KR20240034350A - 다공성 pdms 기반 피부 모사체 및 이의 제조방법 - Google Patents

다공성 pdms 기반 피부 모사체 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20240034350A
KR20240034350A KR1020220113216A KR20220113216A KR20240034350A KR 20240034350 A KR20240034350 A KR 20240034350A KR 1020220113216 A KR1020220113216 A KR 1020220113216A KR 20220113216 A KR20220113216 A KR 20220113216A KR 20240034350 A KR20240034350 A KR 20240034350A
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porous pdms
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백흥수
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한경섭
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(주)아모레퍼시픽
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Abstract

본원에는 다공성 PDMS 기반 피부 모사체 및 이의 제조방법이 개시된다. 상기 피부 모사체는 다공성을 갖는 폴리디메틸실록산으로 이루어진 것이고, 상기 다공성은 끓는점이 80 ℃ 이하인 용매가 기화되어 형성된 것이며, 상기 용매는 폴리디메틸실록산 용액과 서로 용해되지 않는 것이다. 상기 피부 모사체는 화장료의 피부 발림성, 클렌징 효능 등의 평가를 위해 사용될 수 있다.

Description

다공성 PDMS 기반 피부 모사체 및 이의 제조방법{SKIN MIMICS BASED ON POROUS PDMS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본원에는 다공성 PDMS 기반 피부 모사체 및 이의 제조방법이 개시된다.
피부는 모낭, 털, 땀샘, 피지선 등을 보유하고 있는 기관으로 외부 유해물질로부터 보호막 기능을 수행할 뿐만 아니라 체온 유지 등 다양한 기능을 수행한다. 구체적으로, 피부 기관은 털이 나 있어서 외부 유해물질로부터 체표를 방어하고, 피지나 땀의 분비를 통해 체표의 환경 조절이나 노폐물의 배설을 수행하고, 순환기계나 신경계라는 다른 기관계와 연계하여 체온 조절이나 감각 수용이라는 다채로운 생리학적 기능을 담당하고 있다.
인공 피부 (artificail skin)는 3차원적으로 상기와 같은 피부를 재구성한 것으로, 실제 피부와 유사한 구조적 및/또는 기능적 특성을 나타내기 때문에 피부 모사체 (skin equivalent 또는 reconstructed skin)라고도 불리운다. 인공 피부는 구조, 탄력, 강도, 물질 투과 등에 있어 피부와 비슷한 물성을 나타내는 복합체이지만, 피부와 같은 생명 현상을 나타내지 않는다는 점에서 차이가 있다. 이러한 인공 피부는 화상, 외상 등 손상을 입은 피부의 대체 또는 재생을 위해 이용될 뿐만 아니라, 피부 생리 연구, 피부 자극 평가, 피부 효능 평가, 화장료 특성 평가 등 다양한 영역에서 이용되고 있다.
KR 10-2052621 B1
일 측면에서, 본 개시물은 피부 모공을 모사하는 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 개시물은 상기 다공성 PDMS 기반 피부 모사체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에서, 본 개시물은 다공성을 갖는 폴리디메틸실록산으로 이루어진 것이고, 상기 다공성은 끓는점이 80 ℃ 이하인 용매가 기화되어 형성된 것이며, 상기 용매는 폴리디메틸실록산 용액과 서로 용해되지 않는 것인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체를 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 용매는 퍼플루오로카본 (perfluorocarbon)인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 용매는 퍼플레나펜트 (perflenapent), 퍼플루오로헥산 (perfluorohexane) 및 퍼플루오로헵탄 (perfluoroheptane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 다공성은 폴리디메틸실록산 용액과 용매의 혼합물로부터 형성된 에멀젼을 경화시킴으로써 용매가 기화되어 형성된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 에멀젼은 혼합물에 초음파를 가하여 형성된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 초음파는 20 내지 30 kHz로 가하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 초음파는 10초 내지 30초 동안 가하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 폴리디메틸실록산 용액과 용매는 1 내지 10 : 1 의 부피비로 혼합하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 경화는 에멀젼을 20 내지 60 ℃에서 경화시킨 것일 수 있다.
다른 측면에서, 본 개시물은 상기 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체를 제조하는 방법으로, 1) 폴리디메틸실록산 용액과 끓는점이 80 ℃ 이하인 용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 2) 상기 혼합물로부터 에멀젼을 형성하는 단계; 및 3) 상기 에멀젼을 경화시키는 단계를 포함하고, 상기 폴리디메틸실록산 용액과 용매는 서로 용해하지 않는 것인, 다공성 PDMS 기반 피부 모사체의 제조방법을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1) 단계에서 폴리디메틸실록산 용액은 PDMS 베이스와 경화제를 혼합한 다음 가스를 제거하여 제조된 것일 수 있다.
일 측면에서, 본 개시물에 개시된 기술은 피부 모공을 모사하는 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체를 제공하는 효과가 있다.
다른 측면에서, 본 개시물에 개시된 기술은 상기 다공성 PDMS 기반 피부 모사체의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체 제조방법의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 일 실시예에 따라 제조된 PDMS-PFC 에멀젼을 보여주는 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 일 실시예에 따라 제조된 다공성 PDMS를 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscopy, ZEISS Gemini SEM300, Carl Zeiss AG, Germany)으로 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에서 실시예 4 내지 6의 다공성 PDMS의 기공을 2배로 확대하여 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 일 실시예에 따라 제조된 다공성 PDMS을 보여주는 사진을 나타낸 것이다.
이하, 본 개시물을 상세히 설명한다.
일 측면에서, 본 개시물은 다공성을 갖는 폴리디메틸실록산으로 이루어진 것이고, 상기 다공성은 끓는점이 80 ℃ 이하인 용매가 기화되어 형성된 것이며, 상기 용매는 폴리디메틸실록산 용액과 서로 용해되지 않는 것인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체를 제공한다.
본 개시물에 따른 다공성 PDMS는 끓는점이 80 ℃ 이하인 용매를 기화시켜 기공을 형성한 것이다. 예시적인 일 구현예에서, 상기 용매는 퍼플루오로카본 (perfluorocarbon)인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 용매는 퍼플레나펜트 (perflenapent), 퍼플루오로헥산 (perfluorohexane) 및 퍼플루오로헵탄 (perfluoroheptane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것이 바람직할 수 있다. 용매로 테트라하이드로퓨란 (THF), 디클로로메탄 (DCM), 헥세인 또는 디에틸에테르를 사용할 경우, PDMS와 혼합 시 PDMS를 스웰링 (swelling)시켜서 PDMS 용액과 용매의 혼합물로부터 형성된 에멀젼으로부터 용매를 기화시켜 기공을 형성하는 방법으로 다공성 PDMS를 제조할 수 없고, 용매로 물을 사용할 경우에는 층이 빠르게 분리되어 기공 형성이 어렵다,
예시적인 일 구현예에서, 상기 다공성은 폴리디메틸실록산 용액과 용매의 혼합물로부터 형성된 에멀젼을 경화시킴으로써 용매가 기화되어 형성된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 에멀젼은 혼합물에 초음파를 가하여 형성된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 초음파는 20 내지 30 kHz로 가하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 초음파는 10초 내지 30초 동안 가하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 폴리디메틸실록산 용액과 용매는 1 내지 10 : 1 의 부피비, 바람직하게는 1 내지 6 : 1의 부피비, 1 내지 3 : 1의 부피비 또는 3 내지 6 : 1의 부피비로 혼합하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 경화는 에멀젼을 20 내지 60 ℃에서 경화시킨 것일 수 있다. 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 경화는 에멀젼을 20 ℃ 이상, 25 ℃ 이상, 30 ℃ 이상, 35 ℃ 이상, 40 ℃ 이상, 45 ℃ 이상, 50 ℃ 이상 또는 55 ℃ 이상이고, 60 ℃ 이하, 55 ℃ 이하, 50 ℃ 이하, 45 ℃ 이하, 40 ℃ 이하, 35 ℃ 이하, 30 ℃ 이하 또는 25 ℃ 이하의 온도에서 경화시킨 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 경화는 에멀젼을 25 내지 45 ℃, 25 내지 40 ℃, 25 내지 35 ℃, 25 내지 30 ℃, 30 내지 40 ℃ 또는 30 내지 35 ℃의 온도에서 경화시킨 것일 수 있다. 예컨대, 상기 경화는 에멀젼을 28 내지 32 ℃의 온도에서 경화시킨 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 피부 모사체는 피부 모공과 유사한 기공 특성을 갖는 피부 모공 모사체인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 피부 모사체는 화장료의 피부 발림성, 클렌징 효능 등의 평가를 위해 사용되는 것일 수 있다.
다른 측면에서, 본 개시물은 상기 다공성 PDMS 기반 피부 모사체를 제조하는 방법으로, 1) 폴리디메틸실록산 용액과 끓는점이 80 ℃ 이하인 용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 2) 상기 혼합물로부터 에멀젼을 형성하는 단계; 및 3) 상기 에멀젼을 경화시키는 단계를 포함하고, 상기 폴리디메틸실록산 용액과 용매는 서로 용해하지 않는 것인, 다공성 PDMS 기반 피부 모사체의 제조방법을 제공한다.
본 개시물에 따른 다공성 PDMS 기반 피부 모사체의 제조방법은 끓는점이 80 ℃ 이하인 용매를 사용하여 상온에서 액체 상태를 유지하고 상기 용매가 PDMS와 섞이지 않아 에멀젼 형성이 가능한 효과가 있다. 에멀젼은 서로 용해되지 않는 2개의 액체 중에 하나가 다른 하나의 액체 중에 미립자 상태로 분산되어 있는 것을 말한다. 본 개시물은 PDMS 용액 내에 용매가 분산되어 있는 형태의 에멀젼을 형성한 다음 이를 경화시켜 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체를 제조하는 방법을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1) 단계에서 폴리디메틸실록산 용액은 PDMS 베이스와 경화제를 혼합한 다음 가스를 제거하여 제조된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 경화제는 단분자의 PDMS 베이스를 경화시키기 위한 것으로, PDMS 베이스와 경화제는 10 : 1의 중량비로 혼합될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 가스 제거는 진공 건조기에서 기포를 제거하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1) 단계에서 용매는 퍼플루오로카본 (perfluorocarbon)인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1) 단계에서 용매는 퍼플레나펜트 (perflenapent), 퍼플루오로헥산 (perfluorohexane) 및 퍼플루오로헵탄 (perfluoroheptane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 1) 단계에서 폴리디메틸실록산 용액과 용매는 1 내지 10 : 1 의 부피비, 바람직하게는 1 내지 6 : 1의 부피비, 1 내지 3 : 1의 부피비 또는 3 내지 6 : 1의 부피비로 혼합하는 것일 수 있다. 상기 폴리디메틸실록산 용액과 용매의 혼합 비율을 통해 기공의 밀도를 조절할 수 있다. 따라서, 연령, 성별 및/또는 인종에 따른 모공의 밀도 차이를 반영하여 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체를 간편하게 제조할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 2) 단계는 혼합물에 초음파를 가하여 에멀젼을 형성하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 초음파는 20 내지 30 kHz로 가하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 초음파는 10초 내지 30초 동안 가하는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3) 단계는 다공성 PDMS를 형성하는 것일 수 있다. 에멀젼을 상온 또는 가온 조건에서 경화시킴으로써 PDMS가 굳는 과정에서 용매가 기화되어 제거되거나 밀도차에 의해 PDMS 아래로 제거될 수 있다. 용매가 제거된 자리에 기공이 형성되어 다공성 PDMS 제조가 가능하다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 3) 단계는 에멀젼을 20 내지 60 ℃에서 경화시키는 것일 수 있다. 다른 예시적인 일 구현예에서, 상기 3) 단계는 에멀젼을 20 ℃ 이상, 25 ℃ 이상, 30 ℃ 이상, 35 ℃ 이상, 40 ℃ 이상, 45 ℃ 이상, 50 ℃ 이상 또는 55 ℃ 이상이고, 60 ℃ 이하, 55 ℃ 이하, 50 ℃ 이하, 45 ℃ 이하, 40 ℃ 이하, 35 ℃ 이하, 30 ℃ 이하 또는 25 ℃ 이하의 온도에서 경화시키는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 3) 단계는 에멀젼을 25 내지 45 ℃, 25 내지 40 ℃, 25 내지 35 ℃, 25 내지 30 ℃, 30 내지 40 ℃ 또는 30 내지 35 ℃의 온도에서 경화시키는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 3) 단계는 에멀젼을 28 내지 32 ℃의 온도에서 경화시키는 것일 수 있다. 상기 경화 온도를 통해 기공의 크기를 조절할 수 있다. 따라서, 연령, 성별 및/또는 인종에 따른 모공의 크기 차이를 반영하여 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체를 간편하게 제조할 수 있다.
기존에 다공성 PDMS를 제조하기 위해서는, 다공성 구조를 갖는 물질, 예컨대 다공성 구조를 갖는 기판에 PDMS 용액을 부은 다음 경화시켜 다공성 구조 물질을 제거하여 다공성 PDMS를 제조하거나, PDMS를 제조한 다음 기공을 형성시켜 다공성 PDMS를 제조하는 방법이 사용되어 왔다. 이는 기공을 형성하기 위해 두 단계 이상의 번거러운 공정을 필요로 하지만, 본 개시물에 따른 다공성 PDMS를 제조하는 방법은 PDMS를 경화시키는 과정에서 기공이 형성되어 원스텝으로 다공성 PDMS를 제조할 수 있는 이점이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 개시물을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 개시물을 예시하기 위한 것으로서, 본 개시물의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예.
PDMS 베이스 (Sylgard 184 silicone elastomer base, Dow Corning Co., USA)와 경화제 (Sylgard 184 silicone elastomer curing agent, Dow Corning Co., USA)를 10 : 1의 질량 비율로 혼합하고 진공 챔버에서 30분 이상 가스를 제거하여 PDMS 용액을 준비하였다. 상기 가스를 제거한 PDMS 용액에 퍼플루오로카본 (perfluorocarbon, PFC)으로써 퍼플루오로헥산 (perfluorohexane)을 하기 표 1의 부피 비율로 첨가하고 초음파 파쇄기 (Digital Sonifier 450, Branson, USA)를 이용하여 10초간 초음파 (20 kHz)를 가한 후 에멀젼이 형성되는 것을 확인하였다. 형성된 PDMS-PFC 에멀젼은 페트리 디쉬에 옮긴 다음, 표면이 균일하도록 평평한 곳에서 경화시켰다. 이때 오븐의 온도는 30 ℃로 설정하여 12시간 이상 경화하여 다공성 PDMS를 제조하였다 (도 1 참조).
샘플명 PDMS 용액 (mL) Perfluorohexane (mL)
실시예 1 6 6
실시예 2 8 4
실시예 3 9 3
실시예 4 8 2
실시예 5 12 2
실시예 6 10 1
또한, 상기 실시예 5와 같이 PDMS 용액과 퍼플루오로헥산을 혼합하여 다공성 PDMS를 제조하되, 경화 시 오븐의 온도를 하기 표 2와 같이 25, 40, 50, 60 ℃로 설정하여 각각 3 내지 12시간 이상 경화하여 다공성 PDMS를 제조하였다. 상온에서 경화시킬 때에는 12시간 이상 경화시키고, 40 ℃ 이상의 온도에서 경화시킬 때에는 3시간 이상 경화시켰다.
샘플명 경화 온도 (℃)
실시예 7 25
실시예 8 40
실시예 9 50
실시예 10 60
도 2는 실시예 3 및 5에 따른 PDMS-PFC 에멀젼을 보여주는 사진이다. PDMS 용액과 퍼플루오로헥산을 혼합하여 초음파를 가할 경우 불투명한 에멀젼을 형성하는 것을 확인하였다.
도 3 및 4는 각 실시예에 따라 제조된 다공성 PDMS의 기공 특성을 보여주는 사진이다. PFC와 PDMS의 혼합 비율에 따라 형성된 기공의 개수, 즉 기공의 밀도가 달라지는 것을 확인하였다. 더욱 구체적으로, PDMS의 비율이 증가함에 따라 기공 개수가 증가하였고, PFC와 PDMS가 일정 비율, 즉 1 : 3의 부피 비율 이상이 되면 기공 개수가 다시 감소하였다. 하기 표 3은 실시예 1 내지 6의 다공성 PDMS에 대해 동일한 부피의 프레임 당 기공 개수와 면적비를 관찰한 결과를 나타낸 것이다. 개수와 면적비는 동일 배율에서 촬영한 이미지를 ImageJ 프로그램 (National Institute of Health (NIH) 제공)을 이용하여 분석하였다.
샘플명 프레임 당 기공 수
(개)
면적비
(기공 총 면적/프레임 면적)
실시예 1 26 0.0935
실시예 2 126 0.0455
실시예 3 231 0.118
실시예 4 159 0.1005
실시예 5 147 0.0805
실시예 6 0 0
도 5는 각 실시예에 따라 제조된 다공성 PDMS의 기공 특성을 보여주는 사진이다. 경화 시 온도 조건에 따라 기공 크기가 변화되는 것을 확인하였다. 경화 온도가 높아질수록 기공 크기가 커졌으며, 30 ℃에서 경화하여 제조된 다공성 PDMS는 기공 크기가 균일하게 형성된 것을 확인하였다. 반면, 50 ℃ 이상에서 경화할 경우, 일부분에서 PFC의 액체 방울 (droplet)들이 합쳐진 상태로 증발하면서 센티미터 단위의 크기를 갖는 기공이 형성되었다. 이는 일반적으로 피부가 갖는 모공 특성과 상이하여 피부 모사체로 사용하기에 부적합하였다.
이상, 본 개시물의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시 태양일 뿐이며, 이에 의해 본 개시물의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 개시물의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 다공성을 갖는 폴리디메틸실록산으로 이루어진 것이고,
    상기 다공성은 끓는점이 80 ℃ 이하인 용매가 기화되어 형성된 것이며,
    상기 용매는 폴리디메틸실록산 용액과 서로 용해되지 않는 것인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 용매는 퍼플루오로카본 (perfluorocarbon)인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 용매는 퍼플레나펜트 (perflenapent), 퍼플루오로헥산 (perfluorohexane) 및 퍼플루오로헵탄 (perfluoroheptane)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성은 폴리디메틸실록산 용액과 용매의 혼합물로부터 형성된 에멀젼을 경화시킴으로써 용매가 기화되어 형성된 것인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 에멀젼은 혼합물에 초음파를 가하여 형성된 것인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 초음파는 20 내지 30 kHz로 가하는 것인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 초음파는 10초 내지 30초 동안 가하는 것인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 폴리디메틸실록산 용액과 용매는 1 내지 10 : 1 의 부피비로 혼합하는 것인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 경화는 에멀젼을 20 내지 60 ℃에서 경화시킨 것인, 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 다공성 PDMS 기반의 피부 모사체를 제조하는 방법으로,
    1) 폴리디메틸실록산 용액과 끓는점이 80 ℃ 이하인 용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
    2) 상기 혼합물로부터 에멀젼을 형성하는 단계; 및
    3) 상기 에멀젼을 경화시키는 단계를 포함하고,
    상기 폴리디메틸실록산 용액과 용매는 서로 용해하지 않는 것인, 다공성 PDMS 기반 피부 모사체의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 1) 단계에서 폴리디메틸실록산 용액은 PDMS 베이스와 경화제를 혼합한 다음 가스를 제거하여 제조된 것인, 다공성 PDMS 기반 피부 모사체의 제조방법.
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