KR101492771B1

KR101492771B1 - 골유도 재생용 차폐막 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101492771B1
Application number: KR20140079596A
Authority: KR
Inventors: 정영훈; 곽종영; 김정화; 김창근
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-02-12

Abstract

골유도 재생용차폐막 및 이의 제조 방법에서, 골유도 재생용 차폐막은 다공성을 갖는 나노섬유층과, 나노섬유층을 부분적으로 노출시키고 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 포함한다.

Description

골유도 재생용 차폐막 및 이의 제조 방법{NANOFIBROUS MEMBRANE FOR GUIDED BONE REGENERATION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 골유도 재생용 차폐막 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노섬유로 형성되는, 인체의 골유도 재생용 차폐막 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 골유도 재생술(Guided bone regeneration, GBR)에서 이용되는 차폐막은 섬유 결합 조직의 결손 부위가 노출되는 것을 방지하고, 세균이 침입하는 것을 방지하며, 골 재생을 위한 공간을 제공하는 재료이다. 차폐막은 치조골 재생에서부터 그 외의 인체의 다양한 부위의 뼈의 결손을 치료하거나 재생하는데 이용되고 있다. 최근에는, 차폐막에 생물 활성 인자를 추가하여 골 재생뿐만 아니라 부가적인 기능을 수행할 수 있도록 개발되고 있다.

차폐막은, 구성 재료에 따라서 크게, 티타늄과 같은 무기물로 형성된 무기 차폐막과, 고분자 차폐막으로 나눌 수 있다. 고분자 차폐막은 인체에 흡수 여부에 따라서 흡수성과 비흡수성으로 구분할 수 있다.

무기 차폐막은 강성과 형상 안정성이 좋은 장점이 있으나 인체 조직과의 이질성이 높고, 비흡수성 고분자 차폐막은 무기 차폐막에 비해서는 생체 적합성이 높은 편이며 흡수성 고분자 차폐막에 비해서 강성과 형상 안정성이 높은 편이긴 하지만, 무기 차폐막이나 비흡수성 고분자 차폐막 모두 별도의 제거를 위한 수술이 필요한 단점이 있다.

반면, 흡수성 고분자 차폐막은 높은 생체 적합성을 갖고, 차폐 성능, 약물 방출 성능 등의 다양한 기능을 할 수 있고 별도의 제거가 필요 없다는 장점이 있다. 그럼에도 불구하고, 전기 방사 또는 동결 건조 공정을 통해서 나노 섬유를 기반으로 한 흡수성 고분자 차폐막은 부직포 형태를 가지고 있으므로 강성이 매우 낮다. 강성이 낮은 흡수성 고분자 차폐막은 시술 시에 핸들링에 어려움이 있고, 장기적으로 인체 내에서 충분한 공간을 제공하지 못하거나 부하가 높은 부분에 시술하기 까다로운 한계를 가지고 있다.

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 강성 및 유연성을 향상시키고 제어할 수 있으면서도 생체 적합성이 높은 흡수성 고분자계의 골유도 재생용 차폐막을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 골유도 재생용 차폐막의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 골유도 재생용 차폐막은 다공성을 갖는 나노섬유층과, 상기 나노섬유층을 부분적으로 노출시키고, 상기 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 열가소성 수지를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴은 동일한 고분자로 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴은 서로 다른 고분자로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴의 계면에서, 상기 나노섬유층의 나노섬유의 일부는 상기 보강 패턴과 함께 용융 고화되어 상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴이 결합될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴의 계면에서, 상기 보강 패턴의 일부가 상기 나노섬유층으로 침투하여 고화되어 상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴이 결합될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 상기 나노섬유층의 중심부에 형성되어 상기 중심부의 강성을 높이고, 상기 중심부를 둘러싸는 상기 나노섬유층의 주변부는 보강 패턴의 미형성 영역으로서 상기 나노섬유층에 의해 유연성을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 서로 다른 형상을 갖는 적어도 2개의 서브 패턴들을 포함하고, 상기 서브 패턴들이 형성된 영역들의 강성은 서로 다를 수 있다.

일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 정사각 격자형, 원형 격자형, 마름모 격자형, 지그재그형, 직선형 및/또는 곡선형을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 스파이럴 구조의 곡선형을 가지고, 곡선의 연장 방향을 따라 회전력을 가하는 경우 상기 나노섬유층이 수축하며, 상기 회전력이 제거되는 경우, 수축된 나노섬유층이 이완되어 적어도 일부가 복원될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 나노섬유층 및 상기 보강 패턴 중 적어도 어느 하나는 생체 반응성 성분을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 골유도 재생용 차폐막의 제조 방법에서, 다공성을 갖는 나노섬유층을 형성하고, 상기 나노섬유층 상에, 상기 나노섬유층을 부분적으로 노출시키고, 상기 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 형성한다.

일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 열가소성 수지를 이용하여 상기 나노섬유층 상에 프린팅함으로써 형성할 수 있다. 이때, 상기 보강 패턴은 용착조형 장치나 인쇄 장치를 이용하여 프린팅하여 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 보강 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 나노섬유층의 일부가 상기 열가소성 수지와 용융 고화될 수 있고, 이와 달리 상기 열가소성 수지가 부분적으로 상기 나노섬유층으로 침투하여 고화될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 나노섬유층은 전기방사법을 통해서 형성할 수 있다.

이와 같은 골유도 재생용 차폐막 및 이의 제조 방법에 따르면, 차폐막이 높은 다공성을 갖도록 나노섬유로 형성된 나노섬유층을 포함함으로써 차폐 성능, 생체 적합성, 장기적인 약물 방출 성능 등을 가지면서도, 상기 나노섬유층을 기계적으로 보강하는 보강 패턴에 의해 흡수성 고분자 차폐막의 강성을 향상시킬 수 있다.

동시에, 상기 보강 패턴의 형태를 다양하게 조절할 수 있어, 인체의 다양한 부위에 차폐막을 용이하게 적용할 수 있고, 차폐막의 강성과 유연성을 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐막을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 보강 패턴을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 도 1에 도시된 차폐막의 사진들이다.
도 7는 도 1에 도시된 보강 패턴의 평면 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차폐막을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐막을 설명하기 위한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 골유도 재생용 차폐막(100)은 나노섬유층(110) 및 보강 패턴(120)을 포함한다. 도시하지 않았으나, 나노섬유층(110)은 평판형 베이스 기재, 예를 들어, 금속판 상에 배치될 수 있다.

나노섬유층(110)은 나노섬유로 형성되어, 다공성을 가진다. 나노섬유층(110)이 골유도 재생용 차폐막(100)에서 실질적으로 골유도 재생술에 있어서 차폐 기능을 하는 층이다. 나노섬유층(110)의 두께는 수 나노미터 내지 수백 마이크로미터일 수 있다. 또한, 나노섬유층(110)을 구성하는 상기 나노섬유의 직경은 수 나노미터 내지 수 마이크로미터일 수 있다.

나노섬유층(110)은 나노섬유가 불규칙하게 배열된 부직포형 섬유매트이거나, 나노섬유가 일 방향으로 정렬된 방향성 섬유매트일 수 있다. 또한, 나노섬유층(110)은 서로 교차하는 2개의 방향으로만 정렬된 나노섬유를 포함하는 직물형 섬유매트일 수 있다. 이와 달리, 나노섬유층(110)은 상기 부직포형, 상기 방향성 또는 상기 직물형 섬유매트들 중 2 이상을 선택하여 적층한 구조를 가질 수 있고, 이때, 2 이상의 섬유매트들은 서로 다른 화합물로 형성될 수 있다.

상기 나노섬유는 고분자로 형성된다. 이때, 나노섬유층(110)의 나노섬유를 형성하는 고분자는 열가소성을 가질 수 있다.

일례로, 상기 나노섬유는 비흡수성 합성 고분자로 형성될 수 있다. 상기 비흡수성 합성 고분자의 예로서는, 나이론(nylon), 폴리아크릴산(poly acrylic acid, PA), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아미드(polyamind), 폴리(벤즈이미다졸)(poly(benzimidazol), PBI), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리(에틸렌옥사이드)(poly(ethylene oxide)), 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(poly(ehtyleneterephthalate), PET), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)트리블록 코폴리머(poly(styrene-butadiene-styrene) triblock copolymer), 폴리술폰(polysulfone), 폴리(트리에틸렌테레프탈레이트)(poly(triethyleneterephthalate)), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리우레탄 우레아(poly(urethane urea)), 폴리(비닐알코올)(poly(vinyl alcohol)), 폴리(비닐 카바졸)(poly(vinyl carbazol)), 폴리(비닐클로라이드)(poly(vinyl chloride)), 폴리(비닐 피롤리돈)(poly(vinyl pyrrolidone)), 폴리(비니리덴 플로라이드)(poly(vinylidene fluoride), PVDF), 폴리(비니리덴 플로라이드-코-헥사플루오르프로필렌)(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), P(VDF-HFP)) 등의 합성 고분자로 형성될 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.

다른 예로서, 상기 나노섬유는 생분해성 고분자로 형성될 수 있다. 상기 생분해성 고분자의 예로서는, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 코폴리머(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, ABS), 폴리락트산(polylatic acide, PLA), DegraPol (상품명, abmedica, 이탈리아), 폴리카프로락톤(Poly(ε-caprolactone), PCL), 폴리디옥사논(Polydioxanone, PDO), 폴리글루탐산 (Poly(glutaci acid), PGA), 폴리(락타이드-코-글리콜라이드)(poly(lactide-co-glycolide), PLGA), 폴리(라타이드-코-ε-카프로락톤)(Poly(L-lactide-co-ε-caprolactone)), 폴리우레탄(polyurethane) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 나노섬유는 열가소성 고분자로 형성될 수 있다. 상기 열가소성 고분자의 예로서는, PLA, PCL, PDO, PLGA, PGA, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 나일론 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 나노섬유는 천연 고분자로 형성될 수 있다. 상기 천연 고분자의 예로서는, Bombyx mori silk fibroin, Casein, Cellulose acetate, Chitosan, Collagen, Fibrinogen, Gelatin, Wheat gluten 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.

나노섬유층(110)은 생체 반응성 성분을 더 포함할 수 있다.

나노섬유층(110)에 포함되는 생체 반응성 성분은 상기 나노섬유의 내부에 코어로서 배치될 수 있고, 상기 나노섬유의 표면에 쉘로서 배치될 수 있다. 이와 달리, 상기 생체 반응성 성분은 상기 나노섬유와 혼합되어 나노섬유층(110)을 구성하거나 나노섬유층(110)의 표면에 구비될 수 있다. 상기 생차 반응성 성분들에 의해 차폐막(100)이 약물 방출 기능을 가질 수 있다. 나노섬유층(110)에 포함되는 생체 반응성 성분은 성장 유도제, 덱사메타손(dexamethasone), 아스코빈산(ascorbic acid), 베타글리세롤포스페이트(beta-glycerol phosphate), 트랜스-레티노인산(trans retinoic Acid) 등의 분화유도제 또는 헤파린이나 후코이단 등의 생활성인자 등을 포함할 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 포함될 수 있다.

보강 패턴(120)은 나노섬유층(110)을 부분적으로 노출시키고, 나노섬유층(110)과 접합된다. 보강 패턴(120)은 나노섬유층(110) 상에 형성되되, 나노섬유층(110)의 차폐 기능을 저하시키지 않도록 나노섬유층(110)을 부분적으로 노출시킨다. 여기서 "접합"은 별도의 접착 부재 없이 서로 다른 2개의 구성 요소가 물리적/기계적으로 결합하고 있는 상태로 정의한다.

보강 패턴(120)은 제1 방향(D1)으로 연장되고 제2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배열된 제1 패턴부들(121)과, 제2 방향(D2)으로 연장되고 제1 방향(D1)으로 서로 이격되어 배열된 제2 패턴부들(123)을 포함한다. 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)은 서로 교차하고, 일례로 수직할 수 있다. 나노섬유층(110) 상에 제1 패턴부들(121)과 제2 패턴부들(123)이 서로 교차하여 배열됨에 따라 보강 패턴(120)은 나노섬유층(110)을 노출시키는 개구들을 갖는 격자형의 형상을 가질 수 있다. 일례로, 보강 패턴(120)은 정사각 격자형의 형상을 가질 수 있다. 이때에는, 차폐막(100)에서, 가로축과 세로축으로 실질적으로 동일한 강성을 나타낼 수 있다.

도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.

도 2를 도 1과 함께 참조하면, 보강 패턴(120)이 나노섬유층(110)에 접합됨으로써 이들 계면에는 접합부(MP)가 형성되고 접합부(MP)에 의해서 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)의 결합력이 향상될 수 있다.

일례로, 나노섬유층(110)과 보강 패턴(120)의 계면에서, 보강 패턴(120)은, 나노섬유층(110)의 나노섬유의 일부와 함께 용융 고화되어 나노섬유층(110)과 결합될 수 있다. 이때, 용융 고화된 부분이 접합부(MP)가 될 수 있다. 보강 패턴(120)을 형성하는 단계에서, 나노섬유층(110)이 국부적으로 녹아 보강 패턴(120)을 형성하는 재료와 함께 용융 또는 부분 용융된 후 고화됨에 따라, 접합부(MP)가 형성되고 접합부(MP)에 의해 나노섬유층(110)과 보강 패턴(120)의 결합력이 강해진다.

이와 달리, 나노섬유층(110)과 보강 패턴(120)의 계면에서, 보강 패턴(120)은 나노섬유층(110)으로 부분적으로 침투하여 고화됨으로써 나노섬유층(110)과 결합될 수 있다. 이때, 접합부(MP)에서는 보강 패턴(120)이 나노섬유층(110)의 나노섬유들을 둘러싸고 있는 형태, 즉 보강 패턴(120)이 나노섬유층(110)의 기공들을 부분적으로 메우고 있는 형태가 되므로, 접합부(MP)에 의해 나노섬유층(110)과 보강 패턴(120)의 결합력이 강해질 수 있다.

보강 패턴(120)을 형성하는 재료는, 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지는 합성 고분자, 생분해성 고분자 또는 천연 고분자일 수 있다. 이때, 합성 고분자, 생분해성 고분자 또는 천연 고분자는 상기에서 설명한 나노섬유층(110)의 나노섬유를 형성하는 재료 중 열가소성을 갖는 고분자로 형성될 수 있다. 일례로, 상기 열가소성 수지의 예로서는, ABS, PLA, PDO, PCL, PLGA, PGA, 폴리우레탄, PS, PE, 나일론 등을 들 수 있다.

보강 패턴(120)을 형성하는 고분자는 나노섬유층(110)을 형성하는 재료와 실질적으로 동일한 것으로 형성될 수 있다. 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)을 형성하는 재료가 동일한 경우, 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)이 용융 고화되어 물리적으로 견고하게 접합(결합)될 수 있다.

이와 달리, 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)은 서로 다른 종류의 고분자로 형성될 수 있다.

한편, 보강 패턴(120)은 생체 반응성 성분을 더 포함할 수 있다. 보강 패턴(120)에 포함된 생체 반응성 성분은 골조직 재생을 유도하거나 향상시킬 수 있는 화합물로서, 하이드록실 아파타이트(hydroxyl apatite) 등을 들 수 있다.

보강 패턴(120) 없이 나노섬유층(110)만으로 이루어진 차폐막이, 차폐막을 이용한 시술 과정에서, 수분을 흡수하면, 접히는 부분을 중심으로 면과 면이 달라붙어 다시 평탄한 시트 상태로 펼치기 매우 어렵게 된다. 또한, 보강 패턴(120)을 갖지 않는 차폐막이 수분을 흡수한 경우, 여러 장이 서로 붙어서 취급이 용이하지 않다. 그러나, 본 발명에 따른 차폐막(100)과 같이 보강 패턴(120)을 형성함으로서 나노섬유층 본연의 소정의 유연성을 가지면서도 보강 패턴(120)에 의한 탄성, 복원력이 생기게 되어 취급이 용이해지는 장점이 있다.

또한, 보강 패턴(120)의 형상을 변경함으로써 인체의 시술이 필요한 부위의 복잡한 구조에 적합한 차폐막(100)을 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 차폐막(100)의 제조 공정에서, 먼저 나노섬유층(110)을 형성한다(단계 S210).

나노섬유층(110)은 일반적인 섬유의 전기 방사법으로 형성할 수 있다. 나노섬유층(110)을 형성하는 공정에서, 나노섬유의 형성 재료에는 생체 반응성 성분을 더 첨가할 수 있다.

일례로, 나노섬유층(110)은 부직포형 섬유매트일 수 있다. 구체적으로, 금속판을 준비하고 상기 금속판 상에 나노섬유를 방사하여 나노섬유층(110)을 준비할 수 있다. 이와 달리, 나노섬유층(110)은 드럼 집적판(콜렉터)을 이용한 전기 방사법으로 일 방향으로 정렬된 방향성 섬유매트로 제조될 수 있고, 직접 인쇄 전기 방사법(direct-write electro spinning, DWES) 등으로도 제조될 수 있다.

드럼 집적판을 이용한 전기 방사법으로 제조하는 경우, 드럼 집적판에 알루미늄 호일을 감고 상기 알루미늄 호일 상에 나노섬유를 방사한 후, 상기 나노섬유가 방사된 알루미늄 호일을 펼침으로써 일 방향으로 정렬된 나노섬유로 이루어진 나노섬유층(110)을 준비할 수 있다. 추가적으로, 서로 다른 방향으로 2번의 전기 방사 공정을 수행하여 직물형 섬유매트를 포함하는 나노섬유층(110)을 준비할 수 있다.

이때, 전기 방사 공정은 약 5 내지 30 kV의 전압을 이용하여 약 100 내지 200 ㎛ 두께의 유리 집적판에 나노섬유가 집적되도록 수행할 수 있다. 이때, 유리 집적판과 노즐과의 거리는 3 내지 10 cm이고, 노즐의 내경은 100 내지 500 ㎛일 수 있다. 또한, 이때의 유량은 0.05 내지 0.5 ml/h이었다. 실린더 타입의 측면 전극의 직경은 10 내지 20 cm일 수 있다.

이어서, 나노섬유층(110)을 형성한 후, 그 위에 보강 패턴(120)을 형성한다(단계 S220).

보강 패턴(120)은 제1 패턴부(121)와 제2 패턴부(123)를 프린팅하여 형성할 수 있다. 보강 패턴(120)을 형성하는 패턴 형성 장치(300, 도 4 참조)는, 열가소성 수지를 프린팅하는 장치로서, 용착 조형 장치이거나, 인쇄 장치일 수 있다. 상기 인쇄 장치는 3D 프린터일 수 있다.

용융 온도는 약 80 내지 120 ℃일 수 있고, 압력은 300 내지 1,000 kPa일 수 있다. 이때의 스캐닝 속도는 100 mm/분일 수 있다. 용착조형 공정에 이용한 노즐의 직경은 100 내지 300 ㎛이고, 상기 노즐과 나노섬유층 사이의 거리는 50 내지 200 ㎛일 수 있다.

도 4 및 도 5는 도 3의 보강 패턴을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.

도 4를 참조하면, 패턴 형성 장치(300)를 나노섬유층(110) 상에서 제1 방향(D1)으로 이동시키면서 제1 패턴부(121)를 제조할 수 있다. 패턴 형성 장치(300)는 열가소성 수지를 가열하여 용융된 상태로 나노섬유층(110)에 제공한다. 이때, 패턴 형성 장치(300)에는 열가소성 수지와 함께 생체 반응성 성분을 첨가할 수 있다.

일례로, 패턴 형성 장치(300)를 나노섬유층(110)의 가장자리 중 일 영역에서부터 제1 방향(D1)으로 이동시키면서 용융 열가소성 수지를 제공하여 제1 바(bar) 패턴을 형성하고, 상기 제1 바 패턴의 제2 방향(D2)으로 패턴 형성 장치(300)를 소정 간격 이동하여 다시 제1 방향(D1)으로 이동시키면서 상기 용융 열가소성 수지를 제공하여 제2 바 패턴을 형성한다. 이와 같은 공정을 반복함으로써 제1 패턴부(121)를 형성할 수 있다.

패턴 형성 장치(300)가 고온의 용융 열가소성 수지를 나노섬유층(110)으로 제공함에 따라 나노섬유층(110)의 나노섬유 일부도 용융 열가소성 수지의 온도에 의해서 용융될 수 있다. 용융 열가소성 수지와 나노섬유층(110)의 용융된 나노섬유가 냉각되어 고화됨에 따라서, 제1 패턴부(121)와 나노섬유층(110)이 단단하게 접합된다. 또는, 용융 열가소성 수지가 용융되지 않은 나노섬유층(110)으로 침투하여 고화될 수 있다. 나노섬유층(110)이 다공성을 가지고 있으므로 용융 열가소성 수지가 나노섬유층(110)의 기공들의 일부를 메우는 형태로 결합될 수 있다. 이와 같이 용융 고화 또는 침투 고화되어 형성되는 접합부(MP)에 의해서 제1 패턴부(121)와 나노섬유층(110)의 결합력이 향상될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 패턴부(121)가 형성된 나노섬유층(110) 상에서 패턴 형성 장치(300)를 제2 방향(D2)으로 이동시키면서 제2 패턴부(123)를 제조할 수 있다. 제2 패턴부(123)의 바 패턴을 형성하는 단계는, 패턴 형성 장치(300)의 이동 방향을 제외하고는 제1 패턴부(121)의 바 패턴을 형성하는 단계와 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.

제2 패턴부(123)를 형성하는 공정에서, 용융 열가소성 수지에 의해 나노섬유층(110)의 나노섬유가 부분적으로 용융되고 고화됨에 따라서 접합부(MP)가 형성되고, 제2 패턴부(123)와 나노섬유층(110) 사이의 결합력이 향상될 수 있다. 동시에, 제2 패턴부(123)를 형성하는 공정에서는 제1 패턴부(121)와 교차하는 영역을 다시 용융/고화시킴으로써 제1 패턴부(121)와 제2 패턴부(123) 사이의 결합력 또한 향상될 수 있다.

이에 따라, 도 1 및 도 2에 도시된 차폐막(100)이 제조된다.

도 4 및 도 5에서는, 전기 방사 장치와 독립된 패턴 형성 장치(300)를 도시하고 이를 참조하여 설명하였으나, 패턴 형성 장치(300)는 전기 방사 장치와 결합되어 도 1 및 도 2에 도시된 차폐막(100)을 형성하는 차폐막 형성 장치를 구성할 수 있고, 이때에는 상기 차폐막 형성 장치 내에서 전기 방사 공정 및 프린팅 공정을 순차적으로 수행하여 차폐막(100)을 제조할 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 차폐막의 사진들이다.

도 6에서, (a)는 도 1에 도시된 차폐막(100)과 실질적으로 동일한 구조를 갖는 차폐막의 평면 사진이고, (b)는 (a)의 배면 사진이며, (c)는 (a)의 A 부분의 확대 평면 사진이다. 도 3의 사진들은, 도 3 내지 도 5에서 설명한 공정을 통해서 제조된 차폐막을 전자현미경으로 촬영한 사진들이다.

도 6에 도시된 차폐막의 나노섬유층은, 약 8.8 중량% 농도의 PCL이 용매인 클로로포름(chloroform)과 혼합된 용액을 약 15 kV의 전압을 이용하여 약 150 ㎛ 두께의 유리 집적판에 전기 방사하여 형성하였다. 이때, 유리 집적판과 노즐과의 거리는 7 cm였고, 노즐의 내경은 150 ㎛이었으며, 유량은 0.05 내지 0.5 ml/h이었다. 실린더 타입의 측면 전극의 직경은 약 16 cm이었다.

이어서, 상기와 같은 공정으로 제조된 나노섬유층 상기 용액을 이용하여 용착조형 공정을 통해서 직경이 100 ㎛이고 높이가 80 ㎛인 보강 패턴을 형성하였다. 이때, 용융 온도는 약 100 ℃이었고, 압력은 600 kPa이었고, 스캐닝 속도는 100 mm/분이었다. 용착조형 공정에 이용한 노즐의 직경은 약 150 ㎛이고, 상기 노즐과 나노섬유층 사이의 거리는 50 ㎛이었다.

도 6을 도 1과 함께 참조하면, 전기 방사법을 이용하여 얻은 부직포형 섬유매트를 포함하는 나노섬유층(110) 상에 제1 패턴부(121)와 제2 패턴부(123)가 균일한 직경으로 형성된 것을 알 수 있다.

(c)에서는 보강 패턴(120)이 나노섬유층(110)과 물리적으로 결합되어 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 보강 패턴(120)의 가장자리가 나노섬유층(110)에 녹아 붙어 있는 형태를 보이고 있으므로, 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)이 실제로 도 2에서 설명한 접합부(MP)를 매개로 하여 연결됨을 알 수 있다.

도 7은 도 1에 도시된 보강 패턴의 평면 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, (a)에 도시된 보강 패턴은 정사각 격자형 서브 패턴에 추가적으로 지그재그형 서브 패턴을 포함한다. (a)에 도시된 보강 패턴은 정사각 격자형 서브 패턴에 의해서 일정 강성을 갖되, 지그재그형 서브 패턴에 의해서 정사각 격자형 서브 패턴보다는 상대적으로 약한 강성, 즉 유연성도 갖는다. 즉, (a)의 가로 방향(너비 방향)으로 휨을 발생시키는 경우, 정사각 격자형에 의해서 강성은 가지되, 지그재그형이 주로 휘어짐에 따라 상기 가로 방향으로 쉽게 감을 수 있는 특성을 갖는다. 이때, 지그재그형의 서브 패턴은 정사각 격자형 서브 패턴의 강성보다는 낮지만 나노섬유층에 일정 강도의 강성은 제공한다.

(b)에 도시된 보강 패턴은 중심부에 높은 강성을 갖도록 정사각 격자형 서브 패턴을 배치하고 주변부에 가로 방향 및 세로 방향으로만 강성이 존재하도록 일자형 서브 패턴을 추가적으로 결합한 구조이다. 가로 방향의 일자형 서브 패턴의 경우, 가로 방향으로만 강성을 보강한다. 또한, 보강 패턴이 형성되지 않은 미형성 영역에서는 나노섬유층이 유연성을 갖는다.

(c)에 도시된 보강 패턴은 가로 방향의 일자형 보강 패턴을 구비하여, 차폐막의 한 방향으로만 강성을 보강한다. 도면으로 도시하지 않았으나, 차폐막은 세로 방향의 일자형 보강 패턴만을 구비할 수도 있다.

(d)에 도시된 보강 패턴은 마름모 격자형 보강 패턴의 구조이고, (e)에 도시된 보강 패턴은 정사각 격자형 보강 패턴을 차폐막의 중심부에만 형성하여 국부적으로만 강성을 보강할 수 있는 구조이다. (e)와 같은 차폐막의 구조에서는, 상기 중심부는 상기 보강 패턴에 의해서 강성을 갖되, 상기 보강 패턴이 형성되지 않은 미형성 영역인 주변부는 나노섬유층의 유연성을 그대로 갖는다.

또한, (f)에 도시된 보강 패턴은 원형 격자형을 차폐막의 중심부에만 형성하여 국부적으로 강성을 보강할 수 있는 구조이다. (f)와 같이 평면 형상이 사각형인 나노섬유층 상에 원형 격자형 보강 패턴이 구비된 경우에는, 임플란트 시술에서 치조골 재생용으로 유용하게 이용할 수 있다. (f)와 같은 차폐막 구조에서도, 중심부는 강성을 가지되, 보강 패턴의 미형성 영역인 주변부는 나노섬유층의 유연성을 그대로 갖는다. 또한, (f)에 도시된 보강 패턴이 형성된 나노섬유층의 중심부를 관통하는 홀을 형성하여 임플란트 볼팅 홀로 이용할 수 있다.

상기에서 설명한 바에 따르면, 차폐막(100) 고유의 차폐 기능, 생체 적합성, 장기적인 약물 방출 성능 등은 나노섬유층(110)에 의해 발휘되면서도, 나노섬유층(110)을 기계적으로 보강하는 보강 패턴(120)에 의해 흡수성 고분자 차폐막(100)의 강성을 향상시킬 수 있다.

도 7에서와 같이, 보강 패턴(120)의 형태는 패턴 형성 장치(300)를 이용하여 다양하게 조절할 수 있으므로 인체의 다양한 부위에 차폐막(100)을 용이하게 적용할 수 있고, 차폐막(100)의 강성과 유연성을 제어할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차폐막을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 나노섬유층의 평면 형상이 원형인 경우에, 그 위에 형성된 보강 패턴의 구조를 도시한 것으로서, (a)에 도시된 보강 패턴은 반경 및 원주 방향으로 차폐막의 강성을 향상시킬 수 있다. 이때, (a)에 도시된 보강 패턴이 형성된 원형의 나노섬유층의 중심부를 관통하는 홀을 형성하여 임플란트 볼팅 홀로 이용할 수 있다.

(b)에 도시된 보강 패턴은 곡선형 구조로서, 스파이럴 형상을 가질 수 있다. (b)에 도시된 보강 패턴은, (a)에 비해서는 상대적으로 강성이 낮고 회전에 대해서는 높은 유연성을 갖는다. 구체적으로, (b)에 도시된 곡선형 구조는 회전에 대해서는 유연성이 있으므로 중심부를 잡고 보강 패턴의 연장 방향인 곡선형의 연장 방향을 따라서 회전력을 가하면 나노섬유층이 비틀어지면서 수축되어 차폐막의 직경이 줄어든다. 즉, 차폐막이 비틀어지면서 보강 패턴이 형성되지 않은 미형성 영역의 나노섬유층이 접히게 되고 서로 대향하고 있는 보강 패턴끼리의 간격이 가까워진다. 이 상태에서, 시술이 필요한 홀 형태의 부위에 삽입한 후 상기 회전력을 제거하면 보강 패턴에 의해서 홀의 내부에서 차폐막이 이완되어 차폐막이 부분적으로 복원됨으로써 안정적으로 위치시킬 수 있다. 이와 같이, (b)에 도시된 보강 패턴이 형성된 차폐막은 시술 시에 예압(pretension)을 걸어 둘 수 있는 장점이 있다.

도 8의 (a) 및 (b)와 같은 보강 패턴을 갖는 차폐막은 두개골 천공시 이의 재생을 위한 용도로 용이하게 이용할 수 있다.

도 1과, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 보강 패턴의 구조는 예시들일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기에서는 보강 패턴이 단일 구조를 가지고 있는 것을 도시하고 설명하였으나, 2 이상의 층으로 형성될 수 있고, 다양한 구조의 보강 패턴이 2 이상 조합되어 이용될 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

100: 차폐막 110: 나노섬유층
120: 보강 패턴 121, 123: 제1, 제2 패턴부
MP: 접합부 300: 프린팅 장치

Claims

다공성을 갖는 나노섬유층; 및
상기 나노섬유층을 부분적으로 노출시키고, 상기 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 포함하되,
상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴의 계면에서,
상기 나노섬유층의 나노섬유의 일부는, 용착조형에 의해, 상기 보강 패턴과 함께 용융 고화되거나 상기 보강 패턴의 일부가 상기 나노섬유층으로 침투하여 고화되어 상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴이 결합된 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막.
제1항에 있어서,
상기 보강 패턴은 열가소성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막.
제1항에 있어서,
상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴은 서로 동일하거나 다른 종류의 고분자로 형성된 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 보강 패턴은 상기 나노섬유층의 중심부에 형성되어 상기 중심부의 강성을 높이고,
상기 중심부를 둘러싸는 상기 나노섬유층의 주변부는 보강 패턴의 미형성 영역으로서 상기 나노섬유층에 의해 유연성을 갖는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막.
다공성을 갖는 나노섬유층; 및
상기 나노섬유층을 부분적으로 노출시키고, 상기 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 포함하되,
상기 보강 패턴은 서로 다른 형상을 갖는 적어도 2개의 서브 패턴들을 포함하고,
상기 서브 패턴들이 형성된 영역들의 강성은 서로 다른 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막.
제7항에 있어서,
상기 서브 패턴들은
정사각 격자형, 원형 격자형, 마름모 격자형, 지그재그형, 직선형 및 곡선형 중 선택된 적어도 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막.
제1항에 있어서,
상기 보강 패턴은
정사각 격자형, 원형 격자형, 마름모 격자형, 지그재그형, 직선형 및 곡선형 중 선택된 적어도 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막.
다공성을 갖는 나노섬유층; 및
상기 나노섬유층을 부분적으로 노출시키고, 상기 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 포함하되,
상기 보강 패턴은 스파이럴 구조의 곡선형을 가지고,
곡선의 연장 방향을 따라 회전력을 가하는 경우에, 상기 나노섬유층이 수축하고,
상기 회전력이 제거되는 경우에, 수축된 나노섬유층이 이완되어 적어도 일부가 복원되는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막.
제1항에 있어서,
상기 나노섬유층 및 상기 보강 패턴 중 적어도 어느 하나는 생체 반응성 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막.
다공성을 갖는 나노섬유층을 형성하는 단계; 및
상기 나노섬유층 상에, 용착 조형 공정으로 상기 나노섬유층을 부분적으로 노출시키고 상기 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 형성하는 단계를 포함하는,
골유도 재생용 차폐막의 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 보강 패턴은 열가소성 수지를 이용하여 상기 나노섬유층 상에 프린팅하는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막의 제조 방법.
삭제
제13항에 있어서,
상기 보강 패턴을 형성하는 단계에서,
상기 용착 조형 공정에 의해서 상기 나노섬유층의 일부가 상기 열가소성 수지와 용융 고화되는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막의 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 보강 패턴을 형성하는 단계에서,
상기 용착 조형 공정에 의해서 상기 열가소성 수지가 부분적으로 상기 나노섬유층으로 침투하여 고화되는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막의 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 나노섬유층은 전기방사법을 통해서 형성하는 것을 특징으로 하는,
골유도 재생용 차폐막의 제조 방법.