KR102240962B1

KR102240962B1 - 세포배양액 담지 3 차원 구조체 및 이를 포함한 필름의 제조 방법

Info

Publication number: KR102240962B1
Application number: KR1020190066335A
Authority: KR
Inventors: 최경민
Original assignee: (주) 에스테팜
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2021-04-16
Also published as: WO2020246723A1; US20220228095A1; KR20200139888A

Abstract

본 출원은 세포배양액 담지 3 차원 구조체 및 이를 포함한 필름의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 세포배양액의 단백질을 담지할 수 있는 3 차원 구조체와 기능성 물질을 담지할 수 있는 미세기공 구조체를 동시에 포함하는 세포배양액 담지 3 차원 구조체 및 이를 포함한 필름의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

세포배양액 담지 3 차원 구조체 및 이를 포함한 필름의 제조 방법{THREE DIMENTIONAL STRUCTURE ENCAPSULATING CELL CULTURE LIQUID AND METHOD OF PREPARING FILM INCLUDING SAME}

본 출원은 세포배양액 담지 3 차원 구조체 및 이를 포함한 필름의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 세포배양액의 단백질 또는 유기영양소를 담지할 수 있는 3 차원 구조체와 기능성 물질을 담지할 수 있는 미세기공 구조체를 동시에 포함하는 세포배양액 담지 3 차원 구조체 및 이를 포함한 필름의 제조 방법에 관한 것이다.

세포배양액은 다양한 단백질 및 유기 성분들을 함유하고, 생체 적합성이 우수하여, 인체 특히 피부에 도포할 수 있는 물질이다. 그러나, 세포배양액은 주변 환경에 의한 변성에 취약하고 세균 및 진균등에 쉽게 오염되어 유통하거나 제품으로 사용하는데 어려움이 있었다. 지금까지 이러한 특징을 갖는 세포배양액을 피부에 전달하기 위한 몇몇 종류의 기술이 제안되었다.

그러한 기술 중 하나는 리포솜 형태의 캡슐로 세포배양액을 담지하여, 피부에 전달하는 방법이 있다. 하지만, 리포솜이 약한 결합을 바탕으로 하고 있어, 쉽게 변성되거나 부서지기 때문으로, 이러한 구조체를 이용하여 세포배양액을 전달하기에는 부족하였다.

또한, 이러한 기술은 단일 성분만을 보호하거나 항균성의 물질을 투입하는 방식을 취해, 세포배양액내의 전 성분을 보호할 수 없었다.

더욱이, 이러한 세포배양액을 이용하여 마스크팩을 제조하기 위하여, 종래에는 대부분 열에너지를 이용하여, 고온에서 이러한 세포배양액을 담지하는 구조체를 형성하였다. 하지만 이는 열에 약한 세포배양액에는 사용될 수 없는 공정이었다.

따라서, 사용자가 의도하는 세포배양액의 다양한 성분을 피부에 전달할 수 있으며, 고온에도 강한 세포배양액 담지 구조체에 대한 연구가 필요하다.

1): 대한민국 특허 공개 번호 10-2015-0004750호(2015년 1월13일 공개)

본 출원의 일 실시예에 따르면, 세포배양액을 비롯한 다양한 물질을 담지할 수 있는 3 차원 구조체를 이용하고, 저온에서 하이드로겔 필름을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

본 출원의 일 측면은 필름의 제조 방법은 세포 배양액, 금속유기 구조체(metal organic frameworks), 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA), 광경화제 및 글리세롤을 혼합하여, 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 소정의 형상으로 도포하는 단계; 및 상기 도포된 혼합물에 광을 조사하여, 겔화된 필름을 형성하는 단계를 포함하는 필름의 제조 방법을 제공한다.

본 출원의 다른 일 측면은 단백질 및 유기영양소를 포함하는 세포배양액을 포함하는 3차원 구조체로서, 3 차원 망상 구조의 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA) 고분자 네트워크; 상기 PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산되며, 복수의 기공을 포함하는 금속유기 구조체(metal-organic framework); 상기 PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산되거나 및/또는 상기 금속유기 구조체의 복수의 기공에 위치된 단백질; 및 상기 금속유기 구조체의 복수의 기공에 위치된 유기영양소를 포함하는 3 차원 구조체를 제공한다.

본 출원의 또 다른 일 측면은 전술한 3 차원 구조체를 포함하는 하이드로겔 필름을 제공한다.

본 출원의 또 다른 일 측면은 전술한 하이드로겔 필름으로 형성된 피부용 물품으로서, 상기 물품은 마스크 팩 또는 마스크 패치인 피부용 물품을 제공한다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 다양한 크기의 물질을 포함하는 세포배양액을 담지할 수 있는 기공 또는 구조적 특징을 갖는 3 차원 구조체를 제공할 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 강한 결합을 이용하여, 담지 물질을 단단하게 고정할 수 있는 3 차원 구조체를 제공할 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 세균이나 진균으로부터 세포 배양액의 변성을 방지할 수 있는 3 차원 구조체를 제공할 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 저온 또는 상온에서 세포배양액의 변성 없이 하이드로겔 필름을 제공할 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 필름의 조성물의 물성을 제어하여, 연질 또는 경질의 하이드로겔 필름을 제공할 수 있다.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 전술한 필름을 이용한 마스크 팩 또는 마스크 패치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 하이드로겔 필름의 제조 방법에 대한 플로우 차트이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 세포배양액의 이미지와 이의 구성성분을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 3 차원 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 3 차원 구조체를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 세포배양액을 담지한 필름 제조용 조성물의 이미지이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 세포배양액을 담지한 필름 제조용 조성물을 이용하여 제조된 마스크 패치의 이미지이다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 따른 농도별 세포배양액 및 금속유기 구조체를 포함한 필름 제조용 조성물의 이미지이다.
도 8은 본 출원의 일 실시예에 따른 농도별 세포배양액 및 금속유기 구조체를 포함한 필름 제조용 조성물을 이용하여 제조된 마스크 패치의 이미지이다.
도 9는 본 출원의 일 실시예에 따른 글리세롤 함량에 따른 필름 제조용 조성물을 이용하여 제조 직후의 마스크 패치의 이미지이다.
도 10은 본 출원의 일 실시예에 따른 글리세롤 함량에 따른 필름 제조용 조성물을 이용하여 제조되고 3 시간 후의 마스크 패치의 이미지이다.
도 11은 본 출원의 일 실시예에 따른 부직포를 이용하여 제조한 마스크 패치의 이미지이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 출원에서 용어 "나노"는 나노 미터(nm) 단위의 크기를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 크기를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 용어 "나노 입자"는 나노 미터(nm) 단위의 평균 입경을 갖는 입자를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 내지 1,000 nm의 평균입경을 갖는 입자를 의미할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 하이드로겔 필름을 제조하는 방법을 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 하이드로겔 필름을 제조하는 방법의 범위가 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 하이드로겔 필름의 제조 방법에 대한 플로우 차트이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 출원의 일 실시예에 따른 하이드로겔 필름을 제조하는 방법은 세포 배양액, 금속유기 구조체, PEGDA, 광경화제 및 글리세롤을 혼합하여, 혼합물을 형성하는 단계(S10); 혼합물을 소정의 형상으로 도포하는 단계(S20); 및 도포된 혼합물에 광을 조사하여, 겔화된 필름을 형성하는 단계 (S30)를 포함한다.

여기서, 혼합물의 혼합비는 세포배양액 100 중량부 대비, 1 내지 50 중량부의 금속유기 구조체, 3 내지 10 중량부의 PEDGA, 0.01 내지 0.1 중량부의 광경화제 및 0 내지 40 중량부의 글리세롤이다.

이하, 각 단계별로 본 출원을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 세포 배양액, 금속유기 구조체(metal organic frameworks), 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA), 광경화제 및 글리세롤을 혼합하여, 혼합물을 형성한다(S10).

각각의 성분을 혼합하는 순서가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 혼합하는 순서는 1. 세포배양액, 2. PEGDA, 3. 금속유기구조체, 4. 광경화제로 포함되는 것이 바람직하다.

본 명세서에서 사용된 "세포 배양액"은 세포를 성장시키는 과정에서 배출된 유기영양소 및 단백질을 포함하는 용액을 의미한다. 본 출원은 세포 배양액에 함유된 단백질 또는 유기영양소의 종류에 특별히 한정되는 것은 아니며, 이러한 단백질 또는 유기영양소를 담지하는 기술에 관한 것이다. 또한, 이를 수득하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지의 방법을 통하여 수득할 수 있다.

도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 세포배양액의 이미지와 이의 구성성분을 설명하기 위한 모식도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 세포배양액은 다양한 단백질 및 유기 성분 및 물을 함유한다.

세포배양액은 추가로 물과 희석되어 포함될 수 있으며, 세포배양액 중 단백질 및 유기영양소의 중량비는 5 중량% 내지 95 중량%일 수 있다.

전술한 세포배양액의 중량비는 다양할 수 있으며, 본 출원이 의도하는 바에 따라 또는 사용시 사용의도에 따라 농도가 높으면, 물을 희석해서 사용할 수 도 있다.

PEG (poly(ethylene glycol))는 망상 구조를 형성하는 폴리머의 한 종류로써, 망상 구조를 형성하여 하이드로겔 필름을 형성하는 지지체로 작용한다. PEGDA의 경우는, PEG의 양쪽 끝에 붙어있는 diacrylate가 광경화촉진제와 함께 사용되면 UV 파장을 받았을 때 서로 결합이 일어나며 망상구조를 형성할 수 있어, 금속유기 구조체 및 세포배양액을 담지하고, 지지해 줄 수 있는 지지체로 작용할 수 있다. PEGDA는 세포배양액 100 중량부 대비 3 중량부 내지 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 3 중량부 미만인 경우에는 본 출원에서 의도하는 망상 구조의 네트워크 형태의 지지체를 형성할 수 없다. 또한, 그 함량이 10 중량부를 초과하는 경우에는 UV 경화시, 경화가 너무 많이 일어나, 내부에 세포배양액을 잘 담지할 수 없다.

글리세롤은 수분증발을 막고 만들어진 필름의 유동성을 확보하기 위해서 사용된다. 글리세롤이 없이, PEGDA 기반의 필름을 제조할 경우 지나치게 경화된 필름이 형성되거나, 제품의 사용을 위한 충분한 강도가 확보되지 않아, 쉽게 으스러지는 경향이 있다. 또한, 글리세롤은 수분의 빠른 증발을 억제하여, 세포배양액의 수분이 잘 남아 있도록 하며, PEGDA 필름의 강도를 유지라고, 유동성을 확보하는 역할을 한다.

여기서, 글리세롤은 세포배양액 100 중량부 대비 10 중량부 내지 30 중량부로로 포함되는 것이 바람직하다. 그러나, 글리세롤의 경우 함량에 따라 필름의 물성에 가장 큰 변화를 준다. 그 함량이 10 중량부 미만 경우, 경도가 높은 필름이 형성되었다. 10 중량부 내지 30 중량부의 경우, 세포배양액을 충분히 함유하여, 피부와의 점착성이 우수하며 수분의 증발도가 낮은 필름을 형성할 수 있다. 또한, 기계적 강도도 우수하여 단독으로 또는 부직포와 함께 사용될 경우, 피부에 붙이고 때며 접었다 폈다하는데 전혀 무리가 없는 필름을 제공할 수 있다. 또한, 세포배양액이 함유하고 있는 수분이 1일 이상 필름 내에서 유지할 수 있다. 다만, 30 중량부를 초과하는 경우네는 글리세롤 함량이 높아져 필름을 제조하기 위한 조성물의 점도가 지나치게 높아지고, 또한 광경화 반응 후 만들어진 필름의 강도가 현격하게 낮아진다.

광경화제는 빛을 받아서 diacrylate의 결합을 촉진하며, PEG 지지체를 망상구조로 만들어 주는 역할을 한다. 본 출원이 속하는 기술분야에서 공지의 다양한 광경화제가 사용될 수 있으나, 세포배양액과 금속유기구조체 및 글리세롤이 있는 조건에서는 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone (IRGACURE 2959)가 가정 바람직하다. 광경화제는 세포배양액 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 1 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

금속유기 구조체(Metal-Organic Frameworks, MOF)는 유기 링커(organic linker, 또는 유기 다리 리간드(organic bridging ligands))가 금속산화물과의 배위결합에 의해 연결되어 3차원 적인 구조를 형성하는 다공성 물질이다. 기본적으로 금속-유기 구조체는 표면적이 매우 넓을 뿐만 아니라 열려 있는 기공 구조를 가지고 있기 때문에, 기존에 알려진 다른 다공성 물질에 비해 대량의 분자 또는 용매 등의 담지 또는 이동이 가능하고, 형성된 중심금속-유기리간드의 틀이나 성분을 바꿀 수 있을 뿐 아니라, 기공의 크기(부피)를 조절할 수 있다.

이하, MOF의 골격 구조에 대해서 좀 더 상세하게 살펴본다. MOF는 금속 클러스터들을 포함하는데, 이들은 망 같은 구조를 제공하기 위해서 클러스터들 사이의 거리를 증가시키는 유기 링커(연결 리간드, 유기 다리 리간드)에 의해 주기적 방법으로 클러스터를 함께 연결시킨다. 예를 들어, 유기 링커는 2개 이상의 금속들에 배위하는(중성 분자들과 이온들을 포함하는) 화학종을 의미하는데, 금속들 간의 간격을 형성하여 생성되는 구조물 내부에 빈 영역들 즉 기공을 형성시킬 수 있다. 유기 링커의 예로는, 4,4'-비피리딘들(bipyridins)(중성, 다중 N-제공 분자)과 벤젠-1,4-디카르복실레이트(benzene-1,4-dicarboxylate) (폴리카르복실레이트(polycarboxylate) 음이온)을 포함한다.

MOF들에서 사용된 금속 이온들은 원소들의 IUPAC 주기율표 (악티나이드(actinides) , 란타나이드들(lanthanides)을 포함)의 1족 내지 16족의 금속들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 이온들을 포함한다. 본 발명의　MOF들에서 사용된 금속 이온들의 특정한 예들은 다음의 이온들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 이온들을 포함한다: Li+, Na+, K+, Rb+, Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Sc3+, Y3+, Ti4+, Zr4+, Hf4+, V4+, V3+, V2+, NB3+, Ta3+, Cr3+, Mo3+, W3+, Mn3+, Mn2+, Re3+, Re2+, Fe3+, Fe2+, Ru3+, Ru2+, Os3+, Os2+, Co3+, Co2+, Rh2+, Rh+, Ir2+, Ir+, Ni2+, Ni+, Pd2+, Pd+, Pt2+, Pt+, Cu2+, Cu+, Ag+, Au+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Al3+, Ga3+, In3+, Tl3+, Si4+, Si2+, Ge4+, Ge2+, Sn4+, Sn2+, Pb4+, Pb2+, As5+, As3+, As+, Sb5+, Sb3+, Sb+, Bi5+, Bi3+, Bi+　및 이들의 조합. 이들 이온들 중, Co2+, Cu2+, Zn2+ 및 Zr4+는 합성 혼합물에서 기결정된 클러스터들을 형성하는 그들의 능력 때문에 선호된다.

유기 링커는 대전된 유기 링커일 수 있다. 그러한 대전된 유기 링커들은 카르복실레이트(CO2-), 설페이트(SO3-) 등과 같은 음이온성 작용기들을 포함한다. 그리고 일반적으로, 각각의 유기 링커들은 2개 이상의 대전된 작용기들을 포함할 수 있다. 유기 링커는 bidentate　리간드　또는 tridentate　리간드(3개를 초과하는 더 많은 수의 작용기들 또한 본 발명의 범주 내임) 일 수 있다. 따라서, 유용한 유기 링커의 예는 2, 3 또는 그 이상의 카르복실레이트 그룹들을 함유할 수 있다.

전술한 바와 같이, 유기 링커는 금속 클러스터 간의 간격을 형성하는 역할을 하기 때문에, 유기 링커의 길이에 따라 기공의 크기가 제어 가능하다.

여기서, 금속유기 구조체는 세포배양액 100 중량부 대비 중 1 중량부 이상으로 포함될 수 있으나, 금속유기구조체의 함량이 커질수록, 제조된 필름이 딱딱하고 잘 부서지게 되는 경향이 있어서, 1 중량부 내지 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

금속유기 구조체의 평균입자 크기는 1 ㎚ 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 이러한 범위 내에서 세포배양액에 잘 분산된 형태의 에멀젼을 형성할 수 있고, 항산화제, 비타민, 항노화제와 같은 분자단위의 혼합물 100 중량부 대비 1 내지 100 중량부의 기능성 물질 또는 활성물질(active ingredient)를 담지하고 보호할 수 있다.

전술한 바와 같이, 금속유기 구조체는 링커와 금속이 결합하여 이루는 구조에 따라 조절하능한 기공크기를 가지고, 상기 기공은 각각 9.0 내지 20 옹스트롬 크기의 기공을 가져, 분자단위의 기능성 물질을 잘 보호 할 수 있다. 또한 단백질을 함유하여 보호할 수 있도록 큰 기공 (2나노 내지 1000나노)을 가지도록 디자인 된 경우, 기존에 형성된 미세기공을 부분적으로 제거하여 큰 기공을 만들거나, 제조 단계에서 큰 기공 유도체를 사용하여 큰 기공을 가진 금속유기 구조체를 제조할 수 도 있다.

전술한 바와 같이, 상기 혼합물은 기능성 물질을 포함할 수 있다. 기능성 물질은 항산화제, 비타민 및 항노화제로 이루어진 그룹으로 선택된 적어도 하나를 포함한다. 이 때, 기능성 물질은 금속유기 구조체 내에 포함된 상태로 출발물질로 사용될 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같이 혼합된 혼합물을 균질화할 수 있다. 균질화하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 출원이 속한 기술분야에서 적용될 수 있는 방법이라면, 어떠한 방법이라도 적용될 수 있다. 2 분 내지 60 분 동안 교반기를 이용하여, 교반하거나, 1 분 이하로 초음파처리할 수 있다.

그리고, 혼합물을 소정의 형상으로 도포한다(S20).

여기서, 소정의 형상은 사용자의 의도에 따라서 최종 필름의 형상을 예비적으로 고려한 후, 그러한 형상으로 혼합물을 도포할 수 있다. 이러한 형상으로서 마스크 팩의 형상 또는 마스크 패치의 형상일 수 있다.

이 때, 부직포 상에 혼합물을 도포할 수 있다. 부직포를 이용하면, 최종 필름을 보다 견고하게 지지할 수 있다. 부직포와 유사한 기능을 적용할 수 있는 기재라면 어떠한 것도 적용될 수 있다. 또한, 부직포의 형상이 특별히 한정되는 것은 아니지만, 사용자의 의도에 따라서 최종 필름의 형상을 예비적으로 고려한 후, 그러한 형상으로 제조된 부직포를 이용할 수 있고, 특별한 형상이 없는 부직포 위에 혼합물을 도포한 후, 추후 의도한 형상으로 재단할 수 도 있다.

그리고, 도포된 혼합물에 광을 조사하여, 겔화된 필름을 형성한다(S30).

광을 조사하여, PEGDA의 겔화를 촉진하여, 하이드로겔 필름을 형성할 수 있다. 이를 통하여, 전술한 3차원 구조체의 형상을 보다 단단하게 고정할 수 있다.

광은 UV 광인 것이 바람직하다. 그리고, 광원은 특별히 한정되는 것은 아니지만, LED 광원을 이용하는 것이 바람직하다. LED 광의 파장은 특별히 한정되는 것은 아니며, 450 내지 490 nm, 460 내지 480 nm, 바람직하게는 470 nm일 수 있다.

여기서, 광조사는 LED 광원으로 5 초 내지 60 초 동안 조사하는 것이 바람직하다. 5 초 미만인 경우에는 충분한 겔화가 안되는 문제가 있고, 60초를 초과하는 경우에는 그 효과의 증가가 미미하다.

또한, 전술한 바와 같이, 부직포를 이용한 경우, 하이드로겔 필름의 지지체로서 부직포가 이용되어, 보다 견고한 필름을 제공할 수 있다.

도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 3 차원 구조체를 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 혼합된 혼합물에서는, 3 차원 망상 구조의 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA) 고분자 네트워크; PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산되며, 복수의 기공을 포함하는 금속유기 구조체(metal-organic framework); PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산되거나 및/또는 금속유기 구조체의 복수의 기공에 위치된 단백질; 및 금속유기 구조체의 복수의 기공에 위치된 유기영양소를 포함하는 3 차원 구조체가 형성될 수 있다.

또한, 도 4에 본 출원의 일 실시예에 따른 3 차원 구조체를 도시한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 전술한 방법에 의하여 제조된 3 차원 구조체를 포함하는 필름은 세균이나 진균으로부터 세포배양액을 보호하고, 강한 화학적 결합을 이용하여, 구조체를 단단하게 지지하며, 세포배양액의 전성분과 선택적으로 추가적인 기능성 물질을 담지할 수 있으며, 저온 및 상온에서 광자극으로 구조체를 형성할 수 있다.

본 출원의 다른 실시예는 3 차원 구조체를 제공한다. 3 차원 구조체는 3 차원 망상 구조의 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA) 고분자 네트워크; 상기 PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산되며, 복수의 기공을 포함하는 금속유기 구조체(metal-organic framework); 상기 PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산되거나 및/또는 상기 금속유기 구조체의 복수의 기공에 위치된 단백질; 및 상기 금속유기 구조체의 복수의 기공에 위치된 유기영양소를 포함한다.

전술한 필름의 제조 방법에서 설명하였던 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소의 경우 그 설명은 생략한다.

PEGDA 고분자 네트워크는 망상 구조의 3 차원 구조이며, 후술하는 다른 성분의 지지체 역할을 한다. 망상 구조의 사이에는 금속유기 구조체가 분산되어 위치된다.

금속유기 구조체는 복수의 기공을 구비하기 때문에, 그 기공 안에는 크기가 작은 세포배양액에서 제공되는 유기영양소가 담지되고, 기공의 크기를 크게 제어된 금속유기 구조체의 경우에는 상대적으로 크기가 큰 단백질도 담지가 가능하다. 또한 추가적으로 포함되는 기능성 물질도 담지할 수 있다. 그 외의 크기가 큰 단백질은 일반적으로 PEGDA 고분자 네트워크는 망상 구조의 사이에 존재할 수 있다.

바람직하게는, 금속유기 구조체의 평균 입자 크기는 1 nm 내지 100 ㎛이며, 복수의 기공의 평균 직경은 9.0 옹스트롱 내지 20 옹스트롱이다.

이러한 계층 구조(hierarchy)를 통해, 크기가 다양한 물질을 견고하게 담지할 수 있다.

특히, 기공의 크기가 큰 경우에는 단백질 또한 기공에 위치되어, 금속유기 구조체 내에 함유될 수 도 있다.

바람직하게는 단백질 및 유기영양소 100 중량부 대비, 1 내지 20 중량부의 금속유기 구조체, 3 내지 10 중량부의 PEDGA, 0.01 내지 0.1 중량부의 광경화제 및 0 내지 40 중량부의 글리세롤의 성분비를 갖도록 제어된다.

여기서, 상기 단백질 및 유기영양소는 세포배양액으로부터 유래되는 것이 바람직하다.

또한, 3 차원 구조체는 상기 복수의 기공에 위치된 기능성 물질을 추가로 포함할 수 있다. 그리고, 기능성 물질은 항산화제, 비타민 및 항노화제로 이루어진 그룹으로 선택된 적어도 하나를 포함한다.

본 출원의 또 다른 실시예는 전술한 3 차원 구조체를 포함한 하이드로겔 필름을 제공한다. 이에 한정되는 것은 아니지만, 전술한 필름의 제조 방법에 의하여 제조될 수 도 있다.

이러한 하이드로겔 필름은 UV 광조사에 의하여 제조된 필름으로서, 적절한 수분을 포함하고, 적절한 강도를 가지고 있다. 강도를 보강하기 위하여, 일측면에 부직포가 부착되어 있을 수 있다.

본 출원의 또 다른 실시예는 전술한 하이드로겔 필름으로 형성된 피부용 물품으로서, 상기 물품은 마스크 팩 또는 마스크 패치인 피부용 물품을 제공한다.

이러한 마스크 팩 또는 마스크 패치를 통하여, 전술한 3차원의 구조체를 이용하여 세포배양액 내의 여러 가지 성분들을 담지하여 효과적으로 보호하고, 이러한 세포배양액의 성분을 피부에 전달하는 피부케어 제품을 제공할 수 있다. 또한, 전술한 구조체를 저온 또는 상온에서 생성하도록 하여, 세포배양액 내의 성분을 파괴되거나 변성되지 않도록 제어할 수 있다.

이하, 실험예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명한다.

[ 실험예 1]

세포배양액 10 g와 PEGDA 1 g, 글리세롤 2 g, 3 g, 4g 및 광경화제 0.01g을 혼합하였다. 이 후, 금속유기 구조체인 0.5g을 혼합한 후, 교반기를 이용하여, 20분 동안 교반하였다.

도 5에 수득된 세포배양액을 담지한 필름 제조용 조성물의 이미지를 나타내었다. 도 5에 도시한 바와 같이, 좌측은 글리세롤이 3 g 들어간 용액이고, 우측은 글리세롤이 2 g이었다. 이를 통해 글리세롤의 최적 함량을 확인할 수 있었다.

이렇게 제조된 세포배양액을 도포하고, UV LED 램프를 20초 동안 조사하여, 패치를 제작하였다.

도 6에 제조된 마스크 패치의 이미지를 나타내었다. 도 6에 도시한 바와 같이, 글리세롤이 2g, 3g, 4g이 각각 존재하는 용액 조건에서도 필름이 잘 생성됨을 확인할 수 있었다.

[실험예 2]

금속유기구조체의 함량에 따른 조성물 및 필름의 차이를 확인하기 위하여, 추가적인 실험을 실시하였다.

세포배양액 10 g와 PEGDA 2 g, 글리세롤 2 또는 3 g 및 광경화제 0.01g을 혼합하였다. 이 후, 금속유기 구조체인 0.1g, 1g, 2g, 3g 및 5g을 각각 혼합한 후, 교반기를 이용하여, 30분 동안 교반하여, 5 종의 조성물을 제조하였다.

도 7에 금속유기 구조체의 함량별 필름 제조용 조성물의 이미지를 나타내었다. 도 7에 도시한 바와 같이, MOF가 모든 조건에서 균일하게 조성물에 잘 퍼져 있음을 확인할 수 있었다.

또한, 전술한 5 종류의 조성물 중 금속유기 구조체의 함량이 1g, 2g, 5g으로 제어된 조성물을 원형으로 도포한 후, UV LED를 30초간 조사하여, 하이드로겔 필름을 제작하였다.

도 8에 각각 제작된 마스크 패치의 이미지를 나타내었다. 도 8에 도시한 바와 같이, 3 종류 모두 견고한 하이드로겔 필름이 형성되었다.

[실험예 3]

글리세롤의 함량에 따른 필름의 차이를 확인하기 위해, 추가적인 실험을 실시하였다.

세포배양액 10 g, 금속유기 구조체 0.5g, PEGDA 1 g, 글리세롤 1g, 2g, 3g 및 광경화제 0.01g을 혼합한 후, 교반기를 이용하여 20분 동안 교반하였다.

3종의 조성물을 원형으로 도포한 후, UV LED를 30초간 조사하여, 하이드로겔 필름을 각각 제작하였다.

도 9에 글리세롤 함량에 따른 필름 제조용 조성물을 이용하여 제조 직후의 마스크 패치의 이미지를 나타내었다. 또한, 도 10에 글리세롤 함량에 따른 필름 제조용 조성물을 이용하여 제조되고 3 시간 후의 마스크 패치의 이미지를 나타내었다.

이를 통하여, 글리세롤의 함량이 적을수록 필름이 빨리 건조되고 경고가 크고, 글리세롤이 많으면 필름의 건조 속도는 늦지만 경도가 낮음을 확인할 수 있었다. 이에 사용되는 조성물에 따라 최적의 글리세롤 농도가 존재함을 확인 하였다

[실험예 4]

필름을 지지 할 수 있는 부직포의 존재에 따른 필름의 차이를 확인하기 위해, 추가적인 실험을 실시하였다.

세포배양액 10 g, 금속유기 구조체 0.5g, PEGDA 1 g, 글리세롤 1g, 2g, 3g 및 광경화제 0.01g을 혼합한 후, 교반기를 이용하여 20분 동안 교반하여 조성물을 제조하였다.

이러한 조성물을 준비된 원형의 다공성 부직포에 도포하고, UV LED를 30초간 조사하여, 하이드로겔 필름을 제작하였다.

도 11에 부직포를 이용하여 제조한 마스크 패치의 이미지를 나타내었다. 도 11에 도시한 바와 같이, 보다 견고하게 지지된 하이드로겔 패치가 형성됨을 확인할 수 있었다.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기 술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

세포 배양액, 금속유기 구조체(metal organic frameworks), 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA), 광경화제 및 글리세롤을 혼합하여, 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 소정의 형상으로 도포하는 단계; 및
상기 도포된 혼합물에 광을 조사하여, 겔화된 필름을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 혼합물의 혼합비는 세포배양액 100 중량부 대비, 1 내지 50 중량부의 금속유기 구조체, 3 내지 10 중량부의 PEDGA, 0.01 내지 0.1 중량부의 광경화제 및 0 내지 40 중량부의 글리세롤인 필름의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 혼합물을 소정의 형상으로 도포하는 단계는 준비된 부직포 상에 상기 혼합물을 소정의 형상으로 도포하는 단계인 필름의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 세포배양액은 단백질 및 유기영양소를 포함하며, 상기 세포배양액 중 단백질 및 유기영양소의 중량비는 5 중량% 내지 95 중량%인 필름의 제조 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 혼합물은 상기 혼합물 100 중량부 대비 1 내지 100 중량부의 기능성 물질을 더 포함하는 필름의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 기능성 물질은 항산화제, 비타민 및 항노화제로 이루어진 그룹으로 선택된 적어도 하나를 포함하는 필름의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 혼합물을 형성하는 단계는 상기 혼합물을 1 분 내지 60 분 동안 교반하거나, 1 분 이하로 초음파처리하는 단계를 포함하는 필름의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광조사는 LED 광원으로 5 초 내지 60 초 동안 조사하는 필름의 제조 방법.
제 1 항에 있어서
상기 소정의 형상은 소정의 마스크 팩 또는 마스크 패치 형상인 필름의 제조 방법.
단백질 및 유기영양소를 포함하는 세포배양액을 포함하는 3차원 구조체로서,
3 차원 망상 구조의 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (poly(ethylene glycol) diacrylate, PEGDA) 고분자 네트워크;
상기 PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산되며, 복수의 기공을 포함하는 금속유기 구조체(metal-organic framework);
i) 상기 PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산되거나 ii) 상기 금속유기 구조체의 복수의 기공에 위치되거나 iii) 상기 PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산 및 상기 금속유기 구조체의 복수의 기공에 위치되는 단백질; 및
상기 금속유기 구조체의 복수의 기공에 위치된 유기영양소를 포함하고,
상기 3차원 구조체는 상기 PEGDA 고분자 네트워크 사이에 분산된 글리세롤 및 광경화제를 추가로 포함하며,
상기 세포배양액 100 중량부 대비, 1 내지 50 중량부의 금속유기 구조체, 3 내지 10 중량부의 PEDGA, 0.01 내지 0.1 중량부의 광경화제 및 0 내지 40 중량부의 글리세롤의 성분비를 갖는 3 차원 구조체.
삭제
삭제
제 10 항에 있어서, 상기 금속유기 구조체의 평균 입자 크기는 1 nm 내지 100 ㎛인 3 차원 구조체.
제 10 항에 있어서, 상기 복수의 기공의 평균 직경은 9.0 옹스트롱 내지 20 옹스트롱인 3 차원 구조체.
제 10 항에 있어서,
상기 3 차원 구조체는 상기 복수의 기공에 위치된 기능성 물질을 추가로 포함하는 3 차원 구조체.
제 15 항에 있어서, 상기 기능성 물질은 항산화제, 비타민 및 항노화제로 이루어진 그룹으로 선택된 적어도 하나를 포함하는 3 차원 구조체.
제 10 항의 3 차원 구조체를 포함하는 하이드로겔 필름.
제 17 항에 있어서,
상기 필름의 일측에 부직포가 부착된 하이드로겔 필름.
제 18 항의 하이드로겔 필름으로 형성된 피부용 물품으로서, 상기 물품은 마스크 팩 또는 마스크 패치인 피부용 물품.