KR19980053383A - 상호 침투하는 다성분계 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상호 침투하는 다성분계 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 친수성 우레탄 수지와 소수성 스티렌 유도체를 각각 가교중합시킨 망상구조의 상호 침투 고분자(interpenetrating polymer network : IPN) 합성시, 상분리에 영향을 미치는 인자 즉, 두 성분의 조성비, 합성온도, 합성압력, 가교밀도, 폴리우레탄의 친수성 정도를 조절하여, 합성된 IPN의 혈액 적합성을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법으로 합성된 IPN 소재는 우수한 기계적 물성을 나타내고, 혈액 접촉시 혈소판의 점착과 응집을 억제하여 혈전생성을 억제하므로, 혈액과 접촉하는 인공 장기 및 표면 처리 물질 등으로 광범위하게 응용될 수 있다.
Description
본 발명은 상호 침투하는 다성분계 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 친수성 우레탄 수지와 소수성 스티렌 유도체를 각각 가교중합시킨 망상구조의 상호 침투 고분자 합성시, 상분리에 영향을 미치는 인자 즉, 두 성분의 조성비, 합성온도, 합성압력, 가교밀도, 폴리우레탄의 친수성 정도를 조절하여, 합성된 상호 침투 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
망상구조의 상호 침투 고분자(interpenetrating polymer network : IPN)는 다성분계 고분자계 중 유일하게 가교화를 통하여 합성된 고분자이며, 서로간의 물리적인 얽힘을 가진 두 개 이상의 가교화된 고분자 구조의 혼합물로서, 친수-소수성과 같이 서로 성질이 다른 구조를 가진 고분자이다. 지금까지의 연구 결과에 의하면, 친수-소수성 IPN은 바다-섬(sea-island) 상분리 구조를 가지면서 우수한 물성을 나타내고, 또한 합성 온도나 압력의 변화에 의하여 바다-섬 몰폴로지에서 상호 연속상(co-continuous)의 몰폴로지로 조절될 수 있다 (참조: S.S. Lee and S.C. Kim, Polymer(Korea), 10(3) : 236(1986); S.K. Kim and S.C. Kim, Polymer Bulletin, 23 : 141(1990)). 따라서, 이들 친수-소수성 IPN은 IPN 구조의 우수한 물성을 나타내고, 친수-소수성 상분리 구조가 혈액 적합성을 나타낸다는 주지의 사실을 바탕으로, 혈액과 직접 접촉하는 부분에 사용되는 생체 재료로서 유망한 이용가능성을 가진다고 할 수 있다.
이러한 IPN은 대표적으로 단계중합법(sequential polymerization)과 동시중합법(simultaneous polymerization)으로 제조될 수 있는데, 단계중합법은 가교 고분자 A를 먼저 합성한 다음, 이를 모노머 B에 팽윤시켜 팽윤된 모노머 B의 중합과 가교 반응을 진행시키는 2단계의 제조방법이고, 동시중합법은 상호 반응이 없는 모노머 A와 B, 예를 들면 A는 이중결합에 의한 자유기 반응으로 중합가교되는 모노머이며, B는 말단의 관능기 반응으로 축합중합되는 모노머인데, 이들을 혼합하고 A와 B의 가교 고분자를 동시에 독립적으로 형성케 하는 제조방법이다. 동시중합법은 고분자의 물리적 혼합이 아니라, 고분자와 모노머, 모노머와 모노머의 혼합에서 시작하여 중합반응을 일으키기 때문에, 서로 성질이 상반되는 중합체의 균일한 혼합물을 얻을 수 있고, 또한 모노머의 중합 중 상분리가 일어나기는 하지만 겔화점에 도달하게 되면, 두 고분자의 가교 구조가 서로 물리적으로 얽히게 되어 추가 상분리를 억제하므로 훨씬 미세한 분산 상태를 얻을 수 있으며, 초기에 상분리가 억제되면 스피노달(spinodal) 구조 혹은 상호 연속상 구조를 얻을 수 있다.
일반적으로 다성분계 고분자계에서는 두 개 이상의 다른 성질은 갖는 물질이 결합하기 때문에 상분리 구조를 갖게 된다. 이 상분리 구조는 재료의 물성을 좌우하는 중요한 인자가 되며, 고분자의 화학적 구조, 조성 및 제조방법 등에 크게 좌우된다. IPN 다성분계 고분자계이므로 상분리 구조를 나타내게 되는데, 두 조성 고분자의 상용성, 가교 밀도, 반응속도 및 고분자 사슬의 운동성 등에 의해 상분리 구조가 조절된다.
한편, 혈액과 접촉하는 인공 혈관 관련 분야에서 재료 물질의 항혈전성은 가장 중요한 성질이며, 혈전 생성을 억제하는 물질의 개발이 시급한 실정이다. 혈액 적합성에 영향을 주는 고분자 표면은 물리적 및 화학적 구조에 의하여 크게 달라지며, 재료의 극성, 표면 에너지, 친수성 및 소수성 정도 등의 관점에서 혈액 적합성에 대한 연구가 이루어지고 있다. 고분자 표면이 혈액과 접촉하면, 표면에 최종적으로 혈전을 형성하게 된다. 혈전이 형성되는 과정은 정확히 규명되지 않았지만, 일반적으로 고분자 표면이 혈액과 접촉하면, 표면에 즉시 혈장 단백질이 흡착하게 되고, 단백질 층이 흡착된 고분자 표면은 혈소판과 상호작용하며, 이러한 상호작용은 혈소판의 점착, 변형, 응집 과정을 거치면서 혈전 형성에 직·간접적으로 관련되는 것으로 알려져 있다. 결국, 고분자 표면의 특성은 고분자간의 상호작용에 매우 중요한 역할을 하므로, 고분자 표면의 친수, 소수성 효과에 대한 연구가 집중적으로 진행되어 왔다.
예를 들면, 미합중국 특허 제 4,687,831 호 및 제 4,675,361 호에는 친수성-소수성의 결합, 유연쇄-경질쇄의 결합에 블록 공중합체를 사용한 내용이 개시되어 있다. 오카노(Okano) 등은 친수성 폴리(2-히드록시에틸 메타크릴레이트)와 소수성 폴리스티렌으로 구성된 블록 공중합체의 혈액 적합성이 친수성 성분의 조성변화에 의존함을 보고하였고 (참조: T. Okano et al., J. Biomed. Mater. Res., 15 : 393(1981)), 쉬마다(Shimada) 등은 HEMA(hydroxyethylmethacrylate)-디메틸실록산(dimethylsiloxane) 블록 공중합체에서 조성의 변화에 따른 혈액 적합성을 보고하였다 (참조: M. Shimada et al., Polymer J., 15(9) : 649(1983)).
그러나, 전술한 친수-소수성 블록 공중합체는 기계적 물성과 상분리 구조 유지 측면에서 바람직하지 못한 혈액 적합성을 나타내었다.
이에, 본 발명자들은 혈액 적합성을 증진시키려는 일환으로, 친수-소수성 미세상 분리 표면의 혈액 적합성은 혈장 단백질의 고분자 표면에 대한 선택적 흡착에 기인한다는 오카노(Okano) 등의 가설에 주목하였다 (참조: T. Okano et al., J. Biomed. Mater. Res., 15 : 393(1981)). 고분자 표면에 대한 단백질의 선택적 흡착에 의한 항혈전성이란 혈장 단백질 중 알부민은 친수성 부분에, 피브리노겐과 감마 글로불린은 소수성 부분에 각각 선택적으로 흡착되며, 일단 흡착된 혈장 단백질은 친수-소수성 미세상 구조 표면에 의하여 조절되는 조직화된 구조를 형성하고, 이 구조가 혈소판의 활성화를 억제한다는 것이다. 이들 결과에 의하면, 친수-소수성 미세상 구조에서 혈소판의 점착과 활성에 영향을 미치는 인자는 고분자 표면의 친수성과 소수성의 균형, 친수-소수성 미세상들의 몰폴로지, 친수-소수 미세상들의 크기 등이다. 실제로 이상적인 항혈전성을 가지는 정상적인 혈관 내피세포도 친수-소수성으로 구성된 미세 상분리 구조를 가지고 있다.
본 발명자들은 우수한 기계적 물성 뿐만 아니라, 혈소판의 점착에 영향을 미치는 상술한 인자를 조절하여 증진된 혈액 적합성을 중합체에 부여하고자 예의 연구 노력한 결과, 친수성 우레탄 수지와 소수성 스티렌 유도체를 각각 가교중합시킨 IPN의 합성시, 두 성분의 적절한 조성비, IPN 단계중합에서 스티렌 광중합시의 낮은 합성온도, 높은 합성압력, 높은 가교밀도, 소수성이 증가된 폴리우레탄이 되도록 합성조건을 고려함으로써, 상용성이 작은 고분자 혼합물의 상분리가 억제되어 항혈전성이 증가됨을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
결국, 본 발명의 목적은 IPN의 합성시 상분리에 영향을 미치는 인자 즉, 두 성분의 조성비, 합성온도, 합성압력, 가교밀도, 폴리우레탄의 친수성 정도를 조절하여, 합성된 IPN의 혈액 적합성을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.
제 1(A)도는 쇄간 평균사슬길이(Mc)가 1800인 IPN(interpenetrating polymer network)의 표면에 점착된 혈소판을 나타낸다.
제 1(B)도는 쇄간 평균사슬길이(Mc)가 1300인 IPN(interpenetrating polymer network)의 표면에 점착된 혈소판을 나타낸다.
제 1(C)도는 쇄간 평균사슬길이(Mc)가 800인 IPN(interpenetrating polymer network)의 표면에 점착된 혈소판을 나타낸다.
제 2(A)도는 폴리에틸렌 글리콜 1000과 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜 1000을 1 : 0의 무게비로 합한 혼합물로부터 합성된 우레탄-스티렌 IPN(interpenetrating polymer network)의 표면에 점착된 혈소판을 나타낸다.
제 2(B)도는 폴리에틸렌 글리콜 1000과 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜 1000을 2 : 1의 무게비로 합한 혼합물로부터 합성된 우레탄-스티렌 IPN(interpenetrating polymer network)의 표면에 점착된 혈소판을 나타낸다.
제 2(C)도는 폴리에틸렌 글리콜 1000과 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜 1000을 1 : 2의 무게비로 합한 혼합물로부터 합성된 우레탄-스티렌 IPN(interpenetrating polymer network)의 표면에 점착된 혈소판을 나타낸다.
제 2(D)도는 폴리에틸렌 글리콜 1000과 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜 1000을 0 : 1의 무게비로 합한 혼합물로부터 합성된 우레탄-스티렌 IPN(interpenetrating polymer network)의 표면에 점착된 혈소판을 나타낸다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
본 발명은 하기와 같은 일반식(Ⅰ)로 표시되는 친수성 우레탄 수지와 일반식(Ⅱ)로 표시되는 소수성 스티렌 유도체를 각각 가교중합시킨 IPN의 합성시, 고분자 혼합물의 상분리를 억제하고 도매인의 크기를 조절함으로써, 합성된 IPN의 혈액 적합성을 향상시킨다.
상기 식에서, R1은 -[-(CHR3-CH2-)n-O-]m- 이고 (이때, R3는 수소 혹은 메틸기; n은 1 내지 3의 정수; 및, m은 4 내지 40의 정수이다);
R2는 -(-CH-)n- 이며 (이때, n은 2 내지 8의 정수이다); 및,
R4는 수소 혹은 메틸기를 나타낸다.
상기에서, 상분리의 억제 및 도매인의 크기는 두가지 고분자의 조성비, 합성온도, 합성압력, 가교밀도, 폴리우레탄의 친수성 정도 등에 의해 조절된다. 바람직하게는 IPN에 포함된 망상구조의 폴리우레탄이 20 내지 80중량% 되도록 조절하고, 중합압력이 1 내지 10,000 기압 되도록 조절하며, 각 망상구조 고분자의 평균사슬길이가 600 내지 3000이 되도록 조절하고, 망상구조 폴리우레탄에 친수성이 다른 두 종류 이상의 R1을 도입함으로써 그의 소수성이 증가되도록 조절한다.
아울러, 본 발명의 IPN은 망상구조의 폴리우레탄과 폴리스티렌을 40 내지 150℃의 온도에서 동시에 형성시키는 동시중합법으로 합성하거나, 망상구조의 폴리우레탄을 먼저 형성시킨 다음에 망상구조의 폴리스티렌을 형성시키는 단계중합법으로 합성한다. 단계중합법의 경우, 망상구조의 폴리스티렌은 -40 내지 50℃에서 자외선 광중합으로 형성된다.
상기에서 합성된 중합체는 IPN의 구조를 가지므로 당연히 우수한 물성을 나타낼 것이며, 아울러 후술하는 방법으로 혈액 적합성을 측정한 결과, 우레탄-스티렌 IPN의 혈액 적합성이 크게 향상됨을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 방법으로 합성된 IPN 소재는 혈액 접촉시 혈소판의 점착과 응집을 억제하여 혈전생성을 억제하므로, 혈액과 접촉하는 인공 장기 및 표면 처리 물질 등으로 광범위하게 응용될 수 있다.
혈액 적합성의 평가방법
고분자 재료의 혈액 적합성을 평가하는 방법에는 실험실적(in vitro) 방법, 생체내(in vivo) 방법, 이 두가지 방법을 절충한 엑스 비보(ex vivo)법 등이 있다. 실험실적 방법은 혈액을 채취하여 체외에서 재료와 접촉시켜 측정하는 방법으로, 생체내 방법에 비해 쉽고 신속하다는 장점을 가져 현재 널리 사용되고 있다. 이 중 혈소판 측정방법에는 재료 표면에 접촉한 후의 혈소판 수를 혈소판 판독기로 분석하는 방법, 재료 표면에 점착된 혈소판의 몰폴로지를 관찰하는 방법, 충분한 수의 시료에 점착된 혈소판의 수를 사진으로 판독하는 방법 등이 있다.
생체내 방법은 실제 체내에서 일어나는 복잡한 응혈 현상을 관찰할 수 있다는 장점을 가지는 방법으로, 베나 카바 링(vena cava ring)법이 널리 알려져 있다. 이는 고리형태로 개의 대정맥에 일정시간 동안 고분자를 삽입한 다음, 주위에 생성된 응혈 상태를 조사하는 방법으로, 일정시간 후의 응혈 상태만 알 수 있고 응혈이 형성되는 과정을 연속적으로 관찰할 수 없다는 단점을 가지고 있었다.
이러한 생체내 방법의 단점을 보완하기 위하여, 응혈의 생성·소실을 체외에서 측정하는 엑스 비보법이 강구되었다. 이 방법에는 링(ring) 중의 혈류량을 초음파 유량계로 측정하거나 도관(catheter) 중에 교차 열전대를 설치하여 응혈 형성시의 온도 상승을 측정하는 방법이 있고, 이외에도 동물의 좌측 경정맥과 우측 대동맥 사이에 고분자를 튜브 형태로 삽입하는 A-V(arterio-venuous) shunt법과 최근에 개발된 A-A(arterio-arterial) shunt법이 있다. A-A shunt법은 기존의 A-V shunt법에 비해 혈류 속도를 크게 낮출 수 있으므로, 실험 시간을 단축하고 혈액성분의 시스템 상 변화를 최소화할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1 : 친수성 우레탄 프리폴리머의 합성
이소시아네이트(-NCO) 말단기를 갖는 우레탄 프리폴리머(prepolymer)는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(이하, 편의상 'HDI'라 함)와 분자량 200, 600 혹은 1000의 폴리에틸렌 글리콜(이하, 편의상 'PEG'라 함) 또는 분자량 1000의 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(이하, 편의상 'PTMG'라 함)을 각각 2 : 1의 당량비로 혼합하고, 0.05wt% 디부틸틴 디라우레이트(dibutyltin dilaurate, 이하 편의상 'T-12'라 함) 촉매를 가하여 60℃에서 합성하였다. 이때, 공기 중의 수분과의 반응을 방지하기 위하여, 질소 분위기 하에서 프리폴리머를 합성하였다. 반응의 종말점은 디-n-부틸아민(di-n-butylamine) 적정법을 통하여 확인하였고, 이론치의 ±5% 이내에 도달할 때까지 반응시켰다.
실시예 2 : 망상구조의 폴리우레탄 및 폴리스티렌 합성
친수성 폴리우레탄 고분자를 합성하기 위하여, 실시예 1에서 합성한 우레탄 프리폴리머와 트리메틸올 프로판(trimethylol propane, 이하 편의상 'TMP'라 함)/1,4-부탄디올(butanediol) 혼합액(4 : 1 당량비로 혼합)을 1 : 1 당량비로 혼합하고, 0.05wt%의 T-12 촉매를 첨가하여, 진공하에서 갖힌 공기를 제거한 다음, 두 개의 유리판 사이로 주입하였다. 유리판에 주입된 혼합물을 80℃에서 48시간 동안 반응시켜 폴리우레탄을 합성하였다.
한편, 소수성 폴리스티렌은 5wt%의 디비닐벤젠(divinylbenzene)을 가교제로 사용하고, 1wt%의 과산화 벤조일(benzoyl peroxide)을 개시제로 사용하여, 스티렌 모노머와 혼합한 다음, 상기와 동일한 조건에서 반응시켜 제조하였다.
실시예 3 : 스티렌 조성 변화에 따른 우레탄-스티렌 IPN의 합성 및 혈액 적합성 조사
친수성 폴리우레탄-소수성 폴리스티렌 IPN은 실시예 2에서 제조된 폴리우레탄과 폴리스티렌을 동시에 혼합하고, 실시예 2에 개시된 조건에서 반응시켜 제조하였다. 이때, 혼합과정에서 친수성, 소수성 성분간의 무게비를 변화시킴으로써 스티렌 성분이 30, 50 및 70wt% 포함된 우레탄-스티렌 IPN판을 제조하였다.
이렇게 제조된 우레탄-스티렌 IPN의 혈액 적합성을 알아보기 위하여 하기와 같은 단백질 흡착실험, 혈소판 점착실험 및 엑스 비보 A-A shunt 실험을 수행하였다. 첫째로, 고분자 표면과 혈액 세포간의 상호작용은 표면에 흡착되는 단백질의 거동에 영향을 받으므로, 단백질 흡착실험을 수행하였는 바, 제조된 IPN 모두 우레탄과 스티렌 단독물질일 때보다 단백질 흡착량이 감소함을 알 수 있었다. 둘째로, 혈소판 점착 실험에서는 모든 조성의 IPN에 부착된 혈소판의 수가 우레탄과 스티렌 단독물질일 때보다 적고, 혈소판의 변형 또한 적게 관찰되었다. 셋째로, 상기에서 제조된 우레탄과 스티렌이 각각 50wt% 포함된 IPN판으로 외경 2.0㎜, 내경 1.5㎜, 길이 30㎝인 튜브를 제조하고, 이를 엑스 비보 A-A shunt 시험용으로 이용하였다 (참조: 표 1). 그 결과, 우레탄-스티렌 50/50 IPN (우레탄과 스티렌이 각각 50wt% 포함된 IPN)의 폐색시간이 다른 물질에 비해 길어짐을 알 수 있으며, 이는 우레탄-스티렌 IPN의 혈액 적합성이 타 재료, 특히 현재 생체 재료로 이용되고 있는 Biomer (참조: C. Nojiri et al., Trans. Am. Soc. Artif. Intern. Organs, 33 : 596(1987))에 비해 우수함을 의미한다.
[표 1] 여러 가지 재료에 대한 엑스 비보 A-A shunt 폐색시간
*는 참고문헌(C. Nojiri et al., Trans. Am. Soc. Artif. Intern. Organs, 33 : 596(1987))에서 발췌하였음.
실시예 4 : 우레탄-스티렌 IPN의 합성온도에 따른 혈액 적합성의 변화
우레탄 프리폴리머, TMP/1,4-부탄디올의 혼합물 (4 : 1 당량비) 및 T-12 촉매의 우레탄 성분 50wt%와, 디비닐벤젠 5wt% 및 벤조인(benzoin) 0.5wt%을 함유한 스티렌 모노머의 스티렌 성분 50wt%를 혼합하여 유리판 사이에 주입한 다음, 50℃에서 8시간 반응시켜 망상구조의 폴리우레탄을 먼저 형성시켰다. 이어, 전기 유리판을 자외선 램프(최대파장=350nm)가 설치된 저온 중합기에서 합성온도를 각각 50, 20, 0, -20℃로 유지하면서 48시간 동안 자외선 광중합하여, 스티렌 망상구조를 형성시킨 시편을 제조하였다. 하기 표 2는 각기 다른 온도에서 합성된 스티렌 중량비가 50%인 IPN의 엑스 비보 A-A shunt 폐색 시간을 나타낸다.
[표 2] 합성온도에 따른 IPN 재료의 엑스 비보 A-A shunt 폐색시간
a : 괄호안의 온도는 스티렌 망상구조의 열중합시 합성온도이다.
b : 괄호안의 온도는 스티렌 망상구조의 광중합시 합성온도이다.
상기 표 2에서 보듯이, 표 1의 Biomer(대조군)보다 폐색시간이 훨씬 길어져서 혈액 적합성이 매우 향상됨을 알 수 있었다. 또한, 혈소판 점착에 관한 실험실적 실험에서도 IPN의 합성온도가 감소함에 따라 혈소판의 점착과 변형이 감소함을 확인하였다. 따라서, 스티렌 광중합시의 합성온도를 낮출수록, 재료의 혈액 적합성이 크게 증대됨을 알 수 있었다.
실시예 5 : 우레탄-스티렌 IPN의 합성압력에 따른 혈액 적합성의 변화
스티렌 조성을 50wt%로 고정하고 실시예 3과 동일한 방법으로 IPN 시편을 제조하였다. 이때, 사용된 금형은 유리판이 아니라 고압용으로 제조된 스테인레스 스틸 금형이고, 합성압력을 1000, 3000, 5000기압으로 변화시키면서 시편을 제조하였다. 이렇게 제조된 IPN 혈소판 부착 정도는 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3] : 고압에서 합성된 우레탄-스티렌 IPN의 표면에 점착된 혈소판의 수(혈소판의 수/㎟)
* : T는 IPN의 구성요소 중 하나인 폴리우레탄이 폴리테트라메틸렌에테르 글리콜(PTMG)을 이용하여 합성된 프리폴리머에서 제조되었음을 의미하여, X는 PTMG의 분자량이 1000임을 나타낸다.
아라비아 숫자는 시편이 합성된 압력(기압)을 나타낸다.
상기 표 3에서 보듯이, 합성압력이 증가하여 상분리가 억제될수록 재료의 표면에 점착된 혈소판의 수가 감소하여 혈액 적합성이 크게 향상됨을 알 수 있었다.
실시예 6 : 가교밀도를 변화시키면서 합성한 우레탄-스티렌 IPN의 혈액 적합성 변화
폴리우레탄 고분자는 각각의 우레탄 프리폴리머(PEG1000, PEG600, PEG200)와 TMP/1,4-부탄디올의 혼합물 (4 : 1 당량비)을 1 : 1 당량비로 혼합하고, 0.05wt% T-12 촉매를 첨가하여 합성하였다. 또한, 폴리스티렌 고분자는 스티렌 모노머, 5wt%의 디비닐벤젠 및 0.5wt%의 벤조인으로부터 합성하였다. 이때, 각 IPN의 평균사슬길이(Mc)는 1800, 1300, 800이 되게 조절하였다.
전기 두가지 고분자의 혼합물을 무게비로 1 : 1로 혼합하여 진공하에서 기체를 제거하고, 유리판 사이에 주입하여 50℃에서 5시간 반응시켜 우레탄 망상구조를 먼저 형성시킨 다음, 이 유리판을 자외선 램프(최대 파장=350nm)가 설치된 저온 중합기에서 합성온도를 -25℃로 유지하면서 48시간 동안 광중합시켜 스티렌 망상구조를 형성시켰다. 이어, 50℃에서 5시간, 100℃에서 2시간 동안 후경화시켜 시편을 제조하였다. 이와 같이 제조된 시편의 혈소판 점착 실험을 통해 혈액 적합성을 평가하였으며, 그 결과는 제 1(A), 1(B) 및 1(C)도에 나타내었다.
제 1(A) 내지 1(C)도는 쇄간 평균사슬길이(Mc)가 1800, 1300, 800인 IPN의 표면에 점착된 혈소판을 각각 나타낸다. 제 1(A) 내지 1(C)도에서 보듯이, 가교밀도가 높아질수록 (즉, 평균사슬 길이가 짧아질수록) 점착된 혈소판의 수와 변형이 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 가교밀도를 증가시킴으로써 혈액 적합성을 크게 향상시킬 수 있다.
실시예 7 : 우레탄의 친수성 정도를 변화시키면서 합성한 우레탄-스티렌 IPN의 혈액 적합성 변화
분자량 1000인 PEG와 분자량 1000인 PTMG를 1 : 0, 2 : 1, 1 : 2, 0 : 1의 무게비로 합한 혼합물로 우레탄 프리폴리머를 제조하고, 이 프리폴리머와 TMP/1,4-부탄디올의 혼합물 (4 : 1 당량비)을 1 : 1 당량비로 혼합하고, 0.05wt%의 T-12 촉매를 첨가하여 폴리우레탄를 제조한 다음, 실시예 6과 동일한 방법으로 우레탄-스티렌 IPN을 제조하였다. 이와 같이 제조된 시편의 혈소판 점착 실험을 통해 혈액 적합성을 평가하였으며, 그 결과는 제 2(A), 2(B), 2(C) 및 2(D)도에 나타내었다.
제 2(A) 내지 2(D)도는 PEG 1000과 PTMG 1000을 1 : 0, 2 : 1, 1 : 2, 0 : 1의 무게비로 합한 혼합물로부터 합성된 우레탄-스티렌 IPN의 표면에 점착된 혈소판을 각각 나타낸다. 제 2(A) 내지 2(D)도에서 보듯이, 친수성 성분인 PEG의 성분비가 감소하고, 소수성 성분인 PTMG의 성분비가 증가할수록, 점착된 혈소판의 수와 그의 변형정도가 크게 감소함을 알 수 있었다. 따라서, 우레탄 성분의 소수성을 증가시킴으로써 우레탄-스티렌 IPN의 혈액 적합성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 친수성 우레탄 수지와 소수성 스티렌 유도체를 각각 가교중합시킨 IPN의 합성시, 고분자 혼합물의 상분리가 억제되도록 두 성분의 조성비, 합성온도, 합성압력, 가교밀도, 폴리우레탄의 친수성 정도를 조절하여, 합성된 IPN의 혈액 적합성을 향상시킨다. 본 발명의 방법으로 합성된 IPN 소재는 우수한 기계적 물성을 나타내고, 혈액 접촉시 혈소판의 점착과 응집을 억제하여 혈전생성을 억제하므로, 혈액과 접촉하는 인공 장기 및 표면 처리 물질 등으로 광범위하게 응용될 수 있다.
Claims (8)
- 하기와 같은 일반식(Ⅰ)로 표시되는 친수성 우레탄 수지와 일반식(Ⅱ)로 표시되는 소수성 스티렌 유도체를 각각 가교중합시킨 상호 침투하는 고분자(interpenetrating polymer network : IPN)의 합성시, 고분자 혼합물의 상분리를 억제하고 도매인의 크기를 조절함으로써, 합성된 상호 침투 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법.상기 식에서, R1은 -[-(CHR3-CH2-)n-O-]m- 이고 (이때, R3는 수소 혹은 메틸기; n은 1 내지 3의 정수; 및, m은 4 내지 40의 정수이다);R2는 -(-CH-)n- 이며 (이때, n은 2 내지 8의 정수이다); 및,R4는 수소 혹은 메틸기를 나타낸다.
- 제 1 항에 있어서,망상구조의 폴리우레탄과 폴리스티렌을 40 내지 150℃의 온도에서 동시에 형성시켜 상호 침투하는 고분자를 합성하는 것을 특징으로 하는상호 침투 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,망상구조의 폴리우레탄이 20 내지 80중량% 포함되도록 상호 침투하는 고분자를 합성하는 것을 특징으로 하는상호 침투 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,망상구조의 폴리우레탄을 먼저 형성시킨 다음에 망상구조의 폴리스티렌을 형성시켜 상호 침투하는 고분자를 합성하는 것을 특징으로 하는상호 침투 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법.
- 제 4 항에 있어서,망상구조의 폴리스티렌은 -40 내지 50℃에서 자외선 광중합으로 형성되는 것을 특징으로 하는상호 침투 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상분리의 억제 및 도매인의 크기는 1 내지 10,000 기압의 중합 압력에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는상호 침투 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상분리의 억제 및 도매인의 크기는 각 망상구조 고분자의 평균사슬길이가 600 내지 3000이 되도록 하여 조절되는 것을 특징으로 하는상호 침투 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상분리의 억제 및 도매인의 크기는 망상구조 폴리우레탄에 친수성이 다른 두 종류 이상의 R1을 도입함으로써 그의 소수성이 증가되도록 하여 조절되는 것을 특징으로 하는상호 침투 고분자의 혈액 적합성을 향상시키는 방법.
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