KR102031502B1 - Polymer-ceramic hybrid film having excellent mechanical property and method for preparation thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기계적 물성이 우수한 고분자-세라믹 하이브리드 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 소재는 기계적 물성이 우수한 고분자-세라믹 하이브리드 필름으로서, 우수한 기계적 물성을 구현하면서도 장시간 동안 필름 형태를 유지할 수 있으므로, 의료용 구조물 또는 식품 포장용기로서 적용될 수 있다. 또한, 상기 필름의 제조 공정에서 사용되는 하이드로겔은 3D 프린팅용 소재로도 매우 유용하게 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름은 상기 하이브리드 용액을 가공공정을 달리하여 하이브리드 소재내의 세라믹 입자의 배열을 달리하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법은 간단하면서도 용이한 제조과정만을 포함하고 상온에서도 고분자-세라믹 소재를 제조할 수 있다.
The present invention relates to a polymer-ceramic hybrid film having excellent mechanical properties and a method of manufacturing the same. The polymer-ceramic hybrid material according to the present invention is a polymer-ceramic hybrid film having excellent mechanical properties, and can be applied as a medical structure or a food packaging container because it can maintain a film form for a long time while implementing excellent mechanical properties. In addition, the hydrogel used in the manufacturing process of the film can be very useful as a material for 3D printing.
The polymer-ceramic hybrid film according to the present invention may improve mechanical strength by changing the arrangement of ceramic particles in the hybrid material by changing the hybrid solution processing process. In addition, the method for producing a polymer-ceramic hybrid film according to the present invention includes a simple and easy manufacturing process and can produce a polymer-ceramic material even at room temperature.

Description

기계적 물성이 우수한 고분자-세라믹 하이브리드 필름 및 이의 제조방법{POLYMER-CERAMIC HYBRID FILM HAVING EXCELLENT MECHANICAL PROPERTY AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF}Polymer-ceramic hybrid film with excellent mechanical properties and manufacturing method thereof {POLYMER-CERAMIC HYBRID FILM HAVING EXCELLENT MECHANICAL PROPERTY AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF}

본 발명은 기계적 물성이 우수한 고분자 세라믹 하이브리드 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer ceramic hybrid film having excellent mechanical properties and a method of manufacturing the same.

현재 전통적인 소재로 분류되었던 세라믹(무기물), 금속 및 고분자 소재에 대한 하이브리드화한 소재를 창출하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 소재에서의 하이브리드(hybrid)란, 무기, 금속, 고분자 등 서로 이질적이라고 여겨지는 2가지 이상의 소재가 하나의 시스템 내에서 구현되어 각자의 성능을 유지하면서 새로운 성능을 위한 시너지 효과를 갖게 되는 것을 의미한다.Currently, research is being actively conducted to create hybrid materials for ceramic (inorganic), metal, and polymer materials that have been classified as traditional materials. Hybrid in materials means that two or more materials that are considered heterogeneous, such as inorganic, metal, and polymer, are implemented in one system and have synergy effects for new performance while maintaining their performance. .

하이브리드 소재 중 가장 관심이 큰 분야는 고분자와 세라믹의 하이브리드 소재에 대한 것이다. 고분자는 주로 탄소들이 주사슬로 이루어진 물질이며, 일종의 유기물 소재로 분류될 수 있고, 세라믹 소재는 이산화 티타늄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2) 등과 같이 금속 이온의 산화물, 수산화물, 탄산염, 인산염 등의 일종의 무기물을 지칭한다. 유기물과 무기물은 결합 특성, 물성 등 다양한 면에서 이질적인 면들을 갖고 있기 때문에, 서로 잘 섞이지 않을 것으로 여겨질 수 있으나, 사실 고분자와 무기물이 서로 혼합되어 있는 이른바 "고분자-세라믹 하이브리드 소재"는 자연계에서도 많이 발견된다. 인체의 골격을 유지하고 있는 뼈대는 하이드록시 아파타이트(hydroxyapatite, HAP)의 무기 소재이며, 근조직, 연조직 등은 콜라겐과 다당류의 유기 소재로 구성되어 있으므로, 인체는 유기물과 무기물의 거대한 하이브리드라고 볼 수 있다. 또한, 조류의 알 껍데기를 형성하고 있는 물질은 대부분 탄산 칼슘(calcium carbonate, calcite)으로서 내부의 표면에 고분자 막이 부착되어 있는 하이브리드 소재이다.The most interesting areas of hybrid materials are hybrid materials of polymers and ceramics. The polymer is mainly composed of carbon main chains, and may be classified as a kind of organic material, and ceramic materials include oxides, hydroxides, carbonates, and phosphates of metal ions such as titanium dioxide (TiO 2 ) and silicon dioxide (SiO 2 ). It refers to a kind of mineral. Since organic and inorganic materials have heterogeneous aspects in various aspects such as bonding properties and physical properties, they may not be mixed well with each other. In fact, so-called "polymer-ceramic hybrid materials", in which polymers and inorganic materials are mixed with each other, are widely used in nature. Is found. The skeleton that maintains the skeleton of the human body is an inorganic material of hydroxyapatite (HAP), and the muscle tissue and soft tissue are composed of organic materials of collagen and polysaccharides. . In addition, the material forming the shell of algae is mostly calcium carbonate (calcium carbonate, calcite) is a hybrid material having a polymer film attached to the inner surface.

하이브리드 소재로 사용될 수 있는 고분자 물질과 세라믹은 매우 다양하다. 그러나, 분야적 측면에서 의료용 소재라는 점에 초점을 맞출 경우 고분자와 세라믹 모두 생체 안전성과 적합성을 지녀야 하는데, 이를 위해서 고분자는 생인성(生因性) 고분자나 쉽게 분해될 수 있는 고분자들이 적합하며, 세라믹 물질 역시 생인성 무기물이나 생체 내에서 쉽게 분해되고 분해산물이 생체에 독성을 지니지 않는 것이 바람직하다. 대표적인 의료용 천연고분자 물질로는 아가로스(agarose), 펙틴(pectin), 카라기난(carrageenan), 키토산(chitosan), 알지네이트(alginate), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(colagen) 및 콘드로이틴설페이트(chondroitin sulfate) 등이 대표적이다. 또한, 세라믹 소재는 그 자체로서도 의료용 소재나 생물학적 응용으로서의 가능성이 많은 화합물들인데, 하이드록시 아파타이트는 인체의 골격을 이루는 중요한 성분으로서 조직공학, 인공 생체 재료 등의 연구에 있어서 중요하게 다뤄지는 물질이며, 점토나 층상형 금속 수산화물은 최근 약물 전달체에 대한 연구가 활발히 진행되는 물질이다.There are a wide variety of polymers and ceramics that can be used as hybrid materials. However, if the focus is on the medical material in the field of view, both the polymer and the ceramic should have biosafety and compatibility. For this purpose, the biocompatible polymer or easily decomposable polymer is suitable. Ceramic materials are also preferably biodegradable inorganic or biodegradable, and the degradation products are not toxic to the living body. Typical medical natural polymer materials include agarose, pectin, carrageenan, chitosan, alginate, gelatin, collagen and chondroitin sulfate. This is representative. In addition, the ceramic material itself is a compound that has many potential as a medical material or a biological application. Hydroxyapatite is an important component that forms the skeleton of the human body, and is an important material in the research of tissue engineering and artificial biomaterials. For example, clay and layered metal hydroxides are active materials for drug carriers.

한편, 고분자-세라믹 하이브리드 소재의 경우 전술한 바와 같이 의료용으로 사용될 경우 일정기간 동안 일정한 하중이 요구되는 손상 부위에 적용되거나 성형 후 일정한 형태를 유지해야 하는 3D 바이오 프린팅 등과 같은 분야에 적용되기 위해서는 적층이 가능한 기계적 물성이 요구된다. 환자의 복잡한 조직과 장기를 덮을 수 있도록 적용 가능한 유연성(예를 들어, 탄성 등)을 가진 필름이 필요하며, 고분자-세라믹 하이브리드 소재의 경우, 일반적으로 젤(gel) 형태 또는 입자 형태로 제조되고 있다. 그러나, 전술한 의료용 또는 복잡한 형태의 조직과 장기 등의 분야에 두루 적용될 수 있기 위해서는 다른 형태, 예를 들어 유연성과 강도를 가진 하이드로젤, 필름 및 다양한 형태가 요구된다.On the other hand, in the case of the polymer-ceramic hybrid material, as described above, in order to be applied to a damaged part that requires a constant load for a certain period of time or to be applied to a field such as 3D bioprinting, which needs to maintain a constant shape after molding, the lamination is required. Possible mechanical properties are required. There is a need for a film having flexibility (for example, elasticity) that can be applied to cover complex tissues and organs of a patient, and polymer-ceramic hybrid materials are generally manufactured in gel or particle form. . However, other forms, such as hydrogels, films, and various forms, which have flexibility and strength, are required in order to be widely applied to the fields of the aforementioned medical or complex tissues and organs.

또한, 고분자-세라믹 하이브리드 소재를 제조할 경우, 화학 반응 유도 등의 과정이 포함되므로 높은 온도, 고압 혹은 가교제 및 개시제 등을 가하여야 하는 것과 같이 제조방법의 측면에서도 불편함이 있었다. In addition, when preparing a polymer-ceramic hybrid material, there is an inconvenience in terms of the manufacturing method, such as a high temperature, a high pressure or a cross-linking agent and an initiator should be added because the process including the chemical reaction induction.

따라서, 고분자-세라믹 하이브리드 소재의 다양한 물성 및 형태를 위한 연구 및 제조방법에 대한 연구가 활발하게 진행되었으며(비특허문헌 1), 특허문헌 1 및 2는 이와 관련된 기술을 제안한 바 있다.Therefore, researches and research methods for various physical properties and forms of polymer-ceramic hybrid materials have been actively conducted (Non-Patent Document 1), and Patent Documents 1 and 2 have proposed related technologies.

특허문헌 1은, (a) 생체적합성 고분자 지주 (strut) 둘 이상을 플레이트 위에 나란히 분배하여 지주층을 형성하는 단계; (b) 상기 분배된 생체적합성 고분자 지주층 위에, 분배된 생체적합성 고분자 지주의 방향과 엇갈리는 방향으로 생체적 합성 고분자 지주들을 간격을 두어 나란히 분배하는 단계; (c) 세포가 담지된 젤라틴, 푸코이단, 콜라겐, 알지네이트, 키토산 및 히알루론산으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상의 천연 생체적합성 재료로 이루어진 지주를 상기 (b) 단계에서 분배된 생체적합성 고분자 지주 사이에 분배하되, 생체적합성 고분자 지주와 맞닿지 않도록 분배하면서, 분배되는 생체적합성 천연재료에 가교를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 (b) 단계와 (c) 단계를 순차적으로 반복하여 하이브리드 구조체를 형성하는 단계;를 포함하는, 세포가 담지된 생체적합성 고분자-생체적합성 천연재료 하이브리드 구조체 제조방법을 제안하였다.Patent document 1, (a) distributing two or more biocompatible polymer struts side by side on a plate to form a strut layer; (b) distributing, on the distributed biocompatible polymer strut layer, the biosynthetic polymer struts spaced side by side in a direction crossing with the direction of the distributed biocompatible polymer strut; (c) Distributing struts of at least one natural biocompatible material selected from the group consisting of gelatin, fucoidan, collagen, alginate, chitosan and hyaluronic acid on which the cells are loaded between the biocompatible polymeric struts dispensed in step (b) Forming a crosslink in the biocompatible natural material to be dispensed while dispensing so as not to contact the biocompatible polymeric strut; And (d) sequentially repeating steps (b) and (c) to form a hybrid structure, wherein the cell-supported biocompatible polymer-biocompatible natural material hybrid structure was proposed.

특허문헌 2는, a) 서로 다른 두 종류의 생분해성 고분자를 유기용매에 용해시켜 각각의 용액을 제조하는 단계; b) 상기 제조된 각 용액을 전기방사법을 이용하여 양 방향에서, 각 생분해성 고분자의 나노섬유와 마이크로섬유를 동시에 방사하여 나노/마이크로 하이브리드섬유 시트를 제조하는 단계; c) 상기 제조된 하이브리드섬유 시트의 잔류용매를 제거하여 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노/마이크로 하이브리드섬유 부직포의 제조방법을 제안하였다.Patent document 2, a) dissolving two different biodegradable polymers in an organic solvent to prepare a respective solution; b) preparing a nano / micro hybrid fiber sheet by simultaneously spinning the prepared nanofibers and microfibers of each biodegradable polymer in both directions using the electrospinning method; c) proposed a method of manufacturing a nano / micro hybrid fiber nonwoven fabric comprising the step of removing the residual solvent of the prepared hybrid fiber sheet.

그러나, 상기 제안된 특허문헌 1 및 2 각각에 의해 제조된 고분자-세라믹 하이브리드 소재에 필요한 물성은 어느 정도 달성하였으나, 제조과정이 상온에서 이루어질 수 없다는 점 및 특히 유연성과 기계적 물성이 조절된 필름 형태 등으로 제조될 수 없다는 점 등의 문제점이 있었다.However, although the physical properties required for the polymer-ceramic hybrid material produced by the patent documents 1 and 2, respectively, have been achieved to some extent, the manufacturing process cannot be achieved at room temperature, and in particular, the film form with controlled flexibility and mechanical properties. There was a problem such as that it can not be manufactured.

따라서, 고분자-세라믹 하이브리드 소재의 기계적 물성을 만족시키면서도 필름 형태로도 간단한 제조방법에 의해 제조될 수 있는 기술과 상온에서 가교제나 개시제를 사용하지 않고 필름을 제조할 수 있는 기술 개발이 필요하다.Accordingly, there is a need for a technology that can be produced by a simple manufacturing method in the form of a film while satisfying the mechanical properties of a polymer-ceramic hybrid material, and a technology that can produce a film without using a crosslinking agent or an initiator at room temperature.

특허문헌 1: 한국등록특허공보 제10-1360942호Patent Document 1: Korean Patent Publication No. 10-1360942 특허문헌 2: 한국등록특허공보 제10-1328645호Patent Document 2: Korea Patent Publication No. 10-1328645

1. Syntheses and Characterizations of Polymer-CeramicSyntheses and Characterizations of Polymer-Ceramic Composites Having Increased Hydrophilicity, Air-Permeability, and Anti-Fungal Property (Journal of the Korean Chemical Society, 2010)Composites Having Increased Hydrophilicity, Air-Permeability, and Anti-Fungal Property (Journal of the Korean Chemical Society, 2010)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자, 인산칼슘(calcium phosphate) 및 2가 금속 이온을 포함하고, 상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)와 상기 인산칼슘 간의 가교결합 및 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 포함하는 이중 가교결합을 포함하고, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 것이고, pH 의존적 약물 방출성을 갖는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 제공하기 위함이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention, the alginate biocompatible polymer containing a carboxyl group and a hydroxyl group (hydroxyl group), calcium phosphate (calcium phosphate) and 2 It includes a valent metal ion, and includes a crosslinking between the hydroxyl group of the alginate and the calcium phosphate and a crosslinking between the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion. In addition, the biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20, and to provide a polymer-ceramic hybrid film having pH dependent drug release.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자, 인산칼슘(calcium phosphate) 및 2가 금속 이온을 포함하고, 상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)와 상기 인산칼슘 간의 가교결합 및 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 포함하는 이중 가교결합을 포함하고, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 것이고, pH 의존적 약물 방출성을 갖는 것을 포함한다.Polymer-ceramic hybrid film according to an embodiment of the present invention, an alginate biocompatible polymer including a carboxyl group and a hydroxyl group, calcium phosphate and divalent metal ions And a double crosslink including a crosslink between the hydroxyl group of the alginate and the calcium phosphate and a crosslink between the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion. The biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed at a weight ratio of 1: 2 to 1:20 and include those having pH dependent drug release.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 pH 의존적 약물 방출성을 갖는 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, 산성 조건에서 서방성 약물 방출성을 갖고, 염기성 조건에서 속방성 약물방출성을 갖는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the pH-dependent drug release polymer-ceramic hybrid film may have a sustained release drug release in acidic conditions, and may have a rapid release drug release in basic conditions.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 인산칼슘은, 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the calcium phosphate may be 0.5 μm to 10 μm.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자는 그 사슬 간 공간을 갖고, 상기 2가 금속이 상기 공간에 위치하여 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 형성하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the alginate biocompatible polymer has an interchain space, and the divalent metal is located in the space so that the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion It may be to form a crosslink.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, 하기 식에 의하여 계산되는 불투명도가 28.90 ± 1.72%이고, 투과율은 0.40 ± 0.11%인 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the polymer-ceramic hybrid film, the opacity calculated by the following formula is 28.90 ± 1.72%, the transmittance may be 0.40 ± 0.11%.

[식][expression]

불투명도(%) = (600㎚에서의 흡광도 / 필름의 두께) × 100(%).Opacity (%) = (absorbance at 600 nm / film thickness) x 100 (%).

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, pH 의존성 팽윤도를 갖고, 상기 pH 의존성 팽윤도는, pH와 팽윤도가 비례관계에 있는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the polymer-ceramic hybrid film has a pH-dependent swelling degree, and the pH-dependent swelling degree may be in proportion to pH and swelling degree.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 인산칼슘은 삼인산칼슘이고, 상기 삼인산칼슘의 함량에 비례하는 약물방출 속도를 가지는 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the calcium phosphate is calcium triphosphate, it may be one having a drug release rate proportional to the content of the calcium triphosphate.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 2가 금속 이온은 칼슘 이온(Ca2+)인 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the divalent metal ions may be calcium ions (Ca 2+ ).

본 발명의 또다른 측면의 실시예에 따라, 상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법은, (a) 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자 및 인산칼슘(calcium phosphate)이 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 하이브리드 용액을 제조하는 단계 (b) 상기 하이브리드 용액 내 입자의 배열을 유도하는 단계 및 (c) 상기 하이브리드 용액을 2가 금속 이온 용액과 혼합하는 단계;를 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법이고, 상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)와 상기 인산칼슘 간의 가교결합 및 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 포함하는 이중 가교결합을 포함하고, pH 의존적 약물 방출성을 갖는다.According to an embodiment of another aspect of the present invention, the method for producing a polymer-ceramic hybrid film, (a) an alginate biocompatible polymer comprising a carboxyl group and a hydroxyl group and Preparing a hybrid solution in which calcium phosphate is mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20; (b) inducing an arrangement of particles in the hybrid solution; and (c) divalent metal in the hybrid solution. Mixing with an ionic solution; comprising, a method for producing a polymer-ceramic hybrid film, cross-linking between the hydroxyl group of the alginate and the calcium phosphate and the carboxyl group of the alginate and the 2 It comprises a double crosslink comprising crosslinks between metal ions and has pH dependent drug release.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 pH 의존적 약물 방출성을 갖는 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, 산성 조건에서 서방성 약물 방출성을 갖고, 염기성 조건에서 속방성 약물방출성을 갖는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the pH-dependent drug release polymer-ceramic hybrid film may have a sustained release drug release in acidic conditions, and may have a rapid release drug release in basic conditions.

본 발명에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 소재는 기계적 물성이 우수한 고분자-세라믹 하이브리드 필름으로서, 우수한 기계적 물성을 구현하면서도 장시간동안 필름 형태를 유지할 수 있으므로, 의료용 구조물 또는 식품포장용기로서 적용될 수 있다. 또한, 상기 필름의 제조 공정에서 사용되는 하이드로겔은 3D 프린팅용 소재로도 매우 유용하게 활용될 수 있다.The polymer-ceramic hybrid material according to the present invention is a polymer-ceramic hybrid film having excellent mechanical properties, and can be applied as a medical structure or a food packaging container because it can maintain a film form for a long time while implementing excellent mechanical properties. In addition, the hydrogel used in the manufacturing process of the film can be very useful as a material for 3D printing.

본 발명에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름은 상기 하이브리드 용액을 가공공정을 달리하여 하이브리드 소재내의 세라믹 입자의 배열을 달리하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법은 간단하면서도 용이한 제조과정만을 포함하고 상온에서도 고분자-세라믹 소재를 제조할 수 있다.The polymer-ceramic hybrid film according to the present invention may improve mechanical strength by changing the arrangement of ceramic particles in the hybrid material by changing the hybrid solution processing process. In addition, the method for producing a polymer-ceramic hybrid film according to the present invention includes a simple and easy manufacturing process and can produce a polymer-ceramic material even at room temperature.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한The effect of the present invention is not limited to the above-described effects, but the details of the present invention

설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the present invention encompasses all possible effects deduced from the configuration of the invention described in the description or claims.

도 1은 본 발명의 실시예에서 기계적 물성 평가를 하기 위한 방법을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다(왼쪽 사진부터 오른쪽 사진으로 차례로 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다(왼쪽 사진이 실시예 4 및 오른쪽 사진이 실시예 5).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다(왼쪽 사진이 실시예 6 및 오른쪽 사진이 실시예 7).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다(왼쪽 사진부터 오른쪽 사진으로 차례로 실시예 8, 실시예 9 및 실시예 10).
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다(오른쪽 사진이 비교예 1 및 왼쪽 사진이 비교예 2).
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다(오른쪽 사진이 비교예 3 및 왼쪽 사진이 비교예 4).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름이 12일이 경과된 후에도 필름 형태를 유지하고 있음을 보여주는 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조 과정 및 필름 내부 입자 배열을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 ATR-FTIR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 13C NMR 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 TGA 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 SEM 이미지 및 FESEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 인장강도와 연신율 간의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 수분함량, 팽윤도 및 내수성을 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 UV-Vis 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 실시예 및 비교예의 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 pH 조건에 따른 팽윤도를 나타낸 것이다.
도 19는 본 발명의 실시예 및 비교예의 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 pH 조건에 따른 BSA(bovine serum albumin) 약물방출성을 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시예 및 비교예의 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 pH 조건에 따른 TCN(tetracycline) 약물방출성을 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시예 및 비교예의 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 pH 조건에 따른 DMOG(dimethyloxaloylglycine) 약물방출성을 나타낸 그래프이다.
1 is a photograph showing a method for evaluating mechanical properties in an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a photograph showing a hybrid film according to an embodiment of the present invention (Example 1, Example 2 and Example 3 in sequence from left photograph to right photograph).
3 is a photograph showing a hybrid film according to an embodiment of the present invention (left photograph is Example 4 and right photograph is Example 5).
4 is a photograph showing a hybrid film according to an embodiment of the present invention (left photograph is Example 6 and right photograph is Example 7).
5 is a photograph showing a hybrid film according to an embodiment of the present invention (Example 8, Example 9 and Example 10 in order from left photograph to right photograph).
6 is a photograph showing a hybrid film according to a comparative example of the present invention (a photograph on the right is Comparative Example 1 and a photograph on the left is Comparative Example 2).
7 is a photograph showing a hybrid film according to a comparative example of the present invention (a photograph on the right is Comparative Example 3 and a photograph on the left is Comparative Example 4).
8 is a photograph showing that the polymer-ceramic hybrid film according to an embodiment of the present invention maintains the film form even after 12 days have elapsed.
Figure 9 shows the manufacturing process of the polymer-ceramic hybrid film and the particle arrangement inside the film according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 shows the results of the ATR-FTIR analysis of the polymer-ceramic hybrid film according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 11 shows the results of 13 C NMR analysis of the polymer-ceramic hybrid film according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
12 shows the results of XRD analysis of the polymer-ceramic hybrid film according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 13 shows the results of TGA analysis of the polymer-ceramic hybrid film according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
14 shows SEM and FESEM images of the polymer-ceramic hybrid film according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
15 is a graph showing a correlation between tensile strength and elongation of a polymer-ceramic hybrid film according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 16 shows the water content, swelling degree and water resistance of the polymer-ceramic hybrid film according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 17 shows the UV-Vis analysis results of the polymer-ceramic hybrid film according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 18 shows the swelling degree according to the pH conditions of the polymer-ceramic hybrid film of the Examples and Comparative Examples of the present invention.
19 is a graph showing the drug release properties of bovine serum albumin (BSA) according to pH conditions of the polymer-ceramic hybrid films of Examples and Comparative Examples of the present invention.
20 is a graph showing TCN (tetracycline) drug release property according to pH conditions of the polymer-ceramic hybrid films of Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 21 is a graph showing the drug release properties of dimethyloxaloylglycine (DMOG) according to the pH conditions of the polymer-ceramic hybrid film of the Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. The examples described below are not intended to be limited to the embodiments and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes for them.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of examples. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

또한, 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in describing the embodiment, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 실시예는 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 생체적합성 고분자; 인산칼슘(calcium phosphate); 및 2가 금속 이온;을 포함하고, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 제공한다.One embodiment of the present invention is a biocompatible polymer including a carboxyl group (hydroxyl group) and a hydroxyl group (hydroxyl group); Calcium phosphate; And divalent metal ions; wherein the biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed at a weight ratio of 1: 2 to 1:20, to provide a polymer-ceramic hybrid film.

상기 생체적합성 고분자는 알지네이트(alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴설페이트(chondroitin sulfate), 카르복시셀룰로오스(carboxycellulose) 및 콜라겐(collagen)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 알지네이트일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The biocompatible polymer may be at least one selected from the group consisting of alginate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, carboxycellulose, and collagen, preferably alginateyl. It may be, but is not limited thereto.

상기 알지네이트의 하이드록시기와 가교결합을 형성하기 위해 세라믹이 사용될 수 있다. 상기 세라믹은 무기물이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있고, 예를 들어 인산칼슘(calcium phosphate)일 수 있으며, 상기 인산칼슘의 경우 일인산칼슘(monocalcium phosphate), 이인산칼슘(dicalcium phosphate), 삼인산칼슘(tricalcium phosphate), 사인산칼슘(tetracalcium phosphate) 또는 하이드록시아파타이트일 수 있으나, 바람직하게는 삼인산칼슘(TCP, tricalcium phosphate)일수 있다. 이 때, 상기 알지네이트의 하이드록시기와 인산칼슘 간의 가교결합은 수소결합일 수 있다.Ceramics may be used to form crosslinks with the hydroxyl groups of the alginates. The ceramic is not particularly limited as long as it is an inorganic material, and may be used, for example, calcium phosphate, and in the case of the calcium phosphate, monocalcium phosphate, dicalcium phosphate, and calcium triphosphate ( tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate or hydroxyapatite, but preferably calcium triphosphate (TCP). At this time, the crosslinking between the hydroxyl group and the calcium phosphate of the alginate may be a hydrogen bond.

또한, 상기 세라믹은 티타늄 산화물 또는 실리콘 산화물일 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 티타늄 산화물은 이산화 티타늄(TiO2)이 바람직하고, 실리콘 산화물은 이산화 규소(SiO2)인 것이 바람직할 수 있다.In addition, the ceramic may be titanium oxide or silicon oxide, and is not particularly limited. For example, the titanium oxide may be titanium dioxide (TiO 2 ), and the silicon oxide may be silicon dioxide (SiO 2 ). have.

상기 하이브리드 필름은 전술한 생체적합성 고분자와 인산칼슘을 동시에 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 생체적합성 고분자와 세라믹은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 것이 바람직할 수 있다.The hybrid film may include the aforementioned biocompatible polymer and calcium phosphate at the same time. In this case, the biocompatible polymer and the ceramic may be mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20.

상기 생체적합성 고분자와 세라믹이 상기 범위의 혼합 비율로 혼합될 경우, 이를 포함하는 고분자-세라믹 하이브리드 필름은 우수한 기계적 물성을 나타내면서도 필름 형태를 유지할 수 있으며, 이러한 필름 형태는 장기간 동안 유지될 수 있다.When the biocompatible polymer and ceramic are mixed in the mixing ratio of the above range, the polymer-ceramic hybrid film including the same may maintain the film form while exhibiting excellent mechanical properties, and the film form may be maintained for a long time.

한편, 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)가 상기 2가 금속 이온과 가교결합될 수 있다. 이 때, 상기 2가 금속 이온은 Ca2+, Be2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Ra2+ 또는 이들의 조합일 수 있으나, 바람직하게는 칼슘 이온(Ca2+)일 수 있다. 상기 알지네이트의 카르복시기와 2가 금속 이온 간의 가교결합은 이온결합일 수 있다.Meanwhile, the carboxyl group of the alginate may be crosslinked with the divalent metal ion. In this case, the divalent metal ion may be Ca 2+ , Be 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Ra 2+, or a combination thereof, preferably calcium ions (Ca 2+ ). Can be. The crosslinking between the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion may be an ionic bond.

즉, 상기 알지네이트의 하이드록시기와 인산칼슘 간 가교결합, 및 상기 알지네이트의 카르복시기와 2가 금속 이온 간 형성된 가교결합의 이중 가교결합이 형성될 수 있다.That is, double crosslinking between the hydroxy group of the alginate and calcium phosphate, and crosslinking formed between the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion can be formed.

상기 하이브리드 필름은 내부에 약물을 담지하여 생체 내 약물 전달 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 하이브리드 필름은 pH 의존적 약물방출성을 나타낼 수 있다.The hybrid film may carry a drug delivery function in vivo by supporting a drug therein. At this time, the hybrid film may exhibit a pH-dependent drug release.

구체적으로, 상기 하이브리드 필름은 pH가 낮은 산성 조건에서는 서방성 약물방출을 나타낼 수 있는 반면, pH가 높은 염기성 조건에서는 속방성 약물방출을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 하이브리드 필름이 적용되는 pH 환경에 따라 약물방출성을 달리 조절할 수 있으므로 적용 부위의 pH에 따라 하이브리드 필름을 선택하여 적용할 수 있다.Specifically, the hybrid film may exhibit slow release drug release in acidic conditions with low pH, while rapid release drug release may be exhibited in basic conditions with high pH. That is, since the drug release properties can be adjusted differently according to the pH environment to which the hybrid film is applied, the hybrid film can be selected and applied according to the pH of the application site.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조 과정 및 필름 내부 입자 배열을 나타낸 것이다.Figure 9 shows the manufacturing process of the polymer-ceramic hybrid film and the particle arrangement inside the film according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예는 (a) 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 생체적합성 고분자 및 인산칼슘(calcium phosphate)이 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 하이브리드 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 하이브리드 용액 내 입자의 배열을 유도하는 단계; 및 (c) 상기 하이브리드 용액을 2가 금속 이온 용액과 혼합하는 단계;를 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법을 제공한다.Referring to Figure 9, another embodiment of the present invention is (a) a biocompatible polymer comprising a carboxyl group and a hydroxyl group (hydroxyl group) and calcium phosphate (calcium phosphate) 1: 2 to 1: Preparing a hybrid solution mixed at a weight ratio of 20; (b) inducing an arrangement of particles in the hybrid solution; It provides a method for producing a polymer-ceramic hybrid film, comprising; and (c) mixing the hybrid solution with a divalent metal ion solution.

상기 (a) 단계에서 상기 생체적합성 고분자와 세라믹은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합될 수 있다. 이러한 범위 내로 혼합되는 경우 기계적 물성을 향상시킬 수 있으며, 구체적인 효과에 관해서는 전술한 것과 같다.In the step (a), the biocompatible polymer and the ceramic may be mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20. When mixed within this range, mechanical properties can be improved, and specific effects are the same as described above.

상기 (a) 단계에서 상기 생체적합성 고분자는 알지네이트(alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴설페이트(chondroitin sulfate), 카르복시셀룰로오스(carboxycellulose) 및 콜라겐(collagen)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 알지네이트일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the step (a), the biocompatible polymer may be at least one selected from the group consisting of alginate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, carboxycellulose and collagen. Preferably, it may be alginate, but is not limited thereto.

상기 (a) 단계에서 상기 알지네이트는 용액 상태로 혼합될 수 있으며, 이 때 상기 알지네이트의 농도는 예를 들어 1% 내지 10%, 2.5% 내지 8.5% 또는 5% 내지 7%일 수 있고, 바람직하게는 약 6%의 농도를 가질 수 있다.In the step (a) the alginate may be mixed in a solution state, wherein the concentration of the alginate may be, for example, 1% to 10%, 2.5% to 8.5% or 5% to 7%, preferably May have a concentration of about 6%.

상기 생체적합성 고분자 및 세라믹은 각각 용액 형태로 먼저 제조된 후 양 용액을 혼합하는 방식에 의해 혼합될 수 있으며, 이러한 혼합에 의한 현탁액으로 제조될 수 있다.The biocompatible polymer and ceramic may each be prepared in the form of a solution first and then mixed by mixing both solutions, and may be prepared as a suspension by such mixing.

상기 (a) 단계에서 제조된 하이브리드 용액 내에서 상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)가 상기 인산칼슘과 가교결합될 수 있다. 이 때, 상기 인산칼슘은 삼인산칼슘(TCP, tricalcium phosphate)일 수 있다. 인산칼슘 외에 사용될 수 있는 세라믹의 종류에 관해서는 전술한 것과 같다.In the hybrid solution prepared in step (a), a hydroxyl group of the alginate may be crosslinked with the calcium phosphate. At this time, the calcium phosphate may be calcium triphosphate (TCP, tricalcium phosphate). The kind of ceramics which can be used besides calcium phosphate is as described above.

또한, 상기 (a) 단계에서 혼합되는 상기 인산칼슘은 나노 크기에서 마이크로 크기에 이르는 다양한 입경을 갖는 것을 적용할 수 있으며, 구체적으로 0.5㎛ 내지 10㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the calcium phosphate mixed in the step (a) may be applied to have a variety of particle diameters ranging from nano size to micro size, specifically may be 0.5㎛ to 10㎛, but is not limited thereto.

상기 (b) 단계에서 상기 하이브리드 용액 내에 존재하는 입자, 구체적으로 생체적합성 고분자와 인산칼슘 입자의 배열을 유도하여 결정성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 상기 하이브리드 용액을 지지체 상에서 스크리딩(screeding)함으로써 내부 입자의 배열을 유도할 수 있다.In the step (b), the crystallinity may be improved by inducing the arrangement of the particles present in the hybrid solution, specifically, the biocompatible polymer and the calcium phosphate particles. At this time, by screeding the hybrid solution on the support, it is possible to induce the arrangement of the internal particles.

본 명세서에서 사용된 용어 "스크리딩(screeding)"은 세라믹 입자의 배열을 유도하고 표면을 매끄럽게 하기 위한 공정으로, 슬라이드글라스와 같은 지지체 상에 상기 하이브리드 용액을 도포한 뒤 커버글라스와 같은 덮개를 이용하여 물리적으로 밀어주는 공정을 의미한다.As used herein, the term “screeding” is a process for inducing the arrangement of ceramic particles and smoothing the surface, and applying the hybrid solution onto a support such as a slide glass and then using a cover such as a cover glass. To physically push the process.

상기 스크리딩 공정을 통해 입자의 배열을 유도하면, 인산칼슘과 결합을 형성하는 생체적합성 고분자 사슬에 일정한 공간이 확보되어, 후술할 2가 금속 이온의 침투 및 이를 통한 추가의 가교결합이 용이하게 진행될 수 있다.Inducing the arrangement of the particles through the screening process, a certain space is secured in the biocompatible polymer chain forming a bond with calcium phosphate, the penetration of divalent metal ions to be described later and further crosslinking through this easily proceeds Can be.

이 때, 상기 스크리딩 속도는 5㎠/s 내지 10㎠/s 일 수 있다. 상기 스크리딩 속도는 덮개를 이용하여 밀어주는 속도를 의미하며, 그 속도가 5㎠/s 미만이면 입자 배열 유도가 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 10㎠/s 초과이면 생체적합성 고분자와 인산칼슘 간 가교결합이 파괴될 수 있다.At this time, the screening speed may be 5 cm 2 / s to 10 cm 2 / s. The screening speed means a speed of pushing using a cover, if the speed is less than 5 cm 2 / s may not be sufficient particle induction, if more than 10 cm 2 / s cross-linking between the biocompatible polymer and calcium phosphate The bond can be broken.

상기 (c) 단계에서 상기 2가 금속 이온 용액의 농도가 0.05M 내지 5M일 수 있고, 바람직하게는 0.075M 내지 1M, 더 바람직하게는 0.1M일 수 있다. 상기 칼슘 이온은 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 용액을 경화시켜 겔화할 수 있으며, 전술한 범위의 농도를 갖는 경우 보다 신속하게 충분한 겔화 과정을 통해 필름 형태의 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 제조할 수 있다.The concentration of the divalent metal ion solution in step (c) may be 0.05M to 5M, preferably 0.075M to 1M, more preferably 0.1M. The calcium ions may be gelled by curing the biocompatible polymer-ceramic hybrid solution, and when the concentration is in the above-described range, a biocompatible polymer-ceramic hybrid film in the form of a film may be prepared through a sufficient gelling process more rapidly. .

상기 (c) 단계에서 제조된 겔 내에서 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)가 상기 2가 금속 이온과 가교결합될 수 있다. 이 때, 상기 2가 금속 이온은 Ca2+, Be2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Ra2+ 또는 이들의 조합일 수 있으나, 바람직하게는 칼슘 이온(Ca2+)일 수 있다. 상기 알지네이트의 카르복시기와 2가 금속 이온 간 가교결합은 이온결합일 수 있으며, 이를 통해 하이브리드 용액을 겔화할 수 있다.In the gel prepared in step (c), a carboxyl group of the alginate may be crosslinked with the divalent metal ion. In this case, the divalent metal ion may be Ca 2+ , Be 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Ra 2+, or a combination thereof, preferably calcium ions (Ca 2+ ). Can be. Crosslinking between the carboxyl group and the divalent metal ion of the alginate may be an ionic bond, thereby gelating the hybrid solution.

상기 (c) 단계의 겔화 공정은 0.1분 내지 30분, 1분 내지 25분 또는 3분 내지 15분 동안 수행될 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 5분 내지 10분 동안 수행될 수 있다.The gelling process of step (c) may be performed for 0.1 minutes to 30 minutes, 1 minute to 25 minutes or 3 minutes to 15 minutes, but is not particularly limited thereto, preferably 5 minutes to 10 minutes. Can be.

상기 (c) 단계 이후, 상기 겔을 건조시킨 후 지지체로부터 분리함으로써 최종적으로 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 수득할 수 있다. 구체적으로 상기 건조는 진공 오븐에서 약 48시간 동안 수행될 수 있다.After the step (c), the gel may be dried and separated from the support to finally obtain a polymer-ceramic hybrid film. Specifically, the drying may be performed in a vacuum oven for about 48 hours.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자, 인산칼슘(calcium phosphate) 및 2가 금속 이온을 포함하고, 상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)와 상기 인산칼슘 간의 가교결합 및 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 포함하는 이중 가교결합을 포함하고, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 것이고, pH 의존적 약물 방출성을 갖는 것을 포함한다.Polymer-ceramic hybrid film according to an embodiment of the present invention, an alginate biocompatible polymer including a carboxyl group and a hydroxyl group, calcium phosphate and divalent metal ions And a double crosslink including a crosslink between the hydroxyl group of the alginate and the calcium phosphate and a crosslink between the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion. The biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed at a weight ratio of 1: 2 to 1:20 and include those having pH dependent drug release.

일 측에 따를 때, 상기 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자의 카르복시기 또는 하이드록시기는 인산칼슘과 가교결합, 바람직하게는 수소 결합을 형성하여, 필름의 물성을 강화할 수 있다.According to one side, the carboxyl group or hydroxy group of the alginate biocompatible polymer may form crosslinks, preferably hydrogen bonds, with calcium phosphate to enhance physical properties of the film.

일 측에 따를 때, 상기 이중 가교 결합은, 단일의 가교결합에 비해서 하이브리드 필름의 기계적 물성을 개선시킬 수 있다.According to one side, the double crosslinking may improve the mechanical properties of the hybrid film compared to a single crosslinking.

일 측에 따를 때, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 것은, 수치 범위 밖의 혼합비로 혼합할 때와 비교할 때, 우수한 기계적 물성을 나타내면서도 플렉서블한 필름 형태를 유지할 수 있다.According to one side, the biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20, compared to when mixed in a mixing ratio outside the numerical range, while showing excellent mechanical properties and flexible film form Can be maintained.

일 측에 따를 때, pH 의존적 약물 방출성을 갖는 상기 하이브리드 필름은, 내부에 약물을 담지하여 생체 내 약물 전달 기능을 수행할 수 있다.According to one side, the hybrid film having a pH-dependent drug release, can carry a drug delivery function in vivo by supporting the drug therein.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 pH 의존적 약물 방출성을 갖는 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, 산성 조건에서 서방성 약물 방출성을 갖고, 염기성 조건에서 속방성 약물방출성을 갖는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the pH-dependent drug release polymer-ceramic hybrid film may have a sustained release drug release in acidic conditions, and may have a rapid release drug release in basic conditions.

일 측에 따를 때, 상기 pH 의존적 약물 방출성을 갖는 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, 보다 구체적으로, pH가 낮은 산성 조건에서는 서방성 약물방출을 나타낼 수 있는 반면, pH가 높은 염기성 조건에서는 속방성 약물방출을 나타낼 수 있으며, 이는 pH환경에 따라 약물방출성을 달리 조절할 수 있으므로 적용 부위의 pH에 따라 하이브리드 필름을 선택하여 다양하게 적용할 수 있다.According to one side, the polymer-ceramic hybrid film having pH-dependent drug release may more specifically exhibit sustained release drug release in acidic conditions with low pH, while rapid release drug in basic conditions with high pH. It may indicate the release, which can be controlled differently depending on the pH environment, so that the hybrid film can be selected and applied in various ways depending on the pH of the application site.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 인산칼슘은, 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the calcium phosphate may be 0.5 μm to 10 μm.

일 측에 따를 때, 상기 크기의 인산칼슘은, 적정한 크기를 가지게 되는 바, 하이브리드 용액 내에서 알지네이트의 하이드록시기와의 가교결합을 통한 물성이 개선될 수 있다.According to one side, the calcium phosphate of the size is to have an appropriate size, the physical properties through the cross-linking of the hydroxyl group of the alginate in the hybrid solution can be improved.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자는 그 사슬 간 공간을 갖고, 상기 2가 금속이 상기 공간에 위치하여 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 형성하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the alginate biocompatible polymer has an interchain space, and the divalent metal is located in the space so that the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion It may be to form a crosslink.

일 측에 따를 때, 상기 일정한 공간이 확보되는 것은, 스크리딩 공정을 통한 입자 배열을 유도한 효과로, 스크리딩 없이 결합시키는 경우와 달리 유리 막대를 통한 입자 배열로 2가 금속 이온의 침투 및 이를 통한 추가의 가교결합이 용이하게 진행될 수 있다.According to one side, the constant space is secured by the effect of inducing particle arrangement through the screening process, unlike the case of bonding without screed, the penetration of divalent metal ions into the particle arrangement through the glass rod and Further crosslinking through may proceed easily.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, 하기 식에 의하여 계산되는 불투명도가 28.90 ± 1.72%이고, 투과율은 0.40 ± 0.11%인 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the polymer-ceramic hybrid film, the opacity calculated by the following formula is 28.90 ± 1.72%, the transmittance may be 0.40 ± 0.11%.

[식][expression]

불투명도(%) = (600㎚에서의 흡광도 / 필름의 두께) × 100(%).Opacity (%) = (absorbance at 600 nm / film thickness) x 100 (%).

일 측에 따를 때, 상기 불투명도가 28.90 ± 1.72%이고, 투과율은 0.40 ± 0.11%인 하이브리드 필름은, 빛을 효과적으로 차단하여, 자외선으로부터의 영양소가 파괴되는 것을 방지할 수 있는 바, 식품포장용기 뿐만 아니라 다양한 분야에 널리 활용될 수 있다.According to one side, the hybrid film having an opacity of 28.90 ± 1.72% and transmittance of 0.40 ± 0.11% can effectively block light and prevent the destruction of nutrients from ultraviolet rays, as well as a food packaging container. But it can be widely used in various fields.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, pH 의존성 팽윤도를 갖고, 상기 pH 의존성 팽윤도는, pH와 팽윤도가 비례관계에 있는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the polymer-ceramic hybrid film has a pH-dependent swelling degree, and the pH-dependent swelling degree may be in proportion to pH and swelling degree.

일 측에 따를 때, 상기 pH와 팽윤도가 비례관계에 있는 하이브리드 필름은, pH 증가에 따라 필름 내부 공간이 증가하여, pH 의존적 약물 방출성 및 필름 내부 공간의 벌어짐에 따라 약물 방출 속도가 증가할 수 있다.According to one side, the hybrid film having a swelling ratio proportional to the pH may increase the space inside the film with increasing pH, thereby increasing the drug release rate as the pH-dependent drug release property and the space inside the film increase. have.

일 측에 따를 때, pH가 낮아지는 경우, 반대로 필름 내부 공간이 좁아지고, 약물 방출성이 떨어져서 선택적 적용이 가능할 수 있다.According to one side, when the pH is lowered, on the contrary, the space inside the film is narrowed, and the drug release property is inferior, so that selective application may be possible.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 인산칼슘은 삼인산칼슘이고, 상기 삼인산칼슘의 함량에 비례하는 약물방출 속도를 가지는 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the calcium phosphate is calcium triphosphate, it may be one having a drug release rate proportional to the content of the calcium triphosphate.

일 측에 따를 따, 도 19 내지 도 21을 참고하면, 삼인산칼슘의 함량이 증가할수록 pH가 낮아지고 약물방출 속도가 감소하여, 서방성 약물 방출에 유리할 수 있다.According to one side, with reference to Figures 19 to 21, as the content of calcium triphosphate increases, the pH is lowered and the drug release rate is reduced, it may be advantageous for the sustained release drug release.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 2가 금속 이온은 칼슘 이온(Ca2+)인 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the divalent metal ions may be calcium ions (Ca 2+ ).

일 측에 따를 때, 상기 2가 금속 이온이 칼슘이온일 경우, 다른 2가 금속 이온에 비해서, 카르복시기와 더 강하게 결합하면서도, 안정성이 확보될 수 있다.According to one side, when the divalent metal ions are calcium ions, compared to other divalent metal ions, while binding more strongly with the carboxyl group, stability can be secured.

본 발명의 또다른 측면의 실시예에 따라, 상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법은, (a) 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자 및 인산칼슘(calcium phosphate)이 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 하이브리드 용액을 제조하는 단계 (b) 상기 하이브리드 용액 내 입자의 배열을 유도하는 단계 및 (c) 상기 하이브리드 용액을 2가 금속 이온 용액과 혼합하는 단계;를 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법이고, 상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)와 상기 인산칼슘 간의 가교결합 및 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 포함하는 이중 가교결합을 포함하고, pH 의존적 약물 방출성을 갖는다.According to an embodiment of another aspect of the present invention, the method for producing a polymer-ceramic hybrid film, (a) an alginate biocompatible polymer comprising a carboxyl group and a hydroxyl group and Preparing a hybrid solution in which calcium phosphate is mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20; (b) inducing an arrangement of particles in the hybrid solution; and (c) divalent metal in the hybrid solution. Mixing with an ionic solution; comprising, a method for producing a polymer-ceramic hybrid film, cross-linking between the hydroxyl group of the alginate and the calcium phosphate and the carboxyl group of the alginate and the 2 It comprises a double crosslink comprising crosslinks between metal ions and has pH dependent drug release.

일 측에 따를 때, 상기 (b) 단계의 입의 배열을 유도하는 단계는, 보다 구체적으로 유리막대로 하이브리드 용액을 밀어서 입자의 배열을 유도하는 단계로, 스크리딩 속도는 5㎠/s 내지 10㎠/s 일 수 있다. 상기 스크리딩 속도는 덮개를 이용하여 밀어주는 속도를 의미하며, 그 속도가 5㎠/s 미만이면 입자 배열 유도가 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 10㎠/s 초과이면 생체적합성 고분자와 인산칼슘 간 가교결합이 파괴될 수 있다.According to one side, the step of inducing the arrangement of the mouth of step (b), more specifically the step of inducing the arrangement of particles by pushing the hybrid solution with a glass rod, the screening rate is 5 cm 2 / s to 10 cm 2 can be / s The screening speed means a speed of pushing using a cover, if the speed is less than 5 cm 2 / s may not be sufficient particle induction, if more than 10 cm 2 / s cross-linking between the biocompatible polymer and calcium phosphate The bond can be broken.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 pH 의존적 약물 방출성을 갖는 고분자-세라믹 하이브리드 필름은, 산성 조건에서 서방성 약물 방출성을 갖고, 염기성 조건에서 속방성 약물방출성을 갖는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the pH-dependent drug release polymer-ceramic hybrid film may have a sustained release drug release in acidic conditions, and may have a rapid release drug release in basic conditions.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기술된 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples are described for the purpose of illustrating the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

제조예 1: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A1)의 제조Preparation Example 1 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A1)

α-삼인산칼슘(α-TCP) 분말은 공지된 방법에 따라 제조하였다(Kim HW. Et al., J Mater Sci Mater Med, 2010, 21, 3019-27). 먼저, 상업용 탄산 칼슘(Sigma Aldrich)과 무수 제2인산 칼슘(Sigma Aldrich)을 혼합한 후, 약 3시간 동안 약 1400℃에서 가열하여 반응시킨 다음, 공기 중에서 급냉시켜 α-TCP상을 분말 형태로 형성시켰다. 상기 형성된 α-TCP 분말을 볼(ball)에 의해 밀링한 다음 약 150 ㎛ 체에 내린 다음, 진공 상태에서 별도로 보관하였다.α-calcium phosphate (α-TCP) powder was prepared according to a known method (Kim HW. et al., J Mater Sci Mater Med, 2010, 21, 3019-27). First, commercial calcium carbonate (Sigma Aldrich) and anhydrous dibasic calcium phosphate (Sigma Aldrich) are mixed, reacted by heating at about 1400 ° C. for about 3 hours, and then quenched in air to form the α-TCP phase in powder form. Formed. The formed α-TCP powder was milled by a ball and then dropped into a sieve of about 150 μm, and then stored separately in a vacuum.

또한, 0.3g의 소듐 알지네이트를 5㎖의 2차 증류수(distilled deionized water, D.D.W)에 용해시켜 6% 소듐 알지네이트 용액을 제조하였다.Further, 0.3 g of sodium alginate was dissolved in 5 ml of distilled deionized water (D.D.W) to prepare a 6% sodium alginate solution.

제조된 알지네이트 용액에 별도로 보관된 인산칼슘 분말을 1:2의 중량비로 혼합한 뒤 초음파를 인가(Sonics, Vibra Cell)하여 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A1)을 제조하였다.The calcium phosphate powder separately stored in the prepared alginate solution was mixed at a weight ratio of 1: 2, and then ultrasonic waves were applied (Sonics, Vibra Cell) to prepare a polymer-ceramic mixed suspension (A1).

제조예 2: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A2)의 제조Preparation Example 2 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A2)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:3의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A2)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A2) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 3.

제조예 3: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A3)의 제조Preparation Example 3 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A3)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:4의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A3)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A3) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 4.

제조예 4: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A4)의 제조Preparation Example 4 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A4)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:6의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A4)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A4) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 6.

제조예 5: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A5)의 제조Preparation Example 5 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A5)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:8의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A5)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A5) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 8.

제조예 6: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A6)의 제조Preparation Example 6 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A6)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:10의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A6)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A6) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1:10.

제조예 7: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A7)의 제조Preparation Example 7 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A7)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:12의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A7)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A7) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1:12.

제조예 8: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A8)의 제조Preparation Example 8 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A8)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:14의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A8)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A8) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1:14.

제조예 9: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A9)의 제조Preparation Example 9 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A9)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:16의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A9)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A9) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1:16.

제조예 10: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A10)의 제조Preparation Example 10 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A10)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:20의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A10)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A10) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1:20.

제조예 11: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B1)의 제조Preparation Example 11 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (B1)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B1)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (B1) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 1.

제조예 12: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B2)의 제조Preparation Example 12 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (B2)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 2:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B2)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (B2) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 2: 1.

제조예 13: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B3)의 제조Preparation Example 13 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (B3)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 3:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B3)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (B3) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 3: 1.

제조예 14: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B4)의 제조Preparation Example 14 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (B4)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 5:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B4)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (B4) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 5: 1.

제조예 15: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B5)의 제조Preparation Example 15 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (B5)

알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 10:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(B5)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (B5) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 10: 1.

실시예 1: 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조Example 1 Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Hybrid Films

먼저, 상기 제조예 1에서 제조된 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A1)을 슬라이드 글라스(7.5×2.5㎠)에 도포한 뒤, 7.4±0.5㎠/s의 속도로 스크리딩 공정을 수행하여 입자의 배열을 유도하였다. 이후, 상기 슬라이드글라스를 0.1M의 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 30분 동안 침지하여 이온 가교결합을 형성시킴으로써 하이드로겔을 제조하였다. 이후, 상기 하이드로겔을 슬라이드글라스로부터 분리하고 증류수로 3회 세척한 뒤, 별도의 슬라이드글라스 상에서 48시간 동안 진공 오븐 건조시킴으로써 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 제조하였다.First, the polymer-ceramic mixed suspension (A1) prepared in Preparation Example 1 was applied to a slide glass (7.5 × 2.5 cm 2), and then subjected to a screening process at a speed of 7.4 ± 0.5 cm 2 / s to arrange the particles. Induced. Thereafter, the slide glass was immersed in 0.1 M aqueous calcium chloride (CaCl 2 ) solution for 30 minutes to form an ion crosslink, thereby preparing a hydrogel. Thereafter, the hydrogel was separated from the slide glass, washed three times with distilled water, and then dried in a vacuum oven for 48 hours on a separate slide glass to prepare a biocompatible polymer-ceramic hybrid film.

실시예 2 내지 10 및 비교예 1 내지 5: 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조Examples 2 to 10 and Comparative Examples 1 to 5: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Hybrid Films

상기 제조예들에서 제조된 고분자-세라믹 혼합 현탁액의 종류를 하기 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 제조하였다.A biocompatible polymer-ceramic hybrid film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the kind of the polymer-ceramic mixed suspension prepared in Preparation Examples was adjusted as shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

Figure 112018115940137-pat00001
Figure 112018115940137-pat00001

실험예 1: 하이브리드 필름의 외형 관찰 및 간이 평가Experimental Example 1: Appearance Observation and Simple Evaluation of Hybrid Film

상기 실시예 1~10 및 비교예 1~5에서 제조된 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 육안으로 관찰하고 기계적 물성 평가의 경우 도 1에서 확인할 수 있는 방법으로 간이적인 실험을 통하여 하기 기준으로 평가하였다.The biocompatible polymer-ceramic hybrid films prepared in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 5 were visually observed and evaluated in the following criteria through a simple experiment in a method that can be confirmed in FIG. .

상기 각 실시예 및 비교예에 대한 기계적 물성 및 필름 형태 유지에 대한 평가 기준은 하기와 같다.Evaluation criteria for maintaining mechanical properties and film form for each of the Examples and Comparative Examples are as follows.

<기계적 물성 평가 기준><Mechanical Property Evaluation Criteria>

O: 기계적 물성을 나타내는 것으로 관찰됨(즉, 간이 실험에서 필름이 찢어지지 않고 견뎌냄)O: observed to exhibit mechanical properties (ie, the film does not tear in simple experiments)

X: 기계적 물성을 나타내지 않는 것으로 관찰됨(즉, 간이 실험에서 필름이 찢어짐)X: No observed mechanical properties (i.e. film tearing in simple experiments)

<필름 형태 유지 평가 기준><Film Form Retention Evaluation Criteria>

O: 필름 형태가 유지하는 것으로 관찰됨O: observed to retain film morphology

X: 필름 형태가 유지되지 않고, 갈라지거나 찢어짐X: Film not retained, cracked or torn

실제 관찰한 사진은 도 2 내지 도 7에 나타내었다.The photos actually observed are shown in FIGS. 2 to 7.

보다 구체적으로, 도 2는 상기 실시예 1 내지 3에 대한 결과를 나타내는 사진이다(왼쪽 사진부터 오른쪽 사진으로 차례로 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3).More specifically, Figure 2 is a photograph showing the results for the above Examples 1 to 3 (Example 1, Example 2 and Example 3 in order from the left photograph to the right photograph).

도 3은 상기 실시예 4 및 5에 대한 결과를 나타내는 사진이다(왼쪽 사진이 실시예 4 및 오른쪽 사진이 실시예 5). 도 4는 상기 실시예 6 및 7에 대한 결과를 나타내는 사진이다(왼쪽 사진이 실시예 6 및 오른쪽 사진이 실시예 7). 도 5는 상기 실시예 8 내지 10에 대한 결과를 나타내는 사진이다(왼쪽 사진부터 오른쪽 사진으로 차례로 실시예 8, 실시예 9 및 실시예 10). 도 6은 상기 비교예 1 및 2에 대한 결과를 나타내는 사진이다(오른쪽 사진이 비교예 1 및 왼쪽 사진이 비교예 2). 도 7은 상기 비교예 3 및 4에 대한 결과를 나타내는 사진이다(오른쪽 사진이 비교예 3 및 왼쪽 사진이 비교예 4).3 is a photograph showing the results of Examples 4 and 5 (the left photograph is Example 4 and the right photograph is Example 5). 4 is a photograph showing the results of Examples 6 and 7 (the left photograph is Example 6 and the right photograph is Example 7). 5 is a photograph showing the results of Examples 8 to 10 (Example 8, Example 9, and Example 10 in order from the left photograph to the right photograph). 6 is a photograph showing the results of Comparative Examples 1 and 2 (the right photograph is Comparative Example 1 and the left photograph is Comparative Example 2). 7 is a photograph showing the results for Comparative Examples 3 and 4 (the right photograph is Comparative Example 3 and the left photograph is Comparative Example 4).

또한, 상기 평가 기준에 따라 평가한 결과는 하기 표 2와 같다.In addition, the results evaluated in accordance with the evaluation criteria are shown in Table 2 below.

[표 2]TABLE 2

Figure 112018115940137-pat00002
Figure 112018115940137-pat00002

또한, 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름이 12일이 경과된 후에도 필름 형태를 유지하고 있음을 보여주는 사진이다.In addition, Figure 8 is a photograph showing that the polymer-ceramic hybrid film according to an embodiment of the present invention maintains the film form after 12 days have elapsed.

상기 표 2 및 도 2 내지 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름은 우수한 기계적 물성을 구현하면서도 필름 형태를 유지할 수 있으므로 의료용 구조물, 약물전달체, 인공연골 등에도 적용이 가능할 뿐만 아니라, 화장품 용기, 농업용 생분해성 소재, 식품포장용기 등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 나아가, 상기 하이드로겔은 3D 프린팅용 소재로서 매우 유용하게 활용될 수 있다.As can be seen in Table 2 and Figures 2 to 8, the polymer-ceramic hybrid film according to an embodiment of the present invention can maintain the film form while implementing excellent mechanical properties, such as medical structures, drug carriers, artificial cartilage, etc. Not only can be applied, it can be applied to various fields such as cosmetic containers, agricultural biodegradable materials, food packaging containers. Furthermore, the hydrogel can be very usefully used as a material for 3D printing.

실험예 2: 하이브리드 필름의 분자 구조 특성 확인Experimental Example 2: Check the molecular structure of the hybrid film

상기 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5에 따른 하이브리드 필름의 분자 구조 특성을 확인하기 위해, ATR-FTIR, 13C NMR, XRD 및 TGA 분석을 수행하였다. 소듐 알지네이트, 삼인산칼슘 및 각 하이브리드 필름의 ATR-FTIR 스펙트라는 ATR-FTIR 분광기(Travel IR, Smiths Detection)를 이용하여 650㎝-1 내지 4000㎝-1 파장 영역에서 측정하였다. 소듐 알지네이트 및 각 하이브리드 필름의 13C NMR 분석은 NMR 분광기(DD2 700, Agilent technologies)를 이용하여 수행하였고, 이들의 XRD 분석은 X-선회절분석기(Bruker DE/D8 Advance, Bruker)를 이용하여 수행하였다. 또한, 소듐 알지네이트 및 각 하이브리드 필름의 TGA 분석은 열중량분석기(DTG-60, Shimadzu)를 이용하여 수행하였다. 모든 분석은 질소 분위기 하에서 5 ℃/min의 스캔 속도로 수행하였다. 상기 ATR-FTIR, 13C NMR, XRD 및 TGA 분석 결과는 각각 도 10 내지 도 13에 나타내었다.In order to confirm the molecular structure characteristics of the hybrid films according to Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5, ATR-FTIR, 13 C NMR, XRD and TGA analysis was performed. Sodium alginate, calcium triphosphate and ATR-FTIR spectra of each hybrid film were measured in the 650 cm -1 to 4000 cm -1 wavelength range using an ATR-FTIR spectrometer (Travel IR, Smiths Detection). 13 C NMR analysis of sodium alginate and each hybrid film was performed using an NMR spectrometer (DD2 700, Agilent technologies), and their XRD analysis was performed using an X-ray diffractometer (Bruker DE / D8 Advance, Bruker). It was. In addition, TGA analysis of sodium alginate and each hybrid film was performed using a thermogravimetric analyzer (DTG-60, Shimadzu). All analyzes were performed at a scan rate of 5 ° C./min under a nitrogen atmosphere. The ATR-FTIR, 13 C NMR, XRD and TGA analysis results are shown in FIGS. 10 to 13, respectively.

도 10의 ATR-FTIR 결과를 참고하면, 소듐 알지네이트에 비해 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5의 하이브리드 필름에서 1600㎝-1 및 1405㎝-1의 카르복시산 신호 강도가 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 칼슘 이온이 알지네이트의 카르복시기와 가교결합(이온결합)을 형성하였기 때문인 것으로 분석된다. 또한, 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5에서 하이드록시기를 나타내는 3245㎝-1 주변의 넓은 신호 강도는 알지네이트의 하이드록시기와 삼인산칼슘이 가교결합(수소결합)을 형성하였음을 나타낸다.Referring to the ATR-FTIR results of FIG. 10, it can be seen that the carboxylic acid signal strength of 1600 cm -1 and 1405 cm -1 is sharply reduced in the hybrid films of Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5 compared to sodium alginate. This is due to the fact that the calcium ions formed a crosslink (ion bond) with the carboxyl group of the alginate. Further, in Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5, the broad signal intensity around 3245 cm -1 representing the hydroxy group indicates that the hydroxyl group and the calcium triphosphate of alginate formed a crosslink (hydrogen bond).

도 11의 13C NMR 결과를 참고하면, 소듐 알지네이트의 카보닐 탄소의 존재를 나타내는 176.4 ppm 신호의 경우, 삼인산칼슘과 혼합 시 그 강도가 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 알지네이트의 카르복시기와 칼슘 이온 간에 가교결합(이온결합)을 형성하였음을 알 수 있다.Referring to the 13 C NMR results of FIG. 11, in the case of the 176.4 ppm signal indicating the presence of carbonyl carbon of sodium alginate, the strength of the alginate decreased when mixed with calcium phosphate. It can be seen that a crosslink (ion bond) was formed in the liver.

도 12의 XRD 결과를 참고하면, 알지네이트의 존재를 나타내는 2θ=13.7°에서의 신호의 경우, 삼인산칼슘과 혼합 및 농도 증가에 따라 그 강도가 점차 감소하여 알지네이트의 결정성이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 알지네이트와 삼인산칼슘 간에 우수한 혼화성이 있음을 암시한다. 또한, 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5의 결과를 살펴보면, 삼인산칼슘의 농도가 증가할수록 그 신호 강도 또한 증가하는 것을 확인할 수 있고, 이러한 결과는 삼인산칼슘은 결정성이 유지되어 하이브리드 필름의 기계적 물성에 영향을 미칠 것으로 분석된다.Referring to the XRD results of FIG. 12, in the case of the signal at 2θ = 13.7 ° indicating the presence of alginate, the strength gradually decreases with mixing with calcium triphosphate, and the concentration of alginate decreases. . These results suggest that there is good miscibility between alginate and calcium triphosphate. In addition, looking at the results of Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5, it can be seen that the signal intensity also increases as the concentration of calcium triphosphate increases, these results indicate that calcium triphosphate crystallinity is maintained in the hybrid film It is analyzed to affect the mechanical properties.

도 13의 TGA 결과를 참고하면, 알지네이트의 중량 손실 영역 중 사슬의 결합이 끊어지는 2번째 영역(186 ℃ 내지 377 ℃)이 열 안정성과 연관성이 있으며, 하이브리드 필름의 경우 해당 영역이 182 ℃ 내지 407 ℃에서 형성되고 삼인산칼슘의 함량이 증가할수록 중량손실율 또한 감소하는 것을 확인하였다. 이를 통해, 삼인산칼슘이 알지네이트의 열 안정성을 향상시킴을 알 수 있다.Referring to the TGA results of FIG. 13, the second region (186 ° C. to 377 ° C.) in which the chain is broken in the weight loss region of the alginate is associated with thermal stability, and in the case of a hybrid film, the corresponding region is 182 ° C. to 407. It was confirmed that the weight loss rate also decreased as the content of calcium triphosphate was formed at ℃. Through this, it can be seen that calcium triphosphate improves the thermal stability of alginate.

한편, 상기 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5의 하이브리드 필름의 표면 특성을 관찰하기 위해 SEM(TESCAN VEGA3, Tescan)을 이용하여 각 필름의 표면을 관찰하였고, FESEM(JSM-6700F, JEOL)을 이용하여 단면적을 관찰하였으며, 그 결과를 도14에 나타내었다. (a) 내지 (c)는 각각 비교예 5, 비교예 2 및 실시예 6의 SEM 이미지를 나타낸 것이고, (d) 내지 (f)는 각각 이들의 FESEM 이미지를 나타낸 것이다.On the other hand, in order to observe the surface properties of the hybrid film of Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5 was observed the surface of each film using SEM (TESCAN VEGA3, Tescan), FESEM (JSM-6700F, JEOL) The cross-sectional area was observed using, and the results are shown in FIG. (a) to (c) show SEM images of Comparative Example 5, Comparative Example 2 and Example 6, respectively, and (d) to (f) show their FESEM images, respectively.

도 14를 참고하면, 삼인산칼슘의 함량이 증가는 알지네이트와의 가교결합을 증가시켜 상기 알지네이트 표면에 삼인산칼슘 입자가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 14, the increase in the content of calcium triphosphate increases the crosslinking with the alginate it can be seen that the calcium triphosphate particles appear clearly on the surface of the alginate.

실험예 3: 하이브리드 필름의 기계적 물성 평가Experimental Example 3: Evaluation of Mechanical Properties of Hybrid Film

상기 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5에 따른 하이브리드 필름의 기계적 물성을 평가하기 위해 25 ℃, 60-65 %의 습도 조건 하에서 ASTM 규격에 따라 피로시험기(E3000LT, INSTRON)를 이용하여 인장강도와 연신율을 측정하였다. 구체적으로, 각각의 하이브리드 필름을 스트립(5×1㎠) 형태로 절삭하고, 이에 그립을 형성하여 테스트 시편을 제작하였다. 시편의 표점간거리(gage length)와 그립 간의 거리를 15 ㎜ 및 20 ㎜로 설정하고, 크로스헤드 속도를 1 ㎜/s로 설정하였다. 측정 결과는 하기 표 3에 나타내었고, 인장강도와 연신율 간의 관계를 도 15에 나타내었다.Tensile strength using a fatigue tester (E3000LT, INSTRON) according to ASTM standards under humidity conditions of 25 ℃, 60-65% to evaluate the mechanical properties of the hybrid film according to Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5 And elongation were measured. Specifically, each hybrid film was cut into strips (5 × 1 cm 2), and grips were formed to prepare test specimens. The gage length of the specimen and the distance between the grips were set to 15 mm and 20 mm, and the crosshead speed was set to 1 mm / s. The measurement results are shown in Table 3 below, and the relationship between tensile strength and elongation is shown in FIG. 15.

[표 3]TABLE 3

Figure 112018115940137-pat00003
Figure 112018115940137-pat00003

상기 표 3 및 도 14를 참고하면, 실시예 6의 하이브리드 필름의 인장강도가 비교예 2, 비교예 5의 그것에 비해 낮은 것으로 측정되었으나, 이는 낮은 연신율로 인해 시편이 쉽게 끊어져 인장 하중을 더욱 인가할 수 없었던 데 따른 것으로 분석된다. 따라서, 상기 실시예 6의 하이브리드 필름은 탄성이 요구되지 않고 기계적 물성만이 요구되는 식품포장용기 등에 유용하게 적용될 수 있다.Referring to Table 3 and FIG. 14, the tensile strength of the hybrid film of Example 6 was measured to be lower than that of Comparative Example 2 and Comparative Example 5, but the specimen was easily broken due to the low elongation, so that the tensile load could be further applied. It is analyzed that it was not possible. Therefore, the hybrid film of Example 6 may be usefully applied to food packaging containers and the like, which do not require elasticity and require only mechanical properties.

실험예 4: 하이브리드 필름의 수분함량, 팽윤도 및 내수성 평가Experimental Example 4: Evaluation of Water Content, Swelling Degree and Water Resistance of Hybrid Film

상기 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5에 따른 하이브리드 필름의 수분에 대한 특성을 확인하기 위해 수분함량(moisture content), 팽윤도(swelling) 및 내수성(water resistance)을 평가하였다. 하이브리드 필름의 수분함량, 팽윤도 및 내수성 특성에 따라 필름의 내부에 담지된 물질, 예를 들어 약물의 방출 특성이 달라질 수 있으므로 이에 대한 간접적 지표로 활용할 수 있다.The moisture content, swelling and water resistance of the hybrid films according to Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5 were evaluated. Depending on the moisture content, swelling degree and water resistance characteristics of the hybrid film, the release properties of the material, for example, the drug contained in the film may be used as an indirect indicator for this.

먼저, 각 하이브리드 필름을 절삭하여 건조시킨 시편(4×2㎠)을 칭량한 뒤 25 ℃, 60-65 %의 상대습도 조건 하에서 7일 동안 공기 중에 방치하였다. 24시간 후 각각의 시편을 칭량하고, 하기 수학식 1을 통해 수분 함량(%)을 계산하였으며, 그 결과를 도 16(a)에 나타내었다.First, each of the hybrid films was cut and dried to measure a dry specimen (4 × 2 cm 2), and then left in air for 7 days under a relative humidity of 25 ° C. and 60-65%. After 24 hours, each specimen was weighed, and the moisture content (%) was calculated through Equation 1 below, and the results are shown in FIG. 16 (a).

[수학식 1][Equation 1]

수분함량(%) = (방치 전 시편의 중량 / 방치 후 시편의 중량)×100(%)Moisture content (%) = (weight of specimen before standing / weight of specimen after standing) × 100 (%)

도 16(a)를 참고하면, 삼인산칼슘의 함량이 증가할수록 하이브리드 필름의 수분함량은 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 삼인산칼슘의 함량이 증가함에 따라 알지네이트의 사슬 내 수분을 수용할 수 있는 공간이 감소할 뿐만 아니라, 친수성 하이드록시기의 함량 또한 감소하기 때문인 것으로 분석된다.Referring to Figure 16 (a), it can be seen that the moisture content of the hybrid film decreases as the content of calcium triphosphate increases. This is because the increase in the content of calcium triphosphate decreases the space for accommodating water in the chain of alginate, and also decreases the content of hydrophilic hydroxyl groups.

또한, 상기 각각의 건조 시편(4×2㎠)을 50 ㎖ 증류수에 침지시킨 후 25 ℃에서 24시간 동안 보관하였다. 1시간 경과 후 침지된 각 시편을 꺼낸 뒤 수분을 제거하고, 중량이 평형상태에 이를 때까지 칭량하였다. 팽윤도(%)는 하기 수학식 2를 통해 계산하였으며, 그 결과를 도 16(b)에 나타내었다.Further, each of the dried specimens (4 × 2 cm 2) was immersed in 50 ml distilled water and then stored at 25 ° C. for 24 hours. After 1 hour, each of the immersed specimens was taken out to remove moisture, and weighed until the weight reached equilibrium. Swelling degree (%) was calculated through the following equation (2), the results are shown in Figure 16 (b).

[수학식 2][Equation 2]

팽윤도(%) = [(침지 후 시편의 중량 - 침지 전 시편의 중량) / 침지 전 시편 의 중량] × 100(%)Swelling degree (%) = [(weight of specimen after immersion-weight of specimen before immersion) / weight of specimen before immersion] × 100 (%)

도 16(b)를 참고하면, 삼인산칼슘의 함량이 증가할수록 팽윤도는 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 삼인산칼슘이 친수성 작용기인 하이드록시기와 결합하여 분자의 친수성을 저하시키고, 알지네이트 사슬의 내부 공간을 감소시키기 때문인 것으로 분석된다.Referring to Figure 16 (b), it can be seen that the swelling degree decreases as the content of calcium triphosphate increases. This is because calcium triphosphate binds to the hydroxy group, which is a hydrophilic functional group, thereby lowering the hydrophilicity of the molecule and reducing the internal space of the alginate chain.

마지막으로, 사전 칭량된 각각의 건조 시편(4×2㎠)을 50 ㎖ 증류수에 침지시킨 후 25 ℃에서 100 rpm의 회전속도로 7일 동안 교반하였다. 24시간, 72시간 및 268시간 후, 각각의 시편을 증류수로부터 꺼내고 40℃에서 48시간 동안 건조시킨 후 칭량하였다. 내수성은 하기 수학식 3을 통해 계산되는 중량감소율(%)을 통해 측정하였으며, 그 결과를 도 16(c)에 나타내었다.Finally, each pre-weighed dry specimen (4 × 2 cm 2) was immersed in 50 ml distilled water and then stirred for 7 days at 25 rpm at 100 rpm. After 24 hours, 72 hours and 268 hours, each specimen was removed from distilled water, dried at 40 ° C. for 48 hours and then weighed. Water resistance was measured by the weight loss rate (%) calculated through the following Equation 3, the results are shown in Figure 16 (c).

[수학식 3][Equation 3]

중량감소율(%) = [(최초 건조 시편 중량 - 최종 건조 시편 중량) / 최초 건조 시편 중량] × 100(%)% Reduction = [(initial dry specimen weight-final dry specimen weight) / initial dry specimen weight] × 100 (%)

도 16(c)를 참고하면, 삼인산칼슘의 함량이 증가할수록 중량감소율이 낮아져 내수성이 향상됨을 알 수 있다. 이는 알지네이트 표면에 존재하는 삼인산칼슘이 수분의 투과를 효과적으로 차단하기 때문인 것으로 분석된다.Referring to FIG. 16 (c), it can be seen that as the content of calcium triphosphate increases, the weight reduction rate is lowered to improve water resistance. This is because calcium triphosphate present on the alginate surface effectively blocks the penetration of moisture.

위와 같은 결과는 필름 내 삼인산칼슘 함량을 조절함으로써 물질의 출입 속도, 구체적으로 약물방출성을 조절할 수 있음을 암시한다.The above results suggest that by controlling the calcium triphosphate content in the film it can control the entry rate, specifically drug release properties of the material.

실험예 5: 하이브리드 필름의 광학 특성 평가Experimental Example 5: Evaluation of the Optical Properties of the Hybrid Film

상기 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5에 따른 하이브리드 필름의 광학 특성을 평가하기 위해 불투명도(opacity) 및 광투과율(light transmittance)을 측정하였다. 구체적으로, 각각의 하이브리드 필름을 절삭하여 정사각형의 시편(2×1㎠)을 제작하였고, 공기 분위기 하 200 ㎚ 내지 800 ㎚ 파장 영역에서 UV-Vis 분광광도계를 이용하여 각 시편의 흡광도 및 투과율(%)을 측정하였다.Opacity and light transmittance were measured to evaluate the optical properties of the hybrid films according to Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5. Specifically, square specimens (2 × 1 cm 2) were prepared by cutting each hybrid film, and the absorbance and transmittance (%) of each specimen using a UV-Vis spectrophotometer in the wavelength range of 200 nm to 800 nm under an air atmosphere. ) Was measured.

불투명도는 하기 수학식 4를 통해 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 4 및 도 17에 나타내었다. 도 17(a)는 투과율(%)과 파장 간의 관계를 나타낸 것이며, 도 17(b)는 흡광도와 파장 간의 관계를 나타낸 것이다.Opacity was calculated through Equation 4 below, and the results are shown in Table 4 and FIG. 17. Fig. 17A shows the relationship between the transmittance (%) and the wavelength, and Fig. 17B shows the relationship between the absorbance and the wavelength.

[수학식 4][Equation 4]

불투명도(%) = (600㎚에서의 흡광도 / 필름의 두께) × 100(%)Opacity (%) = (absorbance at 600 nm / film thickness) x 100 (%)

[표 4]TABLE 4

Figure 112018115940137-pat00004
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상기 표 4 및 도 17을 참고하면, 비교예 2 및 5의 하이브리드 필름에 비해 실시예 6의 하이브리드 필름이 월등히 높은 불투명도를 나타내었으며, 투과율에 있어서도 0에 가까운 값을 나타내어 빛을 효과적으로 차단할 수 있음을 알 수 있다.Referring to Table 4 and FIG. 17, the hybrid film of Example 6 exhibited significantly higher opacity than the hybrid films of Comparative Examples 2 and 5, and exhibited a value close to 0 in transmittance, thereby effectively blocking light. Able to know.

따라서, 상기 실시예 6의 하이브리드 필름이 식품포장용기에 적용되는 경우, 빛을 효과적으로 차단하여 자외선으로부터 지방 등의 영양소가 파괴되는 것을 방지할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, when the hybrid film of Example 6 is applied to a food packaging container, it can be seen that it is possible to effectively prevent the destruction of nutrients such as fat from ultraviolet rays by effectively blocking the light.

실험예 6: pH 조건에 따른 하이브리드 필름의 팽윤도 평가Experimental Example 6: Evaluation of Swelling Degree of Hybrid Film According to pH Conditions

상기 하이브리드 필름의 팽윤도가 pH 조건에 따라 달라지는지 확인하기 위해, 상기 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5의 하이브리드 필름에 대해 pH 조건을 달리하면서 상기 실험예 4와 동일한 방법으로 팽윤도(%)를 산출하였으며, 그 결과를 도 18에 나타내었다.In order to check whether the swelling degree of the hybrid film varies depending on the pH conditions, the swelling degree (%) in the same manner as in Experiment 4 while varying the pH conditions for the hybrid film of Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5 Was calculated and the result is shown in FIG.

도 18을 참고하면, 모든 하이브리드 필름에서 pH에 의존적으로 팽윤도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이와 반대로 pH가 감소하는 경우 팽윤도 또한 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 pH 증가에 따른 칼슘 이온-염기 간 결합 증가가 칼슘 이온-카르복시산 간의 가교결합을 파괴하여 필름 내부 공간이 증가할 뿐만 아니라, 해리된 친수성 카르복시산 음이온이 물 분자와 결합을 형성하기 때문인 것으로 분석된다.Referring to FIG. 18, it can be seen that the degree of swelling increases in all hybrid films depending on pH. On the contrary, when the pH decreases, the swelling degree also decreases. This is because an increase in the intercalation between calcium ions and carboxylic acids increases the internal space of the film by increasing the calcium ion-base bond with increasing pH, and the dissociated hydrophilic carboxylic anion forms a bond with the water molecule.

이와 같은 결과를 통해 pH가 높은 조건에서 하이브리드 필름의 약물 방출속 도가 증가하고 pH가 낮은 환경에서는 약물 방출속도가 감소할 것으로 예상할 수 있고, 이러한 특성을 고려하여 하이브리드 필름의 선택적 적용 가능성을 기대할 수 있다.These results suggest that the drug release rate of the hybrid film may be increased at high pH and the drug release rate may be decreased at low pH. In view of these characteristics, the possibility of selective application of the hybrid film may be expected. have.

실험예 7: 하이브리드 필름의 약물방출성 평가Experimental Example 7: Evaluation of drug release of the hybrid film

상기 실시예 6, 비교예 2 및 비교예 5의 하이브리드 필름의 약물 방출성을 평가하기 위해, 각각의 하이브리드 필름 제조 과정에서 하이드로겔을 수득하여 BSA(bovine serum albumin), TCN(tetracycline) 및 DMOG(dimethyloxalyglycine)과 혼합하여 겔 비드(gel bead)를 제조하였다.In order to evaluate the drug release properties of the hybrid films of Example 6, Comparative Example 2 and Comparative Example 5, a hydrogel was obtained in each hybrid film manufacturing process to obtain bovine serum albumin (BSA), tetracycline (TCN) and DMOG ( Gel beads were prepared by mixing with dimethyloxalyglycine.

구체적으로, 각각의 하이드로겔과 각각의 약물(BSA, TCN 및 DMOG)을 증류수에 투입하고 25 ℃에서 초음파를 인가하여 혼합하였다. 상기 BSA, TCN 및 DMOG는 각각 4.9×10-6mol 농도로 0.165 g의 하이드로겔과 혼합하였으며, 0.1M의 염화칼슘(CaCl2)을 포함하는 바이알에 투입한 뒤 30분 동안 초음파를 인가하여 가교결합시켰다. 이후, 각 바이알의 내용물을 48시간 동안 동결건조시켜 약물의 종류 및 알지네이트와 삼인산칼슘의 함량이 상이한 겔 비드를 수득하였다.Specifically, each hydrogel and each drug (BSA, TCN and DMOG) was added to distilled water and mixed by applying ultrasonic at 25 ℃. The BSA, TCN, and DMOG were respectively mixed with 0.165 g of hydrogel at a concentration of 4.9 × 10 −6 mol, and added to a vial containing 0.1 M calcium chloride (CaCl 2 ) and crosslinked by applying ultrasonic waves for 30 minutes. I was. Thereafter, the contents of each vial were lyophilized for 48 hours to obtain gel beads having different kinds of drugs and contents of alginate and calcium triphosphate.

BSA, TCN 및 DMOG에 대한 겔 비드의 약물방출성을 평가하기 위해 pH를 달리하면서 37 ℃에서 UV-Vis 분광광도계(BioMate 3S, Thermo Scientific)를 이용하여 분석하였다. 구체적으로, 각각의 겔 비드를 10㎖ 증류수에 용해시킨 후, 용액의 UV-Vis 스펙트라를 기록하고 분광학적으로 계산하여 약물방출성(%)을 도출하였고, BSA, TCN 및 DMOG에 대한 결과를 각각 도 19 내지 도 21에 나타내었다.To evaluate the drug release properties of gel beads against BSA, TCN and DMOG, they were analyzed using a UV-Vis spectrophotometer (BioMate 3S, Thermo Scientific) at 37 ° C. with varying pH. Specifically, after dissolving each gel bead in 10 ml distilled water, the UV-Vis spectra of the solution was recorded and spectroscopically calculated to derive the drug release (%), and the results for BSA, TCN and DMOG, respectively. 19 to 21 are shown.

도 19 내지 도 21을 참고하면, BSA, TCN, DMOG 모두 pH가 증가할수록 약물방출 속도가 증가하고, 삼인산칼슘 함량이 증가할수록 약물방출 속도가 감소되는 것을 확인하였다. 이러한 점에 비추어 볼 때, 상기 실시예 6의 하이브리드 필름은 위(stomach)와 같이 pH가 산성인 조건에서 서방성 약물방출이 요구되는 환경에서 효과적임을 알 수 있다.Referring to Figures 19 to 21, it was confirmed that the drug release rate increases as the pH of all BSA, TCN, DMOG increases, the drug release rate decreases as the calcium triphosphate content increases. In view of this, it can be seen that the hybrid film of Example 6 is effective in an environment in which sustained-release drug release is required in an acidic pH condition such as the stomach.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the techniques described may be performed in a different order than the described method, and / or the described components may be combined or combined in a different form than the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the following claims.

Claims (10)

카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자;
인산칼슘(calcium phosphate); 및
2가 금속 이온;을 포함하는 고분자-세라믹 하이브리드 필름에 있어서,
상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)와 상기 인산칼슘 간의 가교결합 및 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 포함하는 이중 가교결합을 포함하고,
상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 것이고,
pH 의존적 약물 방출성을 갖는 것이고,
상기 인산칼슘의 입경은, 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛이고,
상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름은,
하기 식에 의하여 계산되는 불투명도가 28.90 ± 1.72%이고, 투과율은 0.40 ± 0.11%인 것인,
고분자-세라믹 하이브리드 필름:
[식]
불투명도(%) = (600㎚에서의 흡광도 / 필름의 두께) × 100(%).
Alginate biocompatible polymers including a carboxyl group and a hydroxyl group;
Calcium phosphate; And
In the polymer-ceramic hybrid film comprising a divalent metal ion,
A double crosslink including a crosslink between a hydroxyl group of the alginate and the calcium phosphate and a crosslink between a carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion,
The biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20,
have pH dependent drug release,
The particle size of the calcium phosphate is 0.5 ㎛ to 10 ㎛,
The polymer-ceramic hybrid film,
Opacity calculated by the following formula is 28.90 ± 1.72%, transmittance is 0.40 ± 0.11%,
Polymer-Ceramic Hybrid Films:
[expression]
Opacity (%) = (absorbance at 600 nm / film thickness) x 100 (%).
제1항에 있어서,
상기 pH 의존적 약물 방출성을 갖는 고분자-세라믹 하이브리드 필름은,
산성 조건에서 서방성 약물 방출성을 갖고, 염기성 조건에서 속방성 약물방출성을 갖는 것인,
고분자-세라믹 하이브리드 필름.
The method of claim 1,
The polymer-ceramic hybrid film having the pH-dependent drug release,
It has a sustained release drug release in acidic conditions, and has a rapid release drug release in basic conditions,
Polymer-ceramic hybrid film.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자는 그 사슬 간 공간을 갖고,
상기 2가 금속이 상기 공간에 위치하여 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 형성하는 것인,
고분자-세라믹 하이브리드 필름.
The method of claim 1,
The alginate biocompatible polymer has a space between the chains,
Wherein the divalent metal is located in the space to form a crosslink between the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion,
Polymer-ceramic hybrid film.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름은,
pH 의존성 팽윤도를 갖고,
상기 pH 의존성 팽윤도는, pH와 팽윤도가 비례관계에 있는 것인,
고분자-세라믹 하이브리드 필름.
The method of claim 1,
The polymer-ceramic hybrid film,
have a pH dependent swelling degree,
The pH-dependent swelling degree is that pH and swelling degree is in proportion,
Polymer-ceramic hybrid film.
제1항에 있어서,
상기 인산칼슘은 삼인산칼슘이고,
상기 삼인산칼슘의 함량에 비례하는 약물방출 속도를 가지는 것인,
고분자-세라믹 하이브리드 필름.
The method of claim 1,
The calcium phosphate is calcium triphosphate,
Having a drug release rate proportional to the content of the calcium triphosphate,
Polymer-ceramic hybrid film.
제1항에 있어서,
상기 2가 금속 이온은 칼슘 이온(Ca2+)인 것인,
고분자-세라믹 하이브리드 필름.
The method of claim 1,
Wherein the divalent metal ions are calcium ions (Ca 2+ ),
Polymer-ceramic hybrid film.
(a) 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 알지네이트(alginate) 생체적합성 고분자 및 인산칼슘(calcium phosphate)이 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 하이브리드 용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 하이브리드 용액 내 입자의 배열을 유도하는 단계; 및
(c) 상기 하이브리드 용액을 2가 금속 이온 용액과 혼합하는 단계;를 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법이고,
상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)와 상기 인산칼슘 간의 가교결합 및 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)와 상기 2가 금속 이온 간의 가교결합을 포함하는 이중 가교결합을 포함하고, pH 의존적 약물 방출성을 갖는 것이고,
상기 인산칼슘의 입경은, 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛이고,
상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름은,
하기 식에 의하여 계산되는 불투명도가 28.90 ± 1.72%이고, 투과율은 0.40 ± 0.11%인 것인,
고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법:
[식]
불투명도(%) = (600㎚에서의 흡광도 / 필름의 두께) × 100(%).
(a) preparing a hybrid solution in which an alginate biocompatible polymer including a carboxyl group and a hydroxyl group and calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20 Doing;
(b) inducing an arrangement of particles in the hybrid solution; And
(c) mixing the hybrid solution with a divalent metal ion solution; and a method of manufacturing a polymer-ceramic hybrid film, including
PH-dependent drug release including a crosslinking between the hydroxyl group of the alginate and the calcium phosphate and a crosslinking between the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion Having,
The particle size of the calcium phosphate is 0.5 ㎛ to 10 ㎛,
The polymer-ceramic hybrid film,
Opacity calculated by the following formula is 28.90 ± 1.72%, transmittance is 0.40 ± 0.11%,
Manufacturing method of polymer-ceramic hybrid film:
[expression]
Opacity (%) = (absorbance at 600 nm / film thickness) x 100 (%).
제9항에 있어서,
상기 pH 의존적 약물 방출성을 갖는 고분자-세라믹 하이브리드 필름은,
산성 조건에서 서방성 약물 방출성을 갖고, 염기성 조건에서 속방성 약물방출성을 갖는 것인,
고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.
The method of claim 9,
The polymer-ceramic hybrid film having the pH-dependent drug release,
It has a sustained release drug release in acidic conditions, and has a rapid release drug release in basic conditions,
Method for producing a polymer-ceramic hybrid film.
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