전기방사 PCL 메쉬를 이용한 마이크로니들의 근접 보호 시스템

국문 초록 (Abstract)

마이크로니들(microneedle)은 피부의 각질층을 통증 없이 관통하여 약 물을 전달할 수 있는 유망한 경피 약물 전달 플랫폼이며, 이러한 제형의 특성 상 포장과 용기는 약물의 안정성·무균성·사용 안전성을 확보하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 현재 마이크로니들 제품은 포장에서 꺼낸 이후 사용 직 전까지의 근접 보호(proximal protection)가 미흡하다는 한계를 가진다. 특히 약물이 마이크로니들 외부 표면에 노출된 상태로 존재하기 때문에 물방울, 땀, 먼지 및 미생물과 접촉할 경우 제형 변성, 약물 손실 및 감염 위험이 증가할 수 있다. 본 연구에서는 전기방사(electrospinning)를 이용하여 마이크로니들 구 조체 전면을 감싸는 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL) 기반 보호 메쉬 를 형성하고, 이를 마이크로니들 자체에 일체화된 근접 보호층으로 적용하였 다. 15 w/v%의 PCL 용액을 전기방사하여 접촉각이 약 99°의 소수성 다공성 메쉬를 제작하였으며, 전도성 프레임을 도입해 비전도성 마이크로니들에서도 PCL 메쉬의 두께 균일성과 재현성을 확보하였다. PCL 메쉬 두께에 따른 삽입 깊이 및 PCL 메쉬 투과 후 노출 높이 평가를 통해 마이크로니들에 적용할 수 있는 PCL 메쉬의 최적 두께를 30 ± 5 μm 로 선정하였고, 이 조건에서 수행 한 보호 성능 평가에서 PCL 메쉬는 물방울과 오염 입자의 순간적인 노출을 효과적으로 억제하였다. 마이크로니들이 PCL 메쉬를 관통하는 과정에서 코팅 층의 약물 손실 및 투과 저하는 관찰되지 않았으며, 기존의 코팅형 마이크로 니들과 유사한 수준의 전달 효율을 나타냈다. 또한, 마이크로니들 적용 시 각 니들 위치에서 메쉬가 국소적으로 파열되어 외관만으로 사용 여부 판단이 가 능하여 재사용에 따른 오염 및 교차 감염 가능성을 차단한다. 따라서 전기방사 기반 PCL 메쉬는 액적 및 오염물로부터 마이크로니들 을 근접 거리에서 보호하면서도 삽입 성능과 약물 전달 효율을 유지하고, 동 시에 일회용성을 담보하는 보호 플랫폼으로서 향후 다양한 마이크로니들 백신 ·의약품 제형에 적용 가능한 기술적 기반을 제공할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• II. 실험 방법 4
• 1. PCL 메쉬의 형성 4
• 1.1. 전기방사를 위한 고분자 용액의 제조 4
• 1.2. 전가방사를 이용한 PCL 메쉬 제작 4
• 2. PCL 메쉬의 물리적*기계적 특성 평가 5
• 2.1. PCL 메쉬의 미세구조 관찰 5
• 2.2. PCL 메쉬의 접촉각 측정 5
• 2.3. PCL 메쉬의 공극 특성 분석 5
• 2.4. PCL 메쉬 두께에 따른 기계적 강도 분석 6
• 3. 마이크로니들 보호용 PCL 메쉬 두께 최적화 6
• 3.1. 마이크로니들 준비 6
• 3.2. 마이크로니들 보호용 PCL 메쉬 두께 재현성 확보 7
• 3.3. 마이크로니들 적용을 위한 PCL 메쉬 두께 최적화 8
• 3.3.1. 피부 삽입 깊이 평가 8
• 3.3.2. 마이크로니들 노출 높이 평가 9
• 4. 마이크로니들 보호용 PCL 메쉬의 보호 성능 평가 10
• 4.1. PCL 메쉬로 보호된 코팅형 마이크로니들 준비 10
• 4.2. 액적으로부터 보호 성능 평가 11
• 4.2.1. 마이크로니들 코팅층의 물리적 손상 관찰 11
• 4.2.2. 물방울 노출 시간에 따른 PCL 메쉬의 습윤성 변화 평가 12
• 4.2.3. 물방울 노출량에 따른 PCL 메쉬의 습윤성 변화 평가 12
• 4.3. 오염물질로부터 보호 성능 평가 12
• 4.3.1. 오염물질 모사 입자 준비 12
• 4.3.2. 오염물질 차단 성능 평가 13
• 5. PCL 메쉬로 보호된 마이크로니들의 약물 전달 특성 평가 13
• 5.1. PCL 메쉬에 의한 약물 전달 방해 가능성 평가 13
• 5.2. Ex vivo 투과 성능 평가 14
• 5.3. Ex vivo 전달 효율 평가 15
• III. 실험 결과 및 고찰 17
• 1. 전기방사 공정의 최적화 17
• 2. PCL 메쉬의 특성 18
• 2.1. PCL 메쉬의 물리적 특성 18
• 2.2. PCL 메쉬의 기계적 특성 23
• 3. 마이크로니들 보호용 PCL 메쉬 두께 최적화 24
• 3.1. PCL 메쉬 두께에 대한 균일성 및 재현성 평가 24
• 3.2. 마이크로니들 적용에 적합한 PCL 메쉬 두께 최적화 27
• 4. 마이크로니들 보호용 PCL 메쉬의 보호 성능 평가 32
• 4.1. 액적으로부터 보호 능력 평가 32
• 4.2. 오염물질로부터 보호 능력 평가 37
• 5. PCL 메쉬로 보호된 마이크로니들의 약물 전달 특성 평가 42
• 5.1. PCL 메쉬의 약물 전달 방해 가능성 평가 42
• 5.2. Ex vivo 투과 성능 및 전달 효율 평가 45
• IV. 결론 49
• V. 참고문헌 51
• VI. Abstract 56