KR20230138762A - 다공성 무기입자, 및 이를 이용한 복합 필러, 제품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 칼슘계 입자의 소결체, 및 상기 소결체에 분포한 기공을 포함하고, 기공율이 높은 코어 및 상기 코어에 비해 기공율이 낮은 쉘의 코어-쉘 구조를 가지며, 상기 칼슘계 입자는 최대직경이 10 nm 내지 500 nm인 제1 칼슘계 입자, 및 최대직경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 제2 칼슘계 입자를 포함하는 다공성 무기입자, 및 이를 이용한 복합 필러, 제품에 관한 것이다.
Description
본 발명은 다공성 무기입자, 및 이를 이용한 복합 필러, 제품에 관한 것이다.
필러(Filler)는 주름이나 패인 흉터 등에 주사하거나 삽입하는 보완 재료나 내용물로서, 주름, 흉터, 미용성형과 볼륨유지가 필요한 성대 등 인체장기 등에 광범위하게 사용된다.
필러는 유지시기에 따라 영구적, 반영구적, 일시적인 필러로 분류되며, 구체적인 예로는 콜라겐, 지방, 히알루론산, 하이드록시 아파타이트, 폴리 메타크릴, 보톡스 등이 있다.
종래 사용되어 온 히알루론산 필러는 시술 부위의 볼륨감을 채워주는 효과가 있지만 피부 탄성을 근본적으로 개선하지는 못하며 분해속도가 너무 빨라 필러 유지 기간이 짧다는 단점이 있었다.
또한, 칼슘 필러는 천연 콜라겐 생성을 촉진시켜 근본적인 피부 개선 효과가 있으며 분해 속도가 느려 유지 기간이 길다는 장점이 있으나, 그만큼 생체 활성능이 낮아 피부 개선 효과가 더디게 나타난다는 단점이 있다.
이러한 단일 성분 필러의 한계를 극복하기 위해, 카복시메틸셀룰로오스와같은 생체 적합성 고분자와 칼슘입자를 혼합한 복합 필러를 사용하는 방안이 제안되었다. 카복시메틸셀룰로오스 및 칼슘입자 복합 필러는 단일 성분 필러의 한계를 극복하고 초기 볼륨 유지 후 칼슘 입자의 조직 자극을 통한 천연 콜라겐 생성으로 피부 자체의 개선 효과가 있었다.
그러나, 기존에 사용되고 있는 카복시메틸셀룰로오스 및 칼슘입자 복합 필러에 적용되는 칼슘입자는 매끄러운 표면을 갖는 구형의 고밀도 고형 입자로, 생체 활성능이 낮은 한계가 있었다. 또한, 카복시메틸셀룰로오스의 낮은 생분해성으로 인해 교정 시술의 어려움이 있었다.
이에, 기존 칼슘입자 대비 생체 활성능이 향상되어 피부 개선 효과가 빠르게 나타나고 초기 볼륨 유지 및 교정 시술이 가능한 필러의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 생산효율성이 높고, 생체 활성능 및 강도가 우수한 다공성 무기입자를 제공하기 위한 관한 것이다.
또한, 본 발명은 생산효율성이 높은 방법으로 제조된 다공성 무기입자를 복합필러에 도입하여, 복합필러의 생체활성능을 높여 피부 개선 효과를 향상시키고, 생분해성이 높아 교정 시술이 가능한 복합 필러를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 생체 활성능이 향상된 복합 필러를 이용한 제품을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 명세서에서는, 칼슘계 입자의 소결체, 및 상기 소결체에 분포한 기공을 포함하고, 기공율이 높은 코어 및 상기 코어에 비해 기공율이 낮은 쉘의 코어-쉘 구조를 가지며, 상기 칼슘계 입자는 최대직경이 10 nm 내지 500 nm인 제1 칼슘계 입자, 및 최대직경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 제2 칼슘계 입자를 포함하는 다공성 무기입자를 제공한다.
본 명세서에서는, 또한 상기 다공성 무기입자; 및 생분해성 캐리어;를 포함하는 복합 필러를 제공한다.
본 명세서에서는 또한, 상기 복합 필러를 포함하는 제품이 제공된다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 다공성 무기입자, 및 이를 이용한 복합 필러, 제품에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서 명시적인 언급이 없는 한, 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
그리고, 본 명세서에서 '제 1' 및 '제 2'와 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용되며, 상기 서수에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위 내에서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로도 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소는 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
1. 다공성 무기 입자
발명의 일 구현예에 따르면, 칼슘계 입자의 소결체, 및 상기 소결체에 분포한 기공을 포함하고, 기공율이 높은 코어 및 상기 코어에 비해 기공율이 낮은 쉘의 코어-쉘 구조를 가지며, 상기 칼슘계 입자는 최대직경이 10 nm 내지 500 nm인 제1 칼슘계 입자, 및 최대직경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 제2 칼슘계 입자를 포함하는 다공성 무기입자가 제공될 수 있다.
본 발명자들은 상기 일 구현예의 다공성 무기입자는 기존의 고밀도 고형 입자 대비 기공율 및 비표면적이 높아 생체 활성능이 향상되어 필러의 시술 효과를 빠르게 유도하는 효과가 있으며, 입자 제조속도가 빠르고 추가 건조공정이 필요없어 생산성이 높으며 유기용매를 사용하지 않아 방폭 위험성 없이 안전한 분무 건조법을 통해 제조되어 생산 효율성이 극대화될 수 있다.
특히, 상기 다공성 무기입자는, 입자 최대직경으로 구분되는 2종의 칼슘계 입자를 포함함에 따라, 입자 내부에 기공율이 상이한 코어-쉘 구조를 가질 수 있게 되고, 이를 통해 충분한 다공도를 확보하여 생체 활성능을 높임과 동시에, 입자 자체의 강도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 입자 전체가 고른 다공성을 가지는 경우 입자 최외각에도 다공성 구조가 도입됨에 따라 입자의 강도가 약해지는 반면, 상기 일 구현예의 다공성 무기 입자는 입자 중심에 가까운 코어는 높은 다공성을 가지면서도, 입자 중심으로부터 멀어진 입자 외각의 쉘은 코어에 비해 다공도가 낮아 입자 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 일 구현예의 다공성 무기입자는 칼슘계 입자의 소결체를 포함할 수 있다. 상기 칼슘계 입자는 칼슘(calcium) 원소를 포함한 입자를 의미하며, 칼슘원소로만 이루어지거나, 칼슘원소 및 기타 원소가 혼합될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 칼슘계 입자는 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite)를 포함할 수 있다. 상기 하이드록시아파타이트는 인체의 치아 및 뼈를 구성하는 무기질인 인산칼슘 성분으로 생체 안정성이 높고, 천연 콜라겐 생성을 촉진시켜 근본적인 주름 개선의 효과가 있다.
상기 칼슘계 입자는 최대직경이 10 nm 내지 500 nm, 또는 10 nm 내지 400 nm,또는 10 nm 내지 300 nm, 10 nm 내지 250 nm, 또는 100 nm 내지 500 nm, 또는 100 nm 내지 400 nm, 또는 100 nm 내지 300 nm, 100 nm 내지 250 nm, 또는 150 nm 내지 500 nm, 또는 150 nm 내지 400 nm, 또는 150 nm 내지 300 nm, 150 nm 내지 250 nm인 제1 칼슘계 입자, 및 최대직경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 5 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 3 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 5 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 3 ㎛인 제2 칼슘계 입자를 포함할 수 있다. 즉, 상기 칼슘계 입자는 입자 최대직경으로 구분되는 2종의 입자를 함께 포함할 수 있다.
상기 칼슘계 입자의 직경이란 입자의 무게중심을 지나는 직선이 입자 최외각경계선과 만나는 두 지점 사이의 거리를 의미하며, 이러한 직경 가운데 가장 큰 값이 최대직경에 해당한다. 상기 칼슘계 입자의 최대직경을 측정하는 구체적인 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 TEM 또는 SEM 이미지를 통해 확인할 수 있다.
이처럼, 입자 최대직경으로 구분되는 2종의 칼슘계 입자를 포함함에 따라, 입자 내부에 기공율이 상이한 코어-쉘 구조를 가질 수 있게 되고, 이를 통해 충분한 다공도를 확보하여 생체 활성능을 높임과 동시에, 입자 자체의 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 칼슘계 입자의 형상은 크게 한정되지 않으며, 종래 알려진 하이드록시아파타이트의 다양한 형상이 제한없이 적용될 수 있다. 상기 칼슘계 입자의 형상의 일례를 들면, 구형, 막대형, 바늘형, 선형, 판형, 시트형 등을 들 수 있다. 상기 칼슘계 입자의 형상을 측정하는 구체적인 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 TEM 또는 SEM 이미지를 통해 확인할 수 있다.
다만, 일례를 들면 상기 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자의 형상이 구형일 수 있다. 상기 최대직경이 10 nm 내지 500 nm인 제1 칼슘계 입자의 형상이 구형인 경우, 분무건조법을 통해 다공성 무기입자를 제조시 구형으로 제조될 수 있다.
또한, 상기 최대직경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 제2 칼슘계 입자의 형상이 구형이 아닌 경우, 칼슘계 2차 입자의 표면 거칠기가 증가하여 체내 주입 시 높은 주입력이 요구되는 문제가 발생될 수 있다.
상기 제1 칼슘계 입자 1 중량부에 대하여, 제2 칼슘계 입자의 함량이 2 중량부 내지 10 중량부, 또는 2 중량부 내지 5 중량부, 또는 3 중량부 내지 10 중량부, 또는 3 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.
상기 제1 칼슘계 입자 1 중량부에 대하여, 제2 칼슘계 입자의 함량이 2 중량부 미만으로 지나치게 감소하면, 제2 칼슘계 입자에 의한 코어 형성이 충분치 않아 다공성 무기입자 코어의 높은 비표면적이 확보되기 어렵고 다공성 무기입자가 구형으로 제조되지 못하는 한계가 있다.
반면, 상기 제1 칼슘계 입자 1 중량부에 대하여, 제2 칼슘계 입자의 함량이 10 중량부 초과로 지나치게 증가하면, 제2 칼슘계 입자에 의한 기공 형성이 과해 제1 칼슘계 입자에 의한 쉘층 형성이 충분치 않아지면서 입자 강도가 약해지는 한계가 있다.
상기 칼슘계 입자의 소결체란, 상기 칼슘계 입자 다수 집합체에 대해 고온의 소결공정을 거쳐 얻어진 결과물을 의미한다. 상기 소결은 입자 다수 집합체인 분말을 녹는점 이하의 온도로 가열하였을 때, 분말이 녹으면서 서로 밀착하여 고결되는 현상을 의미한다. 즉, 상기 다공성 무기입자는 상기 칼슘계 1차입자 다수가 모여있는 칼슘계 분말의 소결을 통해 얻어진 2차 입자에 해당한다.
한편, 상기 다공성 무기입자는 상기 소결체에 분포한 기공을 포함할 수 있다. 상기 기공이 칼슘계 입자의 소결체에 분포함에 따라, 상기 다공성 무기입자가 다공성을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기공은 칼슘계 입자의 소결체의 내부 및/또는 표면에 분포할 수 있다.
상기 기공이란 칼슘계 입자의 소결체 내부의 빈 공간을 의미하며, 공극, 할로우(hollow), 구멍, 보이드(void) 등과 같은 의미로 사용될 수 있다. 본 명세서에서, "다공성 입자"란, 입자의 내부 및/또는 표면에 기공을 갖는 입자를 의미할 수 있다.
상기 다공성 무기 입자는 상기 소결체에 분포한 기공을 함유함에 따라, 기공에 의한 표면적 증가로 인해 소결체의 생체 활성능이 향상되어, 높은 피부 개선 효과가 빠르게 나타날 수 있다.
상기 기공은 후술하는 바와 같이, 상기 칼슘계 입자의 소결 과정으로부터 유도된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 기공은 상기 칼슘계 입자간의 소결시 소결 조건을 조절하여 칼슘계 입자 사이사이에 형성된 공간에 해당한다.
이때, 상기 다공성 무기입자는 기공율이 높은 코어 및 상기 코어에 비해 기공율이 낮은 쉘의 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 무게 중심으로부터 입자 최외각 경계선까지의 거리인 반직경을 기준으로, 다공성 무기입자의 무게중심에서부터 시작하여 반직경의 90%, 또는 80%, 또는 70%, 또는 60%, 또는 50%가 되는 지점 이내의 영역을 코어로 정의할 수 있다. 또한, 상기 코어를 벗어난 나머지 영역을 쉘로 정의할 수 있다.
구체적으로, 상기 다공성 무기입자의 코어 두께가 10 ㎛ 내지 45 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 42 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 40 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 22 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 코어 두께는 상기 다공성 무기입자의 무게 중심점으로부터, 상기 무게중심점을 지나는 직선이 코어 최외각 표면과 만나는 두 지점 간의 거리를 의미하며, 상기 다공성 무기입자의 코어 두께는 SEM으로 구할 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 코어 두께가 일정하지 않은 경우, 두께의 최대값 및 최소값의 산술평균값을 쉘층 두께로 구할 수 있다.
상술한 코어 두께 범위를 만족함에 따라 상기 다공성 무기입자는 코어에 의한 다공도 확보가 충분히 구현될 수 있다. 상기 코어 두께가 지나치게 감소하게 되면 다공도 확보가 어렵다.
즉, 상기 다공성 무기입자의 코어 직경 20 ㎛ 내지 90 ㎛, 또는 20 ㎛ 내지 84 ㎛, 또는 20 ㎛ 내지 80 ㎛, 또는 20 ㎛ 내지 44 ㎛, 또는 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 코어 직경이란 다공성 무기입자 내 코어의 무게중심을 지나는 직선이 코어 최외각경계선과 만나는 두 지점 사이의 거리를 의미하며, 이러한 직경 가운데 가장 큰 값이 최대직경에 해당한다. 상기 다공성 무기입자의 코어 직경을 측정하는 구체적인 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 SEM 이미지를 통해 확인할 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 코어 직경은 상술한 코어 두께의 대략 2배의 값에 해당한다.
상술한 코어 직경 범위를 만족함에 따라 상기 다공성 무기입자는 코어에 의한 다공도 확보가 충분히 구현될 수 있다. 상기 코어 직경이 지나치게 감소하게 되면 다공도 확보가 어렵다.
상기 다공성 무기입자의 쉘 두께가 0.1 ㎛ 내지 25 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 15 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 25 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 15 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 25 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 20 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 15 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 쉘 두께는 상기 다공성 무기입자의 무게 중심점으로부터, 상기 무게중심점을 지나는 직선이 쉘 최외각 표면과 만나는 지점과의 거리(L1)에서, 상기 코어 두께(L2)를 뺀 차이값(L1-L2)를 의미한다. 상기 다공성 무기입자의 쉘 두께는 SEM으로 구할 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 쉘 두께가 일정하지 않은 경우, 두께의 최대값 및 최소값의 산술평균값을 쉘 두께로 구할 수 있다.
상술한 쉘 두께 범위를 만족함에 따라 상기 다공성 무기입자는 쉘에 의한 강도 확보가 충분히 구현될 수 있다. 상기 쉘 두께가 지나치게 감소하게 되면 강도 확보가 어렵다.
보다 구체적으로, 상기 다공성 무기입자는 코어 직경과 쉘 두께의 비율(코어 직경:쉘 두께)이 1:1 내지 100:1, 또는 2:1 내지 100:1, 또는 5:1 내지 100:1, 또는 7:1 내지 100:1을 만족할 수 있다. 이러한 범위 내에서 코어에 의한 다공도 확보와 더불어 쉘에 의한 강도 확보가 동시에 가능하다.
상기 쉘의 기공율은 코어의 기공율 보다 낮을 수 있다. 하기 도면1 및 도면2에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 얻어진 다공성 무기입자는 코어에 많은 기공이 분포하고 있어 이를 통해 우수한 생체 활성능을 확보할 수 있고, 쉘에는 상대적으로 코어보다 적은 기공이 분포하거나 아예 기공이 없는 비다공성을 나타내어, 우수한 강도를 확보할 수 있다.
이는, 상기 다공서 무기입자를 제조하기위한 분무건조 중 상기 최대직경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 제2 칼슘계 입자가 다공성 무기입자의 코어 골격을 구성하고, 상기 제2 칼슘계 입자보다 최대직경이 작은 상기 최대직경이 10 nm 내지 500 nm인 제1 칼슘계 입자가 구성된 다공성 무기입자 코어 골격의 외곽으로 이동하면서 쉘을 형성하여, 코어의 대부분은 제2 칼슘계 입자, 쉘은 제2 칼슘계 입자 및 제1 칼슘계 입자로 구성되기 때문으로 보인다.
구체적으로, 상기 코어의 기공율은 60% 내지 80%일 수 있다. 또한 상기 쉘의 기공율은 0% 내지 60%일 수 있다. 상기 기공율은 SEM 이미지를 이용하여 분석하였다.
한편, 상기 제1 칼슘계 입자 전체의 70 부피% 이상이 쉘에 포함될 수 있다. 상기 다공성 무기입자는 제1 칼슘계 입자와 제2 칼슘계 입자를 포함하며, 상기 제1 칼슘계 입자 전체 중 70부피% 이상, 또는 80부피% 이상, 또는 90부피% 이상, 또는 100부피% 이하, 또는 70부피% 내지 100부피%, 또는 80부피% 내지 100부피%, 또는 90부피% 내지 100부피%은 상기 쉘에 존재할 수 있다.
상기 제1 칼슘계 입자 전체 중 70 부피% 이상이 쉘에 존재한다고 함은 상기 쉘에서 상기 제1 칼슘계 입자가 대부분 존재한다는 의미로 정의되며, 구체적으로 상기 제1 칼슘계 입자 전체 중 70 부피% 이상은 상기 제1 칼슘계 입자 전체의 부피를 측정하여 확인 가능하다.
상기 제1 칼슘계 입자와 제2 칼슘계 입자가 특정된 영역에 존재하는지 여부는 각각의 제1 칼슘계 입자 또는 제2 칼슘계 입자가 상기 특정된 영역 내에 입자 존재하는지 여부로 결정하며, 상기 특정 영역의 경계면에 걸쳐 존재하는 입자는 제외하고 결정한다.
반대로, 상기 제2 칼슘계 입자 전체 중 30부피% 이하, 또는 20부피% 이하, 또는 10부피% 이하, 또는 0부피% 이상, 또는 0부피% 내지 30부피%, 또는 0부피% 내지 20부피%, 또는 0부피% 내지 10부피%은 상기 쉘에 존재할 수 있다.
한편, 상기 제2 칼슘계 입자 전체의 70 부피% 이상이 코어에 포함될 수 있다. 상기 다공성 무기입자는 제1 칼슘계 입자와 제2 칼슘계 입자를 포함하며, 상기 제2 칼슘계 입자 전체 중 70부피% 이상, 또는 80부피% 이상, 또는 90부피% 이상, 또는 100부피% 이하, 또는 70부피% 내지 100부피%, 또는 80부피% 내지 100부피%, 또는 90부피% 내지 100부피%은 상기 코어에 존재할 수 있다.
상기 제2 칼슘계 입자 전체 중 70 부피% 이상이 코어에 존재한다고 함은 상기 코어에서 상기 제2 칼슘계 입자가 대부분 존재한다는 의미로 정의되며, 구체적으로 상기 제2 칼슘계 입자 전체 중 70 부피% 이상은 상기 제2 칼슘계 입자 전체의 부피를 측정하여 확인 가능하다.
반대로, 상기 제1 칼슘계 입자 전체 중 30부피% 이하, 또는 20부피% 이하, 또는 10부피% 이하, 또는 0부피% 이상, 또는 0부피% 내지 30부피%, 또는 0부피% 내지 20부피%, 또는 0부피% 내지 10부피%은 상기 코어에 존재할 수 있다.
상기 구현예의 다공성 무기입자에서, 상기 제1 칼슘계 입자 전체의 70 부피% 이상이 포함된 쉘과 상기 제2 칼슘계 입자 전체 중 70 부피% 이상이 포함된 코어를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 다공성 무기입자에서는 상기 코어 내에 제2 칼슘계 입자가 주로 분포하고 상기 쉘층 내에는 제1 칼슘계 입자가 주로 분포할 수 있다.
한편, 상기 다공성 무기입자는, 생체적합성 바인더, 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자를 포함한 복합입자의 열처리 결과물을 포함할 수 있다. 상기 생체적합성 바인더, 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자를 포함한 복합입자의 열처리를 통해, 생체적합성 바인더는 열분해로 제거되고, 칼슘계 입자간의 부분적인 소결이 진행되면서 칼슘계 입자 내부에 미세한 기공을 도입할 수 있다. 상기 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자에 대한 내용은 상술한 내용을 모두 포함할 수 있다.
상기 생체적합성 바인더의 중량평균분자량은 100000 g/mol 내지 200000 g/mol, 또는 140000 g/mol 내지 190000 g/mol일 수 있다. 본 명세서에서, 중량 평균 분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 의미한다. 상기 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 측정하는 과정에서는, 통상적으로 알려진 분석 장치와 시차 굴절 검출기(Refractive Index Detector) 등의 검출기 및 분석용 컬럼을 사용할 수 있으며, 통상적으로 적용되는 온도 조건, 용매, flow rate를 적용할 수 있다. 상기 측정 조건의 구체적인 예를 들면, Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300mm 길이 칼럼을 이용하여 Waters PL-GPC220 기기를 이용하여, 평가 온도는 160 ℃이며, 1,2,4-트리클로로벤젠을 용매로서 사용하였으며 유속은 1mL/min의 속도로, 샘플은 10mg/10mL의 농도로 조제한 다음, 200 μL 의 양으로 공급하며, 폴리스티렌 표준을 이용하여 형성된 검정 곡선을 이용하여 Mw 의 값을 구할 수 있다. 폴리스티렌 표준품의 분자량은 2,000 / 10,000 / 30,000 / 70,000 / 200,000 / 700,000 / 2,000,000 / 4,000,000 / 10,000,000의 9종을 사용하였다.
상기 생체적합성 바인더는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 카복시메틸셀룰로오스, 및 폴리에틸렌글라이콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다. 즉, 상기 생체적합성 바인더는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 카복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글라이콜, 또는 이들의 2종 이상 혼합물인 고분자를 포함할 수 있다.
보다 구체적인 일례를 들면, 상기 생체적합성 바인더는 폴리비닐알코올일 수 있다. 상기 폴리비닐알코올은 끓는점이 228 ℃로, 228 ℃ 이상의 온도에서 기화되면서 제거가 가능하다.
이에, 상기 복합입자의 열처리는 상기 복합입자를 450 ℃ 내지 550 ℃의 온도로 1차 열처리하고, 600 ℃ 내지 1200 ℃의 온도로 2차 열처리하는 것일 수 있다. 상기 복합입자를 450 ℃ 내지 550 ℃, 또는 480 ℃ 내지 520 ℃의 온도로 1차 열처리하는 과정에서, 생체적합성 바인더가 기화되면서 열분해로 제거된다.
보다 구체적으로, 상기 1차 열처리는 2 ℃/분 내지 8 ℃/분, 또는 4 ℃/분 내지 6 ℃/분의 승온 속도로 450 ℃ 내지 550 ℃, 또는 480 ℃ 내지 520 ℃의 온도까지 승온 시킨 후, 450 ℃ 내지 550 ℃, 또는 480 ℃ 내지 520 ℃의 온도에서 1시간 내지 3시간 열처리할 수 있다.
또한, 상기 복합입자를 600 ℃ 내지 1200 ℃, 또는 600 ℃ 내지 1000 ℃의 온도로 2차 열처리하는 과정에서, 기공 및 칼슘계 입자를 포함한 복합입자의 소결이 진행되면서, 상술한 칼슘계 입자의 소결체, 및 상기 소결체에 분포한 기공을 포함한 다공성 무기입자가 형성될 수 있다.
상기 2차 열처리 과정에서 소결온도가 600 ℃ 미만으로 지나치게 감소하면, 소결체의 충분한 강도 확보가 어렵고, 소결온도가 1200 ℃ 초과로 지나치게 증가하면 기공이 모두 제거되어 비다공성 무기입자가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 2차 열처리는 2 ℃/분 내지 8 ℃/분, 또는 4 ℃/분 내지 6 ℃/분의 승온 속도로 600 ℃ 내지 1200 ℃의 온도까지 승온 시킨 후, 600 ℃ 내지 1200 ℃의 온도에서 1시간 내지 3시간 열처리할 수 있다.
한편, 상기 생체적합성 바인더 1 중량부에 대하여, 상기 칼슘계 입자의 함량이 30 중량부 이상, 또는 40 중량부 이상, 또는 50 중량부 이상, 또는 100 중량부 이하, 또는 90 중량부 이하, 또는 80 중량부 이하, 또는 70 중량부 이하, 또는 60 중량부 이하, 또는 30 중량부 내지 100 중량부, 또는 40 중량부 내지 100 중량부, 또는 50 중량부 내지 100 중량부, 또는 30 중량부 내지 90 중량부, 또는 40 중량부 내지 90 중량부, 또는 50 중량부 내지 90 중량부, 또는 30 중량부 내지 80 중량부, 또는 40 중량부 내지 80 중량부, 또는 50 중량부 내지 80 중량부, 또는 30 중량부 내지 70 중량부, 또는 40 중량부 내지 70 중량부, 또는 50 중량부 내지 70 중량부, 또는 30 중량부 내지 60 중량부, 또는 40 중량부 내지 60 중량부, 또는 50 중량부 내지 60 중량부일 수 있다.
이때 상기 칼슘계 입자의 함량은 제1 칼슘계 입자와 제2 칼슘계 입자의 함량 합계를 의미한다.
상기 생체적합성 바인더 1 중량부에 대하여, 상기 칼슘계 입자의 함량이 지나치게 증가하게 되면 상대적인 바인더 중량 감소로 인해 분무건조 시 복합입자가 형성되기 어렵다. 반면, 상기 생체적합성 바인더 1 중량부에 대하여, 상기 칼슘계 입자의 함량이 지나치게 감소하게 되면 상대적인 칼슘계 입자 중량 감소로 인해 소결 이후 복합입자 강도가 낮아 형태를 유지하기 어려워 입자형태가 찌그러질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 생체적합성 바인더 1 중량부에 대하여, 상기 제1 칼슘계 입자의 함량이 5 중량부 내지 30 중량부, 또는 5 중량부 내지 20 중량부, 또는 5 중량부 내지 15 중량부일 수 있다. 또한, 상기 생체적합성 바인더 1 중량부에 대하여, 상기 제2 칼슘계 입자의 함량이 35 중량부 내지 100 중량부, 또는 35 중량부 내지 50 중량부, 또는 35 중량부 내지 45 중량부일 수 있다.
또한, 상기 제1 칼슘계 입자 1 중량부에 대하여, 제2 칼슘계 입자의 함량이 2 중량부 내지 10 중량부, 또는 2 중량부 내지 5 중량부, 또는 3 중량부 내지 10 중량부, 또는 3 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.
한편, 상기 생체적합성 바인더, 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자를 포함한 복합입자는 생체적합성 바인더, 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자를 포함한 조성물의 분무건조물일 수 있다. 상기 분무건조물이란 생체적합성 바인더, 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자를 포함한 조성물의 분무건조를 진행한 결과물을 의미한다. 상기 분무건조는 입자 제조속도가 빠르고 추가 건조공정이 필요가 없어 생산성이 높으며 유기용매를 사용하지 않아 방폭 위험성 없이 안전한 분무 건조법을 통해 제조되어 생산 효율성이 극대화할 수 있다.
이에, 입자 형성에 사용될 수 있는 또 다른 제조법인 에멀전법에 비해 현저한 효과상 장점을 가질 수 있다. 상기 에멀전법의 경우, 에멀전 형성을 위해 오일이나 유기용매를 추가로 사용해야 하며, 세척 및 건조 공정이 반드시 수반되어야 하므로 생산성이 떨어지는 한계가 있기 때문이다.
상기 복합입자의 형상은 크게 한정되지 않으나, 일례를 들면, 구형을 들 수 있다. 상기 복합입자의 형상을 측정하는 구체적인 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 SEM 이미지를 통해 확인할 수 있다.
상기 복합입자의 최대직경의 평균값이 1 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 복합입자의 직경이란 입자의 무게중심을 지나는 직선이 입자 경계선과 만나는 두 지점 사이의 거리를 의미하며, 이러한 직경 가운데 가장 큰 값이 최대직경에 해당한다. 또한, 상기 복합입자 다수에 대해 최대직경을 각각 측정하고, 이들의 산술평균을 구한 값을 최대직경의 평균값이라 한다. 상기 복합입자의 최대직경을 측정하는 구체적인 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 SEM 이미지를 통해 확인할 수 있다
상기 복합입자는 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 최대직경의 평균값을 갖는 개별 입자의 군(group)일 수 있으며, 이러한 군(group)에 포함되는 개별 미립자는 평균적으로 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 최대직경을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 군(group)에 포함되는 개별 미립자의 95%, 또는 99%가 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 최대직경을 가질 수 있다.
상기 다공성 무기입자의 형상은 크게 한정되지 않으나, 일례를 들면, 구형을 들 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 형상을 측정하는 구체적인 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 SEM 이미지를 통해 확인할 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 형상이 구형을 만족함에 따라, 낮은 주입력으로 체내 주사가 가능하며 체내에서 낮은 면역 반응을 유도할 수 있다.
또한, 상기 다공성 무기입자의 비표면적이 0.1 m2/g 초과, 또는 0.5 m2/g 이상, 또는 1 m2/g 이상, 또는 3 m2/g 이상, 또는 4 m2/g 이상, 또는 5 m2/g 이상, 또는 10 m2/g 이하, 또는 0.1 m2/g 초과 10 m2/g 이하, 또는 0.5 m2/g 내지 10 m2/g, 또는 1 m2/g 내지 10 m2/g, 또는 3 m2/g 내지 10 m2/g, 또는 4 m2/g 내지 10 m2/g, 또는 5 m2/g 내지 10 m2/g일 수 있다. 상기 비표면적은 BET analyzer를 이용하여 측정하였다. 상기 다공성 무기입자의 비표면적이 상술한 범위를 만족함에 따라, 기존의 고밀도 고형 입자 대비 기공율 및 비표면적이 높아 생체 활성능이 향상되어 필러의 시술 효과를 빠르게 유도하는 효과 구현이 가능하다. 반면, 상기 다공성 무기입자의 비표면적이 0.1 m2/g 이하 등으로 지나치게 감소하게 되면, 기존의 고밀도 고형 입자와 같이 기공율 및 비표면적이 낮아 생체 활성능이 감소하면서 필러의 시술 효과가 떨어져 많은 양의 입자가 필요한 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 다공성 무기입자의 비표면적이 지나치게 증가하게 되면, 무기입자 소결체의 강도가 낮아져 복합 필러 제조 시 사용 가능한 공정이 제한적인 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 다공성 무기입자의 총 기공부피가 0.001 cm3/g 이상, 또는 0.01 cm3/g 이상, 또는 0.013 cm3/g 이상, 또는 0.015 cm3/g 이상, 또는 0.05 cm3/g 이하, 또는 0.001 cm3/g 내지 0.05 cm3/g, 또는 0.01 cm3/g 내지 0.05 cm3/g, 또는 0.013 cm3/g 내지 0.05 cm3/g, 또는 0.015 cm3/g 내지 0.05 cm3/g일 수 있다. 상기 총 기공부피는 상기 다공성 무기입자에 함유된 기공 전체의 부피 합계를 의미하며, BET analyzer를 이용하여 측정하였다. 상기 다공성 무기입자의 총 기공부피가 상술한 범위를 만족함에 따라, 기존의 고밀도 고형 입자 대비 기공율 및 비표면적이 높아 생체 활성능이 향상되어 필러의 시술 효과를 빠르게 유도하는 효과 구현이 가능하다. 반면, 상기 다공성 무기입자의 총 기공부피가 0.001 cm3/g 미만 등으로 지나치게 감소하게 되면, 기존의 고밀도 고형 입자와 같이 기공율 및 비표면적이 낮아 생체 활성능이 감소하면서 필러의 시술 효과가 떨어져 많은 양의 입자가 필요한 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 다공성 무기입자의 총 기공부피가 지나치게 증가하게 되면, 무기입자 소결체의 강도가 낮아져 복합 필러 제조 시 사용 가능한 공정이 제한적인 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 다공성 무기입자의 최대직경의 평균값이 1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 45 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 45 ㎛일 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 직경이란 입자의 무게중심을 지나는 직선이 입자 경계선과 만나는 두 지점 사이의 거리를 의미하며, 이러한 직경 가운데 가장 큰 값이 최대직경에 해당한다. 또한, 상기 다공성 무기입자 다수에 대해 최대직경을 각각 측정하고, 이들의 산술평균을 구한 값을 최대직경의 평균값이라 한다. 상기 다공성 무기입자의 최대직경을 측정하는 구체적인 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 SEM 이미지를 통해 확인할 수 있다.
상기 다공성 무기입자는 1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 45 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 45 ㎛의 최대직경의 평균값을 갖는 개별 입자의 군(group)일 수 있으며, 이러한 군(group)에 포함되는 개별 미립자는 평균적으로 1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 45 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 45 ㎛의 최대직경을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 군(group)에 포함되는 개별 미립자의 95%, 또는 99%가 1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 45 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 1000 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 40 ㎛ 내지 45 ㎛의 최대직경을 가질 수 있다.
상기 다공성 무기입자의 최대직경의 평균값이 상술한 범위를 만족함에 따라, 체내 부작용 및 시술 통증이 없으면서도 피부 개선 효과를 최대화시킬 수 있다. 상기 다공성 무기입자의 최대직경의 평균값이 1 ㎛ 미만 등으로 지나치게 감소하게 되면, 체내에서 지나친 이물 반응을 유발하는 문제가 발생할 수 있는 반면, 상기 다공성 무기입자의 최대직경의 평균값이 1000 ㎛ 초과 등으로 지나치게 증가하게 되면, 입자 질량 당 비표면적이 감소하여 시술 효과를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 시술 시 큰 통증을 유발하는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 다공성 무기입자는 압축강도가 20 MPa 이상, 또는 21 MPa 이상, 또는 22 MPa 이상, 또는 30 MPa 이상, 또는 35 MPa 이상, 또는 100 MPa 이하, 또는 70 MPa 이하, 또는 20 MPa 내지 100 MPa, 또는 21 MPa 내지 100 MPa, 또는 22 MPa 내지 100 MPa, 또는 30 MPa 내지 100 MPa, 또는 35 MPa 내지 100 MPa, 또는 20 MPa 내지 70 MPa, 또는 21 MPa 내지 70 MPa, 또는 22 MPa 내지 70 MPa, 또는 30 MPa 내지 70 MPa, 또는 35 MPa 내지 70 MPa 일 수 있다.
상기 압축강도는 상기 다공성 무기입자가 일축압축시험에서 단일 방향으로 압축하는 힘을 받아 파괴될 때 단위면적당 하중으로 정의되며, 이를 측정하는 방법, 장비의 예는 크게 한정되지 않고, 종래 미세 입자의 압축강도 측정법을 제한없이 적용할 수 있다. 일례를 들면, 미세압축장비를 통해 압축강도를 측정할 수 있다.
상기 다공성 무기입자는 압축강도가 상기 범위를 만족함에 따라, 높은 강도를 통해 입자 형태를 안정적으로 유지할 수 있다. 반면, 상기 압축강도가 20 MPa 미만 등으로 지나치게 감소하면, 입자 강도가 낮아 형태를 유지하기 어려워 입자형태가 찌그러질 수 있다.
2. 복합 필러
발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 일 구현예의 다공성 무기입자; 및 생분해성 캐리어;를 포함하는 복합 필러가 제공될 수 있다.
본 발명자들은 상기 다른 구현예의 복합 필러의 경우, 상기 일 구현예의 다공성 무기입자를 생분해성 캐리어와 함께 포함시켜, 생분해성 캐리어의 안정성과 다공성 무기입자의 생체 활성능을 결합하여 단일 성분 필러의 한계를 극복하고 초기 볼륨 유지 후 다공성 무기입자의 조직 자극을 통한 천연 콜라겐 생성으로 피부 자체의 개선 효과가 있다는 점을 실험을 통해 확인하고 발명을 완성하였다.
특히, 상기 다공성 무기입자는 기존의 고밀도 고형 입자 대비 기공율 및 비표면적이 높아 생체 활성능이 향상되어 필러의 시술 효과를 빠르게 유도하는 효과가 있으며, 입자 제조속도가 빠르고 추가 건조공정이 필요없어 생산성이 높으며 유기용매를 사용하지 않아 방폭 위험성 없이 안전한 분무 건조법을 통해 제조되어 생산 효율성이 극대화될 수 있다.
상기 다른 구현예의 복합 필러에 함유된 다공성 무기입자는 상술한 바와 같이, 칼슘계 입자의 소결체, 및 상기 소결체에 분포한 기공을 포함함에 따라, 생체 활성능이 향상되어 피부 개선 효과가 빠르게 나타나는 효과가 있다. 상기 다공성 무기입자에 대한 내용은 상기 일 구현예에서 상술한 내용을 모두 포함한다.
한편, 상기 복합 필러는 생분해성 캐리어를 포함할 수 있다. 상기 생체적합성 바인더는 복합 필러의 기재(substrate), 모체 혹은 캐리어(carrier)로서 작용하며, 후술하는 바와 같이, 상기 생분해성 캐리어 내부 혹은 외부에 다공성 무기입자가 분산될 수 있다.
상기 생분해성 캐리어의 예가 크게 한정되는 것은 아니며, 필러 분야에서 널리 사용되는 다양한 생분해성 캐리어가 제한없이 적용가능하다. 일례를 들어 설명하면, 상기 생분해성 캐리어의 예로는 젤라틴, 히알루론산(Hyaluronic acid: HA), 카르복시메틸셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose: CMC), 콘드로이틴(설페이트), 덱스트란(설페이트), 키토산, 콜라겐, 카르복시메틸 키틴(carboxymethyl chitin), 피브린, 풀루란(pullulan), 폴리락타이드, 폴리글리코라이드(PGA), 폴리락타이드-글리코라이드 공중합체(PLGA), 폴리안하이드라이드(polyanhydride), 폴리오르쏘에스테르(polyorthoester), 폴리에테르에스테르(polyetherester), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 싸이클로덱스트린, 폴록사머 (poloxamer), 또는 이들의 2종 이상 혼합물 등을 들 수 있다.
바람직하게는 상기 생분해성 캐리어로 히알루론산을 포함할 수 있다. 상기 히알루론산은 동물 등의 피부에 많이 존재하는 생체 합성 천연 물질로서, 수산화기(-OH)가 많기 때문에 친수성 물질이며, 동물 등의 피부에서 보습 작용의 역할을 한다. 인간의 피부에도 존재하며, 보습 작용이 있으므로 화장품 등에 많이 들어있다. 다양한 상피세포에서 발현되어 있는 CD44단백질과 반응하여 다양한 생리적 작용을 조절한다.
상기 복합 필러는 상기 생분해성 캐리어 100 중량부에 대하여, 상기 다공성 무기입자를 1 중량부 내지 50 중량부, 또는 1 중량부 내지 30 중량부, 또는 1 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 생분해성 캐리어 100 중량부에 대하여, 상기 다공성 무기입자 함량이 지나치게 감소하게 되면, 생체 활성능에 의한 피부 개선 효과가 나타나지 않을 수 있다. 또한, 상기 생분해성 캐리어 100 중량부에 대하여, 상기 다공성 무기입자 함량이 지나치게 증가하게 되면, 복합 필러 내 다공성 무기입자가 불균일하게 분산되고 체내로의 원활한 주입이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 복합 필러는 하기 수학식1에 의한 생체 활성도가 15 mg/(kg·g) 이상, 또는 16 mg/(kg·g) 이상, 또는 17 mg/(kg·g) 이상, 또는 18 mg/(kg·g) 이상, 또는 19 mg/(kg·g) 이상, 또는 100 mg/(kg·g) 이하, 또는 15 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 16 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 17 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 18 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 19 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g)일 수 있다.
[수학식1]
생체 활성도 = {[체액 내 이온(칼슘 이온, 또는 인 이온 중 하나) 함량(mg/kg)] - [체액에 복합 필러를 8일간 담군 후, 체액 내 이온(칼슘 이온, 또는 인 이온 중 하나) 함량(mg/kg)]}／(복합 필러 내 무기입자 함량(g))
상기 복합 필러는 상기 수학식1에 의한 생체 활성도가 상기 범위를 만족함에 따라, 생체 활성능이 향상되어 피부 개선 효과가 빠르게 나타나고 초기 볼륨 유지 및 교정 시술이 가능하다.
반면, 상기 수학식1에 의한 생체 활성도가 15 mg/(kg·g) 미만 등으로 지나치게 감소하면, 생체 활성능이 낮아 피부 개선 효과가 더디게 나타난다는 단점이 있다.
보다 구체적으로, 상기 복합 필러는 하기 수학식2에 의한 생체 활성도가 21 mg/(kg·g) 이상, 또는 22 mg/(kg·g) 이상, 또는 23 mg/(kg·g) 이상, 또는 25 mg/(kg·g) 이상, 또는 28 mg/(kg·g) 이상, 또는 29 mg/(kg·g) 이상, 또는 100 mg/(kg·g) 이하, 또는 21 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 22 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 23 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 25 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 28 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 29 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g)일 수 있다.
[수학식2]
생체 활성도 = {[체액 내 칼슘 이온 함량(mg/kg)] - [체액에 복합 필러를 8일간 담군 후, 체액 내 칼슘 이온 함량(mg/kg)]}／(복합 필러 내 무기입자 함량(g)).
또한, 상기 복합 필러는 하기 수학식3에 의한 생체 활성도가 15 mg/(kg·g) 이상, 또는 16 mg/(kg·g) 이상, 또는 17 mg/(kg·g) 이상, 또는 18 mg/(kg·g) 이상, 또는 19 mg/(kg·g) 이상, 또는 21 mg/(kg·g) 이상, 또는 22 mg/(kg·g) 이상, 또는 100 mg/(kg·g) 이하, 또는 15 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 16 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 17 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 18 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 19 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 21 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g), 또는 22 mg/(kg·g) 내지 100 mg/(kg·g)일 수 있다.
[수학식3]
생체 활성도 = {[체액 내 인 이온 함량(mg/kg)] - [체액에 복합 필러를 8일간 담군 후, 체액 내 인 이온 함량(mg/kg)]}／(복합 필러 내 무기입자 함량(g)).
한편, 상기 복합 필러는 필요에 따라, 필러에 통상적으로 포함되는 다양한 첨가제 성분, 예를 들어 글리세린 등의 윤활제, 인산 완충액 등이 더 포함될 수 있다.
3. 제품
발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 다른 구현예의 복합 필러를 포함하는 제품이 제공될 수 있다. 상기 복합 필러에 대한 내용은 상기 다른 구현예에서 상술한 내용을 모두 포함한다.
상기 제품의 예는 크게 한정되지 않으며, 필러를 적용하는 용도에 따라 제한없이 적용가능하다. 상기 제품의 일례를 들면, 식품, 의약품, 화장품 등을 들 수 있다.
본 발명에 따르면, 생산효율성이 높고, 생체 활성능 및 강도가 우수한 다공성 무기입자 및 이를 이용한 복합 필러 및 제품이 제공될 수 있다.
도 1은 실시예1에서 얻은 다공성 무기입자의 표면 및 단면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2은 실시예2에서 얻은 다공성 무기입자의 표면 및 단면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 비교예1에서 얻은 다공성 무기입자의 표면 및 단면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 비교예2에서 얻은 다공성 무기입자의 표면 및 단면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2은 실시예2에서 얻은 다공성 무기입자의 표면 및 단면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 비교예1에서 얻은 다공성 무기입자의 표면 및 단면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 비교예2에서 얻은 다공성 무기입자의 표면 및 단면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예1
(1) 다공성 무기입자의 제조
물에 폴리바이닐 알코올(PVA, 중량평균 분자량 146,000~186,000 Da, 99+% hydrolyzed)을 90 ℃에서 교반하여 1 중량% PVA 수용액을 제조하였다.
상기 PVA 수용액에 최대직경이 200 nm인 구형 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, HAp) 분말(제1HAp) 및 최대직경이 2.5 ㎛인 구형 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, HAp) 분말(제2HAp)을 제1HAp/제2HAp/PVA의 중량비율이 10/40/1을 만족하도록 투입하여 현탁액을 제조하였다.
상기 현탁액을 분무건조(Buchi mini spray dryer B-290)하고 건조가 완료되면 입자를 수득하여, 도가니에 담아 box furnace 내에서 500 ℃로 2시간을 유지하며 PVA를 제거한 후, 다시 1000 ℃에서 2시간 동안 소결시켜 다공성 무기입자를 제조하였다.
(2) 복합 필러의 제조
상기 다공성 무기입자 0.4 g를 히알루론산 9.6 g과 혼합하여 복합 필러를 제조하였다.
실시예2
하기 표1과 같이, 소결 온도를 1200 ℃로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 방법으로 다공성 무기입자 및 복합 필러를 제조하였다.
<비교예>
비교예1
하기 표1과 같이, 제1HAp를 사용하지 않고, 최대직경이 2.5 ㎛인 구형 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, HAp) 분말(제2HAp)을 제1HAp/제2HAp/PVA의 중량비율이 0/50/1로 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예2와 동일한 방법으로 다공성 무기입자 및 복합 필러를 제조하였다.
비교예2
하기 표1과 같이, 제2HAp를 사용하지 않고, 최대직경이 150nm인 바늘형 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, HAp) 분말(제1HAp)을 제1HAp/제2HAp/PVA의 중량비율이 12/0/1로 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예2와 동일한 방법으로 다공성 무기입자 및 복합 필러를 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 무기입자와 복합 필러에 대하여, 하기 방법으로 물성을 측정하였으며, 그 결과를 표1, 표2 및 도면에 나타내었다.
1. 입자 형상
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 무기입자에 대하여, SEM 이미지를 통해 표면 및 단면의 형상을 확인하고, 이를 도면 1 내지 4에 각각 나타내었다.
2. 입자 크기
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 무기입자에 대하여, SEM 이미지를 통해 100개의 입자별 최대 직경을 측정하고, 이들의 산술평균값을 구하였다.
3. 기공도
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 무기입자에 대하여, 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 무기입자에 대하여, SEM 이미지를 통해 입자 단면의 형상을 확인하고, 기공 존재 유무에 따라 기공도를 다음과 같이 표기하였다.
○
: 입자 내부 단면 SEM 이미지 상 기공 존재
Ⅹ : 입자 내부 단면 SEM 이미지 상 기공 미존재
4. 비표면적 및 총 기공부피
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 무기입자에 대하여, BET analyzer를 이용하여 비표면적 및 총 기공부피를 측정하였다.
5. 입자 강도
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 무기 입자에 대하여, 미세압축장비를 사용하여, 압축강도를 측정하고, 이를 입자 강도로 평가하였다.
| 구분 | 제1HAp/제2HAp/PVA의 중량비율 | 제1HAp 의 최대직경 및 형상 | 제2HAp 의 최대직경 및 형상 | 소결온도 | 입자 형상 | 입자크기 (㎛) | 기공도 | 비표면적 (m2/g) | 총 기공부피 (cm3/g) | 압축강도(MPa) |
| 실시예1 | 10/40/1 | 200 nm구형 | 2.5 ㎛ 구형 |
1000 ℃ | 도면1 | 42 | ○ | 5 | 0.0155 | 22 |
| 실시예2 | 10/40/1 | 200 nm구형 | 2.5 ㎛ 구형 |
1200 ℃ | 도면2 | 44 | ○ | 4 | 0.0131 | 38 |
| 비교예1 | 0/50/1 | - | 2.5 ㎛구형 | 1200 ℃ | 도면3 | 34 | ○ | 4 | 0.0123 | 15 |
| 비교예2 | 12/0/1 | 150 nm바늘형 | - | 1200 ℃ | 도면4 | 49 | X | 0.1 | 0.0009 | 75 |
상기 표1에 나타난 바와 같이, 실시예 복합 필러에 함유된 무기 입자의 경우, 입자 내부 기공을 갖는 다공성 무기 입자가 얻어져, 비교예2 대비 비표면적과 기공부피 모두 현저히 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 복합 필러에 함유된 무기 입자의 경우, 다공성 무기 입자의 압축강도가 22 MPa 내지 38 MPa로, 비교예1 대비 현저히 향상된 것을 확인할 수 있었다.반면, 비교예1 복합 필러에 함유된 다공성 무기 입자의 강도가 15 MPa로 실시예 대비 감소한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예2 복합 필러에 함유된 무기 입자의 경우, 입자 내부 기공이 존재하지 않는 비다공성 무기 입자가 얻어져, 실시예 대비 비표면적과 기공부피 모두 현저히 감소한 것을 확인할 수 있었다.
6. 생체 활성도
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 복합 필러를 모사체액 (simulated body fluid) 내에 8일 간 담군 후, acid digestion 방법으로 시료를 제조하고, 시료에 대하여, ICP-OES 장비를 사용하여, 시료 내 Ca 이온 및 P 이온의 함량(단위: mg/kg)을 측정하고, 하기 수학식1에 의해 생체 활성도를 평가하였다. 모사체액 내 Ca 이온 및 P 이온의 함량은 42 mg/kg으로 측정되었으며, 하기 수학식1의 값이 클수록 생체 활성능이 우수한 것을 의미한다.
[수학식1]
생체 활성도 = {[체액 내 이온(칼슘 이온, 또는 인 이온 중 하나) 함량(mg/kg)] - [체액에 복합 필러를 8일간 담군 후, 체액 내 이온(칼슘 이온, 또는 인 이온 중 하나) 함량(mg/kg)]}／(복합 필러 내 무기입자 함량(g)).
| 구분 | Ca 이온 생체 활성도(mg/(kg·g)) | P 이온 생체 활성도(mg/(kg·g)) |
| 실시예1 | 29.2 | 22.2 |
| 실시예2 | 27.8 | 19.4 |
| 비교예1 | 27.8 | 20.8 |
| 비교예2 | 20.8 | 12.5 |
상기 표2에 나타난 바와 같이, 실시예1 복합 필러의 경우, Ca 이온 생체 활성도가 29.2 mg/(kg·g), P 이온 생체 활성도가 22.2 mg/(kg·g)로 비교예 대비 커서, 생체 활성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.한편, 실시예2 복합필러는 비교예1과 동등 수준의 생체 활성능을 보였고, 비교예2에 비해서는 향상된 생체 활성도를 보였다.
Claims (20)
- 칼슘계 입자의 소결체, 및 상기 소결체에 분포한 기공을 포함하고,
기공율이 높은 코어 및 상기 코어에 비해 기공율이 낮은 쉘의 코어-쉘 구조를 가지며,
상기 칼슘계 입자는 최대직경이 10 nm 내지 500 nm인 제1 칼슘계 입자, 및 최대직경이 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 제2 칼슘계 입자를 포함하는 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 칼슘계 입자 1 중량부에 대하여, 제2 칼슘계 입자의 함량이 2 중량부 내지 10 중량부인, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 칼슘계 입자 전체의 70 부피% 이상이 쉘에 포함되는, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 칼슘계 입자 전체의 70 부피% 이상이 코어에 포함되는, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 무기입자의 코어 직경이 20 ㎛ 내지 90 ㎛이고, 쉘 두께가 0.2 ㎛ 내지 50 ㎛인, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 무기입자는 코어 직경과 쉘 두께의 비율(코어 직경:쉘 두께)이 1:1 내지 100:1인, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 무기입자의 총 기공부피가 0.001 cm3/g 이상인, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 무기입자의 비표면적이 0.1 m2/g 초과인, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 무기입자는 압축강도가 20 MPa 이상인, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자의 형상이 구형인, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자는 하이드록시아파타이트를 포함하는, 다공성 무기입자.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 무기입자는, 생체적합성 바인더, 제1 칼슘계 입자 및 제2 칼슘계 입자를 포함한 복합입자의 열처리 결과물을 포함하는, 다공성 무기입자.
- 제12항에 있어서,
상기 생체적합성 바인더는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 카복시메틸셀룰로오스, 및 폴리에틸렌글라이콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자를 포함하는, 다공성 무기입자.
- 제12항에 있어서,
상기 복합입자의 열처리는
상기 복합입자를 450 ℃ 내지 550 ℃의 온도로 1차 열처리하고,
600 ℃ 내지 1200 ℃의 온도로 2차 열처리하는 것인, 다공성 무기입자.
- 제12항에 있어서,
상기 생체적합성 바인더 1 중량부에 대하여, 상기 제1 칼슘계 입자의 함량이 5 중량부 내지 30 중량부인, 다공성 무기입자.
- 제12항에 있어서,
상기 생체적합성 바인더 1 중량부에 대하여, 상기 제2 칼슘계 입자의 함량이 35 중량부 내지 100 중량부인, 다공성 무기입자.
- 제1항의 다공성 무기입자; 및 생분해성 캐리어;를 포함하는, 복합 필러.
- 제17항에 있어서,
상기 복합 필러는 하기 수학식1에 의한 생체 활성도가 15 mg/(kg·g) 이상인, 복합 필러:
[수학식1]
생체 활성도 = {[체액 내 이온(칼슘 이온, 또는 인 이온 중 하나) 함량(mg/kg)] - [체액에 복합 필러를 8일간 담군 후, 체액 내 이온(칼슘 이온, 또는 인 이온 중 하나) 함량(mg/kg)]}／(복합 필러 내 무기입자 함량(g)).
- 제17항에 있어서,
상기 생분해성 캐리어는 히알루론산을 포함하는, 복합 필러.
- 제17항의 복합 필러를 포함하는, 제품.
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