KR102235213B1

KR102235213B1 - Poss를 포함하는 콘택트렌즈

Info

Publication number: KR102235213B1
Application number: KR1020180156060A
Authority: KR
Inventors: 김규오
Original assignee: 단국대학교 산학협력단
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2021-04-02
Also published as: KR20200069006A

Abstract

생체적합성 매트리스; 하기 화학식 1로 표기되는 PBA(Phenylboronic acid)로 기능화된 다면체 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS) 화합물; 및 염료; 를 포함하는, 콘택트렌즈에 관한 것으로, 본 발명을 이용하면 간편하게 혈당을 측정할 수 있다.

Description

POSS를 포함하는 콘택트렌즈{Contact lenses including POSS}

생체적합성 매트리스, 화학식 1로 표기되는 PBA(Phenylboronic acid)로 기능화된 다면체 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS) 화합물 및 염료를 포함하는, 콘택트렌즈가 개시된다.

2020년 노인 인구는 전체 인구의 16%에 달하며, 실버 산업의 시장 규모는 2020년 전체 산업의 10% 이상이 될 것으로 평가된다. 한편, 기대 수명 증가에 따른 노인 건강에 대한 관심과 삶의 질 향상이 중요해지는 상황에서, 미래 고령화 사회에서 문제가 되는 노인성 만성 질환 치료나 손상/저하된 인체기능 보완에 기여할 수 있는 핵심적 원천 융합 기술을 발굴하여야 할 필요성이 증가하고 있다.

만성 질환 중에서도 특히, 당뇨병 등의 질병에 대하여 자가 모니터링 방법으로 혈당을 모니터링 하게 되면 당뇨병으로 인한 심장병, 신장 손상, 실명 등의 위험을 줄일 수 있으므로, 글루코스 센서에 관한 연구가 전세계적으로 활발하게 연구되고 있으며 다수의 논문이 보고되고 있다.

그러나, 글루코스 산화 효소인 글루코스 옥시다아제와 같은 효소를 이용하는 기존의 효소형 글루코스 센서들은 공기 중에서 효소가 산화되거나 활성이 저하되어 센서의 정확성을 낮추는 문제점이 있다. 또한, 기존의 진단 및 모니터링은 모두 침습형 기재로서 비효율적이고 고통을 수반하는 혈액 채취 방법에 의존하고 있고, 정기적으로 병원을 방문해야 하는 불편함이 존재한다.

한편, 그래핀 산화물(GO), 탄소 나노 튜브(CNT) 또는 다중벽 탄소 나노 튜브(MWCNT)로부터 제조된 형광 기반의 글루코스 검출 시스템에 대한 연구가 진행되었으나, 탄소 기반 물질을 사용하는 경우, 글루코스의 농도와 형광 강도 사이에서 선형 구조 관계를 얻기 어렵고 반응계의 색이 너무 어둡거나 검정이 되어 광학적 측정에 어려움이 있었다.

그리고, 당뇨병 환자의 경우, 가변적인 수치를 가지는 혈당 수치는 수시로 체크해야 함에도 불구하고, 일상생활 중에 주사기를 휴대하면서 별도로 채혈하여 장치에 넣어 진단을 하는 것은 번거로운 일이다. 또, 전극이 구비된 센서의 경우, 습기에 약하고 충전해야 하는 번거로움 또한 있으므로, 신체에 탈착이 가능한 간단한 구성으로 빠르고 정확하게 진단하는 기술이 요구되고 있다.

한국등록특허 제1708683호, “서방형 약물 방출 콘텍트렌즈” (공고일: 2017.02.21) 한국공개특허 제20180035166호, “포도당 검출용 복합체 및 이를 포함하는 눈물 내 포도당 검출을 위한 콘택트렌즈형 센서” (공개일: 2018.04.05)

본 발명의 목적은 생체적합성 매트리스, 화학식 1로 표기되는 PBA(Phenylboronic acid)로 기능화된 다면체 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS) 화합물 및 염료를 포함하는, 콘택트렌즈를 제공하는 것이다.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 생체적합성 매트리스, 하기 화학식 1로 표기되는 PBA(Phenylboronic acid)로 기능화된 다면체 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS) 화합물 및 염료를 포함하는, 콘택트렌즈 가 제공된다.

[화학식 1]

일 측에 따르면, 상기 콘택트렌즈는 혈당 측정용일 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 화합물 및 염료는 상기 매트리스의 내측 또는 외측에 포함될 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 생체적합성 매트리스는, 부분적 투과성을 가지는 것일 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 화합물 및 염료는 글루코스와 선택적으로 반응할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 콘택트렌즈는, 상기 글루코스의 농도가 증가함에 따라 형광강도가 증가할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 염료는, 다이올 포함 형광염료, 음이온성 염료, 양이온성 염료 또는 비이온성 염료일 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 다이올 포함 형광염료는, 다이올 개질 ANSA(8-Anilino-1-naphtalenesulfonic acid)일 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 생체적합성 매트리스는, 하이드로겔; 알지네이트; 폴리사카라이드; 폴리사카라이드 유도체; 공유결합으로 또는 수소결합을 통해 가교된 합성 중합체 또는 공중합체 또는 이온적으로 가교된 중합체 또는 공중합체; 폴리아크릴아미드; 아크릴산 단위를 함유하는 공중합체; 및 아크릴산 유도체 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.

일 측에 따르면, 상기 콘택트렌즈는, 직경이 10 mm 이하인 평면의 원형 구조일 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 콘택트렌즈는, 곡률 반경이 5 mm 내지 20 mm일 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 콘택트렌즈는, 두께가 250 μm이하일 수 있다.

본 발명의 콘택트렌즈를 이용하면 효소 대신 염료를 이용하여 글루코스를 검출할 수 있으므로, 기존의 효소를 이용한 진단 센서의 단점을 보완할 수 있다. 또, 별도의 채혈기구나 전극이 구비된 장치를 이용할 필요없이, 탈착가능한 형태로 형광염료와 체액이 반응하여 글루코스 농도에 따른 색변화를 관찰할 수 있으므로 수시로 체내의 글루코스 수치가 적정수준인지 확인이 가능하면서도 간편하고 안전한 효과가 있다. 아울러, 시력교정 및 미용의 목적으로 이용하는 렌즈에 간단한 구성으로 진단기능을 추가한 렌즈를 이용함으로써, 경제성 및 편의성이 증대되는 효과가 있다.

그러나 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택트렌즈의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 PBA(Phenylboronic acid)로 기능화된 다면체 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS)의 합성을 나타낸 것이다.
도 3은 다이올로 개질된 형광염료의 합성을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 POSS-PBA-염료 결합체가 글루코스와 반응하는 메커니즘을 도식화한 것이다.
도 5는 글루코스 농도의 증가에 따른 본 발명의 POSS-PBA-염료 결합체의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 6은 소정범위의 글루코스 농도에서 측정된 본 발명의 POSS-PBA-염료 결합체의 응답률에 대한 검정선(calibration curve)을 나타낸 것이다.
도 7은 Ph 적정에 따른 POSS-PBA-염료 결합체의 형광강도에 대한 상대적 응답률을 나타내는 그래프를 나타낸 것이다.
도 8은 450-4000cm-1, 450-1600cm-1 범위의 스펙트럼에서 POSS-PBA-염료 결합체의 구조를 확인하는 FTIR 그래프를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 렌즈의 글루코스 검출능을 검증한 결과를 나타낸 것이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

일 측에 따르면, 상기 콘택트렌즈는 혈당 측정용일 수 있다.

본 발명은 생체적합성 매트리스, 하기 화학식 1로 표기되는 PBA(Phenylboronic acid)로 기능화된 다면체 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS) 화합물 및 염료를 포함하는, 콘택트렌즈에 관한 것으로, 후술하는 내용 중 적어도 하나를 더 포함하는 구성일 수 있다.

[화학식 1]

i) 단일 매트리스 어느 한쪽 면에 화합물 및 염료가 도포되어 고정되는 경우

ii) 복수의 매트리스 사이에 화합물 및 염료가 도포(담지)되는 경우

iii) 복수의 매트리스 외측에 화합물 및 염료가 도포되어 고정되는 경우

먼저 i)의 경우, 일반적인 콘택트렌즈의 어느 한쪽 면에 화합물 및 염료가 도포되어 체액과 반응하도록 구성된 것으로, 이 경우, 화합물 및 염료는 체액과 반응하여 염료에 의해 색변화가 일어나도록 하되, 상기 화합물 및 염료는 체액에 용해되어 체내에 흡수되지 않도록 구성함이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 화합물 및 염료가 도포된 단일 매트리스의 한쪽 면에 선택적 투과기능이 있는 코팅층을 추가로 적층시켜 체액의 특정성분만이 투과할 수 있도록 구성함이 보다 바람직하다. ii)의 경우, 일반적인 콘택트렌즈에 이용되는 매트리스를 2 이상 이용하여 제조된 것으로, 세부적으로 분류하면, 2장의 매트리스 사이에 상기 화합물 및 염료가 도포되어 담지되거나, 2장의 매트리스의 사이 어느 부분에만 소정의 공간을 두도록 제작하여 2장 중 어느 하나의 내측면에만 도포하여 고정시킬 수 있다. 또는, 3 장의 매트리스가 중첩되는 구조로, 전술한 바와 같은 방식으로, 3장 중 어느 2장의 매트리스 사이에 상기 화합물 및 염료가 도포되어 담지되거나, 3장 중 적어도 어느 2장의 매트리스의 사이 어느 부분에만 소정을 공간을 두도록 제작되어 상기 어느 2장 중 어느 하나의 내측면에만 도포하여 고정시킬 수 있다. 이 경우, 상기 화합물 및 염료와 직접적으로 접촉되는 매트리스는 상기 화합물 및 염료는 투과하지 않으면서 체액의 특정성분은 투과시킬 수 있도록 제작됨이 바람직하다. iii)의 경우, i) 및 ii)의 경우를 이용하되, 복수의 매트리스가 중첩되고 외측면에 도포되어 체액과 빠르게 접촉할 수 있도록 구성된다. 이 경우, i)에서 설명한 바와 같이 상기 화합물 및 염료는 체액과 반응하여 염료에 의해 색변화가 일어나도록 하되, 상기 화합물 및 염료는 체액에 용해되어 체내에 흡수되지 않도록 구성함이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 화합물 및 염료가 도포된 단일 매트리스의 한쪽 면에 선택적 투과기능이 있는 코팅층을 추가로 적층시켜 체액의 특정성분만이 투과할 수 있도록 구성함이 보다 바람직하다. 단, 상기 i) 내지 iii)의 경우 모두, 형광강도의 변화를 관찰하기 위해 투명한 매트리스로 구성됨이 바람직하다.

도 1은 상술한 구성을 예시적으로 나타낸 것으로, 일례로 도 1a 내지 1c에 나타낸 바와 같이 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1a는 i)의 경우를 예시적으로 나타낸 것으로, 투명한 생체적합성 제1매트리스(120)에 선택적 투과기능이 있는 코팅층(110)을 추가한 구조를 도시한 것이다. 상술한 내용에 따라, 도 1a는 제1매트리스(120) 뒤쪽에 화합물 및 염료가 도포될 수 있으며, 도포층 위로 코팅층(110)이 적층되어 체액만을 투과시킬 수 있다. 도 1b는 ii)의 경우를 예시적으로 나타낸 것으로, 투명한 생체적합성 제1매트리스(120)과 제2매트리스(130)이 중첩되어 있는 구조를 도시한 것이다. 상술한 내용에 따라, 도 1b는 제1매트리스(120) 및 제2매트리스(130) 사이에 화합물 및 염료가 도포될 수 있다. 도 1c는 iii)의 경우를 예시적으로 나타낸 것으로, 투명한 생체적합성 제1매트리스(120)과 제2매트리스(130)이 중첩되어 있고, 제1매트리스(120)의 외측면에는 코팅층이 추가로 적층된 구조를 도시한 것이다. 상술한 내용에 따라, 도 1c는 제1매트리스(120) 및 제2매트리스(130)가 중첩되고, 중첩된 매트리스 외측면 중 어느 하나에 화합물 및 염료가 도포될 수 있으며, 도포층 위로 코팅층(110)이 추가로 적층되어 체액만을 투과시킬 수 있다. 그러나 도 1a 내지 1c에 도시된 구조는 본 발명의 구조를 일 실시예로 나타낸 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 생체적합성 매트리스는, 콘택트렌즈로 이용되는 것으로 공지된 것이면 특별히 제한되지 않으나, 구체적으로는, 하이드로겔; 알지네이트; 폴리사카라이드; 폴리사카라이드 유도체; 공유결합으로 또는 수소결합을 통해 가교된 합성 중합체 또는 공중합체 또는 이온적으로 가교된 중합체 또는 공중합체; 폴리아크릴아미드; 아크릴산 단위를 함유하는 공중합체; 및 아크릴산 유도체 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 또, 상기 생체적합성 매트리스는 상기 접촉하는 체액을 흡수 또는 투과시키기 위해 부분적 투과성을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 투과도는 상기 매트리스의 공극의 크기로 조절할 수 있으며, 상기 공극의 크기는 체액의 특정성분은 투과하되, 상기 화합물 및 염료는 투과하지 않는 크기 범위 내로 제작됨이 바람직하다.

여기서, 체액은 생체 유래 물질로 땀, 타액, 눈물, 콧물, 혈액 및 이들에 포함되는 성분을 의미하는 것일 수 있으며, 구체적으로는 글루코스를 포함하는 생체유래의 분비물을 의미하는 것일 수 있으나, 특별히 제한을 두는 것은 아니다.

상기 체액의 특정성분과 반응하는 화합물이 상기 생체적합성 매트리스의 내측 또는 외측에 도포되고, 상기 화합물이 염료와 결합함으로써 결합체를 형성할 수 있다. 상기 결합체는 상기 체액의 특정성분과 반응하면 염료가 결합체로부터 방출됨으로써 형광강도의 변화가 생긴다. 이 때, 체액은 진단이나 측정에 필요한 특정성분을 포함하는 안액일 수 있으며, 이 경우, 상기 특정성분은 글루코스일 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 화합물은, PBA(Phenylboronic acid)로 기능화된 다면체 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS)으로, 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(Polyhedral oligomeric silsesquioxane, POSS)은 케이지(cage)형태의 분자(R₈Si₈O₁₂)로 실리콘-산소 결합과 함께 꼭짓점 기(vertex group)(R: 수소, 알킬, 알켄, 아릴, 아릴렌 등)을 포함하며, 평균적으로 1 ~ 3 nm의 크기를 갖는다. 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)은 나노 물질로서 생체인식소자물질을 쉽게 고정화시킬 수 있고, 높은 표면적에 의해 검출하고자 하는 물질과 반응하는 결합 부위의 수를 증가시킬 수 있다.

PBA로 기능화된 다면체 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS)은 도 2에 나타낸 바와 같이, [2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸]-헵타이소부틸로 치환된 POSS와 APBA를 반응시켜 제조된 것을 의미하며, 본 명세서에서는 "POSS-PBA"로 표현될 수 있다. POSS-PBA는 무기 나노 물질인 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS)과 유기 물질인 3-아미노페닐보론산(APBA)을 반응시켜 만들어진 유·무기 하이브리드 물질로서, 기계적 강도나 열적 안정성 등의 물성이 우수한 특징을 가진다.

본 발명의 POSS-PBA 및 염료는 포함되는 위치에 따라 함유형태 또는 함유량이 달라질 수 있으므로 특별히 제한을 두지는 않는다. 예를 들어, 함유형태는 본 발명의 콘택트렌즈의 내측 또는 외측에 코팅되거나, 담지되는 형태가 될 수 있다. 다만, 외부적으로는 변화를 관측하기 어렵더라도, 본 발명의 착용자는 약간의 불투명함이나 색상의 변화에도 민감하게 느낄 수 있으므로, 시력이나 안전을 고려하면 극소량의 염료가 포함됨이 바람직하다. 즉, 본 발명에 포함되는 화합물 및 염료의 양은, 상기 매트리스를 흡수 또는 투과하는 체액과 반응하여 형광강도를 나타내면 될 뿐, 시각을 차단하거나 체액의 수송을 방해하는 정도가 되지 않도록 제작됨이 바람직하다.

일 측에 따르면, POSS-PBA는 염료와 결합하여 결합체를 형성할 수 있다. 이 때 형성되는 결합체는 본 명세서에서 “POSS-PBA-염료”로 표현될 수 있다.

본 발명의 화합물 및 염료는, 글루코스와 선택적으로 반응하는 것일 수 있다.

이 경우, 상기 콘택트렌즈가 접촉하는 체액은 글루코스를 포함하는 안액일 수 있으며, 구체적으로, 본 발명의 콘택트렌즈는 상기 글루코스의 농도에 따라 형광강도가 변하는 것일 수 있다. 구체적으로는, 글루코스의 농도가 증가함에 따라 형광강도가 증가하는 것일 수 있다. POSS-PBA-염료로 이루어지는 결합체와 글루코스가 반응하는 경우, 염료가 방출됨으로써 색상을 띠는 방식으로 글루코스를 검출하므로, 글루코스에 선택적으로 반응하는 염료를 이용함이 바람직하다. 도 4는 본 발명의 POSS-PBA-염료 결합체와 글루코스의 반응에 관한 것으로, 반응 전에는 염료가 POSS-PBA의 위쪽에 결합되어 낮은 형광강도를 띠고 있으나, 글루코스와 반응하면 염료가 결합체로부터 분리되면서 강한 형광강도를 나타내는 메커니즘을 도식화하여 나타낸 것이다.

본 발명의 콘택트렌즈는, 글루코스의 농도에 따라 상기 POSS-PBA-염료 결합체로부터 방출되는 염료의 양이 달라져 형광강도가 변하므로, 체액에 포함된 글루코스의 농도가 높을수록 반응하는 염료의 양도 많아져 높은 형광강도가 나타내게 된다. 도 5는 염료가 방출하는 형광강도가 글루코스의 농도와 관련있음을 검증하기 위한 실험 데이터로, 구체적으로는 글루코스 농도의 증가에 따른 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 0 ~ 20mg/ml 범위의 글루코스 농도에서 반응 거동을 관찰한 결과, 형광강도는 글루코스의 농도에 비례해서 증가함을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 콘택트렌즈의 글루코스 검출 능력을 평가하기 위해, 글루코스 농도에 대한 반응률(Response rate, R)을 하기 식 1과 같이 정의하여 구했다. 식 1에서 I _g 는 글루코스가 포함된 용액에서의 형광 신호, I _O 는 버퍼용액에서의 형광 신호를 의미하고, t는 반응 시간을 의미한다.

[식 1]

도 6은 0.0 ~ 0.9 mg/ml 범위의 글루코스 농도에서, R=0.345[glucose]+0.0031 (R2 = 0.9845) 의 선형 회귀식에 근거한 글루코스 농도와 반응률의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참고하면, 본 발명의 POSS-PBA-염료 결합체가 매우 낮은 농도의 글루코스에서도 선형의 반응 거동을 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.

상기와 같은 결과를 통해, 본 발명의 POSS-PBA-염료 결합체는 미량의 글루코스가 포함된 체액 또는 체액 자체의 양이 적은 경우에도 글로코스 농도에 비례한 검출능을 보유한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 POSS-PBA-염료 결합체는 글루코스를 포함하는 체액으로 혈액뿐만 아니라 눈물, 땀, 타액 등을 이용할 수 있으며, 이러한 체액으로부터 매우 높은 민감도로 글루코스를 검출할 수 있다.

본 발명의 POSS-PBA-염료 결합체 활성이 최적인 pH를 평가하기 위해 pH 적정에 따른 형광강도의 상대적인 반응률을 관찰하여 도 7에 나타내었다. 도 7을 참고하면, pH 5 ~ 7의 범위에서 PBA에 대한 상대적인 반응률이 높은 것을 알 수 있다. 이는, 보로네이트 에스테르 복합체가 산성 조건 하에서는 불안정하여 낮은 pH(pH 5 미만)에서는 염료가 결합되지 않은 상태로 존재하고, 중간 pH(pH 5~7)에서는 보로네이트 에스테르가 안정화되어 염료와 결합하기 때문이다. 즉, POSS-PBA-염료 결합체의 활성은 pH 5 ~ 7 범위에서 가장 높으며, 이를 통해 본 발명에 포함된 POSS-PBA-염료 결합체는 인간의 피부 표면과 유사한 환경(약 pH 5)에서 최적임을 알 수 있다.

일 측에 따르면, POSS-PBA와 결합하는 염료는 다이올 포함 형광염료나 음이온성 염료, 양이온성 염료, 비이온 염료를 이용할 수 있다. 음이온성 염료는 이온 해리하는 염료 중 염료 이온이 음이온성을 나타내는 것으로서, 산성염료, 산성매염염료, 금속착염 산선염료, 직접 염료, 반응성 염료 등이 있으며, 양이온성 염료는 염료 이온이 양이온성을 나타내는 것으로서, 염기성 염료를 들 수 있다. 그 밖에 비이온성 염료로 분산염료를 이용할 수 있다. 한편, 염료는 발색단 혹은 색원체의 특성에 따라 분류된 azo 염료, anthraquinone 염료, indigoid 염료 (indigo계, thioindigo계), carbonium 염료 (diphenylmethane계, triphenymethane계, xanthene계, acridine계), phthalocyanine 염료, methine 염료 (polymethine계, azomethine계), thiazole 염료, quinoneimine 염료 (azine계, oxazine계, thiazaine계), lactone 염료, amino/hydroxyl ketone 염료, nitro/nitrozo 염료 및 quinoline 염료를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 다이올 포함 형광염료로 다이올 개질 ANSA(8-Anilino-1-naphtalenesulfonic acid)가 이용될 수 있다. 이 때, 다이올로 개질된 형광염료는 도 3에 도시된 바와 같이 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 콘택트렌즈의 형태 및 크기는 공지된 콘택트렌즈와 유사하며, 구체적으로 렌즈의 직경은 10mm 이하의 평면의 원형구조일 수 있고, 이 때, 렌즈의 곡률 반경은 5mm 내지 20mm일 수 있다. 더 구체적으로는 두께가 250 μm로 제작됨이 바람직하다. 다만, 앞서 기재한 콘택트렌즈의 형태 및 크기는 단일 매트리스의 경우에 해당하고, 복수의 생체적합성 매트리스를 포함하는 경우에는 이와 동일한 범위 내에서 제작될 수 있으나, 상기 범위와는 상이한 범위에서 제작될 수도 있다.

일 경우로, 본 발명의 콘택트렌즈는 혈당측정용 또는 당뇨병진단용으로 이용될 수도 있으며, 체액의 성분 중 당뇨병의 지표가 되는 성분을 검출할 수도 있다. 이 때, 이용되는 염료는 검출하고자 하는 성분에 선택적으로 반응하는 물질을 이용함이 바람직하다.

보다 구체적인 설명은 이하의 실시예를 통해 후술하도록 한다.

실시예 1. 형광염료의 합성

1ml의 0.5M 3-aminophenylboronic acid(APBA)와 1ml의 2M 폴리에틸렌글리콜(PEG, Mw: 200)을 2ml THF에 용해시켰다. 이 혼합물을 실온에서 격렬히 교반한 다음, Na(CN)BH3 (0.1 - 0.2%) 수용액을 첨가하여 염료를 제조하였다. 양성자 핵 자기 공명 (1　H-NMR, Ascend tm 500, Bruker) 및 푸리에 변환 적외선 분광법 (FTIR, Spectrum Two, Perkin Elmer)을 사용하여 합성 결과를 분석하였다: 　1H NMR (MEOD, ppm): 3.57 (a, 4H, -CH2-OH), 3.53 (c, 8H, -O CH2CH2O-, 3.44 (b, 4H, -OCH2CH2-OH).

실시예 2. POSS-PBA의 합성

POSS([2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyl]-heptaisobutyl로 치환된 POSS 매크로머) 10mg을 8ml의 순수한 THF에 용해시키고, 1.67 mg의 APBA를 용액에 첨가하였다. 혼합 용액을 50℃의 항온조에서 3시간 동안 가열하고 교반하였다. 가열 후, 50μL의 hydrazine monohydrate 용액(N2H4, 64-65%, Sigma)과, 50μ의 암모니아 용액 　(NH3, 28-30 %, Aldrich)　을 혼합 용액에 첨가하였다. 혼합 용액을 1 시간 동안 가열하였다. 환원적 아미노화 반응을 통해, POSS의 에폭시기 및 APBA의 1차 아민기가 반응하고, 하이드록실기와 함께 2차 아민을 형성하였다.

실시예 3: POSS-PBA-염료 결합체의 합성

상기 실시예 1에서 합성된 디올 변성 용액 및 상기 실시예 2에서 합성된 POSS-PBA 용액을 투명한 유리 바이알에서 혼합하여 POSS-PBA-염료 결합체를 합성하였다. 양성자 핵 자기 공명 (1　H-NMR, Ascend tm 500, Bruker) 및 푸리에 변환 적외선 분광법 (FTIR, Spectrum Two, Perkin Elmer)을 사용하여 합성 결과를 분석하였다: 　1H NMR (CDCl3, ppm): 6.98-7.02 (x,y, 5H, -Ph), 3.68 (j,H, cyclohexyl ring, -CH-OH), 3.12 (i, 2H, -CH2-NH-) 1.85 (k, 7H,-Si-CH2CH(CH3)2), 1.43 (b, 14H, -Si-CH2CH(CH3)2), 0.95 (a, 42H, -Si-CH2CH(CH3)2).

상기 실시예 3에서 제조된 POSS-PBA-염료 결합체의 구조를 확인한 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8의 (a) 내지 (d)는 450-4000cm-1, 450-1600cm-1 범위의 스펙트럼에서 POSS-PBA-염료 결합체의 구조를 확인하는 FTIR 그래프를 도시한 것으로, 도 8을 참고하면, FTIR 스펙트럼에서 관찰된 1000-1300 cm-1 에서의 피크는 POSS의 특성 피크로 Si-O-Si 결합에 의한 것이며, C-N 신축 피크 또는 1260cm-1 에서의 POSS 피크는 에폭사이드의 C-O 신축진동에 의한 것으로, POSS에 비해 POSS-PBA에서 감소한 것을 확인할 수 있다. 또, POSS-PBA에 존재하는 1435 cm-1의 새로운 피크는 2차 아민(C-N-C), C-N 신축, C-C 신축(페닐고리) 및 ABPA의 B-O 신축에 의한 것으로, POSS에는 존재하지 않았다. 또한, POSS-PBA에 존재하는 3300cm-1에서의 O-H 신축의 넓은 피크는 에폭사이드 고리 열림에 의한 것이다.

실시예 4: POSS-PBA-염료 결합체가 코팅된 렌즈를 이용한 바이오센싱 검증

상기 실시예 1 내지 3의 과정을 통해 제조된 POSS-PBA-염료 결합체 렌즈에 코팅하여 본 발명의 렌즈를 구현하였다. 구현된 렌즈가 글루코스 농도에 따른 검출능이 있음을 검증하기 위하여 일반적인 렌즈를 대조군으로 하여 혈당검출이 가능한지 비교실험을 진행하였다.

도 9는 일반적인 콘택트렌즈와 본 발명의 렌즈를 구현하고, 이들의 글루코스 검출 능력을 비교한 것으로, 도 9의 (a)는 일반적인 콘택트렌즈의 형태와 이에 UV를 조사한 결과를 나타낸 것이고, 도 9의 (b)는 POSS-PBA에 ANSA 형광염료가 추가된 POSS-PBA-염료 결합체가 코팅된 본 발명의 렌즈와 이에 UV를 조사한 결과를 나타낸 것이다. 도 9의 (a)를 보면, 일반적인 콘택트렌즈를 눈에 착용한 후, 분리하여 UV를 조사하였으나 아무런 반응이 나타나지 않아 혈당과 관련된 검출정보가 나타나지 않은 것을 확인하였다. 반면, 도 9의 (b)를 보면, 본 발명의 콘택트렌즈를 눈에 착용한 후, 분리하여 UV를 조사한 결과, 형광반응이 나타나는 것을 확인하였다. 즉, 본 발명의 POSS-PBA-염료 결합체가 코팅된 렌즈를 사용함으로써 글루코스 농도에 따라 형광검출이 가능함을 확인함으로써, 글루코스 검출 능력을 검증하였다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

110: 코팅층
120: 제1매트리스
130: 제2매트리스

Claims

생체적합성 매트리스;
하기 화학식 1로 표기되는 PBA(Phenylboronic acid)로 기능화된 다면체 올리고머릭 실세스퀴옥산(POSS) 화합물; 및
염료;
를 포함하는, 콘택트렌즈.
[화학식 1]
제1항에 있어서,
상기 콘택트렌즈는, 혈당측정용인, 콘택트렌즈.
제1항에 있어서,
상기 화합물 및 염료는 상기 매트리스의 내측 또는 외측에 포함되는, 콘택트렌즈.
제1항에 있어서,
상기 생체적합성 매트리스는, 부분적 투과성을 갖는, 콘택트렌즈.
제1항에 있어서,
상기 화합물 및 염료는 글루코스와 선택적으로 반응하는, 콘택트렌즈.
제5항에 있어서,
상기 콘택트렌즈는, 상기 글루코스 농도가 증가함에 따라 형광강도의 증가 또는 색변화를 나타내는, 콘택트렌즈.
제1항에 있어서,
상기 염료는, 다이올 포함 형광염료, 음이온성 염료, 양이온성 염료 또는 비
이온성 염료인, 콘택트렌즈.
제7항에 있어서,
상기 다이올 포함 형광염료는, 다이올 개질 ANSA(8-Anilino-1-naphtalenesulfonic acid)인, 콘택트렌즈.
제1항에 있어서,
상기 생체적합성 매트리스는, 하이드로겔; 알지네이트; 폴리사카라이드; 폴리사카라이드 유도체; 공유결합으로 또는 수소결합을 통해 가교된 합성 중합체 또는 공중합체 또는 이온적으로 가교된 중합체 또는 공중합체; 폴리아크릴아미드; 아크릴산 단위를 함유하는 공중합체; 및 아크릴산 유도체 중 하나 이상을 포함하는, 콘택트렌즈.
제1항에 있어서,
상기 콘택트렌즈는, 직경이 10 mm 이하인 원형 구조인, 콘택트렌즈.
제10항에 있어서,
상기 콘택트렌즈는, 곡률 반경이 5 mm 내지 20 mm인, 콘택트렌즈.
제11항에 있어서,
상기 콘택트렌즈는, 두께가 250 μm이하인, 콘택트렌즈.