KR101634205B1 - 효소가 포접된 실크 피브로인을 이용한 휴대형 복막투석액 재생 시스템용 필터 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실크 피브로인 또는 실크 단백질을 이용하여 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터 제작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실크 피브로인 또는 실크 단백질에 우레아제 등과 같은 효소가 포접된 필터 및 휴대형 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터의 제조방법에 관한 것이다.
실크 피브로인은 다른 고분자들과 달리 생체에서 면역반응을 유발하지 않고, FDA에서 안전성을 인정받아 봉합사 등 기타 의료용 소재로 사용되어지고 있다.
본 발명에 따른 필터는 저분자 물질을 효과적으로 제거하여 복막투석액을 매우 효과적으로 재생할 수 있다. 또한, 기존의 활성탄 필터와 동시에 사용 가능하므로 더욱 효과적인 투석액 재생이 가능하다.
본 발명에 따른 실크 피브로인 필터는 대량 생산성, 조절가능한 분해성, 효소 고정성 등의 장점을 가지고 있어, 우레아제와 같은 효소가 고정화된 휴대형 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터로 우수한 투석액 재생 효과를 가진다.

Description

효소가 포접된 실크 피브로인을 이용한 휴대형 복막투석액 재생 시스템용 필터 및 그 제조 방법 {Filter for portable peritoneal dialysis system using silk fibroin including enzyme and method thereof}

본 발명은 휴대형 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실크 피브로인 또는 실크 단백질에 효소가 포접된 휴대형 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

서구화된 식습관과 생활방식의 확산으로 인해, 당뇨병 및 고혈압 등 생활습관형 대사성 질환이 꾸준히 증가되고 신장질환 환자의 수가 급속하게 증가되었다. 특히 국내 당뇨환자 400만명 중 30%는 말기신부전에 걸릴 가능성을 가지고 있을 만큼 신장질환에 대한 잠재수요가 급증하고 있다.

신장은 생물학적으로 생명 유지에 필요한 기능을 이행하는 장기로써 체내의 대사산물을 여과하여 소변으로 배설하는 기능 뿐만 아니라 산, 염기 평형을 조절하는 역할을 한다. 이러한 신장에 기능 장애가 생기면 혈액 내에 노폐물이 쌓여 요독증을 일으키며 생명을 위협하기도 한다. 말기신부전은 신장의 사구체 여과 기능이 영구적으로 감소되어 신장기능의 회복이 불가능한 상태로 신장 대체요법이 불가결하다. 따라서 말기신부전증 환자는 타인의 신장을 이식받거나, 인공신장기를 통해 혈액을 투석하거나, 복막 내에 체액과 비슷한 성분이 함유된 글루코스 용액을 넣고 일정 시간마다 교환해 주는 복막투석을 통해 요독증을 유발할 수 있는 노폐물 등을 제거한다.

그러나 현재 혈액투석 치료로 인한 보험 재정부담은 매년 큰 폭으로 증가되고 있는 실정이고, 우리나라 심평원 자료에 의하면 말기 신부전 환자가 부담하는 총 의료비는 암 환자와 비슷하며, 환자 1인당 소요되는 의료비는 암 환자의 3배로 국내에서 가장 높다.

신장 이식은 투석으로 제거되지 않는 중분자 물질도 제거할 수 있고, 조혈호르몬 등 호르몬 생성이 가능하며 정상적인 식사와 생활이 가능하다는 장점이 있지만, 장기 공여자 수가 장기이식을 기다리는 환자 수에 비해 현저히 부족한 실정이다. 또한 고령, 치료되지 않은 악성 종양, 조절되지 않는 감염 등이 동반된 경우 신장 이식을 고려하기 어렵다는 한계가 있고, 이식 후 거부반응이 올 수 있으며, 면역억제제를 평생 복용해야 하거나 암 발생을 포함한 약제 관련 부작용이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 반면에 투석은 신부전으로 인한 체적 과부화, 고칼륨혈증, 질소노폐물에 의한 중독 등의 증상을 즉시 개선시키는 안전하고 효과적인 방법으로 알려져 있다. (대한민국 공개특허 제10-2010-0052544호 및 제10-2008-0064448호)

활성탄은 정수에 널리 사용되고 있으며, 야자각, 각종 목재류, 갈탄, 무연탄, 유연탄 등의 탄소질을 원료로 하여 활성화 과정을 통해 분자 크기 수준의 미세한 기공을 발달시킴으로써 물에 함유된 각종 이물질에 대한 흡착제 역할을 하는 것으로 1g 당 1000m² 이상의 내부 표면적을 갖는 특징이 있다. 이러한 활성탄은 저분자 물질과 고분자 물질을 흡착 할 수 있지만, 저분자 물질을 흡착했다가 더 큰 분자가 접촉할 경우 먼저 흡착했던 저분자를 탈착하고 더 큰 분자를 흡착하는 선택성을 가지고 있다. 이러한 선택성을 증가시키기 위해 활성탄은 산처리 등을 통하여 흡착에 대한 성질을 개선하기도 한다.

환자의 복막투석액에는 요소(Urea), 칼슘(Calcium), 크레아티닌(Creatinine), 포도당(Glucose), 인(Phosphorus), 요산(Uric acid), 알부민(Albumin) 등이 투석되어 있다. 각 성분은 저분자, 중분자, 고분자 물질로 나뉘어 지는데, 요소(60 Dalton), 칼슘(40 Dalton), 인(30 Dalton)이 저분자 물질에 속하며, 크레아티닌(113 Dalton), 포도당(180 Dalton), 요산(168 Dalton)은 중분자 물질로 구분할 수 있고, 알부민은 65,000 Dalton으로 고분자 물질로 구분할 수 있다. 그러나 활성탄을 이용하여 환자의 복막투석액을 필터링 할 경우 중분자 물질인 크레아티닌과 요산은 활성탄에 흡착되어 제거 가능하지만, 저분자 물질인 요소의 경우 활성탄의 흡착선택성에 의해 초기에 흡착이 되더라도 중분자 물질에 의해 탈착되면서 제거 효과를 나타내지 못하는 단점이 있다.

실크는 누에로부터 얻을 수 있는 천연 고분자로 두 가닥의 피브로인 단백질을 세리신 단백질이 감싸고 있는 구조이며, 정련이라는 과정을 통해 세리신을 제거하여 피브로인 단백질을 얻을 수 있다. 실크 피브로인은 다른 고분자들과 달리 생체에서 면역반응을 유발하지 않고, FDA에서 안전성을 인정받아 봉합사 등 기타 의료용 소재로 사용되어지고 있다. 이러한 장점으로 실크 피브로인을 이용한 다양한 소재가 최근 속속 개발되고 있다.

실크 피브로인은 누에고치에서 추출한 단백질로 대량 생산이 가능하여 원가가 낮으며, 제조 형태 및 결정화 방법에 따라 분해도를 조절할 수 있는 고분자이다. 뿐만 아니라 결정화 과정 중 우레아제와 같은 효소 등을 효과적으로 고정할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 실크 피브로인의 대량 생산성, 조절 가능한 분해성, 효소 고정성 등의 장점을 이용하여 본 발명자들은 우레아제와 같은 효소가 고정화된 휴대형 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터를 제조하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 말기 신부전 등의 환자가 가정에서 주기적으로 복막 투석을 할 경우, 효소가 고정화된 실크 피브로인 및 활성탄 필터를 이용하여 이미 사용된 투석액을 효과적으로 재생하므로써 환자의 삶의 질을 향상시키는데 그 목적이 있다.

본 발명은 효소가 고정된 실크 피브로인 나노섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 복막투석액 재생용 필터를 제공한다. 상기 실크 피브로인 나노섬유에 폴리머가 첨가되는 것이 바람직하고, 상기 폴리머는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinyliden fluoride) 등으로 이루어진 군 중에서 하나 이상을 선택하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 효소는 우레아제일 수 있다. 상기 실크 피브로인 나노섬유에 활성탄을 더욱 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 효소가 고정된 실크 피브로인 나노섬유 필터층 및 활성탄 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 복막투석액 재생 시스템을 제공한다. 상기 두 필터층들이 다층으로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 실크 피브로인 수용액, 폴리머 및 효소를 혼합하여 실크 피브로인-폴리머-효소 혼합 수용액을 만드는 단계; 상기 혼합 수용액을 전기방사, 전기분사, 동결건조로 이루어진 군중에서 선택하여 필터를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 필터를 불용화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대형 복막투석액 재생용 필터의 제조 방법을 제공한다. 상기 폴리머는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinyliden fluoride) 등으로 이루어진 군 중에서 하나 이상을 선택하는 것이 바람직하다. 상기 불용화 단계는 에탄올, 메탄올, 프로판올으로 이루어진 군 중에서 하나 이상을 선택하여 상기 필터를 재결정화할 수 있다. 또한 상기 불용화 단계는 수증기로 처리하여 상기 필터를 재결정화할 수 있다. 상기 불용화 단계에서, 상기 효소를 상기 필터에 고정화 하는 단계를 동시에 수행할 수 있다. 상기 실크 피브로인-폴리머-효소 혼합 수용액을 만드는 단계에서 활성탄을 더욱 첨가하여 혼합 수용액을 만들 수 있다.

본 발명에 따른 필터는 저분자 물질을 효과적으로 제거하여 복막투석액을 매우 효과적으로 재생할 수 있다. 또한, 기존의 활성탄 필터와 동시에 사용 가능하므로 더욱 효과적인 투석액 재생이 가능하다.

본 발명에 따른 실크 피브로인 필터는 대량 생산성, 조절가능한 분해성, 효소 고정성 등의 장점을 가지고 있어, 우레아제와 같은 효소가 고정화된 휴대형 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터로 우수한 투석액 재생 효과를 가진다.

도1은 복막투석액과 활성탄 교반시간 변화에 따른 복막투석액 성분들의 제거율에 대한 그래프이다.
도2는 복막투석액과 활성탄을 교반시 활성탄 투입량 변화에 따른 복막투석액 성분들의 제거율에 대한 그래프이다.
도3은 활성탄 필터를 컬럼에 채우고 복막투석액을 연속적으로 흘려주어 복막투석액의 성분 변화를 관찰한 결과이다.
도4는 전기방사를 통해 제조된 실크 피브로인 필터의 구조를 SEM을 통해 관찰한 사진이다.
도5는 전기방사를 통해 제조된 실크 피브로인 필터의 공극률을 나타낸 그래프이다.
도6은 휴대형 복막투석액 재생 시스템 구조를 도식화하였다.

본 발명은 환자의 복막투석액 중 활성탄 필터 층에서 제거 되지 않는 요소를 제거하기 위한 필터로서, 적절한 공극과 지지구조를 유지하고, 요소를 효과적으로 제거하는 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 실크 피브로인을 이용한 투석액의 재생 시스템을 위한 필터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 예를 들어 투석액에 함유되어 있는 요소(urea)를 제거하기 위한 요소 제거 효소인 우레아제(urease)를 혼합하여 실크 피브로인 나노 섬유막에 우레아제를 고정할 수 있다. 요소 이외의 다른 물질을 제거하기 위해 다른 효소를 필터에 고정할 수 있다. 본 발명에 따른 실크 피브로인 필터는 결정화 과정을 통해 분해 속도를 조절 할 수 있으며, 결정화 과정 중 우레아제와 같은 효소 등을 효과적으로 고정할 수 있다. 상기 실크 피브로인 수용액은 1 내지 25 w/v %의 농도가 바람직하다.

본 발명은 또한 상기 용액에 예를 들어, 요소 분해를 촉진하기 위해 요소 분해 효소인 우레아제 (urease)를 실크 피브로인 수용액에 직접 혼합하거나 전기방사 나노 섬유막에 코팅하는 것을 특징으로 하는 투석액 재생용 필터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터의 효과를 극대화 시키기 위해, 천연 고분자인 실크 피브로인을 이용하여 나노 섬유를 제작하는 과정에 우레아 분해 효소를 고정화 할 수 있다. 예를 들어, 실크 피브로인 용액에 우레아제를 함께 혼합한 후 전기방사하여, 우레아제를 실크 피브로인 나노 섬유에 고르게 포접시키고, 결정화 과정을 통해, 우레아제를 고정한 필터용 멤브레인을 제작할 수 있다. 또한 필터의 형태는 나노 섬유막 뿐만 아니라 전기 분사(electrospray)를 이용한 나노섬유-비드 형태, 단순 동결건조 스펀지, 크기 조절이 가능한 입자형태 등으로 제조 될 수 있다. 이렇게 제조된 본 발명에 따른 상기 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터는 투석액 내 요소를 효과적으로 제거하는 필터로 유용하게 사용될 수 있다. 또한 상기 실크 피브로인 필터와 활성탄 필터층을 복합적으로 사용하여 휴대형 복막투석액 재생용 필터로 사용할 수 있다.

본 발명은 또한 상기 제공된 필터를 불용화 하는 단계를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 필터는 예를 들어, 우레아제가 고정화된 필터와 활성탄 필터가 구분된 구조(도 6)가 바람직하다. 환자의 복막투석액을 효과적으로 재생하기 위하여, 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이 우레아제가 고정화된 필터층과 활성탄 필터층으로 구분하여, 복막투석액이 각 단계를 거치도록 하므로써 요소, 크레아티닌, 요산 등을 효과적으로 제거 할 수 있다.

본 발명을 일실시예를 예로 하여 설명한다.

나노 섬유 원액의 준비

실크 피브로인 단백질은 누에고치로부터 세리신을 제거하여 제조된다. 누에고치(Bombyx mori)로부터 세리신 단백질 및 불순물 등을 제거하기 위해, 누에고치를 탄산나트륨 등의 염기성 수용액에 넣고 가열한 후 증류수로 세척한다. 상기 과정을 거쳐 얻은 실크 피브로인을 브롬화리튬 또는 염화칼슘 등의 염 용액에 넣고 용해시켜 실크 피브로인 수용액을 제조한다. 그런 다음, 상기 용액으로부터 이온 성분을 제거하기 위해 증류수로 투석한다. 투석 시간은 36 내지 72시간이 바람직하다. 상기 투석시간이 36시간 미만이면 이온 성분의 제거가 불충분할 수 있고, 72시간 초과하는 것은 불필요한 과정이다. 상기 실크피브로인 수용액은 1 내지 25 w/v %의 농도가 바람직하다. 상기 실크 피브로인 수용액의 농도가 1 w/v% 미만이면 지지체의 구조가 단단하지 못하고, 25 w/v% 초과일 경우 실크 피브로인 용액이 불안정한 상태가 되어 겔화될 우려가 있다.

상기 실크 피브로인 수용액을 이용하여 복막투석액 재생 시스템을 위한 필터를 제조한다. 실크 피브로인의 물성 개선을 위해 폴리머를 첨가할 수 있다. 예를 들면, 실크 피브로인 용액의 점도 및 방사성을 증가시키기 위해 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol)을 첨가하여 실크 피브로인/폴리에틸렌글리콜 수용액을 제조한다. 이때 첨가되는 폴리머와 실크 피브로인의 부피비는 1:4 내지 1:5인 것이 바람직하다. 상기 실크 피브로인이 4 미만이면 점도가 낮아 나노섬유 구조를 형성하기 어려울 수 있고, 5를 초과하면 점도가 너무 높아 방사성이 감소할 수 있다. 상기 폴리머로서, 물성 변화를 위해, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinyliden fluoride) 등으로 이루어진 군 중에서 하나 이상을 선택하여 첨가할 수 있다. 상기 수용액에 요소 분해 효소인 우레아제를 혼합하여 예를 들어, 실크 피브로인/폴리에틸렌글리콜/우레아제 수용액을 준비한다. 또한, 활성탄을 더욱 포함하는 필터를 제조하는 경우, 상기 실크 피브로인/폴리에틸렌글리콜/우레아제 수용액에 활성탄을 더욱 혼합할 수 있다.

복막투석액 재생용 필터를 제조하는 공정

복막투석액 재생용 필터는 전기 방사(electrospinning)법을 이용한 나노 섬유 타입; 전기 분사(electrospray)법을 이용한 나노섬유와 비드(bead)가 혼합된 타입; 동결건조 과정을 통한 스펀지 타입; 크기 조절이 가능한 입자 타입 등 여러 가지 형태로 제작할 수 있다.

예를 들어, 전기 방사법를 이용한 필터의 제조 방법으로는 상기 수용액을 주사기에 담고 송출펌프를 이용하여 토출한다. 이때 주사기 바늘에 전극을 연결하여 직류전원장치로 정전압을 가한다. 형성된 실크 나노 섬유를 회전형 드럼 또는 고정형 판 표면에 수집한다.

예를 들어, 전기 분사법을 이용한 필터 제조 방법으로는 상기 수용액을 전기 분사기에 담고 프레셔를 이용하여 토출한다. 이때 토출구에 전극을 연결하여 직류전원장치로 정전압을 가한다. 형성된 실크 나노섬유와 비드는 고정형 판 표면에 수집한다.

예를 들어, 동결건조법을 이용한 필터 제조 방법으로는 상기 수용액을 페트리디쉬에 담고 초저온에서 냉동시킨 후 동결건조기를 이용해 12시간 내지 72시간 동안 동결 건조하여 제조한다.

예를 들어, 입자타입은 상기 용액을 방울방울 액체 질소에 천천히 떨어뜨려 급랭시킨 다음 동결건조 과정을 거쳐 제조한다.

실크 피브로인 불용화 및 효소 고정하는 공정

실크 피브로인 필터는 강도가 약하고 습기에 매우 취약하므로 불용화 처리 공정을 거치는 것이 바람직하다. 이를 위해 제조된 실크 피브로인 필터를 재결정화한다. 이러한 불용화 처리 과정에서 실크 피브로인 필터의 분해도를 조절할 수 있으며, 효소를 실크 피브로인에 고정화 할 수 있다. 또한 효소의 용출 속도를 조절 할 수 있다. 분해도 및 용출 속도는 실크 피브로인 결정화 시간 및 방법에 따라 조절할 수 있다. 상기 결정화 시간은 3 내지 24 시간이 바람직하다. 3시간 미만이면 결정화가 일어나지 않을 수 있고, 24시간을 초과하면 최대 결정화도에 도달하여 불필요한 시간이 소요 된다. 상기 실크 피브로인 결정화 시간을 짧게 하면 효소가 방출되는 속도와 분해도가 빠르게 되며, 결정화 시간을 길게 하면 방출 속도와 분해도는 느려지게 된다.

본 발명에서는 제작된 실크 피브로인 필터의 불용화를 위한 결정화 과정은 알코올에 침지하거나 알코올 증기로 처리하여 결정화할 수 있다. 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올 등으로 이루어진 군 중에서 하나 이상을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 불용화를 위한 결정화는 수증기로 처리하여 수행할 수도 있다. 수증기에 노출시켜 결정화 할 경우 에탄올이나 메탄올, 프로판올 등으로 결정화 할 때와 비교하여 볼 때, 결정화도가 가장 낮아서 전체적인 결정화도는 감소함으로, 효소의 방출속도와 분해도가 빠르게 진행된다. 그리고 에탄올, 메탄올, 프로판올 등에 침지하여 결정화 할 경우 가장 결정화도가 높게 나타난다.

1) 나노 섬유 원액의 준비

실크 피브로인 단백질은 누에고치로부터 세리신을 제거하여 제조되었다. 누에고치(Bombyx mori)로부터 세리신 단백질 및 불순물 등을 제거하기 위해, 누에고치를 탄산나트륨 등의 염기성 수용액에 넣고 가열한 후 증류수로 세척했다. 상기 과정을 거쳐 얻은 실크 피브로인을 CaCl₂ 용액에 넣고 용해시켜 10 w/v%의 실크 피브로인 수용액을 제조했다. 그런 다음, 상기 용액으로부터 이온 성분을 제거하기 위해 증류수로 40시간 동안 투석했다.

상기 실크 피브로인 수용액 20 mL에 분자량이 200,000인 30% 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 수용액 4 mL 을 첨가하여 실크 피브로인/폴리에틸렌글리콜 수용액을 제조했다.

상기 수용액에 요소 분해 효소인 우레아제를 혼합하여 실크 피브로인/폴리에틸렌글리콜/우레아제 수용액을 준비했다.

2) 복막투석액 재생용 필터 제조하는 공정

전기 방사법를 이용한 필터의 제조 방법으로서, 상기 수용액을 주사기에 담고 송출펌프를 이용하여 토출했다. 이때 주사기 바늘에 전극을 연결하여 직류전원장치로 정전압을 가했다. 형성된 실크 나노 섬유를 회전형 드럼에 수집했다.

3) 실크 피브로인 불용화 및 효소 고정하는 공정

상기 제조된 실크 피브로인 필터의 불용화를 위한 결정화는, 에탄올을 증기 처리하여 결정화 하였다.

4) 환자의 복막투석액을 이용한 활성탄의 흡착 실험

활성탄을 이용한 필터의 복막투석액 재생 효과를 관찰하기 위하여 회분식과 연속식 실험을 시행하였다. 각 실험은 다음과 같이 진행하였다.

① 교반시간 변화에 따른 복막투석액 성분 제거 특성 (회분식실험I)

복막투석액 200mL에 활성탄을 넣고, 교반 시간을 0, 5, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 100, 120분으로 조절하여 복막투석액 성분 변화를 관찰하였다. 시간이 경과함에 따라 요산과 칼슘, 크레아티닌의 제거율이 증가하였다. 그 중 신장기능 이상을 확인하는 지표로 사용되는 크레아티닌이 약 67%로 가장 높은 제거율을 보여주었다. 요산 역시 약 64%로 우수한 제거율을 나타내었다.(도 1)

② 활성탄 투입량 변화에 따른 복막투석액 성분 제거 특성 (회분식실험II)

복막투석액 200mL에 활성탄 투입량을 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0g으로 조절하여 2시간동안 교반시킨 후 복막투석액의 성분 변화를 관찰하였다. 활성탄 투입량이 증가할수록 각 성분의 제거율은 증가하였다. 그 중 크레아티닌과 요산은 90% 이상 제거되는 것을 확인하였다.(도 2)

③ 연속식 실험

연속식 실험은 활성탄 1g을 컬럼에 채운 뒤 펌프로 2mL/min 속도로 복막투석액을 흘려주었다. 0, 10, 20, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240분에 시료를 채취하여 복막투석액의 성분 변화를 관찰하였다. 활성탄 필터에 환자의 복막투석액을 연속적으로 통과시켰을 때, 10분에서 크레아티닌과 요산의 제거율이 가장 높았으며, 시간이 흐름에 따라 제거율은 점점 감소하는 것으로 보아 활성탄의 흡착능 감소하는 것을 알수 있었다. 인의 경우 60분에서 흡착제거율이 가장 높았으며, 시간이 지날수록 제거율이 유지되었다.(도 3)

5) 실크 피브로인/우레아제 필터의 구조

실크 피브로인과 우레아제를 혼합하여 전기방사 한 멤브레인 필터의 구조를 FE-SEM을 통해 관찰하였다.(도 4) 도 4에서, 상부의 사진은 멤브레인 필터의 단면이고, 하부의 사진은 확대된 것으로서 입자들의 형상을 보여주는 것이다. 대조군인 바틀탑 필터(Poyethersulfone)에서는 공극이 있는 마이크로 섬유의 형태이며, 실크 피브로인 필터(A), 실크 피브로인+활성탄 필터(B), 실크 피브로인+활성탄+Urease 필터(C)는 모두 공극이 있고 나노섬유와 비드가 혼재되어 있는 구조를 형성하고 있다. 공극은 복막투석액이 통과될 수 있도록 하며, 비드는 Urease나 활성탄이 포접되어 있는 구조를 나타낸다.

6) 실크 피브로인 필터의 공극률

실크 피브로인 필터의 공극을 조절하기 위해 전기방사 콜렉터를 롤러 타입과 플레이트 타입으로 구분하여 전기방사를 시행하였고, 각 전기방사 필터의 공극률을 확인하였다. 공극률은 다음과 같은 식으로 측정하였다. (n=3)

롤러에 전기방사를 받은 필터의 경우 공극률이 20% 미만으로 나타났으며, 플레이트 타입으로 받은 경우 모두 50% 이상의 공극률을 보여주었다. 공극률은 단위면적당 공극이 형성되어있는 정도를 나타내는 것으로, 공극률이 높을수록 복막투석액의 투과율이 좋게 된다.

7) 실크 피브로인 필터의 복막투석액 재생 효과

실크 피브로인을 전기방사하여 제작한 필터의 복막투석액 재생 효과를 관찰하기 위하여, 실크 피브로인 전기방사 멤브레인을 직경 25mm 크기로 절단하여 필터홀더에 고정시킨 후, 마이크로 펌프를 이용해 복막투석액을 7 mL/min 속도로 통과시키고 필터링 하였다. 10분후 필터링된 복막투석액을 취하여 혈액생화학 측정을 하였다.(표1) 요소(Urea)와 크레아티닌(creatinine)의 농도가 감소하여 제거율이 각각 3.0%, 1.83% 였다.

8) 실크 피브로인과 활성탄이 혼합된 필터의 복막투석액 재생 효과

실크 피브로인과 활성탄을 3way법으로 전기방사하여 제작한 필터의 복막투석액 재생 효과를 관찰하기 위하여, 실크 피브로인 전기방사 멤브레인을 직경 25mm 크기로 절단하여 필터홀더에 고정시킨 후, 복막투석액을 7 mL/min 속도로 필터링 하였다. 10분후 필터링 된 복막투석액을 취하여 혈액생화학 측정을 하였다.(표1) 요소(Urea)와 크레아티닌(creatinine)의 농도가 감소하여 제거율이 각각 3.46%, 3.47% 였다.

9) 우레아제(Urease)가 고정화된 실크 피브로인과 활성탄 필터의 복막투석액 재생 효과

실크 피브로인과 우레아제(urease)를 혼합한 용액과 활성탄 용액을 3way법으로 전기방사하여 제작한 필터의 복막투석액 재생 효과를 관찰하기 위하여, 실크 피브로인 전기방사 멤브레인을 직경 25mm 크기로 절단하여 필터홀더에 고정시킨 후, 복막투석액을 7 mL/min 속도로 필터링하였다. 10분후 필터링 된 복막투석액을 취하여 혈액생화학 측정을 하였다.(표1) 요소(Urea)와 크레아티닌(creatinine)의 농도가 감소하여 제거율이 각각 5.46%, 3.62% 였다.

	요소 농도			크레아티닌 농도
	샘플	10분필터후	제거율	샘플	10분필터후	제거율
실크피브로인필터	16.31	15.82	3.00%	2.79	2.74	1.83%
실크피브로인과 활성탄 혼합필터	17.93	17.31	3.46%	2.77	2.67	3.47%
우레아제 고정 실크 피브로인과 활성탄 필터	16.31	15.42	5.46%	2.79	2.69	3.62%

상기 실시예는 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 여겨져서는 안된다.

Claims (12)

1. 효소가 고정된 실크 피브로인 나노섬유를 포함하며,
   상기 실크 피브로인 나노섬유에는 활성탄이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대형 복막투석액 재생용 필터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 실크 피브로인 나노섬유에 폴리머가 첨가된 것을 특징으로 하는 휴대형 복막투석액 재생용 필터.
3. 제 2항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinyliden fluoride) 등으로 이루어진 군 중에서 하나 이상을 선택하는 것을 특징으로 하는 휴대형 복막투석액 재생용 필터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 효소는 우레아제인 것을 특징으로 하는 휴대형 복막투석액 재생용 필터.
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6. 효소가 고정된 실크 피브로인 나노섬유 필터층 및 활성탄 필터층을 포함하며, 상기 실크 피브로인 나노섬유 필터층 및 활성탄 필터층들은 다층으로 포함되는 것을 특징으로 하는 휴대형 복막투석액 재생 시스템.
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