KR100847285B1 - 다공질체의 제조 방법 및 그것을 이용한 다공질체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공극 크기의 조정, 특히 작은 공극 크기뿐만 아니라, 큰 공극 크기의 조정도 가능하게 하는 다공질체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 락티드와 카프로락톤과의 공중합체를 함유하는 폴리머, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매 및 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높으면서 상기 용해도가 낮은 용매와 상용성인 용매를 함유하는 혼합 용액을 조제하고, 상기 혼합 용액을 동결 건조시켜 다공질체를 제조할 때에 상기 혼합 용액에 있어서의 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매의 함유율을 변화시키면서 동결 처리시에 상기 혼합 용액을 300℃/hr 이하의 속도로 냉각시킴으로써, 다공질체의 공극 크기를 제어한다. 이에 따라, 공극 크기 30∼1800 ㎛의 다공질체를 얻을 수 있다.

Description

다공질체의 제조 방법 및 그것을 이용한 다공질체{PROCESS FOR PRODUCING POROUS OBJECT AND POROUS OBJECT OBTAINED BY THE SAME}

본 발명은 다공질체, 특히, 조직 공학이나 재생 의공학을 중심으로 하는 의료 분야에 있어서, 세포의 스캐폴드(scaffold) 재료로서 유용한 다공질체의 제조 방법에 관한 것이다.

조직 공학이나 재생 의공학 분야에서는, 세포를 증식시키기 위해서 통상 스캐폴드 재료가 사용되고 있고, 특히 최근에는 스캐폴드 재료로서 생체 흡수성 재료로 이루어진 다공질체의 이용이 기대되고 있다. 이러한 생체 흡수성 다공질체라면, 그 구멍 내에 세포를 파종하여 증식시키고, 이것을 생체에 이식함으로써, 생체 내에서 조직 재생이 일어나는 동시에 스캐폴드인 생체 흡수성 재료가 서서히 생체 내에서 분해 흡수된다. 이 때문에, 세포의 증식에 이용한 스캐폴드를 그대로 증식 세포와 함께 생체에 이식하는 것이 가능해진다.

이러한 다공질체의 제조 방법으로는 동결 건조법이 널리 이용되고 있고, 일반적인 방법으로서 예컨대 생체 흡수성 폴리머를 디옥산 용매에 용해하고, 이것을 동결 건조시켜 다공화하는 방법이 개시되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조). 그러나, 이 방법에 의해 얻어지는 다공질체는 공극(pore) 크기가 100 ㎛ 이하이기 때문 에, 예컨대, 다공질체 내로의 세포의 침입에 적합한 공극 크기 100 ㎛ 이상의 다공질체를 얻기 어렵다.

또한, 염화나트륨이나 설탕 등의 입자를 폴리머 용액에 첨가하여 동결 건조시키고, 물 등의 세정에 의해 상기 입자를 용출 제거함으로써, 다공화하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 2, 특허 문헌 3 참조). 이들 방법에 따르면, 입자가 존재하였던 부분이 구멍이 되기 때문에, 사용한 입자와 같은 정도의 공극 크기인 다공질체를 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 방법에서는, 입자의 용출이 필요하기 때문에 제조 공정이 번잡해지고, 또한, 폴리머 용액에 있어서의 입자의 침강에 의해 얻어지는 다공질체의 구멍 분포의 균일성을 확보하기 어렵다고 하는 문제가 있다. 또한, 공극 크기의 균일성을 향상시키기 위해서는 입자 직경이 균일한 입자를 사용할 필요가 있어 고비용화로 이어진다. 또한, 입자를 완전히 제거하는 것이 곤란하기 때문에, 상기 입자가 다공질체에 잔류할 우려도 있다. 이와 같이, 다공질체를 제조할 때에 원하는 공극 크기, 특히 큰 공극 크기(수백 ㎛)를 실현하는 것은 매우 곤란하였다.

이 밖에도 공극 크기의 제어 방법으로서, 콜라겐 용액을 동결 건조시킬 때에 물과 물에 상용성이 있는 유기용매를 첨가하여 양쪽의 첨가 비율을 조정함으로써 공극 크기를 제어하는 방법이 개시되어 있다(예컨대, 특허 문헌 4 등). 그러나, 이 방법에 의해서도 얻어지는 공극 크기는 50∼80 ㎛ 정도이며, 넓은 범위에서의 공극 크기를 실현하는 것은 곤란하다. 또한, 동결 방법으로서 액체 질소에 의한 급속 동결법이 일반적이지만, 공극 크기가 작아지는 경향이 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 평성 제10-234844호

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 제2001-49018호

특허 문헌 3: 일본 특허 공표 제2002-541925호

특허 문헌 4: 일본 특허 공개 평성 제2-265935호

발명이 해결하고자 하는 과제

그래서, 본 발명의 목적은 공극 크기의 조정, 특히 작은 공극 크기뿐만 아니라, 큰 공극 크기의 조정도 가능하게 하는 다공질체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 다공질체의 제조 방법은 락티드와 카프로락톤과의 공중합체를 함유하는 폴리머, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매 및 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높으면서 상기 용해도가 낮은 용매와 상용성인 용매를 함유하는 혼합 용액을 조제하는 공정, 상기 혼합 용액을 동결 처리하는 공정, 상기 혼합 용액의 동결 처리물을 감압 건조시키는 공정을 포함하는 다공질체의 제조 방법으로서, 상기 혼합 용액의 조제 공정에 있어서, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매인 상기 혼합 용액 속의 함유율을 변화시키면서, 상기 동결 공정에 있어서, 상기 혼합 용액을 300℃/hr 이하의 속도로 냉각시킴으로써, 다공질체의 공극 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다. 또한, 이하, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매를 「빈용매」, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높은 용매를 「양용매」라고 하지만, 본 발명에 있어서 이들 용어는 어디까지나 상기 폴리머에 대한 상대적인 용해도에 의해 상기 양쪽을 구별하기 위해서 사용하는 것이다.

발명의 효과

본 발명의 다공질체의 제조 방법에 따르면, 혼합 용액에 있어서의 빈용매의 함유율을 변화시키면서 300℃/hr 이하의 속도로 혼합 용액을 냉각시켜 상기 혼합 용액을 동결시킴으로써, 광범위한 공극 크기를 용이하게 조정할 수 있고, 또한, 비교적 균일한 구멍 형성도 실현할 수 있다.

전술한 바와 같이, 물과 같은 빈용매와 유기용매와 같은 양용매와의 비율에 따라 공극 크기를 조정하는 것은 공지이다(상기 특허 문헌 4). 그러나, 본 발명에 따르면, 동결 처리시의 냉각 속도를 추가로 300℃/hr 이하의 속도로 설정함으로써, 예컨대, 30∼180 ㎛라는 광범위한 공극 크기를 가능하게 하면서 형성되는 구멍의 균일성도 확보할 수 있다. 즉, 본 발명자들은 예컨대 빈용매의 함유율이 동일한 혼합 용액이어도 냉각 속도(300℃/hr 이하)의 설정을 바꿈으로써, 형성되는 구멍의 크기를 더 변화시킬 수 있는 것을 발견하여 결과적으로 상기 함유율뿐만 아니라 냉각 속도의 설정을 조합함으로써, 추가로 공극 크기의 범위를 넓히는 것을 가능하게 한 것이다. 이와 같이 하여 광범위한 공극 크기를 설정할 수 있는 것, 특히 100 ㎛ 이상의 공극 크기도 실현할 수 있는 것은 본 발명자들이 처음으로 발견한 것이다. 또한, 입자를 사용하지 않는 종래의 방법에 의한 다공질체의 공극 크기는 일반적으로 10∼80 ㎛ 정도인 것으로부터도 매우 광범위한 설정이 가능하다고 할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 입자를 혼합하지 않기 때문에, 입자의 침강에 의한 분포의 불균일화나 입자의 잔존 등의 문제도 없다. 따라서, 본 발명에 따르면, 빈용매의 함유율과 냉각 온도의 설정에 의해서만 여러 가지 공극 크기를 실현할 수 있고, 예컨대, 다공질체의 용도에 따른 공극 크기를 얻을 수 있기 때문에, 조직 공학이나 재생 의료 등에 있어서 매우 유용한 다공질체의 제조 방법이라고 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 있어서, 혼합 용액의 함수율과 얻어진 다공질체의 공극 크기와의 관계를 도시한 그래프.

도 2는 본 발명의 기타 실시예에 있어서, 혼합 용액의 함수율과 얻어진 다공질체의 공극 크기와의 관계를 도시한 그래프.

도 3은 본 발명의 추가로 기타 실시예에 있어서, 혼합 용액의 함수율과 얻어진 다공질체의 공극 크기와의 관계를 도시한 그래프.

도 4는 상기 실시예에 있어서의 다공질체 단면의 사진.

도 5는 본 발명의 추가로 기타 실시예에 있어서, 다공질체를 생체 내에 이식한 후의 세포 염색의 결과를 도시한 사진.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명은 전술한 바와 같이, 락티드와 카프로락톤과의 공중합체를 함유하는 폴리머, 상기 폴리머에 대한 빈용매 및 상기 빈용매와 상용성인 상기 폴리머에 대한 양용매를 함유하는 혼합 용액을 조제하는 공정, 상기 혼합 용액을 동결 처리하는 공정, 상기 혼합 용액의 동결 처리물을 감압 건조시키는 공정을 포함하는 다공 질체의 제조 방법으로서, 상기 혼합 용액의 조제 공정에 있어서, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매의 상기 혼합 용액 속의 함유율을 변화시키면서, 상기 동결 공정에 있어서, 상기 혼합 용액을 300℃/hr 이하의 속도로 냉각시킴으로써, 다공질체의 공극 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서의 공중합체는 전술한 바와 같이 락티드와 카프로락톤과의 공중합체로서, 예컨대, 랜덤 중합체, 블록 중합체 중 어느 하나라도 좋다. 또한, 상기 공중합체는 다른 몰비의 락티드-카프로락톤 공중합체를 2종류 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 공중합체는 상기 공중합체만을 함유하여도 좋고, 본 발명에 영향을 부여하지 않는 범위에서 기타 중합체나 공중합체를 더 함유하여도 좋다.

상기 공중합체의 분자량(중량 평균 분자량)은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 5,000∼2,000,000이고, 바람직하게는 10,000∼1,500,000이며, 보다 바람직하게는 100,000∼1,000,000이다. 또한, 락티드와 카프로락톤과의 몰비는 예컨대 90:10∼10:90의 범위, 바람직하게는 85:15∼20:80의 범위이며, 보다 바람직하게는 80:20∼40:60의 범위이다.

상기 공중합체의 조제 방법은 특별히 제한되지 않고, 종래 공지의 방법을 사용할 수 있다. 일반적으로, 출발 원료로서 락티드와 카프로락톤을 개환 중합에 의해 공중합시켜도 좋고, 젖산으로부터 락티드(젖산의 환상 이량체)를 합성하여 이것을 카프로락톤과 공중합시켜도 좋다. 또한, 젖산을 이용한 락티드의 합성 방법도 특별히 제한되지 않고 종래 공지의 방법을 사용할 수 있다. 상기 락티드로는 특별 히 제한되지 않고, L-락티드, D-락티드 및 이들의 혼합물(D,L-락티드)을 사용할 수 있으며, 또한, 젖산으로는 L-젖산, D-젖산, 이들의 혼합물(D,L-젖산)을 사용할 수 있다. 이와 같이 출발 원료로서 젖산을 사용한 경우, 일량체의 젖산을 이량체의 락티드로 환산하고, 환산한 락티드와 카프로락톤과의 몰비가 전술한 범위인 것이 바람직하다. 또한, 카프로락톤으로서는, 예컨대, ε-카프로락톤, γ-카프로락톤, δ-카프로락톤 등을 들 수 있고, 그 중에서도 ε-카프로락톤이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 빈용매는 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매이며, 상기 양용매는 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높으면서 상기 용해도가 낮은 용매와 상용성인 용매라면, 각각 특별히 제한되지 않고, 통상 사용하는 폴리머의 종류에 따라 설정할 수 있다. 일반적으로, 상기 빈용매로는 물, 에탄올, 터셔리부틸알코올(tBuOH) 등을 사용할 수 있고, 상기 양용매로는 상기 빈용매에 상용성을 보이는 1,4-디옥산, 탄산디메틸 등의 유기용매 등을 사용할 수 있으며, 특히, 빈용매가 물이고, 양용매가 1,4-디옥산인 조합이 바람직하다.

이하에, 본 발명의 다공질체의 제조 방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 공극 크기의 조정 방법에 대해서는 후술한다.

(혼합 용액의 조제 공정)

폴리머, 빈용매 및 양용매를 혼합하여 혼합 용액을 조제한다. 각 용매의 첨가 순서는 특별히 제한되지 않는다.

상기 혼합 용액에 있어서의 폴리머 농도는 특별히 제한되지 않지만, 통상, 0.1∼24 질량%의 범위이고, 바람직하게는 2∼8 질량%의 범위이며, 보다 바람직하게 는 3∼5 질량%의 범위이다. 상기 혼합 용액에 있어서의 양용매의 첨가 비율은 예컨대 후술하는 빈용매의 첨가량에 따라 적절하게 결정되지만, 상기 폴리머와 상기 양용매와의 질량비(폴리머-양용매)가 0.1:99.9∼24:76인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2:98∼6:94, 특히 바람직하게는 4:96이다.

상기 혼합 용액에 있어서의 빈용매의 첨가 비율은 후술하는 바와 같이 형성하는 다공질체의 원하는 공극 크기 및 채용하는 일정 냉각 속도에 따라 적절하게 결정할 수 있다. 혼합 용액에 있어서의 빈용매 농도는 예컨대 0을 넘고 20 질량% 이하이며, 바람직하게는 0.1∼20 질량%, 보다 바람직하게는 6∼12.5 질량%의 범위, 특히 바람직하게는 6∼12.25 질량%이다. 또한, 상기 혼합 용액에 있어서의 폴리머 농도가 3.6 질량%인 경우, 혼합 용액에 있어서의 빈용매 농도는 예컨대 0을 넘고 12.5 질량% 이하이며, 바람직하게는 6∼12.5 질량%의 범위이다. 상기 폴리머와 상기 빈용매와의 중량비(폴리머:빈용매)는 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 3.2:20∼4:0.5의 범위이다.

(동결 처리 공정)

상기 혼합 용액을 300℃/hr 이하의 속도로 냉각하여 상기 혼합 용액을 동결시킨다. 동결 공정에 있어서는, 상기 범위의 속도로 냉각을 행하는 것 이외에는 전혀 제한되지 않고, 예컨대, 시판되고 있는 동결 건조기를 이용하여 상기 혼합 용액의 동결을 행할 수 있다. 상기 동결 건조기로는 냉각 속도의 제어가 가능한 기종이 바람직하며, 예컨대, 상품명 TF5-85ATANCS(다까라세이사꾸쇼 제조) 등을 사용할 수 있다.

상기 동결 용액을 냉각시킬 때에는 예컨대 상기 혼합 용액을 용기에 넣고, 상기 용기 바닥부로부터 상기 혼합 용액을 냉각시키는 것이 바람직하다. 이와 같이, 용기 바닥부로부터 냉각시키면, 상기 혼합 용액을 바닥부로부터 상부 방향으로 일정 속도로 균일하게 냉각시킬 수 있고, 상기 혼합 용액을 균일하게 서서히 동결시킬 수 있다. 구체적으로는, 동결기나 동결 건조기를 사용하여 상기 혼합 용액이 들어 있는 상기 용기를 상기 동결기의 냉각 선반에 배치하고, 상기 냉각 선반의 온도를 300℃/hr 이하의 동일한 일정 속도로 감소하도록 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 냉각 선반 자체의 온도를 상기 소정의 속도로 낮춰 나가면, 상기 냉각 선반에 배치한 용기 바닥부를 냉각시킬 수 있고, 이것에 의해 혼합 용액의 바닥부로부터 상부로 냉각시켜 나갈 수 있다. 또한, 상기 용기로는 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 스테인레스제 용기를 들 수 있다.

상기 냉각 속도는 300℃/hr 이하라면 특히 제한되지 않고, 후술하는 바와 같이, 형성하는 다공질체의 원하는 공극 크기 및 상기 혼합 용액의 빈용매 농도에 따라 적절하게 결정할 수 있다. 상기 냉각 속도는 예컨대 3∼300℃/hr의 범위이며, 바람직하게는 3∼250℃/hr의 범위, 보다 바람직하게는 3∼180℃/hr의 범위, 특히 바람직하게는 5∼180℃/hr의 범위이다. 또한, 전술한 바와 같이 동결기를 사용하는 경우에는, 그 냉각 선반의 온도를 이러한 범위의 일정 속도로 낮추도록 제어하면 좋다(이하, 동일함).

동결을 행하는 혼합 용액의 온도는 특별히 제한되지 않고, 예컨대, 사용하고 있는 용매의 응고점 이상이며, 바람직하게는 10℃∼실온(예컨대, 20∼37℃), 보다 바람직하게는, 10∼20℃의 범위이다. 특히, 300℃/hr의 일정 속도에 의한 냉각을 시작할 때에는 혼합 용액의 동결 처리 개시시의 온도가 10℃ 부근인 것이 바람직하다. 그리고, 이와 같이 동결 처리 개시시의 혼합 용액의 온도를 10℃ 부근으로 설정하는 경우에는, 상기 혼합 용액 전체를 일정(예컨대, 10℃)하게 하기 위해 상기 혼합 용액을 상기 개시시의 온도(예컨대, 10℃)보다도 높은 온도(예컨대, +10℃)로 두고 나서, 상기 개시시의 온도로까지 낮추는 것이 바람직하다. 이 때, 온도의 하강에 필요한 시간은 전혀 제한되지 않지만, 예컨대, 60분 정도(또는 그 이상의 시간)라도 좋다. 일정 속도에 의한 냉각 전에 이러한 처리를 행함으로써, 보다 재현성 좋게 다공질체를 제조할 수 있다.

상기 최종 동결 처리 온도는 예컨대 공정점(共晶点) 이하로서, -10℃ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 -10∼-50℃의 범위이다. 상기 최종 동결 처리 온도는 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, -10℃ 정도로 설정하면, 냉각에 걸리는 비용을 더욱 삭감할 수 있다.

상기 혼합 용액의 온도가 최종 동결 온도에 도달했을 때, 상기 혼합 용액의 동결 상태에 따라 최종 동결 온도에서의 처리를 적절하게 속행하여도 좋다. 이것은 상기 혼합 용액이 완전히 동결할 때까지라도 좋고, 예컨대, 0을 넘고 12시간 이하 이며, 바람직하게는 1∼3시간 정도이다.

또한, 동결 건조에 제공하는 혼합 용액의 양은 특별히 제한되지 않지만, 전술한 조건은 혼합 용액을 용기에 넣었을 때에 깊이가 0.5∼1 cm 정도가 되는 액량에 대하여 특히 바람직한 조건이다.

(감압 건조 처리 공정)

상기 동결 처리 공정에 있어서 얻어진 혼합 용액의 동결 처리물을 감압 건조시킴으로써, 다공질체를 얻을 수 있다. 감압 건조의 조건은 전혀 제한되지 않고, 종래 공지의 방법에 의해 행할 수 있다.

이어서, 다공질체의 공극 크기의 제어 방법을 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제어 방법에 따르면, 예컨대, 빈용매의 농도를 변화시킨 복수의 혼합 용액에 대해서 일정 냉각 속도로 동결 처리를 행한 경우, 후술하는 도 1에 도시된 바와 같이, 빈용매의 농도에 따라 공극 크기가 변동한다. 또한, 다른 냉각 속도로 설정한 경우, 예컨대, 공극 크기의 변동은 각 냉각 속도에 의해 동일한 거동, 즉 어떤 빈용매 농도 범위에서 공극 크기가 커지고, 어떤 농도 범위에서 공극 크기가 작아진다고 하는 동일한 거동을 보이지만, 동일한 농도에서의 공극 크기는 냉각 속도에 따라 다르다. 즉, 빈용매 농도의 변화에 부가하여 냉각 속도를 변화시킴으로써, 또한, 넓은 범위의 구멍 설정이 가능해진다. 따라서, 예컨대, 냉각 속도 및 빈용매 농도의 조건을 바꾸어 다공질재를 제작하고, 상기 속도와 농도와 얻어지는 공극 크기와의 관계를 나타내는 검량선을 작성함으로써, 예컨대, 약 30∼1800 ㎛의 범위인 원하는 공극 크기의 다공질체를 재현성 좋게 제조할 수 있다.

혼합 용액이 상기 공중합체와 양용매와 빈용매를 함유하고, 상기 공중합체와 양용매와의 질량비가 4:96인 경우, 예컨대, 상기 혼합 용액의 빈용매 농도와 냉각 속도를 하기 표의 조건으로 설정함으로써, 표 안에 기재하는 공극 크기(30∼1800 ㎛)의 다공질체를 얻을 수 있다.

냉각속도 3℃/hr
빈용매 농도 (질량%)	공극 크기 (㎛)
6-9	30-200
9.25-9.75	<200-400
10	<400-800
10.25	<800-1000
냉각속도 5℃/hr
빈용매 농도 (질량%)	공극 크기 (㎛)
6-9.5	30-200
4.75-10	<200-400
10.25-10.5	<400-800
10.75	<800-1200
11-11.5	<1200-1500
냉각속도 10℃/hr
빈용매 농도 (질량%)	공극 크기 (㎛)
6-10	30-200
10.25	<200-400
10.5-10.75	<400-800
11	<800-1200
11-11.75	<1200-1800
냉각속도 180℃/hr
빈용매 농도 (질량%)	공극 크기 (㎛)
6-10.25	30-200
10.5-11	<200-400
11.25-12	<400-800

이상과 같이 하여, 본 발명의 다공질체를 얻을 수 있다. 본 발명의 제조 방법에 따르면 전술한 바와 같이 넓은 범위의 공극 크기를 설정할 수 있기 때문에, 본 발명의 다공질체는 공극 크기에 따라 여러 가지 용도로 사용할 수 있다. 특히, 배양 세포의 스캐폴드 재료로서 사용하는 경우에는, 비교적 큰 공극 크기인 것이 바람직하고, 예컨대, 공극 크기 50∼1000 ㎛, 바람직하게는 공극 크기 100∼1000 ㎛의 다공질체가 유용하다. 이 밖에도 여러 가지 의료 다공질체로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 다공질체의 크기나 형상은 특별히 제한되지 않고, 용도에 따라 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다공질체에 있어서의 공극 크기의 측정 방법은 특별히 제한되지 않고, 종래 공지의 방법을 채용할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

실시예 1

혼합 용액 속의 함수율을 변화시켜 다공질체를 제작하여 공극 크기의 제어를 확인하였다.

L-락티드와 ε-카프로락톤의 조성비(몰비)가 50:50인 락티드-카프로락톤 공중합체(P(LA/CL= 50/50))와 1,4-디옥산과 물을 혼합하여 함수율이 다른 혼합 용액을 29종류 조제하였다. 또한, P(LA/CL=50/50)와 1,4-디옥산과의 혼합 비율(질량비)은 일정(4:96)하게 하고, 상기 혼합 용액에 있어서의 물의 혼합 비율(함수율)을 1, 2, 4, 6, 8, 8.25, 8.5, 8.75, 9, 9.25, 9.5, 9.75, 10, 10.25, 10.5, 10.75, 11, 11.25, 11.5, 11.75, 12, 12.25, 12.5, 12.75, 13, 14, 16, 18, 20 질량%로 변화시켰다. 그리고, 이들 혼합 용액(20 g)를 스테인레스 샤알레(직경 5 ㎝, 깊이 1.5 ㎝, 이하 동일)에 각각 공급하였다.

동결 건조기(상품명 TF5-85 ATANCS: 다까라세이사꾸쇼 제조) 내(실온)의 냉각 선반에 상기 스테인레스 샤알레를 배치하고, 상기 냉각 선반을 10℃로 설정하여 1시간 방치한 후, 냉각 선반의 온도를 3℃/hr의 속도로 -50℃까지 냉각시켜 -50℃에서 180분 방치하였다. 또한, 10℃에서의 처리 개시로부터 -50℃에서의 처리 종료까지의 시간을 합계 20시간으로 하였다. 그리고, 냉각 처리의 종료와 함께 동결 건조기 내의 온도를 25℃로 조정하여 감압 건조 처리를 행하여 29종류의 다공질체 샘플을 제작하였다.

상기 스테인레스 샤알레로부터 원판형의 다공질체 샘플을 꺼내어 두께 방향의 한가운데에서 절단하였다. 이 절단면에 대해서, 공극 크기의 측정을 이하의 방법에 의해 행하였다(n=5). 상기 절단한 다공질체 샘플의 절단면(0.5 ㎠)을 전자현미경으로 관찰하고, 절단면 전체 중에서 비교적 공극 크기가 크고, 출현 빈도가 높은 공극 크기의 구멍을 선택하여 얻어진 화상으로부터, 화상 해석 소프트(NIH image)를 이용하여 해석을 행하고, 공극 크기를 산출하였다.

(비교예 1)

종래의 방법으로서 동결 온도의 설정에 의해 공극 크기를 변화시키는 방법을 채용하고, 이에 따라 다공질체를 제작하였다. 상기 실시예 1과 동이한 P(LA/CL=50/50)와 1,4-디옥산을 질량비 4:96이 되도록 혼합하여 혼합 용액을 조제하였다. 이 혼합 용액(20 g)을 스테인레스 샤알레에 공급하고, 상기 스테인레스 샤알레를 냉동고 내에서 소정의 냉각 온도(-80, -30, -15℃)로 4시간 정치하여 동결시켰다. 그리고, 이들 스테인레스 샤알레를 동결 건조기(상품명 Freeze dryer FDU-830: EYELA사 제조)에 설치하여 감압 건조를 행하였다. 또한, 스테인레스 샤알레에 상기 혼합 용액(20 g)을 공급하고, 이것을 액체 질소(-196℃)로 동결시킨 후, 동일하게 하여 감압 건조를 행하였다. 이에 따라, 4종류의 다공질체 샘플을 제작하였다. 얻어진 다공질체 샘플의 공극 크기를 하기 표 2에 나나낸다.

(비교예 2)

종래의 방법으로서, 폴리머 함유량에 의해 공극 크기를 변화시키는 방법을 채용하고, 이에 따라 다공질체를 제작하였다. 상기 실시예 1과 동일한 P(LA/CL=50/50)와 1,4-디옥산을 질량비 2:98, 4:96, 6:94가 되도록 각각 혼합하여 혼합 용액을 조제하였다. 그리고, 드라이아이스와 에탄올을 이용하여 -60℃에서 혼합 용액을 동결시킨 것 이외에는 상기 비교예 1과 동일하게 하여 동결 건조기(상품명 Freeze dryer FDU-830: EYELA사 제조)에 의해 감압 건조를 행하여 다공질체 샘플을 제작하였다. 얻어진 샘플의 공극 크기를 하기 표 2에 나타낸다.

비교예 1	동결온도	공극 크기 (㎛)
	-196℃	12
	-80℃	33
	-30℃	56
	-15℃	82
비교예 2	질량비	공극 크기 (㎛)
	2 : 98	83
	4 : 96	56
	6 : 94	46

상기 혼합 용액에 있어서의 함수율과 상기 샘플의 공극 크기의 관계를 도 1에 나타낸다. 또한, 도 1에는 상기 비교예 1 및 비교예 2에서 얻어진 다공질의 공극 크기 범위를 점선(도면 중 화살표의 범위)으로 나타내었다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 실시예 1의 방법에 따르면, 함수율을 변화시켜 동일한 일정 속도로 냉각시킴으로써, 다공질체의 공극 크기를 조절하고, 또한, 균일한 공극을 형성할 수 있는 것을 알았다. 특히, 상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 동결 온도에 의해 공극 크기를 조정하는 종래 방법의 비교예 1에 따르면, 10∼80 ㎛ 정도의 공극 크기, 폴리머 함유량에 의해 공극 크기를 조정하는 종래 방법의 비교예 2에 따르면, 40∼80 ㎛ 정도의 공극 크기밖에 각각 실현할 수 없고, 90 ㎛ 이상의 큰 공극 크기를 형성할 수 없었다. 이것에 대하여, 실시예 1에 따르면, 30∼1800 ㎛라는 넓은 범위의 공극 크기를 실현할 수 있으면서 그 균일성도 우수하였다.

실시예 2

냉각 속도를 변화시켜 다공질체를 제작하고, 공극 크기의 제어를 확인하였다.

L-락티드와 ε 카프로락톤의 조성비가 51:49인 P(LA/CL=51/49)를 사용한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 하여 함수율이 다른 혼합 용액을 복수 종류 조제하고, 상기 혼합 용액(20 g)을 스테인레스 샤알레에 각각 공급하였다. 그리고, 동결 건조기(상품명 TF5-85 ATANCS: 다까라세이사꾸쇼 제조)의 냉각 선반에 상기 스테인레스 샤알레를 배치하고, 냉각 선반의 온도를 10℃로 낮추어(소요 시간 25분), 60분간 방치하였다. 방치한 후, 상기 냉각 선반을 소정 속도(180℃/hr, 10℃/hr, 5℃/hr, 3℃/hr)로 -50℃까지 냉각시키고, -50℃에서 180분간 처리하였다. 그리고, 냉각 처리의 종료와 함께 동결 건조기 내의 온도를 25℃로 조정하여 감압 건조 처리를 행하여 다공질체 샘플을 제작하였다. 이들 다공질체 샘플에 대해서 상기 실시예 1과 동일하게 하여 공극 크기를 측정하였다(n=2). 상기 혼합 용액에 있어서의 함수율과 상기 샘플의 공극 크기의 관계를 도 2에 나타낸다. 또한, 조성비 51:49의 P(LA/CL)를 이용하여 실시예 1과 동일한 실험을 행한 경우, 동일한 거동을 보이는 것은 확인을 마쳤다.

도 2에 도시된 바와 같이, 어느 냉각 속도로 냉각을 행한 경우라도, 함수율의 변화에 따라 다공질체의 공극 크기가 변동하고, 특히 공극 크기가 커지는 함수율의 범위도 동일하였다. 또한, 냉각 속도를 변화시킴으로써, 동일한 함수율의 혼합 용액이라도 공극 크기를 변화시킬 수 있고, 냉각 속도가 빠를수록 공극 크기를 작게, 냉각 속도가 느릴수록 공극 크기를 크게 할 수 있는 경향을 얻을 수 있었다. 이상의 것으로부터, 함수율과 냉각 속도를 조정함으로써, 원하는 공극 크기, 특히 종래 방법으로는 제작 곤란하였던 큰 공극 크기의 다공질체를 용이하게 제조할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 냉각 속도 180℃/hr에서 얻어진 다공질체 샘플의 단면 사진을 도 4에 나타낸다. 동 도면에 도시된 바와 같이 단면에 있어서 구멍이 균일하게 분포하며, 그 공극 크기도 균일성이 우수한 것을 알 수 있다.

실시예 3

동결 온도의 변화에 따라 공극 크기에 미치는 영향을 조사하였다.

냉각 속도를 180℃/hr로 하고, 최종의 냉각 온도를 소정 온도(-20℃, -30℃, -40℃)로 하는 것 이외에는 상기 실시예 2와 동일하게 하여 다공질체 샘플을 제작하고, 공극 크기를 측정하였다(n=3). 상기 혼합 용액에 있어서의 함수율과 상기 샘플의 공극 크기의 관계를 도 3에 나타낸다.

동 도면에 도시된 바와 같이, 냉각 속도 180℃/hr의 경우, 최종 냉각 온도의 변화에 따라서는 함수율에 대응한 공극 크기의 거동에 큰 변화는 없고, 상기 냉각 온도에는 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었다. 이것으로부터, -20℃의 냉각 온도로 설정하면, 과도한 냉각이 불필요해져서 저비용화가 가능해진다고 할 수 있다.

실시예 4

제작한 다공질체를 래트 체내에 이식시켜 상기 다공질체의 세포·조직의 침입성을 확인하였다.

상기 실시예 1과 동일하게 하여 소정의 함수율(8.5 질량%, 9.75 질량%, 10.25 질량%)의 혼합 용액을 이용하여 다공질체를 제작하고, 12×15 ㎜의 크기로 절단하여 샘플을 조제하였다. 얻어진 샘플의 공극 크기는 8.5 질량%의 샘플이 130 ㎛, 9.75 질량%의 샘플이 310 ㎛, 10.25 질량%의 샘플이 790 ㎛였다. 또한, 상기 샘플의 두께는 각각 5 ㎜ 정도였다. 이들 샘플을 래트 배부(背部)의 피하에 이식시키고, 2주일 후 및 4주일 후, 상기 샘플을 H-E 염색(헤마톡실린-에오신 염색)을 행하여 상기 샘플에 대한 조직의 침입 상태를 확인하였다.

그 결과, 도 5의 사진(4주일)에 나타낸 바와 같이, 큰 공극 크기를 갖는 다공질체 샘플(공극 크기 310 ㎛, 710 ㎛)에 있어서, 특히 현저한 세포의 침입이 보였다. 본 발명의 제조 방법에 따르면, 이와 같이, 세포의 담체(스캐폴드)에 적합한 공극 크기가 큰 다공질체를 얻을 수 있기 때문에, 의료 분야에서 매우 유용하다고 할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 다공질체의 공극 크기를 광범위하게 설정할 수 있다. 이 때문에, 예컨대, 세포의 스캐폴드 재료 등, 목적에 따른 구멍 직경을 설정할 수 있고, 재생 의료를 비롯한 의료 분야에서 매우 유용한 제조 방법이라고 할 수 있다.

Claims (27)

1. 락티드와 카프로락톤과의 공중합체를 함유하는 폴리머, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매 및 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높으면서 상기 용해도가 낮은 용매와 상용성인 용매를 함유하는 혼합 용액을 조제하는 공정,

   상기 혼합 용액을 동결 처리하는 공정,

   상기 혼합 용액의 동결 처리물을 감압 건조시키는 공정을 포함하는 다공질체의 제조 방법으로서,

   상기 혼합 용액의 조제 공정에 있어서, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매의 상기 혼합 용액 속의 함유율을 변화시키면서 상기 동결 공정에 있어서, 상기 혼합 용액을 300℃/hr 이하의 속도로 냉각시킴으로써, 제조되는 다공질체의 공극 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 다공질체의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합 용액을 300℃/hr 이하의 동일한 일정 속도로 냉각시키는 다공질체의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 동결 공정에 있어서, 상기 혼합 용액을 용기에 넣고, 상기 용기 바닥부로부터 상기 혼합 용액을 냉각시키는 다공질체의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 동결 공정에 있어서, 혼합 용액의 냉각에 동결기를 사용하여 상기 혼합 용액이 들어 있는 상기 용기를 상기 동결기의 냉각 선반에 배치하고, 상기 냉각 선반의 온도를 300℃/hr 이하의 동일한 일정 속도로 감소하도록 제어하는 다공질체의 제조 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 용기가 스테인레스제 용기인 다공질체의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 동결 공정에 있어서의 냉각 속도가 3∼180℃/hr의 범위인 다공질체의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매가 물인 다공질체의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높은 용매가 1,4-디옥산인 다공질체의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 혼합 용액에 있어서의 상기 상대적으로 용해도가 낮은 용매의 함유율이 6∼12.5 질량%의 범위인 다공질체의 제조 방법.
10. 제1항에 있어서, 락티드와 카프로락톤과의 공중합체에 있어서, 락티드와 카 프로락톤과의 몰비가 90:10∼10:90의 범위인 다공질체의 제조 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 동결 공정에 있어서, 상기 혼합 용액의 최종 동결 처리 온도가 공정점 이하인 다공질체의 제조 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 동결 공정에 있어서, 상기 혼합 용액의 최종 동결 처리 온도가 -10℃ 이하인 다공질체의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 혼합 용액의 최종 동결 처리 온도가 -50∼-10℃의 범위인 다공질체의 제조 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 동결 공정에 있어서, 상기 혼합 용액을 최종 동결 처리 온도로 0을 넘고 12시간 이하의 범위로 처리하는 다공질체의 제조 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 동결 공정에 있어서, 동결 처리 개시시에 있어서의 상기 혼합 용액의 온도가 10℃∼실온의 범위인 다공질체의 제조 방법.
16. 제15항에 있어서, 동결 처리 개시시에 있어서의 상기 혼합 용액의 온도가 10℃인 다공질체의 제조 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 혼합 용액에 있어서의 상기 폴리머 농도가 0.1∼24 질량%의 범위인 다공질체의 제조 방법.
18. 제1항에 있어서, 상기 폴리머와 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높은 용매와의 질량비가 0.1:99.9∼24:76의 범위인 다공질체의 제조 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 폴리머와 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높은 용매와의 질량비가 4:96인 다공질체의 제조 방법.
20. 제1항에 있어서, 상기 폴리머와 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매와의 질량비가 3.2:20∼4:0.5의 범위인 다공질체의 제조 방법.
21. 제1항에 기재한 다공질체의 제조 방법에 의해 얻어지는 다공질체.
22. 제21항에 있어서, 평균 공극 크기가 30∼1800 ㎛ 범위인 다공질체.
23. 제21항에 있어서, 다공질체가 배양 세포의 스캐폴드 재료인 다공질체.
24. 제21항에 있어서, 다공질체가 의료용 다공질체인 다공질체.
25. 제1항에 있어서, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매가 물, 에탄올 및 터셔리부틸알코올(tBuOH)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 용매인 제조 방법.
26. 제1항에 있어서, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높은 용매가 1,4-디옥산 및 탄산디메틸 중 하나 이상의 용매인 제조 방법.
27. 제1항에 있어서, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 낮은 용매가 물이고, 상기 폴리머에 대하여 상대적으로 용해도가 높은 용매가 1,4-디옥산인 제조 방법.

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