KR100852889B1 - 알긴-셀룰로오스 하이브리드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 함수성이 우수할 뿐만 아니라 분자 내부에 물질을 보유할 수 있는 보유능력이 우수하고, 천연소재로 합성되어 인체에 무해하며 부드럽고 유연성이 우수면서도 인강장도가 우수한 새로운 알긴-셀룰로오스 하이브리드 및 그 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 인산칼슘 아파타이트의 수산기에 알긴과 셀룰로오스가 수소결합되어 생성된 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 제공된다.
수송체, 보유능력, 하이브리드, 알긴, 셀루로오스
Description
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 사진
본 발명은 알긴-셀룰로오스 하이브리드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 함수성이 우수할 뿐만 아니라 분자 내부에 물질을 보유할 수 있는 보유능력이 우수하고, 천연소재로 합성되어 인체에 무해하며 부드럽고 유연성이 우수면서도 인강장도가 우수한 새로운 알긴-셀룰로오스 하이브리드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
특정 유효물질을 보유하였다가 인체에 전달하기 위한 수송체가 제공되고 있다. 이러한 수송체는 인체에 무해하여야 할 뿐만 아니라 유효물질을 보유하는 보유 능력도 우수하여야 하고, 또한, 보유된 유효물질을 적절한 속도로 배출하여야 한다. 뿐만 아니라 구체적인 용도에 따라 용도에 적합한 형태로 성형이 자유로워야 하며, 취급시 형상이 손상되지 않아야 한다.
이와 같이, 인체를 대상으로 하는 물질 수송체는 전술한 바와 같은 다양한 물성들을 충족시켜야 하나 종래의 수송체들은 이러한 물성을 모두 충족시키지 못하였다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 천연소재를 원료로 하여 제조되므로 인체에 무해하며, 분자 내부에 물질을 보유할 수 있는 보유능력이 우수하고, 또한, 보유된 물질을 상당히 느린 속도로 배출시키므로 사용자가 보유된 물질에 의한 효과를 장시간 지속적으로 누릴 수 있으며, 부드럽고 유연성이 우수하면서도 인장강도가 우수하여, 취급시 형상이 손상될 우려가 없으며, 원하는 형상으로 성형도 자유롭고 제조도 용이한 새로운 알긴-셀룰로오스 하이브리드를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 인산칼슘 아파타이트의 수산기에 알긴과 셀룰로오스가 수소결합되어 생성된 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 인산칼슘 아파타이트는 화학구조식 1에 표현된 바와 같은, 수산화칼슘-인산삼칼슘이 수용액 내에서 물분자와 수소결합하여 여러 층으로 적층되어 생성된 것을 특징으로 하는 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 물에 알긴, 셀룰로오스, 인산삼칼슘 및 수산화칼슘 또는 산화칼슘을 혼합하는 과정과, 상기 알긴과 셀룰로오스를 용해시키기 위해 상기 용액을 가열하는 과정과, 상기 용액을 냉각시키는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 다음과 같은 방법으로 제조된다. 증류수에 알긴, 셀룰로오스, 인산삼칼슘 및 수산화칼슘을 넣고 가열한다. 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 생성반응은 흡열반응이며, 알긴과 셀룰로오스가 이 생성반응에 참여하기 위해서는 물에 용해되어 이온화되어야 한다. 따라서 알긴과 셀룰로오스를 용해시키고 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 생성에 필요한 반응열을 공급하기 위해 상기 용액을 가열하는 것이다. 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 생성시에는 약 50℃ 정도의 열이 필요하나, 알긴과 셀룰로오스를 용해시키기 위해서는 90℃ 정도의 열이 필요하므로 상기 원료용액을 90℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 생성에 관한 구체적인 반응과 정을 살펴보면 다음과 같다. 인산삼칼슘(Ca3(P04)2)은 화학구조식1에 표현된 바와 같이, 두 인산기의 양쪽 이온화산소가 하나의 칼슘에 결합되어 인산삼칼슘 분자 내부로 치우쳐 있으므로 난용성 상태이다. 그러나 인산삼칼슘은 수산화칼슘에 의해 내부의 칼슘결합이 끊어지고 두 인산기의 이온성 산소들이 각각 -CaOH에 결합되면서 이들 -OCaOH그룹이 인산삼칼슘분자의 외부로 회전되고 화학구조식1에 표현된 바와 같이, 수산기가 밖으로 노출된 친수성 수산화칼슘-인산칼슘((Ca3(PO4)2Ca(OH)2))이 형성된다. 반응구조식1은 이러한 인산삼칼슘의 생성반응을 보인 반응구조식이다.
화학구조식 1
화학구조식 2
반응구조식 1
인산삼칼슘은 수용액 상태에서 수산화칼슘과 쉽게 반응하므로 반응구조식1의 반응은 후술하는 반응들에 비해 시간적으로 먼저, 그리고 빠른 속도로 진행된다. 이러한 반응구조식1의 반응에 의해 생성된 친수성 수산화칼슘-인산칼슘은 수용액 내에서 물분자와 수소결합되어 화학구조식3에 표현된 바와 같은, 여러 층으로 적층 된 인산칼슘 아파타이트를 형성한다.
화학구조식 3
한편, 알긴과 셀룰로오스는 폴리머상태인데, 가열됨에 따라 이온화된다. 이온화된 알긴과 셀룰로오스는 상기 인산칼슘아파타이트의 밖으로 노출된 수산기에 수소결합되고, 이에 따라 화학구조식 4에 표현된 바와 같은, 본 발명에서 목적하는 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 생성된다.
화학구조식 4
실제, 상기 반응에서 화학구조식4에 표현된 알긴-인산칼슘아파타이트-셀룰로오스 타입의 하이브리드뿐만 아니라 알긴-인산칼슘아파타이트-알긴 타입의 하이브리드, 셀룰로오스-인산칼슘아파타이트-셀룰로오스 타입의 하이브리드도 함께 생성된다. 알긴과 셀룰로오스가 용해되고 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 생성됨에 따라 용액은 걸쭉한 페이스트 상태가 된다.
이와 같이 하여 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 생성되면 구연산과 같은 산을 첨가하여 용액을 중화시킨다. 이어서 용액을 원하는 형상의 틀에 붓고 식힌 다음, 탈형하여 젤상태의 알긴-셀룰로오스 하이브리드를 얻는다.
바람직하게는 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 구체적인 사용용도에 따라 알긴이나 셀룰로오스의 종류를 달리 선택하여 사용한다. 알긴-셀룰로오스 하이브리드를 미용이나 화상용 팩 등과 같이 외용 보건 소재로 사용하는 경우에는 알긴으로 미역이나 다시마 등의 식용 해조류에서 추출한 알긴 폴리머나, 아가로즈(agarose)를 사용하고, 셀룰로오스로는 닥나무 등의 식물에서 추출한 저렴한 셀룰로오스 화이버를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 알긴-셀룰로오스 하이브리드를 건강물질이나 약물전달을 위한 특수소재로 사용하는 경우에는 알긴으로 정제된 아가로즈를 사용하고, 셀룰로오스로는 우렁쉥이 피부 각질에서 정제한 동물성 셀룰로오스를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 반응에서 수산화칼슘 대신 산화칼슘을 사용할 수도 있다. 산화칼슘은 수용액에서 수화되어 수산화칼슘이 되고 이 수산화칼슘에 의해 전술한 바와 같은 수산화칼슘-인산칼슘이 생성된다. 산화칼슘이 수산화칼슘으로 되는 수화반응은 발열반응이므로, 이때 발생되는 열이 상기 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 생성에 사용된다. 즉, 산화칼슘이 수산화칼슘으로 수화되면서 발생되는 열이 일련의 다른 반응들을 가속화시킬 수 있으므로 수산화칼슘을 사용하는 것 보다 산화칼슘을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 산화칼슘은 광물성 산화칼슘을 피하고 무공해 해 역에서 얻은 조개껍데기를 750~800℃에서 30분간 가열하여 얻은 산화칼슘을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 성긴 분자구조를 가지므로 분자 내부에 각종 물질을 보유할 수 있는 보유력이 우수하다. 따라서 각종 물질을 전달하기 위한 수송체로서의 사용이 가능하다.
알긴-셀룰로오스 하이브리드에 특정 유효물질을 보유시키는 경우에는 전술한 바와 같이 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 제조되면 용액을 중화시킨 후, 용액을 틀에 붓고 식히기 전에 보유시키고자 하는 물질을 상기 용액에 투입하여 믹싱시킨 다음 용액을 원하는 형상의 틀에 붓고 식힌다. 경우에 따라서는 젤상태로 된 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 목적하는 물질을 보유시킬 수도 있다. 이 경우에는 삼투압 또는 분산력에 의해 물질이 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 보유된다.
본 발명에 의한 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 친수성 물질 뿐만 아니라 소수성 물질에 대한 보유능력도 우수하다. 소수성 물질을 보유시키고자 하는 경우에는 소수성 물질을 먼저 알코올에 용해시킨 다음, 이 알코올용액을 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 생성된 용액에 넣고 가열한다. 이와 같이 하면 알코올은 증발되어 제거되고 보유시키고자 한 소수성 물질이 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 보유된다.
이와 같이 하여 원하는 물질이 보유된 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 파스제나 습포제 등과 같은 피부부착 타입으로 제제되거나 또는 경구투약제로 제제되어 인체의 피부나 점막을 통해 보유된 물질을 인체에 전달한다. 파스제나 습포제, 미용팩 등과 같이 피부부착 타입으로 제제된 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 알긴-셀 룰로오스 하이브리드가 건조됨에 따라 보유된 물질의 농도가 진해지고, 이에 따라 피부조직과 알긴-셀룰로오스 하이브리드 사이에 삼투압 경사가 높아져서 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 보유된 물질이 피부로 전달된다. 본 발명에 의한 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 인산칼슘 아파타이트와 물분자의 수소결합이 장시간 유지되므로 건조속도가 상당히 느리다. 이와 같이 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 건조속도가 느리기 때문에 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 함유된 물질이 천천히 배출되며, 이에 따라 사용자는 전달 물질에 의한 효과를 지속적으로 누릴 수 있는 장점이 있다.
또한 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 경구투약제로 제제된 경우에는 점막을 통해 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 보유된 물질이 전달되는데, 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 위장에서 소화되지 않고 알긴-셀룰로오스 하이브리드가 장시간 안정된 상태로 존재하며, 보유된 물질이 삼투압이나 분산력에 의해 천천히 배출되어 위장에 흡수된다. 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 보유된 물질이 천천히 배출되어 인체에 소량씩 흡수되므로 약물에 의한 부작용을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 의한 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 알긴과 셀룰로오스의 물성이 그대로 유지되기 때문에 알긴의 부드러운 유연성과 셀룰로오스의 우수한 인장강도가 알긴-셀룰로오스 하이브리드에서도 그대로 발현된다. 따라서 부드럽고 유연성이 우수하므로 피부부착 타입으로 제제된 경우에는 사용시 인체의 굴곡에 따라 변형되어 인체에 밀착되며, 우수한 인장강도로 인해 사용자가 다루는 과정에서 찢어지거나 형상이 손상되는 등의 우려가 적다. 또한, 건조됨에 따라 유연성은 저하되나, 인장강도는 지속적으로 유지되므로 피부에 부착 건조된 상태에서도 형태의 변형이 거의 없으며, 제거도 용이하다.
뿐만 아니라 본 발명에 의한 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 건조 후 수분을 재함습하는 능력이 우수하므로 필요에 따라 재사용도 가능하다. 또한, 피부에 부착시 체액의 일부가 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 역으로 침투되어 체액이 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 보유되므로 알긴-셀룰로오스 하이브리드에 보유된 체액을 분석하여 피부조직에 침윤되어 있는 중금속이나 세균, 바이러스 등의 측정이 가능하다.
실시예 1
알긴으로 아가로즈를 사용하여 전술한 바와 같은 방법으로 지름 90㎜, 두께 8㎜원판 형상을 갖는 젤상태의 알긴-셀룰로오스 하이브리드를 만들었다. 그리고 이 알긴-셀룰로오스 하이브리드를 37℃ 건조용 열판 위에서 건조시켰다. 그 결과는 표 1과 같다.
<표 1>
실시예1에 따르면, 7시간 건조 후에 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 두께가 1/2로 줄어들었고, 15시간 후에는 1/4로 줄어들었다. 이러한 실시예1로부터 본 발명에 의한 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 15시간 후에야 하이브리드의 수분이 1/4로 줄어들 정도로 건조속도가 상당히 느림을 알 수 있다.
한편, 도 1은 상기 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 사진이며, 도 2는 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 유연성을 실험하기 위해 젤상태의 알긴-셀룰로오스 하이브리드를 구부려 놓은 사진이며, 도 3은 7시간 건조된 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 유연성을 실험하기 위해 알긴-셀룰로오스 하이브리드를 구부려 놓은 사진이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 천연소재를 원료로 하여 제조되므로 인체에 무해하며, 분자 내부에 물질을 보유할 수 있는 보유능력이 우수하며, 또한, 건조속도가 느려서 보유된 물질이 상대적으로 느린 속도로 배출되기 때문에 보유된 물질에 의한 효과가 장시간 지속적으로 유지된다. 또한, 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 알긴과 셀룰로오스의 물성이 그대로 유지되기 때문에 알긴의 부드러운 유연성과 셀룰로오스의 우수한 인장강도가 알긴-셀룰로오스 하이브리드에서도 그대로 발현되므로 취급시 형상이 손상될 우려가 없으며 또한, 건조 후에도 형태변화가 거의 없고, 피부에 부착 건조된 경우에도 제거가 용이하다.
또한, 원료물질과 보유하고자 하는 물질을 물에 넣고 가열하는 간단한 조작으로 제조가 가능하며, 원하는 형상의 틀에 붓고 식히기만 하면 원하는 형태로 젤화되므로 성형도 용이하다.
이러한 본 발명에 의한 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 항생제, 소염제, 호르몬제, 진통제, 진정제와 같은 약물을 보유시켜 의약용 또는 미용용, 건강보조용 물질의 수송체로 폭넓게 사용이 가능하다.
Claims (5)
- 인산칼슘 아파타이트의 수산기에 알긴과 셀룰로오스가 수소결합되어 생성된 알긴-셀룰로오스 하이브리드.
- 제1항에 있어서, 상기 인산칼슘 아파타이트는 아래의 화학구조식에 표현된 바와 같은, 수산화칼슘-인산삼칼슘이 수용액 내에서 물분자와 수소결합하여 여러 층으로 적층되어 생성된 것을 특징으로 하는 알긴-셀룰로오스 하이브리드.화학구조식
- 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 알긴-셀룰로오스 하이브리드는 젤상태로 성형되어 물질수송체로 사용되는 것을 특징으로 하는 알긴-셀룰로오스 하이브리드.
- 물에 알긴, 셀룰로오스, 인산삼칼슘 및 수산화칼슘 또는 산화칼슘을 혼합하는 과정과, 상기 혼합액을 가열하여 상기 알긴과 셀룰로오스를 용해시키는 과정과, 상기 알긴과 셀룰로오스가 용해된 상기 혼합액을 냉각시키는 과정을 포함하여 제조된 것을 특징으로 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 제조방법.
- 물에 알긴, 셀룰로오스, 인산삼칼슘 및 수산화칼슘 또는 산화칼슘을 혼합하는 과정과, 상기 혼합액을 가열하여 상기 알긴과 셀룰로오스를 용해시키는 과정과, 상기 알긴과 셀룰로오스가 용해된 혼합액에 소수성물질이 용해된 알코올을 혼합하는 과정과, 알코올이 혼합된 용액을 가열하여 알코올을 증발시키는 과정과, 상기 알코올이 증발된 용액을 냉각시키는 과정을 포함하여 제조된 것을 특징으로 알긴-셀룰로오스 하이브리드의 제조방법.
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2006
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