KR101806914B1

KR101806914B1 - 고막 재생용 멤브레인의 제조장치와 제조방법

Info

Publication number: KR101806914B1
Application number: KR1020160089013A
Authority: KR
Inventors: 김철생; 김정인; 황태인; 박찬희
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2018-01-10

Abstract

본 발명은 전기방사되는 고분자 나노섬유가 일방향으로 정렬되어 멤브레인을 형성하도록 하는 고막 재생용 멤브레인의 제조장치와 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 고막 재생용 멤브레인은 나노섬유가 일방향으로 정렬되어 있어, 고막세포의 재생속도가 빠르고, 투명도를 가지고 있어 재생정도를 쉽게 확인할 수 있다.

Description

고막 재생용 멤브레인의 제조장치와 제조방법 { FABRICATION APPARATUS FOR REGENERATING TYMPANIC MEMBRANE AND METHOD THEREOF }

본 발명은 고막 재생용 멤브레인의 제조장치와 제조방법에 관한 것으로서, 특히 전기방사되는 고분자 나노섬유가 일방향으로 정렬되어 멤브레인을 형성하도록 하는 고막 재생용 멤브레인의 제조장치와 제조방법에 관한 것이다.

섬유 나노테크놀로지(NT)인 나노구조의 섬유 신소재 기술은 기존 섬유 기술의 한계를 극복하는 신기술로, IT, NT, ET, BT 산업 등 21세기 첨단산업분야에서 미래융복합 신기술 및 신소재를 창출할 수 있는 유망한 융복합 신소재 기술이다.

나노섬유는 초고비표면적 효과, 나노사이즈 효과, 초분자배열 효과 등의 유일한 특성을 가지므로 차세대 고성능 하이테크 신소재로서 부각되고 있으며, 정보전자, 환경/에너지, 바이오-의료, 생명공학, 국방/안보 등의 많은 분야에서의 활용 범위가 날로 넓어지고 있다.

따라서 직경이 나노크기인 나노섬유의 제조 공정 개발, 섬유의 크기를 나노 크기로 제어하고, 섬유의 내부, 외부, 표면에 나노크기로 제어되는 정밀한 나노구조 설계를 통해 신기능을 발현하는 나노섬유 신소재 개발, 이와 같은 나노수준의 입자나 구조의 제어를 통해 고기능 나노섬유 기반의 융복합 나노섬유 신소재 개발이 요구되고 있다.

나노섬유를 제조하는 방법에는 드로윙(drawing), 주형 합성(template synthesis), 상전이(phase separation), 자기조립(self assembly), 전기방사(electrospinning) 등이 있으며, 이들 제조 방법 중 나노섬유를 연속적으로 제조할 수 있는 방법으로 전기방사 방식이 일반적으로 적용되고 있다.

전기방사 방법은 고분자 용액을 방사하는 노즐(+ 전압)과 집적 전극판(- 전압) 사이에 고전압을 인가하여 고분자 용액의 표면장력보다 큰 전기장이 형성되는 경우 노즐을 통해 나노섬유 형태로 방사되도록 하는 것이다.

전기방사 방법으로 제조되는 나노섬유는 고분자 용액의 성질, 분자구조, 점도, 탄성, 전도성, 유전성, 극성 및 표면장력 등의 소재 물성과 전기장의 세기, 노즐과 집적 전극 사이의 거리, 고분자 용액의 공급 속도, 온도 등의 방사 조건에 큰 영향을 받는다.

또한 통상의 전기방사장치로 제조되는 나노섬유는 노즐로부터 방사되는 나노섬유가 불규칙적으로 분사되기 때문에 무질서하게 분포하거나 네트워크 구조이다.

이러한 종래의 불규칙적 구조를 갖는 나노섬유보다는 정렬된 구조의 나노섬유를 얻을 수 있다면 그 활용도가 훨씬 넓게 된다.

따라서 최근에는 정렬된 나노섬유를 제조하기 위한 장치들이 개발되고 있다.

그러나, 현재까지 개발되어 나노섬유를 일방향으로 정렬하도록 하는 장치는, 그 구조가 복잡하고, 종래에 사용하던 나노섬유 제조장치와 별개로 구입하여야 하는바 구매비용 등의 단점이 있었다.

한편, 외상성 고막 천공은 고막에 직접 손상을 주거나 외이도 및 중이의 갑작스러운 가압 변화로 인해 고막에 천공이 생기는 질환이다.

고막 천공은 고막이 손상된 정도에 따라 치료방법이 달라지는데, 고막천공 범위가 전체의 약 40%이라면 자연적으로 재생되기도 하나 그 이상의 범위의 손상도가 있다면 고막패치시술을 시행하여야 한다.

손상 직후에는 난청과 이명이 나타나고, 손상된 고막에서 심하지 않은 출혈이 생겨 외이도 밖으로 피가 흘러나올 수 있으며 심하면 통증이 동반될 수도 있다.

천공된 고막은 종이패치를 대주거나 고막성형술 등으로 치료가 가능하나, 종이패치의 경우는 생체적합성이 없고 유연성도 떨어지며, 수술의 경우에는 수술적으로 무균환경이 요구되는 단점 등이 있다.

생체적합성을 고려한 고분자를 이용하여 손상된 고막부위에 이식하는 기술이 개발되고 있다.

손상된 고막의 재생패치로 사용되는 지지체는 고막의 모형을 모사하여 고막세포의 이동을 원활하게 해주어 재생속도를 높여주어야 하며, 치료기간동안 고막재생의 경과를 관찰하기 위해서 투명도를 가지고 있어야 하나, 현재까지는 이에 적합한 고막 재생용 멤브레인이 없는 실정이다.

대한민국 공개특허 10-2008-0040516 대한민국 공개특허 10-2011-0021994 대한민국 공개특허 10-2010-0121169

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 정렬된 나노섬유로 이루어져 손상된 고막세포의 이동을 원활하게 하여 재생속도를 높여주고, 투명도를 가지고 있어 고막재생 경과를 관찰할 수 있는 고막 재생용 멤브레인의 제조장치와 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고막 재생용 멤브레인은, 전기방사된 고분자 나노섬유가 일방향으로 정렬되어 이루어져 투명도를 갖는 것을 특징으로 한다.

전기방사된 상기 나노섬유는 중심을 향해 일방향으로 정렬되어 방사형구조로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고막 재생용 멤브레인의 제조장치는, 고분자를 전기방사하는 노즐과; 상기 노즐에서 방사된 고분자가 집적되는 전도성 재질의 콜렉터베이스와; 상기 노즐 및 콜렉터베이스에 각기 다른 극성의 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 콜렉터베이스의 표면에 결합된 전도성 재질의 제1정렬부재와; 상기 제1정렬부재의 상면을 덮으면서 결합된 비전도성 재질의 제2정렬부재를 포함하여 이루어지되, 상기 제1정렬부재는 상기 콜렉터베이스와 전기적으로 연결되고, 상기 제1정렬부재의 전체면적은 상기 콜렉터베이스의 전체면적보다 작고, 상기 제1정렬부재의 상면을 덮는 상기 제2정렬부재의 전체면적은 상기 콜렉터베이스의 전체면적보다 작으며, 상기 노즐에서 전기방사된 고분자는 상기 제2정렬부재의 상면에서 일방향으로 정렬된 상태로 부착되어 투명도를 갖는 고막 재생용 멤브레인을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1정렬부재는 일방향으로 긴 스트립형태로 이루어져 하면이 상기 콜렉터베이스에 결합되고, 상기 제2정렬부재는 상기 제1정렬부재가 결합되지 않은 상기 콜렉터베이스의 상면과 상기 제1정렬부재의 상면을 함께 덮는다.

상기 제2정렬부재는 어느 한 방향으로 길게 형성된 스트립형태로 이루어진다.

상기 제1정렬부재는 구리선으로 이루어지고, 상기 제2정렬부재는 셀로판테이프로 이루어진다.

상기 제2정렬부재는 원형으로 이루어지되, 일방향으로 정렬되는 상기 고막 재생용 멤브레인은 상기 제2정렬부재의 상면에서 원형으로 형성된다.

원형으로 이루어져 상기 제2정렬부재의 상면에 탈착 가능하게 결합되는 비전도성 재질의 베이스층;을 더 포함하여 이루어지되, 상기 베이스층의 중심에는 전도성 재질의 금속부재가 결합되어 있고, 상기 노즐에서 전기방사된 고분자는 상기 베이스층의 상면에서 상기 금속부재를 중심으로 일방향으로 정렬되어 방사형의 고막 재생용 멤브레인을 형성한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고막 재생용 멤브레인의 제조방법은, 상술한 제조장치에 의해 일방향으로 정렬된 나노섬유로 이루어진 고막 재생용 멤브레인을 제조하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 고막 재생용 멤브레인의 제조장치와 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

나노섬유가 일방향으로 정렬되어 있기 때문에, 손상된 고막세포의 이동을 원활하게 하여 재생속도를 높여주고, 투명도를 가지고 있어 고막재생 경과를 관찰할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고막 재생용 멤브레인 제조장치의 사시도,
도 2는 도 1의 A-A'선을 취하여 본 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고막 재생용 멤브레인 제조장치에 의해 나노섬유가 부착된 상태를 개략적으로 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 나노섬유를 촬영한 사진,
도 5는 도 4에 나타나 있는 나노섬유를 촬영한 SEM 사진,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고막 재생용 멤브레인 제조장치의 주요부분을 확대한 확대도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고막 재생용 멤브레인의 평면도.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고막 재생용 멤브레인 제조장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선을 취하여 본 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고막 재생용 멤브레인 제조장치에 의해 나노섬유가 부착된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.

본 발명의 고막 재생용 멤브레인 제조장치는 고분자를 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 장치에 관한 것으로써, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 노즐(10)과, 콜렉터베이스(20)와, 전원공급부(30)와, 제1정렬부재(40)와, 제2정렬부재(50)를 포함하여 이루어진다.

상기 노즐(10)은 나노섬유를 제조하기 위한 고분자를 전기방사하는 것으로써, 종래의 공지된 전기방사용 노즐(10)을 사용하면 충분한 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이때, 전기방사되는 고분자는 폴리글리콜산, 폴리락트산, 폴리카프로락톤 및 이들의 공중합체와 같은 합성고분자, 또는 콜라겐, 히알루론산, 키토산 등의 천연고분자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택된 중합체로 이루어지도록 한다.

그리고, 상기 고분자는 생분해성 고분자로 이루어지도록 함이 바람직하다.

상기 콜렉터베이스(20)는 상기 노즐(10)에서 방사된 고분자가 나노섬유로 집적되는 부분으로써 전도성 재질로 이루어진다.

이러한 상기 콜렉터베이스(20)는 알루미늄 등으로 이루어진다.

본 실시예에서 상기 콜렉터베이스(20)는 원통 형상으로 형성되어 있으나, 상기 콜렉터베이스(20)는 원통 형상이 아닌 평판 형상으로 형성될 수도 있다.

상기 콜렉터베이스(20)가 원통 형상으로 이루어진 경우에는, 상기 콜렉터베이스(20)를 고속이 아닌 저속 약 50rpm으로 회전시키면서 전기방사를 할 수 있다.

그리고, 상기 콜렉터베이스(20)가 평판형상으로 이루어진 경우에는 상기 콜렉터베이스(20) 또는 노즐(10)을 수평 이동시키면서 전기방사할 수 있다.

위와 같이 상기 콜렉터베이스(20)를 회전시키거나, 상기 콜렉터베이스(20) 또는 노즐(10)을 수평이동시킴으로써, 대면적의 나노섬유를 얻을 수 있다.

상기 전원공급부(30)는 상기 노즐(10) 및 콜렉터베이스(20)에 각기 다른 극성의 전원을 공급하는 것으로써, 상기 전원공급부(30)의 양극은 상기 노즐(10)에 연결되고 음극은 상기 콜렉터베이스(20)에 연결된다.

상기 제1정렬부재(40)는 전도성 재질로 이루어지고, 상기 콜렉터베이스(20)의 표면에 결합된다.

이러한 상기 제1정렬부재(40)는 상기 콜렉터베이스(20)와 전기적으로 연결된다.

상기 콜렉터베이스(20)에 결합된 상기 제1정렬부재(40)의 전체면적은 상기 콜렉터베이스(20)의 전체면적보다 작다.

그리고 상기 제1정렬부재(40)는 일방향으로 긴 스트립 형태로 이루어져 하면이 상기 콜렉터베이스(20)의 표면에 결합된다.

본 실시예에서 상기 제1정렬부재(40)는 원통 형상으로 이루어진 상기 콜렉터베이스(20)의 축 길이방향을 따라 길게 상기 콜렉터베이스(20)의 표면에 결합되어 있다.

경우에 따라 상기 제1정렬부재(40)는 원통형상으로 이루어진 상기 콜렉터베이스(20)의 축 길이방향과 수직으로 이루는 원주방향으로 결합될 수도 있다.

만일, 상기 콜렉터베이스(20)가 평판 형상으로 이루어진 경우에는 상기 제1정렬부재(40)는 다양한 방향으로 결합되어 배치되도록 할 수 있다.

이러한 상기 제1정렬부재(40)는 전기가 잘 통할 수 있는 재질이면 되고, 바람직하게는 구리선으로 이루어지도록 한다.

보다 구체적으로 상기 제1정렬부재(40)는 두께가 얇고 표면이 넓은 평판 형상의 구리판을 폭이 좁고 긴 일직선 형상의 스트립 형태로 잘라서 형성되도록 한다.
이때, 상기 제1정렬부재(40)는 도면에 도시된 바와 같이 일직선 형상으로 이루어져 상기 콜렉터베이스(20)의 표면에 결합되기 때문에, 상기 제1정렬부재(40)의 양단은 상호 연결되지 않고 이격되어 있다.

상기 제2정렬부재(50)는 비전도성 재질로 이루어지고, 상기 제1정렬부재(40)의 상면을 덮으면서 결합된다.

이러한 상기 제2정렬부재(50)는 비전도성이면서 자체결합력을 갖는 셀로판테이프 등으로 이루어짐이 바람직하다.

상기 제1정렬부재(40)의 상면을 덮는 상기 제2정렬부재(50)의 전체면적은 상기 콜렉터베이스(20)의 전체면적보다 작도록 한다.

위와 같이 상기 제2정렬부재(50)에 의해 상기 노즐(10)에서 전기방사된 고분자는 상기 제2정렬부재(50) 및/또는 상기 콜렉터베이스(20)에 부착되게 된다.

상기 제2정렬부재(50)는 상기 제1정렬부재(40)를 가로질러 상기 제1정렬부재(40)의 상면뿐만 아니라, 상기 제1정렬부재(40)가 결합되지 않은 상기 콜렉터베이스(20)의 상면을 함께 덮도록 한다.

이러한 상기 제2정렬부재(50)는 어느 한 방향으로 길게 형성된 스트립형태로 이루어진다.

상기 제2정렬부재(50)는 상기 제1정렬부재(40)의 길이방향과 동일한 방향으로 길게 배치될 수도 있고, 상기 제2정렬부재(50)는 상기 제1정렬부재(40)의 길이방향과 수직한 방향으로 길게 배치될 수도 있다.

그리고 상기 제2정렬부재(50)는 원형 형상으로 이루어져 결합될 수도 있다.

위와 같은 상기 제2정렬부재(50)가 원형으로 이루어지게 되면, 상기 제2정렬부재(50)의 상면에 부착되는 나노섬유의 형상이 고막의 형상과 유사한 원형으로 형성되어 제조 및 사용이 용이한 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 전기방사되어 형성된 나노섬유를 촬영한 사진이고, 도 5는 도 4에 나타나 있는 나노섬유를 확대 촬영한 SEM 사진이다.

도 4에 나타나 있는 사진은, 폴리우레탄을 셀로판테이프로 이루어진 상기 제2정렬부재(50)의 상면과 상기 콜렉터베이스(20)의 상면에 함께 전기방사하여 부착된 나노섬유를 함께 촬영한 것이다.

도 4에는 정렬된(Aligned) 나노섬유(71) 부분과, 비정렬된(Random) 나노섬유(72) 부분이 함께 나타나 있다.

도 5(a)는 상기 제2정렬부재(50)가 덮여 있지 않는 상기 콜렉터베이스(20)의 상면에 부착된 비정렬된 나노섬유(72)를 확대하여 촬영한 것이다.

도 5(b)는 상기 제2정렬부재(50)에 부착된 정렬된 나노섬유(71)를 확대하여 촬영한 것이다.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이 상기 제2정렬부재(50)의 상면에 부착된 나노섬유(71)는 상기 제2정렬부재(50)가 없는 부분에 부착된 나노섬유(72)와 비교하여, 확연히 일방향으로 정렬되어 있음을 볼 수 있다.

위와 같은 전기방사되어 형성되는 나노섬유를 상기 제1정렬부재(40)와 제2정렬부재(50)에 의해 보다 쉽게 정렬하여 형성되도록 할 수 있고, 또한 제1정렬부재(40)와 제2정렬부재(50)의 배치방향에 따라 나노섬유가 정렬되는 방향도 쉽게 조정할 수 있다.

이렇게 전기방사된 나노섬유들이 일방향으로 정렬되어 멤브레인을 형성하게 되고 이를 손상된 고막 부위에 배치하게 되면, 손상된 고막세포가 일방향으로 정렬된 나노섬유를 따라 재생되기 때문에 비정렬된 나노섬유보다 고막세포의 재생속도를 높일 수 있다.

또한, 전기방사된 나노섬유들이 일방향으로 정렬되게 되면 투명도를 갖는 매트의 제작이 가능하게 되어, 고막 재생용 멤브레인으로 사용할 경우 의료인 등이 투명한 멤브레인을 통해 고막의 재생정도를 보다 쉽게 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 고막 재생용 멤브레인 제조장치는 도 6에 도시된 바와 같은 구조로 이루어질 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고막 재생용 멤브레인 제조장치의 주요부분을 확대한 확대도이다.

도 6은 도 1에서 원형의 제2정렬부재(50) 부위를 확대하여 도시한 것이다.

도 6에서 도시된 제조장치는, 베이스층(65)을 더 포함하여 이루어진다.

상기 베이스층(65)은 원형으로 이루어져 상기 제2정렬부재(50)의 상면에 탈착 가능하게 결합되고, 비전도성 재질로 이루어진다.

이러한 상기 베이스층(65)은 평판 형상의 석영 등으로 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상기 베이스층(65)의 중심에는 전도성 재질의 금속부재(66)가 결합되어 있다.
이때, 상기 금속부재(66)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1정렬부재(40)의 수직 상부에 배치된다.

이로 인해 상기 노즐(10)을 통해 고분자를 전기방사하게 되면, 도 7(a)에 도시된 직선형상의 나노섬유구조와 달리, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 상기 금속부재(66)가 위치하고 있는 상기 베이스층(65)의 중심부를 중심으로 일방향으로 정렬된 방사형 구조의 멤브레인을 형성하게 된다.

위와 같이 상기 고막 재생용 멤브레인에서 나노섬유가 방사형으로 형성됨으로써, 고막의 재생속도를 보다 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명인 고막 재생용 멤브레인의 제조장치와 제조방법은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

10 : 노즐, 20 : 콜렉터베이스, 30 : 전원공급부, 40 : 제1정렬부재, 50 : 제2정렬부재, 65 : 베이스층, 66 : 금속부재, 71 : 정렬된 나노섬유, 72 : 비정렬된 나노섬유.

Claims

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고분자를 전기방사하는 노즐과;
상기 노즐에서 방사된 고분자가 집적되는 전도성 재질의 콜렉터베이스와;
상기 노즐 및 콜렉터베이스에 각기 다른 극성의 전원을 공급하는 전원공급부;
상기 콜렉터베이스의 표면에 결합된 전도성 재질의 제1정렬부재와;
상기 제1정렬부재의 상면을 덮으면서 결합된 비전도성 재질의 제2정렬부재를 포함하여 이루어지되,
상기 제1정렬부재는 상기 콜렉터베이스와 전기적으로 연결되고,
상기 제1정렬부재의 전체면적은 상기 콜렉터베이스의 전체면적보다 작고,
상기 제1정렬부재의 상면을 덮는 상기 제2정렬부재의 전체면적은 상기 콜렉터베이스의 전체면적보다 작으며,
상기 제1정렬부재는 두께가 얇고 폭이 좁으며 일방향으로 긴 일직선 형상의 스트립형태로 이루어져 양단이 상호 이격되고, 하면이 상기 콜렉터베이스에 결합되며,
상기 제2정렬부재는 상기 제1정렬부재를 가로질러 상기 제1정렬부재가 결합되지 않은 상기 콜렉터베이스의 상면과 상기 제1정렬부재의 상면을 함께 덮으며,
상기 노즐에서 전기방사된 고분자는 상기 제2정렬부재의 상면에서 일방향으로 정렬된 상태로 부착되어 투명도를 갖는 고막 재생용 멤브레인을 형성하는 것을 특징으로 하는 고막 재생용 멤브레인의 제조장치.
삭제
청구항3에 있어서,
상기 제2정렬부재는 어느 한 방향으로 길게 형성된 스트립형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 고막 재생용 멤브레인의 제조장치.
청구항3에 있어서,
상기 제1정렬부재는 구리선으로 이루어지고,
상기 제2정렬부재는 셀로판테이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 고막 재생용 멤브레인의 제조장치.
청구항3에 있어서,
상기 제2정렬부재는 원형으로 이루어지되,
일방향으로 정렬되는 상기 고막 재생용 멤브레인은 상기 제2정렬부재의 상면에서 원형으로 형성되는 것을 특징으로 고막 재생용 멤브레인의 제조장치.
청구항3에 있어서,
원형으로 이루어져 상기 제2정렬부재의 상면에 탈착 가능하게 결합되는 비전도성 재질의 베이스층;을 더 포함하여 이루어지되,
상기 베이스층의 중심에는 전도성 재질의 금속부재가 결합되어 있고,
상기 금속부재는 상기 제1정렬부재의 수직 상부에 배치되며,
상기 노즐에서 전기방사된 고분자는 상기 베이스층의 상면에서 상기 금속부재를 중심으로 일방향으로 정렬되어 방사형의 고막 재생용 멤브레인을 형성하는 것을 특징으로 하는 고막 재생용 멤브레인의 제조장치.
청구항 3 및 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 제조장치에 의해 일방향으로 정렬된 나노섬유로 이루어진 고막 재생용 멤브레인을 제조하는 방법.