KR100588228B1

KR100588228B1 - 친수화성 합성 및 천연 폴리에스터 나노섬유와, 천연폴리에스터를 이용한 상처 피복제 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100588228B1
Application number: KR1020040057750A
Authority: KR
Inventors: 강인규; 김세용; 맹완
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-06-09
Also published as: KR20060008084A

Abstract

본 발명은, 단백질용액과 단백질 성분과 폴리에스터성분을 동시에 녹일 수 있는 용매와 합성/천연 폴리에스터용액을 혼합한 혼합용액을 전기방사 제조함에 의해 합성/천연 폴리에스터 나노섬유에 친수화성 기능이 포함되게 한다.

천연 폴리에스터, 나노섬유, 친수화성

Description

친수화성 합성 및 천연 폴리에스터 나노섬유와, 천연 폴리에스터를 이용한 상처 피복제 및 그 제조방법{HYDROPHILIC SYNTHETIC AND NATURAL POLYESTER NANOFIBER, WOUND DRESSING AND MANUFACTURING METHOD USING THAT}

도 1은 본 발명의 실시 예에 적용된 전기방사 장치 구성도,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 복층구조 나노섬유부직포를 상처 피복제로 구현할 경우의 공정도,

도 3은 폴리우레탄 성분의 농도 변화에 따른 나노섬유를 보여주는 도면,

도 4는 PHBV/젤라틴 성분의 농도 변화에 따른 나노섬유를 보여주는 사진,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 내피층이 친수화성을 가지는 천연 폴리에스터 나노섬유 웹으로 형성된 복층구조 나노섬유부직포 단면도,

도 6 및 도 7은 도 5의 나노섬유 부직포의 평면 확대 사진 및 측단면 확대 촬영 사진을 보여주는 도면,

도 8a 및 도 8b는 PHBV웹과 PHBV/젤라틴 나노섬유웹에서의 세포 부착성 및 배양상태를 비교 실험한 사진을 보여주는 도면,

도 9a 및 도 9b는 PHBV/젤라틴 나노섬유웹상에 세포가 부착 배양되어서 침투되어 있음을 보여주는 사진도.

본 발명은 고분자 바이오기술에 관한 것으로, 특히 친수화성을 가지는 합성 및 천연폴리에스터 나노섬유와, 천연 폴리에스터를 이용한 상처 피복제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

바이오기술(biotechnology)은 생명과학의 주요기술중 하나이며 고분자과학은 여기에 큰 기여를 하고 있다. 또한 바이오기술 개발의 중심재료는 인공장기와 같은 생체재료이다. 이러한 의료관련 목적으로 사용될 재료는 사용기간 또는 사용후에도 인체에 독성이 없고 생체적합성이 우수하여야 한다. 즉 특정 고분자 재료로 제작된 인공장기를 인체내에 이식시켰을 때 대부분의 경우에는 생체거부 반응이 일어나고 이로 인해 인체내에 부작용이 생겨날 수 있다. 또한 인공장기가 생분해되지 않는 재료일 경우 치료가 완료된 후에 2차 수술을 하여 인공장기를 제거해주어야 한다.

따라서 생분해 되는 물질을 이용하여 인공장기로 응용할 경우 인공장기가 생분해되는 동안 새롭게 생성된 조직에 의해 인공장기가 차지하고 있던 공간이 대체되므로 2차 수술을 하지 않고 자연스럽게 치유가 될 수 있으며 이에 따른 부작용도 상당히 제거할 수가 있다.

미생물이 생산하는 고분자인 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate: PHA, 이하 "천연 폴리에스터(PHA)"라 칭함)는 미생물내 세 포내에 축적되는 탄소(에너지) 저장물질로서, 여러가지 이로운 특성 즉, 생분해성, 비독성 등의 성질을 가지고 있어 다양하게 응용되고 있으며 계속적인 연구 검토도 되고 있다.

하지만 천연 폴리에스터(PHA)의 대표적인 일 예인 폴리하이드록시부트레이트 (polyhydroxybutrate)는 자체의 물성이 딱딱하여 의료용 대체물질 재료로 쓰기에는 적합지 않았고, 또한 소수성도 크므로 세포들이 천연 폴리에스터(PHA)물질에 접착 또는 그 기공으로의 침투가 용이하지 못하는 단점이 있으며, 더욱이 생체내에서 효소에 의한 생분해성이 높지 않는 편이어서 인공장기로 응용될 경우 생채내 조직이 새롭게 생성되었는데도 생분해가 이루어지지 않을 수도 있다.

그에 반해 합성 고분자인 PGLA(poly(glycolic acid - co - lactic acid))은 생분해성(엄밀하게 표현하면 물에 의한 가수분해성), 비독성과 같은 이로운 특성을 가지고 있는 바, 생체내에서의 생분해성이 천연 폴리에스터(PHA)에 비해서 월등하게 양호하여 생체내 인공장기 등으로 적용 및 다양하게 응용되고 있으며, 현재 의료용 대체물질 재료로서도 사용되고 있다.

하지만 이러한 합성 고분자인 PGLA는 천연 폴리에스터(PHA)에 비해서 상당히 비싸다는 단점이 있으며, 천연 폴리에스터(PHA)와 마찬가지로 소수성을 가지고 있어 세포들이 PGLA물질에 접착 또는 그 기공으로의 침투가 용이하지 못하는 단점이 있다.

따라서 합성 폴리에스터인 PGLA가 소수성이 제거되고 친수화성을 갖게 된다면 더욱 더 많이 애용될 것이고, 또 PGLA물질보다 상대적으로 가격이 싸면서도 천 연물질인 천연 폴리에스터(PHA)를 친수화, 세포 부착성 향상 및 조직 적합성 등을 갖추게 개질한다면 다양하게 응용이 될 것이고, 특히 생분해성 인공피부로의 응용도 가능할 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 친수화, 세포 부착성 향상 및 조직 적합성이 있는 합성 및 천연 폴리에스터 나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 친수화, 세포 부착성 향상 및 조직 적합성이 있는 천연폴리에스터 나노섬유 부직포를 이용한 상처 피복제를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 복층구조를 가진 나노섬유 부직포 상처 피복제를 제공하는데 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

천연 폴리에스터(PHA)는 생체내에서의 생분해성이 합성 고분자인 PGLA에 비해 떨어지지만 생체의 외부에서는 생분해성은 강하며(특히 토양에서는 강함) 아울러 가격이 PGLA보다 싸다는 특징이 있으므로, 본 발명의 실시 예에서는 천연 폴리 에스터(PHA)물질을 생체외부의 상처 피복제로 응용한다. 그리고 본 발명에서는 천연 폴리에스터(PHA)가 소수성이 있는 단점을 단백질을 활용해 제거하여 친수화성을 갖게 함으로써 세포 부착성 향상과 아울러 조직 적합성이 있도록 한다.

또한 본 발명에서는 PGLA와 같은 일 예의 합성 폴리에스터가 소수성이 있는 단점을 단백질을 활용해 제거하여 친수화성을 갖게 함으로써 세포 부착성 향상과 아울러 조직 적합성을 있도록 한다.

통상 나노섬유는 그 직경이 수십 나노미터(㎚) 내지 수 마이크로미터(㎛)까지의 범위를 가지는 섬유를 일컫는다. 본 발명의 실시 예에서는 합성 및 천연 폴리에스터(PHA)물질을 친수화성을 갖도록 함과 동시에 나노섬유로 제조하되 더욱이 나노섬유 부직포로 제조함으로써, 나노섬유 부직포의 하기와 같은 장점들을 최대한 이용한다.

(1) 매우 높은 아스펙트율(aspect ratio)(= 길이/직경)로 인한 높은 비표면적(high specific surface area),

(2) 나노섬유 부직포의 기공 사이즈(pore size) 조절 가능

본 발명의 실시 예에 따른 친수화성 천연 폴리에스터(PHA) 나노섬유 부직포나 PGLA와 같은 합성 폴리에스터 나노섬유 부직포는 단백질 혼합으로 인해 친수화성을 가지므로 세포들이 나노섬유에 쉽게 부착할 수 있으며, 나노섬유 부직포 특성상 평면뿐만 아니라 부직포 내부까지 침투하여 부착될 수 있는 3차원 구조를 갖으며, 높은 비표면적을 갖기 때문에 세포가 붙을 수 있는 면적이 넓으며, 나노섬유에 부착된 세포에게 영양분(산소 등)이 부직포의 상하좌우를 통해서 원활하게 공급되 게 한다.

본 발명의 실시 예에서는 우선적으로 친수화성, 세포 부착성 향상 및 조직 적합성이 있는 합성 및 천연 폴리에스터 나노섬유를 제조할 수 있도록 구현한다. 그리고 그를 응용해 합성 및 천연 폴리에스터 나노섬유의 부직포를 제조하고, 천연 폴리에스터 나노섬유 부직포를 이용한 복층구조의 상처 피복제를 제조할 수 있도록 구현한다. 특히 상처 피복제를 복층으로 구성할 경우 내피층은 친수성을 가지는 천연 폴리에스터 나노섬유 웹으로 형성하고, 외피층은 방수 및 항염기능의 폴리우레탄 나노섬유 웹으로 형성될 수 있도록 구현한다.

나노섬유는 나노 직경을 가지므로 일반적인 섬유의 용융 및 압출 연신하는 제조방식과는 상이하게 전기방사에 의해서 제조된다. 전기방사를 통해서 나노섬유를 제조하는 전기방사장치의 구성은 도 1의 일 예와 같다.

도 1을 참조하면, 전기방사장치는, 고압전원장치(2)와, 유리주사기(6)를 포함하는 주사기 펌프(4)와, 및 메탈드럼(10)을 포함하며 일단이 접지된 콜렉터부(8)로 구성한다.

고압전원장치(2)에서의 고압 전기장이 주사기 펌프(4)와 콜렉터부(6)에 걸어지는데, 주사기 펌프(4)의 유리 주사기(8)에는 (+)전압이 인가되고, 콜렉터부(6)의 메탈 드럼(10)에는 (-)전압이 인가된 상태이다. 그리고 주사기 펌프(4)의 유리주사기(8)내에는 나노섬유 제조를 위한 원료인 고분자용액이 주입되어 있다.

양으로 대전된 고분자용액은 주사기 펌프(4)의 유리 주사기(glass syringe)(6)의 방사구로부터 콜렉터부(collector unit)(8)의 메탈드럼(10)까지에 걸린 고압 전기장에 의해서 연신이 되는 바, 유리 주사기(6)의 방사구로부터 접지된 콜렉터부(8)의 메탈드럼(10)으로 연신되는 용액에 제트 흐름이 생성된다. 이것은 콘 형태를 가지며 일명 테일러 콘(taylor cone)이라 칭해진다. 많은 나노섬유들이 스프레이 영역에서 나누어지고, 회전하는 메탈드럼(10)상에 나노섬유가 형성되는 것이다.

본 발명의 발명자들은 천연 폴리에스터(PHA)나 폴리우레탄을 제대로된(요구 섬유직경, 섬유의 균일성 등) 나노섬유로 제조하기 위해선, 여러가지 파라미터(parameter)들을 고려해야함을 실험을 통해서 확인하였다. 그 파라미터들은, 예컨대, 유리 주사기(6)에 주입되는 용액농도, 메탈드럼(10)과 유리 주사기(6)간의 거리, 전압레벨, 유리 주사기(6)에 주입되는 용매 유전상수 등이 포함된다.

파라미터들중 농도는 낮을수록 나노섬유의 굵기는 가늘어지며, 메탈드럼(10)과 유리주사기(6)간의 거리(Tip to Collector Distance: 이하 "TCD"라 칭함)가 멀어질수록 나노섬유의 굵기가 가늘어지고, 전압이 높아질수록 나노섬유의 굵기가 가늘어짐을 확인하였다. 그리고 용매유전상수가 낮은 경우는 나노섬유의 굵기가 1마이크로미터 이상이고, 용매유전상수가 높은 경우 나노섬유의 굵기가 150나노미터정도가 됨을 알 수 있었다. 만약 상기한 파라미터의 설정값이 적절치 않으면 제조된 나노섬유에 비드(beed)가 생기며 굵기가 너무 가늘어지거나 너무 굵어지게 된다.

또한 본 발명의 실시 예에서는 상처 피복제 용도로 사용하기 위해 복층구조의 나노섬유부직포를 형성하는데, 방수가 되면서도 투습성 및 공기투과성을 가지며, 생체적합성, 세포 부착성 및 조직 적합성이 이루어지도록 최적화시킨다.

본 발명의 일 실시 예로서 제조되는 상처 피복제는, 폴리우레탄용액을 제1 전기방사를 통해서 폴리우레탄 나노섬유 웹을 형성하고, 단백질성분과, 단백질성분과 폴리에스터성분을 동시에 녹일 수 있는 용매와, 천연 폴리에스터 물질을 혼합한 혼합용액을 제2 전기방사하여 상기 폴리우레탄 나노섬유 웹상에 친수화성이 추가된 천연 폴리에스터 나노섬유 웹을 형성함으로써 제조한다.

도 2는 복층구조 나노섬유 부직포를 상처 피복제로 구현할 경우의 공정도를 도시한 것이다.

도 2를 참조하여 상처 피복제 제조에 대해서 상세히 설명하면 하기와 같다. 본 발명의 실시 예에서 상처 피복제의 외피층으로 사용될 폴리우레탄은, 합성 탄성섬유(彈性纖維)로서 부드럽고, 고탄성, 고탄성 회복성 및 충분한 인장강도(2g/d 이상)을 가지며 방수가 가능한 특징으로 가지며, 의료분야에서는 상처 피복제로서 사용하고 있다. 폴리우레탄 섬유의 대표적인 예로는 '스판덱스'를 들수 있다.

전기방사장치의 제1 전기방사에 사용할 원료인 폴리우레탄 용액을 얻기 위해서, 본 발명의 실시 예에서는 폴리우레탄 성분을 디메틸포름아미드(dimethyl Formamide: DMF)/테트라하이드로퓨란(tetra hydro furan: THF) 혼합용매(혼합비율 7:3)에 녹임으로써 폴리우레탄 용액을 준비한다(도 2의 100단계).

디메틸포름아미드(DMF) 용매는 비점이 매우 높지만(약 153℃) 폴리우레탄 성분을 쉽게 용해시킬 수 있으며, 테트라하이드로퓨란(THF) 용매는 비점이 낮아서(약 88℃) 휘발이 잘된다. 따라서 상기한 혼합용매는 폴리우레탄을 쉽게 용해시켜줌과 아울러 비점을 낮추어 주어 유리 주사기(glass syringe)(6)의 방사구로부터의 분사 시에 혼합용매는 콜렉터부(8)의 메탈드럼(10)에는 착지되지 않고 방사도중에 휘발되도록 해준다. 혼합된 용매의 유전상수는 각각의 독립된 용매의 유전상수와는 크게 차이가 없음을 확인을 했는 바, 용매혼합으로 인한 파라미터의 변화에 신경을 쓰지 않아도 된다. 또한 본 발명의 실시 예에서는 일 예로서 폴리우레탄 성분의 농도범위를 실험을 통해서 6∼20wt-%로 설정하였으며, 폴리우레탄 나노섬유의 직경을 천연 폴리에스터 나노섬유의 직경보다 상대적으로 훨씬 큰 값인 1∼3㎛을 유지하기 위해서 폴리우레탄성분의 농도를 약 19 wt-%로 정하였다.

본 발명자들은 폴리우레탄 성분의 농도가 너무 낮으면 나노섬유가 균일하지 못할뿐더러 비드가 야기되어 원하는 나노섬유를 얻을 수 없으며, 폴리우레탄의 성분의 농도가 높아질수록 점도가 높아져서 나노섬유의 직경이 굵어지고 균일하여짐을 확인하였다. 따라서 본 발명은 상기한 값에 의해서 한정되는 것이 아니고 요구되는 직경값이나 균일도에 따라서 정해질 수 있음이 이 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명하여진다.

도 3은 실험을 통해 폴리우레탄 성분의 농도 변화에 따른 나노섬유 사진을 보여주는 도면이다. 사진 (a)의 경우는 폴리우레탄 성분의 농도범위가 5wt-%일 때이고, 사진 (b)의 경우는 폴리우레탄 성분의 농도범위가 11wt-%일 때이며, 사진 (c)의 경우는 폴리우레탄 성분의 농도범위가 15wt-%일 때이다. 그리고 사진 (d)의 경우는 폴리우레탄 성분의 농도범위가 19wt-%일 때이다. 사진 (a)의 경우에는 나노섬유에 비드가 생김을 알 수 있고, 본 발명의 실시예에 따라 일예로 적용한 것은 (d)의 사진이다.

그 후 준비된 폴리우레탄용액을 유리주사기(6)에 주입시키며, 주사시 기포가 생기지 않도록 준비한다. 또한 폴리우레탄 나노섬유 전기방사를 최적의 파라미터값을 설정을 하는데(도 2의 102단계), TCD값이 수십 센티미터(바람직한 일예로는 10cm 정도)가 되게 해서 폴리우레탄용액이 담긴 유리주사기(6)를 주사기펌프(4)에 위치시키고, 주사속도를 0.5∼5ml/h(바람직한 일예로는 2.0ml/h 정도)로 설정하여 주사기 펌프(4)의 작동과 동시에 수십 킬로볼트(바람직한 일예로는 10kv 정도)의 일정한 전압을 걸어준다. 그리고 습도는 30%이하, 온도는 45℃이상 유지한 상태에서 제1 전기방사를 진행한다.

이러한 제1 전기방사에 의해서 상처 피복제의 외피층에 해당되는 폴리우레탄 나노섬유 웹층이 콜렉터부(8)의 메탈드럼(10)상에 형성된다(도 2의 104단계).

도 2의 100단계 내지 104단계를 수행한 후 도 2의 106단계 내지 110단계의 제2 전기방사 과정을 통해서 상처 피복제의 내피층에 해당하는 천연폴리에스터(PHA) 나노섬유 웹층을 폴리우레탄 나노섬유 웹층상에 형성함으로 복층구조의 부직포를 제조한다.

본 발명의 실시 예에서 상처 피복제의 내피층으로 사용될 친수화성 천연 폴리에스터(PHA) 나노섬유 웹을 제조하기 위해, 우선적으로, 전기방사장치의 제2 전기방사에 사용할 원료인 혼합용액을 얻되, 천연 폴리에스터(PHA)성분과, 단백질성분과, 단백질성분과 폴리에스터성분을 동시에 녹이기 위한 용매를 혼합함에 의해서 얻는다.

천연 폴리에스터(PHA)는 하기 화학식 1과 같은 분자구조를 가지며 기재된 바와 같은 다양한 계열이 있다.

본 발명의 실시 예에서는 천연 폴리에스터(PHA)의 대표적인 일예인 폴리3-하이드록시부트릭산-3-하이드록시발레릭산 공중합체(Poly(3-hydroxybutyric acid-co-3-hydroxyvaleric acid; 이하 "PHBV"라 칭함)를 일예로 사용한다.

상기 PHBV의 분자구조는 하기 화학식 2와 같다.

본 발명의 실시 예에서는, PHBV(PHV내용물 5wt%)성분과 단백질성분중 젤라틴 이나 콜라겐중의 하나를 불소계 알코올 용매인 2,2,2-트리플루오러에탄올(2,2,2-trifluoroethanol: 이하 "TFEtOH"라 칭함)용매 또는 1,1,1,3,3,3-헥사 플로러 - 프로파놀(hexafluoro-2-propanol)용매에 무게비가 PHBV대비 단백질성분 비율이 0.5%∼60%가 되도록(바람직하게는 5:5정도) 녹여서 혼합용액을 준비한다(도 2의 106단계). 여기서 TFEtOH용매는 극성 및 유전상수가 매우 커서 단백질 성분을 충분히 녹일 수 있다. 이때 PHBV/젤라틴(또는 콜라겐) 혼합용액의 농도범위를 실험을 통해서 2wt-% ∼ 10wt-%로 설정하였으며, 바람직하게는 약 6wt-%로 설정할 때 나노섬유가 균일할 뿐더러 폴리우레탄 나노섬유 직경보다 상대적으로 작은 직경을 유지함을 확인하였다. 단백질성분중 본 발명의 실시 예에 적용된 젤라틴(gelatin)이나 콜라겐(collagen)에는 세포들이 잘 부착되지만, 단순 단백질인 알부민(albumin)에는 세포가 잘 부착되지 않음을 확인하였다.

본 발명자들은 실험을 통해 확인한 결과 혼합용액의 농도범위보다도 PHBV/젤라틴 성분의 농도가 낮게 되면 나노섬유의 직경이 가늘어지고 균일성도 떨어지고, 반면에 혼합용액의 농도범위보다도 PHBV/젤라틴 성분의 농도가 높아지게 되면 나노섬유의 직경이 굵어지고 균일성이 점차 떨어짐을 확인하였다.

도 4는 PHBV/젤라틴 성분의 농도 변화에 따라 제조된 나노섬유를 보여주는 사진이다. 사진 (a)의 경우는 PHBV/젤라틴 성분의 농도범위가 2wt-%일 때이고, 사진 (b)의 경우는 PHBV/젤라틴 성분의 농도범위가 4wt-%일 때이며, 사진 (c)의 경우는 PHBV/젤라틴 성분의 농도범위가 6wt-%일 때이다. 그리고 사진 (d)의 경우는 PHBV/젤라틴 성분의 농도범위가 8wt-%일 때이다. 본 발명의 실시예에 따라 일예로 적용한 것은 (c)의 사진이다.

상기와 같이 PHBV/젤라틴(또는 콜라겐) 혼합용액을 준비한 후, 준비된 혼합용액을 유리주사기(6)에 주입시키며, 주사시 기포가 생기지 않도록 준비한다. 또한 친수화성 천연 폴리에스터 나노섬유 전기방사를 최적의 파라미터값을 설정을 하는데(도 2의 108단계), TCD값이 수십 센티미터(바람직한 일예로는 12cm 정도)가 되게 해서 PHBV/젤라틴(또는 콜라겐) 혼합용액이 담긴 유리주사기(6)를 주사기펌프(4)에 위치시키고, 주사속도를 0.5∼5ml/h(바람직한 일예로는 1.5ml/h 정도)로 설정하여 주사기 펌프(4)의 작동과 동시에 수십 킬로볼트(바람직한 일예로는 10kV 정도)의 일정한 전압을 걸어준다. 그리고 습도는 20%이하, 온도는 40℃이상 유지한 상태에서 제2 전기방사를 진행한다. 그후 24시간 진공건조를 수행한다.

이러한 제2 전기방사 및 진공건조에 의해서 상처 피복제의 내피층에 해당되는 친수화성 천연 폴리에스터 나노섬유 웹층이 콜렉터부(8)의 메탈드럼(10)에 기형성된 폴리우레탄나노섬유 웹상에 형성된다(도 2의 110단계).

상기한 도 2의 106단계 내지 110단계의 제2 전기방사 및 진공건조 과정을 통해서 도 5에 도시된 바와 같이, 상처 피복제(20)의 내피층에 해당하는 친수화성 천연 폴리에스터(PHA) 나노섬유 웹(24)이 폴리우레탄 나노섬유 웹(22)상에 형성되어진다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 복층구조 부직포의 외피층이 폴리우레탄 나노섬유 웹으로 구성되고 내피층이 천연 폴리에스터 나노섬유 웹으로 형성된 상처 피복제의 확대 평면도 및 확대 측단면도이다.

도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 상부에서 가늘게 펼쳐진 나노섬유가 내피층의 친수화성 천연 폴리에스터 나노섬유이고, 그 하부에서 상대적으로 굵게 펼치진 나노섬유가 외피층인 폴리우레탄 나노섬유이다.

전술한 일 예에서는 상처 피복제의 내피층으로 사용되는 친수화성 천연 폴리에스터 나노섬유 웹을 전기방사로 제조하는 것을 바람직한 일 예로서 설명을 하였지만, 본 발명은 PGLA와 같은 합성 폴리에스터도 상기와 같은 방식으로 단백질성분 혼합하여 친수화성을 가지는 친수화성 합성 폴리에스터 나노섬유를 제조할 수 있다. 그래서 친수화성 합성 플리에스터 나노섬유로 만들어진 인공장기에 세포들이 쉽게 부착할 수 있도록 한다.

요컨대, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 친수화성 합성 폴리에스터 나노섬유는, 단백질용액과, 단백질성분과 폴리에스터성분을 동시에 녹일 수 있는 불소계알코올 용매와, PGLA와 같은 합성 폴리에스터용액을 혼합하여, 혼합용액을 만들고 그 혼합용액을 전기방사 제조함에 의해 합성 폴리에스터 나노섬유에 친수화성 기능을 포함시킨다.

<실험>

본원 발명자들은 두 종류의 나노섬유부직포 상처 피복제를 실험을 위해 준비하였다. 그중 하나는 폴리우레탄 나노섬유 웹상에 천연폴리에스터 나노섬유 웹을 형성한 복층구조 부직포를 준비하였고, 다른 하나는 외피층이 폴리우레탄 나노섬유 웹으로 구성되고 내피층이 젤라틴성분 혼합된 천연폴리에스터 나노섬유 웹으로 형성된 본 발명의 실시 예에 따른 복층구조의 상처 피복제를 준비하였다. 그리고 각 각을 세포 배양실험을 하였다.

각각의 상처 피복제에 세포를 얹어놓은(seeding) 후 3시간, 6시간, 12시간, 24시간, 2일, 3일의 시간간격을 두고 배양하여 세포를 고정화였는데, 확인한 결과 시간이 지남에 따라 세포의 활동은 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, PHBV 및 젤라틴 혼합된 나노섬유 부직포에서 더욱 활발하게 일어남을 확인할 수 있었다.

도 8a 및 도 8b는 PHBV웹과 PHBV/젤라틴 나노섬유웹에서의 세포 부착성 및 배양상태를 비교 실험한 사진을 보여주는 도면으로서, 도 8a에서는 3시간, 6시간이 경과되었을 때 세포가 배양된 상태를 보여준 비교사진이고, 도 8b에서는 12시간, 24시간이 경과되었을 때의 세포가 배양된 상태를 보여준 비교사진이다. 24시간이 경과된 때, PHBV웹에는 세포가 별로 배양이 되지 않았는데 반해 PHBV 및 젤라틴 혼합된 나노섬유 부직포에는 활발한 배양이 일어났음을 확인할 수 있다.

또한 도 9a 및 도 9b의 사진에서는 PHBV/젤라틴 나노섬유웹에 세포가 부착 배양되어서 침투되어 있음을 보여주고 있다.

상기한 실험 결과와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 친수화성 천연 폴리에스터(PHA) 나노섬유 부직포는 세포들이 단백질 혼합으로 인해 친수화성 및 나노섬유의 높은 비표면적으로 인해 나노섬유에 쉽게 부착할 수 있고 배양성장할 수 있음을 확인하였다. 또한 나노섬유 부직포의 3차원 구조에 의해서 세포가 부직포 내부에까지 침투하여 부착 성장할 수 있음을 확인하였다.

또한 본원 발명자들은 폴리우레탄 부직포시트(PU nonwoven sheet), PHBV필름, PHBV부직포 시트, 및 본 발명의 실시 예에 따른 PHBV/젤라틴 부직포 시트를 준 비하여 투습도(water vaper permeability) 실험을 하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

폴리머종류	P(mg/cm²·h)
폴리우레탄 부직포 시트	52 ±3
PHBV 필름	1.7 ±0.6
PHBV 부직포 시트	58 ±3
PHBV/젤라틴 부직포 시트	55 ±8

여기서, P = CaCl₂ 증가량 / 투과영역 ×시간[mg/cm²·h]

표 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 PHBV/젤라틴 부직포 시트의 투습도(P)는 55 ±8(mg/cm²·h)정도로서, PHBV필름보다는 월등하게 높으며, 폴리우레탄 부직포 시트보다는 약간 더 나음을 알 수 있다.

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 PHBV/젤라틴 나노섬유 부직포는 나노섬유에 부착된 세포에게 영양분(산소 등)이 부직포의 상하좌우를 통해서 원활하게 공급할 수 있고 아울러 습기를 발산할 수 있도록 함을 확인할 수 있었다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시 예에서는 상처피복제의 내피층은, PHBV/단백질 나노섬유 부직포로 구성하고, 외피층은 폴리우레탄 나노섬유 부직포층으로 구성한 일예를 들어 설명하였지만, 상처피복제의 용도외에도 사용할 수 있으며 외피층이 폴리프로필렌 나노섬유층으로 변형 구현될 수도 있고, 아예 외피층이 없이도 구현할 수 있으며, 폴리프로필 렌나노섬유층, 폴리우레탄나노섬유층, PHBV/단백질 나노섬유층으로 구성할 수 있음을 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하여질 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 친수화, 세포 부착성 향상 및 조직 적합성이 있는 합성 및 천연 폴리에스터 나노섬유를 구현할 수 있으며, 천연 폴리에스터 나노섬유 부직포를 이용한 상처 피복제도 구현할 수 있다.

Claims

세포 부착성이 있는 단백질용액과, 단백질성분과 폴리에스터성분을 동시에 녹일 수 있는 용매와, 소수성과 생체 외부에서 생분해성이 있는 천연 폴리에스터용액을 혼합한 혼합용액을 전기방사하여 나노섬유로 제조함에 의해 제조된 천연 폴리에스터 나노섬유가 친수화성, 세포 부착성 및 조직적합성을 갖도록 함을 특징으로 하는 친수화성 천연 폴리에스터 나노섬유.
제1항에 있어서, 상기 단백질용액은 젤라틴 및 콜라겐중의 하나임을 특징으로 하는 친수화성 천연 폴리에스터 나노섬유.
제1항에 있어서, 상기 단백질성분과 폴리에스터성분을 동시에 녹일 수 있는 용매는 불소계알코올 용매임을 특징으로 하는 친수화성 천연 폴리에스터 나노섬유.
제1항에 있어서, 상기 천연 폴리에스터는 폴리3-하이드록시부트릭산-3-하이드록시발레릭산 공중합체(Poly(3-hydroxybutyric acid-co-3-hydroxyvaleric acid)임을 특징으로 하는 친수화성 천연 폴리에스터 나노섬유.
폴리우레탄용액을 제1 전기방사를 통해서 폴리우레탄 나노섬유 웹을 형성하고, 세포 부착성이 있는 단백질용액과 단백질 성분과 폴리에스터성분을 동시에 녹일 수 있는 용매와 소수성과 생체 외부에서 생분해성이 있는 천연 폴리에스터용액을 혼합한 혼합용액을 제2 전기방사하여 상기 형성된 나노섬유 웹상에 친수화성 기능이 포함된 천연폴리에스터 나노섬유 웹을 형성함에 의해 복층구조 나노섬유 부직포가 되게 구성함을 특징으로 하는 상처 피복제.
상처 피복제 제조방법에 있어서,

폴리우레탄 성분을 용해 가능한 높은 비점을 가진 제1용매와 전기방사중 휘발이 가능한 낮은 비점을 가진 제2용매를 혼합한 혼합용매에 폴리우레탄성분을 녹여서 폴리우레탄용액을 준비하는 제1과정과,

상기 폴리우레탄용액을 제1 전기방사하여 폴리우레탄 나노섬유 웹을 형성시키는 제2과정과,

세포부착성이 있는 단백질용액과 단백질성분과 폴리에스터성분을 동시에 녹일 수 있는 용매와 소수성과 생체 외부에서의 생분해성이 있는 천연 폴리에스터용액을 혼합한 혼합용액을 준비하는 제3과정과,

상기 혼합용액을 제2 전기방사하여 상기 폴리우레탄 나노섬유 웹상에 친수화성 기능이 포함된 천연폴리에스터 나노섬유 웹을 형성시켜 복층구조 나노섬유부직포를 제조하는 제4과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 상처 피복제 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 제3과정이, 천연 폴리에스터인 PHBV(PHV내용물 5wt%)성분과 단백질성분중 젤라틴이나 콜라겐중의 하나를 불소계알코올 용매에 무게비가 천연폴리에스터 대비 단백질성분 비율이 0.5%∼60%가 되도록 녹여서 혼합용액을 준비함을 특징으로 하는 상처 피복제 제조방법.
세포부착성이 있는 단백질용액과, 단백질성분과 폴리에스터성분을 동시에 녹일 수 있는 불소계알코올 용매와, 소수성과 생체내 생분해성이 있는 합성 폴리에스터용액을 혼합한 혼합용액을 전기방사하여 나노섬유로 제조함에 의해 합성 폴리에스터 나노섬유에 친수화성 기능이 포함되게 함을 특징으로 하는 친수화성 합성 폴리에스터 나노섬유.