KR102561004B1 - 천연 식물 추출물을 포함하는 살균, 살충제 및 기능성 비료용 plga 나노입자 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 PLGA 입자 내에 마트린(matrine), 님오일(neem oil), 타임 오일(thyme oil) 및 제라니올 오일(geraniol oil)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 유효 성분을 포함하고, 피레스린(Pyrethrin), 티사포닌(Tea Saponin), 로테논(Rotenone), 니코틴(nicotine), 시나몬 오일(Cinnamon oil), 피마자 오일(Castor oil), 녹나무 오일(Camphor oil), 채종유(Canola oil), 해조추출물(Seaweed extract), 아미노산(Amino acid), 펄빅산(Fulvic acid), 휴믹산(Humic Acid)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 살균, 살충 및 비료의 효능을 단계적이고 집약적으로 제공하여 농작물을 우수하게 재배할 수 있도록 한다.

Description

천연 식물 추출물을 포함하는 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자 및 이의 제조방법{PLGA nanoparticles for fungicide, insecticide and fertilizer comprising natural plant extracts and a method for producing the same}
본 발명은 본 발명은 살균, 살충제 및 기능성 비료용 유효 성분인 천연 식물 추출물 및 포스파티딜콜린을 포함하는 폴리-락틱-코-글리콜릭 엑시드(poly(lactic-co-glycolic acid)) 나노입자 (이하, 'PLGA 나노입자' 라고 함) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.
종래에는 작물재배에 있어서 병·해충 방제를 위하여 유기합성 농약의 과도한 사용으로 인해 인축에 대한 독성, 농약의 잔류독성으로 인한 토양 및 수질의 환경오염, 유용 동식물의 파괴, 2차 해충의 주요 해충화 등의 부작용이 야기되었다.
대한민국특허 출원번호 제10-1998-0002865호에 의하면 천연 제올라이트를 분말화 하여 물과 함께 살포 또는 투입하여 작물을 재배하는 방법이 제시되고 있으나, 상기 재배방법은 수경 작물재배용으로 한정되며 다공성 물질인 제올라이트 단일 물질에 의해서만 병원균 예방의 효과를 기대하므로 그 효과가 미미할 뿐 아니라, 비료로써 작물에 영양분을 공급하고자 할 때에도 제올라이트에 포함된 미네랄에 한정되어져 더 풍부한 영양분의 공급이 부족한 문제점이 있다.
이에 유기합성 농약을 대체할 수 있는 저공해성 천연물의 개발과 더불어 농약 및 화학비료의 과도한 사용으로 인한 연작 토양의 염류집적 피해를 최소화하고 손상된 토양을 회복시킴과 동시에 작물재배 시 영양 공급을 원활이 하고 토양 자체 내의 병원균과 해충의 예방을 도모하여 건강한 토양과 질 높은 작물을 재배할 수 있는 새로운 물질의 개발이 시급한 실정이다.
한편, PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid))는 체내에서 락트산(lactic acid)과 글리콜산(glycolic acid)로 완전 분해되는 생분해성을 가지면서도 체내 신진대사에서 의해서 CO2 로 체외 배출되는 인체에 전혀 무해한 고분자로 FDA의 승인을 받은 물질이다.
1. 한국공개특허 제10-1998-0002865호(1999.08.16)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 천연 식물 추출물 및 포스파티딜콜린을 PLGA 나노입자에 적용하여 인체에 유해한 화학합성 농약을 사용하지 않으면서도 우수한 살균, 살충 및 비료 효과를 제공하는 PLGA 나노입자 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한 본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자는 PLGA 입자 내에 마트린(matrine), 님오일(neem oil), 타임 오일(Thyme oil) 및 제라니올 오일(geraniol oil)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 유효 성분을 포함하여 PLGA 나노입자의 생분해성을 이용하여 작물에 처리 후 점진적으로 살균, 살충 및 생장촉진 효과를 제공한다.
PLGA는 Poly(lactic acid)(PLA)와 Poly(glycolic acid)(PGA) 단량체를 중합시켜서 얻어지는 공중합체 고분자로서 미생물의 에너지 대사에 의해 분해되고, 공기 존재 하에서는 탄산가스와 물로 분해되고, 공기가 차단된 조건에서는 메탄과 물로 분해되는 생분해성을 갖는다. 미생물은 단백질, 핵산, 다당류 등을 만들지만 에너지를 저장하는 생물로서 유기물을 섭취하여 이를 세포내에 저장하거나 체외로 배출한다. 이 때 생성되는 탄수화물을 주체로 하는 생분해성 고분자는 미생물에 의하여 아주 쉽게 분해된다.
PLGA 입자는 독성이 없으며 동시에 정교하게 온도나 pH 등의 외부 자극에 의하여 조절될 수 있는 나노전달체이고, 본 발명에서는 살균, 살충 및 생장촉진 효과를 제공하는 천연 식물 추출물 및 포스파티딜콜린이 내부에 담지된 형태로 제공된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 PLGA 나노입자는 평균 직경이 200 내지 300nm 의 크기를 가지며, PLA(poly(lactic acid)):PGA(poly(glycolic acid)) 의 몰비가 3:2 내지 4:1 인 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자로 형성된 것을 일 특징으로 한다. 이로써 PLGA 나노입자 내부에 담지된 천연 식물 추출물이 작물에 처리된 후 점진적으로 방출될 수 있다.
상기 천연 식물 추출물로서 마트린(matrine)은 알칼로이드의 일종으로서 특히 살충 작용에 유효하게 사용될 수 있다. 마트린(matrine)은 고삼(Shrubby sophora, 학명 Sophora flavescens Aiton)으로부터 추출된 것을 사용할 수 있다. 알칼로이드 화합물은 자연계의 식물, 세균, 바이러스, 그리고 미생물 등의 2차 대사물질로 생성되는 것이 대부분이며, 질소를 포함하는 유기 화합물로서 해열, 구충, 해독 효과가 있다.
고삼에는 마트린(matrine), 옥시마트린(Oxymatrine), 옥시소포카르빈(Oxysophocarpine) 등을 포함한 다양한 종류의 알칼로이드 화합물이 포함되어 있으며 자라는 지역과 환경에 따라서 약 2~3 % 사이가 있다. 그 중 마트린은 두 개의 사이클로헥산(cyclohexane) 가운데 질소를 포함하는 퀴놀리지딘계(quinolizidine)를 기본 구조로 가지고 있다. 마트린은 흥분 전달 물질인 글루타메이트(glutamate)를 자극하여 뉴런에서 극소 혹은 과잉반응이 일어나 신경계에 혼란을 주어 죽게 만들거나 생리 효소의 작용을 억제하여 수일 내에 죽게 만든다.
상기 천연 식물 추출물로서 님 오일(neem oil)은 님 나무(Neem Tree, 학명 Azadirchta indica A.Juss)로부터 추출된 것을 사용할 수 있다. 님 나무는 아자드라키틴, 멜란트리올 성분이 있어 해충을 방제하는 선충방제, 천연 살충제로 사용되고, 해충을 기피하는 살라린 성분이 있어 해충기피제로도 사용된다. 또한, 항균 및 살균을 하는 님빈, 님비딘, 님비돌, 구드린, 퀘세틴 성분이 있어 천연항균제 및 천연 살균제로 사용되고, N.P.K의 높은 함유율 및 미량원소가 있어 토양개량 및 유기질비료로 사용된다. 님 나무의 씨앗, 과육, 잎사귀, 뿌리, 둥지 등으로부터 다양하게 추출물을 얻을 수 있으며 그 중에서도 씨앗을 이용하여 얻은 오일이 보다 유효한 것으로 알려져 있으며 특히 살충 및 살균 작용에 유효하게 사용될 수 있다.
상기 천연 식물 추출물로서 타임 오일(Thyme oil)은 타임의 꽃, 꽃대, 잎에서 추출한 에센셜 오일로 살균효과가 강하다. 주요 화학성분은 리날로올, 보르네올, 게라니올 등의 알코올계, 티몰(thymol), 카르바크롤(carvacrol) 등의 페놀계, 테르피넨(terpinene), 시멘(cymene) 등의 모노테르펜계로 구성되어 있다.
상기 천연 식물 추출물로서 제라니올 오일(geraniol oil)은 사슬 모양의 모노테르페노이드의 일종으로서 특히 생장 촉진 작용에 유효하게 사용될 수 있다. 제라니올 오일은 차나무(tea plant, 학명 Camellia sinensis) 잎으로부터 추출된 것을 사용할 수 있다. 테르페노이드는 일반적으로 C5 전구물질인 IPP와 이성체인 DMAPP (Dimethylallyldiphosphate)에서 유래되어 생합성 되는 제1 단계 생합성과정과 모노테르펜(monoterpene), 세스퀴테르펜(sesquiterpene) 그리고 디테르펜(diterpene) 각각의 직전 전구물질인 GDP, FDP, GGDP가 생성되는 제2 단계 생합성 과정 그리고 이들 테르페노이드의 합성과 생태적인 환경과의 관계 등이 최근에 밝혀졌다.
천연 식물로부터 상기 유효 성분을 추출하기 위해서 여러 가지 방법들을 사용할 수 있고, 예를 들면, 고체상 추출법(Solid-phase extraction), 용매 추출법(Solvent extraction) 등을 사용할 수 있다. 고체상 추출법은 고체상의 가격이 비싸고 실험의 재현성이 떨어지지만 전처리 시간이 짧고 사용되는 유기용매의 양이 적은 장점이 있다. 용매 추출법은 높은 온도에서 오랜 시간동안 가열해주어야 하며, 용매의 재회수를 위한 과정 또한 복잡하여 공정이 어렵지만 대량 생산이 용이하고 용매를 재처리하여 사용할 수 있다는 장점이 있다. 오일의 경우 열매나 씨앗을 압착 여과하여 오일을 얻는 압착법(cold press)을 이용할 수도 있다. 바람직하게는 용매 추출법을 이용하여 추출된 것을 사용하는 것이 좋다.
또한 본 발명에 따른 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자는 천연식물추출물 이외에 추가 원료로서 피레스린(Pyrethrin), 티사포닌(Tea Saponin), 로테논(Rotenone), 니코틴(nicotine), 시나몬 오일(Cinnamon oil), 피마자 오일(Castor oil), 녹나무 오일(Camphor oil), 채종유(Canola oil), 해조추출물(Seaweed extract), 아미노산(Amino acid), 펄빅산(Fulvic acid), 휴믹산(Humic Acid)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 제1 실시예에 따른 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자는 키토산 코팅을 더 포함하여 내부의 유효 성분이 비료로 사용되기 이전에 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자는 유효 성분을 함유한 수용액을 PLGA가 함유되어 있는 유기용액에 분산시킨 후 초음파 처리 및 교반하여 제조된다.
더욱 구체적으로 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자가 유기 용매에 용해된 유기용액과 포스파티딜콜린(phosphatidyl choline)을 혼합한 용액을 클로로포름(chloroform)으로 용해시키고, 여기에 안정화제를 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 제1 단계; 상기 1차 혼합물에 천연 식물 추출물을 포함하는 수용액을 첨가한 후 저온에서 초음파 처리 및 교반하여 2차 혼합물을 제조하는 제2 단계; 및 상기 2차 혼합물에 키토산(chitosan)을 혼합 및 교반하여 키토산 코팅된 1차 입자를 제조하는 제3 단계;를 포함하여 제조된다.
상기 1차 혼합물은 상기 PLGA 고분자가 유기 용매에 용해된 유기용액 25mg에 대하여 상기 포스파티딜콜린을 5 내지 15mg 혼합한 용액을 상기 클로로포름 450 내지 550μl 로 용해시키고, 안정화제 4 내지 15ml를 혼합하여 제조된다.
상기 1차 혼합물에 혼합되는 PLGA 고분자가 유기 용매에 용해된 유기용액은 PLGA(PLA:PGA=3:2~4:1) 가 50 내지 150 mg/mL 농도로 유기용매에 용해된 유기용액이며, 상기 유기용매는 디클로로메탄, 디클로로에탄, 테트라하이드로퓨란, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 아세톤 및 아세토니트릴로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함한다.
상기 안정화제는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 및 하이드록시에틸셀룰로오스로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함한다.
상기 2차 혼합물은 상기 1차 혼합물 100 중량부에 대하여 천연 식물 추출물을 포함하는 수용액을 40 내지 60 중량부 첨가한 후 낮은 온도를 유지하면서 초음파 처리한 다음, 저온으로 재차 교반하여 얻어진다. 더욱 구체적으로 낮은 온도(1℃ 내지 5℃)를 유지하기 위해 얼음 또는 얼음이 수용된 물속에 상기 1차 혼합물이 담긴 유리병이 절반에서 반 이상 수용될 수 있도록 고정하고, 펄스 ON 상태의 30초 내외, 펄스 OFF 상태의 10초 내외로 2회 실시하면서 AMP 30% 내외의 상태로 초음파 처리를 실행하게 된다. 그 후, 저온 상태에서 약 하루 정도에 걸쳐 약 800∼1000rpm 내외로 교반한다.
상기 천연 식물 추출물을 포함하는 수용액은 마트린, 님 오일, 타임 오일, 제라니올 오일 등의 유효 성분이 100 내지 1000 mg/mL 농도로 증류수에 용해된 수용액이다. 피레스린(Pyrethrin), 티사포닌(Tea Saponin), 로테논(Rotenone), 니코틴(nicotine), 시나몬 오일(Cinnamon oil), 피마자 오일(Castor oil), 녹나무 오일(Camphor oil), 채종유(Canola oil), 해조추출물(Seaweed extract), 아미노산(Amino acid), 펄빅산(Fulvic acid), 휴믹산(Humic Acid)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 비료용 원료를 더 포함하는 경우 이 단계에서 천연 식물 추출물과 함께 포함된다.
상기 제3 단계는 키토산 코팅된 1차 입자를 제조하는 단계로서, 상기 2차 혼합물에 키토산(chitosan)을 혼합하고 1 내지 3시간 교반하여 키토산 코팅을 수행한다. 상기 키토산은 2차 혼합물 100mg/ml 기준으로 40 내지 60μl를 혼합하여 사용한다.
이러한 본 발명에 따르면, 안정화제를 사용하여 PLGA를 안정화시키고, 포스파티딜콜린 및 천연 식물 추출물을 PLGA 내에 수용시키며, 표면이 키토산으로 코팅된 PLGA 나노입자를 제조할 수 있게 된다. 이로써 PLGA 입자 내에 마트린(matrine), 님오일(neem oil), 타임 오일(Thyme oil) 및 제라니올 오일(geraniol oil)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 천연 식물 추출물과 포스파티딜콜린(phosphatidyl choline)을 포함하고, 표면이 키토산 코팅된 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자를 제공한다.
제1 실시예에 따른 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자는 PLA(poly(lactic acid)):PGA(poly(glycolic acid)) 의 몰비가 3:2 내지 4:1 인 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자는 상기 제1 실시예에 따른 키토산 코팅된 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자(이하, "1차 입자"라고 한다.)를 코어로 하고 마트린, 님 오일, 타임 오일, 제라니올 오일 등의 천연 식물 추출물을 포함하는 PLGA 쉘 및 알킨산 코팅을 더 형성하여 유효 성분의 단계적이고 집약적인 살균, 살충 및 생장촉진 효과를 갖는 비료용 PLGA 나노입자를 제공한다.
또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자의 PLGA 쉘 또한 천연 식물 추출물 이외에 원료로서 피레스린(Pyrethrin), 티사포닌(Tea Saponin), 로테논(Rotenone), 니코틴(nicotine), 시나몬 오일(Cinnamon oil), 피마자 오일(Castor oil), 녹나무 오일(Camphor oil), 채종유(Canola oil), 해조추출물(Seaweed extract), 아미노산(Amino acid), 펄빅산(Fulvic acid) 및 휴믹산(Humic Acid)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자는 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자가 유기 용매에 용해된 유기용액에 상기 1차 입자와 천연 식물 추출물을 포함하는 수용액을 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 제4 단계; 상기 3차 혼합물에 계면활성제를 첨가한 후 저온에서 초음파 처리 및 교반하여 4차 혼합물을 제조하는 제5 단계; 및 상기 4차 혼합물에 알긴산 나트륨(sodium alginate)을 혼합 및 교반하여 알긴산 코팅된 2차 입자를 제조하는 제6 단계;를 포함하여 제조된다.
상기 3차 혼합물은 상기 PLGA 고분자가 유기 용매에 용해된 유기용액 100 중량부에 대하여 상기 1차 입자 40 내지 60 중량부와 천연 식물 추출물을 포함하는 수용액을 80 내지 120 중량부 혼합하여 제조한다. 상기 3차 혼합물에 혼합되는 PLGA 고분자가 유기 용매에 용해된 유기용액은 PLGA 가 50 내지 150 mg/mL 농도로 유기용매에 용해된 유기용액이며, PLA(poly(lactic acid)):PGA(poly(glycolic acid)) 의 몰비가 1:4 내지 2:3 인 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
상기 4차 혼합물은 상기 3차 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 계면활성제를 80 내지 120 중량부 첨가한 후 낮은 온도를 유지하면서 초음파 처리한 다음, 저온으로 재차 교반하여 얻어진다. 더욱 구체적으로 낮은 온도(1℃ 내지 5℃)를 유지하기 위해 얼음 또는 얼음이 수용된 물속에 상기 1차 혼합물이 담긴 유리병이 절반에서 반 이상 수용될 수 있도록 고정하고, 펄스 ON 상태의 30초 내외, 펄스 OFF 상태의 10초 내외로 2회 실시하면서 AMP 30% 내외의 상태로 초음파 처리를 실행하게 된다. 그 후, 저온 상태에서 약 하루 정도에 걸쳐 약 800∼1000rpm 내외로 교반한다.
상기 계면활성제는 소르비탄모노올레이트계 계면활성제, 소르비탄모노스테레이트계 계면활성제 및 폴리에틸렌알킬에스터 계면활성제로 구성된 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함한다.
상기 제6단계는 알긴산 코팅된 2차 입자를 제조하는 단계로서, 상기 4차 혼합물에 알긴산 나트륨(sodium alginate)을 혼합하고 1 내지 3시간 교반하여 알긴산 코팅을 수행한다. 상기 알긴산 나트륨은 4차 혼합물 100mg/ml 기준으로 450 내지 550μl를 혼합하여 사용한다.
본 발명은 PLGA 코어 및 PLGA 쉘의 PLA 및 PGA 단량체 비율을 조절하여 생분해 시간을 조절함으로써 상기와 같은 효과를 얻는다. 더욱 구체적으로 코어를 구성하는 PLGA 고분자는 PLA 보다 PGA의 함량이 낮은 공중합체로 구성하고, 쉘을 구성하는 PLGA 고분자는 PLA 보다 PGA의 함량이 높은 공중합체로 구성함으로써 쉘의 분해속도는 상대적으로 빠르고 코어의 분해속도는 상대적으로 느리게 조절한다. 이로써 쉘에 포함된 유효 성분이 충분히 작용한 후에 코어에 포함된 유효 성분이 작용할 수 있도록 한다.
이 때, PLGA 코어에 포함되는 유효 성분과 PLGA 쉘에 포함되는 유효 성분은 상이한 성분을 적어도 1종 이상 포함함으로써 시간에 따라 단계적으로 살균, 살충 및 생장촉진 효과를 제공할 수 있다. 농작물 별로 살균제, 살충제 및 비료의 적절한 사용시기가 상이하므로 코어 및 쉘에 포함될 유효 성분을 적절하게 조합 및 변경하여 PLGA 나노입자를 구성할 수 있다.
코어-쉘 형태의 PLGA 나노입자의 경우 PLGA 코어는 PLA(poly(lactic acid)):PGA(poly(glycolic acid)) 의 몰비가 3:2 내지 4:1 인 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자로 형성되고, PLGA 쉘은 PLA(poly(lactic acid)):PGA(poly(glycolic acid)) 의 몰비가 1:4 내지 2:3 인 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자로 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 코어와 쉘의 상기 PGA 비율을 만족하지 않는 경우 단계적이고 집약적인 살균, 살충 및 생장촉진을 제공하는 효과가 미미하다.
상기 2차 입자는 키토산 코팅과 알긴산 코팅으로 2차 코팅되는데, 이 경우 pH 5∼7로 형성된 토양에서 아주 쉽게 녹아버리는 키토산을 효과적으로 보호하면서 해충, 병해 또는 작물의 깊이 PLGA 코어의 유효 성분의 침투가 가능하게끔 무게를 높이면서 알긴산 코팅을 재차 실시하여 PLGA 쉘의 유효 성분이 해충, 병해 또는 작물의 속으로 용이하게 침투할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 PLGA 나노입자는 선택적 온도 및 pH 조건에 감응하는 입자이며, 상기 키토산 코팅은, pH 5∼7로 형성된 토양 표면층에서 제거될 수 있으므로 키토산 코팅 외부에 2차로 알긴산 코팅을 실시하여 토양 속 깊이 PLGA 나노입자 약물이 제대로 방출할 수 있도록 구성한다.
본 발명은 친환경의 살균, 살충 및 비료의 효능을 갖는 PLGA 나노입자 및 이의 제조방법을 제공함으로서 화학비료를 사용하지 않고 인체에 유해한 화학합성 농약을 사용하지 않으면서도 우수한 살균, 살충 및 비료 효능을 제공한다.
또한 본 발명은 코어-쉘 구조를 가지는 PLGA 나노입자의 생분해에 따라 살균, 살충 및 비료의 효능을 단계적이고 집약적으로 제공하여 농작물을 우수하게 재배할 수 있다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
<실시예 및 비교예>
(1) 실시예 1
용매 추출법을 이용하여 고삼(Sophora flavescens Aiton)으로부터 추출된 마트린(matrine) 추출물 및 포스파티딜콜린(phosphatidyl choline)을 포함하며, 키토산 코팅된 PLGA(PLA:PGA=3:2) 입자를 제조하였다. 그리고 회전감압기를 이용하여 25℃ 에서 20 rpm으로 100분 동안 유기용매를 제거하여 1차 입자(P1)를 얻었다. 상기 얻어진 1차 입자(P1)를 13,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 회수하였다.
(2) 실시예 2
용매 추출법을 이용하여 님나무(Azadirachta indica)로부터 추출된 님오일(neem oil) 및 포스파티딜콜린(phosphatidyl choline)을 포함하며, 키토산 코팅된 PLGA(PLA:PGA=7:3) 입자를 제조하였다. 그리고 회전감압기를 이용하여 25℃ 에서 20 rpm으로 100분 동안 유기용매를 제거하여 1차 입자(P1)를 얻었다. 상기 얻어진 1차 입자(P1)를 13,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 회수하였다.
(3) 실시예 3
증기 증류법을 이용하여 꿀풀과 식물인 타임의 꽃, 꽃대, 잎으로부터 추출된 타임 오일(Thyme oil) 및 포스파티딜콜린(phosphatidyl choline)을 포함하며, 키토산 코팅된 PLGA(PLA:PGA=7:3) 입자를 제조하였다. 그리고 회전감압기를 이용하여 25℃ 에서 20 rpm으로 100분 동안 유기용매를 제거하여 1차 입자(P1)를 얻었다. 상기 얻어진 1차 입자(P1)를 13,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 회수하였다.
(4) 실시예 4
제라니올 오일(geraniol oil) 및 포스파티딜콜린(phosphatidyl choline)을 포함하며, 키토산 코팅된 PLGA(PLA:PGA=4:1) 입자를 제조하였다. 그리고 회전감압기를 이용하여 25℃ 에서 20 rpm으로 100분 동안 유기용매를 제거하여 1차 입자(P1)를 얻었다. 상기 얻어진 1차 입자(P1)를 13,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 회수하였다.
(5) 실시예 5
용매 추출법을 이용하여 고삼(Sophora flavescens Aiton)으로부터 추출된 마트린(matrine) 추출물 및 포스파티딜콜린(phosphatidyl choline)을 포함하며, 키토산 코팅된 PLGA(PLA:PGA=3:2) 나노입자를 제조하였다. 그리고 회전감압기를 이용하여 25℃ 에서 20 rpm으로 100분 동안 유기용매를 제거하여 1차 입자(P1)를 얻었다. 상기 얻어진 1차 입자(P1)를 13,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 회수하였다.
님나무(Azadirachta indica)로부터 추출된 님오일(neem oil)과 상기 얻어진 1차 입자(P1)를 포함하며, 알긴산 코팅된 PLGA(PLA:PGA=1:4) 나노입자를 제조하였다. 그리고 회전감압기를 이용하여 60℃ 에서 20 rpm으로 30분 회전감압 후 4℃에서 24시간 동안 방치하여 숙성함으로써 유기용매를 충분히 제거하여 2차 입자(P2)를 얻었다. 상기 얻어진 2차 입자(P2)를 5,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 회수하였다.
(6) 실시예 6 내지 12
하기 표 1에 나타낸 것과 같은 조건을 변경한 것 이외에는 실시예 5와 동일한 방법으로 2차 입자(P2)를 얻었다.
(7) 비교예 1
포스파티딜콜린(phosphatidyl choline)을 포함하는 PLGA(PLA:PGA=3:2) 나노입자를 제조하였다. 그리고 회전감압기를 이용하여 25℃ 에서 20 rpm으로 100분 동안 유기용매를 제거하여 1차 입자(P1)를 얻었다. 상기 얻어진 1차 입자(P1)를 13,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 회수하였다.
(8) 비교예 2 내지 5
하기 표 1에 나타낸 것과 같은 조건을 변경한 것 이외에는 실시예 5와 동일한 방법으로 2차 입자(P2)를 얻었다.
1차 입자(PLGA코어) 2차 입자(PLGA쉘)
성분 PLA:PGA 성분 PLA:PGA
실시예 1 matrine/P.C. 3:2 - -
실시예 2 neem oil/P.C. 7:3 - -
실시예 3 thyme oil/P.C. 7:3 - -
실시예 4 geraniol oil/P.C. 4:1 - -
실시예 5 matrine/P.C. 3:2 neem oil 1:4
실시예 6 matrine/P.C. 7:3 thyme oil 3:7
실시예 7 geraniol oil/P.C. 7:3 matrine 3:7
실시예 8 matrine/P.C. 4:1 geraniol oil 2:3
실시예 9 matrine/P.C. 3:2 matrine 1:4
실시예 10 matrine/P.C. 7:3 matrine 3:7
실시예 11 neem oil/P.C. 7:3 geraniol oil 3:7
실시예 12 matrine:neem (1:1)
/P.C.		 3:2 neem:geraniol (1:1) 1:4
비교예 1 P.C. 3:2 - -
비교예 2 matrine 1:4 neem oil 3:2
비교예 3 matrine/P.C. 1:1 neem oil 1:1
비교예 4 matrine/P.C. 3:2 geraniol oil 1:4
비교예 5 matrine/P.C. 4:1 geraniol oil 2:3
<실험예>
(1) 입자 크기 분석
입도 분포에 따른 유체 역학적 직경을 측정하기 위해 레이저 회절법을 사용하였다 (ISO 13320). 실험은 LS13 320 (Beckman Coulter, USA)을 사용하여 수행하였다. 레이저 회절 분석 결과, 제조된 1차 입자 및 2차 입자의 평균 직경을 하기 표 2에 나타내었다.
1차 입자
(nm)		 2차 입자
(nm)
실시예 1 227.7±26.1 -
실시예 2 277.9±21.6 -
실시예 3 263.1±45.2 -
실시예 4 207.2±37.6 -
실시예 5 282.4±56.0 411.3±51.6
실시예 6 238.4±36.3 453.3±49.9
실시예 7 253.1±41.1 571.5±49.8
실시예 8 203.1±29.2 438.1±2.16
실시예 9 221.6±34.7 501.6±57.0
실시예 10 212.1±47.2 513.1±31.8
실시예 11 254.2±38.8 544.6±39.8
실시예 12 205.7±33.6 589.4±51.5
비교예 1 226.9±51.1 -
비교예 2 292.9±29.8 590.1±36.9
비교예 3 288.3±59.7 457.1±49.3
비교예 4 151.4±33.7 273.1±30.4
비교예 5 145.8±44.8 381.7±27.5
(2) 살균, 살충 및 비료 효능 측정
실시예 및 비교예에서 제조한 PLGA 나노입자를 살균, 살충 및 비료로 사용하였으며, 화학제품을 전혀 사용하지 않은 것을 대조군으로 하여 각각 고추를 재배하였으며, 각각의 조성물을 2달에 걸쳐 각각 4 회에 걸쳐 살포하였다. 이때, 고추 작물 100 주당 병충해 발생 주수(개)를 통해 살충, 살균 효과를 측정하였고, 100 주에서 수확된 고추의 중량, 고추 수량, 및 고추의 평균 길이를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
병충해발생 주수(개) 수확된 고추수량(개) 수확된 고추중량(kg) 작물의 평균 길이(m)
실시예 1 5 3,940 38.1 1729
실시예 2 7 3,875 33.1 1457
실시예 3 6 3,648 34.8 1354
실시예 4 12 3,160 28.5 1702
실시예 5 0 4,495 47.6 1591
실시예 6 0 4,570 49.6 1708
실시예 7 0 4,290 41.5 1535
실시예 8 0 4,345 43.4 1685
실시예 9 0 4,160 36.3 1488
실시예 10 0 4,170 37.3 1605
실시예 11 2 4,090 31.3 1413
실시예 12 1 4,125 33.3 1510
비교예 1 92 2,850 21.8 1050
비교예 2 21 3,415 26.7 1260
비교예 3 25 3,105 21.5 1165
비교예 4 22 3,200 29.5 1280
비교예 5 21 3,510 24.8 1240
대조군 91 2,970 24.0 1100
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. PLA(poly(lactic acid)):PGA(poly(glycolic acid)) 의 몰비가 3:2 내지 4:1인 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자로 형성되는 PLGA 코어;
    상기 PLGA 코어 표면에 형성되는 키토산 코팅;
    상기 PLGA 코어 표면에 PLA(poly(lactic acid)):PGA(poly(glycolic acid)) 의 몰비가 1:4 내지 2:3 인 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자로 형성되는 PLGA 쉘; 및
    상기 PLGA 쉘 표면에 형성되는 알긴산 코팅;을 포함하는 나노입자이며,
    상기 PLGA 코어 및 PLGA 쉘은 마트린(matrine), 님오일(neem oil), 타임 오일(Thyme oil) 및 제라니올 오일(geraniol oil)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 유효 성분을 포함하는 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PLGA 코어 및 PLGA 쉘은 피레스린(Pyrethrin), 티사포닌(Tea Saponin), 로테논(Rotenone), 니코틴(nicotine), 시나몬 오일(Cinnamon oil), 피마자 오일(Castor oil), 녹나무 오일(Camphor oil), 채종유(Canola oil), 해조추출물(Seaweed extract), 아미노산(Amino acid), 펄빅산(Fulvic acid), 휴믹산(Humic Acid)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자.
  3. PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자가 유기 용매에 용해된 유기용액과 포스파티딜콜린(phosphatidyl choline)을 혼합한 용액을 클로로포름(chloroform)으로 용해시키고, 여기에 안정화제를 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 제1 단계;
    상기 1차 혼합물에 마트린(matrine), 님오일(neem oil), 타임 오일(Thyme oil) 및 제라니올 오일(geraniol oil)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 천연 식물 추출물을 포함하는 수용액을 첨가한 후 1℃ 내지 5℃에서 초음파 처리 및 교반하여 2차 혼합물을 제조하는 제2 단계;
    상기 2차 혼합물에 키토산(chitosan)을 혼합 및 교반하여 키토산 코팅된 1차 입자를 제조하는 제3 단계;
    마트린(matrine), 님오일(neem oil), 타임 오일(Thyme oil) 및 제라니올 오일(geraniol oil)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 천연 식물 추출물과 상기 1차 입자를 포함하는 수용액에 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자가 유기 용매에 용해된 유기용액을 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 제4 단계;
    상기 3차 혼합물에 계면활성제를 첨가한 후 10℃ 이하에서 초음파 처리 및 교반하여 4차 혼합물을 제조하는 제5 단계; 및
    상기 4차 혼합물에 알긴산 나트륨(sodium alginate)을 혼합 및 교반하여 알긴산 코팅된 2차 입자를 제조하는 제6 단계;를 포함하고,
    상기 1차 혼합물에 포함되는 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자는 PLA(poly(lactic acid)):PGA(poly(glycolic acid)) 의 몰비가 3:2 내지 4:1 이고,
    상기 3차 혼합물에 포함되는 PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)) 고분자는 PLA(poly(lactic acid)):PGA(poly(glycolic acid)) 의 몰비가 1:4 내지 2:3 인 것을 특징으로 하는 살균, 살충제 및 기능성 비료용 PLGA 나노입자 제조방법.
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