제타포텐셜과 도플러 효과 - 현탁액 안정성

✔️ 안녕하세요, 의약학 학종 세특 심화탐구 보고서의 교과서 메디컬저널입니다.

현탁제 의약품 상분리 현상과 식약처 의약품 회수

✔️ 2023년 5월 대원제약의 어린이 해열 시럽 '콜대원키즈펜'이 '상분리' 현상으로 인해 전량 자진회수 되었습니다. 또다른 어린이 해열/감기 약품인 동아제약의 '챔프시럽'이 갈변현상으로 인해 사용중지 및 회수처리(4월) 된 지 얼마 지나지 않아 발생한 일이라 어린 자녀들을 둔 부모님들은 두 어린이 대표 상품 외에 어떤 해열제, 감기약을 선택해야 할지 난감한 상황이 발생하였습니다.

❗️'상분리'란 균일하게 잘 섞여있어야 하는, 좀 더 약학적으로 표현하자면 잘 분산되어 있어야 할 성분이 섞이지 않고 분산매(주로 물)와 완전히 분리되어 버리는 것을 의미하며 마치 물과 기름이 서로 다른 층을 형성하는 것과 같이 분리되는 현상입니다. 다만 물과 기름이 나누어지는 것과는 달리, 의약품 분산계는 주로 고체 성분이 분산되어 있는 것이기 때문에 상 분리는 고르게 분산되어있어야 할 의약품 분자가 가라앉아 불투명액과 투명액으로 나누어지게 되는 현상입니다.

❗️ 지난번 탐구에서 살펴본 것 처럼, 많은 의약품들이 BCS Class II에 속하며, 물에 잘 녹지 않는 low solubility의 특성을 지니고 있습니다. 따라서 액상으로 제조되는 많은 의약품들은 완전히 녹아있기 보다는 균질하게 분산되어 있는 '현탁액'의 특성을 지니고 있습니다.

특히 최근 '짜먹는 ~약' 컨셉의 액상 시럽의 개량신약 제품들이 많이 출시되고 큰 인기를 얻고 있는 만큼, 현탁제 약품들의 안정성에 대해 이번 상분리 이슈와 함께 다루어 보는 것은 의약학적으로 의미가 있을 것으로 생각됩니다. 또한 이러한 현탁제 안정성에 영향을 미칠 수 있는 인자 중 하나인 '제타포텐셜'의 개념에 대해 알아보고, 이를 도플러효과의 원리로 측정하는 기기 메커니즘에 대해 자세히 탐구해보도록 하겠습니다.

✔️ 유명 소아 해열제 감기약 시럽 제품들이 회수되는 것을 보며 어린 동생(혹은 사촌동생)이 있는 나는 왜 소아용 제품들에서만 이러한 품질 이슈가 발생하였는지, 또한 이러한 문제들이 아이들의 건강에 어떤 영향을 미칠 것인지 걱정스러운 마음과 함께 직접 알아보고자 하는 생각을 가지게 되었다. 우선 이러한 이슈가 발생하는 제품들의 공통점이 액상 시럽 제형이라는 점이며, 주로 '현탁액'의 제형이라는 것을 조사를 통해 알게 되었다. '그렇다면 이러한 현탁액의 안정성 이슈를 해결하기 위해 고려해야 할 점은 무엇일까?' 라는 궁금증을 해결하는 과정으로 탐구를 진행하였고 그 과정에서 현탁액 안정성에 영향을 미치는 중요 인자 중 하나로 약물 입자들의 '제타포텐셜'이 있다는 점과, 또한 제타포텐셜을 측정하는 원리에 물리2의 개념 '도플러의 법칙'이 적용된다는 사실을 발견하고 자세히 탐구해보았다.

도플러 효과란?

✔️ 도플러 효과란 파원이나 관찰자가 움직이게 되면 정지해 있을 때와는 다른 진동수의 파장이 관측되는 현상을 의미합니다. 이는 파동의 특성이므로 빛이나 소리 등에 적용될 수 있으며 도플러 효과는 천체의 관측, 속도 측정, 초음파 검사 등에 활용되고 있습니다.

❗️이번 탐구에서는 도플러 효과를 통해 현탁액에서 전기영동시의 입자의 속도를 측정하고, 이를 통해 입자 제타포텐셜을 구하는 원리에 대해 자세히 다루며 궁극적으로는 최근 챔프, 콜대원 등의 제품으로 이슈가 된 현탁액 제제 의약품의 안정성을 향상시키기 위한 방안을 다루어보도록 하겠습니다.

※ 자세한 내용 정리는 교과서나 참고서를 활용하시기 바랍니다.

현탁제 의약품의 안정성

✔️ 중등 과학에서 배운 것 처럼, 우리는 물질을 분류할 때 '물리적 방법으로 분리할 수 있는지'에 따라 혼합물과 순물질(원소 혹은 화합물)로 분류합니다. 혼합물에는 균일 혼합물과 불균일 혼합물이 있으며 이 중 용액과 같이 서로 다른 두 물질이 구분되지 않으며 또한 어떤 부분에서도 그 조성이 동일한 것을 균일 혼합물이라 합니다. 반면 모든 영역에서 완전히 동일한 조성을 지니지 않는 경우를 불균일 혼합물이라 합니다.

❗️ 물리화학적으로 분산계(dispersion)이라 함은, 혼합물 중에서도 액체 내에 무엇인가가(주로 고체, 혹은 액체) 녹은 것을 의미합니다. 이때 배경이 되는 액체를 분산매라 하며, 녹아있는 물질(고체 혹은 액체)을 분산질이라 합니다. (액체가 액체에 녹는 것은 예를 들면, 기름 방울 알갱이들이 물에 녹아 분산되어 있는 상태를 의미합니다)

중등 과학에서 배운 것 처럼 조성이 균일한지를 통해 혼합물을 분류하는 것은 다소 논란의 여지가 있을 수 있는데, 육안으로는 균일해 보이는 혼합물이 현미경 수준에서는 균일하지 않을 수 있기 때문입니다. 반면 분산계의 분류는 액체에 녹아 있는 입자(분산질)의 크기에 따라 아래와 같이 보다 체계적으로 나누어질 수 있습니다.

1) 용액(Solution)

용액이란 용매(Solvent)에 용질(Solute)가 녹은 것을 의미합니다. 이때 용매가 분산매, 용질이 분산질에 해당합니다. 용질은 원자 혹은 분자 단위의 아주 미세한 크기의 입자가 용매에 균일하게 퍼져있는 것을 의미합니다. 대표적 예시로 소금물과 같이 용질(소금)이 미세한 사이즈로 용매(물)에 균일하게 혼합되어 있는 것이 용액에 해당하며 미세한 사이즈로 녹아있기 때문에 용매와 용질을 구분할 수 없습니다. 수치적으로는 분산질의 크기가 1nm(나노미터 = 10-9m)보다 작은 경우 용액으로 분류할 수 있습니다. 용액 상태는 매우 균일하게 혼합되어 있기에 다른 액체 제형에 비해 안정성이 높다고 할 수 있으며 일반적 조건에서 침전이나 상분리가 발생할 가능성이 매우 낮습니다.