WO2012161413A2 - 다공질의 3차원 지지체 및 그의 제조방법 - Google Patents

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multifilament
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박영환
임정남
김태희
고재훈
김성진
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한국생산기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a porous three-dimensional support and a method for manufacturing the same, and more particularly, a biodegradable multifilament twisted yarn imparted with bulky property is inserted into a tubular circular piece made of a biodegradable polymer, and the bulky property is imparted.
  • the present invention relates to a porous three-dimensional support optimized for cell culture, cell delivery, or drug delivery, and to a method for preparing the same.
  • the support refers to a substance that can play a role in regenerating or helping the tissue of the damaged part of the human body caused by an accident or disease.
  • the support is fiber mesh method, fiber bonding method, solvent casting method, fine particle dissolution method, melt molding method, membrane lamination method, extrusion molding method, freeze drying method, freeze emulsion method, phase separation method, foaming method using gas, electrospinning method, etc. It is obtained by the manufacturing method of.
  • the fiber mesh method, the fiber bonding method, the membrane lamination method, the electrospinning method of the manufacturing method is made of a support in the form of a web, there is a disadvantage that the transplanted cells grow only in a plane.
  • solvent casting method fine particle dissolution method, extrusion molding, lyophilization, phase separation method, foam forming method using gas can be produced in the form of a three-dimensional support, but there is little interconnection of the internal space of the support, Metabolic processes of the transplanted cells are not smooth and eventually the growth and differentiation of transplanted cells is very difficult.
  • the present inventors have tried to solve the conventional problems, by inserting a biodegradable multifilament twisted yarn imparted bulky into the tubular circular piece made of a biodegradable polymer to provide excellent connectivity of the internal space of the support cell culture, cells
  • the present invention has been completed by providing a porous three-dimensional support suitable for delivery or drug delivery.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a porous three-dimensional support for imparting bulky properties by inserting a biodegradable multifilament twisted yarn into a circular piece made of a biodegradable polymer material.
  • the present invention provides a porous three-dimensional support in which a biodegradable multifilament twisted yarn imparted with a bulkiness of 150 to 1000% is inserted into a tubular circular piece made of a biodegradable polymer.
  • the tubular circular piece made of biodegradable polymer is 1 to 50 denier monofilament, 100 to 500 denier multifilament or spun fiber, wherein the usable biodegradable polymer is poly Poly lactic acid, poly glycolic acid, poly ⁇ -caprolacton, poly lactic acid-co-glycolic acid, polyhydrooxybutyric acid (poly Preference is given to at least one selected from the group consisting of 3-hydroxybutyrate (PHB), polyhydroxyvalerate (PHV), and a copolymer of polyhydroxyoxybutyrate-valeric acid (polyBv). .
  • PHB 3-hydroxybutyrate
  • PV polyhydroxyvalerate
  • polyBv copolymer of polyhydroxyoxybutyrate-valeric acid
  • the tubular circular piece has a cross-sectional diameter of 5 to 20 mm and has a net mesh structure.
  • the biodegradable multifilament twisted yarn is polylactic acid, polyglycolic acid, polycaprolacton, polylactic acid-glycolic acid Copolymer of poly lactic acid-co-glycolic acid, poly 3-hydroxybutyrate (PHB), polyhydroxyvalerate (PHV) and polyhydrooxybutyric acid-valeric acid hydroxybutyrate-co-valerate (PHBV), a single polymer of a compound selected from the group consisting of dioxanone, trimethylene carbonate and ethylene oxide, or a biodegradable synthetic polymer or copolymer comprising the same, collagen, cellulose oxide, chitosan, chitin, Use is derived from materials selected from biodegradable natural polymers selected from the group consisting of gelatin and silk fibroin. More preferably, a copolymer of polylactic acid-glycolic acid in which lactide and glycolide are copolymerized in
  • the biodegradable multifilament twisted yarn is characterized in that the porous is given a pore of 10 ⁇ 150 ⁇ m.
  • the present invention is prepared by inserting a multi-filament plywood yarn made of a biodegradable polymer into a narrow circular knitting machine loom to prepare a tubular circular piece,
  • biodegradable multifilament twisted yarn by spinning the biodegradable polymer into monofilament or multifilament yarn according to melt spinning or wet spinning followed by plywood twisting,
  • It provides a method for producing a porous three-dimensional support that is performed by stretching the inserted biodegradable multifilament false twist yarn to impart bulkiness.
  • the diameter of the single filament yarn is 5 to 30 ⁇ m
  • the diameter of the multi-filament yarn yarn is preferably 80 to 8000 ⁇ m.
  • the pore of 10 to 150 ⁇ m is imparted to the biodegradable multifilament twisted yarn by the tension and bulkiness is imparted.
  • the bulkiness is a volume increase rate of 150 to 1000% compared to the biodegradable multifilament false twist yarn which is not given bulkiness.
  • the porous three-dimensional support of the present invention is manufactured so that the bulky biodegradable multifilament twisted yarns are inserted into the tubular circular pieces made of biodegradable polymer, and the biodegradable multifilament twisted yarns are inserted and fixed inside the circular pieces 150 to 150. Given the bulky structure of 1000%, the connectivity of the internal space of the support is excellent, which is advantageous for cell culture, cell delivery or drug delivery on a three-dimensional structure.
  • Figure 2 is a side photograph of the tubular circular piece prepared in Example 1 of the present invention observed in the longitudinal direction
  • FIG. 3 is a front photograph of the tubular annular of FIG. 2 observed from above;
  • the present invention inserts a biodegradable multifilament twisted yarn imparted 150-1000% bulkiness into a tubular circular piece made of a biodegradable polymer material, so that cell culture, cell delivery, or drug delivery can be performed in the twisted yarn.
  • the designed porous three-dimensional support is provided.
  • the three-dimensional support of the present invention is a porous structure by the surface of the net-like mesh (mesh) of the tubular circular piece made of the biodegradable polymer material and the pores of 10 ⁇ 150 ⁇ m given to the biodegradable multifilament false twist yarn It is shaped.
  • the tubular circular piece made of the biodegradable polymer material of the present invention has a fiber form by melt spinning, wet spinning, etc. among synthetic and natural biodegradable polymer materials, and is spun in the form of 1 to 50 denier monofilaments or 100 to 500 denier multifilaments. It should be possible fiber or synthetic and natural short fiber spun yarn. Preferably it is a fiber which circularly knits using a narrow circular knitting machine with 100-500 denier thickness.
  • the biodegradable polymer material should be a material harmless to the human body even if inserted into the body or attached to the body, and as a preferred example, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polycaprolactone (poly ⁇ -caprolacton, PCL), copolymers of polylactic acid-co-glycolic acid (PLGA), polyhydrooxybutyrate (PHB), polyhydrooxyvalerate , PHV) and copolymers of polyhydroxyoxybutyrate-valeric acid (poly hydroxybutyrate-co-valerate, PHBV).
  • PLA polylactic acid
  • PGA polyglycolic acid
  • PCL polycaprolactone
  • PLGA polylactic acid-co-glycolic acid
  • PHB polyhydrooxybutyrate
  • PHV polyhydrooxyvalerate
  • PHBV polyhydroxyoxybutyrate-valeric acid
  • Figure 2 is a side photograph of the tubular circular piece of the present invention observed in the longitudinal direction
  • Figure 3 is a front photograph of the tubular circular piece observed from above, the circular piece has an 8mm diameter and 100mm length prepared in Example 1.
  • the tube-shaped circular piece of the present invention has a net-like network structure
  • the circular piece composed of three yarns according to the thickness of the fiber has a large pore between the net
  • the circular piece composed of the yarn will have a small pore between the net
  • the structure of the circular knitting structure Therefore, the desired pore size can be controlled.
  • the tubular circular piece has a generally circular cross section, and the circular piece has a diameter of 5 to 20 mm, more preferably 5 to 12 mm.
  • the circular knitting diameter is less than 5 mm, the bulkiness of the biodegradable multifilament false twisted yarn is not sufficiently provided in the circular knitting, and thus, the efficiency of cell culture, cell delivery, or drug delivery is lowered.
  • the spacing of circular circular meshes becomes excessively large, resulting in poor connectivity between internal spaces and deterioration of cell and drug retention.
  • Figure 4 shows the distribution measured by analyzing and classifying the inner pores of the tubular circular piece of the present invention by size.
  • the porous three-dimensional support of the present invention performs cell culture, cell delivery, or drug delivery functions in the bulky structure of the biodegradable multifilament false twisted yarn inserted into the circular piece.
  • the biodegradable multifilament twisted yarn of the present invention is a network structure having pores in the bulky structure, and the bulkiness or pore size can be adjusted by tensile conditions in the false twisted yarn manufacturing process.
  • the present invention provides a bulky property of 150 to 1000% to biodegradable multifilament (Draw Textured Yarn) having a bulky nature and excellent softness of false twisted yarn, and when applied to medical applications, through the bulky structure Suitable for cell culture, cell delivery or drug delivery.
  • biodegradable multifilament Draw Textured Yarn
  • the present invention is to provide a porous three-dimensional support by fixing such bulky biodegradable multifilament twisted yarns inside the annular piece.
  • “bulky structure” refers to a structure in which a plurality of pores of 1 ⁇ m or more exist between fibers
  • “bulky” refers to a tensile or elongation after manufacture of multifilament twisted yarn made of a biodegradable polymer material. Through, it means that the bulkiness of 150 to 1000% is given to the biodegradable multifilament twisted yarn.
  • the bulkiness of the biodegradable multifilament false twisted yarn of the present invention can be freely adjusted according to the purpose and target of cell culture, cell delivery or drug delivery, but when processed to less than 150%, the voids between the threads become smaller. It is difficult to proliferate cells in culture, and the content of cells or drugs that can be delivered in vivo is low, and the utility as a support that can be used for medical purposes is poor. In addition, if the content exceeds 1000%, the rate of trimming is increased due to the poor durability of the biodegradable polymer resin, and the voids between the yarns become too large and the retention capacity of cells or drugs tends to decrease, which is not preferable.
  • the pore size can be appropriately adjusted according to the cell or drug size selected. More specifically, the bulky structure of the multifilament false twisted yarn of the present invention has pores of 1 to 150 ⁇ m, more preferably 5 to 50 ⁇ m. At this time, when the pore size is less than 1 ⁇ m, voids between the threads become small, making cell proliferation difficult during cell culture, and the content of cells or drugs that can be delivered in vivo is low, and the utility as a support that can be used for medical purposes is inferior. In addition, when the pore size exceeds 150 ⁇ m, the voids between the yarns become excessively large, so that the capacity to retain cells, drugs, and the like tends to be inferior.
  • the biodegradable multifilament false-twist yarn given the bulkiness of the present invention is harmless to the human body even if it is inserted into the body or attached in a patch form, and it should be able to be decomposed and absorbed in the body after achieving the cell or drug delivery purpose in cell culture or in vivo.
  • the biodegradable multifilament false twist yarn should be a fiber having a monofilament and a multifilament form in the form of fiber by melt spinning or wet spinning, among synthetic and natural biodegradability.
  • the plywood which is woven with monofilament and multifilament with a thickness of 50 to 500 deniers, is passed through a combustor such as a roller combustor or a disk combustor and twisted in the S direction to the Z direction to partially give a bulky structure. do.
  • a combustor such as a roller combustor or a disk combustor
  • the false twisted yarn is made of natural polymer or synthetic polymer satisfying biocompatibility.
  • a copolymer of polylactic acid-glycolic acid in which lactide and glycolide are copolymerized in a weight ratio of 10:90 to 30:70 is preferable.
  • the lactide and the glycolide are described using a copolymer of polylactic acid-glycolic acid copolymerized in a 10:90 weight ratio, but the weight ratio or the material thereof will not be limited.
  • 1 is a step-by-step showing a method for producing a porous three-dimensional support of the present invention, the present invention 1) to prepare a multi-filament yarn made of biodegradable polymer into a narrow circular knitting machine to prepare a tubular circular piece,
  • biodegradable multifilament twisted yarn by spinning the biodegradable polymer into monofilament or multifilament yarn by melt spinning method or wet spinning method and then plywood twisting;
  • the circular knitting prepared in step 1) is a fiber having a generally circular cross section which is circular knitted using a narrow circular knitting machine, and is prepared in a length of 50 to 120 mm, and the circular knitting diameter is 5 20 mm, More preferably, it is prepared in the range of 5-12 mm.
  • the biodegradable polymer to be used is a material harmless to the human body even when inserted into the body or attached to the body, specific examples are the same as described above.
  • Step 2) is a step of preparing a biodegradable multifilament twisted yarn, by spinning a biodegradable natural polymer through a spinneret, to produce an ultrafine multifilament yarn having a single yarn diameter of 5 to 30 ⁇ m.
  • the biodegradable multifilament yarn of step 2) is an ultrafine fiber that does not exceed 30 ⁇ m, and satisfies the physical properties of strength of 2.0 to 9.0 g / d and elongation 20 to 80%, and in subsequent stretching and combusting process, generation of trimming and deterioration Can be minimized.
  • the degradation rate may be slowed down after cell culture, cell delivery or drug delivery, and the stiffness is increased, resulting in inferior workability or ease of operation.
  • the preferred diameter of the multifilament after weaving is 80 to 8000 ⁇ m, more preferably 1000 to 4000 ⁇ m.
  • the diameter of the Plywood yarn is less than 80 ⁇ m, it is difficult for the medical support to have a three-dimensional structure, and if it exceeds 8000 ⁇ m, the foreign body reaction of the used polymer in vivo is increased. have.
  • Step 3) prepares and inserts 1 to 3 times the length of the biodegradable multifilament twisted yarn of step 2) relative to the length of the tubular circular piece prepared in step 1).
  • the bulkiness is to be given a volume increase rate of 150 to 1000% compared to the biodegradable multifilament twisted yarn not given bulkiness.
  • the method of imparting the bulky structure in the manufacturing method of the present invention uses a method in which the biodegradable multifilament twisted yarn is wound in a stretchable holder, followed by stretching in a range of 5 to 20%. At this time, when the tensile ratio is less than 5%, it is difficult to form a bulky structure, and when it exceeds 20%, fiber trimming is likely to occur, which is not preferable.
  • Another method of imparting a bulky structure is carried out by a stretching method in a continuous process.
  • Plywood yarn with 4 weights of multifilament yarn made of polylactic acid-glycolic acid copolymer (PLGA) polymer chip copolymerized with lactide and glycolide in a 10:90 weight ratio. was prepared to a length of 100 mm.
  • PLGA polylactic acid-glycolic acid copolymer
  • PLGA Polylactic Acid-Glycolic Acid Copolymer
  • the PLTY 200de / 64fila DTY twisted yarns are spliced in 64 hap, passed through the prepared PLGA (10:90) circular piece, and the 15% tensile tension of the DTY twisted yarns of PLGA 200de / 64fila is made of a porous three-dimensional
  • the support was prepared and cut to 10 mm to facilitate incubation in a 24-well micro plate dish. At this time, the prepared support was excellent in connectivity of the internal space of the support by the bulky structure, the bulkiness of the support having the bulky structure was 500%.
  • a porous 3 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the DTY false twisted yarn of PLGA 200de / 64fila was synthesized into 16, 32, 100, 150, and 200 polymers, respectively. A dimensional support was prepared.
  • the present invention provides a porous three-dimensional support in which a porous three-dimensional support is inserted into a biodegradable multifilament twisted yarn imparted with bulky properties into a tubular circular piece made of a biodegradable polymer.
  • the porous three-dimensional support of the present invention is porous by the net-like network structure of the circular knitting and 10 to 150 ⁇ m pores imparted to the biodegradable multifilament twisted yarn, while the biodegradable multifilament twisted yarn is inserted into the circular knit to be 150 to
  • the connectivity of the space inside the support is excellent and is optimized for cell culture, cell delivery or drug delivery on a stable three-dimensional structure.

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Abstract

본 발명은 다공질의 3차원 지지체 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 다공질의 3차원 지지체는 생분해성 고분자로 이루어진 튜브형의 환편 내부에 벌키성이 부여된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 삽입된 구조이며, 환편의 네트형 망 구조와 생분해성 멀티 필라멘트 가연사에 부여된 10∼150㎛의 기공에 의해 다공질이면서, 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 환편 내부에 삽입 고정되어 150 내지 1000%의 벌키성이 부여됨으로써, 지지체 내부 공간의 연결성이 우수하여 안정적인 3차원 구조상에서 세포배양, 세포전달 또는 약물전달 용도에 최적화된다.

Description

다공질의 3차원 지지체 및 그의 제조방법
본 발명은 다공질의 3차원 지지체 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생분해성 고분자로 이루어진 튜브형의 환편 내부에 벌키성이 부여된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 삽입되고 상기 벌키성이 부여된 구조에서 세포배양, 세포전달 또는 약물전달이 최적화된 다공질의 3차원 지지체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
지지체는 사고나 질병으로 발생한 인체의 손상부위의 조직을 재생시키거나 도움을 주는 역할을 수행할 수 있는 물질을 지칭한다.
일반적으로 지지체는 섬유망사법, 섬유접착법, 용제주물법, 미립자용탈법, 용융몰딩법, 멤브레인 라미네이션법, 압출성형법, 동결건조법, 동결유탁법, 상분리법, 가스를 이용한 거품성형법, 전기방사법 등의 제조법으로 얻어지고 있다.
그러나 상기 제조법 중에서 섬유망사법, 섬유접착법, 멤브레인 라미네이션법, 전기방사법은 웹 형태의 지지체로 제조되므로, 이식세포가 평면적으로만 성장하는 단점이 있다.
반면에, 용제주물법, 미립자용탈법, 압출성형법, 동결건조, 상분리법, 가스를 이용한 거품 성형법 등은 3차원의 지지체 형태로 제조가능하나, 지지체 내부 공간의 연결성(interconnection)이 거의 없어, 배양과정에서 이식한 세포의 대사과정이 원활하지 않아 결국에는 이식세포의 성장 및 분화가 매우 어렵다.
이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 생분해성 고분자로 이루어진 튜브형의 환편 내부에 벌키성이 부여된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 삽입하여 지지체 내부 공간의 우수한 연결성을 제공하여 세포배양, 세포전달 또는 약물전달에 적합한 다공질의 3차원 지지체를 제공함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 벌키 구조를 가지는 생분해성 섬유를 활용한 다공질의 3차원 지지체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생분해성 고분자 소재로 이루어진 환편 내부에 생분해성 멀티필라멘트 가연사를 삽입한 후 상기 가연사를 인장하여 벌키성을 부여하는 다공질의 3차원 지지체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 생분해성 고분자로 이루어진 튜브형의 환편 내부에, 150 내지 1000%의 벌키성이 부여된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 삽입된 다공질의 3차원 지지체를 제공한다.
본 발명의 다공질의 3차원 지지체에 있어서, 생분해성 고분자로 이루어진 튜브형의 환편이 1∼50 데니어의 모노 필라멘트, 100∼500 데니어의 멀티 필라멘트 또는 방적된 섬유이며, 이때, 사용가능한 생분해성 고분자는 폴리락트산(poly lactic acid), 폴리글리콜산(poly glycolicacid), 폴리카프로락톤(poly ε-caprolacton), 폴리락트산-글리콜산의 공중합체(poly lactic acid-co-glycolic acid), 폴리하이드로옥시부티르산(poly 3-hydroxybutyrate, PHB), 폴리하이드로옥시발레르산(polyhydroxyvalerate, PHV) 및 폴리하이드로옥시부티르산-발레르산의 공중합체(poly hydroxybutyrate-co-valerate, PHBV)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하다.
본 발명의 다공질의 3차원 지지체에 있어서, 튜브형의 환편은 5 내지 20mm의 단면지름을 가지며, 네트형 망(mesh) 구조를 가진다.
또한, 본 발명의 다공질의 3차원 지지체에 있어서, 생분해성 멀티 필라멘트 가연사는 폴리락트산(poly lactic acid), 폴리글리콜산(poly glycolicacid), 폴리카프로락톤(poly ε-caprolacton), 폴리락트산-글리콜산의 공중합체(poly lactic acid-co-glycolic acid), 폴리하이드로옥시부티르산(poly 3-hydroxybutyrate, PHB), 폴리하이드로옥시발레르산(polyhydroxyvalerate, PHV) 및 폴리하이드로옥시부티르산-발레르산의 공중합체(poly hydroxybutyrate-co-valerate, PHBV), 다이옥사논, 트리메틸렌카보네이트 및 에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 화합물의 단일 중합체 또는 이들을 포함하는 공중합체의 생분해성 합성 고분자 또는 콜라겐, 산화셀룰로스, 키토산, 키틴, 젤라틴 및 실크 피브로인으로 이루어진 군에서 선택되는 생분해성 천연 고분자에서 선택된 소재로부터 유래된 것을 사용한다. 더욱 바람직하게는 락타이드 및 글리콜라이드가 10:90 내지 30:70 중량비율로 공중합된 폴리락트산-글리콜산의 공중합체를 사용하는 것이다.
이때, 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사에는 10∼150㎛의 기공이 부여되는 다공질을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 생분해성 고분자로 제조된 멀티 필라멘트 합사사를 세폭환편 직기에 투입하여 튜브형의 환편을 준비하고,
생분해성 고분자를 용융방사 또는 습식방사에 따라 모노 필라멘트 또는 멀티 필라멘트사로 방사 후 합사 가연하여 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 준비하고,
상기 튜브형의 환편에 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 삽입하고,
상기 삽입된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 인장하여 벌키성을 부여하는 것으로 수행되는 다공질의 3차원 지지체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법에서, 멀티 필라멘트사가 단사의 직경이 5 내지 30㎛이며, 합사된 멀티 필라멘트사의 직경은 80 내지 8000㎛이 바람직하다.
본 발명의 제조방법에서, 상기 인장에 의해 생분해성 멀티 필라멘트 가연사에 10∼150㎛의 기공이 부여되는 동시에 벌키성이 부여된다. 상기 벌키성이라 함은 벌키성이 부여되지 않은 생분해성 멀티 필라멘트 가연사 대비 150 내지 1000% 부피증가율이 부여된 것이다.
본 발명에 따라, 벌키 구조를 가지는 생분해성 섬유를 활용한 다공질의 3차원 지지체를 제공할 수 있다.
본 발명의 다공질의 3차원 지지체는 생분해성 고분자로 이루어진 튜브형의 환편 내부에 벌키성이 부여된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 삽입되도록 제조됨으로써, 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 환편 내부에 삽입 고정되어 150 내지 1000%의 벌키 구조가 부여됨에 따라, 지지체 내부 공간의 연결성이 우수하여 3차원 구조상에서 세포배양, 세포전달 또는 약물전달 용도에 유리하다.
도 1은 본 발명의 다공질 3차원 지지체의 제조방법을 단계별로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 튜브형의 환편을 길이방향으로 관찰한 측면사진이고,
도 3은 도 2의 튜브형 환편을 위에서 관찰한 정면사진이고,
도 4는 도 3의 튜브형 환편 내부의 기공크기별 분포도를 측정한 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 생분해성 고분자 소재로 이루어진 튜브형의 환편 내부에, 150 내지 1000%의 벌키성이 부여된 생분해성 멀티필라멘트 가연사를 삽입하여, 상기 가연사에서 세포배양, 세포전달 또는 약물전달이 가능하도록 설계한 다공질의 3차원 지지체를 제공한다.
본 발명의 3차원 지지체는 상기 생분해성 고분자 소재로 이루어진 튜브형의 환편이 가지는 네트형 망 구조(mesh)의 표면과 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사에 부여된 10∼150㎛의 기공에 의해 다공질 구조로 형상화된다.
이하, 본 발명의 다공질의 3차원 지지체의 구성별로 설명하고자 한다.
1) 생분해성 고분자 소재로 이루어진 튜브형의 환편
본 발명의 생분해성 고분자 소재로 이루어진 튜브형의 환편은 합성 및 천연 생분해성 고분자 소재 중에서도 용융방사, 습식방사 등에 의해 섬유형태를 갖추어 1∼50 데니어의 모노 필라멘트 또는 100∼500 데니어의 멀티 필라멘트 형태로 방사 가능한 섬유 또는 합성 및 천연 단섬유 방적사이어야 한다. 바람직하게는 100∼500 데니어 굵기로 세폭환편직기를 활용하여 환편되는 섬유이다.
이때, 생분해성 고분자 소재는 체내에 삽입하거나 체외에 부착하여도 인체에 무해한 소재이어야 하며, 바람직한 일례로서, 폴리락트산(poly lactic acid, PLA), 폴리글리콜산(poly glycolicacid, PGA), 폴리카프로락톤(poly ε-caprolacton, PCL), 폴리락트산-글리콜산의 공중합체(poly lactic acid-co-glycolic acid, PLGA), 폴리하이드로옥시부티르산(poly 3-hydroxybutyrate, PHB), 폴리하이드로옥시발레르산(polyhydroxyvalerate, PHV) 및 폴리하이드로옥시부티르산-발레르산의 공중합체(poly hydroxybutyrate-co-valerate, PHBV)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상을 사용하는 것이다.
도 2는 본 발명의 튜브형 환편을 길이방향으로 관찰한 측면사진이고, 도 3은 상기 튜브형 환편을 위에서 관찰한 정면사진으로서, 상기 환편은 실시예 1에서 제조된 8mm 지름과 100mm 길이를 가진다.
이에, 본 발명의 튜브형 환편은 네트형 망 구조를 가지며, 섬유의 굵기에 따라 세사로 구성된 환편은 네트 사이의 기공이 크고, 태사로 구성된 환편은 네트 사이의 기공이 작을 것이므로, 환편 조직의 구성에 따라 원하는 기공크기를 제어할 수 있다.
바람직하게는 이러한 튜브형의 환편은 대체로 원형단면을 가지며, 그 환편 지름은 5∼20mm, 더욱 바람직하게는 5∼12mm인 것을 특징으로 한다.
이때, 환편지름이 5mm 미만이면, 환편 내부에서 생분해성 멀티 필라멘트 가연사의 벌키성이 충분히 제공되지 못하여 세포배양, 세포전달 또는 약물전달의 효율이 떨어지고, 반면에, 20mm를 초과하면, 환편 내부 공간 및 환편 메쉬망 간격이 지나치게 커져 내부공간의 연결성이 떨어져 세포나 약물 등의 보유 능력이 저하된다.
도 4는 본 발명의 튜브형 환편 내부기공을 크기별로 분석 분류하여 측정한 분포도를 나타낸 것이다.
2) 벌키성이 부여된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사
본 발명의 다공질의 3차원 지지체는 환편 내부에 삽입되는 생분해성 멀티 필라멘트 가연사의 벌키 구조에서 세포배양, 세포전달 또는 약물전달 기능을 수행한다.
본 발명의 생분해성 멀티 필라멘트 가연사는 벌키 구조 내 기공을 가지는 망상 구조로서, 상기 벌키한 정도나 기공크기는 가연사 제조공정 시, 인장 조건에 의해 조절 가능하다.
즉, 본 발명은 가연사 본연의 벌키성과 우수한 소프트감을 가지는 생분해성 멀티 필라멘트 가연사(Draw Textured Yarn)에, 150 내지 1000%의 벌키성을 부여함으로써, 의료용도에 적용시, 상기 벌키 구조를 통해 세포배양, 세포전달 또는 약물전달에 적합하도록 한다.
나아가, 본 발명은 이러한 벌키성이 부여된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 환편 내부에 고정시킴으로써, 다공질의 3차원 지지체를 제공하는 것이다.
본 발명의 명세서 상에서 "벌키 구조"라 함은 섬유 사이에 1㎛ 이상의 다수의 기공이 존재하는 구조를 말하며, "벌키성"이라 함은 생분해성 고분자 소재로 이루어진 멀티필라멘트 가연사 제조 후 인장 또는 연신을 통해, 생분해성 멀티필라멘트 가연사에 150 내지 1000%의 벌키성이 부여되는 것을 의미한다.
이때, 본 발명의 생분해성 멀티필라멘트 가연사의 벌키성은 세포배양, 세포전달 또는 약물전달 등의 사용목적 및 대상에 따라, 자유로이 조절될 수 있으나, 150% 미만으로 가공되면, 실간의 공극이 작아져 세포 배양시 세포 증식이 어렵고, 생체 내로 전달할 수 있는 세포나 약물 함유량이 떨어져 의료용도로 사용될 수 있는 지지체로서의 효용성이 떨어진다. 또한, 1000%를 초과하면, 생분해성 고분자 수지의 취약한 내구성으로 인하여 사절발생률이 높아지고, 실간의 공극이 지나치게 커져 세포나 약물 등의 보유 능력이 떨어지기 쉬워 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 생분해성 멀티필라멘트 가연사에 있어서, 기공크기는 선택되는 세포 또는 약물크기에 따라 적절히 조절될 수 있음은 당연히 이해될 수 있을 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 멀티필라멘트 가연사의 벌키 구조는 1~150㎛, 더욱 바람직하기로는 5~50㎛의 기공을 갖는다. 이때, 기공크기가 1㎛ 미만이면, 실간의 공극이 작아져 세포 배양시 세포 증식이 어렵고, 생체 내로 전달할 수 있는 세포나 약물 함유량이 떨어져 의료용도로 사용될 수 있는 지지체로서의 효용성이 떨어진다. 또한, 기공크기가 150㎛를 초과하면, 실간의 공극이 지나치게 커져 세포나 약물 등의 보유 능력이 떨어지기 쉬워 바람직하지 않다.
본 발명의 벌키성이 부여된 생분해성 멀티필라멘트 가연사는 체내에 삽입하거나 패치형으로 부착하여도 인체에 무해하고, 세포 배양, 생체 내로 세포나 약물 전달 목적을 달성한 후 체내에서 분해 흡수될 수 있어야 할 것이다. 이에, 생분해성 멀티 필라멘트 가연사는 합성 및 천연 생분해성 중에서도 용융방사나 습식방사 등에 의해 섬유형태를 갖추며 모노 필라멘트 및 멀티 필라멘트 형태를 가지는 섬유이어야 한다. 즉, 모노 필라멘트 및 멀티 필라멘트를 50∼500 데니어인 굵기로 합사한 합사사를 롤러형 가연기, 디스크형 가연기 등의 가연기에 통과시키고 S방향 내지 Z 방향으로 꼬임을 주어 부분적으로 벌키 구조를 부여한다.
상기 가연사는 생체적합성을 충족하는 천연고분자 또는 합성 고분자로 제조된다. 바람직한 일례로, 폴리락트산(poly lactic acid, PLA), 폴리글리콜산(poly glycolicacid, PGA), 폴리카프로락톤(poly ε-caprolacton, PCL), 폴리락트산-글리콜산의 공중합체(poly lactic acid-co-glycolic acid, PLGA), 폴리하이드로옥시부티르산(poly 3-hydroxybutyrate, PHB), 폴리하이드로옥시발레르산(polyhydroxyvalerate, PHV) 및 폴리하이드로옥시부티르산-발레르산의 공중합체(poly hydroxybutyrate-co-valerate, PHBV), 다이옥사논, 트리메틸렌카보네이트 및 에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 화합물의 단일 중합체 또는 이들을 포함하는 공중합체의 생분해성 합성 고분자 또는 콜라겐, 산화셀룰로오스, 키토산, 키틴, 젤라틴 및 실크 피브로인으로 이루어진 군에서 선택되는 생분해성 천연 고분자에서 선택되어 사용될 것이다.
더욱 바람직하게는 생분해성 고분자로서 락타이드 및 글리콜라이드가 10:90 내지 30:70 중량비율로 공중합된 폴리락트산-글리콜산의 공중합체가 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 락타이드 및 글리콜라이드가 10:90 중량비율로 공중합된 폴리락트산-글리콜산의 공중합체를 사용하여 설명하고 있으나, 상기 중량비율 또는 그 소재에 한정되지 않을 것이다.
도 1은 본 발명의 다공질의 3차원 지지체의 제조방법을 단계별로 도시한 것으로서, 본 발명은 1) 생분해성 고분자로 이루어진 멀티 필라멘트 합사사를 세폭환편직기에 투입하여 튜브형의 환편을 준비하고,
2) 생분해성 고분자를 용융방사법 또는 습식방사법에 따라 모노 필라멘트 또는 멀티 필라멘트사로 방사한 후 합사 가연하여 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 준비하고,
3) 상기 단계 1)의 튜브형의 환편에 단계 2)의 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 삽입하고,
4) 상기 삽입된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 인장하여 벌키성을 부여하여 다공질의 3차원 지지체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다공질의 3차원 지지체의 제조방법에 있어서, 단계 1)에서 준비된 환편은 세폭환편직기를 활용하여 환편되는 대체로 원형단면을 가지는 섬유로서, 50∼120mm 길이로 준비되며, 그 환편 지름은 5∼20mm, 더욱 바람직하게는 5∼12mm 범위로 준비된다.
이때, 사용되는 생분해성 고분자는 체내에 삽입하거나 체외에 부착하여도 인체에 무해한 소재로서 구체적인 일례는 상기에서 설명한 바와 동일하다.
단계 2)는 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 준비하는 공정으로서, 생분해성 천연 고분자를 방사구금을 통하여 방사하여, 단사의 직경이 5 내지 30㎛인 극세 멀티필라멘트사를 제조한다. 이때, 단계 2)의 생분해성 멀티 필라멘트사는 30㎛를 초과하지 않는 극세섬유로서, 강도 2.0~9.0 g/d 및 신도 20~80%의 물성을 만족하여 이후 연신 가연 공정시, 사절 발생 및 품위저하를 최소화할 수 있다. 한편, 본 발명의 생분해성 멀티 필라멘트 가연사의 단사 직경이 30㎛를 초과하면, 세포배양, 세포전달 또는 약물전달 후 분해 속도가 느려질 수 있으며 뻣뻣함이 증가해 작업성이나 시술 편의성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 적용분야가 인체 안에 지지체로 적용될 경우, 합사 후 멀티필라멘트의 바람직한 직경은 80 내지 8000㎛이고, 더욱 바람직하게는 1000 내지 4000㎛이다. 이때, 합사사의 직경이 80㎛ 미만이면, 의료용지지체가 3차원 구조를 가지기 어렵고, 8000㎛를 초과하면, 생체 내 적용시, 생체 내에서의 사용한 고분자의 이물반응(foreign body reaction)이 커지는 단점이 있다.
단계 3)은 단계 1)에서 준비된 튜브형의 환편 길이 대비, 단계 2)의 생분해성 멀티 필라멘트 가연사의 길이가 1 내지 3 배로 준비하여 삽입되도록 한다.
단계 4)에서 삽입된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 인장하여 벌키성을 부여하는 공정으로서, 상기 인장에 의해 생분해성 멀티 필라멘트 가연사에 10∼150㎛의 기공 및 벌키성을 부여한다.
이때 벌키성은 벌키성이 부여되지 않은 생분해성 멀티 필라멘트 가연사 대비 150 내지 1000% 부피증가율이 부여되는 것이다.
본 발명의 제조방법에서 벌키 구조를 부여하는 방식은 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 인장이 가능한 거치대에 권취한 후, 5∼20% 범위로 인장하는 방식을 사용한다. 이때, 인장률이 5% 미만이면, 벌키 구조를 만들기 어렵고, 20%를 초과하여 실시하면 섬유의 사절이 발생하기 쉬워 바람직하지 않다.
또한, 벌키 구조를 부여하는 다른 방식으로는 연속공정시 연신방법으로 수행한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
락타이드 및 글리콜라이드가 10:90 중량비로 공중합된 폴리락트산-글리콜산의 공중합체(PLGA) 고분자 칩으로 제조한 멀티 필라멘트사 4추를 합사한 합사사를 세폭환편직기로 8 mm 지름을 가지는 환편을 100 mm 길이로 준비하였다.
락타이드 및 글리콜라이드가 10:90의 중량비로 공중합된 폴리락트산-글리콜산의 공중합체(PLGA) 합성고분자 칩을 용융방사법에 의해 PLGA(10:90) 50de/16fila의 멀티 필라멘트사로 방사하였다. 4개의 섬유사를 합사한 후 롤러형 가연기를 사용하여 Z 방향의 꼬임을 가지는 DTY 가연사를 제조하였다.
상기 PLGA 200de/64fila의 DTY 가연사를 64합으로 합사한 후, 상기 제조된 PLGA (10:90) 환편에 통과시킨 후, 상기 PLGA 200de/64fila의 DTY 가연사를 15% 인장하여 다공질의 3차원 지지체를 제조하고, 24 웰 마이크로 플레이트 배양접시에서의 배양이 편리하도록 10mm로 절단하였다. 이때, 제조된 지지체는 벌키 구조에 의해 지지체 내부 공간의 연결성이 우수하고, 상기 벌키 구조를 가지는 지지체의 벌키성은 500%이였다.
<실시예 2∼6>
상기 실시예 1에서의 PLGA 200de/64fila의 DTY 가연사를 16합, 32합, 100합, 150합 및 200합으로 각각 합사한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 다공질의 3차원 지지체를 제조하였다.
상기에서 살펴본 바와 같이,
본 발명은 다공질의 3차원 지지체는 생분해성 고분자로 이루어진 튜브형의 환편 내부에 벌키성이 부여된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 삽입된 다공질의 3차원 지지체를 제공하였다.
본 발명의 다공질의 3차원 지지체는 환편의 네트형 망 구조와 생분해성 멀티 필라멘트 가연사에 부여된 10∼150㎛의 기공에 의해 다공질이면서, 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 환편 내부에 삽입되어 150 내지 1000%의 벌키성이 부여됨으로써, 지지체 내부 공간의 연결성이 우수하여 안정적인 3차원 구조상에서 세포배양, 세포전달 또는 약물전달 용도에 최적화된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (14)

  1. 생분해성 고분자로 이루어진 튜브형의 환편 내부에,
    150 내지 1000%의 벌키성이 부여된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 삽입된 다공질의 3차원 지지체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자로 이루어진 튜브형의 환편이 모노 필라멘트, 멀티 필라멘트 또는 방적된 섬유인 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 생분해성 고분자가 폴리락트산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리락트산-글리콜산의 공중합체, 폴리하이드로옥시부티르산, 폴리하이드로옥시발레르산 및 폴리하이드로옥시부티르산-발레르산의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 튜브형의 환편이 5 내지 20mm의 단면지름을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 튜브형의 환편이 네트형 망 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 폴리락트산, 폴리글리콜산), 폴리카프로락톤, 폴리락트산-글리콜산의 공중합체, 폴리하이드로옥시부티르산, 폴리하이드로옥시발레르산 및 폴리하이드로옥시부티르산-발레르산의 공중합체, 다이옥사논, 트리메틸렌카보네이트 및 에틸렌옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 화합물의 단일 중합체 또는 이들을 포함하는 공중합체의 생분해성 합성 고분자 또는 콜라겐, 산화셀룰로오스, 키토산, 키틴, 젤라틴 및 실크 피브로인으로 이루어진 군에서 선택되는 생분해성 천연 고분자에서 선택된 소재로부터 유래된 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사가 락타이드 및 글리콜라이드가 10:90 내지 30:70 중량비율로 공중합된 폴리락트산-글리콜산의 공중합체인 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사에 10∼150㎛의 기공이 부여되는 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체.
  9. 생분해성 고분자로 제조된 멀티 필라멘트 합사사를 세폭환편직기에 투입하여 튜브형의 환편을 준비하고,
    생분해성 고분자를 용융방사 또는 습식방사에 따라 모노 필라멘트 또는 멀티 필라멘트사로 방사 후 합사 가연하여 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 준비하고,
    상기 튜브형의 환편에 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 삽입하고,
    상기 삽입된 생분해성 멀티 필라멘트 가연사를 인장하여 벌키성을 부여하는 것으로 수행되는 다공질의 3차원 지지체의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사 공정 중, 모노 필라멘트 또는 멀티 필라멘트사의 단사 직경이 5 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 생분해성 멀티 필라멘트 가연사 공정에서 합사 후 멀티 필라멘트사의 직경이 80 내지 8000㎛인 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 인장이 5∼20%로 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 인장에 의해 생분해성 멀티 필라멘트 가연사에 10∼150㎛의 기공이 부여되는 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체의 제조방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 인장에 의해 벌키성이 부여되지 않은 생분해성 멀티 필라멘트 가연사 대비 150 내지 1000% 부피증가율이 구현된 벌키성이 부여된 것을 특징으로 하는 상기 다공질의 3차원 지지체의 제조방법.
PCT/KR2012/001873 2011-05-26 2012-03-15 다공질의 3차원 지지체 및 그의 제조방법 WO2012161413A2 (ko)

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