KR100867082B1

KR100867082B1 - 초임계유체를 이용한 나노구조체를 함유하는 여드름, 아토피 피부질환 치료제의 제조방법

Info

Publication number: KR100867082B1
Application number: KR1020080052955A
Authority: KR
Inventors: 김화용; 이용진
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2008-11-04

Abstract

본 발명은 초임계유체를 이용한 나노구조체를 함유하는 여드름·아토피 피부질환 치료제의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 초임계유체를 이용하여 생분해성고분자인 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 제조하고 여기에 다시 초임계유체를 이용하여 트리클로산과 혼합하여 구형이면서도 직경이 50~100nm인 나노구조체를 함유하며 특정 pH에서 약물작용을 할 수 있는 여드름, 아토피 피부질환 치료제의 제조방법에 관한 것이다.

폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체, 초임계 유체, 피부질환, 이산화탄소, 트리클로산

Description

초임계유체를 이용한 나노구조체를 함유하는 여드름, 아토피 피부질환 치료제의 제조방법{Producting Method of Supercritical Nanostructrue for Skin Remedy of Acne and Atopic Dermatitits}

트리클로산은 여드름, 아토피 등의 피부질환에 효과가 있는 것으로 널리 알려져 있어서, 이를 피부질환 치료제로 사용하려는 시도가 있지만, 잔존 유기용매로 인한 부작용 때문에 아직까지 피부질환 치료제로 사용되지 못하고 있다. 본 발명에서는 잔존 유기용매의 문제를 해결하기 위해 대체용매로 초임계 유체를 사용하려고 한다.

이러한 초임계 유체는 용매로 사용하거나 역용매(Anti-solvent)로 사용하여 재결정 또는 미세입자를 얻는 방법에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 초임계 유체란 임계점이상의 온도와 압력하에 있는 비압축성 유체로서, 기존의 유기용매에서는 나타나지 않는 독특한 특징을 나타낸다. 특히 초임계 유체는 임계점부근 이상에서 밀도요동(Density Fluctuation)현상으로 인한 분자회합(Molecular Associaton)이 일어나기 때문에, 액체에 가까운 큰 밀도, 기체에 가까운 낮은 점도와 높은 확산계수, 매우 낮은 표면장력 등의 우수한 물성을 동시에 가지고 있다. 초임계 유체는 밀도를 이상기체에 가까운 희박 상태에서부터 액체 밀도에 가까운 고밀도 상태까지 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에 유체의 평형물성(용해도, 반출[entrainer]효과), 전달 물성(점도, 확산계수, 열전도도), 분자 뭉침 (clustering) 상태 등을 조절할 수 있다.

최근에 초임계 유체를 이용한 기술은 중합용매로의 사용을 비롯하여 여러 분야의 고분자 산업에서도 널리 사용되고 있다. 특히 이산화탄소는 임계점이 비교적 낮고 독성이 없으며, 불연성이고 각종 화학반응에서 부산물로 얻어지고 있어 가격이 저렴하다. 또한 감압을 하면 초임계 상태에서 기체 상태로 변화시킬 수 있어서 고분자와 이산화탄소를 쉽게 분리할 수 있는 장점을 지니고 있다. 그 결과 분리공정 측면에서 에너지를 절감할 수 있고, 화학적 측면에서 이산화탄소는 더 이상 산 화할 수 없는 상태로써 매우 안정한 물질이며, 구조 내에 수소를 포함하지 않아 사슬전이(Chain Transfer) 반응에 참여하지 않는다. 그러므로 다양한 합성방법 및 합성 경로에 따른 중합반응이 가능한 장점을 지니고 있다. 이러한 장점을 이용하여 초임계 유체를 이용하여 생분해성 고분자들을 합성하는 발명들이 진행되어 왔다.

또한, 피부질환치료제의 피부침투력의 향상을 위해서는 치료제의 입자가 50-100 나노미터 크기의 입자를 가져야 한다. 이는 입자크기가 100 nm이상은 피부침투량이 적어질 수 있고, 입자크기가 50 nm이하는 약물이 피부 진피층까지 침투하여 오히려 독성이 증가할 수 있기 때문이다. 그러나 기존의 초임계 공법으로 만들어진 약물의 크기는 1 - 10 마이크론 크기를 가지므로, 피부 침투력이 좋지 않은 문제가 있었다.

한편 피부질환치료제에는 약물의 전달속도를 제어하기 위하여 생분해성고분자가 사용되는데, 이러한 생분해성고분자는 구형입자로 형성되어야만 표면적이 최대화되어 피부흡착량이 가장 켜질 수 있다. 현재 생분해성 고분자로는 폴리카프로락톤이 널리 사용되고 있다. 그러나 폴리카프로락톤은 2-메틸렌-1,3-디옥사펜 (2-methylene-1,3 dioxepane, MDOP)의 자유라디칼 중합에 의해 형성되는데, 이것은 낮은 유리전이온도, 213.15 K (Glass Transition Temperature)때문에 상온에서 구형입자를 형성하기 어려워 표면적이 작아지므로 피부흡착량이 많지 않은 문제점이 있었다. 또한 건강한 피부의 pH는 5.5이지만, 아토피나 여드름에 의해 손상된 피부의 pH는 7.0이상이 된다. 즉 아토피나 여드름에 효과적인 트리클로산이 건강한 피부에서는 방출되지 않고, 손상된 피부에서만 방출될 수 있는 pH 민감성 약물전달기작에 대한 연구가 요구되고 있다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 피부질환치료제에 사용되는 생분해성고분자로서 구형이면서도 특정 pH 영역에서만 약물을 방출시키는 신규한 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체와 이의 제조방법을 제공하고, 아울러 상기 방법으로 제조된 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 트리클로산과 함께 초임계유체를 이용하여 50 내지 100 nm의 크기를 가지면서도 구형인 피부질환치료제를 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에서는 카프로락톤의 단위체에, 유리전이온도를 높이기 위해 이소프로필아크릴아미드 단위체를 추가하였고, pH 민감성을 조절하기 위해 아크릴산 단위체를 추가하여 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 제조하였다. 즉, 이소프로필아크릴아미드 단위체를 추가하여 유리전이온도를 303.15K이상으로 유지하여 구형입자를 얻을 수 있었다. 또한 pH 민감성 구조체인 아크릴산은 낮은 pH영역에서는 카르복실그룹(COO^-)이 수소이온(H⁺)과 결합하여 이온성을 나타내지 못하기 때문에 수축되어 약물이 방출되지 못하지만, pH가 증가함에 따라 아크릴산이 팽창하게 되어 약물을 방출하게 된다.

본 발명에 의한 초임계유체를 이용한 나노구조체를 함유하는 여드름, 아토피 피부질환 치료제의 제조방법는
반응기에서 카프로락톤 단위체와 이소프로필아크릴아미드 단위체의 중량비를 1:1 내지 1:2로 반응기에 주입하며, 이 두 단위체의 총 중량에 대하여 아크릴산 단위체는 1% 내지 5% 중량을 반응기에 주입시킨 후, 개시제인 2,2-아조비스이소부티로니트릴을 상기 단위체 전체에 대하여 0.1 내지 1.0 중량비로 주입하고, 상기 반응기를 283.15 K 내지 353.15 K의 온도로 유지하며, 상기 반응기에 초임계 유체인 이산화탄소를 주입하여 50 내지 300 기압의 조건하에서 1시간 내지 168 시간 중합시킨 다음 상기 반응기의 온도를 283.15K 이하로 낮추어서 이산화탄소를 제거하여 주쇄가 하기의 반복단위로 되어 있는 수평균분자량 3000 내지 30000의 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 형성하는 단계

여기서 l, m, n은 각각 카프로락톤, 이소프로필아크릴아미드, 그리고 아크릴산의 단위체 수를 나타내며, 각각 10-1000;
전체 혼합용액에 대하여 0.0013 내지 0.0015 중량비의 상기 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 형성하는 단계에서 제조된 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산과 전체 혼합용액에 대하여 0.0015 내지 0.0018 중량비의 트리클로산을 유기용매인 에탄올에 혼합시켜서 혼합용액을 제조하는 혼합용액 제조단계;
상기 혼합용액 제조단계에서의 혼합용액을 온도 313.0 내지 313.4K, 압력 149.5 내지 151.3 bar의 반응기에 0.47 내지 0.50 ml/분의 속도로 분무하면서, 동시에 상기 반응기에 이산화탄소를 2.5 내지 2.7kg/hr로 주입하여 초임계상태로 만들어서 50~100nm 입자크기의 구조체 입자를 생성시키는 나노구조체 생성 단계;
상기 반응기 배출구의 압력을 150bar로 유지하면서 상기 반응기에 새로운 이산화탄소를 도입하여 유기용매인 에탄올을 제거하는 유기용매 제거단계;
상기 유기용매 제거단계에서 상기 유기용매가 제거된 50~100nm의 입자크기를 가지는 구조체 입자를 회수하는 회수단계;를 포함하고 있다.

삭제

본 발명에 의하여 구형 생분해성 고분자인 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 제조하였고, 여드름치료효과에 사용되는 트리클로산을 생분해성 고분자인 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 함께 함유시켜서 특정 pH영역에서 약물전달속도를 제어할 수 있으며, 공정조건을 조절함으로써 초임계 나노구조체 (실시예 2,6)는 50에서 100 nm의 나노입자 영역을 얻을 수 있어, 유효 단면적 증가로 인해 피부효능이 증진된다.

본 발명에 의한 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체는 카프로락톤과 이소프로필아크릴아미드, 그리고 아크릴산 단위체가 삼공중합체 형태로 다음과 같은 구조를 지니고 있다.

카프로락톤 단위체는

이고, 이소프로필아크릴아미드 단위체는

이며, 아크릴산 단위체는

이며, 본 발명에 따른 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체는

이다.

여기서 l. m. n은 각각 카프로락톤, 이소프로필아크릴아미드, 그리고 아크릴산의 단위체 수를 나타낸다. 통상적으로 l, m과 n은 각각 10-1000 정도의 범위를 가지고 있다.

본 발명에 의한 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체의 제조방법에 대하여 자세히 설명하면 아래와 같다.

먼저 카프로락톤과 이소프로필아크릴아미드의 중량비를 1:1 내지 1:2로 반응기에 주입한다. 또한 카프로락톤과 이소프로필아크릴아미드의 총 중량에 대하여 아크릴산은 1% 내지 5% 중량을 반응기에 주입한다. 여기에 개시제인 2,2-아조비스이소부티로니트릴을 상기 단위체 전체에 대하여 0.1 내지 1.0 중량비로 주입한다. 카프로락톤과 이소프로필아크릴아미드의 중량비가 1:1 미만에서는 상대적으로 카프로락톤 비율이 많아 낮은 유리전이온도로 인해 구형의 생분해성 고분자가 생성되지 않고, 1:2 중량비율을 초과하면 이소프로필아크릴아미드의 비율이 많아 초임계유체와 친화성이 떨어져 뭉침현상이 일어나 중합이 제대로 이루어지지 않는다. 카프로락톤과 이소프로필아크릴아미드 총 중량에 대하여 아크릴산이 1% 미만인 경우에는 아크릴산의 비율이 낮아 pH 증가에 따른 삼공중합체의 팽창현상이 미미하여 약물전달속도가 제어되지 못하고, 아크릴산이 5% 이상의 경우에는 유리전이온도가 273.15 K 이하로 낮아져 구형의 생분해성 고분자를 생성하지 못한다. 또한 개시제인 2,2-아조비스이소부티로니트릴의 함량이 상기 단위체 전체를 기준으로 0.1 중량비율 미만에서는 중합이 개시되지 않고, 개시제 함량이 1.0 중량비율을 초과하면 반응속도가 너무 빨라져 분자량이 큰 삼공중합체를 얻을 수 없게 된다.

다음으로 반응기내에서 중합반응이 일어날 수 있는 반응조건을 만들기 위하 여 2 기압 정도의 질소를 이용하여 반응기 내부에 남아있는 산소를 제거한 후 다시 2 기압 정도의 이산화탄소를 이용하여 질소를 제거한다. 투시용 윈도우를 이용하여 액위를 관찰하며 상온에서 50 기압이 될 때까지 이산화탄소를 가스 부스터 펌프(Gas booster Pump)를 이용하여 투입한 후, 항온 수조를 이용하여 반응기의 온도를 상승시켜서 온도가 283.15 K 내지 353.15 K 이 되도록 하며 아울러 이산화탄소를 반응기 내에 추가로 투입하여 50 내지 300 기압의 조건이 되도록 반응기를 조작하여, 단위체인 카프로락톤, 이소프로필아크릴아미드, 아크릴산의 중합반응을 일으켜서 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산를 제조한다. 중합시간은 각각의 정해진 온도에 도달한 시점을 기준으로 1시간에서 최고 168 시간까지 수행하였다.

50 기압 미만의 압력에서는 혼합물이 단일상으로 존재하지 않고, 상분리가 일어나 균일한 반응을 진행할 수 없고, 300 기압 초과하면 고압 장치의 장치비가 높아 작업공정의 경제성이 떨어진다. 온도는 283.15 K 미만에서는 혼합물의 상태가 임계점이하로 단일상이 되지 않아 균일한 반응을 진행할 수 없고, 353.15 K 이상에서는 온도가 너무 높아 생분해성 고분자가 분해될 가능성이 존재한다. 중합시간은 1시간 이하에서는 중합이 제대로 되지 않아 분자량이 높은 삼공중합체를 얻을 수 없고, 중합시간이 168시간 이상에서는 너무 높은 분자량에 의해 점도가 높아져서 혼합이 제대로 되지 않아 균일한 중합반응이 일어날 수 없다.

정해진 시간 동안 중합이 모두 종료된 후에는 반응기를 얼음물을 이용하여 급격히 냉각하였다. 반응기의 온도가 283.15 K 이하로 내려가면 기체/액체 상분리가 일어나고 기상에서는 고분자의 용해도가 매우 낮아지므로 기상에서부터 천천히 이산화탄소를 분리할 수 있다. 이산화탄소가 모두 매출 되고 나면 발포된 형태의 고체 고분자 생성물을 얻게 되고 이를 메탄올에 세척한 후에 진공 건조시키면 매우 미세한 흰색 분말의 고체상태인 구형 생분해성 고분자 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체는 생분해성 고분자로서 시차주사 열량측정법(Differential Scanning Calorimeter, 출처 : B. Wunderich, Thermal Analysis of Polymeric Materials, Springer, 2004)으로 유리전이온도를 측정한 결과 303.15 K 내지 313.15 K를 나타내어 폴리카프로락톤의 전이온도보다 높다. 그리고 겔크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography, 출처 : J.F. Johnson; R. S. Porter, Analytical gel permeation chromatography, Interscience Publishers,1968)로 측정한 결과 평균수평균분자량은 3,000 내지 30,000을 나타내었다.

본 발명에서는 약물의 부작용을 최소화하고 효과를 극대화하기 위하여 지능형 약물전달기술로서, 폴리-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 공중합체(Poly-isopropylacrylamide-co-arylic acid)를 이용하는데, 본 발명에 의해 제조된 폴리- 이소프로필아크릴아미드-아크릴산 공중합체는 pH 민감성 단위체인 아크릴산을 도입하여 손상된 피부인 pH 7이상에서만 약물이 방출되는 지능형 고분자이다.

본 발명에 의한 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체는 트리클로산과 함께 여드름, 아토피 피부질환치료제의 원료로서 사용될 수 있는데, 특히 그 치료효과를 극대화시키기 위해서는 입자의 크기가 50 내지 100nm이고, 그 형태가 구형이어야 한다.

이러한 피부질환치료제를 제조하는 방법은

전체 혼합용액에 대하여 0.0015 내지 0.0018 중량비의 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체와 전체 혼합용액에 대하여 0.0015 내지 0.0018 중량비의 트리클로산을 유기용매인 에탄올에 혼합시켜서 혼합용액을 제조하는 혼합용액 제조단계;

상기 혼합용액 제조단계에서의 혼합용액을 온도 313.0 내지 313.4K, 압력 149.5 내지 151.3 bar의 반응기에 0.47 내지 0.50 ml/분의 속도로 분무하면서, 동시에 상기 반응기에 이산화탄소를 2.5 내지 2.7kg/hr로 주입하여 초임계상태로 만들어서 구형 구조체 입자를 생성시키는 구형 구조체 생성 단계;

상기 반응기 배출구의 압력을 150bar로 유지하면서 상기 반응기에 새로운 이산화탄소를 도입하여 유기용매인 에탄올을 제거하는 유기용매 제거단계;

상기 유기용매 제거단계에서 상기 유기용매가 제거된 구형의 구조체 입자를 회수하는 회수단계를 포함한다.

이하 이에 대하여 자세히 살펴본다.

1) 혼합용액 제조단계

먼저 트리클로산의 유효성분과 생분해성 고분자인 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산를 유기용매에 녹여 혼합용액을 제조한다.

약물인 트리클로산은 전체 혼합용액을 기준으로 그 함량이 0.0015 - 0.0018 중량분율을 사용한다. 약물 함량이 0.0015 중량분율 미만의 경우 핵생성속도가 너무 빨라 입자크기가 마이크론 수준이상으로 커지고, 0.0018 중량분율을 초과하면 핵성장속도가 너무 빨라 구형이 아닌 판상형태의 입자가 얻어지기 때문이다.

생분해성 고분자는 약물의 전달속도 조절하기 위해 사용되었는데, 본 발명에서 제조된 구형의 생분해성 고분자 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체의 경우에는 분자 내에 친수성 부분(Hydrophilic Part)인 카프로락톤과 친유성 부분(Hydrophobic Part)인 이소프로필아크릴아미드를 동시에 함유하고 있어 계면활성제와 같은 작용으로 약물의 핵 생성과 성장시 입자의 뭉침 현상을 막을 수 있어서 더 작은 나노입자크기의 약물구조체를 얻을 수 있 다.

그 함량은 전체 혼합용액을 기준으로 0.0013 내지 0.0015 중량비율로 사용한다. 생분해성 고분자의 경우에도 0.0013 중량분율 미만의 경우에는 핵생성속도가 너무 빨라 입자크기가 마이크론 수준이상으로 커지고, 0.0015 중량분율을 초과하면 핵성장속도가 너무 빨라 구형이 아닌 판상형태의 입자가 얻어지기 때문이다. 생분해성 고분자로서 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 사용하는 또 다른 이유는 폴리-카프로락톤과 같은 다른 생분해성 고분자의 경우에는 구형의 입자가 형성되지 않고, 또한 본 발명에 의해 제조된 폴리-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 공중합체는 여드름이나 아토피에 의해 손상된 피부인 pH 7이상에서 약물을 방출량을 최대화하기 때문이다.

유기용매로는 메탄올이나 에탄올 등이 사용되지만, 본 발명에서는 인체에 독성이 적은 에탄올을 사용한다.

2) 구형구조체 형성단계

초임계 유체로는 초임계 이산화탄소, 초임계 일산화이질소, 초임계 삼불화메탄, 초임계 프로판, 초임계 에틸렌 또는 초임계 제논 등이 있으며, 본 발명에서는 바람직한 실시예로서 초임계 이산화탄소를 사용하였다.

스테인레스스틸로 만들어진 반응구가 온도 313.0K 내지 313.4K와 압력 149.5 내지 151.3 bar의 상태가 되도록 이산화탄소를 반응구에 주입하고, 가압, 가온한다. 이렇게 하면 이산화탄소의 임계온도 304.2K, 임계압력 73.8bar 이상이 되어 반응구 내의 이산화탄소는 초임계 상태를 유지하게 된다. 반응구가 초임계 상태로 평형을 이룰 때까지 기다려, 평형에 도달하면, 이산화탄소를 2.5 내지 2.7kg/hr의 속도로 주입하며, 아울러 상기 혼합용액 제조단계에서의 혼합용액을 0.47 내지 0.50 ml/분의 속도로 분무한다. 위의 작업조건의 온도와 압력보다 낮은 조건에서는 임계온도이하로 떨어져 균일한 상이 얻어지지 않고, 위의 작업조건의 온도와 압력보다 높은 조건에서는 유효성분의 변성될 가능성이 존재한다. 또한 이산화탄소 유량과 용액유량이 각각 위에서 제시한 영역보다 커지면 100 nm이상의 원하지 않는 입자크기를 얻고, 이산화탄소 유량과 용액유량이 위에서 제시한 영역보다 적으면 판상형태의 입자가 얻어져 원하는 구형입자가 얻어지지 않는다.

반응구로 주입되는 이산화탄소의 유량과 정확한 주입량을 알기 위하여 주사 펌프(syringe pump)를 사용한다. 주입되는 이산화탄소로 인해 변할 수 있는 압력은 역압조절기(back pressure regulator)에 의해 일정하게 압력을 유지시키고, 또한 항온을 유지하기 위해 순환식 항온조나 자동온도조절기를 사용하는 것이 바람직하다.

한편 혼합용액제조단계에서 제조된 혼합용액은 정확한 속도 조절이 가능한 소형 액체펌프(liquid pump)를 사용하여 반응구 내로 일정한 속도로 주입한다. 이때, 노즐의 막힘 현상을 방지하기 위해 혼합용액의 주입 전 공(空)용매를 소량, 예를들면 3-4ml정도 주입하는 것이 바람직하고, 주입되는 공용매의 양이 많아질수록 이후의 초임계유체에 의한 세척시간이 더 길어지게 된다.

주입된 혼합용액은 노즐을 통해 분사되며 분사된 혼합용액 중 유기용매는 빠른 속도로 초임계 이산화탄소에 섞여 들어가며 입자를 생성하게 된다. 상기 혼합용액의 주입과 동시에 반응구 내의 포화하는 것을 방지하기 위하여 초임계유체를 추가로 주입할 수 있다.

3) 유기용매 제거단계

혼합용액의 분무가 끝나면 생성 입자 중의 유기용매를 제거하기 위해 초임계 유체인 이산화탄소를 도입하는 입자 세척과정이 필요하다. 상기 과정에서는 초임계 유체를 일정한 속도로 반응기 내로 주입하되, 상기 반응구를 입자가 100nm 이하의 크기가 될 수 있는 압력인 150bar로 유기하기 위해 주입속도와 동일한 속도로 배출구를 통해 배출시킨다. 이때, 배출속도를 조절하여 반응구에서 일정한 압력을 유지하기 위해 배출구에 역압조절기(back pressure regulator)를 연결한다.

배출구의 구멍크기가 0.45μm인 막 필터를 이중으로 사용하여 입자가 빠져나가는 것을 방지한다. 용매가 잔존하게 되면 입자를 수거하기 위해 온도와 압력을 낮추었을 때 용매가 재석출 되어 만들어진 입자를 다시 녹여 응집을 형성하게 되므로 세척과정은 용매가 모두 제거될 때까지 충분히 계속 수행해야 한다. 세척을 위한 초임계 유체의 양은 사용된 용매의 양 및 반응구의 크기에 따라 달라지며, 약 2,000-3,000ml 정도가 바람직하다.

4) 회수단계

세척과정이 끝나면 반응구로의 초임계유체 공급을 중단하고 초임계유체를 배출시킨다. 이때, 배출이 너무 급속하게 이루어지면 생성된 입자가 손상될 수 있으므로 서서히 배출시키는 것이 바람직하다. 반응구 내의 초임계 유체를 모두 제거한 후 반응구 내의 기벽이나 바닥으로부터 입자를 수거한다.

실시예

(1) 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체의 합성

단위체인 카프로락톤 2g, 이소프로필아크릴아미드 2g, 아크릴산 0.12g과 개시제인 2,2-아조비스이소부티로니트릴 2g을 30mL 고압 반응기에 주입한다. 2 기압 정도의 질소를 이용하여 내부에 남아있는 산소를 제거한 후 다시 2 기압 정도의 이산화탄소를 이용하여 질소를 제거한다. 투시용 윈도우를 이용하여 액위를 관찰하며 상온에서 50 기압이 될 때까지 이산화탄소를 가스 부스터 펌프(Gas booster Pump)를 이용하여 투입한다. 항온 수조를 이용하여 정해진 중합온도까지 상승시키면 압력도 상승하게 되는데, 여기에 온도 333.15 K에서는 압력은 255 기압이 되도록 이산화탄소를 추가 투입하여 조절하였다. 이때 투입된 이산화탄소의 질량을 측정해보면 27.5 g이다. 중합시간은 각각의 정해진 온도에 도달한 시점을 기준으로 70시간까지 수행하였다. 정해진 시간 동안 중합이 모두 종료된 후에는 반응기를 얼음물을 이용하여 급격히 냉각하였다. 반응기의 온도가 283.15 K 이하로 내려가면 기체/액체 상분리가 일어나고 기상에서는 고분자의 용해도가 매우 낮을 것이라는 가정하에서 기상에서부터 천천히 이산화탄소를 분리하였다. 이때 고분자가 같이 배출되었는가를 확인하기 위하여 트렙에 담겨있는 메탄올에 침전물이 생성되었는가를 관찰하였다. 이산화탄소가 모두 배출 되고 나면 발포된 형태의 고체 고분자 생성물을 얻게 되고 이를 메탄올에 세척한 후에 진공 건조시키면 매우 미세한 흰색 분말의 고체상태인 구형 생분해성 고분자 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 얻었다.

(2) 피부질환 치료제의 제조

먼저 본 발명에 의한 처리 전의 트리클로산의 입자크기는 20-50㎛이다. 실시 예에서는 아래의 조건으로 생성된 생분해성 지능형 초임계 트리클로산 구조체 입자를 입도분석기로 입자크기를 측정하였는데, 생분해성 고분자로 폴리-카프로락톤-이 소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체의 존재 유무와 반응구에서의 반응조건에 따라 50 - 200 nm의 트리클로산 구형 미세입자크기를 얻을 수 있었다. 따라서 본 발명에 의해 처리된 트리클로산(50 - 200 nm)은 처리전의 트리클로산 (20-50㎛)에 비하여 피부침투효과가 극대화될 수 있다. 도 1은 본 발명에 의한 생체적합 지능형 초임계 나노구조체의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy)　사진이다.

하기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 실시 예는 구형 구조체 형성 단계에서의 반응기의 운전조건에 관한 것으로서, 반응 구의 온도와 압력은 이산화탄소의 임계온도 304.2 K, 임계압력 72.8 기압이상이어야 한다. 상기 반응기에서의 조작변수로는 반응기 온도와 압력, 초임계유체인 이산화탄소 유량, 혼합용액 제조단계에서 제조된 혼합용액유량이고, 실시 예1은 혼합용액이 생분해성 고분자 없이 약물인 트리클로산만 0.0016 중량비율을 함유한 것이고, 실시 예2-8은 약물인 트리클로산 0.0016 중량비율로 함유함과 동시에, 생분해성 고분자인 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 0.0014 중량비율을 함유한 경우이다. 생분해성 고분자인 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 함유한 경우 입자크기가 100nm 내외로 감소하는 것을 알 수 있다. 실시 예2,3은 반응기 온도를 조절하여 313, 323K의 변화를 알아보았는데, 온도를 올리면 입자크기가 커지는 경향을 보였다. 실시 예2,4,5에서는 반응기 압력을 130 - 170 바(bar) 조절하였을 때 150 바(bar)에서 가장 최적의 입자크기를 얻을 수 있었다. 실시 예2,6,7 에서는 이산화탄소 유량을 2.5 - 3.0 kg/hr의 변화시켰을 때, 2.5 - 2.7 kg/hr에서 최적의 입자크기를 얻을 수 있었으며, 실시 예2,8에서는 혼합 용액유량 0.5 - 1.0 ㎖/min 을 변화시켰는데, 혼합 용액의 유량을 증가시키면 입자크기가 커짐을 알 수 있었다.

(표 1) 실시 예1-8에서의 4가지 조작변수에 의한 작업조건 및 입자크기

실시 예	반응기온도 (K)	반응기 압력(bar)	이산화탄소유량 (kg/hr)	혼합용액유량 (ml/min)	입자크기 (nm)
실시 예1	313	150	2.5	0.5	489
실시 예2	313	150	2.5	0.5	71
실시 예3	323	150	2.5	0.5	112
실시 예4	313	130	2.5	0.5	120
실시 예5	313	170	2.5	0.5	101
실시 예6	313	150	2.7	0.5	65
실시 예7	313	150	3.0	0.5	118
실시 예8	313	150	2.5	1.0	154

본 발명에서 원하는 입자크기인 50에서 100 nm의 나노입자 영역의 크기를 얻기는 작업조건은 실시 예2 와 실시 예 6의 경우이다. 즉 생분해성 고분자인 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 함유로써 입자크기를 많이 감소시킬 수 있었고, 온도는 313 K이고 압력은 150 바(bar), 이산화탄소 유량은 2.5 - 2.7 kg/hr, 혼합용액유량은 0.5 ml/min이 최적조건이다.

좀더 상세한 간격으로 실험한 결과, 50에서 100nm의 초임계 나노구조체를 얻기 위한 약물함량과 생분해성 함량은 약물인 트리클로산 0.0016 중량비율, 생분해성 고분자인 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산을 0.0014 중량비율 을 함유하며, 작업조건은 온도는 313.0 - 313.4 K, 압력은 149.5 - 151.3 바(bar), 이산화탄소 유량은 2.5 - 2.7 kg/hr, 혼합용액유량은 0.47- 0.50 ml/min 의 조건에서만 원하는 영역의 입자크기를 얻을 수 있었다. 위의 작업조건의 온도와 압력, 이산화탄소 유량과 용액유량을 벗어나게 되면 100 nm이상의 원하지 않는 입자크기를 얻는다.

본 발명에서 얻어진 생분해성 고분자인 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산을 이용하여 구형의 지능형 나노구조체에 대한 pH에 따른 약물전달제어에 대한 시험을 실시하였다. 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 제조시, 다른조건은 실시예와 동일하게 하고, 카프로락톤과 이소프로필아크릴아미드의 총중량에 대하여 아크릴산의 중량을 각각 1% (0.04g), 3% (0.12g), 5% (0.20g)으로 달리하여 고분자를 제조한 후, 실시예 6의 조건으로 지능형 나노구조체를 제조한다. 여기서 새로운 아크릴산의 중량 1%와 5%를 실시예 9, 10으로 표 2에 나타내었다. 여기서 제조된 각각의 지능형 나노구조체를 1% 인산염 완충 식염수액(Phosphate-buffered Saline, PBS)에 분산시키고, 100 strokes/min 교반속도의 310.2 K 항온조에서 1시간 동안 방출된 트리클로산의 양을 액체크로마토그래피(측정파장 281 nm)로 측정한다. 측정된 양을 처음 주입된 트리클로산의 양으로 나누어 약물의 방출된 비율을 계산하였다. 표 2에 나타난 바와 같이 아크릴산 중량이 1%의 경우에는 pH에 따라 방출되는 약물의 증가량이 거의 미미하지만, 3%, 5%의 경우에는 pH에 따라 방출되는 약물의 증가량이 손상된 피부의 pH인 7.0에서 급격히 증가하는 것을 알 수 있다. 이것은 아크릴산의 카르복실 그룹이 산성용액에 존재하는 수소이온과 결합하여 고분자가 수축되어 약물이 방출되지 못하다가, 중성용액인 pH 7부근에서 고분자가 팽창하여 약물이 방출됨을 알 수 있고, 이로 인해 여드름, 아토피로 손상된 피부에만 방출되어 부작용없이 선택적으로 항균효과를 나타내는 지능형 고분자를 완성할 수 있었다.

실시예	아크릴산 중량 % / (카프로락톤 +이소프로필아크릴아미드)	약물 방출 비율 (%)
실시예	아크릴산 중량 % / (카프로락톤 +이소프로필아크릴아미드)	pH 5.50	pH 6.25	pH 7.0
실시예 9	1 %	8.0	12.0	15.0
실시예 6	3 %	8.3	13.5	87.8
실시예 10	5 %	9.1	14.8	90.4

도 1은 본 발명에 의한 생체적합 지능형 초임계 나노구조체의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy)　사진이다.

Claims

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반응기에서 카프로락톤 단위체와 이소프로필아크릴아미드 단위체의 중량비를 1:1 내지 1:2로 반응기에 주입하며, 이 두 단위체의 총 중량에 대하여 아크릴산 단위체는 1% 내지 5% 중량을 반응기에 주입시킨 후, 개시제인 2,2-아조비스이소부티로니트릴을 상기 단위체 전체에 대하여 0.1 내지 1.0 중량비로 주입하고, 상기 반응기를 283.15 K 내지 353.15 K의 온도로 유지하며, 상기 반응기에 초임계 유체인 이산화탄소를 주입하여 50 내지 300 기압의 조건하에서 1시간 내지 168 시간 중합시킨 다음 상기 반응기의 온도를 283.15K 이하로 낮추어서 이산화탄소를 제거하여 주쇄가 하기의 반복단위로 되어 있는 수평균분자량 3000 내지 30000의 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 형성하는 단계

여기서 l, m, n은 각각 카프로락톤, 이소프로필아크릴아미드, 그리고 아크릴산의 단위체 수를 나타내며, 각각 10-1000;

전체 혼합용액에 대하여 0.0013 내지 0.0015 중량비의 상기 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산 삼공중합체를 형성하는 단계에서 제조된 폴리-카프로락톤-이소프로필아크릴아미드-아크릴산과 전체 혼합용액에 대하여 0.0015 내지 0.0018 중량비의 트리클로산을 유기용매인 에탄올에 혼합시켜서 혼합용액을 제조하는 혼합용액 제조단계;

상기 혼합용액 제조단계에서의 혼합용액을 온도 313.0 내지 313.4K, 압력 149.5 내지 151.3 bar의 반응기에 0.47 내지 0.50 ml/분의 속도로 분무하면서, 동시에 상기 반응기에 이산화탄소를 2.5 내지 2.7kg/hr로 주입하여 초임계상태로 만들어서 50~100nm 입자크기의 구조체 입자를 생성시키는 나노구조체 생성 단계;

상기 반응기 배출구의 압력을 150bar로 유지하면서 상기 반응기에 새로운 이산화탄소를 도입하여 유기용매인 에탄올을 제거하는 유기용매 제거단계;

상기 유기용매 제거단계에서 상기 유기용매가 제거된 50~100nm의 입자크기를 가지는 구조체 입자를 회수하는 회수단계;를 포함하는 초임계유체를 이용한 나노구조체를 함유하는 여드름, 아토피 피부질환 치료제의 제조방법.