WO2015199492A1 - 나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용 - Google Patents

나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용 Download PDF

Info

Publication number
WO2015199492A1
WO2015199492A1 PCT/KR2015/006573 KR2015006573W WO2015199492A1 WO 2015199492 A1 WO2015199492 A1 WO 2015199492A1 KR 2015006573 W KR2015006573 W KR 2015006573W WO 2015199492 A1 WO2015199492 A1 WO 2015199492A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nanofiber
reinforcement pattern
mat
nanofiber layer
layer
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/006573
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정영훈
곽종영
김정화
김창근
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR20140079596A external-priority patent/KR101492771B1/ko
Priority claimed from KR20140080422A external-priority patent/KR101486734B1/ko
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to EP15812617.7A priority Critical patent/EP3162387B1/en
Priority to US15/028,322 priority patent/US10420861B2/en
Publication of WO2015199492A1 publication Critical patent/WO2015199492A1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/12—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L31/125—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/18—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/36—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
    • A61L27/38—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
    • A61L27/3804—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells characterised by specific cells or progenitors thereof, e.g. fibroblasts, connective tissue cells, kidney cells
    • A61L27/3821—Bone-forming cells, e.g. osteoblasts, osteocytes, osteoprogenitor cells
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/14—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L31/146—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
    • A61L31/14—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L31/16—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/14—Scaffolds; Matrices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/0068—General culture methods using substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602—Vertebrate cells
    • C12N5/0652—Cells of skeletal and connective tissues; Mesenchyme
    • C12N5/0654—Osteocytes, Osteoblasts, Odontocytes; Bones, Teeth
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/12—Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/30—Synthetic polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2535/00—Supports or coatings for cell culture characterised by topography
    • C12N2535/10—Patterned coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2537/00—Supports and/or coatings for cell culture characterised by physical or chemical treatment

Abstract

나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용에서, 나노섬유매트는 나노섬유층과, 나노섬유층 상에 배치되어 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 포함하되, 나노섬유층의 적어도 일부가 보강 패턴과 함께 용융 고화된 형태, 용해 고화된 형태 또는 보강 패턴의 일부가 나노섬유층으로 침투하여 고화된 형태로, 나노섬유층과 보강 패턴이 결합한 것을 특징으로 한다.

Description

나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용
본 발명은 나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 핸들링이 용이한 나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용에 관한 것이다.
최근 나노섬유에 대해 많은 관심이 일고 있으며 이 중 세포배양과 관련한 측면에서 높은 관심의 대상이 되고 있다. 특히, 전기방사를 통해 제조된 섬유는 매우 작은 직경을 가진 섬유로 단위 부피당 표면적이 매우 크고 유연하며 섬유 간에 발생하는 미세공간이 많고 단위 면적당 존재하는 섬유의 수가 많아서 타 소재와의 혼화가 가능하며 외부의 응력에 대한 분산이 큰 장점이 있다. 생체의료 분야에 있어서, 나노섬유 집합체, 예를 들면 나노섬유매트가 형태학적으로 인체의 세포외기질과 유사한 구조를 가지는 것을 이용하여 세포배양을 위한 기재로 이용하고 있고, 나노섬유를 세포배양에 보편적으로 활용할 목적으로 세포배양용 디쉬(petri-dish)에 넣어 사용할 수 있는 매트를 상품화하여 판매 중에 있다.
그러나 나노섬유매트는 매우 유연하여 핸들링이 쉽지 않고, 평평하게 펴진 상태로 디쉬 상에서 형태를 유지하는 것에 많은 제한을 가지고 있어 세포배양용 디쉬에 처음부터 부착되어 있는 형태로 제작되거나 매우 두꺼운 수준으로 제작되어 실험시 다양한 방법으로 활용하는데 어려움이 있으며, 비용의 증가 및 활용 범위의 제한 등 다양한 문제점을 가지고 있다.
한편, 골유도 재생술(Guided bone regeneration, GBR)에서 이용되는 차폐막은 섬유 결합 조직에 골 조직의 결손 부위가 노출되는 것을 방지하고, 세균이 침입하는 것을 방지하며, 골 재생을 위한 공간을 제공하는 재료이다. 차폐막은 치조골 재생에서부터 그 외의 인체의 다양한 부위의 뼈의 결손을 치료하거나 재생하는데 이용되고 있다. 최근에는, 차폐막에 생물 활성 인자를 추가하여 골 재생뿐만 아니라 부가적인 기능을 수행할 수 있도록 개발되고 있다. 차폐막은, 구성 재료에 따라서 크게, 티타늄과 같은 무기물로 형성된 무기 차폐막과, 고분자 차폐막으로 나눌 수 있다. 고분자 차폐막은 인체에 흡수 여부에 따라서 흡수성과 비흡수성으로 구분할 수 있다.
무기 차폐막은 강성과 형상 안정성이 좋은 장점이 있으나 인체 조직과의 이질성이 높고, 비흡수성 고분자 차폐막은 무기 차폐막에 비해서는 생체 적합성이 높은 편이며 흡수성 고분자 차폐막에 비해서 강성과 형상 안정성이 높은 편이긴 하지만, 무기 차폐막이나 비흡수성 고분자 차폐막 모두 결손조직의 복구 후에도 인체 내부에 계속 유지시키거나 별도의 제거를 위한 수술이 필요한 단점이 있다.
반면, 흡수성 고분자 차폐막은 높은 생체 적합성을 갖고, 차폐 성능, 약물 방출 성능 등의 다양한 기능을 할 수 있고 별도의 제거가 필요 없다는 장점이 있다. 그럼에도 불구하고, 전기 방사 또는 동결 건조 공정을 통해서 나노 섬유를 기반으로 한 흡수성 고분자 차폐막은 부직포 형태를 가지고 있으므로 강성이 매우 낮다. 강성이 낮은 흡수성 고분자 차폐막은 시술 시에 핸들링에 어려움이 있고, 장기적으로 인체 내에서 충분한 공간을 제공하지 못하거나 부하가 높은 부분에 시술하기 까다로운 한계를 가지고 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 핸들링이 용이하며, 강성 및 유연성을 향상시킨 나노섬유매트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 세포배양용으로 적합한 나노섬유매트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 생체 적합성이 높은 흡수성 고분자계의 골유도 재생용 차폐막을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 일 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 나노섬유매트는 나노섬유층 및 상기 나노섬유층 상에 배치되어 상기 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 포함하되, 상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴은 상기 나노섬유층의 적어도 일부가 상기 보강 패턴과 함께 용융 고화된 형태, 용해 고화된 형태 및 상기 보강 패턴의 일부가 상기 나노섬유층으로 침투하여 고화된 형태 중 적어도 어느 하나의 형태로 서로 결합된다.
일 실시예에서, 상기 나노섬유층 및 상기 보강 패턴 중 어느 하나는 생체반응성 성분, 자성 물질 및 탄소 입자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 정사각 격자형, 원형 격자형, 마름모 격자형, 지그재그형, 직선형 및 곡선형 중 선택된 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노섬유층은 나노섬유들이 랜덤하게 배열된 구조, 일 방향으로 정렬된 구조 또는 서로 교차하는 2 방향으로 교차로 정렬된 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보강 패턴은, 상기 보강 패턴에 의해 물질의 이동이 제한되도록, 상기 나노섬유층의 상기 보강 패턴이 형성된 표면과 배면 사이를 적어도 일부 채울 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 상기 나노섬유층의 중심부에 형성되어 상기 중심부의 강성을 높이고, 상기 중심부를 둘러싸는 상기 나노섬유층의 주변부는 보강 패턴의 미형성 영역으로서 상기 나노섬유층에 의해 유연성을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 서로 다른 형상을 갖는 적어도 2개의 서브 패턴들을 포함하고, 상기 서브 패턴들이 형성된 영역들의 강성은 서로 다를 수 있다. 이때, 상기 서브 패턴들은 정사각 격자형, 원형 격자형, 마름모 격자형, 지그재그형, 직선형 및 곡선형 중 선택된 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보강 패턴은 스파이럴 구조의 곡선형을 가지고, 곡선의 연장 방향을 따라 회전력을 가하는 경우에, 상기 나노섬유층이 수축하고, 상기 회전력이 제거되는 경우에, 수축된 나노섬유층이 이완되어 적어도 일부가 복원될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노섬유매트는 세포배양용 나노섬유매트일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노섬유매트는 골유도 재생용 차폐막일 수 있다.
본 발명에 따른 나노섬유매트의 제조 방법은 나노섬유층을 준비하는 단계 및 상기 나노섬유층 상에, 용융액 또는 용액 상태의 고분자 수지를 프린팅하여 보강 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 보강 패턴을 형성하는 단계에서 상기 나노섬유층의 적어도 일부가 상기 용융액에 의해서 용융되고, 적어도 일부가 용융된 나노섬유층은 상기 용융액과 함께 고화되어 상기 보강 패턴을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보강 패턴을 형성하는 단계는 용착 조형 장치를 이용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보강 패턴을 형성하는 단계에서 상기 용액 또는 상기 용융액이 상기 나노섬유층으로 침투하여 상기 나노섬유층과 함께 고화될 수 있다.
이와 같은 나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용에 따르면, 나노섬유층을 포함함으로써 생체 적합성, 차폐 성능, 장기적인 약물 방출 성능 등을 가지면서도, 상기 나노섬유층을 기계적으로 보강하는 보강 패턴에 의해 강성을 향상시킬 수 있다. 높은 유연성과 탄성을 지녀 핸들링이 용이하며, 매트 형상에 구애받지 않으면서도 충분한 구조적 보강이 이루어진 나노섬유 매트를 제작할 수 있다. 또한 기존의 제한적인 활용 방법에서 벗어나 매트로서 충분한 핸들링을 포함한 다양한 편의성을 가짐으로써 다양한 분야에서 활용이 가능하다.
특히, 보강 패턴을 격벽으로 이용함으로써 보강 패턴에 의해 구획된 영역들 각각을 세포배양을 위한 영역으로 이용하는 세포배양용 매트로 용이하게 이용할 수 있다. 세포배양용 매트로 이용되는 경우, 보강 패턴에 의해 영역별로 세포의 이동을 제한할 수 있어 다수의 세포 종류를 동시에 배양할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 보강 패턴의 형태를 다양하게 조절할 수 있어, 인체의 다양한 부위에 차폐막을 용이하게 적용할 수 있고, 차폐막의 강성과 유연성을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유매트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유매트의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 3의 나노섬유매트의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 나노섬유층의 전자현미경 사진이다.
도 6 및 도 7은 보강 패턴을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유매트의 전자현미경 사진이다.
도 9는 나노섬유층과 보강 패턴을 형성하는 나노섬유매트의 제작 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 다양한 구조의 나노섬유매트의 평면 구조를 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유매트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 나노섬유매트(100)는 나노섬유층(110) 및 보강 패턴(120)을 포함한다. 도시하지 않았으나, 나노섬유층(110)은 평판형 베이스 기재, 예를 들어, 금속판, 유리판 등을 들 수 있다. 평판형 베이스 기재가 유리판인 경우, 유리판의 하부에는 금속판이 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 나노섬유매트(100)는 생체 내 조직의 환경과 유사한 생체적합성을 갖는 세포배양용 나노섬유매트일 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명에 따른 나노섬유매트(100)는 골유도 재생용 차폐막일 수 있다.
나노섬유층(110)은 나노섬유로 형성되어, 다공성을 가진다. 나노섬유층(110)은 체내 조직 중 세포외기질의 섬유질과 구조가 유사하기 때문에 세포배양에 유용한 3차원 배양효과를 부여할 수 있다. 또한, 나노섬유층(110)이 골유도 재생용 차폐막(100)에서 실질적으로 골유도 재생술에 있어서 차폐 기능을 하는 층일 수 있다.
나노섬유층(110)의 두께는 수십 나노미터(nm) 내지 수백 마이크로미터(㎛)일 수 있다. 나노섬유층(110)의 두께가 수십 nm에서 10 ㎛ 미만인 경우, 나노섬유층(110)의 얇은 두께로 인해 현미경으로 나노섬유에서 배양되고 있는 세포를 용이하게 관찰이 가능한 장점이 있다. 또한, 나노섬유층(110)의 두께가 10 ㎛ 내지 수백 ㎛인 경우, 세포에게 보다 두꺼운 3차원 환경을 제공할 수 있는 장점이 있다. 나노섬유매트의 두께는 나노섬유층(110)의 제조 공정 중에서 전기방사 시간을 조절함으로써 극복할 수 있다.
또한, 나노섬유층(110)을 구성하는 상기 나노섬유의 직경은 수십 nm 내지 수 ㎛일 수 있다. 특별히 제한되지 않으나, 상기 직경은 100 nm 내지 1 ㎛인 것이 바람직하다.
나노섬유층(110)은 나노섬유가 불규칙하게 배열된 부직포형 섬유매트이거나, 나노섬유가 일 방향으로 정렬된 방향성 섬유매트일 수 있다. 또한, 나노섬유층(110)은 서로 교차하는 2개의 방향으로만 정렬된 나노섬유를 포함하는 직물형 섬유매트일 수 있다. 이와 달리, 나노섬유층(110)은 상기 부직포형, 상기 방향성 또는 상기 직물형 섬유매트들 중 2 이상을 선택하여 적층한 구조를 가질 수 있고, 이때, 2 이상의 섬유매트들은 서로 다른 화합물로 형성될 수 있다.
상기 나노섬유는 고분자로 형성된다. 이때, 나노섬유층(110)의 나노섬유를 형성하는 고분자는 열가소성을 가질 수 있다.
일례로, 상기 나노섬유는 비흡수성 합성 고분자로 형성될 수 있다. 상기 비흡수성 합성 고분자의 예로서는, 나이론(nylon), 폴리아크릴산(poly acrylic acid, PA), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아미드(polyamind), 폴리(벤즈이미다졸)(poly(benzimidazol), PBI), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리(에틸렌옥사이드)(poly(ethylene oxide)), 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(poly(ehtyleneterephthalate), PET), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)트리블록 코폴리머(poly(styrene-butadiene-styrene) triblock copolymer), 폴리술폰(polysulfone), 폴리(트리에틸렌테레프탈레이트)(poly(triethyleneterephthalate)), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리우레탄 우레아(poly(urethane urea)), 폴리(비닐알코올)(poly(vinyl alcohol)), 폴리(비닐 카바졸)(poly(vinyl carbazol)), 폴리(비닐클로라이드)(poly(vinyl chloride)), 폴리(비닐 피롤리돈)(poly(vinyl pyrrolidone)), 폴리(비니리덴 플로라이드)(poly(vinylidene fluoride), PVDF), 폴리(비니리덴 플로라이드-코-헥사플루오르프로필렌)(poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), P(VDF-HFP)) 등의 합성 고분자로 형성될 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
다른 예로서, 상기 나노섬유는 생분해성 고분자로 형성될 수 있다. 상기 생분해성 고분자의 예로서는, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 코폴리머(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, ABS), 폴리락트산(polylatic acide, PLA), DegraPol (상품명, abmedica, 이탈리아), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL), 폴리디옥사논(Polydioxanone, PDO), 폴리글루탐산 (Poly(glutaci acid), PGA), 폴리(락타이드-코-글리콜라이드)(poly(lactide-co-glycolide), PLGA), 폴리(라타이드-코-ε-카프로락톤)(Poly(L-lactide-co-ε-caprolactone)), 폴리우레탄(polyurethane) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 나노섬유는 천연 고분자로 형성될 수 있다. 상기 천연 고분자의 예로서는, Bombyx mori silk fibroin, Casein, Cellulose acetate, Chitosan, Collagen, Fibrinogen, Gelatin, Wheat gluten 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
이와 달리, 상기 나노섬유를 제조하기 위한 고분자는 용매에 의해 적어도 일부가 용해될 수 있다. 용매의 범위를 제한하지 않으며, 해당 고분자를 용해시킬 수 있는 용매이면 만족한다. 예로서, 상기 나노섬유를 제조하기 위한 고분자는 클로로포름, 디클로로메탄, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 물, n-헥산, n-헵탄, 아세톤, 메틸알코올, 포름산, 1,1,1,3,3,3-헥사플로로-2-프로패놀(HFIP), 에탄올, 디메틸포름아미드, 디메틸 아세타미드, 트리플루오로아세트산, t-아세트산 부틸, 클로로벤젠, 에틸 아세테이트, 메틸에틸캐톤, 테트라하이드로퓨란 등이 있으며, 이 용매들에 의해 적어도 일부가 용해되는 고분자일 수 있다.
나노섬유층(110)은 생체 반응성 성분을 더 포함할 수 있다.
나노섬유층(110)에 포함되는 생체 반응성 성분은 상기 나노섬유의 내부에 코어로서 배치될 수 있고, 상기 나노섬유의 표면에 쉘로서 배치될 수 있다. 이와 달리, 상기 생체 반응성 성분은 상기 나노섬유와 혼합되어 나노섬유층(110)을 구성하거나 나노섬유층(110)의 표면에 구비될 수 있다. 상기 생체 반응성 성분들에 의해 나노섬유매트(100)가 약물 방출 기능을 가질 수 있다.
나노섬유층(110)에 포함되는 생체 반응성 성분은 다양한 성장 유도제, 덱사메타손(dexamethasone), 아스코빈산(ascorbic acid), 베타글리세롤포스페이트(beta-glycerol phosphate), 트랜스-레티노인산(trans retinoic Acid) 등의 분화유도제 또는 헤파린이나 후코이단 등의 생활성인자 등을 포함할 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 포함될 수 있다.
이와 달리, 나노섬유층(110)은 염기성 섬유모세포생장인자(BFGF), BMP-2, HA 등의 분화유도제가 그 내부 또는 표면에 포함될 수 있다.
또는, 나노섬유층(110)은 자성재료를 포함하여 세포배양을 촉진할 수 있으며, 자성재료를 포함하는 경우, 자성재료에 추가적으로 자기력을 가질 수 있는 금속 입자나 탄소입자를 포함할 수 있다. 탄소입자는 그래핀이나 탄소나노튜브 등을 포함할 수 있다.
나노섬유층(110)이 생체 반응성 성분을 더 포함하는 경우에는, 나노섬유의 방사를 위해 제작된 용액에 미리 방출하고자 하거나 세포에 영향을 미칠 수 있는 약품 및 재료를 혼합할 수 있으며, 제조 후 나노섬유의 내부에 비교적 균일하게 혼합한 물질이 분포되도록 제조할 수 있다. 경우에 따라서는 동축이중노즐을 이용하여 내부 또는 표면에 그 약품 및 재료가 존재하는 코어/쉘 구조의 나노섬유를 제조할 수 있다.
보강 패턴(120)은 나노섬유층(110)을 부분적으로 노출시키고, 나노섬유층(110)과 접합된다. 보강 패턴(120)은 나노섬유층(110) 상에 형성되되, 나노섬유층(110)의 차폐 기능을 저하시키지 않도록 나노섬유층(110)을 부분적으로 노출시킨다. 여기서 "접합"은 별도의 접착 부재 없이 서로 다른 2개의 구성 요소가 물리적/기계적으로 결합하고 있는 상태로 정의한다.
보강 패턴(120)은 제1 방향(D1)으로 연장되고 제2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배열된 제1 패턴부들(121)과, 제2 방향(D2)으로 연장되고 제1 방향(D1)으로 서로 이격되어 배열된 제2 패턴부들(123)을 포함한다. 제1 방향(D1)과 제2 방향(D2)은 서로 교차하고, 일례로 수직할 수 있다. 나노섬유층(110) 상에 제1 패턴부들(121)과 제2 패턴부들(123)이 서로 교차하여 배열됨에 따라 보강 패턴(120)은 나노섬유층(110)을 노출시키는 개구들을 갖는 격자형의 형상을 가질 수 있다. 일례로, 보강 패턴(120)은 정사각 격자형의 형상을 가질 수 있다. 이때에는, 나노섬유매트(100)에서, 가로축과 세로축으로 실질적으로 동일한 강성을 나타낼 수 있다.
도 2는 도 1의 I-I' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 보강 패턴(120)이 나노섬유층(110)에 접합됨으로써 이들 계면에는 접합부(MP)가 형성되고 접합부(MP)에 의해서 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)의 결합력이 향상될 수 있다. 접합부(MP)는 나노섬유층(110)의 표면과, 상기 표면과 마주하는 배면 사이의 적어도 일부, 즉 부분적으로 또는 전체적으로 보강 패턴(120)이 형성된 영역의 나노섬유층(110)의 표면과 배면 사이를 채우도록 형성될 수 있다.
일례로, 나노섬유층(110)과 보강 패턴(120)의 계면에서, 보강 패턴(120)은, 나노섬유층(110)의 나노섬유의 일부와 함께 용융 고화되어 나노섬유층(110)과 결합될 수 있다. 이때, 용융 고화된 부분이 접합부(MP)가 될 수 있다. 보강 패턴(120)을 형성하는 단계에서, 보강 패턴(120)을 형성하는 재료가 용융(melting)된 용융액 이 나노섬유층(110)에 제공되면 나노섬유층(110)이 국부적으로 녹아 보강 패턴(120)을 형성하는 재료와 함께 용융 또는 부분 용융된 후 고화됨에 따라, 접합부(MP)가 형성되고 접합부(MP)에 의해 나노섬유층(110)과 보강 패턴(120)의 결합력이 강해진다. 상기 용융액은, 보강 패턴(120)을 형성하는 재료가 전부 용융된 상태 또는 반용융된 상태를 모두 포함한다.
이와 달리, 보강 패턴(120)을 형성하는 재료의 용융액이 나노섬유층(110)에 제공되면 보강 패턴(120)은 나노섬유층(110)으로 부분적으로 침투하여 고화됨으로써 나노섬유층(110)과 결합될 수 있다. 또는, 보강 패턴(120)을 형성하는 용액이 나노섬유층(110)에 제공되면 보강 패턴(120)을 구성하는 고분자는 나노섬유층(110)으로 침투하여 고화됨으로써 나노섬유층(110)과 결합될 수 있다. 이때, 접합부(MP)에서는 보강 패턴(120)이 나노섬유층(110)의 나노섬유들을 둘러싸고 있는 형태, 즉 보강 패턴(120)이 나노섬유층(110)의 기공들을 부분적으로 메우고 있는 형태가 되므로, 접합부(MP)에 의해 나노섬유층(110)과 보강 패턴(120)의 결합력이 강해질 수 있다.
이와 달리, 보강 패턴(120)은 나노섬유층(110)을 구성하는 나노섬유들의 일부를 용해(dissolving)시킨 후 함께 고화됨으로써 나노섬유층(110)과 결합될 수 있다. 이때, 접합부(MP)에서는 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)이 엉킨 상태로 결합되므로, 접합부(MP)에 의해 나노섬유층(110)과 보강 패턴(120)의 결합력이 강해질 수 있다.
보강 패턴(120)을 형성하는 재료는, 고분자 수지일 수 있다. 이때, 상기 고분자 수지는 합성 고분자, 생분해성 고분자 또는 천연 고분자일 수 있다. 이때, 합성 고분자, 생분해성 고분자 또는 천연 고분자는 상기에서 설명한 나노섬유층(110)의 나노섬유를 형성하는 재료로 형성될 수 있다. 일례로, 상기 보강 패턴(120)을 형성하는 고분자 수지의 예로서는, ABS, PLA, PDO, PCL, PLGA, PGA, 폴리우레탄, PS, PE, 나일론, 실크, 콜라겐, 젤라틴, 아가로스 등을 들 수 있다.
한편, 보강 패턴(120)을 형성하는 고분자 수지는 용매와 함께 용액 상태로 보강 패턴(120)의 제조에 이용되는데, 나노섬유층(110)의 나노섬유가 불용성이거나 용해도가 낮은 용매를 이용할 수 있다. 보강 패턴(120)을 형성하는 용액을 구성하는 용매가 나노섬유층(110)의 나노섬유를 녹이지 않거나 일부만 녹이는 용매일 수 있다. 보강 패턴(120)을 형성하는 용액을 구성하는 용매는 보강 패턴(120)을 위해 선택된 재료인 고분자 수지와 함께 용액을 이루되, 나노섬유층(110)의 나노섬유는 영향이 없도록 나노섬유층(110)의 나노섬유가 불용성이거나 낮은 용해도를 갖는 용매를 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 보강 패턴(120)을 형성하는 용액을 구성하는 용매는 보강 패턴(120)을 구성하는 재료를 액상으로 만들되, 나노섬유층(110)의 나노섬유는 녹지 않는 것으로 선택하는 것이 바람직하다. 보강 패턴(120)을 형성하는 용액을 구성하는 용매의 예로서는, 물, 클로로포름, 디클로로메탄, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 물, n-헥산, n-헵탄, 아세톤, 메틸알코올, 포름산, 1,1,1,3,3,3-헥사플로로-2-프로패놀(HFIP), 에탄올, 디메틸포름아미드, 디메틸 아세타미드, 트리플루오로아세트산, t-아세트산 부틸, 클로로벤젠, 에틸 아세테이트, 메틸에틸캐톤, 테트라하이드로퓨란 등을 들 수 있다. 다만, 나노섬유의 고분자 재질에는 반응성이 적은 용매를 선택하는 것이 요구된다.
보강 패턴(120)을 형성하는 고분자는 나노섬유층(110)을 형성하는 재료와 실질적으로 동일한 것으로 형성될 수 있다. 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)을 형성하는 재료가 동일한 경우, 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)이 용융 고화되어 물리적으로 견고하게 접합(결합)될 수 있다.
이와 달리, 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)은 서로 다른 종류의 고분자로 형성될 수 있다.
한편, 보강 패턴(120)은 생체 반응성 성분을 더 포함할 수 있다. 보강 패턴(120)에 포함된 생체 반응성 성분은 골조직 재생을 유도하거나 향상시킬 수 있는 화합물로서, 하이드록실 아파타이트(hydroxyl apatite) 등을 들 수 있다.
나노섬유매트(100)에서, 보강 패턴(120)이 형성된 영역의 나노섬유층(110)은 원래의 나노섬유들의 배치에 의한 밀도에 비해서 보강 패턴(120)이 형성되면서 그보다 현저하게 치밀한 밀도를 갖는 접합부(MP)를 형성하게 된다.
접합부(MP)는 도 2에서 도시한 것과 달리 더욱 깊게 형성될 수 있는데, 보강 패턴(120)이 형성된 영역의 나노섬유층(110)의 표면과 배면 사이를 전체적으로 채울 수도 있다. 이에 의해, 보강 패턴(120)에 의해서 다수의 영역들로 구획되는 나노섬유매트(100)의 각 영역에 서로 다른 종류의 세포가 제공되어 세포 배양을 하는 경우, 배양되는 세포가 다른 영역으로 이동하는 것을 차단할 수 있다. 다시 말하면, 나노섬유층(110)에서 보강 패턴(120)이 형성된 표면인 나노섬유층(110)의 제1 면에서 외부를 향해 보강 패턴(120)은 돌출될 뿐만 아니라, 상기 제1 면의 반대면인 제2 면 사이를 채우도록 형성될 수 있는데, 이러한 구조에 의해서, 물질, 예를 들어, 배양되는 세포가 다른 영역으로 이동하는 것을 차단할 수 있다. 이와 같이, 도 1 및 도 2에서 설명한 나노섬유매트(100)는 생체내 조직의 환경과 매우 유사하면서도 외형의 변화를 최소화시키며 배양되는 세포의 이동을 제한 할 수 있어 각기 다른 세포가 구획별로 배양시킬 수 있는 나노섬유매트로서 적합하다. 특히, 나노섬유층(110)을 구성하는 나노섬유의 배열을 다양하게 조절할 수 있으나 일 방향으로 정렬된 나노섬유층(110)을 이용함으로써 세포배양용 나노섬유매트로 이용하는 경우, 세포의 일방향 성장 및 이동을 관찰하기 용이하다.
또한, 접합부(MP)는 도 2에서 도시한 것보다 더욱 얕게 형성될 수 있다. 도 2에서 도시한 것보다 접합부(MP)의 나노섬유층(110)의 표면을 기준으로 한 깊이가 얕거나 도 2에서 도시한 것과 같은 상태에서, 보강 패턴(120)에 의해서 다수의 영역들로 구획되는 나노섬유매트(100)의 각 영역에 서로 다른 종류의 세포가 제공되어 세포 배양을 하는 경우, 배양되는 세포가 보강대 아래쪽의 나노섬유층을 통해 이동하는 것이 가능하다. 이에 따라, 다양한 세포로 구성된 환경에서 세포의 거동 관찰 및 다중세포로 구성되는 조직의 배양이 가능하게 할 수 있다.
뿐만 아니라, 접합부(MP)에 의해, 피펫(pipette)을 이용하여 구획별로 다양한 세포 현탁액(cell suspension)을 분사해줄 경우 복잡한 형상을 가진 세포배양이 이뤄질 수 있다.
나아가, 보강 패턴(120) 없이 나노섬유층(110)만으로 이루어진 나노섬유매트가, 차폐막을 이용한 시술 과정에서, 수분을 흡수하면, 접히는 부분을 중심으로 면과 면이 달라붙어 다시 평탄한 시트 상태로 펼치기 매우 어렵게 된다. 또한, 보강 패턴(120)을 갖지 않는 차폐막이 수분을 흡수한 경우, 여러 장이 서로 붙어서 취급이 용이하지 않다. 그러나 본 발명에 따른 나노섬유매트(100)과 같이 보강 패턴(120)을 형성함으로서 나노섬유층 본연의 소정의 유연성을 가지면서도 보강 패턴(120)에 의한 탄성, 복원력이 생기게 되어 취급이 용이해지는 장점이 있다. 또한, 보강 패턴(120)의 형상을 변경함으로써 인체의 시술이 필요한 부위의 복잡한 구조에 적합한 차폐막을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유매트의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 도 3의 나노섬유매트의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 나노섬유층의 전자현미경 사진이다.
도 4에서, 상부 그림은 나노섬유층(110)을 형성하는 전기방사를 설명하기 위한 것이고 하부 그림은 보강 패턴(120)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 것이다.
도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 나노섬유매트(100)의 제조 공정에서, 먼저 나노섬유층(110)을 형성한다(단계 S210).
나노섬유층(110)은 일반적인 섬유의 전기 방사법으로 형성할 수 있다. 나노섬유층(110)을 형성하는 공정에서, 나노섬유의 형성 재료에는 생체 반응성 성분을 더 첨가할 수 있다. 제조된 나노섬유층(110)은 도 5의 상부 사진과 같이 랜덤하게 나노섬유들이 배열된 구조를 가지거나 도 5의 하부 사진과 같이 나노섬유들이 일방향으로 정렬된 구조를 가질 수 있다.
일례로, 나노섬유층(110)은 부직포형 섬유매트일 수 있다.
일례로, 도 4의 상부 그림 중 좌측 그림과 같이 금속판을 준비하고 상기 금속판 상에 나노섬유를 방사하여 나노섬유층(110)을 준비할 수 있다. 이때, 상기 금속판 상에 유리판을 더욱 구비할 수 있다.
이와 달리, 도 4의 상부 그림 중 가운데 그림과 같이, 나노섬유층(110)은 드럼 집적판(콜렉터)을 이용한 전기 방사법으로 일 방향으로 정렬된 방향성 섬유매트로 제조될 수 있고, 도 4의 상부 그림 중 우측 그림과 같이 직접주사 전기 방사법(direct-write electro spinning, DWES) 등으로도 제조하여 특정 패턴을 가지거나 균일하거나 특정하게 조절된 두께와 밀도분포를 가지는 나노섬유층을 제작할 수 있다. 전기 방사 공정은 약 5 내지 30 kV의 전압을 이용하여 약 100 내지 200 ㎛ 두께의 유리 집적판에 나노섬유가 집적되도록 수행할 수 있다. 이때, 유리판과 노즐과의 거리는 3 내지 10 cm이고, 노즐의 내경은 100 내지 500 ㎛일 수 있다. 또한, 이때의 유량은 0.05 내지 0.5 ml/h일 수 있다. 실린더 타입의 측면 전극의 직경은 10 내지 20 cm일 수 있다.
드럼 집적판을 이용한 전기 방사법으로 제조하는 경우, 드럼 집적판에 금속박판(예: 알루미늄 호일) 또는 고분자 박판(예: 랩 또는 고분자 필름)을 감고 상기 박판 상에 나노섬유를 방사한 후, 상기 나노섬유가 방사된 박판을 펼침으로써 일 방향으로 정렬된 나노섬유로 이루어진 나노섬유층(110)을 준비할 수 있다. 추가적으로, 서로 다른 방향으로 2번의 전기 방사 공정을 수행하여 서로 다른 방향으로 정렬된 섬유매트를 포함하는 나노섬유층(110)을 준비할 수 있다.
이때, 일반적 전기 방사 공정 및 집적판으로서 드럼을 이용한 전기 방사 공정은 수 내지 수십 kV의 전압이 부가되며, 수에서 수백 mm의 집적판과 노즐간의 거리를 가질 수 있다. 노즐의 내경은 수십 ㎛에서 수 mm일 수 있다. 유량은 0.01내지 1 ml/h일 수 있으며, 여러 개의 노즐을 동시에 이용할 수 있다. 드럼의 회전 속도는 수 내지 수천 rpm일 수 있으며, 속도가 수 내지 수백일 경우 나노섬유는 랜덤하게 드럼에 집적될 수 있는 반면, 속도가 수백에서 수천 rpm일 경우 정렬도가 높아지는 경향을 가진다. 이때, 드럼의 반경에도 영향을 받아 정확한 관계는 드럼 표면의 선속도와 나노섬유 생성 속도가 동일하거나 그 이상일 경우 정렬이 이뤄지며, 섬유 생성 속도보다 현저히 낮을 경우 랜덤하게 집적된다.
이어서, 나노섬유층(110)을 형성한 후, 그 위에 보강 패턴(120)을 형성한다(단계 S220).
보강 패턴(120)은 제1 패턴부(121)와 제2 패턴부(123)를 프린팅하여 형성할 수 있다. 보강 패턴(120)을 형성하는 패턴 형성 장치(300, 도 4 참조)는, 고분자 수지를 프린팅하는 장치로서, 3D 인쇄 장치일 수 있다. 용융액 또는 용액 상태의 고분자 수지를 프린팅하는 장치일 수 있다. 3D 인쇄 장치의 예로서는, 용착조형(fused deposition modeling, FDM) 장치를 이용할 수 있다.
PCL(polycaprolactone) 재료를 예로 할 경우, 용융 온도는 약 80 내지 120 ℃일 수 있고, 압력은 300 내지 1,000 kPa일 수 있다. 이때의 스캐닝 속도는 100 mm/분일 수 있다. 용착조형 공정에 이용한 노즐의 직경은 100 내지 300 ㎛이고, 상기 노즐과 나노섬유층 사이의 거리는 50 내지 200 ㎛일 수 있다.
도 6 및 도 7은 보강 패턴을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6을 참조하면, 패턴 형성 장치(300)를 나노섬유층(110) 상에서 제1 방향(D1)으로 이동시키면서 제1 패턴부(121)를 제조할 수 있다. 패턴 형성 장치(300)는 고분자 수지, 예를 들어, 열가소성 수지를 가열하여 용융된 상태로 나노섬유층(110)에 제공한다. 이때, 패턴 형성 장치(300)에는 고분자 수지와 함께 생체 반응성 성분을 첨가할 수 있다.
일례로, 패턴 형성 장치(300)를 나노섬유층(110)의 가장자리 중 일 영역에서부터 제1 방향(D1)으로 이동시키면서 용융액을 제공하여 제1 바(bar) 패턴을 형성하고, 상기 제1 바 패턴의 제2 방향(D2)으로 패턴 형성 장치(300)를 소정 간격 이동하여 다시 제1 방향(D1)으로 이동시키면서 상기 용융액을 제공하여 제2 바 패턴을 형성한다. 이와 같은 공정을 반복함으로써 제1 패턴부(121)를 형성할 수 있다.
패턴 형성 장치(300)가 고온의 용융액을 나노섬유층(110)으로 제공함에 따라 나노섬유층(110)의 나노섬유 일부도 용융액의 온도에 의해서 용융될 수 있다. 용융액과 나노섬유층(110)의 나노섬유가 냉각되어 고화됨에 따라서, 제1 패턴부(121)와 나노섬유층(110)이 단단하게 접합된다. 또는, 용융액이 용융되지 않은 나노섬유층(110)으로 침투하여 고화될 수 있다. 나노섬유층(110)이 다공성을 가지고 있으므로 용융 열가소성 수지가 나노섬유층(110)의 기공들의 일부를 메우는 형태로 결합될 수 있다. 이와 같이 용융 고화 또는 침투 고화되어 형성되는 접합부(MP)에 의해서 제1 패턴부(121)와 나노섬유층(110)의 결합력이 향상될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 패턴부(121)가 형성된 나노섬유층(110) 상에서 패턴 형성 장치(300)를 제2 방향(D2)으로 이동시키면서 제2 패턴부(123)를 제조할 수 있다. 제2 패턴부(123)의 바 패턴을 형성하는 단계는, 패턴 형성 장치(300)의 이동 방향을 제외하고는 제1 패턴부(121)의 바 패턴을 형성하는 단계와 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
제2 패턴부(123)를 형성하는 공정에서, 용융액에 의해 나노섬유층(110)의 나노섬유가 부분적으로 용융되고 고화됨에 따라서 접합부(MP)가 형성되고, 제2 패턴부(123)와 나노섬유층(110) 사이의 결합력이 향상될 수 있다. 동시에, 제2 패턴부(123)를 형성하는 공정에서는 제1 패턴부(121)와 교차하는 영역을 다시 용융 고화시킴으로써 제1 패턴부(121)와 제2 패턴부(123) 사이의 결합력 또한 향상될 수 있다.
이에 따라, 도 1 및 도 2에 도시된 나노섬유매트(100)가 제조된다.
한편, 보강 패턴(120)의 재료가 되는 고분자 수지 및 용매를 포함하는 용액으로 보강 패턴(120)을 인쇄하여 형성하는 경우에, 상기 용매는 나노섬유층(110)의 나노섬유를 부분적으로 용해시킬 수 있다. 상기 용액이 나노섬유를 부분적으로 용해시키고 고화되면서 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110) 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 용액은 직접적으로 분사되는 영역의 나노섬유는 용해시키되, 이외의 다른 영역까지는 영향을 주지 않는 것이 바람직하다.
도 3 내지 도 7에서 설명한 바와 같이, 나노섬유층(110) 상에 용액 또는 용융액을 패턴 형성 장치(300)를 이용하여 인쇄함으로서 용이하게 보강 패턴(120)을 형성할 수 있고, 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110) 사이의 결합력을 최대화시킬 수 있다. 이에 따라, 나노섬유매트(100)를 세포배양용으로 또는 골유도 재생 차폐막으로 적합하게 이용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노섬유매트의 전자현미경 사진이다.
도 8에서, (a)는 도 1에 도시된 나노섬유매트(100)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 나노섬유매트의 평면 사진이고, (b)는 (a)의 배면 사진이며, (c)는 (a)의 A 부분의 확대 평면 사진이다. 도 8의 사진들은, 도 3 내지 도 7에서 설명한 공정을 통해서 제조된 나노섬유매트를 전자현미경으로 촬영한 사진들이다.
도 8에 도시된 나노섬유매트의 나노섬유층은, PCL이 용매인 클로로포름(chloroform)과 약 8.8 중량% 농도로 혼합된 용액을 약 15 kV의 전압을 이용하여 약 150 ㎛ 두께의 유리 집적판에 전기 방사하여 형성하였다. 이때, 유리 집적판과 노즐과의 거리는 7 cm였고, 노즐의 내경은 150 ㎛이었으며, 유량은 0.1 ml/h이었다. 실린더 타입의 측면 전극의 직경은 약 16 cm이었다.
이어서, 상기와 같은 공정으로 제조된 나노섬유층 상기 용액을 이용하여 용착조형 공정을 통해서 직경이 100 ㎛이고 높이가 80 ㎛인 보강 패턴을 형성하였다. 이때, 용융 온도는 약 100 ℃이었고, 압력은 600 kPa이었고, 스캐닝 속도는 100 mm/분이었다. 용착조형 공정에 이용한 노즐의 직경은 약 150 ㎛이고, 상기 노즐과 나노섬유층 사이의 거리는 50 ㎛이었다.
도 8을 도 1과 함께 참조하면, 전기 방사법을 이용하여 얻은 부직포형 섬유매트를 포함하는 나노섬유층(110) 상에 제1 패턴부(121)와 제2 패턴부(123)가 균일한 직경으로 형성된 것을 알 수 있다.
(b)와 같이 나노섬유층(110)의 배면은 나노섬유층(110) 자체의 표면을 유지하고 있는 것을 알 수 있고, (c)에서는 보강 패턴(120)이 나노섬유층(110)과 물리적으로 결합되어 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 보강 패턴(120)의 가장자리가 나노섬유층(110)에 녹아 붙어 있는 형태를 보이고 있으므로, 보강 패턴(120)과 나노섬유층(110)이 실제로 도 2에서 설명한 접합부(MP)를 매개로 하여 연결됨을 알 수 있다.
도 9는 나노섬유층과 보강 패턴을 형성하는 나노섬유매트의 제작 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 7에서는, 전기 방사 장치와 독립된 패턴 형성 장치(300)를 도시하고 이를 참조하여 설명하였으나, 패턴 형성 장치(300)는 전기 방사 장치와 결합되어 도 9에 도시된 것과 같이, 도 1 및 도 2에 도시된 차폐막(100)을 형성하는 차폐막 형성 장치를 구성할 수 있고, 이때에는 상기 차폐막 형성 장치 내에서 전기 방사 공정 및 프린팅 공정을 순차적으로 수행하여 차폐막(100)을 제조할 수 있다.
도 9를 참조하면, 구체적으로, 단일의 제작 장치에서, 전기방사장치를 통해 나노섬유가 집적되고 집적판이 이동하여 용착조형장치를 통해 보강 패턴(120)이 나노섬유층(110) 상에 인쇄된다. 4개의 기본 스테이지(1, 2, 3, 4)를 이용하며, X-Y 평면을 움직이는 스테이지(2) 위에 평판(11)이 설치되어있다. 여기에 판, 블록또는 선 등의 전극을 부착시키고, 그 위에 금속박판 또는 절연박판을 부착하여 집적판으로 사용할 수 있다.
도 10, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 다양한 구조의 나노섬유매트의 평면 구조를 설명하기 위한 도면들이다.
도 10의 나노섬유매트는 세포배양용 및 차폐막 모두에 적합한 구조이고, 도 11 및 도 12의 나노섬유매트는 차폐막에 특히 적합한 구조이다.
도 10에서, 우측 그림들이 보강 패턴(120)이 형성된 면이고, 좌측 그림들이 보강 패턴(120)이 형성되지 않은 나노섬유층(110)의 배면의 전자현미경 사진들이다. 이들을 참조하면, 격자형이나 동심원 구조의 보강 패턴을 구성할 수 있다. 나노섬유층(110)은 나노섬유가 일방향으로 배열되고 격자형의 보강 패턴이 형성될 수 있고, 이와 달리 나노섬유층(110)은 나노섬유가 랜덤하게 배열되고 그 위에 격자형의 보강 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 나노섬유층(110)이 원형일 때 반경 방향 보강대를 포함하는 동심원 구조의 보강 패턴을 가질 수 있고 보강 패턴의 간격이나 굵기, 층수 또는 동심원 구조의 보강 패턴을 연결하는 연결대 등을 구비하여 강성의 보강 수준을 조절할 수 있다.
한편, 도 11을 참조하면, (a)에 도시된 보강 패턴은 정사각 격자형 서브 패턴에 추가적으로 지그재그형 서브 패턴을 포함한다. (a)에 도시된 보강 패턴은 정사각 격자형 서브 패턴에 의해서 일정 강성을 갖되, 지그재그형 서브 패턴에 의해서 정사각 격자형 서브 패턴보다는 상대적으로 약한 강성, 즉 유연성도 갖는다. 즉, (a)의 가로 방향(너비 방향)으로 휨을 발생시키는 경우, 정사각 격자형에 의해서 강성은 가지되, 지그재그형이 주로 휘어짐에 따라 상기 가로 방향으로 쉽게 휘어지는 특성을 갖는다. 이때, 지그재그형의 서브 패턴은 정사각 격자형 서브 패턴의 강성보다는 낮지만 나노섬유층에 일정 수준의 강성은 제공한다.
(b)에 도시된 보강 패턴은 중심부에 높은 강성을 갖도록 정사각 격자형 서브 패턴을 배치하고 주변부에 가로 방향 및 세로 방향으로만 강성이 존재하도록 일자형 서브 패턴을 추가적으로 결합한 구조이다. 가로 방향의 일자형 서브 패턴의 경우, 가로 방향으로만 강성을 보강한다. 또한, 보강 패턴이 형성되지 않은 미형성 영역에서는 나노섬유층이 유연성을 갖는다. 즉, 중심부는 평평하게 유지되고, 주변부는 중력방향으로 쳐지는 구조로 이용할 수 있다.
(c)에 도시된 보강 패턴은 가로 방향의 일자형 보강 패턴을 구비하여, 차폐막의 한 방향으로만 강성을 보강한다. 도면으로 도시하지 않았으나, 차폐막은 세로 방향의 일자형 보강 패턴만을 구비할 수도 있다.
(d)에 도시된 보강 패턴은 마름모 격자형 보강 패턴의 구조이고, 이로 인해 면의 X-Y방향 강성보다 대각선 방향 강성이 더 높아진다. (e)에 도시된 보강 패턴은 정사각 격자형 보강 패턴을 차폐막의 중심부에만 형성하여 국부적으로만 강성을 보강할 수 있는 구조이다. (e)와 같은 차폐막의 구조에서는, 상기 중심부는 상기 보강 패턴에 의해서 강성을 갖되, 상기 보강 패턴이 형성되지 않은 미형성 영역인 주변부는 나노섬유층의 유연성을 그대로 갖는다.
또한, (f)에 도시된 보강 패턴은 원형 격자형을 차폐막의 중심부에만 형성하여 국부적으로 강성을 보강할 수 있는 구조이다. (f)와 같이 평면 형상이 사각형인 나노섬유층 상에 원형 격자형 보강 패턴이 구비된 경우에는, 임플란트 시술에서 치조골 재생용으로 유용하게 이용할 수 있다. (f)와 같은 차폐막 구조에서도, 중심부는 강성을 가지되, 보강 패턴의 미형성 영역인 주변부는 나노섬유층의 유연성을 그대로 갖는다. 또한, (f)에 도시된 보강 패턴이 형성된 나노섬유층의 중심부를 관통하는 홀을 형성하여 임플란트 볼팅 홀로 이용할 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 나노섬유매트(100) 고유의 차폐 기능, 생체 적합성, 장기적인 약물 방출 성능 등은 나노섬유층(110)에 의해 발휘되면서도, 나노섬유층(110)을 기계적으로 보강하는 보강 패턴(120)에 의해 흡수성 고분자 나노섬유매트(100)의 강성을 향상시킬 수 있다.
도 11에서와 같이, 보강 패턴(120)의 형태는 패턴 형성 장치(300)를 이용하여 다양하게 조절할 수 있으므로 인체의 다양한 부위에 나노섬유매트(100)을 용이하게 적용할 수 있고, 나노섬유매트(100)의 강성과 유연성을 제어할 수 있다.
도 12를 참조하면, 나노섬유층의 평면 형상이 원형인 경우에, 그 위에 형성된 보강 패턴의 구조를 도시한 것으로서, (a)에 도시된 보강 패턴은 반경 및 원주 방향으로 나노섬유매트의 강성을 향상시킬 수 있다. 이때, (a)에 도시된 보강 패턴이 형성된 원형의 나노섬유층의 중심부를 관통하는 홀을 형성하여 임플란트 볼팅 홀로 이용할 수 있다.
(b)에 도시된 보강 패턴은 곡선형 구조로서, 스파이럴 형상을 가질 수 있다. (b)에 도시된 보강 패턴은, (a)에 비해서는 상대적으로 강성이 낮고 회전에 대해서는 높은 유연성을 갖는다. 구체적으로, (b)에 도시된 곡선형 구조는 회전에 대해서는 유연성이 있으므로 중심부를 잡고 보강 패턴의 연장 방향인 곡선형의 연장 방향을 따라서 회전력을 가하면 나노섬유층이 비틀어지면서 수축되어 차폐막의 직경이 줄어든다. 즉, 차폐막이 비틀어지면서 보강 패턴이 형성되지 않은 미형성 영역의 나노섬유층이 접히게 되고 서로 대향하고 있는 보강 패턴끼리의 간격이 가까워진다. 이 상태에서, 시술이 필요한 홀 형태의 부위에 삽입한 후 상기 회전력을 제거하면 보강 패턴에 의해서 홀의 내부에서 차폐막이 이완되어 차폐막이 부분적으로 복원됨으로써 안정적으로 위치시킬 수 있다. 이와 같이, (b)에 도시된 보강 패턴이 형성된 차폐막은 시술 시에 예압(pretension)을 걸어 둘 수 있는 장점이 있다.
도 12의 (a) 및 (b)와 같은 보강 패턴을 갖는 차폐막은 두개골 천공시 이의 재생을 위한 용도로 용이하게 이용할 수 있다.
도 10 내지 도 12에서 설명한 보강 패턴의 구조는 예시들일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기에서는 보강 패턴이 단일 구조를 가지고 있는 것을 도시하고 설명하였으나, 2 이상의 층으로 형성될 수 있고, 다양한 구조의 보강 패턴이 2 이상 조합되어 이용될 수 있다.
실시예 1
수평균분자량(Mn) 80,000 정도의 폴리카프로락톤(PCL)을 클로로포름에 용해하여 9 wt%의 농도로 제조된 용액을 방사거리 70 mm, 전압 20 kV, 유체 속도 0.1 ㎖/h의 공정조건으로, 150 ㎛ 두께의 유리집적판에 전기방사하였다. 제조된 나노섬유 위에 폴리카프로락톤 용융액을 사용하여 온도 100℃, 압력 600 ㎪, 스캐닝 속도 100 ㎜/min, 노즐 직경 150 ㎛, 사출거리 50 ㎛의 공정조건으로 용착조형 공정을 통해 보강 패턴을 프린팅하였다. 상기 수득된 나노섬유 매트의 두께는 100 ㎛이고, 보강대의 직경은 150 ㎛로 제조되었다.
실시예 2
수평균분자량(Mn) 80,000 정도의 폴리카프로락톤(PCL)을 클로로포름에 용해하여 9 wt%의 농도로 제조된 용액을 방사거리 70 mm, 전압 20 kV, 유체 속도 0.1 ㎖/h의 공정조건으로, 3000 rmp으로 회전하는 드럼 형태의 집적판에 전기방사하였다. 방사 후 실린더 모양의 나노섬유를 잘라 평평하게 만들었다. 제조된 나노섬유 위에 폴리카프로락톤 용융액을 사용하여 온도 100℃, 압력 600 ㎪, 스캐닝 속도 100 ㎜/min, 노즐 직경 150 ㎛, 사출거리 50 ㎛의 공정조건으로 용착조형 공정을 통해 보강 패턴을 프린팅하였다. 상기 수득된 나노섬유 매트의 두께는 120㎛이고, 보강대의 직경은 150 ㎛로 제조되었다.
실시예 3
수평균분자량(Mn) 80,000 정도의 폴리카프로락톤(PCL) 500 mg을 클로로포름에 용해하여 9 wt%의 농도로 제조하였다. BMP-2 10 ug와 PEG 50 ㎎을 DCM 2 ㎖에 용해시켜 앞서 제조한 폴리카프로락톤 용액에 첨가하여 30분 동안 잘 섞어주었다. 방사거리 70 mm, 전압 20 kV, 유체 속도 0.1 ㎖/h의 공정조건으로, 150 ㎛ 두께의 유리집적판에 전기방사하였다. 제조된 나노섬유 위에 폴리카프로락톤 용융액을 사용하여 온도 100℃, 압력 600 ㎪, 스캐닝 속도 100 ㎜/min, 노즐 직경 150 ㎛, 사출거리 50 ㎛의 공정조건으로 용착조형 공정을 통해 보강 패턴을 프린팅하였다. 상기 수득된 나노섬유 매트의 두께는 100 ㎛이고, 보강대의 직경은 150 ㎛로 제조되었다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 나노섬유층; 및
    상기 나노섬유층 상에 배치되어 상기 나노섬유층과 접합된 보강 패턴을 포함하되,
    상기 나노섬유층과 상기 보강 패턴은
    상기 나노섬유층의 적어도 일부가 상기 보강 패턴과 함께 용융 고화된 형태, 용해 고화된 형태 및 상기 보강 패턴의 일부가 상기 나노섬유층으로 침투하여 고화된 형태 중 적어도 어느 하나의 형태로 서로 결합된 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유층 및 상기 보강 패턴 중 어느 하나는
    생체반응성 성분, 자성 물질 및 탄소 입자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강 패턴은
    정사각 격자형, 원형 격자형, 마름모 격자형, 지그재그형, 직선형 및 곡선형 중 선택된 적어도 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유층은
    나노섬유들이 랜덤하게 배열된 구조, 일 방향으로 정렬된 구조 또는 서로 교차하는 2 방향으로 교차로 정렬된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보강 패턴은, 상기 보강 패턴에 의해 물질의 이동이 제한되도록,
    상기 나노섬유층의 상기 보강 패턴이 형성된 표면과 배면 사이를 적어도 일부 채우는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보강 패턴은 상기 나노섬유층의 중심부에 형성되어 상기 중심부의 강성을 높이고,
    상기 중심부를 둘러싸는 상기 나노섬유층의 주변부는 보강 패턴의 미형성 영역으로서 상기 나노섬유층에 의해 유연성을 갖는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보강 패턴은 서로 다른 형상을 갖는 적어도 2개의 서브 패턴들을 포함하고,
    상기 서브 패턴들이 형성된 영역들의 강성은 서로 다른 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 서브 패턴들은
    정사각 격자형, 원형 격자형, 마름모 격자형, 지그재그형, 직선형 및 곡선형 중 선택된 적어도 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 보강 패턴은 스파이럴 구조의 곡선형을 가지고,
    곡선의 연장 방향을 따라 회전력을 가하는 경우에, 상기 나노섬유층이 수축하고,
    상기 회전력이 제거되는 경우에, 수축된 나노섬유층이 이완되어 적어도 일부가 복원되는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유매트는 세포배양용 나노섬유매트인 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  11. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유매트는 골유도 재생용 차폐막인 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트.
  12. 나노섬유층을 준비하는 단계; 및
    상기 나노섬유층 상에, 용융액 또는 용액 상태의 고분자 수지를 프린팅하여 보강 패턴을 형성하는 단계를 포함하는,
    나노섬유매트의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보강 패턴을 형성하는 단계에서 상기 나노섬유층의 적어도 일부가 상기 용융액에 의해서 용융되고,
    적어도 일부가 용융된 나노섬유층은 상기 용융액과 함께 고화되어 상기 보강 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 보강 패턴을 형성하는 단계는 용착 조형 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 보강 패턴을 형성하는 단계에서
    상기 용액 또는 상기 용융액이 상기 나노섬유층으로 침투하여 상기 나노섬유층과 함께 고화되는 것을 특징으로 하는,
    나노섬유매트의 제조 방법.
PCT/KR2015/006573 2014-06-27 2015-06-26 나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용 WO2015199492A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15812617.7A EP3162387B1 (en) 2014-06-27 2015-06-26 Nano-fiber mat, method for manufacturing same, and use thereof as cell culture mat or guided bone regeneration shielding membrane
US15/028,322 US10420861B2 (en) 2014-06-27 2015-06-26 Nanofiber mats, method of manufacturing the nanofiber mats, and applications to cell culture and nanofibrous membrane for guided bone regeneration

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2014-0079596 2014-06-27
KR20140079596A KR101492771B1 (ko) 2014-06-27 2014-06-27 골유도 재생용 차폐막 및 이의 제조 방법
KR20140080422A KR101486734B1 (ko) 2014-06-30 2014-06-30 고분자 보강대를 가진 나노섬유 매트와 이의 제작 방법 및 제작 장치
KR10-2014-0080422 2014-06-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015199492A1 true WO2015199492A1 (ko) 2015-12-30

Family

ID=54938481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/006573 WO2015199492A1 (ko) 2014-06-27 2015-06-26 나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10420861B2 (ko)
EP (1) EP3162387B1 (ko)
WO (1) WO2015199492A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106400312A (zh) * 2016-09-07 2017-02-15 东华大学 基于石墨烯导电型复合纳米纤维神经组织工程支架的制备
CN106400311A (zh) * 2016-09-07 2017-02-15 东华大学 基于氧化石墨烯复合纳米纤维组织工程支架的制备方法
KR20200000919A (ko) * 2018-06-26 2020-01-06 강원대학교산학협력단 나노 다공성 차폐막에 수화젤을 패터닝하여 목표물질의 국소적 방출을 제어하는 방법
KR20200104494A (ko) * 2019-02-27 2020-09-04 주식회사 에스티원 다공성 고분자 보강대를 가진 나노섬유

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9888283B2 (en) 2013-03-13 2018-02-06 Nagrastar Llc Systems and methods for performing transport I/O
USD758372S1 (en) * 2013-03-13 2016-06-07 Nagrastar Llc Smart card interface
US11058521B2 (en) 2014-08-18 2021-07-13 University of Central Oklahoma Method and apparatus for improving osseointegration, functional load, and overall strength of intraosseous implants
US10932910B2 (en) 2014-08-18 2021-03-02 University of Central Oklahoma Nanofiber coating to improve biological and mechanical performance of joint prosthesis
USD864968S1 (en) 2015-04-30 2019-10-29 Echostar Technologies L.L.C. Smart card interface
US9909093B2 (en) * 2015-08-12 2018-03-06 Lawrence Livermore National Security, Llc Funnel for localizing biological cell placement and arrangement
CA3055171C (en) * 2016-03-23 2021-07-27 University of Central Oklahoma Method and apparatus to coat a metal implant with electrospun nanofiber matrix
JP6994659B2 (ja) * 2017-07-26 2022-02-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 培養用足場およびその製造方法
RU2669860C1 (ru) * 2017-08-27 2018-10-16 Алексей Геннадьевич Никифоров Способ изготовления формованной мембраны для остеопластики
WO2019157583A1 (en) 2018-02-13 2019-08-22 M3 Health Ind. Com. De Prod. Méd., Odont. E Correlatos Sa Method for preparing barrier membranes for tissue regeneration
US11779465B2 (en) * 2019-12-31 2023-10-10 Ruxandra Vidu Biocompatible medical device and method of making same
CN111588912B (zh) * 2020-06-10 2021-06-29 四川大学 一种用于骨组织再生的多功能纤维膜及其制备方法
US20210402054A1 (en) * 2020-06-19 2021-12-30 University Of Connecticut Graphene-Based Nanofibers for Skeletal Muscle Tissue Regeneration
EP4347785A2 (en) * 2021-05-28 2024-04-10 National University of Singapore Cell-culture platform and a magnetic material for such a platform
CN114259604B (zh) * 2021-12-17 2022-12-27 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种3d打印促有序血管化的载药骨修复支架的制备方法及其产品和应用
CN114306733B (zh) * 2022-03-02 2022-06-14 北京大学口腔医学院 具有塑形支撑性能的可降解复合引导骨再生膜

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100736840B1 (ko) * 2006-04-26 2007-07-10 한국기계연구원 3차원 조직 재생물 제조 장치 및 그를 이용한 제조 방법
KR100875189B1 (ko) * 2005-08-26 2008-12-19 이화여자대학교 산학협력단 전기방사를 이용한 조직 재생용 섬유형 삼차원 다공성 지지체 및 그의 제조방법
KR20090117140A (ko) * 2008-05-08 2009-11-12 한국기계연구원 바이오 플로팅과 전기방사법을 이용한 하이브리드 3차원세포 배양지지체
KR20100126095A (ko) * 2009-05-22 2010-12-01 한국기계연구원 보강재를 구비한 나노 웹 및 보강 방법 및 이를 이용한 의류 원단
KR101377558B1 (ko) * 2011-11-11 2014-03-25 김수홍 성장인자와 차폐막과 스케폴드를 포함하는 조직 또는 기관 재생용 키트

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2577787B1 (en) * 2010-05-25 2016-10-05 3M Innovative Properties Company Reinforced electrolyte membrane
US9655995B2 (en) * 2012-01-16 2017-05-23 Marshall University Research Corporation Nanofiber scaffolds and methods for repairing damaged cardiac tissue
US10507268B2 (en) * 2012-09-19 2019-12-17 Merit Medical Systems, Inc. Electrospun material covered medical appliances and methods of manufacture

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100875189B1 (ko) * 2005-08-26 2008-12-19 이화여자대학교 산학협력단 전기방사를 이용한 조직 재생용 섬유형 삼차원 다공성 지지체 및 그의 제조방법
KR100736840B1 (ko) * 2006-04-26 2007-07-10 한국기계연구원 3차원 조직 재생물 제조 장치 및 그를 이용한 제조 방법
KR20090117140A (ko) * 2008-05-08 2009-11-12 한국기계연구원 바이오 플로팅과 전기방사법을 이용한 하이브리드 3차원세포 배양지지체
KR20100126095A (ko) * 2009-05-22 2010-12-01 한국기계연구원 보강재를 구비한 나노 웹 및 보강 방법 및 이를 이용한 의류 원단
KR101377558B1 (ko) * 2011-11-11 2014-03-25 김수홍 성장인자와 차폐막과 스케폴드를 포함하는 조직 또는 기관 재생용 키트

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3162387A4 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106400312A (zh) * 2016-09-07 2017-02-15 东华大学 基于石墨烯导电型复合纳米纤维神经组织工程支架的制备
CN106400311A (zh) * 2016-09-07 2017-02-15 东华大学 基于氧化石墨烯复合纳米纤维组织工程支架的制备方法
KR20200000919A (ko) * 2018-06-26 2020-01-06 강원대학교산학협력단 나노 다공성 차폐막에 수화젤을 패터닝하여 목표물질의 국소적 방출을 제어하는 방법
KR102198267B1 (ko) * 2018-06-26 2021-01-04 강원대학교산학협력단 나노 다공성 차폐막에 수화젤을 패터닝하여 목표물질의 국소적 방출을 제어하는 방법
KR20200104494A (ko) * 2019-02-27 2020-09-04 주식회사 에스티원 다공성 고분자 보강대를 가진 나노섬유
KR102211550B1 (ko) * 2019-02-27 2021-02-03 주식회사 에스티원 다공성 고분자 보강대를 가진 나노섬유

Also Published As

Publication number Publication date
EP3162387A4 (en) 2018-01-31
US10420861B2 (en) 2019-09-24
EP3162387B1 (en) 2021-06-09
US20160250393A1 (en) 2016-09-01
EP3162387A1 (en) 2017-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015199492A1 (ko) 나노섬유매트, 이의 제조 방법, 및 이의 세포배양용 매트 또는 골유도 재생용 차폐막으로서의 응용
Sun et al. Electrospun anisotropic architectures and porous structures for tissue engineering
Orlova et al. Electrospun nanofibers as a tool for architecture control in engineered cardiac tissue
Cui et al. Electrospun nanofibrous materials for tissue engineering and drug delivery
Xie et al. Electrospun nanofibers for neural tissue engineering
Liang et al. Functional electrospun nanofibrous scaffolds for biomedical applications
Puppi et al. Nano/microfibrous polymeric constructs loaded with bioactive agents and designed for tissue engineering applications: a review
Li et al. Electrospun membranes: control of the structure and structure related applications in tissue regeneration and drug delivery
US7828539B1 (en) Fabrication of three dimensional aligned nanofiber array
US20140207248A1 (en) Hierarchical multiscale fibrous scaffold via 3-d electrostatic deposition prototyping and conventional electrospinning
CA2965110C (en) Biomedical patches with aligned fibers
Wang et al. Introduction to electrospinning
KR101492771B1 (ko) 골유도 재생용 차폐막 및 이의 제조 방법
KR101486734B1 (ko) 고분자 보강대를 가진 나노섬유 매트와 이의 제작 방법 및 제작 장치
WO2013155488A2 (en) Elastic scaffolds for tissue growth
Chiu et al. Electrospun nanofibrous scaffolds for biomedical applications
KR102091840B1 (ko) 3차원 하이드로젤 적층 구조물, 및 이의 제조방법
US20160194796A1 (en) Melt Electrospun Fibers Containing Micro and Nanolayers and Method of Manufacturing
Ashammakhi et al. Electrospinning and three-dimensional (3D) printing for biofabrication
KR20200066017A (ko) 3차원 섬유형 스캐폴드 및 이의 제조방법
CN213772443U (zh) 一种多尺度组织工程复合支架及其制备装置
KR102211550B1 (ko) 다공성 고분자 보강대를 가진 나노섬유
KR102181128B1 (ko) 배양 용기에 고정 가능한 세포 배양용 나노섬유 매트 및 이를 배양 용기 내에 고정하는 방법
KR102199703B1 (ko) 3d 인쇄를 이용한 다층 바이오 스캐폴드 및 이를 제작하는 방법
Unser et al. Electrospinning of nanofibers

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15812617

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15028322

Country of ref document: US

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015812617

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015812617

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE