KR20160063529A - 항산화 나노다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조성물 - Google Patents

항산화 나노다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항산화 물질을 표면에 부착하거나 혼합시킨 항산화 나노다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 2~100nm 입자크기를 갖는 단일입자상 및 복수군집상의 나노다이아몬드 표면에 항산화 물질을 결합시킨 나노다이아몬드를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 항산화 다이아몬드는 화장료 등 조성물에 균일하게 분산시킬 수 있으므로 상업화가 가능하게 되었다.
본 발명의 항산화 나노 다이아몬드는 나노 사이즈의 입자로서, 피부 내부로 침투가 용이하고, 또는 나노다이아몬드 표면에 다른 항산화 물질을 부착하여 다른 항산화물질이 피부 침투 시까지 더 오래 존재하거나 장시간 존재할 수 있으므로 피부침투에 대한 항산화 물질의 전달 및 보존에 효율적이다.

Description

항산화 나노다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조성물{Antioxidant nanodiamond, Method of preparing the same and Composition comprising the same}
본 발명은 항산화 나노다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조성물에 관한 것으로서, 항산화 물질을 표면에 부착하거나 혼합시킨 항산화 나노다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조성물에 관한 것이다.
산화의 기본 메커니즘은 자유라디칼(free radical)의 형성으로 시작되는데, 자유라디칼은 짝을 이루지 못한 전자들을 가지고 있는 분자로서 매우 불안정이기 때문에 다른 분자를 공격하여 화학 구조를 변화시킬 수 있다.
자유라디칼의 대부분은 활성산소종(reactive oxygen species)으로 하이드록시 라디칼(hydroxyl radical), 수퍼옥사이드 라디칼(superoxide radical), 일중항 산소(singlet oxygen), 알코옥시 라디칼(alkoxy radical) 등이 이에 해당한다. 물질의 산화는 생체 내에서 다양한 질병을 일으킬 뿐만 아니라 노화의 원인이기도 하며 많은 산업 소재의 수명을 단축시키는 요인으로 알려져 있다.
항산화제(antioxidant) 또는 산화방지제란 물질의 자동 산화를 억제하거나 지연시키는 화합물이다. 항산화제는 작용기전에 따라 예방적 항산화제, 일차 항산화제, 이차 항산화제로 구분된다. 예방적 항산화제는 글자 그대로 항산화의 요인이 되는 자유 라디칼의 생성을 미연에 방지하는 화합물이다. 일차 항산화제는 이미 생성된 자유라디칼(free radical)이나 퍼록시 라디칼 (peroxy radical)을 빠르게 소거하는 연쇄절단형 항산화제 (chainbreakingantioxidant)를 말한다. 이차 항산화제는 스스로 산화방지 효과는 없지만 자유라디칼 저해제와 공존하여 항산화작용을 증가시키는 화합물로서 항산화 상승제라고도 한다.
항산화제는 또한 천연 항산화제와 합성 항산화제와 나눌 수 있다. 천연 항산화제로는 비타민 C, 토코페롤, 천연아스코르빈산, 폴리페놀, 각종 식물 추출물 등이 사용되고 있으며 합성 항산화제로는 페놀계 화합물인 BHA
(butylhydroxyanisole), BHT (butylhydroxytoluene) 등이 대표적으로 사용되고 있다.
폭발반응에 의한 나노 다이아몬드의 생성은 가스 대기하, 예를 들면, 이산화탄소(CO2) 또는 물(H2O) 또는 다른 액체상 환원제 조건하에서 밀폐된 금속 챔버내에서 이루어지는데 이때 사용하는 폭발물질로는 2,4,6-트리니트로톨루엔(TNT)/1,3,5-트리니트로트리아자시클로헥산(헥소겐 또는 RDX(Research Development Explosive) 라고도 함)이 일정한 비율로 섞여진 상태에서 폭발반응으로 얻어진다.
말하자면 DND는 폭발성이 있는 트리니트로톨루엔(T.N.T)과 백색 결정성 비수용성 폭발성분인 RDX(Research department explosive)를 일정비율 예를 들면 각기 수십% 중량비로 혼합된 상태의 폭발물질이 반응할 때 순간적으로 발생된 고온 고압 분위기에서 조성물의 탄소성분이 다이아몬드 결정상의 핵(탄소 SP3 구조) 생성하여 일정한 크기로 핵이 성장하게 되고 또한, 흑연(SP2 구조) 표면에는 C, O, H, N로 이루어진 단수 및 복수의 작용기들이 존재한다. 이의 대표적인 작용기로는 COOH, C=O, NH2, CHO,OH, NO2, -C-O-C- 등이 다수가 있는 것으로 알려져 있다.
여러 연구에 의하면 DND는 생체내에서 독성이 거의 없고 및 구조체의 안정성으로 인하여 생체적합성을 가지며, 또한, 입경이 매우 작은 수nm 크기와 비표면적이 250m2/g~450m2/g으로 통상 다이아몬드 대비 약 수십배 내지 수백배로 크며 그 표면에는 다수의 친수성 작용기를 포함하고 있는 등 독특한 전기적, 화학적, 광학적 특징을 나타내어 광범위한 산업 분야에 활용될 수 있다.
하지만, 폭발형 나노다이아몬드를 상업적으로 활용하는 것이 매우 어려웠다. 왜냐하면, 폭발형 나노다이아몬드는 폭발 반응과정이 매우 짧고 폭발과 동시에 수축이 일어나기 때문에 생성된 단일다이아몬드 입자상들이 강하게 뭉치거나 또는 다이아몬드 핵이 생성되는 과정에서 미량의 흑연층이 1개 또는 그 이상의 수의 다이아몬드 알갱이를 감싸고 있고 또는 표면이 불규칙적으로 탄소층이나 흑연층으로 감싸고 있기 때문에 이러한 현상으로 인하여 단일 또는 몇 개의 입자군집들로 분리하거나 더 나아가 불순물의 혼입 없이 나노다이아몬드를 분리 및 분산하는 것이 사실상 어려웠기 때문이다. 대한민국 등록특허 10-1103683호에는 아민기로 표면 기능화된 항산화 나노다이아몬드가 개시되어 있는 등 나노다이아몬드를 항산화제로 활용하려는 시도가 있었다.
하지만 상기 등록특허보다 더 높은 항산화 능력을 가지면서도 단일 또는 몇 개의 입자군집들로 분리되어 화장료 등 캐리어에 분산이 가능한 새로운 항산화 나노다이아몬드의 필요성은 여전히 제기된다.
본 발명은 높은 항산화 능력을 가지면서도 단일 또는 몇 개의 입자군집들로 분리되어 화장료 등 캐리어에 분산이 가능한 새로운 항산화 나노다이아몬드를 제공하는 것이다.
특히 피부에 유효한 항산화 특성이 전달되기 위해서는 나노다이아몬드의 항산화능력을 높이거나 흡수가 가능한 유용한 성분을 나노다이아몬드를 이용하여 피부층까지 전달하게 하는 기능(DDS)의 필요성이 제기된다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은
표면에 존재하는 기능기가 R로 치환된 항산화 나노다이아몬드로서,
여기서, 상기 R은 (1) 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기이거나, 또는 (2) 상기 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 포함하는 화합물이거나 항산화 물질이다.
다른 양상에서, 본 발명은 나노 다이아몬드를 표면개질하는 단계 ;
상기 표면 개질된 나노다이아몬드와 R로 표시되는 화합물 또는 항산화 물질을 용매에 넣어 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 R은 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 가지는 화합물 또는 항산화 물질인 항산화 나노다이아몬드 제조방법에 관계한다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 생체적합성의 캐리어(carrier) ; 및
상기 항산화 나노다이아몬드를 포함하는 항산화 나노다이아몬드 조성물에 관계한다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 생체적합성의 캐리어(carrier) ;
상기 항산화 나노다이아몬드 또는 기능기의 50% 이상이 카르복실기로 표면 개질된 나노다이아몬드 ; 및
항산화 물질을 포함하는 항산화 나노다이아몬드 조성물에 관계한다.
본 발명은 2~100nm 입자크기를 갖는 단일입자상 및 복수군집상의 나노다이아몬드 표면에 항산화 물질을 결합시킨 나노다이아몬드를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 항산화 다이아몬드는 화장료 등 조성물에 균일하게 분산시킬 수 있으므로 상업화가 가능하게 되었다.
본 발명의 항산화 나노 다이아몬드는 나노 사이즈의 입자로서, 피부 내부로 침투가 용이하고, 또는 나노다이아몬드 표면에 다른 항산화 물질을 부착하여 다른 항산화물질이 피부 침투 시까지 더 오래 존재하거나 장시간 존재할 수 있으므로 피부침투에 대한 항산화 물질의 전달 및 보존에 효율적이다.
도 1은 폭발형 나노다이아몬드의 표면 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 항산화 나노다이아몬드 및 조성물을 제조하는 과정을 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1 내지 5에서 제조한 ND-NH2, ND-COOH, ND-EUG(유제놀), ND-HQ(하이드로퀴논), ND-COOH과 유제놀(5%)이 정전기적인력에 의한 결합물 혼합물, ND-COOH과 ND-NH2과 유제놀(5%)의 정전기적인력에 의한 결합물로 CUPRAC 테스트를 수행하고 결과를 나타낸 것이다.
도 1은 폭발형 나노다이아몬드의 표면 구조를 도시한 것이다.
폭발형 나노다이아몬드는 다양한 방법을 통하여 입자를 분리시키는 과정에서 필연적으로 표면에 기능기를 갖게 된다. 본 발명자는 나노다이아몬드가 표면에 특정 기능기를 갖게 될 경우 또는 인위적으로 기능기를 조절함으로써 항산화 특성을 갖게 할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
도 1을 참고하면, 폭발형 나노다이아몬드는 표면에 COOH, C=O, NH2, CHO,OH, NO2,-C-O-C- 등의 기능기가 존재한다.
본 발명의 항산화 나노다이아몬드는 표면에 존재하는 기능기의 일부 또는 전부가 R로 치환된다. 여기서, 상기 R은 (1) 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기이거나, 또는 (2) 상기 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 포함하는 화합물이거나 항산화 물질이다.
상기 나노다이아몬드는 표면 기능기의 일부 또는 전부, 바람직하게는 표면 기능기의 50% 이상이 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기로 치환될 수 있다.
상기 R은 산 처리, 열 산화처리 또는 알카리 처리되어 다이아몬드 표면에 형성될 수 있다.
상기 화합물 또는 항산화 물질은 상기 탄소수 1~100개, 바람직하게는 1~50개의 사슬형 또는 분지형의 탄화수소 화합물, 탄소수 5~50개의 고리형 화합물 또는 이들이 공액화된 화합물로서, 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 및 싸이올기 중 어느 하나 이상을 포함하고 있다.
또한, 상기 화합물 또는 항산화 물질은 공액화된 컨쥬게이트 구조를 가지는 것이 바람직하다. 탄소-탄소 이중 결합이 교대로 이격되어 존재하여면 공액 구조를 나타낼 수 있다. 공액화된 상기 화합물이나 항산화 물질은 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합 구조를 가진다. 예를 들면, 상기 화합물이나 항산화 물질은 2~10개의 탄소-탄소 이중 결합을 함유하는 사슬형 또는 분지형의 탄화수소 화합물이거나, 탄소수 5~50개의 방향족 고리 화합물일 수 있다. 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 융합될 수 있다. 상기 고리 화합물의 예로서, 페닐기나 나프틸기를 함유하는 페놀, 폴리페놀, 퀴놀, 퀴놀린 또는 페놀성 리그난(phenolic lignan) 등이 있을 수 있다.
본 발명의 나노 다이아몬드 표면에 결합된 상기 화합물 또는 항산화 물질은 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 포함하거나 컨쥬게이트 구조를 가지고 있어 발생된 자유라디칼(free radical)이나 퍼록시 라디칼 (peroxy radical)을 빠르게 제거하거나 소모시킬 수 있다.
상기 화합물이거나 항산화 물질은 Dihydrolipoic acid, Alpha lipoic acid, 유제놀(Eugenol), BHA(Butylated hydroxy anisole), BHT(Butylated hydroxy toluene), NDGA(Nordihydro-guaiaretic acid), 다이티오스레톨(Dithiothreitol), 티오글리세롤(Thioglycerol), 아스코르브산(L-ascorbic acid), 폴리페놀, 퀴놀, 퀴놀린 또는 페놀성 리그난(phenolic lignan)일 수 있다.
좀 더 구체적으로, 상기 화합물 또는 항산화 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
ND-R1-R2
여기서, R1은 COO, CONH, O, S, NH, 또는 CO이고,
R2는 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 및 싸이올기 중 어느 하나 이상을 포함하는 화합물이거나 항산화 물질이다.
상기 R1은 상기 R2와 나노다이아몬드를 연결하는 링커 또는 결합구조이다.
상기 R2는 탄소수 1~00개의 사슬형 또는 분지형의 탄화수소 화합물, 탄소수 5~50개의 고리형 화합물 또는 이들이 공액화된 화합물일 수 있다.
ND-COO-R2로 표시될 수 있는 화합물이나 항산화 물질은 하기 표 1, 2와 같다.
하기 표에서
Figure pat00001
는 나노다이아몬드를 나타내는 표시이다. 각 표 상기 나노다이아몬드의 크기나 형상이 다르게 표시되어 있더라도 실제로는 동일한 다이아몬드 나노입자를 나타낸다.
Figure pat00002
Figure pat00003
ND-O-R2로 표시될 수 있는 화합물이나 항산화 물질은 하기 표 3과 4와 같다.
Figure pat00004
Figure pat00005
ND-CONH-R2, ND-NH-R2로 표시될 수 있는 화합물이나 항산화 물질은 하기 표 5와 같다.
Figure pat00006
ND-CO-R2로 표시될 수 있는 화합물이나 항산화 물질은 하기 표 6과 같다.
Figure pat00007
ND-S-R2로 표시될 수 있는 화합물이나 항산화 물질은 하기 표 7와 같다.
Figure pat00008
상기 표 1 내지 표 7의 구조 이외에도 상기 나노다이아몬드 표면에 -COO-, -CONH-, -O-, -S-, -NH-, 또는 -CO- 의 결합 구조를 통해 공유결합될 수 있는 항산화 특성의 화합물이나 항산화 물질은 본 발명의 범위에 속한다.
상기 나노다이아몬드는 입자 평균 크기가 1~100nm일 수 있다.
본 발명의 항산화 나노 다이아몬드는 나노 사이즈의 입자로서, 피부 내부로 침투가 용이하고, 또는 나노다이아몬드 표면에 다른 항산화 물질을 부착하여 다른 항산화물질이 피부 침투 시까지 더 오래 존재하거나 장시간 존재할 수 있으므로 피부로의 항산화 물질의 전달 및 보존에 효율적이다. 따라서, 본 발명의 항산화 나노다이아몬드는 화장료로 이용될 수 있다.
다른 양상에서 본 발명은 상기 항산화 나노다이아몬드를 제조하는 방법에 관계한다.
도 2는 본 발명의 항산화 나노다이아몬드 및 조성물을 제조하는 과정을 도시한 것이다. 도 2에는 나노다이아몬드와 항산화 물질이 공유결합 또는 수소결합된 구조를 보여준다.
도 2를 참고하면, 상기 방법은 나노 다이아몬드를 표면개질하는 단계, 상기 표면 개질된 나노다이아몬드와 R로 표시되는 화합물 또는 항산화 물질을 용매에 넣어 반응시키는 단계를 포함한다.
상기 표면 개질 단계는 상기 나노다이아몬드를 산처리, 산화열처리 또는 알카리 처리하는 단계일 수 있다.
상기 표면 개질 단계는 황산 및 질산 중 어느 하나 이상으로 산처리하거나, NH4OH로 알카리 처리하는 단계일 수 있다.
상기 표면 개질 단계는 나노다이아몬드 표면에 존재하는 기능기의 50% 이상을 카르복실기로 치환할 수 있다.
상기 R로 표시되는 화합물 또는 항산화 물질은 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 포함하는 화합물이거나 항산화 물질로서 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다.
상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로필알콜(IPA), 디메틸설폭사이드(DMSO), NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone), 수산(Oxalic acid),PEG, 아세톤, MEK 및 천연추출물로서 장미 추출물, 허브 추출물, 알로에 추출물 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 용매들은 표면에 특정한 기능기를 만드는 과정에서 균질한 반응을 위한 사용될 수 있으며 여기에 국한 된 것은 아니다.
상기 반응단계는 무기산과 유기산 중 어느 하나 이상을 넣어 0℃에서 200℃사이에서 반응시킬 수 있다. 상기 반응 단계는 무기산과 유기산을 함께 넣어주는 것이 바람직하다. 상기 유기산과 무기산은 반응 전후의 입자표면의 제타전위에 변화에 관계하여 반응에 의해 표면에 부착된 기능기가 분리되지 않고 결합 구조를 유지하도록 한다.
상기 무기산으로 질산 또는 황산을 사용할 수 있으며, 상기 유기산으로 수산, 옥살산 또는 구연산을 사용할 수 있다.
상기 반응은 pH를 2~12 범위에서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 pH를 3~11범위에서 조절할 수 있다.
도 2를 참고하면, 항산화 물질은 일반적으로 폴리페놀의 공액화된 히드록시기를 갖는다. 이러한 히드록시기는 적어도 한 개 이상을 갖게 되며 이때 나노다이아몬드의 표면에 더 많은 카르복시기를 부착시키거나 또는 표면에서 탄소로 연장된 카르복시기를 부착할 수 있으며 이때 공액화된 히드록시기와의 반응에 관계한다. 이때 상기 반응 단계를 통해 히드록시기와 카르복시기 사이의 에스테르화 반응이 수행될 수 있으며, 다만, 상기 반응이 여기에 국한된 것은 아니다. 상기 반응을 통해 항산화 물질과 공유결합된 나노다이아몬드를 제조할 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 생체적합성의 캐리어(carrier) 및 상기 항산화 나노다이아몬드를 포함하는 항산화 나노다이아몬드 조성물에 관계한다.
상기 항산화 나노다이아몬드는 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다.
상기 생체적합성의 캐리어(carrier)는 물, 글리세린, 알코올, 완화제(emollient), 지방산, 말토덱스트린(maltodextrin), 락토스, 식품 첨가물 및 설탕 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 조성물에 상기 나노다이아몬드가 1ppm~50% 함유될 수 있다.
상기 조성물은 화장료 조성물일 수 있다.
또 다른 양상에서
본 발명은 생체적합성의 캐리어(carrier),
상기 항산화 나노다이아몬드 또는 기능기의 50% 이상이 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기로 표면 개질된 나노다이아몬드 및 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 포함하는 화합물이나 항산화 물질을 포함하는 항산화 나노다이아몬드 조성물에 관계한다.
상기 항산화 나노다이아몬드와, 50% 이상이 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기로 표면 개질된 나노다이아몬드, 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 포함하는 화합물이나 항산화 물질 및 캐리어는 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다.
상기 항산화 물질은 Vitamin C, Eugenol, Hydroqunone, Glutachione, Tocopherol, ascorbic acid의 유도체, 카르티노이드, 라이코펜, 라스베라트롤 및 그 유도체, 알부틴 및 그 유도체, 코지산, 코엔자임큐텐 및 그 유도체, 아마노산 및 그 유도체, 갈릭산 및 그 유도체, 에르고치오네인, 치옥틱에씨드, 큐르큐민, 아시아티카추출물, 멜라토닌, 안토시아닌 및 그 유도체,헤스페르딘 및 그 유도체 및 로스마린산 및 그 유도체의 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 나노다이아몬드와 항산화 물질은 비공유결합 즉, 수소결합, 이온결합 또는 반데르바알스 결합, 기타 정정기적 인력에 의한 결합이 될 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명은 조성물에 존재하는 상기 나노다이아몬드와 항산화 물질은 수소결합을 통해 비공유결합될 수 있다. 이러한 수소결합을 통해 인체 내에 생성된 자유라디칼(free radical)이나 퍼록시 라디칼 (peroxy radical)을 나노다이아몬드와 항산화물질이 빠르게 제거할 수 있다. 이러한 나노다이아몬드와 항산화 물질이 수소결합되어 존재하면 이들이 단순히 혼합된 구조에 비해 항산화 특성이 상당히 향상되는데, 이것은 수소결합이 되는 부분에 전자밀도가 증가하는 것 또는 탄소와 양쪽 산소간에 전자가 비편재화되는 것에 기인하는 것으로 보인다. 본 발명의 조성물은 나노 사이즈의 다이아몬드 입자와 수소결합되어 피부 내부로 침투가 용이하고, 또한, 나노다이아몬드 표면에 다른 항산화 물질을 부착하여 다른 항산화물질이 피부 침투 시까지 더 오래 존재하거나 장시간 존재할 수 있으므로 피부로의 항산화 물질의 전달 및 보존에 효율적이다.
표 8내 표 13은 조성물 내에서 나노다이아몬드와 항산화 물질 또는 상기 화합물이 수소 결합되어 존재하는 것을 보여주는 예이다.
표 8과 9는 ND-COOH와 항산화 물질이나 화합물의 수소결합 구조를 나타낸다.
Figure pat00009
Figure pat00010
표 10과 11은 ND-OH와 항산화 물질이나 화합물의 수소결합 구조를 나타낸다.
Figure pat00011
Figure pat00012
표 12와 13은 ND-NH2와 항산화 물질이나 화합물의 수소결합 구조를 나타낸다.
Figure pat00013
Figure pat00014
이하에서, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들은 단지 본 발명의 바람직한 구현예를 예시하기 위한 것으로, 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예1
ND-COOH의 제조
나노리소스의 입자분산 공정을 이용하여 제조한 평균 입자 크기가 50nm인 잘 분산된 나노다이아몬드 10g을 황산과 질산을 부피비 3:1로 한 600ml에 넣어 140℃에서 12시간 반응시켰다. 반응 후 여액의 휘발과 비산을 막기 위해 얼음조를 사용하여 약 30분 희석시킨 후 원심분리 시켰다. 원심분리는 pH가 중성이 될 때까지 약10회 반복하였다. 이렇게 해서 얻은 분산된 나노다이아몬드를 건조시켰다. 건조는 오븐에서 100℃에서 10시간 시키거나 별도로 증발농축기를 이용하여 수분을 제거하였다. 상기에서 얻은 입자를 FT-IR을 통해 ND-COOH임을 확인하였다.
실시예 2
ND-OH의 제조
실시예 1에서 제조한 ND-COOH 20g을 600ml THF에 넣은 후 환원제로 LiAlH4 20g을 넣은 후 80C 가열조건에서 12시간 반응시켰다. 반응이 완료된후 6M의 NaOH를 가하여 90C조건에서 6시간 반응시켰다. 반응이 완료된 후 액상에서 분산이 되어있는 ND-OH를 건조시켜 재분산 용이한 ND-OH를 제조하였다. 제조한 ND-OH를 FT-IR을 통해 확인하였다.
실시예 3
ND-Eugenol의 제조
실시예 1에서 제조한 ND-COOH 10g을 DMSO(Dimethyl Sulfoxide) 200ml에 넣은 후 초음파를 사용하여 30분간 분산시켰다. 여기에 10g의 N,N-carbonyldiimidazole(CDI)를 넣은 후 3시간 교반하였다. 이후 DMSO를 진공증발시켜 제거한 후 남은 액을 원심분리를 시켜 고체와 액체를 분리하였으며 이를 다시 5회 세척하여 분말상의 ND-Eugenol을 제조하였다.
제조한 ND-Eugenol을 FT-IR을 통해 확인하였다.
실시예 4
ND-Hydroquinone의 제조
실시예 1에서 제조한 ND-COOH 10g을 DMSO(Dimethyl Sulfoxide) 200ml에 넣은 후 초음파를 사용하여 30분간 분산시켰다. 여기에 10g의 N,N-carbonyldiimidazole(CDI)를 넣은 후 3시간 교반하였다. 이후 DMSO를 진공증발시켜 제거한 후 남은 액을 원심분리를 시켜 고체와 액체를 분리하였으며 이를 다시 5회 세척하여 분말상의 ND-Hydroquinone을 제조하였다.
제조한 ND-Hydroquinone을 FT-IR을 통해 확인하였다.
실시예 5
ND-NH2의 제조
실시예 2에서 제조한 ND-OH 10g을 pyridine 180ml에 넣은 후 여기에 OTs(Tosyl Chloride) 7g을 투입한후 상온에서 24시간 질소분위기하에서 반응시켰다. 이후 DMSO 300ml에 KCN 8g을 넣은 후 90C에서 질소분위기 하에서 반응시켜 ND-CN을 제조하였다. 상기에서 제조한 ND-CN을 THF에 분산시킨 후 환원제 LiAlH4 10g을 넣은 후 상온에서 12시간동안 질소분위기에서 반응시켜 ND-NH2를 얻었다. 상기 각 제조공정에서 얻은 ND-OTs, ND-CN, ND-NH2를 FT-IR을 통해 확인하였다.
CUPRAC(CUPric Reducing Antioxidant Capacity) 시험
실시예 1 내지 5에서 제조한 ND-NH2, ND-COOH, ND-EUG(유제놀), ND-HQ(하이드로퀴논), ND-COOH과 유제놀(5%)의 정전기적인력에 의한 결합물, ND-COOH과 ND-NH2 및 유제놀(5%)의 정전기적 인력에 의한 결합물로 CUPRAC 테스트를 수행하고 결과를 도 8에 나타내었다. 또한, 순수한 유제놀과 비타민 C에 대해서도 CUPRAC 테스트를 수행하여 비교 기준점을 제시하였다.
상기 CUPRAC 테스트는 구리 2가가 구리1가로 바뀌는 과정에 항산화물질이어떻게 반응하는가를 나타내는 방법으로서, UV/VIS 분광기를 통해 비색분석을하여 얻어지는 결과이다. 기울기가 클수록 항산화 활성이 높다.
도 4를 참고하면, 동일 몰 농도에서 나노다이아몬드 구조를 포함하는 실시예들은 비타민 C보다 황산화 활성이 높다는 것을 확인할 수 있다.
특히, 나노다이아몬드에 다수 존재하는 기능기인 NH2로 개질된 ND-NH2에 비해 공유결합성의 ND-HQ(하이드로퀴논), 카르복실산으로 개질된 나노다이아몬드에 항산화 물질이 정전기적 인력에 의한 결합물(ND-COOH/유제놀(5%), ND-COOH과 ND-NH2 및 유제놀(5%))이 매우 높은 황산화 활성을 보여주었다.
나노다이아몬드 표면에 상기 항산화 물질이 공유결합된 항산화 다이아몬드(특히, ND-HQ(하이드로퀴논))는 매우 강한 황산화 활성을 보여주고 있다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다.

Claims (23)

  1. 표면에 존재하는 기능기가 R로 치환된 항산화 나노다이아몬드.
    여기서, 상기 R은 (1) 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기이거나, 또는 (2) 상기 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 포함하는 화합물이거나 항산화 물질임.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화합물 또는 항산화 물질은 상기 탄소수 1~100개의 사슬형 또는 분지형의 탄화수소 화합물, 탄소수 5~50개의 고리형 화합물 또는 이들이 공액화된 화합물인 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 화합물 또는 항산화 물질은 공액화된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 나노다이아몬드는 표면 기능기의 50% 이상이 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기로 치환된 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 화합물 또는 항산화 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화학 구조 중 어느 하나로 표시되는 항산화 나노 다이아몬드.
    [화학식 1]
    ND-R1-R2
    여기서, R1은 COO, CONH, O, S, NH 또는 CO이고,
    R2는 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 및 싸이올기 중 어느 하나 이상을 포함하는 화합물이거나 항산화 물질이다.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 R2는 탄소수 1~100개의 사슬형 또는 분지형의 탄화수소 화합물, 탄소수 5~50개의 고리형 화합물 또는 이들이 공액화된 화합물인 것을 특징으로 하는 항산화 나노 다이아몬드.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 화합물이거나 항산화 물질은 Dihydrolipoic acid, Alpha lipoic acid, 유제놀(Eugenol), BHA(Butylated hydroxy anisole), BHT(Butylated hydroxy toluene), NDGA(Nordihydro-guaiaretic acid), 다이티오스레톨(Dithiothreitol), 티오글리세롤(Thioglycerol), 아스코르브산(L-ascorbic acid), 폴리페놀, 퀴놀, 퀴놀린, 페놀성 리그난(phenolic lignan)인 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 나노다이아몬드는 입자 평균 크기가 1~100nm인 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드.
  9. 나노 다이아몬드를 표면개질하는 단계 ;
    상기 표면 개질된 나노다이아몬드와 R로 표시되는 화합물 또는 항산화 물질을 용매에 넣어 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 R은 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 포함하는 화합물이나 항산화 물질인 항산화 나노다이아몬드 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 용매는 물, 장미추출물, 허브추출물 및 알로에 추출물 중 어느 하나의 천연추출물, 에탄올, 메탄올, 이소프로필알콜(IPA), DMSO(디메틸설폭사이드), NMP(N-Methy 1-2-Pyrrolidone), 수산, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 아세톤 및 메틸에틸케톤(MEK) 중 적어도 한 가지 이상인 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 표면 개질 단계는 상기 나노다이아몬드를 산처리, 산화열처리 또는 알카리 처리하는 단계인 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 표면 개질 단계는 상기 나노다이아몬드 표면에 존재하는 기능기의 50% 이상을 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기로 치환하는 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드 제조방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 표면 개질 단계는 황산 및 질산 중 어느 하나 이상으로 산처리하거나 NH4OH로 알카리 처리하는 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드 제조방법.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 반응단계는 무기산과 유기산 중 어느 하나 이상을 넣어 0℃에서 200℃사이에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드 제조방법.
  15. 생체적합성의 캐리어(carrier) ; 및
    제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나 이상의 항산화 나노다이아몬드를 포함하는 항산화 나노다이아몬드 조성물.
  16. 생체적합성의 캐리어(carrier) ;
    기능기의 일부 또는 전부가 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기로 표면 개질된 나노다이아몬드 ; 및
    카르복실기, 히드록시기, 아민기, 케톤 또는 싸이올기를 포함하는 화합물이거나 항산화 물질을 포함하는 항산화 나노다이아몬드 조성물.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 조성물은 항산화 물질을 포함하는 항산화 나노다이아몬드 조성물.
  18. 제 15항 또는 제 16항에 있어서, 상기 생체적합성의 캐리어(carrier)는 물, 글리세린, 알코올, 완화제(emollient), 지방산, 말토덱스트린(maltodextrin), 락토스, 식품 첨가물 및 설탕 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드 조성물.
  19. 제 15항 또는 제 16에 있어서, 상기 조성물에 상기 나노다이아몬드가 1ppm~50% 함유된 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드 조성물.
  20. 제 16항 또는 제17항에 있어서, 상기 나노다이아몬드와 항산화 물질은 공유결합되어 존재하는 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드 조성물
  21. 제 16항 또는 제17항에 있어서, 상기 나노다이아몬드와 항산화 물질은 수소결합, 이온결합, 반데르바알스 결합 및 정전기적 인력에 의한 결합 중 어느 하나의 비공유결합으로 존재하는 것을 특징으로 하는 항산화 나노다이아몬드 조성물
  22. 제 16항 또는 제17항에 있어서, 상기 항산화 물질은 Vitamin C, Eugenol, Hydroqunone, Glutachione, Tocopherol, ascorbic acid의 유도체, 카르티노이드, 라이코펜, 라스베라트롤 및 그 유도체, 알부틴 및 그 유도체, 코지산, 코엔자임큐텐 및 그 유도체, 아마노산 및 그 유도체, 갈릭산 및 그 유도체, 에르고치오네인, 치옥틱에씨드, 큐르큐민, 아시아티카추출물, 멜라토닌, 안토시아닌 및 그 유도체,헤스페르딘 및 그 유도체 및 로스마린산 및 그 유도체의 군에서 선택되는 1종 이상인 항산화 나노다이아몬드 조성물.
  23. 제 15항 또는 제 16항에 있어서, 상기 조성물은 화장료 조성물인 것을 특징으로 하는 나노다이아몬드 조성물.
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