KR100984184B1 - 알긴산 스폰지 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알긴산 스폰지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 알긴산 수용액을 성형하고 동결건조하여 제조한 알긴산 스폰지 중간재를 가교제 수용액에 침지하여 가교시킨 후, 세정 및 건조하여 의료용 및 조직공학용으로 가용가능한 물성, 즉 최대 굽힘 각도(유연성)가 90 ° 이상이고, 겉보기 밀도(구조치밀성)가 0.006~0.1 g/㎤이고, 식염수 흡수율이 150~700 %를 가지는 알긴산 스폰지를 간단한 공정으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 유연성, 구조치밀성, 흡수성, 가공성 등을 현저히 향상시킬 수 있는 알긴산 스폰지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
알긴산 스폰지, 알긴산 수용액, 성형, 동결건조, 가교, 의료용, 조직공학용
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 알긴산 스폰지의 기공 분포를 확인하기 위하여 단면을 잘라 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 알긴산 스폰지의 기공 분포를 확인하기 위하여 단면을 잘라 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 알긴산 스폰지의 기공 분포를 확인하기 위하여 단면을 잘라 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 4는 종래 방법으로 제조된 알긴산 스폰지의 기공 분포를 확인하기 위하여 단면을 잘라 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
본 발명은 알긴산 스폰지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 의료용 및 조직공학용으로 사용가능한 물성을 가지는 알긴산 스폰지를 간단한 공정으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 유연성, 구조치밀성, 흡수성, 가공성 등을 현저히 향상시킬 수 있는 알긴산 스폰지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
알긴산(alginic acid)은 육지식물의 셀룰로오스에 상당하는 해양식물의 다당류로 α-(1→4)-L-guluronic acid와 β-(1→4)-D-Mannuronic acid로 구성된 직쇄 공중합체이다.
일반적으로 알긴산은 해양생물 중 가장 생산성이 높은 대형조류인 갈조류의 세포막과 세포막간에 존재하는 주요 구성물질로 상업적으로 라미나리아, 자이안트 켈프 등에서 얻고 있으며, 일반적으로 수용성 알긴산 나트륨 염으로 널리 이용되고 있다. 수용성 알긴산 염은 점성, 생분해성, 무독성, 다가 금속이온(예를 들어 Ca2+)에 의한 용이한 겔 형성 등의 특성으로 인하여 식품, 제약, 섬유공업 등에서 증점제, 안정제, 유화제, 마이크로 캡슐 재료 등으로 폭넓게 사용되고 있다.
또한 알긴산의 생분해성, 흡습성, 지혈작용, 생체 친화성 등의 특성을 활용하여 의료용 상처 피복제, 국소 지혈제 등의 분야에 알긴산을 이용한 제품들이 다양하게 판매되고 있다.
상기 알긴산 상처 피복제는 알긴산 나트륨 수용액을 염화칼슘 수용액으로 이루어진 응고욕 중에 방사하여 제조한 알긴산 칼슘 섬유의 부직포가 가장 널리 사용되고 있으며, 그 예로는 Kaltostat(Convatec사, 미국), Sorbsan(Bertek사, 영국), Nu-DERM(Johnson&Johnson사, 미국), Tegagen(3M사, 미국) 등이 있다. 그러나, 상기 부직포 형태의 알긴산 상처 피복재는 피부 손상 부위에 붙인 후 떼어 낼 때 부직포에서 떨어진 단섬유가 잔류한다는 문제점이 있고, 다양한 형태로의 변형이 어렵기 때문에 특정한 성형이 요구되는 조직배양 분야에 있어 활용하기에 부적합하다 는 문제점이 있다.
상기와 같은 알긴산을 이용한 상처 피복제, 국소 지혈제, 및 조직공학의 고분자 지지체에 있어서 알긴산 부직포의 문제점을 해결하기 위하여 미국특허 제3,653,383호, 미국특허 제5,718,916호, 미국특허 제4,948,575호 등은 알긴산 스폰지를 제조할 때 알긴산 수용액의 조성에 가교제를 함께 첨가하여 알긴산 가교 겔을 제조한 후, 성형하고 동결건조하여 알긴산 스폰지를 제조하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법은 알긴산 스폰지의 표면이 거칠어 부착 감촉이 나쁘고, 스폰지의 구조가 치밀하지 못하여 동일한 상처 침출물을 흡수할 경우 구조가 치밀한 스폰지와 비교하여 에 두께가 커지거나 자주 교체해야 하는 불편함이 있다. 뿐만 아니라, 스폰지의 구조가 성글어 유연성이 낮으며 상처 부위에 대한 밀착성이 떨어지고, 부서지기 쉬워 취급상 어려움이 있으며, 겔 상태의 수화물을 성형함으로서 유동성이 낮아 가공성이 저하되어 부직포 형태의 상처 피복제에 비해 현재 거의 상용화되지 못하는 실정이다.
따라서, 유연성, 구조치밀성, 흡수성, 가공성 등이 우수하여 의료 또는 조직공학용으로 사용할 수 있는 알긴산 스폰지에 대한 연구가 더욱 필요한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 유연성, 구조치밀성, 흡수성, 및 가공성이 우수하여 의료용 및 조직공학용으로 사용가능한 알긴산 스폰지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 의료용 및 조직공학용으로 사용가능한 물성을 가지는 알긴산 스폰지를 간단한 공정으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 유연성, 구조치밀성, 흡수성, 가공성 등을 현저히 향상시킬 수 있는 알긴산 스폰지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 최대 굽힘 각도(유연성)가 90 ° 이상이고, 겉보기 밀도(구조치밀성)가 0.006~0.1 g/㎤이고, 식염수 흡수율이 150~700 %인 알긴산 스폰지를 제공한다.
또한 본 발명은 알긴산 스폰지의 제조방법에 있어서,
a) 알긴산 수용액을 성형하고 동결건조하여 알긴산 스폰지 중간재를
제조하는 단계; 및
b) 상기 a)단계의 알긴산 스폰지 중간재를 가교제 수용액에 침지하여
가교시킨 후, 세정 및 건조하여 알긴산 스폰지를 제조하는 단계
를 포함하는 알긴산 스폰지의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 유연성, 구조치밀성, 흡수성, 가공성 등이 우수하여 의료 또는 조직공학용으로 사용가능한 알긴산 스폰지에 대하여 연구하던 중, 알긴산 수용액을 성형하고 동결건조하여 알긴산 스폰지 중간재를 제조한 후, 상기 알긴산 스폰지 중간재를 가교제 수용액에 침지하여 가교시킨 후 세정 및 건조하는 방법으로 알긴산 스폰지의 성형과 가교를 분리하여 제조한 결과, 의료용 및 조직공학용으로 사용가능한 물성, 즉 최대 굽힘 각도(유연성)가 90 ° 이상이고, 겉보기 밀도(구조치 밀성)가 0.006~0.1 g/㎤이고, 식염수 흡수율이 150~700 %를 가지는 알긴산 스폰지를 간단한 공정으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 유연성, 구조치밀성, 흡수성, 가공성 등을 현저히 향상시킬 수 있음을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 알긴산 스폰지는 최대 굽힘 각도(유연성)가 90 ° 이상이고, 겉보기 밀도(구조치밀성)가 0.006~0.1 g/㎤이고, 식염수 흡수율이 150~700 %인 것을 특징으로 한다.
상기 최대 굽힘 각도가 90 ° 미만일 경우에는 알긴산 스폰지의 유연성이 부족해 굴곡진 창상 부위에 알긴산 스폰지를 효과적으로 피복할 수 없다는 문제점이 있다.
또한 상기 겉보기 밀도가 0.006 g/㎤를 미만일 경우에는 알긴산 스폰지의 구조가 성글고 치밀하지 못하여 쉽게 부서질 수 있다는 문제점이 있으며, 0.1 g/㎤를 초과할 경우에는 구조가 필요 이상으로 치밀하여 표면이 거칠고, 유연성과 식염수 흡수율이 저하된다는 문제점이 있다.
상기와 같이 최대 굽힘 각도 및 겉보기 밀도를 조건에 맞게 성형할 경우, 알긴산 스폰지의 식염수 흡수율은 150~700 %가 될 뿐만 아니라, 상처 부위에 유연하게 밀착 및 피복될 수 있어 상처 피복제로서의 기능이 우수하다는 장점이 있다.
또한 본 발명은 성형과 가교를 분리하여 알긴산 수용액을 성형하고 동결건조하여 알긴산 스폰지 중간재를 제조한 후, 상기 알긴산 스폰지 중간재를 가교제 수용액에 침지하여 가교시킨 후 세정 및 건조하는 방법으로 제조되는 알긴산 스폰지 의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.
a) 알긴산 스폰지 중간재 제조
본 단계는 알긴산 수용액을 성형하고 동결건조하여 알긴산 스폰지 중간재를 제조하는 단계이다.
본 발명에 사용되는 상기 알긴산 수용액은 알긴산을 순수에 용해하여 제조된다.
상기 알긴산은 알긴산 또는 알긴산 알칼리 금속으로, 특히 수용성이 우수한 알긴산 나트륨염, 알긴산 칼륨염, 또는 알긴산 암모늄염 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알긴산 수용액에 함유되는 알긴산의 농도는 0.5 내지 30 중량%인 것이 바람직하다. 상기 알긴산의 농도가 0.5 중량% 미만일 경우에는 낮은 생산성으로 제조비용이 높아져 상업성이 없게 되며, 30 중량%를 초과할 경우에는 점도가 높아져 용액 내 기포 제거가 어렵고, 유동성이 저하되어 정밀한 성형이 어려우며 생산신뢰성이 낮아진다는 문제점이 있다.
상기 알긴산 수용액은 주기율표 1A 족의 알칼리 금속염, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복실레이티드 스티렌 부티다엔 라텍스, 폴리비닐피롤리돈, 코코넛 오일, 글리세린, 또는 계면활성제 등을 추가로 사용하여 알긴산 스폰지의 외관이나 내부 기공을 제어함으로써 알긴산 스폰지의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 알긴산 수용액은 피브로넥틴, 비트로넥틴, 산성 섬유아세포 성장인자 FGF, 염기성 FGF, KGF, VEGF, EGF, PDFG-AA, PDGF-AB, PDGF-BB, TGF-α, TGF-β, IGF, TNF, GM-CSF, NGF, 헤파린결합 EGF, 인터페론, 적혈구 조혈인자, 1L-1(인터루킨-1), IL-2, IL-6, IL-8, 또는 조직활성화 펩티드 등의 생체 활성 인자를 추가로 포함할 수 있다. 상기 생성 활성 인자는 단독 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기와 같은 성분으로 이루어지는 알긴산 수용액은 성형틀에 투입하는 것 뿐만 아니라, 코팅, 다이케스팅, 압출 등의 방법으로 성형할 수 있으며, 바람직하기로는 상기 알긴산 수용액을 탈포 후 성형하는 것이 좋다. 상기와 같이 성형한 알긴산 수용액은 -10 ℃ 이하의 온도에서 급속 냉동시킨 후 동결건조하여 알긴산 스폰지 중간재로 제조된다.
상기와 같이 제조되는 알긴산 스폰지 중간재는 종래 가교된 알긴산 겔 수화물에 비하여 용액의 유동성이 우수하여 최종 제품인 알긴산 스폰지의 정밀한 성형이 가능할 뿐만 아니라, 동시에 스폰지 표면과 내부의 기공이 작고 균일해져 유연성이 향상되는 잇점이 있다.
b) 알긴산 스폰지 제조
본 단계는 상기 a)단계에서 제조한 알긴산 스폰지 중간재를 가교제 수용액에 침지하여 가교시킨 후, 여분의 가교제 성분을 세정 및 건조하여 알긴산 스폰지를 제조하는 단계이다.
상기 가교제 수용액에 함유되는 가교제는 2가 금속염 또는 공유결합능을 가 지는 유기계 가교제를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 2가 금속염은 염화칼슘, 염화아연 등이 사용될 수 있으며, 공유결합능을 가지는 유기계 가교제는 글루타알데히드, 디시클로헥실 카보디이미드, 또는 헥사메틸렌디이소시아네이트 등이 사용될 수 있다.
상기 가교제 수용액에 함유되는 가교제의 농도는 특별히 한정되지 않으며, 최종 제품인 알긴산 스폰지의 요구 성능 및 외관에 따라 다양한 농도로 사용할 수 있다.
또한 상기 가교제 수용액은 상기 a)단계에서 기재한 것과 동일한 생체 활성 인자, 수용성 키토산, 히알루론산, 펙틴, 또는 젤라틴 등을 추가로 포함할 수 있으며, 이로써 창상 치료재에 항균성, 피부 재생 촉진 등의 부가 성능을 부여할 수 있다.
상기와 같은 가교제 수용액에 알긴산 스폰지 중간재를 침지하여 가교시킨 후, 세정하여 여분의 가교제 성분을 제거하고 건조함으로써 성형 가공성이 우수하며, 유연하고 스폰지 내·외층의 기공이 균일하여 치밀한 구조를 가지는 가교 알긴산 스폰지를 제조할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 알긴산 스폰지는 최대 굽힘 각도(유연성)가 90 ° 이상이고, 겉보기 밀도(구조치밀성)가 0.006~0.1 g/㎤이고, 식염수 흡수율이 150~700 %인 것이 바람직하다.
상기와 같은 방법으로 제조되는 본 발명의 알긴산 스폰지는 의료용 및 조직공학용으로 사용가능한 물성을 가지는 알긴산 스폰지를 간단한 공정으로 제조할 수 있으며, 유연성, 구조치밀성, 흡수성, 가공성 등이 우수한 장점이 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
알긴산 나트륨(Macrocystis pyrifera, Kelp)으로부터 얻은 중점도(medium viscosity)의 알긴산 나트륨(SIGMA사)을 순수에 1 중량%의 농도로 용해시켜 알긴산 수용액을 준비하였다. 이를 감압처리하여 기포를 완전히 제거한 후, 지름 100 ㎜의 플라스틱 배양접시에 넣어 -40 ℃에서 냉동한 뒤 동결건조하여 알긴산 나트륨 스폰지 중간재를 제조하였다.
상기 제조된 알긴산 나트륨 스폰지 중간재를 0.2M 염화칼슘 수용액에 30 분간 침지하여 가교시키고, 이를 탈 이온수로 수회 세척하여 여분의 가교제 성분을 제거한 후, 다시 -40 ℃에서 냉동하고 동결건조하여 수불용성의 가교 알긴산 칼슘 스폰지를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 알긴산 나트륨을 대신하여 알긴산 암모늄(CarboMer사 , 미국)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 수불용성의 가교 알긴산 칼슘 스폰지를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 알긴산 나트륨을 대신하여 알긴산 칼륨(KIMICA사, 일본)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 수불용성의 가교 알긴산 칼슘 스폰지를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 제조한 알긴산 나트륨 수용액(알긴산 나트륨의 농도: 1 중량%) 300 g에 0.2M 염화칼슘 용액 15 mL를 교반하면서 천천히 적가하여 가교된 알긴산 겔을 제조하였다. 그 다음, 상기 가교된 알긴산 겔을 100 ㎜의 플라스틱 배양접시에 넣고 -40 ℃의 온도에서 냉동한 후 동결건조하여 수불용성인 가교 알긴산 칼슘 스폰지를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1에서 제조한 알긴산 스폰지의 기공 분포를 확인하기 위하여 단면을 잘라 광학현미경으로 관찰하고, 그 결과를 도 1 내지 4에 나타내었으며, 하기의 방법으로 유연성, 기공의 평균 크기, 및 흡수율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
ㄱ) 유연성(°) - 스폰지의 구조가 부서지지 않은 최대 가능 굽힘 각도를 측정하여 평가하였다.
ㄴ) 기공의 평균 크기(g/㎤) - 겉보기 밀도를 측정하고 상대적으로 비교하여 평가하였다.
ㄷ) 흡수율(%) - 스폰지 시료를 60 ℃의 온도의 건조기에서 24 시간 동안 건조하여 무게(A)를 측정한 후, 0.9% 염화나트륨 수용액에 25 ℃의 온도로 48 시간 동인 침지시키고, 원심분리기에서 160 G로 5 분간 원심분리한 후 무게(B)를 측정하 여 하기 수학식 1에 따라 흡수율을 측정하였다.
[수학식 1]
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 |
| 유연성 (°) | 150 | 140 | 145 | 70 |
| 기공의 평균 크기 (g/㎤) | 0.0377 | 0.0341 | 0.0384 | 0.0046 |
| 흡수율 (%) | 306 | 268 | 289 | × |
상기 표 1, 및 도 1 내지 4를 통하여, 본 발명에 따라 실시예 1 내지 3에서 제조한 알긴산 스폰지는 종래 방법으로 제조된 비교예 1과 비교하여 유연성, 기공의 평균 크기(구조치밀성), 및 흡수율이 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 알긴산 스폰지는 스폰지 구조를 유지하면서 높은 식염수 흡수율을 나타내는 반면, 비교예 1의 알긴산 스폰지는 식염수 흡수율이 증가함에 따라 구조가 붕괴됨을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따르면 의료용 및 조직공학용으로 사용가능한 물성을 가지는 알긴산 스폰지를 간단한 공정으로 알긴산 스폰지를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 알긴산 스폰지의 유연성, 구조치밀성, 흡수성, 가공성 등을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (9)
- 최대 굽힘 각도(유연성)가 90 ° 이상이고, 겉보기 밀도(구조치밀성)가 0.006~0.1 g/㎤이고, 식염수 흡수율이 150~700 %인 알긴산 스폰지.
- 알긴산 스폰지의 제조방법에 있어서,a) 알긴산 수용액을 성형틀 투입법, 코팅법, 다이케스팅법, 또는 압출법으로 성형한 후에, 성형된 알긴산 수용액을 동결건조하여 알긴산 스폰지 중간재를 제조하는 단계; 및b) 상기 a)단계의 알긴산 스폰지 중간재를 가교제 수용액에 침지하여 가교시킨 후, 세정 및 건조하여 알긴산 스폰지를 제조하는 단계를 포함하고, 알긴산 스폰지의 성형과 가교를 별도의 단계로 분리하여 수행하며, 성형 및 동결건조를 수행한 후에 가교 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 알긴산 스폰지의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 a)단계의 알긴산 수용액이 알긴산 나트륨염, 알긴산 칼륨염, 및 알긴산 암모늄염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알긴산 또는 알긴산 알칼리 금속염을 0.5 내지 30 중량%의 농도로 함유하는 알긴산 스폰지의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 a)단계의 알긴산 수용액이 알칼리 금속염, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복실레이티드 스티렌 부티다엔 라텍스, 폴리 비닐피롤리돈, 코코넛 오일, 글리세린, 및 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 물질을 추가로 포함하는 알긴산 스폰지의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 a)단계의 알긴산 수용액이 피브로넥틴, 비트로넥틴, 산성 섬유아세포 성장인자 FGF, 염기성 FGF, KGF, VEGF, EGF, PDFG-AA, PDGF-AB, PDGF-BB, TGF-α, TGF-β, IGF, TNF, GM-CSF, NGF, 헤파린결합 EGF, 인터페론, 적혈구 조혈인자, 1L-1(인터루킨-1), IL-2, IL-6, IL-8, 및 조직활성화 펩티드로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 생체 활성 인자를 추가로 포함하는 알긴산 스폰지의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 b)단계의 가교제 수용액에 함유되는 가교제가 2가 금속염 또는 공유결합능을 가지는 유기계 가교제인 알긴산 스폰지의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 b)단계의 가교제 수용액이 생체 활성 인자, 수용성 키토산, 히알루론산, 펙틴, 및 젤라틴으로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 물질을 추가로 포함하는 알긴산 스폰지의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 알긴산 스폰지의 최대 굽힘 각도(유연성)가 90 ° 이상이고, 겉보기 밀도(구조치밀성)가 0.006~0.1 g/㎤이고, 식염수 흡수율이 150~700 %인 알긴산 스폰지의 제조방법.
- 제1항에 있어서,최대 굽힘 각도(유연성)가 145 ° 이상이고, 겉보기 밀도(구조치밀성)가 0.0341~0.1 g/㎤이고, 식염수 흡수율이 268~700%인 알긴산 스폰지.
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