KR20230138175A - 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체 및 이의 제조방법 - Google Patents

자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 유체들의 흐름, 계면 역학을 마이크로 스케일에서 정교하게 제어할 수 있는 미세유체 시스템을 활용하여, 연속적인 시스템 내에서 매우 균일하면서도 크기나 모양의 조절이 용이한 기능성 입자를 생산하도록 하는 기술을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체는, 치료에 이용되는 약물입자를 포함하는 제1물질로 형성되고 약물입자의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되는 내부막을 구비하는 코어체; 및 액체인 제2물질로 형성되고 코어체의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며, 내부에 자성을 띠는 자성입자를 구비하는 쉘층을 포함한다.

Description

자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체 및 이의 제조방법 {A PARTICLE STRUCTURE HAVING A CORE-SHELL STRUCTURE FOR DELIVERING AND RELEASING A DRUG USING MAGNETIC PARTICLES, AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유체들의 흐름, 계면 역학을 마이크로 스케일에서 정교하게 제어할 수 있는 미세유체 시스템을 활용하여, 연속적인 시스템 내에서 매우 균일하면서도 크기나 모양의 조절이 용이한 기능성 입자를 생산하도록 하는 기술에 관한 것이다.
미세캡슐과 같은 나노 또는 마이크로 단위 크기의 입자구조체는, 약물, 세포 등 특정 성분을 인체 내 특정 위치 등에 전달하기에 매우 효과적으로 알려져 있으며, 이에 따라, 이와 같은 나노 크기의 미세 입자구조체에 대한 연구가 증가하고 있는 추세이다.
그리고, 상기와 같은 입자구조체 중에서도 코어-쉘 구조를 구비하는 입자구조체의 이용이 증가하고 있으며, 박막이면서도 안정적으로 물질을 저장하거나 선택적으로 물질을 유출 및 유입하는 기술이 요구되고 있다.
다만, 기존 다중 에멀젼을 이용한 코어-쉘 구조 제작이나 약물방출 시간을 조절하기 위해 쉘의 두께 또는 재료를 선택적으로 사용하여 (패시브)시간에 따른 약물 방출 연구들이 있으나, 코어-쉘의 크기 조절이나 복잡한 형태의 액적을 만들기에는 많은 한계가 있고, 또한 정확한 위치에서 약물을 방출하는 제어 기술에 어려움이 있다.
미국 등록특허 제11,066,695호(발명의 명칭: Droplet generating apparatus, system, and method)에서는, 제1 액체를 분배하기 위한 마이크로파이프 및 제2 액체를 수용하는 용기를 제공하는 단계; 마이크로파이프를 용기 위에 위치시키기 위한 이동 및 위치 결정 디바이스를 제공하는 단계; 연결관을 통해 마이크로파이프에 연결되는 액체 구동 디바이스를 제공하는 단계; 마이크로파이프를 진동시키기 위해 마이크로파이프에 연결되는 진동 장비를 제공하는 단계; 상대 주기 진동 동안 마이크로파이프의 출구 단부가 용기 내의 제2 액체에 접촉하도록 변위되도록 마이크로파이프와 용기 사이에 상대 주기 진동을 형성하는 단계; 및 상대 주기 진동 동안 마이크로파이프의 출구 단부로부터 마이크로파이프 내의 제1 액체를 방출하여 출구 단부에서 제1 액체에 부과된 제2 액체의 힘에 의해 유도되는 제2 액체 내의 복수의 액적을 생성하는 단계를 포함하는 액적 생성 방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허 제2020-522749호(발명의 명칭: 캡슐화된 나노 입자를 포함한 잉크)에서는, 제1의 재료(11)를 포함한 적어도 1개의 입자(1)와, 적어도 1종의 액체 비이클을 포함한 잉크로서, 입자(1)가, 제2의 재료(21)와 상기 제 2의 재료(21) 중에 분산된 적어도 1개의 나노 입자(3)를 포함한 적어도 1개의 입자(2)를 포함하고, 제1의 재료(11)와 제2의 재료(21)가, 460 nm에서 15Х10-5 이하의 소쇠계수를 가지는, 잉크가 개시되어 있다.
미국 등록특허 제11,066,695호 일본 공개특허 제2020-522749호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 유체들의 흐름, 계면 역학을 마이크로 스케일에서 정교하게 제어할 수 있는 미세유체 시스템을 활용하여, 연속적인 시스템 내에서 매우 균일하면서도 크기나 모양의 조절이 용이한 기능성 입자를 생산하도록 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 치료에 이용되는 약물입자를 포함하는 제1물질로 형성되고 상기 약물입자의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되는 내부막을 구비하는 코어체; 및 액체인 제2물질로 형성되고 상기 코어체의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며, 내부에 자성을 띠는 자성입자를 구비하는 쉘층을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 자성입자는 초상자성체(superparamagnetic)로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1물질은, 상기 약물입자를 포함하는 오일 상 유체로써 상기 제2물질과 계면장력 차이에 의해 섞이지 않을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제1물질과 상기 제2물질의 계면장력과 점도 차이로 인해 코어-쉘 형태의 구형 또는 덤벨형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제2물질은, 아가로스(agarose)와 나노/마이크로 자성입자가 분산된 수용액을 포함하며, 상기 아가로스의 비율은 1 내지 2 wt%일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제2물질에서, 상기 아가로스는, 물에 융해되며, 실온에서 고체(겔) 상태이고, 40C 이상에서는 액체상태로 상이 변할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 치료에 이용되는 제1약물입자를 포함하는 오일 상 유체인 제1-1물질 및, 가열상태(40C 이상)에서는 액체인 제2-1물질로 상기 제1-1물질의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며 내부에 자성을 띠는 제1자성입자를 구비하는 제1쉘층을 포함하는 제1입자구조체; 및 치료에 이용되는 제2약물입자를 포함하는 오일 상 유체인 제1-2물질 및, 가열상태(40C 이상)에서는 액체인 제2-2물질로 상기 제1-2물질의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며 내부에 자성을 띠는 제2자성입자를 구비하는 제2쉘층을 포함하는 제2입자구조체를 포함하고, 상기 제1입자구조체와 상기 제2입자구조체는 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 원형 단면을 구비하는 유리 모세관으로써 물질을 주입할 수 있는 인젝션튜브와 원형 단면을 구비하는 유리 모세관으로써 액적이 형성되어 모이는 컬렉션튜브를 단면이 정사각형으로 형성된 유리 모세관인 외부튜브 내부에 삽입하여 유리모세관 기반 미세유체 소자를 제작하는 제1단계;
상기 인젝션튜브에 내부물질로써 상기 약물입자를 포함한 상기 제1물질을 주입하고, 상기 외부튜브에 중간물질을 주입하며, 상기 외부튜브와 상기 컬렉션튜브 사이로 계면활성제를 포함하고 있는 수용액의 외부물질을 주입하여, 전단력와 계면장력에 의해 이중 유화액적인 입자구조체를 형성하는 제2단계; 및
상기 입자구조체의 중간 상태의 쉘층에서 용매가 증발하면서 아가로스 층 내부에 자성입자가 고정되어 고체 상태의 상기 쉘층을 형성하는 제3단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 중간물질은, 상기 제2물질과 계면활성제의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 외부물질은, 실리콘 오일과 계면활성제의 혼합물 또는 미네랄 오일과 계면활성제의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 외부물질에 포함된 오일의 점도는 40 내지 60 cSt 일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 인젝션튜브의 내경은 상기 컬렉션튜브의 내경 보다 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제3단계에서 생성된 제1입자구조체와, 상기 제1단계 내지 상기 제3단계를 한번 더 수행하여 생성된 제2입자구조체를 결합시키는 제4단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 인체 내 등에서 복수 개의 약물입자 각각의 방출 시간을 제어할 수 있어, 다중 약물을 전달하는 입자구조체를 제공함과 동시에, 약물 공급 시간 제어에 따른 약물 공급 효율을 증대시킬 수 있다는 것이다.
그리고, 본 발명의 효과는, 자성체를 이용하여 입자구조체를 이동시킨 후 소정의 위치에서 외부 교류 자기장을 인가하여 자성체의 온도를 상승시키고, 이때 제2물질도 온도가 상승되어 고체상에서 액체상으로 변형됨으로써 약물입자를 방출할 수 있으므로, 혈관 내부의 정확한 위치에서 정확한 시간에 약물입자 등을 투입할 수 있어, 약물 치료의 효과를 향상시킬 수 있다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자구조체에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입자구조체에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인젝션튜브, 컬렉션튜브 및 외부튜브에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인젝션튜브와 컬렉션튜브에 대한 광학현미경 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자구조체의 이용에 대한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자구조체의 이동 및 온도변화에 의해 쉘층의 상변화로 쉘층이 액상화 되면서 약물이 방출되는 이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자구조체(100)에 대한 모식도이다. 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 입자구조체(100)는, 치료에 이용되는 약물입자(110)를 포함하는 제1물질로 형성되고 약물입자(110)의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되는 내부막(120)을 구비하는 코어체; 및 액체인 제2물질로 형성되고 코어체의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며, 내부에 자성을 띠는 자성입자(130)를 구비하는 쉘층(140)을 포함한다.
본 발명의 실시 예에서는, 내부막(120)의 내부에 약물입자(110)가 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 화장료(cosmetic), 영양소 또는 효모 세포나 포유동물의 세포 등 다양한 종류의 입자일 수 있다.
자성입자(130)는 초상자성체(20)(superparamagnetic)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 입자구조체(100)에 자기장이 제공되는 경우, 본 발명의 입자구조체(100)는 자기장의 자기력에 구속되어, 자기장을 제공하는 자성체(20)의 이동에 따라 본 발명의 입자구조체(100)가 이동할 수 있다.
여기서, 자성체(20)는 영구자석 또는 전자석일 수 있으며, 자성체(20)가 전자석으로 형성되는 경우, 자성체(20)에 직류 자기장 또는 교류 자기장을 제공할 수 있다.
그리고, 자성체(20)를 이용하여 본 발명의 입자구조체(100)를 이동시키는 경우에는 본 발명의 입자구조체(100)에 직류 자기장을 제공할 수 있고, 자성체(20)를 이용하여 본 발명의 입자구조체(100)를 가열시키는 경우에는 본 발명의 입자구조체(100)에 교류 자기장을 제공할 수 있다.
본 발명의 입자구조체(100)는 코어-쉘 형태의 구형 또는 덤벨형 등으로 형성될 수 있으며, 본 발명의 입자구조체(100)의 최장 부위의 길이는 나노 또는 마이크로 단위로써, 본 발명의 입자구조체(100)가 인체의 혈관(10) 등을 따라 이동할 수 있다.
제1물질은, 약물입자를 포함하는 오일 상 유체로써 제2물질과 계면장력 차이에 의해 섞이지 않을 수 있다.
제2물질은, 아가로스(agarose)와 나노/마이크로 자성입자가 분산된 수용액을 포함하며, 아가로스의 비율은 1 내지 2 wt%일 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 아가로스의 비율에 대해 상기와 같이 한정하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 용도에 따라 아가로스의 비율은 변경될 수 있다.
제2물질에서, 아가로스는, 물에 융해되며, 실온에서 고체(겔) 상태이고, 40C 이상에서는 액체상태로 상이 변할 수 있다. 상기와 같이 쉘층(140)에는 자성입자(130)가 포함되므로, 상기와 자성체(20)로부터 자성입자(130)로 외부 교류 자기장이 자성입자(130)에 제공되는 경우에는, 자성입자(130)가 가열(heat up)되고, 이에 따라, 쉘층(140)의 온도가 증가할 수 있다.
그리고, 쉘층(140)의 온도가 증가하면서 아가로스의 온도가 증가하고, 아가로소는 40C 이상의 온도에서 액체 형태로 가변하게 되고, 이에 따라, 코어체의 외부에 형성된 쉘층(140)이 얇아지면서 쉘층(140)이 파손될 수 있다.
상기와 같이 쉘층(140)이 파손되면 쉘층(140)의 일 부위가 개방되고, 이와 같이 쉘층(140)의 개방 부위를 통해 쉘층(140)으로 감싸져 있던 코어체가 쉘층(140)의 외부로 방출될 수 있다. 그리고, 코어체가 방출되면 약물입자(110)가 노출될 수 있다.
제2물질에서, 아가로스의 농도비를 조절하여, 자성입자(130)에서 발생하는 열에 따라 코어체가 쉘층(140)으로부터의 방출되는 속도를 제어할 수 있다. 상기와 같이 아가로스의 비율은 조절 가능하며, 이와 같이 아가로스의 비율을 조절하는 경우 가열에 따른(가열 온도가 동일한 경우) 아가로스가 겔 형태로부터 액체 형태로 가변하는 시간, 즉, 쉘층(140)의 파손 시간이 조절될 수 있다.
마찬가지로, 상기와 같이 아가로스가 가열에 의해 변화되므로, 본 발명의 입자구조체(100)에 제공하는 교류 자기장의 세기 또는 진동수를 가변시켜 쉘층(140)의 가열 온도를 가변시킴으로써, 아가로스가 겔 형태로부터 액체 형태로 가변하는 시간을 조절하여 아가로스가 겔 형태로부터 액체 형태로 가변하는 시간, 즉, 쉘층(140)의 파손 시간이 조절하여, 코어체가 쉘층(140)으로부터의 방출되는 속도를 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입자구조체(100)에 대한 모식도이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 입자구조체(100)는, 치료에 이용되는 제1약물입자(111)를 포함하는 오일 상 유체인 제1-1물질 및, 가열상태(40C 이상)에서는 액체인 제2-1물질로 제1-1물질의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며 내부에 자성을 띠는 제1자성입자(131)를 구비하는 제1쉘층(141)을 포함하는 제1입자구조체(101); 및 치료에 이용되는 제2약물입자(112)를 포함하는 오일 상 유체인 제1-2물질 및, 가열상태(40C 이상)에서는 액체인 제2-2물질로 제1-2물질의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며 내부에 자성을 띠는 제2자성입자(132)를 구비하는 제2쉘층(142)을 포함하는 제2입자구조체(102)를 포함한다.
여기서, 제1약물입자(111) 주위의 제1내부막(121) 및, 제2약물입자(112) 주위의 제2내부막(122)이 형성될 수 있다.
제1-1물질과 제1-2물질 각각은 약물입자(110)만 상이하도록 형성된 제1물질에 해당하는 물질이다. 그리고, 제2-1물질과 제2-2물질 각각은 자성입자(130)만 상이하도록 형성된 제2물질에 해당하는 물질이다.
그리고, 제1입자구조체(101)와 제2입자구조체(102)가 서로 결합됨으로써 본 발명의 입자구조체(100)가 형성될 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, 미세한 직경을 구비하는 제1입자구조체(101)와 제2입자구조체(102)를 접촉시키면, 제1쉘층(141)과 제2쉘층(142) 간의 인력 및 제1자성입자(131)와 제2자성입자(132) 간 인력에 의해 제1입자구조체(101)와 제2입자구조체(102)가 결합될 수 있다.
제1입자구조체(101)와 제2입자구조체(102)가 결합 시, 제1입자구조체(101)와 제2입자구조체(102)의 결합 부위에서는 제1쉘층(141)과 제2쉘층(142) 각각의 두께가 최소화되면서 하나의 분리층을 형성할 수 있으며, 이와 같은 분리층 양 측 공간에 제1코어체와 제2코어체가 위치할 수 있다.
제1자성입자(131)의 직경과 제2자성입자(132)의 직경 각각은 서로 상이할 수 있으며, 또는, 제1쉘층(141)에 포함된 제1자성입자(131)의 수와 제2쉘층(142)에 포함된 제2자성입자(132)의 수가 상이할 수 있다.
상기와 같이, 제1자성입자(131)와 제2자성입자(132) 각각에서 수, 직경, 종류 등이 상이한 경우, 교류 자기장에 따른 각각의 자성입자(130)의 가열에 따른 온도 증가 속도가 상이할 수 있다.
이에 따라, 제1쉘층(141)으로부터 방출되는 제1코어체의 방출 시간과 제2쉘층(142)으로부터 방출되는 제2코어체의 방출 시간이 상이할 수 있으며, 인체 내 등에서 복수 개의 약물입자(110) 각각의 방출 시간을 제어할 수 있어, 다중 약물을 전달하는 입자구조체(100)를 제공함과 동시에, 약물 공급 시간 제어에 따른 약물 공급 효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 입자구조체(100)의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인젝션튜브(210)(injection tube), 컬렉션튜브(220)(collection tube) 및 외부튜브(230)에 대한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인젝션튜브(210)와 컬렉션튜브(220)에 대한 광학현미경 이미지이다.
본 발명의 구성은, 유체의 co-flow와 flow focusing 흐름을 합친 유리모세관 기반 미세유체 소자를 이용하여 oil-in-water-in-oil 이중 유화액적을 형성하는 것에서 비롯할 수 있다.
먼저, 제1단계에서, 원형 단면을 구비하는 유리 모세관으로써 물질을 주입할 수 있는 인젝션튜브(210)와 원형 단면을 구비하는 유리 모세관으로써 액적이 형성되어 모이는 컬렉션튜브(220)를 단면이 정사각형으로 형성된 유리 모세관인 외부튜브(230) 내부에 삽입하여 유리모세관 기반 미세유체 소자를 제작할 수 있다.
여기서, 외부튜브(230)은 지면에 수직한 방향인 상하 방향으로 연장되어 형성되는 관의 형상일 수 있으며, 인젝션튜브(210)와 컬렉션튜브(220) 각각은 micropipette puller를 이용하여 가늘게 만들고, microforge로 절단하여 원하는 내경을 가진 유리모세관으로 제작할 수 있다.
인젝션튜브(210)의 내경은 하단에 인접한 위치로부터 하단으로 갈수록 감소할 수 있고, 컬렉션튜브(220)의 내경은 상단에 인접한 위치로부터 상단으로 갈수록 감소할 수 있다.
인젝션튜브(210)의 내경은 컬렉션튜브(220)의 내경 보다 작게 형성될 수 있다. 구체적으로, 인젝션튜브(210)의 내경은 10 내지 30 마이크로미터(㎛)으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 인젝션튜브(210)의 내경은 20 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 그리고, 컨렉션튜브의 내경은 100 내지 300 마이크로미터(㎛)으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는, 컨렉션튜브의 내경은 200 마이크로미터(㎛)일 수 있다.
상기와 같이 인젝션튜브(210)와 컬렉션튜브(220)가 형성됨으로써, 인젝션튜브(210)의 하단 개구부로부터 배출된 내부물질이 경계층(A)을 통과하여 컬렉션튜브(220)의 상단 개구부로 용이하게 이동할 수 있다.
상기된 제1단계 수행 후 제2단계에서, 인젝션튜브(210)에 내부물질로써 약물입자를 포함한 제1물질을 주입하고, 외부튜브(230)에 중간물질을 주입하며, 외부튜브(230)와 컬렉션튜브(220) 사이로 계면활성제를 포함하고 있는 수용액의 외부물질을 주입하여, 전단력와 계면장력에 의해 이중 유화액적인 입자구조체(100)를 형성할 수 있다.
중간물질과 외부물질에 의해 경계층(A)이 형성될 수 있으며, 인젝션튜브(210)의 하단은 경계층(A)으로부터 상방으로 이격되어 있으며, 컬렉션튜브(220)의 상단은 경계층(A)으로부터 하방으로 이격되어 있을 수 있다.
중간물질은, 제2물질과 계면활성제의 혼합물일 수 있다. 구체적으로, 중간물질에는 상기와 같은 아가로스 1 내지 2 wt%, 자성입자(130) 20 내지 40 wt% 및 증류수 58 내지 79 wt%가 포함될 수 있다.
여기서, 중간물질에 포함되는 계면활성제로써 Tween 20이 이용될 수 있다. 다만, 계면활성제의 종류가 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 계면활성제가 이용될 수도 있다. 그리고, 증류수의 온도는 40 내지 60 ℃일 수 있으며, 바람직하게는, 50 ℃일 수 있다.
외부물질은, 실리콘 오일과 계면활성제의 혼합물 또는 미네랄 오일과 계면활성제의 혼합물일 수 있다. 여기서, 외부물질에 포함된 오일의 점도는 40 내지 60 cSt 일 수 있다.
외부물질에 포함되는 계면활성제로써 DC 749가 이용될 수 있다. 다만, 계면활성제의 종류가 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 계면활성제가 이용될 수도 있다.
도 3에서 보는 바와 같이, 인젝션튜브(210) 내부의 내부물질이 경계층(A)을 향해 분주되어 코어체가 형성될 수 있다. 그리고, 코어체가 경계층(A)을 통과하면서, 전단력와 계면장력에 의해 이중 유화액적인 입자구조체(100)를 형성할 수 있다. 이 때, 코어체의 표면에 중간 상태의 쉘층(140)이 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같은 중간 상태의 입자구조체(100)가 컬렉션튜브(220)를 통과한 후 외부로 배출될 수 있다.
상기된 제2단계 수행 후 제3단계에서, 본 발명의 입자구조체(100)의 중간 상태의 쉘층(140)에서 용매가 증발하면서 아가로스 층 내부에 자성입자가 고정되어 고체 상태의 쉘층(140)을 형성할 수 있다. 여기서, 용매는 물일 수 있다.
본 발명의 입자구조체(100)의 제조방법은, 제3단계에서 생성된 제1입자구조체(101)와, 제1단계 내지 제3단계를 한번 더 수행하여 생성된 제2입자구조체(102)를 결합시키는 제4단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 상기와 같은 제1단계 내지 제3단계를 1차로 수행하면서, 약물입자(110)로써 제1약물입자(111)를 이용하고, 자성입자(130)로써 제1자성입자(131)를 이용하여, 제1코어체와 제1쉘층(141)을 구비하는 제1입자구조체(101)를 형성시킬 수 있다.
다음으로, 상기와 같은 제1단계 내지 제3단계를 2차로 수행하면서, 약물입자(110)로써 제2약물입자(112)를 이용하고, 자성입자(130)로써 제2자성입자(132)를 이용하여, 제2코어체와 제2쉘층(142)을 구비하는 제2입자구조체(102)를 형성시킬 수 있다.
그리고, 제1입자구조체(101)와 제2입자구조체(102)를 접촉시키면서 제1입자구조체(101)와 제2입자구조체(102)가 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자구조체(100)의 이용에 대한 모식도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자구조체(100)의 이동 및 온도변화에 의해 쉘층의 상변화로 쉘층(140)이 액상화 되면서 약물이 방출되는 이미지이다.
여기서, 도 5의 (a)와 도 6의 (a)는, 자기장의 이동에 의해 혈관(10)을 따라 이동하는 입자구조체(100)에 대한 사항을 나타내고, 도 5의 (b)와 도 6의 (b)는, 입자구조체(100)에 외부 교류 자기장을 제공하여 입자구조체(100)를 가열시키는 사항을 나타내며, 도 5의 (c)와 도 6의 (c)는, 쉘층(140) 외부로 약물입자(110)가 방출되는 사항을 나타낼 수 있다.
도 5의 (a)와 도 6의 (a)에서 보는 바와 같이, 혈관(10) 등에 인입된 입자구조체(100)에 자성체(20)가 직류 자기장을 제공하고, 자성체(20)를 이동시키는 경우, 자성체(20)의 이동에 따라 입자구조체(100)가 이동할 수 있다.
또한, 도 5의 (b)와 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이, 소정의 위치에 정지되어 있는 입자구조체(100)에 교류 자기장을 제공하는 경우, 자성입자(130)가 가열되면서 입자구조체(100)의 쉘층(140)이 가변될 수 있다.
그리고, 도 5의 (c)와 도 6의 (c)에서 보는 바와 같이, 쉘층(140)의 온도가 상승하면, 쉘층(140)의 두께가 얇아지다가 쉘층(140)이 파손되면서 약물입자(110)가 쉘층(140)의 외부로 방출될 수 있다.
상기와 같이, 자성체(20)를 이용하여 입자구조체(100)를 이동시킨 후 소정의 위치에 약물입자(110)를 방출할 수 있으므로, 혈관(10) 내부의 정확한 위치에서 정확한 시간에 약물입자(110) 등을 투입할 수 있어, 약물 치료의 효과를 향상시킬 수 있다.
그리고, 약물입자(110) 주위에 이중으로 막을 형성시키는 공정을 연속으로 수행할 수 있으므로, 코어-쉘 구조를 구비하는 입자구조체(100)를 균일하게 대량 생산할 수 있다는 것이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 혈관
20 : 자성체
100 : 입자구조체
101 : 제1입자구조체
102 : 제2입자구조체
110 : 약물입자
111 : 제1약물입자
112 : 제2약물입자
120 : 내부막
121 : 제1내부막
122 : 제2내부막
130 : 자성입자
131 : 제1자성입자
132 : 제2자성입자
140 : 쉘층
141 : 제1쉘층
142 : 제2쉘층
210 : 인젝션튜브
220 : 컬렉션튜브
230 : 외부튜브

Claims (13)

  1. 치료에 이용되는 약물입자를 포함하는 제1물질로 형성되고 상기 약물입자의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되는 내부막을 구비하는 코어체; 및
    액체인 제2물질로 형성되고 상기 코어체의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며, 내부에 자성을 띠는 자성입자를 구비하는 쉘층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성입자는 초상자성체(superparamagnetic)로 형성되는 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1물질은, 상기 약물입자를 포함하는 오일 상 유체로써 상기 제2물질과 계면장력 차이에 의해 섞이지 않는 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1물질과 상기 제2물질의 계면장력과 점도 차이로 인해 코어-쉘 형태의 구형 또는 덤벨형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2물질은, 아가로스(agarose)와 나노/마이크로 자성입자가 분산된 수용액을 포함하며, 상기 아가로스의 비율은 1 내지 2 wt%인 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2물질에서, 상기 아가로스는, 물에 융해되며, 실온에서 고체(겔) 상태이고, 40C 이상에서는 액체상태로 상이 변하는 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체.
  7. 치료에 이용되는 제1약물입자를 포함하는 오일 상 유체인 제1-1물질 및, 가열상태(40C 이상)에서는 액체인 제2-1물질로 상기 제1-1물질의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며 내부에 자성을 띠는 제1자성입자를 구비하는 제1쉘층을 포함하는 제1입자구조체; 및
    치료에 이용되는 제2약물입자를 포함하는 오일 상 유체인 제1-2물질 및, 가열상태(40C 이상)에서는 액체인 제2-2물질로 상기 제1-2물질의 외부를 감싸는 막의 형상으로 형성되며 내부에 자성을 띠는 제2자성입자를 구비하는 제2쉘층을 포함하는 제2입자구조체를 포함하고,
    상기 제1입자구조체와 상기 제2입자구조체는 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체.
  8. 청구항 1의 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체의 제조방법에 있어서,
    원형 단면을 구비하는 유리 모세관으로써 물질을 주입할 수 있는 인젝션튜브와 원형 단면을 구비하는 유리 모세관으로써 액적이 형성되어 모이는 컬렉션튜브를 단면이 정사각형으로 형성된 유리 모세관인 외부튜브 내부에 삽입하여 유리모세관 기반 미세유체 소자를 제작하는 제1단계;
    상기 인젝션튜브에 내부물질로써 상기 약물입자를 포함한 상기 제1물질을 주입하고, 상기 외부튜브에 중간물질을 주입하며, 상기 외부튜브와 상기 컬렉션튜브 사이로 계면활성제를 포함하고 있는 수용액의 외부물질을 주입하여, 전단력와 계면장력에 의해 이중 유화액적인 입자구조체를 형성하는 제2단계; 및
    상기 입자구조체의 중간 상태의 쉘층에서 용매가 증발하면서 아가로스 층 내부에 자성입자가 고정되어 고체 상태의 상기 쉘층을 형성하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 중간물질은, 상기 제2물질과 계면활성제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체의 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 외부물질은, 실리콘 오일과 계면활성제의 혼합물 또는 미네랄 오일과 계면활성제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체의 제조방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 외부물질에 포함된 오일의 점도는 40 내지 60 cSt 인 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체의 제조방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 인젝션튜브의 내경은 상기 컬렉션튜브의 내경 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체의 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 제3단계에서 생성된 제1입자구조체와, 상기 제1단계 내지 상기 제3단계를 한번 더 수행하여 생성된 제2입자구조체를 결합시키는 제4단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자성입자를 이용한 약물전달 및 방출 코어-쉘 구조의 입자구조체의 제조방법.
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