본 연구에서는 연속상의 종류가 AOT 계면활성제 시스템의 water-in-oil(W/O) 마이크로에멀젼을 이용한 할로겐화은 나노입자 제조에 미치는 영향에 관하여 살펴보았다. 이를 위하여 계면활성제, 연속상 오일, 무기염 수용액으로 이루어진 삼성분 시스템에 대하여 탄화수소의 연속상 종류를 변화하면서 상평형 실험을 수행한 결과, 탄화수소의 사슬 길이가 증가함에 따라 계면활성제 시스템의 친수성이 증가하여 단일상으로 존재하는 W/O 마이크로에멀젼 영역은 증가하였다. 상평형 실험결과에 의하여 결정된 단일상의 영역 내에서 W/O 마이크로에멀젼을 이용하여 할로겐화은 나노입자를 제조한 결과, 10 nm 전후의 구형에 가까운 비교적 균일한 입자가 형성되었다. 사용한 연속상 탄화수소의 사슬 길이가 증가할수록 마이크로에멀젼의 film rigidity를 감소시킴에 따라 마이크로에멀젼 사이의 교환 속도가 빨라져서 생성된 할로겐화은 나노입자의 크기는 작아지고 반면에 개수는 증가하였다. 또한 동일한 시스템에서 무기염 수용액의 조성을 증가시킴에 따라 생성된 나노입자의 크기는 증가함을 알 수 있었다.
Oil-in-ethanol (O/E) 마이크로에멀젼을 물에 희석하여 얻은 O/W 나노에멀젼의 성질에 대하여 다른 희석 과정의 영향을 연구하였다. 물/에탄올/비이온성계면활성제/실리콘 오일 계를 모델 계로 선택하였다. 희석과정은 물(또는 마이크로에멀젼)을 마이크로에멀젼(또는 물)에 단계별로 첨가하는 방법으로 구성되었다. O/E 마이크로에멀젼을 물에 첨가하여 혼합하면 30 nm 정도의 입경을 가진 나노에멀젼을 얻을 수 있었다. 반면에 물을 O/E 마이크로에멀젼에 첨가하면 400 nm의 입경을 가진 에멀젼을 얻을 수 있다. 희석 방법이 얻어지는 에멀젼의 성질에 중요한 역할을 하였다. 시간에 따른 나노에멀젼의 입자 변화는 관찰되지 않았으나 입자가 큰 에멀젼은 시간에 따라 입경이 증가하였으며 불안정화 기작은 오스트왈드 라이퍼닝으로 추정되었다.
본 연구에서는 비이온 계면활성제, 보조계면활성제 등의 첨가제가 AOT 계면활성제 시스템의 water-in-oil(W/O) 마이크로에멀젼을 이용한 AgCl 나노입자 제조에 미치는 영향에 관하여 살펴보았다. AOT 계면활성제, isooctane, 무기염 수용액으로 이루어진 삼성분 시스템에 NP 계열 비이온 계면활성제를 첨가한 결과, 단일상으로 존재하는 W/O 마이크로에멀젼 영역은 증가하였으며, 일반적으로 첨가한 비이온 계면활성제의 친수성이 증가할수록 단일상의 영역은 증가하였다. 또한 첨가한 비이온 계면활성제는 마이셀의 계면을 보다 유연하게 함으로써 생성된 입자의 크기는 증가하고 분포도는 넓어졌다. 한편 보조계면활성제로 알코올을 첨가하면서 상평형 실험을 수행한 결과, 알코올의 사슬 길이가 증가하거나 첨가량이 증가할수록 단일상으로 존재하는 W/O 마이크로에멀젼이 보다 좁은 영역에서 형성되었다. 상평형 실험결과에 의하여 결정된 단일상의 W/O 마이크로에멀젼 영역 내에 해당하는 조건에서 보조계면활성제의 사슬 길이와 첨가량을 변화시키면서 AgCl 나노입자 제조실험을 수행한 결과, 생성된 AgCl 입자의 특성은 보조계면활성제 첨가에 따른 마이크로에멀젼의 radius of spontaneous curvature와 필름 rigidity의 변화에 의하여 결정됨을 알 수 있었다.
음이온계면활성제인 sodium di[2-ethylhexyl] sulfosuccinate(AOT)를 isooctane에 용해하여 조제한 W/O형 마이크로에멀젼을 이용하여 수용액중의 카드뮴, 구리 및 크롬 등의 중금속이온을 조작이 간단하고 효과적이며 대량으로 분리처리할 수 있는 시스템을 개발하였다. $Cd^{2+}$, $Cu^{2+}$ 및 $Cr^{3+}$는 W/O형 마이크로에멀젼에 의한 분리 후 3~7분 후에 평형에 도달하였고, 분리율과 분리속도는 수용액의 pH가 증가할수록 증가하였으며 $Cr^{6+}$ 는 전 pH 영역에서 분리제거가 되지 않았다. pH 3.5에서 $Cr^{3+}$는 5분 후에 90%이상 제거되었다. 분리속도식은 유사1차식으로 나타낼 수 있으며, 초기 물질전달계수(Jo)와 수용액 pH의 상관관계를 제시하였다.
본 연구에서는 계면활성제, 오일, 암모니아 수용액으로 이루어진 시스템에 보조계면활성제 첨가가 단일상의 마이크로에멀젼을 이용한 실리카 나노입자 제조에 미치는 영향에 관하여 살펴보았다. 동일한 연속상의 오일을 사용한 경우, 단일상의 W/O 마이크로에멀젼 영역은 계면활성제와 연속상 오일의 상호작용에 의하여 결정되었다. 예를 들어 연속상 오일로 cyclohexane을 사용한 경우에는 실험에 사용한 NP(nonylphenol ethoxylate) 계면활성제 중에서 NP-5가 가장 넓은 W/O 마이크로에멀젼 영역을 나타냈으며, NP-4가 가장 좁은 W/O 마이크로에멀젼 영역을 나타내었다. NP 계면활성제 시스템에 n-propanol을 보조계면활성제로 첨가한 경우, 단일상의 영역은 연속상 오일의 종류에 따라 증가 또는 감소하였다. 예를 들어, cyclohexane과 isooctane 시스템에서는 n-propanol 첨가에 따라 단일상의 마이크로에멀젼 영역은 감소하나 n-heptane 시스템의 경우에는 증가하였다. 실리카 나노입자 실험을 수행한 결과에 의하면 NP 계면활성제 시스템의 경우 보조계면활성제를 첨가함에 따라 한 상의 영역에서의 제조와 관계없이 많은 수의 불균일한 입자가 생성되었다. LA-5 계면활성제와 n-heptane 시스템에서의 n-propanol 첨가는 입자의 크기는 감소하며, 개수는 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 n-propanol 첨가량이 증가함에 따라 계면활성제의 소수 결합이 증가하여 마이크로에멀젼 사이의 상호 물질 교환이 잘 일어나지 않기 때문으로 생각된다.
막유화(membrane emulsification, ME)는 SPG 막과 같이 균일한 크기의 세공을 갖는 막을 사용하여 좁은 입도분포의 에멀젼을 제조하는 기술이다. 본 연구에서는 막유화법으로 형성시킨 다중 에멀젼을 사용하여 폴리카프로락톤(PCL) 마이크로캡슐의 제조를 연구하였다. 먼저 초음파 유화기로 $W_1/O$ 단일 에멀젼을 제조한 후, premix 막유화를 적용하여 $W_1/O/W_2$ 다중 에멀젼을 형성시킨 후 용매 증발을 통해 모델 약물인 BSA가 담지된 PCL 마이크로캡슐을 제조하였다. 연속상에 대한 분산상의 비율(D/C ratio), PCL 농도, 유화제 농도, 모델 약물의 농도, 막간 압력차 등 막유화 변수가 제조된 마이크로캡슐의 입경과 입도 분포에 미치는 영향을 실험하였다. Premix-ME를 적용하여 평균 입경 $5{\sim}6{\mu}m$의 균일한 크기를 갖는 모델 약물 BSA의 함침량이 약 26%인 다중 코어형 PCL 마이크로캡슐을 제조할 수 있었다.
본 총설에서는 나노에멀젼을 제조하기 위한 다양한 유화방법과 나노에멀젼의 화장품 응용에 대해 논의하고자 한다. 나노에멀젼은 입경이 일반적으로 20 ~ 200 nm의 범위에 있으며 입자 분포도 좁은 영역을 보인다. 많은 논문에서 O/W 또는 W/O 나노에멀젼 제조에 있어서 고압을 이용한 분산 방법을 보고하고 있지만 유화과정 중에 일어나는 상전이에 기초한, 응축 또는 저 에너지 유화 방법에 관심이 증가하고 있다. 상 거동 연구 결과에 의하면 나노에멀젼의 입자 크기는 온도나 구성 성분에 의해 유도되는 전상점에서의 계면활성제 상 구조(이중 연속상 마이크로에멀젼 또는 라멜라 액정)에 의해서 지배된다. PIT 방법에 의해서 제조된 나노에멀젼 연구에서 초기 상평형 상태가 단일상인지 다중상인지 관계없이 유화입자의 크기는 마이크로 에멀젼 이중 연속상에 오일이 완전히 가용화됨에 따른다는 것을 보여준다. 나노에멀젼의 안정성은 나노에멀젼의 입자 크기가 작 기 때문에 크리밍, 침전 또는 합일 현상보다 오스트왈드 라이퍼닝에 의해 지배된다. 나노에멀젼은 나노에멀젼 입자를 마이크로 리엑터로 활용하고 모노머를 이용하여 나노 입자를 제조하거나 화장품 등의 유효성분 전달 등에 이용되고 있다. 본 총설에서는 화장품에의 응용에 초점을 맞췄다.
마이크로 에멀젼 방법으로 CaWO4 결정을 합성하였다. CTAB에 대한 H2O의 몰랄 농도비(w)를 변 화시켜서 다양한 크기와 형태의 CaWO4를 얻었다. w=5와 w=10일 때 각각 100 nm와 500 nm 길이의 타원형 CaWO4 결정을 얻었다. w=20일 때는 1 μm의 막대형 CaWO4 결정을 얻었다. w=30에서는 길이가 약 2~3 μm인 구형의 CaWO4 결정을 얻었다. CTAB에 대한 H2O의 몰랄 농도비가 증가 할수록 응집에 의해서 CaWO4 결정 의 모양은 타원형에서 막대형태를 거쳐서 구형으로 변했다.
슈도모나스를 함유하는 poly(${\varepsilon}$-caprolactone)(PCL) 마이크로캡슐은 다중에멀젼 시스템에 의하여 제조하였고, 제조조건에 따른 마이크로캡슐의 특성과 방출거동에 대하여 조사하였다. 마이크로캡슐의 형태와 입도분포는 주사전자현미경과 입도분석기를 이용하여 관찰하였고, 방출거동은 액체배양법을 통하여 확인하였다. 다양한 제조조건에 따라 제조된 마이크로캡슐은 10~60 ${\mu}m$의 입자크기와 표면이 매끈하고 균일한 구형의 마이크로캡슐이 형성됨을 확인하였다. 열분석 결과, 마이크로캡슐은 약 $58^{\circ}C$에서 용융피크를 나타내었고 벽재물질의 함량 증가에 따라 용융열이 증가함으로써 벽재의 두께는 PCL 함량에 비례함을 확인할 수 있었다. 또한 슈도모나스의 방출속도는 유화제 함량, 교반속도, PCL 함량에 따라 조절이 가능하며 이는 유화제 함량과 교반속도 증가에 따른 입자 크기의 감소에 의한 비표면적 증가와 벽재물질의 두께 증가에 인한 방출속도의 감소에 의한 것으로 판단된다.
키토산 마이크로캡슐 및 마이크로비드를 W/O emulsion법에 의해 제조하였으며, SEM을 통해 이들의 morphology를 관찰하였다. 마이크로캡슐은 SEM을 통해 관찰한 결과 약 8$mu extrm{m}$ 정도의 표피층을 가지고 있었으며, 평균 입자의 크기는 약 250$\mu\textrm{m}$ 이였다. 마이크로캡슐의 팽윤부피를 측정한 결과 양성자성 용매가 비양성자성 용매에 비해 상대적으로 높은 팽윤성을 보였다. 또한 메칠바이올렛을 함유시킨 후 그 방출거동을 pH 변화 및 라이소자임 첨가에 따라 관찰한 결과, pH 5.1에서 라이소자임 첨가시 방출속도가 높게 나타났다. 한편 W/O emulsion법에 의해 제조한 마이크로비드의 경우 70$\mu\textrm{m}$정도의 크기를 보였으며 다공성의 표면구조를 나타내었다. 용매 종류별 팽윤성을 측정한 결과 수용액에서 마이크로캡슐에 비해 2배 이상의 팽윤부피를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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