KR20220121971A - 고순도 어피콜라겐 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콜라겐 재생 섬유를 제조하기 위한 어피콜라겐 원료, 콜라겐 재생 섬유, 및 이들의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 중량평균 분자량이 100kDa 이상 300kDa 이하이며, 분자량 분포가 1.0 이상 2.0 이하이고, 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도가 8% 이상이고, 고순도인 어피콜라겐 원료가 제공된다.
이와 같은 어피콜라겐 원료를 이용하면, 균일하고 높은 강도로 방사할 수 있어, 인체 친화성 및 섬유로서의 물성이 우수한 콜라겐 재생 섬유를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은, 고순도 어피콜라겐 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 인체 친화성 및 섬유로서의 물성이 우수한 콜라겐 재생 섬유를 제조하기 위한 어피콜라겐 원료, 당해 어피콜라겐 원료를 포함하는 방사 용액을 방사하여 얻어지는 콜라겐 재생 섬유, 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
콜라겐은 동물의 결합 조직, 뼈, 힘줄, 피부, 연골, 혈관 등을 구성하는 섬유상 구조 단백질로, 트로포콜라겐(tropocollagen)을 그 기본적 구조 단위로 하고 있으며, 분자량 약 10만의 3개의 폴리펩타이드로 이루어지는 3중 나선 구조를 갖는다.
콜라겐은 화상이나 상처에 의해 손상된 피부에 대해 치유 효과가 있는 것으로 보고되어 있으며, 피부의 보습성을 높이는 기능이 있어, 의약품이나 화장품의 기초 재료 등 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.
최근에는 인체 친화성 섬유 제품이 각광을 받음에 따라 피부 친화적인 콜라겐을 섬유 소재로 이용하는 것에 대해서도 관심이 새롭게 증대되고 있다. 그런데, 종래 기술에 의해 추출 및 정제된 콜라겐으로는 섬유로 사용되기에 충분한 물성을 갖는 재생 섬유를 제조하기 어려워, 종래 기술에서는, 기존의 합성 고분자와 혼합하고, 추가적인 가교제를 처리하여 섬유를 제조하고 있었다. 그러나, 이와 같이 단백질 섬유와 함께 합성 고분자 및 가교제를 사용하는 경우에는, 환경 문제가 발생하고, 오히려 인체 친화성을 우수한 것으로 할 수 없다는 문제가 있었다.
또한, 콜라겐에 열 등을 가하여 변성시킨 젤라틴을 이용하여 단백질 재생 섬유를 제조하는 방법도 제안되어 있다. 그러나, 이와 같이 젤라틴으로 이루어지는 단백질 재생 섬유는, 내수성이 낮고, 수분 흡수력 및 보습력이 미흡하며, 유연성 및 다양한 굴곡 특성이 미흡하여, 본래 콜라겐이 갖는 우수한 특성을 활용할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 인체 친화성 및 섬유로서의 물성이 우수한 콜라겐 재생 섬유를 제조할 수 있는 어피콜라겐 원료 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 인체 친화성 및 섬유로서의 물성이 우수한 콜라겐 재생 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 과제를 유리하게 해결하는 것을 목적으로 하여 예의 연구를 행하였다. 그 결과, 콜라겐 재생 섬유를 제조하기 위한 어피콜라겐 원료로서, 고순도의 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량 및 분자량 분포를 각각 소정의 범위 내로 하고, 어피콜라겐 원료의 산성 수용액에 대한 용해도를 소정 값 이상으로 하면, 당해 어피콜라겐 원료를 포함하는 방사 용액을 이용해 콜라겐 재생 섬유를 높은 강도로 균일하게 방사할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명에 따르면, 콜라겐 재생 섬유를 제조하기 위한 어피콜라겐 원료로서,
상기 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량이 100kDa 이상 300kDa 이하이고, 상기 어피콜라겐 원료의 분자량 분포가 1.0 이상 2.0 이하이고,
상기 어피콜라겐 원료의 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도가 5% 이상이고,
상기 어피콜라겐 원료의 순도가 70% 이상인,
어피콜라겐 원료가 제공된다.
또한, 본 발명에 따른 콜라겐 재생 섬유는, 상기 어피콜라겐 원료를 포함하는 방사 용액을 습식 방사 또는 전기 방사하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 어피콜라겐 원료는, 어피에서 비늘과 이물질을 제거하는 전처리 단계; 알칼리와 산을 이용하여 상기 전처리된 어피로부터 콜라겐을 추출하는 콜라겐 추출 단계; 상기 콜라겐 추출 단계에서 얻어진 콜라겐 용액을 한외여과하여 탈염하는 탈염 단계; 상기 탈염된 콜라겐을 특정 조건에서 겔 여과 크로마토그래피에 의해 정제하는 정제 단계;를 거쳐 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인체 친화성 및 섬유로서의 물성이 우수한 콜라겐 재생 섬유를 제조할 수 있는 어피콜라겐 원료 및 그 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 인체 친화성 및 섬유로서의 물성이 우수한 콜라겐 재생 섬유가 제공된다.
도 1은, 정제 단계 중 1차 정제에 있어서, 겔 여과 크로마토그래피에 의한 크로마토그램을 나타내는 것이다.
도 2는, 정제 단계 중 2차 정제에 있어서, 겔 여과 크로마토그래피에 의한 크로마토그램을 나타내는 것이다.
도 3은, 제조예 1, 제조예 2에서 얻어진 어피콜라겐 원료의 전기 영동 결과를 나타내는 것이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.
< 어피콜라겐 원료 >
본 발명에 따른 어피콜라겐 원료는, 콜라겐 재생 섬유를 제조하기 위한 방사 용액에 포함될 수 있는 것으로, 당해 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량(Mw) 및 분자량 분포(Mw/Mn)가 소정의 범위 내이고, 당해 어피콜라겐 원료의 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도가 소정 값 이상이며, 고순도이다.
여기서, 본 발명의 「어피콜라겐」은 어류 부산물인 어류의 껍질(어피)로부터 추출되는 것이고, 「어류」는 척추동물문의 연골어강, 경골어강, 먹장어강, 두갑강, 조기강을 통틀어 이르는 것이며, 「껍질」은 어류의 몸의 겉을 싸고 있는 외피를 말하며 피부와 동일한 의미이다. 따라서 껍질은 어류의 상피(epithelium), 진피(corium) 조직을 포함하며, 표피가 변형된 비늘 등을 포함한다.
어피에는 지질, 회분, 및 색소 등이 일부 함유되어 있으나, 콜라겐을 주성분으로 한다. 이러한 콜라겐은 일정 온도 이상의 열을 가하게 되면 변성된다. 따라서 어피의 주성분인 콜라겐의 이용을 극대화하기 위해 콜라겐의 변성 온도 미만으로 가공 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명의 어피에는 모든 어류의 껍질이 적용될 수 있으나, 바람직하게는 광어, 틸라피아 중에서 선택되는 어느 하나이다. 상기 어종은 소비가 많아 상대적으로 어피의 공급이 용이하다.
또한, 본 발명의 「어피콜라겐 원료」는, 후술하는 전처리 단계; 콜라겐 추출 단계; 탈염 단계; 정제 단계;를 거쳐 얻어지는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량은, 100kDa 이상 300kDa 이하이고, 바람직하게는 200kDa 이상 300kDa 이하이며, 분자량 분포는 1.0 이상 2.0 이하, 바람직하게는 1.0 이상 1.5 이하이다. 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량 및 분자량 분포가 상기 범위 내이면, 당해 어피콜라겐 원료를 포함하는 방사 용액을 이용해 방사할 때, 높은 강도로 균일하게 방사할 수 있어, 얻어지는 콜라겐 재생 섬유의 섬유로서의 물성을 우수한 것으로 할 수 있다.
한편, 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량 및 분자량 분포는, 예를 들어 액체 크로마토그래피 등을 이용하여 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 어피콜라겐 원료의 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도는 5% 이상이며, 바람직하게는 8% 이상이다. 여기서, 「산성 수용액」은 유기산 수용액일 수 있으며, 바람직하게는 아세트산 수용액일 수 있다. 어피콜라겐 원료의 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도가 상기 하한 값 이상이면, 당해 어피콜라겐 원료를 포함하는 방사 용액을 이용해 방사할 때, 높은 강도로 균일하게 방사할 수 있어, 얻어지는 콜라겐 재생 섬유의 섬유로서의 물성을 우수한 것으로 할 수 있다. 한편, 어피콜라겐 원료의 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도의 상한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 20% 이하로 할 수 있다.
한편, 어피콜라겐 원료의 산성 수용액에 대한 용해도는, 예를 들어 산성 수용액에 어피콜라겐 원료를 녹인 후, 어피콜라겐 원료의 불용분량을 측정하는 등의 방법을 이용하여 구할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 어피콜라겐 원료는 고순도의 것이다. 여기서, 어피콜라겐 원료의 「순도」란, 어피로부터 추출 및 정제되어 얻어진 어피콜라겐 원료에서 차지하는 콜라겐의 함유 비율을 나타내는 것이고, 「고순도」란 콜라겐의 함유 비율이 예를 들어 70% 이상인 것을 의미한다. 이와 같이 고순도의 어피콜라겐 원료로 하면, 당해 어피콜라겐 원료를 포함하는 방사 용액을 이용해 방사할 때, 높은 강도로 균일하게 방사할 수 있어, 얻어지는 콜라겐 재생 섬유의 섬유로서의 물성을 우수한 것으로 할 수 있다.
한편, 어피콜라겐 원료의 순도는, 예를 들어, 콜라겐이 분해될 때 특이적으로 생성되는 하이드록시프롤린의 함유량을 측정하는 방법 등을 이용하여 구할 수 있다.
< 어피콜라겐 원료의 제조 방법 >
상기와 같은 특정한 범위의 중량평균 분자량 및 분자량 분포를 갖고, 10℃ 이하에서의 산성 수용액에 대한 용해도가 특정 값 이상이며, 고순도인 어피콜라겐 원료는, 어피를 전처리하는 단계; 전처리된 어피로부터 콜라겐을 추출하는 단계; 추출된 콜라겐을 탈염하는 단계; 정제하는 단계;를 거쳐 얻어진다.
1) 전처리 단계
전처리 단계를 통해 어류 부산물인 어피에서 비늘과 이물질을 제거한다.
어피는 주로 생선의 가공 공정에서 얻어지며, 어피에 묻은 각종 이물질을 제거하기 위해 깨끗한 물로 2회 내지 3회 정도 씻어낸다.
다음으로, 어피에 부착되어 있는 비늘을 제거한다. 비늘의 제거 방법은 수작업 등의 통상적인 방법이 적용될 수 있으나, 어피에 수산화나트륨 등의 알칼리 용액을 가하여 간단하고 효과적으로 비늘을 제거할 수 있다.
수산화 나트륨 용액을 이용하여 비늘을 제거하는 경우, 물로 세척하여 이물질을 제거한 어피를 0.1M 이상 0.2M 이하의 수산화나트륨 용액에 투입하고, 6시간 이상 24시간 이하의 시간 동안 교반한다. 어피로부터 비늘을 분리한 후 다시 물로 세척한다.
또한, 수산화나트륨 용액에 어피를 투입하여 교반할 때에, 초음파를 가해 비늘의 제거 속도를 단축시킬 수 있다. 예를 들어, 수산화나트륨과 어피가 담긴 교반조의 바닥에 초음파 진동자를 설치하여 교반조 내부로 40kHz 이상 60kHz 이하의 초음파를 가하면서 교반할 수 있다. 이와 같이 하면, 수산화나트륨 용액에 의해 비늘의 부착력이 약화된 상태에서 초음파 진동이 어피에 가해져 비늘의 제거가 더욱 용이해진다.
한편, 이와 같이 전처리된 어피를 이후의 콜라겐 추출 단계에 그대로 제공해도 되지만, 전처리된 어피를 건조시킨 후 분쇄하여 어피 분말로 한 후에 콜라겐 추출 단계에 제공해도 된다. 이와 같이 어피 분말로 하여 콜라겐 추출 단계에 제공하는 경우, 콜라겐의 추출 수율을 증대시키고 콜라겐이 변성되는 것을 방지할 수 있다.
이 경우, 어피를 수분 함량이 2 질량% 이상 7 질량% 이하가 되도록 건조시킬 수 있으며, 건조 방식으로는 동결 건조나 열풍 건조 등을 이용할 수 있고, 바람직하게는 콜라겐의 변성을 방지하기 위해 동결 건조 방식을 이용할 수 있다. 이와 같이 건조된 어피는 분쇄기를 이용해, 예를 들어 50 메쉬 이상 150 메쉬 이하의 입도 크기로 분쇄하여 이후의 콜라겐 추출 단계에 제공할 수 있다.
2) 콜라겐 추출 단계
콜라겐의 추출 단계에서는, 상기와 같이 전처리된 어피에 알칼리 용액을 가하여 비콜라겐성 단백질과 같은 불순물을 제거하는 단계(a); 유기산 용액을 가하고 교반하여 어피로부터 유기산 용액으로 콜라겐을 추출하는 단계(b); 염을 가하여 추출된 콜라겐을 침전시키는 단계(c); 원심분리하여 침전된 콜라겐을 분리하는 단계(d);를 거쳐 어피로부터 콜라겐을 추출한다.
상기 단계(a)에서는, 전처리된 어피와 알칼리 용액을 1:5 ~ 1:10의 중량비로 혼합한 다음 실온에서 24시간 이상 60시간 이하의 시간 동안, 바람직하게는 40시간 이상 50시간 이하의 시간 동안 교반하여 불순물을 제거한다. 이 때, 알칼리 용액으로는 0.05M 이상 0.2M 이하, 바람직하게는 0.08M 이상 0.15M 이하의 농도를 갖는 수산화나트륨 용액을 사용할 수 있다.
상기 단계(b)에서는, 상기 단계(a)를 거쳐 불순물이 제거된 어피에 유기산 용액을 가하고 교반하여, 콜라겐을 추출한다. 여기서 사용되는 유기산 용액은 콜라겐을 용해할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 시트르산, 아세트산, 및 포름산 중에서 선택되는 것을 사용할 수 있고, 이 중에서도 아세트산이 더욱 바람직하다.
이 때, 농도가 0.1M 이상 1.0M 이하, 바람직하게는 0.3M 이상 0.8M 이하인 유기산 용액을 사용할 수 있고, 상기 농도의 유기산 용액을 불순물이 제거된 어피에 대하여 1배 이상 20배 이하의 부피비로 사용해, 24시간 이상 60시간 이하, 바람직하게는 40시간 이상 50시간 이하의 시간 동안 교반하여, 조직에서 콜라겐을 추출한다. 이러한 유기산 용액으로의 콜라겐의 추출은 수회 반복할 수 있다.
또한, 불순물이 제거된 어피에 유기산을 가한 후, 초음파 처리하여 콜라겐을 추출할 수 있다. 이와 같이, 전처리된 어피에 유기산을 가한 후 초음파를 처리하면, 높은 수율로 콜라겐을 추출할 수 있다.
불순물이 제거된 어피에 유기산 용액을 가하고 초음파 처리하는 경우에는, 초음파 처리는 20kHz의 주파수에서 행할 수 있고, 초음파의 진폭은 20% 이상 80% 이하일 수 있으며, 0℃ 이상 10℃ 이하의 온도에서 0.1 시간 이상 24 시간 이하의 조건으로 행할 수 있다.
상기 단계(c)에서는, 추출된 콜라겐을 분리하기 위해 유기산 용액에 염을 가하여 콜라겐을 침전시킨다. 침전시의 유기산 용액의 pH는 5 이상 10 이하인 것이 바람직하며, 6 이상 8 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 염으로는 바람직하게는 염화나트륨을 사용할 수 있으며, 염의 사용량은, 유기산 용액에 대하여 4 질량% 이상 8 질량% 이하가 되도록, 바람직하게는 4.5 질량% 이상 6 질량% 이하가 되도록 사용한다. 추출된 콜라겐의 침전을 상기 조건하에서 행함으로써, 어피콜라겐 원료의 수율을 높일 수 있으며, 얻어지는 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량 및 분자량 분포, 어피콜라겐 원료의 10℃ 이하에서의 산성 수용액에 대한 용해도를 상술한 범위 내로 할 수 있다.
상기 단계(d)에서는, 침전된 콜라겐을 원심분리에 의해 분리한다. 원심분리의 조건은, 단백질 분리시의 통상적인 조건을 적용할 수 있다. 침전된 콜라겐을 원심분리함으로써, 저분자량의 성분, 예를 들어 중량평균 분자량이 100 kDa 미만인 성분을 제거하여, 얻어지는 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량 및 분자량 분포, 10℃ 이하에서의 산성 수용액에 대한 용해도, 순도를 원하는 범위로 할 수 있다.
또한, 상기 원심분리를 통해, 고밀도 콜라겐과 저밀도 콜라겐으로 분리하고, 그 중 고밀도 콜라겐을 이후의 단계에 제공해도 된다. 이에 의하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 얻어지는 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량 및 분자량 분포를 상술한 범위 내로 보다 용이하게 할 수 있고, 또한 10℃ 이하에서의 산성 수용액에 대한 용해도, 및 순도를 더욱 높일 수 있다.
3) 탈염 단계
탈염 단계에서는, 상기와 같이 침전된 콜라겐을 투석막을 이용해 투석 외액으로 투석하여 염을 제거하고 중성화한다. 이 때, 투석 외액으로는 예를 들어 증류수와 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 사용할 수 있고, 투석막으로는 예를 들어 셀룰로오스 한외여과막을 사용할 수 있다. 투석하는 과정에서 염이 제거되고 산성을 가지는 콜라겐 용액이 중성화된다. 이러한 콜라겐 용액은 그대로 정제 단계에 제공해도 되고, 다시 원심분리하고 세척한 후 이를 건조하여 분말화한 후에 정제 단계에 제공해도 된다.
4) 정제 단계
상술한 단계를 거쳐 수집된 콜라겐 용액 또는 콜라겐 분말에는 여전히 저분자량의 콜라겐, 콜라겐 외의 다른 단백질(혼입 단백질)과 기타 유기물 등이 포함되어 있으므로, 본 발명에 따른 어피콜라겐 원료를 얻기 위해서는 정제 단계를 거쳐야 한다.
본 발명의 정제 단계는, 1차 정제 단계 및 2차 정제 단계로 이루어지며, 상기 1차 정제 단계 및 2차 정제 단계에서는 겔 여과 크로마토그래피를 이용하여 콜라겐을 정제한다.
(1차 정제 단계)
1차 정제 단계에서는 배제한계(exclusion limit)가 1,000 이상 10,000 이하, 바람직하게는 1,000 이상 5,000 이하인 겔을 사용한다. 본 발명에 있어서, 겔의 「배제한계」란, 겔에 침투될 수 있는 분자의 최대 분자량을 의미한다. 사용되는 겔의 종류는 배제한계가 상기 범위 내이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, Sephadex G-25를 사용할 수 있다.
또한, 1차 정제 단계에 있어서의 유량(Flow rate)은 7 mL/min 이하이고, 압력은 5 MPa 이하, 시료의 주입량은 겔 함량(packing resin)에 대해 40% 이하이다.
이와 같이 배제한계가 상기 범위 내인 겔을 사용하고, 상기 조건하에서 1차 정제를 행함으로써, 도 1에 나타내는 바와 같이, 수집된 콜라겐 용액으로부터, 상기 탈염 단계에서 제거되지 않은 염 및 저분자량 성분 등을 분리하여, 목적하는 범위의 중량평균 분자량 및 분자량 분포를 가지며, 순도 및 산성 수용액에 대한 용해도가 높은 어피콜라겐 원료를 효율적으로 얻을 수 있다.
(2차 정제 단계)
2차 정제 단계에서는 1차 정제 단계를 거쳐 얻어진 용액을 시료로 하여 겔 여과 크로마토그래피를 진행한다. 2차 정제 단계에서는 배제한계가 50,000 이상 400,000 이하인 겔을 사용한다. 사용되는 겔의 종류는 배제한계가 상기 범위 내이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 Sephacryl resin을 사용할 수 있다.
또한, 2차 정제 단계에 있어서의 유량은 2 mL/min 이하이고, 압력은 5 MPa 이하이며, 시료의 주입량은 컬럼의 겔 함량(packing resin)에 대해 5% 이하이다.
이와 같이 배제한계가 상기 범위 내인 겔을 사용하고, 상기 조건하에서 2차 정제를 행함으로써, 순도가 높고, 상술한 범위의 중량평균 분자량 및 분자량 분포를 가지며, 순도 및 산성 수용액에 대한 용해도가 높은 어피콜라겐 원료를 효율적으로 얻을 수 있다.
상술한 정제 단계를 거치면, 본 발명에 따른 어피콜라겐 원료를 포함하는 용액이 얻어진다. 당해 용액을 그대로 물 및 산성 용매 등의 방사 용액에 사용되는 용매와 혼합하여 콜라겐 재생 섬유를 제조하는 공정에 제공해도 되고, 당해 용액을 통상적인 방법으로 원심분리하고 건조하여 분말로 보관한 후, 방사 용매와 혼합하여 방사 용액으로 해도 된다.
< 콜라겐 재생 섬유 및 콜라겐 재생 섬유 복합체 >
본 발명에 따른 콜라겐 재생 섬유는, 상술한 단계를 거쳐 얻어진 본 발명에 따른 어피콜라겐 원료를 물 및 산성 용매 등의 용매와 혼합하여 방사 용액으로 하고, 당해 방사 용액을 이용해 습식 방사 또는 전기 방사함으로써 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 콜라겐 재생 섬유는 상술한 콜라겐 원료로 이루어지므로, 인체 친화성이 우수하다. 또한, 콜라겐의 특성에 기인하여, 유연성 및 다양한 굴곡 특성이 우수하고, 수분 흡수력과 보습력이 우수하며, 내수성이 높은 등의 우수한 물성을 나타낸다.
또한, 상술한 콜라겐 원료가, 소정 범위의 중량평균 분자량 및 분자량 분포를 가지며, 산성 수용액에 대한 용해도가 높고, 고순도이기 때문에, 방사 과정에서 균일하게 방사될 수 있으므로, 얻어지는 콜라겐 재생 섬유는 섬유로서의 물성이 우수하다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 콜라겐 재생 섬유는 최종 강도가 2 g/d 이상이고, 신도가 10% 이하이다.
이와 같은 본 발명에 따른 콜라겐 재생 섬유는, 다른 재료와 복합화하여, 의약품, 미용품 등으로 호적하게 사용할 수 있다.
구체예로는, 콜라겐 재생 섬유를 이용해 섬유층을 형성하고, 당해 섬유층에 지혈 조성 물질을 함유시키고, 외부에 고투습성 필름층을 형성하여 지혈창상피복재로서 호적하게 사용할 수 있고, 또한 상기 섬유층의 일방에 주름 방지제, 라디칼 포촉제, 미백제, 항 여드름제, 각질 분해제, 노화 방지제, 항진균제, 면역조절제, 아토피 방지제 등의 기능성 물질을 도포하고, 당해 섬유층의 다른 일방에 상기 기능성 물질이 휘발되는 것을 방지하는 코팅층을 형성하여, 보습패치, 팔자주름패치, 아이패치, 세포배양패치 등으로 호적하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 콜라겐 재생 섬유는, 인체 친화성 및 섬유로서의 물성이 우수하기 때문에, 섬유 그대로 리프팅 실 등으로 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 어피콜라겐 원료를 이용해, Wet-laid법, Air-laid법 등의 통상적인 방법에 의해 부직포를 제조할 수 있다. 이러한 부직포는 인체 친화성이 우수하기 때문에, 상술한 본 발명에 따른 콜라겐 재생 섬유 복합체에 있어서 콜라겐 재생 섬유로 이루어지는 섬유층 대신에 사용될 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 나타내어 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구범위 및 그 균등한 범위를 일탈하지 않는 범위에 있어서 임의로 변경하여 실시할 수 있다.
이하에서 구체적인 실험 방법 및 조건이 언급되어 있지 않은 경우에는 통상적인 실험 방법 및 조건으로 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 콜라겐 원료의 분자량을 확인하는 방법은 다음과 같다.
[분자량의 확인]
SDS-PAGE(Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis)를 Laemmli(1970)의 방법에 따라 실시하였다.
각 제조예에서 얻어진 어피콜라겐 원료를 Sample buffer(50mM Tris-HCl, pH 7.5; 50% glycerin, 1% SDS, 0.02% bromophenol blue, BPB)에 첨가하여 1 mg/ml 농도로 조제한 후, 95℃에서 5분간 가열하여 열 변성시킨 다음 10분간 실온에서 방냉시켜 시료를 준비하였다. 준비된 시료는 3% stacking gel과 7.5% separate gel로 구성된 40% 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)를 이용하여 7.5% gel로 제조하였으며, 전기 영동 장치는 Bio-RAD Power Pac Basic(USA)을 사용하여 200V, 35mA/gel의 조건으로 실시하였다. 단백질 Band의 염색은 Fairbanks et al.,(1971)에 따라 Coomassie brilliant blue(CBB)와 2-프로판올, 초산을 단계적으로 섞은 염색액을 총 4 단계로 준비해, 1 단계는 30분, 2 ~ 4 단계는 각각 2시간씩 실시하였다. 이때 시료의 분자량을 확인하기 위해 사용된 Marker는 SDS-PAGE Molecular Weight Standards(Bio-rad Laboratories, High range, USA)를 이용하였다.
SDS-PAGE 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 있어서의 M은 마커 단백질(Marker protein )을 의미한다.
(제조예 1)
[어피의 전처리 단계]
어피로는 틸라피아의 어피를 사용하였다. 어피의 일부에 잔존하는 근육과, 어피 표면의 비늘을 제거한 후 증류수로 세척하여 불순물을 제거하였다. 그 후, 1.0cm × 1.0cm 정도의 크기로 세절하였다.
[콜라겐 추출 단계]
전처리된 어피에 0.1M의 수산화나트륨 용액을 10배의 중량비로 가한 다음 실온(20℃)에서 48시간 동안 교반하여 비콜라겐성 단백질 등의 불순물을 제거하였다. 다음으로, 증류수로 세척한 다음 0.5M의 아세트산을 10배의 질량비로 혼합한 후 실온(20℃)에서 48시간 동안 교반하여, 콜라겐이 아세트산 용액으로 녹아나오게 하였다. 콜라겐이 추출된 용액을 체에 걸렀다. 그리고, 걸러진 어피에 다시 아세트산 용액을 가하여 교반하고 체로 거르는 작업을 반복하였다.
콜라겐이 추출된 아세트산 용액에 염화나트륨을 가하여 추출된 콜라겐을 침전시켰다. 침전시의 아세트산 용액의 pH는 6이고, 염화나트륨은 아세트산 용액에 대해 5 질량%가 되도록 사용하였다.
상기 침전된 콜라겐을 포함하는 용액을 원심분리(12000rpm, 20분, 4℃)하여 저분자량의 단백질을 제거하고 콜라겐 용액을 얻었다.
[탈염 단계]
상기에서 얻어진 콜라겐 용액을 셀룰로오스 한외여과막(3500Mw)에 충전시켜 24시간 이상 증류수를 투석 외액으로 투석하여 염을 제거함과 동시에 산성 콜라겐 용액이 중성이 되도록 하였다. 증류수는 1일 5회 이상 교환해주었다.
[정제 단계]
- 1차 정제 -
상기 탈염 단계를 거친 콜라겐 용액을 겔 여과 크로마토그래피에 의해 정제하여, 잔존 염과 저분자량의 단백질 등을 제거하였다. 1차 정제를 거친 콜라겐 용액 중 일부를 전기 영동하여, 1차 정제 후의 콜라겐 용액의 분자량을 확인하였다. 그 결과를 도 3에 나타낸다.
겔 여과 크로마토그래피의 구체적인 조건은 다음과 같다:
사용한 겔: Sephadex G-25
유량: 7 mL/min
압력: 5 Mpa 이하
시료 주입량: 겔 함량의 40% 이하
용리액: 0.1% 아세트산
검출 파장: 260nm
- 2차 정제 -
1차 정제를 거친 콜라겐 용액을 겔 여과 크로마토그래피에 의해 정제하였다. 2차 정제를 거친 콜라겐 용액을 전기 영동하여 정제된 콜라겐의 분자량을 확인하였다. 그 결과를 도 3에 나타낸다.
겔 여과 크로마토그래피의 구체적인 조건은 다음과 같다:
사용한 겔: High resolution sephacryl resin
유량: 2 mL/min
압력: 5 Mpa 이하
시료 주입량: 겔 함량의 5% 이하
용리액: 0.1% 아세트산
검출 파장: 260nm
2차 정제를 거쳐 얻어진 콜라겐 용액을 동결 건조하여 어피콜라겐 원료를 얻었다. 얻어진 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량은 100kDa 이상 300kDa 이하이고, 분자량 분포는 1.0 ~ 2.0이며, 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도는 8%이고, 순도는 70% 이상이었다.
(제조예 2)
[어피의 전처리 단계]에서 사용한 어피를 광어의 어피로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 콜라겐 추출 단계, 탈염 단계, 정제 단계를 거쳐 콜라겐 용액, 어피콜라겐 원료를 제조하였다.
얻어진 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량은 100kDa 이상 300kDa 이하이고, 분자량 분포는 1.0 ~ 2.0이며, 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도는 8%이고, 순도는 70% 이상이었다.
Claims (8)
- 콜라겐 재생 섬유를 제조하기 위한 어피콜라겐 원료로서,상기 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량이 100kDa 이상 300kDa 이하이고, 상기 어피콜라겐 원료의 분자량 분포가 1.0 이상 2.0 이하이고,상기 어피콜라겐 원료의 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도가 5% 이상이고,상기 어피콜라겐 원료의 순도가 70% 이상인,어피콜라겐 원료.
- 제 1 항에 있어서,상기 어피콜라겐 원료의 중량평균 분자량이 200kDa 이상 300kDa 이하이고, 상기 어피콜라겐 원료의 분자량 분포가 1.0 이상 1.5 이하이고,상기 어피콜라겐 원료의 10℃ 이하에서의 pH 1.0 이상 5.0 이하의 산성 수용액에 대한 용해도가 8% 이상인,어피콜라겐 원료.
- 제 1 항에 있어서,상기 어피콜라겐 원료가, 틸라피아의 어피 또는 광어의 어피로부터 얻어지는 것인, 어피콜라겐 원료.
- 제 1 항에 기재된 어피콜라겐 원료를 포함하는 방사 용액을 방사하여 얻어지는 콜라겐 재생 섬유.
- 제 4 항에 있어서,지혈창상피복재, 보습패치, 팔자주름패치, 아이패치, 세포배양패치, 또는 리프팅 실용, 콜라겐 재생 섬유.
- 제 4 항에 있어서,최종 강도가 2 g/d 이상이고, 신도가 10% 이하인,콜라겐 재생 섬유.
- 제 1 항에 기재된 어피콜라겐 원료의 제조 방법으로서,어피에서 비늘과 이물질을 제거하는 전처리 단계;알칼리와 산을 이용하여 상기 전처리된 어피로부터 콜라겐을 추출하는 콜라겐 추출 단계;상기 콜라겐 추출 단계에서 얻어지는 콜라겐 용액을 한외여과하여 탈염하는 탈염 단계;상기 탈염된 콜라겐을 정제하는 정제 단계;를 포함하고,상기 콜라겐 추출 단계는, 상기 전처리된 어피에 알칼리 용액을 가하여 비콜라겐성 단백질을 제거하는 단계(a)와, 상기 단계(a) 후 유기산 용액을 가하여 유기산 용액으로 콜라겐을 추출하는 단계(b)와, 콜라겐이 추출된 용액에 염을 가하여 추출된 콜라겐을 침전시키는 단계(c)와, 원심분리에 의해 침전된 콜라겐을 포함하는 콜라겐 용액을 분리하는 단계를 포함하고,상기 정제 단계는, 1차 정제 단계 및 2차 정제 단계를 포함하며, 상기 1차 정제 단계 및 2차 정제 단계는 겔 여과 크로마토그래피를 이용하고, 상기 1차 정제 단계에서 사용하는 겔의 배제한계가 1,000 이상 10,000 이하이고, 상기 2차 정제 단계에서 사용하는 겔의 배제한계가 50,000 이상 400,000 이하인,어피콜라겐 원료의 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 어피가 틸라피아 또는 광어의 어피이고,상기 단계(c)에 있어서의, 침전시의 콜라겐이 추출된 용액의 pH가 5 이상 10 이하이고, 상기 염이 염화나트륨이고, 상기 염화나트륨의 사용량이 상기 콜라겐이 추출된 용액에 대해 4 질량% 이상 8 질량% 이하가 되는 양이고,상기 1차 정제 단계에 있어서의 유량은 7 mL/min 이하, 압력은 5 MPa 이하이고, 시료의 주입량은 겔 함량의 40% 이하이며,상기 2차 정제 단계에 있어서의 유량은 2 mL/min 이하, 압력은 5 MPa 이하이고, 시료의 주입량은 겔 함량의 5% 이하인,어피콜라겐 원료의 제조 방법.
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| KR102116710B1 (ko) | 2019-02-12 | 2020-05-29 | 한국신발피혁연구원 | 섬유용 개질된 친환경 젤라틴의 제조방법 |
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