KR101667444B1 - Organic-inorganic hybrid material and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

유무기 하이브리드 재료 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 유무기 하이브리드 재료는 섬유 형태의 유기 재료 및 상기 유기 재료 내에 입자 형태로 혼합된 무기 재료를 포함한다. 상기 유무기 하이브리드 재료의 제조 방법은 유기 재료를 유기 용매에 녹여 유기 용액을 형성하는 단계, 상기 유기 용액에 무기 재료를 분산시키는 단계, 상기 유기 용매를 제거하여 유무기 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 유무기 혼합물을 가열 로터에 넣고 회전시켜 유무기 하이브리드 섬유를 형성하는 단계를 포함한다. An organic / inorganic hybrid material and a method of manufacturing the same are provided. The organic hybrid material includes an organic material in the form of a fiber and an inorganic material mixed in the form of particles in the organic material. The method for producing an organic / inorganic hybrid material includes the steps of forming an organic solution by dissolving an organic material in an organic solvent, dispersing an inorganic material in the organic solution, removing the organic solvent to form an organic mixture, The organic-inorganic hybrid material is placed in a heating rotor and rotated to form an organic hybrid fiber.

Description

유무기 하이브리드 재료 및 그 제조 방법{ORGANIC-INORGANIC HYBRID MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an organic-inorganic hybrid material and a method for manufacturing the hybrid organic-inorganic hybrid material.

본 발명은 유무기 하이브리드 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic hybrid material and a manufacturing method thereof.

최근 의료 분야 등에 생체 분해성 고분자가 사용되고 있다. 상기 생체 분해성 고분자에 약물 등을 담지하여 체내외 상처의 치료에 사용하고 있다. 상기 생체 분해성 고분자는 유기 재료로서 단순히 약물을 전달하는 기능만을 수행하기 때문에 담지되는 약물에 의해서만 상처가 치료될 수 있고, 상기 약물의 종류도 한정되어 있어 뼈의 재생과 같은 의료 분야에는 그 사용이 제한적이다. 따라서, 다양한 형태의 상처 치료에 사용될 수 있는 새로운 형태의 소재가 요구되고 있다.Recently, biodegradable polymers have been used in the medical field. The biodegradable polymer is loaded with a drug or the like to be used for the treatment of external injuries. Since the biodegradable polymer performs only a function of transferring a drug as an organic material, it can be treated only by the drug to be supported, and the kind of the drug is limited. Therefore, its use is limited in medical fields such as bone regeneration to be. Therefore, a new type of material that can be used for various types of wound healing is required.

대한민국 등록특허공보 제10-0823895호(2008.04.21.자 공고)Korean Registered Patent No. 10-0823895 (published on April 21, 2008) 미국 공개특허공보 제2012-0247156호(2012.10.04.자 공개)U.S. Patent Application Publication No. 2012-0247156 (published on Apr. 4, 2012)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유기 재료와 무기 재료를 모두 포함하는 유무기 하이브리드 재료를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides an organic / inorganic hybrid material including both an organic material and an inorganic material.

본 발명은 간단한 공정으로 유무기 하이브리드 재료를 제조할 수 있는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing an organic hybrid material by a simple process.

본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해 질 것이다.Other objects of the present invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들에 따른 유무기 하이브리드 재료는, 섬유 형태의 유기 재료 및 상기 유기 재료 내에 입자 형태로 혼합된 무기 재료를 포함한다.The organic hybrid material according to embodiments of the present invention includes an organic material in the form of a fiber and an inorganic material mixed in the form of particles in the organic material.

상기 유무기 하이브리드 재료는 솜 형태를 가질 수 있다.The organic or inorganic hybrid material may have a cotton-like shape.

상기 유기 재료는 생체 적합성 유기 재료 또는 전도성 유기 재료일 수 있다. 상기 생체 적합성 유기 재료는, PLA(polylactic acid), PEG(polyethyleneglycol), PEO(polyethyleneoxide), PVP(polyvinylpyrrolidone), PCL(polycaprolactone), PGA(polyglycolic acid), PLLA(poly-L-lactic acid), PLGA(poly lactic co glycolide), PMMA(polymethyl methacrylate), PP(polypropylene), PS(polystyrene), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), BL(beta lactam), PC(polycarbonate), PHA(polyhydroxyalkanoate), P4HB(poly-4-hydroxybutyrate), PPF(polypropylene fumarate), PEG-DMA(polyethyleneglycol dimethacrylate), 키토산, 키토올리고머, 콜라겐, 젤라틴, 및 히아루론산 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 전도성 유기 재료는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PODOT), 폴리스티렌설포네이트(PSS), 및 이들의 변성 전도성 고분자 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The organic material may be a biocompatible organic material or a conductive organic material. The biocompatible organic material may be selected from the group consisting of PLA (polylactic acid), PEG (polyethyleneglycol), PEO (polyethylene oxide), polyvinylpyrrolidone (PVP), polycaprolactone (PCL), polyglycolic acid poly (lactic co glycolide), polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene (PP), polystyrene (PS), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), beta lactam, polycarbonate, polyhydroxyalkanoate (PHA) 4-hydroxybutyrate, PPF, PEG-DMA, chitosan, chitooligomer, collagen, gelatin, and hyaluronic acid. The conductive organic material may be at least one selected from the group consisting of polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly sulfur nitride, polyphenylene vinylene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PODOT), polystyrene sulfonate (PSS), and modified conductive polymers thereof.

상기 무기 재료는, 생체 적합성 무기 재료일 수 있다.The inorganic material may be a biocompatible inorganic material.

상기 생체 적합성 무기 재료는, 생체 세라믹 재료, 생체 활성 유리, 및 생체 적합성 나노 입자 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 생체 세라믹 재료는, 칼슘 포스페이트계 화합물, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 제올라이트, 코디어라이트, 뮬라이트, 금속, 금속 산화물, 및 자성 재료 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 생체 활성 유리는, Na2O-CaO-SiO2-P2O5 유리, MgO-CaO-SiO2-P2O5 유리, CaO-SiO2 유리, 상기 유리의 치환물, 세라바이탈(ceravital), 세라본(cerabone), 및 바이오베리트(bioverit) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 생체 적합성 나노 입자는, 금속 재료, 금속 산화물 재료, 및 자성 재료 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The biocompatible inorganic material may include one or more selected from a bioceramics material, a bioactive glass, and a biocompatible nanoparticle. The bioceramics material may include at least one selected from a calcium phosphate-based compound, alumina, zirconia, silica, zeolite, cordierite, mullite, metal, metal oxide, and magnetic material. The bioactive glass may be selected from the group consisting of Na 2 O-CaO-SiO 2 -P 2 O 5 glass, MgO-CaO-SiO 2 -P 2 O 5 glass, CaO-SiO 2 glass, ceravital ), Cerabone, and bioverit. ≪ / RTI > The biocompatible nanoparticles may include at least one selected from a metal material, a metal oxide material, and a magnetic material.

상기 섬유는 10nm ~ 10㎛의 직경을 가질 수 있고, 상기 입자는 1nm ~ 1㎛의 직경을 가질 수 있다.
The fibers may have a diameter of 10 nm to 10 μm, and the particles may have a diameter of 1 nm to 1 μm.

본 발명의 실시예들에 따른 유무기 하이브리드 재료의 제조 방법은, 유기 재료를 유기 용매에 녹여 유기 용액을 형성하는 단계, 상기 유기 용액에 무기 재료를 분산시키는 단계, 상기 유기 용매를 제거하여 유무기 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 유무기 혼합물을 가열 로터에 넣고 회전시켜 유무기 하이브리드 섬유를 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing an organic-inorganic hybrid material according to embodiments of the present invention includes the steps of forming an organic solution by dissolving an organic material in an organic solvent, dispersing an inorganic material in the organic solution, Forming a mixture, and placing the organic-inorganic hybrid mixture in a heating rotor and rotating the inorganic hybrid fiber to form an organic hybrid fiber.

상기 유무기 하이브리드 재료의 제조 방법은 상기 유무기 하이브리드 섬유를 모아 유무기 하이브리드 솜을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing the organic / inorganic hybrid material may further include forming the organic / inorganic hybrid cotton by collecting the organic / inorganic hybrid fibers.

상기 유무기 혼합물은 젤 형태를 가질 수 있다.The organic-inorganic hybrid mixture may have a gel form.

본 발명의 실시예들에 따르면, 섬유 형태의 유기 재료 내에 입자 형태로 혼합된 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료가 제조될 수 있다. 또, 원심 방사 방법을 이용한 간단한 공정으로 섬유 형태 및 솜 형태의 유무기 하이브리드 재료가 용이하게 제조될 수 있다. 다양한 유기 재료와 무기 재료를 이용하여 다양한 유무기 하이브리드 재료가 제조될 수 있다. 상기 유무기 하이브리드 재료는 의료 분야, 필터 소재 분야, 센서 소재 분야, 전지 소재 분야, 전기 화학 분야, 촉매 소재 분야, 에너지 응용 분야 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.According to embodiments of the present invention, an organic hybrid material including an inorganic material mixed in the form of particles in a fibrous organic material can be produced. In addition, a simple process using a centrifugal spinning method can easily produce an organic / inorganic hybride material in a fiber form and a cotton form. Various organic and inorganic hybrid materials can be manufactured using various organic materials and inorganic materials. The organic / inorganic hybrid material can be applied to various fields such as medical field, filter material field, sensor material field, battery material field, electrochemical field, catalytic material field, energy application field, and the like.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 재료의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 재료의 제조 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명에 실시예들에 따라 제조된 유무기 하이브리드 솜을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 솜의 FT-IR(Fourier transform infrared spectroscopy) 결과를 나타낸다.
도 5a는 본 발명에 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 솜의 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy) 이미지를 나타내고, 도 5b는 도 5a의 유무기 하이브리드 솜의 EDS(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 솜을 인간 골세포(human osteoblast)에 적용한 결과를 나타낸다.
FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic / inorganic hybrid material according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows an apparatus for producing an organic / inorganic hybrid material according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows an organic / inorganic hybrid cotton fabric prepared according to embodiments of the present invention.
FIG. 4 shows Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) results of an organic hybrid cotton according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5A shows an FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) image of an organic / inorganic hybrid cotton according to an embodiment of the present invention, FIG. 5B shows an EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) result of the organic hybrid cotton of FIG. .
FIG. 6 shows the result of applying the organic / inorganic hybrid cotton according to an embodiment of the present invention to human osteoblasts.

이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. The objects, features and advantages of the present invention will be easily understood by the following embodiments. The present invention is not limited to the embodiments described herein, but may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure may be thorough and complete, and that those skilled in the art will be able to convey the spirit of the invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention should not be limited by the following examples.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 재료의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an organic / inorganic hybrid material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 유무기 하이브리드 재료의 제조 방법은, 유기 용액 형성 단계(S11), 무기 재료 분산 단계(S12), 유무기 혼합물 형성 단계(S13), 및 유무기 하이브리드 섬유 형성 단계(S14)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the method for producing an organic-inorganic hybrid material includes forming an organic solution (S11), an inorganic material dispersing step (S12), a organic solvent mixture forming step (S13), and an organic hybrid fiber forming step ).

유기 재료를 유기 용매에 녹여 유기 용액을 형성한다(S11).The organic material is dissolved in an organic solvent to form an organic solution (S11).

상기 유기 재료는 생체 적합성 상기 유기 재료는 생체 적합성 유기 재료 또는 전도성 유기 재료일 수 있다. 상기 생체 적합성 유기 재료는, PLA(polylactic acid), PEG(polyethyleneglycol), PEO(polyethyleneoxide), PVP(polyvinylpyrrolidone), PCL(polycaprolactone), PGA(polyglycolic acid), PLLA(poly-L-lactic acid), PLGA(poly lactic co glycolide), PMMA(polymethyl methacrylate), PP(polypropylene), PS(polystyrene), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), BL(beta lactam), PC(polycarbonate), PHA(polyhydroxyalkanoate), P4HB(poly-4-hydroxybutyrate), PPF(polypropylene fumarate), PEG-DMA(polyethyleneglycol dimethacrylate), 키토산, 키토올리고머, 콜라겐, 젤라틴, 및 히아루론산 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 전도성 유기 재료는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PODOT), 폴리스티렌설포네이트(PSS), 및 이들의 변성 전도성 고분자 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The organic material may be biocompatible The organic material may be a biocompatible organic material or a conductive organic material. The biocompatible organic material may be selected from the group consisting of PLA (polylactic acid), PEG (polyethyleneglycol), PEO (polyethylene oxide), polyvinylpyrrolidone (PVP), polycaprolactone (PCL), polyglycolic acid poly (lactic co glycolide), polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene (PP), polystyrene (PS), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), beta lactam, polycarbonate, polyhydroxyalkanoate (PHA) 4-hydroxybutyrate, PPF, PEG-DMA, chitosan, chitooligomer, collagen, gelatin, and hyaluronic acid. The conductive organic material may be at least one selected from the group consisting of polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly sulfur nitride, polyphenylene vinylene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PODOT), polystyrene sulfonate (PSS), and modified conductive polymers thereof.

유기 용매는 유기 재료를 녹일 수 있는 용매, 예를 들어 클로로포름일 수 있다.The organic solvent may be a solvent capable of dissolving the organic material, such as chloroform.

상기 유기 용액에 무기 재료를 분산시킨다(S12).The inorganic material is dispersed in the organic solution (S12).

상기 무기 재료는 생체 적합성 무기 재료일 수 있다. 상기 생체 적합성 무기 재료는, 생체 세라믹 재료, 생체 활성 유리, 및 생체 적합성 나노 입자 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. The inorganic material may be a biocompatible inorganic material. The biocompatible inorganic material may include one or more selected from a bioceramics material, a bioactive glass, and a biocompatible nanoparticle.

상기 생체 세라믹 재료는, 칼슘 포스페이트계 화합물, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 제올라이트, 코디어라이트, 뮬라이트, 금속, 금속 산화물, 및 자성 재료 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 칼슘 포스페이트계 화합물은 인체 내의 골 성분과 유사하고, 상기 알루미나는 기계적 특성과 내식성이 우수하여 생체 구조용 세라믹으로 사용될 수 있다. 상기 지르코니아는 인성과 내충격성이 우수하여 생체 구조용 세라믹으로 사용될 수 있고, 상기 실리카는 생체 친화성 물질로 기계적, 열적, 화학적 안정성을 가지고 있으며, 상기 제올라이트는 인체 소화 계통에도 안전하며 흡착 특성과 이온교환능 특성을 기반으로 칼슘 포스페이트계 화합물과 혼합되어 임플란트 등에 사용될 수 있다. 상기 코디어라이트는 내열, 내충격 특성을 갖는 생체 활성 소재로 사용될 수 있고, 뮬라이트는 내침식성, 내산화성, 및 안정성에 기여하는 생체 활성 소재로 사용될 수 있다.The bioceramics material may include at least one selected from a calcium phosphate-based compound, alumina, zirconia, silica, zeolite, cordierite, mullite, metal, metal oxide, and magnetic material. The calcium phosphate compound is similar to a bone component in the human body, and the alumina is excellent in mechanical properties and corrosion resistance, and can be used as a bio-structural ceramic. The zirconia has mechanical, thermal and chemical stability as a biocompatible material, and the zeolite is safe for the human digestive system. The zeolite is excellent in adsorption property and ion exchange ability Can be mixed with a calcium phosphate based compound to be used for an implant or the like. The cordierite can be used as a bioactive material having heat resistance and impact resistance, and mullite can be used as a bioactive material contributing to erosion resistance, oxidation resistance, and stability.

상기 생체 활성 유리는, Na2O-CaO-SiO2-P2O5 유리, MgO-CaO-SiO2-P2O5 유리, CaO-SiO2 유리, 상기 유리의 치환물, 세라바이탈(ceravital), 세라본(cerabone), 및 바이오베리트(bioverit) 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 세라바이탈은 하이드록시아파타이트(HAP)를 포함하는 결정화 유리이고, 상기 세라본은 하이드록시아파타이트와 규회석(wollastonite)을 포함하는 결정화 유리이며, 상기 바이오베리트는 하이드록시아파타이트와 플로고파이트(phlogophite)를 포함하는 결정화 유리이다.The bioactive glass may be selected from the group consisting of Na 2 O-CaO-SiO 2 -P 2 O 5 glass, MgO-CaO-SiO 2 -P 2 O 5 glass, CaO-SiO 2 glass, ceravital ), Cerabone, and bioverit. ≪ / RTI > Wherein the ceravital is a crystallized glass including hydroxyapatite (HAP), the cerabol is a crystallized glass including hydroxyapatite and wollastonite, the biovert is hydroxyapatite and phlogophite, .

상기 생체 적합성 나노 입자는, 금속 재료, 금속 산화물 재료, 및 자성 재료 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 나노 입자로, TiO2, ZnO, SnO2, WO3, ZrO2, Cd 등의 촉매 입자가 사용되는 경우 기공성에 따라 다양한 종류의 가스를 흡입할 수 있다.The biocompatible nanoparticles may include at least one selected from a metal material, a metal oxide material, and a magnetic material. When catalyst particles such as TiO 2 , ZnO, SnO 2 , WO 3 , ZrO 2 , and Cd are used as the nanoparticles, various kinds of gases can be sucked depending on porosity.

상기 무기 재료는 상기 유기 재료에 분산이 될 수 있는 범위 내의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 무기 재료가 상기 범위를 벗어나 너무 많이 포함되는 경우 유기 용액 내에서 분산이 되지 않고 침전되어 섬유 형태로 제조되는 과정에서 상기 무기 재료가 불균일하게 존재하거나, 서로 뭉쳐서 가열 로터의 구멍 밖으로 나오지 못하거나 그 구멍을 막을 수 있다. The inorganic material may be contained at a weight ratio within a range that can be dispersed in the organic material. If the inorganic material is contained in excess of the above range, the inorganic material may be unevenly dispersed in the organic solution and may not be uniformly present in the process of being precipitated and formed into a fiber form, You can stop the hole.

상기 무기 재료가 상기 유기 용액 내에 균일하게 분산될 수 있도록 상기 유기 용매를 더 첨가할 수 있다. 또, 상기 유기 용액을 저어서 소용돌이(vortex)를 형성하거나 초음파 처리(sonification)를 하여 분산시킬 수 있다.The organic solvent may be further added so that the inorganic material can be uniformly dispersed in the organic solution. Alternatively, the organic solution may be stirred to form a vortex or dispersed by ultrasonic treatment.

상기 유기 용매를 제거하여 유무기 혼합물을 형성한다(S13).The organic solvent is removed to form an organic-inorganic mixture (S13).

상기 유기 용매를 휘발시키거나 가열하여 증발시켜 제거한다. 이때 유기 재료 내에 무기 재료가 분산된 유무기 혼합물이 형성된다. 상기 유무기 혼합물은 젤 형태를 가질 수 있다.The organic solvent is volatilized or heated to be removed by evaporation. At this time, the organic-inorganic hybrid material in which the inorganic material is dispersed is formed. The organic-inorganic hybrid mixture may have a gel form.

상기 유무기 혼합물을 가열 로터에 넣고 회전시켜 유무기 하이브리드 섬유를 형성한다(S14).The organic-inorganic hybrid mixture is placed in a heating rotor and rotated to form an organic hybrid fiber (S14).

상기 유무기 하이브리드 섬유는 10nm ~ 10㎛의 직경을 가질 수 있다. 상기 무기 재료는 상기 유무기 하이브리드 섬유 내에 입자 형태로 포함될 수 있다. 상기 입자는 1nm ~ 1㎛의 직경을 가질 수 있다.The organic / inorganic hybrid fibers may have a diameter of 10 nm to 10 탆. The inorganic material may be contained in the organic hybrid fiber in the form of particles. The particles may have a diameter of 1 nm to 1 탆.

상기 유무기 하이브리드 섬유는 형성 과정에서 모아져서 유무기 하이브리드 솜이 형성될 수 있다.The organic / inorganic hybrid fibers may be gathered in the formation process to form an organic hybrid cotton.

본 발명의 실시예들에 따르면, 원심 방사 방법을 이용한 간단한 공정으로 유기 재료와 무기 재료를 모두 포함하는 유무기 하이브리드 섬유 및 유무기 하이브리드 솜을 용이하게 제조할 수 있다. 또, 유무기 하이브리드 재료 내 유기 재료와 무기 재료의 비율(중량비)를 용이하게 조절할 수 있다. According to the embodiments of the present invention, it is possible to easily produce organic / inorganic hybrid fibers and inorganic / organic hybrid cotton containing both organic and inorganic materials by a simple process using a centrifugal spinning method. In addition, the ratio (weight ratio) of the organic material to the inorganic material in the organic / inorganic hybrid material can be easily controlled.

다양한 유기 재료와 무기 재료를 이용하여 다양한 유무기 하이브리드 재료를 제조할 수 있다. 예를 들어, 생체 적합성 재료 및 생체 친화성 재료를 이용하여 상처 치유 및 응급 처치 등 의료용 유무기 하이브리드 솜을 제조할 수 있다. 상기 유무기 하이브리드 솜은 쉽게 변형될 수 있어 다양한 형태의 상처 치료에 사용될 수 있고, 상처 부위에서 발생되는 해로운 물질을 모세관 현상에 의해 흡수하고 제거할 수 있다. 또, 뼈의 구성 성분인 HAP를 이용하여 제조된 유무기 하이브리드 솜은 뼈와 관련된 상처에 사용될 수 있고, 뼈의 재생을 촉진할 수 있다.A variety of organic and inorganic hybrid materials can be manufactured using various organic materials and inorganic materials. For example, a biocompatible material and a biocompatible material can be used to produce a medical hygiene cotton for medical treatment such as wound healing and first aid treatment. The organic / inorganic hybrid cotton can be easily modified and used in various types of wound treatments, and harmful substances generated in wound areas can be absorbed and removed by capillary action. In addition, the organic / inorganic hybrid cotton prepared using HAP, which is a constituent of bone, can be used for bones-related wounds and can promote bone regeneration.

유기 재료의 종류와 조성을 달리하여 생체 내외에서 분해되는 속도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 생체 분해 속도가 느린 PLA를 PGA와 혼합하여 그 분해 속도를 조절할 수 있고, 이에 의해 신체의 세포들이 자랄 수 있는 지지체로서 역할을 수행한 후에 신체의 회복 속도에 맞춰서 천천히 분해될 수 있다.The rate of decomposition in and out of the living body can be controlled by varying the type and composition of the organic material. For example, PLA, which is slow in biodegradation rate, can be mixed with PGA to regulate the rate of its degradation, which can then be slowly degraded to the body's recovery rate after acting as a support to which the cells of the body can grow .

상기 유무기 하이브리드 솜은 섬유 내부나 섬유망 사이의 공간을 통해 담체로서 역할을 수행할 수 있으며, 약물 및 유전자 전달체로 사용될 수 있다. 상기 약물은 난용성 약물, 수용성 약물 등 다양한 약물, 예를 들어 카올린(kaolin)과 같은 혈액 응고제, 독소루비신(doxorubicin)이나 파클리택솔(paclitaxol)과 같은 항암제 등을 포함할 수 있다. The organic / inorganic hybrid cotton may serve as a carrier through a space between the fiber and the fiber network, and may be used as a drug and a gene carrier. The drug may include various drugs such as poorly soluble drugs, water-soluble drugs, blood coagulants such as kaolin, anti-cancer drugs such as doxorubicin and paclitaxol, and the like.

전도성 고분자를 이용하여 제조된 유무기 하이브리드 솜은 섬유 직경과 솜 밀도를 조절하여 필터 소재 분야에 적용될 수 있고, 적합한 센서 재료를 이용하여 감염이나 오염 여부를 판단하는 센서 소재 분야에도 적용될 수 있으며, 이외에도, 전지 소재 분야, 전기 화학 분야, 촉매 소재 분야, 에너지 응용 분야 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
Organic hybrid cotton prepared by using conductive polymer can be applied to filter material field by controlling fiber diameter and cotton density and can also be applied to sensor material field for judging infection or contamination using suitable sensor material. , A battery material field, an electrochemical field, a catalyst material field, and an energy application field.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 재료의 제조 장치를 개략적으로 나타낸다.2 schematically shows an apparatus for producing an organic / inorganic hybrid material according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 제조 장치(10)는 가열 로터(11)와 외부 벽(12)을 포함할 수 있다. 상기 유무기 혼합물을 가열 로터의 중심에 넣은 후 가열하면서 회전시키면 원심력에 의해 가열 로터(11)의 메시에서 무기 재료가 혼합된 유기 재료가 섬유 형태로 빠져 나와 식으면서 외부 벽(12) 면에 유무기 하이브리드 섬유(F)가 형성된다. 유무기 하이브리드 섬유(F)는 섬유 형태의 유기 재료(OF)와 유기 재료(OF) 내에 입자 형태로 혼합된 무기 재료(IP)를 포함할 수 있다. 가열 로터(11)의 회전 속도(rpm)와 메시의 크기를 조절하여 형성되는 유무기 하이브리드 섬유(F)의 직경 크기를 조절할 수 있다. Referring to FIG. 2, the manufacturing apparatus 10 may include a heating rotor 11 and an outer wall 12. When the organic-inorganic hybrid mixture is placed in the center of the heating rotor and rotated while heating, the organic material mixed with the inorganic material in the meshes of the heating rotor 11 is centrifugally pulled out into the fiber form, To thereby form a hybrid fiber (F). The organic / inorganic hybrid fibers F may include an organic material OF in a fibrous form and an inorganic material IP mixed in a particulate form in the organic material OF. The diameter of the organic / inorganic hybrid fibers F formed by adjusting the rotating speed (rpm) of the heating rotor 11 and the mesh size can be adjusted.

가열 로터(11)의 중심에 유기무 혼합물을 연속적으로 제공할 수 있고 이에 의해 유무기 하이브리드 섬유(F)는 계속 형성될 수 있다. 유무기 하이브리드 섬유(F)는 외부 벽(12) 면에 쌓여 솜 형태의 유무기 하이브리드 재료가 형성될 수 있다. 이와 같이, 가열 로터를 이용한 원심 방사 방법에 의해 섬유 형태 및 솜 형태의 유무기 하이브리드 재료가 용이하게 형성될 수 있다.
The organic non-aqueous mixture can be continuously supplied to the center of the heating rotor 11, whereby the organic hybrid fiber F can be continuously formed. The organic / inorganic hybrid fibers F may be piled on the outer wall 12 to form a cotton-like organic / inorganic hybrid material. Thus, by the centrifugal spinning method using a heating rotor, a fibrous type and cotton-like organic / inorganic hybrid material can be easily formed.

실시예Example 1 One

3g의 PLA(유기 재료)를 10ml의 클로로포름(유기 용매)에 충분한 시간에 걸쳐서 완전히 녹여 유기 용액을 형성하고, 상기 유기 용액에 0.2g의 HAP(무기 재료)를 균일하게 분산시켰다. 상기 클로로포름을 휘발시켜 젤 형태의 PLA-HAP 혼합물(유무기 혼합물)을 형성하였다. 상기 PLA-HAP 혼합물을 가열 로터(도 2의 11 참조)에 넣고 가열하면서 빠르게 회전시켜 가열 로터 벽면의 뚫린 구멍을 통해서 PLA-HAP 섬유(유무기 하이브리드 섬유)가 방출되어 외부 벽(도 2의 12 참조)에 형성되었다. 상기 PLA-HAP 섬유가 모아져서 PLA-HAP 솜(유무기 하이브리드 솜)이 형성되었다.
3 g of PLA (organic material) was completely dissolved in 10 ml of chloroform (organic solvent) over a sufficient time to form an organic solution, and 0.2 g of HAP (inorganic material) was uniformly dispersed in the organic solution. The chloroform was volatilized to form a gel-like PLA-HAP mixture (organic mixture). The PLA-HAP fiber (organic hybrid fiber) was discharged through the hole in the wall of the heating rotor, and the PLA-HAP fiber (organic hybrid fiber) ). The PLA-HAP fibers were collected to form PLA-HAP cotton (organic hybrid cotton).

실시예Example 2 2

3g의 PLA를 10ml의 클로로포름에 충분한 시간에 걸쳐서 완전히 녹여 유기 용액을 형성하고, 상기 유기 용액에 0.4g의 HAP를 균일하게 분산시켰다. 상기 클로로포름을 휘발시켜 젤 형태의 PLA-HAP 혼합물을 형성하였다. 상기 PLA-HAP 혼합물을 가열 로터에 넣고 가열하면서 빠르게 회전시켜 가열 로터 벽면의 뚫린 구멍을 통해서 PLA-HAP 섬유가 방출되어 외부 벽에 형성되었다. 상기 PLA-HAP 섬유가 모아져서 PLA-HAP 솜이 형성되었다.
3 g of PLA was completely dissolved in 10 ml of chloroform for a sufficient time to form an organic solution, and 0.4 g of HAP was uniformly dispersed in the organic solution. The chloroform was volatilized to form a gel-like PLA-HAP mixture. The PLA-HAP mixture was rapidly rotated while being heated in a heating rotor, and the PLA-HAP fiber was discharged through the perforated hole in the wall of the heating rotor to be formed on the outer wall. The PLA-HAP fibers were collected and PLA-HAP cotton was formed.

실시예Example 3 3

3g의 PLA를 10ml의 클로로포름에 충분한 시간에 걸쳐서 완전히 녹여 유기 용액을 형성하고, 상기 유기 용액에 0.8g의 HAP를 균일하게 분산시켰다. 상기 클로로포름을 휘발시켜 젤 형태의 PLA-HAP 혼합물을 형성하였다. 상기 PLA-HAP 혼합물을 가열 로터에 넣고 가열하면서 빠르게 회전시켜 가열 로터 벽면의 뚫린 구멍을 통해서 PLA-HAP 섬유가 방출되어 외부 벽에 형성되었다. 상기 PLA-HAP 섬유가 모아져서 PLA-HAP 솜이 형성되었다.3 g of PLA was completely dissolved in 10 ml of chloroform for a sufficient time to form an organic solution, and 0.8 g of HAP was uniformly dispersed in the organic solution. The chloroform was volatilized to form a gel-like PLA-HAP mixture. The PLA-HAP mixture was rapidly rotated while being heated in a heating rotor, and the PLA-HAP fiber was discharged through the perforated hole in the wall of the heating rotor to be formed on the outer wall. The PLA-HAP fibers were collected and PLA-HAP cotton was formed.

도 3은 본 발명에 실시예들에 따라 제조된 유무기 하이브리드 솜을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 왼쪽에서부터 순수한 PLA 솜, HAP가 6.7%의 중량비로 혼합된 HAP-PLA 솜(실시예 1), HAP가 13.3%의 중량비로 혼합된 HAP-PLA 솜(실시예 2), HAP가 26.7%의 중량비로 혼합된 HAP-PLA 솜(실시예 3)을 나타낸다.
Figure 3 shows an organic / inorganic hybrid cotton fabric prepared according to embodiments of the present invention. 3, HAP-PLA cotton (Example 1) mixed with pure PLA cotton, HAP mixed at a weight ratio of 6.7% (Example 1), HAP-PLA cotton mixed with HAP at a weight ratio of 13.3% (Example 2) And HAP-PLA cotton mixed with HAP at a weight ratio of 26.7% (Example 3).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 솜의 FT-IR(Fourier transform infrared spectroscopy) 결과를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 상기 유무기 하이브리드 솜은 고분자의 특성이 변형되지 않아 작용기의 변화가 없음을 알 수 있다.
FIG. 4 shows Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) results of an organic hybrid cotton according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, it can be seen that the organic / inorganic hybrid cotton has no change of functional groups because the characteristics of the polymer are not modified.

도 5a는 본 발명에 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 솜의 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy) 이미지를 나타내고, 도 5b는 도 5a의 유무기 하이브리드 솜의 EDS(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) 결과를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 유무기 하이브리드 솜은 섬유 내부에 칼슘(Ca)과 포스페이트(P)이 존재하므로 섬유 내에 HAP가 혼합되어 있음을 알 수 있다.
FIG. 5A shows an FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) image of an organic / inorganic hybrid cotton according to an embodiment of the present invention, FIG. 5B shows an EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) result of the organic hybrid cotton of FIG. . Referring to FIGS. 5A and 5B, it can be seen that the organic hybrid cotton has calcium (Ca) and phosphate (P) present in the fibers, so that HAP is mixed in the fibers.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 솜을 인간 골세포(human osteoblast)에 적용한 결과를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 상기 유무기 하이브리드 솜을 인간 골세포에 적용하였을 때 인간 골세포가 그 주변에서 잘 자라는 것을 세포핵 염색 방법으로 확인할 수 있고, 인간 골세포가 자라는 데 있어서 상기 유무기 하이브리드 솜에 독성이 없음을 알 수 있다.
FIG. 6 shows the result of applying the organic / inorganic hybrid cotton according to an embodiment of the present invention to human osteoblasts. Referring to FIG. 6, it can be confirmed that human osteocytes grow well around the human osteocytes when applied to the human osteocytes, and that in the growth of human osteocytes, It can be seen that there is no toxicity.

이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 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.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention have been described. 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.

10 : 유무기 하이브리드 재료의 제조 장지
11 : 가열 로터 12 : 외부벽
F: 유무기 하이브리드 섬유
OF : 섬유 형태의 유기 재료 IP : 입자 형태의 무기 재료
10: Manufacture of hybrid materials
11: heating rotor 12: outer wall
F: Organic hybrid fiber
OF: Organic material in fiber form IP: Inorganic material in particle form

Claims (11)

섬유 형태의 유기 재료; 및
상기 유기 재료 내에 입자 형태로 혼합된 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 섬유를 포함하고,
상기 유무기 하이브리드 섬유는, 젤 형태의 유무기 혼합물을 가열 로터에 넣고 회전시키는 것에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 재료.
Organic materials in the form of fibers; And
Organic hybrid fibers comprising an inorganic material mixed in particle form in the organic material,
Wherein the organic / inorganic hybrid material is formed by rotating a gel-like organic / inorganic hybrid mixture in a heating rotor.
제 1 항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 재료는 상기 유무기 하이브리드 섬유가 모여 이루어진 솜 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 재료.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid material has a cotton-like shape in which the organic / inorganic hybrid fibers are gathered.
제 1 항에 있어서,
상기 유기 재료는 생체 적합성 유기 재료 또는 전도성 유기 재료인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 재료.
The method according to claim 1,
Wherein the organic material is a biocompatible organic material or a conductive organic material.
제 3 항에 있어서,
상기 생체 적합성 유기 재료는, PLA(polylactic acid), PEG(polyethyleneglycol), PEO(polyethyleneoxide), PVP(polyvinylpyrrolidone), PCL(polycaprolactone), PGA(polyglycolic acid), PLLA(poly-L-lactic acid), PLGA(poly lactic co glycolide), PMMA(polymethyl methacrylate), PP(polypropylene), PS(polystyrene), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), BL(beta lactam), PC(polycarbonate), PHA(polyhydroxyalkanoate), P4HB(poly-4-hydroxybutyrate), PPF(polypropylene fumarate), PEG-DMA(polyethyleneglycol dimethacrylate), 키토산, 키토올리고머, 콜라겐, 젤라틴, 및 히아루론산 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 전도성 유기 재료는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리설퍼니트리드(poly sulfur nitride), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PODOT), 폴리스티렌설포네이트(PSS), 및 이들의 변성 전도성 고분자 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 재료.
The method of claim 3,
The biocompatible organic material may be selected from the group consisting of PLA (polylactic acid), PEG (polyethyleneglycol), PEO (polyethylene oxide), polyvinylpyrrolidone (PVP), polycaprolactone (PCL), polyglycolic acid poly (lactic co glycolide), polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene (PP), polystyrene (PS), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), beta lactam, polycarbonate, polyhydroxyalkanoate (PHA) 4-hydroxybutyrate, PPF, PEG-DMA, chitosan, chitooligomer, collagen, gelatin, and hyaluronic acid,
The conductive organic material may be at least one selected from the group consisting of polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly sulfur nitride, polyphenylene vinylene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PODOT), polystyrene sulfonate (PSS), and modified conductive polymers thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 무기 재료는, 생체 적합성 무기 재료인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 재료.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic material is a biocompatible inorganic material.
제 5 항에 있어서,
상기 생체 적합성 무기 재료는, 생체 세라믹 재료, 생체 활성 유리, 및 생체 적합성 나노 입자 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 재료.
6. The method of claim 5,
Wherein the biocompatible inorganic material comprises at least one selected from a bioceramics material, a bioactive glass, and a biocompatible nanoparticle.
제 6 항에 있어서,
상기 생체 세라믹 재료는, 칼슘 포스페이트계 화합물, 알루미나, 지르코니아, 실리카, 제올라이트, 코디어라이트, 뮬라이트, 금속, 금속 산화물, 및 자성 재료 중에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 생체 활성 유리는, Na2O-CaO-SiO2-P2O5 유리, MgO-CaO-SiO2-P2O5 유리, CaO-SiO2 유리, 상기 유리의 치환물, 세라바이탈(ceravital), 세라본(cerabone), 및 바이오베리트(bioverit) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 생체 적합성 나노 입자는, 금속 재료, 금속 산화물 재료, 및 자성 재료 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 재료.
The method according to claim 6,
Wherein the bioceramics material comprises at least one selected from a calcium phosphate-based compound, alumina, zirconia, silica, zeolite, cordierite, mullite, metal, metal oxide,
The bioactive glass may be selected from the group consisting of Na 2 O-CaO-SiO 2 -P 2 O 5 glass, MgO-CaO-SiO 2 -P 2 O 5 glass, CaO-SiO 2 glass, ceravital ), A cerabone, and a bioverit,
Wherein the biocompatible nanoparticle comprises at least one selected from a metal material, a metal oxide material, and a magnetic material.
제 1 항에 있어서,
상기 섬유는 10nm ~ 10㎛의 직경을 갖고, 상기 입자는 1nm ~ 1㎛의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 재료.
The method according to claim 1,
Wherein the fibers have a diameter of 10 nm to 10 mu m and the particles have a diameter of 1 nm to 1 mu m.
유기 재료를 유기 용매에 녹여 유기 용액을 형성하는 단계;
상기 유기 용액에 무기 재료를 분산시키는 단계;
상기 유기 용매를 제거하여 젤 형태의 유무기 혼합물을 형성하는 단계;
상기 유무기 혼합물을 가열 로터에 넣고 회전시켜 유무기 하이브리드 섬유를 형성하는 단계; 및
상기 유무기 하이브리드 섬유를 모아 유무기 하이브리드 솜을 형성하는 단계를 포함하는 유무기 하이브리드 재료의 제조 방법.
Dissolving the organic material in an organic solvent to form an organic solution;
Dispersing the inorganic material in the organic solution;
Removing the organic solvent to form a gel-like organic-inorganic hybrid mixture;
Adding the organic-inorganic hybrid mixture to a heating rotor to produce an organic hybrid fiber; And
And collecting the organic / inorganic hybrid fibers to form an organic / inorganic hybrid cotton.
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