KR20210129290A - Ceria nanocomposite comprising Cellulose-Coated Nanoceria and manufacturing method of thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 셀룰로오스로 코팅된 세리아 나노입자와 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체적합성이 우수하면서도 항산화 활성이 현저히 개선된 셀룰로오스로 코팅된 세리아 나노입자를 신속하고 빠르게 합성할 수 있는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to ceria nanoparticles coated with cellulose and a method for manufacturing the same, and more particularly, a method for quickly and quickly synthesizing ceria nanoparticles coated with cellulose with excellent biocompatibility and significantly improved antioxidant activity is about
최근 퇴행성 질환을 극복하거나 예방하는 새로운 치료제로, 나노의약이 각광받고 있다. 그러나 종래 나노입자들은 화학적 또는 물리적 방법으로 제조되고, 이러한 방법으로 제조된 나노입자들은 독성 화학물질, 고가의 장비 및 강수량, 열, 전자파, 안정화 등등의 복잡하고 민감한 공정들을 필수적으로 요구한다. 게다가 각 공정에 따라 첨가제, 계면활성제 또는 완전히 제거되지 않는 화학물질들이 혼입되어야 하며, 공정이 완료된 후에도 완전히 제거되지 않을 수 있고, 세포 독성에 영향을 미칠 수 있다.Recently, as a new treatment for overcoming or preventing degenerative diseases, nano-medicine is in the spotlight. However, conventional nanoparticles are manufactured by chemical or physical methods, and nanoparticles prepared by this method inevitably require complex and sensitive processes such as toxic chemicals, expensive equipment, and precipitation, heat, electromagnetic waves, and stabilization. In addition, depending on each process, additives, surfactants, or chemicals that are not completely removed must be incorporated, which may not be completely removed even after the process is completed, and may affect cytotoxicity.
세리아(ceria, CeO2)는 고온에서 열적 안정하고, 격자 구조에 의해 주위의 산소 농도에 따라 Ce4+/Ce3+의 산화 환원 작용을 하며, 우수한 산소 저장 능력을 가지고 있어, 촉매, 고체 전지의 전해질, UV 필터의 물질, 산소 센서, 광학 기기와 같이 다양한 산업 분야에서 유용한 소재로 활용되고 있다.Ceria (CeO 2 ) is thermally stable at high temperatures, performs oxidation-reduction action of Ce 4+ /Ce 3+ depending on the surrounding oxygen concentration due to its lattice structure, and has excellent oxygen storage capacity, so it is used as a catalyst, solid battery It is being used as a useful material in various industrial fields, such as electrolytes, UV filter materials, oxygen sensors, and optical devices.
생체의약 분야에서도 세리아 입자를 활용하기 위한 다양한 기술들이 개발되어 오고 있다. 일반적으로 세리아 입자는 수열법(hydrothermal)을 통해 합성되어 왔다. 수열법으로 합성된 세리아 입자는 대개 수백 nm에서 수 마이크론의 입경을 가지지만, 이후 수소결합에 의해 응집되어 수백 nm에서 수 마이크론 크기의 2차 입자를 이루게 되므로, 입도의 제어가 매우 어렵다는 단점이 있다.Various technologies for using ceria particles have been developed in the field of biopharmaceuticals as well. In general, ceria particles have been synthesized through a hydrothermal method. The ceria particles synthesized by the hydrothermal method usually have a particle diameter of several hundred nm to several microns, but they are then aggregated by hydrogen bonds to form secondary particles of several hundred nm to several microns, so it is very difficult to control the particle size. .
또한, 일반적으로 널리 사용되는 sol-gel법을 통해서는 세리아 나노입자의 합성 자체도 어려울 뿐 아니라, 합성하더라도 입자의 분산성을 유지하기 힘들고 사용 용매에 제한이 있다. 또한, 공정이 복잡하며 제조 공정의 경제성 및 수율이 낮다.In addition, it is difficult to synthesize ceria nanoparticles through the generally widely used sol-gel method, and even if synthesized, it is difficult to maintain the dispersibility of the particles and there is a limitation in the solvent used. In addition, the process is complicated and the economical efficiency and yield of the manufacturing process are low.
한편, 종래 세리아 나노입자는 세포의 복잡한 시스템에 대해서는 고려하지 않고 단지 항산화 활성만을 집중적으로 분석하였다. 그러나 세리아 나노입자를 다양한 세포(HepG2, A549, CaCo2)에 다양한 시간(1 내지 10 일)동안 노출한 결과, 세리아 나노입자는 장기 노출에 대해 모든 세포주에 대해 독성을 나타내는 것으로 확인된 바 있으며, 24시간 단기 노출에서는 유전 독성이 나타남이 확인된 바 있다(비특허문헌 1). On the other hand, conventional ceria nanoparticles were analyzed intensively only for antioxidant activity without considering the complex system of cells. However, as a result of exposing ceria nanoparticles to various cells (HepG2, A549, CaCo2) for various times (1 to 10 days), it has been confirmed that ceria nanoparticles are toxic to all cell lines upon long-term exposure, 24 It has been confirmed that genotoxicity appears in short-term exposure (Non-Patent Document 1).
본 발명자들은 새로운 구조의 세리아 나노복합체 및 이를 제조할 수 있는 새로운 방법을 발굴하고자 예의 노력을 하였다. 그 결과, 액상 플라즈마를 활용한 전략을 고안하였고, 이를 이용하여 물리적 화학적 파라미터가 최적화된 새로운 구조의 세리아 나노복합체를 빠르고, 정확하게 제조할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors made earnest efforts to discover a ceria nanocomposite having a new structure and a new method for preparing the same. As a result, a strategy using liquid plasma was devised, and the present invention was completed by confirming that a ceria nanocomposite having a new structure with optimized physical and chemical parameters can be quickly and accurately manufactured using this.
따라서 본 발명의 목적은 생체적합성이 우수한 세리아 나노복합체를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a ceria nanocomposite having excellent biocompatibility.
본 발명의 다른 목적은 액상 플라즈마를 이용해 빠르고, 정확하게 최적화된 물리적 화학적 파라미터를 갖는 새로운 구조의 세리아 나노복합체의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ceria nanocomposite having a novel structure having a fast and accurately optimized physical and chemical parameter using liquid plasma.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 제조방법으로 제조된 생체적합성이 우수하면서도 세포의 산화 스트레스를 현저히 감소시키고 조직 손상의 회복을 촉진하는 효과를 나타내는 세리아 나노복합체를 포함하는 항산화용 조성물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an antioxidant composition comprising a ceria nanocomposite, which has excellent biocompatibility prepared by the above-described manufacturing method, and has an effect of significantly reducing oxidative stress of cells and promoting the recovery of tissue damage. have.
본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면, 세리아 나노입자 및 상기 세리아 나노입자 표면을 둘러싸고 있고, 셀룰로오스를 포함하는 코팅층;을 포함하는 세리아 나노복합체에 관한 것이다.According to a representative aspect of the present invention, it relates to a ceria nanocomposite comprising a ceria nanoparticle and a coating layer surrounding the surface of the ceria nanoparticle, and comprising cellulose.
상기 세리아 나노복합체는 다공성일 수 있다.The ceria nanocomposite may be porous.
상기 세리아 나노복합체는 해면 모양의 타원형 기공과, 마이크로섬유를 갖는 기공이 형성되어 있고, 상기 마이크로 섬유를 갖는 기공은 상기 세리아 나노복합체의 엣지에 위치하는 것일 수 있다.The ceria nanocomposite may have spongy oval pores and pores having microfibers, and the pores having the microfibers may be located at an edge of the ceria nanocomposite.
상기 세리아 나노복합체는 평균 입경이 1 내지 40 ㎚일 수 있다.The ceria nanocomposite may have an average particle diameter of 1 to 40 nm.
상기 세리아 나노복합체는 1 ㎚ 거리의 뚜렷한 격자 가장자리(Distinct lattice fringes)를 갖는 구형의 입자일 수 있다.The ceria nanocomposite may be a spherical particle having distinct lattice fringes at a distance of 1 nm.
상기 세리아 나노복합체의 EDS 맴핑 결과, 세리아 나노복합체의 표면에는 2가(bivalent) Ce(청색)와 O(녹색)가 전체적으로 고루 분포되어 있는 것일 수 있다.As a result of EDS mapping of the ceria nanocomposite, bivalent Ce (blue) and O (green) may be evenly distributed throughout the surface of the ceria nanocomposite.
에너지 분광 분석(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)를 통하여 상기 세리아 나노복합체를 분석하였을 때, O(K-series)와 Ce(L-series) 원소를 제외하고는 검출되지 않은 것일 수 있다.When the ceria nanocomposite is analyzed through Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), elements other than O (K-series) and Ce (L-series) elements may not be detected.
X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)을 통하여 상기 세리아 나노복합체를 분석하였을 때, 상기 세리아 나노입자의 표면 상에 세륨 원자들이 두 다른 산화 상태(Ce3+ 및 Ce4+)로 존재하는 것일 수 있다.When the ceria nanocomposite was analyzed through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the cerium atoms on the surface of the ceria nanoparticles were in two different oxidation states (Ce 3+ and Ce 4+ ). may exist.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다음 단계들을 포함하는 세리아 나노복합체의 제조방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, it relates to a method for producing a ceria nanocomposite comprising the following steps.
1) 세리아 전구체와 셀룰로오스를 용매에 용해시켜 반응액을 제공하는 단계; 및1) dissolving a ceria precursor and cellulose in a solvent to provide a reaction solution; and
2) 상기 반응액 내에 플라즈마를 발생시켜 제1항에 따른 세리아 나노복합체를 합성하는 액상 플라즈마 반응단계.2) A liquid plasma reaction step of synthesizing the ceria nanocomposite according to
상기 세리아 전구체는 세륨 질산염일 수 있다.The ceria precursor may be cerium nitrate.
상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The solvent may be any one selected from the group consisting of water, ethanol, methanol, acetone, and mixtures thereof.
상기 반응액에서 세리아 전구체의 농도는 1 내지 5 mM일 수 있다.The concentration of the ceria precursor in the reaction solution may be 1 to 5 mM.
상기 액상 플라즈마 반응 단계는 상기 반응액에 노출된 전극으로 공급되는 전원의 전압 800V, 주파수 30 KHz일 수 있다.In the liquid plasma reaction step, a voltage of 800V and a frequency of 30 KHz of power supplied to the electrode exposed to the reaction solution may be applied.
상기 액상 플라즈마 반응 단계는 1 내지 25 분일 수 있다.The liquid-phase plasma reaction step may be 1 to 25 minutes.
본 발명의 또 다른 대표적인 일 측면에 따르면 상기 제조방법에 따라 제조된 세리아 나노복합체를 포함하는 항산화용 조성물에 관한 것이다.According to another representative aspect of the present invention, it relates to an antioxidant composition comprising a ceria nanocomposite prepared according to the above preparation method.
본 발명의 또 다른 대표적인 일 측면에 따르면 세리아 나노복합체를 유효성분으로 포함하는 산화적 스트레스에 의한 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물에 관한 것이다.According to another representative aspect of the present invention, it relates to a pharmaceutical composition for preventing or treating diseases caused by oxidative stress comprising ceria nanocomposite as an active ingredient.
상기 산화적 스트레스에 의한 질환은 뇌졸중, 심근경색, 당뇨병성 혈관장애, 고지혈증, 당뇨병, 간질, 파킨슨씨병 및 치매로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The disease caused by oxidative stress may be any one or more selected from the group consisting of stroke, myocardial infarction, diabetic vascular disorder, hyperlipidemia, diabetes, epilepsy, Parkinson's disease and dementia.
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 액상 플라즈마를 통해 합성된 세리아 나노복합체는 신속한 생성이 가능하고, 제조과정에 화학적 첨가물의 추가가 요구되지 않으며, 초순도로 합성되므로, 의약 용도로 활용할 수 있다는 장점을 갖는다. According to various embodiments of the present invention, the ceria nanocomposite synthesized through liquid plasma can be rapidly generated, does not require the addition of chemical additives in the manufacturing process, and is synthesized with ultrapure purity, so that it can be used for medicinal purposes. have
또한 본 발명의 제조방법에 따라 합성된 세리아 나노복합체는 고농도에서도 세포독성을 나타내지 않는 바람직한 생체 적합성을 가지며, 우수한 DPPH 라디칼 소거 활성, ˙OH 라디칼 소거 활성과 O2-˙ 라디칼 소거 활성 및 과산화수소 라디칼 소거 활성을 가질 뿐만 아니라 세포 내에서 향상된 항산화활성을 나타낸다.In addition, the ceria nanocomposite synthesized according to the preparation method of the present invention has desirable biocompatibility that does not show cytotoxicity even at high concentrations, and has excellent DPPH radical scavenging activity, ˙OH radical scavenging activity, and O 2-˙ radical scavenging activity and hydrogen peroxide radical scavenging activity. It not only has activity, but also exhibits improved antioxidant activity in cells.
따라서, 본 발명의 세리아 나노복합체는 세포의 산화적 스트레스로 인해 야기된 다양한 질환을 치료, 예방 또는 개선하는데 활용될 수 있다.Therefore, the ceria nanocomposite of the present invention can be utilized to treat, prevent or improve various diseases caused by oxidative stress in cells.
도 1은 세리아 나노복합체를 합성하기 위한, 액상 플라즈마 장치를 개략적으로 도시한 도면과 사진이고, 도 2는 세리아 나노복합체를 합성하기 위한 공정과정을 개략적으로 도시한 도면과 사진이다. 900 V에서 1 ㎜의 갭을 두고 나란히 배치된, 텅스텐 전극이 장착된 반응기로, 상기 반응기에서 1 내지 5 mM의 Ce(NO3)2 및 1% 셀룰로오스를 함유한 반응액을 넣고 0-25 분동안 플라즈마를 방전시키면, 다양한 이온 및 라디칼이 생성되어 다양한 반응을 촉진하여 세리아 나노복합체를 합성할 수 있다.
도 3은 실시예 1 및 실시예 2로부터 제조된 세리아 나노입자의 물리적 특성 분석결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 3a는 5 mM Ce(NO3)2 및 1% 셀룰로오스 반응액을 사용한 다양한 방출시간으로 제조된 세리아 나노복합체(실시예 2)의 흡광도 변화를 측정한 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 3b는 5 mM Ce(NO3)2 반응액을 사용한 다양한 방출시간으로 제조된 세리아 나노입자(실시예 2-15)에 대한 C1Ce0 및 C1Ce5의 FTIR 스펙트럼으로, 대조군으로 셀룰로오스에 대해서 FTIR 분석을 실시하였다.
도 3c는 실시예 2-15로부터 제조된 세리아 나노복합체에 대한 Ce 및 O2의 신호를 측정한 EDS 스펙트럼이다.
도 3d는 실시예 2-15로부터 제조된 세리아 나노복합체에 대한 2가 산화 상태(Ce3+ and Ce4+)를 나타낸 XPS 분석결과이다.
도 4는 실시예 2-15로부터 제조된 세리아 나노복합체의 3D 스캐폴드 구조를 FESEM으로 분석한 결과이다. 구체적으로 도 4a는 세리아 나노복합체(실시예 2-15)의 C1Ce0의 마이크로기공(microporous) 구조를 FESEM으로 분석하여 나타낸 도면이고, 도 4b 및 도 4c는 세리아 나노복합체(실시예 2-15)의 C1Ce5의 마이크로기공(microporous) 구조를 FESEM으로 분석하여 나타낸 도면이다. 스케일 바는 10 μm이다.
도 4d는 세리아 나노복합체(실시예 2-15) 중에서 선택된 표면에 대한 EDS 매핑결과이다. 스케일 바는 10 μm이다.
도 5는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체를 TEM로 측정한 결과이다. 구체적으로 도 5a는 15 분 동안 플라즈마를 방출하여 합성된 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 C1Ce5에 대한 TEM 이미지이고, 도 5b는 도 5a의 구조를 개략적으로 도시한 것이며, 도 5c는 15 분 동안 플라즈마를 방출하여 합성된 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 격자 가장자리(lattice fringes)를 확인하기 위한, HRTEM 이미지이다. 도 5d는 15 분 동안 플라즈마를 방출하여 합성된 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 크기 분포를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 pH, 농도에 따른 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 항산화제 활성을 측정하여 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 6a는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 DPPH 라디칼 소거 활성을 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 6b는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 ˙OH 라디칼 소거 활성을 측정하여 나타낸 그래프이며, 도 6c는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 수퍼옥사이드 라디칼 소거 활성을 측정하여 나타낸 그래프이며, 도 6d는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 과산화수소 라디칼 소거 활성을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 세포독성 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 7a는 다양한 농도(0-1600 ㎍/㎖)의 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체를 HeLa 세포에 24 시간동안 처리하여 측정한, 세포의 생존율을 나타낸 그래프이고, 도 7b는 다양한 농도(0-1600 ㎍/㎖)의 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체를 HeLa 세포에 48 시간동안 처리하여 측정한, 세포의 생존율을 나타낸 그래프이다. STS를 음성 대조군으로 사용하였다.
도 8은 생체 외에서(in vitro), 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 항산화 활성을 측정하여 나타낸 결과로, 도 8a 및 d는 아무것도 처리하지 않은 HeLa 세포(정상 대조군), 도 8b 및 e는 ROS가 형성되는 STS(1 μM)로 처리된 ROS 세포(음성 대조군)(b), 손상된 핵(nucleus)(e)이고, 도 8c 및 f는 세포 감소와 핵 손상이 없는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체(1000 ㎍/㎖)로 처리된 세포(실험군)이다. 스케일 바는 100 μm를 나타낸다.1 is a view and a photograph schematically illustrating a liquid plasma apparatus for synthesizing a ceria nanocomposite, and FIG. 2 is a view and a photograph schematically illustrating a process process for synthesizing a ceria nanocomposite. A reactor equipped with tungsten electrodes arranged side by side with a gap of 1 mm at 900 V, in which 1 to 5 mM of Ce(NO 3 ) 2 and a reaction solution containing 1% cellulose were put in the reactor for 0-25 minutes When the plasma is discharged during the process, various ions and radicals are generated to promote various reactions, thereby synthesizing ceria nanocomposites.
3 is a graph showing the results of physical property analysis of ceria nanoparticles prepared in Examples 1 and 2; Specifically, Figure 3a is a UV-Vis spectrum measuring the change in absorbance of the ceria nanocomposite (Example 2) prepared at various release times using 5 mM Ce(NO 3 ) 2 and 1% cellulose reaction solution.
Figure 3b is a 5 mM Ce(NO 3 ) 2 FTIR spectra of C1Ce0 and C1Ce5 for ceria nanoparticles (Example 2-15) prepared at various release times using a reaction solution, FTIR analysis was performed on cellulose as a control. did.
FIG. 3c is an EDS spectrum in which signals of Ce and O 2 were measured for the ceria nanocomposite prepared in Examples 2-15.
3D is an XPS analysis result showing the divalent oxidation state (Ce 3+ and Ce 4+ ) of the ceria nanocomposite prepared in Examples 2-15.
4 is a result of FESEM analysis of the 3D scaffold structure of the ceria nanocomposite prepared in Examples 2-15. Specifically, FIG. 4a is a view showing the microporous structure of C1Ce0 of the ceria nanocomposite (Example 2-15) analyzed by FESEM, and FIGS. 4b and 4c are the ceria nanocomposite (Example 2-15) It is a diagram showing the microporous structure of C1Ce5 analyzed by FESEM. Scale bar is 10 μm.
4D is an EDS mapping result for a surface selected from ceria nanocomposites (Examples 2-15). Scale bar is 10 μm.
5 is a result of measuring the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 by TEM. Specifically, FIG. 5A is a TEM image of C1Ce5 of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 synthesized by emitting plasma for 15 minutes, FIG. 5B schematically shows the structure of FIG. 5A, and FIG. 5C is It is an HRTEM image for confirming the lattice fringes of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 synthesized by emitting plasma for 15 minutes. 5D is a graph showing the size distribution of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 synthesized by emitting plasma for 15 minutes.
6 is a graph showing the measurement of antioxidant activity of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 according to pH and concentration. Specifically, FIG. 6a is a graph showing the measurement of the DPPH radical scavenging activity of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15, and FIG. 6b is a measurement of the OH radical scavenging activity of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15. 6c is a graph showing the superoxide radical scavenging activity of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15, and FIG. 6d is hydrogen peroxide radical scavenging of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15. It is a graph showing by measuring the activity.
7 is a graph showing the cytotoxicity analysis result of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15. Specifically, FIG. 7a is a graph showing the cell viability measured by treating HeLa cells with the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 at various concentrations (0-1600 μg/ml) for 24 hours, and FIG. 7b is It is a graph showing the cell viability measured by treating HeLa cells with the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 at various concentrations (0-1600 μg/ml) for 48 hours. STS was used as a negative control.
8 is a result of measuring the antioxidant activity of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 in vitro, and FIGS. 8a and d are HeLa cells untreated (normal control), FIG. 8b and e is ROS cells (negative control) (negative control) treated with STS (1 μM) in which ROS is formed (b), damaged nucleus (e), and FIGS. 8c and f are Example 2- without cell reduction and nuclear damage Cells (experimental group) treated with ceria nanocomposite (1000 μg/ml) synthesized from 15. Scale bar represents 100 μm.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.
본 발명은 액상 플라즈마를 활용한 세리아 나노복합체의 새로운 합성방법에 관한 것으로, 공정시 환원제, 안정화제 및 계면활성제와 같은 유해 화학물질을 사용하지 않으면서, 물리적, 화학적 파라미터가 최적화된 세리아 나노복합체를 신속하고 정확하게 제조할 수 있다는 강점을 갖는다.The present invention relates to a novel synthesis method of ceria nanocomposite using liquid plasma, wherein physical and chemical parameters are optimized without using harmful chemicals such as reducing agents, stabilizers and surfactants during the process. It has the advantage of being able to manufacture quickly and accurately.
상기 방법을 통해 합성된 세리아 나노복합체를 X-선 광전자 분광기(XPS), 고해상도 투과 전자 현미경(HRTEM), 전계 방출 전자 분광기(FESEM), 에너지 분산 분광기(EDS) 및 UV-Vis 분광법을 통해 특성을 분석하고, 인 비트로 상에서의 생리활성을 분석한 결과, 정상세포 또는 암세포 모두에서 독성을 나타내지 않는 것으로 확인되었고 세포에 대한 ROS 저해효과를 나타냈으며, 산화스트레스를 현저하게 감소시키고 조직 손상의 회복을 촉진시키는 항산화 활성을 가지고 있음을 확인하였다. The ceria nanocomposite synthesized through the above method was characterized through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), field emission electron spectroscopy (FESEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and UV-Vis spectroscopy. As a result of analyzing and analyzing the physiological activity in vitro, it was confirmed that neither normal cells nor cancer cells were toxic and showed an ROS inhibitory effect on cells, remarkably reduced oxidative stress and accelerated the recovery of tissue damage. It was confirmed that it has antioxidant activity.
본 발명의 일 측면은 세리아 나노입자 및 상기 세리아 나노입자 표면을 둘러싸고 있고, 셀룰로오스를 포함하는 코팅층;을 포함하는 세리아 나노복합체에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a ceria nanocomposite comprising a ceria nanoparticles and a coating layer surrounding the surface of the ceria nanoparticles and comprising cellulose.
상기 세리아 나노복합체는 다공성인 것을 확인하였다. 구체적으로 상기 세리아 나노복합체는 해면 모양의 타원형 기공과, 마이크로섬유를 갖는 기공이 형성되어 있고, 상기 마이크로 섬유를 갖는 기공은 상기 세리아 나노복합체의 엣지에 위치한다.It was confirmed that the ceria nanocomposite was porous. Specifically, the ceria nanocomposite has spongy oval pores and pores having microfibers, and the pores having the microfibers are located at the edge of the ceria nanocomposite.
상기 세리아 나노복합체는 평균 입경이 1 내지 40 ㎚일 수 있다.The ceria nanocomposite may have an average particle diameter of 1 to 40 nm.
또한, 상기 세리아 나노복합체는 1 ㎚ 거리의 뚜렷한 격자 가장자리(Distinct lattice fringes)를 갖는 구형의 입자임을 후술하는 HRTEM 분석을 통해 확인하였다.In addition, it was confirmed through HRTEM analysis, which will be described later, that the ceria nanocomposite was a spherical particle having distinct lattice fringes at a distance of 1 nm.
에너지 분광 분석(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)를 통하여 상기 세리아 나노복합체를 분석하였을 때, O(K-series)와 Ce(L-series) 원소를 제외하고는 검출되지 않은 것을 확인하였다. 또한 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)을 통하여 상기 세리아 나노복합체를 분석하였을 때, 상기 세리아 나노복합체의 표면 상에 세륨 원자들이 두 다른 산화 상태(Ce3+ and Ce4+)로 존재하는 것을 확인하였다. When the ceria nanocomposite was analyzed through Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), it was confirmed that no elements were detected except for O (K-series) and Ce (L-series) elements. In addition, when the ceria nanocomposite was analyzed through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the cerium atoms on the surface of the ceria nanocomposite had two different oxidation states (Ce 3+ and Ce 4+ ) was confirmed to exist.
종래의 방법으로 합성된 세리아 나노입자들의 ˙OH 소거 활성은 고농도(1 μM)에서 최고 ˙OH 소거 활성이 60%였는데 반해, 본 발명의 액상 플라즈마 공정으로 제조된 세리아 나노복합체는 60 ㎍/㎖ 농도에서 모두 60% 이상의 ˙OH 라디칼 소거 활성을 나타내어, ˙OH 라디칼에 대한 강력한 항산화 효과를 가지는 것을 확인하였다. 나아가 본 발명의 액상 플라즈마 공정으로 합성된 세리아 나노복합체는 O2 - , DPPH 및 과산화수소에 대해서도 우수한 소거 활성을 갖는다.The OH scavenging activity of ceria nanoparticles synthesized by the conventional method was 60% at a high concentration (1 μM), whereas the ceria nanocomposite prepared by the liquid-phase plasma process of the present invention had a concentration of 60 μg/ml All of them exhibited more than 60% ˙OH radical scavenging activity, confirming that they had a strong antioxidant effect on ˙OH radicals. Furthermore, the ceria nanocomposite synthesized by the liquid-phase plasma process of the present invention has excellent scavenging activity against O 2 - , DPPH and hydrogen peroxide.
본 발명에 따라 제조된 세리아 나노복합체는 농도가 증가함에 따라, 산화 손상으로부터 세포를 보다 효과적으로 보호하고, 세포 내 ROS 생성을 억제하는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 세리아 나노복합체는 세포 내에서 현저히 우수한 항산화 특성도 가지고 있음을 확인한 바, 산화적 스트레스에 의해 야기되는 질환 예컨대 퇴행성 질환의 예방, 치료 또는 개선에 효과적임을 알 수 있다. 종래 침전법으로 합성된 세리아 나노입자는 세포독성을 가져, 유전적 손상을 야기하였고, HepG2 및 A549 세포에 대해 가장 낮은 농도에서 높은 독성을 나타내는 부작용이 있음을 확인하였다. 이렇듯 기존의 세리아 나노입자들은 세포독성과 부작용으로 인해 치료제로써 활용이 제한되었다It can be seen that the ceria nanocomposite prepared according to the present invention more effectively protects cells from oxidative damage and inhibits ROS generation in cells as the concentration increases. In addition, as it was confirmed that the ceria nanocomposite prepared according to the present invention also has remarkably excellent antioxidant properties in cells, it can be seen that it is effective in preventing, treating or improving diseases caused by oxidative stress, such as degenerative diseases. The ceria nanoparticles synthesized by the conventional precipitation method had cytotoxicity, causing genetic damage, and it was confirmed that there was a side effect of showing high toxicity at the lowest concentration for HepG2 and A549 cells. As such, existing ceria nanoparticles have limited use as therapeutic agents due to cytotoxicity and side effects.
본 발명은 환원제 또는 안정화제로서 유해 화학물질이 필요없다는 장점이 있다. 전자현미경 연구를 통해 확인한 결과, 본 발명의 세리아 나노복합체는 응집이 없는 단분산 형태의 입방형의 세리아 나노입자가 셀룰로오스에 의해 표면이 둘러쌓인 형태였다. 세리아 나노복합체는 생체 외에서(in vitro) pH 의존적으로 ㅇOH 및 O2- 라디칼에 대한 높은 소거 활성을 나타내었다. 게다가, 상기 세리아 나노복합체는 고농도로 존재할 때에도 어떠한 세포의 형태학적 변화나 세포 생존율 저하를 일으키지 않는, 현저히 우수한 생체 적합성을 가지고 있음을 확인하였다. 즉, 본 발명에 따라 제조된 세리아 나노복합체는 그 표면에 형성된 원자가 상태로 인해, 세포 독성을 야기하지 않으며, ROS 소거활성이 우수함을 알 수 있다.The present invention has the advantage that harmful chemicals are not required as reducing or stabilizing agents. As a result of confirming through an electron microscope study, the ceria nanocomposite of the present invention had a monodisperse cubic ceria nanoparticle without aggregation, the surface of which was surrounded by cellulose. The ceria nanocomposite exhibited high scavenging activity against OH and O2- radicals in a pH-dependent manner in vitro. In addition, it was confirmed that the ceria nanocomposite does not cause any morphological changes or reduction in cell viability even when present at high concentrations, and has remarkably excellent biocompatibility. That is, it can be seen that the ceria nanocomposite prepared according to the present invention does not cause cytotoxicity and has excellent ROS scavenging activity due to the valence state formed on the surface thereof.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다음 단계들을 포함하는 세리아 나노복합체의 제조방법이 개시된다.According to one aspect of the present invention, a method for producing a ceria nanocomposite comprising the following steps is disclosed.
1) 세리아 전구체와 셀룰로오스를 용매에 용해시켜 반응액을 제공하는 단계; 및1) dissolving a ceria precursor and cellulose in a solvent to provide a reaction solution; and
2) 상기 반응액 내에 플라즈마를 발생시켜 상기 세리아 나노복합체를 합성하는 액상 플라즈마 반응단계.2) A liquid plasma reaction step of synthesizing the ceria nanocomposite by generating plasma in the reaction solution.
세리아 나노입자는 촉매, 고체 전지의 전해질, UV 필터의 물질, 산소 센서, 광학 기기와 같이 다양한 산업 분야에서 큰 주목을 받아왔다. 그러나, 세리아 나노입자는 세포에서 독성이 유도될 수 있음을 확인한 바, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하고 생명, 화학, 의약 및 약물전달 분야에서도 활용될 수 있는 물리적 화학적 특성을 갖는 새로운 구조의 세리아 나노복합체를 경제적이고 효율적으로 제조하고자 한다.Ceria nanoparticles have received great attention in various industrial fields, such as catalysts, electrolytes in solid batteries, materials for UV filters, oxygen sensors, and optical devices. However, as it was confirmed that ceria nanoparticles can induce toxicity in cells, the present invention solves the problems of the prior art and provides a novel structure having physical and chemical properties that can be utilized in life, chemistry, medicine and drug delivery fields. It is intended to economically and efficiently manufacture ceria nanocomposites.
구체적으로 1) 세리아 전구체와 셀룰로오스를 용매에 용해시켜 반응액을 제공한다. Specifically, 1) a ceria precursor and cellulose are dissolved in a solvent to provide a reaction solution.
상기 세리아 전구체는 세륨 질산염(cerium nitrate, Ce(NO3)2)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 세륨 질산염을 용매에 용해시켜 세리아 이온이 함유된 반응액을 제조하게 되고, 상기 반응액 내에는 세리아 이온(Ce3+, Ce4+)이 존재하게 된다.The ceria precursor is cerium nitrate (cerium nitrate, Ce(NO 3 ) 2 ) It is preferable to use. The cerium nitrate is dissolved in a solvent to prepare a reaction solution containing ceria ions, and in the reaction solution, ceria ions (Ce 3+ , Ce 4+ ) is present.
본 발명에서 상기 셀룰로오스는 상기 셀룰로오스는 미정질 셀룰로오스(microcrystalline cellulose), 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 미정질 셀룰로오스를 사용할 수 있다.In the present invention, the cellulose may be selected from the group consisting of microcrystalline cellulose, methyl cellulose, and ethyl cellulose, preferably microcrystalline cellulose.
상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 보다 바람직하게는 물일 수 있다. 물이 사용될 경우에는 세리아 나노복합체를 초순도로 얻을 수 있다. 이외에 다른 용매가 사용될 경우에는 부가적인 화학물질이 포함되므로, 물을 사용하는 경우에 비하여 순도가 낮아질 수 있기 때문에, 의약용도로 사용하기 위해서는 추가적인 정제 공정이 필요하다. 나아가 이 경우 물을 용매로 하여 합성된 본 발명의 세리아 나노복합체의 물리적 화학적 특성이 달라지게 되므로, 항산화 활성과 생체적합성이 저하되므로 바람직하지 못하다.The solvent may be any one selected from the group consisting of water, ethanol, methanol, acetone, and mixtures thereof, but more preferably water. When water is used, ceria nanocomposites can be obtained in ultra-pure purity. When other solvents are used, since additional chemicals are included, the purity may be lowered compared to the case of using water, and thus, an additional purification process is required for use for medicinal purposes. Furthermore, in this case, since the physical and chemical properties of the ceria nanocomposite of the present invention synthesized using water as a solvent are changed, antioxidant activity and biocompatibility are deteriorated, which is not preferable.
상기 반응액에서 세리아 전구체의 농도는 특별히 이에 제한되지 않으나, 용액 내 농도가 바람직하게는 1 내지 5 mM일 수 있다. 상기 세리아 전구체의 농도에 따라 세리아 나노복합체에서 코어에 위치하는 세리아 나노입자의 평균 직경에 영향을 줄 수 있다. 따라서 평균 입경이 1 내지 40 ㎚가 되도록 하기 위해서는 세리아 전구체의 농도가 1 내지 5 mM인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 5 mM 인 것일 수 있다. 5 mM 미만일 경우에는 셀룰로오스 대비 낮은 세륨염의 농도로 인해, 제대로 된 코어-쉘 구조의 세리아 나노복합체를 얻을 수 없고, 5 mM을 초과할 경우에는 액상 플라즈마의 방출에 의한 합성이 어려워질 수 있다.The concentration of the ceria precursor in the reaction solution is not particularly limited thereto, but the concentration in the solution may be preferably 1 to 5 mM. According to the concentration of the ceria precursor, the average diameter of the ceria nanoparticles located in the core of the ceria nanocomposite may be affected. Therefore, in order to have an average particle diameter of 1 to 40 nm, the concentration of the ceria precursor is preferably 1 to 5 mM, and most preferably 5 mM. When it is less than 5 mM, due to the low concentration of cerium salt compared to cellulose, a ceria nanocomposite with a proper core-shell structure cannot be obtained, and when it exceeds 5 mM, synthesis by emission of liquid plasma may be difficult.
상기 반응액에서 셀룰로오스의 농도는, 반응액 총 부피를 기준으로 0.1 내지 10 중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량% 일 수 있고, 0.5 내지 1 중량%일 수 있으며, 가장 바람직하게는 1 중량%이다. 예를 들어 반응액 100 ml 당 0.5 내지 1 mg 포함되는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 100 ml 당 1 mg 포함될 수 있다.The concentration of cellulose in the reaction solution may be 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight, 0.5 to 1% by weight, most preferably based on the total volume of the reaction solution. 1% by weight. For example, 0.5 to 1 mg per 100 ml of the reaction solution is preferably included, and most preferably 1 mg per 100 ml.
이후 2) 상기 반응액 내에 플라즈마를 발생시켜 세리아 나노복합체를 합성하는 액상 플라즈마 반응단계이다.After 2) a liquid plasma reaction step of synthesizing a ceria nanocomposite by generating plasma in the reaction solution.
본 발명에 적용된 액상 플라즈마(solution phase plasma, SPP)는 고밀도 고에너지 플라즈마를 유체 속에서 발생시켜 하나의 공정으로 합성 및 분산하는 기술로, 경제적이고 생산성 확보가 용이하며, 물리적 화학적 특성이 제어됨으로써 우수한 생체 적합성 및 항산화 활성을 갖는 세리아 나노복합체를 제조할 수 있다.The liquid plasma (solution phase plasma, SPP) applied to the present invention is a technology for synthesizing and dispersing high-density high-energy plasma in a fluid in a single process, which is economical, easy to secure, and has excellent properties by controlling its physical and chemical properties. It is possible to prepare a ceria nanocomposite having biocompatibility and antioxidant activity.
액상 플라즈마는 액체 중에 전기에너지 인가에 다른 이온과 전자의 흐름은 액체 중에 플라즈마를 발생시키고, 인가되는 전기 에너지양이 증가함에 따라 이온과 전자의 흐름이 증가되어 플라즈마의 강도가 달라진다. 본 발명에서는 플라즈마의 발생은 전자의 흐름과 관계되며 액체 내에 존재하는 세리아 전구체(세리아 이온)에 전자가 제공되어 세리아 나노복합체를 합성하게 된다. 이때 셀룰로오스에 의해, 세리아 나노입자의 핵 형성을 방지하므로, 세리아 나노입자가 응집 및 성장하지 못하고, 입방체 구조로 형성되게 된다.In liquid plasma, the flow of ions and electrons differs from the application of electrical energy in the liquid to generate plasma in the liquid, and as the amount of applied electrical energy increases, the flow of ions and electrons increases, thereby changing the intensity of plasma. In the present invention, the generation of plasma is related to the flow of electrons, and electrons are provided to the ceria precursor (ceria ion) present in the liquid to synthesize the ceria nanocomposite. At this time, since the nucleation of the ceria nanoparticles is prevented by the cellulose, the ceria nanoparticles cannot agglomerate and grow, and are formed in a cubic structure.
본 발명에서 사용한 액체 플라즈마 장치는 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 것이 이용되며, 본 발명의 실험예에서 사용된 액상 플라즈마 반응장치의 구조를 하기 도 1에 나타내었고, 과정은 도 2에 나타내었다. 구체적으로 본 발명에서 사용한 액상 플라즈마 반응장치는 원통형의 테플론 반응기와, 반응기 내에 반응액을 순환시켜 일정한 온도로 유지하기 위한 냉각 시스템과 순환펌프, 반응기에 설치된 한 쌍의 전극과, 전극에 전원을 공급하기 위한 전원공급기(bipolar pulse power supply)로 이루어진 것을 사용하였다. 전극은 텅스텐 소재로 이루어지며, 두 전극 간 거리는 약 1 ㎜로 유지되는 것을 사용하였다.As the liquid plasma apparatus used in the present invention, those commonly used in the art are used, and the structure of the liquid plasma reaction apparatus used in the experimental example of the present invention is shown in FIG. 1, and the process is shown in FIG. Specifically, the liquid plasma reactor used in the present invention includes a cylindrical Teflon reactor, a cooling system and a circulation pump for circulating the reaction liquid in the reactor to maintain a constant temperature, a pair of electrodes installed in the reactor, and supplying power to the electrodes A power supply (bipolar pulse power supply) for this was used. The electrode was made of a tungsten material, and the distance between the two electrodes was maintained at about 1 mm.
상기 원통형의 테플론 반응기는 도 1에서와 같이, 밀폐되어 있는 것이 바람직하다.The cylindrical Teflon reactor is preferably sealed, as shown in FIG. 1 .
상기 액상 플라즈마 반응장치에서, 원통형의 테플론 반응기 내에 반응액을 넣고, 상기 반응액에 전원이 공급되면 전기 방전에 의해 용액 중에서 플라즈마가 형성되어 세리아 나노복합체가 합성된다. 이때 반응액의 온도가 상승되는 것을 방지하고자 냉각 시스템을 통해 온도를 20~30 ℃로 유지하였다. 상기 반응기와 냉각 시스템은 연결되어 있으며, 순환펌프를 순환될 수 있다. 또한 상기 액상 플라즈마 반응장치는 반응액의 일정한 혼합 및 용질의 완전한 분산을 위해 자기 교반기를 더 포함할 수 있다.In the liquid plasma reactor, a reaction solution is put in a cylindrical Teflon reactor, and when power is supplied to the reaction solution, plasma is formed in the solution by electric discharge to synthesize a ceria nanocomposite. At this time, in order to prevent the temperature of the reaction solution from rising, the temperature was maintained at 20 to 30 °C through a cooling system. The reactor and the cooling system are connected, and a circulation pump may be circulated. In addition, the liquid plasma reactor may further include a magnetic stirrer for constant mixing of the reaction solution and complete dispersion of the solute.
구체적으로 상기 반응액 중에 다양한 시간(1 내지 15 분) 동안 30 kHz, 800 V의 조건으로 액상 플라즈마를 방출하여 세리아 나노복합체를 합성하였다. 상기 액상 플라즈마 반응 단계는 상기 반응액에 노출된 전극으로 공급되는 전원의 전압 800V, 주파수 30 KHz인 것이 바람직한데, 상기 전압보다 높고, 주파수가 낮을 경우 세리아 나노복합체를 제조하기 위해 2~10배의 시간이 더 소요되며, 정밀하게 제어된 크기의 세리아 나노복합체를 얻을 수 없다는 문제점이 있다.Specifically, a ceria nanocomposite was synthesized by emitting liquid plasma under conditions of 30 kHz and 800 V for various times (1 to 15 minutes) in the reaction solution. The liquid plasma reaction step is preferably a voltage of 800V and a frequency of 30 KHz of the power supplied to the electrode exposed to the reaction solution. When the voltage is higher and the frequency is lower than the voltage, 2 to 10 times to produce a ceria nanocomposite. It takes more time, and there is a problem in that it is not possible to obtain a ceria nanocomposite having a precisely controlled size.
상기 반응액에 액상 플라즈마를 방출함으로써, 낮은 온도, 대기 조건 하에서 세리아의 핵생성과 성장이 이루어지며, 핵생장과 성장이 셀룰로오스에 의해 방지되게 되므로 정밀하게 제어된 크기(1 내지 40 nm)의 입방형 구조의 세리아 나노입자와 이의 표면을 둘러싼 셀룰로오스 코팅층을 갖는 세리아 나노복합체가 합성되게 된다.By emitting liquid plasma to the reaction solution, ceria nucleation and growth are made under low temperature and atmospheric conditions, and nucleation and growth are prevented by cellulose, so that a precisely controlled cubic size (1 to 40 nm) A ceria nanocomposite having a ceria-like structure and a cellulose coating layer surrounding the surface thereof is synthesized.
이에 반해 본 발명의 따른 제조방법은 정밀하게 제어된 구조를 갖는 세리아 나노복합체를 얻기 위해 상기 액상 플라즈마 반응 단계가 1 내지 25 분이면 충분하며, 바람직하게는 15 내지 25 분부터 충분한 생리활성 기능을 갖는 세리아 나노복합체를 얻을 수 있다는 큰 장점을 갖는다.In contrast, in the manufacturing method according to the present invention, 1 to 25 minutes of the liquid plasma reaction step is sufficient to obtain a ceria nanocomposite having a precisely controlled structure, and preferably 15 to 25 minutes having sufficient physiologically active function. It has a great advantage of being able to obtain a ceria nanocomposite.
상술한 과정을 통해 제조된 세리아 나노복합체는 별도의 계면활성제를 첨가하지 않으면서도, 초순도로 합성할 수 있으므로 추후 생체재료로서 우수한 특성을 나타낼 수 있게 된다.The ceria nanocomposite prepared through the above-described process can be synthesized with ultra-pureity without adding a separate surfactant, so that it can exhibit excellent properties as a biomaterial in the future.
추가적으로 상기 2) 단계를 통해 합성된 세리아 나노복합체만을 회수하기 위하여, 상기 세리아 나노복합체를 원심분리하여, 분리할 수 있다. 필요에 따라 건조하여 분말화할 수 있다.Additionally, in order to recover only the ceria nanocomposite synthesized through step 2), the ceria nanocomposite may be separated by centrifugation. If necessary, it can be dried and powdered.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 세리아 나노복합체는 항산화 활성을 가지며, 고농도에서도 부작용이 없으므로 항산화용 식품 조성물, 피부외용제, 화장료로 유용하게 사용될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the ceria nanocomposite has antioxidant activity and has no side effects even at high concentrations, so it can be usefully used as a food composition for antioxidants, external preparations for skin, and cosmetics.
상기 항산화용 조성물은 피부외용제일 수 있으며, 구체적으로 용액제, 현탁제, 스프레이제, 패취제, 패드제, 크림제, 연고제, 겔제로 제조될 수 있다.The antioxidant composition may be for external application to the skin, and specifically, it may be prepared as a solution, suspension, spray, patch, pad, cream, ointment, or gel.
상기 용액제는 유효성분 이외에 통상의 부형제, 예를 들면 용매, 가용화제 및 유화제, 예를 들면 물, 에틸알코올, 이소프로필알코올, 에틸카보네이트, 에틸아세테이트, 벤질알코올, 벤질벤조에이트, 프로필렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 디메틸포름아미드, 오일, 특히 면실유, 낙화생유, 동백유, 알로에베라, 글리세린, 천연옥수수 배종유, 올리브유, 피마자유, 아몬드유 및 참깨유, 글리세롤, 글리세롤 포름알코올, 테트라히드로푸르푸릴 알코올, 폴리에틸렌글리콜 및 소르비탄의 지방산 에스테르, 또는 이들 물질의 혼합물을 포함할 수 있으며, 보존제로서 메틸 또는 프로필-p-히드록시벤조에이트 또는 솔브산 등을 포함할 수 있다.In addition to the active ingredient, the solution includes conventional excipients, for example, solvents, solubilizers and emulsifiers, for example, water, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl carbonate, ethyl acetate, benzyl alcohol, benzyl benzoate, propylene glycol, 1 ,3-butylene glycol, dimethylformamide, oils, especially cottonseed oil, peanut oil, camellia oil, aloe vera, glycerin, natural corn pear oil, olive oil, castor oil, almond oil and sesame oil, glycerol, glycerol form alcohol, tetrahydro Furfuryl alcohol, polyethylene glycol and fatty acid esters of sorbitan, or mixtures of these substances, and may include methyl or propyl-p-hydroxybenzoate or sorbic acid as a preservative.
현탁제는 유효성분 이외에 통상의 부형제, 예를 들면 액상 희석제 (예: 물, 에틸알코올 및 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜), 및 현탁제 (예: 에톡실화 이소스테아릴 알코올, 폴리옥시에틸렌 소르비톨, 소르비탄 에스테르, 셀룰로오스 유도체 및 수소화 식용유지), 미세 결정성 셀룰로오스, 알루미늄 메타히드록시드, 벤토나이트, 한천 및 트라가칸트, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 또는 이들 물질의 혼합물을 함유할 수 있다.In addition to the active ingredient, suspending agents include conventional excipients, for example, liquid diluents (eg, water, ethyl alcohol and propylene glycol, polyethylene glycol), and suspending agents (eg, ethoxylated isostearyl alcohol, polyoxyethylene sorbitol, sorbitan). esters, cellulose derivatives and hydrogenated edible oils), microcrystalline cellulose, aluminum metahydroxide, bentonite, agar and injectable esters such as tragacanth, ethyl oleate, or mixtures of these substances.
연고제, 크림제 및 겔제는 유효 화합물 이외에 통상의 부형제, 예를 들면 동물성 및 식물성 지방, 왁스 파라핀, 전분, 타르가칸트, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 규산, 활석 및 산화 아연 또는 이들 물질의 혼합물을 함유할 수 있다.Ointments, creams and gels, in addition to the active compounds, are prepared with customary excipients such as animal and vegetable fats, wax paraffin, starch, targacanth, cellulose derivatives, polyethylene glycol, silicone, bentonite, silicic acid, talc and zinc oxide or these substances. may contain a mixture of
또한, 상기 조성물은 화장료 조성물일 수 있으며, 그 제형에 있어 특별히 한정되지 않고 통상의 제형을 가질 수 있다. 구체적으로 스킨로션, 스킨 소프너, 스킨토너, 아스트린젠트, 로션, 밀크로션, 모이스처 로션, 영양로션, 마사지 크림, 영양크림, 모이스처 크림, 핸드크림, 에센스, 영양에센스, 팩, 액체 또는 고체 비누, 샴푸, 클렌징폼, 클렌징 로션, 클렌징크림, 바디 로션, 바디 클렌저 및 입욕제를 포함한다.In addition, the composition may be a cosmetic composition, and the formulation is not particularly limited and may have a conventional formulation. Specifically, skin lotion, skin softener, skin toner, astringent, lotion, milk lotion, moisture lotion, nourishing lotion, massage cream, nourishing cream, moisture cream, hand cream, essence, nourishing essence, pack, liquid or solid soap, shampoo, Includes cleansing foam, cleansing lotion, cleansing cream, body lotion, body cleanser and bathing agent.
상기 화장료 조성물은 세리아 나노복합체 외에 지방 물질, 유기 용매, 용해제, 농축제 및 겔화제, 연화제, 항산화제, 현탁화제, 안정화제, 발포제(foaming agent), 방향제, 계면활성제, 물, 이온형 또는 비이온형 유화제, 충전제, 금속이온봉쇄제 및 킬레이트화제, 보존제, 비타민, 차단제, 습윤화제, 필수 오일, 염료, 안료, 친수성 또는 친유성 활성제 또는 지질 소낭과 같은 피부 과학 분야에서 통상적으로 사용되는 보조제를 함유할 수 있다.The cosmetic composition includes, in addition to the ceria nanocomposite, a fatty substance, an organic solvent, a solubilizer, a thickening agent and a gelling agent, an emollient, an antioxidant, a suspending agent, a stabilizer, a foaming agent, a fragrance, a surfactant, water, an ionic or non Adjuvants commonly used in the field of dermatology, such as ionic emulsifiers, fillers, sequestering and chelating agents, preservatives, vitamins, blocking agents, wetting agents, essential oils, dyes, pigments, hydrophilic or lipophilic actives or lipid vesicles may contain.
또한, 상기 성분들은 피부 과학 분야에서 일반적으로 사용되는 양으로 도입될 수 있다. 본 발명의 항산화용 조성물 총 중량에 상기 세리아 나노복합체는 바람직하게 0.00001 내지 50 중량부, 보다 바람직하게 0.0001 내지 10 중량부, 가장 바람직하게 0.001 내지 0.1 중량부로 포함될 수 있다.In addition, the ingredients may be introduced in an amount generally used in the field of dermatology. In the total weight of the antioxidant composition of the present invention, the ceria nanocomposite may be included in an amount of preferably 0.00001 to 50 parts by weight, more preferably 0.0001 to 10 parts by weight, and most preferably 0.001 to 0.1 parts by weight.
또한 상기 조성물은 산화적 스트레스와 활성산소종의 작용에 의해 악화된 피부 상태를 개선하기 위한 용도로 이용될 수 있다. 보다 구체적으로, 피부의 산화에 의한 손상, 예를 들면 반점(갈색반), 주근깨, 피부균열, 자외선 손상(햇볕에 탐), 피부 표면의 주름 생성, 탄력의 감소와 같은 증상들을 예방 또는 개선할 수 있으므로, 피부 노화 억제용, 피부 탄력 유지용, 피부 주름 개선용, 피부 미백용으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 세리아 나노복합체는 항산화 활성이 있으므로, 화장품 자체의 산화를 방지함으로써 화장품의 품질을 유지하는데도 매우 유용하게 사용될 수 있다.In addition, the composition can be used for improving the skin condition deteriorated by the action of oxidative stress and reactive oxygen species. More specifically, it can prevent or improve symptoms such as oxidative damage to the skin, such as spots (brown spots), freckles, skin cracks, UV damage (sunburn), wrinkles on the skin surface, and loss of elasticity. Therefore, it can be used for skin aging inhibition, skin elasticity maintenance, skin wrinkle improvement, and skin whitening. In addition, since the ceria nanocomposite of the present invention has antioxidant activity, it can be very usefully used to maintain the quality of cosmetics by preventing oxidation of the cosmetics itself.
본 발명은 상기 조성물은 항산화 효과가 우수하므로, 산화 스트레스를 예방하기 위해 섭취가능한 식품 조성물로 활용할 수 있다.Since the composition of the present invention has an excellent antioxidant effect, it can be used as an ingestible food composition to prevent oxidative stress.
상기 식품 조성물은 그 종류가 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 통상적인 기호성 식품 즉, 라면, 생면 등의 면류, 두부, 시리얼, 빵류, 츄잉 껌, 사탕, 과자류 등에 첨가하여 통상적으로 알려진 방법에 의하여 각종 식품으로 제조할 수 있고, 식용가능한 색소로서 적용할 수도 있다. 또한, 정제, 과립제, 환제, 경질캅셀제, 연질캅셀제 또는 액제 제형 등 일반적인 제형으로 제형화 될 수 있으며, 생즙, 파우치, 음료, 또는 다류 등으로 제조될 수도 있다. 상기한 성분 이외에 다른 성분은 제형에 따라 당업자가 적절하게 선택하여 배합할 수 있음은 물론이다.Although the type of the food composition is not limited, for example, it is added to conventional palatable foods, that is, noodles, tofu, cereals, breads, chewing gum, candy, confectionery, etc. It can be prepared as food, and can also be applied as an edible colorant. In addition, it may be formulated in general formulations such as tablets, granules, pills, hard capsules, soft capsules, or liquid formulations, and may be prepared as raw juice, pouch, beverage, or tea. Of course, other components other than the above-mentioned components can be appropriately selected and formulated by those skilled in the art according to the formulation.
또한, 본 발명의 식품 조성물에 포함되는 세리아 나노복합체는 항산화 활성이 우수하여 산화에 의해서 일어나는 식품의 냄새나 풍미의 변화, 유지의 산패, 그리고 식품의 변색을 효과적으로 방지할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 조성물을 통상의 각종 식품류에 배합함으로써 이들 식품류를 보존하거나 식품의 신선도 및 품질을 장기간에 걸쳐 유지하기 위해 사용할 수도 있다.In addition, the ceria nanocomposite contained in the food composition of the present invention has excellent antioxidant activity and can effectively prevent changes in odor or flavor of food caused by oxidation, rancidity of oils and fats, and discoloration of food. Therefore, the composition of the present invention can be used to preserve these foods by blending them with various common foods or to maintain the freshness and quality of foods over a long period of time.
상기 식품류로는 전형적인 식품뿐만 아니라, 음료(알콜성 음료도 포함함), 과실 및 그의 가공식품(예: 과일통조림, 병조림, 잼, 마말레이드 등), 어류, 육류 및 그 가공식품(예: 햄, 소시지 콘비이프 등), 빵류 및 면류(예: 우동, 메밀국수, 라면, 스파게이트, 마카로니 등), 과즙, 각종 드링크, 쿠키, 엿, 유제품(예: 버터, 치이즈 등), 식용 식물유지, 마아가린, 식물성 단백질, 레토르트 식품, 냉동식품, 각종 조미료(예: 된장, 간장, 소스 등) 등을 포함할 수 있다.The above foods include not only typical foods, but also beverages (including alcoholic beverages), fruits and their processed foods (eg, canned fruit, bottled, jam, marmalade, etc.), fish, meat and their processed foods (eg, ham, sausage corn beef, etc.), breads and noodles (eg udon noodles, soba noodles, ramen, spagate, macaroni, etc.), fruit juice, various drinks, cookies, syrup, dairy products (eg butter, cheese, etc.), edible vegetable oils, Margarine, vegetable protein, retort food, frozen food, various seasonings (eg, soybean paste, soy sauce, sauce, etc.) may be included.
또한, 본 발명은 상술한 제조방법을 통해 제조된 세리아 나노복합체를 유효성분으로 포함하는 산화적 스트레스에 의한 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다. 상기 산화적 스트레스에 의한 질환은 노인성 질환 중 심장질환, 암, 당뇨병, 뇌혈관 질환, 동맥경화증 등일 수 있으며, 특히 당뇨병에서 혈관합병증의 발생 및 노화관련 질병에 산화적 스트레스가 중요한 요인이라고 인식되고 있다.In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating diseases caused by oxidative stress comprising the ceria nanocomposite prepared by the above-described manufacturing method as an active ingredient. The disease caused by oxidative stress may be heart disease, cancer, diabetes, cerebrovascular disease, arteriosclerosis, etc. among geriatric diseases. In particular, it is recognized that oxidative stress is an important factor in the occurrence of vascular complications in diabetes and aging-related diseases. .
생체에서 호흡을 통한 에너지의 생산, 면역 활동을 통한 병의 예방, 독성물질이 생체 내 투여되었을 때 간에서의 무독화반응, 생체의 균형을 유지하는 활동, 및 운동 등 일상생활의 한 부분인 정상적인 생활의 활동임에도 불구하고 이런 활동으로부터 ROS(Reactive Oxygen Species)가 생산된다. 건강한 상태에서는 ROS의 생성속도가 생체조직이 보유한 항산화 체계의 ROS 제거속도에 미치지 못한다. 따라서 산소를 이용하는 모든 생물체는 친산화성물질(prooxidants)과 항산화성 물질(antioxidants)간의 균형을 유지하는 것이 필수적이다. 본 발명에서 산화적 스트레스(oxidative stress)란, 상기 생물체 내에서 균형이 무너져 친산화성물질이 우세하여 산화적 손상이 발생할 수 있는 경우를 의미한다.Energy production through respiration in the living body, prevention of disease through immune activity, detoxification reaction in the liver when toxic substances are administered in vivo, activities to maintain the balance of the living body, and exercise Although it is an activity of life, ROS (Reactive Oxygen Species) is produced from these activities. In a healthy state, the rate of ROS generation does not reach the rate of ROS removal of the antioxidant system possessed by living tissue. Therefore, it is essential for all organisms that use oxygen to maintain a balance between prooxidants and antioxidants. In the present invention, the term oxidative stress means a case in which oxidative damage may occur because the balance is broken in the living organism and the oxidative material dominates.
상기 산화적 손상은 생체 내의 DNA에 손상을 초래하여 발암 및 돌연변이 등의 세포기능장애를 유발하며, 노화, 동맥경화, 피로, 성인병과 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 적정량의 활성산소는 생체 내의 면역기능에 관계된 체내 식세포나 대식세포의 살균작용 등에서 긍정적인 효과를 나타내지만, 균형을 깨뜨리는 과다한 양의 활성산소는 단백질의 변성이나 생체막의 지질과산화, DNA의 변성 등을 일으켜 산화적 스트레스를 발생시킨다. 즉, 단백질의 -SH기와 활성산소가 반응하여 효소의 활성을 잃게 하고 생체막의 산화에 따른 막 손상에 의해 세포 사멸을 유발한다.The oxidative damage causes damage to DNA in a living body and causes cell dysfunction such as carcinogenesis and mutation, and is known to be related to aging, arteriosclerosis, fatigue, and adult diseases. An appropriate amount of active oxygen has a positive effect on the bactericidal action of phagocytes and macrophages in the body related to the immune function in the living body, but an excessive amount of active oxygen that breaks the balance causes protein denaturation, lipid peroxidation of biological membranes, DNA denaturation, etc. cause oxidative stress. That is, the -SH group of the protein reacts with reactive oxygen species to lose the enzyme's activity and cause cell death due to membrane damage caused by oxidation of the biological membrane.
구체적으로 상기 산화적 스트레스 관련 세포의 병태로서는 미토콘드리아 기능이상, 라이소좀 및 프로테아좀 기능 이상, 핵산(예를 들어, RNA 및 DNA)의 산화, 아폽토시스의 개시, 지질 퍼옥사이드화 및 막지질 환경의 파괴가 있을 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 본 발명의 약학 조성물을 적용할 수 있는 질환으로는 뇌졸중, 심근경색, 당뇨병성 혈관장애, 고지혈증, 당뇨병, 간질, 파킨슨씨병 및 치매로 구성된 군으로부터 선택되는 질환이 있으나, 이에 한정하지 아니하며 본 발명에 따른 약학적 조성물은 활성 산소로 인해 발생하는 질환 또는 증상을 완화시키는데 사용될 수 있다. Specifically, as the conditions of the oxidative stress-related cells, mitochondrial dysfunction, lysosome and proteasome dysfunction, oxidation of nucleic acids (eg, RNA and DNA), initiation of apoptosis, lipid peroxidation and membrane lipid environment Destruction may occur, but is not limited thereto. Diseases to which the pharmaceutical composition of the present invention can be applied include, but are not limited to, diseases selected from the group consisting of stroke, myocardial infarction, diabetic vascular disorder, hyperlipidemia, diabetes, epilepsy, Parkinson's disease, and dementia. The pharmaceutical composition according to the present invention can be used to alleviate diseases or symptoms caused by active oxygen.
본 발명의 약학 조성물은 각각 통상의 방법에 따라 다양한 형태로 제형화하여 사용될 수 있다. 예컨대, 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽 등의 경구형 제형으로 제형화할 수 있고, 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다. 다만, 본 발명의 조성물은 피부외용제의 형태로 제공되는 것이 가장 바람직할 수 있다. 구체적으로, 액제, 연고제, 크림제, 로션제, 스프레이제, 패취제, 겔제 또는 에어로졸제 등의 피부외용제의 형태로 사용될 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention may be formulated in various forms according to a conventional method and used. For example, it may be formulated in oral dosage forms such as powders, granules, tablets, capsules, suspensions, emulsions, and syrups, and may be formulated in the form of external preparations, suppositories, and sterile injection solutions. However, it may be most preferable that the composition of the present invention is provided in the form of an external preparation for skin. Specifically, it can be used in the form of external preparations for skin, such as liquids, ointments, creams, lotions, sprays, patches, gels, or aerosols.
또한 각각의 제형에 따라 약학적으로 허용가능한 담체, 부형제 및 희석제를 더 포함할 수 있다. 또한 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 외용제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있으며, 바람직하게는 크림, 젤, 패취, 분무제, 연고제, 경구제, 로션제, 리니멘트제, 파스타제 또는 카타플라스마제 제형을 가질 수 있다. 예컨대, 해당 부위에 국부적으로 사용되는 피부외용제인 경우에는 통상적인 첨가제, 예를 들어 보존제, 의약 침투를 보조하는 용매, 연고 및 크림의 경우 연화제 등을 포함할 수 있으며, 에탄올 또는 올레일 알코올과 같은 통상적 담체를 함유할 수 있다. 해당 기술 분야에 알려진 적합한 제제는 문헌(Remington's Pharmaceutical Science, 최근, Mack Publishing Company, Easton PA)에 개시되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. In addition, it may further include a pharmaceutically acceptable carrier, excipient and diluent according to each formulation. In addition, it can be formulated and used in the form of external preparations such as powders, granules, tablets, capsules, suspensions, emulsions, syrups, aerosols, and sterile injection solutions according to conventional methods, preferably creams, gels, patches, sprays, It may have an ointment, oral preparation, lotion, liniment, pasta, or cataplasma formulation. For example, in the case of an external preparation for skin used topically at the site, conventional additives, for example, a preservative, a solvent to aid in drug penetration, and an emollient in the case of ointments and creams, such as ethanol or oleyl alcohol, may be included. It may contain conventional carriers. Suitable formulations known in the art are preferably those disclosed in the literature (Remington's Pharmaceutical Science, recently Mack Publishing Company, Easton PA), but are not limited thereto.
상기 담체, 부형제 및 희석제로는 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 올리고당, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 미정질 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시 벤조에이트, 프로필히드록시 벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트, 광물유 등이 있다. 상기 약학 조성물을 제제화나 제형화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 조성물에 적어도 하나 이상의 부형제, 예를 들면 전분, 칼슘 카보네이트(calcium carbonate), 수크로오스(sucrose), 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스티레이트 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구를 위한 액상제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데, 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제 등이 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다. 상기 성분들은 유효성분, 즉 애기땅빈대 분획물에 독립적으로 또는 조합하여 추가될 수 있다.The carrier, excipient and diluent include lactose, dextrose, sucrose, oligosaccharide, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, acacia gum, alginate, gelatin, calcium phosphate, calcium silicate, cellulose, methyl cellulose, Microcrystalline cellulose, polyvinyl pyrrolidone, water, methyl hydroxy benzoate, propyl hydroxy benzoate, talc, magnesium stearate, mineral oil, and the like. When formulating or formulating the pharmaceutical composition, it is usually prepared using a diluent or excipient such as a filler, an extender, a binder, a wetting agent, a disintegrant, and a surfactant. Solid preparations for oral administration include tablets, pills, powders, granules, capsules, etc., and these solid preparations include at least one excipient in the composition, for example, starch, calcium carbonate, sucrose. , lactose, gelatin, etc. are mixed and prepared. In addition to simple excipients, lubricants such as magnesium stearate talc are also used. Liquid formulations for oral use include suspensions, solutions, emulsions, syrups, etc., and various excipients such as wetting agents, sweeteners, fragrances, and preservatives, in addition to commonly used simple diluents such as water and liquid paraffin, may be included. have. Formulations for parenteral administration include sterile aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspensions, emulsions, freeze-dried preparations, suppositories, and the like. Non-aqueous solvents and suspending agents include propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oils such as olive oil, and injectable esters such as ethyl oleate. As the base of the suppository, witepsol, macrogol, tween 61, cacao butter, laurin, glycerogelatin, and the like can be used. The above ingredients may be added independently or in combination to the active ingredient, that is, the Arabidopsis fraction.
본 발명에서 사용되는 용어 "투여"는 임의의 적절한 방법으로 개체에게 본 발명의 약학 조성물을 제공하는 것을 의미한다.As used herein, the term “administration” refers to providing the pharmaceutical composition of the present invention to a subject by any suitable method.
본 발명은 약학 조성물은 연구자, 수의사, 의사 또는 기타 임상에 의해 생각되는 조직계, 동물 또는 인간에서 생물학적 또는 의학적 반응을 유도하는 유효 성분 또는 약학 조성물의 양, 즉 치료되는 질환 또는 장애의 증상의 완화를 유도하는 양인 치료상 유효량으로 투여할 수 있다. 본 발명의 약학 조성물에 대한 치료상 유효 투여량 및 투여횟수는 원하는 효과에 따라 변화될 것임은 당업자에게 자명하다. 그러므로, 투여될 최적의 투여량은 당업자에 의해 쉽게 결정될 수 있으며, 질환의 종류, 질환의 중증도, 조성물에 함유된 유효성분 및 다른 성분의 함량, 제형의 종류, 환자의 연령, 체중, 일반 건강 상태, 성별 및 식이, 투여시간, 투여 경로 및 조성물의 분비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 비롯한 다양한 인자 등에 따라 조절될 수 있다. 본 발명의 약학 조성물은 개체에게 다양한 경로로 투여될 수 있다. 예를 들어, 정맥내, 복강내, 근육내, 동맥내, 구강, 심장내, 골수내, 경막내, 경피, 장관, 피하, 설하 또는 국소 투여할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The pharmaceutical composition of the present invention provides an amount of an active ingredient or a pharmaceutical composition that induces a biological or medical response in a tissue system, animal or human as thought by a researcher, veterinarian, physician or other clinician, i.e., alleviation of symptoms of a disease or disorder to be treated. It can be administered in a therapeutically effective amount, which is an inducing amount. It is apparent to those skilled in the art that the therapeutically effective dosage and frequency of administration for the pharmaceutical composition of the present invention will vary depending on the desired effect. Therefore, the optimal dosage to be administered can be easily determined by those skilled in the art, and the type of disease, the severity of the disease, the content of active ingredients and other ingredients contained in the composition, the type of formulation, the age, weight, and general health of the patient , sex and diet, administration time, administration route and secretion rate of the composition, treatment period, and various factors including concurrently used drugs. The pharmaceutical composition of the present invention may be administered to an individual by various routes. For example, intravenous, intraperitoneal, intramuscular, intraarterial, buccal, intracardiac, intramedullary, intrathecal, transdermal, enteral, subcutaneous, sublingual or topical administration may be administered, but not limited thereto.
본 발명의 약학 조성물은 1~10,000㎎/㎏/일의 양으로 투여할 수 있으며, 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수 회에 나누어 투여할 수도 있다. The pharmaceutical composition of the present invention may be administered in an amount of 1 to 10,000 mg/kg/day, may be administered once a day, or may be administered in divided doses.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and the like, but the scope and content of the present invention may not be construed as being reduced or limited by the Examples below. In addition, based on the disclosure of the present invention including the following examples, it is clear that a person skilled in the art can easily practice the present invention for which no specific experimental results are presented, and such modifications and modifications are included in the attached patent. It goes without saying that they fall within the scope of the claims.
또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.In addition, the experimental results presented below describe only the representative experimental results of the Examples and Comparative Examples, and the effects of each of the various embodiments of the present invention that are not explicitly presented below will be described in detail in the corresponding part.
실험재료experimental material
셀룰로오스 분말은 한국 삼성 정밀 화학으로부터 구매하여 사용하였다. Ce(NO3)2는 Sigma Aldrich Co., USA로부터 구입하여 사용하였다. HeLa 세포는 10% 태아소혈청(FBS, Biowest, France), 형광 염색 염료(DCFH-DA) 및 페니실린/스트렙토마이신(Life Technologies, USA)을 함유한 Dulbecco Modified Eagle 's Medium(DMEM, Biowest, France)에서 배양하였다. 상기 세포는 5% CO2로 채운 인큐베이터(MCO-20AIC-PR, Panasonic, Japan)에서 37 ℃의 T-24 플라스크를 사용하여 배양하였다. Staurosporine(STS, Santa Cruz Biotechnology, Inc., USA)을 DMSO(dimethyl sulfoxide)(Sigma, USA)에 1 mM의 농도로 용해하여, stock을 제조하였고, 이는 성장 배지에 1 μM의 최종농도가 되도록 첨가하여 ROS를 유도하는데 사용되었다.Cellulose powder was purchased from Samsung Fine Chemicals in Korea and used. Ce(NO 3 ) 2 was purchased from Sigma Aldrich Co., USA. HeLa cells were cultured in Dulbecco Modified Eagle's Medium (DMEM, Biowest, France) containing 10% fetal bovine serum (FBS, Biowest, France), a fluorescent dye (DCFH-DA) and penicillin/streptomycin (Life Technologies, USA). ) was cultured. The cells were cultured using a T-24 flask at 37° C. in an incubator (MCO-20AIC-PR, Panasonic, Japan) filled with 5% CO 2 . Staurosporine (STS, Santa Cruz Biotechnology, Inc., USA) was dissolved in DMSO (dimethyl sulfoxide) (Sigma, USA) at a concentration of 1 mM to prepare a stock, which was added to the growth medium to a final concentration of 1 μM. was used to induce ROS.
본 발명에서 사용된 다른 모든 화학물질 및 시약은 최고 품질을 사용하였다. 탈이온수(Deionized water)를 사용하여 시약을 제조하였다. 세포 독성 및 ROS 분석을 위해 HeLa 세포를 사용하였다.All other chemicals and reagents used in the present invention were of the highest quality. Reagents were prepared using deionized water. HeLa cells were used for cytotoxicity and ROS analysis.
<실험방법 1. 세리아 나노복합체의 특성 분석><
액상 플라즈마를 사용하여 합성된 세리아 나노복합체는, UV-Visible 분광 광도계(UV-3600, UV-Vis spectrophotometer, Shimadzu, Japan)를 사용하여 200-1200 ㎚의 범위에서 확인하였다. The ceria nanocomposite synthesized using liquid plasma was confirmed in the range of 200-1200 nm using a UV-Visible spectrophotometer (UV-3600, UV-Vis spectrophotometer, Shimadzu, Japan).
3D 스캐폴드에서 세리아 나노복합체의 구조를 확인하기 위하여, FE-SEM(field-emission scanning electron microscope)(JEOL-JSM-7001F, Japan)을 사용하여 분석하였다. 산화상태는 X-선 광전자 분광법(X-ray photospectroscopy)(VersaProbe II, PHI, Japan)에 의해 확인하였다. 세리아 나노복합체의 기능적 연관성을 추론하기 위하여 400 내지 4000 cm-1 범위를 갖는 FTIR(Fourier transform infrared spectroscope)(Vertex 8VBruker, Germany)를 사용하여 확인하였다.In order to confirm the structure of the ceria nanocomposite in the 3D scaffold, it was analyzed using a field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) (JEOL-JSM-7001F, Japan). The oxidation state was confirmed by X-ray photospectroscopy (VersaProbe II, PHI, Japan). In order to infer the functional relevance of the ceria nanocomposite, it was confirmed using a Fourier transform infrared spectroscope (FTIR) (Vertex 8VBruker, Germany) having a range of 400 to 4000 cm -1 .
세리아 나노복합체의 성질(nature), 크기 분포를 축정하기 위해, 가속전압(acceleration voltage) 200 keV인 HRTEM(high-resolution transmission electron microscope)(JSM-2010, JOEL, Japan)을 이용하여 확인하였다. 측정된 나노세리아의 직경을 통해 크기 분포를 평가하였다.In order to estimate the nature and size distribution of the ceria nanocomposite, it was confirmed using a high-resolution transmission electron microscope (HRTEM) (JSM-2010, JOEL, Japan) with an acceleration voltage of 200 keV. The size distribution was evaluated through the measured diameter of the nanoceria.
<실험방법 2. 항산화 활성 분석><
1) 히드록실 라디칼(hydroxyl radical)(1) hydroxyl radical ( ㅇblanket OH) 소거활성 분석OH) scavenging activity assay
다양한 농도의 세리아 나노복합체에 대한 히드록실 라디칼(hydroxyl radical)(·OH) 소거활성 분석을 위해, 데옥시리보스(deoxyribose) 방법을 사용하여 수행되었다. 구체적으로 2-데옥시-2-리보스(2.8 mM), 인산 완충액(0.1 mM; pH 7.4), 염화 제2철(ferric chloride)(20 μM), EDTA(100 μM), 과산화수소(hydrogen peroxid)(500 μM), 아스코르브산(ascorvic acid)(100 μM) 및 다양한 농도의 세리아 나노복합체(0 내지 1000 μg/ml)를 혼합하여 반응 혼합물을 제조하였다. 다음, 37 ℃에서 4시간 동안 배양하였다. 이 혼합액에 트리클로로아세트산 2.8중량%와 트리바르비툴산 용액 1중량%을 각각 첨가하여 10 분간 가열한 후 냉각시켜 540㎚에서 흡광도를 측정(실험군)하였고, 이로부터 ·OH 소거 활성(%)을 식 1로 계산하였다. 본 실험방법은 pH 6, 7 및 8에서 수행하였다.For the analysis of the hydroxyl radical (·OH) scavenging activity of the ceria nanocomposites at various concentrations, the deoxyribose method was used. Specifically, 2-deoxy-2-ribose (2.8 mM), phosphate buffer (0.1 mM; pH 7.4), ferric chloride (20 μM), EDTA (100 μM), hydrogen peroxide ( 500 μM), ascorvic acid (100 μM) and various concentrations of ceria nanocomposites (0 to 1000 μg/ml) were mixed to prepare a reaction mixture. Then, it was incubated at 37 °C for 4 hours. To this mixture, 2.8% by weight of trichloroacetic acid and 1% by weight of tribarbitulic acid solution were each added, heated for 10 minutes, cooled, and absorbance was measured at 540 nm (experimental group). From this, OH scavenging activity (%) It was calculated by
2) 수퍼옥시드 라디칼 소거(Superoxide Radical Scavenging) 분석. 2) Superoxide Radical Scavenging Analysis.
세리아 나노복합체(0 내지 1000 μg/ml)의 다양한 농도에서, 이전에 기술된 광 환원법을 사용하여 수퍼옥시드(superoxide) 음이온 라디칼(O2-·)을 검출하였다. 구체적으로 EDTA(0.1 M), 시안화나트륨(sodium cyanide)(0.0015 %), 리보플라빈(riboflavin)(0.12 mM), NBT(1.5 mM) 및 인산완충액(phosphate buffer)(67 mM; pH7.8)에 용해된 다양한 농도의 세리아 나노복합체(0 내지 1000 μg/ml)로 구성된 반응 혼합물(3 ml)을 제조하였다. 상기 반응 혼합물을 10 내지 20 분 동안 백색광에 노출시키고, 530 nm에서 흡광도를 측정(실험군)하였다. O2- 라디칼 소거능은 하기 식 2에 따라 계산하였다. 본 실험방법은 pH 6, 7 및 8에서 수행하였다.At various concentrations of ceria nanocomposites (0 to 1000 μg/ml), superoxide anion radicals (O 2 − ) were detected using the previously described photoreduction method. Specifically, dissolved in EDTA (0.1 M), sodium cyanide (0.0015%), riboflavin (0.12 mM), NBT (1.5 mM) and phosphate buffer (67 mM; pH7.8) A reaction mixture (3 ml) consisting of various concentrations of ceria nanocomposites (0 to 1000 μg/ml) was prepared. The reaction mixture was exposed to white light for 10 to 20 minutes, and absorbance at 530 nm was measured (experimental group). O2 - The radical scavenging ability was calculated according to the following formula (2). This experimental method was performed at
3) 과산화수소 라디칼 소거(Hydrogen Peroxide Radical Scavenging) 분석3) Hydrogen Peroxide Radical Scavenging Analysis
과산화수소 라디칼 소거는 인산완충액(50 mM; pH 7.4)에 용해된 H2O2(2 mM)로 분석하였다. 구체적으로, 서로 다른 pH 조건 하에서, 100 μL의 세리아 나노복합체를 인산 완충액(50 mM; pH 7.4)과 H2O2 용액(600 μL)을 사용하여 400 μL까지 제조하였다. 내용물을 혼합한 후, 10 내지 15 분 동안 배양하고, blank에 대하여 230 nm에서 흡광도를 측정하였다. H2O2 소거능은 하기 식 3에 따라 계산하였다. Hydrogen peroxide radical scavenging was assayed with H 2 O 2 (2 mM) dissolved in phosphate buffer (50 mM; pH 7.4). Specifically, under different pH conditions, 100 μL of ceria nanocomposite was prepared up to 400 μL using phosphate buffer (50 mM; pH 7.4) and H 2 O 2 solution (600 μL). After mixing the contents, incubated for 10 to 15 minutes, and the absorbance was measured at 230 nm for the blank. H 2 O 2 scavenging ability was calculated according to
[식 1][Equation 1]
·OH 소거 활성(%) = AbsControl- AbsTest/AbsControl × 100OH scavenging activity (%) = Abs Control - Abs Test /Abs Control × 100
[식 2][Equation 2]
O2-· 소거 활성(%) = AbsControl- AbsTest / AbsControl × 100O2 - · Scavenging activity (%) = Abs Control - Abs Test / Abs Control × 100
[식 3][Equation 3]
H2O2 소거 활성(%) = AbsControl- AbsTest / AbsControl × 100H 2 O 2 Scavenging Activity (%) = Abs Control - Abs Test / Abs Control × 100
상기 식 1, 2, 3에서,In the
AbsControl은 세리아 나노복합체를 첨가하지 않은 대조군의 흡광도이고,Abs Control is the absorbance of the control without adding ceria nanocomposite,
AbsTest은 세리아 나노복합체를 첨가한 실험군의 흡광도이다.Abs Test is the absorbance of the experimental group to which ceria nanocomposite was added.
4) DPPH 라디칼 소거 활성4) DPPH radical scavenging activity
세리아 나노복합체의 항산화 활성은 DPPH 라디칼 소거 활성으로 평가하였다. 다양한 pH 조건(pH 6, 7 또는 8) 하에서, 세리아 나노복합체의 농도를 다양하게 하여, 종래 DPPH 라디칼 소거 활성 측정방법으로 측정하였고(6시간), 소거 활성(%)을 나타내었다.The antioxidant activity of ceria nanocomposite was evaluated by DPPH radical scavenging activity. Under various pH conditions (
<실험방법 3. 세포독성 분석><
세리아 나노복합체 세포 독성은 rapid kit 방법(EZ-CyTox, Daeil Lab Service, Korea)을 사용하여 WST-1 분석으로 평가하였다. 우선, HeLa 세포를 WST-1 분석을 위해 96 웰 플레이트에 분주(seed)하고, 10% FBS 및 항생제가 함유된 DMEM 배지에서 배양하였다. 세포 카운팅을 위해 24 웰 플레이트에도 분주(seed)하였고, 이때, 접종밀도는 5 × 104 cells/㎠ 이었다. 24 시간 배양한 후, 세포에 각각 세리아 나노복합체를 다양한 농도로(0-1600 ㎍/㎖) 첨가한 다음, 24 시간 및 48 시간 동안 추가 배양하였다. 배양이 끝난 세포는 제조사의 EZ-Cytox(Daeil Lab Service, Korea) 프로토콜에 따라 흡광도를 측정하여 세포 생존율을 구하였다. 또한 역광학현미경(TMS-F, Nikon, Japan)하에 혈구미터를 사용하여 트립판 블루 염료 배제 방법(trypan blue dye exclusion method)을 사용하여 세포를 계수하였다.Ceria nanocomposite cytotoxicity was evaluated by WST-1 assay using a rapid kit method (EZ-CyTox, Daeil Lab Service, Korea). First, HeLa cells were seeded in a 96-well plate for WST-1 analysis, and cultured in DMEM medium containing 10% FBS and antibiotics. It was also seeded in a 24-well plate for cell counting, and the inoculation density was 5 × 10 4 cells/
<실험방법 4. in vitro 상에서 항산화활성 분석><Test method 4. Analysis of antioxidant activity in vitro>
우선, HeLa 세포(5 × 104 cells/㎠)를 챔버 슬라이드에 접종하고 치오황산(Silver thiosulphate, STS)(1 μM)과 세리아 나노복합체(1000 ㎍/㎖)를 24-48 시간 동안 각각 처리하였다. 핵 응측(Nuclear condensation)과 핵 분열(Nuclear fragmentation)은, ROS 활성의 하위특성에 해당하므로, 세포의 형태를 형광 현미경으로 분석하여, 세리아 나노복합체의 ROS 활성을 평가하고자 하였다. First, HeLa cells (5 × 10 4 cells/cm2) were inoculated on a chamber slide and treated with silver thiosulphate (STS) (1 μM) and ceria nanocomposite (1000 μg/ml) for 24-48 hours, respectively. . Since nuclear condensation and nuclear fragmentation are sub-characteristics of ROS activity, the cell morphology was analyzed with a fluorescence microscope to evaluate the ROS activity of ceria nanocomposites.
구체적으로 HeLa 세포에 세리아 나노복합체(실시예 2-15)와 STS(1 μM)를 다양한 농도로 처리하고, 이를 Opti-MEM에서 2 ㎍/㎖ Hoechst 33342 형광염료를 사용하여 형광 현미경(Carl Zeiss, Germany)으로 30 분간 시각화하였다. 상기 세포는 현미경 검사 전에 인산염 완충액(PBS, pH 7.4)을 사용하여 2 회 세척한 후 사용하였다.Specifically, HeLa cells were treated with ceria nanocomposite (Example 2-15) and STS (1 μM) at various concentrations, and this was subjected to a fluorescence microscope (Carl Zeiss, Germany) for 30 min. The cells were used after washing twice with a phosphate buffer (PBS, pH 7.4) before microscopy.
실시예Example
<실시예. 세리아 나노복합체(C/nanoceria)의 합성><Example. Synthesis of ceria nanocomposite (C/nanoceria)>
1 또는 5 mM 농도의 세륨 질산염(cerium nitrate)[Ce(NO3)2, Sigma Aldrich, USA] 및 1% 셀룰로오스(w/v)를 증류수에 용해시켜 반응액을 제조하였다. 하기 도 1에 도시된 액상 플라즈마 반응기에 구비된 500 ㎖ 테플론 반응기에 상기 반응액 300 ㎖를 넣었다. 전압, 주파수, 펄스 폭, 전극 간 거리 및 방전 시간(discharge time)을 각각 800 V, 30 kHz, 2 μS, 1 ㎜ 및 0-25 min으로 하여 a pulsed field unipolar Power Supply(IAP-1010, EN Technology, Korea)로 사용하여, 상기 반응액 상에서 플라즈마를 생성하여, 세리아 나노복합체(C/nanoceria)를 합성하였다. 이때, 용액에서 일정한 혼합 및 용질의 완전한 분산을 위해 자기 교반기가 사용되었고, 각 실시예의 합성조건은 하기 표 1에 나타내었다. 전체적인 합성과정은 도 2에 구체적으로 도시하였다.A reaction solution was prepared by dissolving 1 or 5 mM concentration of cerium nitrate [Ce(NO 3 ) 2 , Sigma Aldrich, USA] and 1% cellulose (w/v) in distilled water. 300 ml of the reaction solution was placed in a 500 ml Teflon reactor provided in the liquid plasma reactor shown in FIG. 1 below. A pulsed field unipolar Power Supply (IAP-1010, EN Technology) with voltage, frequency, pulse width, inter-electrode distance and discharge time of 800 V, 30 kHz, 2 μS, 1 mm and 0-25 min, respectively. , Korea) to generate plasma on the reaction solution, and synthesize a ceria nanocomposite (C/nanoceria). At this time, a magnetic stirrer was used for constant mixing and complete dispersion of the solute in the solution, and the synthesis conditions of each Example are shown in Table 1 below. The overall synthesis process is specifically illustrated in FIG. 2 .
상기 액상 플라즈마 공정(SPP)은 대기조건하에서 수행되었으며, 용액 플라즈마 공정 과정에서 연속적으로 교반되면서 세륨 염 용액(1 및 5 mM) 및 1% 셀룰로오스를 함유하는 용액에서 반응성 산소종, UV 및 가시광선이 생성되었다. 이 과정을 통해 셀룰로오스는 세리아 나노입자의 표면에 코팅됨으로써, 세리아 나노입자의 핵생성을 방지하여, 셀룰로오스가 코팅된 세리아 나노입자인 세리아 나노복합체가 제조된다. 상기 반응액은 합성 초기에는 중성(pH 7.0), 온도(28 ℃) 및 옅은 색을 나타내었고, 플라즈마 방전 과정 중에 pH가 산성 pH로(6.0에서 3.0)으로 감소되면서, 온도는 90 ℃까지 상승하고, 용액은 탁해지고 옅은 황색을 나타냈다. 액상 플라즈마 공정(SPP)은 환경친화적인 제조방법으로, 어떤 환원제도 사용하지 않았으며, 그럼에도 안정적인 세리아 나노복합체를 합성할 수 있었다. The liquid-phase plasma process (SPP) was performed under atmospheric conditions, and reactive oxygen species, UV and visible light were emitted in a solution containing a cerium salt solution (1 and 5 mM) and 1% cellulose while continuously stirring during the solution plasma process. was created Through this process, cellulose is coated on the surface of the ceria nanoparticles to prevent nucleation of the ceria nanoparticles, and thus a ceria nanocomposite, which is a ceria nanoparticles coated with cellulose, is prepared. The reaction solution exhibited neutral (pH 7.0), temperature (28 ℃) and pale color at the beginning of the synthesis, and while the pH was decreased to acidic pH (6.0 to 3.0) during the plasma discharge process, the temperature rose to 90 ℃, , the solution became turbid and exhibited a pale yellow color. Liquid plasma process (SPP) is an environmentally friendly manufacturing method, does not use any reducing agent, and nevertheless was able to synthesize a stable ceria nanocomposite.
상기 과정을 통해 제조된 세리아 나노복합체는 10,000 rpm에서 30 분간 원심분리하더라도 침전이 없는, 우수한 수분 안정성을 가지고 있었고, 이는 종래 수계 합성법으로 제조된 세리아 나노입자(수성매질에 용해시 나노입자의 응집이 야기됨) 혹은 고분자로 코팅된 세리아 나노입자에서는 관찰되지 않는 우수한 특성이다.The ceria nanocomposite prepared through the above process had excellent moisture stability without precipitation, even after centrifugation at 10,000 rpm for 30 minutes, which resulted in ceria nanoparticles prepared by a conventional water-based synthesis method (aggregation of nanoparticles when dissolved in an aqueous medium) This is an excellent property that is not observed in ceria nanoparticles coated with polymers or causative agents.
<실험예 1. 세리아 나노복합체의 특성 분석-1><Experimental Example 1. Characterization of ceria nanocomposite-1>
액상 플라즈마 공정을 통해 합성된 세리아 나노복합체의 특성을 실험방법 1에 따라 분석하였다.The properties of the ceria nanocomposite synthesized through the liquid-phase plasma process were analyzed according to
도 3은 실시예 1 및 실시예 2로부터 제조된 세리아 나노입자의 물리적 특성 분석결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 3a는 5 mM Ce(NO3)2 및 1% 셀룰로오스 반응액을 사용한 다양한 방출시간으로 제조된 세리아 나노복합체(실시예 2)의 흡광도 변화를 측정한 UV-Vis 스펙트럼으로, 이에 따르면 셀룰로오스와 세륨염을 함유한 반응액을 사용하여, 액정 플라즈마(SPP)를 통해 세리아 나노복합체로 성공적으로 합성됨을 알 수 있다. 3 is a graph showing the results of physical property analysis of ceria nanoparticles prepared in Examples 1 and 2; Specifically, Figure 3a is a UV-Vis spectrum measuring the change in absorbance of the ceria nanocomposite (Example 2) prepared at various release times using 5 mM Ce(NO 3 ) 2 and 1% cellulose reaction solution, according to which cellulose It can be seen that using a reaction solution containing a cerium salt and a cerium salt, it was successfully synthesized into a ceria nanocomposite through liquid crystal plasma (SPP).
또한, Ce(NO3)2의 농도가 5 mM인 것이, 300 내지 310 nm에서 가장 높은 흡수 피크를 나타냄을 확인한 바, 세리아 나노복합체 제조를 위해서는 세륨염(Ce(NO3)2)이 5 mM 사용되는 것이 바람직함을 알 수 있다. Ce(NO3)2의 농도가 1 mM인 세리아 나노복합체에 대한 UV-Vis 스펙트럼은 피크에 변화가 거의 나타나지 않았다. 이는 셀룰로오스 대비 낮은 세륨염(Ce(NO3)2)의 농도 때문인 것으로 여겨진다(미도시). Also, Ce (NO 3) to a concentration of 5 mM in 2, to the highest absorption peak confirming the indicating bars, ceria nanocomposite prepared at 300 to 310 nm cerium salts (Ce (NO 3) 2) a 5 mM It can be seen that it is preferable to use Ce(NO 3 ) 2 The UV-Vis spectrum of the ceria nanocomposite having a concentration of 1 mM showed almost no change in the peak. This is believed to be due to the low concentration of cerium salt (Ce(NO 3 ) 2 ) compared to cellulose (not shown).
또한, 5 mM Ce(NO3)2 반응액으로부터 합성된 실시예 2의 세리아 나노복합체는 플라즈마 방전시간이 길어짐에 따라 흡광도 피크가 높아짐을 알 수 있다. In addition, it can be seen that the absorbance peak of the ceria nanocomposite of Example 2 synthesized from the 5 mM Ce(NO 3 ) 2 reaction solution increases as the plasma discharge time increases.
또한, 304 nm에서의 높은 흡수 피크가 관찰되는데, 이는 세리아 나노입자가 성공적으로 합성되었고, 이 표면에 셀룰로오스가 효과적으로 코팅되었음을 알 수 있다.In addition, a high absorption peak at 304 nm is observed, indicating that ceria nanoparticles were successfully synthesized and cellulose was effectively coated on the surface.
도 3b는 5 mM Ce(NO3)2 반응액을 사용한 다양한 방출시간으로 제조된 세리아 나노입자(실시예 2-15)에 대한 C1Ce0 및 C1Ce5의 FTIR 스펙트럼으로, 대조군으로 셀룰로오스에 대해서 FTIR 분석을 실시하였다.Figure 3b is a 5 mM Ce(NO 3 ) 2 FTIR spectra of C1Ce0 and C1Ce5 for ceria nanoparticles (Example 2-15) prepared at various release times using a reaction solution, FTIR analysis was performed on cellulose as a control. did.
도 3b에 따르면, 본원발명의 실시예 2로부터 제조된 세리아 나노복합체는 스펙트럼이 넓었고, 피크의 존재와 부재는 Ce3+ 또는 Ce4+과 상호작용하는 셀룰로오스 분자에 의존적임을 확인하였다. 3419 cm-1(OH bending)과 2932 cm-1(CH2 bending)에서의 진동(vibration)은 CeO2-셀룰로오스 복합체의 형성을 가능하게 하였다. 또한, 1646 cm-1(C=H)와 728 cm-1(CH3)에서의 진동(vibration)은 HPMC에 존재하였다, 2361과 2116 cm-1에서의 진동은 각각 CH2 스트레치(stretch)와 CH 스트레치(stretch)를 나타내는 것으로, 세리아 복합체의 형성과 관련이 있는 것으로, 셀룰로오스(대조군)에서는 관찰되지 않았다. O??H, C??H, C??O stretching, C??H bending, 및 C??H와 같은 피크는 900-3500 cm-1 범위에서 볼 수 있다. 이는 셀룰로오스와 관련이 있는 피크이다. 3400 cm-1(O-H stretching)에서의 다른 IR 피크는 고분자의 하이드록실기를 나타낸다. 셀룰로오스 대신 덱스트란이 사용되면, 800-1300 cm-1 범위에서 진동이 발생하여, 세리아 나노입자에 덱스트란이 코팅되었음을 알 수 있다. According to FIG. 3b, the ceria nanocomposite prepared in Example 2 of the present invention had a broad spectrum, and it was confirmed that the presence and absence of peaks depended on cellulose molecules interacting with Ce 3+ or Ce 4+ . Vibration at 3419 cm -1 (OH bending) and 2932 cm -1 (CH 2 bending) enabled the formation of CeO 2 -cellulose composites. In addition, vibrations at 1646 cm −1 (C=H) and 728 cm −1 (CH 3 ) were present in HPMC. Vibrations at 2361 and 2116 cm −1 were CH2 stretch and CH2 stretch, respectively. Indicating a stretch, which was associated with the formation of a ceria complex, was not observed in cellulose (control). Peaks such as O??H, C??H, C??O stretching, C??H bending, and C??H can be seen in the range of 900-3500 cm -1 . This is a peak associated with cellulose. Another IR peak at 3400 cm -1 (OH stretching) indicates the hydroxyl group of the polymer. When dextran is used instead of cellulose , vibration occurs in the range of 800-1300 cm -1 , and it can be seen that the ceria nanoparticles are coated with dextran.
도 3c는 실시예 2-15로부터 제조된 세리아 나노복합체에 대한 Ce 및 O2의 신호를 측정한 EDS 스펙트럼이다. 도 3d는 실시예 2-15로부터 제조된 세리아 나노복합체에 대한 2가 산화 상태(Ce3+ and Ce4+)를 나타낸 XPS 분석결과이다.FIG. 3c is an EDS spectrum in which signals of Ce and O 2 were measured for the ceria nanocomposite prepared in Examples 2-15. 3D is an XPS analysis result showing the divalent oxidation state (Ce 3+ and Ce 4+ ) of the ceria nanocomposite prepared in Examples 2-15.
도 3c에 나타난 바와 같이 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 원소조성과 순도를 EDS를 통해 분석한 결과, 세리아 나노복합체에서 O(K-series)와 Ce(L-series) 원소의 존재를 확인할 수 있었다. 게다가 본원발명의 실시예 2-15를 통해 합성된 세리아 나노복합체는 EDS 스펙트럼에서 불순물이 전혀 검출되지 않았으므로, 세리아 나노복합체가 초순도로 합성됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 방법으로 합성된 세리아 나노복합체는 의료용으로 적합할 정도의 매우 높은 순도를 갖고 있음을 확인하였다.As shown in FIG. 3c , as a result of analyzing the elemental composition and purity of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 through EDS, the presence of O(K-series) and Ce(L-series) elements in the ceria nanocomposite as shown in FIG. 3c . was able to check In addition, since no impurities were detected in the EDS spectrum of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 of the present invention, it can be seen that the ceria nanocomposite was synthesized with ultrapure purity. That is, it was confirmed that the ceria nanocomposite synthesized by the method of the present invention has a very high purity suitable for medical use.
도 3d에 나타난 바와 같이, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체에서의 Ce3+ 및 Ce4+로써 세리아 나노입자의 발생률을 확인할 수 있는데, 이는 880, 888, 898, 905 및 918 eV에서의 결합에너지를 통해 확인할 수 있다. 이 스펙트럼은 셀룰로오스 매트릭스가 세리아 나노입자의 2가 상태(bivalent state)dp 영향을 미치지 않았음을 의미한다. 혼합 원자가 상태(mixed valence states)는 입자의 표면에서 Ce3+ 및 Ce4+에 의한 항산화 활성과 관련하여 세리아 나노입자에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 높은 수준의 Ce3+는 세리아 나노입자의 원자가(valence) 상태에 관한 잠재적인 수퍼옥사이드(superoxide) 제거제(scavengers)로서의 역할을 수행하며, 구체적으로 수퍼옥사이드(superoxide)와의 반응을 촉진시키는 것으로 확인되었다. Ce3+의 높은 농도는, Ce4+를 Ce3+으로 전환시키는 아르곤(Ar) 이온으로 처리함으로써, 형성되는 산소결손(oxygen vacancies)으로 얻을 수 있다. 이론적으로 Ce3+는 각각 5-10 ㎚와 15-20 ㎚ 크기의 세리아 나노입자 표면에, 30.4% 및 20.9% 존재할 것이라 평가되어 왔다. 그러나, 종래방법들로 합성된 세리아 나노입자에서는 이보다 더 작은 크기인 나노입자에서만, Ce3+가 풍부하게 존재하는 것으로 확인되었다. 즉, 이론적인 수치가 실질적인 세리아 나노입자에는 적용되지 않음을 알 수 있다.As shown in FIG. 3D , the incidence rate of ceria nanoparticles can be confirmed as Ce 3+ and Ce 4+ in the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15, which is at 880, 888, 898, 905 and 918 eV. It can be confirmed by the binding energy of This spectrum means that the cellulose matrix did not affect the bivalent state dp of the ceria nanoparticles. Mixed valence states are known to play an important role in ceria nanoparticles in relation to the antioxidant activity by Ce 3+ and Ce 4+ on the particle surface. High levels of Ce 3+ were found to act as potential superoxide scavengers for the valence state of ceria nanoparticles, specifically accelerating the reaction with superoxide. . High concentrations of Ce 3+ can be obtained as by treatment with an argon (Ar) ion to convert Ce 4+ to Ce 3+, oxygen defects are formed (oxygen vacancies). Theoretically, it has been estimated that Ce 3+ will be present in 30.4% and 20.9% of the ceria nanoparticles having a size of 5-10 nm and 15-20 nm, respectively. However, in ceria nanoparticles synthesized by conventional methods, it was confirmed that Ce 3+ was abundantly present only in nanoparticles having a size smaller than this. That is, it can be seen that the theoretical value does not apply to practical ceria nanoparticles.
이에 본원발명에 따라 합성된 세리아 나노복합체 역시 산화를 억제하고, ·OH 라디칼을 보다 쉽고 효과적으로 포착할 수 있는 Ce3+가 풍부하게 입자 표면에 존재함을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be confirmed that the ceria nanocomposite synthesized according to the present invention also inhibits oxidation, and Ce 3+ , which can more easily and effectively capture the ·OH radical, is abundantly present on the particle surface.
<실험예 2. 세리아 나노복합체의 특성 분석-2><Experimental Example 2. Characterization of ceria nanocomposite-2>
실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 3D 스캐폴드 구조를 분석하기 위하여, 세리아 나노복합체의 마이크로 기공(porous) 구조를 FESEM(field-emission electron spectroscopy)을 사용하여 분석하였다.In order to analyze the 3D scaffold structure of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15, the micropore structure of the ceria nanocomposite was analyzed using field-emission electron spectroscopy (FESEM).
도 4는 실시예 2-15로부터 제조된 세리아 나노복합체의 3D 스캐폴드 구조를 FESEM으로 분석한 결과이다. 구체적으로 도 4a는 세리아 나노복합체(실시예 2-15)의 C1Ce0의 마이크로기공(microporous) 구조를 FESEM으로 분석하여 나타낸 도면이고, 도 4b 및 도 4c는 세리아 나노복합체(실시예 2-15)의 C1Ce5의 마이크로기공(microporous) 구조를 FESEM으로 분석하여 나타낸 도면이다. 스케일 바는 10 μm이다.4 is a result of FESEM analysis of the 3D scaffold structure of the ceria nanocomposite prepared in Examples 2-15. Specifically, FIG. 4a is a view showing the microporous structure of C1Ce0 of the ceria nanocomposite (Example 2-15) analyzed by FESEM, and FIGS. 4b and 4c are the ceria nanocomposite (Example 2-15) It is a diagram showing the microporous structure of C1Ce5 analyzed by FESEM. Scale bar is 10 μm.
도 4a, 도 4b 및 도 4c에 따르면, 세리아 나노복합체(실시예 2-15)의 미세기공 특성을 확인하였고, 구체적으로 셀룰로오스의 타원형(oval-shaped) 마이크로 기공과 세리아 나노복합체의 스폰지, 원형(round) 사이에 약간의 차이가 존재함을 확인하였다. 도 4b에서 C1Ce5는 해면 모양의 타원형 기공을 가졌음을 확인하였고, 도 4c에서 C1Ce5의 엣지에 마이크로섬유(microfibril)을 갖는 기공이 형성되어 있음을 확인하였다. 이들 기공의 직경은 6 내지 47 μm였다. According to Figures 4a, 4b and 4c, the micropore characteristics of the ceria nanocomposite (Example 2-15) were confirmed, and specifically, oval-shaped micropores of cellulose and sponge, circular ( It was confirmed that there was a slight difference between rounds. In FIG. 4b , it was confirmed that C1Ce5 had spongy oval pores, and in FIG. 4c it was confirmed that pores having microfibril were formed at the edge of C1Ce5. The diameters of these pores ranged from 6 to 47 μm.
도 4d는 세리아 나노복합체(실시예 2-15) 중에서 선택된 표면에 대한 EDS 매핑결과이다. 스케일 바는 10 μm이다.4D is an EDS mapping result for a surface selected from ceria nanocomposites (Examples 2-15). Scale bar is 10 μm.
도 4d에 나타난 바와 같이, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체는 가장자리에 미세섬유형(micro-fibrillike) 구조를 갖고 있음을 알 수 있다. 미세섬유 구조는 셀룰로오스에 의해 유도된 것으로 여겨지며, 이는 조직 공학 분야에서 3D 세포를 배양하거나, 인공조직과 피부의 발달을 위한 스캐폴드로 유용하 특징이다.As shown in Fig. 4d, it can be seen that the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 has a micro-fibrillike structure at the edge. The microfibrous structure is believed to be induced by cellulose, which is a useful feature for culturing 3D cells in the field of tissue engineering or as a scaffold for the development of artificial tissues and skin.
또한, EDS 맵핑 결과, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체에서 Ce(청색), O(녹색) 및 C(적색)가 전체적으로 고루 분포되어 있음을 확인하였다. 탄소을 나타내는 적색이 맵핑 상에서 관찰되었는데, 이는 샘플 홀더에 있는 전도성 카본 테이프로부터의 검출된 것이다.In addition, as a result of EDS mapping, it was confirmed that Ce (blue), O (green) and C (red) were evenly distributed throughout the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15. A red color indicative of carbon was observed on the mapping, which was detected from the conductive carbon tape in the sample holder.
도 5는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체를 TEM로 측정한 결과이다. 구체적으로 도 5a는 15 분 동안 플라즈마를 방출하여 합성된 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 C1Ce5에 대한 TEM 이미지이고, 도 5b는 도 5a의 구조를 개략적으로 도시한 것이며, 도 5c는 15 분 동안 플라즈마를 방출하여 합성된 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 격자 가장자리(lattice fringes)를 확인하기 위한, HRTEM 이미지이다. 도 5d는 15 분 동안 플라즈마를 방출하여 합성된 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 크기 분포를 측정하여 나타낸 그래프이다.5 is a result of measuring the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 by TEM. Specifically, FIG. 5A is a TEM image of C1Ce5 of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 synthesized by emitting plasma for 15 minutes, FIG. 5B schematically shows the structure of FIG. 5A, and FIG. 5C is It is an HRTEM image for confirming the lattice fringes of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 synthesized by emitting plasma for 15 minutes. 5D is a graph showing the size distribution of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 synthesized by emitting plasma for 15 minutes.
도 5a에 나타난 바와 같이, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 모양과 크기를 확인하기 위하여 TEM으로 분석하였고, 그 결과 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체는 응집없이 3.2 내지 32.4 nm 평균직경을 갖는 입방체 구조를 갖고 있음을 확인하였다. As shown in Figure 5a, the ceria nanocomposite synthesized from Example 2-15 was analyzed by TEM to confirm the shape and size, and as a result, the ceria nanocomposite synthesized from Example 2-15 was 3.2 to 32.4 without aggregation. It was confirmed that it had a cubic structure with an average diameter of nm.
또한, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체는 셀룰로오스 매트릭스에 세리아 나노입자가 매립되면서, 입자 핵 형성(Oswald ripening)이 이뤄지지 않고 안정화되는 것을 알 수 있다. 즉, 세리아 나노입자는 셀룰로오스 매트릭스에서 입방체 구조를 유지하고 있는 것을 확인하였다. 이 전체 구조는 도 5b에 나타내었다.In addition, it can be seen that the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 is stabilized without particle nucleation (Oswald ripening) while the ceria nanoparticles are embedded in the cellulose matrix. That is, it was confirmed that the ceria nanoparticles maintained the cubic structure in the cellulose matrix. This overall structure is shown in Fig. 5b.
액상 플라즈마 공정이라고 하더라도 세리아 나노입자를 제조할 경우에는, 합성되는 과정에 나타나는 핵 형성과정을 겪으며, 이로 인해 입자간 유착(coalescence)이 형성되어, 입방체 형태의 세리아 나노입자를 온전히 얻을 수 없다는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 상술한 문제를 해결하였음을 알 수 있다.Even in the liquid plasma process, when ceria nanoparticles are manufactured, they undergo a nucleation process that appears in the synthesis process, which results in coalescence between particles, so that cubic ceria nanoparticles cannot be completely obtained. However, it can be seen that the present invention has solved the above-described problem.
도 5c에 나타난 바와 같이, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 HRTEM 이미지를 살펴보면, 1 ㎚ 거리의 뚜렷한 격자 프린지(Distinct lattice fringes)가 관찰되었다. 일반적으로 마름모꼴 형태(rhombohedral shape)의 세리아 나노입자가 구형의 세리아 나노입자보다 큰 표면적을 가지며, 이러한 형태는 세리아 나노입자의 촉매 능력에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 즉, 입자의 크기가 작을수록 상대적으로 보다 많은 산소결손(oxygen vacancies)을 갖고, 높은 용해도를 나타낸다. 이를 바탕으로 살펴보았을 때, 액상 플라즈마 공정을 통해 합성된 세리아 나노복합체는, 종래 다른 제조공정으로 합성된 세리아 나노복합체보다 크기 분포가 현저히 좁은 것을 확인하였다(1 내지 10 ㎚)(도 5d). As shown in FIG. 5c , looking at the HRTEM image of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15, distinct lattice fringes at a distance of 1 nm were observed. In general, ceria nanoparticles having a rhombohedral shape have a larger surface area than spherical ceria nanoparticles, and this shape is known to have a great influence on the catalytic ability of ceria nanoparticles. That is, the smaller the particle size, the more oxygen vacancies are relatively high, and the higher the solubility. Based on this, it was confirmed that the size distribution of the ceria nanocomposite synthesized through the liquid phase plasma process was significantly narrower than that of the ceria nanocomposite synthesized by other conventional manufacturing processes (1 to 10 nm) (FIG. 5d).
구체적으로 침전을 통해 제조된 세리아 나노입자는 평균 직경이 25 ㎚이고 CeO2 나노입자 클러스터의 직경도 약 40 ㎚였으며, 나노입자의 평균 직경은 16 내지 22 ㎚사이였다. 마이크로웨이브 방법으로 제조된 세리아 나노입자는 직경이 15 내지 20 ㎚인 입자가 응집되어 존재하였으며, 수열법(hydrothermal method)으로 합성된 다면체(polyhedral)의 세리아 나노입자는 직경이 8-14 ㎚였다. Specifically, the ceria nanoparticles prepared through precipitation had an average diameter of 25 nm, and the diameter of the CeO 2 nanoparticle cluster was also about 40 nm, and the average diameter of the nanoparticles was between 16 and 22 nm. In the ceria nanoparticles prepared by the microwave method, particles having a diameter of 15 to 20 nm were aggregated, and polyhedral ceria nanoparticles synthesized by the hydrothermal method had a diameter of 8-14 nm.
뿐만 아니라 액상 플라즈마로 제조된 세리아 나노입자는 각각의 세리아 나노입자의 크기는 작더라도 응집된 형태로 존재하기 때문에, 실제 작용시에는 입자의 크기 대비 상대적으로 작은 활성을 나타낸다. 그러나 본 발명은 응집되지 않은 형태로 세리아 나노입자가 존재하기 때문에, 크기에 따른 효과적은 활성을 나타낼 수 있다는 장점을 갖는다. 즉, TEM 분석결과, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체는 모양이 변하지 않고, 그대로 유지되는 것을 확인할 수 있다.In addition, since ceria nanoparticles prepared by liquid plasma exist in an aggregated form even though the size of each ceria nanoparticles is small, they exhibit relatively small activity compared to the size of the particles during actual action. However, the present invention has the advantage that since the ceria nanoparticles exist in a non-agglomerated form, they can exhibit effective activity according to their size. That is, as a result of TEM analysis, it can be confirmed that the shape of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 is not changed and is maintained as it is.
<실험예 3. 세리아 나노복합체의 항산화 활성 분석><Experimental Example 3. Analysis of antioxidant activity of ceria nanocomposite>
실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 항산화 활성을 분석하고자 하였다.To analyze the antioxidant activity of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15.
도 6은 pH, 농도에 따른 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 항산화제 활성을 측정하여 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 6a는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 DPPH 라디칼 소거 활성을 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 6b는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 ˙OH 라디칼 소거 활성을 측정하여 나타낸 그래프이며, 도 6c는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 수퍼옥사이드 라디칼 소거 활성을 측정하여 나타낸 그래프이며, 도 6d는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 과산화수소 라디칼 소거 활성을 측정하여 나타낸 그래프이다. 자유라디칼은 세포가 호기성 환경에 노출되어있는 한, 끊임없이 생성되는 것으로, ˙OH 라디칼은 활성산소종 중에서 가장 반응성이 크고 인접한 생체 분자(DNA, 지질, 단백질 등)에 심각한 손상을 야기하는 것으로 알려져 있다. 6 is a graph showing the measurement of antioxidant activity of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 according to pH and concentration. Specifically, Figure 6a is a graph showing the measurement of the DPPH radical scavenging activity of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15, and Figure 6b is the ˙OH radical scavenging activity of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15. 6c is a graph showing the superoxide radical scavenging activity of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15, and FIG. 6d is hydrogen peroxide radical scavenging of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15. It is a graph showing by measuring the activity. Free radicals are constantly generated as long as cells are exposed to an aerobic environment, and ˙OH radicals are the most reactive among reactive oxygen species and are known to cause serious damage to adjacent biomolecules (DNA, lipids, proteins, etc.) .
도 6a에 나타난 바와 같이, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체를 DPPH 라디칼과 6시간동안 반응시킨 후, 색상 변화로부터 세리아 나노입자 유도 DPPH 소거를 확인하였다. DPPH 소거는 세리아 나노복합체의 농도가 증가함에 따라 현저히 증가하였다. 구체적으로 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체가 500 ㎍/㎖일 때, pH 8, 7, 6 조건하에서 각각 54.12, 40.38, 37.8%임을 확인하였다. 이는 천연 항산화제인 아스코르브산의 소거활성보다 87.15% 느렸으나, 금속 복합체인 점을 고려한다면 유의적으로 현저한 효과임을 알 수 있다.As shown in FIG. 6a , after the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 was reacted with DPPH radicals for 6 hours, ceria nanoparticles-induced DPPH removal was confirmed from the color change. DPPH scavenging was significantly increased as the concentration of ceria nanocomposite increased. Specifically, when the ceria nanocomposite synthesized in Example 2-15 was 500 μg/ml, it was confirmed that it was 54.12, 40.38, and 37.8% under
도 6b에 따르면, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체 60 ㎍/㎖ 농도인 경우, ˙가장 높은 하이드록실 라디칼 소거 활성을 나타내었다. 구체적으로 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체 60 ㎍/㎖ 농도인 경우, OH 라디칼 소거 활성이 pH 6에서 76.2%, pH 7에서 78.5%인 것으로 확인되었다. According to FIG. 6b, when the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 was at a concentration of 60 μg/ml, the highest hydroxyl radical scavenging activity was exhibited. Specifically, in the case of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 at a concentration of 60 μg/ml, it was confirmed that the OH radical scavenging activity was 76.2% at
대부분의 세리아 나노복합체는 모든 pH(6-8)에서 비슷한 수준의 ˙OH 소거 활성을 나타내는 것으로 확인되었다. 종래의 방법으로 합성된 세리아 나노입자들 역시 ·OH 소거 활성이 확인되긴 하였으나, 고농도(1 μM)에서 최고 ·OH 소거 활성이 60%임을 확인하였다. 즉, 본 발명의 액상 플라즈마 공정으로 제조된 세리아 나노입자는 60 ㎍/㎖ 농도에서 모두 60% 이상의 ·OH 라디칼 소거 활성을 나타내어, ˙OH 라디칼에 대한 강력한 항산화 효과를 가지는 것으로 확인되었다.It was confirmed that most ceria nanocomposites exhibited similar levels of ˙OH scavenging activity at all pHs (6-8). Although ceria nanoparticles synthesized by the conventional method also showed ·OH scavenging activity, it was confirmed that the highest ·OH scavenging activity was 60% at a high concentration (1 μM). That is, it was confirmed that the ceria nanoparticles prepared by the liquid plasma process of the present invention exhibited more than 60% ·OH radical scavenging activity at a concentration of 60 μg/ml, and had a strong antioxidant effect on ·OH radicals.
산화적 스트레스는 체내에서 자유라디칼과 항산화 방어 시스템 간의 균형이 깨어진 상태에서 발생하며, 이러한 불균형으로 자유라디칼의 과생성, 또는 산화적 스트레스 보다 적은 항산화제의 섭취량 등으로 인해 발생할 수 있다. 이전의 많은 연구들을 통해 자유라디칼이 질병의 발생에 기여한다는 사실이 명명백백히 밝혀져 있는 바, 본 발명을 통해 합성된 세리아 나노입자 역시 이러한 라디칼 소거 효과를 통해 체내 또는 체외에서 발생하는 산화적 스트레스를 줄여줄 것으로 기대된다. 따라서 본 발명의 세리아 나노입자는 합성시 의약소재로 사용할 수 있을 정도로 초순도로 제조되며, 우수한 항산화 활성도 가지고 있으므로, 생체 내, 외에 활용할 수 있음을 알 수 있다.Oxidative stress occurs when the balance between free radicals and the antioxidant defense system is broken in the body, and this imbalance can be caused by overproduction of free radicals or intake of antioxidants less than oxidative stress. The fact that free radicals contribute to the development of diseases has been clearly and clearly revealed through many previous studies. The ceria nanoparticles synthesized through the present invention also reduce oxidative stress occurring in or outside the body through this radical scavenging effect. expected to give Therefore, it can be seen that the ceria nanoparticles of the present invention are manufactured with an ultra-pure enough to be used as a pharmaceutical material during synthesis, and have excellent antioxidant activity, so that they can be utilized in vivo and outside.
도 6c에 나타난 바와 같이, 다양한 농도(25 내지 500 ㎍/㎖)에서 실시예 2-15의 세리아 나노복합체에 대한 수퍼옥시드 라디칼 소거 활성을 평가하였다. 구체적으로 실시예 2-15의 세리아 나노복합체가 200 ㎍/㎖의 농도일 때는, 소거 활성이 pH 7에서 가장 높았고(90 %), pH 8에서 96%였고, 더 높은 농도(300-500 ㎍/㎖)에서는 더 이상 증가하지 않았다.As shown in FIG. 6c , the superoxide radical scavenging activity of the ceria nanocomposites of Examples 2-15 at various concentrations (25 to 500 μg/ml) was evaluated. Specifically, when the ceria nanocomposite of Example 2-15 was at a concentration of 200 μg/ml, the scavenging activity was highest at pH 7 (90%), 96% at
수퍼옥사이드 라디칼은 잠재적으로 ROS의 유해한 공급원 중에서 가장 해로운 요인이다. 수퍼옥사이드는 일중항 산소 및 하이드록실 라디칼에 비해서는 약하지만, 하이드록실 라디칼 및 과산화수소를 포함한 유해한 ROS 전환을 통해 산화스트레스를 유발하는 다른 산화제보다 만성질환을 유발하는 것으로 알려져있다. 따라서, 본 발명의 세리아 나노복합체는 잠재적인 관사화물 소거 특성을 가지는 것으로 확인되고, 이를 통해 산화 스트레스 관련 질환의 치료에 대한 치료적 적용도 가능할 것임을 충분히 알 수 있다. Superoxide radicals are potentially the most detrimental of the harmful sources of ROS. Although superoxide is weaker than singlet oxygen and hydroxyl radicals, it is known to cause more chronic disease than other oxidizing agents that induce oxidative stress through harmful ROS conversion, including hydroxyl radicals and hydrogen peroxide. Therefore, it is confirmed that the ceria nanocomposite of the present invention has a potential regex-scavenging property, and through this, it can be fully understood that the therapeutic application for the treatment of oxidative stress-related diseases will be possible.
구체적으로, 산화적 스트레스가 지속될 경우, 염증 반응 역시 지속될 수 있고, 만성적인 염증상태에서 활성화된 백혈구는 돌연변이를 야기하며, 그 결과 암으로 진행될 수 있다. 또한 산화적 스트레스는 알츠하이머성 치매와 같은 신경퇴행성 질환을 초래할 수 있는데, 이는 불포화지방산을 많이 포함하는 뇌가 산화적 스트레스에 취약하기 때문이다. 이러한 본 발명을 통해 합성된 세리아 나노입자는 O2- 에 대해 우수한 소거 활성을 갖는 것으로 확인되며, 이는 자유라디칼에 산화적 스트레스 상태를 개선, 예방 또는 치료할 수 있음을 의미한다. 즉, 본 발명의 세리아 나노입자는 산화 스트레스에 대한 치료적 효과를 갖는 우수한 수퍼옥사이드 음이온 소거 활성(superoxide anion scavenger) 갖는다.Specifically, if oxidative stress continues, the inflammatory response may also persist, and leukocytes activated in chronic inflammatory conditions cause mutations, which may lead to cancer progression. In addition, oxidative stress can lead to neurodegenerative diseases such as Alzheimer's dementia, because the brain, which contains a lot of unsaturated fatty acids, is vulnerable to oxidative stress. It is confirmed that the ceria nanoparticles synthesized through the present invention have excellent scavenging activity for O 2 - , which means that it is possible to improve, prevent, or treat the state of oxidative stress to free radicals. That is, the ceria nanoparticles of the present invention have excellent superoxide anion scavenger activity having a therapeutic effect on oxidative stress.
한편, 본 발명에서 제안하는 방법이 아닌, 종래 극초단파 방법을 사용하여 합성된 세리아 나노입자는 어떠한 O2- 라디칼 소거 활성도 나타내지 못한다는 점에서, 본 발명의 세리아 나노입자는 매우 중요한 의미를 갖는다. 이는 종래 합성방법들과 본 발명의 합성방법 상에 있어서, Cy4+ 의 존재여부 차이 때문인 것으로 여겨진다.On the other hand, the conventional ceria nanoparticles synthesized using a microwave method than the method proposed in the present invention include any O2 - in that it does not represent the radical scavenging activity, ceria nanoparticles of the present invention has a very important significance. This is considered to be due to the difference in the presence or absence of Cy 4+ in the conventional synthesis methods and the synthesis method of the present invention.
도 6d에 나타난 바와 같이, 본 발명의 세리아 나노복합체는 과산화수소 소거 효과도 갖는 것을 알 수 있다. 구체적으로 실시예 2-15의 세리아 나노복합체 100 ㎍/㎖인 경우, pH 6 및 7에서 가장 높은 과산화수소 소거 활성(94%)를 보였고, pH 8에서는 88% 과산화수소 소거활성을 나타내었다. 이는 과산화수소에대한 세리아 나노복합체의 활성이 다른 자유 라디칼에 비해 현저히 강력함을 알 수 있다. 현재까지 세리아 나노입자가 과산화수소에 대한 소거 활성을 갖는다는 것에 대한 보고는 없었다. 본 발명에 따른 세리아 나노복합체는 아주 낮은 농도(25 ㎍/㎖)에서도 과산화수소에 대한 우수한 소거 활성을 나타냄을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 세리아 나노복합체는 DPPH, 하이드록실, 수퍼옥사이드 및 과산화수소 라디칼 모두에 대해 매우 강력한 항산화활성을 나타낸다.As shown in Figure 6d, it can be seen that the ceria nanocomposite of the present invention also has a hydrogen peroxide scavenging effect. Specifically, in the case of 100 μg/ml of the ceria nanocomposite of Example 2-15, the highest hydrogen peroxide scavenging activity (94%) was exhibited at
<실험예 4. 세리아 나노복합체의 세포 독성 분석><Experimental Example 4. Cytotoxicity analysis of ceria nanocomposite>
실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체에 의한 세포 독성을 측정하기 위하여, WST 분석을 통해 분석하였다.In order to measure the cytotoxicity by the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15, it was analyzed through WST analysis.
도 7은 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 세포독성 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로 도 7a는 다양한 농도(0-1600 ㎍/㎖)의 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체를 HeLa 세포에 24 시간동안 처리하여 측정한, 세포의 생존율을 나타낸 그래프이고, 도 7b는 다양한 농도(0-1600 ㎍/㎖)의 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체를 HeLa 세포에 48 시간동안 처리하여 측정한, 세포의 생존율을 나타낸 그래프이다. STS를 음성 대조군으로 사용하였다.7 is a graph showing the cytotoxicity analysis results of the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15. Specifically, FIG. 7a is a graph showing the cell viability measured by treating HeLa cells with the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 at various concentrations (0-1600 μg/ml) for 24 hours, and FIG. 7b is It is a graph showing the cell viability measured by treating HeLa cells with the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 at various concentrations (0-1600 μg/ml) for 48 hours. STS was used as a negative control.
도 7에 나타난 바와 같이 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체 200 ~ 1600 ㎍/㎖를 HeLa 세포에 처리하여 배양한 결과, 세포 생존율에 변화가 없음을 확인하였다. 도 7a와 도 7b의 경향이 유사한 것을 보았을 때, 세리아 나노복합체에 세포가 노출되는 시간이 길어지더라도 세포 생존율은 크게 변화되지 않는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 7 , it was confirmed that there was no change in cell viability when 200 to 1600 μg/ml of the ceria nanocomposite synthesized in Example 2-15 was treated and cultured in HeLa cells. 7A and 7B, it was confirmed that the cell viability did not change significantly even if the time the cells were exposed to the ceria nanocomposite was increased.
다만, 세리아 나노입자의 농도가 증가하거나, 배양시간이 길어질 경우 세포 생존율이 저하되었으나, 이는 유의미하지 않은 범주내에서의 현저히 미미한 수치변화로, 세리아 나노입자에 의한 세포독성이라 여길 수 없는 수준이였다. 세리아 나노복합체가 고농도로 존재하는 경우 배양조건의 변화로 인해 발생되는 일반적인 현상에 의한 것일 뿐, 세리아 나노복합체에 의한 독성은 아니라 할 것이다. 본 발명에서 음성 대조군으로 사용된 치오황산(Silver thiosulphate, STS)은 1 μM의 농도에서 HeLa 세포의 성장을 80%까지 억제하는 것을 확인하였다. 이에 반해 본 발명을 통해 제조된 세리아 나노복합체(실시예 2-15)는 세포의 생존율에 영향을 거의 미치지 않는 것으로써, 세포에 대한 독성을 나타내지 않는다 할 것이다. However, when the concentration of ceria nanoparticles was increased or the incubation time was prolonged, the cell viability decreased, but this was a remarkably insignificant numerical change within an insignificant range, which was at a level that could not be considered as cytotoxicity caused by ceria nanoparticles. When the ceria nanocomposite is present at a high concentration, it is only due to a general phenomenon occurring due to a change in culture conditions, and not toxicity caused by the ceria nanocomposite. Thiosulfuric acid (Silver thiosulphate, STS) used as a negative control in the present invention was confirmed to inhibit the growth of HeLa cells by 80% at a concentration of 1 μM. In contrast, the ceria nanocomposite (Example 2-15) prepared through the present invention has little effect on the viability of cells, and thus does not show toxicity to cells.
종래, 세리아 나노입자는 전립선 암세포(PC2), 폐암세포(A549) 및 HepG2에 대해서 유의하게 세포독성이 있는 것으로 알려져 있다. 또한 최근에 개발된 Ce(NO3)3를 에틸렌 글리콜과 NH4OH로 처리하여 합성한 세리아 나노입자는, 2000 ㎍/ℓ농도에서, Caco-2 세포를 제외하고 A549 세포와 HepG2 세포의 생존율을 크게 저하시켰다. 한편 침전법으로 합성된 세리아 나노입자는 HeLa 세포의 증식을 억제하였고, HeLa 세포의 생존율은 100 ㎍/㎖의 농도에서 65%로 감소시켰다. Conventionally, ceria nanoparticles are known to be significantly cytotoxic to prostate cancer cells (PC2), lung cancer cells (A549) and HepG2. In addition, the recently developed ceria nanoparticles synthesized by treating Ce(NO 3 ) 3 with ethylene glycol and NH 4 OH showed the viability of A549 cells and HepG2 cells except for Caco-2 cells at a concentration of 2000 μg/ℓ. greatly reduced. Meanwhile, ceria nanoparticles synthesized by the precipitation method inhibited the proliferation of HeLa cells, and the survival rate of HeLa cells was reduced to 65% at a concentration of 100 μg/ml.
상술한 종래기술과의 결과를 비교하면, 세리아 나노복합체는 정상세포와 암세포 모두에 대하여 어떠한 세포 생존율 억제효과도 관찰되지 않은 바, 액상 플라즈마 공정을 통해 합성된 세리아 나노복합체는 고농도에서도 모든 세포에 대하여 독성을 거의 나타내지 않는 매우 안정적인 물질임을 알 수 있다.Comparing the results with the prior art described above, the ceria nanocomposite did not show any cell viability inhibitory effect on both normal cells and cancer cells. The ceria nanocomposite synthesized through the liquid plasma process was It can be seen that it is a very stable substance that shows little toxicity.
<실험예 5. 세리아 나노복합체의 항산화활성><Experimental Example 5. Antioxidant activity of ceria nanocomposite>
생체 외에서(in vitro) ROS 형성은 산화에 민감한 염색물질인 DCFH-DA를 형광성 탐침으로 사용하여 평가하였다, 이는 세포 내에서 산화작용을 관찰하는데 널리 적용되어온 방법이다.In vitro ROS formation was evaluated using an oxidation-sensitive dye, DCFH-DA, as a fluorescent probe, which has been widely applied to observe oxidative activity in cells.
DCFH-DA는 비형광성의 세포 투과성 형광염료로, 쉽게 세포내로 투과되어, 세포 내 에스터라제에 의해 형광성이 높은 DCFH로 가수분해되며, 세포 내에 갇히게 된다. 이는 세포 내에 존재하는 산화적 대사에 반응하여 산소 반응종을 정량화할 수 있는 민감하고 신속한 방법이다. DCFH-DA is a non-fluorescent, cell-permeable fluorescent dye, easily permeated into cells, hydrolyzed by intracellular esterase to highly fluorescent DCFH, and trapped within the cells. This is a sensitive and rapid method to quantify oxygen reactive species in response to oxidative metabolism present in cells.
도 8은 생체 외에서(in vitro), 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체의 항산화 활성을 측정하여 나타낸 결과로, 도 8a 및 d는 아무것도 처리하지 않은 HeLa 세포(정상 대조군), 도 8b 및 e는 ROS가 형성되는 STS(1 μM)로 처리된 ROS 세포(음성 대조군)(b), 손상된 핵(nucleus)(e)이고, 도 8c 및 f는 세포 감소와 핵 손상이 없는 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체(1000 ㎍/㎖)로 처리된 세포(실험군)이다. 스케일 바는 100 μm를 나타낸다.8 is a result of measuring the antioxidant activity of the ceria nanocomposite synthesized in Examples 2-15 in vitro, and FIGS. 8a and d are HeLa cells untreated (normal control), FIG. 8b and e is ROS cells (negative control) treated with STS (1 μM) in which ROS is formed (b), damaged nucleus (e), and FIGS. 8c and f are Example 2- without cell reduction and nuclear damage Cells (experimental group) treated with the ceria nanocomposite (1000 μg/ml) synthesized from 15. Scale bar represents 100 μm.
도 8에 나타난 바와 같이, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체는 HeLa 세포의 성장에 전혀 영향을 주지 않으면서, 세포 내 산화스트레스, 특히 ROS 생성을 감소시켜 세포의 생장을 증가시키는 것을 확인하였다. As shown in FIG. 8 , it was confirmed that the ceria nanocomposite synthesized from Examples 2-15 increased cell growth by reducing intracellular oxidative stress, particularly ROS production, without affecting the growth of HeLa cells. did.
도 8a, d를 살펴보면 아무것도 처리되지 않고, 정상적으로 성장한 HeLa 세포는 결로(shrinkage) 및 수축(condensation)없이 잘 발달되어 있음을 확인하였다.Referring to FIGS. 8a and d, it was confirmed that HeLa cells, which were not treated and grown normally, were well developed without condensation and condensation.
도 8b, e를 살펴보면 음성 대조군인 STS가 24시간 처리된 세포는, STS로 인해 유도된 ROS 때문에, 세포 분리(cell detachment), 반올림(rounding up) 및 수축(shrinkage)과 같은 세포의 형태 변화가 야기되었음을 알 수 있다.Referring to FIGS. 8b and 8 e , cells treated with STS, a negative control, for 24 hours exhibited cell morphological changes such as cell detachment, rounding up, and shrinkage due to ROS induced by STS. It can be seen that caused
이에 반해, 실시예 2-15로부터 합성된 세리아 나노복합체(1000 μgmL-1)에 노출된 HeLa 세포의 경우(도 8c, f), ROS 생성의 징후가 없고 세포분리, 반올림 및 수축이 없으며, 정상 대조군보다 더 정상적으로 성장하였음을 알 수 있다.In contrast, in the case of HeLa cells exposed to the ceria nanocomposite (1000 μgmL −1 ) synthesized from Examples 2-15 ( FIG. 8c , f ), there was no sign of ROS production, no cell detachment, no rounding and no shrinkage, and normal It can be seen that more normal growth than the control group.
종합하면, 본 발명에 따라 제조된 세리아 나노복합체는 농도가 증가함에 따라, 산화 손상으로부터 세포를 보다 효과적으로 보호하고, 세포 내 ROS 생성을 억제하는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 세리아 나노복합체는 세포 내에서 현저히 우수한 항산화 특성도 가지고 있음을 확인한 바, 산화적 스트레스에 의해 야기되는 질환 예컨대 퇴행성 질환의 예방, 치료 또는 개선에 효과적임을 알 수 있다. 종래 침전법으로 합성된 세리아 나노입자 또는 세리아 나노복합체는 세포독성을 가져, 유전적 손상을 야기하였고, HepG2 및 A549 세포에 대해 가장 낮은 농도에서 높은 독성을 나타내는 부작용이 있음을 확인하였다. 이렇듯 기존의 세리아 나노입자와 세리아 나노복합체들은 세포독성과 부작용으로 인해 치료제로써 활용이 제한되었다.Taken together, it can be seen that the ceria nanocomposite prepared according to the present invention more effectively protects cells from oxidative damage and inhibits intracellular ROS generation as the concentration increases. In addition, as it was confirmed that the ceria nanocomposite prepared according to the present invention also has remarkably excellent antioxidant properties in cells, it can be seen that it is effective in preventing, treating or improving diseases caused by oxidative stress, such as degenerative diseases. The ceria nanoparticles or ceria nanocomposite synthesized by the conventional precipitation method had cytotoxicity, causing genetic damage, and it was confirmed that there was a side effect of high toxicity at the lowest concentration for HepG2 and A549 cells. As such, existing ceria nanoparticles and ceria nanocomposites have limited use as therapeutic agents due to cytotoxicity and side effects.
이에 본 발명의 세리아 나노복합체는, 별도의 첨가제가 요구되지 않는 액상 플라즈마 공정을 통해 초순도, 응집되지 않은 입방형 구조로 제조되므로, 5 또는 10 μg/㎖ 농도에서도 사람 수정체 상피세포의 DNA 손상이나 염색분체 교환횟수 증가 등과 같은 유의미한 부작용이 관찰되지 않았다. Accordingly, the ceria nanocomposite of the present invention is manufactured in an ultra-pure, non-aggregated cubic structure through a liquid-phase plasma process that does not require any additives, so that even at a concentration of 5 or 10 μg/ml, DNA damage of human lens epithelial cells or No significant side effects such as an increase in the number of chromatid exchanges were observed.
즉, 단순히 생체 외에서의 항산화활성 및 세포독성이 세리아 나노복합체의 크기나, 산화상태에 의존적인 것만은 아니며, 본 발명의 공정방법을 통해 합성된 세리아 나노복합체가, 공정과정의 복합적인 관계에 의해 세포적합성(cytocompatibility)과 산화 손상의 예방, 개선 또는 치료 효과를 나타낼 수 는 것이라 할 수 있다. 본 발명으로부터 합성된 세리아 나노복합체의 항산화활성은 용량 의존적이었고, 수퍼옥사이드(superoxide)로 처리한 베타세포의 대사활성을 1.5배 가량 향상시키는 것을 확인하였다.That is, the antioxidant activity and cytotoxicity in vitro is not simply dependent on the size or oxidation state of the ceria nanocomposite. It can be said that the prevention, improvement or therapeutic effect of cytocompatibility and oxidative damage can be achieved. The antioxidant activity of the ceria nanocomposite synthesized from the present invention was dose-dependent, and it was confirmed that the metabolic activity of beta cells treated with superoxide was improved by 1.5 times.
본 발명에 따라 제조된 세리아 나노복합체는 현저히 우수한 항산화활성을 나타내며, 이와 관련된 질환 치료에 효율적으로 사용가능함을 알 수 있다.It can be seen that the ceria nanocomposite prepared according to the present invention exhibits remarkably excellent antioxidant activity, and can be effectively used for the treatment of related diseases.
Claims (17)
상기 세리아 나노복합체는 다공성인 것을 특징으로 하는 세리아 나노복합체.According to claim 1,
The ceria nanocomposite is a ceria nanocomposite, characterized in that it is porous.
상기 세리아 나노복합체는 해면 모양의 타원형 기공과, 마이크로섬유를 갖는 기공이 형성되어 있고, 상기 마이크로 섬유를 갖는 기공은 상기 세리아 나노복합체의 엣지에 위치하는 것을 특징으로 하는 세리아 나노복합체.According to claim 1,
The ceria nanocomposite has spongy oval pores and pores having microfibers, and the pores having the microfibers are located at the edge of the ceria nanocomposite.
상기 세리아 나노복합체는 평균 입경이 1 내지 40 ㎚인 것을 특징으로 하는 세리아 나노복합체According to claim 1,
The ceria nanocomposite is a ceria nanocomposite, characterized in that the average particle diameter is 1 to 40 nm
상기 세리아 나노복합체는 1 ㎚ 거리의 뚜렷한 격자 가장자리(Distinct lattice fringes)를 갖는 구형의 입자인 것을 특징으로 하는 세리아 나노복합체According to claim 1,
The ceria nanocomposite is a ceria nanocomposite, characterized in that it is a spherical particle having distinct lattice fringes at a distance of 1 nm
상기 세리아 나노복합체의 EDS 맴핑 결과, 세리아 나노복합체의 표면에는 2가(bivalent) Ce(청색)와 O(녹색)가 전체적으로 고루 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 세리아 나노입자.According to claim 1,
As a result of EDS mapping of the ceria nanocomposite, ceria nanoparticles, characterized in that bivalent Ce (blue) and O (green) are evenly distributed throughout the surface of the ceria nanocomposite.
에너지 분광 분석(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)를 통하여 상기 세리아 나노복합체를 분석하였을 때, O(K-series)와 Ce(L-series) 원소를 제외하고는 검출되지 않은 것을 특징으로 하는 세리아 나노복합체.According to claim 1,
When the ceria nanocomposite was analyzed through Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), the ceria nanocomposite, characterized in that it was not detected except for O (K-series) and Ce (L-series) elements.
X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)을 통하여 상기 세리아 나노복합체를 분석하였을 때, 상기 세리아 나노입자의 표면 상에 세륨 원자들이 두 다른 산화 상태(Ce3+ 및 Ce4+)로 존재하는 것을 특징으로 하는 세리아 나노복합체.According to claim 1,
When the ceria nanocomposite was analyzed through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the cerium atoms on the surface of the ceria nanoparticles were in two different oxidation states (Ce 3+ and Ce 4+ ). Ceria nanocomposite, characterized in that present.
2) 상기 반응액 내에 플라즈마를 발생시켜 제1항에 따른 세리아 나노복합체를 합성하는 액상 플라즈마 반응단계;를 포함하는 세리아 나노복합체의 제조방법.1) dissolving a ceria precursor and cellulose in a solvent to provide a reaction solution; and
2) a liquid plasma reaction step of synthesizing the ceria nanocomposite according to claim 1 by generating plasma in the reaction solution;
상기 세리아 전구체는 세륨 질산염인 것을 특징으로 하는 세리아 나노입자의 제조방법.10. The method of claim 9,
The ceria precursor is a method for producing ceria nanoparticles, characterized in that cerium nitrate.
상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세리아 나노입자의 제조방법.10. The method of claim 9,
The solvent is a method for producing ceria nanoparticles, characterized in that any one selected from the group consisting of water, ethanol, methanol, acetone, and mixtures thereof.
상기 반응액에서 세리아 전구체의 농도는 1 내지 5 mM인 것을 특징으로 하는 세리아 나노입자의 제조방법.10. The method of claim 9,
The method for producing ceria nanoparticles, characterized in that the concentration of the ceria precursor in the reaction solution is 1 to 5 mM.
상기 액상 플라즈마 반응 단계는 상기 반응액에 노출된 전극으로 공급되는 전원의 전압 800V, 주파수 30 KHz인 것을 특징으로 하는 액상 플라즈마 반응을 이용한 세리아 나노입자의 제조방법.10. The method of claim 9,
The liquid plasma reaction step is a method for producing ceria nanoparticles using a liquid plasma reaction, characterized in that the voltage of the power supplied to the electrode exposed to the reaction solution is 800V, the frequency is 30 KHz.
상기 액상 플라즈마 반응 단계는 1 내지 25 분인 것을 특징으로 하는 세리아 나노입자의 제조방법.10. The method of claim 9,
The liquid plasma reaction step is a method for producing ceria nanoparticles, characterized in that 1 to 25 minutes.
상기 산화적 스트레스에 의한 질환은 뇌졸중, 심근경색, 당뇨병성 혈관장애, 고지혈증, 당뇨병, 간질, 파킨슨씨병 및 치매로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 약학 조성물.
17. The method of claim 16,
The disease caused by oxidative stress is a pharmaceutical composition, characterized in that any one or more selected from the group consisting of stroke, myocardial infarction, diabetic vascular disorder, hyperlipidemia, diabetes, epilepsy, Parkinson's disease and dementia.
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