 방부제를 함유한 pH 6.5의 제형액 10 ㎖ 또는 100㎖과 혼합하여 PEG 유도체 용액은 30% 농도를 유지하여 모발 코팅제를 제조한다.
실험예 1. 모발에 PEG 유도체 부착실험
상기 실시예 1에서 제조한 모발 코팅제를 사용하여 모발 부착실험을 하였다. 미용업계에서 흔히 사용하는 모발 샘플을 구하여 전처리를 하였다. 여기서 전처리는 퍼머의 전처리와 마찬가지로 퍼머 시에 흔히 사용하는 티오글라이코레이트 (thioglycolate) 등의 환원제를 사용하여 모발의 케라틴 층의 다이설파이드(disulfide) 결합을 끊어서 자유로운 시스틴을 형성하게 하는 것이다. 환원제를 바른 후 15분쯤 경과한 후 모발을 상온의 물에 씻어주었다. 그 다음 이 모발을 상기 실시예 1에서 제조한 30% mPEG-말레이마이드 20K 용액에 담그어 부드럽게 문질러 주었다. 이렇게 모발을 PEG 용액에 담근 상태를 30분간 유지하였다. PEG-말레이마이드와 시스틴과의 결합 반응은 비교적 빠르게 일어나며, 30분 정도면 충분히 반응이 진행된다. 그런 다음 모발을 PEG 용액에서 꺼내어 상온의 물에 씻은 후 퍼머의 마지막 단계와 같은 방식으로 과산화수소수 등과 같은 산화제를 모발에 발라주어 잔존하고 있는 자유 시스틴을 다이설파이드로 되돌렸다. 그 다음 상온의 물에 씻어 말린 뒤에 전자현미경으로 사진을 찍어 분석하였다.
상기 실험 수행의 결과, 도 1a 및 1b에서 보는 바와 같이 도 1a는 PEG 처리를 하지 않은 모발의 전자현미경 사진이며, 도 1b는 PEG 처리한 모발이다. 정확한 비교를 위하여 도 1a의 모발 샘플과 도 1b의 모발 샘플은 동일한 가닥의 모발을 잘라 사용한 것이다. 도 1a의 PEG 처리하지 않은 상태의 모발의 반지름은 24 mm이었으며, 도 1b의 PEG 처리 후 모발의 반지름은 31.5 mm으로 증가하여 31.3%의 증가율을 확인할 수 있었다. 또한 πr2/4 으로 계산되는 체적의 단면적은 452 ㎛2 에서 779 ㎛2 로 증가하여 72.3%의 증가율을 확인할 수 있었다.(표 1 참조)
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PEG 처리하지 않은 모발 |
PEG 처리한 모발 |
변화 |
반지름 (r) |
24 ㎛ |
31.5 ㎛ |
31.3% 증가 |
단면적 (πr2/4) |
452 ㎛2
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779 ㎛2
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72.3% 증가 |
실험예 2. PEG 처리한 모발의 퍼머가능 여부
모발의 시스틴에 PEG 처리를 과다하게 하면 사용가능한 시스틴이 모두 소모되어 PEG 처리된 모발은 더 이상 퍼머를 못 할 수도 있다는 우려를 할 수 있다. 이러한 가능성을 조사하기 위하여 이미 PEG 처리를 한 모발을 다시 퍼머를 시켜보았다. 퍼머는 흔히 알려진 방법대로 먼저 환원제로 처리한 다음 컬(curl)을 만들고 그 다음 산화제로 처리하였다.
상기 실험 수행의 결과, 도 2a 및 2b에서 (C)로 표시된 사진은 PEG 처리하지 않은 모발을 퍼머한 컨트롤이며, (P)로 표시된 사진은 PEG 처리된 모발을 같은 방식으로 퍼머한 것이다. 이 두 사진에서 보는 바와 같이 PEG 처리는 퍼머에 영향을 끼치지 않았으며, PEG 처리한 모발도 PEG 처리하지 않은 보통 모발과 마찬가지로 퍼머가 가능함을 확인할 수 있었다.
본 발명의 폴리에틸렌 글리콜 유도체를 함유하는 모발 코팅용 조성물의 제형예를 설명하나, 본 발명은 이를 한정하고자 함이 아닌 단지 구체적으로 설명하고자 함이다.
제형예 1. 분말 제형
mPEG-말레이마이드 20K 분말 3g
제형액 10㎖
상기 제형액은 pH 6.5 의 수용액으로서 10 mM 인산 완충액과 소량의 방부제를 함유한 것으로서, PEG 유도체 용액은 30% 농도를 유지하도록 한다.
제형예 2. 액상 제형
mPEG-말레이마이드 20K 액상 30g
제형액 100㎖
상기 제형액은 pH 6.5 의 수용액으로서 50 mM 인산 완충액과 소량의 방부제를 함유한 것으로서, PEG 유도체 용액은 30% 농도를 유지하도록 한다.