KR100644369B1 - 피부드레싱용 키토산-젤라틴-알진 스폰지 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피부드레싱용 키토산-젤라틴-알진 스폰지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존에 사용되어 오던 스폰지 제조시에 동결건조 과정 후 제거되지 않았던 산성용액을 특정 조건하에서 진공 건조하여 완벽히 제거하고, 또한 키토산, 알진 및 젤라틴의 혼합비율을 특이성있게 조절하여 키토산, 알진 및 젤라틴 상의 최적의 이온결합력을 유도함으로써 가교제가 배제된 임상병리학적인 피부손상, 수술, 화상 등을 포함하는 피부의 외적 손상에 대한 상처 드레싱용으로 유용한 스폰지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

피부드레싱용, 키토산, 젤라틴, 알진, 보습력, 스폰지, 진공 건조, 이온 결합

Description

피부드레싱용 키토산-젤라틴-알진 스폰지 및 이의 제조방법{Sponge having highly moisture composed Chitosan-Algin-Gelatin for wound healing and preparation its}

도 1은 키토산-젤라틴-알진의 중량비를 60 : 20 : 20으로 하여 제조한 스폰지를 PBS 완충용액에 침지 후의 사진으로, (a)는 진공건조 과정을 실시하지 않은 사진이고, (b)는 진공 건조과정을 실시한 사진이다.

도 2는 키토산-알진-젤라틴의 중량비를 60 : 20 : 20으로 하여 제조한 스폰지의 표면사진으로서, (a)는 거대 기포를 제거하지 않고 실시한 사진이고, (b)는 거대 기포를 제거한 후 실시한 사진이다.

본 발명은 피부드레싱용 키토산-젤라틴-알진 스폰지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존에 사용되어 오던 스폰지 제조시에 동결건조 과정 후 제거되지 않았던 산성용액을 특정 조건하에서 진공 건조하여 완벽히 제거하 고, 또한 키토산, 알진 및 젤라틴의 혼합비율을 특이성있게 조절하여 키토산, 알진 및 젤라틴 상의 최적의 이온결합력을 유도함으로써 가교제가 배제된 임상병리학적인 피부손상, 수술, 화상 등을 포함하는 피부의 외적 손상에 대한 상처 드레싱용으로 유용한 스폰지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

키토산은 갑각류 껍질에서 추출한 천연고분자인 키틴을 탈아세틸화하여 얻어진 고분자로 이때 탈아세틸화가 60% 이상인 천연고분자이다. 키토산은 자기멸균성, 생체적합성, 생분해성을 가지는 양이온성을 띠는 염기성 다당류의 일종으로서, 화장품 분야에서 보습제로 처음 사용된 후, 생체 구성성분인 당단백질, 뮤코 다당류, 콜라겐, 엘라스틴 등의 기능을 보완할 수 있는 대체물질로서 알려져 다양한 의료용 소재로의 활용이 연구되고 있다.

젤라틴은 생체 구성성분인 콜라겐의 가수분해물로서 글리신, 프롤린, 하이드로프롤린과 같은 다양한 아미노산으로 구성된 천연 단백질이다. 젤라틴은 콜라겐과 달리 항원성을 억제하고, 생분해성 및 생체친화성을 보이는 것으로 알려져 있으며 최근에는 높은 지혈효과를 갖는 것으로 보고된 바 있다.

한편, 알진은 갈색 해조류에서 추출되는 음이온성 천연고분자로서 상처 피복용 드레싱과 같은 의료용 소재로 사용되고 있는 것으로 알려져 있다.

상기 천연고분자들의 생체적합성, 생분해성, 항균력을 이용하여 지금까지 의료용 소재로 사용가능한 다양한 형태의 스폰지를 개발하였는데, 예를 들면 미국특허 제2,507,244호에는 가교된 젤라틴 스폰지에 대하여 개시하고 있으며, 미국특허 제2,558,395호와 제3,325,366호는 젤라틴에 트롬빈 또는 폴리비닐피롤리돈을 첨가 하여 제조한 스폰지에 대하여 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제2,899,362호에는 젤라틴에 녹말을 혼합하여 스폰지를 제조하는 방법이 개시되었다. 또한, 대한민국 공개특허공보 제1999-24621호에는 젤라틴과 알진을 혼합하여 제조한 가교 스폰지가 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제1999-49107호에는 양이온성 키토산과 음이온성 천연고분자의 이온결합을 이용한 고분자 전해질 복합체 스폰지가 개시되어 있다.

이와 같이, 기존의 젤라틴 스폰지 제조방법에서는 수용성의 젤라틴이 물이나 인체의 삼출액에 쉽게 용해되므로 가교 반응을 통하여 기계적 물성을 부여해야 했다. 따라서, 스폰지 제조시 기계적 물성을 부여하기 위해 상기한 발명에서 사용된 가교제는 포름알데하이드, 글루타알데하이드, 덱스트린 알데하이드와 같은 알데하이드계 화합물과 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필카보이미드), 디사이클로헥실카보이미드, 1-에틸-3-(2-몰포리닐-4-에틸)카보이미드와 같은 수용성 카보이미드계 화합물 등이 있으며, 그 밖에 에폭시화합물이나 디이소시아네이트 등을 사용하였다.

상기 가교제는 화학적인 공유결합을 통하여 스폰지의 물성을 증가시키지만 세포독성을 나타내기 때문에 생체 재료에 사용할 경우 완벽한 제거가 필요하다. 그러나, 가교제는 ppm 단위의 미량이 존재하더라도 세포독성을 나타내기 때문에 생체 내에서 사용이 제한되고 있다. 또한, 가교 후 스폰지 내부에 남아있는 가교제를 제거하기 위한 세척과정과 동결건조과정을 반복해야 하는 제조과정의 복잡성과 가격경쟁력의 약화를 초래한다. 따라서, 본 발명에서는 생체친화력을 높임 은 물론 가교제의 제거 및 반복 동결건조 과정을 생략하여 보다 가격경쟁력이 우수한 스폰지를 제조하였다.

또한, 양이온성의 키토산은 알진과 같은 음이온성 천연고분자와 이온결합을 통하여 겔을 형성하여 불용성의 고분자 전해질 복합체를 구성할 수 있다. 하지만 키토산과 알진을 함께 사용하여 스폰지를 제조시 가교제를 사용하지 않는 경우에는 키토산용액의 용해 시 사용된 산성용액이 최종의 제품 형태인 스폰지의 형태를 구성하기 위해 실시한 동결과정 중 완벽히 제거되지 않아 물이나 삼출액에 침지 시에 용해되어 스폰지의 형태를 유지할 수 없다. 따라서, 가교제의 사용이 불가피하며 ppm 단위의 미량으로도 세포독성을 나타내는 가교제는 제거 과정을 실시하여도 완벽한 제거가 불가능하며 스폰지의 생체적합성을 떨어뜨리고 가교제 제거 과정과 동결과정을 반복수행하여 가격경쟁력을 약화시키는 문제점이 있어 사용이 어려운 실정이다.

이에, 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결한 가교제를 사용하지 않고 기존의 물성을 향상시키며, 특히 보습력이 우수한 키토산-젤라틴-알진 스폰지를 제조하기 위하여 연구 노력한 결과, 키토산을 용해하기 위하여 사용한 산성용액이 스폰지의 동결건조 과정 후 특정 조건 하에서 진공건조하여 완벽하게 제거함으로써 기존의 문제점을 해결하였고, 또한 이온결합을 통해 제조된 스폰지가 기계적 물성이 떨어지는 단점을 보완하기 위하여 키토산, 알진 및 젤라틴의 비율을 특이성있게 조절 함으로써 키토산과 알진, 젤라틴 사이의 최적의 이온결합력을 유도하여 가교제가 배제된 스폰지 및 이의 제조방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 우수한 생체적합성, 항균력, 보습력 및 지혈작용 등의 물성을 갖는 키토산-젤라틴-알진 스폰지 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은

1) 키토산은 산성용액에 용해하고, 알진과 젤라틴은 증류수에 용해하여 각각의 용액을 제조하는 단계;

2) 상기의 키토산용액을 30 ∼ 50 ℃에서 5000 ∼ 13000 rpm으로 교반하면서 알진 용액을 50 ∼ 100 ml/min의 속도로 혼합하는 단계;

3) 상기 혼합용액을 30 ∼ 50 ℃에서 5000 ∼ 13000 rpm으로 교반하면서 젤라틴 용액을 10 ∼ 30 ml/min의 속도로 혼합하는 단계;

4) 상기의 혼합용액을 1 ∼ 5 ℃의 냉장상태에서 50 ∼ 200 rpm을 통하여 스폰지의 거대 기포를 제거하여 동결 건조시켜 스폰지를 제조하는 단계; 및

5) 상기 동결 건조된 지지체를 30 ∼ 70 ℃에서 9 ∼ 15시간동안 진공건조시켜 남아 있는 산성용액을 완전히 제거하는 단계

를 포함하는 키토산-젤라틴-알진으로 구성된 보습력이 우수한 스폰지의 제조방법을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 키토산 용액 40 ~ 60 중량%, 젤라틴 용액 10 ~ 40 중량% 및 알진 10 ~ 30 중량%로 혼합되어 이온결합된 피부드레싱용 스폰지를 포함한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 기존에 사용되어 오던 스폰지 제조시에 동결건조 과정 후 제거되지 않았던 산성용액을 특정 조건하에서 진공 건조하여 완벽히 제거하고, 또한 키토산, 알진 및 젤라틴의 혼합비율을 특이성있게 조절하여 키토산, 알진 및 젤라틴 상의 최적의 이온결합력을 유도함으로써 가교제가 배제되어 임상병리학적인 피부손상, 수술, 화상 등을 포함하는 피부의 외적 손상에 대한 상처 드레싱용으로 유용한 스폰지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

먼저, 키토산을 산성용액, 바람직하게는 포름산, 황산, 염산, 초산 용액을 사용하여 키토산 용액을 제조하고, 알진과 젤라틴은 증류수에 용해시켜 알진 용액, 젤라틴 용액을 각각 제조한다. 이때, 제조된 키토산 용액, 젤라틴 및 알진 용액은 각각 1 ∼ 3 중량%의 농도로 제조하는데, 상기 농도범위를 초과하면 혼합할 때 높은 점도로 인하여 균일성을 얻기 힘들며, 상기 농도범위 미만에서는 제조 후 스폰지 형태를 유지하기 힘들다는 문제가 있어 상기 범위의 농도로 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 키토산 용액 제조 시에 사용되는 산성용액의 농도는 0.5 ∼ 5 부피%가 키토산의 완전한 용해가 가능하며 스폰지의 제조 후 제거가 용이한 이유로 바람직하다.

이렇게 제조한 키토산 용액을 30 ∼ 50 ℃에서 5000 ~ 13000 rpm의 고속으로 회전하는 전동 교반기를 사용하여 교반하면서 알진 용액을 50 ~ 100 mL/min 넣어주 어 최적의 이온 결합력을 갖는 균일한 상태의 혼합용액을 제조한다. 이때 전동 교반기의 회전속도가 상기 범위를 초과하면 교반기 자체의 무리가 수반되며 이로 인한 고열의 발생으로 인해 키토산, 알진 및 젤라틴의 사슬이 끊어 물성의 약화를 초래하는 결과를 초래할 수 있으며, 상기범위 미만일 경우에는 각각의 혼합용액이 균일하게 혼합되지 않기 때문에 상기의 범위 내에서 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 알진 용액의 혼합 속도가 상기 범위를 초과하면 스폰지의 균일성이 감소하는 문제점이 있고, 상기 범위 미만이면 제조시간이 지나치게 증가하는 문제점이 있다.

그런 다음 상기 혼합용액을 상기와 같은 조건으로 교반하면서 젤라틴 용액을 10 ∼ 30 ml/min의 속도로 혼합한다. 이때 상기 범위를 초과한 속도로 혼합하면 스폰지의 균일성이 감소하는 문제점이 있고, 상기 범위 미만의 속도이면 제조시간이 지나치게 증가하는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.

상기 혼합용액은 1 ∼ 5 ℃의 냉장상태에서 50 ∼ 200 rpm의 저속 교반으로 상기 고속교반으로 생성된 거대 기포를 제거한다. 이렇게 혼합된 용액을 테트론 또는 폴리스틸렌 등의 소수성 고분자 몰드에 부어 스폰지를 성형한 후 동결건조를 실시한다. 동결건조한 스폰지를 30 ~ 70 ℃에서 9 ∼ 15시간동안 진공건조시켜 산성용액을 완전히 제거하여 가교제를 사용하지 않고도 이온결합을 통하여 적합한 물성을 갖는 스폰지를 제조하는데 그 기술구성상의 가장 큰 특징이 있다. 즉, 키토산과 알진 그리고 젤라틴의 이온결합으로 형성된 지지체는 동결건조 후에도 산성용액이 존재한다. 산성용액은 지지체를 물이나 삼출액 등에 침지시에 다시 이온화되어 상기 천연고분자 사이의 이온결합을 끊어 제조한 스폰지를 용해시키는 효과를 유발한다. 동결건조한 스폰지의 산성용액을 완벽히 제거하기 위한 방법으로 상기에 기재한 바와 같이 30 ~ 70 ℃에서 9 ∼ 15 시간동안 진공건조를 시키는 것이 바람직하다. 진공건조온도가 상기 범위 미만일 경우에는 산성용액을 제거시키기 위한 시간이 증가되며 완벽한 제거가 어려워지며, 상기 범위를 초과하면 키토산, 젤라틴 그리고 알진 분자의 체인들이 끊어지게 되어 물성약화를 초래할 수 있기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 진공건조 시간이 9시간 미만일 경우에는 PBS에 용해되는 문제점이 있고, 15시간을 초과하면 스폰지의 형태가 변형되는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.

한편, 상기 스폰지 제조시 키토산, 젤라틴 및 알진의 사용량을 조절함으로써, 적합한 이온 결합력을 유도하여 스폰지의 유연성과 기계적 물성을 유도할 수 있는데, 이러한 키토산, 젤라틴 및 알진의 바람직한 함량은 키토산 용액 40 ~ 60 중량%, 젤라틴 용액 10 ~ 40 중량% 및 알진 10 ~ 30 중량%가 바람직하다.
본 발명의 키토산-젤라틴-알진 스폰지의 주성분인 키토산은 양이온성 고분자이므로 음이온성 고분자와의 이온결합을 통한 겔 형성이 가능하며, 또한 아미노 그룹을 포함하고 있어 적절한 산성용액의 사용을 통하여 키토산을 용해시켜 주어야한다. 이러한 키토산의 함량이 상기 범위를 초과하면 이온결합이 약해지며, 함량이 상기 범위 미만으로 적어지면 스폰지의 유연성이 감소하는 문제점이 있다. 또한, 젤라틴은 함량이 상기 범위 미만이면 음이온성기의 감소로 인하여 스폰지의 기계적 성질이 감소하며, 함량이 상기 범위를 초과하면 물성이 약화되는 문제점이 있다. 또한, 알진은 함량이 상기 범위미만으로 감소하면 고분자 지지체의 유연성이 감소하며, 상기 함량을 초과하면 키토산과 이온 결합이 증가하여 불용성의 겔로 석출되기 때문에 pH 조절 없이는 균일한 혼합용액을 제조하기가 어려운 단점이 있다.

삭제

상기와 같이 제조된 본 발명의 키토산-젤라틴-알긴 스폰지는 기존의 천연고분자의 약한 기계적인 물성을 보강하기 위해 사용한 생체적합성이 떨어지는 가교제를 사용하는 단점이 개선되어 유연성의 부여 및 기계적 물성이 향상되고, 키토산, 젤라틴 및 알진이 갖는 항균력, 보습력 및 지혈작용 등의 우수한 효능의 발현을 최적화하여 상처 치료용 피복재료, 체외세포배양을 위한 지지체, 체내 장기의 복원을 위한 장기복원 구조물 등의 다양한 의료산업분야에 활용 가능하다.

이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 3

분말형태의 젤라틴과, 알진을 증류수에 용해시켜 2 중량% 농도의 젤라틴 용액과 알진 용액을 각각 제조하고, 키토산은 약 2% 초산 용액에 용해시켜 2 중량% 농도의 키토산 용액을 제조하였다.

상기 키토산 용액에 고속 회전하는 전동 혼합기를 사용하여 40 ℃에서 10000 rpn의 속도로 교반시키면서 알진 용액을 분당 70 ㎖의 속도로 첨가하여 균일한 상태로 혼합하였다. 그런 다음, 40 ℃에서 10000rpm의 교반속도를 유지하면서 키 토산과 알진의 혼합용액에 젤라틴 용액을 분당 20 ㎖ 의 속도로 서서히 첨가하여 균일하게 혼합하였다.

상기 혼합용액은 전동 교반기의 고속회전에서 생성되는 거대 기포를 제거하기 위하여 4 ℃의 냉장상태에서 5 ∼ 10 시간동안 100 rpm의 저속 회전 상태에서 방치하였다.

상기 키토산-젤라틴-알진 혼합용액을 일부 취하여 폴리스틸렌 몰드에 붓고 -200 ∼ -40 ℃의 냉동실에서 3 시간 동안 냉동시킨 후 -50 ∼ -60 ℃에서 12시간 이상 동결 건조시켜서 스폰지를 얻었다.

동결건조된 스폰지는 페트리디쉬에 담아 밀봉하지 않은 상태에서 50 ℃에서 9 시간 이상 진공오븐에서 진공건조시켜 스폰지에 남아있던 초산을 완전히 제거시켰다.

상기 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 3에서 사용된 키토산 용액, 젤라틴 용액 및 알진 용액의 사용량과 제조된 키토산-젤라틴-알진 스폰지의 물성과 수분흡수력을 다음 표 1에 나타내었다.

구분	조성(중량%)			수분 흡수력 (%)	물성
	키토산	젤라틴	알진
비교예 1	0	80	20	5080	×
비교예 2	20	60	20	5210	△
실시예 1	40	40	20	5230	◎
실시예 2	60	20	20	5320	◎
비교예 3	80	0	20	4820	◇
◎ : 물성 우수, ◇: 물성 양호, ×: 물성 불량

상기 수분 흡수력은 다음 수학식 1에 의하여 계산하였다.

실시예 3 ∼ 5 및 비교예 4 ∼ 5

상기 실시예 1 ∼ 2와 같은 방법으로 키토산-젤라틴-알진 스폰지를 얻을 때, 키토산을 60 중량%로 고정하여 젤라틴 및 알진의 첨가량을 변화시켜 제조한 고분자 지지체의 물성을 다음 표 2에 나타내었다.

구분	조성(중량%)			수분 흡수력 (%)	물성
	키토산	젤라틴	알진
비교예 4	60	40	0	4520	◇
실시예 3	60	30	10	5150	◎
실시예 4	60	20	20	5320	◎
실시예 5	60	10	30	5420	○
비교예 5	60	0	40	5600	×
◎ : 물성 우수, ○ : 물성 양호, ◇ : 물성 불량, ×: 석출물 형성

실시예 6 및 비교예 6 ∼ 9

상기 실시예 1 ∼ 2와 같은 방법으로 키토산-젤라틴-알진 스폰지를 얻을 때, 키토산, 알진, 젤라틴의 사용량을 60 : 20 : 20 중량비로 고정하여 혼합용액의 거대 기포를 제거방법에 따라 제조한 스폰지의 물성을 다음 표 3에 나타내었다.

구분	제거 방법	조성(중량%)			석출물 형성	물성
		키토산	젤라틴	알진
비교예 6	실시 ×	60	20	20	×	△
비교예 7	25 ℃, 교반 ×	60	20	20	○	△
비교예 8	25 ℃, 교반 ○	60	20	20	×	△
비교예 9	4 ℃, 교반 ×	60	20	20	○	△
실시예 6	4 ℃, 교반 ○	60	20	20	×	◎
◎ : 물성 우수, △ : 물성 불량

실시예 7 ∼ 8 및 비교예 10 ∼ 12

상기 실시예 1 ∼ 2와 같은 방법으로 키토산-젤라틴-알진 스폰지를 얻을 때, 60 : 20 : 20의 중량비와 진공건조 온도를 50 ℃로 고정한 키토산-알진-젤라틴 고분자 지지체의 진공건조 시간을 변화시켜 제조한 스폰지의 PBS에 대한 용해도를 다음 표 4에 나타내었다.

구분	조성(중량%)			진공건조시간 (시간)	PBS 용해
	키토산	젤라틴	알진
비교예 10	60	20	20	0	◎
비교예 11	60	20	20	3	◎
비교예 12	60	20	20	6	△
실시예 7	60	20	20	9	×
실시예 8	60	20	20	12	×
◎ : 용해됨, △ : 부분적으로 용해됨, ×: 용해 안됨

상술한 바와 같이, 본 발명은 키토산, 젤라틴 및 알진의 혼합용액을 제조 시에 냉장상태에서 거대 기포를 제거하는 동안 저속교반함으로써 거대 기포의 제거는 물론 석출물의 생성을 막아주는 효과를 기대할 수 있어 균일하게 혼합된 생체적합 성 천연고분자를 이용한 스폰지로의 제조가 가능하다.

특히, 가교제를 사용하지 않고도 키토산과 알진의 이온 결합력의 극대화를 통하여 제조함으로서 천연고분자가 갖는 특징을 화학결합으로 인한 손상없이 제조할 수 있어 생체적합성을 향상시킬 뿐만 아니라 가교과정으로 인한 복잡한 생산과정을 단순화하여 획기적으로 가격 경쟁력을 향상시킨 드레싱용 스폰지를 효율적인 공정으로 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 제조된 스폰지는 피부드레싱용이나 체내 장기의 복원을 위한 장기복원 구조물로 활용 가능하다.

Claims (5)

1) 키토산은 산성용액에 용해하고, 알진과 젤라틴은 증류수에 용해하여 각각의 용액을 제조하는 단계;

2) 상기의 키토산용액을 30 ～ 50 ℃에서 5000 ～ 13000 rpm으로 교반하면서 알진 용액을 50 ～ 100 ml/min의 속도로 혼합하는 단계;

3) 상기 혼합용액을 30 ～ 50 ℃에서 5000 ～ 13000 rpm으로 교반하면서 젤라틴 용액을 10 ～ 30 ml/min의 속도로 혼합하는 단계;

4) 상기의 혼합용액을 1 ～ 5 ℃의 냉장상태에서 50 ～ 200 rpm을 통하여 스폰지의 거대 기포를 제거하여 동결 건조시켜 스폰지를 제조하는 단계; 및

5) 상기 동결 건조된 지지체를 30 ～ 70 ℃에서 9 ～ 15시간동안 진공건조시켜 남아 있는 산성용액을 완전히 제거하는 단계

를 포함하며, 키토산 용액 40 ~ 60 중량%, 젤라틴 용액 10 ~ 40 중량% 및 알진 10 ~ 30 중량%로 혼합된 것을 특징으로 하는 키토산-젤라틴-알진으로 구성된 보습력이 우수한 스폰지의 제조방법.

삭제

제 1 항에 있어서, 상기 젤라틴 용액, 알진 용액 및 키토산 용액의 농도는 각각 1 ∼ 3 중량%인 것을 특징으로 하는 스폰지의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 상기 키토산 용액 제조 시 산성용액은 0.5 ~ 5 부피%인 것을 특징으로 하는 스폰지의 제조방법.

청구항 1의 방법으로 제조된 키토산, 젤라틴 및 알진이 이온결합된 것을 특징으로 하는 피부드레싱용 스폰지.

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