다양한 아세틸화도를 가지는 키토산

지구상에서 생산되는 키틴의 양은 연간 약 1천억 톤으로 추정되며, 이는 식물이 생산하는 셀룰로오스에 필적하는 양이다. 이 두 개의 고분자 물질이 지구 환경과 생태계의 밸런스를 유지하는 데 있어서 매우 큰 역할을 수행하고 있다. 또한, 키틴과 셀룰로오스는 존재량이 무한하고, 잉여 퇴적이 발생하지 않기 때문에 이들을 유용하게 활용하기 위한 노력이 계속되고 있다. 초기의 키틴․키토산의 주요 용도는 폐수처리에서의 응집제나 탈수제와 같은 수처리제였으나, 인간의 면역력을 높여
self care 작용을 도와줄 수 있다는 사실이 밝혀지게 됨에 따라 건강보조식품 시장에서 유력한 소재로 대두되기 시작하였다. 또한, 건강보조식품 이외에도 많은 분야에 사용되고 있는데 특히 최근에는 일반식품에의 이용 빈도가 높아지고 있는 추세이고, 식품이외의 분야로는 축산․어업용 사료, 살충․살균제, 오수 처리제, 화장품의 용제, 각종 막이나 랩으로의 이용뿐만 아니라 조직공학용 (의료용 인공피부, 수술용 봉합사 등)의 용도로 매우 많은 연구가 진행 중에 있다.

 

이러한 키토산은 일반적으로 자연계에 풍부하게 존재하는 키틴을 강염기 상태에서의 탈아세틸화 반응에 의해 얻어지고, β-1,4-linked-D-glucosamine과 N-acetyl-D-glucosamine이 공중합된 구조를 나타내며, 이 공중합체내에 β-1,4-linked-D-glucosamine이 60∼ 70 % 이상 존재하는 공중합체를 키토산이라고 한다 [9]. 이러한 키토산의 물리화학적 성질, 생물학적 특성 및 생분해성 정도는 아세틸 화정도(degree of acetylation, DA)에 크게 영향을 받는다고 알려져 있으며, 이러한 이유로 DA의 조절은 키토산의 응용에 매우 중요한 요소로 여겨지고 있다. 키토산의 DA 조절법은 앞에서 언급되었듯이, 키틴을 탈아세틸화 시키는 방법과 키틴으로부터 탈아세틸화 된 키토산을 다시 아세틸화 시키는 방법이 있으며 (Figure 1), 키틴을 탈아세틸화 시키는 방법이 상업적으로 널리 사용되고 있다. 하지만 탈아세틸화에 의한 DA 값의 조절법은 동일한 조건에서 반응을 수행하더라도 키틴의 출처 (게, 새우, 바다가재 등은 서로 다른 DA 값을 가짐) 및 반응의 낮은 DA값의 재현성으로 인해 불균일한 DA 값을 가지는 키토산이 얻어지며, 이로 인해 물리화학적, 생물학적 특성 및 생분해 속도가 일정하지 않은 키토산이 얻어지게 된다. 뿐만 아니라, 키틴으로부터 탈아세틸화에 의해 얻어진 키토산은 고분자 사슬 내에 존재하는
N-acetyl-D-glucosamine이 block 형태의 구조를 이루어 (Figure 2(a)), 이들 간의 강한 상호작용에 의해 용매에 대한 용해도가 매우 낮아, 다양한 형태로의 가공이 용이하지 못하였다[12]. 이러한 특성으로 인해 기존의 방법 (탈아세틸화)으로 제조된 키토산은 이들이 가지는 우수한 특성에도 불구하고 그 사용이 매우 제한적이었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 연구에서는 키틴으로부터 약 90 % 정도 탈아세틸화 된 키토산과 acetic anhydride의 간단한 아세틸화 반응을 통해 다양한 DA와 N-acetyl-D-glucosamine의 random 형태 (Figure 2(b))에서 기인되는 우수한 용해성과 아세틸화도에 따른 일정한 분해 기간을 가지는 키토산을 제조하였으며, 이들의 아세틸화도 분석 (Solid 13C NMR, FT-IR)과 아세틸화도에 따른 표면 특성 (물 접촉각, FTIR-ATR, Zeta-potential) 및 세포 친화성을 관찰하였다. 또한, 아세틸화에 의해 다양한 아세틸화도를 가지는 키토산을 조직공학용으로의 응용을 위하여 주사주입이 가능한 다공성 비드를 제조하였으며, 제조된 키토산 비드의 아세틸화도에 따른 체외 및 체내에서의 생분해성 정도와 조직 적합성을 관찰 하였다.