KR20170141189A - 폴리(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트 마이크로겔, 제조 방법 및 용도 - Google Patents

폴리(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트 마이크로겔, 제조 방법 및 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트) 마이크로겔, 이의 제조 방법 및 다양한 응용 분야 예컨대 광학, 전자, 약학 및 화장품에서의 이의 용도에 관한 것이다.
이러한 마이크로겔은 단분산성, pH-반응성 및 온도-반응성인 장점을 가진다. 이는 자성의 나노입자 또는 생리활성 분자를 수송한다. 이러한 마이크로겔은 또한 투명한 필름을 형성할 수 있고, 이는 신규한 광학 및 전자기계적 특성을 가진다.

Description

폴리(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트 마이크로겔, 제조 방법 및 용도
본 발명은 폴리(올리고-(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트) 마이크로겔, 수성 매질에서의 이의 제조 방법 및 다양한 응용 분야 예컨대 광학, 전자, 센서, 화장품, 약학 및 의학 진단에서의 이의 용도에 관한 것이다.
이러한 마이크로겔은 단분산성이고, pH-반응성 및 온도-반응성이고, 유기 분자 또는 무기 입자를 혼입할 수 있는 장점을 가진다. 무기 나노입자가 임의로 충전된 이러한 마이크로겔의 콜로이드 용액으로부터 제조된 필름은 매우 유리한 광학적 및 전자기계적 특성을 가진다.
온도-반응성 마이크로겔의 다양한 화학물질이 존재한다. 주요 부류는 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) (PNIPAM)에 기초하고, 덜 일반적으로 폴리(N-비닐카프로락탐) (PVCL) 또는 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한다.
문헌에 기재된 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트) 마이크로겔의 다양한 합성 경로는 모노머 예컨대 디(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 모노머 (M(EO)2MA, 다소 소수성임), 및 펜타(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 모노머 (M(EO)5MA, 다소 친수성임)의 조합을 수반한다.
P(M(EO)2MA-co-M(EO)5MA)에 기초한 온도-반응성 코어 및 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트) 및 폴리(아크릴산) (P(M(EO)2MA-co-M(EO)5MA-co-AA))의 혼합물에 기초한 쉘로 구성되는 온도-반응성 및 pH-반응성 마이크로겔의 합성은 문헌 [Chi, C., T. Cai, and Z. Hu, Oligo (ethylene glycol)-Based Thermoresponsive Core-Shell Microgels . Langmuir, 2009. 25: p. 3814-3819]에 기재되어 있다. 이러한 마이크로겔은 소수성 코어 및 친수성 쉘을 갖는 코어/쉘 구조를 가진다.
생리활성 분자를 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한 마이크로겔에 혼입하는 것이 제시된 바 있다.
예를 들면, 폴리머를 희생 규소 입자(sacrificial silica particle)에 그라프팅시켜 수득된 폴리(M(EO)2MA) 코어 및 폴리(M(EO)2MA-co-M(EO)5MA) 쉘 및 폴리(M(EO)2MA-코-OEGMA) 나노캡슐로 이루어진 온도-반응성 마이크로겔은 문헌 [Zhou, et al., Engineering oligo (ethylene glycol)-based thermosensitive microgels for drug delivery applications. Polymer, 2010. 51: p. 3926-3933]; 및 문헌[Wang, et al., Preparation of biocompatible nanocapsules with temperature-responsive and bioreducible properties, Journal of Materials Chemistry, 2011. 21: p. 15950]에 의하여, 유효 성분의 전달을 위해 각각 제안된 바 있다.
무기 나노입자를 함유하는 공지된 하이브리드 (또는 나노복합체) 온도-반응성 마이크로겔은 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) (PNIPAM)에 기초한 마이크로겔이다. 이러한 마이크로겔은 생체적합성이지 않은 단점을 가진다.
이러한 물질을 제조하기 위한 첫 번째 방법은 나노입자의 존재 하에 마이크로겔을 합성하는 것으로 구성된다. 이러한 전략은 중합의 복잡성으로 인해 이러한 하이브리드 마이크로겔의 제조를 곤란하게 한다. 혼입된 나노입자의 비율은 일반적으로 작고, 마이크로겔은 다분산성이다. 또한, 이는 나노입자가 균일하게 분포된 코어-쉘 유형 구조를 일반적으로 생성한다.
두 번째 방법은 우선 이온성 기에 의해 작용화된 온도-반응성 마이크로겔을 합성하는 것으로 구성된다. 다음으로, 무기 나노입자는 나노입자의 전구체 염의 공침전에 의해 혼입된다. 출원 WO　2004/081072는 예를 들면 나트륨 아크릴레이트 (-COO- Na+) 음이온성 단위 및 다양한 나노입자 예컨대 자성 (Fe3O4) 입자, 금 (Au) 입자, 및 양자점 (CdTe, CdS) 입자의 전구체 염의 원위치에서의 공침전을 기재하고 있다.
세 번째 방법은 용매 이동에 의한 무기 나노입자의 혼입으로 구성된다. 소수성 무기 나노입자는 합성되어 유기상에 분산된다. 온도-반응성 마이크로겔은 나노입자를 함유하는 용액에 첨가되고, 이후 모두가 수용액으로 이동되고, 이는 마이크로겔 중에 나노입자를 캡슐화한다. 이러한 방법은 광발광의 응용분야에 대해 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) 마이크로겔 및 양자점 (CdS) 나노입자를 사용하는 특허의 대상이다 (US 7914710).
최종 네 번째 방법은 이온성 전하를 갖는 마이크로겔을 합성하고, 마이크로겔의 표면에서 반대 전하의 나노입자를 흡착하는 것으로 구성된다. 2-아미노에틸 메타크릴레이트 (AEMA) 양이온성 기를 갖는 폴리(스티렌-코-N-이소프로필아크릴아미드) 라텍스의 제조는 출원 WO 1997/045202에 기재되어 있다. 표면에서 음전하로 하전된 자성 γ-Fe2O3 나노입자는 정전기 상호작용에 의해 라텍스의 표면에서 흡착되었다. 나노입자는 이후 하이브리드 라텍스의 표면에서의 PNIPAM의 신규한 외부쉘의 합성에 의해 구조 내에 포집되었다.
보다 최근에서, 양전하를 갖는 나노입자 (TiO2)가 아크릴레이트 (COO-) 기를 포함하는 단위에 의해 하전된 PNIPAM 마이크로겔 구조에 혼입되었다 (US 8158005).
마이크로겔, 특히 자기 특성을 갖는 온도-반응성 마이크로겔의 사용은 특정 분야에서 박막의 형태로의 이의 제조를 요구한다.
수성상에 사전분산된 마이크로겔로 구성된 박막의 형성은 2개의 상충되는 인자를 조화시키는 것이 필요하기 때문에 곤란한 합성법이다. 수성상에 분산된 마이크로겔은 마이크로겔이 응집되거나 또는 침강되는 것을 방지하는 반발 전하(repulsive charge)에 의해 안정화된다. 그러나, 마이크로겔은 서로 상호작용하여 필름을 형성하기 위해 마이크로겔의 층을 형성하여야 한다. 다수의 방법이 이들을 형성하기 위해 개발된 바 있다.
개질된 표면 상에 마이크로겔을 자기-조립하기 위한 첫 번째 방법은 이의 표면 상에 이온성 전하를 생성하기 위해 전처리된 기재의 표면 상에 마이크로겔을 부착하는 것으로 구성된다. 마이크로겔은 일반적으로 중합 개시제로부터 유도된 또는 이온성 코모노머로부터 유도된 이온성 기를 가진다. 마이크로겔은 반대로 하전된 기와의 정전기 상호작용에 의해 기재의 표면에 부착될 수 있다. 이러한 기술은 기재 상에 마이크로겔의 박막을 침착시키는 것을 가능하게 하고 (단층 기술), 그러나 또한 연속적인 표면 처리에 의해 이러한 층을 증가시키는 것도 가능하다 (층상 기술(Layer-by-Layer technique). 폴리(N-이소프로필아크릴아미드-코-아크릴산) 또는 P(NIPAM-co-AA)에 기초한 마이크로겔은 3-아미노프로필트리메톡시실란 (APTMS) 기에 의해 그라프팅되는 기재 상에 이러한 기술에 따라 침착되었다. 마이크로겔의 각 층 다음에, 양전하를 갖는 폴리머 (폴리(알릴아민 하이드로클로라이드) PAH 또는 폴리(에틸렌 이민) PEI)가 아민의 산도 상수에서의 더 낮은 pH에 대해 양전하를 재생하기 위해 개질된 기판에 첨가되었다.
기재 상에 침착된 마이크로겔의 필름은 유효 성분 예컨대 당뇨병의 치료를 위한 인슐린 (Nolan, C.M., M.J. Serpe, and L.A. Lyon, Thermally Modulated Insulin Release from Microgel Thin Films. Biomacromolecules, 2004. 5(5): p. 1940-1946) 또는 암 세포의 치료를 위한 독소루비신 (Serpe, M.J., et al., Doxorubicin Uptake and Release from Microgel Thin Films. Biomacromolecules, 2005. 6(1): p. 408-413)의 전달을 위해 사용되고 있다.
이러한 기술은 마이크로겔의 박막의 제조에 대해 본질적인 파라미터 (예컨대 마이크로겔의 필름 두께 및 구조화)를 조절하는 장점을 가진다. 이러한 공정의 단점은 특정 마이크로겔 (하전된 마이크로겔) 및 전처리된 기재의 사용을 요구하는 이의 제조 복잡성에 있다. 이는 임의의 표면 상에서의 마이크로겔의 임의의 직접적인 사용을 방해한다.
콜로이드 입자를 캡슐화하는 하이드로겔 필름의 두 번째 제조 방법은 가요성의 습윤 필름을 형성하기 위해 하이드로겔 중에 입자를 캡슐화하는 것으로 구성된다. 이러한 공정은 포토닉 응용분야에 대해 주로 연구된다. 이러한 아이디어는 어셈블리된 입자의 광학적 특성과 습윤 상태의 하이드로겔의 기계적 특성을 조합하는 것이다. 일부 예는 문헌에 기재되어 있고, 주로 경질 구체의 형태로의 폴리(스티렌) 입자를 사용한다. E. Tian 외 다수는 다수의 구조화된 층으로서 폴리(스티렌-코-메틸 메타크릴레이트-코-아크릴산) 입자를 어셈블링시켰고, 전부를 폴리(아크릴아미드) 하이드로겔 중에 캡슐화시켰다 (Tian, E., et al., Colorful humidity sensitive photonic crystal hydrogel . Journal of Materials Chemistry, 2008. 18: p. 1116-1122). 2개의 개체의 조합은 포토닉 하이드로겔(photonic hydrogel)을 개발하는 것을 가능하게 한다. 보다 최근에, H. Jiang 외 다수는 또한 폴리(비닐 알코올) 또는 PVA 하이드로겔 중에 폴리(스티렌) 입자를 캡슐화하였다 (Jiang, H., et al., Photonic crystal pH and metal cation sensors based on poly (vinyl alcohol) hydrogel . New Journal of Chemistry, 2012. 36: p. 1051-1056.]).
보다 최근에, H. Kim 외 다수는 자기장의 영향 하에 이산화규소 (SiO2)로 코팅된 산화철 (Fe3O4)의 자성 입자를 어셈블링시켰고, 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 모노머 및 광개시제의 혼합물 중에 이러한 어셈블리를 캡슐화시켰다. 이러한 혼합물의 광중합은 폴리(에틸렌 글리콜) 아크릴레이트) 수지 중에 입자를 고정시키는 것을 가능하게 한다. 벌크 내에 고정된 자성 입자는 인가된 자기장으로 정의될 수 있는 광자의 특성을 가진다 (US 2012/0028834). 이러한 기술은 보다 가용성인 마이크로겔 필름을 제조하는 장점을 가지고, 이는 필름이 고체 지지체가 아닌 용액 중의 "연질의" 하이드로겔에 의해 지지되기 때문이다. 그러나, 이러한 입자의 이러한 필름의 제조는 복잡한 채로 남아 있고, 다양한 중합 단계가 요구되며, 이는 입자의 직접 사용 과정에서 임의의 자발적인 자기-조립을 방해한다.
마이크로겔 필름을 형성하기 위한 세 번째 방법은 마이크로겔의 표면에 반응성 작용기를 첨가하는 것으로 구성된다. 이러한 작용화는 마이크로겔의 합성 과정에서 코모노머의 첨가에 의해 제공된다. 이러한 반응성 작용기는 서로 공유 결합을 형성할 수 있거나, 또는 다른 개체와의 반응에 의해 공유 결합을 형성할 수 있다. 이후, 각각의 마이크로겔 사이에 가교결합 지점을 형성하는 것이 가능하고, 이 모든 것은 서로 화학적으로 결합된 마이크로겔로 구성된 필름을 생성한다. 이러한 자기-조립 공정은 주로 포토닉 응용분야에 대해 연구된다. 자기 조립 공정은 마이크로겔의 합성 과정에서 첨가되는 작용기의 유형에 좌우된다. 대다수의 이러한 연구는 PNIPAM-계 마이크로겔의 어셈블리에 중점을 두고 있다.
첫 번째 방법은 PNIPAM 마이크로겔 내에 폴리(아크릴산) (또는 PAA)을 첨가하는 것으로 구성된다. 마이크로겔의 자기 조립은 PAA의 카복실산 작용기들 사이의 약한 상호작용에 기인하여 일어난다. 전체의 상호작용은 마이크로겔을 자기 조립시키고, 매질을 겔화시키는 것을 가능하게 한다.
가교결합제의 PNIPAM 마이크로겔의 용액으로의 첨가에 의해, 또는 PNIPAM-co-NMA 마이크로겔 (NMA: N-메틸올 아크릴아미드 또는 N-하이드록시메틸 아크릴아미드)의 중축합에 의해 공유 결합을 생성하는 것으로 구성되는 두 번째 방법이 또한 제시된 바 있다. 마이크로겔은 마이크로겔의 분산액의 간단한 건조에 의해 자기 조립된다. 필름의 형성은 가교결합제의 열적 후중합(thermal post-polymerization) 또는 NMA의 열적 및 산-염기 촉매화 축합의 추가적인 단계를 요구한다.
한 연구는 표면-중합성 작용기를 갖는 올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트 유도체 마이크로겔을 사용하였다. 이러한 마이크로겔은 포토닉 응용분야에 대한 이의 어셈블리 과정에서 UV 광중합에 의해 가교결합되었다. 그러나, 필름 형성은 대략 수주의 매우 긴 건조 시간을 요구한다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 마이크로겔에 대한 하기 장점 중 적어도 하나를 갖는 올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트 마이크로겔을 제시하는 것이다; 단분산성; pH-반응성; 생체적합성; 반대로 하전된 나노입자의 흡착에 의한 하이브리드 (또는 나노복합체) 마이크로겔의 형성 가능성; 간단한 건조 공정에 의한 다수의 층에서의 자기 조립 가능성; 투명 필름의 형성 가능성; 점착성 및 탄성 필름의 형성 가능성; 필름의 형태로서, 압착 효과를 통한 전위의 생성 가능성; 필름의 형태로서, 광을 회절시키고 이에 따라 색상을 발생시키는 가능성.
특정 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)가 주위 온도에서의 물의 증발에 의한 높은 필름-형성 잠재성을 가지는 것이 본 발명의 맥락 내에서 발견되었다. 특히, 본 발명은 우선 구조화 특성을 갖는 박막의 형태로의 자성의 하이브리드 마이크로겔의 자기 조립을 제시한다.
본 발명의 마이크로겔 필름은 완전하게 자가-지지되는 장점을 가진다. 마이크로겔이 캡슐화되거나 또는 지지되지 않기 때문에, 필름 형성 과정에서 마이크로겔 및 이들이 침착되는 기재, 예컨대 피부 사이의 상호작용이 최대가 된다. 필름은 주위 온도에서의 간단한 건조에 의해 수득되고, 라디칼 개시제를 필요로 하지 않는다. 나노입자를 임의로 함유하는 본 발명의 마이크로겔은 투명 필름을 형성하기 위해 다수의 층에서 자기 조립될 수 있다.
또한, 본 발명의 맥락에서, 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트) 마이크로겔이 기계적 작용에 의한 전기장을 생성할 수 있는 고분자전해질(polyelectrolyte material)인 것으로 발견되었다.
본 발명은 임의로 염화된 -COOH 기의 존재로 인해 수중에서의 온도 및/또는 pH의 변화에 대한 반응성 및 또한 콜로이드 특성을 갖는 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트) 마이크로겔에 관한 것이다.
본 발명의 의미 내에서, "마이크로겔"은 건조 상태 (즉, 2 중량% 미만의 수분을 함유함)에서 100 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 350 내지 450 nm으로 변화하는, 더 바람직하게는 약 400 nm의 크기를 갖는 구형 입자의 형태로의 가교 결합된 폴리머인 것으로 이해된다. 본 발명의 마이크로겔은 다수의 모노머의 수성상 공중합의 공정에 의해 수득될 수 있는 의미에서의 마이크로하이드로겔이다. 본 발명의 마이크로겔은 코어/쉘 구조를 가지지 않는다: 이를 형성하는 모노머는 특정한 특성을 부여하는 입자의 체적 전반에서 균일하게 분포된다.
본 발명의 마이크로겔은 동시에 단분산성, 온도-반응성, pH-반응성 및 생체적합성의 장점을 가질 수 있다. 폴리(알킬아크릴아미드)에 기초한 일반적인 구조인 선행 기술의 온도-반응성 마이크로겔과 달리 본 발명의 마이크로겔은 동시에 온도-반응성 및 생체적합성일 수 있다.
본 발명의 마이크로겔은 분지형 산화에틸렌 반복 단위 및 카복실산 (-COOH) 또는 카복실레이트 (-COO-) 기를 포함하는 단위의 혼합물을 포함하는 신규성을 가지고, 이의 함량은 목표한 응용분야에 따라 변화되는 것이 가능하다. 이러한 기는 마이크로겔에 pH-반응성을 부여한다.
따라서, 본 발명의 제1 대상은 가교결합제의 존재 하에서 하기 3개의 모노머의 수성상 침전 중합에 의해 수득가능한 마이크로겔이다:
- 디(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)2MA),
- 올리고(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)nMA) (n은 3 내지 12의 범위, 바람직하게는 8 내지 10의 범위의 정수임),
- 화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머(여기서 R1, R2, R3 및 R4는 수소, 할로겐 또는 탄화수소 기를 나타내고, 4개의 기 중 적어도 하나는 -COOH 또는 -COO-M+ 기를 포함하고, M+는 양이온을 나타낸다).
나머지 본문에서, 용어 "-COOH"는 간소화를 위해 -COOH 산 형태 또는 -COO-M+ 염화 형태를 의미한다.
M(EO)2MA는 예를 들면 모노머의 총 몰수의 50 몰% 내지 90 몰%를 나타내고, M(EO)nMA는 바람직하게는 모노머의 총 몰수의 10 내지 50 몰%를 나타내고, 화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머는 바람직하게는 모노머의 총 몰수의 0.1 몰% 내지 20 몰%를 나타내고, 이러한 3개의 함량의 합은 100%이다.
M(EO)2MA 및 M(EO)nMA 사이의 몰비는 바람직하게는 1:1과 20:1의 사이, 예를 들면 5:1과 10:1의 사이이다. 본 발명의 의미에서, 표현 "사이(between)"는 이를 연결하는 수치적 한계값을 배제한다. 다른 한편, 표현 "...의 범위"는 언급된 한계값을 포함한다.
화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머의 몰수는 3개의 모노머의 총몰의 총수의 0 내지 20 몰%, 예를 들면, 0.1 내지 5 몰%의 범위일 수 있다.
하나의 구현예에 따라, M(EO)2MA는 예를 들면 3개의 모노머의 총 몰수의 80 내지 90 몰%를 나타내고, M(EO)nMA는 바람직하게는 모노머의 총 몰수의 5 내지 15 몰%를 나타내고, 메타크릴산은 바람직하게는 모노머의 총 몰수의 0.1 내지 10 몰%를 나타내고, 3개의 함량의 합은 100%이다.
화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머는 바람직하게는 R1 및 R2 각각은 수소를 나타내고, R3는 H 또는 알킬기이고, 바람직하게는 -OH 또는 -COOH로 임의로 치환된 C1-C6 알킬기이고, R4는 독립적으로 R3, -COOH 기 또는 알킬기, 바람직하게는 -OH 또는 -COOH로 임의로 치환된 C1-C6 알킬기를 나타내는 것이다. 알킬기는 메틸, 에틸 또는 n-부틸일 수 있다. 하나의 특정 구현예에 따라, R1 및 R2 각각은 수소이고, R3 및 R4는 독립적으로 -H, -COOH, 또는 -CH2-COOH를 나타낸다.
화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머는 예를 들면 메틸 아크릴산, 메틸 메타크릴산, 에틸 아크릴산, 에틸 메타크릴산, n-부틸 아크릴산 및 n-부틸 메타크릴산으로부터 선택될 수 있다.
하나의 구현예에 따라, 화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머는 메타크릴산 또는 이타콘산일 수 있다. 아크릴산은 특정 경우에서 화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머의 정의로부터 배제될 수 있다.
가교결합제는 1 내지 10개의 에틸렌 글리콜 단위를 포함하는 올리고(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 1,3-부탄디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 디아크릴레이트 모노스테아레이트, 글리세롤 1,3-디글리세롤레이트 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 폴리(프로필렌 글리콜) 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 에톡실레이트 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 벤조에이트 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 1,3-부탄디올 디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트, 글리세롤 디메타크릴레이트, N,N-디비닐벤젠, N,N-메틸렌비스아크릴아미드, N,N-(1,2-디하이드록시에틸렌)비스아크릴아미드, 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴아미드, 알릴 디설파이드, 비스(2-메타크릴로일)옥시에틸 디설파이드 및 N,N-비스(아크릴로일)시스타민으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
가교결합제는 예를 들면 3개의 모노머의 총 몰수의 1 내지 5 몰%를 나타낸다.
사용되는 모노머는 바람직하게는 디(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)2MA, Mn 250 g.mol-1), 올리고(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)9MA, Mn 475 g.mol-1), 메타크릴산 (MAA)이다.
가교결합제는 예를 들면 4 내지 5개의 산화에틸렌 단위를 포함하는 올리고(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (OEGDA, Mn 250 g.mol- 1)이다. 바람직한 모노머 및 가교결합제의 화학 구조는 도 1에 나타나 있다.
본 발명의 마이크로겔의 평균 크기는 이것이 건조되거나 또는 수용액 중에 있는지 여부에 따라 변화될 수 있다: 따라서, 건조 상태의 마이크로겔은 이것이 20℃의 수용액에 배치되는 경우 이의 초기 크기의 4배에 도달될 수 있다. 건조 상태의 본 발명의 마이크로겔의 평균 크기는 100 내지 1000 nm의 범위일 수 있다. 60°의 각도 및 20℃의 온도에서 측정된 마이크로겔의 유체 역학 라디칼 분포 함수는 유리하게는 1.1 미만이고, 이는 마이크로겔에 단분산성의 품질을 부여한다.
본 발명의 마이크로겔은 유기 또는 무기 입자를 포함할 수 있다: 이러한 경우, 이는 하이브리드 마이크로겔로서 일반적으로 알려져 있다. 혼입된 입자는 바람직하게는 1 내지 150 nm, 예를 들면 5 내지 50 nm의 크기를 가지고, 이는 나노입자로서 알려져 있다. 나노입자는 자성을 띠거나 띠지 않을 수 있다.
본 발명의 2번째 대상은 자성 나노입자를 함유하는 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한 단분산성, 온도-반응성 및 자성의 하이브리드 마이크로겔, 및 이러한 하이브리드 마이크로겔의 제조 방법이다.
본 발명의 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한 특정 단분산성, 온도-반응성 및 자성의 하이브리드 마이크로겔은 하기 적어도 2개의 모노머로부터 얻어진다:
- 디(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)2MA), 및
- 올리고(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)nMA), (n은 3 내지 12의 범위의 정수임), 및 임의로 존재할 수 있는 하기의 3번째 모노머:
- 화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머(여기서 R1, R2, R3 및 R4의 4개의 기 중 적어도 하나는 -COOH 또는 -COO-M+ 기를 포함하고, M+는 양이온을 나타내는 조건으로 R1, R2, R3 및 R4는 수소, 할로겐 또는 탄화수소 기를 나타낸다).
본 발명의 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한 단분산성, 온도-반응성 및 자성의 하이브리드 마이크로겔의 제조 방법은 하기로 이루어진다:
- 나노입자의 표면에서 양전하로 하전되고, 수용액 중에 배치된 나노입자의 콜로이드 분산액을 제조하는 단계,
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 마이크로겔의 수성 콜로이드 분산액을 제조하는 단계,
- 2개의 콜로이드 분산액을 혼합하고, 나노입자의 등전위점 위로 pH를 조정하는 단계.
일 구현예에 따라, 나노입자는 본 발명의 하이브리드 마이크로겔이 하기 2개의 콜로이드 분산액을 단순히 혼합함으로써 제조되는 범위에서 이것이 수용액에 배치되는 경우 이의 표면에서 양전하로 하전된다: 마이크로겔의 제1 콜로이드 분산액 및 나노입자의 제2 콜로이드 분산액. 이러한 공정의 성공을 가능하게 하는 중요한 파라미터는 한편 마이크로겔 내에 균질하게 분포된 카복실 또는 카복실레이트 기의 첨가에 있고, 다른 한편 나노입자의 표면 양전하에 있다. 이 모든 것은 조절된 방식으로 최종 물질의 콜로이드 및 온도-반응성 특성을 유지하면서도 마이크로겔 내의 나노입자를 캡슐화하는 것을 가능하게 한다. 마이크로겔의 하이브리드 구조 및 또한 이의 온도-민감성 특성은 본 발명에서 입증된다. 마이크로겔 내의 나노입자의 혼입은 우선 캡슐화된 자성의 나노입자의 대량의 정량적 함량 (하이브리드 마이크로겔당 나노입자의 0 내지 33 wt% 범위에서 시험되는 충전제 함량)으로 입증된다. 수용액 중의 하이브리드 마이크로겔의 온도-반응성 특성은 자성의 나노입자 충전제 함량과 관계없이 입증된다.
일 구현예에 따라, 나노입자는 광학, 화장품, 농식품 또는 약학 분야에서 일반적으로 사용되는 안료, 염료 또는 자외선 차단제이다.
입자는 적어도 하나의 금속 또는 하나의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 금속은 금, 은, 주석, 티탄, 구리 또는 알루미늄일 수 있다. 금속 산화물은 철, 티탄, 아연, 크롬 및 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 입자는 예를 들면 하기 화합물 중 적어도 하나를 포함한다: TiO2, Fe2O3, TiFe2O5, Ti-아산화물, Fe3O4, Cr2O3, ZrO2, ZnO, SnO2, Sn(Sb)O2.
일 구현예에 따라, 나노입자는 1 내지 150 nm, 예를 들면 6 내지 30 nm의 크기를 갖는 산화철 (Fe2O3, 마그헤마이트)의 자성의 나노입자이다.
자성의 나노입자는 수성상에서의 금속염(Fe2+ 및 Fe3+)의 공침전에 이어서, 양전하에 의해 용액 중에서 안정화되는 자성의 나노입자 (γ-Fe2O3)를 제조하기 위한 산화에 의해 합성될 수 있다. 마그헤마이트 나노입자의 합성을 위한 방법은 문헌 [Massart, R., Preparation of aqueous magnetic liquids in alkaline and acidic media. IEEE Trans. Magn., 1981. 17(2): p. 1247-1248]에 의해 개발된 것일 수 있다.
폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트) 및 나노입자에 기초한 온도-반응성 하이브리드 마이크로겔의 제조는 바람직하게는 콜로이드 분산액의 형태로의 2개의 성분을 혼합하는 공정에 의해 실시될 수 있다. 수용액에 배치된 나노입자는 이들이 마이크로겔과의 접촉되는 경우 표면에서 양전하로 하전될 수 있다. 하이브리드 마이크로겔의 안정성은 나노입자의 캡슐화를 유지하면서도 무기 나노입자의 등전위점 위로 pH를 증가시켜 수득된다.
이러한 공정은 간단하게 실시되는 장점을 가진다. 마이크로겔 내의 카복실산 또는 카복실레이트 기의 균질한 분포 및 표면에서 양전하로 하전된 나노입자의 선택은 최종 물질의 콜리이드 및 온도-반응성 특성을 유지하면서 조절된 방식으로 마이크로겔 내에 나노입자를 캡슐화를 가능하게 한다.
본 발명의 하이브리드 마이크로겔은 콜로이드, pH 및 온도-반응성 특성의 손실 없이 최대 50 중량%, 특히 최대 35 중량%의 나노입자를 함유할 수 있다. 하이브리드 마이크로겔당 나노입자의 함량은 열중량 분석 (TGA)의 의해 결정될 수 있다.
나노입자를 임의로 포함하는 상기 기재된 마이크로겔은 상기 마이크로겔의 수성 현탁액을 건조시키거나 또는 증발시키는 공정에 의해 마이크로겔의 하나 이상의 층을 구성하는 필름을 형성하기 위해 자기 조립(self-assembling)될 수 있다.
형성된 필름은 응집성이고 탄성적이다. 따라서, 본 발명의 마이크로겔은 케라틴 물질 상의 이러한 조성물의 고정력을 개선하도록 화장품 조성물에서 필름 형성제로서 사용될 수 있다. 건조 이후, 필름은 이들이 수중에서 함침되는 경우 재분산되지 않는다.
마이크로겔 및 이들이 형성하는 필름은 압착 효과 (도넌 효과)를 통해 전위를 생성할 수 있다. 필름은 카복실레이트 (COO-) 작용기로부터 유도된 이온성 부위를 갖는 마이크로겔로부터 제조된다. 이러한 이온성 부위는 구조 내에 구속되고, 마이크로겔 (예를 들면, 고분자전해질 마이크로겔) 내에서 극성을 생성한다. 필름이 압력에 가해지는 경우, 반대이온의 이동은 표면과 필름의 벌크 사이에 전위 차이를 생성하는 필름 내에서 극성을 생성하도록 도울 수 있다. 본 발명자는 메타크릴산의 존재가 필름의 전자기계적 특성을 개선하는 것을 발견하였다.
단분산성 마이크로겔의 자기 조립은 또한 광의 회절을 가능하게 하여 색상을 생성한다. 광자의 특성은 마이크로겔의 상기와 같은 조성으로 조정될 수 있다.
본 발명의 단분산성 마이크로겔은 콜로이드 결정의 형태로 주기적으로 자기 조립될 수 있다. 이러한 특정 자기 조립은 입사되는 광의 회절을 가능하게 하고, 이에 따라 시각에 따라 관찰될 수 있는 색상을 생성한다. 이러한 효과는 마이크로겔의 조성의 함수로서 변화된다: a) 나노입자 없는 마이크로겔의 분산액의 건조는 광을 회절시키지 않는 완전하게 투명한 무색의 건조 필름의 형성을 유도한다. 반면 이러한 동일한 필름은 용액에서 관찰될 수 있는 색상을 갖는 습윤 상태에서 광을 회절시킨다. b) 자성의 나노입자를 함유하는 마이크로겔 (하이브리드 마이크로겔)의 분산액의 건조는 광을 회절시키는 투명한, 착색된 (갈색) 건조 필름의 형성을 야기한다. 결과적으로, 필름은 90°의 시야각(viewing angle)에서 갈색 (자성의 나노입자로부터 유도된 색상)이고, 더 작은 시각에서의 반사시 색상이 변화된다.
마이크로겔 내의 자성의 나노입자의 존재는 영구 자석의 도움으로 마이크로겔을 배향시킬 수 있게 하고, 필름의 기계적 특성을 개선시킨다. 주어진 표면 상에서의 건조 과정에서, 온도-반응성 및 자성의 마이크로겔은 영구 자석의 도움으로 정확한 지점으로 유도되어 농축될 수 있다. 이는 필름의 두께 및 색상 (더 짙은 또는 더 옅은 갈색 색조)를 변화시키는 효과를 가진다. 또한, 자성의 나노입자는 습윤 매질에서 필름의 기계적 특성을 개선하고, 이에 따라 필름에 더 큰 압착력을 가할 수 있다.
모든 이러한 특성은 본 발명의 마이크로겔 및 이들이 화장품 또는 약학 제품의 제조를 위해 형성하는 필름의 용도를 구상할 수 있게 한다. 이러한 제품은 전류를 생성하고, 임의로 압착 효과를 통해 생리활성 분자를 전달함으로써 피부를 자극할 수 있다. 생리활성 분자는 마이크로겔 내에 캡슐화되거나 또는 제품에 존재할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 상기 기재된 마이크로겔 및 임의로 계면활성제, 오일, 생리활성 제품, 안료 및 염료로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물로 구성되거나 또는 이를 함유하는 화장품 또는 약학 제품이다.
본 발명의 마이크로겔은 화장품 및 약학 분야에 사용되는 모든 종류의 성분 또는 부형제, 바람직하게는 산화철에 기초한 안료 또는 생리활성 물질을 함유할 수 있다.
본 발명의 마이크로겔은 수용액에 사전 용해된 모노머를 사용하는 침전 중합 공정에 의해 합성될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 기재된 폴리(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트 마이크로겔의 침전 중합을 위한 공정에 관한 것이고, 이는 가교 결합제의 존재 하에 수성상에 40℃ 내지 90℃의 온도에서 상기 기재된 3개의 모노머를 접촉시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 공정은 계면활성제 예컨대 SDS (도데실 설페이트 나트륨)의 존재를 요구하지 않는다.
모노머의 중합은 40℃ 내지 90℃, 대략 70℃의 온도에서 수용성 라디칼 개시제, 예를 들면 과황화칼륨 (KPS)의 첨가에 의해 개시될 수 있다.
침전되는 마이크로겔 중의 -COOH 기의 균일한 분포를 보장할 수 있도록 화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머의 수용액을 2개의 다른 모노머의 수용액으로 점차적으로 첨가하는 것이 바람직하다.
중합 온도에서, 형성되는 폴리머는 소수성이고, 구형 입자의 형태로 수성 반응 매질에서 침전되고, 중합 과정에서의 가교결합제 OEGDA의 존재는 가교결합 지점을 생성함으로써 입자가 구형 형상으로 고정되는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 마이크로겔은 -COOH 기 및 가교결합 지점이 이의 체적에 걸쳐 균일하게 분포되기 때문에, 균질한 구조인 장점을 가진다.
마이크로겔 필름은 유리하게는 예를 들면 20℃에서 용매를 건조시키거나 또는 증발시키는 공정에 의해 예를 들면 수중에서 1.4 내지 5 wt%로 변화될 수 있는 중량 농도에서 단분산성 마이크로겔의 콜로이드 분산액으로부터 출발시킴으로써 제조된다.
이러한 공정에 따라, 적어도 제1 체적의 용액은 주위 온도에서의 물의 완전한 증발시까지 건조시키기 위해 정치될 있다. 이러한 단계는 건조 상태에서 350 내지 450 마이크로미터로 변화될 수 있는 두께를 갖는 단분산성 마이크로겔의 다수의 층으로 구성된 필름을 수득하기 위해 수회 반복될 수 있다.
또한, 본 발명은 i) 상기 기재된 마이크로겔 및 임의로 계면활성제, 오일, 생리활성 제품, 안료 및 염료로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물로 이루어지거나 또는 이를 함유하는 화장품 또는 약학 제품, ii) 자성의 나노입자를 포함하는 상기 지재된 마이크로겔을 함유하는 화장품 및 자석을 포함하는 키트로서, 상기 자석 및 상기 제품이 함께 패키징되는 키트, iii) 피부에 상기 기재된 마이크로겔 또는 화장품을 적용하는 것으로 이루어진 화장품 메이크업 또는 관리 방법, iv) 상기 기재된 마이크로겔 또는 하이브리드 마이크로겔의 적어도 하나의 층을 포함하는 박막, 및 v) 다양한 응용분야 예컨대 광학, 전자, 센서, 화장품, 약학 및 의학 진단에서의 이의 용도에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 생체적합성 마이크로겔의 합성을 위해 사용되는 모노머의 화학 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 폴리(MEO2MA-co-OEGMA-co-MAA)에 기초한 pH-반응성 및 온도-반응성 생체적합성 마이크로겔의 합성 반응식이다.
도 3은 γ-Fe2O3 입자를 제조하기 위한 반응식이다.
도 4 및 5는 γ-Fe2O3 입자를 함유하는 본 발명에 따른 하이브리드 마이크로겔의 제조 방법의 제1 및 제2 합성 단계의 각각의 개략적 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로겔의 필름을 형성하기 위한 공정의 개략도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 마이크로겔의 필름의 전자기계적 효과를 특성화하기 위한 어셈블리를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 마이크로겔의 필름의 압착 및 이완의 기간의 개략적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 마이크로겔의 압착 및 이완 프로그램의 도표를 나타낸다.
도 10은 건조 상태 및 용액에서의 팽윤된 본 발명의 마이크로겔의 필름의 이미지를 나타낸다.
도 11은 다양한 시야각에서 취해진 γ-Fe2O3 나노입자를 함유하는 본 발명의 하이브리드 마이크로겔의 건조 필름의 이미지이다.
도 12는 밝은 표면 및 어두운 표면 상에서 취해진 γ-Fe2O3 나노입자를 함유하는 본 발명의 하이브리드 마이크로겔의 건조 필름의 이미지이다.
도 13은 자석을 갖거나 갖지 않는 γ-Fe2O3 나노입자를 함유하는 본 발명의 하이브리드 마이크로겔의 건조 필름의 이미지이다.
본 발명은 또한 하기 실시예에 의해 예시된다.
실시예 1: 본 발명에 따른 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한 마이크로겔의 합성
하기 모노머를 사용하였다: 디(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)2MA, Mn 250 g.mol-1), 올리고(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)4-5MA, 이는 또한 이하에서 OEGMA로 지칭됨, Mn 475 g.mol-1), 및 메타크릴산 (MAA). 가교 결합제는 올리고(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (OEGDA, Mn 250 g.mol-1)이었다.
실험 프로토콜:
0.966 g의 MEO2MA (5.14x10- 3 mol), 0.272 g의 OEGMA (5.73x10- 4 mol) 및 0.029 g의 OEGDA (1.17x10- 4 mol)를 57.5 mL의 체적의 물에 주입하였고, 모노머가 완전하게 용해될 때까지 자성 교반 하에 정치시켰다. 혼합물을 이후 여과하고, 기계적 교반 (150 rpm)으로 45분 동안 질소 하에 탈기시키기 이전에 자성 교반자가 구비된 250　mL의 체적을 갖는 3-목 플라스크에 주입하였다. MAA (0.026 g, 2 mL의 물에 용해된 3.05x10- 4 mol)의 수용액을 이후 반응 매질에 주입한다. 질소 하에 앞서 탈기된 과황화칼륨 (KPS, 2.5 mL의 물에 용해된 0.0143 g)의 수용액에 주입하기 이전에 20분 동안 70℃에서 혼합물을 정치시킨다. KPS의 첨가는 중합을 개시하는 것을 가능하게 하고, 반응 매질을 6시간 동안 70℃에서 자성 교반 (50 rpm) 하에 정치시킨다.
이후, 중합은 산소의 첨가에 의해 중지되고, 주위 온도로 냉각되도록 정치시킨다. 이후, 마이크로겔을 원심분리 (10 000 rpm, 30분)에 의해 반응 매질로부터 분리하고, 반응 매질은 순수 (밀리Q 등급의 것)로 대체하고; 본 단계를 5회 반복한다.
이후, 최종 용액은 수성상에서의 P(MEO2MA-co-OEGMA-co-MAA) 마이크로겔의 콜로이드 분산액으로 구성되고, 이 분산액은 주위 온도로 유지된다.
마이크로겔의 특성
마이크로겔의 합성을 양성자 핵자기 공명 (1H NMR) 분광법을 사용하여 모노머를 동적 모니터링함으로써 특성화하였다. 모노머의 완전한 전환 및 또한 마이크로겔의 균질한 조성이 메타크릴산 단위 및 가교결합 지점의 균질한 분포와 함께 관찰된다.
가교결합된 마이크로겔의 최종 수율은 반응 매질의 고형분으로 분석되었고, 가교결합된 마이크로겔의 70 wt%의 수율로 결정하는 것을 가능하게 하였다.
혼입된 메타크릴산의 함량을 정제된 마이크로겔의 산-염기 적정에 의해 결정하였다. 수용액에서의 마이크로겔의 pH-반응성 특성 및 또한 초기 MAA 모노머의 70 몰%의 혼입이 입증될 수 있었다.
마이크로겔은 투과 전자 현미경 (TEM)에 의해 관찰되었고, 이의 크기는 동적 광 산란에 의해 결정되었다. 관찰된 마이크로겔은 단분산성이었고, 크기는 건조된 상태에서 400 nm이고 습윤 상태에서 최대 1000 nm의 범위일 수 있다.
실시예 2: 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한 마이크로겔의 용액의 제조
실시예 1에 따라 제조된 마이크로겔의 1.2 mL의 용액 (15 g.L-1의 마이크로겔 함유)을 순수 (밀리Q 등급)의 10 mL의 용액에 분산시킨다. 분산액의 pH는 염산 또는 수산화칼륨의 0.1 mol.L-1 용액의 첨가에 의해 조정된다. 혼합물은 pH가 안정화될 때까지 자성 교반하에 정치시킨다. 용액 중의 마이크로겔의 크기는 동적 광산란에 의해 측정되고, 용액의 온도는 분석 과정에서 조절된다.
동적 광산란에 의한 용액 중의 마이크로겔의 크기를 연구함으로써, 수중에서 팽윤시키거나 또는 수축시키기 위한 마이크로겔의 능력에 대한 매질의 pH 및 온도의 영향을 평가할 수 있었다.
마이크로겔은 매질의 pH 변화에 대해 반응성이며, pH < 5.5에서의 400 nm의 크기 내지 pH > 6.0에서의 1000 nm의 크기까지 변화한다.
마이크로겔은 온도-반응성이고, 20℃에서의 팽윤 상태로부터 고온에서의 수축 상태로 변화된다. 수축 온도는 pH (pH < 6.0에서의 35℃ 및 pH > 7.0에서의 55℃)에 좌우된다. 마지막으로, 20℃에서의 팽윤된 마이크로겔의 체적은 온도가 수축 온도를 초과하는 경우 최초 체적에 비해 최대 3배까지 감소된다.
실시예 3: 자성의 나노입자를 함유하는 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한 마이크로겔의 제조
마그헤마이트 γ- Fe 2 O 3 나노입자의 합성
사용된 반응물은 하기와 같다: 염화 제일철 4수화물 (FeCl2.4H2O), 염화제이철 6수화물 (FeCl3.6H2O), 28-30% w/w 수산화암모늄 (NH4OH), 질산철 (FeIII(NO3)3.9H2O), 36% v/v 염산 (HCl) 및 질산 (HNO3).
본 연구 과정에서 사용된 마그헤마이트 나노입자를 금속염 (FeII 및 FeIII)의 공침전에 의해 합성하였다. 이러한 합성 방법은 수산화암모늄 (NH4OH)의 첨가에 의한 염기성 매질에서의 염화제일철 (FeCl2) 및 염화제이철 (FeCl3)의 공침전에 의해 자철석 (Fe3O4)의 나노입자를 형성하는 것으로 구성된다. 자철석을 이후 산화시켜 마그헤마이트 (γ-Fe2O3) 변이체를 형성한다. 자철석의 마그헤마이트로의 산화는 나노입자의 표면에 pH-반응성 히드록실 작용기를 확립시키는 것을 가능하게 하고, 이러한 작용기는 중성 pH (pH
Figure pct00001
　7.2)에서 영전하점을 갖는다. 따라서, 산성 또는 염기성 pH 값에서, 이러한 나노입자는 음이온 전하 (염기성 pH에서) 또는 양이온 전하 (산성 pH)의 정전기 반발력에 의해 수성상에서 콜로이드 상태를 가진다. 이는 안정화의 pH에 따라 "양이온성 액체 자석" 또는 "음이온성 액체 자석"으로 일반적으로 지칭되는 수성상에서 안정화되는 자성의 나노입자를 합성시키기 위한 다용도 방법이다.
실험 프로토콜
단계 1: 자철석의 형성
12.2 g의 염화제이철 6수화물 FeCl3 .6H2O (0.0451 mol)를 500 mL의 순수를 함유하는 3 L 비이커에 주입한다. 4.49 g의 염화제이철 4수화물 FeCl2.4H2O (0.0226 mol)를 24.3 mL의 염산 (HCl)의 1.5 mol.L-1의 용액에 용해시켰고, 3 L 비이커에 첨가하였고, 모든 것을 온화한 기계식 교반 하에 혼합되게 두었다 (초기 FeII/FeIII 비 = 0.5). 체적 V= 43 mL의 28/30% w/w 수산화암모늄을 이후 주위 온도에서 강한 기계식 교반으로 비이커에 첨가하였다. 수산화암모늄의 첨가는 염기성 수용액 (pH > 10)에서 응집된 자철석 (Fe3O4)의 형성을 야기하고, 자철석 응집체은 이후 영구 자석에 의해 생성되는 자력의 효과 하에 침강시키기 위해 정치시키고, 이후 상청액을 제거하고 순수 (밀리Q 등급)로 대체한다. 세척 단계는 과량의 수산화암모늄을 제거하기 위해 2회 반복하였다.
단계 2: 암모늄 반대이온의 탈착 및 표면 산화
자철석의 세척의 연속적인 단계 이후, 체적 V= 28.6 mL의 질산 HNO3의 2 mol.L-1 수용액을 자철석 응집체(floc)에 첨가하였고, 자철석 입자의 표면을 처리하기 위해 30분 동안 기계식 교반 하에 정치시킨다.
질산의 첨가는 매질을 산성화시킬 수 있고, 니트레이트 NO3 - 이온과의 이온 교환에 의한 나노입자의 표면에서의 과량의 암모늄 NH4 + 반대이온의 탈착을 유도하는 것을 가능하게 한다. 표면에서의 입자의 산화는 또한 침전되지 않고 나노입자의 표면에 존재하는 제일철 이온을 용해시키는 것을 가능하게 한다.
표면-처리된 자철석 응집체를 영구 자석 하에 침강시키기 위해 정치시키고, 이후 상청액을 제거하고, 순수로 대체하고, 이러한 단계를 2회 반복한다.
단계 3: 나노입자의 코어의 산화
표면 처리된 자철석의 세척의 연속적인 단계 이후, 체적 V= 85.7 mL의 새롭게 제조된 질산 제이철 FeIII(NO3)3.9H2O의 0.33 mol.L-1 용액을 자철석 응집체에 대한 비점에서 첨가하고, 환류 하 및 45분 동안의 기계적 교반 하에 정치시켰다.
질산 제이철의 Fe3 + 이온의 주입은 입자의 FeII를 산화시키는 것을 가능하게 하여, 이에 따라 마그헤마이트 γ-Fe2O3 변이체를 형성한다. 입자의 완전한 산화 이후, 마그헤마이트 응집체를 영구 자석 하에 침강시키기 위해 정치시켰고, 상청액을 제거하고, 이후 순수로 대체하고, 작업을 2회 반복한다.
단계 4: 자철석 나노입자의 ' 해교 ( peptization )'
체적 V= 28.6 mL의 질산 HNO3의 2 mol.L-1 용액을 마그헤마이트 응집체에 첨가하였고, 주위 온도 및 30분 동안의 기계적 교반 하에 정치시켰다. 질산의 첨가는 마그헤마이트의 표면에서의 히드로늄 H+ 이온을 주입할 수 있게 한다. 양이온성 마그헤마이트 응집체를 침강시키기 위해 정치시키고, 이후 아세톤으로 3회 세척하였다. 체적 V= 70 mL의 물을 이후 나노입자에 첨가하고, 이는 수중에서의 나노입자의 "해교"를 가능하게 하였고, 나노입자의 분산액을 이후 나노입자의 표면에서의 양전하의 정전기 반발로 안정화시켰다. 마지막으로, 잔류 아세톤을 40℃에서 진공 하에 증발에 의해 제거한다.
P( MEO 2 MA -co-OEGMA-co- MAA )　/　γ- Fe 2 O 3 하이브리드 마이크로겔의 합성
P(MEO2MA-co-OEGMA-co-MAA) 마이크로겔의 수성 분산액과 pH 2에서 안정화되는 마그헤마이트 나노입자 (양이온성 전하를 갖는 나노입자)의 분산액과 간단하게 혼합시켜 하이브리드 마이크로겔을 합성한다. 마이크로겔 내의 나노입자의 캡슐화를 2단계로 실시한다:
Figure pct00002
제1 단계는 pH 3 및 주위 온도에서 분산되는 마이크로겔의 용액에 양이온성 나노입자를 첨가하는 것으로 구성된다. 이러한 혼합 조건은 γ-Fe2O3 나노입자의 표면에서 양이온성 전하를 보유하게 할 수 있다. 나노입자는 마이크로겔 내에 함유된 메타크릴산 단위로부터 생성되는 카복실산 기로 인해 마이크로겔과 우선적으로 상호작용할 것이다. 상세하게는, 카복실산 기는 금속 산화물 예컨대 산화철의 입자의 표면에서 흡착되는 능력을 가지고, 또한 나노입자의 표면에서의 양전하는 선호되는 상호작용을 가능하게 한다. 이러한 의미에서, γ-Fe2O3 나노입자의 첨가시, 입자는 우선적으로 마이크로겔 내에 위치될 것이다 (본 단계는 도 4에 요약됨).
Figure pct00003
제2 단계는 pH 3으로부터 최대 pH 7.5로 출발되는 매질 (마이크로겔 + 나노입자)의 pH를 증가시키는 것으로 구성된다. 상기 pH에서의 이러한 증가는 하기를 유도한다: 1) 혼합물 내에서의 양이온성 γ-Fe2O3 나노입자의 불안정화. 상세하게는, 나노입자가 중성 pH (등전점 = 7.2)에서의 영전하점을 가지기 때문에, 정전기 반발의 결핍으로 입자는 이 pH에서 응집된다. 2) 카복실레이트 (COO-) 기의 형태로의 카복실산 (COOH) 작용기로부터 유도된 마이크로겔 내의 음전하의 생성. 이러한 2개의 현상의 병존은 마이크로겔 내에 자성의 나노입자의 부착을 가능하게 하고, 카복실레이트 작용기의 음전하로 인해 하이브리드 마이크로겔의 안정성을 개선시킬 수 있다 (본 단계는 도 5에 요약됨).
실험 프로토콜
1.45 g.L-1의 중량 농도를 갖는 P(MEO2MA-co-OEGMA-co-MAA) 마이크로겔의 체적 40 mL의 수성 분산액을 100 mL 둥근-바닥 플라스크에 주입하고, 자성 교반 하에 정치시키고, 분산액의 pH를 질산 (HNO3)의 0.1 mol.L-1 용액의 첨가에 의해 3.0으로 조정한다. 다음으로, 1.34 g.L-1의 중량 농도를 갖는 pH 3에서의 양이온성 자철석 나노입자의 체적 10 mL의 분산액을 주위 온도에서 자성의 교반 하에서 혼합물에 적가하고, 이는 ~18.8%의 하이브리드 마이크로겔당 나노입자의 양에 해당한다. 반응 혼합물을 12시간 동안 주위 온도에서 교반 하에 정치시킨다. 반응 혼합물의 pH를 이후 수산화칼륨 (KOH)의 0.5 mol.L-1 용액의 적가에 의해 증가시킨다. 마지막으로, 하이브리드 마이크로겔을 원심분리(5000　rpm, 20분)에 의해 반응 매질로부터 분리하고, 반응 매질을 순수 (밀리Q 등급의 것)로 대체한다. 최종 용액을 이후 수중에서의 P(MEO2MA-co-OEGMA-co-MAA) 마이크로겔의 콜로이드 분산액으로 구성되고, 이러한 분산액을 주위 온도에서 유지한다. 다양한 합성을 0 내지 33%의 하이브리드 마이크로겔당 나노입자의 이론적 중량 분율을 변화시켜 실시하였다.
γ- Fe 2 O 3 / P( MEO 2 MA -co-OEGMA-co- MAA ) 하이브리드 마이크로겔의 특성
하이브리드 마이크로겔을 투과 전자 현미경 (TEM)에 의해 건조 상태에서 그리고 동적 광 산란에 의해 습윤 상태에서 특성화하였다. 마이크로겔의 하이브리드 구조를 TEM으로 입증하고, 건조 상태에서의 마이크로겔의 관찰은 건조 처리 과정에서 축출되지 않은 마이크로겔 내의 자성의 나노입자의 양호한 캡슐화를 나타내는 것을 가능하게 한다. 캡슐화된 나노입자 충전제의 함량을 열중량 분석에 의해 결정하였고, 분석은 나노입자 (하이브리드 마이크로겔당 나노입자의 0 내지 33%의 범위에서 시험되는 충전제 함량)의 정량적이고 유의미한 캡슐화를 확인한다. 중성 pH에서의 수용액 중의 하이브리드 마이크로겔의 온도-반응성 특성은 또한 20℃에서의 1000 nm로부터 37℃의 수축 온도로의 450 nm까지 변화되는 하이브리드 마이크로겔의 수축으로 입증된다. 중성 pH에서의 이러한 수축은 자성의 나노입자 충전제 함량과 관계없이 발생된다.
실시예 4: 마이크로겔의 필름
표 1에 요약된 마이크로겔의 조성물을 필름을 제조하기 위해 사용한다.
[표 1] 마이크로겔의 모노머 조성물
Figure pct00004
수중에서의 1.5 내지 5 wt%로 변화되는 마이크로겔의 중량 농도를 갖는 단분산성 마이크로겔 (용액에서 500 내지 1000 ㎛로 변화될 수 있는 크기를 가짐)의 콜로이드 분산액 (용액 1)으로부터 출발되는 도 6에 나타난 건조 공정에 의해 필름을 제조한다. 일정한 체적의 용액을 플라스틱 주형에 주입하고, 물이 완전하게 증발될 때까지 건조시키기 위해 정치시킨다 (도 6으로부터의 단계 1). 주형의 바닥에 잔류하는 필름은 이후 단분산성이고 완전하게 건조된 마이크로겔 (건조 상태에서 350 내지 450 ㎛로 변화될 수 있는 크기를 가짐)의 다수의 층으로 구성된다. 필름을 조심스럽게 회수하고 수용액 (용액 2)에 재주입한다. 다양한 파리미터를 변화시킨다: 1) 1.4 내지 5 wt%의 분산액의 중량 농도는 팽윤된 필름 두께를 변화시킬 수 있게 한다 (단계 3의 종료: 200 ㎛ 내지 1000 ㎛의 두께). 2) 용액 2의 pH는 5.5 내지 7.5로 변화된다.
실험 프로토콜: 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한 온도-반응성 마이크로겔의 필름의 형성
1.4 내지 5 wt%의 중량 농도에서 마이크로겔의 체적 5 mL의 콜로이드 분산액을 플라스틱 주형에 주입하고, 32℃ (+/-　2℃)의 온도에서 건조시키기 위해 정치시켰다. 용매의 완전한 증발 이후, 필름을 조심스럽게 회수하고 이후 수용액에 주입하고, 주위 온도에서 팽윤시키기 위해 정치시킨다.
회수된 필름을 건조 상태에서 원자력 현미경으로 관찰하였고, 습윤 상태에서 유량계를 사용하여 특성화하였다 (도 6의 단계 3의 종료). 마이크로겔은 마이크로겔의 다수의 층으로 구성된 탄성 필름을 형성하고 (단계 2), 이는 마이크로겔의 조성 (표 1에서의 마이크로겔 1 내지 5)과 무관하다. 반대로, 마이크로겔은 이들이 수중에서 팽윤되지만 용액에서 재분산되지 않는 경우 이의 기계적 특성이 손실된다.
마이크로겔 1 및 2: 필름 두께는 200 내지 1000 ㎛로 변화되고, 마이크로겔의 층의 증가는 "필름 형성" 현상을 변화시키지 못하고, 필름은 건조 상태에서 이의 탄성력을 유지한다.
마이크로겔 3, 4 및 5: 약 300 ㎛의 두께 (단계 3에서의 팽윤된 필름)는 하이브리드 마이크로겔의 경우에 대해 연구되었다. 나노입자의 첨가는 마이크로겔의 필름-형성 특성을 변화시키지 못하였다. 반면, 필름의 기계적 특성은 습윤 상태에서 크게 개선된다.
필름의 전자기계적 특성의 평가
1. 필름의 전자기계적 특성의 특성화
마이크로겔의 필름의 전자기계적 특성을 연구하였다. 압력이 이러한 마이크로겔에 가해지는 경우, 이는 전류를 생성하는 마이크로겔의 능력을 입증하는 문제이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 목적은 기재의 표면에서 물질을 압착시킴으로써 전류를 생성하는 것이다. 이러한 전위는 공유 결합된 이온성 작용기를 갖는 물질 (또는 고분자전해질 물질)로부터 생성할 수 있다. 상세하게는, 이온성 기가 마이크로겔 내에 부착되기 때문에, 각각의 카복실레이트기의 반대이온만이 마이크로겔 내에서 이동성을 가진다. 단일방향성 압력/변형이 이러한 고분자전해질 마이크로겔에 가해지는 경우, 반대이온의 이동성이 바람직하고, 이에 따라 이동성 반대이온의 양전하와 부착된 카복실레이트기의 음전하 사이에 극성을 생성한다. 이러한 이온 경사도(ionic gradient)는 계면에서 전위를 생성한다. 따라서, 마이크로겔 내의 이온화 작용기의 존재는 물질 내의 극성을 생성하고, 전위를 생성할 수 있게 한다.
어셈블리는 필름의 전자기계적 특성을 입증하기 위해 사용된다. 이에 대해, Anton Paar MCR301 유량계는 플레이트-플레이트 지오메트리(plate-plate geometry)에서 사용되고, 이 내에서 인듐 주석 산화물 또는 ITO (도 7에서의 개체 1)에 기초한 2개의 평면형 및 전도성 전극이 지오메트리의 한 측면 상에 부착된다. 하부 전극은 고정되고, 상부 전극이 분리가능하다. 마이크로겔의 습윤 필름 (도 7로부터의 개체 3)은 하부 전극의 표면 상에 침착되고, 상부 전극은 필름 상에 힘 FN의 압착을 가하기 위해 하강된다. 2개의 전극 사이의 거리를 조절함으로써, 필름 상에 가해지는 파쇄력(crushing force) (FN)를 조절하는 것이 가능하다.
압착/이완의 프로그램은 필름에 가해지는 힘을 변화시키기 위해 실시된다. 우선, 습윤 필름의 초기 두께 (L0로 나타냄)를 결정하였고, 2개의 전극 사이의 거리를 상부 전극을 하강시켜 거리 ΔL까지 점진적으로 감소시켰다. 본 프로그램은 최종 거리 L로의 파쇄의 단기간 (τ= 2 초)과 이후 초기 상태 L0로의 회복되는 이완의 장기간 (τ= 20 초)으로 구분되고, 이 모든 것은 필름 상에의 "접촉-민감성" 유형의 작용을 시뮬레이션하게 한다 (도 8).
파쇄 기간에서, 수직력 FN (단위 뉴튼)이 기록된다. 이러한 힘 FN는 파쇄 두께 (ΔL)에 비례한다. 본 프로그램은 하기와 같이 구성된다: 필름은 ΔL=　(3x)　10%.L0, 이후 (3x) 20%.L0, 이후 (3x) 25%.L0 등으로의 거리 L= L0-ΔL로 압착된다. 사용되는 프로그램의 예는 도 9에 주어진다.
마지막으로, 상부 및 하부 전극을 프로그램 전반에 걸쳐 2개의 전극들 사이어서 생성되는 전위차 (E로 나타냄)을 기록하기 위해 변환기/증폭기에 연결한다.
2. 마이크로겔의 필름의 연구
P( MEO 2 MA -co-OEGMA-co- MAA ) 마이크로겔의 필름
P(MEO2MA-co-OEGMA-co-MAA) 생체적합성 마이크로겔의 필름을 3개의 파리미터를 변화시켜 특성화하였다:
1.) 압착의 증가의 효과: 각 필름에 대해, 동일한 힘의 압착은 연속적으로 반복되고 (도 9에 나타난 바와 같이 3회), 각 압착의 전위를 분석한다.
2.) 필름 두께: 2개의 필름 두께를 계면에서의 전위를 생성하기 위한 필름의 능력에 대한 두께의 영향을 결정하기 위해 시험하였다 (~200 ㎛ 및 ~900-1000 ㎛).
3.) 카복실산 작용기의 조성: MAA 단위의 조성을 전위에 대한 MAA 단위의 영향을 평가하기 위해 MAA (마이크로겔 1 및 2)의 0 내지 3.5 몰%로 변화시켰다.
4.) 필름이 팽윤된 용액의 pH: pH는 마이크로겔 내의 이온성 작용기 (COO-)의 양을 변화시키는 것을 가능하게 한다. 상세하게는, 카복실산 작용기는 2개의 양성자화된 (COOH) 및 탈양성화시키거나 또는 이온화되는 (COO-) 종의 형태로 존재한다. 이러한 2개의 종의 비율은 pH가 증가하는 경우 이온화된 종 COO-에서의 증가와 함께 용액의 pH에 좌우된다 (pH 5.5 →%COO-= 0; pH 6.5 →%COO-= 50%; pH 7.5 →%COO-= 75%).
[표 2] 연구되는 샘플의 요약
Figure pct00005
결과:
마이크로겔의 필름의 압착 과정에서 전기 신호에서의 변화를 관찰함으로써, 전자기계적 효과가 특성화된 모든 필름에 걸쳐 입증된다. 이러한 전자기계적 효과는 압착력으로 증가되는 전위과의 필름 상에 가해지는 힘 FN의 함수이다. 또한, 하기와 같은 분석 파라미터의 함수로서 생겨나는 경향을 볼 수 있다:
Figure pct00006
압착의 반복의 효과: 기록된 전위는 제1 압착 과정에서 매우 높다. 제2 및 제3 압착 과정에서, 생성되는 전위가 더 낮다. 이러한 첫 번째 관찰은 높은 순간 전위 (~ 12 mV)를 생성하는 필름의 제1 압착시 이온의 상당한 이동으로 인한 것일 수 있다. 20초의 이완 시간 이후, 동일한 힘의 후속 압착은 감소되는 생성된 전위로 이온의 이러한 동일한 이동을 생성하기에 충분하지 않은 것으로 나타난다.
Figure pct00007
필름 두께의 효과: 상이한 두께의 필름의 압착에 의해 생성되는 전위는 필름이 너무 두꺼운 경우 약한 전자기계적 효과를 나타낸다 (FN,max = 0.35 N에 대한 E　= 2 - 5.6 mV). 반대로, 0.38 내지 0.4 N의 힘 FN에 대해 11 내지 5 mV의 범위인 더 큰 전자기계적 효과는 필름 두께가 작은 경우에 나타난다. 너무 큰 두께는 이에 따라 이온의 이동성에 충분한 영향을 주지 않을 수 있다 (표 2를 참조한다. 필름 두께의 효과)
Figure pct00008
카복실산 작용기의 조성: 메타크릴산의 존재는 필름의 전자기계적 특성을 개선시키는 것으로 나타났다. 상세하게는, 필름은 약한 힘에 대해 측정된 전위로의 압착 효과에 대해 보다 민감성인 것으로 나타난다 (MAA를 사용한 0.4 N에서의 11 - 5 mV 대 MAA를 사용하지 않은 0.4 N에서의 1 - 0.5 mV). 또한, pH 6.5에서 이루어진 측정은 마이크로겔의 필름의 민감성에 대한 MAA 단위로부터 유도된 이온화된 카복실레이트기 (이온화된 MAA 기의 50%)의 중요성을 강조한다. (표 2를 참조한다. MAA 조성의 효과)
Figure pct00009
동일한 조성의 마이크로겔의 필름에 대한 5.5 내지 7.5의 용액의 pH는 필름의 전위값을 수정하지 않는 것으로 나타나고, 그러나 용액의 pH가 증가하는 경우, 압착 반복에도 불구하고 전위의 손실이 감소되는 것을 나타낸다. 상세하게는, pH 5.5에서, 압착의 반복은 2 mV로 전위를 강하시키고, 더 높은 pH에서, 전위는 5.4 mV로 강하된다. 이는 가능하게는 이온화된 카복실레이트 작용기 (%COOpH5 .5　= 0%; %COOpH6 .5　= 50%; %COOpH 7.5 = 75%)의 비율에서의 증가로 인해 가능하고, 이는 필름을 형성하는 마이크로겔의 분극 용량을 증가시킨다. 필름은 이후 pH가 증가되는 경우에 보다 민감성이다 (표 2를 참조한다. pH의 효과)
P( MEO 2 MA -co-OEGMA-co- MAA ) / γ- Fe 2 O 3 하이브리드 마이크로겔의 필름
하이브리드 마이크로겔의 필름은 pH 7.5에서 특성화되었고, 자성의 나노입자 (NP) 없는 마이크로겔의 필름과 비교되었다. 나노입자 없는 마이크로겔의 필름은 압착력 FN = 0.4 N에 대해 6 mV의 최대 전위를 가진다. 나노입자를 갖는 마이크로겔의 필름에 대해, 생성된 전위는 혼입된 나노입자의 양에 좌우된다:
Figure pct00010
~5 wt%의 혼입된 자성의 나노입자에 대해, 나노입자는 생성된 전위에 대해 영향을 주지 않고, 압착에 대한 필름의 반응은 6-7　mV이다.
Figure pct00011
9 및 17 wt%의 혼입된 자성의 나노입자에 대해, 압착력과 무관하게 2.5 mV에 달하는 전위의 감소가 관찰된다. 전위의 이러한 손실은 pH 7.5에서 카복실산 단위로부터 유도된 전하의 감소에 기여할 수 있고, 이는 이들이 NP와 이미 상호작용되기 때문이다. 상세하게는, 나노입자의 혼입은 마이크로겔 내에 구속된 이온성 부위 (COO-)에서 입자의 흡착에 의해 일어난다. 이러한 흡착은 마이크로겔 내에서 이용가능한 이온성 부위의 분율을 감소시키고, 이에 따라 마이크로겔의 분극 용량을 감소시키는 것을 나타낸다. 혼입된 5 wt%의 나노입자의 양은 하이브리드 필름의 고분자전해질 거동에 영향을 주지 않는다 (표 2를 참조한다. γ-Fe2O3의 효과).
마이크로겔의 광학 특성
전자기계적 특성 이외에, 마이크로겔의 필름은 광을 회절시키는 이러한 필름의 능력에 연관하여 이의 광학 특성에 의해 구분된다. 필름의 조성의 함수로서 차이가 관찰된다.
P( MEO 2 MA -co-OEGMA-co- MAA ) 마이크로겔의 필름
나노입자 없는 마이크로겔의 콜로이드 분산액의 건조 과정에서, 형성된 필름은 건조 상태에서 투명하고, 습윤 상태에서 무지개빛이다 (도 10). 이는 마이크로겔의 팽윤 과정에서, 입자들 사이의 직경 및 거리는 가시광 영역에서의 광의 회절을 촉진하고, 이러한 회절은 광결정의 관찰에 의해 입증되는 것을 나타낸다.
P( MEO 2 MA -co-OEGMA-co- MAA ) / γ- Fe 2 O 3 하이브리드 마이크로겔의 필름
마이크로겔의 콜로이드 분산액의 건조 과정에서, 투명하고, 건조 상태에서 착색된 필름이 수득되고, 이어서 매우 작은 시야각에서의 반사시 무지개빛 특성을 가진다. 물질은 이후 90°에서 볼 때 갈색 (자성의 나노입자로 인한 색상)이고, 더 작은 시야각에서 볼 때 무지개빛이다 (도 11).
광자의 특성은 도 12에 보여지는 바와 같이 특히 반사시 가시적이고, 투과시 (조명 배경에 대해) 매우 적게 보인다.
하이브리드 필름의 기계적 및 자성 특성
하이브리드 마이크로겔의 필름 형성 특성 및 이의 광학 특성 이외, 자성의 나노입자의 첨가는 또한 건조 과정에서 마이크로겔을 배향시킬 수 있다. 자기장의 적용에 의해 정확한 지점에서 건조 과정 중에 마이크로겔을 농축시키는 것이 가능하기 때문에 도 13은 이러한 특성을 분명하게 나타낸다 (본 경우에서 자석을 분산액 아래에 배치하였다). 건조는 한편 표적화된 지점에서 모든 것을 고정시킬 수 있고, 다른 한편 반사시 무지개빛 특성을 유지하면서도 하이브리드 마이크로겔의 국소적 농축을 통해 최종 필름의 색조를 변화시킬 수 있다 (자석을 가진 건조 용액, 도 13).

Claims (13)

  1. 가교결합제의 존재 하에서의 하기 3개의 모노머의 수성상 침전 중합에 의해 수득가능한 마이크로겔:
    - 디(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)2MA),
    - 올리고(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트 (M(EO)nMA) (n은 3 내지 12의 범위의 정수임),
    - 화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머 (여기서, R1, R2, R3 및 R4의 4개의 기 중 적어도 하나는 -COOH 또는 -COO-M+ 기를 포함하고, M+는 양이온을 나타내는 조건에서 R1, R2, R3 및 R4는 수소, 할로겐 또는 탄화수소 기를 나타낸다).
  2. 제1항에 있어서, 상기 M(EO)2MA는 상기 3개의 모노머의 총 몰수의 50 몰% 내지 90 몰%을 나타내고, 상기 M(EO)nMA는 상기 3개의 모노머의 총 몰수의 10 몰% 내지 50 몰%를 나타내고, 상기 화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머는 상기 3개의 모노머의 총 몰수의 0.1 몰% 내지 20 몰%를 나타내는, 마이크로겔.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학식 CR1R2=CR3R4의 모노머는 메타크릴산인, 마이크로겔.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가교결합제는 1 내지 10개의 에틸렌 글리콜 단위를 포함하는 올리고(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 (OEGDA)인, 마이크로겔.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 또는 금속 산화물 나노입자를 포함하는, 마이크로겔.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 안료, 염료 및 자외선 차단제(sunscreens)로부터 선택되는 나노입자를 포함하는, 마이크로겔.
  7. 자성의 나노입자를 함유하는 폴리(올리고(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트)에 기초한 단분산성, 온도-반응성 및 자성의 하이브리드 마이크로겔.
  8. 하기 단계로 이루어진 제7항의 하이브리드 마이크로겔의 제조 방법:
    - 나노입자의 표면에서 양전하로 하전되고, 수용액에 배치되는 자성의 나노입자의 콜로이드 분산액의 제조 단계,
    - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 마이크로겔의 수성 콜로이드 분산액의 제조 단계,
    - 상기 2개의 콜로이드 분산액을 혼합하고, 나노입자의 등전위점 위로(above) pH를 조정하는 단계.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 마이크로겔의 침전 중합 방법으로서, 상기 기재된 3개의 모노머를 수성상에서 - 가교결합제의 존재 하에- 40℃ 내지 90℃의 온도에서 접촉시키는 단계를 포함하는 침전 중합 방법.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 마이크로겔, 및 계면활성제, 오일, 생리활성 제품, 안료 및 염료로 이루어진 군으로부터 선택되는 임의로 적어도 하나의 화합물로 이루어지거나 또는 이를 함유하는 화장품 또는 약학적 제품.
  11. 자성의 나노입자를 포함하는 마이크로겔을 함유하는 제10항의 화장품 제품 및 자석을 포함하는 키트로서, 상기 자석 및 상기 제품은 함께 패키징되는 것인 키트.
  12. 피부에 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 마이크로겔, 또는 제10항의 화장품 제품을 적용하는 것으로 구성되는 화장품 메이크업 또는 관리 방법.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 마이크로겔의 적어도 하나의 층을 포함하는 박막.
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