KR101384055B1 - 버스트형 지연 방출 제어 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

버스트형 지연 방출 제어 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

살포 초기에는 활성 물질의 방출이 없거나 미미하다가 특정 환경이 도래하면 활성 물질의 방출이 이루어지는 지연 방출 제어 조성물로서, 수팽창성 고분자 중합체 및 상기 수팽창성 고분자 중합체 내에 포함되어 있는 생물학적 활성 성분을 포함하는 중심부; 및 상기 중심부를 감싸도록 상기 중심부의 표면에 형성되어 있고 투수성이 있는 주변부를 포함하는, 초기 방출억제 특성을 갖는 버스트(burst)형 지연 방출 제어 조성물을 제공한다.

Description

버스트형 지연 방출 제어 조성물 및 이의 제조방법{BURST TYPE LAGGED-RELEASE CONTROLLED COMPOSITION AND PREPARATION METHOD THEREOF}
조성물 내에 함유되어 있는 생물학적 활성 성분이, 조성물이 살포된 환경의 변화에 따라 살포 시점과는 시간적 차이를 두고 방출되는, 지연 방출 제어 조성물에 관한 것이다.
한번에 적정한 농도의 농약이나 비료 등을 살포하여 오랜 기간 동안 그 효과가 유지되거나, 특정의 시점 또는 특정의 환경이 도래했을 때 생물학적 활성 성분이 방출되도록 활성 성분의 활성 발현 시기를 제어하는 것이 농업 현장에서 요청되고 있다. 활성 성분을 서방화시키는 제제에 대한 연구는 비교적 활발히 이루어져 왔으나 서방화가 아닌 시간차 방출형(또는 지연 방출형; 살포 초기에는 활성 성분의 방출이 없거나 미미하다가 특정 환경이 도래하면 활성 성분의 갑작스런 방출이 이루어지거나 서서히 방출되는 형태) 제제는 알려진 바가 없다. 서방성 제제를 제조하는 방법으로 활성 물질을 마이크로캡슐에 넣는 방법, 활성 물질을 사이클로덱스트린에 포접시키거나 폴리머와 혼합하는 방법, 입제 또는 분제 형태의 활성 물질을 단독 또는 첨가제와 함께 혼합하여 입자상으로 제조하고 제조된 입자를 수지 등으로 피복하는 방법, 다공성 담체에 활성 물질을 흡착시킨 후 코팅하는 방법 등이 제시되었다. 이와 같이 제제 중에 포함되어 있는 활성 물질을 서방화 시키기 위한 제형 연구가 이루어져 왔으나, 서방화가 아닌 시간차 방출 또는 지연 제어 방출 제제에 대해서는 연구가 이루어진 바가 거의 없다. 특정 환경, 예컨대 우기에 도달하였을 때 방출될 수 있는 제제의 제형화가 이루어진다면, 우기에 도달하기에 앞서 제제를 미리 살포하고, 적절한 시기에 활성 물질의 방출을 통한 효과를 얻을 수 있는 편리함을 얻을 수 있을 것이다.
살포 초기에는 활성 물질의 방출이 없거나 미미하다가 특정 환경이 도래하면 활성 물질의 방출이 이루어지는 방출 제어 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버스트(burst)형 지연 방출 제어 조성물은 초기 방출억제 특성을 갖는 것으로, 수팽창성 고분자 중합체 및 상기 수팽창성 고분자 중합체 내에 포함되어 있는 생물학적 활성 성분을 포함하는 중심부 및 상기 중심부를 감싸도록 상기 중심부의 표면에 형성되어 있고 투수성이 있는 주변부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버스트(burst)형 지연 방출 제어 조성물의 제조방법은, 수팽창성 고분자 중합체에 산을 가하여 수팽창성 고분자 중합체의 pH를 5.0 내지 6.0으로 조절한 후, 상기 pH가 조절된 수팽창성 고분자 중합체와 미생물 균체를 혼합한 후 동결 건조하여 중심부를 준비하는 단계; 소듐 실리케이트를 포함하는 용액에 감마선 1 내지 15 kGy를 조사하여 주변부 형성 용액을 준비하는 단계; 및 상기 중심부에 황산마그네슘을 분무 및 건조한 후, 상기 주변부 형성 용액을 분무하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 버스트형 지연 방출 제어 조성물이 살포된 후, 건기 환경에는 지연 방출 제어 조성물이 중심부와 이를 둘러싸는 주변부의 형상을 그대로 유지하다가, 우기(雨期) 등과 같은 수(水) 환경이 되면 투수성인 주변부를 통해 중심부의 수팽창성 고분자 중합체 내부로 수분이 확산되고, 수분의 확산에 의해 중심부의 수팽창성 고분자 중합체의 부피가 증가하다가, 주변부의 내인(耐忍) 압력 이상이 되어 주변부가 파열되면 비로소 생물학적 활성 성분이 외부로 유출된다. 우기에 요구되는 특정 영양 성분의 공급이 필요한 경우 또는 우기에 창궐하는 병원균에 대한 살균 성분의 공급이 필요한 경우, 우기가 오기 전에 미리 조성물을 살포하여 우기가 되었을 때에 조성물 내부의 생물학적 활성 성분이 방출되게 함으로써, 미리 작업을 할 수 있다는 편리성과 적절한 시기에 생물학적 활성 성분이 작용될 수 있다는 적합성을 만족하게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 방출억제 특성을 갖는 버스트(burst)형 지연 방출 제어 조성물의 개념도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 지연 방출 제어 조성물을 증류수가 들어 있는 비이커에 넣은 후 관찰하였을 때, 24시간 이내에 커드란 중심부가 팽윤 방출되었음을 나타내는 사진이다.
도 3는 비교예 2에 따라 제조된 조성물의 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버스트(burst)형 지연 방출 제어 조성물은 초기 방출억제 특성을 갖는 것으로, 수팽창성 고분자 중합체 및 상기 수팽창성 고분자 중합체 내에 포함되어 있는 생물학적 활성 성분을 포함하는 중심부 및 상기 중심부를 감싸도록 상기 중심부의 표면에 형성되어 있고 투수성이 있는 주변부를 포함한다. 상기 지연 방출 제어 조성물을 이루는 중심부 및 주변부는 생분해성 물질인 것이 바람직하다. 상기 지연 방출 제어 조성물은 그 형상 또는 크기에 제한이 없으며, 생물학적 활성 성분이 포함되어 있는 수팽창성 고분자 중합체를 주변부가 감싸고 있는 구조를 가지므로, 제조 방법에 따라 구형 또는 다면체 형상을 가질 수 있다.
상기 조성물의 중심부에 포함되는 수팽창성 고분자 중합체는 미생물 유래의 고분자 중합체일 수 있으며, 생분해성 물질인 것이 바람직하다. 수팽창성 고분자 중합체로는 예컨대 미생물 유래의 다당류인 커드란이 사용될 수 있다. 상기 고분자 중합체로서 커드란(curdlan) 외에, 셀룰로오스(cellulose), 플루란(pullulan), 젤란(gellan), 주글란(zooglan), 레반(levan), 잔탄검(xantan gum), 전분(starch), 알긴산(alginic acid) 또는 키토산(chitosan) 등을 사용할 수 있으며, 상기 생분해성 고분자는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
상기 수팽창성 고분자 중합체에 포함될 수 있는 생물학적 활성 성분으로는 미생물이 있다. 상기 미생물은 그람 음성균일 수 있다. 그람 음성균은 미생물 농약 세균으로 활용될 수 있는 장점에도 불구하고, 제제화에 어려움이 있어 농약 제제로 실용화되지 못하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트(burst)형 지연 방출 제어 조성물에 따르면, 그람 음성균이 조성물의 중심부에 포함되어 있는 수팽창성 고분자 중합체 내에서 생존을 유지하고 있다가, 조성물 살포 후 수(水) 환경에 투입되면 수(水) 환경에서 투수성인 주변부를 통해 중심부의 수팽창성 고분자 중합체 내부로 수분이 확산되고, 수분의 확산에 의해 중심부의 수팽창성 고분자 중합체의 부피가 증가하다가, 주변부의 내인(耐忍) 압력 이상이 되어 주변부가 파열되면 비로소 그람 음성균이 외부로 유출되어 미생물 농약으로서 작용을 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물 내에 포함될 수 있는 미생물은 버크홀데리아(Burkholderia), 슈도모나스(Psudomonas), 잔토모나스(Xanthomonas)와 같은 그람 음성균 외에도, 바실러스(bacillus) 및 스트렙토마이세스(Streptomyces)와 같이 미생물 농약으로 사용될 수 있는 그람 양성균 역시 포함된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버스트(burst)형 지연 방출 제어 조성물의 제조방법은, 수팽창성 고분자 중합체에 산을 가하여 수팽창성 고분자 중합체의 pH를 5.0 내지 6.0으로 조절한 후, 상기 pH가 조절된 수팽창성 고분자 중합체와 미생물 균체를 혼합한 후 동결 건조하여 중심부를 준비하는 단계; 소듐 실리케이트를 포함하는 용액에 감마선 1 내지 15 kGy를 조사하여 주변부 형성 용액을 준비하는 단계; 및 상기 중심부에 황산마그네슘을 분무 및 건조한 후, 상기 주변부 형성 용액을 분무하는 단계를 포함한다. 상기 중심부 준비 단계 및 주변부 형성 용액의 준비 단계는 서로 순서가 바뀔 수 있다.
이하, 중심부를 준비하는 단계를 설명한다. 중심부를 형성하는 수팽창성 고분자 중합체로는 커드란(curdlan), 셀룰로오스(cellulose), 플루란(pullulan), 젤란(gellan), 주글란(zooglan), 레반(levan), 잔탄검(xantan gum), 전분(starch), 알긴산(alginic acid) 또는 키토산(chitosan) 등을 사용할 수 있으며, 상기 생분해성 고분자는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 중심부를 형성하는 수팽창성 고분자 중합체의 pH를 조절하기 위하여 아세트산 또는 시트르산을 사용할 수 있으며, 상기 pH는 5.0 내지 6.0, 바람직하게는 5.6 내지 6.0이다. 중심부에 포함될 수 있는 미생물로는 버크홀데리아(Burkholderia), 슈도모나스(Psudomonas), 바실러스(bacillus) 또는 잔토모나스(Xanthomonas)가 있으며, 미생물 농약으로 활용될 수 있는 있는 것이라면 상기 미생물에 한정되지 않는다. 수팽창성 고분자 중합체에 산을 가하여 수팽창성 고분자 중합체의 pH를 조절한 후, 미생물 균체를 혼합한 후 동결 건조하여 중심부를 준비함에 있어서, 상기 미생물 균체를 상기 수팽창성 고분자 중합체와 혼합하기에 앞서, 상기 미생물 균체를 원심분리할 수 있으며 2000 내지 4000 rpm으로 원심분리하는 것이 바람직하다.
이하, 주변부 형성 용액 준비하는 단계를 설명한다. 소듐 실리케이트와 커드란을 포함하는 용액에 감마선 1 내지 15 kGy를 조사하여 주변부 형성 용액을 준비하는데, 이 때 상기 주변부 형성 용액에 감마선을 조사하기에 앞서 이소프로필 알코올을 가하는 것이 더욱 바람직하다. 감마선 조사는 15 kGy이하가 바람직하다. 15 kGy를 초과하면 중심부에 부착되는 코팅막으로서의 주변부가 형성되는 것이 아니라 별개의 골격으로 형성되기 때문이다. 감마선 조사량은 3 kGy가 특히 바람직하다.
상기와 같이 제조된 중심부에 황산마그네슘을 분무 및 건조한 후, 상기 주변부 형성 용액을 분무함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 방출 제어 조성물을 제조할 수 있다. 황산마그네슘을 분무함으로써, 주변부 형성 용액이 중심부에 더 잘 부착됨을 확인할 수 있었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 방출억제 특성을 갖는 버스트(burst)형 지연 방출 제어 조성물의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 중심부에 수팽창성 고분자 중합체 및 상기 수팽창성 고분자 중합체 내에 포함되어 있는 생물학적 활성 성분이 포함되어 있고, 중심부를 둘러싸는 주변부로서 코팅막이 형성된 지연 방출 제어 조성물이 도시되어 있다. 상기 조성물이 살포된 후, 건기 환경에는 지연 방출 제어 조성물이 중심부와 이를 둘러싸는 주변부의 형상을 그대로 유지하다가, 우기(雨期) 등과 같은 수 환경이 되면 투수성인 주변부를 통해 중심부의 수팽창성 고분자 중합체 내부로 수분이 확산되고, 수분의 확산에 의해 중심부의 수팽창성 고분자 중합체의 부피가 증가하다가, 주변부의 내인(耐忍) 압력 이상이 되어 주변부가 파열되면 비로소 생물학적 활성 성분이 외부로 유출된다. 우기에 요구되는 특정 영양 성분의 공급이 필요한 경우 또는 우기에 창궐하는 병원균에 대한 살균 성분의 공급이 필요한 경우, 우기가 오기 전에 미리 조성물을 살포하여 우기가 되었을 때에 조성물 내부의 생물학적 활성 성분이 방출되게 함으로써, 미리 작업을 할 수 있다는 편리성과 적절한 시기에 생물학적 활성 성분이 작용될 수 있다는 적합성을 만족하게 되는 효과가 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 버스트형 지연 방출 제어 조성물의 제조
(1) 중심부 제조
증류수 10 mL 에 KOH 0.00415g 및 커드란 0.13g을 녹인 후, 아세트산 0.0039mL를 가하여 용액의 pH를 5.6 내지 6.0으로 조절하였다. 미생물 균체로 버크홀데리아 파이로키니아(Burkholderia pyrrocinia)를 3000 rpm으로 원심 분리한 후, 원심 분리한 미생물 균체 대 상기 용액의 부피비를 1:100으로 하여 혼합한 후, 동결건조하였다.
(2) 주변부 제조
증류수 480mL에 소듐 실리케이트 5g와 커드란 2.5g을 녹인 후, 이소프로필 알코올 20mL를 넣은 후 감마선 3 kGy를 조사하여 주변부 형성 용액인 코팅액을 제조하였다.
(3) 중심부에 주변부 형성
상기 중심부에 MgSO4를 분무하고 건조시킨 후, 상기 주변부 형성 용액을 분무함으로써 버스트형 지연 방출 제어 조성물을 제조하였다.
실시예 2
중심부 제조에 있어서 아세트산을 0.039mL 로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 1
주변부 제조에 있어서 감마선 조사를 30 kGy로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 2
주변부 제조에 있어서 감마선 조사 전에 이소프로필 알코올을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 3 내지 8
비교예 3은 중심부의 제조에 있어서 수산화칼륨을 0.415g 가하고, 아세트산 대신 인산 0.5mL를 가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 중심부 제조에 있어서 비교예 3 내지 8의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
중심부
커드란(g) KOH(g) 산(mL)
인산 아세트산
비교예 3 0.13 0.415 0.5 0
비교예 4 0.13 0.0415 0.05 0
비교예 5 0.13 0.00415 0.005 0
비교예 6 0.13 0.415 0 0.39
비교예 7 0 0.415 0.5 0
비교예 8 0 0.415 0 0.39
지연 방출 제어 평가
상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 지연 방출 제어 조성물을 증류수가 들어 있는 비이커에 넣은 후 미생물이 포함되어 있는 커드란인 중심부의 팽윤 방출을 확인하였다.
도 3은 실시예 1의 지연 방출 제어 조성물이 증류수가 들어 있는 비이커에 넣은 후 24시간 이내에 커드란 중심부가 팽윤 방출되었음을 나타내는 사진이다. 도 3을 참조하면, 지연 방출 제어 조성물이 수 환경에 노출된 후 24시간 이내에 중심부가 팽윤 방출되었음을 확인할 수 있다.
도 4는 비교예 2로 제조된 조성물의 사진이다. 도 4를 참조하면, 감마선 조사 전에 이소프로필 알코올을 첨가하지 않은 경우 주변부인 코팅막이 형성되지 않아 그 자체로 팽윤되었음을 확인할 수 있다. 이를 통하여 이소프로필 알코올을 첨가함으로써 주변부인 코팅막이 안정적으로 형성될 수 있음을 알 수 있다.
미생물 장기 생존 평가
미생물 장기 생존 여부를 다음과 같은 방법으로 확인하였다. 중심부 제조 후 동결건조한 중심부를 상온에서 30일 이상 보존하면서 각 날짜별로 중심부 20 μg을 취하여 LB 평판 배지 상에 접종 한 후 콜로니 생성 여부를 확인하였다.
실시예 1 및 2의 경우 미생물이 30일 이상 생존하였음을 확인하였다. 반면, 비교예 3 내지 6의 경우 미생물이 7일 이내에 사멸하였다. 비교예 7 및 8의 경우에는 중심부가 형성되지 않았다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 수팽창성 고분자 중합체에 산을 가하여 수팽창성 고분자 중합체의 pH를 5.0 내지 6.0으로 조절한 후, 상기 pH가 조절된 수팽창성 고분자 중합체와 미생물 균체를 혼합한 후 동결 건조하여 중심부를 준비하는 단계;
    소듐 실리케이트와 커드란을 포함하는 용액에 감마선 1 내지 15 kGy를 조사하여 주변부 형성 용액을 준비하는 단계; 및
    상기 중심부에 황산마그네슘을 분무 및 건조한 후, 상기 주변부 형성 용액을 분무함으로써 주변부를 형성하는 단계를 포함하는,
    지연 방출 제어 조성물의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수팽창성 고분자 중합체는 커드란(curdlan), 셀룰로오스(cellulose), 플루란(pullulan), 젤란(gellan), 주글란(zooglan), 레반(levan), 잔탄검(xantan gum), 전분(starch), 알긴산(alginic acid) 및 키토산(chitosan)으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된, 지연 방출 제어 조성물의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 산은 아세트산 또는 시트르산인 것을 특징으로 하는, 지연 방출 제어 조성물의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 미생물은 버크홀데리아(Burkholderia), 슈도모나스(Psudomonas), 바실러스(bacillus), 스트렙토마이세스(Streptomyces) 및 잔토모나스(Xanthomonas)로 이루어진 군으로부터 선택된, 지연 방출 제어 조성물의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 미생물 균체를 상기 수팽창성 고분자 중합체와 혼합하기에 앞서, 상기 미생물 균체를 원심분리하는 것을 특징으로 하는, 지연 방출 제어 조성물의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 주변부 형성 용액에 감마선을 조사하기에 앞서 이소프로필 알코올을 가하는 것을 특징으로 하는, 지연 방출 제어 조성물의 제조방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 주변부 형성 용액을 준비하는 단계에 있어서 소듐 실리케이트 대 커드란의 중량비가 2:1인 것을 특징으로 하는, 지연 방출 제어 조성물의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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