KR101613571B1 - 유착방지막 용도의 생분해성 고분자 필름 및 생분해성 고분자 필름의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유착방지막 용도의 생분해성 고분자 필름 및 생분해성 고분자 필름의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 고분자 필름에 100 내지 400 kGy인 광원을 조사하여 가교 밀도가 150 내지 2200 mol/m³인 생분해성 고분자 필름과 이의 제조방법을 제공하며, 또한 상기 생분해성 고분자 필름을 용매로 팽윤시켜 제조한 하이드로겔과 이의 유착 방지막으로서의 의학적 용도를 제공한다.
본 발명에 따르면, 광원의 조사량을 증가시켜 가교 밀도를 증가시킨 생분해성 고분자 필름은 높은 인장강도와 파단신장율을 보여 유착방지막으로써 좋은 물성을 가지며, 또한 합성된 PEGDC은 세포독성이 매우 적고 가교된 PEO 겔 필름은 3주 이후에 완전히 체내에서 분해되므로 체내에서도 안전하게 사용할 수 있어 유착 방지막, 창상 피복제, 마스크팩 등의 소재로서 유용하게 사용할 수 있다.

Description

유착방지막 용도의 생분해성 고분자 필름 및 생분해성 고분자 필름의 제조 방법{Method for manufacturing biodegradable polymer film and biodegradable polymer film for anti-adhesion}

본 발명은 생분해성 고분자 필름에 광원을 조사하여 가교 밀도를 높임으로써 유착방지 효능을 높인 생분해성 고분자 필름과 그 제조방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 특정 기간이 지난 후 용이하게 생분해가 이루어지는 생분해성 고분자 필름과 그 제조방법에 관한 것이다.

유착이란, 염증, 창상, 마찰, 수술 등에 의한 창상 등 상처의 치유 과정에서 섬유조직이 과도하게 생성되거나, 혈액이 유출되어 응고하여, 서로 분리되어 있어야 할 주변 장기 또는 조직이 서로 달라붙는 현상을 의미하는 것이다. 유착 현상은 일반적으로 모든 종류의 수술 후에 발생할 수 있으며, 이러한 현상으로 인하여 수술 후 회복 과정에서 수술 주변 부위의 장기 또는 조직이 서로 부착하여 심각한 임상적 후유증이 발생할 수 있다.

이러한 유착을 방지하는 방법으로 수술 시 상처를 최소화하거나, 소염제를 사용하는 방법, 조직 플라스미노겐 활성인자(tissue plasminogen activator, tPA) 활성을 증가시키는 방법 및 물리적 장벽(barrier)을 사용하는 방법이 개발되어 사용되고 있다.

물리적 장벽인 유착방지막에는 대표적으로 필름 형태 및 겔 형태 등이 있다. 하지만 필름 형태는 주변 조직의 봉합부위에서 새로운 유착이 발생할 확률이 높고 복잡한 형태 및 도관 형태의 수술부위에 적용이 어려우며 시술이 어렵다는 단점이 있기 때문에 시술도 용이하고 감염의 위험성을 줄일 수 있는 겔 형태의 유착방지제의 효과가 더 기대되고 있다.

현재 겔 형태의 카르복시메틸셀룰로우스, 덱스트란 70 (dextran70), 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드 공중합체 (polyethylene oxide-polypropylene oxide 공중합체;Pluronic F127)로 제조한 Flowgel^®(Mediventures), 폴리락틱산을 기본으로 한 Adcon^®-L (Gliatech), 하이아루롤산을 기본으로 한 Intergel^®(Lifecore Biomedical), 천연고분자를 원료로 한 AdbA^®(Amitie)와 스프레이 형태의 폴리에틸렌옥사이드를 기본으로 한 Spraygel^®(Confluent Surgical) 등이 연구되거나 일부 시판되고 있다. 하지만 이런 겔 형태의 유착방지제는 상처가 치유되기 전에 체 내 (수용액 상)에서 쉽게 분해 및 흡수되어 유착방지제로서의 효능이 낮은 문제점을 가지고 있으며 이로 인해 기존의 유착방지제를 사용시 유착방지 효능이 50 ~ 70% 정도에 불과한 것으로 알려져 있다(J. M. Becker, et al., presented at Clinical Congress of Am. College of Surgeon, New Orleans, October 22 (1995)).

따라서 원하는 기간 동안 안정되게 생체 내 조직에 점착되어 제 기능을 발현하고 생산 비용이 저렴하며, 특정 기간이 지난 후 생분해가 용이하게 이루어지는 하이드로겔 형태의 조직 유착방지제의 개발이 필요하다.

한편, 피부는 인체를 외부 자극으로부터 보호하며 수분의 손실을 막아주고 체온조절, 세균침입 방지 등 중요한 생명보호기능을 수행하는 장기의 하나로 피부가 화상이나 각종 외상에 의해서 결손이 일어나게 되면 그 보호 작용이 상실되어 여러 가지 부작용과 외부로부터의 세균 감염 등을 일으켜 환부의 치료를 어렵게 한다.

따라서 상처의 치료를 신속하게 하고 이차적인 각종 부작용을 최소화하기 위해서는 적절한 창상 피복제를 이용한 상처 치료가 필수적이다.

이상적인 창상 피복제 요건은 상처와의 접촉 면에서 적당한 습기의 유지 능력, 삼출물의 흡수 능력, 상처에 대한 부착과 제거의 용이성, 외부와의 가스ㆍ수증기 전달 능력, 외부로부터의 단열성, 박테리아의 침입에 대한 방어력, 인체에 대한 방어력, 인체에 무독성, 경제성 등이 있다.

그러나 통상의 거즈 및 부직포 형 창상 피복제는 삼출액의 흡수는 용이하나 박테리아의 감염에 대한 방어기능이 없고 상처를 건조한 상태로 유지시켜 치료를 지연시킬 뿐만 아니라 창상 피복제가 상처 면에 부착되어 교환 시 신생조직의 손상을 초래하며 제거가 용이하지 못한 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 신축성이 뛰어나고, 삼출액의 흡수성을 갖고, 창상 면의 치유를 촉진하기에 적합한 습윤환경을 장시간 유지할 수 있는 하이드로겔 창상 피복제가 필요하다.

따라서 상기의 문제를 해결하기 위해서 원하는 기간 동안 안정되게 생체 내 조직에 점착되어 제 기능을 발현할 수 있으며 특정 기간이 지난 후 생분해가 용이하게 이루어지는 유착방지제 및 창상 피복제 용도의 하이드로겔 개발이 절실하다.

상기의 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 생체 내 주입되어 조직 간의 유착 방지 효능 및 조직에의 점착력이 개선된 생분해성 고분자 필름을 제공하는데 그 목적이 있다.

더불어 특정 기간이 지난 후 생분해가 용이하게 이루어지는 생분해성 고분자 필름을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 생분해성 고분자 필름을 수술용 조직 유착 방지제, 창상 피복제 또는 마스크팩으로 사용하는 용도를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 생분해성 고분자 필름에 100 내지 400 kGy인 광원을 조사하여 가교 밀도가 150 내지 2200 mol/m³인 것을 특징으로 하는 생분해성 고분자 필름을 제공한다.

또한, 본 발명은 생분해성 고분자 필름에 100 내지 400 kGy인 광원을 조사하여 가교 밀도가 150 내지 2200 mol/m³인 생분해성 고분자 필름을 용매로 팽윤시켜 제조한 하이드로겔을 제공한다.

상기 하이드로겔은 유착 방지막, 창상 피복제 또는 마스크팩의 소재로서 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은 생분해성 고분자 필름을 형성하는 필름 형성 단계; 및 상기 형성된 필름에 100 내지 400 kGy의 광원을 조사하는 가교 결합 단계를 포함하는 생분해성 고분자 필름의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 광원의 조사량을 증가시켜 가교 밀도를 증가시킨 생분해성 고분자 필름은 높은 인장강도와 파단신장율을 보여 유착방지막으로써 좋은 물성을 가지고 있다. 또한 합성된 폴리에틸렌 글리콜디카복실레이트(Polyethylene glycol dicarboxylate, PEGDC)는 세포독성이 매우 적고 가교된 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethylene oxide,PEO) 겔 필름은 3주 이후에 완전히 체내에서 분해되므로 체내에서도 안전하게 사용할 수 있다. 때문에 본 발명의 생분해성 고분자 필름은 현재 100% 수입에 의존하고 있는 필름형 유착방지재료를 대체할 수 있다. 또한 시중에서 판매되고 있는 제품보다 더 우수한 창상 치유 효과를 보이므로 이상적인 창상 피복제로 사용될 수 있다.

도 1 중 도 1a는 수평균 분자량이 400000인 PEO의 전자빔 조사량에 따른 겔 강도를 나타낸 그래프이고, 도 1b는 수평균 분자량이 400000인 PEO의 전자빔 조사량에 따른 팽창률을 나타낸 그래프이고, 도 1c는 수평균 분자량이 400000인 PEO의 전자빔 조사량에 따른 크기 증가를 나타낸 그래프이다.
도 2 중 도 2a는 폴리에틸렌 글리콜디메타크릴레이트(Polyethylene glycol dimethacrylate, PEGDA, Mn750)의 전자빔 조사량에 따른 겔 강도를 나타낸 그래프이고, 도 3b는 폴리에틸렌 글리콜디메타크릴레이트(Polyethylene glycol dimethacrylate, PEGDA, Mn750)의 전자빔 조사량에 따른 팽창율을 나타낸 그래프이다.
도 3 중 도 3a는 PEO의 분자량에 따른 겔 강도를 나타낸 그래프이고, 도 3b는 PEO의 분자량에 따른 팽창률을 나타낸 그래프이고, 도 3c는 PEO의 분자량에 따른 크기 증가를 나타낸 그래프이다.
도 4 중 도 4a는 PEGDA의 함량에 따른 겔 분율의 변화에 대한 그래프이고, 도 4b는 시간에 따른 팽윤도의 변화에 대한 그래프이다.
도 5는 NMR을 이용하여 PEG와 무수 말레인산(maleic anhydride)을 이용해서 합성한 PEGDC를 측정한 그래프이다.
도 6는 FT-IR을 이용하여 전자빔의 조사량에 따른 폴리에틸렌 글리콜디메타크릴레이트(Polyethylene glycol dimethacrylate, PEGDA)의 C=O 신축과 C=C 신축 피크의 크기변화를 측정한 그래프이다.
도 7은 PEGDA의 함유량에 따른 투습도(Water vapor transmission rate)를 나타낸 그래프이다.
도 8 중 8a는 PEGDA의 함유량에 따른 인장 강도를 나타낸 그래프이고, 도 8b는 PEGDA의 함유량에 따른 영률(Young's modulus)을 나타낸 그래프이고, 도 8c는 PEGDC의 함유량에 따른 인장 강도를 나타낸 그래프이고, 도 8d는 PEGDC의 함유량에 따른 영률(Young's modulus)을 나타낸 그래프이다.
도 9 중 9a는 가교제의 종류에 따른 인장강도에 관한 그래프이고 9b는 가교제의 종류에 따른 파단연신율에 관한 그래프이다.
도 10은 PEDGC의 세포독성에 대해 섬유아세포 NIH-3T3를 live/dead 영상 분석을 이용해서 분석한 이미지이다.
도 11 중 도 11a는 건조된 멸균 거즈, 수분이 함유된 멸균 거즈 및 본 발명으로 제조된 하이드로겔을 사용하여 창상이 치유되는 것을 시간에 따라 나타낸 이미지이고, 도 11b는 건조된 멸균 거즈, 국내 I사의 하이드로겔 및 본 발명의 제조방법으로 제조된 하이드로겔을 사용하였을 때 창상의 크기를 나타낸 그래프이고, 도 11c는 건조된 멸균 거즈, 국내 I사의 하이드로겔 및 본 발명의 제조방법으로 제조된 하이드로겔을 사용하였을 때의 상피 형성률을 나타낸 그래프이다.
도 12은 건조된 멸균 거즈, 국내 I사의 하이드로겔 및 본 발명의 제조방법으로 제조된 하이드로겔을 사용하였을 때의 조직병리학적 프로파일을 나타낸 이미지이다.
도 13는 가교제의 구성에 따른 용혈도에 대한 그래프이다.
도 14 중 14a는 PEGDA의 함량에 따른 조직접착성에 대한 그래프이고, 14b는 PEGDC의 함량에 따른 조직접착성에 대한 그래프이다.
도 15 중 15a는 유착방지 실험에 관한 사진이다. 15a의 (a)는 비교실험에 사용한 국내사의 유착방지재료를 보여주고 있고, (b)는 10분간 생리식염수에 팽윤시킨 유착 방지막으로 사용된 가교 겔 필름을 보여준다. 그림 (c)는 개복하여 수술용 소작기를 이용해서 2×2 cm로 화상을 입힌 모습을 나타낸다. 그림 (d)는 유착이 일어나지 않은 모습을 보여주고 있으며, 그림 (e)는 완전히 유착이 된 모습을 보여 주고 있다. 그림 (f)는 유착된 조직을 분석하기 위해 인위적으로 분리한 모습을 보여 주고 있다. 15b는 유착된 정도를 점수화한 표이다. 유착이 없으면 a0, 유착이 25% 이하이면 a1, 50% 이하이면 a2, 75% 이하이면 a3, 유착이 75% 이상이면 a4로 표시하였다.

본 발명은 생분해성 고분자 필름에 100 내지 400 kGy인 광원을 조사하여 가교 밀도가 150 내지 2200 mol/m3인 것을 특징으로 하는 생분해성 고분자 필름을 제공한다.

상기 생분해성 고분자 필름의 재료로 생분해성 고분자는 200 g/mol 내지 1,000,000 g/mol 의 분자량을 갖는 것이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니며, 그 예로는 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO), 폴리에틸렌글리콜디(메)아크릴레이트(Poly(ethylene glycol) di(meth)acrylate; PEGDA), 폴리프로필렌글리콜디(메)아크릴레이트(Poly (propylene glycol) di(meth)acrylate; PPGDA), 이중결합을 포함하고 있거나 포함하지 않는 폴리에틸렌글리콜디카르복실레이트(Poly(ethylene glycol) dicarboxylate; PEGDC), 폴리글리시돌(polyglycidol; PG) 유도체, 및 상기 폴리에틸렌옥사이드 또는 폴리글리시돌과 블록 또는 그라프트된 폴리카프로락톤(polycarprolactone; PCL)으로 이루어진 군에서 선택된 둘 이상의 혼합물을 할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 생분해성 고분자로는 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO) 또는 폴리글리시돌(Polyglycidol; PG) 5 내지 95 중량 %; 및 폴리프로필렌글리콜디(메)아크릴레이트(Poly(propylene glycol) di(meth)acrylate; PPGDA), 폴리에틸렌글리콜디(메)아크릴레이트(Polyethylene glycol di(meth)acrylate; PEGDA) 또는 이중결합을 포함하고 있거나 포함하지 않는 폴리에틸렌글리콜디카르복실레이트(Poly(ethylene glycol) dicarboxylate; PEGDC) 5 내지 95 중량 %를 포함할 수 있다.

상기 광원은 전자빔, 감마선 및 자외선으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 이때, 광원이 100 kGy 미만이면 가교 밀도가 낮아서 쉽게 부서질 수 있는 문제가 야기될 수 있고, 400 kGy를 초과하면 너무 많은 라디칼의 생성으로 가교 밀도가 너무 높아 유착방지막으로 사용 시 한 달 이내에 생 분해가 되지 않는 문제가 야기될 수 있다.

상기 생분해성 고분자 필름은 용융, 압출 또는 블로몰딩(blow molding)을 통해 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 생분해성 고분자 필름은 가교 밀도가 150 내지 2200 mol/m3를 벗어나면 쉽게 부서지거나 생 분해 속도가 느린 문제가 야기될 수 있다.

또한, 본 발명은 생분해성 고분자 필름을 형성하는 필름 형성 단계; 및 상기 형성된 필름에 100 내지 400 kGy의 광원을 조사하는 가교 결합 단계를 포함하는 생분해성 고분자 필름의 제조방법을 제공한다.

상기 필름 형성 단계는 생분해성 고분자 혼합물 또는 이의 수용액을 용융, 직접 압출 또는 블로몰딩(blow molding)하는 방법을 이용하여 필름을 형성할 수 있다.

본 발명의 한 구체 예에 따르면, 먼저 생분해성 고분자와 증류수를 혼합하여 생분해성 고분자 혼합물 또는 수용액을 제조하며, 이때 2 내지 36 시간, 12 내지 36 시간 또는 24 시간 내지 36 시간 동안 교반하여 혼합물을 제조하거나 수분이 없이 고분자 혼합물을 직접 용융할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

이렇게 제조된 생분해성 고분자 수용액이나 용융된 고분자 혼합물을 직접 압출 또는 블로몰딩(blow molding) 등과 같은 방법을 통해 고분자 필름으로 제조할 수 있다.

상기 생분해성 고분자 필름의 재료로 생분해성 고분자는200 g/mol 내지 1,000,000 g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니며, 그 예로는 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO), 폴리에틸렌글리콜디(메)아크릴레이트(Poly(ethylene glycol) di(meth)acrylate; PEGDA), 폴리프로필렌글리콜디(메)아크릴레이트(Poly (propylene glycol) di(meth)acrylate; PPGDA), 이중결합을 포함하고 있거나 포함하지 않는 폴리에틸렌글리콜디카르복실레이트(Poly(ethylene glycol) dicarboxylate; PEGDC), 폴리글리시돌(polyglycidol; PG), 및 상기 폴리에틸렌옥사이드 또는 폴리글리시돌과 블록 또는 그라프트된폴리카프로락톤(polycarprolactone; PCL)으로 이루어진 군에서 선택된 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 생분해성 고분자으로는 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO) 또는 폴리글리시돌(Polyglycidol; PG) 5 내지 95 중량 %; 및 폴리프로필렌글리콜디(메)아크릴레이트(Poly(propylene glycol) di(meth)acrylate; PPGDA), 폴리에틸렌글리콜디(메)아크릴레이트(Polyethylene glycol di(meth)acrylate; PEGDA) 또는 이중결합을 포함하고 있거나 포함하지 않는 폴리에틸렌글리콜디카르복실레이트(Poly(ethylene glycol)dicarboxylate; PEGDC) 5 내지 95 중량 %를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구체 예에서, 상기 광원은 전자빔, 감마선 및 자외선으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 상기 광원의 조사량은 100 내지 400 kGy 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 제조방법에 따르면, 광원의 조사량을 증가시킴으로써 생분해성 고분자 필름의 가교 밀도가 향상되는 효과가 있다. 이를 통해 생분해성 고분자 필름의 기계적 물성이 향상되며 분해 속도가 느려지는 결과로 유착방지 능력이 향상되는 효과가 있다. 또한 PEGDC 겔 필름은 다른 생체적합성 고분자와 비교해서 적은 세포독성이 있으며 가교된 PEO 겔 필름은 3주 이후에 완전히 체내에서 분해되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 생분해성 고분자 필름에 100 내지 400kGy인 광원을 조사하여 가교 밀도가 150 내지 2200mol/m3인 생분해성 고분자 필름을 용매로 팽윤시켜 제조한 하이드로겔을 제공한다.

상기 하이드로겔은 유착 방지막, 창상 피복제 또는 마스크팩의 소재로서 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

< 참조예 >

본 발명의 PEO(수평균분자량 20만, 40만, 60만), PEGDA(Mn 750), PEGDC의 합성에 사용된 polyethylene glycol(M_n3000), 무수 말레인산(maleic anhydride)은 모두 알드리치(Aldrich사)에서 구매하였다.

< 실시예 1> 폴리에틸렌 글리콜 디카보실레이트( Polyethylene glycol dicarboxylate, PEGDC ) 의 합성

PEGDC는 하기 반응식 1과 같이 제조하며, 먼저 PEG 3.35g을 25mL 톨루엔에 녹인 후 환류를 통해 끓이면서 PEG에 있는 수분을 제거하였다. 용액을 식힌 후 0.196g의 무수 말레인산을 녹이고 질소분위기에서 80℃로 18시간 동안 반응하였다. 생성물은 소량의 메틸렌 클로라이드(Methylene chloride, MC)에 녹인 후 에테르에서 3번 침전한 후 걸러서 50 ℃ 에서 6시간 동안 건조한 후 진공에서 하루 동안 건조하였다.

[반응식 1]

< 실시예 2> PEO / PEGDA 고분자 필름과 PEO / PEGDC 고분자 필름의 제조

1) 겔 분율 및 팽창율 특성에 대한 전자빔 조사 효과 검토

(1) PEO 고분자 필름

건조 폴리에틸렌옥사이드(PEO; Mn400,000) 필름(2 cm x 2 cm)을 50℃에서 24시간 동안 증류수에 담가 용해성 부분을 제거하고 불용성 부분을 얻어 50℃에서 24시간 동안 오븐에서, 그리고 50℃, 6시간 동안 진공 오븐에서 건조하여 항률 건조중량을 얻었다. 겔 분율 정도는 다음 수학식을 이용하여 불용성 건조중량(Wc)과 최초 고분자 필름 건조 중량(Wo) 간의 중량비로부터 산출하였다

[수학식 1]

겔 분율 % = (Wc / Wo) x 100

도 1a과 같이, 겔 분율 정도는 전자빔 조사량이 100 kGy에서 0.21, 300 kGy에서 0.59로, 전자빔 조사량이 증가할수록 겔 분율 정도도 지속적으로 증가하였다.

더불어, 상기 중량을 알고 있는 건조 PEO 필름(2 cm x 2 cm)을 실온에서 증류수에 담가 평형 중량에 도달할 때까지 유지시켰다. 팽창된 겔의 중량을 필터지를 이용하여 과량의 표면 물의 제거 후 다른 팽창시간 간격으로 측정하였다. 이러한 과정은 더 이상 중량이 증가되지 않을 때까지 반복하였다. 팽창율(SR)은 다음 수학식을 이용하여 산출하였다. 이때, Wt 및 Wo는 각각 팽창된 겔시간 t의 중량과 최초 고분자 필름 건조 중량을 의미한다.

[수학식 2]

SR % = (Wt/Wo) x 100%

도 1b와 같이, 팽창율은 전자빔 조사량이 100 kGy에서 300 kGy로 증가할수록 3567%에서 1013%로 감소하였다. 100 kGy를 제외하고는 모든 필름은 신속하게 물에서 팽창되어 10분 이내 평형에 도달하였다.

또한, PEO 필름 겔의 길이(cm)를 다음 수학식과 같이 사이즈 % 증가율(IS)로 산출하였다. 이때, L 및 Lo는 각각 평형 상태에서 팽창된 겔의 길이와 건조 PEO 필름의 길이를 의미한다.

[수학식 3]

IS % = (L-Lo)/Lo x 100%

도 1c와 같이, 전자빔 조사량이 300 kGy일 때 가장 작은 팽창율이 120%로 나타났다.

(2) PEO / PEGDA 가교 고분자 필름

폴리에틸렌 글리콜디메타크릴레이트(Polyethylene glycol dimethacrylate, PEGDA, Mn 750) (2 cm x 2 cm)을 50℃에서 24시간 동안 증류수에 담가 용해성 부분을 제거하고 불용성 부분을 얻어 50℃에서 24시간 동안 오븐에서, 그리고 50℃, 6시간 동안 진공 오븐에서 건조하여 항률 건조중량을 얻었다. 겔 분율 정도는 상기 수학식 1을 이용하여 불용성 건조중량(Wc)과 최초 고분자 필름 건조 중량(Wo) 간의 중량비로부터 산출하였다

도 2a와 같이, 겔 분율은 50 kGy에서 37.33±1.71 %를 보이다 서서히 증가해서 73.71 %까지 증가하는 것을 보여 주고 있다. 또한 가교제로 PEGDA를 사용한 경우 가교 밀도가 순수 PEO를 사용한 경우보다 훨씬 높은 것을 보여 주었다.

더불어, 상기 중량을 알고 있는 건조 PEGDA 필름(2 cm x 2 cm)을 실온에서 증류수에 담가 평형 중량에 도달할 때까지 유지시켰다. 팽창된 겔의 중량을 필터지를 이용하여 과량의 표면 물의 제거 후 다른 팽창시간 간격으로 측정하였다. 이러한 과정은 더 이상 중량이 증가되지 않을 때까지 반복하였다. 팽창율(SR)은 상기 수학식 2를 이용하여 산출하였다.

도 2b와 같이, 팽창율은 전자빔 조사량이 50 kGy에서 200 kGy로 증가할수록 376%에서 269%로 감소하였다. 또한 모든 필름은 신속하게 물에서 팽창되어 5분 이내 평형에 도달하였다.

2) 겔 분율 및 팽창율 특성에 대한 PEO 수평균 분자량 효과 검토

앞서 와 동일하게 실험하되, 전자빔 조사량이 아닌 PEO 수평균 분자량을 변경한 결과, 도 3a와 같이, 수평균 분자량(Mn)이 더 높은 PEO를 사용할 경우 겔 형성 분율 정도가 더 증가하였고, 도 3b와 같이, 수평균 분자량(Mn)이 더 높은 PEO를 사용할 경우 팽창율이 더 감소하였다.

따라서, PEO 400,000 g/mol의 분자량에서 300 kGy의 전자빔 조사를 하는 경우 최대 겔 분율과 최소 팽창율에 도달할 수 있었다. 한편, PEO 분자량이 증가할 때 점도 증가로 인해 고분자 용액의 가공성이 나빠지므로, 향후 PEO/PEGDA(폴리에틸렌글리콜 디(메)아크릴레이트) 필름 제조를 위해서 전자빔 조사량은 300 kGy, PEO 분자량을 400,000 g/mol로 정하였다.

3 ) PEO / PEGDC 가교 고분자 필름의 제조

PEO에 PEGDC를 0.25, 5, 7.5 및 10 중량부로 각각 첨가하였다. 이렇게 얻어진 혼합물을 압출기로 압출하여 0.3 mm 필름을 제조하였다. 그 후, 전자빔 0.7MeV, 전류 5mA를 이용해서 가교시킨 후, 상기 고분자 필름(2 cm x 2 cm)을 50℃에서 24시간 동안 증류수에 담구어 용해성 부분을 제거하고 불용성 부분을 얻어 50℃에서 24시간 동안 오븐에서, 그리고 50℃, 6시간 동안 진공 오븐에서 건조하여 PEO/PEGDA 고분자 가교 필름을 제조하였다.

4) PEO / PEGDA 가교 고분자 필름의 제조

PEO에 PEGDA를 0.25, 5, 7.5 및 10 중량부로 각각 첨가하였다. 이렇게 얻어진 혼합물을 압출기로 압출하여 0.3 mm 필름을 제조하였다. 그 후, 전자빔 0.7MeV, 전류 5mA을 이용해서 가교시킨 후, 상기 고분자 필름(2 cm x 2 cm)을 50℃에서 24시간 동안 증류수에 담구어 용해성 부분을 제거하고 불용성 부분을 얻어 50℃에서 24시간 동안 오븐에서, 그리고 50℃, 6시간 동안 진공 오븐에서 건조하여 PEO/PEGDA 고분자 가교 필름을 제조하였다.

5) PEO / PEGDC 고분자 필름의 가교 밀도 조사

상기 3)을 통해 제조한 PEO/PEGDC 고분자 필름의 건조 무게와 겔 상태의 무게를 측정하여 팽윤도와 부피분율을 구하고 이로부터 가교 밀도를 계산하였다(Zhiyong Xia et al. Determination of Crosslinking Density of Hydrogel Prepared from Microcrystalline Cellulose. J.Applied Polymer Science, 2013, 4537-4541).

전자빔 조사량에 따른 가교 밀도를 측정한 결과, 표 1과 같이, 전자빔 조사량이 100 kGy에서 300 kGy로 증가할수록 가교 밀도는 242.9 mol/m³에서 771.3 mol/m³로 증가하였다.

[표 1]

더불어, 전자빔 조사량을 300 kGy로 고정하고 가교제의 양에 따른 가교 밀도를 측정하였다.

그 결과 표 2와 같이, PEGDC의 함량이 높아질수록 가교 밀도가 증가하는 것을 보여 주었다.

[표 2]

6) PEGDA 함량이 고분자 필름에 미치는 영향

상기 4)의 PEO/PEGDA 고분자 필름 제조 방법을 똑같이 수행하며 PEGDA의 함량에 따른 겔 분율과 팽윤도의 변화를 조사한 결과, 도 4a와 같이, PEGDA의 함량이 10%일 때 58.85±1.01%에서 20%일 때 4.27±0.91% 증가함을 확인하였다. 그러나 PEGDA 함량이 25%로 증가할 경우에는 20%일 경우와 비교해서 별 차이가 나지 않거나 약간 감소함을 확인할 수 있었다. 이는 분자량이 낮은 가교제가 많이 들어갈 경우 오히려 가교 밀도가 떨어짐을 의미한다. 도 4b와 같이, 모든 샘플은 1분 이내에 최대 팽윤도를 보이면서 평형에 도달하였다. 팽윤도는 PEGDA의 양에 따라 감소하였고 평형의 경우 10%를 사용하였을 때 303.39±1.52%에서 30%를 사용하였을 때 234.10±1.17%로 감소함을 확인할 수 있었다.

7) 하이드로겔 필름의 제조

상기 3) 내지 4)를 통해 얻은 가교된 하이드로겔 필름은 생리식염수에서 1분 에서 최대 24시간 팽윤하여 사용하였다.

< 실험예 1> 가교 필름의 분광분석

1. NMR 분석

NMR 기기(VNS 300, Bruker사)를 이용하여 실시예 1에서 제조한 PEGDC의 NMR 분석한 결과, 도 5와 같이 CH₂CH₂O- (δ 3-2.7ppm), CH₂CH₂O- (δ 3.91-3.23ppm), -CH₂OCO- (δ 4.49-4.28ppm), -CHCHCOO-(δ 6.27-6.14 ppm), CHCHCOO- (δ 6.45-6.30ppm)등의 특징적인 피크가 나타났다.

2. FTIR 를 이용한 가교 현상 분석

FTIR-C86199(Perkin Elmer)를 사용해서 가교 필름의 기능성 기를 분석하였다. 이 때 Resolution은 4 cm^-1이고 분석에 사용한 파수 영역은 4000-500 cm^{- 1} 였다. 그 결과, 도 6과 같이 해상도는 전자빔의 조사량에 따라 점점 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 C=C 이중결합뿐 아니라 C=O 이중결합의 크기도 가교가 되어 점점 작아지는 것을 확인할 수 있었다.

< 실험예 2> 고분자 필름 하이드로겔의 투습도 분석

수증기 투습도는 JIS 1099A 표준 시험법을 이용하여 측정하였다. 즉, PEO/PEGDA 고분자 필름 하이드로겔의 둥근 조각을 50 g CaCl₂ 함유 7 cm 직경의 컵의 입구 상에 올려두고, 40℃에서 90% 상대습도(RH)의 반응기에 놓아 두었다. 투습도(WVTR)은 다음 수학식으로부터 산출하였다. 이때, W₁ 및 W₂은 각각 최초 및 두 번째 시간의 전체 컵 중량이며, S는 시편의 투과면적을 의미한다.

[수학식 4]

WVTR (g m^-2h^-1) = ((W₂-W₁)/S)

정상 피부의 수증기 투습도는 8.5 g/m²h 인 반면, 손상된 피부의 수증기 투습도는 11.6 g/m²h 이므로, 이상적인 창상 드레싱은 11.6 g/m²h보다 높은 수증기 투습도를 가져야 하며, 본 PEO/PEGDA 고분자 필름 하이드로겔은 도 7과 같이 19 g/m²h의 수증기 투습도를 나타내므로 이상적인 창상피복제 소재로서의 조건을 만족하였다.

< 실험예 3> 고분자 필름 하이드로겔의 기계적 특성 분석

1. 가교제 함량에 따른 기계적 특성 분석

PEO/PEGDA 및 PEO/PEGDC 고분자 필름 하이드로겔을 덤벨 모양으로 잘라 하이드로겔의 인장 강도 및 영률을 인장 시험기(Instron 4464, UK)로 측정하였다.

도 8a 및 도 8c 와 같이, PEGDA 또는 PEGDC 함량이 증가함에 따라 인장 강도는 증가하였고, 도 8b 및 도 8d와 같이 PEGDA 또는 PEGDC 함량이 증가함에 따라 영률도 신속하게 증가하였다. 그러나 물성이 증가되는 형태는 가교제의 종류에 따라 다름을 확인하였다.

이러한 결과로부터, PEO/PEGDA와 PEO/PEGDC 고분자 필름 하이드로겔은 창상피복제 및 유착방지막 소재로서 충분한 기계적 특성을 구비함을 알 수 있었다. 뿐만 아니라 PEO/PEGDA 보다 PEO/PEGDC의 기계적 강도가 낮은 용량에서 더 높은 값을 보임을 확인할 수 있었다.

2. 가교제 종류에 따른 기계적 특성 분석

인장 강도와 연신율은 가교제의 함량을 10%로 고정하고 인장시험 기계(tensile test machine (Instron3345))을 이용해서 10 mm/min의 속도로 일정 속도로 연신하며 상온에서 측정하였다. 도 9a와 9b와 같이, 가교제로 PEGDA를 사용한 경우 인장 강도가 가장 높았다. 그러나 이중결합의 수를 고려해 볼 때, PEGDC의 경우, PEGDA보다 약 25%의 이중 결합을 가지고 있음에도 유사한 인장강도를 보이고 있으며 파단 연신율도 가교제로 PEGDC를 사용한 경우가 70%로 가장 높은 수치를 보였다.

< 실험예 4> PEGDC 의 세포 외 독성검사

세포를 1mg/mL PEGDC 용액에 배양한 후 세포생존율을 live/dead 영상 분석을 이용해서 분석했다. 붉은 점은 죽은 세포를 나타내고, 녹색 형광은 살아 있는 세포를 나타낸다. NIH-3T3 세포독성은 아무것도 들어 있지 않은 매질에 있는 형광의 세기를 100 %로 간주하여 측정했다. PEGDC 존재 하의 섬유아 세포 NIH3T3의 생존성은 PEGDC가 없는 대조군에 대한 상대적 평가를 MTT assay를 이용해 실시했다. 도 10에서 PEGDC는 섬유아 세포 NIT3에 대해 낮은 독성을 보여주었다.

< 실험예 5> 창상치유 효과 검토

In vivo 창상치유 효과를 검토하기 위하여, 수컷 Sprague-Dawley 실험용 쥐(250-280g)를 실험동물로 이용하였다. 마취제인 Zoletil 50 (tiletamine/zolazepam) 및 Rompun (Xylazine hydrochloride)의 칵테일을 복강 주사하여 수술을 수행하였다. 수술 전에 전기면도칼을 이용하여 실험용 쥐의 배 부위에 있는 털을 제거하였다. 그 후, 2개의 창상(1.5 cm X 1.5 cm)을 만들기 위하여 등 피부를 절개하였다. 각 상처는 멸균 거즈(대조군), 비교 물질(Medifoam H, Ildong Pharm, Co., Korea) 또는 PEO/PEGDA 고분자 필름 하이드로겔로 각각 처리하였다. 모든 물질을 덮고 고무 접착 테이프(Micropore)로 고정하였고, 72 시간 후에 새로운 것으로 교체하였다.

각 실험용 쥐들은 분리된 케이지에서 사육되었고, 창상 부위의 디지털 이미지를 3일마다 촬영하여 수집하였다. 다음 식을 이용하여 창상 사이즈 감소와 상피화율(%)은 현미경 결과로부터 산출하였다.

이때, E_t = t 시간의 상피화 면적, W_t = t 시간의 창상 면적, W₀ = 최초의 창상 면적을 의미한다.

도 11a 내지 도 11c와 같이, PEO/PEGDA 고분자 필름 하이드로겔은 창상 크기 감소와 상피화 속도 측면에서 우수한 치료효과를 나타내었다.

< 실험예 6> 조직학적 분석

실험예 5와 같이 처치된 실험용 쥐의 진피 및 피하조직을 포함한 창상 시료를 수집하고 중앙 영역을 잘라내어 시료로 준비하였다. 상기 시료를 10% 중성 완충액 포르말린에 고정시켰다. 파라핀 포매 후 3-4 m의 절편을 준비하고 H&E(Hematoxylin and Eosin)으로 염색하여 광학현미경 분석을 수행하고, Masson's trichrome 염색을 통해 콜라겐 섬유를 관찰하였다. 그 후, 각 피부의 조직학적 프로파일을 광학현미경(E400, Nikon, Japan)으로 관찰하였다.

하기 표 3 및 도 12와 같이, PEO/PEGDA 고분자 필름 하이드로겔을 처치한 실험용 쥐에서는 의미 있는 창상의 신속한 재생, 과립화 조직의 신속한 재구축, 더 낮은 염증 세포 침투와 더 낮은 신생혈관형성을 관찰할 수 있었고, 또한 콜라겐 섬유 재생 영역도 증가하였다.

[표 3]

< 실험예 7> 용혈도 분석

실시예 2에서 제작된 건조 하이드로겔 필름을 0.9% NaCl 용액에 담궈서 37℃에서 24시간 동안 평형에 도달하도록 했다. 덱스트로오스-시트르산(acid citrate dextrose, ACD)혈액 0.25mL를 하이드로겔 필름이 담겨 있는 바이알에 넣었다. 20분 후 2mL의 소금물을 더해 용혈을 멈춘 후 37℃에서 1시간 동안 배양했다. 양성 및 음성 컨트롤 샘플은 0.25mL의 인간 ACD 혈액과 소금물을 2.0mL증류수에 더해서 얻었다. 배양한 샘플은 45분 동안 원심분리한 후 상등액을 취해 UV-Vis 분광 기기(UV-Vis Spectrophotometer(Camry 5000))를 이용해서 545nm의 흡광도를 측정하였다. 다음 식을 이용하여 % 용혈도를 산출하였다.

이때, A는 흡광도를 의미한다.

도 13과 같이, PEGDC를 이용한 용혈실험은 상등액의 흡광도가 0.0587로 약 6%의 용혈반응을 보였다. 그리고 PEGDA를 이용한 용혈실험은 상등액의 흡광도가 0.0952 정도로 약 9.9%의 용혈반응을 보였다. PEGDC와 PEGDA를 이용하여 가교된 하이드로겔 필름의 낮은 용혈도는 생체재료로 사용하기에 충분한 가능성을 보여 준다.

< 실험예 8> 조직 접착성 분석

소의 내장을 이용한 조직 접착성 실험은 한국섬유개발연구원에 있는 인장 시험 기계(tensile test machine (Instron 4464,UK))를 이용하여 진행하였다. 실시예 2에서 제작된 하이드로겔 필름을 1인치의 너비와 7인치의 길이로 준비하여 접은 후 양 말단을 1/2인치 마스트 테이프를 이용해서 물방울과 같은 형태가 되도록 붙인 후 위 그립에 고정했다. 소의 내장(소장)을 1 평방 인치(square inch)가 되도록 잘라 아래의 그립에 고정하고 크로스 해드를 아래로 움직여 겔 필름과 소의 내장을 5분간 접촉시켰다. 하이드로겔 필름과 소장을 분리하는데 필요한 최대의 힘을 측정했다.

그 결과 도 16a와 같이, PEGDA/PEO 가교 겔 필름은 가교제의 함량이 25%일 때 최대의 접착 강도를 보였다. 도 16b와 같이, PEGDC/PEO 가교 겔 필름은 가교제의 함량이 10%일 때 최대의 접착 강도를 보였다.

< 실험예 9> 유착 방지 특성 분석

유착 방지 특성을 검토하기 위하여, 수컷 Sprague-Dawley 실험용 쥐(250-270 g) 30마리를 실험동물로 이용하여 22℃에서 12시간 주기의 밤낮 조건으로 2주 동안 실험하였다.

쥐들에게는 자유식으로 표준 실험 음식물(standard laboratory food)과 수돗물을 공급하며 사육하였고 마취제인 케타민 하이드로클로라이드(ketamine hydrochloride)와 자일라진 하이드로클로라이드(xylazine hydrochloride)를 근육조직에 주사하여 마취하였다.

그리고 복부 중앙을 4cm 개복하여 맹장을 확인하고, 열 소작기를 이용해 맹장의 복부 쪽에 2 cm² (1 X 2 cm)의 화상 부위를 만들었다.

첫 번째 그룹은 6 cm²(2 X 3cm)의 10% PEGDC 필름을 이용하여 화상 부위와 복막을 덮었다. 두 번째 그룹의 쥐들은 Guardix-SG^®한미제약. 한국)를 이용해 화상 부위와 복막을 덮었다. 그리고 4/0 Vircryl^®(Ehticon Endo surgery, Inc., Cincinnati, Ohio, USA)을 이용하여 모든 쥐들의 화상 부위와 복벽의 유착을 유도하고 4/0 검은 실크 봉합사(4/0 black silk suture)를 이용하여 개복 부위를 봉합하였다. 수술 후 21일이 되던 날 이산화탄소 흡입을 통해 안락사 시키고 두 명의 의사가 미리 정한 유착 정도에 따른 점수표(Avital S, Bollinger TJ, Wilkinson JD, Marchetti F, Hellinger MD, Sands LR.Preventing intra-abdominal adhesions with polylactic acid film: an animal study.Dis Colon Rectum. 2005 Jan;48(1):153-7)를 이용해서 실험 결과를 관찰하고 기록하였다.

그 결과, 도 15b와 같이, PEGDC를 가교제로 이용한 하이드로겔 필름의 전체 점수는 a10으로 시중에 판매되는 Guardix-SG^®의 전체 점수인 a13보다 더 나은 결과를 보여 주었다. 겔 타입의 Guardix-SG^®의 경우 시간이 지남에 따라 유착을 방지시키고 있는 고분자 겔 재료가 흘러 내리는 등 환부에서 이탈하여 환부에 오랫동안 남아 있지 못하였지만 PEGDC를 가교제로 사용한 경우는 Guardix-SG^®보다 더 높은 밀착성을 보여 유착율을 낮춰 주었다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO) 5 내지 95 중량%; 및 폴리에틸렌글리콜디카르복실레이트(Poly(ethylene glycol) dicarboxylate; PEGDC) 5 내지 95 중량%를 포함하는 생분해성 고분자 필름에 100 내지 400 kGy인 광원을 조사한 생분해성 고분자 필름을 용매로 팽윤시켜 제조한 하이드로겔.
8. 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO) 5 내지 95 중량%; 및 폴리에틸렌글리콜디카르복실레이트(Poly(ethylene glycol) dicarboxylate; PEGDC) 5 내지 95 중량%를 포함하는 생분해성 고분자 필름에 100 내지 400 kGy인 광원을 조사한 생분해성 고분자 필름을 용매로 팽윤시켜 제조한 하이드로겔을 포함한 유착방지막.
9. 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO) 5 내지 95 중량%; 및 폴리에틸렌글리콜디카르복실레이트(Poly(ethylene glycol) dicarboxylate; PEGDC) 5 내지 95 중량%를 포함하는 생분해성 고분자 필름에 100 내지 400 kGy인 광원을 조사한 생분해성 고분자 필름을 용매로 팽윤시켜 제조한 하이드로겔을 포함한 창상 피복제.
10. 폴리에틸렌옥사이드(Poly(ethylene oxide); PEO) 5 내지 95 중량%; 및 폴리에틸렌글리콜디카르복실레이트(Poly(ethylene glycol) dicarboxylate; PEGDC) 5 내지 95 중량%를 포함하는 생분해성 고분자 필름에 100 내지 400 kGy인 광원을 조사한 생분해성 고분자 필름을 용매로 팽윤시켜 제조한 하이드로겔을 포함한 마스크팩.
    
    
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

Images