초임계 PGSS 공정을 이용한 Coriander 정유 함유 PEG 미세입자 제조 (Preparation of PEG Microparticles Containing Coriander Essential Oil Using Supercritical PGSS Process)

서지정보

· 발행기관 : 한국생물공학회
· 수록지 정보 : KSBB Journal / 25권 / 4호 / 379 ~ 386페이지
· 저자명 : 최진아, 임교빈, 유종훈

초록

미세입자 제조 기술은 식품, 고분자, 화장품, 의약품 제조등의 분야에서 핵심기술로 오랫동안 사용되어져 왔으며,이러한 미세입자 제조 기술로는 에멀젼 (emulsion), 용융,분무건조, 동결건조, 분쇄 (grinding), 제분 (milling)법 등이대표적이다. 그러나 이들 방법들은 기계적 처리로 인한 약물의 손상, 입자 크기의 불균일, 제품 내 잔존용매, 그리고다단계 공정으로 인한 시간, 비용의 제약 등의 문제를 가지고 있다. 따라서 이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 대체기술로서 최근 초임계 유체 (supercritical fluid) 공정을 이용한 미세입자의 설계 및 제조 기술에 대한 연구가 활발히진행되고 있다 [1-3].
초임계 유체는 어떤 물질의 임계점 (critical point) 이상의온도와 압력 조건에서 존재하는 유체로 정의되며, 액체와 기체의 중간적 성질을 가지고 단일상으로 존재 한다 (Fig. 1).
초임계 유체는 미세입자 제조에 매우 적합한 열역학적 특성 (높은 용해도, 선택도, 압축성, 감압에 따른 자발적 분리성)과 이동특성 (낮은 표면장력과 점도, 높은 확산계수와열전도도)을 갖고 있다 [3-6]. 특히, 임계점 부근에서는 좁은 범위의 온도 또는 압력 조절을 통해 쉽게 초임계 유체의 용해도 및 확산계수 등의 특성을 기체에 가까운 상태로부터 액체에 가까운 상태까지 연속적으로 변화시킬 수 있다. 초임계 유체 중 이산화탄소의 경우 상온에 가까운 임계온도 (31.1℃)와 비교적 낮은 임계압력 (73.8 bar)을 가지며, 독성이 없어 인체에 무해하고 환경 친화적일 뿐만 아니라 가격이 저렴하고 폭발성 및 발화성이 없으며, 감압에의해 쉽게 회수가 가능하기 때문에 미세입자의 제조공정에적합하다 [3-10].
초임계 유체를 이용한 미세입자 제조공정은 크게 RESS (rapid expansion of supercritical solutions), SAS (supercritical fluid anti-solvent), PGSS (particles from gas saturated solution)공정으로 나눌 수 있다. RESS 공정은 초임계 유체를 용매(solvent)로 사용한 공정으로서 용질에 대한 초임계 유체의용해도가 높을 때 이용된다. 반면 SAS 공정은 초임계 유체를 역용매 (anti-solvent)로 사용한 공정으로서 초임계 유체가가지는 용질에 대한 용해도가 매우 낮을 때 이용된다. PGSS 공정은 초임계 유체가 고체 구조체내에 용해되어 그 물질을가소화시키는 특성을 이용한 공정으로 초임계 유체가 용질로서 사용된다. 특히, PGSS 공정에서는 초임계 유체가 어떤물질을 용해시킬 필요가 없기 때문에 RESS 공정에 비해 적은 양의 초임계 유체가 사용되며, 더 낮은 공정 온도와 압력에서 공정이 가능하다 [1,6-11].
정유 (essential oils)는 약 20-60가지 종류의 특유한 향을내는 천연 혼합물로 이루어진 휘발성 액체로 식물의 꽃잎,꽃, 줄기, 씨앗, 과일, 뿌리 등의 부위에서 추출이 가능하다.
오늘날 정유의 특유한 향과 뛰어난 항염, 항균 효과 때문에 향수, 화장품, 식품 및 의료 산업에서의 이용이 확대되고있으며, 특히 최근 의학 분야에서는 미생물에 대한 항생물질의 내성이 증가함에 따라 대체 약물로서 정유의 중요성이증대되고 있다. 현재 여러 미생물에 대한 정유의 항진균,항균, 항박테리아, 항바이러스 활성의 높은 효능이 확인되었으며 [12-20], 그 중에서도 coriander (Coriandrum sativum)의 정유는 소화불량, 식욕부진, 경련, 불면증, 류머티즘 관절염, 암 등의 치료에 이용되고 있다 [21-25].
고분자를 이용한 약물전달시스템 (drug delivery system)에 가장 널리 이용되는 생분해성 또는 생체적합성 합성 고분자로는 poly (ethylene glycol) (PEG), poly (lactic acid)(PLA), poly (glycolic acid) (PGA), poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA), poly (ε-caprolactone) (PCL), polyanhydride,poly (ortho ester) 등이 대표적이며, 이들 고분자를 이용한새로운 약물전달시스템 개발을 위한 많은 연구가 진행되고 있다 [26-28]. 이 중 PEG는 FDA (food and drug administration)의 승인을 받은 고분자로서 독성이 없고 체내에서 항원성이나 항염증성 등을 나타내지 않는 특성을 가지고 있다. PEG 는 물 뿐만 아니라 methylene chloride, ethanol, acetone,chloroform과 같은 유기용매에 쉽게 용해되며 다양한 분자량과 다양한 작용기를 갖는 PEG를 쉽게 이용 할 수 있다. 또한 PEG는 약물 입자가 대식세포들에 의해 제거되는 현상(식균작용, phagocytosis)을 효과적으로 방어할 수 있다고알려져 있으며, 이를 ‘스텔스 (stealth)’ 효과라고도 한다. 이스텔스 효과를 통해 약물 입자는 생체 내에서 원하는 치료부위에 효과적으로 도달할 수 있으며 치료부위에 오랜 시간체류하여 약의 효율을 높일 수 있다 [27-30].
본 연구에서는 PGSS 공정을 이용하여 coriander 정유의 안정성 향상을 위해 coriander 정유가 봉입된 PEG 미세입자를제조하였으며, 이때 온도, 압력, 노즐 크기의 공정변수가 입자의 제조 특성과 봉입 효율에 미치는 영향을 조사하였다.

영어초록

In the present study, biocompatible poly (ethylene glycol) (PEG) microparticles containing coriander essential oil were prepared using a supercritical particles from gas saturated solution (PGSS) process to improve the stability of the coriander oil. The effects of various process parameters such as temperature, pressure, and nozzle diameter on the morphology and entrapment efficiency of coriander oil loaded PEG microparticles were then investigated.
A positive influence on the formation of spherical microparticles was observed with increasing temperature and decreasing pressure. Furthermore, somewhat more porous microparticles were produced with an increase in pressure. At a given temperature, the highest entrapment efficiency of coriander essential oil in PEG microparticles was observed under the lowest experimental pressure condition.

참고자료

· 없음