KR20230124220A - 친환경 원-팟 수계공정을 이용한 구연산 가교 카르복시메틸 셀룰로오스-폴리에틸렌글리콜 초흡수성 수화겔 지지체 - Google Patents

Abstract

구연산 가교제를 포함하는 카르복시메틸 셀룰로오스-폴리에틸렌글리콜 초흡수성 조직재생 지지체가 개시된다. 본 발명의 제조 방법은 친환경 용매인 증류수를 이용한 CMC 및 PEG를 포함하는 전구체 수용액을 제조하는 단계와; CMC 및 PEG 전구체 수용액에 구연산 가교제를 첨가시키는 단계; CMC/PEG/구연산 전구체 수용액을 이용 캐스팅하여 지지체를 만드는 단계; 및 CMC/PEG 지지체를 건조 및 가교하는 단계;를 포함한다. 본 발명의 제조 방법에 의해, CMC/PEG 지지체를 이용하여 만성 피부 창상피복재 개발에 활용될 수 있다.

Description

친환경 원-팟 수계공정을 이용한 구연산 가교 카르복시메틸 셀룰로오스-폴리에틸렌글리콜 초흡수성 수화겔 지지체 {Citric acid crosslinked carboxymethyl cellulose-poly(ethylene glycol) superabsorbent hydrogel scaffold prepared by eco-friendly one-pot aqueous process}

본 발명은 천연고분자와 합성고분자를 블렌딩한 복합 고분자 기지상에 가교제를 첨가하여 균질화 공정을 수행한 전구체 용액을 캐스팅하여 복합 고분자 지지체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증류수 용매를 이용하여 점도, 전기전도도, 표면장력을 조절한 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC)와 폴리에틸렌글리콜(poly(ethylene glycol), PEG) 복합 고분자 전구체 용액에 가교제인 구연산(citric acid, CA)을 중량비로 30%이하로 제조한 후 캐스팅, 건조 및 가교반응을 통하여 만성 창상 드레싱에 적용하는 카르복시메틸 셀룰로오스-폴리에틸렌글리콜 초흡수성 조직재생 지지체에 관한 것이다.

하지궤양, 욕창, 당뇨병성 족부궤양과 같은 가장 만성적인 상처에는 전신 질환 과정이 있어 상처 부위의 생화학적 및 생리학적 과정을 지속적으로 방해하고 치유 과정이 지연되거나 염증 단계에서 중단되어 질병의 심각한 합병증을 유발한다. 이를 위해 물리적 또는 열적 손상 및 질병 상태로 인한 피부결함 또는 파손과 관련될 수 있는 피부 병변 및 국소 상처를 치료 및 복구하기 위한 적절하고 안전한 상처 드레싱의 수요가 증가하고 있다. 상처 치유 과정에서 드레싱은 부상을 보호하고 진피 및 표피 조직의 회복에 기여해야 한다. 만성 피부 창상 치료를 위한 초흡수성 상처 드레싱으로 창상 치유용 고분자 지지체가 사용되고 있으며 상기 지지체의 원재료는 생체적합성이 우수한 다당류 및 유도체(알지네이트, 키토산, 헤파린 및 셀룰로오즈), 프로테오글리칸 및 단백질(콜라겐, 젤라틴, 피브린, 케라틴)과 같은 천연고분자 및 poly(lactic acid) (PLA), poly(glycolic acid) (PGA), polycaprolactone (PCL) 등의 합성고분자 계통의 물질이 주로 사용되고 있다. 상기 천연고분자인 셀룰로오스 및 그 유도체는 상처 드레싱, 약물전달 및 조직공학을 포함한 많은 분야에서 수화겔 및 복합채 생산을 위한 천연 공급원으로 널리 사용되고 있다. 특히, 셀룰로오스는 생체적합성, 생분해성, 수용성, 풍부하고 저렴한 비용 및 환경 친화성의 이점을 갖고 있다. 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)는 셀룰로오스 골격에 카르복시메틸기(-CH₂COOH)가 많은 셀룰로오스 유도체로 이러한 장점 때문에 수화겔의 천연 성분으로 널리 사용되고 있다.

초흡수성 수화겔은 3차원 가교된 친수성, 선형 또는 분지형 고분자로 일반 흡수재에 비해 다량의 물, 식염수 또는 생리학적 용액을 흡수하는 능력이 있다. 하지만, 화학적으로 가교된 수화겔은 낮은 흡수성 및 독성의 단점으로 인해 이용이 제한적이어서 친환경 가교제를 사용한 연구가 진행되고 있다. 또한, 기계적 물성을 증가시키는 방법으로 CMC 천연고분자에 네트워크 변형제인 PEG 합성고분자를 블렌딩하여 수화겔을 제조하는 방식으로, 수화겔 제조의 전 단계 공정에서 CMC/PEG/증류수 전구체 용액에 가교제인 구연산(CA)을 첨가하면 상온에서 친환경 원팟(one-pot) 수계공정으로 초흡수성, 적절한 분해도, 생체적합성 및 기계적 물성을 가진 만성 상처 복구 및 재생용 피부 드레싱 제조가 가능하다.

본 발명은 친환경 초흡수성 수화겔을 위해 가교제, 천연 및 합성고분자들을 증류수 공통용매를 사용하여 고분자 전구체 용액을 캐스팅하고, 건조 및 가교반응을 통하여 CMC/PEG 지지체를 제조하여 흡수성, 생체적합성 및 기계적 물성이 우수한 만성 창상피복재용 상처 드레싱으로 적용이 가능한 CMC/PEG 조직재생 지지체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 CA 가교제를 포함하는 CMC-PEG 조직재생 지지체 및 그 제조 방법은, 공통용매를 이용한 CMC 및 PEG를 포함하는 전구체 수용액을 제조하는 단계와; CMC 및 PEG 전구체 수용액에 가교제를 첨가하는 단계; CMC/PEG 전구체 수용액을 이용 캐스팅법으로 지지체를 만드는 단계; 및 CMC/PEG 지지체를 건조 및 가교하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 공통용매로는 증류수를 사용한다.

그리고, 상기 CMC 및 PEG 전구체 수용액에 가교제를 첨가하여 호모지나이저를 이용 20~40분간 균질화 작업을 수행한다.

또한, CMC/PEG 지지체를 30~50도에서 12~48시간 건조 후 60~90도에서 12~48시간 열처리를 통한 가교반응을 진행한다.

이에 의해, 우수한 기계적 물성 및 생체적합성, 분해속도 조절이 가능하면서 흡수성이 매우 우수한 만성 창상피복재로 사용 가능한 CMC/PEG 조직재생 지지체 제조가 가능하게 된다.

또한, 첨가한 가교제로 의한 분해효소에 대한 저항성이 좋아 긴 분해시간과 기계적 특성이 우수한 CMC/PEG 지지체를 제조할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 CMC/PEG 지지체는 창상 부위의 오염방지, 피부보호 및 수복, 삼출액의 흡수 등에 사용되는 붙이는 시트 타입 창상피복재에 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 캐스팅법을 이용한 구연산 가교제를 포함하는 CMC/PEG 조직재생 지지체 제조 방법에 대한 모식도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 캐스팅법을 이용한 PEG 농도에 따른 구연산 가교제를 포함하는 CMC/PEG 조직재생 지지체의 사진 이미지,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 실험한 구연산 농도에 따른 CMC/PEG 조직재생 지지체의 사진 이미지,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구연산 가교반응을 통한 CMC-CA-CMC 사슬 화학구조 모식도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 구연산 가교반응을 통한 CMC-CA-PEG-CA-CMC 사슬 화학구조 모식도

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

본 출원에서 사용된 용어, “CMC/PEG 지지체”는 CMC/PEG 지지체 기지상에 CA 가교제를 첨가하여 CMC+CA+CMC 결합, PEG+CA+PEG 결합, CMC 사슬구조들간에 PEG가 삽입되어 있는 CMC+CA+PEG+CA+CMC 가교결합을 형성한 지지체이다.

본 출원에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하는 것을 표현하려는 것이지, 다른 구성요소 또는 특징이 존재 또는 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

본 발명의 설명에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CA 가교제를 포함하는 CMC/PEG 조직재생 지지체 및 그 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제조공정에 대한 모식도로써 증류수 용매를 이용한 CMC 및 PEG을 포함하는 전구체 수용액을 제조하는 단계(S110)에서, CMC(평균분자량 90,000~250,000 달톤)와 PEG(평균분자량 2,000 달톤)를 포함하는 전구체와 증류수가 포함된 용액으로 상온에서 교반하여 전구체 용액을 제조한다. 고분자 1~5중량/부피비율(w/v%)로 제조하고, CMC/PEG은 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40 중량비율(wt%)로 제조한다.

CMC 및 PEG 전구체 수용액에 구연산 가교제를 첨가시키는 단계(S120)에서, CMC-PEG 전구체 수용액에 CA를 첨가하고 유리 바이알을 밀봉한 후 상온에서 교반한 후 호모지나이져(homogenizer)를 이용하여 20~40분간 균질화한다. CA는 30중량비율(wt%) 이하로 제조하여 최종 캐스팅용 전구체 용액으로 마련될 수 있다.

본 발명의 일 구현에 따르면, CMC/PEG/구연산 전구체 수용액을 이용 캐스팅하여 지지체를 만드는 단계(S130)에서, 상기 CMC/PEG/구연산를 포함하는 용액을 용량에 맞는 주사기에 옮기고, 바닥면에 랩을 씌워 준비한 페트리 접시(petri dish)에 용액을 캐스팅하여 원하는 두께의 지지체를 제조한다.

본 발명의 일 구현에 따르면, (S130)단계의 결과물인 CMC/PEG/구연산 지지체를 30~50도에서 12~48시간 건조 및 60~90도에서 12~48시간 가교하는 단계(S140)를 통하여 구연산을 통한 CMC와 CMC, PEG와 PEG 및 CMC-PEG-CMC의 에스테르 결합(ester bond)을 이용한 가교반응을 실시하여 CMC/PEG 최종 지지체를 제조한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형 예들을 포함하도록 기술된 특허 청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

2a : PEG 0% 및 구연산 10% 포함된 CMC-PEG 지지체 사진
2b : PEG 10% 및 구연산 10% 포함된 CMC-PEG 지지체 사진
2c : PEG 20% 및 구연산 10% 포함된 CMC-PEG 지지체 사진
3a : 구연산 0% 포함된 CMC-PEG(80-20) 지지체 사진
3b : 구연산 10% 포함된 CMC-PEG(80-20) 지지체 사진
3c : 구연산 15% 포함된 CMC-PEG(80-20) 지지체 사진
3d : 구연산 20% 포함된 CMC-PEG(80-20) 지지체 사진
3d : 구연산 25% 포함된 CMC-PEG(80-20) 지지체 사진
4a: CMC 화학구조
4b: 구연산 화학구조
5a: CMC 화학구조
5b: 구연산 화학구조
5c: PEG 화학구조

Claims (3)

1. 증류수를 이용한 CMC 및 PEG를 포함하는 전구체 수용액을 제조하는 단계;
   CMC 및 PEG 전구체 수용액에 구연산 가교제를 첨가시키는 단계;
   CMC/PEG/구연산 전구체 수용액을 이용 캐스팅하여 지지체를 만드는 단계; 및 CMC/PEG 지지체를 건조 및 가교하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMC/PEG 초흡수성 지지체
2. 제1항에 있어서, CMC와 PEG를 포함하는 전구체 수용액은 1~10% 범위 내의 중량 비율(wt%)로 혼합된 CMC, PEG 용액에 구연산 가교제를 30% 범위 내의 중량 비율(wt%)로 첨가하여 상온에서 10~24시간 교반하여 혼합한 증류수를 이용한 CMC/PEG 초흡수성 조직재생 지지체
3. 제1항에 있어서, 30~50도에서 12~48시간 건조 및 60~90도에서 12~48시간 열처리 가교반응을 실시하는 것을 특징으로 하는 구연산 가교제를 포함하는 CMC/PEG 조직재생 지지체