KR20010086864A - 방사선 이용 수화겔 드레싱 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사선을 이용하여 수화겔 드레싱을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자를 키토산, 키토산과 폴리에틸렌옥사이드, 또는 알긴산나트륨과 폴리에틸렌옥사이드와 혼합하여 수용액을 제조하는 단계 (단계 1); 상기 단계 1의 수용액을 시트 형태로 성형하는 단계 (단계 2); 상기 단계 2의 시트를 포장하는 단계 (단계 3); 및 상기 단계 3의 포장된 시트에 방사선을 조사하는 단계 (단계 4)로 이루어지는 수화겔 드레싱의 제조방법에 관한 것이며, 본 발명에 의한 수화겔 드레싱은 특히 점착성, 겔 강도 등이 화상 등의 상처 치료용에 적합하며 상처 치료 효과가 향상되었다.

Description

방사선 이용 수화겔 드레싱 제조방법 {Method for preparation of hydrogels dressings by using radiation}

본 발명은 방사선을 이용하여 수화겔 드레싱을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자를 키토산, 키토산과 폴리에틸렌옥사이드, 또는 알긴산나트륨과 폴리에틸렌옥사이드와 혼합하여 수용액을 제조하는 단계 (단계 1); 상기 단계 1의 수용액을 시트 형태로 성형하는 단계 (단계 2); 상기 단계 2의 시트를 포장하는 단계 (단계 3); 및 상기 단계 3의 포장된 시트에 방사선을 조사하는 단계 (단계 4)로 이루어지는 수화겔 드레싱의 제조방법에 관한 것이다.

심한 화상을 치료하기 위해서는 최종적으로 자가이식이나 환자의 섬유아세포의 생체외 (in vitro)배양 조직을 이식하게 된다. 대개는 상처을 입은 뒤 이러한 시술을 시행하기까지 상당한 시간이 경과되기 때문에 시술 전에 환부의 감염을 효과적으로 막을 수 있어야 한다. 따라서 화상 치료용 드레싱은 삼출액 (exudate) 등의 체액을 잘 흡수하고 상처에 수분을 장시간 동안 유지시킬 수 있어야 하며, 박테리아로부터 상처의 감염을 막을 수 있어야 하고 상처나 피부에 부착과 탈착을 하기 쉬어야 한다. 또한 투명하여 상처 치료의 진행 과정을 눈으로 직접 확인할 수 있어야 하고 산소 투과성이 좋아야 할 뿐만 아니라 취급 및 저장이 용이하고 약물 제어 및 멸균이 가능해야 한다.

상기와 같은 조건을 충족시킬 수 있는 재료 중 하나가 고분자 수화겔이다. 고분자 수화겔은 일반적으로 폴리비닐피롤리돈, 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트, 폴리비닐알코올 등의 합성 고분자와 젤라틴, 아가 (agar), 콜라겐 등의 천연 고분자를 사용하여 제조된다.

수화겔 (hydrogel)은 화상 치료나 습윤 상태가 지속적으로 필요한 피부 재생을 목적으로 일시적으로 이용되는 재료로서, 대개 수분을 90이상의 함유하고 있으며 치료를 촉진시키는 작용을 한다. 또한 수화겔은 혈액, 체액 및 생체 조직과 친화성을 갖고 있기 때문에 운드 드레싱 (wound dressing) 외에도 콘택트 렌즈, 연골 등에 사용된다.

수분을 함유할 수 있는 고분자 재료는 대개 3차원 망상 구조를 갖고 있으며, 주로 카르복실기 (COOH), 카르복스아미드기 (CONH₂), 카르복스이미드기 (CONH), 술폰산기 (SO₃H) 등의 친수성 작용기를 갖고 있고 모세관 현상 및 삼투압 현상에 의해 수분을 함유하게 된다. 수화겔이 다량의 수분을 함유하고 있으면서도 물에 용해되지 않는 이유는 약간의 정전기적, 친유성 상호 작용 때문이기도 하지만 대개는 고분자 쇄 사이에 공유 결합 구조 때문이다.

한편 고분자 수화겔을 제조하는 방법으로는 화학적인 방법과 방사선을 이용하는 방법이 있다. 화학적인 방법의 경우에는 가교제를 사용하여 고분자를 가교시켜 제조한다. 예를 들어, 합성 고분자인 폴리비닐알콜 수용액은 포름알데히드, 구루탈데히드 등에 의해서 가교될 수 있고, 냉동과 해빙을 반복하여 겔을 형성시킬 수도 있다. 그러나 알데히드류에 의한 가교는 완전히 제거되지 않고 남아 있는 알데히드에 의한 독성이 문제가 되며, 냉동과 해빙의 반복에 의해 형성된 겔은 강도가 높지 않은 문제가 있다.

폴리비닐피롤리돈을 사용하여 화학적 가교 방법으로 수화겔을 제조하기 위해서는 폴리비닐피롤리돈을 증류수에 용해시킨 다음 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 플로필렌글리콜디메타클릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타크릴레이트 또는 트리메티롤프로판트리아크릴레이트 등의 다관능성 단량체를 화학 개시제와 함께 첨가하여 가열한다. 그러나 화학적 가교 방법에서는 반응이 종료되면 미반응 개시제와 단량체를 세척을 통해 제거해야 하는데, 세척이 불충분하면 수화겔 내부에 미반응 개시제나 가교제가 존재할 수 있다. 이러한 물질들은 상기에서 언급한 바와 같이 독성이 강해 생체 재료로 사용할 때에는 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.

따라서 상기와 같은 화학적 가교 방법 대신에 방사선을 이용하여 고분자 수화겔을 제조하는 방법이 개발되었다.

방사선을 이용하여 수화겔을 제조하는 방법에서는 유해한 화학 가교제나 개시제를 사용하지 않기 때문에 가교후 잔류 가교제나 개시제를 제거할 필요가 없으며 가교와 동시에 멸균을 겸할 수 있는 특징이 있다. 또한 가교 과정에서 열을 가할 필요가 없으며 냉각 상태에서도 가교가 가능하고, 방사선 조사량만 조절하면 조성물의 변화 없이도 수화겔의 물리적 특성을 자유롭게 조절할 수 있는 특징이 있다.

미국 특허 제5,389,376호에서는 폴리비닐피롤리돈과 글리세린 혼합 수용액에 방사선을 조사해 가교시키므로 점착성 수화겔을 합성하는 방법에 대하여 기술하고있다. 또한 미국 특허 제5,480,717호에서는 수화겔을 지지체 위에 고착시켜 복합체를 제조하는 방법에 대해 기술하였는데, 고분자로서 폴리비닐피롤리돈을 사용하고 있다.

상기 특허들에서 기술된 바와 같이 고분자 수화겔 중 특히 폴리비닐피롤리돈 수화겔은 독성이 전혀 없고 물리적 특성도 좋아 상처 치료용 드레싱으로서 우수하다. 그러나 종래 폴리비닐피롤리돈 수화겔은 점착성이 필요 이상으로 높은 단점이 있었으며, 따라서 상처 치료후 상처로부터 폴리비닐피롤리돈 수화겔 드레싱을 제거할 때 상처에 폴리비닐피롤리돈의 일부가 남게 되고, 이것은 화상과 같은 상처에 악영향을 끼치게 된다. 또한 수화겔은 기본적으로 물을 흡수하면서도 건조되면서도 기계적인 특성과 형태를 그대로 유지하고 있어야 하므로, 겔 강도 및 팽윤성을 적절히 조절할 필요가 있다.

이에 본 발명자들은 보다 우수한 특성의 상처 치료용 수화겔 드레싱을 제조하기 위해 노력한 결과, 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자에 키토산, 키토산과 폴리에틸렌옥사이드, 또는 알긴산나트륨과 폴리에틸렌옥사이드를 혼합하여 수용액을 제조한 후 방사선을 조사함으로써 겔 강도, 팽윤성, 점착성 및 멸균성이 우수한 수화겔 드레싱을 제조할 수 있다는 것을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 상처 치료용 수화겔 드레싱을 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 수화겔 드레싱을 제공하는 것이다.

도 1 은 방사선 조사에 사용된 회전 장치의 개략도이고,

도 2 는 고분자의 함량과 겔 강도와의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 3 은 방사선 조사선량과 겔 강도와의 관계를 나타낸 그래프이고,

도 4 는 수화겔의 수분 증발 측정 장치의 개략도이고,

도 5 는 수화겔의 물 증발량 변화를 시간에 대해 나타낸 그래프이고,

도 6 은 수화겔의 겔 강도 변화를 시간에 대해 나타낸 그래프이고,

도 7 은 수화겔의 팽윤도 변화를 시간에 대해 나타낸 그래프이고,

도 8 은 수화겔의 겔 강도 변화를 시간 (팽윤도)에 대해 나타낸 그래프이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는

1) 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자를 키토산, 키토산과 폴리에틸렌옥사이드, 또는 알긴산나트륨과 폴리에틸렌옥사이드와 혼합하여 수용액을 제조하는 단계 (단계 1);

2) 상기 단계 1의 수용액을 시트 형태로 성형하는 단계 (단계 2);

3) 상기 단계 2의 시트를 포장하는 단계 (단계 3); 및

4) 상기 단계 3의 포장된 시트에 방사선을 조사하는 단계 (단계 4)로 이루어지는 수화겔 드레싱의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

고분자를 이용한 화상 등의 상처 치료용 수화겔 (또는 수화겔 드레싱)은 여러 가지 기능적인 장점을 갖더라도 기계적 성질이 만족되지 않으면 취급상 문제가 많다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는 적절한 방사선 조사선량은 물론 적절한 고분자, 적절한 분자량은 갖는 고분자를 선택해야 한다. 분자량이 큰 고분자의 경우 서로 혼합했을 대 구성 성분간의 특별한 상호 작용이 없으면 상용성이 없거나 매우 작아서 상분리 (phase separation)가 일어나 최종 물성이 저하될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 이러한 요인을 고려하여 적절한 고분자 물질과 적절한방사선 조사선량을 결정하였다.

폴리비닐피롤리돈은 수용성 폴리머로서 생체 적합성을 갖는다고 판명되었기 때문에 혈장으로 사용되어 왔고, 최근에는 안구의 유리질 대체 물질로도 연구가 활발히 진행되고 있으며, 수 십 년 동안 생체 재료로 널리 사용되어 왔다. 이 고분자는 단위 구조 내에 산소와 질소가 있어 물 분자와 수소 결합을 이루므로 망상 구조에 물을 많이 함유할 수 있어 수화겔을 만드는데 적합하다.

특히 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자의 분자량은 200,000∼1,300,000인 것이 바람직하다. 분자량이 20만 이하, 특히 4만 이하인 경우에는 고분자 용액의 점도가 매우 낮아 수용액을 제조하기는 쉬우나 드레싱용 수화겔로 이용하기에는 부적합한 기계적 물성을 지니게 된다. 분자량이 130만 이상인 폴리비닐피롤리돈은 상용화되어 판매되지 않고 있다.

미국 특허 제5,480,717호에서는 폴리비닐피롤리돈이 2십만∼4십만 사이의 분자량을 갖는 경우 그 물성이 가장 좋고 그 이상의 분자량을 갖는 경우에는 고농도의 수용액을 만들기 힘들며 물성이 다시 감소한다고 하였다. 본 발명에서도 분자량이 4만 이하인 경우에는 겔화율도 낮고 겔 강도도 낮아 상처 치료용 수화겔로 사용하기에는 적합하지 않았다. 그러나 본 발명자들이 실험한 결과에 의하면 상기 미국 특허에서 언급된 것보다 더 높은 분자량, 예를 들면 130만에서도 20정도의 수용액을 얻을 수 있었고 좋은 물성을 가진 수화겔을 제조할 수 있었다. 또한 상기 미국 특허에서는 물의 증발로 인해 수화겔이 깨지는 것을 막기 위해 표면에 표피층을제조하였지만, 본 발명에 의해 제조된 수화겔은 14일이 지나도 물의 증발로 인해 수화겔이 깨지는 일은 일어나지 않았고 겔의 강도도 저하되지 않았으며, 다량의 수분을 함유하고 있어 2차 표피층을 부가할 필요도 없었다.

상기 단계 1에서 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자는 수용액 내 3∼25 중량포함되는 것이 바람직하다. 3 중량이하의 고분자 수용액으로 수화겔이 만들어질 경우 드레싱으로 사용될 만한 겔 강도를 얻을 수 없으며, 25 중량이상에서는 고분자 수용액 점도가 너무 커서 용액으로 만들 수 없다.

한편 폴리비닐피롤리돈은 독성이 전혀 없고 물리적 특성도 좋아 상처치료용 드레싱으로서의 우수한 특성을 갖추고 있지만 점착성이 필요 이상으로 높아서 상처 치료후 상처로부터 폴리비닐피롤리돈 수화겔 드레싱을 제거할 때 상처에 폴리비닐피롤리돈의 일부가 남는 단점이 있다. 쥐에 대한 동물 실험 결과 폴리비닐피롤리돈 수화겔은 상처에 너무 세게 달라붙는 경향이 있는 것으로 나타났으며, 요시이 (Yoshii) 등이 발표한 문헌 (Radiation Physics and Chemistry, 55, 1999, 133-138)에 의하면 폴리비닐피롤리돈 수화겔의 강도가 낮기 때문에 몇몇 드레싱 재료가 상처에 달라붙는 것으로 기술되어 있다. 그러나 재료의 강도가 크더라도 재료와 단백질간에 화학적인 상호 작용이 있다면 재료가 상처에 잘 달라 붙을 가능성이 있기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에서는 단백질의 흡착 및 세포의 점착이 적다고 알려져 있는 폴리에틸렌옥사이드를 혼합하여 수화겔을 제조한다.

폴리에틸렌옥사이드도 폴리비닐피롤리돈과 마찬가지로 의료용 고분자로 주목을 받고 있는 물질의 하나이다. 혈액과 닿는 재료를 만들 때 가장 문제가 되는 것 중의 하나가 혈전 현상인데, 일반적으로 단백질 흡착에 의해 혈소판이 흡착되고 낳고 그로 인해 혈전이 생긴다. 그러나 폴리에틸렌옥사이드는 물과의 계면에서 매우 작은 표면 자유 에너지를 갖기 때문에 항혈전성을 나타내며, 따라서 혈액과 접촉이 불가피한 재료로 사용할 때 폴리에틸렌옥사이드 또는 그의 유도체를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 단계 1에서 폴리에틸렌옥사이드는 수용액 내 0.2∼5 중량포함되는 것이 바람직하다. 폴리에틸렌옥사이드를 첨가하면 약간의 수화겔의 유연성을 향상시키는데, 0.2 중량이하의 수용액을 사용하면 그 첨가 효과가 별로 없고 5 중량이상의 수용액을 사용하면 수화겔의 파괴력 (Force at break)이 감소한다.

키토산은 키틴의 탈아세틸화물을 총칭하는 표현으로서, 키틴은 게, 새우 등의 갑각류, 귀뚜라미, 메뚜기 등의 곤충류, 오징어 등의 연체동물에 다량 포함되어 있고 균주나 조류같은 고등 식물의 세포벽 등에 함유되어 있는 셀룰로스 다음으로 풍부한 천연 고분자이다. 키틴 또는 키토산은 생체적합성, 항미생물성, 생분해성 등의 기능을 나타내며, 일반적으로 키틴보다는 키토산의 의학적 효능이 더 뛰어난 것으로 알려져 있다. 또한 키토산은 세균과 곰팡이의 발육을 억제하는 기능 뿐 아니라 지혈제 작용을 하는 특성을 나타내므로 운드 드레싱용으로 적합하다.

본 발명의 제조방법에 의한 수화겔 드레싱에는 키토산을 포함시킬 수 있으며, 상기 단계 1에서 키토산을 수용액 내 0.1∼10 중량포함시키는 것이 바람직하다. 0.1 중량이하이면 키토산의 효과가 약하며, 10 중량이상의 키토산은 저농도의 산용액에서 용해되기 어렵다.

키토산은 물에 잘 녹지 않은 단점을 지니고 있으므로, 상기 단계 1에서 키토산을 0.1∼3 M의 아세트산 수용액에 녹인 후 폴리비닐피롤리돈 수용액 또는 폴리비닐피롤리돈과 폴리에틸렌옥사이드의 혼합 수용액과 혼합하는 것이 바람직하다.

한편 키토산 단독으로만 폴리비닐피롤리돈 용액에 혼합하여 사용할 수 있지만, 점착성을 줄이기 위해 폴리에틸렌옥사이드를 첨가하는 것이 더 효과적이다. 폴리에틸렌옥사이드를 첨가함으로써 폴리에틸렌옥사이드의 유연한 분자 구조가 키토산의 단단한 성질을 보완해 줄 수 있을 뿐만 아니라 키토산의 히드록실기 또는 아민기와 폴리에틸렌옥사이드가 수소 결합을 할 수 있기 때문에 상용성도 우수하다. 폴리비닐피롤리돈 용액에 키토산 용액을 혼합하여 만든 폴리비닐피롤리돈-키토산 수화겔의 쥐에 대한 동물 실험 결과 상처 치료 효과는 우수하지만 치료 말기에 폴리비닐피롤리돈의 점착성의 영향으로 수화겔 드레싱이 상처에 달라붙는 현상이 나타났기 때문에 키토산 외에 폴리에틸렌옥사이드를 첨가하여 수화겔을 제조하는 것이 좀 더 바람직하다.

알긴 (algin)은 해조류로부터 얻어지는데, 이 물질로부터 비수용성인 알긴산 (alginic acid) 및 수용성 염인 알긴산나트륨 (sodium alginate)과 비수용성 염인 알긴산칼슘 (calcium alginate)를 얻을 수 있다. 일반적으로 상처액에서 나트륨과칼슘 이온의 이온 교환은 상처의 삼출액을 더 많이 흡수할 수 있게 해 주며 알긴산나트륨 등의 알긴 화합물은 지혈 능력이 있는 것으로 보고되어 있다.

본 발명의 방법에 의해 제조되는 수화겔 드레싱에는 알길산나트륨이 포함될 수 있으며, 상기 단계 1에서 알긴산나트륨은 수용액 내 0.2∼5 중량포함되는 것이 바람직하다. 0.2 중량이하이면 알긴산나트륨의 효과가 적으며, 5 중량이상이면 용액의 점도가 커서 수용액을 제조하기 어렵고 겔을 제조한 경우도 겔 강도가 매우 낮다.

알긴산나트륨이 첨가된 수화겔은 일단 물의 팽윤도가 대단히 증가되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 키토산이 첨가된 수화겔의 경우에도 알긴산나트륨을 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.

한편 수화겔 드레싱의 제조에서 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자를 키토산 및 폴리에틸렌옥사이드와 혼합할 경우에는, 상기 단계 2의 시트를 10∼20 kGy의 방사선으로 1차 조사하여 겔화시키고 형성된 겔을 0.1∼1 M 수산화나트륨 수용액에 넣어 키토산의 고정화 및 중성화를 유도한 후 증류수로 세척하여 포장하고 상기 단계 4의 2차 방사선을 약 25 kGy로 조사하는 것이 바람직하다.

상기 단계 3은 단계 2에서 시트 형태로 제조된 수화겔을 포장하는 단계로서 통상의 포장 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들어 폴리에틸렌과 같은 고분자 필름을 사용할 수 있다.

상기 단계 4에서 방사선으로는 통상의 감마선 (γ-rays) 또는 전자선 (β-rays)을 사용할 수 있다. 단계 4에서 방사선을 조사함으로써 고분자를 가교시키는 것과 동시에 수화겔을 멸균시킬 수 있다.

이 때 방사선 조사선량은 20∼100 kGy인 것이 바람직하다. 살균을 위해 요구되는 최소 선량은 약 25 kGy 정도로 알려져 있으므로 방사선의 조사량는 20 kGy 이상이 되어야 가교와 살균 과정을 동시에 처리 가능하다. 반면 조사선량이 100 kGy 이상이면 흡수율이나 겔 강도가 오히려 감소한다.

또한 본 발명에서는 상기 제조방법에 의해 제조된 수화겔 드레싱을 제공한다.

3차원 망상 구조를 갖고 있는 수화겔은 생체 조직과 비슷한 물리적 성질을 갖고 생체 조직과의 적합성이 뛰어난 장점이 있기는 하지만 팽윤 후에 기계적 강도가 급격히 저하한다고 보고되어 있다. 그러나 본 발명의 방법에 의해 제조된 수화겔은 시간이 지남에 따라 팽윤 증가에 따른 기계적 물성의 저하가 크지 않다. 또한 시간이 경과함에 따라 수분의 증발로 인해 겔 강도는 대체적으로 급속히 증가하는 경향을 보이며 고분자의 농도가 낮은 경우에는 겔 강도가 거의 일정하게 유지된다.

또한 본 발명에 의한 수화겔 드레싱은 화상 등의 상처 치료용으로 사용하기위한 기본 특성, 즉 체액 흡수, 박테리아로부터의 감염 예방, 상처나 피부에 부착 용이성, 투명성, 취급 용이성, 저장성과 멸균이 가능한 특성을 갖고 있다.

특히, 본 발명에 의한 수화겔 드레싱은 폴리비닐피롤리돈에 폴리에틸렌옥사이드를 소량 첨가하여 방사선 가교 처리함으로써 화상 등의 상처 치료용으로 적절한 점착성을 갖게 되었으며, 여기에 상처 치료 기능성을 갖는 키토산 또는 알긴산나트륨을 첨가함으로써 물리적 특성 뿐만 아니라 상처 치료 효과도 향상되었다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.

단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 수화겔 드레싱의 제조 1

폴리에틸렌옥사이드 (분자량 20만, 시그마) 1 g과 폴리비닐피롤리돈 (분자량 130만) 19 g을 증류수 80 g에 용해시켰다. 이것을 각각 페트리디쉬 몰드에 4 mm 높이로 붓고 24 시간 동안 크린룸에 놓아두어 기포를 제거하였다. 이후 폴리에틸렌 백으로 밀봉하여 코발트-60 감마선 (Cobalt-60 gamma rays)을 25 kGy선량으로 조사시켜 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드 수화겔을 얻었다. 이 때 페트리디쉬 몰드안에 담긴 용액 각 지점에 일정한 조사량이 전달되도록 하기 위해 도 1의 회전 장치를 사용하여, 페트리디쉬 크기의 홈을 가진 회전판 위에 고분자 용액이 함유된 페트리디쉬를 올려놓고 용액이 일정하게 조사되게 하였다.

상기에서 제조된 수화겔을 백에서 꺼내어 증류수에 48시간 동안 담근 후 셀룰로오스 종이로 표면에 묻은 물을 잘 닦은 후 무게 (W_s)를 측정하였다. 다시 수화겔을 진공 오븐에 넣어 60 ℃에서 48시간 건조시킨 후 무게 (W_d)를 측정하였다. 수화겔의 겔화율 (gel content)과 팽윤도 (Swelling degree)를 각각 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 계산하였다.

상기에서 제조된 수화겔의 겔화율은 68.5 , 팽윤도는 1550 로 나타났다.

<실시예 2> 수화겔 드레싱의 제조 2

폴리에틸렌옥사이드 (분자량 20만, 시그마) 1 g과 폴리비닐피롤리돈 (분자량 130만) 18 g을 증류수 80 g에 용해시키고 이 혼합 용액에 알긴산나트륨 1 g을 첨가하여 용해시켰다. 이 후 실시예 1과 동일한 방법에 의해 코발트-60 감마선을 25 kGy선량으로 조사시켜 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드-알긴산나트륨 수화겔을 제조하였다.

제조된 수화겔에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 겔화율과 팽윤도를 측정한 결과, 상기에서 제조된 수화겔의 겔화율은 69.0 , 팽윤도는 3200 로 나타났다.

<실시예 3> 수화겔 드레싱의 제조 3

폴리에틸렌옥사이드 (분자량 20만, 시그마) 0.5 g과 폴리비닐피롤리돈 (분자량 130만) 9.5 g을 증류수 90 g에 용해시켰다. 이와는 별도로 키토산은 물에 녹지 않으므로 1 M 농도의 초산 용액 99 g에 키토산 (TCI사) 1 g을 녹여 키토산 용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액과 키토산 용액을 무게 비율 2:1로 혼합하여 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드-키토산 혼합용액을 만들었다. 이 후 실시예 1과 동일한 방법으로 몰딩하고 코발트-60 감마선을 10 kGy선량으로 조사시켰다.

1차 조사 후 수화겔을 꺼내어 1 M 수산화나트륨 용액에 30분 동안 담궈 흔들어주면서 고정화와 중화를 시킨 다음 증류수로 세척하고 폴리에틸렌 백으로 밀봉하여 실시예 1과 동일한 방법에 의해 다시 25 kGy로 조사하여 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드-키토산 수화겔을 얻었다.

제조된 수화겔에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 겔화율과 팽윤도를 측정한 결과, 상기에서 제조된 수화겔의 겔화율은 65 , 팽윤도는 2300 로 나타났다.

상기 실시예 1 내지 실시예 3의 결과를 종합하여 하기 표 1에 나타내었다.

수화겔의 겔화율와 팽윤도

수화겔	전체에 대한 중량	조사선량(kGy)	겔화율 ()	팽윤도 ()
	폴리비닐피롤리돈				폴리에틸렌옥사이드	알긴산나트륨	키토산
실시예 1	19	1	-	-	25	68.5	1550
실시예 2	18	1	1	-	25	69.0	3200
실시예 3	6.33	0.33	-	0.33	35	65	2300

상기 표 1에서 볼 수 있 듯이, 실시예 1 내지 실시예 3 제조된 수화겔은 모두 겔화율이나 팽윤도가 운드 드레싱으로 사용하기 적합한 물성을 나타냈으며, 특히 알긴산나트륨을 첨가했을 때 팽윤도가 증가하였다.

<실시예 4> 키토산 함량 변화에 따른 수화겔 드레싱의 제조

폴리비닐피롤리돈과 키토산의 함량을 변화시켜가며 수화겔을 제조하였다.

폴리비닐피롤리돈 (분자량 36만, 시그마) 20 g을 증류수 80 g에 녹여 폴리비닐피롤리돈 용액을 제조하였다. 이와는 별도로 1 M 초산 용액 99 g에 키토산 (TCI사) 1 g을 녹여 키토산 용액을 제조하였다. 상기 폴리비닐피롤리돈 용액과 키토산 용액을 각각 무게 비율 4:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:4로 섞어 균일하게 혼합하였다. 이용액을 각각 페트리디쉬 몰드에 4 mm 높이로 붓고 24 시간 동안 크린룸에 놓아두어 기포를 제거하였다. 이것을 먼저 코발트-60 감마선을 20 kGy로 조사시킨 후, 1 M 수산화나트륨 수용액에 30분 동안 담궈 흔들어주면서 고정화와 중화를 시키고 증류수로 세척하였다. 끝으로 이것을 폴리에틸렌 필름으로 포장한 후 다시 한번 코발트-60 감마선을 30 kGy로 조사하여 조성비가 다양한 폴리피롤리돈-키토산 수화겔을 제조하였다. 방사선 조사시에는 실시예 1에서와 동일한 회전 장치를 이용하였고, 실시예 1과 동일한 방법으로 겔화율과 팽윤도를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

폴리비닐피롤리돈-키토산 수화겔의 겔화율과 팽윤도

수 화 겔	폴리비닐피로리돈 20 중량용액 :키토산 1 중량용액(무게비)	전체에 대한 중량	조사선량(kGy)	겔화율 ()	팽윤도 ()
		폴리비닐피롤리돈(중량)				키토산(중량)
폴리비닐필로리돈 (분자량36만)-키토산	4:1	16	0.2	50	75	700
	2:1	13.3	0.33	50	77	590
	1:1	10	0.5	50	73	920
	1:2	6.7	0.67	50	74	1140
	1:4	4	0.8	50	69	1950

폴리비닐피롤리돈-키토산 수화겔의 경우, 수용액중의 고형분의 중량비는 겔화율에는 크게 영향을 주지 않으나 팽윤도에는 영향을 미쳤다. 즉, 고형분의 중량이 증가할수록 3차원의 그물망의 밀도가 커져서 팽윤도가 감소하는 경향을 나타내었다.

<실시예 5> 고분자 함량 변화에 따른 수화겔 드레싱의 제조

수화겔을 드레싱으로 사용하는데 중요하게 고려되어야 할 인자 중의 하나가강도로서, 고분자 함량 변화에 따라 수화겔을 제조하여 강도 변화를 측정하였다.

폴리에틸렌옥사이드 (분자량 20만)와 폴리비닐피롤리돈 (분자량 130만)의 중량 비율을 1:19로 유지하면서 증류수에 대한 이들 고분자의 농도가 각각 5, 10, 15, 20 중량가 되도록 혼합 용액을 제조하였다. 이후 실시예 1과 동일한 방법으로 겔화시킨 후 포장하고 코발트-60 감마선 30 kGy를 조사하여 수화겔을 제조하였다.

제조된 수화겔은 포장을 뜯고 두께 3.5 mm, 넓이 20 cm²로 시편을 만들어 조직 분석기 (Texture-Analyzer)를 이용해 강도를 측정하였으며, 강도는 하기 수학식 3에 의해 계산하여 도 2에 나타내었다.

도 2에서 볼 수 있듯이, 겔 강도는 폴리비닐피롤리돈의 농도에 정비례하게 나타났다.

<실시예 6> 방사선 조사선량에 따른 수화겔 드레싱의 제조

폴리에틸렌옥사이드 (분자량 20만, 시그마) 1 g과 폴리비닐피롤리돈 (분자량 130만) 19 g을 증류수 80 g에 용해시켰다. 이것을 각각 페트리디쉬 몰드에 4 mm 높이로 붓고 24 시간 동안 크린룸에 놓아두어 기포를 제거하였다. 이후 폴리에틸렌 백으로 밀봉하여 감마선을 각각 25, 30, 40, 50 kGy 선량으로 조사시켜 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드 수화겔을 제조하였다. 이 때 용액 각 지점이 같은 선량으로 조사되도록 실시예 1에서와 같은 회전 장치를 사용하여 조사시켰다. 겔 강도는 실시예 5와 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에서 볼 수 있듯이, 조사선량이 감소할수록 겔 강도가 증가하였다.

<실험예 1> 시간에 따른 수화겔의 수분 증발량

운드 드레싱용으로 적합한 수화겔은 환부에 적용하여 사용하는 기간 동안 적절한 수분을 유지하고 있어야 한다. 따라서 본 발명에 의한 수화겔의 수분 증발량을 알아보기 위하여 하기 실험을 실시하였다.

본 실험예에서는 수화겔의 수분 증발량 변화를 도 4와 같은 장치를 사용하여 측정하였다. 먼저 물의 온도를 37℃로 유지시킨 물중탕에 그물을 설치하고 그 위에 시료를 놓았다. 이때 그물 위에 놓여있는 시료 주위의 습도는 60∼80였다. 즉, 37℃의 물이 증발된 수증기가 그물망 위에 놓여진 수화겔 아래쪽 표면에 닿게 되고 수화겔의 다른 면은 수증기가 아닌 공기 중에 맞닿도록 하였다.

증발된 물의 무게 (물의 증발량, △W)는 하기 수학식 4에 의해 계산하였다.

실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 각각의 수화겔에 대한 실험 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에서 볼 수 있듯이, 물의 증발 속도는 실시예 1의 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드 수화겔이 실시예 2의 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드-알긴산나트륨 수화겔보다는 약간 빠르게 나타났다. 그러나 전체적으로 실시예 1 내지 실시예 3의 수화겔 모두 6시간 동안 약 0.1 g/cm²의 증발 속도를 나타내어 시간 변화에 따는 수분 증발 속도가 매우 작게 나타났다. 따라서 본 발명에 의한 수화겔은 운드 드레싱 재료로 적합함을 확인하였다.

<실험예 2> 시간에 따른 수화겔의 강도 변화

상기 실험예 1에서 수화겔의 수분이 증발되면서 시간에 따라 변하는 수화겔의 강도를 측정하였다. 겔 강도는 실시예 5와 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6에서 볼 수 있듯이, 실시예 1의 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드 수화겔과 실시예 2의 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드-알긴산나트륨 수화겔 모두 시간이 경과함에 따라 강도가 증가하였다. 특히 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드 수화겔의 강도는 처음에는 아주 약간씩 증가하다가 4시간 후에 급격히 증가하였으며, 그 급격한 강도의 증가 속도는 폴리비닐필로리돈-폴리에틸렌옥사이드-알긴산나트륨 수화겔보다 빨랐다. 반면 실시예 3의 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드-키토산 수화겔은 시간의 변화에 따른 강도 변화는 관찰되지 않았으며,이것은 고분자의 농도가 낮기 때문으로 생각된다.

<실험예 3> 시간에 따른 수화겔의 팽윤도 변화

실시예 1 내지 실시예 2에서 제조된 수화겔을 온도 37℃의 물에 담근 후 시간에 따라 변화하는 팽윤도를 관찰하였다. 팽윤도는 상기 수학식 2에 의해 계산하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

감마선 조사 직후 얻어진 두 수화겔의 물의 함유 정도는 알긴산나트륨이 포함된 실시예 2의 수화겔이 약간 컸으나 그 차이는 미미하였다. 그러나 시간이 지나 팽윤이 진행되면서 그 차이는 현저하게 증가하였다. 즉 도 7에서 볼 수 있듯이, 알긴산나트륨을 넣은 수화겔은 초기 팽윤 속도가 더 빨랐고 팽윤이 진행되는 동안의 팽윤도나 최대 팽윤도가 상대적으로 훨씬 컸다.

한편 두 수화겔 모두 팽윤이 계속되다가 14시간 정도 후에는 평형에 도달하는 변곡점을 보였고, 23시간 정도 후부터 평형 상태에 도달했다.

<실험예 4> 시간에 따른 수화겔의 강도 변화

실험예 1 내지 실시예 2에서 제조된 수화겔에 대하여, 상기 실험예 3과 동일한 실험 조건에서 수화겔이 팽윤되면서 변화하는 강도를 측정하였다. 겔 강도는 상기 수학식 3에 의해 계산하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다.

실시예 1의 폴리비닐피롤리돈-폴리비닐옥사이드 수화겔은 초기 강도가 실시예 2의 폴리비닐피롤리돈-폴리에틸렌옥사이드-알긴산나트륨 수화겔 보다 2배 정도크게 나타났고, 최대 팽윤시의 강도는 상대적으로 4-5 배 정도 더 크게 나타났다.

한편 수화겔의 겔 강도는 팽윤됨에 따라 점점 감소하였다. 그러나 실시예 1의 수화겔은 평형값이 약 100 g·cm, 실시예 2의 수화겔은 평형값이 약 20 g·cm으로 나타났고, 두 수화겔 모두 팽윤이 평형 상태에 도달한 후에도 취급 가능한 정도의 강도를 갖는 것으로 나타났다.

<실험예 5> 수화겔의 박테리아 침투 차단 효과

화상이나 상처 치료용 드레싱은 삼출액을 흡수하면서도 외부 박테리아로부터의 감염은 막을 수 있어야 한다. 따라서 하기 실험을 통해 본 발명에 의한 수화겔의 박테리아 침투 차단 효과를 알아보았다.

실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 두께 3 mm의 수화겔 드레싱을 실험에 사용하였으며, 드레싱의 상면과 완전히 분리하고 수화겔은 수분을 계속 유지하도록 하였다. 드레싱의 상면에 배양한 박테리아를 접종하고 하면으로 박테리아가 이동하는지 조사하여, 수화겔 드레싱의 박테리아 침투 차단 효과를 판단하였다.

먼저 대장균 (E. coli), 포도상구균 (S. aureus) 및 슈도모나스 푸티다 (P. putida)를 멸균된 백금으로 한 번씩 취한 다음 미리 준비된 배양액 100㎖ [육즙 (beef extract) 3 g, 펩톤 (peptone) 5 g, 아가 (agar) 15 g, 증류수 1,000 ㎖]에 균주를 넣은 후 37℃ 배양기 안에서 20시간 배양시켜 균주 용액을 제조하였다. 시험관 (test tube)에 상기 배양액 9 ㎖와 상기 균주 용액 1 ㎖를 넣어 희석한 뒤 이 용액 1 ㎖를 실시예 1 내지 실시예 3의 수화겔 상면에 각각 접종하였다. 5일 후수화겔의 하면을 직접 현미경으로 관찰하여 박테리아의 존재 여부를 판단하였다.

실험 결과 실시예 1 내지 실시예 3의 수화겔 모두 그 하면에서 실험에 사용된 박테리아가 전혀 발견되지 않아, 본 발명에 의한 수화겔 드레싱은 박테리아 침투를 차단하는 효과가 우수하다는 것을 알 수 있었다.

<실험예 6> 수화겔의 상처 치유 효과

150∼200g 정도의 실험용 흰 쥐의 등에 각각 2 군데 표피를 1.3 cm 직경의 원형으로 제거하여 상처를 내었다. 한 쪽의 상처에는 두께 3mm, 크기 1.5×1.5 cm 인 실시예 1 및 실시예 2의 수화겔을 각각의 그룹에 속하는 흰 쥐에 붙이고 다른 한 쪽의 상처에는 1.5×1.5 cm 상업용 바세린 거즈 (성광제약)를 붙였다. 이 위에 각각 2×2 cm 테가덤 (Tegaderm, 3M사)과 봉합사로 각각을 상처에 잘 고정시킨 후 치료 경과를 살폈다. 수화겔과 바세린 거즈는 각각 3일에 한번씩 갈아 주었다. 실험 결과는 하기 표 3에 나타내었다.

	수화겔 조성	치유 기간	치유 상태	특징
실시예	PVP/PEOa	10-11일	양호	치유력 우수
실시예	PVP/PEO/ALb	10-11일	양호	치유력 우수
실시예	PVP/CHc	9-10일	양호	치유력 우수, 치유 말기에 상처에 약간 접착
실시예	PVP/PEO/CHd	9-10일	양호	치유력 우수
비교예	PVPe	10-12일	보통	상처에 PVP혼적
비교예	바세린 거즈	14일 이상	불량	상처에 바세린 잔류
a : 실시예 1의 수화겔b : 실시예 2의 수화겔c : 20중량PVP수용액 : 1중량CH (키토산) 초산용액 = 2:1, 감마선 조사량 35kGyd : 실시예 3의 수화겔e : 20 중량PVP (폴리비닐피롤리돈) 수용액, 감마선 조사량 25 kGy

상기 표 3에서 볼 수 있듯이, 14일 전후에서 상처는 거의 아물었으나 수화겔을 붙인 상처의 치료 속도가 더 빠르게 나타났다. 바세린 거즈의 경우 건조속도가 상대적으로 매우 빨랐고 상처에 달라 붙었다. 몇몇 수화겔들은 상처에 약간 달라 붙었지만 전반적인 치료 효과는 거즈보다 훨씬 우수하였고, 폴리에틸렌옥사이드가 약간 첨가된 수화겔은 상처에 전혀 달라붙지 않았다. 또한 시간이 지나도 폴리에틸렌 옥사이드를 첨가한 수화겔은 다른 겔에 비해 여전히 수분을 많이 함유하고 있었다.

한편 키토산이 첨가된 수화겔의 치료 효과가 가장 우수했으며, 빠른 시간 안에 피를 응고시켰다.

<실험예 7> 수화겔의 피부 독성 실험

상기 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 수화겔을 사람 팔 안쪽 1.5×1.5㎠ 넓이의 피부에 적용하여 (시험 인원 10명) 피부에 대한 독성 및 부작용 여부를 알아보았다.

수화겔 도포 후 15일이 지나기까지 피부에는 물집이 생기거나 가려움증이 생기는 등의 부작용이 전혀 나타나지 않아 본 발명에 의한 수화겔 드레싱은 사람의 피부에 대하여 독성 및 부작용을 일으키지 않음을 확인하였다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 방법에 의해 체액 흡수 능력, 박테리아로부터의 감염 예방, 상처나 피부에의 부착 용이성, 투명성, 취급 용이성, 저장성과 멸균이 가능한 특성을 갖는 수화겔 드레싱을 제조할 수 있다. 특히 본 발명에 의한 수화겔 드레싱은 점착성, 겔 강도 등이 화상 등의 상처 치료용에 적합한 특성을 갖고 있으며, 키토산 또는 알길산나트륨을 사용함으로써 상처 치료 효과가 향상되었다. 또한 본 발명에 의한 방법은 가교제를 사용하지 않고 방사선 조사에 의해 고분자 물질을 가교시킴과 동시에 멸균하므로, 잔류 개시제나 가교제에 의한 독성 등의 문제점을 전혀 일으키지 않는 장점이 있다.

Claims (11)

1) 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자를 키토산, 키토산과 폴리에틸렌옥사이드, 또는 알긴산나트륨과 폴리에틸렌옥사이드와 혼합하여 수용액을 제조하는 단계 (단계 1);

2) 상기 단계 1의 수용액을 시트 형태로 성형하는 단계 (단계 2);

3) 상기 단계 2의 시트를 포장하는 단계 (단계 3); 및

4) 상기 단계 3의 포장된 시트에 방사선을 조사하는 단계 (단계 4)로 이루어지는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자의 분자량은 200,000∼1,300,000인 것을 특징으로 하는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 단계 1에서 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자는 수용액 내 3∼25 중량포함되는 것을 특징으로 하는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 단계 1에서 폴리에틸렌옥사이드는 수용액 내 0.2∼5 중량포함되는 것을 특징으로 하는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 단계 1에서 키토산은 수용액 내 0.1∼10 중량포함되는 것을 특징으로 하는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 단계 1에서 알긴산나트륨은 수용액 내 0.2∼5 중량포함되는 것을 특징으로 하는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 단계 1에서 키토산은 0.1∼3 M의 아세트산 수용액에 녹인 후 폴리비닐피롤리돈 수용액 또는 폴리비닐피롤리돈과 폴리에틸렌옥사이드의 혼합 수용액과 혼합하는 것을 특징으로 하는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 단계 4의 방사선은 감마선 (γ-rays) 또는 전자선 (β-rays)인 것을 특징으로 하는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 단계 4의 방사선 조사선량은 20∼100 kGy인 것을 특징으로 하는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 폴리비닐피롤리돈 합성 고분자를 키토산 및 폴리에틸렌옥사이드와 혼합할 경우, 상기 단계 2의 시트를 10∼20 kGy의 방사선으로 1차 조사하여 겔화시키고, 형성된 겔을 0.1∼1 M 수산화나트륨 수용액에 넣어 키토산의 고정화 및 중성화를 유도한 후 증류수로 세척하여 포장하고 상기 단계 4의 2차 방사선 조사를 실시하는 것을 특징으로 하는 수화겔 드레싱의 제조방법.

제 1 항의 방법으로 제조된 수화겔 드레싱.