KR102506310B1 - 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐 히알루론산 매트릭스 및 그 제조방법 - Google Patents

칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐 히알루론산 매트릭스 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐 히알루론산 매트릭스에 관한 것으로서, 정제수 100ml 당 수산화칼슘 0.05 내지 0.1mol 및 콜라겐 5 내지 20g의 비율로 첨가한 후 가열 교반하여 완전 용해시키는 칼슘 콜라겐 용액 제조단계와; 정제수 100ml 당 헥실렌글라이콜 10 내지 30g과 히알루론산 5 내지 10g을 첨가한 후 가열 교반하여 완전 용해시키고, 여기에 아스코르브산 0.05 내지 0.1mol을 서서히 첨가하면서 완전 용해시켜 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계; 상기 단계들에서 제조된 칼슘-콜라겐용액 및 아스코르브산-히알루론산 용액을 혼합한 후 가열 교반하면서 칼슘아스코르베이트 이온결합반응 및 콜라겐-히알루론산 가교화를 수행하는 가교화단계; 및 상기 가교화 단계에서 얻어진 상기 반응물을 동결 건조하는 동결건조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스 제조방법을 제공한다.

Description

칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐 히알루론산 매트릭스 및 그 제조방법{Matrix of collagen hyaluronic acid including calcium ascorbate and production method for the matrix}
본 발명은 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐 히알루론산 매트릭스에 관한 것으로서, 보다 상세하게 칼슘이온 및 아스코르브산의 안정적인 화장품 소재로의 적용을 위해 콜라겐-히알루론산 세포외기질 매트릭스 제조 시 칼슘이온 및 아스코르브산을 이용하여 이온결합 및 가교화시켜서 제조되는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐 히알루론산 매트릭스 및 그 제조방법에 관한 것이다.
세포는 지지체에 붙어 생명활동과 대사 작용을 하여 성장인자와 단백질 등을 분비해 새로운 세포외기질(Extracellular Matrix, 이하 ECM)을 만들어낸다. ECM을 구성하는 물질로 매트릭스를 제작하면, ECM이 가진 신호전달체계를 그대로 사용할 수 있어 세포의 활성을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 체내 효소에 의해 분해되기 때문에 다른 합성재료와 비교했을 때 면역반응을 일으킬 확률이 낮다.
ECM 구성 물질 가운데 콜라겐은 ECM의 단백 중 25%를 차지하며, 뼈, 피부 등 여러 조직에 분포하고 있다. 이는 ECM의 구조적인 안정성을 제공하며 GPO(Gly-Pro-Hyp), GFO(Gly-Phe-Hyp), 그리고 RGD(Arg-Gly-Asp)와 같은 세포 부착 서열이 있어 세포 부착 효율을 높일 수 있다.
히알루론산은 GAG의 하나로 연골, 피부 등 결합조직에 많이 분포하며, β-Dglucuronic acid와 β-N-acetyl-D-glucosamine의 반복구조로 이루어진 단일 가닥의 다당류이다. 히알루론산은 수분을 끌어당기는 특성이 있어 생체 내에서 겔 상태로 존재하여 결합조직을 채우고 있으며 점탄성을 가지고 있다. 히알루론산으로 만든 매트릭스의 경우 세포의 부착, 이동, 분화와 같은 세포 활동에 영향을 줄 수 있다. 또한 생체에 용해되어 존재하는 여러 인자들을 통해 세포의 반응을 변화시킬 수 있어 면역반응이나 창상 치유 등에 관련된 기작을 유도할 수 있다.
한편, 피부에서의 칼슘은 피부의 상부층, 표피에서 상당히 중요한 역할을 수행하고 표피 내 칼슘은 효소와 지질을 조절하여 피부의 건조를 막아주며, 지질장벽은 칼슘의 양에 따라 지질생산을 하여 피부를 보호하고 수분의 증발을 막아준다. 또한 칼슘의 부족은 피부의 생성과정에서 각질의 탈각을 방해함으로써, 피부의 재생활동에 상당한 영향을 미친다. 칼슘은 표피에서의 재생 속도를 조절하고 새로운 세포로 교체되는 속도를 촉진시켜 주며 칼슘이 부족하면 새로운 세포가 빨리 생겨나지 못해 피부가 약해지고 건조해지며 또 칼슘은 멜라닌 세포를 활성화시킬 뿐 아니라 자외선에 의해 손상된 세포에 대한 항산화제로도 작용함으로써 피부에 유분이 너무 적으면 쉽게 건조해지고 외부자극에도 예민해져 피부 노화와 손상이 촉진되는데 칼슘성분은 피부에 유분막을 형성해 피부 보습 상태를 유지하는데 도움을 준다.
하지만 체내의 항상성을 유지하는 물질로서 중요한 인자로 작용하는 칼슘이온을 흡수시키기 위해서는 수용화가 반드시 필요로 하게 된다. 일반적인 칼슘파우더는 불용성으로서, 화장품 원료화를 위한 수용화는 산(acid)를 이용하여 친수화를 증가시켜야 하며, 칼슘의 효과는 이온의 상태로 공급 되어질 때 극대화가 되므로, 파우더의 이온화율이 90%이상 유지되어야 문제점이 있다.
L-아스코르브산은 생체 내에서의 몇가지 생리학적인 활성, 예를 들자면 생체 결합조직의 주성분인 콜라겐 합성에 필요한 리신과 프롤린의 히드록실화 반응, 시토크롬 C의 Fe3+를 환원하여 Fe2+로 하는 산화 환원반응 및 백혈구 증가에 따른 면역 증강 작용 등에 관여하고 있는데, 그 이유는 비타민 C가 생체의 건강유지 및 증진에 중요한 역활을 하고 있기 때문이다. L-아스코르브산 결핍증에 의한 증상인 괴혈병에 관하여 오래전부터 알려져 있는데, 이것은 피부 허약화, 점상 출혈, 반상 출혈 및 잇몸과 골수의 출혈 등으로 나타난다.
현재 L-아스코르브산의 용도는 필수 영양소인 비타민 C 강화제에만 한정되어 있는 것이 아니고 여러 가지 분야에까지 확대되고 있다. 더욱 상세하게는 L-아스코르브산은 그 화학구조와 생리학적인 활성으로 인하여 각종 화공 시약, 음식물에 있어서 산미제, 환원제, 산화 방지제, 표백제 및 안정제로 사용되고, 의약분야에 있어서는 바이러스성 질환, 세균성 질환 및 악성 종양 등과 같은 감수성 질환의 예방제 및 치료제로 사용되며, 더욱이 피부 정화제 및 피부 색백제 등의 화장품에 있어서 환원제, 자외선(UV) 흡수제 및 멜라닌 생성 억제제로 사용된다. L-아스코르브산의 주요한 결점은 직접 환원성, 안정성 불량 및 고도의 산화 분해성으로 인하여 생리학적인 활성을 쉽사리 상실하게 된다는 것이다.
KR 공개특허 10-2017-0113460 KR 등록특허 10-1918452
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 콜라겐-히알루론산 세포외기질 매트릭스 제조 시 칼슘이온 및 아스코르브산을 이용하여 이온결합 및 가교화시킴으로써 칼슘이온의 수용해도 향상 및 아스코르브산의 안정성을 확보할 수 있으며 세포외기질의 피부에 대한 생리활성물질의 이동 및 세포성장을 촉진하고 면역반응이 적으며 생분해성이 우수한 특성을 반영할 수 있는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조되는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스를 제공하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 정제수 100ml 당 수산화칼슘 0.05 내지 0.1mol 및 콜라겐 5 내지 20g의 비율로 첨가한 후 가열 교반하여 완전 용해시키는 칼슘 콜라겐 용액 제조단계와; 정제수 100ml 당 헥실렌글라이콜 10 내지 30g과 히알루론산 5 내지 10g을 첨가한 후 가열 교반하여 완전 용해시키고, 여기에 아스코르브산 0.05 내지 0.1mol을 서서히 첨가하면서 완전 용해시켜 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계; 상기 단계들에서 제조된 칼슘-콜라겐용액 및 아스코르브산-히알루론산 용액을 혼합한 후 가열 교반하면서 칼슘아스코르베이트 이온결합반응 및 콜라겐-히알루론산 가교화를 수행하는 가교화단계; 및 상기 가교화 단계에서 얻어진 상기 반응물을 동결 건조하는 동결건조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스 제조방법을 제공한다.
상기 칼슘 콜라겐 용액 제조단계 및 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계에서 가열 교반은 20~60℃에서 50~100rpm의 속도로 가열 교반하는 것일 수 있다.
상기 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계에서 헥실렌글라이콜과 히알루론산의 첨가는 먼저 헥실렌글라이콜에 히알루론산을 첨가하여 분산 시킨 후 이를 정제수에 첨가하는 것일 수 있다.
상기 가교화 단계에서 가열 교반은 40~60℃에서 50~100rpm의 속도로 0.5 내지 1시간 동안 가열 교반하는 것일 수 있다.
본 발명에서는 또한 상기 제조방법에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스를 제공한다.
본 발명에 따라 제조되는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스는 칼슘이온의 수용해도 향상에 의한 고농도 칼슘이온 화장품 제형 적용가능 및 화장품 적용군의 확대를 도모할 수 있으며, 특히 비타민C의 화장품 제형적용시 안정성 확보가 가능하다는 장점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스는 단일 세포외기질 사용 대비 칼슘이온 및 비타민C에 의한 세포외기질의 특성 강화, 즉 세포외기질의 피부에 대한 생리활성물질의 이동 및 세포성장을 촉진하고 면역반응이 적으며 생분해성이 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제조된 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스의 사진이다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스 제조방법은 칼슘 콜라겐 용액 제조단계와, 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계; 상기 단계들에서 제조된 칼슘-콜라겐용액 및 아스코르브산-히알루론산 용액을 혼합한 후 가열 교반하면서 칼슘아스코르베이트 이온결합반응 및 콜라겐-히알루론산 가교화를 수행하는 가교화단계; 및 상기 가교화 단계에서 얻어진 상기 반응물을 동결 건조하는 동결건조 단계;를 포함한다.
먼저 칼슘 콜라겐 용액 제조단계는 정제수 100ml 당 수산화칼슘 0.05 내지 0.1mol 및 콜라겐 5 내지 20g의 비율로 첨가한 후 가열 교반하여 완전 용해시키는 것이다.
상기에서 수산화칼슘은 정제수 100ml 당 0.05~0.1mol 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 정제수 100ml 당 수산화칼슘의 첨가량이 0.05mol 미만일 경우 반응이후 매트릭스에 함유되는 칼슘으로써의 함량이 미비하여 화장품 소재로써의 최소 활성농도에 미치지 못하며, 0.1mol 초과일 경우 수산화칼슘 용액에 대한 콜라겐의 가수분해가 급격히 진행되어 콜라겐 단백질의 휘발성 염기태질소로의 전환이 수행되는 문제점이 발생한다.
상기에서 콜라겐은 정제수 100ml 당 5~20g의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다. 5g 미만일 경우 용액의 점도가 낮아 최종 제조되는 매트릭스의 결정화가 원활히 수행되지 않으며 20g 초과일 경우 용액의 점도가 매우 높아 반응시 교반이 원활히 수행되지 않는 문제점이 발생한다.
상기 칼슘 콜라겐 용액 제조단계에서 가열 교반은 20~60℃에서 50~100rpm의 속도로 가열 교반하는 것일 수 있다.
가열 교반에서의 온도가 20℃ 미만일 경우 수산화칼슘 및 콜라겐의 용해도 포화도가 낮아 고농도의 용액 제조는 불가하며 60℃ 초과일 경우 콜라겐의 가수분해가 급격히 진행되어 콜라겐 단백질의 휘발성 염기태질소로의 전환이 수행되는 문제점이 발생한다.
또한 가열 교반에서의 교반속도가 50rpm 미만일 경우 고농도 용액의 제조시는 점도가 높아 교반이 원활하지 않으며 100rpm 초과시는 용액내 기포가 다량 발생하는 문제가 있다.
상기 칼슘 콜라겐 용액 제조단계와 별도로 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계를 거친다. 상기 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계는 정제수 100ml 당 헥실렌글라이콜 10 내지 30g과 히알루론산 5 내지 10g을 첨가한 후 가열 교반하여 완전 용해시키고, 여기에 아스코르브산 0.05 내지 0.1mol을 서서히 부가하면서 완전 용해시키는 것이다.
이때 상기 헥실렌글라이콜과 히알루론산의 첨가는 먼저 헥실렌글라이콜에 히알루론산을 첨가하여 분산 시킨 후 이를 정제수에 첨가하는 것일 수 있다.
상기에서 히알루론산 정제수 100ml 당 5~10g의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다. 그 첨가량이 5g 미만일 경우 용액의 점도가 낮아 최종 제조되는 매트릭스의 결정화가 원활히 수행되지 않으며 10g 초과일 경우 용액의 점도가 매우 높아 반응시 교반이 원활히 수행되지 않는 문제점이 발생한다.
상기 헥실렌글라이콜은 히알루론산분말을 분산 시킬 수 있는 분산매로써 사용하며 그 사용량의 범위는 히알루론산분말양의 질량으로써 2배수 내지 3배수의 범위내에서 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 히알루론산분말 사용량을 고려하여 정제수 100ml 당 10 내지 30g의 비율로 첨가하였다. 그 첨가량이 10g 미만일 경우 분산매로써의 작용이 미비하고 30g 초과일 경우 히알루론산 용액의 점도를 급격히 저감 시키는 문제점이 발생한다.
정제수에 헥실렌글라이콜과 히알루론산분말을 첨가하여 완전 용해시킨 다음 여기에 아스크르브산을 첨가한다. 상기 아스코르브산은 0.05 내지 0.1mol 첨가하는 것이 바람직하다. 그 첨가량이 0.05mol 미만일 경우 반응이후 매트릭스에 함유되는 아스코르브산으로써의 함량이 미비하여 화장품 소재로써의 최소 활성농도에 미치지 못하며, 0.1mol 초과일 경우 아스코르브산 용액에 대한 히알루론산의 용해도가 급격히 감소하여 용해되지 않는 문제점이 발생한다.
상기 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계에서 가열 교반은 20~60℃에서 50~100rpm의 속도로 가열 교반하는 것이 바람직하다. 온도가 20℃ 미만일 경우 아스코르브산 및 히알루론산의 용해도 포화도가 낮아 고농도의 용액 제조는 불가하며 60℃ 초과일 경우 아스코르브산의 안정성에 문제가 발생할 수 있다. 또한 교반속도가 50rpm 미만일 경우 고농도 용액의 제조시는 점도가 높아 교반이 원활하지 않으며 100rpm 초과시는 용액내 기포가 다량 발생하는 문제가 있다.
상기 단계들을 통해 칼슘-콜라겐용액 및 아스코르브산-히알루론산 용액의 제조가 완료되면 이들을 혼합한 후 가열 교반하면서 칼슘아스코르베이트 이온결합반응 및 콜라겐-히알루론산 가교화를 수행하는 가교화단계를 거치게 된다.
상기 가교화 단계에서 가열 교반은 40~60℃에서 50~100rpm의 속도로 0.5 내지 1시간 동안 가열 교반하는 것일 수 있다.
상기 가교화 단계에서 반응온도가 40℃ 미만일 경우 콜라겐-히알루론산의 가교화 반응이 완전히 수행되지 않으며 60℃ 초과일 경우 아스코르브산의 안정성 문제 및 콜라겐의 가수분해 문제가 발생할 수 있다.
또한 상기 가교화 단계에서 교반속도가 50rpm 미만일 경우 고농도 용액의 제조시는 점도가 높아 교반이 원활하지 않으며 100rpm 초과시는 용액내 기포가 다량 발생하는 문제가 있다.
또한 상기 가교화 단계에서 반응시간이 0.5시간 미만일 경우 반응이 완전히 수행되지 않으며 1시간 초과일 경우 유의적 차이가 없어 공정비용의 부가발생 문제가 있다.
가교화 단계가 완료되면 상기 가교화 단계에서 얻어진 상기 반응물을 동결 건조하는 동결건조 단계를 거치게 된다. 본 발명에서 동결건조는 일반적으로 알려진 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 예시적으로 -20℃에서 48시간 동결건조를 실시하면 본 발명에 따른 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스를 얻을 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스는 칼슘이온의 수용해도 향상에 의한 고농도 칼슘이온 화장품 제형 적용가능 및 화장품 적용군의 확대를 도모할 수 있으며, 특히 비타민C의 화장품 제형적용시 안정성 확보가 가능하다는 장점을 가진다.
또한 본 발명에 따른 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스는 단일 세포외기질 사용 대비 칼슘이온 및 비타민C에 의한 세포외기질의 특성 강화, 즉 세포외기질의 피부에 대한 생리활성물질의 이동 및 세포성장을 촉진하고 면역반응이 적으며 생분해성이 우수한 효과를 나타낸다.
그에 따라 본 발명에 따라 제조되는 콜라겐-히알루론산 매트릭스는 화장품에 유용하게 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정하는 것은 아니다.
<실시예 1>
수산화칼슘(분자량 74.093g/mol) 0.1mol을 정제수100g에 용해시키고 콜라겐10g 첨가하여 60℃, 100rpm에서 가열 교반하여 완전 용해시켜 칼슘 콜라겐용액을 제조한다.
헥실렌글라이콜 20g에 히알루론산 10g을 첨가하고 분산 시킨 후 정제수 100g을 가하여 60℃, 100rpm에서 가열 교반하여 완전 용해시킨다. 이후, 60℃, 100rpm에서 가열 교반 하에 아스코르브산(176.12g/mol) 0.1mol을 서서히 부가하면서 완전 용해시켜 아스코르브산-히알루론산 용액을 제조한다.
상기 제조된 칼슘-콜라겐용액 및 아스코르브산-히알루론산 용액을 전량 혼합하고 60℃, 100rpm에서 가열 교반하면서 칼슘아스코르베이트 이온결합반응 및 콜라겐-히알루론산 가교화를 수행한다. 이때 반응시간은 1시간으로 제한한다.
상기 반응물을 -20℃에서 48시간 동결 건조하여 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스를 수득한다.
상기 실시예 1에 의해 제조된 매트릭스를 도 2에 나타내었다.
본 발명에 따라 제조된 콜라겐-히알루론산 매트릭스는 칼슘이온 및 아스코르브산을 이용하여 이온결합 및 가교화시킴으로써 칼슘이온의 수용해도 향상 및 아스코르브산의 안정성을 확보할 수 있으며 세포외기질의 피부에 대한 생리활성물질의 이동 및 세포성장을 촉진하고 면역반응이 적으며 생분해성이 우수한 특성을 나타낸다.
상기에서 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 정제수 100ml 당 수산화칼슘 0.05 내지 0.1mol 및 콜라겐 5 내지 20g의 비율로 첨가한 후 20~60℃에서 50~100rpm의 속도로 가열 교반하여 완전 용해시키는 칼슘 콜라겐 용액 제조단계와;
    정제수 100ml 당 헥실렌글라이콜 10 내지 30g과 히알루론산 5 내지 10g을 첨가한 후 20~60℃에서 50~100rpm의 속도로 가열 교반하여 완전 용해시키고, 여기에 아스코르브산 0.05 내지 0.1mol을 서서히 첨가하면서 완전 용해시켜 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계;
    상기 단계들에서 제조된 칼슘-콜라겐용액 및 아스코르브산-히알루론산 용액을 혼합한 후 40~60℃에서 50~100rpm의 속도로 0.5 내지 1시간 동안 가열 교반하면서 칼슘아스코르베이트 이온결합반응 및 콜라겐-히알루론산 가교화를 수행하는 가교화단계; 및
    상기 가교화 단계에서 얻어진 상기 반응물을 동결 건조하는 동결건조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아스코르브산-히알루론산 용액 제조단계에서 헥실렌글라이콜과 히알루론산의 첨가는 먼저 헥실렌글라이콜에 히알루론산을 첨가하여 분산 시킨 후 이를 정제수에 첨가하는 것임을 특징으로 하는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1의 제조방법에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는 칼슘아스코르베이트를 함유하는 콜라겐-히알루론산 매트릭스.
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