KR102129854B1 - Decontaminating agent of radionuclide and method for producing the same - Google Patents

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강성민
허윤석
박범준
김우식
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Abstract

The present invention relates to a hydrogel bead for removing radionuclides, and a manufacturing method thereof. The hydrogel bead for removing radionuclides according to the present invention is effective in removing radionuclides in a living body as well as radionuclides dissolved in contaminated rivers, rivers, lakes and wetlands.

Description

방사성 핵종 제염제 및 이의 제조방법{Decontaminating agent of radionuclide and method for producing the same}Decontaminating agent of radionuclide and method for producing the same}

본 발명은 방사성 핵종 제염제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 세 가지 성분을 하나의 입자에서 구현한 다중성분 입자를 포함하는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a radionuclide decontamination agent and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a hydrogel bead for removing radionuclides containing multi-component particles embodying three different components in one particle and a method for manufacturing the same will be.

바이오 의료산업에서 스마트 소재의 수요가 증가함에 따라 이를 해결하기 위한 방법으로 다기능성 입자제조 기술의 발전이 이루어졌다. 다기능성 입자란, 하나의 입자에서 2가지 이상의 기능성을 보여주는 소재로써 대표적인 예로 야누스 입자가 있다. 최종적으로 환자 개개인의 서로 다른 요구를 만족시키기 위해 맞춤소재 제조를 궁극적으로 실현시킴에 의의를 두고 있으며, 바이오산업으로 응용을 위해 하이드로겔을 이용한 맞춤소재 제조가 이루어져왔다. Joshi 등은 단일 시스템에서 바이오센싱, 약물 전달 및 자기 공명 영상을 위한 다기능 미소구를 제안하였다[Acta Biomater. 7 (2011) 3955].As the demand for smart materials increases in the biomedical industry, the development of multifunctional particle manufacturing technology has been developed as a method to solve this. The multifunctional particle is a material showing two or more functionalities in one particle, and a typical example is Janus particle. Finally, it is meant to ultimately realize the production of customized materials to satisfy the different needs of each patient, and the manufacture of customized materials using hydrogels has been made for application to the bio industry. Joshi et al. proposed a multifunctional microsphere for biosensing, drug delivery and magnetic resonance imaging in a single system [Acta Biomater. 7 (2011) 3955].

프러시안블루는 페로시안화 철의 수화물로서 세슘 137의 생물학적 반감기를 110일에서 30일로 단축시키는 효과가 있어 세슘 피복시 정제된 상태로 복용하여 세슘에 의한 방사능 노출을 감소시키는 역할을 하는 해왔다. 또한, 일본 독립행정법인인 산업기술연구소에서는 세슘에 선택흡착을 보이는 프러시안 블루 나노입자를 개발하여 방사성 세슘으로 오염된 오염수나 침출수 중의 세슘을 고농도로 선택흡착하는 다양한 형태의 세슘 흡착용 조성물을 개발하였다. 한국공개특허 제10-2005-120312호에는 음이온 교환수지에 음이온인 헥사시아노철(II)을 흡착시키고 여기에 전이금속인 Co를 흡착 시킴으로써 방사성 핵종 중 방사성 세슘 또는 스트론튬의 선택적 흡착이 가능한 이온교환체를 개시하고 있다. 그러나, 상기 이온교환체는 방사성 폐익이나 수중에 저농도로 분포된 세슘을 선택적, 고효율로 흡착하는 한계가 있으며, 생체 내 방사성 핵종의 흡착에 적용할 수 없는 단점이 있다.Prussian Blue is a hydrate of ferrocyanide, which has the effect of shortening the biological half-life of cesium 137 from 110 days to 30 days, and has been used to reduce radioactivity exposure by cesium by taking it in a purified state when coated with cesium. In addition, the Industrial Technology Research Institute, an independent administrative corporation in Japan, developed Prussian blue nanoparticles that show selective adsorption to cesium, and developed various adsorption compositions for cesium adsorption to selectively adsorb and adsorb cesium in contaminated water or leachate contaminated with radioactive cesium. Did. In Korean Patent Publication No. 10-2005-120312, anion exchange is possible for selective adsorption of radioactive cesium or strontium among radionuclides by adsorbing anion hexacyano iron (II), which is anion, to an anion exchange resin and adsorbing a transition metal, Co. Sieve. However, the ion exchanger has a limitation in adsorbing cesium distributed in a low concentration in the radioactive waste wing or water with selective and high efficiency, and has a disadvantage that it cannot be applied to adsorption of radionuclides in vivo.

알지네이트는 대표적인 하이드로겔로써 만누로닉산(Mannuronic acid)과 글루쿠론산(glucuronic acid)으로 이루어지는 복합 다당류로써 2가 양이온과 결합을 통해 실시간 가교를 하는 특징이 있다. 이러한 특성을 이용해 현재까지 등축 공기-유동 향상형 적하, 정전기 향상 적하, 진동, 회전 디스크 또는 회전 노즐을 사용한 원자화, 및 젯트 커터 시스템에 이르는 다양한 기술들이 발전되어 왔지만 실질적으로 산업사회에 적용시키기에는 기술적 한계가 존재한다. 따라서 쉽고, 간단하며, 빠르게 제조될 수 있고, 제조단가가 낮은 장치의 개발이 요구된다. Alginate is a typical hydrogel and is a complex polysaccharide composed of mannuronic acid and glucuronic acid. It has a feature of real-time crosslinking through binding with a divalent cation. To date, various technologies ranging from equiaxed air-flow-enhanced dripping, static electricity-improving dripping, vibration, atomization using rotating discs or rotating nozzles, and jet cutter systems have been developed to date. Limitations exist. Therefore, there is a need to develop a device that is easy, simple, and can be manufactured quickly and has a low manufacturing cost.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드를 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a hydrogel bead for radionuclide removal.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a hydrogel bead for removing radionuclides.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 방사성 제거용 하이드로겔 비드의 제조장치를 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a hydrogel bead for radioactive removal.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, The present invention to solve the above problems,

프러시안블루를 포함하는 제1 하이드로겔;A first hydrogel comprising prussian blue;

방사성 핵종 체외 배설 촉진제를 포함하는 제2 하이드로겔; 및A second hydrogel comprising a radionuclide in vitro excretion promoter; And

자성나노입자를 포함하는 제3 하이드로겔;을 포함하고, A third hydrogel comprising magnetic nanoparticles; containing,

제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔은 서로 융합하여 입자를 형성한 것인 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드를 제공한다. The first hydrogel, the second hydrogel, and the third hydrogel provide hydrogel beads for radionuclide removal, which are particles formed by fusion with each other.

본 발명에 의하면, 상기 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 다공성이며, 제1 하이드로겔의 단일 성분을 포함하는 제1 영역;According to the present invention, the hydrogel beads for removing radionuclides are porous, and include a first region comprising a single component of the first hydrogel;

제2 하이드로겔의 단일 성분을 포함하는 제2 영역; 및 A second region comprising a single component of the second hydrogel; And

제3 하이드로겔의 단일 성분을 포함하는 제3 영역;을 포함하고, 상기 제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔은 2가 양이온에 의해 서로 가교된 것일 수 있다.It includes; a third region comprising a single component of the third hydrogel; the first hydrogel, the second hydrogel and the third hydrogel may be cross-linked by a divalent cation.

본 발명에 의하면, 상기 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 제1 영역과 제2 영역의 접합부에 제1 하이드로겔과 제2 하이드로겔이 혼합된 제1 하이브리드 영역이 추가로 존재하고; 제2 영역과 제3 영역의 접합부에 제2 하이드로겔과 제3 하이드로겔이 혼합된 제2 하이브리드 영역이 추가로 존재하고; 제1 영역과 제3 영역의 접합부에 제1 하이드로겔과 제3 하이드로겔이 혼합된 제3 하이브리드 영역이 추가로 존재하고; 제1 영역, 제2영역 및 제3 영역의 접합부에 제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔이 혼합된 제4 하이브리드 영역이 추가로 존재하는 것일 수 있다. According to the present invention, the hydrogel beads for removing radionuclides further include a first hybrid region in which a first hydrogel and a second hydrogel are mixed at a junction of the first region and the second region; A second hybrid region in which a second hydrogel and a third hydrogel are mixed is additionally present at a junction between the second region and the third region; A third hybrid region in which the first hydrogel and the third hydrogel are mixed is additionally present at the junction of the first region and the third region; A fourth hybrid region in which the first hydrogel, the second hydrogel, and the third hydrogel are mixed may be additionally present at the junction of the first region, the second region, and the third region.

본 발명에 의하면, 상기 방사성 핵종은 방사성의 스트론튬, 세슘, 플루토늄, 아메리슘, 우라늄, 라듐, 토륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.According to the present invention, the radionuclide may be selected from the group consisting of radioactive strontium, cesium, plutonium, americium, uranium, radium, thorium and combinations thereof.

본 발명에 의하면, 프러시안 블루는 할로우 또는 메조포러스 구조를 갖는 다공성 프러시안블루일 수 있다.According to the present invention, the prussian blue may be a porous prussian blue having a hollow or mesoporous structure.

본 발명에 의하면, 방사성 핵종 체외배설제는 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 또는 이들의 조합일 수 있다.According to the present invention, the radionuclide ex vivo excretory agent may be diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), or a combination thereof.

본 발명에 의하면, 자성 나노입자는 Fe2O3, Fe3O4, FePt, CoPt, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4 ZnFe2O4 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. According to the present invention, the magnetic nanoparticles are selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FePt, CoPt, MnFe 2 O 4 , CoFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 ZnFe 2 O 4 and combinations thereof It can be.

본 발명에 의하면, 상기 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 제1 하이드로겔 25 내지 45 부피부, 제2 하이드로겔 25 내지 45 부피부 및 제3 하이드로겔 25 내지 45 부피부를 포함하는 것일 수 있다. According to the present invention, the hydrogel beads for removing radionuclides may include 25 to 45 parts by volume of the first hydrogel, 25 to 45 parts by volume of the second hydrogel, and 25 to 45 parts by volume of the third hydrogel.

본 발명에 의하면, 상기 하이드로겔은 알지네이트, 아가로스, 히아루론산, 콜라겐 및 이들의 조합 중에서 선택되는 고분자 기반의 하이드로겔일 수 있다.According to the present invention, the hydrogel may be a polymer-based hydrogel selected from alginate, agarose, hyaluronic acid, collagen and combinations thereof.

또한, 본 발명은 프러시안블루를 포함하는 제1 고분자가 함유된 제1 실린지; 방사성 핵종 체외배설제를 포함하는 제2 고분자가 함유된 제2 실린지; 및 자성나노입자를 포함하는 제3 고분자가 함유된 제3 실린지를 준비하는 단계;In addition, the present invention is a first syringe containing a first polymer containing prussian blue; A second syringe containing a second polymer containing a radionuclide extracorporeal excreter; And preparing a third syringe containing a third polymer containing magnetic nanoparticles.

상기 제1 실린지; 제2 실린지 및 제3 실린지 각각에 미세주사침 노즐을 꼽고 세 개의 미세주사침 노즐의 토출구가 110 내지 130°의 각도를 갖도록 브라켓에 고정하는 단계;The first syringe; Inserting a micro-spindle nozzle into each of the second and third syringes and fixing them to the bracket so that the discharge ports of the three micro-spindle nozzles have an angle of 110 to 130°;

상기 제1 실린지; 제2 실린지 및 제3 실린지를 펌핑하여 제1 고분자, 제2 고분자 및 제3 고분자를 각각 토출시켜 하나의 액적을 형성시키는 단계; 및 The first syringe; Pumping the second syringe and the third syringe to discharge the first polymer, the second polymer, and the third polymer to form one droplet; And

액적을 2가 양이온 수용액 상에 적하하여 하이드로겔을 형성시키는 단계;를 포함하고, The droplets are added onto a divalent cation aqueous solution to form a hydrogel.

상기 고분자는 알지네이트, 아가로스, 히아루론산, 콜라겐 및 이들의 조합 중에서 선택되는 것인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법을 제공한다. The polymer is selected from alginate, agarose, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof, and provides a method for producing hydrogel beads for removing radionuclides.

본 발명에 의하면, 상기 액적은 제1 고분자의 단일 성분을 포함하는 제1 영역; 제2 고분자의 단일 성분을 포함하는 제2 영역; 및 제3 고분자의 단일 성분을 포함하는 제3 영역;을 갖는 것일 수 있다. According to the present invention, the droplet comprises a first region comprising a single component of the first polymer; A second region comprising a single component of the second polymer; And a third region including a single component of the third polymer.

본 발명에 의하면, 제1 영역과 제2 영역의 접합부에는 제1 고분자와 제2 고분자가 혼합된 영역이 추가로 존재하고, According to the present invention, a region in which the first polymer and the second polymer are mixed is additionally present at the junction between the first region and the second region,

제2 영역과 제3 영역의 접합부에는 제2 고분자와 제3 고분자가 혼합된 제2 하이브리드 영역이 추가로 존재하고, A second hybrid region in which the second polymer and the third polymer are mixed is additionally present at the junction between the second region and the third region,

제1 영역과 제3 영역의 접합부에는 제1 고분자와과 제3 고분자가 혼합된 제3 하이브리드 영역이 추가로 존재하고, A third hybrid region in which the first polymer and the third polymer are mixed is additionally present at the junction of the first region and the third region,

제1 영역, 제2영역 및 제3 영역의 접합부에는 제1 고분자, 제2 고분자 및 제3 고분자가 혼합된 제4 하이브리드 영역이 추가로 존재하는 것일 수 있다.A first hybrid region in which the first polymer, the second polymer, and the third polymer are mixed may be additionally present at the junction of the first region, the second region, and the third region.

또한, 본 발명은 프러시안블루를 포함하는 제1 하이드로겔이 함유되는 제1 실린지 및 제1 실린지에 연결된 제1 미세주사침 노즐;In addition, the present invention includes a first syringe containing a first hydrogel containing prussian blue and a first microinjection needle connected to the first syringe;

방사성 핵종 체외배설제를 포함하는 제2 하이드로겔이 함유되는 제2 실린지 및 제2 실린지에 연결된 제2 미세주사침 노즐;A second syringe containing a second hydrogel containing a radionuclide extracorporeal excreted agent and a second microinjection needle connected to the second syringe;

자성나노입자를 포함하는 제3 하이드로겔이 함유되는 제3 실린지 및 제3 실린지에 연결된 제3 미세주사침 노즐;A third syringe containing a third hydrogel containing magnetic nanoparticles and a third fine needle needle connected to the third syringe;

제1, 제2 및 제3 미세주사침 노즐을 고정하는 브라켓;을 포함하고, Includes; brackets for fixing the first, second and third fine needle nozzles,

각각의 노즐에서 분사되는 하이드로겔이 서로 뭉쳐 하나의 액적을 형성하도록 상기 제1, 제2 및 제3 미세주사침 노즐의 각각의 토출구는 서로 인접하거나 또는 끝이 닿은 것인, 미세주사침 노즐 분사 시스템을 장착한 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 제조장치를 제공한다. Each of the first, second and third fine needle nozzles of the first, second and third fine needle nozzles are in close contact with each other or the ends are in contact with each other so that the hydrogels injected from each nozzle are united together to form a single droplet. Provided is an apparatus for manufacturing hydrogel beads for removing radionuclides.

본 발명에 의하면, 상기 제1 미세주사침 노즐과 제2 미세주사침 노즐; 제2 미세주사침 노즐과 제3 미세주사침 노즐; 및 제1 미세주사침 노즐과 제3 미세주사침 노즐의 토출구가 각각 110 내지 130°의 각도를 갖도록 브라켓에 고정된 것일 수 있다. According to the present invention, the first fine needle needle and the second fine needle needle; A second fine needle needle and a third fine needle needle; And outlets of the first micro-needle needle nozzle and the third micro-needle needle nozzle may be fixed to the bracket so as to have an angle of 110 to 130°, respectively.

본 발명의 일 실시 양태에서, 브라켓은 미세주사침 노즐을 꼽을 수 있는 홀이 2개 뚫려있고, 홀과 홀의 각이 각각 110 내지 130°의 각도를 가지며, 미세주사침 노즐의 토출구가 서로 인접하거나 끝단이 닿도록 설계된 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the bracket has two holes through which a micro-injection needle can be inserted, and the angles of the holes and the holes each have an angle of 110 to 130°, and the ejection openings of the micro-injection nozzles are adjacent to each other or have ends. It may be designed to reach.

본 발명에 의하면, 제1 미세주사침 노즐, 제2 미세주사침 노즐 또는 제3 미세주사침 노즐의 토출구는 20 G 내지 23 G일 수 있다. According to the present invention, the discharge port of the first fine needle needle, the second fine needle needle or the third fine needle needle may be 20 G to 23 G.

본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 입자 내에 프러시안 블루, 방사성 핵종 체외 배설 촉진제 및 자성나노입자를 포함하는 것으로, 기존의 세슘 또는 방사성 핵종 체외 배설 촉진제에 비하여 고효율, 고선택적으로 방사성 핵종의 흡착 배출이 가능하며, 생체적합성이 우수하다. 뿐만 아니라, 자성을 제어할 수 있으므로 비드의 제어 및 방사성 핵종이 흡착된 비드의 수집이 용이하므로 산업상 용이하다. 따라서, 본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 오염된 하천, 강, 호수, 습지 등에 용해된 방사성 핵종 뿐만아니라, 생체내의 방사성 핵종의 제거에도 효과적이다. Hydrogel beads for radionuclide removal according to the present invention include Prussian blue, radionuclide extracorporeal excretion accelerator and magnetic nanoparticles in the particles, and are highly efficient and highly selective radionuclide compared to conventional cesium or radionuclide extracorporeal excretion promoter The adsorption and discharge is possible, and the biocompatibility is excellent. In addition, since it is possible to control the magnetism, it is easy in the industry because it is easy to control beads and to collect beads adsorbed with radionuclides. Therefore, the hydrogel beads for removing radionuclides according to the present invention are effective not only for radionuclides dissolved in contaminated rivers, rivers, lakes, wetlands, etc., but also for removal of radionuclides in vivo.

도 1A는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세주사침 노즐 분사장치의 개념도이고, 도 1B는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 미세 주사침 노즐 분사장치를 위에서 본 이미지이며, 도 1C는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 미세 주사침 노즐 분사장치를 측면에서 본 이미지이다.
도 2A 내지 2C는 본 발명의 일 비교예 및 실시예에 따라 제조된 비드의 이미지이며, 도 2D는 제조된 비드의 입자크기이고, 도 2E는 비드를 실제 제조한 크기(검정색 점)와 실험적으로 계산한 크기(적색 점)을 비교한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 실시예의 비드의 이미지이다. 도 3A는 전체 성분의 분포를 보여주는 광학이미지이고, 도 3B는 SEM-EDX 복합 현미경 이미지이고, 도 3C는 세 성분이 함께 있는 부위의 SEM 이미지이며, 도 3D, 도 3E 및 도 3F는 각각 프러시안블루 포함 제1 하이드로겔 영역, 방사성 핵종 체외 배설 촉진제를 포함하는 제2 하이드로겔 영역; 및 자성나노입자를 포함하는 제3 하이드로겔 영역을 고배율로 촬영한 SEM 이미지이다.
도 4는 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 세슘 흡착 및 방사성 핵종 체외 배설 촉진제로서 DTPA 약물의 방출거동을 확인한 결과이다. 도 4D는 비드의 세슘 흡착 등온선이다. 도 4B는 흡착 동역학을 시간 함수로 나타낸 것이다. 도 4C는 230nm에서 측정한 UV-vis 흡광도이다. 도 4D는 입자 갯수에 대한 시간 대비 대 출력효율이고, 삽입도는 항일차 반응속도이다. DTPA 약물은 230 nm에서 UV-vis 분광기에 의해 검출되었다.
도 5는 본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 자성특성을 확인한 결과이다. 도 5A-도 5C는 단일 입자의 직선 운동을 보여주는 시간 순서 이미지이다. 도 5D는 외부 자기장을 이용한 입자 회수를 보여주는 이미지이다. 도 5ㄸ 및도 5F는 회전 자기장에서 입자의 자기 회전 거동을 보여주는 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 분사장치의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 노즐 분사장치의 상면도이다.
1A is a conceptual view of a micro-injection needle injection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is an image of a micro-injection nozzle injection device manufactured according to an embodiment of the present invention, and FIG. This is an image of a fine needle needle injection device manufactured according to an embodiment viewed from the side.
2A to 2C are images of beads prepared according to one comparative example and an embodiment of the present invention, FIG. 2D is the particle size of the prepared beads, and FIG. 2E is the size (black dot) of the beads actually manufactured and experimentally It is the result of comparing the calculated size (red dot).
3 is an image of an bead of an embodiment made in accordance with an embodiment of the present invention. 3A is an optical image showing the distribution of the total components, FIG. 3B is an SEM-EDX composite microscope image, FIG. 3C is an SEM image of a site with three components, and FIGS. 3D, 3E and 3F are respectively Prussian A first hydrogel region including blue, a second hydrogel region including a radionuclide ex vivo accelerator; And a third hydrogel region including magnetic nanoparticles at high magnification.
4 is a result confirming the release behavior of the DTPA drug as an accelerator for cesium adsorption and radionuclide excretion of radiogels for removal of radionuclides. 4D is a cesium adsorption isotherm of beads. 4B shows adsorption kinetics as a function of time. 4C is a UV-vis absorbance measured at 230 nm. 4D is the time vs. output efficiency for the number of particles, and the inset is the anti-first order reaction rate. DTPA drug was detected by UV-vis spectrometer at 230 nm.
5 is a result confirming the magnetic properties of the hydrogel beads for removing radionuclides according to the present invention. 5A-5C are time sequence images showing the linear motion of a single particle. 5D is an image showing particle recovery using an external magnetic field. 5F and 5F are images showing the magnetic rotational behavior of particles in a rotating magnetic field.
6 is a side view of a nozzle injection apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a top view of a nozzle injection apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명은, The present invention,

프러시안블루를 포함하는 제1 하이드로겔;A first hydrogel comprising prussian blue;

방사성 핵종 체외 배설 촉진제를 포함하는 제2 하이드로겔; 및A second hydrogel comprising a radionuclide in vitro excretion promoter; And

자성나노입자를 포함하는 제3 하이드로겔;을 포함하고, A third hydrogel comprising magnetic nanoparticles; containing,

제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔은 서로 융합하여 입자를 형성한 것인 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드를 제공한다. The first hydrogel, the second hydrogel, and the third hydrogel provide hydrogel beads for radionuclide removal, which are particles formed by fusion with each other.

본 발명에 의하면, 상기 제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 또는 제3 하이드로겔은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.According to the present invention, the first hydrogel, the second hydrogel or the third hydrogel may be the same or different from each other.

본 발명에 의하면, 상기 제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 또는 제3 하이드로겔은 생체 적합성을 가진 재료이면 특별히 제한은 없으나, 알지네이트, 아가로스, 히아루론산, 콜라겐 및 이들의 조합 중에서 선택되는 고분자 기반의 하이드로겔일 수 있으며, 바람직하게는 알지네이드계 하이드로겔 일 수 있다. 알지네이트는 대표적인 하이드로겔로 만누론산과 글루쿠론산으로 이루어진 복합 다당류로, 생체 적합성이 우수하고, 수급이 용이하며, 가격이 싸고, 본 발명에 따른 프러시안블루. 방사성 핵종 체외배설제 및 자성나노입자를 포함하였을 때에도 안정적이고, 우수한 방사성 핵종 제거효율을 나타내므로 바람직하다.According to the present invention, the first hydrogel, the second hydrogel or the third hydrogel is not particularly limited as long as it is a biocompatible material, but is based on a polymer selected from alginate, agarose, hyaluronic acid, collagen and combinations thereof. It may be a hydrogel, preferably an alginate-based hydrogel. Alginate is a typical hydrogel, a complex polysaccharide composed of mannuronic acid and glucuronic acid, which is excellent in biocompatibility, easy to supply, low in price, and prussian blue according to the present invention. The radionuclide is preferable because it contains an extracorporeal excreted agent and magnetic nanoparticles and is stable and exhibits excellent radionuclide removal efficiency.

본 발명에 의하면, 상기 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 다공성이며, 제1 하이드로겔의 단일 성분을 포함하는 제1 영역; 제2 하이드로겔의 단일 성분을 포함하는 제2 영역; 및 제3 하이드로겔의 단일 성분을 포함하는 제3 영역;을 포함하고, 상기 제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔은 2가 양이온에 의해 서로 가교된 것일 수 있다. 본 발명에 의하면, 상기 2가 양이온은 알지네이트 등을 하이드로겔로 가교할 수 있는 것이면 특별히 제한이 없으며, 예를 들어 칼슘 이온일 수 있다. According to the present invention, the hydrogel beads for removing radionuclides are porous, and include a first region comprising a single component of the first hydrogel; A second region comprising a single component of the second hydrogel; And a third region comprising a single component of the third hydrogel, wherein the first hydrogel, the second hydrogel, and the third hydrogel may be cross-linked by divalent cations. According to the present invention, the divalent cation is not particularly limited as long as it can crosslink alginate or the like with a hydrogel, and may be, for example, calcium ion.

본 발명에 의하면, 상기 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 제1 영역과 제2 영역의 접합부에 제1 하이드로겔과 제2 하이드로겔이 혼합된 제1 하이브리드 영역이 추가로 존재하고; 제2 영역과 제3 영역의 접합부에 제2 하이드로겔과 제3 하이드로겔이 혼합된 제2 하이브리드 영역이 추가로 존재하고; 제1 영역과 제3 영역의 접합부에 제1 하이드로겔과 제3 하이드로겔이 혼합된 제3 하이브리드 영역이 추가로 존재하고; 제1 영역, 제2영역 및 제3 영역의 접합부에 제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔이 혼합된 제4 하이브리드 영역이 추가로 존재하는 것일 수 있다. According to the present invention, the hydrogel beads for removing radionuclides further include a first hybrid region in which a first hydrogel and a second hydrogel are mixed at a junction of the first region and the second region; A second hybrid region in which a second hydrogel and a third hydrogel are mixed is additionally present at a junction between the second region and the third region; A third hybrid region in which the first hydrogel and the third hydrogel are mixed is additionally present at the junction of the first region and the third region; A fourth hybrid region in which the first hydrogel, the second hydrogel, and the third hydrogel are mixed may be additionally present at the junction of the first region, the second region, and the third region.

본 발명에 의하면, 상기 방사성 핵종은 방사성의 스트론튬, 세슘, 플루토늄, 아메리슘, 우라늄, 라듐, 토륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 방사성 스트론튬은 Sr 89 및 Sr 90이있고, 방사성 세슘은 Cs 134 및 Cs 137이 있다. According to the present invention, the radionuclide may be selected from the group consisting of radioactive strontium, cesium, plutonium, americium, uranium, radium, thorium and combinations thereof, but is not limited thereto. Radioactive strontium is Sr 89 and Sr 90, and radioactive cesium is Cs 134 and Cs 137.

본 발명에 의하면, 프러시안블루는 헥사시아노철(II) 산철(III) 칼륨이 주성분인 청색 안료를 나타낸다. 프러시안블루는 세슘의 효과적인 제거제로 경구투여하여 위장관에서 방사성 세슘(Cs 137, 137Cs)을 제거하는데 종종 사용된다. 본 발명에 의하면, 상기 프러시안블루는 다공성 프러시안블루일 수 있으며, 예를 들어 할로우 또는 메조포러스 구조를 갖는 다공성 프러시안블루일 수 있다. 본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 프러시안블루는 폴리비닐피롤리돈에 의해 코팅될 수 있다. 본 발명에 의하면, 프러시안블루를 포함하는 제1 하이드로겔은 특히 방사성 세슘의 선택적 흡착에 효과적이므로 상기 비드에 포함되는 것이 바람직하다. According to the present invention, Prussian Blue represents a blue pigment whose main component is potassium hexacyano iron (II) iron iron (III). Prussian Blue is an effective remover of cesium and is often used to remove radioactive cesium (Cs 137, 137 Cs) from the gastrointestinal tract by oral administration. According to the present invention, the prussian blue may be a porous prussian blue, for example, a porous prussian blue having a hollow or mesoporous structure. According to another embodiment of the present invention, Prussian Blue can be coated with polyvinylpyrrolidone. According to the present invention, the first hydrogel containing prussian blue is particularly effective in the selective adsorption of radioactive cesium, so it is preferable to be included in the beads.

본 발명에 의하면, 방사성 핵종 체외배설제는 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 통상적으로 생체 내 방사성 핵종의 체외 배설에 사용되는 것이면 적용이 가능하다. According to the present invention, the radionuclide ex vivo excreted agent may be, but is not limited to, diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), or a combination thereof, and is typically in vitro of radionuclides in vivo. If it is used for excretion, it can be applied.

본 발명에 의하면, 자성 나노입자는 Fe2O3, Fe3O4, FePt, CoPt, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4 ZnFe2O4 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 산화철일 수 있다. 본 발명에 있어서, 용어 '자성 나노입자'란 자성을 가진 금속 나노 복합체를 의미하며, 금속, 자성물질 또는 자성 합금으로 이루어질 수 있다. 자성 나노입자를 구성할 수 있는 물질은 제한 없이 포함될 수 있으며, 예를 들어 스피넬 구조 또는 역스피넬 구조를 가지는 나노입자로서 자성을 가진 물질일 수 있다. According to the present invention, the magnetic nanoparticles are selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FePt, CoPt, MnFe 2 O 4 , CoFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 ZnFe 2 O 4 and combinations thereof It may be, preferably iron oxide. In the present invention, the term'magnetic nanoparticles' means a metal nanocomposite having magnetism, and may be formed of a metal, a magnetic material, or a magnetic alloy. Materials capable of forming the magnetic nanoparticles may be included without limitation, and may be, for example, a magnetic material as a nanoparticle having a spinel structure or a reverse spinel structure.

본 발명에 있어서, 용어 '흡착'이란 기체나 용액의 분자들이 고체 표면에 달라붙는 현상을 의미하며, 흡착을 받아들이는 고체 물질을 흡착제라고 한다. 흡착제는 단위 부피당 흡착 되는 표면 넓이가 넓은 것이 우수한 흡착제로 작용한다. 본 발명에 따른 비드는 제1 영역의 제1 하이드로겔 내의 프러시안블루가 다공성을 갖게하는 경우 흡착 표면적을 증가시킬 수 있다. In the present invention, the term'adsorption' refers to a phenomenon in which molecules of a gas or a solution adhere to a solid surface, and a solid substance that accepts adsorption is called an adsorbent. The adsorbent has a large surface area to be adsorbed per unit volume, which acts as an excellent adsorbent. The beads according to the present invention can increase the adsorption surface area when the prussian blue in the first hydrogel of the first region has porosity.

본 발명에 의하면, 상기 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 제1 하이드로겔 25 내지 45 부피부, 제2 하이드로겔 25 내지 45 부피부 및 제3 하이드로겔 25 내지 45 부피부를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔이 동량으로 포함되는 것일 수 있다. According to the present invention, the hydrogel beads for removing radionuclides may include 25 to 45 parts by volume of the first hydrogel, 25 to 45 parts by volume of the second hydrogel, and 25 to 45 parts by volume of the third hydrogel, Preferably, the first hydrogel, the second hydrogel and the third hydrogel may be included in the same amount.

본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 생체 적합성 하이드로겔을 기반으로 구성되며, 생체내 방사성 동위원소의 제거를 위한 경구투여용 의약품으로 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드는 외부 자기장을 이용하여 자성 제어를 통해 단시간 내에 생체 내 방사성 동위원소의 흡착을 효과적으로 유도할 수 있다. 뿐만 아니라 생체 내에서 분해되어 프러시안블루 및 방사성 핵종 체외배설제의 방출이 이루어질 수 있으며, 세슘을 비롯한 다양한 방사성 동위원소의 제염이 가능하고, 자성 나노입자는 정적자기장을 가하여 100% 회수가 가능하다. The hydrogel beads for radionuclide removal according to the present invention are configured based on biocompatible hydrogels, and may be used as pharmaceuticals for oral administration for removal of radioactive isotopes in vivo. The hydrogel beads for removing radionuclides according to the present invention can effectively induce adsorption of radioactive isotopes in vivo within a short time through magnetic control using an external magnetic field. In addition, it can be decomposed in vivo to release Prussian Blue and radionuclide ex vivo excretion agent, decontamination of various radioactive isotopes including cesium is possible, and magnetic nanoparticles can be recovered 100% by applying a static magnetic field. .

또한, 본 발명은 프러시안블루를 포함하는 제1 고분자가 함유된 제1 실린지; 방사성 핵종 체외배설제를 포함하는 제2 고분자가 함유된 제2 실린지; 및 자성나노입자를 포함하는 제3 고분자가 함유된 제3 실린지를 준비하는 단계;In addition, the present invention is a first syringe containing a first polymer containing prussian blue; A second syringe containing a second polymer containing a radionuclide extracorporeal excreter; And preparing a third syringe containing a third polymer containing magnetic nanoparticles.

상기 제1 실린지; 제2 실린지 및 제3 실린지 각각에 미세주사침 노즐을 꼽고 세 개의 미세주사침 노즐의 토출구가 110 내지 130°의 각도를 갖도록 브라켓에 고정하는 단계;The first syringe; Inserting a micro-spindle nozzle into each of the second and third syringes and fixing them to the bracket so that the discharge ports of the three micro-spindle nozzles have an angle of 110 to 130°;

상기 제1 실린지; 제2 실린지 및 제3 실린지를 펌핑하여 제1 고분자, 제2 고분자 및 제3 고분자를 각각 토출시켜 하나의 액적을 형성시키는 단계; 및 The first syringe; Pumping the second syringe and the third syringe to discharge the first polymer, the second polymer, and the third polymer to form one droplet; And

액적을 2가 양이온 수용액 상에 적하하여 하이드로겔을 형성시키는 단계;를 포함하고, The droplets are added onto a divalent cation aqueous solution to form a hydrogel.

상기 고분자는 알지네이트, 아가로스, 히아루론산, 콜라겐 및 이들의 조합 중에서 선택되는 것인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법을 제공한다. The polymer is selected from alginate, agarose, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof, and provides a method for producing hydrogel beads for removing radionuclides.

본 발명에 의하면, 고분자는 용액 상태일 수 있으며, 바람직하게는 레이놀즈 수(Re)가 1 이하인 것이 바람직하다. 이는 마이크로미터 크기의 니들 내에서 층류 거동을 유도하고, 이웃 고분자 용액의 흐름 사이의 유의한 혼합을 막을 수 있다. According to the present invention, the polymer may be in a solution state, and preferably, the Reynolds number (Re) is 1 or less. This induces laminar flow behavior within the micrometer-sized needle and can prevent significant mixing between the flows of neighboring polymer solutions.

본 발명에 의하면, 주입된 용액의 양이 증가함에 따라 중력이 표면장력을 지배하여 액적을 형성시킬 수 있다. According to the present invention, as the amount of the injected solution increases, gravity can dominate the surface tension to form droplets.

본 발명에 의하면, 상기 제1 고분자, 제2 고분자 또는 제3 고분자은 생체 적합성을 가지며 하이드로겔을 형성할 수 있는 재료이면 특별히 제한은 없으며, 서로 동일하거나 또는 상이한 원료의 고분자 일 수 있다. 본 발명에 의하면, 상기 고분자는 알지네이트, 아가로스, 히아루론산, 콜라겐 및 이들의 조합 중에서 선택되는 고분자일 수 있으며, 바람직하게는 알지네이트계 고분자일 수 있다. 알지네이트는 대표적인 하이드로겔로 만누론산과 글루쿠론산으로 이루어진 복합 다당류로, 생체 적합성이 우수하고, 수급이 용이하며, 가격이 싸고, 본 발명에 따른 프러시안블루. 방사성 핵종 체외배설제 및 자성나노입자를 포함하였을 때에도 안정적이고, 우수한 방사성 핵종 제거효율을 나타내므로 바람직하다.According to the present invention, the first polymer, the second polymer or the third polymer is not particularly limited as long as it has biocompatibility and can form a hydrogel, and may be polymers of the same or different raw materials. According to the present invention, the polymer may be a polymer selected from alginate, agarose, hyaluronic acid, collagen and combinations thereof, preferably alginate-based polymer. Alginate is a typical hydrogel, a complex polysaccharide composed of mannuronic acid and glucuronic acid, which is excellent in biocompatibility, easy to supply, low in price, and prussian blue according to the present invention. The radionuclide is preferable because it contains an extracorporeal excreted agent and magnetic nanoparticles and is stable and exhibits excellent radionuclide removal efficiency.

본 발명의 일 실시양태에서 상기 액적은 제1 고분자의 단일 성분을 포함하는 제1 영역; 제2 고분자의 단일 성분을 포함하는 제2 영역; 및 제3 고분자의 단일 성분을 포함하는 제3 영역;을 갖는 것일 수 있다. In one embodiment of the invention the droplet comprises a first region comprising a single component of a first polymer; A second region comprising a single component of the second polymer; And a third region including a single component of the third polymer.

본 발명의 일 실시양태에서 제1 영역과 제2 영역의 접합부에는 제1 고분자와 제2 고분자가 혼합된 영역이 추가로 존재하고, In an embodiment of the present invention, a region in which the first polymer and the second polymer are mixed is additionally present at the junction between the first region and the second region,

제2 영역과 제3 영역의 접합부에는 제2 고분자와 제3 고분자가 혼합된 제2 하이브리드 영역이 추가로 존재하고, A second hybrid region in which the second polymer and the third polymer are mixed is additionally present at the junction between the second region and the third region,

제1 영역과 제3 영역의 접합부에는 제1 고분자와과 제3 고분자가 혼합된 제3 하이브리드 영역이 추가로 존재하고, A third hybrid region in which the first polymer and the third polymer are mixed is additionally present at the junction of the first region and the third region,

제1 영역, 제2영역 및 제3 영역의 접합부에는 제1 고분자, 제2 고분자 및 제3 고분자가 혼합된 제4 하이브리드 영역이 추가로 존재하는 것일 수 있다. A first hybrid region in which the first polymer, the second polymer, and the third polymer are mixed may be additionally present at the junction of the first region, the second region, and the third region.

본 발명에 의하면 상기 제1 고분자, 제2 고분자 및 제3 고분자는 용액으로 제공되며, 레이놀즈 수를 1 이하로 제어함으로써 하이브리드 영역의 발생을 최소화할 수 있다. According to the present invention, the first polymer, the second polymer, and the third polymer are provided as a solution, and the generation of the hybrid region can be minimized by controlling the Reynolds number to 1 or less.

본 발명에 있어서, 상기 프러시안 블루, 방사성 핵종 체외 배설제 및 자성 나노입자는 앞에서 정의한 바와 같다.In the present invention, the Prussian blue, radionuclide in vitro excretory agent and magnetic nanoparticles are as defined above.

본 발명에 있어서, 상기 액적은 생성된 비드가 제1 하이드로겔 25 내지 45 부피부, 제2 하이드로겔 25 내지 45 부피부 및 제3 하이드로겔 25 내지 45 부피부를 포함하도록 제1 고분자, 제2 고분자 및 제3 고분자의 양을 조절한 것일 수 있다.In the present invention, the droplet is the first polymer, the second polymer so that the generated beads include 25 to 45 parts by volume of the first hydrogel, 25 to 45 parts by volume of the second hydrogel and 25 to 45 parts by volume of the third hydrogel. The amount of the polymer and the third polymer may be adjusted.

또한 본 발명은, 프러시안블루를 포함하는 제1 하이드로겔이 함유되는 제1 실린지 및 제1 실린지에 연결된 제1 미세주사침 노즐;In addition, the present invention, a first syringe containing a first hydrogel containing Prussian Blue and a first microinjection needle connected to the first syringe;

방사성 핵종 체외배설제를 포함하는 제2 하이드로겔이 함유되는 제2 실린지 및 제2 실린지에 연결된 제2 미세주사침 노즐;A second syringe containing a second hydrogel containing a radionuclide extracorporeal excreted agent and a second microinjection needle connected to the second syringe;

자성나노입자를 포함하는 제3 하이드로겔이 함유되는 제3 실린지 및 제3 실린지에 연결된 제3 미세주사침 노즐;A third syringe containing a third hydrogel containing magnetic nanoparticles and a third fine needle needle connected to the third syringe;

제1, 제2 및 제3 미세주사침 노즐을 고정하는 브라켓;을 포함하고, Includes; brackets for fixing the first, second and third fine needle nozzles,

각각의 노즐에서 분사되는 하이드로겔이 서로 뭉쳐 하나의 액적을 형성하도록 상기 제1, 제2 및 제3 미세주사침 노즐의 각각의 토출구는 서로 인접하거나 또는 끝이 닿은 것인, 미세주사침 노즐 분사 시스템을 장착한 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 제조장치를 제공한다. Each of the first, second and third fine needle nozzles of the first, second and third fine needle nozzles are in close contact with each other or the ends are in contact with each other so that the hydrogels injected from each nozzle are united together to form a single droplet. Provided is an apparatus for manufacturing hydrogel beads for removing radionuclides.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시양태에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 제조장치의 측면도 및 상면도이다. 제1 내지 제3의 미세주사침 노즐(1)은 브라켓(2)에 고정되고, 화살표 방향으로 하이드로겔을 분사하여 브라켓을 통해 액적을 형성하게 한다. 6 and 7 are side and top views of a hydrogel bead manufacturing apparatus for removing radionuclides according to one embodiment of the present invention. The first to third fine needle nozzles 1 are fixed to the bracket 2 and spray a hydrogel in the direction of the arrow to form droplets through the bracket.

본 발명에 의하면, 상기 제1 미세주사침 노즐과 제2 미세주사침 노즐; 제2 미세주사침 노즐과 제3 미세주사침 노즐; 및 제1 미세주사침 노즐과 제3 미세주사침 노즐의 토출구가 각각 110 내지 130°의 각도를 갖도록 브라켓에 고정된 것일 수 있다. According to the present invention, the first fine needle needle and the second fine needle needle; A second fine needle needle and a third fine needle needle; And outlets of the first micro-needle needle nozzle and the third micro-needle needle nozzle may be fixed to the bracket so as to have an angle of 110 to 130°, respectively.

본 발명의 일 실시 양태에서, 브라켓은 미세주사침 노즐을 꼽을 수 있는 홀이 2개 뚫려있고, 홀과 홀의 각이 각각 110 내지 130°의 각도를 가지며, 미세주사침 노즐의 토출구가 서로 인접하거나 끝단이 닿도록 설계된 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the bracket has two holes through which a micro-injection needle can be inserted, and the angles of the holes and the holes each have an angle of 110 to 130°, and the ejection openings of the micro-injection nozzles are adjacent to each other or have ends. It may be designed to reach.

본 발명에 의하면, 상기 브라켓의 재질은 미세주사침 노즐을 고정실 수 있는 것이면 특별히 제한이 없으며, 에폭시 수지, 고분자, 플라스틱, 스틸 등 다양한 재질이 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 에폭시 수지를 사용하여 노즐을 고정시켰다. According to the present invention, the material of the bracket is not particularly limited as long as it can fix the micro-injection needle nozzle, and various materials such as epoxy resin, polymer, plastic, and steel can be used. In the embodiment of the present invention, the nozzle was fixed using an epoxy resin.

본 발명에 의하면, 상기 실린지는 주입량 및 주입속도의 정밀성을 향상시키기 위하여 미세조정 가능한 실린지 펌프를 장착할 수 있다. 실린지 펌프는 실린지에 개별적으로 부착될 수 있으며, 주입량과 주입속도를 조절할 수 있고, on-off 조절을 통해 제조되는 비드가 단일성분 입자(on-off-off), 이중성분 입자(on-on-off) 또는 삼중성분 입자(on-on-on)를 갖도록 코드화하여 구동시킬 수도 있다.According to the present invention, the syringe can be equipped with a finely adjustable syringe pump in order to improve the precision of the injection amount and injection speed. The syringe pump can be individually attached to the syringe, the injection amount and injection speed can be adjusted, and the beads produced through on-off control are single-component particles (on-off-off), dual-component particles (on-on) -off) or tri-component particles (on-on-on) to be coded to operate.

본 발명에서는 마이크로 실린지 펌프를 장착하여 액적의 양을 조절하였다. In the present invention, a micro syringe pump was installed to control the amount of droplets.

본 발명의 일 실시 양태에서, 미세주사침 노즐은 일자 형태일 수 있으나, 80 내지 100°의 각도로 꺽인 형태, 예를 들어 기역(ㄱ) 자로 꺽인 형태일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the micro-injection needle nozzle may have a straight shape, but may have a shape bent at an angle of 80 to 100°, for example, a shape bent with a base (a) ruler.

상기 제1 미세주사침 노즐, 제2 미세주사침 노즐 또는 제3 미세주사침 노즐의 토출구는 20 G 내지 23 G일 수 있으며, 상용 니들을 이용할 수 있다. The discharge port of the first fine needle needle, the second fine needle needle or the third fine needle needle may be 20 G to 23 G, and a commercial needle may be used.

본 발명에 따른 장치는 분당 40 내지 70 방울의 속도로 액적을 형성할 수 있다.The device according to the invention can form droplets at a rate of 40 to 70 drops per minute.

본 발명에서는 3개의 실린지 및 미세주사침 노즐을 이용하여 비드를 제조하였으나, 3개 이상(예를 들어, 4개, 5개)의 실린지 및 미세주사침 노즐을 이용하여 비드를 제조하는 것도 가능하다. In the present invention, beads were manufactured using three syringes and a fine needle needle, but it is also possible to manufacture beads using three or more (eg, four, five) syringes and a fine needle needle. .

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해할 수 있도록 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention more easily, and the contents of the present invention are not limited by the examples.

물질matter

알긴산 나트륨, 무수 염화칼슘 (Mw = 110.98), 철(III) 페로시안화물 (PB, 불용성 프러시안블루), 디에틸렌트리아민펜타아세트산 (DTPA, Mw = 393.35), 염화 제이철 육수화물 (ferric chloride hexahydrate, MNPs, 자성 나노입자, Mw = 270.30) 및 메틸렌블루 (MB)는 시그마-알드리치에서 구매하였으며, 추가 정제없이 사용하였다. 비활성 세슘(133Cs)은 o2si 스마트 솔류션에서 구입하였다. 세슘 용약은 표준용액 (1000 mg/L)을 탈 이온수로 희석하여 제조하였다. 모든 실험에서 증류수를 사용하였다. Sodium alginate, anhydrous calcium chloride (Mw = 110.98), iron (III) ferrocyanide (PB, insoluble prussian blue), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA, Mw = 393.35), ferric chloride hexahydrate, MNPs, magnetic nanoparticles, Mw = 270.30) and methylene blue (MB) were purchased from Sigma-Aldrich and used without further purification. Inert cesium ( 133 Cs) was purchased from o2si smart solution. The cesium solution was prepared by diluting a standard solution (1000 mg/L) with deionized water. Distilled water was used in all experiments.

테트라포드형 니들 인젝터의 제조Preparation of tetrapod needle injectors

상업용으로 판매되는 실린지 니들(KOVAX-NEEDLE , 23 게이지) 3개를 각각 90°로 구부려서 플라스틱 지지대(1 mL 피펫 팁)에 삽입하였다. 니들의 외경/내경은 0.64 mm 및 0.32 mm이다. 에폭시 수지를 사용하여 니들이 서로 120°로 배향되어 있고, 테트라포드형 배열을 유지할 수 있도록 에폭시 수지를 이용하여 접작 및 고정시킴으로써 테트라포드형 니들 인젝터를 제조하였다. 제조된 장치는 도 1에 나타내었다. 도 1A는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세주사침 노즐 분사장치의 개념도이고, 도 1B는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 미세 주사침 노즐 분사장치를 위에서 본 이미지이며, 도 1C는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 미세 주사침 노즐 분사장치를 측면에서 본 이미지이다. 세 개의 니들 토출구에서 각각 서로 다른 기능성 성분을 갖는 고분자를 배출하여 하나의 액적을 형성하여 적하되었다. 파랑 색은 프러시안 블루를 포함하는 고분자이며, 적색은 자성 나노입자를 포함하는 고분자이며, 흰색은 방사성 핵종 체외 배설 촉진제를 포함하는 고분자이다. 육안으로 비드에서 세 성분이 포함된 것을 확인할 수 있다.Three commercially available syringe needles (KOVAX-NEEDLE , 23 gauge) were bent at 90° each and inserted into a plastic support (1 mL pipette tip). The outer/inner diameter of the needle is 0.64 mm and 0.32 mm. Using an epoxy resin, the needles are oriented at 120° to each other, and a tetrapod-type needle injector was prepared by grafting and fixing with an epoxy resin to maintain a tetrapod-like arrangement. The fabricated device is shown in FIG. 1. 1A is a conceptual view of a micro-injection needle injection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is an image of a micro-injection nozzle injection device manufactured according to an embodiment of the present invention, and FIG. This is an image of a fine needle needle injection device manufactured according to an embodiment viewed from the side. Polymers having different functional components were discharged from the three needle outlets to form a single droplet and dropped. The blue color is a polymer containing Prussian blue, the red color is a polymer containing magnetic nanoparticles, and the white color is a radioactive nuclide in vitro excretion promoter. It can be seen with the naked eye that the beads contain three components.

실시예 1.Example 1.

본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드를 제조하기 위해 입자를 구획을 갖도록 기능적으로 인코딩하였다. 먼저 세 종류의 상이한 알긴산 나트륨 용액을 제조하였다. 구체적으로 각각 프러시안블루(PB) 0.2 중량%, 방사성 핵종 체외 배설 촉진제(DTPA) 1 중량% 및 자성나노입자(MNPm)를 포함하는 7중량% 알긴산 나트륨 용액을 제조하였다. 마이크로실린지 펌프 (Kd Scientific, Inc., 한국)와 앞에서 제조한 인젝터를 사용하여 세가지 상을 갖는 단일 다상 기류를 형성시키고, 중력이 혼합물의 표면 장력을 초과할때 단분산 구형 방울(액적)으로 적하되고, 이를 5중량% 염화칼슘 수용액에서 10분간 정치시켜 Ca2+에 의해 중합함으로써 하이드로겔 비드를 형성시켰다. 제조된 비드는 탈이온수로 3회 세척하고 동결건조하였다. 제조된 비드를 도 2C에 나타내었다. 비드에 세 가지 성분이 단일 성분으로 구획을 이루면서 하나의 입자를 형성된 것을 관찰할 수 있다. The particles were functionally encoded to have compartments to produce the hydrogel beads for radionuclide removal according to the present invention. First, three different sodium alginate solutions were prepared. Specifically, 0.2% by weight of Prussian Blue (PB), 1% by weight of radionuclide in vitro excretion promoter (DTPA) and 7% by weight of sodium alginate solution containing magnetic nanoparticles (MNPm) were prepared. Using a microsyringe pump (Kd Scientific, Inc., Korea) and an injector prepared earlier, a single multiphase air stream with three phases was formed, and as a monodisperse spherical droplet (droplet) when gravity exceeded the surface tension of the mixture. It was added dropwise, and left to stand in a 5% by weight aqueous calcium chloride solution for 10 minutes to polymerize with Ca 2+ to form a hydrogel bead. The prepared beads were washed 3 times with deionized water and lyophilized. The prepared beads are shown in Figure 2C. It can be observed that three components were formed as a single component in a bead, and one particle was formed.

비교예 1.Comparative Example 1.

실시예 1과 동일한 방법으로 비드를 제조하되, 단일 성분으로 입자를 제조하였다. 이를 도 2A에 나타내었다. 흰색의 비드는 방사성 핵종 체외 배설 촉진제를 포함하는 알긴산나트륨으로 제조된 하이드로겔 비드이며, 갈색은 자성 나노입자를 포함하는 알긴산나트륨으로 제조된 하이드로겔 비드이며, 가장 짙은색(청색)은 프러시안 블루를 포함하는 알긴산나트륨으로 제조된 하이드로겔 비드이다.Beads were prepared in the same manner as in Example 1, but particles were prepared as a single component. This is shown in Figure 2A. The white beads are hydrogel beads made of sodium alginate containing radionuclide in vitro excretion accelerator, brown is hydrogel beads made of sodium alginate containing magnetic nanoparticles, and the darkest (blue) is Prussian Blue It is a hydrogel bead made of sodium alginate containing.

비교예 2.Comparative Example 2.

실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 이중 성분으로 입자를 제조하였다. 이를 도 2B에 나타내었다. 흰색은 방사성 핵종 체외 배설 촉진제를 포함하는 알긴산나트륨기반 하이드로겔 구역이며, 갈색은 자성 나노입자를 포함하는 알긴산나트륨기반 하이드로겔 구역이다. Prepared in the same manner as in Example 1, the particles were prepared with a dual component. This is shown in Figure 2B. White is a sodium alginate-based hydrogel zone containing radionuclide in vitro excretion promoter, and brown is a sodium alginate-based hydrogel zone containing magnetic nanoparticles.

시험예 1. 특성 분석Test Example 1. Characterization

입자 형태는 5 kV의 가속 전압에서 작동하는 주사 전자 현미경(SEM, S-4800, Hitachi, Tokyo, Japan)을 사용하여 결정하였다. 60 ℃에서 수지에 고정화된 시료를 사용하여 Energy Dispersive X-ray (EDX, QuantaX200, Bruker, Germany)를 사용하여 입자의 각 성분의 영역에 대한 횡단면 및 원소 분석을 수행하고, 마이크로톰을 사용하여 영역을 설정하였다. 푸리에 변환 적외선 스펙트럼은 KBr 정제를 사용하여 대기 조건 하에서 파장 범위 400 내지 4000 cm-1에서 FT-IR 분광기 (FT/IR-6600, JASCO Corp., Japan)를 사용하여 수득하였다. 생성 된 입자의 다분산성을 결정은 디지털 카메라로 사진을 촬영하였다. 광학 이미지에서 입자의 평균 직경 및 표준 편차는 오픈 소스 이미지 분석 소프트웨어 ImageJ를 사용하여 측정하였다. Particle morphology was determined using a scanning electron microscope (SEM, S-4800, Hitachi, Tokyo, Japan) operating at an acceleration voltage of 5 kV. Cross section and elemental analysis of the regions of each component of the particles was performed using Energy Dispersive X-ray (EDX, QuantaX200, Bruker, Germany) using samples immobilized on the resin at 60° C. Was set. The Fourier transform infrared spectrum was obtained using an FT-IR spectrometer (FT/IR-6600, JASCO Corp., Japan) in the wavelength range 400 to 4000 cm -1 under atmospheric conditions using KBr tablets. Determination of the polydispersity of the resulting particles was taken with a digital camera. The average diameter and standard deviation of the particles in the optical image were measured using open source image analysis software ImageJ.

입자 크기Particle size

23 G 니들, 1 ml/분의 용적 유량으로 액적을 형성시킨 뒤, 광학 분석을 한 결과 비교예 1은 2.0 내지 2.5 mm(평균 2.26±0.04 mm), 비교예 2는 2.5 내지 3.0 mm(평균 2.76±0.05 mm), 실시예 1에 따른 비드는 3.5 nm 내지 4.0 mm(평균 3.72±0.09 mm) 크기를 갖는 균일한 크기의 비드가 형성되는 것으로 확인되었다(도 2D). 23 G needle, after forming droplets at a volume flow rate of 1 ml/min, after optical analysis, Comparative Example 1 was 2.0 to 2.5 mm (average 2.26±0.04 mm), Comparative Example 2 was 2.5 to 3.0 mm (average 2.76) ±0.05 mm), the beads according to Example 1 were confirmed to form beads of uniform size having a size of 3.5 nm to 4.0 mm (average 3.72±0.09 mm) (FIG. 2D).

HR-SEM 분석HR-SEM analysis

고해상도 주사 전자 현미경(HR-SEM)을 사용하여 실시예 1에 따른 비드를 이미지를 얻었으며, 이를 도 3A에 나타내었다. The beads according to Example 1 were imaged using a high resolution scanning electron microscope (HR-SEM), which is shown in Figure 3A.

도 3 B는 SEM-EDX 복합 현미경을 이용한 원소맵핑 결과로, 실시예 1에 따른 비드는 3.5 nm 내지 4.0 mm, 바람직하게는 3.5 내지 3.8 mm인 것으로 확인되었으며, 원소 맵핑을 통해 철, 질소, 칼슘, 탄소 및 산소 존재 및 위치를 확인할 수 있다. 이러한 원소 분포는 프러시안블루를 포함하는 제1 하이드로겔, 방사성 핵종 체외 배설 촉진제를 포함하는 제2 하이드로겔; 및 자성나노입자를 포함하는 제3 하이드로겔이 분리되고, 간섭 없이 안정적으로 구획화되어 캡슐화됨을 보여주며, 칼슘의 존재는 고분자 네트워크의 가교결합의 확립을 의미한다.3B is a result of element mapping using SEM-EDX composite microscope, the beads according to Example 1 were found to be 3.5 nm to 4.0 mm, preferably 3.5 to 3.8 mm, and iron, nitrogen, and calcium through element mapping , The presence and location of carbon and oxygen. The elemental distribution includes a first hydrogel containing prussian blue, a second hydrogel containing radionuclide ex vivo accelerator; And the third hydrogel containing magnetic nanoparticles is separated, stably compartmentalized and encapsulated without interference, and the presence of calcium means establishment of crosslinking of the polymer network.

도 3C~도 3F는 실시예 1의 SEM 이미지이다. 도 3C는 세 성분이 함께 있는 부위의 SEM 이미지이며, 도 3D, 도 3E 및 도 3F는 각각 프러시안블루 포함 제1 하이드로겔 영역, 방사성 핵종 체외 배설 촉진제를 포함하는 제2 하이드로겔 영역; 및 자성나노입자를 포함하는 제3 하이드로겔 영역을 고배율로 촬영한 SEM 이미지이다. SEM 이미지를 통해 본 발명에 따른 비드가 잘 발달된 다공성 3차원 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다. 이러한 내부 구조는 개방적이고 높은 상호 연결성을 나타내며, 비드가 약물, 흡착물 또는 영양소 전달에 적합한 운반수단이 될 수 있음을 시사한다. 도 3D, 도 3E 및 도 3F는 본 발명에 따른 비드에 나노크기의 PB, MNPs 입자들이 고분자 네트워크에서 광범위하게 분산되고 통합되었음을 보여준다. 3C to 3F are SEM images of Example 1. Figure 3C is a SEM image of a site with three components, Figures 3D, 3E and 3F are respectively a first hydrogel region including Prussian Blue, a second hydrogel region including a radionuclide in vitro excretion promoter; And a third hydrogel region including magnetic nanoparticles at high magnification. The SEM image confirms that the beads according to the present invention have a well-developed porous three-dimensional structure. This internal structure is open and highly interconnected, suggesting that beads can be a suitable vehicle for drug, adsorbate or nutrient delivery. 3D, 3E and 3F show that nano-sized PB and MNPs particles in beads according to the present invention are widely dispersed and integrated in a polymer network.

시험예 2. 세슘 흡착능 테스트Test Example 2. Cesium adsorption capacity test

흡착 실험은 세슘 이온 농도(0.01, 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 50, 100, 500 mg/L)와 접촉 시간 (5, 10, 20 분, 40 분, 60 분, 120 분, 240 분, 480 분)을 변화시킴으로써 제조된 비드의 세슘 이온 흡착능을 수행하였다. 이를 위해 세슘 이온 표준용액을 사용하여 상이한 농도로 제조하였다. 교반기를 사용하여 24시간 동안 교반함으로써 등온 실험을 실시하였다. 전 속도 (30 rpm), 건조 흡착제 투여 량 (200 mg), 온도 (23.5 ℃), pH (5.3) 및 용액 부피 (50 mL)와 같은 다른 매개 변수는 일정하게 유지시켰다. CP-MS, PerkinElmer ELAN 6100, Massachusetts, USA)를 이용하여 등온선과 운동 실험 후 용액 내의 Cs 이온의 최종 농도를 결정하였다.Adsorption experiments include cesium ion concentrations (0.01, 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 50, 100, 500 mg/L) and contact time (5, 10, 20 min, 40 min, 60 min, 120 min, 240 min) , 480 min) was performed to adsorb the cesium ion of the beads prepared. To this end, cesium ion solutions were prepared at different concentrations. Isothermal experiments were performed by stirring for 24 hours using a stirrer. Other parameters such as full speed (30 rpm), dry adsorbent dose (200 mg), temperature (23.5 °C), pH (5.3) and solution volume (50 mL) were kept constant. CP-MS, PerkinElmer ELAN 6100, Massachusetts, USA) was used to determine the final concentration of Cs ions in solution after isotherm and exercise experiments.

랭뮤어(Langmuir) 및 프리드리히(Freundlich) 등온선 모델을 사용하여 흡착 거동을 평가하였다. 랭뮤어 및 프리드리히 등온선의 비선형 형태는 다음 식 1 및 2로 정의된다. Adsorption behavior was evaluated using Langmuir and Freundlich isotherm models. The nonlinear form of the Langmuir and Friedrich isotherms is defined by the following equations 1 and 2.

식 (1)Equation (1)

Figure 112019033693187-pat00001
Figure 112019033693187-pat00001

식 중에서 qe (mg/g)는 평형에서 흡착물의 양이고, Ce (mg/L)는 흡착 물의 평형 농도이며, qmax (mg/g)와 b (L/mg)는 흡착 용량과 관련된 랭뮤어 상수 및 흡착 친화성이다.In the formula, q e (mg/g) is the amount of adsorbate at equilibrium, C e (mg/L) is the equilibrium concentration of adsorbate, and q max (mg/g) and b (L/mg) are related to adsorption capacity. Langmuir constant and adsorption affinity.

식 (2)Equation (2)

Figure 112019033693187-pat00002
Figure 112019033693187-pat00002

qe (mg/g)는 평형에서 흡착물의 양이고, Ce (mg/L)는 흡착 물의 평형 농도이며, 프리드리히 상수 KF는 흡착 용량 (mg/g)을 나타내고, n은 흡착 강도의 등온선 매개 변수이다.q e (mg/g) is the amount of adsorbate at equilibrium, C e (mg/L) is the equilibrium concentration of adsorbent, the Friedrich constant KF represents the adsorption capacity (mg/g), and n is an isothermal parameter of adsorption strength Is a variable.

도 4a는 초기 세슘 농도의 함수로서 실시예 1의 비드 (200 mg)의 흡착 용량을 나타낸다. 흡착 용량은 조사된 농도의 전체 범위에 걸쳐 세슘 농도에 의존하는 것으로 나타났으며, 세슘 이온 제거의 평형 흡착 용량은 7.80 mg/g으로 측정되었다. 본 발명에 따른 실시예 1의 비드에 의한 세슘 흡착 속도를 8시간 동안 접촉시키면서 조사하였으며, 그 결과를 도 4B에 나타내었다. 세슘 흡착 속도는 반응 200 분 까지는 점진적으로 증가하였고, 곧 포화되었다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 실시예 1의 비드가 세슘 이온을 효과적으로 제거할 수 있음을 의미한다. 4A shows the adsorption capacity of the beads of Example 1 (200 mg) as a function of initial cesium concentration. The adsorption capacity was found to depend on the cesium concentration over the entire range of concentrations investigated, and the equilibrium adsorption capacity of cesium ion removal was determined to be 7.80 mg/g. The adsorption rate of cesium by the beads of Example 1 according to the present invention was investigated while contacting for 8 hours, and the results are shown in FIG. 4B. The cesium adsorption rate increased gradually up to 200 minutes of reaction and soon became saturated. These results mean that the beads of Example 1 according to the present invention can effectively remove cesium ions.

시험예 3. DTPA 방출 거동 테스트Test Example 3. DTPA release behavior test

방출 메커니즘은 Korsmeyer-Peppas 모델을 사용하여 다양한 양의 입자들(5개, 10개 및 15개) 존재하에서의 DTPA 방출 거동을 측정하였다. 실험은 수용액 (50 mL) 내에서 수행되었으며, 회전 속도는 30 rpm으로, 온도는 36 ± 0.5 ℃로 설정하였다. 분취액을 1 분, 5 분, 10 분, 20 분, 30 분, 40 분에 회수하였다. DTPA 농도는 UV-Vis spectrometer (V-770, JASCO Corp., Japan)를 사용하여 230 nm에서 흡광도를 측정하여 결정 하였다. 결과는 5 번의 독립적인 측정의 평균±표준 편차로 나타내었다. DTPA 방출 효율은 다음 식 3을 사용하여 계산하였다.The release mechanism used the Korsmeyer-Peppas model to measure the DTPA release behavior in the presence of various amounts of particles (5, 10 and 15). The experiment was carried out in an aqueous solution (50 mL), the rotation speed was set to 30 rpm, and the temperature was set to 36±0.5°C. An aliquot was collected at 1 minute, 5 minutes, 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes, and 40 minutes. DTPA concentration was determined by measuring absorbance at 230 nm using a UV-Vis spectrometer (V-770, JASCO Corp., Japan). Results are expressed as mean±standard deviation of 5 independent measurements. DTPA release efficiency was calculated using the following equation 3.

식 (3)Equation (3)

Figure 112019033693187-pat00003
Figure 112019033693187-pat00003

식 중에서, mt는 시간 t에서 방출된 DTPA의 양이고, m는 입자에 담긴 DTPA의 총량이다.In the formula, m t is the amount of DTPA released at time t, and m is the total amount of DTPA contained in the particles.

도 4C는 상온에서 40분 동안 수용액 중의 실시예 1의 비드로부터 DTPA 방출거동을 도시한 것이다. DTPA의 UV-vis 스펙트럼은 230 nm에서 최대 흡수 피크를 보였다. 초기 20분 동안 점진적으로 약물 방출되었다. DTPA 방출에 대한 표준 검량선을 계산한 결과, 플롯은 DTPA 농도에 대해 R2 = 0.9934의 양호한 선형성을 나타내는 것으로 확인되었다.4C shows the DTPA release behavior from the beads of Example 1 in aqueous solution for 40 minutes at room temperature. The UV-vis spectrum of DTPA showed the maximum absorption peak at 230 nm. The drug was gradually released during the initial 20 minutes. As a result of calculating the standard calibration curve for DTPA release, it was confirmed that the plot shows good linearity of R2 = 0.9934 for DTPA concentration.

도 4D는 수용액 하에서 실시예 1의 비드로부터의 DTPA 서방성을 확인한 결과이다. 상이한 갯수의 비드로부터의 DTPA 방출은 처음 20 분 동안 가장 높은 방출 속도를 보여주었고, 40 분 후에는 최종 방출량을 보여준다. DTPA 방출 효율은 비드의 갯수 증가에도 유의적인 변화가 없었다. 5, 10 및 15 개의 비드 사용에 대한 최종 DPTA 방출량은 각각 90.04%, 90.67% 및 91.19%였다.Figure 4D is the result of confirming the DTPA sustained release from the beads of Example 1 under an aqueous solution. DTPA release from different numbers of beads showed the highest release rate during the first 20 minutes and the final release after 40 minutes. DTPA release efficiency did not change significantly with increasing number of beads. The final DPTA emissions for the use of 5, 10 and 15 beads were 90.04%, 90.67% and 91.19%, respectively.

Korsmeyer-Peppas 모델에서 기울기 (n)은 Fickian 확산 (n ≤ 0.43), 이상 수송 (0.43 <n <0.85), 케이스 II (이완) 수송 (n = 0.85) 및 수퍼 케이스 II 수송 (n> 0.85)이다. 도 4D 삽입도는 DTPA 방출의 처음 20 분 동안 로그 방출 효율 대 로그 시간으로서 플롯 된 실험 데이터를 나타낸다. n 값 (즉, n5 입자 = 0.6573, n10 입자 = 0.7118 및 n15 입자 = 0.8405)에 따르면,이 시스템에서 우세한 비정상적인 수송은 세포 내 단백질 확산 및 다공성 매체를 통한 확산에서도 발견되었다.In the Korsmeyer-Peppas model, the slope (n) is Fickian diffusion (n ≤ 0.43), anomalous transport (0.43 <n <0.85), case II (relaxation) transport (n = 0.85) and super case II transport (n> 0.85) . 4D inset shows experimental data plotted as log release efficiency versus log time for the first 20 minutes of DTPA release. According to the n values (i.e., n5 particles = 0.6573, n10 particles = 0.7118 and n15 particles = 0.8405), predominant abnormal transport in this system was also found in intracellular protein diffusion and diffusion through porous media.

시험예 4. 자기 구동Test Example 4. Magnetic drive

실시예 1 비드의 자기 작용을 확인하기 위하여 외부 자기장을 사용하였다. 인가된 외부 자기장의 영향하에서 비드는 직선으로 움직였으며(도 5A 및 도 5B), 0.3초 내에 자성 나노입자가 포함된 영역(구획)을 인가된 자기장의 방향과 같은 방향으로 배향을 변화시켰다. 이는 본 발명에 따른 실시예 1의 비드를 효율적으로 회수할 수 있음을 입증한다. 또한, 각각의 비드는 외부 자기장을 받아 자기 교반기와 같은 독립적인 회전 거동을 나타낼 수 있다. 회전 자기장의 축은 입자에 수직이기 때문에 회전하는 자기장을 사용하여 도 5D에 도시한 바와 같이, 정적으로 교반 판에 정렬되고, 도 5E 및 도 5F에 도시한 바와 같이, 입자의 회전 속도를 제어할 수 있다. Example 1 An external magnetic field was used to confirm the magnetic action of the beads. Under the influence of the applied external magnetic field, the beads moved in a straight line (Figs. 5A and 5B), and within 0.3 seconds, the area (compartment) containing the magnetic nanoparticles was changed in the same direction as the direction of the applied magnetic field. This demonstrates that the beads of Example 1 according to the present invention can be efficiently recovered. In addition, each bead can receive an external magnetic field and exhibit independent rotational behavior, such as a magnetic stirrer. Since the axis of the rotating magnetic field is perpendicular to the particles, a rotating magnetic field can be used to statically align the stir plate, as shown in Figure 5D, and control the rotational speed of the particles, as shown in Figures 5E and 5F. have.

상기와 같은 결과들은 본 발명에 따른 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드가 효율적으로 약물 방출을 촉진하고, 방사성 핵종 제거 반응을 가속화하며, 흡착 용량이 우수할 뿐만 아니라 회수 및 제거가 용이함을 보여준다.The above results show that the hydrogel beads for radionuclide removal according to the present invention efficiently promote drug release, accelerate the radionuclide removal reaction, have excellent adsorption capacity, and are easy to recover and remove.

Claims (15)

프러시안블루를 포함하는 제1 하이드로겔;
방사성 핵종 체외 배설 촉진제를 포함하는 제2 하이드로겔; 및
자성나노입자를 포함하는 제3 하이드로겔;을 포함하고,
제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔은 서로 융합하여 입자를 형성한 것인 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드로서,
상기 하이드로겔 비드는 다공성이고, 제1 하이드로겔의 단일 성분을 포함하는 제1 영역; 제2 하이드로겔의 단일 성분을 포함하는 제2 영역; 및 제3 하이드로겔의 단일 성분을 포함하는 제3 영역;을 포함하고, 상기 제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔은 2가 양이온에 의해 서로 가교된 것인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
A first hydrogel comprising prussian blue;
A second hydrogel comprising a radionuclide in vitro excretion promoter; And
A third hydrogel comprising magnetic nanoparticles; containing,
The first hydrogel, the second hydrogel and the third hydrogel are hydrogel beads for removing radionuclides, which are formed by fusion with each other to form particles.
The hydrogel beads are porous and include a first region comprising a single component of the first hydrogel; A second region comprising a single component of the second hydrogel; And a third region comprising a single component of the third hydrogel, wherein the first hydrogel, the second hydrogel, and the third hydrogel are crosslinked by divalent cations to remove radionuclides. Hydrogel beads.
삭제delete 제1항에 있어서,
제1 영역과 제2 영역의 접합부에 제1 하이드로겔과 제2 하이드로겔이 혼합된 제1 하이브리드 영역이 추가로 존재하고,
제2 영역과 제3 영역의 접합부에 제2 하이드로겔과 제3 하이드로겔이 혼합된 제2 하이브리드 영역이 추가로 존재하고,
제1 영역과 제3 영역의 접합부에 제1 하이드로겔과 제3 하이드로겔이 혼합된 제3 하이브리드 영역이 추가로 존재하고,
제1 영역, 제2영역 및 제3 영역의 접합부에 제1 하이드로겔, 제2 하이드로겔 및 제3 하이드로겔이 혼합된 제4 하이브리드 영역이 추가로 존재하는 것인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
According to claim 1,
A first hybrid region in which the first hydrogel and the second hydrogel are mixed is additionally present at the junction of the first region and the second region,
A second hybrid region in which the second hydrogel and the third hydrogel are mixed is additionally present at the junction of the second region and the third region,
A third hybrid region in which the first hydrogel and the third hydrogel are mixed is additionally present at the junction of the first region and the third region,
Hydrogel beads for radionuclide removal, wherein a fourth hybrid region in which a first hydrogel, a second hydrogel and a third hydrogel are mixed is additionally present at a junction of the first region, the second region, and the third region. .
제1항에 있어서,
방사성 핵종은 스트론튬, 세슘, 플루토늄, 아메리슘, 우라늄, 라듐, 토륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
According to claim 1,
The radionuclide is selected from the group consisting of strontium, cesium, plutonium, americium, uranium, radium, thorium and combinations thereof, hydrogel beads for removing radionuclides.
제1항에 있어서,
프러시안 블루는 할로우 또는 메조포러스 구조를 갖는 다공성 프러시안블루인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
According to claim 1,
Prussian Blue is a porous Prussian Blue having a hollow or mesoporous structure, a hydrogel bead for removing radionuclides.
제1항에 있어서,
방사성 핵종 체외 배설 촉진제는 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 또는 이들의 조합인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
According to claim 1,
Radionuclide extracorporeal excretion accelerator is diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) or a combination thereof, hydrogel beads for removing radionuclides.
제1항에 있어서,
자성 나노입자는 Fe2O3, Fe3O4, FePt, CoPt, MnFe2O4, CoFe2O4, NiFe2O4 ZnFe2O4 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
According to claim 1,
The magnetic nanoparticles are selected from the group consisting of Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , FePt, CoPt, MnFe 2 O 4 , CoFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 ZnFe 2 O 4 and combinations thereof. Hydrogel beads for nuclide removal.
제1항에 있어서,
제1 하이드로겔 25 내지 45 부피부, 제2 하이드로겔 25 내지 45 부피부 및 제3 하이드로겔 25 내지 45 부피부를 포함하는 것인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
According to claim 1,
Hydrogel beads for removing radionuclides, comprising 25 to 45 parts by volume of the first hydrogel, 25 to 45 parts by volume of the second hydrogel, and 25 to 45 parts by volume of the third hydrogel.
제1항에 있어서,
하이드로겔은 알지네이트, 아가로스, 히아루론산, 콜라겐 및 이들의 조합 중에서 선택되는 고분자 기반의 하이드로겔인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드.
According to claim 1,
The hydrogel is a polymer-based hydrogel selected from alginate, agarose, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof, and hydrogel beads for removing radionuclides.
프러시안블루를 포함하는 제1 고분자가 함유된 제1 실린지; 방사성 핵종 체외배설제를 포함하는 제2 고분자가 함유된 제2 실린지; 및 자성나노입자를 포함하는 제3 고분자가 함유된 제3 실린지를 준비하는 단계;
상기 제1 실린지; 제2 실린지 및 제3 실린지 각각에 미세주사침 노즐을 꼽고 세 개의 미세주사침 노즐의 토출구가 110 내지 130°의 각도를 갖도록 브라켓에 고정하는 단계;
상기 제1 실린지; 제2 실린지 및 제3 실린지를 펌핑하여 제1 고분자, 제2 고분자 및 제3 고분자를 각각 토출시켜 하나의 액적을 형성시키는 단계; 및
액적을 2가 양이온 수용액 상에 적하하여 하이드로겔을 형성시키는 단계;를 포함하고,
상기 고분자는 알지네이트, 아가로스, 히아루론산, 콜라겐 및 이들의 조합 중에서 선택되는 것인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법.
A first syringe containing a first polymer containing prussian blue; A second syringe containing a second polymer containing a radionuclide extracorporeal excreter; And preparing a third syringe containing a third polymer containing magnetic nanoparticles.
The first syringe; Inserting a micro-spindle nozzle into each of the second and third syringes and fixing them to the bracket so that the discharge ports of the three micro-spindle nozzles have an angle of 110 to 130°;
The first syringe; Pumping the second syringe and the third syringe to discharge the first polymer, the second polymer, and the third polymer to form one droplet; And
The droplets are added onto a divalent cation aqueous solution to form a hydrogel.
The polymer is selected from alginate, agarose, hyaluronic acid, collagen and combinations thereof, a method for producing a hydrogel bead for radionuclide removal.
제10항에 있어서,
상기 액적은 제1 고분자의 단일 성분을 포함하는 제1 영역; 제2 고분자의 단일 성분을 포함하는 제2 영역; 및 제3 고분자의 단일 성분을 포함하는 제3 영역;을 갖는 것인, 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드의 제조방법.
The method of claim 10,
The droplet comprises a first region comprising a single component of the first polymer; A second region comprising a single component of the second polymer; And a third region comprising a single component of the third polymer. The method of manufacturing a hydrogel bead for removing radionuclides.
제10항에 있어서,
제1 영역과 제2 영역의 접합부에는 제1 고분자와 제2 고분자가 혼합된 영역이 추가로 존재하고,
제2 영역과 제3 영역의 접합부에는 제2 고분자와 제3 고분자가 혼합된 제2 하이브리드 영역이 추가로 존재하고,
제1 영역과 제3 영역의 접합부에는 제1 고분자와과 제3 고분자가 혼합된 제3 하이브리드 영역이 추가로 존재하고,
제1 영역, 제2영역 및 제3 영역의 접합부에는 제1 고분자, 제2 고분자 및 제3 고분자가 혼합된 제4 하이브리드 영역이 추가로 존재하는 것인, 제조방법.
The method of claim 10,
A region in which the first polymer and the second polymer are mixed is additionally present at the junction of the first region and the second region,
A second hybrid region in which the second polymer and the third polymer are mixed is additionally present at the junction between the second region and the third region,
A third hybrid region in which the first polymer and the third polymer are mixed is additionally present at the junction of the first region and the third region,
The first region, the second region and the third region of the junction, the first polymer, the second polymer and the fourth hybrid region in which the third polymer is mixed is further present, the manufacturing method.
프러시안블루를 포함하는 제1 고분자가 함유되는 제1 실린지 및 제1 실린지에 연결된 제1 미세주사침 노즐;
방사성 핵종 체외배설제를 포함하는 제2 고분자가 함유되는 제2 실린지 및 제2 실린지에 연결된 제2 미세주사침 노즐;
자성나노입자를 포함하는 제3 고분자가 함유되는 제3 실린지 및 제3 실린지에 연결된 제3 미세주사침 노즐;
제1, 제2 및 제3 미세주사침 노즐을 고정하는 브라켓;을 포함하고,
각각의 노즐에서 분사되는 고분자가 서로 뭉쳐 하나의 액적을 형성하도록 상기 제1, 제2 및 제3 미세주사침 노즐의 각각의 토출구는 서로 인접한 것인, 미세주사침 노즐 분사 시스템을 장착한 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 제조장치.
A first syringe containing a first polymer containing prussian blue and a first micro-injection needle connected to the first syringe;
A second syringe containing a second polymer containing a radionuclide extracorporeal excretory agent and a second microinjection needle connected to the second syringe;
A third syringe containing a third polymer containing magnetic nanoparticles and a third fine needle needle connected to the third syringe;
Includes; brackets for fixing the first, second and third fine needle nozzles,
For ejection of radionuclides equipped with a microinjection nozzle injection system, the respective ejection openings of the first, second and third microinjection nozzles are adjacent to each other so that the polymers ejected from each nozzle unite with each other to form a single droplet. Hydrogel bead manufacturing apparatus.
제13항에 있어서,
상기 제1 미세주사침 노즐과 제2 미세주사침 노즐; 제2 미세주사침 노즐과 제3 미세주사침 노즐; 및 제1 미세주사침 노즐과 제3 미세주사침 노즐의 토출구가 각각 110 내지 130°의 각도를 갖도록 브라켓에 고정된 것인, 미세주사침 노즐 분사 시스템을 장착한 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 제조장치.
The method of claim 13,
The first fine needle needle and the second fine needle needle; A second fine needle needle and a third fine needle needle; And Hydrogel bead manufacturing apparatus for removing radionuclides equipped with a micro-injection nozzle injection system, that the outlet of the first micro-injection needle and the third micro-injection needle is fixed to the bracket to have an angle of 110 to 130 °, respectively.
제13항에 있어서,
상기 제1 미세주사침 노즐, 제2 미세주사침 노즐 또는 제3 미세주사침 노즐의 토출구는 20 G 내지 23 G인, 미세주사침 노즐 분사 시스템을 장착한 방사성 핵종 제거용 하이드로겔 비드 제조장치.
The method of claim 13,
Hydrogel bead manufacturing apparatus for removing radionuclides equipped with a micro-injection nozzle injection system, the discharge port of the first micro-injection needle, the second micro-injection needle or the third micro-injection needle is 20 G to 23 G.
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KR20150050251A (en) * 2013-10-31 2015-05-08 한국원자력연구원 Absorbent/hydrogel, manufacturing method for the same, and removing method for radioactive substance in using the absorbent/hydrogel

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