피부과학응용소재선도기술개발사업단 성과발표회
보건복지부의 혁신성장 피부과학 기반기술 개발사업을 담당하고 있는 ‘피부기반기술개발사업단’이 지난 4월 19일 일산 KINTEX 제1전시장에서 성과발표회를 개최했다. ‘2023 CI KOREA’와 연계된 이번 행사는 선행 ‘피부과학응용소재선도기술개발사업(단장 황재성)’ 성과 중 ‘친환경 지속가능 국산 소재 개발’ 분야의 주요 성과를 발표하는 자리였다. 이 사업은 2020~2022년까지 3년간 추진됐다. 이 중 ‘친환경 지속가능 국산소재 개발’ 분야는 수입에 의존해온 범용·기초소재를 국산화하고, 나고야의정서에 대비한 국내 자생 천연소재를 개발하는 것을 지원했다. 이번 성과 발표회의 주요 내용을 소개한다._ 편집자 주
■ (주)덕진
초박막산화아연 양산시스템 및 복합기능성 화장품 제형 개발
화장품의 기능성을 강화하기 위해 사용되는 나노물질의 독성에 대한 우려가 높은 것은 화장품의 기능성을 향상시키기 위해서 사용하는 수~수십 nm의 나노 물질이 피부 모공 안으로 유입되어 축적될 수 있기 때문이다.
유럽의 ECHA는 100nm 이하의 물질을 정의하고 선크림에서 주로 사용되는 ZnO, TiO2 중 30nm 이하의 초소형 나노 입자의 사용을 금하고 있는 상황이며, 30~100nm의 크기의 나노 입자들은 법규상 사용이 가능한 상황이다.
그러나, 나노 입자의 위험성은 피부유입 가능성 때문에 발생한 것이며, 이러한 위험성은 30~100nm의 입자에서도 여전히 존재한다. 과거 30nm급 나노입자로 제형한 선크림과 한면만 100nm 이상인 기둥형 입자로 제형된 선크림 도포 후 피부 유입을 관찰한 연구에 의하면 건강한 피부 모델에서는 나노입자는 모공안쪽에, 반복된 긁힘Scratch으로 손상된 조건의 피부 조직에서는 현격히 많은 나노 입자가 피부 안쪽으로 침투함을 알 수 있었다.
현재 대부분 상용화된 선크림에는 상기 연구에서 사용된 30nm급의 파우더를 사용하고 있으나, 이러한 나노 입자에 대한 사용을 규제하지 않는 이유는 100nm 이상의 논나노 입자만으로 선크림을 제형했을 경우, 자외선차단 성능(SPF/PA)을 달성하기 어렵기 때문이다.
시장에서는 30nm급의 파우더가 선크림 제형상에서 수백 나노~마이크로급으로 균등하게 뭉치는 현상등을 이용하여 ‘제형상’ 논나노 선크림이라고 명명하여 소비자를 안심시키는 경우도 있으나, 이러한 ‘제형상’ 논나노 선크림은 원칙적으로 피부유입이 관찰된 선크림과 유사한 크기의 나노 입자를 사용한 것이다.
진정한 논나노 입자합성 기술로서, △복합분체(대형입자에 나노입자를 물리적으로 결합한 형태) △Flake 형태의 나노 입자를 거대한 판이 겹쳐서 결합한 군집을 이루는 기술 △ 육각판형 형태로 단위입자를 합성하는 기술 등 여러 업체들이 기술을 개발 중이나, 논나노입자 단독사용만으로는 만족할만한 자외선차단 효과를 얻지 못한 상황이었다.
이번 과제를 통해 덕진은 100~150nm 크기의 박막판형의 산화아연 입자를 300nm급의 논나노 사이즈로 군집 유지하며 합성하는 군집형 판형 산화아연 입자 합성기술을 개발했다. 개발된 입자와 기둥형 산화아연을 혼합한 제형으로 SPF40/PA+++ 이상의 성능을 가진 논나노 선크림 제형을 개발해 자외선차단 성능을 유지하며 무기입자의 피부유입 가능성을 최소화한 리얼논나노 선크림을 개발하였다.
■ 대봉엘에스(주)
국내 자생식물에 바이오컨버전 기술 적용한 천연화장품 소재 개발
화장품 소재 및 원료의약품 전문기업 대봉엘에스(대표 박진오)는 보건복지부 한국보건산업진흥원 피부과학응용소재선도기술개발R&D의 지원을 받은 수행과제 ‘국내 자생식물로부터 바이오 컨버전 기술을 이용한 천연화장품 소재 개발(과제번호 HP20C0064)’의 결과물을 발표했다.
국내 자생 식물로서 식품 가공 후 버려지는 업사이클링 유자씨 유래의 천연식물 오일 개발 및 신기술 생물 전환 공정을 이용해 가벼운 사용감을 내는 에틸헥실 유자오일과 오일의 유화 안정성을 높이는 모노글리세라이드·디글리세라이드·트리글리세라이드를 최적화 비율로 함유한 유자버터를 개발했다.
국내산 유자씨오일과 glycerin mono-stearateGMS 바이오 컨버전 유자버터의 INCI명은 Citrus Junos Seed Oil Glyceryl Stearate Esters, 화장품성분사전 성분명은 유자씨오일글리세릴스테아레이트에스터즈로 등록을 완료했다. 유자버터는 시어버터보다 피부에 닿으면 부드럽게 녹으면서 발리기 때문에 트리글리세라이드의 함량을 낮추고 모노·디글리세라이드의 비율을 높여 더 뛰어난 유화력과 안정성, 끈적이지 않고 흡수력이 좋은 최적의 사용감을 구현할 수 있다. 또한 시어버터 대비 불포화 오메가-6 지방산 ‘리놀레익애씨드’를 더 많이 함유해 피부 장벽을 강화시키며 표피의 수분 손실을 억제하는데도 도움을 준다. 그 뿐만 아니라, 고형 유지 조성물로서 특허출원(제10-2022-0168349호)으로 기술을 확보했다.
이미 피부인체적용시험을 통해 저자극·24시간 보습지속 효과·눈가주름개선 효과를 확인했으며 세포실험에서는 멜라닌 생성을 억제해 피부톤 개선에도 도움을 주는 것을 입증했다. 수행 과제의 후속 연구로는 업사이클링 유자씨오일을 고함량으로 함유하는 리포좀 원료를 개발하고, 유자오일을 착유하고 버려지는 유자박에서 더블-업사이클링하여 유효성분Hesperidin, Naringin을 포집한 Citronosome F를 개발했다. 대한화장품학회 춘계학술대회(2023년 5월 25일)에서는 업사이클링 유자씨오일과 유자박 유래 유효성분을 함유하는 리포좀의 보습 및 눈가주름 개선 효과에 대한 Poster 발표를 추가로 진행했다. 앞으로 대봉엘에스는 이번 연구 과제를 통해 유자유를 비롯해 동백유·아르간오일·호호바오일 등에도 동일한 기술을 응용할 예정이다. 특히 수입 의존도가 높은 화장품 원료 국산화의 일환으로 화장품 원료 시장에서 원료의 국산화 및 글로벌화에도 기여할 계획이다.
■ (주)LCS Biotech
차세대 신규 친환경 세라마이드 ‘EcoCeramide ENP™’
글로벌 시장조사기관 민텔Mintel에 따르면, 지난 5~6년 간 세라마이드를 사용한 화장품 및 생활용품의 시장이 급속도로 성장하여 2021년 현재 전체의 23.1%를 차지하고 있다. 이와 같이 세라마이드가 중요한 화장품 소재로 주목받는 가운데 LCS Biotech이 파이토스핑고신 기반의 1-O-Acylceramide EcoCeramide ENP™를 세계 최초로 출시했다.
EcoCeramide ENP™는 인체피부에 적은 양만 존재함에도 기존의 세라마이드 NP, AP, NS, 그리고 NG 등과 같이 피부장벽의 다중층지질막 형성에 필요한 building block의 기능이 아닌 새로운 기능을 하는 것이 규명되었다.
다양한 물리화학적 특성분석과 인체 효능시험을 통해 EcoCeramide ENP™는 당사가 개발한 차세대 세라마이드 NP인 HP-EcoCeramide LCS™가 나타내는 피부장벽 강화 효능, 예를 들어 보습, 보습지속력 및 피부치밀도를 한층 더 높여주는 Boosting 효과가 있음이 밝혀졌다. 다시 말해 HP-EcoCeramide LCS™와 소량의 EcoCeramide ENP™를 같이 사용하여 제형화하면 시너지 효과가 있음을 시사하는 것이다.
결론적으로 위의 두 신규 세라마이드를 적절한 배합비로 사용한 보습제의 개발이 향후 보다 기능이 향상된 보습제형 개발에 새로운 전형으로 자리매김할 것으로 예상된다.
EcoCeramide ENP™ 관련 연구개발 결과는 IFSCC 2022(런던)에서 발표하여 Top 10 poster에 선정되었으며, 2023년 중국 상하이에서 열린 PCHi에서 Skin barrier 분야에서 FOUNTAIN AWARD를 수상하여 그 기술력을 국제적으로 인정받았다.
■ (주)셀라피바이오
화장품용 기능성 오일 효소(Enzyme) 전환 기술
최근 모든 산업계의 화두는 지속가능 성장에 필요한 친환경 및 사회적 책임ESG 경영이다. 화장품 분야도 예외는 아니며 친환경 화장품 및 클린뷰티 등의 트렌드가 형성되고 있다. 그러나 국내 화장품 산업에 필수적인 대부분의 기초원료는 해외 대형 화학회사에서 생산되는 화학제품이 주를 이룬다. K뷰티 산업의 장기적인 발전을 위해서는 최근 트렌드에 적합한 친환경 화장품 소재의 개발과 활용이 절대적으로 필요하다.
㈜셀라피바이오는 보건복지부 산하 '피부과학응용소재사업단'에서 지원하는 국가연구개발사업을 통해 최근 트렌드에 적합한 ‘All Bio-based’ 제품용 기능성 오일류 효소Enzyme 전환 기술을 개발하였다. 기존 화학합성법과 비교하여 생물학적 효소전환 방법은 상온, 상압을 사용하므로 에너지 소모가 적을 뿐만 아니라 효소의 특이성과 정밀성으로 인해 별도의 부산물을 생성하지 않으며 복잡한 화학 정제 단계가 불필요하므로 인체 및 환경 친화적이다. 이러한 기술은 화학적 방법에 비해 경제성이 부족한 것으로 인식되고 있으나 당사는 인체에 안전한 효모Yeast를 이용하여 고활성의 효소를 저렴하게 대량생산하고 효소의 반복 재사용이 가능한 고정화기술 및 특수 반응기 기술을 사용하므로 제품 생산 경제성을 확보하였다. 축적된 효소 관련 기술을 기반으로 전세계 3조원 시장을 형성하고 있는 화장품 기초소재인 에몰리언트 에스터Emollient ester 오일 30여종과 피부 세라마이드Ceramide 복합소재 10여종을 모두 효소전환 방식으로 제조하였으며 대량생산 시스템을 구축하였다. 특히 이러한 소재의 원료는 대부분 화장품용으로 사용되는 식물성 천연오일이며 고객 맞춤형 오일로 제조도 가능하다.
제품의 피부 기능성 부분에서도 보습, 미백, 피지억제, 발모촉진 등 기존 오일 제품의 성능을 능가하고 있어서 신기능성 화장품 개발이 가능할 것으로 기대된다. 화장품에 첨가되는 다양한 오일 소재는 지용성분의 용해Solubility나 발림성Spreadability 향상 등의 목적으로 주로 이용되지만 피부에는 오일 성분에 대한 다양한 수용체receptor들이 존재하므로 이들의 적절한 활용을 통해 피부 항상성 유지가 가능하다. 앞서 언급한 효소전환 제품 이외에도 당사에서는 천연오일로부터 효소 전환된 다양한 LSMLipid-signaling molecules을 개발하였다. 대마Cannavis 연구를 통해 밝혀진 인체 ECSendo-cannabinoid system는 인체 전신에 존재하며 신경계와 면역계를 조절하며 수면, 기분, 식욕, 기억, 통증 등 생체 항상성을 유지하는데 매우 중요한 역할을 한다. 피부에도 ECS가 존재하며 불균형시 가려움증, 여드름, 아토피, 알레르기, 건선 등 다양한 피부질환이 유발된다. 생체에서 발견된 LSM은 대표적으로 AEAarachidonoyl ethanolamide, 2-AG2- arachidonoylglycerol 등이 보고되어 있으나 개인에 따라서 이들 농도가 상이하여 부족시 다양한 질환과 연결되어 있다. 당사에서 개발된 Bio-LSM은 다양한 천연오일로부터 효소 전환된 제품군으로 생체내에서 발견된 물질과 동일한 수행체에 결합하는 것을 확인하였고 피부 항염, 보습 및 피부진정 효과 등을 확인하였다. 당사에서 소개한 효소기술은 기존 화학제품의 대체 뿐만 아니라 다양한 화장품용 신소재 개발에 활용 가능하며 지속적인 연구 개발을 통해 화장품용 원료 오일의 완전 국산화가 가능해 질 것으로 기대한다.