KR20190025765A - 흐름 제어 및 생물흡착 제어를 위한 패턴 - Google Patents

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첼시 마리아 매긴
사라반티 티. 레디
안토니 비. 브레넌
레아 메이
에단 유진 만
마이클 알. 메테탈
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샤크렛 테크놀러지스, 아이엔씨.
유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 아이엔씨.
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Abstract

물품의 적어도 일부 표면을 가로질러 연장되는 연속 경로로, 상기 연속 경로는 상기 물품의 적어도 일부에 또는 그 위에 위치하는 제1 복수의 이격된 특징 또는 상기 물품의 적어도 일부 표면을 연속하여 가로지르는 적어도 하나의 채널에 의해 정의되고; 상기 이격된 특징은 복수의 그룹으로 배열되고; 상기 특징의 그룹은 반복 단위를 포함하고; 상기 그룹 내의 이격된 특징은 복수의 이격된 특징을 가로지르는 경로를 정의하도록 평균 거리 약 1 나노미터 내지 약 500 마이크로미터로 이격되어 있고; 각각의 특징은 이웃하는 특징 상의 표면과 실질적으로 평행인 표면을 갖고; 각각의 특징은 그 이웃하는 특징으로부터 분리되고; 상기 특징의 그룹은 구불구불한 경로를 정의하도록 서로에 대해 배열되어 있는, 연속 경로;를 포함하는, 물품이 여기에 개시된다.

Description

흐름 제어 및 생물흡착 제어를 위한 패턴{PATTERNS FOR FLOW CONTROL AND BIOADHESION CONTROL}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2015년 8월 7일에 출원한 미국 가출원 제62/034,401호에 대한 우선권을 주장하고, 이 내용은 여기에 참조로 인용된다.
본 발명은 흐름 제어, 생물흡착 제어, 공기 제어 및 이동 제어를 위한 패턴에 관한 것이다.
유체는 이들을 함유하기 위해 이용되는 표면을 가로질러 이동한다. 표면은 평면(즉 평평한)이거나 비평면(즉 곡선의)일 수 있다. 평평한 면의 예는 수족관, 음식 준비에 이용되는 접시, 건강 진단에 이용되는 평평한 장치, 수술 동안 절개를 만드는데 이용되는 칼, 미세 유체 장치 등이다. 또한, 곡면을 갖는 장치는 유체가 존재하는 환경에 이용된다. 예컨대, 원통의 곡면(예컨대 도관)은 유체를 전달하기 위해 이용된다. 곡면은 하나의 성분이 다른 성분(예컨대, 볼 및 소켓, 안구 상의 컨택트 렌즈, 안구 내 렌즈 등)에의 부착에 영향을 주기도 하고, 유체는 윤활에 영향을 주는 이러한 영역에 바람직하다.
이러한 표면을 가로질러 이동하거나 전달되는 유체는 순수한 유체(입자 또는 현탁 물질이 없는)일 수 있지만, 이러한 유체는 입자 및 세포의 형태로 현탁된 물질을 함유한다. 유체의 흐름, 현탁 입자의 흐름 또는 유체의 흐름과 현탁 입자의 흐름 모두를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 유체와 접촉하는 표면은 표면 상에 입자 물질(예컨대, 필러, 단백질 및 세포)의 퇴적 또는 접착에 기인한 파울링(fouling)을 겪을 수 있다. 따라서, 표면은, 유체 흐름을 제어하고, 생물흡착을 제어하기 위해 이용될 수 있도록 고안되는 것이 바람직하다.
표면은 편모 또는 섬모에 의해 추진되거나, 세포질 이동 또는 막 수포의 팽창, 또는 세포 및 시트와 같은 층의 쇄를 포함하는 개별 세포 또는 그룹에서 일어나는 전좌(translocation)를 이용한 섬유 아세포 및 상피 세포의 이동과 같은 세포 골격 구조 및 접합의 변형에 의해 구동되는 세포 이동에 기인한 파울링을 겪을 수 있다.
물품의 적어도 일부 표면을 가로질러 연장되는 연속 경로로, 상기 연속 경로는 상기 물품의 적어도 일부에 또는 그 위에 위치하는 제1 복수의 이격된 특징 또는 상기 물품의 적어도 일부 표면을 연속하여 가로지르는 적어도 하나의 채널에 의해 정의되고; 상기 이격된 특징은 복수의 그룹으로 배열되고; 상기 특징의 그룹은 반복 단위를 포함하고; 상기 그룹 내의 이격된 특징은 복수의 이격된 특징을 가로지르는 경로를 정의하도록 평균 거리 약 1 나노미터 내지 약 500 마이크로미터로 이격되어 있고; 각각의 특징은 이웃하는 특징 상의 표면과 실질적으로 평행인 표면을 갖고; 각각의 특징은 그 이웃하는 특징으로부터 분리되고; 상기 특징의 그룹은 구불구불한 경로를 정의하도록 서로에 대해 배열되어 있는, 연속 경로;를 포함하는, 물품이 여기에 개시된다.
상기 물품은 상처 드레싱, 카테터, 기관내 튜브, 또는 생체 내에 포함될 수 있는 인공 기관일 수 있다.
또한, 외부면; 내부면으로, 상기 내부면은 상기 내부면의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 경로를 포함하고, 상기 경로는 상기 내부면의 적어도 일부에 또는 그 위에 위치하는 제1 복수의 이격된 특징 또는 상기 내부면의 적어도 일부를 가로지르는 적어도 하나의 채널에 의해 정의되고; 상기 이격된 특징은 복수의 그룹으로 배열되고; 상기 특징의 그룹은 반복 단위를 포함하고; 상기 그룹 내의 이격된 특징은 상기 복수의 이격된 특징을 가로지르는 경로를 정의하도록 평균 거리 약 1 나노미터 내지 약 500 마이크로미터로 이격되고; 상기 특징의 그룹은 구불구불한 경로를 정의하도록 서로에 대해 배열되고; 상기 이격된 특징은 튜브의 내부 원주를 가로지르는 임의의 스프레딩 없이 튜브형 물품의 하나의 말단에서 반대쪽 말단으로 유체가 흐르도록 효율적으로 배열되는, 내부면;을 포함하는, 튜브형 물품이 여기에 개시된다.
도 1은 물품의 적어도 일부 표면을 가로지르지만, 물품의 하나의 말단에서 반대쪽 말단으로 연장되는 적어도 하나의 채널인 정의된 경로의 실시형태의 단면을 도시한다;
도 2는 물품의 적어도 일부 표면을 가로지르지만, 물품의 하나의 말단에서 반대쪽 말단으로 연장되는 적어도 하나의 채널인 정의된 경로의 다른 실시형태의 단면을 도시한다;
도 3a는 1-4로 넘버링된 4개의 그리드를 도시하고, 인접한 그리드의 패턴은 서로에 대해 기울어진다;
도 3b는 패턴의 엘리먼트(element)가 서로 다르고, 패턴은 엘리먼트 사이 및 패턴 사이에 구불구불한 경로를 형성하기에 효과적인 방법으로 배열되는 적어도 두 세트의 패턴을 도시한다;
도 4a는 규칙적인 기하학을 갖는 엘리먼트가, 다르게 배향된 엘리먼트를 포함하는 서로에 인접한 그리드를 가짐으로써 어떻게 흐름을 조절하도록 이용될 수 있는지를 도시한다;
도 4b는 불규칙적인 기하학을 갖는 엘리먼트가, 다르게 배향된 엘리먼트를 포함하는 서로에 인접한 그리드를 가짐으로써 어떻게 흐름을 조절하도록 이용될 수 있는지를 도시한다;
도 4c는 규칙적인 및 불규칙적인 기하학의 조합을 갖는 엘리먼트가, 다르게 배향된 엘리먼트를 포함하는 서로에 인접한 그리드를 가짐으로써 어떻게 흐름을 조절하도록 이용될 수 있는지를 도시한다;
도 5는 패턴의 축이, 유체 방향에 대해 어떻게 기울어질 수 있는지를 도시한다;
도 6은 도관 표면의 오직 일부분이 텍스처링된 어플리케이션의 일 실시예를 도시한다;
도 7은 텍스처링이, 예컨대 볼 및 소켓과 같은 인공 기관의 오직 일부 상에 어떻게 위치할 수 있는지를 도시한다;
도 8은 텍스처링이, 예컨대 기관내 튜브와 같은 의료 장치의 내부면에 어떻게 위치할 수 있는지를 도시한다;
도 9는 텍스처링이, 예컨대 인공 수정체와 같은 의료 장치의 표면에 어떻게 위치할 수 있는지를 도시한다;
도 10a는 인공 수정체의 측면 투시도를 도시한다;
도 10b는 인공 수정체의 상면도를 도시한다;
도 10c는 인공 수정체의 단면도를 도시한다;
도 10d는 인공 수정체의 뒤의 패터닝된 표면을 도시한다;
도 10e는 패터닝된 표면의 삽도를 상세하게 도시한다;
도 11a는 그리드 1-6이 방사 방식으로 배열되는 물품의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 11b는 그리드 1-8이 방사 방식으로 배열되는 물품의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 11c는 유체 흐름이 상처로부터 방사상으로 지시되는 실시형태를 도시한다(즉, 패턴의 엘리먼트 사이의 선형 채널은 유체를 방사상으로 바깥쪽으로 지시하도록 배열된다);
도 11d는 유체 흐름이 상처로부터 원주 방향으로 지시되는 실시형태를 도시한다(엘리먼트들 사이의 채널은, 유체가 상처로부터 원주 방향으로 흐르도록 배열된다);
도 11e는 일부 세그먼트가 유체 흐름을 방사 방향으로 하고(즉, 패턴의 엘리먼트들 사이의 선형 채널은 유체 바깥쪽 방사상으로 지시되도록 배열된다), 일부 세그먼트가 유체 흐름을 방사 방향으로 하는 것을 억제하는(즉, 패턴의 엘리먼트들 사이의 선형 채널은 유체 흐름 방향과 수직이고, 바깥쪽 방사상으로 유체를 억제하도록 배열된다) 실시형태를 도시한다;
도 11f는 하나의 포인트에서 다른 포인트로 사이즈가 변화되는 텍스처를 도시한다;
도 11g도 하나의 포인트에서 다른 포인트로 사이즈가 변화되는 텍스처를 도시한다;
도 11h는 하나의 포인트에서 다른 포인트로 패턴 밀도가 체계적으로 변화되는 실시형태를 도시한다;
도 12는 패턴의 엘리먼트가 흐름 방향과 수직인 실시형태를 도시한다;
도 13은 패턴의 엘리먼트가 흐름 방향과 각 θ로 기울어진 실시형태를 도시한다;
도 14는 하나의 세트의 패턴의 일부 엘리먼트가 이웃하는 패턴의 엘리먼트와 오버랩되는 실시형태를 도시한다;
도 15a는 패턴의 엘리먼트가 원주 방향으로 배열되는 실시형태를 도시한다;
도 15b는 패턴의 엘리먼트가 방사 방향으로 배열되는 실시형태를 도시한다;
도 16은 실시예 1의 이동 분석 종말점(7d)에서 PDMSe 상의 CellTracker (적색)로 염색된 세포의 대표적인 형광 이미지를 도시한다;
도 17은 실시예 1의 7일 시점에 이동 분석 시의 상처 면적의 평균 log(면적 커버리지)를 도시한다;
도 18은 이동 분석 종말점(7d)에서 a) 매끄러운 및 b) 샤크렛 샘플의 PDMSe 상의 CellTracker (적색)로 염색된 세포의 대표적인 형광 이미지를 도시한다;
도 19a는 -3SK-NT2x2 상에서 녹농균(Pseudomonas aeruginosa bifA) 및 황색 포도상 구균(Staphylococcus aureus)의 log 감소율을 도시한다;
도 19b 및 19c는 매끄러운 TPU와 비교하여 미세패터닝된 TPU의 녹농균(Pseudomonas aeruginosa bifA) 바이오필름 감소율을 도시한다;
도 19d 및 19e는 매끄러운 표면과 비교하여 미세패터닝된 표면(도 19d)으로 증식 배지(도 19d) 또는 인공 점액(도 19e) 흐름의 제어 및 좁아진 특성을 도시한다;
도 20은 슬립각 데이터의 박스 플롯을 도시하고, 수집된 데이터의 분포를 도식으로 나타낸다;
도 21a는 매끄러운(SM) 표면을 도시한다;
도 21b는 샤크렛(SK) 표면을 도시한다;
도 21c는 매끄러운(SM) 표면 상에 유체의 액적을 도시한다;
도 21d는 샤크렛(SK) 표면 상의 유체의 액적이 각각 매끄러운(SM) 및 샤크렛(SK) 표면의 도에서 전진 접촉각을 보이는 것을 도시한다;
도 22는 그 위에 위치하는 샤크렛 패턴을 갖는 기관내 튜브 및 매끄러운(SM) 표면을 갖는 표준 치료(SOC) 기관내 튜브 상의 축적 물질의 중량 축적을 그램으로 도시한다;
도 23a는 그 위에 위치하는 샤크렛(SK) 표면 또는 매끄러운(SOC) 표면을 갖는 기관내 튜브의 폐, 코어 및 구강 부분에서의 축적 물질의 사진을 도시한다;
도 23b는 그 위에 위치하는 샤크렛(SK) 표면 또는 매끄러운(SOC) 표면을 갖는 기관내 튜브의 폐, 중간 및 구강 부분에서의 단면적 감소 퍼센트를 도시한다;
도 24a는 매끄러운(SM) 표면 및 샤크렛(SK) 패터닝된 표면의 평균 경사각을 도로 도시한다;
도 24b는 매끄러운(SM) 및 샤크렛(SK) 패터닝된 표면 각각에 대한 유체 액적의 경사각의 도식을 도시한다;
도 25a는 그 위에 위치하는 샤크렛(SK) 패터닝된 표면 또는 매끄러운(SM) 표면을 갖는 기관내 튜브의 기관내 튜브 장치 당 벤틸레이팅된 양(ventilated sheep)에서 유도되는 평균 점액 체적을 도시한다;
도 25b는 그 위에 위치하는 샤크렛(SK) 패터닝된 표면을 갖는 기관내 튜브 및 매끄러운(SM) 표면을 갖는 기관내 튜브의 단면에 축적된 점액의 사진을 도시한다; 또한
도 26은 그 위에 위치하는 샤크렛(SK) 패터닝된 표면을 갖는 기관내 튜브 및 매끄러운(SM) 표면을 갖는 기관내 튜브를 이용한 24시간에 걸친 양 그룹의 벤틸레이팅 동안의 압력의 양을 도시한다.
물품 또는 장치의 표면을 가로질러 입자의 이동 및 입자의 부착, 유체 흐름을 제어하기 위해 이용될 수 있는 텍스처링된 표면을 포함하는 장치가 여기에 개시된다. 표면은 평평하거나 곡선일 수 있고, 장치의 내부 및/또는 외부면일 수 있다. 유체, 접착 및 이동 제어는 어플리케이션에 따라 유체 흐름의 방향과 다른 각으로 텍스처링을 배향함으로써 얻을 수 있다. 텍스처링된 표면은 그 위에 위치하는 불연속적 패턴을 선택적으로 갖거나, 연속 경로를 가질 수 있다. 일 실시형태에서, 텍스처링된 표면은 그 위에 위치하는 불연속 패턴 및 연속 경로를 가질 수 있다.
여기에 정의된 유체 흐름은 유체에 현탁되는 물질의 흐름 및/또는 유체의 흐름을 포함한다. 이후, 텍스처링은 패턴의 관점에서 기재될 것이다. 텍스처링의 기본 단위는 패턴이다.
일 실시형태에서, 패턴은 전체 길이에서 튜브형 물품의 표면을 가로질러 연장되는 연속 경로를 포함하고, 상기 경로는 물품의 전체 길이의 적어도 50% 이상, 바람직하게 적어도 70% 이상, 바람직하게 적어도 90% 이상에서 물품 표면의 적어도 일부를 가로지르는 적어도 하나의 연속 채널에 의해 정의된다. 일 실시형태에서, 연속 경로는 물품의 전체 길이의 100%에서 튜브형 물품의 표면을 가로질러 연장된다. 도 1을 참조하면, 일 실시형태에서, 패턴은 카테터 또는 기관내 튜브와 같은 튜브형 물품의 적어도 일부 표면을 가로질러 연장되는 곡선으로 이루어진 채널이다. 일 실시형태에서, 물품은 물품의 전체 길이의 적어도 50% 이상, 바람직하게 적어도 70% 이상, 바람직하게 적어도 90% 이상에서 물품의 튜브형 표면의 적어도 일부를 가로지르는 복수의 연속 채널에 의해 정의되는 복수의 연속 경로를 포함한다. 일 실시형태에서, 복수의 연속 경로는 물품의 총 길이의 100%에서 튜브형 물품의 표면을 가로질러 연장되는 복수의 연속 채널을 포함한다. 일 실시형태에서, 물품의 전체 튜브형 표면은 물품의 총 길이의 100% 연장되고, 복수의 연속 채널을 포함하는 복수의 연속 경로 상에 위치한다.
연속 경로는, 바람직하게는 튜브형 표면의 하나의 말단에서 반대편 말단까지 연장되는 연속 채널에 의해 정의된다. 연속 채널은 한번 채널로 도입된 유체는 벽 위에 또는 개방된 말단을 제외하고 빠져나갈 수 없는, 벽으로 바운딩되는 트랜치(trench)이다. 연속 경로는, 채널이 유체 흐름 방향과 실질적으로 수직 또는 유체 흐름 방향과 실질적으로 평행하게 배열되도록 배향될 수 있다. 연속 채널을 포함하는 연속 경로는 튜브의 외측, 튜브의 내측, 또는 튜브의 내외측에 위치할 수 있다. 상기 실시형태가 튜브로 지시되지만, 원형 기하학을 제외한 단면 기하학을 갖는 도관도 고려될 수 있다. 예컨대, 단면 기하학은 타원형, 사각형, 삼각형 또는 다각형일 수 있다.
도 1은, 경로가 유체의 흐름 방향과 실질적으로 수직인 튜브를 도시한다. 공통면 상에 경로의 방향(경로의 탄젠트에 의해 측정됨) 및 흐름의 방향이 투영될 때, 둘 사이의 각은 60 내지 120도로 변화한다. 일 실시형태에서, 튜브가 요도 카테터인 경우, 경로(경로의 용어는 복수의 경로를 포함함)는 튜브의 내측에 및/또는 튜브의 외측에 위치하고, 흐름의 방향과 실질적으로 수직으로 배향되고, 바람직하게는 흐름 방향과 60 내지 120도로 배향되고, 바람직하게는 70 내지 110도, 더욱 바람직하게는 80 내지 100도로 배향된다. 실시형태에서, 튜브가 요도 카테터인 경우, 경로는 튜브의 외측에 위치하고, 튜브의 이용 가능한 외측면의 실질적으로 전체를 커버한다. 다른 실시형태에서, 튜브가 요도 카테터인 경우, 튜브의 외측에 위치하는 제1경로는 유체 흐름 방향에 60 내지 120도로 기울어질 수 있고(유체 흐름은 튜브의 내측에서 일어남), 튜브의 내측에 위치하는 제2경로는 튜브의 내측에서 유체 흐름 방향에 대한 흐름 방향의 각도 -45 내지 +45도, 바람직하게 -35 내지 +35도, 바람직하게 -25 내지 +25도 및 더욱 바람직하게 -15 내지 +15도로 기울어질 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 튜브가 요도 카테터인 경우, 튜브 외측에 위치하는 제1경로는 유체 흐름 방향과 60 내지 120도 기울어질 수 있지만(유체 흐름은 튜브 내측에서 일어남), 튜브 내측은 그 위에 위치하는 임의의 경로 없이 매끄러운 면을 가질 수 있다.
도 2는, 경로가 유체 흐름 방향과 실질적으로 평행인 튜브를 도시한다. 공통면 상에 경로의 방향(경로의 탄젠트에 의해 측정됨) 및 흐름의 방향이 투영될 때, 둘 사이의 각은 -45도 내지 +45도로 변화한다. 일 실시형태에서, 튜브가 기관내 튜브인 경우, 경로(경로의 용어는 복수의 경로를 포함함)는 튜브의 내측에 및/또는 튜브의 외측에 위치하고, 흐름의 방향과 실질적으로 평행하게 배향되고, 바람직하게는 흐름 방향과 -45 내지 +45도로 배향되고, 바람직하게는 -35 내지 +35도, 바람직하게는 -25 내지 +25도, 더욱 바람직하게 -15 내지 +15도로 배향된다. 실시형태에서, 튜브가 기관내 튜브인 경우, 경로는 튜브의 내측에 위치하고, 튜브의 이용 가능한 외측면의 실질적으로 전체를 커버한다. 도 1 및 2의 연속 경로는 선형 또는 곡선으로 이루어질 수 있다. 실시형태에서, 연속 경로는 곡선으로 이루어지고, 바람직하게는 나선형이다.
또한, 표면 상에 위치하는 패턴을 포함하는 도관이 여기에 기재된다. 각각의 패턴은 패턴 사이의 구불구불한 경로를 형성하는 방법으로 배열되는 복수의 이격된 특징(엘리먼트라고도 함)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 엘리먼트는 연속 패턴의 엘리먼트들 사이에 구불구불한 경로를 형성하는 방법으로 배열된다. 복수의 패턴은 그룹이라고도 한다. 패턴은 표면 상에 텍스처를 형성하기 위해 수많은 시간에 걸쳐 반복된다. 즉, 그룹은 표면 상에 텍스처를 형성한다. 일 실시형태에서, 흐름을 제어하기 위해, 텍스처는, 각각의 그리드가 다양한 그리드에서 다양한 각으로 기울어지는 패턴을 포함하는 그리드의 형태로 적용된다. 패턴의 하나의 예시적인 실시형태는 도 3a에 도시된다. 도 3a에서, 1 내지 4로 넘버링되는 4 그리드가 있고, 인접한 그리드의 패턴은 서로에 대해 기울어진 것을 볼 수 있다. 각각의 패턴은 축을 갖는다(각각 선 A-A' 및 선 B-B'에 의해 나타냄). 도 3a에서 도시되는 패턴에서, 축 A-A' 및 B-B'는 반복 패턴의 기하학적 중앙을 통과하는 선이다. 기하학적 중앙은 패턴 중량의 중앙이다(즉, 기판 없는 패턴의 엘리먼트).
도 3a로부터, 축 A-A' 및 B-B'는 약 90도의 각 α에서 서로에 기울어진 것을 볼 수 있다. 각 α는 5도에서 175도까지, 바람직하게 20에서 150도까지, 더욱 바람직하게는 70에서 120도까지 변화될 수 있다.
서로에 대해 이웃하는 그리드의 패턴 배향에 대한 하나의 그리드의 패턴을 회전시킴으로써, 하나의 그리드에서 흐름에 대한 내성은 이웃하는 그리드에 대해 변화될 수 있다.
각각의 그리드의 패턴은, 패턴이 복수의 그룹으로 배열되고, 제1 방향으로 보았을 때 텍스처의 일부 상에 구불구불한 경로를 정의하기 위해 서로에 대해 패턴의 그룹이 배열되는 복수의 이격된 특징을 포함한다. 제1 방향과 수직인 제2 방향(동일한 그리드에서)에서 보았을 때(그러나, 제1 방향과 동일한 평면에서), 특징의 그룹은 텍스처의 일부에서 선형 경로를 정의하도록 배열된다.
도 3a에서 볼 수 있듯이, 제공된 패턴에 이웃하는 엘리먼트의 종횡비는 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 다르다. 각각의 그리드는, 종횡비가 1 이상, 바람직하게 2 이상, 바람직하게 3 이상, 바람직하게 4 이상, 바람직하게 5 이상, 더욱 바람직하게는 10 이상인 적어도 일부의 엘리먼트를 갖는 것이 바람직하다. 각각의 패턴에서, 서로 다른 적어도 2개의 엘리먼트, 바람직하게 서로 다른 적어도 3개의 엘리먼트, 더욱 바람직하게 서로 다른 적어도 4개의 엘리먼트가 있다.
도 3b는, 복수의 이격된 특징이 유체 흐름 방향에 대해 다른 방향으로 배향되는 다른 패턴을 도시한다. 도 3b는 적어도 두 세트의 패턴의 엘리먼트가 서로 다르고, 패턴이 패턴들 사이 및 엘리먼트들 사이에 구불구불한 경로를 형성하기에 효율적인 방법으로 배열되는 적어도 두 세트의 패턴을 도시한다. 도 3b의 패턴 M 및 N으로부터, 연속하는 패턴 M 및 N의 일부 엘리먼트가 사인 곡선(sinusoidal curve) 형태로 배열되고, 텍스처의 유사한 패턴이 서로 수직인 방향으로 주기성을 갖는 것을 볼 수 있다. 흐름 방향에 대해 각 θ1 및 θ2을 변화시킴으로써, 표면을 접촉하는 유체는 다른 속도로 흐르게 될 수 있다. 또한, 특히 텍스처가 도관과 같은 물품의 내부 곡면 상에 위치하는 경우, 유체에 함유되는 특정 물질(예컨대 세포, 박테리아, 필러 등)의 흐름을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 유체의 원심력은, 텍스처링이 특정 속도를 제어하도록 작용하는 도관의 텍스처링된 벽을 향해 특정 물질이 추진되도록 할 수 있다. 패턴 사이즈 및 엘리먼트 사이즈는 특정 흐름(속도 및 방향)을 제어하기 위해 변경될 수 있다.
일 실시형태에서, 텍스처의 존재는 기판 상에 유체의 접촉각을 변경하고, 이는 단방향 흐름을 촉진하기 위해 이용될 수 있거나, 다른 방향으로 흐름이 나뉘도록 하기 위해 이용될 수 있다.
도 3b에서, θ1 및 θ2는 흐름 방향과 수직으로 도시되는 선(축 AA')에 5도 내지 50도로 변화할 수 있다. 즉, 패턴의 엘리먼트의 적어도 하나와 수직이고, 패턴의 질량의 중앙을 통해 통과하는 패턴의 축 AA'는 흐름 방향과 수직으로 도시되는 선에서 5도에서 50도까지 변화된다. 일 실시형태에서, 패턴의 축은 패턴의 질량의 중앙을 통과하고, 패턴의 적어도 2개의 엘리먼트와 수직이다. 다른 실시형태에서, 패턴의 축은 패턴의 질량의 중앙을 통과하고, 패턴의 적어도 3개의 엘리먼트와 수직이다. 또 다른 실시형태에서, 패턴의 축은 패턴의 질량의 중앙을 통과하고, 패턴의 적어도 4개의 엘리먼트와 수직이다. 또 다른 실시형태에서, 패턴의 축은 패턴의 질량의 중앙을 통과하고, 패턴의 모든 엘리먼트와 수직이다. 일 실시형태에서, 도 3b에서, 그 축이 흐름 방향과 수직이 되도록 패턴의 일부가 배열되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 도 3b는, 텍스처를 형성하기 위해 서로 조합되는 다양한 패턴의 적어도 두 세트(하나는 그 축이 흐름 방향과 수직이고, 다른 하나는 축이 흐름 방향으로 기울어짐)를 포함한다. 도 3b의 패턴은, 흐름 방향과 수직인 축이 흐름 방향과 평행일 수 있거나 흐름 방향으로 기울어질 수 있도록 흐름 방향에 대해 회전될 수 있다.
도 4는 패턴의 상기 정의를 따르는 다른 패턴을 도시한다. 도 4a는, 규칙적인 기하학을 갖는 엘리먼트가, 다르게 배향된 엘리먼트를 포함하는 서로 인접한 그리드를 가짐으로써 어떻게 흐름을 조절하도록 이용될 수 있는지를 도시한다. 도 4b는, 불규칙적인 기하학을 갖는 엘리먼트가, 다르게 배향된 엘리먼트를 포함하는 서로 인접한 그리드를 가짐으로써 어떻게 흐름을 조절하도록 이용될 수 있는지를 도시한다. 도 4c는, 규칙적인 및 불규칙적인 기하학을 갖는 엘리먼트가, 다르게 배향된 엘리먼트를 포함하는 서로 인접한 그리드를 가짐으로써 어떻게 흐름을 조절하도록 이용될 수 있는지를 도시한다. 도 4a-4c 전체에서, 패턴의 적어도 일부 엘리먼트는 종횡비가 1 이상이다.
일 실시형태에서(도 3a 및 3b에 대해 다시), 제2 방향과 45도 기울어진 제3 방향을 보았을 때, 특징들 사이의 경로는 비선형 및 비사인곡선 형태일 수 있다. 즉, 경로는 비선형 및 비주기적일 수 있다. 다른 실시형태에서, 특징들 사이의 경로는 두께를 변경한 선형일 수 있다. 복수의 이격된 특징은 표면에서 바깥쪽으로 투영되거나 표면으로 투영될 수 있다. 일 실시형태에서, 복수의 이격된 특징은 표면과 동일한 화학적 조성을 가질 수 있다. 다른 실시형태에서, 복수의 이격된 특징은 표면과 다른 화학적 조성을 가질 수 있다.
특정 실시형태에 대해서, 기관의 생물흡착을 저지하는 표면 지형을 갖는 물품은 표면을 갖는 베이스 물품을 포함한다. 표면 및/또는 베이스 물품의 조성은 폴리머, 금속 또는 합금, 세라믹 및/또는 유리를 포함한다. 또한, 폴리머, 금속 및 세라믹의 조합은 표면 또는 베이스 물품에 이용될 수 있다. 복수의 패턴을 포함하는 지형을 갖는 표면; 각각의 패턴은 베이스 물품으로 투영되거나 부착되는 복수의 이격된 특징에 의해 정의된다. 복수의 특징 각각은 적어도 1 마이크로미터 또는 나노미터 사이즈의 치수를 가지고, 실질적으로 다른 기하학을 갖는 적어도 하나의 이웃하는 특징을 갖는다(즉, 형태 또는 사이즈가 다름).
인접한 특징들 사이에 이격된 평균 제1 특징은 표면의 적어도 일부에서 5 나노미터 내지 100 ㎛이고, 상기 복수의 이격된 특징은 주기 함수로 나타낸다. 일 실시형태에서, 복수의 특징의 각각의 특징은 서로 접촉하지 않고, 서로 분리되어 있다. 다른 실시형태에서, 복수의 특징의 일부는 서로 접촉할 수 있다.
다른 실시형태에서, 이격된 특징들 사이의 평균 주기는 약 1 나노미터 내지 약 500 마이크로미터일 수 있다. 일 실시형태에서, 이격된 특징들 사이의 주기는 약 2, 5, 10, 20, 50, 100 또는 200 나노미터일 수 있다. 다른 실시형태에서, 이격된 특징들 사이의 평균 주기는 약 2, 5, 10, 20, 50, 100 또는 200 나노미터일 수 있다. 다른 실시형태에서, 주기는 약 0.1, 0.2, 0.5, 1, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 300, 400 또는 450 마이크로미터일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 평균 주기는 약 0.1, 0.2, 0.5, 1, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 300, 400 또는 450 마이크로미터일 수 있다.
일 실시형태에서, 이격된 특징은 1 나노미터 내지 500 마이크로미터, 구체적으로 약 10 나노미터 내지 약 200 마이크로미터, 및 더욱 구체적으로 약 50 나노미터 내지 약 100 마이크로미터의 치수를 가질 수 있다.
다른 실시형태에서, 이격된 특징들 사이의 주기는 약 1 나노미터 내지 약 500 마이크로미터일 수 있다. 일 실시형태에서, 이격된 특징들 사이의 주기는 약 2, 5, 10, 20, 50, 100 또는 200 나노미터일 수 있다. 다른 실시형태에서, 이격된 특징들 사이의 주기는 약 2, 5, 10, 20, 50, 100 또는 200 나노미터일 수 있다. 다른 실시형태에서, 주기는 약 0.1, 0.2, 0.5, 1, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 300, 400 또는 450 마이크로미터일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 주기는 약 0.1, 0.2, 0.5, 1, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 300, 400 또는 450 마이크로미터일 수 있다.
일 실시형태에서, 패턴의 각각의 특징은 다양한 기하학(예컨대 사이즈 또는 형태)을 갖는 적어도 하나의 이웃하는 특징을 갖는다. 패턴의 특징은 단일 엘리먼트이다. 패턴의 각각의 특징은 특징과 다른 기하학을 갖는 적어도 2, 3, 4, 5, 또는 6개의 이웃하는 특징을 갖는다. 일 실시형태에서, 패턴을 형성하는 적어도 2 이상의 다른 특징이 있다. 다른 실시형태에서, 패턴을 형성하는 적어도 3 이상의 다른 특징이 있다. 또 다른 실시형태에서, 패턴을 형성하는 적어도 4 이상의 다른 특징이 있다. 또 다른 실시형태에서, 패턴을 형성하는 적어도 5 이상의 다른 특징이 있다.
다른 실시형태에서, 패턴의 적어도 2개의 동일한 특징은 다른 기하학(예컨대 사이즈 또는 형태)을 갖는 적어도 하나의 이웃하는 특징을 갖는다. 패턴의 특징은 단일 엘리먼트이다. 일 실시형태에서, 패턴의 2개의 동일한 특징은 동일한 특징과 다른 기하학을 갖는 적어도 2, 3, 4, 5, 또는 6개의 이웃하는 특징을 갖는다. 다른 실시형태에서, 패턴의 3개의 동일한 특징은 동일한 특징과 다른 기하학을 갖는 적어도 2, 3, 4, 5, 또는 6개의 이웃하는 특징을 갖는다.
다른 실시형태에서, 각각의 패턴은 다른 사이즈 또는 형태를 갖는 적어도 하나 이상의 이웃하는 패턴을 갖는다. 즉, 제1 패턴은, 제1 패턴과 동일한 특징을 포함하지만 제1 패턴과 다른 형태를 가질 수 있는 제2 이웃하는 패턴을 가질 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 각각의 패턴은 다양한 사이즈 또는 형태를 갖는 적어도 2개 이상의 이웃하는 패턴을 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 각각의 패턴은 다른 사이즈 또는 형태를 갖는 적어도 3개 이상의 이웃하는 패턴을 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 각각의 패턴은 다른 사이즈 또는 형태를 갖는 적어도 4개 이상의 이웃하는 패턴을 갖는다.
상술한 바와 같이, 이격된 특징의 화학적 조성은 표면과 다를 수 있다. 또한, 이들 특징이 투영되는 이격된 특징 및 표면은 유기 폴리머 또는 무기 물질을 포함할 수 있다. 또한, 복합체가 이용될 수 있다.
이격된 특징 및/또는 표면에 이용되는 유기 폴리머는 다양한 열가소성 폴리머, 열가소성 폴리머의 블랜드, 열경화성 폴리머 또는 열경화성 폴리머와 열가소성 폴리머의 블랜드로부터 선택될 수 있다. 또한, 유기 폴리머는 폴리머, 코폴리머, 터폴리머, 또는 상기 유기 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 조합일 수 있다. 또한, 유기 폴리머는 올리고머, 호모폴리머, 코폴리머, 블럭 코폴리머, 다른 블럭 코폴리머, 랜덤 폴리머, 랜덤 코폴리머, 랜덤 블럭 코폴리머, 그래프트 코폴리머, 스타 블럭 코폴리머, 덴드리머, 다가 전해질(전해질을 함유하는 일부 반복기를 갖는 폴리머), 중합 양성 전해질(양이온 및 음이온 반복기를 갖는 다가 전해질), 이오노머 등, 상기 유기 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 조합의 블랜드일 수 있다.
유기 폴리머의 예는 폴리아세탈(polyacetals), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리아크릴(polyacrylics), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리스티렌(polystyrenes), 폴리에스테르(polyesters), 폴리아미드(polyamides), 폴리아미드이미드(polyamideimides), 폴리아릴레이트(polyarylates), 폴리아릴설폰(polyarylsulfones), 폴리에테르설폰(polyethersulfones), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfides), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chlorides), 폴리설폰(polysulfones), 폴리이미드(polyimides), 폴리에테르이미드(polyetherimides), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylenes), 폴리에테르케톤(polyetherketones), 폴리에테르에테르케톤(polyether etherketones), 폴리에테르케톤케톤(polyether ketone ketones), 폴리벤즈옥사졸(polybenzoxazoles), 폴리프탈라이드(polyphthalides), 폴리아세탈(polyacetals), 폴리안하이드라이드(polyanhydrides), 폴리비닐에테르(polyvinyl ethers), 폴리비닐티오에테르(polyvinyl thioethers), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohols), 폴리비닐케톤(polyvinyl ketones), 폴리비닐할라이드(polyvinyl halides), 폴리비닐 니트릴(polyvinyl nitriles), 폴리비닐 에스테르(polyvinyl esters), 폴리설포네이트(polysulfonates), 폴리설파이드(polysulfides), 폴리티오에스테르(polythioesters), 폴리설폰(polysulfones), 폴리설폰아미드(polysulfonamides), 폴리요소(polyureas), 폴리포스파젠(polyphosphazenes), 폴리실라잔(polysilazanes), 스티렌 아크릴로니트릴(styrene acrylonitrile), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrene, ABS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate), 폴리우레탄(polyurethane), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(ethylene propylene diene rubber, EPR), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 퍼플루오로엘라스토머(perfluoroelastomers), 플루오르화 에틸렌 프로필렌(fluorinated ethylene propylene), 퍼플루오로알콕시에틸렌(perfluoroalkoxyethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlorotrifluoroethylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리실록산(polysiloxanes) 등, 또는 상기 유기 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 조합이다.
고분자 전해질(polyelectrolytes)의 예는 폴리스티렌 설폰산(polystyrene sulfonic acid), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 펙틴(pectin), 카라기난(carageenan), 알지네이트(alginates), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 등, 상기 고분자 전해질 중 적어도 하나를 포함하는 조합이다.
중합 조성물에 이용하기 적합한 열경화성 폴리머의 예는, 에폭시 폴리머(epoxy polymers), 불포화 폴리에스테르 폴리머(unsaturated polyester polymers), 폴리이미드 폴리머(polyimide polymers), 비스말레이미드 폴리머(bismaleimide polymers), 비스말레이미드 트리아진 폴리머(bismaleimide triazine polymers), 시아네이트 에스테르 폴리머(cyanate ester polymers), 비닐 폴리머(vinyl polymers), 벤조옥사진 폴리머(benzoxazine polymers), 벤조시클로부텐 폴리머(benzocyclobutene polymers), 아크릴(acrylics), 알키드(alkyds), 페놀-포름알데히드 폴리머(phenol-formaldehyde polymers), 노볼락(novolacs), 레졸(resoles), 멜라민-포름알데히드 폴리머(melamine-formaldehyde polymers), 요소-포름알데히드 폴리머(urea-formaldehyde polymers), 히드록시메틸푸란(hydroxymethylfurans), 이소시아네이트(isocyanates), 디알릴 프탈레이트(diallyl phthalate), 트리알릴 시아누레이트(triallyl cyanurate), 트리알릴 이소시아누네이트(triallyl isocyanurate), 불포화 폴리에스테르이미드(unsaturated polyesterimides) 등, 또는 상기 열경화성 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함한다.
열가소성 폴리머의 블랜드의 예는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌/나일론(acrylonitrile-butadiene-styrene/nylon), 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌/폴리비닐 클로라이드(acrylonitrile butadiene styrene/polyvinyl chloride), 폴리페닐렌 에테르-폴리스티렌(polyphenylene ether/polystyrene), 폴리페닐렌 에테르/나일론(polyphenylene ether/nylon), 폴리설폰/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(polysulfone/acrylonitrile-butadiene-styrene), 폴리카보네이트/열가소성 우레탄(polycarbonate/thermoplastic urethane), 폴리카보네이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트(polycarbonate/polyethylene terephthalate), 폴리카보네이트/폴리부틸렌 테레프탈레이트(polycarbonate/polybutylene terephthalate), 열가소성 엘라스토머 합금(thermoplastic elastomer alloys), 나일론/엘라스토머(nylon/elastomers), 폴리에스테르/엘라스토머(polyester/elastomers), 폴리에틸렌 테레프탈레이트/폴리부틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate/polybutylene terephthalate), 아세탈/엘라스토머(acetal/elastomer), 스티렌-말레안하이드라이드/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(styrene-maleicanhydride/acrylonitrile-butadiene-styrene), 폴리에테르 에테르케톤/폴리에테르설폰(polyether etherketone/polyethersulfone), 폴리에테르에테르케톤/폴리에테르이미드 폴리에틸렌/나일론(polyether etherketone/polyetherimide polyethylene/nylon), 폴리에틸렌/폴리아세탈(polyethylene/polyacetal) 등을 포함한다.
기판 또는 패턴에 이용될 수 있는 폴리머는 생분해성 물질을 포함한다. 생분해성 폴리머의 적합한 예는 폴리아세트-글리코산(polylactic-glycolic acid, PLGA), 폴리-카프로락톤(poly-caprolactone, PCL), 폴리아세트-글리코산과 폴리-카프로락톤의 코폴리머(PCL-PLGA copolymer), 폴리히드록시-부티레이트-발레레이트(polyhydroxy-butyrate-valerate, PHBV), 폴리오르토에스테르(polyorthoester, POE), 폴리에틸렌 옥사이드-부틸렌 테레프탈레이트(polyethylene oxide-butylene terephthalate, PEO-PBTP), 폴리-D,L-락트산-p-디옥사논-폴리에틸렌글리콜 블럭 코폴리머(poly-D,L-lactic acid-p-dioxanone-polyethylene glycol block copolymer, PLA-DX-PEG) 등, 또는 상기 생분해성 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 조합이다. 분해 동안 생분해성 폴리머는 바람직하지 않은 역효과 없이 신체에서 소모될 수 있다.
이격된 특징 및/또는 표면에 이용되는 금속은 다양한 금속 합금, 금속 복합체 또는 다른 물질과의 조합으로부터 선택될 수 있다. 금속의 예는 스테인레스 스틸, 카본 스틸, 구리, 브라스, 금, 금 합금, 니켈, 니켈 합금 스틸, Co-Cr 합금, 플래티넘, 플래티넘 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 지르코늄, 지르코늄 합금, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 탄탈, 탄탈 합금, 텅스텐, 텅스텐 합금, 코발트 및 코발트 합금, 바나듐 및 바나듐 합금 등이다.
이격된 특징 및/또는 표면에 이용되는 세라믹은, 알루미늄 산화물, 바륨 산화물, 몰리브덴 산화물, 칼슘 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 탄탈 산화물, 실리카 산화물, 또는 임의의 합금 및 당업자에게는 친숙하지만 나열되지 않은 합금들을 포함하는 자기 또는 유리와 같은 조합 및 다양한 세라믹, 세라믹과 같은 부류로부터 선택될 수 있다. 다른 예는 소결전 상태(green state) 또는 소결된 상태에서 이용될 수 있는 졸겔 공정에 의해 제조되는 무기-유기 하이브리드로부터의 것을 포함한다. 이들은 제로젤(xerogel) 및 에어로젤(aerogel) 조성물을 포함한다.
일 실시형태에서, 패턴은 약물 코팅을 형성하기 위해 생물학적 활성제와 블랜딩되는 중합성 수지를 포함할 수 있다. 그 후, 생물학적 활성제는 패턴으로부터 점차적으로 분해되어(released), 단순히 캐리어로서 작용한다. 중합성 수지가 생물학적 활성제와 물리적으로 블랜딩되는 경우(즉, 공유 결합되지 않는), 약물 코팅으로부터 생물학적 활성제의 분해는 확산 제어된다. 패턴은 일반적으로 약물 코팅의 총 중량에 기초하여 생물학적 활성제의 약 5 중량% 내지 약 90 중량%의 양을 포함하는 것이 바람직하다. 이 범위 내에서, 일반적으로 약물 코팅의 총 중량에 기초하여 약 10 이상, 바람직하게는 약 20 이상, 더욱 바람직하게는 약 30 중량% 이상의 양으로 존재하는 생물학적 활성제를 갖는 것이 바람직하다. 이 범위 내에서, 일반적으로 약물 코팅의 총 중량에 기초하여 약 75 이하, 바람직하게 약 70 이하, 더욱 바람직하게 약 65 중량% 이하의 양으로 존재하는 생물학적 활성제를 갖는 것이 바람직하다. 약물 코팅은 필요에 따라 추가적인 표면 코팅으로 선택적으로 코팅될 수 있다. 추가적인 표면 코팅이 이용되는 경우, 생물학적 활성제의 분해는 계면 제어된다(interfacially controlled). 약물 코팅은 특징의 오직 표면 상에 또는 선택적으로 구불구불한 경로의 표면 상에 위치할 수 있다.
다른 일례에서, 생물학적 활성제는 약물 코팅을 형성하기 위해 생분해성 폴리머와 공유 결합될 수 있다. 그 후, 분해율은 생분해성 폴리머의 분해율에 의해 제어될 수 있다. 생분해성 폴리머의 적합한 예는 앞서 제공되었다. 이 범위 내에서, 일반적으로 약물 코팅의 총 중량에 기초하여 약 10 이상, 바람직하게는 약 20 이상, 더욱 바람직하게는 약 30 중량% 이상의 양으로 존재하는 생물학적 활성제를 갖는 것이 바람직하다. 이 범위 내에서, 일반적으로 약물 코팅의 총 중량에 기초하여 약 75 이하, 바람직하게 약 70 이하, 더욱 바람직하게 약 65 중량% 이하의 양으로 존재하는 생물학적 활성제를 갖는 것이 바람직하다.
패턴이 의학 장치에 이용되는 경우, 약물 코팅은 다양한 방법으로 의학 장치 상에 코팅될 수 있다. 일 실시형태에서, 약물 코팅은 물, 아세톤, 에탄올, 이소프로판올, 메탄올, 톨루엔, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 헥산 등과 같은 알콜과 같은 용매에 용해되고, 패턴의 형태로 의학 장치 상에 코팅될 수 있다. 다른 실시형태에서, 모노머는 생물학적 활성제와 공유 결합된 후 약물 코팅을 형성하기 위해 중합될 수 있고, 그 후 패턴의 형태로 의학 장치 상에 적용된다. 또 다른 실시형태에서, 중합성 수지는 우선 의학 장치 상에 코팅(패턴의 형태로)으로 적용된 후, 코팅 장치가 생물학적 활성제로 침지되어, 약물 코팅을 형성하도록 코팅으로 확산될 수 있다.
일 실시형태에서, 생물학적 활성제는 패턴에 첨가될 수 있다. 생물학적 활성제는 패턴에 포함될 수 있거나 패턴의 표면에 위치할 수 있다(예컨대 패턴을 형성하는 물질과 혼합됨). 또한, 단일 약물 코팅층에 분산되는 둘 이상의 생물학적 활성제를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또는, 의학 장치 상에 코팅되는 약물 코팅의 둘 이상의 층을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 코팅의 다양한 방법은, 스핀 코팅, 정전식 페인팅, 딥-코팅, 브러시로 페인팅 등, 코팅의 상기 방법 중 적어도 하나를 포함하는 조합과 같이 의학 장치를 코팅하도록 적용될 수 있다.
다양한 형태의 생물학적 활성제는 의학 장치를 코팅하기 위해 이용되는 약물 코팅에 이용될 수 있다. 의학 장치 상의 코팅은 항진통제(anti-analgesic agents), 항부정맥제(anti-arrhythmic agents), 항박테리아제(anti-bacterial agents), 항콜린성제(anti-cholinergic agents), 항응고제(anti-coagulant agents), 항경련제(anti-convulsant agents), 항우울제(anti-depressant agents), 항당뇨제(anti-diabetic agents), 항이뇨제(anti-diuretic agents), 항균제(anti-fungal agents), 항고혈압제(anti-hypertensive agents), 항염증제(anti-inflammatory agents), 항말라리아제(anti-malarial agents), 항종양제(anti-neoplastic agents), 항정신제(anti-nootropic agents), 항파키슨제(anti-Parkinson agents), 항레트로바이러스제(anti-retroviral agents), 항결핵제(anti-tuberculosis agents), 항기침제(anti-tussive agents), 항궤양제(anti-ulcerative agents), 항바이러스제(anti-viral agents) 등, 또는 상기 치료적 및 약제학적으로 생물학적 활성제 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함하는 치료적 및 약제학적으로 생물학적 활성제를 전달하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 생물학적 활성제는 단백질, 펩티드 단편, 성장 인자 또는 다른 세포-신호 분자일 수 있다.
일 실시형태에서, 표면은 베이스 물품과 모놀리식으로 통합되고, 베이스 물품의 조성은 표면의 조성과 동일하다. 다른 실시형태에서, 표면은 베이스 물품 상에 위치하는 코팅층을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 코팅층의 조성은 베이스 물품의 조성과 다르다. 일 실시형태에서, 폴리머는 비-전기 전도성 폴리머를 포함한다.
텍스처 및/또는 텍스처가 위치하는 기판은 형상 기억 합금 또는 형상 기억 폴리머로부터 제조될 수 있고, 그 형상은 열 신호, 전기적 신호 등과 같은 활성 신호가 이용될 때 변화될 수 있다.
다른 실시형태에서, 지형은 4 내지 50개의 평균 조도 인자(R)를 제공한다. 표면은 탄성 계수가 약 10 kPa 내지 약 10 MPa인 엘라스토머를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 패턴은 구불구불한 경로에 의해 이웃하는 패턴으로부터 분리된다. 구불구불한 경로는 주기 함수에 의해 나타낼 수 있다. 주기 함수는 각각의 구불구불한 경로와 다를 수 있다. 일 실시형태에서, 패턴은 둘 이상의 주기 함수에 의해 나타낼 수 있는 구불구불한 경로에 의해 서로로부터 분리될 수 있다. 주기 함수는 사인파(sinusoidal wave)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 주기 함수는 둘 이상의 사인파를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 복수의 다양한 구불구불한 경로가 각각 복수의 주기 함수로 나타내는 경우, 대표적인 주기 함수는 고정 위상차로 분리될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 복수의 다양한 구불구불한 경로가 각각 복수의 주기 함수로 나타내는 경우, 대표적인 주기 함수는 다양한 위상차에 의해 분리될 수 있다.
일 실시형태에서, 복수의 이격된 특징은 실질적으로 평면인 상부면을 갖는다. 다른 실시형태에서, 다중-엘리먼트 안정층(multi-element plateau layer)은 표면의 일부에 위치할 수 있고, 상기 안정층의 엘리먼트 사이에 이격된 거리는 제2 특징 간격을 제공한다; 제2 특징 간격은 제1 특징 간격과 비교하면 실질적으로 상이하다.
그리드는 다양한 기하학을 가질 수 있다. 예컨대, 그리드는 직사각형, 사각형, 삼각형, 원형, 타원형, 다각형 또는 이들의 조합일 수 있다. 그리드의 측면은 20 나노미터 내지 1,000 마이크로미터일 수 있다. 원 또는 타원 그리드에서, 평균 반경은 10 나노미터 내지 500 마이크로미터로 변화될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 그리드는 각각 50 마이크로미터의 측면을 갖는 사각형을 포함한다.
도 1 및 2에서 상기 기재된 패턴은 도관의 내부 및 외부면 상에 이용될 수 있다(예컨대 카테터, 기관내 튜브, 중심 정맥 카테터, 요도 튜브, 생물체의 다른 기관을 향해 직접 흐르는 션트(shunt) 등).
특정 실시형태에서, 패턴은, 유체 흐름 방향과 평행 또는 수직(또는 다른 앵귤레이션)이 되도록 또는 세포 이동 방향과 평행 또는 수직(또는 다른 앵귤레이션)이 되도록 물품 또는 장치의 표면 상에 위치할 수 있거나, 세포 이동 방향과 부분적으로 평행 및 부분적으로 수직(또는 다른 앵귤레이션)으로 위치하는 부분을 갖는다. 표면을 가로질러, 상기 기재된 바와 같이, 유기체와 상호 작용할 수 있는 비생물학적 표면 또는 유기체에 이식 가능한 생물학적 또는 비생물학적 표면, 유기체의 생물학적 표면을 가로질러, 이주 또는 이동하는 세포는, 예컨대 혈소판, 백혈구, 내피세포, 섬유아세포 상피세포, 인간 안구 상피 세포, 박테리아 등과 같은 조직 세포를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 패턴은 세포 이동 방향과 평행 및/또는 수직으로 또는 유체 흐름 방향과 평행 및/또는 수직으로 그 표면 상에 위치한다. 세포 이동은, 바람직한(예컨대 혈소판, 적혈구, 백혈구, 내피세포, 상피세포 등과 같은 조직 세포) 또는 바람직하지 않은(예컨대 박테리아 세포) 세포의 세포를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 패턴(각각의 그리드에서)은, 패턴의 엘리먼트의 일부가 유체에 함유되는 특정 물질 및/또는 유체 흐름 방향과 평행 및/또는 수직일 수 있도록 위치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 패턴은, 패턴의 축이 흐름 방향과 평행일 때 흐름 방향과 평행이고, 축이 흐름 방향과 수직일 때 수직이다. 도 1에 도시된 패턴에서, 일부 그리드에서 패턴은 흐름 방형과 평행일 것이지만, 다른 인접한 그리드는 동시에 유체의 흐름 방향과 수직일 것이다.
흐름 방향은 흐름 방향과 평행도 수직도 아니고, 그 사이일 수 있음을 주목해야 한다. 도 5는 패턴의 축이 흐름 방향에 대해 어떻게 기울어질 수 있는지를 도시한다. 일 실시형태에서, 패턴의 축(도 3a 및 3b 및 5 참조)은 흐름 방향에 대해 5 내지 175도, 바람직하게 15 내지 150도, 바람직하게 50 내지 135도의 각으로 기울어질 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 하나의 그리드에서 패턴은 흐름 방향과 평행하지만, 다른 그리드에서 패턴은 흐름 방향과 수직이다.
패턴은 곡면 또는 평면의 전체 표면 또는 오직 선택된 부분 상에 위치할 수 있다. 일 실시형태에서, 패턴은 표면의 2% 이상, 바람직하게 10% 이상, 바람직하게 20% 이상, 바람직하게 50% 이상, 더욱 바람직하게 75% 이상을 커버할 수 있다.
도 6은 도관 표면의 오직 일부만이 텍스처링되는 어플리케이션의 일례를 도시한다. 도관(100)은 도관과 접촉하는 유체의 공급 또는 제거를 위해 2개의 개구부(102 및 104)(아일릿이라고도 함)를 갖는다. 각각의 개구부(102 및 104) 주변의 영역은 각각 영역(103 및 105)에 위치한 도 1의 패턴을 갖는다. 각각의 개구부(102 및 104) 주변의 패턴의 용도는 박테리아 및 관련 없는 세포 물질이 도관으로 이주하는 것을 억제한다. 예시적인 도관은 생체의 유체를 전달하거나 생체로부터 유체를 제거하기 위해 이용되는 션트이다. 일 실시형태에서, 패턴은 뼈 마디의 볼 및 소켓과 같은 구형 또는 타원형의 보철면 상에 위치할 수 있다. 상술한 바와 같이, 패턴은 볼과 소켓 사이의 접촉점에 세포의 이동을 억제하기 위해 볼 및 소켓의 일부 상에 위치할 수 있다. 또는, 패턴은 볼 및 소켓의 접촉점으로 세포의 흐름을 억제하고, 볼 및 소켓의 접촉점으로부터 다른 유체가 흐르도록 하는 방법으로 나타낼 수 있다. 도 7은 그 위에 패턴을 갖는 오직 볼의 일부 및 소켓의 일부를 갖는 볼 및 소켓의 부분을 도시한다. 패턴의 배향 및 패턴의 치수는 접촉 면적에서 소망되는 세포의 형태에 기초하여 조절될 수 있다.
일 실시형태에서, 패턴은 카테터의 표면 상에 또는 기관내 튜브의 표면 상에서와 같은 의학 장치에 이용되는 튜브형 표면 상에 위치할 수 있다. 패턴은 카테터 또는 기관내 튜브에서 세포의 이동을 막지만, 카테터 또는 기관내 튜브를 통해 다른 유체가 흐르도록 카테터 또는 기관내 튜브의 내부면 및/또는 외부면에 위치할 수 있다. 도 8은 그 내부면에 위치하는 패턴을 갖는 예시적인 기관내 튜브를 도시한다. 또한, 도 8은 기관내 튜브의 단면 슬라이스 및 패터닝된 표면의 삽도의 상세를 도시한다. 패턴의 배향 및 패턴의 치수는 유체 흐름을 제어하는 것에 기초하여 조절될 수 있다. 일 실시형태에서, 패턴은 인공 수정체 상에 위치할 수 있다. 도 9는 그 위에 위치하는 패턴을 갖는 인공 수정체를 도시한다. 또한, 도 9는 패턴의 상세도를 보여주는 삽도를 도시한다. 도 10a-e는 그 표면 상에 위치하는 패턴을 갖는 예시적인 인공 수정체를 도시한다. 도 10a는 인공 수정체의 측면 투시도를 도시한다. 도 10b는 인공 수정체의 상면도를 도시한다. 도 10c는 인공 수정체의 단면도를 도시한다. 도 10d는 인공 수정체의 뒤의 패터닝된 표면을 도시한다. 도 10e는 패터닝된 표면의 삽도를 상세하게 도시한다. 패턴의 배향 및 패턴의 치수는 유체 흐름을 제어하는 것에 기초하여 조절될 수 있다.
도 11a는 그리드 1-6이 라디얼 방식으로 배열되는 물품의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도 11b는 그리드 1-8이 라디얼 방식으로 배열되는 물품의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다. 그리드의 텍스처는, 유체 흐름의 공급원에 가장 가까운 패턴이 공급원으로부터 유체를 용이하게 통과시키거나 공급원으로부터 유체 흐름의 용이한 통과를 억제하도록 배열될 수 있다. 또는, 패턴의 텍스처 및 배향을 선택함으로써, 유체 흐름 또는 특정 물질의 흐름은 제어될 수 있다. 다른 실시형태에서, 패턴은 그리드에 위치할 필요 없지만, 물품의 사용 동안 유체 흐름 또는 특정 흐름을 제어하는 방법으로 배향될 수 있다.
일 실시형태에서, 도 11a 및 11b의 물품은, 상처 드레싱의 중앙점이 상처에 직접적으로 위치하는 상처에 적용되는 상처 드레싱일 수 있다. 도 11c-11e는, 패턴 배향이 상처로부터 유체 흐름을 맞추도록 이용될 수 있는 실시형태를 도시한다. 도 11c-11e의 상처 드레싱 각각의 중앙점은 상처에 직접 위치하는 것으로 추정된다. 도 11c는, 유체 흐름이 상처로부터 방사상으로 지시되는(즉, 패턴의 엘리먼트들 사이의 선형 채널이 바깥쪽으로 방사상으로 유체를 지시하도록 배열됨) 실시형태를 도시하지만, 도 11d에서, 유체 흐름은 상처로부터 원주 방향으로 지시된다(엘리먼트들 사이의 채널은, 유체가 상처로부터 원주 방향으로 흐르도록 배열됨). 도 11e에서, 일부 부분은 유체가 방사 방향으로 흐르도록 하지만(즉, 패턴의 엘리먼트들 사이의 선형 채널은 유체가 바깥쪽으로 방사상으로 지시하도록 배열됨), 일부 부분은 흐름이 방사 방향으로 흐르는 것을 억제한다(즉, 패턴의 엘리먼트들 사이의 선형 채널은 유체가 바깥쪽으로 방사상으로 억제하고, 유체 흐름의 방향과 수직으로 배열됨).
패턴의 높이는 상처 드레싱의 중앙에서 에지까지 정연하게 변경될 수 있다. 도 11f 및 11g는 패턴의 두께가 중앙에서 외부 원주로 변화되는 상처 드레싱의 측면 단면도이다. 이는, 상처 드레싱이 위치하는 상처로부터 유체 흐름을 억제하거나 용이하게 하기 위해 행해진다. 도 11f의 상처 드레싱은, 상처와 접촉하도록 패턴의 피크에 배열하고, 따라서 상처 드레싱의 외측 반경으로 유체를 빠르게 이동시키도록 이용되지만, 도 11g의 상처 드레싱은, 중앙으로부터의 유체 흐름이 주변에 포획되도록 고안된다.
도 11h는, 패턴의 밀도가 유체 흐름을 제어하도록 제공 방향을 어떻게 변경할 수 있는지를 설명한다. 도 11h에서, 패턴의 밀도는 유체 흐름을 변경하도록 왼쪽에서 오른쪽으로 증가된다.
도 12는 유체의 흐름을 숨기거나 세균 세포의 이동을 억제하도록 도관(200) 내에 또는 상에 패턴을 배향하는 하나의 방법을 도시한다. 도 12에 도시되는 바와 같이, 패턴은 흐름 방향과 수직인 축으로 배열될 수 있다. 도 12에 도시되는 바와 같이, 패턴의 엘리먼트들은 그 안에 함유되는 내용 및 유체의 흐름에 최대 내성을 제공하도록 배열된다. 이 방법에서 패턴의 배열은 구불구불한 경로로 유체 또는 특정 물질(입자, 세포 등)이 흐르는 것을 제한하지만, 세포 및/또는 유체가 도관의 다른 말단에 도달하기 어렵게 한다. 즉, 구불구불한 경로의 영역을 감소시키지만, 동시에 그 길이를 증가시키고, 동시에 유체의 경로에서 엘리먼트들의 수를 증가시킴으로써, 특정 물질은 도관의 길이를 따라 이동하는 것으로부터 제어될 수 있다. 유체에 함유되는 세포상 물질은 선형 채널에 포획될 수 있지만(상술한 바와 같이, 제2 방향으로 도시될 때, 채널이 선형임), 매끄러운 표면 상에 있지만 그보다 느리게 도관의 길이를 따라 유체가 흐르게 한다.
패턴의 축의 배향은 유체의 흐름을 증가 또는 감소시키거나 특정 물질의 이동을 포획하도록 패턴의 능력을 증가 또는 감소시키도록 조절될 수 있다. 도 13은, 패턴의 축이 흐름 방향과 각 θ로 배향되는 패턴을 반영한다. 각 θ는 5도 내지 175도로 변경될 수 있다. 도 13에 도시되는 패턴의 축을 배향함으로써, 패턴은 도관의 표면 상에 나선 형태로 나타낼 것이다.
일 실시형태에서, 패턴의 부분은 5도 내지 90도로 배향되는 축을 가질 수 있지만, 패턴의 다른 부분은 91도 내지 175도로 배향되는 축을 가질 수 있다. 이는 상기 도 1에서 설명되었다. 다른 각으로 패턴의 다른 부분을 배향함으로써, 유체에서 특정 물질의 이동 속도는 조절될 수 있다. 또한, 세균 세포, 조직 세포 등의 이동은 패턴 배향을 변경함으로써 조절될 수 있다. 도관 상에 또는 내에 패턴의 배향을 변경함으로써, 유체가 흐르는 동안 전개되는 유체 흐름의 패턴(예컨대 소용돌이)은 최소화될 수 있다.
일 실시형태에서, 유체(또는 그 특정 내용물)이 지나가야 하는 구불구불한 경로의 길이를 증가하는 하나의 방법으로, 패턴의 일부 엘리먼트는 이웃하는 패턴으로부터 엘리먼트와 결합될 수 있다. 이는 도 13에 도시되고, 엘리먼트들(201, 202 및 203)은 연장된 엘리먼트들을 제조하기 위해 이웃하는 패턴으로부터 엘리먼트와 함께 조합된다. 또한, 이러한 변형은 도 14에 도시되는 바와 같이 흐름 방향으로 패턴의 축이 기울어지는 패턴으로 제조될 수 있다. 이웃하는 패턴에 대한 하나의 패턴의 엘리먼트의 종횡비를 증가시킴으로써, 구불구불한 경로의 길이는 증가될 수 있고, 그 체적은 증가될 수 있다.
함께 조합되는 엘리먼트들은 주기적이거나 비주기적일 수 있다. 일 실시형태에서, 특정 엘리먼트(예컨대 각각의 패턴의 왼쪽에서 매 3번째 엘리먼트)는 적어도 하나의 이웃하는 패턴으로 그 상대방과 접촉하도록 연장되어, 흐름 통로 또는 경로가 주기적으로 중단되게 한다. 연장된 엘리먼트는 하나 이상의 이웃하는 엘리먼트와 접촉할 수 있다.
다른 실시형태에서, 하나의 패턴으로부터 임의의 엘리먼트는 이웃하는 패턴 상에 하나 이상의 엘리먼트와 접촉하도록 연장되어, 흐름 통로 또는 경로가 비주기적으로 중단되게 한다.
도 15a는, 패턴의 엘리먼트들이 원주 방향으로 서로 평행이 되도록 배열되는 일 실시형태를 도시한다. 즉, 패턴의 엘리먼트들은 패턴의 중앙점에 대해 원심이다. 도 15b는, 패턴의 엘리먼트가 방사 방향으로 배열되는 실시형태를 도시한다. 이들 패턴은 텍스처의 중앙에서 외부 원주로 유체의 흐름을 억제하도록 이용될 수 있다.
일 실시형태에서, 패턴의 엘리먼트들은 도관의 내부면을 따라 원주 방향으로 서로 평행하게 배열되어, 서로에 대한 엘리먼트의 공간은 내부면의 원주를 따라 연속 패턴을 형성한다. 다른 실시형태에서, 패턴의 엘리먼트들은 도관의 내부면을 따라 원주 방향에 서로 평행하도록 배열되어, 서로에 대한 각각의 엘리먼트의 공간은 엘리먼트들의 그룹 사이의 갭을 갖는 내부면의 원주를 따르는 비연속적 패턴을 형성한다. 임의의 수의 엘리먼트들은, 예컨대 3, 5 또는 7 엘리먼트들의 갭 사이에서 함께 그루핑될 수 있다. 유체 흐름 및/또는 세포 이동을 제어하는 것 이외에도, 패턴은, 예컨대 연료 혼합물을 혼합하거나 기류를 제어하기 위해 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 패턴 배향의 용도는 도관의 하나의 말단에서 다른 말단으로 흐름을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 여기에 기재되는 패턴 및 방법은 이하에 제한되지 않는 실시예로 예시된다.
실시예
실시예 1
일 실험에서, 네거티브 실리콘 웨이퍼 몰드에서 생체의학 등급의 폴리디메틸실록산 엘라스토머(Silastic® MDX4-4210, Dow Corning; PDMSe)를 주조함으로써 매끄러운(SM) 및 미세 패터닝된 샘플이 제조되었다. 원형 샘플(d=20 mm)은 세포 이동 방향과 수직으로 얼라이닝되는 특징을 갖는 12-웰 플레이트에 부착되고, 세포 부착이 가능하도록 피브로넥틴(15 ㎍/mL 밤새)으로 처리된다. SM PDMSe 직사각형 (3 mm x 20 mm)이 변형된 스크래치 분석을 형성하도록 샘플의 중앙을 따라 위치하게 된다. 인간 수정체 상피 세포(HLECs)가 전체 구성에서 1x104 cells/cm2로 씨딩되고, 성장 배지(이글스 최소 필수 영양 배지, 20% 소 태아 혈청, 50 U/ml 페니실린/스트렙토마이신 및 1 ㎍/ml 훈기존 항진균약(Fungizone antimycotic))에서 유지된다. ~70% 컨플루언스(confluence)에서, PDMSe 직사각형은 빈 패터닝된 영역을 가로질러 세포 이동을 시키도록 이동된다. 이동은, 샘플이 CellTracker 오렌지로 염색 및 고정될 때, 7일까지 광 현미경을 통해 모니터링된다. 상처 영역의 형광 현미경 이미지가 촬영되고, 이 영역 내에서 세포에 의해 커버되는 평균 영역은 ImageJ 소프트웨어를 이용하여 산출된다.
전체 패턴은 매끄러운 표면과 비교하여 HLEC 이동이 현저히 감소된다(도 16, 도 17, 표 1). 도 10은 이동 분석 종말점(7d)에서 PDMSe 샘플 상에 CellTracker (적색)으로 염색된 세포의 대표적인 형광 이미지를 도시한다. 도 17은 7일 시점에 이동 분석에서의 상처 영역의 평균 log(면적 커버리지)를 도시한다. 전체 지형은 매끄러운 경우와 비교하여 HLEC 이동이 현저히 감소되고, +7SK10x5 표면 상에서 가장 높게 감소된다. 에러 바는 95% 신뢰 구간을 나타낸다.
(스케일 바, 500 ㎛)
다중 비교를 위한 터키 시험에서 따로 그루핑된 각각의 패턴(그루핑, 표 1)은, 전체 패턴이 현저히 상이한 레벨의 성능을 갖는 것을 나타낸다. 최상의 성능 표면, +7SK10x5는 80%, p=0.0001으로 상처 영역에서 HLEC 커버리지가 감소된다. +7SK10x5 패턴은 동물 연구를 위한 프로토타입 생성을 위해 선택된다. +7SK10x5 지형은 전체 방향으로부터 HLEC 이동을 억제하는 표면을 형성하기 위해 바둑판 모양으로 기울어질 것이고(도 18), 이러한 레이아웃은 동물 연구를 위한 프로토타입 생성을 위해 이용될 것이다.
표 1은 매끄러운 것에 대한 log 감소율(LR) 데이터 분석의 요약이다.
Figure pat00001
최상의 성능 지형(+7SK10x5)은 전체 방향으로부터 세포 이동을 억제하기 위해, 바둑판 모양으로 변형된다.
실시예 2
이 실시예는 패턴의 상처 힐링 능력을 설명하도록 수행되었다. 네거티브 실리콘 웨이퍼 몰드에서 폴리디메틸실록산 엘라스토머 (Xiameter RTV-4232-T2, Dow Corning; PDMSe)를 주조함으로써, 매끄러운(SM) 및 미세 패터닝된 (+1.5SK10x2 및 +10SK50x50) 샘플이 제조되었다. 원형 샘플 (d=20 mm)은 세포 이동 방향과 평행하게 얼라이닝되는 특징을 갖는 12-웰 플레이트에 부착되고, 세포 부착이 가능하도록 피브로넥틴 (15 ㎍/mL 밤새)으로 처리된다. SM PDMSe 직사각형(5 mm x 20 mm)은 변형된 스크레치 분석을 형성하도록 샘플의 중앙을 따라 위치하게 된다. 인간 표피 각질 세포(HEKs)는 전체 구성에서 1x104 cells/cm2로 씨딩되고, 완전 각질 성장 배지(complete keratinocyte growth media)에서 유지된다(기저 세포 기본 배지, 0.4% 소 뇌하수체 추출물, 0.5 ng/ml rh TGF-알파, 6 mM L-글루타민, 100 ng/ml 히드로코르티손, 5 ㎍/ml 인슐린, 1 μM 에피네프린, 5 ㎍/ml 아포-트랜스페린, 50 U/ml 페니실린/스트렙토마이신 및 1 ㎍/ml 훈기존 항진균제). ~70% 컨플루언스에서, PDMSe 직사각형은 제거되어, 비어 있는 패터닝된 영역을 가로질러 세포를 이동시킨다. 이동은, 샘플이 CellTracker 오렌지로 염색 및 고정될 때, 4일까지 광 현미경을 통해 모니터링된다. 상처 영역은 형광 현미경 사진이 촬영되고, 이 영역 내에 세포에 의해 커버되는 평균 영역은 이미지 J 소프트웨어를 이용하여 산출된다.
결과는, 특징이 세포 이동과 평행하는 방향으로 배향될 때, 이러한 미세 패턴이, SM에 대한 생체 외에서 변형된 스크래치 상처의 46% 및 64% 빠른 폐쇄를 야기하는 피브로넥틴-코팅된 폴리디메틸실록산 엘라스토머(PDMSe) 표면 상에 인간 상피 각질 (HEK)의 높게 배향된 이동을 유도하는 것을 나타낸다. 도 18은 이동 분석 종말점(4d)에서 PDMSe a) 매끄러운 및 b) 샤크렛 샘플 상에 CellTracker (적색)으로 염색되는 세포의 대표적인 형광 이미지를 도시한다. 스케일 바, 500 ㎛. C) 커버된 평균 영역의 수량화는 각각 +1.5SK10x5 및 +10SK50x50 패턴 상에 인공 상처 폐쇄의 46% 및 64% 증가를 보여준다. 이론에 얽매이지 않고, 방사상으로 배향되는 특징을 갖는 패턴의 중앙을 향해 방사상으로 특징의 사이즈가 감소되는 지형 디자인은 이러한 효과를 더욱 향상시키는 것이 알려져 있다.
실시예 3
이 실시예에서, 패턴은 유체 흐름에 대한 효과를 측정하기 위해 튜브의 내부에 위치한다. 패턴의 축은 유체 흐름과 수직으로 배향되지만, 인접하는 엘리먼트들 사이의 선형 채널은 유체 흐름과 평행으로 배향된다. 인접한 엘리먼트들 사이의 선형 채널은 흐름 방향과 평행하고, 튜브의 긴 축과 평행하게 배향될 것이다. 이 결과로부터 알 수 있듯이, 이러한 배향은 미생물 바이오필름의 형성 및 생물학적 유체(예컨대, 점액)의 축적을 감소시킨다.
기재된 패턴은, 흐름 방향과 평행하게 배향될 때 생물학적 유체 접촉 장치 (예컨대 기관내 튜브 (ETT), 중앙 정맥 카테터 (CVC)) 상에 흐름의 존재 하에 미생물 바이오필름 형성을 감소시킨다. 기관내 튜브의 표면 상에 또는 카테터의 표면 상에 바이오필름을 형성하는 것은 바람직하지 않다.
접종 배지는 TPU(thermoplastic polyurethane) 샤크렛 시험에서 펌핑되고, 25°감소에서 대조군 표면은 패터닝되지 않는다. 콜로니 형성 유닛의 Log 감소 박스 플롯은 수량화 시험으로부터 생성되고, 점액을 함유하는 배지와 함께 또는 없이 표면 바이오필름은 제어된다(도 19a 참조). 실시예 이미지는 대조군에 대한 P.Pseudomonas aeruginosa bifA 바이오필름의 것이고, TSB (tryptic soy broth)+ 뮤신 조건에서 성장된 시험 표면은 더 큰 바이오필름이 텍스처링된 표면과 비교하여 매끄러운 표면을 형성하는 것을 증명한다. 흐름 방향을 따른 미세 패턴의 배향은 패터닝되지 않은 표면과 비교하여 샤크렛 표면 상에 더 적은 TSB 성장 배지를 야기한다. 상세는 이하에 제공된다. 마찬가지로, 인공 점액이 25°감소에서 표면에 떨어질 때, 유체는 매끄러운 표면으로 동일한 유체가 떨어지는 것과 비교하여 더 좁은 경로를 유지한다. 따라서, 샤크렛 미세 패터닝된 표면 상에서 유체와 전체 표면의 상호작용은 매끄러운 표면과 비교하여 감소된다.
드립 플로우 바이오필름 반응기는 제조자의 지시 및 바이오필름 축적용 열가소성 폴리우레탄 (TPU) 샤크렛 미세패턴 및 매끄러운 TPU 표면을 각각 비교하기 위해 이하에 포함되는 변형에 따라 이용된다. 시험 패턴은, 폐쇄된 재순환 흐름 시스템에서 실온, 48-96시간 동안 표면을 가로질러 떨어지는 2 마이크로그램/밀리리터의 점액과 함께 또는 점액 없이 200 밀리리터 (ml)의 P. aeruginosa bifA- 또는 S. aureus-inoculated TSB에 노출된 후 평가된다. S. aureus 바이오필름의 성장을 완성하기 위해, 200 ml의 성장 배지가 약 12시간 마다 교체되었다. 바이오필름은 콜로니 형성 단위/밀리리터(CFU/ml) 및 크리스탈 바이올렛 바이오매스 염색 (log(광학 밀도))에 의해 수량화된다. 각각의 패턴을 위한 log 변형된 데이터 및 수량화 방법은 각각의 수량화 방법의 log 변형된 매끄러운 데이터로부터 빠진다. 이는, 일반적인 선형 모델 ANOVA 및 단일 쌍 t-시험을 이용하여 평가되는 log 감소율(LR)을 생성한다. 중앙 퍼센트 감소율에 대응하는 최소 제곱 평균 LR, t-시험 유도된 p-값 및 터키 그룹은 시험되는 각각의 조건에서 각각의 시험 패턴에 대해 측정되었다.
성능이 감소된 미생물 바이오필름은 패터닝되지 않은 표면으로부터 퍼센트 감소율로 나타내고, 퍼센트 감소율은 일반 선형 모델 ANOVA 및 터키 비교를 이용하여 통계적 그루핑으로 조절된다. 결과는 표 2에 도시된다. 추가적으로, -3SK-NT2x2에 대한 P. aeruginosa bifA 및 S. aureus의 log 감소율은 도 13a에 도시된다. 매끄러운 TPU와 비교되는 샤크렛 미세패터닝된 TPU 상에서의 P. aeruginosa bifA 바이오필름 감소율의 예는 도 19b 및 19c에 도시된다. 매끄러운 표면과 비교되는 샤크렛 미세패터닝된 표면으로의 성장 배지(도 19d) 또는 인공 점액(도 19e) 흐름의 제어 및 좁아진 특성이 눈에 띈다. 생물학적 유체는 이들이 매끄러운 표면에서 행해질 때보다 샤크렛 미세패터닝된 표면에서 전체적으로 덜 상호작용한다.
Figure pat00002
실시예 4
여기에 기재되는 패턴은 흐름 방향과 평행하게 배향될 때 생물학적 유체 접촉 장치(예컨대 ETT) 상에서 유체 흐름을 향상시킨다. 예컨대, 중력 및 가압된 공기의 흐름의 존재 하에 샤크렛 미세-지형 상의 점액 흐름을 평가하기 위해, 샘플의 길이와 수직 또는 평행으로 얼라이닝된 샤크렛 특징을 갖는 열가소성 폴리우레탄(Tecoflex EG85A, Lubrizol; TPU) 직사각형 샘플(h=5cm; w=2cm)로 제조되는 매끄러운(SM) 및 미세 패터닝된 샘플은 30°의 각으로 홀딩된 유리판에 부착된다. 플라스틱 튜브(ID=7 mm)가 필름의 상부에 고정되고, 매분 20 호흡에 걸쳐 4-6L의 공기를 전달하도록 Siemens 900c 벤틸레이터 세트와 접촉된다. 20-40 ㎕의 인공 점액(8% 뮤신, 4% lecithin, 및 0.8% DNA) 드롭은 벤틸레이터 튜브의 개구부에 위치되고, 필름의 길이를 이동시키기 위해 점액에 요구되는 거리(cm) 및 시간(seconds), 120초까지 기록된다. 3개의 매끄러운 및 3개의 패터닝된 표면(배향 당)은 각각의 실험에서 시험되고, 표면 형태 당 3개의 샘플에 걸친 흐름의 평균 속도(cm/sec)가 산출 및 비교된다. 각각의 실험은 3번 반복 후 완료된다.
각각의 실험에서, 패터닝된 표면의 속도 변화는 패터닝되지 않은 표면과의 퍼센트 차이로 산출된다. 전체 실험을 거쳐, 점액 이동의 퍼센트율 변화는 단일 t-시험, 일반 선형 모델 ANOVA, 및 터키 비교를 이용하여 패터닝된 표면에 걸쳐 통계학적으로 비교된다. 대부분의 패턴은, 평행 방향으로 배향될 때 점액 흐름 속도를 증가시킨다 (표 4). 구체적으로, 평행 방향으로 배향된 큰 치수의 패턴(예컨대 10x5, 20x5, 및 10x2)은 터키 그루핑 시험에 기초하여 수직 방향으로 배향된 전체 패턴보다 현저히 우수하게 수행된다 (표 4). 방향성은 각각의 패턴 형태의 성능에 명백히 영향을 준다. 예컨대, 평행한 배향으로 특징을 갖는 2.6 SK-NT 10x2 샤크렛 패턴은 SM과 비교할 때 점액 흐름 속도가 75% (p=0.015) 명백히 향상하고, 반대로 동일한 패턴이지만 반대 배향, 즉 흐름 방향과 수직인 특징은 점액 흐름이 -74% (p=0.141) 감속된다(표 4).
Figure pat00003
실시예 5
인공(simulated) 점액 (20 ㎕)의 경사각은 자동 스테이지(Rame-hart Model 250 F4 Series Standard Goniometer)의 고니오미터를 이용하여 0.5 °/s로 기울어진 열가소성 폴리우레탄 (TPU; Tecoflex EG70A, Lubrizol Corporation)으로 복제된 샘플 상에 측정되었다. 미세-지형 특징은 기울어진 방향과 평행 및 수직으로 얼라이닝된다. 3개의 각각의 드롭이 각 배향에서 각각의 샘플에 대해 측정되는 3개의 실험이 수행되었다. 결과는 ANOVA 및 터키 시험 (α=0.05)을 이용하여 비교되고, 표 5 및 도 20에 도시된다. 도 20은 슬립각 데이터의 박스 플롯을 도시하고, 수집되는 데이터의 확장을 그래프로 나타낸다. 표 5는 평균 슬립각 측정을 도시한다.
Figure pat00004
실시예 6
이 실시예는 각각 도 21a 및 b에 도시되는 바와 같이, 열가소성 폴리우레탄(Lubrizol Corporation 제품의 Pellethane® 2363-90AE)으로 복제되는 매끄러운(SM) 및 미세패터닝된(SK) 표면 상에서의 유체의 접촉각을 설명하기 위해 실시되었다. 전진 접촉각은 ASTM D7334-08으로부터 조작된 프로토콜에 따르는 표면 소수성의 지시로 측정된다. SM 및 샤크렛™ 필름 샘플은 기울어진 방향과 평행하게 얼라이닝된 미세패턴 특징을 갖는 기울어진 베이스를 갖는 고니오미터(뉴저지, 스카슨나의 Rame-Hart Co.로부터 입수 가능한 모델 250 F4 시리즈 표준 고니오미터) 상에 로딩된다. 탈이온수의 드롭 (10 ㎕)을 SM 및 샤크렛™ 샘플 상에 위치시키고, 스테이지를 30°로 기울이고, 전진 접촉각은 DROP imageTM Advanced Software (뉴저지, 스카슨나의 Rame-Hart Co.로부터 입수 가능함)를 이용하여 측정된다. 3개의 실험은, 각각의 드롭이 각각의 시험 표면의 3개의 복제물 상에 측정되도록 수행된다. 도 21d에 도시되는 바와 같이, SK 표면 상의 유체는, 도 21c에 도시되는 SM 표면과 비교하여 현저히 개선된 접촉각을 보여준다. SM 및 SK 표면에 대한 전진 접촉각의 도의 결과는, 도 21e에 도시되는 그래프에 플로팅된다. 도 21e에서 볼 수 있듯이, 전진 접촉각은 SM 표면보다 SK 표면에서 약 20도 높다.
실시예 7
이 실시예는, 양에 이용되는 기관내 튜브의 다양한 부분에서 재료의 축적을 설명하기 위해 수행되었다. 기관내 튜브는 그 위에 위치하는 매끄러운(SM) 또는 미세패터닝된(SK) 표면을 갖는다. 그램으로 나타내는 축적 중량은 기관내 튜브 각각의 폐 부분, 중앙 부분 및 구강 부분에 대해 측정되었다. 결과는 도 22에 도시된다. 도 22에서 볼 수 있듯이, SK 표면은 SM 표면과 비교하여 폐 부분에서 축적된 재료가 86% 감소되는 것을 보여준다(불확실성의 에러, p=0.001). 중앙 부분에서, SK 표면은 SM 표면에 대해 축적된 재료가 72% 감소되는 것을 보여준다(불확실성의 에러, p=0.006). 구강 부분에서, SK 표면은 SM 표면에 대해 축적된 재료가 69% 감소되는 것을 보여준다(불확실성의 에러, p=0.005).
실시예 8
이 실시예는 양에 이용되는 기관내 튜브의 다양한 부분에서 축적된 재료의 단면적 감소율을 퍼센트로 설명하기 위해 수행되었다. 기관내 튜브는 그 위에 위치하는 매끄러운(SM) 또는 미세패터닝된(SK) 표면을 갖는다. 그 위에 위치하는 SK 또는 SM 표면을 갖는 기관내 튜브 각각의 폐 부분, 중앙 부분 및 구강 부분에서 축적된 재료의 상대적인 양은 도 23a에 사진으로 도시된다. 축적된 재료의 중량 감소는 기관내 튜브 각각의 폐 부분, 중앙 부분 및 구강 부분에서 측정되고, 결과는 도 23b에 도시된 그래프에 플로팅된다. 결과는, SK 표면은 SM 표면과 비교하여 폐 부분에서 축적된 재료가 85% 감소한 것을 보여준다(불확실성의 에러, p=0.005). 중앙 부분에서, SK 표면은 SM 표면에 대해 축적된 재료가 84% 감소한 것을 보여준다(불확실성의 에러, p=0.001). 구강 부분에서, SK 표면은 SM 표면에 대해 축적된 재료가 81% 감소한 것을 보여준다(불확실성의 에러, p=0.002).
실시예 9
이하 실시예는 그 위에 위치하는 매끄러운(SM) 또는 미세패터닝된(SK) 표면을 갖는 기관내 튜브 상에서 인공 점액의 평균 경사각을 도로 설명하기 위해 수행되었다. 고니오미터는 각각의 SM 및 SK 표면으로 흐르는 인공 점액 10 ㎕ 액적의 경사각을 측정하기 위해 이용되었다. 결과는 도 24a에 도시되는 그래프에 플로팅되었다. 도 24a에서 볼 수 있듯이, SK 패터닝된 표면은 SM 표면보다 현저히 작은 경사각을 설명한다. SK 표면은 작은 경사각에서 유체의 흐름을 가능하게 한다. 기관내 튜브의 의학적 추천은, 환자의 베드 헤드의 각도가 약 30도여야 하기 때문에, SK 표면은 튜브를 통해 흐름이 계속되도록 한다. 반대로, SM 표면은 그 안의 흐름 능력을 방해하고, 튜브 내에 점액 풀링을 일으킨다. SM 및 SK 표면에서 각각의 경사각의 이러한 차이는 도 24b에 도시된다.
실시예 10
이 실시예는 양에 이용되는 기관내 튜브에서 점액 mm3로 기관내 튜브 장치 당 평균 점액 체적을 설명하기 위해 실행되었다. 기관내 튜브는 그 위에 위치하는 매끄러운(SM) 또는 미세패터닝된(SK) 표면을 갖는다. 결과는 도 25a에 도시되는 그래프에 플로팅된다. 도 25a에서 볼 수 있듯이, SK 패터닝된 표면은 SM 표면보다 체적 당 평균 점액이 약 61% 낮은 것을 보여준다(불확실성의 에러, p=0.005). 그 위에 위치하는 SK 또는 SM 표면을 갖는 기관내 튜브 각각의 단면에 축적된 점액의 상대적인 양은 도 25b의 사진으로 도시된다.
실시예 11
이 실시예는 그 위에 위치하는 매끄러운(SM) 또는 미세패터닝된(SK) 표면을 갖는 기관내 튜브를 이용하여 기계적 벤틸레이션 동안 압력의 양을 설명하기 위해 수행되었다. 점액 분비는 기관내 튜브의 내부에 축적되고, 더 큰 압력은 제공된 공기의 체적을 전달할 필요가 있다. cmH20에서 피크 흡기압은 몇 시간의 벤틸레이션 기간에 걸쳐 측정되었다. 결과는 도 26에 도시된 그래프에 플로팅되었다. 도 26에서 볼 수 있듯이, SK 패터닝된 표면은 AM 표면보다 시간에 걸쳐 현저히 낮은 압력을 설명한다. 그에 반해, 시간에 따른 압력의 증가 속도는, SM 표면 기준 기관내 튜브가 그 위에 위치하는 SK 패턴을 갖는 기관내 튜브와 비교하여 이용될 때, 현저히 커진다.
본 발명은 예시적인 실시형태를 기재하지만, 다양한 변형이 가능하고, 등가물이 기재된 실시형태의 범위를 벗어나지 않고 그 엘리먼트로 치환될 수 있다고 당업자에게 이해될 것이다. 또한, 필수 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 기재에 특정 조건 또는 재료를 적용하기 위해 다양한 변형이 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 본 발명을 수행하기 위해 숙고 되는 최선의 형태로 개시된 특정 실시형태로 한정하려는 것은 아니다.

Claims (26)

  1. 물품으로서,
    물품의 표면의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 연속 경로를 포함하고, 상기 연속 경로는, 상기 물품의 표면의 적어도 일부 내에 또는 상기 물품의 표면의 적어도 일부 상에 배치되는 제1 복수의 이격된 특징 또는 상기 물품의 표면의 적어도 일부를 연속하여 가로지르는 적어도 하나의 채널에 의해 정의되고; 상기 이격된 특징은 복수의 그룹(grouping) 내에 배열되고; 상기 특징의 그룹은 반복 단위를 포함하고; 그룹 내의 이격된 특징은 약 1 나노미터 내지 약 500 마이크로미터의 평균 거리에서 이격되어 있어서, 복수의 이격된 특징을 가로지르는 경로를 정의하고; 각각의 특징은 이웃하는 특징 상의 표면과 실질적으로 평행인 표면을 갖고; 각각의 특징은 그 이웃하는 특징으로부터 분리되고; 상기 특징의 그룹은 각각이 서로에 대해 구불구불한 경로를 정의하도록 배열되어 있는 것인, 물품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연속 경로는 선형 경로이고, 유체 흐름 방향과 평행으로 배향되는 것인, 물품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연속 경로는 선형 경로이고, 유체 흐름 방향과 수직으로 배향되는 것인, 물품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연속 경로는 선형 경로이고, 유체 흐름 방향으로부터 약 1 내지 약 50 도의 각으로 배향되는 것인, 물품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연속 경로는 곡선으로 이루어진(curvilinear) 경로이고, 유체 흐름 방향으로부터 0 내지 약 45도의 각으로 배향되는 것인, 물품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연속 경로는 곡선으로 이루어진 경로이고, 유체 흐름 방향으로부터 약 60도 내지 약 90도의 각으로 배향되는 것인, 물품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경로는 복수의 채널에 의해 정의되는 것인, 물품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경로는 나선형 경로인 것인, 물품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복수의 이격된 특징은 단일 평면을 따라 모든 방향에서 중앙으로부터 바깥쪽으로 발산되는 것인, 물품.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복수의 이격된 특징은 기지점으로부터 거리가 변화되는 두께를 갖는 것인, 물품.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복수의 이격된 특징은 기지점으로부터 거리가 변화되는 밀도를 갖는 것인, 물품.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 물품은 기관내 튜브 또는 카테터이고, 상기 경로는 선형 경로이고, 유체 흐름 방향과 평행하게, 그리고 기관내 튜브 또는 카테터의 세로축과 평행하게 배향되는 것인, 물품.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 물품은, 경로가 선형 경로이지만 다른 섹터와 다르게 배향된, 복수의 섹터를 포함하는 것인, 물품.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 물품은 상처 드레싱인 것인, 물품.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 물품의 엘리먼트는 중앙에 대해 동심으로(concentrically) 배열되는 것인, 물품.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 물품의 엘리먼트는 지그재그 방식으로 배열되는 것인, 물품.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 물품은 그리드를 포함하고; 제1 복수의 이격된 특징들은 인접한 그리드들 내에서 상이한 각으로 배열되는 것인, 물품.
  18. 제14항에 있어서,
    인접한 그리드들 내의 제1 복수의 이격된 특징들은 50 내지 150도의 각으로 기울어진 것인, 물품.
  19. 튜브형 물품으로서,
    외부면;
    내부면을 포함하고, 상기 내부면은 상기 내부면의 적어도 일부를 가로질러 연장되는 경로를 포함하고, 상기 경로는 상기 내부면의 적어도 일부 내에 또는 상기 내부면의 적어도 일부 상에 배치되는 제1 복수의 이격된 특징 또는 상기 내부면의 적어도 일부를 가로지르는 적어도 하나의 채널에 의해 정의되고; 상기 이격된 특징은 복수의 그룹 내에 배열되고; 상기 특징의 그룹은 반복 단위를 포함하고; 그룹 내의 이격된 특징은 약 1 나노미터 내지 약 500 마이크로미터의 평균 거리에서 이격되어 있어서, 상기 복수의 이격된 특징을 가로지르는 경로를 정의하고; 상기 특징의 그룹은 각각이 서로에 대해 구불구불한 경로를 정의하도록 배열되고; 상기 이격된 특징은, 튜브의 내부 원주를 가로지르는 임의의 스프레딩 없이, 튜브형 물품의 하나의 말단에서 다른 말단으로 유체가 흐르도록, 효율적으로 배열되어 있는 것인, 튜브형 물품.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 경로는 상기 튜브형 물품의 세로축 및 유체의 흐름 방향과 실질적으로 평행인 것인, 물품.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 경로는 상기 튜브형 물품의 세로축 및 유체의 흐름 방향과 실질적으로 수직인 것인, 물품.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 이격된 특징은 상기 튜브형 물품의 세로축 및 유체의 흐름 방향과 평행하게 배열되는 것인, 물품.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 물품의 이격된 특징은 상기 내부면을 따라 동심으로 배열되는 것인, 물품.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 물품의 이격된 특징은 지그재그 방식으로 배열되는 것인, 물품.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 물품의 내부면은 그리드를 포함하고; 복수의 이격된 특징들은 인접한 그리드 내에서 상이한 각으로 배열되는 것인, 물품.
  26. 제25항에 있어서,
    인접한 그리드들 내의 복수의 이격된 특징들은 약 50 내지 약 150도의 각으로 기울어진 것인, 물품.
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