KR20230131353A - 3d 프린트용 복합소재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 3d 프린트 스텐트 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는, 생분해성 고분자 수지; 및 상기 생분해성 고분자 수지에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물;을 포함하여 기계적 물성과 생체적합성이 개선된 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재를 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 종래 금속을 이용하여 제조한 스텐트(stent)에서 발생하는 재협착(restenosis) 등의 문제를 해결할 수 있으며, 종래 고분자 수지만으로 제조된 스텐트(stent)가 보이는 기계적 물성의 한계를 극복하고 고분자의 소수성으로 인한 저조한 생체적합성을 해결할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르면, 종래 금속을 이용하여 제조한 스텐트(stent)에서 발생하는 재협착(restenosis) 등의 문제를 해결할 수 있으며, 종래 고분자 수지만으로 제조된 스텐트(stent)가 보이는 기계적 물성의 한계를 극복하고 고분자의 소수성으로 인한 저조한 생체적합성을 해결할 수 있다.
Description
본 발명은 3D 프린트용 복합소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생분해성 고분자 수지와 탄탈륨 산화물을 포함하는 3D 프린트용 복합소재, 이의 제조방법 및 이를 포함하여 제조한 3D 프린트 스텐트에 관한 것이다.
3D 프린트 기술을 의료 기기 제조에 접목시키는 다양한 시도가 진행되고 있다. 의료 기기는 환자에 맞추어 형태와 구조가 변형되어야 한다는 점에서 기존의 주형 기술은 성능과 경제성 측면 모두에서 한계를 보이는 반면 3D 프린트 기술은 환자의 측정된 신체 정보를 기반으로 다양한 맞춤형 설계가 가능하며 신체 구조에 맞추어 복잡한 형상을 구현하기에도 적합하기 때문이다.
3D 프린트 기술을 이용하여 의료 기기를 제조하기 위해서는 적합한 필라멘트 소재를 선택하는 것이 가장 중요하다. 목적하는 형상을 구현하고 유지할 수 있는 탄성도, 강성 등 물리적 특성이 만족되어야 하며, 여기에 생체적합성, 생분해성 등 신체에 사용된다는 특수성을 고려한 조건이 추가적으로 요구된다.
본 발명의 목적은 3D 프린트 기술을 이용하여 심혈관 질환에 사용할 수 있는 의료용 스텐트(stent)를 제조하는 것이며, 이에 앞서 적합한 3D 프린트용 복합소재를 개발하는 것이다.
기존에 3D 프린트 기술을 이용하여 의료용 스텐트(stent)를 제조하는데 사용되어온 물질을 살펴보면 크게 금속과 폴리머이다. 금속을 이용하여 제조한 스텐트(stent)는 충분한 물리적 특성을 갖는 장점이 있으나, 생체 내에서 분해되지 않고 잔존하여 이후 환부에 상처를 남기거나 재협착(restenosis)이 발생하는 문제가 있었다. 또한 폴리머를 이용하여 제조한 스텐트(stent)는 기계적 물성에 한계를 보였으며, 폴리머 소재의 주류는 소수성으로 생체적합성이 저조한 특성을 보였다.
이러한 관점에서 공개된 선행 문헌을 살펴보면, 대한민국 공개특허 제10-2019-0109613호(명칭 : 3D 프린트용 필라멘트)는 압출적층방식의 3D 프린트용 필라멘트로서 생체 적합성이 우수하여 인체 및 환경에 무해하고 강도가 우수하여 활용도가 높은 3D 프린트용 필라멘트를 제공하고자 하는 목적 하에 생체 적합성 수지를 포함하는 필라멘트 수지 조성물로부터 형성되는 필라멘트 코어; 및 상기 코어의 표면에 형성되고 체인익스텐더를 포함하는 코팅 조성물로부터 형성된 코팅층을 포함하는 3D 프린트용 필라멘트를 개시하고 있으며, 상기 체인익스텐더를 구성하는 물질로 에폭시계 반응성 올리고머를 채택하고 있다. 다만 상기 선행 문헌에 개시된 구성은 고분자 복합체를 구성으로 하는 점에서 전술한 고분자의 소수성에 따른 저조한 생체적합성을 온전히 극복했다고 보기엔 한계가 있음을 알 수 있다.
따라서 충분한 물리적 특성과 우수한 생체적합성을 갖는 물질에 대한 연구는 여전히 시급한 실정이라고 할 수 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결 및 개선하고자 창출된 것으로서, 충분한 물리적 특성과 우수한 생체적합성을 갖기 위해 생분해성 고분자에 바이오-세라믹 나노 입자가 분산된 3D 프린트용 복합소재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 3D 프린트를 이용하여 제조한 스텐트를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예로, 3D 프린트용 복합소재는 생분해성 고분자 수지; 및 상기 생분해성 고분자 수지에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물;을 구성으로 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 생분해성 고분자 수지는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 생분해성 고분자 수지는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄탈륨 산화물은, 상기 3D 프린트용 복합소재의 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄탈륨 산화물은, 평균 입자 크기가 50nm 이상 80nm 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄탈륨 산화물은, 오산화 탄탈륨(Ta2O5)일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법은 구성으로 i) 탄탈륨 산화물을 포함하는 졸(sol)을 제조하는 단계; ii) 용매에 생분해성 고분자 수지 및 상기 졸(sol)을 혼합하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 졸(sol)을 제조하는 단계는, a) 탄탈륨 전구체, 유기 용매, 증류수 및 산을 혼합하는 단계; b) 상기 a) 단계의 혼합물을 분산시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄탈륨 전구체는, tantalum(V) ethoxide, tantalum(V) chloride 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 유기 용매는, isopropyl alcohol, ethanol 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 산은, hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 ii) 단계의 용매는, dichloromethane을 포함하며, 상기 생분해성 고분자 수지는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 ii) 단계의 생분해성 고분자 수지는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)는 상기 3D 프린트용 복합소재를 사용하여 3D 프린트 방식으로 제조한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3D 프린트 스텐트(stent)의 표면에 코팅된 면역억제제;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 면역억제제는, sirolimus, Paclitaxel 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는,
생분해성 고분자 수지를 사용하므로 종래 금속을 이용하여 제조한 스텐트(stent)에서 발생하는 재협착(restenosis) 등의 문제를 해결할 수 있으며,
기계적 물성이 우수하며 생체 적합성이 높은 바이오-세라믹 나노 입자를 포함하여 종래 고분자 수지만으로 제조된 스텐트(stent)가 보이는 기계적 물성의 한계를 극복하고 고분자의 소수성으로 인한 저조한 생체적합성을 해결할 수 있다.
또한 본 발명이 제공하는 제조방법은 상기 바이오-세라믹 나노 입자를 생분해성 고분자 수지 상에 고르게 분산시키므로 이를 이용하여 제조된 스텐트(stent)는 전술한 바이오-세라믹 나노 입자의 장점 등을 포함하여 물성이 균일한 모습을 보인다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)의 3D 모델링 이미지이며, 부분적으로 확대하여 스텐트(stent)가 세포와 결합하는 형태와 스텐트(stent)를 구성하는 3D 프린트용 복합소재가 압출되어 성형된 형태를 나타낸 이미지이다.
도2는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)에 면역억제제가 코팅되는 태양의 일 예시를 나타낸 이미지이다.
도4는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재로부터 제조한 펠렛의 이미지이다.
도5는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법에 있어서 오산화 탄탈륨 용액의 DLS 분석 데이터이다.
도6은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 TGA 분석 데이터이다.
도7은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 DSC 분석 데이터이다.
도8은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 인장강도 분석 데이터이다.
도9는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 압축강도 분석 데이터이다.
도10은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 세포 부착 실험 결과이다.
도11은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 출력한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이다.
도12는 (a) 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량이 총 중량을 기준으로 5wt% 포함된 복합소재를 이용하여 제조한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이며, (b), (c) 이의 SEM 이미지이며, (d) 이의 EDX 분석 이미지이다.
도13은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)에 면역억제제가 코팅된 경우 약물 방출 거동을 측정한 데이터이다.
도2는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)에 면역억제제가 코팅되는 태양의 일 예시를 나타낸 이미지이다.
도4는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재로부터 제조한 펠렛의 이미지이다.
도5는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법에 있어서 오산화 탄탈륨 용액의 DLS 분석 데이터이다.
도6은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 TGA 분석 데이터이다.
도7은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 DSC 분석 데이터이다.
도8은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 인장강도 분석 데이터이다.
도9는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 압축강도 분석 데이터이다.
도10은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 세포 부착 실험 결과이다.
도11은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 출력한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이다.
도12는 (a) 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량이 총 중량을 기준으로 5wt% 포함된 복합소재를 이용하여 제조한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이며, (b), (c) 이의 SEM 이미지이며, (d) 이의 EDX 분석 이미지이다.
도13은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)에 면역억제제가 코팅된 경우 약물 방출 거동을 측정한 데이터이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, “생분해성”이라 함은, 영어로 biodegradable에 대응되는 단어로 물질이 미생물 등을 통해서 자연환경에서 분해된다는 뜻이며, 생체에 삽입될 수 있는 의료기기와 관련된 본 발명에 있어서는 특히 생체 내 환경에서 별도의 처리 없이 자연적으로 분해될 수 있는 물질을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
본 명세서에서, “나노 입자”라 함은, 미세입자를 지칭하는 의미로 나노 단위 또는 마이크로 단위를 가지는 입자들을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 나노라는 표현을 사용하나, 그 단위가 반드시 nm 단위의 입자만을 의미하는 것은 아니며, 생분해성 고분자 수지 내에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물을 포함하는 미세입자를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10)를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10)는 구성으로 생분해성 고분자 수지(100); 및 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물(200);을 포함하여 기계적 물성과 생체적합성이 개선된 것을 특징으로 한다.
각 구성의 구체적인 설명에 앞서서 상기 구성에 따른 3D 프린트용 복합소재(10)의 특징을 살펴보기로 한다.
상기 3D 프린트용 복합소재(10)는 생분해성 고분자 수지(100)와 이에 탄탈륨 산화물(200)이 분산되어 있는 복합소재이다.
생분해성 고분자 수지(100)를 사용하므로 상기 3D 프린트용 복합소재(10)를 사용하여 제조된 스텐트(stent) 등의 의료기기는 생체 내에 삽입되더라도 일정 시간이 흐른 뒤에 분해가 된다. 따라서 기존에 생분해성이 없는 물질로 제조된 의료기기가 생체 내에 잔존하여 유발하는 부작용의 염려가 없다.
이러한 장점에 기반하여 다양한 생분해성 소재가 생체 재료 연구에 많이 이용되고 있다. 다만, 많이 연구되어 종래부터 활용되고 있는 대부분의 생분해성 고분자는 기계적 물성에 한계를 보였으며, 소수성 표면으로 세포와 친화력이 낮아 생체 내에 삽입 시 세포와 초기 부착에 한계를 보이는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자 본 발명은 바이오 세라믹으로 분류되며 특히 생체 적합성이 뛰어난 탄탈륨 산화물(200)을 나노 입자의 형태로 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 분산시키는 방식을 시도하였다.
상기 생분해성 고분자 수지(100)에 고르게 분산된 탄탈륨 산화물(200)은 고분자 대비 우수한 기계적 물성으로 생분해성 고분자 수지(100)의 인장 강도, 압축 강도 등의 물성을 보완하며, 특히 생분해성 고분자 수지(100)의 표면에 분산되어 위치하는 탄탈륨 산화물(200)은 생분해성 고분자 수지(100)의 소수성 표면 특성을 개질하여 생체 세포와의 친화력을 개선한다.
이에 따라 본 발명은 (1) 생체에 삽입되더라도 자연적으로 분해되거나 배출되므로 잔존하여 발생하는 문제가 없는 장점이 있으며, (2) 생체의 움직임에 버티거나 지탱할 수 있는 충분한 기계적 물성을 가지며 또한 탄탈륨 산화물(200)의 함량을 변경하여 목적하는 환경에 맞추어 기계적 물성을 조절할 수 있는 장점이 있으며, (3) 고분자 수지의 소수성 표면 특성을 개선하여 생체 세포와 친화력이 우수한 장점을 가지는 3D 프린트용 복합소재(10) 및 이를 이용하여 제조한 3D 프린트 스텐트(stent)(20)를 제공할 수 있다.
이하 각 구성을 상세히 살피기로 한다.
첫째로 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 대하여 설명하기로 한다.
도1을 참조하여 설명하면, 상기 생분해성 고분자 수지(100)는 3D 프린트용 복합소재(10)에 있어서 기지(matrix) 역할을 한다. 구체적으로 상기 탄탈륨 산화물(200)만으로는 성형물을 만들어 낼 수 없으므로, 융점이 낮고 성형이 용이한 생분해성 고분자 수지(100)가 기지(matrix) 역할을 한다.
상기 생분해성 고분자 수지(100)를 구성하는 물질로는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 포함될 수 있다.
다만 이에 제한되지 않고 생분해성(biodegradable)을 가지며 낮은 융점으로 성형성을 갖춘 물질이라면 본 발명의 기지(matrix) 물질로 사용될 수 있다.
바람직하게는 상기 생분해성 고분자 수지(100)를 구성하는 물질로 PCL(polycaprolactone)이 사용될 수 있으며, 이는 PCL(polycaprolactone)이 우수한 연성, 저온에서의 우수한 성형성, 생체 시술에 적합한 분해기간을 가지며, 다른 고분자와 비교하여 유기 용매에 높은 용해도를 갖고, 그 밖의 다른 소재와도 안정적으로 혼합(blending)하기 때문이다.
이때 상기 생분해성 고분자 수지(100)는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하일 수 있다.
구체적으로 생분해성 고분자 수지(100)는 수평균 분자량이 증가할수록 단단해지나 동시에 취성이 강해지는 특성을 보인다. 또한 생분해성 고분자 수지(100)와 혼합되는 무기물 나노 입자는 물질 고유의 특성에 따라 복합소재(10)의 특성을 개질하나 동시에 복합소재의 취성을 증가시킨다.
따라서 생분해성 고분자 수지(100)와 탄탈륨 산화물(200)을 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10)에 있어서, 취성을 고려하여 생분해성 고분자 수지(100)의 수평균 분자량과 탄탈륨 산화물(200)의 함량을 조절하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.
조금 더 구체적으로 본 발명에서 실시한 일 실험예를 토대로 설명하면, 생분해성 고분자 수지(100)의 수평균 분자량이 16000 미만인 경우에는 생분해성 고분자 수지(100)에 의한 취성은 문제되지 않으나 작은 수평균 분자량으로 인해 충분한 기계적 물성을 갖지 못하며, 탄탈륨 산화물(200)을 추가로 포함하더라도 과도한 탄탈륨 산화물(200)은 3D 프린트용 복합소재(10) 합성 시 균일하게 분포되지 않는 문제가 있다.
반면, 생분해성 고분자 수지(100)의 수평균 분자량이 80000을 넘는 경우에는 취성을 고려하여 포함할 수 있는 탄탈륨 산화물(200)의 함량이 적어지므로, 본 발명이 목적하는 생체 적합성 향상이라는 효과를 달성할 수 없다.
따라서 취성을 고려하고, 3D 프린트용 복합소재(10)의 출력 특성 및 본 발명이 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조하려는 스텐트(stent)에 요구되는 물성을 고려할 때, 본 발명에 있어서 상기 생분해성 고분자 수지(100)의 수평균 분자량은 40000 이상 50000인 것이 바람직하다.
다음으로 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물(200)을 설명하기로 한다.
상기 탄탈륨 산화물(200)은 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 고르게 분산되어 있는 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 탄탈륨 산화물(200)은 생분해성 고분자 수지(100) 표면 및 내부를 포함하여 전반에 고르게 분산되어 기계적 물성을 보완한다.
상기 탄탈륨 산화물(200)이 포함됨에 따라 이를 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10) 및 3D 프린트 스텐트(stent)(20)의 인장 강도와 압축 강도가 증가하여 기계적 물성이 우수해진다. 이에 따라 더 얇은 두께로 목적하는 직경, 탄성, 강도, 확장력을 갖는 스텐트(stent)를 제조할 수 있다.
알려진 바에 따르면 생분해성 소재로 제조된 스텐트(stent)가 기존의 금속을 이용하여 제조된 스텐트(stent)를 충분히 대체하지 못하는 이유는 생분해성 소재로 제조된 스텐트(stent)의 굵기가 충분히 얇지 못하며, 충분히 얇지 못한 스텐트(stent)는 얇은 굵기의 금속 스텐트(stent) 보다 혈전증 발생 비율이 높으며 여러가지 심혈관 문제에 취약하다고 한다.
이러한 점을 고려할 때, 본 발명에서 제안하는 3D 프린트용 복합소재(10)는 생분해라는 장점을 가지며, 동시에 탄탈륨 산화물(200) 나노 입자를 포함함에 따라 얇은 굵기의 스텐트(stent) 제조가 가능하므로 매우 고무적이라고 할 수 있다.
다음으로 탄탈륨 산화물(200)은 상기 생분해성 고분자 수지(100) 표면에 분산되어 상기 생분해성 고분자의 소수성 표면 특성을 개질한다.
구체적으로 탄탈륨 산화물(200) 자체의 높은 생체 적합성에 기인하여 이를 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10)의 생체 적합성과 젖음성(wettability)이 개선되며, 동시에 생분해성 고분자 수지(100) 표면에 고르게 분산된 탄탈륨 산화물(200) 나노 입자는 소수성을 갖는 생분해성 고분자 수지(100)의 표면을 대체하므로 이를 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10)의 전체적인 생체 적합성이 매우 우수해진다.
이에 따라, 본 발명이 제시하는 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 스텐트(stent) 등은 생체 내에 삽입되어 초기에 자리를 잡거나 기존 위치에서 탈락하지 않기 위한 충분한 결합력을 갖는다.
이때, 상기 탄탈륨 산화물(200)은, 상기 3D 프린트용 복합소재(10)의 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함될 수 있다.
구체적으로 상기 탄탈륨 산화물(200)이 상기 3D 프린트용 복합소재(10)의 총 중량을 기준으로 1wt% 미만으로 포함되면 개질의 효과가 미미하여 순수한 생분해성 고분자 수지(100)와 차이를 보이지 않으며, 5wt%를 초과하면 3D 프린트용 복합소재(10)의 취성(brittleness)이 과도하여, 이후 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 출력한 스텐트(stent)의 제조나 사용에 있어서 수반되는 굽힘(crimping)이나 팽창 상황에서 파괴될 가능성이 매우 높아진다.
따라서 탄탈륨 산화물(200) 포함에 따른 개선의 효과와 이후 사용 상태를 모두 고려할 때, 상기 탄탈륨 산화물(200)은 상기 3D 프린트용 복합소재(10)에 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.
다만 이에 제한되지 않으며, 상기 탄탈륨 산화물(200)의 함량이 증가할수록 상기 생분해성 고분자 수지(100)의 인장 강도와 압축 강도가 증가하는 관계로 기계적 물성이 보완되며, 고분자 수지 표면의 소수성을 감소시키는 관계로 표면 특성이 보완되는 점을 바탕으로, 상기 3D 프린트용 복합소재(10)가 사용될 환경에 맞추어 상기 탄탈륨 산화물(200)의 함량은 조절될 수 있다.
다음으로 상기 탄탈륨 산화물(200)은, 평균 입자 크기가 50nm 이상 80nm 이하일 수 있다.
구체적으로 상기 탄탈륨 산화물(200)은 입자의 평균 크기가 작을수록 상기 생분해성 고분자 수지(100)의 매트릭스 내의 기공을 밀도 있게 채우며, 이에 따라 상대 밀도가 높아지면 생분해성 고분자 수지(100)의 기계적 특성이 향상된다. 따라서 상기 생분해성 고분자 수지(100)의 매트릭스 내의 기공 크기를 고려할 때, 상기 탄탈륨 산화물(200)의 입자 크기는 80nm 이하인 것이 바람직하다.
반면, 상기 탄탈륨 산화물(200)의 입자 크기가 너무 작아지게 되면 세포에 직접적인 영향을 주어 세포 독성의 우려가 있으며, 이는 본 발명이 목적한 생체 적합성 향상이라는 효과에 부합하지 않는 점에서 상기 탄탈륨 산화물(200) 입자의 평균 크기는 50nm 이상인 것이 바람직하다.
다음으로 상기 탄탈륨 산화물(200)은, 오산화 탄탈륨(Ta2O5)일 수 있다.
구체적으로 오산화 탄탈륨(Ta2O5)은 내식성이 높으며 반응성이 낮아 매우 안정적인 물질이다. 따라서 생체 내에 삽입되더라도 부식되지 않으며 원치 않는 부반응, 염증 등이 발생하지 않는 장점이 있다.
또한 다른 바이오 세라믹과 비교할 때 생체 적합성이 높으므로 생체 내에 삽입되어 초기에 자리를 잡거나 기존 위치에서 탈락하지 않기 위한 충분한 결합력을 제공한다.
다음으로 도2를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법을 자세하게 설명하기로 한다.
설명에 있어서 전술한 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10)와 중복되는 구성은 동일하게 해석되어야 하며, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법은 구성으로 i) 탄탈륨 산화물(200)을 포함하는 졸(sol)을 제조하는 단계(S100); ii) 용매에 생분해성 고분자 수지(100) 및 상기 졸(sol)을 혼합하는 단계(S200);를 포함할 수 있다.
이하 i) 탄탈륨 산화물(200)을 포함하는 졸(sol)을 제조하는 단계(S100);부터 각 단계를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법은 졸-겔법을 이용하여 탄탈륨 산화물(200)을 높은 분산도와 균일도로 생분해성 고분자 수지(100) 내에 분산시키는 방법을 채택하였다.
구체적으로 상기 졸(sol)을 제조하는 단계(S100)는 a) 탄탈륨 전구체, 유기 용매, 증류수 및 산을 혼합하는 단계(S110); b) 상기 a) 단계(S110)의 혼합물을 분산시키는 단계(S120);를 포함할 수 있다.
이때 상기 a) 단계(S110)의 상기 탄탈륨 전구체는, tantalum(V) ethoxide, tantalum(V) chloride 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한 상기 유기 용매는, isopropyl alcohol, ethanol 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한 상기 산은, hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 다음으로 상기 b) 단계(120)는, 분산에 앞서서 상기 a) 단계(S110)의 혼합물과 dichloromethane(DCM)을 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. Dichloromethane는 추후 생분해성 고분자 수지(100)를 포함하는 폴리머 솔루션과 혼합함에 있어서, 혼화도를 높이는 역할을 한다.
다음으로 상기 b) 단계(S120)는 상기 a) 단계(S110)를 통해 제조된 혼합물에 포함된 탄탈륨 산화물(200) 나노 입자의 분산도를 높이고자 나노 분산기(nano-disperser)를 이용하여 분산을 수행할 수 있다.
다음으로 ii) 용매에 생분해성 고분자 수지(100) 및 상기 졸(sol)을 혼합하는 단계(200);를 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 ii) 단계(S200)의 용매는, dichloromethane을 포함하며, 상기 생분해성 고분자 수지(100)는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한 상기 ii) 단계(S200)의 생분해성 고분자 수지(100)는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하일 수 있다.
또한 상기 ii) 단계(S200)의 상기 졸(sol)의 양은 졸(sol)에 포함된 탄탈륨 산화물(200)을 기준으로 정해지며, 본 발명에 있어서, 상기 탄탈륨 산화물(200)은 3D 프린트용 복합소재(10)의 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함될 수 있다.
이하 도1 및 도3을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)를 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 있어서 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)는 전술한 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10)를 사용하여 3D 프린트 방식으로 제조한 것을 특징으로 한다. 형태는 도1에 도시된 바와 같이 일반적인 스텐트(stent) 형상으로 제조되는 것을 의미한다.
여기서 3D 프린트 방식이란 압출 방식을 의미하며 바람직하게는 고온용융압출법(Hot-Melt Extrusion)을 이용하는 것을 의미한다.
이때 상기 3D 프린트 스텐트(stent)(20)는 전술한 3D 프린트용 복합소재(10)를 포함하므로 (1) 생체에 삽입되더라도 자연적으로 분해되거나 배출되므로 스텐트(stent)가 잔존하여 발생하는 문제가 없는 장점이 있으며, (2) 생체의 움직임에 버티거나 지탱할 수 있는 충분한 기계적 물성을 가지며 또한 탄탈륨 산화물(200)의 함량을 변경하여 목적하는 환경에 맞추어 기계적 물성을 조절할 수 있는 장점이 있으며, (3) 고분자 수지의 소수성 표면 특성이 개선되어 생체 세포와 친화력이 우수한 장점을 가진다.
다음으로 도3을 참조하면, 상기 3D 프린트 스텐트(stent)(20)는 표면에 면역억제제(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 면역억제제(300)는 도3에 도시된 바와 같이 원기둥 형태의 스텐트(stent) 중심을 기준으로 스텐트(stent) 외면에 코팅될 수 있다.
상기 코팅 방법은 바람직하게 스프레이 코팅일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 면역억제제(300)는 상기 스텐트(stent) 외면에 포함되어 생체 내 삽입 시 세포의 과 증식을 억제하는 역할을 한다.
상기 면역억제제(300)의 물질로, sirolimus, Paclitaxel 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
제조예
3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법
(1) Ta
2
O
5
졸(sol) 제조방법(S100)
i) Tantalum(V) ethoxide 0.22mg, distilled water 0.3ml, hydrochloric acid 0.01ml, isopropyl alcohol 6.25ml를 혼합하고 반응시킨다.
ii) 이후 Dichloromethane을 넣어준다. Dichloromethane은 추후 혼합될 폴리머 솔루션의 용매와의 친화도를 높이기 위한 것이다.
iii) 다음으로 균일한 분산을 위해, 상기 용액을 나노 분산기(nano-disperser)에 넣어 분산시켜준다.
(2) 1wt%, 3wt%, 5wt% Ta
2
O
5
및 PCL을 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법(S200)
Dichloromethane 10ml를 용매로 하여 PCL 2g을 녹인 후 앞서 제조한 오산화 탄탈륨 솔루션을 목적하는 탄탈륨 산화물(200)의 함량을 고려하여 넣어준다.
구체적으로 3D 프린트용 복합소재(10)에 탄탈륭 산화물(200)이 1wt% 포함되도록 상기 제조한 졸(sol)을 0.56ml, 3wt% 포함되도록 1.68ml, 5wt% 포함되도록 2.95ml 각각 넣어 3D 프린트용 복합소재(10)를 제조한다.
상기 방법으로 제조한 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 펠렛을 도4에 나타내었다.
실험예1
3D 프린트용 복합소재(10)의 특성 확인 실험
(1) 3D 프린트용 복합소재(10)의 혼합 상태 확인 실험
1) 실험 개요
본 실험은 1) 상기 제조예에 따라 제조한 오산화 탄탈륨 졸(sol)을 대상으로 DLS(Dynamic light scattering) 분석을 수행하여 상기 졸(sol) 내에 존재하는 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자의 평균 크기를 측정하였으며, 2) 오산화 탄탈륨(200)의 함량을 달리한 3D 프린트용 복합소재(10)를 대상으로 TGA(Thermo-gravimetric Analysis) 분석을 수행하여 오산화 탄탈륨(200)과 PCL(poly caprolactone)(100)의 혼합 상태를 확인하였다.
2) 실험 결과 및 분석
(i) 도5는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법에 있어서 오산화 탄탈륨 용액의 DLS 분석 데이터이다.
도5를 참조하면, 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자의 평균 크기가 50nm 내지 80nm임을 확인할 수 있다.
실험을 통해 확인한 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자의 평균 크기는 전술한 바와 같이 오산화 탄탈륨(200)이 생분해성 고분자 수지(100)의 매트릭스 내의 기공을 밀도 있게 채워 기계적 특성을 개선하고, 동시에 세포 독성의 염려 없이 목적한 생체 적합성을 달성할 수 있는 크기이다.
따라서, 본 발명이 제시하는 제조방법이 기계적 특성과 생체 적합성이 우수한 3D 프린트용 복합소재(10)를 제공할 수 있음을 확인한 결과로 볼 수 있다.
(ii) 도6은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 TGA 분석 데이터이다.
본 TGA 분석은 Equilibrate(30℃), 승온 속도(10℃/min) 및 온도 범위(30℃~600℃)의 조건으로 수행하였다.
도6을 참조하면, 포함된 오산화 탄탈륨(200)의 함량 증가에 비례하여 PCL(100)의 열 분해 후 잔존하는 질량이 증가함을 확인할 수 있다. 이를 통해 제조된 3D 프린트용 복합소재(10)에 있어서 오산화 탄탈륨(200)과 PCL(100) 이 화학적 반응 없이 물리적으로 혼합되어 있음을 확인하였다.
(2) 3D 프린트용 복합소재(10)의 변성 온도 측정
본 실험은 DSC(Differential Scanning Calorimetry) 분석을 통해 오산화 탄탈륨 함량(200)에 따른 3D 프린트용 복합소재(10)의 녹는점을 확인하고, 본 발명이 제시하는 오산화 탄탄륨(200)의 함량이 3D 프린트용 복합소재(10)의 녹는점을 PCL(100)의 변성 온도 아래로 유지할 수 있는지 확인하고자 수행하였다.
도7은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 DSC 분석 데이터이다.
본 DSC 분석은 Equilibrate(35℃), 승온 속도(10℃/min) 및 온도 범위(35℃~400℃)의 조건으로 수행하였다.
도7을 참조하면, PCL(100)로만 이루어진 경우 melting temperature가 62℃, 오산화 탄탈륨(200)이 1wt% 포함된 경우 64.23℃, 3wt% 포함된 경우 64.10℃ 및 5wt% 포함된 경우 64.36℃를 나타내어 오산화 탄탈륨(200)이 포함됨에 따라 3D 프린트용 복합소재(10)의 녹는점이 다소 증가하였으나, 그럼에도 PCL(100)의 변성 온도 아래로 유지되는 것을 확인하였다.
즉, 상기 결과를 통해 본 발명인 3D 프린트용 복합소재(10)가 PCL(100)의 변성 없이 3D 프린팅에 사용될 수 있음을 확인하였다.
(3) 3D 프린트용 복합소재(10)의 기계적 물성 측정
1) 인장 강도
본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 도그 본(dog-bone) 형태의 시편을 제작하여 인장 강도 측정을 수행하였다.
도8은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 인장강도 분석 데이터이다.
도8(a)에 따르면 오산화 탄탈륨(200)의 함량이 증가할수록 극한 인장 강도(Ultimate tensile strength)가 감소하는 경향을 보이며, 도8(b)에 따르면 인장 계수(tensile modulus)가 증가하는 경향을 보이며, 도8(c)에 따르면 항복 강도(tensile yield strength)가 증가하는 경향을 보이며, 도8(d)에 따르면 연신율(elongation)이 감소하는 경향을 보인다.
상기 결과에 따르면 오산화 탄탈륨(200) 함량이 증가할수록 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 성형물이 단단(stiffness)하여 외부 응력에도 형태를 더 잘 유지할 수 있음을 알 수 있다.
2) 압축 강도
본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 8mm 크기의 정육면체 시편을 제작하여 압축 강도 측정을 수행하였다.
도9는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 압축강도 분석 데이터이다.
도9에 따르면, 오산화 탄탈륨(200) 함량이 증가할수록 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 성형물이 외부 응력에도 형태를 잘 유지할 수 있음을 알 수 있다.
(4) 3D 프린트용 복합소재(10)의 생체 적합성 측정
본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용한 시편을 제작하고, 시편 위에 4시간 동안 부착된 혈관 내피 세포를 SEM으로 측정하는 방식으로 수행하였다.
도10은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 세포 부착 실험 결과이다.
도10을 참조하면, 오산화 탄탈륨(200) 함량이 증가할수록 제작된 시편에 부착되는 세포의 개수가 증가하며, 부착된 세포가 더 잘 뻗어 있음을 확인할 수 있었다.
이러한 결과는 오산화 탄탈륨(200)이 넓은 범위의 pH에서 안정성을 가지므로 초기 세포 부착 단계와 성장 단게 모두에서 유리하기 때문인 것으로 분석된다.
이를 통해 PCL(100)에 첨가된 오산화 탄탈륨(200)이 3D 프린트용 복합소재(10)의 생체적합성 개선에 유효하며 효과적임을 확인하였다.
실험예2
3D 프린트 스텐트(stent)(20) 특성 확인 실험
(1) SEM 확인
도11은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 출력한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이다.
도11을 참조하면, 오산화 탄탈륨(200)의 함량에 따른 큰 차이 없이 우수하게 출력되는 것을 확인할 수 있다.
상기 결과는 오산화 탄탈륨(200)이 상기 함량 범위에서 포함될 경우 PCL(poly caprolactone)(100)의 우수한 성형성이 유지됨을 나타낸다.
(2) 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자 분포 상태 확인
도12는 (a) 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량이 총 중량을 기준으로 5wt% 포함된 복합소재를 이용하여 제조한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이며, (b), (c) 이의 SEM 이미지이며, (d) 이의 EDX 분석 이미지이다.
도12(a), (b), (c)를 참조하면, 본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 스텐트(stent)가 끊김 없이 출력되어 있음을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 오산화 탄탈륨(200)을 포함하더라도 3D 프린트를 이용한 스텐트 출력 소재로 사용되기에 충분함을 나타낸다.
도12(d)를 참조하면, 탄탈륨 이온이 제조된 3D 프린트 스텐트(stent)(20)에 고르게 분포하고 있음을 확인할 수 있으며, 이를 통해 본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 성형물에서 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자 포함으로 기대하는 기계적 물성 개선 및 생체적합성 개선 효과를 균일하게 기대할 수 있음을 알 수 있으며, 또한 본 제조방법에서 제안하는 졸(sol)-겔(gel) 법이 유효하게 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자를 PCL(100) 내에 분산시킴을 알 수 있다.
(3) 면역억제제 방출 거동 측정
본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)에 스프레이 코팅을 이용하여 표면에만 면역억제제(sirolimus)(300)를 담지하고 30일 동안 면역억제제(sirolimus)(300)의 방출 거동을 확인하는 방식으로 수행하였다.
구체적으로 스텐트(stent)를 생체에 삽입하는 과정에서 상처가 생긴 혈관은 긴 시간 동안 재생을 거치며, 그 과정에서 smooth muscle cell의 과성장이 억제되어야 혈관의 재협착이 방지된다.
따라서 본 실험은 본 발명이 제시하는 3D 프린트 스텐트(stent)(20)가 면역억제제(300)를 서서히 방출하여 혈관의 재협착을 유효하게 방지할 수 있는지를 확인하기 위한 목적으로 수행하였다.
도13은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)에 면역억제제가 코팅된 경우 면역억제제의 방출 거동을 측정한 데이터이다.
도13에 따르면 30일 동안 약 40%의 면역억제제(300)가 방출됨을 확인하였다.
상기 결과를 통해 본 발명인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)가 코팅된 면역억제제(sirolimus)(300)를 서서히 지속적으로 방출함을 확인할 수 있었다.
따라서 본 발명인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)는 세포가 과 증식하는 것을 유효하게 억제할 수 있으며, 혈관 내에 삽입되어 혈관의 재 협착을 유효하게 방지할 수 있음을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 3D 프린트용 복합소재
20 : 3D 프린트 스텐트(stent)
100 : 생분해성 고분자 수지
200 : 탄탈륨 산화물
300 : 면역억제제
20 : 3D 프린트 스텐트(stent)
100 : 생분해성 고분자 수지
200 : 탄탈륨 산화물
300 : 면역억제제
Claims (14)
- 생분해성 고분자 수지; 및
상기 생분해성 고분자 수지에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물;을 포함하여 기계적 물성과 생체적합성이 개선된 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재.
- 제1항에 있어서,
상기 생분해성 고분자 수지는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재.
- 제1항에 있어서,
상기 생분해성 고분자 수지는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하인 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재.
- 제1항에 있어서,
상기 탄탈륨 산화물은, 상기 3D 프린트용 복합소재의 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재.
- 제1항에 있어서,
상기 탄탈륨 산화물은, 평균 입자 크기가 50nm 이상 80nm 이하인 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재.
- 제1항에 있어서,
상기 탄탈륨 산화물은, 오산화 탄탈륨(Ta2O5)인 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재.
- i) 탄탈륨 산화물을 포함하는 졸(sol)을 제조하는 단계;
ii) 용매에 생분해성 고분자 수지 및 상기 졸(sol)을 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 졸(sol)을 제조하는 단계는,
a) 탄탈륨 전구체, 유기 용매, 증류수 및 산을 혼합하는 단계;
b) 상기 a) 단계의 혼합물을 분산시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 탄탈륨 전구체는, tantalum(V) ethoxide, tantalum(V) chloride 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 유기 용매는, isopropyl alcohol, ethanol 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 산은, hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 ii) 단계의 용매는, dichloromethane을 포함하며,
상기 생분해성 고분자 수지는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 ii) 단계의 생분해성 고분자 수지는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하인 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재 제조방법.
- 제1항의 3D 프린트용 복합소재를 사용하여 3D 프린트 방식으로 제조한 것을 특징으로 하는, 3D 프린트 스텐트(stent).
- 제12항에 있어서,
상기 3D 프린트 스텐트(stent)의 표면에 코팅된 면역억제제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트 스텐트(stent).
- 제13항에 있어서,
상기 면역억제제는, sirolimus, paclitaxel 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트 스텐트(stent).
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- 2022-03-03 KR KR1020220027715A patent/KR102665324B1/ko active IP Right Grant
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