메조다공성 SiO₂-TiO₂ 복합 산화물의 합성과 기능성 물질의 포집에 관한 연구

Abstract

근래에 나노 기술을 이용한 신소재의 개발 추세는 새로운 신소재를 개발하는 연구와 더불어 기존에 알려진 소재의 성질을 변화, 발전시켜 새로운 기능성 소재를 연구, 응용하는 방향으로 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구 분야 중에서 무기 소재의 기능성과 응용성을 높이는 한 방법이 메조 크기의 동공을 갖는 물질에 대한 연구이다. 최근에는 메조 다공성 물질을 물리적으로나 화학적으로 불안정한 생화학적 활성 물질이나 나노 금속, 그리고 기능성 나노 물질들을 동공에 포집하여 운반하는 운반체로 사용하고 있다. 이러한 메조 다공성 물질에 기능성 물질을 포집하는 연구는 의약품, 화장품, 농약 등 각 산업 분야에서 현재 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 메조 다공성 물질의 포집 대상으로 기능성 물질인 coenzyme Q 10과 니코틴 아미드를 선택하였다. Ubiquinone 10으로도 알려져 있는 coenzyme Q 10은 보조 효소로 미토콘드리아의 필수적인 구성성분이며 강력한 항산화제이다. 에너지 대사를 향상시키는 능력과 항산화 능력이 뛰어나기 때문에 심장 질환 뿐 만 아니라 노화 방지 및 파킨슨 병, 당뇨병 등에 관한 연구에도 많이 대두되고 있으며 외국에서는 물론 국내에서도 기능성 화장품, 피로 회복제, 영양보조제 등으로 개발되어 애용되고 있다. 비타민 B3의 일종인 니코틴 아미드는 니아신 아미드라고도 불리우며 수소전달계에서 중요한 보조 효소 성분이다. 표피를 통한 수분 손실 방지 및 각질층의 수분함량 개선과 같은 표피 방어기능 때문에 피부 노화, 피부 색소 침작 및 여드름 등을 개선하는 기능성 화장품 원료로써 현재 각광받고 있으며 펠라그라병, 설사, 피부염, 치매에도 좋은 효능을 보인다고 알려져 있다. 산업계에서 이산화티탄이 무기 자외선 차단제로 사용되는 것을 착안하여 본 연구에서는 일반적으로 포집체로 이용되는 메조 다공성 실리카가 아닌 메조 다공성 실리카/티타니아 복합 산화물을 포집체로 합성하였다. 기능성 물질인 coenzyme Q 10과 니코틴 아미드가 쉽게 분산되고 포집될 수 있도록 각각 나노 에멀션 용액으로 만들어 Self-Nano Emulsified Drug Delivery System (SNEDDS) 기술을 이용하여 이들을 포집하였다. 메조 다공성 실리카/티타니아 복합 산화물의 형상과 구조를 살펴보기 위해 TEM과 FT-IR 및 XRD를 이용하여 분석하였다. 포집의 정도를 확인하기 위해 UV-detector가 연결된 HPLC를 이용하여 표준물 첨가법으로 메조 다공성 실리카/티타니아 복합 산화물에 포집된 기능성 물질들의 함량을 측정해서 계산하였다. 본 연구 결과, 기능성 화장품 원료로도 사용되고 있는 이산화티탄을 함유한 새로운 메조 다공성 포집체를 합성하여 포집체가 자외선 차단의 기능을 갖도록 하였다. 또한 기능성 물질을 전형적인 포집 방법인 나노 에멀션 방법으로만 포집하지 않고, 나노 에멀션화 시킨 후 메조 다공성 포집체로 다시 포집하여 불안정한 기능성 물질을 에멀션 방법으로만 포집한 경우보다 훨씬 안정하게 하였다. 이러한 방법은 본 연구에서 사용된 coenzyme Q 10과 니코틴 아미드 뿐 만 아니라 물리적으로나 화학적으로 불안정한 물질 및 기타 나노 물질들을 안정하게 사용할 수 있는 새로운 포집 방법으로 산업계에서 실제 적용하여 사용할 수 있을 것으로 기대된다.|Drug delivery system(DDS) technique has been developed for delivering the amount of drug required with high efficiency and recently SNEDDS technique combined DDS with Nano technology has gained much interest and studied in the academic and industrial fields. Specially, SNEDDS technique using of nano hybrid mesoporous materials has been great highlighted because of the possibility of tailoring the pore structure, framwork composition, effective trapping and delivering ingredients with non-polarity or enormous molecular structure, controlling the trapping concentration for appreciate efficacy and emission rate of ingredients, etc. In this study, mesoporous silica/titania hybrid materials were synthesized in water solvent by sol-gel process using a cathionic surfactant, cetyltrimethylammonium chloride(CTAC) and a non-ionic surfactant, P-64 as templates under acidic condition. An amphiphilic oligomer whose number average molecular weight is 2062 was synthesized for using a co-surfactant and it showed wonderful effectiveness to trap non-polar coenzyme Q 10. It was considered that its amphiphilic property played a great role to trap non-polar material and cavities of mesoporous material would be expanded by its swelling effect. Coenzyme Q 10, also known as ubiquinone 10, is an strong antioxidant and a physiologically important compound acting as an electron shuttle in mitochondrial respiratory chain and as a stabilizing agent in cellular membranes. It is used for anti-aging, anti-wrinkles and used as products for recovery of fatigue and products for Parkinson's disease in cosmetics and pharmaceutical. Nicotinamide a series of vitamin B3 is used as a ingredient for protection of moisture loss from skin, deposition of pigments and has a good effectiveness to dermatitis, diarrhea and pellagra. At first, above two functional materials were nano-emulsified for good dispersion and trapping and then trapped into cavities of mesoporous silica/titania hybrid materials by SNEDDS technique. The case a non-ionic surfactant, P-64 was used as a template was better than the case a cathionic surfactant, CTAC. The amounts of functional materials trapped were measured and calculated by standard addition method using UV-detected HPLC at 275nm(coenzyme Q 10) and 220 nm(nicotinamide) after extraction. Extraction after shaking for 3 hours showed maximum value in HPLC data. From this data, the amounts of coenzyme Q 10 trapped was 0.08 (土 0.01) ~ 0.15 (土 0.01) mgs in 1 g of mesoporous silica/titania hybrid material using P-64 as a template, and 0.16 (土 0.02) ~ 0.32 (土 0.01) mgs in 1 g of mesoporous silica/titania hybrid material using P-64 and synthesized amphiphilic oligomer as templates. The amounts of nicotinamide trapped was 0.07 (土 0.01) ~ 0.14 (土0.02) mgs in 1 g of mesoporous silica/titania hybrid material usign P-64 as a template.