summary · 2019-04-02 · 1) 급성장하는 기능성 화장품시장에 비해 부족한...

ｌ저자ｌ 조진우PD / KEIT 나노융합PD실

조동현책임 / KEIT 바이오나노융합팀

김용호교수 / 성균관대학교

SUMMARY

목적

최근 들어 피부 미용뿐만 아니라 피부 질환 치료에 대한 소비자들의 관심이 급증하면서 이를 동시에 만족시킬 수 있는 기능성 화장품 개발 요구가 커지고 있으며 특히, 천연활성물질을 이용한 기능성 제품이 화장품 산업의 새로운 성장 모멘텀으로 자리 잡게 될 것으로 기대된다.

이번 기술동향 보고서에서는 기존의 기능성 화장품 산업이 당면한 기술적 난제를 해결할 수 있는 방안으로서, 나노복합소재를 이용한 천연활성물질 기반의 고기능성 화장품에 대한 기술개발동향 및 산업동향 등을 살펴보고자 한다.

주요현황

국내 화장품 산업은 외형이 성장할수록 원료 수입액이 함께 늘어나는 구조적 취약성을 가지고 있어 수입 대체, 더 나아가 해외시장으로의 수출을 위한 원료개발이 중요하다. 최근의 기술개발 트랜드는 소비자의 기대수준을 충족하고 시장을 선도할 수 있는 새로운 제품으로, 화학적 합성보다는 천연성분의 원료 개발이 주를 이루고 있으며 피부노화, 피부질환 등의 현상을 분자수준까지 컨트롤할 수 있는 고기능성 화장품 개발이 요구되고 있다.

이러한 고기능성 화장품 시장은 소비자의 기호와 트렌드에 아주 민감한 특징이 있어 선진국은 브랜드 가치와 첨단기술 투자를 통해 시장점유율을 유지 중이며, 신흥국들은 이를 뛰어넘기 위한 혁신기술 개발을 통해 자체 브랜드의 시장 경쟁력을 강화중이다.

시사점 및 정책제안

고기능성 화장품 산업은 기술과 시장의 다변화와 혁신적인 기술만으로도 시장의 선도가 가능한 전형적인 고부가가치 산업으로서, 국내의 우수한 NT, BT 등 융합기술기반 고기능성 화장품은 국가 주도적 육성이 필요한 신산업분야이다.

기존 기능성 화장품 산업이 당면한 기술적 난제를 해결할 수 있는 나노복합소재 적용을 통해 새로운 고기능성 화장품을 개발하고, 대·중·소기업의 동반성장을 통해 급성장하고 있는 고기능성 화장품 시장을 선점하기 위한 대응전략 마련이 필요한 시점이다.

나노복합소재를 이용한 천연활성물질 기반 고기능성 화장품

30 한국산업기술평가관리원

PD ISSUE REPORT MARCH 2019 VOL 19-3KEIT PD Issue Report

1. 천연활성물질 기반 고기능성 화장품 및 나노복합소재 산업 동향

고기능성 화장품

고기능성 화장품은 코스메슈티컬(Cosmeceutical )이라고도 표현되는데 , 이는 화장품 (Cosmetics )과 의약품(Pharmaceutical)을 합성한 신조어로 기존 화장품에 피부치료의 개념을 접목한 “피부의약품”을 의미한다. 피부재생, 미백, 여드름, 항노화 분야에서 의학적으로 검증된 활성물질을 활용하여 단순히 일시적인 보습효능이나 컨셉 차원이 아니라 잔주름 감소, 가시적인 피부 미백효과, 아토피 완화 등의 고기능성을 제공한다.

고기능성 화장품에 포함하는 활성물질 원료로는 화학적 활성물질과 천연활성물질이 있는데, 천연활성물질은 화학적 합성물에 비해 기능성이 우수하며 부작용이 적고 생체적합성 및 안전성이 높은 환경 친화적인 물질로 알려져 있어 천연활성물질을 이용한 화장품에 대한 소비자들의 요구가 증가하고 있다.

최근에는 다양한 천연활성물질을 활용한 항노화 복합기능(주름개선, 미백) 및 탈모방지/발모촉진, 아토피 치료 등에 효과가 있는 성분들이 지속적으로 개발되고 있으나 아직은 피부 투과율이 낮아 성능을 제대로 발현하지 못하고 있는 실정이다. 특히, 기존에 사용하는 경피 흡수 촉진법은 피부 장벽 때문에 천연활성물질이 피부 속으로 전달되지 않아 이를 극복할 수 있는 새로운 화장품소재 개발이 시급한 상황이다.

나노복합소재를 이용한 고기능성 나노화장품

고기능성 나노화장품이란 나노사이즈의 크기를 갖는 나노바이오입자/구조체를 함유한 화장품으로, 나노바이오 입자를 활용하여 활성물질을 담지하고 피부에 흡수시켜 피부 재생 및 기능을 향상시키거나 또는 피부에 도포하여 자외선, 적외선, 미세먼지 등 외부의 유해 광선이나 물질을 차단하는 등 피부의 보습, 향상성을 유지해주는 특별한 화장품 이다.

고기능성 화장품의 기술개발 초반부에는 높은 기능성과 생체 안전성을 갖고 있는 활성물질을 적용한 바이오 화장품 개발이 일반적이었으나 최근에는 나노기술을 적용한 고기능성 나노화장품이 시장을 선도하고 있다. 예를 들어, 기존의 화장품들은 피부주름 개선 또는 미백 기능을 갖는 기능성 활성물질의 용해가 쉽지 않고 피부 흡수도가 매우 낮은 단점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 제품의 안정도가 저하되어 유용한 성분과 기타 성분이 분리되는 등 제형화에도 많은 문제가 있다. 하지만 나노기술을 적용하여 기술적 난제들을 쉽게 해결할 수 있게 되면서 최근에는 이러한 문제들을 획기적으로 해결한 고기능성 나노화장품들이 시장에 등장하고 있다.

31Korea Evaluation Institute of Industrial Technology

ISSUE 1 나노복합소재를 이용한 천연활성물질 기반 고기능성 화장품

| 그림 1. 나노바이오 화장품 기술 개요 |

* 출처:http://ad1.eventmanager.co.kr/?CODE_NAME=SPNI1&MEDIA_CODE=liveen_text

나노복합소재 기반 나노바이오 화장품 국내 시장 동향

2015년 국내 기능성 화장품 생산 실적은 3조 8,559억 원으로 전체 화장품 생산 실적의 35.93%를 차지하였다. 기능별 매출액은 ‘복합유형’이 2조 3,530억 원(48.1 %)으로 가장 많으며, ‘주름 개선’이 1조 930억 원 (22.4 %), ‘자외선 차단’이 8,762억 원 (17.9 %) 순이다.

| 그림 2. 국내 기능성 화장품 생산 실적 (2016) |

나노복합소재 기반 나노바이오 화장품 국외 시장 동향

Datamonitor 자료에 의하면 2014년도 세계 화장품 시장규모는 2,598억 달러로 전년 대비 4.3% 증가하였으며 2019년도에는 3,300억 달러의 시장규모를 형성할 것으로 기대된다.



| 그림 3. 세계 화장품 시장 규모 및 증가율 |

나노기술이 접목되어 최근 큰 주목을 받고 있는 코스메슈티컬 사업은 의학적으로 검증된 기능성 성분을 이용해 기능성 화장품에서 나아가 피부 질환 치료를 돕는 “치료화장품”으로 차세대 고부가치 성장 분야로 주목받고 있다. 이를 바탕으로 글로벌 기능성 화장품 시장 규모는 2011년 309억 달러를 기록한 이후 연평균 4.6%으로 성장을 이어가, 오는 2018년도에는 424억 달러 정도에 이를 것으로 전망된다.

| 그림 4. 세계 및 국내 코스메슈티컬 시장규모 (2015) |



특히, 나노 티타늄다이옥사이드(TiO2)는 티타늄다이옥사이드보다 약 100배 이상 효능이 우수하며 주로 자외선 차단제, 방직섬유, 목재 방부제, 페인트, 플라스틱 등에 쓰인다. Allied Market Research에 따르면, 나노 티타늄다이옥사이드 사용량은 2015년 4,486백만 달러에 달하며 2016년부터 연평균 성장률 20.7%로 2022년에는 16,681백만 달러에 도달할 것으로 예상하며 화장품에서 그 쓰임이 가장 많다고 밝혔다.

2. 국·내외 나노바이오 화장품 기술개발 동향

1) 급성장하는 기능성 화장품시장에 비해 부족한 원천소재 기술

기능성 화장품을 포함하는 코스메슈티컬 대부분 제품들이 기능성 화장 소재의 부재및 천연물 기반 기능성 성분의 유효성과 안전성에 대한 제어 기술이 부족한 상황에 놓여있다. 최근 천연물 기반 활성물질에 대한 수요가 증가되고 있으나 천연활성물질은 실제 유효 전달성이 낮아 이를 해결하기 위한 개발이 시급하며, 천연활성물질의 유효 전달성을 높일 수 있는 나노바이오소재 개발이 진행 중이다. 이를 통해 국내외 화장품 산업의 기술 경쟁력 확보를 기대할 수 있을 것으로 예상된다.

국내 기술개발 동향

2000년대 초반부터 나노기술의 중요성을 인지해온 미국, 유럽 일본 등은 화장품 산업에 나노기술을 도입함으로써 나노 화장품 분야를 선도해왔으며, 우리나라는 나노기술의 급속한 성장을 바탕으로 2008년부터 나노 화장품 관련 특허 수에서 일본을 앞지르는 성과를 보이고 있다.

| 그림 5. 나노바이오 화장품 관련 국가별 특허 보유 현황 |



국내에서는 미백 및 주름개선 등의 기능성 화장품 개발 및 개선을 위한 생물학적 메커니즘을 연구하고 이를 나노 기술에 응용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 특히 생체현상에 가장 직접적으로 연관되어 있는 단백질을 분석하고 이를 나노 캡슐 또는 나노 캐리어에 담지하여 전달함으로써 보다 직접적으로 기능이 발현될 수 있는 생체적합성 나노 화장품의 개발이 활발히 진행 중이다. 이는 코스메슈티컬(Cosmeceuticals)에 대한 연구로서, 기존 기능성 화장품의 범위뿐만 아니라 각질층 재생, 비듬 개선, 건선, 아토피성 피부염 개선 관련 제품에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.

아모레퍼시픽은 2000년부터 나노 기술의 중요성을 인식하고 ‘나노텍 연구팀’을 신설하여 나노 화장품의 응용을 시도하였다. 2002년에는 자외선 차단제의 역할을 할 수 있는 무기 나노입자를 고분자 마이크로 캡슐에 분산시켜 새로운 방식의 자외선 차단제를 개발하였고, 2004년부터는 고분자 자기회합체 기술을 개발하여 다양한 활성 물질을 포집할 수 있는 방법을 고안하고 이를 대량생산에 도입하였다. 특히 최근에는 그래핀을 이용해 액상시료를 전자현미경으로 관찰할 수 있는 시편 제조에 관한 연구를 세계적 과학저널인 사이언스에 게재하여 피부 세포와 신경 전달물질과의 상호작용을 규명하기 위한 공동연구를 진행 중에 있다.

한국콜마는 2011년에 미백성분과 노화방지성분 등 기능성 성분을 한 번에 나노사이즈화 하여 성분의 효과와 효율성을 증가시킨 “나노복합캡슐”기술을 세계 최초로 개발하였다. 이는 제3세대 약물전달 신기술로서 유화성분과 리포좀 성분을 한 번에 나노 사이즈로 캡슐화한 기술로, 이를 통해 국내 나노화장품 기술을 세계에 알리는데 기여하였다. 최근에는 한방성분에 나노 리포좀 기술을 도입하여 고농축의 한방성분을 피부에 단계적으로 흡수시킬 수 있는 기술을 개발하였다.

국외 기술개발 동향

세계 최대의 화장품 회사인 로레알은 최근 ‘뷰티오믹스(Beautyomics)’라는 프로젝트를 통해 유전학뿐만 아니라 단백질학, 시스템생물학, 생물정보학 등을 이용하여 피부에서 일어나는 생체반응에 대한 근본적인 연구를 병행하고 있으며 이를 나노소재와 연관시켜 노화 반응의 원인을 규명하고 효능 물질을 분석하는데 활용하고 있다.

다국적 생활용품 기업인 P&G는 산화아연 나노입자를 자외선 차단소재로 사용하고 이를 양전하와 음전하를 띈 나노입자와 조합함으로써 계면이 안정되고 보다 균일한 분산 상태로 유지시켜주는 새로운 기술을 화장품에 도입하고 있다.

2) 고기능성 나노 화장품 소재 기술개발 현황

경피 약물 전달 기술을 통한 고기능성 나노 화장품

화장품의 기초연구 단계에서 근본적인 피부노화 메커니즘을 파악하기 위한 연구가 진행 중이다. 피부과학 기초연구를 바탕으로 자외선 차단, 미백 등 겉으로 보이는 노화현상보다 근본적인 노화원리를 이해하여 신개념의 신규 타겟 발굴에 연계시키려는 연구가 진행 중이다. 세계 선진 기업은 10~20년에 걸친 장기간의 임상연구, 세포연구를 통해 기존에는 불가능하다고 여겼던 피부노화 추적 결과가 발표되면서 피부노화의 비밀이 서서히 규명되고 있다.



현재 화장품 업계는 항노화 복합기능(주름개선, 미백)과 더불어 탈모방지·발모촉진 및 아토피 치료까지 기능성 화장품의 적용대상으로 확대되면서 기능성 화장품의 신소재 개발과 더불어 피부에 적용 시 경피 흡수율을 높이는 기술이 중요한 과제이다. 이러한 경피 흡수율을 높이기 위한 다양한 기술이 개발되고 있는데 크게 2가지 경로로 나누어 볼 수 있다.

첫 번째는 물리적 접근 방법으로 Iontopheresis, Sonophoresis, Electroporation, Tape stripping, MTS 혹은 AMTS가 있다.

| 표 1. 물리적인 경피 흡수 촉진법 |

방 법 원 리

Iontopheresis· 피부에 전위차를 주어 피부의 전기적 환경을 변화시킴으로써 이온성 유효성분의

피부투과를 증가시키는 방법

Sonophoresis · 초음파를 이용하여 유효성분이 생체막을 통과하여 피부에 침투하게 만들어주는 방법

Electroporation · 고전압을 이용하여 피부에 유효성분의 침투율을 높이는 방법

Tape stripping · 물리적인 방법으로 각질층을 제거하여 유효성분의 침투를 돕는 방법

MTS 혹은 AMTS· 피부에 마이크로 니들을 이용한 홀을 만들어 유용한 물질들이 효과적으로 흡수할 수

있도록 도와주는 테라피 시스템

가장 범용적으로 사용되는 방법으로는 MTS를 꼽을 수 있음. 그러나 MTS의 경우 니들의 크기에 따라 자극과 통증이 동반되고 재사용으로 인한 위생 관리가 제대로 이루어지지 않을 수 있는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 최근 마이크로 니들 패치 제품이 개발 되었다.

얼굴에 부착할 수 있는 하이드로 콜로이드 패치에 생분해성 물질인 하이알루론산을 주요 성분으로 니들을 형성하여 니들이 각질층을 뚫고 들어가 유효성분이 피부 깊숙이 전달될 수 있도록 한다. MTS에 비해 통증이 적고 위생적인 관리가 가능하다는 측면에서의 장점이 있다. 그러나 반면에 니들 형성에 영향을 줄 수 있어 소재 사용의 범위가 제한적이라는 점과 다른 화장품에 비해 기술력을 요하는 공정상의 특징으로 가격이 높아 소비자들이 쉽게 접근하기에는 부담스럽다는 단점이 있다.

두 번째는 제형적인 접근 방법으로 최근 가장 많은 부분을 차지하고 있으며 고분자 수화젤, 고분자 마이셀, 나노 에멀젼, 리포좀, 에토좀 및 탄성리포좀의 5가지로 나눌 수 있다. <표 2>에 있는 다양한 제형 기술 중 가장 범용적으로 사용되고 있는 기술은 Microfludizer와 같이 유압을 높여 제형의 사이즈를 나노 입자크기로 줄여서 만든 나노에멀젼을 이용한 방법이나 피부의 각질층에서의 흡수가 증가할 뿐 표피나 진피층까지 흡수는 어렵다. 최근에 개발되어 가장 흡수율이 좋다고 알려져 있는 기술은 에토좀 및 탄성 리포좀 기술로 리포좀에 비해 흡수율이 높지만 피부의 진피층까지 도달하는지에 대한 연구는 아직 미비하다.



| 표 2. 제형학적인 경피 흡수 촉진 기술 |

방 법 원 리

고분자 수화젤

· pH 감응성을 가지는 고분자 수화젤을 만들어 외부환경에 불안정한 활성물질을 화장품 제형 내에서는 안정하게 보존하고, 피부에 도포 시 빠른 방출로 피부에 흡수될 수 있는 제형

고분자 마이셀· 친수성 고분자와 소수성 고분자가 블록 공중합체의 형태로 결합되어 소수성 활성성분을

수용액상에 분산시키는데 있어서 효율적인 제형

나노에멀젼· 100-500nm의 입자 크기를 갖는 에멀젼의 한 종류로 일반 에멀젼과 달리 입자들 사이

응집 현상이나 합일 현상이 없어 낮은 점도 조건에서도 장기간 안정성을 보유하는 제형

리포좀· 세포막 또는 각질층의 세포간 지질과 구조적으로 유사한 지질 이중층으로 구성되어 있어

세포막과 융합하여 활성성분을 효과적으로 세포 내로 전달할 수 있도록 만든 제형

에토좀 및 탄성리포좀· 리포좀보다 피부 흡수 효과를 높이기 위한 방법으로 피부 침투시 입자 형태가 피부

각질층을 잘 투과할 수 있도록 탄력적으로 변형이 쉬운 소포체로 만든 제형

약물전달시스템(DDS, Drug Delivery System)관련 국내 기술개발은 세계 동향보다 10년 뒤늦은 1990년대 초반 경에 시작 되었으나, 1990년대 중반부터 매우 빠른 속도로 기술개발이 진행되고 있다. 국내 약물전달시스템의 기술력은 2007년에 세계 7위의 우수한 기술력을 확보하고 있다.

우리나라에서는 DDS관련 특허를 가장 많이 보유한 출원기관은 삼양사로 부착형 경피용 약물전달시스템, 항염증제 전달을 위한 경피용 약물전달시스템, 생분해성 약물전달 고분자, 하전성 약물전달을 위한 음·양전하의 고분자 전달기술이 개발되고 있으며, 한국화학연구원에서는 경구용 약물전달 조절을 위한 미세캡슐화 기술의 특허 등이 있다.

기능성, 피부투과성, 안정성 향상을 위한 고기능성 나노 화장품 소재

기능성 화장품을 포함하는 코스메슈티컬 대부분 제품들이 피부각질 등 피부장벽을 투과하지 못하여 기능성 활성물질을 피부 깊숙이 전달되지 못하는 큰 기술적 난제에 놓여있다. 최근 천연물 기반 활성물질에 대한 수요가 증가하고 있는 상황에서 천연활성물질의 유효 전달성을 높일 수 있는 해결방안으로 나노바이오소재를 개발하려는 시도가 진행 중이다.

최근 이러한 기술적 난제를 해결하기 위한 리포좀이나 나노좀 등 다양한 화장품 제형의 개발이 이루어지고 있으나 그 효과에 대한 입증이 아직까지 미비하다.

다양한 활성물질을 활용한 주름 개선, 미백, 탈모, 아토피 등에 효과가 있는 성분들이 지속적으로 개발되고 있지만 이러한 성분들을 피부 깊숙이 전달하기 위한 소재가 부족하다. 활성물질의 피부투과율을 높일 수 있는 새로운 나노바이오 소재를 통해 국·내외 화장품 산업의 기술 경쟁력 확보를 기대할 수 있을 것으로 예상된다.



3. 나노복합소재 응용기술

인지질 나노바이오입자 (리포솜, 니오솜 등)

인지질은 생체막을 구성하는 성분으로 생체 사용 시 안전하기 때문에 화장품 제조성분으로 많이 응용되고 있다. 특히, 니오솜은 리포솜과 비슷하지만 삼투 활성이 있고 화학적으로 안정적이며 리포좀에 비해 장기간 보관할 수 있는 등 다양한 장점이 있다. 친수성 상단에 기능성 잔기로 표면 형성 및 개질이 용이하며 비-이온성이기 때문에 생체 시스템에 적합성이 높다. 독성이 적고 생분해성이 높으며 면역성이 없으며 또한, 친지질성 약물을 소포체 이중층막 속에 그리고 친수성 약물은 수용액 부분에 잡을 수 있어 활용 범위가 넓다.

경구 생체 이용률과 피부침투를 증가시키고 니오좀의 여러 특성(크기, 포획 효율, 안정성 등)은 계면활성제와 콜레스테롤, 표면 하전 및 현탁 농도 등으로 조절할 수 있다. 나노바이오입자를 활용한 대표적인 예로, 1995년 랑콤사의 프리모디알은 약 100나노미터 크기의 니오솜의 팔미테이트 비타민A가 들어있다. 이 주위는 단층의 인산 지질이 그 형태를 유지하고 있는 폴리메릭 쉘이 감싸고 있으며, 바깥쪽은 세포내 결합조직과 같은 물리적 구조를 갖고 있어, 각질층 통과를 쉽게 해주는 이중층으로 되어 있다. 각질층을 통과할 때 피부효소에 의해 쉘이 파괴되고, 방출된 비타민A가 피부세포를 활성화시킨다.

| 그림 6. 경피흡수촉진을 위한 니오솜 기술 |



나노마이셀 소재

마이셀은 친수기와 소수기를 같이 가지고 있는 계면활성제로 주로 사용하는 물질로 임계미셸농도 및 임계미셸온도 이상에서 만들어진다. 마이셀의 중심부인 core는 소수성 약물이나 활성성분을 담지하는 담체의 역할을 하는 부분이며 친수성 부분인 shell은 외부환경으로부터 활성 성분을 보호하는 역할을 한다. 그러므로 마이셀은 소수성 활성 성분을 수용액상에 분산시키는데 있어서 효율적이며 고분자 층의 분해 속도 및 생체 자극 반응 정도에 따라 활성 성분의 방출 속도를 다양하게 제어할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 피부에 전달하고자 하는 유효 성분을 나노마이셀로 감싸 피부 흡수율을 높일 수 있다.

나노캡슐화 (Nanoencapsulation)

캡슐화(encapsulation)란 외부환경으로부터 입자 또는 방울(droplet)형태의 중심물질(core material)을 보호하기 위해 주위를 코팅하는 것이다. 대표적인 예로, 1996년 아모레퍼시픽 사에서는 불안정한 화장료용 활성물질을 캡슐화하여 단일, 이중 캡슐 및 이를 함유한 화장료 조성물에 대한 적용을 언급한다. 일반 단일 캡슐은 활성 물질을 내상으로 하고 벽재를 외상으로 하여 피막의 형태로 감싸는 모양이고, 이중 매트릭스 캡슐은 벽재와 활성성분이 서로 연속상으로 섞인 채 캡슐화 된다. 일반 캡슐은 피막재가 수용성이므로, 수용성 활성물질의 캡슐화에 사용이 되며, 이중 캡슐은 지용성 활성물질의 캡슐화에 사용이 되고 단일 캡슐의 단점을 극복하고 내상의 안정화를 높일 수 있다.

| 그림 7. 나노 캡슐화 기술 |

고기능성 나노에멀젼 소재

100~500nm의 입자 크기를 갖는 에멀젼의 한 종류로, 기존 천연 피부활성물질의 가장 큰 난제인 낮은 유효 피부 투과율을 해결하기 위해 나노복합소재를 이용하여 천연활성물질을 나노스케일로 에멀젼화한 소재이다. 나노에멀젼 소재는 일반 에멀젼 소재와 달리 입자들 사이 응집 현상이나 합일 현상이 없어 낮은 점도 조건에서도 장기간 안정성을 보유하는 장점을 갖는다.

대표적인 경피 흡수 촉진법인 리포좀을 이용한 활성물질 전달은 리포좀의 안정성과 투과성 문제를 근본적으로 해결하지 못해 효율성이 떨어지는 반면, 나노복합소재를 이용한 고기능성 나노에멀젼 소재는 이러한 기술적 난제를 해결함으로써 기능성 화장품 시장의 새로운 패러다임을 제시하고 있다.



| 표 3. 나노에멀젼 기술의 장점 |

나노에멀젼 기술의 장점

· 소량의 계면활성제 사용으로도 유화 안정도를 확보할 수 있음

· 입자 사이즈 200nm 이하로 제조 가능하여 피부 흡수율이 증가됨

· 유화하기 힘든 유용성 성분을 사용하여 제형 개발 가능

· 외관이 차별화된 제품 개발이 가능함

· 다량의 오일 및 향을 함유하는 스킨 제형 개발이 가능

· Particle size를 줄임으로써 소량의 무기자외선 차단제로 높은 SPF 지수 확보 가능

· 점도에 의존하지 않고도 안정도가 우수한 제형 개발이 가능

일반적으로 화장품에 사용되는 피부활성 성분은 빛, 온도, 열, 공기 등에 민감하게 반응하여 변성되므로, 화장품처럼 장기 보존을 필요로 하는 제품에 응용하기에 제한이 있다. 나노에멀젼화 기술은 분산상에 피부활성성분을 함유하는 오일상(Oil phase)이나 수상(Water phase)을 서로 섞이지 않는 성분상에 유화(O/W, W/O)시키고 이를 다시 반대 성분의 연속상(Continuous phase)에 분산시킨 형태(O/W/O, W/O/W Multiple Emulsion)를 취하므로 일반 단순 화장품 유형(O/W, W/O Emulsion)에 비해 피부활성성분을 안정화하고 높은 서방성, 피부친화성, 보습력이 우수한 장점을 갖는다.

나노소재 화장품 관련 기술 키워드를 기반으로 특허 DB를 구축하여 기술경쟁력(TS)과 특허시장력(PFS)를 분석했을 시, 기술경쟁력 및 특허시장력은 “Nanoemlsion comprising” 키워드가 상대적으로 높게 파악된다.

● 기술경쟁력(TS) = 영향력(인용)지수×특허건수

● 특허시장력(PFS)

= 해당키워드 PFS/전체 PFS (키워드별 TS 및 PFS 지수 산출 후, 정규화를 통한 상대적 순위 도출)

| 그림 8. 나노에멀젼 기술의 경쟁력 |

* 출처: 나노융합산업협력기구 (Organization Nano-convergence Industrial Cooperation)



유기나노복합소재

유기나노복합소재란 우수한 나노바이오 물질인 펩타이드와 천연활성물질의 화학적 조합(conjugation)을 통해 만들어진 유기나노물질을 자기조립화하여 천연활성물질을 타겟까지 효율적으로 전달하는 소재 기술이다.

| 그림 9. 천연물 기반 유기나노복합소재를 이용한 기능성 화장품 |

피부 투과성이 뛰어난 선택적 피부 투과 펩타이드와 다양한 천연활성물질을 그 특성에 따라(소수성, 친수성, 양친매성 등) 전략적으로 혼합해 높은 특이성과 피부투과성을 갖는 소재로, 기존 천연활성물질의 한계를 극복한 혁신 기술이다.

| 그림 10. 천연물 종류에 따른 유기나노복합소재 |



또한 이를 피부 타겟에 따라 제형화하는 기술을 통해 유기나노복합체 적용 고기능성 화장품을 개발 및 제품화하는 연구과 활발히 이루어지고 있다.

나노복합소재를 이용한 인조피부 소재

인조피부막 기술이란 창상피복제같은 부착형 필름 제품과 달리 실제 피부 위에서 화장품과 같은 형태로 바르는 피부막 형성 기술로, MIT 등 다양한 기관에서 연구가 이뤄지고 있다. 나노복합소재 기반 고분자 가교화 반응을 통해 빠른 고분자 필름을 형성하여 실제 피부와 유사한 물성을 구현하며, 피부 위에서의 안정성과 부착성을 동시에 확보할 수 있는 신개념 인공피부 형성 기술이다.

| 그림 11. 나노촉매를 이용한 인조피부막 형성 기술 |

나노복합소재 기반 나노촉매를 이용하여 기존 인조피부막에 사용되어온 백금 기반의 Karstedet’s catalyst의 피부독성 문제를 해결하여 기능성 화장품뿐만 아니라 다양한 의약외품(창상, 화상, 흉터 등 피부재생) 분야로의 확장성 또한 보유한 혁신 기술이다.

3D 바이오프린팅

2015년 제닉 사에서는 3D 프린터를 이용한 하이드로겔 마스크를 제작하기 위한 3D 프린터 잉크젯용 수지 조성물에 대한 적용을 언급하였으며, 이는 이용자의 얼굴 구조에 최적화된 구조를 갖는 하이드로겔 마스크를 제조하여 얼굴과 마스크 사이에 멀어진 부분을 최소함으로써, 피부착용감 뿐 아니라 피부유효성분의 피부전달을 개선할 수 있다. 바이오잉크에는 펩타이드 등이 포함된 나노복합소재가 활용되어 원하는 기능성을 부여할 수 있다. 또한, 2015년 한국화장품제조 사에서는 메이크업 제품들 중에서 시각적 차별화와 심미적인 감성을 유발하기 위해 화장료의 표면 또는 중간부에 3D 프린팅을 통해 문자나 이미지 등을 새겨 넣는 화장료에 대한 언급을 하였다.



| 그림 12. 나노복합소재를 이용한 3D 바이오프린팅 |

4. 맺음말

화장품 시장의 확대로 나노바이오 소재를 이용한 고기능성 화장품의 부가가치가 높아짐에 따라 나노복합소재의 역할이 매우 중요해지고 있으며, 생명공학기술과 나노기술의 발전으로 나노복합소재는 더욱 소형화, 다기능화, 고효율화되면서 화장품 시장 전체의 트렌드를 주도할 것으로 기대된다.

특히 기존의 천연 피부활성물질 기반 고기능성 화장품은 낮은 유효피부투과율, 안정성 미확보 등 기술적 한계에 직면해 혁신제품 개발을 위한 돌파구가 필요한 시점이다.

펩타이드, 천연 피부활성물질, 에멀젼화 등을 활용한 나노복합소재는 실제 피부에 효율적, 안정적으로 전달되어 높은 수준의 치료 효과를 보여주는 기술이다. 또한 고기능성 화장품 산업은 기술과 시장의 다변화와 혁신적인 기술만으로도 시장의 선도가 가능한 전형적인 고부가가치 산업으로서, 국내의 우수한 NT, BT 등 융합기술기반 고기능성 화장품은 국가의 주도적 육성이 필요한 신산업분야이다.

국내의 우수한 화장품, 의약품, 의약외품 등 기반산업과 연계하고, 보다 혁신적으로 다양한 분야에 활용될 수 있는 나노복합소재를 개발한다면, 급성장하고 있는 기능성 화장품 시장에 대한 대응뿐만 아니라, 글로벌 시장으로의 진출 및 시장 규모의 확대 또한 기대된다.



[참고문헌]

1. 화장품에서의 나노기술 응용, 한국과학기술정보연구원, 2008

2. 3D 바이오프린팅 기술개발 동향분석, ETRI, 2015

3. 한국보건산업진흥원, 2014 화장품 제조·유통 조사, 2015

4. Datamonitor Personal Care Market Data, 2015

5. 한국코스메슈티컬교육연구소, KB투자증권, 2015

6. 2015년 화장품산업분석보고서, 한국보건산업진흥원, 2016

7. Cosmeceuticals Market to 2018, GBI Research, 2013

8. Allied Market Research, Nano Titanium Dioxide Market by Application - Global Opportunity Analysis and Industry Forecast, 2014 - 2022

9. 글로벌코스메틱연구개발사업단 기획연구 최종보고서, NCR, 2011

10. 글로벌 화장품 트렌드 포럼, kotra, 2017

summary · 2019-04-02 · 1) 급성장하는 기능성 화장품시장에 비해 부족한...

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