KR100977697B1

KR100977697B1 - 탄소 화합물이 봉입된 미소 입자의 복합체

Info

Publication number: KR100977697B1
Application number: KR1020067006483A
Authority: KR
Inventors: 유키오 나가사키; 가즈노리 가타오카; 료스케 고다카
Original assignee: 도쿠리쓰교세이호징 가가쿠 기주쓰 신코 기코
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2010-08-24
Also published as: CA2542049C; CA2542049A1; EP1672025A1; EP1672025B1; EP1672025A4; US20070077432A1; KR20060129168A; US7410699B2; WO2005035651A1

Abstract

폴리(에틸렌글리콜) 사슬 세그먼트와 제2급 및/또는 제3급 아미노기를 측쇄에 갖는 폴리(메타)아크릴에스테르 사슬 세그먼트를 갖는 블록 코폴리머의 미소 입자 중에 탄소 화합물, 예를 들어, 금속을 내포하고 있어도 되는 플러렌 또는 카본나노튜브를 봉입한 복합체가 제공된다. 그 복합체는, 수가용이며, 활성 산소 소거제로서 사용할 수 있고, 또는 금속을 내포하는 경우에는, 조영제로서 사용할 수 있다.

미소립자, 복합체

Description

탄소 화합물이 봉입된 미소 입자의 복합체{FINELY PARTICULATE COMPOSITE CONTAINING CARBON COMPOUND ENCAPSULATED THEREIN}

본 발명은, 흑연이나 다이아몬드를 제외한, 탄소 원자수 30∼2000으로 이루어지는 폐각(閉殼) 구조의 탄소 화합물이 블록 코폴리머에 유래하는 구조물 (또는 폴리머 미셀) 내에 봉입된 미소 입자의 복합체, 그 미소 입자에 추가로 금속의 초미소 입자가 내포되어 있는 미소 입자의 복합체 및 이들의 복합체의 사용에 관한 것이다.

탄소 원자 만으로 이루어지는 폐각 구조를 취하는 플러렌 및 카본나노튜브는, 그들의 신규 구조 때문에, 다방면에 걸친 기술분야, 예를 들어, 의약, 체내 진단, 화장품 등에서의 사용이 기대되고 있다.

그러나, 플러렌은 물에 불용성이므로, 이들의 기술분야에서 플러렌을 사용하기 위해서는 일정한 제한이 있었다. 그 때문에, 플러렌을 가용화 하기 위해서 플러렌의 탄소 원자에 히드록실기를 도입한 각종 플러롤이 제공되어 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평7-048302호 참조) . 또한, 금속 내포 플러렌에 있어 서는, 그 표면을 술폰기, 케톤기, 아미노기 및 알킬기로 이루어지는 군에서 선택되는 관능기를 갖는 다당류로 피복한 것도 제공되어 있다 (예를 들어, 일본 공개특허 공보 평7-048302호 참조) .

또한, 플루오로알킬 사슬이 말단에 부가된 아크릴로일모르폴린올리고머 또는 N, N-디메틸아크릴아미드올리고머 등의 수용액 중에 플러렌을 가하여 충분히 교반하면, 가용화된 플러렌의 양이 약 1OOμg/ml로 되는 자기 조직화물 (자기 어셈블리) 을 얻을 수 있는 것이 보고되어 있다 (Journal of Colloid and Interface Science, 263, (2003), 1-3 참조) . 또한, 플러렌 (예를 들어, 플러렌 C₆₀) 의 전자 수용성을 이용한 전하 이동 착물화, 또는, 친수성 폴리머, 예를 들어, 폴리(에틸렌글리콜) , 폴리(비닐피롤리돈) , 폴리〔(디메틸아미노)에틸메타크릴레이트〕 등을 사용하는 플러렌의 그래프트화에 의한 C₆₀ 함유 폴리머로 함으로써 플러렌이 가용성이 되는 것도 알려져 있지만, 또한 C₆₀-b-폴리〔(디메틸아미노)에틸메타크릴레이트〕의 제공 및 그 물리학적 성질에 대해 검토되어 있다. (Dai et al., Langmuir 2004, PAGE EST:6.8 A-G) . 덧붙여서 말하면, 이 블록 폴리머는, 수성 용매 중에서 플러렌을 코어로 하고, 그리고 폴리머를 쉘로 하는 미셀을 형성하여 가용화되는 것이 시사되어 있다.

발명의 개시

상기 서술한 바와 같이 종래 기술에서는, 플러렌의 가용화에 일정한 성공이 얻어져 있다. 예를 들어, Journal of Colloid and Interface Science, 263, (2003), 1-3에 의하면, 플러렌의 수용성은 종래, 21.0μg/ml이던 것을, 플러렌과 상기의 올리고머를 실온에서 약 5일간 교반함으로써 약 100μg/ml까지 용해성이 향상된 자기 조직화물을 취득할 수 있는 것으로 보고되어 있다. 그러나, 의약, 체내 진단, 화장품 등의 기술분야에서 사용하기 위해서는, 이러한 플러렌의 용해도로는 반드시 만족할 수 있는 것이 아니다. 한편, C₆₀ 함유 폴리머도 플러렌의 수용성을 높이지만, 그들의 조제는 반드시 용이하지 않다. 따라서, 본원발명의 목적은, 플러렌을 함유하여 이루어지는 안정된 수용액 또는 분산액을 제공할 수 있음과 함께, 물에 대하여, 보다 높은 용해도를 나타내는 플러렌이 봉입된 미소 입자 및 그들의 간이한 제조 방법 및 용도를 제공하는 것에 있다.

본 발명자 들의 일부와 공통되는 저자에 의한 K.Kataoka et al., Macromolecules 1999, 32, 6892-6894는, DNA 등의 생체내 표적으로의 유력한 송달 수단으로서, DNA와 폴리에틸렌글리콜-block-폴리(2-(N, N-디메틸아미노)에틸메타크릴레이트의 폴리머 미셀 복합체를 제공하였다. 한편, 본 발명자 들은, 아니논 하전성을 갖는 DNA 등과는 물성도 구조도 완전히 다른 C₆₀ 플러렌이, 폴리에틸렌글리콜-block-폴리(2-(N, N-디메틸아미노)에틸메타크릴레이트 등의 블록 코폴리머와 수용액 중에서 복합체를 형성함으로써, 그 플러렌이 효과적으로 가용화할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 이러한 개량된 가용화 방법에 의해 형성되는 복합체는, 종래법에 의해 얻을 수 있는 복합체에 비해 보다 높은 수용성을 나타내고, 수용액 상태에 있어서 고농도로 안정되게 유지할 수 있는 것도 확인되었다.

또한, 이러한 개량된 가용화 방법에 의하면, C₆₀ 플러렌에 한하지 않고, 광범한, 탄소 원자수 30∼2000, 바람직하게는 60∼120으로 이루어지는 폐각 구조의 탄소 화합물, 또한 그 탄소 화합물이 금속 초미세 입자를 내포하는 경우조차, 물에 대한 높은 용해도를 나타내고, 또한, 수성 매체 중에서 안정하게 존재할 수 있는 미소 입자의 복합체가 제공될 수 있는 것도 확인되었다. 또한, 그 탄소 화합물만이 봉입된 블록 코폴리머의 구조물은, 수성 매체 중에서 활성 산소를 강하게 소거하는 효과를 갖고, 식품, 의약 및 화장품의 분야에서, 광범하고, 바람직하게 사용할 수 있는 것도 확인되었다.

따라서, 본 발명에 의하면, 탄소 원자수 30∼2000 탄소 원자로 본질적으로 이루어지는 폐각 구조의 탄소 화합물이 폴리머 사슬에 의해 피복된 미소 입자의 복합체로써, 상기 탄소 화합물이, 제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트 및 폴리(에틸렌글리콜) 사슬 세그먼트를 함유하여 이루어지는 블록 코폴리머에서 유래하는 구조물 내에 봉입되어 있고, 또한, 상기 구조물이 전자의 세그먼트를 코어로 하고, 후자의 세그먼트를 쉘로 하는 것을 특징으로 하는 미소 입자의 복합체가 제공된다.

또한, 별도의 양태의 발명으로서, 탄소 원자수 30∼2000의 탄소 원자로 본질적으로 이루어지는 폐각 구조의 탄소 화합물 및 제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트 및 폴리(에틸렌글리콜) 사슬 세그먼트를 함유하여 이루어지는 블록 코폴리머를 쌍극성 비프로톤성 용매에 용해하여, 혼합하고, 다음으로 분획 분자량이 12000∼14000인 투석막을 통하여 수성 용매에 대해 투석함으로써, 그 탄소 화합물이 블록 코폴리머 유래의 구조물 내에 봉입되어 있는 미소 입자의 복합체를 취득하는 것을 특징으로 하는 상기 미소 입자의 복합체의 제조 방법도 제공된다.

또한 별도의 양태의 발명으로서, 상기 미소 입자의 복합체를 유효 성분으로 하는 활성 산소 소거제도 제공된다.

또한 별도의 양태의 발명으로서, 탄소 원자수 30∼2000의 탄소 원자로부터 본질적으로 이루어지는 폐각 구조의 탄소 화합물이 폴리머 사슬에 의해 피복된 미소 입자의 복합체로써, 상기 탄소 화합물이, 제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트 및 폴리(에틸렌글리콜) 사슬 세그먼트를 함유하여 이루어지는 블록 코폴리머에서 유래하는 구조물 내에 봉입되어 있고, 또한, 상기 구조물이 전자의 세그먼트를 코어로 하고, 후자의 세그먼트를 쉘로 하는 것을 특징으로 하는 미소 입자의 복합체도 제공된다.

본 발명에 따른 미소 입자의 복합체는, 조제 후에 한번 동결 건조하여 분말 형상으로 한 경우라도, 수중에 매우 용이하게 고농도로 분산 또는 용해하고, 투명 또는 균질하며, 또한 안정한 용액을 형성할 수 있는 분말 형상물을 제공할 수 있다.

도 1은, PBS의 ESR 스펙트로그램이다.

도 2는, 본 발명의 플러렌 복합체의 수용액의 ESR 스펙트로그램이다.

도 3은, 본 발명의 플러렌 복합체의 수용액의 플러렌 농도에 대한 활성 산소 보충능을 플롯한 그래프이다.

도 4는, 본 발명의 Gd 내포 플러렌 복합체의 투과형 전자 현미경 (TEM) 관찰 결과를 나타내는 도면을 대신하는 사진이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명에서 말하는, 「탄소 원자로부터 본질적으로 이루어진다」란, 본 발명의 목적을 따르는 한, 탄소 원자 이외에 탄소 원자수의 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하, 더욱 바람직하게는 1% 이하의 히드록실기, 옥소기 등을 함유하고 있어도 되는 것을 의미한다. 그러나, 본 발명에서 말하는 탄소 화합물에서 특히 바람직한 것은, 탄소 원자 만으로 이루어지는 탄소 화합물이다. 또한, 폐각 구조란, 한정되는 것은 아니지만, 플러렌 또는 카본나노튜브 등이 취할 수 있는 기지의 구조 외에 탄소 원자가 촘촘히 가득 찬 그물코 구조나, 1 방향 또는 2 방향에 만곡하고 있어도 되는 그물코 구조를 의미하고, 예를 들어, 국제공개 (WO)제93/15768호 팜플렛에 기재된 것이라고 할 수 있다. 그러나, 본 발명의 용도를 고려하면, 본 발명에서 말하는 탄소 화합물은, 이른바 축구공 형상 구조체인 것이 바람직하고, 특히, 그들 자체 공지의 C₆₀, C₈₄, C₃₂, C₅₀, C₆₆, C₇₀, C₇₆, C₇₈, C₉₀, C₉₆ 및 C₁₂₀ 플러렌을 보다 바람직한 것으로서 들 수 있다.

한편, 이러한 탄소 화합물을 봉입한 구조물 (또는 폴리머 미셀) 을 형성할 수 있는 블록 코폴리머는, 친수성 폴리머 사슬 세그먼트로서, 폴리(에틸렌글리콜) 에 유래하는 세그먼트를 함유하고, 그리고 제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트를 함유하며, 본 발명의 목적, 예를 들어, C₃₀∼C₁₂₀ 플러렌 또는 C₂₀₀₀까지의 카본나노튜브를 효율적으로 물에 대하여 가용화 할 수 있는 것이라면 어떠한 분자종이라도 된다.

그러나, 바람직하게는, 일반식 (A) :

[식 중, R^1a는 수소 원자 또는 C_1-6알킬기를 나타내고, R^2a 및 R^3a는 독립하여 C_1-6알킬기를 나타내거나, 또는 질소 원자와 함께 결합하여, 질소 원자 1 또는 2 개, 산소 원자 1 개, 또는 황 원자 1 개를 함유하는 5 또는 6 원자의 복소환을 형성하고,

X는 -O- 또는 -NH- 를 나타내고, 그리고

p 는 2∼6 의 정수이다.] 로 표현되는 모노머에 유래하는 세그먼트를 함유할 수 있다.

상기의 정의에 있어서 사용되는 알킬기 등에 대해, C_1-6알킬기는, 탄소 원자를 1∼6개 갖는 직쇄 또는 분지 알킬이며, 예를 들어, 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부틸, sec.-부틸, tert.-부틸, n-펜틸, n-헥실 등을 함유한다. 또한, R^2a와 R^3a가, 그들이 결합하는 질소 원자와 함께 되어, 5 또는 6원자의 복소환을 형성하는 경우로서는,

를 들 수 있다.

상기의 친수성 폴리머 사슬 세그먼트와 제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트는, 각각의 폴리머를 미리 준비 해두고, 그들을 해당 기술분야에서 주지의 연결 수단에 의해 연결함으로써, 본 발명에서 사용하는 블록 코폴리머 내의 세그먼트로서 삽입할 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용하는 블록 코폴리머를 제공할 수 있는 다른 방법으로서는, 어느 한쪽의 세그먼트에 상당하는 폴리머를 준비 해두고, 그 폴리머의 편말단에 다른 한쪽의 세그먼트를 대응하는 모노머로부터 중합 성장시킴으로써 형성해도 된다. 한정되는 것은 아니지만, 이러한 방법의 대표적인 것으로서는, 상기의 Kataoka et al.,에 기재된 방법을 들 수 있고, 또한, 이러한 방법에 따라 얻을 수 있는, 다음의 일반식 (A-1) :

[식 중, R¹은 수소 원자 또는 C_1-6알킬기를 나타내고, R² 및 R³는 독립하여 C_1-6알킬기를 나타내거나, 또는 질소 원자와 함께 결합하여, 질소 원자 1 또는 2 개, 산소 원자 1 개, 또는 황 원자 1 개를 함유하는 5 또는 6 원자의 복소환을 형성하고,

X' 는 -O- 또는 -NH- 를 나타내고, 그리고

삭제

L 은 C_1-6알킬렌 또는 원자가결합을 나타내고,

Y 는 수소 원자, 히드록실기, 카르복실기, 아미노기, 아세탈화포르밀기 또는 포르밀 (또는 알데히드) 기를 나타내며,

m 은 1∼1O,OOO 의 정수이고,

n 은 10∼20,000 의 정수이며, 그리고

p' 는 2∼6 의 정수이다]

로 표현되는 블록 코폴리머를, 본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있다.

탄소 화합물을 봉입한 구조물 (또는 폴리머 미셀) 은, 상기한 바와 같은 블록 코폴리머에 의해 그 탄소 화합물의 표면이 충분히 피복되고, 그리고 그 탄소 화합물을 물에 대하여 가용화 하도록 구성되어 있는 물체를 의미한다. 한정되는 것은 아니지만, 이러한 구조물은, 탄소 화합물을 코어로서 봉입할 수 있도록 블록 코폴리머의 제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트로 내부 코어 또는 중심부를 구성하고, 그리고 폴리(에틸렌글리콜) 사슬 세그먼트가 외부를 덮도록, 수성 매체 중에서 블록 코폴리머 분자가 회합한 분자 집합체인 것이 바람직하다 (또한, 이러한 분자 집합체를, 본 명세서에서는, 폴리머 미셀이라고도 칭하는 경우가 있다.) . 상기 및 본 명세서에 있어서 사용하는 경우, 수성 매체는, 물, 물과 혼화할 수 있는 유기 용매 (예를 들어, 에탄올, 아세톤, N, N-디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭사이드(DMSO), 아세토니트릴, 등) 와 물의 혼합 용액, 물 또는 그 혼합 용액에, 또한, 완충제 및/또는 침투압 조정제를 함유하고 있어도 되는 용액을 의미할 수 있다.

이론에 의해 구속되는 것은 아니지만, 상기의 구조물에 있어서의 수용성이 높은 폴리(에틸렌글리콜) 사슬 세그먼트는 수성 매체 중에서 가동성이 매우 높고, 브러시 형상으로 구조물 표면을 덮을 수 있기 때문에, 가령, 비수용성의 탄소 화합물을 내부에 봉입한 경우라도, 구조물 전체를 물에 대하여 고도로 가용화 할 수 있는 것으로 이해된다.

이러한 구조물로 이루어지는 미소 입자의 복합체는, 예를 들어, 블록 코폴리머를 용해한 수용액에 플러렌을 가하여, 장시간에 걸쳐 교반하는 것에 의하거나, 그 밖에, 탄소 화합물과 블록 코폴리머를, 그들의 양자를 용해할 수 있는 용매, 예를 들어, 염화메틸렌 등에 용해한 후, 용매를 증류 제거하고, 다음으로 잔류물을 물에 서서히 용해하는 것 같은, 일반적인 폴리머 미셀의 조제에 사용되고 있는 방법에 의해서도 얻을 수 있다. 그러나, 이들의 방법으로 얻을 수 있는 플러렌 등의 탄소 화합물을 봉입한 미소 입자의 복합체는, 대부분의 경우, 물에 대한 용해도가 한정된 것 (예를 들어, 약 1OOμg/ml 이하) 밖에 얻을 수 없었다.

본 발명자 들은, 또한 이러한 조제 방법에 대해 검토한 바, 일반적으로는 폴리머 미셀의 형성 효율이 떨어진다고 되어 있는 방법의 범주에 들어 가는, 쌍극성 비프로톤성 용매에 플러렌을 비롯한 탄소 화합물과 블록 코폴리머를 용해시키고, 다음으로, 투석 처리함으로써 취득할 수 있는 미소 입자의 복합체는, 상기의 방법에 의해 취득할 수 있는 복합체에 비해, 물에 대하여 유의하게 높은 용해도 (예를 들어, 약 500μg/ml 이상, 예를 들어, 약 1mg/ml∼약 4mg/ml) 를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 서술한 미소 입자의 복합체의 제조 방법도 본 발명의 하나의 양태로서 제공된다.

이러한 제조 방법에 있어서 사용할 수 있는, 쌍극성 비프로톤성 용매로서는, 상기한 바와 같이 높은 용해도를 제공할 수 있는 것이라면, 종류에 관계 없이 사용할 수 있지만, 바람직하게는, DMF 및 DMSO를 들 수 있다. 우선, 이러한 용매 중에 플러렌을 비롯한 탄소 화합물과 블록 코폴리머를 용해시킨다. 용해시키는 순서는, 탄소 화합물, 다음으로 블록 코폴리머를, 그 반대로, 블록 코폴리머, 다음으로 탄소 화합물을, 각각 순차로 용해시키거나, 또는 양자를 동시에 용해시켜도 된다. 용해에 임하여, 필요에 따라 용매의 비점까지 가온해도 되지만, 실온에서 처리해도 된다. 또한, 용해 및 혼합할 때에, 용액을 초음파 처리해도 된다. 이렇게 해서 얻을 수 있는 용액은 필요에 따라, 불용물을 여과에 의해 제거한 후, 실온에서 일정 시간 (수시간 내지 하룻밤) 정치한다. 그 후, 원하는 분획 분자량의 투석막을 통하여, 물, 바람직하게는 증류수에 대하여 투석한다. 투석은, 통상, 비처리 용액에 대하여 약 10배 이상의 물에 대하여 2시간, 3회 이상 실시하고, 마지막은 밤새도록 투석한다. 또한, 분획 분자량 12000-14000의 투석막을 사용하는 것이 바람직하고, 또한, 투석막은, 사용전에 증류수를 사용하여 충분히 팽윤시켜 놓는 것이 좋다. 상기의 조작은, 모두 실온에서 실시할 수 있지만, 필요에 의해, 냉각하 (예를 들어, 0∼5℃) , 또는 가온하 (40∼80℃) 에서 행할 수도 있다. 이렇게 해서, 탄소 화합물이 폴리머 미셀 내에 봉입된 미소 입자의 복합체로서, 실온, 예를 들어 25℃의 증류수에 대한 용해도가 500μg/ml 이상인 복합체를 효율적으로 얻을 수 있다. 탄소 화합물 및 블록 코폴리머의 혼합액 중에서의 농도는, 사용 용매에 용해할 수 있는 한, 한정되지 않지만, 통상, 용액의 체적당, 탄소 화합물은, O.001 wt%∼1O wt% 의 범위 내에서, 블록 코폴리머는, 0.001 wt%∼2 wt%의 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 탄소 화합물 만이 봉입된 미소 입자의 복합체는, 블록 코폴리머의 구조물 내에 봉입되어 있고, 탄소 화합물 만이 봉입되어 있는 것에 불과하지만, 수성 매체 중에서 강한 활성 산소의 소거 작용을 나타낸다. 따라서, 활성 산소가 악영향을 미치는 환경, 특히, 생체 내외에 있어서, 활성 산소 소거제로서 사용할 수 있다. 구체적인 사용 대상으로서는, 유기 또는 무기의 항산화제 또는 슈퍼옥사이드디스무타제 (SOD) 등을 유리하게 사용할 수 있는 분야, 식품의 예를 들면, 지질의 산화 열화의 방지, 화장품의 예를 들면, 노화 방지용 스킨 케어, 또는 의약에 있어서의, 예를 들면, 제암제 등으로서 사용할 수 있다.

상기의 본 발명의 하나의 양태로서 제공되는 미소 입자의 복합체의 제조 방법에 의하면, 상기의 탄소 화합물 대신에, 금속의 초미세 입자를 내포한 복합체를 사용하는 경우라도, 물에 대한 높은 용해도 또는 수성 매체 중에 안정하게 유지할 수 있는 균질 분산액을 제공할 수 있다.

따라서, 상기 서술한 그 탄소 화합물의 폐각 구조 내에 금속 원소 또는 그 이온 형태에 있는 금속의 초미소 입자가 내포되어 있는 것도 특징으로 하는 미소 입자의 복합체도 별도의 양태의 본 발명으로서 제공된다. 이러한 금속은, 수성 매체에 대하여 가용화 할 수 있음으로써 유용성이 높아지는 기술분야, 예를 들어, 의료, 진단, 식품의 기술분야에서 사용되고 있는 것이면, 어떠한 것이라도 된다. 따라서, 질병 또는 생체의 어떠한 기관의 상해의 검진 또는 진단에 있어서 사용하는 조영제(造影劑)로서 사용되고 있는 금속, 예를 들어, 가돌리늄 (Gd) , 유로피움 (Eu) , 테르븀 (Tb) 및 에르븀 (Er) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 원소에 유래하는 상자성 금속, 그 밖에, 아연, 구리, 마그네슘, 철, 백금 등의 산화물을 제공할 수 있는 원소에 유래하는 금속 등이 본 발명이 말하는 금속으로서 사용된다. 이들의 금속은, 이온의 형태일 수도 있다. 또한, 이들의 금속은 초미소 입자 상태로 탄소 화합물에 내포될 수 있지만, 초미소 입자란, 전형적으로는, 상기의 플 러렌 또는 카본나노튜브에 내포될 수 있는 사이즈의 것을 말한다. 이러한, 금속이 내포된 플러렌은, 일부는 시판되고 있어, 그들을 그대로 사용할 수 있지만, 그 자체 공지된 방법, 예를 들어, 상기의 일본 공개특허공보 평8-143478호에 기재되어 있는 것 같이, 예를 들어, 목적으로 하는 금속의 산화물을, 그래파이트와 함께, 고온 고압하에서 레이저 증발시키는 것 등에 의해 얻을 수 있다.

또한, 그 탄소 화합물의 폐각 구조 내에 금속 원소 또는 그 이온 형태인 금속의 초미소 입자가 내포되어 있는 것도 특징으로 하는 미소 입자의 복합체에 관한 블록 코폴리머 등에 대한 바람직한 양태는, 상기 서술한 탄소 화합물 만이 봉입된 복합체에 대한 것과 공통한다.

이와 같이, 예를 들어, 상자성 금속 원소를 내포한 탄소 화합물을 블록 코폴리머로 형성되는 구조물 (또는 폴리머 미셀) 안에 봉입한 미소 입자의 복합체는, 수성 매체 중에 고농도로 안정하게 유지할 수 있기 때문에, 혈관 내에 투여하여 사용하는 조영제로서 유용하다.

이하, 구체예를 참조하면서 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠지만, 본 발명을 이들에 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다.

블록 코폴리머의 제조예

아르곤하 200ml 둥근 플라스크에 용매로서 증류 테트라히드로푸란 (THF) 50ml를 넣고, 개시제로서 3, 3'-디에톡시-1-프로판올 (Mw=148, d=0.941) 을 157μl 넣었다. 그 후, 칼륨나프탈렌 (K-Naph(c=0.3656 mol/l)) 을 2.73ml 넣어 메탈화하였다.

다음으로 에틸렌옥사이드 (EO(Mw=44, d=0.88)) 5.68ml를 넣은 후 수냉하에서 2일간 교반하였다. 2일 후, 소량을 샘플링하여, GPC에서 해석 한 후, 2-(N, N-디메틸아미노)에틸메타크릴레이트(PAMA; MW=157.21) 를 4.29ml 넣고, 수냉하에서 30분 교반하여, GPC에서 샘플링하였다. 최후에 메탄올로 반응을 정지시켰다.

반응 정지 후, 이소프로필알코올 재침, 원심 분리하여, 벤젠 동결 건조를 하고, 회수하였다.

정제한 폴리머의 분자량은 PEG/PMAMA=4,500/5,500이었다.

복합체의 조제예 1: 투석법에 의한 수중에서의 플러렌의 분산 안정화

C₆₀ 플러렌: 아세탈-PEG-PMAMA 블록 코폴리머 (PEG/PAMA=4,500/5,500) 의 혼합비 (F:P) 가, 1:0, 1:0.5, 1:1이 되도록 용매 디메틸포름아미드 (DMF) 25ml 중에 플러렌 1mg, 블록 코폴리머 13.8mg을 가하여 (F:P=1:1의 경우) , 6시간 초음파 처리 한 후, 하룻밤 정치하였다. 그 후, 증류수에서 하룻밤 팽윤시킨 분획 분자량12000-14000의 투석막 중에 용액을 넣고, 투석하였다 (물교환 3회) . 이렇게 해서 얻어진 30ml의 플러렌 내포 미소 입자의 용액의 용매를 동결 건조에 의해 제거하고, 그 후 증류수 5mL 가하여, 재분산시켰다. 그 후, 다시 DLS를 측정하였다.

이렇게 해서 얻어지는 농축 용액은 플러렌 특유의 흑갈색을 보였다. 블록 코폴리머 비존재 하에서는 농축에 의해 탁도를 발생하지만, 본 발명에 따른 복합체에서는 동결 건조 후에도 매우 용이하게 수중에 분산 용해하였다. 혼합비가 F:P= 1:1, 1:0.5인 것에 대해 다시 DLS 측정을 해 본 바, 농축 재분산 하기 전보다는 포톤카운트가 증가하였지만, 이전 측정한 값에 비해 충분한 포톤카운트를 얻을 수 없었다. 이와 같이 이상의 조건에서 조제한 플러렌 입자는 광산란에 의해 검출할 수 있는 입경 (약 3nm) 이하의 거의 분자 형상 분산에 가까운 형태로 분산하고 있는 것으로 추측된다.

복합체의 조제예 2: 버블링 증발법에 의한 수중에서의 C₆₀ 플러렌의 분산 안정화

플러렌 1mg을 염화메틸렌용매 25ml에 섞고, 초음파를 가함으로써 염화메틸렌 속에 용해시켰다. 그 후, 아세탈-PEG-PMAMA 블록 코폴리머 (PEG/PMAMA=4,500/5,500) 139mg을 용매에 넣고, 초음파를 2시간 가한 후, 하룻밤 정치하였다.

이렇게 하여 조제한 염화메틸렌용액을, 아르곤 버블링하고 있는 증류수 40ml에 적하하고 있었다. 이와 같이 조제한 용액은, 상기의 제조예 1에 기재된것과 마찬가지로, 담황색의 투명 용액을 부여하는 미소 입자의 복합체를 제공하였다. 얻어진 수중 분산 안정화 플러렌 복합체의 용액의 DLS 측정한 결과, 입경 170nm 정도의 나노 입자가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

복합체의 제조예 3: 고농도 플러렌 수용액의 제조예

C₆₀ 플러렌 100mg을 150ml의 DMF 용액에 실온 하에서 혼합하여, 초음파 처리를 3시간 행하였다. 그 후, 용액을 0.45μm (밀리포아사 제조) 의 소수성 필터에 의해 용매에 불용인 물질을 제거하고, 다음으로 용매에 대하여 폴리머 농도가 5mg/ml가 되도록 아세탈-PEG-PMAMA 블록 코폴리머 (PEG/PMAMA=5,000/5,900) 를 가하여 하룻밤 정치하였다. 그 후, 증류수에 하룻밤 팽윤시킨 분획 분자량 12000-14000의 투석막제의 백에 용액을 넣고, DMF:증류수 (150:2000) 2리터에 대하여 투석을 하였다 (물교환: 5회, 2, 4, 6, 8, 10시간 째에 교환, 24시간 후에 회수) .

그 후, 투석 처리를 끝마친 용액을 동결 건조시켜, 분말로 한 후, 그 샘플을 400μl의 증류수를 사용하여 재용해시켜, UV-Vis 스펙트럼을 측정하고, 플러렌의 흡광도로부터 용해도를 산출한 바, 2.9mg/ml 라는 고농도로 플러렌을 수중에 가용화할 수 있었다.

플러렌 봉입 미소입자의 복합체의 활성 산소의 소거 작용의 확인

스핀트랩제인 5,5-디메틸-1-피롤린 N-옥사이드 (DMPO) 를 MilliQ로 2배 희석한 것을 30μl, MilliQ로 조제한 100mM 인산완충화용액 (PBS) 으로 조제한 5mM 히폭산틴 (HPX) 을 50μl, 9.625mM 디에틸렌트리아민-N, N, N', N", N"-5아세트산 (DTPA) 을 20μl 샘플 (1.PBS, 2. 플러렌 용액) 각 50μl, 0.4 U/ml 크산틴옥시다제 (XOD) 의 50ml를 순차로 용기에 넣고, XOD 첨가 90초 후에 ESR를 사용하여 스펙트럼을 측정하였다.

ESR 스펙트럼법의 측정 조건은, 출력: 9mW, 중심 자장: 339.9mT, 소인폭 :± 5mT, 변조폭: 79μT, 소인 시간: 1분, 증폭: 630, 응답 시간 (Time constant : 0.1초였다.

샘플로서 PBS 및 아세탈-PEG-PMAMA 블록 코폴리머 (PEG/PMAMA=5,000/5,900) 의 폴리머 미셀 봉입 플러렌 미소 입자 용액의 ESR 스펙트로그램을 각각, 도 1 및 도 2에 나타낸다. 이들의 스펙클을 적분하여, 면적을 비교함으로써 활성 산소억제 효과를 비교하였다. 활성 산소 억제 작용이 없는 PBS를 사용한 것을 100%로 하였을 때, 미소 입자 용액의 면적은 약 30% 였다.

도 3에는, 플러렌 농도에 대한 활성 산소 보충능을 플롯한 결과를 나타낸다. 이 결과에서, IC_50fulleree= 361.76μg/ml였다.

가돌리늄 내포 플러렌과 아세탈-PEG-PMAMA 블록 코폴리머 복합체의 제조 및 수완화 시간의 측정

Gd 내포 C₈₂ 플러렌 (Gd@C₈₂) 1mg을 DMF 1Omg과 혼합하고, 3시간 초음파 처리를 행하였다. 그 후, DMF 에 대하여 농도가 5mg/ml가 되도록 아세탈-PEG-PMAMA 블록 코폴리머 (PEG/PMAMA=5,000/5,900) 를 넣고, 1시간 초음파 처리를 행하였다. 다음으로, 하룻밤 증류수 속에서 팽윤시킨 분획 분자량 12000-14000의 투석막제의 백에 상기 처리액을 넣고, 증류수 2리터에 대하여 투석하였다 (물교환 3회, 2, 5, 10시간 째, 그리고 24시간 후에 회수하였다) . 조제한 샘플의 투과형 전자 현미경 (TEM) 관찰 결과를 나타내는 도면을 대신하는 사진을 도 4에 나타낸다.

조제한 a) Gd@C₈₂/블록 코폴리머의 복합체 및 b) C₆₀/블록 코폴리머의 복합체를 각각 H₂O:D₂O=50:50의 혼합 용매 중에 녹여, 샘플을 조제하였다. 플러렌 농도는 UV-Vis 스펙트럼의 흡광도에서 산출하고, 각각 (a) 23.36×10^-3mM 및 (b) 31.93×10^-3mM 였다.

완화 시간 측정 (T₁ 측정) 은, 우선, Null법을 사용하여 T₁ null 포인트를 구하고, 그 값에 의해 T₁을 추측하고, 측정 조건을 각각 설정하여 측정하였다.

완화 시간 단축 효과를 나타내는 지표가 완화도 (또는 완화능, relaxivility (R)) 이며, 조영제 농도를 C(m mol/l) , 조영전의 종완화 시간 (즉, 용매의 종완화 시간) 을 T₁₀, 조영제 투여후의 완화 시간 (샘플 존재 하에서의 완화 시간) 을 T_1p로 하면, R은 다음 식으로 정의된다.

여기에서, 완화 시간의 역수인 1/T₁은 완화 속도 (relaxation rate) 로 불리고, 그 이름대로 완화의 속도를 나타내는 지표이다. 또한, 완화도 (R) 는 조영제가 조직에 분포하여 단위 농도가 된 경우에 얼마만큼 완화 속도가 빠른지를 나타내고 있다. 즉, R이 크면 클수록 조영제의 완화 속도 촉진 효과 (완화 시간 단축 효과) 가 큰 것을 의미한다.

각각의 샘플의 농도 및 T₁, 사용 용매의 완화 시간을 기초로 완화도 R을 산출하여, 비교 검토하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1로부터 Gd@C₈₂/폴리머의 복합체는 유의하게 R 값이 높고, MRI용 조영제로서 유망하다.

[표 1]

샘플	T₁ (초)	R₁
Gd@C₈₂/폴리머	2.726	13.36
C₆₀/폴리머	4.402	5.4
D₂O+H₂O	18.271	0

본 발명에 따른, 플러렌 또는 카본나노튜브 또는 금속 내포 플러렌과 블록 코폴리머의 미소 입자의 복합체는, 플러렌을 수가용화 할 수 있기 때문에, 의약, 진단약 등의 분야에서의 플러렌의 사용 범위를 확대할 수 있다. 따라서, 본 발명은 의약 제조업 등에서 이용할 수 있다.

Claims

탄소 원자수 30∼2000의 탄소 원자 및 탄소 원자수의 5 %이하의 히드록실기 또는 옥소기로 이루어지는 플러렌 또는 카본나노튜브가 취할 수 있는 폐각(閉殼) 구조의 탄소 화합물이 폴리머 사슬에 의해 피복된 미소 입자의 복합체로서,

상기 탄소 화합물이, 제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트 및 폴리(에틸렌글리콜) 사슬 세그먼트를 함유하여 이루어지는 블록 코폴리머에서 유래하는 구조물 내에 봉입되어 있고, 또한, 상기 구조물이 전자의 세그먼트를 코어로 하고, 후자의 세그먼트를 쉘로 하는 것을 특징으로 하는 미소 입자의 복합체.
제 1 항에 있어서,

25℃의 증류수에 있어서의 용해도가, 0.5mg/ml 이상인 미소 입자의 복합체.
제 1 항에 있어서,

제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트가, 일반식 (A) :

[식 중, R^1a는 수소 원자 또는 C_1-6알킬기를 나타내고, R^2a 및 R^3a는 독립하여 C_1-6알킬기를 나타내거나, 또는 질소 원자와 함께 결합하여, 질소 원자 1 또는 2 개, 산소 원자 1 개, 또는 황 원자 1 개를 함유하는 5 또는 6 원자의 복소환을 형성하고,

X 는 -O- 또는 -NH- 를 나타내며, 그리고

p 는 2∼6 의 정수이다.]로 표현되는 모노머에서 유래하고, 그리고 25℃의 증류수에 있어서의 용해도가, 0.5mg/ml 이상인 미소 입자의 복합체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

블록 코폴리머가, 일반식 (A-1) :

[식 중, R¹은 수소 원자 또는 C_1-6알킬기를 나타내고, R²및 R³는 독립하여 C_1-6알킬기를 나타내거나, 또는 질소 원자와 함께 결합하여, 질소 원자 1 또는 2 개, 산소 원자 1 개, 또는 황 원자 1 개를 함유하는 5 또는 6 원자의 복소환을 형성하고,

X'는 -O- 또는 -NH- 을 나타내고, 그리고

L 은 C_1-6알킬렌 또는 원자가결합을 나타내고,

Y 는 수소 원자, 히드록실기, 카르복실기, 아미노기, 아세탈화포르밀기 또는 포르밀(또는 알데히드)기를 나타내며,

m 은 1∼1O,OOO의 정수이고,

n 은 10∼20,000의 정수이며, 그리고

p' 는 2∼6의 정수이다.]로 표현되는 미소 입자의 복합체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

탄소 화합물이 탄소 원자만으로 이루어지는 C_30-120 플러렌인 미소 입자의 복합체.
하기에 의해, 탄소 화합물이 블록 코폴리머 유래의 구조물 내에 봉입된 미소 입자를 취득하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항에 기재된 미소 입자의 복합체의 제조 방법:

탄소 원자수 30∼2000의 탄소 원자 및 탄소 원자수의 5 %이하의 히드록실기 또는 옥소기로 이루어지는 플러렌 또는 카본나노튜브가 취할 수 있는 폐각(閉殼) 구조의 탄소 화합물 및 제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트 및 폴리(에틸렌글리콜) 사슬 세그먼트를 함유하여 이루어지는 블록 코폴리머를 쌍극성 비프로톤성 용매에 용해, 혼합하고, 다음으로 분획 분자량이 12000∼14000인 투석막을 통하여 수성 용매에 대하여 투석함.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 미소 입자의 복합체를 유효 성분으로 하는 활성 산소 소거제.
제 7 항에 있어서,

식품, 의료 또는 피부 과학적 또는 화장품의 분야에서 사용하는 것인 활성 산소 소거제.
탄소 원자수 30∼2000의 탄소 원자 및 탄소 원자수의 5 %이하의 히드록실기 또는 옥소기로 이루어지는 플러렌 또는 카본나노튜브가 취할 수 있는 폐각 구조의 탄소 화합물이 폴리머 사슬에 의해 피복된 미소 입자의 복합체로서,

상기 탄소 화합물이, 제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트 및 폴리(에틸렌글리콜) 사슬 세그먼트를 함유하여 이루어지는 블록 코폴리머에서 유래하는 구조물 내에 봉입되어 있고, 또한, 상기 구조물이 전자의 세그먼트를 코어로 하고, 후자의 세그먼트를 쉘로 하는 것을 특징으로 하며, 또한 상기 탄소 화합물의 폐각 구조 내에 플러렌 또는 카본나노튜브에 내포될 수 있는 사이즈의 금속 원소 또는 그의 이온 형태인 금속 입자가 내포되어 있는 것을 특징으로 하는 미소 입자의 복합체.
제 9 항에 있어서,

금속 원소 또는 그 이온 형태에 있는 금속이 상자성 금속인 미소 입자의 복합체.
제 10 항에 있어서,

상자성 금속이, 가돌리늄, 유로피움, 테르븀 및 에르븀으로 이루어지는 군에서 선택되는 원소에서 유래하는 것인 미소 입자의 복합체.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

제3급 아미노기 및/또는 제2급 아미노기를 측쇄에 담지한 반복 단위를 함유하는 폴리머 사슬 세그먼트가, 일반식 (A) :

[식 중, R^1a는 수소 원자 또는 C_1-6알킬기를 나타내고, R^2a 및 R^3a는 독립하여 C_1-6알킬기를 나타내거나, 또는 질소 원자와 함께 결합하여, 질소 원자 1 또는 2 개, 산소 원자 1 개, 또는 황 원자 1 개를 함유하는 5 또는 6 원자의 복소환을 형성하고,

X는 -O- 또는 -NH- 을 나타내고, 그리고

p 는 2∼6의 정수이다.]로 표현되는 모노머에서 유래하는 미소 입자의 복합체.
제 12 항에 있어서,

블록 코폴리머가, 일반식 (A-1) :

[식 중, R¹은 수소 원자 또는 C_1-6알킬기를 나타내고, R² 및 R³는 독립하여 C_1-6알킬기를 나타내거나, 또는 질소 원자와 함께 결합하여, 질소 원자 1 또는 2개, 산소 원자 1 개, 또는 황 원자 1개를 함유하는 5 또는 6 원자의 복소환을 형성하고,

X' 는-O-또는-NH-를 나타내고, 그리고

L 은 C_1-6알킬렌 또는 원자가결합을 나타내고,

Y 는 수소 원자, 히드록실기, 카르복실기, 아미노기, 아세탈화포르밀기 또는 포르밀(또는 알데히드)기를 나타내고,

m 은 1∼1O,OOO의 정수이며,

n 은 10∼20,000의 정수이고, 그리고

p' 는 2∼6의 정수이다.]로 표현되는 미소 입자의 복합체.
제 11 항에 기재된 미소 입자의 복합체를 유효 성분으로서 함유하여 이루어지는 조영제.