KR101186004B1 - Method of fabrication of silk nanofibrous membrane with a controllable biodegradability and an implant biomaterial prepared by using the method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실크 나노섬유 막의 생분해 속도를 조절하는 방법 및 그로부터 제조되는 실크 나노섬유 막에 대한 것이다. 보다 구체적으로 실크 나노섬유 막의 제조 공정 중, 방사된 섬유막을 불용화 처리하는 과정에서 생분해 속도를 조절할 수 있음을 발견하고 이를 제공하고자 한다. 본 발명에 의하면 실크 나노섬유 막의 생분해 속도를 향상시킬 수 있어 조직공학 분야에서 그 응용 범위를 확장할 수 있다. 즉, 본 발명은 실크 나노섬유 막으로부터 제조되는 생분해성 지지체를 제공한다.The present invention relates to a method for controlling the biodegradation rate of silk nanofiber membranes and silk nanofiber membranes prepared therefrom. More specifically, in the manufacturing process of the silk nanofiber membrane, it is to find and provide a biodegradation rate can be adjusted in the process of insolubilizing the spun fiber membrane. According to the present invention, it is possible to improve the biodegradation rate of the silk nanofiber membrane, thereby extending its application in tissue engineering. That is, the present invention provides a biodegradable support prepared from silk nanofiber membranes.

실크, 나노섬유, 생분해성, 지지체, 조직공학, 알코올, 재결정, 불용화, 에탄올, 프로판올 Silk, Nanofiber, Biodegradable, Support, Tissue Engineering, Alcohol, Recrystallization, Insolubilizing, Ethanol, Propanol

Description

생분해성 실크 나노섬유 막 및 그 제조방법, 이를 이용한 생분해성 지지체 {Method of fabrication of silk nanofibrous membrane with a controllable biodegradability and an implant biomaterial prepared by using the method}Biodegradable silk nanofiber membrane and its preparation method, biodegradable support using the same {Method of fabrication of silk nanofibrous membrane with a controllable biodegradability and an implant biomaterial prepared by using the method}

본 발명은 실크 나노섬유 막 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 생체 내에서 생분해 되는 특성을 지닌 실크 나노섬유 막의 제조방법을 제시한다.The present invention relates to a silk nanofiber membrane and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention provides a method for producing a silk nanofiber membrane having biodegradable properties in vivo.

조직공학용 지지체는 천연 세포외기질과 유사한 다공성 구조로 지지체에 배양된 세포-지지체 복합체의 제조에 사용된다. 환자의 몸에서 필요한 조직을 채취하고 그 조직으로부터 세포를 분리한 다음 분리된 세포를 지지체에 배양하여 세포-지지체 복합체를 제조한 후 이를 다시 인체 내에 이식하는 조직공학 기술에서는 생체조직 또는 장기의 재생을 최적화하기 위하여 생체조직과 유사한 지지체를 제조하는 것이 관건이다.Tissue engineering scaffolds are used for the preparation of cell-support complexes cultured on scaffolds in porous structures similar to natural extracellular matrix. Tissue engineering techniques in which tissues are taken from the patient's body, cells are isolated from the tissues, and the cells are cultivated in a scaffold to produce a cell-support complex, which is then transplanted into the human body, is used for tissue regeneration. The key is to prepare a support similar to a living tissue for optimization.

이러한 지지체는 조직세포가 지지체에 유착하여 3차원적 구조를 가진 조직을 형성할 수 있는 틀로서 작용하며, 생체에 이식된 후에는 혈액응고나 염증반응이 일 어나지 않는 무독성이어야 한다(생체적합성).Such scaffolds serve as a framework in which tissue cells adhere to the scaffolds to form tissues with three-dimensional structure. After being implanted in a living body, the scaffold should be non-toxic (biocompatibility). .

최근에는 세포 배양시 우수한 세포 부착능을 실현하기 위하여 다공성 구조의 지지체를 제조하는 기술로서 입자 침출법 (particulate leaching), 유화동결 건조법(emulsion freeze-drying), 고압기체 팽창법 (high pressure gas expansion) 및 상분리법 (phase separation) 등이 개발되었다.Recently, in order to realize excellent cell adhesion in cell culture, a technique of preparing a support having a porous structure includes particle leaching, emulsion freeze-drying, and high pressure gas expansion. And phase separation have been developed.

입자 침출법은 유기용매에 생체적합성이 우수한 고분자를 용해시킨 후 그 용액에 녹지 않는 소금 등의 입자를 혼합하여 주물을 제조한 후 용매를 제거하고 물을 이용하여 소금 입자를 용출하여 제거하는 방법이다. 입자침출법은 공극을 형성하는 과정에서 잔존하는 소금염이나 그것의 거친 형상으로 인해 세포가 손상될 염려가 있다.The particle leaching method is a method of dissolving a polymer having excellent biocompatibility in an organic solvent and then preparing a casting by mixing particles such as salt insoluble in the solution, and then removing the solvent and eluting and removing salt particles using water. . In the particle leaching method, there is a risk of damage to the cells due to the remaining salt salt or its rough shape during the formation of voids.

유화동결 건조법은 생체적합한 고분자를 유기용매에 용해시킨 용액 및 물의 유화액을 동결건조하여 유기용매와 물을 제거함으로써 공극을 형성시키는 과정에서 공극(open cellular pores)를 만드는데 한계가 있다.Emulsification freeze drying method has a limitation in making open cellular pores in the process of forming pores by removing the organic solvent and water by lyophilizing a solution in which a biocompatible polymer is dissolved in an organic solvent and an emulsion of water.

이것은 생체적합한 고분자를 주형에 넣고 압력을 가해 펠렛을 만들고 적당한 온도에서 고압의 가스를 펠렛에 주입한 다음 서서히 압력을 낮추어 가스가 방출되도록 하여 공극을 형성시키는 과정에서도 마찬가지이다.The same applies to the process of putting biocompatible polymers into a mold, applying pressure to make pellets, injecting high-pressure gas into the pellets at a suitable temperature, and then gradually lowering the pressure to release the gas to form voids.

상분리법은 생체적합한 고분자를 유기용매에 용해시킨 용액에 승화성 물질 또는 용해도가 다른 용매를 추가하고 승화 또는 온도변화에 따른 용액의 상분리에 의해 공극을 형성하는 방법이나, 이때에는 공극의 크기가 너무 작다는 문제가 있다.Phase separation is a method of adding a sublimable substance or solvent with different solubility to a solution in which a biocompatible polymer is dissolved in an organic solvent and forming voids by phase separation of the solution according to sublimation or temperature change. There is a problem of being small.

한편, 대한민국 등록특허 10-0751547에서는 천연 세포외 기질과 유사한 다공성 구조의 지지체를 제조하는 방법으로서, 섬유 방사원액을 전기 방사를 통해서 3차원 구조의 스펀지 형태의 실크나노섬유로 이루어진 지지체를 제조하는 방법을 제시하였다.On the other hand, Korean Patent No. 10-0751547 is a method for preparing a support having a porous structure similar to the natural extracellular matrix, a method for producing a support made of silk nanofibers in the form of sponges of three-dimensional structure through the electrospinning fiber spinning solution Presented.

또한, 대한민국 공개특허 10-2009-0041271호에서는 조직공학용 나노섬유 지지체의 공극 구조 조절 방법으로서, 나노 섬유 분산체 용액에 불용인 공극 형성용 입자를 포함하는 혼합물로부터 3차원 구조를 가지며 공극도가 90% 이상인 나노 섬유로 이루어진 나노 섬유 지지체(scaffold)를 형성하는 방법을 제시하였다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-2009-0041271 discloses a method for controlling the pore structure of a nanofiber support for tissue engineering, wherein the nanofiber dispersion solution has a three-dimensional structure from a mixture containing insoluble particles for forming pores and has a porosity of 90. A method of forming a nanofiber scaffold consisting of nanofibers that is more than% is provided.

상기 실크 나노섬유 지지체는 나노 수준의 단백질 섬유가 얽혀있는 3차원 구조의 천연 세포외기질과 유사한 구조로서 비표면적이 크고 공극율을 극대화 시킨 것이다. 그러나, 실크 나노섬유 지지체는 생체 이식용 소재로 사용하기에 많은 장점을 지니고 있음에도 불구하고 PLGA와 같은 생분해성 합성고분자와 달리 생분해 속도를 조절할 수 없는 단점이 있다. 이와 같은 실크 나노섬유의 한정된 생분해성은 실크 나노섬유 막을 다양한 활용 분야, 특히 조직공학용으로 적용하기에 제약을 초래한다. The silk nanofiber support is a structure similar to a natural extracellular matrix having a three-dimensional structure in which nanofiber protein fibers are entangled and have a large specific surface area and maximize porosity. However, the silk nanofiber support has a disadvantage in that it cannot control the biodegradation rate unlike biodegradable synthetic polymers such as PLGA, although it has many advantages for using as a material for implantation. The limited biodegradability of such silk nanofibers limits the application of silk nanofiber membranes for various applications, particularly for tissue engineering.

실크 나노섬유 막의 한정된 생분해성은 기존에 널리 이용되고 있는 재생 실크 단백질의 재결정화 방법의 한계에 기인한다. 재결정화(불용화)에는 주로 메탄올이나 에탄올에 침지하는 방법을 이용하는데 이 방법으로는 결정화 정도를 조절하기 어렵다.The limited biodegradability of silk nanofiber membranes is due to the limitations of the recrystallization methods of regenerated silk proteins that are widely used in the past. Recrystallization (insolubilization) is mainly used to immerse in methanol or ethanol, it is difficult to control the degree of crystallization.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실크 나노섬유 막의 생분해성 조절 방법을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 생분해성 조절이 용이한 실크 나노섬유 막을 제공하고자 한다. 마지막으로, 본 발명은 조직공학 기술에서 다양한 용도로 사용될 수 있는 생분해성 지지체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, to provide a method for controlling biodegradability of silk nanofiber membrane. In addition, the present invention is to provide a silk nanofiber membrane that is easy to control biodegradability. Finally, it is an object of the present invention to provide a biodegradable support that can be used for various purposes in tissue engineering techniques.

본 발명은 섬유 방사 원액을 준비하는 공정, 전압을 가하면서 상기 준비된 섬유 방사 원액을 방사하는 공정, 상기 방사된 섬유를 알코올 용액에 침지시킨 후 재결정하는 불용화 처리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실크 나노섬유 막의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a process for preparing a fiber spinning stock solution, spinning the prepared fiber spinning stock while applying a voltage, and insolubilizing the silk fiber after immersing the spun fiber in an alcohol solution. Provided are methods of making a fiber membrane.

상기 불용화 처리 공정에서는 알코올 용액의 종류 및 혼합 비율을 조정함으로써 실크 나노섬유 막의 생분해 속도를 조절한다. In the insolubilization treatment step, the biodegradation rate of the silk nanofiber membrane is controlled by adjusting the type and mixing ratio of the alcohol solution.

바람직하게, 상기 알코올 용액은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 펜탄올로 이루어진 그룹에서 1종 또는 2종 이상 선택될 수 있다.Preferably, the alcohol solution may be selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol and pentanol, one or two or more.

또한, 본 발명은 방사된 섬유로부터 에탄올 및 프로판올의 혼합 용액에의 침지 및 재결정에 의해 생분해 속도가 조절된 것을 특징으로 하는 실크 나노섬유 막을 제공한다.The present invention also provides a silk nanofiber membrane characterized in that the rate of biodegradation is controlled by immersion and recrystallization from the spun fiber into a mixed solution of ethanol and propanol.

또한, 본 발명은 실크 나노섬유 막으로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 생분해성 지지체를 제공한다.The present invention also provides a biodegradable support, which is produced from silk nanofiber membranes.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 제조방법에 의하면 실크 나노섬유 막의 생분해 속도를 조절할 수 있다. 따라서, 용도에 따라 적당한 생분해 속도를 가지는 실크 나노섬유 막의 제조가 가능하다. 그러므로, 본 발명의 실크 나노섬유 막은 조직공학용 지지체로서 다양하게 활용될 수 있다. According to the production method of the present invention as described above it is possible to control the biodegradation rate of the silk nanofiber membrane. Thus, it is possible to produce silk nanofiber membranes with a suitable biodegradation rate depending on the application. Therefore, the silk nanofiber membrane of the present invention can be used in various ways as a support for tissue engineering.

실크 나노섬유 막은 실크 피브로인(실크 단백질)을 재생하여 생성되는 직경 100~400 nm의 섬유가 불규칙하게 망상 구조로 배열된 일종의 부직포이다. 실크 나노섬유 막의 두께는 자유롭게 조절 가능하나 통상 50~200 um의 것이 사용된다. 또한 섬유가 얽혀있는 구조이기 때문에 70~80%의 높은 공극도를 나타낸다. 상기 공극의 크기는 대략 1 um이다. 결정화된 실크 나노섬유 막은 건조 상태에서는 부서지기 쉬우나, 물에 젖은 상태에서는 유연하여 다루기가 용이하고, 변형이 가능하다.Silk nanofiber membranes are a kind of nonwoven fabric in which irregular fibers are arranged in a fiber of 100 to 400 nm in diameter produced by regenerating silk fibroin (silk protein). The thickness of the silk nanofiber membrane can be freely adjusted, but usually 50-200 um is used. In addition, since the fibers are entangled in structure, they exhibit high porosity of 70-80%. The pore size is approximately 1 um. The crystallized silk nanofiber membranes are brittle in the dry state but flexible in the wet state and easy to handle and deformable.

실크 나노섬유 막은 일반적으로 전기방사법을 이용하여 제조된다. 본 발명에서는 상기 전기방사법에서 실크 나노섬유 막의 생분해성을 조절하는 방법을 제시한다. 구체적으로 실크 나노섬유 막의 제조방법은 하기와 같다.Silk nanofiber membranes are generally manufactured using electrospinning. The present invention provides a method of controlling the biodegradability of the silk nanofiber membrane in the electrospinning method. Specifically, the manufacturing method of the silk nanofiber membrane is as follows.

1) 섬유 방사 원액의 제조1) Preparation of fiber spinning stock

실크 나노섬유 막은 실크 섬유로부터 제조된다. 실크 섬유는 누에고치로부터 뽑아낸 실로 만든 섬유로서 두 가닥의 피브로인이 세리신 외막에 싸여 있는 구조이다. 피브로인은 생체친화성이 우수하여 주변의 어떤 조직에도 영향을 미치지 않기 때문에 분말, 겔, 수용액 등 여러 형태로 제조되어 식품, 의약품 등에 다양하게 사용될 수 있다. 따라서, 실크 섬유를 이용하기 위해서는 외막의 세리신을 제거하는 것이 바람직하다. 세리신을 제거한 후에는 수세, 건조, 투석을 통하여 실크 피브로인 수용액을 제조하고, 실크 피브로인 수용액을 동결건조하여 실크 피브로인 스펀지를 제조한다. 그리고, 이것을 용매에 용해시켜 섬유의 방사 원액을 제조한다.Silk nanofiber membranes are made from silk fibers. Silk fiber is made of thread extracted from silkworm cocoons, and two strands of fibroin are wrapped in a sericin envelope. Fibroin is excellent in biocompatibility and does not affect any surrounding tissues, so it may be manufactured in various forms such as powder, gel, and aqueous solution, and may be used in various foods and medicines. Therefore, in order to use silk fiber, it is preferable to remove sericin of an outer film. After removing sericin, an aqueous solution of silk fibroin is prepared by washing with water, drying and dialysis, and a silk fibroin sponge is prepared by lyophilizing the aqueous solution of silk fibroin. Then, this is dissolved in a solvent to prepare a spinning stock solution of the fiber.

구체적으로, 나노 섬유 원액의 제조를 위해 누에고치를 마르세유비누와 탄산나트륨 수용액에 넣고 100℃의 온도에서 1시간 정도 처리한 후 증류수로 반복 수세함으로써 세리신을 제거한다. 다음으로, 상기 고치를 완전 건조시킨 후 염화칼슘/물/에탄올 혼합용매에 완전히 용해시키고 셀룰로오스 투석막으로 투석시켜 염 및 에탄올을 제거한다. 최종적으로 생성된 실크 피브로인 수용액을 동결건조하여 스펀지 형태로 제조한다. 상기 스펀지 형태의 실크 피브로인을 98%의 개미산에 용해하고 불순물 및 기포를 제거하여 나노 섬유 원액을 제조한다.Specifically, in order to prepare a nanofiber stock solution, the cocoon is added to Marseubi soap and sodium carbonate aqueous solution, and treated for 1 hour at a temperature of 100 ° C., followed by repeated washing with distilled water to remove sericin. Next, the cocoons are completely dried, completely dissolved in a calcium chloride / water / ethanol mixed solvent, and dialyzed with a cellulose dialysis membrane to remove salts and ethanol. Finally, the resulting silk fibroin aqueous solution is lyophilized to prepare a sponge. The sponge-like silk fibroin is dissolved in 98% formic acid and impurities and bubbles are removed to prepare a nanofiber stock solution.

2) 나노섬유 막의 제조2) Preparation of Nanofiber Membrane

상기 섬유 원액으로부터의 방사는 10~20 kV의 전압을 가하면서 이루어진다. Spinning from the fiber stock is done by applying a voltage of 10-20 kV.

구체적으로, 나노 섬유 원액을 주사기에 담고 송출펌프를 이용하여 0.2~0.5ml/hr의 속도로 토출한다. 이때 주사기 바늘에 전극을 연결하여 직류전원장치로 상기 범위의 정전압을 가한다. 형성된 실크 나노 섬유는 회전형 드럼 표면에 수집한다.Specifically, the nanofiber stock solution is contained in a syringe and discharged at a rate of 0.2-0.5 ml / hr using a delivery pump. At this time, connect the electrode to the syringe needle and apply a constant voltage of the above range to the DC power supply. The formed silk nanofibers collect on the rotating drum surface.

3) 나노섬유 막의 불용화 처리3) Insolubilization of Nanofiber Membrane

전기 방사 직후의 나노섬유는 강도가 약하고 습기에 매우 취약하므로 불용화 처리 공정을 거친다. 불용화 처리는 방사된 나노섬유를 알코올에 침지하고 재결정화하는 것이다. 이러한 불용화 처리 과정에서 나노섬유 막의 생분해성을 조절할 수 있다. 본 발명에서는 나노섬유를 다양한 종류의 알코올 용액에서 재결정화시킨 후 생분해 속도를 측정하였다. 알코올 용액의 종류 및 혼합비율을 조절하면서 실크 나노섬유의 성분 변화를 측정하였고, 아울러 제조된 실크 나노섬유막의 생분해 거동을 관찰하였다. Immediately after electrospinning, nanofibers undergo a solubilization process because of their low strength and very susceptibility to moisture. Insolubilization treatment is to immerse and recrystallize spun nanofibers in alcohol. The biodegradability of the nanofiber membrane can be controlled during this insolubilization treatment. In the present invention, the biodegradation rate was measured after recrystallization of nanofibers in various kinds of alcohol solutions. The component change of the silk nanofibers was measured while adjusting the type and mixing ratio of the alcohol solution, and the biodegradation behavior of the prepared silk nanofiber membranes was observed.

본 발명에서 불용화 처리 공정에 사용하는 알코올 용액은 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 부탄올(butanol), 펜탄올(pentanol)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. Alcohol solution used in the insolubilization treatment process in the present invention is one or two or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol Can be used in combination.

상기 알코올 용액의 종류에 따라 섬유의 사용 목적에 맞는 바람직한 생분해 속도를 지니는 실크 나노섬유의 제조가 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 실크 나노섬유 막의 불용화 처리 공정에 의해 생분해 속도를 조절하는 방법을 제공한다. According to the type of the alcohol solution, it is possible to produce silk nanofibers having a desirable biodegradation rate suitable for the purpose of using the fibers. Accordingly, the present invention provides a method of controlling the biodegradation rate by the insolubilization process of the silk nanofiber membrane.

바람직하게, 본 발명에서는 에탄올과 프로판올의 혼합 알코올 용액을 사용한다. 상기 혼합 알코올 용액의 혼합 비율은 에탄올 기준, 부피비 0-100%의 범위이다. 에탄올의 함량이 높아질수록 나노섬유 내 베타구조의 함량이 높아지고, 그에 따라 용해성이 감소하여 생분해 속도는 느려진다. 반면, 프로판올을 사용할 경우에 는 불용화 처리 동안 섬유 내 베타구조의 함량 증가가 크지 않아, 처리 전 후를 비교할 때 거의 비슷한 수준으로 유지된다. 그러나, 수분에 대한 안정성은 증가하므로 나노섬유의 강도가 강해지고 내습성이 향상된다. 한편, 생분해 속도는 에탄올 처리시와 비교할 때 빠른 것으로 나타난다. Preferably, in the present invention, a mixed alcohol solution of ethanol and propanol is used. The mixing ratio of the mixed alcohol solution is in the range of 0-100% by volume, based on ethanol. The higher the content of ethanol, the higher the content of the beta structure in the nanofibers, and thus the lower the solubility, the slower the biodegradation rate. On the other hand, the use of propanol does not increase the content of the beta structure in the fiber during the insolubilization treatment, which is maintained at about the same level when comparing before and after treatment. However, since the stability to moisture is increased, the strength of the nanofibers is increased and the moisture resistance is improved. On the other hand, the rate of biodegradation appears to be faster when compared to ethanol treatment.

실크 나노섬유 막의 재결정화 처리는 전기방사 종료 후 집적장치인 드럼 표면에서 나노섬유 막을 떼어내어 알코올 용액에 1시간 동안 침지하고, 수축을 방지하기 위해 압력하에서 건조하는 것으로 이루어진다. Recrystallization of the silk nanofiber membrane consists of removing the nanofiber membrane from the surface of the drum, which is an integrated device, after the end of the electrospinning, immersing it in an alcohol solution for 1 hour, and drying under pressure to prevent shrinkage.

이하 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. The present invention will be described in detail through the following examples. However, the present invention should not be construed as being limited thereto.

실시예Example

1) 전기방사용 방사원액 준비1) Preparation of Electrospinning Radiation Solution

가잠 고치를 마르세유비누와 탄산나트륨을 각각 0.3% 및 0.2%로 용해한 수용액에 욕비 1:25의 비율로 넣어 100℃에서 1시간 동안 처리 후 증류수를 이용하여 반복 수세하여 세리신을 제거하였다. 다음, 정련된 고치를 완전히 건조하고 염화칼슘/물/에탄올(몰비: 1:8:2) 혼합용매를 이용하여 욕비 1:20으로 85℃에서 완전히 용해시키고 셀룰로오스 투석막을 이용하여 증류수에 3일간 투석하여 염 및 에탄올을 제거하였다. 최종 과정으로 제조된 실크 피브로인 수용액은 동결 건조하여 스펀지 형태로 얻었다.In a solution of 0.3% and 0.2% of Marseubi soap and sodium carbonate, respectively, the Gajam cocoon was added at a ratio of 1:25 in a bath ratio for 1 hour, and then washed repeatedly with distilled water to remove sericin. Then, the dried cocoons were completely dried, dissolved completely at 85 ° C. in a bath ratio of 1:20 using a calcium chloride / water / ethanol (molar ratio 1: 8: 2) mixed solvent, and dialyzed in distilled water for 3 days using a cellulose dialysis membrane. Salt and ethanol were removed. Silk fibroin aqueous solution prepared in the final process was lyophilized to obtain a sponge.

나노 섬유 원액은 제조된 실크 피브로인 스펀지를 98%의 개미산에 농도 12%로 완전히 용해하고 불순물 및 기포를 제거함으로써 준비하였다.The nanofiber stock solution was prepared by completely dissolving the prepared silk fibroin sponge in a concentration of 12% in 98% formic acid and removing impurities and bubbles.

2) 나노섬유 막 제조를 위한 전기방사2) Electrospinning for Nanofiber Membrane Production

전기방사를 이용하여 나노섬유 막을 제조하기 위해 상기에서 제조된 방사원액을 주사기에 담고 송출펌프를 이용하여 0.2-0.5 ml/hr의 속도로 토출하였다. 주사기 바늘에 전극을 연결하여 직류전원장치로 10 kV(+)의 정전압을 가하였다. 형성된 실크 나노섬유는 지름 14 cm의 회전형 드럼 표면에 수집하였다.In order to prepare a nanofibrous membrane using electrospinning, the spinning stock solution prepared above was placed in a syringe and discharged at a rate of 0.2-0.5 ml / hr using a delivery pump. An electrode was connected to the syringe needle and a constant voltage of 10 kV (+) was applied with a DC power supply. The formed silk nanofibers were collected on a rotating drum surface of 14 cm in diameter.

3) 실크 나노섬유 막의 불용화 처리3) Insolubilization of Silk Nanofiber Membranes

전기방사된 상기 실크 나노섬유 막(as-spun)의 불용화 처리에 사용하는 에탄올(ethyl alcohol: E)/프로판올(1-propanol: P) 혼합 용액의 혼합 비율을 E/P = 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, 0/100로 다양하게 준비하였다. 각 용액에 전기방사된 실크 나노섬유 막을 1시간 동안 침지한 후 장력 하에서 건조하였다. The mixing ratio of the ethanol (ethyl alcohol: E) / propanol (1-propanol: P) mixed solution used for insolubilization of the electrospun silk nanofibrous membrane (as-spun) was set to E / P = 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, 0/100 were prepared in various ways. Silk nanofiber membranes electrospun in each solution were immersed for 1 hour and then dried under tension.

다음으로, 제조된 각각의 실크 나노섬유 막의 베타 구조 함량 및 생분해 속도를 측정하였다. Next, the beta structure content and biodegradation rate of each silk nanofiber membrane prepared were measured.

4) 베타 구조 함량4) Beta structure content

재결정화 처리과정에 사용된 용액의 혼합 비율에 따라 실크 피브로인은 다양 한 베타 구조 함량을 나타냄을 알 수 있다.(도2a 내지 2d) 실크 피브로인의 베타 구조는 불용화에 있어서 매우 중요한 구조적 특징으로써 일반적으로 베타 구조 함량이 높을수록 용해성이 감소한다. It can be seen that silk fibroin has various beta structure contents depending on the mixing ratio of the solution used in the recrystallization process. (FIGS. 2A to 2D) The beta structure of silk fibroin is a very important structural feature in insolubilization. As the beta structure content increases, solubility decreases.

하기 표1은 재결정화 처리과정에 사용된 용액의 혼합 비율에 따른 실크 피브로인의 베타 구조 함량을 시간의 경과에 따라 나타낸 것이다.Table 1 below shows the beta structure content of silk fibroin over time according to the mixing ratio of the solution used in the recrystallization process.

Figure 112009062980390-pat00001
Figure 112009062980390-pat00001

재결정화 처리 과정에서 사용한 용액 중 에탄올의 함량이 높을수록 실크 피브로인의 베타 구조 함량이 높게 나타났다. 반면, 프로판올을 단독으로 사용하여 재결정화 처리를 한 경우에는 재결정화 처리를 하지 않은 실크 피브로인의 베타 구조 함량과 차이를 나타내지 못하였지만, 수분에 대한 안정성은 증가하여 충분히 불용화 되었음을 확인하였다.The higher the ethanol content of the solution used in the recrystallization treatment, the higher the beta structure content of silk fibroin. On the other hand, when the recrystallization treatment using propanol alone did not show a difference from the beta structure content of the silk fibroin without the recrystallization treatment, it was confirmed that it was sufficiently insoluble due to an increase in stability to moisture.

5) 생분해 속도5) biodegradation rate

상기와 같은 재결정화 방법에 따라 제조된 실크 나노섬유 막의 단백질 가수분해 효소(proteinase K)에 의한 생분해 거동을 관찰하였다. 도3은 재결정화 처리에 사용된 용액의 혼합 비율에 따른 실크 나노섬유 막의 단백질 가수 분해 효소에 의한 질량 변화를 나타낸 것이다. 또한, 도 4는 Invitro 상에서의 생분해 결과를 보여주는 SEM 사진이다. Biodegradation behavior by proteinase K of silk nanofiber membranes prepared according to the above recrystallization method was observed. Figure 3 shows the mass change by the proteolytic enzyme of the silk nanofiber membrane with the mixing ratio of the solution used in the recrystallization treatment. 4 is a SEM photograph showing the results of biodegradation on Invitro.

실크 나노섬유 막의 질량 감소 및 생분해 정도는 프로판올의 함량이 높을수록 크게 나타났다. 즉 베타 구조의 함량이 낮을수록 생분해 속도가 증가함을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 재결정화에 의한 생분해성 조절이 유효함을 알 수 있다.The mass reduction and biodegradation of the silk nanofiber membranes were higher with higher propanol content. That is, the lower the content of the beta structure can be seen that the biodegradation rate increases. Therefore, it can be seen that the biodegradation control by the recrystallization of the present invention is effective.

6) 생체내 생분해 속도(흡수율)6) Biodegradation rate (absorption rate) in vivo

본 발명의 방법으로 rat의 진피하 삽입후 실험 사진으로 육안적으로 실크 재결정화 처리과정에 사용된 용액의 혼합 비율에 따라 생체내 실크막의 흡수율의 차이를 나타냄을 알수 있다(도5).Experimental photographs after subdermal insertion of rats by the method of the present invention shows that the absorption rate of the silk membrane in vivo depends on the mixing ratio of the solution used in the silk recrystallization process visually (Fig. 5).

3주일 경과 후의 실크 나노섬유 막을 주사 전자현미경으로 촬영한 것이다. 이를 비교하면, 조직 삽입 경과 후에 섬유의 두께가 줄어든 것을 확인할 수 있다(도6).After three weeks, the silk nanofiber membrane was photographed with a scanning electron microscope. Comparing this, it can be seen that the thickness of the fiber is reduced after the passage of tissue insertion (Fig. 6).

도7에서 처럼 실크 나노섬유 막의 측면 부위에서 생분해가 활발히 일어나는 것을 볼 수 있으며 재결정화 처리과정에 사용된 용액의 혼합 비율에 따라 섬유의 두께가 줄어든 것을 확인할 수 있다. It can be seen that the biodegradation is actively occurring in the side portion of the silk nanofiber membrane as shown in Figure 7, and the thickness of the fiber is reduced according to the mixing ratio of the solution used in the recrystallization process.

도 1는 본 발명의 방사형 실크 나노섬유 막의 생분해 속도 조절 과정을 도시한 것이다.Figure 1 illustrates the biodegradation rate control process of the radial silk nanofiber membrane of the present invention.

도2a 내지 2d는 재결정화 처리에 사용된 용액의 혼합 비율에 따른 실크 나노섬유의 베타 구조 함량 차이를 나타낸 것이다.Figures 2a to 2d shows the difference in the beta structure content of the silk nanofibers according to the mixing ratio of the solution used in the recrystallization treatment.

도 3은 재결정화 처리과정에 사용된 용액의 혼합 비율에 따른 실크 나노섬유 막의 단백질 가수 분해 효소에 의한 질량 변화를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the mass change by the proteolytic enzyme of the silk nanofiber membrane with the mixing ratio of the solution used in the recrystallization process.

도 4는 SEM 사진으로 재결정화 처리과정에 사용된 용액의 혼합 비율에 따른 실크 나노섬유 막의 Invitro 상에서의 생분해 결과를 나타낸 것이다. Figure 4 shows the results of biodegradation on the Invitro of the silk nanofiber membrane according to the mixing ratio of the solution used in the recrystallization process by SEM photograph.

도 5는 육안적으로 재결정화 처리과정에 사용된 용액의 혼합 비율에 따라 생체내 실크 나노섬유 막의 흡수율의 차이를 나타낸 것이다. (E100: ethanol 100%, EP50: ethanol 50% + propanol 50%, P100: propanol 100%)Figure 5 shows the difference in the absorption rate of the silk nanofiber membrane in vivo according to the mixing ratio of the solution used in the visual recrystallization process. (E100: ethanol 100%, EP50: ethanol 50% + propanol 50%, P100: propanol 100%)

도 6은 SEM 사진으로 재결정화 처리과정에 사용된 용액의 혼합 비율에 따라 생체내 실크 나노섬유 막의 흡수율의 차이를 나타낸 것이다.6 is a SEM photograph showing the difference in the absorption rate of the silk nanofiber membrane in vivo according to the mixing ratio of the solution used in the recrystallization process.

도 7은 Masson trichrome stain으로 재결정화 처리과정에 사용된 용액의 혼합 비율에 따라 생체내 실크 나노섬유 막의 흡수된 두께의 변화를 나타낸 것이다.(좌로부터 각각 Ethanol 100%, Ethanol 50% + Propanol 50%, Propanol 100%의 데이터이다.)Figure 7 shows the change in absorbed thickness of silk nanofiber membranes in vivo according to the mixing ratio of the solution used in the recrystallization process with Masson trichrome stain (ethanol 100%, Ethanol 50% + Propanol 50%, respectively) , Propanol 100% data.)

Claims (5)

섬유 방사 원액을 준비하는 공정, 전압을 가하면서 상기 준비된 섬유 방사 원액을 방사하는 공정, 상기 방사된 섬유를 에탄올 및 프로판올의 혼합 용액에 침지시킨 후 재결정하는 불용화 처리 공정으로 이루어지며,A process of preparing a fiber spinning stock solution, spinning the prepared fiber spinning stock solution while applying a voltage, and insolubilizing treatment process of immersing the spun fiber in a mixed solution of ethanol and propanol and then recrystallizing it. 상기 혼합 용액 중 프로판올의 함량을 증가시킴으로써 실크 나노섬유 막의 생분해 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 실크 나노섬유 막의 제조방법Method of producing a silk nanofiber membrane, characterized in that to increase the biodegradation rate of the silk nanofiber membrane by increasing the content of propanol in the mixed solution 삭제delete 삭제delete 제1항의 제조방법에 의해 제조되는 생분해 속도가 조절된 것을 특징으로 하는 실크 나노섬유 막Silk nanofiber membrane, characterized in that the biodegradation rate produced by the manufacturing method of claim 1 is controlled 제 4항의 실크 나노섬유 막으로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 생분해성 지지체A biodegradable support, which is prepared from the silk nanofiber membrane of claim 4.
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