국내 화장품산업은 외형이 성장할수록 원료 수입액이 함께 늘어나는 구조적 취약성을 가지고 있다. 수입대체, 더 나아가 해외시장 수출을 위한 원료개발이 중요하다. 이 때문에 천연성분의 원료를 분자수준까지 컨트롤하는 나노화장품 개발이 요구된다. 이와 관련 나노화장품의 최신 동향을 살펴본다.[참고자료: 한국산업기술평가관리원(KEIT)의 이슈리포트 3월호, ‘나노복합소재를 이용한 천연활성물질 기반 고기능성 화장품’]
나노화장품이란 나노 사이즈 크기(10억분의 1m)를 갖는 나노바이오입자/구조체를 함유한 화장품이다. 나노바이오 입자에 활성물질을 넣어 피부에 흡수시킨다. 기존 화장품의 경우 피부주름 개선 ·미백 등 기능성 활성물질의 용해가 쉽지 않고 피부 흡수도가 매우 낮은 단점을 가진다. 또 제품 안정도가 떨어져 유용한 성분과 기타 성분이 분리되는 등 제형화에도 많은 문제가 있다. 이를 해결하는 게 나노기술이다.
나노구조체는 피부 세포의 간격보다 훨씬 작고 화학적으로 안정되어 있으며, 피부 세포층을 선택적으로 통과할 수 있다.
예를 들어 나노 티타늄다이옥사이드(TiO2)는 티타늄다이옥사이드 보다 약 100배 이상 효능이 우수해 자외선차단제, 방직섬유, 목재 방부재, 페인트, 플라스틱 등에 쓰인다. 나노 티타늄다이옥사이드 사용량은 2015년 4,486백만 달러에서 2016년부터 연평균 성장률 20.7%로 2022년에는 16,681백만 달러에 도달할 것으로 예상하며 화장품에서 그 쓰임이 가장 많다.(Allied Market Research)
우리나라는 2000년대 초반 나노기술을 화장품산업에 도입하면서 2008년 이후 나노화장품 관련 특허 수에서 일본을 앞지르고 있다. 현재 나노바이오 화장품 국가별 특허 보유는 미국(39%)-유럽 (25%)-한국(24%)-일본(12%) 순이다.
대표적인 기업이 한국콜마다. 2011년 ‘나노복합캡슐’ 기술을 세계 최초로 개발, 한국의 나노화장품 기술을 널리 알렸다. ‘나노복합캡슐’은 3세대 약물전달 신기술로써 유화성분과 리포좀 성분을 한 번에 나노 사이즈로 캡슐화한 기술이다. 최근에는 한방성분에 나노 리포좀 기술을 도입해 고농축 한방성분을 피부에 단계적으로 흡수시킬 수 있는 기술도 개발했다.
아모레퍼시픽도 나노텍 연구팀을 통해 나노화장품을 개발하고 있다. 2004년 고분자 자기회합체 기술을 개발하여 다양한 활성물질을 포집할 수 있는 방법을 고안, 대량생산에 도입했다. 그래핀을 이용해 액상시료를 전자현미경으로 관찰할 수 있는 시편 제조 연구를 ‘사이언스’에 게재해 피부 세포와 신경전달물질과의 상호작용을 규명하는 공동 연구도 진행 중이다.
글로벌기업으로는 로레알이 ‘뷰티오믹스(beautyomics)' 프로젝트를 통해 유전학뿐만 아니라 단백질학·시스템생물학·생물정보확 등을 이용해 피부에서 일어나는 생체반응 연구를 병행하고 있다. 이를 나노소재와 연관시켜 노화 반응의 원인을 규명하고 효능 물질을 분석하는 데 활용하고 있다.
P&G도 산화아연 나노입자를 자외선 차단소재로 사용하고 이를 양전하와 음전하를 띈 나노입자와 조합해 계면이 안정되고 균일한 분산상태로 유지시켜주는 기술을 화장품에 도입하고 있다.
현재 화장품업계는 천연활성물질 소재 개발과 더불어 경피 흡수율을 높이는 기술이 과제다. 경피흡수율을 높이는 데는 ①물리적인 피부투과와 ②제형의 2가지 경로가 있다.
물리적인 경피 흡수 촉진법은 MTS와 마이크로 니들 패치가 있다. MTS는 자극과 통증, 위생관리에 단점이 있어 요즘에는 마이크로 니들 패치가 많이 사용된다. 이는 얼굴에 부착할 수 있는 하이드로 콜로이드 패치에 생분해성 물질인 히알루론산을 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. 반면에 니들 형성에 영향을 줄 수 있어 소재 사용 범위가 제한적이라는 점과 다른 화장품에 비해 기술력을 요하는 공정상의 특징으로 가격이 높다는 단점이 있다.
약물전달시스템(DDS, Drug Delivery System) 관련 국내 기술력은 세계 7위로 평가된다.(2007년) 우리나라에서 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 있다. 한국화학연구원에서는 경구용 약물전달 조절을 위한 미세캡슐화 기술의 특허 등이 있다.
기능성 화장품을 포함하는 코스메슈티컬 대부분 제품들이 피부각질 등 피부장벽을 투과하지 못하여 기능성 활성물질을 피부 깊숙이 전달되지 못하는 큰 기술적 난제에 놓여있다. 반면 화장품 시장 확대로 나노바이오 소재를 이용한 고기능성 화장품의 부가가치가 높아짐에 따라 나노복합소재 역할이 매우 중요해지고 있다.
생명공학기술(BT)과 나노기술(NT)의 융합으로 나노복합소재는 더욱 소형화, 다기능화, 고효율화되면 화장품 시장 트렌드를 주도할 것으로 기대된다.
참고자료: [‘나노복합소재를 이용한 천연활성물질 기반 고기능성 화장품’, 조진우 PD(KEIT 나노융합PD실), 조동현 책임(KEIT 바이오나노융합팀), 김용호 교수(성균관대)]
