알지네이트 비드 제조 및 인공위액, 인공장액 제조 실험

Question

안녕하세요 저희가 알지네이트 비드가 장용정의 제피를 대체할 수 있는지 알아보려는 실험을 하려고 합니다. 그래서 인공위액과 인공장액에 아스피린정, 아스피린 장용정, 알지네이트 비드를 결합한 아스피린을 각각 넣어 알지네이트 비드가 대체할 수 있는지 확인하려합니다. 이 과정에서 질문이 생겨서 질문을 합니다.

1. 알지네이트 비드를 만들 때 왜 색소를 넣는 건가요? 단지 색 구분을 위해서인가요? 꼭 넣어야 하나요?

2. 알지네이트 비드를 만들 때 핫플레이트를 통해 가열할 건데 증류수가 몇 도일 때 알긴산 나트륨을 넣는 건가요?

3.보통 일반 전자저울에 0.nng도 측정이 가능한가요?

4. 인공 위액과 인공 장액을 만들고 다음 날(20-24시간)사용해도 되는 건가요?

5. 알지네이트 비드와 아스피린을 어떻게 결합시키나요?

Answer 1

안녕하세요.

알지네이트 비드는 알긴산나트륨이 염화칼슘과 만나면서 칼슘 이온에 의해 겔 네트워크를 형성하는 과정에서 만들어지며, 산성 환경에서는 비교적 수축하고, 중성~약염기성 환경에서는 팽윤하거나 붕괴하는 성질이 있어서 약물 전달 연구에 자주 사용됩니다. 색소를 넣는 가장 큰 이유는 관찰 편의성 때문인데요, 알지네이트 비드는 원래 반투명하거나 거의 무색에 가깝습니다. 따라서 인공위액이나 인공장액에 넣었을 때 비드가 팽윤하는지, 붕괴되는지, 약물이 빠져나오는지 눈으로 보기 어렵다보니, 식용 색소나 메틸렌블루 같은 색소를 넣어 비드 내부 물질이 방출되는 과정을 시각적으로 확인하는 경우가 많습니다. 이때 알긴산나트륨은 고온에서 녹이는 물질은 아닌데요, 오히려 너무 뜨거우면 점도가 불안정해지거나 기포가 많이 생길 수 있습니다. 따라서 보통 실험실에서는 실온(20~25℃) 또는 약간 따뜻한 30~40℃ 정도의 증류수에서 녹이게 됩니다. 일반 전자저울로 0.nng 측정은 거의 불가능합니다. 0.nng는 나노그램(ng) 수준인데, 이는 10⁻⁹ g 수준입니다. 일반 학교나 실험실 전자저울은 보통 0.01 g 또는 0.001 g 정도가 많습니다.

또한 보통 실험에 사용하는 인공위액은 pH 1.2 근처이고 인공장액은 pH 6.8 근처일텐데요, 이런 완충액은 제대로 밀봉하고 오염되지 않았다면 하루 정도는 큰 문제 없이 사용할 수 있습니다. 마지막으로 알지네이트 비드와 아스피린은 포집을 통하여 결합시키시면 됩니다. 이는 아스피린을 비드 표면에 붙이는 게 아니라, 비드 내부에 가두는 방식인데요, 증류수에 알긴산나트륨을 용해시킨 후, 아스피린 분말을 알긴산 용액에 균일하게 분산해주시고, 이 혼합액을 스포이드로 CaCl₂ 용액에 한 방울씩 떨어뜨리시면, 떨어지는 순간 칼슘 알지네이트 비드가 형성되면서 비드 내부에 아스피린이 포집되는 것입니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

알지네이트 비드를 이용한 장용제 실험의 원리와 구체적인 방법들에 대해 설명해 드리겠습니다.

​먼저 비드를 만들 때 색소를 넣는 이유는 실험의 가독성을 높이기 위해서입니다. 알긴산 나트륨과 염화칼슘이 만나 형성되는 알지네이트 비드는 기본적으로 투명하거나 아주 연한 미색을 띠기 때문에, 투명한 인공 위액이나 장액 속에 넣었을 때 비드의 형태 변화를 관찰하기가 매우 어렵습니다. 특히 비드가 장액에서 녹으면서 약물이 방출되는 시점을 정확히 확인하려면 색소가 섞여 있어야 용액의 색 변화를 통해 약물 방출 여부를 즉각적으로 판단할 수 있습니다. 따라서 실험의 편의를 위한 선택사항일 뿐, 비드 형성이라는 화학적 반응 자체에 색소가 꼭 필요한 것은 아닙니다.

​알긴산 나트륨 용액을 제조할 때는 온도가 매우 중요합니다. 알긴산 나트륨은 입자 사이의 인력이 강해 찬물에 넣으면 표면만 젖은 채 덩어리가 지고 속까지 잘 녹지 않습니다. 그래서 보통 증류수를 60도에서 70도 사이로 따뜻하게 데운 상태에서 가루를 조금씩 뿌리며 녹이는 것이 가장 효율적입니다. 물이 너무 뜨거워 끓게 되면 고분자 구조에 영향을 줄 수 있으므로, 김이 살짝 나는 정도의 온도에서 자석 교반기를 사용해 완전히 투명해질 때까지 충분히 저어주는 과정이 필요합니다.

​실험에서 사용하는 저울의 경우, 학교 현장에서 흔히 보는 일반 전자저울은 소수점 첫째 자리나 둘째 자리까지만 표시되는 경우가 많습니다. 질문하신 0.nng 단위, 즉 소수점 세 자릿수 이상의 정밀한 측정은 분석용 정밀 저울이 있어야 가능합니다. 만약 현재 가지고 있는 저울이 0.1g 단위까지만 잴 수 있다면, 아주 적은 양의 시약을 직접 재기보다는 10배나 100배 정도의 양을 크게 재서 용액을 만든 다음 이를 희석해서 사용하는 것이 오차를 줄이는 현실적인 방법입니다.

​만들어 놓은 인공 위액과 장액은 하루 정도 지난 뒤에 사용해도 괜찮습니다. 다만 용액의 pH 수치가 공기 중의 이산화탄소와 반응하거나 증발 현상으로 인해 미세하게 변할 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 따라서 전날 미리 제조했다면 반드시 입구를 밀봉하여 보관해야 하며, 다음 날 실험을 시작하기 직전에 pH 미터기로 위액은 pH 1.2, 장액은 pH 6.8 내외가 맞는지 다시 한번 점검하고 필요하다면 산이나 염기를 추가해 수치를 보정해주는 것이 좋습니다.

​마지막으로 알지네이트 비드와 아스피린을 결합하는 방법은 혼합과 가교 반응을 이용합니다. 먼저 아스피린 알약을 곱게 가루 내어 미리 만들어둔 알긴산 나트륨 용액에 넣고 골고루 섞어줍니다. 이 혼합액을 주사기에 담아 염화칼슘 수용액에 한 방울씩 떨어뜨리면, 액체 방울이 칼슘 용액과 닿는 즉시 겉면부터 딱딱하게 굳으면서 구형의 비드가 만들어집니다. 이때 알긴산 사슬 사이사이에 아스피린 가루들이 물리적으로 갇히게 되는데, 이것이 우리가 원하는 약물을 품은 비드 형태가 되는 원리입니다.