KR101428514B1 - 골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법 - Google Patents

골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101428514B1
KR101428514B1 KR1020130062625A KR20130062625A KR101428514B1 KR 101428514 B1 KR101428514 B1 KR 101428514B1 KR 1020130062625 A KR1020130062625 A KR 1020130062625A KR 20130062625 A KR20130062625 A KR 20130062625A KR 101428514 B1 KR101428514 B1 KR 101428514B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
support
silk fibroin
apatite
calcium phosphate
nanofibers
Prior art date
Application number
KR1020130062625A
Other languages
English (en)
Inventor
류원형
양승연
황태헌
김현령
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020130062625A priority Critical patent/KR101428514B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101428514B1 publication Critical patent/KR101428514B1/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/22Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/225Fibrin; Fibrinogen
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/46Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

본 발명은 골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법에 관한 것이다. 기존의 골재생용 지지체들은 해당 부위 근육의 수축에 의한 압축력을 견디지 못하는 단점이 있었다. 하지만, 본 발명은 실크피브로인과 수산화아파타이트 입자를 혼합하여 골재생용 유도지지체를 제조하는 기술을 제공하며, 본 발명에 따른 골재생용 유도지지체는 3차원 다공성 구조 또는 섬유상 구조를 가지고, 생분해성이 높으며, 생체 내에서 근육의 수축력에 대항하여 압축저항력을 가지고 있으며, 수산화아파타이트 함량에 따라 압축 저항성을 조절할 수 있는 우수한 기계적 특성에 의해 골형성을 유도하는 장점이 있다.

Description

골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법{A HYBRID MANUFACTURING METHOD OF TISSUE SCAFFOLDS FOR BONE REGENERATION USING ELECTROSPINNING AND FREEZE DRYING}
본 발명은 골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법에 관한 것이다.
추간판 탈출증 질환의 치료 시, 신경 압박 부위를 제거한 후 척추를 유합시키는 후외방척추유합술이 주를 이루고 있다. 전통적인 수술 방식에서는 골유합 시 나사를 이용하여 생체적합성이 인정된 티타늄(Titanium) 등의 재료로 두 개의 척추골을 연결하나, 장기적으로 면역 반응과 합병증 등의 문제로 사용이 지양되고 있는 실정이다. 이러한 전통적인 수술법의 개선을 위해 체내의 생체 적합성 및 생분해성을 가진 재료로 골재생지지체를 제작하여 임상, 실험적으로 사용하는 연구가 진행 중에 있다. 골 재생의 일반적인 치료는 자가 골 이식법(autograft)이다. 그러나 제공부위에서의 합병증과 감염성 질환의 전염 등의 문제가 있어 대체 골 이식재를 이용하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 대체 골 이식재를 이용하는 경우 골 은행에서의 동종 골(allograft) 혹은 이종 골(xenograft)을 제공받아 이식하는 방법과 골 대체제로 각광받고 있는 인산칼슘계 화합물인 수산화아파타이트(Hydroxyapatite)를 이용하여 골재생을 유도하는 방법이 활발히 연구 중에 있다. 수산화아파타이트는 생체적합성이 뛰어나고 재생 목표 부위 주변 골의 골전도(Osteoconduction)를 일으켜 골재생의학 분야에서 활발히 연구가 진행 중인 재료이다. 수산화아파타이트를 이용하여 골 재생을 유도하는 경우 대부분 또 다른 생체적합재료를 이용하여 지지체를 형성하고 그 내외부에 수산화아파타이트를 집어넣어 골재생유도지지체를 제작하는 방향의 연구가 다수를 이루고 있다. 또한, 골 은행에서 제공받아 골 이식 수술을 진행하는 경우 공급의 원활한 진행이 어렵고 여전히 면역반응과 감염성 질환의 전염을 극복하지 못하는 단점을 지니고 있다.
선행연구로 콜라겐(collagen)을 이용하여 멤브레인(한국/1020050108
431) 혹은 지지체(한국/1020090022490)를 형성하고 수산화 아파타이트를 삽입하는 제품(한국/1020070073863)을 이미 시중에 출시한 바 있다. 또한, 미국에서는 Medtronic 사의 Amplify®와 Johnson&Johnson사의 Healos®라는 콜라겐과 수산화아파타이트의 혼합 지지체가 개발되어 현재 후외방척추유합술의 용도로 판매중이다. 그러나 콜라겐의 출처가 우진피(牛眞皮)인 것을 감안하면 높은 재료단가와 광우병 전염 위험, 구조적 특성, 역학적 특성이 현저히 떨어지는 단점을 가지고 있다. 따라서 콜라겐의 대체재로 누에나방(Bombyx Mori)의 고치에서 추출한 실크 피브로인(Silk Fibroin)이 각광받고 있다. 실크 피브로인은 높은 생체적합성(Biocompatibility)과 좋은 성형성(Moldability), 특정 조건 하에서의 생분해성(Biodegradability), 조절이 용이한 기계적 특성(Mechanical Property)을 지니고 있으며 재료 원가가 낮고 광우병 등의 전염성 질환의 감염 위험이 없다는 장점을 가지고 있다.
골 결손부위에서 골 재생이 일어날 경우 골 재생 혹은 골 전도 과정에서 삽입된 지지체는 해당 부위 근육의 수축에 의해 압축력을 받게 된다. 때문에 일정 강도 이상의 압축 저항을 가지고 있는 골형성유도지지체의 개발이 필요한 실정이고, 골형성유도지지체는 골아 세포의 분화 및 생장을 위해 세포외 기질(Extracellular Matrix, ECM)과 유사한 구조적 형상을 가지고 후방 근육의 수축에 저항하여 제형을 유지할 수 있는 압축 저항성 등의 기계적 강도의 향상이 필요하다. 그러나, 실크 피브로인을 이용하여 ECM을 모방한 3차원 다공성(porous) 구조나 섬유상(fibrous) 구조를 가진 스캐폴드를 개발한 연구는 있었으나 압축 및 인장저항성을 갖는 3차원 다공성 혹은 섬유상 구조를 갖는 지지체의 개발은 보고된 바 없다. 이에 본 발명자들은 압축 및 인장 저항성을 갖는 3차원 다공성 혹은 섬유상 혹은 둘 다의 구조를 갖는 골형성유도지지체를 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 구체예에서는, 실크 피브로인, 폴리렉틱액시드(Polylactic acid, PLA), 폴리글루타믹액시드(Polyglutamic acid, PGA), 폴리렉틱코글리콜릭엑시드(poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA), 폴리메틸메타아크리레이트(Poly(methyl methacrylate),PMMA), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG), 콜라겐, 및 실크 세리신을 포함하는 생체적합성 고분자로부터 선택된 어느 하나를 유기용매에 용해시켜 방사원액을 준비하는 단계; 상기 방사원액을 습식 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 단계; 실크 피브로인, 폴리렉틱액시드(Polylactic acid, PLA), 폴리글루타믹액시드(Polyglutamic acid, PGA), 폴리렉틱코글리콜릭엑시드(poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA), 폴리메틸메타아크리레이트(Poly(methyl methacrylate),PMMA), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG), 콜라겐, 및 실크 세리신을 포함하는 생체적합성 고분자의 수용액을 제조하는 단계; 상기 습식방사된 나노섬유가 포함된 수용액에 상기 생체적합성 고분자의 수용액을 첨가하여 나노섬유간에 막(membrane)을 형성시켜 막으로 코팅 혹은 연결된 나노섬유 지지체를 형성시키는 단계; 및 상기 나노섬유 지지체를 동결건조시켜서 동결 건조물을 제조하는 단계를 포함하는 골형성 유도 복합지지체의 제조방법을 제공한다. 상기 구체예에서, 상기 방사원액은 수산화아파타이트, 아파타이트, 인중합체, 제1인산칼슘, 제2인산칼슘, 제3인산칼슘 및 인산 옥타칼슘으로 구성된 생체적합성 세라믹으로부터 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 구체예에서 상기 생체적합성 고분자의 수용액은 수산화아파타이트, 아파타이트, 인중합체, 제1인산칼슘, 제2인산칼슘, 제3인산칼슘 및 인산 옥타칼슘으로 구성된 생체적합성 세라믹으로부터 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 구체예에서 상기 동결 건조물에 수산화아파타이트, 아파타이트, 인중합체, 제1인산칼슘, 제2인산칼슘, 제3인산칼슘 및 인산 옥타칼슘으로 구성된 생체적합성 세라믹으로부터 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함시켜서 강제순환오븐에 건조시키는 것을 특징으로 하며, 상기 구체예에서 상기 생체적합성 고분자는 실크 피브로인인 것을 특징으로 하며, 상기 구체예에서 상기 생체적합성 세라믹은 수산화아파타이트인 것을 특징으로 하며, 상기 구체예에서 상기 나노섬유는 증류수 안에서 셀룰로오스 투석막에 통과시켜서 메탄올을 증류수와 치환시키는 것을 특징으로 하며, 상기 구체예에서 상기 생체적합성 세라믹은 수산화아파타이트인 것을 특징으로 하는 골형성유도 복합지지체의 제조방법을 제공하였다.
본 발명의 일 구체예에서는, 생체적합성 세라믹 및 실크피브로인을 포함하고, 상기 생체적합성 세라믹 대 실크피브로인의 중량비가 1:2 내지 1:100인 기계적 강도가 향상된 골세포 재생용 복합 지지체를 제공하였다. 상기 구체예에서, 수산화아파타이트 대 실크피브로인의 중량비가 1:5인 것을 특징으로 하고, 상기 구체예에서 생체적합성 세라믹은 수산화아파타이트인 것을 특징으로 하며, 상기 구체예에서 방사원액을 기준으로 생체적합성 세라믹은 5 중량% 이상인 것을 특징으로 하며, 상기 지지체 내부에서의 섬유층간 정렬 각도는 90도인 것을 특징으로 하는 골세포 재생용 복합 지지체를 제공하였다.
본 발명에서 "실크 피브로인"은 골 이식 수술에서 사용하던 콜라겐에 대한 대체재로써 누에나방(Bombyx Mori)의 고치에서 추출한 재료로써, 높은 생체적합성(Biocompatibility)과, 콜라겐에 비해 좋은 성형성(Moldability), 특정 조건 하에서의 생분해성(Biodegradability), 조절이 용이한 기계적 특성(Mechanical Property)을 지니고 있으며 재료 원가가 낮고 광우병 등의 전염성 질환의 감염 위험이 없다는 장점을 가지고 있다. 본 발명에서 "수산화아파타이트"는 생체적합성이 뛰어나고 재생 목표 부위 주변 골의 골전도(Osteoconduction)를 일으켜 골재생의학 분야에서 활발히 연구가 진행 중인 재료이다.
본 발명은 실크피브로인과 수산화아파타이트 입자를 혼합하여 골재생용 유도지지체를 제조하는 기술을 제공하며, 본 발명에 따른 골재생용 유도지지체는 3차원 다공성 구조 또는 섬유상 구조를 가지고, 생분해성이 높으며, 압축 저항성을 조절할 수 있는 우수한 기계적 특성에 의해 골형성을 유도하는 장점이 있다.
도 1은 하이브리드 골재생용 생체활성 지지체의 제조 공정 및 지지체의 개략도이다.
도 2는 하이브리드 골재생용 생체활성 지지체의 기계적 강도의 조절 가능성을 보여주는 모식도이다.
도 3은 수산화아파타이트의 표면 코팅에 따른 지지체의 전자 현미경 사진이다(좌:표면코팅 전, 우:표면 코팅 후).
도 4는 전기방사된 실크 피브로인 나노 섬유를 연결하는 멤브레인에 사용된 동결건조용 실크 피브로인 수용액 농도 변화에 따른 멤브레인의 섬유간 연결구조 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 습식 전기방사 3차원 실크피브로인 지지체에 0.3% 실크피브로인 수용액과 수산화아파타이트의 함량에 따른 실크피브로인 3차원 섬유상 지지체의 내부 구조에 대한 사진이다.
도 6은 수산화아파타이트가 혼합된 실크 피브로인 지지체 내부에서 1주일 간 증식한 조골세포(Osteoblast)에 대한 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 수산화아파타이트 및 실크피브로인을 포함하는 지지체의 인장강도 시험 결과이다.
도 8은 본 발명에 따른 수산화아파타이트 및 실크피브로인을 포함하는 두개의 층으로 된 정렬전기방사 지지체의 각 층간 정렬각도에 따른 인장 강도에 대한 구조해석 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 두개의 층으로 된 정렬 전기방사구조가 실크피브로인 매트릭스에 포함된 3차원 복합 지지체의 인장 강도에 대한 구조해석 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 나노 섬유에 대한 수산화아파타이트의 함량에 따른 단일섬유의 압축응력에 대한 구조해석 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 전기방사와 동결건조로 제작된 하이브리드 실크 지지체의 멤브레인 형성에 사용된 실크피브로인 수용액내의 실크피브로인 함량 변화에 따른 압축강도의 변화를 측정한 결과이다.
하이브리드 골조직 재생용 생체활성 지지체의 제작
실크 피브로인을 10~15% 농도로 유기 용매인 포름산에 용해시켰다. 나노섬유를 수집하는 30cm의 지름과 15cm의 깊이를 가지고 있는 메탄올 욕조를 접지한 후, 상기의 실크 피브로인/포름산 용액을 메탄올 욕조에 습식 전기방사하였다. 나노섬유 토출 노즐은 17G 수직절단바늘을 사용하였으며, 나노섬유 토출 노즐에 10kV에서 20kV사이의 고전압을 사용하였다. 메탄올 욕조와 나노섬유 토출 노즐과의 거리는 20~30cm로 하였다. 전기방사 완료 후 실크 나노 섬유에 섞인 메탄올을 셀룰로오스 투석막을 이용하여 3차 정제 증류수 욕조 안에 48시간 이상 투석하여 3차 정제증류수와 치환하였고, 수집한 실크 피브로인 나노섬유를 0.01% ~ 5%의 실크피브로인 수용액과 혼합한 후 동결건조기(EYELA, FDU-2100)을 이용하여 수분을 승화시켜서 형성을 제조하였다. 실크피브로인 방사원액을 전기방사하고 실크피브로인 수용액과 혼합 후 동결건조한 경우에는 지지체 구조 내에 실크피브로인 나노섬유간 연결을 강화시켜주는 막이 형성되어 있음을 확인하였다(도 1a). 상기 전기방사 단계에서, 방사원액에 수산화아파타이트를 추가로 포함시켜서 전기방사한 경우에는 실크 나노섬유의 연결을 강화하는 멤브레인을 형성함과 동시에 수산화아파타이트가 함유된 실크피브로인 나노섬유를 형성함을 확인하였다(도 1b). 또한, 실크피브로인 방사원액을 전기방사하고 실크피브로인 수용액에 수산화아파타이트를 추가로 포함시켜서 현탁액으로 수용화시킨 경우에는 실크 나노섬유의 연결을 강화하는 멤브레인 내에 수산화아파타이트가 첨가된 구조를 형성하였다(도 1c). 또한, 동결건조에 의해 수분이 승화된 나노섬유에 수산화아파타이트/에틸 알코올 현탁액을 주입하고 강제순환오븐에서 건조시켜서 멤브레인과 나노섬유 표면에 수산화아파타이트를 부착한 구조를 형성하였다(도 1d).
상기 실시예 1에 따라 제조된 지지체에 대하여 특성분석을 수행하였다.
하이브리드 골조직 재생용 생체활성 지지체의 특성 분석
투석이 완료된 실크 피브로인 골 형성 유도 지지체를 수산화아파타이트와 교반된 실크 피브로인/3차 증류 정제수 수용액과 미리 충분히 혼합한 후 동결건조를 시행하여 실크피브로인 멤브레인 내에 수산화아파타이트를 위치시켰고 이 멤브레인들은 섬유의 교차지점들을 강화시켜 지지체의 압축저항력이 강화되었다(도2). 상기 실시예 1의 실크피브로인 수용액 혼합법을 사용할 때, 실크피브로인 수용액의 농도를 조절하여 지지체 침습 정도를 조절하여 최종 완성된 골형성유도지지체의 기공도와 기공의 크기, 내부형상 등을 조절할 수 있었다(도4). 실크 피브로인 전기방사 3차원 지지체에 수산화아파타이트를 섞음으로써 근육의 수축력에 대항하여 압축저항력을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 그 함량을 조절함으로써 압축강도를 조절할 수 있었다. 또한 동결건조에 의해 수분이 승화된 나노섬유에 수산화아파타이트/에틸 알코올 현탁액을 주입 후 건조시켜 섬유 표면에 수산화 아파타이트를 노출시킴으로써 조골세포의 골분화를 유도할 수 있었다(도3). 또한, 실크 피브로인 나노섬유와 수산화아파타이트/실크 피브로인 수용액상의 실크피브로인 농도와 결정화도를 조절함으로써 전체 복합 지지체의 압축강도 역시 조절할 수 있었다(도4).
수산화아파타이트 첨가에 따른 지지체의 구조 변화를 관찰하기 위해, 습식 전기방사한 실크 피브로인 3차원 지지체에 수산화아파타이트 입자를 농도별(1/3 /5%)로 섞은 실크 피브로인 0.3% 수용액을 혼합한 뒤 동결건조한 샘플들을 분석하였다. 수산화아파타이트 함량이 증가할수록 실크 멤브레인 내부에더 많은 입자들이 포함되어 있는 것을 확인하였으며, 실크 수용액이 섬유들을 연결하여 구조를 보강하며 멤브레인을 형성하는 모습도 관찰하였다(도5). 본 발명에 따른 지지체에 대하여, 우수한 골세포 흡착 및 증식 효과를 확인하였다(도6).
복합 지지체의 기계적 강도 분석
3.1 인장강도 분석
방사원액에서 수산화아파타이트 양을 실크 피브로인 중량 대비 0, 10, 20, 30, 40%(wt)로 조절하면서 건식 혼합방사하여 제작한 2차원 매트형 실크피브로인/수산화아파타이트 지지체를 이용하여 인장강도 시험을 실시하였다. 인장강도(도7a), 항복강도(도7b), 탄성계수(도7c) 모두 20% 수산화아파타이트를 함유한 2차원 실크 피브로인 지지체에서 가장 높은 값을 나타냄을 확인할 수 있었다.
수산화아파타이트를 내부에 함유하고 있는 3차원 정렬 전기방사 복합 지지체를 복합재(composite) 형태로 구조해석하였다. 수산화아파타이트를 내부에 함유하고 있는 섬유를 특정각도로 정렬시켜 단층구조를 만든 후, ANSYS workbench 12.0을 이용하여 10uN의 인장력을 각각의 섬유에 가하여 변형되는 전체 복합체의 형상을 구조해석하였다(도8a). 지지체 내부에서의 섬유층간 정렬 각도는 90도인 경우에 지지체의 인장률이 가장 적음을 확인하고 또한, 수산화아파타이트의 함유 비율이 높을수록 변형량이 줄어들어 인장 강도가 증가함을 확인하였다(도8b). 수산화아파타이트를 내부에 함유하고 있는 섬유를 특정각도로 정렬시켜 층상구조를 만든 후, 그 외부에 실크 피브로인 매트릭스를 형성하여 섬유상 구조가 매트릭스 내부에 존재하도록 모델링을 하였다(도9a). Y축 방향으로는 90도 정렬 전기방사 지지체가, Z축 방향으로는 60도 정렬 전기방사 지지체가 가장 큰 변형량을 보이는 것을 관찰하였고, 섬유상과 면상 구조를 동시에 가지고 있는 복합 지지체 제작으로 활용할 가능성을 확인하였다(도9b(전체 변형량), 도9c(상-Y축 변형량, 하-Z축 변형량)).
3.2 압축 강도 분석
ANSYS Workbench 12.0을 이용하여 수산화아파타이트를 함유한 단일 섬유의 기계적 강도를 분석하였다. 단일 섬유 내 수산화아파타이트의 함량을 0.7% 에서 4.1%로 변화시키며 축 방향으로 500uN의 압축력을 가했을 때의 변형을 확인하였다. 단일 섬유의 경우, 수산화아파타이트의 함유가 증가할수록 압축저항력이 증가하여 변형의 양이 감소하였다(도10). 또한, 상기 복합 지지체에 대하여 하이브리드 지지체 제작시 사용된 실크 수용액내의 실크피브로인(SF) 농도에 따른 하이브리드 지지체의 압축강도를 테스트하였다. 수용액의 실크피브로인 농도가 증가함에 따라 기계적 modulus가 증가하고, 이에 따라 각 변형량(strain)에 따른 최대 압축력(stress)도 증가하였다(도11).
지금까지 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 기술하여 왔지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서도 다양한 변화를 실시할 수 있으며 그의 요소들을 등가물로 대체할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않고서도 많은 변형을 실시하여 특정 상황 및 재료를 본 발명의 교시내용에 채용할 수 있다. 따라서, 본 발명이 본 발명을 실시하는데 계획된 최상의 양식으로서 개시된 특정 실시예로 국한되는 것이 아니며, 본 발명이 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 실크 피브로인을 유기 용매에서 용해시켜 방사원액을 준비하는 단계;
    상기 방사원액을 알코올에서 습식 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 단계;
    실크 피브로인을 포함하는 수용액을 제조하는 단계;
    상기 나노섬유가 포함된 수용액에 상기 실크 피브로인의 수용액을 첨가하여 나노섬유의 공간 사이에 막(membrane)을 형성시켜 나노섬유 지지체를 형성시키는 단계; 및
    상기 나노섬유 지지체를 동결건조시켜서 동결 건조물을 제조하는 단계를 포함하는 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방사원액은 수산화아파타이트, 아파타이트, 인중합체, 제1인산칼슘, 제2인산칼슘, 제3인산칼슘 및 인산 옥타칼슘으로 구성된 생체적합성 세라믹으로부터 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실크 피브로인의 수용액은 수산화아파타이트, 아파타이트, 인중합체, 제1인산칼슘, 제2인산칼슘, 제3인산칼슘 및 인산 옥타칼슘으로 구성된 생체적합성 세라믹으로부터 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 동결 건조물에 수산화아파타이트, 아파타이트, 인중합체, 제1인산칼슘, 제2인산칼슘, 제3인산칼슘 및 인산 옥타칼슘으로 구성된 생체적합성 세라믹으로부터 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함시켜서 강제순환오븐에서 건조시키는 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 2항 내지 4항 중 어느 항에 있어서,
    상기 생체적합성 세라믹은 수산화아파타이트인 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 나노섬유는 증류수 안에서 셀룰로오스 투석막에 통과시켜서 메탄올을 증류수와 치환시키는 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  8. 제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    생체적합성 세라믹 대 나노섬유의 중량비는 1:2 내지 1:100인 기계적 강도가 향상된 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    생체 적합성 세라믹 대 나노섬유의 중량비는 1:5인 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 생체적합성 세라믹은 수산화아파타이트인 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  11. 제2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    방사원액을 기준으로 생체적합성 세라믹은 5 중량% 이상인 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 지지체 내부에서의 섬유층간 정렬 각도는 90도인 것을 특징으로 하는, 골형성유도 복합지지체의 제조방법.



KR1020130062625A 2013-05-31 2013-05-31 골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법 KR101428514B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130062625A KR101428514B1 (ko) 2013-05-31 2013-05-31 골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130062625A KR101428514B1 (ko) 2013-05-31 2013-05-31 골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101428514B1 true KR101428514B1 (ko) 2014-08-12

Family

ID=51749997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130062625A KR101428514B1 (ko) 2013-05-31 2013-05-31 골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101428514B1 (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105363074A (zh) * 2015-12-21 2016-03-02 苏州大学 一种丝素蛋白/磷酸八钙复合骨支架材料及制备方法
KR20160042197A (ko) * 2014-10-07 2016-04-19 대한민국(농촌진흥청장) 연부조직확대성형술을 위한 실크 복합이식재
CN105749343A (zh) * 2016-03-07 2016-07-13 北京航空航天大学 一种无需有机溶剂且二级结构可控的丝素蛋白多孔材料的制备方法
CN108498861A (zh) * 2018-06-28 2018-09-07 河南省肿瘤医院 一种羟基磷灰石-丝素-二氧化钛生物材料的制备方法
CN109806445A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 中国科学院化学研究所 生物相容性材料及制备方法,双重骨组织修复或替代材料及制备方法和应用
CN109806443A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 中国科学院化学研究所 骨支架材料及其制备方法和应用
CN112494712A (zh) * 2020-12-18 2021-03-16 广州创赛生物医用材料有限公司 一种具有止血和促骨愈合功能的可吸收海绵状骨蜡及其制备方法
CN113975469A (zh) * 2021-10-19 2022-01-28 重庆医科大学 一种静电纺丝三明治样丝素蛋白复合纳米纤维膜及其制备方法
WO2022028105A1 (zh) * 2020-08-06 2022-02-10 苏州大学 一种仿生复合骨支架及其制备方法
WO2022028106A1 (zh) * 2020-08-06 2022-02-10 苏州大学 一种丝素丝胶蛋白复合膜及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110040389A (ko) * 2009-10-14 2011-04-20 서울대학교산학협력단 골 재생용 실크/하이드록시아파타이트 복합 나노섬유 지지체의 제조방법
KR20110115008A (ko) * 2010-04-14 2011-10-20 인하대학교 산학협력단 다공성 3차원 나노섬유 스캐폴드의 제조방법
KR20120017225A (ko) * 2010-08-18 2012-02-28 한국기계연구원 다공성생체활성유리를 포함하며 하이드록시아파타이트 및/또는 콜라겐이 코팅된 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법
US20120253470A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 President And Fellows Of Harvard College Compositions for bone tissue repair and uses thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110040389A (ko) * 2009-10-14 2011-04-20 서울대학교산학협력단 골 재생용 실크/하이드록시아파타이트 복합 나노섬유 지지체의 제조방법
KR20110115008A (ko) * 2010-04-14 2011-10-20 인하대학교 산학협력단 다공성 3차원 나노섬유 스캐폴드의 제조방법
KR20120017225A (ko) * 2010-08-18 2012-02-28 한국기계연구원 다공성생체활성유리를 포함하며 하이드록시아파타이트 및/또는 콜라겐이 코팅된 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법
US20120253470A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 President And Fellows Of Harvard College Compositions for bone tissue repair and uses thereof

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160042197A (ko) * 2014-10-07 2016-04-19 대한민국(농촌진흥청장) 연부조직확대성형술을 위한 실크 복합이식재
KR101631469B1 (ko) 2014-10-07 2016-06-20 대한민국(농촌진흥청장) 연부조직확대성형술을 위한 실크 복합이식재
CN105363074A (zh) * 2015-12-21 2016-03-02 苏州大学 一种丝素蛋白/磷酸八钙复合骨支架材料及制备方法
CN105749343A (zh) * 2016-03-07 2016-07-13 北京航空航天大学 一种无需有机溶剂且二级结构可控的丝素蛋白多孔材料的制备方法
CN109806445A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 中国科学院化学研究所 生物相容性材料及制备方法,双重骨组织修复或替代材料及制备方法和应用
CN109806443A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 中国科学院化学研究所 骨支架材料及其制备方法和应用
CN108498861A (zh) * 2018-06-28 2018-09-07 河南省肿瘤医院 一种羟基磷灰石-丝素-二氧化钛生物材料的制备方法
WO2022028105A1 (zh) * 2020-08-06 2022-02-10 苏州大学 一种仿生复合骨支架及其制备方法
WO2022028106A1 (zh) * 2020-08-06 2022-02-10 苏州大学 一种丝素丝胶蛋白复合膜及其制备方法
CN112494712A (zh) * 2020-12-18 2021-03-16 广州创赛生物医用材料有限公司 一种具有止血和促骨愈合功能的可吸收海绵状骨蜡及其制备方法
CN113975469A (zh) * 2021-10-19 2022-01-28 重庆医科大学 一种静电纺丝三明治样丝素蛋白复合纳米纤维膜及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101428514B1 (ko) 골재생용 세포 지지체 제작을 위한 전기방사와 동결건조법을 이용한 하이브리드 제조 방법
Wu et al. Resorbable polymer electrospun nanofibers: History, shapes and application for tissue engineering
Rezvani et al. A bird's eye view on the use of electrospun nanofibrous scaffolds for bone tissue engineering: Current state‐of‐the‐art, emerging directions and future trends
US20200046883A1 (en) Fiber-hydrogel composite surgical meshes for tissue repair
Barnes et al. Nanofiber technology: designing the next generation of tissue engineering scaffolds
US7674882B2 (en) Silk biomaterials and methods of use thereof
Zhang et al. Applications of electrospun scaffolds with enlarged pores in tissue engineering
WO2004001103A2 (en) Silk biomaterials and methods of use thereof
McCullen et al. Fiber-reinforced scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine: use of traditional textile substrates to nanofibrous arrays
JP7565399B2 (ja) 多孔性生体模倣足場、バイオメディカルインプラントおよびそれらの使用
Kanmaz et al. Electrospun polylactic acid based nanofibers for biomedical applications
Ladd et al. Electrospun nanofibers in tissue engineering
Li et al. Mechanically-reinforced 3D scaffold constructed by silk nonwoven fabric and silk fibroin sponge
Meng et al. Recent advances of electrospun nanofiber-enhanced hydrogel composite scaffolds in tissue engineering
Aggarwal et al. Electrospun materials as scaffolds in tissue engineering and regenerative medicine
Wang et al. Electrospun, reinforcing network-containing, silk fibroin-based nerve guidance conduits for peripheral nerve repair
Garg et al. Drug eluting protein and polysaccharides-based biofunctionalized fabric textiles-pioneering a new frontier in tissue engineering: An extensive review
Mohammadzadehmoghadam et al. Electrospinning of silk fibroin-based nanofibers and their applications in tissue engineering
Li et al. Electrospinning and nanofibrous structures for biomedical applications
EP4119169A1 (en) A construct for articular cartilage regeneration and a method of preparation
Leena et al. Nanofiber-integrated hydrogel as nanocomposites for tissue engineering
Shi et al. Fibrous scaffolds for tissue engineering
Salehi et al. Medical textiles as substrates for tissue engineering
Arya et al. Designing nanofibrous scaffolds for tissue engineering
Biazar et al. Nanotechnology for peripheral nerve regeneration

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170804

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190828

Year of fee payment: 6