KR20230109188A

KR20230109188A - 프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유, 이의 제조 방법 및 용도

Info

Publication number: KR20230109188A
Application number: KR1020220003343A
Authority: KR
Inventors: 최원일; 성대경; 오혜련; 이진실; 이호익; 손동완
Original assignee: 한국세라믹기술원
Priority date: 2022-01-10
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2023-07-20

Abstract

본 발명은 프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유, 이의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 독성이 없고, 뛰어난 항산화력 및 조직 재생 능력을 나타내는 프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유, 이의 제조 방법 및 이의 화장료 조성물, 창상피복제, 기능성 의류 또는 마스크 필터에서의 용도에 관한 것이다.

Description

프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유, 이의 제조 방법 및 용도{Polyvinyl alcohol nanofiber coated with prussian blue/chitosan nanoparticle complexes, its preparation method and uses}

21세기를 선도할 첨단 산업에서는 환경친화성, 초경량성, 극한기능성, 복합기능성 등과 같은 다기능이 복합된 새로운 개념의 소재가 요구되고 있으며, 최근 여러 첨단 산업분야에서 나노기술의 급격한 부각과 함께 섬유분야에도 수 내지 수백 나노미터(nm) 규모의 직경을 갖는 나노섬유(nanofiber)의 제조 기술에 대하여 많은 관심이 모아지고 있다. 현재까지 나노섬유는 블록 공중합체 각 성분의 상분리 현상을 이용하여 형성된 나노섬유, 고분자용액 또는 용융체의 전기방사(electrospinning)에 의한 나노섬유, 나노 크기의 직경을 지닌 나노 반응기에서 고분자의 중합과 동시에 배향되어 얻어지는 나노섬유, 또한 서로 상용성이 없고 탄화정도가 크게 다른 두 고분자의 복합섬유를 제조하고 이를 탄화시켜 얻는 탄소 나노섬유 등의 제조방법들이 연구되고 있다. 이중 제조공정의 경제성 및 단순성, 다양한 제품기술 응용성을 고려할 때 전기방사에 의한 나노섬유 제조가 가장 유력한 기술로 평가되고 있다.

전기방사는 고분자용액을 모세관 팁(capillary tip)이 달린 주사기에 담아 (+) 전하나 (-) 전하를 가하고 집적판(collector)에 반대 전하를 가하여 형성된 전기장에 의해 섬유를 제조하는 방법으로 나노부직포를 제조할 수 있는 가장 유용한 방법이라고 할 수 있다. 표면장력에 의해 모세관 팁에 반구모양으로 형성된 고분자용액에 표면장력과 같은 세기 이상의 전기장이 가해질 경우 반구모양의 고분자용액은 집적판 방향으로 서서히 원추형의 테일러 콘(Taylor cone)이 형성되어 단일 제트(single jet) 형태로 분사된다. 분사된 단일 제트는 전하반발력에 의해서 많은 필라멘트로 나누어지는 산포(splaying) 현상이 일어나게 되고, 이로 인해 나노 직경을 가지는 부직포 형태의 다공성 부직포 형태의 나노섬유를 형성하게 된다.

한편, 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol; PVA)은 유연한 분자사슬을 가지는 선형 결정성 고분자로서, 독성이 없고, 생체적합성과 생분해성을 가지며 역학적 성질 및 내화학성이 우수하여 그 응용범위가 매우 광범위하며, 석면대체용 고탄성률 유기 섬유, 편광필름, 포장지, 분리용 필터, 접착제, 호제, 코팅제, 호제, 코팅제, 유화제, 현탁안정제, 콘크리트 및 시멘트 보강제, 그리고 해양 수산물 양식용 어망 등의 고기능성 산업용 자재나 수술용 봉합사, 약물전달체계(drug delivery system), 항암제, 지혈제, 인체 장기대체용 하이드로겔, 생체반응기, 색전재료 등의 의료용 고분자 재료로 광범위하게 적용되는 기능성 합성 고분자 물질이다. 이러한 PVA는 표면활성도 및 용해도가 높고, 분자구조 내 수산기(hydroxyl group)를 함유하고 있어 타 고분자와 블렌드시 혼화성(miscibility)이 비교적 우수하다. 그러나, 폴리비닐알코올만으로 제조된 나노섬유의 단일 기능성은 다양해진 소비자의 요구를 만족시키기에는 한계가 있어 항산화력, 항균력 및 조직재생력과 같은 다양한 기능성이 부여된 섬유 소재 개발이 요구되고 있으며, 된다. 기존 연구들에서는 나노섬유에 기능성을 부여하기 위해 일반적으로 기능성을 가진 다공성 세라믹, 은, 이산화티타늄과 같은 나노 입자와 혼합하여 제조한바 있다.

대한민국 등록특허 제10-2251184호

본 발명자들은 다양한 기능성이 부여된 폴리비닐알코올 나노섬유를 제조하기 위하여 예의 노력한 결과, 상기 폴리비닐알코올 나노섬유에 키토산/프러시안 블루 나노 입자 (chitosan-coated Prussian blue nanoparticle; PB/Chi NP)를 코팅하는 경우, 상기 폴리비닐알코올 나노섬유의 생체적합성, 항산화 효능 및 상처치유능력이 현저히 증가할 수 있음을 확인한 후, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 프러시안 블루/키토산 나노입자로 코팅된 폴리비닐알코올 나노섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 프러시안 블루/키토산 나노입자로 코팅된 폴리비닐알코올 나노섬유의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 프러시안 블루/키토산 나노입자로 코팅된 폴리비닐알코올 나노섬유의 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 프러시안 블루/키토산 나노입자로 코팅된 폴리비닐알코올 나노섬유는 독성이 없고 뛰어난 항산화력 및 조직 재생 능력을 나타내므로, 피부노화 및 주름 개선을 위한 화장료 조성물뿐만 아니라 상처 치유를 위한 창상피복제, 기능성 의류 또는 마스크 필터 등에 사용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 프러시안블루, 키토산 및 폴리비닐알코올의 화학적 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법의 모식도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 PB/Chi100k NP가 코팅된 PVA NF의 PB/Chi100k NP 농도별 SEM 사진을 나타낸다. ((a) PVA NF (0 wt%)의 SEM 사진. 코팅된 PB/Chi100k NP의 농도별 (b) 7 wt%, (c) 14 wt%, (d) 21 wt%, (e) 28 wt% PBChi/PVA NF의 SEM 사진. (f) 전기 분사된 PB/Chi100k NP (28 wt%)의 SEM 사진)
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 PB/Chi100k NP가 코팅된 PVA NF의 PB/Chi100k NP 농도별 FT-IR spectra를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 PB/Chi100k NP가 코팅된 PVA NF의 PB/Chi100k NP 농도별 UV-Vis spectra를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 PB/Chi100k NP가 코팅된 PVA NF의 키토산 분자량별 SEM 사진을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 PB/Chi100k NP가 코팅된 PVA NF의 키토산 분자량별 활성산소제거 능력을 나타내다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 PBChi/PVA NF(10 kDa, 21 wt%)의 세포독성 평가 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 PBChi/PVA NF(10 kDa, 21 wt%)의 농도별 세포 내 활성산소제거 능력을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 PBChi/PVA NF(10 kDa, 21 wt%)의 시간별 세포 상처 치유 결과를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예 3에 따른 PBChi/PVA NF(10 kDa, 21 wt%)의 시간별 세포간 거리를 나타낸다.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유, 이의 제조 방법 및 용도에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다. 본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함" 또는 "함유"라 함은 어떤 구성 요소(또는 구성 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소(또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.

제1구현예에 따르면,

본 발명은 프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유를 제공하고자 한다. 본 발명에 따른 프로시안블루, 키토산 및 폴리비닐알코올의 구조식을 도 1에 나타내었다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유에 있어서, 상기 프러시안 블루/키토산 나노입자의 함량은 폴리비닐알코올 중량을 기준으로 30 내지 130 중량%인 것을 특징으로 한다. 바람직하기는, 상기 프러시안 블루/키토산 나노입자의 함량은 폴리비닐알코올 중량을 기준으로 90 내지 100 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유에 있어서, 상기 키토산 나노입자의 분자량은 3 내지 20kDa인 것을 특징으로 한다. 바람직하기는, 상기 키토산 나노입자의 분자량은 10kDa인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유에 있어서, 상기 키토산의 탈아세틸화도(DAC)는 70%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유에 있어서, 상기 나노 섬유는 화장료 조성물, 창상피복제, 화장료 조성물, 기능성 의류 또는 마스크 필터로 사용되는 것을 특징으로 한다.

제2구현예에 따르면,

본 발명은

A) 프러시안 블루/키토산 나노입자 함유 용액 및 폴리비닐알코올 함유 용액을 준비하는 단계;

B) 상기 프러시안 블루/키토산 나노입자 함유 용액 및 폴리비닐알코올 함유 용액을 1:2의 부피비로 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계; 및

C) 상기 방사용액을 전기방사하는 단계를 포함하는 프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법을 제공하고자 한다. 본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법에 대한 모식도를 도 2에 나타내었다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법에 있어서, 상기 단계 A)에서 프러시안 블루/키토산 나노입자 용액 내 프러시안 블루키토산 나노입자의 함량은 용매 중량을 기준으로 7 내지 28 중량%인 것을 특징으로 한다. 바람직하기는, 상기 프러시안 블루/키토산 나노입자의 함량은 용매 중량 기준으로 21 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법에 있어서, 상기 단계 A)에서 폴리비닐알코올 용액 내 폴리비닐알코올의 함량은 용매 중량을 기준으로 10 내지 15 중량%인 것을 특징으로 한다. 바람직하기는, 상기 폴리비닐알코올의 함량은 용매 중량 기준으로 11 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법에 있어서, 상기 용매는 증류수인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법에 있어서, 상기 키토산 나노입자의 분자량은 3 내지 20kDa인 것을 특징으로 한다. 바람직하기는, 상기 키토산 나노입자의 분자량은 10kDa인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법에 있어서, 상기 키토산의 탈아세틸화도(DAC)는 70%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법에 있어서, 상기 나노 섬유는 화장료 조성물, 창상피복제, 기능성 의류 또는 마스크 필터로 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법에 있어서, 상기 전기방사에 통상 사용될 수 있는 전기방사장치는 특별한 제한이 없으며, 나노 섬유의 직경 및 형태 등을 적절히 고려하여 선택할 수 있으며, 나노 섬유의 직경은 폴리비닐알코올 용액과 이에 첨가되는 프러시안 블루/키토산 나노입자 용액의 양, 전기방사의 공정변수를 적절히 조절함으로써 200 ∼ 1,000 ㎚, 바람직하게는 250 ∼ 500 ㎚의 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다. 또한, 인가전압은 5 ∼ 50 kV의 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 ∼ 30 kV이다. 노즐과 컬렉터 사이의 거리는 5 ∼ 50 cm가 바람직하였고, 보다 바람직하게는 10 ∼ 30 cm이다. 이러한 방사용액의 농도, 인가전압, 노즐과 켈렉터 사이의 거리는 전기방사장치의 종류, 요구되는 물성 및 기능성 향상을 총괄적으로 고려하여 정해져야 한다.

제3구현예에 따르면,

본 발명은 프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유를 유효 성분으로 포함하는 피부노화, 주름생성, 피부색소침착, 아토피, 여드름, 건선 또는 습진의 예방 또는 개선용 화장료 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 화장료 조성물에 있어서, 상기 프러시안 블루/키토산 나노입자의 함량은 폴리비닐알코올 중량을 기준으로 30 내지 130 중량%인 것을 특징으로 한다. 바람직하기는, 상기 프러시안 블루/키토산 나노입자의 함량은 폴리비닐알코올 중량을 기준으로 90 내지 100 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화장료 조성물에 있어서, 상기 키토산 나노입자의 분자량은 3 내지 20kDa인 것을 특징으로 한다. 바람직하기는, 상기 키토산 나노입자의 분자량은 10kDa인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화장료 조성물에 있어서, 상기 키토산의 탈아세틸화도(DAC)는 70%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화장료 조성물에 있어서, 상기 화장료 조성물은 팩의 형태로 제조되는 것을 특징으로 한다.

제4구현예에 따르면,

본 발명은 프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유를 포함하는 창상피복재를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 창상피복재에 있어서, 상기 프러시안 블루/키토산 나노입자의 함량은 폴리비닐알코올 중량을 기준으로 30 내지 130 중량%인 것을 특징으로 한다. 바람직하기는, 상기 프러시안 블루/키토산 나노입자의 함량은 폴리비닐알코올 중량을 기준으로 90 내지 100 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 창상피복재에 있어서, 상기 키토산 나노입자의 분자량은 3 내지 20kDa인 것을 특징으로 한다. 바람직하기는, 상기 키토산 나노입자의 분자량은 10kDa인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 창상피복재에 있어서, 상기 키토산의 탈아세틸화도(DAC)는 70%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 창상피복재에 있어서, 상기 화장료 조성물은 팩의 형태로 제조되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

실시예 1. PB/Chi NP 코팅 PVA 나노섬유(PBChi/PVA NF)의 제조 및 특성평가

1-1. 실험방법

150 mg의 분자량별 키토산(DAC70%; 10, 20, 50 100 kDa)을 각각 3 mL의 3차 증류수(deionized water)에 녹이고, 5분 동안 400 rpm에서 magnetic stirring 후, 1 mL의 potassium ferricyanide(5 mM)을 각각의 키토산 용액에 넣고 30분간 400 rpm에서 반응시켰다. 그 다음, 530 rpm에서 1 mL의 iron chloride tetrahydrate (5mM)을 반응 용액에 천천히 dropwise로 첨가하고 1시간 동안 반응시켰다. 이와 같이 제조된 나노 입자의 purification을 위해 나노 입자 용액 부피 4배의 acetone(99%, Sigma Aldrich)을 첨가 후 침전된 나노 입자를 3일간 동결 건조하였다. PB/Chi NP의 키토산 분자량에 따라 각각 PB/Chi10k NP, PB/Chi20k NP, PB/Chi50k NP, 및 PB/Chi100k NP로 명명하였다.

10 g의 PVA를 90 g의 3차 증류수에 녹인 후, 90℃의 온도에서 100 rpm으로 30분 이상 stirring하여 완전하게 blending 시켰다. 원하는 wt%에 따라서 3차 증류수 1 mL에 PB/Chi NP(0.07 g, 0.14 g, 0.21 g, 0.28 g)을 녹이고 가열 없이 100 rpm에서 12시간 이상 완전하게 blending시켰다. 각각 녹은 PVA 용액과 PB/Chi NP 용액을 2:1의 volume 비로 mixing 시키고, 12시간이상 blending 시킨 후 전기방사 전 30분간 sonication으로 완전히 녹였다(PVA 대니 PB/Chi NP의 함량은 각각 31.82, 63.64, 95.45 ALC 127.27중량%임). 준비된 wt%별 전기방사 용액 PBChi/PVA는 주사기 펌프에 의해 일정량으로 공급되며 노즐의 tip 끝과 collector사이의 거리(Tip to Collector)는 23 cm로 고정하였고, collector에 알루미늄 호일을 씌운 후 표면에 방사하였다. 전기방사의 조건은 flow rate 0.4 ml/h, voltage 20 kV, 각도는 0^o로 진행하였다. 전기방사를 통해서 collector에 생성된 PBChi/PVA NF의 섬유 구조는 주사전자현미경(SEM), 푸리에 변환 적외선 분광학(FT-IR), 자외선 가시광선 분광법(UV-VIS)을 이용하여 관찰하였다.

1-2. PBChi/PVA NF의 농도별 섬유 구조 확인

PBChi/PVA NF의 농도별 SEM 사진을 도 3에 나타내었다. 그 결과, PVA 용액만을 이용하여 방사된 NF의 경우 일정한 직경을 형성하지 못하고 많은 beads들이 만들어진 반면, PB/Chi100k의 농도가 진해질수록 섬유직경이 증가하고 부드러운 섬유상이 형성되는 것으로 확인되었다. 구체적으로, PB/Chi100k의 농도가 21 wt% 및 28 wt%인 경우 bead들이 형성되지 않는 smooth한 nanofiber를 형성되었으며, 특히 같은 시간 방사를 하였을 때 PB/Chi100k의 농도가 21 wt%일 때 더욱 밀도 높게 방사되는 것으로 나타났다. 이하에서는 높은 방사성을 가지는 21 wt%의 PB/Chi100k NP를 이용하여 실험을 진행하였다.

PBChi/PVA NF의 농도별 FT-IR spectra 사진을 도 4에 나타내었다. 그 결과, chitosan에 대한 3500 cm^-1의 O-H, N-H peak, 2865 cm^-1의 CH₂stretching, 1604, 1598, 1592cm^-1의 C=O, N=O, N-H bond 및 1174 cm^-1의 C-O-C stretching peak, 및 PVA에 대한 3500 - 3200 cm^-1의 O-H, 3000 - 2800 cm^-1의 C-H, 및 1750 - 1690 cm^-1의 C=O stretching, C-O peak가 확인되었으며, 그리고 PB에 대한 2100 cm^-1통하여 Fe(II)-CN-Fe(III)의 peak가 농도에 따라 증가함이 확인되었다.

또한, PBChi/PVA NF의 농도별 UV-Vis 사진을 도 5에 나타내었다. 그 결과, PB의 경우 Fe(II)-CN-Fe(III)의 polymeric한 sequence에 의하여 600 - 700 nm의 wavelength에서 absorption이 일어났으며, PVA NF (0 wt%)의 경우 모든 wavelength에서 absorbance가 일어나지 않고, PB/Chi100k의 농도가 증가함에 따라 absorbance가 증가하는 것으로 나타났다.

한편, PVA의 분자량은 고정된 상태에서 키토산의 분자량에 따른 NF의 SEM 사진을 도 6에 나타내었다. 그 결과, 일반적으로 고분자의 분자량은 고분자 용액에서 고분자 chain들의 aggregation을 관여하기 때문에 분자량이 높아질수록 점도가 증가하는 경향성을 가지는 반면, PVA와 PB/Chi를 일정한 농도로 고정하면서도 첨가하는 PB/Chi의 분자량만 변화시키는 경우에도 전체 용액의 점도가 크게 변화하지 않아 섬유형태에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

실시예 2. PB/Chi NP 코팅 PVA 나노섬유(PBChi/PVA NF)의 활성산소제거능 평가

PVA NF 및 분자량별 PBChi/PVA NF(PBChi NP의 코팅 최적의 농도: 21 wt%)의 활성산소제거 능력을 hydroxyl radical scavenging assay를 통해 평가하였다. 먼저, 3차 증류수에 EDTA (0.1 mM), FeCl₃ (0.1 mM), H₂O₂ (1 mM), 2-deoxy-D-ribose(3.75 mM) 용액을 준비하고, 각 용액을 0.1 mL씩 15 mL conical tube에 넣어주고 1 mL의 나노섬유 용액 (1 mg/mL)을 첨가하였다. Mild vortexing 후, 0.5 mL의 phosphate buffer (20 mM)와 0.1 mL의 ascorbic acid (0.1 mM)를 넣고 37℃, 100rpm의 인큐베이터에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응을 끝내기 위해 1 mL의 2-thiobarbituric acid (1%w/v)와 1 mL의 trichloroacetic acid (2%w/v)를 넣고 85℃의 water bath에서 20분간 중탕하였다. 그 다음 반응용액을 상온에서 식히고 96-well plate에 300 μL씩 분주해 535 nm 파장대에서의 흡광도를 측정하였다. 다른 나노섬유 샘플들도 위와 동일하게 반응시켜 흡광도를 측정하였다. 이 때 negative control에는 H₂O₂와 나노섬유 용액 대신 3차 증류수를, positive control에는 나노 섬유 대신 3차 증류수를 넣어 반응시켰다. 이렇게 얻은 흡광도를 아래의 식에 대입하여 나노섬유의 활성산소제거능을 평가하였다

그 결과, PVA NF 자체의 활성산소제거능은 9.8%으로 나타났으나, 키토산 분자량이 10, 20, 50 및 100 kDa인 PB/Chi NP로 코팅한 경우 활성산소제거능은 각각 60.4%, 42.8%, 33.6% 및 33.1%로 향상되는 것으로 확인되었다. 특히, PB/Chi10k NP가 코팅된 PBChi/PVA NF의 OHㆍ 활성산소제거능이 가장 뛰어난 것으로 나타났다(도 7).

실시예 3. PB/Chi NP 코팅 PVA 나노섬유(PBChi/PVA NF)의 In vitro 실험

3-1. In vitro 세포독성 평가

10% FBS와 1% AA가 첨가된 DMEM에서 배양된 섬유아세포, NIH 3T3를 24-well plate에 분주하고(4 X 10⁴ cells/well) 37℃, 5% CO₂ 환경의 인큐베이터에서 12시간 배양하였다. 세포에 0, 0.5, 1 mg/mL의 PBChi/PVA NF (10 kDa, 21 wt%)를 1 mL씩 처리하고 24시간 동안 인큐베이터에 보관하였다. 그 다음 샘플 용액 석션 후 세포배양액에 10배 희석된 CCK-8 용액을 0.5 mL씩 처리하고 인큐베이터에서 1시간 반응시킨 뒤 상층액의 흡광도를 450 nm에서 측정하였다.

그 결과, PBChi/PVA NF (10 kDa, 21 wt%)의 농도 1 mg/mL까지 세포 생존율에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다(도 8)

3-2. In vitro 활성산소제거능 평가

10% FBS가 첨가된 DMEM에서 배양한 NIH 3T3 (2Ⅹ10⁵ cells/well)를 24-well plate에 분주하고, 12시간 동안 37℃, 5% CO₂의 인큐베이터에서 배양하였다. 0, 1, 10 μg/mL의 PBChi/PVA NF (10 kDa, 21 wt%)와 H₂O₂ (5 μM)를 100 μL씩 처리하고 8시간 동안 반응시켰다. 이 때 negative control에는 H₂O₂ 대신 세포배양액만 처리하였다. 8시간 뒤 세포를 PBS로 한 번 washing 후 어둠 속에서 H₂DCFDA (10 μM)를 처리하고 90분간 반응시켰다. 그 후 형광도 (ex/480 nm, em/535 nm)를 측정하여 세포 내 활성산소라디칼을 분석하였다.

그 결과, H₂O₂를 처리한 세포의 형광도가 100% ROS level일 때 H₂O₂ 처리 전 세포 내 ROS level은 15.7% (CTL)로 낮았으며, 1 μg/mL의 PBChi/PVA NF를 처리한 세포의 ROS level은 95.4%로 크게 변하지 않았으나, 10 μg/mL의 나노섬유를 처리한 경우 ROS level이 50.7%로 현저히 감소하는 것으로 확인되었다(도 9).

3-3. In vitro 상처 치유 실험

24-well plate에 10% FBS와 1% AA가 첨가된 DMEM에서 배양된 NIH 3T3 (1.5Ⅹ10⁵cells/well)를 12시간 인큐베이터 내에서 배양하였다. 세포단층이 형성된 것을 확인 후 멸균된 p1000 pipet tip으로 긁어 scratch wound를 형성하였다. 떨어진 세포들을 세포배양액으로 세척 후, FBS를 포함하지 않은 배양액에 1mg/ml의 PBChi/PVA NF (10 kDa, 21 wt%)를 분산시켜 세포에 처리하였다. 0, 4, 8, 24시간동안 인큐베이터에서 배양하며 세포이동 정도를 현미경을 통해 관찰하였다.

그 결과, PBChi/PVA NF (10 kDa, 21 wt%)를 처리한 경우 scratch wound내 세포이동 정도가 향상되는 것으로 나타났으며(도 10). 세포 간의 거리가 시간 별로 줄어들어 202 μm의 scratch wound가 24시간 후 162 μm로 작아지는 것으로 확인된 반면(도 11) 대조군의 세포 간의 거리는 24시간 후 201 μm에서 194 μm로 거의 변화가 없는 것으로 나타났다.

이로써, 높은 항산화력과 조직 재생 능력을 보유한 PBChi/PVA NF (10 kDa, 21 wt%)는 화장품, 의료기기, 의약품, 기능성 의류에 널리 사용될 수 있는 소재임이 입증되었다.

실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

프러시안 블루/키토산 나노입자가 코팅된 폴리비닐알코올 나노 섬유.
제1항에 있어서,
상기 프러시안 블루/키토산 나노입자의 함량은 폴리비닐알코올 중량을 기준으로 30 내지 130 중량%인 것을 특징으로 하는 것인, 폴리비닐알코올 나노 섬유.
제1항에 있어서,
상기 키토산 나노입자의 분자량은 3 내지 20kDa인 것을 특징으로 하는 것인, 폴리비닐알코올 나노 섬유.
제1항에 있어서,
상기 나노 섬유는 화장료 조성물, 창상피복제, 기능성 의류 또는 마스크 필터로 사용되는 것을 특징으로 하는 것인, 폴리비닐알코올 나노 섬유.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 폴리비닐알코올 나노 섬유의 제조 방법으로, 상기 방법은:
A) 프러시안 블루/키토산 나노입자 함유 용액 및 폴리비닐알코올 함유 용액을 준비하는 단계;
B) 상기 프러시안 블루/키토산 나노입자 함유 용액 및 폴리비닐알코올 함유 용액을 1:2의 부피비로 혼합하여 방사용액을 제조하는 단계; 및
C) 상기 방사용액을 전기방사하는 단계를 포함하는 포함하는 것인, 방법.
제5항에 있어서,
상기 단계 A)에서 프러시안 블루/키토산 나노입자 용액 내 프러시안 블루키토산 나노입자의 함량은 용매 중량을 기준으로 7 내지 28 중량%인 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
제5항에 있어서,
상기 단계 A)에서 폴리비닐알코올 용액 내 폴리비닐알코올의 함량은 용매 중량을 기준으로 10 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
제5항에 있어서,
상기 키토산 나노입자의 분자량은 3 내지 20kDa인 것을 특징으로 하는 것인, 방법.