KR101012584B1 - 알루미나 및 알루미나의 표면에 부착된 화합물을 함유하는입자들을 포함하는 조성물, 전달 시스템 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

다양한 기능성 화합물을 위한 전달 시스템이 개시된다. 이 전달 시스템은 실리카 및/또는 알루미나를 함유하는 조성물을 사용한다. 특정 잔기를 함유하는 다양한 기능성 물질이 실리카 및/또는 알루미나 상에 흡착될 수 있고 원하는 바와 같이 사용될 수 있다. 기능성 화합물은 예를 들면 약물, 생체이물질, 항균제, 항바이러스제, 자외선 흡수제, 탈취제, 방향제 등일 수 있다. 예를 들면 한 특정 실시양태에서, 특정 염료가 알루미나 표면 상에 흡착될 수 있다. 일단 염료가 알루미나 표면 상에 흡착되고 나면, 그 결과의 입자는 액체 비히클과 합체하여 임의의 적합한 인쇄 공정에 사용된다.
기능성 화합물, 전달 시스템, 촉발적 방출, 알루미나, 실리카

Description

알루미나 및 알루미나의 표면에 부착된 화합물을 함유하는 입자들을 포함하는 조성물, 전달 시스템 및 제조 방법{Composition Comprising Particles Containing Alumina With Compounds Bound To The Alumina Surface, Delivery Systems And Methods Of Preparation Thereof}
전달 시스템은 일반적으로 기능성 물질을 원하는 위치에 전달하는 것을 돕거나 달리 촉진하는 시스템을 말한다. 기능성 물질은 일단 원하는 위치에 전달되고 나면 기재 상에서 작용하거나 달리 이점을 제공하는 임의의 물질일 수 있다. 전달 시스템의 사용으로부터 이점을 얻을 수 있는 기능성 물질의 예는, 환자에게 섭취, 국소 도포 또는 피하 주사되도록 의도된 약물, 방향제, 비타민 및 영양제, 및 다양한 기타 수많은 첨가제를 포함한다.
한 특정 용도에서, 예를 들면, 기능성 물질은 기재상에 인쇄 또는 달리 도포되도록 의도된 염료일 수 있다. 과거에는, 염료를 직물과 같은 기재에 도포하는 것을 촉진하도록 의도된 다양한 염료 전달 시스템이 제안되어 왔다. 전달 시스템은, 예를 들면, 염료를 기재에 고정시키거나, 염료가 태양광에 노출되었을 때 소실하는 것을 방지하거나, 염료가 환경에 노출되었을 때 열화하는 것을 방지하거나, 염료를 기재에 도포하는 것을 촉진하거나, 예를 들면 염료를 보다 안정하게 만들도록 의도된다.
당해 분야의 근래의 발전을 보더라도, 기능성 물질을 위한 전달 시스템을 추가로 개선할 필요가 여전히 있다. 예를 들면, 비교적 값비싼 화학 배합물을 사용하지 않거나, 기능성 물질을 전달 시스템에 혼입시키기 위한 임의의 복잡한 처리 단계를 필요로 하지 않는, 다양한 기능성 물질에 결합할 수 있는 전달 시스템에 대한 필요성이 현재 존재한다. 염료와 관련해서는, 음성으로 하전된 표면에 염료를 고정시킬 수 있는 염료 전달 시스템에 대한 필요성도 당해 분야에 존재한다. 예를 들면, 음성 표면 전하를 갖는 천연 또는 합성 중합체 섬유를 함유하는 직물에 염료를 고정시킬 수 있는 염료 전달 시스템에 대한 필요성이 현재 존재한다. 약물 및 영양 물질과 관련해서는, 약물 또는 기타 건강 관련 화합물을 전달 시스템에 고정시킬 수 있는, 상기 물질을 위한 전달 시스템에 대한 필요성도 당해 분야에 존재한다. 이러한 약물을, 특정 사건 또는 촉발이 발생할 때에, 쉽게 및/또는 선택적으로 방출하는 전달 시스템에 대한 필요성도 존재한다. 약물 또는 기타 건강 관련 화합물의 방출을, 그것이 필요한 장소 및 시간에 선택적으로 촉발시키는 방법에 대한 필요성도 존재한다.
발명의 요약
본 발명은 일반적으로 다양한 기능성 물질을 위한 전달 시스템에 관한 것이다. 기능성 물질은 예를 들면 착색제, 자외선 흡수제, 약물, 탈취제, 방향제, 항균제, 항바이러스제, 항생제, 생체이물질(xenobiotic), 영양제(영양 물질) 등일 수 있다. 본 발명에 따라, 기능성 물질은 입자 상에 흡착된다. 예를 들면 기능성 물질은, 실리카 입자, 또는 입자 내에 또는 입자 상에 함유된 알루미나 상에 흡착된 다. 그러면 그 결과의 입자는 액체 비히클과 같은 비히클인 것처럼 사용되거나 비히클과 합체하여, 기능성 물질을 원하는 위치에 전달할 수 있게 된다. 또한 그 결과의 입자, 또는 입자를 함유하는 비히클은 붕대 또는 탐폰과 같은 약물 전달 장치 내에 혼입될 수 있다.
예를 들면, 기능성 물질이 착색제인 경우, 본 발명의 입자는 액체 비히클 내로 혼입되어 임의의 통상적인 인쇄 수단에 의해 기재에 도포될 수 있다. 기능성 물질이 약물 또는 영양 화합물과 같은 건강 관련 화합물인 경우, 입자는 마찬가지로 비히클 내로 혼입되어, 환자의 신체에 밀접하게 위치하거나 신체와 접촉하거나 신체의 내부에 놓일 수 있는 붕대 또는 약물 전달 장치와 같은 기재에 도포될 수 있다. 이러한 용도의 경우, "환자의 신체"란 인간 또는 동물 신체이다. 이러한 방식으로, 기능성 물질은 환자의 신체 상의 또는 신체 내의 특정 위치에 전달될 수 있다. 다른 한편으로는, 이러한 입자는, 괜찮다면, 기능성 물질을 원하는 위치에 전달하기에 적합하도록 내부적으로 환자에 의해 섭취될 수 있다. 또다른 실시양태에서, 화학물질, 신체 배출물, 수분 또는 환경적 자극(예를 들면 pH 변화)에의 노출과 같은 촉발적 사건이 발생한 후, 기능성 물질은 특정 위치 또는 시간에 입자로부터 촉발적으로 방출될 수 있다.
따라서, 한 실시양태에서, 본 발명은 알루미나를 함유하는 입자에 관한 것이다. 입자 내에 함유된 알루미나의 적어도 일부분은 입자의 표면 상에 존재한다. 기능성 화합물은 입자의 표면 상의 알루미나에 결합된다. 알루미나와 결합하기 전의 기능성 화합물은 하기 기중 하나 이상을 포함하는 잔기, 그의 호변이성질체, 또 는 그의 기능적 등가물을 함유한다.
Figure 112005029572633-pct00001
상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 수소, 알킬기 또는 아릴기를 포함한다.
상기 잔기는 기능성 화합물상에 있는 것처럼 존재할 수 있다. 그러나 다른 한편으로는, 각각의 상기 잔기는 상기 명시된 탄소쇄에 부착된 추가의 R기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 임의의 이러한 R기는, 잔기와 알루미나의 결합 형성을 방해하지 않는 한, 상기 잔기와 결합한 채로 출현할 수 있다.
상기 잔기는, 본 발명의 조성물을 형성하는데 있어서, 알루미나와 결합을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 특히 중요하게는, 몇몇 실시양태에서, 기능성 화합물은 알루미나의 양성 전하 특성을 크게 변경시키지 않고서도 알루미나와 결합할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 예를 들면, 특정 조건에서, 알루미나는 양성 표면 전하를 가질 수 있다. 기능성 물질이 알루미나에 결합한 후에라도, 그 결과의 구조물이 여전히 양성 전하를 유지한다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 한 실시양태에서는, 양성으로 하전된 입자가 형성된다. 입자는 양성 전하를 갖기 때문에, 쿨롱의 법칙에 따라, 음성 전하를 운반하는 기재의 표면에 견고하게 고정될 수 있다.
본 발명의 한 특정 실시양태에서는, 착색제 화합물을 함유하는 신규한 기록 매체, 잉크, 및 나노입자가 제조될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 기록 매체는 기재에 도포되면, 개선된 내수성 및 내세제성을 나타낸다. 예를 들면, 본 발명의 전달 시스템은 특히 음성 전하를 갖는 기재에 대한 기록 매체의 내구성을 개선시킬 수 있다. 예를 들면, 한 실시양태에서, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유 등과 같은 합성 중합체 섬유를 함유하는 기재에 결합되는 잉크-젯 잉크와 같은 기록 매체를 본 발명에 따라 제조할 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서는, 약물이 목표하는/원하는 신체 위치에서 또는 원하는 순간에 방출되도록, 약물과 같은 기능성 물질이 운반체 입자(예를 들면 알루미나, 실리카 또는 알루미나로 코팅된 실리카 입자)로부터 선택적으로 방출될 수 있다. 이러한 실시양태에서는, 입자를 환경 조건의 변화, 예를 들면 pH 변화에 노출시킴으로써, 이러한 선택적 방출을 수행할 수 있다. 예를 들면, 입자를 알칼리성 환경에 노출시킴으로써, 이러한 선택적 방출을 수행할 수 있다. 다른 한편으로는, 입자를 산성 환경에 노출시킴으로써, 이러한 선택적 방출을 수행할 수 있다. 또한, 운반체 입자를 특정 화학적 자극에 노출시킴으로써, 이러한 선택적 방출을 수행할 수 있다. 본 발명의 또다른 실시양태에서는, 건강 관련 화합물을 적용하는 방법은 건강 관련 화합물로 입자를 코팅시키고, 이 입자를 환경 조건의 변화 또는 화학적 자극에 노출시켜 화합물을 선택적으로 방출시킴을 포함한다.
한 실시양태에서, 기능성 화합물은 염기성 또는 산성 환경 조건에서 선택적으로 방출될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 한 특정 실시양태에서, 기능성 화합물은 효모균으로 감염된 질의 염기성/알칼리성 환경에서 방출될 수 있다. 두번째 실시양태에서, 기능성 화합물은 위의 산성 환경을 통과한 후 감염을 치료하기 위해 소장의 염기성 환경에서 방출될 수 있다. 추가의 또다른 실시양태에서는, 이러한 전달 또는 이러한 처치의 성공을 제공하고 알려주기 위해서, 경보와 같은 환경적 자극의 결과로, 또는 약물 전달의 완료와 관련해서, 기능성 화합물이 방출될 수 있다. 다른 한편으로는, 이러한 지표는 수분 또는 신체 유체가 출현한 결과로 방출될 수도 있다. 이러한 지표 또는 신호는 염료 또는 방향제의 형태일 수 있다. 이러한 대부분의 상황에서는, 기능성 화합물이 방출되는 동안, 입자는 기재 상에 남아있거나 달리 환자의 신체를 통과한다.
추가의 또다른 실시양태에서, 이러한 지표 또는 신호는 한 유형의 입자 상에 함유된 기능성 물질일 수 있으며, 이러한 코팅된 입자는 건강 관련 화합물(약물 및/또는 영양 화합물)을 함유하는 상이한 추가의 입자와 함께 포함될 수 있다. 추가의 또다른 실시양태에서, 기능성 물질은 운반체 입자의 부위에 의도적으로 가해진 특정 화학적 자극에 응답하여 방출될 수 있다. 추가의 또다른 실시양태에서, 환자 신체의 치료에 있어서, 촉발적 방출 전달 시스템을 사용하는 방법은 알루미나 입자, 알루미나로 피복된 입자 및 실리카 입자 중에서 선택된 1종 이상의 입자를 제공하는 단계; 하나 이상의 건강 관련 기능성 화합물을 입자 또는 입자들의 표면에 흡착시켜 적어도 부분적으로 코팅된 입자 또는 입자들을 형성하는 단계; 적어도 부분적으로 코팅된 입자 또는 입자들을, 예를 들면 섭취, 주사, 경피 투여 또는 경점막 투여에 의해, 환자의 신체에 노출시키는 단계; 및 입자 또는 입자들을 환경적 또는 화학적 조건에 노출시킴으로써, 건강 관련 화합물이 입자의 표면으로부터 환 자의 신체(동물 또는 인간 신체일 수 있음)로 방출되도록 하는 단계를 포함한다. 또다른 실시양태에서, 이러한 건강 관련 화합물은 약물 전달 장치에 함유된 입자로부터 방출되지만, (전술된 바와 같은) 정전기 인력 때문에, 입자 자체는 약물 전달 장치에 고정된 채로 남아있게 된다.
본 발명의 추가의 또다른 실시양태에서, 촉발적 전달 시스템은 실리카, 알루미나 또는 알루미나로 코팅된 입자 중에서 선택된 입자; 및 pH의 변화, 수분, 화학적 자극 또는 신체 배출물에 노출시 입자로부터 방출될 수 있는, 상기 입자의 표면에 흡착된 건강 관련 화합물을 포함한다.
추가의 또다른 실시양태에서, 촉발적 전달 시스템은 알루미나를 함유하는 입자(알루미나의 적어도 일부분은 입자의 표면 상에 존재함); 및 입자 표면 상의 알루미나에 흡착하기 전에는 하기 기중 하나 이상을 포함하는 잔기, 그의 호변이성질체, 또는 그의 기능적 등가물을 함유하는, 상기 입자의 알루미나 표면에 흡착된 건강 관련 화합물을 포함한다.
Figure 112005029572633-pct00002
상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 수소, 알킬기 또는 아릴기를 포함한다.
추가의 또다른 실시양태에서, 국소적 붕대 또는 탐폰과 같은 약물 전달 장치는 촉발적 전달 시스템을 포함한다. 촉발적 전달 시스템은 입자; 및 pH의 변화, 수분, 화학적 자극 또는 신체 배출물에 노출시 입자로부터 방출될 수 있는, 상기 입자의 표면에 흡착된 건강 관련 화합물을 포함한다.
본 발명의 기타 특징 및 양태를 보다 자세하게 논의할 것이다.
당해 분야의 보통 숙련자라면, 본 논의는 예시적인 실시양태만을 기술한 것이며, 본 발명의 보다 넒은 양태들(예문에 구체적으로 기술되어 있음)을 제한하려고 하는 것이 아니라는 것을 알 것이다.
일반적으로, 본 발명은 기능성 화합물을 위한 전달 시스템에 관한 것이다. 기능성 화합물은 전달된 위치에서 이점을 제공할 수 있는 임의의 적합한 물질일 수 있다. 본 발명에 따르면, 전달 시스템은 일반적으로 입자의 구성과 관련된다.
예를 들면, 이러한 입자는 실리카 또는 바람직하게는 알루미나를 함유하는 실리카일 수 있다. 입자 내에 함유된 알루미나는 기능성 화합물을 위한 입자 표면 상의 결합 부위를 제공한다. 구체적으로는, 기능성 화합물은 알루미나(또는 전적으로 실리카 입자일 경우, 실리카)의 표면 상에 흡착된다. 일단 기능성 화합물이 알루미나에 결합되고 하면, 그 결과의 입자는 기능성 화합물을 특정 위치에 전달하는데 사용될 수 있다. 입자는, 예를 들면 입자 용도에 따라 입자의 전달을 촉진할 수 있는 액체 비히클인 것처럼 사용되거나, 액체 비히클과 합체할 수 있다, 입자 또는 입자를 함유하는 액체 비히클은 추가로 탐폰, 붕대 또는 기타 경피 전달 장치와 같은 약물 전달 장치 내에 혼입될 수 있다.
본 발명에 사용되기에 매우 적합한 기능성 화합물은 하나 이상의 하기 잔기, 그의 호변이성질체, 또는 그의 기능적 등가물을 함유하는 화합물을 포함한다.
Figure 112005029572633-pct00003
상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 수소, 알킬기 또는 아릴기를 포함한다. 본원에서 사용된, 상기 잔기중 하나에 대한 기능적 등가물이란, 위에 명시된 것과 유사한 반응기를 포함하지만, 위에 명시된 것과 똑같은 분자 상에 위치되지는 않고, 그러면서도 마찬가지로 알루미나와 결합된 기능성 물질을 말한다.
상기 잔기에 있어서, 잔기(1)는 카르복시-히드록시 잔기일 수 있다. 잔기(2)는 히드록시-히드록시 잔기일 수 있고, 잔기(3)는 카르복시-카르복시 잔기일 수 있다. 다른 한편으로는, 잔기(4) 및 잔기(5)는 비닐-유사 아미드 잔기일 수 있다. 상기 잔기(4) 및 잔기(5)에 있어서, 아민기는 1차 아민, 2차 아민 또는 3차 아민일 수 있다. 잔기(6) 및 잔기(7)는 히드록실 카르보닐 잔기일 수 있다. 잔기(8)는 카르복시 아민일 수 있다. 잔기(8)와 같은 잔기는 아미노산에서 발견될 수 있다. 잔기(9)는 히드록시 이민일 수 있다. 일반적으로, 상기 잔기 또는 그의 기능적 등가물을 함유하는 임의의 적합한 기능성 화합물이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 추가로 다양한 추가의 R기가, 잔기와 알루미나의 결합 형성을 방해하지 않는 한, 상기 잔기와 함께 포함될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 발명자들은, 상기 잔기가 하나 이상의 알루미나 표면에 비교적 강하게 결합할 수 있다는 것을 밝혀냈다. 기능성 화합물은, 입자의 성질을 변경시키거나 특정 기능을 수행하기 위해 알루미나 표면에 결합될 수 있다. 이론적으로 뒷받침된 것은 아니지만, 상기 잔기는 알루미나 표면과 2자리 리간드 결합 시스템을 형성한다고 생각된다. 예를 들면, 알루미나는 상기 잔기와 공유결합 및 배위결합을 형성하는 것으로 생각된다. 추가로, 기능성 화합물로 하여금 입자의 표면 상에 남아서 거기에서 코팅을 형성하게 하는 표면 반응이 일어난다고 생각된다. 기능성 물질은 그 결과의 입자 전체를 덮거나 입자 상의 특정 위치에 위치할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 입자는 둘 이상의 기능성 화합물을 함유하거나, 아니면 수많은 상이한 입자들이 상이한 기능성 화합물을 함유/포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
특히 유리하게도, 많은 실시양태에서, 기능성 화합물은 제타 포텐셜로서 측정될 수 있는 알루미나의 양성 표면 전하에 크게 영향을 미치지 않고서도 알루미나에 결합할 수 있다는 것이 밝혀졌다. "제타 포텐셜"이라는 용어는 본원에서는 계면을 가로질러 일어나는 포텐셜 구배를 의미하는 것으로서 비제한적으로 사용된다. 이 용어는 특히는 본 발명의 입자와 접촉하는 스턴(Stern)층과 이 입자를 둘러싸는 확산층 사이의 계면을 가로질러 일어나는 포텐셜 구배를 말한다. 예를 들면 미국 뉴욕주 홀츠빌 소재의 브룩해븐 인스트루먼트 코포레이션(Brookhaven Instrument Corporation)의 제타팔스(Zetapals) 장치를 사용해서 제타 포텐셜의 측정을 수행할 수 있다. 예를 들면, 수용액에 대한 상기 장치의 디폴트(default) 함수 사전설정 조건을 사용해서, 1mM KCl 용액을 함유하는 큐벳에 샘플 1 내지 3 방울을 첨가함으로써, 제타 포텐셜의 측정을 수행할 수 있다.
따라서, 일단 알루미나가 기능성 물질에 결합되고 나면, 그 결과의 분자는 비교적 강한 양성 전하를 계속 유지하게 된다. 예를 들면, 본 발명에 따라 제조된 입자는 20 mV 초과, 특히는 30 mV 초과, 어떤 실시양태에서는 40 mV 초과의 제타 포텐셜을 가질 수 있다. 입자는 양성으로 하전된 상태를 유지함으로써, 쿨롱의 법칙에 따라, 음성 표면 전하를 운반하는 기재에 고정되기에 매우 적합하다. 본 발명의 입자와 기재 표면 사이의 전하차에 따라서, 어떤 용도에서는, 입자의 결합이 비교적 영구적이고 강할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전달 시스템은, 화학 결합제 또는 기타 접착제를 사용하지 않고서도 기능성 화합물을 다양한 기재에 고정시키는데에 사용될 수 있다. 특정한 경우에서는, 후술되는 바와 같이, 입자는 기재에 고정된 상태를 유지하는 반면, 기능성 화합물/물질은 입자로부터 선택적으로 방출될 수 있다.
한 예로서, 운반체 입자(전달 시스템)는 그의 표면 상에 약학적 기능성 화합물을 포함할 수 있고, 입자는 여전히 충분한 양성 전하를 보유함으로써, 음성으로 하전된 붕대 또는 기타 국소적으로 접촉하는 기재층에 부착될 수 있다. 이어서 특정 화학적 또는 환경적 자극이 발생하면, 입자 상에 함유된 기능성 물질은 환자의 신체로 선택적으로 방출될 수 있지만, 운반체 입자는 붕대 또는 기타 하전된 표면에 고정된 상태를 유지할 것이다.
다양한 상이한 입자 및 조성물이 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 기능성 화합물 및 그것을 방출시키는 촉발자에 따라서는, 알루미나 또는 실리카 입자가 사용될 수 있다. 실리카 입자는 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 니산 케미칼 아메리카(Nissan Chemical America)를 통해 스노우텍스(SNOWTEX)-C라는 상표명으로서 시판되고 있다. 알루미나를 함유하는 다양한 상이한 입자 및 조성물이 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 한 실시양태에서, 기능성 물질은 알루미나졸과 합체한다. 다양한 입자크기를 갖는 많은 상이한 유형의 알루미나졸이 시판되고 있다. 특히 유리하게는, 비교적 강한 양성 표면 전하 또는 제타 포텐셜을 운반하는 알루미나졸이 제조될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 기능성 화합물과 반응하는 입자는 주로 알루미나를 함유하며, 어떤 실시양태에서는 오로지 알루미나만을 함유한다. 알루미나 입자 물질의 예는 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 니산 케미칼 아메리카에서 시판되는 알루미나졸(Aluminasol)-100 및 알루미나졸-200을 포함한다.
그러나, 기타 실시양태에서, 기능성 화합물과 반응하는 알루미나 입자는 다양한 기타 성분을 함유할 수 있다. 일반적으로, 입자는 기능성 물질이 알루미나에 결합하는 것을 방해하지 않는 임의의 물질을 함유할 수 있다. 따라서, 입자에 함유된 알루미나의 적어도 일부분은, 알루미나가 기능성 화합물을 흡착할 수 있도록, 입자의 표면 상에 존재해야 한다.
본 발명의 한 특정 실시양태에서, 입자는 알루미나로 코팅된 코어 물질을 함유할 수 있다. 알루미나는 입자 상에 연속적 코팅 또는 불연속적 코팅을 형성할 수 있다. 코어 물질은 예를 들면 실리카와 같은 무기 산화물일 수 있다. 예를 들면, 한 실시양태에서는, 알루미나 표면 코팅을 갖는 실리카 나노입자를 함유하는 졸이 사용될 수 있다. 이러한 졸은 현재 예를 들면 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 니산 케미칼 아메리카에서 시판되고 있다. 실리카는 알루미나로 코팅되어, 특정 pH 범위에서 졸에 안정성을 제공한다. 실제로, 알루미나로 코팅된 실리카졸은, 알루미나졸에 비해, 본 발명의 몇몇 용도에서는 보다 안정할 수 있다. 실리카 코어를 갖는 알루미나 입자 물질의 구체적인 예는 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 니산 케미칼 아메리카에서 시판되는 스노우텍스-AK, 및 미국 매릴랜드주 콜럼비아 소재의 그레이스 데이비슨(Grace Davison)에서 시판되는 루독스(Ludox) CI를 포함한다.
전술된 바와 같이, 전술된 잔기들 중 하나, 그의 호변이성질체 또는 그의 기능적 등가물을 함유하는 임의의 적합한 기능성 화합물이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 기능성 화합물의 예는 약물과 같은 건강 관련 화합물, 및 생체이물질을 포함한다. 생체이물질이란 생물의 정상적인 대사 경로에서는 일어나지 않는, 생물과의 임의의 화학적 상호작용을 기술하는데 사용되는 일반명사이다. 기타 기능성 화합물은 자외선 흡수제, 탈취제, 방향제, 치료제, 영양제, 항바이러스제, 항균제, 신호제(signal agent) 등을 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 치료제의 한 예는 히드로코르티손이다. 영양제의 예는 아스코르브산 및 아스파르탐을 포함한다. 한 특정 실시양태에서, 기능성 화합물은 공지된 항박테리아제인 테트라시클린일 수 있다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 기능성 화합물은 염료와 같은 착색제일 수 있다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 염료의 특정 예는 다음에 보다 자세하게 논의된다.
일단 임의의 전술된 기능성 화합물이 알루미나(또는 경우에 따라서는 실리카)에 결합되고 나면, 입자는 기능성 화합물을 원하는 위치에 전달하기 위한 전달 비히클로서 작용한다. 기능성 화합물은 일단 입자에 결합되고 나면, 취급하기 보다 쉬워지거나, 보다 안정해지거나, 용도에 따라 기타 개선된 성질을 가질 수 있다. 추가로, 그 결과의 입자 구조물은 다양한 기타 매질 내로 혼입될 수 있다. 예를 들면, 입자 구조물은 액체 비히클 내로 혼입되거나, 캡슐로서 형성될 수 있거나, 겔, 페이스트, 기타 고체 물질 등과 합체할 수 있다. 전술된 바와 같이, 입자는 붕대 및 탐폰과 같은 약물 전달 장치 내로 혼입될 수도 있다.
본 발명에 따라 제조된 입자 및 기능성 화합물은, 원하는 결과에 따라서, 다양한 형태, 형상 및 크기로 존재할 수 있다. 예를 들면, 입자는 임의의 형상, 예를 들면, 구, 결정, 막대, 원반, 관 또는 끈 형상일 수 있다. 입자의 크기 또한 매우 다양할 수 있다. 예를 들면, 한 실시양태에서, 입자는 약 1 ㎜ 미만, 특히는 약 500 마이크론 미만, 더욱 특히는 약 100 마이크론 미만의 평균크기를 가질 수 있다. 그러나, 다른 실시양태에서는, 더욱 더 작은 크기도 바람직할 수 있다. 예를 들면, 입자는 약 1,000 ㎚ 미만, 특히는 약 500 ㎚ 미만의 평균직경을 가질 수 있다. 본원에서, 입자의 평균크기란 입자의 평균 길이, 너비, 높이 또는 직경을 말한다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 입자는 하나 이상의 기능성 화합물을 함유하는 표면층을 포함한다. 입자 상의 코팅은 연속적 또는 불연속적일 수 있다. 입자 자체는 무정형인 것으로 생각된다.
한 특정 실시양태에서, 본 발명은 염료를 위한 전달 시스템에 관한 것이다. 특히, 전술된 바와 같은 알루미나를 사용하면, 염료를 기재에 도포하려고 하는 경우에, 다양한 장점 및 이점을 얻게 된다는 것이 밝혀졌다. 예를 들면, 알루미나 전달 시스템은 천연 섬유 뿐만 아니라 열가소성 중합체를 함유하는 기재와 같이 음성으로 하전된 표면을 갖는 기재 상에 영구적인 인쇄물을 형성하는 수단을 제공할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 화학 결합제를 사용하지 않고 기재 상에 전처리 또는 후처리를 하지 않고서도, 비교적 저렴하고 덜 복잡하게, 잉크가 기재에 고정된다.
예를 들면, 일단 염료가 본 발명에 따라 알루미나에 흡착되고 나면, 많은 용도에 있어서, 그 결과의 입자는 양성 전하를 갖게 된다. 따라서, 입자는 쿨롱의 법칙에 따라 음성으로 하전된 표면에 고정될 수 있다. 입자와 기재 사이의 전하차에 따라서는, 염료는 물 및 세제에 대해 내성을 가짐으로써 세탁견뢰도와 같은 영구적 성질을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 일반적으로 세탁견뢰도는, 기재와 입자사이의 전하차가 약 42 mV보다 클 경우에 달성될 수 있다.
일반적으로, 전술된 바와 같은, 카르보닐-히드록시 잔기, 히드록시-히드록시 잔기, 카르보닐-카르보닐 잔기, 비닐-유사 아미드 잔기, 그의 호변이성질체 또는 그의 기능적 등가물, 또는 임의의 기타 잔기를 함유하는 임의의 염료가 본 발명의 공정에서 사용될 수 있다. 알루미나 상에 흡착될 수 있는 염료의 다양한 예는 다음과 같다. 그러나, 하기 목록은 완전한 것인 것은 아니며 본 발명을 제한하려는 것도 아니라는 것을 이해해야 한다.
안트라퀴논(5) 발색단을 함유하는 염료
Figure 112005029572633-pct00004
숫자는 안트라퀴논 구조의 치환 위치를 가리킨다. 하기 표는 안트라퀴논 구조 상의 1번, 4번, 5번 또는 8번 위치에 치환된 염료 치환체를 보여준다. 달리 말하자면, 하기 표는 알루미나 결합 잔기 1 내지 5를 형성하는 기의 존재를 보여준다.
명칭 1번 또는 4번 또는 5번 또는 8번 위치에서의 치환체 존재하는 기타 기
CI 애시드 블랙(Acid Black) 48 NH2 SO3Na
CI 애시드 블루(Acid Blue) 25 NH2 SO3Na
CI 애시드 블루 40 NH2 SO3Na
CI 애시드 블루 41 NH2 SO3Na
CI 애시드 블루 45 OH, NH2 SO3Na
CI 애시드 블루 129 NH2 SO3Na
CI 애시드 그린(Acid Green) 25 NHAr SO3Na
CI 애시드 그린 27 NHAr SO3Na
CI 애시드 그린 41 OH, NHAr SO3Na
CI 모르단트 레드(Mordant Red) 11
(알리자린(Alizarin))		 OH
CI 모르단트 블랙(Mordant Black) 13
(알리자린 블루 블랙(Alizarin Blue Black) B)		 OH, NHAr SO3Na
알리자린 컴플렉손
(Alizarin Complexone)
(알드리치(Aldrich) 12,765-5)		 OH
CI 모르단트 레드 3
(알리자린 레드(Alizarin Red) S)		 OH SO3Na
CI 네츄럴 레드(Natural Red) 4
(카르민산)		 OH COOH
CI 디스퍼스 블루(Disperse Blue) 1 NH2
CI 디스퍼스 블루 3 NH(알킬)
CI 디스퍼스 블루 14 NHCH3
에모딘(Emodin)
(6-메틸-1,3,8-트리히드록시 안트라퀴논)		 OH
뉴클리어 패스트 레드(Nuclear Fast Red)
(헬리오패스트 루빈(Heliofast Rubine) BBL)		 OH, NH2 SO3Na
CI 네츄럴 레드 16
(푸르푸린)		 OH
CI 네츄럴 레드 8 OH
퀴날리자린(Quinalizarin) OH
퀴니자린(Quinizarin) OH
CI 리엑티브 블루(Reactive Blue) 2 NH2, NHAr SO3Na
솔벤트 그린(Solvent Green) 3 NHAr
살리실레이트, 또는 3-히드록시-2-나프토산 잔기를 함유하는 염료
다음에 명시된 바와 같은 살리실레이트(6, R = OH), 살리카미드(Salicamide)(6, R = NH2, NHAr, NHAlk) 또는 BON 산(3-히드록시-2-나프토산)(7, R = OH) 또는 질소질 BON 산 유도체(7, R = NH2, NHAr, NHAlk) 잔기를 함유하는 염료도 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 이러한 염료는 종종 색지수(Colour Index) 모르단트 적용군에 속한다.
Figure 112005029572633-pct00005
착색제 주요 기 발색단
알루미논(Aluminon)(삼암모늄염)
(아우린트리카르복실산(Aurintricarboxylic acid)
(CI 모르단트 바이올렛(Mordant Violet)39는 삼나트륨염임)		 살리실레이트 TPM
CI 모르단트 블루(Mordant Blue) 29 살리실레이트 TPM
CI 모르단트 블루 3
(크로목산 시아닌(Chromoxane Cyanine) R)		 살리실레이트 TPM
칼콘카르복실산(Calconcarboxylic acid)
3-히드록시-4-(2-히드록시-4-술포-1-나프틸아조)-2-나프탈렌카르복실산		 BON 산 아조
CI 모르단트 오렌지(Mordant Orange) 1
(알리자린 옐로우(Alizarin Yellow) R)		 살리실레이트 아조
CI 모르단트 오렌지 6
(크롬 오렌지(Chrome Orange) GR)		 살리실레이트 아조
CI 모르단트 오렌지 10 살리실레이트 아조
CI 모르단트 옐로우(Mordant Yellow) 7 살리실레이트 아조
CI 모르단트 옐로우 10 살리실레이트 아조
CI 모르단트 옐로우 12 살리실레이트 아조
CI 모르단트 그린(Mordant Green) 31
(나프토 크롬 그린(Naphtho Chrome Green))		 BON 산 아조
CI 아조 커플링 성분 2
(나프톨(Naphthol) AS)		 아릴아미도
BON 산		 N/A
CI 아조 커플링 성분 45
(나프톨 AS B1)		 아릴아미도
BON 산		 N/A
3-히드록시-2-나프토산(BON 산) BON 산 N/A
자일리딜 블루(Xylidyl Blue) 1 아릴아미도
BON 산		 아조
크로모트로프산을 기재로 하는 염료
크로모트로프산(8)을 기재로 하는 염료도 알루미나에 결합된다. 크로모토프산이 디아조늄염과 반응하면 아조 염료가 형성된다. 아조 커플링은 2 및/또는 7 번 위치에서 일어난다.
Figure 112005029572633-pct00006
착색제
CI 애시드 레드(Acid Red) 176
(크로모트로프(Chromotrope) 2B)
CI 애시드 레드 29
(크로모트로프 2R)
플라스모코린쓰(Plasmocorinth) B
술폰아조(Sulfonazo) III
(3,6-비스(2-술포페닐아조)-4,5-디히드록시-2,7-나프탈렌 디술폰산 나트륨염)
2-(4-술포페닐아조)-1,8-디히드록시-3,6-나프탈렌디술폰산
아세토아세트아닐리드를 함유하는 염료
아세토아세트아닐리드 잔기(9)를 함유하는 염료도 알루미나에 결합하기에 적당한 기하 구조를 갖는다. 아조 염료는 두 카르복실기에 대해 베타 위치에서 아세토아세트아닐리드에 커플링한다. 한 예가 CI 애시드 옐로우(Acid Yellow) 99(10)이다. 아세토아세트아닐리드는 알루미나의 표면 상에 흡착할 것이다.
Figure 112005029572633-pct00007
아세토아세트아닐리드
Figure 112005029572633-pct00008
CI 애시드 옐로우 99
나프토퀴논 착색제
나프토퀴논(11) 구조도 알루미나의 표면과 착물을 형성하기에 유용하다.
Figure 112005029572633-pct00009
CI 네츄럴 블랙(Natural Black) 1(헤마톡실린(Hematoxylin))은 퀴노이드기를 함유하는, 알루미나에 결합하는 염료의 또다른 예이다.
알루미늄 염료: 양극산화(anodized) 알루미늄을 착색시키는데 유용한 것으로 공지된 염료
CI 모르단트 레드 7(에리오크롬 레드(Eriochrome Red) B)(12)를 포함하는, 양극산화 알루미늄의 착색에 유용한 것으로 공지된 몇몇 염료들이 존재한다. 5원 피라졸론 고리 산소 원자의 기하 구조로 인해서, 알루미나와의 착물 형성을 위해 베타-나프톨기와 적당한 위치를 이룬다고 생각된다. 따라서 하기 구조물은 카르보닐-히드록시 잔기에 대해 기능적 등가물인 것으로 간주될 수 있다. 이 구조물은 또한 비닐-유사 아미드에 대해 기능적 등가물인 이민-유사 아미드 잔기를 함유한다.
Figure 112005029572633-pct00010
알루미늄 레이크-형성 염료
특정 음이온성 염료를 특정 금속 이온을 사용해서 침전시켜, 레이크 안료(Lake Pigment)라고 공지된 불용성 유색 화합물을 형성할 수 있다. 예를 들면, 에리쓰로신(Erythrosine)(테트라요오도플루오레세인(Tetraiodofluorescein))은 알루미늄 이온과 불용성 염을 형성한다. 이 염은 CI 피그먼트 레드(Pigment Red) 172로서 공지되어 있다.
CI 피그먼트 블루(Pigment Blue) 36은 인디고 디술포네이트의 알루미늄 레이크(FD + C 블루 1)이다.
Figure 112005029572633-pct00011
전술된 염료 외에도, 몇몇 실시양태에서는, 기타 기능성 화합물 또는 첨가제를 알루미나에 결합시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 첨가제가 전술된 잔기를 함유하는 경우, 착색 공정에 도움을 주거나 염료를 안정화시키는 첨가제를 알루미나에 결합시킬 수 있다. 사용가능한 이러한 기능성 첨가제는 전하 운반체, 열 산화 안정제, 가교제, 가소제, 전하 조절제, 유동 조절제, 충전제, 계면활성제, 킬레이트화제, 착색제 안정제, 또는 그의 조합을 포함한다.
알루미나 상에 흡착되는 염료를 함유하는 본 발명에 따르는 염료 입자를 제조하는데에 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 용도에서는, 알루미나와 반응성 잔기-함유 염료를 합하고 수용액에서 반응시킬 수 있다.
그러나, 몇몇 실시양태에서는, 염료를 물에 용해시키는 것이 어려울 수 있다. 이러한 실시양태에서는, 염료를 우선 최소량의 용매에 용해시킬 수 있다. 예를 들면 이 용매는 아세톤, 에탄올 또는 물과 혼화성인 유사한 액체일 수 있다. 염료를 용매와 합한 후, 필요하다면, 계면활성제를 첨가된 염료 고체의 약 0% 초과 내지 약 50% 중량%의 양으로 첨가할 수 있다. 일반적으로, 용매에 첨가되는 계면활성제의 양은 최소량이어야 한다. 사용가능한 적합한 계면활성제중 하나는, 예를 들면, 미국 펜실바니아주 알렌타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)에 의해 판매되는 서피놀(SURFYNOL) 440 계면활성제이다.
이어서, 빠르게 교반하면서, 용해된 염료 용액을, 알루미나를 포함하는 입자를 함유하는 묽은 수성 현탁액에 첨가할 수 있다. 수성 현탁액을 약간 가열하는 것은 결정적인 것은 아니지만, 보다 좋은 결과를 달성하게 할 수 있다.
염료는, 충분한 시간동안 일정하게 교반된 후에는, 침전에 의해 혼합물 전체에 분산되며 서서히 물에 용해된다. 염료가 일단 물에 용해되고 나면, 염료는 입자 내에 또는 입자 상에 함유된 알루미나에 흡착될 수 있다.
일단 염료가 알루미나 상에 흡착되고 나면, 그 결과의 입자는 적합한 인쇄 공정과 같은 다양한 공정에 사용하기에 적합한 착색제 조성물을 배합하는데 사용될 수 있다.
착색제 조성물은 수성 또는 비-수성 매질을 포함할 수 있는데, 수성 매질이 액체 인쇄 매체를 사용하는 용도에서 유용하다. 본 발명의 착색제 조성물은 입자 뿐만 아니라 원하는 착색제 안정제 및 첨가제를 함유한다. 예를 들면, 착색제 조성물은 전술된 입자를, 제 2 착색제, 포르핀과 같은 착색제 안정제, 분자 첨가물, 예비-중합체 및 전술된 임의의 첨가 성분과 함께 함유할 수 있다.
본 발명은 본원에서 기술된 나노입자를 포함하는 잉크-젯 잉크와 같은 기록 매체를 포함한다. 잉크-젯 인쇄기에서 사용되는 잉크는, 본원에서 전문이 참고로 인용된, 킴벌리-클라크 월드와이드 인코포레이티드(Kimberly-Clark Worldwide, Inc.)에 양도된 미국특허 제 5,681,380 호에 기술되어 있다. 잉크-젯 잉크는 통상적으로 주요 용매로서 물, 바람직하게는 탈이온수를 약 20 내지 약 95 중량%로 함유하고, 다양한 공용매를 약 0.5 내지 약 20 중량%의 양으로 함유하며, 본 발명의 입자를 함유한다.
다양한 공용매가 잉크 배합물에 포함될 수 있다. 이러한 공용매의 예는 N-메틸 피롤리돈과 같은 락탐을 포함한다. 그러나, 임의적 공용매의 기타 예는 N-메틸아세트아미드, N-메틸모르폴린-N-옥사이드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸 포름아미드, 프로필렌글리콜-모노메틸에테르, 테트라메틸렌 술폰, 및 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르를 포함한다. 사용가능한 기타 용매는 프로필렌 글리콜 및 트리에탄올아민(TEA)을 포함한다. 아세트아미드-기재의 공용매가 배합물에 포함되는 경우, 이것은 약 1.0 내지 12 중량%의 범위 내에서, 전형적으로 약 5 중량%로 존재한다.
임의적으로, 하나 이상의 습윤제가 약 0.5 내지 20 중량%의 양으로 잉크 배합물에 포함될 수 있다. 배합물에서 임의적으로 사용되는 추가의 습윤제는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 글리세린 및 폴리에틸렌 글리콜 200, 400 및 600, 프로판-1,3-디올, 기타 글리콜, 프로필렌글리콜모노메틸 에테르, 예를 들면 다우아놀(Dowanol) PM(미국 캘리포니아주 산타 아나 소재의 갈라드 케미칼 인코포레이티드(Gallade Chemical Inc.)), 다가 알콜, 또는 그의 조합을 포함하나 여기에만 국한되는 것은 아니다.
시간 경과에 따라 잉크를 손상시킬 수 있는 화학반응에 연관될 수 있는 금속 이온을 봉쇄하는, 예를 들면 금속 착물 염료와 함께 사용되는 킬레이트화제, 인쇄기 또는 잉크 전달 시스템의 금속 성분을 보호하는 것을 돕는 부식방지제, 잉크 내에서의 원치 않는 박테리아, 진균 또는 효모균의 성장을 억제하는 살생제 또는 바이오스태트(biostat), 및 잉크 표면 장력을 조절하는 계면활성제와 같은 기타 첨가제가 잉크 성능을 개선하기 위해 포함될 수 있다. 그러나, 계면활성제의 사용여부는 사용되는 인쇄헤드의 유형에 따라 달라질 수 있다. 계면활성제가 포함되는 경우, 이것은 전형적으로 약 0.1 내지 약 1.0 중량%의 양으로 존재한다. 부식방지제가 포함되는 경우, 이것은 전형적으로 약 0.1 내지 약 1.0 중량%의 양으로 존재한다. 살생제 또는 바이오스태트가 포함되는 경우, 이것은 전형적으로 약 0.1 내지 약 0.5 중량%의 양으로 존재한다.
살생제 또는 바이오스태트가 잉크 배합물에 첨가되는 경우, 이것은 프록셀(Proxel) GXL(미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 제네카 코포레이션(Zeneca Corporation))에 의해 예시될 수 있다. 기타 예는 바이오반(Bioban) DXN(미국 일리노이주 버팔로 그로브 소재의 안구스 케미칼 캄파니(Angus Chemical Company))를 포함한다. 부식방지제가 배합물에 첨가되는 경우, 이것은 코브라테크(Cobratec)(미국 오하이오주 신시네티 소재의 피엠씨 스페셜티 그룹 디스트리뷰팅(PMC Specialty Group Distributing))에 의해 예시될 수 있다. 또다른 부식방지제는 아질산나트륨, 트리에탄올아민 포스페이트, 및 n-아실 사르코신을 포함한다. 기타 예는 벤조트리아졸(미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 캄파니(Aldrich Chemical Company))를 포함한다. 계면활성제가 배합물에 포함되는 경우, 이것은 전형적으로는 서피놀 504(미국 펜실바니아주 알렌타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈 인코포레이티드)에 의해 예시되는 비이온성 계면활성제이다. 기타 예는 서피놀 465, 및 역시 에어 프로덕츠에서 시판되는 다이놀(Dynol) 604를 포함한다. 킬레이트화제가 배합물에 포함되는 경우, 이것은 에틸렌 디아민테트라아세트산(EDTA)에 의해 예시될 수 있다. pH 안정제/완충제(예를 들면 시트르산 및 아세트산 뿐만 아니라 이것으로부터 유도된 알칼리금속염), 점도 조절제, 및 소포제(예를 들면 서피놀 DF-65)와 같은 기타 첨가제도, 제품 용도에 따라서는, 배합물에 포함될 수 있다.
착색제 조성물의 배합 방법에 따라서, 조성물을 다양한 인쇄 공정에 사용할 수 있다. 예를 들면, 잉크-젯 인쇄 및 기타 비-충격식 인쇄기 외에도, 착색제 조성물을 스크린 인쇄 공정, 오프셋 리쏘그래피 공정, 플렉소그래피 인쇄 공정, 윤전그라비야 인쇄 공정 등에 사용할 수 있다. 상기 몇명 인쇄 공정에서는, 증점제를 착색제 조성물에 첨가할 필요가 있을 수 있다. 증점제는 예를 들면 알긴산염일 수 있다.
기재에 색상을 부여하기 위해서, 본 발명의 기록 매체 또는 착색제 조성물을 임의의 기재에 도포할 수 있다. 조성물이 도포되는 기재는 종이, 나무, 목제품 또는 복합재, 직물, 부직물, 섬유, 필름, 플라스틱, 유리, 금속, 인간 피부, 동물 피부, 가죽 등을 포함할 수 있지만 여기에만 국한되는 것은 아니다. 한 양태에서, 착색제 조성물 또는 기록 매체를 천과 같은 직물에 도포할 수 있다.
한 특정 실시양태에서, 본 발명의 입자를 함유하는 착색제 조성물을 음성 표면 전하를 갖는 기재에 도포할 수 있다. 전술된 바와 같이, 본 발명의 입자 내에 함유된 알루미나는 염료의 흡착 후에도 양성 전하를 보유한다. 따라서, 입자는 음성으로 하전된 표면에 고정된 상태를 유지한다. 실제로, 기재와 본 발명의 입자 사이에 상당량의 전하차가 있는 경우, 착색제 조성물은 세탁 내구성(wash durability)을 갖게 된다.
전술된 내용을 볼 때, 본 발명에 따라 제조된 착색제 조성물은 음성 표면 전하를 갖는 천연 및 합성 기재에 도포되기에 특히 매우 적합하다. 예를 들면, 일반적으로 음성 표면 전하를 함유하는 천연 물질은 면 섬유, 셀룰로스 섬유, 및 이것으로부터 제조된 기재를 포함한다. 이러한 기재는 모든 유형의 직물, 의복 및 의류, 종이 제품 등을 포함한다.
상기 천연 물질 외에도, 한 특정 실시양태에서는, 본 발명에 따라 제조된 착색제 조성물은 열가소성 중합체와 같은 합성 중합체로부터 제조된 기재에 도포되기에 매우 적합한 것으로 밝혀졌다. 이러한 기재는 예를 들면 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등과 같은 폴리올레핀 중합체로부터 제조된 직물 및 부직물을 포함할 수 있다. 과거에는, 이러한 유형의 물질에 염료를 고정시키려는 시도에서 다양한 문제점들을 겪었다. 따라서, 복잡한 염료 구조물을 사용하거나, 화학 결합제를 사용해서 염료 또는 안료를 도포하였다. 그러나 본 발명의 입자를, 화학 결합제 또는 복잡한 화학 구조물을 사용하지 않고서도, 이러한 물질에 영구적으로 고정시킬 수 있다.
필요한 것은 아니지만, 어떤 실시양태에서는, 전술된 염료 또는 기타 기능성 화합물을 물질에 고정시키는 것을 추가로 도울 수 있도록 중합체 기재를 전처리 또는 후처리하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 합성 중합체로부터 제조된 기재를, 음성 표면 전하를 증가시키기 위한 전처리 공정에 적용할 수 있다. 예를 들면, 이러한 전처리 공정은 기재를 코로나 처리하거나 일렉트릿(electret) 처리함을 포함한다. 일렉트릿 처리는, 예를 들면, 본원에서 전문이 참고로 인용된 코헨(Cohen)의 미국특허 제 5,964,926 호에 개시되어 있다. 이러한 전처리는 중합체 물질의 음성 표면 전하를 증가시킬 뿐만 아니라, 중합체의 습윤 및 중합체와 본 발명의 입자 사이의 표면 접착의 향상을 돕는 것으로 밝혀졌다.
전처리 공정 외에도, 본 발명의 입자와 접촉한 기재를, 입자를 기재에 고정시키는 것을 추가로 돕는 다양한 후처리 공정에 적용할 수 있다. 예를 들면, 한 실시양태에서는, 처리된 기재에 고주파 또는 극초단파를 가할 수 있다. 알루미나는 입자의 가열을 유발하는 고주파 또는 극초단파를 흡수하는 것으로 알려져 있다. 입자는 일단 가열되고 나면, 중합체 기재에 더욱 더 함침되는 것으로 생각된다. 또한, 기재를 원하는 온도보다 높은 온도로 가열하지 않고서도 입자를 가열할 수 있다.
전술된 실시양태 외에도, 기능성 화합물(건강 관련 화합물)을, 전술된 입자에 흡착시킨 후, 입자 상에서 질병 또는 증후를 치료하거나, 입자로부터 선택적으로 방출되게 하여 질병 또는 증후를 치료하는데에 사용할 수 있다. 이러한 선택적 방출을, 환경적 촉발자 또는 화학적 자극을 통해, 달성할 수 있다. 이러한 코팅된 입자를, 직접적으로, 또는 변형된 붕대, 탐폰 또는 기타 공지된 경피 전달 장치와 같은 약물 전달 장치의 도움을 받아서, 환자의 신체에 국소적으로 도포할 수 있다. 다른 한편으로는, 이러한 코팅된 입자를 다양한 메카니즘을 통해 내부적으로 섭취할 수 있다.
본 발명을, 하기 실시예와 관련해, 보다 잘 이해할 수 있다.
실시예 1
알루미나졸 200(니산 케미칼 아메리카)을 탈이온수로 희석하여, 2% 알루미나졸 200 현탁액을 얻었다. 그러는 동안, 카르민산(0.02 g)을 탈이온수(1 g)에 현탁시켰다. 카르민산은 히드록시-카르보닐 잔기를 포함하며, 다음과 같이 나타내어질 수 있다.
Figure 112005029572633-pct00012
카르민산
카르민산을 측정 셀에 적가함에 따라, 알루미나졸 내의 알루미나 입자의 제타 포텐셜을 감시하였다. 제타 포텐셜은 보다 많은 카르민산이 첨가되어도 변하지 않았다. 카르민산(적색/주황색)이 알루미나졸(푸르스름한 자홍색)에 첨가됨에 따라, 급격한 색상 변화가 관찰되었다. 하기 제타 포텐셜 결과를 얻었다.
제타 포텐셜
2% 알루미나졸 56.70 mV
알루미나졸 + 카르민산 2 방울 49.27 mV
알루미나졸 + 카르민산 5 방울 56.68 mV
알루미나졸 + 카르민산 7 방울 58.59 mV
전술된 바와 같이, 양성으로 하전된 알루미나는 전하 역전 단계를 거치지 않고서 카르민산을 흡착할 수 있었다.
실시예 2
알루미나졸 200(니산 케미칼 아메리카, 2 g)을 잘 교반하면서 탈이온수(98 g)로 희석하였다. 카르민산(알드리치, #22,925-3)(0.5011 g)을 잘 교반하면서 탈이온수(23.7135 g)에 현탁시켰다. 카르민산은 이러한 농도에서는 완전히 용해되지 않았으며, 일부분을 채취할 경우에는, 현탁된 고체도 회수될 만큼 격렬하게 교반하면서 채취하였다. 피하주사기를 사용하여 카르민산 현탁액 1 ㎖를 회수하였다. 이것을 잘 교반하면서 상기 희석된 알루미나졸 200에 첨가하였다. 현탁액은 백색에서 푸르스름한 적색으로 변했다.
첨가 후, 제타 포텐셜을 감시하여, 다음과 같은 변화를 확인하였다.
제타 포텐셜
초기(2% 알루미나졸) + 55.70 mV
카르민산 첨가 후 2분 + 45.08 mV
카르민산 첨가 후 5분 + 45.68 mV
혼합물을 밤새 교반하였다. 다음날 아침, 모든 염료가 용해되었고, 염료 결정은 관찰되지 않았다.
실시예 3
이 실시예에서는, 카르민산 외에도, CI 애시드 블루 25 및 CI 애시드 블루 45를 본 발명에 따라 알루미나에 결합시켰다. CI 애시드 블루 25 및 CI 애시드 블루 45는 하기 구조를 갖는다.
Figure 112005029572633-pct00013
CI 애시드 블루 25
CI 애시드 블루 25(알드리치) 0.2008 g을 탈이온수 19.7735 g에 첨가하고, 교반하여 현탁액을 얻고, 이것을 30분 동안 교반하였다. 이 현탁액 1㎖를 알루미나졸 2 g과 탈이온수 98 g의 혼합물에 첨가하였다. 모든 염료가 용해되도록 혼합물을 밤새 교반하였다.
Figure 112005029572633-pct00014
CI 애시드 블루 45
CI 애시드 블루 45(알드리치) 0.2507 g을 탈이온수 20.1751 g에서 30분 동안 교반시키면서 현탁시켰다. 이 현탁액 1㎖(주사기)를, 알루미나졸 2 g과 탈이온수 98 g의 혼합물에 첨가하여 청색 착물을 얻었다. 모든 염료가 용해되도록 혼합물을 밤새 교반하였다.
하기 샘플에서는, 고농도의 알루미나졸 200을 카르민산과 합하였다. 구체적으로는 빙초산(피셔(Fischer), ACS+ 시약 등급) 0.111 g을 탈이온수 29.795 g으로 희석시켰다. 이것을 천천히 잘 교반하면서 알루미나졸 200 49.941 g에 첨가하였다. 이 혼합물을 20분 동안 교반하고, 이 때 카르민산이 탈이온수에 현탁된(카르민산 0.5011 g이 탈이온수 23.7135 g에 현탁됨) 현탁액 4㎖(주사기를 사용해서 측정)를 잘 교반하면서 한번에 첨가하였다. 혼합물을 밤새 교반하였다.
이어서 상기 실시예 2에 열거된 바와 동일한 성분(카르민산)을 동일한 양으로 함유하는 네번째 샘플을 제조하였다.
모든 혼합물은, 3시간 동안 정치시, 슬러지가 침강되지 않고 진한 염료 결정이 관찰되지 않았다는 점에서, 균질한 것처럼 보였다. CI 애시드 블루 25를 함유하는 샘플을 제외한 모든 샘플에 대해, 브룩해븐 인스트루먼트 PALS 제타 포텐셜 분석기를 사용해서, 제타 포텐셜 및 입자크기 분석을 수행하였다. 하기 결과를 얻었다.
시스템 제타 포텐셜 평균직경 절반 분포 너비
2% 알루미나졸/애시드 블루 45 + 40.69 mV 333.5 ㎚ 94.7 ㎚
2% 알루미나졸/카르민산 + 45.14 mV 300.6 ㎚ 139.5 ㎚
50% 알루미나졸/카르민산 + 43.73 mV 347.3 ㎚ 181.6 ㎚
이어서 상기 3가지 용액을, 염료가 알루미나 표면 상에 흡착되었는지를 입증하는 투석 시험에 적용하였다. 구체적으로는, 3가지 용액을, 시그마 다이알리시스 튜빙(Sigma Dialysis Tubing)(셀룰로스 12,000 분획분자량, 시그마 D-0655. 관을 사용 전 탈이온수에 2시간 동안 담가 글리세린을 제거하고 관을 유연하게 만들었다)을 사용해서 3% 빙초산에 대해 투석하였다. 대조물로서, 소량의 카르민산을 투석관에 첨가하고 3% 아세트산을 함유하는 욕조에 넣었다. 2시간 후, 카르민산은 셀룰로스막을 횡단하여 3% 아세트산 용액을 착색시켰다. 알루미나졸 혼합물로부터는 아무런 색상도 관찰되지 않았으며, 이것은 색상 변화와 함께 착색제가 입자에 강하게 흡착되었음을 암시한다. 다음날 아침, 50% 알루미나졸/카르민산 용액은 물을 푸르스름한 적색으로 착색시켰다. 그러나, 백이 파열된 것으로 생각된다. 또한 매우 옅은, 거의 식별 불가능한 정도의 청색 착색이 알루미나졸/애시드 블루 45 투석의 투석액에서 관찰되었으며, 이것은 이 착색제가 알루미나에 강하게 흡착되지 않았음을 암시한다.
실시예 4
면 상에서의, 본 발명의 입자의 세탁견뢰도를 입증하는 하기 시험을 수행하였다.
상기 실시예 3에서 제조된 3가지 조성물, 즉 2% 알루미나졸/애시드 블루 45를 함유하는 조성물, 2% 알루미나졸/카르민산을 함유하는 조성물, 및 50% 알루미나졸/카르민산을 함유하는 조성물을 면 포플린 직물(0.01198 g/㎠, 유한-킴벌리(Yuhan-Kimberly), 코팅되지 않은 것) 상에 묻히고, 60℃에서 밤새 건조시켰다. 알루미나졸을 함유하는 혼합물을 면 상에 적가함에 따라, 조성물이 묻혀진 직물 부분만이 착색되는 것이 관찰되었다. 조성물이 묻혀진 부분으로부터 무색 물이 흡상되었으며, 이것은 (i) 흡착되지 않은 염료는 혼합물 내에 존재하지 않는다는 것과, (ii) 나노입자가 면 상에 흡착되고 고정되었음을 암시한다.
대조용 샘플도 제조하였다. 특히, 우선 카르민산 0.5011 g과 탈이온수 23.7135 g을 함유하는 카르민산 용액을 배합하였다. 카르민산 용액을 피펫으로써 면 포플린 직물 상에 적가하고, 60℃에서 밤새 건조시켰다.
샘플을 흐르는 뜨거운 수돗물에 헹구고, 에어로졸(Aerosol) OT(미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이테크 인더스트리즈(Cytec Industries)의 디옥틸 소디움 술포숙시네이트 계면활성제) 1 g/ℓ 및 중탄산나트륨 1 g/ℓ를 함유하는 물 2ℓ에서 2시간 동안 (기계적 패들 교반기로) 교반함으로써 샘플을 세탁하였다. 샘플을 60℃에서 세탁 욕조에 넣고, 욕조를 2시간에 걸쳐 30℃로 냉각하였다. 직물을 차가운 물에서 헹군 후 공기중에서 상온에서 건조시켰다.
대조용 샘플의 카르민산은 면으로부터 헹구어져 제거되었다. 거의 모든 염료/알루미나졸 착물은 푸르스름한 적색(bluish red) 얼룩으로서 남았다.
실시예 5
폴리프로필렌 스펀본드 부직물 상에서의, 본 발명에 따라 제조된 입자의 세탁견뢰도를 입증하는 하기 시험을 수행하였다. 시험된 스펀본드 부직물은 2 osy의 기본중량을 가졌다.
폴리프로필렌 스펀본드 부직물에 (i) 카르민산, (ii) 실시예 3에서 제조된 진한 50% 알루미나졸/카르민산 착물 현탁액, 및 (iii) 실시예 3에서 제조된 2% 알루미나졸/카르민산 착물 현탁액을 도포하였다. 모든 경우에서, 폴리프로필렌을 이러한 물질로 습윤시키기가 어려웠으므로, 고무장갑을 낀 손가락 및 액체를 도포하는데 사용되는 팃 피펫(teat pipette)을 사용해서 도포를 수행해야 했다. 일단 물질이 강제적으로 도포되고 나면, 물질은 거의 제거되지 않는다. 샘플을 60℃에서 밤새 건조시켰다.
보다 많은 폴리프로필렌을 50% 알루미나졸/카르민산 착물로 도포하였다. 이 샘플을 60℃에서 건조시킨 후 절반으로 절단하였다. 절반의 샘플에 극초단파(샤프(Sharp) 회전식(carousel) 미제 전자레인지, 모델 #R-410 CK, 출력 1100 와트)를 일정 시간 동안(10초, 20초, 28초) 가하였다.
모든 폴리프로필렌 샘플을, 상기 실시예 4에서 면에 대해 기술된 바와 동일한 절차를 사용해서 세탁하였다. 하기 결과를 얻었다.
(i) 대조용 샘플의 카르민산은 PP로부터 헹구어져 제거되었다.
(ii) 몇몇, 그러나 전부는 아닌, 알루미나졸/카르민산 잉크가 폴리프로필렌 상에 남았다. 세탁의 본질은 전체적인 퇴색이 아니다. 그러나 어떤 부분을 제외한 특정 부분으로부터 모든 물질이 소실되었다. 다른 말로 하자면, 잉크는 폴리프로필렌을 습윤시키지 못한 것처럼 보였다.
(iii) 훨씬 더 많은 알루미나졸/카르민산이, 세탁 전 극초단파로 처리된 샘플 상에 남았다. 극초단파 처리는 착색된 입자를 가열하여, 입자들이 폴리프로필렌에 함침되는 것을 허용한 것으로 생각된다. 보다 오랜 시간 동안의 극초단파 처리는 인쇄물의 세탁견뢰도를 크게 개선시키지는 않았다.
실시예 6
이 실시예에서는 알루미나졸을 사용하는 대신에, 알루미나 표면 코팅을 갖는 실리카 입자를 함유하는 졸을 사용하였다. 표면 코팅된 실리카 현탁액을, 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 니산 케미칼 아메리카에서 입수하였다. 이 현탁액은 스노우텍스-AK라는 상표명으로 판매된다.
스노우텍스-AK(미국 텍사스주 휴스톤 소재의 니산 케미칼 아메리카)의 20% wt/wt 현탁액 50㎖를 상온에서 교반하는 동안에, 카르민산 염료(미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 캄파니) 0.2 g을 첨가하였다. 교반을 밤새 계속하였더니, 그 결과 색상이 적혈색에서 청색/보라색으로 급격하게 변하였다.
나노입자의 물리적 변수는 다음과 같다.
스노우텍스-AK - 크기: 62 ㎚, 제타 포텐셜: + 36 mV
스노우텍스-AK + 카르민산 - 크기: 83 ㎚, 제타 포텐셜: + 35 mV
알루미늄-염료 착물의 결합 형성은 제타 포텐셜의 변화를 초래하지 않았다.
상기 "잉크" 용액을, 미처리 면 직물의 4" × 4" 단편에 도포하고 공기-건조시켰다. 카르민산만을 사용해서 유사한 대조용 샘플을 제조하였다. 이어서 건조된 직물을, 아작스(Ajax) 액체 세제 및 중탄산나트륨을 함유하는 물 2ℓ에서 60℃에서 2시간 동안의 세탁 사이클에 적용하였다. 이어서 직물 샘플을 공기-건조시켰다. 스노우텍스-AK/카르민산 샘플은 세탁 사이클이 끝난 후에 아무런 색상도 소실하지 않았다. 대조적으로, 대조용 샘플(동일한 조건에서 건조된, 물 50 ㎖중 카르민산 0.2 g으로 처리된 샘플)은 동일한 조건에서 세탁시 모든 색상을 소실하였다.
실시예 7
하기 실시예는 본 발명을 염료에 대조되는 기타 기능성 화합물에 적용하는 것에 대해서 기술한다.
테트라시클린은 본 발명에 따라 알루미나와 결합을 형성할 수 있는 카르보닐-히드록시 관능기를 함유하는 항박테리아제이다. 테트라시클린은 시클로마이신 이성질체 계열이다. 테트라시클린은 주성분으로서 하기 물질, 즉 4S-(4,4,5,6,12)-4-(디메틸아미노)-1,4,4,5,5,6,11,12-옥타히드로-3,6,10,12,12-펜타히드록시-6-메틸-1,11-디옥소-2-나프타센카르복사미드를 함유한다.
Figure 112005029572633-pct00015
자외선-가시광선 분광광도계(퍼킨-엘머(Perkin-Elmer) 자외선-가시광선 분광광도계)를 사용해서, 테트라시클린의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 테트라시클린은 수중에서 357 ㎚에서 흡수하는 것으로 밝혀졌다. (실시예 6에서 기술된 바와 같은) 스노우텍스-AK 현탁액을 테트라시클린 용액에 첨가할 경우, 장파장쪽 이동(bathochromic shift)이 일어나서 365 ㎚에서의 흡수를 초래하며, 이것은 테트라시클린이 스노우텍스-AK 입자의 알루미나 표면 상에 흡착되었음을 암시한다.
추가의 약학적 실시예
추가의 실시예에서는, 추가의 약물에 대해, 알루미나 입자에 강하게 결합하는 그의 성향을 평가하였다. 이것은 하기 표에 명시된, 현저한 이동을 나타내는 약물을 포함하였다. 이 약물은 암세포를 죽이거나 그의 확산을 중단시키는 약물인 항암제로서 간주된다. 바이칼레인(Baicalein)은 인간 T-림프성 백혈병 세포의 증식억제 효과에 대해 연구되었다.
샘플 자외선-가시광선 흡수(㎚)
자유 약물 스노우텍스-AK/약물
바이칼린(Baicalin) 수화물 278 및 322 295 및 388
바이칼레인 320 348
다우노루비신(Daunorubicin) 472 480
Figure 112005029572633-pct00016
바이칼린 수화물 바이칼레인(아스트린젠트)
Figure 112005029572633-pct00017
다우노루비신(항암제)
본 발명과 관련해 사용될 수 있는 추가의 약물은 하기 물질을 포함한다.
Figure 112005029572633-pct00018
살리실아미드 살리실아닐리드
(Salicylamide) (Salicylanilide)
(진통제) (항진균제)
Figure 112005029572633-pct00019
살아세트아미드 살살레이트
(Salacetamide) (Salsalate)
(해열제) (소염제)
Figure 112005029572633-pct00020
알보푼진(Albofungin)
(항진균성 항생제)
전술된 시스템과 마찬가지로, 원하는 관능기를 갖는 영양제의 예에 대해, 알루미나 입자에 대한 그의 결합 성향을 평가하였다. 이러한 화합물의 예는 아스코르브산(비타민 C) 및 페닐알라닌(이퀄(Equal, 등록상표)에서 발견되는 감미제)이었다. 이러한 물질의 화학식 및 입자에 결합하는 그의 능력이 하기 표에 명시된 바와 같이 입증되었다.
Figure 112005029572633-pct00021
아스코르브산 페닐알라닌
샘플 자외선-가시광선 흡수(㎚)
아스코르브산 수용액 266
아스코르브산/스노우텍스-AK 260
페닐알라닌 수용액 230
페닐알라닌/스노우텍스-AK 224+
* = 피크가 이동할 뿐만 아니라 그 구조가 변하기도 했음
여기서, 스노우텍스-AK를 아스코르브산 용액에 첨가할 경우, 최대 흡수에서의 이동이 관찰되었지만, 청색 이동(단파장쪽 이동(hypsochromatic shift))이 관찰되었음을 주목해야 한다. 묽은 산을 별도의 아스코르브산 용액에 첨가했을 경우에는 아무런 이동이 관찰되지 않았으므로, 이러한 이동은 결합으로 인한 것이었다. 마찬가지로, 페닐알라닌이 스노우텍스-AK에 결합할 때에도 청색 이동(단파장쪽 이동)이 관찰되었다.
다양한 물질 또는 영양 물질이 운반체 나노입자에 흡착된 예 및 촉발 메카니즘의 발생시 이러한 물질이 선택적으로 방출되는 예
추가의 일련의 예에서, 약물은 운반체 알루미나 입자에 흡착된 후, 운반체 입자로부터 선택적으로 방출되었다. 특히, 테트라시클린과 히드로코르티손(0.01 g)의 별도의 수용액 50㎖를 제조하고, 여기에 알루미나 나노입자(스노우텍스-AK) 현탁액(20% wt/wt 현탁액 5㎖)을 첨가하였다. 자외선-가시광선 최대 람다에서의 장파장쪽 이동(적색 이동)이 다시 관찰되었으며, 이것은 이러한 약물이 알루미나 입자의 표면에 강하게 결합되었음을 보여준다. 하기 표는 기록된 자외선-가시광선 스펙트럼에서의 이동을 보여준다. 일단 약물이 입자에 결합되고 나면, 이것은 제어되는 pH 촉발 메카니즘에 의해 선택적으로 방출되었다. 따라서, 변형된 나노입자 현탁액의 pH를 높은 pH로 변경시키면, 자외선-가시광선 최대 람다의 제 2 적색 이동에 의해 관찰되는 바와 같이 약물이 방출되었다. 특히, 알칼리성 물질인 묽은 수산화나트륨(0.1N)을 0.5㎖의 양으로 샘플에 첨가하였다. 변형된 나노입자의 현탁액이 pH 9/10 또는 그 이상으로 변경될 때, 테트라시클린이 알루미나 표면으로부터 방출되었다. 관찰된 이동은 자유 약물의 최대 흡수에 해당한다.
샘플 자외선-가시광선 흡수(㎚)
히드로코르티손 수용액 241
히드로코르티손/스노우텍스-AK 234
히드로코르티손/스노우텍스-AK + 염기 244
히드로코르티손 + 염기 244
테트라시클린 수용액 357
테트라시클린/스노우텍스-AK 365
테트라시클린/스노우텍스-AK + 염기 385
테트라시클린 + 염기 385
따라서, 약물의 이러한 두 예는 운반체 입자로부터 약물을 선택적으로 방출시키는 능력을 입증하는 것이다. "pH 촉발자"를 사용함으로써, 기능성 화합물을 필요할 때마다 제어된 방식으로 방출시킬 수 있다.
이러한 전달 시스템의 촉발을, 신체 위치에 따른 고유한 pH차를 이용해서, pH 변화를 초래하는 감염과 같은 환경적 변화를 일으키거나, 기능성 화합물의 방출을 촉발하도록 전달 시스템에 pH 변경 물질과 같은 화학물질을 첨가하는 의도적인 행동을 함으로써, 수행할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 전달 시스템에 첨가될 수 있는 화학물질은, 물 또는 생물학적 유체로의 습윤시 pH 변화를 초래하는 중탄산염, 탄산염 및 완충염을 포함한다.
추가의 또다른 실시양태에서, 질병을 치료할 뿐만 아니라 이러한 치료의 효과 또는 특정 사건의 발생을 환자에게 알려주기 위해서, 방향제와 같은 신호제를, 단독으로 또는 건강 관련 화합물과 함께, 다양한 유형의 입자 상에서 사용할 수 있다. 한 예로서, 방향제는 한 유형의 입자에 흡착될 수 있고 항생제가 또다른 유형의 입자에 흡착될 수 있다. 입자는 감염 부위에 동시에 전달될 수 있다. 감염 부위가 알칼리성인 경우, 이는 항생제의 방출을 촉진할 수 있다. 감염이 제거되고 보다 정상적인 산성 환경으로 복귀되면, 방향제가 방출됨으로써, 감염이 효과적으로 치료되었다는 신호를 제공한다. 추가의 실시예에서, 특정 사건, 예를 들면 여성용품 또는 유아용 기저귀와 같은 붕대 또는 개인 관리용품에서와 같이 신체 유체 또는 배출물의 방출을 알려주는 데에 신호를 사용할 수 있다.
표면에 결합된 기능성 화합물을 갖는 알루미나 나노입자를 제조하는데 사용되는 방법은 하기 단계들을 포함하였다.
기능성 화합물을 교반과 동시에 물에 용해시켰다. 이러한 교반되는 용액에, 알루미나 나노입자를 천천히 첨가하고, 그 결과의 혼합물을 약 5 내지 10 분동안 교반하여, 기능성 화합물이 나노입자의 표면에 결합되는 것을 허용하였다. 교반된 혼합물 1방울을 채취하고, 이것을 석영셀에 넣음으로써, 수용액의 자외선-가시광선 스펙트럼을 얻었다. 대조물로서 물을 사용해서 자외선-가시광선 분광광도계 모델 UV-1601(시마쥬 코포레이션(Shimadzu Corporation))을 사용하여 자외선-가시광선 스펙트럼을 얻었다. 제타팔스 인스트루먼트(미국 뉴욕주 홀츠빌 소재의 브룩해븐 인스트루먼트 캄파니)를 사용하여 제타 포텐셜 및 입자크기를 측정하였다.
pH 촉발자를 사용하여 결합된 기능성 화합물을 방출시키는데 사용되는 방법은 하기 단계들을 포함하였다. 표면에 결합된 기능성 물질을 갖는 알루미나 나노입자를 교반과 동시에 수용액(현탁액)에 첨가하였다. 이러한 교반된 현탁액에, 묽은 수산화나트륨(0.1N)을 천천히 적가하고, 이어서 pH를 측정하였다. 이러한 현탁액 1방울을 채취하고 자외선-가시광선 스펙트럼을 측정하였다. 이러한 방식으로, 결합된 기능성 물질의 최대 람다 피크가 감소하는 반면, 자유 기능성 물질의 최대 람다 피크가 출현하여 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
또다른 실시양태에서, 전달 시스템을 탐폰에 혼입시킨다. 정상적인 건강한 질 유체는 산성이고, 전형적으로는 3 내지 5의 pH 범위를 갖는다. 그러나, 효모균 또는 기타 미생물로 감염된 경우, pH는 염기성 범위로 변한다. 이러한 pH의 변화는 테트라시클린 또는 완충제와 같은 약물의 방출을 촉발시켜, 질 유체 또는 질내 세균총(flora)의 건강한 pH를 회복하게 한다. 예를 들면, 약물처리된 탐폰은 결합된 항생제("결합된"이란 그 자체로 정전기 인력을 통해 탐폰 기재에 부착된 나노입자의 표면에 기능성 화합물이 흡착됨을 의미함)를 포함할 수 있다. 환자의 질내 pH가 효모균 감염으로 인해 알칼리성으로 변한 경우, 탐폰은 효모균 감염을 억제하는 결합된 항생제를 방출하도록 촉발되고, 그 결과 pH가 정상적인 산성 환경으로 복귀하게 된다. 추가의 또다른 실시양태에서는, 이러한 나노입자 전달 시스템을, 약물을 (산성 환경을 갖는) 위를 통해 운반한 후 (염기성/알칼리성 환경을 갖는) 소장에 방출시키는데 사용할 수 있다. 추가의 또다른 실시양태에서는, 이러한 나노입자 전달 시스템은, 수분 또는 신체 배출물의 출현, 또는 pH 변경 화학의 적용 시에 촉발될 수 있다. 이러한 상황에서, 붕대 상의 운반체 나노입자 상에 함유된 기능성 물질은 상처 부위 내로 또는 상처 부위 상으로 선택적으로 방출될 수 있다.
환경 조건의 변화시 약물의 방출을 알려주는데 사용될 수 있는 신호 시스템의 예
실리카 입자 결합 및 방출
하기 실시예는 (알루미나 입자에 대조되는) 실리카 나노입자를 사용하는 것 및 신호적 기능성 물질을 입자의 표면에 결합시키는 것을 예시한다. 산을 첨가하여 실리카 입자의 환경의 pH를 감소시킴으로써, 실리카로 코팅된 입자를 위한 pH-촉발된 방출을 활성화시킨다. 이 실시예에서는 묽은 산을 사용한다.
표면에 결합된 기능성 물질을 갖는 실리카 나노입자를 제조하는데 사용되는 방법은 하기 단계들을 포함한다. 기능성 물질을 교반과 동시에 물에 용해시켰다. 이 교반되는 용액에 실리카 나노입자를 천천히 첨가하고, 그 결과의 혼합물을 약 5 내지 10 분동안 교반하여, 기능성 물질이 나노입자의 표면에 결합되는 것을 허용하였다. 교반된 혼합물 1방울을 채취하고, 이것을 석영셀에 넣음으로써, 수용액의 자외선-가시광선 스펙트럼을 얻었다. 대조물로서 물을 사용해서 자외선-가시광선 분광광도계 모델 UV-1601을 사용하여 자외선-가시광선 스펙트럼을 얻었다. 제타팔스 인스트루먼트(미국 뉴욕주 홀츠빌 소재의 브룩해븐 인스트루먼트 캄파니)를 사용하여 제타 포텐셜 및 입자크기를 측정하였다.
pH 촉발자를 사용하여 결합된 기능성 물질을 실리카 표면으로부터 방출시키는데 사용되는 방법은 하기 단계들을 포함하였다. 표면에 결합된 기능성 물질을 갖는 실리카 나노입자를 교반과 동시에 수용액(현탁액)에 첨가하였다. 이러한 교반된 현탁액에, 묽은 염산(0.1N)을 천천히 적가하고, 이어서 pH를 측정하였다. 이러한 현탁액 1방울을 채취하고 자외선-가시광선 스펙트럼을 측정하였다. 이러한 방식으로, 결합된 기능성 물질의 최대 람다 피크가 감소하는 반면, 자유 기능성 물질의 최대 람다 피크가 출현하여 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
마찬가지로, 활성 방향제 화합물이 실리카 나노입자(스노우텍스 C, 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 니산 케미칼 아메리카)에 결합되는 것을 입증하였다. 따라서 (향료 산업에서 기본 방향제로서 사용되는) 살리실알데히드(salicylaldehyde) 용액(살리실알데히드 0.01 g이 물 50㎖에 용해된 것)에, 실리카 나노입자(스노우텍스 C, 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 니산 케미칼 아메리카)의 묽은 현탁액(2% wt/wt 현탁액 3㎖)을 교반과 동시에 첨가하였다. 살리실알데히드의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼은 그의 최대 람다에서 적색 이동을 나타내었으며(하기 표를 참고), 특징적인 냄새가 사라졌다. 적색 이동은 아릴 알데히드 관능기가 실리카 표면에 결합될 때 나타나는 특징이다. 묽은 산(전술된 바와 같은 염산)을 첨가하면, 알데히드가 방출되며 냄새가 다시 났다. 자외선-가시광선 스펙트럼 역시 청색 이동을 나타냄으로써, 출발 알데히드의 것으로 복귀하였다. 이러한 화학물질을, 환경 조건이 변화하면 방출되는 약물과 함께 사용함으로써, 약물이 전달되었음을 지시/신호할 수 있다. 예를 들면, 이러한 신호제는 실리카 입자 상에 흡착될 수 있다. 약학적 화합물은 개별적으로 알루미나 입자 상에 흡착될 수 있다. 입자들은 합체되어, 전달 비히클 내부에서 또는 변형된 약물 전달 장치의 일부로서 공동으로 사용될 수 있다. 이어서 기능성 물질은 별도의 화학적 사건의 발생시 촉발적으로 방출될 수 있다.
마찬가지로, 살리실알독심(salicylaldoxime) 금속봉쇄제도 실리카 입자 표면에 결합되어 pH에 의해 촉발적으로 방출된다는 것이 밝혀졌다. 그의 화학식 및 예시적 데이타가 하기 표에 명시되어 있다.
Figure 112005029572633-pct00022
살리실알데히드 살리실알독심
자외선-가시광선 흡수(㎚)
샘플 실리카 첨가 후 산 첨가 후
살리실알데히드 327 ㎚ 362 327
살리실알독심 303 ㎚ 350 340
추가로, 자외선-가시광선 분광법을 사용하여, 모든 살리실알데히드가 방출되는 pH를 결정하는 적정 연구를 수행하였다. 이 pH는 pH 6인 것으로 밝혀졌다.
추가로 또다른 실시양태에서, 기능성 화합물은 이러한 기재에 고정된 후, 조건(예를 들면 pH)의 변화에 노출되면, 기재로부터 방출되지만, 입자는 남겨져 있다.
특정 실시양태에서, 약학적 화합물을 포함하는 운반체 입자(및 바람직하게는 크기가 약 1 마이크론 미만, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 500 ㎚, 더욱 더 바람직하게는 약 10 내지 200 ㎚인 나노입자)를 다양한 도포 방법으로 국소적 붕대에 도포할 수 있다. 도포 방법은, 입자가 도포를 쉽게 하기 위해 비히클 내에 포함된 경우, 붕대층들 사이에 삽입된 겔, 수-현탁액, 건조 코팅 또는 분말을 포함한다. 이어서, 괜찮다면, 붕대를 건조시킴으로써, 입자의 전하가 붕대 기재와 밀착된 상태를 유지하게 한다.
결합된 약학적 또는 영양적 화학물질은 촉발적으로 방출되거나 촉발적으로 방출되지 않을 수 있다는 것도 알아야 한다. 다른 한편으로는, 다중 화학 입자 시스템 내의 몇몇 결합된 화학물질은 촉발적으로 방출가능하지만, 다른 결합된 화학물질은 운반체 입자 상에 의도적으로 남아있을 수 있다. 이렇게 해서, 기능성 물질/화합물의 잠재적인 독성을 제거하거나 감소시키기 쉽도록, 결합된 화학물질은 여전히 운반체 입자에 부착된 채로 그의 이로운 기능을 수행할 수 있다. 이러한 사용례 중 하나는, 결합된 살리실알독심을, 자유 착화제의 손실 또는 노출 없이도, 신체 또는 폐수로부터 중금속을 제거하는데에 사용하는 것이다.
또다른 예에서, 테트라시클린은 여전히 입자 상에 결합된 채로 항생제로서의 기능을 할 수 있다. 이는 항생제로 하여금 (입자의 크기로 인해서) 환자의 혈류로 건너가지 않고서도 위 및 장에서 기능을 수행하게 한다. 이렇게 항생제의 방출을 제어하는 것은, 이러한 약물에 알러지가 있는 환자의 감작의 위험을 낮추는 것을 도울 수 있다.
당해 분야의 보통 숙련자라면, 첨부된 청구의 범위에서 더욱 상세히 설명된 본 발명의 개념 및 범주에서 벗어나지 않게, 본 발명의 상기 및 기타 개조양태 및 변형양태를 실시할 수 있을 것이다. 또한, 다양한 실시양태의 사항을 전체적으로 또는 부분적으로 고칠 수 있다는 것을 이해해야 한다. 더욱이, 당해 분야의 보통 숙련자라면, 전술된 내용은 단지 예일 뿐이며, 첨부된 청구의 범위에서 추가로 기술되는 본 발명을 제한하려는 것은 아니라는 것을 알 것이다.

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  115. 음성 전하를 함유하는 수용 표면을 갖는 부직 웹 재료; 쿨롱의 법칙에 따라 부직 웹 재료의 수용 표면에 결합된 양성 하전된 다수의 입자를 포함하는 제품으로서, 상기 입자는 알루미나를 함유하고, 알루미나의 적어도 일부분은 입자의 표면 상에 존재하고, 기능성 화합물이 입자의 표면 상의 알루미나에 결합되고, 알루미나에 결합되기 전의 기능성 화합물은 하기 잔기를 포함하는 잔기 또는 그의 호변이성질체, 또는 그의 기능적 등가물을 포함하는 제품:
    Figure 112010075632491-pct00036
    상기 식에서, R 및 R'은 독립적으로 수소, 알킬기 또는 아릴기를 포함한다.
  116. 제 115 항에 있어서, 상기 입자가 알루미나로 코팅된 코어 물질을 포함하는 제품.
  117. 제 116 항에 있어서, 상기 코어 물질이 실리카를 포함하는 제품.
  118. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 상기 기능성 화합물이 착색제, 자외선 흡수제, 약물, 탈취제, 방향제, 치료제, 영양제, 항박테리아제, 항균제, 항바이러스제, 생체이물질, 또는 이들의 조합물을 포함하는 제품.
  119. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 상기 기능성 화합물에 결합된 알루미나를 함유하는 입자가 1,000 ㎚ 미만의 평균 크기를 갖는 제품.
  120. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 상기 기능성 화합물이 히드로코르티손, 아스코르브산, 아스파르탐 또는 테트라시클린을 포함하는 제품.
  121. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 상기 기능성 화합물에 결합된 알루미나를 함유하는 입자가 20 mV 이상의 제타 포텐셜을 갖는 제품.
  122. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 상기 다수의 입자가, 부직 웹 재료에 도포될 때, 액체 비히클 내에 함유된 제품.
  123. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 상기 부직 웹 재료가, 양성 하전된 다수의 입자와 결합하기 전에, 코로나 또는 일렉트릿 처리되는 제품.
  124. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 상기 부직 웹 재료 및 다수의 하전된 입자가 서로 결합한 후, 상기 제품이 극초단파(microwave radiation) 또는 고주파(radio frequency radiation)에 노출되는 제품.
  125. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 상기 부직 웹 재료가 음성 전하를 운반하는 천연 섬유를 포함하는 제품.
  126. 제 125 항에 있어서, 상기 천연 섬유가 면 또는 셀룰로스 섬유를 포함하는 제품.
  127. 제 115항 또는 제116항에 있어서, 상기 기능성 화합물이 염료를 포함하는 제품.
  128. 제 127 항에 있어서, 상기 염료가 안트라퀴논 발색단, 살리실레이트, 3-히드록시-2-나프토산 잔기, 크로모트로프산, 아세토아세트아닐리드, 나프토퀴논 또는 그의 유도체를 함유하는 제품.
  129. 제 127 항에 있어서, 상기 염료가 하기 잔기 또는 이 잔기의 호변이성질체를 함유하는 제품.
    Figure 112008084680716-pct00037
  130. 제 127 항에 있어서, 상기 염료가 하기 잔기(R 및 R'은 수소임)를 함유하는 제품.
    Figure 112008084680716-pct00038
  131. 제 127 항에 있어서, 상기 염료가 하기 잔기 또는 이 잔기의 호변이성질체를 함유하는 제품.
    Figure 112008084680716-pct00039
  132. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 상기 부직 웹 재료의 수용 표면과 입자가 42 mV 이상의 표면 전하차를 갖는 제품.
  133. 제 115 항 또는 제 116 항에 있어서, 부직 웹 재료가 합성 중합체 섬유를 포함하는 제품.
  134. 제 133 항에 있어서, 합성 중합체 섬유가 폴리올레핀 섬유인 제품.
  135. 삭제
  136. 제 115 항에 있어서, 부직 웹 재료가 스펀본드 웹인 제품.
  137. 알루미나를 함유하는 다수의 입자 및 액체 비히클을 포함하는 기록 매체를 오리피스로부터 액적의 형태로 분출시켜 부직 웹 재료 상에 이미지를 형성하는 것을 포함하는, 제 115 항의 제품을 형성하기 위한 인쇄 방법.
  138. 삭제
  139. 삭제
  140. 제 137 항에 있어서, 상기 방법이 잉크-젯 방법인 방법.
  141. 삭제
  142. 삭제
  143. 삭제
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