표면 전하 개질을 이용한 인체 피부와 화장품용 무기 입자의 계면 접착력 향상 = Improvement of Interfacial Adhesion between Human Skin and Inorganic Particles Using Surface Charge Modification

국문 초록 (Abstract)

화장품은 피부의 결점을 커버하고 피부를 화사하게 표현하며 자외선으로부터 보호하는 역할을 수행하나 시간이 지날수록 땀과 피지로 인해 피부와의 밀착감이 저하되어 들뜨거나 붕괴되어 제품을 다시 도포해야 하는 이슈가 있다. 따라서 기존 화장품 재료와의 높은 상용성을 지니면서 높은 밀착력을 부여할 수 있는 새로운 소재 기술이 필요하다. 본 연구에서는 홍합의 도파민에 의한 높은 점착력 특성에 착안하여 화장품에 널리 사용되는 silica 표면에 양전하 작용기를 도입하여 피부 표피의 음전하와 silica 표면의 양전하 작용기 간의 정전기적 상호작용(charge interaction)을 통한 피부 밀착력 향상 기술을 제시하고자 한다. silica 입자의 표면전하 개질을 위해 아미노산 분자인 arginine을 2 단계 결합반응을 통해 silica 입자 표면에 선택적으로 도입하여 양전하를 갖는 arginine 개질 silica 입자를 제조하였다. 적외선 분광법(FT-IR), 열중량분석(TGA), 주사전자현미경(FE-SEM), 에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 통해 표면 전하 개질된 silica 입자의 구조를 분석하였고, 제타 전위(zeta potential) 및 접촉각 분석을 통해 입자의 전하 특성 및 표면 에너지를 분석하였다. 피부 밀착력 모사 평가를 위해 입자의 용액 스핀 코팅 기반 in vitro 분석법을 개발하여 표면전하 개질 입자의 계면 접착력 향상 특성을 확인하였고, X선 광전자 분광법(XPS)을 통해 개질 입자의 정전기적 상호작용을 분석하였으며 최종적으로 in vivo test를 통해 파운데이션에 입자 적용 시 기존 파운데이션 대비 묻어남이 약 2.5배 감소한 것으로 보아 향상된 밀착력을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cosmetics cover skin imperfections, brighten the skin, and protect against UV rays, but as time goes by, sweat and sebum lowers the adhesion to the skin, causing it to float or collapse, so there is an issue that the product needs to be reapplied. Therefore, there is a need for a new material technology that can provide high adhesion while having high compatibility with existing cosmetic materials. In this study, focusing on the high adhesive properties of mussels due to dopamine, positively charged functional groups were introduced on the silica surface, which is widely used in cosmetics. We would like to suggest an improvement technique. In order to modify the surface charge of the silica particles, arginine, an amino acid molecule, was selectively introduced to the surface of the silica particles through a two-step binding reaction to prepare arginine-modified silica particles having a positive charge. The structure of the surface charge-modified silica particles was analyzed through infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (FE-SEM), and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and the zeta potential and contact angle analysis to analyze the particle's charge characteristics and surface energy. To simulate skin adhesion, an in vitro analysis method based on a solution spin coating of particles was developed to confirm the interfacial adhesion improvement properties of surface charge-modified particles, and the electrostatic interaction of the modified particles was analyzed through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Finally, through an in vivo test, when particles were applied to the foundation, it was confirmed that the adhesion was reduced by about 2.5 times compared to the existing foundation.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 이론적 배경 1
• 1.2.1 피부 표면과 silica의 표면 전하 1
• 1.2.2 홍합의 접착 2
• 1.2.3 유무기 하이브리드 입자 5
• 1.2.4 Silica의 표면 전하 개질 5
• 제 2 장 연구 방법 8
• 2.1 실험 재료 8
• 2.2 SGA 입자 합성 방법 8
• 2.3 실험 분석 방법 11
• 제 3 장 결과 및 고찰 12
• 3.1 SGA 입자 분석 12
• 3.1.1 FE-SEM 12
• 3.1.2 EDS 15
• 3.1.3 FT-IR 18
• 3.1.4 TGA 21
• 3.2 SGA 입자의 물리적 특성 23
• 3.2.1 Zeta-potential 23
• 3.2.2 Contact angle, Surface energy 27
• 3.3 SGA 입자 접착력 평가 32
• 3.3.1 In vitro test 32
• 3.3.1.1 Spin coating 32
• 3.3.1.2 XPS 37
• 3.3.2 In vivo test 42
• 제 4 장 결론 45
• 참고문헌 46