KR20170046331A - 광중합 유도 상분리 현상을 이용한 고분자 반투과성 미세캡슐 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광중합 유도 상분리 현상을 이용한 고분자 반투과성 미세캡슐 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광중합 가능한 단량체와 포로젠이 중간상을 형성하는 이중액적에 자외선을 가하여 단량체를 중합시키고 이와 함께 형성된 고분자와 포로젠과의 상분리 현상을 이용한 고분자 반투과성 미세캡슐 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 포로젠의 종류, 농도, 고분자 단량체 사이의 상분리 특성을 이용하여 쉘에 균일하면서도 크기 제어가 가능한 기공을 형성시킬 수 있다.
본 발명은 광중합 가능한 단량체를 중합시켜 쉘을 형성하므로, 특정 용매나 pH 조건에 거의 영향을 받지 않아 화학적으로 안정되고 기계적 특성도 우수한 미세캡슐을 제공할 수 있다.
본 발명의 미세캡슐은 수 나노에서 수백 나노의 기공을 가지고 있어 캡슐 내부로의 물질 유출입을 제어할 수 있다.

Description

광중합 유도 상분리 현상을 이용한 고분자 반투과성 미세캡슐 및 이의 제조방법{Semipermeable Microcapsules by polymerization-induced phase separation and Method of preparing the same}

본 발명은 광중합 유도 상분리 현상을 이용한 고분자 반투과성 미세캡슐 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 광중합 가능한 단량체와 포로젠이 중간상을 형성하는 이중액적에 자외선을 가하여 단량체를 중합시키고 이와 함께 형성된 고분자와 포로젠과의 상분리 현상을 이용한 고분자 반투과성 미세캡슐 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

미세캡슐은 색소, 약물, 세포 등 활성성분을 특정 위치에 전달하는데 매우 효율적일뿐만 아니라 이들 활성성분을 안정적으로 구분하거나 저장할 수 있다.

이러한 미세캡슐을 제조하기 위한 다양한 방법들이 문헌에 제안되어 있다. 액적(emulsion drops)은 캡슐 제조의 템플릿으로 사용될 수 있으며, 계면에서 입자 흡착 또는 계면 중합을 이용하여 쉘을 형성하여 내부 활성 물질을 저장하게 된다. 예를 들면 당해 소수성 액체를 멜라민 포름알데히드 예비-축합물을 함유하는 수성 매질 내에 액적으로 분산시키고, 수성 매질의 pH를 감소시킴으로써 당해 소수성 액체를 둘러싸는 불침투성 아미노플라스트 수지를 쉘로써 생성시켜 소수성 액체를 캡슐화시키는 것은 공지되어 있다.

최근에는 이중 액적(double-emulsion drops)을 코어-셸 구조의 미세캡슐을 생산하는 템플릿으로서 이용하고 있다. 등록특허 10-965839호에 이중액적을 이용한 고분자 캡슐의 제조방법이 개시되어 있다.

약물 전달체, 미세반응기, 표면증강 라만 산란 표지용 센서 등의 다양한 용도로 활용하기 위해 박막이면서도 안정적으로 물질을 저장하거나 선택적으로 물질을 유출 및 유입하는 미세캡슐의 제조 기술이 요구되고 있다. 이를 위해 미세캡슐에 기공을 형성하려는 시도가 있으나 현재까지 기공 크기 및 균일성, 막의 내구성 및 안정성을 제어하는 기술이 없었다. 또한, 간단한 공정을 이용하여 효율적으로 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법은 여전히 요구되고 있다.

본 발명은 균일하면서도 크기 제어가 가능한 기공을 캡슐에 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 기공 크기를 제어하여 선택적 투과나 방출이 가능한 미세캡슐을 제공하는 것이다.

본 발명은 약물 및 생리활성물질 전달체, 미세반응기, 표면증강 라만 산란 표지용 센서 등의 용도로 활용할 수 있는 미세캡슐을 제공하는 것이다.

본 발명은 미세캡슐은 매우 높은 물리, 화학적 안정성과 반투과성 특성을 가져 화학공정이나 생체 의료 분야 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

하나의 양상에서 본 발명은

내부상으로 저장물질을 포함하는 제 1 유체, 중간상으로 중합가능한 제 1 고분자 단량체 및 포로젠(porogen, 기공형성유도체)을 포함하는 제 2 유체, 연속상으로 계면활성제를 포함하는 친수성의 제 3 유체를 주입하여 이중 액적을 형성하는 단계 ;

상기 이중 액적에 자외선을 가하는 단계 ; 및

상기 포로젠을 제거하여 기공을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법에 관계한다.

다른 양상에서 본 발명은

저장물질을 함유하는 코어 ; 및

상기 코어를 둘러싸고 기공이 균일하게 형성된 쉘을 포함하되, 상기 기공은 광중합 과정에서 형성된 고분자와 상분리되어 존재하는 포로젠이 제거되어 형성된 고분자 반투과성 미세캡슐에 관계한다.

본 발명은 포로젠의 종류, 농도, 포로젠과 고분자 단량체 사이의 상분리 특성을 이용하여 쉘에 균일하면서도 크기 제어가 가능한 기공을 형성시킬 수 있다.

본 발명은 광중합 가능한 단량체를 중합시켜 고분자 쉘을 형성하므로, 특정 용매나 pH 조건에 거의 영향을 받지 않아 화학적으로 안정되고 기계적 특성도 우수한 미세캡슐을 제공할 수 있다.

본 발명의 미세캡슐은 수 나노에서 수천 나노미터 크기의 기공을 가지고 있어 캡슐 내부로의 물질 유출입을 제어할 수 있다.

도 1은 미세유체 소자를 이용한 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법을 나타낸 것이다
도 2는 본 발명의 반투과성 미세캡슐 형성 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 미세캡슐의 투과현미경 사진과 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 실시예 2 내지 4와 비교예 1에서 제조한 미세캡슐의 표면 주사전자현미경 사진 및 평균 기공 사이즈를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 3의 투과성 및 비교예 1의 비투과성을 보여주는 그림과 광학현미경 사진, 공초점현미경 사진이다.
도 6은 실험 2에서 미세캡슐 내부의 시간에 따른 형광세기변화 (I(t)/I_max)를 나타낸 것이다.
도 7의 a~c는 실시예 5에서 제조한 미세캡슐의 광학현미경 사진과 주사전자현미경 사진이고, 도 7의 d~f는 실험 3의 결과를 보여주는 모식도와 공초점현미경 사진이다.

본 발명은 광중합 유도 상분리 현상을 이용한 고분자 반투과성 미세캡슐 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 미세유체 소자를 이용한 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법을 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명의 반투과성 미세캡슐 형성 과정을 나타내는 모식도이다. 본 발명의 미세캡슐의 제조방법은 이중액적 형성단계, 자외선을 가하는 단계 및 기공형성 단계를 포함한다.

상기 이중액적은 w/o/w(수상/유상/수상) 구조이다. 본 발명은 이중액적을 형성하는 방법에 어떠한 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들면, 도 1의 미세유체 소자를 사용하지 않고 이중액적을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명은 저장물질이 포함된 제 1 유체를 소수성의 제 2 유체에 적하하고 이를 경화시켜 이중액적을 제조할 수 있다.

또한, 제 1 벌크 유화를 통해 수상/유상의 단일 액적을 형성한 후, 이를 제 2 친수성 유체에 연속적으로 벌크유화(제 2 벌크 유화)시키는 벌크 유화법으로도 이중액적을 제조할 수 있다.

이중액적을 형성하는 구체적인 방법에 대해서는 도 1을 참고하여 상술하도록 한다. 먼저, 상기 이중액적을 형성하는 단계는 저장물질을 포함하는 친수성의 제 1 유체를 내부상으로 주입하고, 중합가능한 고분자 단량체와 포로젠을 포함하는 친유성의 제 2 유체를 중간상으로 주입하고, 계면활성제를 포함하는 친수성의 제 3 유체를 연속상으로 주입하여 이중액적을 형성한다.

상기 친수성의 제 1 유체는 저장물질을 포함하여 내부상을 형성할 수 있으며, 물에 저장물질이 용해된 것을 사용할 수 있다. 이때, 폴리비닐알코올(PVA, poly(vinyl alcohol))과 같은 수용성 계면활성제가 포함되어 계면을 안정화시킬 수 있다.

상기 저장물질은 물에 용해되거나 분산되는 물질을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 저장물질은 금속나노입자, 수용성 약물이나 단백질, 생리활성물질, 수용성 고분자, 미생물 또는 세포일 수 있다.

좀 더 구체적으로, 상기 금속나노입자는 표면 증강 라만 산란을 일으킬 수 있는 모든 금속이 가능하며, 예를 들면, 생체 적합성이 있는 은 나노입자 또는 금 나노입자일 수 있다.

상기 금속나노입자의 크기는 표면 증강 라만 산란을 일으킬 수 있는 정도의 크기면 모두 가능하다. 예를 들면, 상기 금속 나노 입자는 지름이 3~1,000 nm, 바람직하게는 5~500 nm, 바람직하게는 20~100 nm 일 수 있다.

또한, 상기 저장물질이 자성 나노 입자일 수 있으며, 이 경우 자성 나노 입자를 포함하는 캡슐은 외부 자력에 반응할 수 있다. 한편, 상기 자성 나노입자는 친유성 유체에 혼합되어 주입될 수도 있다. 이 경우에 상기 자성 나노 입자는 친유성 성질을 띨 수 있으며 쉘 내부에 분산되어 존재한다.

상기 저장물질은 약물(drug), 화장료(cosmetic), 촉매, 영양소 또는 효모 세포나 포유동물의 세포일 수 있다.

또한, 상기 저장물질로 물에 분산되는 비수용성 입자 등의 물질을 제한 없이 사용할 수 있다.

상기 저장물질의 함량에 대해 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 예를 들면, 상기 저장물질은 1~20 중량%가 제 1 유체에 용해 또는 분산될 수 있다.

상기 제 2 유체로는 중간상으로 중합가능한 제 1 고분자 단량체, 제 2 고분자 단량체 및 포로젠을 포함한다.

상기 제 1 고분자 단량체는 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트 기능기를 갖는 모노비닐기 단량체일 수 있다. 상기 제 1 고분자 단량체는 글리시딜메타크릴레이트(GMA, glycidyl methacrylate), 에틸아크릴레이트 (Ethyl acrylate), 부틸아크릴레이트 (Butyl acrylate), 2-하이드록시 에틸메타크릴레이트 (2-Hydroxyethylmethacrylate), 2,3-에피씨오프로필 메타크릴레이트(2,3-Epithiopropyl methacrylate), 에틸렌글리콜 메틸에테르 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 (Methyl methacrylate), 아크릴아마이드(Acrylamide), 페닐 메타크릴레이트 (Phenyl methacrylate), N-이소프로필아크릴아마이드 (N-isopropylacrylamide), 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 일 수 있다.

상기 제 2 유체는 제 1 고분자 단량체에 비해 많은 개수의 비닐기를 갖는 제 2 고분자 단량체를 포함할 수 있다. 제 2 고분자 단량체는 에톡실레이티드 트라이메틸올프로판 트리아크리레이트 (ETPTA, ethoxylated trimethylolpropane triacrylate), 에틸렌글리콜 다이메타크릴레이트 (Ethyleneglycol dimethacrylate), 다이비닐벤젠 (divinylbenzene), 2-하이드록시프로필렌 다이메타크릴레이트 (2-hydroxypropylene dimethacrylate), 트라이에틸렌글리콜 다이메타크릴레이트 (triethyleneglycol dimethacrylate), N,N’메틸렌 비스아크릴아미드 (N,N’-methylene(bis)acrylamide) 일 수 있다.

상기 포로젠은 기공형성물질(pore generator)로서, 상기 제 1 고분자 단량체와 제 2 고분자 단량체를 용해할 수 있으며, 고분자중합 과정에서 화학적인 변성이 일어나지 않는 비활성 저분자 유기물일 수 있다.

상기 포로젠은 저분자 오일류를 사용할 수 있다.

상기 포로젠은 탄소수 5~20의 알코올, 탄소수 5~20의 알케인, 톨루엔, 탄소수 4~6의 아세테이트, 예를 들어 부틸아세테이트 (Butyl acetate)일 수 있다.

상기 포로젠은 상기 제 2유체에 30중량% 미만, 바람직하게는 20중량% 이하로 함유될 수 있다. 상기 포로젠의 함유량이 30중량% 이상인 경우에는 쉘 형성이 어려울 수 있다.

상기 제 2 고분자 단량체는 제 1 고분자 단량체 100중량부 대비 0~300중량부 포함할 수 있다.

상기 제 2 유체는 중합을 위한 광개시제를 포함할 수 있으며, 상기 광개시제는 α-hydroxy ketone계, α-amino ketone계, benzionalkyether, benzophenone, benzyldimethylkatal, 1,1-dichloroacetophenone, 2-chlorothioxanthone 등을 포함하고, 2-hydroxy-2-methylpropiophenone, 이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.

광개시제를 추가로 사용하는 경우에는, 제 2 유체의 혼합물 대비 0.1~5 중량%, 바람직하게는 0.1~1 중량%를 사용할 수 있다.

본 발명은 연속상(제 3 유체)으로 물, 바람직하게는 계면활성제가 포함된 물을 사용할 수 있다.

도 1을 참고하면, 이중액적 형성 장치는 주입모세관(110), 수집모세관(120) 및 외곽모세관(130)을 포함한다. 상기 주입모세관의 내측에는 내부모세관(140)을 포함한다. 상기 주입모세관 내벽은 소수성을 나타낼 수 있다.

본 발명에서는 상기 내부모세관(140) 내측(A)으로 상기 제 1 유체를 주입하고 주입모세관(110)과 내부모세관(140) 사이 공간(B)으로 제 2 유체를 흘려준다. 또한, 연속상으로 제 3 유체를 상기 주입모세관(110)과 외곽 모세관(130)의 틈(C)으로 주입한다.

상기 제 1 유체와 제 2 유체는 주입모세관(110) 내부에서 상 분리되어 흐르게 되는데, 즉, 상기 주입모세관(110) 중심부에는 단속성의 제 1 유체가 흐르고, 상기 제 2 유체가 상기 주입모세관 내벽을 따라 상기 제 1 유체를 둘러싸며 흐른다. 상기 제 1 유체 및 제 2 유체가 상기 주입모세관(110)의 끝에 형성된 오리피스에서 제 3 유체 내부로 적하되면서 w/o/w 구조의 이중액적이 형성된다.

도 2를 참고하면, 상기 이중액적에 자외선을 가하여 상기 코어-쉘 형태의 미세캡슐을 제조할 수 있다.

이중액적의 중간상인 제 2 유체에 자외선을 가하면 단량체가 광중합되면서 고분자 막(쉘)을 형성한다. 상기 고분자 쉘의 두께는 20 ~ 5000 nm, 바람직하게는 20~1000 nm일 수 있다.

상기 이중 액적에 자외선을 가하면 상기 제 1 고분자 단량체와 제 2 고분자 단량체가 중합됨에 따라 상기 고분자들의 중량과 혼합에너지가 증가한다. 상기 제 1 고분자와 제 2 고분자의 중합도가 점점 증가하여 겔화점(gel point)을 넘으면 고형화되고, 결과적으로 고형화되는 제 1 고분자 또는 제 2 고분자와 상기 포로젠 사이에 상분리가 발생한다. 또한, 상기 중합을 좀 더 진행하면 고형화된 제 1 고분자 또는 제 2 고분자는 단일구조의 고분자 쉘을 형성한다.

상기 자외선에 의한 고분자 중합이 수초 내의 매우 짧은 시간에 수행되므로, 상분리 또한 매우 짧은 시간에 발생하고, 결과적으로, 국부적인 상분리(local phase separation)가 쉘 전체에 걸쳐 일어나므로 포로젠은 수~수백 나노 사이즈로 쉘 전체에 균일하게 분산될 수 있다.

도 2에서는 이중액적 형성 장치 후단에 UV 조사장치가 위치되어 이중액적이 만들어진 후 곧바로 자외선을 조사하고 있으나, 한편, 본 발명은 도 2 와 달리 생성된 이중액적을 모두 수집한 후 한 번에 자외선을 조사하여 경화하는 방법도 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 미세캡슐에 기공을 형성하는 단계는 상기 쉘에 상분리되어 존재하는 포로젠을 제거하는 단계이다.

상기 포로젠을 제거하는 단계는 유기용매 또는 물로 상기 자외선 경화된 이중액적을 세척하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 포로젠은 메탄올, 아세톤이나 물을 사용하여 상기 쉘로부터 제거될 수 있다. 메탄올이나 아세톤을 사용하면 짧은 시간에 포로젠을 제거할수 있다. 물을 단독으로 사용하는 경우 포로젠 제거에 다소 많은 시간이 소요될 수 있으나 내부에 세포를 담지하는 경우 생리활성을 유지시키기에 용이하다. 상기 기공은 포로젠이 제거된 영역이다.

상기 방법은 상기 포로젠의 종류나 함량을 조절하거나, 상기 포로젠과 제 1 고분자 단량체 또는 제 2 고분자 단량체 사이의 상분리 특성을 제어하여 상기 기공 크기를 조절할 수 있다.

상기 포로젠의 종류, 특히 포로젠의 분자량이 증가할수록 기공의 크기가 증가할 수 있다.

또한, 상기 제 2 유체 내에 첨가되는 상기 포로젠의 함량이 증가할수록 기공 사이즈가 크다. 예를 들면, 제 2 유체 내의 포로젠 함량이 10중량%인 경우보다 20중량%인 경우에 기공 사이즈가 더 크다.

상기 상분리 특성은 상기 고분자와 포로젠 사이의 상호작용 매개변수(interaction parameter), 고분자의 분자량 및 상기 고분자막의 두께 등에 의해 결정될 수 있다.

상기 고분자와 포로젠 사이의 친화도가 크면 상대적으로 낮은 상분리율을 보여주고, 결과적으로 생성되는 기공의 크기가 작다. 예를 들면, 단량체로서 ETPTA가 사용되는 경우, 부틸아세테이트는 1-decanol에 비해 ETPTA와의 친화도가 높아(낮은 상호작용 매개변수 값을 가짐) 생성되는 기공의 사이즈가 1-decanol보다 작다.

본 발명은 광중합 가능한 단량체를 중합시켜 쉘을 형성하므로, 특정 용매나 pH 조건에 거의 영향을 받지 않는 화학적으로 안정된 미세캡슐을 제공할 수 있다. 예를 들면, 고분자 용액을 중간상으로 하는 이중액적의 용매를 휘발시켜 만들어진 고분자 캡슐은 분자량이 낮기 때문에 극성용매에 쉽게 용해되지만, 본 고분자 캡슐은 상대적으로 큰 분자량의 단일 고분자막을 갖게 되어 극성용매에 대한 안정성을 보인다.

본 발명의 미세캡슐은 후술하는 바와 같이, 단일막으로 형성되고 탄성이 우수한 고분자를 선택하여 사용할 수 있어 유연성, 기계적 강도 및 내구성이 우수하다.

본 발명은 상기 기공의 크기가 세포의 크기보다 작도록 제어할 수 있다. 본 발명의 미세캡슐은 기공 사이즈보다 작은 타겟 물질만 선택적으로 투과할 수 있다. 즉, 본 발명의 마세캡슐은 기공보다 큰 이물질이 캡슐 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있어 사이즈에 따라 선택적으로 타겟 물질을 캡슐 내에 유입할 수 있다.

상기 미세캡슐은 세포의 저장, 이송 및 배양이 가능한 세포 배양기로 사용될 수 있다.

세포가 함유된 미세캡슐을 영양소가 들어있는 용액에 넣거나 영양소를 미세캡슐이 담지된 용액에 넣어주면, 영양소가 기공을 통해 미세캡슐 내부로 유입될 수 있다.

세포로는 효모, 대장균(E. coli) 등의 단세포생물 또는 이자섬의 베타세포 등의 동물세포가 사용될 수 있다.

다른 양상에서, 본 발명은 기공이 형성된 고분자 반투과성 미세캡슐에 관련된다. 상기 미세캡슐은 저장물질을 함유하는 코어 ; 및 상기 코어를 둘러싸고 기공이 균일하게 형성된 쉘을 포함하되, 상기 기공은 광중합 과정에서 형성된 고분자와 상분리되어 존재하는 포로젠이 고분자로부터 제거되어 형성된다.

상기 기공의 사이즈가 상기 저장물질의 사이즈보다 작아 상기 저장물질이 미세캡슐 내부에 담지되어 유출되지 않을 수 있다.

상기 미세캡슐은 기공 사이즈보다 작은 타겟 물질만 선택적으로 투과할 수 있다.

상기 저장물질은 세포, 약물(drug), 화장료(cosmetic), 영양소, 촉매, 금속나노물질 등이다.

상기 미세캡슐은 크기가 10~1000㎛, 바람직하게는 10~500㎛ 범위일 수 있다.

상기 기공은 크기가 1nm ~ 10㎛, 바람직하게는 1 ~ 1000 nm 범위일 수 있다.

상기 쉘의 두께는 20 ~ 5000 nm 일 수 있다.

상기 쉘은 반투과성 고분자막이다.

상기 미세캡슐에 대해서 앞에서 상술한 내용들을 참고할 수 있다.

이하 본 발명을 다음의 실시 예에 의해 좀 더 상세하게 설명하겠으나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 범위를 한정하는 것은 아니다.

실시예 1

도 1의 장치를 이용하여 미세캡슐을 제조하였다.

A 주입관과 C 주입관으로 10 wt%의 폴리비닐알코올 수용액(분자량 13,000~23,000), B 주입관으로 glycidyl methacrylate(GMA, Sigma-Aldrich), ethoxylated trimethylolpropane triacrylate(ETPTA, Sigma-Aldrich)와 1-decanol (Sigma-Aldrich)의 3성분 혼합물을(GMA : ETPTA : 1-decanol의 중량비 = 51 : 34 : 15) 첨가하였다. 여기에 광개시제로서 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethanone 1wt%를 첨가하였다. GMA : ETPTA는 약 3 : 2의 중량비로 조절하였다. 수집모세관 후단에서 2 wt%의 PVA와 40mM NaCl의 용액에 이중액적을 수집하고, 상기 액적에 대해 2W/㎠로 UV를 조사하였다. 이어서 메탄올과 아세톤, 물로 각각 3회 세척하였다.

실시예 2 내지 4, 비교예 1

실시예 1에서 GMA : ETPTA의 중량비를 3 : 2로 유지하고, 1-decanol의 중량을 0%(비교예 1), 10%(실시예 2), 15%(실시예 3), 20%(실시예 4)로 조절한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 5

포로젠으로 1-decanol을 부틸 아세테이트(15중량%)로 바꾸어 주입하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

실험 1

실시예 3(포로젠 함유 15중량%)에서 수득한 미세캡슐을 217nm 크기의 PS(적색염료로 코팅됨)와 녹색 형광색소(fluorescein isothiocyanate (FITC))가 부착된 덱스트란(분자량 2,000,000g/mol)이 분산된 용액에 넣어 하루정도 방치한 후 공초점현미경으로 관찰하고 이를 도 5의 a~c에 나타내었다.

또한, 비교예 1(포로젠 함유 0)에서 수득한 미세캡슐을 로다민 6G(Mw 479.02g/mol)가 분산된 용액에 넣어 하루정도 방치한 후 투과현미경 및 공초점현미경으로 관찰하고, 이를 도 5의 d~f에 나타내었다.

실험 2

실시예 3(포로젠 함유 15중량%)에서 수득한 미세캡슐을 녹색 형광색소(fluorescein isothiocyanate (FITC))가 부착된 덱스트란(분자량 20,000g/mol, 70,000g/mol, 150,000g/mol, 500,000g/mol, 2,000,000g/mol)이 분산된 용액에 넣어 하루 정도 방치한 후 공초점현미경으로 관찰하였다.

실험 3

실시예 5에서 수득한 미세캡슐을 녹색 형광색소(fluorescein isothiocyanate (FITC))가 부착된 덱스트란(분자량 500,000g/mol, 입자크기 약 30nm)과 rhodamine B isothiocyanate(RITC)-덱스트란(분자량 10,000g/mol, 입자크기 약 4,4nm, 적색)이 분산된 용액에 넣어 하루정도 방치한 후 공초점현미경으로 관찰하고 이를 도 7의 d~f에 나타내었다.

도 3의 a는 실시예 1에서 제조한 미세캡슐의 투과현미경 사진이고, 도 3의 b, c는 실시예 1에서 제조한 미세캡슐을 건조시켜 코어의 수분을 증발시킨 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 3의 d는 실시예 1에서 제조된 미세캡슐의 단면 SEM 이미지이다.

도 3의 a를 참고하면, 균일한 크기의 미세캡슐이 다량으로 제조되었음을 보여준다. 도 3의 b, c는 내부 수분의 증발로 인해 미세캡슐이 완전히 수축되었으나 막(쉘)은 파괴되지 않고 그대로 유지되고 있음을 보여준다. 이것은, 실시예 1에서 제조된 미세캡슐이 기계적으로 매우 안정적이며 유연성이 매우 크다는 것을 보여준다. 도 3의 d는 쉘 전체에 걸쳐 기공이 균일한 크기와 형상을 가지고 있음을 보여주고, 기공이 쉘 내부와 외부를 연통시켜 주고 있음을 보여준다.

도 4는 실시예 2 내지 4와 비교예 1에서 제조한 미세캡슐의 평균 기공 사이즈를 나타낸 것이다. 도 4를 참고하면, 비교예 1에서는 기공이 거의 생성되지 않으며, 실시예 2 내지 4에서는 기공 사이즈가 각각 160nm, 205nm 및 295nm이다. 도 4는 포로젠의 중량%가 증가할수록 기공의 크기가 증가함을 보여준다.

도 5는 실시예 3과 비교예 1의 투과도를 비교한 것이다. 도 5의 d~f를 참고하면, 비교예 1에서는 분자의 직경이 1 nm 수준인 로다민 6G가 캡슐 내부로 확산되지 못하였으므로 비교예 1의 미세캡슐막에는 기공이 형성되지 않았음을 보여준다. 이에 반해, 도 5의 a~c를 참고하면, 실시예 1에서는 입자사이즈가 217nm인 PS(적색)는 캡슐내부로 확산되지 못한 반면 약 60 nm인 덱스트란 입자(녹색)는 내부로 확산되었다. 즉, 이러한 실험결과는 실시예 3에서 제조한 미세캡슐의 기공 사이즈가 60~217nm 범위에 있음을 보여준다.

도 6은 실험 2에서 미세캡슐 내부의 형광세기(I(t)/I_max)를 시간에 따라 나타낸 것이다. 도 6을 참고하면, 입자사이즈가 작은 FITC-덱스트란 20,000g/mol(약 7nm)가 입자 사이즈가 큰 FITC-덱스트란 70,000g/mol(약 12nm), FITC-덱스트란 1500,000g/mol(약 17nm)에 비해 투과 속도가 각각 3.44배, 8.23배 크다는 것을 확인할 수 있다.

도 7의 a는 실시예 5에서 제조한 미세캡슐의 투과현미경 사진이고, 도 7의 b, c는 실시예 5에서 제조한 미세캡슐을 건조시켜 코어의 수분을 증발시킨 주사전자현미경(SEM) 사진을 보여준다. 도 7의 d~f는 실험 3의 결과를 촬영한 SEM이미지이다. 도 7의 b, c를 참고하면, SEM 이미지로는 기공의 확인이 어렵다. 도 7의 d~f를 참고하면, 녹색 형광색소(fluorescein isothiocyanate (FITC))가 부착된 덱스트란(30nm)은 캡슐 내부로 확산되지 못하였으나, 적색형광색소가 부착된 덱스트란(4,4nm)은 캡슐내부로 확산되었음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 5에서 제조한 미세캡슐은 기공 사이즈가 4.4nm~30nm 범위에 있을 것으로 예상된다.

이상에서, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다.

Claims (14)

1. 내부상으로 저장물질을 포함하는 제 1 유체, 중간상으로 중합가능한 제 1 고분자 단량체 및 포로젠(porogen)을 포함하는 제 2 유체, 연속상으로 계면활성제를 포함하는 친수성의 제 3 유체를 주입하여 이중 액적을 형성하는 단계 ;
   상기 이중 액적에 자외선을 가하는 단계 ; 및
   상기 포로젠을 제거하여 기공을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 이중 액적에 자외선을 가하는 단계는 상기 제 1 고분자 단량체를 중합시키는 단계 및 중합되어 형성된 제 1 고분자와 상기 포로젠 사이에 상분리가 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 포로젠을 제거하는 단계는 유기용매 또는 물로 상기 자외선 경화된 이중액적을 세척하는 단계인 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 유체는 제 1 고분자 단량체에 비해 많은, 혹은 적은 개수의 비닐기를 갖는 제 2 고분자 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 포로젠은 상기 제 1 고분자 단량체를 용해하고, 극성을 띄는 비활성의 저분자유기물인 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 포로젠은 탄소수 5~20의 알코올, 탄소수 5~20의 알케인, 톨루엔, 탄소수 4~6의 아세테이트 등 비활성의 저분자유기물인 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 포로젠은 상기 제 2유체에 30중량% 미만으로 함유되는 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 방법은 상기 포로젠의 종류나 함량을 조절하거나, 상기 포로젠과 제 1 고분자 단량체 및 제 2 고분자 단량체 사이의 상분리 특성을 제어하여 상기 기공 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 상분리 특성은 상기 상분리되는 고분자와 포로젠 사이의 상호작용 매개변수(interaction parameter), 분자량 및 상기 고분자막의 두께 중 적어도 어느 하나 이상에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐의 제조방법.
10. 저장물질을 함유하는 코어 ; 및
    상기 코어를 둘러싸고 기공이 균일하게 형성된 쉘을 포함하되, 상기 기공은 광중합 과정에서 형성된 고분자와 상분리되어 존재하는 포로젠이 제거되어 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐.
11. 제 10항에 있어서, 상기 저장물질은 약물(drug), 화장료(cosmetic), 촉매, 영양소 또는 세포인 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐.
12. 제 10항에 있어서, 상기 미세캡슐은 크기가 10~1000 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐.
13. 제 10항에 있어서, 상기 기공은 크기가 1 nm~10 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐.
14. 제 10항에 있어서, 상기 쉘의 두께는 20 ~ 5000 nm 인 것을 특징으로 하는 고분자 반투과성 미세캡슐.

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