KR20190061944A - 미세 구조 표면을 가지는 기능성 수술용 봉합사 및 이의 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 고분자 나노무기입자 복합체는 기판, 상기 기판 상에 제1 음각표면을 갖는 제1 접착제층, 상기 제1 접착제층 상에, 상기 제1 음각표면을 따라 적층된 제1 나노무기입자층, 상기 제1 나노무기입자층 상에, 제1 음각표면의 음각공간을 매우고 일정두께를 가지고 제2 음각표면을 갖는 제2 접착제층 및 상기 제2 접착제층 상에 상기 제2 음각표면을 따라 적층된 제2 나노무기입자층을 포함하고, 제1 나노무기입자층과 제2 나노무기입자층은 수직방향으로 전기적 또는 열적으로 연결된다.

Description

미세 구조 표면을 가지는 기능성 수술용 봉합사 및 이의 제조하는 방법{A multi-functional medical suture with micropatterns on the surface and a method thereof}

본 발명은 기존에 사용되는 수술용 봉합사 표면에 다양한 형태의 마이크로 패턴을 3D patterning 기술을 통해 형성하여 기능성을 추가하는 것에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 체내에서 수 일에서 수 주 사이에 분해되는 생체적합 고분자를 기존에 상업적으로 사용되는 수술용 봉합사 표면에 코팅한 후, 이후에 3D 마이크로 패터닝을 통해서 제작된 몰드를 사용하여 섬유 표면에 열과 압력을 가해 마이크로 패턴이 형성된 기능성 수술용 봉합사를 제작하는 것에 관한 것이다.

기존에 상업적으로 사용되고 있는 수술용 봉합사는 수술 부위와 봉합하는 상처의 상태에 따라서 서로 다른 종류의 상품이 사용된다. 크게 흡수 가능 여부에 따라서 흡수성, 비흡수성 봉합사로 구분이 되며, 흡수성 봉합사는 장기와 중단기용으로, 비흡수성 봉합사는 천연과 합성으로 구분이 된다. 이 중 비흡수성 봉합사는 상처가 봉합된 후에 다시 제거 해야 하는 단점이 있어 흡수성 봉합사로 대체되고 있다. 천연 생분해성 봉합사인 Catgut은 소, 양의 창자를 원료로 사용하여 제조하고 있으며 품질이 불균일하고 광우병의 여파로 미국 등 선진국뿐만 아니라 모든 국가에서 사용을 기피하여 수요가 급격히 줄고 있다. 이로 인해 합성 생체분해성 봉합사가 비흡수성 봉합사, Catgut등 다른 봉합사 시장을 대체하여 수요가 증가하고 있다. (Source : 2016 ‘메타바이오틱스 사업보고서’)

또한 봉합사의 형태에 따라 좀 더 구체적으로 살펴보면, 봉합사는 실이 한 가닥인가, 여러 가닥인가에 따라 모노필라멘트(단사)와 멀티필라멘트(복합사)로 구분할 수 있다. 모노필라멘트는 표면이 매끈해 매듭을 상처부위까지 내리기 수월하고, 조직과의 반응성이 적어 부작용을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 반면 멀티필라멘트는 머리카락보다 더 가는 여러 가닥의 실을 꼬아 하나의 실처럼 만든 봉합사이다. 이런 구조적인 특징 때문에 수술할 때 매듭이 잘 묶여져 범용적으로 안전하게 사용할 수 있다는 장점이 있다.

기존에 수술용 섬유의 표면 패턴에 관한 기술로는 ‘미세기공을 갖는 수술용 실’ (1020060028387, 한스바이오메드 주식회사), 섬유 표면에 물리적으로 흠집을 내어 돌기구조를 형성한 ‘성형 수술용 실’ (1020120128919, 김일구) 등 섬유 표면에 물리적으로 손상을 가해 패턴을 형성하는 기술이 주로 개발되어 왔으나 모체가 되는 섬유에 손상을 가해야만 한다는 단점이 있었다.

이에 본 연구진은 합성 수술용 봉합사 표면에 다양한 미세 구조체가 형성된 생체분해성 탄성 물질을 코팅하고, 이를 기반으로 봉합사 표면에 원기둥 형태의 돌기 구조가 있는 기능성 수술용 봉합사를 개발하였다.

우선적으로, 현재 외과 수술에 널리 사용되고 있는 합성 수술용 봉합사(PDS II, Monofilament)의 표면에 생분해성 물질인 PLCL (poly(L-lactide-co-caprolactone)) 을 코팅하고 임프린팅 기술을 이용하여 표면에 다양한 형태의 미세 구조체를 3차원적으로 패터닝 하는 기술을 개발하였다.

결론적으로, 상기 표면에 미세구조가 형성된 수술용 봉합사는 합성 수술용 봉합사(PDS II, Monofilament)를 기반으로 높은 생체적합성과 강력을 갖고 있으며, 표면에 형성된 미세 구조로 인해 수술 후 매듭이 풀리는 현상을 방지하고 약물 전달 등 기능성을 추가할 수 있다는 특징이 있다. 또한 표면에 형성된 패턴이 시간이 지남에 따라 분해되어 봉합사를 제거할 때는 패턴이 없어 제거가 용이해진다는 장점이 있다.

본 발명에서 제안하는 패턴 형성기술에서는 수술용 봉합사 표면 위에 본 연구진에서 이미 확보하고 있는 기술인 3D 패터닝 기술을 사용하여 생분해성 물질로 구성된 패턴을 형성한다. 해당 패턴이 상처를 봉합할 때 서로 interlocking이 되어 풀림을 방지하고, 약물을 포함시키거나 표면 처리를 함으로서 기존에 사용되고 있는 수술용 봉합사에 추가 기능성을 부여함을 목적으로 한다.

본 발명에서는 기존에 사용되고 있던 수술용 봉합사의 기능인 상처 봉합에서 더 나아가 봉합사가 그 자체로서 상처 회복과 감염 방지 등의 기능을 가지도록 하는 기능성을 제시한다.

본 발명은, 생분해성 고분자가 코팅된 수술용 봉합사를 준비하는 단계; 및 상기 생분해성 고분자의 표면을 마이크로 몰드를 사용해 열과 압력을 가해 패터닝하는 단계를 포함하는, 미세 구조 표면을 가지는 기능성 수술용 봉합사를 제조하는 방법을 제공한다.

상기 생분해성 고분자는, PLCL (poly(L-lactide-co-caprolactone))임을 특징으로 한다.

상기 생분해성 고분자는, 생체 내부에서 독성이 없고 생분해성을 가지며 탄성 계수(elastic modulus)가 낮은 고분자임을 특징으로 한다.

상기 패턴 내부에 약물을 포함하거나 표면에 항균 처리를 함을 특징으로 한다.

상기 몰드의 음각은 일방향 기울기를 가진 몰드임을 특징으로 하며, 이러한 몰드로 일방향 기울어진 양간 패턴을 가짐을 특징으로 한다.

본 발명은 기존에 사용되던 수술용 봉합사에 대해 새로운 기능성을 추가할 수 있을 것으로 기대된다.

수술부위에 생분해성 물질로 구성된 마이크로 패턴을 scaffold로 활용하여 내부에 약물을 함유시키고, 시간이 지나면서 패턴이 분해됨에 따라 수술 부위로 약물을 공급하면서 수술 부위에 대한 회복속도가 기존의 수술용 봉합사보다 빨라질 것으로 기대된다. 또한 패턴이 형성된 수술용 봉합사 표면에 항균처리를 추가로 해 줌으로서 상처 부위에 항균 작용을 하는 기능도 부여할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술용 봉합사의 제작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 봉합사 표면에 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패터닝 된 섬유의 광학현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패터닝 된 섬유의 전자현미경 사진이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.

본 출원에서 사용되는 "제1" 및 "제2" 등은, 본 발명의 구성요소를 한정하는 것은 아니며, 단지 구성요소를 구분하기 위하여 설정된 것이다.

본 출원에서 사용되는 "위에" 또는 "상의"의 의미는, 직접적으로 하나의 구성요소 위에 다른 구성요소가 위치하는 것 뿐만 아니라, 두 구성요소 사이에 제3의 구성요소가 삽입되어 위치되는 것을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명을 도면을 참고하여 각각의 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 기존에 사용되는 합성 생체분해성 수술용 봉합사 표면에 다양한 형태의 마이크로 패턴을 3D patterning 기술을 통해 형성하여 기능성을 추가하는 기술이다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술용 봉합사의 제작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 수술용 봉합사의 제작 단계는 패턴이 없는 수술용 봉합사의 표면에 생분해성 고분자를 코팅하는 단계를 포함한다 (S01). 상기 생분해성 고분자는 일반적으로 PLCL (poly(L-lactide-co-caprolactone)) 이 사용되지만, 생체 내부에서 독성이 없고 생분해성을 가지며 elastic modulus가 낮은 고분자라면 코팅물질로 사용이 가능하다. 다음으로 표면에 마이크로 패턴이 형성될 수 있도록 상기 생분해성 고분자로 코팅된 섬유 표면을 마이크로 몰드를 사용해 열과 압력을 가해 패터닝하는 단계를 포함한다. (S02). 봉합사 표면에 구성된 상기 미세 구조체는 수술 후 상처를 봉합하였을 때 서로 interlocking이 되어서 쉽게 풀리지 않도록 하는 역할을 한다. 또한, 패턴 내부에 약물을 포함하거나 표면에 항균 처리를 함으로서 상처가 세균에 감염되는 방지하는 등 기능성을 추가할 수 있다.

도 2는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 봉합사 표면에 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 2를 참조하면, 섬유 표면에 패턴을 형성하는 방법은 패터닝 하고자 하는 원기둥 (또는 다각형) 음각 패턴을 가지는 몰드 (100) 사이에 생분해성 고분자 재질 또는 이로 코팅된 섬유 (101) 를 두고 열과 압력을 가하여 섬유 표면의 고분자를 녹여서 몰드 내부로 흘러 들어가게 한다. 그 다음, 열을 제거하여 고분자를 굳게 한 다음 압력을 제거하여 섬유의 전면에 미세 구조가 패터닝 된 섬유 단면도 (102), 정면도 (103) 를 제작할 수 있다. 이는 압력을 가해 주었을 때 일시적으로 변형이 되어도 압력을 제거하였을 때 원래 모양으로 돌아오는 유연성 고분자 재질의 성질을 이용한 것으로, 유연성 고분자의 성질에 따라 섬유의 단면은 타원형이 될 수 있다. 이 때 온도와 압력은 유연성 고분자의 유리전이 온도 (glass transition temperature)에 따라 다를 수 있다

도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 패터닝 된 섬유의 광학현미경 사진이다. 도 3을 참조하면, 두께 약 300μm의 전도성 신축 섬유 표면에 지름 30μm를 가지는 높이 30μm(왼쪽), 60μm(가운데), 90μm(오른쪽) 의 원기둥 모양의 미세 구조물을 패터닝을 형성하였다. 패턴의 모양은 위 3가지에 국한되지 않으며 패턴 몰드의 종류에 따라 사각기둥, 나선, 원뿔, 반구 등 다양한 다각형을 포함할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 패터닝 된 섬유의 전자현미경 사진이다. 도 4를 참조하면, 마이크로 패턴이 모체가 되는 섬유를 따라서 일정한 간격을 두고 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. (왼쪽), 섬유 표면에 형성된 상기 마이크로패턴의 확대 사진 (오른쪽)

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 생분해성 고분자가 코팅된 수술용 봉합사를 준비하는 단계; 및
   상기 생분해성 고분자의 표면을 마이크로 몰드를 사용해 열과 압력을 가해 패터닝하는 단계를 포함하는,
   미세 구조 표면을 가지는 기능성 수술용 봉합사를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 생분해성 고분자는, PLCL (poly(L-lactide-co-caprolactone))임을 특징으로 하는,
   미세 구조 표면을 가지는 기능성 수술용 봉합사를 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 생분해성 고분자는, 생체 내부에서 독성이 없고 생분해성을 가지며 탄성 계수(elastic modulus)가 낮은 고분자임을 특징으로 하는,
   미세 구조 표면을 가지는 기능성 수술용 봉합사를 제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 패턴 내부에 약물을 포함하거나 표면에 항균 처리를 함을 특징으로 하는,
   미세 구조 표면을 가지는 기능성 수술용 봉합사를 제조하는 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 몰드의 음각은 일방향 기울기를 가진 몰드임을 특징으로 하는,
   미세 구조 표면을 가지는 기능성 수술용 봉합사를 제조하는 방법.
   

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