KR100511030B1 - Blood compatible metallic materials and preparation thereof - Google Patents

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KR100511030B1 KR10-2002-0064117A KR20020064117A KR100511030B1 KR 100511030 B1 KR100511030 B1 KR 100511030B1 KR 20020064117 A KR20020064117 A KR 20020064117A KR 100511030 B1 KR100511030 B1 KR 100511030B1
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Abstract

본 발명은 금속 재료 표면에 헤파린 또는 술폰산화 폴리에틸렌옥시드 (PEO, poly(ethylene oxide))를 결합시킴으로써 항혈전성이 월등하게 개선된 순환계 의료용 금속 재료에 관한 것이다.The present invention relates to a circulatory medical metal material with improved antithrombogenicity by binding heparin or sulfonated polyethylene oxide (PEO) to a metal material surface.

현재 의료용 금속은 순환계에 스텐트 (stent), 인공심장판막, 카데타 부품으로 사용되고 있으나, 혈액과 접촉 사용시 혈전이 생성되는 치명적 단점이 있다. 특히 스텐트는 혈관 내부에 이식시 재협착 (restenosis)되는 등 문제점이 해결되고 있지 않다. 본 발명에서 스텐레스 스틸 등 금속의 산화된 표면에 실란 화합물을 화학적으로 결합시키고, 실란의 관능기를 이용하여 헤파린 또는 술폰산화 폴리에틸렌옥시드를 결합시킴으로써 재료의 항혈전성이 크게 개선됨을 발견하였다.Currently, medical metals are used in the circulatory system as stents, artificial heart valves, and catheter components, but have a fatal disadvantage in that thrombus is generated when used in contact with blood. In particular, the stent has not been solved such as restenosis when implanted into the blood vessel. In the present invention, it was found that the antithrombogenicity of the material is greatly improved by chemically bonding a silane compound to an oxidized surface of a metal such as stainless steel and binding heparin or sulfonated polyethylene oxide using a functional group of the silane.

얻어진 표면 개질 금속은 인공심장판막, 카데타 부품, 그리고 특히 스텐트 재료로 사용시에 혈전 생성을 감소시킬 수 있다.The surface modified metals obtained can reduce thrombus formation when used as artificial heart valves, catheter parts, and especially stent materials.

Description

혈액적합성 의료용 금속 재료 및 이의 제조 방법 {Blood compatible metallic materials and preparation thereof} Blood compatible medical metal materials and preparation method thereof

본 발명은 의료용 금속 재료, 특히 순환계에 사용되는 금속 재료의 표면을 개질하여 항혈전성 (antithrombogenicity)을 월등하게 개선시킨 금속 재료에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 스텐레스 스틸 등의 금속 표면에 관능성 실란 (silane) 화합물을 화학적으로 결합시키고, 실란의 관능기를 이용하여 역시 관능기가 있는 폴리에틸렌옥시드 [PEO, poly(ethylene oxide), 일명 폴리에틸렌글리콜 (PEG, poly(ethylene glycol)로도 부름]를 결합시킨 후에, PEO의 관능기를 이용하여 헤파린을 화학적으로 결합시키거나 혹은 PEO의 관능기를 술폰산기로 전환시킨 표면 개질 금속 재료 및 그의 표면 개질 방법에 관한 것이다. 이러한 방법으로 표면 개질된 금속은 항혈전성이 크게 개선되어 인공심장판막, 스텐트 (stent) 및 카데타 재료로 유용하다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to metal materials which significantly improve antithrombogenicity by modifying the surface of medical metal materials, especially metal materials used in the circulatory system. More specifically, a functional silane compound is chemically bonded to a metal surface such as stainless steel, and a functional group of silane is also used as a polyethylene oxide [PEO, poly (ethylene oxide), also known as polyethylene glycol. (PEG, also referred to as poly (ethylene glycol)), and a surface-modified metal material and a method for surface modification, wherein the heparin is chemically bonded using PEO functional group or the functional group of PEO is converted to sulfonic acid group. Metals surface-modified in this way have greatly improved antithrombogenic properties and are useful as artificial heart valves, stents, and catheter materials.

인공심장판막은 선천적 또는 후천적으로 결손된 심장판막 대신 이식되어 사용되는데, 그 예로는 생체조직으로 만들어진 생체조직 판막 (tissue valve) 또는 티타늄 등의 금속 재료로 만들어진 기계식 판막 (mechanical valve)이 있다. 이 중에 생체조직 판막은 생체적합성은 좋으나 석회화 (calcification) 등으로 인하여 체내 내구성이 떨어지는 단점이 있고, 기계식 판막은 내구성은 우수하나 혈전 (thrombus) 생성이 수반되므로 평생 항혈전제 (anticoagulant)를 복용해야 하는 단점이 있다. 이에 기계식 판막의 항혈전성을 개선하기 위하여 많은 연구가 진행되어 왔으나, 혈전 생성은 인체의 정상적인 생리 기능으로서 완전히 방지하기 어려운 실정이다.Artificial heart valves are implanted and used instead of congenital or acquired heart valves, for example, a tissue valve made of biological tissue or a mechanical valve made of a metallic material such as titanium. Among these, the biotissue valve has good biocompatibility but has a disadvantage of poor durability in the body due to calcification, and the mechanical valve has excellent durability, but it is accompanied by the generation of thrombus, so it is necessary to take anticoagulant for life. There is a disadvantage. To this end, many studies have been conducted to improve the antithrombogenic properties of mechanical valves. However, thrombus generation is a normal physiological function of the human body, which is difficult to prevent completely.

협착된 관상동맥 질환을 치료하기 위하여 관상동맥 내에 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.Percutaneous transluminal coronary angioplasty has been performed to inflate blood vessels by inserting an intraarterial baloon cathetor into the coronary artery to treat stenosis. Although the procedure is relatively good and the methods and instruments continue to develop, problems such as acute occlusion and restenosis are still not resolved.

스텐트는 재협착을 방지하기 위하여 시술 후 혈관 벽 내부에 삽입되어 혈관을 지지하여 주는 스프링 모양의 금속 이식물로서, 최근에 그 사용이 확대되고 있다. 스텐트 재질은 스텐레스 스틸, 탄탈륨 (tantalum) 및 티타늄-니켈 합금 등으로, 풍선형 및 튜브형 등 다양한 형태가 개발 사용되고 있다. 그러나 스텐트를 이식한 후에도 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.Stent is a spring-shaped metal implant that is inserted into the vessel wall to support the vessel after the procedure to prevent restenosis, and its use has recently been expanded. Stent materials are stainless steel, tantalum and titanium-nickel alloys, and various forms such as a balloon type and a tube type have been developed and used. However, 20-30% of patients fail after the stent implantation. The main cause is restenosis caused by acute thrombus formation and proliferation of smooth muscle cells in the lining of blood vessels due to stent wounds. It turned out to be.

재료의 항혈전성을 개선하기 위하여 친수성, 소수성, 친수/소수성 미세영역 (micro-domain) 구조, 및 음이온성 표면을 대상으로 많은 연구들이 진행되어 왔다. 그 중에 PEO가 결합된 표면은 단백질 및 혈소판 등 혈액성분의 부착이 감소하기 때문에 항혈전성이 개선된다고 보고되었다 (J.D.Andrade 등, Biomaterials 11, 455, 1990 참조). 금속의 표면은 임계표면장력이 크고 또한 일반적으로 양 (positive) 전하를 띄고 있어 음 전하를 띠고 있는 혈액과의 상호작용이 크고 혈전 생성이 쉬운 것으로 알려져 있다 (M.F.A.Goosen 등 Biomaterials 17, 685-694, 1996 참조).Many studies have been conducted on hydrophilic, hydrophobic, hydrophilic / hydrophobic micro-domain structures, and anionic surfaces to improve the antithrombotic properties of the material. Among them, the surface on which PEO is bound has been reported to improve antithrombogenicity due to decreased adhesion of blood components such as proteins and platelets (see J.D.Andrade et al., Biomaterials 11, 455, 1990). The surface of the metal has a large critical surface tension and generally has a positive charge, so that it has a high interaction with negatively charged blood and is easy to generate a blood clot (MFAGoosen et al. Biomaterials 17, 685-694, 1996).

헤파린 (heparin)은 현재 임상에서 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 시술시에 혈전 생성을 방지하고 혈관 벽의 평활근 세포의 증식을 억제하므로 재협착을 효과적으로 억제할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 헤파린은 체내에서 합성되는 다분산성 다당류로서 다량의 술폰산기와 소량의 카르복실기, 히드록실기 및 아미노기를 함유하며, 전체적으로는 음 전하를 띠고 있다.Heparin is an antithrombotic agent currently used in clinical practice, and it is widely known that heparin has an antithrombotic effect. In addition, heparin has been reported to inhibit the proliferation of smooth muscle cells in addition to antithrombogenicity (Guyton et al., "Inhibition of rat arterial smooth muscle cell proliferation by heparin", Cir. Res. 46, 625-634, 1980; Cavender et al., "The effects of heparin bonded tantalum stents on thrombosis and neointimal proliferation", Circulation 82, III-541, 1990). Therefore, the binding of heparin to medical metals, especially stents, is expected to effectively prevent restenosis because it prevents the formation of blood clots during the stent procedure and inhibits the proliferation of smooth muscle cells in the blood vessel wall. Heparin is a polydisperse polysaccharide synthesized in the body and contains a large amount of sulfonic acid groups, a small amount of carboxyl groups, hydroxyl groups and amino groups, and has a negative charge as a whole.

헤파린을 기재(基材)에 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 특허에 기술된 바에 의하면, 헤파린을 코팅하거나 결합시키는 방법은 매우 다양하다. 예를 들면, 기재에 양이온성 화합물 및 고분자를 코팅하고 그 위에 음 전하의 헤파린을 이온결합에 의하여 코팅하는 방법, 및 헤파린을 분산 또는 용해시킨 고분자 (미국 특허 제5,980,972호, N.Ding 등 참조) 및 히드로겔 (hydrogel)을 기재에 코팅하는 방법 (미국 특허 제5,954,706호, R.A.Sahatjian 등 참조)들이 사용되었다. 그러나, 이렇게 코팅된 헤파린은 사용시 체액 중으로 서서히 방출되기 때문에 효과가 항구적이지 못하다. 한편, 헤파린의 화학적 결합시에 기재의 종류, 결합 방법 및 반응 조건에 따라 결합된 헤파린의 활성이 감소하는 경우가 많다. 이러한 현상은 일반적인 효소 및 생리 활성 물질이 재료 표면에 고정 (immobilization)되는 경우에, 자유 상태에 비하여 그 형태 (conformation)가 변하고 생리 활성이 감소하기 때문이다. 이러한 문제점은 기재와 헤파린 등의 생리 활성 물질 사이에 격리단위 (spacer)를 도입하면 해결될 수 있다. 이러한 격리단위로는 분자량 500 내지 10,000의 수용성 고분자, 특히 PEO가 많이 사용되고 있다.Medical products that improve antithrombogenicity by physically coating or chemically binding heparin to a substrate, such as a catheter and a blood circuit, have already been developed and used (for example, JMToomasian et al. "Evaluation of Duraflo II heparin coating in prolonged extra-corporeal membrane oxygenation ", ASAIO Trans. 34, 410-414, 1988; J.Sanchez et al.," Control of contact activation on end-point immobilized heparin ", J. Biomed. Material Res. 29, 655-661, 1995, etc.). As described in these related papers and patents, the methods of coating or binding heparin vary widely. For example, a method of coating a cationic compound and a polymer on a substrate and coating negatively charged heparin by ionic bonding thereon, and a polymer in which heparin is dispersed or dissolved (see US Patent No. 5,980,972, N.Ding et al.) And methods of coating a hydrogel on a substrate (see US Pat. No. 5,954,706, RA Sahatjian et al.). However, the coated heparin is not permanently effective because it is slowly released into the body fluids during use. On the other hand, in the case of chemical bonding of heparin, the activity of bound heparin is often decreased depending on the type of substrate, the binding method, and the reaction conditions. This is because when the general enzymes and bioactive materials are immobilized on the surface of the material, their conformation changes and their bioactivity decreases compared to the free state. This problem can be solved by introducing a spacer between the substrate and a bioactive material such as heparin. As such a sequestering unit, a water-soluble polymer having a molecular weight of 500 to 10,000, in particular, PEO is used.

스텐트 등에 사용되는 금속 재료의 항혈전성을 개선하기 위하여, 표면에 특히 친수성 고분자 또는 약제를 함유하는 고분자를 코팅하는 연구가 다수 진행되었다. 친수성 고분자로서 PEO, 폴리비닐알콜 등이 적용된 예가 있지만 (J.Y.Yan 미국특허 5,843,172 및 J.P.Loeffler 미국특허 5,897,911 참조), 금속 표면에 단순히 코팅된 것이기 때문에 접착력이 우수하지 못하고 항혈전성 효과도 만족할 말한 수준은 아니었다. 또한, 항혈전제인 헤파린이 결합된 고분자 (S.Sheth 등 J.Am.Coll.Cardiol 23, 187A, 1994 참조) 또는 덱사메타존 (A.M.Lincoff 등 J.Am.Coll.Cardiol 23, 18A, 1994 참조) 등 약제를 함유하는 고분자를 코팅하여 약제를 서서히 방출시키는 방법들도 제안되었으나 큰 효과를 나타내지 못하였다.In order to improve the antithrombotic properties of metal materials used for stents and the like, a number of studies have been conducted to coat a surface with a hydrophilic polymer or a polymer containing a drug. Although PEO, polyvinyl alcohol, etc. have been applied as hydrophilic polymers (see JYYan U.S. Patent 5,843,172 and JPLoeffler U.S. Patent 5,897,911), since they are simply coated on a metal surface, they are not excellent in adhesive force and satisfy the antithrombogenic effect. It wasn't. See also heparin-bound polymers (see S. Sheth et al. J. Am. Coll. Cardiol 23, 187A, 1994) or dexamethasone (AMLincoff et al. J. Am. Coll. Cardiol 23, 18A, 1994). The method of slowly releasing the drug by coating a polymer containing a drug such as) has been proposed but did not show a great effect.

금속의 표면을 화학적으로 개질하기 위하여 크게 2가지 방법이 사용되고 있다. 하나는, 금속 표면에 금 또는 은 박막을 입히고 황 화합물을 흡착시키는 방법이고, 또 하나는 실란 화합물을 결합시키는 방법이다. M. Grunze 등은 금 박막/황 화합물을 이용하여 부착시킨 PEO 자기조립 단층막 표면에 대해 단백질의 흡착이 감소하였음을 연구 발표하였고, 유사한 연구들이 진행되고 있다 (J.Phys.Chem.B, 102, 426-436, 1998 참조). 그러나, PEO 단독으로는 실제로 응용할 수준의 항혈전성을 얻기가 불가능하며 아직 상품화된 보고가 없다.Two methods are largely used to chemically modify the surface of a metal. One is to coat a thin film of gold or silver on a metal surface and adsorb a sulfur compound, and the other is to bond a silane compound. M. Grunze et al. Reported that the adsorption of proteins on the surface of PEO self-assembled monolayers deposited using gold thin films / sulfur compounds has been reduced and similar studies are underway (J. Phys. Chem. B, 102). , 426-436, 1998). However, PEO alone is not capable of obtaining the level of antithrombogenicity of practical application, and there are no reports on commercialization yet.

본 연구자들은 일찍이 술폰산화 PEO가 헤파린과 유사한 항혈전성 (헤파린의 14 %)을 나타내는 것을 보고하였고 (김영하 등, Biomaterials 16, 467, 1995), 술폰산화 PEO를 고분자 표면에 결합시켜 PEO의 비부착성에 술폰산기의 항혈전성 효과가 첨가되어 항혈전성이 대폭 증가된다는 사실을 발명한 바 있다 (김영하 등, 한국특허 62,921). 또한, 금속에 금 또는 은 박막을 증착하고, 관능기를 보유한 황 화합물을 흡착시킨 후에, 황 화합물의 관능기를 이용하여 술폰산화 PEO 또는 헤파린을 결합시켜 개질된 금속이 우월한 항혈전성을 나타내는 것을 발명하였다 (김영하 등, 한국특허출원 00-1,095 및 00-16,775). 그러나 증착된 금 또는 은 박막 위에 흡착된 황 화합물이 시간의 경과에 따라서 서서히 탈리되어 안정성을 가지지 못하는 경향을 보여주었다.We reported earlier that sulfonated PEO showed antithrombotic properties (14% of heparin) similar to heparin (Kim Young-ha et al., Biomaterials 16, 467, 1995). It has been invented that the antithrombotic effect of the sulfonic acid group is added to the sex to significantly increase the antithrombogenicity (Kim Young-ha et al., Korean Patent 62,921). In addition, after depositing a thin film of gold or silver on the metal and adsorbing the sulfur compound having a functional group, the modified metal exhibited superior antithrombogenicity by combining sulfonated PEO or heparin using the functional group of the sulfur compound. (Kim Young-ha et al., Korean patent applications 00-1,095 and 00-16,775). However, the sulfur compound adsorbed on the deposited gold or silver thin film gradually detached over time and showed no tendency to have stability.

따라서, 본 발명자들은 상기한 선행 기술의 문제점을 극복하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 금속의 표면에 관능성 실란 화합물을 화학적으로 결합시키고, 추가로 헤파린 또는 술폰산화 PEO를 역시 화학적으로 결합시킴으로써 안정성 및 항혈전성을 월등히 개선시킬 수 있음을 발견하였다.Accordingly, the present inventors have conducted extensive research to overcome the above-mentioned problems of the prior art, and as a result, the functional silane compound is chemically bonded to the surface of the metal, and further, heparin or sulfonated PEO is also chemically bonded. And antithrombogenicity can be significantly improved.

따라서, 본 발명의 목적은 금속의 표면에 관능성 실란 화합물을 화학적으로 결합시키고, 실란의 관능기를 이용하여 역시 관능기가 있는 PEO 유도체를 결합시킨 후에, PEO의 관능기를 이용하여 헤파린을 화학적으로 결합시키거나 혹은 PEO의 관능기를 술폰산기로 전환시킴으로써 항혈전성 및 생체적합성이 대폭 개선된 의료용 금속 재료 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to chemically bond a functional silane compound to the surface of a metal, and to bond a PEO derivative which is also functional with a functional group of silane, and then chemically bind heparin using a functional group of PEO. Or to convert the functional group of PEO into sulfonic acid group to provide a medical metal material and a method for producing the same, which have greatly improved antithrombogenicity and biocompatibility.

본 발명의 또 다른 목적은 헤파린 또는 술폰산화 PEO의 항혈전성으로 인해 혈액과 접촉시에 혈전 생성을 감소시키는 금속 재료를 이용한 순환계 의료용 기구, 특히 스텐트, 인공심장판막 및 카데타 부품을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a circulatory medical device, in particular stents, cardiac valves and catheter components, using metal materials that reduce the formation of blood clots upon contact with blood due to the antithrombogenicity of heparin or sulfonated PEO. .

본 발명의 한 측면에서,In one aspect of the invention,

기재 (基材) 금속,Base metal,

상기 기재 금속의 표면에 결합된 관능성 실란 화합물, 및A functional silane compound bonded to the surface of the base metal, and

상기 실란 화합물의 관능기를 통해 화학적으로 결합된 PEO/헤파린 결합체 또는 술폰산화 PEO 유도체를 포함하는 혈액적합성 의료용 금속 재료가 제공된다.Provided is a blood compatible medical metal material comprising a PEO / heparin conjugate or sulfonated PEO derivative chemically bonded through a functional group of the silane compound.

본 발명의 다른 측면에서,In another aspect of the invention,

기재 금속의 표면에 관능성 실란 화합물을 결합시키는 단계,Bonding the functional silane compound to the surface of the base metal,

상기 실란 화합물의 관능기를 통해 PEO 유도체를 결합시키는 단계, 및Binding the PEO derivative through the functional group of the silane compound, and

상기 PEO의 관능기를 통해 헤파린을 화학적으로 결합시키거나, 또는 상기 PEO의 관능기를 술폰산기로 전환시키는 단계를 포함하는, 혈액적합성 의료용 금속 재료의 제조 방법이 제공된다.Chemically binding heparin through the functional group of the PEO, or converting the functional group of the PEO group to a sulfonic acid group, a method for producing a blood compatible medical metal material is provided.

본 발명의 의료용 금속 재료에 있어서, 기재 금속으로 사용할 수 있는 금속에는 철, 스텐레스 스틸, 티타늄, 니켈, 크롬, 니켈-크롬 합금, 니켈-티타늄 합금, 탄탈륨 및 이들의 합금 등이 포함되지만 원칙적으로는 제한이 없다.In the medical metal material of the present invention, the metal which can be used as the base metal includes iron, stainless steel, titanium, nickel, chromium, nickel-chromium alloy, nickel-titanium alloy, tantalum and alloys thereof, but in principle no limits.

실란은 모든 금속에 강하게 흡착되며, 특히 스텐레스 스틸 등의 표면에 산화보호막을 형성하는 금속은 실란과 화학적 결합을 통하여 안정한 결합을 형성한다. 경우에 따라서, 금속 표면에 산화보호막을 완전히 생성시키기 위하여 ASTM F86의 방법에 따라 금속 시료를 25 부피/부피%의 질산 용액 중 50 ℃에서 60 분 동안 처리할 수도 있다. Silane is strongly adsorbed to all metals, and particularly metals forming an oxide protective film on the surface of stainless steel and the like form stable bonds through chemical bonding with silanes. In some cases, the metal sample may be treated for 60 minutes at 50 ° C. in a 25 vol / vol% nitric acid solution in accordance with the method of ASTM F86 in order to completely produce an oxide protective film on the metal surface.

실란 화합물은 고분자/무기물의 복합재 (composite) 제조시에 결합제 (coupling agent)로 널리 사용되고 있다. 즉, 실란 화합물은 한 쪽 말단에 1개 내지 3개의 알콕시기 또는 염소기를 보유하며 이들이 가수분해됨으로써 실라놀 (silanol) 기로 전환되어 유리섬유 및 금속 표면에 강하게 결합할 수 있고, 다른 쪽 말단에 알킬기 또는 관능성 알킬기를 보유하며 이들이 고분자와 결합함으로써 고분자/무기물의 계면 결합력을 증가시킨다 (Ind. Eng. Chem., Prod. Res. Dev., 11(2), 170, 1972 참조). 실제로 알킬, 염화알킬, 비닐, 아미노, 에폭시, 메르캅탄, 히드록시, 이소시아네이트 등의 다양한 관능기를 가지는 실란 화합물들이 시판되고 있다.Silane compounds are widely used as coupling agents in the preparation of polymer / inorganic composites. That is, the silane compound has 1 to 3 alkoxy groups or chlorine groups at one end thereof, and they are hydrolyzed to be converted into silanol groups to strongly bond to the glass fiber and metal surface, and an alkyl group at the other end thereof. Or have a functional alkyl group and combine with the polymer to increase the interfacial bond of the polymer / inorganic (see Ind. Eng. Chem., Prod. Res. Dev., 11 (2), 170, 1972). In practice, silane compounds having various functional groups such as alkyl, alkyl chloride, vinyl, amino, epoxy, mercaptan, hydroxy, and isocyanate are commercially available.

금속 표면에 결합된 실란의 관능기를 이용하여 추가로 PEO 유도체를 결합시킨 연구가 소수 문헌에 보고되어 있다. K. Park 등은 비닐실란을 결합시키고 PEO-폴리프로필렌옥시드 공중합체를 결합시키거나 (K. Park 등, J. Biomed. Mater. Res. (Appl. Biomater.) 38, 289-302, 1997), 또는 이소시아네이토프로필트리에톡시실란과 PEO의 반응물을 금속에 결합시켰고 (K. Park 등, Biomaterials 21, 605-616, 2000), E.T.Kang 등은 감마-메르캅토프로필트리메톡시실란을 결합시킨 후에 PEO-메타크릴레이트를 그라프트 중합시킨 결과 (E.T.Kang 등, Biomaterials 22, 1541-1548, 2001), 혈중 단백질 흡착이 감소한 것을 보고하였으나, 항혈전성이 충분하지는 못하였다. 이에 반하여, 본 발명자들은 술폰산화 PEO 또는 헤파린을 사용함으로써 월등한 항혈전성을 획득한 것이다.Further studies have been reported in the literature, in which PEO derivatives are further bound using functional groups of silanes bound to the metal surface. K. Park et al. Bind vinylsilane and PEO-polypropylene oxide copolymers (K. Park et al., J. Biomed. Mater. Res. (Appl. Biomater.) 38, 289-302, 1997). Or a reactant of isocyanatopropyltriethoxysilane and PEO to a metal (K. Park et al., Biomaterials 21, 605-616, 2000), and ETKang et al., For example, gamma-mercaptopropyltrimethoxysilane. Graft polymerization of PEO-methacrylate after binding (ETKang et al., Biomaterials 22, 1541-1548, 2001) reported a decrease in blood protein adsorption, but the antithrombogenicity was not sufficient. In contrast, the inventors have obtained superior antithrombogenicity by using sulfonated PEO or heparin.

보다 구체적으로, 본 발명에서는 금속, 특히 그 표면에 산화보호막을 형성하는 스텐레스 스틸 등에 관능성 실란 화합물을 화학적으로 결합시키고, 실란의 관능기를 이용하여 헤파린/PEO 복합체 또는 술폰산화 PEO를 결합시켰다.More specifically, in the present invention, a functional silane compound is chemically bonded to a metal, particularly a stainless steel to form an oxide protective film on the surface thereof, and a heparin / PEO complex or sulfonated PEO is bonded using a functional group of the silane.

본 연구에서 사용될 수 있는 실란 화합물은 하기 화학식 1로 나타내어질 수 있는 실란 (a가 0), 메틸실란 (a가 1) 및 디메틸실란 (a가 2) 화합물이다. 관능기를 함유하는 실란 화합물과 여기에 결합시킬 술폰산화 PEO 유도체는 원칙적으로 선택이 무한정하지만, 원료를 얻기 쉽고 제조하기 간단하고 경제적으로 유리한 것을 선택하는 것이 바람직하다.Silane compounds that can be used in this study are silane (a is 0), methylsilane (a is 1) and dimethylsilane (a is 2) compounds which can be represented by the following formula (1). The silane compound containing a functional group and the sulfonated PEO derivative to be bonded thereto are in principle infinitely selected, but it is preferable to select one which is easy to obtain raw materials, simple to manufacture and economically advantageous.

Y-R-Si(CH3)a-X3-a YR-Si (CH 3 ) a -X 3-a

상기 화학식에서,In the above formula,

X는 에톡시기, 메톡시기, 부톡시기, 아세톡실기, 클로로기 등이고,X is an ethoxy group, a methoxy group, butoxy group, an aceoxyl group, a chloro group, etc.,

a는 0, 1 또는 2의 정수이고,a is an integer of 0, 1 or 2,

R은 탄소수 2 내지 4개의 알킬기이며,R is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms,

Y는 아미노기, 에폭시기, 이소시아네이트기, 히드록실기, 메르캅토기, 비닐기 등이다.Y is an amino group, an epoxy group, an isocyanate group, a hydroxyl group, a mercapto group, a vinyl group, etc.

사용할 수 있는 관능성 실란 화합물로는 아미노기를 함유한 N-β-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시실란; 에폭시기를 함유한 베타-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시도옥시프로필트리메톡시실란; 이소시아네이트기를 함유한 이소시아네이토프로필트리에톡시실란; 히드록실기를 함유한 N-비스(베타-히드록시에틸)-감마-아미노프로필트리에톡시실란; 메르캅토기를 보유한 감마-메르캅토프로필트리메톡시실란; 비닐기를 함유한 비닐삼염화실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐벤질아미노트리메톡시실란 등이 있으며, 이들 화합물의 메틸실란 (a가 1) 및 디메틸실란 (a가 2) 화합물도 포함된다. 실란 화합물은 수 % 농도의 수용액 또는 유기용매 중의 용액으로 금속에 코팅 또는 환류 반응시키고 90-120 ℃에서 건조시킴으로써 화학결합될 수 있다.Examples of the functional silane compound that can be used include N-β- (aminoethyl) -gamma-aminopropyltriethoxysilane and gamma-aminopropyltriethoxysilane containing an amino group; Beta- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane and gamma-glycidooxypropyltrimethoxysilane containing an epoxy group; Isocyanatopropyltriethoxysilane containing an isocyanate group; N-bis (beta-hydroxyethyl) -gamma-aminopropyltriethoxysilane containing a hydroxyl group; Gamma-mercaptopropyltrimethoxysilane having a mercapto group; Vinyl trichloride silane containing vinyl groups, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, vinylbenzylaminotrimethoxysilane, and the like. Also included are silane (a1) and dimethylsilane (a2) compounds. The silane compound may be chemically bonded by coating or refluxing the metal with an aqueous solution of several percent concentration or a solution in an organic solvent and drying at 90-120 ° C.

실란 화합물의 관능기 Y에 결합되는 PEO 유도체는 하기 화학식 2와 같이 양 말단에 Y와 결합 가능한 관능기 Z를 보유하는 구조이다.The PEO derivative bonded to the functional group Y of the silane compound is a structure having a functional group Z capable of bonding with Y at both ends as shown in the following formula (2).

Z-A-PEO-B-ZZ-A-PEO-B-Z

상기 화학식에서,In the above formula,

PEO는 -(CH2-CH2-O)n- (n은 10 내지 200의 정수임)으로 표시되는 에틸렌옥시드의 반복 단위이고,PEO is a repeating unit of ethylene oxide represented by-(CH 2 -CH 2 -O) n- (n is an integer of 10 to 200),

A 및 B는 서로 같거나 다를 수 있는 탄소수 1 내지 3개의 알킬렌기이며,A and B is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms which may be the same or different from each other,

Z는 카르복실기 및 그의 유도체인 산염화물, 산무수물, 산아미드기와, 이소시아네이트기, 히드록실기, 아미노기, 알데히드기, 에폭시기, 메르캅토기, 비닐기, 비닐술폰기, 말레이미드기, 숙신이미딜에스테르기, N-히드록시숙신이미드기, 벤조트리아졸 카보네이트기로 이루어진 군으로부터, 결합될 실란의 관능기 Y의 종류에 따라 표 1과 같이 선택된다.Z is a carboxyl group and its derivatives are acid chlorides, acid anhydrides, acid amide groups, isocyanate groups, hydroxyl groups, amino groups, aldehyde groups, epoxy groups, mercapto groups, vinyl groups, vinyl sulfone groups, maleimide groups, succinimidyl ester groups, From the group consisting of an N-hydroxysuccinimide group and a benzotriazole carbonate group, it is selected as shown in Table 1 according to the kind of the functional group Y of the silane to be bonded.

PEO 단위의 분자량은 통상 440 내지 8,800이며, 더욱 바람직하기로는 500 내지 6,000이다. PEO의 분자량이 500보다 작으면 PEO의 생리적 효과가 매우 작고, 6,000보다 크면 효과가 더 이상 증가하지 않는다. 이러한 PEO 화합물은 일부 회사에서 (예를 들어, 미국 Shearwater사 또는 일본 NOF사 등) 손쉽게 구매할 수 있으며, 여러 가지 PEO 유도체를 이용한 화학적 방법들은 문헌에 알려져 있다 (M.Harris 등 PEG Chemistry and Biological Applications, ACS, 1997 참조). 실란 화합물과 PEO 유도체를 화학적으로 결합시키는 반응들은 잘 알려진 에스테르화 반응, 아미드화 반응, 치환반응 또는 부가반응이므로 공지의 촉매들을 사용할 수 있다.The molecular weight of the PEO unit is usually 440 to 8,800, more preferably 500 to 6,000. If the molecular weight of the PEO is less than 500, the physiological effect of the PEO is very small, and if it is greater than 6,000, the effect no longer increases. Such PEO compounds are readily available from some companies (e.g., Shearwater, USA or NOF, Japan), and chemical methods using various PEO derivatives are known in the literature (eg, PEG Chemistry and Biological Applications, ACS, 1997). Reactions for chemically bonding the silane compound and the PEO derivative are well known esterification reactions, amidation reactions, substitution reactions or addition reactions, and therefore known catalysts may be used.

실란 및 PEO 유도체의 관능기 선택 범위Range of functional group selection of silanes and PEO derivatives 실란의 관능기(Y)Functional group of silane (Y) PEO 유도체의 관능기(Z)Functional group (Z) of PEO derivative -아미노기-Amino group -카르복실기 및 그의 유도체인 산염화물, 산무수물, 산아미드기-이소시아네이트기-알데히드기-에폭시기-비닐술폰기-숙신이미딜에스테르기, N-히드록시숙신이미드기, 벤조트리아졸 카보네이트기-Carboxyl groups and derivatives thereof, acid chlorides, acid anhydrides, acid amide groups-isocyanate groups-aldehyde groups-epoxy groups-vinyl sulfone groups-succinimidyl ester groups, N-hydroxysuccinimide groups, benzotriazole carbonate groups -에폭시기Epoxy -히드록실기-아미노기-카르복실기-Hydroxyl group-amino group-carboxyl group -이소시아네이트기Isocyanate group -히드록실기-아미노기-Hydroxyl group-amino group -히드록실기-Hydroxyl group -카르복실기 및 그의 유도체인 산염화물, 산무수물, 산아미드기-이소시아네이트기-알데히드기-에폭시기-숙신이미딜에스테르기, N-히드록시숙신이미드기, 벤조트리아졸 카보네이트기Carboxyl groups and derivatives thereof, acid chlorides, acid anhydrides, acid amide groups, isocyanate groups, aldehyde groups, epoxy groups, succinimidyl ester groups, N-hydroxysuccinimide groups, and benzotriazole carbonate groups -메르캅토기Mercapto group -비닐술폰기-말레이미드기Vinyl sulfone group-maleimide group -비닐기Vinyl group -메르캅토기-아미노기-비닐기Mercapto group-amino group-vinyl group

결합된 PEO 유도체의 말단기는 추가적으로 프로판술톤 [-(CH2)3-O-SO2-] 또는 타우린 [NH2-(CH2)2-SO3H]과 통상적인 조건에서 반응하여 술폰산기로 치환될 수 있다. 예로써, 하기 반응식 1 내지 3을 들 수 있으며, 이와 같은 에스테르화 반응, 아미드화 반응, 치환반응 또는 부가반응에 대하여 공지의 촉매들을 사용할 수 있다.The end group of the bound PEO derivative is further reacted with propanesultone [-(CH 2 ) 3 -O-SO 2- ] or taurine [NH 2- (CH 2 ) 2 -SO 3 H] under conventional conditions to form a sulfonic acid group. Can be substituted. As an example, the following Reaction Formulas 1-3 can be mentioned, A well-known catalyst can be used for such esterification reaction, amidation reaction, substitution reaction, or addition reaction.

또한, 위에서 기술한 바와 같이 헤파린은 다량의 술폰산기 이외에 소량의 카르복실기, 히드록실기 및 아미노기를 함유하므로, 결합된 PEO 유도체의 관능기와 통상적인 조건으로 화학결합시킬 수 있다. 단, 헤파린은 물 및 포름아미드에만 용해되므로 이러한 용매에서 반응시키며, 통상 축합반응 또는 부가반응 촉매인 산, 알칼리, 수용성 카보디이미드 화합물 등을 사용할 수 있다. 예로써, 하기 반응식 4 내지 6을 들 수 있다.In addition, as described above, heparin contains a small amount of carboxyl, hydroxyl, and amino groups in addition to a large amount of sulfonic acid groups, and thus can be chemically bonded to the functional groups of the bonded PEO derivative under ordinary conditions. However, heparin is dissolved only in water and formamide, so that it is reacted in such a solvent, and an acid, an alkali, a water-soluble carbodiimide compound or the like, which is usually a condensation reaction or an addition reaction catalyst, can be used. As an example, the following reaction schemes 4-6 can be mentioned.

도입된 헤파린의 양은 톨루이딘 블루 (toluidine blue)법에 의하여 광학적으로 정량한다. 본 연구에서 발명된 방법에 의하여 결합된 헤파린은 항구적인 화학결합이므로 효능이 장기적이고, 수용성 고분자인 PEO를 격리단위로 사용하였으므로 그 생리적 기능이 자유 상태의 헤파린과 유사하게 발현되는 우월성이 있다.The amount of heparin introduced is optically quantified by the toluidine blue method. Since heparin bound by the method of the present invention is a permanent chemical bond, its efficacy is long-term, and since PEO, a water-soluble polymer, is used as a sequestration unit, its physiological function is superior to that of free heparin.

개질된 금속 표면의 화학조성은 ESCA (electron spectroscopy for chemical analysis, 화학분석용 전자스펙트럼법)로 분석한다. ESCA 2803-S (SSI사, 미국)의 AlKα x-ray를 이용하여 C-H기 C1s 흡수대의 결합에너지를 285.0 eV로 기준하여 O/C, N/C, S/C 및 Na/C 비율을 계산하였다. 금속 표면의 접촉각 (일본 Kyowa Interface Sci.사, 모델 CA-DT 11931)을 측정하여 친수성을 평가하였다. 또한, 개질된 금속 표면에 혈소판의 점착 정도를 측정하여 항혈전성을 평가하였으며, 그 과정은 다음과 같다. 금속 시편을 1회용 주사기 안에 넣고 2 ㎖ 인산염 완충용액을 첨가한 후, 완충용액을 사람의 혈소판 부화 혈장 (platelet rich plasma) (혈소판 52 x 10⁴개/㎕) 2 ㎖로 대체하고 주사기를 37 ℃로 조절된 진탕 인큐베이터에 넣어 일정 시간 동안 유지시킨다. 주사기를 회수하여 혈장 내의 점착되지 않은 혈소판을 쿨터계측기 또는 혈구계산기 (cytometer)로 측정하여 점착된 혈소판을 역산출하였다 (이희정 등, Polymer (Korea), 21, 1045-1052, 1997 참조).The chemical composition of the modified metal surface is analyzed by electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA). The ratios of O / C, N / C, S / C and Na / C were calculated using the AlKα x-ray of ESCA 2803-S (SSI, USA) based on the binding energy of the CH group C1s absorption band at 285.0 eV. . Hydrophilicity was evaluated by measuring the contact angle of the metal surface (model CA-DT 11931, Kyowa Interface Sci., Japan). In addition, antithrombogenicity was evaluated by measuring the degree of adhesion of platelets to the modified metal surface, and the process was as follows. Place the metal specimen in a disposable syringe and add 2 ml phosphate buffer solution, replace the buffer with 2 ml of human platelet rich plasma (platelet 52 x 10 mm / μl) and replace the syringe at 37 ° C. Place in a controlled shake incubator and hold for a period of time. The syringes were recovered and the non-adhesive platelets in plasma were measured by a coulter or cytometer to back-calculate the adherent platelets (see Hee Jung et al., Polymer (Korea), 21, 1045-1052, 1997).

하기 실시예로서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

<실시예 1><Example 1>

스텐레스 스틸 316 시편 (한국특수강사, 크기 1x1 cm 및 1x3 cm)을 50 ℃에서 25 부피/부피%의 질산 수용액으로 1 시간 동안 산화 처리한 후, 5% 수산화나트륨 수용액으로 중화시키고, 물 및 에탄올로 세척하여 건조시켰다. 처리된 금속 시편을 톨루엔 중 10 % 감마-아미노프로필트리에톡시실란 (미국 Aldrich사)의 용액에 넣고 질소 분위기에서 3 시간 동안 환류 반응시킨 후, 톨루엔, 아세톤 및 물로 세척하고 110 ℃의 진공오븐에서 4 시간 동안 열처리하였다. 처리된 금속 시편을 테트라히드로푸란 중 100 mM 디에폭시PEO (일본 Nagase Chemicals사, PEO의 분자량 1,000)의 용액에 넣고, 소량의 트리에틸아민을 첨가하고, 50 ℃에서 1일 동안 반응시킨 후, 수세하여 진공오븐에서 상온 건조시켰다. 이어서, 상기 금속 시편을 1 중량/부피% 농도의 헤파린 (미국 Sigma사, I-A급, 1백만 단위, 활성도 USP 170 unit/mg) 수용액 15 ㎖에 넣어 24 시간 동안 반응시켰다. ESCA 분석 결과 표면의 원소 비율은, 실란이 결합된 표면의 경우 탄소 60.6 %, 산소 36.0 %, 실리콘 3.4 %이었고, 디에폭시PEO가 결합된 표면의 경우 탄소 53.7 %, 산소 43.2 %, 실리콘 3.1 %이었으며, 헤파린 결합 후에 탄소 50.6 %, 산소 45.8 %, 실리콘 3.2 %, 황 0.4 %로서 목적대로 반응이 진행되었음을 확인하였다. 처리된 스텐레스 스틸의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 완전히 젖은 (wetting) 상태로서 미처리 시편 60.5 도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 결합된 헤파린의 양은 톨루이딘 측정법으로 측정한 결과 4.2 ㎍/cm2이었다. 혈소판 부착 실험 결과, 실험 개시 후 60 분을 기준으로 혈소판 부착율이 미처리 스텐레스 스틸 표면에 부착된 혈소판보다 약 70% 감소하여 우월한 항혈전성을 나타내었다.Stainless steel 316 specimens (Korea Special Steel Co., Ltd., size 1x1 cm and 1x3 cm) were oxidized at 25 ° C./vol. Washed and dried. The treated metal specimens were placed in a solution of 10% gamma-aminopropyltriethoxysilane (Aldrich, USA) in toluene, refluxed under nitrogen atmosphere for 3 hours, washed with toluene, acetone and water, and dried in a vacuum oven at 110 ° C. Heat treatment was carried out for 4 hours. The treated metal specimens were placed in a solution of 100 mM diepoxyPEO (molecular weight 1,000 of PEO, Nagase Chemicals, Japan) in tetrahydrofuran, a small amount of triethylamine was added and reacted at 50 ° C. for 1 day, followed by washing with water. And dried at room temperature in a vacuum oven. Subsequently, the metal specimen was added to 15 ml of an aqueous solution of heparin (Sigma, Inc., IA grade, 1 million units, USP 170 units / mg activity) at a concentration of 1 weight / vol% and reacted for 24 hours. ESCA analysis showed that the element ratio of the surface was 60.6% carbon, 36.0% oxygen, 3.4% silicon for silane-bonded surfaces, 53.7% carbon, 43.2% oxygen, 3.1% silicon for diepoxyPEO-bonded surfaces. After the heparin bond, it was confirmed that the reaction proceeded as intended as 50.6% carbon, 45.8% oxygen, 3.2% silicon, and 0.4% sulfur. As a result of measuring the contact angle of the treated stainless steel, it was found that the contact angle was completely wetted to be more hydrophilic than 60.5 degrees of the untreated specimen. The amount of bound heparin was 4.2 μg / cm 2 as determined by toluidine assay. As a result of platelet adhesion test, the platelet adhesion rate was about 70% lower than that of untreated stainless steel surface at 60 minutes after the start of the experiment, indicating superior antithrombogenicity.

<실시예 2><Example 2>

실시예 1과 같이 표면을 산화 처리한 스텐레스 스틸 316 시편을 1 중량/부피%의 감마-아미노프로필트리에톡시실란 (미국 Aldrich사) 수용액에 넣고, 1 분 동안 반응시킨 후, 100 ℃의 진공오븐에서 4 시간 동안 열처리하였다. 실란이 결합된 시편을 실시예 1과 같은 방법으로 처리하여 디에폭시PEO를 결합시켰다. 도입된 에폭시PEO의 말단을 술폰산기로 전환시키기 위하여, 시편을 디메틸포름아미드 중 100 mM 타우린 (동아제약)의 용액에 넣고, 소량의 트리에틸아민을 첨가하고, 50 ℃에서 1 일 동안 반응시킨 후, 진공오븐에서 상온 건조시켰다. ESCA 분석 결과 표면의 원소 비율은, 실란이 결합된 표면의 경우 탄소 60.6 %, 산소 36.0 %, 실리콘 3.4 %이었고, 디에폭시PEO가 결합된 표면의 경우 탄소 53.7 %, 산소 43.2 %, 실리콘 3.1 %이었으며, 타우린 결합 후에 탄소 50.1 %, 산소 45.4 %, 실리콘 3.0 %, 황 0.5 %로서 목적대로 반응이 진행되었음을 확인하였다. 처리된 스텐레스 스틸의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 완전히 젖은 상태로서 미처리 시편 60.5 도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착 실험 결과, 실험 개시 후 60 분을 기준으로 혈소판 부착율이 미처리 스텐레스 스틸 표면에 부착된 혈소판보다 약 75 % 감소하여 우월한 항혈전성을 나타내었다.A stainless steel 316 specimen whose surface was oxidized as in Example 1 was placed in an aqueous solution of 1 wt / vol% gamma-aminopropyltriethoxysilane (Aldrich, USA), reacted for 1 minute, and then vacuum oven at 100 ° C. Heat treatment for 4 h at. The silane bonded specimens were treated in the same manner as in Example 1 to bind diepoxyPEO. To convert the ends of the introduced epoxyPEO into sulfonic acid groups, the specimens were placed in a solution of 100 mM taurine (Dong-A Pharmaceutical) in dimethylformamide, a small amount of triethylamine was added and reacted at 50 ° C. for 1 day, It was dried at room temperature in a vacuum oven. ESCA analysis showed that the element ratio of the surface was 60.6% carbon, 36.0% oxygen, 3.4% silicon for silane-bonded surfaces, 53.7% carbon, 43.2% oxygen, 3.1% silicon for diepoxyPEO-bonded surfaces. After the taurine bond, it was confirmed that the reaction proceeded as intended as 50.1% carbon, 45.4% oxygen, 3.0% silicon, and 0.5% sulfur. As a result of measuring the contact angle of the treated stainless steel, it was found that the contact angle was completely wetted and larger than 60.5 degrees of the untreated specimen. As a result of the platelet adhesion test, the platelet adhesion rate was about 75% lower than that of the plated stainless steel surface at 60 minutes after the start of the experiment, indicating superior antithrombogenicity.

<실시예 3><Example 3>

실시예 1과 동일한 방법으로 표면을 산화 처리한 니켈-티타늄 합금 시편을 무수 톨루엔 중 10 % 이소시아네이토프로필트리에톡시실란 (미국 United Chemical Technology사)의 용액에 넣고 질소 분위기에서 3 시간 동안 환류 반응시킨 후, 톨루엔, 아세톤 및 물로 세척하고 110 ℃의 진공오븐에서 4 동안 시간 열처리하였다. 시편을 클로로포름 중 디아미노PEO (일본 NOF사, PEO의 분자량 3,000)의 용액 (5 중량/부피%) 15 ㎖에 넣어 24 시간 동안 반응시키고 수세 건조시켰다. 디아미노PEO가 결합된 시편을 클로로포름 중 프로판술톤의 용액 (5 중량/부피%) 20 ㎖에 넣어 24 시간 동안 반응시키고 수세 건조시켰다. 실시예 1과 같이 ESCA로 표면의 원소 비율을 분석한 결과, 실란이 결합된 표면의 경우 탄소 60.4 %, 산소 36.2 %, 실리콘 3.4 %이었고, 디아미노PEO가 결합된 표면의 경우 탄소 53.9 %, 산소 43.0 %, 실리콘 3.1 %이었으며, 프로판술톤 결합 후에 탄소 50.2 %, 산소 45.5 %, 실리콘 2.9 %, 황 0.4 %로서 목적대로 반응이 진행되었음을 확인하였다. 처리된 니켈-티타늄 시편의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 17.5 도로서 미처리 시편 68.3 도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착 실험 결과, 실험 개시 후 60 분을 기준으로 혈소판 부착율이 미처리 니켈-티타늄 표면에 부착된 혈소판보다 75 % 감소하여 우수한 항혈전성을 나타내었다.Nickel-titanium alloy specimens whose surface was oxidized in the same manner as in Example 1 were placed in a solution of 10% isocyanatopropyltriethoxysilane (United Chemical Technology, Inc.) in anhydrous toluene and refluxed under nitrogen atmosphere for 3 hours. After the reaction, the mixture was washed with toluene, acetone and water and heat-treated for 4 hours in a vacuum oven at 110 ° C. The specimen was added to 15 ml of a solution (5% by weight / vol%) of diaminoPEO (NOF Japan, molecular weight 3,000 of PEO) in chloroform, reacted for 24 hours, and washed with water. DiaminoPEO-bound specimens were added to 20 ml of a solution of propanesultone (5% by weight) in chloroform and reacted for 24 hours and washed with water. As in Example 1, the element ratio of the surface was analyzed by ESCA, and the surface of the silane-bonded surface was 60.4% carbon, 36.2% oxygen, and 3.4% silicon, and the surface of diaminoPEO-bound carbon 53.9%, oxygen It was 43.0% and 3.1% of silicon, and it was confirmed that after propanesultone bonding, reaction progressed as the purpose as 50.2% of carbon, 45.5% of oxygen, 2.9% of silicon, and 0.4% of sulfur. As a result of measuring the contact angle of the treated nickel-titanium specimen, it was found that the contact angle was 17.5 degrees, which was greater than 68.3 degrees of the untreated specimen. As a result of the platelet adhesion test, the platelet adhesion rate was reduced by 75% compared to the platelet adhered to the untreated nickel-titanium surface at 60 minutes after the start of the experiment, indicating excellent antithrombogenicity.

<실시예 4><Example 4>

탄탈륨 시편 (미국 Aldrich사)을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 표면을 산화 처리하였다. 시편을 톨루엔 15 ㎖ 중 10 중량/부피% 농도의 감마-글리시도옥시프로필트리메톡시실란 (미국 Aldrich사)에서 4 시간 동안 환류 반응시키고, 5 중량/부피%의 디아미노PEO (일본 NOF사, PEO의 분자량 2,000) 수용액 15 ㎖에 넣어 24 시간 동안 반응시켰다. 이어서, 트리에틸아민이 소량 첨가된 1 중량/부피% 농도의 헤파린 수용액 15 ㎖에 넣어 24 시간 동안 반응시켰다. 실시예 1과 같이 ESCA로 표면의 원소 비율을 분석한 결과, 실란이 결합된 표면의 경우 탄소 60.6 %, 산소 36.2 %, 실리콘 3.2 %이었고, 디아미노PEO가 결합된 표면의 경우 탄소 55.9 %, 산소 42.0 %, 실리콘 2.1 %이었으며, 헤파린 결합 후에 탄소 52.7 %, 산소 45.0 %, 실리콘 2.0 %, 황 0.3 %로서 목적대로 반응이 진행되었음을 확인하였다. 처리된 탄탈륨의 접촉각도 완전히 젖은 상태로서 미처리 시편 48.5 도보다 크게 친수화되었다. 결합된 헤파린의 양은 톨루이딘 측정법으로 측정한 결과 3.2 ㎍/cm2이었다. 혈소판 부착 실험 결과, 실험 개시 후 60 분을 기준으로 혈소판 부착율이 미처리 탄탈륨 표면에 부착된 혈소판보다 65 % 감소하여 우수한 항혈전성을 나타내었다.The surface was oxidized in the same manner as in Example 1 using tantalum specimens (Aldrich, USA). Specimens were refluxed in a gamma-glycidooxypropyltrimethoxysilane (Aldrich, USA) at a concentration of 10% by weight in 15 ml of toluene for 4 hours, and 5% by weight of diaminoPEO (NOF, Japan). It was added to 15 ml of an aqueous solution of 2,000 molecular weight of PEO and reacted for 24 hours. Subsequently, it was added to 15 ml of an aqueous solution of heparin at a concentration of 1 wt / vol% added with a small amount of triethylamine and reacted for 24 hours. As in Example 1, the element ratio of the surface was analyzed by ESCA, and the surface of the silane-bonded surface was 60.6% carbon, 36.2% oxygen, and 3.2% silicon, and the surface of diaminoPEO-bound carbon 55.9%, oxygen It was 42.0% and 2.1% of silicon, and it was confirmed that after heparin bonding, reaction progressed as the purpose as 52.7% of carbon, 45.0% of oxygen, 2.0% of silicon, and 0.3% of sulfur. The contact angle of the treated tantalum was also fully wetted and hydrophilized greater than 48.5 degrees of the untreated specimen. The amount of bound heparin was 3.2 μg / cm 2 as determined by toluidine assay. As a result of the platelet adhesion test, the platelet adhesion rate was reduced by 65% compared to the platelet adhered to the untreated tantalum surface at 60 minutes after the start of the experiment, indicating excellent antithrombogenicity.

<실시예 5>Example 5

스텐레스 스틸 316 시편을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 표면을 산화 처리하였다. 에탄올 중 100 mM 감마-아미노프로필트리에톡시실란 (미국 Aldrich사)의 용액에 넣고 질소 분위기에서 3 시간 동안 환류 반응시킨 후, 아세톤 및 물로 세척하고, 110 ℃의 진공오븐에서 4 시간 동안 열처리하였다. 시편을 5 중량/부피%의 디알데히도PEO (미국 Shearwater Polymers사, PEO의 분자량 1,000) 수용액에서 1 일 동안 반응시킨 후, 상온 건조시켰다. 처리된 시편을 디메틸포름아미드 중 100 mM 타우린의 용액에 넣고 소량의 트리에틸아민을 첨가하고, 50 ℃에서 1 일 동안 반응시킨 후, 진공오븐에서 상온 건조시켰다. 실시예 1과 같이 ESCA로 표면의 원소 비율을 분석한 결과, 실란이 결합된 표면의 경우 탄소 60.6 %, 산소 36.0 %, 실리콘 3.4 %이었고, 디알데히도PEO가 결합된 표면의 경우 탄소 52.9 %, 산소 43.9 %, 실리콘 3.2 %이었으며, 타우린 결합 후에 탄소 51.7 %, 산소 46.0 %, 실리콘 2.0 %, 황 0.3 %로서 목적대로 반응이 진행되었음을 확인하였다. 처리된 스텐레스 스틸 시편의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 15.6 도로서 미처리 시편 60.5 도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착 실험 결과, 실험 개시 후 60 분을 기준으로 혈소판 부착율이 미처리 스텐레스 스틸 표면에 부착된 혈소판보다 62 % 감소하여 우수한 항혈전성을 나타내었다.The surface was oxidized in the same manner as in Example 1 using stainless steel 316 specimens. In a solution of 100 mM gamma-aminopropyltriethoxysilane (Aldrich, USA) in ethanol, refluxed for 3 hours in a nitrogen atmosphere, washed with acetone and water, and heat-treated in a vacuum oven at 110 ° C. for 4 hours. The specimen was reacted for 1 day in an aqueous solution of 5 wt / vol% of dialdehyde-do-PEO (the molecular weight of PEO, Shearwater Polymers, USA) for 1 day, and then dried at room temperature. The treated specimens were placed in a solution of 100 mM taurine in dimethylformamide, a small amount of triethylamine was added, reacted at 50 ° C. for 1 day, and dried at room temperature in a vacuum oven. As a result of analyzing the element ratio of the surface by ESCA as in Example 1, the surface of silane-bonded surface was 60.6% of carbon, 36.0% of oxygen, and 3.4% of silicon. It was 43.9% of oxygen and 3.2% of silicon, and it was confirmed that the reaction proceeded as desired as carbon 51.7%, oxygen 46.0%, silicon 2.0%, and sulfur 0.3% after taurine bonding. As a result of measuring the contact angle of the treated stainless steel specimen, it was found that the contact angle was 15.6 degrees, which was greater than 60.5 degrees of the untreated specimen. As a result of platelet adhesion test, the platelet adhesion rate was reduced by 62% compared to platelets attached to the surface of untreated stainless steel at 60 minutes after the start of the experiment, which showed excellent antithrombogenicity.

<실시예 6><Example 6>

실시예 1에서 감마-아미노프로필트리에톡시실란 대신에 감마-아미노프로필메틸디에톡시실란 (미국 Aldrich사)을 사용하여 동일한 방법으로 스텐레스 스틸 표면에 디에폭시PEO와 헤파린을 결합시켰다. ESCA 분석 결과 표면의 원소 비율은, 실란이 결합된 표면의 경우 탄소 63.6 %, 산소 33.4 %, 실리콘 3.0 %이었고, 디에폭시PEO가 결합된 표면의 경우 탄소 56.6 %, 산소 40.6 %, 실리콘 2.8 %이었으며, 헤파린 결합 후에 탄소 53.2 %, 산소 44.1 %, 실리콘 2.5 %, 황 0.2 %로서 목적대로 반응이 진행되었음을 확인하였다. 처리된 스텐레스 스틸의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 12.5 도로서 미처리 시편 60.5 도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 결합된 헤파린의 양은 톨루이딘 측정법으로 측정한 결과 2.2 ㎍/cm2이었다. 혈소판 부착 실험 결과, 실험 개시 후 60 분을 기준으로 혈소판 부착율이 미처리 스텐레스 스틸 표면에 부착된 혈소판보다 약 50 % 감소하여 우월한 항혈전성을 나타내었다.In Example 1, instead of gamma-aminopropyltriethoxysilane, gamma-aminopropylmethyldiethoxysilane (Aldrich, USA) was used to bind diepoxyPEO and heparin to the stainless steel surface in the same manner. ESCA analysis showed that the element ratio of the surface was 63.6% carbon, 33.4% oxygen, 3.0% silicon for the silane-bonded surface, and 56.6% carbon, 40.6% oxygen, and 2.8% silicon for the diepoxyPEO-bonded surface. After the heparin bond, it was confirmed that the reaction proceeded as intended as 53.2% carbon, 44.1% oxygen, 2.5% silicon, and 0.2% sulfur. As a result of measuring the contact angle of the treated stainless steel, it was found that the contact angle was 12.5 degrees and was more hydrophilized than the untreated specimen 60.5 degrees. The amount of bound heparin was 2.2 μg / cm 2 as determined by toluidine assay. As a result of the platelet adhesion test, the platelet adhesion rate was about 50% lower than that of the plated stainless steel surface at 60 minutes after the start of the experiment, indicating superior antithrombogenicity.

<실시예 7><Example 7>

실시예 2에서 감마-아미노프로필트리에톡시실란 대신에 감마-아미노프로필디메틸에톡시실란을 사용하여 동일한 방법으로 스텐레스 스틸 표면에 디에폭시PEO를 결합시키고 타우린을 반응시켰다. ESCA 분석 결과 표면의 원소 비율은, 실란이 결합된 표면의 경우 탄소 66.6 %, 산소 31.5 %, 실리콘 2.9 %이었고, 디에폭시PEO가 결합된 표면의 경우 탄소 59.2 %, 산소 38.1 %, 실리콘 2.7 %이었으며, 타우린 결합 후에 탄소 56.4 %, 산소 41.1 %, 실리콘 2.3 %, 황 0.2 %로서 목적대로 반응이 진행되었음을 확인하였다. 처리된 스텐레스 스틸의 접촉각을 측정한 결과, 접촉각이 15.3 도로서 미처리 시편 60.5 도보다 크게 친수화되었음을 알 수 있었다. 혈소판 부착 실험 결과, 실험 개시 후 60 분을 기준으로 혈소판 부착율이 미처리 스텐레스 스틸 표면에 부착된 혈소판보다 약 45 % 감소하여 우수한 항혈전성을 나타내었다.In Example 2, instead of gamma-aminopropyltriethoxysilane, gamma-aminopropyldimethylethoxysilane was used to bind diepoxyPEO to the surface of stainless steel and react taurine in the same manner. ESCA analysis showed that the element ratio of the surface was 66.6% carbon, 31.5% oxygen, 2.9% silicon for the silane-bonded surface, and 59.2% carbon, 38.1% oxygen, and 2.7% silicon for the diepoxyPEO-bonded surface. After the taurine bond, it was confirmed that the reaction proceeded as intended as 56.4% carbon, 41.1% oxygen, 2.3% silicon, and 0.2% sulfur. As a result of measuring the contact angle of the treated stainless steel, it was found that the contact angle was 15.3 degrees and was more hydrophilized than the untreated specimen 60.5 degrees. As a result of the platelet adhesion test, the platelet adhesion rate was reduced by about 45% from the platelet adhered to the untreated stainless steel surface at 60 minutes after the start of the experiment, indicating excellent antithrombogenicity.

본 발명에 따라, 금속 재료 표면에 관능성 실란 화합물을 화학적으로 결합시키고, 추가로 술폰산화 PEO 유도체 또는 헤파린을 결합시킨 금속 재료는 항혈전성이 대폭 개선되므로, 스텐트, 인공심장판막 및 카데타와 같은 체내 이식용 금속 재료로 사용시에 혈전 생성이 감소하여 유리하다.According to the present invention, the metal material to which the functional silane compound is chemically bonded to the surface of the metal material, and in addition to the sulfonated PEO derivative or heparin, has significantly improved antithrombogenic properties, and thus, stents, heart valves, and catheter When used as the same metal material for implantation in the body, the formation of thrombi is advantageous because it is reduced.

Claims (12)

삭제delete 기재 금속,Substrate metal, 상기 기재 금속의 표면에 결합된 관능성 실란 화합물, 및A functional silane compound bonded to the surface of the base metal, and 상기 실란 화합물의 관능기를 통해 화학적으로 결합된 술폰산화 PEO 유도체를 포함하는 혈액적합성 의료용 금속 재료.Blood compatible medical metal material comprising a sulfonated PEO derivative chemically bonded through a functional group of the silane compound. 제2항에 있어서, 관능성 실란 화합물이 하기 화학식 1의 화합물인 금속 재료.The metal material according to claim 2, wherein the functional silane compound is a compound of formula (1). <화학식 1><Formula 1> Y-R-Si(CH3)a-X3-a YR-Si (CH 3 ) a -X 3-a 상기 화학식에서,In the above formula, X는 에톡시기, 메톡시기, 부톡시기, 아세톡실기, 클로로기 등이고,X is an ethoxy group, a methoxy group, butoxy group, an aceoxyl group, a chloro group, etc., a는 0, 1 또는 2의 정수이고,a is an integer of 0, 1 or 2, R은 탄소수 2 내지 4개의 알킬기이며,R is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms, Y는 아미노기, 에폭시기, 이소시아네이트기, 히드록실기, 메르캅토기, 비닐기 등이다.Y is an amino group, an epoxy group, an isocyanate group, a hydroxyl group, a mercapto group, a vinyl group, etc. 제3항에 있어서, 관능성 실란 화합물이 감마-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리에톡시실란, 베타-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시도옥시프로필트리메톡시실란, 이소시아네이토프로필트리에톡시실란, N-비스(베타-히드록시에틸)-감마-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-메르캅토프로필트리메톡시실란, 비닐삼염화실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐벤질아미노트리메톡시실란으로 이루어진 군, 및 이들 화합물의 메틸실란 또는 디메틸실란 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 금속 재료.The functional silane compound according to claim 3, wherein the functional silane compound is gamma-aminopropyltriethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -gamma-aminopropyltriethoxysilane, beta- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl Trimethoxysilane, gamma-glycidooxypropyltrimethoxysilane, isocyanatopropyltriethoxysilane, N-bis (beta-hydroxyethyl) -gamma-aminopropyltriethoxysilane, gamma-mercapto Propyltrimethoxysilane, vinyl trichloride silane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, vinylbenzylaminotrimethoxysilane, and these A metal material selected from the group consisting of methylsilane or dimethylsilane compounds of the compound. 제2항에 있어서, PEO 유도체가 하기 화학식 2의 화합물인 금속 재료.The metal material of claim 2, wherein the PEO derivative is a compound of formula (II): <화학식 2><Formula 2> Z-A-PEO-B-ZZ-A-PEO-B-Z 상기 화학식에서,In the above formula, PEO는 -(CH2-CH2-O)n- (n은 10 내지 200의 정수임)으로 표시되는 에틸렌옥시드 반복 단위이고,PEO is an ethylene oxide repeat unit represented by-(CH 2 -CH 2 -O) n- (n is an integer from 10 to 200), A 및 B는 서로 같거나 다를 수 있는, 탄소수 1 내지 3개의 알킬렌기이며,A and B is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, which may be the same or different from each other, Z는 카르복실기 및 그의 유도체인 산염화물, 산무수물, 산아미드기와, 이소시아네이트기, 히드록실기, 아미노기, 알데히드기, 에폭시기, 메르캅토기, 비닐기, 비닐술폰기, 말레이미드기, 숙신이미딜에스테르기, N-히드록시숙신이미드기, 벤조트리아졸 카보네이트기로 이루어진 군으로부터 선택된다.Z is a carboxyl group and its derivatives are acid chlorides, acid anhydrides, acid amide groups, isocyanate groups, hydroxyl groups, amino groups, aldehyde groups, epoxy groups, mercapto groups, vinyl groups, vinyl sulfone groups, maleimide groups, succinimidyl ester groups, N-hydroxysuccinimide group, benzotriazole carbonate group. 제5항에 있어서, PEO 유도체의 분자량이 500 내지 6,000인 금속 재료.The metal material of claim 5, wherein the molecular weight of the PEO derivative is from 500 to 6,000. 삭제delete 제2항에 있어서, 기재 금속이 스텐레스 스틸, 티타늄 및 그의 합금, 니켈 및 그의 합금, 크롬 및 그의 합금, 탄탈륨 및 그의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 금속 재료.The metal material of claim 2, wherein the base metal is selected from the group consisting of stainless steel, titanium and alloys thereof, nickel and alloys thereof, chromium and alloys thereof, tantalum and alloys thereof. 삭제delete 기재 금속의 표면에 관능성 실란 화합물을 결합시키는 단계, 및Bonding the functional silane compound to the surface of the base metal, and 상기 실란 화합물의 관능기를 통해 PEO 유도체를 화학적으로 결합시키는 단계, 및Chemically bonding the PEO derivative through the functional group of the silane compound, and 상기 PEO의 관능기를 술폰산기로 전환시키는 단계를 포함하는, 혈액적합성 의료용 금속 재료의 제조 방법.And converting the functional group of the PEO into a sulfonic acid group. 제10항에 있어서, 결합된 실란 화합물과 PEO 유도체를 화학적으로 결합시키기 위해 에스테르화 반응 촉매, 아미드화 반응 촉매, 치환반응 또는 부가반응 촉매를 사용하는 방법.The method of claim 10, wherein an esterification catalyst, an amidation catalyst, a substitution reaction or an addition reaction catalyst is used to chemically bond the bound silane compound and the PEO derivative. 술폰산화 PEO 유도체가 화학적으로 결합되어 있는 제2항 기재의 금속 재료로 제작된 스텐트, 인공심장판막 또는 카데타.A stent, cardiac valve, or catheter made of a metal material according to claim 2 to which a sulfonated PEO derivative is chemically bonded.
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