바이오/재료/화학

Fine Chemical _2017.10 특집요약 (p5~67)

저분자 겔화제 개발의 최신 동향
약물 함유 저분자 히드로겔화제의 개발 동향

● 특집에 있어서
Masahiro Suzuki / 신슈(信州) 대학 대학원 종합 공학계 연구과 교수

겔은 3차원의 그물코 안에 많은 용매를 함유하고 있어, 때에 따라서는 액체 상태나 고체 상태로 변하는 재료이다. 또한 겔을 구성하는 그물코사슬, 가교점, 유체(流體)를 분자 설계함으로써 다양한 기능을 겔에게 부여할 수 있다. 따라서 스마트 소프트 머티리얼로서 폭넓은 분야에서의 기술 개발이 시행되고 있다. 겔을 구성하는 그물코사슬이라고 하면 고분자 화합물을 연상하는 경우가 일반적이다. 한편, 저분자 화합물이 비공유 결합을 통해 자기 조직화하여 고분자 화합물(여기에서는 초분자 폴리머라고 부른다)을 형성하는 그물코 구조를 구축하여 형성된 ‘저분자 겔’의 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

이러한 저분자 겔을 형성하는 화합물은 저분자 겔화제라고 불리며 초분자 화학의 발전과 함께 개발 연구가 시행되어 왔다. 현재에는 연간 수 천 편의 논문이 발표되고 있다. 저분자 겔은 가정 내의 폐유∙유출유(流出油) 처리제 및 화장품과 같은 분야에서 산업적으로 이용되어 왔다. 또한 의료∙의약∙식품∙문방구∙염료∙잉크 또는 광∙전자 디바이스 관련 등 많은 분야에서의 응용 연구가 시행되고 있다. 저분자 겔화제는 저분자 화합물이면서 동시에 다양한 분자 설계 및 그 합성이 가능하다.

최근에는 여러 종류의 관능기(官能基)를 도입한 저분자 겔화제에 의한 기능성 저분자 겔의 개발이 연구 트랜드가 되고 있다. 그러나 그 반면, 합성에 필요한 비용이 문제가 되고 있어 고분자 겔에 비해 실용화가 늦어지고 있는 상황이다. 그래서 이번 특집에서는 저분자 겔의 많은 분야에서의 수요를 반영하여 학술적인 최신 연구와 산업 이용의 최신 연구에 대해 소개받을 수 있었다.

야마가타(山形) 대학의 이토(伊藤) 교수께서는 할로겐화 용매로 효율적이며 선택적인 겔화(化)가 가능한 당(糖) 유도체의 겔화제에 대해 집필해 주셨다. 기후(岐阜) 대학의 이케다(池田) 교수께서는 화학반응에 응답하는 저분자 겔에 관해서 소개해 주셨고, 규슈(九州) 대학의 오세(大背) 교수께서는 저분자 겔에서는 발현이 어렵다고 하는 틱소트로피(Thixotropy) 성분을 갖고 있는 저분자 겔에 관해 집필해 주셨다. 저분자 겔화제를 사용하여 쉽게 제작할 수 있는 초발수 표면에 관해서는 나고야(名古屋)시 공업연구소의 나카노(中野)씨가 집필해 주셨다.

또한 저분자 겔의 산업계에서의 수요와 산업 이용에 대해서는 아지노모토㈜계 오시무라(押村) 씨가 아미노산계(系) 겔화제의 퍼스널케어 용품으로의 응용에 관한 소개를, 닛산 화학공업㈜의 미야치(宮地) 씨가 나노 화이버 젤의 화장품 용도에 관해서 소개해 주셨다. 

그 외에도 많은 산업 이용 사례 및 최신 연구 사례가 있었으나, 아쉽게도 본 지면이 한정되어 있는 관계로 전부를 소개해 드릴 수는 없었다. 부디 이 특집이 ‘저분자 겔’에 대해 흥미를 느끼는 많은 연구자와 기술자들에게 신규 재료로써의 연구 개발을 시작하는 하나의 계기가 되었으면 하는 바램이다.

● 약물 함유 저분자 히드로겔화제의 개발과 Drug Delivery System
Masahiro Suzuki 외 1명 / 신슈(信州) 대학 대학원 종합 공학계 연구과 교수

정전하를 가진 L-리신형 저분자 히드로겔화제의 카운터이온(반대 이온)으로 살리실산(Salicylic acid)을 도입한 신규 히드로겔화제는 수용액을 효율적으로 겔화(化)한다. 또한 산을 트리거로 사용하여 히드로겔로부터의 살리실산의 방출 시스템을 구축하여 산 농도 및 겔화 농도에 따라 살리실산의 방출량을 제어할 수 있게 되었다.

● 3,4,5-알콕시 치환 페닐기를 가진 당 유도체의 겔화 특성: 할로겐화 용매의 선택적 겔화
Kazuaki Ito 외 1명 / 야마가타(山形) 대학 대학원 이공학연구과 물질화학 공학전공 교수

3,4,5-알콕시 치환 페닐기(Phenyl group)를 가진 당 유도체는 할로겐화 용매를 선택적으로 겔화하여 알킬 체인(Alkyl chain)의 길이 조정에 의해 겔화가 가능한 할로겐화 용매에 대한 선택성을 제시한다는 것을 밝혀냈다. 겔화제의 혼합에서는 겔화 용매에 대한 범용성의 확대 및 겔화능의 향상이 인정되었다. 이와 같은 겔화 현상은 HSP를 통해서 해석되었다.

● 화학반응을 활용한 저분자 히드로겔의 자극 응답성의 개발
Masato Ikeda / 기후(岐阜) 대학 공학부 화학∙생명공학과 생명화학 코스 교수

저자는 다양한 자극에 응답하는 저분자 히드로겔 개발을 목적으로 한 화학 응답을 활용한 연구를 추진하고 있다. 여기에서는 바이오마커를 포함한 생채 분자에 응답하여 녹는 저분자 히드로겔 및 온도 상승에 의해 굳어지는 저분자 히드로겔 등, 저자의 유니크 한 연구 성과를 중심으로 소개하겠다.

● 저분자 겔화제의 혼합에 의한 틱소트로피(Thixotropy)성의 발현
Yutaka Ohsedo / 후쿠오카(福岡) 공업대학 공학부 생명환경과학과 연구원

저분자 겔화제가 형성하는 분자성 겔의 기능 향상∙ 기능 발현의 방법 중 하나로써 저분자 겔화제끼리, 또는 저분자 겔화제와 이종 저분자 화합물과의 혼합이 있다. 이번 필자에 의해 시행해 온 서로 다른 알킬 체인 길이를 가진 저분자 겔화제 동족체간의 혼합에 의한 기능 발현의 예로써, 혼합에 의한 틱소트로피성 발현에 관한 연구 결과를 소개하겠다.

● 저분자 겔화제를 사용한 초발수 표면의 제작과 용도 개발
Kazunori Nakano 외 1명 / 나고야(名古屋) 시 공업 연구소 재료기술부 환경 기술연구실 주임연구원

연잎처럼 초발수 표면을 인공적으로 제작하기 위해서는 적절한 화학 조성으로 커버된 나노마이크로미터 스케일의 요철 구조를 표면에 부여할 필요가 있다. 이 미세구조를 저분자 겔화제와 지방산과의 혼합물로부터 구축할 수 있다는 것을 찾아냈으며 이 화합물의 자기조직화가 초발수 표면의 형성에 꼭 필요하다는 것을 밝혀냈다.

● 아미노산계 오일 겔화제의 퍼스널케어(personal care) 용으로의 응용
Shuvendu Biswas 외 1명 / ㈜아지노모토(味の素) 바이오 파인연구소 화장품 그룹

저분자 겔화제는 최근 각광을 받고 있는 새로운 기술이긴 하지만, 아미노산계 오일 겔화제는 그 중에서도 비교적 오래 전부터 그 성질이 알려져 있어 산업 용도로 널리 이용되어 왔다. 2000년 이후에는 화장품 용도에 있어서 저분자 겔화제의 이용이 급격하게 확산되고 있다. 이 글에서는 화장품 분야에 있어서의 겔화 기술과 저분자 아미노산계 오일 겔화제의 화장품 용도에 대해서 소개하겠다.

● 고기능 자기 조직화 재료의 화장품으로의 응용
Nobuhide Miyachi 외 4명 / ㈜닛산(日産)화학공업 신 사업기획부 대표

나노 섬유 겔은 양 친매성 지질(兩親媒性脂質)의 디펩타이드로써 수중에서는 끈 모양의 미셀 형성과 회합(會合)하는 자기 조직화 재료이다. 이 자기 조직화 재료가 다양한 기능을 가지고 있다는 것을 발견하게 되었다. 이번에는 안료의 분산을 안정화시키는 기능, 고함수(高含水)인 스틱을 형성하는 기능, 피부침투 촉진 기능에 대해 설명하겠다.

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