KR102360781B1

KR102360781B1 - 염증완화용 하이드로콜로이드 패치

Info

Publication number: KR102360781B1
Application number: KR1020210129378A
Authority: KR
Inventors: 김정빈; 이지상; 성기수; 장혜진
Original assignee: (주)쥬넥스
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-02-14

Abstract

본 발명은 염증완화용 하이드로콜로이드 패치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소수성 탄성 중합체 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 분산된 하이드로콜로이드 입자를 포함하는 하이드로콜로이드 패치로서, 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 염증완화용 하이드로콜로이드 패치에 대한 것이다.

Description

염증완화용 하이드로콜로이드 패치 {Hydrocolloid Patch For Alleviating Skin Inflammation}

약물 처치를 포함하여 상처를 보호하고 치료하는 방법들을 드레싱이라 하며, 드레싱은 건조 환경 거즈 드레싱과 폐쇄성 습윤 드레싱으로 나뉘어질 수 있다. 건조 환경 거즈 드레싱의 경우 거즈를 통해 수분이 증발되어 제거되므로 상처 상에 가피가 형성되어 재생 상피세포가 상처면을 따라 원활하게 이동하는 것을 막아 흉터가 남는 단점이 있는 데 반해 폐쇄성 습윤 드레싱의 경우, 상처가 마르는 것을 억제하고 상처를 습윤 상태에 두어 상처 복원을 원활하게 하는 효과가 있다.

한편, 나노입자는 그 물질의 벌크 상태와는 다른 독특한 특성을 나타내기도 하며, 그에 따른 여러 응용 가능성으로 인해 많은 관심을 받고 있다. 그 중, 금속 나노입자는 금속의 흥미로운 특성들로 인해 전자, 정보 저장, 촉매 등 여러 분야에 응용되고 있으며, 최근에는 광전자, 센싱, 이미징을 비롯하여 코스메틱, 의료 분야로까지 그 응용 분야를 넓혀가고 있다.

금(Au)은 인체에 무해한 성질을 갖고 있고, 티올(thiol)과의 결합을 통한 표면 개질이 쉽다는 장점으로 인해 금 나노입자는 생체의학 분야에 널리 응용되고 있다. 또한, 금 나노입자는 진단을 넘어서 치료 목적으로도 응용되고 있는데, 금 나노입자를 종양에 선택적으로 붙게 만들어 방사선에 노출된 종양을 치료하는 방법, 방사선 치료에서 세포 표면에 금 나노입자를 붙여 세포 파괴 효율을 높이는 연구, 금 나노입자를 약물 전달의 매개체로 응용하는 연구 등이 보고되었다.

또한, 벌크 상태의 금은 화학적으로 매우 안정하여 불활성으로 알려져 있으나, 금 나노입자는 강한 촉매 활성을 보여 올레핀의 수소화 반응, CO 산화 반응을 포함한 여러 반응에서 촉매 또는 전기화학 촉매로도 응용되고 있다.

근래에는, 금 나노입자의 다양한 생리활성에 주목하여 금 나노입자를 화장품이나 패치 등에 활용하고자 하는 시도들이 활발해지고 있다. 그러나, 기존의 시도들은 대부분 습식 나노화 공법으로 제조한 금 나노입자를 사용하여, 금 나노입자의 순도가 낮고 형태가 일정하지 않을 뿐만 아니라 제조과정에서 화학적 폐기물이 발생하여 각종 피부 부작용 및 환경오염을 일으킨다는 문제가 있었다.

이러한 배경 하에, 본 발명자는 다양한 분야에서 활용되는 금 나노입자의 생산성을 향상시키기 위해 노력한 결과, 고순도 및 고수율의 친환경적이고 안전한 금 나노입자를 생산할 수 있었다. 또한, 상기 고순도 금 나노입자를 나이아신아마이드에 증착시켜 바이오 패치의 유효성분으로 활용하여 안전하면서도 고기능성을 가지는 염증완호용 하이드로콜로이드 패치를 개발할 수 있었다.

국제공개공보 WO2019-132571 A1 국제공개공보 WO2012-173312 A1

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고순도의 구형의 금 나노입자를 친환경적인 방법으로 나이아신아마이드에 증착시킨 후, 상기 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 하이드로콜로이드 패치의 유효성분으로 활용하여 피부 자극이 없고 안전하면서도 높은 생리활성을 가지는 하이드로콜로이드 패치를 개발하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소수성 탄성 중합체 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 분산된 하이드로콜로이드 입자를 포함하는 하이드로콜로이드 패치로서, 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 염증완화용 하이드로콜로이드 패치를 제공한다.

이때, 상기 나이아신아마이드에 증착된 금 나노입자의 직경은 1~10nm이고, 순도는 92.00~99.99%인 것이 바람직하다.

또한, 상기 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드는, 진공 챔버; 금 타겟이 배치되는 마그넷 캐소드; 및 나이아신아마이드 분말이 상방으로 토출된 후 자연낙하하는 과정을 반복하면서 위아래로 순환하는 교반기;를 포함하는 플라즈마 증착장치를 이용하여 제조되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 교반기는, 중앙 회전축을 따라 날개가 형성된 내통; 및 상기 내통을 둘러싸며 내측면에 경사가 형성된 외통;을 포함하고, 상기 나이아신아마이드 분말이 상기 내통에서 상방으로 토출되어 외통에서 자유낙하하면서 상기 마그넷 캐소드에서 분출되는 금 원자와 부딪치며, 외통 바닥으로 낙하한 나이아신아마이드 분말은 내통 하단에 형성된 틈을 통해 내통으로 다시 유입되는 것이 바람직하다.

상기 나이아신아마이드 분말에 금 나노입자의 증착이 이루어지는 이루어지는 동안, 상기 진공 챔버 내부의 진공도는 1.0~2.0 X 10^-2 torr이고, 온도는 40~100℃인 것이 바람직하다.

본 발명의 의하여 제조된 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 포함하는 하이드로콜로이드 패치는, 구형 형태를 가진 고순도의 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 사용하여 피부에 자극이 없고 안전하며, 화학물질을 사용하지 않아 독성이 없고 친환경적이며, 염증완화에 효과적이다.

도 1은 본 발명의 금 나노입자 제조에 이용되는 진공장치를 보여주는 도면으로서, 도 1a는 진공 챔버 내부를 나타낸 도면이며, 도 1b는 진공 챔버 내 위치한 교반기의 정면 및 측면을 나타낸 도면이다.
도 2는 나이아신아마이드가 장입된 교반기의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 방법으로 제조된 금 나노입자의 TEM 이미지를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.

각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.

본 발명의 하이드로콜로이드 패치는, 소수성 탄성 중합체 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 분산된 하이드로콜로이드 입자를 포함하는 하이드로콜로이드 패치로서, 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

하이드로콜로이드 패치는 상처가 마르는 것을 억제하고 상처를 습윤 상태에 두어 상처 복원을 원활하게 하는 효과가 있다. 본 발명의 하이드로콜로이드 패치는 100 중량부의 상기 소수성 탄성 중합체 내 분산된 70 내지 150 중량부의 하이드로콜로이드 입자 및 1~50 중량부의 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 포함하며, 1 내지 15 중량부의 에어로겔 입자들을 추가로 함유할 수 있다.

상기 소수성 탄성 중합체는 패치의 매질로서 작용하며 천연고무, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 부틸 고무(예를 들어, 이소프렌과 이소부틸렌 공중합체), 또는 할로겐화 부틸 고무일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 소수성 탄성 중합체는 스티렌-이소프렌-스티렌 삼블럭 공중합체(Styrene-Isoprene-Styrene Triblock copolymer, SIS)이거나, 이와 폴리이소부틸렌의 혼합물일 수 있다.

상기 하이드로콜로이드 입자들은 친수성 고분자가 물리적 결합 예를 들어, 수소 결합, 반데르발스 힘, 혹은 소수성 상호작용, 또는 화학적 결합 예를 들어, 공유 결합에 의해 3차원의 가교를 형성하고 있는 망상 구조를 갖는 입자로서 높은 함수율을 나타낼 수 있다.

이러한 하이드로콜로이드 입자들을 구성하는 친수성 고분자는 천연 친수성 고분자인, 예를 들어, 펙틴, 젤라틴, 셀룰로오스 구체적으로, 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC), 콜라겐, 덱스트란, 엘라스틴, 키틴, 키토산, 알긴산 나트륨(Sodium Alginate); 또는 합성 친수성 고분자인 폴리아크릴산 (PAA), 폴리비닐 알코올(Polyvinyl Alcohol), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol), 폴리비닐 피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리히드록시에틸 메타크릴레이트(Polyhydroxyethyl methacrylate), 실리콘(Silicone); 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

한편, 상기 하이드로콜로이드 입자들은 상기 친수성 고분자를 3차원 망상구조로 형성하기 위한 가교제 또는 가소제를 추가로 포함할 수 있다. 가교제는 염화 칼슘(Calcium Chloride), 황산 칼슘(Calcium Sulfate), 질산 칼슘(Calcium Nitrate), 질산 아연(Zinc Nitrate), 염화 아연(Zinc Chloride), 황산 아연(Zinc Sulfate), 과황산 암모늄(Ammonium Persulfate), 또는 글루타르알데히드(Glutaraldehyde)일 수 있다. 이러한 가교제는 이에 한정되는 것은 아니고, 또한 상기 친수성 고분자의 종류에 따라 달라질 수 있다. 일 예에서, 상기 하이드로콜로이드 입자들은 칼슘 이온에 의해 가교된 알지네이트일 수 있다.

가소제는 습윤 작용 및/또는 점도 제어를 제공하기 위하여 사용될 수 있는데, 탄화수소 오일, 액체 탄화수소 수지, 액체폴리테르펜, 액체 폴리(아이소부틸렌), 예를 들어, 글리소팔(GLISSOPAL) 등을 포함하는 액체 또는 연성 점착제, 왁스, 및 오일 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 가소제는 파라핀 왁스일 수 있다.

본 발명의 하이드로콜로이드 조성물은 미량의 기타 성분들, 예를 들어, 본 기술 분야에 잘 알려진 바와 같은, 산화방지제, 탈취제, 향료, 항미생물제, 및 기타 약리학적 활성제를 추가로 함유할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 조성물의 주요 성분인 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 제조하는 방법을 자세히 살펴본다.

금 나노입자는 금의 입자 크기가 나노미터 단위인 것을 지칭한다. 근래에는 상기 금 나노입자가 항암제 등의 약물을 부착시켜 약 운반제로 이용하거나, 특정 항체를 부착시켜 세포 표면에서 항원을 검출하는 등 의학적으로 다양하게 활용되고 있고, 화장품 또는 식품에 함유되는 등 바이오 분야에 응용하려는 시도는 더욱 많아지고 있다.

특히, 여러 논문에서 입증되었듯이, 금 나노입자는 체내에 흡수되어 염증을 일으키는 면역 조절 물질의 생성을 억제하고, 세균이나 박테리아의 DNA 손상을 유발하여 사멸시키는 역할을 한다. 또한, 나이아신아마이드 또한 항염제와 비교해도 손색이 없을만큼 뛰어난 항염효과를 나타낸다.

이에 금 나노입자를 염증완화용 패치에 적용하기 위해서 금 나노입자를 고순도의 일정한 품질로서 안정적으로 대량 생산할 수 있는 기술이 필요하다.

본 발명은, 종래에 사용되던 습식 나노화 공정이 아니라 반도체에서 사용되는 박막 제조기술인 진공 증착법을 활용하여, 수분, 유해 가스, 이물질 등이 존재하지 않으면서 타겟 금속의 순도와 동일한 구형의 나노입자를 사용하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 금 나노입자는 도 1a에 도시된 것과 같이 진공 챔버, 금 타겟이 배치되는 마그넷 캐소드, 및 담체로서 작용하는 나이아신아마이드 분말이 상방으로 토출된 후 자연낙하하는 과정을 반복하면서 위아래로 순환하는 교반기를 포함하는 플라즈마 증착장치를 이용하여 제조된다.

상기 진공 챔버는 MFC(mass flow controller) 및 회전 펌프(rotary pump)와 연결되어 일정한 진공도를 유지한 상태에서 교반기 외벽의 냉각수 공급을 통해 일정한 온도를 유지한다. 상기 마그넷 캐소드는 교반기 상부에 위치하며 플라즈마를 발생시키는 증착원이 배치된다.

상기 교반기는 도 1b에 도시된 것과 같이 중앙 회전축을 따라 날개가 형성된 내통 및 상기 내통을 둘러싸며 내측면에 경사가 형성된 외통으로 구성된다. 상기 내통 내부에 형성된 날개는 내부에서 교반되는 담체 분말이 서로 엉겨붙거나 정체되는 것을 방지하기 위해 그 각도가 45~80˚인 것이 바람직하며, 수직 회전축을 따라 스크류 형으로 제작되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조를 통해, 도 2에서 볼 수 있듯이, 담체로서 작용하는 나이아신아마이드 분말이 내통 내부에서 수직 회전축에 나란하게 상방으로 토출되게 된다. 상기 나이아신아마이드 분말이 상기 내통에서 상방으로 토출되어 외통에서 자유낙하하면서 상기 마그넷 캐소드에서 분출되는 금 원자와 부딪치게 되고, 외통 바닥으로 낙하한 나이아신아마이드 분말은 내통 하단에 형성된 틈을 통해 내통으로 다시 유입됨으로써, 나이아신아마이드 분말이 상하 방향으로 계속적으로 순환하게 딘다.

이때, 담체의 교반 방향이 상하 방향이 아니라, 수직 회전축을 기준으로 자전하거나 수평 회전축을 기준으로 회전하는 경우 등이 있을 수 있으나, 하기 실험예 1에서 확인할 수 있듯이, 수직 회전축을 따라 담체가 상방으로 토출되어 위아래로 순환하는 경우에 금 나노입자의 수율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.

또한, 나이아신아마이드 외에도 포도당 및 에틸 셀룰로오스(hydroxyl ethyl cellulose, HEC) 등 비공유 전자쌍을 가진 다양한 화합물이 담체로서 사용될 수 있으나, 나이아신아마이드를 사용하는 경우에 증착되는 금 나노입자의 크기가 가장 작고 순도가 가장 높은 것을 하기 실험예 2에서 확인하였다.

위에서 설명한 증착장치를 이용한 금 나노입자의 제조방법을 자세히 살펴보면, 먼저 금을 마그넷 캐소드에 결합 가능한 사이즈로 제작하고, 마그넷 캐소드에 배치한다. 이후, 챔버 내부의 진공도를 2.0~3.0 X 10^-5 torr까지 도달시킨 후 비활성 기체인 아르곤 가스를 주입하여 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 챔버 내부의 진공도는 1.0~2.0 X 10^-2 torr 로 급격히 변화하게 되고, MFC(Mass flow controller)와 회전 펌프를 가동하여 1.0~2.0 X 10^-2 torr의 진공도 및 60 내지 70℃를 유지한다.

이와 같이 진공 상태에서 금 타겟 표면에 플라즈마를 발생시킴으로써 수 나노미터의 순수한 금 입자들이 자유롭게 분출하게 되며, 분출되는 금 입자들은 상하방향으로 순환하는 나이아신아마이드 표면에 결합하게 된다. 이때, 나이아신아마이드와 결합된 금 입자 하나하나가 다시 결합되어 입자가 커지는 것을 방지하기 위하여 교반기를 통하여 나이아신아마이드를 계속하여 물리적으로 유동시키게 된다.

분출된 금 입자는 나이아신아마이드와 결합된 상태로 함께 교반되고, 교반이 멈추고 진공이 파기될 때까지 계속해서 같은 과정이 반복된다. 그 결과, 상하로 유동하는 나이아신아마이드가 분출되는 금 입자 간의 재결합을 방해함으로써 완벽하게 분리된 1~10nm 크기의 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 수득할 수 있게 된다. 또한 구형의 금 나노입자가 수득되어 다양한 형태의 나노입자가 수득되는 기존의 습식 방법에 비하여 흡수시 피부 자극이 훨씬 덜하게 된다.

본 발명의 금 나노입자가 증착된 나이아신 아마이드는 액상, 크림, 패치 등 다양한 제형의 의약품이나 화장품 등에 사용될 수 있다.

상기 하이드로콜로이드 시트는 일반적인 시트 제조과정을 통하여 제조될 수 있으며, 일 실시예로 소수성 탄성 중합체를 150~200℃로 가열하여 액화시킨 후 다시 100~150℃로 냉각하여 점착제 및 가소제 등을 추가로 첨가한 후 균질하게 혼합하여 탄성중합체 혼합물을 먼저 제조한다. 상기 탄성중합체 혼합물을 50~100 ℃까지 냉각하고, 상기 냉각된 혼합물에 하이드로콜로이드 입자, 가교제, 금 나노입자 등을 추가한 후 혼합하여 하이드로 콜로이드-탄성중합체 혼합물을 제조한다. 이렇게 제조된 상기 하이드로 콜로이드-탄성중합체 혼합물을 제조를 압출 성형하여 하이드로콜로이드 시트를 제조할 수 있다.

상기 구성성분들로 구성된 하이드로콜로이드 시트는 상부면 상에 친수성 점착층인 접착층과 하부면 상에 투습발수성 필름인 베이스 충 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

이하, 구체적인 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

제조예 1. 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드(AuN)의 제조

진공 챔버(chamber) 및 교반기

진공 상태에서 나이아신아마이드가 유동적으로 움직일 수 있도록 교반기를 진공 챔버 내에 위치시켰다 (도 1a). 상기 교반기는 구체적으로, 내부에서 교반되는 나이아신아마이드가 서로 엉겨붙거나 교반이 정체되는 것을 방지하기 위해 교반기 날개의 각도는 45~80˚ 사이로 제작되었으며, 수직회전축을 적용한 스크류 형으로 제작되었다 (도 1b). 그에 따라, 날개를 감싼 원통 내부에서 나이아신아마이드는 좌우가 아닌 교반기 내부에서 수직 회전축에 나란하게 상방으로 토출되어 흩뿌려지게 된다(도 2). 파우더 형태의 나이아신아마이드는 정체되거나 멈추지 않고 계속해서 상하로 순환하면서 자유낙하하게 되며, 분출된 금(Au) 원자와 부딪치게 된다.

진공 챔버는 MFC(Mass flow controller) 및 회전 펌프(rotary pump)와 연결되어, 일정한 진공도를 유지한 상태에서 교반기 외벽에 냉각수 공급을 통해 일정한 온도를 유지할 수 있게 한다.

금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드(AuN)의 제조

순도 99.9% 이상의 금을 스퍼터링 타겟으로 하여, 마그넷 캐소드(magnet cathode)에 결합하였다. 나이아신아마이드를 교반기에 장입한 다음, 챔버 내부의 진공도를 2.0~3.0 X 10^-5 torr까지 도달시킨 후 마그넷 캐소드에 아르곤 가스를 주입하여 플라즈마를 발생시켰다.

이때, 챔버 내부의 진공도는 1.0~2.0 X 10^-2 torr으로 급격히 변화하게 된다. MFC(Mass flow controller)와 회전 펌프를 가동하여 1.0~2.0 X 10^-2 torr의 진공도를 유지한 상태에서 교반기 외벽에 냉각수 공급과 동시에 교반을 작동하고 최소 5시간 이상 작업을 진행한다. 이때, 챔버 내부의 온도는 60~70℃를 유지하게 되며 교반기 내부의 나이아신아마이드 역시 60~70℃를 유지하게 된다.

분출된 금 입자는 나이아신아마이드와 약하게 결합되어 함께 교반되고, 교반이 멈추고 진공이 파기될 때까지 계속해서 같은 과정이 반복된다. 그 결과, 상하로 유동하는 나이아신아마이드가 분출되는 금 입자 간의 재결합을 방해함으로써 도 3에서 볼 수 있듯이 분리된 1~10nm 크기의 금 나노입자를 수득할 수 있었다.

즉, 진공 증착법과 물리적 교반을 동시에 적용하여, 박막이 형성되기 전에 분출된 금 원자들끼리의 재결합을 방해하여 수 나노미터의 금 입자를 얻어낼 수 있었다. 이러한 과정을 통해 수분, 유해가스, 이물질 등이 존재하지 않으면서 타겟으로 제작된 금의 순도와 동일한 나노입자가 증착된 나이아신아마이드(이하, AuN) 분말을 얻을 수 있었다.

실험예 1. 금 나노입자의 수율 비교

담체의 교반 방향에 따른 금 나노입자의 수율을 비교하기 위하여, i) 수직 회전축에 나란하게 담체가 상방으로 토출되어 위아래로 순환하는 본 발명의 교반 장치와 (실험예 1), ii) 수직 회전축을 기준으로 담체가 자전하는 교반 장치와 (비교예 1), 및 iii) 수평 회전축을 기준으로 담체가 회전하는 교반 장치 (비교예 2)를 각각 제작하고, 나이아신아마이드 분말을 교반기에 장입하여 동일한 방법으로 금 나노입자를 제작하였다. 나이아신아마이드에 결합된 금 나노입자의 수율을 측정하여 그 평균값을 아래 표 1에 나타내었다.

구분	수율
실험예 1	76.6%
비교예 1	49.3%
비교예 2	61.6%

그 결과, 수직회전축에 나란하게 나이아신아마이드가 상방으로 토출되어 위아래로 순환하는 실험예 1의 교반 장치가 그 수율이 76.6%로 가장 현저하며, 수직 회전축을 기준으로 나이아신아마이드가 자전하는 비교예 1의 교반 장치가 금 나노입자의 수율이 가장 낮은 것을 확인하였다.

이는, 실험예 1의 교반 장치의 경우 투입된 에너지의 대부분을 나이아신아마이드가 금 입자를 향하여 수직으로 이동시키는데 사용하는 데 반해, 비교예 1 또는 비교예 2의 교반 장치의 경우 투입된 에너지의 대부분을 나이아신아마이드를 수평 또는 수직 회전시키는데 사용되므로 충돌 효율이 감소되기 때문인 것으로 판단된다.

즉, 진공 증착에 의한 본 발명의 금 나노입자의 제조에 있어서, 나이아신아마이드의 교반 방향이 수율에 중대한 영향을 미치며, 수직 회전축에 나란하게 나이아신아마이드가 상방으로 토출되어 금 입자와 충돌하는 본 발명의 교반 방식이 가장 높은 수율을 나타내는 것을 알 수 있었다.

실험예 2. 금 나노입자의 크기 및 순도 비교

나노입자가 형성되는 담체로서 일반적으로 사용되는 포도당 및 히드록실 에틸 셀룰로오스(hydroxyl ethyl cellulose, HEC)를 이용하여 금 나노입자를 제조하고, 그 수율 및 입자의 크기를 비교하였다.

구체적으로, 각각 99.9% 순도의 금 120g을 마그넷 캐소드에 배치하고, 나이아신아마이드 분말, 포도당 분말 및 PET 칩을 교반기에 장입하여 동일한 방법으로 각 담체에 결합된 금 나노입자를 제조하였다. 이후, 금 나노입자가 결합된 나이아신아마이드 분말은 열을 가하여 나이아신아마이드를 승화시킴에 따라 순수한 금 나노입자만을 수득하였으며, 포도당 및 HEC를 담체로 이용한 나노입자는 물을 첨가하여 포도당 및 HEC가 용해됨으로써 분산된 금 나노입자를 수득하였다.

수득한 금 나노입자는 TEM 및 성분 분석을 통하여 그 직경 및 순도를 측정하였고, 평균값을 산출하여 아래 표 2에 나타내었다.

구분	나노입자의 직경	순도
나이아신아마이드	2.9 nm	99.9%
포도당	8.9 nm	91.7%
HEC	13.2 nm	87.2%

그 결과, 나이아신아마이드를 담체로 이용한 경우, 타겟과 동일한 순도(99.9%)를 가지는 것에 비하여, 포도당 또는 HEC를 담체로 이용한 경우, 순도가 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 상기 결과는, 담체를 금 나노입자와 분리하는 과정의 차이 (가열 또는 물에 용해)에 따른 것으로 판단되며, 본 발명의 나이아신아마이드를 이용할 경우 고순도의 금 나노입자를 수득할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 포도당 또는 HEC를 이용한 경우에 비하여 나이아신아마이드를 담체로 이용한 경우에 나노입자의 크기가 현저히 작은 바, 기존의 제조 공정에 비하여 더 세밀한 금 나노입자의 제조에 활용할 수 있다. 이는, 나이아신아마이드 분자 구조에 포함된 케톤기와 금 입자와의 결합에 따른 결과인 것으로 해석된다.

실험예 3. 염증완화 효능 평가

NO 생성량 평가

항염증 활성을 알아보는 시험법으로 염증 발생시 세포 생존율 대식세포에서 발생하는 염증매개물질인 NO (nitric oxide)의 생성량을 측정하였다.

먼저, 배양된 마우스대식세포를 6-well plate에 1 x 106개로 나누어 분주하였고, 24시간후 염증 유도를 위해 LPS (1μg/mL)을 처리한 뒤, AuN 용액(1 ppm)를 처리하였으며 다시 24시간 동안 배양하였다. 이후, 배양 배지를 취해 2,000 xg에서 10 분간 원심분리한 뒤 상등액만 채취하여 시험에 사용하였다.

배지 상등액은 Griess reagent (sigma)시약과 1:1로 섞어 상온에서 반응시킨 후, microplate reader (VARIOSKAN LUX, Thermo Fisher Scientific)를 이용하여 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 측정된 값은 griess reagent (sigma)시약과 NaNO2를 1:1로 반응시켜 만든 표준곡선으로부터 얻은 회귀방정식에 대입하여 NO 생성량을 계산하였다.

세포독성 평가를 통해 마우스대식세포의 생존율이 80% 이상인 AuN의 처리 농도를 이용하여 NO 생성량을 확인한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

	음성대조군	LPS (1μg/mL)
		LPS	AuN 처리
NO(μM)	0.833	6.026	0.782*

*: p<0.05 by independent samples t-test (LPS 대조군 대비)

실험 결과, 마우스대식세포에서 NO 생성량은 LPS 대조군 (100%)과 비교하였을 때 12.979%로 확인되었다. 그러므로 LPS 대조군에 비해 AuN 을 처리한 실험군이 NO 생성량이 유의미하게 감소함을 확인하였다.

염증 관련인자 단백질 생성량 (ng/ml) 확인

본 시험은 염증성 사이토카인인 TNFα와 IL-6의 단백질 생성량을 효소로 표지된 항체와의 반응을 통해 정량하는 시험 방법이다. LPS로 활성화된 마우스대식세포에서TNFα와 IL-6 단백질의 생성량을 측정하였다.

먼저, 배양된 마우스대식세포를 6-well plate에 1 x 106개로 나누어 분주하였고, 80%이상 배양되었을 때 염증 유도를 위해 LPS (1 μg/mL)을 처리한 뒤, AuN 용액 (1ppm)을 처리하였으며 24시간 동안 배양하였다. 이후, 배양 배지를 취해 2,000 xg 에서 10 분간 원심분리한 뒤 cell debris를 제외한 상층액만 채취하여 시험에 사용하였다.

TNFα 단백질의 정량에는 Mouse TNF-α ELISA kit (abcam)를 사용하였으며, IL-6 단백질의 정량에는 Mouse IL-6 quantikine ELISA kit (R&D systems)를 사용하였다. 배양액은 1:2로 희석한 뒤 사용하였으며, 동봉된 시험방법에 따라 시험을 수행하였다. Microplate reader (VARIOSKAN LUX, Thermo Fisher Scientific)를 이용하여 OD값을 측정한 다음 측정된 값을 표준곡선으로부터 얻은 회귀방정식에 대입하고 희석배수를 곱하여 단백질 농도를 산출하였다

세포독성 평가를 통해 마우스대식세포의 생존율이 80% 이상인 AuN의 처리 농도를 이용하여 염증 관련인자인 TNFα, IL-6의 단백질 생성량을 확인한 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

	음성대조군	LPS (1μg/mL)
	음성대조군	LPS	AuN (1ppm)
TNFα	0.000	6.055	4.371*
IL-6	0.000	1.669	0.315*

*: p<0.05 by independent samples t-test (LPS 대조군 대비)

실험 결과, 마우스대식세포에서 TNFα, IL-6 단백질 생성량은 LPS 대조군과 비교하였을 때, AuN 1 ppm의 농도에서 통계적으로 유의하게 (p<0.05) 감소하였다.

제조예 2. 하이드로콜로이드 패치의 제조

스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS) 2.5 kg를 170℃로 가열 후 20분간 유지하여 액화시켰다. 상기 액화된스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체를 120℃ 까지 냉각하고, 여기에 2 kg의 폴리이소부틸렌, 1.2 kg의 액체 파라핀을 추가한 후 균질하게 혼합하여 탄성중합체 혼합물 제조하였다. 상기 탄성중합체 혼합물을 90 ℃까지 냉각하고, 상기 냉각된 혼합물에 4.3 kg의 알긴산 나트륨, 100 g의 염화칼슘 및 500g의 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드 추가 후 균질하게 혼합하여 하이드로 콜로이드-탄성중합체 혼합물을 제조하였다.

상기 하이드로 콜로이드-탄성중합체 혼합물를 100 ℃에서 압출 성형하여 하이드로콜로이드 패치를 제조하였다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims

소수성 탄성 중합체 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 분산된 하이드로콜로이드 입자를 포함하는 하이드로콜로이드 패치로서, 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드를 유효성분으로 포함하고,
상기 나이아신아마이드에 증착된 금 나노입자의 직경이 1~10nm이고, 순도는 92.00~99.99%이며,
상기 금 나노입자가 증착된 나이아신아마이드가, 진공 챔버; 금 타겟이 배치되는 마그넷 캐소드; 및 나이아신아마이드 분말이 상방으로 토출된 후 자연낙하하는 과정을 반복하면서 위아래로 순환하는 교반기;를 포함하는 플라즈마 증착장치를 이용하여 제조되고,
상기 교반기는 중앙 회전축을 따라 날개가 형성된 내통 및 상기 내통을 둘러싸며 내측면에 경사가 형성된 외통으로 구성되며, 상기 날개는 수직 회전축을 따라 각도가 45~80˚인 스크류 형태이고,
상기 나이아신아마이드 분말이 상기 내통 내부에서 수직 회전축에 나란하게 상방으로 토출되어 외통에서 자유낙하하면서 상기 마그넷 캐소드에서 분출되는 금 원자와 부딪치게 되고, 외통 바닥으로 낙하한 나이아신아마이드 분말은 내통 하단에 형성된 틈을 통해 내통으로 다시 유입됨으로써, 나이아신아마이드 분말이 상하 방향으로 계속적으로 순환하는 것을 특징으로 하는 하이드로콜로이드 패치.
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