KR102067514B1

KR102067514B1 - 생체 적합성 자외선 차단 고분자, 이를 포함하는 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102067514B1
Application number: KR1020180016927A
Authority: KR
Inventors: 나건; 허수경; 정요한
Original assignee: 가톨릭대학교 산학협력단
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2020-01-17
Also published as: KR20180094797A

Abstract

본 발명은 한 개 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group), 하이드록시기(hydroxyl group) 또는 아민기(amine group)를 갖는 생체 적합성 다당류 단량체인 제 1 단량체, 한 개 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group) 또는 카르복실기(carboxyl group)를 가지는 자외선 차단제인 제 2 단량체 및 사슬전달제를 포함하며, 상기 제 1 단량체와 제 2 단량체 간 탄소-탄소 결합을 통해 결합하며, 제 1 단량체 또는 제 2 단량체와 사슬전달제 간 자유 라디칼 중합 반응(free radical polymerization)을 통해 결합하여 고분자 중합한 생체 적합성 자외선 차단 고분자, 이를 포함하는 화장료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 생체 적합성 자외선 차단 고분자는 기존의 자외선 차단제의 자외선 차단 파장을 변경시키지 않으면서도 피부 침투율을 낮춰 부작용이 적은 반면, 우수한 자외선 차단 능력을 나타내므로, 다양한 자외선 차단용 화장품으로 활용될 수 있다.

Description

생체 적합성 자외선 차단 고분자, 이를 포함하는 조성물 및 이의 제조방법{Biocompatible Polymer for UV Screening, Composition Comprising the Same and Method for Preparing the Same}

본 발명은 생체 적합성 다당류를 포함하는 자외선 차단 고분자, 이를 포함하는 화장료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

자외선이란 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선인 보랏빛보다 파장이 짧아 눈에 보이지 않는 방사선으로서 10 nm 에서 400 nm 정도의 파장을 가지며 DNA의 상보적 서열을 끊고 사이클로부탄 피리미딘 다이머(cyclobutane Pyrimidine Dimers)를 형성하여 DNA 손상을 일으켜 피부암을 일으키는 가장 큰 원인이 된다. 이에, 이를 방지하기 위한 많은 자외선 차단물질이 개발되고 있다.

일반적으로 자외선 차단제는 물리적 차단제와 화학적 차단제로 구분되는데, 물리적 차단제는 아연과 티타늄으로 등 미네랄 물질로서 자외선을 반사하여 피부로부터 자외선을 보호한다. 하지만, 물리적 차단제는 자외선에 의해 광활성 되었을 때 라디칼과 활성산소를 만들어 독성을 야기하고, 특히 티타늄 옥사이드(titanium oxide)가 광활성 됐을 때 생성되는 하이드록실 라디칼은 DNA 상해를 야기한다. 또한, 물리적 차단제는 그 물성이 불투명해서 화장품으로 사용하기에는 한계가 있다.

이에 따라, 시중에 판매되는 자외선 차단제는 화학적 차단제를 가장 많이 사용하고 있는데, 최근 이러한 화학적 자외선 차단물질이 피부에 투과되어 여러 가지 부작용을 야기한다는 결과가 나타나고 있다. 구체적으로, CNN에서는 계속해서 피부 속으로 투과된 자외선 차단 물질의 부작용에 대해 기사를 내고 있다.

자외선 차단 물질은 투과되면 사람의 오줌과 모유 등에서 검출되는데 이렇게 체내로 투과된 자외선 차단 물질은 내분비계 혼란을 야기한다. 최근 발표된 바에 따르면 자외선 차단 물질이 프로게스테론의 역할을 모방하여 정자에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 프로게스테론은 난자를 성숙시키고 수정시키는 역할을 하는 호르몬으로서 정자 세포를 자기 쪽으로 끌어들이는 역할 뿐만 아니라 정자 세포가 난자의 벽을 깨는 역할을 함으로써 수정에 아주 중요한 역할을 하는데, 자외선 차단 물질은 이런 역할을 모방하여 프로게스테론의 역할을 방해함으로써 정자 내부 신호전달을 방해한다. 더욱이, 체내에 축적된 자외선 차단 물질은 프로게스테론 이외에도 에스트로겐, 테스토스테론 등 다양한 호르몬의 혼란을 일으켜 내분비계의 혼란을 일으킨다. 그러므로 자외선 차단 효율이 우수하면서도 피부 투과율이 낮은 안전한 새로운 자외선 차단 성분의 개발이 시급하다.

한편, 피부 투과율에 영향을 미치는 요인으로는 크게 물질의 분자량, 친수-친유계수, 이온화 정도가 있으며, 분자량이 클수록 피부 투과가 어렵고, 지용성, 비이온화형 일수록 피부 투과가 잘된다고 알려져있다. 특히 물질의 분자량의 경우 피부가 자연 상태에서 흡수할 수 있는 분자량이 500 달톤 이하로 알려져있다. 즉, 기존의 사용되었던 대부분의 합성 자외선차단제의 분자량이 500 달톤 이하임을 감안할 때 기존 제품들은 피부 투과율이 높은 문제점이 있으므로, 이를 고분자화 하여 피부 투과율이 감소된 자외선 차단제의 개발이 필요하다.

이에, 본 발명에서는 자외선 차단 성분을 생체 적합성 다당류와 중합반응을 통해 고분자화 함으로써, 피부투과율을 감소시켜 독성을 줄일 수 있는 새로운 방법을 고안함으로써 본 발명을 완성하였다.

한국공개특허 제10-2012-0065272호.

본 발명의 목적은 자외선 차단 능력이 뛰어나면서도 피부 침투율은 현저히 감소한 자외선 차단 고분자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 자외선 차단 능력이 뛰어난 화장료 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 자외선 차단 능력이 뛰어나면서도 피부 침투율은 현저히 감소한 자외선 차단 고분자의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 한 개 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group), 하이드록시기(hydroxyl group) 또는 아민기(amine group)를 갖는 생체 적합성 다당류 단량체인 제 1 단량체, 한 개 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group) 또는 카르복실기(carboxyl group)를 가지는 자외선 차단제인 제 2 단량체 및 사슬전달제를 포함하며, 상기 제 1 단량체와 제 2 단량체 간 탄소-탄소 결합을 통해 결합하며, 제 1 단량체 또는 제 2 단량체와 사슬전달제 간 자유 라디칼 중합 반응(free radical polymerization)을 통해 결합하여 고분자 중합한 생체 적합성 자외선 차단 고분자를 제공한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 생체 적합성 자외선 차단 고분자를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물을 제공한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 메타아크릴레이트기(methacrylate group), 하이드록시기(hydroxyl group) 또는 아민기(amine group)를 갖는 생체 적합성 다당류 단량체인 제 1 단량체 및 한 개 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group) 또는 카르복실기(carboxyl group)를 가지는 자외선 차단제인 제 2 단량체를 혼합하는 단계; 및 (b) 상기 제 1 단량체 및 제 2 단량체의 혼합물에 개시제 및 사슬전달제를 추가하여 고분자 중합 반응시키는 단계를 포함하는 생체 적합성 자외선 차단 고분자의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 자외선 차단 고분자는, 생체 적합성 다당류와의 고분자 중합 반응을 통해 화학적으로 접합되어 기존의 화학적 자외선 차단제보다 생체 적합성이 뛰어나 화장품 제조에 응용 시 높은 수분 흡수율을 나타낼 수 있고, 기존의 화학적 자외선 차단 성분과 비교했을 때 자외선 차단 효율의 변성이 없는 우수한 자외선 차단 효과를 나타내며, 또한 증가된 분자량을 가짐으로써 체내 흡수를 방지할 수 있어 독성을 감소시킴으로써 체내 안전성을 확보할 수 있다.

도 1은 자외선 차단 고분자의 합성과정을 화학구조로 나타낸 것이다.
도 2는 자외선 차단 모노머인 다이옥시벤존(Dioxybenzone, DOB)의 ¹H-NMR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 생체 적합성 다당류 모노머인 풀루란(Pullulan, PUL)의 ¹H-NMR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 생체 적합성 다당류 모노머인 하이드록시프로필 셀룰로즈(Hydroxypropyl cellulose, HPC)의 ¹H-NMR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 생체 적합성 다당류 모노머인 키토산(Chitosan)의 ¹H-NMR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 생체 적합성 다당류 모노머인 글리콜 키토산(Glycol chitosan)의 ¹H-NMR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머의 구조를 ¹H-NMR로 분석한 결과이다.
도 8은 자외선 차단 고분자인 DOB-HPC 폴리머의 구조를 ¹H-NMR로 분석한 결과이다.
도 9는 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머를 전자현미경으로 관찰한 결과이다.
도 10은 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머의 크기를 확인한 결과이다.
도 11은 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머의 흡광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 12는 자외선 차단 고분자인 DOB-HPC 폴리머의 흡광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 13은 자외선 차단 고분자인 DOB-GC 폴리머의 흡광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 14는 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머와 기존의 자외선 차단 고분자(DOB 폴리머)의 흡광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 15는 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머의 인공피부 투과에 따른 DOB의 양을 UV/Vis 분광광도계로 정량한 결과이다.
도 16은 자외선 차단 고분자인 DOB-HPC 폴리머의 인공피부 투과에 따른 DOB의 양을 UV/Vis 분광광도계로 정량한 결과이다.

본 발명의 발명자들은 외부 물질의 피부 침투율이 물질의 분자량에 따라 상이하다는 기존의 통상적 지식을 바탕으로, 자외선 차단 성분의 피부 침투율을 감소시키기 위해 자외선 차단 성분을 생체적합성 다당류와 함께 고분자화하는 방법을 새로 고안함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 한 개 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group), 하이드록시기(hydroxyl group) 또는 아민기(amine group)를 갖는 생체 적합성 다당류 단량체인 제 1 단량체, 한 개 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group) 또는 카르복실기(carboxyl group)를 가지는 자외선 차단제인 제 2 단량체 및 사슬전달제를 포함하며, 상기 제 1 단량체와 제 2 단량체 간 탄소-탄소 결합을 통해 결합하며, 제 1 단량체 또는 제 2 단량체와 사슬전달제 간 자유 라디칼 중합 반응(free radical polymerization)을 통해 결합하여 고분자 중합한, 생체 적합성 자외선 차단 고분자를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 생체 적합성 자외선 차단 고분자는 합성에 사용되는 상기 자외선 차단제의 자외선 흡수 파장과 흡수율을 변경시키지 않는 바, 기존의 자외선 차단 고분자는 자외선 차단제로만 합성되었을 때, 자외선 차단제의 구조인 벤젠 고리들의 파이-파이 상호작용으로 인해 흡광이 감소하는 효과(Hyperchromic effect)가 일어났지만, 본 발명의 생체 적합성 자외선 차단 고분자는 벤젠 고리들 사이에 백본(backbone) 물질인 생체 적합성 다당류가 합성되어 있어 이러한 효과를 억제하면서도, 피부 침투율을 현저히 감소시킬 수 있다.

이때, 상기 생체 적합성 다당류는 풀루란, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 키토산, 글리콜 키토산, 히알루론산, 덱스트란 설페이트, 콘드로이틴 설페이트, 더마탄 설페이트, 케라탄 설페이트, 헤파린, 헤파린 설페이트, 알긴산, 퓨코이단, 이들의 혼합물 및 이들의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 풀루란, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 글리콜 키토산 또는 키토산일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 자외선 차단제는 파라아미노벤조산(p-aminobenzoic acid; PABA), 패디메이트-오(Padimate-O), 시녹세이트(Cinoxate), 옥티녹세이트(Octinoxate), 옥틸 메톡시신나메이트(Octyl methoxycinnamate), 호모살레이트(Homosalate), 옥티살레이즈(Octisalate), 트롤라민 살리실레이트(Trolamine salicylate), 옥시벤존(Oxybenzone), 설리소벤존(Sulisobenzone), 다이옥시벤존(Dioxybenzone), 메라디메이트(Meradimate), 아보벤존(Avobenzone), 옥토크릴렌(Octocrylene), 에캄슐(Ecamsule), 엔술리졸(Ensulizole) 및 이의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 다이옥시벤존일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 사슬전달제는 3-메르캅토피온산(3-mercaptopropionic acid) 및 시스테아민(Cysteamine)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

보다 바람직하게는, 상기 자외선 차단 고분자는 하기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 것일 수 있다;

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, m은 10 내지 100의 정수 중 하나이고, n은 10 내지 100의 정수 중 하나이다;

[화학식 2]

상기 화학식 2에서, m은 100 내지 1000의 정수 중 하나이고, n은 10 내지 100의 정수 중 하나이다;

[화학식 3]

상기 화학식 3에서, m은 10 내지 100의 정수 중 하나이고, n은 10 내지 100의 정수 중 하나이다.

[화학식 4]

상기 화학식 4에서, m은 10 내지 100의 정수 중 하나이고, n은 10 내지 100의 정수 중 하나이다.

상기 생체 적합성 자외선 차단 고분자는 중량 평균 분자량이 100,000 내지 30,000,000 g/mol일 수 있는 바, 종래의 자외선 차단제에 비해 중량 평균 분자량이 크므로 피부 침투가 방지될 수 있다.

또한, 상기 생체 적합성 자외선 차단 고분자 100 중량부에 대하여, 자외선 차단제를 30 내지 80 중량부로 포함할 수 있는 바, 이러한 범위 내에서 가장 적절한 자외선 차단 효과가 나타나므로 바람직하다.

상기 생체 적합성 자외선 차단 고분자의 평균직경은 10 내지 1000 nm일 수 있고, 자외선 차단 성분의 광 흡수 파장에 따라 UVA 및 UVB 범위 내에서 자외선을 차단할 수 있다.

한편, 상기 생체 적합성 자외선 차단 고분자는 생체 적합성 또는 생분해성 전달체인 리포좀, 미셀(micelle) 또는 중합된 소포(vesicle)의 내부에 존재하거나 그 일부로 존재할 수도 있는 바, 본 발명에 따른 생체 적합성 자외선 차단 고분자는 다양한 형태로 활용 및 적용될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 상기 생체 적합성 자외선 차단 고분자를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물을 제공한다.

즉, 본 발명의 화장료 조성물은 상기 생체 적합성 자외선 차단 고분자를 포함하므로, 자외선 차단 화장품에 이용될 수 있음은 물론, 일반적인 스킨, 로션, 파운데이션, 파우더 팩트 등과 같은 화장품에 자외선 차단 기능을 부여하는 역할을 할 수 있다.

본 발명의 화장료 조성물은 상기 유효성분 이외에 통상적으로 허용되는 성분들을 포함할 수 있으며, 예컨대 항산화제, 안정화제, 용해화제, 비타민, 안료 및 향료와 같은 통상적인 보조제, 그리고 담체를 포함할 수 있다.

본 발명의 화장료 조성물은 당업계에서 통상적으로 제조되는 어떠한 제형으로도 제조될 수 있으며, 예를 들어, 용액, 현탁액, 유탁액, 페이스트, 겔, 크림, 로션, 파우더, 비누, 계면활성제-함유 클렌징, 오일, 분말 파운데이션, 유탁액 파운데이션, 왁스 파운데이션 및 스프레이 등으로 제형화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 상세하게는, 유연 화장수(스킨), 영양 화장수(밀크로션), 영양크림, 마사지크림, 에센스, 아이크림, 클렌징크림, 클렌징 폼, 클렌징 워터, 팩, 스프레이 또는 파우더의 제형으로 제조될 수 있다.

본 발명의 제형이 페이스트, 크림 또는 겔인 경우에는 담체 성분으로서 동물성 오일, 식물성 오일, 왁스, 파라핀, 전분, 트라가칸트, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크 또는 산화아연 등이 이용될 수 있다.

본 발명의 제형이 파우더 또는 스프레이인 경우에는 담체 성분으로서 락토스, 탈크, 실리카, 알루미늄 히드록시드, 칼슘 실리케이트 또는 폴라아미드 파우더가 이용될 수 있으며, 특히 스프레이인 경우에는 추가적으로 클로로 플루오로 히드로카본, 프로판/부탄 또는 디메틸에테르와 같은 추진체를 포함할 수 있다.

본 발명의 제형이 용액 또는 유탁액인 경우에는 담체 성분으로서 용매, 용해화제 또는 유탁화제가 이용되고, 예로서 물, 에탄올, 이소프로판올, 에틸 카보네이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알코올, 벤질 벤조에이트, 프로필렌글리콜, 1,3-부틸글리콜 오일, 글리세롤지방족에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 또는 소르비탄의 지방산 에스테르를 들 수 있다.

본 발명의 제형이 현탁액인 경우에는 담체 성분으로서 물, 에탄올 또는 프로필렌글리콜과 같은 액상의 희석제, 에톡실화이소스테아릴 알코올, 폴리옥시에틸렌소르비톨에스테르 및 폴리옥시에틸렌소르비탄에스테르와 같은 현탁제, 미소 결정성 셀룰로오스, 알루미늄 메타히드록시드, 벤토나이트, 아가 또는 트라가칸트 등이 이용될 수 있다.

본 발명의 제형이 계면-활성제 함유 클렌징인 경우에는 담체 성분으로서 지방족 알코올 설페이트, 지방족 알코올 에테르 설페이트, 설포숙신산모노에스테르, 이세티오네이트, 이미다졸리늄 유도체, 메틸타우레이트, 사르코시테이트, 지방산 아미드 에테르 설페이트, 알킬아미도베타인, 지방족 알코올, 지방산 글리세리드, 지방산 디에탄올아미드, 식물성 오일, 라놀린 유도체 또는 에톡실화글리세롤 지방산 에스테르 등이 이용될 수 있다.

더불어, 본 발명은 (a) 메타아크릴레이트기(methacrylate group), 하이드록시기(hydroxyl group) 또는 아민기(amine group)를 갖는 생체 적합성 다당류 단량체인 제 1 단량체 및 한 개 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group) 또는 카르복실기(carboxyl group)를 가지는 자외선 차단제인 제 2 단량체를 혼합하는 단계; 및 (b) 상기 제 1 단량체 및 제 2 단량체의 혼합물에 개시제 및 사슬전달제를 추가하여 고분자 중합 반응시키는 단계를 포함하는 생체 적합성 자외선 차단 고분자의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 생체 적합성 다당류는 풀루란, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 키토산, 글리콜 키토산, 히알루론산, 덱스트란 설페이트, 콘드로이틴 설페이트, 더마탄 설페이트, 케라탄 설페이트, 헤파린, 헤파린 설페이트, 알긴산, 퓨코이단, 이들의 혼합물 및 이들의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 풀루란, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 글리콜 키토산 또는 키토산일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 자외선 차단제는 파라아미노벤조산(p-aminobenzoic acid; PABA), 패디메이트-오(Padimate-O), 시녹세이트(Cinoxate), 옥티녹세이트(Octinoxate), 옥틸 메톡시신나메이트(Octyl methoxycinnamate), 호모살레이트(Homosalate), 옥티살레이즈(Octisalate), 트롤라민 살리실레이트(Trolamine salicylate), 옥시벤존(Oxybenzone), 설리소벤존(Sulisobenzone), 다이옥시벤존(Dioxybenzone), 메라디메이트(Meradimate), 아보벤존(Avobenzone), 옥토크릴렌(Octocrylene), 에캄슐(Ecamsule), 엔술리졸(Ensulizole) 및 이의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 옥시벤존일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 단계 (b)에서 고분자 중합반응은 50℃ 내지 100℃에서 15 시간 내지 25 시간동안 진행될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

모든 반응이 끝난 후에는 당업계의 통상적인 방법인 투석 및 침전, 추출법을 이용하여 고분자를 수득할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐이므로 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 자외선 차단 고분자 제조

1) 다이옥시벤존(Dioxybenzone)을 이용한 제 2 단량체(자외선 차단 모노머)의 제조

1 g의 다이옥시벤존(Dioxybenzone)을 DMSO 용액 10 ml에 녹인 후, 메타크릴로일 클로라이드(Methacryloyl chloride) 0.5 ml을 첨가하였다. 이후 상온에서 12시간동안 반응시켜 생성되는 침전물을 여과하고, 침전물을 상온에서 24시간 이상 건조하여, 제 2 단량체인 다이옥시벤존 모노머(Methacryloyl dioxybenzone)를 제조하였다.

2) 풀루란을 이용한 제 1 단량체(생체 적합성 다당류 모노머)의 제조

1 g의 풀루란을 DMSO 용액 100 ml에 녹인 후, 메타크릴릭 안하이드라이드(methacrylic anhydride) 1 ml을 첨가하였다. 이후 상온에서 24시간동안 반응시켜 생성되는 침전물을 여과하고, 침전물을 상온에서 24시간 이상 건조하였다.

3) 하이드록시프로필 셀룰로오즈를 이용한 제 1 단량체(생체 적합성 다당류 모노머)의 제조

1 g의 하이드록시프로필 셀룰로오즈를 클로로포름 용액 100 ml에 녹인 후 메타크릴릭 안하이드라이드(methacrylic anhydride) 1 ml을 첨가하였다. 이후 상온에서 48시간 반응시켜 생성되는 침전물을 여과하고, 침전물을 상온에서 24시간 이상 건조하였다.

4) 키토산을 이용한 제 1 단량체(생체 적합성 다당류 모노머)의 제조

1 g의 키토산을 증류수 100 ml에 녹인 후 메타크릴릭 안하이드라이드(methacrylic anhydride) 1 ml을 첨가하였다. 이후 상온에서 48시간 반응시켜 생성되는 침전물을 여과하고, 침전물을 상온에서 24시간 이상 건조하였다.

5) 글리콜 키토산을 이용한 제 1 단량체(생체 적합성 다당류 모노머)의 제조

1 g의 글리콜 키토산을 증류수 100 ml에 녹인 후 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate) 1 ml을 첨가하였다. 이후 상온에서 24시간 반응시켜 생성되는 침전물을 여과하고, 침전물을 상온에서 24시간 이상 건조하였다.

6) 생체 적합성 자외선 차단 고분자의 제조

도 1에 개시된 반응을 통해 상기 1)에서 제조된 제 2 단량체 500 mg과 상기 2), 3) 및 5)에서 제조된 제 1 단량체 800 mg를 각각 녹여 교반한 후, 개시제로서 500 mg의 아조비스이소부틸로니트릴(Azobisisobutyronitrile)을 DMSO에 녹여주고, 사슬전달제인 100 ㎕의 3-메르캅토프로피온산(3-mercaptopropionic acid)를 첨가하여 70 ℃에서 12시간 동안 반응시켜 생체 적합성 자외선 차단 고분자를 제조하였다.

<실시예 2> 자외선 차단 고분자의 구조 확인

자외선 차단 고분자의 합성 과정별 구조를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1의 1)에서 제조한 자외선 차단 모노머(methacryloyl dioxybenzone; 제 2 단량체), 상기 실시예 1의 2) 내지 5)의 생체 적합성 다당류 모노머(제 1 단량체), 상기 실시예 1의 6)의 자외선 차단 고분자(DOB-PUL 폴리머, DOB-HPC 폴리머, DOB-GC 폴리머)를 10 mg/ml로 DMSO-d6에 각각 녹인 후 ¹H-NMR로 구조를 분석하였다.

그 결과, 도 2 내지 8에 나타난 바와 같이, 제 2 단량체와 제 1 단량체, 그리고 생체 적합성 자외선 차단 고분자가 합성된 것을 확인할 수 있었다. 보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 제 2 단량체는 고분자 중합반응을 위한 모노머 구조인 메틸렌 작용기(k)를 가지고 67 %의 합성률을 나타내었다. 도 3을 참조하면, 생체적합성 다당류인 풀루란이 고분자 중합반응을 위한 모노머 구조인 메틸렌 작용기(a, b)를 가지는 것을 확인하였고, 도 4 내지 6을 참조하면, 생체적합성 다당류인 하이드록시프로필 셀룰로오즈, 키토산 및 글리콜 키토산이 고분자 중합반응을 위한 모노머 구조인 메틸렌 작용기(a, b)를 가지는 것을 확인하였다.

도 7을 참조하면, 제 2 단량체인 다이옥시벤존 모노머(Methacryloyl dioxybenzone)와 제 1 단량체인 풀루란 모노머(Methacryloyl pullulan)가 고분자 중합반응을 통해 합성되어 제조된 생체적합성 다당류 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머에서 다이옥시벤존 구조인 벤젠 링(benzene ring)과 풀루란(PUL)의 구조를 모두 확인할 수 있었다.

또한, 도 8에 나타난 바와 같이, 제 2 단량체인 다이옥시벤존 모노머(Methacryloyl dioxybenzone)와 제 1 단량체인 하이드록시프로필 셀룰로오즈 모노머(Methacryloyl HPC)가 고분자 중합반응을 통해 합성되어 제조된 생체적합성 다당류 자외선 차단 고분자인 DOB-HPC 폴리머에서 다이옥시벤존의 구조인 벤젠 링과 하이드록시프로필 셀룰로오즈(HPC)의 구조를 확인할 수 있었다.

<실시예 3> 생체 적합성 자외선 차단 고분자(DOB-PUL)의 분자량 확인

상기 실시예 1에서 제조된 생체 적합성 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL의 분자량을 GPC(Gel permeation chromatography)를 이용하여 측정하였으며, 폴리스티렌으로 구성된 분자량의 표준 곡선에 맞추어 분자량을 확인하였다.

그 결과, 생체 적합성 자외선 차단 고분자의 분자량은 약 500,000 g/mol의 범위인 것을 확인할 수 있었다.

<실시예 4> 생체 적합성 자외선 차단 고분자(DOB-PUL)의 크기 확인

상기 실시예 1에서 제조된 생체 적합성 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL의 크기를 주사전자현미경(SEM)과 DLS(Dynamic light scattering)를 이용하여 측정하였다. DLS 측정 시에는, 0.01 mg/ml 농도로 증류수에 녹여 측정하였고, SEM 측정 시에는 상기 고분자들을 백금으로 코팅한 후 측정하였다.

그 결과, 도 9에 나타난 바와 같이, 상기 자외선 차단 고분자는 구형의 나노입자인 것을 확인할 수 있었고, 또한, 도 10에 나타난 바와 같이, 자외선 차단 고분자의 크기는 약 280 nm 내외였으며, 0.278 PDI 값을 가지는 것을 확인하였다.

<실시예 5> 생체 적합성 자외선 흡수 파장의 확인

1) 제 2 단량체(자외선 차단제 단량체)와 자외선 차단 고분자의 자외선 흡수 파장 비교

상기 실시예 1에서 제조된 자외선 차단 고분자의 자외선 흡수파장을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1에서 제조한 1) 제 2 단량체인 다이옥시벤존 모노머(methacryloyl dioxybenzone, methacryloyl DOB)와, 2) 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머, DOB-HPC 폴리머와 DOB-GC 폴리머를, 미네랄 오일(mineral oil)에 농도가 각각 0.00725 mg/ml(자외선 차단 모노머)와 0.00275 mg/ml(자외선 차단 고분자)가 되도록 녹인 후 UV/Vis 분광광도계(spectrophotometer)로 260 nm부터 400 nm까지의 흡광 스펙트럼을 측정하였다.

그 결과, 도 11, 12 및 도 13에 나타난 바와 같이 자외선 차단 고분자(DOB-PUL polymer, DOB-HPC polymer, DOB-GC polymer)와 제 2 단량체(DOB)간 자외선 흡수 파장과 흡수율이 같은 것을 확인할 수 있었다.

2) 본 발명의 자외선 차단 고분자와 기존의 자외선 차단 고분자의 자외선 흡수 파장 비교

본 발명의 발명자들은 기존의 자외선 차단 고분자에서 파이-파이 상호작용(pi-pi interaction)을 통해 흡광 감소 효과가 일어나는 것을 방지하기 위하여, 자외선 차단제 사이에 백본(backbone) 물질인 생체적합성 다당류를 합성한 것인 바, 상기 실시예 1에서 제조한 자외선 차단 고분자와 기존의 자외선 차단 고분자의 자외선 흡수 효과를 비교하였다. 먼저, 상기 실시예 1에서 제조한 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머와 DOB 폴리머를, 미네랄 오일(mineral oil)에 농도가 0.00725 mg/ml가 되도록 녹인 후 UV/Vis 분광광도계로 260 nm부터 400 nm까지의 흡광스펙트럼을 측정하였다. 기존의 자외선 차단 고분자도 동일한 실험 과정을 거쳐 흡광스펙트럼을 측정하였다.

그 결과, 도 14에 나타난 바와 같이 기존의 자외선 차단 고분자(DOB 폴리머)는 자외선 차단제에 비해 자외선 흡수 효율이 현저하게 떨어지는 데 비해, 본 발명의 생체적합성 다당류 자외선 차단 고분자(DOB-PUL 폴리머)는 자외선 차단제(제 2 단량체)인 DOB와 자외선 흡수 파장과 흡수율이 같은 것을 확인할 수 있었다.

<실시예 6> 자외선 차단 고분자의 피부 비침투능 확인

상기 실시예 1에서 제조된 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머와 DOB-HPC 폴리머의 피부 침투 능력을 확인하기 위해, 피부 침투를 확인할 수 있는 기기인 프란츠 디퓨전 셀(Franz diffusion cell)을 이용하였다. 인공피부를 모델로 사용하여 10 mg의 제 2 단량체(DOB) 및 자외선 차단 고분자가 인공피부를 투과하여 시간별로 축적된 양을, 제 2 단량체(DOB)의 파장대에 따라 UV/Vis 분광광도계로 정량하였다.

그 결과, 도 15 및 도 16에 나타난 바와 같이 UV 분광광도계로 정량했을 때 제 2 단량체(DOB)는 시간에 따라 인공피부를 투과하는 반면에 자외선 차단 고분자인 DOB-PUL 폴리머와 DOB-HPC 폴리머는 투과되지 않음을 확인하였다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 즉, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다.

Claims

하나 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group)를 필수로 갖는 풀루란, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 키토산 및 글리콜 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제 1 단량체;
둘 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group)를 필수로 갖는 제 2 단량체로서 다이옥시벤존(Dioxybenzone); 및
사슬전달제로서 3-메르캅토프로피온산(3-mercaptopropionic acid);을 포함하며,
상기 제 1 단량체와 상기 제 2 단량체는 탄소-탄소 결합을 통해 결합되고, 상기 탄소-탄소 결합된 단량체와 상기 사슬전달제는 자유 라디칼 중합 반응(free radical polymerization)을 통해 결합하여 고분자 중합한 것을 특징으로 하는 생체 적합성 자외선 차단 고분자.
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제 1 항에 있어서, 상기 자외선 차단 고분자는, 하기 화학식 1 내지 화학식 4 중 어느 하나의 화학식으로 표시되는 것을 특징으로 하는 생체 적합성 자외선 차단 고분자;
[화학식 1]

상기 화학식 1에서, m은 10 내지 100의 정수 중 하나이고, n은 10 내지 100의 정수 중 하나임;
[화학식 2]

상기 화학식 2에서, m은 10 내지 100의 정수 중 하나이고, n은 10 내지 100의 정수 중 하나임;
[화학식 3]

상기 화학식 3에서, m은 10 내지 100의 정수 중 하나이고, n은 10 내지 100의 정수 중 하나임:
[화학식 4]

상기 화학식 4에서, m은 10 내지 100의 정수 중 하나이고, n은 10 내지 100의 정수 중 하나임.
제 1 항 또는 제 5 항에 따른 생체 적합성 자외선 차단 고분자를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물.
(a) 하나 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group)를 필수로 갖는 풀루란, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 키토산 및 글리콜 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제 1 단량체 및 둘 이상의 메타아크릴레이트기(methacrylate group)를 필수로 갖는 제 2 단량체로서 다이옥시벤존(Dioxybenzone)을 혼합하는 단계; 및
(b) 상기 제 1 단량체 및 제 2 단량체의 혼합물에 개시제로서 아조비스이소부틸로니트릴(Azobisisobutyronitrile, AIBN) 및 사슬전달제로서 3-메르캅토프로피온산(3-mercaptopropionic acid)를 추가하여 고분자 중합 반응시키는 단계;를 포함하는 생체 적합성 자외선 차단 고분자의 제조방법.
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제 7 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 고분자 중합반응은 50℃ 내지 100℃에서 15 시간 내지 25 시간동안 진행되는 것을 특징으로 하는 생체 적합성 자외선 차단 고분자의 제조방법.