KR101922489B1

KR101922489B1 - 활성산소 억제 기능이 있는 자외선 차단용 복합분체 및 그를 포함하는 용도

Info

Publication number: KR101922489B1
Application number: KR1020170041019A
Authority: KR
Inventors: 남윤성; 손호연; 구본일; 김경락; 이동재; 이준배; 장지희; 김수지
Original assignee: 한국과학기술원; 코스맥스 주식회사
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-11-27
Also published as: KR20180110960A

Abstract

본 발명은 자외선 차단용 복합분체 및 이의 응용에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명에 따르면, 광반응으로부터 유발되는 활성산소의 억제능에 현저한 시너지를 제공할 수 있으며, 향상된 UV 산란 특성과 더불어 자외선 차단 효과에 현저성을 부여할 수 있다. 이에, 보다 넓은 범위의 자외선 영역에 대한 우수한 차단효과의 구현을 필요로 하는 자외선 차단용 화장품 소재, 도료 소재 등과 같은 다양한 양태로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

활성산소 억제 기능이 있는 자외선 차단용 복합분체 및 그를 포함하는 용도{ROS-inhibiting, UV-screening composite particles and the use thereof}

본 발명은 활성산소 억제 기능이 있는 자외선 차단용 복합분체 및 이의 용도에 관한 것이다.

자외선은 파장이 가시광선보다 짧은 광선이며, 사람의 눈에는 보이지 않는 영역으로 10 내지 400 nm의 파장 영역을 가진다. 일반적인 X-선이나 감마선보다 투과성은 낮지만 가시광선이나 적외선에 비해 에너지가 높은 편이기 때문에, 인간의 피부에 일광 화상, 색소침착, 광 노화 등을 일으키는 원인으로 작용하며, 심하게 노출되었을 때에는 피부암을 일으키기도 한다.

상기 자외선은 그 파장에 따라, 단파　자외선(UVC; 200-280 nm), 중파　자외선(UVB; 290-300 nm), 장파　자외선(UVA; 320-400 nm)으로 분류되며, 이 중 가장 파장이 짧고 에너지가 높은 단파　자외선은 대부분 오존층에 흡수되어 지표에 도달하지 못하고 소실된다. 그러나, 상기 중파　자외선은 표피 기저층과 진피 상부까지 투과하여 홍반, 부종 등의 일광 화상과 주근깨와 같은 색소침착을 유발하여 피부암을 일으킬 수 있는 광선으로 알려져 있으며, 상기 장파　자외선은　자외선　중 가장 파장이 긴 광선으로 피부의 진피층까지 도달하여 피부의 탄력을 감소시켜 주름생성을 촉진하는 등 광 노화를 유발하는 노화 광선으로 알려져 있다. 이와 같이, 다양한 피부 손상을 유발하는　자외선으로부터 피부를 보호하기 위해, 자외선　차단제의 필요성은 오래전부터 인식되어 왔고, 그 결과 다양한 종류의 자외선 차단 제품이 출시되어 왔다.

종래의 자외선 차단제는 자외선으로부터 피부를 보호하는 기전에 따라 유기 자외선 차단제와 무기 자외선 차단제 두 가지로 나뉜다.

상기 유기 자외선 차단제는 자외선을 흡수하여 화학반응을 통해　자외선을 열로 바꾸어 방출하는 기전을 가지는 것으로, 이의 대표적인 일예로는 에틸헥실메톡시신나메이트, 에틸헥실살리실레이트, 옥토크릴렌, 부틸메톡시디벤조일메탄, 비스-에틸헥실옥시페놀메톡시페닐트리아진 및 디에틸아미노하이드록시벤조일헥실벤조에이트 등을 들 수 있다. 그러나, 이러한 유기　자외선　차단제는 피부에 흡수되어 피부자극 및 피부독성 등의 문제를 야기할 수 있다고 알려지면서 이의 사용이 제한되고 있다.

반면, 상기 무기 자외선 차단제는　자외선을 반사, 산란시켜 피부 내로　자외선이 침투하지 못하게 차단하는 기전을 가지는 것으로, 이의 대표적인 일예로는 이산화티탄, 산화아연 등을 들 수 있다. 그러나, 이러한 무기　자외선　차단제는 제형 내에서 분산 및 용해가 어렵고, 피부에 도포 시 백탁 현상을 보이거나 불량한 사용감(예컨대, 이물감 등)을 야기할 수 있으며, 극성이 높고 비중이 커서 화장품 제형에서 쉽게 응집되어 침전되는 문제를 가진다.

현재 이러한　자외선　차단제들의 단점을 극복하기 위해, 다양한 방면의 연구들이 시도되어지고 있다.

일예로, 이산화티탄 및 산화아연의 사용감 개선과 응집성 개선을 위한 표면처리의 방법으로서, 비특허문헌 1에 플라즈마 유도 그라프팅(plasma induced grafting) 기술에 의한 티타늄 합금의 표면 개질 방법으로 과산화기에 폴리 2-메타크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린을 반응시키는 방법이 보고된 바 있다.

또한 이산화티탄 및 산화아연의 응집성 개선을 위해, PMMA 미립구 내부에 이들을 봉입하는 방법(비특허문헌 2)이 보고된 바 있으며, 이산화티탄의 광촉매 활성으로 인한 단점을 개선하기 위한 방법으로서, 산화알루미늄(Al₂O₃)과 산화규소(SiO₂)를 이산화티탄의 표면에 코팅하는 방법이 보고된 바 있다.

또한 나노수준으로 작게 만들어진 무기 차단제도 피부에 밀착되거나 각질층에 침투하여 활성산소(reactive oxygen species, ROS)를 발생시켜, 피부자극 및 피부독성 등의 문제를 야기할 수 있는 가능성이 높아서, 나노수준의 크기를 갖는 무기 차단제의 사용의 유해성에 대한 논란이 있다.

따라서, 여전히 높은 안전성과 우수한　자외선　차단 효과를 유지하면서, 백탁 현상 등이 발생하지 않는 우수한　자외선　차단제에 대한 시장의 요구가 절실한 상황이다.

이에, 본 발명자들은 종래의　자외선　차단제, 특히 무기　자외선　차단제의 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 유-무기 하이브리드형 다층막 구조를 가짐에 따라 자외선 차단효과뿐만 아니라 무기 자외선 차단제와 자외선과의 광반응으로부터 유발되는 활성산소의 억제능에 현저한 효과를 제공하는 것을 확인하였다.

나아가 다공성 코어의 표면을 유-무기 하이브리드형 다층막 구조로 코팅함에 따라 차단되지 못하는 투과되는 자외선을 산란하여 자외선 차단력을 향상시키고, 광반응으로부터 유발되는 활성산소의 억제능에 현저한 시너지를 제공할 수 있음은 물론 통상의 무기　자외선　차단제의 높은 굴절율로 인한 백탁 현상을 최소화하고, 우수한 광안정성을 구현할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.

Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2009, 74(1), pp. 96-102. Colloid & Polym Science 2002, 280, pp. 584-588

본 발명의 목적은 유-무기 하이브리드형 다층막 구조를 포함하는 다공성의 자외선 차단용 복합분체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광반응으로부터 유발되는 활성산소를 효과적으로 제거함으로써, 이로부터 발생하는 피부 자극, 활성산소에 의한 유효성분의 화학적 변성 등의 문제점을 해결함은 물론 향상된 자외선 차단능을 구현하는 자외선 차단용 화장료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 활성산소 소거능이 탁월하고, 자외선 차단능이 우수한 다층막 및 이를 이용하여 자유 라디칼을 효과적으로 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술된 목적을 달성하기 위하여, 다공성 코어; 및 상기 다공성 코어의 표면에 형성된 코팅층;을 포함하는 자외선 차단용 복합분체를 제공한다. 이때, 상기 자외선 차단용 복합분체의 코팅층은 항산화제를 포함하는 유기층 및 무기 미립자를 포함하는 무기층이 교대 적층된 것이다.

또한 본 발명은 상기 복합분체를 포함하는 자외선 차단용 화장료 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 항산화제 및 무기 미립자가 교대 적층된 다층막 및 이를 이용한 활성산소의 제거방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 광반응으로부터 유발되는 활성산소의 억제능이 탁월하며, 향상된 UV 산란 특성과 더불어 자외선 차단 효과에 현저성을 부여할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 다공성 구조를 도입하여 비중을 크게 감소시킴으로써 향상된 분산 안정성을 가진 입자를 제공할 수 있으며, 광촉매 활성을 가진 이산화티탄(TiO₂) 등 피부자극 및 피부노화을 유발할 수 있는 무기 자외선 차단제와 피부의 직접적인 접촉을 방지함으로써, 피부에 대한 우수한 안전성을 제공함과 동시에 부드럽고 가벼운 사용감을 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 다층막 형태의 복합분체는 다공성 코어의 모폴로지에서 유도된 광산란 효과로 자외선 차단능에 시너지를 부여함은 물론 백탁 현상을 효과적으로 개선하여 향상된 투명성을 부여할 수 있는 자외선 차단용 화장료 조성물을 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 다층막 형태의 복합분체 및 다층막은 항산화성 저자극의 신규 자외선 차단 소재로, 현저하게 향상된 자외선 차단능 뿐 아니라 활성산소를 효과적으로 억제할 수 있어, 자외선 차단용 화장료 조성물 뿐 아니라 다양한 양태로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 따른 복합분체 표면의 모식도와 광반응으로부터 유발되는 활성산소를 제거하는 것에 대한 모식도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 4에서 제조된 복합분체의 주사전자현미경 사진을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 4(코팅층 개수; n)에서 제조된 복합분체의 UV-VIS 흡광 그래프를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에서 제조된 복합분체(PMMA/(TA/TiO₂)₄), 비교예 1(PMMA 파우더), 비교예 2(다공성 PMMA 미립구) 및 비교예 3(TiO₂나노입자)을 이용한 O/W 선크림의 자외선 차단지수(SPF)를 대비한 그래프를 도시한 것이다.
도 5는 실시예 4에서 제조된 복합분체의 슈퍼옥사이드 라디칼 억제능에 대한 측정 결과로, 도 5의 a는 광반응으로부터 유발된 슈퍼옥사이드 라디칼에 의해 형성된 포르마잔(formazan)에 대한 흡광 스펙트럼(680 nm)을 도시한 것이며, 도 5의 b는 광반응으로부터 유발된 슈퍼옥사이드 라디칼의 농도를 도시한 것이다.
도6는 실시예 4에서 제조된 복합분체의 하이드록시 라디칼 억제능에 대한 측정 결과로, 도 6의 a는 광반응으로부터 유발된 하이드록시 라디칼과 테레프탈산(terephthalic acid)의 화학결합에 의한 형광강도를 도시한 것이며, 도 6의 b는 광반응으로부터 유발된 하이드록시 라디칼의 농도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 5 내지 6에서 제조된 복합분체의 주사전자현미경 사진을 도시한 것이다.
도 8은 실시예 5 내지 6에서 제조된 복합분체의 슈퍼옥사이드 라디칼 억제능에 대한 측정 결과로, 도 8의 a는 광반응으로부터 유발된 슈퍼옥사이드 라디칼에 의해 형성된 포르마잔에 대한 흡광 스펙트럼(680 nm)을 도시한 것이며, 도 8의 b는 광반응으로부터 유발된 슈퍼옥사이드 라디칼의 농도를 도시한 것이다.
도 9는 실시예 5 내지 6에서 제조된 복합분체의 하이드록시 라디칼 억제능에 대한 측정 결과로, 도 9의 a는 광반응으로부터 유발된 하이드록시 라디칼과 테레프탈산의 화학결합에 의한 형광강도를 도시한 것이며, 도 9의 b는 광반응으로부터 유발된 하이드록시 라디칼의 농도를 도시한 것이다.
도 10은 실시예 4에서 제조된 복합분체의 마우스 모델에서의 장기 독성 안전성과 자외선에 대한 보호 능력을 확인한 결과로, 피부손상여부를 면역조직염색을 통해 확인한 사진이다.

본 발명에 따른 자외선 차단용 복합분체 및 이의 응용에 대하여 이하 상술하나, 이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

종래 다공성 또는 중공성 구조의 입자를 이용하여 자외선 차단제를 봉입하는 기술은 이미 알려져 있다. 그러나 종래 기술에 있어, 봉입되는 자외선 차단제가 유기 자외선 차단제일 경우 피부 자극을 유발하는 문제점을 완벽하게 해결하지 못하였으며, 봉입되는 자외선 차단제가 무기 자외선 차단제일 경우 다공성 구조를 갖지 못하여 이의 비중을 낮추는데 크게 기여하지 못하는 한계를 가졌다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다공성 코어의 구조를 유지함과 동시에 이의 표면에 유-무기 하이브리드형 다층막 구조의 코팅층을 도입한 복합분체를 고안하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합분체는 낮은 비중으로 제형 내 분산성을 향상시킴으로써, 다양한 양태로의 제형화를 가능케 한다. 뿐만 아니라 다층막 형태의 복합분체의 모폴로지에서 유도된 광산란 효과로 백탁 현상을 효과적으로 개선하여 향상된 투명성을 부여한다.

또한 본 발명에 따른 복합분체는 다공성 코어의 UV 산란 특성을 저해하지 않으며, 우수한 점착성으로 TiO₂ 등 무기 자외선 차단제를 균일하게 도입함으로써, 향상된 자외선 차단능은 물론 빛의 난반사에 의한 소프트 포커스 효과로 인해 피부톤의 보정효과도 기대할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 복합분체는 다공성 코어; 및 상기 다공성 코어의 표면에 형성된 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 코팅층은 항산화제를 포함하는 유기층과 무기 미립자를 포함하는 무기층이 교대 적층된 것으로, 이들이 교대 적층된 복수의 코팅층을 구비함으로써, 상술된 본 발명에 따른 효과를 더욱 배가 시킬 수 있다.

본 발명에서의 용어, "다공성 코어"는 입자의 표면에 기공이 형성된 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 겔 타입, 침강형(precipitated) 타입, 흄드(fumed) 타입, 드라이 타입, 그라운드 타입, 소성(calcined) 타입, 수화형(hydrous) 타입 중 가능한 형태로 사용될 수 있다. 또한, 상기 다공성 코어는 부피 백분율(vol%) 단위로 표시되는　기공도(porosity)가 20 내지 90 vol%의 범위를 만족하는 것일 수 있다. 이때, 상기 기공도는 다공성 코어 전체 부피에 대한　기공들의 총 부피의 비율을 의미한다.

또한 본 발명에서의 용어, "무기 미립자"는 상기 다공성 코어의 표면에 균일하게 코팅되는 물질로, 자외선 차단성을 가진 금속 산화물일 수 있다. 비한정적인 일예로 금속 산화물은 세륨옥사이드(CeO₂), 산화철(Fe₂O₃, Fe₃O₄), 지르코늄옥사이드(ZrO₂), 실리카(SiO₂), 이산화티탄(TiO₂), 이리듐디옥사이드(IrO₂), 산화아연(ZnO) 등에서 선택되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 코어는 빛을 산란시킬 수 있는 다공성의 구조를 갖는다. 이에, 코어의 UV 산란 특성과 이의 표면에 도입된 무기 미립자(예컨대, TiO₂ 등 무기 자외선 차단제)에 의한 자외선 차단 효과가 결합되어, 보다 넓은 범위의 자외선을 차단할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 상기 복합분체는 낮은 비중으로 제형 내 분산성을 향상시킬 수 있음은 물론이고, 다공성 코어의 모폴로지에서 유도된 광산란 효과로 백탁 현상을 최소화할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 다공성 코어는 표면에 기공이 형성된 것이라면 제한되지 않으며, 좋게는 다공성 유기 고분자 입자 등일 수 있다.

일예로, 상기 다공성 유기 고분자 입자의 고분자 소재는 아크릴계　고분자, 비닐계　고분자, 에폭시계　고분자, 폴리올레핀계 고분자, 폴리우레탄계　고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리카보네이트계, 폴리에테르계 고분자, 폴리실록산계 고분자, 불소계 고분자, 다당류 고분자 등에서 선택될 수 있다.

상기 다공성 유기 고분자 입자의 표면이 수소결합을 형성할 수 있는 극성 잔기를 포함하지 않는 경우 추가적인 표면처리를 통해 수소결합을 형성할 수 있는 극성 잔기를 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 추가적인 표면처리는 유기 산화제, 무기 산화제, 플라즈마, 자외선-오존 조사, 전자선 조사 등 공지의 처리 방법을 통해 처리될 수 있다. 상기 표면처리를 통해 비극성 고분자 입자의 표면에 카르복실산기, 카르보닐기 등 수소결합을 형성할 수 있는 극성 잔기를 도입할 수 있는 점에서 다공성 유기 고분자 입자의 고분자 소재는 특정 소재에 제한되지 않는다.

상기 다공성 유기 고분자의 표면에 존재하는 극성 잔기는, 후술하는 바와 같이, 항산화제에 포함되어 있는 하이드록시기와 수소결합 등을 통해 상호작용할 수 있으며, 항산화제가 다공성 유기 고분자의 표면에 선택적으로 결합 또는 바인딩되어 유기층을 형성할 수 있다.

상기 다공성 코어의 일 양태는 사용감에 이물감을 부여하지 않는 범위의 평균 직경을 가지는 구형의 입자일 수 있으며, 좋게는 5 내지 15 ㎛의 평균 직경을 가지는 것일 수 있으며, 보다 좋게는 5 내지 10 ㎛의 평균 직경을 가지는 것일 수 있다.

또한 상기 다공성 코어는 비표면적이 1 내지 200 ㎡/g의 범위인 것일 수 있으며, 상기 비표면적을 만족하는 범위에서, 상기 다공성 코어의 기공 평균 직경은 1 내지 500 nm일 수 있으며, 좋게는 1 내지 300 nm, 보다 좋게는 10 내지 200 nm인 것일 수 있다.

일 구체예에서, 본 발명의 복합분체가 피부에 접촉하는 양태로 실시될 경우, 상기 복합분체의 다공성 코어는 상술한 유기 고분자중 생체적합성 고분자가 바람직하게 선택될 수 있다. 비한정적인 일예로서, 상기 생체적합성 고분자는 폴리글리콜라이드(polyglycolide; PGA), 폴리락타이드(polylactide; PLA), 폴리(락타이드-co-글리콜라이드) 공중합체(poly(lactide-co-glycolide); PLGA), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리(메타)아크릴레이트 공중합체(poly(metha)acrylate copolymer), 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(poly(ethylene-co-vinyl acetate; EVA), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리카프로락톤(polycaprolactone; PCL), 폴리오르토에스테르(polyorthoester), 폴리포스파진(polyphosphagene), 알지네이트, 콜라겐, 키토산 등에서 선택되는 유기 고분자 입자일 수 있다.

상술한 바와 같은 다공성 유기 고분자 입자는 입자의 표면에 다공성 구조를 도입하기 위해 기공을 형성시키는 포로겐(porogen)의 농도 및 종류를 조절하여 입자 내의 기공의 부피 및 크기를 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 복합분체는 무기 자외선 차단제인 무기 미립자를 우수한 점착성으로 균일하게 다공성 코어 표면에 도입한 것이다. 이는 상기 유기층에 의해 구현되는 것으로, 상기 유기층은 항산화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 항산화제는 다공성 코어의 표면에서 수 나노미터의 매우 얇은 유기층을 형성케하여, 상기 다공성 코어의 기공도를 유지할 수 있도록 돕는다(도 1 참조). 또한 상기 유기층은 후속되는 무기 미립자와 금속-리간드 교환 착물(metal-ligand charge complex)을 이루어 강한 결합을 형성할 수 있기 때문에, 상기 다공성 코어의 표면에 향상된 점착성으로 무기 미립자를 도입할 수 있도록 한다.

본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 상기 유기층에 포함되는 항산화제는 2 이상의 히드록시기를 갖는 것이라면 제한되지 않으며, 좋게는 폴리페놀계 화합물, 페놀계 화합물 등에서 선택되는 것일 수 있다.

일 구체예에서, 본 발명의 일 양태에 따른 항산화제는 카테콜, DL-3,4-디하이드록시페닐알라닌, DL-DOPA(3,4-Dihydroxy-DL-phenylalanin), 카테콜아민, 3-히드록시티라민, 도파민, 폴리도파민, 플로로글루시놀, 카페인산, 디히드로카페인산, 페룰산, 프로토카테쿠인산, 클로로겐산, 이소클로로겐산, 겐티신산, 호모겐티신산, 몰식자산, 헥사히드록시디펜산, 엘라긴산, 로스마린산, 리쏘스페르민산, 쿠르쿠민, 폴리히드록실화된 쿠마린, 폴리히드록실화된 리그난, 네오리그난, 실리마린, 아피게놀, 루테올롤, 케르세틴, 케르세타긴, 케르세타게틴, 크리신, 미리세틴, 람네틴, 게니스테인, 모린, 고시페틴, 켐페롤, 루틴, 나린긴, 나링게닌, 헤스페리틴, 헤스페리딘, 디오스민, 디오스모시드, 아멘토플라본,　피세틴, 비텍신, 이소리퀴르티게닌, 헤스페리딘, 메틸칼콘, 택시폴리올, 실리빈, 실리크리스틴, 실리디아닌, 카테킨, 에피카테킨, 갈로카테킨, 카테킨 몰식자산염, 갈로카테킨 몰식자산염, 에피카테킨 몰식자산염, 에피갈로카테킨 몰식자산염, 에피갈로카테킨, 글루코갈린; 프로안토시아니딘, 프로필 몰식자산염, 이소아밀옥틸 몰식자산염, 도데실 몰식자산염, 펜타-O-갈로일 글루코스,　탄닌산, 갈로탄닌, 엘라기탄닌, 시키미산, 살리실산, 레스베라트롤 등을 들 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 자외선 차단능뿐 아니라 자외선 흡수 후 광반응을 통해 생성된 활성산소를 효과적으로 억제함으로써, 피부자극 및 이에 부가되는 부작용 등을 최소화할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따르면, TiO₂ 등 무기 자외선 차단제 역할을 하는 본 발명에 따른 상기 무기 미립자와의 직접적인 접촉을 방지하고, 상기 다공성 코어의 표면에 무기 미립자가 고르게 도포되어 제형 내에서 응집되는 현상을 최소화되도록 함으로써, 이의 사용감을 크게 향상시켰다.

즉, 본 발명에 따른 복합분체는 다공성 코어에 항산화제와 무기 미립자가 강한 점착성으로 교대 코팅된 유-무기 하이브리드형 다층막 구조의 소재로, 제형 내 안정하게 분산되어 향상된 자외선 차단능을 구현할 수 있음은 물론, 상기 자외선 차단에 의한 광반응으로 생성된 활성산소를 효과적으로 억제함으로써, 자외선 차단 효과를 극대화 할 수 있다.

하기 반응식에 도시한 바에 따르면, 복합분체의 최외각에 배치된 TiO₂ 등 무기 자외선 차단제는 자외선을 흡수하여, 전자와 정공을 형성한다(1). 상기 정공은 물과 반응하여 활성산소인 하이드록시 라디칼을 형성할 수 있고(2), 상기 전자는 산소와 반응하여 활성산소인 슈퍼옥사이드 라디칼을 형성할 수 있다.

이에, 본 발명에 따른 복합분체는 상술한 바와 같은 반응식으로부터 유도되는 활성산소를 제거하기 위한 라디칼 제거능이 탁월하여, 이로부터 유발되는 피부노화 및 조직손상 등의 문제를 효과적으로 차단한다. 즉, 본 발명에 따르면 높은 자외선 차단 효과뿐 아니라 안티에이징 기능을 추가로 부여할 수 있음을 시사한다.

또한 기존 유기 자외선 차단제의 경우, 광안정성이 낮기 때문에 시간이 지남에 따라 덧발라주어야 하는 번거로움뿐 아니라 무기 자외선 차단제로부터 야기되는 활성산소에 의해 이의 활성이 저하되는 문제점을 가졌다. 그러나, 본 발명에 따르면, 자외선을 효과적으로 산란 및 차단시킴은 물론 제형 내의 활성산소를 차단하여, 유기 자외선 차단제 사용시의 문제점을 해결함과 동시에 자외선 차단능에 있어 현저하게 향상된 시너지를 이룰 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명의 일 양태에 따른 무기 미립자는 당업계에서 사용되는 무기 자외선 차단제라면 제한되지 않으며, 좋게는 세륨옥사이드(CeO₂), 산화철(Fe₂O₃, Fe₃O₄), 지르코늄옥사이드(ZrO₂), 실리카(SiO₂), 이산화티탄(TiO₂), 이리듐디옥사이드(IrO₂) 및 산화아연(ZnO) 등에서 선택되는 것 일 수 있으며, 보다 향상된 자외선 차단능을 구현하기 위한 측면에서 이산화티탄, 산화아연 등에서 선택되는 것이 좋으나 이에 제한되지 않는다.

이때, 상기 무기 미립자는 1 내지 100 nm의 평균 입자 크기를 갖는 것일 것 있다. 또한 이의 형태는 제한되지 않으나, 예를 들면 구상, 로드상, 판상 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

일예로, 상기 무기 미립자가 로드상(rod shape) 일 경우, 장축 및 단축의 길이비(장축(L¹)/단축(L²)의 길이비)가 2 이상일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 8일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

다른 일예로, 상기 무기 미립자가 판상일 경우, 종횡비(입경(d)/두께(t)의 비)가 2 이상일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 40인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 상기 판상 무기 미립자의 입경은 2 내지 100 mn이고, 두께는 1 내지 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

이하, 본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 양태에 따른 복합분체는 다공성 코어에 항산화제를 이용하여 유기층을 형성하는 단계; 및 상기 유기층에 무기 미립자를 이용하여 무기층을 형성하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 복합분체의 제조방법은 항산화제와 무기 미립자가 다공성 코어에 강력한 점착력으로 도입됨은 물론 무기 미립자의 함량을 정확한 함량으로 용이하게 조절할 수 있으며, 종래의 층상 자가조립법을 통한 무기 미립자 코팅에 비해 공정시간을 크게 단축시킬 수 있다.

또한, 상기 방법으로 제조된 유기층과 상기 유기층 상부에 형성된 무기층을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계를 1회 이상 반복 수행함으로써, 다층 구조의 코팅층을 구비할 수 있으며, 상술한 다층 구조의 코팅층을 가짐에 따라 목적하는 효과에 시너지를 부여할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 제조방법은 제1 용액에 항산화제를 용해시킨 후 다공성 코어를 투입하여 분산액을 제조하고, 이를 교반하여 항산화제가 코팅된 유기층을 형성하는 1단계; 상기 1단계의 분산액에 제2 용액을 투입하여, 유기층이 형성된 다공성 코어를 분리 및 세척하는 2단계; 상기 유기층이 형성된 다공성 코어 및 무기 미립자를 제1 용액에 투입하여 분산액을 제조하고, 이를 교반하여 무기 미립자가 코팅된 무기층을 형성하는 3단계; 및 상기 3단계의 분산액에 제2 용액을 투입하여, 상기 유기층 일면에 무기층이 형성된 다공성 코어를 분리 및 세척하는 4단계;를 포함하는 것일 수 있다.

일 구체예에서, 상기 방법에 의해 형성된 유기층은 항산화제에 포함되어 있는 2 이상의 하이드록시기가 다공성 코어, 즉 다공성 아크릴계 고분자 미립구의 카르보닐기와 수소 결합 등을 통해 결합되어 다공성을 유지한 채 다공성 아크릴계 고분자 미립구 표면에 형성된다. 또한 상기 유기층에 포함된 항산화제는 그 일면에 형성된 무기층에 포함된 무기 미립자와 금속-리간드 교환 착물(metal-ligand charge complex)을 이루어 강한 결합을 형성하여, 향상된 점착성으로 무기 미립자를 상기 다공성 코어의 표면에 도입할 수 있다.

이와 같은 효과에 따라 본 발명에 따른 복합분체는 항산화제 및 무기 미립자를 강한 점착력으로 다공성 코어 표면에 도입할 수 있음은 물론 목적하는 바에 따라 적절하게 각 성분의 함량을 조절하여 제조될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 제조방법에 있어, 상기 1 내지 4단계를 2회 이상 반복 수행하여 유-무기 하이브리드형 다층 구조를 형성하는 경우, 목적하는 효과에 시너지를 부여한다는 측면에서 본 발명에서 우선된다.

상기 단계1에서, 상기 분산액은 제1 용액에 항산화제를 용해시킨 후 고체상의 다공성 코어를 투입하여 제조되거나 제1 용액에 항산화제를 용해시킨 용액에 동일한 용액하에 다공성 코어가 분산된 용액을 투입하여 제조된 것일 수 있다. 이때, 각 성분의 투입순서는 분산액의 성상에 아무런 영향을 미치지 않아 다양한 양태로 변형하여 제조될 수 있음은 물론이다.

상기 제1 용액은 상기 항산화제를 용해시킬 수 있는 용매라면 제한되지 않으며, 좋게는 물(H₂O) 일 수 있다. 이때, 상기 제1 용액의 사용량은 제한되지 않으나, 좋게는 상기 항산화제와 상기 다공성 코어의 중량합에 대한 상기 유기용매의 부피비(w/v)는 0.001 내지 1 g/mL인 것이 좋으나 이에 제한되지 않는다.

상기 단계2에서, 상기 제2 용액은 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올계 용매에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이때, 상기 제2 용액의 사용량 역시 제한되지 않으나, 좋게는 상기 제1 용액 100을 기준으로 10 내지 200 부피비로 사용될 수 있다.

또한 상기 2단계 및 4단계에서, 상기 제2 용액을 투입한 후 1000 g　내지 10,000 g 범위에서　원심분리를 수행함으로써, 각 단계에서 수득되는 코팅된 다공성 코어를 분리 및 세척할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해 종래의 층상 자가조립법을 이용한 무기 미립자 코팅에 비해 공정시간을 크게 단축시킬 수 있다.

또한 본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 제조방법은 상기 유기층 및 상기 무기층을 포함하는 코팅층을 형성한 후 통상의 세척 단계 및 건조 단계 등을 더 포함할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 코팅층은 목적에 따라 항산화제와 무기 미립자의 중량비 및 이의 두께는 적절하게 조절될 수 있음은 물론이다.

일예로, 상기 코팅층은 상기 항산화제와 상기 무기 미립자를 0.1:99.9 내지 20:80 중량비로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 코팅층의 두께는 이물감이나 백탁 현상이 나타나지 않는 범위라면 제한되지 않으며, 좋게는 100 내지 1,000 nm, 보다 좋게는 100 내지 500 nm 범위로 형성될 수 있다. 또한, 상기 코팅층은 본 발명의 효과를 배가 시키기 위한 측면에서 다층 구조 형태로 형성되는 것이 좋다.

일예로, 본 발명의 일 양태에 따른 복합분체의 상기 유기층 및 무기층은 서로 상이한 두께이거나 동일한 두께로 교대 적층될 수 있으며, 좋게는 각각 10 내지 100 nm, 보다 좋게는 20 내지 80 nm의 두께로 형성될 수 있다.

일 구체예에서, 상기 코팅층을 형성하는 단계를 4회 반복수행하여 제조된 복합분체의 경우, 이를 3회 반복수행하여 제조된 복합분체 대비 현저하게 향상된 자외선 차단능과 활성산소 억제능을 보임을 발견하였다. 그러나, 5회 이상을 반복수행하는 경우, 분체의 사용감에 있어 이물감을 주거나 효과의 증가가 미미하여, 본 발명에서는 상기 코팅층을 최대 4회 수행하는 것을 우선하나 용도에 따라서는 그 이상의 코팅층을 포함하는 것 또한 본 발명의 일 양태에 속함은 물론이다.

비한정적인 일 구체예에서, 상기 다공성 코어는 하기 방법으로 제조된 다공성 아크릴계 고분자 미립구일 수 있다.

상기 다공성 아크릴계 고분자 미립구는 (a) 아크릴계 고분자와 고분자형 비이온성 계면활성제를 유기용매에 용해시키는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 혼합용액을　수용성 고분자가 함유된 수용액에 투입하여 유화시키는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 결과물을 가온하여 유기용매를 증발시키는 단계; 및 (d) 증발시킨 후 가라앉은 다공성 아크릴계 고분자 입자를 세척 및 건조시키는 단계;를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

상기 (a) 단계의 혼합용액은 (b)단계에서　수용성 고분자가 함유된 수용액에 투입된 후 유화되면서 물에 잘 용해되는 성질을 가진 고분자형 비이온성 계면활성제가 수용액 상으로 이동하면서, 이동방향에 따라 아크릴계 고분자 입자에 다공성 구조를 형성하게 하고, 최종적으로 다공성 아크릴계 고분자 미립구를 생성한다.

상기 (a)단계에서, 상기 아크릴계 고분자와 상기 고분자형 비이온성 계면활성제의 사용량은 제한되지 않으며, 좋게는 7 : 3, 6 : 4, 5 : 5, 4 : 6의 중량비로 사용될 수 있다.

상기 고분자형 비이온성 계면활성제는 서로 다른 반복단위를 가진 폴리알킬렌옥사이드의 블록공중합체일 수 있으며, 구체적으로 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리프로필렌옥사이드의 블록공중합체 일 수 있다. 비한정적인 일예로 상기 고분자형 비이온성 계면활성제는 플루로닉(Pluronic)계열의 블록공중합체일 수 있다.

또한 상기 유기용매는 아크릴계 고분자와 고분자형 비이온성 계면활성제를 용해시킬 수 있는 용매라면 제한되지 않으며, 좋게는 메틸렌 클로라이드, n-헥사논, 메틸이소프로필케톤, 톨루엔, 이소아밀알콜 등에서 선택되는 하나 이상의 용매일 수 있다. 이때, 상기 아크릴계 고분자와 고분자형 비이온성 계면활성제 중량합에 대한 상기 유기용매의 부피비(w/v)는 0.001 내지 1 g/mL인 것이 좋으나 이에 제한되지 않는다.

상기 (b)단계에서, 상기 수용성 고분자는 (a) 단계의 혼합용액을 유화시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 좋게는 폴리비닐알콜, 폴리(비닐알콜-비닐아세테이트) 공중합체, 폴리아크릴산, 폴리(아크릴레이트-아크릴산) 공중합체, 히드록시프로필 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐메틸에테르 및 폴리에틸렌이민 등에서 선택되는 것일 수 있다.

상기 수용성 고분자의 사용량은 제한되지 않으며, 좋게는 물(H₂O)에 대하여 0.01 내지 10 중량%로 사용될 수 있다.

또한 상기 (b)단계에서, 상기 유화의 교반 조건은 제한되지는 않으나, 목적하는 평균 직경을 구현하기 위해 좋게는 1,000 내지 10,000 rpm으로 교반하는 것이 좋다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합분체는 우수한 사용감과 자외선 차단 효과 및 활성산소에 대한 억제능이 탁월하여 자외선 차단을 위한 다양한 양태의 용도로 사용될 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 복합분체를 이용한 화장료 조성물에 대하여 설명하나 이의 용도로 국한되지 않는다.

본 발명은 상기 복합분체를 포함하는 자외선 차단용 화장료 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 화장료 조성물은 유기층 및 무기층 등 복수개의 층을 구비한 코팅층을 포함하는 복합분체를 채용함에 따라 광반응으로부터 발생하는 피부 자극 및 여러 부작용들을 효과적으로 개선할 수 있어, 피부 보호 및 노화 억제에 탁월한 효과를 부여한다.

또한 본 발명의 일 양태에 따른 화장료 조성물은 높은 비표면적으로 피지 흡착력이 우수하여, 피지 컨트롤을 위한 화장품과 빛의 난반사에 의한 소프트 포커스 효과로 인해 피부톤의 보정을 위한 화장품 등에 우수한 효과를 제공할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 양태에 따른 화장료 조성물은 상술된 빛의 난반사 효과에 의해 가시광선 영역의 빛에 대한 흡수를 낮추어 TiO₂ 등 무기 미립자의 문제점인 백탁 현상을 최소화함은 물론이고, 항산화제와의 강력한 결합으로 균일하게 표면에 도포되어, 무기 미립자들 간의 엉김현상을 효과적으로 억제하여 향상된 자외선 차단능을 구현할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 화장료 조성물은 UVB 뿐만 아니라 UVA 영역의 차단 효과도 뛰어나고, 광반응으로부터 유발되는 활성산소의 억제능이 탁월하며, 화장료 조성물로 사용하기에 충분한 안정성을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 화장료 조성물에 있어서, 상기 복합분체의 사용량은 제한되지 않으며, 예를 들면 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 보다 우수한 자외선 차단능을 부여하기 위한 측면에서 좋게는 0.1 내지 10 중량%, 보다 좋게는 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

상기 화장료 조성물은 당업계에서 통상적으로 제조되는 다양한 양태의 제형으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 용액, 현탁액, 유탁액, 페이스트, 겔, 크림, 로션, 분말 등으로 제형화 될 수 있으며, 좋게는 현탁액, 유탁액, 크림, 로션, 분말 등의 제형일 수 있다.

일예로, 본 발명에 따른 화장료 조성물은 추가의 자외선 차단제를 더 포함할 수 있으며, 상기 자외선 차단제는 유기 자외선 차단제일 수 있다. 상기 유기 자외선 차단제는 벤조일계 화합물, 벤조에이트계 화합물, 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 시나메이트계 화합물, 살리실레이트계 화합물, 설페이트계 화합물 및 실론산계 화합물에서 선택될 수 있다. 비한정적인 일례로, 상기 유기 자외선 차단제로는 디에틸아미노하이드록시벤조일헥실벤조에이트, 호모살레이트, 에틸헥실살리실레이트, 페닐벤즈이미다졸설포닉애씨드, 옥토크릴렌, 에틸헥실메톡시신나메이트, 에틸헥실팔미테이트, 부틸메톡시디벤조일메탄, 4-메틸벤질리덴캠퍼, 이소아밀-p-메톡시신나메이트 및 비스-에틸헥실옥시페놀메톡시페닐트리아진 등을 들 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 자외선 차단제의 사용량은 특별히 제한되지는 않으나, 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 25 중량%로 포함될 수 있으며, 좋게는 5 내지 20 중량%일 수 있다.

이 외 상기 화장료 조성물은 제형 안정성 및 피부 안전성을 저하시키지 않는 범위 내에서, 화장료 조성물의 목적에 따라 당업계에서 통상적으로 사용되는 계면활성제, 산화방지제, 안정화제, pH 조절제, 방부제, 살균제, 색소, 향료 또는 펄제 등을 더 포함 할 수 있음은 물론이다.

본 발명은 상술한 복합분체와는 또 다른 형태를 갖는 항산화제 및 무기 미립자가 교대 적층된 다층막을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 다층막은 다공성 지지체의 표면에 형성되는 것일 수 있으며, 상기 다공성 지지체는 상술한 바와 같은 다공성 코어, 즉 다공성 유기 고분자 입자 등 일 수 있다.

또한 본 발명은 상술한 복합분체 또는 다층막을 이용한 활성산소의 제거방법을 제공한다. 본 발명에 따른 활성산소의 제거방법은 상기 반응식 및 하기 도 1에 도시한 바에 따른다.

본 발명의 일 양태에 따른 활성산소의 제거방법에 있어서, 상기 활성산소는 제한되지 않는다. 예를 들면 하이드록시 라디칼, 퍼옥시 라디칼 및 슈퍼옥사이드 라디칼 등을 들 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 활성산소의 제거방법에 대한 메커니즘은 다음과 같습니다. 항산화제에 포함된 카테콜(catechol) 또는 갈로일(galloyl) 기는 수소 원자 이동(H-atom transfer) 또는 단일 전자 이동(single electron transfer) 등을 통해 하이드록시 라디칼, 퍼옥시 라디칼 및 슈퍼옥사이드 라디칼 등의 활성산소를 비활성화 시키며, 카테콜 또는 갈로일기에 형성된 라디칼은 카테콜 또는 갈로일기에 포함된 하이드록시기와의 분자 내의 수소결합(intra-molecular hydrogen bonding)을 통해 안정화됨으로써 활성산소를 제거할 수 있습니다.

일 구체예에서, 본 발명에 따른 활성산소의 제거방법은 슈퍼옥사이드 라디칼(O₂·^-)의 제거방법일 수 있다.

UV 조사 전/후 상기 슈퍼옥사이드 라디칼의 농도는 나이트로블루 테트라졸리움(nitroblue tetrazolium) 분석을 통해 측정될 수 있다. 이때, UV 조사에 의해 형성된 슈퍼옥사이드 라디칼의 농도 및 UV 조사 후 본 발명에 따른 복합분체 또는 다층막에 의해 제거된 슈퍼옥사이드 라디칼의 농도는 슈퍼옥사이드 라디칼에 의해 형성된 포르마잔의 흡광(680 nm)을 측정하여, 음이온의 농도를 정량화 할 수 있다.

일 구체예에서, 본 발명에 따른 활성산소의 제거방법은 하이드록시 라디칼(HO·)의 제거방법일 수 있다.

UV 조사 전/후 상기 하이드록시 라디칼의 농도는 테레프탈산 (terephthalic acid) 분석을 통해 측정될 수 있다. 이때, UV 조사에 의해 형성된 하이드록시 라디칼의 농도 및 UV 조사 후 본 발명에 따른 복합분체 또는 다층막에 의해 제거된 하이드록시 라디칼의 농도는 상기 테레프탈산과 하이드록시 라디칼이 화학적으로 결합할 때 증가되는 형광(430 nm)을 측정하여 정량화 할 수 있다.

이에, 본 발명에 따르면, 기존의 무기 자외선 차단제에 비하여 매우 뛰어난 자외선 차단능을 가짐은 물론 이들로부터 생성된 활성산소를 효과적으로 억제 및 제거함으로써, 기존의 무기 자외선 차단제로부터 유발되었던 피부노화, 조직손상 등의 다양한 부작용을 해결할 수 있는 기능성 소재 및 기능성 코팅법으로 다양한 산업에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한 온도는 모두 ℃ 단위이다. 또한, 본 명세서에서 달리 언급하지 않는한 온도는 20 ℃, 대기압(1 atm)에서 수행된다.

(평가방법)

1. 복합분체의 물성평가

하기 실시예에서 제조된 복합분체 및 비교예에서 제조된 분체의 모폴로지는 주사전자현미경(SEM, S-4800, Hitachi)에 의해 측정되었으며, 입자크기(D₅₀) 및 분산도는 Image J를 이용하여 주사전자현미경 사진에서 100개 이상의 미립구를 직접 측정하여 확인하였다.

또한 이들의 비표면적은 BET 분석기(AUTOSORB-1, Quantachrome)를 이용하여 측정되었다.

또한 이들의 광학적 성질은 UV-Vis 스펙트로미터(UV-1800, Shimadzu)에 의해 측정되었으며, 탄닌산 코팅 전과 후의 탄닌산 용액에 대한 흡광 스펙트럼을 이용하여 탄닌산이 다공성 PMMA 미립구에 코팅된 양을 확인하였다. 이때, 탄닌산 코팅 후 사용된 탄닌산 용액의 농도 감소로 코팅 전보다 탄닌산에 의한 UV 영역대의 흡광이 감소한다.

또한 육안으로 TiO₂ 나노입자 코팅 후 다공성 PMMA 미립구의 색이 티타늄과 탄닌산이 금속-리간드 교환 착물을 형성함에 따라 노란색을 나타내는 것을 확인할 수 잇었으며, 주사전자현미경 사진을 통해 다공성 미립구 표면에 TiO₂ 나노입자의 코팅과 코팅 양상 및 TiO₂ 나노입자의 코팅 횟수에 따른 외관을 확인하였다.

또한 분체 중 TiO₂ 나노입자 무기 미립자의 양은 Thermogravimetry analysis (TGA, TG 209 F3, Netzsch)를 이용하여 분석하였다.

상술된 방법으로 복합분체의 물성을 평가하여, 그 결과를 하기 표 1 과 도 2 및 도 7에 도시하였다.

2. 복합분체의 활성산소 억제능 평가

슈퍼옥사이드 라디칼(O₂·^-)과 하이드록시 라디칼(·OH)의 농도측정을 통해 TiO₂에 의해 형성된 활성산소에 대한 억제능을 평가하였다.

이때, 상기 슈퍼옥사이드 라디칼의 농도는 나이트로블루테트라졸리움(nitroblue tetrazolium) 분석을 통해 측정되었으며, 슈퍼옥사이드 라디칼에 의해 형성된 포르마잔의 흡광(680 nm)을 측정하여 음이온의 농도를 정량적으로 분석하였다. 슈퍼옥사이드 라디칼의 검정 곡선 (calibration curve)을 그리기 위해 포타슘 퍼옥사이드(Sigma-Aldrich)를 사용하였다. 슈퍼옥사이드 라디칼을 만들기 위해, 상온에서 4 시간 동안 공기가 제거된 비이온수 2 mL에 포타슘 퍼옥사이드 28.2 mg와 18-crown-6 (Sigma-Aldrich) 105.8 mg을 녹이며 교반한 후, 수용액을 10분 동안 13,500 rpm으로 원심분리하였다. 원심분리한 수용액의 상등액은 슈퍼옥사이드 라디칼을 포함하고 있으며, 이를 연속적으로 1/2, 1/4, 1/8 농도로 희석하였다. 슈퍼옥사이드 라디칼 용액140 ㎕를 1 mg mL^-1 NBT 수용액 140 ㎕와 상온에서 10분 동안 반응시켰다. 반응시킨 수용액의 흡광은 220-800 nm 범위에서 마이크로플레이트 리더(CLARIO star, BMG Labtech, Ortenberg, Germany)로 측정하였다. 5 mL 바이알에 TiO₂에 대한 농도를 0.3 mg mL^-1로 맞춘 복합분체 분산액 500 ㎕를 1 mg mL^-1 NBT 수용액 500 ㎕과 섞고, 8 W UV 램프에 20 분 동안 노출시켰다. UV에 노출된 수용액은 5 분 동안 12,000 rpm으로 원심분리하였다. 상등액을 제거한 후, 디메틸설폭사이드 540 ㎕와 2 M포타슘 하이드록사이드 460 ㎕를 넣어 포르마잔을 녹였다. 한 번 더 5 분 동안 12,000 rpm으로 원심분리 후 상등액을 220-800 nm 범위에서 마이크로플레이트 리더로 흡광을 측정하였다.

또한 하이드록시 라디칼의 농도는 테레프탈산 분석을 통해 측정되었으며, 테레프탈산이 하이드록시 라디칼과 화학적으로 결합할 때 나타나는 형광 측정을 통해 하이드록시 라디칼의 농도를 정량적으로 분석하였다. 테레프탈산을 2 mM 소듐 하이드록사이드에 녹이고, 5 mL 바이알에 TiO₂에 대한 농도를 0.3 mg mL^-1로 맞춘 복합분체 분산액 500 ㎕를 1 mM 테레프탈산 수용액과 섞은 후, 8 W UV 램프에 20 분 동안 노출시켰다. UV를 조사한 수용액의 형광 세기를 마이크로플레이트 리더로 측정하였다. 측정 여기 파장은 320 nm이고, 방출 파장 영역은 350-600 nm였다. 하이드록시 라디칼의 정량을 위해 정제된 2-하이드록시테레프탈산으로 검정 곡선을 그렸다.

그 결과는 하기 도 5 내지 6 및 도 8 내지 9에 도시하였다.

3. 제형평가

하기 실시예에서 제조된 복합분체 및 비교예에서 제조된 분체를 이용하여 O/W 선크림을 제조하였으며, 일 양태를 하기 표 3에 나타내었다.

각 O/W 선크림에 대하여, in vitro에서　SPF　임상 시험을 진행하였다. 각 O/W 선크림을 47 mm × 47 mm × 1.5 mm의 sandblasted PMMA plate에 1.2 mg cm^- ²으로 도포한 후 자외선을 조사한 후 Labsphere사의 UV Transmittance Analyzer를 이용하여 자외선 차단 수치를 5회 반복 측정하였다.　이때, SPF와 PA 수치가 높을수록 자외선 차단능이 높음을 의미한다(무첨가군인 O/W 선크림의 SPF는 31.1 임).

또한 각 O/W 선크림의 발림성, 흡수력, 부드러움성, 백색도를 평가하기 위해, 20세에서 45세까지의 여성 패널 19인을 대상으로 화장품으로서의 사용감 등의 관능평가(0-100점)를 실시하여, 그 평균값이 속하는 구간을 90 점 이상은 탁월, 80-89점은 매우 우수, 70-79점은 우수, 60-69점은 보통, 60점 미만은 나쁨으로 표시하였다.

그 결과는 하기 표 2 및 도 3 내지 4에 도시하였다.

또한 각 O/W 선크림에 대한 피부 안정성 평가로, 마우스 피부를 자외선 UVB 영역 (320 - 290 nm)에서 1분 간 광조사하고, 3일 후 이의 피부를 채취해 H&E 염색법(hematoxylin and eosin stainning)을 이용하여 분석하였다.

그 결과는 하기 도 10에 도시하였다.

(실시예 1)

단계1.

먼저 0.5%(w/v) 의 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol, PVA, 88 % hydrolyzed, 중량 평균 146,000 ~ 186,000) 용액 600 mL 를 준비하였다. 이어서 폴리메틸메타아크릴레이트(Poly methyl methacrylate, PMMA, 분자량 50,000) 200 mg 과 플루로닉(Pluronic F-127) 200 mg을 20 mL 비이커에 넣고, 여기에 메틸렌 클로라이드(methylene chloride, MC) 4 mL를 투입하였다. 이어서, 20 mL 비이커의 뚜껑을 닫은 뒤 테플론 테이프로 봉인하고 교반시키며 완전히 용해시켰다. 상기 용액을 미리 준비해 두었던 0.5%(w/v) PVA 용액에 넣고, 호모게나이저(고속 교반기)를 이용하여, 5000 rpm, 10 분 동안 유화시켰다. 상기 유화액을 비이커, 혹은 결정체 디쉬(crystalizing dish)에 넣고, 흄 후드에 곧바로 옮겨 300rpm 이상으로, 3시간 동안 37℃에서 교반시키며 유기용매를 증발시켰다. 상기 유화액을 원심분리로 1,000g에서 20분 동안 침전시켰다. 이후 상층액을 제거한 후, 10mL의 증류수를 넣어 재분산 시키고, 50mL 튜브에 담았다. 상기 원심분리 후 상층액을 제거한 튜브에 잔존하는 플루로닉을 제거하기 위해 10mL의 증류수를 다시 넣어 세척해서 같은 50mL 튜브에 담았다. 원심분리로 1,000g 에서 10 min 동안 침전시켰다. 상층액을 제거하고, 50mL의 증류수로 다시 재분산 및 세척하였다. 상기 세척과정을 2회 반복수행하였다. 동결건조를 통해 완전히 수분을 제거하여, 다공성 PMMA 미립구(중량 평균 분자량 50,000)를 수득하였다.

단계 2.

200㎎의 상기 단계 1에서 수득된 다공성 PMMA 미립구(중량 평균 분자량 50,000)를 38㎖의 증류수에 넣어 분산시켰다. 20㎎의 탄닌산(Sigma-Aldrich No. 403040)을 2㎖의 증류수에 녹인 후 미리 준비된 다공성 PMMA 미립구 분산액에 투입하고 5분 동안 볼텍스 믹서를 이용하여 교반시켰다. 상기 반응액에 20㎖의 에탄올을 투입한 후 원심분리로 1,000 g에서 5분 동안 침전시켰다. 이후 상층액을 제거한 후, 20㎖의 증류수와 10㎖의 에탄올을 혼합한 용액을 투입하여 재분산시키고, 50㎖ 튜브에 담아 원심분리로 1,000 g 에서 5분 동안 침전시켰다. 상기 원심분리 후 잔존하는 탄닌산을 제거하기 위해, 증류수와 에탄올을 혼합한 용액을 투입하여 재분산 및 원심분리하는 단계를 2회 반복수행하고, 건조하여, PMMA/TA 를 수득하였다(수득율: >90%).

단계3.

상기 단계 2에서 수득된 탄닌산이 코팅된 다공성 PMMA 미립구(PMMA/TA)를 20㎖의 증류수에 분산시켰다. 20 ㎎의 TiO2 나노입자를 20㎖ 의 증류수에 분산시킨 분산액을 상기 탄닌산이 코팅된 다공성 PMMA 미립구를 분산시킨 분산액에 투입하고, 자석 교반기를 이용하여 3시간 동안 교반시켰다. 이후 반응액에 20 ㎖ 의 에탄올을 투입한 후 원심분리로 1,000 g에서 5분 동안 침전시켰다. 이후 상층액을 제거한 후, 20㎖의 증류수와 10㎖의 에탄올을 혼합한 용액을 투입하여 재분산시키고, 50㎖ 튜브에 담아 원심분리로 1,000 g 에서 5분 동안 침전시켰다. 상기 원심분리 후 증류수와 에탄올을 혼합한 용액을 투입하여 재분산 및 원심분리하는 단계를 2회 반복수행하고, 건조하여, PMMA/TA/TiO₂ 를 수득하였다(수득율: >90%).

상기 방법으로 수득된 복합분체를 이용하여 상기 평가방법으로 관련 평가를 수행하였다.

(실시예 2)

상기 실시예 1의 단계 2 및 단계3을 2회 반복 수행하였다(수득율: >90%).

(실시예 3)

상기 실시예 1의 단계 2 및 단계3을 3회 반복 수행하였다(수득율: >90%).

(실시예 4)

상기 실시예 1의 단계 2 및 단계3을 4회 반복 수행하였다(수득율: >90%).

(실시예 5)

상기 실시예 1의 단계 1에서 수득된 다공성 PMMA 미립구(중량 평균 분자량 50,000) 100 mg을 10 mL의 에탄올에 넣어 분산시키고 진탕배양기를 이용하여 1 시간 동안 분산시켰다. 상기 용액을 원심분리로 900 g 에서 10 분 동안 침전시킨 다음 상등액을 제거하였다. 이후 폴리도파민20 mg을 증류수 10 mL에 녹인 용액을 투입하였고 반응을 위해 0.2 mL의 0.1 M 수산화나트륨 용액을 넣어서 진탄배양기를 이용하여 37 ^oC에서 1 시간 동안 교반시켰다. 상기 반응액을 원심분리로 900 g 에서 10 분 동안 침전시켰다. 이후 상층액을 제거한 후 잔존하는 폴리도파민 및 수산화나트륨을 제거하기 위해, 증류수 10 mL을 투입하여 재분산 및 원심분리하는 단계를 3 회 반복수행하고, 건조하여 PMMA/pD를 수득하였다.

수득된 폴리도파민이 코팅된 다공성 PMMA 미립구(PMMA/pD)를 이용하여 상기 실시예1의 단계 3을 1회 수행하여 PMMA/pD/TiO₂를 수득하였다(수득율: >90%).

(실시예 6)

상기 실시예 1의 단계 1에서 수득된 다공성 PMMA 미립구(중량 평균 분자량 50,000) 100 mg을 9 mL의 증류수에 넣어 분산시켰다. 100 mg의 아스코르브산을 1 mL의 증류수에 녹인 후 미리 준비된 다공성 PMMA 미립구 분산액에 투입하고 24 시간 동안 진탕배양기를 이용해서 교반시켰다. 상기 반응액을 원심분리로 900 g 에서 10 분 동안 침전시켰다. 이후 상층액을 제거한 후 잔존하는 아스코르브산을 제거하기 위해, 증류수 10 mL을 투입하여 재분산 및 원심분리하는 단계를 2회 반복수행하고, 건조하여, PMMA/AA를 수득하였다.

수득된 아스코르브산이 코팅된 다공성 PMMA 미립구(PMMA/AA)를 이용하여 상기 실시예1의 단계 3을 1회 수행하여 PMMA/AA/TiO₂를 수득하였다(수득율: >90%).

(비교예 1)

무처리의 PMMA 파우더(중량 평균 분자량 50,000)를 이용하여 상기 평가방법으로 관련 평가를 수행하였다.

(비교예 2)

무처리의 다공성 PMMA 미립구(중량 평균 분자량 50,000)를 이용하여 상기 평가방법으로 관련 평가를 수행하였다.

(비교예 3)

무처리의 TiO₂ 나노입자를 이용하여 상기 평가방법으로 관련 평가를 수행하였다.

(비교예 4)

상기 실시예 1의 단계1및 단계2를 수행하여, PMMA/TA 분체를 수득하였다(수득율: >90%).

(비교예 5)

200㎎의 다공성 PMMA 미립구(중량 평균 분자량 50,000)를 20㎖의 증류수에 분산시켰다. 20 ㎎의 TiO₂ 나노입자를 20㎖ 의 증류수에 분산시킨 분산액을 상기 다공성 PMMA 미립구를 분산시킨 분산액에 투입하고, 자석 교반기를 이용하여 3시간 동안 교반시켰다. 이후 반응액에 20 ㎖ 의 에탄올을 투입한 후 원심분리로 1,000 g에서 5분 동안 침전시켰다. 이후 상층액을 제거한 후, 20㎖의 증류수와 10㎖의 에탄올을 혼합한 용액을 투입하여 재분산시키고, 50㎖ 튜브에 담아 원심분리로 1,000 g 에서 5분 동안 침전시켰다. 상기 원심분리 후 증류수와 에탄올을 혼합한 용액을 투입하여 재분산 및 원심분리하는 단계를 2회 반복수행하고, 건조하여, PMMA/TiO2 분체를 수득하였다(수득율: >75%).

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 복합분체는 TiO₂미립자 코팅층이 형성됨에 따라 비표면적이 크게 증가하였다. 이는 TiO₂미립자에 의해 형성된 메조기공으로부터 기인한 것으로 볼 수 있다. 또한 본 발명에 따른 복합분체는 항산화제를 다공성 코어와 무기 미립자 사이에 도입함으로써, 현저하게 향상된 점착성을 부여할 수 있음을 확인할 수 있다.

또한 코팅 횟수에 따른 자외선 흡광도 차이를 확인한 결과, 코팅 횟수가 증가함에 따라 TiO2 나노입자에 의한 흡광도 증가뿐 아니라 탄닌산과 TiO₂ 나노입자의 결합에 의해 흡광도가 현저하게 증가함을 알 수 있었다.

그러나 비교예 4및 5에 따른 분체의 경우 흡광도의 증가에 미미함을 보였다. 이는 TiO₂의 부재 또는 다공성 코어에 TiO₂가 고르게 분산 및 코팅되지 않음에 따른 것으로 해석된다. 특히, 비교예 5의 경우 TiO₂가 다공성 코어에 대한 낮은 점착력을 보여 TiO₂의 도입량이 낮은 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 실시예 4의 경우, TGA 분석을 통해 탄닌산 코팅과 TiO₂ 나노입자의 코팅을 4회 진행한 다공성 PMMA 미립구에 대해 TiO₂ 나노입자의 질량비를 분석한 결과, TiO₂ 나노입자가 전체 질량에서 약 30%를 차지하고 있다는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 투입한 TiO₂ 나노입자의 대부분이 다공성 PMMA 미립구에 코팅되었다는 것을 의미함을 알 수 있다.

또한 본 발명에 따른 실시예 4의 경우, 실시예 3 대비 향상된 비표면적을 구현함은 물론 이로부터 자외선에 대한 흡광도가 현저하게 향상됨을 확인할 수 있다(도 3 참조). 이에, 본 발명에 따른 복합분체는 무처리의 PMMA 파우더 (비교예 1), 무처리의 다공성PMMA 미립구(비교예 2) 및 무처리의 TiO₂(비교예 3) 대비 현저하게 향상된 SPF boosting 효과를 나타냄을 알 수 있다(도 4 참조). 특히, 무처리의 TiO₂(비교예 3) 대비 본 발명에 따른 복합분체의 경우, TiO₂의 2차 응집 현상을 효과적으로 억제하고, 균일하게 분산되어 이의 효과에서 현저함을 보인다.

또한 본 발명에 따른 복합분체는 도 1에 도시한 바와 같이, 광반응으로부터 유발되는 활성산소를 제거할 수 있으며, 이의 효과는 하기 도 5 내지 6 및 도 8 내지 9에 도시하였다.

도 5 또는 8에 도시한 결과는 본 발명에 따른 복합분체(PMMA/TA/TiO₂, PMMA/pD/TiO₂, PMMA/AA/TiO₂)의 활성산소 억제능을 확인한 것으로, 슈퍼옥사이드 라디칼의 농도는 나이트로블루테트라졸리움(nitroblue tetrazolium) 분석을 통해 측정되었다.

본 발명에 따른 복합분체, 즉 실시예 4 내지 6을 이용하여 슈퍼옥사이드 라디칼에 의해 형성된 포르마잔의 흡광(680 nm)을 측정한 결과, TiO₂ 대비 약 50% 수준으로 크게 억제됨을 확인하였다.

도 6 또는 9에 도시한 결과는 본 발명에 따른 복합분체의 또 다른 종류의 활성산소인 하이드록시 라디칼의 억제능을 확인한 것으로, 하이드록시 라디칼과 테레프탈산이 화학 결합할 때 나타나는 형광을 분석하여 측정되었다.

본 발명에 따른 복합분체, 즉 실시예 4 내지 6을 이용하여 하이드록시 라디칼의 억제능을 측정한 결과, 실시예 4의 경우, 하이드록시 라디칼 생성량이 비교예 3(TiO₂) 대비 약 3% 이하 수준으로 현저하게 억제됨을 확인하였다(도 6 참조). 또한 실시예 5와 실시예 6의 경우, 비교예 3(TiO₂) 대비 하이드록시 라디칼 생성량이 각각 약 0.1 %와 약 0.6% 수준으로 현저하게 억제됨을 확인하였다(도 9 참조).

도 10에 도시한 결과는 본 발명에 따른 복합분체를 포함하는 선크림의 피부 안정성 평가로, 마우스 피부의 H&E 염색법(hematoxylin and eosin stainning)을 이용한 자외선에 대한 보호 능력을 확인한 결과이다.

TiO₂ 를 포함하는 선크림을 처리한 경우(비교예 3)에는 표피층 증대(노란색 화살표)와 진피 내 염증(검은색 화살표) 등이 관찰된 반면, 본 발명에 따른 복합분체를 포함하는 선크림을 처리한 경우(실시예 4)에는 이러한 현상이 나타나지 않아 효과적으로 자외선을 차단함은 물론 화장품 원료로서의 우수한 피부 안전성을 확인하였다.

즉, 본 발명에 따른 복합분체는 매우 뛰어난 활성산소 억제능으로, 자외선 흡수 후 광반응을 통해 생성된 활성산소를 효과적으로 억제함으로써, 활성산소에 의해 유발하였던 피부노화, 조직손상 등의 다양한 부작용을 해결할 수 있을 것으로 기대한다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 복합분체를 포함하는 선크림의 경우, SPF 50 이상으로, 무첨가군인 O/W 선크림의 SPF 대비 최대 161% 이상 향상된 자외선 차단 효과를 가짐을 확인할 수 있었다.

또한, 각 O/W 선크림을 대상으로 화장품으로서의 사용감 등의 관능평가한 결과, 실시예 4에 의해 제조된 선크림의 경우, 발림성, 흡수력, 부드러움성에서 차이를 보이지 않거나 보다 양호한 평가를 받았고, 백색도는 무처리의 TiO₂를 사용한 것에 비해 현격히 향상되었음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명은 SPF를 효과적으로 향상시키고, 백탁현상을 억제하면서도 발림성과 흡수력, 부드러움성을 유지할 수 있는 기술을 제공한다는 것을 확인할 수 있다.

요컨대, 본 발명에 따르면 다층막 형태의 복합분체의 모폴로지에서 유도된 광산란 효과로 백탁 현상을 개선하여 투명성을 향상시킴은 물론, 부드러운 발림성으로 균일하면서도 얇은 막을 형성할 수 있어 보다 넓은 범위의 자외선 영역에 대한 차단효과를 동시에 제공할 수 있다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 구현예일뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정하여진다고 할 것이다.

Claims

다공성 코어; 및
상기 다공성 코어의 표면에 형성된 코팅층;을 포함하고, 상기 코팅층은 항산화제를 포함하는 유기층 및 무기 미립자 형태의 금속 산화물을 포함하는 무기층이 교대 적층된 것인 자외선 차단용 복합분체.
제 1항에 있어서,
상기 다공성 코어는 다공성 유기 고분자 입자인 자외선 차단용 복합분체.
제 2항에 있어서,
상기 다공성 코어의 기공 평균 직경은 1 내지 500 nm인 자외선 차단용 복합분체.
제 1항에 있어서,
상기 항산화제는 폴리페놀계 화합물 및 페놀계 화합물에서 선택되는 것인 자외선 차단용 복합분체.
제 1항에 있어서,
상기 무기 미립자는 구상, 로드상 또는 판상의 형태인 자외선 차단용 복합분체.
제 5항에 있어서,
상기 무기 미립자 형태의 금속 산화물은 세륨옥사이드, 산화철, 지르코늄옥사이드, 이산화티탄, 이리듐디옥사이드 및 산화아연에서 선택되는 것인 자외선 차단용 복합분체.
제 1항에 있어서,
상기 코팅층에서 상기 항산화제와 상기 무기 미립자의 중량비는 0.1:99.9 내지 20:80인 자외선 차단용 복합분체.
제 1항에 있어서,
상기 코팅층은 상기 유기층 및 상기 무기층이 2층 이상 교대 적층된 다층 구조를 갖는 것인 자외선 차단용 복합분체.
제 1항에 있어서,
상기 코팅층의 두께는 100 내지 1,000 nm인 자외선 차단용 복합분체.
제 1항에 있어서,
상기 유기층 및 상기 무기층의 두께는 10 내지 100 nm인 자외선 차단용 복합분체.
제 1항에 따른 자외선 차단용 복합분체를 포함하는 화장료 조성물.
항산화제를 포함하는 유기층 및 무기 미립자 형태의 금속 산화물을 포함하는 무기층이 교대 적층된 다층막.
제 12항에 있어서,
상기 다층막은 다공성 지지체의 표면에 형성된 것인 다층막.
제 13항에 있어서,
상기 다공성 지지체는 다공성 유기 고분자 입자인 다층막.
제 12항에 있어서,
상기 항산화제는 폴리페놀계 화합물 및 페놀계 화합물에서 선택되는 것인 다층막.
제 12항에 있어서,
상기 무기 미립자 형태의 금속 산화물은 세륨옥사이드, 산화철, 지르코늄옥사이드, 이산화티탄, 이리듐디옥사이드 및 산화아연에서 선택되는 것인 다층막.
제 12항에 따른 다층막을 이용하여 활성산소를 제거하는 방법.
제 17항에 있어서,
상기 활성산소는 하이드록시 라디칼, 퍼옥시 라디칼 및 슈퍼옥사이드 라디칼에서 선택되는 것인 활성산소를 제거하는 방법.