KR101601674B1 - Surface Modified Nanofibrous GBR membrane and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체적합성 천연고분자의 나노섬유 부직포로 이루어지고 상기 나노섬유 부직포의 일면이 소수성을 갖는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막에 관한 것으로써, 본 발명에 따르면 생체적합성 천연고분자의 나노섬유의 직경이 나노스케일이기 때문에 높은 비표면적을 가지며 다공성이어서 생리활성물질의 교환이 가능하며 시술부위에 쉽게 적용할 수 있고, 또한 생분해성으로 인한 2차시술이 필요 없으며, 천연고분자 나노섬유 부직포의 일면에 플라즈마 처리를 통한 극소수성으로 표면 개질함으로써 선택적으로 차폐율과 재생율을 현격히 높일 수 있다.The present invention relates to a nanofiber shielding film for surface-modified bone tissue induced regeneration, which comprises a nanofiber nonwoven fabric of a biocompatible natural polymer and one surface of the nanofiber nonwoven fabric has a hydrophobic property. According to the present invention, Since the nanoparticles have a high specific surface area and are porous, it is possible to exchange physiologically active substances and can be easily applied to the treatment site. Further, it is not necessary to carry out secondary treatment due to biodegradability, and one side of the natural polymer nanofiber nonwoven fabric The surface modification is made to have a very low water solubility through the plasma treatment, so that the shielding ratio and the regeneration rate can be selectively increased.

Description

표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막 및 그 제조 방법{Surface Modified Nanofibrous GBR membrane and preparation method thereof}[0001] The present invention relates to a nanofiber shielding film for surface-modified bone tissue induction regeneration,

본 발명은 생체 적합성 천연고분자를 이용한 표면 개질된 나노섬유 차폐막 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 치과용 골조직 유도 재생용 차폐막에 관한 것으로, 기존의 차폐막과는 달리 나노스케일의 부직포 구조에 따른 높은 표면적과 다공성을 가지고 세포 및 이물질의 침투를 차단함과 동시에 부직포의 일면에 플라즈마 처리를 통하여 소수성을 부여함으로써, 차폐특성을 향상시킨 표면 개질된 나노섬유 차폐막 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nanofiber shielding film made of a biocompatible natural polymer and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a shielding film for dental bone tissue induction / regeneration. The present invention relates to a nanofiber shielding film having a high surface area and porosity, which is capable of preventing penetration of cells and foreign matter and imparting hydrophobicity to a surface of a nonwoven fabric through plasma treatment.

조직유도재생술(GTR: Guided Tissue Regeneration)의 출발은 재생 속도가 빠른 연조직에 barrier를 둠으로써 손상된 조직에 원치 않는 연조직의 성장을 막고 원하는 조직의 재생을 유도하는 개념에서 출발하였다. 치주영역에서 발전한 조직유도재생술(GTR)의 개념은 단순히 골조직의 재생뿐 아니라 치주인대나 cementum 같은 치주 조직의 재생을 의도하는 개념이다. 그러나 임플란트학에 있어서는 이러한 조직유도재생술(GTR)의 개념은 단순히 골조직의 재생을 의미하는 골유도재생술(GBR: Guided Bone Regeneration)의 개념으로 바뀌었다. 성공적인 임플란트 시술을 위해 차폐막을 잘 다루는 테크닉도 필요하지만 많은 경우의 실패나 혼돈의 원인은 차폐막에 대한 정확한 이해가 부족하기 때문이다. The start of Guided Tissue Regeneration (GTR) is based on the concept of blocking the growth of unwanted soft tissues in injured tissues by inducing the regeneration of the desired tissues by placing a barrier in soft tissues with a high regeneration rate. The concept of tissue-induced regeneration (GTR) developed in the periodontal region is intended not only to regenerate bone tissue but also to regenerate periodontal tissue such as periodontal ligament or cementum. However, in implantology, the concept of GTR has changed to the concept of Guided Bone Regeneration (GBR), which means bone regeneration. Techniques to treat shields well for successful implant surgery are also needed, but failures and chaos in many cases are due to insufficient understanding of the shield.

이 차폐막이 가져야 하는 특성으로는 인접 섬유 결합조직의 침입을 막고, 노출이 되더라도 세균의 침입을 막아주어야 하며, 주변조직과 결합이 잘되거나 부착되어야 한다. 이는 상처의 치유를 안정화하고 재료와 골 사이의 밀봉을 시켜주고 섬유 결합조직이 결손부에 노출되는 것을 방지하여 주어야 한다. The characteristics of this shielding membrane should prevent intrusion of adjacent fiber connective tissues, prevent the invasion of bacteria even if exposed, and attach or attach well to surrounding tissues. This should stabilize the wound healing, seal between the material and the bone, and prevent the fibrous connective tissue from being exposed to the defect.

또한, 차폐막의 두께가 너무 두껍다든지, 너무 딱딱하다든지 너무 잘 찢어진다든지 하지 않고 적절한 유연성과 강도를 가지고 defect의 모양에 맞게 잘 접합시킬 수 있어야 하며, 골재생을 위한 적절한 공간을 제공하여 기능적 재건에 맞게 알맞은 형태를 만들어 질 수 있는 가공성을 가지고 있어야 한다. In addition, it should be able to bond properly to the shape of the defect with appropriate flexibility and strength without the thickness of the shielding film being too thick, too hard or torn too much, and to provide adequate space for bone regeneration, It must have processability that can be properly shaped.

이러한 치과용 차폐막은 크게 생분해성과 비분해성으로 구분된다. 생분해성 차폐막은 막을 제거하지 않아도 되기 때문에 2차 수술로 인한 세균 감염의 위험이 적다는 장점이 있다. 일반적으로 조작성이 좋으며, 이식재를 덮었을 때 젖은 상태에서 형태가 잘 유지됨으로 bone tack 등으로 고정할 필요가 없어 시술이 간단하다. 그러나 공간제공성에 한계가 있고 흡수기간과 흡수율이 불확실 하므로 골조직 재생 효과가 불확실하다는 단점이 있다. These dental shields are largely classified into biodegradable and non-degradable. Biodegradable shielding membranes do not require removal of membranes and thus have the advantage of less risk of bacterial infection due to secondary surgery. It is generally easy to manipulate, and when the implant is covered, the shape is kept well in wet condition, so it is not necessary to fix it with a bone tack. However, there is a disadvantage that the effect of regeneration of bone tissue is uncertain due to the limitation of providing space and uncertainty of absorption period and absorption rate.

생분해성 차폐막의 종류에는 콜라겐을 이용하여 만든 차폐막이 있는데, 돼지의 진피(porcine dermis)에서 추출한 type Ⅰ과 type Ⅲ 콜라겐으로 구성되어 있는 Biogide제품이 있으며, 소의 인대(bovine tendon)에서 추출한 type Ⅰ 콜라겐으로 구성되어 있으며 8주 이내에 조직에서 흡수되는 제품인 Biomend가 있다. 이 Biomend제품에서 가교를 많이 하여 흡수기간을 증가시킨 제품인 Biomend Extend도 있으며, 이 제품들 외에도 bovine 콜라겐으로 만들어진 Neomem이라는 제품, 소 유래 콜라겐으로 제조한 Lyoplant, Biosorb, ossix plus, EZ cure등이 있다. Biodegradable shields include shields made of collagen. Biogide products are composed of type Ⅰ and type Ⅲ collagen extracted from porcine dermis. Type Ⅰ collagen extracted from bovine tendon And Biomend, a product that is absorbed into tissues within 8 weeks. Biomend Extend, which is a product that increases the absorption time by increasing the amount of cross-linking in this Biomend product, includes Neomem made of bovine collagen, Lyoplant made of bovine collagen, Biosorb, ossix plus and EZ cure.

또 다른 생분해성 고분자의 예로써 PLA(polylactic acid)와 PGA(polyglycolic acid)로 만들어진 차폐막도 있는데, 이 재료를 사용하는 차폐막으로는 BioMesh라는 제품이 있으며, 본 제품은 생체 매식 후 1주부터 흡수가 시작되었으며 실험 8주에서는 거의 흡수가 완료된다고 알려져 있다(특허문헌 1).Another example of a biodegradable polymer is a shielding film made of polylactic acid (PLA) and polyglycolic acid (PGA). As a shielding film using this material, there is a product called BioMesh. And it is known that absorption is almost completed in 8 weeks of experiment (Patent Document 1).

다른 천연물 소재의 차폐막으로는 키토산 소재의 차폐막이나 곤충 기원 단백질 소재로 실크 기원의 차폐막이 개발되어 왔다(특허문헌 2).Shielding films of chitosan material and insect origin protein materials have been developed as shielding films for other natural materials (Patent Document 2).

비분해성 차폐막의 종류에는 대표적인 것이 e-PTFE(Expanded- polytetrafluorietylene) 차폐막인데, 이는 오랫동안 사용되어 온 차폐막으로 안정성과 그 효과에 대해서는 이미 증명되어 있으나, 비분해성 차폐막으로 분해가 되지 않기 때문에 2차 수술이 필수적이며, 이는 감염의 가능성이 매우 높다는 단점을 가진다. e-PTFE를 이용한 상품명은 Cytoplast membrane, BioBarrier 등이 있다.The most widely used shielding membrane is e-PTFE (Expanded-polytetrafluorietylene) shielding membrane, which has been used for a long time. However, since it does not decompose into non-degradable shielding membrane, This is a disadvantage in that the possibility of infection is very high. Product names using e-PTFE include Cytoplast membrane and BioBarrier.

티타늄 메쉬(Titanium mesh)는 일반적인 차폐막들이 공간 확보 유지에 문제가 있기 때문에 공간 확보유지를 위해 고안된 재료가 티타늄이다. 보통 e-PTFE 막에 보강구조로 사용되기도 하고 mesh 형태로 사용되기도 한다(특허문헌 3). 티타늄을 사용하는 제품으로는 Cytoflex®, Ti-Mesh membrane, Osteo-mesh, Bone Shield 등이 있으며, 단점으로는 마찬가지로 2차 수술이 필수적이며, 감염의 위험이 존재한다. Titanium mesh is a titanium material that is designed to maintain space because conventional shielding membranes have problems in maintaining space. Usually, e-PTFE membranes are used as a reinforcing structure and as a mesh (Patent Document 3). Titanium-based products include Cytoflex®, Ti-Mesh membrane, Osteo-mesh, and Bone Shield. The disadvantage is that secondary surgery is also necessary and there is a risk of infection.

이처럼 비분해성 차폐막의 2차 시술 및 이에 따른 감염 등의 위험을 줄이기 위해 생분해성 차폐막을 이용하긴 하나, 상술한 바와 같이 상대적으로 낮은 차폐특성과 생분해 특성으로 인하여 오히려 임플란트 시술시 흡수성의 성질과 생분해의 속도에 따라 세포가 침입할 수 있는 단점을 가지고 있으며, 그로 인해 재시술을 해야 될 수 있는 문제점이 있다. Although the biodegradable shielding membrane is used to reduce the risk of secondary treatment of the non-degradable shielding membrane and thus infection, due to the relatively low shielding property and biodegradation characteristics as described above, the absorbent property and biodegradability There is a disadvantage that the cells can invade according to the speed, and there is a problem that re-operation may be required.

따라서 상기와 같은 종래기술들의 문제점을 해결하고, 특히 2차시술이 필요 없는 생분해성 특성을 최대한 장점으로 활용하면서, 시술이 용이하고 차폐특성과 공간 제공성을 보다 개선시킬 수 있는 생체적합한 생분해성 차폐막의 개발이 절실히 요구되고 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior arts and to provide a biodegradable biodegradable shielding film which can easily be processed and improved in shielding property and space providing, while taking biodegradability characteristics, Is required to be developed.

특허문헌 1: 대한민국 등록특허 제0968231호Patent Document 1: Korean Patent No. 0968231 특허문헌 2: 대한민국 특허공개 제2013-0033826호Patent Document 2: Korean Patent Publication No. 2013-0033826 특허문헌 3: 대한민국 등록특허 제1297814호Patent Document 3: Korean Patent No. 1297814

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 생체적합성 천연고분자를 전기방사법을 이용하여 나노섬유 부직포 시트로 제조하고, 부직포의 일면에 플라즈마 처리를 통해 소수성을 부여하여 친수성과 소수성의 두 가지 표면 특성을 가짐으로써, 나노섬유의 장점으로부터 골재생 및 차폐특성을 동시에 향상시킨 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a biocompatible natural polymer by a method of preparing a nanofiber nonwoven fabric sheet by electrospinning and imparting hydrophobicity to one surface of the nonwoven fabric by plasma treatment, The present invention also provides a nanofiber shielding film for surface-modified bone tissue induction and regeneration, which has improved bone regeneration and shielding characteristics from the advantages of nanofibers, and a method for producing the same.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라, 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막은 생체적합성 천연고분자의 나노섬유 부직포로 이루어지고 상기 나노섬유 부직포의 일면이 소수성을 갖는다.According to an aspect of the present invention, there is provided a nanofiber shielding membrane for surface-modified bone tissue induction and regeneration, which comprises a nanofiber nonwoven fabric of a biocompatible natural polymer, and one surface of the nanofiber nonwoven fabric has a hydrophobic property.

바람직하게는, 상기 생체적합성 천연고분자는 실크피브로인, 키토산, 콜라겐, 플루란, 젤라틴, γ-PGA[Poly(γ-glutamic Acid)], 알지네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택된다. Preferably, the biocompatible natural polymer is at least one selected from the group consisting of silk fibroin, chitosan, collagen, pullulan, gelatin, γ-PGA [poly (γ-glutamic acid)], alginate and mixtures thereof.

또한 바람직하게는, 상기 나노섬유 부직포는 섬유 단면의 평균직경이 10nm 내지 1000nm 이다. Also, preferably, the nanofiber nonwoven fabric has an average diameter of the fiber cross-section of 10 nm to 1000 nm.

또한 바람직하게는, 상기 나노섬유 부직포는 페니실린, 세파드린, 세파졸린, 세팔렉신, 세푸록심, 세파클러, 세프로질, 세파트리악손, 세포탁심, 세폭심, 세포독심, 메티실린, 디클로사신, 옥사실린, 플루클록사신, 아목시실린, 암피실린, 피페라실린, 티카실린, 아즐로실린, 카르베니실린, 세팔렉신, 세팔로틴, 세파테졸, 세파제돈, 세파맨돌, 세파테탄, 세파시틴, 세프타지딤, 이미페넴, 메로페넴, 에르타페넴, 파로페넴, 반코마이신, 바시트라신, 사이클로세린, 클로람페니콜, 테트라싸이클린, 에리스로마이신, 아지스로마이신, 클래리스로마이신, 스트렙토마이신, 네오마이신, 토보라마이신, 설파메톡사졸, 설파다이아진, 카나마이신, 다우노루비신, 이다루비신, 미토마이신, 독소루비신, 에피루비신, 블레오마이신, 닥티노마이신 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 포함된다. Also preferably, the nanofiber nonwoven fabric is selected from the group consisting of penicillin, sephadrine, cephazoline, sepharaxine, cefuroxime, sephacler, sepharose, cephatriaxone, , Cephalosporins, cephalosporins, cephalosporins, cephalosporins, cephalosporins, cephalosporins, cephalosporins, cephalosporins, But are not limited to, tin, ceftazidime, imipenem, meropenem, erthapenem, paropenem, vancomycin, bacitracin, cycloserine, chloramphenicol, tetracycline, erythromycin, azithromycin, clarithromycin, streptomycin, neomycin, But are not limited to, moromycin, sulfamethoxazole, sulfadiazine, kanamycin, daunorubicin, dirubicin, mitomycin, doxorubicin, epirubicin, bleomycin, dactinomycin, Eojin from the group which contains at least one.

또한 바람직하게는, 상기 생체적합성 천연고분자 나노섬유 부직포는 Titanium 메쉬 또는 호일에 의해 보강 및 지지되는 것을 포함한다. Also preferably, the biocompatible natural polymer nanofiber nonwoven fabric comprises reinforced and supported by a Titanium mesh or foil.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따라 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막의 제조방법은 실크피브로인을 유기용매에 용해시켜 실크피브로인 전기방사용액을 제조하는 단계; 상기 실크피브로인 전기방사용액을 전기 방사하여 실크피브로인 나노 섬유 부직포를 제조하는 단계; 상기 실크피브로인 나노 섬유 부직포를 수증기를 이용하여 불용성을 가지게 하는 실크피브로인 나노섬유 부직포 불용화 단계; 및 상기 불용성을 갖는 실크 나노섬유 부직포를 플라즈마 처리를 통한 소수성 표면으로 개질하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a surface-modified nanofiber shielding layer for bone tissue induction and regeneration, comprising: dissolving silk fibroin in an organic solvent to prepare a silk fibroin solution; Preparing a silk fibroin nonwoven fabric nonwoven fabric by electrospinning the silk fibroin electric spinning solution; Insolubilizing the silk fibroin nanofiber nonwoven fabric to make the silk fibroin nanofiber nonwoven fabric insoluble by using steam; And modifying the insoluble silk nanofiber nonwoven fabric to a hydrophobic surface through plasma treatment.

바람직하게는, 상기 실크피브로인은 실크에서 세리신을 제거하는 단계; 상기 세리신이 제거된 실크피브로인을 염과 에탄올을 이용하여 실크피브로인 수용액을 제조하는 단계; 상기 실크피브로인 수용액에서 염과 에탄올을 제거하는 단계 및 염과 에탄올을 제거한 상기 실크피브로인 수용액을 동결건조하여 재생 실크피브로인 분말을 얻는 단계를 통해 제조된다.Preferably, the silk fibroin comprises removing sericin from the silk; Preparing a silk fibroin aqueous solution by using the sericin-removed silk fibroin with a salt and ethanol; Removing the salt and ethanol in the aqueous solution of silk fibroin, and lyophilizing the aqueous solution of silk fibroin from which the salt and ethanol have been removed to obtain a regenerated silk fibroin powder.

바람직하게는, 상기 유기용매는 1,1,1,3,3,3-헥사플로오로이소프로판올, 포름산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택된다. Preferably, the organic solvent is at least one selected from the group consisting of 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, formic acid, and mixtures thereof.

또한 바람직하게는, 상기 전기방사는 용액농도 1 ~ 50 wt%, 전압 5 ~ 100 kV, 토출속도 0.1 ~ 10 ml/h, 방사거리 3 ~ 50 cm 및 습도 1 ~ 50%의 전기방사조건으로 방사하여 나노섬유를 수득한다. Preferably, the electrospinning is carried out under electrospinning conditions of a solution concentration of 1 to 50 wt%, a voltage of 5 to 100 kV, a discharge rate of 0.1 to 10 ml / h, a radiation distance of 3 to 50 cm and a humidity of 1 to 50% To obtain a nanofiber.

또한 바람직하게는 상기 플라즈마 처리는 플루오린 기를 갖는 기체를 이용하여 처리시간 0~3 시간, 전력 10~100 W, 가스유속은 0.1~ 300cc/min의 조건으로 플라즈마 처리를 한다. Preferably, the plasma treatment is performed using a gas having a fluorine group under conditions of a treatment time of 0 to 3 hours, a power of 10 to 100 W, and a gas flow rate of 0.1 to 300 cc / min.

또한 바람직하게는 상기 플루오린 기를 가지는 기체는 트리플루오르메탄, 테트라플루오르메탄, 헥사플루오로에탄, 테트라플루오르에틸렌, 옥타플루오르프로판, 헥사플루오르프로필렌, 퍼플루오르뷰탄, 퍼플루오르펜탄, 퍼플루오르헥산, 헥사플루오린화황 및 이들의 혼합기체로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택된다. Preferably, the gas having the fluorine group is at least one selected from the group consisting of trifluoromethane, tetrafluoromethane, hexafluoroethane, tetrafluoroethylene, octafluoropropane, hexafluoropropylene, perfluorobutane, perfluoropentane, perfluorohexane, At least one of the group consisting of sulfur, phosphorus, sulfur, phosphorus, sulfur, and mixtures thereof.

또한 바람직하게는 상기 실크피브로인 전기방사용액에는 추가로 페니실린, 세파드린, 세파졸린, 세팔렉신, 세푸록심, 세파클러, 세프로질, 세파트리악손, 세포탁심, 세폭심, 세포독심, 메티실린, 디클로사신, 옥사실린, 플루클록사신, 아목시실린, 암피실린, 피페라실린, 티카실린, 아즐로실린, 카르베니실린, 세팔렉신, 세팔로틴, 세파테졸, 세파제돈, 세파맨돌, 세파테탄, 세파시틴, 세프타지딤, 이미페넴, 메로페넴, 에르타페넴, 파로페넴, 반코마이신, 바시트라신, 사이클로세린, 클로람페니콜, 테트라싸이클린, 에리스로마이신, 아지스로마이신, 클래리스로마이신, 스트렙토마이신, 네오마이신, 토보라마이신, 설파메톡사졸, 설파다이아진, 카나마이신, 다우노루비신, 이다루비신, 미토마이신, 독소루비신, 에피루비신, 블레오마이신, 닥티노마이신 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 첨가하여 혼합하는 단계를 더 포함한다.Preferably, the silk fibroin solution further contains at least one selected from the group consisting of penicillin, sephadrine, cephazoline, sepharaxine, cefuroxime, sephacler, sepharose, cephatriaxone, But are not limited to, dicloxacin, oxacillin, flucloxacin, amoxicillin, ampicillin, piperacillin, ticarcillin, azulocillin, carbenicillin, cephalexin, cephalothin, , Cephacytin, ceftazidime, imipenem, meropenem, erthapenem, paropenem, vancomycin, bacitracin, cycloserine, chloramphenicol, tetracycline, erythromycin, azithromycin, clarithromycin, streptomycin, neo But are not limited to, mitomycin, tobramycin, sulfamethoxazole, sulfadiazine, kanamycin, daunorubicin, darubicin, mitomycin, doxorubicin, epirubicin, bleomycin, Further comprising the step of adding and mixing at least one from the group consisting of a mixture of.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 의료용 나노섬유시트는 표면개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막을 포함한다.According to another aspect of the present invention, a medical nanofiber sheet includes a surface modified nanofiber shielding layer for regenerating bone tissue.

본 발명에 따른 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막은, 생체적합한 천연고분자를 전기방사방법을 통한 나노스케일의 부직포 형태로 제조함으로써, 나노섬유 구조에 따른 세포 및 이물질의 침투를 차단하면서 골재생의 효과를 현격히 높일 수 있다. The nanofiber shielding membrane for surface-modified bone tissue induction regeneration according to the present invention can be manufactured by forming nanoscale non-woven fabrics of a biocompatible natural polymer by an electrospinning method to prevent infiltration of cells and foreign substances according to the nanofiber structure, The effect of the present invention can be remarkably enhanced.

또한, 전기방사수용액상에 항균제를 첨가하여 쉽게 항균제가 포함된 나노섬유 부직포를 제조함으로써, 외부 병균으로부터의 감염 및 오염을 원천적으로 차단할 수 있다. In addition, by producing the nanofiber nonwoven fabric containing the antimicrobial agent easily by adding the antimicrobial agent to the electrospinning aqueous phase, infection and contamination from external germs can be fundamentally blocked.

또한, 전기방사방법에 의해 제조된 천연고분자 나노섬유 부직포를 수증기를 이용하여 불용화 처리를 거침으로써, 불용화의 장점과 동시에 수증기를 이용함으로써 유연성도 동시에 개선시킬 수 있다. Further, the natural polymer nanofiber nonwoven fabric produced by the electrospinning method is subjected to the insolubilization treatment using water vapor, whereby the advantages of insolubility and flexibility can be simultaneously improved by using water vapor.

또한, 플라즈마 처리를 통하여 나노섬유 차폐막의 일면을 소수성 표면처리를 함으로써, 소수성을 가지는 표면은 시술부위와 직접적으로 접촉하지 않는 층으로, 연조직의 침투를 막아주며, 반대로 친수성을 가지는 표면은 시술부위와 접촉하는 면으로 생체적합성이 뛰어나고 생분해성이 좋은 장점을 부여하여 차폐율과 골재생의 효율을 동시에 향상 시킬 수 있다. In addition, the hydrophobic surface of the nanofiber shielding film is treated by plasma treatment to prevent the penetration of the soft tissue by the hydrophobic surface, which is not in direct contact with the treatment site. On the other hand, It is possible to simultaneously improve the shielding rate and the bone regeneration efficiency by providing the advantage of biocompatibility and biodegradability.

따라서, 종래 차폐막의 문제점이었던 조직 및 장기에 대한 부착성, 유연성, 조작용이성, 생체적합성 및 생분해성 등을 개선하여 차폐능의 향상과 함께 사용자의 이용 편의성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 나노섬유 구조를 가져 세포의 침투 및 이물질의 침투를 차단함으로써 차폐능을 높이고, 상처의 치유를 촉진 할 수 있으며, 접거나 말아도 찢어지거나 부서지지 않고 작은 수술 도구에 의한 조작이나 이동이 가능하여 다양한 수술에 적용이 용이한 효과가 있다.Accordingly, it is possible to improve the shielding ability and improve the usability of the user by improving adhesion, flexibility, ease of manipulation, biocompatibility and biodegradability to tissues and organs which were problems of the conventional shielding film, To prevent the infiltration of cells and penetration of foreign substances, thereby enhancing shielding ability, promoting healing of wounds, and being able to be manipulated or moved by small surgical tools without being torn or broken even when folded or rolled. This has an easy effect.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사장치의 사진을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실크피브로인 나노섬유의 전자현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실크피브로인 나노섬유의 불용화 처리 후 전자현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치의 사진을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실크피브로인 나노섬유의 플라즈마 처리 후의 전자현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 실크피브로인 나노섬유의 플라즈마 처리 전과 후의 물 접촉각을 측정한 비교 결과를 나타낸 도면이다
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유의 MTT 분석결과를 나타낸 그래프 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유 상의 세포증식거동의 주사전자 현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 bone과 sample의 H&E staining, Trichrome Staining 현미경 사진을 나타낸 도면이다.
1 is a photograph showing an electrospinning device according to an embodiment of the present invention.
2 is an electron micrograph of a silk fibroin nanofiber according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an electron micrograph of a silk fibroin nanofiber according to an embodiment of the present invention after the insolubilization treatment. FIG.
4 is a photograph showing a plasma apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a photomicrograph of the silk fibroin nanofiber after plasma treatment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a comparison result of water contact angles before and after the plasma treatment of the silk fibroin nanofibers according to an embodiment of the present invention
7 is a graph showing the results of MTT analysis of nanofibers according to an embodiment of the present invention.
8 is a scanning electron micrograph of a cell proliferation behavior on nanofibers according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a photograph showing a H & E staining and a trichrome staining microscope photograph of a bone and a sample according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명은 생체적합성 천연고분자의 나노섬유 부직포로 이루어지고 상기 나노섬유 부직포의 일면이 소수성을 갖는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막에 관한 것으로써, 나노섬유의 부직포의 제조공정은 전기방사법을 이용한다. The present invention relates to a nanofiber shielding film for surface-modified bone tissue induced regeneration, which comprises a nanofiber nonwoven fabric of a biocompatible natural polymer and one surface of the nanofiber nonwoven fabric has a hydrophobic property, .

본 발명에 사용되는 생체적합성 천연고분자는 생체 내에서 스스로 분해되는 천연물로부터 추출된 인체에 무해한 고분자물질을 말하며, 실크피브로인(silk fibroin), 키토산(chitosan), 콜라겐(collagen), 플루란(pullulan), 젤라틴(gelatin), γ-PGA[Poly(γ-glutamic Acid)], 알지네이트(alginate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되어질 수 있으며, 바람직하게는 실크피브로인이 적합하다. The biocompatible natural polymer used in the present invention refers to a polymeric substance harmless to the human body extracted from a natural product which is decomposed by itself in vivo. The polymer is silk fibroin, chitosan, collagen, pullulan, Gelatin, γ-PGA [poly (γ-glutamic acid)], alginate, and mixtures thereof. Silk fibroin is preferably used.

실크는 면(cotton) 이나 양모(wool) 섬유와는 달리 장섬유 형태로 얻어지는데, 누에, 거미를 포함한 곤충에 의해 만들어지는 섬유상 단백질로 높은 toughness와 strength, extensibility를 가지는 천연 고분자이다. 실크는 주성분인 피브로인(Fibroin)과 나머지 세리신(Sericin)으로 구성되어 있다. Unlike cotton or wool fibers, silk is obtained in the form of a long fiber, a fibrous protein made by insects including silkworms and spiders. It is a natural polymer with high toughness, strength and extensibility. The silk is composed of the main component fibroin and the remaining sericin.

먼저, 실크 세리신(silk sericin)은 견교·실크 글루(silk glue)라고도 하는데, 생사의 거칠고 딱딱한 느낌은 세리신이 부착되어 있기 때문이며, 누에고치 섬유의 색은 세리신 속에 함유되어 있는 카로티노이드계 색소에 의해 나타나는데, 이 세리신의 아미노산 조성은 세린이 뚜렷하게 많은(37 mol%) 것이 특징이다. 세리신의 물리적 특성은 뜨거운 물에 녹고, 식으면 겔화한다. Firstly, silk sericin is also called "silk glue", because the rough and hard feeling of silk glue is attached to sericin, and the color of silk cocoon fiber is indicated by the carotenoid pigment contained in sericin , The amino acid composition of sericin is characterized by a remarkably large amount of serine (37 mol%). The physical properties of sericin are dissolved in hot water and gelled when cooled.

그리고 실크의 대부분을 차지하는 실크피브로인(silk fibroin)은 경단백질의 일종으로, 생사를 열탕으로 15시간 정도 끓이면 세리신의 대부분이 녹아 나와 피브로인만이 남는다. 또 묽은 알칼리성 용액으로 처리하면 세리신은 용해하지만 피브로인은 용해하지 않는 점을 이용해 실크 세리신을 제거하는 과정에 사용된다. 실크 섬유에서 세리신이 제거되고 남은 피브로인(fibroin)은 물, 묽은 산, 묽은 알칼리 등에 용해되지 않고 브로민화리튬·염화칼슘·질산칼슘·싸이오사이안산·다이클로로아세트산과 같은 수용액에는 용해되는 특성을 가지고 있다. Silk fibroin is a kind of light protein. Most of the sericin is melted when it is boiled for about 15 hours in hot water. Only the fibroin is left. In addition, treatment with a dilute alkaline solution dissolves sericin, but fibroin does not dissolve to remove silk sericin. Fibroin, which is removed from sericin in silk fibers, is not dissolved in water, dilute acid, dilute alkali, etc. and has a characteristic of dissolving in an aqueous solution such as lithium bromide, calcium chloride, calcium nitrate, thiocyanic acid and dichloroacetic acid have.

이 실크피브로인(Silk Fibroin)은 대표적인 섬유상 단백질로 고급 의류용 섬유나 수술용 봉합사에 주로 사용되어 왔으며, 실크피브로인은 생분해성, 생체적합성, 산소 및 수분 투과성, 저염증 반응성 등의 특징을 지니고 있으므로, 본 발명의 일 실시예로서 골조직 유도 재생용 나노섬유로 이용되기에 아주 적합한 물질이라고 할 수 있다. This silk fibroin is a typical fibrous protein and has been mainly used for high-grade garment fibers and surgical sutures. Since silk fibroin has characteristics such as biodegradability, biocompatibility, oxygen and water permeability, and low inflammation reactivity, As an embodiment of the present invention, it can be said that it is a very suitable material to be used as a nanofiber for bone tissue induction regeneration.

본 발명은 나노섬유 부직포의 제조를 위해서 전기방사방법을 이용하게 되는데, 이를 위해 전기방사용 실크피브로인 수용액을 제조하기 위해 전단계를 거친다. 실크피브로인만 추출하기 위한 단계로써, 상술한 바와 같이 실크에서 세리신을 제거하는 단계, 상기 세라신이 제거된 실크피브로인을 염과 에탄올을 이용하여 실크피브로인 수용액을 제조하는 단계, 상기 실크피브로인 수용액에서 염과 에탄올을 제거하는 단계 및 상기 염과 에탄올을 제거한 실크피브로인 수용액을 동결건조하여 재생 실크피브로인 분말을 얻는 전단계를 통해 수득될 수 있다. The present invention utilizes an electrospinning process for the production of nanofiber nonwoven fabrics, in order to prepare an aqueous solution of silk fibroin for electrical applications. A method for extracting silk fibroin, comprising the steps of: removing sericin from silk as described above; preparing a silk fibroin aqueous solution using said salt and ethanol in said silk fibroin from which said cerasin has been removed; Removing the ethanol, and lyophilizing the aqueous solution of silk fibroin from which the salt and ethanol have been removed to obtain a regenerated silk fibroin powder.

상기 염은 염화아연, 염화리튬, 염화칼슘, 질산아연, 질산칼슘, 브롬화리튬염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 하나 이상이 선택될 수 있으며, 상기 염과 에탄올을 제거하는 방법으로는 투석막을 이용하여, 증류수를 투석하여 실크피브로인 수용액을 제조할 수 있다. The salt may be at least one selected from the group consisting of zinc chloride, lithium chloride, calcium chloride, zinc nitrate, calcium nitrate, lithium bromide and mixtures thereof. The salt and ethanol may be removed using a dialysis membrane , And a silk fibroin aqueous solution can be prepared by dialyzing distilled water.

상기 실크피브로인 수용액을 동결건조하여 제조된 실크피브로인 분말을 유기용매를 이용하여 전기방사용 실크피브로인 용액을 제조하게 되는데, 이때 사용된 유기용매는 1,1,1,3,3,3-헥사플로오로이소프로판올 (1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, HFIP), 포름산 (formic acid) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되어 질 수 있으며, 바람직하게는 비교적 휘발이 빠르게 진행되어 잔류 용매가 적은 용매인 1,1,1,3,3,3-헥사플로오로이소프로판올이 적합하며, 이때 전기방사용 실크피브로인 용액의 농도는 1~ 50 wt %의 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3~ 20 wt %이다. The silk fibroin powder prepared by lyophilizing the aqueous solution of silk fibroin is prepared by using an organic solvent to prepare a silk fibroin solution for an electric discharge. The organic solvent used is 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane At least one selected from the group consisting of 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, HFIP, formic acid and mixtures thereof may be selected and preferably relatively volatile And 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, which is a solvent having a small residual solvent, is suitable. The concentration of the silk fibroin solution used for the electric discharge is preferably in the range of 1 to 50 wt% Is 3 to 20 wt%.

전기방사용 실크피브로인 용액으로부터 전기방사를 통하여 실크피브로인 나노섬유가 수득된다.Silk fibroin nanofibers are obtained through electrospinning from an electric room silk fibroin solution.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사장치의 사진을 나타낸 도면으로써, 일반적으로 나노섬유는 농도, 방사전압, 방사거리 및 유량속도에 따라 섬유의 직경과 물성이 달라지는데, 농도가 낮고 방사전압이 높으며 방사거리가 멀수록 나노섬유의 직경이 가늘어진다.FIG. 1 is a photograph of an electrospinning device according to an embodiment of the present invention. In general, the diameter and physical properties of nanofibers vary depending on the concentration, radiation voltage, radiation distance, and flow rate, The higher the voltage and the farther the scatter is, the narrower the diameter of the nanofiber.

본 발명의 일 실시예에 따른 공정요건은 분산액의 용액농도 1 ~ 50 wt%, 전압 5~100 kV, 토출속도 0.1 ~ 10 ml/h, 방사거리 3 ~ 50 cm 및 습도 1 ~ 50%의 전기방사조건으로 방사하여 나노섬유를 수득하였다 The process requirements according to one embodiment of the present invention are as follows: the process conditions of the electrodeposition of the dispersion solution are 1 to 50 wt%, 5 to 100 kV of voltage, 0.1 to 10 ml / h of discharge rate, 3 to 50 cm of radiation distance and 1 to 50% And spinning under spinning conditions to obtain nanofibers

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실크피브로인 나노섬유의 전자현미경 사진을 나타낸 도면으로써, 본 발명에 따른 섬유 단면의 평균직경이 10 나노미터[nm] 내지 1000 나노미터[nm] 이며, 도 2에서 보여지는 것과 같이 평균 729.6 nm의 직경을 갖는 촘촘한 그물 구조를 갖게 됨으로써 높은 비표면적을 가지고 다공성이어서 생리활성물질의 교환이 가능하며, 시술부위에 쉽게 적용할 수 있게 된다.FIG. 2 is an electron micrograph of a silk fibroin nanofiber according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, an average diameter of a fiber cross section according to the present invention is 10 nanometers [nm] to 1000 nanometers [nm] As shown in FIG. 2, since the fine mesh structure having an average diameter of 729.6 nm has a high specific surface area and is porous, it is possible to exchange physiologically active substances and can be easily applied to a treatment site.

상기 전기방사용 실크피브로인 용액에 항균제를 추가로 첨가하여, 항균력을 가지는 실크피브로인 나노 섬유 부직포를 제조할 수 있다. 이때 사용될 수 있는 항균제로써 페니실린, 세파드린, 세파졸린, 세팔렉신, 세푸록심, 세파클러, 세프로질, 세파트리악손, 세포탁심, 세폭심, 세포독심, 메티실린, 디클로사신, 옥사실린, 플루클록사신, 아목시실린, 암피실린, 피페라실린, 티카실린, 아즐로실린, 카르베니실린, 세팔렉신, 세팔로틴, 세파테졸, 세파제돈, 세파맨돌, 세파테탄, 세파시틴, 세프타지딤, 이미페넴, 메로페넴, 에르타페넴, 파로페넴, 반코마이신, 바시트라신, 사이클로세린, 클로람페니콜, 테트라싸이클린, 에리스로마이신, 아지스로마이신, 클래리스로마이신, 스트렙토마이신, 네오마이신, 토보라마이신, 설파메톡사졸, 설파다이아진, 카나마이신, 다우노루비신, 이다루비신, 미토마이신, 독소루비신, 에피루비신, 블레오마이신, 닥티노마이신 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 포함 될 수 있다. A silk fibroin nonwoven fabric having antibacterial activity can be produced by further adding an antimicrobial agent to the solution of the silk fibroin used in the electric room. As antimicrobial agents that can be used herein, antimicrobial agents such as penicillin, cefadrine, caffeolin, cefalexin, cefuroxime, sephacler, cefuroxir, cephatriaxone, But are not limited to, fluoxetine, fluglocracin, amoxicillin, ampicillin, piperacillin, ticarcillin, azlocillin, carbenicillin, cephalexin, cephalotin, Erythromycin, azithromycin, clarithromycin, streptomycin, neomycin, tobramycin, sulfamethoxazole, erythromycin, erythromycin, erythromycin, A group consisting of methoxazole, sulfadiazine, kanamycin, daunorubicin, dirubicin, mitomycin, doxorubicin, epirubicin, bleomycin, dactinomycin and mixtures thereof Since it may contain at least one.

상기와 같이 제조한 실크피브로인 나노섬유를 수증기를 이용하여 불용화처리하는 공정을 거치게 된다. 일반적으로 과거에는 알코올 수용액 처리에 의해 불용화시키는 방법을 이용해 왔는데, 그러나 이 방법은 처리 후에 물성이 딱딱하여 실제 생체 내에 적용하기에는 무리가 있어 문제점을 해결하는 방법으로 수증기 처리 방식을 채택해 불용화시킴으로써 유연성이 향상된 실크피브로인 나노섬유를 제조할 수 있었다The silk fibroin nanofibers prepared as described above are subjected to a step of insolubilization using water vapor. In general, in the past, a method of insolubilizing by alcohol aqueous solution treatment has been used. However, since this method is hard to apply in a living body since its physical properties are hard after processing, This improved silk fibroin nanofiber could be prepared

불용화 처리를 한 후 실크피브로인 나노섬유에 남아있는 잔류용매 제거하기 위해서 증류수에 침지시켜 세척한 후 진공건조 시킨 후, 상기에서 불용화 처리된 실크피브로인 나노섬유의 형태 구조를 주사전자현미경(SEM)을 통해 확인해보면, 도 3에서 보여주는 바와 같이 실크피브로인 나노섬유의 불용화 처리 후 전자현미경 사진을 나타낸 도면으로, 불용화 처리에 의해서도 섬유형태의 변형이 전혀 일어나지 않다는 것을 확인 할 수 있다. After the silk fibroin nanofiber was subjected to insolubilization treatment, the silk fibroin nanofiber was immersed in distilled water for washing to remove residual solvent, and after vacuum drying, the morphology of the insolubilized silk fibroin nanofiber was examined by scanning electron microscope (SEM) 3 shows an electron micrograph of the silk fibroin nanofiber after the insolubilization treatment as shown in Fig. 3. It can be confirmed that even when the insolubilization treatment is performed, no deformation of the fiber shape takes place at all.

상기의 나노섬유 시트를 플루오린 기를 갖는 기체를 이용한 플라즈마 처리를 통하여 극소수성 표면으로 개질시켜 상대적으로 소수성을 가지는 표면과 친수성을 가지는 표면을 동시에 가지는 나노섬유로 제조한다. 이 때 소수성을 가지는 표면은 시술부위와 직접적으로 접촉하지 않는 층으로, 연조직의 침투를 막아주는 역할을 하며, 반대로 친수성을 가지는 표면은 시술부위와 접촉하는 면으로 생체적합성이 뛰어나고 생분해성이 좋은 장점이 가지게 된다. The nanofiber sheet is modified into a hydrophobic surface through a plasma treatment using a gas having a fluorine group to produce a nanofiber having both a relatively hydrophobic surface and a hydrophilic surface. In this case, the hydrophobic surface is a layer which does not come into direct contact with the treatment site and serves to prevent infiltration of the soft tissues. On the contrary, the hydrophilic surface is a surface in contact with the treatment site, and has excellent biocompatibility and good biodegradability .

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치의 사진을 나타낸 도면으로서, 본 발명에 사용된 플라즈마 처리는 처리시간 0~3 시간, 전력 10~100 W, 가스유속은 0.1~ 300cc/min의 공정조건을 가질 있으며, 바람직하게는 전력 10~50 W, 처리시간은 100~600 S, 가스 유속은 100 cc/min가 적합하다. FIG. 4 is a photograph of a plasma apparatus according to an embodiment of the present invention. In the plasma processing used in the present invention, the treatment time is 0 to 3 hours, the electric power is 10 to 100 W, the gas flow rate is 0.1 to 300 cc / min And preferably a power of 10 to 50 W, a treatment time of 100 to 600 S, and a gas flow rate of 100 cc / min.

본 발명에 사용된 상기 플루오린 기를 가지는 기체는 트리플루오르메탄, 테트라플루오르메탄, 헥사플루오로에탄, 테트라플루오르에틸렌, 옥타플루오르프로판, 헥사플루오르프로필렌, 퍼플루오르뷰탄, 퍼플루오르펜탄, 퍼플루오르헥산, 헥사플루오린화황 및 이들의 혼합기체로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택될 수 있으며, 바람직하게는 테트라플루오르메탄이 적합하다. The gas having the fluorine group used in the present invention may be at least one selected from the group consisting of trifluoromethane, tetrafluoromethane, hexafluoroethane, tetrafluoroethylene, octafluoropropane, hexafluoropropylene, perfluorobutane, perfluoropentane, perfluorohexane, At least one selected from the group consisting of fluorine, sulfur, fluorine, sulfur, and a mixed gas of these can be selected, and tetrafluoromethane is preferably used.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실크피브로인 나노섬유의 플라즈마 처리 후의 전자현미경 사진을 나타낸 도면으로서, 상기 플라즈마 처리에 의한 섬유의 변형이 전혀 일어나지 않았다는 것을 확인할 수 있다. FIG. 5 is an electron micrograph of a silk fibroin nanofiber according to an embodiment of the present invention after plasma treatment, showing that no deformation of the fiber by the plasma treatment occurred at all.

본 발명의 일 실시예로 플루오린기를 가진 기체를 이용한 플라즈마 처리 방법을 이용하였지만, 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니라, 표면에 극소수성을 부여하기 위한 코팅이나 기타 표면 모폴리지변경 등 물리적 또는 화학적 표면개질 공정을 모두 포함한다. The plasma treatment method using a gas having a fluorine group has been used as an embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, but a physical or chemical treatment such as a coating for imparting a low water- And a surface modification process.

또한, 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 티타늄이 상기 실크피브로인 나노섬유 부직포의 보강제로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 실크피브로인 나노섬유 부직포 단독으로 사용할 수도 있지만, 좀 더 강한 강도의 골조직유도 재생술(GBR; Guided Bone Generation)용 차폐막이 요구되는 경우, 이때 우수한 부식저항성, 강도 및 생체적합성을 가지고 외과분야에서 널리 사용되고 있는 티타늄을 이용하여 보강함으로써 시술 시에 보다 충분한 공간을 유지케 하고 연조직의 붕괴를 막아 줄 수 있다. 상기 티타늄은 메쉬 타입과 호일타입으로 이용될 수 있으며, 바람직하게는 메쉬타입으로 실크피브로인 나노부직포를 효율적으로 보강 및 지지해 줄 수 있다.
Further, as another embodiment according to the present invention, titanium may be used as a reinforcing agent of the nonwoven fabric of the silk fibroin. Although the silk fibroin nanofiber nonwoven fabric according to the present invention can be used alone, when shielding film for guided bone generation (GBR) is required in a stronger strength, excellent corrosion resistance, strength and biocompatibility are required, It is possible to maintain a sufficient space and to prevent the collapse of the soft tissue during the operation. The titanium can be used as a mesh type and a foil type, and it is possible to efficiently reinforce and support a silk fibroin nano nonwoven fabric as a mesh type.

<실시예 1> 실크피브로인 나노섬유의 제조&Lt; Example 1 > Preparation of silk fibroin nanofiber

1,1,1,3,3,3-헥사플로오로이소프로판올 (1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, HFIP)에 실크피브로인을 녹여 4, 5, 6 wt/v%가 되도록 용액을 제조하였다. 공정인자로는 전압을 10~20 kV, 방사거리 8~12 cm, 유체속도 1.0~2.0 ml/h로 고정시키고 드럼콜렉터에 40시간동안 방사하였으며 습도는 40%이하로 유지하였다. 그 후 시트에 포함된 잔존용매를 제거하기 위하여 25℃ 진공오븐에서 24시간동안 충분히 건조하였다.
Silk fibroin was dissolved in 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol (HFIP) to prepare solutions of 4, 5 and 6 wt / v% . As the process parameters, the voltage was fixed at 10 ~ 20 kV, the radiation distance was 8 ~ 12 cm, the fluid velocity was 1.0 ~ 2.0 ml / h, the drum collector was irradiated for 40 hours and the humidity was kept below 40%. It was then thoroughly dried in a 25 [deg.] C vacuum oven for 24 hours to remove the residual solvent contained in the sheet.

<실시예 2> 실크피브로인 나노섬유의 불용화 처리&Lt; Example 2 > Insolubilization treatment of silk fibroin nanofiber

상기 실시예 1과 같이 제조한 실크피브로인 나노섬유를 4시간 동안 수증기를 이용하여 불용화처리했다. 불용화 처리를 한 후 실크피브로인 나노섬유에 남아있는 잔류용매 제거를 위해서 증류수에 침지시켜 세척한 후 진공건조 시켰다.
The silk fibroin nanofibers prepared in the same manner as in Example 1 were insolubilized using steam for 4 hours. After the insolubilization treatment, the silk fibroin nanofibers were immersed in distilled water to remove residual solvent, and then washed and vacuum dried.

<실시예 3> 불용화한 실크피브로인 나노섬유의 CF&Lt; Example 3 > The CF of the insolubilized silk fibroin nanofiber 44 가스플라즈마 처리 Gas plasma treatment

실시예 2에서 제조된 불용화된 실크피브로인 나노섬유를 CF4 가스 플라즈마 처리를 통해 극소수성 표면을 가지는 나노섬유로 제조하였다. 플라즈마 처리의 공정인자로는 전력 10~50 W, 처리시간은 100~600 S, CF4 가스 유속은 100 cc/min으로 고정시키고 표면을 개질시켰다.
The insolubilized silk fibroin nanofibers prepared in Example 2 were made into nanofibers having a microphosphate surface through CF 4 gas plasma treatment. As the process parameters of the plasma treatment, the power was fixed at 10 to 50 W, the treatment time was 100 to 600 S, and the CF 4 gas flow rate was 100 cc / min.

< 실험예 1>: 물 접촉각 측정Experimental Example 1: Measurement of water contact angle

Contact Angle & Surface Tension Analyzer (Model: Phoenix 300, SEO Co. Ltd, Korea) 를 이용하여 sessile drop method (distilled water, 5㎕) 에 의해 실시예 3에서 제조된 플라즈마 처리한 실크피브로인 나노섬유의 물 접촉각을 분석하였다(도 6).The water contact angle of the plasma treated silk fibroin nanofibers prepared in Example 3 was measured by a sessile drop method (distilled water, 5)) using Contact Angle & Surface Tension Analyzer (Model: Phoenix 300, SEO Co., (Fig. 6).

물접촉각 측정은 고체표면의 특성을 분석하는데 가장 일반적인 방법으로, 시료표면에 일정량의 물방울을 떨어뜨려 고체와 액체의 접촉각을 측정함으로써 젖음성 (wettability) 또는 친수성/소수성 정도를 평가하는데 중요한 척도로 이용된다.The water contact angle measurement is the most common method for analyzing the characteristics of a solid surface and is used as an important measure for evaluating wettability or hydrophilicity / hydrophobicity by measuring a contact angle between a solid and a liquid by dropping a certain amount of water droplet on the sample surface .

플라즈마 처리 전Before plasma treatment 플라즈마 처리 후After plasma treatment 접촉각(평균)Contact angle (average) 99.73°99.73 DEG 135.8°135.8 DEG

표 1은 물 접촉각 측정결과를 나타낸다. Table 1 shows the measurement results of water contact angle.

물 접촉각 측정분석의 정확성을 위해 각각의 나노섬유의 측정표면 위치를 달리하여 물방울을 10군데에 떨어뜨려 측정하여 평균값을 측정한 결과 결과 상기 표 1에서 보는 바와 같이 플라즈마 처리후에 접촉각이 현격히 상승하여 실크피브로인 표면이 극소수성으로 개질된 것을 확인 할 수 있다.
The water contact angle was measured by dropping water droplets at 10 locations by varying the measurement surface positions of the respective nanofibers for the accuracy of the analysis. As a result, as shown in Table 1, the contact angle significantly increased after the plasma treatment, It can be confirmed that the fibroin surface is modified to have a low water solubility.

<실험예 2> 나노섬유 표면에서의 세포 증식력 비교시험<Experimental Example 2> Comparative test of cell proliferation on nanofiber surface

실시예 3에서 제조된 플라즈마 처리한 실크피브로인 나노섬유를 UV선을 조사하여 멸균 처리한 후 상기 실크피브로인 나노섬유와 12-well cell culture plate(control)에 계대 배양한 NIH3T3 fibroblast를 50000 cells/well의 농도로 파종하였다. 이때, 상기 나노섬유 위에 유리로 제조된 링(ring)을 올려놓아 링 안쪽으로 상기 세포를 파종함으로써, 나노섬유 표면에만 세포의 증식을 유도하였다. 또한, 배지로는 8% FBS 및 0.1% 페니실린 G-스트렙토마이신을 포함하는 배지를 사용하였다.The plasma-treated silk fibroin nanofibers prepared in Example 3 were sterilized by irradiation with UV rays, and the fibroblasts of the silk fibroin nanofibers and the NIH3T3 fibroblasts subcultured on a 12-well cell culture plate (control) Lt; / RTI &gt; At this time, a ring made of glass was placed on the nanofiber, and the cell was inoculated into the ring to induce cell proliferation only on the surface of the nanofiber. As the medium, a medium containing 8% FBS and 0.1% penicillin G-streptomycin was used.

상기 접종된 세포를 온도 37℃ 및 5% CO2 분위기의 인큐베이터에서 4시간, 1일, 3일, 5일 및 7일 동안 배양한 후, 상기 세포가 접종된 실크피브로인 나노섬유에 MTT 저장용액 1 ml를 첨가한 후, 4시간동안 배양한 다음 DMSO (dimethylsulfoxide) 1 ml를 첨가하여 세포막을 녹여낸 후, ELISA reader(효소면역측정기)를 이용하여 540 nm에서의 흡광도를 측정하고 MTT 분석법을 통하여 세포활성정도를 측정하였다.The inoculated cells were cultured for 4 hours, 1 day, 3 days, 5 days and 7 days in an incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 atmosphere, and 1 ml of MTT storage solution was added to the inoculated silk fibroin nanofibers , And incubated for 4 hours. DMSO (dimethylsulfoxide) (1 ml) was added to dissolve the cell membrane, and the absorbance at 540 nm was measured using an ELISA reader (enzyme immunoassay) Were measured.

도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유의 MTT 분석결과를 나타낸 그래프 및 나노섬유 상의 세포증식거동의 주사전자 현미경 사진을 나타낸 도면이다. MTT분석법을 이용한 결과와 주사전자현미경의 결과가 일치하는 바, 즉 플라즈마 처리 전 실크피브로인 나노섬유 상에서 세포의 접착 및 증식거동이 잘 이루어지는 것을 확인하였으나, 그에 반해 플라즈마 처리한 실크피브로인 나노섬유의 경우는 증식거동이 비교적 활발하지 않은 것을 확인할 수 있다. FIGS. 7 and 8 are graphs showing MTT analysis results of nanofibers according to an embodiment of the present invention and scanning electron microscope photographs of cell proliferation behavior on nanofibers. The results of MTT analysis and scanning electron microscopy showed that the adhesion and propagation behavior of the cells on the silk fibroin nanofibers before the plasma treatment was good. On the other hand, in the case of the plasma treated silk fibroin nanofibers, It can be confirmed that the propagation behavior is not relatively active.

특히 12-well cell culture plate 표면에서의 세포의 접착 및 증식거동이 더욱 활발하게 이루어지는 것을 확인 할 수 있었으며, 플라즈마 처리 전 실크피브로인 나노섬유의 표면의 세포증식보다 상기 플라즈마 처리한 실크피브로인 나노섬유 표면의 세포증식이 비교적 활발하지 않은 것을 확인함으로써 플라즈마 처리를 통하여 차폐특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. In particular, it was confirmed that cell adhesion and propagation behavior on the surface of 12-well cell culture plate is more actively performed, and that the surface of the silk fibroin nanofiber on the surface of the silk fibroin nanofiber before the plasma treatment Confirming that the cell proliferation is relatively inactive, it is confirmed that the shielding property is improved by the plasma treatment.

본 발명에서는 표면개질한 실크피브로인 나노섬유시트의 차폐막 효능을 평가하기 위하여 실험대상으로 rabbit을 사용하였다. Rabbit은 4주령 (weight: 2.9~3.1 kg) 5 마리를 건강한 상태에서 다음과 같이 동물실험을 실시하였다. In the present invention, rabbit was used as a test object in order to evaluate the shielding effect of the surface-modified silk fibroin nanofiber sheet. Five rabbits were weaned at 4 weeks of age (weight: 2.9 ~ 3.1 kg).

Rabbit의 두개골 4군데 천공을 내고 대조군으로서 각 rabbit마다 4개의 천공 중 하나는 차폐막을 삽입하지 않고, 비교군으로 3군데에 제조한 표면개질한 실크피브로인 나노섬유 차폐막을 삽입하여 수술을 끝내고, 4주 후 두개골을 열고 천공을 낸 두개골을 채취하여 H&E staining과 Trichrome staining을 하여 조직의 차폐정도를 분석하였다. 그 결과 도 9에서 보는 바와 같이 차폐막 안쪽으로 연조직의 침투가 없이 신생 골조직이 잘 형성된 것을 확인할 수 있었다.Rabbits were punctured at 4 sites. As a control group, one of the 4 punctures was inserted in each rabbit. The shielding membrane was not inserted, and 3 groups of surface-modified silk fibroin nanofiber shields were inserted. After the skull was opened, the perforated skull was taken and analyzed for H & E staining and trichrome staining. As a result, as shown in FIG. 9, it was confirmed that the new bone tissue was formed well without the penetration of the soft tissue into the shielding film.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (13)

제 1면에 소수성면, 제 2면에 친수성면을 포함하는 생체적합성 천연고분자의 나노섬유 부직포로 이루어지고,
상기 제 1면은 플루오린 기를 갖는 기체를 이용하여 처리시간 100 ~ 600Sec, 전력 10 ~ 100W, 가스유속 0.1 ~ 300 cc/min의 조건으로 플라즈마 처리를 통해 소수성 표면으로 개질한 것을 특징으로 하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막.
A non-woven fabric of a biocompatible natural polymer comprising a hydrophobic surface on a first surface and a hydrophilic surface on a second surface,
Wherein the first surface is modified to a hydrophobic surface by plasma treatment using a gas having a fluorine group under conditions of a treatment time of 100 to 600 sec, a power of 10 to 100 W, and a gas flow rate of 0.1 to 300 cc / min. Coated nanofiber shielding membranes.
제 1항에 있어서,
상기 생체적합성 천연고분자는 실크피브로인, 키토산, 콜라겐, 플루란, 젤라틴, γ-PGA[Poly(γ-glutamic Acid)], 알지네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막.
The method according to claim 1,
Wherein the biocompatible natural polymer is at least one selected from the group consisting of silk fibroin, chitosan, collagen, pullulan, gelatin,? - PGA [poly (? -Glutamic acid)], alginate, Modified nanofiber shielding membrane for induction of bone tissue induction.
제 1항에 있어서,
상기 나노섬유 부직포는 섬유 단면의 평균직경이 10nm 내지 1000nm 인 것을 특징으로 하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막.
The method according to claim 1,
Wherein the nanofiber nonwoven fabric has an average diameter of the fiber cross-section of 10 nm to 1000 nm.
제 1항에 있어서,
상기 나노섬유 부직포는 페니실린, 세파드린, 세파졸린, 세팔렉신, 세푸록심, 세파클러, 세프로질, 세파트리악손, 세포탁심, 세폭심, 세포독심, 메티실린, 디클로사신, 옥사실린, 플루클록사신, 아목시실린, 암피실린, 피페라실린, 티카실린, 아즐로실린, 카르베니실린, 세팔렉신, 세팔로틴, 세파테졸, 세파제돈, 세파맨돌, 세파테탄, 세파시틴, 세프타지딤, 이미페넴, 메로페넴, 에르타페넴, 파로페넴, 반코마이신, 바시트라신, 사이클로세린, 클로람페니콜, 테트라싸이클린, 에리스로마이신, 아지스로마이신, 클래리스로마이신, 스트렙토마이신, 네오마이신, 토보라마이신, 설파메톡사졸, 설파다이아진, 카나마이신, 다우노루비신, 이다루비신, 미토마이신, 독소루비신, 에피루비신, 블레오마이신, 닥티노마이신 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 포함된 것을 특징으로 하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막.
The method according to claim 1,
The nanofiber nonwoven fabric may be at least one selected from the group consisting of penicillin, cefadrin, cefazolin, cefalexin, cefuroxime, sephacler, cefprozil, cephatriaxone, cytotoxic, Cycloserine, cephadecenone, cephamandol, cephatanthin, cephacytin, ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, cyclamate, , Imipenem, meropenem, erthapenem, paropenem, vancomycin, bacitracin, cycloserine, chloramphenicol, tetracycline, erythromycin, azithromycin, clarithromycin, streptomycin, neomycin, tobramycin, Or a mixture thereof, from a group consisting of a compound selected from the group consisting of a sulfamoyl group, a sulfamoyl group, a sulfamoyl group, a sulfamoyl group, a sulfamoyl group, a sulfamoyl group, Wherein the nanofibrous shielding layer comprises at least one fiber.
삭제delete 실크피브로인을 유기용매에 용해시켜 실크피브로인 전기방사용액을 제조하는 단계;
상기 실크피브로인 전기방사용액을 전기 방사하여 실크피브로인 나노섬유 부직포를 제조하는 단계;
상기 실크피브로인 나노섬유 부직포를 수증기를 이용하여 불용성을 가지게 하는 실크피브로인 나노섬유 부직포 불용화 단계; 및
상기 불용성을 갖는 실크피브로인 나노섬유 부직포의 제 1면을 플루오린 기를 갖는 기체를 이용하여 처리시간 100 ~ 600 Sec, 전력 10 ~ 100 W, 가스유속0.1 ~ 300 cc/min의 조건으로 플라즈마 처리를 통해 소수성 표면으로 개질하는 단계; 를 포함하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막의 제조방법.
Dissolving silk fibroin in an organic solvent to prepare a silk fibroin electric spinning solution;
Preparing a silk fibroin nonwoven fabric nonwoven fabric by electrospinning the silk fibroin electric spinning solution;
Insolubilizing the silk fibroin nanofiber nonwoven fabric to make the silk fibroin nanofiber nonwoven fabric insoluble by using steam; And
The first side of the insoluble silk fibroin nanofiber nonwoven fabric is subjected to plasma treatment under the conditions of a treatment time of 100 to 600 sec, a power of 10 to 100 W, and a gas flow rate of 0.1 to 300 cc / min using a gas having a fluorine group Modifying it with a hydrophobic surface; Wherein the surface of the nanofibrous shielding film is in contact with the surface of the nanofiber.
제 6 항에 있어서,
상기 실크피브로인은 실크에서 세리신을 제거하는 단계; 상기 세리신이 제거된 실크피브로인을 염과 에탄올을 이용하여 실크피브로인 수용액을 제조하는 단계; 상기 실크피브로인 수용액에서 염과 에탄올을 제거하는 단계; 및 상기 염과 에탄올을 제거한 실크피브로인 수용액을 동결건조하여 재생 실크피브로인 분말을 얻는 단계를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the silk fibroin comprises: removing sericin from the silk; Preparing a silk fibroin aqueous solution by using the sericin-removed silk fibroin with a salt and ethanol; Removing salt and ethanol in the aqueous silk fibroin solution; And a step of lyophilizing the aqueous solution of silk fibroin from which the salt and ethanol are removed to obtain a regenerated silk fibroin powder.
제 6항에 있어서,
상기 유기용매는 1,1,1,3,3,3-헥사플로오로이소프로판올, 포름산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol, formic acid, and a mixture thereof. The surface-modified nanofiber shielding film for surface- Gt;
제 6항에 있어서,
상기 전기방사는 용액농도 1 ~ 50 wt%, 전압 5 ~ 100 kV, 토출속도 0.1 ~ 10 ml/h, 방사거리 3 ~ 50 cm 및 습도 1 ~ 50%의 전기방사조건으로 방사하여 나노섬유를 수득하는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막의 제조방법.
The method according to claim 6,
The electrospinning is carried out under an electrospinning condition of a solution concentration of 1 to 50 wt%, a voltage of 5 to 100 kV, a discharge rate of 0.1 to 10 ml / h, a radiation distance of 3 to 50 cm and a humidity of 1 to 50% Wherein the surface of the nanofibrous shielding layer is in contact with the surface of the nanofibers.
삭제delete 제 6항에 있어서,
상기 플루오린 기를 갖는 기체는 트리플루오르메탄, 테트라플루오르메탄, 헥사플루오로에탄, 테트라플루오르에틸렌, 옥타플루오르프로판, 헥사플루오르프로필렌, 퍼플루오르뷰탄, 퍼플루오르펜탄, 퍼플루오르헥산, 헥사플루오린화황 및 이들의 혼합기체로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막의 제조방법.
The method according to claim 6,
The gas having the fluorine group may be at least one selected from the group consisting of trifluoromethane, tetrafluoromethane, hexafluoroethane, tetrafluoroethylene, octafluoropropane, hexafluoropropylene, perfluorobutane, perfluoropentane, perfluorohexane, Wherein at least one selected from the group consisting of a mixed gas of barium titanate and a mixed gas of barium titanate is selected.
제 6항에 있어서,
상기 실크피브로인 전기방사용액에 페니실린, 세파드린, 세파졸린, 세팔렉신, 세푸록심, 세파클러, 세프로질, 세파트리악손, 세포탁심, 세폭심, 세포독심, 메티실린, 디클로사신, 옥사실린, 플루클록사신, 아목시실린, 암피실린, 피페라실린, 티카실린, 아즐로실린, 카르베니실린, 세팔렉신, 세팔로틴, 세파테졸, 세파제돈, 세파맨돌, 세파테탄, 세파시틴, 세프타지딤, 이미페넴, 메로페넴, 에르타페넴, 파로페넴, 반코마이신, 바시트라신, 사이클로세린, 클로람페니콜, 테트라싸이클린, 에리스로마이신, 아지스로마이신, 클래리스로마이신, 스트렙토마이신, 네오마이신, 토보라마이신, 설파메톡사졸, 설파다이아진, 카나마이신, 다우노루비신, 이다루비신, 미토마이신, 독소루비신, 에피루비신, 블레오마이신, 닥티노마이신 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 첨가하여 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막의 제조방법.
The method according to claim 6,
The silk fibroin solution for electrodialysis is prepared by dissolving or dissolving at least one selected from the group consisting of penicillin, sephadrine, caffeolin, cefalexin, cefuroxin, sepracur, sepharose, cefatriaxone, , Ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, ceftazidime, But are not limited to, thalidomide, tilidem, imipenem, meropenem, erthapenem, paropenem, vancomycin, bacitracin, cycloserine, chloramphenicol, tetracycline, erythromycin, azithromycin, clarithromycin, streptomycin, neomycin, A group consisting of sulfamethoxazole, sulfadiazine, kanamycin, daunorubicin, darubicin, mitomycin, doxorubicin, epirubicin, bleomycin, dactinomycin and mixtures thereof At least the surface-modified bone inductive reproducing method of producing a nanofiber shielding film for which the step of mixing and addition of one, characterized in that it further comprises from.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 표면개질된 골조직 유도 재생용 나노섬유 차폐막을 포함하는 의료용 나노섬유시트.A medical nanofiber sheet comprising the nanofiber shielding membrane for surface-modified bone tissue induction regeneration according to any one of claims 1 to 4.
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