KR20210135268A - 복합 바이오텍스타일을 포함하는 의료용 임플란트 컴포넌트 및 제조 방법 - Google Patents

복합 바이오텍스타일을 포함하는 의료용 임플란트 컴포넌트 및 제조 방법 Download PDF

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KR20210135268A
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biotextile
medical implant
polyurethane
polyolefin
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KR1020217031267A
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봉 니콜라에스 후베르투스 마리아 드
노엘 엘 다비손
만디 마리아 요제피나 비르만스
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디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
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Abstract

본 발명은 i) 2 내지 250 dtex의 티터, 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥을 포함하는 폴리올레핀 섬유 구조체; 및 ii) 폴리실록산 분절를 포함하고/거나 하나 이상의 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는 코팅을 포함하는 복합 바이오텍스타일을 포함하는 의료용 임플란트 컴포넌트에 관한 것으로서, 상기 폴리우레탄 코팅은 바이오텍스타일 적어도 일부 표면 상에 복합 바이오텍스타일을 기준으로 2.5 내지 90 질량%의 양으로 존재한다. 부분적으로 코팅된 직조 패브릭과 같은 이러한 복합 바이오텍스타일은 우수한 생체적합성, 특히 혈액적합성, 고강도 및 유연성, 및 레이저 절단능의 유리한 조합을 나타내서, 높은 봉합 유지 강도를 갖는 잘 한정된 규칙적인 가장자리를 갖는 패브릭 조각을 제조할 수 있다. 본 발명은 또한 상기 복합 바이오텍스타일의 제조 방법을 제공한다. 추가 양태는 이식가능한 의료용 장치에 대한 의료용 임플란트 컴포넌트에서 또는 이식가능한 의료용 장치를 위한 의료용 임플란트 컴포넌트로서의 이러한 바이오텍스타일의 용도 및 이식가능한 의료용 장치, 예컨대 정형외과 적용례 및 심혈관 임플란트의 제조에서 이러한 의료용 임플란트 컴포넌트의 용도에 관한 것이다. 다른 양태는 이러한 의료용 장치 또는 상기 의료용 임플란트 컴포넌트를 포함하는 임플란트를 포함한다.

Description

복합 바이오텍스타일을 포함하는 의료용 임플란트 컴포넌트 및 제조 방법
개시된 발명은 바이오텍스타일(biotextile), 더욱 구체적으로 개질된 폴리올레핀 섬유 구조체를 기재로 하는 의료용 임플란트 컴포넌트, 이러한 컴포넌트의 제조 방법, 및 의료용 임플란트를 제조하는 데 있어서 이러한 컴포넌트의 용도에 관한 것이다.
용어 "의료용 텍스타일"은 일반적으로 순환하는 혈액 또는 열린 상처와 접촉하지 않고 신체 외부에서 사용되는 섬유 네트워크로 만들어진 유연한 재료, 예컨대 붕대, 드레싱, 안대, 요실금 제품, 교정기, 수술용 드레이프, 안면 마스크 등에 사용된다. 바이오텍스타일은 합성 또는 천연 섬유로 제조된 케이블 및 텍스타일과 같이 생존할 수 없고 영구적이거나 일시적인 섬유 구조체를 지칭하고, 내부(신체 내부) 또는 외부(신체 외부) 생물학적 환경에서 부상 또는 질병의 예방, 치료 또는 진단을 위한 의료용 장치로서 사용되고, 그 자체로 환자의 건강, 의학적 상태, 편안함 및 웰빙을 개선하는 역할을 한다.
바이오텍스타일이 사용될 수 있는 의료용 임플란트의 예는 외과용 봉합사, 탈장 메쉬, 인대 및 힘줄, 및 심혈관 적용례, 예컨대 패치, 이식편 및 인공 심장 판막을 포함한다. 임플란트에 사용할 수 있는 섬유에 대한 요건은 생체적합성, 생체분해성 대 생체안정성, 기계적 특성, 예컨대 강도 및 순도(예컨대, 독성 물질이 없고, 윤활제 및 사이징제와 같은 표면 오염물이 없음)와 관련된다. 임플란트를 식립하는 많은 수술 절차는 개방 또는 경피/내시경 수술 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 후자의 최소 침습적 접근법은 환자의 더 빠른 회복 시간과 같은 임상적 이점으로 인해 점점 더 많이 채택되고 있다. 이러한 유형의 절차의 채택률이 증가하면 사용되는 장치의 프로필이 더 낮아질 필요가 있고, 유연성 요건을 충족하는 바이오텍스타일 제품을 요구하고, 예컨대 사용 중인 텍스타일(textile) 또는 패브릭(fabric)의 특성 및 성능에 부정적인 영향을 미치지 않으면서, 좁은 전달 시스템에 맞게 압착 및 압축한다. 패브릭은, 예를 들어 편직(knitting), 제직(weaving) 또는 편조(braiding)에 의해 하나 이상의 섬유 가닥을 엮어서 만든 유연한 텍스타일이고, 일반적으로 텍스타일은 길이 및 너비와 같은 다른 치수보다 훨씬 작은 두께를 갖는다.
생체적합성 및 생체안정성 패브릭의 예는 폴리올레핀계 섬유; 특히 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 제조된 가늘지만 매우 강한 모노필라멘트 또는 멀티-필라멘트 얀(yarn)으로 제조된 패브릭을 포함한다. 이러한 UHMWPE 섬유는 봉합사, 메쉬, (스텐트-)이식편 및 심장 판막과 같은 의료용 임플란트에 적용되거나 의료용 임플란트에서의 사용을 위해 제안된다.
생체의학 용도의 경우, 텍스타일 또는 패브릭은 종종 원하는 크기 또는 모양의 더 작은 조각으로 절단되어야 하고/거나, 예를 들어 스티칭(stitiching) 또는 봉합을 통해 다른 (임플란트 또는 신체) 컴포넌트에 연결되어야 한다. 일반적으로, 이러한 패브릭 조각의 적어도 절단 가장자리(cut edge)는 해어짐(fraying) 또는 라벨링(ravelling) 내성 및 봉합 유지 강도를 증가시키기 위해 일부 형태의 안정화가 필요하다. 봉합 유지는 패브릭을 통과하는 봉합사에 작용하는 인장력으로 인해 찢어지거나 풀리지 않는 패브릭의 능력을 나타내며, 일반적으로 패브릭을 금속 스텐트와 같은 의료용 장치의 다른 컴포넌트에 고정한다. 영구 의료용 임플란트, 특히 경피적으로 직접 혈액과 접촉하여 전달되는 임플란트의 컴포넌트로 사용되는 바이오텍스타일의 절단 가장자리를 안정화하는 데는 많은 문제가 있다. 구체적으로, 일반적인 안정화 기술의 단점은 (i) 컴포넌트 및 장치의 추가 프로필(이에 의해 이를 이식하기 위해 더 큰 카테터가 요구됨), (ii) 혈전생성과 같은 최적의 혈액 접촉 특성이 없을 수 있는 추가 재료, (iii) 절단 가장자리 바이오텍스타일 형태의 왜곡, (iv) 혈류내 외래 미립자의 색전증의 위험을 증가시키는 안정화 물질의 불충분한 결합 강도, 및 (v) 바이오텍스타일의 경화 또는 유연성 감소를 포함할 수 있다.
또한, 패브릭의 표면 질감, 거칠기, 다공성 및 기공 크기와 같은 물리적 특성은 체액 및 조직과의 상호작용에 영향을 미치는 것으로 알려져 있고, 이러한 특성은, 예를 들어 혈액 응고, 선천적 염증 반응 또는 조직 내부 성장을 제어하기 위해 주어진 적용례에 대해 조정될 필요가 있을 수 있다.
문헌 US 5,178,630은 라벨(ravel) 내성 직조 합성 혈관 이식편, 즉 폴리에스터(폴리에틸렌 테레프탈레이트, PET) 얀으로 제조되고 직포에 저융점 가용성 가닥을 포함하는 직조 패브릭(woven fabric)을 제조하는 것을 기술한다. 패브릭을 열경화한 후, 가용성 컴포넌트는 이웃하는 다른 얀과 연결되어 라벨 내성을 증가시킨다. 가용성 가닥은 PET 코어 및 저융점 중합체 외피를 갖는 이성분 필라멘트로부터 형성된 얀일 수 있다. 이 문헌은 또한 부드럽고 얇은 유사내막 형성을 촉진하기 위해 미세한 저 프로필 직조 내부 표면과 질감이 조직 접착 및 내부 성장을 향상시키는 벨루어 표면과 같은 얀 루프가 있는 외부 질감 표면을 갖는 패브릭을 기술한다.
US 5,741,332는 합성 섬유를 제직 또는 편조하여 형성된 혈관 이식편과 같은 관형 연조직 보철물에 관한 것이다. 이 문헌은 가장자리의 해어짐 내성 및 내부 및 외부 표면의 다양한 다공성 제어와 같은 문제를 해결한다. 층을 연결하는 맞물린 얀 또는 접착식으로 적층된 별도로 형성된 층을 갖는 다층 3차원 편조 구조가 기술된다. 이 접근법은 누출 및 혈전 형성을 방지하기 위해 매끄러운 표면과 낮은 다공성을 갖는 내부 층과 조직 내부 성장을 향상시키기 위한 텍스쳐링된 표면을 갖는 외부 층을 생성할 것이다. 편조 구조는 열 용융되어 주변 얀에 결합되어 라벨 내성을 향상시키고 신체 내강에 봉합하기에 보다 적합한 이식편을 제공하는 가용성 재료를 추가로 포함할 수 있다. 편조 구조는 전형적으로 20 내지 1,000 데니어 PET 멀티-필라멘트 얀 및 저융점 가용성 얀으로 제조된다.
US 4,693,720은 탄소 섬유로 만들어진 직조 패브릭을 포함하는 수술용 메쉬를 기술하고, 이 메쉬에 섬유 생산을 가능하게 하기 위해 존재하는 모든 비-생체적합성 사이징을 제거한 후 폴리카프로락톤(PCL)과 같은 생체분해성 중합체의 제1 얇은 코팅(또는 사이징)이 패브릭을 (재)안정화하기 위해 용액 코팅에 의해 적용된다. 제2 코팅 층이 더 높은 농도의 생체분해성 중합체(예컨대, PCL) 용액을 사용하여 패브릭의 가장자리에 적용된다. 이렇게 형성된 가장자리 스트립은 장치가 외과적으로 이식될 때 스티치 또는 봉합사를 지지하기에 충분히 강한 것으로 표시된다. 다르게는, 중합체 필름 스트립을 가장자리에 적용하고 가열하여 패브릭 가장자리를 용융 코팅할 수 있다.
US 2014/0374002에서, 예를 들어 뜨거운 공기를 방출하는 노즐을 사용하여 패브릭의 섹션에 열을 전달하는 단계, 및 이어서 가열된 섹션을 압축하여 섬유를 적어도 부분적으로 융합하는 단계를 포함하는, 직조 패브릭에서 해어지지 않고 융합된 가장자리의 제조 방법이 기술된다. 이어서, 예를 들어 회전 칼을 사용하여 융합된 섹션에서 패브릭을 절단하여 안정된 가장자리를 형성한다.
JP 5111505는 취급성이 좋고 봉제 및 해어짐 내성과 같은 개선된 특성을 나타내는 인공 혈관을 제조하는 것에 관한 것이다. 문헌은 특히 0.8 dtex 이하의 극세 섬유와 3 내지 45 질량%(섬유 기준)의 중합체 엘라스토머로 제조된 인공 혈관을 기술한다. 더욱 구체적으로, 관형 구조는 제직 또는 기타 기술에 의해 극세 섬유로부터 형성되고, 엘라스토머는 함침 또는 코팅, 바람직하게는 박막을 열로 적층함으로써 구조에 액체로 적용된다. 엘라스토머는 관형 구조의 섬유를 완전히 덮지 않고, 관형 구조의 내부가 아니라 외부에 엘라스토머를 적용하도록 교시된다. 적합한 중합체 엘라스토머는 폴리우레탄, 폴리우레아, 아크릴, 스티렌 공중합체 및 천연 고무를 포함한다. 실험에서, 관형 편직 구조는 PET/폴리스티렌 해도 섬유로 제조되고, 이어서 트라이클로로에틸렌으로 처리되어 폴리스티렌 컴포넌트를 제거한다. 관형 섬유 구조체는 이후에 폴리에터 우레탄으로 코팅되었다. 생성된 구조는 개 대동맥에 이식할 때 우수한 해어짐 내성, 봉합성 및 치유를 나타냈다.
상기 문헌의 개시내용에도 불구하고, 생체의학 적용례에 사용하기에 적합한 폴리올레핀계 텍스타일에 대한 필요성이 여전히 존재하고, 바이오텍스타일은 생체적합성과 높은 유연성, 절단성, 해어짐 내성 및 봉합 유지 강도와 같은 특성을 조합한다.
본 개시내용의 목적은 바이오텍스타일이, 예컨대 패브릭을 절단함으로써 제조된 가장자리에서 생체적합성, 높은 유연성, 및 해어짐 내성 및 봉합 유지 강도와 같은 특성을 조합하는, 생체의학 적용례에 사용하기 위한 이러한 폴리올레핀계 텍스타일을 제공하는 것; 및 이러한 패브릭을 제조하는 방법을 제공하는 것을 포함한다.
하기 본원에 기술되고 청구범위에서 특징지어지는 양태는 의료용 장치, 특히 심혈관 임플란트를 제조하는 컴포넌트로서 사용하기에 적합하도록 하는 여러 특성을 조합하는 바이오텍스타일을 제공한다. 본 발명의 양태에 따라, 본 개시내용은 청구범위 제1항에 따른 의료용 임플란트 컴포넌트, 또는 의료용 임플란트 컴포넌트로서 사용하기 위한 복합 바이오텍스타일을 제공하고, 이때 상기 복합 바이오텍스타일은 i) 2 내지 250 dtex의 티터, 및 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥으로 제조된 폴리올레핀 섬유 구조체; 및 ii) 연질 분절의 폴리실록산을 포함하고/거나 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는 코팅을 포함하고, 상기 폴리우레탄 코팅은 섬유 구조체의 적어도 일부 표면 상에 적용되고, 복합 바이오텍스타일을 기준으로 2.5 내지 90 질량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 이러한 복합 바이오텍스타일은, 예컨대 이식편 재료 또는 판막엽과 같은 의료용 임플란트의 컴포넌트에서 또는 이러한 컴포넌트로서 이의 의도된 사용을 위해 코팅된 위치에서 레이저를 사용하여 원하는 크기로 절단되어, 코팅되지 않고 레이저로 절단된 폴리올레핀 섬유 구조체에 비해 개선된 해어짐 내성 및 봉합 유지를 나타내는 잘 한정되고 안정적인 절단 가장자리를 갖는 바이오텍스타일의 조각을 생성할 수 있음이 밝혀졌다. 본 발명자들은 어떠한 이론에도 얽매이지 않고, 특정 소수성 분절 및/또는 말단기를 포함하는 폴리우레탄이 폴리올레핀을 적절하게 코팅하고 이에 접착되고, 복합 바이오텍스타일을 레이저 절단할 때, 적용된 에너지가 온도를 폴리우레탄 코팅 및 폴리올레핀의 융점보다 높게 단기간에 국소적으로 증가시켜 폴리우레탄, 특히 TPU를 생성하고, 국소적으로 용융하고, 섬유 주위를 더 유동하고, 섬유를 연결하는 반면, 폴리올레핀 섬유는 이러한 조건 하에 현저한 용융 유동을 나타내지 않을 수 있음을 시사한다. 적용된 코팅이 유연성, 생체안정성 및 중요하게는 혈액적합성과 같은 섬유 구조체의 다른 특성을 저하시킬 수 있으므로, 개선된 해어짐 내성이 필요한 임플란트에서 이러한 폴리우레탄-코팅된 폴리올레핀 바이오텍스타일, 예를 들어 복합 직조 패브릭의 용도는 명백한 선택이 아니다. 또한, 인공 심장 판막에 관한 US 2014/0296962는 폴리에스터 얀으로 제조되고, 예를 들어 이식편 재료로서 사용하기 위한 투과성을 안정화 및 감소시키기 위한 폴리우레탄으로 코팅된 편조 구조체를 기술한다. 그러나, 이 문헌에서, 코팅되지 않은 브레이드(braid)를 레이저 절단하는 것이 해어짐을 방지하기 위해 밀봉되는 절단 가장자리를 생성하고; 레이저 절단이 적용될 때, 브레이드의 절단 가장자리를 안정화하기 위한 임의의 코팅의 필요성이 감소되거나 심지어 제거됨을 교시한다.
본 발명의 복합 바이오텍스타일의 다른 이점은 선택되는 위치에 코팅을 적용함으로써, 개질된 바이오텍스타일이 의료용 임플란트에 사용될 때, 강도 및 유연성과 같은 특성 이외에, 우수한 혈액적합성, 및 석회화 및/또는 조직 내부 성장의 감소와 같은 개선된 상호작용 또는 생체적합성을 나타낼 수 있다는 점이다. 이는 코팅의 화학적 성질 및/또는 (멀티-필라멘트) 폴리올레핀 섬유로 구성된 텍스타일의 상대적으로 거칠고 다공성인 표면을 덮거나 매끄럽게 하는 코팅에 기인할 수 있다.
이러한 복합 바이오텍스타일의 추가 이점은 폴리우레탄이 텍스타일의 추가 사용시 접착제로도 기능할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 복합 바이오텍스타일은 2개 이상의 층을 함께 용매- 또는 열-활성화된 결합에 의해 다층 평면 또는 관형 구조로 형성될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 복합 바이오텍스타일 층은 다른 패브릭, 필름 또는 물품에 대한 용매 또는 열 결합에 의해 적층될 수 있고; 예를 들어, 스텐트 프레임에 부착되어 (부분적으로) 덮인 스텐트를 형성하고, 이에 따라 클램프 또는 봉합사와 같은 부착 수단의 필요성을 감소시킨다. 코팅 없이 UHMWPE와 같은 고결정질 섬유로 구성된 텍스타일을, 예를 들어 레이저 용접을 사용하여 열적으로 결합하는 것은 이러한 섬유의 제한된 용융-유동 거동으로 인해 텍스타일의 특성을 왜곡하거나 열화시키지 않고는 어렵다.
실험 결과는 본 발명의 복합 바이오텍스타일의 혈액적합성, 내마모성 및 봉합 유지의 현저한 개선을 증명한다.
다른 양상에 따라, 본 개시내용은
(a) 2 내지 250 dtex의 티터, 및 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥으로 제조된 폴리올레핀 섬유 구조체를 제공하는 단계;
(b) 구조체의 의도된 사용을 위해 절단될 수 있는 섬유 구조체 상의 위치를 결정하는 단계;
(c) 임의적으로, 섬유 구조체를 구조체의 적어도 결정된 위치에서 고에너지원으로 전처리하여 표면을 활성화시키는 단계;
(d) 적어도 결정된 위치에서 섬유 구조체를, 연질 분절의 폴리실록산을 포함하고/거나 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머 및 폴리우레탄용 용매를 포함하는 코팅 조성물로 용액 코팅하는 단계; 및
(e) 코팅된 섬유 구조체로부터 용매를 제거하는 단계
를 포함하여, 바이오텍스타일의 표면의 적어도 일부에 폴리우레탄 코팅을 갖는 복합 바이오텍스타일을 생성하고, 폴리우레탄이 복합 바이오텍스타일을 기준으로 2.5 내지 90 질량%의 양으로 존재하는, 의료용 임플란트 컴포넌트에서 또는 의료용 임플란트 컴포넌트로서 사용하기 위한 복합 바이오텍스타일의 제조 방법을 제공한다.
추가 양상은 이식가능한 의료용 장치의 컴포넌트로서 이러한 복합 바이오텍스타일의 용도 및 이식가능한 의료용 장치를 제조하는 데 있어서 이러한 복합 바이오텍스타일 또는 이러한 의료용 임플란트 컴포넌트의 용도에 관한 것이고; 특히, 이러한 경우를 위하여, 의료용 임플란트의 상기 컴포넌트가 조직 강화 절차 또는 심혈관 임플란트를 비롯한 정형외과 적용례에서와 같이 신체 조직 또는 체액과 접촉하게 될 것이다. 연조직 강화 재료의 예는 탈장 복구, 복벽 재건 또는 퇴행성 조직 강화를 위한 메쉬를 포함한다. 심혈관 임플란트는 혈관 이식편, 스텐트 커버, 메쉬, 또는 정맥 판막이나 심장 판막과 같은 인공 판막과 같은 장치를 포함한다. 이러한 많은 적용례에서, 봉합은 임플란트 컴포넌트를 장치의 다른 부분 또는 주변 조직 또는 골에 연결하는 데 사용된다.
다른 양상은 상기 복합 바이오텍스타일 또는 의료용 임플란트 컴포넌트를 포함하는 이러한 의료용 장치 또는 임플란트를 포함한다.
당업자는 실험이 주로 코팅으로서 UHMWPE 섬유 및 특정 열가소성 폴리우레탄을 기재로 하는 패브릭에 관한 것이지만, 본 개시내용은, 상세한 설명에 추가로 나타낸 바와 같이, 다른 올레핀 중합체의 다른 섬유로 제조된 신축성 섬유 구조체에 유사하게 적용될 수 있고, 구조체가 가장자리 해어짐 및 봉합으로 인한 찢어짐에 민감하고; 또한 코팅 재료로 다른 폴리우레탄을 사용하는 것을 이해할 것이다.
도 1은 초단파 펄스 레이저로 제조된 UHMWPE 패브릭의 레이저 절단 가장자리의 현미경 사진을 도시한다.
도 2A 및 2B는 USP(2A) 및 CM 레이저(2B)로 제조된 UHMWPE 적층된 패브릭(CE2)의 레이저 절단 가장자리를 보여주는 현미경 사진을 도시한다.
도 3A 및 3B는 USP 레이저(3A) 및 CM 레이저(3B)로 제조된 폴리우레탄-코팅된 UHMWPE 패브릭(Ex4)의 레이저 절단 가장자리를 도시한다.
도 4A 및 4B는 샘플 Ex5의 USP 레이저(4A), 및 1-층 및 2-층 코팅된 패브릭 Ex5 및 Ex6의 CM 레이저(4B)로 제조된 다른 폴리우레탄-코팅된 UHMWPE 패브릭의 레이저 절단 가장자리를 도시한다.
도 5A 내지 5D는 코팅되지 않은 UHMWPE 패브릭(CE7; 도 5A) 및 폴리우레탄-코팅된 UHMWPE 패브릭(Ex8 내지 Ex10, 도 5B 내지 5D)에 대한 마모 시험에 노출된 샘플의 레이저 절단 가장자리 부분의 현미경 사진을 도시한다.
본 개시내용의 맥락 내에서 하기 정의가 사용된다. 섬유 구조체는, 예를 들어 인터레이싱에 의해, 접착제 또는 결합제를 사용함으로써, 또는 부분 용융에 의해 하나 이상의 섬유 가닥을 상호연결함으로써 제조된 구조, 예컨대 로프, 케이블, 테이프 또는 텍스타일을 포함하는 것으로 이해된다. 로프, 케이블 및 테이프는 가닥 또는 섬유를 기재로 하는 신장된 구조체이다. 텍스타일은 섬유 네트워크를 포함하는 유연한 물질이고, 전형적으로 양면 또는 표면이 있는 평평한 시트, 또는 내부 및 외부 표면이 있는 중공 관 형태와 같이 너비와 길이보다 훨씬 작은 두께를 갖는다. 텍스타일은 무작위로 배향된 섬유의 펠트(felt) 또는 단방향 시트와 같은 부직포, 및 편직, 뜨개질(crocheting), 제직 또는 편조와 같은 기술로 섬유 가닥으로 제조된 구조와 같은 패브릭을 포함한다. 텍스타일은 다른 방향에서 유사한 물리적 또는 기계적 특성을 갖는 등방성일 수 있고; 섬유의 유형, 수 및/또는 배향의 차이로 인해 이방성일 수 있고; 실질적으로 일정한 두께를 가지거나 그 안에서 변화를 보일 수 있다. 가닥은 섬유 다발을 의미한다. 섬유는 하나 이상의 가느다란(가늘고 긴) 실 모양 구조를 나타내는 일반적인 용어이고; 연속 섬유(필라멘트라고도 함) 및/또는 단섬유(스테이플 섬유라고도 함)를 포괄하고 단일 섬유 또는 필라멘트 및/또는 얀을 나타낼 수 있다. 필라멘트는 일반적으로 직경이 일반적으로 50 μm 미만이고 전형적으로 (용융 또는 용액) 방사 공정에 의해 만들어진 일반적으로 원형 또는 직사각형 단면을 갖는 (단일) 가는 실인 것으로 이해된다. 얀은 필라멘트 및/또는 스테이플 섬유의 연속 다발이며, 얀 일관성을 향상시키기 위해 임의적으로 함께 꼬인다. 멀티-필라멘트 얀은 얀 다발 응집성을 향상시키기 위해 임의적으로 함께 꼬인 5개 이상의 필라멘트와 같은 필라멘트 다발이다. 방적사(spun yarn)는 스테이플 섬유를 서로 꼬아 만든 실이다.
복합 패브릭과 같은 복합 섬유 구조체는 2개 이상의 구조 요소를 조합한 구조체, 예를 들어 직조 패브릭 및 다른 섬유 구조체(예컨대, 케이블, 테이프 또는 다른 패브릭) 및/또는 중합체 조성물(예컨대, 적층된 또는 코팅된 층)을 지칭한다. 적층된 텍스타일은 중합체 필름 또는 시트를 열- 또는 접착제-결합에 의해 적용될 수 있는 1 또는 2개의 측면에 부착된 중합체 층이 있는 텍스타일인 반면, 코팅된 텍스타일은 코팅이 1 또는 2개의 측면 또는 그 일부에 용액, 분산액 또는 용융물로 적용되고, 텍스타일의 섬유 사이에 부분적으로 침투하거나 섬유를 덮었을 수 있는 (예컨대, 중합체의) 코팅 층이다.
편직 또는 뜨개질 섬유 구조체는 그 자체로 고리를 만들어 서로 연결된 하나 이상의 가닥으로 만들어진다. 직조 섬유 구조체는 구조체의 길이를 따라 뻗어 있는 경사 가닥 및 이에 실질적으로 수직한 위사 또는 충전사 가닥을 갖는 2개 이상의 가닥으로 만들어지고; 경사 및 위사 가닥은 특정 직조 패턴으로 얽혀 있다(서로 위아래 교차). 편조 섬유 구조체는 대각선으로 겹치는 패턴으로 서로 얽힌 3개 이상의 가닥으로 만들어지고, 전형적으로 비교적 좁은 너비의 평면 또는 관형 구조체이다. 부직 섬유 구조체는 화학적, 기계적, 용매 및/또는 열 처리에 의해 함께 결합된 스테이플 또는 연속 섬유, 예컨대 펠트, 방적-결합(spun-bound) 또는 니들-펀치(needle-punched) 섬유 웹(web)으로 만들어질 수 있다. 섬유는 펠트와 같이 무작위로 배향될 수 있지만, 또한 실질적으로 하나(또는 이상)의 방향으로 배향될 수 있다. 마지막 경우, 특히 적층, 코팅 또는 함침에 의해 중합체와 함께 결합되는 경우, 이러한 구조체는 단방향(UD) 복합체로 지칭될 수 있다.
생체적합성 물질은 살아있는 조직과 접촉할 때 독성, 유해성 또는 면역학적 반응을 일으키지 않음으로써 생물학적으로 적합한다. 생체분해성은 물질이 효소 작용과 같은 생물학적 수단에 의해 보다 단순한 컴포넌트로 화학적 열화 또는 분해되기 쉬운 것을 의미한다. 생물안정성 또는 생물불활성은 물질이 의도된 사용 조건 및 시간 하에 실질적으로 생체분해되지 않음을 의미한다.
한 양상에 따라서, 본 발명은 i) 2 내지 250 dtex의 티터, 및 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥을 포함하는 폴리올레핀 섬유 구조체; 및 ii) 연질 분절의 폴리실록산을 포함하고/거나 하나 이상의 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는 코팅을 포함하는 복합 바이오텍스타일을 포함하는 의료용 임플란트 컴포넌트로서, 폴리우레탄 코팅이 섬유 구조체의 적어도 일부 표면 상에 적용되고, 복합 바이오텍스타일을 기준으로 2.5 내지 90 질량%의 양으로 존재하는, 의료용 임플란트 컴포넌트를 제공한다.
다른 양상에서, 본 발명은 의료용 임플란트 컴포넌트로서 사용하기 위한, 상기 단락에 정의된 바와 같은 복합 폴리우레탄/폴리올레핀 바이오텍스타일을 제공한다.
의료용 임플란트 컴포넌트는 복합 바이오텍스타일을 포함하거나 이를 기재로 하고, 이는 바이오텍스타일이 컴포넌트의 일부를 제공하는 구조 또는 강도를 형성하거나, 바람직하게는 복합 바이오텍스타일이 의료용 임플란트 컴포넌트를 형성함을 의미한다. 임플란트 컴포넌트의 일부를 형성할 수 있는 다른 품목의 예는 스텐트-이식편과 같은 심혈관 임플란트의 경우와 같은 금속 또는 중합체 스텐트 프레임, 또는 고강도 봉합사, 봉합사 앵커, 플레이트 및 나사, 또는 정형외과 임플란트의 경우에서의 다른 고정 구조체를 포함한다. 이러한 임플란트는 포장용 임시 보호 화합물 또는 필름으로 덮일 수 있거나, 캡슐에 압축 및 크림핑(crimping)될 수 있고, 임플란트 컴포넌트를 사용하기 전에 모든 부품은 제거될 수 있다. 이러한 임플란트 컴포넌트는 또한 실제 의료용 임플란트를 만들기 위해 임플란트 컴포넌트를 사용하는 도구의 역할을 할 수 있는 의료용 장치의 보조 부품, 예컨대 경피 전달 시스템, 유도관, 봉합사 통과 장치 등과 상호작용할 수 있다.
본 발명의 양태에서, 의료용 임플란트 컴포넌트는 복합 폴리우레탄/폴리올레핀 바이오텍스타일로 이루어지거나 실질적으로 이루어지고, 추가 부품을 포함하지 않고, 이는 임플란트 제조시 임플란트 컴포넌트의 사용을 단순화하고, 덜 바람직하지 않거나 바람직하지 않은 부품 또는 화합물의 도입 위험을 감소시킨다.
한 양태에서, 바이오텍스타일의 폴리올레핀 섬유 구조체는 임플란트 컴포넌트의 사용 조건에 따라 로프, 케이블, 테이프 또는 텍스타일, 또는 이들의 조합일 수 있다.
추가 양태에서, 폴리올레핀 구조체는 폴리올레핀 텍스타일, 예컨대 부직포, 또는 바람직하게는 패브릭을 포함하거나 이로 이루어고, 편직, 제직 또는 편조와 같은 다양한 성형 기술로 만들어질 수 있다. 패브릭은 실질적으로 등방성일 수 있거나 약간의 이방성을 보일 수 있다. 당업자는 이러한 패브릭 형성 방법 및 이러한 패브릭의 상이한 특성을 알고 있고; 패브릭의 특정 목적 적용례 및 요건에 따라 적합한 유형을 선택할 수 있을 것이다. 예를 들어, 편직 패브릭은 전형적으로 직조 패브릭보다 더 개방된 구조를 갖고 변형 및 확장이 더 쉬울 수 있다. 편직 패브릭의 특정 이점은, 예를 들어 신장성이 상이한 방향에서 상이할 수 있다는 것일 수 있다. 이러한 이방성 특성은, 예를 들어 혈관 장치용 컴포넌트, 예컨대 인공 판막의 이식편이나 소엽을 설계하는 데 유용할 수 있다. 직조 구조는 다양한 제직 기술을 적용하거나 다른 얀을 경사 및 위사 가닥으로 사용하여(예를 들어, 이방성을 도입하기 위하여) 원하는 비- 또는 저-신장 특성 및 특정 모양, 형태 또는 두께 변화를 섬유 구조체에 혼입할 수 있다는 이점을 갖는다. 당업자는, 임의적으로 일부 일상적인 실험에 의해, 목적 특성을 수득하기 위하여 선택된 가닥과 조합으로 적합한 기술 및 얽힘 패턴을 선택할 수 있을 것이다.
본 발명의 양태에서, 의료용 컴포넌트의 폴리올레핀 섬유 구조체는 직조 또는 편직 패브릭, 바람직하게는 직조 패브릭이다. 전형적으로, 평직(plain), 능직(twill) 또는 바스켓 직조 패턴과 같이 일반적으로 사용되는 패턴의 직조 패브릭이 우수한 성능을 제공하는 것으로 나타났다. 경사 대 위사로서 상이한 가닥을 사용함으로써, 예를 들어 심장 판막엽과 같은 일부 천연 조직 물질의 전형적인 특성을 반영하는 이방성 특성을 갖는 직조물이 형성될 수 있다. 직조 패브릭은 전형적으로 길이 방향 가장자리에 식서(selvedge 또는 selvage)를 갖고, 구조의 가장자리에 수직인 위사 가닥은 자유 말단으로서 구조에서 연장되지 않지만, 직조 구조로 되돌아가 가장자리에서 연속적이다. 그러나, 이러한 안정적인 식서가 남아 있고 가장자리로 기능할 수 있는지 여부, 또는 특정 형상의 패브릭 조각이 더 큰 섬유 구조에서 절단되어야 하는지 여부는 임플란트의 실제 사용 및 디자인에 따라 달라질 것이다. 이러한 후자의 상황을 위해, 본 개시내용은 안정화된 절단 가장자리를 갖는 조각이 절단(즉, 이후에 추가로 설명되는 바와 같이 섬유 구조체의 폴리우레탄-코팅된 부분을 통한 레이저 절단 단계에 의해)될 수 있는 패브릭과 같은 섬유 구조체를 제공한다.
복합 폴리우레탄/폴리올레핀 바이오텍스타일은 2 내지 250 dtex의 티터를 갖는 하나 이상의 가닥을 포함하거나 이로부터 만들어진 폴리올레핀 섬유 구조체를 포함한다. 단위 dtex 또는 decitex는 전형적으로 관련 단위 데니어와 같이 섬유 산업에서 사용되고, 가닥, 섬유, 필라멘트 또는 얀의 선밀도를 나타내고; 1 dtex는 가닥 10.000 m 당 1 g이다. 티터가 낮을수록 가닥의 두께가 낮아진다. 가는 가닥으로 제조된 패브릭과 같은 구조체는 일반적으로 두꺼운 가닥으로 제조된 구조체보다 더 얇고 신축성이거나 유연하지만, 섬유의 가닥 유형과 중합체 유형, 및 구조체 유형도 약간의 영향을 미친다. 본 발명의 양태에서, 가닥은 225, 200, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60 또는 50 dtex 이하; 및 4, 5, 6, 8, 10, 15 또는 20 dtex 이상의 티터를 갖는다. 일부 양태에서, 하나 이상의 가닥은 구조체의 취급성, 유연성, 낮은 프로필 및 강도 사이의 양호한 균형을 위해 4 내지 140, 6 내지 100 또는 8 내지 60 dtex의 티터를 갖는다. 구조체, 특히 직조 패브릭은 동일하거나 상이한 선밀도를 가질 수 있는 2개 이상의 가닥을 포함할 수 있다. 상이한 티터의 가닥을 사용함으로써, 패브릭의 두께는 국소적 두께 또는 강성 차이, 또는 예를 들어 패브릭 유형에 따른 특정 패턴을 갖는 특정 질감을 생성하기 위해 길이 및/또는 너비 방향으로 변화될 수 있다. 당업자는 섬유 구조체의 원하는 두께 및 질감에 따라 적절한 티터의 가닥을 선택할 수 있을 것이다.
복합 바이오텍스타일은 2 내지 250 dtex의 티터, 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥을 포함하는 섬유 구조체를 포함한다. 한 양태에서, 구조체는 50 질량% 이상의 상기 가닥을 포함하고, 다른 가닥은 구조체가 본원에 기재된 다른 특징에 부합하는 한 상이한 특성을 가질 수 있다. 바람직한 양태에서, 섬유 구조체는 60, 70, 80, 90, 또는 95 질량% 이상의 상기 가닥을 함유하거나 이러한 가닥으로 제조된다.
한 양태에서, 폴리올레핀 섬유 구조체는 약 15 내지 300 μm의 두께(또는 직경)를 갖는다. 구조체의 두께는 가닥의 유형, 구조체를 만드는 데 사용되는 성형 기술의 유형 및 밀도와 관련된다. 구조체의 밀도, 예를 들어 부직포 또는 패브릭의 면적 밀도는 가닥의 티터 및 가닥 사이의 거리에 따라 달라진다. 바람직하게는, 폴리올레핀 섬유 구조체는 개선된 신축성 및 유연성을 위해 275, 250, 225, 200, 175, 150, 125, 100, 90, 또는 80 μm 이하의 두께를 갖고, 특정 강도 및 내구성 특성을 위해 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 μm 이상의 두께를 갖는다. 이러한 값은 구조체, 특히 텍스타일의 두께가 균일하지 않은 경우 최대 및 최소 두께를 나타낸다.
폴리올레핀 섬유 구조체의 가닥은 다양한 상이한 구조를 가질 수 있고, 상이한 올레핀계 중합체로 제조될 수 있다. 한 양태에서, 폴리올레핀 섬유 구조체의 하나 이상의 가닥은 하나 이상의 모노필라멘트 또는 멀티-필라멘트 얀을 포함한다. 모노필라멘트의 경우, 가닥은 바람직하게는 하나의 모노필라멘트에 의해 형성되며, 전형적으로 2 내지 50 dtex의 티터를 갖는다. 모노필라멘트가 더 두꺼우면, 구조체의 강성이 너무 높을 수 있다. 바람직하게는, 모노필라멘트는 유연성이 좋은 패브릭과 같은 구조체를 위해 45, 40, 35 또는 30 dtex 이하의 티터를 갖는다.
다른 양태에서, 하나 이상의 가닥은 하나 이상의 멀티-필라멘트 얀으로 이루어진다. 가닥의 위에서 논의된 치수가 주어지면, 폴리올레핀 섬유 구조체의 멀티-필라멘트 얀은 또한 약 2 내지 250 dtex의 티터를 가질 수 있다. 얀은 바람직하게는 225, 200, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60 또는 50 dtex 이하; 및 4, 5, 6, 8, 10, 15, 또는 20 dtex 이상의 티터를 갖는다. 일부 양태에서, 하나 이상의 얀은 4 내지 120, 5 내지 80, 또는 6 내지 60 dtex의 티터를 갖는다. 가닥이 하나 초과의 얀을 포함하는 경우, 티터는 가닥에 대해 표시된 범위를 충족하도록 선택된다. 멀티-필라멘트 얀은 꼬이거나 꼬이지 않을 수 있다. 꼬인 얀은 일반적으로 다루기 쉽고 구조체로 변환되는 반면, 필라멘트가 다른 필라멘트에 비해 더 쉽게 움직이고 이동할 수 있고 얀의 단면이 패브릭에서 더 길쭉하거나 납작해질 수 있으므로, 꼬이지 않은 얀은 보다 유연한 패브릭을 생성할 수 있다. 일부 양태에서, 섬유 구조체는 꼬이지 않은 멀티-필라멘트 얀을 포함하는 가닥으로 제조되며, 이는 필라멘트가 바람직하게는 평행하게 배향되는 UD 구조체를 제조하는 경우에 유리하다. 전형적으로 멀티-필라멘트 얀에 포함된 개별 필라멘트는 필라멘트 당 티터가 필라멘트 당 0.2 내지 5 dtex, 바람직하게는 0.3 내지 3 또는 0.4 내지 2 dtex와 같이 광범위하게 변할 수 있고, 필라멘트는 실질적으로 원형이지만 또한 직사각형 또는 임의의 다른 형태인 단면을 가질 수 있다.
폴리올레핀 섬유 구조체는 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥으로 만들어진다. 한 양태에서, 폴리올레핀 섬유는 단량체 단위로서 하나 이상의 올레핀을 함유하는 단독중합체 및 공중합체, 예를 들어 이원중합체, 삼원공중합체 등으로부터 선택되는 하나 이상의 폴리올레핀으로 제조될 수 있고, 이러한 폴리올레핀은 고몰질량을 갖고 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해 형성될 수 있다. 고몰질량은 GPC에 의해 측정되거나 용액 점도 측정으로부터 유도된 바와 같이 350 kDa 이상의 중량 평균 분자량(또는 몰질량)을 의미하는 것으로 본원에서 이해된다. 폴리올레핀의 적합한 예는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 이들의 공중합체 또는 배합물; 예컨대 폴리프로필렌 단독중합체, 중간 밀도 폴리에틸렌, 선밀도 또는 고밀도 폴리에틸렌, 에틸렌과 부텐-1, 헥센-1 및 옥텐-1과 같은 비교적 소량의 하나 이상의 알파-올레핀의 공중합체, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 프로필렌/에틸렌 공중합체, 폴리이소프렌 등을 포함한다. 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 중합체가 바람직하다. 이러한 고몰질량 폴리올레핀 섬유의 장점은 우수한 생체적합성 및 생체안정성에 더하여 이러한 섬유가 가질 수 있는 비교적 높은 인장 강도이며; 이는 10 cN/dtex 이상의 인장 강도로 얇지만 강하고 내구성 있는 섬유 구조체를 만들 수 있다.
추가 양태에서, 폴리올레핀 섬유 구조체의 가닥은 선형 폴리에틸렌, 예컨대 고몰질량 폴리에틸렌(HMWPE) 또는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 제조된 섬유를 포함한다. 오래된 용어 "분자량"은 여전히 당업계에서 "몰질량"과 상호교환적으로 사용되고, 또한 일반적으로 사용되는 (초)고몰질량 폴리에틸렌의 약어에 반영된다.
UHMWPE는 높은 생체안정성 또는 생체불활성과 결합하여 우수한 생체적합성을 나타내는 합성 중합체이고, 이미 꽤 오랜 시간 동안 다양한 생체의료용 장치 및 임플란트에 사용되어 왔다. UHMWPE는 본원에서 4 dL/g 이상, 예컨대 4 내지 40 dL/g의 고유 점도(IV)를 갖는 폴리에틸렌으로 이해된다. 고유 점도는 Mn 및 Mw와 같은 실제 몰질량 매개변수보다 더 쉽게 측정될 수 있는 몰질량에 대한 척도이다. IV는, 상이한 농도에서 측정된 점도를 0 농도로 외삽함으로써, 용액의 산화방지제로서 부틸하이드록시톨루엔을 사용하여, 데칼린 중 용액 상에서 135℃에서 16시간의 용해 시간으로 방법 ASTM D1601(2004)에 따라 측정된다. IV와 Mw 사이에는 다양한 실험적 관계가 존재하고, 이러한 관계는 전형적으로 몰질량 분포와 같은 인자에 따라 달라진다. 방정식 Mw = 5.37 * 104 [IV]1.37에 기초하여, 8 dL/g의 IV는 약 930 kDa의 Mw에 해당한다(EP 0504954 A1 참조). 한 양태에서, 폴리올레핀 필름에서 UHMWPE의 IV는 5, 6, 7 또는 8 dL/g 이상이고, IV는 30, 25, 20, 18, 16 dL/g 이하 또는 심지어 14 dL/g 이하이고; 높은 기계적 특성과 가공 용이성 사이의 균형에 도달한다. 일반적으로, 섬유 또는 패브릭의 UHMWPE 중합체에 대해 측정된 IV는 섬유 제조에 사용된 중합체의 IV보다 다소 낮을 수 있다. 추가로 설명된 겔 압출 방법과 같은 섬유 제조 공정 동안, 폴리올레핀은 열적, 기계적 및/또는 화학적 열화의 대상이 될 수 있고, 이는 쇄 파손, 몰질량 감소 및/또는 상이한 몰질량 분포를 초래할 수 있다.
본 발명의 추가 양태에서, 섬유 내의 UHMWPE는 선형 또는 약간 분지된 중합체일 수 있고, 선형 폴리에틸렌이 바람직하다. 선형 폴리에틸렌은 본원에서 탄소 원자 100개 당 1개 미만의 측쇄를 갖는 폴리에틸렌, 바람직하게는 탄소 원자 300개 당 1개 미만의 측쇄를 갖는 폴리에틸렌을 의미하는 것으로 이해되며; 측쇄 또는 분지는 10개 이상의 탄소 원자를 함유한다. 선형 폴리에틸렌은 에틸렌과 공중합가능한 하나 이상의 다른 알켄, 예를 들어 프로펜, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸펜텐, 1-헥센 및/또는 1-옥텐 5 몰% 이하를 추가로 함유할 수 있다. UHMWPE의 측쇄 및 공단량체는, 예를 들어 2 mm 두께의 압축 성형 필름에서 NMR 측정에 기초하는 보정 곡선을 사용하여 1,375 cm에서 흡수를 정량화함으로서(예컨대, EP 0269151에서와 같이), FTIR로 적절하게 측정할 수 있다.
섬유의 UHMWPE는 단일 중합체 등급일 수 있지만, 예를 들어 몰질량(분포), 및/또는 측쇄 또는 공단량체의 유형 및 양이 다른 폴리에틸렌 등급의 혼합물일 수도 있다. 섬유 내의 UHMWPE는 또한 상기 기재된 바와 같이 25 질량% 이하의 다른 폴리올레핀과의 배합물일 수 있다. 일반적으로, UHMWPE 섬유는 소량의 관습적 생체적합성 첨가제와 잔류 방적 용매만을 함유하는 의료 적용례에 적합한다. 한 양태에서, 섬유는 5, 4, 3, 2 또는 1 질량% 이하의 첨가제를 함유한다. 추가 양태에서, 섬유는 1,000 ppm 이하, 바람직하게는 500, 300, 200, 100 또는 60 ppm 이하의 방사 용매를 함유한다.
한 양태에서, 폴리올레핀 섬유 구조체의 가닥에 포함된 UHMWPE 섬유는 15, 20, 25, 28 또는 30 cN/dtex 이상 및 전형적으로 약 40 cN/dtex 이하, 또는 37 또는 35 cN/dtex 이하의 인장 강도 또는 강인성; 및 바람직하게는 300 cN/dtex 이상 내지 1,500 cN/dtex 이하의 인장 모듈러스를 갖는다. UHMWPE 섬유의 인장 강도(또는 강도 또는 강인성) 및 인장 모듈러스(또는 모듈러스)는, 예를 들어 500 mm의 섬유의 공칭 게이지 길이, 50%/분의 크로스헤드 속도 및 "Fibre Grip D5618C" 유형의 인스트론(Instron) 2714 클램프를 사용하는 ASTM D885M에 특정된 멀티-필라멘트 얀에서 실온, 즉 약 20℃에서 정의되고 측정된다. 측정된 응력-변형률 곡선을 기반으로, 모듈러스는 0.3 내지 1% 변형률의 기울기로 측정된다. 모듈러스 및 강도의 계산을 위해, 측정된 인장력은 10 m의 얀을 칭량함으로써 측정된 티터로 나뉘고; cN/dtex의 값은 0.97 g/cm3의 밀도를 가정하여 계산된다.
한 양태에서, 폴리올레핀 섬유 구조체의 가닥은 15 cN/dtex 이상의 강인성을 갖는 80 질량% 이상, 또는 90 질량% 이상의 UHMWPE 섬유 또는 필라멘트를 포함한다. 다른 양태에서, 구조체의 가닥, 예를 들어 직조 구조의 경사(warp thread) 및/또는 충전사(fill thread)는 UHMWPE 섬유 또는 멀티-필라멘트 얀으로 이루어지거나 실질적으로 이루어진다. 한 양태에서, 경사 가닥은 (실질적으로) UHMWPE로 이루어지고, 위사 가닥은 (실질적으로) PET와 같은 폴리에스터와 같은 다른 중합체로 이루어지고, 다르게는 위사 가닥은 UHMWPE로 이루어지고, 경사 가닥은 PET로 이루어진다. 이러한 패브릭은 경사 대 위사 방향에서 다른 강도 및/또는 연신율과 같은 이방성 특성을 나타낼 수 있다.
한 양태에서, 폴리올레핀 패브릭에 포함된 고몰질량 폴리올레핀 섬유는 소위 겔-방사 공정에 의해 제조되었다. 전형적인 겔-방사 공정에서, 임의적으로 용해 및/또는 분산된 추가 성분을 함유하는 적합한 방사 용매 중의 중합체 용액은 겔 섬유로 방사 및 냉각되고, 후속적으로 방사 용매를 부분적으로 또는 실질적으로 제거하기 전, 도중 및/또는 후에 연신된다. UHMWPE 용액의 겔 방사는 당업자에게 주지되어 있고; EP 0205960 A, EP 0213208 A1, US 4,413,110, GB 2042414 A, EP 0200547 B1, EP 0472114 B1, W0 2001/73173 A1, WO 2015/066401 A1, 문헌[Advanced Fiber Spinning Technology, Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 1-855-73182-7] 및 인용된 참조문헌을 비롯한 수많은 출판물에 기술된다. 적합한 UHMWPE 멀티-필라멘트 얀의 예는 다이니마 퓨러티(Dyneema Purity, 등록상표) 등급[예컨대, 디에스엠 바이오메디컬 비브이(DSM Biomedical BV), 네덜란드 시타드-겔렌 소재]으로 이용가능한 것들을 포함한다.
추가 양태에서, 바이오텍스타일의 폴리올레핀 섬유 구조체는 2개 이상의 상이한 구조체의 조합, 예컨대 텍스타일 및 로프, 케이블, 또는 테이프, 또는 폴리올레핀 직조 패브릭 및 로프, 케이블, 테이프 또는 부직포의 조합을 포함한다.
복합 바이오텍스타일은 폴리올레핀 섬유 구조체 및 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는 코팅을 포함한다. 엘라스토머는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀과 같은 다른 물질에 비해 상대적으로 낮은 영률, 높은 연신율 및 연신 또는 변형 후 탄성 회복을 나타내는 중합체 물질이다. 열가소성 엘라스토머는 가열에 의해 반복적으로 용융되고 냉각에 의해 재응고될 수 있고, 열경화성 엘라스토머에서와 같이 화학적 가교결합 대신 가역적인 물리적 가교결합으로부터 탄성을 유도한다. 본 발명의 복합 패브릭의 폴리우레탄 엘라스토머 성분은 열가소성이거나 아닐 수 있지만, 적절한 용매에 용해되고, 이점은 비교적 낮은 점도의 엘라스토머 용액이 코팅에 사용될 수 있다는 점이며, 본 문맥 내에서, 폴리올레핀의 융점이 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머(TPU)의 융점보다 낮을 수 있음을 고려하여, 부분적인 용융에 의해 섬유 및 구조체 특성을 열화시키지 않도록 폴리올레핀의 융점보다 훨씬 낮은 온도에서 폴리올레핀 섬유 구조체를 임의적으로 함침시키는 것을 포함한다. 폴리올레핀 구조체를 코팅하기 위한 폴리우레탄 엘라스토머 또는 TPU의 용액의 사용은 또한, 조건 및 용액 점도를 선택함으로써, 코팅 층이 섬유 구조체의 표면에 주로 형성될 수 있다는 이점을 갖지만, 가닥과 섬유 사이를 관통하고 섬유를 부분적으로 또는 완전히 덮고 구조체를 함침시키기 위한 용액이 만들어질 수도 있다. 가닥 또는 섬유가 TPU에 의해 완전히 덮이거나 매립된 패브릭과 같은 코팅된 섬유 구조체는 함침된 패브릭으로 지칭될 수도 수 있다. 이러한 코팅되거나 함침된 패브릭은 감소된 기체 및/또는 액체 투과성과 같은, 폴리올레핀 패브릭과 구별되는 몇 가지 특성을 가질 수 있고, 표면 특성은 폴리우레탄의 특성과 매우 유사할 수 있다. 폴리올레핀 패브릭의 한 측면만 폴리우레탄으로 코팅되어 섬유 사이의 침투가 없거나 제한되어 있는 경우, 패브릭의 한 측면만의 표면 특성이 변경되고 코팅되지 않은 측면은, 예를 들어 패브릭의 투과성을 제외하고는 실질적으로 변하지 않을 수 있다. 이러한 복합 바이오텍스타일은, 예를 들어 생물학적 물질과 다른 상호작용을 나타낼 수 있고, 예를 들어, 코팅된 측면은 응고를 일으키지 않고 양호한 혈액 적합성을 나타낼 수 있는 반면, 더 많은 표면 질감 및/또는 조직의 다공성 내부 성장을 갖는 코팅되지 않은 측면은 이식편 재료로서 사용될 때 발생할 수 있다. 폴리우레탄 코팅은 폴리올레핀 구조체의 모든 표면에 존재할 수 있지만, 이하에서 더 논의되는 바와 같이, 표면의 선택되는 부분과 구조체의 한 측면 또는 양면에만 국소적으로 존재할 수 있다.
폴리우레탄 엘라스토머는 전형적으로 블록 공중합체(분절 공중합체라고도 함)이다. 블록 코중합체는 화학적으로 구별되는 중합체(올리고머 포함)의 블록(분절이라고도 함)을 포함하는 중합체이고, 다른 열적 및 기계적 특성과 다른 용해도를 나타낸다. 종종 2개(또는 이상) 유형의 블록을 포함하는 블록 공중합체의 블록은 "경질" 및 "연질" 중합체 블록으로 지칭되며, 이러한 상이한 블록은 경질 및 연질 블록의 미세상 분리를 초래한다. 블록 공중합체의 경질 블록은 전형적으로, 예를 들어 약 35℃의 사용 온도보다 높은 융점(Tm) 또는 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 단단한 또는 높은 모듈러스 중합체를 포함한다. 블록 공중합체의 연질 블록은 25℃ 미만, 바람직하게는 0℃ 미만의 Tg를 갖는 신축성 낮은 모듈러스의 비정질 중합체를 포함한다. Tm 및 Tg와 같은 열 매개변수는 일반적으로 DSC 또는 DMA와 같은 주지된 기술을 사용하여 건조 샘플에서 측정된다. 이러한 상-분리된 블록 공중합체에서, 경질 분절는 신축성 연질 분절에 대한 물리적 가교결합으로서 역할을 하여 경질 블록 대 연질 블록의 비율에 따라 상당히 강성에서 신축성 및 탄성 범위의 특성을 갖는 물질을 생성한다. 경질 블록의 종류와 양에 따라, 폴리우레탄은 화학적 가교결합 없이 원하는 온도 범위에서 우수한 안정성과 탄성을 나타낼 수 있고, 일반적으로 열가소성 수지로서 가공될 수 있다. 용어 "열가소성 폴리우레탄 엘라스토머"는 기본적으로 3개 이상의 주성분(즉, 다이이소시아네이트, 다이올 쇄 연장제 및 중합체 다이올 또는 마크로글리콜, 및 임의적으로 말단기를 형성하는 쇄 정지제로서의 일작용성 화합물)의 반응 생성물을 포함하는 골격을 갖는 중합체 계열을 나타낸다. 본 발명에 적용되는 폴리우레탄 엘라스토머 또는 TPU의 골격은 전형적으로 선형이고, 1 또는 2개의 말단기, 바람직하게는 1 또는 2개의 소수성 말단기를 갖는다.
한 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머는 우레탄 기 및 임의적으로 우레아 기를 반복 단위에 포함하는 경질 블록을 포함하며, 이는 다이이소시아네이트와 다이올 및 임의적으로 쇄 연장제로서의 다이아민의 반응으로부터 생성된다.
적합한 다이이소시아네이트는 분자 당 평균 1.9 내지 2.1개의 이소시아네이트 기를 갖는 방향족, 지방족 및 지환족 화합물을 포함한다. 한 양태에서, 다이이소시아네이트는 4,4'-다이페닐메탄 다이이소시아네이트(MDI), 2,4-톨루엔 다이이소시아네이트, 2,6-톨루엔 다이이소시아네이트(TDI), 1,4-페닐렌 다이이소시아네이트, 헥사메틸렌 다이이소시아네이트(HDI), 테트라메틸렌-1,4-다이이소시아네이트, 사이클로헥산-1,4-다이이소시아네이트, 다이사이클로헥실메탄-4,4'-다이이소시아네이트(HMDI), 이소포론 다이이소시아네이트(IPDI), 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 한 양태에서, 다이이소시아네이트는 헥사메틸렌 다이이소시아네이트, 다이사이클로헥실메탄 4,4'-다이이소시아네이트, 이소포론 다이이소시아네이트, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 한 양태에서, 다이이소시아네이트는 헥사메틸렌 다이이소시아네이트, 다이사이클로헥실메탄 4,4'-다이이소시아네이트, 이소포론 다이이소시아네이트, 또는 이들의 혼합물로 이루어진다. 한 양태에서, 다이이소시아네이트는 4,4'-다이페닐메탄 다이이소시아네이트, 2,4-톨루엔 다이이소시아네이트, 2,6-톨루엔 다이이소시아네이트, 또는 1,4-페닐렌 다이이소시아네이트를 포함한다. 한 양태에서, 다이이소시아네이트는 4,4'-다이페닐메탄 다이이소시아네이트, 2,4-톨루엔 다이이소시아네이트, 2,6-톨루엔 다이이소시아네이트, 1,4-페닐렌 다이이소시아네이트, 또는 이들의 혼합물로 이루어진다.
한 양태에서, 다이이소시아네이트의 몰질량은 100 내지 500 g/mol이다. 한 양태에서, 다이이소시아네이트의 몰질량은 150 내지 260 g/mol이다.
쇄 연장제는 전형적으로 2개 이상의 하이드록실 또는 아민 기를 갖는 저몰질량 지방족 화합물이다. 이작용성 쇄 연장제는 선형, 일반적으로 열가소성 중합체를 생성하는 반면, 다작용성 이소시아네이트 및/또는 쇄 연장제는 분지형 또는 가교결합된 생성물을 생성한다. 한 양태에서, 이작용성 쇄 연장제는 60 g/mol 이상, 70 g/mol 이상, 80 g/mol 이상, 90 g/mol 이상, 또는 100 g/mol 이상의 몰질량을 갖는다. 한 양태에서, 쇄 연장제는 500 g/mol 이하, 400 g/mol 이하, 300 g/mol 이하, 200 g/mol 이하, 또는 150 g/mol 이하의 몰질량을 갖는다. 한 양태에서, 쇄 연장제는 에틸렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 다이프로필렌 글리콜, 1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올, 1,5-펜탄다이올, 1,6-헥산다이올, 또는 1,8-옥탄다이올; 및/또는 이의 상응하는 다이아민을 포함한다. 한 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머는 다이올 쇄 연장제만을 포함하고, 열가소성 거동을 나타내며; 즉, 폴리우레탄 엘라스토머는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 또는 TPU이다.
다른 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머는 우레탄 및 우레아 연결기 둘 다를 갖는 경질 블록을 포함한다. 이의 장점은 경질 블록 사이의 상호작용이 향상되어 연질 블록의 함량이 높아져 신축성 및 탄성이 향상되고 굴곡 수명 또는 피로 내성이 우수한 블록 공중합체를 얻을 수 있다는 것이다. 다이올/다이아민 비율에 따라, 폴리우레탄 엘라스토머는 용융 처리 온도에서 열 분해가 일어나 최적의 성능을 위해 용액 처리가 바람직할 정도로 강한 상호작용을 나타낼 수 있다. 우레탄 및 우레아 연결기를 둘 다 포함하는 폴리우레탄 엘라스토머의 시판 중인 예는 바이오스판(Biospan, 등록상표) 제품(예컨대, 디에스엠 바이오메디칼 비브이, 네덜란드 시타드-겔렝 소재)을 포함한다.
추가 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머는 폴리에터, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀 및 폴리실록산(실리콘이라고도 함)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 지방족 중합체 다이올 또는 폴리올로부터 유도된 연질 블록을 포함하고; 중합체는 하이드록실(또는 아민) 말단기를 갖는 이작용성이다. 연질 블록을 위한 이러한 중합체 다이올은 올리고머, 단독중합체 및 공중합체를 포함하는 것으로 본원에서 이해되고, 폴리에스터는 폴리카보네이트를 포함하는 것으로 간주된다. 일반적으로 공지된 폴리우레탄 블록 공중합체 및 이러한 공중합체를 제조하는 방법은 US 4,739,013, US 4,810,749, US 5,133,742 및 US 5,229,431에 기재되어 있다.
본 개시내용의 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머는 연질 블록으로서 지방족 폴리에스터 다이올, 지방족 폴리에터 다이올, 폴리(이소부틸렌) 다이올 및 폴리실록산 다이올로부터 선택되는 하나 이상의 중합체 다이올을 포함한다. 쇄 연장제의 경우, 아민-작용성 연질 블록도 사용할 수 있어 추가 우레아 연결기를 생성한다. 이러한 폴리우레탄 블록 공중합체의 인체내 생체적합성 및 생체안정성이 입증되었다.
폴리우레탄 블록 공중합체의 기계적 및 기타 특성은 블록의 화학적 조성 및/또는 몰질량을 변화시켜 조정할 수 있다. 본 발명에 사용하기 위한 폴리우레탄 엘라스토머의 경질 블록은 약 160 내지 10,000 Da, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 2,000 Da의 몰질량을 가질 수 있다. 연질 분절의 몰질량은 전형적으로 약 200 내지 100,000 Da, 바람직하게는 약 400, 600, 800 또는 1,000 Da 이상 및 약 10,000, 7,500, 5,000, 4,000, 3,000 또는 2,500 Da 이하일 수 있다. 본 개시내용의 맥락 내에서, 논의된 중합체 및 올리고머의 몰질량은, 예를 들어 GPC 측정으로부터 유래하는 수 평균 몰질량(Mn)을 지칭한다. 경질 블록에 대한 연질 블록의 비율은 중합체의 특정 강성 또는 경도를 나타내도록 선택될 수 있다. 전형적으로, A 또는 D 스케일을 사용하여 쇼어(Shore) 듀로미터 경도 시험으로 측정된 폴리우레탄의 경도는 40 ShA, 또는 50 또는 60 ShA 이상 및 80, 75, 70, 65 또는 60 ShD 이하 또는 100, 90 또는 85 ShA 이하일 수 있고, 일반적으로 약 10 내지 2,000 MPa의 굴곡 모듈러스를 나타낸다. 한 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머는 40 ShA 내지 60 ShD, 바람직하게는 40 내지 100 ShA 또는 40 내지 90 ShA의 경도를 갖는다.
본 발명의 추가 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머는 연질 블록으로서 지방족 폴리에터 또는 지방족 폴리에스터, 더욱 구체적으로 지방족 폴리카보네이트를 포함한다. 적합한 지방족 폴리에터는 폴리(프로필렌 옥사이드) 다이올, 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 다이올, 및 이들의 공중합체를 포함한다. 적합한 지방족 폴리에스터는 일반적으로 하나 이상의 지방족 다이카복실산 및 하나 이상의 지방족 다이올로 제조되고, 성분은 바람직하게는 본질적으로 10, 0 또는 -10℃ 미만의 Tg를 갖는 미정질 올리고머 또는 중합체가 형성되도록 선택된다. 지방족 폴리카보네이트 다이올은 폴리에스터 다이올에 사용되는 것과 유사한 지방족 다이올을 기반으로 하며, 당업계에 공지된 상이한 경로를 통해 합성될 수 있다. 적합한 예는 폴리(헥사메틸렌 카보네이트) 다이올 및 폴리(폴리테트라하이드로푸란 카보네이트) 다이올을 포함한다. 한 양태에서, 연질 블록은 폴리(헥사메틸렌 카보네이트) 다이올, 폴리(폴리테트라하이드로푸란 카보네이트) 다이올, 또는 이들의 혼합물을 기재로 한다. 폴리우레탄의 연질 블록이 실질적으로 이러한 폴리올로 이루어지고 폴리실록산을 함유하지 않는 경우, 중합체는 하나 이상의 소수성 말단기, 바람직하게는 2개의 소수성 말단기를 갖는다.
추가 양태에서, 연질 블록은 폴리(다이메틸 실록산) 다이올, 폴리카보네이트 다이올, 또는 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 다이올과 같은 폴리실록산 다이올을 포함한다. 한 양태에서, 연질 블록은 폴리실록산 다이올, 폴리카보네이트 다이올, 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 다이올, 또는 이들의 혼합물을 기재로 한다. 한 양태에서, 연질 블록은 폴리실록산 다이올, 폴리카보네이트 다이올, 및 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 다이올 중 2개 이상의 혼합물을 포함한다. 한 양태에서, 연질 블록은 폴리실록산 다이올, 폴리카보네이트 다이올, 및 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 다이올 중 2개 이상의 혼합물을 기재로 한다. 한 양태에서, 연질 블록은 폴리실록산 다이올, 및 폴리카보네이트 다이올 및 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 다이올 중 하나 이상을 포함한다. 한 양태에서, 연질 블록은 폴리실록산 다이올, 및 폴리카보네이트 다이올 및 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 다이올 중 하나 이상을 기재로 한다.
한 양태에서, 연질 블록 또는 중합체 다이올은 C2-C16 플루오로알킬 다이올 또는 C2-C16 플루오로알킬 에터 다이올을 추가로 포함할 수 있다 . 한 양태에서, 폴리우레탄 골격 내의 연질 블록은 1H,1H,4H,4H-퍼플루오로-1,4-부탄다이올, 1H,1H,5H,5H-퍼플루오로-1,5-펜탄다이올, 1H,1H,6H,6H-퍼플루오로-1,6-헥산다이올, 1H,1H,8H,8H-퍼플루오로-1,8-옥탄다이올, 1H,1H,9H,9H-퍼플루오로-1,9-노난다이올, 1H,1H,10H,10H-퍼플루오로-1,10-데칸다이올, 1H,1H,12H,12H-퍼플루오로-1,12-도데칸다이올, 1H,1H,8H,8H-퍼플루오로-3,6-다이옥사옥탄-1,8-다이올, 1H,1H,11H,11H-퍼플루오로-3,6,9-트라이옥사운데칸-1,11-다이올, 플루오르화 트라이에틸렌 글리콜, 또는 플루오르화 테트라에틸렌 글리콜의 잔기를 포함한다.
한 양태에서, C2-C16 플루오로알킬 다이올 또는 C2-C16 플루오로알킬 에터 다이올은 150 g/mol 이상, 250 g/mol 이상, 또는 500 g/mol 이상의 Mn을 갖는다. 한 양태에서, 플루오로알킬 다이올 또는 플루오로알킬 에터 다이올은 1,500 g/mol 이하, 1,000 g/mol 이하, 또는 850 g/mol 이하의 몰질량을 갖는다. 한 양태에서, C2-C16 플루오로알킬 다이올 또는 C2-C16 플루오로알킬 에터 다이올은 폴리우레탄의 총 질량을 기준으로 1 질량% 이상, 2 질량% 이상, 또는 5 질량% 이상의 양으로 존재한다. 한 양태에서, C2-C16 플루오로알킬 다이올 또는 C2-C16 플루오로알킬 에터 다이올은 폴리우레탄의 총 질량을 기준으로 15 질량% 이하, 10 질량% 이하 또는 8 질량% 이하의 양으로 존재한다.
폴리우레탄 엘라스토머는 하나 이상의 소수성 말단기를 포함할 수 있다. 말단기는 일반적으로 분자의 말단에 존재하는 비반응성 잔기이다. 한 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머는 선형이고, 하나의 말단 또는 단부, 바람직하게는 골격의 각 단부에 소수성 말단기(즉, 평균 약 2개의 말단기)를 포함한다. 한 양태에서, 소수성 말단기는 선형 화합물이다. 다른 양태에서, 소수성 말단기는 분지형이다. 말단기는 중합체 골격을 형성하는 동안 또는 이후에 존재하는 말단 이소시아네이트 기를 일작용성 화합물 또는 쇄 정지제 상의 공반응성 기와 반응시켜 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리우레탄을 형성하기 위한 제형은 다이이소시아네이트, 중합체성 지방족 다이올, 쇄 연장제, 및 일작용성 화합물, 예컨대 C8 알킬 말단기를 형성하는 1-옥탄올 또는 옥틸아민을 포함한다.
한 양태에서, 소수성 말단기는 C2-C20 알킬, C2-C16 플루오로알킬, C2-C16 플루오로알킬 에터, 소수성 폴리(알킬렌 옥사이드) 또는 폴리실록산, 예컨대 이들의 공중합체를 포함한다. 한 양태에서, 소수성 폴리(알킬렌 옥사이드)는 폴리(프로필렌 옥사이드), 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 또는 이들의 공중합체이다. 한 양태에서, 소수성 말단기는 폴리실록산, 예를 들어 폴리(다이메틸 실록산)이다. 한 양태에서, 말단기는 C2-C20 알킬, C2-C16 플루오로알킬, C2-C16 플루오로알킬 에터 또는 소수성 폴리(알킬렌 옥사이드)를 포함한다. 이러한 말단기는 카비놀, 또는 이들의 아민을 비롯한 일작용성 알코올로 형성될 수 있다. 소수성 말단기를 갖는 이러한 폴리우레탄 엘라스토머는 폴리우레탄의 특성, 및 폴리올레핀과 같은 다른 중합체 및 신체 조직 및 혈액과 같은 체액를 비롯한 다른 물질과의 상호작용에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.
한 양태에서, 소수성 말단기는 C2-C16 플루오로알킬 또는 C2-C16 플루오로알킬 에터를 포함한다. 이러한 말단기는 C2-C16 플루오로알킬 또는 C2-C16 플루오로알킬 에터를 포함하는 일작용성 알코올 또는 아민으로 형성될 수 있다. 한 양태에서, 말단기는 1H,1H-퍼플루오로-3,6-다이옥사헵탄-1-올, 1H,1H-노나플루오로-1-펜탄올, 1H,1H-퍼플루오로-1-헥실 알코올, 1H,1H-퍼플루오로-3,6,9-트라이옥사데칸-1-올, 1H,1H-퍼플루오로-1-헵틸 알코올, 1H,1H-퍼플루오로-3,6-다이옥사데칸-1-올, 1H,1H-퍼플루오로-1-옥틸 알코올, 1H,1H-퍼플루오로-1-노닐 알코올, 1H,1H-퍼플루오로-3,6,9-트라이옥사트리데칸-1-올, 1H,1H-퍼플루오로-1-데실 알코올, 1H,1H-퍼플루오로-1-운데실 알코올, 1H,1H-퍼플루오로-1-라우릴 알코올, 1H,1H-퍼플루오로-1-미리스틸 알코올 또는 1H,1H-퍼플루오로-1-팔미틸 알코올로부터 형성된다.
한 양태에서, 소수성 말단기는 단량체이고, 200 g/mol 이상, 300 g/mol 이상, 또는 500 g/mol 이상 및 1,000 g/mol 이하 또는 800g/mol 이하의 몰질량을 갖는다. 한 양태에서, 말단기는 중합체이고, 10,000 g/mol 이하, 8,000 g/mol 이하, 6,000 g/mol 이하, 또는 4,000 g/mol 이하의 몰질량을 갖는다. 한 양태에서, 말단기는 중합체이고, 500 g/mol 이상, 1,000 g/mol 이상, 또는 2,000 g/mol 이상의 몰질량을 갖는다.
한 양태에서, 소수성 말단기는 폴리우레탄의 총 질량을 기준으로 0.1 질량% 이상, 0.2 질량% 이상, 0.3 질량% 이상, 또는 0.5 질량% 이상의 양으로 존재한다. 한 양태에서, 소수성 말단기는 폴리우레탄의 총 질량을 기준으로 4 질량% 이하, 3 질량% 이하, 2 질량% 이하 또는 1 질량% 이하의 양으로 존재한다. 한 양태에서, 소수성 말단기는 폴리우레탄의 총 질량을 기준으로 0.1 질량% 이상, 0.2 질량% 이상, 0.3 질량% 이상, 또는 0.5 질량% 이상의 양; 및 4 질량% 이하, 3 질량% 이하, 2 질량% 이하 또는 1 질량% 이하의 양으로 존재한다.
이러한 폴리우레탄 또는 TPU의 경질 블록은 전형적으로 톨루엔 다이이소시아네이트(TDI) 또는 메틸렌다이페닐 다이이소시아네이트(MDI)와 같은 방향족 다이이소시아네이트, 및 1,4-부탄다이올과 같은 저몰질량 지방족 다이올을 기재로 한다. 폴리에터 및 폴리카보네이트 폴리우레탄은 신축성, 강도, 생체안정성, 생체적합성 및 내마모성의 관점에서 생체의학 적용례에 적합하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 연질 블록으로서 폴리에터 및 폴리실록산 또는 폴리카보네이트 및 폴리실록산의 조합을 함유하는 TPU는 고유한 특성 조합을 나타내며, 유리하게는 코팅에서 폴리우레탄으로 사용될 수 있다. 이러한 중합체의 시판 중인 예는 카보실(Carbosil, 등록상표) TSPCU 제품(디에스엠 바이오메디컬 비브이, 네덜란드 시타드-겔렌 소재)을 포함한다.
추가 양태에서, 폴리우레탄 또는 TPU는 2개 이상의 중합체의 배합물일 수 있다. 다른 양태에서, 폴리우레탄 또는 TPU는, 예를 들어 촉매 잔사 이외에, 복합 바이오텍스타일의 표적화된 사용을 위해 허용되는 하나 이상의 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제의 예로는 안정화제, 산화방지제, 가공 보조제, 윤활제, 계면활성제, 대전방지제, 착색제, 방사선불투과제 및 충전제를 포함한다. 첨가제는 폴리우레탄의 양을 기준으로 0.01 내지 5 질량%, 바람직하게는 0.01 내지 1 질량%와 같이 당업계에 공지된 전형적인 유효량으로 존재할 수 있다. 다른 양태에서, 폴리우레탄 또는 TPU는 실질적으로 중합체로 이루어지고, 실질적으로 첨가제가 없다.
추가 양태에서, 폴리우레탄 코팅은 X-선 또는 다른 방사선을 사용하는 의료 영상 기술에서 효과적인 시각화를 위해 전형적으로 15 내지 80 질량%와 같은 비교적 많은 양으로 첨가제로서 방사선불투과제를 포함한다. 한 양태에서, 방사선불투과제는 탄탈, 금, 플래티넘, 텅스텐, 이리듐, 플래티넘-텅스텐, 플래티넘-이리듐, 팔라듐, 로듐, 바륨 설페이트, 비스무트 서브카보네이트, 비스무트 옥시클로라이드, 비스무트 트라이옥사이드, 이온성 또는 비이온성 조영제, 예컨대 디아트리조에이트, 요오디파미드, 이오헥실, 이오파미돌, 이오탈라메이트, 이오베르솔, 이옥사글레이트, 및 메트리자미드, 또는 이들의 조합을 포함한다. 한 양태에서, 방사선불투과제는 탄탈, 금, 플래티넘, 텅스텐, 또는 이들의 혼합물 또는 합금을 포함한다. 한 양태에서, 방사선불투과제는 입자로 존재한다. 한 양태에서, 방사선불투과제 입자는 1 nm 이상, 바람직하게는 5, 10, 25, 50, 100, 또는 200 nm 이상의 평균 입자 직경을 갖는다. 한 양태에서, 방사선불투과제제 입자는 3 μm 이하, 바람직하게는 2, 1, 0.5, 또는 0.2 μm 이하의 평균 입자 직경을 갖는다. 평균 입자 직경은 IS0 13321:1996에 따라 광자 상관 분광법(PCS)을 사용하여 측정된다. 한 양태에서, 방사선불투과제는 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 변형된 랜덤 에틸렌/아크릴레이트 공중합체, 또는 GMA 및 말레산 무수물(MA) 변형된 랜덤 에틸렌/아크릴레이트 공중합체와 같은 접착 촉진제로 표면 처리되어 폴리우레탄에 대한 접착력을 향상시킨다. 한 양태에서, 방사선불투과제는 폴리우레탄을 기준으로 20, 30, 40, 또는 50 질량% 이상, 및 75, 70, 65, 60 또는 55 질량% 이하의 양으로 폴리우레탄에 존재한다.
복합 바이오텍스타일이 폴리올레핀 섬유 구조체 및 생체적합성 및 생체안정성 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머(TPU)를 포함하는 코팅을 포함하는 양태에서, TPU는 이의 융점보다 높은 온도에서 폴리올레핀의 용융 유동보다 10배 이상 높은 용융 유동을 나타낼 수 있다. TPU는 일반적으로 폴리올레핀의 융점보다 더 높은 융점을 갖고, 폴리올레핀은 130 내지 190℃에서 용융될 수 있다(존재하는 배향된 결정의 양에 따라 다르기 때문; 예를 들어 고강도 UHMWPE 섬유에서, 130 내지 155℃의 다중 용융을 나타냄). 기본적으로, 이러한 용융 유동 특징은 폴리올레핀 및 TPU의 융점보다 높은 특정 온도에서, 예를 들어, 하기 설명된 바와 같이 레이저 절단시 국소적으로 증가된 온도에서, 폴리올레핀의 용융 점도는 TPU의 용융 점도보다 상당히 높아서 용융된 폴리올레핀은 실질적으로 용융 유동을 나타내지 않는 반면, 용융된 TPU는 섬유 구조체로 또는 구조체의 섬유 주변으로 유동할 수 있다. 용융 유동은 전형적으로 ASTM D1238 표준에 따라 용융 유량(MFR; 또한 용융 유동 지수 MFI라고도 함)으로 측정되고, 표준의 다른 중합체에 대해 특정된 특정 중량 및 특정 온도에서, 특정 개구부에서 고정된 동안 압출되는 중합체의 양(즉, g/10분)으로 보고된다. HMWPE와 같은 고몰질량 폴리올레핀은 전형적으로 이러한 높은 용융 점도를 가지므로, 시험에 사용되어 측정가능한 결과(예컨대, 190℃ 및 21.6 kg에서 0.2 내지 1 g/10분)를 갖도록 높은 질량이 시험에 사용된다(대부분의 중합체의 경우 21.6 kg 대 2.16 kg). UHMWPE 등급은 전형적으로 이러한 조건에서 측정가능한 용융 유동이 없을 정도로 점도가 높다. 한 양태에서, TPU는 이의 융점을 초과하는 상기 온도, 예를 들어 210 내지 240℃에서, UHMWPE와 같은 폴리올레핀의 용융 유량의 10, 20, 40, 60배 또는 심지어 100배 이상의 용융 유량을 갖는다.
복합 바이오텍스타일은 폴리올레핀 섬유 구조체, 및 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는 코팅을 포함하고, 이때 폴리우레탄 코팅은 구조체의 표면의 적어도 일부에, 및 텍스타일 또는 패브릭의 경우, 이의 적어도 한 측면의 표면의 적어도 일부에 적용되어 존재한다. 한 양태에서, 폴리우레탄 코팅은 폴리올레핀 패브릭의 양면과 같이 섬유질 구조체의 실질적으로 모든 표면 영역에 존재한다. 이러한 복합 바이오텍스타일은, 예를 들어 폴리우레탄 용액에 함침시키고, 이어서 용매를 제거하여 폴리올레핀 구조체를 침지-코팅함으로써 제조될 수 있다. 코팅 층의 두께는 용액 내의 폴리우레탄 농도를 변화시키거나 용액으로부터 섬유 구조체를 제거하는 픽-업(pick-up) 속도를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 상기 조건 및 구조체의 가닥의 두께 및 패킹 밀도에 따라, 즉, 예컨대 구조체의 가닥과 개별 섬유 사이의 기공과 같이 이용가능한 공간이 얼마나 되는지에 따라, 폴리우레탄은 단순히 표면 코팅으로 존재할 수 있거나, 또한 섬유 구조체를 함침시키거나 매립시킬 수 있다. 이러한 후자의 경우, 복합 바이오텍스타일은 또한 섬유-강화 폴리우레탄이라고도 할 수 있다. 어쨌든, 이러한 완전 코팅된 복합 바이오텍스타일은 폴리우레탄 코팅의 유형 및 양에 따라 코팅되지 않은 폴리올레핀 구조체에 비해 몇 가지 다른 특성을 나타낼 것이다. 이러한 복합 바이오텍스타일의 장점은 복합 바이오텍스타일의 임의의 위치에서 레이저를 사용하여 절단하여, 코팅되지 않은 섬유 구조체에 비해 향상된 해어짐 내성 및 봉합 유지 강도를 나타내는 안정화된 절단 가장자리를 갖는 원하는 형상의 재료 조각을 만들 수 있다는 것이다. 이러한 목적에 적합한 레이저를 선택하고, 복합 바이오텍스타일을 절단하기 위한 위치에 충분한 에너지가 제공되는 설정으로 적용하여, 임의적으로 폴리우레탄, 특히 TPU의 융점보다 높은 국소 절단 온도에 도달할 수 있고; TPU는 절단된 섬유 말단을 서로 및/또는 바이오텍스타일의 다른 섬유와 연결하기 위해 유동하는 용융물을 국소적으로 형성할 수 있다. 레이저 절단 자체는 집중된 레이저 에너지에 의해 재료가 열화되고 증발하는 온도로의 섬유 및 코팅의 매우 국소적인 가열로 인해 발생할 수 있다. 따라서, 과도한 가열이 발생하지 않도록 레이저 설정을 선택하여 바이오텍스타일의 절단부에 인접하여 불규칙하고 변형되거나 파괴된 가장자리 대역이 형성되는 것을 방지한다. 과열된 가장자리는 또한 가장자리 대역에서 바람직하지 않은 경직을 보여 바이오텍스타일의 유연성을 저하시킬 수 있다. 당업자는 C02, Nd 또는 Nd-YAG 레이저와 같이 상기 목적에 적합한 레이저를 선택하고, 예를 들어 펄스화에 의한 빔의 에너지 제어를 비롯한 적절한 설정을 선택할 수 있다. 일반적으로 C02 레이저는 복합 바이오텍스타일 절단에 적합하게 사용될 수 있다. 그러나, 연속파 레이저를 사용할 때, 복합 바이오텍스타일에서 과도한 열 전달이 발생하여 절단 가장자리가 왜곡되거나, 예를 들어 열 이완 효과로 인해 폴리올레핀(예컨대, UHMWPE) 구조체의 부분적 용융 또는 수축이 발생할 수 있음이 관찰되었다. 본 발명의 양태에서, 펄스 레이저(즉, 연속 모드가 아닌 광 펄스의 형태로 빛을 방출하는 레이저)가 적용된다. 따라서, 한 양태에서, 나노-, 피코- 또는 펨토세컨드(femtosecond) 펄스 레이저와 같은 단파 펄스 또는 초단파 펄스 레이저는, 형태 변형을 일으키기 위해 복합 바이오텍스타일을 과도하게 가열하지 않고, 폴리우레탄이 절단 가장자리를 확보하기 위해 여전히 용융될 수 있기 때문에, 적용된다.
다른 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머 코팅은 폴리올레핀 텍스타일의 양면의 표면 영역의 (대응하는) 부분과 같이 섬유 구조체의 일부 표면 영역에 적용되어 존재한다. 폴리우레탄은, 예를 들어 하나 이상의 스트라이프, 즉 10 mm 이하의 너비를 갖는 패브릭과 같은 섬유 구조체의 연장된 코팅 및/또는 함침된 영역 또는 섹션으로 적용될 수 있다. 이러한 스트라이프는, 예를 들어 인접하거나 부분적으로 중첩된 적용된 폴리우레탄 용액 점적의 어레이로부터, 예를 들어 (마이크로-)피펫, 스프레이 코팅 또는 잉크젯 인쇄 장치를 사용하여 형성될 수 있다. 폴리우레탄 용액은, 기본적으로 패브릭을 표면 코팅하기 위해, 또는 적용된 용액이 두께에 걸쳐 패브릭에 쉽게 침투할 수 있는 패브릭의 경우와 같이 패브릭을 부분적으로 함침시키기 위해, 예를 들어 패브릭의 반대쪽 및 대응하는 위치의 양면에 적용되거나 한 측면에만 적용될 수 있다. 스트라이프는 또한, 특히 구조체의 가장자리 대역에서 단순히 스트라이프가 필요한 경우, 구조체가 그 가장자리 중 하나 이상에서 폴리우레탄 용액에 부분적으로만 침지되는 침지-코팅 공정에서 생성될 수 있다. 한 양태에서, 폴리우레탄 코팅의 스트라이프는 8, 6, 5 또는 4 mm 이하의 너비를 갖는다. 스트라이프의 최소 너비는 봉합 유지 및/또는 해어짐 내성을 효과적으로 증가시키기 위해 1 mm만큼 작거나 2 또는 3 mm 이상일 수 있다. 스트라이프는 적어도 구조체의 해당 장소 또는 영역에 위치하며, 이때 바이오텍스타일의 의도된 사용 동안, 복합 바이오텍스타일의 크기와 형상을 추가로 조정하기 위해 (레이저) 절단이 수행된다. 폴리우레탄 코팅은 또한 구조체의 다른 특성을 변경하기 위해 섬유 구조체의 위치에 적용될 수 있다. 당업자는, 예를 들어 구조체의 의도된 사용에 대한 성능 요건을 검토하는 동안, 문헌 검토에 의해, 컴퓨터 지원 설계 및 모델링에 의해, 기존 장치에 대한 고장 분석에 의해 및/또는 프로토타입에 대한 시험 수행에 의해 이러한 위치를 식별할 수 있다.
추가 양태에서, 폴리우레탄 코팅은 복합 바이오텍스타일의 한 측면의 표면의 일부에 존재한다. 폴리우레탄의 스트라이프는 상기 설명한 바와 유사하게 스프레이 코팅 또는 잉크젯 코팅을 사용하여 폴리올레핀 구조체에 적용될 수 있다. 다른 양태에서, 폴리우레탄 코팅은 복합 바이오텍스타일의 한 측면의 실질적으로 모든 표면 영역에 존재한다. 한 양상에서, 폴리우레탄-코팅된 복합 바이오텍스타일, 예를 들어 용매 캐스팅, 스프레이 또는 잉크젯 코팅을 사용하여 코팅된 비교적 조밀한 패브릭은 바이오텍스타일의 비교적 매끄러운 코팅 표면이 혈액과 접촉하고, 코팅되지 않은 표면이 조직을 향하고 있는 생체의학 적용례, 예를 들어, 조직 내부 성장과 우수한 혈액 적합성을 조합하고 적절한 봉합 유지 강도를 나타내는 스텐트-이식편 재료로서 유리하게 사용될 수 있다.
또 다른 양태에서, 폴리우레탄 코팅은 복합 바이오텍스타일의 한 측면의 일부 표면 영역 및 다른 측면의 실질적으로 모든 표면 영역에 존재한다.
복합 바이오텍스타일은 폴리올레핀 섬유 구조체, 및 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는 코팅을 포함하고, 이때 폴리우레탄은 복합 바이오텍스타일의 2.5 내지 90 질량%의 양으로 존재한다. 이러한 양은 코팅된(및 임의적으로 함침된) 섬유 구조체의 상대적인 표면 영역에 따라 달라질 것이다. 한 양태에서, 폴리우레탄은 5, 10, 15, 20 또는 25 질량% 이상, 및 80, 70, 60, 50, 40 또는 30 질량% 이하의 양으로 존재한다. 더 낮은 양의 폴리우레탄 코팅은 전형적으로 한 측면이 부분적으로 코팅된 복합 바이오텍스타일과 관련되고, 더 높은 범위는 실질적으로 완전히 양면 코팅된 복합 바이오텍스타일에 관한 것이다.
다른 양태에서, 복합 바이오텍스타일 내의 폴리우레탄의 양은 표면 영역 또는 면적 밀도 당 양, 예를 들어, 상기 논의한 인자에 따라, 복합 바이오텍스타일을 기준으로 0.2 내지 10 mg/cm2의 양, 또는 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 또는 2.5 mg/cm2 이상 및 9, 8, 7, 6 또는 5 mg/cm2 이하의 양으로 표현될 수 있다.
한 양태에서, 복합 바이오텍스타일은 15 내지 350 μm의 단면 또는 약 15 내지 350 μm의 두께를 갖는다. 복합 바이오텍스타일의 두께(또는 단면)는 가닥의 유형, 폴리올레핀 섬유 구조체를 만드는 데 사용되는 형성 기술 유형 및 폴리올레핀 구조체의 밀도와 관련되고, 또한 폴리우레탄의 양, 폴리우레탄이 복합 바이오텍스타일의 표면에만 및/또는 가닥 사이에 있는지 여부와 관련된다. 한 양태에서, 복합 바이오텍스타일은 향상된 신축성 및 유연성을 위해 325, 300, 275, 250, 225, 200, 175, 150, 125, 100, 90 또는 80 μm 이하의 두께, 및 특정 강도 및 내구성 특성을 위해 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 μm 이상의 두께를 갖는 코팅된 텍스타일이다.
추가 양태에서, 본 발명은 폴리우레탄 엘라스토머로 코팅(및/또는 함침)된 절단 가장자리를 갖는, 즉 바이오텍스타일이 (직조) 식서가 아닌 안정하거나 안정화된 절단 가장자리를 갖는, 상기 기재된 복합 바이오텍스타일의 조각을 제공한다. 즉, 복합 바이오텍스타일은 폴리우레탄으로 코팅 및/또는 함침된 하나 이상의 절단 가장자리를 갖는다. 이러한 절단 가장자리는 전형적으로 전술한 바와 같이 폴리우레탄 코팅이 존재하는 위치에서 (펄스) 레이저로 본 발명의 복합 바이오텍스타일을 절단한 결과이다.
한 양태에서, 복합 바이오텍스타일, 패브릭은 절단 가장자리를 갖고, 실험에서 설명된 방법으로 측정된, 절단 가장자리에서 15 N 이상의 봉합 유지 강도를 갖는다. 추가 양태에서, 복합 바이오텍스타일은 20, 22 또는 24 N 이상의 봉합 유지 강도를 갖는 반면; 이러한 강도는 약 50, 45 또는 40 N 이하일 수 있다.
다른 양상에 따라, 본 개시내용은
(a) 2 내지 250 dtex의 티터, 및 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥으로 제조된 폴리올레핀 섬유 구조체를 제공하는 단계;
(b) 구조체의 의도된 사용을 위해 절단될 수 있는 섬유 구조체 상의 위치를 결정하는 단계;
(c) 임의적으로, 적어도 결정된 위치에서 상기 섬유 구조체를 고에너지원으로 전처리하여 표면을 활성화시키는 단계;
(d) 적어도 결정된 위치에서 섬유 구조체를, 연질 분절의 폴리실록산을 포함하고/거나 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머 및 폴리우레탄용 용매를 포함하는 코팅 조성물로 용액 코팅하는 단계; 및
(e) 코팅된 섬유 구조체로부터 용매를 제거하는 단계
를 포함하여, 바이오텍스타일의 표면의 적어도 일부에 폴리우레탄 코팅을 갖는 복합 바이오텍스타일을 생성하고, 폴리우레탄이 복합 바이오텍스타일을 기준으로 2.5 내지 90 질량%의 양으로 존재하는, 의료용 임플란트 컴포넌트에서 또는 의료용 임플란트 컴포넌트로서 사용하기 위한 복합 바이오텍스타일의 제조 방법을 제공한다.
이러한 방법의 양태에서, 섬유 구조체, 폴리우레탄 엘라스토머, 및 단계는 이미 본원에 전술된 다양한 특징 및 양태를 추가로 포함할 수 있고, 당업자가 이러한 특징이 기술적으로 실현가능하지 않는 것으로 밝혀내지 않는 한, 이러한 특징은 임의의 조합으로 존재할 수 있다.
본 개시내용의 방법은 2 내지 250 dtex의 티터, 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥을 포함하거나 실질적으로 이로 제조된 폴리올레핀 섬유 구조체를 제공하는 단계로서, 폴리올레핀 섬유 구조체에 대해 상기 기재된 바와 같은 다양한 선택적인 또는 바람직한 양태를 포함하는 단계를 포함한다.
방법의 다음 단계는 의도된 사용을 위한 구조체의 크기 또는 형상으로 절단이 수행되어야 하거나 수행되고; 절단이, 예를 들어 폴리올레핀 패브릭에서 수행될 때, 안정화되지 않은 가장자리를 야기할 수 있고, 어떤 절단 가장자리가 후속 사용 중에 또는 가장자리 근처의 패브릭을 통해 봉합사를 배치하고 장력을 가할 때 해어짐 또는 라벨링을 나타낼 수 있는, 섬유 구조체 상의 위치를 결정하는 것이다. 방법의 양태에서, 당업자는, 예를 들어 의료용 장치의 컴포넌트에서 또는 의료용 장치의 컴포넌트로서 의도된 사용을 위한 구조체의 개발의 일부로서, 구조체에서 이러한 위치를 식별할 수 있고, 이는 카테터 풍선, 혈관 이식편, 스텐트-이식편, 폐색 장치 또는 인공 심장 판막 스커트 또는 소엽과 같은 컴포넌트 및/또는 장치의 디자인에 따라 다르다.
본 개시내용의 방법은 임의적으로 폴리우레탄에 대한 개선된 결합을 위해 표면을 활성화하는 동시에 표면을 세정하기 위해 적어도 결정된 위치에서 섬유 구조체를 고에너지 공급원으로 전처리하는 단계를 포함한다. 2개의 반대 표면을 갖는 텍스타일의 경우, 전처리는 적어도, 텍스타일 유형 및 전처리의 침투 깊이에 따라, 텍스타일의 하나 이상의 측면, 및 반대 및 대응 위치의 양면의 결정된 위치에서 수행될 수 있다. 폴리올레핀 섬유는 비극성 및 비반응성 표면을 갖고, 폴리우레탄과 같은 더 큰 극성 중합체는 접착력이 거의 나타내지 않을 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 또는 코로나 처리에 의한 표면 활성화는 공지되어 있고, 작용기, 예를 들어 산소-함유 기를 도입할 수 있고, 폴리우레탄의 접착력을 증가시킬 수 있다. 플라즈마 표면 처리의 적합한 예는 대기압 또는 감압 하에 및 폴리올레핀 구조체에 부정적인 영향을 미치지 않는 온도에서, 예를 들어 산소가 존재하는 상태에서 수행될 수 있는 저온 플라즈마 처리를 포함한다. 한 양태에서, 전처리 단계는 대기압 플라즈마 활성화를 포함한다. 한 양태에서, 전처리 단계는 폴리올레핀 섬유 구조체의 모든 표면을 활성화시키기 위해 수행된다. 본 발명자들은 표면 전처리와 코팅 중합체로서 폴리실록산 및/또는 소수성 말단기를 갖는 폴리우레탄을 사용하는 조합이 이렇게 제조된 복합 바이오텍스타일의 양호한 성능 및 내구성에 기여한다는 것을 관찰하였다.
본 개시내용의 방법은 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄, TPU용 용매, 및 임의적으로 보조 화합물을 포함하는 코팅 조성물로 적어도 결정되고 임의적으로 전처리된 위치에서 섬유 구조체를 용액 코팅하는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 방법에 사용하기에 적합한 폴리우레탄은 조성물, 특징 및 다양한 임의적인 또는 바람직한 양태를 비롯한, 복합 바이오텍스타일에 대해 상기 기재된 바와 같은 방법이다. 폴리우레탄은 전형적으로 수 질량% 이하와 같이 환경으로부터 수분을 흡수할 수 있고, 바람직하게는 용매에 용해되기 전에, 예를 들어 0.05 질량% 미만의 물의 수준으로 건조된다. 용액 코팅은 당업자에게 주지되어 있고, 피펫 또는 주사기 사용, 침지-코팅, 스프레이 코팅, 잉크젯 적용 등과 같은 다양한 적용 기술을 사용하여 수행할 수 있고, 당업자가 일반적인 지식과 일상적인 시험을 기반으로 실제 상황에 가장 적합한 방법을 선택할 수 있다. 폴리올레핀 섬유 구조체는 부분적으로 코팅되어 하나 이상의 스트라이프 또는 임의의 다른 패턴을 형성하거나, 상기 논의된 바와 같이 완전히 코팅되고 함침될 수 있다. 용액은 한 단계로 적용될 수 있고, 예를 들어 용액이 건조되도록 하는 단계 사이의 특정 시간을 가지면서 더 적은 양을 적용하는 다중 단계로 적용될 수도 있다.
코팅 조성물은 폴리우레탄 및 용매를 포함한다. 폴리우레탄에 적합한 용매는 폴리우레탄을 실질적으로 또는 바람직하게는 균질하게 용해시킬 수 있지만, 폴리올레핀은 적어도 본 방법을 수행하는 조건 하에서는 용매에 용해되지 않는다. 당업자는 임의적으로 일부 문헌에 의해 뒷받침되는 일반 지식, 예를 들어 문헌["Polymer Handbook" by Brandrup and Immergut, Eds.]에 제공된 바와 같은 용매 및 중합체의 용해도 매개변수에 기초하여 소정 폴리우레탄 및 중합체 조합에 적합한 용매를 선택할 수 있을 것이다. 당업자는 또한 용해도에 대한 중합체 몰질량의 영향을 알고 있다. TPU를 비롯한, 이른바 폴리우레탄을 위한 양호한 용매의 경우, 중합체 쇄와 용매 분자 사이의 상호작용은 효과적으로 바람직하고, 중합체 및 용매의 용해도 매개변수 사이의 차이는 작다. 폴리올레핀에 대해 비용매인 폴리우레탄에 대한 용매를 찾는 본 발명의 경우, 당업자는 본원에 전술된 바와 같은 대부분의 폴리우레탄이 폴리올레핀보다 더 극성인 특징을 가질 것임을 인식할 것이다. 이러한 경우, 예를 들어 교반 또는 초음파처리 및 임의적으로 약간의 가열에 의해 지원되는, 폴리우레탄을 용해할 수 있는 용매는, 폴리우레탄 용액이 폴리올레핀 구조체에 적용될 때, 폴리올레핀을 용해하지 않을 가능성이 높다.
방법의 양태에서, 용매는 테트라하이드로푸란(THF), 메틸-테트라하이드로푸란(m-THF), 다이메틸포름아미드(DMF), 다이메틸아세트아미드(DMAc), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 다이클로로메탄, 클로로포름, 헥사플루오로 이소프로판올, 다이옥산, 다이옥솔란, 이들의 혼합물, 또는 이들과 다른 덜 좋은 용매(또는 조-용매)의 혼합물(단, 이러한 혼합물이 폴리우레탄을 용해할 수 있는 경우)일 수 있다. 적용 후 섬유 구조체로부터 용매를 제거하는 관점에서, 용매가 임의적으로 폴리올레핀의 융점보다 10℃ 이상 낮은 온도로 가열함으로써 증발에 의해 실질적으로 제거될 수 있는 휘발성을 갖는 용매가 바람직하다. 한 양태에서, THF 또는 m-THF가 용매이고, 바람직하게는 THF가 용매이다.
용액 코팅 단계에서 적용된 용액 중 폴리우레탄의 농도는 중요하지 않고, 일반적으로 용액을 기준으로 0.1 내지 20 질량%의 폴리우레탄일 것이다. 그러나, 실험에서, 섬유 구조체의 공극 또는 기공 내 용액의 침투, 즉 폴리올레핀 구조체의 함침이 필요한 경우, 비교적 낮은 점도의 용액을 사용하는 것이 바람직하다는 것이 관찰되었다. 한편, 폴리우레탄 농도가 높을수록, 함침을 제한하면서 효과적인 코팅을 위해 더 적은 용액을 적용해야 한다. 한 양태에서, 폴리우레탄 엘라스토머의 용액은 약 1 내지 5,000 mPa·s의 브룩필드 점도, 또는 5, 10, 25 또는 50 mPa·s 이상 및 3,000, 2,000, 1,000 또는 500 mPa·s 이하의 점도를 가질 수 있다. 따라서, 복합 바이오텍스타일의 생물학적 상호작용을 최적화하는 것은 코팅 조건을 변경하고 구조체의 표면을 폴리우레탄으로 완전히 코팅하는 것에 비해 국소적으로 또는 부분적으로 코팅하는 것에 의해 수행될 수 있다.
방법에 적용되는 열가소성 폴리우레탄은, 다양한 임의적인 또는 바람직한 양태를 비롯한, 복합 바이오텍스타일에 대해 상기 추가로 설명되고 MFR로 예시된 바와 같이, 일반적으로 이의 융점보다 높은 특정 온도, 예를 들어 이후의 레이저 절단 단계 동안 국소적으로 도달하는 온도에서 폴리올레핀의 용융 유동보다 10배 이상 높은 용융 유동을 갖는다.
방법에 사용된 코팅 조성물은 방사선불투과제(예컨대, 탄탈, 텅스텐, 금, 플래티넘, 이리듐 등), 항생제, 이식편 (재)협착증을 억제하는 약제(예컨대, 파클릭탁셀(Paclitaxel)), 또는 원하는 생물학적 반응을 불법화하는 다른 생물의약품 및 소분자와 같은 하나 이상의 보조 화합물을 추가로 함유할 수 있다. 이러한 임의적인 보조 화합물은 바람직하게는 FDA와 같은 규제 기관에 의해 표적 적용을 위해 승인되었고, 전형적으로 복합 바이오텍스타일의 농도가 승인된 범위 내에서 복합 바이오텍스타일의 목적에 효과적이면서도 복합 바이오텍스타일의 다른 성능 특성을 허용할 수 없을 정도로 악화시키지 않도록 비교적 적은 유효량으로 존재할 수 있다. 폴리우레탄 코팅에 방사선불투과제의 존재가 필요한 경우, 이러한 화합물은, 바람직하게는 전술한 방사선불투과제의 유형 및 양을 사용하여, 바람직하게는 폴리우레탄 용액에 방사선불투과제 입자를 분산시킴으로써 코팅 조성물에 첨가된다.
본 개시내용의 방법은 코팅된 구조체로부터 용매를 제거하는 단계를 추가로 포함하며, 바람직하게는 용매가 실질적으로 제거된다. 간단하고 바람직한 방식은 용매(또는 용매 혼합물)를 증발시키는 것이다. 이것은 상온에서 수행될 수 있고, 효율을 향상시키기 위해 감압 및/또는 고온을 적용함으로써 수행될 수 있다. 고온이 사용되는 경우, 예를 들어 폴리올레핀 물질의 부분 용융 및/또는 응력 완화로 인해 복합 바이오텍스타일의 특성이 저하되지 않도록 주의해야 한다. 바람직하게는, 적용된 온도는 폴리우레탄 또는 TPU 및 중합체의 융점보다, 예를 들어 10℃ 이상 훨씬 낮게 유지된다. 임의적으로 또는 다르게는, 용매를 실질적으로 제거하기 위해 세척 단계가 적용된다. 세척은 폴리우레탄 및 폴리올레핀 둘 다에 대해 비용매이지만 폴리우레탄에 대한 용매와 혼화성인 세척 용매를 포함하거나 이로 이루어진 액체로 수행될 수 있다. 이러한 세척 단계는 상온에서 수행될 수 있고, 상기 언급한 바와 유사한 제약 조건으로 고온에서 수행될 수 있다. 용매 제거는 전형적으로 의료용 임플란트에 사용하기 위한 사양 또는 규정에 따른 복합 바이오텍스타일의 잔류 용매 수준을 생성하도록 수행된다. 한 양태에서, 복합 바이오텍스타일은, 예를 들어 질소 하에 24시간 동안 건조한 후 50℃에서 1시간 동안 대류 오븐에서 건조한 후, 50 ppm 미만의 잔류 용매 함량을 갖는다.
방법의 양태에서, 폴리올레핀 섬유 구조체는 구조체의 가닥을 현저하게 인장하지 않으면서 구조체를 원래 형태로 유지하기 위해 홀더 또는 프레임에 장착될 수 있고, 이어서 전처리, 용액 코팅 및 용매 제거 중 하나 이상의 단계를 거친다. 이의 장점은 구조체를 더욱 균일하게 전처리하고 코팅하는 것, 및 수축을 방지하거나, 예를 들어 코팅 및 용매 제거 단계 동안 주름과 같은 변형을 방지하는 것을 포함할 수 있다. 당업자는, 예를 들어 목적 위치에서의 효과적인 코팅을 방해하지 않으면서 구조체를 변형으로부터 방지하는 적합한 프레임 또는 다른 방법을 선택할 수 있을 것이다.
본 발명의 이러한 방법은 본원에 전술된 복합 폴리우레탄/폴리올레핀 바이오텍스타일을 생성하고, 바이오텍스타일은 폴리우레탄으로 적어도 부분적으로 코팅 및/또는 함침된다.
본 개시내용의 방법은 레이저로, 예를 들어 폴리우레탄의 융점보다 높은 국소 절단 온도에서 하나 이상의 코팅된 위치에서 수득된 복합 바이오텍스타일을 절단하여, 원하는 형상 및/또는 크기, 및 하나 이상의 안정화된 절단 가장자리를 갖는 복합 바이오텍스타일 조각을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 당업자는 과열에 의한 손상을 방지하면서 복합 바이오텍스타일에서 잘 한정된 깔끔한 절단을 수행하기 위해 적절한 레이저 및 이의 설정을 선택할 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 바람직한 양태는 펄스 레이저, 바람직하게는 나노-, 피코- 또는 펨토세컨드 펄스 레이저와 같은 초단파 펄스 레이저(USP 레이저)를 적용할 수 있다. 한 양태에서, 약 10 내지 26 W, 바람직하게는 12 내지 24, 14 내지 22 또는 16 내지 20 W의 에너지 수준 설정, 및 1 내지 12 mm/초, 바람직하게는 2 내지 10 또는 3 내지 8 mm/초의 절단 속도를 갖는 USP 레이저를 사용하여 절단이 수행된다. USP 레이저에 의한 1회 초과의 스캔이, 두께에 따라 복합 바이오텍스타일을 완전히 절단하기 위해 필요할 수 있다. 바이오텍스타일의 손상 또는 왜곡을 방지하기 위해, 단일 스캔에서 더 높은 에너지 설정을 사용하는 것보다 여러 스캔 단계가 바람직할 수 있다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 의료용 임플란트 컴포넌트에서 또는 의료용 임플란트 컴포넌트로서 이러한 복합 바이오텍스타일, 특히 안정화된 (레이저-)절단 가장자리를 갖는 코팅된 패브릭과 같은 복합 바이오텍스타일의 용도, 특히 바이오텍스타일이 정형외과 또는 심혈관 적용례에서와 같이 신체 조직 또는 체액과 접촉하는 적용례, 예컨대 메쉬, 혈관 이식편, 폐색 장치, 스텐트 커버, 또는 심장 판막의 스커트 또는 소엽과 같은 인공 판막의 부품을 위한 용도에 관한 것이다.
다른 양상은 의료용 임플란트 또는 의료용 장치, 예를 들어 상기 정형외과 또는 심혈관 장치를 포함하고, 이러한 장치는 상기 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 상기 복합 바이오텍스타일, 특히 안정화된 절단 가장자리를 갖는 이러한 복합 바이오텍스타일 또는 패브릭을 포함한다.
본 발명을 설명하는 맥락에서(특히 하기 예시적인 양태 및 청구범위의 맥락에서) 단수형 용어의 사용 및 유사한 언급은 본원에 달리 명시되거나 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한 단수형 및 복수형을 둘 다 포괄하는 것으로 간주된다. 용어 "포함하는", "갖는", "포함하다" 및 "함유하는"은 달리 언급되지 않는 한 개방형 용어(즉, "포함하지만 이로 제한되지 않는"을 의미함)로 해석되어야 한다. 본원에서 값의 범위에 대한 언급은 단지 범위에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 속기 방법으로서 역할을 하기 위한 것이며, 각각의 개별 값은 마치 본원에 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 혼입된다. 본원에 제공된 임의의 및 모든 예 또는 예시적인 언어의 사용(예컨대, 본원에 제공된 "와 같은" 또는 "예컨대")은 단지 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것이며, 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 명세서의 어떤 언어도 본 발명을 실시하는 데 필수적인 것으로 청구되지 않은 임의의 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 알려진 최선의 방식을 비롯한 본 발명의 바람직한 양태가 본원에 기술되어 있다. 이러한 바람직한 양태의 변형은 전술한 설명을 읽을 때 당업자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자들은 당업자가 이러한 변형을 적절하게 사용하기를 기대하고, 본 발명자들은 본원에 구체적으로 기재된 것과 다르게 본 발명이 실시되기를 의도한다. 따라서, 본 발명은 관련 법률이 허용하는 바에 따라 본원에 첨부된 청구범위에 인용된 대상의 모든 수정 및 등가물을 포함한다. 임의적인 특정 특징이 본 발명의 양태로서 기술되지만, 이러한 기술은 모든 것을 달리 구체적으로 나타내거나 물리적으로 불가능하지 않는 한 이러한 양태의 모든 조합을 포함하고 구체적으로 개시하는 것을 의미한다.
전술한 본 발명의 양상을 수행하는 다양한 양식 및 방식은 이제 일련의 예시적인 양태에 의해 추가로 요약된다.
1) i) 2 내지 250 dtex의 티터, 및 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥으로 제조된 폴리올레핀 섬유 구조체; 및
ii) 연질 분절의 폴리실록산을 포함하고/거나 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는 코팅
을 포함하는 복합 바이오텍스타일로서, 폴리우레탄 코팅이 섬유 구조체의 적어도 일부 표면 상에 적용되고, 복합 바이오텍스타일을 기준으로 2.5 내지 90 질량%의 양으로 존재하는, 복합 바이오텍스타일.
2) 양태 1의 복합 바이오텍스타일을 포함하는 의료용 임플란트 컴포넌트.
3) (a) 2 내지 250 dtex의 티터, 및 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥으로 제조된 폴리올레핀 섬유 구조체를 제공하는 단계;
(b) 구조체의 의도된 사용을 위해 절단될 수 있는 섬유 구조체 상의 위치를 결정하는 단계;
(c) 임의적으로, 적어도 결정된 위치에서 상기 섬유 구조체를 고에너지원으로 전처리하여 표면을 활성화시키는 단계;
(d) 적어도 결정되고 임의적으로 전처리된 위치에서 섬유 구조체를, 연질 분절의 폴리실록산을 포함하고/거나 하나 이상의 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머 및 폴리우레탄용 용매를 포함하는 코팅 조성물로 용액 코팅하는 단계; 및
(e) 코팅된 패브릭으로부터 상기 용매를 제거하는 단계
를 포함하여, 바이오텍스타일의 표면의 적어도 일부에 폴리우레탄 코팅을 갖는 복합 바이오텍스타일을 생성하고, 폴리우레탄이 복합 바이오텍스타일을 기준으로 2.5 내지 90 질량%의 양으로 존재하는, 의료용 임플란트 컴포넌트에서 또는 의료용 임플란트 컴포넌트로서 사용하기 위한 복합 바이오텍스타일의 제조 방법.
4) 양태 1 내지 3 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체가 로프, 케이블, 테이프, 텍스타일, 또는 이들의 조합을 포함하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
5) 양태 1 내지 4 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체가 폴리올레핀 텍스타일을 포함하거나 이로 이루어지고, 바람직하게는 텍스타일이 편직, 제직 또는 편조에 의해 제조된 패브릭인, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
6) 양태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체가 직조 패브릭 또는 편직 패브릭, 바람직하게는 직조 패브릭인, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
7) 양태 1 내지 6 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체가 상이한 경사 및 위사 가닥을 함유하는 직조 패브릭이고 이방성 특성을 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
8) 양태 1 내지 3 중 어느 한 양태에 있어서, 섬유 구조체의 가닥이 225, 200, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60 또는 50 dtex 이하; 및 4, 5, 6, 8, 10, 15 또는 20 dtex 이상의 티터를 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
9) 양태 1 내지 8 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체가 300, 275, 250, 225, 200, 175, 150, 125, 100, 90, 또는 80 μm 이하, 및 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 μm 이상의 두께를 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
10) 양태 1 내지 9 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체가 실질적으로 균일하거나 불균일한 두께를 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
11) 양태 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체의 하나 이상의 가닥이 전형적으로 2 내지 50 dtex의 티터를 갖는 하나 이상의 모노필라멘트, 또는 전형적으로 약 2 내지 250 dtex의 얀 티터를 갖고 필라멘트 당 0.2 내지 5 dtex, 바람직하게는 0.3 내지 3 또는 0.4 내지 2 dtex의 필라멘트 티터를 갖는 필라멘트를 함유하는 하나 이상의 꼬이거나 꼬이지 않은 멀티-필라멘트 얀을 포함하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
12) 양태 1 내지 11 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체의 가닥이 단량체 단위로서 하나 이상의 올레핀을 함유하는 단독중합체 및 공중합체로부터 선택되는 하나 이상의 폴리올레핀으로 제조된 섬유를 포함하고, 폴리올레핀이 350 kDa 이상의 중량 평균 몰질량을 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
13) 양태 1 내지 12 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체의 가닥이 선형 폴리에틸렌, 예를 들어 4 내지 40 dL/g의 고유 점도(IV)를 갖는 고분자량 폴리에틸렌(HMWPE) 또는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 제조된 폴리올레핀 섬유를 포함하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
14) 양태 1 내지 13 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체의 가닥이 15, 20, 25, 28, 또는 30 cN/dtex 이상, 및 전형적으로 40, 37 또는 35 cN/dtex 이하의 인장 강도를 갖는 UHMWPE 섬유를 포함하고, 바람직하게는 UHMWPE 섬유가 300 내지 1,500 cN/dtex의 인장 모듈러스를 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
15) 양태 1 내지 14 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체의 가닥이 80 또는 90 질량% 이상의 UHMWPE 섬유를 포함하거나, UHMWPE 섬유로 이루어지거나 실질적으로 이루어진, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
16) 양태 1 내지 15 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체가 2개 이상의 상이한 구조체의 조합, 예컨대 텍스타일과 로프, 케이블 또는 테이프의 조합, 또는 직조 패브릭과 로프, 케이블, 테이프 또는 부직포의 조합을 포함하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
17) 양태 1 내지 16 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 엘라스토머가 열가소성 또는 열경화성 폴리우레탄이고, 적합한 용매에 가용성이고, 바람직하게는 폴리우레탄 엘라스토머가 열가소성 폴리우레탄(TPU)인, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
18) 양태 1 내지 17 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 코팅 층이 섬유 구조체의 표면, 예컨대 폴리올레핀 패브릭의 한 측면 또는 폴리올레핀 패브릭의 양면 상에 우세하게 존재하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
19) 양태 1 내지 18 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 코팅이 폴리올레핀 구조체의 표면 상의 선택되는 위치에 국소적으로 존재하거나, 실질적으로 모든 표면 영역 상에 존재하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
20) 양태 1 내지 19 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 코팅 층이 구조체 내의 섬유를 부분적으로 또는 완전히 덮어서 부분적으로 또는 완전히 폴리우레탄-함침된 섬유 구조체를 생성하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
21) 양태 1 내지 20 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 엘라스토머가 폴리에터, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀 및 폴리실록산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 지방족 중합체 다이올로부터 유도된 연질 블록을 포함하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
22) 양태 1 내지 21 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 엘라스토머가 폴리실록산 다이올, 예컨대 폴리(다이메틸 실록산) 다이올, 지방족 폴리에터, 폴리(테트라메틸렌 옥사이드) 다이올, 지방족 폴리에스터, 예를 들어 폴리(헥사메틸렌 카보네이트) 다이올 또는 폴리(폴리테트라하이드로푸란 카보네이트) 다이올, 또는 이들의 조합으로부터 유도되는 연질 블록을 포함하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
23) 양태 1 내지 22 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 엘라스토머가 폴리실록산 다이올, 및 폴리카보네이트 다이올 및 폴리(테트라메틸렌 옥시드) 다이올 중 하나 이상으로부터 유도되는 연질 블록을 포함하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
24) 양태 1 내지 23 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 엘라스토머가 200 내지 100,000 Da, 바람직하게는 400, 600, 800, 1,000 Da 이상 및 10,000, 7,500, 5,000, 4,000, 3,000 또는 2,500 Da 이하의 몰질량(Mn)을 갖는 연질 블록을 포함하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
25) 양태 1 내지 24 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 엘라스토머가 40, 50 또는 60 ShA 이상 및 80, 70, 또는 60 ShD 이하 또는 100, 90 또는 85 ShA 이하의 쇼어 경도를 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
26) 양태 1 내지 25 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 엘라스토머가 선형이고, 하나 이상의 쇄 말단에 소수성 말단기를 포함하고, 바람직하게는 평균 2개의 소수성 말단기를 포함하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
27) 양태 1 내지 26 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 엘라스토머가 C2-C20 알킬, C2-C16 플루오로알킬, C2-C16 플루오로알킬 에터, 소수성 폴리(알킬렌 옥사이드), 또는 폴리실록산, 예컨대 폴리(다이메틸 실록산)을 포함하는 하나 이상의 소수성 말단기, 바람직하게는 폴리실록산을 포함하는 하나 이상의 말단기를 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
28) 양태 1 내지 27 중 어느 한 양태에 있어서, 소수성 말단기가 단량체이고, 200, 300, 또는 500 Da 이상 및 1,000 또는 800 Da 이하의 몰질량을 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
29) 양태 1 내지 27 중 어느 한 양태에 있어서, 소수성 말단기가 중합체이고, 500, 1,000 또는 2,000 Da 이상 및 10,000, 8,000, 6,000 4,000 Da 이하의 몰질량을 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
30) 양태 1 내지 29 중 어느 한 양태에 있어서, 소수성 말단기가 폴리우레탄의 총 질량을 기준으로 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5 질량% 이상, 및 4, 3, 2 또는 1 질량% 이하의 양으로 존재하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
31) 양태 1 내지 30 중 어느 한 양태에 있어서, 코팅이 이의 융점 초과의 온도에서 상기 온도에서의 폴리올레핀의 용융 유동보다 10배 이상 큰 용융 유동을 나타내는 TPU를 포함하고, 예를 들어, 210 내지 240℃에서 TPU가 폴리올레핀의 용융 유동 지수의 10, 20, 40, 60배 또는 심지어 100배 이상인 용융 유동 지수를 갖는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
32) 양태 1 내지 31 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리올레핀 섬유 구조체가 텍스타일, 예컨대 패브릭이고, 폴리우레탄 코팅이 구조체의 하나 이상의 측면의 표면의 적어도 일부에 존재하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
33) 양태 1 내지 31 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 코팅이 섬유 구조체의 실질적으로 모든 표면 영역 상에, 예컨대 폴리올레핀 텍스타일 양면 상에 존재하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
34) 양태 1 내지 33 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄이 표면 코팅으로서 존재하고/거나 섬유 구조체를 함침시킨, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
35) 양태 1 내지 34 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄 코팅이 바람직하게는 1, 2 또는 3 mm 이상 및 10, 8, 6, 5 또는 4 mm 이하의 너비를 갖는 하나 이상의 스트라이프의 형태로 존재하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
36) 양태 1 내지 35 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄이 5, 10, 15, 20 또는 25 질량% 이상 및 80, 70, 60, 50, 40 또는 30 질량% 이하의 양으로 존재하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
37) 양태 1 내지 36 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄이 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 또는 2.5 mg/cm2 이상 및 9, 8, 7, 6 또는 5 mg/cm2 이하의 양으로 존재하는, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
38) 양태 1 내지 37 중 어느 한 양태에 있어서, 복합 바이오텍스타일이 325, 300, 275, 250, 225, 200, 175, 150, 125, 100, 90, 또는 80 μm 이하, 및 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 μm 이상의 두께를 갖는 텍스타일인, 복합 바이오텍스타일, 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 방법.
39) 양태 1 내지 38 중 어느 한 양태에 있어서, 복합 바이오텍스타일이 폴리우레탄 엘라스토머로 코팅 및/또는 함침된 하나 이상의 절단 가장자리를 갖는, 복합 바이오텍스타일 또는 의료용 임플란트 컴포넌트.
40) 양태 39에 있어서, 상기 복합 바이오텍스타일이 절단 가장자리에서 15, 20, 22 또는 24 N 이상 및 50, 45 또는 40 N 이하의 봉합 유지 강도를 갖고, 바람직하게는 폴리올레핀 섬유 구조체가 텍스타일, 바람직하게는 패브릭인, 복합 바이오텍스타일 또는 의료용 임플란트 컴포넌트.
41) 양태 1 내지 38 중 어느 한 양태에 있어서, 적어도 결정된 위치에서 섬유 구조체를 전처리하는 임의적인 단계가 플라즈마 또는 코로나 처리, 예를 들어 대기압 또는 감압 하에 폴리올레핀 섬유 구조체에 부정적인 영향을 미치지 않는 온도에서 수행되는 저온 플라즈마 처리인, 방법.
42) 양태 39에 있어서, 섬유질 구조체가 2개의 반대 표면을 갖는 텍스타일이고, 전처리가 텍스타일의 하나의 이상의 측면, 텍스타일의 반대 및 대응 위치의 양면 상에서 수행되는, 방법.
43) 양태 41 또는 42에 있어서, 전처리가 섬유 구조체의 실질적으로 모든 표면을 활성화시키기 위해 수행되는, 방법.
44) 양태 41 내지 43 중 어느 한 양태에 있어서, 용액 코팅이 용매에 용해되기 전에 0.05 질량% 미만의 물의 수준으로 건조되는 폴리우레탄을 포함하는 코팅 조성물로 수행되는, 방법.
45) 양태 41 내지 44 중 어느 한 양태에 있어서, 용액 코팅이 피펫 또는 주사기를 사용하여, 침지-코팅에 의해, 스프레이 코팅에 의해, 잉크젯 적용에 의해, 또는 이들의 조합에 의해 수행되는, 방법.
46) 양태 41 내지 45 중 어느 한 양태에 있어서, 용액 코팅이 한 단계로, 또는 바람직하게는 단계 사이에 특정 건조 시간을 갖는 다중 단계로 수행되는, 방법.
47) 양태 41 내지 46 중 어느 한 양태에 있어서, 코팅 조성물이 폴리우레탄을 용해시킬 수 있지만 폴리올레핀을 용해시키지 않는 용매를 포함하고, 바람직하게는 용매가 테트라하이드로푸란(THF), 메틸-테트라하이드로푸란(m-THF), 다이메틸포름아미드(DMF), 다이메틸아세트아미드(DMAc), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 다이클로로메탄, 클로로포름, 헥사플루오로 이소프로판올, 다이옥산, 다이옥솔란, 이들의 혼합물, 및 다른 덜 좋은 용매와 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
48) 양태 41 내지 47 중 어느 한 양태에 있어서, 코팅 조성물이 1, 5, 10, 25 또는 50 mPa·s 이상 및 5,000, 3,000, 2,000, 1,000, 또는 500 mPa·s, 예컨대 약 1 내지 5,000 mPa·s의 브룩필드 점도를 갖는, 방법.
49) 양태 41 내지 48 중 어느 한 양태에 있어서, 용매를 제거하는 단계가 증발 또는 세척에 의해 수행되고, 바람직하게는 용매가 주위 조건에서 또는 폴리우레탄 및 폴리올레핀의 융점보다 10℃ 이상 낮은 온도에서 실질적으로 제거되는, 방법.
50) 양태 41 내지 49 중 어느 한 양태에 있어서, 용매를 제거하는 단계가 50 ppm 미만의 잔류 용매 함량을 갖는 복합 바이오텍스타일을 생성하는, 방법.
51) 양태 41 내지 50 중 어느 한 양태에 있어서, 폴리우레탄이 존재하는 하나 이상의 위치에서 양태 1 내지 38 중 어느 한 양태에 따른 복합 바이오텍스타일 또는 양태 41 내지 50 중 어느 한 양태에 따른 방법에 의해 수득된 복합 바이오텍스타일을 레이저 절단하여 안정적인 절단 가장자리를 갖는 원하는 형상 및/또는 크기의 복합 바이오텍스타일의 조각을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
52) 양태 51에 있어서, 레이저 설정이 복합 바이오텍스타일의 과도한 가열이 발생하지 않도록 선택되어 잘 한정되고 규칙적이고 깨끗한 절단 가장자리를 생성하는, 방법.
53) 양태 51 또는 52에 있어서, 레이저 절단이 펄스 레이저, 바람직하게는 단파 펄스 또는 초단파 펄스 레이저, 예컨대 나노-, 피코- 또는 펨토세컨드 펄스 레이저로 수행되는, 방법.
54) 양태 51 내지 53 중 어느 한 양태에 있어서, 레이저 절단이 10 내지 26 W, 바람직하게는 12 내지 24, 14 내지 22 또는 16 내지 20 W의 에너지 수준 설정 및 1 내지 12 mm/초, 바람직하게는 2 내지 10 또는 3 내지 8 mm/초의 절단 속도를 갖는 펄스 레이저로 수행되는, 방법.
55) 양태 51 내지 54 중 어느 한 양태에 있어서, 위치에서의 레이저 절단이 다중 레이저 스캐닝 단계로 수행되는, 방법.
56) 의료용 임플란트 컴포넌트 또는 의료용 임플란트, 예를 들어 메쉬, 혈관 이식편, 폐색 장치, 스텐트 커버, 또는 심장 판막과 같은 인공 판막의 스커트 또는 소엽의 제조에 있어서, 양태 1 및 3 내지 40 중 어느 한 양태에 따른 복합 바이오텍스타일 또는 양태 41 내지 55 중 어느 한 양태에 따른 방법에 의해 수득된 복합 바이오텍스타일의 용도.
57) 양태 56에 있어서, 복합 바이오텍스타일이, 예컨대 조직 강화 절차를 위한 메쉬를 포함하는 정형외과 적용례, 또는 혈관 이식편, 스텐트 커버, 또는 정맥 판막 또는 심장 판막과 같은 인공 판막과 같은 심혈관 장치에서와 같이 신체 조직 또는 체액과 접촉되는, 용도.
58) 바람직하게는 하나 이상의 안정화된 절단 가장자리를 갖는 이러한 복합 바이오텍스타일을 포함하는, 양태 1 및 3 내지 40 중 어느 한 양태에 따른 복합 바이오텍스타일 또는 양태 41 내지 55 중 어느 한 양태에 따른 방법에 의해 수득된 복합 바이오텍스타일을 포함하는 의료용 임플란트 또는 의료용 장치.
59) 양태 58에 있어서, 정형외과 또는 심혈관 적용례에 사용하기 위한 의료용 임플란트 또는 의료용 장치.
하기 실험 및 샘플은 본 발명의 양태를 추가로 설명하지만, 물론 청구범위의 범위를 어떤 식으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예 및 비교 실험
재료
실험에서 출발 물질로 사용된 폴리올레핀 텍스타일은 경사 및 위사 가닥으로서 의료용 등급 저-데니어 UHMWPE 멀티-필라멘트 얀(다이니마 퓨러티(등록상표) TG 10 dtex; 네덜란드 시타드-겔렌 소재 디에스엠 바이오메디컬 비브이로부터 이용가능)으로 제조된 45 mm의 평폭, 약 70 μm의 두께의 2*2 능직 패턴을 갖는 직조 패브릭였다.
폴리우레탄 엘라스토머로서, 하기 등급이 사용되었다(네덜란드 시타드-겔렌 소재 디에스엠 바이오메디컬 비브이로부터 이용가능):
- 카보실(등록상표) TSPCU 20-80A: 연질 분절에 실리콘을 포함하고 실리콘 말단기를 갖는 열가소성 실리콘 폴리카보네이트 폴리우레탄, 경도 80 ShA 및 MFR 52 g/10분(1.20 kg/224℃);
- 바이오스판(등록상표) S SPU: 우레아 기를 포함하고 실리콘 말단기를 갖는 분절화된 폴리에터 우레탄, 경도 약 74 ShA.
약 15 μm의 두께 및 83 부피%의 다공도를 갖는 의료용 등급 미세다공성 UHMWPE 필름(네덜란드 시타드-겔렌 소재 디에스엠 바이오메디컬 비브이로부터 이용가능한 다이니마 퓨러티(등록상표) 막)을 사용하여 직조 패브릭으로 적층하였다.
방법
용액 점도
25℃에서의 용액 점도를 UL-어댑터 및 ULA-49EAY 스핀들이 있는 브룩필드 DV-E 점도계로 측정하고, 실리콘-기반 점도 표준[베넬룩스 사이언티픽(Benelux Scientific)]을 사용하여 보정한다.
침지-코팅
약 10 내지 20 cm 길이의 패브릭 샘플을 약 45 mm 너비의 연속 직조 UHMWPE 패브릭으로부터 절단하고(상기 기술됨); 1분 동안 헵탄으로 세척하고 40℃에서 건조하고; 이어서 샘플 홀더로서 프레임의 짧은 측면에 길이 방향으로 장착한다.
프레임 샘플을 200 mTorr 및 450 W의 15% 산소 대기에서 60초 동안 플라즈마 활성화에 의해 전처리한다.
침지-코팅을, 프레임이 있는 샘플을 중합체 용액에 담그고 0.1 m/초의 테이크-업(take-up) 속도로 샘플을 제거하고; 이어서 0℃에서 20분 동안 건조함으로써 주변 조건에서 수행한다.
패브릭 두께
패브릭의 두께는 측정 범위가 0 내지 25 mm(± 0.001 mm)의 측정 범위로 헬리오스 프레이저 일렉트로닉 아웃사이드 마이크로미터(Helios Preisser Electronic Outside Micrometer)를 사용하여 측정한다.
봉합 유지 강도
봉합 유지 강도를 저-프로필 테이퍼링된 바늘로 짧은 측면의 가장자리에서 2 mm 떨어진 패브릭의 중앙에 고강도 봉합사[파이버와이어(FiberWire, 등록상표) 4.0]를 삽입한 약 30 * 10 mm의 패브릭의 조각에 대해 측정한다. 공압식 인스트론 그립(Instron Grip)(7 bar)과 그립 G13B가 장착된 즈윅 유니버셜(Zwick Universal) 시험기가 사용하고, 이 사이에 고리형 봉합사와 패브릭의 다른 말단을 50 mm 그립-투-그립(grip-to-grip) 거리와 0.05 N의 예압으로 장착한다. 이어서, 봉합사는 샘플이 파손될 때까지 50 mm/분의 시험 속도로 인장된다. 봉합 유지 강도는 측정된 풀아웃(pull out) 응력-변형률 곡선의 항복점(평균 +/- 표준, 3회 측정)으로 보고되며, 이는 고리형 봉합사를 패브릭의 가장자리 대역을 통해 당기는 데 필요한 힘이다.
내마모성
ISO 12947-2 및 ASTM D4966을 지침으로 적용하여 마틴데일(Martindale) 900 시리즈 마모 및 필링(Pilling) 시험기[제임스 에이치 힐 앤 컴퍼니 리미티드(James H Heal & Co. Ltd)]를 사용하여 샘플의 내마모성을 시험한다. 시험기의 원형 샘플 홀더의 크기와 일치하는 반달 모양의 샘플을 경사 방향으로 긴 가장자리가 있는 패브릭 조각에서 레이저 절단하였다. 샘플을 시편 홀더에 장착하고, 9 kPa 로딩 중량 하의 연마재로서 표준 패브릭(연마 천 SM25, 140 mm 직경의 원형 패치)에 대해 앞뒤로 병진 운동 또는 사이클(56회 사이클/분으로 반달 샘플의 선형 절단 가장자리를 따라)로 문질렀다. 샘플[및 약 100* 배율에서 타가르노(Tagarno) 디지털 현미경으로 찍은 이의 현미경 사진]을 500, 1,000, 2,000, 3,000, 4,000, 8,000, 10,000 및 15,000회 사이클 후 마모, 필링 또는 다른 손상에 대해 시각적으로 검사한다.
혈액적합성
샘플의 혈액 접촉 특성을 시험관내 모델에서 챈들러 블러드 루프(Chandler Blood Loop) 모델로 평가한다. 이러한 폐쇄 시스템 모델은 문헌[DOI: doi: 10.1007/s10856-011-4335-2]에 보고되고, 인공 표면이 인간 혈액 기관 고유의 다양하고 복잡한 일련의 반응(예컨대, 응고, 세포 변경, 보체 및 염증)을 시작하는 효과를 조사하도록 설계되었다. 이 모델은 ISO 10993-4:2002와 일치한다. 챈들러 루프 모델은 혈전생성, 응고, 혈소판 수 및 활성화, 용혈, 백혈구 활성화 및 보체 활성화를 비롯한 혈액적합성 기준 패널 전반에 걸쳐 물질 특성을 제공한다. 건강한 기증자의 전혈을 조심스럽게 채취하고, 헤파린처리를 최소화한 다음, 37℃로 유지되는 항온조에서 90분 동안 시험 샘플을 함유하는 회전 헤파린처리된 PVC 튜브에서 부드럽게 순환시킨다. 물질 접촉이 없는 혈액을 내부 모델 대조군으로 사용하고, 헤파린처리된 PVC 튜브에만 접촉된 혈액을 대조군으로 사용한다. 혈액은 기증자 간에 모이는 것이 아니라, 연구 종료시 평균을 내는 별도의 실험을 나타낸다. 90분 동안 항온처리한 후, 시험 샘플과 순환 혈액을 수집하고, 하기 분석 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
· 혈전생성은 시험 샘플 표면의 주사 전자 현미경으로 분석된다. 표면에 대한 섬유소, 혈소판 및 백혈구 부착을 관찰하고 군 간에 비교한다.
· 응고는 응고 인자 XII, XI 및 X를 표적으로 면역화학적으로(예컨대, ELISA) 측정되고, 모두 프로트롬빈 전환 및 응고를 조절한다. 트롬빈-항트롬빈-III 복합체는 또한 응고 활성화의 민감한 마커로서 측정된다.
· 혈소판 수는 세포 계수기를 사용하여 순환 혈액에서 측정된다.
· 물질 표면에 대한 노출로 인한 순환 혈액의 혈소판 결핍을 정량화하는 것은 낮은 혈액적합성에 기인한 혈소판 거동의 동요를 나타낸다. 혈소판 활성화 마커 β-트롬보글로불린은 ELISA로 측정된다.
· 적혈구 및 백혈구 수는 세포 계수기를 사용하여 측정되며 혈액학적 효과에 대한 일반적인 기술자이다.
· 용혈은 비색 생화학적 분석을 사용하여 혈액내 유리 헤모글로빈 함량을 측정하여 정량화된다.
· 백혈구 활성화는 효소 마커 PMN-엘라스타제를 정량화하여 분석된다.
· 보체 복합화의 SC5b-9 마커를 정량화하여 보체 활성화를 분석한다.
판독치의 이러한 패널은 각각의 물질의 혈액 접촉 특성을 나타내며, 복합 물질의 혈액적합성을 나타낼 수 있다.
샘플 준비 및 봉합 유지(비교 실험 1 내지 3 및 실시예 4 내지 6)
비-개질 UHMWPE 패브릭으로부터 길이(경사) 및 너비(위사) 방향 둘 다로 레이저 절단된 100 * 30 mm의 샘플 조각의 봉합 유지 강도를 측정하였다. 비교 실험 1(CE1)로서 표 1에 요약된 결과는 위사 방향에서의 시험에 관한 것이고; 경사 방향에서 얻은 결과는 비교가능하였다.
초단파 펄스 레이저(USP 레이저, 800 kHz, 18 W 및 절단 속도 5 mm/초에서 작동)로 절단된 패브릭 조각은 직선적이고 잘 한정된 날카로운 절단 가장자리를 갖는다. 이러한 절단 가장자리의 예는 도 1A(약 150* 배율로 타가르노 디지털 현미경으로 찍은 현미경 사진)에 도시된다. 그러나, 삽입된 봉합사는 라벨링 패브릭을 통해 쉽게 당겨진다. 낮은(최대 출력 100 W의 10%, 절단 속도 35 mm/초, CM 레이저 - 낮음) 및 더 높은 설정(20% 출력, 절단 속도 35 mm/초, CM 레이저 - 높음)에서 연속 모드로 작동되는 C02 레이저로 레이저 절단시 더 높은 에너지의 사용은 더 높은 봉합 유지 강도를 야기하였지만; 패브릭의 절단 가장자리는 부분적으로 용융되고 재응고된 섬유가 국소적으로 두꺼워지면서 허용할 수 없을 정도로 불규칙한 것으로 밝혀졌다.
비교 실험 2에서, UHMWPE 패브릭은 두 장의 미세다공성 UHMWPE 필름(다이니마 퓨러티(등록상표) 막) 사이에 끼워져 양면이 열-적층되었다. 샌드위치를 핫 플래튼 프레스의 테플론 시트 사이에 놓고, 140℃ 및 50 kN 압력에서 10분 동안 가열하고, 15분 내에 압력 하에 실온으로 냉각하였다. 이 CE2 패브릭에 대한 봉합 유지 시험 데이터(표 1 참조)는 초단파 펄스 레이저로 절단할 때 강도가 약간 증가하고, 연속 모드에서 작동하는 더 높은 에너지 CO2 레이저로 절단한 샘플에서 강도가 크게 향상되었음을 나타낸다. 절단 가장자리의 현미경 사진은 용융 및 재응고된 물질 덩어리가 있는 불규칙한 가장자리를 나태내고, 펄스에서 고강도 연속 모드 레이저 절단으로 증가한다(도 2의 예 참조). 복합 패브릭의 두께는 물질 치밀화되었음을 나타내고, 개질 패브릭은 출발 폴리올레핀 패브릭보다 현저히 덜 신축성이고 유연함을 나타낸다.
실험 CE3에서, UHMWPE 패브릭을 CO2 CM 레이저로 처리하여 표면을 부분적으로 용융시키고 접촉하고 재응고함으로써 패브릭의 가닥을 함께 용접하였다. 패브릭 조각을 레이저 처리하여 융합 대역을 만들어 후속적으로 원하는 크기의 샘플을 USP 레이저를 사용하여 만들 수 있고, 샘플은 약 3 mm 이상의 융합된 가장자리 대역을 갖는다. 봉합 유지 강도는 비-개질 패브릭보다 높지만, CE2 샘플에 대해 발견된 수준은 아닌 것으로 밝혀졌다(표 1 참조).
실시예 4에서, UHMWPE 패브릭은, 먼저 폴리우레탄 펠릿을 70℃에서 밤새 건조시킨 다음 THF와 펠릿을 실온에서 밤새 교반하여 제조된 THF[리크로솔브(Lichrosolve)] 중 카보실(등록상표) TSPCU 20-80A의 10 중량% 용액으로 한 단계로 침지-코팅되었다. 이 용액은 약 180 mPa·s의 브룩필드 점도를 갖는 것으로 밝혀졌다. 봉합 유지 시험을 위한 샘플은 상기한 바와 같이 다른 (설정의) 레이저로 만들었고, 위사 방향의 시험 결과는 표 1(Ex4)에 제시된다. 폴리우레탄-코팅된 UHMWPE 패브릭은 적용된 레이저 에너지와 무관하게 레이저 절단시 라벨링에 대한 내성이 현저히 증가함을 나타낸다. 그러나, 생성된 가장자리는 레이저 절단 유형에 따라 다르다: 다른 설정에서 USP 레이저로 제어된 에너지 절단으로 인한 가장자리는 잘 한정되고 규칙적인 반면, CM 레이저 절단은 가장자리가 불규칙하고 단단해진다. 도 3에서, 이것은 일부 현미경 사진으로 설명된다. 도 3A는 2개 다른 에너지 수준을 적용한 USP 레이저로 제조된 가장자리를 도시하고, 도 3B는 낮은 설정(왼쪽)과 높은 설정(오른쪽)에서 CM 레이저로 절단한 패브릭 가장자리를 도시한다. USP 레이저 절단을 통해 생성된 샘플 Ex4는, 예를 들어 불규칙한 가장자리가 이식 후 자극을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 장기간 사용시 굴곡되면서 복합 패브릭의 추가 손상 또는 파괴 등을 유발할 수 있기 때문에, 의료용 임플란트 적용례에 선호되는 것이 분명할 것이다.
따라서, 이러한 실험은 패브릭에 특정 폴리우레탄 코팅을 제공하고 펄스 레이저로 절단하는 조합이 적절한 봉합 유지 강도를 갖는 임플란트 컴포넌트로 사용하기에 적합한 개선된 복합 패브릭을 만들 수 있음을 증명한다.
실험 5 및 6에서, UHMWPE 패브릭은, 1개의 층(EX5)을 적용함으로써 및 제2 층의 중간 건조 후(Ex6), DMAc 중 사전-건조된 바이오스판(등록상표) S SPU 폴리우레탄의 8 질량% 용액(약 220 mPa·s의 브룩필드 점도)으로 침지-코팅하였다. Ex4에 대한 관찰과 유사하게, 코팅된 패브릭의 USP 레이저 절단은 연속 모드 레이저로 레이저 절단시 발생하는 불규칙성과 두꺼워짐을 나타내지 않고 안정되고 잘 한정된 매끄러운 가장자리를 갖는 복합 패브릭을 생성한다.
[표 1]
Figure pct00001
내마모성(CE7 및 Ex8 내지 Ex10)
내마모성은 표 2에 나열된 샘플에 대해 상기 지시된 대로 측정되었고, 샘플은 CE2 및 Ex4 내지 Ex6에 사용된 샘플에 해당하며 USP 레이저를 사용하여 크기에 맞게 절단되어, 직선적이고 깨끗한 절단 가장자리를 생성하였다.
표 2에 요약된 바와 같이, 비개질된 직조 샘플 CE7은 500회 사이클 후 절단 가장자리에서 이미 상당히 해어지고 결합되지 않은 경사 가닥과 패브릭 표면에 끊어진 필라멘트를 나타냈다. 추가 마모 사이클 동안, 느슨한 필라멘트, 해어짐 및 비-라벨링 증가, 가장자리의 "풀린" 경사가 끊어지고 당겨지는 손상이 계속되었다. 가장자리의 현미경 사진의 3개의 예(약 100* 배율)가 도 5A에 도시된다. 이에 반해, 코팅된 패브릭은 마모 시험을 하였을 때 해어짐에 대한 내성이 현저히 우수하였다. 실시예 8(카보실(등록상표) 코팅)의 시험 동안, 8,000회 사이클 후에 해어짐의 초기 단계를 나타내는 일부 끊어진 필라멘트가 관찰되었고, 15,000회 사이클 후에도 가장자리에서 손상된 필라멘트가 거의 보이지 않았다. 유사하게, 바이오스판(등록상표) 코팅의 1 또는 2개의 층을 갖는 실시예 9 및 10은 15,000회 사이클 후에 파손된 필라멘트가 일부만 보였고, 해어짐의 거의 없었다(또한 표 2 및 도 5C 및 5D 참조).
[표 2]
Figure pct00002
혈액적합성(CE11 및 C12 및 Ex13 내지 Ex15)
이 실험에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 얀(PET)을 기재로 하는 전술한 물질 및 기준 직조 물질은 전술한 바와 같이 인간 혈액을 사용하는 시험관내 모델의 챈들러 블러드 루프에서 혈액적합성에 대해 시험되었다. 시험된 물질과 결과 요약이 표 3에 제공된다.
시판 중인 PET 직포(예컨대, 다크론(Dacron, 등록상표)으로 이용가능함, 대동맥 스텐트 이식편 피복재로서 사용됨)를 수동으로 샘플 크기로 절단하고, 기준 물질로서 CE11에 사용하였다. 코팅되지 않은 UHMWPE 패브릭(상기한 바와 동일함)을 CE12에 사용하였다. 실시예 13 내지 15는 상기 실시예와 유사한 코팅된 UHMWPE 패브릭에 관한 것이며; 5 * 80 mm의 시편을 더 큰 조각에서 레이저 절단하였다. 모든 샘플을 챈들러 루프 시험 전에 에틸렌 옥사이드로 2회 멸균하였다. 헤파린처리된 PVC 튜브에서 순환하고 시험 물질을 포함하지 않는 혈액은 모델 자체에 대한 내부 대조군으로 사용되었다.
모든 샘플은 5명의 건강한 인간 기증자로부터 획득한 혈액에서 개별적으로 시험되었다. 적혈구 및 백혈구 수, 및 유리 혈장 헤모글로빈, 헤모글로빈, 헤마토크릿 및 SC5b-9 보체 활성화 수준은 모든 물질 내에서 유사하고 안정적인 것으로 밝혀졌다. 시험 물질 사이에 현저한 차이가 관찰된 각각의 검정의 결과는 표 3에 나열되고, 주어진 수는 평균값 +/- 표준 편차를 나타낸다(n=6).
코팅된 UHMWPE와 코팅되지 않은 UHMWPE 사이의 혈액적합성에서 생물학적으로 관련된 개선이 트롬빈-항트롬빈 복합체(TAT) 농도에서 관찰되었고, 이는 폴리우레탄 코팅 둘 다가 이러한 특정 응고 마커에 따른 UHMWPE 패브릭의 혈전생성, 즉 혈액 응고 활성화를 감소시켰음을 입증한다. 모든 물질은 대조군에 비해 높은 TAT 수준을 나타냈지만, 코팅되지 않은 UHMWPE 및 코팅된 UHMWPE 패브릭은 PET 직포보다 85 내지 97% 더 낮은 수준을 나타냈다.
코팅된 UHMWPE와 코팅되지 않은 UHMWPE를 PET와 비교할 때 다른 중요한 차이점이 관찰되었다. 특히, 혈소판 수는 모든 샘플에서 감소했지만, PET 직포보다 (코팅된) UHMWPE 물질에서 유의하게 높은 수준였다. 혈소판 활성화 마커 β-트롬보글로불린(β-TG)의 수준은 코팅되지 않은 UHMWPE 및 코팅된 UHMWPE 물질보다 PET에서 인자 2 초과로 높았다. 바이오스판(등록상표) 폴리우레탄으로 2회 코팅된 UHMWPE 패브릭은 이러한 검정에서 최고의 성능을 나타냈다. 마지막으로, 과립구 활성화의 병리학적 지표인 PMN-엘라스타제는 (코팅되지 않은 및 코팅된) UHMWPE 패브릭보다 PET에서 거의 2배 높았다.
[표 3]
Figure pct00003
이러한 시험관내 혈액적합성 결과는 여러 검정에서 측정된 수준이 (코팅된) UHMWPE 패브릭 샘플, 및 시험 물질을 함유하지 않는 헤파린처리된 PVC 튜브(내부 대조군)에 대해 필적할만함을 보여주며, 본 발명의 복합 바이오텍스타일은 유리한 혈액적합성을 나타낸다. 코팅된 및 코팅되지 않은 UHMWPE 패브릭은 스텐트-이식편과 같은 혈액 접촉 적용례에 자주 사용되는 PET 패브릭보다 우수한 혈액적합성을 제공하는 것으로 결론지을 수 있다.

Claims (15)

  1. i) 2 내지 250 dtex의 티터(titer), 및 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥을 포함하는 폴리올레핀 섬유 구조체; 및
    ii) 연질 분절(soft segment)의 폴리실록산을 포함하고/거나 하나 이상의 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는 코팅
    을 포함하는 복합 바이오텍스타일(biotextile)을 포함하는 의료용 임플란트 컴포넌트로서, 폴리우레탄 코팅이 상기 섬유 구조체의 적어도 일부 표면 상에 적용되고, 복합 바이오텍스타일을 기준으로 2.5 내지 90 질량%의 양으로 존재하는, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  2. 제1항에 있어서,
    폴리올레핀 섬유 구조체가 로프, 케이블, 테이프, 텍스타일 또는 이들의 조합을 포함하고, 바람직하게는 상기 섬유 구조체가 폴리올레핀 텍스타일을 포함하거나 이로 이루어지고; 바람직하게는 상기 텍스타일이 편직(knitting), 제직(weaving) 또는 편조(braiding)에 의해 제조된 패브릭을 포함하고, 더욱 바람직하게는 상기 폴리올레핀 텍스타일이 직조 패브릭(woven fabric)인, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    섬유 구조체가 이방성 특성을 갖고, 이방성이 상기 섬유 구조체에서 2개 이상의 상이한 가닥의 조합으로부터 및/또는 상기 섬유 구조체에서 로프, 케이블, 테이프 및 텍스타일 중 2개 이상의 조합으로부터 생성되는, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 가닥이 4 내지 140 dtex, 바람직하게는 6 내지 100 dtex 또는 8 내지 60 dtex의 티터를 갖는, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리올레핀 섬유 구조체가 약 15 내지 300 μm의 두께를 갖는, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리올레핀이 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)인, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  7. 제6항에 있어서,
    폴리올레핀 섬유 구조체의 가닥이 15 cN/dtex 이상 및 약 40 cN/dtex 이하, 바람직하게는 20, 25, 28 또는 30 cN/dtex 이상 및 37 또는 35 cN/dtex 이하의 인장 강도를 갖는 UHMWPE 섬유를 포함하는, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    섬유 구조체의 가닥, 예를 들어 직조 구조의 경사(warp thread) 및/또는 충전사(fill thread)가 80 질량% 이상의 UHMWPE 섬유를 포함하고, 바람직하게는 상기 가닥이 90 질량% 이상의 UHMWPE 섬유를 포함하거나 이로 이루어진, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리우레탄 엘라스토머가 폴리에터, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀 및 폴리실록산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 중합체를 포함하고, 바람직하게는 폴리우레탄이 폴리에터 및 폴리실록산의 조합 또는 폴리카보네이트 및 폴리실록산의 조합을 포함하는 열가소성 폴리우레탄인, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리우레탄 엘라스토머가 40 ShA 내지 60 ShD, 바람직하게는 40 내지 100 ShA 또는 40 내지 85 ShA의 경도를 갖는, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    소수성 말단기가 C2-C20 알킬, C2-C16 플루오로알킬, C2-C16 플루오로알킬 에터, 소수성 폴리(알킬렌 옥사이드) 또는 폴리실록산을 포함하고, 바람직하게는 소수성 말단기가 폴리실록산을 포함하는, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리올레핀 섬유 구조체가 텍스타일을 포함하고, 폴리우레탄 코팅이 폴리올레핀 섬유 구조체의 양면의 실질적으로 모든 표면 영역, 섬유 구조체의 양면의 일부 표면 영역, 섬유 구조체의 한 측면의 일부 표면 영역, 섬유 구조체의 한 측면의 실질적으로 모든 표면 영역, 또는 섬유 구조체의 한 측면의 일부 표면 영역 및 다른 측면의 실질적으로 모든 표면 영역 상에 존재하는, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리우레탄 코팅이 복합 바이오텍스타일의 절단 가장자리(cut edge)에 존재하고, 상기 복합 바이오텍스타일이 바람직하게는 실험에 기술된 방법으로 측정된, 상기 절단 가장자리에서 15 내지 50 N의 봉합 유지 강도(suture retention strength)를 갖는, 의료용 임플란트 컴포넌트.
  14. (a) 2 내지 250 dtex의 티터, 및 10 cN/dtex 이상의 인장 강도를 갖고, 고몰질량 폴리올레핀 섬유를 포함하는 하나 이상의 가닥을 포함하는 폴리올레핀 섬유 구조체를 제공하는 단계;
    (b) 상기 구조체의 의도된 사용을 위해 절단될 수 있는 상기 섬유 구조체 상의 위치를 결정하는 단계;
    (c) 임의적으로, 적어도 결정된 위치에서 상기 섬유 구조체를 고에너지원으로 전처리하여 표면을 활성화시키는 단계;
    (d) 적어도 결정되고 임의적으로 전처리된 위치에서 상기 섬유 구조체를, 연질 분절의 폴리실록산을 포함하고/거나 하나 이상의 소수성 말단기를 갖는 생체적합성 및 생체안정성 폴리우레탄 엘라스토머 및 폴리우레탄용 용매를 포함하는 코팅 조성물로 용액 코팅하는 단계;
    (e) 코팅된 패브릭으로부터 상기 용매를 제거하는 단계; 및
    (f) 임의적으로, 하나 이상의 코팅된 위치에서 수득된 복합 바이오텍스타일을 레이저 절단하는 단계
    를 포함하여, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 복합 바이오텍스타일을 생성하는, 의료용 임플란트 컴포넌트에서 또는 의료용 임플란트 컴포넌트로서 사용하기 위한 복합 바이오텍스타일의 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 의료용 임플란트 컴포넌트를 포함하는 의료용 임플란트, 예를 들어 정형외과 또는 심혈관 장치.
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