KR20030097691A - 생분해성 생체고분자 재료, 그 제조방법 및 이 고분자재료로 이루어지는 기능성 소재 - Google Patents

생분해성 생체고분자 재료, 그 제조방법 및 이 고분자재료로 이루어지는 기능성 소재 Download PDF

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Abstract

(과제) 우수한 생화학적 특징을 갖는 생분해성 생체고분자 재료, 그 제조방법 그리고 이 고분자 재료로 이루어지는 기능성 소재의 제공.
(해결수단) 견 피브로인 단독, 또는 가잠 또는 야잠 유래의 견 피브로인과, 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올에서 선택된 제2 물질의 복합체로 이루어진다. 단백질 분해효소 등에 의해 생분해된다. 가잠 또는 야잠 유래 견 피브로인 수용액과 제2 물질 수용액의 혼합수용액을 기판 상에 도포하여 증발 건조 고화시키고, 막 형상의 생분해성 생체고분자 재료를 제조한다. 이 때 각 수용액의 농도를 0.1∼5중량%로 하여 수용액이 겔화, 침전, 응고반응이 일어나지 않도록 교반하고 균일하게 혼합하여 혼합수용액을 제조한다.

Description

생분해성 생체고분자 재료, 그 제조방법 및 이 고분자 재료로 이루어지는 기능성 소재 {BIODEGRADABLE BIOPOLYMERS, METHOD FOR THEIR PREPARATION AND FUNCTIONAL MATERIALS CONSTITUTED BY THESE BIOPOLYMERS}
본 발명은 효소의 작용을 받아 분해되면서 열화되고, 그 결과 저분자화되는 생분해성 생체고분자 재료 및 그 제조방법, 그리고 이 생분해성 생체고분자 재료로 이루어지는 금속이온 흡착재, 유용물질의 서방성 담체, 생체 세포증식 기재(基材) 및 생분해성 흡수성 소재 등의 기능성 소재에 관한 것이다.
유기 고분자로 이루어지는 재료로 생분해기능을 구비한 것이 오래전부터 시장에 나와 있다. 의용분야에서는 효소작용의 영향을 받아 생분해되고, 열화되어 저분자화되는 재료가 종종 사용되고 있다. 최근 실용적으로 많이 사용되고 있는 것은 생분해성 유기 고분자 중에서도 폴리락트산이나 폴리글리콜산 등의 폴리옥시산이 대표적이고, 이들 재료는 생체내 매립재, 생체내로의 전달용 재료 또는 의약품의 서방 담체로서 광범하게 이용되고 있다.
이들 폴리락트산이나 폴리글리콜산은 우수한 내약품성을 나타낸다. 폴리락트산이나 폴리글리콜산은 무독성이고 가수분해되기 쉽기 때문에, 생체내 분해 흡수성 재료로서 널리 활용되고 있다. 또 폴리글리콜산은 고중합체가 얻어지므로, 강도 등의 역학적 특성이 요구되는 재료로서 유용하다. 폴리락트산이나 폴리글리콜산은 구체적으로는 예를 들어 생체내 분해 흡수성 봉합사로서 이용되고 있다.
또 의용분야에서는 외과용 수술 봉합사로서 가잠 유래의 견사가 오랫동안 사용되고 있다. 가잠 견사가 수술용 봉합사로 사용되기 시작한 것은 11세기 초까지 거슬러 올라간다. 일본에서의 봉합사의 시장가격은 연간 약 60억엔 (1985년) 으로, 이 중 46%가 견제 봉합사이다. 견사는 항장력이나 결절강도가 우수하고, 또한 용이하게 멸균할 수 있기 때문에 봉합사로서의 인기가 높다. 견제 봉합사에 관한 종래의 사용 실체로부터 판단해도 견사는 살균이 용이하고, 체내에 매립해도 단기간에 생분해되는 경우도 없고, 또 체내에 이식했을 때 생체 조직과의 항원항체반응이 일어나는 것도 경미하다는 이점이 있다.
성숙된 누에의 유충이 토사하여 만들어내는 단백질 섬유가 견섬유 (견사) 이다. 누에에는 농가에서 사육하는 가잠 및 야생 타입의 야잠의 2종류가 있다. 이 견섬유 표면을 덮고 있는 교착물질의 세리신을 알칼리처리 등으로 제거한 것이 견 피브로인 섬유이다.
야잠 견사란 통상 작잠 (Antheraea pernyi), 천잠 (Antheraea yamamai), 타사르잠 (Antheraea militta), 무가잠 (Antheraea assama), 에리잠, 애일랜더스잠 (ailanthus altissima) 등이 토사하여 만든 견사를 말한다.
상기 견제 봉합사는 비흡수성 재료로 단기간에 분해되지 않고 봉합 후에도체내에 남는 점에서, 수주 후에 체내에서 흡수되어 물과 이산화탄소로 분해되어 버리는 폴리락트산이나 폴리글리콜산 등의 폴리옥시산의 봉합사와는 다른 목적으로 사용되고 있다.
상기 서술한 생분해성 생체고분자로 이루어지는 금속이온 흡착재 및 유용물질의 서방성 담체에 관해서는 만족할만한 특성을 갖는 것이 아직 제안되어 있지 않다.
상기 서술한 바와 같이 폴리락트산은 생체내 분해 흡수성 재료로서 널리 활용되고 있으나, 제조 비용이 고가라는 문제가 있다. 또 폴리글리콜산은 상기 서술한 바와 같은 이점이 있기 때문에 생체내 분해 흡수성 재료로서 사용되고 있는 반면, 고가이고 결정성이 높으며 너무 단단하여 연조직 적합성이 낮다. 또 분해속도를 제어하기 어렵고, 또한 이 재료를 화학수식하였다고 해도 생분해성을 조절하기가 곤란한 것 등의 문제가 있다.
또 섬유 형상 폴리락트산의 유리전이온도는 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유의 유리전이온도와 유사하기 때문에, 폴리락트산 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유와 유사한 기계적 성질을 나타낸다. 단, 폴리락트산 등은 폴리에틸렌테레프탈레이트에 비하여 결정화속도가 느리기 때문에, 통상의 방사공정이나 연신공정을 거쳐도 분자의 충분한 배향, 결정화가 진행되지 않는다. 따라서 폴리락트산의 인장강도나 치수안정성이 불충분한 것 등이 실용기능상의 문제로 되어 있다.
또 상기 폴리옥시산은 고분자량의 것일수록 분해속도가 느려진다. 따라서 분해속도를 제어하려고 하여 분자량이 제어된 폴리락트산이나 폴리글리콜산을 제조하는 데에는 많은 작업이나 숙련된 고도의 기술이 필요하다. 따라서 현재 폴리옥시산의 이용은 흡수성 봉합사와 같은 의료 용도나 화장품 용도에 한정되어 있어, 경제적으로 저가이고 간단한 기술로 실시할 수 있는 제조 프로세스의 확립이 크게 요구되어 왔다.
견제 봉합사는 상기 서술한 바와 같이 생체내에서 최종적으로 물과 이산화탄소로 분해되어 버리는 폴리락트산이나 폴리글리콜산 등의 폴리옥시산의 봉합사와는 다르다. 이 때문에 생체내에서의 생분해성을 제어할 수 있고, 생체안전상의 문제가 없고, 제조가격이 저렴한 생분해성 재료이며, 또한 생분해의 결과, 분해생산물에 세포독성이 없고, 또한 부산물로서 포름알데히드 등과 같은 유해물질을 발생시키지 않는, 생체조직에 안전한 생분해성 재료의 개발이 크게 요구되었다.
상기 견제 봉합사의 원재료인 곤충 생체고분자의 견 단백질은, 누에가 생합성에 의해 만드는 천연 고분자 재료로, 생체조직에 대한 생체 적합성이 우수하고 성형성도 양호하다. 따라서 생사나 견제품의 생산공정에서 얻어지는 견의 부산물을 출발물질로 사용하면 원재료는 매우 저가로 입수할 수 있고, 견 단백질에는 화학반응성이 풍부한 활성 부위가 많이 함유되어 있으므로, 하이브리드 가공이나 화학수식가공 등으로 견 피브로인의 생분해성 또는 생화학 특성을 제어할 수 있는 기술을 개발할 수 있으면 의용 재료 등으로서의 이용의 폭이 넓어진다. 따라서 이와 같은 곤충 생체고분자를 출발물질로 하고, 이것에 제2 물질을 복합 (이하, 「하이브리드」로 약기하는 경우도 있음) 시켜 의용 분야에서 활용할 수 있는 생분해성의 신재료의 출현이 크게 요망되어 왔다.
본 발명의 과제는, 상기 종래기술의 문제점을 해결하는 것에 있고, 고분자 기질로서의 작용성이 우수한 견 단백질로 이루어지는 생분해성 생체고분자 재료 및 이 견 단백질과 특정의 제2 물질을 하이브리드화한, 단독의 견 단백질에는 없는 특성이 부여된 생분해 제어가능한 하이브리드화 생분해성 생체고분자 재료를 제공함과 동시에, 그 제조방법, 그리고 이들의 생분해성 생체고분자 재료로 이루어지는 금속이온 흡착재, 유용물질의 서방성 담체, 생체 세포증식 기재 및 생분해성 흡수성 소재 등의 기능성 소재를 제공하는 것에 있다.
가잠 견사나 야잠 견사는, 누에가 토사하여 만든 섬유 형상 시료로서, X선 회절로 보면 섬유구조를 갖기 때문에, 화학시약이나 효소의 작용을 받아도 강한 약품 저항성을 나타낸다. 이것이 가잠 견사가 생체내에서의 비흡수성 재료로 분류되는 이유이다. 따라서 본 발명자들은 견 단백질이 갖는 우수한 생화학 특성을 살려, 생분해성을 겸비한 재료를 제공하려는 견지에서, 가잠 견 피브로인을 출발물질로 하고, 이것에 특정의 제2 물질을 복합시킴으로써 생분해 정도를 제어할 수 있는 신재료를 제조하기 위한 기술 개발이 진행되어 왔다. 그 과정에서 얻어진 신규 복합체에 효소를 작용시켜 분해거동을 추구한 결과, 생분해성을 구비한 생체고분자 재료를 제공할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료는, 가잠 유래의 견 피브로인 단독, 야잠 유래의 견 피브로인 단독, 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올에서 선택된 적어도 1종의 제2 물질과의 복합체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 생분해성 고분자 재료는 프로테아제, 콜라게나아제 및 키모트립신에서 선택된 적어도 1종의 효소에 의해 생분해하는 것이다.
이 생분해성 생체고분자 재료의 형태는, 섬유 형상, 막 형상, 분말 형상, 겔 형상, 다공질 형상이어도 된다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료의 제조방법은, 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액과 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액과의 혼합수용액, 또는 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 및 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올에서 선택된 적어도 1종의 제2 물질의 수용액과의 혼합수용액을 기판 상에 도포하고 증발 건조 고화시켜, 막 형상의 생분해성 생체고분자 재료를 제조하는 방법으로, 이 혼합수용액은, 각각의 혼합하는 수용액끼리를 혼합할 때에, 겔화, 침전, 응고반응이 일어나지 않도록 교반하여 균일하게 혼합함으로써 제조되는 것을 특징으로 한다.
또 분말 형상의 생분해성 생체고분자 재료는, 상기 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 또는 혼합수용액을 동결시킨 후, 감압분위기하에서 견조시켜 제조된다. 이 혼합수용액을 제조할 때의 혼합 방법은 상기와 같이 수행한다. 또한 겔 형상의 생분해성 생체고분자 재료는, 상기 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 또는 혼합수용액의 pH를 산성영역으로 조정하고, 수용액 전체를 응고시켜 겔화함으로써 제조된다. 또한 이렇게 하여 제조할 수 있는 생분해성 생체고분자 재료의 겔 형상물을 동결건조시킴으로써 다공질 형상의 물질을 제조할 수 있다.
상기 혼합수용액을 조정할 때의, 가잠 유래의 견 피브로인 수용액, 야잠 유래의 견 피브로인 수용액 및 제2 물질 수용액의 농도가 각각 0.1∼5중량%인 것이 바람직하다. 농도가 0.1중량% 미만이면, 복합체를 제조하는 데에 필요한 수용액량이 많아져 작업상 비효율적이고, 또 농도가 5중량%를 초과하면, 2액을 혼합했을 때에 균일하게 혼합하기 어려워지며, 그 결과 질적으로 균일한 복합체를 제조할 수 없는 등의 결점이 발생한다.
본 발명의 금속이온 흡착재는, 가잠 유래의 견 피브로인 단독, 야잠 유래의 견 피브로인 단독, 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올에서 선택된 적어도 1종의 제2 물질과의 복합체인 생분해성 생체고분자 재료로 이루어진다.이 금속이온은 은, 구리, 코발트 등의 항균성 금속 또는 폐수 중의 금속이온이어도 된다.
본 발명의 유용물질의 서방성 담체는, 가잠 유래의 견 피브로인 단독, 야잠 유래의 견 피브로인 단독, 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올에서 선택된 적어도 1종의 제2 물질과의 복합체인 생분해성 생체고분자 재료로 이루어지고, 프로테아제, 키모트립신, 콜라게나아제에 의해 생분해되면서 생분해성 생체고분자 재료에 담지된 유용물질을 서방하는 것을 특징으로 한다. 이 생분해성 생체고분자 재료는 다공질체인 것이 바람직하다.
본 발명의 생체 세포증식 기재는, 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올에서 선택된 적어도 1종의 제2 물질과의 복합체인 생분해성 생체고분자 재료로 이루어지고, 생체 세포를 효율적ㆍ경제적으로 증식시키기 위해 사용된다.
본 발명의 생분해성 흡수성 소재는, 가잠 유래의 견 피브로인 단독, 야잠 유래의 견 피브로인 단독, 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올에서 선택된 적어도 1종의 제2 물질과의 복합체인 생분해성 생체고분자 재료로 이루어진다.
본 발명에서 말하는 「생분해」는 견 피브로인이나 제2 물질에 효소가 작용하여, 이들을 소화시키거나, 가수분해하여 저분자화시키거나 또는 아미노산까지 가수분해하는 반응, 또는 효소가 제2 물질에 작용하여 저분자화시키는 반응을 전부 포함한 것을 말한다. 따라서 본 발명에서는, 효소가 기질을 가수분해 이외의 반응으로 저분자화시키는 경우도 있을 수 있으나, 편의적으로 단백질 가수분해 효소로 약기라는 경우도 있다.
발명의 실시형태
본 발명에 의하면, 견 단백질 섬유로부터 견 피브로인의 수용액을 제조하기 위한 원료로서는 예를 들어 가잠 또는 야잠 유래의 견사를 사용할 수 있다. 가잠으로부터 얻어지는 견사 본체의 견 피브로인으로는, 예를 들어 농가에서 사육하는 가잠 (Bombyx mori) 유충, 가잠의 근연종인 새누에나방 유충 유래의 견 단백질인 견 피브로인을 이용할 수 있다. 야잠 견 피브로인으로는 예를 들어 작잠 (Antheraea pernyi), 천잠 (Antheraea yamamai), 타사르잠 (Antheraea militta), 무가잠 (Antheraea assama), 에리잠, 애일랜더스잠 등의 유충에서 얻어지는 견 피브로인을 이용할 수 있다. 또 견 피브로인 수용액을 제조하기 위한 원료로서, 견사 이외에도, 가잠이나 야잠에서 유래하는 부산물, 견섬유, 견섬유 제품 그리고 그 견섬유 복합체도 이용할 수 있다.
가잠 견 피브로인 또는 야잠 견 피브로인과 하이브리드시키기 위한 제2 물질은, 상기 서술한 바와 같이 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올에서 선택된 적어도 1종이다.
가잠 견 피브로인 수용액과 야잠 견 피브로인 수용액을 혼합하고, 또는 가잠 견 피브로인 수용액 또는 야잠 견 피브로인 수용액과 제2 물질의 수용액을 혼합하고, 이 혼합수용액을 폴리에틸렌 등의 기판의 표면에 펴서 건조 고화함으로써, 가잠 견 피브로인과 야잠 견 피브로인의 복합체 (하이브리드), 가잠 견 피브로인 또는 야잠 견 피브로인과 제2 물질의 복합체인 생분해성 생체고분자 재료를 제조할 수 있다. 가잠 견 피브로인 수용액 단독이나 야잠 견 피브로인 수용액 단독으로부터도 동일하게 하여 각각 생분해성 생체고분자 재료를 제조할 수 있다.
이하, 가잠 견 피브로인 수용액 및 야잠 견 피브로인 수용액의 제조, 그리고 가잠 견 피브로인 막 및 야잠 견 피브로인 막의 제조에 대해 설명함과 동시에, 또한 가잠 견 피브로인 수용액 또는 야잠 견 피브로인 수용액과, 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올의 각 수용액과의 혼합수용액을 사용하여, 하이브리드 (복합체) 를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
(A) 가잠 견 피브로인 수용액 및 가잠 견 피브로인 막의 제조 :
순수한 가잠 견 피브로인 수용액은 다음과 같이 하여 제조될 수 있다.
먼저 누에가 토사한 가잠 견사를 탄산나트륨 등의 중성염의 알칼리 수용액으로 끓여 세리신을 제거하여, 가잠 견사의 본체인 견 피브로인 섬유를 제조한다. 이어서, 이 견 피브로인 섬유를 농후한 중성염 수용액에 용해시키고, 가열하여 견 피브로인 수용액을 얻는다. 이 견 피브로인 수용액에는 견 피브로인 외에 중성염에 의거하는 이온이 많이 함유되어 있으므로, 셀룰로오스제의 투석막에 넣고, 양 단을 재봉사로 묶어, 수돗물 또는 순수에 2∼5일간 넣어 소정 시간 투석처리함으로써, 순수한 가잠 견 피브로인 수용액을 제조한다. 이 견 피브로인 수용액으로부터 일부의 물을 증발시키거나 또는 물을 첨가함으로써, 농도가 다른 견 피브로인 수용액을 제조할 수 있다.
이렇게 하여 제조된 가잠 견 피브로인 수용액을 폴리에틸렌막 등의 기판 상에 펴 실온에서 증발 건조 고화시킴으로써 가잠 견 피브로인 막을 제조할 수 있다.
또 가잠 견 단백질 섬유 (견사) 를 용해하여 가잠 견 피브로인 수용액을 제조하는 것은, 염화칼슘, 질산칼슘, 브롬화리튬, 티오시안산리튬 등의 농후한 중성염 수용액에 견사를 넣고 가열함으로써 수행된다. 중성염 농도는 5∼9M 정도이고, 용해온도는 25∼70℃ 정도, 바람직하게는 25∼60℃ 정도이면 된다. 용해온도가 70℃를 초과하는 고온이 되면, 견 단백질의 분자량이 저하되고, 재료의 고분자성이 상실되며, 그 결과 성형성이 열악해질 위험성이 있다. 용해시간은 1∼20분 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 가잠 견 단백질 섬유를 양호하게 용해하는 것은, 중성염 중에서도 가잠 견 피브로인 섬유의 용해력이 우수한 리튬염이고, 통상 브롬화리튬이 바람직하다. 예를 들어 8M 이상, 바람직하게는 8.5M 이상의 브롬화리튬 수용액이면 55℃ 이상, 15분 이상의 처리로 가잠 견 단백질 섬유는 용해된다.
(B) 야잠 견 피브로인 수용액 및 야잠 견 피브로인 막의 제조 :
작잠 견사 또는 천잠 견사 등의 야잠 견사로부터 야잠 견 피브로인 수용액을제조하기 위해서는, 먼저 야잠 견사를 그 중량에 대해 소정량의 과산화 나트륨 수용액에 침지하고, 소정 시간 끓여, 제조된 야잠 견 피브로인 섬유를 용해성이 높은 중성염 수용액에 용해한다. 이어서 얻어진 수용액을 가잠 견사의 경우와 동일하게 투석처리하여, 순수한 야잠 견 피브로인 수용액을 제조한다. 이 제조법에 대해 이하 상세하게 설명한다.
야잠 견사를 용해하여 야잠 견 피브로인 수용액을 제조하기 위해서는, 야잠 견사 표면을 덮는 견 세리신을 가잠 견 세리신의 정련과는 다른 방법으로 제거할 필요가 있다. 이것은 야잠 견사의 표면에는 세리신 이외에 탄닌도 부착되고, 탄닌의 가교작용으로 세리신을 불용화시키고 있기 때문이다. 이들 세리신 및 탄닌을 제거하기 위해서는, 예를 들어 야잠 견사를 견사 중량에 대해 50배량 정도의 0.1% 과산화나트륨 수용액에 침지하고, 98℃에서 예를 들어 1시간 끓일 필요가 있다. 세리신이나 탄닌을 미리 제거한 야잠 견 피브로인 섬유를 티오시안산리튬 등의 용해성이 높은 중성염 수용액 중에 용해한다. 이 야잠 견 피브로인 섬유의 중성염 수용액을 셀룰로오스제 투석막에 넣고, 양 단을 재봉사로 묶어, 실온의 수돗물 또는 순수에 2∼5일간 넣고, 리튬 이온을 완전히 제거함으로써, 순수한 야잠 견 피브로인 수용액을 제조할 수 있다.
이렇게 하여 제조된 야잠 견 피브로인 수용액을 폴리에틸렌막 등의 기판 상에 펴, 실온에서 증발 건조 고화함으로써 야잠 견 피브로인 막을 제조할 수 있다.
가잠 유래의 견 단백질과 야잠 유래의 견 단백질의 양자가 수용액 상태에서 잘 혼합될 수 있다면, 양자의 혼합수용액을 증발 건조 고화함으로써 복합체를 제조할 수 있고, 가잠 견 피브로인 단독이나 야잠 견 피브로인 단독 재료와는 다른 생분해성, 투명성, 부착안정성, 그 외의 생화학성이, 얻어진 하이브리드 막에 발현될 것이라는 견지로부터, 상기와 같이 하여 얻어진 가잠 견 피브로인 수용액과 야잠 견 피브로인 수용액을 사용하여, 가잠 견 피브로인과 야잠 견 피브로인의 하이브리드 막을 제조하는 방법에 대해 다음에 설명한다.
(C) 가잠 견 피브로인과 야잠 견 피브로인의 하이브리드 막 :
상기와 같이 하여 제조된 가잠 견 피브로인 수용액과 야잠 견 피브로인 수용액을 비이커속에 소정량 넣고, 수용액이 겔화되지 않도록 유리봉으로 조심스럽게 천천히 교반ㆍ혼합한다. 이렇게 하여 얻어진 혼합수용액을 폴리에틸렌 막 등의 기판 상에 펴서 실온에서 증발 건조 고화시킴으로써, 투명한 하이브리드 막을 제조할 수 있다. 가잠 견 피브로인 수용액, 야잠 견 피브로인 수용액의 농도는 양자 모두 0.1∼3중량% 정도가 바람직하고, 0.4∼2중량%가 특히 바람직하다.
이하 서술하는 가잠 견 피브로인 수용액 또는 야잠 견 피브로인 수용액과 제2 물질의 수용액의 혼합도 동일하게 수행된다.
또한 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인의 하이브리드 제조방법은 본 발명자에 의해 보고되어 있다 (M. Tsukada et al., Journal of Applied Polymer Science, 32, 1175-1181(1994)). 그러나, 이 논문에는 생분해성을 언급하는 기술도 시사도 일체 없다.
(D) 가잠 또는 야잠 견 피브로인과 셀룰로오스의 하이브리드 막 :
가잠 견 피브로인과 셀룰로오스로 이루어지는 하이브리드 막은 다음과 같이하여 상기 서술한 가잠 견 피브로인 수용액과 셀룰로오스 수용액을 혼합함으로써 제조할 수 있다.
먼저 가잠 견 피브로인 섬유 및 특별한 정제를 하지 않은 시판품의 분말 셀룰로오스 (Fluka사 제조) 를, 각각 구리암모늄 수용액 ([Cu(NH3)4](OH2)) 에 용해시켜 각각의 수용액을 제조한다. 이어서 가잠 견 피브로인 섬유와 셀룰로오스가 소정 혼합비로 되도록 2종류의 수용약을 겔화, 침전, 응고 반응이 일어나지 않도록 충분히 주의하여 천천히 교반ㆍ혼합한다. 이렇게 하여 제조한 혼합수용액을 수평면에 설치한 유리판 등의 기판 상에 천천히 펴고, 편 혼합수용액 표면에 아세톤과 아세트산으로 이루어지는 혼합 용액을 조심스럽게 첨가하여, 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스를 응고시키면서, 혼합수용액 중에 함유되는 금속 착체를 제거한다. 그 후, 글리세린과 물의 혼합 용액 및 물로 세정하고 실온에서 건조시킴으로써, 견 피브로인과 셀룰로오스의 하이브리드 막을 제조한다.
야잠 견 피브로인의 경우도, 상기 가잠 견 피브로인의 경우와 동일하게 하여 하이브리드 막을 제조할 수 있다.
또한 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스의 하이브리드의 제조방법은, 본 발명자에 의해 보고되어 있다 (G. Freddi et al, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 56, 1537-1545(1995). 그러나 이 논문에는 생분해성을 언급하는 기술도 시사도 일체 없다.
(E) 가잠 또는 야잠 견 피브로인과 키틴, 키토산 및 키토산 유도체와의 하이브리드 막 :
가잠 견 피브로인과 키틴, 키토산 및 키토산 유도체로 이루어지는 하이브리드 막은 다음과 같이 하여 가잠 견 피브로인 수용액과 키틴, 키토산 또는 키토산 유도체의 수용액을 혼합함으로써 제조할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 키토산 유도체는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 키틴, 키토산으로부터 유도된 카르복실화된 카르복시메틸키틴 (이하 CMK로 약칭하는 경우도 있음), 카르복시메틸키틴의 Na염, 글리콜키토산 등이어도 된다.
본 발명에 사용되는 키틴은, 중하, 블랙타이거 등의 해양성 갑각류 유래의 것이어도 되고, 곤충의 외피를 덮는 키틴이어도 동일하게 이용할 수 있다. 갑각류나 곤충의 외피는 탄산칼슘 등의 무기물이나 단백질을 함유하기 때문에, 키틴을 단리하기 위해서는 종래 공지된 방법으로 키틴 이외의 협잡물을 제거하면 된다. 또 간편하게는 분말 형상의 키틴의 상품 (와꼬쥰야꾸공업주식회사 제조) 을 사용해도 된다.
키틴을 수용성으로 하기 위해서는, 먼저 분말 형상의 키틴을 진한 가성 알칼리 (예를 들어 수산화나트륨 등) 수용액에 현탁하고, 감압하에서 소정 시간 교반한다. 이어서 얻어진 분말 키틴을 도데실황산나트륨 등의 표면활성제를 함유하는 진한 가성 알칼리 수용액 중에 넣고 뒤섞어 저온 (예를 들어 -20℃) 에서 하룻밤 방치함으로써, 또는 얻어진 분말 키틴을 액체 암모니아 중 (-33℃) 에 현탁하고, 이것에 금속 칼륨을 첨가함으로써, 키틴의 C6 및 C3위 수산기의 수소가 나트륨 또는 칼륨으로 치환된 알칼리 키틴을 제조한다. 이렇게 하여 얻어진 알칼리키틴을 압착하고, 미세하게 분쇄한 얼음 속에 분산시키며, 이것에 이환화탄소 등을 첨가하여 황화시켜 키틴 황화물을 얻는다. 이 황화물을 사용하여 수용액을 제조할 수 있다.
또 알칼리키틴과 에폭시 화합물 또는 알칼리나 알칼리할로겐을 반응시킴으로써, o-알릴 유도체나 o-알킬 유도체를 제조할 수 있다. 또한 알칼리키틴에 에틸렌클로로히드린 (2-클로로에탄올) 을 반응시키면 에틸렌글리콜키틴이, 또 알칼리키틴에 클로로아세트산을 반응시키면 o-(카르복시메틸)키틴을 제조할 수 있다. 에틸렌글리콜키틴을 진한 가성 알칼리 수용액 (예를 들어 40% 수산화나트륨 수용액) 중에서 소정 반응조건에서 (예를 들어 100℃에서 5시간) 교반하면서 반응시키면, 키틴 분자 상의 아세트아미드기가 가수분해되어 유리된 아미노기로 되고, 수용성의 글리콜키토산이 얻어진다. 이 글리콜키토산을 함유시켜, 키토산은 산수용액, 예를 들어 넓은 농도범위의 아세트산 수용액에 용이하게 용해된다.
상기 글리콜키토산 수용액에 가잠 견 피브로인 수용액을 첨가하여 만드는 혼합수용액을 폴리에틸렌 막 등의 위에 펴서 증발 건조 고화시켜, 글리콜키토산과 가잠 견 피브로인의 투명하고 소프트한 막 형상의 복합체 (하이브리드 막) 를 제조할 수 있다. 글리콜키토산 대신에 다른 키토산 유도체의 수용액이나 수용성으로 한 키틴의 수용액을 사용한 경우도, 동일하게 하여 하이브리드 막을 제조할 수 있다.
야잠 견 피브로인의 경우도 상기 가잠 견 피브로인의 경우와 동일하게 하여 하이브리드 막을 제조할 수 있다.
(F) 가잠 또는 야잠 견 피브로인과 양모 케라틴의 하이브리드 막 :
본 발명에서 이용할 수 있는 것은 양모 케라틴 섬유를 비롯하여 다음과 같이 하여 제조할 수 있는 케라틴 수용액 및 S-카르복시메틸케라틴 (CMK) 수용액 등이다. 이들 수용액은 종래 공지된 방법으로 제조할 수 있다.
먼저, 양모 섬유를 용해하기 위해 질소분위기 중에서 환원제 (예를 들어 메르캅토에탄올, 티오글리콜산 등) 를 사용하여 분자 간의 Cys 결합을 절단하고, 케라틴 분자를 환원하여 가용화한다. 메르캅토 에탄올을 사용하는 경우에는, 요소용액 중에서 환원처리를 수행하면 된다. 이 경우, 요소의 농도는 일반적으로 7.5∼8.8M, 바람직하게는 7.8∼8M 이다. 또 티오글리콜산을 사용하는 경우에는 1∼4%의 NaCl을 첨가하면 된다.
예를 들어 환원제로서 작용하는 메르캅토에탄올을 사용하는 경우, 양모 섬유를 상기 농도의 요소 수용액에 침지하고, 탈기시킨 후, 질소분위기하에서, 45℃ 이하, 바람직하게는 20∼25℃의 온도에서, 메르캅토에탄올을 10g의 양모 조직에 대해 3∼5㎖의 비율로 첨가하고, 소정 시간 (예를 들어 약 3시간) 교반한다. 이렇게 하여 양모 케라틴 분자가 환원되고, SH기를 갖는 케라틴이 얻어진다. 이어서 이것을 셀룰로오스제 투석막에 넣고, 양 단을 재봉사로 묶어, 순수로 충분히 투석하고, 요소, 과잉의 메르캅토에탄올을 제거하여 양모 케라틴 수용액을 얻는다. 이 양모 케라틴 수용액은 본 발명에서의 제2 물질의 수용액으로서 상기와 동일하게 이용할 수 있다.
또 상기와 같이 하여 얻어진 SH기를 갖는 양모 케라틴을 다시 알킬화제, 예를 들어 (치환) 알킬할라이드 등의 이미 공지된 알킬화제와 반응시켜, S-(치환)알킬케라틴으로 하면, 이 수용액도 역시 본 발명에서 이용할 수 있다. 이 알킬화는 공지된 방법에 따라 수행하면 된다. 일례로서 알킬화제로서 요오드아세트산을 사용한 경우에 대해 설명한다. 상기 환원 케라틴에 질소분위기 중, 20∼25℃의 온도에서 교반하면서 10g의 양모조직에 대해 요오드아세트산 (분자량 185.95) 을 10∼17g의 비율로 첨가하여 반응시킨다. 1∼2시간 후, pH를 거의 8.5로 조정하고, 순수를 사용하여 투석함으로써 과잉의 요오드아세트산를 제거하여, S-카르복시메틸케라틴 수용액을 얻는다.
상기와 같이 하여 제조한 환원 케라틴 수용액이나 S-카르복시메틸케라틴 수용액에 가잠 견 피브로인 수용액을 첨가하여 혼합수용액을 제조하고, 이 혼합수용액을 폴리에틸렌 막 등의 기판 상에 펴고, 건조 고화시켜, 환원 케라틴이나 S-카르복시메틸케라틴과 가잠 견 피브로인으로 이루어지는 하이브리드 막을 제조할 수 있다.
야잠 견 피브로인의 경우도 상기 가잠 견 피브로인의 경우와 동일하게 하여 하이브리드 막을 제조할 수 있다.
(G) 가잠 또는 야잠 견 피브로인과 폴리비닐알코올의 하이브리드 막 :
폴리비닐알코올 (PVA, 와꼬우쥰야꾸공업주식회사 제조, 평균중합도 : 약 2000) 을 열수에 넣고, 교반장치를 사용하여 천천히 용해시켜, 소정 농도의 PVA 수용액 (예를 들어 0.5중량%의 PVA 수용액) 을 제조한다. 이 PVA 수용액에 가잠 견 피브로인 수용액을 적당량 넣고, 실온에서 30분 이상 정치하고, 가잠 견 피브로인과 PVA의 복합 수용액을 제조한다. 이것을 폴리에틸렌 막 등의 기판 상에 펴서 1일에 걸쳐 수분을 중발시키면, PVA 와 가잠 견 피브로인으로 이루어지는 투명한 하이브리드 막을 제조할 수 있다.
야잠 견 피브로인의 경우도 상기 가잠 견 피브로인의 경우와 동일하게 하여 하이브리드 막을 제조할 수 있다.
또한 PVA 와 가잠 견 피브로인의 하이브리드의 제조방법은, 본 발명자에 의해 보고되어 있다 (M. Tsukada et al., Journal of Applied Polymer Science, 32, 243-248(1994)). 그러나 이 논문에도 생분해성을 언급하는 기술도 시사도 일체 없다.
상기 서술한 바와 같이 가잠 유래의 견 단백질, 야잠 유래의 견 단백질, 제2 물질은 수용액 상태에서 잘 혼합할 수 있고, 이 혼합수용액으로부터 하이브리드 막을 제조할 수 있다. 이 하이브리드 막에는, 가잠 견 피브로인 단독 또는 야잠 견 피브로인 단독의 재료와는 다른 생분해성, 투명성 (광선투과성), 세포증식성, 그 외의 생화학성이 발현될 수 있다. 하이브리드 막은 또 우수한 금속이온 흡착성이나 박리저항성 등을 갖는다. 이 경우, 가잠 견 피브로인 수용액, 야잠 견 피브로인 수용액, 제2 물질의 수용액으로부터 하이브리드 막을 얻기 위해서는, 각각의 수용액 농도가 상기 서술한 바와 같이 0.1∼5중량%, 바람직하게는 0.4∼3중량%의 범위 내에 있으면 되고, 이에 의해 질적으로 균일한 하이브리드 막이 얻어진다. 또한 가잠 견 피브로인 수용액과 야잠 견 피브로인 수용액, 및 가잠 견 피브로인 수용액 또는 야잠 견 피브로인 수용액과 제2 물질의 수용액은 임의의 비율로 혼합할 수 있기 때문에, 원하는 대로 복합체의 조성비를 임의로 설정할 수 있다.
가잠 견 피브로인과 야잠 견 피브로인을, 또 가잠 견 피브로인 수용액 또는 야잠 견 피브로인 수용액과 제2 물질 수용액을 혼합하기 위해서는, 이들 수용액을 유리봉으로 천천히 교반ㆍ혼합하면 된다. 2액 혼합이 급격하거나, 교반상태를 과격하게 하면, 견 피브로인 분자에 전단 응력이 가해져, 수용액이 응고되어 버려 균일하게 혼합되지 않는 경우가 있다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료의 형상은 시트 형상 또는 막 형상이어도 되고, 분말 형상, 비드 형상, 겔 형상, 섬유 형상, 튜브 형상, 또는 중공사 형상 등의 임의의 형태의 것이어도 된다.
본 발명에서는 생분해성 생체고분자 재료의 생분해성은, 소정 농도의 단백질 가수분해 효소를 함유하는 완충액으로 일정 시간 처리함으로써 평가할 수 있다. 즉, 소정 활성을 갖는 효소를 소정의 완충액에 용해하여 제조한 효소분해 수용액을 사용하여, 37℃에서 일정 시간 효소분해 처리를 수행하여 소화 (가수분해) 시킨다. 효소에 의해 생분해성 생체고분자 재료가 소화되는 정도를 시료의 중량변화로부터 구하여 생분해 정도를 평가한다.
이 가수분해의 정도는 사용하는 효소의 종류, 효소 농도, 효소 분해 처리시간, 또는 피처리재료의 차이가 크게 영향을 준다. 또 재료가 견 단백질 섬유인지 견 단백질 막인지에 따라서도 크게 다르다. 누에가 제조한 견 단백질 섬유는 섬유 구조를 갖고 있어 섬유 분자 간의 수소결합밀도가 크므로, 가수분해효소수용액에 넣어도 분해되기 어렵다. 따라서 견 단백질 섬유는 그대로 생분해 실험을 위한 시료로서 이용할 수 있다. 한편 섬유를 일단 중성염 중에서 용해하여 제조한 견 단백질 막인 견 피브로인 막 등은 물을 빨아 팽윤되고, 최종적으로는 용해되어 버린다. 생분해 실험에서는 효소를 함유한 완충액 중에서의 분해 거동을 조사하기 위해, 제조된 견 피브로인 막의 상태에서는 생분해 실험을 할 수 없으므로, 실험시료로 사용하기 위해서는 수불용화처리를 할 필요가 있다. 수불용성으로 하기 위해서는, 예를 들어 메탄올, 에탄올 등의 알코올 수용액에 침지처리함으로써, 또는 종래 공지된 에폭시 화합물, 포르말린 등의 알데히드를 사용함으로써 수행될 수도 있다. 예를 들어 20∼80% 메탄올 수용액에 통상 5∼10분 침지, 바람직하게는 40∼60% 메탄올에 5∼10분 침지함으로써 수불용화할 수 있다. 구체적으로는 예를 들어 50% v/v 메탄올 수용액 등에 실온에서 1분 이상 가볍게 침지처리하여 실온에서 풍건시키면 된다.
또 견 피브로인 막 이외에도, 증발 건조 고화의 과정에서 얻어진 직후의 복합체의 대부분은 물에 가용이다. 통상 대부분의 사용시에 수불용성인 것이 요망되므로, 그 경우에는 메탄올 처리로 수불용성으로 하면 된다. 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스의 복합체 또는 가잠 견 피브로인과 폴리비닐알코올의 복합체는 얻어진 직후에는 수가용성이다. 이 복합체를 메탄올 처리함으로써, 견 피브로인은 수불용성으로 되지만, 셀룰로오스 성분이나 폴리비닐알코올 성분은 메탄올에서는 수불용성으로 되지 않는다. 이와 같은 복합체에 대해서는 포르말린 등의 강한 가교작용이 있는 시약으로 가교반응하면 된다.
본 발명에서는 단백질 가수분해효소 (소화효소) 로서는 임의의 효소를 이용할 수 있다. 기질의 절단부위가 명확한 효소이어도 되고, 절단부위가 특정할 수 없는 효소이더라도 동일하게 이용할 수 있다. 본 발명의 생분해성 생체고분자 재료는, 예를 들어 프로테아제, 콜라게나아제, 키모트립신 등의 효소에 의해 생분해된다. 상기 서술한 바와 같이 이들 효소를 사용하여 생분해성을 평가하기 위해서는, 효소활성을 최대로 유지할 수 있는 소정 pH의 완충액을 사용하는 것이 바람직하다. 효소분해에 사용하는 효소와 완충액의 조합은 특별히 한정되지 않는다. 효소와 완충액의 바람직한 조합으로는, 예를 들어 콜라게나아제에는 50㎖ TES (완충액) 또는 50mM CaCl2(pH7.4), 키모트립신에는 50mM Tris (완충액) 또는 5mM CaCl2(pH7.8), 프로테아제에는 40mM 인산칼륨 (완충액) (pH7.5) 등이 있다. 완충액의 pH는 낮은 이온강도의 붕산완충액이 바람직하게 사용되고, 그 pH 영역은 대략 pH7∼8이다.
가수분해효소 수용액의 농도는 기질로서의 단백질의 종류에 의존하고, 통상은 0.1∼0.8㎎/㎖, 바람직하게는 0.2∼0.5㎎/㎖이다. 효소농도가 0.1㎎/㎖ 미만이면 가수분해의 효율이 좋지 않고, 또 0.8㎎/㎖를 초과하면 경제적인 생분해 실험을 수행할 수 없다.
본 발명자의 한 사람은 먼저 가잠 견 피브로인 섬유를 용해하여 제작한 가잠 견 피브로인 막 및 가잠 견사를 프로테아제에 의해 생분해시켜 시간의 경과에 따른 셍분해 거동을 밝혔다 (Minoura et al., Biomaterials, 1990, Vol 11 August, 430-434). 상기 가잠 견 피브로인 막은, 프로테아제 용액 중에서는 가수분해가 상당량 진행되는데 대하여, 가잠 견사는 가수분해가 진행되지 않음을 밝혔다. 그러나 이 가잠 견사의 화학구조와는 전혀 다른 1차 구조를 갖는 견 단백질에 야잠 유래의 견 재료가 있고, 야잠 견사나 야잠 견 피브로인 막의 생분해성에 대해서는 아직 전혀 보고되어 있지 않다.
본 발명에 의하면, 분말 형상의 생분해성 생체고분자 재료는, 가잠 견 피브로인 수용액 단독, 야잠 견 피브로인 수용액 단독, 가잠 견 피브로인 수용액과 야잠 견 피브로인 수용액의 혼합수용액, 또는 가잠 견 피브로인 수용액 또는 야잠 견 피브로인 수용액과 셀룰로오스 등의 제2 물질의 수용액으로 이루어지는 혼합수용액을 이미 공지된 방법으로 동결 건조시키면 얻어진다. 즉, 이들 수용액을 -10℃ 정도에서 동결시킨 후, 감압분위기하에 방치하여 시료의 수분을 제거함으로써 분말 형상 재료를 얻을 수 있다. 또 겔 형상의 생분해성 생체고분자 재료는, 상기 각 시료 수용액의 pH를 산성영역, 예를 들어 4.4 이하로 하고, 수용액 전체를 응고시켜 겔화함으로써 얻어진다. 막 형상의 생분해성 생체고분자 재료는, 상기 각 시료 수용액을 유리판 또는 폴리에틸렌 막 등의 기판 상에 펴서, 시간을 두고 수분을 증발 건조시킴으로써 얻어진다.
상기 분말 형상, 겔 형상, 막 형상의 생분해성 생체고분자 재료는 모두 수가용성이므로, 원하는 대로 수불용성으로 하기 위해서는, 상기 서술한 바와 같이 알코올 수용액에 침지처리함으로써 수행된다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료가 가수분해효소의 작용을 받아 생분해되기 쉬운 정도는, 효소농도, 완충액, 가수분해시간, 수불용화정도, 및 가잠 견 피브로인 함유율에 의해 결정된다. 따라서 생분해되기 쉬운 재료는, 물에 대한 불용화 정도를 경미하게 하여 수가용성으로 하거나, 가잠 견 피브로인의 함량을 많게 하거나 하여 제조할 수 있다. 견 피브로인 막과 같이 섬유 구조를 갖지 않은 견 소재는, 견 피브로인 섬유와는 다르게 효소에 의한 가수분해를 받기 쉽다. 특히 복합체 (하이브리드) 가 생분해되기 쉬운 정도는, 가잠 견 피브로인이나 야잠 견 피브로인의 불용화의 정도, 제2 물질로서 어느 화합물을 선택할 것인지, 가잠 견 피브로인 또는 야잠 견 피브로인과 제2 물질의 조성비, 효소의 종류, 효소농도, 처리시간에 의해 결정되므로, 원하는 목적에 맞춰 하이브리드의 제조조건, 조성비, 또는 생분해조건을 변경하여 적절히 실시할 수 있다.
생체 조직에 대해 친화성은 양호하지만, 단백질 가수분해효소에 대해 분해되기 어려운 유기 고분자 (제2 물질) 와 견 피브로인을 하이브리드화시킴으로써 생체적합성이 양호한 생분해성 생체고분자 재료를 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료는 프로테아제, 콜라게나아제, 키모트립신 등의 효소의 작용이 미치는 기질이 되는 재료끼리의 하이브리드이어도 되고, 기질이 될 수 있는 고분자 재료에 기질이 될 수 없는 제2 물질을 하이브리드화시킨 것이어도 된다. 이들 3종류의 효소가 작용하는 기질이 될 수 있는 단백질에는 가잠 견 피브로인, 야잠 견 피브로인, 양모 케라틴 등이 있다. 이들 기질이 될 수 있는 재료에 기질이 될 수 없는 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 폴리비닐알코올 등의 천연 고분자를 하이브리드화했을 때, 하이브리드 중의 천연 고분자의 함량이 많아지면, 생분해량이 서서히 감소되는 경향이 있다.
예를 들어 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스로 이루어지는 막 형상 하이브리드의 경우, 가잠 견 피브로인이 단백질 분해효소에 의해 용이하게 분해되는 점에서, 가잠 견 피브로인의 함유율이 많을수록 생분해 정도를 제어하는 것이 용이하다. 그러나 가잠 견 피브로인은 셀룰라아제에 대해서는 이 반대가 되므로, 셀룰로오스 함량이 많을수록 전체적으로는 생분해량이 저하되게 된다. 이와 같이 효소의 기질이 되는 단백질과 기질이 되지 않는 제2 물질의 배합비율을 변경함으로써, 원하는 대로의 생분해율을 갖는 생분해성 생체고분자 재료를 제조할 수 있다.
본 발명에서 이용할 수 있는 생체고분자로서는 특별히 제약은 없고, 상기 서술한 바와 같이 가잠, 야잠 유래의 견 단백질 (예를 들어 견 피브로인, 견 세리신) 또는 동물 유래의 케라틴 (양모 케라틴), 콜라겐, 젤라틴이어도 된다. 예를 들어 가잠 또는 단백 유래의 견 단백질, 또는 야잠인 천잠, 작잠, 에리잠, 애일랜더스잠 유래의 견 단백질이 사용된다. 가잠, 야잠 유래의 견섬유, 견섬유 제품 또는 그 섬유 집합체, 또는 동물 섬유의 케라틴 섬유, 케라틴 섬유 제품이어도 된다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료는 금속이온 흡착재로서 유용하다. 특히 본 발명의 생분해성 생체고분자 재료인 복합체 (하이브리드) 를 은이온, 구리리온, 코발트이온 등의 항균성 금속이온을 함유하는 수용액 중에 침지하면, 이 금속이온을 다량으로 흡착하므로, 금속이온이 흡착된 복합체는 항균성 소재로서 유용하다. 또 이 생분해성 생체고분자 재료를 폐수 중에 침지하면, 폐수 중의 각종금속이온 (예를 들어 Cu2+, Ni2+, Vo2+, Zn2+, Co2+, Al3+등의 비금속, 및 Yb, Nd, Pr, La 등의 희토류원소) 을 흡착하므로, 폐수 중의 금속이온의 흡착소재로서도 유용하다. 흡착된 금속이온은 적절히 회수하거나 폐기처분할 수 있다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료, 특히 복합체에, 수용성 의약품이나 생리활성물질 등의 유용물질을 포괄 또는 고정시킨 것을, 예를 들어 생체내에 매립하면, 체액 중의 단백질 분해효소 등에 의해, 이 재료를 가수분해적으로 분해ㆍ열화하면서 의약품이나 약리성분을 서서히 방출하도록 할 수 있다. 따라서 이 재료를 유용물질의 서방성 담체로서 사용할 수 있다. 이 때 생분해성을 경미하게 하기 위해서는 가잠 또는 야잠 유래의 견 피브로인 섬유를 사용해도 되고, 분해되기 쉬운 재료로 하기 위해서는, 가잠 견사 또는 야잠 견사를 중성염으로 용해하고, 이것을 셀룰로오스제 투석막으로 탈염한 수용액을 건조 고화시켜 얻어지는 막 형상 시료를 사용하면 된다. 가잠 견 피브로인 막은 야잠 견 피브로인 막보다도 생분해되기 쉽기 때문에, 생분해되기 어려운 가잠 견 피브로인과 야잠 견 피브로인의 복합체로 하기 위해서는 야잠 견 피브로인 함량을 많게 하면 된다.
상기 서술한 바와 같이 본 발명의 생분해성 생체고분자 재료, 특히 복합체를 생체내에 매립하여 사용하면, 프로테아제, 키모트립신, 콜라게나아제 등에 의한 체내에 존재하는 효소의 작용으로 최종적으로는 물이나 이산화탄소 등의 저분자로까지 분해되어 결국에는 체외로 배설된다. 생분해되기 쉬운 가잠 견 피브로인과의 하이브리드 막은 생분해되기 어려운 가잠 견 피브로인 섬유와는 다르게, 생체내에 매립해도 비교적 단시간에 생분해되는 성질이 있기 때문에, 수복가능한 손상 생체 조직의 치유의 일시적인 보조를 위해, 또는 상기 서술한 바와 같이 약물의 서방 담체로서도 사용할 수 있다. 이와 같은 생체내 분해흡수성 재료는 절개 창부 봉합, 지혈, 골고정, 조직재생용 기반, 유착방지 등의 용도로 사용할 수 있다.
가잠 견 피브로인 또는 야잠 견 피브로인에 제2 물질을 하이브리드함으로써, 하이브리드 (복합체) 표면에서는, 가잠 견 피브로인 또는 야잠 견 피브로인 단독의 표면 또는 제2 물질 단독의 표면에는 볼 수 없는 우수한 생화학 특성이 발현된다는 현저한 효과가 얻어진다. 예를 들어 생체 표면의 증식율은, 복합체 표면의 것이 가잠 견 피브로인 단독, 야잠 견 피브로인 단독, 또는 제2 물질 단독의 표면보다도 우수하다. 또 가잠 견 피브로인에 야잠 견 피브로인을 하이브리드함으로써, 또는 가잠 견 피브로인 또는 야잠 견 피브로인에 셀룰로오스 등의 제2 물질을 하이브리드함으로써, 가잠 견 피브로인 또는 야잠 견 피브로인 단독의 막보다도, 성형성, 투명성이 향상됨과 동시에, 세포부착성이 양호한 재료로 된다. 또한 복합체는 내마모성도 높으므로, 또 복합체 표면에서는 단독의 단백질의 경우보다도 생체 세포의 증식성이 향상되기 때문에 바이오 분야의 세포증식 기재로서도 이용할 수 있다.
또 셀룰로오스 유도체는 식품첨가제, 화장품, 의약품 첨가제, 항혈전제와 같은 의약품에도 활용되기 때문에, 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스로 이루어지는 복합체는, 셀룰로오스와 동일한 용도를 기대할 수 있다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료는 또, 1회용 위생용품이나 가정용품,지수재, 토양개량재, 결로방지제, 농원예용 보수제 등의 흡수성 수지로서 이용할 수 있는 흡수특성을 갖고 있고, 이와 같은 생분해성을 갖는 흡수성 재료를 복잡한 공정을 거치지 않고 저가로 제공할 수 있다. 따라서 종래부터 알려져 있는 흡수성 수지의 모든 용도에 적용할 수 있다. 예를 들어 기저귀나 생리용품으로 대표되는 위생분야, 퍼프제 용도 등에서의 의료분야, 슬러지 겔화제 등으로서의 토목ㆍ건축분야, 식품분야, 공업분야, 토양개량제나 보수제 등으로서의 농업ㆍ원예분야 등의 다종다양한 분야에 이용할 수 있다.
실시예
다음으로 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명은 이들 예에 의해 한정되지 않는다. 또한, 이하에서 나타내는 %는 특별한 기재가 없는 한 중량%이다.
먼저 각종 시험방법에 대해 설명한다.
(1) 기계적 성질의 측정 :
시마즈 제조의 인스트론 (오토그래프 AGS-5D) 을 사용하여, 피측정 시료길이 50㎜, 인장속도 10㎜/min, 챠트풀스케일 250g의 측정조건 하에서, 절단시의 견사의 강도와 신도의 값을 측정하였다. 또한 측정값은 20회 반복 시험의 평균값을 의미한다.
(2) 생분해성 생체고분자 재료로의 금속이온의 흡착 및 정량 방법 :
피측정 시료를 질산칼륨을 함유하는 0.5mM의 금속염 수용액 (암모니아수를 첨가하여 pH를 11.4로 조정) 에 실온에서 30시간 침지함으로써 금속이온을 흡착시켰다. 또한 시료에 대한 금속이온 흡착은 금속염 수용액 (pH8.5로 조정) 에서의 침지에 의해 수행하였다.
피측정 시료에 흡착한 금속이온을, 파킨 엘마사 제조의 플라스마 원자 흡광 스펙트로미터 (ICP-AES) 를 사용하여 분석하였다. 5∼10㎎의 시료를 마이크로웨이브 가수분해로 (MDS-81DCCEM) 를 사용하여 2㎖의 65% 질산으로 완전히 가수분해하고, 실험시에 추가로 10㎖의 물을 첨가하여, ICP-AES 분석을 수행하였다. 금속이온의 흡착량은 시료 중량당의 금속이온량을 m㏖로 표시하였다.
(3) 효소분해처리 :
생분해 처리 실험에 사용하는 효소를 가수분해에 최적한 완충액에 용해한다. 이것을 멸균한 100㎖의 유리제 비이커에 넣고, 피측정 시료를 넣은 후, 37℃에서 소정 시간 효소분해처리를 수행한다. 효소의 「유」,「무」에 관계없이 일정 시간 처리한 후의 생분해 정도는 중량잔류율로 표시하였다. 생분해 실험 전후의 시료중량을 각각 Wi, We로 하면, 중량잔류율은 {(Wi-We)/Wi}×100(%) 로 표시된다.
이와 같이 「중량잔류율」이란 생분해 전의 시료중량에 대한 가수분해 후의 시료 잔존 중량을 퍼센트 표시한 것이다. 이 값이 작을수록 시료가 가수분해되어 다량으로 감량되고 생분해되기 쉬운 것을 의미한다.
(4) 생분해 속도 :
피측정 시료를 효소로 가수분해할 때의 가수분해속도의 정도를 다음과 같이하여 평가하였다. 생분해 실험을 시작할 때의 시료중량을 100으로 하고, 생분해를 개시하여 50시간 후의 생분해된 시료중량을 %표시한 것을 생분해 속도로 하였다. 따라서 효소에 의해 생분해가 일어나기 쉬운 시료일수록 생분해 속도의 값은 크다.
(5) 푸리에(Fourier) 변환 적외흡수 스펙트럼 :
파킨엘마사 제조의 FT-IR (푸리에변환 적외흡수 스펙트럼) 측정장치를 사용하여 피측정 시료의 분자형태에 관한 흡수 스펙트럼을 관찰하였다. 측정파수는 2000∼400㎝-1, 측정 반복 수는 20회였다.
(6) 내마모시험 :
마찰시험장치로서 학진형 염색물 마찰견뢰도 시험기 Π형을 사용하여, 각종 견 단백질 등의 박막시료로 피복한 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 막을 이 마찰시험기에 세트하고, 마찰자에 장착한 시료와 시험대 위의 시료가 일정한 하중으로 가볍게 서로 문지르도록, 하중 500g의 마찰자를 10회 왕복운동시켜 마찰시험을 수행하였다. 마찰시험기에 걸기 전후의 시료의 FT-IR 스펙트럼을 측정하여, 흡수 피크의 흡수파수를 평가하였다. 마찰처리 후에 FT-IR의 흡수강도가 감소된 것은 PET 막 표면 위의 시료 박막이 박리되기 쉬운 것으로 평가하였다.
(7) 가잠 견 피브로인 막의 결정화도 지수 :
각종 효소로 가수분해한 가잠 견 피브로인 막의 결정화도 지수를 다음의 방법으로 평가하였다. 푸리에변환 적외흡수 스펙트럼 (FT-IR) 으로서 ATR 다이아몬드셀 (SPECAC) 를 장비한 Nicolet Instrument, Madison, WI 제조의 Nicolet-150P 측정장치를 사용하였다. IR 스펙트럼에서 아미드 Ⅲ 밴드의 파수 1230㎝-1와 1260㎝-1의 피크의 강도를 각각 측정하고, 다음 식에 의해 결정화도 지수 (CI) 를 구하였다. 또한 CI는 강도의 비에 대응하는 수치이기 때문에 단위를 갖지 않는다.
CI=I[1230㎝-1]/I[1260㎝-1]
(8) 아미노산 분석 :
각종 생분해 시간에 대응한 단백질 재료의 아미노산 분석을 수행하였다. 피측정 시료로서 6N 염산에 의해 105℃에서 24시간 가수분해한 것을 사용하였다. 아미노산 분석은 RP-HPLC에 의해 수행하였다.
(9) 식물성 병원세균에 대한 항균성 시험 :
식물성 병원 세균으로서, 보편적인 식물성 병원 세균의 대표이고, 내성균이 출현하기 쉬우며, 많은 식물을 해치는 다범성의 부패병균으로, 식물성 병원세균 중에서도 수가 적은 그램양성균으로서 토마토 궤양병 세균 (학술명 : Corynebacterium michiganese pv. michiganese) 을 선택하여, 복합체 막의 식물병원세균의 증식에 미치는 저해효과에 의한 항균성 평가를 수행하였다.
실시예 중의 세균에 대한 항균활성 평가는 하기의 방법으로 수행하였다.
세균에 대한 항균활성 검정법 :
가열용해 후 55℃로 유지한 반합성 와끼모또 배지 또는 킹 B 배지 25㎖ 와,검정균 (농도 109/㎖) 2㎖를 혼합하고, 이 혼합물을 샤알레에 넣어 평판형상으로 굳혔다. 이 균액 혼합 평판 배지 위에 사방 약 1㎝의 시료 막을 놓고, 시료 전체를 배지에 밀착시켰다. 이것을 20∼25℃로 유지하고, 소정 경과시간마다 검정 시료 부근의 배지에서의 균증식 저해정도를 시료 주위에 나타나는 저지원(inhibiting circle)의 크기를 ㎜ 단위로 실측하고, 저지원의 사이즈 변화로부터 항균활성의 유무, 우열을 평가하였다.
(10) 곤충세포의 증식시험 :
누에의 분말 체액 (닛뽕 농산공업(주) 제조) 5%, 소 태아혈청 5% (Gibco사 제조) 를 함유하는 Grace 배지 (Sigma사 제조, G8142) 및 1%의 페니실린ㆍ스트렙토마이신의 혼합 항생물질을 함유하는 배지를 사용하여 작잠 유래의 Ae 세포, 또는 가잠 유래의 Bm 세포의 배양 실험을 수행하였다. 세포배양 상황은 2일째에 세포배양액 중의 곤충세포를 혈구계산판법으로 관찰하고, 견 피브로인 함유량이 다른 각종 복합체 표면에서의 Ae 세포 및 Bm 세포의 증식 상태를 관찰하였다.
(11) 분자량 측정 :
생분해에 사용한 섬유시료, 또는 막 형상 시료를 소량의 50% (w/v) 티오시안산리튬 수용액에 40℃에서 30분간에 걸쳐 용해시켰다. 이어서 50mM의 인산나트륨 완충액, pH7.2의 0.15M 염화칼륨 수용액, 다시 5M 요소수용액으로 희석하고, 동일한 완충액으로 48시간에 걸쳐 투석하고, 스펙트럼사 제조의 셀룰로오스제 투석막 (Spectra/Por 6, MW10=3.5KDa) 으로 투석한다. 투석한 후 견 피브로인 농도가 1㎎/㎖가 될 때까지 증류수를 첨가하여, 바로 0.2㎛의 포러스 필터로 여과하고, 크리별 배제(size exclusion) 크로마토그래피로 분석하였다. 워터스 크로마토그래픽 시스템 (Waters chromatographic system) 은 온도제어장치를 탑재한 펌프 (mod. 510), 인젝터 (mod. U6K), 굴절검지기 (mod. 410) 를 구비하고 있다. 이 시스템은 크로마토그래피 소프트웨어 (Maxima 820(Waters)) 와 GPC 란타 소프트웨어를 탑재하고 있다. 컬럼온도는 30℃에서 수행하였다. 사용한 컬럼은 Shodex Protein KW-804 (Waters, 8×300㎜), 친수성 OH기로 피복한 다공질의 실리카겔 (pre-column, Shodex Protein KW-G 6×50㎜)를 사용하였다. 주입량은 50∼100㎕, 유출속도는 0.5mK/min 으로 하였다. 유동 상으로서 증류수, 50mM 인산나트륨 완충액, pH7.2의 0.15M 염화칼륨, 5M의 요소를 사용하거나 사용하지 않고 분석하였다.
분자량 표준 마커에는 HMW 및 LMW 겔 필트레이션 보정용 키트 (Pharmacia Biotech.) 를 사용하였다. 또한 254㎚에서 UV 검출을 수행하였다.
분자량 측정에 관련한 용어를 다음에 설명한다.
분자량 : 중량평균분자량으로, 용리곡선으로 둘러싸인 면적을 적분함으로써 구해지는 분자량의 값으로, 시료 중의 각종 분자량을 갖는 전체 펩티드에 의존한다.
피크 분자량 : 용리곡선의 피크 위치에 대응하는 분자량으로, 시료 중에 존재하는 최대 다수의 펩티드의 분자량에 부합된다. 이 경우 분자량 분포는 고려하지 않는다.
(실시예 1 : 가잠 견 피브로인 수용액 및 가잠 견 피브로인 막의 제조)
먼저 가잠 견사를 마르셀(Marcel) 비누 0.2% 및 탄산나트륨 0.05%를 함유하는 혼합수용액 중에 넣고 98℃에서 30분간 끓여 가잠 견사의 외층을 교착하는 세리신을 제거하고 견 피브로인 섬유를 제조하였다. 얻어진 견 피브로인 섬유 10g을 8.5M 브롬화 리튬 수용액에 침지하고, 55℃ 이상에서 15분간 처리하여 견 피브로인 섬유를 용해시켰다. 이 중성염 수용액을 셀룰로오스제의 투석막에 넣고, 양 단을 재봉사로 묶어 5℃의 수돗물에 2일간 넣고 리튬 이온을 완전히 제거하고, 순수한 가잠 견 피브로인 수용액을 제조하였다. 이 견 피브로인 수용액으로부터 일부의 물을 증발시키거나 또는 첨가함으로써, 농도가 다른 견 피브로인 수용액을 제조하고, 이하의 실시예에서 사용한다.
이렇게 하여 제조된 가잠 견 피브로인 수용액을 폴리에틸렌 막 위에 펴고, 실온에서 증발 건조 고화시켜 가잠 견 피브로인 막을 제조하였다.
(실시예 2 : 작잠 견 피브로인 수용액 및 작잠 견 피브로인 막의 제조)
먼저 작잠 견사를 그 중량에 대해 50배량의 0.1% 과산화나트륨 수용액에 침지하고, 98℃에서 1시간 처리하여 작잠 견사의 주위를 덮는 견 세리신 및 탄닌을 제거하고, 작잠 견 피브로인 섬유를 제조하였다. 세리신이나 탄닌을 미리 제거한 작잠 견 피브로인 섬유를 티오시안산리튬 수용액에 용해하고, 이 수용액을 셀룰로오스제 투석막에 넣고, 양 단을 재봉실로 묶어 실온의 수돗물에 2일간 넣고 리튬이온을 완전히 제거하여, 순수한 작잠 견 피브로인 수용액을 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 작잠 견 피브로인 수용액을 폴리에틸렌 막 위에 펴고, 실온에서 증발 건조 고화시켜 작잠 견 피브로인 막을 제조하였다.
(실시예 3 : 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인의 하이브리드 막)
실시예 1 및 2에서 얻어진 가잠 견 피브로인 수용액과 작잠 견 피브로인 수용액의 소정량을 비이커에 넣고, 수용액이 겔화 (침전) 되지 않도록, 유리봉으로 조심스럽게 천천히 교반ㆍ혼합하였다. 이렇게 하여 얻어진 혼합수용액을 폴리에틸렌 막 위에 펴고, 실온에서 증발 건조 고화시켜 투명한 하이브리드 막을 제조하였다.
가잠 견 피브로인 수용액, 작잠 견 피브로인 수용액의 농도는, 양자 모두 0.1∼3 중량%의 범위 내에서 수행하였다. 이 범위 내이면 하이브리드 막을 제조할 때의 수용액의 양은 적절하고, 작업은 효율적으로 수행할 수 있었다. 또 2액의 혼합은 균일하게 수행할 수 있고, 그 결과 질적으로 균일한 하이브리드 막을 제조할 수 있었다.
(실시예 4 : 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스의 하이브리드 막)
먼저 가잠 견 피브로인 섬유 및 특별한 정제를 하지 않은 시판품의 분말 셀룰로오스 (Fluka사 제조) 를, 각각 구리암모늄 용액 ([Cu(NH3)4](OH2)) 에 용해시켜, 각각의 수용액을 제조하였다. 이어서 가잠 견 피브로인 섬유와 셀룰로오스의 중량비가 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 이 되도록 2종류의 수용액을 천천히 교반ㆍ혼합하였다. 이와 같이 하여 제조된 혼합수용액을 수평면에 설치한 유리판 위에 천천히 펴고, 펴진 혼합수용액 표면에 아세톤과 아세트산으로 이루어지는 혼합 용액 (4:1 (v/v)) 을 조심스럽게 첨가하여, 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스를응고시키면서, 혼합수용액 중에 함유되는 금속 착체를 제거하였다. 그 후 글리세린과 물의 혼합 용액 (7:13(v/v)) 및 물로 세정하고, 실온에서 건조시켜, 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스의 하이브리드 막을 제조하였다. 얻어진 막의 막두께는 대략 10∼30㎛이었다.
(실시예 5 : 가잠 견 피브로인과 키틴, 키토산 유도체와의 하이브리드 막)
실시예 1 에서 제조된 가잠 견 피브로인 수용액과 제2 물질로서의 키틴 또는 키토산 유도체의 수용액을 혼합하여, 가잠 견 피브로인과 제2 물질의 키틴, 키토산 유도체의 하이브리드 막을 제조하였다.
먼저 분말 형상의 키틴을 42% 수산화나트륨 수용액에 현탁하고, 감압하 4시간 교반하였다. 이어서 얻어진 분말 키틴을 도데실황산나트륨을 함유하는 60% 수산화나트륨 수용액 중에 넣고 휘저어 -20℃에서 하룻밤 방치함으로써, 또는 얻어진 분말 키틴을 액체 암모니아 중 (-33℃) 에 현탁하고, 이것에 금속칼륨을 첨가함으로써 알칼리키틴을 제조하였다. 이렇게 하여 얻어진 알칼리키틴을 압착하고, 미세하게 분쇄한 얼음 속에 분산시키고, 이것에 이황화탄소를 첨가하여 황화시켜 키틴황화물을 얻었다. 이 황화물의 수용액을 제2 물질의 수용액으로 사용하였다.
또 알칼리키틴과 에틸렌클로로히드린 (2-클로로에탄올) 을 이미 공지된 반응조건하에서 반응시켜 에틸렌글리콜키틴을 제조하고, 이 키틴을 40% 수산화나트륨 용액 중에서 100℃에서 5시간 교반하면서 반응시켜, 수용성의 글리콜키토산을 얻었다. 이 글리콜키토산을 아세트산 수용액에 용해시켜 제2 물질의 수용액으로 사용하였다.
이어서 상기와 같이 하여 얻어진 황화물 수용액 및 글리콜 키토산 수용액의 각각에 실시예 1 에 따라 제조한 가잠 견 피브로인 수용액을 첨가하여 혼합수용액을 제조하였다. 이 혼합수용액을 폴리에틸렌 막 위에 펴고 증발 건조 고화시켜, 키틴황화물 및 글리콜키토산의 각각과 가잠 견 피브로인의 투명하고 소프트한 막 형상의 복합체를 제조하였다.
(실시예 6 : 가잠 견 피브로인과 양모 케라틴의 하이브리드 막)
양모 섬유를 용해하기 위해 질소분위기 중에서 메르캅토에탄올 또는 티오글리콜산을 사용하여 분자 간의 Cys 결합을 절단하고, 케라틴 분자를 환원하여 가용화하였다. 메르캅토에탄올을 사용하는 경우는 8M 농도의 요소용액 중에서 환원처리를 수행하고, 티오글리콜산을 사용하는 경우는 4%의 NaCl 을 첨가하여 환원처리를 수행하였다.
즉, 양모섬유를 8M 농도의 요소 수용액에 침지하고 탈기한 후, 질소분위기하 25℃의 온도에서 메르캅토에탄올을 10g의 양모섬유에 대해 5㎖ 첨가하고, 3시간 교반하여, 양모 케라틴 분자를 환원시켜 SH기를 갖는 양모 케라틴을 얻었다. 이어서 순수를 사용하여 투석하고, 요소, 과잉의 메르캅토에탄올을 제거하여, 양모 케라틴 수용액을 얻었다. 이 양모 케라틴 수용액을 제2 물질의 수용액으로 사용하였다.
또 상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진 환원 양모 케라틴 10g에, 질소분위기하, 25℃의 온도에서 교반하면서 15g의 요오드아세트산을 첨가하여 반응시켰다.2시간 후, pH를 약 8.5로 조정하고, 이것을 셀룰로오스제 투석막에 넣고 양 단을 재봉실로 묶어, 순수를 사용하여 투석함으로써 과잉의 요오드아세트산을 제거하고 S-카르복시메틸케라틴 수용액을 얻었다. 이 수용액을 제2 물질의 수용액으로 사용하였다.
상기와 같이 하여 제조한 환원 양모 케라틴 수용액 및 S-카르복시메틸케라틴 수용액의 각각에 실시예 1 에 따라 제조한 가잠 견 피브로인 수용액을 첨가하여 혼합수용액을 제조하였다. 이 혼합수용액을 폴리에틸렌 막 위에 펴서 건조 고화시켜 환원 케라틴 및 S-카르복시메틸케라틴의 각각과 가잠 견 피브로인으로 이루어지는 하이브리드 막을 제조하였다.
(실시예 7 : 가잠 견 피브로인과 폴리비닐알코올의 하이브리드 막)
폴리비닐알코올 (PVA) 을 85℃의 열수에 넣고, 교반장치를 사용하여 천천히 용해시켜, 실온에서 30분 이상 정치하여 0.5%의 PVA 수용액을 얻었다. 이 PVA 수용액에 실시예 1 에 따라 제조한 0.3중량%의 가잠 견 피브로인 수용액을 첨가하고, 얻어진 혼합수용액을 폴리에틸렌 막 위에 펴서, 하루에 걸쳐 수분을 증발시켜, PVA 와 가잠 견 피브로인으로 이루어지는 투명한 하이브리드 막을 제조하였다.
(실시예 8 : PET 막에 대한 견 피브로인 막의 박리저항)
폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) (상품명 : 테트론) 막 표면에 다음의 방법으로 견 피브로인 막을 부착시켰다. 실시예 1 에 따라 제조한 5%의 가잠 견 피브로인 (BF) 수용액, 실시예 2 에 따라 제조한 3% 작잠 견 피브로인 (TF) 수용액, 또는 이 5%의 가잠 견 피브로인 (BF) 수용액과 5% 작잠 견 피브로인 (TF) 수용액의등량 혼합수용액에 상기 테트론 막을 침지하고, 그 후 취출하여 실온에서 건조시켰다. 각각의 막 (PET/BF, PET/TF, PET/(BF+TF) 로 약기함) 에 대해, ATR (Atenuated Total Reflection) 스펙트럼을 측정하였다. 이 이 ATR 스펙트럼 측정은, 닛뽕분꼬우(주) 제조의 ATR 적외분광광도계 (FT-IR5300) 를 사용하였다 (Resolution 2, 스캐닝 회수 32, 게인 100, Apdization CS 를 사용함). 또 마찰시험기에 의해 막 시료 위에 마찰자를 10회 왕복운동시킨 후, 막 시료의 ATR 스펙트럼을 다시 측정하였다. 마찰시험 전의 시료에 대해 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
시료 파수 (cm-1) 와 흡수강도
PET 1711(vs), 1408(s), 1338(s)
PET/BF 1687(s), 1657(vs), 1554(s), 1408(s), 1338(s), 650(s)
PET/TF 1668(s), 1655(vs), 1408(s), 1338(s), 620(s)
PET/(BF+TF) 1789(s), 1657(vs), 1655(vs), 1408(s), 1338(s), 650(w), 620(s)
표 1 에서 vs, s, w는 각각 스펙트럼의 강도가 매우 강함, 강함, 약함을 의미한다.
표 1로부터 명백하듯이 PET/BF의 ATR 스펙트럼에는, PET에 귀속하는 흡수 (1408, 1338㎝-1) 와, 가잠 견 피브로인에 귀속하는 흡수 (1657, 650㎝-1) 가 중복되어 나타나 있다. 또 PET/TF의 ATR 스펙트럼에서는 PET에 귀속하는 흡수에 추가하여 작잠 견 피브로인에 귀속하는 흡수 (1655, 620㎝-1) 가 중복되어 나타나 있다. 마찰자를 10회 왕복운동시킨 후의 PET/BF 및 PET/TF 의 ATR 스펙트럼은, 이들 견피브로인 막을 부착시키기 전의 PET 자체의 스펙트럼과 동일하였다.
이상의 결과로부터 PET/BF, PET/TF 를 마찰시험기에 걸면, 마찰자가 왕복하는 동안에 PET 표면의 BF 또는 TF가 떨어져 제거된 것을 알 수 있다. 그러나 PET/(BF+TF) 의 경우는, 마찰시험기에 걸어도 PET에 귀속하는 흡수 스펙트럼에 추가하여, BF 에 귀속하는 흡수 스펙트럼 및 TF 에 귀속하는 흡수 스펙트럼이 잔존하었다. 이와 같은 점으로부터 BF+TF는 PET 표면에 확실하게 부착되어 있고, 마찰자로 기계적으로 문질러도 박리되기 어려운 것을 알 수 있다.
또 가잠 또는 작잠 견 피브로인 단독의 수용액, 및 가잠 견 피브로인 수용액과 작잠 견 피브로인 수용액을 소정의 조성비가 되도록, 실온에서 유리봉을 사용하여 조심스럽게 천천히 교반하고 혼합하여 얻은 혼합수용액의 각각의 수용액 중에, 2㎝×3㎝ 크기의 PET 막을 25℃에서 10분간 침지하였다. 이어서 피복된 PET 막을 취출하여, 이것을 실온에서 건조시켰다. PET 막 표면의 견 단백질 막을 불용화시키기 위해, 피복된 PET 막을 50% 메탄올 수용액에 5분 침지하고, 꺼내 실온에서 건조시켰다. 이렇게 하여 만든 처리 막을 상기 불용화 처리하지 않은 막의 경우와 동일하게 ATR 스펙트럼의 분석측정을 수행하였다.
그 결과, 가잠 견 피브로인 막 단독의 경우는, PET 막에 의거하는 흡수 외에 가잠 견 피브로인 막에 의한 흡수가, 또 작잠 견 피브로인 막 단독의 경우는, PET 막에 의거하는 흡수 외에 작잠 견 피브로인 막에 의한 흡수가, 또 하이브리드 막의 경우는, PET 막에 의거하는 흡수 외에 가잠 견 피브로인 막과 작잠 견 피브로인 막에 의한 흡수가 관찰되었다. 이것은 PET 막의 표면에 가잠 견 피브로인 막, 작잠 견 피브로인 막, 하이브리드 막이 피복되어 있는 것을 의미한다.
이어서 PET 막 표면을 가잠 견 피브로인 막, 작잠 견 피브로인 막, 및 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인의 하이브리드 막으로 피복한 것을 사용하여, PET 막에 대한 각 피복 막의 박리저항을 상기 방법으로 평가하였다.
그 결과, 가잠 견 피브로인 막 단독, 야잠 피브로인 막 단독의 경우는, 약간 박리되기 쉬운 경향을 나타냈으나, 하이브리드 막의 경우는 박리되기 어렵고, 막의 부착안정성이 우수한 경향을 나타냈다. PET 막 표면과 BF 막의 상호작용 및 PET 막 표면과 TF 막의 상호작용보다도 PET 막 표면과 하이브리드 막 (BF+TF막) 의 상호작용의 것이 강한 것이 밝혀졌다. 즉, BF 단독 또는 TF 단독의 막과 PET 막은 기계적인 마모에 의해 박리되기 쉬우나, BF와 TF의 하이브리드 막과 PET 막은 강한 상호작용이 작용하기 때문에 박리되기 어려운 것을 알 수 있다.
(실시예 9 : 복합막 표면에서의 세포증식성)
실시예 1, 2 및 3에 따라 각각 제조한 가잠 견 피브로인 막 (BF 막), 작잠 견 피브로인 막 (TF 막), 및 하이브리드 막 (BF+TF막) 에 대해, 상기 방법에 의거하여 가잠 세포 (Bm 세포) 및 작잠 세포 (Ae 세포) 의 증식상태를 관찰하였다. 얻어진 결과는 양 세포 모두 동일한 경향을 나타냈으므로 Bm 세포의 결과를 표 2에 나타낸다.
피막성분 세포증식 정도
BF ±
TF ±
BF+TF +
표 2 에서, ±는 세포증식 정도가 대조구의 폴리스티렌 표면과 거의 동일하거나 약간 우수한 것을 의미하고, + 는 세포증식정도가 폴리스티렌 표면보다도 육안으로 관찰하여 우수한 것을 의미한다.
표 2로부터 명백하듯이 가잠 견 피브로인 막 (BF 막) 및 야잠 견 피브로인 막 (TF 막) 으로 배양기 표면을 피복한 경우의 표면에서의 곤충 세포증식상태보다도 BF와 TF의 하이브리드 막으로 배양기 표면을 피복한 경우의 표면에서의 세포증식상태의 것이 양호하였다.
(실시예 10 : 최적 생분해 조건)
본 실시예는 이하의 실시예에서의 생분해의 최적조건을 결정하는 것을 목적으로 한다. 이것은 효소의 종류나 농도를 변경해도 효소활성이 최대로 유지되도록 완충액을 선택하여 pH 등을 조정할 필요가 있기 때문이다.
효소에 의한 생분해성 생체고분자 재료의 분해 거동을 평가하기 위한 최적 조건은 다음과 같다. 효소, 효소활성 및 최적한 완충액 pH 등의 최적조건을 표 3에 집약하였다. 생분해온도는 37℃로 하였다. 효소로는 키모트립신, 콜라게나아제 및 프로테아제의 3종류를 사용하였다. 완충액의 양은 생체재료의 250배로 하고, 570시간 이내의 생분해 거동을 조사하였다. 배양액 1㎖ 당 효소중량 ㎎로 효소농도를 표시하였다. 키모트립신은 시그마알드리치저팬 주식회사 제조, 콜라게나아제 (Type F) 는 시그마알드리치저팬 주식회사 제조, 또 프로테아제는 시그마알드리치저팬 주식회사 제조의 것을 사용하였다.
콜라게나아제에 의해 생분해 실험을 하기 위한 완충액은 TES (N-트리스(히드록시메틸)메틸-2-아미노에탄술폰산 (와꼬우쥰야꾸공업주식회사 제조), 키모트립신 사용시의 완충액은 트리스 (히드록시메틸) 아미노메탄 (2-아미노-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올, 와꼬우쥰야꾸공업주식회사 제조), 또 프로테아제 사용시의 완충액은 인산칼륨을 사용하였다.
효소 효소 농도 완충액 활성 (단위/mg 고체) pH
콜라게나아제 0.2, 0.5 50 ml TES, 50 mM CaCl2 1.8-2.2 7.4
키모트립신 0.2, 0.5 50 ml Tris, 5 mM CaCl2 40-60 7.8
프로테아제 0.2, 0.5 40 mM 인산 칼륨 (pH 7.5) 5.7 7.5
(실시예 11)
본 실시예에서는 가잠 견 피브로인 막 또는 작잠 견 피브로인 막의 생분해 거동을 검토하였다.
가잠의 견층을 1/4 사이즈로 절단하고, 에탄올/벤젠의 혼합 용액 (용적비 1:2) 속시렛(Soxhlet) 추출기로 시료에 함유되는 왁스, 색소를 제거하였다. 다음에 견사 시료를 마르셀 비누 0.2%, 탄산나트륨 0.05%의 혼합 용액 중에 넣고, 98℃에서 30분간 끓여 견사 외층의 교착물질인 세리신을 제거하였다. 이 때 시료와 혼합 용액의 욕비는 1:100으로 하였다. 이렇게 하여 제조한 가잠 견 피브로인 섬유 10g을 8.5M 의 브롬화리튬 수용액 중에 침지하고, 55℃ 이상에서 15분 처리하여 견 단백질 섬유를 용해시켰다. 이 중성염 수용액을 셀룰로오스제의 투석막에 넣고 양 단을 재봉사로 묶어 실온의 순수에 4일간 넣고, 리튬이온을 완전히제거하여 농도 0.2%의 가잠 견 피브로인 수용액을 제조하였다.
또 작잠 유래의 작잠 견사를 견사 중량에 대해 50배량의 0.1% 과산화나트륨 수용액 중에 침지하고, 98℃에서 1시간 처리하여 세리신 및 탄닌을 제거하였다. 세리신 및 탄닌이 제거된 작잠 견 피브로인 섬유를 55℃의 티오시안산리튬 수용액 중에 용해시키고, 셀룰로오스제 투석막에 넣고 양 단을 재봉사로 묶어 순수로 투석하고, 농도 0.3%의 작잠 견 피브로인 수용액을 제조하였다.
상기와 같이 하여 제조한 0.2%의 가잠 견 피브로인 수용액 및 0.3%의 작잠 견 피브로인 수용액을 각각 폴리에틸렌 막 위에 펴고 실온에서 건조 고화시켜, 가잠 견 피브로인 막 (BF 막), 작잠 견 피브로인 막 (TF 막) 을 제조하였다.
상기와 같이 하여 제조한 가잠 견 피브로인 막 및 작잠 견 피브로인 막에 대해, 각종 효소에 의한 생분해 거동과 생분해시간 (0, 24, 72, 240, 576시간) 의 관계를 조사하였다. 생분해시간에 대한 시료의 중량잔류율 (%) 의 결과를 표 4에 나타낸다. 또한 효소농도는 0.2 및 0.5㎎/㎖의 2구로 하였다.
시료 효소(농도) 생분해 시간 (시간)
0 24 72 240 576
가잠견 피브로인막 대조구콜라게나아제 (0.2 mg/ml)콜라게나아제 (0.5 mg/ml)키모트립신 (0.5 mg/ml)프로테아제 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.5 mg/ml) 100100100100100100 989897.890.981.872.7 95.596.590.575.643.5 93.591.089.771.644.4 9087.590.654.527.9
작잠견 피브로인막 프로테아제 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.5 mg/ml) 100100 96.988.8 88.689.8 8887.2 86.276.1
표 4에서의 효소농도는 생분해 배지 1㎖당에 첨가한 효소량을 ㎎으로 표시한것이다.
표 4로부터 명백하듯이 가잠 견 피브로인 막은 프로테아제로 가수분해작용을 받기 쉽고, 프로테아제 농도 0.2㎎/㎖의 생분해실험에 있어서, 생분해시간 576시간에서 시료중량 잔류율은 54.4%가 되었다. 또 동일한 농도의 프로테아제를 작용시킨 작잠 견 피브로인 막 시료의 중량잔류율은 생분해 576시간에서 86.2%가 되어, 가잠 견 피브로인 막은 프로테아제의 작용으로 작잠 견 피브로인 막보다 가수분해되기 쉬운 것을 알 수 있다.
(실시예 12 : 결정화도 지수)
가잠 견 피브로인 막이 생분해될 때에, 생분해의 경과시간에 따라 막의 중량변화나 가수분해반응이 진행된다. 본 실시예는 이 생분해과정에서 가잠 견 피브로인 막 자체에 어떠한 미세 구조의 변화가 있는지를 명확하게 하기 위해, 막의 결정화도를 검토하였다.
각종 효소로 소정 시간 생분해한 가잠 견 피브로인 막에 대해, 상기 방법에 따라 결정화도 지수 (CI) 를 구하였다. 또한 CI는 단위를 갖지 않는다. 얻어진 결과를 표 5에 나타낸다.
효소 (농도) 생분해 시간 (시간)
0 72 240 408
콜라게나아제 (0.2 mg/ml)키모트립신 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.5 mg/ml) 0.5470.550.5470.547 0.550.5570.5850.607 0.560.5680.5940.617 0.5680.5690.6010.615
표 5로부터 명백하듯이 효소에 의한 가수분해반응에서, 가잠 견 피브로인 막의 비결정부분이 유출되고, 그 결과 결정영역이 증가하는 것을 알 수 있다.
(실시예 13 : 견사의 생분해 거동)
실시예 11과 동일하게 하여 가잠 견사 및 작잠 견사의 생분해 거동을 시료의 중량잔류율에 의거하여 검토하였다. 얻어진 결과를 표 6에 나타낸다.
시료 효소 (농도) 생분해 시간 (시간)
0 24 72 240 576
가잠견사 대조구콜라게나아제 (0.2 mg/ml)콜라게나아제 (0.5 mg/ml) 100100100 10010099.5 10099 10099 9998
가잠견사 대조구키모트립신 (0.2 mg/ml)키모트립신 (0.5 mg/ml) 100100100 9999.599 99.599 99.399 9999
가잠견사 대조구프로테아제 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.5 mg/ml) 100100100 10098.6100 99.3100 99.399.8 99.399.3
작잠견사 대조구콜라게나아제 (0.2 mg/ml)콜라게나아제 (0.5 mg/ml) 100100100 100100100 100100 98100 9799
작잠견사 대조구키모트립신 (0.2 mg/ml)키모트립신 (0.5 mg/ml) 100100100 100100100 99100 99100 98100
작잠견사 대조구프로테아제 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.5 mg/ml) 100100100 10010099.2 10099.0 99.998.4 99.599.2
표 6으로부터 중량잔류율 면에서는 가잠 견사도 작잠 견사도 거의 생분해되어 있지 않는 결과였다. 그러나 생분해 과정에서는 중량변화에 추가하여 미세 구조의 변화, 열화가 진행될 가능성이 있다. 따라서 이하와 같이 생분해과정에서의 가잠 견사의 열화에 대해 강도 및 신도 면에서 검토하였다.
프로테아제, 콜라게나아제, 키모트립신의 각 효소를 함유하는 배지에 가잠견사를 소정 시간 넣어 생분해를 수행하고, 각 경과시간에서의 생분해 후의 견사의 강도와 신도를 측정하였다. 얻어진 결과를 표 7에 나타낸다.
강도 (N) 생분해 시간 (시간)
0 24 72 240 408
콜라게나아제 (0.2 mg/ml)키모트립신 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.5 mg/ml) 4.684.684.684.68 3.603.833.743.83 4.123.723.523.77 3.863.97-- 3.643.783.143.23
신도 (%) 생분해 시간 (시간)
0 24 72 240 408
콜라게나아제 (0.2 mg/ml)키모트립신 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.2 mg/ml)프로테아제 (0.5 mg/ml) 32.732.732.732.7 26.328.121.624.1 25.127.820.523.2 25.726.4-- 23.525.818.119.0
표 7에서 효소 뒤의 ( )내는 효소농도를 나타내고, 배지 1㎖당의 효소량 (㎎)을 나타낸다. 또 가잠 견사의 강도단위 (N) 로부터 ㎏으로의 변환은 식:(강도의 값)/9.81에 의거하여 수행된다. 표 중에서 예를 들어 4.68N은 477.1g에 상당한다.
표 7로부터 명백하듯이 가잠 견사는 생분해 시간의 경과와 함께 강도와 신도 모두 감소되어 있다. 표 6의 결과에서는 언뜻 보아 생분해되어 있지 않은 것처럼 관찰되었으나, 가잠 견사는 생분해에 의해 열화가 진행되고 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 14 : 하이브리드 막의 생분해성)
실시예 3에 따라 제조한 가잠 견 피브로인 (BF) 과 작잠 견 피브로인 (TF) 의 하이브리드 막 시료, 및 실시예 4 에 따라 제조한 가잠 견 피브로인 (BF) 과 셀룰로오스 (Cell) 의 하이브리드 막 시료에 대해, 프로테아제로 가수분해했을 때의 생분해 시간과 시료의 중량잔류율 (%) 의 관계를 조사하였다. 얻어진 결과를 표 8에 나타낸다.
시료 효소의 유무 생분해 시간 (시간)
24 72 240 408 572
BF:TF (8:2)BF:TF (8:2) 유무 85.4100 81.8100 77.3100 75.0100 75.0100
BF:TF (6:4)BF:TF (6:4) 유무 8595.4 84.295.4 84.794.4 84.2100 78.9100
BF:TF (4:6)BF:TF (4:6) 유무 100100 91.3100 86.9100 86.4100 86.495.5
BF:TF (2:8)BF:TF (2:8) 유무 100100 100100 96.9100 97.1100 96.995.5
BF:Cell (8:2)BF:Cell (8:2) 유무 86.488.8 87.989.5 51.789.5 5090 52.190
BF:Cell (6:4)BF:Cell (6:4) 유무 77.394.1 7296.7 65.497.1 60.8100 61.596.9
BF:Cell (4:6)BF:Cell (4:6) 유무 78.6100 75100 73.0100 73.3100 73.3100
BF:Cell (2:8)BF:Cell (2:8) 유무 94.194.4 94.1100 94.1100 87.5100 82.4100
BF:Cell (0:10)BF:Cell (0:10) 유무 97.593.7 94.195.7 10096.7 97.197.7 97.796.3
표 8에서의 「효소의 유무」의 란에서 기호 「무」라고 기재된 구는 프로테아제가 함유되지 않고 완충액만으로 이루어지는 수용액에 의한 분해실험을 의미하고, 기호 「유」로 기재된 구는 프로테아제와 완충액을 함유하는 효소분해 수용액을 사용한 분해실험을 의미한다. 또 BF:TF (4:6) 는 가잠 견 피브로인 40%, 작잠 견 피브로인 60%를 함유하도록 가잠 견 피브로인 수용액과 작잠 견 피브로인 수용액을 혼합하고, 그것을 건조 고화시켜 얻은 하이브리드 막을 의미하고, BF:Cell (8:2) 은 가잠 견 피브로인 80%, 셀룰로오스 20%를 함유하도록 제조한 하이브리드막을 의미한다.
표 8로부터 명백하듯이 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인의 하이브리드 막 (BF:TF 막) 에서, 작잠 견 피브로인 함량이 증가함으로써 하이브리드 막은 전체적으로 생분해되기 어려워진다. 또 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스로 이루어지는 하이브리드 막 (BF : Cell) 에서도 셀룰로오스 함량이 증가하면 생분해되기 어려워진다.
(실시예 15 : 가잠 견 피브로인과 양모 케라틴의 하이브리드 막)
먼저 양모 케라틴 수용액을 다음과 같이 하여 제조하였다.
메리노종 양모 (64'S) 에 함유되는 색소, 지방분을 벤젠/에탄올 (50/50 용적%) 의 혼합용매를 사용하여, 속슬레 추출기로 2.5시간 처리함으로써 제거하였다.
3구 플라스크를 준비하고, 그 하나의 입구에는 삼방 코크를 통해 건조 질소 봄베로부터의 고무관을 접속하고, 다른 입구에는 반응계의 pH 조절을 위한 pH 전극을 항상 삽입하고, 나머지 입구는 필요한 약제 투여용으로서 이용하였다. 섬유길이가 약 1㎝가 되도록 가늘게 자른 8.18g의 메리노종 양모 섬유를 3구 플라스크에 투입하고, 이것에 450㎖의 8M 요소 수용액을 첨가하였다. 질소가스로 퍼지하고, 아스피레이터로 15분간 3구 플라스크 내를 45mmHg 정도로 감압하고, 이어서 급격하게 대기압으로 되돌리는 조작을 3∼4회 반복하였다. 이와 같이 하여 3구 플라스크 내의 양모 섬유 간에 함유된 공기를 완전히 제거하고, 요소 수용액과 케라틴 분자의 반응이 효율적으로 수행될 수 있도록 하였다. 질소치환이 완료된후, 3구 플라스크 내에 환원제로서 4.8㎖의 메르캅토에탄올을 첨가하고, 8M 요소 수용액 중에서 2∼3시간 방치하였다. 이어서 약 100㎖의 5N-KOH 수용액을 미량씩 첨가하고, 3구 플라스크 내의 혼합수용액의 pH를 10.5로 조절하였다. 실온에서 3시간에 걸쳐 양모 섬유가 완전히 용해되는 것을 대기하였다. 섬유 형상의 양모 섬유가 용해된 것이 케라틴 수용액이다. 이 케라틴 수용액을 셀룰로오스제 투석막에 넣고 양 단을 재봉사로 묶어 순수로 2일간 투석하였다. 얻어진 케라틴 수용액을 송풍 건조시키거나, 또는 필요에 따라 순수를 첨가함으로써 소정 농도의 케라틴 수용액을 제조하였다.
상기와 같이 하여 제조한 0.01%의 케라틴 수용액 450㎖에 실온에서 9.5g의 요오드아세트산을 첨가하여, 케라틴의 S-카르복시메틸화 반응을 1시간 수행하였다. 5N-KOH 수용액으로 케라틴 수용액의 pH를 8.5로 조정하여, S-카르복시메틸케라틴 수용액을 얻었다. 이 수용액을 셀룰로오스제 투석막에 넣고, 양 단을 재봉사로 묶어, 순수로 2일간 투석하였다.
(실시예 16 : 가잠 견 피브로인 막 및 자잠 견사의 중량평균분자량)
가잠 견 피브로인 막 및 가잠 견사를 효소분해하고, 충분히 물세정하고, 건조한 시료에 대해 HPLC 측정을 수행하여, 중량평균분자량을 구하였다. 얻어진 결과를 표 9에 나타낸다.
시료 효소 (농도:mg/ml) 중량 평균분자량 (kD)
생분해 시간 (시간)
0 72 240 408 576
가잠견 피브로인막 콜라게나아제 (0.2)키모트립신 (0.2)프로테아제 (0.2) 119.8119.8119.8 98.577.4109.6 96.865.7105.6 94.353.7102.4 ---
가잠견사 콜라게나아제 (0.2)프로테아제 (0.2)프로테아제 (0.5) 233.1233.1233.1 184.3256.5261.7 --- --- 204.4247.4241.7
표 9에서 효소란의 ( ) 내는 효소농도로, 0.2는 배지 1㎖당 효소 0.2㎎을 함유하는 것을 의미한다.
표 9로부터 명백하듯이 가잠 견 피브로인 막은, 효소에 의한 처리시간의 경과와 함께, 분자량이 120,000 D 로부터 서서히 저하되어 있었다. 즉 콜라게나아제, 프로테아제의 작용에 의해 생분해시간 408 시간에 중량평균분자량은 거의 94,000 D, 100,000 D 로 되고, 또 키모트립신의 작용에 의해 동일한 생분해시간에 중량평균분자량은 120,000 D 에서 거의 54,000 D 로 급격한 저분자화가 진행되는 것이 확인되었다. 미처리된 가잠 견사의 분자량은 거의 230,000 D 이고, 효소작용을 받아도 중량평균분자량의 저하는 경미하였다.
(실시예 17 : 생분해처리에 따른 중량평균분자량 변화)
실시예 1 에 따라 제조한 가잠 견 피브로인 막을 콜라게나아제, 키모트립신, 프로테아제의 3종류의 효소로 소정 시간 (72, 240, 408 시간) 가수분해한 후, 충분히 물세정하여 시료를 제조하였다. 각각의 생분해의 경과 시간마다의 가수분해시료의 중량평균분자량 및 피크분자량을 평가하였다. 또한 중량평균분자량은고속 액체크로마토그래피 (HPLC) 에 의해 측정하였다. 얻어진 결과를 표 10에 나타낸다.
효소 중량 평균분자량 (kD) 피크분자량 (kD)
대조구 119.8 79.8
콜라게나아제: 0.2 mg/ml(72 시간)(240 시간)(408 시간) 98.596.894.3 53.952.945.8
키모트립신: 0.2 mg/ml(72 시간)(240 시간)(408 시간) 77.465.753.7 41.137.634.8
프로테아제: 0.2 mg/ml(72 시간)(240 시간)(408 시간) 109.6105.6102.4 36.433.431.4
표 10에서 효소란의 ( ) 내의 시간은 생분해의 경과시간을 나타낸다.
표 10으로부터 명백하듯이 가잠 견 피브로인 막은, 효소의 작용을 받으면 그 중량평균분자량이 120,000 D 에서 생분해시간의 경과에 따라 저하되지만, 생분해시간 72시간 이후의 변화는 작아지는 것을 알 수 있었다. 특히 콜라게나아제 및 키모트립신의 경우, 중량평균분자량과 피크분자량은 생분해시간의 경과에 따라 저하된다. 한편 프로테아제의 경우, 중량평균분자량은 생분해시간의 경과에 따라 저하되지만, 그 저하의 정도는 작고, 또 피크분자량은 키모트립신과 동일한 정도의 저하를 나타낸다.
(비교예 1 : 생분해처리에 따른 가잠 견사의 분자량 변화)
가잠 견사를 콜라게나아제, 키모트립신 및 프로테아제로 가수분해했을 때,생분해시간의 경과에 따라 가잠 견사 시료의 분자량이 어떻게 변화되는지를 고속 액체크로마토그래피로 평가하였다. 얻어진 결과를 표 11에 나타낸다.
효소 중량 평균분자량 (kD) 피크분자량 (kD)
대조구 233.0 179.8
콜라게나아제: 0.2 mg/ml(72 시간)(576 시간) 184.3204.4 97.3109.7
키모트립신: 0.2 mg/ml(72 시간)(576 시간) 129.4174.4 66.092.8
프로테아제: 0.2 mg/ml(72 시간)(576 시간) 256.5247.4 176.9155.2
프로테아제: 0.5 mg/ml(72 시간)(576 시간) 261.7241.7 173.5148.7
표 11에서의 효소란의 ( ) 내의 시간은 생분해의 경과시간을 나타낸다.
표 11로부터 명백하듯이 가잠 견사는 가잠 견 피브로인 막의 경우 (실시예 17) 에 비하여 효소가 작용해도 중량평균분자량 및 피크분자량의 저하가 일어나기 어려운 것을 알 수 있다. 따라서 견사는 생분해성이 요구되는 용도에는 유용하지 않으며, 생분해성의 재료로는 가잠 견 피브로인 막이나 작잠 견 피브로인 막 등이 우수하다.
(실시예 18 : 생분해속도)
가잠 견사 및 작잠 견사, 실시예 1 에 준하여 제조한 가잠 견 피브로인 막 (BF 막), 실시예 2 에 준하여 제조한 작잠 견 피브로인 막 (TF 막), 실시예 3 에 준하여 제조된 가잠 견 피브로인/작잠 견 피브로인으로 이루어지는 하이브리드 막(BF+TF 막), 실시예 4 에 준하여 제조한 가잠 견 피브로인/셀룰로오스로 이루어지는 하이브리드 막 (BF+Cell 막), 그리고 상기 방법에 따라 제조된 가잠 견 피브로인/카르복시메틸키틴으로 이루어지는 하이브리드 막 (BF+CMK 막) 에 대해, 프로테아제, 콜라게나아제 또는 키모트립신으로 가수분해했을 때의 생분해 속도를 계산하였다. 얻어진 결과를 표 12에 나타낸다. 또한 생분해 속도란 생분해 시간 50시간 후의 시료 중량을 생분해 전의 중량으로 나눈 값을 %로 표시한 것이다. 따라서 시료가 전혀 생분해되지 않은 경우는 생분해 속도는 0%/50시간이다.
시료 효소 효소 농도 (mg/ml) 생분해 속도 (%/50시간)
가잠견사가잠견사가잠견사작잠견사작잠견사작잠견사 프로테아제〃콜라게나아제〃키모트립신〃프로테아제〃콜라게나아제〃키모트립신〃 0.20.40.20.50.20.50.20.50.20.50.20.5 1.4000.50.51.0000000
BF 막BF 막BF 막TF 막TF 막 프로테아제〃콜라게나아제〃키모트립신프로테아제〃키모트립신 0.20.50.20.50.20.50.20.5 18.227.32.02.29.13.111.214.5
BF:TF (10:0)BF:TF (8:2)BF:TF (6:4)BF:TF (4:6)BF:TF (2:8)BF:TF (0:10) 프로테아제〃〃〃〃〃 0.20.20.20.20.20.2 18.21515003.1
BF:Cell (10:0)BF:Cell (8:2)BF:Cell (6:4)BF:Cell (4:6)BF:Cell (2:8)BF:Cell (0:10) 프로테아제〃〃〃〃〃 0.20.20.20.20.20.2 18.213.622.721.45.92.5
BF:CMK (6:4)BF:CMK (2:8) 프로테아제프로테아제 0.20.2 12.18.5
표 12에서 BF:TF 및 BF:Cell 은 각각 가잠 견 피브로인 (BF) 과 작잠 견 피브로인 (TF) 의 하이브리드 막, 및 가잠 견 피브로인 (BF) 과 셀룰로오스 (Cell) 의 하이브리드 막을 나타내고, 각각의 ( ) 내의 수치는, BF 와 TF 의 조성비 및 BF 와 Cell 의 조성비가, 각각 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80, 0/100인 것을 나타낸다.
표 12로부터 명백하듯이 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인으로 이루어지는 하이브리드 막을 프로테아제로 생분해하는 경우, 작잠 견 피브로인을 60∼80% 함유한 하이브리드 막은, 실시예 13에서 나타낸 시료의 중량잔류율의 경우와 동일하게, 생분해속도 면에서도 생분해가 실질적으로 일어나지 않는 것을 알 수 있다. 가잠 견 피브로인 단독 또는 작잠 견 피브로인 단독에서는 볼 수 없는 성질이다.
(실시예 19 : 형태가 다른 복합체)
가잠 견 피브로인 수용액과 작잠 견 피브로인 수용액의 혼합수용액을 비이커에 넣고, 이것에 희박 아세트산 수용액을 소량씩 첨가하여, 수용액 전체의 pH를 2.5로 조정하고, 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인의 겔 형상물을 제조하였다.
또 이렇게 하여 얻어진 겔 형상물의 수분을 제거하지 않고 공지된 방법에 따라 동결건조시켜, 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인의 다공질체를 제조하였다.
또한 가잠 견 피브로인 수용액과 작잠 견 피브로인 수용액의 혼합수용액을 폴리에틸렌 막 위에 펴서 수분을 증발 건조 고화시켜 투명한 복합막을 제조하였다.
그리고 또 가잠 견 피브로인 수용액과 작잠 견 피브로인 수용액의 혼합수용액에 아세트산을 첨가하고, pH를 3.0으로 조정한 후, 공지된 방법에 따라 동결건조시켜, 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인으로 이루어지는 하이브리드 분말을 얻었다.
(실시예 20 : 아미노산 분석)
가잠 견 피브로인 막을 프로테아제로 가수분해하고, 생분해한 시료의 아미노산 분석을 수행하여, 아미노산 분석의 결과와 생분해 시간의 관계를 조사하였다.얻어진 결과를 표 13에 나타낸다. 표 13 중에서 아미노산 잔기의 양은 ㏖% 단위로 표시하였다.
표 13에서 Total은 아미노산 분석에서 구해지는 모든 아미노산 잔기의 합계를 ㏖%로 표시한 것으로, Total-1은 결정영역을 구성하는 Gly, Ala, Ser 의 합계를, 또 Total-2는 Glu, Asp 등의 산성 아미노산 잔기 (Acid), Lys, Arg, Hist 등의 염기성 아미노산 잔기 (Basic) 그리고 그 외의 아미노산의 합계를 의미한다.
표 13으로부터 명백하듯이 생분해 처리한 가잠 견 피브로인 막의 아미노산 분석에는 명료하고 일정한 경향이 보인다. 즉, 견 피브로인으로 결정영역을 구성하는 주요 아미노산인 Gly, Ala, Ser 의 합계량은 가수분해처리 시간에 따라 서서히 증가하는 것에 대해, Tyr, 산성 아미노산 및 염기성 아미노산 등의 부피가 크고 극성 측쇄의 아미노산의 합계량은 감소한다. 따라서 생분해처리가 진행되면, 견 피브로인의 아미노산 조성은 상기 서술한 바와 같이 결정영역을 구성하는 아미노산 조성에 유사한 조성으로 변화되고 있는 점에서, 견 피브로인에 효소가 작용하기 위해서는 먼저 효소가 침입하기 쉬운 비결정영역에 작용하여 가수분해를 일으키는 것으로 생각된다. 효소가 들어가기 어려운 결정영역은 생분해처리 후에도 여전히 잔존하여, 결정성 아미노산을 주요한 화학구조로 변화하게 되었다.
(실시예 21 : 금속이온의 흡착)
상기 금속이온의 흡착방법에 따라 제조한 금속염 수용액으로서 0.5mM 의 질산은 (AgNO3) 수용액 및 질산구리 (Cu(NO3)2) 수용액을 사용하였다. 각각의 수용액에 실시예 1에 준하여 제조한 가잠 견 피브로인 막 (BF 막), 실시예 2에 준하여제조한 작잠 견 피브로인 막 (TF 막), 실시예 3 에 준하여 제조한 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인의 복합막 (중량비로 80:20 및 50:50의 BF+TF 막) 을 25℃에서 30분간 침지하여, 은이온, 구리이온을 흡착시키고, 각 시료에 흡착된 금속이온량을 측정하였다.
또 토마토 궤양병 세균에 대한 상기와 같이 하여 은이온을 흡착시킨 각종 생분해성 고분자 막의 항균활성을 평가하였다.
얻어진 금속이온 흡착량 및 항균활성에 대한 결과를 표 14에 나타낸다.
시료 Ag+양 (mmol/g) Cu2+양 (mmol/g) 항균 활성 (mm)
BFTFBF+TF (80:20)BF+TF (50:50) 0.180.240.720.93 0.230.300.951.25 22.588.7
표 14로부터 명백하듯이 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인을 복합시킨 것은, 가잠 견 피브로인 단독, 작잠 견 피브로인 단독의 경우보다도 많은 금속이온을 흡착시키게 되고, 그 결과 식물병원세균의 증식을 효율적으로 저해할 수 있다. 이와 같이 견 피브로인의 복합물은 금속 흡착체로서 또 항균성소재로서 이용할 수 있다.
(실시예 22 : 견 단백질 막의 광선투과율)
가잠 견 피브로인 막 (BF 막), 작잠 견 피브로인 막 (TF 막) 및 가잠 견 피브로인과 야잠 견 피브로인을 중량비로 80:20, 50:50의 비율로 하이브리드화하여 얻은 복합막 (BF+TF 막) 에 대해, 시마즈 자기(self-recording) 분광광도계 (W-2100S형) 를 사용하여 투과율 스펙트럼을 측정하였다. 또한 이 측정된 스펙트럼은 표면 반사의 요인도 함유하는 투과율 스펙트럼이다. 얻어진 광선투과율을 표 15에 나타낸다.
시료 광성 투과율 (%)
BF 막TF 막BF+TF (80:20) 막BF+TF (50:50) 막 87.384.793.490.1
표 15로부터 명백하듯이 가잠 견 피브로인 단독 및 야잠 견 피브로인 단독의 막보다도 복합막이 광을 잘 투과하는 것, 즉 보다 높은 투명도를 갖는 것을 알 수 있다.
(실시예 23 : 약물 서방성)
실시예 3에 준하여 제조한, 2% 가잠 견 피브로인 수용액과 2% 작잠 견 피브로인 수용액의 등량 혼합수용액에, 아세틸살리실산 5㎎을 50㎖의 물에 녹인 수용액을 천천히 첨가하였다. 실온에 정치한 혼합수용액은 서서히 겔화시켰다. 이 겔화물을 -10℃에서 일단 동결시킨 후, 진공건조시켜 아세틸살리실산을 함유하는 복합 다공질체를 제조하였다. 이 복합 다공질체를 프로테아제 2㎎/㎖ 를 함유하는 효소용액으로 소정 시간 (24시간, 72시간) 소화시켜, 이 과정에서 복합 다공질체로부터 서방된 약물량을 시마즈제작소 제조의 UV 흡광도 측정장치 (UV-200S) 를 사용하여, 206.9㎚에서의 UV 흡광도에 의해 평가하였다. 얻어진 결과를 표 16에 나타낸다. 또한 표 16에서의 UV 흡광도는, 소정 시간 생분해한 후, 복합다공질체로부터 서방된 약제를 함유하는 효소용액의 UV 값에서, 생분해 0시간의 효소용약의 UV 값을 뺀 값이다.
또 대조로서 가잠 견 피브로인 (BF) 단독 및 작잠 견 피브로인 (TF) 단독의 다공질체에 대해서도, 상기 복합 다공질체의 경우와 동일하게 하여 서방성을 평가하였다.
시료 생분해 시간 (시간)
0 24 72
BF 다공질체TF 다공질체복합 다공질체 0.100.100.10 0.2590.2700.265 0.2590.2710.293
표 16으로부터 명백하듯이 생분해 시간의 경과에 따른 흡광도의 증가량의 변화로부터, 아세틸살리실산을 함유하는 복합 다공질체의 경우는, 아세틸살리실산을 함유하는 가잠 견 피브로인 단독 또는 작잠 견 피브로인 단독의 다공질체보다도 장시간에 걸쳐 약물을 서방하는 것을 알 수 있다. 이것은 복합막이 약물 서방기능을 갖는 것을 나타낸다.
(실시예 24 : 복합막의 FT-IR)
실시예 1 에 따라 제조된 가잠 견 피브로인 막 (BF 막), 실시예 2 에 따라 제조된 작잠 견 피브로인 막 (TF 막), 실시예 3에 따라 제조된 가잠 견 피브로인과 작잠 견 피브로인으로 이루어지는 복합막 (BF+TF 막), 실시예 18에서 사용한 가잠 견 피브로인과 카르복시메틸키틴으로 이루어지는 복합막 (BF+CMK 막), 작잠 견 피브로인과 카르복시메틸키틴으로 이루어지는 복합막 (TF+CMK 막), CMK 단독 막, 가잠 견 피브로인과 폴리비닐알코올로 이루어지는 복합막 (BF+PVA 막) 에 대해 FT-IR 측정을 수행하였다. 파수 2000∼500㎝-1의 영역에 나타나는 흡수 스펙트럼의 파수위치를 조사하였다, 얻어진 결과를 표 17에 나타낸다. 또한 흡수 스펙트럼 강도가 미소한 것은 생략한 경우도 있다.
표 17에서 TF+CMK (2:8) 는 작잠 견 피브로인과 카르복시메틸키틴이 20:80의 중량비가 되도록 혼합하여 제조된 복합막을 의미한다. 또 BF+PVA (2:8) 는 가잠 견 피브로인과 폴리비닐알코올이 20:80의 중량비가 되도록 혼합하여 제조된 복합막을 의미한다.
표 16으로부터 명백하듯이 가잠 견 피브로인과 제2 물질의 복합체, 야잠 견 피브로인과 제2 물질의 복합체의 IR 스펙트럼에 있어서, 가잠 견 피브로인, 야잠견 피브로인, 야잠 견 피브로인과 제2 물질의 복합체에서는 2종류의 구성성분의 스펙트럼이 중복되어 나타날 뿐으로 구성성분 이외의 스펙트럼이 나타나지 않은 것을 알 수 있다. 이것은 가잠 견 피브로인과 제2 물질 사이에 새로운 결합이 발생하지 않은 것을 시사하는 것이다.
이상의 것은 가잠 또는 야잠 견 피브로인과, 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴, 폴리비닐알코올 등으로 이루어지는 제2 물질로 이루어지는 복합체에 있어서, 가잠 또는 야잠 견 피브로인과 제2 물질은 화학결합, 공유결합에 의한 결합은 일체 없고, 양 성분의 분자 간의 수소결합에 의한 응집작용이 있을 뿐이다. 이것은 복합체를 제조할 때에, 각 수용액이 급격하게 혼합되어 응고되어 버리지 않도록 배려하면서, 정치하고, 원하는 대로 양 분자가 응집하기 않도록 천천히 교반한 수용액을 기판 표면 위에 펴서, 특별한 분자가교제를 사용하지 않고 증발 건조 고화하는 것만으로 만들 수 있는 복합체이기 때문이다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료는, 곤충 생체고분자의 가잠 견 피브로인 단독, 야잠 견 피브로인 단독, 혹은 가잠 또는 야잠 유래의 견 피브로인과, 셀룰로오스, 양모 케라틴, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 및 폴리비닐알코올에서 선택된 적어도 1종류의 화합물인 제2 물질로 이루어지는 복합체이고, 이들 재료는 생분해 제어가 가능하다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료는, 생분해 처리 실험에 앞서 수불용화 처리의 필요성이 있으나, 포름알데히드 또는 에폭시 화합물 등의 종래 공지된 단백질의 분자 간 가교제를 사용할 수도 있다. 또 견 단백질 막에 대해서는 메탄올, 에탄올 등의 알코올 수용액에 가볍게 침지처리한 후, 실온에서 건조하는 등의 간단한 처리에 의해서도 복합체는 수불용성으로 된다.
하이브리드가 생분해되기 쉬운 정도는, 가잠 견 피브로인 막 또는 야잠 견 피브로인 막의 불용화의 정도, 제2 물질로서 어느 화합물을 선택할지, 가잠 또는 야잠 견 피브로인과 제2 물질의 조성비, 효소의 종류, 효소농도, 처리시간에 의해 결정되므로, 원하는 대로 하이브리드의 제조조건, 조성비, 또는 생분해 조건을 변경하여 적절히 실시할 수 있다.
가잠 또는 야잠 견 피브로인에 제2 물질을 하이브리드함으로써, 하이브리드 표면에서는 가잠 또는 야잠 견 피브로인 단독의 표면 또는 제2 물질 단독의 표면에는 볼 수 없는 우수한 생화학 특성이 발현된다는 현저한 효과가 보인다. 예를 들어 생체 표면의 증식율은, 가잠 견 피브로인 단독 또는 제2 물질 단독 표면보다도 하이브리드 표면이 우수하다. 또 PET 등 일반의 유기 고분자 표면을 피복하는 피복성능은 하이브리드 재료를 사용함으로써 양호해지고, 피막의 내기계마모성능이 향상된다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료에, 수용성의 의약품이나 약리성분 등의 유용물질을 포괄시키면, 체내에서 생분해성 생체고분자 재료가 생분해되면서, 의약품이나 약리성분을 서서히 서방하도록 할 수 있기 때문에, 이 재료는 서방성 재료로서 사용할 수 있다.
생분해성을 경미하게 하기 위해서는 가잠 또는 야잠 유래의 견 피브로인 섬유를 사용해도 되고, 분해되기 쉬운 재료로 하기 위해서는 가잠 견사 또는 야잠 견사를 중성염으로 용해하고, 이것을 셀룰로오스 투석막으로 탈염한 수용액을 건조 고화시켜 얻어지는 막 형상 시료를 사용하면 된다. 가잠 견 피브로인 막은 야잠 견 피브로인 막보다도 생분해되기 쉽기 때문에, 생분해되기 어려운 가잠 견 피브로인과 야잠 견 피브로인의 복합체로 하기 위해서는 야잠 견 피브로인 함량을 많게 하면 된다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료를 생체 내에 매립하여 사용하면, 체내에 존재하는 프로테아제 등의 효소작용으로, 최종적으로는 물이나 이산화탄소 등의 저분자로까지 분해되어 결국에는 체외로 배출된다. 생분해되기 쉬운 가잠 견 피브로인 막은 생분해되기 어려운 가잠 견 피브로인 섬유와는 다르고, 생체내에 매립되어도 비교적 단시간에 생분해되는 성질이 있기 때문에, 수복 가능한 손상 생체 조직의 치유의 일시적인 보조를 위해, 또는 상기 서술한 바와 같이 약물의 서방화에도 사용할 수 있다. 흡수성 재료는 절개창부봉합, 지혈, 골고정, 조직재생용 기반, 유착방지 등의 용도에 사용할 수 있다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료는, 단백질 분해효소에 의해 가수분해적으로 분해열화되기 때문에, 의약품, 생리활성물질 등의 유용물질을 생분해 생체고분자에 포괄하거나 고정한 것을 생체 내에 매립하면, 체액에 함유되는 효소에 의해 생체고분자가 분해되면서 의약품 등을 서방하는 서방 담체로서도 이용할 수 있다.
셀룰로오스 유도체는 식품첨가제, 화장품, 의약품 첨가제, 항혈전제와 같은 의약품에도 활용되기 때문에, 가잠 견 피브로인과 셀룰로오스로 이루어지는 복합체는, 셀룰로오스와 동일한 용도를 기대할 수 있다. 또 가잠 견 피브로인에 셀룰로오스를 하이브리드함으로써, 특히 건조시의 가잠 견 피브로인의 기계적 특성을 개선할 수 있다. 또한 가잠 또는 야잠 견 피브로인 단독의 막보다도 가잠 또는 야잠 견 피브로인에 셀룰로오스 등의 제2 물질을 하이브리드함으로써, 성형성이나 투명성이 향상됨과 동시에 세포부착성이 양호한 재료로 된다.
가잠 견 피브로인 막은 프로테아제에 의해 비교적 생분해되기 쉽다. 따라서 이 가잠 견 피브로인과 생분해가 진행되기 어려운 야잠 견 피브로인을 하이브리드화함으로써, 가잠 견 피브로인 단독 막보다도 생분해 정도를 억제할 수 있고, 또 막형성성, 투명성도 향상시킬 수 있다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 막은 간단한 처리로 생분해 정도를 제어할 수 있다. 또 하이브리드는 제2 물질 표면에 강하게 부착되어 있고, 내마모성도 높으므로, 기질 표면에 피복한 재료표면에서는 단독 단백질보다도 생체 세포의 증식성이 향상되기 때문에, 바이오 분야에서 이용할 수 있는 세포증식 기재로서 유용하다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료를 항균성 금속이온 함유 수용액 중에 침지하면, 이 금속이온을 다량으로 흡착하므로, 금속이온이 흡착된 재료는 항균성 섬유 소재로서 유용하다. 또 이 생분해성 생체고분자 재료를 폐수 중에 침지하면, 폐수 중의 금속이온을 흡착하므로, 폐수 중의 금속이온을 흡착하기 위한 섬유소재로서도 유용하다.
본 발명의 생분해성 생체고분자 재료는 또 1회용의 위생용품이나 가정용품,지수재, 토양개량제, 결로방지제, 농원예용 보수제 등의 흡수성 수지로서 이용할 수 있는 흡수특성을 갖고 있고, 이와 같은 생분해성을 갖는 흡수성 재료를 복잡한 공정을 거치지 않고 저가로 제공할 수 있다. 따라서 종래부터 알려져 있는 흡수성 수지의 모든 용도에 적용할 수 있다. 예를 들어 기저귀나 생리용품으로 대표되는 위생분야, 퍼프제 용도 등에서의 의료분야, 슬러지 겔화제 등으로서의 토목ㆍ건축분야, 식품분야, 공업분야, 토양개량제나 보수제 등으로서의 농업ㆍ원예분야 등의 다종다양한 분야에 이용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 가잠 유래의 견 피브로인 단독, 야잠 유래의 견 피브로인 단독, 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 및 폴리비닐알코올에서 선택된 1종 이상의 제2 물질과의 복합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 생체고분자 재료.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 생분해성 고분자 재료가 프로테아제, 콜라게나아제 및 키모트립신에서 선택된 효소에 의해 생분해되는 것을 특징으로 하는 생분해성 생체고분자 재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 생분해성 생체고분자 재료가 섬유 형상, 막 형상, 분말 형상, 겔 형상, 다공질 형상의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 생분해성 생체고분자 재료.
  4. 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액과 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액과의 혼합수용액, 또는 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 및 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴및 폴리비닐알코올에서 선택된 1종 이상의 제2 물질의 수용액과의 혼합수용액을 기판 상에 도포하고 증발 건조 고화시켜, 막 형상의 생분해성 생체고분자 재료를 제조하는 방법으로서, 상기 혼합수용액의 경우는, 각각의 혼합하는 수용액끼리를 혼합할 때에, 겔화, 침전, 응고반응이 일어나지 않도록 교반하여 균일하게 혼합함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 생분해성 생체고분자 재료의 제조방법.
  5. 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액과 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액과의 혼합수용액, 또는 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 및 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 및 폴리비닐알코올에서 선택된 1종 이상의 제2 물질의 수용액과의 혼합수용액을 동결시킨 후, 감압분위기하에서 건조시켜, 분말 형상의 생분해성 생체고분자 재료를 얻는 생분해성 생체고분자 재료의 제조방법으로서, 상기 혼합수용액의 경우는, 각각의 혼합하는 수용액끼리를 혼합할 때에, 겔화, 침전, 응고반응이 일어나지 않도록 교반하여 균일하게 혼합함으로써 제조하는 것을 특징으로 하는 생분해성 생체고분자 재료의 제조방법.
  6. 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 단독, 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액과 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액과의 혼합수용액, 또는 가잠 유래의 견 피브로인의 수용액 및 야잠 유래의 견 피브로인의 수용액 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 및 폴리비닐알코올에서 선택된 1종 이상의 제2 물질의 수용액과의 혼합수용액의 pH를 산성영역으로 조정하고, 수용액 전체를 응고시켜 겔화하여 겔 형상의 생분해성 생체고분자 재료를 얻는 것을 특징으로 하는 생분해성 생체고분자 재료의 제조방법.
  7. 제 6 항에 기재된 제조방법에 의해 겔 형상의 생분해성 생체고분자 재료를 얻은 후, 얻어진 겔 형상물을 동결건조시켜 다공질체를 얻는 것을 특징으로 하는 생분해성 생체고분자 재료의 제조방법.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합수용액을 조정할 때의, 가잠 유래의 견 피브로인 수용액, 야잠 유래의 견 피브로인 수용액 및 이 제2 물질 수용액의 농도가 각각 0.1∼5중량%인 것을 특징으로 하는 생분해성 생체고분자 재료의 제조방법.
  9. 가잠 유래의 견 피브로인 단독, 야잠 유래의 견 피브로인 단독, 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 및 폴리비닐알코올에서 선택된 1종 이상의 제2 물질과의 복합체인 생분해성 생체고분자 재료로 이루어지는 금속이온 흡착재.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 금속이온이 항균성 금속 또는 폐수 중의 금속이온인 것을 특징으로 하는 금속이온 흡착재.
  11. 가잠 유래의 견 피브로인 단독, 야잠 유래의 견 피브로인 단독, 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 및 폴리비닐알코올에서 선택된 1종 이상의 제2 물질과의 복합체인 생분해성 생체고분자 재료로 이루어지고, 프로테아제, 키모트립신, 콜라게나아제에 의해 생분해되면서 생분해성 생체고분자 재료에 담지된 유용물질을 서방하는 것을 특징으로 하는 유용물질의 서방성 담체.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 생분해성 생체고분자 재료가 다공질체인 것을 특징으로 하는 유용물질의 서방성 담체.
  13. 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 그리고 폴리비닐알코올에서 선택된 1종 이상의 제2 물질과의 복합체인 생분해성 생체고분자 재료로 이루어지고, 생체 세포를 증식시키는 것임을 특징으로 하는 생체 세포증식 기재(基材).
  14. 가잠 유래의 견 피브로인 단독, 야잠 유래의 견 피브로인 단독, 가잠 유래의 견 피브로인과 야잠 유래의 견 피브로인의 복합체, 또는 가잠 유래의 견 피브로인 및 야잠 유래의 견 피브로인 중 어느 하나와 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 키토산 유도체, 양모 케라틴 및 폴리비닐알코올에서 선택된 적어도 1종의 제2 물질과의 복합체인 생분해성 생체고분자 재료로 이루어지는 생분해성 흡수성 소재.
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