WO2018066780A2 - Polymer-ceramic hybrid film having mechanical properties and elasticity, and method for manufacturing same - Google Patents

Polymer-ceramic hybrid film having mechanical properties and elasticity, and method for manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
WO2018066780A2
WO2018066780A2 PCT/KR2017/004047 KR2017004047W WO2018066780A2 WO 2018066780 A2 WO2018066780 A2 WO 2018066780A2 KR 2017004047 W KR2017004047 W KR 2017004047W WO 2018066780 A2 WO2018066780 A2 WO 2018066780A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polymer
ceramic
hybrid film
hybrid
film
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/004047
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Other versions
WO2018066780A3 (en
Inventor
노인섭
디판카르다스
방수미
Original Assignee
서울과학기술대학교 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 KR1020170027301A external-priority patent/KR20180038355A/en
Priority claimed from KR1020170027300A external-priority patent/KR20180038354A/en
Priority claimed from KR1020170027302A external-priority patent/KR20180038356A/en
Application filed by 서울과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority to US16/340,068 priority Critical patent/US20200040149A1/en
Publication of WO2018066780A2 publication Critical patent/WO2018066780A2/en
Publication of WO2018066780A3 publication Critical patent/WO2018066780A3/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D7/00Producing flat articles, e.g. films or sheets
    • B29D7/01Films or sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18Manufacture of films or sheets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L5/00Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
    • C08L5/04Alginic acid; Derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2305/00Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2301/00 or C08J2303/00
    • C08J2305/04Alginic acid; Derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32Phosphorus-containing compounds
    • C08K2003/321Phosphates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32Phosphorus-containing compounds
    • C08K2003/321Phosphates
    • C08K2003/325Calcium, strontium or barium phosphate

Abstract

The present invention relates to a polymer-ceramic hybrid film and a method for manufacturing same. The polymer-ceramic hybrid material according to the present invention, which is an elastic polymer-ceramic hybrid film, can maintain a film form for a long time while realizing excellent elasticity and mechanical properties at the same time, and thus can be applied as a medical material such as a patch. Also, a hydrogel used in the manufacturing process of the film can be very usefully utilized as a material for 3D printing. The mechanical strength and elasticity of the polymer-ceramic hybrid film according to the present invention can be improved by varying the arrangement of ceramic particles within the hybrid material by varying the processing process of a hybrid solution. Further, the method for manufacturing an elastic polymer-ceramic hybrid film according to the present invention only includes simple and easy manufacturing steps and allows for the manufacture of a polymer-ceramic material even at room temperature.

Description

기계적 물성과 탄성을 가진 고분자-세라믹 하이브리드 필름 및 이의 제조방법Polymer-ceramic hybrid film having mechanical properties and elasticity and preparation method thereof
본 발명은 기계적 물성과 탄성을 가진 고분자-세라믹 하이브리드 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer-ceramic hybrid film having mechanical properties and elasticity and a method of manufacturing the same.
현재 전통적인 소재로 분류되었던 세라믹(무기물), 금속 및 고분자 소재에 대한 하이브리드화한 소재를 창출하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 소재에서의 하이브리드(hybrid)란, 무기, 금속, 고분자 등 서로 이질적이라고 여겨지는 2가지 이상의 소재가 하나의 시스템 내에서 구현되어 각자의 성능을 유지하면서 새로운 성능을 위한 시너지 효과를 갖게 되는 것을 의미한다.Currently, research is being actively conducted to create hybrid materials for ceramic (inorganic), metal, and polymer materials that have been classified as traditional materials. Hybrid in materials means that two or more materials that are considered heterogeneous, such as inorganic, metal, and polymer, are implemented in one system and have synergy effects for new performance while maintaining their performance. .
하이브리드 소재 중 가장 관심이 큰 분야는 고분자와 세라믹의 하이브리드 소재에 대한 것이다. 고분자는 주로 탄소의 사슬화 반응으로 이루어진 물질들을 의미하며, 일종의 유기물 소재로 분류될 수 있고, 세라믹 소재는 이산화 티타늄(TiO2) 및 이산화 규소(SiO2) 등과 같이 금속 이온의 산화물, 수산화물, 탄산염, 인산염 등의 일종의 무기물을 지칭한다. 유기물과 무기물은 결합 특성, 물성 등 다양한 면에서 이질적인 면들을 갖고 있기 때문에, 서로 잘 섞이지 않을 것으로 여겨질 수 있으나, 사실 고분자와 무기물이 서로 혼합되어 있는 이른바 "고분자-세라믹 하이브리드 소재"는 자연계에서도 많이 발견된다. 인체의 골격을 유지하고 있는 뼈대는 하이드록시 아파타이트(hydroxyapatite, HAP)의 무기 소재이며, 근조직, 연조직 등은 콜라겐과 다당류의 유기 소재로 구성되어 있으므로, 인체는 유기물과 무기물의 거대한 하이브리드라고 볼 수 있다. 또한, 조류의 알 껍데기를 형성하고 있는 물질은 대부분 탄산 칼슘(calcium carbonate, calcite)으로서 내부의 표면에 고분자 막이 부착되어 있는 하이브리드 소재이다.The most interesting areas of hybrid materials are hybrid materials of polymers and ceramics. Polymers refer to materials consisting mainly of a chain reaction of carbon, and may be classified as organic materials. Ceramic materials include oxides, hydroxides, carbonates, and phosphates of metal ions such as titanium dioxide (TiO 2) and silicon dioxide (SiO 2). It refers to a kind of mineral. Since organic and inorganic materials have heterogeneous aspects in various aspects such as bonding properties and physical properties, they may not be mixed well with each other. In fact, so-called "polymer-ceramic hybrid materials", in which polymers and inorganic materials are mixed with each other, are widely used in nature. Is found. The skeleton that maintains the skeleton of the human body is an inorganic material of hydroxyapatite (HAP), and the muscle tissue and soft tissue are composed of organic materials of collagen and polysaccharides, so the human body can be regarded as a huge hybrid of organic matter and inorganic matter. . In addition, the material forming the shell of algae is mostly calcium carbonate (calcium carbonate, calcite) is a hybrid material having a polymer film attached to the inner surface.
하이브리드 소재로 사용될 수 있는 고분자 물질과 세라믹은 매우 다양하다. 그러나, 분야적 측면에서 의료용 소재라는 점에 초점을 맞출 경우 고분자와 세라믹 모두 생체 안전성과 적합성을 지녀야 하는데, 이를 위해서 고분자는 생인성(生因性) 고분자나 쉽게 분해될 수 있는 고분자들이 적합하며, 세라믹 물질 역시 생인성 무기물이나 생체 내에서 쉽게 분해되고 분해산물이 생체에 독성을 지니지 않는 것이 바람직하다. 대표적인 의료용 천연고분자 물질로는 아가로스(agarose), 펙틴(pectin), 카라기난(carrageenan), 키토산(chitosan), 알지네이트(alginate), 젤라틴(gelatin), 콜라겐(colagen) 및 콘드로이틴설페이트(chondroitin sulfate) 등이 대표적이다. 또한, 세라믹 소재는 그 자체로서도 의료용 소재나 생물학적 응용으로서의 가능성이 많은 화합물들인데, 하이드록시 아파타이트는 인체의 골격을 이루는 중요한 성분으로서 조직공학, 인공 생체 재료 등의 연구에 있어서 중요하게 다뤄지는 물질이며, 점토나 층상형 금속 수산화물은 최근 약물 전달체에 대한 연구가 활발히 진행되는 물질이다.There are a wide variety of polymers and ceramics that can be used as hybrid materials. However, if the focus is on the medical material in the field of view, both the polymer and the ceramic should have biosafety and compatibility. For this purpose, the biocompatible polymer or easily decomposable polymer is suitable. Ceramic materials are also preferably biodegradable inorganic or biodegradable, and the degradation products are not toxic to the living body. Typical medical natural polymer materials include agarose, pectin, carrageenan, chitosan, alginate, gelatin, collagen and chondroitin sulfate. This is representative. In addition, the ceramic material itself is a compound that has many potential as a medical material or a biological application. Hydroxyapatite is an important component that forms the skeleton of the human body, and is an important material in the research of tissue engineering and artificial biomaterials. For example, clay and layered metal hydroxides are active materials for drug carriers.
한편, 고분자-세라믹 하이브리드 소재의 경우 전술한 바와 같이 의료용으로 사용될 경우 일정기간 동안 일정한 하중이 요구되는 손상 부위에 적용되거나 성형 후 일정한 형태를 유지해야 하는 3D 바이오 프린팅 등과 같은 분야에 적용되기 위해서는 적층이 가능한 기계적 물성이 요구된다. 환자의 복잡한 조직과 장기를 덮을 수 있도록 적용 가능한 유연성(예를 들어, 탄성 등)을 가진 필름이 필요하며, 고분자-세라믹 하이브리드 소재의 경우, 일반적으로 젤(gel) 형태 또는 입자 형태로 제조되고 있다. 그러나, 하이브리드 소재가 전술한 의료용 또는 복잡한 형태의 조직과 장기 등의 분야에 두루 적용될 수 있기 위해서는 다른 형태와 표면 특성이 요구된다. 예를 들어 유연성과 강도를 가진 하이드로젤, 필름 및 그 밖의 다양한 형태가 요구되며, 의료용으로 적용될 때 환자의 주변조직과 상호작용할 수 있는 생체적합성이 요구된다.On the other hand, in the case of the polymer-ceramic hybrid material, as described above, in order to be applied to a damaged part that requires a constant load for a certain period of time or to be applied to a field such as 3D bioprinting, which needs to maintain a constant shape after molding, the lamination is required. Possible mechanical properties are required. There is a need for a film having flexibility (for example, elasticity) that can be applied to cover complex tissues and organs of a patient, and polymer-ceramic hybrid materials are generally manufactured in gel or particle form. . However, different shapes and surface properties are required for hybrid materials to be applied to the above-mentioned fields such as medical or complex tissues and organs. For example, hydrogels, films, and various other forms having flexibility and strength are required, and biocompatibility for interacting with a patient's surrounding tissue when applied for medical purposes is required.
또한, 고분자-세라믹 하이브리드 소재를 제조할 경우, 화학 반응 유도 등의 과정이 포함되므로 높은 온도, 고압 혹은 가교제 및 개시제 등을 가하여야 하는 것과 같이 제조방법의 측면에서도 불편함이 있었다. 관련하여, 필름 제조 과정에서 공정 조건을 조절함으로써 필름의 물성을 조절하는 연구가 진행되고 있다.In addition, when preparing a polymer-ceramic hybrid material, there is an inconvenience in terms of the manufacturing method, such as a high temperature, a high pressure or a cross-linking agent and an initiator should be added because the process including the chemical reaction induction. In relation to this, research is being conducted to control physical properties of a film by controlling process conditions in a film manufacturing process.
따라서, 고분자-세라믹 하이브리드 소재의 다양한 물성 및 형태를 위한 연구 및 제조방법에 대한 연구가 활발하게 진행되었으며(Syntheses and Characterizations of Polymer-Ceramic Composites Having Increased Hydrophilicity, Air-Permeability, and Anti-Fungal Property (Journal of the Korean Chemical Society, 2010)), 한국등록특허공보 제10-1360942호 및 제10-1328645호는 이와 관련된 기술을 제안한 바 있다.Therefore, research and manufacturing methods for various physical properties and forms of polymer-ceramic hybrid materials have been actively conducted (Syntheses and Characterizations of Polymer-Ceramic Composites Having Increased Hydrophilicity, Air-Permeability, and Anti-Fungal Property (Journal) of the Korean Chemical Society, 2010), Korean Patent Publication Nos. 10-1360942 and 10-1328645 have proposed a related technology.
한국등록특허공보 제10-1360942호는, (a) 생체적합성 고분자 지주 (strut) 둘 이상을 플레이트 위에 나란히 분배하여 지주층을 형성하는 단계; (b) 상기 분배된 생체적합성 고분자 지주층 위에, 분배된 생체적합성 고분자 지주의 방향과 엇갈리는 방향으로 생체적합성 고분자 지주들을 간격을 두어 나란히 분배하는 단계; (c) 세포가 담지된 젤라틴, 푸코이단, 콜라겐, 알지네이트, 키토산 및 히알루론산으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상의 천연 생체적합성 재료로 이루어진 지주를 상기 (b) 단계에서 분배된 생체적합성 고분자 지주 사이에 분배하되, 생체적합성 고분자 지주와 맞닿지 않도록 분배하면서, 분배되는 생체적합성 천연재료에 가교를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 (b) 단계와 (c) 단계를 순차적으로 반복하여 하이브리드 구조체를 형성하는 단계;를 포함하는, 세포가 담지된 생체적합성 고분자-생체적합성 천연재료 하이브리드 구조체 제조방법을 제안하였다.Korean Patent Publication No. 10-1360942, (a) distributing two or more biocompatible polymer struts side by side on a plate to form a strut layer; (b) distributing, on the distributed biocompatible polymer strut layer, the biocompatible polymer struts side by side in a direction crossing with the direction of the distributed biocompatible polymer strut; (c) Distributing struts of one or more natural biocompatible materials selected from the group consisting of gelatin, fucoidan, collagen, alginate, chitosan and hyaluronic acid on which the cells are loaded between the biocompatible polymeric struts dispensed in step (b) Forming a crosslink in the biocompatible natural material to be dispensed while dispensing so as not to contact the biocompatible polymeric strut; And (d) sequentially repeating steps (b) and (c) to form a hybrid structure, wherein the cell-supported biocompatible polymer-biocompatible natural material hybrid structure was proposed.
한국등록특허공보 제10-1328645호는, a) 서로 다른 두 종류의 생분해성 고분자를 유기용매에 용해시켜 각각의 용액을 제조하는 단계; b) 상기 제조된 각 용액을 전기방사법을 이용하여 양 방향에서, 각 생분해성 고분자의 나노섬유와 마이크로섬유를 동시에 방사하여 나노/마이크로 하이브리드섬유 시트를 제조하는 단계; c) 상기 제조된 하이브리드섬유 시트의 잔류용매를 제거하여 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노/마이크로 하이브리드섬유 부직포의 제조방법을 제안하였다.Korean Patent Publication No. 10-1328645, a) preparing two solutions by dissolving two different biodegradable polymers in an organic solvent; b) preparing a nano / micro hybrid fiber sheet by simultaneously spinning the prepared nanofibers and microfibers of each biodegradable polymer in both directions using the electrospinning method; c) proposed a method of manufacturing a nano / micro hybrid fiber nonwoven fabric comprising the step of removing the residual solvent of the prepared hybrid fiber sheet.
그러나, 상기 한국등록특허공보 제10-1360942호 및 제10-1328645호 각각에 의해 제조된 고분자-세라믹 하이브리드 소재에 필요한 물성은 어느 정도 달성하였으나, 제조과정이 상온에서 이루어질 수 없다는 점 및 특히 유연성과 기계적 물성이 조절된 필름 형태 등으로 제조될 수 없다는 점 등의 문제점이 있었다.However, although the physical properties required for the polymer-ceramic hybrid materials prepared by the Korean Patent Publication Nos. 10-1360942 and 10-1328645 are achieved to some extent, the manufacturing process cannot be achieved at room temperature, There was a problem that the mechanical properties can not be produced in a controlled film form and the like.
따라서, 고분자-세라믹 하이브리드 소재가 탄성 및 유연성을 가지면서도 간단한 제조방법을 통해 이들을 필름 형태로 제조할 수 있는 기술 개발과 상온에서 가교제나 개시제를 사용하지 않고 필름을 제조할 수 있는 공정기술 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a technology for producing polymer-ceramic hybrid materials in a film form through a simple manufacturing method while having elasticity and flexibility, and a process technology for producing a film without using a crosslinking agent or an initiator at room temperature. Do.
본 발명자들은 상기 언급한 종래 기술의 문제점 해결을 위해 새로운 탄성을 가진 고분자-세라믹 하이브리드 소재를 개발하고자 하였으며, 이러한 연구 노력의 결과로서, 고분자 및 세라믹의 혼합 비율을 특정 범위에서 조절하거나 해당 공정조건을 조절할 경우 상기 고분자-세라믹 하이브리드 소재에 요구되는 물성인 유연성(flexibility) 및 기계적 물성(mechanical property)의 조절이 가능하다는 점을 데이터를 통해 확인하였고, 특히 상기 고분자-세라믹 하이브리드 소재를 제조함에 있어, 염화칼슘과 같이 특정 이온이 포함된 수용액을 특정 공정 조건에서 경화할 경우 탄성 및/또는 기계적 물성이 우수한 필름 형태가 제조된다는 점을 확인하였고, 그 화학적 메커니즘과 공정 조건을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present inventors have attempted to develop a new elastic polymer-ceramic hybrid material to solve the above-mentioned problems of the prior art. As a result of this research effort, the mixing ratio of the polymer and the ceramic is controlled in a specific range or the process conditions are adjusted. When adjusted, it was confirmed through data that flexibility and mechanical properties (physical properties) required for the polymer-ceramic hybrid material can be controlled, and in particular, in preparing the polymer-ceramic hybrid material, calcium chloride When curing the aqueous solution containing a specific ion as shown in the specific process conditions it was confirmed that the film form excellent in elasticity and / or mechanical properties is prepared, by confirming the chemical mechanism and process conditions, the present invention was completed.
본 발명은 고분자-세라믹 하이브리드 필름 및 이의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a polymer-ceramic hybrid film and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 생체적합성 고분자; 인산칼슘(calcium phosphate); 및 2가 금속 이온;을 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a biocompatible polymer including a carboxyl group and a hydroxyl group; Calcium phosphate; And divalent metal ions. A polymer-ceramic hybrid film is provided.
일 측에 따르면, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 20:1 내지 8:1의 중량비로 혼합될 수 있다.According to one side, the biocompatible polymer and calcium phosphate may be mixed in a weight ratio of 20: 1 to 8: 1.
일 측에 따르면, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 5:1 내지 1:1의 중량비로 혼합될 수 있다.According to one side, the biocompatible polymer and calcium phosphate may be mixed in a weight ratio of 5: 1 to 1: 1.
일 측에 따르면, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합될 수 있다.According to one side, the biocompatible polymer and calcium phosphate may be mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20.
일 측에 따르면, 상기 생체적합성 고분자는 알지네이트(alginate)일 수 있다.According to one side, the biocompatible polymer may be alginate.
일 측에 따르면, 상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)가 상기 인산칼슘과 가교결합될 수 있다.According to one side, a hydroxyl group of the alginate may be crosslinked with the calcium phosphate.
일 측에 따르면, 상기 인산칼슘은 삼인산칼슘(TCP, tricalcium phosphate)일 수 있다.According to one side, the calcium phosphate may be calcium triphosphate (TCP, tricalcium phosphate).
일 측에 따르면, 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)가 상기 2가 금속 이온과 가교결합될 수 있다.According to one side, the carboxyl group of the alginate may be crosslinked with the divalent metal ion.
일 측에 따르면, 상기 2가 금속 이온은 칼슘 이온(Ca2 +)일 수 있다.According to one side, the divalent metal ions may be calcium ions (Ca 2 + ).
일 측에 따르면, 상기 고분자-세라믹 하이브리드 필름은 pH 의존적 약물방출성을 나타낼 수 있다.According to one side, the polymer-ceramic hybrid film may exhibit a pH-dependent drug release.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, (a) 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 생체적합성 고분자 및 인산칼슘(calcium phosphate)이 혼합된 하이브리드 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 하이브리드 용액 내 입자의 배열을 유도하는 단계; 및 (c) 상기 하이브리드 용액을 2가 금속 이온 용액과 혼합하는 단계;를 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, (a) preparing a hybrid solution in which a biocompatible polymer including a carboxyl group and a hydroxyl group and a calcium phosphate are mixed; (b) inducing an arrangement of particles in the hybrid solution; And (c) mixing the hybrid solution with a divalent metal ion solution. A method of manufacturing a polymer-ceramic hybrid film is provided.
일 측에 따르면, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 20:1 내지 8:1의 중량비로 혼합될 수 있다.According to one side, the biocompatible polymer and calcium phosphate may be mixed in a weight ratio of 20: 1 to 8: 1.
일 측에 따르면, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 5:1 내지 1:1의 중량비로 혼합될 수 있다.According to one side, the biocompatible polymer and calcium phosphate may be mixed in a weight ratio of 5: 1 to 1: 1.
일 측에 따르면, 상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합될 수 있다.According to one side, the biocompatible polymer and calcium phosphate may be mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20.
일 측에 따르면, 상기 생체적합성 고분자는 알지네이트(alginate)일 수 있다.According to one side, the biocompatible polymer may be alginate.
일 측에 따르면, 상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)가 상기 인산칼슘과 가교결합될 수 있다.According to one side, a hydroxyl group of the alginate may be crosslinked with the calcium phosphate.
일 측에 따르면, 상기 (b) 단계는 상기 하이브리드 용액을 지지체 상에서 스크리딩(screeding)하는 것일 수 있다.According to one side, step (b) may be to screed the hybrid solution on a support (screeding).
일 측에 따르면, 상기 스크리딩 속도는 5㎠/s 내지 10㎠/s일 수 있다.According to one side, the screening speed may be 5 cm 2 / s to 10 cm 2 / s.
일 측에 따르면, 상기 2가 금속 이온 용액의 농도가 0.05M 내지 5M일 수 있다.According to one side, the concentration of the divalent metal ion solution may be 0.05M to 5M.
일 측에 따르면, 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)가 상기 2가 금속 이온과 가교결합될 수 있다.According to one side, the carboxyl group of the alginate may be crosslinked with the divalent metal ion.
본 발명에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 소재는 고분자-세라믹 하이브리드 필름으로서, 우수한 탄성 및/또는 기계적 물성을 구현하면서도 장시간 동안 필름 형태를 유지할 수 있으므로, 의료용 구조물 또는 식품포장용기로서 적용될 수 있다. 또한, 상기 필름의 제조 공정에서 사용되는 하이드로겔은 3D 프린팅용 소재로도 매우 유용하게 활용될 수 있다. The polymer-ceramic hybrid material according to the present invention is a polymer-ceramic hybrid film, and can be applied as a medical structure or a food packaging container because it can maintain a film form for a long time while implementing excellent elastic and / or mechanical properties. In addition, the hydrogel used in the manufacturing process of the film can be very useful as a material for 3D printing.
본 발명에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름은 하이브리드 용액의 가공공정에 따라 하이브리드 소재내의 세라믹 입자의 배열을 조절함으로써 탄성과 기계적 물성을 조절할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법은 간단하면서도 용이한 제조과정만을 포함하고 상온에서도 고분자-세라믹 소재를 제조할 수 있다.The polymer-ceramic hybrid film according to the present invention can control elasticity and mechanical properties by controlling the arrangement of ceramic particles in the hybrid material according to the processing of the hybrid solution. In addition, the method for producing a polymer-ceramic hybrid film according to the present invention includes a simple and easy manufacturing process and can produce a polymer-ceramic material even at room temperature.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects, and include all effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에서 탄성 평가를 위한 방법을 나타낸 사진이다.1 is a photograph showing a method for elastic evaluation in an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에서 기계적 물성 평가를 하기 위한 방법을 나타낸 사진이다.2 is a photograph showing a method for evaluating mechanical properties in an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다.3 is a photograph showing a hybrid film according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다.4 is a photograph showing a hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다.5 is a photograph showing a hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름을 나타내는 사진이다.6 is a photograph showing a hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 필름이 12일이 경과된 후에도 필름 형태를 유지하고 있음을 보여주는 사진이다.7 is a photograph showing that the hybrid film according to an embodiment of the present invention maintains the film form even after 12 days have elapsed.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 필름의 제조 과정 및 필름 내부 입자 배열을 나타낸 것이다.8 illustrates a process of preparing a hybrid film and an arrangement of particles in a film according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 ATR-FTIR 분석 결과를 나타낸 것이다.Figure 9 shows the results of the ATR-FTIR analysis of the hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 13C NMR 분석 결과를 나타낸 것이다.10 shows 13 C NMR analysis results of the hybrid film according to the embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.Figure 11 shows the XRD analysis of the hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 TGA 분석 결과를 나타낸 것이다.12 shows the results of TGA analysis of a hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 13a, 13b 및 13c는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 SEM 이미지를 나타낸 것이고, 도 13d, 13e 및 13f는 이들의 FESEM 이미지를 나타낸 것이다.13A, 13B and 13C show SEM images of a hybrid film according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 13D, 13E and 13F show their FESEM images.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 인장강도와 연신율 간의 상관관계를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing a correlation between tensile strength and elongation of a hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 15a, 15b 및 15c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 수분함량, 팽윤도 및 내수성을 나타낸 것이다.15a, 15b and 15c show the water content, swelling degree and water resistance of the hybrid film according to the embodiment of the present invention, respectively.
도 16a는 은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 하이브리드 필름의 UV-Vis 흡광도와 투과율 간의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 16b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 하이브리드 필름의 UV-Vis 흡광도와 파장 간의 관계를 나타낸 그래프이다.Figure 16a is a graph showing the relationship between UV-Vis absorbance and transmittance of the hybrid film according to the Examples and Comparative Examples of the present invention, Figure 16b is a UV-Vis absorbance of the hybrid film according to the Examples and Comparative Examples of the present invention Is a graph showing the relationship between and wavelength.
도 17a, 17b 및 17c는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 pH 조건별 팽윤도를 나타낸 것이다.Figure 17a, 17b and 17c shows the swelling degree according to the pH conditions of the hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 18a, 18b 및 18c는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 pH 조건별 BSA(bovine serum albumin) 약물방출성을 나타낸 그래프이다.18a, 18b and 18c are graphs showing the drug release properties of bovine serum albumin (BSA) according to pH conditions of a hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 19a, 19b 및 19c는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 pH 조건별 TCN(tetracycline) 약물방출성을 나타낸 그래프이다.19a, 19b and 19c are graphs showing TCN (tetracycline) drug release property according to pH conditions of a hybrid film according to an embodiment of the present invention.
도 20a, 20b 및 20c는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 필름의 pH 조건별 DMOG(dimethyloxaloylglycine) 약물방출성을 나타낸 그래프이다.20A, 20B, and 20C are graphs showing DMOG (dimethyloxaloylglycine) drug release property according to pH conditions of a hybrid film according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. The examples described below are not intended to be limited to the embodiments and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes for them.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of examples. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
또한, 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in describing the embodiment, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
고분자-세라믹 Polymer-Ceramic 하이브리드hybrid 필름 film
본 발명의 일 실시예는 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 생체적합성 고분자; 인산칼슘(calcium phosphate); 및 2가 금속 이온;을 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 제공한다.One embodiment of the present invention is a biocompatible polymer including a carboxyl group (hydroxyl group) and a hydroxyl group (hydroxyl group); Calcium phosphate; And divalent metal ions; provides a polymer-ceramic hybrid film.
상기 하이브리드 필름은 생체적합성 고분자와 인산칼슘의 비율 및 필름 형성 유도 공정(필름 제조 공정 속도, 필름 두께 등)에 따라 탄성과 기계적 물성을 달리할 수 있다. 구체적으로, 상기 생체적합성 고분자와 상기 인산칼슘이 20:1 내지 8:1의 중량비로 혼합된 경우 상기 하이브리드 필름이 우수한 탄성을 나타낼 수 있는 반면, 이들이 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된 경우 하이브리드 필름은 우수한 물성을 나타낼 수 있다. 나아가, 상기 생체적합성 고분자와 상기 인산칼슘이 5:1 내지 1:1의 중량비로 혼합된 경우 하이브리드 필름의 탄성과 기계적 물성 간의 밸런스가 유지될 수 있다.The hybrid film may have different elasticity and mechanical properties depending on the ratio of the biocompatible polymer and calcium phosphate and the film formation induction process (film manufacturing process speed, film thickness, etc.). Specifically, when the biocompatible polymer and the calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 20: 1 to 8: 1, the hybrid film may exhibit excellent elasticity, while they are mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20. In this case, the hybrid film may exhibit excellent physical properties. Furthermore, when the biocompatible polymer and the calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 5: 1 to 1: 1, a balance between elasticity and mechanical properties of the hybrid film may be maintained.
또한, 전체적으로 상기 생체적합성 고분자와 상기 인산칼슘이 20:1 내지 1:20의 중량비로 혼합된 경우 이들을 포함하는 하이브리드 필름이 장기간 동안 필름의 형태를 유지할 수 있다.In addition, when the biocompatible polymer and the calcium phosphate are mixed at a weight ratio of 20: 1 to 1:20, the hybrid film including the same may maintain the shape of the film for a long time.
상기 생체적합성 고분자는 알지네이트(alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴설페이트(chondroitin sulfate), 카르복시셀룰로오스(carboxycellulose) 및 콜라겐(collagen)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 알지네이트일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The biocompatible polymer may be at least one selected from the group consisting of alginate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, carboxycellulose, and collagen, preferably alginateyl. It may be, but is not limited thereto.
상기 알지네이트의 하이드록시기와 가교결합을 형성하기 위해 세라믹이 사용될 수 있다. 상기 세라믹은 무기물이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있고, 예를 들어 인산칼슘(calcium phosphate)일 수 있으며, 상기 인산칼슘의 경우 일인산칼슘(monocalcium phosphate), 이인산칼슘(dicalcium phosphate), 삼인산칼슘(tricalcium phosphate), 사인산칼슘(tetracalcium phosphate) 또는 하이드록시아파타이트일 수 있으나, 바람직하게는 삼인산칼슘(TCP, tricalcium phosphate)일 수 있다. 이 때, 상기 알지네이트의 하이드록시기와 인산칼슘 간의 가교결합은 수소결합일 수 있다.Ceramics may be used to form crosslinks with the hydroxyl groups of the alginates. The ceramic is not particularly limited as long as it is an inorganic material, and may be used, for example, calcium phosphate, and in the case of the calcium phosphate, monocalcium phosphate, dicalcium phosphate, and calcium triphosphate ( tricalcium phosphate, tetracalcium phosphate or hydroxyapatite, but preferably calcium triphosphate (TCP). At this time, the crosslinking between the hydroxyl group and the calcium phosphate of the alginate may be a hydrogen bond.
또한, 상기 세라믹은 티타늄 산화물 또는 실리콘 산화물일 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 티타늄 산화물은 이산화 티타늄(TiO2)이 바람직하고, 실리콘 산화물은 이산화 규소(SiO2)인 것이 바람직할 수 있다.In addition, the ceramic may be titanium oxide or silicon oxide, and is not particularly limited. For example, the titanium oxide may be titanium dioxide (TiO 2 ), and the silicon oxide may be silicon dioxide (SiO 2 ). have.
한편, 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)가 상기 2가 금속 이온과 가교결합될 수 있다. 이 때, 상기 2가 금속 이온은 Ca2 +, Be2 +, Mg2 +, Sr2 +, Ba2 +, Ra2+ 또는 이들의 조합일 수 있으나, 바람직하게는 칼슘 이온(Ca2 +)일 수 있다. 상기 알지네이트의 카르복시기와 2가 금속 이온 간의 가교결합은 이온결합일 수 있다.Meanwhile, the carboxyl group of the alginate may be crosslinked with the divalent metal ion. Here, the divalent metal ion is + 2, Ca, Be + 2, Mg + 2, Sr + 2, Ba + 2, Ra 2+, or a combination thereof, but preferably calcium ions (Ca 2 +) Can be. The crosslinking between the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion may be an ionic bond.
즉, 상기 알지네이트의 하이드록시기와 인산칼슘 간 가교결합, 및 상기 알지네이트의 카르복시기와 2가 금속 이온 간 형성된 가교결합의 이중 가교결합이 형성될 수 있다.That is, double crosslinking between the hydroxy group of the alginate and calcium phosphate, and crosslinking formed between the carboxyl group of the alginate and the divalent metal ion can be formed.
상기 하이브리드 필름은 내부에 약물을 담지하여 생체 내 약물 전달 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 하이브리드 필름은 pH 의존적 약물방출성을 나타낼 수 있다.The hybrid film may carry a drug delivery function in vivo by supporting a drug therein. At this time, the hybrid film may exhibit a pH-dependent drug release.
구체적으로, 상기 하이브리드 필름은 pH가 낮은 산성 조건에서는 서방성 약물방출을 나타낼 수 있는 반면, pH가 높은 염기성 조건에서는 속방성 약물방출을 나타낼 수 있다. 즉, 상기 하이브리드 필름이 적용되는 pH 환경에 따라 약물방출성을 달리 조절할 수 있으므로 적용 부위의 pH에 따라 하이브리드 필름을 선택하여 적용할 수 있다.Specifically, the hybrid film may exhibit slow release drug release in acidic conditions with low pH, while rapid release drug release may be exhibited in basic conditions with high pH. That is, since the drug release properties can be adjusted differently according to the pH environment to which the hybrid film is applied, the hybrid film can be selected and applied according to the pH of the application site.
고분자-세라믹 Polymer-Ceramic 하이브리드hybrid 필름의 제조방법 Method of manufacturing film
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조 과정 및 필름 내부 입자 배열을 나타낸 것이다.Figure 9 shows the manufacturing process of the polymer-ceramic hybrid film and the particle arrangement inside the film according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예는 (a) 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 생체적합성 고분자 및 인산칼슘(calcium phosphate)이 혼합된 하이브리드 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 하이브리드 용액 내 입자의 배열을 유도하는 단계; 및 (c) 상기 하이브리드 용액을 2가 금속 이온 용액과 혼합하는 단계;를 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법을 제공한다.Referring to FIG. 9, another embodiment of the present invention provides a hybrid solution in which (a) a biocompatible polymer including a carboxyl group and a hydroxyl group and a calcium phosphate are mixed. Doing; (b) inducing an arrangement of particles in the hybrid solution; It provides a method for producing a polymer-ceramic hybrid film, comprising; and (c) mixing the hybrid solution with a divalent metal ion solution.
상기 (a) 단계에서 상기 생체적합성 고분자 및 상기 인산칼슘의 혼합비는 하이브리드 필름의 용처, 즉 원하는 탄성과 기계적 물성의 수준에 따라 20:1 내지 8:1, 5:1 내지 1:1, 또는 1:2 내지 1:20일 수 있다. 각각의 혼합비에 따른 효과에 관해서는 전술한 것과 같다.The mixing ratio of the biocompatible polymer and the calcium phosphate in step (a) is 20: 1 to 8: 1, 5: 1 to 1: 1, or 1 depending on the amount of hybrid film, that is, the desired elastic and mechanical properties. : 2 to 1:20. The effects of the respective mixing ratios are as described above.
상기 (a) 단계에서 상기 생체적합성 고분자는 알지네이트(alginate), 히알루론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴설페이트(chondroitin sulfate), 카르복시셀룰로오스(carboxycellulose) 및 콜라겐(collagen)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 알지네이트일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the step (a), the biocompatible polymer may be at least one selected from the group consisting of alginate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, carboxycellulose, and collagen. Preferably, it may be alginate, but is not limited thereto.
상기 (a) 단계에서 상기 알지네이트는 용액 상태로 혼합될 수 있으며, 이 때 상기 알지네이트의 농도는 예를 들어 1% 내지 10%, 2.5% 내지 8.5% 또는 5% 내지 7%일 수 있고, 바람직하게는 약 6%의 농도를 가질 수 있다. 탄성을 높이고자 하는 경우 고분자량의 알지네이트를 사용하는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the step (a) the alginate may be mixed in a solution state, wherein the concentration of the alginate may be, for example, 1% to 10%, 2.5% to 8.5% or 5% to 7%, preferably May have a concentration of about 6%. To increase the elasticity, it may be preferable to use a high molecular weight alginate, but is not limited thereto.
상기 생체적합성 고분자 및 세라믹은 각각 용액 형태로 먼저 제조된 후 양 용액을 혼합하는 방식에 의해 혼합될 수 있으며, 이러한 혼합에 의한 현탁액으로 제조될 수 있다.The biocompatible polymer and ceramic may each be prepared in the form of a solution first and then mixed by mixing both solutions, and may be prepared as a suspension by such mixing.
상기 (a) 단계에서 제조된 하이브리드 용액 내에서 상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)가 상기 인산칼슘과 가교결합될 수 있다. 이 때, 상기 인산칼슘은 삼인산칼슘(TCP, tricalcium phosphate)일 수 있다. 인산칼슘 외에 사용될 수 있는 세라믹의 종류에 관해서는 전술한 것과 같다.In the hybrid solution prepared in step (a), a hydroxyl group of the alginate may be crosslinked with the calcium phosphate. At this time, the calcium phosphate may be calcium triphosphate (TCP, tricalcium phosphate). The kind of ceramics which can be used besides calcium phosphate is as described above.
또한, 상기 (a) 단계에서 혼합되는 상기 인산칼슘은 나노 크기에서 마이크로 크기에 이르는 다양한 입경을 갖는 것을 적용할 수 있으며, 구체적으로 0.5㎛ 내지 10㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the calcium phosphate mixed in the step (a) may be applied to have a variety of particle diameters ranging from nano size to micro size, specifically may be 0.5㎛ to 10㎛, but is not limited thereto.
상기 (b) 단계에서 상기 하이브리드 용액 내에 존재하는 입자, 구체적으로 생체적합성 고분자와 인산칼슘 입자의 배열을 유도하여 결정성을 향상시킬 수 있다. 이 때, 상기 하이브리드 용액을 지지체 상에서 스크리딩(screeding)함으로써 내부 입자의 배열을 유도할 수 있다.In the step (b), the crystallinity may be improved by inducing the arrangement of the particles present in the hybrid solution, specifically, the biocompatible polymer and the calcium phosphate particles. At this time, by screeding the hybrid solution on the support, it is possible to induce the arrangement of the internal particles.
본 명세서에서 사용된 용어 "스크리딩(screeding)"은 세라믹 입자의 배열을 유도하고 표면을 매끄럽게 하기 위한 공정으로, 슬라이드글라스와 같은 지지체 상에 상기 하이브리드 용액을 도포한 뒤 커버글라스와 같은 덮개를 이용하여 물리적으로 밀어주는 공정을 의미한다.As used herein, the term “screeding” is a process for inducing the arrangement of ceramic particles and smoothing the surface, and applying the hybrid solution onto a support such as a slide glass and then using a cover such as a cover glass. To physically push the process.
상기 스크리딩 공정을 통해 하이브리드 필름 내의 입자의 배열을 유도하면, 인산칼슘과 결합을 형성하는 생체적합성 고분자 사슬에 일정한 공간이 확보되어, 후술할 2가 금속 이온의 침투 및 이를 통한 추가의 가교결합이 용이하게 진행될 수 있다.Inducing the arrangement of the particles in the hybrid film through the screening process, a certain space is secured in the biocompatible polymer chain forming a bond with calcium phosphate, the penetration of divalent metal ions to be described later and further crosslinking through It can be done easily.
이 때, 상기 스크리딩 속도는 5㎠/s 내지 10㎠/s 일 수 있다. 상기 스크리딩 속도는 덮개를 이용하여 밀어주는 속도를 의미하며, 전술한 하이브리드 용액의 농도 조건에서 스크리딩 속도가 5㎠/s 미만이면 입자 배열 유도가 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 10㎠/s 초과이면 생체적합성 고분자와 인산칼슘 간 가교결합이 최적의 상태로 유도되지 않아 필름의 탄성과 강도가 불충분할 수 있다.At this time, the screening speed may be 5 cm 2 / s to 10 cm 2 / s. The screed speed means a speed that is pushed using a cover, and if the screed speed is less than 5 cm 2 / s under the above-described concentration condition of the hybrid solution, particle array induction may not be sufficiently achieved, and more than 10 cm 2 / s. If the cross-linking between the biocompatible polymer and calcium phosphate is not induced to an optimal state, the elasticity and strength of the film may be insufficient.
상기 (c) 단계에서 상기 2가 금속 이온 용액의 농도가 0.05M 내지 5M일 수 있고, 바람직하게는 0.075M 내지 1M, 더 바람직하게는 0.1M일 수 있다. 상기 칼슘 이온은 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 용액을 경화시켜 겔화할 수 있으며, 전술한 범위의 농도를 갖는 경우 보다 신속하게 충분한 겔화 과정을 통해 필름 형태의 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 제조할 수 있다.The concentration of the divalent metal ion solution in step (c) may be 0.05M to 5M, preferably 0.075M to 1M, more preferably 0.1M. The calcium ions may be gelled by curing the biocompatible polymer-ceramic hybrid solution, and when the concentration is in the above-described range, the biocompatible polymer-ceramic hybrid film in the form of a film may be prepared through a sufficient gelling process more rapidly. .
상기 (c) 단계에서 제조된 겔 내에서 상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)가 상기 2가 금속 이온과 가교결합될 수 있다. 이 때, 상기 2가 금속 이온은 Ca2 +, Be2 +, Mg2 +, Sr2 +, Ba2 +, Ra2 + 또는 이들의 조합일 수 있으나, 바람직하게는 칼슘 이온(Ca2 +)일 수 있다. 상기 알지네이트의 카르복시기와 2가 금속 이온 간 가교결합은 이온결합일 수 있으며, 이를 통해 하이브리드 용액을 겔화할 수 있다.In the gel prepared in step (c), a carboxyl group of the alginate may be crosslinked with the divalent metal ion. Here, the divalent metal ion is Ca 2 +, Be 2 +, Mg 2 +, Sr 2 +, Ba 2 +, Ra 2 +, or a combination thereof, but preferably calcium ions (Ca 2 +) Can be. Crosslinking between the carboxyl group and the divalent metal ion of the alginate may be an ionic bond, thereby gelating the hybrid solution.
상기 (c) 단계의 겔화 공정은 0.1분 내지 30분, 1분 내지 25분 또는 3분 내지 15분 동안 수행될 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 5분 내지 10분 동안 수행될 수 있다.The gelling process of step (c) may be performed for 0.1 minutes to 30 minutes, 1 minute to 25 minutes or 3 minutes to 15 minutes, but is not particularly limited thereto, preferably 5 minutes to 10 minutes. Can be.
상기 (c) 단계 이후, 상기 겔을 건조시킨 후 지지체로부터 분리함으로써 최종적으로 탄성 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 수득할 수 있다. 구체적으로 상기 건조는 진공 오븐에서 약 48시간 동안 수행될 수 있다.After the step (c), the gel may be dried and separated from the support to finally obtain an elastomeric polymer-ceramic hybrid film. Specifically, the drying may be performed in a vacuum oven for about 48 hours.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기술된 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples are described for the purpose of illustrating the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.
제조예Production Example 1: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A1)의 제조 1: Preparation of biocompatible polymer-ceramic mixed suspension (A1)
Figure PCTKR2017004047-appb-I000001
-삼인산칼슘(
Figure PCTKR2017004047-appb-I000002
-TCP) 분말은 공지된 방법에 따라 제조하였다(Kim HW. et al., J Mater Sci Mater Med, 2010, 21, 3019-27). 먼저, 상업용 탄산 칼슘(Sigma Aldrich)과 무수 제2인산 칼슘(Sigma Aldrich)을 혼합한 후, 약 3시간 동안 약 1400℃에서 가열하여 반응시킨 다음, 공기 중에서 급냉시켜
Figure PCTKR2017004047-appb-I000003
-TCP상을 분말 형태로 형성시켰다. 상기 형성된
Figure PCTKR2017004047-appb-I000004
-TCP 분말을 볼(ball)에 의해 밀링한 다음 약 150㎛ 체에 내린 다음, 진공 상태에서 별도로 보관하였다.
Figure PCTKR2017004047-appb-I000001
Calcium triphosphate (
Figure PCTKR2017004047-appb-I000002
TCP) Powders were prepared according to known methods (Kim HW. Et al., J Mater Sci Mater Med , 2010, 21, 3019-27). First, commercial calcium carbonate (Sigma Aldrich) and anhydrous dibasic calcium phosphate (Sigma Aldrich) are mixed, reacted by heating at about 1400 ° C. for about 3 hours, and then quenched in air.
Figure PCTKR2017004047-appb-I000003
The TCP phase was formed into a powder form. Formed
Figure PCTKR2017004047-appb-I000004
The TCP powder was milled by ball and then poured into a sieve of about 150 μm and stored separately in vacuum.
또한, 0.3g의 소듐 알지네이트를 5㎖의 2차 증류수(distilled deionized water, D.D.W)에 용해시켜 6% 소듐 알지네이트 용액을 제조하였다.Further, 0.3 g of sodium alginate was dissolved in 5 ml of distilled deionized water (D.D.W) to prepare a 6% sodium alginate solution.
제조된 알지네이트 용액에 별도로 보관된 인산칼슘 분말을 20:1의 중량비로 혼합한 뒤 초음파를 인가(Sonics, Vibra Cell)하여 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A1)을 제조하였다.The calcium phosphate powder stored separately in the prepared alginate solution was mixed in a weight ratio of 20: 1, and then ultrasonic waves were applied (Sonics, Vibra Cell) to prepare a polymer-ceramic mixed suspension (A1).
제조예Production Example 2: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A2)의 제조 2: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A2)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 15:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A2)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A2) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed in a weight ratio of 15: 1.
제조예Production Example 3: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A3)의 제조 3: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A3)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 12:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A3)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A3) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 12: 1.
제조예Production Example 4: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A4)의 제조 4: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A4)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 10:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A4)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A4) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 10: 1.
제조예Production Example 5: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A5)의 제조 5: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A5)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 8:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A5)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A5) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 8: 1.
제조예Production Example 6: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액( A6)의 제조 6: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A6)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 5:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A6)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A6) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 5: 1.
제조예Production Example 7: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A7)의 제조 7: Preparation of biocompatible polymer-ceramic mixed suspension (A7)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 3:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A7)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A7) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 3: 1.
제조예Production Example 8: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A8)의 제조 8: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A8)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 2:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A8)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A8) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 2: 1.
제조예Production Example 9: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A9)의 제조 9: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A9)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A9)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A9) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 1.
제조예Production Example 10: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A10)의 제조 10: Preparation of biocompatible polymer-ceramic mixed suspension (A10)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:2의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A10)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A10) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 2.
제조예Production Example 11: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A11)의 제조 11: Preparation of biocompatible polymer-ceramic mixed suspension (A11)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:3의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A11)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A11) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 3.
제조예Production Example 12: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A12)의 제조 12: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A12)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:4의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A12)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A12) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 4.
제조예Production Example 13: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A13)의 제조 13: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A13)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:6의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A13)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A13) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 6.
제조예Production Example 14: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A14)의 제조 14: Preparation of biocompatible polymer-ceramic mixed suspension (A14)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:8의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A14)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A14) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 8.
제조예Production Example 15: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A15)의 제조 15: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A15)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:10의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A15)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A15) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1:10.
제조예Production Example 16: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A16)의 제조 16: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A16)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:12의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A16)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A16) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1:12.
제조예Production Example 17: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A17)의 제조 17: Preparation of biocompatible polymer-ceramic mixed suspension (A17)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:14의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A17)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A17) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1:14.
제조예Production Example 18: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A18)의 제조 18: Preparation of Biocompatible Polymer-Ceramic Mix Suspension (A18)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:16의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A18)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A18) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1:16.
제조예Production Example 19: 생체적합성 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A19)의 제조 19: Preparation of biocompatible polymer-ceramic mixed suspension (A19)
알지네이트 용액 및 인산칼슘 분말을 1:120의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자-세라믹 혼합 현탁액(A19)을 제조하였다.A polymer-ceramic mixed suspension (A19) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the alginate solution and the calcium phosphate powder were mixed at a weight ratio of 1: 120.
제조예Production Example 20: 생체적합성 고분자 현탁액(B1)의 제조 20: Preparation of Biocompatible Polymer Suspension (B1)
인산칼슘 분말을 포함하지 않은 점을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일하게 고분자 현탁액(B1)을 제조하였다.A polymer suspension (B1) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the calcium phosphate powder was not included.
실시예Example 1: 생체적합성 고분자-세라믹  1: Biocompatible Polymer-Ceramic 하이브리드hybrid 필름의 제조 Manufacture of film
먼저, 상기 제조예 1에서 제조된 현탁액(A1)을 슬라이드글라스(7.5×2.5㎠)에 도포한 뒤, 7.4±0.5㎠/s의 속도로 스크리딩 공정을 수행하여 입자의 배열을 유도하였다. 이후, 상기 슬라이드글라스를 0.1M의 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 30분 동안 침지하여 이온 가교결합을 형성시킴으로써 하이드로겔을 제조하였다. 이후, 상기 하이드로겔을 슬라이드글라스로부터 분리하고 증류수로 3회 세척한 뒤, 별도의 슬라이드글라스 상에서 48시간 동안 진공 오븐 건조시킴으로써 생체적합성 고분자-세라믹 하이브리드 필름을 제조하였다.First, the suspension (A1) prepared in Preparation Example 1 was applied to a slide glass (7.5 × 2.5 cm 2), and then subjected to a screening process at a rate of 7.4 ± 0.5 cm 2 / s to induce particle arrangement. Thereafter, the hydrogel formed by the ion cross-linking the slide glass was immersed for 30 min in the calcium chloride (CaCl 2) solution of 0.1M was prepared. Thereafter, the hydrogel was separated from the slide glass, washed three times with distilled water, and then dried in a vacuum oven for 48 hours on a separate slide glass to prepare a biocompatible polymer-ceramic hybrid film.
실시예Example 2 내지 19 및  2 to 19 and 비교예Comparative example : 생체적합성 필름의 제조: Preparation of biocompatible film
상기 제조예에 따라 제조된 현탁액의 종류를 하기 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 생체적합성 필름을 제조하였다.A biocompatible film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the kind of the suspension prepared according to the Preparation Example was adjusted as shown in Table 1 below.
Figure PCTKR2017004047-appb-I000005
Figure PCTKR2017004047-appb-I000005
Figure PCTKR2017004047-appb-I000006
Figure PCTKR2017004047-appb-I000006
실험예Experimental Example 1:  One: 하이브리드hybrid 필름의 외형 관찰 및 간이 평가 Observation and Simple Evaluation of Film
상기 실시예 1~19 및 비교예에서 제조된 생체적합성 필름을 육안으로 관찰하고, 탄성 평가 및 기계적 물성을 평가하였다. 탄성 평가의 경우 도 1에서 확인할 수 있는 방법으로 간이적인 실험을 통하여 진행하였고, 기계적 물성 평가의 경우 도 2에서 확인할 수 있는 방식으로 간이적인 실험을 통하여 하기 기준으로 평가하였다.The biocompatible films prepared in Examples 1 to 19 and Comparative Examples were visually observed, and elasticity evaluation and mechanical properties were evaluated. In the case of the evaluation of elasticity was carried out through a simple experiment in the method that can be confirmed in Figure 1, in the case of mechanical properties evaluation was evaluated in the following criteria through a simple experiment in the manner that can be confirmed in FIG.
상기 각 실시예 및 비교예에 대한 탄성 물성 및 필름 형태 유지에 대한 평가 기준은 하기와 같다.Evaluation criteria for maintaining the elastic properties and film form for each of the above Examples and Comparative Examples are as follows.
<탄성 평가 기준><Elastic evaluation standard>
O: 탄성 물성을 나타내는 것으로 관찰됨O: observed to exhibit elastic properties
X: 탄성 물성을 나타내지 않는 것으로 관찰됨X: observed not to exhibit elastic properties
<기계적 물성 평가 기준><Mechanical Property Evaluation Criteria>
O: 기계적 물성을 나타내는 것으로 관찰됨(즉, 간이 실험에서 필름이 찢어지지 않고 견뎌냄)O: observed to exhibit mechanical properties (ie, the film does not tear in simple experiments)
X: 기계적 물성을 나타내지 않는 것으로 관찰됨(즉, 간이 실험에서 필름이 찢어짐)X: No observed mechanical properties (i.e. film tearing in simple experiments)
<필름 형태 유지 평가 기준><Film Form Retention Evaluation Criteria>
O: 필름 형태가 유지하는 것으로 관찰됨O: observed to retain film morphology
X: 필름 형태가 유지되지 않고, 갈라지거나 찢어짐X: Film not retained, cracked or torn
실제 관찰한 사진은 도 3 내지 도 6에 나타내었다.The photos actually observed are shown in FIGS. 3 to 6.
보다 구체적으로, 도 3은 상기 실시예 1~5 및 비교예에 대한 결과를 나타내는 사진이다. 도 4는 상기 실시예 6~9에 대한 결과를 나타내는 사진이다. 도 5는 상기 실시예 10~14 대한 결과를 나타내는 사진이다. 도 6은 상기 실시예 15~19에 대한 결과를 나타내는 사진이다.More specifically, Figure 3 is a photograph showing the results for the above Examples 1 to 5 and Comparative Examples. 4 is a photograph showing the results of Examples 6 to 9 above. 5 is a photograph showing the results for Examples 10-14. 6 is a photograph showing the results of Examples 15 to 19.
또한, 상기 평가 기준에 따라 평가한 결과는 하기 표 2와 같다.In addition, the results evaluated in accordance with the evaluation criteria are shown in Table 2 below.
Figure PCTKR2017004047-appb-I000007
Figure PCTKR2017004047-appb-I000007
Figure PCTKR2017004047-appb-I000008
Figure PCTKR2017004047-appb-I000008
또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름이 12일이 경과된 후에도 필름 형태를 유지하고 있음을 보여주는 사진이다.In addition, Figure 7 is a photograph showing that the polymer-ceramic hybrid film according to an embodiment of the present invention maintains the film form after 12 days have elapsed.
상기 표 2 및 도 3 내지 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고분자-세라믹 하이브리드 필름은 생체적합성 고분자인 알지네이트와 삼인산칼슘 간 혼합비를 조절함으로써 탄성 및 기계적 물성을 제어할 수 있으면서도 장기간 필름 형태를 유지할 수 있다. 따라서, 상기 하이브리드 필름은 의료용 패치, 치과용 인상재나 임플란트 소재와 같은 의료용 소재뿐만 아니라, 약물전달체, 인공연골 등에도 적용이 가능하고, 화장품 용기, 농업용 생분해성 소재, 식품포장용기 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 나아가, 상기 하이브리드 필름 제조 과정에서 수득할 수 있는 하이드로겔은 3D 프린팅용 소재로서 매우 유용하게 활용될 수 있다.As can be seen in Table 2 and FIGS. 3 to 7, the polymer-ceramic hybrid film according to the embodiment of the present invention can control elasticity and mechanical properties by controlling a mixing ratio between alginate and calcium triphosphate, which are biocompatible polymers. It can keep the film form for a long time. Therefore, the hybrid film can be applied not only to medical materials such as medical patches, dental impression materials or implant materials, but also to drug carriers, artificial cartilage, etc., and to be applied to various fields such as cosmetic containers, agricultural biodegradable materials, and food packaging containers. Can be. Furthermore, the hydrogel obtained in the hybrid film manufacturing process may be very useful as a material for 3D printing.
실험예Experimental Example 2:  2: 하이브리드hybrid 필름의 분자 구조 특성 확인 Check the molecular structure of the film
상기 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15에 따른 하이브리드 필름의 분자 구조 특성을 확인하기 위해, ATR-FTIR, 13C NMR, XRD 및 TGA 분석을 수행하였다. 소듐 알지네이트, 삼인산칼슘 및 각 하이브리드 필름의 ATR-FTIR 스펙트라는 ATR-FTIR 분광기(Travel IR, Smiths Detection)를 이용하여 650㎝-1 내지 4000㎝-1 파장 영역에서 측정하였다. 소듐 알지네이트 및 각 하이브리드 필름의 13C NMR 분석은 NMR 분광기(DD2 700, Agilent technologies)를 이용하여 수행하였고, 이들의 XRD 분석은 X-선회절분석기(Bruker DE/D8 Advance, Bruker)를 이용하여 수행하였다. 또한, 소듐 알지네이트 및 각 하이브리드 필름의 TGA 분석은 열중량분석기(DTG-60, Shimadzu)를 이용하여 수행하였다. 모든 분석은 질소 분위기 하에서 5℃/min의 스캔 속도로 수행하였다. 상기 ATR-FTIR, 13C NMR, XRD 및 TGA 분석 결과는 각각 도 9 내지 도 12에 나타내었다.ATR-FTIR, 13 C NMR, XRD and TGA analysis were performed to confirm molecular structure characteristics of the hybrid films according to Examples 4, 8 and 15. Sodium alginate, calcium triphosphate and ATR-FTIR spectra of each hybrid film were measured in the 650 cm -1 to 4000 cm -1 wavelength range using an ATR-FTIR spectrometer (Travel IR, Smiths Detection). 13 C NMR analysis of sodium alginate and each hybrid film was performed using an NMR spectrometer (DD2 700, Agilent technologies), and their XRD analysis was performed using an X-ray diffractometer (Bruker DE / D8 Advance, Bruker). It was. In addition, TGA analysis of sodium alginate and each hybrid film was performed using a thermogravimetric analyzer (DTG-60, Shimadzu). All analyzes were performed at a scan rate of 5 ° C./min under a nitrogen atmosphere. The ATR-FTIR, 13 C NMR, XRD and TGA analysis results are shown in FIGS. 9 to 12, respectively.
도 9의 ATR-FTIR 결과를 참고하면, 소듐 알지네이트에 비해 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15의 하이브리드 필름에서 1600㎝-1 및 1405㎝-1의 카르복시산 신호 강도가 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 칼슘 이온이 알지네이트의 카르복시기와 가교결합(이온결합)을 형성하였기 때문인 것으로 분석된다. 또한, 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15에서 하이드록시기를 나타내는 3245㎝-1 주변의 넓은 신호 강도는 알지네이트의 하이드록시기와 삼인산칼슘이 가교결합(수소결합)을 형성하였음을 나타낸다.Referring to the ATR-FTIR results of FIG. 9, it can be seen that the carboxylic acid signal strengths of 1600 cm −1 and 1405 cm −1 decrease rapidly in the hybrid films of Examples 4, 8, and 15 compared to sodium alginate. This is due to the fact that the calcium ions formed a crosslink (ion bond) with the carboxyl group of the alginate. Further, in Examples 4, 8 and 15, the broad signal intensity around 3245 cm −1 representing the hydroxy group indicates that the hydroxy group of the alginate and calcium triphosphate formed a crosslink (hydrogen bond).
도 10의 13C NMR 결과를 참고하면, 소듐 알지네이트의 카보닐 탄소의 존재를 나타내는 176.4 ppm 신호의 경우, 삼인산칼슘과 혼합 시 그 강도가 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 알지네이트의 카르복시기와 칼슘 이온 간에 가교결합(이온결합)을 형성하였음을 알 수 있다.Referring to the 13 C NMR results of FIG. 10, in the case of the 176.4 ppm signal indicating the presence of carbonyl carbon in sodium alginate, the strength decreases when mixed with calcium triphosphate. It can be seen that a crosslink (ion bond) was formed in the liver.
도 11의 XRD 결과를 참고하면, 알지네이트의 존재를 나타내는 2θ=13.7°에서의 신호의 경우, 삼인산칼슘과 혼합 및 농도 증가에 따라 그 강도가 점차 감소하여 알지네이트의 결정성이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 알지네이트와 삼인산칼슘 간에 우수한 혼화성이 있음을 암시한다. 또한, 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15의 결과를 살펴보면, 삼인산칼슘의 농도가 증가할수록 그 신호 강도 또한 증가하는 것을 확인할 수 있고, 이러한 결과는 삼인산칼슘은 결정성이 유지되어 하이브리드 필름의 기계적 물성에 영향을 미칠 것으로 분석된다.Referring to the XRD results of FIG. 11, in the case of a signal at 2θ = 13.7 ° indicating the presence of alginate, the strength gradually decreases with mixing and increasing concentration of calcium triphosphate, thereby decreasing the crystallinity of alginate. . These results suggest that there is good miscibility between alginate and calcium triphosphate. In addition, looking at the results of Examples 4, 8 and 15, it can be seen that as the concentration of calcium triphosphate increases, the signal intensity also increases, and these results indicate that calcium triphosphate is maintained in crystallinity. It is analyzed to affect the mechanical properties.
도 12의 TGA 결과를 참고하면, 알지네이트의 중량 손실 영역 중 사슬의 결합이 끊어지는 2번째 영역(186℃ 내지 377℃)이 열 안정성과 연관성이 있으며, 하이브리드 필름의 경우 해당 영역이 182℃ 내지 407℃에서 형성되고 삼인산칼슘의 함량이 증가할수록 중량손실율 또한 감소하는 것을 확인하였다. 이를 통해, 삼인산칼슘이 알지네이트의 열 안정성을 향상시킴을 알 수 있다.Referring to the TGA results of FIG. 12, a second region (186 ° C. to 377 ° C.) in which the chain is broken in the weight loss region of alginate is associated with thermal stability, and in the case of a hybrid film, the corresponding region is 182 ° C. to 407. It was confirmed that the weight loss rate also decreased as the content of calcium triphosphate was formed at ℃. Through this, it can be seen that calcium triphosphate improves the thermal stability of alginate.
한편, 상기 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15의 하이브리드 필름의 표면 특성을 관찰하기 위해 SEM(TESCAN VEGA3, Tescan)을 이용하여 각 필름의 표면을 관찰하였고, FESEM(JSM-6700F, JEOL)을 이용하여 단면적을 관찰하였으며, 그 결과를 도 13a 내지 도 13f에 나타내었다. 도13a, 도13b 및 도13c는 각각 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15의 SEM 이미지를 나타낸 것이고, 도 13d, 도 13e 및 도13f는 각각 이들의 FESEM 이미지를 나타낸 것이다.On the other hand, in order to observe the surface properties of the hybrid film of Example 4, Example 8 and Example 15 was observed the surface of each film by using SEM (TESCAN VEGA3, Tescan), FESEM (JSM-6700F, JEOL) The cross-sectional area was observed using, and the results are shown in FIGS. 13A to 13F. 13A, 13B, and 13C show SEM images of Example 4, 8, and 15, respectively, and FIGS. 13D, 13E, and 13F show their FESEM images, respectively.
도 13a 내지 도 13f를 참고하면, 삼인산칼슘의 함량이 증가는 알지네이트와의 가교결합을 증가시켜 상기 알지네이트 표면에 삼인산칼슘 입자가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.13A to 13F, the increase in the content of calcium triphosphate increases the crosslinking with the alginate, it can be seen that the calcium triphosphate particles appear clearly on the surface of the alginate.
실험예Experimental Example 3:  3: 하이브리드hybrid 필름의 기계적 물성 평가 Evaluation of Mechanical Properties of Films
상기 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15에 따른 하이브리드 필름의 기계적 물성을 평가하기 위해 25℃, 60-65%의 습도 조건 하에서 ASTM 규격에 따라 피로시험기(E3000LT, INSTRON)를 이용하여 인장강도와 연신율을 측정하였다. 구체적으로, 각각의 하이브리드 필름을 스트립(5×1㎠) 형태로 절삭하고, 이에 그립을 형성하여 테스트 시편을 제작하였다. 시편의 표점간거리(gage length)와 그립 간의 거리를 15㎜ 및 20㎜로 설정하고, 크로스헤드 속도를 1㎜/s로 설정하였다. 측정 결과는 하기 표 3에 나타내었고, 인장강도와 연신율 간의 관계를 도 14에 나타내었다.Tensile strength using a fatigue tester (E3000LT, INSTRON) according to ASTM standards under humidity conditions of 25 ℃, 60-65% to evaluate the mechanical properties of the hybrid film according to Examples 4, 8 and 15 And elongation were measured. Specifically, each hybrid film was cut into strips (5 × 1 cm 2), and grips were formed to prepare test specimens. The gage length of the specimen and the distance between the grips were set to 15 mm and 20 mm, and the crosshead speed was set to 1 mm / s. The measurement results are shown in Table 3 below, and the relationship between tensile strength and elongation is shown in FIG. 14.
Figure PCTKR2017004047-appb-I000009
Figure PCTKR2017004047-appb-I000009
Figure PCTKR2017004047-appb-I000010
Figure PCTKR2017004047-appb-I000010
상기 표 3 및 도 14를 참고하면, 실시예 4와 실시예 8의 하이브리드 필름의 연신율과 인장강도는 유사한 수준으로 나타났으며, 이는 실시예 15의 연신율과 인장강도에 비해 모두 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 결과는 실시예 4 및 실시예 8의 하이브리드 필름이 우수한 탄성을 나타내어 치과용 탄성 인상재 등의 의료용 소재나 식품포장용기에 활용될 수 있음을 나타낸다.Referring to Table 3 and FIG. 14, the elongation and tensile strength of the hybrid films of Examples 4 and 8 were found to be at similar levels, indicating that both of the elongation and tensile strength of Example 15 were higher. You can check it. These results indicate that the hybrid films of Examples 4 and 8 exhibit excellent elasticity and can be utilized in medical materials or food packaging containers such as dental elastic impression materials.
한편, 실시예 15에 따른 하이브리드 필름의 인장강도 값이 낮게 측정된 것은 낮은 연신율로 인해 시편이 쉽게 끊어져 인장 하중을 더욱 인가할 수 없었던 데 따른 것으로 분석된다. 따라서, 실시예 15의 하이브리드 필름은 탄성이 요구되지 않고 기계적 물성만이 요구되는 식품포장용기 등에 유용하게 적용될 수 있다.On the other hand, the low tensile strength value of the hybrid film according to Example 15 was analyzed due to the fact that the specimen was easily broken due to the low elongation and thus could not be applied to the tensile load. Therefore, the hybrid film of Example 15 may be usefully applied to food packaging containers and the like, which do not require elasticity and require only mechanical properties.
실험예Experimental Example 4:  4: 하이브리드hybrid 필름의 수분함량, 팽윤도 및 내수성 평가 Evaluation of water content, swelling degree and water resistance of film
상기 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15에 따른 하이브리드 필름의 수분에 대한 특성을 확인하기 위해 수분함량(moisture content), 팽윤도(swelling) 및 내수성(water resistance)을 평가하였다. 하이브리드 필름의 수분함량, 팽윤도 및 내수성 특성에 따라 필름의 내부에 담지된 물질, 예를 들어 약물의 방출 특성이 달라질 수 있으므로 이에 대한 간접적 지표로 활용할 수 있다.Moisture content, swelling and water resistance were evaluated to confirm the moisture properties of the hybrid films according to Examples 4, 8 and 15. Depending on the moisture content, swelling degree and water resistance characteristics of the hybrid film, the release properties of the material, for example, the drug contained in the film may be used as an indirect indicator for this.
먼저, 각 하이브리드 필름을 절삭하여 건조시킨 시편(4×2㎠)을 칭량한 뒤 25℃, 60-65%의 상대습도 조건 하에서 7일 동안 공기 중에 방치하였다. 24시간 후 각각의 시편을 칭량하고, 하기 수학식 1을 통해 수분 함량(%)을 계산하였으며, 그 결과를 도 15a에 나타내었다.First, each of the hybrid films were cut and dried to weigh a specimen (4 × 2 cm 2), and then left in air for 7 days under a relative humidity of 25 ° C. and 60-65%. After 24 hours, each specimen was weighed, and the moisture content (%) was calculated through Equation 1 below, and the results are shown in FIG. 15A.
[수학식 1][Equation 1]
수분함량(%) = (방치 전 시편의 중량 / 방치 후 시편의 중량)×100(%)Moisture content (%) = (weight of specimen before standing / weight of specimen after standing) × 100 (%)
도 15a를 참고하면, 삼인산칼슘의 함량이 증가할수록 하이브리드 필름의 수분함량은 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 삼인산칼슘의 함량이 증가함에 따라 알지네이트의 사슬 내 수분을 수용할 수 있는 공간이 감소할 뿐만 아니라, 친수성 하이드록시기의 함량 또한 감소하기 때문인 것으로 분석된다.Referring to Figure 15a, it can be seen that the water content of the hybrid film decreases as the content of calcium triphosphate increases. This is because the increase in the content of calcium triphosphate decreases the space for accommodating water in the chain of alginate, and also decreases the content of hydrophilic hydroxyl groups.
또한, 상기 각각의 건조 시편(4×2㎠)을 50㎖ 증류수에 침지시킨 후 25℃에서 24시간 동안 보관하였다. 1시간 경과 후 침지된 각 시편을 꺼낸 뒤 수분을 제거하고, 중량이 평형상태에 이를 때까지 칭량하였다. 팽윤도(%)는 하기 수학식 2를 통해 계산하였으며, 그 결과를 도 15b에 나타내었다.Further, each of the dried specimens (4 × 2 cm 2) was immersed in 50 ml distilled water and stored at 25 ° C. for 24 hours. After 1 hour, each of the immersed specimens was taken out to remove moisture, and weighed until the weight reached equilibrium. Swelling degree (%) was calculated through the following equation (2), the results are shown in Figure 15b.
[수학식 2][Equation 2]
팽윤도(%) = [(침지 후 시편의 중량 - 침지 전 시편의 중량) / 침지 전 시편의 중량] × 100(%)Swelling degree (%) = [(weight of specimen after immersion-weight of specimen before immersion) / weight of specimen before immersion] × 100 (%)
도 15b를 참고하면, 삼인산칼슘의 함량이 증가할수록 팽윤도는 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 삼인산칼슘이 친수성 작용기인 하이드록시기와 결합하여 분자의 친수성을 저하시키고, 알지네이트 사슬의 내부 공간을 감소시키기 때문인 것으로 분석된다.Referring to Figure 15b, it can be seen that the swelling degree decreases as the content of calcium triphosphate increases. This is due to the fact that calcium triphosphate binds to the hydroxy group, which is a hydrophilic functional group, thereby lowering the hydrophilicity of the molecule and reducing the internal space of the alginate chain.
마지막으로, 사전 칭량된 각각의 건조 시편(4×2㎠)을 50㎖ 증류수에 침지시킨 후 25℃에서 100rpm의 회전속도로 7일 동안 교반하였다. 24시간, 72시간 및 268시간 후, 각각의 시편을 증류수로부터 꺼내고 40℃에서 48시간 동안 건조시킨 후 칭량하였다. 내수성은 하기 수학식 3을 통해 계산되는 중량감소율(%)을 통해 측정하였으며, 그 결과를 도 15c에 나타내었다.Finally, each pre-weighed dry specimen (4 × 2 cm 2) was immersed in 50 ml distilled water and stirred at 25 ° C. at a rotational speed of 100 rpm for 7 days. After 24 hours, 72 hours and 268 hours, each specimen was removed from distilled water, dried at 40 ° C. for 48 hours and then weighed. Water resistance was measured through a weight loss rate (%) calculated through Equation 3 below, and the results are shown in FIG. 15C.
[수학식 3][Equation 3]
중량감소율(%) = [(최초 건조 시편 중량 - 최종 건조 시편 중량) / 최초 건조 시편 중량] × 100(%)% Reduction = [(initial dry specimen weight-final dry specimen weight) / initial dry specimen weight] × 100 (%)
도 15c를 참고하면, 삼인산칼슘의 함량이 증가할수록 중량감소율이 낮아져 내수성이 향상됨을 알 수 있다. 이는 알지네이트 표면에 존재하는 삼인산칼슘이 수분의 투과를 효과적으로 차단하기 때문인 것으로 분석된다.Referring to Figure 15c, it can be seen that as the content of calcium triphosphate increases, the weight reduction rate is lowered to improve the water resistance. This is because calcium triphosphate present on the alginate surface effectively blocks the penetration of moisture.
위와 같은 결과는 필름 내 삼인산칼슘 함량을 조절함으로써 물질의 출입 속도, 구체적으로 약물방출성을 조절할 수 있음을 암시한다.The above results suggest that by controlling the calcium triphosphate content in the film it can control the entry and exit rate, specifically drug release properties.
실험예Experimental Example 5:  5: 하이브리드hybrid 필름의 광학 특성 평가 Evaluation of Optical Properties of Films
상기 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15에 따른 하이브리드 필름의 광학 특성을 평가하기 위해 불투명도(opacity) 및 광투과율(light transmittance)을 측정하였다. 구체적으로, 각각의 하이브리드 필름을 절삭하여 정사각형의 시편(2×1㎠)을 제작하였고, 공기 분위기 하 200㎚ 내지 800㎚ 파장 영역에서 UV-Vis 분광광도계를 이용하여 각 시편의 흡광도 및 투과율(%)을 측정하였다.Opacity and light transmittance were measured to evaluate the optical properties of the hybrid films according to Examples 4, 8 and 15. Specifically, square specimens (2 × 1 cm 2) were prepared by cutting each hybrid film, and the absorbance and transmittance (%) of each specimen was measured using a UV-Vis spectrophotometer in the wavelength range of 200 nm to 800 nm under an air atmosphere. ) Was measured.
불투명도는 하기 수학식 4를 통해 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 4 및 도 16a 및 도 16b에 나타내었다. 도 16a는 투과율(%)과 파장 간의 관계를 나타낸 것이며, 도 16b는 흡광도와 파장 간의 관계를 나타낸 것이다.The opacity was calculated through Equation 4 below, and the results are shown in Table 4 and FIGS. 16A and 16B. FIG. 16A shows the relationship between transmittance (%) and wavelength, and FIG. 16B shows the relationship between absorbance and wavelength.
[수학식 4][Equation 4]
불투명도(%) = (600㎚에서의 흡광도 / 필름의 두께) × 100(%)Opacity (%) = (absorbance at 600 nm / film thickness) x 100 (%)
Figure PCTKR2017004047-appb-I000011
Figure PCTKR2017004047-appb-I000011
Figure PCTKR2017004047-appb-I000012
Figure PCTKR2017004047-appb-I000012
상기 표 4 및 도 16a 및 16b를 참고하면, 실시예 8과 실시예 15의 하이브리드 필름은 유사한 수준의 광투과율을 나타내었으며, 알지네이트만을 포함하는 필름이나 실시예 4의 하이브리드 필름에 비해 높은 불투명도, 낮은 광투과율을 나타냄을 확인하였다.Referring to Table 4 and FIGS. 16A and 16B, the hybrid films of Examples 8 and 15 exhibited similar levels of light transmittance, and have a higher opacity and a lower level than those of the hybrid film of Example 4 or a film containing only alginate. It was confirmed that the light transmittance is shown.
이에 따라, 상기 실시예 8 및 실시예 15의 하이브리드 필름이 식품포장용기로 적용되는 경우, 빛을 차단하여 자외선으로부터 지방 등의 영양소가 파괴되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 특히 실시예 15의 경우 그 효과가 더욱 우수함을 알 수 있다.Accordingly, when the hybrid films of Example 8 and Example 15 are applied to food packaging containers, it is possible to effectively prevent the destruction of nutrients such as fat from ultraviolet rays by blocking the light, especially in the case of Example 15 It can be seen that the effect is more excellent.
실험예Experimental Example 6: pH 조건에 따른  6: according to pH conditions 하이브리드hybrid 필름의 팽윤도 평가 Swelling degree evaluation of the film
하이브리드 필름의 팽윤도가 pH 조건에 따라 달라지는지 확인하기 위해, 상기 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15의 하이브리드 필름에 대해 pH 조건을 달리하면서 상기 실험예 4와 동일한 방법으로 팽윤도(%)를 산출하였으며, 그 결과를 도 17a, 17b 및 17c에 나타내었다.In order to check whether the swelling degree of the hybrid film varies depending on the pH conditions, the swelling degree (%) was changed in the same manner as in Experiment 4 while varying the pH conditions for the hybrid films of Examples 4, 8 and 15. It was calculated and the results are shown in Figs. 17a, 17b and 17c.
도 17a, 17b 및 17c를 참고하면, 모든 하이브리드 필름에서 pH에 의존적으로 팽윤도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 pH 증가에 따른 칼슘 이온-염기 간 결합 증가가 칼슘 이온-카르복시산 간의 가교결합을 파괴하여 필름 내부 공간이 증가할 뿐만 아니라, 해리된 친수성 카르복시산 음이온이 물 분자와 결합을 형성하기 때문인 것으로 분석된다.Referring to Figure 17a, 17b and 17c, it can be seen that the degree of swelling increases depending on the pH in all the hybrid film. This is because an increase in the intercalation between calcium ions and carboxylic acids increases the internal space of the film by increasing the calcium ion-base bond with increasing pH, and the dissociated hydrophilic carboxylic anion forms a bond with the water molecule.
이와 같은 결과를 통해 pH가 높은 조건에서 하이브리드 필름의 약물 방출속도가 증가하고 pH가 낮은 환경에서는 약물 방출속도가 감소할 것으로 예상할 수 있고, 이러한 특성을 고려하여 하이브리드 필름의 선택적 적용 가능성을 기대할 수 있다.These results suggest that the drug release rate of the hybrid film may be increased in high pH conditions and the drug release rate may be decreased in low pH environments. In view of these characteristics, the possibility of selective application of the hybrid film may be expected. have.
실험예Experimental Example 7:  7: 하이브리드hybrid 필름의 약물방출성 평가 Drug release evaluation of film
상기 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15의 하이브리드 필름의 약물 방출성을 평가하기 위해, 각각의 하이브리드 필름 제조 과정에서 하이드로겔을 수득하여 BSA(bovine serum albumin), TCN(tetracycline) 및 DMOG(dimethyloxalyglycine)과 혼합하여 겔 비드(gel bead)를 제조하였다.In order to evaluate the drug release properties of the hybrid films of Examples 4, 8 and 15, hydrogels were obtained in each hybrid film manufacturing process to obtain bovine serum albumin (BSA), tetracycline (TCN), and DMOG ( Gel beads were prepared by mixing with dimethyloxalyglycine.
구체적으로, 각각의 하이드로겔과 각각의 약물(BSA, TCN 및 DMOG)을 증류수에 투입하고 25℃에서 초음파를 인가하여 혼합하였다. 상기 BSA, TCN 및 DMOG는 각각 4.9×10-6mol 농도로 0.165g의 하이드로겔과 혼합하였으며, 0.1M의 염화칼슘(CaCl2)을 포함하는 바이알에 투입한 뒤 30분 동안 초음파를 인가하여 가교결합시켰다. 이후, 각 바이알의 내용물을 48시간 동안 동결건조시켜 약물의 종류 및 알지네이트와 삼인산칼슘의 함량이 상이한 겔 비드를 수득하였다.Specifically, each hydrogel and each drug (BSA, TCN and DMOG) was added to distilled water and mixed by applying ultrasonic at 25 ℃. The BSA, TCN, and DMOG were respectively mixed with 0.165 g of hydrogel at a concentration of 4.9 × 10 −6 mol, and added to a vial containing 0.1 M of calcium chloride (CaCl 2 ) and crosslinked by applying ultrasonic waves for 30 minutes. I was. Thereafter, the contents of each vial were lyophilized for 48 hours to obtain gel beads having different kinds of drugs and contents of alginate and calcium triphosphate.
BSA, TCN 및 DMOG에 대한 겔 비드의 약물방출성을 평가하기 위해 pH를 달리하면서 37℃에서 UV-Vis 분광광도계(BioMate 3S, Thermo Scientific)를 이용하여 분석하였다. 구체적으로, 각각의 겔 비드를 10㎖ 증류수에 용해시킨 후, 용액의 UV-Vis 스펙트라를 기록하고 분광학적으로 계산하여 약물방출성(%)을 도출하였다.To evaluate the drug release properties of gel beads against BSA, TCN and DMOG, they were analyzed using a UV-Vis spectrophotometer (BioMate 3S, Thermo Scientific) at 37 ° C. with varying pH. Specifically, after dissolving each gel bead in 10 ml distilled water, the UV-Vis spectra of the solution was recorded and spectroscopically calculated to derive the drug release (%).
상기 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 15에 따른 하이브리드 필름의 BSA에 대한 결과는 각각 도 18a, 18b 및 18c에 나타내었고, TCN에 대한 결과는 각각 도 19a, 19b 및 19c에 나타내었으며, DMOG에 대한 결과는 각각 도 20a, 20b 및 20c에 나타내었다.The results for the BSA of the hybrid film according to Examples 4, 8 and 15 are shown in FIGS. 18A, 18B and 18C, respectively, and the results for TCN are shown in FIGS. 19A, 19B and 19C, respectively, and DMOG. Results for are shown in Figures 20a, 20b and 20c, respectively.
도 18a, 18b, 18c, 19a, 19b, 19c, 20a, 20b 및 20c를 참고하면, BSA, TCN, DMOG 모두 pH가 증가할수록 약물방출 속도가 증가하고, 삼인산칼슘 함량이 증가할수록 약물방출 속도가 감소되는 것을 확인하였다.Referring to Figures 18a, 18b, 18c, 19a, 19b, 19c, 20a, 20b and 20c, all of the BSA, TCN, DMOG increases the drug release rate with increasing pH, and decreases the drug release rate with increasing calcium triphosphate content. It confirmed that it became.
이러한 점에 비추어 볼 때, 상기 실시예 4의 하이브리드 필름은 장(intestine)과 같이 pH가 높은 조건에서 신속한 약물방출이 요구되는 환경에서 효과적이고, 실시예 8의 하이브리드 필름은 pH가 중성인 조건에서 적정 속도의 약물방출이 요구되는 환경에서 효과적이며, 실시예 15의 하이브리드 필름은 위(stomach)와 같이 pH가 산성인 조건에서 서방성 약물방출이 요구되는 환경에서 효과적임을 알 수 있다.In view of this, the hybrid film of Example 4 is effective in an environment in which rapid drug release is required at high pH conditions such as intestine, and the hybrid film of Example 8 is in a neutral pH condition. It is effective in an environment in which drug release is required at an appropriate rate, and the hybrid film of Example 15 may be effective in an environment in which sustained release drug is required in an acidic pH condition such as stomach.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the techniques described may be performed in a different order than the described method, and / or the components described may be combined or combined in a different form than the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents. Appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the following claims.

Claims (20)

  1. 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 생체적합성 고분자;Biocompatible polymers including a carboxyl group and a hydroxyl group;
    인산칼슘(calcium phosphate); 및Calcium phosphate; And
    2가 금속 이온;을 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.Polymer-ceramic hybrid film comprising a divalent metal ion.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 20:1 내지 8:1의 중량비로 혼합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.The biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 20: 1 to 8: 1, polymer-ceramic hybrid film.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 5:1 내지 1:1의 중량비로 혼합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.The biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 5: 1 to 1: 1, polymer-ceramic hybrid film.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.The biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed at a weight ratio of 1: 2 to 1:20, polymer-ceramic hybrid film.
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 생체적합성 고분자는 알지네이트(alginate)인, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.The biocompatible polymer is alginate, polymer-ceramic hybrid film.
  6. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)가 상기 인산칼슘과 가교결합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.A polymer-ceramic hybrid film, wherein the hydroxyl group of the alginate is crosslinked with the calcium phosphate.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 인산칼슘은 삼인산칼슘(TCP, tricalcium phosphate)인, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.The calcium phosphate is calcium triphosphate (TCP, tricalcium phosphate), polymer-ceramic hybrid film.
  8. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)가 상기 2가 금속 이온과 가교결합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.The polymer-ceramic hybrid film of which the carboxyl group of the alginate is crosslinked with the divalent metal ion.
  9. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 2가 금속 이온은 칼슘 이온(Ca2 +)인, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.The divalent metal ions are calcium ions (Ca 2 +), polymer-ceramic hybrid film.
  10. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    pH 의존적 약물방출성을 나타내는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름.A polymer-ceramic hybrid film, exhibiting pH dependent drug release.
  11. (a) 카르복시기(carboxyl group)와 하이드록시기(hydroxyl group)를 포함하는 생체적합성 고분자 및 인산칼슘(calcium phosphate)이 혼합된 하이브리드 용액을 제조하는 단계;(a) preparing a hybrid solution in which a biocompatible polymer including a carboxyl group and a hydroxyl group and calcium phosphate are mixed;
    (b) 상기 하이브리드 용액 내 입자의 배열을 유도하는 단계; 및(b) inducing an arrangement of particles in the hybrid solution; And
    (c) 상기 하이브리드 용액을 2가 금속 이온 용액과 혼합하는 단계;를 포함하는, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.(c) mixing the hybrid solution with a divalent metal ion solution; comprising a polymer-ceramic hybrid film.
  12. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 20:1 내지 8:1의 중량비로 혼합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.The biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 20: 1 to 8: 1, the method of producing a polymer-ceramic hybrid film.
  13. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 5:1 내지 1:1의 중량비로 혼합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.The biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 5: 1 to 1: 1, the method of producing a polymer-ceramic hybrid film.
  14. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 생체적합성 고분자 및 인산칼슘은 1:2 내지 1:20의 중량비로 혼합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.The biocompatible polymer and calcium phosphate are mixed in a weight ratio of 1: 2 to 1:20, a method for producing a polymer-ceramic hybrid film.
  15. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 생체적합성 고분자는 알지네이트(alginate)인, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.The biocompatible polymer is alginate, a method for producing a polymer-ceramic hybrid film.
  16. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 알지네이트의 하이드록시기(hydroxyl group)가 상기 인산칼슘과 가교결합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.And a hydroxyl group of the alginate is crosslinked with the calcium phosphate.
  17. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 (b) 단계는 상기 하이브리드 용액을 지지체 상에서 스크리딩(screeding)하는 것인, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.The step (b) is to scree the hybrid solution on a support (screeding), a method for producing a polymer-ceramic hybrid film.
  18. 제17항에 있어서,The method of claim 17,
    상기 스크리딩 속도는 5㎠/s 내지 10㎠/s 인, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.The screening speed is 5 cm 2 / s to 10 cm 2 / s, a method for producing a polymer-ceramic hybrid film.
  19. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 2가 금속 이온 용액의 농도가 0.05M 내지 5M인, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.Method for producing a polymer-ceramic hybrid film, the concentration of the divalent metal ion solution is 0.05M to 5M.
  20. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 알지네이트의 카르복시기(carboxyl group)가 상기 2가 금속 이온과 가교결합된, 고분자-세라믹 하이브리드 필름의 제조방법.The carboxyl group of the alginate is cross-linked with the divalent metal ion, a method for producing a polymer-ceramic hybrid film.
PCT/KR2017/004047 2016-10-06 2017-04-14 Polymer-ceramic hybrid film having mechanical properties and elasticity, and method for manufacturing same WO2018066780A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/340,068 US20200040149A1 (en) 2016-10-06 2017-04-14 Polymer-ceramic hybrid film having mechanical properties and elasticity, and method for manufacturing same

Applications Claiming Priority (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20160128802 2016-10-06
KR20160128796 2016-10-06
KR10-2016-0128807 2016-10-06
KR10-2016-0128796 2016-10-06
KR20160128807 2016-10-06
KR10-2016-0128802 2016-10-06
KR1020170027301A KR20180038355A (en) 2016-10-06 2017-03-02 Elastic polymer-ceramic hybrid film having excellent flexibility and mechanical property and method for preparation thereof
KR10-2017-0027300 2017-03-02
KR10-2017-0027301 2017-03-02
KR10-2017-0027302 2017-03-02
KR1020170027300A KR20180038354A (en) 2016-10-06 2017-03-02 Elastic polymer-ceramic hybrid film and method for preparation thereof
KR1020170027302A KR20180038356A (en) 2016-10-06 2017-03-02 Polymer-ceramic hybrid film having excellent mechanical property and method for preparation thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2018066780A2 true WO2018066780A2 (en) 2018-04-12
WO2018066780A3 WO2018066780A3 (en) 2018-08-02

Family

ID=61832018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/004047 WO2018066780A2 (en) 2016-10-06 2017-04-14 Polymer-ceramic hybrid film having mechanical properties and elasticity, and method for manufacturing same

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018066780A2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004026963A (en) * 2002-06-25 2004-01-29 Mitsui Chemicals Inc Aqueous solution of dispersed polymer compound / plate-like hydroxyapatite composite with excellent dispersion stability and its preparation process, and application
EP2093256A3 (en) * 2005-07-28 2009-10-14 Carnegie Mellon University Biocompatible polymers and methods of use
KR101360942B1 (en) * 2012-10-08 2014-02-12 조선대학교산학협력단 Cell-laden biocompatible polymer-natural biocompatible material hybrid scaffold and producing method therof
KR101657235B1 (en) * 2014-05-09 2016-09-19 서울과학기술대학교 산학협력단 Polymer-Ceramic Fusion Hybrid Gel And Method For Preparing The Same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018066780A3 (en) 2018-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. A biodegradable functional water-responsive shape memory polymer for biomedical applications
WO2013180458A1 (en) Crosslinked hydrogel for drug delivery, and method for preparing the hydrogel
WO2013077620A1 (en) Water insoluble gel composition and method for preparing same
WO2017082446A1 (en) Biodegradable polymer film and method for producing same
WO2016043547A1 (en) Tissue repair composition and preparation method therefor
WO2015099282A1 (en) Composite nonwoven fabric and preparation method therefor
WO2014092239A1 (en) Tissue sealant in which collagen and fibrin are mixed, and method for preparing same
WO2018199698A1 (en) Composition comprising fibrous acellular dermal matrix and biocompatible polymer, and method for producing same
WO2013103183A1 (en) Porous scaffold for tissue engineering and production method therefor
Narayanan et al. Preparation, characterization and in vitro biological study of silk fiber/methylcellulose composite for bone tissue engineering applications
Wang et al. Synthesis of oxidized sodium alginate and its electrospun bio-hybrids with zinc oxide nanoparticles to promote wound healing
WO2018066780A2 (en) Polymer-ceramic hybrid film having mechanical properties and elasticity, and method for manufacturing same
WO2011090255A2 (en) Highly injectable calcium-based bone cement composition
Hurtado et al. Engineering alginate hydrogel films with poly (3-hydroxybutyrate-co-3-valerate) and graphene nanoplatelets: Enhancement of antiviral activity, cell adhesion and electroactive properties
WO2013180459A2 (en) Catechol graft copolymer, copolymer composition containing crosslinked copolymer, functional adhesive matrix composition, and method for preparing same
WO2019074314A1 (en) Hydrogel comprising cross-linked product of graft copolymer and method for preparing same
WO2019156463A1 (en) Adhesion preventing film having excellent bonding strength
WO2012081944A2 (en) Dental membrane and method of manufacturing the same
KR20180038355A (en) Elastic polymer-ceramic hybrid film having excellent flexibility and mechanical property and method for preparation thereof
WO2023282658A1 (en) Composition for preparing multi-crosslinked temperature-sensitive hydrogel, and use thereof
WO2019235742A1 (en) Antibacterial agent comprising metal-organic framework compound, and antibacterial silicone and antibacterial hydrogel comprising same
WO2022154645A1 (en) Biocompatible hydrogel comprising component containing hyaluronic acid, polyethylene glycol and silicone
WO2022050695A1 (en) Extracellular matrix-supported biomimetic tissue adhesive hydrogel patch
KR102031502B1 (en) Polymer-ceramic hybrid film having excellent mechanical property and method for preparation thereof
WO2014193163A1 (en) An injectable composition for bone defects and a preparation method thereof

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: 17858575

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17858575

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2