KR20200010535A

KR20200010535A - 조직수복용 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법

Info

Publication number: KR20200010535A
Application number: KR1020200007151A
Authority: KR
Inventors: 박형준
Original assignee: 박형준
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2020-01-30
Also published as: KR102166153B1

Abstract

본 발명은 미반응 아크릴아마이드 단량체가 제거된 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 희석된 폴리아크릴아마이드 함유 용액을 여과하여 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하는 정제 단계를 포함하는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법에 의하면 정제 단계를 통하여 짧은 시간에 인체에 무해한 농도 이하로 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하는 동시에, 가교제와 아크릴아마이드 단량체를 중합하여 피하 조직에 주사 주입이 용이하도록 점탄성이 조절된 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 제조할 수 있다.

Description

조직수복용 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법{Synthesis method of Polyacrylamide Hydrogel for Tissue Repairation}

본 발명은 미반응 아크릴아마이드 단량체가 제거된 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 희석된 폴리아크릴아마이드 함유 용액을 여과하여 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하는 정제 단계를 포함하는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법에 관한 것이다.

자가조직이식술은 인체의 변형이나 결손을 교정, 조직을 수복하는 의료 용도 및 유방 확대, 성기 확대, 윤곽 교정 등의 성형 용도에 주요하게 쓰이는 방법이다. 그러나 공여 부위의 한계, 이식 받은 부위의 예기치 못한 괴사, 변형, 합병증 등 문제점이 있을 수 있기 때문에 자가조직을 대체할 수 있는 여러 가지 물질들에 대한 연구가 이루어져 왔다. 그 중 3차원의 가교를 형성하고 있는 하이드로겔은 높은 함수율로 말미암아 각광 받고 있는 물질의 일종이다. 대한민국 등록특허공보 제10-0737954호는 하이드로겔 중에서도 영구적 필러로 분류되는 히알루론산 하이드로겔을 개시하고 있으나 히알루론산은 점탄성이 떨어지는 단점이 있다. 반면, 반영구적 필러로 분류되는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔은 높은 수팽윤성, 뛰어난 생체 적합성을 가지며 성형 수술 용도로는 1980년대 후반에 우크라이나에서 처음으로 소개되었다(Niechajev I. Lip enhancement: surgicalalternatives and histologic aspects. Plast Reconstr Surg., 2000;105:1173-1183.).

그러나 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 단량체인 아크릴아마이드의 발암성, 신경계 자극성으로 인하여 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 중에 존재하는 아크릴아마이드를 인체에 무해한 농도 이하로 제거하여야 하는 과제가 남아 있다. 현재 아크릴아마이드를 제거하기 위하여 수세 공정이 행하여지고 있으나, 이러한 수세 공정은 수 차례 반복적으로 실시되어야 하고, 또 짧게는 수 시간에서 길게는 수 일이 걸린다는 문제점이 있다. 나아가, 인체에 이용 가능한 적절한 범위의 점탄성을 지녀야 한다.

대한민국 등록특허공보 제10-0737954호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 짧은 시간에 인체에 무해한 농도 이하로 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하는 동시에, 피하 조직에 주사 주입이 용이하도록 점탄성이 조절된 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 수계(水系)에서 가교제와 아크릴아마이드 단량체를 중합하여, 폴리아크릴아마이드를 함유하는 원용액(stock solution)을 제조하는 단계로서, 상기 비스아크릴아마이드 가교제와 상기 아크릴아마이드 단량체는, 1: 125의 중량비로 중합되는 단계, (2) 상기 원용액에 식염수를 가하여 상기 폴리아크릴아마이드의 농도가 상기 수계 전체 부피를 기준으로 3.5 내지 3.75 v/v%가 되도록 희석하는 단계, (3) 상기 희석된 폴리아크릴아마이드 함유 용액을 50 psi의 질소 가압, 유량 12.5 m³/hr 조건 하 한외여과에 의하여 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하는 정제 단계 및 (4) 상기 정제 단계를 거친 후, 겔 상태의 폴리아크릴아마이드를 회수하는 단계를 포함하는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제조방법에 의하면 정제 단계를 통하여 짧은 시간에 인체에 무해한 농도 이하로 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하는 동시에, 가교제와 아크릴아마이드 단량체를 중합하여 피하 조직에 주사 주입이 용이하도록 점탄성이 조절된 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 제조할 수 있다.

도 1은 실시예 및 비교예의 하이드로겔에 대한 HPLC-UV 결과를 나타낸 도면.
도 2는 실시예 및 비교예의 하이드로겔에 대한 점탄성 결과를 나타낸 도면.
도 3은 실시예 및 비교예의 하이드로겔에 대한 점탄성 결과를 나타낸 도면.
도 4는 실시예 및 비교예의 하이드로겔에 대한 용해성 및 흐름성을 나타낸 도면.

이하, 본 발명에 대해서 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법은 (1) 수계(水系)에서 가교제와 아크릴아마이드 단량체를 중합하여, 폴리아크릴아마이드를 함유하는 원용액(stock solution)을 제조하는 단계, (2) 상기 원용액에 식염수를 가하여 상기 폴리아크릴아마이드의 농도가 상기 수계 전체 부피를 기준으로 3.3 내지 4.0 v/v%가 되도록 희석하는 단계, (3) 상기 희석된 폴리아크릴아마이드 함유 용액을 여과하여 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하는 정제 단계 및 (4) 상기 정제 단계를 거친 후, 겔 상태의 폴리아크릴아마이드를 회수하는 단계를 포함한다.

상기 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중합은 통상의 유기합성 방법에 따라 수행하면 되고, 특별한 방법에 국한되지 아니한다. 상기 단계 (1)의 가교제는 내부 가교제 또는 표면 가교제일 수 있다. 내부 가교제로는 메틸렌비스아크릴아마이드, 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 부탄다이올 다이(메타)아크릴레이트, 부틸렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 다이에틸렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 헥산다이올 다이(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 다이펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트, 글리세린 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스톨 테트라아크릴레이트, 트리아릴아민, 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 프로필렌 글리콜, 글리세린, 및 에틸렌카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 표면 가교제로는 다가 알콜 화합물, 에폭시 화합물, 폴리아민 화합물, 할로에폭시 화합물, 할로에폭시 화합물의 축합 산물, 옥사졸린 화합물, 옥사졸리디논 화합물, 환상 우레아 화합물, 다가 금속염 및 알킬렌 카보네이트 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상일 수 있다. 바람직하게는 내부 가교제일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 내부 가교제인 비스아크릴아마이드일 수 있다.

비스아크릴아마이드를 가교제로서 상기 아크릴아마이드 단량체를 중합할 경우, 비스아크릴아마이드를 가교제와 아크릴아마이드 단량체가 1: 120 내지 150의 중량비로 중합되는 것이 바람직하다. 비스아크릴아마이드 가교제의 중합비가 상기 범위를 벗어나는 경우 탄성률이 작고 점성이 낮아 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 조직 확대, 수복 또는 주름살 제거용으로 이용하기 부적절하거나, 탄성률이 크고 점성이 높아 미세한 바늘을 통한 주사가 어려울 수 있다. 비스아크릴아마이드를 가교제와 아크릴아마이드 단량체가 1: 125 내지 135의 중량비로 중합되는 것이 더 바람직하며, 1: 125 내지 1:130의 중량비로 중합되는 것이 가장 바람직하다.

상기 단계 (1)의 중합은 1 내지 22℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 중합 온도가 1℃ 미만일 경우 중합 반응이 충분하게 진행되지 못하여 바람직하지 않고, 22℃를 초과할 경우 부반응이 일어나며 활성의 저하가 심하고, 중합체 물성에도 좋지 않은 영향을 주므로 바람직하지 않다. 중합은 2 내지 10℃의 온도에서 수행되는 것이 더 바람직하며, 4℃의 온도에서 수행되는 것이 가장 바람직하다.

폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 인체에 적용하기 위하여 상기 단계 (1)의 중합 후에 용액을 멸균하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 멸균은 오토클레이브 또는 증기 가열하는 계내 멸균 등의 방법으로 수행할 수 있으며, 또는 시린지 필터로 여과하는 방법으로 수행할 수도 있다.

상기 원용액에 식염수를 가하여 희석하는 단계는 폴리아크릴아마이드의 농도가 상기 수계 전체 부피를 기준으로 3.3 내지 4.0 v/v%가 되도록 희석시키는 것이 바람직하다. 폴리아크릴아마이드의 농도가 3.3 v/v% 미만일 경우 탄성률이 작고 점성이 낮아 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 조직 확대, 수복 또는 주름살 제거용으로 이용하기 부적절하며, 폴리아크릴아마이드의 농도가 4.0 v/v%를 초과할 경우 탄성률이 크고 점성이 높아 미세한 바늘을 통한 주사가 어려울 수 있다. 폴리아크릴아마이드의 농도가 3.5 내지 3.75 v/v%로 희석되는 것이 더 바람직하며, 3.75 v/v%인 것이 가장 바람직하다.

상기 중합된 폴리아크릴아마이드 함유 용액에서 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하기 위하여, 여과를 수행한다. 미반응 아크릴 아마이드 단량체를 제거하는 방법으로 현재 아크릴아마이드를 제거하기 위하여 분말화, 용액화를 반복하는 수세 공정이 행하여지고 있으나, 이러한 수세 공정은 짧게는 수 시간에서 길게는 수 일이 걸린다는 문제점이 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명을 안출한 것으로서, 중합된 폴리아크릴아마이드 함유 용액에서 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하는 데 있어서 질소 가압 여과법을 이용한 연구는 지금까지 수행되지 않은 것으로 조사되었으며, 본 발명의 질소 가압 여과를 수행할 경우 한 시간 이내로 훨씬 빨리 정제를 완료할 수 있으며, 정제 시간이 감축되더라도 미반응 아크릴아마이드 단량체의 함유량 감소 효과가 수세 공정에서의 효과에 비하여 떨어지지 않는다.

본 발명의 질소 가압 여과는 질소 가압 조건 하에서의 한외여과인 것이 바람직하다.

본 발명의 질소 가압 여과에서, 압력 조건은 35 내지 70 psi인 것이 바람직하다. 상기 질소가 35 psi 미만으로 가압될 경우 미반응 아크릴아마이드 단량체가 효과적으로 제거되지 못하여 인체에 적용하기 부적절하며, 상기 질소가 70 psi를 초과하여 공급될 경우 한외여과막의 변성을 유발할 수 있어 바람직하지 않다. 상기 한외여과의 질소 가압 조건은 40 내지 60 psi 하에서 이루어지는 것이 더 바람직하며, 50 psi 하에서 이루어지는 것이 가장 바람직하다.

본 발명은 또한 상기 제조방법에 의하여 얻어지는, 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 제공한다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따르면, 미반응 아크릴아마이드 단량체가 하이드로겔 1 g에 대하여 0.946 ppm 이하로 함유되도록 제거된 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 제공할 수 있다. 미반응 아크릴아마이드 단량체 제거 여부는 하기 시험예 1 및 도 1에 나타내었다.

아크릴아마이드는 국제암연구소에서 인체 발암 물질로 분류하고 있으며, 피부와 피부 점막을 포함하는 비경구 경로로 빠르게 흡수된다. 하이드로겔 1 g에 대하여 50 ppm 내지 100 ppm의 함유량에서 신경 결손을 유발할 수 있으며, 300 ppm 이상의 함유량에서 중추신경계 및 심혈관계에 영향을 줄 수 있다.

본 발명은 상기 질소 가압을 활용한 정제 단계를 통하여 간편하고 효율적으로 아크릴아마이드를 인체에 무해한 농도 이하로 제거하는 데 성공하였다.

본 발명의 폴리아크릴아마이드 하이드로겔은 또한 점탄성을 구비하도록 제조되었다. 이는 피하 조직에 주사 주입이 용이하도록 하기 위함이며, 이러한 점탄성은 폴리아크릴아마이드의 농도 및 중합되는 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비를 달리함으로써 조절이 가능하다. 폴리아크릴아마이드의 농도 및 중합되는 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비가 점탄성에 미치는 영향을 시험예 2 및 도 2에 나타내었다.

본 발명은 또한 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 포함하는 조직 확대, 수복 또는 주름살 제거용 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 외과적 시술 또는 주사 시술을 이용하여 적용될 수 있으나, 상기 조성물이 점탄성을 구비되게 하여 특히 주사 시술에 적합한 조성물을 제공할 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 하이드로겔 또는 조성물의 저장 탄성률은 적용 응력 0.1 내지 10 Hz에서 4.5 내지 83 Pa인 것이 바람직하고, 손실 탄성률은 적용 응력 0.1 내지 10 Hz에서 4.7 내지 33 Pa인 것이 바람직하며, 복소 점도는 적용 응력 0.1 내지 10 Hz에서 0.5 내지 12 Pa·s인 것이 바람직하다. 상기 저장 탄성률, 손실 탄성률, 및 복소 점도의 바람직한 수치범위를 벗어나는 경우, 탄성률이 작고 점성이 낮아 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 조직 확대, 수복 또는 주름살 제거용으로 이용하기 부적절하거나, 탄성률이 크고 점성이 높아 미세한 바늘을 통한 주사가 어려울 수 있다.

{실시예}

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[참고예]

비스아크릴아마이드 가교제(≥99.5%) 및 아크릴아마이드 단량체(≥99%) 는 Sigma-Aldrich 사(USA)로부터 구입하였으며, APS(암모늄퍼설페이트) 및 TEMED(테트라메틸에틸렌다이아민)는 Bio-Rad 사(USA)로부터 구입하였다. 중합, 진탕, 멸균은 모두 약 4℃의 온도에서 수행되었다.

<시험예 1> 미반응 아크릴아마이드 단량체 함량 평가

1. 시료 준비

[실시예 1]의 제조

(1) 정제 전(前) 단계

수계(水系)에서 비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체를 1: 125의 중량비로 메스실린더에 넣고 증류수를 가하여 폴리아크릴아마이드를 함유하는 원용액(stock solution) 10mL을 제조하였다. 상기 원용액을 코니칼 튜브에 넣고 차광 상태에서 왕복진탕기로 진탕한 후 0.45 ㎛의 시린지필터로 여과하였다. 흄 후드 안에서 상기 여과된 원용액에 중합개시제로서 100 μL의 APS 및 중합촉진제로서 5 μL의 TEMED을 가하여 중합하였다.

상기 APS 및 TEMED를 포함한 원용액에 식염수를 가하여 폴리아크릴아마이드의 농도가 수계 전체 부피를 기준으로 3.75 v/v%로 되도록 희석하였다.

(2) 정제 단계

상기 중합된 폴리아크릴아마이드 함유 용액에서 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하기 위하여, 한외여과를 수행하였다. 상기 한외여과에 사용되는 한외여과막으로 분획분자량(Molecular weight cut-off,MWCO)이 10 kDa인 셀룰로오스 막(Millipore, MA, USA)을 사용하였으며, 여과 성능을 확인하기 위하여 회분식 교반 셀(Amicon 8400, Millipore, USA)을 사용하였다. 교반 셀에 O-링에 고정시킨 한외여과막을 깔고 상기 중합된 폴리아크릴아마이드 함유 용액을 넣은 후 식염수를 채웠다.

교반 셀에 자석 젓개 막대를 넣고 뚜껑을 닫은 후 밸브를 수평 방향으로 맞춘 상태에서 블랙 알루미늄 스탠드에 거치하였다. 밸브를 수직 방향으로 맞추고 질소 50 psi 가압, 유량 12.5 m³/hr 조건 하에서 3 시간 동안 한외여과를 수행한 후 겔 상태의 폴리아크릴아마이드를 회수하여 실시예 1의 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 10 g을 제조하였다.

[비교예 1]의 제조

질소 가압 한외여과 대신, 수세 공정으로 미반응 단량제를 제거한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 10 g을 제조하였다.

2. 미반응 아크릴아마이드 단량체 함량 평가 방법

(1) 표준 용액 준비

1.0 mL의 HPLC 순수에 아크릴아마이드 1.0 ml을 용해하여 1 mg/mL의 아크릴아마이드 표준 원용액을 제조하였다. 상기 표준 원용액을 50, 100, 200, 300, 400, 500 및 1000 μg/L의 HPLC 순수로 희석한 후 0.45 μm의 시린지필터로 여과하여 20 μL의 표준 용액을 준비하였다.

(2) 시험 용액 준비

메쉬 크기 1 mm 이하로 분쇄한 실시예 1 및 비교예 1의 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 1.00 g을 0 mL의 증류수와 함께 50 mL의 코니칼 튜브에 넣었다. 상기 코니칼 튜브를 25℃에서 24시간 동안 왕복진탕기에서 진탕한 후 5분 동안 8000 rpm의 원심분리기에서 원심분리를 수행하였다. 상기 원심분리된 상층액을 0.45 μm의 시린지필터로 여과하여 20 μL의 시험 용액을 준비하였다.

(3) 평가 조건

미반응 아크릴아마이드 단량체 함량은 HPLC-UV(Agilent 1100 시리즈)를 통하여 평가하였다. 본 평가에서 칼럼은 Kromasil ODS-C18(Eka chem., Sweden, 250 × 4.6 nm, 5 μm)을 사용하였으며, 칼럼 주입 온도는 50℃로 설정하였다. UV 검출 파장은 210 nm으로 고정하였다. 용매는 구배용매조성법으로 아세토니트릴 : 물의 10 : 90 v/v 혼합 용매와 아세토니트릴 100% 용매를 사용하였으며, 용매의 구배 조건은 하기 표 1과 같다. 이동상의 유량은 0.40 mL/분으로 고정하였다.

시간(분)	아세토니트릴 : 물 10 : 90 v/v 혼합 용매	아세토니트릴 100% 용매
15	100	0
17	20	80
22	20	80
24	100	0
40	100	0

3. 미반응 아크릴아마이드 단량체 함량 평가 결과

실시예 1 및 비교예 1의 하이드로겔에 대한 HPLC-UV 정성 분석 결과를 하기 도 1에 나타내었다. 도 1에서 별표 피크는 아크릴아마이드 단량체에 상응하는 피크이며, 도 1(a)에서 검출된 비교예 1의 아크릴아마이드 단량체가 실시예 1을 나타내는 도 1(b)에서 검출되지 않았다. 이는 정제 단계에서 미반응 아크릴아마이드 단량체가 제거된 결과임을 알 수 있다.

또한, 정량 분석을 위하여 아크릴아마이드 단량체의 검량선을 구하였다. 회귀식 y=93.734x+1.402(r²=0.9885)은 피크 면적과 아크릴아마이드 단량체 함량 간의 선형성을 잘 나타내었다.

비교예 1의 하이드로겔에서는 하이드로겔 1 g에 대하여 206.21 ppm의 아크릴아마이드 단량체가 검출되었으나, 실시예 1 의 하이드로겔에서는 하이드로겔 1 g에 대하여 0.946 ppm의 아크릴아마이드 단량체가 검출되어 상당히 제거된 것을 알 수 있다. 비교예 1에서 검출된 단량체를 실시예 1의 수준으로 제거하기 위하여, 약 5 회의 수세 공정을 총 24 시간 동안 실시하여야 하였다.

상기 실시예 1 및 비교예 1의 하이드로겔 중합 및 정제 결과를 하기 표 2에 요약하였다.

구분	폴리아크릴아마이드의 농도 (v/v%)	비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비	정제 방법	정제 시간 (시간)	정제 후 단량체 함량 (ppm/g)
실시예 1	3.75	1 : 125	질소 가압 한외여과	3	0.946
비교예 1	3.75	1 : 125	수세 공정	24	206.21

<시험예 2> 폴리아크릴아마이드 농도 및 중합비에 따른 하이드로겔의 점탄성 평가

1. 시료 준비

[실시예 1]

위 실시예 1의 시료를 그대로 사용하였다.

[실시예 2]

폴리아크릴아마이드의 농도가 수계 전체 부피를 기준으로 3.5 v/v%로 되도록 희석한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 10 g을 제조하였다(중합비=1:125).

[실시예 3]

비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비를 1 : 150으로 한것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 10 g을 제조하였다.

[실시예 4]

비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비를 1 : 150으로 하고 폴리아크릴아마이드의 농도를 수계 전체 부피를 기준으로 3.5 v/v%로 되도록 희석한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 10 g을 제조하였다.

[비교예 2]

폴리아크릴아마이드의 농도가 수계 전체 부피를 기준으로 3.25 v/v%로 되도록 희석한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 10 g을 제조하였다(중합비=1:125).

[비교예 3]

비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비를 1 : 150으로 하고 폴리아크릴아마이드의 농도를 수계 전체 부피를 기준으로 3.25 v/v%로 되도록 희석한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리아크릴아마이드 하이드로겔 10 g을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 4, 비교예 2 및 비교예 3에서의 폴리아크릴아마이드의 농도, 비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비 및 정제 방법을 하기의 표 3에 요약하였다.

구분	폴리아크릴아마이드의 농도 (v/v%)	비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비	정제 방법
실시예 1	3.75	1 : 125	질소 가압 한외여과
실시예 2	3.5	1 : 125	질소 가압 한외여과
실시예 3	3.75	1 : 150	질소 가압 한외여과
실시예 4	3.5	1 : 150	질소 가압 한외여과
비교예 2	3.25	1 : 125	질소 가압 한외여과
비교예 3	3.25	1 : 150	질소 가압 한외여과

2. 하이드로겔의 점탄성 평가 조건

실시예 1 내지 4, 비교예 2 및 비교예 3의 하이드로겔의 점탄성을 동탄성 유량계(Thermo Scientific Haake, Rheometer RS1)를 통하여 유동학적으로 평가하였다. 25℃에서 상기 동탄성 유량계를 직경 2.5 cm, 간격 0.5 mn의 평행 구조 중에 설치하고, 선형 점탄성 영역 내에서 0.1 내지 10 Hz의 응력을 적용하여 전단 응력을 측정하였다.

3. 하이드로겔의 점탄성 평가 결과

(1) 개요

실시예 1 내지 4, 비교예 2 및 비교예 3의 하이드로겔에 대한 점탄성 평가 결과를 하기 표 4 내지 6 및 도 2에 나타내었다. 도 2의 a 내지 c의 y축은 각각 저장 탄성률, 손실 탄성률 및 복소 점도를 나타낸다. 도 2에서 나타난 바와 같이 0.1 내지 10 Hz의 응력 전 영역에서 저장 탄성률이 손실 탄성률보다 높은 결과를 나타내며, 이는 실시예 1 내지 4, 비교예 2 및 비교예 3의 하이드로겔이 탄성 겔의 거동을 보이는 것을 의미한다.

(2) 중합비에 따른 점탄성 평가 결과

도 2의 a 내지 c에 의하면, 폴리아크릴아마이드의 농도가 3.75 v/v%로 동일한 실시예 1과 실시예 3을 비교할 때, 동일 농도에서 비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비가 1 : 150인 경우에 비하여, 1 : 125인 경우에 점탄성이 더 양호하게 나타났다.

마찬가지로, 폴리아크릴아마이드의 농도가 3.5 v/v%로 동일한 실시예 2와 실시예 4를 비교할 때와 폴리아크릴아마이드의 농도가 3.25 v/v%로 동일한 비교예 2와 비교예 3을 비교한 결과를 보아도, 비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비가 1 : 150인 경우에 비하여, 1 : 125인 경우의 점탄성이 우수한 것을 알 수 있었다.

(3) 농도에 따른 점탄성 평가 결과

도 2의 a 내지 c에 의하면, 비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비가 1 : 125인 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2를 상호 대비하면, 폴리아크릴아마이드 농도가 3.25 v/v%인 경우보다 3.5 v/v%인 경우가 점탄성이 더 양호하게 나타났고, 3.5 v/v%인 경우보다 3.75 v/v%인 경우가 훨씬더 양호하게 나타났다.

비스아크릴아마이드 가교제와 아크릴아마이드 단량체의 중량비가 1 : 150인 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 3을 상호 대비하여도 마찬가지로 폴리아크릴아마이드 농도가 3.25 v/v%인 경우보다 3.5 v/v%인 경우가 점탄성이 더 양호하게 나타났고, 3.5 v/v%인 경우보다 3.75 v/v%인 경우가 훨씬 더 양호하게 나타났다.

(4) 최적의 실시예

또한, 비교예 2 내지 3의 하이드로겔에 비하여 실시예 1 내지 4의 하이드로겔 저장 탄성률, 손실 탄성률 및 복소 점도 값이 높은 것을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 비스아크릴아마이드 가교제의 중합비 범위 내에서, 폴리아크릴아마이드의 농도가 증가할수록 저장 탄성률, 손실 탄성률 및 복소 점도 값이 증가하는 것을 나타낸다. 특히, 비스아크릴아마이드를 가교제와 아크릴아마이드 단량체가 1: 125의 중량비로 중합되고, 폴리아크릴아마이드의 농도가 3.75 v/v%인 실시예 1의 폴리아크릴아마이드 하이드로겔이 조직 확대, 수복 또는 주름살 제거용으로 이용하기 적절하며, 미세한 바늘을 통한 주사가 용이한 물성을 나타내었다.

상기 실시예 1 내지 4, 비교예 2 및 비교예 3에 따른 하이드로겔의 저장 탄성률(G’), 손실 탄성률(G”) 및 복소 점도(η)를 하기의 표 4 내지 표 6에 요약하였다.

G’ (Pa)	적용 응력(Hz)
G’ (Pa)	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
실시예 1	5.25	8.34	10.01	11.01	11.67	13.88	14.52	14.57	16.32	16.56	17.77	19.30	21.76	26.79	27.04	28.06	30.47	51.72	73.83
실시예 2	7.37	8.34	7.60	8.79	9.27	13.04	13.28	12.79	12.68	12.00	12.68	12.79	20.24	24.53	20.00	24.19	28.33	32.58	51.70
실시예 3	4.73	4.86	5.33	6.00	6.20	6.45	6.66	6.82	6.90	7.23	7.98	8.53	11.27	11.60	12.89	15.84	22.28	37.78	37.78
실시예 4	5.14	4.64	5.36	5.59	5.85	6.11	6.26	6.44	6.35	6.70	7.22	8.84	9.13	7.79	18.21	28.85	50.23	64.85	82.91
비교예 2	4.03	4.20	4.58	5.23	5.12	4.87	5.24	5.36	5.99	6.75	6.78	7.59	7.42	7.93	11.11	16.67	33.88	49.56	65.47
비교예 3	3.74	3.81	4.23	4.77	4.79	4.74	4.65	4.69	4.79	5.17	6.16	7.79	5.24	7.62	14.56	29.43	53.71	75.93	97.57

G” (Pa)	적용 응력(Hz)
G” (Pa)	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
실시예 1	3.86	4.00	4.75	4.50	5.75	5.67	7.88	7.32	7.95	9.85	10.74	12.66	13.74	14.85	14.25	18.68	21.09	30.08	32.28
실시예 2	4.15	3.59	3.69	3.58	5.72	3.96	4.73	5.77	7.84	8.27	9.39	9.88	11.36	14.16	12.23	13.50	13.91	14.26	30.19
실시예 3	2.19	2.48	2.59	2.73	3.05	3.29	3.41	3.49	3.74	3.90	4.80	6.50	7.72	7.52	8.74	8.50	11.15	12.24	28.87
실시예 4	2.41	2.03	2.29	2.60	2.71	2.80	3.04	3.09	3.58	3.68	4.25	5.68	7.61	8.41	8.63	7.88	8.35	11.28	25.96
비교예 2	2.24	2.12	2.24	2.75	2.77	2.79	2.99	3.15	3.47	3.33	3.93	5.89	7.01	7.64	7.75	7.75	7.88	11.10	24.50
비교예 3	1.92	2.12	2.18	2.29	2.78	2.88	3.03	3.09	3.15	3.12	3.83	5.94	6.47	7.07	8.10	8.86	9.02	11.10	31.11

η (Pa·s)	적용 응력(Hz)
η (Pa·s)	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
실시예 1	11.20	7.33	5.88	4.98	4.27	3.85	3.23	2.88	2.61	2.71	1.49	1.13	1.08	0.94	0.87	0.59	0.74	0.86	1.36
실시예 2	11.88	7.20	5.26	4.37	3.91	3.27	3.00	2.65	2.12	2.09	1.16	0.95	0.94	0.75	0.62	0.59	0.77	0.99	1.38
실시예 3	2.19	2.48	2.59	2.73	3.05	3.29	3.41	3.49	3.74	3.90	4.80	6.50	7.72	7.52	8.74	8.50	11.15	12.24	28.87
실시예 4	2.41	2.03	2.29	2.60	2.71	2.80	3.04	3.09	3.58	3.68	4.25	5.68	7.61	8.41	8.63	7.88	8.35	11.28	25.96
비교예 2	2.24	2.12	2.24	2.75	2.77	2.79	2.99	3.15	3.47	3.33	3.93	5.89	7.01	7.64	7.75	7.75	7.88	11.10	24.50
비교예 3	1.92	2.12	2.18	2.29	2.78	2.88	3.03	3.09	3.15	3.12	3.83	5.94	6.47	7.07	8.10	8.86	9.02	11.10	31.11

<시험예 3> 시판품 1과 대비한 점탄성 평가

1. 시료의 준비

[실시예 1]

위 실시예 1의 시료를 그대로 사용하였다.

[비교예 4]

AQUAlift® 하이드로겔 10 g(시판되는 제품에 해당)을 준비하였다.

2. 점탄성 평가 조건

실시예 1 및 비교예 4의 하이드로겔의 점탄성을 동탄성 유량계(Thermo Scientific Haake, Rheometer RS1)를 통하여 유동학적으로 평가하였다. 25℃에서 상기 동탄성 유량계를 직경 2.5 cm, 간격 0.5 mn의 평행 구조 중에 설치하고, 선형 점탄성 영역 내에서 0.1 내지 10 Hz의 응력을 적용하여 전단 응력을 측정하였다.

3. 점탄성 평가 결과

(1) 개요

실시예 1 및 비교예 4의 하이드로겔에 대한 점탄성 평가 결과를 하기 표 7 내지 9 및 도 3에 나타내었다. 도 3의 a 내지 c의 y축은 각각 저장 탄성률, 손실 탄성률 및 복소 점도를 나타낸다. 도 3에서 나타난 바와 같이 0.1 내지 10 Hz의 응력 전 영역에서 저장 탄성률이 손실 탄성률보다 높은 결과를 나타내며, 이는 실시예 1 및 비교예 4의 하이드로겔이 탄성 겔의 거동을 보이는 것을 의미한다.

(2) 점탄성 평가 결과

도 3a에 의하면, 적용 응력이 0.1 Hz인 경우 실시예 1 하이드로겔의 저장 탄성률이 비교예 4 하이드로겔에 비하여 약 3.6배 더 높은 것을 알 수 있다. 적용 응력이 증가함에 따라 비교예 4 하이드로겔의 저장 탄성률이 크게 증가하였으나 여전히 실시예 1 하이드로겔의 저장 탄성률이 크며, 적용 응력이 10 Hz인 경우 실시예 1 하이드로겔의 저장 탄성률이 비교예 4 하이드로겔에 비하여 약 1.5배 높게 나타났다.

도 3b에 의하면, 적용 응력이 0.1 Hz인 경우 실시예 1 하이드로겔의 손실 탄성률이 비교예 4 하이드로겔에 비하여 약 2.5배 더 높은 것을 알 수 있다. 적용 응력이 증가함에 따라 비교예 4 하이드로겔의 손실 탄성률이 크게 증가하였으나 적용 응력이 10 Hz인 경우를 제외하고 실시예 1 하이드로겔의 손실 탄성률이 크며, 적용 응력이 10 Hz인 경우에만 실시예 1 하이드로겔의 손실 탄성률이 9.839 Pa로 나타났고, 비교예 4 하이드로겔의 손실 탄성률이 14.61 Pa로 나타나 비교예 4의 손실 탄성률이 약 1.5배 높게 나타났다.

도 3c에 의하면, 적용 응력이 0.1 Hz인 경우 실시예 1 하이드로겔의 복소 점도가 비교예 4 하이드로겔에 비하여 약 3.6배 더 높은 것을 알 수 있다. 적용 응력이 증가함에 따라 비교예 4 하이드로겔의 복소 점도가 크게 감소하였으나 여전히 실시예 1 하이드로겔의 복소 점도가 크며, 적용 응력이 10 Hz인 경우 실시예 1 하이드로겔의 복소 점도가 비교예 4 하이드로겔에 비하여 약 1.4배 높게 나타났다.

상기 실시예 1 및 비교예 4에 따른 하이드로겔의 저장 탄성률(G’), 손실 탄성률(G”) 및 복소 점도(η)를 하기의 표 7 내지 표 9에 요약하였다.

<시험예 4> 시판품 2와 대비한 용해성 및 흐름성 평가

1. 시료의 준비

[실시예 1]

위 실시예 1의 시료를 그대로 사용하였다.

[비교예 5]

AQUAMID® 하이드로겔(시판되는 제품에 해당) 10 g을 준비하였다.

2. 용해성 및 흐름성 평가 조건

마이크로 튜브에 실시예 1의 및 비교예 5의 하이드로겔 0.2 mL과 PBS(폴리부틸렌석시네이트) 0.6 mL를 가한 후 회전식 배양기를 사용하여 37℃에서 2시간 동안 배양한 후 용해성 및 흐름성을 육안으로 확인하였다.

3. 용해성 및 흐름성 평가 결과

실시예 1의 및 비교예 5의 하이드로겔에 대한 용해성 및 흐름성 평가 결과를 하기 도 4에 나타내었다. 도 4의 상부 그림은 비교예 5의 하이드로겔을 나타내며, 도 4의 하부 그림은 실시예 1의 하이드로겔을 나타낸다.

도 4에 의하면 비교예 5의 하이드로겔이 PBS를 흡수하여 원래의 겔 형태를 유지하고 있는 반면, 실시예 1의 하이드로겔이 PBS에 용해되는 현상이 관측되었다. 마이크로 튜브를 기울여 육안으로 확인한 결과 비교예 5의 하이드로겔은 흐름성을 나타내지 않았으나 실시예 1의 하이드로겔은 흐름성을 나타내었다.

상기 물성은 실시예 1의 하이드로겔이 헤테로 선형 고분자 구조 또는 부분 가교된 고분자 클러스터 구조를 가진다는 것을 의미한다.

본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 청구범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims

폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법에 있어서,
(1) 수계(水系)에서 가교제로서 비스아크릴아마이드와 아크릴아마이드 단량체를 중합하여, 폴리아크릴아마이드를 함유하는 원용액(stock solution)을 제조하는 단계로서, 상기 비스아크릴아마이드 가교제와 상기 아크릴아마이드 단량체는, 1: 125의 중량비로 중합되는 단계;
(2) 상기 원용액에 식염수를 가하여 상기 폴리아크릴아마이드의 농도가 상기 수계 전체 부피를 기준으로 3.5 내지 3.75 v/v%가 되도록 희석하는 단계;
(3) 상기 희석된 폴리아크릴아마이드 함유 용액을 50 psi의 질소 가압, 유량 12.5 m³/hr 조건 하 한외여과에 의하여 미반응 아크릴아마이드 단량체를 제거하는 정제 단계; 및
(4) 상기 정제 단계를 거친 후, 겔 상태의 폴리아크릴아마이드를 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (1)의 중합은 1 내지 22℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 제조방법.
제1항 또는 제2항의 제조방법에 의하여 얻어지는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔로서,
미반응 아크릴아마이드 단량체의 함유량이 하이드로겔 1 g에 대하여 0.946 ppm 이하인 것을 특징으로 하는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔.
제1항 또는 제2항의 제조방법에 의하여 얻어지는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔로서,
상기 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 저장 탄성률은 적용 응력 0.1 내지 10 Hz에서 4.5 내지 83 Pa인 것을 특징으로 하는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔.
제1항 또는 제2항의 제조방법에 의하여 얻어지는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔로서,
상기 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 손실 탄성률은 적용 응력 0.1 내지 10 Hz에서 4.7 내지 33 Pa인 것을 특징으로 하는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔.
제1항 또는 제2항의 제조방법에 의하여 얻어지는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔로서,
상기 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 복소 점도는 적용 응력 0.1 내지 10 Hz에서 0.5 내지 12 Pa·s인 것을 특징으로 하는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔.
제1항 또는 제2항의 제조방법에 의하여 얻어지는 폴리아크릴아마이드 하이드로겔을 포함하는, 조직 확대, 수복 또는 주름살 제거용 조성물.
제7항에 있어서,
상기 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 저장 탄성률은 적용 응력 0.1 내지 10 Hz에서 4.5 내지 83 Pa인 것을 특징으로 하는 조직 확대, 수복 또는 주름살 제거용 조성물.
제7항에 있어서,
상기 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 손실 탄성률은 적용 응력 0.1 내지 10 Hz에서 4.7 내지 33 Pa인 것을 특징으로 하는 조직 확대, 수복 또는 주름살 제거용 조성물.
제7항에 있어서,
상기 폴리아크릴아마이드 하이드로겔의 복소 점도는 적용 응력 0.1 내지 10 Hz에서 0.5 내지 12 Pa·s인 것을 특징으로 하는 조직 확대, 수복 또는 주름살 제거용 조성물.