KR102173645B1

KR102173645B1 - 약물 방출 탄소 섬유 스텐트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102173645B1
Application number: KR1020180171928A
Authority: KR
Inventors: 조창현; 우창세; 양갑승; 임창하; 최선호
Original assignee: (주)에이치피케이
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-11-05
Also published as: KR20200083731A

Abstract

본 발명은 방출을 위한 약물을 담지할 수 있도록 표면에 크기가 제어된 세공이 형성된 탄소 섬유 재질의 스텐트에 관한 것으로, 중공의 관 형상이고 망사 구조의 몸체가 표면에 세공이 형성된 탄소섬유로 구성되며, 담지 대상이되는 약물의 종류와 양 및 방출 속도 중에 하나를 기준으로 세공의 크기가 조절된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스텐트는, 표면에 다수의 세공이 형성된 탄소섬유를 기본 재질로 하여 세공의 크기가 조절된 스텐트를 제조함으로써, 표면의 세공에 담지된 약물의 방출 속도를 조절 할 수 있는 약물 방출 스텐트를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한 세공이 크기를 제어하여 약물의 담지 양을 극대화 시키고 약물 방출 속도의 제어가 가능한 효과가 있다.

Description

약물 방출 탄소 섬유 스텐트 및 그 제조방법{DRUG RELEASING CARBON FIBER STENT AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 인체 내에 투입되어 사용되는 스텐트와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 약물을 담지하여 방출할 수 있는 탄소 섬유 재질의 스텐트와 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 의료기술이 발달함에 따라, 치료용 또는 생체 대체용으로 인체 내에 투입되어 사용되는 생체 대체품 산업의 중요성이 부각되고 있다.

이상적인 스텐트(stent)는 다음과 같은 특성을 갖도록 제안하고 있다. 가이드 와이어에 부착된 풍선 카테터(catheter)에 물리적으로 부착될 수 있어야하고, 확장성이 우수하여 혈관을 확장시킨 상태로 유지 되어야하고, 확장 후에 원래 상태로 회복되지 않아야하며, 탄력성이 있는 동맥혈관을 통과 할 수 있을 정도로 유연해야 되며, 핵자기 공명 이미지(MRI)가 감지되어야 하며, 적혈구에 내 혈전성이 있고, 약물 전달이 용이한 특성을 갖는 재료 이어야 되는 것으로 보고되고 있다. (G. Mani, Biomaterials 28(2007) 1689)

대표적인 생체 대체품 중에서 치료용 생체 삽입품으로는 스텐트가 대표적이다. 이러한 생체 대체품을 구성하는 재료로는 고분자와 스테인리스 강, Ti계 합금, 및 Co계 합금 등의 금속재료와, 세라믹 등을 들 수 있다. 이러한 생체 재료들의 기본적인 생의학적 조건은 생체 적합성이 우수하고, 인체에 독성이 없어야 하며, 생체 내에서의 원활한 동작을 위한 기능성 향상이 요구된다. 이러한 조건은 모두 생체삽입재료의 표면특성에 크게 의존하며, 따라서 표면개질 기술은 생체재료의 성공을 가늠하는 핵심기술이라고 할 수 있다.

폐쇄성 혈관 질환의 치료를 위해 혈관용 스텐트를 이용하는 중재적 시술은 외과적 수술보다 간편하고 안전하며 전신 마취가 필요 없고 성공률도 높아 전 세계적으로 널리 이용되고 있다. 혈관용 스텐트는 대체로 피복이 없는 비피복 스텐트(bare stent)가 사용되고 있다. 이러한 스텐트는 혈관의 내부에 삽입되어 그 표면이 혈관의 내벽에 직접적으로 닿게 되어 있으며, 금속 스텐트의 경우 금속 성분을 혈관 내에 방출할 수도 있고 혈액에서 혈전이 발생하여 혈관 벽에 흡착하는 등의 문제가 발생할 수도 있다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는 스텐트 표면의 생체 적합성 표면 처리가 매우 중요하다. 최근에는 생물학적으로 인체에 무해한 성질을 가지는 기능을 가진 재료들로 스텐트의 표면을 코팅하는 방법이 사용되고 있다. 스텐트의 표면 코팅 재료로서 탄소(carbon), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 티타늄 나이트라이드(titanium nitride), 및 탄탈륨(tantalum) 등이 있다,

한편, 최근에는 인체에 설치된 스텐트에서 약물이 방출되도록 약물을 담지할 수 있는 스텐트를 적용하려는 노력이 이어지고 있으며, 스텐트 표면에 약물 담지를 위한 세공을 형성하는 기술이 개발되었다. 그 기술은 스텐트 표면에 약물을 도입하기 위하여 화학적인 반응을 통하여 표면과 공유결합을 형성시키거나 생체 고분자에 약물을 도입하여 스텐트 표면에 코팅하는 방법을 선택한다. 이러한 방법은 약물 방출 속도를 제어하기가 어렵고 담지 할 수 있는 약물의 양이 제한적이다.

반응을 통하여 그러나 고비용의 펨토초 레이저로 표면을 가공(대한민국 등록특허 10-1786020)하거나, 세공이 형성된 고분자막을 스텐트 표면에 코팅(대한민국 공개특허 10-2017-0037780)하는 등 제조비용이 높거나 공정이 복잡한 단점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1786020 대한민국 공개특허 10-2017-0037780

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 담지된 약물을 방출할 수 있는 탄소섬유 재질로 구성된 스텐트와 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 약물 방출 탄소 섬유 스텐트는, 중공의 관 형상이고 망사 구조의 몸체가 표면에 세공이 형성된 탄소섬유로 구성되며, 담지 대상이되는 약물의 종류와 양 및 방출 속도 중에 하나를 기준으로 세공의 크기가 조절된 것을 특징으로 한다.

이때, 세공의 크기를 조절하는 방법이 탄소섬유를 제조하기 위한 전구체 물질 방사용액을 구성함에 있어서, PAN 100중량부에 대하여 피치를 0~100중량부로 혼합하는 비율을 조절하는 방법으로 수행된다.

스텐트는 중공의 관 형상이고, 몸체는 망사 구조로 간격이 형성된 구조가 일반적이다. 본 발명은 이러한 스텐트가 표면에 세공이 형성된 탄소섬유로 구성된 것을 특징으로 한다. 망사 구조는 그물과 같이 빈공간이 있도록 성기게 짠 구조이며, 천과 같이 탄소섬유가 서로 짜여있는 구조인 점에서 단순히 실을 엇갈리게 배치한 것과는 차이가 있고, 그 자체로서 형태를 유지할 수 있다. 본 발명은 세공이 형성된 탄소섬유 재질로 짜여있는 망사구조를 적용함으로써, 종래에 금속재질의 스텐트 표면에 탄소재질을 코팅할 필요 없이 그 자체로 혈전을 방지하는 특성을 가지고 있으며, 표면의 세공에 약물을 담지하여 방출할 수 있다. 또한 탄소섬유 재질의 특징에 의해서 그 자체로 기계적인 특성이 매우 뛰어나다. 나아가 표면에 관능기를 도입하여 약물담지 성능을 향상시킬 수 있다.

탄소물질의 표면에 형성된 세공은 2500m²/g의 넓은 비표면적을 나타내며 그 세공의 크기에 적합한 약물을 효과적으로 담지하며, 그 약물의 분자의 모양과 크기가 세공의 모양과 크기에 적합할 경우 최대의 약물을 담지 할 수 있고 그 방출 속도 가 가장 느리게 된다.(Kaneko, Katsumi, et al. Nature Materials (2017), 16(12) 1225+)

따라서, 스텐트를 구성하는 탄소섬유의 표면에 형성된 세공의 크기를 제어함으로써, 담지되는 약물의 종류와 양 및 방출 속도에 차이가 발생한다.

본 발명은 담지되는 약물의 종류와 양 및 방출 속도에 맞추어, 전구체 물질 방사용액을 구성하는 물질의 비율을 조절함으로써, 탄소섬유의 표면에 형성된 세공의 크기를 다르게 구성한 점에 특징이 있다.

이러한 스텐트를 구성하는 탄소섬유는 탄소섬유 실이거나 탄소섬유 스트랜드일 수 있다.

본 명세서에서는 탄소섬유의 단계를 다음과 같이 구분하여 사용하였다.

탄소섬유 필라멘트는 단섬유로 표현되는 최소 단위의 탄소섬유를 의미하고, 탄소섬유 실은 탄소섬유 필라멘트가 모여서 구성된 긴 실을 의미하며, 탄소섬유 스트랜드는 복수의 탄소섬유 실을 꼬아서 구성된 줄 형태를 의미한다.

스텐트의 크기와 용도 등에 따라서 탄소섬유 실이나 탄소섬유 스트랜드를 선택적으로 사용할 수 있다.

혈관의 수축 압력에도 스텐트가 망사 구조를 유지하여 내부에 일정한 공간을 유지하도록, 망사를 구성하는 탄소섬유가 서로 고정된 구조일 수 있다.

본 발명의 다른 형태에 의한 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법은, 전구체 물질로 PAN를 포함하는 방사용액을 방사하여 전구체 단섬유를 형성하는 방사 단계; 상기 전구체 단섬유에 대한 탄화 공정으로 탄소섬유 필라멘트를 형성하는 탄화 단계; 상기 탄소섬유 필라멘트에 대한 표면 활성화 공정으로 표면에 세공을 형성하는 활성화 단계; 탄소섬유 필라멘트를 모아서 탄소섬유 실을 형성하는 탄소섬유 실 형성 단계; 및 탄소섬유 실을 중공의 관 형상인 망사 구조로 짜서 스텐트를 제조하는 스텐트 구성 단계를 포함하며, 상기 방사 단계에서 PAN 100중량부에 대하여 피치를 0~100중량부로 혼합하는 비율을 조절함으로써, 상기 활성화 단계에서 형성되는 세공의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태에 의한 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법은, 전구체 물질로 PAN를 포함하는 방사용액을 방사하여 전구체 단섬유를 형성하는 방사 단계; 상기 전구체 단섬유에 대한 탄화 공정으로 탄소섬유 필라멘트를 형성하는 탄화 단계; 탄소섬유 필라멘트를 모아서 탄소섬유 실을 형성하는 탄소섬유 실 형성 단계; 상기 탄소섬유 실에 대한 표면 활성화 공정으로 표면에 세공을 형성하는 활성화 단계; 및 탄소섬유 실을 중공의 관 형상인 망사 구조로 짜서 스텐트를 제조하는 스텐트 구성 단계를 포함 하며, 상기 방사 단계에서 PAN 100중량부에 대하여 피치를 0~100중량부로 혼합하는 비율을 조절함으로써, 상기 활성화 단계에서 형성되는 세공의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.

스텐트 구성 단계에서, 망사 구조를 구성하는 탄소섬유 실의 위치를 고정하기 위한 탄소섬유 고정 공정을, 탄화수소로 기상증착하여 수행하는 경우에는, 고정 공정에서 세공이 막히기 때문에 고정 공정까지 수행한 이후에 활성화 단계를 수행하는 것이 바람직하다.

탄소섬유 실 형성 단계 이후에 탄소섬유 실을 꼬아서 탄소섬유 스트랜드를 형성하는 탄소섬유 스트랜드 형성 단계를 더 수행하고, 스텐트 구성 단계에서 탄소섬유 스트랜드를 중공의 관 형상인 망사 구조로 짜서 스텐트를 제조하는 것일 수 있다.

방사용액에 TEOS를 첨가한 경우, 탄소섬유의 표면에 세공의 크기가 제어되고 비표면적도 향상되는 효과가 있다.

활성화 단계가 수증기를 포함시킨 분위기와 이산화탄소를 포함시킨 분위기 및 수증기와 이산화탄소를 모두 포함시킨 분위기 중 하나의 분위기에서 열처리하여 수행될 수 있다.

활성화 단계가 화학물질로 표면처리하여 수행될 수 있다.

탄소섬유를 망사 구조로 짜서 스텐트를 구성하는 스텐트 구성 단계는, 탄소섬유 실 및 탄소섬유 실 사이의 간격을 형성하기 위한 삽입섬유를 사용하여 편물 또는 직물 형태의 천을 짜는 천 형성단계 단계; 및 상기 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유 실만 남김으로써 탄소섬유 실을 망사 구조로 형성하는 삽입섬유 제거 단계를 포함하며, 상기 천 형성 단계에서, 편물 또는 직물 형태의 천을 짤 때에 중공의 관 형상으로 천을 짜고, 상기 삽입섬유 제거 단계에서, 삽입섬유가 제거됨으로써 중공의 관 형상이고 망사 구조의 몸체가 탄소섬유로 구성된 탄소섬유 스텐트가 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.

스텐트 구성 단계의 두 번째 형태는, 탄소섬유 실 및 탄소섬유 실 사이의 간격을 형성하기 위한 삽입섬유를 사용하여 편물 또는 직물 형태의 천을 짜는 천 형성단계 단계; 상기 편물 또는 직물 형태의 천을 중공의 관 형상으로 고정하는 관 구조 형성 단계; 및 상기 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유 실만 남김으로써 탄소섬유 실을 망사 구조로 형성하는 삽입섬유 제거 단계를 포함하며, 상기 삽입섬유 제거 단계에서, 천을 중공의 관 형상으로 고정한 상태에서 삽입섬유를 제거함으로써, 중공의 관 형상이고 망사 구조의 몸체가 탄소섬유로 구성되고 탄소섬유 스텐트가 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.

스텐트 구성 단계의 세 번째 형태는, 탄소섬유 실 및 탄소섬유 실 사이의 간격을 형성하기 위한 삽입섬유를 사용하여 편물 또는 직물 형태의 천을 짜는 천 형성단계 단계; 상기 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유 실만 남김으로써 탄소섬유 실을 망사 구조로 형성하는 삽입섬유 제거 단계; 및 상기 망사 구조를 중공의 관 형상으로 고정하는 관 구조 형성 단계를 포함하며, 상기 관 구조 형성 단계에서, 망사 구조를 관 형상으로 고정함으로써, 중공의 관 형상이고 망사 구조의 몸체가 탄소섬유로 구성된 탄소섬유 스텐트를 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에서 탄소섬유를 이용하여 망사 구조의 스텐트를 형성하는 과정은, 탄소섬유를 편물 또는 직물 형태의 천으로 짜서 제조하되, 망사 구조를 구성하도록 탄소섬유 사이에 간격을 형성하기 위하여 삽입섬유를 함께 사용하여 천을 짠 뒤에 삽입섬유를 제거하는 방법을 적용하였다.

이때, 첫 번째 스텐트 구성 방법은 천 자체를 중공의 3차원의 관 형상으로 짜는 방법으로 스텐트의 전체 형태를 구성하였고, 두 번째와 세 번째 스텐트 구성 방법은 2차원의 평평한 천을 짠 뒤에 이를 말아서 중공의 관 형상을 구성하였다. 또한, 두 번째 스텐트 구성 방법은 삽입섬유를 포함하는 천 상태에서 중공의 관 형상을 구성한 뒤에 삽입섬유를 제거한 반면, 세 번째 스텐트 구성 방법은 삽입섬유를 먼저 제거하여 탄소섬유 망사 구조를 제조한 뒤에 중공의 관 형상을 구성하였다.

본 발명의 제조방법에서는, 천 형성단계에서, 탄소섬유와 함께 천을 짜는 삽입섬유의 두께 또는 삽입개수를 조절하는 방법으로, 망사 구조를 구성하는 탄소섬유 사이의 간격이 조절할 수 있다.

혈관의 수축 압력에도 스텐트가 망사 구조를 유지하여 내부에 일정한 공간을 유지하도록, 망사 구조를 구성하는 탄소섬유의 위치를 고정하기 위한 탄소섬유 고정 단계를 추가로 수행할 수 있다. 탄소섬유 고정 단계는 삽입섬유와 함께 천으로 짜는 천 형성단계 이후에 수행될 수도 있고, 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유만 남기는 삽입섬유 제거 단계 이후에 수행될 수도 있다. 나아가 탄소섬유 고정 단계는 탄소섬유의 간격을 유지하여 혈관의 수축 압력에도 스텐트가 망사 구조를 유지하도록 고정하는 방법은 제한 없이 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 형태에 의한 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법은, 전구체 물질로 PAN를 포함하는 방사용액을 방사하여 전구체 단섬유를 형성하는 방사 단계; 상기 전구체 단섬유에 대한 탄화 공정으로 탄소섬유 필라멘트를 형성하는 탄화 단계; 탄소섬유 필라멘트를 모아서 탄소섬유 실을 형성하는 탄소섬유 실 형성 단계; 및 탄소섬유 실을 중공의 관 형상인 망사 구조로 짜서 스텐트를 제조하는 스텐트 구성 단계를 포함하고, 상기 스텐트 구성 단계에서, 탄소섬유 실 및 탄소섬유 실 사이의 간격을 형성하기 위한 삽입섬유를 사용하여 편물 또는 직물 형태의 천을 짠 뒤에 삽입섬유를 제거하고, 삽입섬유을 제거하는 공정과 상기 탄소섬유 실의 표면에 세공을 형성하는 표면 활성화 공정이 동시에 수행되며, 상기 방사 단계에서 PAN 100중량부에 대하여 피치를 0~100중량부로 혼합하는 비율을 조절함으로써, 상기 활성화 단계에서 형성되는 세공의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 스텐트는, 표면에 다수의 세공이 형성된 탄소섬유를 기본 재질로 하여 세공의 크기가 조절된 스텐트를 제조함으로써, 표면의 세공에 담지된 약물의 방출 속도를 조절 할 수 있는 약물 방출 스텐트를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 탄소섬유를 기본 재질로 하여 스텐트를 제조함으로써, 혈전을 방지하는 특성을 가지고 있고 재질의 특징에 의해서 그 자체로 기계적인 특성이 매우 뛰어나며 표면에 관능기를 도입하기에 용이한 효과가 있다.

나아가, 본 발명의 제조방법은, 혈관의 수축 압력에도 스텐트가 망사구조를 유지하여 내부에 일정한 공간을 유지하는 스텐트를 쉽게 제조할 수 있으며, 탄소섬유 사이의 간격을 조절하는 것이 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 스텐트를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 약물 방출 탄소 섬유 스텐트를 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 약물 방출 탄소 섬유 스텐트를 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 약물 방출 탄소 섬유 스텐트를 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라서 탄소섬유와 삽입섬유를 사용하여 천을 형성한 모습을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라서 탄소섬유 사이에 복수의 삽입섬유를 사용하여 천을 형성한 모습을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 첫 번째 방법에 따른 탄소섬유 스텐트의 제조 순서를 도시한 순서도이다.
도 8은 3차원인 중공의 관 형상으로 천을 짜는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 두 번째 방법에 따른 탄소섬유 스텐트의 제조 순서를 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 세 번째 방법에 따른 탄소섬유 스텐트의 제조 순서를 도시한 순서도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소섬유 스텐트를 도시한 도면이다.

본 실시예의 탄소섬유 스텐트(100)는 탄소섬유 재질로 구성된 망사 구조의 몸체가 중공의 관 형상인 것을 특징으로 한다.

스텐트는 혈관 폐색 등을 막기 위해 혈관에 주입되는 것이 대표적인 용도이며, 이외에도 인체의 다양한 부분에 삽입될 수 있도록 제작되며, 이를 위하여 중공의 관 형상으로 구성되고, 혈관의 수축 압력에도 스텐트가 망사 구조를 유지하여 내부에 일정한 공간을 유지한다. 본 실시예의 탄소섬유 스텐트(100)는 이러한 스텐트의 특성을 반영한 형상을 가지고 있으며, 그 재질이 표면에 세공이 형성된 탄소섬유로 구성되는 점에 특징이 있다.

탄소섬유는 탄소만으로 구성된 섬유질의 물질로서, 기계적 강도와 내열성 등이 뛰어나기 때문에 여러 가지 재질에 강화재료로서 혼합되어 복합재료를 이루는 용도로 많이 사용되고 있다. 본 발명은 탄소섬유를 스텐트를 구성하는 기본 재질로서 사용하였으며, 탄소섬유를 그물과 같이 빈공간이 있도록 성기게 짜서 망사 구조를 구성함으로써 탄소섬유가 서로 짜여있는 구조인 점에서, 단순히 실을 엇갈리게 배치한 것과는 차이가 있다. 본 발명에서는 단섬유로 표현되는 최소 단위의 탄소섬유인 탄소섬유 필라멘트가 모여서 구성된 긴 실인 탄소섬유 실을 사용하여 탄소섬유 스텐트를 제조할 수도 있고, 복수의 탄소섬유 실을 꼬아서 구성된 줄 형태인 탄소섬유 스트랜드를 사용하여 탄소섬유 스텐트를 제조할 수도 있다.

이때, 탄소섬유 필라멘트는 유기(有機) 고분자 섬유를 고온 소성하면 생성되는데, 현재 아크릴(폴리아크리로니트릴, PAN) 섬유, 피치섬유, 액정 피치섬유로부터 생산되고 있다. 본 발명의 탄소섬유 스텐트는 언급된 다양한 원료로 제조된 탄소섬유가 망상으로 직조된 것이며, 표면 활성화를 통해서 탄소섬유의 표면에 세공을 형성하였다.

특히, 본 발명에서는 탄소 섬유의 표면에 형성되는 세공의 크기 조절을 위하여, PAN과 피치를 혼합하여 전구체 단섬유를 제조하는 과정에서 PAN과 피치의 혼합 비율을 조절하였다. 구체적으로 피치를 사용하지 않고 PAN 만으로 제조된 전구체 섬유에서 얻어지는 탄소섬유의 표면에 형성된 세공의 크기는 약 1.3nm 인 것에 비하여, 50%의 중량비율로 피치를 포함한 경우에는 세공의 크기가 약 0.6 nm이다. 다만, 피치의 함량이 50%를 넘어가면 균일한 섬유를 형성하지 못한다. 따라서 원료물질로서 PAN를 사용하되 피치를 중량비율로 0~50% 범위에서 조절함으로써 세공의 크기를 조절할 수 있다. 결국, 세공 크기를 조절하여 담지할 수 있는 약물의 종류와 양을 조절하거나 방출 속도를 조절할 수 있으며, 반대로 담지 대상이 되는 약물의 종류와 양 및 방출 속도를 기준으로 필요한 세공의 크기를 갖는 탄소섬유 스텐트를 제조할 수도 있다.

이때, 방사용액을 구성하는 과정에서 PAN의 용제인 DMF(Dimethylformamide)와 피치의 용제인 THF(Tetrahydrofuran)을 혼합하여 사용하였다.

한편, 본 발명에서는 약물을 담지하기 위한 표면 세공 형성의 목적으로 전구체 물질에 TEOS(tetraethly orthosilicate)을 혼합하여 방사 용액을 구성할 수 있다.

방사 용액을 방사하여 제조되는 전구체 단섬유는 탄화공정에 의해서 탄소섬유로 제작되며, 이때 탄화공정을 원활하게 수행할 수 있도록 전구체 단섬유에 대하여 안정화 공정을 수행할 수 있다. 안정화 공정은 전기방사된 전구체 단섬유를 열풍에 의해서 안정화시키는 단계이다. 안정화 공정은 200~300℃ 범위에서 수행되며, 약 280℃에서 수행되는 것이 바람직하다.

전구체 단섬유를 탄화시켜 제조된 탄소섬유 필라멘트에 대하여 표면 활성화 공정을 수행하면 표면에 다수의 세공을 형성할 수 있다. 이때, 표면 활성화 공정은 수증기나 이산화탄소 분위기 또는 이들이 혼합된 분위기에서 700~900℃ 범위로 열처리하는 물리적 활성화 공정을 수행할 수 있다. 또한, 탄소섬유의 표면에 세공을 형성시키는 화학물질인 KOH, NaOH, CaCO₃, Na₂CO₃ 등을 사용하는 화학적 활성화 공정을 수행할 수도 있다.

이러한 제조과정을 통해서 제조된 탄소섬유 필라멘트는 표면에 미세한 세공이 형성되며, 앞서 살펴본 것과 같이 PAN과 피치의 혼합 비율을 조절하는 방법에 의해서 크기가 제어된 다수의 세공이 형성된다.

이러한 과정으로 제조되어 표면에 세공이 형성된 탄소섬유 필라멘트를 모아서 구성된 탄소섬유 실을 망사 구조로 짜서 약물 방출 탄소 섬유 스텐트를 구성할 수도 있고, 복수의 탄소섬유 실을 꼬아서 구성된 줄 형태의 탄소섬유 스트랜드를 망사 구조로 짜서 약물 방출 탄소 섬유 스텐트를 구성할 수도 있다.

이상의 과정으로 약물 방출 탄소 섬유 스텐트 제조하는 순서도를 도 2에 표시하였다. 탄소섬유 실 또는 탄소섬유 스트랜드를 망사 구조로 짜는 방법은 추후에 자세하게 설명한다.

한편, 도 2에서 세공이 표면에 형성된 탄소섬유 필라멘트를 먼저 제조한 뒤에 이를 탄소섬유 실과 탄소섬유 스트랜드로 구성한 것과는 달리, 표면 활성화 공정을 수행하는 순서를 탄소섬유 실을 구성한 뒤에 수행하거나 탄소섬유 스트랜드를 구성한 뒤에 수행할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 약물 방출 탄소 섬유 스텐트를 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.

도 3의 왼쪽은 탄소섬유 필라멘트를 탄소섬유 실로 구성한 뒤에, 표면 활성화를 수행하여 세공을 형성한 다음에 탄소섬유 스텐트를 제조한 경우이다. 도 3의 오른쪽은 탄소섬유 필라멘트를 탄소섬유 실과 탄소섬유 스트랜드로 구성한 뒤에, 표면 활성화를 수행하여 세공을 형성한 다음에 탄소섬유 스텐트를 제조한 경우이다.

나아가 표면 활성화 공정을 수행하는 순서를 탄소섬유 스텐트를 형성한 이후에 수행할 수도 있으며, 도 4는 이에 따른 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 약물 방출 탄소 섬유 스텐트를 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.

탄소섬유를 망사 구조로 짜는 방법에 따라서 별도의 고정 공정 없이 탄소섬유가 망사 구조를 유지하는 경우도 있겠으나, 경우에 따라서는 망사 구조를 형성한 뒤에 탄소섬유를 고정하기 위한 고정 공정을 수행하여야 하며, 고정 공정에는 기상 증착에 의해서 탄소를 첨착하는 방법이 주로 사용된다. 이때, 탄소섬유의 표면에 미리 세공을 형성한 경우에 세공이 기상 증착 과정에서 막히는 문제가 발생하므로, 탄소섬유 스텐트를 형성한 뒤에 활성화 공정을 수행하는 것이 좋다.

이하에서는 표면에 세공이 형성된 탄소섬유 실 또는 탄소섬유 스트랜드를 망사 구조로 짜서 약물 방출 탄소 섬유 스텐트를 제작하는 방법을 구체적으로 설명한다. 이하에서 탄소섬유 실과 탄소섬유 스트랜드를 묶어서 '탄소섬유'로 표현한다.

도 1에 도시된 약물 방출 탄소 섬유 스텐트(100)는, 탄소섬유 날실(경사)(110)과 탄소섬유 씨실(위사)(120)을 서로 아래-위로 교차하여 짠 직물(織物) 형태의 망사 구조이다. 탄소섬유를 망사 구조로 짜는 형태는, 도 1의 직물 구조만 가능한 것은 아니며, 편환(코, loop)을 만들어서 전후좌우로 연결하는 편물(編物) 형태의 망사 구조도 가능하다. 또한 직물과 편물을 구성하는 구체적인 구조도 다양하게 적용할 수 있다.

표면에 세공이 형성된 탄소섬유를 사용하여 곧바로 간격이 형성된 망사 구조를 짜는 것이 불가능한 것은 아니지만, 스텐트의 크기가 작기 때문에 간격이 형성된 망사 구조를 직접 짜는 것은 상당히 복잡하다. 따라서 본 발명에서는 중공의 관 형상이고 망사 구조의 몸체가 표면에 세공이 형성된 탄소섬유로 구성된 약물 방출 탄소 섬유 스텐트를 제조하기 위하여 다음과 같은 방법을 적용하였다.

본 발명에 따른 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법은, 직접 간격이 형성되도록 탄소섬유를 짜는 것이 아니라, 간격을 형성하지 않은 일반적인 천과 같이 탄소섬유를 짜는 방법을 적용하였다. 이때, 탄소섬유와 함께 탄소섬유 사이의 간격을 조절하기 위한 삽입섬유를 함께 사용하여 천을 짠 뒤에, 삽입섬유만을 제거함으로써 탄소섬유 사이의 간격이 형성된 망사 구조가 되도록 구성하였다.

이에 따라서, 본 발명에 따른 탄소섬유 스텐트의 제조방법은, 탄소섬유 및 탄소섬유 사이의 간격을 형성하기 위한 삽입섬유를 사용하여 편물 또는 직물 형태의 천을 짜는 천 형성단계 단계와 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유만 남김으로써 탄소섬유를 망사 구조로 형성하는 삽입섬유 제거 단계를 구분하여 수행하는 점에서 특징이 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라서 탄소섬유와 삽입섬유를 사용하여 천을 형성한 모습을 나타낸다.

탄소섬유 날실(110)과 삽입섬유 날실(210)이 간격을 두지 않고 교번하여 위치하고, 탄소섬유 씨실(120)과 삽입섬유 씨실(220)도 간격을 두지 않고 교번하여 위치하고 있으며, 날실(110, 210)과 씨실(120, 220)을 서로 아래-위로 교차하여 간격을 두지 않고 짠 직물이다.

이와 같이 탄소섬유(110, 120)와 삽입섬유(210, 220)를 함께 사용하여 짠 천에서, 삽입섬유(210, 220)를 제거하면 탄소섬유 사이에 간격이 형성된 망사 구조를 형성할 수 있다. 이때, 탄소섬유 사이의 간격을 넓히기 위해서는 삽입섬유의 두께를 더 두껍게 구성하여 천을 짠 뒤에 삽입섬유를 제거하는 방법을 적용할 수 있다.

탄소섬유 사이의 간격을 넓히기 위한 다른 방법으로는, 탄소섬유 사이에 복수의 삽입섬유가 위치하도록 천을 짜는 방법이 있으며, 이를 도 6에 도시하였다.

도 6에는, 탄소섬유 날실(110)의 사이에 2개의 삽입섬유 날실(210)이 위치하고, 탄소섬유 씨실(120)의 사이에도 2개의 삽입섬유 씨실(220)이 위치하도록 직물을 짠 경우를 도시하였다. 이때, 삽입섬유(210, 220)를 제거하면 탄소섬유 사이의 간격이 도 2에서 보다 크게 형성된 망사 구조를 형성할 수 있다. 이와 같이, 삽입섬유의 개수를 조절함으로써 탄소섬유 사이의 간격을 조절하는 것이 가능하다.

삽입섬유를 제거하는 방법은, 삽입섬유의 특성에 따라서 다양한 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 탄소섬유에 영향을 미치지 않는 온도 범위에서 삽입섬유가 완전히 제거될 수 있는 재질이라면, 열을 가하여 삽입섬유만을 제거할 수 있다. 또한, 화학적인 처리를 통해서 삽입섬유만을 제거하는 것도 가능할 것이다.

이때, 삽입섬유가 제거된 뒤에 탄소섬유가 비어있는 공간으로 움직이는 것을 방지하기 위하여, 탄소섬유의 위치를 고정하는 탄소섬유 고정 단계를 추가로 수행할 수 있다. 탄소섬유 고정 단계는 삽입섬유와 함께 천으로 짜는 천 형성단계 이후에 수행될 수도 있고, 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유만 남기는 삽입섬유 제거 단계 이후에 수행될 수도 있다. 나아가 탄소섬유 고정 단계는 탄소섬유의 간격을 유지하여 망사 구조를 유지하도록 고정하는 방법으로는, 외부를 코팅하는 등의 방법이 제한 없이 적용될 수 있다.

앞서 살펴본 것과 같이, 삽입섬유를 제거하는 과정에서 열을 가하는 방법과 화학물질을 사용하는 방법을 적용할 수 있기 때문에, 삽입섬유를 제거하는 과정과 앞서 설명한 표면 활성화 공정을 함께 수행도록 구성할 수 있다. 물리적 활성화 공정은 700~900℃ 범위에서 수행되므로, 이 온도범위에서 제거될 수 있는 재질의 삽입섬유를 사용하면, 물리적 활성화 공정을 수행하면서 삽입섬유를 제거할 수 있다. 또한, KOH, NaOH, CaCO₃, Na₂CO₃ 등 화학적 활성화 공정에 사용되는 화학물질에 의해서 분해되는 재질의 삽입섬유를 사용하면, 화학적 활성화 공정을 수행하면서 삽입섬유를 제거할 수 있다.

한편, 삽입섬유를 사용하여 천을 형성한 뒤에 삽입섬유를 제거하는 방법으로 탄소섬유를 망사 구조로 짤 수 있는 것을 확인하였지만, 스텐트는 기본적으로 중공의 관 형상으로 제작되어야 한다.

이를 위하여, 본 발명의 탄소섬유 스텐트의 제조방법에서는, 중공의 관 형상을 형성하는 관 구조 형성 단계가 필요하며, 어느 단계에서 관 구조 형성 단계를 수행하는지에 따라서 3가지 제조방법을 구성할 수 있다.

먼저 첫 번째 방법은, 도 7에 도시된 것과 같이, 탄소섬유와 삽입섬유를 함께 사용하여 천을 형성하는 과정에서, 천을 3차원인 중공의 관 형상으로 짜는 방법이다.

도 8은 3차원인 중공의 관 형상으로 천을 짜는 모습을 나타낸 도면이다.

도시된 것과 같이, 날실과 씨실을 짜서 직물을 제조하는 과정에서 2차원의 평면 형상이 아닌 중공의 관 형상으로 짜는 것이 가능하다. 천을 중공의 관 형상으로 짠 경우에는, 별도로 중공의 관 구조를 형성하는 과정을 수행할 필요가 없으며, 삽입섬유를 제거하여 망사 구조를 형성하는 것만으로 바로 탄소섬유 스텐트를 제조할 수 있다.

두 번째 방법은, 도 9에 도시된 것과 같이, 탄소섬유와 삽입섬유를 함께 사용하여 일반적인 2차원의 천을 짠 뒤에, 천을 둥글게 말아서 중공의 관 구조를 형성한다. 중공의 관 형상으로 둥글게 말린 천은 끝부분을 서로 걸거나 묶는 방법으로 고정하고, 이 후에 삽입섬유를 제거하여 망사 구조를 형성함으로써 탄소섬유 스텐트를 제조할 수 있다.

세 번째 방법은, 도 10에 도시된 것과 같이, 탄소섬유와 삽입섬유를 함께 사용하여 일반적인 2차원의 천을 짠 뒤에, 삽입섬유를 제거하여 망사 구조를 형성함으로써 2차원의 탄소섬유 망사 구조물을 먼저 제작한다. 그리고 탄소섬유 망사 구조물을 둥글게 말아서 끝부분을 서로 걸거나 묶는 방법으로 고정하여, 중공의 관 구조를 형성함으로써 탄소섬유 스텐트를 제조할 수 있다.

한편, 혈관의 수축 압력에도 스텐트가 망사 구조를 유지하여 내부에 일정한 공간을 유지하도록, 망사 구조를 구성하는 탄소섬유의 위치를 고정하는 탄소섬유 고정 단계를 추가로 수행할 수 있다.

탄소섬유의 위치를 고정하는 방법은 본 발명의 특징을 해치지 않는 범위에서 제한없이 적용할 수 있다. 예를 들면, 가스를 이용하여 탄소를 점착시킴으로써 탄소섬유가 겹치는 부분을 단단하게 고정할 수도 있고, 수지를 이용하여 탄소섬유가 겹치는 부분을 보강하는 것도 가능하다.

나아가 탄소섬유 고정 단계는, 삽입섬유와 함께 천으로 짜는 천 형성단계 이후에 수행될 수도 있고, 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유만 남기는 삽입섬유 제거 단계 이후에 수행될 수도 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 탄소섬유 스텐트
110: 탄소섬유 날실
120: 탄소섬유 씨실
210: 삽입섬유 날실
220: 삽입섬유 씨실

Claims

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전구체 물질로 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 포함하는 방사용액을 방사하여 전구체 단섬유를 형성하는 방사 단계;
상기 전구체 단섬유에 대한 탄화 공정으로 탄소섬유 필라멘트를 형성하는 탄화 단계;
상기 탄소섬유 필라멘트에 대한 표면 활성화 공정으로 표면에 세공을 형성하는 활성화 단계;
탄소섬유 필라멘트를 모아서 탄소섬유 실을 형성하는 탄소섬유 실 형성 단계; 및
탄소섬유 실을 중공의 관 형상인 망사 구조로 짜서 스텐트를 제조하는 스텐트 구성 단계를 포함하며,
상기 방사 단계에서 폴리아크릴로니트릴(PAN) 100중량부에 대하여 피치를 0~100중량부로 혼합하는 비율을 조절함으로써, 상기 활성화 단계에서 형성되는 세공의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
전구체 물질로 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 포함하는 방사용액을 방사하여 전구체 단섬유를 형성하는 방사 단계;
상기 전구체 단섬유에 대한 탄화 공정으로 탄소섬유 필라멘트를 형성하는 탄화 단계;
탄소섬유 필라멘트를 모아서 탄소섬유 실을 형성하는 탄소섬유 실 형성 단계;
상기 탄소섬유 실에 대한 표면 활성화 공정으로 표면에 세공을 형성하는 활성화 단계; 및
탄소섬유 실을 중공의 관 형상인 망사 구조로 짜서 스텐트를 제조하는 스텐트 구성 단계를 포함하며,
상기 방사 단계에서 폴리아크릴로니트릴(PAN) 100중량부에 대하여 피치를 0~100중량부로 혼합하는 비율을 조절함으로써, 상기 활성화 단계에서 형성되는 세공의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
전구체 물질로 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 포함하는 방사용액을 방사하여 전구체 단섬유를 형성하는 방사 단계;
상기 전구체 단섬유에 대한 탄화 공정으로 탄소섬유 필라멘트를 형성하는 탄화 단계;
탄소섬유 필라멘트를 모아서 탄소섬유 실을 형성하는 탄소섬유 실 형성 단계;
탄소섬유 실을 중공의 관 형상인 망사 구조로 짜서 스텐트를 제조하는 스텐트 구성 단계; 및
상기 탄소섬유 실로 제조된 스텐트에 대한 표면 활성화 공정으로 표면에 세공을 형성하는 활성화 단계를 포함하며,
상기 방사 단계에서 폴리아크릴로니트릴(PAN) 100중량부에 대하여 피치를 0~100중량부로 혼합하는 비율을 조절함으로써, 상기 활성화 단계에서 형성되는 세공의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
스텐트 구성 단계에서, 상기 망사 구조를 구성하는 탄소섬유 실의 위치를 고정하기 위한 탄소섬유 고정 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 탄소섬유 고정 공정이 탄화수소로 기상증착하여 수행되는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
탄소섬유 실 형성 단계 이후에, 탄소섬유 실을 꼬아서 탄소섬유 스트랜드를 형성하는 탄소섬유 스트랜드 형성 단계를 더 수행하고,
상기 스텐트 구성 단계에서, 탄소섬유 스트랜드를 중공의 관 형상인 망사 구조로 짜서 스텐트를 제조하는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사용액에 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS)를 첨가한 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 활성화 단계가, 수증기를 포함시킨 분위기와 이산화탄소를 포함시킨 분위기 및 수증기와 이산화탄소를 모두 포함시킨 분위기 중 하나의 분위기에서 열처리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 활성화 단계가, 화학물질로 표면처리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텐트 구성 단계가,
탄소섬유 실 및 탄소섬유 실 사이의 간격을 형성하기 위한 삽입섬유를 사용하여 편물 또는 직물 형태의 천을 짜는 천 형성 단계; 및
상기 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유 실만 남김으로써 탄소섬유 실을 망사 구조로 형성하는 삽입섬유 제거 단계를 포함하며,
상기 천 형성 단계에서, 편물 또는 직물 형태의 천을 짤 때에 중공의 관 형상으로 천을 짜고,
상기 삽입섬유 제거 단계에서, 삽입섬유가 제거됨으로써 중공의 관 형상이고 망사 구조의 몸체가 탄소섬유로 구성된 탄소섬유 스텐트가 제조되는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텐트 구성 단계가,
탄소섬유 실 및 탄소섬유 실 사이의 간격을 형성하기 위한 삽입섬유를 사용하여 편물 또는 직물 형태의 천을 짜는 천 형성 단계;
상기 편물 또는 직물 형태의 천을 중공의 관 형상으로 고정하는 관 구조 형성 단계; 및
상기 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유 실만 남김으로써 탄소섬유 실을 망사 구조로 형성하는 삽입섬유 제거 단계를 포함하며,
상기 삽입섬유 제거 단계에서, 천을 중공의 관 형상으로 고정한 상태에서 삽입섬유를 제거함으로써, 중공의 관 형상이고 망사 구조의 몸체가 탄소섬유로 구성되고 탄소섬유 스텐트가 제조되는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텐트 구성 단계가,
탄소섬유 실 및 탄소섬유 실 사이의 간격을 형성하기 위한 삽입섬유를 사용하여 편물 또는 직물 형태의 천을 짜는 천 형성 단계;
상기 삽입섬유를 제거하여 탄소섬유 실만 남김으로써 탄소섬유 실을 망사 구조로 형성하는 삽입섬유 제거 단계; 및
상기 망사 구조를 중공의 관 형상으로 고정하는 관 구조 형성 단계를 포함하며,
상기 관 구조 형성 단계에서, 망사 구조를 관 형상으로 고정함으로써, 중공의 관 형상이고 망사 구조의 몸체가 탄소섬유로 구성된 탄소섬유 스텐트를 제조하는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
청구항 14에 있어서,
상기 천 형성단계에서, 탄소섬유 실과 함께 천을 짜는 삽입섬유의 두께 또는 삽입개수를 조절하여, 망사 구조를 구성하는 탄소섬유 실 사이의 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.
전구체 물질로 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 포함하는 방사용액을 방사하여 전구체 단섬유를 형성하는 방사 단계;
상기 전구체 단섬유에 대한 탄화 공정으로 탄소섬유 필라멘트를 형성하는 탄화 단계;
탄소섬유 필라멘트를 모아서 탄소섬유 실을 형성하는 탄소섬유 실 형성 단계; 및
탄소섬유 실을 중공의 관 형상인 망사 구조로 짜서 스텐트를 제조하는 스텐트 구성 단계를 포함하고,
상기 스텐트 구성 단계에서, 탄소섬유 실 및 탄소섬유 실 사이의 간격을 형성하기 위한 삽입섬유를 사용하여 편물 또는 직물 형태의 천을 짠 뒤에 삽입섬유를 제거하고, 삽입섬유을 제거하는 공정과 상기 탄소섬유 실의 표면에 세공을 형성하는 표면 활성화 공정이 동시에 수행되며,
상기 방사 단계에서 폴리아크릴로니트릴(PAN) 100중량부에 대하여 피치를 0~100중량부로 혼합하는 비율을 조절함으로써, 상기 표면 활성화 공정에서 형성되는 세공의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 약물 방출 탄소 섬유 스텐트의 제조방법.