KR20190118430A - Patterning and transferring of bioactive material for improving biological property of artificial vascular graft - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a transferring technique and patterning of a biomaterial for enhancing biological properties of artificial blood vessels and a method of manufacturing the same. The artificial blood vessel according to the present invention includes a flexible polymer film manufactured by solvent casting with a polymer solution; and a thin film-patterned ceramic and/or metal-containing bioactive material, which allows a pattern profile to be embossed or engraved through a photolithography process so that the polymer film does not peel off when the polymer film is bent, and which is transferred to and embedded in the polymer membrane surface when the thin film-patterned ceramic and/or metal-containing bioactive material is solvent cast with a polymer solution.

Description

생체 재료의 패터닝과 이의 전사를 통한 인공 혈관 내벽의 생체 특성 증진{Patterning and transferring of bioactive material for improving biological property of artificial vascular graft}Patterning and transferring of bioactive material for improving biological property of artificial vascular graft through patterning and transcription of biomaterials

본 발명은 생체 재료의 패터닝 및 전사를 통한 인공 혈관의 생체 특성 증진 기술 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for enhancing the biological properties of artificial blood vessels through the patterning and transcription of the biomaterial and a method of manufacturing the same.

체내의 동맥 또는 정맥 등의 혈관 내벽에 콜레스테롤이나 지방 등이 쌓여 혈관이 좁아지고 경화되면 원활한 혈액 순환을 방해하여 협심증, 심근경색증, 관상동맥 질환 등과 같은 각종 혈관질환(vascular disease)을 유발한다. 오늘날 이와 같은 혈관질환의 발생률은 특히 선진국에서 편향된 식습관과 정적인 생활 습관으로 인해 당뇨나 비만이 늘어남에 따라 급격히 증가하고 있는 추세이며, 이러한 혈관질환은 한번 혈관이 막히게 되어 혈액의 흐름에 장애가 일어나게 되면 치사율 또한 높아 매우 치명적인 질환으로 보고되고 있다. 혈관질환의 비수술적인 치료 방법으로 항 협심증 약물을 복용하여 추가로 발생하는 협착을 억제하는 방법이 있으나 이러한 약물치료는 협착 부위를 근본적으로 해결하는 것이 아니며 지속적인 약물 복용에도 협심증에 의한 통증은 계속 남아있다. 이에 혈관질환을 치료하는 방법으로 수술을 통해 경화된 혈관을 제거하고 그 부위에 인공혈관을 연결하는 혈관 이식 수술 및 혈관우회로술 등의 외과적인 치료방법이 대두되고 있다.When cholesterol or fat accumulates in the inner wall of blood vessels such as arteries or veins in the body, blood vessels are narrowed and hardened, thereby preventing smooth blood circulation and causing various vascular diseases such as angina pectoris, myocardial infarction and coronary artery disease. Today, the incidence of vascular diseases is increasing rapidly due to increased diabetes and obesity due to biased eating habits and static lifestyles, especially in developed countries. The mortality rate is also high and reported to be a very fatal disease. Non-surgical treatment of vascular disease is a method of suppressing additional stenosis by taking antianginal drug, but such drug treatment does not fundamentally resolve the stenosis site, and pain from angina continues even with continuous medication . As a method of treating vascular diseases, surgical treatments such as vascular graft surgery and vascular bypass surgery, which remove a hardened blood vessel through surgery and connect artificial blood vessels to the site, have emerged.

상기 외과적 수술에 의한 치료방법은, 초기에는 공여자의 동맥 또는 정맥을 채취하여 이식하는 방법을 이용하였으나, 거부반응 또는 경화 등의 발생으로 성공률이 높지 못하였다. 반면, 환자 본인의 건강한 혈관을 채취하여 손상된 부분을 대체하는 자가이식술(autograft)은 이식 후 면역반응이 낮아, 성공률이 가장 높은 방법이나, 단 회에 확보할 수 있는 혈관 수량이 제한적이며 혈관 채취를 위한 추가적인 수술이 요구되므로 환자에 부담이 가중되는 단점이 있다. 따라서, 이를 해결하기 위하여 최근에는 합성고분자로 제작한 인공혈관(artificial vascular graft)을 이용하여 기존 손상된 혈관을 대체하는 수술이 진행되고 있다. 이와 같이 인공혈관에 적용하기 위해 선택 가능한 합성고분자는 우선 인체에 무해해야 하며 생체 내 적합성이 높은 재질이어야 한다. 또한, 체내 이식시 면역계에 의해 거부되지 않고, 혈관 조직이 수복됨에 따라 체내에서 분해되는 것이 좋다. 나아가, 이식 후 발생될 수 있는 협착 및 혈관 경화를 방지하기 위해 단백질이나 지질의 침전 또는 혈전 생성 및 염증 반응이 일어나지 않는 것이어야 한다.In the surgical method, a donor's artery or vein was initially collected and transplanted, but the success rate was not high due to rejection or hardening. On the other hand, autograft, which takes the patient's own healthy blood vessels and replaces the damaged part, has a low immune response after transplantation, which is the most successful method, but has a limited number of vessels that can be obtained at a single time. Since additional surgery is required, there is a disadvantage that the burden on the patient is increased. Accordingly, in order to solve this problem, recently, an operation of replacing an existing damaged blood vessel by using an artificial vascular graft made of synthetic polymer has been performed. As such, the synthetic polymers that can be selected for application to artificial blood vessels should be harmless to the human body and have a high in vivo compatibility. In addition, the body is not rejected by the immune system at the time of transplantation, it is good to be degraded in the body as the vascular tissue repaired. Furthermore, in order to prevent stenosis and vascular hardening that may occur after transplantation, it should be such that precipitation of proteins or lipids or thrombus formation and inflammatory reactions do not occur.

일반적으로 인공 혈관은 외상이나 동맥경화증 등의 질병으로 손상된 혈관을 대체하는 용도로 사용되므로, 성형이 용이하고 기계적 물성이 기존 혈관과 유사한 합성 고분자 재료가 널리 사용되고 있다. 뿐만 아니라, 향후 혈관 세포가 자라나 혈관 조직이 수복(repair)되는 것을 위해 생 분해성을 갖는 고분자 재료가 바람직하다.In general, since artificial blood vessels are used to replace blood vessels damaged by diseases such as trauma or arteriosclerosis, synthetic polymer materials that are easily molded and have similar mechanical properties to conventional blood vessels are widely used. In addition, a biodegradable polymer material is preferable for the future growth of vascular cells and repair of vascular tissues.

그러나, 고분자로 이루어진 인공 혈관의 경우, 특유의 낮은 생체 적합성으로 인해 체내에서 거부 반응이나 이로 인한 염증 반응이 발생해 혈관이 막히는 부작용이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 체내에 존재하는 콜라겐 등의 생체 고분자 재료로 인공 혈관을 제작하려는 연구도 진행 중이지만, 그 기계적 물성이 합성 고분자재료에 비해 현저히 떨어지고, 높은 가격으로 널리 사용되지는 못하는 실정이다. 이에 기존의 고강도의 합성 고분자 계열 인공 혈관 내벽에 생체 특성이 우수하여 세포 증식을 유도할 수 있는 재료의 도입이 요구되고 있다.However, in the case of artificial blood vessels made of a polymer, due to its unique low biocompatibility, the body may have a rejection reaction or an inflammatory reaction resulting from the clogging of the blood vessels. In order to solve this problem, researches are being made to make artificial blood vessels from biopolymer materials such as collagen present in the body, but the mechanical properties thereof are significantly lower than those of synthetic polymer materials, and they are not widely used at high prices. . Therefore, it is required to introduce a material capable of inducing cell proliferation due to excellent biological properties on the existing high strength synthetic polymer-based artificial blood vessel inner wall.

입체적인 형태의 혈관 내벽의 표면에 생체 활성 재료를 도입하는 대표적인 방법은 표면 코팅인데, 일반적인 코팅 기술의 경우, 세라믹이나 금속이 표면에서 박리되어 염증 반응이나 혈관의 폐색 등의 부작용을 일으킬 수 있다. A typical method of introducing a bioactive material to the surface of the vascular inner wall of the three-dimensional form is surface coating. In the general coating technique, ceramics or metals can be peeled off from the surface and cause side effects such as inflammatory reactions or blockage of blood vessels.

본 발명은 우수한 생체적합성을 갖는 생체 활성 재료의 패터닝과 이의 전사를 통해 인공 혈관 내벽의 생체 특성 증진시키고자 한다. 예컨대, 높은 생체 활성 특성을 갖는 세라믹 혹은 금속 패턴을 이용해 혈관 내벽에 세포 증식을 도와 인공 혈관의 폐색을 막고 확장성을 증진하고자 한다. The present invention seeks to enhance the biological properties of the artificial blood vessel inner wall through the patterning and transcription of a bioactive material having excellent biocompatibility. For example, ceramic or metal patterns having high bioactive properties are used to help cell proliferation in the inner wall of blood vessels, thereby preventing occlusion of artificial blood vessels and enhancing their expandability.

본 발명의 제1양태는 고분자 용액으로 용매 캐스팅(solvent casting)하여 제조되는 유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film); 및 고분자 막이 휘어질 때 박리되지 않도록, 포토리소그래피 공정을 통해 패턴 형상(profile)이 음각 또는 양각으로 구현되어 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료가 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 상기 고분자 막 표면에 전사되어, 고분자 막 표면에 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료;를 포함하는 인공혈관을 제공한다.A first aspect of the invention is a flexible polymer film (flexible polymer film) prepared by solvent casting (solvent casting) with a polymer solution; And a pattern profile is engraved or embossed through a photolithography process so that the polymer membrane is not peeled off when the polymer membrane is bent, such that the thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material is solvent-cast into the polymer solution. It provides an artificial blood vessel comprising a bio-active material containing a thin film patterned ceramic and / or metal, which is transferred to the surface and embedded in the surface of the polymer membrane.

본 발명의 제2양태는 유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film); 및 상기 고분자 막 표면에, 고분자 막이 휘어질 때 박리되지 않도록 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 포함하는 인공혈관의 제조방법으로서, 상기 고분자 막 제조 공정 중 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 전사하여, 유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film) 표면에 내장되도록 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 박막 패터닝하는 제1단계; 및 생체 활성 재료가 박막 패터닝된 고분자 막을 말아서 도관을 형성하는 제2단계를 포함하는 것이 특징인 인공혈관의 제조방법을 제공한다.A second aspect of the present invention is a flexible polymer film (flexible polymer film); And a thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material embedded on the surface of the polymer membrane such that the polymer membrane is not peeled off when the polymer membrane is bent. A first step of transferring a thin film patterned ceramic and / or metal containing bioactive material during solvent casting to thin film patterning the ceramic and / or metal containing bioactive material to be embedded on a flexible polymer film surface ; And a second step of forming a conduit by rolling the thin film patterned polymer membrane with the bioactive material.

본 발명의 제3양태는 신축성 또는 곡면을 형성할 수 있는 유연성이 있는 고분자 구조체; 및 상기 고분자 구조체 표면이 신축 또는 휘어질 때 박리되지 않도록, 포토리소그래피 공정을 통해 패턴 형상(profile)이 음각 또는 양각으로 구현되어 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료가 상기 고분자 구조체의 성형 중 상기 고분자 구조체 표면에 전사되어, 고분자 구조체 표면에 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료; 를 포함하는 신축성 또는 유연성이 있는 삽입체(implant)를 제공한다.The third aspect of the present invention is a polymer structure having a flexibility to form a stretch or curved surface; And a pattern profile is engraved or embossed through a photolithography process so that the surface of the polymer structure is not exfoliated when it is stretched or warped, thereby forming a thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material of the polymer structure. A thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material transferred to the surface of the polymer structure during molding and embedded in the surface of the polymer structure; It provides an elastic or flexible insert (implant) comprising a.

이하, 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.

본 발명은 우수한 생체 특성을 갖는 재료를 박막 패턴화하여 이를 고분자 성형시 고분자의 표면에 전사하는 새로운 방식을 통해, The present invention through a new method of patterning a thin film of a material having excellent biological properties and transfer it to the surface of the polymer during polymer molding,

신축성 또는 곡면을 형성할 수 있는 유연성이 있는 고분자 구조체; 및 A polymer structure having flexibility to form stretchable or curved surfaces; And

상기 고분자 구조체 표면이 신축 또는 휘어질 때 박리되지 않도록, 포토리소그래피 공정을 통해 패턴 형상(profile)이 음각 또는 양각으로 구현되어 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료가 상기 고분자 구조체의 성형 중 상기 고분자 구조체 표면에 전사되어, 고분자 구조체 표면에 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료;In order to prevent peeling when the surface of the polymer structure is stretched or bent, a pattern profile is embossed or embossed through a photolithography process to form a thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material to form the polymer structure. A thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material transferred to the surface of the polymer structure and embedded in the surface of the polymer structure;

를 포함하는 신축성 또는 유연성이 있는 삽입체(implant)을 제공한다.It provides an elastic or flexible insert (implant) comprising a.

본 발명은 이를 인공혈관에 응용하여, The present invention is applied to artificial blood vessels,

고분자 용액으로 용매 캐스팅하여 제조되는 유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film); 및 Flexible polymer film (flexible polymer film) prepared by solvent casting into a polymer solution; And

고분자 막이 휘어질 때 박리되지 않도록, 포토리소그래피 공정을 통해 패턴 형상(profile)이 음각 또는 양각으로 구현되어 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료가 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 상기 고분자 막 표면에 전사되어, 고분자 막 표면에 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료;In order to prevent peeling when the polymer film is bent, a pattern profile is embossed or embossed through a photolithography process so that the thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material is solvent-cast into the polymer solution. on Thin film patterned ceramic and / or metal containing bioactive materials, which are transferred and embedded on the surface of the polymer film;

를 포함하는 인공혈관을 제공한다.It provides an artificial blood vessel comprising a.

본 발명에서 고분자 막을 포함한 고분자 구조체는 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 내장하는 지지체로서, 염증반응을 일으키지 않는 생체적합성 고분자 재료로 제조될 수 있다. 지지체로서 사용가능한 고분자 재료의 비제한적인 예로는, 락티드(lactide), 카프로락톤(caprolactone), 글리코라이드(glycolide), 디옥사논(dioxanone), 프로필렌(Propylene), 에틸렌 (Ethylene), 염화비닐(vinylchloride), 부타디엔(butadiene), 메틸메타아크릴레이트(methly methacrylate), 아 크릴산, 2-히드록시에틸메타크릴에이트(2-hydroxyethlymethacrylate), 카보네이트(carbonate), 폴리에틸렌 테 레프탈레이트(polyethylene terephalate) 또는 이들의 공중합체를 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 다른 예로서, 키토산-글리세롤포스페이트(Chitosan/glycerol phosphate); 폴리포스파젠(Polyphosphazene); 폴리 카프로락톤(Polycaprolactone); 폴리카르보네이트(Polycarbonate); 폴리시아노아크릴레이트 (Polycyanoacrylate); 폴리오르소에스터(Polyorthoester); 폴리하이드록시에틸메타크릴아미드락테이트 (Poly(N-(2-hydroxyethyl) methacrylamide-lactate)); 폴리프로필렌포스페이트 (Poly(propylene phosphate)); 폴리락틱-글리콜산 공중합체(poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA); 폴리에틸렌글리콜-폴리에스터 공중합체 (poly(ethyleneglycol)/polyester); 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜(Poly(ethylene glycol)/poly(propylene glycol), PEG/PPG) 공중합체; 폴리에틸렌글리콜-폴리카프로락톤 공중합체; 메톡시폴리 에틸렌글리콜-폴리카프로락톤 공중합체; 폴리에틸렌글리콜-(폴리락틱-글리콜산)-폴리에틸렌글리콜 3중 중합체; (폴리락틱-글리콜산)-폴리에틸렌글리콜-(폴리락틱-글리콜산) 3중 중합체; 폴리에틸렌글리콜-폴리카프로락톤-폴 리에틸렌글리콜 3중 중합체; 폴리카프로락톤-폴리에틸렌글리콜-폴리카프로락톤 3중 중합체 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 또 다른 예로서, 폴리락틱-글리콜산 공중합체(PLGA)가 될 수 있다.In the present invention, the polymer structure including the polymer membrane is a support containing a thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material, and may be made of a biocompatible polymer material that does not cause an inflammatory reaction. Non-limiting examples of polymeric materials that can be used as the support include lactide, caprolactone, glycolide, dioxanone, propylene, ethylene, vinyl chloride (vinylchloride), butadiene, methyl methacrylate, methacrylate, 2-hydroxyethlymethacrylate, carbonate, polyethylene terephalate or These copolymers can be used individually or in combination. As another example, chitosan / glycerol phosphate; Polyphosphazene; Polycaprolactone; Polycarbonate; Polycyanoacrylate; Polyorthoester; Polyhydroxyethyl methacrylamide lactate (Poly (N- (2-hydroxyethyl) methacrylamide-lactate)); Polypropylene phosphate (Poly (phosphate)); Polylactic-glycolic acid (poly (lactic-co-glycolic acid), PLGA); Polyethylene glycol-polyester copolymers (poly (ethyleneglycol) / polyester); Polyethylene glycol-poly (propylene glycol) / poly (propylene glycol), PEG / PPG) copolymers; Polyethylene glycol-polycaprolactone copolymers; Methoxypolyethylene glycol-polycaprolactone copolymers; Polyethylene glycol- (polylactic-glycolic acid) -polyethylene glycol triple polymer; (Polylactic-glycolic acid) -polyethyleneglycol- (polylactic-glycolic acid) triple polymer; Polyethylene glycol-polycaprolactone-polyethylene glycol triple polymer; Polycaprolactone-polyethylene glycol-polycaprolactone triple polymer etc. can be used individually or in combination. As another example, it may be a polylactic-glycolic acid copolymer (PLGA).

한편, 인공혈관을 포함한 삽입체가 신체에 삽입되어 제역할을 다한 후 용이하게 제거될 필요가 있는 경우, 고분자 막을 포함한 고분자 지지체(구조체)는 생분해성을 발휘하는 것을 사용할 수 있다. 예컨대, 향후 혈관 세포가 자라나 혈관 조직이 수복(repair)되는 것을 위해 생 분해성을 갖는 고분자 재료가 바람직하다. 생분해성 고분자의 비제한적인 예로는 폴리-L-락티드, 폴리 락티드-글리콜리드 공중합체, 폴리 카플로락톤 및 이의 조합 등이 있다.On the other hand, when an insert including an artificial blood vessel is inserted into the body and needs to be easily removed after the role is removed, a polymer support (structure) including a polymer membrane may be one that exhibits biodegradability. For example, a biodegradable polymer material is preferred for future growth of vascular cells and repair of vascular tissue. Non-limiting examples of biodegradable polymers include poly-L-lactide, polylactide-glycolide copolymers, polycaflolactone and combinations thereof.

인공 혈관으로 사용되는 고분자 막의 두께의 경우, 실제 혈관의 두께와 유사한 것이 기계적 물성과 조직 재생에 유리하므로, 일반적으로 사용되는 두께 범위인 100 ~ 300 μm 일 수 있다. In the case of the thickness of the polymer membrane used as an artificial blood vessel, since similar to the actual blood vessel thickness is advantageous for mechanical properties and tissue regeneration, the thickness may be 100 to 300 μm, which is generally used.

세라믹 및/또는 금속으로 된 패턴의 두께는 고분자 막이 휘어질 때, 박리되지 않도록 지나치게 두껍지 않은 1 ~ 2 μm의 박막인 것이 좋다.The thickness of the pattern made of ceramic and / or metal is preferably a thin film of 1 to 2 μm that is not too thick so that the polymer film does not peel off when the polymer film is bent.

본 발명의 인공 혈관은 생체 활성 세라믹 혹은 금속 패턴을 포함하는 형태로, 우수한 생체적합성을 갖는다.The artificial blood vessel of the present invention is in a form containing a bioactive ceramic or metal pattern, and has excellent biocompatibility.

본 발명의 일 구체예에 따른 인공혈관은, 고분자 막 표면에 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 통해, 혈관 내벽에서 세포의 증식을 유도하는 방식으로 인공 혈관의 확장성을 증진시킬 수 있다. Artificial blood vessels according to an embodiment of the present invention, through the thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material embedded in the surface of the polymer membrane, the expansion of artificial blood vessels in a manner that induces the proliferation of cells in the vessel wall It can promote sex.

본 발명에서 생체 활성이란 본 발명에 따른 삽입체(implant)가 신체에 삽입시, 표면에 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 재료에 의해 소정의 효과를 발휘할 수 있는 것으로, 예컨대 생체 활성이란 세포 부착, 혈소판 부착 억제, 세포 배양 증진, 다양한 생화학 신호 제공, 신호 감지 센서, 전기 신호 제공을 발휘할 수 있는 것이다. In the present invention, bioactive means that when the implant according to the present invention is inserted into the body, a predetermined effect can be exerted by a thin film patterned ceramic and / or metal-containing material on the surface. Adhesion, platelet adhesion inhibition, cell culture enhancement, a variety of biochemical signals, signal detection sensor, can provide the electrical signal.

박막 패터닝된 생체 활성 재료에 함유되는 세라믹 또는 금속의 비제한적인 예로는 하이드록시 아파타이트, 티타늄, 탄탈륨, 금 또는 이의 조합 등이 있다.Non-limiting examples of ceramics or metals contained in the thin film patterned bioactive material include hydroxy apatite, titanium, tantalum, gold or combinations thereof.

하이드록시 아파타이트(Hydroxylapatite, Ca5(PO4)3(OH))는 체내의 골조직을 구성하는 대표적 구성요소로서, 우수한 생체 특성과 세포 증식 유도에 탁월함이 많은 연구를 통해서 밝혀진 바 있다. Hydroxy apatite (Cy 5 (PO 4 ) 3 (OH)) is a representative component of the bone tissue in the body, has been found through many studies excellent in excellent biological properties and induction of cell proliferation.

티타늄은 생체 친화성이 우수한 재료로, 많이 활용되는 분야인 골조직과의 친화성뿐 아니라 혈관 조직 내부에 존재하는 내피 세포와의 친화성도 우수함이 알려져 있다.Titanium is a material having excellent biocompatibility, and it is known that not only affinity with bone tissue, which is widely used, but also affinity with endothelial cells existing inside vascular tissues.

탄탈륨은 생체 친화성이 우수한 재료로, 많이 활용되는 분야인 골조직과의 친화성뿐 아니라 혈관 조직 내부에 존재하는 내피 세포와의 친화성도 우수함이 알려져 있다.Tantalum is a material having excellent biocompatibility, and it is known that not only affinity with bone tissue, which is widely used, but also affinity with endothelial cells present in vascular tissues.

금은 전기전도성과 생체에 적합한 재료로, 생체내 센서와 같은 분야에 사용될 수 있다. 따라서 임의의 구조를 갖는 패터닝이 가능한 본 발명의 장점을 통해, 전기 회로를 제작하는 것이 가능하므로, 금 패턴을 만들 수 있는 것이 큰 장점이 될 수 있다.Gold is an electrically conductive and biocompatible material and can be used in fields such as in vivo sensors. Therefore, through the advantages of the present invention that can be patterned having any structure, it is possible to manufacture an electrical circuit, it can be a great advantage to be able to make a gold pattern.

따라서, 본 발명에 따른 인공혈관을 사용하면, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료 상에 세포가 부착 및 세포 고유의 형상을 유지하면서 배양되어 조직이 수복(repair)될 수 있다. 또한, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료 상에 혈소판 부착이 억제될 수 있다. 혈소판(Platelet, Thrombocyte)은 골수 안에 있는 거핵 세포의 세포질이 찢어져 혈액 속에 나온 것이며, 1개의 거핵세포가 약 400~8000개 정도 생성한다. 따라서, 핵은 없으며, 크기는 0.5-2.5μm정도이며 혈액 1L당 약 150~370×109개 정도 가지고 있다. 일반적으로 체내에 이물질이 침투하면 그 주위에 침전되어 혈전을 생성하는데, 인공 혈관 내벽을 이물질로 인식하여 혈전을 생성하고 혈관을 막는 부작용이 발생한다. 따라서 혈소판 부착을 억제함으로써 인공 혈관의 폐색(occlusion)을 방지할 수 있다.Thus, using the artificial blood vessel according to the present invention, the cells can be cultured on the thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material while maintaining the attachment and inherent shape of the cells, thereby repairing the tissue. In addition, platelet adhesion can be suppressed on thin film patterned ceramic and / or metal containing bioactive materials. Platelets (Thrombocytes) come from the tear of the cytoplasm of megakaryocytes in the bone marrow, and produce about 400-8000 megakaryocytes. Therefore, there is no nucleus, the size is 0.5-2.5μm and has about 150 ~ 370 × 10 9 per liter of blood. In general, when a foreign body penetrates into the body, it precipitates around it to generate a blood clot, and the side wall of the artificial blood vessel is recognized as a foreign material to generate a blood clot and block the blood vessel. Therefore, by inhibiting platelet adhesion, it is possible to prevent occlusion of artificial blood vessels.

본 발명의 실시예에서는 인공혈관의 내벽에 내장된 하이드록시 아파타이트 박막 패턴이 인간 배꼽정맥내피세포 부착 및 세포고유특성을 유지하면서 배양가능하고, 혈소판 부착이 억제된 것을 확인하였다.In the embodiment of the present invention it was confirmed that the hydroxyapatite thin film pattern embedded in the inner wall of the artificial blood vessels can be cultured while maintaining human navel venous endothelial cell adhesion and cell specific characteristics, and platelet adhesion was suppressed.

인공 혈관이 식립된 이후, 세포가 생체 친화적인 물질을 타고 이동하여 혈관 내벽에 균일한 막을 생성하게 된다. 이에 따라 최종적으로, 폐색하지 않는 균일한 신생 혈관이 생 분해성이 있는 인공 혈관의 자리를 대체하여 수복하게 된다.After the artificial blood vessels are placed, the cells travel in biocompatible materials to create a uniform membrane on the inner walls of the blood vessels. As a result, uniform neovascularization that is not occluded replaces the site of the biodegradable artificial blood vessel and repairs it.

한편, 본 발명에 따라 유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film); 및 상기 고분자 막 표면에, 고분자 막이 휘어질 때 박리되지 않도록 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 포함하는 인공혈관의 제조방법은,On the other hand, according to the invention a flexible polymer film (flexible polymer film); And a thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material embedded on the surface of the polymer membrane so as not to peel off when the polymer membrane is bent,

상기 고분자 막 제조 공정 중 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 전사하여, 유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film) 표면에 내장되도록 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 박막 패터닝하는 제1단계; 및The ceramic and / or metal-containing biomaterial is transferred to a thin film-patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material during solvent casting with a polymer solution during the polymer film manufacturing process and embedded on the surface of the flexible polymer film. A first step of thin film patterning the active material; And

생체 활성 재료가 박막 패터닝된 고분자 막을 말아서 도관을 형성하는 제2단계를 포함할 수 있다. The bioactive material may comprise a second step of rolling the thin film patterned polymer film to form a conduit.

이때, 박막 패턴화된 생체 활성 재료가 세라믹을 함유하는 경우, 제1단계는 At this time, when the thin film patterned bioactive material contains a ceramic, the first step is

포토레지스트 공정을 통해 지지체 표면에 감광액 패턴을 형성하는 제1-1단계;Step 1-1 to form a photosensitive liquid pattern on the surface of the support through a photoresist process;

물리적 증착법(Physical Deposition)을 통해 감광액 패턴의 음각 부위에 대응되는 금속 박막 패턴을 증착(deposition)시킨 후 감광액 패턴을 제거하여 지지체 표면에 금속 박막 패턴을 형성하는 제1-2단계;A first step of forming a metal thin film pattern on the surface of the support by depositing a metal thin film pattern corresponding to an intaglio portion of the photosensitive liquid pattern through physical deposition and then removing the photosensitive liquid pattern;

금속 박막 패턴의 음각 부위에 대응되는 홈에 세라믹 전구체 함유 용액을 적용한 후 반응을 통해 금속 박막 패턴의 음각에 대응되는 세라믹 박막 패턴을 지지체 표면에 형성하면서 금속 박막 패턴을 제거하는 제1-3단계; 및 Applying a ceramic precursor-containing solution to the groove corresponding to the intaglio portion of the metal thin film pattern, and then removing the metal thin film pattern by forming a ceramic thin film pattern corresponding to the intaglio of the metal thin film pattern on the support surface; And

지지체 표면에 형성된 세라믹 박막 패턴을 유연성이 있는 고분자 막에 전사하는 제1-4단계를 포함할 수 있다.The method may include the steps 1-4 of transferring the ceramic thin film pattern formed on the support surface to the flexible polymer film.

한편, 박막 패턴화된 생체 활성 재료가 금속을 함유하는 경우, 제1단계는 제1-3단계가 생략될 수 있고,On the other hand, when the thin film patterned bioactive material contains a metal, steps 1 to 3 may be omitted.

포토레지스트 공정을 통해 지지체 표면에 감광액 패턴을 형성하는 제1-1단계;Step 1-1 to form a photosensitive liquid pattern on the surface of the support through a photoresist process;

물리적 증착법(Physical Deposition)을 통해 감광액 패턴의 음각 부위에 대응되는 금속 박막 패턴을 증착(deposition)시킨 후 감광액 패턴을 제거하여 지지체 표면에 금속 박막 패턴을 형성하는 제1-2단계; 및 A first step of forming a metal thin film pattern on the surface of the support by depositing a metal thin film pattern corresponding to an intaglio portion of the photosensitive liquid pattern through physical deposition and then removing the photosensitive liquid pattern; And

지지체 표면에 형성된 금속 박막 패턴을 유연성이 있는 고분자 막에 전사하는 제1-4단계를 포함할 수 있다.The method may include the steps 1-4 of transferring the metal thin film pattern formed on the support surface to the flexible polymer film.

본 발명에 따른 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료의 패턴 제작에 있어서는, 패턴이 다음의 특징을 적어도 하나 이상 갖는 것이 바람직하다:In the pattern production of ceramic and / or metal containing bioactive materials according to the invention, it is preferred that the pattern has at least one of the following characteristics:

(i) 선형 패턴의 경우, 패턴의 너비와 간격이 10 ~ 100 μm 일 것;(i) for linear patterns, the width and spacing of the pattern should be 10-100 μm;

(ii) 원형 패턴의 경우, 패턴의 지름과 간격이 5 ~ 20 μm 일 것;(ii) for circular patterns, the diameter and spacing of the patterns should be 5-20 μm;

(iii) 각각의 패턴을 제작하기 이전, 포토리소그래피 (photolithography) 공정으로 감광액 패턴을 제작할 것(iii) Before making each pattern, make photoresist pattern by photolithography process.

(iv) 패턴을 제작하기 위해서, 전자 빔 증착장치(e-beam evaporator) 혹은 스퍼터(sputter)를 이용해 제작할 것.(iv) In order to produce a pattern, an electron beam evaporator or a sputter should be used.

본 발명의 전사 공정은 기존의 코팅과 다르게 개별 패턴이 고분자 지지체 표면 상에 내장되어 있어 안정한 코팅 층의 형성이 가능하다는 장점이 있다. 인공 혈관과 같이 유연한 3차원 구조를 구현해야 하는 경우, 코팅층이 안정하게 유지되기 어려운 반면, 본 발명의 전사 공정을 통해 내장된 패턴은 굴곡진 표면에서도 안정성을 유지한다.Unlike the conventional coating process, the transfer process of the present invention has an advantage in that a separate pattern is embedded on the surface of the polymer support to form a stable coating layer. If a flexible three-dimensional structure such as an artificial blood vessel is to be implemented, the coating layer is difficult to remain stable, while the pattern embedded through the transfer process of the present invention maintains stability even on curved surfaces.

본 발명은 포토리소그래피 공정을 통해 마이크로 사이즈의 보다 깔끔한 패턴의 구현이 가능하며, 기존의 공정과 다르게 기판 위에 제작된 패턴을 유연한 재질의 상기된 고분자로 전사하여 혈관 등의 3차원 구조에도 응용이 가능하다. 뿐만 아니라, 일반적인 코팅에 비해 잘 부러지는 생체 활성 재료인 세라믹이나 금속이 패턴화 됨으로써 유연한 구조에서도 박리하지 않는 장점을 갖는다.The present invention enables the implementation of a neat pattern of micro size through the photolithography process, and unlike the existing process, the pattern produced on the substrate can be transferred to the above-described polymer of a flexible material and applied to three-dimensional structures such as blood vessels. Do. In addition, ceramics, which are bioactive materials that break more than conventional coatings, As the metal is patterned, it does not peel off even in a flexible structure.

본 발명의 실시예에서는 우수한 생체 적합성을 갖는 세라믹 하이드록시 아파타이트 혹은 금속 티타늄 혹은 탄탈륨 혹은 금을 재료로 하는 마이크로 사이즈의 패턴을 제작하였다. In the embodiment of the present invention, a micro-sized pattern made of ceramic hydroxyapatite or metal titanium, tantalum or gold having excellent biocompatibility was produced.

인공혈관에 조직이 수복되면서 고분자 막이 생분해될 때 세라믹 및/또는 금속으로 된 박막 패턴이 분리될 수 있으므로 이로 인한 염증반응이 일어나지 않는 크기의 박막 패턴인 것이 좋다.When the tissue is repaired in the artificial blood vessel, the thin film pattern made of ceramic and / or metal may be separated when the polymer membrane is biodegraded, so the thin film pattern having a size that does not cause an inflammatory reaction is preferable.

본 발명에 따른 인공혈관의 제조방법의 제1단계는 상기 고분자 막 제조 공정 중 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 전사하여, 유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film) 표면에 내장되도록 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 박막 패터닝하는 단계이다.The first step of the artificial blood vessel manufacturing method according to the invention transfers a thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material during solvent casting into a polymer solution during the polymer membrane manufacturing process, a flexible polymer membrane (flexible) thin film patterning a ceramic and / or metal containing bioactive material to be embedded in a polymer film surface.

본 발명은 마이크로 사이즈의 패턴을 합성 고분자에 전사하기 위한 용매 캐스팅(solvent casting)을 실시한다.The present invention performs solvent casting to transfer the micro-sized pattern to the synthetic polymer.

제1단계에서 형성되는 고분자 막은 최종적으로 제공하고자 하는 인공혈관의 두께와 동일한 두께를 가지며, 그 폭과 길이는 각각 제공하고자 하는 인공혈관의 내경과 길이 이상인 평면의 시편일 수 있다. 이때, 제조되는 인공혈관의 두께는 0.1 내지 0.3 mm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 보다 구체적으로, 인공혈관의 두께 및/또는 직경은 이식하고자 하는 혈관 결손부의 혈류량, 혈압 및 혈관을 두께 등을 고려하여 조절할 수 있다.The polymer membrane formed in the first step may have a thickness equal to the thickness of the artificial blood vessel to be finally provided, and the width and length may be flat specimens each having an inner diameter and a length greater than that of the artificial blood vessel to be provided. At this time, the thickness of the artificial blood vessel manufactured may be 0.1 to 0.3 mm, but is not limited thereto. More specifically, the thickness and / or diameter of the artificial blood vessel may be adjusted in consideration of the blood flow volume, blood pressure, and blood vessel of the blood vessel defect to be implanted.

바람직하게는, 용매 캐스팅 시, 고분자가 용매의 5 내지 10 중량 용적 백분율(w/v %)을 갖는 용액을 사용할 수 있다.Preferably, in solvent casting, a solution may be used in which the polymer has a 5 to 10 weight percent volume (w / v%) of solvent.

바람직하게는, 상기 고분자는 펠릿 형태의 폴리락티드 혹은 폴리 락티드-글리콜리드 공중합체 혹은 폴리 카플로락톤일 수 있다.Preferably, the polymer may be polylactide or polylactide-glycolide copolymer or polycaflolactone in pellet form.

바람직하게는, 상기 용매는 다이클로로메탄일 수 있다.Preferably, the solvent may be dichloromethane.

유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film) 표면에 내장되도록 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 박막 패터닝하는 제1단계는 포토레지스트 공정을 통해 지지체 표면에 감광액 패턴을 형성하는 제1-1단계를 포함한다.The first step of thin-film patterning a ceramic and / or metal-containing bioactive material so as to be embedded on a flexible polymer film surface may include the first-first step of forming a photoresist pattern on a surface of a support through a photoresist process. Include.

포토레지스트 공정은 반도체 노광공정 기술을 통칭하는 포토리소그래피(Photolithography)라고도 불리는 것으로, 마스크라는 하나의 원판을 정확하게 제작한 후 빛을 사용하여 같은 모양의 패턴을 반복하여 복사하면 짧은 시간에 소자의 대량 생산이 가능하다. 포토리소그래피 공정만으로 3차원 구조가 만들어지는 것은 아니고 박막증착과 식각 등 여타 단위공정과 조합하여야 가능하며, 리소그래피 공정을 통해서는 선택적인 보호막을 형성하여 부분적인 식각이 가능하게 한다.The photoresist process is also called photolithography, which collectively refers to the semiconductor exposure process technology. Mass production of devices in a short time is achieved by precisely producing a single disc called a mask and repeatedly copying patterns of the same shape using light. This is possible. The photolithography process alone does not produce a three-dimensional structure, but it can be combined with other unit processes such as thin film deposition and etching, and the lithography process enables partial etching by forming a selective protective film.

빛을 사용하여 노광하는 포토리소그래피 장비의 기본적인 형태는 사용되는 광학계에 따라서 결정되는데, 크게 나누어서 근접 노광 방식과 투영 노광 방식이 있다. 일반적으로 마스크와 웨이퍼가 균일하게 밀착되어 일정한 양의 빛이 고르게 감광제(photoresist)와 반응하는 것이 기술의 핵심이다. 감광제는 특정 파장의 빛을 받아 현상액에서의 용해도가 변하는 특성을 이용해 후속 현상처리 과정 중 빛을 받은 부분과 그렇지 않은 부분을 선택적으로 제거할 수 있는 물질이다. 일반적으로 많이 사용되는 감광제는 현상액을 이용하여 빛에 의하여 선택적으로 변화된 부분을 제거하게 되는데, 빛을 받은 부위가 현상액에 의해 잘 녹는 경우를 positive resist, 그 반대를 negative resist라고 한다.The basic shape of the photolithography equipment exposed using light is determined by the optical system used, and there are two types of proximity exposure methods and projection exposure methods. In general, the core of the technology is that the mask and the wafer are uniformly adhered so that a certain amount of light reacts evenly with the photoresist. The photosensitizer is a material that can selectively remove the lighted part and the non-lighted part during the subsequent developing process by using the characteristic that the solubility in the developer is changed by receiving light of a specific wavelength. In general, a photoresist that is commonly used to remove a portion selectively changed by the light using a developer, the case where the light is well melted by the developer is called a positive resist, and vice versa.

유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film) 표면에 내장되도록 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 박막 패터닝하는 제1단계는 물리적 증착법(Physical Deposition)을 통해 감광액 패턴의 음각 부위에 대응되는 금속 박막 패턴을 증착(deposition)시킨 후 감광액 패턴을 제거하여 지지체 표면에 금속 박막 패턴을 형성하는 제1-2단계를 포함한다.The first step of thin film patterning the ceramic and / or metal-containing bioactive material to be embedded on the surface of a flexible polymer film is a metal thin film pattern corresponding to the negative portion of the photoresist pattern through physical deposition. After the deposition (Deposition) to remove the photoresist pattern to form a metal thin film pattern on the surface of the supporter comprises the first step.

본 발명의 박막의 제조방법은 물리적 증착법(Physical Deposition)으로 수행될 수 있으며, 상기 증착에는 저항열, 아크방전, 전자빔, 레이저 등을 이용하는 방법들이 있다.The method of manufacturing the thin film of the present invention may be performed by physical deposition, and the deposition may include methods using resistive heat, arc discharge, electron beam, laser, and the like.

본 발명의 실시예에서는 전자빔, 증발(evaporation) 또는 스퍼터 증착(sputter deposition)을 이용해서 감광액 패턴의 음각 부위에 대응되는 금속 박막 패턴을 증착(deposition)시켰다.In the exemplary embodiment of the present invention, the metal thin film pattern corresponding to the intaglio portion of the photoresist pattern is deposited by using electron beam, evaporation, or sputter deposition.

전자빔을 이용한 진공증착은 매우 높은 전압을 가하여 필라멘트에서 방출된 열전자들을 충돌시킴으로써 발생되는 열에 의해 증착하고자 하는 재료를 증발시켜 기판에 증착시키는 방법으로서 이는 고진공(10-5 torr이하)하에서 수냉도가니를 사용하므로 저항가열식의 단점인 오염이 비교적 적고 고에너지를 가진 열전자를 집속하기 때문에 고융점 재료도 증착을 할 수 있으며 증착속도 조절이 용이하여 최근에 널리 사용되고 있는 방법이다.Vacuum deposition using an electron beam is a method of evaporating a material to be deposited on a substrate by heat generated by colliding hot electrons emitted from a filament by applying a very high voltage, and using a water cooling crucible under high vacuum (10 -5 torr or less). Therefore, high melting point materials can be deposited because the contamination, which is a disadvantage of the resistance heating type, is relatively small and focuses the hot electrons with high energy, and the deposition rate is easily controlled.

박막 패턴화된 생체 활성 재료가 세라믹을 함유하는 경우, 제1단계는 금속 박막 패턴의 음각 부위에 대응되는 홈에 세라믹 전구체 함유 용액을 적용한 후 반응을 통해 금속 박막 패턴의 음각에 대응되는 세라믹 박막 패턴을 지지체 표면에 형성하면서 금속 박막 패턴을 제거하는 제1-3단계; 및 지지체 표면에 형성된 세라믹 박막 패턴을 용매 캐스팅으로 고분자 막에 전사하는 제1-4단계를 포함할 수 있다. 제1-4단계는 용매 캐스팅 과정에서 용매가 증발된 후, 건조된 고분자 막을 기판에서 물리적으로 분리시키는 과정에서 세라믹 박막 패턴이 전사될 수 있다. When the thin film patterned bioactive material contains ceramic, the first step is applying a ceramic precursor-containing solution to the groove corresponding to the intaglio portion of the metal thin film pattern and then reacting the ceramic thin film pattern to the intaglio of the metal thin film pattern Forming a surface on the surface of the support to remove the metal thin film pattern; And transferring the ceramic thin film pattern formed on the support surface to the polymer film by solvent casting. In steps 1-4, after the solvent is evaporated in the solvent casting process, the ceramic thin film pattern may be transferred in the process of physically separating the dried polymer film from the substrate.

그러나, 박막 패턴화된 생체 활성 재료가 금속을 함유하는 경우, 제1단계는 제1-3단계가 생략될 수 있고, 제1-2단계에서 제조된 지지체 표면에 형성된 금속 박막 패턴을 용매 캐스팅으로 고분자 막에 전사하는 제1-4단계를 포함할 수 있다. 제1-4단계는 용매 캐스팅 과정에서 용매가 증발된 후, 건조된 고분자 막을 기판에서 물리적으로 분리시키는 과정에서 금속 박막 패턴이 전사될 수 있다.However, in the case where the thin film patterned bioactive material contains a metal, the first step may be omitted in steps 1-3, and the metal thin film pattern formed on the surface of the support prepared in steps 1-2 may be solvent cast. It may include a step 1-4 to transfer to the polymer membrane. In steps 1-4, after the solvent is evaporated in the solvent casting process, the metal thin film pattern may be transferred in the process of physically separating the dried polymer film from the substrate.

본 발명에 따른 인공혈관의 제조방법의 제2단계는 생체 활성 재료가 박막 패터닝된 고분자 막을 말아서 도관을 형성하는 단계이다. 이때, 생체 활성 재료가 박막 패터닝된 고분자 막 자체를 말아서 도관을 형성할 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 인공혈관은 생 분해성과 우수한 기계적 강도를 갖는 고분자와, 세라믹 혹은 금속의 복합체를 박막 형태로 제조한 뒤 관 형태로 말아서 제공할 수 있다. The second step of the method for producing an artificial blood vessel according to the present invention is a step of forming a conduit by rolling a polymer membrane having a thin film patterned bioactive material. At this time, the bioactive material may roll the thin film patterned polymer film itself to form a conduit. For example, the artificial blood vessel according to the present invention may be prepared by manufacturing a composite of a polymer having a high biodegradability and excellent mechanical strength and a ceramic or metal in a thin film form, and then rolling it in a tubular form.

생체 활성 재료가 박막 패터닝된 고분자 막은 혈관모양으로 구부려 봉합 또는 접착시킬 수 있다. 상기 생체 활성 재료가 박막 패터닝된 고분자 막을 혈관모양으로 구부리는 과정은 플라스틱 캐뉼라 등의 혈관용 의료기기를 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 플라스틱 캐뉼라는 제조하고자 하는 인공혈관의 직경을 고려하여 그 크기를 선택할 수 있다.The polymer membrane having the thin film patterned bioactive material may be bent in a blood vessel shape to be sealed or bonded. The process of bending the thin film-patterned polymer membrane of the bioactive material into a blood vessel shape may be performed using a medical device for blood vessels such as plastic cannula, but is not limited thereto. At this time, the plastic cannula may be selected in consideration of the diameter of the artificial blood vessel to be manufactured.

혈액이 새지 않도록 옆면이 닫힌 튜브 형태로 제공될 수 있도록, 혈관모양으로 구부린 기재는 서로 닿는 부분을 봉합 또는 접착할 수 있다. 상기 봉합은 봉합사를 이용하여 봉합하는 등 인공혈관을 봉합할 수 있는 모든 방법 및/또는 수단을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 봉합에 사용되는 봉합사는 혈관을 결찰하여 지혈 효과를 가져오거나 손상 받은 조직이 치유될 때까지 조직을 지지해주는 역할을 하므로, 조직과 반응을 일으키지 않는 비활성이어야 하며, 유연해야 하고, 조직에 손상을 주지 않으며, 이물 작용이 없어야 한다. 이러한 봉합사로는 실크, 나일론, 바이크릴(Vicryl), 프로린(Prolin) 및 다크론(Dacron)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 실크는 잘 미끄러지지 않기 때문에 봉합 시 3~4회만 묶어주면 매듭이 풀리는 일은 거의 없고, 값이 저렴하며, 피부 봉합 및 장관 봉합, 광범위한 근막 봉합 등에 사용되고 있다. 또한, 나일론은 성분이 폴리아미드 폴리머로 모노필라멘트와 멀티필라멘트의 2종류가 있다. 주로 모노필라멘트로 된 나일론을 많이 사용하며, 첫 번호가 커질수록 굵기가 가늘어진다. 상기 봉합에는 6-0 내지 10-0 모노필라멘트로 된 나일론을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 한편, 상기 접착은 생체 조직용 접착제를 이용하여 인공혈관을 접착할 수 있는 모든 방법 및/또는 수단을 이용하여 수행할 수 있다. 생체 조직용 접착제로는 미세 수술, 혈관 수술, 폐 수술 및 성형외과, 정형외과, 치과 등 다양한 의료 영역에서 조직의 고정, 상처의 봉합, 지혈, 공기유출방지 등의 목적으로 사용되는 물질을 제한없이 사용할 수 있다. 생체 내에서 사용되기 때문에 생분해성을 가져야 하며, 독성과 위해성이 없어야 한다. 또한, 인공혈관으로서 체내에 삽입하는 것을 목적으로 하는 바, 이식 후 체액이나 혈액에 의하여 젖은 상태에 노출되므로 충분한 접착력을 얻기가 어렵고, 빠른 접착력과 생체 적합성 등의 특성이 있어야 하므로 제한된 소재만이 사용될 수 있다. 이러한 생체 조직용 접착제로는 피브린 글루, 젤라틴 글루, 폴리우레탄계 접착제 및 시아노아크릴레이트계 접착제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.Vascularly bent substrates can seal or adhere to each other so that the sides can be provided in the form of a closed tube so that blood does not leak. The suture may be performed using any method and / or means capable of suturing artificial blood vessels such as suture using a suture. The suture used in the suture is ligation of the blood vessels to bring about a hemostatic effect or to support the tissue until the damaged tissue is healed, so it must be inert, not flexible, and flexible, and damage the tissue. It should not be given and should not have foreign body action. As the suture, one or more selected from the group consisting of silk, nylon, Vicryl, Prolin, and Darkon may be used. Since the silk does not slip well, the knot is rarely loosened by tying only 3 to 4 times at the time of suture, and the silk is inexpensive, and is used for skin suture and intestinal suture and extensive fascia suture. Nylon is a polyamide polymer, and there are two types of nylon: monofilament and multifilament. Most monofilament nylon is used. The larger the first number, the thinner the thickness. The suture may be nylon of 6-0 to 10-0 monofilament, but is not limited thereto. On the other hand, the adhesion can be carried out using any method and / or means capable of adhering the artificial blood vessels using the adhesive for biological tissue. Biomaterial adhesives include, without limitation, materials used for the purpose of fixing tissues, wound closure, hemostasis, and air leakage prevention in various medical fields such as micro surgery, vascular surgery, lung surgery and plastic surgery, orthopedics, dentistry, etc. Can be used. As it is used in vivo, it must be biodegradable and free of toxicity and risk. In addition, since it is intended to be inserted into the body as artificial blood vessels, it is difficult to obtain sufficient adhesive strength because it is exposed to a wet state by body fluid or blood after transplantation, and only limited materials may be used because it should have characteristics such as fast adhesive strength and biocompatibility. Can be. As the adhesive for biological tissues, one or more selected from the group consisting of fibrin glue, gelatin glue, polyurethane adhesive, and cyanoacrylate adhesive may be used.

본 발명에 따른 생체활성 인공 혈관은 체내 안정성 및 세포친화성이 우수하여 거부 반응이나 염증 반응을 일으키는 일반 합성 고분자 인공 혈관의 대체재로써 심혈관 및 일반 혈관외과 분야에 효과적으로 적용될 수 있다.The bioactive artificial blood vessel according to the present invention can be effectively applied to cardiovascular and general vascular surgery as a substitute for general synthetic polymer artificial blood vessels having excellent body stability and cell affinity, causing rejection or inflammatory reactions.

도 1은 하이드록시 아파타이트 패턴 제조 및 이를 고분자 막에 전사하여 인공혈관을 제조하는 공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 (a) 실시예 1.2와 (b) 실시예 2.2를 관찰한 주사전자현미경 사진 및 에너지 분산형 분광분석(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) 사진이다.
도 3은 실시예 1에 따라 생성된 복합체의 성분을 푸리에변환 적외분광으로 분석한 결과이다. 각각 검은 선은 실리콘 웨이퍼 상의 마그네슘 패턴, 붉은 선은 실리콘 웨이퍼 상의 하이드록시 아파타이트 패턴, 푸른 선은 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드(PLLA)를 나타낸다.
도 4는 실험예 3에 따라 실시한 인장 시험과 인체모방 순환 실험의 결과를 주사전자현미경으로 분석한 사진이다. 각각 (a) 하이드록시 아파타이트가 전면에 코팅된 후 인장 시험, (b) 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 후 인장 시험, (c) 하이드록시 아파타이트가 전면에 코팅된 후 4주간 인체 모방 동적 흐름 조건 순환 실험, (d) 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 후 4주간 인체 모방 동적 흐름 조건 순환 실험 직후의 사진이다.
도 5는 실험예 4에 따라 세포를 분주한 1일 후, 각각 (a) 폴리-L-락티드 필름과 (b) 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드 표면에서의 인간 배꼽정맥내피세포 성장의 차이를 비교한 공초점레이저주사현미경 사진과 (e) 각각 2일, 5일 후 세포의 증식 정도를 MTS 시약을 통해 비교한 실험의 결과이다.
도 6은 실험예 5에 따라 혈소판을 분주한 1시간 후, 각각 (a) 폴리-L-락티드 필름과 (b) 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드 표면에서의 혈소판 성장의 차이를 비교한 주사전자현미영 사진과 (c) 혈소판의 수를 측정하여 이를 정량적으로 비교한 결과이다.
1 is a schematic diagram showing a process for preparing a hydroxyapatite pattern and the artificial blood vessel by transferring it to a polymer membrane.
FIG. 2 is a scanning electron microscope photograph and an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) photograph of (a) Example 1.2 and (b) Example 2.2. FIG.
3 is a result of analyzing the components of the complex produced according to Example 1 by Fourier transform infrared spectroscopy. Each black line represents a magnesium pattern on a silicon wafer, a red line represents a hydroxy apatite pattern on a silicon wafer, and a blue line represents poly-L-lactide (PLLA) to which a hydroxy apatite pattern is transferred.
Figure 4 is a photograph analyzed by the scanning electron microscope the results of the tensile test and the human mimic circulation test performed in accordance with Experimental Example 3. Respectively, (a) hydroxyapatite coated on the front of the tensile test, (b) hydroxyapatite pattern transferred on the tensile test, (c) hydroxyapatite coated on the front for 4 weeks human mimic dynamic flow conditions circulation Experiment, (d) Photograph immediately after the circulating experiment of the human mimic dynamic flow condition for 4 weeks after the hydroxyapatite pattern is transferred.
FIG. 5 shows human navel veins on the surface of poly-L-lactide to which (a) the poly-L-lactide film and (b) the hydroxyapatite pattern were transferred, respectively, after 1 day of cell division according to Experimental Example 4 Confocal laser scanning micrographs comparing the difference of endothelial cell growth and (e) the results of experiments comparing the proliferation of cells after 2 and 5 days, respectively, using MTS reagent.
6 shows platelet growth on the surface of poly-L-lactide to which (a) the poly-L-lactide film and (b) the hydroxyapatite pattern were transferred, respectively, 1 hour after platelet was dispensed according to Experimental Example 5; Scanning electron micrographs comparing the differences and (c) the number of platelets were measured and compared.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상ㅇ세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are intended to illustrate the present invention more specifically, but the scope of the present invention is not limited by these examples.

실시예EXAMPLE 1:  One: 하이드록시Hydroxy 아파타이트 패턴을 포함하는 고분자 인공 혈관의 제조 Preparation of Polymer Artificial Vessels Containing Apatite Patterns

도 1에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피 공정을 통해 하이드록시 아파타이트 패턴 제조 및 이를 고분자 막에 전사하여 인공혈관을 제조하였다. As shown in FIG. 1, a hydroxyapatite pattern was prepared through a photolithography process and transferred to a polymer membrane to prepare an artificial blood vessel.

1.1 1.1 하이드록시Hydroxy 아파타이트 패턴의 제조 Preparation of Apatite Patterns

스핀 코터를 통해 실리콘 웨이퍼 표면에 양성 감광액을 1 ~ 1.5 마이크로미터 두께로 코팅한 후, 110 ℃에서 70초간 열처리를 가해 용매를 증발시켰다. 마스크 얼라이너와 미리 제작된 마스크를 통해 표면에 조사되는 자외선의 위치를 조절한 후, 현상액으로 조사된 부위를 제거하여, 다양한 감광액 패턴을 얻었다.The positive photoresist was coated to a thickness of 1 to 1.5 micrometers on the surface of the silicon wafer through a spin coater, and then heat-treated at 110 ° C. for 70 seconds to evaporate the solvent. After adjusting the position of the ultraviolet rays irradiated onto the surface through the mask aligner and the pre-made mask, the portion irradiated with the developer was removed to obtain various photoresist patterns.

감광액 패턴이 형성된 실리콘 웨이퍼에 전자 빔 증착 (electron beam deposition) 장치를 이용하여 초당 1 나노미터의 속도로 마그네슘을 1 마이크로미터 두께로 증착 후, 아세톤을 이용해 감광액 부위를 용해시켜 마그네슘 패턴만 남겼다.Magnesium was deposited to a thickness of 1 micrometer at a rate of 1 nanometer per second using an electron beam deposition apparatus on a silicon wafer on which a photoresist pattern was formed, and then a portion of the photoresist was dissolved using acetone to leave only a magnesium pattern.

마그네슘 패턴을 갖는 실리콘 웨이퍼를 0.05 몰 농도의 칼슘에틸렌디아민사아세트산 과 0.05 몰 농도의 인산칼륨 혼합 수용액에서 90 ℃, pH 8.9의 조건에서 2시간 동안 처리하였다. 마그네슘이 물과 반응하여 생성되는 하이드록시 이온(OH-)이 전구체 용액 내에 있는 칼슘 이온(CA2+) 및 인산 이온(HPO4 2 -)과 반응하여 하이드록시 아파타이트가 생성되며, 마그네슘은 반응이 진행됨에 따라 점차 이온이 되어 사라지고 그 자리를 하이드록시 아파타이트가 대체하게 되는 원리를 이용하여, 마그네슘 패턴을 하이드록시 아파타이트 패턴으로 변환시켰다.A silicon wafer having a magnesium pattern was treated in a 0.05 mol calcium ethylenediaminetetraacetic acid and 0.05 mol potassium phosphate mixed aqueous solution at 90 ° C. and pH 8.9 for 2 hours. It is reacted with hydroxy-apatite, and the generation, magnesium, magnesium is reacted with water and reaction to produce hydroxyl ion (OH - -) is the calcium ion (CA 2+) and phosphate ions in the precursor solution (HPO 4 2) As the process proceeds, the magnesium pattern is converted into a hydroxy apatite pattern by using the principle of gradually becoming an ion and disappearing and replacing the hydroxy apatite.

1.2 1.2 하이드록시Hydroxy 아파타이트 패턴의 전사 Apatite Pattern Warrior

폴리-L-락티드(PLLA) 고분자를 다이클로로메탄에 10 부피당 질량 퍼센트 농도로 용해시킨 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 상기 실시예 1.1에 따라 제조된 실리콘 웨이퍼 상의 하이드록시 아파타이트 패턴을 고분자 용액에 담갔다. 24시간이 지난 후, 용매가 모두 증발되면 하이드록시 아파타이트 패턴을 가지는 고분자 박막을 실리콘 웨이퍼 표면에서 분리시켰다. 잔류 용매 제거를 위해 제조된 박막 및 관 형태의 구조물을 24시간 동안 진공 데시케이터에 보관하였다. 제조된 박막은 혈관 모양으로 구부린 후 봉합 또는 접착되어 관 형태의 구조물로 제조될 수 있다.The hydroxyapatite pattern on the silicon wafer prepared according to Example 1.1 was immersed in the polymer solution upon solvent casting with a polymer solution in which the poly-L-lactide (PLLA) polymer was dissolved in dichloromethane at a concentration of 10 percent by volume. After 24 hours, when the solvent evaporated, the polymer thin film having the hydroxyapatite pattern was separated from the silicon wafer surface. Thin film and tubular structures prepared for residual solvent removal were stored in a vacuum desiccator for 24 hours. The prepared thin film may be bent into a blood vessel shape and then sutured or glued to form a tubular structure.

비교예Comparative example 1:  One: 하이드록시Hydroxy 아파타이트 전면 코팅 고분자 박막의 제조 Preparation of Apatite Front Coating Polymer Thin Film

패턴 형태로 하이드록시 아파타이트를 도입한 폴리-L-락티드 박막과의 안정성 비교를 위해 비교군으로 하이드록시 아파타이트를 전면에 코팅한 폴리-L-락티드 박막을 제조하였다.In order to compare the stability with the poly-L-lactide thin film in which hydroxy apatite was introduced in a pattern form, a poly-L-lactide thin film coated with hydroxy apatite on the entire surface was prepared as a comparative group.

구체적으로, 실리콘 웨이퍼에 전자 빔 증착 (electron beam deposition) 장치를 이용하여 초당 1 나노미터의 속도로 마그네슘을 1 마이크로미터 두께로 증착하였다. 제조된 마그네슘이 증착된 실리콘 웨이퍼를 0.05 몰 농도의 칼슘에틸렌디아민사아세트산 과 0.05 몰 농도의 인산칼륨 혼합 수용액에서 90 ℃, pH 8.9의 조건에서 2시간 동안 처리하여 마그네슘 층이 하이드록시 아파타이트 층으로 변환될 수 있다.Specifically, magnesium was deposited to a thickness of 1 micrometer on a silicon wafer by using an electron beam deposition apparatus at a speed of 1 nanometer per second. The prepared magnesium-deposited silicon wafer was treated in 0.05 mol calcium ethylenediaminetetraacetic acid and 0.05 mol potassium phosphate mixed aqueous solution at 90 ° C. and pH 8.9 for 2 hours to convert the magnesium layer into a hydroxyapatite layer. Can be.

폴리-L-락티드(PLLA) 고분자를 다이클로로메탄에 10 부피당 질량 퍼센트 농도로 용해시킨 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 위에 따라 제조된 실리콘 웨이퍼 상의 하이드록시 아파타이트 층을 고분자 용액에 침투시켰다. 24시간이 지난 후, 용매가 모두 증발되면 하이드록시 아파타이트 층을 가지는 고분자 박막을 실리콘 웨이퍼 표면에서 분리시켰다. 잔류 용매 제거를 위해 제조된 박막 및 관 형태의 구조물을 24시간 동안 진공 데시케이터에 보관하였다.In a polymer solution in which a poly-L-lactide (PLLA) polymer was dissolved in dichloromethane at a concentration of 10 percent by volume, the hydroxyapatite layer on the silicon wafer prepared above was infiltrated into the polymer solution during solvent casting. After 24 hours, when all of the solvent had evaporated, the polymer thin film with the hydroxyapatite layer was separated from the silicon wafer surface. Thin film and tubular structures prepared for residual solvent removal were stored in a vacuum desiccator for 24 hours.

실시예EXAMPLE 2: 금속 패턴을 포함하는 고분자 인공 혈관의 제조 2: Preparation of Polymeric Artificial Vessels Containing Metal Patterns

2.1 금속 패턴의 제조2.1 Fabrication of metal patterns

스핀 코터를 통해 실리콘 웨이퍼 표면에 양성 감광액을 1 ~ 1.5 마이크로미터 두께로 코팅한 후, 110 ℃에서 70초간 열처리를 가해 용매를 증발시켰다. 마스크 얼라이너와 미리 제작된 마스크를 통해 표면에 조사되는 자외선의 위치를 조절한 후, 현상액으로 조사된 부위를 제거하여, 다양한 감광액 패턴을 얻었다.The positive photoresist was coated to a thickness of 1 to 1.5 micrometers on the surface of the silicon wafer through a spin coater, and then heat-treated at 110 ° C. for 70 seconds to evaporate the solvent. After adjusting the position of the ultraviolet rays irradiated onto the surface through the mask aligner and the pre-made mask, the portion irradiated with the developer was removed to obtain various photoresist patterns.

감광액 패턴이 제조된 실리콘 웨이퍼에 전자 빔 증착 (electron beam deposition) 장치를 이용하여 초당 1 나노미터의 속도로 티타늄을 1 마이크로미터 두께로 증착 후, 아세톤을 이용해 감광액 부위를 용해시켜 티타늄 패턴만 남겼다.Titanium was deposited to a thickness of 1 micrometer at a rate of 1 nanometer per second using an electron beam deposition apparatus on a silicon wafer on which a photoresist pattern was manufactured, and then the photoresist part was dissolved using acetone to leave only the titanium pattern.

감광액 패턴이 제조된 실리콘 웨이퍼에 스퍼터링 (sputtering) 장치를 이용하여 탄탈륨을 1 마이크로미터 두께로 증착 후, 아세톤을 이용해 감광액 부위를 용해시켜 탄탈륨 패턴만 남겼다.Tantalum was deposited to a thickness of 1 micrometer on a silicon wafer on which a photoresist pattern was manufactured by using a sputtering apparatus, and then a portion of the photoresist was dissolved using acetone to leave only a tantalum pattern.

감광액 패턴이 제조된 실리콘 웨이퍼에 전자 빔 증착 (electron beam deposition) 장치를 이용하여 초당 1 나노미터의 속도로 금을 1 마이크로미터 두께로 증착 후, 아세톤을 이용해 감광액 부위를 용해시켜 금 패턴만 남겼다.After the deposition of gold to a thickness of 1 micrometer at a rate of 1 nanometer per second using an electron beam deposition apparatus on a silicon wafer prepared photoresist pattern, the photoresist part was dissolved using acetone to leave only the gold pattern.

2.2 금속 패턴의 전사2.2 Transfer of Metal Patterns

폴리-L-락티드(PLLA) 고분자를 다이클로로메탄에 10 부피당 질량 퍼센트 농도로 용해시킨 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 상기 실시예 2.1에 따라 제조된 실리콘 웨이퍼 상의 다양한 금속 패턴을 고분자 용액에 담갔다.Various metal patterns on the silicon wafer prepared according to Example 2.1 were immersed in the polymer solution upon solvent casting with a polymer solution in which the poly-L-lactide (PLLA) polymer was dissolved in dichloromethane at a concentration of 10 percent by volume.

24시간이 지난 후, 용매가 모두 증발되면 금속 패턴을 가지는 고분자 박막을 실리콘 웨이퍼 표면에서 분리시켰다. 잔류 용매 제거를 위해 제조된 박막 및 관 형태의 구조물을 24시간 동안 진공 데시케이터에 보관하였다.After 24 hours, when the solvent evaporates, the polymer thin film It was separated on the silicon wafer surface. Thin film and tubular structures prepared for residual solvent removal were stored in a vacuum desiccator for 24 hours.

실험예Experimental Example 1: 주사전자현미경 분석 1: Scanning Electron Microscope Analysis

상기 실시예 1과 2에서 제작된 패턴의 표면을 관찰하기 위해 Pt 코팅후 주사전자현미경(Scanning electron microscopy)으로 분석하여 도 2에 나타내었다.In order to observe the surface of the patterns prepared in Examples 1 and 2, and analyzed by scanning electron microscopy (Scanning electron microscopy) after Pt coating is shown in FIG.

도 2의 (a)를 참조하면 20 에서 30 μm 너비의 하이드록시 아파타이트 패턴이 잘 형성되고 고분자 층으로의 전사도 잘 되었음을 확인할 수 있다. 도 2의 (b)를 참조하면 20 μm 너비의 티타늄 패턴이 잘 형성되고 고분자층으로의 전사도 잘되었음을 확인할 수 있다.Referring to Figure 2 (a) it can be seen that the hydroxyapatite pattern of 20 to 30 μm in width is well formed and the transfer to the polymer layer is also well. Referring to Figure 2 (b) it can be seen that the 20 μm wide titanium pattern is well formed and the transfer to the polymer layer is also well.

실험예Experimental Example 2: 푸리에변환  2: Fourier transform 적외분광Infrared spectroscopy 분석 analysis

상기 실시예 1에서 얻어진 하이드록시 아파타이트의 성분 분석을 위해 푸리에변환 적외분광 분석기(Fourier-transform Infrared Spectroscopy, FTIR)를 이용하여 비교하였다.Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FTIR) was used to analyze the components of the hydroxyapatite obtained in Example 1 above.

도 3을 참조하면, 각각 검은색으로 표시된 실리콘 웨이퍼 상의 마그네슘 패턴, 붉은색으로 표시된 실리콘 웨이퍼 상의 하이드록시 아파타이트 패턴, 푸른색으로 표시된 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드(PLLA)을 나타낸다.Referring to FIG. 3, poly-L-lactide (PLLA), on which a magnesium pattern on a silicon wafer shown in black, a hydroxy apatite pattern on a silicon wafer shown in red, and a hydroxy apatite pattern shown in blue, are transferred, Indicates.

붉은색 선을 살피면 1026 cm- 1 파장 대에서 하이드록시 아파타이트 특유의 인산(PO4 3-) 피크를 확인할 수 있다.The red line salpimyeon 1026 cm - can confirm the hydroxyapatite distinctive phosphate (PO 4 3-) peak at a first wavelength for.

푸른색 선을 살피면 1044 cm-1, 1088 cm-1, 1184 cm-1, 1755 cm- 1 파장 대에서 폴리-L-락티드에서 확인되는 탄소-산소 간 이중결합의 특성 피크가 관찰된다. 기존의 존재할 것으로 예상되는 인산 피크는 1044 번 파장 대와 중복된 것으로 확인된다.The Blue-ray salpimyeon 1044 cm -1, 1088 cm -1, 1184 cm -1, 1755 cm - carbon are found in poly-lactide -L- from one wavelength to-peak characteristics of the double bond between the oxygen is observed. Existing phosphate peaks expected to be present are identified as overlapping with the 1044 wavelength band.

실험예Experimental Example 3: 복합체 안정성 분석 3: complex stability analysis

상기 실시예 1에서 얻어진 하이드록시 아파타이트 패턴과 고분자 복합체의 기계적 안정성을 인장 시험과 인체 모방 순환 실험을 통해 분석하였다. The mechanical stability of the hydroxyapatite pattern and the polymer composite obtained in Example 1 was analyzed through a tensile test and a human mimic circulation experiment.

상기 실시예 1.3 과 같이 패턴 형태로 하이드록시 아파타이트를 도입한 폴리-L-락티드 박막과의 비교를 위해 상기 비교예 1 하이드록시 아파타이트가 전면에 코팅된 폴리-L-락티드 박막을 준비하였다.For comparison with the poly-L-lactide thin film in which hydroxy apatite was introduced in the pattern form as in Example 1.3, the poly-L-lactide thin film coated on the entire surface of Comparative Example 1 hydroxyapatite was prepared.

기계적 변형이 가해졌을 때의 하이드록시 아파타이트 패턴의 안정성을 비교 분석하기 위해, 하이드록시 아파타이트가 패턴 형태로 도입된 폴리-L-락티드와 전면 코팅된 폴리-L-락티드를 각각 5%의 변형율로 인장한 후, 주사전자현미경으로 분석하였다.In order to analyze the stability of the hydroxyapatite pattern when mechanical deformation is applied, the poly-L-lactide and the front-coated poly-L-lactide in which the hydroxyapatite is introduced in the pattern form are respectively 5% strain rate. After tensioning, the analysis was performed by scanning electron microscopy.

도 4의 (a)를 보면 하이드록시 아파타이트가 전면 코팅된 경우, 변형이 가해지고 원형으로 돌아옴에 따라 취성이 있는 세라믹 하이드록시 아파타이트 층이 깨지는 현상을 저배율과 고배율 전자현미경 사진에서 확인할 수 있다. 이러한 표면 균열은 실제 혈관으로 응용될 때, 표면 박리를 일으킬 수 있고 이는 염증 반응으로 이어질 가능성이 있다. 반면, 도 4 (b)에서의 하이드록시 아파타이트 패턴의 경우, 취성이 강한 세라믹임에도 불구하고, 변형과 회복에 따른 표면의 균열이나 박리가 관찰되지 않았다. 이는 체내 식립시, 생체활성 세라믹 층의 안정성을 의미하므로 세포의 안정적인 회복에 도움을 준다.Referring to (a) of FIG. 4, when the hydroxyapatite is completely coated, the phenomenon in which the brittle ceramic hydroxyapatite layer is broken as deformation is applied and returns to a circular shape can be confirmed in a low magnification and a high magnification electron micrograph. Such surface cracks, when applied to actual blood vessels, can cause surface peeling which can lead to inflammatory reactions. On the other hand, in the case of the hydroxyapatite pattern in FIG. This means that the stability of the bioactive ceramic layer at the time of implantation in the body helps the stable recovery of cells.

실제 인공 혈관으로 사용될 때, 동적 흐름 조건에서의 하이드록시 아파타이트 패턴의 안정성을 비교 분석하기 위해, 관류 펌프(perfusion pump)를 사용하여 생체 모방 실험을 4주간 진행하였다.In order to compare and analyze the stability of the hydroxyapatite pattern under dynamic flow conditions when used as a real artificial blood vessel, a biomimetic experiment was conducted for 4 weeks using a perfusion pump.

하이드록시 아파타이트가 패턴 형태로 도입된 폴리-L-락티드와 전면 코팅된 폴리-L-락티드를 관 형태로 말아서 실리콘 관 내부에 장치한 후, 인산 완충 생리식염수 (Dulbecco's phosphate-buffered saline, DPBS)를 체내 혈류 속도와 유사한 분당 100 ml의 속도로 유입시켰으며, 3일에 한번 생리식염수를 교체하였다.Poly-L-lactide and full-coated poly-L-lactide with hydroxyapatite introduced in a pattern form were rolled into a silicone tube and placed inside a silicone tube, followed by Dulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS). ) Was introduced at a rate of 100 ml per minute, similar to the rate of blood flow in the body, and physiological saline was changed once every three days.

4주간의 실험 이후, 주사전자현미경을 이용해 표면 하이드록시 아파타이트의 형태를 관찰하였다.After four weeks of experiments, the shape of the surface hydroxyapatite was observed using a scanning electron microscope.

도 4의 (c)를 보면 하이드록시 아파타이트가 전면 코팅된 경우, 4주간 동적 흐름에 노출됨에 따라 취성이 있는 세라믹 하이드록시 아파타이트 층이 깨지고 박리되는 현상을 전자현미경 사진에서 확인할 수 있다. 이러한 표면 박리는 생체활성 세라믹의 부재로 인해 혈관 내벽 세포의 회복에 부정적인 영향을 주며 추가적으로 염증 반응으로 이어질 가능성이 있다. 반면, 도 4 (d)에서의 하이드록시 아파타이트 패턴의 경우, 취성이 강한 세라믹임에도 불구하고, 동적 흐름에 따른 표면의 균열이나 박리가 관찰되지 않았다. 이는 체내 식립시, 생체활성 세라믹 층의 안정성을 의미하므로 세포의 안정적인 회복에 도움을 준다.Referring to (c) of FIG. 4, when the hydroxyapatite is completely coated, the phenomenon in which the brittle ceramic hydroxyapatite layer is broken and peeled off as it is exposed to dynamic flow for 4 weeks can be confirmed by electron micrographs. Such surface exfoliation negatively affects the repair of vascular lining cells due to the absence of bioactive ceramics and may further lead to inflammatory responses. On the other hand, in the case of the hydroxyapatite pattern in FIG. 4 (d), despite the brittle ceramic, no cracking or peeling of the surface due to the dynamic flow was observed. This means that the stability of the bioactive ceramic layer at the time of implantation in the body helps the stable recovery of cells.

실험예Experimental Example 4: 복합체 혈관  4: complex vessel 내피 세포Endothelial cells 배양 실험 Culture experiment

상기 실시예 1에서 제조한 하이드록시 아파타이트 패턴과 고분자 복합체의 생체활성도를 알아보기 위해 인간 배꼽정맥내피세포를 배양하여 복합체 표면에서 자란 세포의 형상을 관찰하였다.Human umbilical vein endothelial cells were cultured to examine the bioactivity of the hydroxyapatite pattern and the polymer complex prepared in Example 1, and the shape of the cells grown on the surface of the complex was observed.

세포를 분주하기 전, 복합체를 70 부피% 에탄올에 1시간 동안 세척하고 멸균한 이후 2시간동안 자외선 처리하였다. Before dispensing the cells, the complexes were washed in 70% by volume ethanol for 1 hour and sterilized and then UV treated for 2 hours.

멸균된 10 × 10 mm의 순수한 폴리-L-락티드 박막과 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드 박막에 1 ml 세포 부유액(cell suspension, 세포농도 3×104 cells/mL)을 분주하였다. 95% 이산화탄소 분위기 인큐베이터에서 1일 동안 배양한 후, 세포 형상을 관찰하기 위해 처리하였다. A 1 ml cell suspension (cell concentration 3 × 10 4 cells / mL) was added to a sterile 10 × 10 mm pure poly-L-lactide thin film and a hydroxyapatite patterned poly-L-lactide thin film. Busy. After incubation in a 95% carbon dioxide atmosphere incubator for 1 day, the cells were treated to observe the cell morphology.

복합체 표면에서 자란 세포 형상은 각각 세포질과 세포핵을 붉은색 계열의 팔로이딘(Phalloidin)과 푸른색 계열의 4′,6′디아미노-2-페닐인돌로 염색하여 공초점레이저주사현미경(Confocal Laser Scanning Microscope, CLSM)으로 분석하였고, 얻어진 결과를 도 5의 (a), (b), (c), (d)에 나타내었다. The cell shape grown on the surface of the complex was confocal laser scanning by staining the cytoplasm and nucleus with red Phalloidin and blue 4 ', 6'diamino-2-phenylindole. Microscope, CLSM), and the results obtained are shown in (a), (b), (c) and (d) of FIG. 5.

도 5는 (a,b) 순수한 폴리-L-락티드 박막과 실시예 1에서 제조된 (c,d) 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드 박막을 이용하여 혈관내피세포의 일종인 인간 배꼽정맥내피세포를 1일 동안 표면에 배양한 후 관찰한 저배율과 고배율의 공초점레이저주사현미경 사진이다. 5 is a type of vascular endothelial cells using (a, b) pure poly-L-lactide thin film and poly-L-lactide thin film on which (c, d) hydroxy apatite pattern prepared in Example 1 was transferred Low and high magnification confocal laser scanning microscopic images of human umbilical vein endothelial cells cultured on the surface for 1 day.

도 5의 (a)를 참조하면, 순수한 폴리-L-락티드 표면에서 세포들이 위족을 잘 뻗지 못하고 붉은 색으로 염색된 세포질 부분이 일그러진 형상을 갖는 것을 볼 수 있다. 이를 확대한 도 5의 (b)를 참조하면, 이 현상을 더 확실히 관찰할 수 있다. 도 5의 (c)를 참조하면, 생체 활성의 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드 표면에서는 세포들이 고유의 형상을 잘 유지하며 부착되어 있고 그 수도 순수한 폴리-L-락티드에 비해 많음을 알 수 있다. 특히 이를 확대한 도 5의 (d)를 참조하면, 세포들이 하이드록시 아파타이트 패턴 위에 정렬한 듯한 형상을 보이며, 이는 인공 혈관 표면에서의 신속한 세포 수복을 도울 수 있다. 결과적으로, 하이드록시 아파타이드 패턴이 도입됨에 따라 복합체 표면의 생체적합성이 전반적으로 개선되는 것을 볼 수 있다.Referring to (a) of FIG. 5, it can be seen that cells on the pure poly-L-lactide surface do not extend the limbs well and have a distorted shape of the cellular part stained in red. Referring to FIG. 5B, which is enlarged, this phenomenon can be observed more reliably. Referring to (c) of FIG. 5, in the poly-L-lactide surface to which the bioactive hydroxyapatite pattern is transferred, cells are well attached to the poly-L-lactide and maintain their inherent shape. It can be seen that compared to many. In particular, referring to FIG. 5 (d) in which this is enlarged, the cells appear to be aligned on the hydroxyapatite pattern, which may help rapid cell repair on the surface of artificial blood vessels. As a result, it can be seen that the biocompatibility of the composite surface is generally improved as the hydroxy apatide pattern is introduced.

표면에서 세포의 증식 속도를 비교하기 위하여 세포 증식 비교 실험을 진행하였다. 순수한 폴리-L-락티드 박막과 실시예 1에서 제조된 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드 박막 위에 인간 배꼽정맥내피세포를 분주하고 각각 2일과 5일 후, MTS assay를 이용하여 세포의 증식 정도를 비교하였다.Cell proliferation comparison experiments were conducted to compare the proliferation rates of cells on the surface. Human umbilical vein endothelial cells were dispensed on the pure poly-L-lactide thin film and the poly-L-lactide thin film on which the hydroxyapatite pattern prepared in Example 1 was transferred and after 2 and 5 days, respectively, by MTS assay. The degree of proliferation of the cells was compared.

도 5의 (e)를 참조하면, 2일에서 순수한 폴리-L-락티드에 비해 하이드록시 아파타이트가 전사된 폴리-L-락티드에서 통계적으로 유의하게 더 많은 세포가 증식함을 알 수 있고, 5일 후에도 유사한 경향이 나타남을 확인할 수 있다. 결과적으로, 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사됨에 따라 세포의 증식도 활발해짐을 확인할 수 있다.Referring to (e) of FIG. 5, it can be seen that at 2 days, more cells proliferate in the poly-L-lactide to which hydroxyapatite is transcribed compared to the pure poly-L-lactide. Similar trends appear after 5 days. As a result, it can be seen that as the hydroxyapatite pattern is transcribed, the proliferation of cells is also enhanced.

실험예Experimental Example 5: 복합체 혈소판 배양 실험 5: Complex Platelet Culture Experiment

상기 실시예 1에서 제조한 하이드록시 아파타이트 패턴과 고분자 복합체의 혈액 내 안정도를 알아보기 위해 인간 혈소판을 배양하여 복합체 표면에서 자란 혈소판의 형상을 주사전자현미경으로 관찰하고 혈소판을 계수하여 정량적으로 분석하였다.In order to determine the blood stability of the hydroxyapatite pattern and the polymer complex prepared in Example 1, the platelets grown on the surface of the complexes were cultured by culturing human platelets, and the platelets were counted and analyzed quantitatively.

시편의 멸균은 실험예 4와 동일하게 진행하였으며, 생리식염수에 혼합된 혈소판 용액을 순수한 폴리-L-락티드와 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드 박막 표면에 분주하여 1시간 동안 배양하였다. 배양 후, 글루타르알데히드 용액으로 혈소판을 고정하고 에탄올 수용액을 이용해 단계적으로 탈수하여 주사전자현미경으로 관찰하였다.Sterilization of the specimen was performed in the same manner as in Experiment 4, and the platelet solution mixed with saline was dispensed on the surface of the poly-L-lactide thin film on which the pure poly-L-lactide and hydroxyapatite patterns were transferred, for 1 hour. Incubated. After incubation, platelets were fixed with glutaraldehyde solution, and dehydrated stepwise using an aqueous ethanol solution and observed by scanning electron microscopy.

도 6의 (a)를 참조하면, 순수한 폴리-L-락티드 표면에서는 혈소판이 더 넓게 뻗어서 부착되어 있고 그 수도 많음을 확인할 수 있다. 도 6의 (b)를 참조하면, 사진 상의 하이드록시 아파타이트 부분에서는 혈소판이 거의 관찰되지 않고 그 형상도 일그러진 모양을 확인할 수 있다. 이는 혈소판의 수를 측정한 도 6의 (c)에서 두드러지는데, 하이드록시 아파타이트가 전사된 폴리-L-락티드 표면에서 통계적으로 유의하게 적은 수의 혈소판이 관찰됨을 확인할 수 있다. 결과적으로, 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사됨에 따라, 체내에서 혈전생성 초기 역할을 담당하는 혈소판의 수가 현저하게 감소함을 확인할 수 있고 이에 따라 하이드록시 아파타이트 패턴이 전사된 폴리-L-락티드의 혈액내 안정성이 더 우수할 것을 기대할 수 있다.Referring to Figure 6 (a), it can be seen that the platelets are stretched wider and attached to a larger number of pure poly-L-lactide surface. Referring to FIG. 6B, the platelet is hardly observed in the hydroxyapatite portion of the picture, and the shape of the platelet is distorted. This is prominent in (c) of FIG. 6, in which the number of platelets is measured, and it can be seen that a statistically significant number of platelets is observed on the surface of poly-L-lactide to which hydroxyapatite is transferred. As a result, as the hydroxyapatite pattern is transcribed, it can be seen that the number of platelets that play an early role in the thrombogenesis in the body is markedly reduced, and thus the hydroxyapatite pattern is transcribed in the blood of poly-L-lactide. You can expect better stability.

Claims (15)

고분자 용액으로 용매 캐스팅하여 제조되는 유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film); 및
고분자 막이 휘어질 때 박리되지 않도록, 포토리소그래피 공정을 통해 패턴 형상(profile)이 음각 또는 양각으로 구현되어 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료가 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 상기 고분자 막 표면에 전사되어, 고분자 막 표면에 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료;
를 포함하는 인공혈관.
Flexible polymer film (flexible polymer film) prepared by solvent casting into a polymer solution; And
In order to prevent peeling when the polymer film is bent, a pattern profile is embossed or embossed through a photolithography process so that the thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material is solvent-cast into the polymer solution. A thin film patterned ceramic and / or metal containing bioactive material transferred to and embedded in the polymer film surface;
Artificial blood vessels comprising a.
제1항에 있어서, 박막 패터닝된 생체 활성 재료에 함유되는 세라믹 또는 금속은 하이드록시 아파타이트, 티타늄, 탄탈륨 및 금으로 구성된 군에서 선택된 것이 특징인 인공혈관.
The artificial blood vessel of claim 1, wherein the ceramic or metal contained in the thin film patterned bioactive material is selected from the group consisting of hydroxyapatite, titanium, tantalum, and gold.
제1항에 있어서, 박막 패터닝된 생체 활성 재료는 패턴의 형상으로 선 형태인 것이 특징인 인공혈관.
The artificial blood vessel of claim 1, wherein the thin film patterned bioactive material is linear in the shape of a pattern.
제3항에 있어서, 포토리소그래피 공정을 통해 구현되는 패턴의 너비와 패턴 사이의 간격은 각각 독립적으로 10 ~ 100 μm 인 것이 특징인 인공혈관.
The artificial blood vessel according to claim 3, wherein the width of the pattern and the spacing between the patterns, which are implemented through the photolithography process, are independently 10 to 100 μm.
제1항에 있어서, 박막 패터닝된 생체 활성 재료는 패턴의 형상으로 점(dot) 형태인 것이 특징인 인공혈관.
The artificial blood vessel according to claim 1, wherein the thin film patterned bioactive material is in the form of a dot in the shape of a pattern.
제5항에 있어서, 포토리소그래피 공정을 통해 패턴의 지름과 패턴 사이의 간격은 각각 독립적으로 5 ~ 20 μm 인 것이 특징인 인공혈관.
The artificial blood vessel according to claim 5, wherein the diameter of the pattern and the distance between the patterns are independently 5-20 μm through a photolithography process.
제1항에 있어서, 고분자 막의 두께는 100 ~ 300 μm 인 것이 특징인 인공혈관.
The artificial blood vessel according to claim 1, wherein the polymer membrane has a thickness of 100 to 300 µm.
제1항에 있어서, 고분자의 재료는 폴리-L-락티드, 폴리 락티드-글리콜리드 공중합체, 폴리 카플로락톤 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택된 생분해성 고분자인 것이 특징인 인공혈관.
The artificial blood vessel according to claim 1, wherein the material of the polymer is a biodegradable polymer selected from the group consisting of poly-L-lactide, polylactide-glycolide copolymers, polycaflolactone and combinations thereof.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료 상에 세포가 부착 및 세포 고유의 형상을 유지하면서 배양되어 조직이 수복(repair)될 수 있는 것이 특징인 인공혈관.
The tissue of claim 1, wherein the cells are cultured on a thin-patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material while maintaining adhesion and cell-specific shape to repair the tissue. Artificial blood vessels characterized by being.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료 상에 혈소판 부착이 억제된 것이 특징인 인공혈관.
The artificial blood vessel according to any one of claims 1 to 8, wherein platelet adhesion is suppressed on the thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material.
유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film); 및 상기 고분자 막 표면에, 고분자 막이 휘어질 때 박리되지 않도록 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 포함하는 인공혈관의 제조방법으로서,
상기 고분자 막 제조 공정 중 고분자 용액으로 용매 캐스팅 시 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 전사하여, 유연성이 있는 고분자 막(flexible polymer film) 표면에 내장되도록 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료를 박막 패터닝하는 제1단계; 및
생체 활성 재료가 박막 패터닝된 고분자 막을 말아서 도관을 형성하는 제2단계를 포함하는 것이 특징인 인공혈관의 제조방법.
Flexible polymer film; And a thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material embedded on the surface of the polymer membrane such that the polymer membrane is not peeled off when the polymer membrane is bent.
The ceramic and / or metal-containing biomaterial is transferred to a thin film-patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material during solvent casting with a polymer solution during the polymer film manufacturing process and embedded on the surface of the flexible polymer film. A first step of thin film patterning the active material; And
And a second step of forming a conduit by rolling the thin film patterned polymer membrane as the bioactive material.
제11항에 있어서, 제1단계는
포토레지스트 공정을 통해 지지체 표면에 감광액 패턴을 형성하는 제1-1단계;
물리적 증착법(Physical Deposition)을 통해 감광액 패턴의 음각 부위에 대응되는 금속 박막 패턴을 증착(deposition)시킨 후 감광액 패턴을 제거하여 지지체 표면에 금속 박막 패턴을 형성하는 제1-2단계;
금속 박막 패턴의 음각 부위에 대응되는 홈에 세라믹 전구체 함유 용액을 적용한 후 반응을 통해 금속 박막 패턴의 음각에 대응되는 세라믹 박막 패턴을 지지체 표면에 형성하면서 금속 박막 패턴을 제거하는 제1-3단계; 및
지지체 표면에 형성된 세라믹 박막 패턴을 유연성이 있는 고분자 막에 전사하는 제1-4단계
를 포함하는 것이 특징인 인공혈관의 제조방법.
The method of claim 11, wherein the first step is
Step 1-1 to form a photosensitive liquid pattern on the surface of the support through a photoresist process;
A first step of forming a metal thin film pattern on the surface of the support by depositing a metal thin film pattern corresponding to an intaglio portion of the photosensitive liquid pattern through physical deposition and then removing the photosensitive liquid pattern;
Applying a ceramic precursor-containing solution to the groove corresponding to the intaglio portion of the metal thin film pattern, and then removing the metal thin film pattern by forming a ceramic thin film pattern corresponding to the intaglio of the metal thin film pattern on the support surface; And
Steps 1-4 for transferring the ceramic thin film pattern formed on the support surface to the flexible polymer film
Method for producing artificial blood vessels, characterized in that it comprises a.
제11항에 있어서, 제1단계는
포토레지스트 공정을 통해 지지체 표면에 감광액 패턴을 형성하는 제1-1단계;
물리적 증착법(Physical Deposition)을 통해 감광액 패턴의 음각 부위에 대응되는 금속 박막 패턴을 증착(deposition)시킨 후 감광액 패턴을 제거하여 지지체 표면에 금속 박막 패턴을 형성하는 제1-2단계; 및
지지체 표면에 형성된 금속 박막 패턴을 유연성이 있는 고분자 막에 전사하는 제1-4단계
를 포함하는 것이 특징인 인공혈관의 제조방법.
The method of claim 11, wherein the first step is
Step 1-1 to form a photosensitive liquid pattern on the surface of the support through a photoresist process;
A first step of forming a metal thin film pattern on the surface of the support by depositing a metal thin film pattern corresponding to an intaglio portion of the photosensitive liquid pattern through physical deposition and then removing the photosensitive liquid pattern; And
Steps 1-4 to transfer the metal thin film pattern formed on the surface of the support to a flexible polymer film
Method for producing artificial blood vessels, characterized in that it comprises a.
제11항에 있어서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 인공혈관의 제조방법.
The method for producing an artificial blood vessel according to claim 11, wherein the artificial blood vessel according to any one of claims 1 to 8.
신축성 또는 곡면을 형성할 수 있는 유연성이 있는 고분자 구조체; 및
상기 고분자 구조체 표면이 신축 또는 휘어질 때 박리되지 않도록, 포토리소그래피 공정을 통해 패턴 형상(profile)이 음각 또는 양각으로 구현되어 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료가 상기 고분자 구조체의 성형 중 상기 고분자 구조체 표면에 전사되어, 고분자 구조체 표면에 내장된, 박막 패턴화된 세라믹 및/또는 금속 함유 생체 활성 재료;
를 포함하는 신축성 또는 유연성이 있는 삽입체(implant).
A polymer structure having flexibility to form stretchable or curved surfaces; And
In order to prevent peeling when the surface of the polymer structure is stretched or bent, a pattern profile is embossed or embossed through a photolithography process to form a thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material to form the polymer structure. A thin film patterned ceramic and / or metal-containing bioactive material transferred to the surface of the polymer structure and embedded in the surface of the polymer structure;
Elastic or flexible insert (implant) comprising a.
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