KR100356643B1

KR100356643B1 - 생리활성 물질이 결합된 생체적합성 의료용 금속 재료 및이의 제조 방법

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Publication number: KR100356643B1
Application number: KR1020000016775A
Authority: KR
Inventors: 김영하; 박기동; 김수현; 이원규; 구현철
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2002-10-18
Also published as: KR20010094481A; JP3485264B2; US20010037144A1; US6617027B2; JP2001309972A

Abstract

본 발명은 기재 (基材) 금속, 상기 기재 금속의 표면에 피복된 금 또는 은 박막, 상기 금 또는 은 박막 위에 흡착된 관능성 황 화합물, 상기 황 화합물의 관능기에 화학적으로 결합된 헤파린 (heparin) 또는 에스트라디올 (estradiol) 유도체와 같은 생리활성 물질을 포함하는 표면 개질된 의료용 금속 재료 및 이를 이용하여 제작된 스텐트, 심장 판막 및 카데타를 개시한다. 또한 본 발명은 (1) 기재 금속의 표면에 금 또는 은 박막을 피복하는 단계, (2) 상기 금 또는 은 박막 위에 관능성 황 화합물을 흡착시키는 단계, 및 (3) 상기 황 화합물의 관능기에 생리활성 물질을 화학적으로 결합시키는 단계를 포함하는, 표면 개질된 의료용 금속 재료의 제조 방법을 개시한다.

Description

생리활성 물질이 결합된 생체적합성 의료용 금속 재료 및 이의 제조 방법 {Biocompatible Metallic Materials Grafted with Biologically Active Compounds and Preparation Thereof}

본 발명은 금속 재료 표면을 개질하여 항혈전성 (antithrombogenicity)과 생체적합성 (biocompatibility)을 월등하게 개선시킨, 의료용 금속 재료, 특히 순환계 의료용 기구에 사용되는 금속 재료에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 금속에 금 또는 은 박막을 입히고, 금 또는 은 박막에 강하게 흡착되는 황화화물을 부착시킨 후에, 황 화합물의 관능기를 이용하여 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질, 또는 이러한 생리활성 물질이 결합된 격리 단위 (spacer) 화합물을 결합시킴으로써 항혈전성 및 생체적합성을 크게 개선시킨 인공 심장판막, 스텐트 (stent) 및 카데타 재료로 유용한 표면 개질 금속 재료 및 그의 표면 개질 방법에 관한 것이다.

인공심장판막은 선천적 또는 후천적으로 결손된 심장판막 대신 이식되어 사용되는 것으로, 생체조직으로 만들어진 생체조직 판막 (tissue valve)과 티타늄 등의 금속 재료로 만들어진 기계식 판막 (mechanical valve)이 있다. 이 중 생체조직 판막은 생체적합성은 좋으나 석회화 등으로 인하여 체내 내구성이 떨어지는 단점이 있고, 기계식 판막은 내구성은 우수하나 혈전 (thrombus) 생성이 수반되므로 평생 항혈전제 (anticoagulant)를 복용해야 하는 단점이 있다. 기계식 판막의 항혈전성을 개선하기 위하여 많은 연구가 진행되어 왔으나, 혈전 생성은 인체의 정상적인 생리기능으로서 완전히 방지하기 어렵고 그 생성 기구 (mechanism)도 완전히 규명되지 못하고 있는 현실이다.

협착된 관상동맥 질환을 치료하기 위하여 관상동맥내에 동맥내풍선카데타 (intraaortic baloon cathetor)를 삽입하여 혈관을 확장시키는 경피관상동맥확장술 (percutaneous transluminal coronary angioplasty)이 많이 시술되고 있다. 이 시술은 비교적 결과가 양호하고 시술 방법 및 시술 기구가 계속적으로 발전하고 있으나, 급성 폐색 (chronic closure) 및 재협착 (restenosis)과 같은 문제점이 여전히 해결되지 못하고 있다.

스텐트는 이러한 재협착을 방지하기 위하여 시술 후 혈관 내부에 삽입되어 혈관을 지지하여 주는 스프링 모양의 금속 이식물로서, 최근에 그 사용이 확대되고 있다. 스텐트의 재질은 스텐레스 스틸, 탄탈륨 (tantalum) 및 티타늄-니켈 합금 등으로, 풍선형 및 튜브형 등 다양한 형태가 개발 사용되고 있다. 그러나 스텐트를 이식한 후에도 재협착의 예방이 20-30% 정도는 실패하고 있는데, 그 주된 원인은 급만성 혈전 생성과 스텐트 시술 상처로 인한 혈관 내벽의 평활근 세포 (smooth muscle cell)의 이상증식 (proliferation)에 따른 재협착 때문인 것으로 밝혀졌다.

금속은 재료의 특성상 표면에 혈전이 쉽게 형성된다. 금속의 표면은 일반적으로 양 (positive) 전하를 띠고 있어 음 전하를 띠고 있는 혈액과 상호작용이 크며, 금속은 또한 임계 (critical)표면장력이 커서 혈전생성이 쉬운 것으로 설명되고 있다 (M.F.A.Goosen 등, Biomaterials 17, 685-694, 1996 참조).

스텐레스 스틸 등의 재질로 제조된 스텐트 표면에 금, 백금, 또는 은 및 이들의 합금 박막을 증착시켜 알레르기반응을 줄이고 항혈전성을 개선하려고 시도한 예가 보고된 바 있다 (미국 특허 제5,824,045호 (E.Alt) 또는 미국 특허 제5,976,169호 (M.A.Imran) 참조). 그러나 그의 항혈전 효과는 우수하지 못하였다. 또한, 아르미니 (A.J.Armini)는 미국 특허 제5,919,126호에서 스텐레스 스틸, 티타늄, 또는 니켈-티타늄 합금 재질의 스텐트 표면에 금, 백금, 티타늄, 또는 니켈 등의 박막을 증착하고 방사성 동위원소를 주입하여 베타선 방출에 의한 재협착 방지형 스텐트를 고안한 예도 있다.

금속은 또한 유기 재료인 고분자와 달리 화학적으로 활성이 있는 관능기가 없으므로 화학적 개질이 불가능하다. 금속 특히 스텐트 표면을 개질하기 위하여 PEG, 폴리비닐알콜, 또는 유사한 친수성 고분자들을 적용한 예가 있지만 (미국 특허 제5,843,172호 (J.Y.Yan) 및 미국 특허 제 5,897,911호 (J.P.Loeffler) 참조), 금속 표면에 단순히 코팅된 것이므로 접착력이 우수하지 못하고 항혈전성 효과도 만족할 만한 수준이 아니었다.

그밖에도, 스텐트의 항혈전성을 개선하기 위하여 표면에 고분자를 코팅하는 연구가 다수 진행되었다. 예를 들면, 나일론 그물로 표면을 덮어 주는 방법 (T.Yoshioka 등 Am. J.Radiol. 15, 673-676, 1988 참조), 실리콘 (T.Roeren 등Radiology 174, 1069, 1990 참조) 또는 폴리우레탄 (I.K.De Scheerder 등 J.Am.Coll.Cardiol. 23, 186A, 1994 참조)으로 코팅하는 방법 등이 제안되었으나 만족할 만한 결과를 얻지 못하였다.

또한, 스텐트, 카데타 및 의료용 금속 기재에 고분자 (S.Stheth 등 J.Am.Coll.Cardiol. 23, 187A, 1994 참조)나 피브린 (R.S.Schwartz 등 J.Am.Coll.Cardiol. 19, 171A, 1992 참조)을 코팅하거나, 또는 덱사메타존 (A.M.Lincoff 등 J.Am.Coll.Cardiol. 23, 18A, 1994 참조) 등 약제를 함유하는 고분자를 코팅하여 약제를 서서히 방출시키는 방법들이 연구되었으나 항혈전성 효과를 나타내지 못하였다.

헤파린 (heparin)은 최근 임상에서, 예를 들면, 인공신장 또는 인공심폐기 시술 시 체내에 주입하여 사용되고 있는 항혈전제로서, 혈전 생성 억제 효과가 있음이 널리 알려져 있다. 또한, 헤파린은 항혈전성 이외에도 평활근 세포의 증식을 억제하는 특성이 있음이 보고된 바 있다 (Guyton 등, 'Inhibition of rat arterial smooth muscle cell proliferation by heparin', Cir.Res. 46, 625-634, 1980; Cavender 등, 'The effects of heparin bonded tantalum stents on thrombosis and neointimal proliferation', Circulation 82, III-541, 1990). 따라서, 헤파린을 의료용 금속, 특히 스텐트에 결합시키면 스텐트 시술 시에 혈전 생성을 방지하고 혈관 벽의 평활근 세포의 증식을 억제하므로 재협착을 효과적으로 억제할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

헤파린은 체내에서 합성되는 다분산성 다당류로서 다량의 술폰산기와 소량의카르복실기, 히드록실기 및 아미노기를 함유하며, 전체적으로는 음 전하를 띠고 있다. 헤파린은 종류에 따라 7,000-20,000의 고분자량 천연 헤파린 및 이로부터 분리되어 제조된 2,000-5,000의 저분자량 헤파린이 있는데, 저분자량이 항혈전성이 더 큰 것으로 보고되었다 (R.D.Rosenberg, Heparin: New biomedical and medical aspects, W.de Gruyter, Berlin, 1983). 또한, 헤파린은 경우에 따라 산화 등 적당한 방법으로 분해하여 사용하기도 한다 ( F.Lundberg 등, Biomaterials 19, 1727-1733, 1998).

헤파린을 기재에 물리적으로 코팅하거나 화학적으로 결합시켜 항혈전성을 개선시킨 의료용 제품, 예를 들면, 카데타, 혈액회로 등은 이미 개발 사용되고 있다 (예를 들면, J.M.Toomasian 등 'Evaluation of Duraflo II heparin coating in prolonged extra-corporeal membrane oxygenation', ASAIO Trans. 34, 410-414, 1988; J.Sanchez 등, 'Control of contact activation on end-point immobilized heparin', J. Biomed. Material Res. 29, 655-661, 1995 등). 이들 관련된 논문 및 특허에서 기술된 바에 의하면, 헤파린을 코팅하거나 결합시키는 방법은 매우 다양하다. 예를 들면, 기재 (基材)에 양이온성 화합물 및 고분자를 코팅하고 그 위에 음 전하의 헤파린을 이온결합에 의하여 코팅하는 방법, 헤파린을 분산 또는 용해시킨 고분자 및 히드로겔 (hydrogel)을 기재에 코팅하는 방법들이 사용되었다. 그러나, 이렇게 코팅된 헤파린은 사용시 체액 및 주사액 중으로 서서히 방출되기 때문에 항구적이지 못하다. 헤파린을 함유한 고분자 (미국 특허 제5,980,972호 (N.Ding 등) 참조) 및 히드로겔 (미국 특허 제5,954,706호 (R.A.Sahatjian 등) 참조)을 코팅한 방법들이 보고되었으나, 상기한 바와 같이 헤파린이 코팅되어 점차로 방출 소실되는 시스템이므로 효과가 항구적이지 못한 단점이 있다.

근래에 여성 호르몬제인 에스트라디올 유도체, 특히 17β-에스트라디올이 혈관 벽의 평활근 세포의 증식을 억제하여 재협착을 효과적으로 억제하는 것으로 보고되었다 (T.F.Luescher 등, '17β-Estradiol inhibits proliferation and migration of human vascular smooth muscle cells', Cardiovascular Research 32, 980-985, 1996). 따라서, 에스트라디올 및 그의 유도체를 이용한 처리 요법이 연구되고 있으나, 금속에 결합시켜 항구적으로 기능을 발현시킨 연구의 예는 아직 보고되지 않고 있다.

본 발명자들은 상기한 선행 기술의 단점을 극복하기 위해 예의 연구를 거듭하여 금속 표면에 안정하게 입혀진 금 또는 은 박막 위에 흡착된 황 화합물을 이용하면 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질을 결합시킬 수 있으며, 따라서, 항혈전성과 생체 적합성을 월등히 개선시킬 수 있음을 발견하였다. 즉, 발명자들은 금속 표면에 안정하게 입혀진 금 또는 은 박막, 이 박막과 전하이동착화합물 (charge transfer complex)을 형성하여 강하게 흡착된 황 화합물, 이 황 화합물과 화학적으로 결합된 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질로 이루어진 금속 표면을 고안하여 상기한 문제점들을 해결하고자 하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 전기도금법, 진공증착법 (vacuum vapor deposition) 또는 이온 스퍼터링법 (ion sputtering)에 의해 금속 표면에 금 또는은 박막을 입히고, 금 또는 은 박막에 강하게 흡착되는 황 화합물을 부착시킨 후에, 흡착된 황 화합물의 관능기를 이용하여 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질을 화학적으로 결합시킴으로써 항혈전성 및 생체 적합성이 대폭 개선된 의료용 금속 재료를 제조하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질의 항혈전성 및 평활근 세포의 성장 억제 기능으로 인하여 혈전 생성이 감소되고 평활근 세포의 성장을 감소시키는 금속 재료를 이용한 순환계 의료용 기구, 특히 스텐트, 인공심장판막 및 카데타 부품을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 일면에 따르면,

기재 (基材) 금속,

상기 기재 금속의 표면에 피복된 금 또는 은 박막,

상기 금 또는 은 박막 위에 흡착된 관능성 황 화합물,

상기 황 화합물의 관능기에 화학적으로 결합된 생리활성 물질을 포함하는 의료용 금속 재료가 제공된다.

본 발명의 의료용 금속 재료에 있어서, 기재 금속으로 사용될 수 있는 금속에는 철, 스텐레스 스틸, 니켈, 크롬, 구리, 티타늄, 탄탈륨 및 이들의 합금 등이 포함되지만 원칙적으로 제한이 없다.

본 발명에 따라 기재 금속 표면에 피복되는 금 또는 은 박막의 두께는 통상수십 ㎛ 이하이지만, 수백 ㎛ 까지도 가능하며, 전형적으로 0.1 내지 100 ㎛이다.

한편, 경우에 따라 기재 금속 표면과 금 등의 박막 사이에 두께 0.01 내지 1 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 ㎛의 크롬이나 티타늄 초박막이 삽입될 수 있다 (미국 특허 제5,919,126호 (A.J.Armini) 참조).

이어서, 금 또는 은 박막의 표면에는 관능성 황 화합물이 전하이동착화합물을 형성함으로써 화학적으로 흡착 (chemisorption)되어 자기조립 단분자막 (self-assembled monolayer)을 형성한다. 이와 같은 관능성 황 화합물은 알칸티올 (alkanethiol), 디알킬술피드 (dialkylsulfide), 디알킬디술피드 (dialkyldisulfide), 알킬크산테이트 (alkylxanthate) 및 디알킬티오카바메이트 (dialkylthiocarbamate) 등에 관능기를 결합시켜 제조한다.

보다 구체적으로, 본 발명에 사용될 수 있는 관능성 황 화합물은 하기 화학식 1 내지 8로 나타내어질 수 있는 화합물이다. 하기 화학식 6, 7 또는 8의 화합물은 또한 그의 염 또는 에스테르 형태로 사용될 수 있다.

Y-R-SH

Y-R-S-R'-Y

Y-R-S-R'

Y-R-S-S-R'-Y

Y-R-S-S-R'

Y-R-O-CSSH

(Y-R)₂-N-CSOH

Y-R-NR-CSOH

(상기 식들에서,

Y는 히드록실기, 아미노기, 이소시아네이트기, 알데히드기, 카르복실기 또는 그의 산염화물기, 산무수물기, 산아미드기, 에폭시기, 숙신이미딜에스테르기, 숙신이미딜카르보네이트기, 트레실릴기, 옥시카르보닐이미다졸기 또는 니트로페닐카르보네이트기이고,

R 및 R'은 독립적으로 탄소수 2 내지 25개의 알킬기이다)

화학식 1로 나타내어질 수 있는 알칸티올계 관능성 황 화합물의 예로는 메르캅토에탄올, 메르캅토프로판올, 메르캅토부탄올, 아미노에탄티올, 아미노메틸프로판티올, 메르캅토아세트산, 메르캅토프로피온산, 메르캅토숙신산, 티오락트산 및 이들의 치환된 유도체 등이 있지만 이에 제한되지 않는다.

화학식 2 또는 3으로 나타내어질 수 있는 디알킬술피드계 관능성 황 화합물의 예로는 티오디에탄올, 티오디프로판올, 메틸티오에탄올, 메틸티오프로판올, 메틸티오부탄올, 에틸히드록시에틸술피드, 글루코즈디메틸메르캅탈, 티오에틸에틸아민, 티오디글리콜산, 티오디프로피온산, 메틸티오아세트산 및 이들의 치환된 유도체 등이 있지만 이에 제한되지 않는다.

화학식 4 또는 5로 나타내어질 수 있는 디알킬디술피드계 관능성 황 화합물의 예로는 히드록시에틸디술피드, 시스타민, 디티오디프로피온산, 디티오디부티르산 및 이들의 치환된 유도체 등이 있지만 이에 제한되지 않는다.

이렇게 금 또는 은 박막의 표면에 흡착된 관능성 황 화합물의 결합력은 매우 강하여 다소의 마찰이나 약한 산 또는 알카리 및 진하지 않은 용매 등 여러 화학적 분위기에서도 안정하므로 의료용으로 사용하거나 인체에 적용하여도 아무런 위험성이 없다.

본 발명에서 사용될 수 있는 생체 활성 물질로는 헤파린을 들 수 있다. 헤파린은 술폰산기를 비롯하여 카르복실기, 히드록실기 및 아미노기를 함유하고 있으며, 적절한 조건하에서 부분적으로 산화시키면 알데히드기를 도입할 수도 있다 (F.Lundberg 등, Biomaterials 19, 1727-1733, 1998). 따라서, 적절한 반응 조건 하에서 금 또는 은 박막 위에 흡착된 황 화합물의 관능기 (Y)를 이용하여 헤파린을 직접 결합시킬 수 있다. (R.D.Rosenberg, Heparin: New biomedical and medical aspects, W. de Gruyter, Berlin, 1983 등 참조).

한편, 헤파린의 화학적 결합시에 기재의 종류, 결합 방법 및 반응 조건에 따라 결합된 헤파린의 활성이 감소하는 경우가 많다. 이러한 현상은 헤파린 뿐만 아니라 에스트라디올 유도체에서도 나타날 수 있으며, 이는 일반적인 효소 및 생리활성 물질이 재료 표면에 고정 (immobilization)되는 경우에, 자유상태에 비하여 그 형태 (conformation)가 변하고 활동도 (mobility)가 감소함에 따라 생리활성이 감소되기 때문이다. 이러한 문제점은 기재와 헤파린 등의 생리활성 물질 사이에 격리 단위 (spacer)를 도입하면 해결될 수 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 또 다른 바람직한 생리활성 물질로서는 에스트라디올 (estradiol) 및 그의 유도체가 있다. 이들은 여성 호르몬으로서, 폐경기가 지난 여성들에서처럼 이러한 여성 호르몬이 부족되면, 골다공증 및 순환계 질환이 증가한다. 이에 대한 치료법으로는 호르몬 제제를 직접 투여하는 호르몬 치료법이 효과적으로 사용되고 있다.

이들 여성 호르몬들은 아주 낮은 농도에서도 혈관 벽의 평활근 세포의 성장이나 전이를 강력하게 억제하는 능력이 있는 것으로 보고되고 있다. 구체적인 예로는 17β-에스트라디올, α-에스트라디올, 에스트론, 에스트리올, 및 에스트라디올의 유도체인 에스트라디올벤조산 (benzoate)와 에스트라디올시피온산 (cypionate)들이 있다.

에스트라디올계 화합물은 알콜성 및 페놀성 히드록실기의 2개의 관능기를 가지고 있으며, 상기한 유도체들은 각각의 히드록실기에 벤조산 또는 시피온산을 결합시켜 제조된 것이다. 에스트라디올계 화합물은 상기 히드록실 관능기를 이용하여 기재 표면의 관능성 황 화합물과 화학적 결합을 진행할 수 있는 것으로 생각된다. 이에 대해서는 당업계에 아직까지 보고된 예가 없고, 이렇게 기재에 결합된에스트라디올계 화합물의 생리적 활성도에 대한 평가도 드물다.

에스트라디올계 화합물의 작용기전이 혈관 벽의 수용체 (receptor)에 작용하는 것을 고려하면 기재 표면에 결합 후에도 그 생리적활성도가 충분히 발현될 것이다. 더욱이 상기한 바와 같이 격리 단위를 도입하면 더욱 유리할 것이다.

본 발명의 다른 면에 따르면,

기재 금속,

상기 기재 금속의 표면에 피복된 금 또는 은 박막,

상기 금 또는 은 박막 위에 흡착된 관능성 황 화합물,

상기 황 화합물의 관능기에 화학적으로 결합된 다관능성 격리 단위, 및

상기 다관능성 격리 단위에 결합된 생리활성 물질을 포함하는 의료용 금속 재료가 제공된다.

본 발명에 따라 황 화합물의 관능기에 화학적으로 결합되는 격리 단위 화합물로는 금 또는 은 박막 위에 흡착된 황 화합물의 관능기 (Y)와 결합이 가능하고 동시에 헤파린의 관능기 (X)와도 결합이 가능한 2개 이상의 관능기 (Z 및 Z', Z와 Z'는 동일할 수 있음)를 포함하는 다관능성 (difunctional 또는 polyfunctional)을 갖고, 통상 분자량이 수십 내지 수천의 수용성 고분자 및 유연한 고리 (chain)을 가진 알킬 또는 실록산계의 고분자가 사용된다. 이러한 다관능성 격리 단위 화합물의 예로는 알킬렌글리콜, 폴리알킬렌글리콜, 다가 (多價) 알콜, 폴리비닐알콜, 폴리히드록시알킬 (메타)아크릴레이트, 다가 (多價) 지방산, 폴리(메타)아크릴산, 다관능성 폴리실록산, 알킬비닐에테르-무수말레인산 공중합체, 다가 (多價) 아미노화합물, 다가 에폭시 화합물 및 이들의 치환된 유도체 등이 있지만 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질이 결합된 의료용 금속 재료의 제조 방법은

(1) 기재 금속의 표면에 금 또는 은 박막을 피복하는 단계,

(2) 상기 금 또는 은 박막 위에 관능성 황 화합물을 흡착시키는 단계, 및

(3) 상기 황 화합물의 관능기에 생리활성 물질을 화학적으로 결합시키는 단계

를 포함한다.

단계 (1)에서, 기재 금속에 금 또는 은 박막을 입히는 방법으로는 전기도금법, 화학증착법, 이온 스퍼터링법 및 열증착법 (thermal vapor deposition) 등이 이용될 수 있다.

전기도금법은 시안화금 또는 시안화은 용액 등을 도금액으로 사용하고, 6 볼트 내외의 전압을 걸어 금 또는 은 피막을 도금하는 방법으로, 기재의 형상이 복잡하더라도 균일하게 도금되는 잇점이 있다. 열증착법은 10^-8㎜Hg 이하의 초진공 상태 하에 박막 물질을 그의 융점 가까운 높은 온도에서 기화 증착시키는 방법이다. 이온 스퍼터링법은 역시 초진공 상태에서 전류 에너지로 박막 물질을 이온화 증착시키는 방법으로, 금속에 금, 은 및 알루미늄 등의 박막을 진공 증착하는 예가 잘 알려져 있다. 그러나, 복잡한 모양의 기재는 고르게 증착되기 어려운 단점이 있다. 화학증착법은 기재 표면에서 박막 물질이 분해 반응되며 박막을 형성하는 방법으로서 상온 및 저압에서 가능하지만, 본 발명에 따른 의료용 금속 재료를 제조하는 데는 적합하지 않다.

사용된 금 또는 은 박막 피복 방법에 따라 박막의 평활도 (roughness), 안정성 및 내마모성에 있어서 다소 차이가 있을 수 있으나, 상기 통상적인 방법을 사용하면, 일반적으로 마찰에도 견딜 수 있는 안정한 박막이 형성된다.

단계 (2)의 관능성 황 화합물 흡착 단계에서, 관능성 황 화합물은 전하이동착화합물을 형성하여 금 또는 은 박막 표면에 화학적으로 흡착함으로써 자기 조립 단분자막을 형성한다. 이와 같은 관능성 황 화합물로는 전술한 바와 같이, 알칸티올, 디알킬술피드, 디알킬디술피드, 알킬크산테이트 및 디알킬 티오카바메이트에 관능기 (Y)를 결합시켜 제조한 관능성 황 화합물을 사용할 수 있다. 관능성 황 화합물의 관능기 (Y)는 단계 (3)에서 결합될 헤파린의 관능기 (X), 에스트라디올 유도체의 히드록실 관능기 또는 격리 단위 화합물의 관능기 (Z, Z')와 반응할 수 있는 것으로, 히드록실기, 아미노기, 이소시아네이트기, 알데히드기, 카르복실기 또는 그의 산염화물기, 산무수물기, 산아미드기, 에폭시기, 숙신이미딜에스테르기, 숙신이미딜카르보네이트기, 트레실릴기, 옥시카르보닐이미다졸기, 니트로페닐카르보네이트기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 사용될 수 있는 관능성 황 화합물로는 상술한 바와 같이 메르캅토에탄올, 메르캅토프로판올, 메르캅토부탄올, 아미노에탄티올, 아미노메틸프로판티올, 메르캅토아세트산, 메르캅토프로피온산, 메르캅토숙신산,티오락트산 등과 같은 알칸티올계 황 화합물; 티오디에탄올, 티오디프로판올, 메틸티오에탄올, 메틸티오프로판올, 메틸티오부탄올, 에틸히드록시에틸술피드, 글루코즈디메틸메르캅탈, 티오에틸에틸아민, 티오디글리콜산, 티오디프로피온산, 메틸티오아세트산 등과 같은 디알킬술피드계; 히드록시에틸디술피드, 시스타민, 디티오디프로피온산, 디티오디부티르산 등과 같은 디알킬디술피드 등을 들 수 있으며, 적당한 치환반응을 통하여 이들 화합물에 상기한 관능기 및 다른 관능기들을 도입할 수 있다. 알킬크산테이트계 황 화합물 및 디알킬티오카바메이트계 황 화합물은 실제로 적당한 관능기 Y를 함유하는 유도체들로서 판매되는 경우가 드물며, 당 업계에 공지된 방법을 이용하여 상응하는 출발 물질로부터 제조하여 사용할 수 있다.

이러한 관능성 황 화합물은 일반적으로 은 보다는 금 표면에 더욱 쉽고 안정하게 부착된다고 보고되어 있다 (A. Ulman Chem. Rev. 96, 1533-1554, 1996 참조). 관능성 황 화합물의 흡착 공정은 상기 관능성 황 화합물을 묽은 용액으로 제조하고, 여기에 금속 시편을 상온에서 6 내지 24 시간 담지시켜 수행한다. 황 화합물의 용매로는 주로 알콜이 사용되고, 0.5 내지 5 mMol, 바람직하게는 1 내지 3 mMol 농도의 용액을 사용한다.

단계 (3)에서는, 금 또는 은 표면에 흡착된 관능성 황 화합물에 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질을 화학적으로 직접 결합시키거나 또는 바람직하게는 황 화합물에 격리 단위 화합물을 결합시킨 후에 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질을 결합시킨다.

서로 결합이 가능한 헤파린의 관능기 (X)와 황 화합물의 관능기 (Y)를 표 1에 요약하였다. 에스트라디올 유도체는 관능기로서 알콜성 및 페놀성 히드록실기를 가지고 있으므로 유사한 반응으로 결합시킬 수 있다. 이러한 관능기 (X)와 (Y)의 결합 반응은 당 업계에서 공지된 적절한 촉매 및 반응 방법에 따라 수행될 수 있다.

헤파린의 관능기 (X)	황 화합물의 관능기(Y)
-히드록실기	-카르복실기 및 유도체인 산염화물, 산무수물, 산아미드기-이소시아네이트기,-알데히드기,-숙신이미딜에스테르기, 숙신이미딜카르보네이트기, 트레실릴기, 옥시카르보닐이미다졸기, 니트로페닐카르보네이트기
-아미노기	-카르복실기 및 유도체인 산염화물, 산무수물, 산아미드기-이소시아네이트기,-알데히드기,-에폭시기-숙신이미딜에스테르기, 숙신이미딜카르보네이트기, 트레실릴기, 옥시카르보닐이미다졸기, 니트로페닐카르보네이트기
-카르복실기	-아미노기,-산염화물, 산무수물, 산아미드기,-이소시아네이트기,-에폭시기
-알데히드기	-아미노기,-히드록실기

또한, 상술한 바와 같이, 결합될 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질의 생리활성을 극대화시키기 위하여 헤파린 또는 에스트라디올계 화합물 등의 생리활성 물질과 황 화합물 사이에 격리 단위 화합물을 도입할 수 있다. 격리 단위는 통상 분자량이 수십 내지 수천의 수용성 고분자 및 유연한 고리를 가진 알킬 또는 실록산계의 고분자를 사용할 수 있다. 그러나, 일반적으로 친수성화합물이 소수성 화합물 보다 혈액과 접촉 시에 혈전 생성이 적으므로 친수성 화합물이 격리 단위 화합물로서 유리하다. 격리 단위 화합물은 황 화합물의 관능기 (Y) 및 헤파린의 관능기 (X) 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질의 관능기와 결합이 가능하도록 2개 이상의 관능기 (Z 및 Z', 여기서 Z와 Z'는 동일하거나 상이할 수 있음)를 포함하여야 한다.

이러한 다관능성 격리 단위 화합물로는 알킬렌글리콜, 폴리알킬렌글리콜, 다가 알콜, 폴리비닐알콜, 폴리히드록시알킬(메타)아크릴레이트, 다가 지방산, 폴리(메타)아크릴산, 다관능성 폴리실록산, 알킬비닐에테르-무수말레인산 공중합체, 다가 아미노 화합물, 다가 에폭시 화합물 및 이들의 치환된 유도체 등이 있지만 이에 제한되지 않는다. 황 화합물의 관능기 (Y) 및 헤파린의 관능기 (X) 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질의 관능기와 이들 다관능성 격리 단위 화합물의 관능기 (Z, Z')의 결합 반응은 당 업계에서 공지된 적절한 촉매 및 반응 방법에 따라 수행될 수 있다.

금 또는 은 박막에 흡착시킬 수 있는 관능성 황 화합물과 여기에 결합시킬 격리 단위 화합물의 유도체는 원칙적으로 선택이 무한정하여 구입가능하거나, 공지된 방법을 이용하여 구입가능한 화합물로부터 제조할 수 있다. 가능한 한, 원료를 구득하기 쉽고 제조 방법이 편리하고 간단하며 비용이 적게 들어 경제적으로 유리한 경로를 탐구하여야 한다. 즉, 아래의 반응식 1과 같이 황 화합물들은 헤파린의 관능기 (X) 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질과 결합이 가능한 관능기 (Y)를 함유하도록 반응을 설계하여야 한다. 또는, 반응식 2와 같이 황 화합물들은격리 단위 화합물의 관능기 (Z, Z')와 결합할 수 있는 관능기 Y를 함유하고, 격리 단위 화합물의 관능기 (Z, Z')들은 황 화합물의 관능기 (Y)와 헤파린의 관능기 (X) 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질 관능기와 모두 결합이 가능하도록 반응을 설계하여야 한다.

금속/금 또는 은 박막/황 화합물-R-Y + X-헤파린 또는 에스트라디올 유도체 → 금속/금 또는 은 박막/황 화합물-R-Y-X-헤파린 또는 에스트라디올 유도체

금속/금 또는 은 박막/황 화합물-R-Y + Z-격리 단위 화합물-Z' + X-헤파린 또는 에스트라디올 유도체 →

금속/금 또는 은 박막/황 화합물-R-Y-Z-격리 단위 화합물-Z'-X-헤파린 또는 에스트라디올 유도체

(상기 식에서, R은 탄소수 2 내지 25개의 알킬기이다)

이러한 관능기들의 반응을 보다 정량적으로 진행시키기 위하여, 적당한 촉매, 즉, 에스테르화반응 촉매, 아미드화반응 촉매 등의 치환 및 부가반응 촉매를 사용할 수 있다. 또한, 이러한 관능기들의 반응은 특별한 경우를 제외하고는 수용액 더욱 바람직하기로는 완충용액 중에서 반응시키며, 반응 특성에 따라 산성 및 염기성 pH로 조정하여 실행한다.

본 발명에 따라 표면 개질된 의료용 금속 재료의 특성은 접촉각 (일본 Kyowa Interface Sci.사, 모델 CA-DT 11931)을 측정하여 개질 표면의 친수성을 평가함으로써 이루어진다. 시편의 크기는 1x3 ㎝이고 2차 증류수를 사용한다.

항혈전성은 하기와 같은 '혈소판의 부착 측정 방법'으로 평가한다. 표면 개질된 금속 시편(크기 1x1 ㎝)을 1회용 주사기 안에 넣고 2 ㎖ 인산염 완충용액을 첨가한다. 인산염 완충용액을 사람의 혈소판 부화 (platelet rich) 혈장 (혈소판 52x10⁴개/㎕) 2 ㎖로 대체하고 주사기를 37℃로 조절된 진탕 인큐베이터에 걸어서 일정 시간 동안 유지한다. 주사기를 회수하여 혈장 내의 점착되지 않은 혈소판을 쿨터 계측기 또는 혈구계산기로 측정하여 점착된 혈소판을 역산출한다(이희정 등, Polymer(Korea), 21, 1045-1052, 1997 참조).

표면의 화학조성은 ATR FT-IR (attenuated total reflectance fourier transform infrared: 감쇠 전반사 퓨리에 변환 적외선법) 및 ESCA(electron spectroscopy for chemical analysis: 화학분석용 전자 스펙트럼)로 분석한다. ATR FT-IR은 Bruker FT-IR (IFS 66사, 독일) 기기로 KRS-5 결정을 사용한다. ESCA 2803-S (SSI사, 미국)는 AlKα x-ray를 이용한다.

도입된 헤파린의 양은 변성 스미쓰 (Smith) 법인 톨루이딘블루 (toluidine blue)법으로 측정한다 (P.K.Smith 등 'Colorimetric method for the assay of heparin content in immobilized heparin preparations', Anal. Biochem. 109, 466-473, 1980). 즉, 일정량의 헤파린을 0.2% NaCl 수용액 2 ㎖에 녹여 농도 0.0001 내지 0.002 무게%의 헤파린 표준용액들을 만들었다. 이 용액들에 각각 톨루이딘블루 용액 (25 ㎎/0.01N 염산 500 ㎖) 3 ㎖와 헥산 3 ㎖를 첨가하고 1분간 교반한다. 물층과 헥산층이 분리되면, 분리된 물층을 취하여 자외선 흡수도를 631㎚에서 측정하여 표준 흡수도곡선을 제작하였다. 헤파린이 결합된 금속 시편을 0.2% NaCl 용액 6 ㎖에 넣고, 톨루이딘블루 용액 9 ㎖와 헥산 9 ㎖를 첨가하였다. 같은 방법으로 측정된 자외선 흡수도를 표준 흡수도곡선과 비교하여 도입된 헤파린의 농도를 결정하였다.

하기 실시예로서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다. 실시예에서 기재 금속에 금 또는 은 박막을 형성하는 방법은 하기 박막공정에 따른다.

〈박막공정〉

1. 열증착 공정

크롬산 (미국 Aldrich사) 포화용액으로 수세한 금속 시편을 열증착기 (미국 MDC사 모델 RH900)에 장치하였다. 보트형의 몰리브덴 증발로와 시편의 거리를 20 ㎝로 유지하고, 증발로의 온도를 약 1200℃로 조정하여 약 1x10^-8torr의 진공상태에서 1시간 동안 크롬 또는 티타늄을 증착하여 20 Å 두께로 크롬 또는 티타늄 초박막을 입혔다. 이어서 3시간 동안 금 또는 은을 증착시켜 약 20 ㎛ 두께의 금 또는 은 박막을 형성시켰다.

2. 이온 스퍼터링 공정

크롬산 (미국 Aldrich사) 포화용액으로 수세한 금속 시편을 이온 스퍼터링기 (일본 Eiko사 IB-3 기종)에 장치하고 1x10^-6torr의 진공상태에서 이온 전류를 7 mA로 조절한 후 40분 동안 크롬 또는 티타늄을 증착하여 20 Å 두께로 크롬 또는 티타늄 초박막을 입혔다. 계속하여 1시간 동안 금 또는 은을 증착시켜 약 30 ㎛ 두께의 금 또는 은 박막을 형성시켰다.

3. 전기도금 공정

크롬산 (미국 Aldrich사) 포화 용액으로 수세한 금속 시편을 시안화금 또는 시안화은 (미국 Aldrich사) 15 g/ℓ, 시안화칼륨 100 g/ℓ, 이황화탄소 0.01 g/ℓ를 함유하는 전해조 용액 500 ㎖의 음극에 위치시키고, 양극에는 백금 시편을 장치하였다. 6볼트의 전압에 연결하고 10분 동안 약 25 ㎛ 두께의 금 또는 은을 도금하였다.

〈실시예 1〉

상기 박막공정에 따라 금 또는 은 박막, 또는 경우에 따라 크롬 초박막과 금 또는 은 박막을 입힌 스텐레스 스틸 316 시편 (한국특수강사)을 1 mM 농도의 4,4'-디티오부티르산 (미국 Aldrich사)의 에탄올 용액 15 ㎖에 12시간 침적시킨 후 꺼내어 증류수로 충분히 세척하였다. 이어서, 처리된 금속 시편을 디아미노PEG (일본유지공업사, 분자량 1,000) 5%w/v 수용액 15 ㎖에 넣고 카르보디이미드 (미국 Aldrich사) 15 ㎎을 첨가하여 24 시간 반응시켰다. 이어서, 카르보디이미드 15 ㎎을 함유하는 농도 1% w/v의 헤파린 (미국 Sigma사, I-A급, 1백만 단위, 활성도 USP 170 unit/㎎) 수용액 15 ㎖에 넣어 24 시간 반응시켰다.

ESCA 분석치는 디티오부티르산이 흡착된 표면에서 탄소 66.8%, 산소 23.7%, 황 9.5%이었고, PEG 유도체가 결합된 표면에서 탄소 63.5%, 산소 31.1%, 황 5.4%이었으며, 헤파린이 결합된 표면에서 탄소 65.5%, 산소 29.6%, 황 4.4%. 질소 0.5%이었다. 이로써, 반응이 목적한 바대로 진행되었음을 확인하였다.

금속 시편에 결합된 헤파린의 양은 4.85 ㎍/㎠이었다. 헤파린이 처리된 스텐레스 스틸의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 완전히 젖은 (wetting) 상태로서 미처리 시편 56.3도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착율은 혈소판 부착실험 개시 후 60분을 기준으로 처리한 스텐레스 스틸 표면에 부착된 혈소판이 미처리 스텐레스 스틸 표면에 부착된 것보다 약 70% 감소하여 우월한 항혈전성을 나타내었다.

〈실시예 2〉

상기 박막공정에 따라 금 또는 은 박막, 또는 경우에 따라 티타늄 초박막과 금 또는 은 박막을 입힌 니켈-티타늄 합금 (미국 NiTi Development Co.사, 니켈 54% 티타늄 46%) 시편을 1 mM 농도의 시스타민 이염화수소물 (미국 Aldrich사)의 메타놀 용액 15 ㎖에 6시간 침적시킨 후 꺼내어 증류수로 충분히 세척하였다. 이어서, 시편을 디에폭시PEG (일본 나가세케미칼사, Denacol EX-861, 분자량 900)의 5%w/v 테트라히드로퓨란 용액 15 ㎖에 넣고 트리에틸아민(미국 Aldrich사) 15 ㎎을 첨가하여 24시간 반응시켰다. 이어서, 1% w/v 헤파린 (Sigma사, 분자량 약 3,000, 활성도 USP 30-50 unit/㎎) 포름아미드 용액 15 ㎖에 넣어 24 시간 반응시켰다.

ESCA 분석 결과 실시예 1에서와 같이 시스타민이 흡착된 표면에서 탄소가 검출되었고, FT-IR 분석에서 에폭시PEG가 결합된 것을 확인하였다. 금속 시편에 결합된 헤파린의 양은 4.24 ㎍/㎠이었다. 헤파린이 처리된 니켈-티타늄 합금의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 완전히 젖은 상태로서 미처리 시편 68.3도보다 크게친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착율은 혈소판 부착실험 개시 후 60분을 기준으로 처리한 니켈-티타늄 합금 표면에 부착된 혈소판이 미처리 니켈-티타늄 합금 표면에 부착된 것보다 약 50% 감소하여 우월한 항혈전성을 나타내었다.

〈실시예 3〉

상기 박막공정에 따라 금 또는 은 박막, 또는 경우에 따라 크롬 초박막과 금 또는 은 박막을 입힌 탄탈륨 시편 (미국 Aldrich사)을 1 mM 농도의 티오에틸에틸아민 염화수소물 (미국 Aldrich사)의 메탄올 용액 15 ㎖에 6시간 침적시킨 후 꺼내어 증류수로 충분히 세척하였다. 헤파린 (Sigma사, 1백만 단위, 활성도 USP 170 unit/㎎) 10g을 증류수 200 ㎖ 중에서 과산화요드산 나트륨 1 g과 암소에서 12시간 반응시킨 후에, 글리세롤 10 ㎖를 첨가하여 증류수 10 ㎖에 대하여 투석하고 건조시켰다. 이렇게 일부 산화된 헤파린은 알데히드기를 함유하였다 (F.Lundberg 등, Biomaterials, 19, 1727-1733, 1998 참조). 티오에틸에틸아민이 부착된 금속 시편을 위의 산화된 헤파린 수용액 (농도 1% w/v) 15 ㎖에 넣어 24시간 반응시켰다.

ESCA 분석 결과 실시예 1에서와 같이 티오에틸에틸아민이 흡착된 표면에서 탄소가 검출되었다. 금속 시편에 결합된 헤파린의 양은 2.24 ㎍/㎠이었다. 헤파린이 처리된 탄탈륨 시편의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 완전히 젖은 상태로서 미처리 시편 48.5도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착율은 혈소판 부착실험 개시 후 60분을 기준으로 처리한 탄탈륨 표면에 부착된 혈소판이 미처리 탄탈륨 표면에 부착된 것보다 약 40% 감소하여 우수한 항혈전성을 나타내었다.

〈실시예 4〉

상기 박막공정에 따라 금 또는 은 박막, 또는 경우에 따라 티타늄 초박막과 금 또는 은 박막을 입힌 니켈-티타늄 시편을 1 mM 농도의 아미노에탄티올 염화수소물 (미국 Aldrich사)의 에탄올 용액 15 ㎖에 12시간 침적시킨 후 꺼내어 증류수로 충분히 세척하였다. 이어서, 시편을 헤파린 (Sigma사, 분자량 약 3,000, 활성도 USP 30-50 unit/㎎) 수용액 (농도 1% w/v) 15 ㎖에 넣어 24 시간 반응시켰다.

ESCA 분석 결과 실시예 1에서와 같이 아미노에탄티올이 흡착된 표면에서 탄소가 검출되었다. 금속 시편에 결합된 헤파린의 양은 3.32 ㎍/㎠이었다. 헤파린이 처리된 니켈-티타늄 시편의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 완전히 젖은 상태로서 미처리 시편 68.3도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착율은 혈소판 부착실험 개시 후 60분을 기준으로 처리한 니켈-티타늄 표면에 부착된 혈소판이 미처리 니켈-티타늄 표면에 부착된 것보다 약 55% 감소하여 우월한 항혈전성을 나타내었다.

〈실시예 5〉

상기 박막공정에 따라 금 또는 은 박막, 또는 경우에 따라 크롬 초박막과 금 또는 은 박막을 입힌 스텐레스 스틸 316 시편 1 mM 농도의 시스타민 이염화수소물의 메탄올 용액 15 ㎖에 6시간 침적시킨 후 꺼내어 증류수로 충분히 세척하였다. 이어서, 합금 시편을 디옥시카르보닐이미다졸PEG (미국 Shearwater Polymers사, 분자량 1,000)의 수용액 (5% w/v) 15 ㎖에 넣어 24시간 반응시켰다. 이어서, 합금 시편을 헤파린 (Sigma사, 분자량 약 3,000, 활성도 USP 30-50 unit/㎎) 수용액 (농도 1% w/v) 15 ㎖에 넣어 24 시간 반응시켰다.

ESCA 분석 결과, 시스타민이 흡착된 표면에서 탄소가 검출되었고 PEG 화합물이 결합된 표면의 산소 조성이 증가하였다. 이로써, 반응이 목적한 바대로 진행되었음을 확인하였다. 금속 시편에 결합된 헤파린의 양은 3.47 ㎍/㎠이었다. 헤파린이 처리된 스텐레스 스틸의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 완전히 젖은 상태로서 미처리 시편 56.3도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착율은 혈소판 부착실험 개시 후 60분을 기준으로 처리한 스텐레스 스틸 표면에 부착된 혈소판이 미처리 스텐레스 스틸 표면에 부착된 것보다 약 62% 감소하여 우수한 항혈전성을 나타내었다.

〈실시예 6〉

상기 박막공정에 따라 금 또는 은 박막, 또는 경우에 따라 크롬 초박막과 금 또는 은 박막을 입힌 탄탈륨 시편을 1 mM 농도의 3-메르캅토-1-프로판올 (미국 Aldrich사)의 에탄올 용액 15 ㎖에 12시간 침적시킨 후 꺼내어 증류수로 충분히 세척하였다. 이어서, 처리된 금속 시편을 메틸비닐에테르-무수말레인산 공중합체 (미국 Aldrich사, 상품명 Gantrez, 분자량 80,000)의 5%w/v 테트라히드로퓨란 용액 15 ㎖에 넣고 카르보디이미드 15 ㎎을 첨가하여 24 시간 반응시켰다. 이어서, 카르보디이미드 15 ㎎을 함유하는 농도 1%w/v의 헤파린(Sigma사, 1백만 단위, 활성도 USP 170 unit/㎎)의 포름아미드 용액 15 ㎖에 넣어 24 시간 반응시켰다.

ESCA 분석 결과, 메르캅토프로판올이 흡착된 표면에서 탄소가 검출되었고, FT- IR 분석에서 무수말레인산 공중합체가 결합된 것을 확인하였다. 이로써, 반응이목적한 바대로 진행되었음을 확인하였다. 금속 시편에 결합된 헤파린의 양은 2.58 ㎍/㎠이었다. 헤파린이 처리된 탄탈륨의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 완전히 젖은 상태로서 미처리 탄탈륨 시편 48.5도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착율은 혈소판 부착실험 개시 후 60분을 기준으로 처리한 탄탈륨 표면에 부착된 혈소판이 미처리 스텐레스 스틸 표면에 부착된 것보다 약 63% 감소하여 우수한 항혈전성을 나타내었다.

〈실시예 7〉

상기 박막공정에 따라 금 또는 은 박막, 또는 경우에 따라 크롬 초박막과 금 또는 은 박막을 입힌 스텐레스 스틸 시편을 1 mM 농도의 3-메르캅토-1-프로판올 (미국 Aldrich사)의 에탄올 용액 15 ㎖에 12시간 침적시킨 후 꺼내어 증류수로 충분히 세척하였다. 이어서, 처리된 금속 시편을 메틸비닐에테르-무수말레인산 공중합체 (미국 Aldrich사, 상품명 Gantrez, 분자량 310,000)의 5%w/v 테트라히드로퓨란 용액 15 ㎖에 넣고 카르보디이미드 15 ㎎을 첨가하여 24 시간 반응시켰다. 이어서, 카르보디이미드 15 ㎎을 함유하는 농도 1%w/v의 에스트라디올 (Sigma사)의 에탄올 용액 15 ㎖에 넣어 24 시간 반응시켰다.

ESCA 분석 결과, 메르캅토프로판올이 흡착된 표면에서 탄소가 검출되었고, FT-IR 분석에서 무수말레인산 공중합체가 결합된 것을 확인하였다. 이로써, 반응이 목적한 바대로 진행되었음을 확인하였다. 에스트라디올이 처리된 스텐레스 스틸의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 완전히 젖은 상태로서 미처리 스텐레스 스틸 시편 56.3도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착율은 혈소판 부착실험 개시 후 60분을 기준으로 처리한 스텐레스 스틸 표면에 부착된 혈소판이 미처리 표면에 부착된 것보다 약 45% 감소하여 우수한 항혈전성을 나타내었다.

본 발명에 따라, 금 또는 은 박막을 입히고, 황 화합물을 결합시킨 후 헤파린 또는 에스트라디올 유도체 등의 생리활성 물질을 도입시킨 금속 재료는 항혈전성 및 생체적합성이 개선되어 스텐트, 인공심장판막 및 카데타와 같은 체내 이식용 금속 재료로 사용 시에 유리하다.

Claims

기재 (基材) 금속,

상기 기재 금속의 표면에 피복된 금 또는 은 박막,

상기 금 또는 은 박막 위에 흡착된 관능성 황 화합물,

상기 황 화합물의 관능기에 화학적으로 결합된 생리활성 물질을 포함하는 표면 개질된 의료용 금속 재료.
제1항에 있어서, 상기 생리활성 물질이 분자량 7,000 내지 20,000의 고분자량 천연 헤파린 또는 이로부터 분리된 분자량 2,000 내지 5,000의 저분자량 헤파린인 금속 재료.
제2항에 있어서, 헤파린이 천연 헤파린을 부분적으로 산화시킨 개질 헤파린인 금속 재료.
제1항에 있어서, 상기 생리활성 물질이 17β-에스트라디올, α-에스트라디올, 에스트론, 에스트리올, 및 에스트라디올의 유도체인 에스트라디올벤조산과 에스트라디올시피온산들로 이루어진 군으로부터 선택되는 에스트라디올계 화합물인 금속 재료.
제1항에 있어서, 황 화합물이 하기 화학식 1로 나타내어지는 것인 금속 재료.

<화학식 1>

Y-R-SH

상기 식에서,

Y는 히드록실기, 아미노기, 이소시아네이트기, 알데히드기, 카르복실기 또는 그의 산염화물기, 산무수물기, 산아미드기, 숙신이미딜에스테르기, 숙신이미딜카르보네이트기, 트레실릴기, 옥시카르보닐이미다졸기, 또는 니트로페닐카르보네이트기이고,

R은 탄소수 2에서 25까지의 알킬기이다.
제1항에 있어서, 황 화합물이 하기 화학식 2 또는 3으로 나타내어지는 것인 금속 재료.

<화학식 2>

Y-R-S-R'-Y

<화학식 3>

Y-R-S-R'

상기 식에서,

Y는 독립적으로 히드록실기, 아미노기, 이소시아네이트기, 알데히드기, 카르복실기 또는 그의 산염화물기, 산무수물기, 산아미드기, 숙신이미딜에스테르기, 숙신이미딜카르보네이트기, 트레실릴기, 옥시카르보닐이미다졸기, 또는 니트로페닐카르보네이트기이고,

R 및 R'은 독립적으로 탄소수 2에서 25까지의 알킬기이다.
제1항에 있어서, 황 화합물이 하기 화학식 4 또는 5로 나타내어지는 것인 금속 재료.

<화학식 4>

Y-R-S-S-R'-Y

<화학식 5>

Y-R-S-S-R'

상기 식에서,

Y는 독립적으로 히드록실기, 아미노기, 이소시아네이트기, 알데히드기, 카르복실기 또는 그의 산염화물기, 산무수물기, 산아미드기, 숙신이미딜에스테르기, 숙신이미딜카르보네이트기, 트레실릴기, 옥시카르보닐이미다졸기, 또는 니트로페닐카르보네이트기이고,

R 및 R'은 독립적으로 탄소수 2에서 25까지의 알킬기이다.
제1항에 있어서, 황 화합물이 하기 화학식 6으로 나타내어지는 화합물 또는 그의 염 또는 에스테르인 금속 재료.

<화학식 6>

Y-R-O-CSSH

상기 식에서,

Y는 히드록실기, 아미노기, 이소시아네이트기, 알데히드기, 카르복실기 또는 그의 산염화물기, 산무수물기, 산아미드기, 숙신이미딜에스테르기, 숙신이미딜카르보네이트기, 트레실릴기, 옥시카르보닐이미다졸기, 또는 니트로페닐카르보네이트기이고,

R은 탄소수 2에서 25까지의 알킬기이다.
제1항에 있어서, 황 화합물이 하기 화학식 7 또는 8로 나타내어지는 화합물 또는 그의 염 또는 에스테르인 금속 재료.

<화학식 7>

(Y-R)₂-N-CSOH

<화학식 8>

Y-R-NR'-CSOH

상기 식에서,

Y는 히드록실기, 아미노기, 이소시아네이트기, 알데히드기, 카르복실기 또는 그의 산염화물기, 산무수물기, 산아미드기, 숙신이미딜에스테르기, 숙신이미딜카르보네이트기, 트레실릴기, 옥시카르보닐이미다졸기, 또는 니트로페닐카르보네이트기이고,

R 및 R'은 독립적으로 탄소수 2에서 25까지의 알킬기이다.
제5항에 있어서, 화학식 1의 황 화합물이 메르캅토에탄올, 메르캅토프로판올, 메르캅토부탄올, 아미노에탄티올, 아미노메틸프로판티올, 메르캅토아세트산, 메르캅토프로피온산, 메르캅토숙신산, 티오락트산 및 이들의 치환된 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 금속 재료.
제6항에 있어서, 화학식 2 또는 3의 황 화합물이 티오디에탄올, 티오디프로판올, 메틸티오에탄올, 메틸티오프로판올, 메틸티오부탄올, 에틸히드록시에틸술피드, 글루코스디메틸메르캅탈, 티오에틸에틸아민, 티오디글리콜산, 티오디프로피온산,메틸티오아세트산 및 이들의 치환된 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 금속 재료.
제7항에 있어서, 화학식 4 또는 5의 황 화합물이 히드록시에틸디술피드, 시스타민, 디티오디프로피온산, 디티오디부티르산 및 이들의 치환된 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 금속 재료.
제1항에 있어서, 기재 금속이 스텐레스 스틸, 티타늄, 니켈, 크롬, 구리, 탄탈륨 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 금속 재료.
제1항에 있어서, 금 또는 은의 박막의 두께가 0.1에서 100 ㎛인 금속 재료.
제1항에 있어서, 상기 관능성 황 화합물과 생리활성 물질 사이에 분자량이 수십 내지 수천인 다관능성 화합물 또는 고분자를 격리 단위로서 더 포함하는 금속 재료.
제15항에 있어서, 격리 단위 화합물 또는 고분자가 다관능성 알킬렌글리콜, 폴리알킬렌글리콜, 다가 (多價) 알콜, 폴리비닐알콜, 폴리히드록시알킬(메타)아크릴레이트, 다가 지방산, 폴리(메타)아크릴산, 다관능성 폴리실록산, 알킬비닐에테르-무수말레인산 공중합체, 다가 아미노 화합물, 다가 에폭시 화합물 및 이들의 치환된 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 금속 재료.
제15항에 있어서, 격리 단위 고분자가 분자량 80 내지 10,000의 다관능성 폴리에틸렌글리콜 유도체인 금속 재료.
제15항에 있어서, 격리 단위 고분자가 분자량 3,000 내지 1,200,000의 다관능성 알킬비닐에테르-무수말레인산 공중합체인 금속 재료.
(1) 기재 금속의 표면에 금 또는 은 박막을 피복하는 단계,

(2) 상기 금 또는 은 박막 위에 관능성 황 화합물을 흡착시키는 단계,

(3) 상기 황 화합물의 관능기에 생리활성 물질을 화학적으로 결합시키는 단계

를 포함하는, 표면 개질된 의료용 금속 재료의 제조 방법.
제19항에 있어서, 단계 (1)에서 전기도금법, 열증착법, 또는 이온 스퍼터링법으로 금 또는 은 박막을 기재 금속 표면에 피복하는 방법.
제19항에 있어서, 단계 (1) 전에 기재 금속 표면에 두께 0.01 내지 1 ㎛의 크롬 또는 티타늄 초박막을 피복하는 단계를 더 포함하는 방법.
제19항에 있어서, 단계 (3)에서 생리활성 물질을 결합하기 전에 관능성 황 화합물에 먼저 분자량이 수십 내지 수천의 다관능성 화합물 또는 고분자를 격리 단위로서 결합시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제19항 또는 제22항에 있어서, 단계 (3)에서 에스테르화 반응 촉매, 아미드화 반응 촉매, 치환반응 및 부가반응 촉매를 사용하여 흡착된 관능성 황 화합물 또는 다관능성 화합물 또는 고분자 격리 단위에 생리활성 물질을 결합시키는 방법.
제1항 기재의 표면 개질된 금속 재료로 제작된 스텐트.
제15항 기재의 표면 개질된 금속 재료로 제작된 스텐트.
제1항 기재의 표면 개질된 금속 재료로 제작된 인공심장판막.
제1항 기재의 표면 개질된 금속 재료로 제작된 카데타.
제15항 기재의 표면 개질된 금속 재료로 제작된 인공심장판막.
제15항 기재의 표면 개질된 금속 재료로 제작된 카데타.