KR20160132102A

KR20160132102A - 체내 및 체외에서의 그래핀 사용

Info

Publication number: KR20160132102A
Application number: KR1020167028420A
Authority: KR
Inventors: 사라 사이먼; 존 비. 주니어 스테츤
Original assignee: 록히드 마틴 코포레이션
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-11-16
Also published as: SG11201607584PA; AU2015229296A2; CA2942487A1; JP2017516745A; EP3116476A1; EP3116476A4; US20150258254A1; EA201691826A1; WO2015138736A1; AU2015229296A1; CN106232103A; MX2016011812A; IL247775A0

Abstract

다수의 공극을 갖는 이차원소재, 특히 그래핀 기반 소재는 한 환경, 특히 생물학적 환경(체내 또는 체외)에 도입되고, 다양한 물질을 위한 인클로저 내에 형성될 수 있다. 하나 이상의 선택된 물질은 상기환경 속으로 방출될 수 있고, 상기 환경으로부터의 하나 이상의 선택된 물질은 상기 인클로저로 들어갈 수 있으며, 상기 환경으로부터의 하나 이상의 선택된 물질은 상기 인클로저 내로 들어오는 것을 막을 수 있고, 하나 이상의 선택된 물질이 상기 인클로저 내에 유지 보유될 수 있으며, 또는 이러한 조합들이 가능하다. 예를 들면, 상기 인클로저는 감지-반응 패러다임이 실현될 수 있도록 한다. 예를 들어, 상기 인클로저는 살아있는 세포, 보유하고 있는 세포들과 같은 소재를 위해 면역차단을 제공할 수 있다.

Description

체내 및 체외에서의 그래핀 사용{IN VIVO AND IN VITRO USE OF GRAPHENE }

관련 출원에 대한 인용참조

본 출원은 전체가 본원에 참고로 인용된 2014. 03. 12에 출원된 U.S. 가출원 61/951,926의 우선권의 이익을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 생물학적 환경에 있는 물질들의 전달 및 운반에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 탄소 나노 재료를 사용하는 물질의 전달 및 운반에 대한 장치 및 방법에 관한 것이다.

면역력이 있는 생물, 면역력이 없는 생물 모두에 있어, 약물 및 세포 전달은 오늘날 의료 연구 및 실천에 있어 현실적인 문제이다. 현재 연구 현황은 전달 매개물로 고분자 장치 및 하이드로겔을 사용한다. 몇몇 예로서, 언우븐 폴리스터 메쉬(unwoven polyester mesh), 실리콘(silicon), 하이드로겔(hydrogels), 알지네이트 셀룰로오스 설페이트(alginate cellulose sulfate), 콜라겐(collagen), 젤라틴(gelatin), 아가로오스(agarose), 키토산(chitosan) 등을 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)을 포함한다. 현재의 전달 매개물 및 장치는 생물연료, 생체 적합성 및 지연 반응에 있어 문제가 있다. 영양소의 제한된 확산이 세포를 죽일 수 있으므로 현재 장치의 두께는 효과 제한할 수 있다. 또는 감지되는 약물 또는 분자의 양방향 전송을 지연시킬 수 있다. 물리적 스트레스 및 삼투압 스트레스의 관점에서 볼 때, 두께 및 기계적 안정성으로 인하여, 적어도 부분적으로 저투과성이 또한 문제가 될 수 있다.

상기의 관점에서, 특히 생물학적 환경에 있어서, 다양한 조건 하에서의 물질의 전달 및 운반에 대한 향상된 기술은 당해 기술 분야에 상당한 도움이 될 것이다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족시킬 뿐만 아니라 이와 관련된 이점을 제공한다.

본 발명은 천공된 그래핀 또는 다른 천공된 이차원 소재로부터 형성된 인클로저를 나타낸 것이다. 본 발명은 상기 인클로저의 외부로 들어오고 나가는 선택된 물질의 양방향성 이동을 허용하며, 다른 선택된 물질을 유지 보유하고, 상기 인클로저 속으로 다른 선택된 물질의 진입을 막음으로써, 다양한 물질을 수용할 수 있다. 본 발명은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경 속으로 하나 이상의 선택된 물질을 방출하고, 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로부터 선택된 하나 이상의 물질이 인클로저 속으로 진입하는 것을 허용하며, 상기 외부 환경에서 상기 인클로저 속으로 하나 이상의 선택된 물질의 진입을 억제 및 바람직하게는 막아내고, 상기 인클로저 내에 있는 하나 이상의 선택된 물질을 유지 보유하며(나가는 것을 억제하거나 바람직하게는 막아버리는), 또는 이들의 조합을 위하여 이용될 수 있다. 구멍 또는 공극의 크기 또는 크기 범위는 상기 인클로저의 특정한 적용 분야에 따라 선택된다. 상기 인클로저는 그래핀 기반 소재와 같은 천공된 이차원 소재에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 하나 이상의 물질을 받아들이기 위한 곳을 말하는 것이고, 상기 인클로저 내에 있는 하나 이상의 물질은 천공된 이차원 소재를 통해 통과하여 상기 인클로저를 빠져나갈 수 있다. 마찬가지로, 특정 실시예에 있어서, 상기 외부 환경으로부터 하나 이상의 물질은 상기 천공된 이차원 소재를 통해 통과하여 상기 인클로저로 들어올 수 있다. 구체적인 실시예에 있어서, 상기 외부 환경은 생체 내 생물학적 환경 또는 생체 외 생물학적 환경일 수 있는 생물학적 환경이다.

실시예에 있어서, 인클로저는 하나 또는 하나 이상의 서브구간을 포함한다. 또한, 각각의 서브구간은 천공된 이차원 소재를 포함하며, 상기 서브구간을 형성하는 벽 또는 측면의 적어도 일부는 천공된 이차원 소재이다. 유체 연통은 상기 인클로저의 밖으로 또는 상기 인클로저의 서브구간으로 하나이상의 물질이 선택적으로 통과함으로써 이루어진다. 유체는 액체 또는 기체일 수 있고 혼입된 가스를 갖는 유체를 포함한다. 물질이 용해 또는 현탁되거나 다른 방법으로는 유체 속으로 이동할 수 있다. 상기 유체는 수성일 수 있다. 서브구간은 인접한 서브구간 또는 상기 외부환경(인접한 서브구간이 적어도 하나의 벽 또는 측면을 공유하는)과 직접 유체 연통할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 하나 이상의 서브구간은 인접한 서브구간과 직접 유체 연통할 수 있지만 상기 외부환경과는 직접 유체 연통하지 않는다. 인클로저 내에 있는 적어도 하나의 서브구간은 외부 환경과 직접 유체 연통한다. 인클로저는 다양한 구성 및 수치의 서브구간을 가질 수 있다. 서브구간은 어떠한 형상으로도 존재 가능하다. 예를 들어 서브 구간은 구형, 원통형, 또는 직선형일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 서브 구간들은 중첩될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 다수의 서브구간을 둘러싸고 있는 벽 또는 측면을 공유하는 중앙 서브구간(main subcompartment)을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 서브구간은 상기 인클로저 내에 선형으로 배열될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 인클로저는 두개의 서브 구간을 포함한다. 일 실시예 있어서, 인클로저는 셋, 넷, 다섯 또는 여섯개의 서브구간을 포함한다. 일 실시예 있어서, 서브구간은 또 다른 서브구간 내에 완전히 포함되며, 상기 내부 서브구간은 상기 외부 서브구간과 직접 유체 연통하며, 상기 외부 구간은 상기 외부 환경과 직접 유체 연통할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 내부 서브구간은 상기 외부 환경과 직접적인 유체 연통보다는 오히려 간접적으로 유체 연통한다. 인클로저가 다수의 서브구간으로 구성하고 있는 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 서브구간은 상기 외부 환경과 직접 유체 연통하며, 남아있는 서브구간은 인접한 서브구간과 직접 유체 연통하지만 모두가 다 상기 외부 환경과 직접 유체 연통하지는 않는다. 인클로저가 다수의 서브구간으로 구성하고 있는 일 실시예에 있어서, 모든 서브구간은 상기 외부 환경과 직접 유체 연통한다.

인클로저는 적어도 하나의 물질을 캡슐화한다. 일 실시예에 있어서, 인클로저는 하나 이상의 다른 물질로 구성될 수 있다. 상기 다른 물질은 같거나 다른 서브 구간 내에 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저 내에 있는 상기 다른 물질이 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 모두 방출되는 것은 아니다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저 내에 있는 상기 다른 모든 물질은 외부 환경으로 방출된다. 실시예에 있어서, 상기 인클로저에서 외부 환경으로의 상기 다른 물질의 방출 속도는 동일하다. 실시예에 있어서, 상기 인클로저에서 외부 환경으로의 다른 물질의 방출 속도는 다르다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저에서 방출된 다른 물질의 상대적인 양은 동일하거나 다를 수 있다. 상기 인클로저에서의 물질의 방출 속도는 구멍 크기, 구멍의 기능화 또는 둘 다 모두의 선택에 의해 제어될 수 있다.

생물학적 환경에서 물질의 이동 및 전달 방법 또한 본 발명에 의해 설명될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 방법은 생물학적 환경 속으로 그래핀 또는 다른 이차원 소재로부터 형성된 인클로저를 도입하고, 상기 생물학적 환경으로 상기 인클로저 내에 있는 물질의 적어도 일부를 방출하는 것을 포함한다. 몇몇 또는 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 생물학적 환경 속으로 그래핀으로부터 형성된 인클로저를 도입하고, 상기 생물학적 환경에서 상기 인클로저 속으로 물질을 이동시키는 것을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명은 한 환경에서 천공된 이차원 소재를 포함하는 인클로저를 도입하고, 상기 인클로저는 적어도 하나의 물질을 포함하며, 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 상기 이차원 소재의 구멍을 통해 적어도 하나의 물질의 일부를 방출하는 것을 포함하는 방법을 제공한다. 어떠한 인클로저도 이 방법으로 사용될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 본 발명은 한 환경에서 천공된 이차원 소재를 포함하는 인클로저를 도입하고, 상기 인클로저는 적어도 하나의 첫번째 물질을 포함하며, 상기 환경으로부터 상기 인클로저로 하나의 두번째 물질이 이동하는 것을 포함하는 방법을 제공한다. 일 실시예에 있어서, 상기 첫번째 물질은 세포이고, 두번째 물질은 영양소이며, 또다른 두번째 물질은 산소이다.

상기는 다음의 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있도록 다소 광범위하게 본 발명의 특징을 설명하였다. 추가적인 특징 및 이점은 이하에서 상세히 설명한다. 이러한 이점 및 특징, 또는 다른 이점 및 특징들은 다음의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

본 발명 및 본 발명의 이점에 대해 보다 더 완전한 이해를 위해, 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 묘사하는 첨부 도면과 연계될 다음의 설명을 한다.
도 1은 종래의 약물 전달 매개물 및 장치와 비교하여, 그래핀 기반 소재의 두께를 보여주는 예시적인 개략도이다. 또한, 상기 도 1은 인클로저가 천공된 이차원 소재의 외부에 있는 하나 이상의 지지체 물질을 구비하고 있는 생체 조직과 접촉하는 생물학적 환경에서의 본 발명의 일 실시예를 도시한 것이며, 이러한 지지체 소재에 가능한 모세 혈관화를 나타낸 것이다.
도 2A-D는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차원 소재로부터 제조되는 인클로저의 다양한 구성들의 예시적인 개략도이다.
도 3A 및 도 3B는 살아있는 세포의 면역 차단을 위해 구현된 본 발명에 따른 인클로저의 개략도이다.
도 4A-C는 본 발명의 인클로저의 예시적인 제조방법을 나타낸 것이다.

본 발명은 부분적으로 생물학적 환경에서 물질의 이동 및 전달을 위한 그래핀 기반 소재 및 다른 이차원 소재를 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 생물학적 환경에 있어서, 다공성이거나 무공성일 수 있고, 상기 인클로저의 외부에 있는 환경에서 전달 매개물로서 작용할 수 있는 적합한 기판 또는 기판들을 거쳐 중단되거나, 그래핀 기반 소재 및 다른 이차원 소재로부터 형성되는 인클로저에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 부분적으로, 그래핀 기반 소재 또는 다른 이차원 소재들로부터 형성된 세포, 약품 및 다른 약제들을 포함하는 인클로저에 관한 것이다.

그래핀은 유리한 기계 및 전자적 특성으로, 많은 분야에 적용될 수 있어 폭넓은 관심을 불러 일으키고 있다. 그래핀은 탄소원자가 정규 격자 위치에 가까이 원자가 위치하여 자동적으로 얇은 탄소 층을 나타낸다. 정규 격자 위치는 부정적으로 생성하거나 그래핀 기저판에 의도적으로 도입될 수 있다는 점에서 다수의 결함을 가질 수 있다. 또한 이러한 결함은 "공극(apertures)," "천공(perforations)" or "구멍(holes)" 로 언급될 것이다. 결함이 부정적으로 존재하거나 의도적으로 만들어진 것인지 아닌지에 상관없이, “천공된 그래핀”이란 단어는 그래핀 기저판에 있는 결함을 갖는 그래핀 시트를 나타내는 데에 사용된다. 이러한 “공극(apertures)” 이외에도, 그래핀 및 다른 이차원 소재는 많은 물질에 불침투성의 층을 나타낼 수 있다. 그러므로, 이러한 소재의 불침투성층에서의 상기 “공극”의 크기가 적절할 경우, 상기 불침투성층으로부터 형성된 인클로저로 들어오고 나가는 것에 있어 유용할 수 있다.

본 발명은 유기체 또는 유사한 생물학적 환경에서 장벽(예를 들어, 면역격리 장벽)을 유지하며, 체내 또는 체외에서 대상(target)을 전달할 수 있는 다양한 그래핀 기반 인클로저를 고려한다. 생물학적 환경(유기체 내와 같은)에서 세포 또는 그와 유사한 것을 격리하며, 천공된 그래핀 또는 다른 이차원 소재들과 같은 반투과성 막을 너머 양방향으로 이동을 하는 분자 또는 세포의 캡슐화는 이식편거부, 약의 반복 투여의 필요성, 과잉 수술 개입을 극복하기 위한 치료법으로 가능하다. 앞서 말한 것은 동일한 부위의 다양한 수술로부터의 합병증을 줄임으로써, 외과 수술 후에 영양물을 다루기 위한 이종 및 동종 조직 이식, 약의 장기간 저용량 치료 수준 및 감지 반응 패러다임(sense-response paradigms)을 허용하는 기술을 제공함으로써 달성될 수 있다. 상기 언급한 내용은 본 발명의 특정한 이점을 나타낸 것이며, 본 발명에 기재된 실시예의 범위를 제안하기 위해 고려되는 것이 아닌 것을 인식해야 한다.

본 발명은 천공된 그래핀 및 다른 이차원 소재들이 현재의 전달 매개물 및 장치, 특히 면역차단 장치의 성능을 능가하며, 전술한 내용을 용이하게 이용할 수 있다. 그래핀은 내부의 구멍의 형태로 뛰어난 두께, 강도, 전도성(잠재적인 전기 자극을 위한) 및 투과성으로 인하여 전술한 것을 달성할 수 있다. 얇은 두께 및 그래핀 막 표면을 너머 체와 같은 이동 특성은, 상당한 크기의 두꺼운 고분자 막에 대응되는 긴 확산 속도에 비해, 파급력 있는 반응 시간(disruptive time response)이 실현될 수 있도록 한다.

일반적으로 대부분의 이차원 소재는 단일층 서브 나노미터 두께에서 몇 나노미터 이하까지의 두께를 갖으며, 자동적으로 얇고 일반적으로 상부 표면 영역을 갖는다. 이차원 소재는 금속 칼로게나이드(예를 들어, 전이 금속 디칼로게나이드, transition metal dichalogenides) 전이 금속 산화물(transition metal oxides), 육방정계 질화붕소(hexagonal boron nitride), 그래핀, 실리콘 및 게르마닌(germanene)을 포함한다(참조 : Xu et al. (2013) "Graphene-like Two-Dimensional Materials) Chemical Reviews 113:3766-3798). 그래핀은 확장된 sp2-혼성화 탄소 평면 격자를 형성하는 융합된 육원자 고리의 몇몇의 적층 시트(예를 들어, 약 20 이하) 또는 하나의 얇은 시트(sheet) 내에 있는 탄소 원자 내에서 탄소의 형상을 나타낸다. 그래핀은 주로 높은 전기전도도 및 열전도도 값, 좋은 평면 기계적 강도 및 독특한 광학 및 전자적 성질의 유용한 조합으로 인해, 이러한 다양한 형태로 많은 적용분야에서 이용되며 폭넓은 관심을 불러일으켜 왔다. 또한, 몇 나노미터 이하의 두께 및 확장된 평면 격자를 갖는 다른 이차원 소재는 다양한 적용 분야에서의 관심 속에 있다. 일 실시예에 있어서, 이차원 소재는 0.3 내지 1.2 nm의 두께를 갖는다. 일 실시예에 있어서, 이차원 소재는 0.3 내지 3 nm의 두께를 갖는다.

다양한 실시예에 있어서, 이차원 소재는 그래핀 기반 소재의 시트를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 그래핀 기반 소재의 시트는 단일층 시트 또는 다층 시트이거나 상호연결된 단일 또는 다층 그래핀 영역의 다수를 포함하는 시트이다. 실시예에 있어서, 상기 다층 그래핀 영역은 2 내지 5층 또는 2 내지 10층이다. 일 실시예에 있어서, 그래핀 기반 소재의 상기 시트를 포함하는 상기 층은 상기 그래핀 기반 소재의 시트의 표면 위에 그래핀이 아닌 카본 기반 소재를 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 그래핀이 아닌 카본 기반 소재의 양은 그래핀의 양보다 적다. 일 실시예에 있어서, 상기 그래핀 기반 소재의 그래핀 양은 60% 내지 95% 또는 75% 내지 100%이다.

실시예에 있어서, 상기 천공의 특정한 크기는 0.3 내지 10 nm, 1 내지 10 nm, 5 내지 10 nm, 5 내지 20 nm, 10 내지 50 nm, 50 내지 100 nm, 50 내지 150 nm, 100 내지 200 nm, 또는 100 내지 500 nm이다. 일 실시예에 있어서, 상기 천공의 평균 크기는 상기 특정한 범위 내인 것이다. 실시예에 있어서, 시트 또는 층에 있는 천공의 70% 내지 99%, 80% 내지 99%, 85% 내지 99% 또는 90 내지 99%는 특정한 범위 내에 포함되지만, 다른 천공들은 상기 특정한 범위 밖에 있다.

상기 실시예들에 명시된 그래핀 또는 그래핀 기반 소재를 형성하기 위해 사용되는 기술은 특별히 한정되는 것으로 여겨지지 않는다. 예를 들면, 몇몇 실시예에 있어서 CVD 그래핀 또는 그래핀 기반 소재가 사용될 수 있다. 다양한 실시예에 있어서, 상기 CVD 그래핀 또는 그래핀 기반 소재는 성장 기판(예를 들면, Cu)에서 방출될 수 있고 고분자 지지체로 이동될 수 있다. 마찬가지로, 상기 그래핀 또는 그래핀 기반 소재에 천공이 생겨나는 기술은 특별히 한정되는 것으로 여겨지지 않으며, 바람직한 크기 범위 내의 천공을 만들기 위해 선택되는 것이다. 천공은 특정 분야를 위한 종(원자, 분자, 단백질, 바이러스, 세포 등)의 원하는 선택적 투과성을 제공하기 위해 본 발명에 도시한 것과 같은 크기이다. 천공은 특정 분야를 위한 종(원자, 분자, 단백질, 바이러스, 세포 등)의 원하는 선택적 투과성을 제공하기 위해 본 발명에 도시한 것과 같은 크기이다. 선택적 투과성은 하나 이상의 종의 투과(또는 이동)가 다른 종들보다 더 쉽게 또는 더 빠르게 할 수 있도록 천공된 이차원 소재 또는 다공성 소재의 성향과 관련 있다. 선택적 투과성은 다른 투과 또는 이동 속도를 나타내는 종의 분리를 허용할 수 있다. 이차원 소재에 있어서, 선택적 투과성은 천공의 치수 또는 크기(예를 들어, 직경) 및 종의 상대적 유효 크기와 상관관계가 있다. 그래핀 기반 소재와 같은 이차원 소재에 있어, 천공의 선택적 투과성은 분리될 수 있는 특정한 종 및 천공의 기능화에 의존할 수 있다. 혼합물에서의 2종 이상의 분리는 천공된 이차원 소재를 통해 혼합물을 통과한 후, 상기 혼합물에 있는 2종 이상의 비율(중량 또는 몰비) 변화를 포함한다.

그래핀 기반 소재는 앞서 말한 것들을 포함하지만, 단일층 그래핀, 다층 그래핀 또는 상호연결된 단일 또는 다층 그래핀 영역 및 그 조합에 한정되지 않는다. 일 실시예에 있어서, 그래핀 기반 소재는 또한 단일층 또는 다층 그래핀 시트를 적층하여 형성된 소재를 포함한다. 실시예에 있어서, 다층 그래핀은 2 내지 20층, 2 내지 10층 또는 2 내지 5층이다. 실시예에 있어서, 그래핀은 그래핀 기반 소재의 주된 소재이다. 예를 들면, 그래핀 기반 소재는 적어도 30%의 그래핀, 또는 적어도 40%의 그래핀, 또는 적어도 50% 그래핀, 또는 적어도 60% 그래핀, 또는 적어도 70% 그래핀, 또는 적어도 80% 그래핀, 또는 적어도 90% 그래핀, 또는 적어도 95% 그래핀을 포함한다. 실시예에 있어서, 그래핀 기반 소재는 30% 내지 95%, 또는 40% 내지 80%, 50% 내지 70%, 60% 내지 95% 또는 75% 내지 100%에서 선택된 그래핀의 범위를 포함한다.

본 발명에 따르면, “도메인(domain)”이란 것은 원자가 결정격자 내에 균일하게 정렬된 곳으로, 이러한 소재의 영역을 말한다. 상기 도메인은 이곳의 경계 내에서는 균일하지만 인접 영역에서는 다르다. 예를 들면, 단결정 소재는 정렬된 원자로 이루어진 단일 도메인을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 적어도 상기 그래핀 도메인의 일부는 1 내지 100 nm 또는 10 내지 100 nm의 도메인 크기를 갖는 나노결정이다. 일 실시예에 있어서, 적어도 상기 그래핀 도메인의 일부는 100 nm 내지 1 micron, 또는 200 nm 내지 800 nm 또는 300 nm 내지 500 nm 보다 큰 도메인 크기를 갖는다. 각각 영역의 가장자리에 있는 결정결함에 의해 형성된 “결정 입계”는 인접한 결정 격자 사이를 구별한다. 몇몇 실시예에 있어서, 시트의 평면에 수직의 한 축을 중심으로 회전하여, 첫번째 결정 격자는 두번째 결정 격자에 대해 회전될 수 있으며, “결정 격자 배향” 에 있어 상기 두 격자는 차이를 갖는다.

일 실시예에 있어서, 그래핀 기반 소재의 상기 시트는 단일층 또는 다층 그래핀 또는 이의 조합에 의한 시트를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 그래핀 기반 소재의 상기 시트는 단일층 또는 다층 또는 이의 조합에 의한 시트이다. 또다른 실시예에 있어서, 그래핀 기반 소재의 상기 시트는 상호연결된 단일층 또는 다층의 수많은 그래핀 도메인을 포함하는 시트이다. 일 실시예에 있어서, 상기 상호연결된 도메인은 상기 시트를 형성하기 위해 함께 공유결합 된다. 시트 내에 있는 상기 도메인이 결정 격자 배향에 있어 다른 경우, 상기 시트는 다결정이다.

실시예에 있어서, 그래핀 기반 소재의 상기 시트의 두께는 0.34 내지 10 nm, 0.34 내지 5 nm 또는 0.34 내지 3 nm이다. 일 실시예에 있어서, 그래핀 기반 소재의 시트는 내재 결함(intrinsic defects)을 포함한다. 이러한 내재 결함은 그래핀 기반 소재의 시트 또는 그래핀의 시트 내에 선택적으로 생기는 천공과는 대조적으로, 상기 그래핀 기반 소재의 제조 과정에서 생긴다. 이러한 내재 결함은 격자 이상, 구멍, 찢김, 균열, 주름을 포함하지만 한정되지는 않는다. 격자 이상은 6 원자 고리 외(예를 들어, 5, 7 또는 9 원자 고리)의 탄소 고리, 공공, 내재 결함(격자 내의 비-탄소 원자의 결합을 포함) 및 결정 입계를 포함하지만 한정되지는 않는다.

일 실시예에 있어서, 그래핀 기반 소재의 시트를 포함하는 상기 층은 그래핀 기반 소재의 시트의 표면 위에 위치한 그래핀이 아닌 탄소 기반 소재를 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 그래핀이 아닌 탄소 기반 소재는 긴 범위의 규칙도를 갖고 있지 않고, 비정질로 분류될 수 있다. 실시예에 있어서, 상기 그래핀이 아닌 탄소 기반 소재는 탄소 및/또는 탄화수소 이외의 원소를 더 포함한다. 그래핀이 아닌 탄소에 혼입될 수 있는 비-탄소는 수소, 산소, 규소, 구리 및 철을 포함하지만 한정되지는 않는다. 실시예에 있어서, 상기 그래핀이 아닌 탄소 기반 소재는 탄화수소를 포함한다. 실시예에 있어서, 탄소는 상기 그래핀이 아닌 탄소 기반 소재의 주된 원료이다. 예를 들면, 상기 그래핀이 아닌 탄소 기반 소재는 적어도 30%의 탄소, 적어도 40%의 탄소, 적어도 50%의 탄소, 적어도 60%의 탄소, 적어도 70%의 탄소, 적어도 80%의 탄소, 적어도 90%의 탄소, 또는 적어도 95%의 탄소를 포함한다. 실시예에 있어서, 상기 그래핀이 아닌 탄소 기반 소재는 30% 내지 95%, 40% 내지 80% 또는 50% 내지 70%에서 선택된 탄소의 범위를 포함한다.

이처럼 천공이 의도적으로 만들어진 이러한 나노 소재는 “천공된 그래핀”, “천공된 그래핀 기반 소재” 또는 “천공된 이차원 소재”라고 지칭한다. 또한, 본 발명은 천공된 그래핀, 천공된 그래핀 기반 소재 또는 인클로저에 적용되는 적합한 크기의 다수의 천공을 포함하는 그 밖의 다른 천공된 이차원 소재에 관한 것이다. 천공의 크기 분포는 예를 들어, 크기에 있어서 1 내지 10%의 편차나 1 내지 20%의 편차로 제한되어 좁아질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 천공의 특정한 치수는 적용되는 곳에 따라 선택된다. 둥근 천공에 있어서, 특정한 치수는 천공의 직경이다. 둥글지 않은 천공과 관련된 실시예에 있어서, 특정한 치수는 상기 천공을 포괄하는 최대의 거리, 상기 천공을 포괄하는 최소 거리, 상기 천공을 포괄하는 최대 및 최소 거리의 평균 또는 상기 천공의 평면을 기반으로 한 등가 직경으로 간주될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 천공된 그래핀 기반 소재는 비-탄소 원자가 상기 천공의 가장자리에 혼입되어 있는 소재를 포함한다.

다양한 실시예에 있어서, 상기 이차원 소재는 그래핀, 황화 몰리브덴(molybdenum sulfide) 또는 질화 붕소(boron nitride)를 포함한다. 더 특정한 실시예에 있어서, 상기 이차원소재는 그래핀일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 그래핀은 단일층 그래핀, 다층 그래핀 또는 이의 어떠한 조합도 포함할 수 있다. 또한, 확장된 이차원 분자 구조를 갖는 다른 나노 소재는 본 발명의 다양한 실시예에 있어서 상기 이차원 소재를 구성할 수 있다. 예를 들어, 황화 몰리브덴(molybdenum sulfide)은 이차원 분자 구조를 갖는 대표적인 칼코겐화물(chalcogenide)이고, 다른 다양한 칼코겐화물은 본 발명의 실시예에 있어서 상기 이차원 소재를 구성할 수 있다. 특정한 분야에 적용되기 위한 적절한 이차원 소재의 선택은 그래핀 또는 다른 이차원 소재가 이용되는 화학적 및 물리적 환경을 포함하여, 다양한 요인에 의해 결정될 수 있다. 인클로저를 제조하는 데에 적용되는 본 발명의 경우 바람직하게는 생체 적합하거나 생체 적합하게 만들어질 수 있다.

그래핀 및 다른 이차원 소재에서의 천공을 형성하는 과정은 “천공 형성(perforation)”이라 칭하고, 이러한 나노 소재는 “천공된(perforated)” 이라고 칭한다. 그래핀 시트에 있어서 내재 공극은 상기 시트에 있는 각각의 6 탄소 원자 고리 구조에 의해 형성되고, 이러한 내재 공극은 일 나노미터 보다 작다. 특히, 상기 내재공극은 이것의 가장 긴 치수에 걸쳐 약 0.3 나노미터가 될 것으로 간주된다. 이차원 망상 구조를 포함하는 시트의 천공은 전형적으로 상기 망상 구조에 있는 상기 내재공극보다 더 큰 천공의 형성을 의미한다. 그래핀 및 다른 이차원 소재의 원자 수준의 얇기로 인해, 심지어 1 내지 20 nm의 범위에 있는 천공까지, 분리 또는 여과 과정에서 높은 액체 투과량을 성취하는 것이 가능하다.

화학 기술은 그래핀 및 다른 이차원 소재에 천공을 만드는 데 사용될 수 있다. 오존 또는 대기압 플라즈마에 그래핀 또는 또다른 이차원 소재의 노출은 천공에 영향을 미칠 수 있다. 철 폭격과 같은 물리학적 기술은 구멍을 만들기 위하여 이차원 소재의 평면 구조로부터 물질을 제거하는 데 사용될 수 있다. 이러한 모든 물리학적 또는 화학적 방법은 주어진 적용분야에서 요구되는 구멍 크기의 범위 또는 그 범위의 이상에 좌우되는 천공된 이차원 소재를 제조하는 데 있어 적용될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 그래핀 또는 다른 이차원 소재에 만들어진 천공은 약 0.3 내지 50 nm 의 크기의 범위 내이다. 보다 더 구체적인 일 실시예에 있어서, 천공 크기는 1 nm 내지 50 nm 의 범위이다. 보다 더 구체적인 일 실시예에 있어서, 천공 크기는 1 nm 내지 10 nm 의 범위이다. 보다 더 구체적인 일 실시예에 있어서, 천공 크기는 5 nm 내지 10 nm 의 범위이다. 보다 더 구체적인 일 실시예에 있어서, 천공 크기는 1 nm 내지 5 nm 의 범위이다. 보다 더 구체적인 일 실시예에 있어서, 상기 천공 크기는 약 0.5 nm 내지 2.5 nm 의 범위일 수 있다. 추가적인 일 실시예에 있어서, 상기 천공 크기는 0.3 nm 내지 0.5 nm 의 범위이다. 더 나은 일 실시예에 있어서, 상기 천공 크기는 0.5 nm 내지 10 nm 의 범위이다. 추가적인 일 실시예에 있어서, 상기 천공 크기는 5 nm 내지 20 nm 의 범위이다. 더 나은 일 실시예에 있어서, 상기 천공 크기는 0.7 nm 내지 1.2 nm 의 범위이다. 추가적인 일 실시예에 있어서, 상기 천공 크기는 10 nm 내지 50 nm 의 범위이다. 더 큰 천공 크기가 요구되는 실시예에 있어서, 상기 천공 크기는 50nm 내지 100nm, 50nm 내지 150nm, 또는 100nm 내지 200nm이다.

일반적으로 물질이란 단어는 원자, 분자, 바이러스, 세포, 입자 및 이런 것들을 합한 것을 칭하는 데 사용된다. 특별한 관심 속에 있는 물질은 단백질 및 핵산(nucleic acids)과 같은 생물학적인 분자를 포함하는 다양한 크기의 분자들이다. 물질은 생물 및 작은 분자 약을 포함하는 제약품, 약, 약제 및 치료제를 포함할 수 있다.

도 1은 종래의 약물 전달 매개물 및 장치와 비교하여, 그래핀 기반 소재의 두께를 보여주는 예시적인 개략도이다. 그래핀의 생체 적합성은 특히, 특정한 생물학적 환경과 호환 가능한 상기 그래핀을 기능화함으로써, 이러한 적용분야를 더욱 넓힐 수 있다. 예를 들어, 가장자리 결합(edge bonds), 대량 표면 기능화(bulk surface functionalization), pi-결합(pi-bonding) 등올 통해 가능하다. 기능화는 국부성 및 전신 질환 치료에 사용하기 위하여 추가된 복잡성을 갖는 막을 제공할 수 있다. 도 1 은 활성화 세포를 유지 보유하고 있는 400 내지 700nm의 크기의 구멍을 갖는 천공된 이차원 소재로 형성되는 인클로저의 벽을 나타내고 있다. 상기 인클로저(상기 전체 인클로저는 도시되지 않음)와 접하는 외부의 생물학적 환경은 상기 천공된 이차원 소재의 외부 및 인접해 있는 선택적 다공성 지지 구조와 상기 천공된 이차원 소재의 외부에 있는 선택적 우븐(woven) 지지 소재로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 이러한 인클로저의 착상은 이러한 어떤 외부에 있는 지지 소재 안에 혈관신생을 고려할 수 있다. 면역차단을 제공하기 위한 일 실시예에 있어서, 일반적으로 더 작은 천공 크기는 상기 인클로저 내로 항체의 출입을 막기 위한 것으로 바람직하다.

다양한 실시예에 있어서, 본 발명은 소재의 쌍방향 이동 능력을 유지하는 그래핀과 같은 이차원 소재로부터 형성된 부착된(sealed) 인클로저를 나타낸 것이다. 다양한 실시예에 있어서, 상기 인클로저의 적어도 하나의 섹션 또는 패널은 상기 인클로저의 내부에서 또는 내부로 각각의 적절한 크기의 소재가 들어오고 나갈 수 있도록 한다.

몇몇 실시예에 있어서, 그래핀과 같은 상기 이차원 소재는 적절한 다공성 기판에 부착될 수 있다. 예를 들면, 상기 적절한 다공성 기판은 박막 중합체 및 세라믹을 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 각각의 서브구간은 상기 서브구간의 속 또는 바깥으로 하나 이상의 물질의 통과를 허용하기 위한 천공된 이차원 소재를 포함하며, 상기 인클로저는 각각의 서부구간을 포함하는 인클로저 본체 내에 다수의 서브구간을 가질 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 서브구간은 유용한 어떠한 형상 또는 크기도 가질 수 있다. 구체적인 실시예에 있어서, 둘 또는 세 개의 서브구간이 존재한다. 인클로저 서브구획의 몇몇 예는 도 2a 내지 2d(도 2a, 2b, 2c, 2d)에 도시되어 있다. 도 2a에 있어서, 메인 인클로저(main enclosure) B는 더 작은 인클로저 A를 완전히 포함한다. 또한, 인클로저 A의 가장 중앙에 있는 물질은 메인 인클로저 B 속으로 통과하며, 이로부터 들어오고 나가는 동안 메인 구간 내 또는 메인 구간과 잠재적으로 반응한다. 이러한 실시예에 있어서, A에 있는 하나 이상의 물질이 B 속으로 통과할 수 있고, A에 있는 하나 이상의 물질이 B 안이 아닌 A 안에서 유지될 수 있다. 하나 이상의 물질이 상기 서브구획 사이로 직접 통과할 수 있는 두개의 서브구획은 직접 유체 연통한다. 상기 인클로저 및 상기 외부 환경 사이, 그리고 서브구획들 사이의 통로는 천공된 이차원 소재의 구멍을 통한 것이다. 구획 A 및 B 사이의 장벽(막, 예를 들어, 천공된 이차원 소재)은 A에 있는 특정한 물질을 선택적으로 투과시킬 수 있거나 또는 A에 있는 모든 물질을 투과시킬 수 있다. 상기 B 및 상기 외부환경 사이의 상기 장벽(막, membrane)은 사익 B에 있는 모든 물질을 투과할 수 있거나 또는 상기 B에 있는 특정한 물질을 선택적으로 투과할 수 있다. 도 2a에 있어서, 서브구획 A는, 상기 외부환경과 직접 유체 연통하는 서브구획 B와 직접 유체 연통한다. 이러한 하위 구성에 있는 구간 A는 서브구획 B로 중간 통로를 통해 상기 외부 환경과 유일하게 직접 유체 연통한다. 이러한 인클로저의 다른 서브구획들 내에 있는 상기 이차원 소재는 같거나 다른 소재이고, 다른 서브구획들의 다른 이차원 소재의 구멍 크기는 적용분야 및 포함된 물질에 따라 같거나 다를 수 있다.

도 2b에 있어서, 상기 인클로저는 서브구획 A 및 B를 형성하는 비투과성 벽(예를 들어, 무공성 또는 비투과성 실런트(sealant))으로 이등분된다. 이러한 두 서브구획 모두 독립적으로 출구 위치로 접근할 수 있지만, A에서 B로 직접적이거나 간접적인 통로는 없다. (하지만, A 또는 B로 나가는 물질들이 상기 외부 환경을 통해 간접적으로 상기 다른 서브구획으로 들어갈 수 있다.)

도 2c에 있어서, 상기 인클로저 본체는 서브구획 A 및 B로 다시 이등분되지만, 상기 서브구획들 사이에 있는 장벽을 형성하는 천공된 소재를 갖는다. 서브구획 둘 다 모두 독립적으로 출구 위치로 접근할 수 있을 뿐만 아니라 일 실시예에 있어서, 하나의 또다른 것과 상호작용할 수 있으며, 예를 들면 상기 서브구획들은 직접 유체 연통할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 구획 A 및 B 사이의 상기 장벽(막)은 선택적으로 투과할 수 있다. 예를 들면, B 속으로 통과하기 위해 A에 있는 적어도 하나의 물질을 허용하지만, A로 통과하기 위해 B에 있는 원래 물질을 허용하지 않는다.

도 2d는 3개의 구획을 갖는 인클로저를 도시한 것이다. 상기 인클로저는 서브구획 B로 갈 수 있는 서브구획 A, 서브구획 C로 갈 수 있는 서브구획 B, 외부 환경으로 갈 수 있는 서브구획 C로 구성된다. 상기 구획 A 및 B는 외부 환경으로의 출구가 없으며, 즉 상기 구획 A 및 B는 상기 외부환경과 직접 유체 연통하지 않는다. 인접한 서브구획 A 및 B와 인접한 서브구획 B 및 C는 각각 천공된 이차원 소재에 의해 분리되며, 따라서 서로 직접 유체 연통한다. 서브구획 A는 각각 서브구획 B 또는 서브구획 B 및 C를 통해 오직 구획 C 및 상기 외부 환경과 직접 유체 연통한다. 반투과성 장벽(막) 또는 비투과성 장벽의 다양한 조합은 상기 인클로저에 있는 구획을 분리하기 위해 이용된다. 다양한 천공 크기 제약은 인클로저가 어떻게 궁극적으로 구성되는지에 따라 달라질 수 있다(즉, 만일 하나의 인클로저가 나란히 있는 다른 것에 존재한다면). 선택된 구성에 관계 없이, 상기 인클로저의 경계 또는 적어도 일부는 이점을 실현시키기 위해 이차원 소재로부터 구성될 수 있다. 특히, 활성막의 두께는 상기 막에 걸쳐 선택적으로 통과되는 그 대상의 직경보다 작다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 이차원 소재의 구멍 크기는 약 0.3nm 내지 10nm의 범위에 있다. 보다 더 큰 구멍 크기도 또한 가능하다.

또한 몇몇 실시예에 있어서, 인클로저는 하나 이상의 지지 구조에 의해 지지될 수 있음을 주목해야 한다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 구조는 그 자체가 다공성 구조를 가질 수 있으며, 상기 구멍은 상기 이차원 소재의 구멍보다 더 크다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 구조는 전체적으로 다공성이다. 실시예에 있어서, 상기 이차원 구조는 적어도 일부는 구멍이 없다.

본 발명에 따른 여러가지 물리적 실시예 및 이들의 용도는 해결될 문제들의 복잡성 및 상호작용의 다양한 수준을 감안한다. 예를 들면, 단일 인클로저는 주어진 시간 동안 약물 용출을 제공하거나 상기 인클로저에 각각 특정한 크기를 갖는 특정한 대상의 이동을 허용 또는 제한하는 다양한 크기의 천공이 있을 수 있다.

다수의 서브구획을 갖는 실시예들의 추가된 복잡성은 이차반응(즉, “sense-response” paradigm, 감지반응 패러다임)을 촉진 또는 활성화할 수 있도록 대상의 화합물 사이에 상호작용을 허용한다. 예를 들어, 만약 독립적으로 배출이 가능하게 하는 인클로저의 두 구간이 있다면, 예시 화합물 A는 어느 시간 후; 또는 인체로부터 자극이 존재하는 때;에 인체 안으로 일정한 확산을 할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 예시 화합물 A는 예시 화합물 B를 활성화하거나 탈출로부터 예시 화합물 B를 차단하는 작용을 비활성화할 수 있다. 전술한 효과를 나타내는 상기 바인딩(binding)은 가역적 또는 비가역적일 수 있다. 게다가, 다른 실시예에 있어서, 예시 화합물 A는 상기 인클로저 외부에서 생긴 화학적 캐스케이드(cascades)와 상호작용할 수 있으며, 상호작용 이후 대사 물질은 예시 화합물 B를 (비활성화 작용에 의해) 방출할 수 있다. 유사한 방식으로 발생하는 효과를 이용하는 추가적인 예시는, 세포에서의 분비물이 “감지반응” 패러다임을 만들 수 있는 인클로저 내에 포함된 근원세포(non-host, allogenic)을 이용하는 것을 포함한다.

추가적인 실시예에 있어서, 성장 인자는 혈관 형성(vascularization)을 촉진시키기 위해 상기 인클로저 내에 채워질 수 있다(도 1 참조). 상기 실시예에 있어서, 세포 수명(생존, cell survival)은 영양소와 폐기물의 양방향 이동의 결과물로써 훨씬 우세해진다.

추가적인 실시예에 있어서, 그래핀의 상대적인 얇은 두께는 혈관 가까이, 특히 모세혈관 및 다른 대상의 세포 가까이에 상기 막 인클로저를 너머 양방향 전달을 가능케 한다. 그래핀 기반 인클로저를 사용하는 본 발명의 실시예는 상기 그래핀 막이 투과성을 크게 제한하지 않고 있기 때문에, 동일한 효과를 달성하는 다른 해결책에 비해 차별성을 제시할 수 있다. 대신에, 매체 또는 내부의 연결을 통한 분자의 확산은 대상의 이동을 제한할 수 있다.

상기에 관해, 그래핀과의 어떠한 ”감지-반응” 패러다임도 우수한 반응 시간에 의해 가능해진다. 그래핀의 생체 적합성은, 예측보다 낮은 정도의 생물연료를 갖는 국부성 및 전신 질환을 치료하는 추가된 복잡성을 위해 기능화된 그래핀 막을 확장하며, 이러한 적용성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 그래핀의 기계적 안정성은 신체 내의 물리적 스트레스 및 삼투압 스트레스를 견딜 수 있도록 한다.

도 3a 및 3b는 면역차단을 위한 본 발명에 따른 인클로저의 개략도를 제공한다. 상기 인클로저는 단일 구획을 갖는 것으로 도시되어 있다. 상기 인클로저는 다수의 서브구획 예를 들어, 둘 또는 세개의 서브구획을 구비할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도 3a의 상기 인클로저(30)는 그래핀 기반 소재 및 지지 소재의 외부 시트 또는 층(32)과 같은 천공된 이차원 소재를 포함하는 내부 시트 또는 층(31)에 의해 형성된 단면도로 나타나 있다. 상기 지지 소재는 다공성, 선택적으로 투과성이거나 무공성 및 비투과성일 수 있다. 그러나, 상기 지지 소재의 적어도 일부는 다공성이거나 상기 인클로저의 적용 분야에 따라 적절하게 선택적으로 투과성이다. 예를 들면, 상기 지지 시트 또는 층은 중합체이거나 세라믹일 수 있다. 상기 인클로저는 주어진 적용분야에 대한 선택 받은 살아있는 세포(33)를 포함한다. 상기 도 3b는 실런트(sealant)(34)가 복합층의 가장자리에 부착하여 도시된 것으로 첫번째 및 두번째 복합층(32/31) 사이에 형성된 공간 및 공공을 나타낸 상기 도 3a의 인클로저의 대안적인 단면도이다. 상기 복합층의 가장자리에 있는 실런트는 클램핑(clamping) 또는 압착의 물리적인 방법을 적용하여 형성될 수 있다. 가장자리에 있는 실런트를 형성하기 위한 방법 및 소재는 특별히 제한되지 않지만 무공성 및 비투과성의 실런트 또는 마감재를 제공해야 한다.

만약 세포가 상기 마감재 내에 위치한다면, 상기 인클로저의 적어도 일부는 세포 성장 및 유지에 충분한 산소 및 영양소를 투과할 수 있고 노폐물도 투과할 수 있다. 상기 인클로저는 세포를, 특히 면역 세포를 투과하지 않는다. 상기 외부환경에서의 세포는 상기 인클로저 내에 들어갈 수 없고, 상기 인클로저 내의 세포는 유지될 수 없다. 상기 인클로저는 바이러스 또는 박테리아를 투과하지 않는다. 상기 인클로저는 항체를 투과하지 않는다. 대조적으로, 적용분야에 따라 상기 인클로저는 세포에 의해 생성된 성장 인자와 같은 바람직한 것을 투과한다. 상기 인클로저 내에 있는 상기 세포는 면역차단된다. 구체적인 실시예에 있어서, 천공된 이차원 소재의 구멍 크기는 면역차단에 유용한 범위인 1 내지 10nm이며, 더 바람직하게는 3 내지 10nm이고, 보다 더 바람직하게 3 내지 5nm이다.

도 4a 내지 4c(도 4a, 4b, 4c)는 선택된 물질, 예를 들어 세포가 도입되어 본 발명에 따른 인클로저를 형성하는 예시적인 방법을 도시한 것이다. 상기 방법은 상기 인클로저를 형성하는 실런트의 사용으로 도시되어 있다. 상기 예시적인 인클로저는 서브구획을 갖고 있지 않다. 서브구획을 갖는 인클로저, 예를 들어 중첩된 또는 인접한 서브구획을 갖는 인클로저는 도시된 방법을 이용하여 용이하게 제조될 수 있다. 도 4a에 도시된 것처럼, 첫번째 복합 시트 또는 층은 지지층(42)과 대조적인 특히 그래핀 기반 소재의 시트 또는 그래핀 시트(41)인 이차원 소재의 시트 또는 층을 배치함으로써 형성된다. 상기 첫번째 복합체의 상기 지지층(42)의 적어도 일부는 다공성이거나 투과성이다. 상기 지지층(42)의 구멍 크기는 일반적으로 사용된 상기 이차원 소재의 구멍 또는 공극보다 더 크며, 상기 환경(예를 들면, 체강 body cavity)에 따라 조정될 수 있다. 실런트층(44), 즉 실리콘이 상기 인클로저의 구획의 윤곽을 형성하는 천공된 이차원 소재의 시트 또는 층에 적용된다는 점에 있어서, 상기 실런트층은 상기 인클로저의 둘레를 감싸는 비투과성의 실런트층을 형성한다. 단일 구획의 형성은 도 4a-4c에 도시되어 있다. 하지만 다수의 독립적인 구획들은 유사한 제조방법에 의해 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이후에 상기 첫번째 복합층과 같은 방법으로 형성된 두번째 복합층은 상기 실런트층(44)과 접촉하는 천공된 이차원 소재의 시트 또는 층에 형성되어 위치하게 된다. 대안적으로, 실런트층은 복합층의 일부에 적용될 수 있으며, 상기 층은 인클로저를 형성하기 위해 실런트층과의 접촉을 너머 위로 접힐 수 있다. 실런트층은 이후 상기 두 복합층 사이에 형성된다. 상기 이차원 소재 또는 이의 지지층을 손상시키지 않고 용이하게 부착되도록 적당한 압력이 적용된다. 대안적인 인클로저는 상기 실런트층과 접촉하는 무공성 및 비투과성의 지지 소재의 시트 또는 층을 적용함으로써 형성될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 경우, 상기 인클로저의 일부만이 다공성 및 투과성을 갖는다. 부착된 복합층은 상기 부착된 층이 상기 인클로저를 형성하는 실런트층의 둘레 크기로 다듬어질 수 있다는 것이 도 4b에 도시되어 있다. 형성된 상기 인클로저는 외부의 다공성 지지층(42)를 갖는 것으로 나타나 있고, 상기 천공된 이차원 소재(41)의 시트 또는 층은 상기 인클로저의 둘레를 감싸는 실런트층(44)과 함께 내부 층에 위치하는 것으로 보여진다. 도 4c에 도시한 것과 같이, 천공된 이차원 시트 또는 층을 통해 통과하는 것으로부터 제외된 세포 또는 다른 물질들은 상기 실런트층을 통해 주입되어 형성된 후에 상기 인클로저 내로 도입될 수 있다. 이러한 주입에 의해 형성된 어떠한 천공도 필요에 따라 부착될 수 있다. 또한, 물질 및 세포가 상기 실런트층의 형성 이전에 상기 인클로저 내로 도입될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 통상의 기술자는 구상되는 본원에 대한 적절한 부착 방법은 상기 인클로저를 제조하는 동안 또는 그 후에 적용되는 것을 이해할 것이다.

일 실시예에 있어서, 본 발명은 물질을 캡슐화하는 천공된 이차원 소재를 포함하는 인클로저를 제공하며, 상기 물질은 상기 천공된 이차원 소재의 구멍을 통해 통과하는 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 방출된다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 둘 이상의 다른 물질을 캡슐화한다. 일 실시예에 있어서, 상기 다른 물질의 모두가 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 방출되는 것은 아니다. 일 실시예에 있어서, 상기 모든 다른 물질은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경 속으로 방출된다. 일 실시예에 있어서, 다른 물질은 다른 속도로 상기 인클로저의 외부에 있는 환경 속으로 방출된다. 일 실시예에 있어서, 다른 물질은 같은 속도로 상기 인클로저의 외부에 있는 환경 속으로 방출된다.

일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 둘 또는 그 이상의 서브구간을 포함한다는 점에 있어서, 적어도 하나의 서브구간은 상기 서브구간의 이차원 소재의 구멍을 통해 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통한다. 일 실시예에 있어서, 각각의 서브구간은 천공된 이차원 소재를 포함하며, 각각의 서브구간은 각각의 서브구간의 상기 이차원 소재의 구멍을 통해 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통한다.

일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 적어도 부분적으로 천공된 이차원 소재에 의해 서로 분리된 두 서브구간으로 분리되며, 상기 두 서브구간은 이차원 소재의 구멍을 통해 서로 직접 유체 연통한다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 서브구간이 이차원 소재의 구멍을 통해 서로 직접 유체 연통하는 이차원 소재를 각각 포함하는 두 서브구간으로 분할된 것이며, 하나의 서브구간만이 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통한다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 서브구간이 이차원 소재의 구멍을 통해 서로 직접 유체 연통하는 이차원 소재를 각각 포함하는 두 서브구간으로 분리된 것이며, 두 서브구간 모두 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통한다.

일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 천공된 이차원 소재를 각각 포함하는 내부 서브구간 및 외부 서브구간을 갖고, 상기 내부 서브구간은 전체적으로 외부 서브구간 내에 포함되며, 상기 내부 및 외부 구간은 이차원 소재의 구멍을 통해 서로 직접 유체 연통하고, 상기 내부 서브구간은 상기 인클로저의 외부 환경과 직접 유체 연통하지 않는다.

일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 이차원 소재를 각각 포함하는 다수의 서브구간을 갖고, 상기 서브구간은 다른 서브 구간 내부에 하나가 위치하며, 서브 구간의 각각은 인접한 서브구간과 이차원 소재의 구멍을 통해 직접 유체 연통하고, 가장 외곽의 상기 서브구간은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하며, 남아있는 다수의 서브구간은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하지 않는다.

일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 이차원 소재를 각각 포함하는 다수의 서브구간으로 분할되며, 각각의 서브구간은 하나 이상의 인접한 서브구간과 직접 유체 연통하고, 하나의 서브구간만이 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통한다.

일 실시예에 있어서, 이차원 소재의 구멍을 통해 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 방출되는 상기 인클로저 내의 적어도 하나의 물질은 제약, 치료제 또는 약이다. 일 실시예에 있어서, 상기 방출된 물질이 제약, 치료제 또는 약이며, 상기 물질의 방츨을 통해 상기 인클로저의 이차원소재는 1 내지 50 nm 크기 범위의 구멍을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 방출된 물질이 제약, 치료제 또는 약이며, 상기 물질의 방츨을 통해 상기 인클로저의 이차원소재는 1 내지 10 nm 크기 범위의 구멍을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 인클로저 내에 있는 물질은 세포이고, 상기 이차원 소재의 구멍 크기는 상기 인클로저 내의 세포를 유지하기 위하여 또는 상기 인클로저의 외부 환경으로부터 상기 인클로저에 유입되는 면역 세포 및 항체를 배제하기 위해 선택된다. 세포를 이용하는 구체적인 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 다수의 서브구간으로 나뉘며, 하나 이상의 서브구간은 세포를 포함한다. 인클로저는 동일한 인클로저의 다른 서브구간 내에 있는 다른 세포 또는 서브구간을 갖는 다른 세포를 포함할 수 있다. 세포를 이용하는 구체적인 일 실시예에 있어서, 상기 세포가 내부 서브구간 내에 있다라는 점에서 상기 인클로저는 중첩된 인클로저이다.

일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 천공된 이차원 소재를 각각 포함하는 내부 서브구간 및 외부 서브구간을 갖고, 상기 내부 서브구간은 전체적으로 외부 서브구간 내에 포함되며, 내부 및 외부 구간은 상기 내부 서브구간의 이차원 소재의 구멍을 통해 직접 유체 연통하고, 상기 내부 서브구간은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하지 않으며, 상기 외부 구간은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통한다.

세포를 이용하는 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 다수의 서브구간을 갖고, 서브구간의 각각은 천공된 이차원 소재를 포함하며, 서브구간의 각각은 하나 이상의 인접한 서브구간과 직접 유체 연통하며, 상기의 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하지 않는 각각의 세포를 포함하는 하나 이상의 서브구간 내부에 존재하는 상기 세포이다.

세포를 포함하는 인클로저의 실시예에 있어서, 상기 세포는 효모 또는 박테리아 세포이다. 세포를 포함하는 인클로저의 실시예에 있어서, 상기 세포는 포유류 세포이다. 세포를 포함하는 인클로저의 실시예에 있어서, 상기 인클로저의 이차원 소재 또는 서브구간에 있는 상기 구멍의 크기 범위는 1 내지 10nm, 3 내지 10nm, 또는 3 내지 5nm이다.

어떠한 인클로저의 실시예에 있어서도, 상기 이차원 소재는 다공성 기판 위에 지지된다. 실시예에 있어서, 상기 다공성 기판은 중합체 또는 세라믹일 수 있다.

어떠한 인클로저의 실시예에 있어서도, 상기 이차원 소재는 그래핀 기반 소재이다. 어떠한 인클로저의 실시예에 있어서도, 상기 이차원 소재는 그래핀이다.

어떠한 인클로저의 실시예에 있어서도, 적어도 상기 이차원 소재의 구멍의 일부는 기능화되된다.

어떠한 인클로저의 실시예에 있어서도, 적어도 상기 이차원 소재의 구멍의 일부는 전도성을 갖고, 전압은 적어도 상기 전도성을 갖는 이차원 소재의 일부에 인가될 수 있다. 상기 전압은 AC(alternating current) 또는 DC(direct current) 전압일 수 있다. 상기 전압은 상기 인클로저의 외부에 있는 근원(source)에 적용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 본 발명의 인클로저 장치는 외부의 근원에서 상기 이차원 소재까지 전압의 인가를 위해 커넥터 및 리드(leads)를 더 포함한다.

본 발명은 상기 환경으로 하나 이상의 물질의 전달을 위해 선택된 환경에 있는 어떠한 인클로저도 이용할 수 있는 방법을 제공한다. 구체적인 일 실시예에 있어서, 상기 환경은 생물학적 환경이다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 생체 조직으로 주입된다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 제약, 치료제 또는 약의 전달을 위해 이용된다.

일 실시예에 있어서, 본 발명은 한 환경에서 천공된 이차원 소재를 포함하는 인클로저를 도입하고, 상기 인클로저는 적어도 하나의 물질을 포함하며, 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 상기 이차원 소재의 구멍을 통해 적어도 하나의 물질의 일부를 방출하는 것을 포함하는 방법을 제공한다. 일 실시예에 있어서, 상기 인클로저는 상기 인클로저로부터 방출되지 않은 세포를 포함하며, 방출된 적어도 하나의 물질의 일부가 상기 인클로저 내에 있는 세포에 의해 생성된다.

실시예에 있어서, 상기 지지층은 중합체 또는 세라믹 소재일 수 있다. 유용한 예시적인 세라믹은 나노 다공성의 실리카 또는 SiN을 포함한다. 유용한 다공성 중합체(polymers) 지지체는 트랙 에치드 중합체(track etched polymers), 확장된 중합체(expanded polymers) 또는 논우븐 중합체(non-woven polymer)를 포함한다. 상기 지지 소재는 다공성 또는 투과성일 수 있다. 일부, 즉, 벽, 측면이나 그 일부 또는 서브구간은 무공성의 중합체 또는 세라믹일 수 있다. 생체 적합성의 중합체 및 세라믹이 바람직하다. 상기 인클로저의 일부는 실리콘(silicone), 에폭시(epoxy), 폴리우레탄(polyurethane) 또는 이와 유사한 소재와 같은 실런트로부터 형성될 수 있다. 생체 적합성의 실런트가 바람직하다.

더불어, 그래핀 기반 또는 다른 이차원 막의 전도성은 외부의 근원으로부터 발생하는 대전을 허용할 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, AC 또는 DC 전압은 상기 인클로저의 전도성을 갖는 이차원 소재로 인가될 수 있다. 그래핀의 전도성은 충진된 분자에 추가적인 출입구을 제공할 수 있다. 대전은 출입구에 영향을 미치기 위해 오직 일부의 시간 또는 영구적으로 발생할 수 있다. 충진된 분자의 방향성 있는 출입구는 상기 구멍을 통해서 뿐만 아니라, 상기 그래핀의 표면으로 연결될 수 있다. 흡수시키고, 혼합하며, 성장을 독려하고, 보호층의 형성을 촉진하고, 또는 신체의 다른 화학적 효과를 위한 기준 또는 메커니즘을 제공하기 위함이다.

상기 그래핀의 영구적 및 일시적 결합 모두 어떠한 실시예에서도 가능하다. 상기의 이점 외에, 본 발명에 따른 실시예는 당해 기술 분야의 매개물 및 다른 장치에 대한 파급력 있는 기술을 나타낼 뿐만 아니라 새로운 방법으로 사용될 수 있도록 이러한 매개물 및 장치를 허용할 수 있다라는 점에서 이점이 있다. 예를 들어, 세포계(cell line) 개발, 패러다임을 감지하는 치료 이형제(예를 들어, MRSw's, NMR-based magnetic relaxation switches, see; Koh et al. (2008) Ang. Chem. Int'l Ed. Engl, 47(22)4 119-4 121)는 생물연료 및 생물반응성을 이동시키고, 우세한 투과성을 전달하며, 반응을 덜 지연시키며, 기계적 안정성을 제공하기 위해 상기 인클로저 내에 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 인클로저는 현존하는 기술이 현재 가능하지 않은 새로운 방법으로 구현될 수 있도록 할 수 있다.

상기에 묘사한 바와 같이 체내 또는 체외에 사용될 뿐만 아니라, 실시예에 있어서 다른 분야에서도 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 상기 인클로저는 예를 들어, 유제품에 생균제의 투여(위장관에 전달하는 과정 동안 생존률을 증가시키기 위해 최근에 이용된 마이크로캡슐화 기술과는 대조적으로)와 같은 치료분야가 아닌 곳에서도 사용될 수 있다. 이와 관련하여 다른 곳에서도, 본 발명에 따른 상기 인클로저 및 장치는 제조 기술 및 다양한 최종 용도 요건에 따라 크기가 수십, 수백 배로 확장될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 그럼에도 불구하고, 상기 인클로저는 혈류를 통한 순환이 충분히 작게 할 수 있을 것이다. 상기 인클로저의 범위의 상한의 끝은 상기 인클로저는 (몇 인치 이상으로) 끼워 넣기에 충분히 크게 할 수 있다. 이러한 속성은 상기 그래핀의 이차원 특성 및 넓은 표면 영역 위의 성장에 기인할 수 있다.

본 발명은 실시예를 참조하여 설명하였지만, 통상의 기술자는 실시예들이 본 발명의 예시임을 용이하게 이해할 것이다. 다양한 변형이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 본 발명은 변형, 변경, 치환 또는 등가의 구성의 어떤 수를 포함하도록 변형될 수 있지만, 본 발명의 사상 및 영역에 상응하는 수치이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었지만, 단지 상기 기술된 몇몇의 실시예들을 포함할 수 있다라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 전술한 설명에 의해 제한되지 않는다.

상기 기술된 또는 예시화된 모든 포뮬레이션(formulation)이나 구성요소의 조합은 특별히 명시하지 않는 한 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다. 화합물의 구체적인 명칭은 상기 기술분야의 당업자가 같은 화합물을 다르게 이름을 지정할 수 있다는 공지된 바와 같이, 예시적인 것으로 의도된다. 화합물은 화합물의 특정 이성질체 또는 거울상 이성질체가 화학식 또는 화학명에 구체화되어 있지 않은 것으로, 본 발명에서 설명될 때, 그 설명은 개개 또는 혼합에 의한 혼합물의 각각의 이성질체 및 거울상 이성질체를 포함하고자 하는 것이다. 당업자는 구체적으로 예시화된 것 외에 방법, 장치 요소, 초기 물질 및 합성 방법은 과도한 실험에 의존하지 않고 본 발명의 실시에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 어떠한 방법, 장치 요소, 초기 물질 및 합성 방법 등의 기능적으로 동일한 잘 알려진 기술은 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다. 범위가 본 발명에 제시될 때마다, 예를 들어, 온도 범위, 시간 범위 또는 구성 범위, 모든 중간 범위 및 하위 범위, 또는 모든 개별 수치 범위도 마찬가지로 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다. 마쿠쉬 그룹 또는 다른 그룹이 본 발명에 사용될 때, 이 그룹에서 가능한 그룹의 모든 개별 구성원 및 모든 조합 및 하위 그룹이 본 발명에 포함된다.

본 발명에 사용되는 “포함하는”이란 것은 “포함하는”, “구성하는” 또는 “특징으로 하는” 과 동의어이며, 포함하거나 개방형이며, 추가적이거나 나열되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 본 발명에서의 “이루어진”은 청구항 요소에 명시되지 않은 요소, 단계 또는 성분을 배제한다. 본 발명에서의 “본질적으로 이루어진”은 청구항에서 기본적이고 신규한 특성에 영항을 주지 않는 소재 또는 단계를 배제하지 않는다. 특히, 장치의 구성요소의 설명에서 또는 조성물의 구성요소의 설명에서의 “포함하는”이란 단어는 인용된 구성요소 또는 성분을 포함하며 기본적으로 포함하는 구성요소 및 방법을 포함하는 것으로 이해된다. 본원 발명은 구체적으로 개시되지 않은 제한 또는 제한들, 요소 또는 요소들의 부재 하에 실시될 수 있다.

사용된 용어 및 표현은 제한하려는 것이 아닌, 설명을 하기 위한 것으로로 사용된 것이며, 명시된 임의의 등가의 특징들을 배제하는 식의 사용 의도가 없으며, 다양한 변형이 본 발명의 범위 내에 있어 가능함이 인지되어야 한다. 따라서, 본 발명은 특히 바람직한 실시예, 임의의 특징, 개시된 개념의 수정 및 변형에 의해 개시되었을지라도, 이러한 변형 및 변경은 첨부된 청구항에 의해 정의됨으로써 본 발명의 영역 내에 있는 것으로 고려된다는 것을 이해하여야 한다.

일반적으로 용어 및 문구는 상기 기술 분야에 있어 당업자에게 알려진 표준 텍스트, 저널 참고문헌 및 문맥(context)을 참조하여 알아낼 수 있다. 상기의 정의는 본 발명의 맥락에서의 용도를 명확하게 하기 위해 제공된다.

이 기술분야를 통틀어 모든 문헌은, 예를 들어 출원된 또는 등록된 특허 또는 특허공개공보 및 비 특허 문서 또는 다른 근원 문헌을 포함하는 특허문헌들은 개별적으로 또는 전체적으로 통합되며, 이러한 각각의 참고문헌은 이 기술 분야에 있어 본 발명과 적어도 부분적으로 상반된다. (예를 들어, 부분적으로 상반된 참고문헌은 참고문헌의 부분적으로 상반된 일부를 제외하고 참고 문헌에 의해 포함된다.)

명세서에 언급된 모든 특허 및 공개공보는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자의 지식 수준을 가리킨다. 본 발명에 인용된 참고문헌은 그 출원일과 같은 경우에 본 발명의 기술 분야 상태를 나타내기 위해 본 발명에 전체가 참고로 포함되고, 이 정보는 이 정보가 필요한 경우 종래 기술에서의 특정한 실시예를 제외하고(예를 들어, 부인하고) 이용될 수 있다는 것을 의도한 것이다. 예를 들어, 화합물이 청구될 경우, 본 발명에 개시된 참고 문헌(특히 언급된 특허문헌)에 기재된 특정 화합물을 포함하는 종래 기술에 공지된 화합물은 특히 청구항 범위에 포함되는 것으로 의도되지 않음을 이해하여야 한다.

30 : 인클로저
31 : 내부 시트 또는 층
32 : 외부 시트 또는 층
33 : 살아있는 세포
34 : 실런트
41 : 그래핀 기반 소재의 시트 또는 그래핀 시트
42 : 지지층
44 : 실런트층

Claims

인클로저(enclosure)는 물질을 캡슐화하는 천공된 이차원 소재를 포함하며,
상기 물질은 천공 이차원 소재의 구멍을 통과하여 인클로저의 외부에 있는 환경으로 방출되는 인클로저.
하나 이상의 다른 물질을 캡슐화하는 제 1 항의 인클로저에 있어서,
상기 다른 물질 모두가 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 방출되지는 않는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 2 항의 인클로저에 있어서,
다른 물질은 다른 속도 또는 다른 상대적인 농도에서 상기 인클로저의 외부에 있는 환경 속으로 방출되는 것을 특징으로 하는 인클로저.
하나 이상의 다른 물질을 캡슐화하는 제 1 항의 인클로저에 있어서,
다른 물질 모두가 상기 인클로저의 외부에 있는 환경 속으로 방출되는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 4 항의 인클로저에 있어서,
다른 물질은 다른 속도 또는 다른 상대적인 농도에서 방출되는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항의 인클로저에 있어서,
상기 인클로저는 둘 이상의 서브구간(subcompartment)을 포함하며,
적어도 하나의 서브구간은 상기 서브구간의 이차원 소재의 구멍을 통해 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 6 항의 인클로저에 있어서,
각각의 서브구간은 천공된 이차원 소재를 포함하며,
각각의 서브구간은 각각의 서브구간의 상기 이차원 소재의 구멍을 통해 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항의 인클로저에 있어서,
상기 인클로저는 적어도 부분적으로 천공된 이차원 소재에 의해 각각 분리된 두 서브구간으로 분리되며,
상기 두 서브구간은 이차원 소재의 구멍을 통해 서로 직접 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항의 인클로저에 있어서,
상기 인클로저는 서브구간이 이차원 소재의 구멍을 통해 서로 직접 유체 연통하는 이차원 소재를 각각 포함하는 두 서브구간으로 분리된 것이며,
하나의 서브구간만이 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항의 인클로저에 있어서,
상기 인클로저는 서브구간이 이차원 소재의 구멍을 통해 서로 직접 유체 연통하는 이차원 소재를 각각 포함하는 두 서브구간으로 분리된 것이며,
상기 두 서브구간 모두 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 인클로저.
천공된 이차원 소재를 각각 포함하는 내부 서브구간 및 외부 서브구간을 갖는 제 1 항의 인클로저에 있어서,
상기 내부 서브구간은 전체적으로 외부 서브구간 내에 포함되며,
상기 내부 및 외부 구간은 이차원 소재의 구멍을 통해 서로 직접 유체 연통하며,
상기 내부 서브구간은 상기 인클로저의 외부 환경과 직접 유체 연통하지 않는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항의 인클로저는 이차원 소재를 각각 포함하는 다수의 서브구간을 갖고,
상기 서브구간은 다른 서브구간 내부에 하나의 서브구간이 위치하며,
서브 구간의 각각은 인접한 서브구간과 이차원 소재의 구멍을 통해 직접 유체 연통하며,
가장 외곽의 서브구간은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하며,
남아있는 다수의 서브구간은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하지 않는 것을 특징으로 하는 인클로저.
이차원 소재를 각각 포함하는 다수의 서브구간으로 분리된 제 1 항의 인클로저에 있어서,
각각의 서브구간은 하나 이상의 인접한 서브구간과 직접 유체 연통하며,
하나의 서브구간만이 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
이차원 소재의 구멍을 통해 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 방출되는 상기 인클로저 내의 적어도 하나의 물질은 약(drug)인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
이차원 소재의 구멍을 통해 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 방출되는 상기 인클로저 내의 적어도 하나의 물질은 약이며,
상기 이차원 소재의 구멍 크기 범위는 1 내지 50 nm인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
이차원 소재의 구멍을 통해 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 방출되는 상기 인클로저 내의 적어도 하나의 물질은 약이며,
상기 이차원 소재의 구멍 크기 범위는 1 내지 10 nm인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항의 인클로저에 있어서,
상기 인클로저 내에 있는 물질은 세포이고,
상기 이차원 소재의 구멍 크기는 상기 인클로저 내의 세포를 유지하기 위하여 그리고 상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로부터 상기 인클로저에 유입되는 면역 세포 및 항체를 배제하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 17 항의 인클로저에 있어서,
상기 인클로저는 다수의 서브구간으로 나뉘며,
하나 이상의 서브구간은 세포를 포함하는 것을 특징으로 하는 인클로저.
천공된 이차원 소재를 각각 포함하는 내부 서브구간 및 외부 서브구간을 갖는 제 17 항의 인클로저에 있어서,
상기 내부 서브구간은 전체적으로 외부 서브구간 내에 포함되고,
내부 및 외부 구간은 상기 내부 서브구간의 이차원 소재의 구멍을 통해 직접 유체 연통하며,
상기 내부 서브구간은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하지 않으며,
상기 외부 구간은 상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 인클로저.
서브구간의 각각은 하나 이상의 인접한 서브구간과 직접 유체 연통하며,
서브구간의 각각은 천공된 이차원 소재를 포함하며 다수의 서브구간을 갖는 제 17 항의 인클로저는,
상기 인클로저의 외부에 있는 환경과 직접 유체 연통하지 않는 각각의 세포를 포함하는 하나 이상의 서브구간 내부에 존재하는 상기 세포인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
상기 세포는 효모 또는 박테리아 세포인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
상기 세포는 포유류 세포인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 또는 제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
상기 이차원 소재의 구멍 크기 범위는 3 내지 10 nm인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 또는 제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
상기 이차원 소재의 구멍 크기 범위는 3 내지 5 nm인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 또는 제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
상기 이차원 소재는 다공성 기판 위에 지지되는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 또는 제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
상기 이차원 소재는 그래핀인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 또는 제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
상기 이차원 소재는 그래핀 기반 소재인 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 또는 제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
적어도 상기 이차원 소재의 구멍의 일부가 기능화되는 것을 특징으로 하는 인클로저.
제 1 항 내지 제 13 항 또는 제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저에 있어서,
적어도 상기 이차원 소재의 구멍의 일부가 전도성을 갖고,
전압은 적어도 상기 전도성을 갖는 이차원 소재의 일부에 인가되는 것을 특징으로 하는 인클로저.
한 환경에서 천공된 이차원 소재를 포함하는 인클로저를 도입하고,
상기 인클로저는 적어도 하나의 물질을 포함하며,
상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 상기 이차원 소재의 구멍을 통해 적어도 하나의 물질의 일부를 방출하는 것을 포함하는 방법.
제 30 항의 방법에 있어서,
상기 환경은 생물학적 환경인 것을 특징으로 하는 방법.
제 30 항 또는 제 31 항의 방법에 있어서,
방출되는 것의 일부인 적어도 하나의 물질은 약인 것을 특징으로 하는 방법.
제 30 항 또는 제 31 항의 방법에 있어서,
상기 인클로저는 상기 인클로저로부터 방출되지 않은 세포를 포함하며,
방출되는 것의 일부인 적어도 하나의 물질의 일부가 상기 인클로저 내에 있는 세포에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
한 환경에서 제 1 항 내지 제 13 항의 어느 한 항의 인클로저를 도입하고,
상기 인클로저는 적어도 하나의 물질을 포함하며,
상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 상기 이차원 소재의 구멍을 통해 적어도 하나의 물질의 일부를 방출하는 것을 포함하는 방법.
한 환경에서 제 17 항 내지 제 20 항의 어느 한 항의 인클로저를 도입하고,
상기 인클로저의 외부에 있는 환경으로 상기 이차원 소재의 구멍을 통해 적어도 하나의 물질의 일부를 방출하는 것을 포함하는 방법에 있어서,
적어도 하나의 물질은 상기 인클로저 내에 있는 세포에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
한 환경에서 천공 이차원 소재를 포함하는 인클로저를 도입하고,
상기 인클로저는 적어도 하나의 첫번째 물질을 포함하며,
상기 환경으로부터 상기 인클로저로 하나의 두번째 물질이 이동하는 것을 포함하는 방법.
제 36 항의 방법에 있어서,
상기 첫번째 물질은 세포이고, 두번째 물질은 영양소이며, 또다른 두번째 물질은 산소인 것을 특징으로 하는 방법.