1) paclitaxel의 입자 크기를 획기적으로 감소시키기 위하여 고분자물질이 입자 형태에 미치는 영향을 이온교환수지의 첨가에 의해 표면적이 증가된 분별침 전 공정에 고분자물질을 첨가하여 분별침전을 수행하였으며 결과는 다음과 같다. HPMC 291의 농도 변화후 첨가시 원형 형태 좀 더 작아지면서 가늘어지며 농도 증가시 침전물 입자간 좀 더 많이 뭉친다. PVP-K90 농도 변화 후 첨가시 입자 형태가 일정하고 균일한 크기의 부채꼴 형태이며 HPMC 2910보다 더 뭉쳐 있으며 작은 크기다. PVA 농도 변가후 첨가시 부채꼴 형태로 가늘고 길게 형성하며 농도가 증가시 불규칙한 바늘 형태가 된다. 선행연구에서는 분자물질 미첨가시 paclitaxel 침전물의 입자 크기가 침전시간이 경과에 따라 커졌지만 본 연구 실험 결과는 입자 크기가 미미하게 감소했으며 그 이유는 첨가된 고분자물질이 고체-액체 계면의 표면장력을 낮추고 핵 성장 저해를 일으켜 입자 크기가를 작게 만들기 때문이다. 표면적이 증가된 분별침전 공정에 고분자물질 첨가는 paclitaxel 입자크기 감소에 효과가 있었으며, PVP-K90, HPMC 2910, PVA순으로 작았다. 이는 고분지물질과 paclitaxel 입자 간의 친화력이 증가할수록 성장을 저해 하는데 더 효과적이기에 작은 paclitaxel 입자를 얻을수 있다. 2) 표면적이 늘어난 분별침전 공정에서 고분자물질을 첨가하지 않았을때와 동일 농도 PVA, HPMC 2910, PVP-K90를 각각 첨가한경우 분별 침전 용액에서의 제타전위 측정을 통해 제타전위와 입자크기와의 상관 관계를 조사하였더니 침전물의 입자 크기는 제타전위 절대값에 반비례함을 알 수 있었다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>고분자물질이 입자 형태에 미치는 영향</h2> <p>본 연구에서는 paclitaxel의 입자 크기를 획기적으로 감소시키기 위하여, 이온교환수지로 표면적이 증가된 분별침 전 공정에 고분자물질을 첨가하여 분별침전을 수행하였다. 표면적이 증가된 분별침전 공정에서 고분자물질 첨가 유무에 따른 paclitaxel 침전 양상(입자 형태)을 조사하였다. 고분자물질 첨가 유무에 따른 입자 형태를 Fig. 3 에 나타내었다. 고분자물질이 첨가되지 않은 경우(control, Fig. 3A), 입자 모양은 부채꼴 형태로 대칭을 이루며 길게 뻗어나가는 모양을 보였다. 고분자물질 HPMC 2910 의 농도 \( (0.1,0.2,0.3 \%, \mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 를 달리하여 첨가한 경우(Fig. 3B, C, D) 고분자 물질이 첨가되지 않은 경우(Fig. 3A)보다 전반적으로 원형 형태(둥근 형태)의 입자 모양을 보였으며 입자 크기는 좀 더 작아지면서 가늘어짐을 알 수 있었다. 농도가 증가할수록 paclitaxel 침전물 입자간 좀 더 많이 뭉쳐있는 경향을 보였다. 고분자물질 PVP-K90의 농도 \( (0.1,0.2,0.3 \%, \mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 를 달리하여 첨가한 경우(Fig. 3E, F, G ), 입자 모양은 일정하고 균일한 크기의 부채꼴 형태를 나타내었으며 HPMC 2910 의 경우보다 전반적으로 좀 더 뭉쳐 있으며 작은 크기를 보였다. 고분자물질 PVA의 농도 \( (0.1,0.2,0.3 \%, \mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 를 달리하여 첨가한 경우(Fig. 3H, I, J ), 입자 모양은 부채꼴 형태로 바늘과 같이 가늘고 길게 형성되었으며 높은 농도 \( (0.3 \%, \mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 에서는 부채꼴 형태라기 보다는 불규칙한 바늘 형태를 나타내었다.</p> <h2>고분지물질이 입자 크기에 미치는 영향</h2> <p>고분자물질 첨가 유무에 따른 입자 크기를 Fig. 4에 나타내었다. 고분자물질이 첨가되지 않은 경우(control), 분별침 전 6, 12, 18, 24시간일 때 입자 크기는 각각 \( 48.4,47.2,45.8,45.3 \mu \mathrm{m} \) 로 침전시간이 경과함에 따라 입자 크기가 미미하게 감소하는 경향을 보였다. 선행연구에 의하면 표면적 증가물질(이온교환수지)이 첨가되지 않은 분별침전의 경우 침전시간이 경과함에 따라 paclitaxel 침전물의 입자 크기가 키지는 경향을 보였다. 하지만 이온교환수지 첨가에 의해 표면적이 증가된 분별침전의 경우 침전시간이 경과함에 따라 입자 크기가 오히려 감소하였는데(Fig. 4, control), 이는 분별침전 과정에서 이온교환수지와 핵의 충돌 횟수가 증가되어 많은 핵이 생성됨에 따라 침전물 크기가 작아지는 것으로 판단된다. HPMC 2910이 첨가된 경우(Fig. 4A), 분별침전 6, 12, 18, 24시간에서 입자 크기는 각각 농도 \( 0.1 \% \) \( (\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 일 때 \( 46.3,37.4,35.4,34.8 \mu \mathrm{m} \), 농도 \( 0.2 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 일 때 \( 26.5,23.0,21.2,21.0 \mu \mathrm{m} \), 농도 \( 0.3 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 일 때 \( 41.0,33.3 \), \( 32.8,32.3 \mu \mathrm{m} \) 이었다. HPMC 2910 농도가 \( 0.1 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 에서 \( 0.2 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 로 증가할 경우에는 paclitaxel 입자 크기가 전반적으로 감소하였으나 \( 0.2 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 에서 \( 0.3 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 로 농도가 증가할 경우에는 paclitaxel 입자 크기가 오히려 다시 증가하였다. 즉, HPMC 2910의 경우 \( 0.2 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 농도에서 가장 작은 paclitaxel 침전물을 얻을 수 있었다. PVP-K90이 첨가된 경우(Fig. 4B), 분별침전 6, 12, 18, 24시간에서 입자 크기는 각각 농도 \( 0.1 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 일 때 \( 27.5,27.8,27.6,25.7 \mu \mathrm{m} \), 농도 \( 0.2 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 일 때 \( 17.2,17.1,17.0,16.8 \mu \mathrm{m} \), 농도 \( 0.3 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 일 때 \( 22.8, 22.4, 22.4,22.0 \mu \mathrm{m} \) 이었다. HPMC 2910 의 경우와 마찬가지로 PVP-K90 \( 0.2 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \)에서 가장 작은 입자의 침전물을 얻었다. PVA이 첨가된 경우(Fig. 4C), 분별침전 6, 12, 18, 24시간에서 입자 크기는 각각 농도 \( 0.1 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 일 때 \( 55.2,44.9,40.0,39.6 \mu \mathrm{m} \), 농도 \( 0.2 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 일 때 \( 36.6,34.4 \), \( 30.9,30.5 \mu \mathrm{m} \), 농도 \( 0.3 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 일 때 \( 48.0, 36.3, 35.1, 31.0 \) \( \mu \mathrm{m} \) 이었다. HPMC 2910 와 PVP-K90의 경우와 마찬가지로 PVA \( 0.2 \%(\mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 에서 가장 작은 입자의 침전물을 얻었다. 결과적으로 표면적이 증가된 분별침전 공정에 고분자물질 첨가는 paclitaxel 입자크기 감소에 효과가 있었으며, 그 효과는 PVP-K90, HPMC 2910, PVA 순으로 나타났다. Paclitaxel 순도\( ( \sim 98.0\%) \) 및 수율\( (>85\%) \)은 분별침전 동안 거의 변화가 없었으며 이러한 현상은 기존의 연구결과와도 유사함을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 paclitaxel의 입자 크기를 획기적으로 줄이기 위하여, 표면적이 증가된 분별침전 공정에 고분자물질(HPMC 2910, PVP-K90, PVA)을 첨가하는 방식이 매우 효과적임을 알 수 있었다. 첨가된 고분자물질이 고체-액체 계면의 표면장력을 낮추고 paclitaxel 핵 생성 속도를 증가시켜(핵 성장 저해) 입자 크기가 작아짐을 알 수 있었다. 더 나아가 고체-액체 계에 고분자물질 흡착은 새로 생성되는 소수성 표면의 계면장력을 감소시키고 공간적(steric) 또는 정전기적(electrostatic) 안정화를 제공하여 핵 성장을 저해하게 된다. 특히 PVP-K90의 경우 가장 작은 입자의 paclitaxel을 얻을 수 있어 침전과정에서 paclitaxel입자 성장 저해에 가장 효과적임을 알 수 있었다. 이러한 결과는 PVP-K90와 paclitaxel 입자와의 높은 친화력(affinity)에 기인하는 것으로 판단된다. 즉, 고분지물질과 paclitaxel 입자 간의 친화력이 증가할수록 paclitaxel 입자 성장을 저해 하는데 더 효과적인 공간적 저해요소(steric barrier) 역할을 하기 때문이다. 또한 paclitaxel 입자 크기 감소를 위한 최적의 고분자물질 농도 \( (0.2 \%, \mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 가 존재하였는데, 이는 첨가된 고분자물질의 농도가 일정량 이상이 되면 용액의 높은 점도로 인한 antisolvent(nonsolvent)인 증류수를 향한 용매(메탄올)의 적절한 확산을 억제하기 때문으로 판단된다. 높은 고분자물질 농도에 따른 입자크기 증가 현상은 다른 원료의약품의 경우에도 보고되었다.</p> <h2>입지크기와 제타전위의 관계</h2> <p>표면적이 증가된 분별침전 공정에서 고분자물질을 첨가하지 않은 경우와 동일 농도 \( (0.2 \% \mathrm{w} / \mathrm{v}) \) 로 세 종류의 고분자물질(PVA, HPMC 2910, PVP-K90)을 각각 첨가한 경우 분별 침전 용액에서의 제타전위를 측정하여 제타전위와 입자크기와의 상관 관계를 조사하였다. Fig. 5 에서 보는 바와 같이 고분자물질을 첨가하지 않은 경우(control) 분별침전 용액의 제타전위 값은 \( -2.35 \mathrm{~mV} \) (입자 반지름: \( 45.3 \mu \mathrm{m} \) )이었으며, 고분자물질 PVA, HPMC 2910, PVP-K90을 각각 첨가하였을 경우 분별침전 용액의 제타전위 값은 \( -10.90 \mathrm{~mV} \) (입자 반지름: \( 30.5 \mu \mathrm{m}),-13.05 \mathrm{~mV}( \)입자 반지름: \( 21.0 \mu \mathrm{m}),-29.54 \mathrm{~mV} \) (입자 반지름: \( 16.8 \mu \mathrm{m} \) )로 나타났다. 분별침전 시 paclitaxel 침전물의 입자 크기와 분별침전 용액의 제타전위 값을 비교해 보면, 제타전위 절대값이 증가할수록 입자크기가 감소하였다. 즉, 침전물의 입자 크기는 제타전위 절대값에 반비례함을 알 수 있었다. 표면적이 증가된 분별침전 공정에 고분자물질을 첨가할 경우 분별침전 용액의 제타전위을 증가시켜 침전물을 더욱 안정화시키고, 이로 인해 침전물들이 분별침전 용액 속에서 서로 뭉치지 않고 안정되게 유지되어 작은 입자의 침전물이 얻어지는 것으로 판단된다. 이러한 결과는 기존문헌에 보고된 paclitaxel 침전물의 입자 크기와 분별침전 용액의 제차전위와의 상관관계와도 일치함을 알 수 있었다.</p>