KR20120026029A - 실크피브로인 다공질체의 제조방법 - Google Patents

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KR20120026029A
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히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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Abstract

실크피브로인 수용액에 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 용액을 동결하고, 뒤이어 융해하는 것에 의해, 다공질체를 얻는 것을 특징으로 하는 실크피브로인 다공질체의 제조방법이다. 뛰어난 역학적 특성을 가지는 실크피브로인 다공질체를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

Description

실크피브로인 다공질체의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING POROUS SILK FIBROIN MATERIAL}
본 발명은, 실크피브로인 다공질체의 제조방법에 관한 것이다.
단백질이나 당류 등의 생물 유래 물질을 이용하여 제작 가능한 다공질체는, 창상(創傷) 피복재, 지혈 스펀지, 약제서방담체 등의 의료 분야, 종이 기저귀나 생
리용품 등의 생활 일용품 분야, 미생물이나 세균 등의 거처로 되는 지지체로서 활용할 수 있는 정수 분야, 에스테틱 살롱이나 개인에서의 사용에 의한 보습 등을 목적으로 한 화장품ㆍ에스테 분야, 조직 공학이나 재생의공학에 있어서의 세포 배양 지지체나 조직 재생 지지체 등 산업상 폭넓은 분야에서 이용된다.
이들 다공질체를 구성하는 생체 유래 물질로서는, 셀룰로오스나 키친 등의 당류, 콜라겐, 케라틴, 실크피브로인 등의 단백질군이 알려져 있다.
이 중, 단백질로서는, 콜라겐이 제일 자주 이용되어 왔지만, BSE 문제가 발생하고 나서 소 유래의 콜라겐을 이용하는 것이 상당히 어렵게 되어 왔다. 또한, 케라틴은, 양모나 깃털로부터 얻을 수 있지만, 원료 입수에 문제가 있어, 공업적으로 이용하는 것은 어렵다. 양모는, 원료 가격이 매우 상승하고 있고, 깃털에 관해서는 시장이 없기 때문에, 원료를 입수할 수 없다. 이들에 대해서, 실크피브로인은, 원료 입수의 관점에서는, 안정하게 공급되는 것을 기대할 수 있고, 더욱 가격도 안정되어 있으므로, 공업적으로 이용하는 것이 용이하다.
실크피브로인은, 의류용도 이외에, 수술용 봉합사로서 오랫동안 사용되어 온 실적이 있고, 현재는 식품이나 화장품의 첨가물로서도 이용되어, 인체에 대한 안전성에도 문제가 없기 때문에 상기한 다공질체의 이용 분야에 충분히 이용가능하다.
실크피브로인 다공질체를 제작하는 수법에 관해서는, 몇가지 보고가 있다. 예를 들면, 실크피브로인 수용액을 급속냉동한 후 결정화 용매에 침지하여, 융해와 결정화를 동시 진행하는 것에 의해서 얻는 방법이 있다(특허문헌 1). 그러나, 이 방법은 결정화 용매인 유기용매를 대량으로 사용할 필요가 있고, 더욱이 용매의 잔류의 가능성도 부정하지 못하여, 의료 분야 등의 상기한 응용 분야에서의 사용에는 문제가 있다. 다음에, 실크피브로인 수용액의 pH를 6 이하로 유지하여 겔화시키거나 또는 그 수용액에 빈용매를 첨가하여 겔화시켜, 얻어진 겔을 동결 건조하여 다공질체를 제작하는 방법이 있다(특허문헌 2). 그러나, 이 방법은 충분한 강도를 가진 다공질체를 얻을 수 없다. 그 밖에, 실크피브로인 수용액을 냉동한 후에 장시간 동결 상태를 유지함으로써 다공질체를 제작하는 수법이 보고되어 있다(특허문헌 3). 그러나, 발명자들의 검토에서는 이 수법은 재현성이 부족하여, 다공질체를 제작할 수 없는 경우가 많다.
상기한 실크피브로인 다공질체의 제작 수법과 비교하면, 확실하고 간편한 수법이 보고되어 있다(특허문헌 4;비특허문헌 1). 실크피브로인 수용액에 대해서 소량의 유기용매를 첨가한 후에, 일정시간 냉동하여 융해하는 것에 의해서 실크피브로인 다공질체가 얻어지는 수법이다. 이 수법에서는, 소량 사용한 유기용매도 초순수에 의한 세정 공정에 의한 제거로부터 잔류 유기용매도 거의 없어지게 되고, 또한, 얻어진 함수 상태의 다공질체는, 이제까지 보고되고 있었던 것보다도 강도가 높고 형태 안정성이 뛰어나다.
선행 기술 문헌
특허문헌
특허문헌 1:일본국 특허공개공보 평8-41097호
특허문헌 2:일본국 특허공고공보 평6-94518호
특허문헌 3:일본국 특허공개공보 2006-249115호
특허문헌 4:일본국 특허공보 제3412014호
비특허문헌
비특허문헌 1:Biomacromolecules, 6, 3100-3106(2005)
발명의 개시
다공질체의 사용되는 분야나 사용 방법에도 달렸지만, 특허문헌 4에 의한 수법에 의해 제작된 다공질체에서도 강도가 부족한 경우가 있어, 더욱 강도향상이 요망되고 있었다.
그래서, 본 발명은, 뛰어난 역학적 특성을 가지는 실크피브로인 다공질체를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 열심히 검토를 거듭한 결과, 실크피브로인 수용액에 지방족 카르복실산을 첨가한 용액을 동결시키고, 뒤이어 융해하는 것에 의해서, 강도가 높은 다공질체가 얻어지는 것을 발견했다.
즉, 본 발명은, 실크피브로인 수용액에 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 용액을 동결시키고, 뒤이어 융해하는 것에 의해, 다공질체를 얻는 실크피브로인 다공질체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 강도가 높은 실크피브로인 다공질체를 간편하게 얻을 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 실크피브로인 다공질체의 제조방법은, 실크피브로인 수용액에 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 용액을 동결시키고, 뒤이어 융해하는 것에 의해 다공질체를 얻는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제조방법에 있어서는, 융해 후에 얻어진 다공질체를 순수 중에 침지하고, 또는 동결 건조에 의해 상기 지방족 카르복실산을 제거하는 공정을 더 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 이용되는 실크피브로인은, 가잠, 야잠, 천잠 등의 누에로부터 산생되는 것이면 어느 것이어도 되고, 그 제조방법도 묻지 않는다. 본 발명에서는, 실크피브로인 수용액으로서 이용하지만, 실크피브로인은 용해성이 나쁘고, 직접 물에 용해하는 것이 곤란하다. 실크피브로인 수용액을 얻는 방법으로서는, 공지의 어떠한 수법을 이용해도 되지만, 고농도의 브롬화 리튬 수용액에 실크피브로인을 용해 후, 투석에 의한 탈염, 풍건에 의한 농축을 거치는 수법이 간편하다.
본 발명의 실크피브로인 다공질체의 제조방법에 있어서, 실크피브로인의 농도는, 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 용액 중에서 0.1~40중량%인 것이 바람직하고, 0.5~20중량%인 것이 보다 바람직하고, 1.0~12중량%인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위내로 설정함으로써, 충분한 강도를 가진 다공질체를 효율적으로 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 실크피브로인 수용액에 첨가하는 지방족 카르복실산으로서는, 특별히 제한은 없지만, 수용성의 것이 바람직하고, 물에의 용해도가 높은 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 이용되는 지방족 카르복실산으로서는, pKa가, 5.0 이하의 것이 바람직하고, 3.0~5.0의 것이 보다 바람직하고, 3.5~5.0의 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서 이용되는 지방족 카르복실산으로서는, 예를 들면, 탄소수 1~6의 포화 또는 불포화의 모노카르복실산, 디카르복실산, 트리카르복실산을 바람직하게 이용할 수 있고, 예를 들면, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 숙신산, 젖산, 아크릴산, 2-부텐산, 3-부텐산 등을 들 수 있다. 이들의 지방족 카르복실산은, 단독 혹은 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
실크피브로인 수용액에 첨가하는 지방족 카르복실산의 양은, 실크피브로인 용액 중에서 0.01~18.0중량%인 것이 바람직하고, 0.1~5.0중량%인 것이 보다 바람직하다. 이 범위내로 설정함으로써, 충분한 강도를 가진 다공질체를 제조할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서는, 실크피브로인 수용액에 지방족 카르복실산을 첨가한 용액을 형(型) 혹은 용기에 흘려 넣고, 저온 항온조 중에 넣어 동결시키고, 뒤이어 융해하는 것에 의해서, 실크피브로인 다공질체를 제조한다. 동결 온도로서는, 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 수용액이 동결하는 온도이면 특별히 제한되지 않지만, -1~-40℃ 정도가 바람직하고, -5~-40℃ 정도가 보다 바람직하고, -10~-30℃가 더욱 바람직하다.
동결의 시간으로서는, 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 수용액이 충분히 동결하고, 또한 동결 상태를 일정시간 유지할 수 있도록, 2시간 이상인 것이 바람직하고, 4시간 이상인 것이 더욱 바람직하다.
동결의 방법으로서는, 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 수용액을 단번에 동결 온도까지 낮추어 동결해도 되지만, 동결 전에 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 수용액을 일단, 4~-9℃ 정도, 바람직하게는 0~-5℃ 정도에서 30분 이상 유지하여 반응 용기내를 균일하게 하고 나서, 동결 온도까지 낮추어 동결하는 것이 균일한 구조의 실크피브로인 다공질체를 얻는데 있어서 바람직하다. 더욱이, 이 유지하는 온도를 -1~-9℃ 정도, 바람직하게는 -1℃~-5℃ 정도로 했을 경우에는, 실크피브로인 수용액이, 동결 전에 과냉각 상태로 되는 온도(과냉각 온도)로 되어, 보다 균일한 구조의 실크피브로인 다공질체를 얻을 수 있다. 또한, 이 과냉각 온도로 유지하는 시간을 조정하는 것, 과냉각 온도로부터 동결 온도로 낮출때까지의 온도 구배를 조정하는 것 등에 의해, 더욱 균일한 구조의 실크피브로인 다공질체를 얻을 수 있는 것 외에, 다공질체의 구조나 강도를 어느 정도 제어하는 것이 가능하다.
그 후에, 동결한 실크피브로인 용액을, 융해하는 것에 의해서 실크피브로인 다공질체를 얻을 수 있다. 융해의 방법으로서는, 특별히 제한은 없고, 자연 융해나 항온조에서의 보관 등을 들 수 있다.
얻어진 다공질체에는 지방족 카르복실산이 포함되지만, 용도에 따라서는, 지방족 카르복실산을 제거 또는 그 농도를 조정할 필요가 있다. 그 경우에는, 실크피브로인 다공질체 제조 후에, 적당한 방법으로 다공질체 중의 지방족 카르복실산을 제거하여, 그 농도를 조정할 수 있다. 구체적으로는, 다공질체를, 순수 중에 침지하여 투석하는 것이 가장 간편한 방법으로서 들 수 있다.
또한, 실크피브로인 다공질체 제조 후에, 수분 농도를 조정하는 방법으로서는, 예를 들면, 실크피브로인 다공질체를 건조하여 수분을 증발시키는 방법을 들 수 있다. 건조의 방법으로서는, 자연 건조, 동결 건조, 가열 건조 등을 들 수 있지만, 건조시의 수축이 억제된다고 하는 관점에서는, 동결 건조가 바람직하다. 다공질체를 동결 건조 등에 의해 건조하는 것에 의해서, 지방족 카르복실산과 수분을 동시에 제거하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 실크피브로인 다공질체는, 다공질체 제작시의 형 혹은 용기를 적절히 선택하는 것에 의해, 필름상, 블록상, 관상 등, 목적에 따른 형상으로 할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 실크피브로인 다공질체는, 스폰지상의 다공질 구조를 가지고 있고, 통상 이 다공질체에는 동결 건조 등에 의해 물제거를 행하지 않으면 물이 포함되어, 함수 상태에서 딱딱한 구조물이다.
본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 다공질체 중의 세공의 크기(세공 직경)은, 통상, 10~300㎛이다. 또한, 다공질체를 동결 건조 하는 것에 의해, 실크피브로인 다공질체의 건조품을 얻을 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 실크피브로인 다공질체는, 뛰어난 역학적 특성을 가진다. 즉, 특허문헌 4에 있어서 사용되고 있는 유기 용매인 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 글리세롤, 디메틸설폭시드(DMSO), 디메틸포름아미드(DMF), 피리딘, 아세톤, 아세토니트릴을 이용한 다공질체보다도 큰 인장강도를 갖고, 또한, 상대적으로 큰 신장을 가진다.
본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 피브로인 다공질체는, 흡수성이 높고, 또한 안전성에도 문제가 없기 때문에, 보습 등을 목적으로 한 화장품ㆍ에스테 분야 등에 넓게 적용할 수 있다. 구체적으로는, 필링 팩이나 화장용 퍼프로서 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 동결에 이용하는 용기의 형상을 변경함으로써, 소망한 형상의 것을 용이하게 얻을 수 있기 때문에, 예를 들면, 얼굴의 형상에 맞춘 페이스마스크로서 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 피브로인 다공질체는, 흡수량을 변경함으로써 그 무게를 제어할 수 있고, 또한 안전성에도 문제가 없기 때문에, 예를 들면, 내시경 관찰하에서 절제된 생체 조직을 견인하기 위한 추로서 적절하게 사용할 수 있다.
그 외, 본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 피브로인 다공질체는, 강도ㆍ흡수성이 높고, 또한 안전성에도 문제가 없기 때문에, 창상 피복재나 약제서방담체, 지혈 스펀지 등의 의료 분야, 종이 기저귀나 생리용품 등의 생활 일용품 분야, 조직 공학이나 재생의공학에 있어서의 세포 배양 지지체나 조직 재생 지지체, 정수 용도ㆍ환경 분야에 있어서의 미생물이나 세균 등의 거처로 되는 지지체 등에 적절하게 사용할 수 있다.
[도 1] 실시예 1에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 2] 실시예 2에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 3] 실시예 3에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 4] 실시예 4에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 5] 실시예 5에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 6] 실시예 6에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 7] 실시예 7에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 8] 실시예 8에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 9] 실시예 9에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 10] 비교예 1에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 11] 비교예 2에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 12] 비교예 3에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 13] 비교예 4에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 14] 비교예 5에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 15] 비교예 6에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 16] 비교예 7에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 17] 비교예 8에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 18] 비교예 9에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 19] 비교예 10에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 20] 비교예 11에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 21] 비교예 12에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 22] 실시예 10~13에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 25% 압축 경도를 나타내는 그래프이다.
[도 23] 실시예 10에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 24] 실시예 12에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 25] 실시예 14~16에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 25% 압축 경도를 나타내는 그래프이다.
[도 26] 실시예 14에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 27] 실시예 15에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 28] 실시예 16에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 29] 실시예 17~19에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 25% 압축 경도를 나타내는 그래프이다.
[도 30] 실시예 17에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 31] 실시예 18에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 32] 실시예 19에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 33] 실시예 20~22에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 역학적 특성을 나타내는 그래프이다.
[도 34] 실시예 20에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 35] 실시예 21에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
[도 36] 실시예 22에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진이다.
실시예
이하에, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은, 이들의 실시예에 의해서 하등 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
(실크피브로인 용액의 조제)
실크피브로인 용액은, 피브로인 분말(KB세이렌사제, 상품명:「SilkpowderIM」)을 9M 브롬화 리튬 수용액에 용해하고, 원심분리로 불용물을 제거한 후, 초순수에 대해서 투석을 반복하는 것에 의해서 얻었다. 얻어진 실크피브로인 용액을 투석 튜브 중에서 풍건하여 농축했다. 이 농축액에 포름산 수용액을 첨가하여, 실크피브로인 농도가 5중량%, 포름산 농도가 2중량%인 실크피브로인 용액을 조제했다.
(실크피브로인 다공질체의 제조)
이 실크피브로인 용액을 알루미늄판으로 제작한 형(내측 사이즈;80mm×40mm×4mm)에 흘려 넣어, 저온 항온조(EYELA사제 NCB-3300)에 넣어 동결 보존했다.
(동결 조건)
동결은, 미리 -5℃로 냉각해 둔 저온 항온조 중에 실크피브로인 용액을 넣은 형을 투입하여 2시간 유지하고, 그 후, 냉각 속도 3℃/h로 조 내가 -20℃가 될 때까지, 5시간 걸려 냉각한 후, -20℃에서 5시간 유지했다.
동결한 시료를 자연 해동으로 실온으로 되돌린 후, 형으로부터 꺼내어, 초순수에 침지하고, 초순수를 1일 2회, 3일간 교환하는 것에 의해서, 사용한 포름산을 제거했다.
얻어진 실크피브로인 다공질체의 역학적 특성을, INSTRON사 마이크로 테스터 5548형을 이용하여 평가했다. 제작한 실크피브로인 다공질체로부터 40mm×4mm×4mm의 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 2mm/min의 조건에서 인장했을 때의 인장강도(최대 파단 강도)와 최대(파단) 변형(신장)을 측정했다. 또한, 강도와 변형을 그래프화했을 때의 기울기로부터 탄성률을 구했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 측정 결과는, 제작한 다공질체로부터 5점의 시험편을 잘라내고, 또 다른 날에 제작한 다공질체로부터 5점의 시험편을 잘라내고, 그들 10점에 관하여 측정을 행한 평균치를 나타내고 있다.
또한, 얻어진 실크피브로인 다공질체의 구조를, 주사형 전자현미경을 이용하여 관찰했다. 주사형 전자현미경은, Philips사제 XL30-FEG를 사용하여, 저진공 무증착 모드, 가속 전압 10kV로 측정을 행했다. 또한, 실크피브로인 다공질체의 구조는, 다공질체의 표면이 아니라, 다공질체를 절단하여 노출시킨 내부를 관찰했다. 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 1에 나타낸다.
또한, 얻어진 실크피브로인 다공질체를 초순수 중에 침지하여 평형상태까지 함수시켜, 습중량을 측정했다(Wa). 이 다공질체를 동결 건조하여 충분히 건조하고, 다공질체의 건조 중량을 측정했다(Wb). 이들의 값으로부터 다공질체의 함수율을 다음 식에 따라서 산출했다. 결과는 후술한다.
함수율(%) = (Wa-Wb)×100/Wa
실시예 2
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 아세트산을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 2에 나타냈다.
실시예 3
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 프로피온산을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 3에 나타냈다.
실시예 4
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 부티르산을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 4에 나타냈다.
실시예 5
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 숙신산을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 5에 나타냈다.
실시예 6
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 젖산을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 6에 나타냈다.
실시예 7
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 아크릴산을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 7에 나타냈다.
실시예 8
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 2-부텐산을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 8에 나타냈다.
실시예 9
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 3-부텐산을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 9에 나타냈다.
비교예 1
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 메탄올을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 10에 나타냈다.
비교예 2
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 에탄올을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 11에 나타냈다.
비교예 3
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 이소프로판올을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 12에 나타냈다.
비교예 4
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 부탄올을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 13에 나타냈다.
비교예 5
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, t-부탄올을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 14에 나타냈다.
비교예 6
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 글리세롤을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 15에 나타냈다.
비교예 7
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, DMSO를 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 16에 나타냈다.
비교예 8
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, DMF를 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 17에 나타냈다.
비교예 9
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 피리딘을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 18에 나타냈다.
비교예 10
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 아세토니트릴을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 19에 나타냈다.
비교예 11
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에, 아세톤을 이용한 것 이외는 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 그 역학적 특성의 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 20에 나타냈다.
비교예 12
특허문헌 2의 실시예 8에서는, 실크피브로인 수용액에 아세트산 용액을 더하여 겔상물을 석출시키고, 얻어진 겔을 동결 건조하여 다공질체를 얻고 있다. 그 기재대로의 추가시험에서는 겔을 생성하지 않았지만, 하기 조건에서 겔상물 및 다공질체를 얻었다.
우선, 5% 실크피브로인 수용액 50mL에 pH2.65 아세트산 용액을 130mL 더하고(이 단계에서 pH3.0), 얻어진 용액을 5℃에서 40시간 정치한 바, 겔이 생성했다. 얻어진 겔을 원심분리하여, 상등액을 제거한 후에, -30℃에서 3시간 동결 후, 동결 건조를 50시간 행한 바, 다공질체가 얻어졌다. 그 다공질체의 역학적 특성 평가 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 얻어진 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 21에 나타냈다.
Figure pct00001
표 1에 나타낸 결과로부터, 지방족 카르복실산을 이용한 실시예 1~9의 실크피브로인 다공질체의 인장 강도는, 특허문헌 4에서 사용되고 있는 유기 용매인, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, t-부탄올, 글리세롤, DMSO, DMF, 피리딘, 아세토니트릴, 아세톤을 이용한 비교예 1~11 중 어느 하나의 실크피브로인 다공질체의 인장 강도보다 큰 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1~9의 실크피브로인 다공질체는, 최대 변형(신장)도 크다. 또한, 실시예 1~9에서 제작한 다공질체는, 비교예 12와 비교했을 경우에는, 높은 인장 강도를 나타냈다.
또한, 도 1에 의하면, 실시예 1에서 제작한 실크피브로인 다공질체는, 비교적 얇은 벽과 수십㎛의 공공(空孔)으로 이루어지는 다공질 구조이다. 실시예 2~9에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 단면(도 2~9)에 관해서도, 거의 동일한 주사형 전자현미경 사진을 얻었다.
또한, 비교예의 실크피브로인 다공질체의 단면(도 10~20)도 동일한 다공질 구조를 가지는 것과, 층상 구조적인 것이 있었지만, 그들 구조와 역학적 특성과의 상관은 확인되지 않았다. 또한, 비교예 12에서는, 명확한 다공질 구조를 확인할 수 없었다.
실시예 1~9에서 제작한 실크피브로인 다공질체의 함수율은, 비교예 1~11에서 제작한 다공질체의 함수율과 거의 동일하고, 94%~96%의 범위에 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 비교예 12에서 제작한 다공질체는, 상당히 물러서, 함수율을 산출할 수 없었다.
또한, 상기 실시예에서 얻어진 실크피브로인 다공질체를 배양상으로서 이용하여, 광합성 세균을 배양한 바, 세균의 증식이 확인되었다.
실시예 10
실시예 1에 있어서, 포름산 대신에 아세트산을 이용하고, 알루미늄으로 제작한 형을 내측 사이즈 80mm×40mm×10mm로 하고, 동결 조건을 이하로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 피브로인 다공질체를 얻었다. 또한, 얻어진 다공질체는, 실시예 1에 기재와 동일한 방법으로 아세트산을 제거했다.
(동결 조건)
동결은, 미리 -1℃로 냉각해 둔 저온 항온조 중에 실크피브로인 용액을 넣은 형을 투입하여 0.5시간 유지하고, 그 후 냉각 속도 3℃/h로 조 내가 -20℃로 될 때까지, 6시간 20분 걸려 냉각한 후, -20℃에서 5시간 유지했다. 동결한 시료를 자연 해동으로 실온에 되돌린 후, 형으로부터 꺼내는 것에 의해 피브로인 다공질체를 얻었다. 상기 피브로인 다공질체는, 형으로서 이용한 용기의 형상을 유지한 것으로 되었다.
상기 피브로인 다공질체에 관해서, 이하의 방법으로 25% 압축 경도를 측정했다.
(압축 시험에 의한 25% 압축 경도의 측정)
얻어진 피브로인 다공질체를 순수 중에 1일 정치하여 완전하게 흡수시킨 후, 그 경도를 압축 시험기로 측정했다. 압축 시험기는, (주) 시마즈 제작소제 EZ Test를, 로드 셀은 10N와 50N인 것을, 로드 플레이트는 직경 8mm의 것을 사용했다. 다공질체를 1mm/min의 속도로 초기 두께의 25% 압축하고, 그 때 걸려 있는 하중을 판독하여 25% 압축 경도로 했다. 25% 압축 경도를 도 22 및 표 2에 나타냈다.
또한, 측정 결과는, 제작한 다공질체의 임의의 5개소, 및 다른 날에 작성한 다공질체의 임의의 5개소, 합계 10개소에 관하여 측정을 행한 평균치(±표준 편차)이다.
또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도
23에 나타냈다.
실시예 11
실시예 10에 있어서, -1℃로 유지한 시간을 0.5시간에서 5시간으로 변경한 것 이외는 실시예 10과 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 25% 압축 경도를 도 22 및 표 2에 나타냈다.
실시예 12
실시예 10에 있어서, -1℃로 유지한 시간을 0.5시간에서 10시간으로 변경한 것 이외는 실시예 10과 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 25% 압축 경도를 도 22 및 표 2에 나타냈다. 또한, 상기 피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 24에 나타냈다.
실시예 13
실시예 10에 있어서, -1℃로 유지한 시간을 0.5시간에서 50시간으로 변경한 것 이외는 실시예 10과 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 25% 압축 경도를 도 22 및 표 2에 나타냈다.
Figure pct00002
실시예 14
실시예 10에 있어서, 동결 조건을 이하로 한 것 이외는 실시예 10과 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 25% 압축 경도를 도 25 및 표 3에 나타냈다. 또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 26에 나타냈다.
(동결 조건)
동결은, 미리 -5℃로 냉각해 둔 저온 항온조 중에 실크피브로인 용액을 넣은 형을 투입하여 2시간 유지하고, 그 후 냉각 속도 0.3℃/h에서, 조 내가 -20℃로 될 때까지, 50시간 걸려 냉각한 후, -20℃에서 5시간 유지했다. 동결한 시료를 자연 해동으로 실온으로 되돌린 후, 형으로부터 꺼내는 것에 의해서 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 상기 실크피브로인 다공질체는, 형으로서 이용한 용기의 형상을 유지한 것으로 되었다.
실시예 15
실시예 14에 있어서, -5℃에서 -20℃에 걸친 냉각 속도를 3℃/h로 변경하여, 그 냉각 시간을 5시간으로 한 것 이외는 실시예 14와 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 25% 압축 경도를 도 25 및 표 3에 나타냈다. 또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 27에 나타냈다.
실시예 16
실시예 14에 있어서, -5℃에서 -20℃에 걸친 냉각 속도를 6℃/h로 변경하여, 그 냉각 시간을 2.5시간으로 한 것 이외는 실시예 14와 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 25% 압축 경도를 도 25 및 표 3에 나타냈다. 또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 28에 나타냈다.
Figure pct00003
실시예 10~16에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 있어서, 그 동결 조건을 제어하는 것에 의해, 얻어지는 실크피브로인 다공질의 강도를 제어할 수 있다.
실시예 17
실시예 10에 있어서, 동결 조건을 이하로 한 것 이외는 실시예 10과 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 25% 압축 경도를 도 29 및 표 4에 나타냈다. 또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 30에 나타냈다.
(동결 조건)
동결은, 미리 -1℃로 냉각해 둔 저온 항온조 중에 실크피브로인 용액을 넣은 형을 투입하여 2시간 유지하고, 그 후 냉각 속도 3℃/h에서, 조 내가 -20℃가 될 때까지, 6시간 20분 걸려 냉각한 후, 즉시 8℃/h에서 승온, 융해시켰다.
실시예 18
실시예 17에 있어서, 조내 온도가 -20℃가 될 때까지 냉각한 후에 -20℃에서 1시간 유지한(-20℃로 냉각 후 유지한 시간을 0시간에서 1시간으로 변경한) 것 이외는 실시예 17과 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 25% 압축 경도를 도 29 및 표 4에 나타냈다. 또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 31에 나타냈다.
실시예 19
실시예 17에 있어서, 조내 온도가 -20℃가 될 때까지 냉각한 후에 -20℃에서 5시간 유지한(-20℃로 냉각 후 유지한 시간을 0시간에서 5시간으로 변경한) 것 이외는 실시예 17과 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 25% 압축 경도를 도 29 및 표 4에 나타냈다. 또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 32에 나타냈다.
Figure pct00004
실시예 17~19에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 있어서, -1℃로부터 -20℃까지의 냉각 시간이 6시간 20분과, 동결 상태를 일정 시간 유지할 수 있으면, -20℃에서의 유지 시간에는 의하지 않고, 동등한 강도의 다공질체를 얻을 수 있다.
실시예 20
실시예 1에 있어서, 포름산 대신 아세트산을 이용하고, 알루미늄판으로 제작한 형을 내측 사이즈 80mm×40mm×10mm로 하고, 동결 조건을 이하로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 또한, 얻어진 다공질체는, 실시예 1에 기재와 동일한 방법으로 아세트산을 제거하여, 역학적 특성을 평가했다. 얻어진 다공질체의 인장 강도(최대 파단 강도)와 최대 파단 변형(신장)을 도 33 및 표 5에 나타냈다(좌측이 최대 파단 강도, 우측이 최대 파단 변형(신장)을 나타낸다).
또한, 측정 결과는, 제작한 다공질체의 임의의 5개소, 및 다른 날에 작성한 다공질체의 임의의 5개소, 계 10개소에 관하여 측정을 행한 평균치(±표준 편차)이다.
또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 34에 나타냈다.
(동결 조건)
동결은, 미리 -1℃로 냉각해 둔 저온 항온조 중에 실크피브로인 용액을 넣은 형을 투입하여 2시간 유지하고, 그 후 냉각 속도 3℃/h로, 조 내가 -20℃로 될 때까지, 6시간 20분 걸려 냉각한 후, -20℃를 5시간 유지했다.
실시예 21
실시예 20에 있어서, 저온 항온조를 미리 냉각해 두는 온도를 -1℃에서 -3℃로 변경한(-20℃까지의 냉각 시간을 5시간 40분으로 한) 것 이외는 실시예 20과 동일하게 하여 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 역학적 특성을 도 33 및 표 5에 나타냈다. 또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 35에 나타냈다.
실시예 22
실시예 20에 있어서, 저온 항온조를 미리 냉각해 두는 온도를 -1℃에서 -5℃로 변경한(-20℃까지의 냉각 시간을 5시간으로 한) 것 이외는 실시예 20과 동일하게 하여 실크피브로인 다공질체를 얻었다. 얻어진 다공질체의 역학적 특성을 도 33 및 표 5에 나타냈다. 또한, 상기 실크피브로인 다공질체의 단면의 주사형 전자현미경 사진을 도 36에 나타냈다.
Figure pct00005
실시예 20~22에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 있어서, 동결 전의 냉각온도를 -1~-5℃ 정도의 과냉각 상태로 되는 온도(과냉각 온도)로 함으로써, 동등한 강도의 다공질체를 얻을 수 있다.
산업상의 이용 가능성
본 발명의 제조방법에 의해 얻어지는 실크피브로인 다공질체는, 안전성이 높고, 또한 뛰어난 역학적 특성을 가진다. 따라서, 의료 분야나, 인체에 적용하는 분야에의 응용이 가능하다. 구체적으로는, 화장품ㆍ에스테 분야 등에 널리 적용할 수 있고, 얼굴의 형상에 맞춘 페이스마스크로서 극히 유용하다.
또한, 창상 피복재나 약제서방담체, 지혈 스펀지 등의 의료 분야, 종이 기저귀나 생리용품 등의 생활 일용품 분야, 조직 공학이나 재생의공학에 있어서의 세포 배양지지체나 조직 재생 지지체, 정수 용도ㆍ환경 분야에 있어서의 미생물이나 세균 등의 거처로 되는 지지체 등 여러 가지의 산업에 적용이 가능하다.

Claims (7)

  1. 실크피브로인 수용액에 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 용액을 동결하고, 뒤이어 융해하는 것에 의해, 다공질체를 얻는 것을 특징으로 하는 실크피브로인 다공질체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 융해 후에 얻어진 상기 다공질체를, 순수 중에 침지하여 상기 지방족 카르복실산을 제거하는 공정 또는 동결 건조하여 상기 지방족 카르복실산을 제거하는 공정을 더 포함하는 실크피브로인 다공질체의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 용액을 동결 전에, 일정시간 과냉각 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 실크피브로인 다공질체의 제조방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방족 카르복실산의 첨가량이, 실크피브로인 용액 중에서 0.01~18.0중량%인 실크피브로인 다공질체의 제조방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 실크피브로인의 농도가, 상기 지방족 카르복실산을 첨가한 실크피브로인 용액 중에서 0.1~40중량%인 실크피브로인 다공질체의 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방족 카르복실산이, 탄소수 1~6의 포화 또는 불포화의 모노카르복실산, 디카르복실산, 및 트리카르복실산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 실크피브로인 다공질체의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 지방족 카르복실산이, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 숙신산, 젖산, 아크릴산, 2-부텐산 및 3-부텐산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 실크피브로인 다공질체의 제조방법.

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