KR100925188B1 - 기능성 화장품 소재의 안정화를 위한 ｐＨ 감응성 나노 입자 - Google Patents

기능성 화장품 소재의 안정화를 위한 ｐＨ 감응성 나노 입자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화장품용 pH 감응성 나노 입자에 관한 것이다.
본 발명은 여러 가지 기능성 화장품 소재들을 pH 감응성 나노 입자에 탑재시켜 화장품을 제조함으로써, 기능성 화장품 소재가 외부 환경으로부터 안정성이 저하되는 현상을 방지하는 효과가 있다.
pH 감응성 나노 입자, 화장품, 항노화, 기능성 원료, 안정화

Description

기능성 화장품 소재의 안정화를 위한 ｐＨ 감응성 나노 입자 {pH Responsive Nano Particles as Stabilizer of Functional Cosmetic Agent}
본 발명은 낮은 pH 환경에서는 외부환경으로 인한 안정성 저하를 방지하며 피부에 적용 시 주변의 pH가 상승함에 따라 기능성 화장품 소재가 방출되어 피부로 흡수되도록 하는 pH 감응성 나노 입자에 관한 것이다.
수화젤은 수용액상에서 팽윤되는 특성을 가진 물질로서 일반적으로 친수성 유기 고분자 물질로 구성된다. 상기 수화젤은 공유결합 또는 비공유결합을 통하여 가교화된 그물망 구조로 구성되기 때문에 구조적으로 안정적이다. 또한 상기 수화젤은 많은 양의 용매를 흡착하고 배출하는 특성으로 인하여 유체에서와 같은 물질 운송 특성을 지닌다. 이러한 수화젤의 물리적인 특성은 다양한 분야, 즉 생체 내 진단, 약물/유전자 전달, 화학 정제, 화학 및 생물학적 센서, 광학 물질 등에 있어서 이상적인 후보물질로 이용되고 있다.
고분자 수화젤은 공유결합, 수소결합, 반 데르 발스 결합 또는 물리적 결합 등에 의하여 가교된 친수성 고분자로서, 수용액상에서 다량의 물을 함유하여 팽윤할 수 있는 3차원 고분자 네트워크 구조를 갖는 물질이다. 그리고 다량의 물을 함유한 상태의 상기 고분자 수화젤은 생체의 조직과 유사한 거동을 보이므로 인체에 사용 시, 주변의 세포 또는 조직에 미치는 영향을 최소화하고, 우수한 생체 적합성을 보유한다.
상기 고분자 수화젤 중에서, 특정한 수화젤은 자신이 포함하고 있는 기능성 그룹의 종류 또는 pH, 온도, 전자기장, 이온강도 및 용매조성 등의 외부자극 등에 따라 가역적 혹은 비가역적으로 수화젤 네트워크의 구조적 변화를 일으킬 수 있는데, 이러한 수화젤을 자극 감응형 수화젤 이라고 한다. 상기 자극 감응형 수화젤은 우수한 생체 적합성과 외부 환경에 대한 감응성 등의 특징 때문에 약물의 부작용을 최소화할 수 있는 고효율 및 지능형 약물 전달시스템 분야에서 다양하게 응용되고 있다.
항노화 기능성 화장품 소재로서 많이 사용되는 물질로는 아데노신, EGCG, 펩타이드류 등 많은 종류의 소재들이 개발되고 있다. 아데노신의 경우 피부 탄력 및 주름 예방에 우수하고 EGCG는 항산화 효과 및 노화 억제 효과가 있으며 펩타이드(팔미토일 펜타펩타이드-3, 쿠퍼 펩타이드-1 등) 는 피부노화방지 및 주름개선에 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
그러나 이러한 물질들은 화장품 소재로의 우수한 효능에도 불구하고 대부분 제형 내 수분, 계면활성제, 산화제, 기타 여러 환경요인에 의해 역가 하락, 변색, 변취, 분리, 침전 등 화장품 제형으로서 사용될 때 불안정성이 문제가 되고 있다. 따라서 이러한 기능성 화장품 소재들을 화장품 원료로 사용하기 위해서는 기능성 화장품 소재들의 안정화 및 피부 흡수를 향상시키기 위한 제형 기술의 개발이 필수적이다.
본 발명은 기능성 화장품 소재를 pH 감응성 나노 입자에 탑재시켜 화장품을 제조함으로써, 상기 기능성 화장품 소재가 외부 환경요인과 반응하여 효능이 저하되는 현상을 방지하는데 기술적 과제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물을 포함하는 화장품용 pH 감응성 나노 입자를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 화장품용 pH 감응성 나노 입자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 화장품용 pH 감응성 나노 입자에 기능성 화장품 소재를 탑재시키는 방법을 제공한다.
본 발명은 화장품 소재로 사용되는 여러 가지 기능성 소재들을 pH 감응성 나노 입자에 탑재시켜 화장품을 제조함으로써, 기능성 화장품 소재들이 외부 환경요인과 반응하여 효능이 저하되는 현상을 방지하는 효과가 있다.
본 발명은 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물을 포함하는 화장품용 pH 감응성 나노 입자에 관한 것이다.
본 발명은 또한 화장품용 pH 감응성 나노 입자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 화장품용 pH 감응성 나노 입자에 기능성 화장품 소재를 탑재시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 화장품용 pH 감응성 나노 입자는 특정적으로 (메타)아크릴산(MAA) 및 (메타)아크릴레이트(MA)계 화합물의 공중합 수화젤(P(MAA-co-MA)수화젤)이라고 호칭되기도 한다.
본 발명의 화장품용 pH 감응성 나노 입자는 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물을 포함한다.
상기 pH 감응성 나노 입자는 pH 5 이하에서는 수축하고, pH 5 이상에서는 팽윤한다. 이는 pH 감응성 나노 입자에 포함되어 있는 (메타)아크릴산에 의해 pH 감응성 나노 입자가 약 pH 5를 전후로 급격한 평형 질량팽윤비의 차이를 보이는 현상과 관련이 있다. 약 pH 4.66은 (메타)아크릴산의 pKa에 해당하는 것으로 (메타)아크릴산의 pKa 이상의 pH에서는 (메타)아크릴산의 카르복실기가 이온화 되어 음전하를 띄게 된다. 따라서 pH 감응성 나노 입자는 약 pH 5 이상의 pH 환경에서 이온화에 의해 음전하를 띠는 그룹들 사이의 정전기적 반발력 때문에 급격하게 팽창한다.
여기서 상기 평형 질량팽윤비(q)는 pH 감응성 나노 입자의 pH 감응성 및 팽윤거동을 평가하기 위해 사용되는 지표이다. 상기 질량팽윤비는 하기의 수학식 1로 표현된다.
q = Ws/Wd
여기서 q는 평형 질량팽윤비, Wd는 팽윤전 건조된 pH 감응성 나노 입자의 질량(g), Ws 는 pH 2.0 내지 8.0 사이의 완충용액에 pH 감응성 나노 입자를 24 시간 동안 침지시켜 팽윤시킨 후, 팽윤된 pH 감응성 나노 입자의 표면 물기를 제거한 후 팽윤된 질량(g)을 나타낸다.
본 발명의 pH 감응성 나노 입자는 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물을 포함하며, 상기 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물이 광중합하여 제조된다.
(메타)아크릴산은 pH 감응성 나노 입자에 pH 감응성을 부여하기 위해 사용된다. 상기 (메타)아크릴산은 주변의 pH에 따라서 이온화가 가능한 카르복시기를 가지고 있기 때문에, (메타)아크릴산은 (메타)아크릴산의 pKa인 pH 4.66 이전에는 (메타)아크릴산으로 존재하지만 그 이상의 pH 에서는 (메타)아크릴산 음이온으로 존재한다.
본 발명에서는 (메타)아크릴산 대신 아크릴산(acrylic acid. AA)을 사용할 수 있다.
(메타)아크릴레이트계 화합물은 (메타)아크릴산의 pH 감응도를 조절해주기 위해 사용된다. (메타)아크릴레이트계 화합물은 (메타)아크릴산과의 조성비를 변화 시키거나 또는 다양한 분자량을 가진 (메타)아크릴레이트계 화합물을 사용함으로써 pH 감응성 나노 입자의 pH 감응도를 조절할 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트계 화합물은 분자량이 클수록 pH 5 이상에서의 평형 질량팽윤비가 감소한다. 이는 pH 5 이상에서 (메타)아크릴산의 카르복시기가 이온화되어 형성된 음이온들의 정전기적 반발력이 중합된 (메타)아크릴레이트계 화합물에 의하여 방해를 받기 때문이다. 상기 (메타)아크릴레이트계 화합물의 분자량이 증가할수록 그래프트(graft) 되는 (메타)아크릴레이트의 사슬 길이가 길어지므로 이온화된 카르복시기 사이의 정전기적 반발력을 더 많이 방해한다.
상기 (메타)아크릴레이트계의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, 프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, 이소부틸 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 라우릴 (메타)아크릴레이트, 스테아릴 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 폴리 (에틸렌 글리콜) (메타)아크릴레이트, 메톡시 폴릴 (에틸렌 글리콜) (메타)아크릴레이트, 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 디메틸 아미노에틸 (메타)아크릴레이트, 디에틸 아미노에틸 (메타)아크릴레이트, 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 알릴 (메타)아크릴레이트 또는 n-알킬 (메타)아크릴레이트의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 폴리(에틸렌 글리콜) (메타)아크릴레이트(PEGMA)를 사용하는 것이 바람직하다. 폴리(에틸렌 글리콜) (메타)아크릴레이트는 안전한 생체적합성 재료로 사용되며 폴리 (에틸렌 글리콜)의 조성을 변화시킴으로써 나노 입자의 pH 감응성을 조절할 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트(MA)계 화합물은 (메타)아크릴산(MAA)과 공중합 수화젤(P(MAA-co-MA) 미세 입자를 이룬다.
pH 감응성 나노 입자로 제조함에 있어서, 단량체로서 (메타)아크릴산과 (메타)아크릴레이트계 화합물의 합량에 대하여 (메타)아크릴산이 20 내지 80 중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 60 중량% 첨가되는 것이 보다 바람직하다. (메타)아크릴산이 60 중량%일 때 제조되는 pH 감응성 나노 입자의 평형 질량팽윤비가 가장 높으므로, (메타)아크릴산의 첨가량을 80 중량% 초과해서 사용해도 더 나은 효과를 기대할 수 없다. 또한 (메타)아크릴 산 단량체가 20 중량% 미만이면 이온화 되는 카르복시기가 줄어들기 때문에 pH 감응성 나노 입자의 평형 질량팽윤비가 작아져 기능성 화장품 소재의 방출이 저하되는 문제가 생긴다.
본 발명의 pH 감응성 나노 입자는 가교제를 추가로 포함할 수 있다. 가교제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 가교제라면 특별히 한정되지 않지만, 폴리(에틸렌 글리콜) 디(메타)아크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 부탄디올 디아크릴레이트의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용할 수 있으며, 폴리(에틸렌 글리콜) 디(메타)아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 가교제는 단량체인 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물의 합량에 대하여 1 내지 5 중량%를 사용하는 것이 바람직하다(즉, 중량기준으로 (메 타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물의 합 : 가교제 = 100 : 1 내지 5 이다.). 가교제의 양이 5 중량%를 초과하면 pH 감응성 나노 입자의 가교정도가 높아져서 팽윤되기 어려워 지며, 1 중량% 미만이면 pH 감응성 나노 입자의 물성이 약하게 된다.
본 발명은 pH 감응성 나노 입자에 기능성 화장품 소재가 탑재되는 화장품용 pH 감응성 나노 입자 전달 시스템에 관한 것이다. pH 감응성 나노 입자는 pH의 변화에 따라, 수축 또는 팽윤하므로 기능성 화장품 소재를 pH 감응성 나노 입자 내부에 탑재시킬 수 있다. pH 5 이상의 환경에서는 pH 감응성 나노 입자가 팽윤하기 때문에 기능성 화장품 소재가 탑재된다.
여기서, 기능성 화장품 소재는 특별히 한정되지 않지만, 알부틴,나이신아미드 등의 미백 유효소재, 아데노신, EGCG, 펩타이드류 등의 주름개선 유효소재 일 수 있다. 특히 본 발명에서는 아데노신, EGCG, 펩타이드류 등 피부노화방지 및 주름개선에 효과가 있는 항노화 기능성 화장품 소재인 것이 바람직하다.
상기 기능성 화장품 소재는 기능성 소재의 pKa, 분자량 및 친수성 정도에 따라 pH 감응성 나노 입자에 탑재되는 효율이 달라진다.
초순수를 용매로 하는 기능성 화장품 소재를 포함하는 수용액에서 상기 pH 감응성 나노 입자는 카르복실기가 이온화 되어 음전하를 띄므로, 상기 기능성 화장품 소재의 pKa가 초순수의 pH보다 낮으면 기능성 화장품 소재는 초순수에서 음전하를 띄게 된다. 그러므로 음전하를 띄는 pH 감응성 나노 입자와 정전기적 반발력에 생겨 기능성 화장품 소재의 탑재효율이 감소된다. 반대로 기능성 화장품 소재의 pKa가 초순수의 pH보다 높으면 탑재 효율이 증가한다.
여기서 초순수는 이온교환수지를 이용하여 극미량의 이온을 제거한 상태의 물을 의미하며, 초순수의 pH는 6.5이다.
기능성 화장품 소재가 탑재된 화장품용 pH 감응성 나노 입자는 피부와 접촉하면, 기능성 화장품 소재는 pH 감응성 나노 입자의 외부로 용출된다. 보통 피부의 pH 는 5.5 내지 6.0 이다. 상기 피부는 버퍼 기능을 가지므로 pH가 3.0 내지 4.5 인 pH 감응성 나노 입자, 특히 pH 감응성 나노 입자가 함유된 화장용 조성물이 피부에 접촉되면 pH 감응성 나노 입자는 피부의 pH인 5.5 내지 6.0으로 변하게 된다. 상기 pH 가 5.5 내지 6.0으로 변하면 pH 감응성 나노 입자의 (메타)아크릴산은 음이온이 되고, 상기 음이온 사이의 정전기적 반발력에 의하여 팽윤하게 된다. 그러므로 기능성 화장품 소재가 외부로 용출된다.
본 발명은 pH 감응성 나노 입자의 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다. 상기 제조 방법은 (메타)아크릴산, (메타)아크릴레이트계 화합물 및 가교제를 광중합하여 제조한다면 특별히 한정되지 않는다.
pH 감응성 나노 입자를 제조하는 방법의 일례로
(메타)아크릴산, (메타)아크릴레이트계 화합물, 가교제 및 광개시제 혼합하여 단량체 혼합물을 제조하는 혼합 단계;
상기 단량체 혼합물을 분산 용매에 분산시킨 후 광중합하여 pH 감응성 나노 입자를 중합하는 중합 단계; 및
상기 중합된 pH 감응성 나노 입자를 세척, 건조하는 단계를 포함하는 방법이 있다.
광개시제는 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물의 공중합 수화젤, 즉 pH 감응성 나노 입자의 제조 반응을 개시하기 위해 사용된다. 상기 개시제의 종류는 특별히 한정되지 않지만 1-하이드록시 사이클로헥실 페닐 케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 비스 (2,6-디메톡시벤조일) -2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드(DMBAPO), 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐 포스핀옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤질디페닐 포스핀 옥사이드 또는 2,4,6-트리메틸벤조일 디페닐포스핀 옥사이드의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용할 수 있으며, 1-하이드록시 사이클로헥실 페닐 케톤을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광개시제는 단량체인 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물의 합량에 대하여 0.1 내지 1.5 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다(즉, 중량기준으로 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물의 합 : 광개시제 = 100 : 0.1 내지 1.5 이다.). 상기 개시제가 0.1 중량% 미만이면 pH 감응성 나노 입자의 제조 반응이 용이하지 않고, 중합시간도 길어지며, 1.5 중량%를 초과하면 반응이 너무 빨리 진행되어 입자의 크기를 조절할 수 없다.
중합 단계는 (메타)아크릴산, (메타)아크릴레이트계 화합물, 가교제, 광개시제로 구성된 단량체 혼합물을 분산 용매에 분산시킨 후 광중합한다.
상기 분산 용매는 오일상인 것이 바람직하며, 본 발명에서는 실리콘 오일을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 분산 용매는 단량체인 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물의 합량에 대하여 10 내지 50배로 사용하는 것이 바람직 하다.
상기 분산 용매에는 분산 안정제가 추가로 포함될 수 있다. 상기 분산 안정제는 pH 감응성 나노 입자의 제조 시 나타나는 입자들의 응집현상을 해결하고 입자의 분산성을 향상하기 위해 사용된다.
상기 분산안정제는 인체에 무해한 것이라면 특별히 한정되지 않지만, (폴리에틸렌 글리콜 메틸에테르)디메틸실란, 솔비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 메칠폴리실록산, 폴리에틸렌 글리콜 트리메틸오닐 에테르, 2-[메톡시(폴리에틸렌옥시)프로필]헵타메틸트리실록산 또는 비스(폴리에틸렌 글리콜 메틸에테르)디메틸실란 등의 일종 또는 이종을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 분산 안정제는 단량체인 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물의 합량에 대하여 0.5 내지 3.0 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다(즉, 중량기준으로 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트계 화합물의 합 : 분산 안정제 = 100 : 0.5 내지 3.0 이다.). 상기 분산 안정제의 함량이 0.5 중량% 미만이면 제조되는 입자의 분산성이 저하되고, 3.0 중량%를 초과하면 점도가 증가하는 문제점이 있다.
상기 단량체 혼합물을 유기 용매에 분산시키기 전에 질소를 주입하는 단계를 추가로 실시할 수 있다. 질소는 단량체 혼합물이 포함된 분산 용매에 포함된 산소를 제거하기 위해 주입하는 것이다. 광중합 반응은 라디칼 반응으로 반응 시 산소가 존재하면 상기 산소는 라디칼을 소모하여 중합을 저해하므로, 분산 용매에 질소 를 주입한다. 상기 질소는 약 2분간 주입한다.
분산 용매에 단량체 혼합물을 분산시키는 것은 초음파 균질기 내지는 호모믹서를 이용하는 것이 바랍직 하며, 호모믹서를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 호모믹서를 이용하여 약 2분 동안 약 10,000 rpm에서 교반하여 단량체 혼합물을 분산 용매에 분산시킨다.
분산 용매에 분산된 단량체 혼합물은 광중합하여 pH 감응성 나노 입자를 제조한다. 상기 광중합은 UV 조사를 이용하는 것이 바람직하다. 200 내지 400초간 UV를 조사하여 pH 감응성 나노 입자를 광중합한다.
중합된 pH 감응성 나노 입자는 세척하여 분산 용매로부터 분리시킨다. 여기서 세척 시 초순수를 사용하는 것이 바람직하며 반복적으로 세척한다. 세척은 원심 분리를 이용하여 세척한다.
세척된 pH 감응성 나노 입자는 건조하는데, 동결건조장치를 이용하는 건조하는 것이 좋다.
pH 감응성 나노 입자의 제조단계에 의하여 생성되는 pH 감응성 나노 입자는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체가 되고, 크기는 약 1000 나노미터(nm) 이하의 균일한 모양의 구형이다.
pH 감응성 나노 입자를 제조하는 방법의 다른 일례로
초임계 유체장지의 셀 내부에 (메타)아크릴산, (메타)아크릴레이트계 화합물 및 가교제를 투입한 뒤 셀을 밀폐시킨 후 CO2를 셀 내부에 주입하는 단계;
투입된 물질들이 용해되면 개시제를 주입하면서 광중합하는 단계를 포함하는 방법이 있다.
상기 방법은 초임계 CO2를 이용하는 방법으로 분산 용매를 사용하지 않고 초임계 유체를 이용하여 pH 감응성 나노 입자를 제조함으로써, (메타)아크릴산, (메타)아크릴레이트 화합물 및 가교제 를 용해시키기 위하여 용매를 사용할 필요가 없고, pH 감응성 나노 입자를 합성한 후 세척 과정을 생략할 수 있다.
CO2는 (메타)아크릴산, (메타)아크릴레이트계 화합물 및 가교제가 투입된 밀폐된 셀 내부에 주입하며, 상기 CO2를 초임계 상태로 만든다. 상기 CO2를 초임계 상태로 만들기 위하여 초임계 유체장치의 온도를 약 50 ℃, 압력을 약 5000 psi로 조절한다. 상기 CO2가 초임계 상태가 되면 액상이었던 (메타)아크릴산, (메타)아크릴레이트계 화합물 및 가교제가 CO2에 용해하게 된다.
개시제를 셀 내부로 투입하는 것은 별도의 밸브를 통해서 이루어지도록 한다. (메타)아크릴산, (메타)아크릴레이트계 화합물 및 가교제의 중합은 광중합 방법을 이용하며, UV를 조사하여 광중합한다. 광중합 반응이 진행되는 동안 교반하면 반응의 효율이 높아진다.
광중합 반응이 완료되면 혼합된 입자들을 수거하기 위하여 셀 내부로 물을 투입하고 셀 내부의 온도와 압력을 상온, 상압으로 조절하여 최종적으로 합성된 pH 감응성 나노 입자를 얻는다.
본 발명은 pH 감응성 나노 입자에 기능성 화장품 소재를 탑재시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 pH 감응성 나노 입자를 기능성 화장품 소재를 포함하는 수용액에 잠기도록 함으로써 이루어 진다.
초순수를 용매로 하는 기능성 화장품 소재를 포함하는 수용액에 pH 감응성 나노 입자를 잠기도록 넣은 후, 일정 시간이 경과한 뒤 pH 감응성 나노 입자를 상기 기능성 화장품 소재를 포함하는 용액에서 꺼내어 여과 장치에서 증류수로 표면세척을 한 후 동결건조를 통해 탑재를 완료한다.
여기서, 상기 기능성 화장품 소재의 수용액에 포함되는 기능성 화장품 소재의 함량은 0.01 내지 2.5 mg/ml 인 것이 바람직하다. 상기 기능성 소재의 함량이 0.01 mg/ml 미만이면 pH 감응성 나노 입자 안에 기능성 화장품 소재의 탑재가 용이하게 이루어 지지 않으며, 2.5 mg/ml를 초과하면 이미 최대 탑재효율을 얻은 이후이므로 더 이상의 탑재효율의 향상을 기대할 수 없다.
상기 pH 감응성 나노 입자는 기능성 화장품 소재를 포함하는 수용액에 잠길 수 있는 양으로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 pH 감응성 나노 입자 및 기능성 화장품 소재의 반응은 2 내지 24 시간 진행되는 것이 바람직하다. 반응 시간이 2 시간 미만이면 최대 탑재효율을 얻을 수 없으며, 24 시간을 초과하면 이미 최대 탑재효율을 얻은 이후이므로 더 이상의 탑재효율 향상을 기대할 수 없다.
상기 기능성 화장품 소재가 탑재되는 pH 감응성 나노 입자는 화장용 조성물의 구성 원료로 사용된다. 상기 기능성 화장품 소재들은 화장용 조성물의 다른 구성 성분인 유기, 무기 물질들(수분, 지방산, 폴리올, 계면활성제, 식물추출물, 효소, 단백질 및 각종 금속 이온 등)과 반응하여 그 효과가 감소된다. 상기 기능성 화장품 소재를 pH 감응성 나노 입자에 탑재함으로써 기능성 화장품 소재가 화장품의 다른 구성 성분과 접촉하는 것을 막아주어 기능성 화장품 소재를 안정화 시킨다.
화장용 조성물은 그 제형에 특별한 제한이 없으며, 예를 들어 수렴화장수, 유연화장수, 영양화장수, 마사지크림, 에센스, 팩, 로션, 크림 등의 제형으로 선정하여 사용할 수 있다.
이때, 화장용 조성물의 pH는 4 내지 4.5가 되도록 하는 것이 바람직하다. pH 감응성 나노 입자에 기능성 화장품 소재의 탑재 시(pH 6.5) 음이온 이었던 (메타)아크릴산이 화장용 조성물의 pH인 pH 4내지 4.5에서는 (메타)아크릴 산이 되어 정전기적 반발이 거의 일어나지 않으므로 pH 감응성 나노 입자는 수축하고 탑재된 기능성 화장품 소재의 방출은 차단된다.
화장품의 pH가 4.5를 초과하면 pH 감응성 나노 입자 중 (메타)아크릴산의 pKa가 약 4.66 정도이므로 상기 pH 에서는 (메타)아크릴산이 이온화 되어 정전기적 반발력으로 인하여 pH 감응성 나노 입자가 팽창하여 기능성 화장품 소재가 용출되는 문제가 있다. 만약 기능성 화장품 소재가 용출되면 기능성 화장품 소재가 화장품의 다른 구성 성분들과 반응하여 기능성 화장품 소재의 효과가 감소하거나 상실 하게 된다.
상기 화장용 조성물의 pH를 4.0 내지 4.5로 유지시키기 위하여 시트르산(구연산)을 사용한다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1>
(메타)아크릴산 단량체를 1.2 중량부, 폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트 단량체를 0.8 중량부, 가교제인 폴리(에틸렌 글리콜) 디(메타)아크릴레이트를 0.04 중량부, 그리고 개시제인 Irgacure® 184를 0.01 중량부 첨가하여 단량체 혼합물을 제조하였다.
상기 단량체 혼합물과 분산안정제(Span® 20) 0.03 중량부를 분산 용매인 실리콘 오일 30 중량부에 넣고 질소를 주입한 후, 호모믹서[T18, IKA]를 이용하여 2분 동안 10,000rpm에서 교반하여 단량체 혼합물을 오일상에 분산시켰다. 그 조성을 표 1로 나타내었다.
분산이 완료된 후, 300초간 UV를 조사하여 합성된 입자를 초순수를 사용하여 원심분리를 이용한 반복적인 세척을 통하여 실리콘 오일로부터 분리하였다.
세척이 완료된 입자는 동결건조장치[Ecospin 3180c, Bio Trom,한국]를 이용하여 건조시켰다.
건조된 pH 감응성 나노 입자 0.05 중량부를 pH 2.0 내지 8.0 사이의 완충용액에 침지시켜 팽윤시켰다. 24 시간이 지난 후 분리막 필터[pore sixe 0.2 ㎛, ADVANTEC] 를 통하여 나노 입자 표면의 물기를 제거하고 필터에 남아있는 나노 입자의 질량을 측정하여 평형 질량팽윤비를 계산하였다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, (메타)아크릴산 단량체를 1.1 중량부, 폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트 단량체를 0.9 중량부 첨가하였다. 그 조성을 표 1로 나타내었다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, (메타)아크릴산 단량체를 0.9 중량부, 폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트 단량체를 1.1 중량부 첨가하였다. 그 조성을 표 1로 나타내었다.
<실시예 4>
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, (메타)아크릴산 단량체를 0.7 중량 부, 폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트 단량체를 1.3 중량부 첨가하였다. 그 조성을 표 1로 나타내었다.
<실시예 5>
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, (메타)아크릴산 단량체를 0.5 중량부, 폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트 단량체를 1.5 중량부 첨가하였다. 그 조성을 표 1로 나타내었다.
pH 감응성 나노 입자 제조 시 사용되는 물질들의 조성
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
(메타)아크릴산(MAA)(중량부) 1.2 1.1 0.9 0.7 0.5
폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트(MA)(중량부) 0.8 0.9 1.1 1.3 1.5
폴리(에틸렌 글리콜)디(메타)아크릴레이트(중량부) 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04
Irgacure®184(중량부) 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
Span® 20 (중량부) 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
실리콘 오일(중량부) 30 30 30 30 30
여기서, 상기 (메타)아크릴산은 [Sigma-Aldrich사, 미국]이며,
폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트는 [MW=526, Sigma-Aldrich사, 미국]이며,
폴리(에틸렌 글리콜)디(메타)아크릴레이트는 [MW=330, Sigma-Aldrich사, 미국]이며,
Irgacure®184는 [Ciba사, 미국]이며
Span® 20은 [Sigma-Aldrich사, 미국]이며,
실리콘 오일은 [Sigma-Aldrich사, 미국]이다.
상기 실시예를 통해 제조한 각 나노 입자의 평형 질량팽윤비를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타난 바와 같이 (메타)아크릴 산의 함량이 줄어들수록 pH 5 이상에서의 평형 질량팽윤비가 감소한다.
<실시예 6>
실시예 1의 방법에 따라 제조된 pH 감응성 나노 입자를 모델 탑재물질인 Rh-B[Junsei사, 일본]의 농도가 0.01 mg/ml인 용액에 넣고 24시간 경과 후, 입자를 용액에서 꺼내 감압 여과 장치에서 증류수로 표면 세척을 한 후 동결건조 하였다.
pH 감응성 나노 입자에 탑재된 Rh-B의 양은 실험 과정에서 일정한 시간 간격으로 Rh-B의 흡광도를 측정하여 Rh-B 용액 농도와 흡광도 보정곡선을 이용하여 계산하였다. Rh-B 용액의 흡광도는 UV-visible spectrophotometer(8435, Agilent)를 이용하여 554nm에서 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.
또한, Rh-B가 탑재된 pH 감응성 나노 입자를 pH 4.0 과 pH 6.0의 완충용액에 각각 넣고 일정한 시간 간격으로 용액의 흡광도를 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 3는 시간에 따른 pH 감응성 나노 입자에 대한 Ph-B의 탑재량을 나타낸 것이다. pH 감응성 나노 입자를 Rh-B용액에 24시간 침지한 후, 수화젤 내부에 탑재된 Rh-B의 질량은 4.55 mg/g(Ph-B의 질량/ 나노 입자의 질량)이였고, 탑재효율은 97.6% 였다.
도 4는 pH 4.0 과 pH 6.0에서 pH 감응성 나노 입자로부터 시간에 따른 Rh-B의 방출율을 나타내는 그래프이다. 상기 그래프의 방출율은 방출실험 전 pH 감응성 나노 입자에 탑재된 Rh-B의 양에 대한 일정시간 동안 나노 입자로부터 방출된 Rh-B의 누적량의 비율로 계산한 것이다. 방출실험 7일 경과후 Rh-B의 방출율은 pH 4.0 과 pH 6.0에서 각각 2.8 과 75.3%였다.
<실시예 7>
실시예 1에 따라 제조된 pH 감응성 나노 입자를 EGCG[80% EGCG, Sigma-Aldrich사, 미국]의 농도가 0.01 mg/ml인 용액에 넣고 24시간 경과 후, 입자를 용액에서 꺼내 감압 여과 장치에서 증류수로 표면 세척을 한 후 동결건조 하였다.
pH 감응성 나노 입자에 탑재된 EGCG의 양은 실험 과정에서 일정한 시간 간격으로 EGCG의 흡광도를 측정하여 EGCG 용액 농도와 흡광도 보정곡선을 이용하여 계산하였다. EGCG 용액의 흡광도는 UV-visible spectrophotometer(8435, Agilent)를 이용하여 254nm에서 측정하였다.
pH 감응성 나노 입자를 EGCG용액에 24시간 침지한 후, EGCG의 탑재효율은 18.3% 였다.
<실시예 8>
실시예 1에 따라 제조된 pH 감응성 나노 입자를 아데노신[99% 아데노신]의 농도가 0.01 mg/ml인 용액에 넣고 24시간 경과 후, 입자를 용액에서 꺼내 감압 여과 장치에서 증류수로 표면 세척을 한 후 동결건조 하였다.
pH 감응성 나노 입자에 탑재된 아데노신의 양은 실험 과정에서 일정한 시간 간격으로 아데노신의 흡광도를 측정하여 아데노신 용액 농도와 흡광도 보정곡선을 이용하여 계산하였다. 아데노신 용액의 흡광도는 UV-visible spectrophotometer(8435, Agilent)를 이용하여 254nm에서 측정하였다.
pH 감응성 나노 입자를 아데노신 용액에 24시간 침지한 후, 아데노신의 탑재효율은 8.3% 였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1 은 광중합으로 제조된 pH 감응성 나노 입자를 광학현미경[BX51, Olympus, 일본]으로 관찰한 사진,
도 2는 pH와 (메타)아크릴산 및 폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트의 중량에 따른 pH 감응성 나노 입자의 평형 질량팽윤비를 나타내는 그래프,
도 3은 시간에 따른 pH 감응성 나노 입자에 대한 Rh-B의 탑재효율을 나타내는 그래프,
도 4는 pH 4.0과 6.0에서 pH 감응성 나노 입자로부터 시간에 따른 Rh-B의 방출율을 나타내는 그래프이다.

Claims (10)

  1. (메타)아크릴산, 폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트 및 가교제의 공중합 수화젤을 포함하는 화장품용 pH 감응성 나노 입자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    pH 감응성 나노 입자가 pH 5 이하에서는 수축하고, pH 5 이상에서 팽윤하는 것을 특징으로 하는 화장품용 pH 감응성 나노 입자.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    (메타)아크릴산 및 폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트의 합량에 대하여 (메타)아크릴산이 20 내지 80 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 화장품용 pH 감응성 나노 입자.
  5. 삭제
  6. 제 1항 내지 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 따른 pH 감응성 나노 입자에 기능성 화장품 소재가 탑재되는 화장품용 pH 감응성 나노 입자 전달 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    pH 감응성 나노 입자가 피부에 접촉됐을 때, 기능성 화장품 소재가 pH 감응성 나노 입자 외부로 용출되는 것을 특징으로 하는 화장품용 pH 감응성 나노 입자 전달 시스템.
  8. (메타)아크릴산, 폴리(에틸렌 글리콜)(메타)아크릴레이트, 가교제 및 개시제를 혼합하여 단량체 혼합물을 제조하는 혼합단계;
    상기 단량체 혼합물을 분산 용매에 분산시킨후 광중합하여 pH 감응성 나노 입자를 중합하는 중합 단계; 및
    상기 중합된 pH 감응성 나노 입자를 세척, 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화장품용 pH 감응성 나노 입자의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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