KR20040011786A - Wound dressing of silk fibroin nanofibers nonwoven and its preparation - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A cover material for cut injury made of silk-fibroin nano-fiber and having structure of a non-woven fabric is provided to obtain high closing ability and air-permeation and advantage of cell re-generation of damaged tissue. CONSTITUTION: The cover material comprises the silk fibroin obtained by removing sericin from the silk and other additives such as plastic agent, softening agent, anti-bacterial agent, anti-microorganism agent, cells, enzymes, antibodies, pigments and other mixture. The material is prepared by freezing and drying the silk-fibroin solution; dissolving the silk fibroin in an electrically radiational solvent; then radiating the solution. The radiational solvent is formic acid or water solution of the formic acid.

Description

견 피브로인 나노섬유로 이루어진 부직포 형태의 창상피복재 및 그 제조방법{WOUND DRESSING OF SILK FIBROIN NANOFIBERS NONWOVEN AND ITS PREPARATION}Wound coating material in the form of non-woven fabric made of silk fibroin nanofibers and its manufacturing method {WOUND DRESSING OF SILK FIBROIN NANOFIBERS NONWOVEN AND ITS PREPARATION}

본 발명은 창상피복재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 견섬유에서 세리신을 제거하여 얻어진 견 피브로인의 나노섬유가 부직포 형태로 서로 얽혀 있는 구조를 갖는 창상피복재, 그리고 견섬유에서 세리신을 제거하여 얻어진 견 피브로인 용액을 동결건조하고, 건조된 견 피브로인을 전기방사 용매에 용해시킨 후 전기 방사하는 단계를 포함하는 창상피복재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wound dressing and a method of manufacturing the same, more specifically, wound fibrous obtained by removing the sericin from the silk fibers, wound wound having a structure in which the nanofibers of the silk fibroin entangled with each other in the form of a non-woven fabric, and by removing the sericin from the silk fibers It relates to a method for producing a wound coating comprising the step of lyophilizing the obtained silk fibroin solution, dissolving the dried silk fibroin in an electrospinning solvent and then electrospinning.

인체는 피부에 창상과 같은 결손부위가 발생할 경우, 상기 결손 부위를 방어하고 자가 치유를 하려는 성질을 가지고 있다. 이런 경우에 결손 부위를 효과적으로 치유하고, 그 치유속도를 높이기 위한 보조제로서, 창상피복재가 사용된다. 이러한 창상피복재가 갖추어야 할 조건으로는 생체적합성이 우수하여 결손부위에 있어서 거부반응이 없어야 하며, 창상부위로부터 삼출하는 체액을 충분히 흡수할 수 있어야 하고, 피복재의 일부가 신생조직에 함몰되어도 분해 생성물이 독성을 나타내지 않아야 하고, 창상면과 피복재가 적절히 밀착되어야 한다. 또한, 결손부위의 추가감염을 방지하기 위하여, 창상치유 보조제 기능을 증진시킬 수 있는 다른 의약품과의 혼합이 용이하여야 하며, 혼합시 반응성이 적어야 한다.When the human body develops a defect such as a wound on the skin, the human body has a property of defending the defect and self-healing. In this case, wound dressing is used as an adjuvant to effectively heal the defect and to speed up the healing. The conditions for the wound dressing should be excellent in biocompatibility and there should be no rejection at the defect site, sufficient to absorb the bodily fluids exuded from the wound site, and the decomposition products will not break down even if some of the coating material is immersed in the new tissue. It should not be toxic and the wound and the cladding should be in proper contact. In addition, in order to prevent further infection of the defect site, it should be easy to mix with other medicines that can enhance the function of the wound healing aid and should be less reactive when mixed.

화상으로 인한 열창 및 오랜 병상 생활 또는 불결한 피부관리에서 유발되는욕창에 대한 치료로서 항생제를 포함하는 창상피복재의 여러 종류가 현재 사용 중에 있으나, 효과적으로 감염을 저지하지는 못하고 있는 형편이다. 그러나, 앞으로 인구의 고령화 추세로 욕창 치료에 필요한 창상피복재의 수요는 급격히 증가할 것으로 예상되므로, 이에 대한 연구개발 및 상품의 시판이 시급한 실정이다.Various types of wound dressings including antibiotics are currently used for the treatment of burn sores due to burns and long bed life or unclean skin care, but are not effective in preventing infection. However, the demand for wound dressings for the treatment of pressure sores is expected to increase rapidly due to the aging of the population. Therefore, it is urgent to conduct R & D and market of products.

천연 견섬유는 뽕을 먹고 자라는 누에고치 등으로부터 뽑아낸 실로 만든 섬유를 말하며, 고인장강도, 고유의 광택, 탁월한 염색성 등으로 인해 4,000년 이전부터 고급 섬유소재로 사용되어 왔다. 상기 견섬유는 두 가닥의 피브로인이 세리신 외막에 싸여있는 구조를 갖고 있다. 이중에서 피브로인(이를 구체적으로 "견 피브로인"이라 칭함)은 생체친화성이 우수하여 주변의 어떤 조직에도 악영향을 미치지 않으므로 막, 분말, 겔, 수용액 등의 여러 형태로 제조되어 식품, 화장품, 의료용품의 다양한 분야에서 사용되고 있다.Natural silk fiber refers to a fiber made from yarn extracted from cocoon that grows on mulberry, and has been used as a high-quality fiber material since 4,000 years ago due to its high tensile strength, inherent gloss and excellent dyeability. The silk fiber has a structure in which two strands of fibroin are wrapped in a sericin outer membrane. Among them, fibroin (hereinafter referred to as "dog fibroin") is excellent in biocompatibility and does not adversely affect any surrounding tissues, so it is manufactured in various forms such as membranes, powders, gels, aqueous solutions, and the like. It is used in various fields.

또한, 견 피브로인은 피부에 적합하여 분말형태는 표피세포를 증식 또는 활성화에 사용되는 소재로서 유용하며, 나아가 견 피브로인의 미세분말은 충전재, 코팅재, 화장용 소재로서도 활용되고 있다. 이때, 화장품이나 도료에 사용되는 분말은 천연 견 섬유에서 세리신을 제거하고 알카리로 분자량을 떨어뜨린 후 분쇄하여 사용하는 것이다. 이러한 분말의 제조방법은 한국공개특허공보 제2001-52075호에 공지되어 있으며, 직경 3 마이크로미터 미만의 견 피브로인 분말이 흡습성, 방습성, 투습성에 우수하다고 보고하고 있다.In addition, silk fibroin is suitable for the skin, the powder form is useful as a material used for proliferating or activating epidermal cells, and the fine powder of silk fibroin is also used as a filler, a coating material, and a cosmetic material. At this time, the powder used in cosmetics or paint is used to remove sericin from natural silk fibers, drop the molecular weight with alkali and then grind. A method for preparing such powders is known from Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-52075, and it is reported that silk fibroin powder having a diameter of less than 3 micrometers is excellent in hygroscopicity, moisture resistance, and moisture permeability.

한국공개특허공보 제1999-7001234호는 견 피브로인 및 세리신을 적당 비율로 혼합하여 결정화도 10% 미만의 비결정성 필름 형태의 창상피복재 또는 그의 제조방법을 제시하고 있다. 또한, 한국공개특허공보 제2000-51938호는 스폰지 형태의 창상피복재를 개시하고 있다. 그러나, 필름 형태 또는 스폰지 형태의 창상피복재의 경우 견 피브로인이 동결건조에 의해 직접 제조되기 때문에 유연성이 부족하고 밀착력이 떨어져서 피부와 피복재 사이에 공간이 생김으로써, 치료효과가 떨어지는 단점이 있다.Korean Laid-Open Patent Publication No. 1999-7001234 discloses a wound coating material or a method for producing the amorphous film having a crystallinity of less than 10% by mixing silk fibroin and sericin in an appropriate ratio. In addition, Korean Laid-Open Patent Publication No. 2000-51938 discloses a wound wound coating in the form of a sponge. However, in the case of the wound coating material in the form of a film or sponge, since the silk fibroin is directly manufactured by lyophilization, there is a disadvantage in that the treatment effect is inferior due to the lack of flexibility and the adhesion between the skin and the coating material.

또한, 미국특허 제6,110,590호에는 견 섬유를 전처리 없이 헥사플루오로이소프로판올(hexafluoroisoporpanol)에 용해시킨 후 전기방사하여 견 나노섬유의 부직포를 얻는 방법을 제안하였다. 그러나 상기 방법은 견 섬유에서 세리신을 제거하지 않았기 때문에 생체적합성이 떨어지고, 특히 견을 용해시키는데 수개월의 시간이 소요되며 용매로 사용한 헥사플루오로이소프로판올이 매우 고가이기 때문에 상업성이 어렵다는 단점이 있다.In addition, US Pat. No. 6,110,590 proposes a method of obtaining a nonwoven fabric of silk nanofibers by dissolving the silk fibers in hexafluoroisopropanol without pretreatment and then electrospinning them. However, the method has a disadvantage in that biocompatibility is inferior because sericin is not removed from the silk fiber, and in particular, it takes several months to dissolve the silk, and commercialization is difficult because hexafluoroisopropanol used as a solvent is very expensive.

이에 본 발명자는 피부와의 밀착성, 투과성, 항생제 등의 의약품 함침성 및 사용시의 용이성 등을 모두 만족하는 창상피복재를 개발하고자 노력한 결과, 견섬유에서 세리신을 제거하여 얻어진 견 피브로인의 나노섬유가 부직포 형태로 서로 얽혀 있는 구조를 갖는 창상피복재가 상기한 요구조건을 만족할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors endeavored to develop a wound coating material that satisfies all the adhesion to the skin, permeability, drug impregnation such as antibiotics, and ease of use, so that the nanofibers of the silk fibroin obtained by removing sericin from the silk fibers are in the form of nonwoven fabric. The present invention has been completed by confirming that a wound coating having an intertwined structure can satisfy the above requirements.

본 발명의 목적은 피부와의 밀착성, 투과성, 항생제 등의 의약품 함침성 및 사용시의 용이성 등을 모두 만족하는 창상피복재를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a wound dressing which satisfies both adhesion to skin, permeability, drug impregnation such as antibiotics, and ease of use.

본 발명의 다른 목적은 견섬유에서 세리신을 제거하여 얻어진 견 피브로인의 나노섬유가 부직포 형태로 서로 얽혀 있는 구조를 갖는 창상피복재를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a wound dressing having a structure in which nanofibers of silk fibroin obtained by removing sericin from silk fibers are entangled with each other in the form of a nonwoven fabric.

본 발명의 또 다른 목적은 견섬유에서 세리신을 제거하여 얻어진 견 피브로인 용액을 동결건조하고, 건조된 견 피브로인을 전기방사 용매에 용해시킨 후 전기 방사하는 단계를 포함하는 창상피복재의 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for producing a wound coating material comprising lyophilizing a silk fibroin solution obtained by removing sericin from silk fibers, dissolving the dried silk fibroin in an electrospinning solvent, and then electrospinning. .

도 1은 전기방사에 사용되는 전기방사 장치의 일예를 도시한 개략도이고, 1 is a schematic diagram showing an example of an electrospinning apparatus used for electrospinning,

도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 견 피브로인 초극세 섬유사를 5,000배 확대하여 관찰한 결과이고, Figure 2 is a result of observing magnified 5,000 times the microfiber of silk fibroin prepared in Example 1 of the present invention,

도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 견 피브로인 초극세 섬유사의 직경에 따른 빈도수의 분포를 나타낸 그래프이고, Figure 3 is a graph showing the distribution of the frequency according to the diameter of the silk fibroin ultrafine fiber yarn prepared in Example 1 of the present invention,

도 4는 본 발명에서 제조된 견 피브로인 섬유 집합체에 의한 정상적인 피부 각질세포 및 정상적인 사람의 구강 각질세포의 세포부착능을 측정한 결과이고, 4 is a result of measuring the cell adhesion ability of normal skin keratinocytes and oral keratinocytes of normal humans by the silk fibroin fiber aggregate prepared in the present invention,

PS: 폴리스틸렌 SF only: 견 피브로인 부직포PS: Polystyrene SF only: Silk fibroin nonwoven

BSA: SF시료에 소혈청 알부민 처리 Coll: SF시료에 타입 I 콜라겐 처리BSA: Bovine serum albumin treatment in SF sample Coll: Type I collagen treatment in SF sample

FN: SF시료에 피부로넥틴 처리 LN: SF시료에 라미닌 처리FN: Skin Ronectin treatment on SF sample LN: Laminin treatment on SF sample

도 5는 견 피브로인 나노섬유 집합체(왼쪽)와 동결건조된 스폰지 시트(오른쪽)에 대하여 4일 후의 상처부위를 비교한 결과를 나타낸 사진이다. Figure 5 is a photograph showing the result of comparing the wound site after 4 days for the silk fibroin nanofiber aggregate (left) and lyophilized sponge sheet (right).

본 발명에 따른 창상피복재는 견섬유에서 세리신을 제거하여 얻어진 견 피브로인의 나노섬유가 부직포 형태로 서로 얽혀 있는 구조를 갖는다. 본 명세서에서 "나노섬유(또는 초극세섬유)"라 함은 나노입경을 갖는 섬유를 말하며, 전기방사시의 조건을 적절히 조절함으로써 50 - 1000 nm의 입경을 갖는 나노섬유가 용이하게 제조될 수 있다. 피부와의 접촉성, 창상피복재 내의 공극의 비율, 창상피복재의 기계적 강도 등을 고려할 때, 100 - 500 nm의 입경을 갖는 나노섬유가 바람직하다. 가장 바람직하게는 100 - 300 nm이다.The wound dressing according to the present invention has a structure in which nanofibers of silk fibroin obtained by removing sericin from silk fibers are entangled with each other in the form of a nonwoven fabric. As used herein, the term "nanofiber (or ultrafine fiber)" refers to a fiber having a nanoparticle diameter, and nanofibers having a particle diameter of 50-1000 nm can be easily manufactured by appropriately adjusting conditions during electrospinning. Nanofibers having a particle diameter of 100-500 nm are preferred in consideration of contact with skin, the ratio of voids in the wound coating, the mechanical strength of the wound coating, and the like. Most preferably 100-300 nm.

본 발명의 창상피복재는 직경이 나노크기의 초극세사로 구성된 섬유집합체로서, 성질이 유연하며, 미세공간이 많고 단위 중량당 표면적이 큰 특징을 가지고 있어 창상피복재로 전개시 피부와의 밀착성 및 공기투과도가 우수하며 외부로부터의 세균의 침투에 의한 감염을 방지할 수 있으므로, 손상된 조직의 세포를 효율적으로 재생시킬 수 있다. 손상된 조직이 피부 각화세포 및 구강 각화세포일 때, 우수한 효과를 보인다. 본 발명의 구체예에 따르면, 견 피브로인 나노섬유로 이루어진 부직포 형태의 창상피복재는 정상적인 사람의 피부 각화세포(NHEK: normal human epithermal keratinocyte) 및 구강 각화세포(NHOK: noraml human oral keratinocyte)의 세포부착능을 측정한 결과, 종래의 스폰지 형태의 창상피복재에 비해 현저히 향상된 세포부착능을 제공하였다(도 4참조).The wound dressing of the present invention is a fiber assembly composed of nano-micron diameter microfiber, flexible in nature, having a lot of micro spaces and having a large surface area per unit weight, so that the wound coating material has good adhesion and air permeability. It is excellent and can prevent infection by the invasion of bacteria from the outside, so that cells of damaged tissues can be efficiently regenerated. When the damaged tissues are skin keratinocytes and oral keratinocytes, they show excellent effects. According to an embodiment of the present invention, the non-woven wound coating material made of silk fibroin nanofibers has cell adhesion ability of normal human epithermal keratinocytes (NHEK) and noraml human oral keratinocytes (NHOK). As a result of the measurement, the cell adhesion was significantly improved compared to the conventional sponge-type wound coating material (see FIG. 4 ).

본 발명의 창상피복재는 결손부위의 추가감염을 방지하기 위하여, 창상피복재에 통상 사용되는 첨가제를 추가로 사용되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 첨가제의 예로는 가소제, 유연제, 항생제, 항미생물제, 세포, 효소, 항체, 안료 등을 들 수 있다.In order to prevent further infection of the defect site, the wound dressing of the present invention may further include an additive additionally used as an additive commonly used in wound dressings, and examples of the additive include plasticizers, softeners, antibiotics, antimicrobial agents, Cells, enzymes, antibodies, pigments and the like.

본 발명은 또한 상기한 창상피복재의 제조방법에 관한 것으로서, 견섬유에서 세리신을 제거하여 얻어진 견 피브로인 용액을 동결건조하고, 건조된 견 피브로인을 전기방사 용매에 용해시킨 후 전기 방사하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 또한 견 피브로인 나노섬유의 재결정화을 수행함으로써 물에 대한 용해성을 감소시키고, 섬유의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 재결정화에 사용될 수 있는 용매의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올과 같은 C1∼ C3의 알코올 또는 이들의 수용액을 들 수 있다.The present invention also relates to a method for producing a wound dressing, the method comprising lyophilizing a silk fibroin solution obtained by removing sericin from silk fibers, and dissolving the dried silk fibroin in an electrospinning solvent and then electrospinning. The method of the present invention can also reduce the solubility in water and improve the mechanical strength of the fiber by performing recrystallization of the silk fibroin nanofibers. Examples of solvents that can be used for recrystallization include C 1 to C 3 alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol or aqueous solutions thereof.

누에고치 등으로부터 뽑아낸 천연 견섬유는 두 가닥의 피브로인이 세리신 외막에 싸여있는 구조를 갖고 있으며, 견섬유로부터 세리신을 제거하는 단계를 정련이라고 한다. 이러한 정련 공정은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 공지되어 있다. 예를 들면, 아스퍼질러스 오리제(Asperdillus oryzae) 등의 단백질 분해효소를 사용한 정련 방식, 또는 탄산나트륨, 올레인산나트륨 등의 알칼리성 수용액에서 끓이는 정련방식, 고압반응기(autoclave)를 이용한 고온-고압 정련방식 등을 들 수 있다. 세리신(Sericin)을 제거하지 아니한 채, 추후 공정을 수행할 경우 거품이 다량 발생하고, 따라서, 이후 공정에서 상당히 많은 문제를 야기할 수 있다.Natural silk fibers extracted from silkworm cocoons have a structure in which two strands of fibroin are wrapped in a sericin envelope, and the step of removing sericin from silk fibers is called refining. Such refining processes are well known to those of ordinary skill in the art. For example, a refining method using proteolytic enzymes such as Asperdillus oryzae, a refining method of boiling in an alkaline aqueous solution such as sodium carbonate or sodium oleate, a high temperature-high pressure refining method using an autoclave, etc. Can be mentioned. Subsequent processes without the removal of sericin will generate a large amount of foam, which may cause a considerable number of problems in subsequent processes.

세리신이 제거된 견 피브로인은 적당한 용매에 용해되어 견 피브로인 용액으로 제조된다. 견 피브로인 용액을 얻는 방법도 널리 공지되어 있으며, 예를 들면, 염화리튬, 브롬화리튬, 요오드화나트륨, 염화아연, 염화칼슘 등과 같은 중성염을 함유하는 에탄올 수용액에 견 피브로인을 부가하여 용해시킨 후, 이 용액을 셀로판막과 같은 투석막을 사용하여 투석시켜 상기 중성염을 완전히 제거함으로써 성취될 수 있다.Sericin-free silk fibroin is dissolved in a suitable solvent to prepare a silk fibroin solution. The method of obtaining a silk fibroin solution is also well known. For example, after adding and dissolving silk fibroin to an aqueous ethanol solution containing neutral salts such as lithium chloride, lithium bromide, sodium iodide, zinc chloride, calcium chloride, and the like, the solution Can be achieved by dialysis using a dialysis membrane such as cellophane membrane to completely remove the neutral salt.

상기 견 피브로인 용액은 동결건조에 의해 스폰지 형태로 변화된다. 얻어진 스폰지 형태의 견 피브로인은 전기방사 용매에 용해된 후 전기 방사장치에 적용되어 나노섬유가 부직포 형태로 서로 얽혀 있는 구조를 갖는 창상피복재가 제조된다. 본 명세서에서 "전기방사 용매"라 함은 견 피브로인을 용해시킬 수 있어야 한다는 전제하에 전기 방사에 적용할 수 있는 용매를 말한다. 본 발명의 구체예에 따르면, 포름산 또는 포름산 수용액이 상기한 요구조건을 모두 만족함을 확인할 수 있었다.The silk fibroin solution is changed into a sponge by lyophilization. The obtained sponge fibroin is dissolved in an electrospinning solvent and then applied to an electrospinning apparatus to produce a wound coating material having a structure in which nanofibers are entangled with each other in the form of a nonwoven fabric. As used herein, the term "electrospinning solvent" refers to a solvent that can be applied to electrospinning on the premise that it can dissolve the silk fibroin. According to the embodiment of the present invention, it was confirmed that the formic acid or the formic acid aqueous solution satisfies all the above requirements.

전기방사에 통상 사용될 수 있는 전기방사장치는 특별히 제한되지 아니하며, 나노섬유의 직경, 나노섬유의 굵기 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 일반적으로 사용되는 고전압(5 ∼ 50kV)을 걸어줄 수 있는 전기방사장치가 널리 사용될 수 있다.The electrospinning device that can be used for electrospinning is not particularly limited, and may be appropriately selected in consideration of the diameter of the nanofibers, the thickness of the nanofibers, and the like. Spinning devices can be widely used.

나노섬유(또는 초극세 섬유)의 직경은 견 피브로인 용액의 농도, 사용한 전기방사장치의 종류 및 전기방사시의 조건을 적절히 조절함으로써 50 - 1000 nm, 바람직하게는 100 - 500 nm, 가장 바람직하게는 100 - 300 nm의 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 이러한 사항은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 본 발명의 구체예에 따르면, 견 피브로인 농도는, 포름산 또는 그 수용액과 같은 전기방사 용매의 중량에 대하여, 5 ∼ 20%를 사용하는 것이 바람직하고, 8 ∼ 10%가 보다 바람직하였다. 또한, 주어진 전압은 5 ∼ 35 kV의 범위에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 ∼ 25 kV이였다. 방사구와 집적판 사이의 거리는 5 ∼ 30 cm가 바람직하였고, 보다 바람직하게는 5 ∼ 15 cm이였다. 다만, 상기한 견피브로인 용액의 농도, 전압 및 방사구와 집적판 사이의 거리는 전기방사장치의 종류, 요구되는 물성, 창상피복재의 형상 등을 전체적으로 고려하여 정해져야 한다. 전기 방사된 나노섬유는 서로 얽혀 있는 부직포 형태를 형성하였다(도 2도 3),The diameter of the nanofibers (or ultrafine fibers) is 50-1000 nm, preferably 100-500 nm, most preferably 100 by appropriately adjusting the concentration of the silk fibroin solution, the type of electrospinning apparatus used and the conditions during electrospinning. Can be adjusted appropriately within the range of 300 nm. Such matters will be apparent to those of ordinary skill in the art. According to the specific example of this invention, it is preferable to use 5-20% with respect to the weight of the electrospinning solvent like formic acid or its aqueous solution, and, as for the silk fibroin concentration, 8-10% is more preferable. In addition, the given voltage is preferably performed in the range of 5 to 35 kV, more preferably 15 to 25 kV. As for the distance between a spinneret and an integrated board, 5-30 cm was preferable, More preferably, it was 5-15 cm. However, the concentration of the silk bromine solution, the voltage and the distance between the spinneret and the integrated plate should be determined in consideration of the type of electrospinning apparatus, the required physical properties, the shape of the wound coating material, and the like. The electrospun nanofibers formed a nonwoven form intertwined with each other ( FIGS. 2 and 3 ),

본 발명의 방법은 또한 견 피브로인 나노섬유의 재결정화을 수행함으로써 물에 대한 용해성을 감소시키고, 섬유의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 재결정화에 사용될 수 있는 용매의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올과 같은 C1∼ C3의 알코올 또는 이들의 수용액을 들 수 있다.The method of the present invention can also reduce the solubility in water and improve the mechanical strength of the fiber by performing recrystallization of the silk fibroin nanofibers. Examples of solvents that can be used for recrystallization include C 1 to C 3 alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol or aqueous solutions thereof.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명 범위 및 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 명세서를 참고하여 변형시키거나 개선시킬 수 있을 것이다.This embodiment is intended to illustrate the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples. Those skilled in the art to which the present invention pertains may make modifications or improvements with reference to the present specification without departing from the scope and object of the present invention.

<실시예 1><Example 1>

뜨거운 물로 미리 세척한 견 섬유를 상기 섬유 중량의 100배에 해당하는 물에 침지하였다. 상기 견 섬유의 양에 대하여, 중량비 0.3%의 올레인산나트륨을 추가 투입하고 95℃에서 120 분간 처리하고 수세한 다음, 다시 0.1%의 올레인산나트륨으로 95℃에서 60 분간 처리하였다. 상기 용액을 탄산나트륨 수용액으로 중화하고 끓는 물로 수차례 수세함으로써, 견섬유의 세리신을 제거하였다. 상기 세리신이 제거된 견 섬유를 염화칼슘, 증류수, 무수에탄올의 몰비가 각각 1:2:8인 혼합용매에 넣고 70℃에서 4 시간 교반하여 용해시켰다. 상기 세리신이 제거된 견 섬유를 셀룰로오스 투석막에 넣어 증류수 조건에서 3 일간 투석하여 염 및 에탄올을 완전히 제거된 순수한 견 피브로인 용액을 제조하였다. 상기 염 및 에탄올이 제거된 견 피브로인 용액을 -80℃에서 순간 동결시키고 -4℃로 유지되는 동결건조기에서 2 일간 동결건조하여 수분이 제거된 스폰지 상태의 견 피브로인을 얻었다. 상기 견 피브로인을 포름산에 녹여 9%의 용액으로 제조하였고, 도 1의 전기방사 장치를 이용하여 방사구 선단부에서 집적판까지의 거리는 5 cm, 전압 15 kV로 고정한 후 전기방사하여 견 피브로인 나노섬유의 섬유집합체를 제조하였다. 제조된 부직포 형태의 초극세 섬유사의 집합체를 메탄올 수용액에 10 분간 침지한 후 결정화시켰으며, 상기 결정화가 완료된 후, 메탄올 및 물을 제거하여 수불용성 섬유집합체를 제조하였다. 섬유 집합체를 구성하는 초극세 섬유의 직경을 분석하기 위하여 형상분석기(image analyzer)(Scope Eye, 한국)를 이용하였다. 도 2는 그 결과를 도시한 것으로서, 150 ∼ 300 nm의 직경에 해당되는 섬유수가 밀집된 결과를 확인할 수 있었다. 상기에서 제조된 섬유집합체를 주사전자현미경(Hidachi S-2350, 일본)을 이용하여 5,000 배의 배율로 확대하여 관찰하였으며, 그 결과를 도 3에 도시하였다. 상기 결과에서 볼 수 있듯이, 섬유집합체는 150 ∼ 300 nm의 균일한 굵기를 갖는 나노섬유가 부직포 형태로 서로 얽혀 있는 구조를 갖고 있었다.The silk fiber, previously washed with hot water, was immersed in water corresponding to 100 times the weight of the fiber. With respect to the amount of the silk fiber, 0.3% of sodium oleate in a weight ratio was further added, treated at 95 ° C. for 120 minutes, washed with water, and then treated with 0.1% sodium oleate at 95 ° C. for 60 minutes. The sericin of silk fiber was removed by neutralizing the solution with aqueous sodium carbonate solution and washing with boiling water several times. The silk fiber from which sericin was removed was added to a mixed solvent having a molar ratio of calcium chloride, distilled water, and anhydrous ethanol 1: 2: 8, respectively, and stirred at 70 ° C. for 4 hours to dissolve. The silk fiber from which sericin was removed was placed in a cellulose dialysis membrane, and dialyzed under distilled water for 3 days to prepare a pure silk fibroin solution in which salt and ethanol were completely removed. The silk fibroin solution from which the salt and ethanol were removed was freeze-dried at -80 ° C and lyophilized for 2 days in a freeze dryer maintained at -4 ° C to obtain a sponge-derived silk fibroin. The silk fibroin was dissolved in formic acid to prepare a 9% solution. Using the electrospinning apparatus of FIG. 1, the distance from the tip of the spinneret to the integrated plate was fixed at 5 cm and a voltage of 15 kV, followed by electrospinning of the silk fibroin nanofibers. A fiber assembly was prepared. The prepared nonwoven fabric of ultrafine fiber yarn was immersed in an aqueous methanol solution for 10 minutes and then crystallized. After completion of the crystallization, methanol and water were removed to prepare a water-insoluble fiber aggregate. An image analyzer (Scope Eye, Korea) was used to analyze the diameter of the ultrafine fibers constituting the fiber aggregate. Figure 2 shows the results, it was confirmed that the number of fibers of the diameter corresponding to the diameter of 150 ~ 300 nm. The fiber assembly prepared above was observed at a magnification of 5,000 times using a scanning electron microscope (Hidachi S-2350, Japan), and the results are shown in FIG. 3. As can be seen from the above results, the fiber aggregate had a structure in which nanofibers having a uniform thickness of 150 to 300 nm were entangled with each other in the form of a nonwoven fabric.

<실시예 2><Example 2>

견 피브로인을 포름산에 녹여 9%의 용액의 동일한 농도 및 방사구 선단부에서 집적판까지의 거리가 7 cm로 동일하고, 전압을 20 kV로 변경하여 전기방사하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 상기 수행한 결과, 굵기가 비교적 균일한 (210nm ± 140) 초극세 섬유사의 집합체를 제조하였다.The same concentration as in Example 1 except for dissolving the silk fibroin in formic acid, the same concentration of 9% solution and the distance from the tip of the spinneret to the integrated plate is 7 cm, and electrospinning by changing the voltage to 20 kV It was performed by the method. As a result of the above, an aggregate of ultrafine fiber yarns having a relatively uniform thickness (210 nm ± 140) was prepared.

<실시예 3><Example 3>

견 피브로인을 포름산에 녹여 9%의 용액의 동일한 농도로 제조하고, 방사구 선단부에서 집적판까지의 거리를 7 cm 및 전압을 25 kV로 변경하여 전기방사하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다. 수행한 결과, 굵기가 비교적 균일한 (230nm ± 150) 초극세 섬유사의 집합체를 제조하였다.Silk fibroin was dissolved in formic acid and prepared in the same concentration of 9% solution, and the same as in Example 1 except that the electrospinning by changing the distance from the spinneret tip to the integrated plate 7 cm and the voltage to 25 kV It was performed by the method. As a result, an aggregate of ultra-fine fiber yarns having a relatively uniform thickness (230 nm ± 150) was prepared.

<실험예 1> 창상피복용 견 피브로인 나노섬유 부직포의 세포부착능 측정Experimental Example 1 Measurement of Cell Adhesion of Wound Fibroin Nanofiber Nonwoven Fabric

실시예에서 제조된 견 피브로인 나노섬유 집합체에 의한 정상적인 사람의 피부(NHEK) 및 구강 각화세포(NHOK)의 세포부착능을 측정하기 위하여 하기와 같이 실험하였다.In order to measure the cell adhesion ability of normal human skin (NHEK) and oral keratinocytes (NHOK) by the silk fibroin nanofiber aggregate prepared in Example.

단계 1: 피부 각화세포의 준비Step 1: Preparation of Skin Keratinocytes

NHEK(normal human epithermal keratinocyte, 이하, "NHEK"라고 함)는 사람 표피(foreskin)조직으로부터 채취하여 조직표본을 1 내지 3 세 사이 연령의 건강한 사람에게서 얻었다. 상기 조직표본은 칼슘 및 마그네슘이 포함되지 않은 행크스 균질염 용액(calcium- and magnesium-free Hanks balanced salt solution, CMF-HBSS; GIBCO)으로 3 회 세척하였다.NHEKs (normal human epithermal keratinocytes, hereinafter referred to as "NHEKs") were taken from human epidermal tissue and tissue samples were obtained from healthy humans between 1 and 3 years of age. The tissue samples were washed three times with calcium- and magnesium-free Hanks balanced salt solution (CMF-HBSS; GIBCO) containing no calcium and magnesium.

표피조직으로부터 상피조직을 분리하기 위하여 상기조직에 콜라겐네이즈(collgenase type II, 1.0mg/ml; sigma Chemical Co.) 및 디스파아제(dispase grade II, 2.4 mg/ml; Boeringer-Mannheim)를 함유한 CMF-HBSS를 첨가하여 95%의 공기와 5%의 이산화탄소 조건하에서 37℃, 90 분동안 배양하였다. NHEK를 상기와 같이 분리된 표피조직으로부터 준비하였으며, 0.15mM 칼슘과 성장인자(growth factor) 블릿카트를 포함한 상피세포 배양액(KGM; Clonetics Corp.)에서 배양하였다. 세포의 밀도가 대략 70%가 되었을 때 NHEK를 60 mm 페트리 디쉬 당 1 × 105개의 세포수로 분주하였고, 세포밀도가 대략 70%가 될 때까지 배양하였다. 이와 같이 계대배양(subculture)을 실시하였으며 2 회 계대배양한 NHEK를 사용하였다.In order to separate epithelial tissues from epidermal tissues, the tissues contained collagenase (collgenase type II, 1.0 mg / ml; sigma Chemical Co.) and dispase grade II (2.4 mg / ml; Boeringer-Mannheim). CMF-HBSS was added and incubated for 90 minutes at 37 ° C. under 95% air and 5% carbon dioxide conditions. NHEK was prepared from the epidermal tissue separated as described above, and cultured in epithelial cell culture (KGM; Clonetics Corp.) containing 0.15mM calcium and growth factor (bulkart). NHEKs were dispensed at 1 × 10 5 cells per 60 mm Petri dishes when the cell density was approximately 70% and incubated until the cell density became approximately 70%. Subculture was performed in this way, and two passages of NHEK were used.

단계 2: 구강 각화세포의 준비Step 2: Preparation of Oral Keratinocytes

NHOK(normal human oral keratinocyte, 이하 "NHOK"라고 함)는 사람의 치은조직으로부터 채취하여 조직표본을 18내지 30세 사이 연령의 건강한 사람에게서 얻은 것을 제외하고는 NHEK와 동일한 방법으로 처리하였다.NHOK (normal human oral keratinocytes, hereinafter referred to as "NHOK") was treated with the same method as NHEK except that tissue samples were obtained from gingival tissues of humans and obtained from healthy individuals between the ages of 18 and 30 years.

단계 3: 세포부착능 측정Step 3: Measuring Cell Adhesion

메탄올 수용액으로 10분 처리하여 제조되고 직경이 14 mm인 견 피브로인 나노섬유 부직포를 24-웰 배양접시에 넣고, 0.3 ml의 소혈청 알부민(bovine serum albumin) (1 mg/ml), 타입 I 콜라겐(type I collagen) (50 ㎍/ml), 피부로넥틴(fibronectin) (1 ㎍/ml) 또는 라미닌(laminin) (10 ㎍/ml)을 첨가하고 실온에서 12 시간 배양하여 세포외기질 단백질(extracellular protein)을 코팅시켰다. 견 피브로인 나노섬유 부직포만을 시험하는 경우에는 0.3 ml의 인산화된 완충 식염수(phosphate buffered saline, PBS)를 첨가하고 동일하게 처리하였다. 첨가한 세포외기질 단백질(extracellular protein)을 제거하고, 각 웰을 PBS로 1회 조심스럽게 세척하였다. 세포외기질 단백질로 코팅이 안된 활성 사이트(active sites)를 차단시키기 위하여 각 웰당 0.4 ml의 소혈청 알부민(bovine serum albumin) (1 mg/ml)을 첨가하고 37℃에서 30 분간 배양하였다. 소혈청 알부민을 제거하고, PBS로 조심스럽게 세척하였다. 각 웰당 1 × 105cells (0.5 ml)를 분주하고, 95 %의 공기와 5 %의 이산화탄소 조건하에서 37℃, 60분 동안 배양하였다. 이 때 사용한 배양액은 0.15 mM 칼슘과 성장인자 불릿키트를 포함한 상피세포 배양액(KGM; Clonetics Corp.)에서 배양하였다. 배양액을 제거한 후 PBS로 1 회 조심스럽게 세척하였다. 0.4 ml의 10% 포르말린 용액 (10% formalin in PBS)을 넣고, 실온에서 15 분간 방치시켜 세포를 고정시켰다. PBS로 2 회 세척한 후 10% 포르말린 용액에 용해된 0.4 ml의 1% 톨루이딘 블루(toluidine blue)을 넣고 실온에서 1 시간 방치하였다. 방치 후 톨루이딘 블루를 제거하였고, 바닥의 염료가 빠져 나오도록 견 피브로인 나노섬유 부직포를 증류수로 3 회 세척하였다. 세척할 때 각 회당 흔들어주면서 1시간씩 세척하였다. 견 피브로인 나노섬유 부직포를 새로운 24 웰 배양접시(culture plate)로 옮기고, 0.2 ml의 2% SDS을 첨가하고 15 분간 배양하여 세포를 용해시켰다. 세포 용해액을 6 배 희석시키고, 0.1 ml를 취하여 96 웰 플래트에 옮긴 후, 플래트 리더(Micro plate reader Model 550, Bio-Rad)로 595 nm에서 흡광도를 측정하였다.Prepared by 10 minutes treatment with aqueous methanol solution, 14 mm diameter silk fibroin nanofiber non-woven fabric into a 24-well culture dish, 0.3 ml bovine serum albumin (1 mg / ml), type I collagen ( Extracellular protein (50 μg / ml), fibronectin (1 μg / ml) or laminin (10 μg / ml) was added and incubated for 12 hours at room temperature. ) Was coated. When only silk fibroin nanofiber nonwovens were tested, 0.3 ml of phosphate buffered saline (PBS) was added and treated the same. Extracellular protein was removed and each well was carefully washed once with PBS. In order to block the active sites not coated with the extracellular matrix protein, 0.4 ml of bovine serum albumin (1 mg / ml) was added to each well and incubated at 37 ° C. for 30 minutes. Bovine serum albumin was removed and washed carefully with PBS. 1 x 10 5 cells (0.5 ml) were dispensed per well and incubated at 37 ° C. for 60 minutes under 95% air and 5% carbon dioxide conditions. The culture medium used was cultured in epithelial cell culture (KGM; Clonetics Corp.) containing 0.15 mM calcium and growth factor bullet kit. After the culture was removed, it was carefully washed once with PBS. 0.4 ml of 10% formalin solution (10% formalin in PBS) was added and the cells were fixed by standing at room temperature for 15 minutes. After washing twice with PBS, 0.4 ml of 1% toluidine blue dissolved in 10% formalin solution was added thereto, and left at room temperature for 1 hour. Toluidine blue was removed after standing, and the silk fibroin nanofiber nonwoven fabric was washed three times with distilled water to allow the dye at the bottom to escape. When washing, washed for 1 hour while shaking each time. Silk fibroin nanofiber nonwovens were transferred to a new 24-well culture plate, and 0.2 ml of 2% SDS was added and incubated for 15 minutes to lyse the cells. Cell lysates were diluted 6-fold, 0.1 ml was taken and transferred to a 96 well plate, and the absorbance was measured at 595 nm with a microplate reader Model 550 (Bio-Rad).

도 4는 실시예에서 제조된 견 피브로인 나노섬유 집합체에 의한 정상적인 사람의 피부(NHEK) 및 구강 각화세포(NHOK)의 세포부착능을 측정한 결과를 나타낸 것으로서, 폴리스틸렌에 비하여, 세포외기질 단백질 전처리 여부에 관계없이 견 피브로인 나노섬유 부직포의 세포부착능이 매우 우수함을 확인하였다 (도 4에서, PS는 폴리스틸렌만을 처리한 결과이고, SF only는 견 피브로인 부직포만 처리한 결과이고, BSA는 견 피브로인 부직포 시료에 소혈청 알부민을 첨가한 후 처리한 결과이고, Coll은 견 피브로인 부직포 시료에 타입 I 콜라겐을 첨가한 후 처리한 결과이고, FN은 견 피브로인 부직포 시료에 피부로넥틴를 첨가한 후 처리한 결과이고, LN은 견 피브로인 부직포 시료에 라미닌을 첨가한 후 처리한 결과임).Figure 4 shows the results of measuring the cell adhesion of the normal human skin (NHEK) and oral keratinocytes (NHOK) by the silk fibroin nanofiber aggregate prepared in Example, as compared to polystyrene, extracellular matrix protein pretreatment It was confirmed that the cell adhesion ability of the silk fibroin nanofiber nonwoven fabric regardless of whether or not (in Figure 4, PS is the result of treating only polystyrene, SF only is the result of treating only the silk fibroin nonwoven fabric, BSA is a silk fibroin nonwoven sample After the addition of bovine serum albumin to the treatment, Coll is the result of treatment after adding type I collagen to the silk fibroin non-woven sample, FN is the result of treatment after the addition of dermalonectin to the silk fibroin non-woven sample , LN is the result of treatment after addition of laminin to the sample of silk fibroin).

<실험예 2> 창상피복용 견 피브로인 나노섬유 부직포의 상처치유능 평가Experimental Example 2 Evaluation of Wound Healing Capacity of Non-woven Fabric of Silk Fibroin for Wound Coatings

중량이 약 250g 되는 실험용 쥐의 등에 크기가 1cm × 1cm의 정방형의 상처(피부전층 결손)를 두 개씩 만들어서 한쪽에는 전기방사를 수행하기 이전 상태인 동결건조된 견 피브로인 스폰지 시트(한국공개특허공보 제2000-51938호 참조)를 붙인 다음, 봉합하여 고정하고 다른 쪽에는 본 발명에 따른 부직포 형태의 견 피브로인 나노섬유 집합체를 동일한 방법으로 고정하였다. 4일이 지난 후에 상처부위를 관찰하였다.A lyophilized silk fibroin sponge sheet, which was in a state before the electrospinning, was made by making two square wounds (skin layer defects) each having a size of about 1 cm × 1 cm on the back of a rat having a weight of about 250 g. 2000-51938), and then suture and fixation, and on the other side, the non-woven silk fibroin nanofiber aggregate was fixed in the same manner. After 4 days, the wound was observed.

도 5는 본 발명의 견 피브로인 나노섬유 집합체(왼쪽)와 동결건조된 스폰지 시트(오른쪽)에 대하여 4일 후의 상처부위를 비교한 결과를 나타낸 사진으로서, 견 피브로인 나노섬유 부직포(오른쪽)의 경우, 종래의 동결건조된 스폰지 시트(왼쪽)에 비해 상처가 현저히 빠른 속도로 아물었으며, 이러한 결과로부터 동결건조된 스폰지 시트에 비하여 견 피브로인 나노섬유 부직포의 상처 치유능이 현저히 우수함을 확인하였다.5 is a photograph showing the results of comparing the wound site after 4 days with respect to the silk fibroin nanofiber aggregate (left) and the lyophilized sponge sheet (right) of the present invention, the silk fibroin nanofiber nonwoven fabric (right), Compared to the conventional lyophilized sponge sheet (left), the wound was healed at a significantly faster rate, and from these results, it was confirmed that the wound healing ability of the silk fibroin nanofiber nonwoven fabric was significantly superior to the lyophilized sponge sheet.

본 발명의 창상피복재는 직경이 나노크기의 초극세사로 이뤄진 섬유집합체로서, 성질이 유연하며, 미세공간이 많고 단위 중량당 표면적이 큰 특징을 가지고 있어 창상피복재로 전개시 피부와의 밀착성 및 공기투과도가 우수하며 외부로부터의 세균의 침투에 의한 감염을 방지할 수 있으므로, 손상된 조직의 세포를 효율적으로 재생시킬 수 있다는 장점을 갖는다.The wound dressing of the present invention is a fiber aggregate composed of nano-micron diameter microfiber, flexible in nature, has a lot of micro spaces and has a large surface area per unit weight, and thus the adhesion and air permeability to the skin when developed as a wound dressing It is excellent and can prevent infection due to the invasion of bacteria from the outside, has the advantage of efficiently regenerating cells of damaged tissue.

Claims (8)

견섬유에서 세리신을 제거하여 얻어진 견 피브로인의 나노섬유가 부직포 형태로 서로 얽혀 있는 구조를 갖는 창상피복재.A wound coating material having a structure in which nanofibers of silk fibroin obtained by removing sericin from silk fibers are entangled with each other in the form of a nonwoven fabric. 제 1 항에 있어서, 상기 창상피복재가 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 창상피복재.2. The wound dressing according to claim 1, wherein the wound dressing further comprises an additive. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가제가 가소제, 유연제, 항생제, 항미생물제, 세포, 효소, 항체, 안료 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 창상피복재.The wound dressing according to claim 1, wherein the additive is selected from the group consisting of plasticizers, softeners, antibiotics, antimicrobial agents, cells, enzymes, antibodies, pigments, and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 창상피복재가 피부 각화세포 및 구강 각화세포에 적용되는 것을 특징으로 하는 창상피복재.The wound dressing according to claim 1, wherein the wound dressing is applied to skin keratinocytes and oral keratinocytes. 견섬유에서 세리신을 제거하여 얻어진 견 피브로인 용액을 동결건조하고, 건조된 견 피브로인을 전기방사 용매에 용해시킨 후 전기 방사하는 단계를 포함하는 제1항의 창상피복재의 제조방법.A method of producing a wound dressing according to claim 1, comprising lyophilizing a silk fibroin solution obtained by removing sericin from silk fibers, dissolving the dried silk fibroin in an electrospinning solvent, and then electrospinning. 제 5 항에 있어서, 상기 전기방사 용매가 포름산 또는 포름산 수용액인 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 5, wherein the electrospinning solvent is formic acid or an aqueous formic acid solution. 제 5 항에 있어서, 상기 제조방법이 전기방사 후, 견 피브로인 나노섬유를 재결정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 5, wherein the method further comprises recrystallizing the fibroin nanofibers after electrospinning. 제 7 항에 있어서, 상기 재결정화가 C1∼ C3의 알코올 또는 이들의 수용액에서 수행되는 제조방법.8. A process according to claim 7, wherein said recrystallization is carried out in C 1 to C 3 alcohols or aqueous solutions thereof.
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