KR20220033960A - 3D microfluidic reactor for improving encapsulation efficiency of drugs, and method of manufacturing uniform capsules by one-flow process - Google Patents

3D microfluidic reactor for improving encapsulation efficiency of drugs, and method of manufacturing uniform capsules by one-flow process Download PDF

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KR20220033960A KR1020210008661A KR20210008661A KR20220033960A KR 20220033960 A KR20220033960 A KR 20220033960A KR 1020210008661 A KR1020210008661 A KR 1020210008661A KR 20210008661 A KR20210008661 A KR 20210008661A KR 20220033960 A KR20220033960 A KR 20220033960A
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Abstract

The present invention relates to a three-dimensional (3D) microfluidic reactor. The 3D microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention includes: a first fluid containing a drug and a solvent to precipitate drug particles by using a precipitation phenomenon caused by a difference in solubility; a first structure provided with a flow path structure so that a second fluid containing a first semi-solvent may be mixed continuously; and a second structure provided with a flow path structure so that a third fluid containing a carrier may be supplied to support the drug particles transferred from the first structure, wherein the first structure and the second structure fluidically communicate with each other to transfer the drug particles precipitated from the first structure toward the second structure with no delay. In this manner, the step of precipitating the drug particles and step of supporting the drug particles are carried out in a continuous one-flow process.

Description

약물 입자 담지율 향상을 위한 3차원 미세유체 반응기 및 이를 이용한 균일한 캡슐의 연속 일괄 제조방법 {3D microfluidic reactor for improving encapsulation efficiency of drugs, and method of manufacturing uniform capsules by one-flow process}3D microfluidic reactor for improving encapsulation efficiency of drugs, and method of manufacturing uniform capsules by one-flow process}

본 발명은 3차원 미세유체 반응기 및 이를 이용한 균일한 크기의 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속-흐름을 기반으로 하여 2 단계의 3차원 유체 집속 효과를 통해 친수성 약물 입자 및 약물-고분자 캡슐의 크기를 균일하게 조절할 수 있는 3차원 미세유체 반응기, 이를 이용한 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법, 상기 일괄 공정에 의한 제조방법에 있어서 약물의 담지 효율을 향상시키는 방법 및 이로부터 제조된 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 서방형 캡슐을 제공한다.The present invention relates to a three-dimensional microfluidic reactor and a method for manufacturing a capsule containing uniformly sized drug particles using the same, and more particularly, hydrophilicity through a two-step three-dimensional fluid focusing effect based on continuous-flow A three-dimensional microfluidic reactor capable of uniformly controlling the size of drug particles and drug-polymer capsules, a method for manufacturing a capsule containing hydrophilic drug particles using the same, and a method for manufacturing by the batch process to improve drug loading efficiency Provided are a method and a sustained-release capsule in which hydrophilic drug particles of uniform size prepared therefrom are supported.

주로 약학 및 정밀화학 산업에 있어서, 화합물의 합성에 이용되는 미세유체 반응기는 종래 공정 대비 많은 이점을 제공한다. In the pharmaceutical and fine chemical industries, microfluidic reactors used for compound synthesis provide many advantages over conventional processes.

구체적으로, 미세유체 반응기는 높은 표면적 대 부피비를 제공함으로써, 신속한 질량 및 열전달 효과를 확보할 수 있으며, 그 결과 공정 안전성 측면에서도 향상된 효과를 얻을 수 있다. Specifically, the microfluidic reactor can secure rapid mass and heat transfer effects by providing a high surface area-to-volume ratio, and as a result, an improved effect can be obtained in terms of process safety.

또한 미세유체 반응기는 스케일 업(scale-up)을 위하여, 비교적 간단한 타당성 조사를 필요로 하므로 비용-효율적인 이점을 제공할 수 있다. 즉, 미세유체 반응기의 설계용량 확장이 필요할 경우, 설계상 요구되는 미세유체 반응기 유닛을 복수 병렬 배치시킴과 동시에 보다 높은 유속을 인가함으로써 처리량을 증가시킬 수 있다. 즉, 미세유체 반응기는 종래 배치 공정과 달리 스케일-업을 위한 시험 및 설계를 과다하게 요하지 않으므로 스케일-업을 용이하게 달성할 수 있는 장점이 있다.In addition, microfluidic reactors can provide cost-effective advantages as they require relatively simple feasibility studies for scale-up. That is, when it is necessary to expand the design capacity of the microfluidic reactor, it is possible to increase the throughput by arranging a plurality of microfluidic reactor units required for design in parallel and simultaneously applying a higher flow rate. That is, since the microfluidic reactor does not require excessive testing and design for scale-up unlike the conventional batch process, it has the advantage of being able to easily achieve scale-up.

한편, 나노 침전법을 통한 나노 약물 입자 생산 방법은 용매 및 반용매에 대한 약물의 용해성 차이에 기인한 침전 현상을 이용하여 약물 입자를 침전시킨다. 이와 관련하여 기존의 회분식 공정 기반 침전 반응기의 경우, 약물의 용해성이 큰 용매(Good solvent)와 반용매(Anti solvent)간의 접촉이 불규칙하게 형성되므로 균일한 크기의 나노 입자를 제작하는데 한계가 있다. 또한, 나노 약물 입자가 침전된 후 담지체에 담지 되기에 앞서서, 약물 입자가 일부 건조됨으로써 재결정화 현상이 발생되는 단점이 있다.On the other hand, the nano-drug production method through the nano-precipitation method precipitates the drug particles by using a precipitation phenomenon caused by the difference in solubility of the drug in solvent and anti-solvent. In this regard, in the case of the conventional batch process-based precipitation reactor, there is a limit in manufacturing nanoparticles of a uniform size because the contact between a good solvent and an anti-solvent having high drug solubility is irregularly formed. In addition, there is a disadvantage in that the recrystallization phenomenon occurs by partially drying the drug particles after the nanoparticles are precipitated and before being supported on the carrier.

이와 관련하여, 문헌 [Results in Pharma Sciences 2 (2012) 79-85]에는 플라스크를 이용한, 단백질이 로딩된 PLGA 나노입자의 제조방법이 개시된 바 있으나, 해당 방법으로 약물-고분자 캡슐을 제조할 경우, 전술한 바와 같이 약물 입자의 재결정화로 인해 입자의 균일성이 떨어지는 문제가 발생한다.In this regard, the literature [Results in Pharma Sciences 2 (2012) 79-85] discloses a method for preparing protein-loaded PLGA nanoparticles using a flask, but when preparing a drug-polymer capsule by the method, As described above, due to recrystallization of the drug particles, the uniformity of the particles is deteriorated.

이를 해결하기 위해 미세유체 시스템을 기반으로 하여 공정상 유리한 효과를 확보할 수 있으면서도, 균일한 나노 약물을 생산할 수 있는 미세유체 반응기의 개발이 필요한 실정이다.In order to solve this problem, it is necessary to develop a microfluidic reactor capable of producing uniform nano-drugs while securing advantageous effects in the process based on a microfluidic system.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 약물 입자 및/또는 약물-고분자 캡슐의 재결정화를 방지하기 위한 3차원 미세유체 반응기를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a three-dimensional microfluidic reactor for preventing recrystallization of drug particles and/or drug-polymer capsules.

본 발명의 다른 목적은 친수성 약물을 입자화하여 침전시키는 제 1 구간, 친수성 약물 입자와 소수성 고분자 화합물을 혼합하는 제 2 구간 및 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물에 담지하여 캡슐화하는 제 3 구간이 연속적으로 연결된 3차원 미세유체 반응기에서 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐을 일괄 공정으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a first section in which the hydrophilic drug is granulated and precipitated, a second section in which the hydrophilic drug particles and a hydrophobic polymer compound are mixed, and a third section in which the hydrophilic drug particles are supported and encapsulated in a hydrophobic polymer compound are successively An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a capsule in which hydrophilic drug particles of a uniform size are supported in a connected three-dimensional microfluidic reactor in a batch process.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 제조방법에 있어서, 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물 담지체에 고효율로 담지시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for efficiently supporting hydrophilic drug particles on a hydrophobic high molecular compound carrier in the above-mentioned manufacturing method.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 캡슐 제조방법 및/또는 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물 담지체에 고효율로 담지시키기 위한 방법으로 제조된 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 서방형 캡슐을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a sustained-release capsule carrying hydrophilic drug particles of uniform size prepared by the above-described capsule manufacturing method and/or a method for efficiently supporting hydrophilic drug particles on a hydrophobic polymeric compound carrier. will be.

본 발명의 일측면에 따르면, 용해성 차이에 의한 침전 현상을 이용하여 약물 입자를 침전시키기 위해 약물 및 용매가 포함된 제 1 유체와, 제 1 반용매가 포함된 제 2 유체가 연속적으로 혼합되도록 유로 구조를 구비하는 제 1 구조체 및 상기 제 1 구조체로부터 전달된 상기 약물 입자를 담지하기 위해 담지체가 포함된 제 3 유체를 공급하도록 유로 구조를 구비하는 제 2 구조체를 포함하고, 상기 제 1 구조체와 상기 제 2 구조체가 서로 유체 연통되어 상기 제 1 구조체로부터 침전된 상기 약물 입자가 상기 제 2 구조체 측으로 지체 없이 전달됨으로써 상기 약물 입자의 침전 공정 및 담지 공정이 연속 일괄 공정으로 이루어지는, 3차원 미세유체 반응기가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a flow path such that a first fluid containing a drug and a solvent and a second fluid containing a first anti-solvent are continuously mixed in order to precipitate drug particles using a precipitation phenomenon due to a difference in solubility. A first structure having a structure and a second structure having a flow path structure to supply a third fluid including a carrier to support the drug particles delivered from the first structure, wherein the first structure and the The second structure is in fluid communication with each other so that the drug particles precipitated from the first structure are transferred to the second structure side without delay, whereby the precipitation process and the loading process of the drug particles are a continuous batch process, a three-dimensional microfluidic reactor provided

이 때, 상기 제 1 구조체는, 육면체 형상을 가지는 제 1 집중공간의 일측면에 연결되어 상기 제 1 집중공간 측으로 상기 제 1 유체를 공급하는 제 1 채널; 상기 제 1 집중공간의 상기 일측면과 접하는 4면에 각각 연결되어 상기 제 1 집중공간의 내부 측으로 상기 제 2 유체를 공급하는 제 2 채널 내지 제 5 채널 및 상기 제 1 집중공간의 일측면과 대향하는 타측면에 연결되어 상기 제 1 집중공간으로부터 상기 약물 입자가 유출되는 제 6 채널을 포함할 수 있다.In this case, the first structure may include: a first channel connected to one side of the first concentrated space having a hexahedral shape to supply the first fluid to the first concentrated space; The second to fifth channels each connected to the four surfaces in contact with the one side of the first concentrated space and supplying the second fluid to the inner side of the first concentrated space, and the one side of the first concentrated space are opposite to each other It may include a sixth channel that is connected to the other side of the drug particles out of the first concentration space.

이 때, 상기 3차원 미세유체 반응기는 각각 서로 다른 약물 입자를 침전시키도록 복수 개의 제 1 구조체를 포함하고, 상기 복수 개의 제 1 구조체는 서로 합류된 후 상기 제 2 구조체와 연결될 수 있다.At this time, the three-dimensional microfluidic reactor may include a plurality of first structures to precipitate different drug particles, respectively, and the plurality of first structures may be connected to the second structure after they merge with each other.

이 때, 상기 제 2 구조체는, 상기 제 1 구조체의 일단부와 교차되도록 연결되며 상기 제 3 유체를 공급하는 제 7 채널 및 상기 제 7 채널의 일단부와 연결되며 적어도 3개의 절곡부를 구비하는 제 8 채널을 포함할 수 있다.At this time, the second structure is connected to one end of the first structure to cross and a seventh channel for supplying the third fluid and a seventh channel connected to one end of the seventh channel and having at least three bent portions It can include 8 channels.

이 때, 상기 제 2 구조체와 유체 연통되며, 상기 담지체에 대한 상기 입자 약물의 담지 효율을 향상시키기 위한 제 2 반용매가 포함된 제 4 유체를 공급하도록 유로 구조를 구비하는 제 3 구조체를 더 포함할 수 있다.At this time, in fluid communication with the second structure, a third structure having a flow path structure to supply a fourth fluid containing a second antisolvent for improving the loading efficiency of the particle drug on the carrier is further added. may include

이 때, 상기 제 3 구조체는, 일단부가 상기 제 2 구조체의 일단부와 연결되며 타단부가 육면체 형상을 가지는 제 2 집중공간의 일측면에 연결되는 제 9 채널; 상기 제 2 집중공간의 상기 일측면과 접하는 4면에 각각 연결되어 상기 제 2 집중공간의 내부 측으로 상기 제 4 유체를 공급하는 제 10 채널 내지 제 13 채널 및 상기 제 2 집중공간의 일측면과 대향하는 타측면에 연결되어 상기 제 2 집중공간으로부터 상기 담지체에 의해 캡슐화된 상기 약물 입자가 유출되는 제 14 채널을 포함할 수 있다.In this case, the third structure may include: a ninth channel having one end connected to one end of the second structure and the other end connected to one side of the second concentration space having a hexahedral shape; The tenth to thirteenth channels each connected to the four surfaces in contact with the one side of the second concentrated space and supplying the fourth fluid to the inner side of the second concentrated space, and one side of the second concentrated space facing each other It may include a 14th channel that is connected to the other side and through which the drug particles encapsulated by the carrier flow out from the second concentration space.

이 때, 상기 제 2 구조체와 유체 연통되며, 상기 담지체에 대한 상기 입자 약물의 담지 효율을 향상시키기 위한 제 2 반용매가 포함된 제 4 유체를 공급하도록 유로 구조를 구비하는 제 3 구조체를 더 포함하고, 상기 제 1 구조체는, 육면체 형상을 가지는 제 1 집중공간의 일측면에 연결되어 상기 제 1 집중공간 측으로 상기 제 1 유체를 공급하는 제 1 채널; 상기 제 1 집중공간의 상기 일측면과 접하는 4면에 각각 연결되어 상기 제 1 집중공간의 내부 측으로 상기 제 2 유체를 공급하는 제 2 채널 내지 제 5 채널 및 상기 제 1 집중공간의 일측면과 대향하는 타측면에 연결되어 상기 제 1 집중공간으로부터 상기 약물 입자가 유출되는 제 6 채널을 포함하고, 상기 제 2 구조체는, 상기 6 채널의 일단부와 교차되도록 연결되며 상기 제 3 유체를 공급하는 제 7 채널 및 상기 제 7 채널의 일단부와 연결되며 적어도 3개의 절곡부를 구비하는 제 8 채널을 포함하고, 상기 제 3 구조체는, 일단부가 상기 제 8 채널의 일단부와 연결되며 타단부가 육면체 형상을 가지는 제 2 집중공간의 일측면에 연결되는 제 9 채널; 상기 제 2 집중공간의 상기 일측면과 접하는 4면에 각각 연결되어 상기 제 2 집중공간의 내부 측으로 상기 제 4 유체를 공급하는 제 10 채널 내지 제 13 채널 및 상기 제 2 집중공간의 일측면과 대향하는 타측면에 연결되어 상기 제 2 집중공간으로부터 상기 담지체에 의해 캡슐화된 상기 약물 입자가 유출되는 제 14 채널을 포함할 수 있다.At this time, in fluid communication with the second structure, a third structure having a flow path structure to supply a fourth fluid containing a second antisolvent for improving the loading efficiency of the particle drug on the carrier is further added. Including, wherein the first structure includes: a first channel connected to one side of the first concentrated space having a hexahedral shape to supply the first fluid to the first concentrated space; The second to fifth channels each connected to the four surfaces in contact with the one side of the first concentrated space and supplying the second fluid to the inner side of the first concentrated space, and the one side of the first concentrated space are opposite to each other and a sixth channel connected to the other side to drain the drug particles from the first concentration space, the second structure being connected to intersect one end of the six channels and supplying the third fluid and a seventh channel and an eighth channel connected to one end of the seventh channel and having at least three bent portions, wherein the third structure has one end connected to one end of the eighth channel and the other end has a hexahedral shape a ninth channel connected to one side of the second concentration space having a; The tenth to thirteenth channels each connected to the four surfaces in contact with the one side of the second concentrated space and supplying the fourth fluid to the inner side of the second concentrated space, and one side of the second concentrated space facing each other It may include a 14th channel that is connected to the other side and through which the drug particles encapsulated by the carrier flow out from the second concentration space.

이 때, 상기 마이크로 반응기는 레이저에 의해 각각 패턴이 식각된 복수개의 평판형 필름을 적층하여 형성될 수 있다.In this case, the micro-reactor may be formed by stacking a plurality of flat-panel films each having a pattern etched by a laser.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법이 제공된다:According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a capsule in which hydrophilic drug particles of a uniform size are supported:

친수성 약물을 입자화하여 침전시키는 제 1 구간, 친수성 약물 입자와 소수성 고분자 화합물을 혼합하는 제 2 구간 및 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물에 담지하여 캡슐화하는 제 3 구간이 연속 일괄 공정으로 연결된 3차원 미세유체 반응기에서,The first section for granulating and precipitating the hydrophilic drug, the second section for mixing the hydrophilic drug particles and the hydrophobic polymer compound, and the third section for encapsulating the hydrophilic drug particles by supporting the hydrophobic polymer compound are connected in a continuous batch process. In a fluid reactor,

a) 제 1 구간에서 친수성 약물이 용해된 용액을 수평으로 유동시킨 상태에서 3차원 수직 4 방향으로 상기 친수성 약물에 대한 반용매를 투입하여 친수성 약물을 입자화한 후 침전시키는 단계;a) precipitating the hydrophilic drug after granulating the hydrophilic drug by introducing an antisolvent for the hydrophilic drug in the three-dimensional and vertical four directions in a state in which the solution in which the hydrophilic drug is dissolved in the first section is horizontally flowed;

b) 제 2 구간에서 소수성 고분자 화합물이 용해된 용액을 투입하여 침전된 친수성 약물 입자와 연속적으로 혼합시키는 단계; 및b) continuously mixing with the precipitated hydrophilic drug particles by introducing a solution in which the hydrophobic polymer compound is dissolved in the second section; and

c) 제 3 구간에서 수용성 고분자 화합물이 용해된 용액을 3차원 수직 4 방향으로 투입하여 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물에 담지시켜 캡슐화하는 단계.c) In the third section, a solution in which the water-soluble polymer compound is dissolved is introduced in three-dimensional vertical four directions to support the hydrophilic drug particles on the hydrophobic polymer compound and encapsulate.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 a) 단계는 제 1 구간에서 2종 이상의 서로 다른 친수성 약물을 각각 개별적으로 입자화하여 침전시키는 것을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, step a) may include separately granulating and precipitating two or more different hydrophilic drugs in the first section.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 친수성 약물은 알렌드로네이트, 독소루비신 하이드로클로라이드, 바레니클린, 네오마이신 및 치료용 펩타이드 또는 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the hydrophilic drug may be one or more selected from the group consisting of alendronate, doxorubicin hydrochloride, varenicline, neomycin, and therapeutic peptides or proteins.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 a) 단계의 친수성 약물에 대한 반용매는 아세토나이트릴, 테트라하이드로퓨란, 다이메틸설폭사이드 및 에탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the anti-solvent for the hydrophilic drug in step a) may be at least one selected from the group consisting of acetonitrile, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide and ethanol.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 소수성 고분자 화합물은 폴리락트산, 폴리락타이드, 폴리락틱-코-글리콜산, 폴리락타이드-코-글리콜라이드(PLGA), 폴리포스파진, 폴리이미노카보네이트, 폴리포스포에스테르, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르, 락트산과 카프로락톤의 공중합체, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시발레이트, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리아미노산, 락트산과 아미노산의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the hydrophobic polymer compound is polylactic acid, polylactide, polylactic-co-glycolic acid, polylactide-co-glycolide (PLGA), polyphosphazine, polyiminocarbonate , polyphosphoesters, polyanhydrides, polyorthoesters, copolymers of lactic acid and caprolactone, polycaprolactone, polyhydroxyvalate, polyhydroxybutyrate, polyamino acids, copolymers of lactic acid and amino acids, and these It may be selected from the group consisting of a mixture of

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 c) 단계의 수용성 고분자 화합물은 친수성 약물을 소수성 고분자 화합물에 담지시키는 효율을 높이기 위한 친수성 약물 안정화제일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the water-soluble polymer compound in step c) may be a hydrophilic drug stabilizer to increase the efficiency of supporting the hydrophilic drug on the hydrophobic polymer compound.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 친수성 약물 입자의 크기는 a) 단계의 친수성 약물이 용해된 용액의 유속, a) 단계의 친수성 약물 농도 및 a) 단계의 친수성 약물이 용해된 용액:반용매의 유속 비율로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 변수로 하여 조절될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the size of the hydrophilic drug particles is the flow rate of the solution in which the hydrophilic drug is dissolved in step a), the concentration of the hydrophilic drug in step a), and the solution in which the hydrophilic drug is dissolved in step a): It can be adjusted by using any one or more selected from the group consisting of the flow rate ratio of the anti-solvent as a variable.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 친수성 약물 입자는 10 nm 내지 1,000 nm의 균일한 직경을 가질 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the hydrophilic drug particles may have a uniform diameter of 10 nm to 1,000 nm.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 a) 단계의 제 1 구간에서 친수성 약물이 용해된 용액과 반용매의 유속 비율은 1:2 내지 1:12일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the flow rate ratio of the solution in which the hydrophilic drug is dissolved and the antisolvent in the first section of step a) may be 1:2 to 1:12.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 친수성 약물은 알렌드로네이트이고, 소수성 고분자 화합물은 폴리락틱-코-글리콜산, 폴리락타이드-코-글리콜라이드 (PLGA)이며, 수용성 고분자 화합물은 폴리비닐알코올일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the hydrophilic drug is alendronate, the hydrophobic polymer compound is polylactic-co-glycolic acid, polylactide-co-glycolide (PLGA), and the water-soluble polymer compound is polyvinyl. It may be alcohol.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 알렌드로네이트의 담지 효율을 증가시키기 위해 0.1 중량% 내지 2.5 중량%의 폴리비닐알코올 용액을 사용할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, in order to increase the loading efficiency of alendronate, 0.1 wt% to 2.5 wt% of a polyvinyl alcohol solution may be used.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 알렌드로네이트의 담지율이 적어도 70% 이상일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the loading ratio of alendronate may be at least 70% or more.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제조방법은 전술한 3차원 미세유체 반응기에서 수행될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the manufacturing method may be performed in the three-dimensional microfluidic reactor described above.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전술한 캡슐 제조방법으로 제조된 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 서방형 캡슐이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sustained-release capsule in which hydrophilic drug particles of uniform size prepared by the above-described capsule manufacturing method are supported.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 캡슐 제조방법으로 제조된 균일한 나노 입자 크기의 알렌드로네이트가 폴리락타이드-코-글리콜라이드에 담지된 서방형 캡슐이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sustained-release capsule in which alendronate of uniform nano-particle size prepared by the above-described capsule manufacturing method is supported on polylactide-co-glycolide.

본 발명에 따른 3차원 미세유체 반응기 및 이를 이용한 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법은 연속-흐름을 기반으로 하여 2 단계의 3차원 유체 집속 효과를 통해 친수성 약물 입자 및 약물-고분자 캡슐의 크기를 균일하게 조절할 수 있고, 이에 따라 제조된 약물-고분자 캡슐은 서방형으로 체내에서 약물을 장기간 지속적으로 방출하는 것이 가능하여, 관련 질환을 치료하는데 보다 효과적이다.The three-dimensional microfluidic reactor according to the present invention and a method for manufacturing a capsule carrying hydrophilic drug particles using the same are based on continuous-flow, and through the three-dimensional fluid focusing effect in two steps, the hydrophilic drug particles and the drug-polymer capsule size can be uniformly controlled, and thus the prepared drug-polymer capsule is capable of continuously releasing the drug in the body in a sustained-release form for a long period of time, which is more effective in treating related diseases.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기 중 유체와 인접하는 부분 만을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기의 단면을 도 1의 A-A 방향을 기준으로 바라본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기의 단면을 도 1의 B-B 방향을 기준으로 바라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기를 형성하는 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 폴리이미드계 필름으로 제조된 단일 흐름 기반의 3차원 집속 구조 (3D flow focusing)를 구비한 미세유체 반응기를 나타낸 모식도이다. 여기서, 제 1 구간에서는 약물 입자화 및 침전이 이루어지고, 제 2 구간에서는 약물 입자와 담지체로 사용되는 고분자 화합물의 혼합이 이루어지며, 제 3 구간에서는 약물 입자가 고분자 화합물에 담지되어 캡슐화가 이루어진다.
도 8은 도 7의 제 1 구간에서 이루어지는 약물 입자화 및 침전 단계의 각 조건인 초기 약물 유속, 초기 약물 농도 및 용매:반용매의 유속 비율에 따른 약물 입자의 크기를 동적광산란광도계 (Dynamic Light Scattering, DLS)로 분석하여 나타낸 것이다.
도 9는 도 7의 제 1 구간에서 이루어지는 약물 입자화 및 침전 단계의 약물 유속 및 용매:반용매 유속 비율에 따른 3차원 집속 효과를 전산 유체 역학 (Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 계산하여 나타낸 것이다.
도 10은 3차원 미세유체 반응기 (a), 플라스크 (b) 및 T-형 장치 (c)를 각각 이용하여 제조된 약물-고분자 캡슐을 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM)으로 분석하여 나타낸 것이다.
도 11은 3차원 미세유체 반응기 이용하여 제조된 약물-고분자 캡슐을 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscope, TEM)으로 분석하여 나타낸 것이다.
도 12는 3차원 미세유체 반응기를 이용한 약물-고분자 캡슐 (ALS-PLGA 캡슐)의 제조 시 PVA 농도에 따른 약물의 담지 효율을 비교하여 나타낸 것이다.
도 13은 3차원 미세유체 반응기 (a), 플라스크 (b) 및 T-형 장치 (c)를 각각 이용하여 제조된 약물-고분자 캡슐의 약물 담지 효율을 비교하여 나타낸 것이다.
1 is a perspective view showing a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing only a portion adjacent to a fluid in a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention as viewed in the direction AA of FIG. 1 .
FIG. 4 is a cross-sectional view of a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention as viewed from the direction BB of FIG. 1 .
5 is a perspective view showing another example of a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention.
6 is an explanatory view for explaining a method of forming a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram illustrating a microfluidic reactor equipped with a single flow-based three-dimensional focusing structure made of a polyimide-based film. Here, in the first section, drug particles are formed and precipitated, in the second section, drug particles and a polymer compound used as a carrier are mixed, and in the third section, drug particles are supported on the polymer compound and encapsulated.
8 is a dynamic light scattering spectrophotometer (Dynamic Light Scattering) showing the size of drug particles according to the initial drug flow rate, initial drug concentration, and the solvent:antisolvent flow rate ratio, which are each condition of the drug particle formation and precipitation step in the first section of FIG. , DLS) and analyzed.
9 is a three-dimensional focusing effect according to the drug flow rate and solvent:anti-solvent flow rate ratio of the drug particleization and precipitation step made in the first section of FIG. 7 using computational fluid dynamics (CFD). will be.
10 is a three-dimensional microfluidic reactor (a), a flask (b), and a drug-polymer capsule prepared using each of the T-type device (c) is analyzed with a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope, SEM) is shown. .
11 shows a drug-polymer capsule prepared using a three-dimensional microfluidic reactor analyzed with a transmission electron microscope (TEM).
12 shows a comparison of drug loading efficiency according to PVA concentration during preparation of a drug-polymer capsule (ALS-PLGA capsule) using a three-dimensional microfluidic reactor.
13 shows a comparison of drug loading efficiency of drug-polymer capsules prepared using a three-dimensional microfluidic reactor (a), flask (b), and T-type device (c), respectively.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are given to the same or similar components throughout the specification.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기(10, 이하 '미세유체 반응기')는 용해성 차이에 의한 침전 현상을 이용하여 약물 입자를 침전시키고, 이와 같이 침전된 약물 입자를 담지체에 담지하는 공정을 연속적으로 수행할 수 있는 장치이다. The three-dimensional microfluidic reactor (10, hereinafter 'microfluidic reactor') according to an embodiment of the present invention precipitates drug particles using a precipitation phenomenon due to a difference in solubility, and supports the precipitated drug particles on a carrier It is a device that can continuously perform the process.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 반응기(10)는 약물 입자의 침전 공정과 담지 공정 사이에 별도의 건조 과정을 생략 가능함으로써, 건조에 의해 발생될 수 있는 약물 입자의 재결정화를 방지할 수 있는 장치이다. 이하, 도면을 참조하여 미세유체 반응기(10)의 주요 구성 및 효과에 대하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.In particular, the microfluidic reactor 10 according to an embodiment of the present invention can omit a separate drying process between the precipitation process of drug particles and the loading process, thereby preventing recrystallization of drug particles that may be caused by drying It is a device that can Hereinafter, the main configuration and effects of the microfluidic reactor 10 will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기를 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기 중 유체와 인접하는 부분 만을 나타낸 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기의 단면을 도 1의 A-A 방향을 기준으로 바라본 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기의 단면을 도 1의 B-B 방향을 기준으로 바라본 단면도이다.1 is a perspective view showing a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention. 2 is a perspective view showing only a portion adjacent to a fluid in a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view of a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention as viewed from the direction A-A of FIG. 1 . 4 is a cross-sectional view of a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention as viewed from the direction B-B of FIG. 1 .

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 반응기(10)는 서로 순차적으로 연결된 제 1 구조체(30), 제 2 구조체(50) 및 제 3 구조체(70)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the microfluidic reactor 10 according to an embodiment of the present invention includes a first structure 30 , a second structure 50 , and a third structure 70 sequentially connected to each other.

먼저, 제 1 구조체(30)는 약물이 포함된 제 1 유체(F1)로부터 약물 입자를 침전시키기 위해 제 1 유체(F1)와 제 2 유체(F2)가 연속적으로 혼합되도록 유로를 구비한 구조체이다.First, the first structure 30 is a structure having a flow path so that the first fluid F1 and the second fluid F2 are continuously mixed in order to precipitate drug particles from the first fluid F1 containing the drug. .

구체적인 예시로서, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제 1 구조체(30)는 육면체 형상으로 형성된 제 1 집중공간(40)의 각 측면(41 내지 46)에 연결되는 제 1 채널 내지 제 6 채널(31 내지 36)을 포함할 수 있다. 이하, 본 명세서에서, 채널을 설명함에 있어서 채널은 내부에 유체가 이동할 수 있도록 중공을 구비하는 공간 구조로 규정한다.As a specific example, referring to FIGS. 2 to 4 , the first structure 30 includes first to sixth channels ( 31 to 36) may be included. Hereinafter, in the present specification, in describing the channel, the channel is defined as a space structure having a hollow so that a fluid can move therein.

이 때, 제 1 채널(31)은 일단부가 제 1 집중공간(40)의 제 1 면(31)에 연결될 수 있다. 그리고 제 1 채널(31)의 타단부에는 제 1 유체(F1)를 공급할 수 있는 유체 펌프(P), 일례로 소량의 유체의 유동을 정밀하게 제어할 수 있는 시린지 펌프가 연결될 수 있다. 이와 같은 제 1 채널(31)을 통해 미세유체 반응기(10)의 외부로부터 제 1 집중공간(40) 측으로 제 1 유체(F1)가 공급될 수 있다.At this time, one end of the first channel 31 may be connected to the first surface 31 of the first concentration space 40 . In addition, a fluid pump P capable of supplying the first fluid F1, for example, a syringe pump capable of precisely controlling the flow of a small amount of fluid, may be connected to the other end of the first channel 31 . The first fluid F1 may be supplied to the first concentration space 40 from the outside of the microfluidic reactor 10 through the first channel 31 .

이 때, 제 1 유체(F1)는 추후 침전에 의해 입자화되는 약물과, 상기 약물을 용해시키기 위한 용매를 포함할 수 있다.In this case, the first fluid F1 may include a drug to be granulated by subsequent precipitation and a solvent for dissolving the drug.

그리고, 제 1 집중공간(40)의 제 1 면(41)과 접하는 제 2 면 내지 제 5 면(42 내지 45)에는 각각 제 2 채널 내지 제 5 채널(32 내지 35)이 연결될 수 있다. 즉, 제 2 채널 내지 제 5 채널(32 내지 35)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 유체(F1)를 십자가(cross) 형태로 감싸도록 배치될 수 있다. In addition, second to fifth channels 32 to 35 may be connected to the second to fifth surfaces 42 to 45 in contact with the first surface 41 of the first concentration space 40 , respectively. That is, the second to fifth channels 32 to 35 may be arranged to surround the first fluid F1 in a cross shape, as shown in FIGS. 3 and 4 .

이 때, 제 2 채널 내지 제 5 채널(32 내지 35)의 일측부에는 제 1 채널(31)과 마찬가지로 유체 펌프(P)가 연결됨으로써 제 2 유체(F2)가 제 1 집중공간(40) 측으로 공급될 수 있다. At this time, the fluid pump P is connected to one side of the second channel to the fifth channel 32 to 35 as in the first channel 31 , so that the second fluid F2 is directed toward the first concentration space 40 . can be supplied.

본 발명의 일 실시예에서, 제 2 유체(F2)는 제 1 유체(F1)와 혼합되어 상기 약물 입자를 침전시킬 수 있는 유체로서, 상기 약물에 대한 제 1 반용매를 포함할 수 있다. 이를 통해 제 1 유체(F1)와 제 2 유체(F2)가 제 1 집중공간(40)에서 혼합되는 경우, 제 1 유체(F1)에 포함된 용매와 제 1 반용매 사이의 용해도 차이가 발생하게 된다. 그 결과 상기 약물로부터 입자화된 형태의 약물 입자를 침전시킬 수 있다. 이와 같이 용해도 차이를 이용하여 입자를 침전시키는 침전법(precipitation)은 이미 공지된 기술인 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.In one embodiment of the present invention, the second fluid F2 is a fluid that can be mixed with the first fluid F1 to precipitate the drug particles, and may include a first antisolvent for the drug. Through this, when the first fluid F1 and the second fluid F2 are mixed in the first concentrated space 40, a difference in solubility between the solvent and the first anti-solvent included in the first fluid F1 occurs. do. As a result, it is possible to precipitate drug particles in a granular form from the drug. As described above, the precipitation method for precipitating particles using the difference in solubility is a known technique, and a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 실시예에서, 앞서 살펴본 바와 같이 제 2 채널 내지 제 5 채널(32 내지 35)은 십자가 형태로 배치되며, 제 2 채널 내지 제 5 채널(32 내지 35)과 연결되는 제 1 집중공간(40)의 측면(42 내지 45) 면적이 서로 동일하게 형성될 수 있다. 따라서 제 1 집중공간(40) 내부로 유입된 제 1 유체(F1)에 대하여 제 2 유체(F2)를 통해 상하 좌우 균등한 크기의 압력을 인가할 수 있다. 그 결과 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 반응기(10)는 일 방향(도 3을 기준으로 할 때 y 방향으로)으로 이동하는 제 1 유체(F1)에 대하여 어느 한 방향으로 치우침이 없이 고르게 제 2 유체(F2)를 혼합시킬 수 있으므로, 전체적으로 균일한 크기의 약물 입자를 침전시킬 수 있다. In an embodiment of the present invention, as described above, the second to fifth channels 32 to 35 are arranged in a cross shape, and a first concentration space connected to the second to fifth channels 32 to 35 . The area of the side surfaces 42 to 45 of 40 may be formed to be the same as each other. Therefore, it is possible to apply a pressure of equal size up, down, left and right through the second fluid F2 with respect to the first fluid F1 introduced into the first concentrated space 40 . As a result, the microfluidic reactor 10 according to an embodiment of the present invention is uniformly without bias in any one direction with respect to the first fluid F1 moving in one direction (the y-direction relative to FIG. 3 ). Since the second fluid F2 can be mixed, drug particles having an overall uniform size can be precipitated.

이하에서, 이처럼 일 방향으로 이동하는 유체에 대하여 사방 균일한 크기의 유체 압력을 가하여 얻을 수 있는 효과를 '3차원 유체 흐름 집속 효과'라고 규정한다.Hereinafter, an effect that can be obtained by applying a fluid pressure of a uniform size in all directions to a fluid moving in one direction is defined as a 'three-dimensional fluid flow focusing effect'.

본 발명의 일 실시예에서, 제 1 집중공간(40)을 기준으로 할 때, 제 1 채널(31)의 타측에는 제 6 채널(36)이 배치될 수 있다. 즉, 도 3을 참조하면, 제 1 집중공간(40)의 제 6 면(46)에는 제 6 채널(36)이 연결될 수 있다.In an embodiment of the present invention, when the first concentration space 40 is used as a reference, the sixth channel 36 may be disposed on the other side of the first channel 31 . That is, referring to FIG. 3 , the sixth channel 36 may be connected to the sixth surface 46 of the first concentration space 40 .

이 때, 제 6 채널(36)은 제 1 집중공간(40)에서 서로 혼합된 제 1 유체(F1)와 제 2 유체(F2)가 제 1 구조체(30)의 외부로 유출되는 통로로서 기능할 수 있다. 따라서, 제 6 채널(36)을 통해서 전술한 바와 같이 침전되어 입자화된 형태의 약물 입자도 함께 외부로 유출될 수 있다.At this time, the sixth channel 36 may function as a passage through which the first fluid F1 and the second fluid F2 mixed with each other in the first concentrated space 40 flow out of the first structure 30 . can Therefore, the drug particles in the form of particles precipitated as described above through the sixth channel 36 may also flow out together.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 반응기(10)는 제 1 구조체(30)의 일단부와 서로 유체 연통되는 제 2 구조체(50)를 포함한다.The microfluidic reactor 10 according to an embodiment of the present invention includes one end of the first structure 30 and a second structure 50 in fluid communication with each other.

이 때, 제 2 구조체(50)는 제 1 구조체(30)로부터 전달된 약물 입자를 담지하기 위한 담지체가 포함된 제 3 유체(F3)를 공급하고, 이를 약물 입자와 혼합시키도록 유로 구조를 구비할 수 있다. At this time, the second structure 50 is provided with a flow path structure to supply the third fluid F3 including a carrier for supporting the drug particles delivered from the first structure 30, and to mix them with the drug particles. can do.

예시적인 일례로서, 도 3을 참조하면, 제 2 구조체(50)는 제 1 구조체(30)에 포함된 제 6 채널(36)의 일단부와 서로 교차되도록 연결되는 제 7 채널(51)을 포함할 수 있다. 즉, 제 7 채널(51)의 일측부(52)에 제 6 채널(36)이 서로 유체 연통 가능한 형태로 연결됨으로써, 제 6 채널(36)과 제 7 채널(51)이 서로 수직하도록 배치될 수 있다.As an illustrative example, referring to FIG. 3 , the second structure 50 includes one end of the sixth channel 36 included in the first structure 30 and a seventh channel 51 connected to cross each other. can do. That is, the sixth channel 36 is connected to one side 52 of the seventh channel 51 in a fluid communication with each other, so that the sixth channel 36 and the seventh channel 51 are arranged to be perpendicular to each other. can

본 발명의 일 실시예에서, 일단부가 유체 펌프(P)와 연결된 제 7 채널(51)을 통해 제 3 유체(F3)가 미세유체 반응기(10)의 내부로 공급될 수 있다. 이와 같이 공급된 제 3 유체(F3)는 도 3에 도시된 바와 같이 제 6 채널(36)로부터 유입된 약물 입자와 서로 혼합된 후, 일 방향으로 유동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the third fluid F3 may be supplied to the inside of the microfluidic reactor 10 through the seventh channel 51 at one end connected to the fluid pump P. As shown in FIG. 3 , the supplied third fluid F3 may be mixed with the drug particles introduced from the sixth channel 36 and then flow in one direction.

이 때, 제 3 유체(F3)는 상기 약물 입자를 담지하기 위한 담지체를 포함할 수 있다. 여기서 담지체는 상기 약물 입자가 담지된 형태의 캡슐을 제조하기 위한 것으로서, 후술될 제 3 구조체(70)를 경유하여 최종적으로 캡슐화되었을 때 상기 약물 입자를 감싸는 구체 형상으로 형성될 수 있다.At this time, the third fluid F3 may include a carrier for supporting the drug particles. Here, the carrier is for manufacturing a capsule in which the drug particles are supported, and may be formed in a spherical shape surrounding the drug particles when finally encapsulated via a third structure 70 to be described later.

한편, 제 2 구조체(50)는 제 7 채널(51)의 타단부에 연결되는 제 8 채널(54)을 포함할 수 있다. Meanwhile, the second structure 50 may include an eighth channel 54 connected to the other end of the seventh channel 51 .

이 때, 도 3을 참조하면, 제 8 채널(54)은 제 7 채널(51)와 연결되되, 제 7 채널(51)의 일단부로부터 절곡된 형태로 연장 방향을 전환하는 제 1 절곡부(55a)를 포함할 수 있다. 또한, 제 8 채널(54)은 후술될 제 3 구조체(70)와 서로 연결될 때까지 절곡된 형태로 연장 방향을 전환하는 적어도 2개의 절곡부(55b 및 55c)를 더 포함할 수 있다. 이처럼 제 8 채널(54)이 복수의 절곡부(55a 내지 55c)를 구비함으로써, 도 3을 기준으로 할 때, 미세유체 반응기(10)의 y축 방향 길이를 연장하지 않고서도 약물 입자와 담지체가 충분히 혼합될 수 있는 채널 길이를 확보할 수 있다. 또한 절곡부(55a 내지 55c)를 통한 유체 흐름의 전환 시 발생되는 외력에 의해서, 약물 입자와 담지체의 혼합이 보다 촉진될 수 있다.At this time, referring to FIG. 3 , the eighth channel 54 is connected to the seventh channel 51 , and a first bent part ( 55a). In addition, the eighth channel 54 may further include at least two bent portions 55b and 55c that change the extension direction in a bent form until they are connected to each other with a third structure 70 to be described later. As such, the eighth channel 54 has a plurality of bent portions 55a to 55c, so that the drug particles and the carrier are formed without extending the length of the microfluidic reactor 10 in the y-axis direction, based on FIG. 3 . It is possible to secure a channel length that can be sufficiently mixed. In addition, by an external force generated when the fluid flow is switched through the bent portions 55a to 55c, mixing of the drug particles and the carrier can be further promoted.

도면에서는 제 8 채널(54)이 3개의 절곡부(55a 내지 55c)를 구비하는 것으로 도시하였으나, 본 발명의 일 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며, 보다 많은 수의 절곡부를 구비할 수 있다. 그러나, 많은 수의 절곡부를 구비할 경우, 유체 흐름 전환시 발생되는 압력 소산으로 인하여 유체에 적절한 크기의 압력을 제공할 수 없는 단점이 있다. 따라서 펌프의 용량을 고려하여 절곡부의 개수를 결정하는 것이 바람직하다.Although the figure shows that the eighth channel 54 has three bent portions 55a to 55c, an embodiment of the present invention is not limited thereto, and a larger number of bent portions may be provided. However, when a large number of bent portions are provided, there is a disadvantage in that it is not possible to provide a pressure of an appropriate size to the fluid due to pressure dissipation generated when the fluid flow is switched. Therefore, it is preferable to determine the number of bent parts in consideration of the capacity of the pump.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 반응기(10)는 제 2 구조체(50)의 일단부와 서로 유체 연통되는 제 3 구조체(70)를 더 포함한다.The microfluidic reactor 10 according to an embodiment of the present invention further includes one end of the second structure 50 and a third structure 70 in fluid communication with each other.

이 때, 제 3 구조체(70)는 전술한 제 2 구조체(50)를 통해 혼합된 약물 입자와 담지체의 담지 효율을 향상시키기 위한 제 2 반용매가 포함된 제 4 유체(F4)를 공급하도록 유로 구조를 구비할 수 있다.At this time, the third structure 70 supplies the fourth fluid F4 containing the second anti-solvent for improving the loading efficiency of the drug particles and the carrier mixed through the second structure 50 described above. A flow path structure may be provided.

다시 도 2를 참조하면, 제 3 구조체(70)는 제 1 구조체와 유사한 구조로 형성될 수 있다.Referring back to FIG. 2 , the third structure 70 may have a structure similar to that of the first structure.

구체적으로, 제 3 구조체(70)는 제 1 구조체(30)의 제 1 집중공간(40)에 대응되는 공간으로서, 육면체 형상으로 형성된 제 2 집중공간(80)을 구비할 수 있다. Specifically, the third structure 70 is a space corresponding to the first concentrated space 40 of the first structure 30 , and may include a second concentrated space 80 formed in a hexahedral shape.

또한 제 2 집중공간(80)의 제 1 면(81)에는 일단부가 제 2 구조체(50)의 제 8 채널(54)과 서로 연결되는 제 9 채널(71)이 연결될 수 있다. 이를 통해 제 2 구조체(50)로부터 약물 입자와 담지체가 혼합된 상태의 유체가 제 2 집중공간(80) 측으로 이동될 수 있다.In addition, a ninth channel 71 having one end connected to the eighth channel 54 of the second structure 50 and each other may be connected to the first surface 81 of the second concentrated space 80 . Through this, the fluid in a state in which the drug particles and the carrier are mixed from the second structure 50 may be moved toward the second concentration space 80 .

그리고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 집중공간(80)의 제 1 면(81)과 서로 접하는 4면(82 내지 85)에는 제 10 채널 내지 제 13 채널(72 내지 75)이 연결될 수 있다. 상기 제 10 채널 내지 제 13 채널(72 내지 75)의 각 단부에는 제 2 채널 내지 제 5 채널(32 내지 35)과 마찬가지로 유체 펌프(P)가 연결될 수 있다. 이를 통해 제 4 유체(F4)가 제 10 채널 내지 제 13 채널(72 내지 75)을 통해 제 2 집중공간(80) 측으로 공급될 수 있다.And, as shown in FIGS. 3 and 4 , the first surface 81 of the second concentrated space 80 and the fourth surfaces 82 to 85 in contact with each other have tenth channels to thirteenth channels 72 to 75 . This can be connected. A fluid pump P may be connected to each end of the tenth to thirteenth channels 72 to 75 , similarly to the second to fifth channels 32 to 35 . Through this, the fourth fluid F4 may be supplied to the second concentration space 80 through the tenth to thirteenth channels 72 to 75 .

이 때, 제 10 채널 내지 제 13 채널(72 내지 75)을 통해 공급된 제 4 유체(F4)는 제 2 집중공간(80)에서 제 9 채널(71)을 통해 이동된 약물 입자 및 담지체에 대하여 압력을 가하여 약물 입자가 포함된 캡슐이 형성되도록 할 수 있다.At this time, the fourth fluid F4 supplied through the tenth to thirteenth channels 72 to 75 is applied to the drug particles and the carrier moved through the ninth channel 71 in the second concentrated space 80 . By applying pressure to the capsule, the capsule containing the drug particles may be formed.

구체적으로, 제 4 유체(F4)는 제 2 유체(F2)와 동일하게 3차원 유체 흐름 집속 효과를 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 제 2 집중공간(80)의 사방에서 약물 입자 및 담지체에 대하여 압력을 가함으로써, 담지체에 약물 입자가 담지되는 것을 가속화할 수 있으며, 사방 동일한 크기의 압력이 인가되므로 보다 균일한 크기의 약물 캡슐을 생산할 수 있다.Specifically, the fourth fluid F4 may generate a three-dimensional fluid flow focusing effect in the same way as the second fluid F2 . Through this, by applying pressure to the drug particles and the carrier in all directions of the second concentrated space 80, it is possible to accelerate the loading of the drug particles to the carrier, and since the same pressure is applied in all directions, a more uniform sized drug capsules can be produced.

본 발명의 일 실시예에서, 제 2 집중공간(80)을 기준으로 할 때, 제 9 채널(71)의 타측, 구체적으로 제 2 집중공간(80)의 제 6면(86)에는 제 14 채널(76)이 배치될 수 있다. 이러한 제 14 채널(76)을 통해서 제 2 집중공간(80)에서 캡슐화된 약물 입자가 외부로 이동될 수 있다.In one embodiment of the present invention, based on the second concentrated space 80, the other side of the ninth channel 71, specifically, the fourth channel 86 on the sixth surface 86 of the second concentrated space 80 (76) may be disposed. The drug particles encapsulated in the second concentration space 80 may be moved to the outside through the fourteenth channel 76 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기의 다른 예를 나타낸 사시도이다.5 is a perspective view showing another example of a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 반응기(10)는 복수개의 제 1 구조체(30, 30')를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the microfluidic reactor 10 according to an embodiment of the present invention may include a plurality of first structures 30 and 30 ′.

이 때, 복수개의 제 1 구조체(30)는 각각 다른 종류의 제 1 유체(F1) 내지 제 3 유체(F3)를 공급함으로써, 서로 다른 종류의 약물 입자를 침전시킬 수 있다. 다만, 복수개의 제 1 구조체(30, 30')는 공급되는 약물의 종류만 달리할 뿐, 구조 및 기능은 모두 동일할 수 있다.At this time, the plurality of first structures 30 may precipitate different types of drug particles by supplying different types of first fluid F1 to third fluid F3, respectively. However, the plurality of first structures 30 and 30 ′ may have the same structure and function, except that only the type of drug to be supplied is different.

이와 같이 복수개의 제 1 구조체(30, 30')를 통해 각각 침전된 약물 입자가 서로 혼합되도록 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 제 6 채널(36,36')의 일단부가 서로 모이는 형태로 형성될 수 있다. 또한 이와 같이 합류된 제 6 채널(36)을 제 2 구조체(50)와 연결시키도록 별도의 연결 채널(37)이 도입될 수도 있다.As shown in FIG. 5 so that the drug particles precipitated through the plurality of first structures 30 and 30' are mixed with each other, one end of each of the sixth channels 36 and 36' is gathered together in a form can be formed. In addition, a separate connection channel 37 may be introduced to connect the joined sixth channel 36 with the second structure 50 .

이처럼 복수개의 제 1 구조체(30, 30')를 구비함으로써, 물성 면에서 차이가 있는 이종 물질을 각각 침전시킨 후에 단일한 담지체에 일체로 담지시킬 수 있다.By providing the plurality of first structures 30 and 30 ′ as described above, it is possible to integrally support a single carrier after precipitating different materials having a difference in physical properties.

한편, 이상을 통해 설명한 제 1 구조체 내지 제 3 구조체(30, 50 및 70)의 구조는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 다양한 형태의 제 1 구조체 내지 제 3 구조체(30, 50 및 70)가 적용될 수 있음을 밝혀 둔다.On the other hand, the structures of the first to third structures 30 , 50 and 70 described above are only one embodiment of the present invention, and the first to third structures 30 , 50 and 70 of various shapes are provided. It should be noted that can be applied.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 미세유체 반응기를 형성하는 방법을 설명하기 위한 설명도이다.6 is an explanatory view for explaining a method of forming a three-dimensional microfluidic reactor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 반응기(10)는 복수개의 평판형 필름(A1 내지 A8)을 적층함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 평판형 필름 (A1 내지 A8)의 적층 개수는 설계에 따라 다양하게 채택될 수 있다.The microfluidic reactor 10 according to an embodiment of the present invention may be formed by laminating a plurality of flat films A1 to A8. At this time, the number of laminated flat films (A1 to A8) may be variously adopted according to the design.

본 발명의 일 실시예에서, 평판형 필름 (A1 내지 A8)은 내화학성이 우수한 폴리이미드(PI) 필름으로 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the flat films (A1 to A8) may be formed of a polyimide (PI) film having excellent chemical resistance.

이 때, 각각의 평판형 필름 (A1 내지 A8)은 적층시 제 1 구조체(30) 내지 제 3 구조체(70)에 포함된 채널을 형성하도록 각기 다른 형상의 패턴을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 패턴은 레이저 식각(Laser Etching)을 통해 형성될 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유체 반응기(10)는 미세한 크기의 반응기 내에 포함되는 복잡한 유로 구조를 용이하게 형성할 수 있다.In this case, each of the flat films A1 to A8 may include patterns of different shapes to form a channel included in the first structure 30 to the third structure 70 during lamination. In this case, the pattern may be formed through laser etching. Through this, the microfluidic reactor 10 according to an embodiment of the present invention can easily form a complex flow path structure included in a microscopically sized reactor.

그리고, 도 6을 참조하면, 각각의 평판형 필름 (A1 내지 A8)은 복수의 정렬홀(K)을 구비할 수 있다. 상기 정렬홀(K)을 공통적으로 관통하는 길이 부재에 의하여 평판형 필름(A1 내지 A8)을 보다 정밀하게 정렬시킬 수 있다.And, referring to FIG. 6 , each of the flat films A1 to A8 may include a plurality of alignment holes K. The flat films A1 to A8 may be more precisely aligned by the length member passing through the alignment hole K in common.

본 발명의 제 2 측면은 다음을 포함하는, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법에 관한 것이다:A second aspect of the present invention relates to a method for preparing a capsule carrying hydrophilic drug particles of uniform size, comprising:

친수성 약물을 입자화하여 침전시키는 제 1 구간, 친수성 약물 입자와 소수성 고분자 화합물을 혼합하는 제 2 구간 및 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물에 담지하여 캡슐화하는 제 3 구간이 연속 일괄 공정으로 연결된 3차원 미세유체 반응기에서,The first section for granulating and precipitating the hydrophilic drug, the second section for mixing the hydrophilic drug particles and the hydrophobic polymer compound, and the third section for encapsulating the hydrophilic drug particles by supporting the hydrophobic polymer compound are connected in a continuous batch process. In a fluid reactor,

a) 제 1 구간에서 친수성 약물이 용해된 용액을 수평으로 유동시킨 상태에서 3차원 수직 4 방향으로 상기 친수성 약물에 대한 반용매를 투입하여 친수성 약물을 입자화한 후 침전시키는 단계;a) precipitating the hydrophilic drug after granulating the hydrophilic drug by introducing an antisolvent for the hydrophilic drug in the three-dimensional and vertical four directions in a state in which the solution in which the hydrophilic drug is dissolved in the first section is horizontally flowed;

b) 제 2 구간에서 소수성 고분자 화합물이 용해된 용액을 투입하여 침전된 친수성 약물 입자와 연속적으로 혼합시키는 단계; 및b) continuously mixing with the precipitated hydrophilic drug particles by introducing a solution in which the hydrophobic polymer compound is dissolved in the second section; and

c) 제 3 구간에서 수용성 고분자 화합물이 용해된 용액을 3차원 수직 4 방향으로 투입하여 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물에 담지시켜 캡슐화하는 단계.c) In the third section, a solution in which the water-soluble polymer compound is dissolved is introduced in three-dimensional vertical four directions to support the hydrophilic drug particles on the hydrophobic polymer compound and encapsulate.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 3차원 미세유체 반응기의 제 1 구간은 친수성 약물을 입자화하여 침전시키는 구간으로, 3차원 유체 집속 효과를 통해 친수성 약물 입자의 크기를 균일하게 조절하여 침전시키는 a) 단계가 진행된다.In the manufacturing method of the present invention, the first section of the three-dimensional microfluidic reactor is a section in which the hydrophilic drug is granulated and precipitated, and the size of the hydrophilic drug particles is uniformly adjusted through the three-dimensional fluid focusing effect to precipitate a ) step proceeds.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 a) 단계는 제 1 구간에서 2종 이상의 서로 다른 친수성 약물을 각각 개별적으로 입자화하여 침전시키는 것을 포함할 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, step a) may include separately granulating and precipitating two or more different hydrophilic drugs in the first section.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 친수성 약물은 알렌드로네이트, 독소루비신 하이드로클로라이드, 바레니클린, 네오마이신 및 치료용 펩타이드 또는 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이로 한정되지 않는다.According to another preferred embodiment of the present invention, the hydrophilic drug may be one or more selected from the group consisting of alendronate, doxorubicin hydrochloride, varenicline, neomycin, and therapeutic peptides or proteins, but is not limited thereto.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 a) 단계의 친수성 약물에 대한 반용매는 아세토나이트릴 (ACN), 테트라하이드로퓨란, 다이메틸설폭사이드 및 에탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 친수성 약물에 반용매 작용을 할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the anti-solvent for the hydrophilic drug in step a) is at least one selected from the group consisting of acetonitrile (ACN), tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide and ethanol. However, as long as it can act as an anti-solvent to a hydrophilic drug, it can be used without limitation.

도 6에서 확인되는 바와 같이, 각 초기 약물 유속 조건 (0.1 ml/분, 0.3 ml/분 및 0.5 ml/분)에서 약물 농도가 낮아질수록 약물 입자 크기는 작아지고, 각 약물 농도 조건 (5 mg/mL, 10 mg/mL 및 23.3 mg/mL)에서 초기 약물 유속이 커질수록 약물 입자 크기가 작아진다. 또한, 용매:반용매의 유속 비율이 증가할수록 약물의 입자 크기가 작아진다. As can be seen in FIG. 6 , the lower the drug concentration in each initial drug flow rate condition (0.1 ml/min, 0.3 ml/min and 0.5 ml/min), the smaller the drug particle size, and each drug concentration condition (5 mg/min) mL, 10 mg/mL and 23.3 mg/mL), the larger the initial drug flow rate, the smaller the drug particle size. In addition, as the flow rate ratio of solvent:antisolvent increases, the particle size of the drug decreases.

이와 같이, 상기 친수성 약물 입자의 크기는 a) 단계의 친수성 약물이 용해된 용액의 유속, a) 단계의 친수성 약물 농도 및 a) 단계의 친수성 약물이 용해된 용액:반용매의 유속 비율로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 변수로 하여 조절될 수 있으므로, 제조하고자 하는 약물 입자의 크기에 따라, 상기 각 조건들을 조절하여, 다양한 크기, 예를 들어 10 내지 1,000 nm의 직경을 갖는 균일한 크기의 나노입자 약물을 제조할 수 있다.As such, the size of the hydrophilic drug particles is the flow rate of the solution in which the hydrophilic drug in step a) is dissolved, the concentration of the hydrophilic drug in step a) and the solution in which the hydrophilic drug in step a) is dissolved: a group consisting of a flow rate ratio Since it can be adjusted by using any one or more selected from Nanoparticle drugs can be prepared.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 a) 단계의 제 1 구간에서 친수성 약물이 용해된 용액과 상기 친수성 약물에 대한 반용매의 유속 비율은 1:2 내지 1:12일 수 있고, 바람직하게는 1:2 내지 1:10, 가장 바람직하게는 1:2 내지 1:8일 수 있다. 이때, 도 9에서 확인되는 바와 같이, 용매:반용매 유속 비율 1:12에서 반용매의 유속이 더 증가하는 경우 3차원 집속 효과가 감소하여 포커싱이 깨지는 현상이 발생하므로, 용매:반용매의 유속 비율은 상기 범위를 벗어나지 않도록 하는 것이 중요하다.According to another preferred embodiment of the present invention, the flow rate ratio of the solution in which the hydrophilic drug is dissolved and the antisolvent to the hydrophilic drug in the first section of step a) may be 1:2 to 1:12, preferably preferably 1:2 to 1:10, most preferably 1:2 to 1:8. At this time, as confirmed in FIG. 9, when the flow rate of the anti-solvent is further increased at the solvent: anti-solvent flow rate ratio of 1:12, the three-dimensional focusing effect is reduced and the focusing is broken, so the solvent: anti-solvent flow rate It is important that the ratio does not deviate from the above range.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 3차원 미세유체 반응기의 제 2 구간은 친수성 약물 입자와 소수성 고분자 화합물을 혼합하는 구간으로, 제 1 구간에서 침전된 친수성 약물 입자에 담지체 역할을 하는 소수성 고분자 화합물이 연속적으로 혼합되는 b) 단계가 진행된다. 이와 같은 연속 일괄 공정을 통해 약물 입자의 재결정화를 방지할 수 있으며, 결과적으로 균일한 크기의 약물 입자의 제조를 가능하게 한다.In the manufacturing method of the present invention, the second section of the three-dimensional microfluidic reactor is a section for mixing the hydrophilic drug particles and the hydrophobic polymer compound, and a hydrophobic polymer compound serving as a carrier for the hydrophilic drug particles precipitated in the first section Step b) of this continuous mixing proceeds. Recrystallization of drug particles can be prevented through such a continuous batch process, and as a result, drug particles having a uniform size can be manufactured.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 b) 단계의 소수성 고분자 화합물은 폴리락트산, 폴리락타이드, 폴리락틱-코-글리콜산, 폴리락타이드-코-글리콜라이드(PLGA), 폴리포스파진, 폴리이미노카보네이트, 폴리포스포에스테르, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르, 락트산과 카프로락톤의 공중합체, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시발레이트, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리아미노산, 락트산과 아미노산의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있으나, 친수성 약물 입자를 담지하기 위한 용도로 적절하다고 공지된 모든 소수성 고분자 화합물을 제한 없이 사용할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the hydrophobic polymer of step b) is polylactic acid, polylactide, polylactic-co-glycolic acid, polylactide-co-glycolide (PLGA), polyphosphazine, Polyiminocarbonate, polyphosphoester, polyanhydride, polyorthoester, copolymer of lactic acid and caprolactone, polycaprolactone, polyhydroxyvalate, polyhydroxybutyrate, polyamino acid, lactic acid and amino acid It may be selected from the group consisting of coalescing and mixtures thereof, but any hydrophobic polymer compound known to be suitable for supporting hydrophilic drug particles may be used without limitation.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 3차원 미세유체 반응기의 제 3 구간은 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물에 담지하여 캡슐화하는 구간으로, 제 2 구간에서 혼합된 친수성 약물 입자와 소수성 고분자 화합물에 친수성 약물의 담지 효율을 높이기 위한 수용성 고분자 화합물을 3차원 집속으로 투입하여 균일한 크기의 약물-고분자 캡슐이 제조되는 c) 단계가 진행된다.In the production method of the present invention, the third section of the three-dimensional microfluidic reactor is a section in which hydrophilic drug particles are supported on a hydrophobic polymer compound and encapsulated, and in the second section, the hydrophilic drug particles and the hydrophilic polymer compound are mixed with the hydrophilic drug. Step c) of preparing a drug-polymer capsule of a uniform size by injecting a water-soluble polymer compound in a three-dimensional focus to increase the loading efficiency of the drug is performed.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 c) 단계의 수용성 고분자 화합물은 친수성 약물을 소수성 고분자 화합물에 담지시키는 효율을 높이기 위한 친수성 약물 안정화제일 수 있으며, 예를 들어, 폴록사머407 (pluronic f127, f108), 폴리소르베이트 20 (polysorbate 20), 폴리비닐알코올 (PVA) 또는 Tween 20 등일 수 있으나, 이로 한정되지 않는다.According to a preferred embodiment of the present invention, the water-soluble polymer compound of step c) may be a hydrophilic drug stabilizer to increase the efficiency of loading the hydrophilic drug on the hydrophobic polymer compound, for example, poloxamer 407 (pluronic f127, f108), polysorbate 20, polyvinyl alcohol (PVA), or Tween 20, but is not limited thereto.

본 발명의 제조방법에 있어서, 제 3 구간에서 침전되는 약물-고분자 캡슐의 크기는 제 2 구간의 소수성 고분자 화합물의 농도와 소수성 고분자 화합물이 용해된 용액의 유속 및 제 3 구간의 수용성 고분자 화합물의 농도와 수용성 고분자 화합물이 용해된 용액의 유속을 변수로 하여 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 의 균일한 직경으로 제조할 수 있다.In the preparation method of the present invention, the size of the drug-polymer capsule precipitated in the third section is the concentration of the hydrophobic polymer compound in the second section, the flow rate of the solution in which the hydrophobic polymer compound is dissolved, and the concentration of the water-soluble polymer compound in the third section A uniform diameter of 0.1 μm to 2 μm can be prepared by using the flow rate of the solution in which the water-soluble polymer is dissolved and the water-soluble polymer compound as a variable.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 친수성 약물이 알렌드로네이트이고, 소수성 고분자 화합물이 폴리락틱-코-글리콜산, 폴리락타이드-코-글리콜라이드 (PLGA)이며, 수용성 고분자 화합물이 폴리비닐알코올인 경우, 알렌드로네이트의 담지 효율을 증가시키기 위해 0.1 중량% 내지 2.5 중량%의 폴리비닐알코올 용액을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 내지 2.5 중량%의 폴리비닐알코올 용액을 사용할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the hydrophilic drug is alendronate, the hydrophobic polymer compound is polylactic-co-glycolic acid, polylactide-co-glycolide (PLGA), and the water-soluble polymer compound is polyvinyl alcohol In the case of , 0.1 wt% to 2.5 wt% of a polyvinyl alcohol solution may be used in order to increase the loading efficiency of alendronate, and more preferably 0.1 wt% to 2.5 wt% of a polyvinyl alcohol solution may be used.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 도 12 및 13에 나타난 바와 같이 2 중량%의 폴리비닐알코올 용액을 사용하여 본 발명에 따른 3차원 미세유체 반응기로 약물-고분자 캡슐을 제조하는 경우, 최대 97%까지 약물의 담지 효율을 높일 수 있는 것으로 확인되었다.According to a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 12 and 13, when a drug-polymer capsule is prepared with a three-dimensional microfluidic reactor according to the present invention using a 2 wt% polyvinyl alcohol solution, a maximum of 97 It was confirmed that the drug loading efficiency can be increased up to %.

따라서, 본 발명의 제조방법에 따른 알렌드로네이트의 담지율은 예를 들어, 50% 이상, 바람직하게는, 예를 들어, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상 또는 95% 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 최대 97% 이상일 수 있다.Accordingly, the loading rate of alendronate according to the preparation method of the present invention is, for example, 50% or more, preferably, for example, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or greater, and most preferably up to 97% or greater.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제조방법은 전술한 3차원 미세유체 반응기에서 수행될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the manufacturing method may be performed in the three-dimensional microfluidic reactor described above.

나아가, 본 발명의 제 3 측면은 전술한 캡슐 제조방법으로 제조된 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 서방형 캡슐에 관한 것이다.Furthermore, a third aspect of the present invention relates to a sustained-release capsule in which hydrophilic drug particles of uniform size prepared by the above-described capsule manufacturing method are supported.

본 발명의 제 3 측면에 있어서, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 서방형 캡슐은 나노 입자 크기의 알렌드로네이트가 폴리락타이드-코-글리콜라이드에 담지된 서방형 캡슐 형태일 수 있다.In the third aspect of the present invention, the sustained-release capsule in which uniformly sized hydrophilic drug particles are supported may be in the form of a sustained-release capsule in which nano-sized alendronate is supported on polylactide-co-glycolide.

이하 본 발명을 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 이하에서 기술하는 특정 실시예 및 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발 명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, since the present invention can have various changes and can have various forms, the specific examples and descriptions described below are only for helping the understanding of the present invention, and the present invention is limited to specific disclosed forms it's not meant to be It should be understood that the scope of the present invention includes all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조Preparation of capsules in which hydrophilic drug particles of uniform size are supported

본 실시예에서는 상기 도 1의 3차원 미세유체 반응기를 이용하여 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 생산 가능성을 확인하기 위해, 대표적인 약물 전달체로서 골다공증 치료제인 알렌드로네이트 (Alendronate)가 고분자 PLGA에 (Poly(Lactic-co-glycolic acid), PLGA)에 담지된 형태의 캡슐을 제조하였다.In this example, in order to confirm the possibility of producing a capsule containing hydrophilic drug particles of a uniform size using the three-dimensional microfluidic reactor of FIG. (Poly (Lactic-co-glycolic acid), PLGA) was prepared in the form of a supported capsule.

1-1. 전산 유체 역학 시뮬레이션 설정1-1. Computational Fluid Dynamics Simulation Setup

질량 보존식과 함께 압축 불가능한 나비에-스토크스 (Navier-stokes) 식으로 미세 채널 내부의 유체 흐름을 설명할 수 있다. 정상 상태를 가정하면, 유체 흐름을 위한 지배 방정식을 단순화할 수 있다.The fluid flow inside the microchannel can be explained by the incompressible Navier-stokes equation along with the conservation of mass equation. Assuming steady state, the governing equations for fluid flow can be simplified.

[나비에-스토크스 식][Navier-Stokes expression]

Figure pat00001
Figure pat00001

[질량 보존식][Conservation of mass formula]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 식에서, ρ는 유체 밀도이고, ν는 유체 선형 속도이며, p는 압력이고, μ는 유체 동적 점도이며, g는 중력 가속도이다. 전체 지배 방정식에서 적용된 경계조건은 미끄럼 방지 조건으로 설정되었으며, 따라서 유동층이 존재하는 모든 채널 계면(유체의 입구 및 출구, 채널 표면)에서의 유속을 0이라 하였다. 유한 부피 방법에 기초하여 식을 이산화시키고 상용화된 수치 소프트웨어 FLUENT 2019 R2(ANSYS, INC.)를 수치 시뮬레이션에 사용하였다. 담체 용매로서 25℃에서 물(998 kg m-3,0.00089kgm-1s-1)과 아세토나이트릴(786 kg m-3,0.00082kgm-1s-1)의 물리적 물성을 사용하였다. where ρ is the fluid density, ν is the fluid linear velocity, p is the pressure, μ is the fluid kinematic viscosity, and g is the gravitational acceleration. The boundary condition applied in the overall governing equation was set as the non-slip condition, so the flow velocity at all channel interfaces (inlet and outlet of fluid, channel surface) where the fluidized bed exists was set to zero. The equation was discretized based on the finite volume method, and the commercially available numerical software FLUENT 2019 R2 (ANSYS, INC.) was used for numerical simulation. As a carrier solvent, the physical properties of water (998 kg m -3,0.00089 kgm -1 s -1 ) and acetonitrile (786 kg m -3,0.00082 kgm -1 s -1 ) at 25° C. were used.

1-2. Alendronate@PLGA의 제조1-2. Manufacture of alendronate@PLGA

도 7의 모식도에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 3차원 미세유체 반응기를 이용하여 표 1의 조건으로 약물-고분자 캡슐을 제조하였다. 이때, 3차원 미세유체 반응기의 제 1 구간에서 친수성 약물에 대한 반용매는 아세토나이트릴 (ACN)을 사용하였다. As shown in the schematic diagram of FIG. 7, drug-polymer capsules were prepared under the conditions of Table 1 using the three-dimensional microfluidic reactor of the present invention. In this case, acetonitrile (ACN) was used as an anti-solvent for the hydrophilic drug in the first section of the three-dimensional microfluidic reactor.

약물/고분자Drugs/Polymers 농도density 용매menstruum 유속flow rate 알렌드로네이트alendronate 5~23.3 mg/mL5 to 23.3 mg/mL 정제수Purified water 0.1~0.5 mL/분0.1-0.5 mL/min PLGAPLGA 1~10 중량 wt%1 to 10 wt% ACNACN 0.1~1 mL/분0.1 to 1 mL/min PVAPVA 0.1~1 중량%0.1 to 1% by weight 정제수Purified water --

초기 약물 유속, 약물 농도 및 용매-반용매 유속 비율 변화에 따른 약물 입자 크기 확인Identification of drug particle size according to changes in initial drug flow rate, drug concentration, and solvent-antisolvent flow rate ratio

본 실시예에서는 본 발명의 3차원 미세유체 반응기를 이용한, 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조에 있어서, 1) 초기 약물 유속, 2) 약물 농도 및 3) 용매:반용매의 유속 비율 변화에 따른 약물 입자의 크기를 확인하였다.In this embodiment, in the production of a capsule carrying hydrophilic drug particles using the three-dimensional microfluidic reactor of the present invention, 1) initial drug flow rate, 2) drug concentration, and 3) solvent: antisolvent flow rate ratio change The size of the drug particles was confirmed.

캡슐의 제조는 실시예 1-2와 동일하게 수행하였다. 이때, 초기 약물 유속을 각각 0.1 ml/분, 0.3 ml/분 및 0.5 ml/분으로 설정하고, 각 초기 약물 유속 조건에서 약물 농도를 각각 5 mg/mL, 10 mg/mL 및 23.3 mg/mL로 조절하면서, 각 약물 농도에서 용매:반용매의 유속 비율을 각각 1:2, 1:6 및 1:12로 변화시켰으며, 각 조건에 따라 제조된 약물 입자의 크기는 동적광산란광도계 (DLS)로 분석하였다.Capsules were prepared in the same manner as in Example 1-2. At this time, the initial drug flow rate was set to 0.1 ml/min, 0.3 ml/min, and 0.5 ml/min, respectively, and the drug concentration was set to 5 mg/mL, 10 mg/mL and 23.3 mg/mL, respectively, under each initial drug flow rate condition. While controlling, the solvent:anti-solvent flow rate ratios at each drug concentration were changed to 1:2, 1:6, and 1:12, respectively, and the size of the drug particles prepared according to each condition was measured using a dynamic light scattering spectrophotometer (DLS). analyzed.

그 결과, 도 8에서 확인되는 바와 같이 각 초기 약물 유속 조건 (0.1 ml/분, 0.3 ml/분 및 0.5 ml/분)에서 약물 농도가 낮아질수록 약물 입자 크기가 작아졌고, 각 약물 농도 조건 (5 mg/mL, 10 mg/mL 및 23.3 mg/mL)에서 초기 약물 유속이 커질수록 약물 입자 크기가 작아졌다. 또한, 용매:반용매의 유속 비율이 증가할수록 약물의 입자 크기가 작아졌다. 상기 각 조건에 따라, 약물 입자의 크기를 50~410 nm의 직경으로 조절하여 다양한 크기의 나노입자 약물을 제조할 수 있음을 확인하였다.As a result, as confirmed in FIG. 8 , the drug particle size decreased as the drug concentration decreased in each initial drug flow rate condition (0.1 ml/min, 0.3 ml/min, and 0.5 ml/min), and each drug concentration condition (5 mg/mL, 10 mg/mL, and 23.3 mg/mL), the drug particle size decreased as the initial drug flow rate increased. In addition, as the flow rate ratio of solvent:antisolvent increased, the particle size of the drug decreased. According to each of the above conditions, it was confirmed that nanoparticles of various sizes can be prepared by adjusting the size of the drug particles to a diameter of 50 to 410 nm.

따라서, 약물의 종류, 약물의 표적 위치, 전달하고자 하는 약물 농도 등에 따라, 1) 초기 약물 유속, 2) 약물 농도 및 3) 용매:반용매의 유속 비율을 조절하여 수십 나노미터부터 수천나노미터 직경을 갖는 약물 입자를 제조하는 것이 가능하다.Therefore, depending on the type of drug, the target location of the drug, the drug concentration to be delivered, etc., 1) the initial drug flow rate, 2) the drug concentration, and 3) the solvent:antisolvent flow rate ratio is adjusted to have a diameter of several tens of nanometers to several thousand nanometers. It is possible to prepare drug particles having

초기 약물 유속 및 용매-반용매 유속 비율 변화에 따른 3차원 집속 (3D focusing) 효과 확인 Confirmation of 3D focusing effect according to the change of initial drug flow rate and solvent-antisolvent flow rate ratio

본 발명의 3차원 미세유체 반응기를 이용한, 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조에 있어서, 제 1 단계에서의 초기 약물 유속과 용매-반용매 유속 비율 조건에 따른 3차원 집속 흐름 변화를 확인하기 위해 전산유체역학 (CFD)을 이용하여 흐름의 단면을 확인하였다. 이때, 약물 농도는 10 mg/mL으로 일정하게 유지한 상태에서 초기 약물 유속을 각각 0.1 ml/분, 0.3 ml/분 및 0.5 ml/분으로 설정하고, 각 초기 약물 유속 조건에서 용매:반용매의 유속 비율을 각각 1:2, 1:6 및 1:12로 변화시켰다. 3차원 집속 흐름에서 혼합의 정도에 따라 0 (파란색, 완전혼합)-1(빨간색, 완전 비혼합)으로 흐름 패턴을 색으로 나타내었다. In the production of capsules loaded with hydrophilic drug particles using the three-dimensional microfluidic reactor of the present invention, to confirm the three-dimensional focused flow change according to the condition of the initial drug flow rate and the solvent-anti-solvent flow rate ratio in the first step The flow cross-section was confirmed using computational fluid dynamics (CFD). At this time, the initial drug flow rate was set to 0.1 ml/min, 0.3 ml/min, and 0.5 ml/min, respectively, while the drug concentration was kept constant at 10 mg/mL, and the solvent:anti-solvent was The flow rate ratios were changed to 1:2, 1:6 and 1:12, respectively. According to the degree of mixing in the three-dimensional focused flow, the flow pattern is represented by color as 0 (blue, completely mixed)-1 (red, completely unmixed).

도 9에서 확인되는 바와 같이, 용매:반용매의 유속 비율을 1:2에서 1:6으로 증가시키는 경우 혼합 정도와 3차원 집속 효과가 증가하였으나, 용매:반용매의 유속 비율을 1:12로 증가시키는 경우 3차원 집속 효과가 감소하여 포커싱이 깨지는 현상이 발생하였다. 이러한 현상은 초기 약물 유속 조건을 변경하여도 동일하게 나타났다. 따라서, 용매와 반용매의 적절한 혼합 및 최적의 3차원 집속 흐름 효과를 나타내기 위해서는 용매:반용매의 유속 비율을 조절하는 것이 중요하며, 가장 바람직한 용매:반용매 유속 비율은 1:2 내지 1:8임을 확인할 수 있었다.As can be seen in FIG. 9 , when the solvent:anti-solvent flow rate ratio was increased from 1:2 to 1:6, the mixing degree and the three-dimensional focusing effect were increased, but the solvent:antisolvent flow rate ratio was changed to 1:12. When increasing, the 3D focusing effect was reduced, and thus the focusing was broken. This phenomenon was the same even when the initial drug flow rate conditions were changed. Therefore, it is important to control the flow rate ratio of the solvent:antisolvent in order to properly mix the solvent and the antisolvent and to exhibit an optimal three-dimensional focused flow effect, and the most preferable solvent:antisolvent flow rate ratio is 1:2 to 1: 8 was confirmed.

플라스크, T-형 장치 및 3차원 미세유체 반응기로 제조된 약물-고분자 캡슐의 품질 비교Quality Comparison of Drug-Polymer Capsules Made with Flask, T-Type Device and 3D Microfluidic Reactor

본 실시예에서는 본 발명의 3차원 미세유체 반응기를 이용하여 제조된 약물-고분자 캡슐 및 종래의 공지된 약물-고분자 캡슐의 제조방법인 플라스크 제조방법과 T-형 장치를 이용한 제조방법으로 제조된 각 약물-고분자 캡슐의 품질을 비교하였다.In this example, the drug-polymer capsules prepared using the three-dimensional microfluidic reactor of the present invention and the conventionally known drug-polymer capsules prepared by the flask manufacturing method and the manufacturing method using the T-type device The quality of drug-polymer capsules was compared.

각 제조방법에서 알렌드로네이트, PLGA 및 PVA의 농도는 표 2에 나타난 바와 같이 일치시켰다.The concentrations of alendronate, PLGA and PVA in each preparation method were matched as shown in Table 2.

약물/고분자Drugs/Polymers 농도density 알렌드로네이트alendronate 10 mg/mL10 mg/mL PLGAPLGA 2 중량%2% by weight PVAPVA 1 중량%1% by weight

4-1. 3차원 미세유체 반응기 (in one-flow)를 이용한 제조방법4-1. Manufacturing method using three-dimensional microfluidic reactor (in one-flow)

실시예 1에서 제작된 3차원 미세유체 반응기의 제 1 구간에서 알렌드로네이트가 용해된 용액의 초기 유속을 0.3 mL/분, 제 2 구간에서 알렌드로네이트가 용해된 용액:아세토나이트릴의 유속 비율을 1:6, 제 3 구간에서 PVA가 용해된 용액:PLGA가 용해된 아세토나이트릴의 유속 비율을 1:2로 설정하여, 약물-고분자 캡슐을 제조하였다. The initial flow rate of the alendronate-dissolved solution in the first section of the three-dimensional microfluidic reactor prepared in Example 1 was 0.3 mL/min, and the alendronate-dissolved solution in the second section: the flow rate ratio of acetonitrile was 1:6 , a drug-polymer capsule was prepared by setting the flow rate ratio of PVA-dissolved solution: PLGA-dissolved acetonitrile to 1:2 in the third section.

4-2. 플라스크 (in batch) 기반 제조방법4-2. Flask (in batch) based manufacturing method

플라스크 기반 제조방법은 문헌 [Results in Pharma Sciences 2 (2012) 79-85]에 기재된 방법과 동일하게 수행하였다. 다만, 친수성 약물의 종류, PLGA의 분자량의 차이 및 유속을 고려하여 알렌드로네이트의 용매인 정제수는 3 mL, 알렌드로네이트의 반용매로서 아세토나이트릴은 18 mL, PLGA의 용매로서 아세토나이트릴은 9.5 mL, PVA의 용매로서 정제수는 1.9 mL의 양으로 조절하였다.The flask-based manufacturing method was performed in the same manner as described in [Results in Pharma Sciences 2 (2012) 79-85]. However, considering the type of hydrophilic drug, the difference in molecular weight of PLGA, and the flow rate, purified water as a solvent of alendronate is 3 mL, acetonitrile as an antisolvent of alendronate is 18 mL, acetonitrile as a solvent of PLGA is 9.5 mL, PVA Purified water as a solvent of was adjusted to an amount of 1.9 mL.

4-3. T-형 장치를 이용한 제조방법4-3. Manufacturing method using T-shaped device

T-형 장치 (Upchurch Scientific. Co.) 를 이용한 제조방법은 실시예 4-1의 3차원 미세유체 반응기를 이용한 제조방법과 동일한 조건에서 수행하였다.The manufacturing method using a T-type device (Upchurch Scientific. Co.) was performed under the same conditions as the manufacturing method using the three-dimensional microfluidic reactor of Example 4-1.

구체적으로, 제 1 구간에서 알렌드로네이트가 용해된 용액의 초기 유속을 0.3 mL/분, 제 2 구간에서 알렌드로네이트가 용해된 용액:아세토나이트릴의 유속 비율을 1:6, 제 3 구간에서 PVA가 용해된 용액:PLGA가 용해된 아세토나이트릴의 유속 비율을 1:2로 설정하여, 약물-고분자 캡슐을 제조하였다. Specifically, in the first section, the initial flow rate of the solution in which alendronate was dissolved was 0.3 mL/min, in the second section, the flow rate ratio of the solution in which alendronate was dissolved: acetonitrile was 1:6, and in the third section, PVA was dissolved. A drug-polymer capsule was prepared by setting the flow rate ratio of solution: acetonitrile in which PLGA was dissolved to 1:2.

4-4. 각 제조방법에 따른 약물-고분자 캡슐의 품질 비교4-4. Comparison of quality of drug-polymer capsules according to each manufacturing method

실시예 4-1 내지 4-3에서 각각 제조된 약물-고분자 캡슐의 형태 및 크기 분포도를 주사전자현미경으로 관찰하였다. 도 10에서 확인되는 바와 같이, 약물-고분자 캡슐은 모두 구형으로 제조되었다. 플라스크에서 제조된 약물 고분자의 크기 분포도는 70 % 이상의 크기 차이를 보였으며, T-형 장치를 이용한 방법은 보다 더 균일한 48 % 이상의 차이를 보였다. 이는, 불균일한 약물 방출을 유도한다. 하지만, 3차원 미세유체 반응기 (in one-flow)에서 제조된 약물 고분자 캡슐의 분포도는 15 % 이하의 크기 분포를 가지고 있어 서방출을 유도할 수 있다. The shape and size distribution of the drug-polymer capsules prepared in Examples 4-1 to 4-3, respectively, were observed with a scanning electron microscope. As can be seen in FIG. 10 , the drug-polymer capsules were all spherical. The size distribution of the drug polymer prepared in the flask showed a size difference of more than 70%, and the method using the T-shaped device showed a more uniform difference of more than 48%. This leads to non-uniform drug release. However, the distribution of drug polymer capsules prepared in a three-dimensional microfluidic reactor (in one-flow) has a size distribution of 15% or less, so that sustained release can be induced.

또한, 각 제조방법에 따른 약물-고분자 캡슐의 크기는 표 3에 나타내었다.In addition, the size of the drug-polymer capsule according to each manufacturing method is shown in Table 3.

제조방법Manufacturing method 약물-고분자 캡슐 크기Drug-polymer capsule size 실시예 4-1Example 4-1 0.1~10 ㎛ (바람직하게는 0.1~1 ㎛)0.1 to 10 μm (preferably 0.1 to 1 μm) 실시예 4-2Example 4-2 0.1~100 ㎛ (바람직하게는 0.6~45 ㎛)0.1 to 100 μm (preferably 0.6 to 45 μm) 실시예 4-3Example 4-3 0.1~50 ㎛ (바람직하게는 0.6~15 ㎛)0.1-50 μm (preferably 0.6-15 μm)

표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 4-2 (플라스크)와 실시예 4-3 (T-형 장치)의 방법으로 제조된 약물-고분자 캡슐의 크기는 실시예 4-1 (3차원 미세유체 반응기)의 방법으로 제조된 약물-고분자 캡슐의 크기보다 넓은 범위를 나타내어 균일도가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 3, the size of the drug-polymer capsules prepared by the method of Example 4-2 (flask) and Example 4-3 (T-shaped device) is Example 4-1 (three-dimensional microfluidic reactor). ) showed a wider range than the size of the drug-polymer capsule prepared by the method of ), confirming that the uniformity was inferior.

이에 따라, 실시예 4-1의 3차원 미세유체 반응기를 이용한 제조방법에서 가장 고품질의 약물-고분자 캡슐을 수득할 수 있었다. 각 제조방법에서 제조된 약물-고분자 캡슐의 품질은 실시예 4-2 (플라스크) < 실시예 4-3 (T-형 장치) < 실시예 4-1 (3차원 미세유체 반응기)으로 평가되었다.Accordingly, the highest quality drug-polymer capsules were obtained in the manufacturing method using the three-dimensional microfluidic reactor of Example 4-1. The quality of the drug-polymer capsules prepared in each preparation method was evaluated as Example 4-2 (flask) < Example 4-3 (T-shaped device) < Example 4-1 (three-dimensional microfluidic reactor).

실시예 4-1의 3차원 미세유체 반응기를 이용한 제조방법에서 수득된 약물-고분자 캡슐을 투과전자현미경 (TEM)으로 확인한 결과, 도 11에 나타난 바와 같이 알렌드로네이트가 PLGA에 적절하게 로딩되어 있는 것을 확인하였다.As a result of checking the drug-polymer capsule obtained in the manufacturing method using the three-dimensional microfluidic reactor of Example 4-1 with a transmission electron microscope (TEM), it was confirmed that alendronate was properly loaded in PLGA, as shown in FIG. 11 . did

따라서, 균일한 약물 입자 크기를 갖는 고품질의 약물-고분자 캡슐을 제조하기 위해서는 실시예 4-1의 3차원 미세유체 반응기를 이용한 제조방법이 가장 효과적임을 확인하였다. 이때, 3차원 미세유체 반응기의 제 2 구간 (PLGA/약물 혼합)에서 PLGA의 농도와 PLGA가 용해된 아세토나이트릴의 유속 및 제 3 구간 (약물/고분자 캡슐화)에서 PVA의 농도와 PVA가 용해된 정제수의 유속을 조절한다면, 약 2 μm까지 캡슐 입자의 크기를 재현성 있게 선택적으로 제조할 수 있다.Therefore, it was confirmed that the manufacturing method using the three-dimensional microfluidic reactor of Example 4-1 is the most effective in order to prepare a high-quality drug-polymer capsule having a uniform drug particle size. At this time, the concentration of PLGA and the flow rate of acetonitrile in which PLGA is dissolved in the second section (PLGA/drug mixture) of the three-dimensional microfluidic reactor, and the concentration of PVA and the concentration of PVA in the third section (drug/polymer encapsulation) If the flow rate of purified water is controlled, the size of the capsule particles down to about 2 μm can be selectively prepared with reproducibility.

알렌드로네이트의 담지 효율을 향상시키기 위한 조건 확립Establishment of conditions to improve the loading efficiency of alendronate

친수성 약물인 알렌드로네이트를 소수성 고분자 화합물인 PLGA에 효과적으로 담지시키기 위해, 실시예 1의 제조방법의 제 3 구간에서는 알렌드로네이트의 안정화제 (stabilizer)로 PVA가 사용된다. 따라서, 본 실시예에서는 알렌드로네이트의 담지 효율을 향상시키기 위한 최적의 PVA 농도를 도출하고자 하였다.In order to effectively support the hydrophilic drug alendronate on the hydrophobic polymer compound PLGA, in the third section of the preparation method of Example 1, PVA is used as a stabilizer for alendronate. Therefore, in this example, it was attempted to derive an optimal PVA concentration for improving the loading efficiency of alendronate.

5-1. PVA 농도의 최적화5-1. Optimization of PVA concentration

실시예 4-1의 3차원 미세유체 반응기를 이용한 제조방법과 동일한 조건으로 약물-고분자 캡슐을 제조하되, PVA (PLGA의 반용매에 용해됨)의 농도를 각각 0.5 중량%, 1 중량% 및 2 중량%로 달리하여 PVA 농도에 따른 알렌드로네이트의 담지 효율을 평가하였다. 담지 효율은 다음과 같은 방법으로 평가하였다.Drug-polymer capsules were prepared under the same conditions as the manufacturing method using the three-dimensional microfluidic reactor of Example 4-1, but the concentrations of PVA (dissolved in the antisolvent of PLGA) were 0.5 wt%, 1 wt%, and 2 By weight %, the loading efficiency of alendronate according to the PVA concentration was evaluated. The loading efficiency was evaluated in the following way.

제조된 약물-고분자 캡슐의 고분자 부분을 선택적으로 용매(DCM)에 분산시켜 용해하고, 13000 rpm에서 15 분동안 원심분리를 후 DCM에 재 분산시켜 남아 있는 고분자를 모두 제거한다. 이후 남아 있는 친수성 약물을 정제수 1 mL에 분산시킨 다음 UV-vis를 통해 흡광도를 측정하여 기존의 친수성 약물 검정곡선 그래프를 통하여 친수성 약물의 양을 계산한다. 이후, 미세유체를 통하여 소모된 친수성 약물과 상기 Uv-vis을 통하여 측정된 친수성 약물의 농도를 비교하여 담지 효율을 확인하였다.The polymer portion of the prepared drug-polymer capsule is selectively dispersed and dissolved in a solvent (DCM), centrifuged at 13000 rpm for 15 minutes, and then redispersed in DCM to remove all remaining polymer. Then, the remaining hydrophilic drug is dispersed in 1 mL of purified water, and the absorbance is measured through UV-vis to calculate the amount of the hydrophilic drug through the existing hydrophilic drug calibration curve graph. Thereafter, the loading efficiency was confirmed by comparing the concentration of the hydrophilic drug consumed through the microfluid and the hydrophilic drug measured through the UV-vis.

도 12에서 확인되는 바와 같이 PVA의 농도가 증가할수록 알렌드로네이트의 담지 효율이 증가하였다. 이에 따라, 알렌드로네이트의 담지 효율을 극대화하기 위한 최적의 PVA 농도는 2 중량%로 선정되었다.12 , as the concentration of PVA increased, the loading efficiency of alendronate increased. Accordingly, the optimal PVA concentration for maximizing the loading efficiency of alendronate was selected to be 2 wt%.

5-2. 각 제조방법에 따른 알렌드로네이트의 담지 효율 비교5-2. Comparison of the loading efficiency of alendronate according to each manufacturing method

제조방법 차이에 따른 알렌드로네이트 담지 효율을 비교하기 위해, PVA의 농도를 2 중량%로 일치시킨 후, 실시예 4-1 (3차원 미세유체 반응기), 4-2 (플라스크) 및 4-3 (T-자형 장치)과 동일한 방법으로 각각 제조된 약물-고분자 캡슐에서 알렌드로네이트의 담지율을 확인하였다.In order to compare the alendronate loading efficiency according to the manufacturing method difference, after matching the concentration of PVA to 2 wt%, Examples 4-1 (three-dimensional microfluidic reactor), 4-2 (flask) and 4-3 (T - The loading rate of alendronate was confirmed in the drug-polymer capsules prepared in the same manner as the -shaped device).

그 결과, 도 13에서 확인되는 바와 같이 실시예 4-1의 3차원 미세유체 반응기를 이용한 제조방법은 96 ± 18%의 약물 담지 효율을 나타내어, 다른 2가지 제조방법에 비해 현저하게 높은 약물 담지 효율을 나타냈다.As a result, as confirmed in FIG. 13 , the manufacturing method using the three-dimensional microfluidic reactor of Example 4-1 showed a drug loading efficiency of 96 ± 18%, significantly higher drug loading efficiency than the other two manufacturing methods. showed

Claims (23)

용해성 차이에 의한 침전 현상을 이용하여 약물 입자를 침전시키기 위해 약물 및 용매가 포함된 제 1 유체와, 제 1 반용매가 포함된 제 2 유체가 연속적으로 혼합되도록 유로 구조를 구비하는 제 1 구조체 및
상기 제 1 구조체로부터 전달된 상기 약물 입자를 담지하기 위해 담지체가 포함된 제 3 유체를 공급하도록 유로 구조를 구비하는 제 2 구조체를 포함하고,
상기 제 1 구조체와 상기 제 2 구조체가 서로 유체 연통되어 상기 제 1 구조체로부터 침전된 상기 약물 입자가 상기 제 2 구조체 측으로 지체 없이 전달됨으로써 상기 약물 입자의 침전 공정 및 담지 공정이 연속 일괄 공정으로 이루어지는, 3차원 미세유체 반응기.
A first structure having a flow path structure such that a first fluid containing a drug and a solvent and a second fluid containing a first anti-solvent are continuously mixed in order to precipitate drug particles by using a precipitation phenomenon due to a difference in solubility; and
and a second structure having a flow path structure to supply a third fluid including a carrier to support the drug particles delivered from the first structure,
The first structure and the second structure are in fluid communication with each other so that the drug particles precipitated from the first structure are transferred to the second structure side without delay, so that the precipitation process and the loading process of the drug particles are made in a continuous batch process, 3D microfluidic reactor.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 구조체는,
육면체 형상을 가지는 제 1 집중공간의 일측면에 연결되어 상기 제 1 집중공간 측으로 상기 제 1 유체를 공급하는 제 1 채널;
상기 제 1 집중공간의 상기 일측면과 접하는 4면에 각각 연결되어 상기 제 1 집중공간의 내부 측으로 상기 제 2 유체를 공급하는 제 2 채널 내지 제 5 채널 및
상기 제 1 집중공간의 일측면과 대향하는 타측면에 연결되어 상기 제 1 집중공간으로부터 상기 약물 입자가 유출되는 제 6 채널을 포함하는, 3차원 미세유체 반응기.
The method of claim 1,
The first structure,
a first channel connected to one side of the first concentrated space having a hexahedral shape to supply the first fluid to the first concentrated space;
second to fifth channels connected to the four surfaces in contact with the one side of the first concentrated space and supplying the second fluid to the inner side of the first concentrated space; and
A three-dimensional microfluidic reactor comprising a sixth channel connected to the other side opposite to one side of the first concentrated space through which the drug particles are discharged from the first concentrated space.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 미세유체 반응기는 각각 서로 다른 약물 입자를 침전시키도록 복수 개의 제 1 구조체를 포함하고, 상기 복수 개의 제 1 구조체는 서로 합류된 후 상기 제 2 구조체와 연결되는, 3차원 미세유체 반응기.
The method of claim 1,
The three-dimensional microfluidic reactor comprises a plurality of first structures to precipitate different drug particles, respectively, and the plurality of first structures are joined to each other and then connected to the second structure.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 구조체는,
상기 제 1 구조체의 일단부와 교차되도록 연결되며 상기 제 3 유체를 공급하는 제 7 채널 및
상기 제 7 채널의 일단부와 연결되며 적어도 3개의 절곡부를 구비하는 제 8 채널을 포함하는, 3차원 미세유체 반응기.
The method of claim 1,
The second structure,
a seventh channel connected to cross one end of the first structure and supplying the third fluid; and
and an eighth channel connected to one end of the seventh channel and having at least three bent portions.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 구조체와 유체 연통되며, 상기 담지체에 대한 상기 입자 약물의 담지 효율을 향상시키기 위한 제 2 반용매가 포함된 제 4 유체를 공급하도록 유로 구조를 구비하는 제 3 구조체를 더 포함하는, 3차원 미세유체 반응기.
The method of claim 1,
Further comprising a third structure in fluid communication with the second structure and having a flow path structure to supply a fourth fluid containing a second anti-solvent for improving the loading efficiency of the particle drug on the carrier, 3D microfluidic reactor.
제 5 항에 있어서,
상기 제 3 구조체는,
일단부가 상기 제 2 구조체의 일단부와 연결되며 타단부가 육면체 형상을 가지는 제 2 집중공간의 일측면에 연결되는 제 9 채널;
상기 제 2 집중공간의 상기 일측면과 접하는 4면에 각각 연결되어 상기 제 2 집중공간의 내부 측으로 상기 제 4 유체를 공급하는 제 10 채널 내지 제 13 채널 및
상기 제 2 집중공간의 일측면과 대향하는 타측면에 연결되어 상기 제 2 집중공간으로부터 상기 담지체에 의해 캡슐화된 상기 약물 입자가 유출되는 제 14 채널을 포함하는, 3차원 미세유체 반응기.
6. The method of claim 5,
The third structure,
a ninth channel having one end connected to one end of the second structure and the other end connected to one side of the second concentration space having a hexahedral shape;
10th to 13th channels respectively connected to the four surfaces in contact with the one side of the second concentrated space to supply the fourth fluid to the inner side of the second concentrated space; and
A three-dimensional microfluidic reactor comprising a 14th channel connected to the other side opposite to one side of the second concentrated space through which the drug particles encapsulated by the carrier flow out from the second concentrated space.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 구조체와 유체 연통되며, 상기 담지체에 대한 상기 입자 약물의 담지 효율을 향상시키기 위한 제 2 반용매가 포함된 제 4 유체를 공급하도록 유로 구조를 구비하는 제 3 구조체를 더 포함하고,
상기 제 1 구조체는,
육면체 형상을 가지는 제 1 집중공간의 일측면에 연결되어 상기 제 1 집중공간 측으로 상기 제 1 유체를 공급하는 제 1 채널; 상기 제 1 집중공간의 상기 일측면과 접하는 4면에 각각 연결되어 상기 제 1 집중공간의 내부 측으로 상기 제 2 유체를 공급하는 제 2 채널 내지 제 5 채널 및 상기 제 1 집중공간의 일측면과 대향하는 타측면에 연결되어 상기 제 1 집중공간으로부터 상기 약물 입자가 유출되는 제 6 채널을 포함하고,
상기 제 2 구조체는,
상기 6 채널의 일단부와 교차되도록 연결되며 상기 제 3 유체를 공급하는 제 7 채널 및 상기 제 7 채널의 일단부와 연결되며 적어도 3개의 절곡부를 구비하는 제 8 채널을 포함하고,
상기 제 3 구조체는,
일단부가 상기 제 8 채널의 일단부와 연결되며 타단부가 육면체 형상을 가지는 제 2 집중공간의 일측면에 연결되는 제 9 채널; 상기 제 2 집중공간의 상기 일측면과 접하는 4면에 각각 연결되어 상기 제 2 집중공간의 내부 측으로 상기 제 4 유체를 공급하는 제 10 채널 내지 제 13 채널 및 상기 제 2 집중공간의 일측면과 대향하는 타측면에 연결되어 상기 제 2 집중공간으로부터 상기 담지체에 의해 캡슐화된 상기 약물 입자가 유출되는 제 14 채널을 포함하는, 3차원 미세유체 반응기.
The method of claim 1,
Further comprising a third structure in fluid communication with the second structure and having a flow path structure to supply a fourth fluid containing a second anti-solvent for improving the loading efficiency of the particle drug on the carrier,
The first structure,
a first channel connected to one side of the first concentrated space having a hexahedral shape to supply the first fluid to the first concentrated space; Second to fifth channels each connected to the four surfaces in contact with the one side of the first concentrated space and supplying the second fluid to the inner side of the first concentrated space, and one side of the first concentrated space facing each other and a sixth channel through which the drug particles are discharged from the first concentration space by being connected to the other side of the
The second structure,
a seventh channel connected to cross one end of the six channels and supplying the third fluid; and an eighth channel connected to one end of the seventh channel and having at least three bent portions,
The third structure,
a ninth channel having one end connected to one end of the eighth channel and the other end connected to one side of the second concentration space having a hexahedral shape; The tenth to thirteenth channels each connected to the four surfaces in contact with the one side of the second concentrated space and supplying the fourth fluid to the inner side of the second concentrated space, and one side of the second concentrated space facing each other A three-dimensional microfluidic reactor comprising a fourteenth channel connected to the other side of the body through which the drug particles encapsulated by the carrier flow out from the second concentration space.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로 반응기는 레이저에 의해 각각 패턴이 식각된 복수개의 평판형 필름을 적층하여 형성되는, 3차원 미세유체 반응기.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The micro-reactor is a three-dimensional microfluidic reactor formed by stacking a plurality of flat-panel films each pattern etched by a laser.
친수성 약물을 입자화하여 침전시키는 제 1 구간, 친수성 약물 입자와 소수성 고분자 화합물을 혼합하는 제 2 구간 및 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물에 담지하여 캡슐화하는 제 3 구간이 연속적으로 연결된 3차원 미세유체 반응기에서,
a) 제 1 구간에서 친수성 약물이 용해된 용액을 수평으로 유동시킨 상태에서 3차원 수직 4 방향으로 상기 친수성 약물에 대한 반용매를 투입하여 친수성 약물을 입자화한 후 침전시키는 단계;
b) 제 2 구간에서 소수성 고분자 화합물이 용해된 용액을 투입하여 침전된 친수성 약물 입자와 연속적으로 혼합시키는 단계; 및
c) 제 3 구간에서 수용성 고분자 화합물이 용해된 용액을 3차원 수직 4 방향으로 투입하여 친수성 약물 입자를 소수성 고분자 화합물에 담지시켜 캡슐화하는 단계;
를 포함하는, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.
A three-dimensional microfluidic reactor continuously connected with a first section for granulating and precipitating a hydrophilic drug, a second section for mixing the hydrophilic drug particles and a hydrophobic polymer compound, and a third section for encapsulating the hydrophilic drug particles by supporting the hydrophobic polymer compound at,
a) in the first section, in a state in which the solution in which the hydrophilic drug is dissolved is horizontally flowed, and an anti-solvent for the hydrophilic drug is added in three-dimensional and vertical four directions to granulate the hydrophilic drug and then to precipitate;
b) continuously mixing with the precipitated hydrophilic drug particles by introducing a solution in which the hydrophobic polymer compound is dissolved in the second section; and
c) encapsulating a solution in which the water-soluble polymer compound is dissolved in the third section by supporting the hydrophilic drug particles in the hydrophobic polymer compound by introducing the solution in three-dimensional vertical and four directions;
A method for producing a capsule in which hydrophilic drug particles of uniform size are supported, comprising:
제 9 항에 있어서, a) 단계는 제 1 구간에서 2종 이상의 서로 다른 친수성 약물을 각각 개별적으로 입자화하여 침전시키는 것을 포함하는, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein step a) comprises individually granulating and precipitating two or more different hydrophilic drugs in the first section. 제 9 항에 있어서, 친수성 약물은 알렌드로네이트, 독소루비신 하이드로클로라이드, 바레니클린, 네오마이신 및 치료용 펩타이드 또는 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.The method according to claim 9, wherein the hydrophilic drug is at least one selected from the group consisting of alendronate, doxorubicin hydrochloride, varenicline, neomycin, and therapeutic peptides or proteins. method. 제 9 항에 있어서, a) 단계의 친수성 약물에 대한 반용매는 아세토나이트릴, 테트라하이드로퓨란, 다이메틸설폭사이드 및 에탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법. 10. The method of claim 9, wherein the anti-solvent for the hydrophilic drug in step a) is at least one selected from the group consisting of acetonitrile, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide and ethanol, and hydrophilic drug particles of uniform size are supported. A method of manufacturing the capsules. 제 9 항에 있어서, b) 단계의 소수성 고분자 화합물은 폴리락트산, 폴리락타이드, 폴리락틱-코-글리콜산, 폴리락타이드-코-글리콜라이드(PLGA), 폴리포스파진, 폴리이미노카보네이트, 폴리포스포에스테르, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르, 락트산과 카프로락톤의 공중합체, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시발레이트, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리아미노산, 락트산과 아미노산의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 소수성 고분자 화합물인, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.The method of claim 9, wherein the hydrophobic polymer in step b) is polylactic acid, polylactide, polylactic-co-glycolic acid, polylactide-co-glycolide (PLGA), polyphosphazine, polyiminocarbonate, poly Phosphoesters, polyanhydrides, polyorthoesters, copolymers of lactic acid and caprolactone, polycaprolactone, polyhydroxyvalate, polyhydroxybutyrate, polyamino acids, copolymers of lactic acid and amino acids, and mixtures thereof A method of manufacturing a capsule in which hydrophilic drug particles of a uniform size are supported, which is a hydrophobic polymer compound selected from the group consisting of. 제 9 항에 있어서, c) 단계의 수용성 고분자 화합물은 친수성 약물을 소수성 고분자 화합물에 담지시키는 효율을 높이기 위한 친수성 약물 안정화제인 것인, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the water-soluble polymer compound in step c) is a hydrophilic drug stabilizer to increase the efficiency of loading the hydrophilic drug on the hydrophobic polymer compound. 제 9 항에 있어서, 친수성 약물 입자의 크기는 a) 단계의 친수성 약물이 용해된 용액의 유속, a) 단계의 친수성 약물 농도 및 a) 단계의 친수성 약물이 용해된 용액: 친수성 약물에 대한 반용매의 유속 비율로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 변수로 하여 조절되는, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the size of the hydrophilic drug particles is determined by the flow rate of the solution in which the hydrophilic drug in step a) is dissolved, the concentration of the hydrophilic drug in step a) and the solution in which the hydrophilic drug in step a) is dissolved: antisolvent for the hydrophilic drug A method of manufacturing a capsule in which hydrophilic drug particles of a uniform size are supported, which are controlled by using any one or more selected from the group consisting of a flow rate ratio of 제 15 항에 있어서, 친수성 약물 입자는 10 nm 내지 1,000 nm 의 균일한 직경을 갖는, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.The method according to claim 15, wherein the hydrophilic drug particles have a uniform diameter of 10 nm to 1,000 nm, and the hydrophilic drug particles of a uniform size are supported on the capsule manufacturing method. 제 9 항에 있어서, a) 단계의 제 1 구간에서 친수성 약물이 용해된 용액과 반용매의 유속 비율은 1:2 내지 1:12인 것인, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein in the first section of step a), the flow rate ratio of the solution in which the hydrophilic drug is dissolved and the antisolvent is 1:2 to 1:12. manufacturing method. 제 9 항에 있어서, 친수성 약물은 알렌드로네이트이고, 소수성 고분자 화합물은 폴리락틱-코-글리콜산, 폴리락타이드-코-글리콜라이드 (PLGA)이며, 수용성 고분자 화합물은 폴리비닐알코올인 것인, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the hydrophilic drug is alendronate, the hydrophobic high molecular compound is polylactic-co-glycolic acid, polylactide-co-glycolide (PLGA), and the water-soluble high molecular compound is polyvinyl alcohol. A method of manufacturing a capsule in which hydrophilic drug particles of a size are supported. 제 18 항에 있어서, 알렌드로네이트의 담지 효율을 증가시키기 위해 0.1 중량% 내지 2.5 중량%의 폴리비닐알코올 용액을 사용하는, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.The method of claim 18, wherein 0.1 to 2.5 wt% of a polyvinyl alcohol solution is used in order to increase the loading efficiency of alendronate. 제 19 항에 있어서, 알렌드로네이트의 담지율이 적어도 70% 이상인, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법. The method according to claim 19, wherein the alendronate loading ratio is at least 70% or more, and the hydrophilic drug particles of uniform size are supported on the capsule manufacturing method. 제 9 항에 있어서, 상기 제조방법은 제 1 항의 3차원 미세유체 반응기에서 수행되는, 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 캡슐의 제조방법.[Claim 10] The method of claim 9, wherein the manufacturing method is performed in the three-dimensional microfluidic reactor of claim 1, wherein the hydrophilic drug particles of a uniform size are supported. 제 9 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 균일한 크기의 친수성 약물 입자가 담지된 서방형 캡슐.22. A sustained-release capsule in which hydrophilic drug particles of uniform size prepared by the method of any one of claims 9 to 21 are supported. 제 9 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 균일한 나노 입자 크기의 알렌드로네이트가 폴리락타이드-코-글리콜라이드에 담지된 서방형 캡슐.22. A sustained-release capsule in which alendronate of uniform nano-particle size prepared by the method according to any one of claims 9 to 21 is supported on polylactide-co-glycolide.
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