KR20110031826A - 그라핀／바이오 고분자 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법 - Google Patents

그라핀／바이오 고분자 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조직공학용 지지체로 사용될 수 있는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 손상된 조직이나 장기를 치료하기 위해 인체에 주입하여 세포를 배양할 수 있는 조직공학용 지지체로 사용될 수 있는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 세포의 부착력과 증식력, 생체적합성, 기계적 강도 등의 조직공학용 지지체로 사용되기에 적합한 물성을 갖는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체를 제공한다.
그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체, 그라핀, 바이오 고분자, 조직공학용 지지체, 전기방사법

Description

그라핀／바이오 고분자 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법 {GRAPHENE/BIOPOLYMER NANOFIBER COMPOSITES AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 조직공학용 지지체로 사용될 수 있는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 손상된 조직이나 장기를 치료하기 위해 인체에 주입하여 세포를 배양할 수 있는 조직공학용 지지체로 사용될 수 있는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 생명공학 분야 중에서도 조직의 치료 및 재생을 위한 조직공학(tissue engineering) 분야가 발달하고 있다. 조직공학(Tissue Engineering)이란 환자의 몸에서 필요한 조직을 채취하고 그 조직편으로부터 세포를 분리한 다음 분리된 세포의 배양을 통하여 필요한 양만큼 증식시키고 다공성을 가지는 생분해성 고분자 지지체에 심어 일정기간 체외 배양한 뒤 이 하이브리드형 세포/고분자 구조물을 다시 인체 내에 이식하는 것이다. 이식 후 세포들은 대부분의 조직이나 장기의 경우 신 생 혈관이 형성될 때까지는 체액의 확산에 의해 산소와 영양분을 공급받다가 인체 내의 혈관이 자라 들어와 혈액의 공급이 이루어지면 세포들이 증식 분화하여 새로운 조직 및 장기를 형성하고 고분자 지지체는 그동안 분해되어 없어지게 되는 기법을 응용하는 것이다.
따라서 이러한 조직공학 연구를 위해서는 우선 생체 조직과 유사한 생분해성 고분자 지지체를 제조하는 일이 중요하다. 이러한 조직공학용 지지체의 재료의 주된 요건은 생분해성과 생체적합성의 조건을 만족하여야 하며 면역거부 반응이 없어야 한다. 3차원으로 설계된 조직공학용 지지체에서 세포들은 체내에 이식된 초기에 사멸하거나 형태를 잃지 않고 자라날 기반을 마련해 주게 되고 생분해성인 고분자가 천천히 분해되어 세포가 자라날 공간을 충분히 내어 주게 됨으로써 향후 이식세포로 구성된 자연조직과 동일한 형태와 기능을 지닌 조직으로 재생될 수 있게 된다.
이러한 조직공학용 지지체의 성능을 높이기 위해서는 그 형태가 실제 생체 내의 세포외기질(ECM)과 유사한 나노 단위의 섬유형태를 갖는 3차원 망상구조를 갖는 것이 이상적이다. 세포외기질은 조직의 형태와 세포의 생장을 보장하는 결정적인 역할을 하는 것으로 체외에서 인공적으로 세포외기질과 유사한 지지체를 이용하여 체외에서 세포가 충분히 접착되고 증식될 수 있어야 한다. 이러한 형태학적인 유사함을 가지는 지지체로 다공성을 지닌 스펀지 형태의 재료나 섬유 형태의 재료가 조직공학용 지지체로 많은 응용이 되고 있다.
조직공학용 지지체의 구조는 높은 밀도의 세포점착을 가능하게 하는 큰 표면 적을 위하여 높은 다공도를 필요로 하며, 생체 내로의 이식 이후에 혈관의 형성 및 영양분 성장인자, 호르몬 등의 물질전달을 가능하게 하는 큰 기공과 기공간 상호 연결된 연속 구조(Open cell structure)를 갖는 것이 요구되고, 배양되는 조직의 특성에 따라 상기 다공도 및 기공의 형상이 조절될 것이 요구된다.
이러한 조건을 만족하는 다공성 조직공학용 지지체를 만드는 방법은 다음과 같은 것들이 있다.
현재 가장 많이 사용되고 있으며 상품화된 것은 PGA 봉합사로 이루어진 지지체(unwoven PGA fiber mesh)로서 무작위적으로 풀어진 봉합사의 가닥들을 열처리하여 삼차원적 형태를 구성한 것인 바, 매우 높은 공극률과 공극의 크기 및 공극 사이의 상호연결성을 갖추고 있으나, 기계적 강도가 매우 약해 그 응용이 제한되어 왔다(A. G. Mikos, Y. Bao, L. G. Cima, D. E. Ingber, J. P. Vacan ti, and R. Langer, J. Biomed. Mater. Res. (1993) 27, 183-189).
입자침출(Particulate leaching) 방법은 A. G. Mikos 등에 의해 많이 사용되어지고 있는데, 사용하는 소금염(NaCl)의 크기에 따라 공극의 크기를 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있지만, 잔존하는 소금염이나 거친 형상에 의해 초래되는 세포의 손상 등이 문제된다(A. G. Mikos, G. Sarakinos, S. M. Leite, J. P. Vacant i, and R. Langer, Biomaterials (1993) 14, 5, 323-330; A. G. Mikos, A. J . Thorsen, L. A. Czerwonka, Y. Bao, R, Langer, D. N. Winslow, and J. P. Vacan ti, Polymer (1994) 35, 5, 1068-1077).
그 밖에 유화동결건조법(emulsion freeze-drying)이나 고압기체팽창법(high pressure gas expansion) 등이 사용되며, 이들은 나름대로의 장점을 가지고 있지만, 열린 구조를 갖는 공극(open cellular pores)을 만들기 어렵다는 한계를 가지고 있다(Whang, C. H. Thomas, K. E. Healy, G. Nuber, Polymer (1995) 36, 4, 837-842; D. J. Mooney, D. F. Baldwin, N. P. Suh, J. P. Vacanti, R. Langer, Biomat erials (1996) 17, 1417-1422).
최근에는 고분자 용액의 상분리 현상(phase separation)을 이용한 방법이 K. W. Leong이나 Ph. Teyssie 등에 의해 시도된 바 있지만, 이 역시 현재로서는 공극의 크기가 너무 작아 세포의 배양이 어렵다는 문제를 갖고 있다(H.Lo, M. S. Ponticiello, K. W. Leong, Tissue Eng. (1995) 1, 15-28; H. Lo, S. Kadiyala, S. E. Guggino, K. W. Leong, J. Biomed. Mater. Res. (1996) 30, 475-484; Ch. Sc hugens, V. Maguet, Ch. Grandfils, R. Jerome, Ph. Teyssie, J. Biomed. Mater. R es. (1996) 30, 449-461).
상술한 조직공학용 지지체의 제조방법들은 세포의 점착과 분화를 유도할 수 있는 3차원적 고분자 지지체를 제조하기 위한 것들이나, 복합 소재를 이용한 조직공학용 지지체를 제작하는데 제한이 있으며, 조직공학용 지지체의 내부미세구조를 제어하기 어려우며, 복잡하고 다양한 내/외부 구조의 제작에 제한이 있으며, 다양한 재료를 이용하여 조직공학용 지지체로서 적합한 물성을 갖는 조직공학용 지지체를 제작하기에 한계가 있는 등의 문제점을 가진다.
최근 신소재로 부각되고 있는 그라핀(graphene)은 육각형 구조의 탄소 한 층, 즉 흑연의 (0001)면 단층을 말하는데, 이 그라핀은 탄소나노튜브보다 더 뛰어난 물성을 갖는 것으로 알려져 있다. 그라핀은 2004년 영국 맨체스터 대학교의 양드레 게임 팀과 러시아 마이크로일렉트로닉스 연구소의 연구팀이 처음 만든 것으로 이 세상에서 가장 얇은 두께를 가진 원자 한 개의 두께를 가진 2차원 탄소 구조체이다. 이 소재는 그라파이트로부터 산화 반응을 거쳐 그라파이트 산화물(modified Hummer's method)로서 얻어진다. 그라핀의 물성은 전자들이 정지 질량이 없는 상대론적 입자처럼 행동하고 약 초속 1 백만 미터로 움직인다는 것이다. 비록 이 속도가 진공중의 빛의 속도보다 300배나 느린 것이지만 일반 도체나 반도체 내의 전자의 속도보다는 훨씬 빠른 것이다.
한편, 나노 섬유를 제작하기 위한 보고된 전기방사기술은 일반적으로 고분자용액 및 나노물질-고분자를 복합화한 용액이 노즐을 통해 공급되며 동시에 노즐에 10~50 kV의 고전압이 가해지면서 10~25 cm의 거리로 떨어져 있는 집결판으로 섬유들이 방사되어진다. 전압의 영향으로 노즐에서 나오는 용액은 원뿔 형태로 방사가 진행되며 보다 높은 전압이 걸리면 이보다 더 얇고 가늘게 나오거나 고분자의 특성(분자량, 분자구조, 유리전이 온도, 용해도)과 용매의 특성(점성, 탄성, 농도, 표면 장력, 전도성)에 의해 좌우되며 주변 압력이나 습도에도 많이 좌우된다. 이런 변수들을 잘 조절하게 되면 수 나노미터 보다 작은 직경의 섬유를 작은 방울로 분해되어 분사되지 않고 안정하게 만들어 진다. 최근 보고된 전지방사기술은 다층 섬유 및 공 방사법(co-electrospinning), 다양한 구조체 형성 제어 기술 등이 있다.
본 발명자들은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 조직공학용 지지체를 제조하기 위해서 예의 연구하던 중, 최근 신소재로 각광받고 있는 그라핀 또는 기능화된 그라핀을 바이오 고분자와 복합화하여 상술한 전지방사기술에 의해 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체를 제조하는 경우 조직공학용 지지체로 사용되기에 적합한 물성을 나타냄을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 손상된 조직이나 장기를 치료하기 위해 인체에 주입하여 세포를 배양할 수 있는 조직공학용 지지체로 사용될 수 있는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 그라핀 산화물과 바이오 고분자를 유기 용매에 용해하여 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및 상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 전기방사법에 의해 전기방사하여 나노섬유 복합체를 제조하는 단계(단계 2)를 포함하는 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법을 제공한다.
하기에서 본 발명에 따른 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법을 단계별로 구체적으로 설명한다.
우선 그라핀 산화물과 바이오 고분자를 유기 용매에 용해하여 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 제조한다(단계 1).
상기 단계 1은 전기방사장치의 노즐을 통해 전기방사되는 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 제조하는 단계로서, 상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액은 디메틸포름아미드(DMF)와 같은 유기용매에 그라핀 또는 기능화된 그라핀을 용해한 후, 이에 바이오 고분자를 첨가하여 용해함으로써 제조될 수 있다.
상기 단계 1에서는 그라핀/바이오 고분자 혼합용액의 제조시 유기 용매에 대하여 그라핀 산화물 0.5 내지 5 중량% 및 바이오 고분자 9 내지 13 중량%를 용해하여 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 제조하는 것이 바람직하다.
상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액의 제조시 그라핀 산화물이 0.5 중량% 미만으로 포함되는 경우 세포의 부착성, 증식성, 친수성, 기계적 강도 등 조직공학용 지지체로서 적합한 물성 발현이 미미할 수 있으며, 그라핀 산화물이 5 중량%를 초과하여 포함되는 경우 그라핀/바이오 고분자 혼합용액의 점도가 향상되어 전기방사법을 사용시 노즐에서의 뭉침현상에 의해 나노섬유 형성이 용이하지 않을 수 있다.
또한, 상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액의 제조시 바이오 고분자가 9 중량% 미만으로 포함되는 경우, 상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액의 전기방사시 나노섬유가 형성되지 않고 나노입자 형태로 형성될 수 있으며, 상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액의 제조시 바이오 고분자가 13 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액의 점도가 향상되어 전기방사시 나노섬유가 형성되지 않을 수 있거나 나노섬유가 지나치게 굵게 형성될 수 있다.
본 발명에서 그라핀/바이오 고분자 혼합용액의 제조시 기능화된 그라핀을 사용할 수 있다. 상기 기능화된 그라핀은 소수성인 그라핀 표면을 활성화된 산소 원자나 아민 원자, 이온, 라디칼이 풍부한 플라즈마 형태로 처리함으로써 제조될 수 있다. 이와 같이 소수성 표면을 갖는 그라핀을 플라즈마 처리하여 그라핀 표면에 결함을 형성시키는 경우 전기적 물성은 감소하나 결함에 의해 극성이 증가될 수 있으며, 화학적 결합에 의해 물성이 다른 다양한 생체 작용기를 도입하여 생물학적 체계에서 생체적합성이나 적합한 반응, 예들 들어, 세포의 부착성, 증식, 친수성 등의 기능을 유도할 수 있다.
상기 기능화된 그라핀은 습식 공정에 따라 제조되는 잘 알려진 modified Hummer's 그라핀 산화물(Graphene Oxide; GO)의 표면에 에폭사이드기, 히드록시기, 카르보닐기, 카르복시기 등의 라디칼 등으로 기능화된 것일 수 있으며, 또한 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine)과 암모늄 바이카보네이트(ammonium bicarbonate)와 같은 아미노 기능화제(amino-functionalization agents)를 그라핀 산화물의 표면에 처리해 줌으로서 아민 라디칼 등으로 기능화된 것일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 바이오 고분자는 PGA(poly. [glycolic acid]), PLLA (poly-L-lactide), PCL(poly ε-caprolactone), PU(polyurethane), PLGA(Poly-Lactic-co-Glycolic. Acid), PLL(poly-L-lysine), PEO(polyethylene oxide), PVA(polyvinyl alcohol) 및 이들의 공중합체를 사용할 수 있으며, 콜라겐, 젤라틴, 키토산, 알부민, 헤파린 등의 천연 고분자를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지된 생분해성 고분자를 사용할 수 있다.
상기 유기 용매로는 테트라하이드로퓨란, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 클로로포름, 디메틸술폭사이드, 부탄올, 아이소프로판올, 아이소부틸알콜, 테트라 부틸알콜, 아세틱산, 1,4-다이옥산, 톨루엔, 오소-자이렌 및 디클로로메탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합용액을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 유기 용매로써 화학적으로 세포에 독성이 없는 생체 적합적 유기 용매인 소듐 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate; SDS), 소듐 도데실벤젠 술포네이트(sodium dodecylbenzene sulfonate; NaDDBS), Triton X-100, 인지질, 카로틴 등을 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있으며, 이 경우 본 발명의 나노섬유 복합체의 세포 부착력, 생존력 등 조직공학용 지지체로서 요구되는 물성을 고려하여 지지체 및 용매를 최적화하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 단계 1에서는 그라핀/바이오 고분자 혼합용액의 제조시 그라핀의 분산 문제가 가장 중요하며 그라핀이 잘 분산되기 위해서는 유기 용매의 선택이 중요하다. 유기 용매 내에서 분산이 잘된 그라핀을 바이오 고분자와 혼합하여 나노섬유 복합체를 만드는 것이 중요하다. 그라핀의 분산도에 따라 나노섬유의 물리적(역학적), 화학적, 표면 에너지 값이 변하게 되므로 그라핀이 분산이 잘된 상태에서 제 조된 나노섬유 복합체가 최상의 물성을 가지게 된다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단계 1에서 제조한 그라핀/바이오 고분자 혼합용액에는 BMP(bone morphogenetic proteins), FGF(fibroblast growth factor), CSF-1(colony-stimulating factor-1), G-CSF(granulocyte colony-stimulating factor), 코엔자임 Q10, EGF(epidermal growth factor) 및 NGF(nerve growth factor) 등의 세포성장 인자를 상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액에 첨가하여 나노섬유 복합체를 제조함으로써 조직공학용 지지체로서의 역할을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 전기방사법에 의해 전기방사하여 나노섬유 복합체를 제조한다(단계 2).
상기 단계 2에서 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 전기방사하는 기술은 그라핀과 바이오 고분자를 복합화하거나 두 가지 물질을 공방사하는 기술을 이용할 수 있다. 이와 같이 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 전기방사하는 공정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 알려져 있는 전기방사법을 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명에서는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체의 제조시 전기방사법을 사용함으로써 상기 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체의 직경분포, 표면/기계적 물성, 기공의 구조와 분포, 기공률 등을 정교하고 손쉽게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 그라핀 또는 기능화된 그라핀과 바이오 고분자로 이루어진 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체는 그라핀과 바이오 고분자를 유기용매에 용해한 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 전기방사하여 다공성 구조로 제조될 수 있다.
그라핀과 바이오 고분자를 유기용매에 용해하여 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 제조하는 방법 및 상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 전기 방사하여 다공성의 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체를 제조하는 방법은 상술한 본 발명의 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법과 동일하게 수행될 수 있다.
본 발명은 최근 신소재로 각광받고 있는 그라핀 또는 기능화된 그라핀을 바이오 고분자와 복합화한 후, 나노섬유 복합체의 직경분포, 표면/기계적 물성, 기공의 구조와 분포, 기공률 등을 정교하게 제어할 수 있는 전지방사기술을 사용하여 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체를 제조할 수 있는 방법을 제공함으로써, 세포의 부착력과 증식력, 친수성, 생체적합성, 기계적 강도 등의 조직공학용 지지체로 사용되기에 적합한 물성을 갖는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구 범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
< 실시예 >
실시예 1
그라핀을 제조하기 위하여 시그마 알드리치에서 그라파이트 플레이크(graphite flakes)를 구입하여 modified Hummer's[Vincent C. Tung, Matthew J. Allen, Yang Yang, Richard B. Kaner, Nature Nanotechnology (2009) 4, 25 - 29]법에 의해 그라핀 산화물 분말(graphene oxide powder)을 제조하였고, 상기 그라핀 산화물 분말을 디메틸포름아미드 용액에 대하여 1 중량% 첨가한 후, 상기 용액을 24시간 동안 초음파 처리하여 분산시켰다. 이후 이에 PLGA 폴리머(50:50의 비율의 폴리락트산(PLA)과 폴리글리콜산(PGA))를 10 중량% 첨가하여 2시간 동안 용해시킨 후 전기방사를 하여 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체를 제조하였다. 전기방사는 21G 니들이 달린 10mL 실린지(syringe)에 상기 혼합용액을 담아 준비한 후, 전압 단자를 주사기(needle tip)의 애노드(anode)에, 집결판(collecting plate)의 캐소드(cathode)에 연결하고 그 사이의 거리는 12.5 cm로 하였으며, 13 kV의 전압을 인가하여 상기 혼합 용액을 0.6 mL/h의 방사속도로 전기방사를 수행하였다. 상 기 제조된 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체의 극성, 분산도 및 표면에너지를 접촉각 측정 장치(contact anglometer)(Phoenix 300, Surface Electro Optics Co. Ltd.)를 사용하여 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 열분석기(thermomechanical analyzer)(TMA 6100, SEICO INST.)에 의해 인장탄성율, 최대인장응력, 최대인장변형률을 측정하여 표 2에 나타내었다. 상기 제조된 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체에 대하여 주사전자현미경 사진과 투과전자현미경 사진을 촬영하여 각각 도 1 내지 도 2에 나타내었다. 도 3은 본 실시예 1에서 사용한 그라핀의 주사전자현미경 사진이다.
실시예 2
그라핀 산화물을 디메틸포름아미드 용액에 대하여 2 중량% 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체를 제조하였다. 제조된 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체의 극성, 분산도 및 표면에너지를 접촉각 측정 장치(Phoenix 300, Surface Electro Optics Co. Ltd.)를 사용하여 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 열분석기(TMA 6100, SEICO INST.)에 의해 인장탄성율, 최대인장응력, 최대인장변형률을 측정하여 표 2에 나타내었다.
비교예 1
디메틸포름아미드 용액에 PLGA 폴리머(50:50의 비율의 폴리락트산(PLA)과 폴 리글리콜산(PGA))를 10 중량% 첨가하여 용해함으로써 고분자 용액을 제조하였다. 상기 제조된 고분자 용액을 실시예 1과 동일한 조건으로 전기방사법을 수행하여 나노섬유 복합체를 제조하였다. 제조된 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체의 극성, 분산도 및 표면에너지를 접촉각 측정 장치(Phoenix 300, Surface Electro Optics Co. Ltd.)를 사용하여 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 열분석기(TMA 6100, SEICO INST.)에 의해 인장탄성율, 최대인장응력, 최대인장변형률을 측정하여 표 2에 나타내었다. 제조된 나노섬유 복합체에 대하여 주사전자현미경 사진을 촬영하여 도 4에 나타내었다.
표면 에너지(mJ/m2) 분산도(mJ/m2) 극성(mJ/m2)
실시예 1 63.17 48.77 14.40
실시예 2 67.14 48.70 18.45
비교예 1 56.49 49.23 7.26
인장탄성율
(MPa)		 최대인장응력
(MPa)		 최대인장변형률
(%)
실시예 1 58.5 17.3 3.9
실시예 2 74.6 3.8 32.6
비교예 1 27.9 1.5 25.6
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에서와 같이 그라핀을 사용하여 제조된 본 발명의 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체는 바이오 고분자만을 사용하여 제조한 비교예 1의 나노섬유 복합체와 비교할 때, 실시예 1에서 제조한 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체의 표면에너지(surface energy)가 1.1배, 극성(polar)이 약 2배 증가되었음을 알 수 있고, 실시예 2에서 제조한 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체의 표면에너지(surface energy)가 약 1.19배, 극성(polar)이 약 2.5배 증가되었음을 알 수 있다. 또한 표 2에 나타난 바와 같이 역학적 성질인 인장탄성율을 측정한 결과 비교예 1의 나노섬유 복합체보다 실시예 1의 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체가 2배 증가하였으며, 실시예 2의 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체가 2.7배 증가하였음을 알 수 있다.
이로부터 그라핀을 사용하여 본 발명의 나노섬유 복합체를 제조하는 경우 나노섬유 복합체의 표면의 성질이 소수성에서 친수성으로 변하고 강도가 증가하여 세포의 부착력, 증식력, 기계적 강도 등과 같은 조직공학용 지지체로서 요구되는 물성이 향상될 수 있음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 사용한 그라핀의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 나노섬유 복합체의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1과 실시예 2에 따라 제조된 그라핀 /바이오 고분자 나노섬유 복합체 및 비교예 1의 나노섬유 복합체의 strain-stress곡선이다.

Claims (18)

  1. 그라핀 산화물과 바이오 고분자를 유기 용매에 용해하여 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
    상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 전기방사법에 의해 전기방사하여 나노섬유 복합체를 제조하는 단계(단계 2)
    를 포함하는 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그라핀 산화물은 플라즈마 처리에 의해 그라핀 산화물 표면에 결함(defect)이 형성된 것임을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그라핀 산화물은 습식 공정에 따른 기능화를 통해 그라핀 산화물 표면에 결함이 형성된 것임을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 고분자는 PGA(poly. [glycolic acid]), PLLA (poly-L-lactide), PCL(poly ε-caprolactone), PU(polyurethane), PLGA(Poly-Lactic-co-Glycolic. Acid), PLL(poly-L-lysine), PEO(polyethylene oxide) 및 PVA(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군으로 선택된 1종 단독 또는 2종 이상의 공중합체인 것임을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바이오 고분자는 콜라겐, 젤라틴, 키토산, 알부민 및 헤파린을 포함하는 천연고분자인 것을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기 용매는 테트라하이드로퓨란, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 클로로포름, 디메틸술폭사이드, 부탄올, 아이소프로판올, 아이소부틸알콜, 테트라 부틸알콜, 아세틱산, 1,4-다이옥산, 톨루엔, 오소-자이렌 및 디클로로메탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합용액인 것을 특징 으로 하는 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1에서 유기 용매에 대하여 그라핀 산화물 0.5 내지 5 중량% 및 바이오 고분자 9 내지 13 중량%를 용해하여 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1에서 제조한 그라핀/바이오 고분자 혼합용액에 BMP(bone morphogenetic proteins), FGF(fibroblast growth factor), CSF-1(colony-stimulating factor-1), G-CSF(granulocyte colony-stimulating factor), 코엔자임 Q10, EGF(epidermal growth factor) 및 NGF(nerve growth factor)으로 이루어진 군으로부터 선택된 세포성장 인자를 첨가하는 것을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자를 사용한 나노섬유 복합체의 제조방법.
  9. 그라핀과 바이오 고분자로 이루어진 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체는 그라핀과 바이오 고분자를 유기용매에 용해한 그라핀/바이오 고분자 혼합용액을 전기방사하여 다공성 구조로 제조된 것임을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 그라핀은 플라즈마 처리에 의해 그라핀 산화물 표면에 결함(defect)이 형성된 것임을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 그라핀은 습식 공정에 따른 기능화를 통해 그라핀 산화물 표면에 결함(defect)이 형성된 것임을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 바이오 고분자는 PGA(poly. [glycolic acid]), PLLA (poly-L-lactide), PCL(poly ε-caprolactone), PU(polyurethane), PLGA(Poly-Lactic-co-Glycolic. Acid), PLL(poly-L-lysine), PEO(polyethylene oxide) 및 PVA(polyvinyl alcohol)로 이루어진 군으로 선택된 1종 단독 또는 2종 이상의 공중합체인 것임을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 바이오 고분자는 콜라겐, 젤라틴, 키토산, 알부민 및 헤파린을 포함하는 천연고분자인 것을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 유기 용매는 테트라하이드로퓨란, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 클로로포름, 디메틸술폭사이드, 부탄올, 아이소프로판올, 아이소부틸알콜, 테트라 부틸알콜, 아세틱산, 1,4-다이옥산, 톨루엔, 오소-자이렌 및 디클로로메탄로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합용액인 것을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액은 유기용매에 대하여 그라핀 산화물 0.5 내지 5 중량% 및 바이오 고분자 9 내지 13 중량%를 용해하여 제조된 것임을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 그라핀/바이오 고분자 혼합용액은 BMP(bone morphogenetic proteins), FGF(fibroblast growth factor), CSF-1(colony-stimulating factor-1), G-CSF(granulocyte colony-stimulating factor), 코엔자임 Q10, EGF(epidermal growth factor) 및 NGF(nerve growth factor)으로 이루어진 군으로부터 선택된 세포성장 인자를 더 포함하여 제조된 것임을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체는 조직공학용 지지체로 사용되는 것을 특징으로 하는 그라핀/바이오 고분자 나노섬유 복합체.
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