KR102547679B1 - 자가팽창성 및 바이오필름 저감 특성을 가지는 형상기억고분자 및 이의 의료용 소재로서의 용도 - Google Patents

자가팽창성 및 바이오필름 저감 특성을 가지는 형상기억고분자 및 이의 의료용 소재로서의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자가팽창성 및 바이오필름 저감 특성을 가지는 형상기억고분자 및 이의 의료용 소재로서의 용도에 관한 것으로, 더 상세하게는 카프로락톤 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체와 폴리카프로락톤이 가교된 형상 기억 고분자 및 이를 의료용 소재로 하여 제조된 의료용 구조물과 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 형상기억고분자는 자가팽창성과 더불어 우수한 바이오필름 저감 특성을 가지고 있으며, 의료용 튜브나 스텐트 형태로 제작하여 체내 관 조직에 삽입하는 경우, 체온에 의하여 직경이 팽창하면서 체내 관의 형상에 적합하도록 밀착되어 관내 유체의 개통성을 원활하게 할 수 있을 뿐만 아니라 바이오필름 저감 특성이 우수하여 의료용 튜브나 스텐트가 다시 폐쇄될 우려가 적어 재수술의 빈도를 낮출 수 있고, 체내 조직과 유착이 발생하는 확률도 적어 재수술을 하는 경우라도 교체가 용이한 장점이 있다.

Description

자가팽창성 및 바이오필름 저감 특성을 가지는 형상기억고분자 및 이의 의료용 소재로서의 용도 {Shape-memory polymers with self-expandable and biofilm-reducing properties and use of the same as medical materials}
본 발명은 자가팽창성 및 바이오필름 저감 특성을 가지는 형상기억고분자 및 이의 의료용 소재로서의 용도에 관한 것으로, 더 상세하게는 카프로락톤 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체와 폴리카프로락톤이 가교된 형상 기억 고분자 및 이를 의료용 소재로 하여 제조된 의료용 구조물과 그 제조방법에 관한 것이다.
인체 관 조직에서 내강의 병리학적 변형은 수축 또는 심지어 총 폐색에 이를 수 있다. 식도암, 결장암, 폐암, 신장암에서의 폐색이나 담관, 췌장, 요도의 폐색이 대표적인데, 이처럼 종양이나 그 밖의 다른 원인으로 협착 부위가 발생하면 해당 기관이 정상적으로 기능하지 않기 때문에 일반적으로 그 협착 부위에 의료용 구조물(예컨대, 스텐트나 튜브)을 삽입하고 협착 부위를 확장해 통로를 확보하는 수술을 한다.
협착 부위에 삽입되는 의료용 구조물의 경우, 체내 관 내 수축을 방지하거나 방해하면서 관 내강의 정상 기능을 손상시키는 상태를 제거하거나 지연시키는 동시에, 대상 기관이 정상적으로 기능하도록 인체 조직과 유착되지 않아야 하고, 유연성이 뛰어나면서도 팽창력이 우수하고, 삽입되는 위치의 굴곡에 적합한 상태로 모양을 유지할 수 있으며, 자가팽창시 길이의 단축이 적은 것이 좋다.
한편, 협착이 빈번히 발생하는 체내 관 중 하나는 담관이다. 담관 협착증은 담관 유두부의 경화증이나 담석에 의해 발생하고, 만성 췌장염이나 재발성 담관염, 유두 괄약근 절개술, 담낭 절제술이나 간이식 수술 후에 발생할 수도 있으며, 주로 다양한 원인에 의한 담도 손상에 의한 협착이 가장 흔히 발생하는 것으로 알려져 있다. 담관 협착증의 고식적 치료방법으로는 내시경을 이용한 담관 스텐트 삽입술이 주를 이루고 있으며, 이러한 담관 협착증 치료에 적용되는 스텐트로는 플라스틱이나 금속으로 제조된 스텐트가 많이 사용되고 있다.
이 중 플라스틱 스텐트는 교체나 추가 삽입이 용이하고 가격이 저렴하다는 장점이 있으나, 내경이 좁아 담즙 등의 흐름이 상대적으로 약하고 시간이 지날수록 음식물의 역류, 바이오 필름의 형성으로 인해 스텐트 내부가 자주 막히는 단점이 있어 개통성을 높이기 위한 확장성이 요구되고 있다 (Clinical Medicine & Research Volume 5, Number 1: 53-60).
또한, 금속 스텐트는 내경이 넓어 담즙의 흐름이 좋지만, 가격이 비싸고 금속 그물망 사이에 조직이 파고들어 교체가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 금속 스텐트 표면을 실리콘과 같은 고분자 물질로 도포한 피복형 금속 스텐트가 개발되어 적용되고 있으나, 실리콘 표면특성으로 인한 유치의 어려움 및 장기간 사용 시 조직 괴사, 바이오 필름 등의 생성으로 인해 스텐트 폐쇄가 일어나게 된다(Clinical Medicine & Research Volume 5, Number 1: 53-60).
한편, 폴리카프로락톤은 대표적인 생체적합성 고분자이나 폴리카프로락톤만을 사용하여 체내 협착된 관내로 삽입하는 의료용 구조물을 제작하는 경우, 형상 기억 특성이 없어 삽입되는 위치에 적합한 상태로 유연하게 팽창되는 효과를 발휘할 수 없는 문제점이 있었다.
이처럼, 체내 협착된 관내로 삽입하는 의료용 구조물의 경우, 삽입되는 위치에 적합하게 팽창되어 유지되기 어렵고, 장기 사용시 발생하는 바이오필름으로 인하여 재협착되는 문제점이 빈번하게 대두되기 때문에, 이러한 문제점을 해결하기 위한 새로운 의료용 소재의 개발이 필요하다.
이에, 본 발명자들은 본 발명자들에 의해 개발된 바 있는 카프로락톤 및 글리시딜메타크릴레이트의 공중합체를 추가로 개량함으로써 이러한 문제점을 극복하고자 예의 노력하였으며, 그 결과, 자가팽창성 및 바이오필름 억제 효과가 우수한 형상 기억 고분자를 개발하고, 이를 새로운 의료용 소재로 활용할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
대한민국 등록특허 제10-1906472호 대한민국 등록특허 제10-2355542호 대한민국 공개특허 제10-2021-0158356호
Clinical Medicine & Research Volume 5, Number 1: 53-60
본 발명은 체내 관의 협착이나 폐색을 치료하기 위한 의료용 소재로 적합한 신규한 형상 기억 고분자를 제공하고, 이를 이용한 의료용 구조물과 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 카프로락톤(caprolactone) 및 글리시딜메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)의 공중합체와 폴리카프로락톤이 가교된 형상 기억 고분자를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 공중합체는 폴리카프로락톤-폴리글리시딜메타크릴레이트 공중합체일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 공중합체는 선형 또는 다중팔 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 공중합체는
하기 화학식 (1)로 나타낸 화합물:
Figure 112023013965823-pat00001
상기 화학식 (1)에서,
R1, R2 및 R3은 서로 독립적으로 수소(H) 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,
m 및 n는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이며,
A, B1 및 B2는 서로 독립적으로 산소(O) 또는 황(S)이고,
x 및 y는 반복 단위의 몰%를 나타내고,
x+y는 100이며, x는 80 내지 95이다;
하기 화학식 (2)로 나타낸 화합물:
Figure 112023013965823-pat00002
상기 화학식 2에서,
x는 1 내지 20의 정수이며,
m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내고,
m+n은 100이고, m은 80 내지 96이다; 또는
하기 화학식 (3)으로 나타낸 화합물:
화학식 (3)
Figure 112023013965823-pat00003
상기 화학식 (3)에서,
x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이고,
m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내며,
m+n은 100이고, m은 70 내지 99이다;일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 공중합체는 공중합체 내 폴리카프로락톤과 폴리글리시딜메타크릴레이트의 몰비가 85:15 내지 96:4인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 공중합체는 공중합체 내 폴리카프로락톤과 폴리글리시딜메타크릴레이트의 몰비가 90:10 내지 98:2인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자 내 상기 공중합체와 폴리카프로락톤의 중량비는 97:3 내지 85:15일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자의 용융 온도는 35 내지 40℃일 수 있다.
본 발명에 있어서, 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 자가팽창성 및 바이오필름 억제능의 이중 기능성을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 35 내지 60℃에서 자기팽창 특성을 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 상기 공중합체 및 폴리카프로락톤이 열가교 또는 광가교된 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 과황산칼륨 (Potassium persulfate), 과황산암모늄 (Ammonium persulfate), 과산화 벤조일(Benzoyl peroxide), 다이아우릴 퍼옥사이드(Diauryl peroxide), 다이큐밀 퍼옥사이드 (Dicumyl peroxide), 과산화수소(Hydrogen peroxide), 아조비스이소부티로니트릴 (Azobisisobutuyronitrile), 이르가큐어(Irgacure), 다로큐어(Darocure), LAP(Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), TPO(Diphenyl(2,4,6-Trimethylbenzoyl)Phosphine), TPO-L(Ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinate)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상에 의해 가교되는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 의료용 소재일 수 있다.
본 발명은 또한, 형상 기억 고분자로 제조된 체내 관내 삽입 의료용 구조물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 의료용 구조물은 의료용 튜브 또는 의료용 스텐트일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 의료용 구조물은 체내 관(管)에 삽입되어 체온에 의해 자가 팽창하여 관 내 개통성을 개선할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 의료용 구조물은 담췌관 스텐트일 수 있다.
본 발명은 또한, 다음 단계를 포함하는, 상기 의료용 구조물 제조방법을 제공한다:
(a) 카프로락톤 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체와 폴리카프로락톤을 혼합물에 가교제를 첨가하여 혼합하는 단계; 및
(b) 상기 가교제가 첨가된 혼합물을 압출 장비에 투입하여 형상화하고 열가교 또는 광가교하는 단계.
본 발명에 있어서, 상기 가교제는 이르가큐어(Irgacure), 다로큐어(Darocure), LAP(Lithium phenyl-2,4,6-trim ethylbenzoylphosphinate), TPO(Diphenyl(2,4,6-Trimethylbenzoyl)Phosphine), TPO-L(Ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinate)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가교제는 상기 혼합물 대비 0.1 내지 5 중량%로 첨가할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가교제는 광가교제이고, UV를 100 내지 500 mW/cm2 세기로 3 내지 20분 조사하여 가교할 수 있다.
본 발명에 따른 형상기억고분자는 자가팽창성과 더불어 우수한 바이오필름 저감 특성을 가지고 있으며, 의료용 튜브나 스텐트 형태로 제작하여 체내 관 조직에 삽입하는 경우, 체온에 의하여 직경이 팽창하면서 체내 관의 형상에 적합하도록 밀착되어 관내 유체의 개통성을 원활하게 할 수 있을 뿐만 아니라 바이오필름 저감 특성이 우수하여 의료용 튜브나 스텐트가 다시 폐쇄될 우려가 적어 재수술의 빈도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 체내 조직과 유착이 발생하는 확률도 적어 재수술을 하는 경우라도 교체가 용이한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브형 의료용 소재의 형상을 변형 및 고정시킨 후 체온과 유사한 온도 범위에 노출시켰을 때 원형으로 회복((a) 길이 복원 (b) 자가팽창)되는 형상기억특성을 확인한 결과이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 형상기억고분자의 바이오 필름 형성 억제 효과를 시험한 결과이다.
도 3은 담관 스텐트의 바이오 필름 형성 억제 효과를 확인하기 위한 담즙 순환 시스템을 나타낸다.
도 4는 도 3에서 제작한 담즙 순환 시스템을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억고분자로 제작한 담관 스텐트의 바이오 필름 형성 억제 효과를 시험한 결과이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서, “포함한다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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.
카프로락톤 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체
본 발명에 따른 담췌관 스텐트는 ε-카프로락톤 단량체와 글리시딜 메타크릴레이트 단량체가 중합된 공중합체[PCL-co-PGMA)]를 이용하여 제조될 수 있다.
상기 공중합체에서 ε-카프로락톤 단량체와 글리시딜 메타크릴레이트 단량체의 배열순서는 특별히 제한되지 않고, 교호, 랜덤 또는 블록으로 배열될 수 있다.
또한, 공중합체의 말단에는 히드록시기 등이 결합되어 있을 수 있다. 이와 같이 말단에 히드록시기가 결합되어 있는 공중합체는 말단에 히드록시기가 결합되어 있는 개시제 등을 사용하여 중합함으로써 제조할 수 있다.
1. 2 arm PCL-PGMA
일 양태로써, 본 발명에 따른 카프로락톤 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체는ε-카프로락톤 단량체와 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체로서 2 arm PCL-PGMA일 수 있다.
본 발명에 있어서, 2 arm PCL-PGMA는 대한민국 등록특허 제10-1906472호 및 대한민국 등록특허 제10-2355542호에 상세히 기재되어 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1906472호 및 대한민국 등록특허 제10-2355542호는 전문이 본 발명에 참조로서 통합된다.
상기 2 arm PCL-PGMA는 하기 화학식 (1)로 표시될 수 있다:
Figure 112023013965823-pat00004
상기 화학식 (1)에서,
R1, R2 및 R3은 서로 독립적으로 수소(H) 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,
m 및 n는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이며,
A, B1 및 B2는 서로 독립적으로 산소(O) 또는 황(S)이고,
x 및 y는 반복 단위의 몰%를 나타내고,
x+y는 100이며, x는 80 내지 95이다.
구체적으로, 2 arm PCL-PGMA는 화학식 (1)에서,
R1, R2 및 R3은 서로 독립적으로 수소(H) 또는 메틸기(CH3-)이고,
m 및 n는 서로 독립적으로 3 내지 12의 정수이며,
A, B1 및 B2는 모두 산소(O)이고,
x 및 y는 반복 단위의 몰%를 나타내고,
x+y=100이며, x는 88 내지 94일 수 있다.
보다 구체적으로,
R1, R2 및 R3은 서로 독립적으로 수소(H)이고,
m 및 n는 서로 독립적으로 5 내지 6의 정수이며,
A, B1 및 B2는 서로 독립적으로 산소(O)이고,
x 및 y는 반복 단위의 몰%를 나타내고,
x+y=100이며, x는 88 내지 94이다.
상기 화학식 (1)은 하기 화학식 (1')으로 나타낼 수 있다:
화학식 (1')
Figure 112023013965823-pat00005
상기 화학식 (1')에서
m 및 n는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이며,
x 및 y는 반복 단위의 몰%를 나타내고,
x+y는 100이며, x는 80 내지 95이다.
상기 화학식 (1) 또는 (1')에서 x 및 y는 반복 단위의 몰%를 나타내고, x+y는 100이며, x는 80 내지 95, 또는 88 내지 94일 수 있다.
2. 4 arm PCL-PGMA
다른 양태로써, 본 발명에 따른 카프로락톤 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체는 ε-카프로락톤 단량체와 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체로서 4 arm PCL-PGMA이다. 상기 4 arm PCL-PGMA는 네 개의 탄소-탄소 결합팔을 갖는 중심 탄소를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 4 arm PCL-PGMA는 대한민국 공개특허 제10-2021-0158356호에 상세히 기재되어 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2021-0158356호는 전문이 본 발명에 참조로서 통합된다.
본 발명에 있어서, 4 arm PCL-PGMA는 다음 화학식 (2)로 표시될 수 있다:
Figure 112023013965823-pat00006
상기 화학식 (2)에서,
x는 1 내지 20의 정수이며,
m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내고,
m+n은 100이고, m은 80 내지 96이다.
본 발명 화학식 (2)에서 x는 2 내지 10의 정수일 수 있다. 다른 구체예에서, x는 2 내지 9의 정수, 2 내지 8의 정수, 2 내지 7의 정수, 2 내지 6의 정수, 2 내지 5의 정수, 3 내지 10의 정수, 3 내지 9의 정수, 3 내지 8의 정수, 3 내지 7의 정수, 3 내지 6의 정수, 3 내지 5의 정수, 4 내지 10의 정수, 4 내지 9의 정수, 4 내지 8의 정수, 4 내지 7의 정수, 4 내지 6의 정수, 4 내지 5의 정수, 5 내지 10의 정수, 5 내지 9의 정수, 5 내지 8의 정수, 5 내지 7의 정수, 또는 5 내지 6의 정수일 수 있다. 가장 구체적으로 화학식 (2)에서의 x는 5인 화합물을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 (2)에서 m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내고, m+n는 100이며, m은 70 내지 99, 85 내지 96, 88 내지 96, 90 내지 96, 92 내지 96, 또는 94 내지 96 일 수 있다.
여기서, 몰%라 함은 m 및 n의 반복 단위의 비율을 의미하는 것으로, 구체적으로, 몰분율(ratio)를 의미할 수 있다. 일 예로, PCL-co-PGMA에서 PCL 과 PGMA의 반복 단위의 몰분율을 의미할 수 있다.
3. 6 arm PCL-PGMA
또 다른 양태로써, 본 발명에 따른 카프로락톤 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체는 ε-카프로락톤 단량체와 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체로서 6 arm PCL-PGMA이다.
본 발명에 있어서, 6 arm PCL-PGMA는 다음 화학식 (3)으로 표시될 수 있다:
화학식 (3)
Figure 112023013965823-pat00007
상기 화학식 (3)에서,
x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이고,
m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내며,
m+n은 100이고, m은 70 내지 99이다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 (3)에서 m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내고, m+n는 100이며, m은 70 내지 99, 85 내지 96, 88 내지 96, 90 내지 96, 92 내지 96, 또는 94 내지 96 일 수 있다.
여기서, 몰%라 함은 m 및 n의 반복 단위의 비율을 의미하는 것으로, 구체적으로, 몰분율(ratio)를 의미할 수 있다. 일 예로, PCL-co-PGMA에서 PCL 과 PGMA의 반복 단위의 몰분율을 의미할 수 있다.
상기 화학식 (3)의 화합물은 이를 구성하는 ε-카프로락톤 단량체와 글리시딜 메타크릴레이트 단량체량에 따라 형상 복원 온도 등을 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 (3)에서 x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이며, 이는 화학식 (3)의 화합물을 합성하는 단계의 락톤 계열 단량체와 개시제의 탄소 수로 조절될 수 있다.
예컨대, 입실론 카프로락톤(ε을 사용하는 경우 x는 3일 수 있으며, 다이펜타에리쓰리톨(dipentaerythritol)을 사용하는 경우 y는 1일 수 있다. 또한, 입실론 카프로락톤(ε-CL)을 대체하여 α-acetolactone, β-propiolactone, γ-butyrolactone, δ-valerolactone 등의 단량체를 사용하여 x의 숫자가 조절될 수 있으며 다이펜타에리쓰리톨(dipentaerythritol)를 대체하여 6arm PEG 등의 개시제를 사용하여 y의 숫자가 조절될 수 있다. 본 발명에서 x, y는 본 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명 화학식 (3)의 화합물은 α-acetolactone, β-propiolactone, γ-butyrolactone, δ-valerolactone 또는 ε-caprolactone 단량체를 글리시딜기를 포함하는 아크릴 단량체 및 개시제와 함께 반응시켜 제조될 수 있다.
예컨대, 본 발명 화학식 (3)의 화합물은 다이펜타에리쓰리톨(dipentaerythritol), 카프로락톤(caprolactone) 및 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)를 개환중합 반응시켜 제조될 수 있다.
이 경우, 촉매를 첨가하거나, 중합 전환율이 거의 없는 초기 반응 시 개시제와 함께 또는 동시에 중합억제제를 첨가하여 온도에 민감한 글리시딜 메타크릴레이트 그룹 간의 반응을 억제시킴으로서 반응성을 향상시킬 수 있다.
본 발명 화학식 (3)의 화합물은 다이펜타에리쓰리톨(dipentaerythritol), 카프로락톤(caprolactone) 및 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)를 반응시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. 상기 반응은 개환중합 반응인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 반응은 1,5,7-트리아자바이사이클로(4.4.0)데크-5-엔(1,5,7-Triazabicyclo(4.4.0)dec-5-ene), 주석(II)(2-에칠헥사노에이트)(tin(II) (2-ethylhexanoate)), 트리메틸로프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트)(trimethylopropane tris(3-mercaptopropionate)) 및 숙신산 아연(Zinc succinate)으로 구성된 군에서 선택되는 촉매의 존재 하에 반응시키는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
특히, 두 단량체(CL, GMA)의 동시 개환중합을 유도하기 위한 물질로, 상기 화합물의 합성시간을 단축시킬 수 있는 1,5,7-트리아자바이사이클로(4.4.0)데크-5-엔(1,5,7-Triazabicyclo(4.4.0)dec-5-ene)을 촉매로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 초기 반응 시, 즉, 글리시딜 메타크릴레이트를 투입하기 전 개시제 및/또는 중합 억제제를 투입하여 메타크릴레이트 그룹 간의 반응을 억제시킬 수 있다.
이에 더하여, 중합 억제제는 중합 후반 국부적으로 발생하는 발열 반응의 억제와 미반응 잔류 라디칼을 제거하여 반응을 종결시키는 역할을 한다.
이와 같이 개시제와 중합 억제제를 단량체인 카프로락톤(caprolactone) 및 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)와 약 110℃에서 약 6 시간 동안 반응시키면 단량체에 있는 고리 구조가 열리며 6개의 팔을 가지는 폴리카프로락톤-폴리글리시딜메타아크릴레이트(6arm PCL-PGMA) 공중합체가 합성되게 된다.
상기 개시제는 다이펜타에리쓰리톨(dipentaerythritol)인 것을 특징으로 할 수 있으며, 구체적으로 본 발명은 상기 개시제의 초기 첨가에 의해 6개의 팔을 가지는 폴리카프로락톤-폴리글리시딜메타아크릴레이트(6-arm PCL-PGMA) 공중합체가 합성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 중합 억제제는 하이드로퀴논, 하이드로퀴논모노메틸 에테르(hydroquinone monomethyl ether), 파라-벤조퀴논(p-benzoquinone) 및 페노티아진(phenothiazine)으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 바람직하게는 상기 중합 억제제는 하이드로퀴논(hydroquinone) 일 수 있다.
화학식 (3)의 화합물 제조방법은 다이펜타에리쓰리톨(dipentaerythritol), 카프로락톤(caprolactone) 및 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)를 80 내지 140℃, 바람직하게는 100 내지 130℃, 예컨대, 약 110℃에서 반응시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
이 경우, 100℃ 미만에서 본 발명 화학식 (3)의 화합물 합성이 진행되는 경우, 촉매반응이 진행되지 않을 수 있으며, 130℃을 초과한 온도에서 본 발명 화합물 합성이 진행되면 촉매반응 속도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
바람직한 일 양태로서, 화학식 (3)의 화합물의 중합 메커니즘은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112023013965823-pat00008
상기 가교 반응은 광가교 또는 열가교 반응인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
화학식 (3)의 화합물은 ε-카프로락톤 단량체와 글리시딜기를 포함하는 아크릴 단량체가 중합된 공중합체의 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 (3)의 화합물은 ε-카프로락톤 단량체(CL; caplolactone)와 글리시딜 메타크릴레이트 (GMA) 단량체를 중합한 공중합체[PCL-co-PGMA)]의 구조를 가질 수 있다.
화학식 (3)의 화합물에서 ε-카프로락톤 단량체와 글리시딜 메타크릴레이트 단량체는 배열순서는 특별히 제한되지 않고, 교호, 랜덤 또는 블록으로 배열될 수 있다.
또한, 공중합체의 말단에는 히드록시기 등이 결합되어 있을 수 있다. 이와 같이 말단에 히드록시기가 결합되어 있는 공중합체는 말단에 히드록시기가 결합되어 있는 개시제 등을 사용하여 중합함으로써 제조할 수 있다.
한편, 글리시딜 메타크릴레이트 단량체에 포함되는 글리시딜기는 가교성 관능기일 수 있으며, 광가교성 관능기 또는 열가교성 관능기일 수 있다. 또한, 상기 공중합체는 가교에 의해 형상 기억 특성을 가질 수 있다.
형상 기억 고분자
본 발명에서 "형상 기억 고분자(SMP, shape memory polymer)" 란, 특정 조건에서 어떤 물체를 일정한 모양을 가지도록 만들어 놓으면, 그 이후 외부적 충격에 의해 모양이 달라졌다 하더라도 그 물체를 처음과 동일한 조건(온도, 빛, pH, 습도 등)으로 만들어 주면 다시 원래의 모양으로 돌아가는 성질을 가진 고분자를 의미한다.
본 발명은 일 관점에서 카프로락톤(caprolactone) 및 글리시딜메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)의 공중합체와 폴리카프로락톤이 가교된 형상 기억 고분자에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 공중합체는 폴리카프로락톤-폴리글리시딜메타크릴레이트 공중합체일 수 있으며, 상기 공중합체 내 폴리카프로락톤과 폴리글리시딜메타크릴레이트의 몰비가 85:15 내지 98:2인 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 공중합체는 공중합체 내 폴리카프로락톤과 폴리글리시딜메타크릴레이트의 몰비가 90:10 내지 96:4, 더 바람직하게는 94:6 내지 96:4인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 양태로서, 상기 공중합체는 공중합체 내 폴리카프로락톤과 폴리글리시딜메타크릴레이트의 몰비가 90:10 내지 98:2인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 양태로서, 상기 공중합체는 공중합체 내 폴리카프로락톤과 폴리글리시딜메타크릴레이트의 몰비가 80:20 내지 99:1인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자 내 상기 공중합체와 폴리카프로락톤의 중량비는 97:3 내지 85:15인 것을 특징으로 할 수 있다. 이 경우, 상기 형상 기억 고분자 내 폴리카프로락톤 비율이 3 중량% 미만인 경우, 우수한 바이오 필름 저감 특성이 발휘되지 않고, 상기 형상 기억 고분자 내 폴리카프로락톤 비율이 15 중량%를 초과하는 경우, 체온 범위에서는 형상 복원이 되지 않아 체내 관내 삽입하는 의료용 소재로 적용하기에는 적절하지 않다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자의 용융 온도는 35 내지 40℃인 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에 따라 상기 공중합체와 폴리카프로락톤을 적절한 비율로 함유되도록 형상 기억 고분자를 제작하는 경우, 그 형상 기억 고분자의 그 용융 온도가 35 내지 40℃ 이기 때문에, 체내 관내 삽입시 외부에서 별도의 온도 변화를 유도하지 않아도 체내의 체온 범위에서 자가팽창성과 형상 복원능이 발휘되는 특징을 갖는 바, 본 발명에 따른 형상 기억 고분자는 외부에서 별도의 온도 변화를 유도하는 것이 극히 어려운 체내의 관 내 삽입하는 의료용 구조물의 소재로 특히 적합하다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 35 내지 60℃, 바람직하게는 35 내지 40℃에서 자가팽창 특성을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 본 발명에서, 상기 형상 기억 고분자는 우수한 바이오필름 저감 특성을 가지는 동시에 형상복원력도 우수한데, 30 내지 60℃의 온도, 또는 30 내지 60℃의 온도 내의 임의의 범위의 온도, 예컨대, 35 내지 55℃의 온도에서, 또는 30 내지 60℃의 온도 내의 임의의 온도, 예컨대, 약 35℃, 약 36℃, 약 37℃, 약 38℃, 약 39℃, 약 40℃, 약 41℃, 약 42℃, 약 43℃, 약 44℃, 약 45℃, 약 46℃, 약 47℃, 약 48℃, 약 49℃, 약 50℃, 약 51℃, 약 52℃, 약 53℃, 약 54℃, 약 55℃, 약 56℃, 약 57℃, 약 58℃, 약 59℃ 또는 약 60℃에서 형상 복원력이 50% 이상, 예컨대, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 약 80%, 약 85%, 약 90%, 약 95%, 약 100% 일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
바람직하게, 상기 형상 기억 고분자는 35 내지 40℃의 온도에서 85% 이상의 형상복원력을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가교 반응은 광가교 또는 열가교 반응인 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 광가교 반응일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 과황산칼륨 (Potassium persulfate), 과황산암모늄 (Ammonium persulfate), 과산화 벤조일(Benzoyl peroxide), 다이아우릴 퍼옥사이드(Diauryl peroxide), 다이큐밀 퍼옥사이드 (Dicumyl peroxide), 과산화수소(Hydrogen peroxide), 아조비스이소부티로니트릴 (Azobisisobutuyronitrile), 이르가큐어(Irgacure), 다로큐어(Darocure), LAP(Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), TPO(Diphenyl(2,4,6-Trimethylbenzoyl)Phosphine), TPO-L(Ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinate)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상에 의해 가교되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 의료용 소재로 이용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 카프로락톤 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체를 폴리카프로락톤과 적절히 혼합 후 가교하여 형상 기억 고분자를 제조하는 경우, 공중합체의 단량체 조절을 통해 형상 복원 온도 조절이 가능한 온도 감응성 형상 기억 고분자를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 체내 관 내 삽입시 특히 적합한 자가팽창성을 발휘할 수 있어 체내 관 내 삽입용 의료용 구조물로서 특히 적합한 물성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 체내 관 내 삽입시 흔히 발생하는 바이오필름 억제 효과도 우수하기 때문에, 본 발명에 따른 형상 기억 고분자는 체내 관 내 삽입을 위한 의료용 구조물(예컨대, 담췌관 스텐트)의 제조에 매우 적합한 의료용 소재이다.
따라서, 본 발명의 상기 형상 기억 고분자는 자가팽창성 및 바이오필름 억제능의 이중 기능성을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
의료용 구조물
본 발명은 다른 관점에서 상기 형상 기억 고분자로 제조된 체내 관내 삽입을 위한 의료용 구조물에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 의료용 구조물은 의료용 튜브 또는 의료용 스텐트일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 의료용 구조물은 체내 관(管)에 삽입되어 체온에 의해 자가 팽창하여 관 내 개통성을 개선하는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 의료용 구조물은 체내 관의 협착이 있는 병변 부위에 사용되는 것일 수 있다.
예컨대, 상기 의료용 구조물은 담췌관 스텐트일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 의료용 구조물은 바이오 필름 생성을 억제하는 효과가 우수하여, 종래 스텐트에서 빈번하게 발생하는 바이오필름에 위한 폐쇄 부작용이 개선되는 특징을 가진다.
즉, 바이오필름은 일반적으로 여러 세균성 물질이 고체물질에 부착되어 형성되는 막으로, 다양한 염증반응의 원인이 되며, 특히 인체 내에 삽입되는 스텐트에 바이오필름이 형성되는 경우, 스텐트 폐쇄가 유발될 수 있으나, 본 발명에 따른 읠료용 구조물은 이와 같은 바이오필름 억제 효과가 우수하다.
의료용 구조물 제조방법
본 발명은 또 다른 관점에서 다음 단계를 포함하는 의료용 구조물의 제조방법에 관한 것이다:
(a) 카프로락톤 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체와 폴리카프로락톤의 혼합물에 가교제를 첨가하여 혼합하는 단계; 및
(b) 상기 가교제가 첨가된 혼합물을 압출 장비에 투입하여 형상화하고 열가교 또는 광가교하는 단계.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 공중합체와 폴리카프로락톤을 혼합하는 과정에서 가교제를 동시에 혼합하거나, 상기 공중합체와 폴리카프로락톤을 혼합한 후 가교제를 순차적으로 혼합할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는 가교제가 첨가된 혼합물을 압출 장비에 투입하여 형상화하는 동시에 열가교 또는 광가교하거나, 상기 가교제가 첨가된 혼합물을 압출 장비에 투입하여 형상화한 후에 순차적으로 열가교 또는 광가교할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가교제는 이르가큐어(Irgacure), 다로큐어(Darocure), LAP(Lithium phenyl-2,4,6-trim ethylbenzoylphosphinate), TPO(Diphenyl(2,4,6-Trimethylbenzoyl)Phosphine), TPO-L(Ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinate)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가교제는 상기 공중합체와 폴리카프로락톤의 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 내지 5 중량%, 예컨대, 0.5 내지 3 중량%, 바람직하게는 약 1 중량%로 첨가할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 가교제는 빛가교제이고, 상기 (c) 단계는 상기 혼합물을 압출장치를 이용하여 압출과 동시에 UV(약 365nm)를 100 내지 500 mW/cm2 세기, 바람직하게는 200 내지 300 mW/cm2 세기, 예컨대, 약 265 mW/cm2 세기로, 3 내지 20분, 바람직하게는 5 내지 15분, 예컨대 약 10분간 조사하여 광가교하는 것일 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 2 arm PCL-PGMA와 폴리카프로락톤을 포함하는 형상기억고분자 기반 튜브 형태 의료용 소재 제작
1,6-hexanediol
(mmol)
HQ
(mmol)
ε -CL
(mmol)
GMA
(mmol)
TBD
(mmol)
2 arm 90% PCL-10% PGMA 0.5 1 90 10 1
3목 원형바닥 플라스크(3-neck round bottom flask)에 마그네틱바를 넣고 1,6-헥산디올(1,6-hexanediol) (initiator, 0.5 mmol, Sigma Aldrich)과 하이드로퀴논(hydroquinone)(inhibitor, HQ, 1 mmol, Sigma Aldrich)을 넣었다. 상기 플라스크 입구를 막고 10분 동안 진공을 건 후 50 cc/min의 속도로 질소 퍼징(purging)을 하였다. 정제된 ε-카프로락톤(ε90 mmol, Sigma Aldrich)을 상기 플라스크에 20G 시린지 니들로 주입하였다. 110℃에서 180rpm으로 10분 동안 혼합하였다. 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate)(monomer, GMA, 10mmol, Sigma Aldrich)를 20G 시린지 니들로 주입하였다. 글리시딜 메타크릴레이트 주입 10분 후 1 mL 아세토나이트릴(acetonitrile)(ACN, Sigma Aldrich)에 녹인 1,5,7-트리아자바이사이클로(4.4.0)데크-5-엔(1,5,7-Triazabicyclo(4.4.0)dec-5-ene)(TBD, catalyst, 1 mmol, Sigma Aldrich)을 20G 시린지 니들로 주입하였다(1 mmolTBD/1 mL ACN). 그 뒤, 플라스크를 6시간 동안 110℃에서 반응시켰다. 최종 반응물을 15 mL 클로로포름(Chloroform)(Daejung chemicals & maetals Co., LTD., Korea)에 녹인 후 4℃의 400 mL 콜드 에틸에테르(cold ethyl ether)(Daejung chemicals & metals CO., LTD., Korea)에 침전시켰다. 얻어진 침전물을 필터링하여 거른 후 진공 건조시켰다.
HD(1,6-hexanediol)은 개시제(initiator)로 사용되었으며 TBD(1,5,7-Triazabicyclo(4.4.0)dec-5-ene)는 촉매 (catalyst), HQ(hydroquinone)는 억제제(inhibitor), CL(ε-caprolactone)과 GMA(glycidyl methacrylate)은 단량체(monomer)로 사용되었다.
형상기억고분자 기반의 튜브형 의료용 소재의 제조를 위하여 2 arm PCL-PGMA 공중합체와 폴리카프로락톤(Sigma Aldrich)을 5 : 95 중량비로 혼합한 후, 혼합된 물질의 중량 대비 1 중량%의 Irgacure2959를 추가로 혼합한다. 이후 압출장비를 이용하여 튜브 형태로 압출함과 동시에 265 mW/cm2 세기의 UV(365nm)를 10분간 조사하여 튜브 형태의 샘플을 수득하였다.
실시예 2. 6 arm PCL-PGMA와 폴리카프로락톤을 포함하는 형상기억고분자 기반 튜브 형태 의료용 소재 제작
Dipentaerythritol
(mmol)
HQ
(mmol)
ε -CL
(mmol)
GMA
(mmol)
TBD
(mmol)
6 arm 94% PCL-06% PGMA 0.5 3.5 315 35 1
삼구플라스크에 다이펜타에리쓰리톨(dipentaerythritol, initiator, Sigma Aldrich)과 하이드로퀴논(hydroquinone, HQ, inhibitor, Sigma Aldrich)을 넣어 10분간 진공 건조 후 50 cc/min의 속도로 질소 퍼징(purging)을 하였다. 정제된 입실론-카프로락톤(ε-caprolactone, ε-CL, monomer, AVENTION)을 추가로 첨가하고 110℃에서 10분 동안 교반하였다. 이후 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate, GMA, monomer, Sigma Aldrich)를 넣고 10분간 교반한 후 아세토나이트릴(acetonitrile, ACN, Sigma Aldrich)에 녹인 1,5,7-트리아자바이사이클로(4.4.0)데크-5-엔(1,5,7-Triazabicyclo(4.4.0)dec-5-ene, TBD, catalyst, TCI)를 주입하고 6시간 동안 110℃에서 반응시켰다. 최종 합성물을 클로로포름(chloroform, Daejung chemicals & metals CO., LTD.)에 녹인 후 4℃의 에틸에테르(ethyl ether, Daejung chemicals & metals CO., LTD.)에서 침전시켰으며, 필터 후 진공건조 하였다.
합성 메커니즘은, 단량체인 입실론-카프로락톤(ε-caprolactone, ε-CL)과 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate, GMA), 개시제인 다이펜타에리쓰리톨(dipentaerythritol)과 억제제인 하이드로퀴논(hydroquinone, HQ)을 110℃에서 6시간 반응시키면 단량체에 있는 고리 구조가 열리면서 6개의 팔을 가지는 폴리카프로락톤-폴리글리시딜메타크릴레이트 (6 arm PCL-PGMA) 공중합체가 합성된다.
형상기억고분자 기반의 튜브형 의료용 소재의 제조를 위하여 6 arm PCL-PGMA 공중합체와 폴리카프로락톤(Sigma Aldrich)을 5 : 95 중량비로 혼합한 후 혼합된 물질의 중량 대비 1 중량%의 Irgacure2959를 추가로 혼합한다. 이후 압출장비를 이용하여 튜브 형태로 압출함과 동시에 265 mW/cm2 세기의 UV(365nm)를 10분간 조사하여 튜브 형태의 샘플을 수득하였다.
실시예 3. 6 arm PCL-PGMA와 폴리카프로락톤을 포함하는 형상기억고분자 기반 튜브 형태 의료용 소재 제작
실시예 2에서와 동일한 방법으로 6개의 팔을 가지는 폴리카프로락톤-폴리글리시딜메타크릴레이트 (6 arm PCL-PGMA) 공중합체를 합성하였다.
형상기억고분자 기반의 튜브형 의료용 소재의 제조를 위하여 6 arm PCL-PGMA 공중합체와 폴리카프로락톤(Sigma Aldrich)을 15 : 85 중량비로 혼합한 후 혼합된 물질의 중량 대비 1 중량%의 Irgacure2959를 추가로 혼합하였다. 이후 압출장비를 이용하여 튜브 형태로 압출함과 동시에 265 mW/cm2 세기의 UV(365nm)를 10분간 조사하여 튜브 형태의 샘플을 수득하였다.
비교예 1. EVA 기반 튜브 형태 의료용 소재
상용적으로 튜브형 담췌관 스텐트로 사용되는 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene vinylacetate, Biliary EVA, Olympus) 기반의 제품을 구입하여 실험하였다.
비교예 2. 실리콘 필름 기반 튜브 형태 의료용 소재
실리콘의 경우 금속 스텐트(Niti-STM Biliary S, 태웅메디칼) 피막으로 사용되는 폴리다이메틸실록산 (Polydimethylsiloxane, PDMS)를 이용하여 실험하였다.
비교예 3. 6 arm PCL-PGMA와 폴리카프로락톤을 포함하는 형상기억고분자 기반 튜브 형태 의료용 소재 제작
실시예 2에서와 동일한 방법으로 6개의 팔을 가지는 폴리카프로락톤-폴리글리시딜메타크릴레이트 (6 arm PCL-PGMA) 공중합체를 합성하였다.
형상기억고분자 기반의 튜브형 의료용 소재의 제조를 위하여 6 arm PCL-PGMA 공중합체와 폴리카프로락톤(Sigma Aldrich)을 20 : 80 중량비로 혼합한 후 혼합된 물질의 중량 대비 1 중량%의 Irgacure2959를 추가로 혼합한다. 이후 압출장비를 이용하여 튜브형태로 압출함과 동시에 265 mW/cm2 세기의 UV(365nm)를 10분간 조사하여 튜브 형태의 샘플을 수득하였다.
실험예 1. 형상 복원능
실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1 내지 비교예 3의 형상 복원능을 비교하고자, 각 샘플을 100% 신장시킨 후 고정하였다. 이후 형상이 고정된 샘플을 40 내지 45℃에 노출시킨 후, 식 (1)에 따라 형상 복원능(%)를 확인하였다.
Figure 112023013965823-pat00009
----- 식 (1)
그 결과, 표 3에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 3의 경우 실험한 모든 인장 비율에서 80% 이상의 형상 복원능을 나타내었고, 실시예 2의 경우 특히 형상 복원능이 우수하게 나타났다. 그러나, 비교예 1과 비교에 2에서는 형상복원능이 전혀 나타나지 않았다.
구분 초기길이(mm) 변형길이(mm) 나중길이(mm) 형상복원능 (%)
실시예 1 5 10 5.4 92
실시예 2 10 5.2 96
실시예 3 10 5.5 90
비교예 1 변형되지 않음 - 0
비교예 2 - 0
비교예 3 5 10 5.7 86
또한, 상기 형상기억특성을 가지는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 3의 체온 범위에서의 샘플에 대한 자가팽창성을 확인하기 위하여, 각각의 샘플을 신장시켜 내경을 변화시킨 후 고정하여 초기 내경을 측정한 후 35 내지 40℃ 온도에 노출시키고 내경의 변화를 확인한 후 식(2)를 통하여 자가팽창능을 확인하였다.
Figure 112023013965823-pat00010
----- 식 (2)
그 결과, 표 4에서와 같이, 실시예의 경우 체온 범위 부근에서 모두 80%이상 자가팽창능을 나타내었고, 실시예 2의 자가팽창능이 특히 우수하게 나타났다 (도 1). 그러나, 비교예 3의 경우 체온범위 조건에서는 50% 미만의 자가팽창능이 확인되어 실시예 대비 자가팽창능이 현저히 낮은 특성을 나타냄을 확인하였다.
구분 초기 내경(mm) 변형시 내경(mm) 회복후 내경(mm) 자가팽창능 (%)
실시예 1 2.05 1.42 1.99 90.48
실시예 2 2.05 1.38 2.02 95.52
실시예 3 2.05 1.46 1.96 84.75
비교예 3 2.05 1.44 1.68 39.34
실험예 2. 형상 복원 온도 비교
형상복원능을 가지는 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 3의 열적 특성을 측정하여 형상 복원 온도를 비교하고자 하였다. 한편, 비교예 1과 비교예 2는 형상 복원능이 없어 실험에서 배제하였다.
시차주사열량계 (Different Scanning Calorimetry, DSC)를 이용하여 -70℃부터 150℃의 온도 범위에서의 열적 특성을 측정하였다.
실험 결과, 표 5에서와 같이 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 모두 용융점이 39.0℃이하로 나타나 체온 범위에서의 형상 변형 및 고정이 가능하고 체온 범위를 가지는 환부에 유치시 고정능이 유지될 수 있음을 확인한 반면, 비교예 3의 경우 형상기억고분자 기반의 소재로 형상기억 특성은 있으나 용융점이 40℃ 이상으로 체온 범위에서의 형상복원은 어려운 것으로 확인되었다.
참고로, 인체의 정상체온범위는 36 내지 38℃로, 샘플의 용융 온도가 39℃ 정도일 경우 체온 범위의 온도에서 형상의 변형이 일어날 수 있은 바, 따라서 상기 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 체내 관의 온도 범위에서 형상복원능이 비교예 3에 비해 특히 우수한 특징이 있음을 알 수 있었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 3
용융온도(℃ 38.4 38.6 39.0 43.8
실험예 3. 균 바이오필름 생성 억제 효능 분석
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1, 비교예 2의 균 부착정도를 활용한 바이오필름 형성정도를 확인하기 위하여 각각의 샘플을 직경 0.5cm, 두께 400㎛의 필름형태로 제조하였다. 시험에 사용된 균은 경상국립대학교 병원 난배양성 병원체 자문 전문은행에서 분양 받은 담관염 환자 유래 Pseudomonas aeruglnosa (P. aeruglnosa, KBN 12P0343)를 사용하였다.
시험을 위해 제조된 실시예와 비교예 필름을 Transwell (6.5mm Transwell® with 8.0㎛ pore polycarbonate membrane insert, sterile, 3422, Corning)에 배치하고, 부피농도 1.5 %로 제조된 균 배양액 1mL을 분주하여 37℃에서 24시간 배양하였다. 이후 1XPhosphate Buffered Saline(1XPBS, EBP001-500, Enzynomics)으로 3회 세척하고, microbial vilability assay working solution (Quanti-Micro™Microbial Viability Assay Kit (WST-8), QB-1000, Biomax)을 24시간 동안 처리하였다. 이후, microplate reader (Multiskan SkyHigh, Thermo scientific)를 이용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 사용된 Microbial viability assay working solution은 다이메틸설퍼옥사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)와 electron mediator solution(EMS)를 1:9의 비율로 혼합하고 혼합된 DMSO/EMS용액과 WST 용액을 1:9로 혼합한 후 1XPBS에 20배 희석하여 제조하였다.
그 결과, 도 2에서와 같이, 상용 담췌관 스텐트에 적용되는 비교예 1 또는 비교예 2와 비교하여 실시예 1과 실시예 2의 경우, 바이오 필름 형성 정도가 낮은 것을 확인할 수 있었으며, 실시예 1의 경우 플라스틱 담췌관 스텐트인 비교예 1과 비교하여 바이오 필름 형성이 약 41% 저감되는 것으로 확인되었다.
실험예 4. 담즙 바이오필름 생성 억제 효능 분석
담췌관 스텐트 사용시 담즙에 의한 영향을 확인하기 위하여 실시예 2 및 비교예 1의 샘플을 인간 담관 부위와 유사한 환경을 갖춘 시스템(담즙 순환 시스템)을 이용하여 담즙을 2주간 흘려주며 각 샘플에 바이오 필름의 형성 여부를 확인하였다.
담즙 순환 시스템은 도 3과 같이 총 3개의 파트로 구성되어 있으며 각각 튜브연동식 펌프(Flowrate Peristaltic Pump, BT100-1L, Longer; part1), 샘플(part 2), 그리고 담즙이 포함되어 있는 챔버(part 3)로 구성되어 있다. 각 파트는 호스를 이용하여 연결하며, 페리스테틱 펌프를 이용하여 담즙이 포함되어 있는 챔버에서 담즙을 이동시켜 샘플을 통과하는 방식으로 순환시킨다. 또한, 체내환경을 모사하기 위하여 샘플과 담즙이 포함된 챔버의 경우 체온 범위인 37 ℃로 세팅된 인큐베이터(Mini shaking incubator, KSI200-011, 케이비티(주))에 배치하였으며, 담즙은 1주일에 2회 교체하여 실험을 진행하였다.
담즙 순환 시스템을 이용하여 각 샘플에 담즙을 2주간 순환시킨 이후, WST-8 assay를 이용하여 바이오필름의 형성 여부를 확인하였다. 샘플을 1XPBS(LB004-02, Welgene)로 3회 세척 후, microbial vilability assay working solution (Quanti-MicroTM Microbial Viability Assay Kit (WST-8), QB-1000, Biomax)을 24시간 동안 처리하였다. 이후, Spectrophotometer(Multiskan SkyHigh, A51119600, Thermo scientific)를 이용하여 450 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 사용된 Microbial vilability assay working solution을 제조하기 위하여 먼저 다이메틸설퍼옥사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)와 electron mediator solution(EMS)를 1:9의 비율로 혼합하였다. 혼합된 DMSO/EMS용액과 WST 용액을 1:9로 혼합한 후 1XPBS에 20배 희석하였다.
실험 결과, 도 4에서와 같이, 상용 담췌관 스텐트에 적용되는 비교예 1 대비 실시예 2의 바이오 필름 형성정도가 49.5% 낮은 것을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (19)

  1. 카프로락톤(caprolactone) 및 글리시딜메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)의 공중합체와 폴리카프로락톤이 가교된 형상 기억 고분자로,
    상기 공중합체는
    하기 화학식 (1)로 나타낸 화합물:
    Figure 112023049876058-pat00011

    상기 화학식 (1)에서,
    R1, R2 및 R3은 서로 독립적으로 수소(H) 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,
    m 및 n는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이며,
    A, B1 및 B2 는 서로 독립적으로 산소(O) 또는 황(S)이고,
    x 및 y 는 반복 단위의 몰%를 나타내고,
    x+y는 100이며, x는 80 내지 95이다;
    하기 화학식 (2)로 나타낸 화합물:
    Figure 112023049876058-pat00012

    상기 화학식 (2)에서,
    x는 1 내지 20의 정수이며,
    m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내고,
    m+n은 100이고, m은 80 내지 96이다; 또는
    하기 화학식 (3)으로 나타낸 화합물:
    화학식 (3)
    Figure 112023049876058-pat00013

    상기 화학식 (3)에서,
    x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이고,
    m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내며,
    m+n은 100이고, m은 70 내지 99이다;인, 형상 기억 고분자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 고분자 내 상기 공중합체와 폴리카프로락톤의 중량비는 97:3 내지 85:15인, 형상 기억 고분자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 고분자의 용융 온도는 35 내지 40℃인, 형상 기억 고분자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 자가팽창성 및 바이오필름 억제능의 이중 기능성을 가지는, 형상 기억 고분자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 35 내지 60℃에서 자가팽창 특성을 가지는, 형상 기억 고분자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 상기 공중합체 및 폴리카프로락톤이 열가교 또는 광가교된, 형상 기억 고분자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 과황산칼륨 (Potassium persulfate), 과황산암모늄 (Ammonium persulfate), 과산화 벤조일(Benzoyl peroxide), 다이아우릴 퍼옥사이드(Diauryl peroxide), 다이큐밀 퍼옥사이드 (Dicumyl peroxide), 과산화수소(Hydrogen peroxide), 아조비스이소부티로니트릴 (Azobisisobutuyronitrile), 이르가큐어(Irgacure), 다로큐어(Darocure), LAP(Lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate), TPO(Diphenyl(2,4,6-Trimethylbenzoyl)Phosphine), TPO-L(Ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinate)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상에 의해 가교되는, 형상 기억 고분자.
  12. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 고분자는 의료용 소재인, 형상 기억 고분자.
  13. 제1항, 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항의 형상 기억 고분자로 제조된 체내 관내 삽입 의료용 구조물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 의료용 구조물은 의료용 튜브 또는 의료용 스텐트인, 의료용 구조물.
  15. 제13항에 있어서, 상기 의료용 구조물은 체내 관(管)에 삽입되어 체온에 의해 자가 팽창하여 관 내 개통성을 개선하는, 의료용 구조물.
  16. (a) 카프로락톤 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체와 폴리카프로락톤의 혼합물에 가교제를 첨가하여 혼합하는 단계; 및
    (b) 상기 가교제가 첨가된 혼합물을 압출 장비에 투입하여 형상화하고 열가교 또는 광가교하는 단계를 포함하는, 제13항의 의료용 구조물 제조방법으로,
    상기 공중합체는
    하기 화학식 (1)로 나타낸 화합물:
    Figure 112023049876058-pat00018

    상기 화학식 (1)에서,
    R1, R2 및 R3은 서로 독립적으로 수소(H) 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고,
    m 및 n는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이며,
    A, B1 및 B2 는 서로 독립적으로 산소(O) 또는 황(S)이고,
    x 및 y 는 반복 단위의 몰%를 나타내고,
    x+y는 100이며, x는 80 내지 95이다;
    하기 화학식 (2)로 나타낸 화합물:
    Figure 112023049876058-pat00019

    상기 화학식 (2)에서,
    x는 1 내지 20의 정수이며,
    m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내고,
    m+n은 100이고, m은 80 내지 96이다; 또는
    하기 화학식 (3)으로 나타낸 화합물:
    화학식 (3)
    Figure 112023049876058-pat00020

    상기 화학식 (3)에서,
    x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 20의 정수이고,
    m 및 n은 반복 단위의 몰%를 나타내며,
    m+n은 100이고, m은 70 내지 99이다;인, 의료용 구조물 제조방법.

  17. 제16항에 있어서, 상기 가교제는 이르가큐어(Irgacure), 다로큐어(Darocure), LAP(Lithium phenyl-2,4,6-trim ethylbenzoylphosphinate), TPO(Diphenyl(2,4,6-Trimethylbenzoyl)Phosphine), TPO-L(Ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinate)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인, 의료용 구조물 제조방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 가교제는 상기 혼합물 전체 중량 % 대비 0.1 내지 5 중량 %로 첨가하는, 의료용 구조물 제조방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 가교제는 광가교제이고, UV를 100 내지 500 mW/cm2 세기로 3 내지 20분 조사하여 가교하는, 의료용 구조물 제조방법.
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