DLS - Micelles 샘플의 인라인 입도 분석 by NANO-flexII Inline

마이셀 샘플의 입도(입자 크기 분포) 인라인 분석

Inline particle size measurement of micelles

   

약물 물질을 의도한 위치에 선택적으로 놓아주는 것을 Drug Targeting(약물 표적화)이라고 합니다. 이 과정에서 활성 물질들은 운반체에 결합되어 효과적인 의도한 장소로 운반됩니다.

Selectivity(선택성)는 표면의 화학적 성질과 Carrier(운반체)의 Size에 의해 결정됩니다.

기존 방법에 비해 Drug targeting 방법은 활성 성분의 캡슐화로 인해 보다 빠르고 높은 Bioavailability(생체 이용률), 적은 투약, 낮은 부작용 및 더욱 긴 유통 기한 등의 장점을 가지고 있습니다. 한편 적합한 운반체(Carriers)를 찾고 활성 성분을 운반체(Carrier)에 결합하는 데에는 어려움이 있습니다. Nanoparticulate system(나노 입자 시스템)은 종종 나노 입자, liposomes, micelles와 같은 운반체로 사용됩니다.

예를 들어, Liposomes, 특히 Micelle은 대마초 오일(Cannabis oil, cannabidiol, CBD)의 Targeting에매우 적합합니다. CBD 의 경우 Nano-encapsulation(나노 캡슐화)에 의해 흡수율이 크게 증가할 수 있습니다.

Liposomes 은 이중 지질층(Double lipid layer) 구조로 되어있으며 내부는 수성 또는 극성을 띄며 중공 구체(속이 빈 구형)입니다. 대조적으로 Micelles은 지질층이 하나만 있는 구조로 내부의 상(Phase)은 친유성(Lipopilic)입니다.

 (그림 1 참고)

Liposomes 역시 이중층(bilayer)에 친유성 물질(Lipophilic substances)을 저장할 수 있습니다. Bilayer(이중층)는 일반적으로 인지질(예를 들어 Lecithin)로 구성되며, 여기서 Functional groups(작용기)는 인체 자체 세포와 상호 작용을 결정하게 되고, 인산기(Phosphate groups)에서 Ligands를 적절히 선택하여 조정할 수 있습니다. Liposome과 Micelle들은 일반적으로 초음파 처리(매우 균일한 분산)와 같이 에너지를 적용하여 생성됩니다.

게다가 표면의 화학적 현상 이외에도 Carrier system의 크기는 생리적 장벽을 통한 Liposome의 이동을 가능하게 하거나 제한하기 때문에 생체 이용률(Bioavailability)에 결정적으로 중요합니다.

CBD를 직접적으로 섭취하면 활성 물질의 10~20% 정도만 흡수되지만, 나노 캡슐화를 하게 되면 90%까지 증가시킬 수 있습니다.

Liposomes의 Particle size는 약 50nm ~ 1,000nm 정도이며 CBD의 경구 투약(내복약)의 경우 최적의 생체이용율을 가지기 위해서는 가급적으로 5~50nm 크기가 되어야 합니다.

Micelles 은 일반적으로 50nm 이하입니다. 따라서 Micelles을 보통 CBD 캡슐용으로 사용합니다.

원하는 입자 크기로 만들기 위한 Energy input은 활성 성분의 분해를 최소화하기 위해 가능한 한낮아야 합니다.

이를 확실히 확인하는 방법은 DLS 방식의 입도분석기인 NANO-flex®II 를 사용하여 입자 Size를 Inline으로 측정하는 것이며, 제조 공정을 정밀하게 모니터링하고 제어할 수 있습니다.

 

Results of Measurements

레시틴(Lecithin)이 함유된 Micelles의 생산은 초음파(UP200St and sonotrobe S26d14 (100%=90pm amplitude)) 처리로 수행되었습니다.

입자 크기는 다양한 에너지를 통해 실시간 처리하는 생산 공정에서 NANO-flex®II IPAS 시스템으로 진행하였습니다.

Inline 분석 용도로 특수하게 설계된 분석 Head를 기반으로 한 IPAS(Inline Particle Analysis System)를 사용하면 흐르는 액체 샘플도 측정이 가능합니다.

짧은 측정 시간(30초)으로 인해 제조 과정에서 입자 크기를 바로 측정할 수 있으며 IPAS의 다양한 인터페이스를 통한 측정 결과를 이용하여 Process를 제어할 수 있습니다.

이러한 분석 제어 프로세스는 공정 비용 및 공정 지속 시간을 줄임으로써 활성 성분의 저하를 방지할 수 있습니다.

 

그림 3은 Micelles의 Energy input 별 Size를 Volume 분포로 보여줍니다.

500Ws/g까지 입자 크기가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있으며 500Ws/g 이상의 높은 Energy input은 입자 크기 분포에 영향을 미치지 않습니다.

이는 에너지 입력에 대비하여 평균 입자 크기를 그래프화 함으로써 분명하게 알 수 있습니다.

  

Energy input이 500Ws/g 이상일 경우 Micelles의 입도(입자 크기 분포, Particle Size Distribution)는 더 이상 변하지 않습니다.

NANO-flex®II 시스템의 측정 Probe를 IPAS 시스템에 확장 연결함으로써 실시간으로 분석이 가능합니다.

따라서 오랜 시간이 필요한 샘플링도, 별도의 Cuvettes 등 Sample Cell(샘플셀)도 필요하지 않으므로 입자 크기를 분석하는데 필요한 시간을 대폭 축소시킬 수 있습니다.

최종 결과는 그림 4에서 확인이 가능합니다.

NANO-flex®II 와 IPAS의 결합은 Micelles과 Liposomes의 제조와 나노에멀전(Nanoemulsions)을 생산함에 있어서 기존 DLS 기기에 비해 다음과 같은 여러 이점을 제공합니다.

-      180° Heterodyne 측정 방식으로 고농도에서 다중 산란없이 측정 [High Resolution]

-      별도의 샘플링 시간 지연 없이 실시간 분석 가능

-      Flexible probe는 Cuvettes 샘플 셀이 불필요하여 Process에 바로 장착 가능

-      측정된 Data는 Interface를 통해 실시간 데이터 전송으로 공정 제어 가능

-      간단하고 편리한 Software 및 편리한 Data 전송으로 작업의 단순화

물론 NANO-flex®II 시스템은 IPAS 없이 실험실에서도 사용할 수 있으며, 이 경우에도 Flexible probe를 사용하여 별도의 Cuvette 샘플셀은 필요하지 않습니다.

 

<NANO-flex ® II + IPAS>

<NANO-flex ® II>