캡슐레이션

1. 기능성 화장품

새로운 과학기술의 진보에 따른 다양한 메커니즘의 규명으로 선택적으로 작용하는 효능 효과의 소재 발굴이 활발하게 진행되고 있습니다. 예를 들면 미백 기능의 소재의 경우 과거에는 멜라닌 합성 효소인 티로시나제(tyrosinase)의 활성을 억제하는 기능을 갖는 성분들이 주로 개발되어 왔는데, 요즘에는 자외선이나 염증 등 외부 자극원으로부터 멜라닌색소 세포로의 신호전달을 차단한다든지, 티로시나제를 합성하는 유전자의 발현을 억제하여 티로시나제가 만들어지지 못하도록 하는 등의 기능을 갖는 소재들도 개발되고 있습니다. 주름개선 기능성 소재의 경우 항산화효과에 의한 과산화지질 생성억제, 콜라겐(collagen)이나 엘라스틴(elastin) 같은 탄력섬유의 합성을 촉진시키는 것 외에도 요즘에는 보톡스(botox)의 작용원리를 이용한 근육운동 억제를 통하여 주름을 개선시키는 성분들의 개발이 활발하게 이루어지고 있습니다.

효능 효과를 나타내는 성분들은 대개 부작용을 동반하는 경우가 흔합니다. 그러므로 부작용 가능성이 적은 소재를 개발하는 노력이 필요합니다. 비타민이나 효소 같은 물질들은 효능은 우수하지만 제제화 할 경우 제품 내에서의 안정성이 나빠서 상품화시키기가 어려운 경우가 대부분 입니다. 이런 이유로 효능이 크게 저하되지 않는 한도 내에서 화학적 처리를 통하여 안정한 유도체를 개발하려는 노력도 많이 이루어지고 있습니다. 또한 새롭게 개발된 성분 중에는 물이나 오일 등에 잘 용해되지 않아 제제화가 어려운 물질들도 있습니다. 이 역시 간단한 화학적 처리를 통하여 물성을 개선시켜 다양한 제형에 적용이 가능하도록 하는 노력이 이루어지고 있습니다.

기능성 화장품의 제제 기술 개발 동향으로서 우선 유효성분의 안정화 및 서방화를 위한 제형 기술의 개발이 활발하게 진행되고 있습니다. 이러한 제제기술의 예로서는 리포좀 등 폐쇄 구조체를 이용하는 방법, 사이클로덱스트린(cyclodextrin)등 당류의 구조체에 포접시키는 방법, 다중에멀젼(multiple emulsion), 액정(liquid crystal) 구조에 의한 안정화 방법, 알긴산 등 고분자 화합물과의 가교 결합에 의한 안정화, 무수(anhydro) 제형을 이용하는 방법, 고융점 왁스를 이용한 유효성분의 비드(bead)화 방법, 고분자 물질의 라디칼(radical) 반응에 의한 가교결합 형성을 이용한 마이크로 캡슐화 방법 등 다양한 방법들이 시도되고 있습니다.

2.캡슐화 (Encapsulation)

• 피부 미백 효과, 피부의 주름개선 효과, 피부를 곱게 태워주거나 자외선으로부터 피부를 보호하는 효과 등을 갖는 제품의 원료가 되는 레티놀(retinol), 비타민A, C 등과 같은 유효 성분의 경우 물질의 효능은 좋지만 빛과 열, 공기에 노출이 되면 안정성이 떨어지고 피부로의 낮은 흡수율로 인해 비용에 비해 낮은 효과를 보입니다. 이에 화장품으로 이용 되는 레티놀, 토코페롤(tocoperol), 비타민 A, C 등과 같은 불안정한 물질을 안정하게 함으로서 외부조건으로부터 생리활성성분들을 보호하며, 피부친화성을 높여 피부흡수가 용이하도록 하는 고기능성의 화장품을 제조하기 위한 제형 기술연구가 이루어지고 있습니다. 그 중 하나가 캡슐화입니다. 이는 하나의 물질을 또 다른물질로 감싸는 처리 과정을 통틀어 말하며 제조되는 입자의 크기는 작게는 수 나노미터(nm)부터 크게는 수 밀리미터(mm) 수준입니다. 캡슐화를 통해 활성물질의 사용 범위를넓힐 수 있으며 특유의 향이나 맛을 감출 수 있고 안정성 향상 및 가시적인 효과도 기대 할 수 있습니다. 일반적으로 사용하는 캡슐화 방법은 분무건조법(spray-drying), 유동층코팅(fluid bed coating), 에멀젼화(emulsification), 코아세르베이션(coacervation), 공압출성형(co-extrusion) 또는 캡슐화기기(encapsulator) 등을 사용합니다.
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  습식캡슐

기능성 화장품은 원료성분이 효능 효과를 나타내기 위하여 각질 세포간극을 통과하여 피부 깊숙이 침투할 수 있도록 제조되어야 합니다. 피부세포간극의 크기는 20-80nm 정도로 미세하기 때문에 이 간극을 통과하기 위하여 유효성분의 크기 역시 나노크기화 하여야 합니다. 현재 대부분의 화장품에 사용되는 계면활성제를 적절히 사용한 유화방식으로는 1um 이하의 나노크기 액정을 만들기 어렵습니다. 물론 1um 정도의 액정은 피부 내로 이동이 쉽지 않으며 이동을 위해서 다양한 피부침투 보조제를 필요로 합니다. 특히 친수성의 유효성분은 나노크기화 외에 친수성의 특성을 친유성화 하여야만 피부침투가 극대화 될 수 있습니다. 그러므로 나노크기의 액정을 만들 수 있는 기술이 기능성을 표방하는 화장품에도 필수적으로 요구되고 있습니다. 아무리 효과가 뛰어난 원료라 할지라도 피부침투가 용이하지 않다면 효과를 나타낼 수 없기 때문입니다.

3. 매크로&마이크로캡슐 (Macro & Microcapsule)

마이크로캡슐화는 활성물질을 쉘(shell) 내에 포획하고 상기 쉘을 주변 환경 하에 또는 일정 조건에서 파괴시키거나 용해시켜 활성 성분이 방출될 수 있게 해주는 것을 의미합니다. 일반적으로 마이크로캡슐화는 제약 및 준제약 분야에서 약물, 비타민 또는 미네랄과 같은 활성 성분들을 위에서 장시간에 걸쳐 용해되는 쉘 내에 캡슐화시킴으로써 그 활성성분들을 서서히 방출하거나 지속시키기 위해 이용되어 왔습니다.

보통 직경이 수 ㎛인 미소한 캡슐을 의미하며 캡슐을 형성하는 재료를 벽물질, 그 속에 봉입되는 물질을 중심물질이라고 합니다. 중심물질로서는 기체ㆍ액체ㆍ고체의 어느 것이라도 쓸 수 있습니다. 중심물질은 캡슐화됨으로써 겉보기 물성이 바뀌어 벽물질에 의해 보호되고 또한 외부로 방출이 제어됩니다. 벽물질로서는 천연 또는 합성고분자가 사용되는 경우가 많이 있습니다. 마이크로캡슐의 제법으로는 계면중합법 등의 화학적 방법, 비용매 첨가나 pH의 제어에 의해 벽물질의 용해도를 변화시켜 석출시키는 코아세르베이션, 가온/감압 등에 의해 벽물질의 용매를 제거하여 피막을 형성하는 계면침전법 등의 물리화학적 방법, 또는 분무건조법 등의 기계적 방법이 있습니다.

마이크로캡슐은 폭 넓은 응용 가능성이 있습니다. 캡슐화에 의한 보호작용을 이용한 것으로 빛이나 산소에 불안정한 색소와 향료를 마이크로 캡슐화한 예가 있고 또한 벽물질의 물질이동 저항에 의해 중심물질이 서서히 방출되도록 한 것으로 의약품의 약물전달시스템(drug delivery system)에 응용이나 장기 지속 기능을 갖는 마이크로 캡슐화 농약의 예가 있습니다. 물질을 마이크로캡슐에 내포시키는(마이크로 캡슐화) 목적은 아래와 같습니다.

• 1. 액체를 둘러싼 분체 모양을 만들어 다루기 쉽게 합니다.
  2. 싸인 물질이 서서히 방출되는 것을 이용하여 그 방출양식을 조절합니다.
  3. 그대로 두면 서로 반응하는 물질을 마이크로캡슐화하여 격리시킨 다음 혼합하고
  필요에 따라서 반응합니다.
  4. 휘발하기 쉬운 물질을 휘발하지 않도록 합니다.
  
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4. 나노캡슐(Nanocapsule)

나노크기의 조성물은 피부와 비슷하거나 더 작은 크기로 입자를 제조하여 수용성 또는 유용성 활성성분을 일반적인 마이크로미터 크기의 물질보다 피부전달이 용이하도록 하는 약물전달 시스템에 이용되고 있습니다. 나노캡슐은 크게 리포좀과 에멀젼 형태로 나뉠 수 있습니다. 나노크기의 리포좀은 가장 안쪽 성분이 수상이며, 수용성 활성성분을 안정화시키는 것이 용이합니다. 에멀젼은 가장 안쪽 성분이 유상이며, 인지질 이중층(lipid bilayer)에 유용성 활성성분을 안정화시키는 것이 자주 이용됩니다. 이들은 모두 각각이 가지고 있는 캡슐화 및 독특한 계면구조상의 특성을 이용하여 화장품, 의약분야에서 다양하게 사용되고 있습니다.

5. 리포좀(Liposome)

현재 사용 중인 화장품 분야의 대표적인 나노기술은 의약쪽에 사용되던 리포좀 기술을 들 수 있습니다. 리포좀은 W/O/W 제형의 대표적인 제형기술로서 친수성 물질을 세포막과 가장 유사한 형태의 지질-이중막으로 싸서 액정화 하고 이 지질로 이뤄진 액정이 다시 친수성액에 콜로이드 상태로 유지되는 안정화된 제형입니다. 이 제형의 특징은 피부침투가 거의 안되는 친수성의 유용물질을 이중의 오일막 내에 위치시키고 유용성의 유효성분은 막구성 요소화 하여 막에 침투시켜 생체막과 유사한 구형의 구조체로 만들어지게 되며 지질로 이뤄진 구형의 구조체를 나타내는 리포좀으로 명명되었습니다. 지질 이중막으로 이뤄진 리포좀은 이중 지질막으로 이뤄진 각질 피부세포간극을 통하여 또는 직접 세포를 관통하여 진피층까지 친수성물질과 유용성 물질을 침투시킬 수 있는 강력한 성능을 나타냅니다. 최근의 리포좀 기술 발전은 효소나 싸이토카인(cytokine) 같은 단백질 류의 거대분자도 피부를 통해 침투시킬 수 있게 되었습니다. 통상 리포좀의 제조에는 천연유화성분인 레시틴(lecithin)이 사용되는데 레시틴은 생체 이중 막 주요 구성 성분인 인지질로 이뤄져 있으며 이 성분은 유화 기능 외에 자극완화성능을 보유하고 있어 사용 시 안전성에 큰 도움이 될 수 있습니다.