WO2023224197A1 - 삼중 주기적 최소곡면 구조 중 자이로이드 형태가 적용된 마이크로 구조체 - Google Patents

삼중 주기적 최소곡면 구조 중 자이로이드 형태가 적용된 마이크로 구조체 Download PDF

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WO2023224197A1
WO2023224197A1 PCT/KR2022/019257 KR2022019257W WO2023224197A1 WO 2023224197 A1 WO2023224197 A1 WO 2023224197A1 KR 2022019257 W KR2022019257 W KR 2022019257W WO 2023224197 A1 WO2023224197 A1 WO 2023224197A1
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WO
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microstructure
layer
polydopamine
surround
drug delivery
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PCT/KR2022/019257
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French (fr)
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최은표
방도연
김창세
강병전
박종오
정세영
이택수
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재단법인 한국마이크로의료로봇연구원
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    • A61M2205/8275—Mechanical
    • A61M2205/8287—Mechanical operated by an external magnetic or electromagnetic field

Definitions

  • This invention was made under the grant number 1711174251 and project number RS-2020-KD000128 under the support of the Ministry of Science and ICT, the Ministry of Trade, Industry and Energy, the Ministry of Health and Welfare, and the Ministry of Food and Drug Safety.
  • Periodic Medical Device Research and Development Project Group the research project name is "Pan-Ministry All Periodic Medical Device Research and Development Project”
  • the research project name is "Development of biodegradable porous micromedibot with optimally designed shape according to disease environment and treatment”
  • the host organization is Chonnam National University. Industry-Academic Cooperation Foundation, the research period is 2022.03.01 ⁇ 2022.12.31.
  • the present invention relates to a microstructure with a Gyroid shape applied among Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS) using the Two-Photon Polymerization (TPP) method and a method of driving the same.
  • TPMS Triply Periodic Minimal Surfaces
  • TPP Two-Photon Polymerization
  • microrobots can be used for knee cartilage treatment by carrying not only molecular-sized drugs but also regenerative cells.
  • a complex manufacturing process and an optimization process that overcomes numerous limitations are essential.
  • TPP Two-Photon Polymerization
  • This is a method of manufacturing a microrobot of the desired shape by designing it in micro or nano size on a software program and laser hardening it.
  • Two-photon polymerization is attracting attention because it can be produced by mixing not only commercially available photoresins but also biocompatible or biodegradable polymer materials with a photoinitiator.
  • the present inventor tried to develop a microstructure with a new structure and a method for driving it in order to overcome the low drug loading efficiency and low targeting efficiency for cancer cells, etc., of conventional microrobots.
  • the microstructure with the Gyroid shape of Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS) using the Two-Photon Polymerization (TPP) method has a higher drug loading efficiency compared to the conventional technology. It was confirmed that the targeting efficiency and accuracy for cancer tissues and cancer cells can be improved by increasing and additionally coating with magnetic nanoparticles.
  • the purpose of the present invention is to provide a microstructure for drug delivery with increased drug loading and targeting efficiency.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microstructure for drug delivery with increased drug loading and targeting efficiency.
  • Another object of the present invention is to provide a method of driving a microstructure for drug delivery with increased drug loading and targeting efficiency.
  • the present invention relates to a microstructure for drug delivery in which a Gyroid shape is applied among Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS) using a Two-Photon Polymerization (TPP) method, a manufacturing method thereof, and an actuation thereof.
  • TPMS Triply Periodic Minimal Surfaces
  • TPP Two-Photon Polymerization
  • An example of the present invention is a microstructure for drug delivery comprising pores of a gyroid structure in which pitch and grooves are alternately arranged,
  • the microstructure includes a coating layer coated with polydopamine on the surface of the microstructure; A magnetic nanoparticle layer to which magnetic nanoparticles are attached to surround the coating layer; and a pharmaceutical material layer to which the pharmaceutical material is attached so as to surround the magnetic nanoparticle layer.
  • the microstructure for drug delivery may include pores of a gyroid structure in which pitch and grooves are alternately arranged, but is not limited thereto.
  • the microstructure for drug delivery may include gyroid-structured pores on the surface of the structure and in the direction infiltrated from the surface, but is not limited thereto.
  • the microstructure for drug delivery may include gyroid-shaped pores on the surface, but is not limited thereto.
  • the gyroid structure is cube-shaped and has the characteristic that all surfaces are uniformly connected to the interior as a single surface, and has the advantage of maximizing the surface area under the same volume. This can provide great efficiency in carrying materials.
  • pitch and groove may refer to ridges and valleys of micro structures arranged alternately in the gyroid structure.
  • the spacing between pitches is 1 to 50 um, 1 to 45 um, 1 to 40 um, 1 to 30 um, 1 to 20 um, 1 to 10 um, 3 to 50 um, 3 to 45 um, 3 to 40 um, 3 to 30 um, 3 to 20 um, 3 to 10 um, 5 to 50 um, 5 to 45 um, 5 to 40 um, 5 to 35 um, 5 to 30 um, 5 to 25 um, 5 It may be from 20 um, 5 to 15 um, or 5 to 10 um, for example, from 5 to 10 um, but is not limited thereto.
  • the shape of the microstructure is cube, helical, sphere, ovoid, oval, cylinder, cone, and polyhedron. It may be one type selected from the group consisting of
  • the shape of the microstructure may be a cube.
  • the shape of the microstructure may be helical.
  • the microstructure includes a coating layer coated with polydopamine (PDA) on the surface of the microstructure, a magnetic nanoparticle layer with magnetic nanoparticles attached to surround the coating layer, and a medicine layer surrounding the magnetic nanoparticle layer. It may include a pharmaceutical material layer to which the material is attached.
  • PDA polydopamine
  • the coating layer may be polydopamine coated on the surface of the microstructure, but is not limited thereto.
  • Polydopamine may be the final oxidation product of dopamine or other catecholamines.
  • Polydopamine is known to be able to coat the surface of almost any material to a thickness of several nm to about 100 nm, and can be used in various fields such as polymer synthesis, catalysis, production of supercapacity, or heavy metal extraction. .
  • the magnetic nanoparticle layer may have magnetic nanoparticles attached to surround the coating layer, but is not limited thereto.
  • the components of the magnetic nanoparticles are Fe, Co, Mn, Ni, Gd, Mo, MM'2O4 and MxOy (M and M' are each independently Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Gd or Cr. , x is an integer from 1 to 3, and y is an integer from 1 to 5).
  • M and M' are each independently Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Gd or Cr.
  • x is an integer from 1 to 3
  • y is an integer from 1 to 5).
  • it may be magnetite (Fe3O4), but is not limited thereto.
  • the pharmaceutical material layer may be a pharmaceutical material attached to surround the magnetic nanoparticle layer, but is not limited thereto.
  • the medicinal substances include Doxorubicin, Methotrexate, 5-Fluorouracil, Gemcitabine, Arabinosylcytosine, Hydroxy urea, Mercaptopurine, Thioguanine, Nitrogen mustad, Cyclosporamide, Anthracycline, Daunorubicin, Epirubicin, Idarubicin Idarubicin, Pixantrone, Sabarubicin, Valrubicin, Actinomycin D, Vincristine, Taxol, Combretastatin A4 ( Combretastatin A4), Fumagillin, Herbimycin A, 2-Methoxyestradiol, OGT 2115, TNP 470, Tranilast, XRP44X, Thalidomide, Endostatin (Endostatin), Salmosin, Angiostatin, Plasminogen, Kringle domain of Apolipoprotein, Oxaliplatin, Carboplatin ), Cisplatin, Bortezo
  • the microstructure contains 0.002 to 0.050% by weight, 0.002 to 0.045% by weight, 0.002 to 0.040% by weight, 0.002 to 0.035% by weight, 0.002 to 0.030% by weight, 0.002 to 0.025% by weight, based on the total weight of the microstructure.
  • the microstructure includes a first coating layer coated with polydopamine on the surface of the microstructure; A magnetic nanoparticle layer to which magnetic nanoparticles are attached to surround the coating layer; A second coating layer coated with polydopamine to surround the magnetic nanoparticle layer; and a pharmaceutical material layer to which the pharmaceutical material is attached so as to surround the second coating layer.
  • the first coating layer may be polydopamine coated on the surface of the microstructure.
  • the second coating layer may be coated with polydopamine to surround the magnetic nanoparticle layer.
  • the pharmaceutical material layer may be one to which the pharmaceutical material is attached so as to surround the second coating layer.
  • Another example of the present invention includes a preparation step of preparing a microstructure including pores of a gyroid structure in which pitch and grooves are alternately arranged; A polydopamine layer coating step of coating polydopamine on the surface of the microstructure to form a polydopamine layer; A magnetic nanoparticle attachment step of attaching magnetic nanoparticles to surround the polydopamine layer to form a magnetic nanoparticle layer; and a drug substance attachment step of attaching the drug substance to surround the magnetic nanoparticle layer.
  • the preparation step may be preparing a microstructure containing pores of a gyroid structure in which pitches and grooves are alternately arranged.
  • the microstructure may be a mixture of photocurable monomer, photocurable oligomer, photoinitiator, and crosslinking agent printed through 3D printing, but is not limited thereto.
  • the polydopamine layer coating step may be coating polydopamine on the surface of the microstructure to form a polydopamine layer, but is not limited to this.
  • the polydopamine layer coating step may be performed by mixing the microstructure and dopamine hydrochloride, but is not limited to this.
  • dopamine hydrochloride may be dissolved in Tris buffer, but is not limited thereto.
  • the polydopamine layer coating step may be performed for 1 to 5 hours, 1 to 4 hours, 2 to 5 hours, 2 to 4 hours, or 3 hours, for example, may be performed for 3 hours. However, it is not limited to this.
  • the polydopamine layer coating step may be performed by shaking under conditions of 100 to 140 rpm, 100 to 130 rpm, 110 to 140 rpm, 110 to 130 rpm, 120 to 140 rpm, or 120 to 130 rpm,
  • the reaction may be performed by shaking under conditions of 120 to 130 rpm, but is not limited thereto.
  • the polydopamine layer coating step may be performed at a temperature of 30 to 50 °C, 30 to 45 °C, 35 to 50 °C, or 35 to 45 °C, for example, 35 to 45 °C. It may be possible, but it is not limited to this.
  • the polydopamine layer coating step may be performed using a shaking incubator, but is not limited thereto.
  • the magnetic nanoparticle attachment step may be to attach magnetic nanoparticles to surround the polydopamine layer to form a magnetic nanoparticle layer, but is not limited to this.
  • the diameter of the magnetic nanoparticles may be 100 to 200 nm, but is not limited thereto.
  • the magnetic nanoparticles may be dissolved in Tris buffer, but are not limited thereto.
  • the magnetic nanoparticle attachment step is performed for 1 hour or more, 2 hours or more, 3 hours or more, 4 hours or more, 5 hours or more, 6 hours or more, 7 hours or more, 8 hours or more, 9 hours or more, 10 hours or more, It may be performed for more than 11 hours or more than 12 hours, for example, it may be performed for more than 12 hours, but is not limited thereto.
  • the magnetic nanoparticle attachment step may be performed by shaking reaction under conditions of 100 to 140 rpm, 100 to 130 rpm, 110 to 140 rpm, 110 to 130 rpm, 120 to 140 rpm, or 120 to 130 rpm,
  • the reaction may be performed by shaking under conditions of 120 to 130 rpm, but is not limited thereto.
  • the magnetic nanoparticle attachment step may be performed at a temperature of 30 to 50 °C, 30 to 45 °C, 35 to 50 °C, or 35 to 45 °C, for example, 35 to 45 °C. It may be possible, but it is not limited to this.
  • the step of attaching a drug substance may be attaching the drug substance to surround the magnetic nanoparticle layer, but is not limited to this.
  • the medicinal substance may be dissolved in tertiary distilled water, but is not limited thereto.
  • the drug attachment step is 12 to 36 hours, 12 to 32 hours, 12 to 28 hours, 12 to 24 hours, 16 to 36 hours, 16 to 32 hours, 16 to 28 hours, 16 to 24 hours, 20 hours. It may be performed for 36 hours, 20 to 32 hours, 20 to 28 hours, or 20 to 24 hours, for example, 20 to 24 hours, but is not limited thereto.
  • the drug substance attachment step may be performed at a temperature of 30 to 50 °C, 30 to 45 °C, 35 to 50 °C, or 35 to 45 °C, for example, it may be performed at a temperature of 35 to 45 °C. It may be, but is not limited to this.
  • the method of manufacturing a microstructure for drug delivery includes a preparation step of preparing a microstructure including pores of a gyroid structure in which pitches and grooves are alternately arranged; A first polydopamine layer coating step of coating polydopamine on the surface of the microstructure to form a first polydopamine layer; A magnetic nanoparticle attachment step of attaching magnetic nanoparticles to surround the polydopamine layer to form a magnetic nanoparticle layer; A second polydopamine layer coating step of coating polydopamine to surround the magnetic nanoparticle layer to form a second polydopamine layer; And it may include a drug substance attachment step of attaching the drug substance to surround the second polydopamine layer.
  • the first polydopamine layer coating step may be to form a first polydopamine layer by coating polydopamine on the surface of the microstructure.
  • the first polydopamine layer coating step may be performed by mixing the microstructure and dopamine hydrochloride, but is not limited to this.
  • the first polydopamine layer coating step may be performed for 1 to 5 hours, 1 to 4 hours, 2 to 5 hours, 2 to 4 hours, or 3 hours, for example, performed for 3 hours. It may be, but is not limited to this.
  • the first polydopamine layer coating step may be performed by shaking reaction at 100 to 140 rpm, 100 to 130 rpm, 110 to 140 rpm, 110 to 130 rpm, 120 to 140 rpm, or 120 to 130 rpm.
  • it may be performed by shaking reaction under conditions of 120 to 130 rpm, but is not limited thereto.
  • the first polydopamine layer coating step may be performed under temperature conditions of 30 to 50 °C, 30 to 45 °C, 35 to 50 °C, or 35 to 45 °C, for example, 35 to 45 °C. It may be performed in, but is not limited to this.
  • the first polydopamine layer coating step may be performed using a shaking incubator, but is not limited thereto.
  • the magnetic nanoparticle attachment step may be to attach magnetic nanoparticles to surround the polydopamine layer to form a magnetic nanoparticle layer, but is not limited to this.
  • the step of attaching magnetic nanoparticles may be forming a magnetic nanoparticle layer by attaching magnetic nanoparticles to surround the first polydopamine layer, but is not limited to this.
  • the second polydopamine layer coating step may be to form a second polydopamine layer by coating polydopamine to surround the magnetic nanoparticle layer.
  • the second polydopamine layer coating step may be performed by mixing the microstructure and dopamine hydrochloride, but is not limited to this.
  • the second polydopamine layer coating step may be performed for 1 to 5 hours, 1 to 4 hours, 2 to 5 hours, 2 to 4 hours, or 3 hours, for example, performed for 3 hours. It may be, but is not limited to this.
  • the second polydopamine layer coating step may be performed by shaking reaction at 100 to 140 rpm, 100 to 130 rpm, 110 to 140 rpm, 110 to 130 rpm, 120 to 140 rpm, or 120 to 130 rpm.
  • the reaction may be performed by shaking under conditions of 120 to 130 rpm, but the reaction is not limited thereto.
  • the second polydopamine layer coating step may be performed under temperature conditions of 30 to 50 °C, 30 to 45 °C, 35 to 50 °C, or 35 to 45 °C, for example, 35 to 45 °C. It may be performed in, but is not limited to this.
  • the second polydopamine layer coating step may be performed using a shaking incubator, but is not limited thereto.
  • the step of attaching the drug substance may be attaching the drug substance to surround the second polydopamine layer.
  • Another example of the present invention relates to a method of driving a drug delivery microstructure including a magnetic field application step of applying a rotating magnetic field to the drug delivery microstructure.
  • the microstructure for drug delivery includes a coating layer coated with polydopamine on the surface, a magnetic nanoparticle layer with magnetic nanoparticles attached to surround the coating layer, and a pharmaceutical substance surrounding the magnetic nanoparticle layer. It may include a layer of attached medicinal material and pores with a gyroid structure in which pitch and grooves are alternately arranged.
  • the magnetic field application step may be applying a rotating magnetic field to the drug delivery microstructure, but is not limited thereto.
  • the microstructure for drug delivery may be rotationally driven by receiving a rotating magnetic field, but is not limited thereto.
  • a rotating magnetic field may refer to a magnetic field in which the direction of the magnetic field changes with time and appears as if it is rotating, but is not limited thereto.
  • the rotating magnetic field may refer to a circular magnetic field formed at the center when a symmetrical n-phase current flows through a separate coil arranged to have a spatial angle of 2 ⁇ (where n is a natural number). It is not limited.
  • the rotation rate of the rotating magnetic field is 5.0 to 13.0 Hz, 5.0 to 12.5 Hz, 5.0 to 12.0 Hz, 5.0 to 11.5 Hz, 6.0 to 13.0 Hz, 6.0 to 12.5 Hz, 6.0 to 12.0 Hz, 6.0 to 11.5 Hz.
  • Hz 7.0 to 13.0 Hz, 7.0 to 12.5 Hz, 7.0 to 12.0 Hz, 7.0 to 11.5 Hz, 8.0 to 13.0 Hz, 8.0 to 12.5 Hz, 8.0 to 12.0 Hz, 8.0 to 11.5 Hz, 9.0 to 13.0 Hz, 9 .0 to 12.5 Hz, 9.0 to 12.0 Hz, 9.0 to 11.5 Hz, 10.0 to 13.0 Hz, 10.0 to 12.5 Hz, 10.0 to 12.0 Hz, 10.0 to 11.5 Hz, 10.5 to 13.0 Hz, 10.5 to 12.5 Hz, 10.5 to 12 .0 Hz or 10.5 to 11.5 It may be Hz, for example, 10.5 to 11.5 Hz, but is not limited thereto.
  • the rotating magnetic field may be generated by a separately provided coil system, but is not limited thereto.
  • the coil system may include at least one electromagnet that receives electric current and generates a magnetic field.
  • the electromagnet may be one or more types of coils selected from the group consisting of solenoid coils, circular coils, square coils, and saddle coils, but is not limited thereto.
  • solenoid coil can be interpreted as a device made by tightly rolling a conductor into a cylindrical shape, and a solenoid can create a magnetic field when electricity passes through it, so it can be used as an electromagnet.
  • circular coil can be interpreted as a circular electromagnet, and a circular electromagnet can mean a ring-shaped magnet, that is, an endless magnet that is not affected by the demagnetizing force at the tip. .
  • the present invention relates to a microstructure with a Gyroid shape applied among Triple Periodic Minimal Surfaces (TPMS) using the Two-Photon Polymerization (TPP) method and a driving method thereof.
  • TPMS Triple Periodic Minimal Surfaces
  • TPP Two-Photon Polymerization
  • Figure 1 shows the results of analyzing the structure of a microcube to which a gyroid surface is applied and manufactured according to a manufacturing example of the present invention.
  • Figure 2 is a photograph of fluorescence images taken before and after drug loading of a microcube with a gyroid surface applied according to a manufacturing example of the present invention.
  • Figure 3 shows the results of analyzing the drug loading efficiency of a microcube with a gyroid surface applied according to an experimental example of the present invention.
  • Figure 4 shows the results of analyzing the structure of a micro helical to which a gyroid surface is applied, manufactured according to a manufacturing example of the present invention.
  • Figure 5 is a graph showing the diameter of magnetic nanoparticles coated on a helical-type micro structure and the magnetization value of the micro structure according to an experimental example of the present invention.
  • Figure 6 shows a helical-type microstructure to which a gyroid surface is applied within a blood vessel simulating channel being driven by an external magnetic field according to an experimental example of the present invention.
  • Figure 7 is a graph showing the moving speed within a blood vessel-mimetic channel of a helical-type microstructure driven according to an experimental example of the present invention.
  • the microstructure includes a coating layer coated with polydopamine on the surface of the microstructure; A magnetic nanoparticle layer to which magnetic nanoparticles are attached to surround the coating layer; And a pharmaceutical material layer to which the pharmaceutical material is attached so as to surround the magnetic nanoparticle layer.
  • a microstructure for drug delivery comprising a.
  • TPP Two-Photon Polymerization
  • Photoresins include not only IP series such as IP-S, IP-Dip, and IP-visio, but also polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) and poly lactic-co-gylcolic acid (PLGA). ), D,L-Lactic acid (PDLLA), etc. are used as the backbone, Irgacure-369, Irgacure-819, etc. are used as photoinitiators, and pentaerythritol tetraacrylic is used for cross-linking with the polymer chain.
  • Acrylic resins such as Pentaerythritol tetraacrylate and Trimethylolpropane ethoxylate triacrylate dissolved in a solvent at a certain ratio can also be used.
  • the entire substrate is soaked in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and isopropyl alcohol (IPA) for 20 minutes each to remove uncured photoresin on the glass substrate.
  • PGMEA propylene glycol monomethyl ether acetate
  • IPA isopropyl alcohol
  • the prepared microstructure was coated with magnetic nanoparticles (MNP) with a diameter of 50 to 100 nm to enable control by an external electromagnetic field.
  • MNP magnetic nanoparticles
  • PDA polydopamine
  • MNP Magnetic nanoparticles
  • Tris buffer (10 mM, pH 8.5) Tris buffer (10 mM, pH 8.5) at a concentration of 50 mg/mL and then sonicated for 30 minutes.
  • a magnetic nanoparticle solution was prepared by adding and dispersing.
  • the polydopamine coated microstructure was placed in a 30 mm Petri dish, about 3 mL of magnetic nanoparticle solution was added, and the mixture was reacted for more than 12 hours in a shaking incubator at 40°C and 120 rpm. After the reaction was completed, the microstructure was washed twice with distilled water. At this time, it is not impossible to add the magnetic nanoparticle solution in advance during the photocuring of the microstructure to proceed with the photocuring of the microstructure, but there is a concern that the magnetic nanoparticles may not disperse smoothly and aggregate due to the viscosity of IP-S photoresin. In addition, a problem may occur in which the gyroid structure of the microstructure is not precisely implemented.
  • doxorubicin an anticancer drug
  • PDA polydopamine
  • Dox doxorubicin
  • a cube-shaped microstructure with a gyroid structure was designed and manufactured with four pitch sizes of 40 um, 20 um, 10 um, and 5 um, and the surface is shown in Figure 1.
  • Figure 1 is a photograph taken with an electron microscope of a cube-shaped micro structure manufactured for each pitch.
  • the pitch-to-pitch spacing of the microstructure is 40 um
  • (ii) is 20 um
  • (iii) is 10 um
  • (iv) is 5 um.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4 Spacing between pitches (um) 40 20 10 5 Surface area (um 2 ) 77992.86 159506.68 319546.90 638553.41
  • Example 1 As can be seen in Figure 1 (b) and Table 1, the surface area of Example 1 is 77,992.86 um 2 , the surface area of Example 2 is 159,506.68 um 2 , the surface area of Example 3 is 319,546.90 um 2 , and the surface area of Example 4 is was measured to be 638,553.41 um 2 , and as the pitch size decreased, the surface area of the microstructure gradually increased.
  • Fluorescent images before and after doxorubicin was loaded were taken using a fluorescence microscope and are shown in Figure 2. Since doxorubicin is fluorescent, it is possible to check whether doxorubicin is contained using a fluorescence microscope.
  • (i) is a microstructure with a smooth surface without a gyroid structure
  • (ii) is a microstructure to which a gyroid structure with a pitch spacing of 40 um in Example 1 () is applied
  • (iii) is a pitch spacing.
  • Example 2 which is 20 um
  • (iv) are those in which doxorubicin is supported on the microstructure of Example 3, where the pitch spacing is 10 um.
  • Microstructure with a smooth surface without gyroid structure (interpitch spacing: 0 um), microstructure of Example 1 (interpitch spacing: 40 um), microstructure of Example 2 (interpitch spacing: 20 um), And the amount of doxorubicin supported on the microstructure (interpitch spacing: 10 um) of Example 3 is shown in Figure 3 and Table 2.
  • the unit weight of the microstructure when measuring the drug loading amount was 236 ug for Comparative Example, 65.31 ug for Example 1, 136 ug for Example 2, and 152 ug for Example 3. This unit weight is also the weight of one micro structure.
  • Example 3 As can be seen in Figure 3 and Table 2, as the pitch size decreases, the amount of drug carried on the microstructure gradually increases.
  • the amount of drug supported per unit weight was 0.00192% by weight in Comparative Example, 0.0214% by weight in Example 1, 0.0133% by weight in Example 2, and 0.0181% by weight in Example 3.
  • one microstructure of Example 3 with a pitch size of 10 um can carry about 6.06 times more doxorubicin compared to the amount of doxorubicin carried by one microstructure of the comparative example with a smooth surface without a gyroid structure. can confirm.
  • Figure 4 (a) shows an electron micrograph of a helical-type microstructure to which a pitch of 10 um was applied.
  • Figure 4 (b) shows the confirmation of whether magnetic particles are well attached to the surface using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Since there is a signal of iron atoms (Fe), it can be seen that the magnetic particles are well coated on the helical-type microstructure.
  • EDS energy dispersive X-ray spectroscopy
  • Figure 5 (a) is a graph showing the diameter of coated magnetic nanoparticles. The average diameter of the magnetic nanoparticles used was about 190.1 nm.
  • Figure 5(b) is a graph showing the magnetization value of a helical-type microstructure measured using a vibrating sample magnetometer (VSM), and the measurement results show a magnetization value of up to about 30 emu/g. can be seen.
  • VSM vibrating sample magnetometer
  • Figure 6 (a) shows a schematic diagram of the external electromagnetic field driving system used in the experiment.
  • the external electromagnetic field driving system consists of a pair of circular Helmholtz coils and two pairs of rectangular Helmholtz coils, and the size and direction of the magnetic field can be controlled depending on the degree of current applied to each coil, through which magnetic nanoparticles are coated.
  • the movement of the helical microstructure can be controlled with five degrees of freedom (5 DOF).
  • a 3D printer-produced blood vessel simulating channel was placed within the area of interest of the external electromagnetic field drive system, and a 50% glycerol solution simulating the human body environment was filled into the blood vessel simulating channel.
  • the driving experiment was conducted through real-time feedback control of a magnifying glass placed in the center of an external electromagnetic driving system.
  • Figure 6(b) shows the propulsion of the helical-type microstructure in a blood vessel-simulating channel by electronic driving, and the movement of the helical-type microstructure was observed from (i) to (iv) over time.
  • the electromagnetic field strength was fixed at 20 mT and the rotation rate of the external electromagnetic field was increased from 6 Hz to 1 Hz, while the movement speed of the helical microstructure in the blood vessel simulating channel was measured, and the results are shown in Figure 7 and Table 3. .
  • the present invention relates to a microstructure with a Gyroid shape applied among Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS) using the Two-Photon Polymerization (TPP) method and a method of driving the same.
  • TPMS Triply Periodic Minimal Surfaces
  • TPP Two-Photon Polymerization

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Abstract

본 발명은 이광자 중합(Two-Photon Polymerization; TPP) 방법을 이용하여 삼중 주기적 최소곡면 구조(Triply Periodic Minimal Surfaces; TPMS) 중 자이로이드(Gyroid) 형태가 적용된 마이크로 구조체 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 본 발명을 이용하면 약물 담지 효율 및 표적화 효율이 증대된 마이크로 구조체를 제공 및 구동할 수 있다.

Description

삼중 주기적 최소곡면 구조 중 자이로이드 형태가 적용된 마이크로 구조체
본 특허출원은 2022년 05월 18일에 대한민국 특허청에 제출된 대한민국 특허출원 제10-2022-0061055호에 대하여 우선권을 주장하며, 상기 특허출원의 개시 사항은 본 명세서에 참조로서 삽입된다.
본 발명은 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 보건복지부 및 식품의약품안전처의 지원 하에서 과제고유번호 1711174251, 과제번호 RS-2020-KD000128에 의해 이루어진 것으로서, 상기 과제의 연구관리전문기관은 범부처전주기의료기기연구개발사업단, 연구사업명은 "범부처전주기의료기기연구개발사업", 연구과제명은 "질환환경 및 치료제에 따라 형상을 최적설계한 생분해 다공성 마이크로메디봇 개발", 주관기관은 전남대학교 산학협력단, 연구기간은 2022.03.01 ~ 2022.12.31이다.
본 발명은 이광자 중합(Two-Photon Polymerization; TPP) 방법을 이용하여 삼중 주기적 최소곡면 구조(Triply Periodic Minimal Surfaces; TPMS) 중 자이로이드(Gyroid) 형태가 적용된 마이크로 구조체 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
세계에서 2번째 치사 원인으로 꼽히는 암 질환을 효과적으로 치료하기 위하여는 질환 부위에만 선택적으로 약물이 전달될 필요가 있다. 그러나, 기존의 인위적인 시술 방법으로는 체내 깊은 곳에 도달하기가 어려울뿐더러 불필요한 시술 부위가 노출되므로 시술 중의 2차 피해가 불가피하게 발생하거나 시술 후 부작용도 간과할 수 없다. 이에, 눈, 모세혈관 등 좁은 공간까지 약물을 정확하게 표적하여 투입하는 것이 곤란한 실정이며, 환자의 육체적 고통과 그 상처를 회복하는 데에 심리적 트라우마까지 유발할 우려가 있다.
이러한 문제를 해결하고자 다양한 약물전달방법이 개발된 바 있으며, 최근 마이크로 스케일의 원격제어가 가능한 약물이 담지된 로봇이 많이 개발되고 있다. 이러한 마이크로 스케일의 로봇을 활용하면 좁은 혈관의 직경에 구애받지 않고 목표로 하는 질병 부위에 효율적으로 약물을 전달할 수 있음이 보고된 바 있다. 하지만, 기존 약물 담지용 마이크로 로봇은 제작 공정의 한계로 인하여 스피어(Sphere), 다공성 박막, 다공성 스피어 등 형태로 다수 제작된 바 있으나, 이러한 형태의 마이크로 구조는 표면적의 한계로 인하여 담지할 수 있는 약물량에 한계가 있다.
아울러, 마이크로 로봇은 분자 크기 수준의 약물 뿐만 아니라 재생 세포를 담지하여 무릎 연골 치료 등에도 활용이 가능하다. 하지만, 이러한 세포 담지 마이크로 로봇을 제작하기 위해서는 복잡한 제작 공정과 더불어 수많은 제약을 극복한 최적화 공정이 필수로 요구된다. 이러한 문제점들을 극복하기 위해 마이크로 로봇의 형태적 한계성을 해결하기 위해 이광자 중합(Two-Photon Polymerization; TPP) 방법을 이용하여 마이크로 로봇에 약물 및 세포를 담지하는 연구가 진행되어 왔다. 이는 사용자가 원하는 형태의 마이크로 로봇을 소프트웨어 프로그램 상에서 마이크로 또는 나노 사이즈로 디자인하여 레이저 경화시킴으로써 제작하는 방법이다. 이광자 중합은 상용화된 포토레진 뿐만 아니라 생적합성 또는 생분해성 폴리머 재료를 광개시제와 혼합하여 제작할 수 있음을 이유로 주목받고 있다.
이에, 마이크로 로봇에 담지되는 약물 양을 증대시키면서 표적화 효율이 증대된 마이크로 로봇 구조체의 개발과 이러한 구조체를 간단하고 균일하게 제작할 수 있는 제조 방법에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명자는 종래 마이크로 로봇이 갖는 저조한 약물 담지 효율 및 암세포 등에 대한 낮은 표적화 효율을 극복하기 위해, 새로운 구조로 이루어진 마이크로 구조체 및 이를 구동하는 방법을 개발하고자 노력하였다.
그 결과, 이광자 중합(Two-Photon Polymerization; TPP) 방법을 이용하여 삼중 주기적 최소곡면 구조(Triply Periodic Minimal Surfaces; TPMS) 중 자이로이드(Gyroid) 형태가 적용된 마이크로 구조체는 종래 기술에 비해 약물 담지 효율이 증대되고, 자성 나노입자로 추가적으로 코팅됨으로써 암 조직 및 암세포에 대한 표적화 효율 및 정확성이 향상될 수 있음을 확인하였다.
이에, 본 발명의 목적은 약물 담지 효율 및 표적화 효율이 증대된 약물 전달용 마이크로 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 약물 담지 효율 및 표적화 효율이 증대된 약물 전달용 마이크로 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 약물 담지 효율 및 표적화 효율이 증대된 약물 전달용 마이크로 구조체의 구동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 이광자 중합(Two-Photon Polymerization; TPP) 방법을 이용하여 삼중 주기적 최소곡면 구조(Triply Periodic Minimal Surfaces; TPMS) 중 자이로이드(Gyroid) 형태가 적용된 약물 전달용 마이크로 구조체, 이의 제조 방법 및 구동 방법에 관한 것으로, 본 발명을 이용하면 약물 담지 효율 및 표적화 효율이 증대된 마이크로 구조체를 제공 및 구동할 수 있다.
이하 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명의 일 예는 피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함하는 약물 전달용 마이크로 구조체에 있어서,
마이크로 구조체는, 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민(polydopamine)이 코팅된 코팅 층; 코팅 층을 둘러싸도록 자성 나노입자가 부착된 자성 나노입자 층; 및 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 의약물질 층;을 포함하는 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체에 관한 것이다.
본 발명에 있어서 약물 전달용 마이크로 구조체는 피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 약물 전달용 마이크로 구조체는 구조체의 표면과 표면으로부터 함입되는 방향으로 자이로이드 구조의 기공을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 약물 전달용 마이크로 구조체는 표면에 자이로이드 구조의 기공을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 삼중 주기적 최소곡면 구조 중 자이로이드 구조는 큐브형에 있어서 모든 면이 균일하게 연결되어 내부까지 하나의 면으로 이어져 있는 특징을 갖고 있으며, 같은 체적 하에 표면적을 최대화할 수 있는 장점을 지니고 있어 물질을 담지하는데 큰 효율을 부여할 수 있다.
본 발명에 있어서 피치와 홈은 자이로이드 구조상 교번하여 배열되는 마이크로 구조체의 능선과 골을 의미할 수 있다.
본 발명에 있어서 피치 사이의 간격은 1 내지 50 um, 1 내지 45 um, 1 내지 40 um, 1 내지 30 um, 1 내지 20 um, 1 내지 10 um, 3 내지 50 um, 3 내지 45 um, 3 내지 40 um, 3 내지 30 um, 3 내지 20 um, 3 내지 10 um, 5 내지 50 um, 5 내지 45 um, 5 내지 40 um, 5 내지 35 um, 5 내지 30 um, 5 내지 25 um, 5 내지 20 um, 5 내지 15 um 또는 5 내지 10 um일 수 있으며, 예를 들어, 5 내지 10 um일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 마이크로 구조체의 형상은 큐브(cube), 헬리칼(helical), 구(sphere), 알(ovoid), 타원(oval), 실린더(cylinder), 원뿔(cone) 및 다면체(polyhedron)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서, 마이크로 구조체의 형상은 큐브일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서, 마이크로 구조체의 형상은 헬리칼일 수 있다.
본 발명에 있어서 마이크로 구조체는 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민(polydopamine; PDA)이 코팅된 코팅 층, 코팅 층을 둘러싸도록 자성 나노입자가 부착된 자성 나노입자 층, 및 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 의약물질 층;을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서 코팅 층은 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민(polydopamine)이 코팅된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
폴리도파민은 도파민 또는 기타 카테콜아민의 최종 산화 생성물일 수 있다. 폴리도파민은 거의 모든 물질의 표면을 수 nm 내지 약 100 nm 두께로 코팅 가능하다고 알려져 있으며, 고분자 합성, 촉매 작용, 슈퍼커패시티(supercapacity)의 제조, 또는 중금속 추출 등 다양한 분야에서 이용 가능한 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 자성 나노입자 층은 코팅 층을 둘러싸도록 자성 나노입자가 부착된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 자성 나노입자의 성분은 Fe, Co, Mn, Ni, Gd, Mo, MM'2O4 및 MxOy(M 및 M'은 각각 독립적으로 Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr이고, x는 1 내지 3의 정수, y는 1 내지 5의 정수 임)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어, 마그네타이트(Magnetite; Fe3O4)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 의약물질 층은 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 의약물질은 독소루비신(Doxorubicin), 메토트렉세이트(Methotrexate), 5-플루오로우라실(5-Fluorouracil), 젬시타빈(Gemcitabine), 아라비노실시토신(Arabinosylcytosine), 히드록시 우레아(Hydroxy urea), 머캅토퓨린(Mercaptopurine), 티오구아닌(Thioguanine), 니트로겐 머스타드(Nitrogen mustad), 사이클로스포라미드(Cyclosporamide), 안트라사이클린(Anthracycline), 다우노루비신(Daunorubicin), 에피루비신(Epirubicin), 이다루비신(Idarubicin), 픽산트론(Pixantrone), 사바루비신(Sabarubicin), 발루비신(Valrubicin), 악티노마이신 D(Actinomycin D), 빈크리스틴(Vincristine), 탁솔(Taxol), 콤브레타스타틴 A4(Combretastatin A4), 푸마길린(Fumagillin), 허비마이신(Herbimycin A), 2-메톡시에스트라디올(2-Methoxyestradiol), OGT 2115, TNP 470, 트라닐라스트(Tranilast), XRP44X, 탈리도마이드(Thalidomide), 엔도스타틴(Endostatin), 살모신(Salmosin), 안지오스타틴(Angiostatin), 플라스미노겐(Plasminogen), 아포리포단백질(Apolipoprotein)의 크링글 도메인(Kringle domain), 옥살로플라틴(Oxaliplatin), 카르보틀라틴(Carboplatin), 시스플라틴(Cisplatin), 보르테조밉(Bortezomib) 및 방사성 핵종(Radionuclides)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어, 독소루비신일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 마이크로 구조체는 마이크로 구조체 총 중량을 기준으로 의약물질을 0.002 내지 0.050 중량%, 0.002 내지 0.045 중량%, 0.002 내지 0.040 중량%, 0.002 내지 0.035 중량%, 0.002 내지 0.030 중량%, 0.002 내지 0.025 중량%, 0.002 내지 0.023 중량%, 0.004 내지 0.050 중량%, 0.004 내지 0.045 중량%, 0.004 내지 0.040 중량%, 0.004 내지 0.035 중량%, 0.004 내지 0.030 중량%, 0.004 내지 0.025 중량%, 0.004 내지 0.023 중량%, 0.006 내지 0.050 중량%, 0.006 내지 0.045 중량%, 0.006 내지 0.040 중량%, 0.006 내지 0.035 중량%, 0.006 내지 0.030 중량%, 0.006 내지 0.025 중량%, 0.006 내지 0.023 중량%, 0.008 내지 0.050 중량%, 0.008 내지 0.045 중량%, 0.008 내지 0.040 중량%, 0.008 내지 0.035 중량%, 0.008 내지 0.030 중량%, 0.008 내지 0.025 중량%, 0.008 내지 0.023 중량%, 0.010 내지 0.050 중량%, 0.010 내지 0.045 중량%, 0.010 내지 0.040 중량%, 0.010 내지 0.035 중량%, 0.010 내지 0.030 중량%, 0.010 내지 0.025 중량 또는 0.010 내지 0.023 중량% 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 0.010 내지 0.023 중량% 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에서, 마이크로 구조체는 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민이 코팅된 제1코팅 층; 코팅 층을 둘러싸도록 자성 나노입자가 부착된 자성 나노입자 층; 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 폴리도파민이 코팅된 제2코팅 층; 및 제2코팅 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 의약물질 층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서, 제1코팅 층은 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민이 코팅된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서, 제2코팅 층은 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 폴리도파민이 코팅된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서, 의약물질 층은 제2코팅 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 예는 피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함하는 마이크로 구조체를 준비하는 준비 단계; 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민(polydopamine)을 코팅하여 폴리도파민 층을 형성시키는 폴리도파민 층 코팅 단계; 폴리도파민 층을 둘러싸도록 자성 나노입자를 부착하여 자성 나노입자 층을 형성시키는 자성 나노입자 부착 단계; 및 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질을 부착하는 의약물질 부착 단계를 포함하는 약물 전달용 마이크로 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서 준비 단계는 피치와 홈이 교번 배열된 자이로이드 구조의 기공을 포함하는 마이크로 구조체를 준비하는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 마이크로 구조체는 광경화성 모노머, 광경화성 올리고머, 광개시제 및 가교제를 혼합한 혼합물이 3D 인쇄 방식을 통하여 인쇄된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 폴리도파민 층 코팅 단계는 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민을 코팅하여 폴리도파민 층을 형성시키는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 폴리도파민 층 코팅 단계는 마이크로 구조체와 도파민 염산염(Dopamine hydrochloride)을 혼합함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 도파민 염산염은 트리스 버퍼(Tris buffer)에 용해된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 폴리도파민 층 코팅 단계는 1 내지 5시간, 1 내지 4시간, 2 내지 5시간, 2 내지 4시간 또는 3시간 동안 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 3시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 폴리도파민 층 코팅 단계는 100 내지 140 rpm, 100 내지 130 rpm, 110 내지 140 rpm, 110 내지 130 rpm, 120 내지 140 rpm 또는 120 내지 130 rpm 조건으로 진탕 반응됨으로써 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 120 내지 130 rpm 조건으로 진탕 반응됨으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 폴리도파민 층 코팅 단계는 30 내지 50 ℃30 내지 45 ℃35 내지 50 ℃또는 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 폴리도파민 층 코팅 단계는 셰이킹 인큐베이터(shaking incubator)를 이용함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 자성 나노입자 부착 단계는 폴리도파민 층을 둘러싸도록 자성 나노입자를 부착하여 자성 나노입자 층을 형성시키는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 자성 나노입자의 직경은 100 내지 200 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 자성 나노입자는 트리스 버퍼(Tris buffer)에 용해된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 자성 나노입자 부착 단계는 1시간 이상, 2시간 이상, 3시간 이상, 4시간 이상, 5시간 이상, 6시간 이상, 7시간 이상, 8시간 이상, 9시간 이상, 10시간 이상, 11시간 이상 또는 12시간 이상 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 12시간 이상 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 자성 나노입자 부착 단계는 100 내지 140 rpm, 100 내지 130 rpm, 110 내지 140 rpm, 110 내지 130 rpm, 120 내지 140 rpm 또는 120 내지 130 rpm 조건으로 진탕 반응됨으로써 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 120 내지 130 rpm 조건으로 진탕 반응됨으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 자성 나노입자 부착 단계는 30 내지 50 ℃30 내지 45 ℃35 내지 50 ℃또는 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 의약물질 부착 단계는 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질을 부착하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 의약물질은 3차 증류수에 용해된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 의약물질 부착 단계는 12 내지 36 시간, 12 내지 32 시간, 12 내지 28 시간, 12 내지 24 시간, 16 내지 36 시간, 16 내지 32 시간, 16 내지 28 시간, 16 내지 24 시간, 20 내지 36 시간, 20 내지 32 시간, 20 내지 28 시간 또는 20 내지 24시간 동안 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 20 내지 24시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 의약물질 부착 단계는 30 내지 50 ℃30 내지 45 ℃35 내지 50 ℃또는 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에서, 약물 전달용 마이크로 구조체의 제조 방법은 피치와 홈이 교번 배열된 자이로이드 구조의 기공을 포함하는 마이크로 구조체를 준비하는 준비 단계; 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민을 코팅하여 제1폴리도파민 층을 형성시키는 제1폴리도파민 층 코팅 단계; 폴리도파민 층을 둘러싸도록 자성 나노입자를 부착하여 자성 나노입자 층을 형성시키는 자성 나노입자 부착 단계; 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 폴리도파민을 코팅하여 제2폴리도파민 층을 형성시키는 제2폴리도파민 층 코팅 단계; 및 제2폴리도파민 층을 둘러싸도록 의약물질을 부착하는 의약물질 부착 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서, 제1폴리도파민 층 코팅 단계는 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민을 코팅하여 제1폴리도파민 층을 형성시키는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 제1폴리도파민 층 코팅 단계는 마이크로 구조체와 도파민 염산염을 혼합함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 제1폴리도파민 층 코팅 단계는 1 내지 5시간, 1 내지 4시간, 2 내지 5시간, 2 내지 4시간 또는 3시간 동안 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 3시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 제1폴리도파민 층 코팅 단계는 100 내지 140 rpm, 100 내지 130 rpm, 110 내지 140 rpm, 110 내지 130 rpm, 120 내지 140 rpm 또는 120 내지 130 rpm 조건으로 진탕 반응됨으로써 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 120 내지 130 rpm 조건으로 진탕 반응됨으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다
본 발명에 있어서 제1폴리도파민 층 코팅 단계는 30 내지 50 ℃30 내지 45 ℃35 내지 50 ℃또는 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 제1폴리도파민 층 코팅 단계는 셰이킹 인큐베이터를 이용함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 자성 나노입자 부착 단계는 폴리도파민 층을 둘러싸도록 자성 나노입자를 부착하여 자성 나노입자 층을 형성시키는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에서, 자성 나노입자 부착 단계는 제1폴리도파민 층을 둘러싸도록 자성 나노입자를 부착하여 자성 나노입자 층을 형성시키는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에서, 제2폴리도파민 층 코팅 단계는 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 폴리도파민을 코팅하여 제2폴리도파민 층을 형성시키는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 제2폴리도파민 층 코팅 단계는 마이크로 구조체와 도파민 염산염을 혼합함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 제2폴리도파민 층 코팅 단계는 1 내지 5시간, 1 내지 4시간, 2 내지 5시간, 2 내지 4시간 또는 3시간 동안 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 3시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 제2폴리도파민 층 코팅 단계는 100 내지 140 rpm, 100 내지 130 rpm, 110 내지 140 rpm, 110 내지 130 rpm, 120 내지 140 rpm 또는 120 내지 130 rpm 조건으로 진탕 반응됨으로써 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 120 내지 130 rpm 조건으로 진탕 반응됨으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 제2폴리도파민 층 코팅 단계는 30 내지 50 ℃30 내지 45 ℃35 내지 50 ℃또는 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 35 내지 45 ℃의 온도 조건에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 제2폴리도파민 층 코팅 단계는 셰이킹 인큐베이터를 이용함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에서, 의약물질 부착 단계는 제2폴리도파민 층을 둘러싸도록 의약물질을 부착하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 예는 약물 전달용 마이크로 구조체에 회전 자기장을 인가하는 자기장 인가 단계를 포함하는 약물 전달용 마이크로 구조체의 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서 약물 전달용 마이크로 구조체는 표면에 폴리도파민(polydopamine)이 코팅된 코팅 층, 코팅 층을 둘러싸도록 자성 나노입자가 부착된 자성 나노입자 층, 및 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 의약물질 층을 포함하고, 피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 자기장 인가 단계는 약물 전달용 마이크로 구조체에 회전 자기장을 인가하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 약물 전달용 마이크로 구조체는 회전 자기장을 인가받아 회전 구동이 가능할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구체예에서, 약물 전달용 마이크로 구조체의 형상이 헬리칼인 경우 회전 자기장을 인가받게 되면 장축을 중심으로 회전 구동이 가능할 수 있다.
본 발명에 있어서 회전 자기장은 자기장의 방향이 시간에 따라 변화하여 마치 회전하는 것처럼 보이는 자기장을 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 회전 자기장은 2π(여기서, n은 자연수)의 공간각이 되도록 배치된 별도의 코일에 대칭적인 n상 전류를 흘러주었을 때 그 중심에 형성되는 원형의 자기장을 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 회전 자기장의 회전율(Frequency)은 5.0 내지 13.0 Hz, 5.0 내지 12.5 Hz, 5.0 내지 12.0 Hz, 5.0 내지 11.5 Hz, 6.0 내지 13.0 Hz, 6.0 내지 12.5 Hz, 6.0 내지 12.0 Hz, 6.0 내지 11.5 Hz, 7.0 내지 13.0 Hz, 7.0 내지 12.5 Hz, 7.0 내지 12.0 Hz, 7.0 내지 11.5 Hz, 8.0 내지 13.0 Hz, 8.0 내지 12.5 Hz, 8.0 내지 12.0 Hz, 8.0 내지 11.5 Hz, 9.0 내지 13.0 Hz, 9.0 내지 12.5 Hz, 9.0 내지 12.0 Hz, 9.0 내지 11.5 Hz, 10.0 내지 13.0 Hz, 10.0 내지 12.5 Hz, 10.0 내지 12.0 Hz, 10.0 내지 11.5 Hz, 10.5 내지 13.0 Hz, 10.5 내지 12.5 Hz, 10.5 내지 12.0 Hz 또는 10.5 내지 11.5 Hz일 수 있으며, 예를 들어, 10.5 내지 11.5 Hz일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 회전 자기장은 별도로 구비된 코일 시스템에 의해 생성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 코일 시스템은 전류를 인가받아 자기장을 생성하는 적어도 하나 이상의 전자석을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서 전자석은 솔레노이드 코일, 원형 코일, 사각 코일 및 새들 코일로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 코일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 용어 "솔레노이드 코일"은 도선을 촘촘하게 말아 원통형으로 만든 기구로 해석될 수 있으며, 솔레노이드는 전기가 통하면 자기장을 만들 수 있어 전자석으로 이용될 수 있다.
본 명세서에서 용어 "원형 코일"은 원형 전자석 (Circular electromagnet)으로 해석될 수 있으며, 원형 전자석은 고리모양의 자석, 즉 끝의 감자력의 영향이 나타나지 않는 무단 자석 (無端磁石)을 의미할 수 있다.
본 발명은 이광자 중합(Two-Photon Polymerization; TPP) 방법을 이용하여 삼중 주기적 최소곡면 구조(Triply Periodic Minimal Surfaces; TPMS) 중 자이로이드(Gyroid) 형태가 적용된 마이크로 구조체 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 본 발명의 마이크로 구조체를 이용하면 종래 마이크로 구조체의 저조한 약물 담지 효율을 극복하고, 종양세포와 같은 타겟에 대한 표적화 효율이 증대됨으로써 효율적으로 약물을 전달하는 약물전달시스템(Drug delivery system)을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 제조예에 따라 제조된 자이로이드 표면이 적용된 마이크로 큐브의 구조를 분석한 결과이다.
도 2는 본 발명의 일 제조예에 따라 자이로이드 표면이 적용된 마이크로 큐브의 약물 담지 전후 형광 이미지를 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실험예에 따라 자이로이드 표면이 적용된 마이크로 큐브의 약물 담지 효율을 분석한 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 제조예에 따라 제조된 자이로이드 표면이 적용된 마이크로 헬리칼의 구조를 분석한 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 따라 헬리칼형 마이크로 구조체에 코팅된 자성 나노입자의 직경 및 마이크로 구조체의 자화값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실험예에 따라 혈관모사 채널 내에서 자이로이드 표면이 적용된 헬리칼형 마이크로 구조체가 외부 자기장에 의해 구동되는 모습을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실험예에 따라 구동되는 헬리칼형 마이크로 구조체의 혈관모사 채널 내에서 이동하는 속도를 나타낸 그래프이다.
피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함하는 약물 전달용 마이크로 구조체에 있어서,
마이크로 구조체는, 마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민(polydopamine)이 코팅된 코팅 층; 코팅 층을 둘러싸도록 자성 나노입자가 부착된 자성 나노입자 층; 및 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 의약물질 층;을 포함하는 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
제조예. 자성 나노입자를 담지한 마이크로 구조체의 제작
1) 자이로이드 표면이 적용된 마이크로 구조체의 준비
이광자 중합(Two-Photon Polymerization; TPP) 시스템（NanoScribe GmbH, 독일）을 이용하여, 유리기판(두께: 170 um, 직경: 30 mm)에 적량의 IP-S 포토레진(NanoScribe GmbH, 독일)을 세팅하고, Rhino 3D(3차원 도면 설계 소프트웨어)를 통하여 설계된 자이로이드 표면이 적용된 큐브형(cube-type) 혹은 헬리칼형(helical-type) 마이크로 구조체 파일을 TPP 시스템에 적용하여 레이저 경화작업을 진행하였다.
포토레진으로는 IP-S, IP-Dip, IP-visio 등 IP 계열뿐만 아니라, 폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트(Polyethylene glycol diacrylate; PEGDA), 폴리 락틱-코-글리콜산(Poly lactic-co-gylcolic acid; PLGA), D,L-락트산(D,L-Lactic acid; PDLLA) 등을 백본으로 하고, Irgacure-369, Irgacure-819 등을 광개시제로 사용하며, 폴리머 사슬과의 가교결합을 위한 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(Pentaerythritol tetraacrylate), 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트(Trimethyolpropane ethoxylate triacrylate) 등의 아크릴 수지를 일정한 비율로 용매에 녹인 것을 이용할 수도 있다.
광경화 과정을 마친 후 기판 전체를 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol monomethyl ether acetate; PGMEA)와 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol; IPA)에 각각 20분씩 담그어 유리기판에 경화가 되지 않은 포토레진을 제거하는 작업을 진행하였다. 유리기판을 실온에서 자연건조시키면 기판에 마이크로 구조체가 남아있게 된다.
2) 마이크로 구조체에 대한 자성 나노입자의 코팅
준비된 마이크로 구조체에 외부 전자기장에 의한 제어가 가능하도록 직경 50 내지 100 nm의 자성 나노입자(Magnetic nanoparticle; MNP)를 코팅하였다.
우선, 자성나노 입자를 코팅하기 전에 폴리도파민(polydopamine; PDA) 코팅 작업을 진행하였다. 도파민 염산염(Dopamine hydrochloride)을 트리스 버퍼(Tris buffer)(10 mM, pH 8.5)에 5 mg/mL의 농도로 용해시켜, 마이크로 구조체가 있는 유리기판이 놓여진 30 mm 페트리 디쉬(petri dish)에 3 mL 첨가한 후, 3시간 동안 40 ℃120 rpm의 조건으로 셰이킹 인큐베이터에서 반응시켰다. 반응이 완료된 기판을 3차 증류수로 2번 세척하였다.
다음으로, 직경 100 내지 200 nm의 자성 나노입자(Magnetic nanoparticle; MNP; Fe3O4(magnetite))를 트리스 버퍼(10 mM, pH 8.5)에 50 mg/mL의 농도로 취한 후 30분 동안 초음파를 가하여 분산시킴으로써 자성 나노입자 용액을 준비하였다.
폴리도파민 코팅이 완료된 마이크로 구조체를 30 mm 사이즈의 페트리 디쉬에 넣어 3 mL 가량의 자성 나노입자 용액을 첨가하여 40℃120 rpm의 조건으로 셰이킹 인큐베이터에서 12시간 이상 반응시켰다. 반응이 완료된 마이크로 구조체를 3차 증류수로 2번 세척하였다. 이 때, 자성 나노입자 용액을 마이크로 구조체 광경화시에 미리 첨가하여, 마이크로 구조체 광경화를 진행하는 것도 불가능한 것은 아니나, IP-S 포토레진의 점성으로 인해 자성 나노입자가 원활히 분산되지 않고 응집될 우려가 있고, 또한 마이크로 구조체의 자이로이드 구조가 정밀하게 구현되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
3) 자성 나노입자가 코팅된 마이크로 구조체에 대한 독소루비신의 담지
자성 나노입자 코팅 후 마이크로 구조체의 표면에 항암제인 독소루비신(Doxorubicin; Dox)을 담지하여 마이크로 구조체에 암세포 사멸 효과를 부여하였다.
많은 약물을 담지하기 위하여 자성 나노입자가 코팅된 마이크로 구조체에 폴리도파민(PDA) 코팅 작업을 제조예 2)와 동일한 방법으로 한 번 더 진행하였다. 그 후 항암제로 사용된 독소루비신(Doxorubicin; Dox)을 3차 증류수에 10 mg/mL의 농도로 용해시켜 독소루비신 용액을 준비한 후 다음과 같은 방법을 통해 마이크로 구조체에 담지하였다:
i) 콘포칼 디쉬(Confocal dish)의 중심에 준비된 독소루비신 용액 100 uL를 취한다.
ii) 마이크로 구조체가 있는 유리기판의 면이 준비된 독소루비신 용액에 닿도록 유리기판을 콘포칼 디쉬에 올려놓는다.
iii) 유리기판을 올려놓은 콘포칼 디쉬를 밀봉한 후 40 ℃의 인큐베이터 환경에서 24시간 반응시키고 반응이 끝난 기판의 약물을 생리 식염수(phosphate buffer saline; PBS)로 세척한다.
실험예 1. 큐브형 마이크로 구조체의 분석
1-1. 피치 간격별 표면적
표면적 분석을 위해 우선 자이로이드 구조가 적용된 큐브 모양의 마이크로 구조체를 40 um, 20 um, 10 um 와 5 um 총 네 가지의 피치 크기로 설계하여 제작하여 그 표면을 도 1에 나타내었다.
도 1의 (a)는 각 피치 별로 제작된 큐브형의 마이크로 구조체를 전자현미경으로 촬영한 사진이다. 여기서, (i) 마이크로 구조체의 피치간 간격은 40 um, (ii)는 20 um, (iii)은 10 um, 그리고 (iv)는 5 um 이다.
네 가지의 자이로이드 표면이 적용된 마이크로 구조체의 표면적을 분석한 결과를 도 1의 (b) 및 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
피치간 간격(um) 40 20 10 5
표면적(um2) 77992.86 159506.68 319546.90 638553.41
도 1의 (b) 및 표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1의 표면적은 77,992.86 um2, 실시예 2의 표면적은 159,506.68 um2, 실시예 3의 표면적은 319,546.90 um2, 그리고 실시예 4의 표면적은 638,553.41 um2인 것으로 측정되어, 피치 크기가 감소할수록 마이크로 구조체가 갖는 표면적은 점차 증가하였다.
1-2. 약물 담지량
형광현미경을 통하여 독소루비신이 담지되기 전과 후의 형광이미지를 촬영하여 도 2에 나타내었다. 독소루비신은 형광을 띄고 있기 때문에 형광현미경으로 독소루비신이 담지 됐는지 여부를 확인할 수 있다.
도 2에서 (i)은 자이로이드 구조가 없는 매끈한 표면을 갖는 마이크로 구조체, (ii)는 실시예 1 피치간 간격이 40 um인 자이로이드 구조가 적용된 마이크로 구조체(), (iii)은 피치간 간격이 20 um인 실시예 2, 그리고 (iv)는 피치간 간격이 10 um 인 실시예 3의 마이크로 구조체에 독소루비신을 담지한 것이다.
자이로이드 구조가 없는 매끈한 표면을 갖는 마이크로 구조체(피치간 간격: 0 um), 실시예 1의 마이크로 구조체(피치간 간격: 40 um), 실시예 2의 마이크로 구조체(피치간 간격: 20 um), 그리고 실시예 3의 마이크로 구조체(피치간 간격: 10 um)에 담지된 독소루비신의 양을 도 3 및 표 2에 나타내었다. 여기서, 약물 담지량 측정시의 마이크로 구조체 단위 중량은 비교예가 236 ug, 실시예 1이 65.31 ug, 실시예 2가 136 ug, 그리고 실시예 3이 152 ug 였다. 이 단위 중량은 1개의 마이크로 구조체 중량이기도 하다.
비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3
피치간 간격(um) 0 40 20 10
약물 담지량(ng) 4.54 13.98 18.10 27.52
도 3 및 표 2에서 확인할 수 있듯이, 피치 크기가 작아질수록 마이크로 구조체에 담지되는 약물의 양은 점차 증가하였다. 단위 중량당 약물 담지량은 비교예가 0.00192 중량%, 실시예 1이 0.0214 중량%, 실시예 2가 0.0133 중량%, 그리고 실시예 3이 0.0181 중량% 였다.
특히 피치 크기가 10 um인 실시예 3의 마이크로 구조체 1개는 자이로이드 구조가 없는 매끈한 표면을 갖는 비교예의 마이크로 구조체 1개에 담지되는 독소루비신의 양 대비, 약 6.06배 더 많은 독소루비신을 담지할 수 있음을 확인할 수 있다.
실험예 2. 헬리칼형 마이크로 구조체의 분석
실제로 마이크로 구조체가 혈관 내에서 추진하기 위해서는 낮은 레이놀즈 수(Reynolds number) 때문에 큐브 형태가 아닌 헬리칼 형태를 띄어 그 마이크로 구조체가 회전하면서 추진되는 것이 유체 저항을 줄일 수 있어 유리하다. 박테리아의 꼬리가 회전운동을 하면서 앞으로 추진 하는 원리와 비슷하다. 따라서 본 실험예 2에서는 헬리칼 형태의 마이크로 구조체를 설계 및 제작하여 적용하였다.
도 4의 (a)는 10 um의 피치가 적용된 헬리칼형 마이크로 구조체의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다. 도 4의 (b)는 에너지분산형 분광분석법(Energy dispersive X-ray spectroscopy; EDS)을 이용하여 표면에 자성입자가 잘 부착이 되는지 여부를 확인한 모습을 나타낸 것이다. 철 원자(Fe)의 시그널이 있는 것으로 보아 자성입자가 헬리칼형 마이크로 구조체에 잘 코팅되었음을 알 수 있다.
도 5의 (a)는 코팅된 자성 나노입자의 직경을 보여주는 그래프이다. 사용된 자성 나노입자의 평균 직경은 약 190.1 nm였다. 도 5의 (b)는 진동시료 자력계(Vibrating sample magnetometer; VSM)를 이용하여 측정한 헬리칼형 마이크로 구조체의 자화값을 보여주는 그래프이며, 측정 결과, 최대 약 30 emu/g의 자화값을 보여주고 있음을 알 수 있다.
실험예 3. 헬리칼형 마이크로 구조체의 구동 특성 분석
외부 회전 자기장 제어를 이용하여 자이로이드 구조가 적용된 헬리칼형 마이크로 구조체를 구동하는 실험을 진행하였다.
도 6의 (a)는 실험에서 사용된 외부 전자기장 구동 시스템의 모식도를 나타낸 것이다. 외부 전자기장 구동 시스템은 한 쌍의 원형 헬름홀츠 코일과 두 쌍의 직사각형 헬름홀츠 코일로 구성되어 있고 각 코일에 인가되는 전류의 정도에 따라 자기장의 크기와 방향을 제어할 수 있으며, 이를 통해 자성 나노입자가 코팅된 헬리칼형 마이크로 구조체의 움직임을 5 자유도(Five degrees of freedom; 5 DOF)로 조종할 수 있다. 외부 전자기장 구동 시스템의 관심영역 내에 3D 프린터로 제작된 혈관모사 채널을 배치하고, 사람 체내 환경을 모사한 50% 글리세롤(glycerol) 용액을 혈관모사 채널 내에 채웠다. 구동 실험은 외부 전자기 구동 시스템 중앙에 배치된 확대경의 실시간 피드백 제어를 통하여 진행되었다.
도 6의 (b)는 혈관모사 채널 내에서의 헬리칼형 마이크로 구조체의 전자기구동에 의한 추진을 나타낸 것으로, 시간의 흐름에 따라 (i) 부터 (iv)까지 헬리칼형 마이크로 구조체의 움직임을 관찰하였다. 전자기장 세기를 20 mT로 고정하고 외부 전자기장의 회전율(Frequency)을 6 Hz 부터 1 Hz씩 증가시키면서 혈관모사 채널 내 헬리칼형 마이크로 구조체의 이동 속도를 측정하여, 그 결과를 도 7 및 표 3에 나타내었다.
회전율(Hz) 6 7 8 9 10 11 12
속도(um/s) 11.89 11.25 10.98 13.04 18.52 22.50 8.90
도 7 및 표 3에서 확인할 수 있듯이, 외부 전자기장의 회전율이 약 11 Hz에서, 마이크로 구조체는 22.50 um/s의 최고 속도를 나타내었고, 12 Hz에서는 이동 속도가 8.90 um/s로 크게 감소하였다. 이는 더 이상 헬리칼형 마이크로 구조체의 회전이 외부 전자기장의 회전속도를 따라가지 못함을 의미하고, 회전율 11 Hz가 본 발명의 헬리칼형 마이크로 구조체의 step-out 회전율임을 의미한다고 볼 수 있다.
본 발명은 이광자 중합(Two-Photon Polymerization; TPP) 방법을 이용하여 삼중 주기적 최소곡면 구조(Triply Periodic Minimal Surfaces; TPMS) 중 자이로이드(Gyroid) 형태가 적용된 마이크로 구조체 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.

Claims (11)

  1. 피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함하는 약물 전달용 마이크로 구조체에 있어서,
    마이크로 구조체는,
    마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민(polydopamine)이 코팅된 코팅 층;
    코팅 층을 둘러싸도록 자성 나노입자가 부착된 자성 나노입자 층; 및
    자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 의약물질 층;을 포함하는 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 구조체의 피치 사이의 간격은 1 내지 60 um인 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 구조체의 형상은 큐브(cube), 헬리칼(helical), 구(sphere), 알(ovoid), 타원(oval), 실린더(cylinder), 원뿔(cone) 및 다면체(polyhedron)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자성 나노입자는 Fe, Co, Mn, Ni, Gd, Mo, MM'2O4 및 MxOy(M 및 M'은 각각 독립적으로 Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Gd 또는 Cr이고, x는 1 내지 3의 정수, y는 1 내지 5의 정수 임)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 의약물질은 독소루비신(Doxorubicin), 메토트렉세이트(Methotrexate), 5-플루오로우라실(5-Fluorouracil), 젬시타빈(Gemcitabine), 아라비노실시토신(Arabinosylcytosine), 히드록시 우레아(Hydroxy urea), 머캅토퓨린(Mercaptopurine), 티오구아닌(Thioguanine), 니트로겐 머스타드(Nitrogen mustad), 사이클로스포라미드(Cyclosporamide), 안트라사이클린(Anthracycline), 다우노루비신(Daunorubicin), 에피루비신(Epirubicin), 이다루비신(Idarubicin), 픽산트론(Pixantrone), 사바루비신(Sabarubicin), 발루비신(Valrubicin), 악티노마이신 D(Actinomycin D), 빈크리스틴(Vincristine), 탁솔(Taxol), 콤브레타스타틴 A4(Combretastatin A4), 푸마길린(Fumagillin), 허비마이신(Herbimycin A), 2-메톡시에스트라디올(2-Methoxyestradiol), OGT 2115, TNP 470, 트라닐라스트(Tranilast), XRP44X, 탈리도마이드(Thalidomide), 엔도스타틴(Endostatin), 살모신(Salmosin), 안지오스타틴(Angiostatin), 플라스미노겐(Plasminogen), 아포리포단백질(Apolipoprotein)의 크링글 도메인(Kringle domain), 옥살로플라틴(Oxaliplatin), 카르보틀라틴(Carboplatin), 시스플라틴(Cisplatin), 보르테조밉(Bortezomib) 및 방사성 핵종(Radionuclides)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 구조체는 마이크로 구조체 총 중량을 기준으로 의약물질을 0.002 내지 0.050 중량% 포함하는 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체.
  7. 피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함하는 약물 전달용 마이크로 구조체에 있어서,
    마이크로 구조체는,
    마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민(polydopamine)이 코팅된 제1코팅 층;
    코팅 층을 둘러싸도록 자성 나노입자가 부착된 자성 나노입자 층;
    자성 나노입자 층을 둘러싸도록 폴리도파민이 코팅된 제2코팅 층; 및
    제2코팅 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 의약물질 층;을 포함하는 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체.
  8. 다음의 단계를 포함하는 약물 전달용 마이크로 구조체의 제조 방법:
    피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함하는 마이크로 구조체를 준비하는 준비 단계;
    마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민(polydopamine)을 코팅하여 폴리도파민 층을 형성시키는 폴리도파민 층 코팅 단계;
    폴리도파민 층을 둘러싸도록 자성 나노입자를 부착하여 자성 나노입자 층을 형성시키는 자성 나노입자 부착 단계; 및
    자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질을 부착하는 의약물질 부착 단계.
  9. 다음의 단계를 포함하는 약물 전달용 마이크로 구조체의 제조 방법:
    피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함하는 마이크로 구조체를 준비하는 준비 단계;
    마이크로 구조체의 표면에 폴리도파민(polydopamine)을 코팅하여 제1폴리도파민 층을 형성시키는 제1폴리도파민 층 코팅 단계;
    폴리도파민 층을 둘러싸도록 자성 나노입자를 부착하여 자성 나노입자 층을 형성시키는 자성 나노입자 부착 단계;
    자성 나노입자 층을 둘러싸도록 폴리도파민을 코팅하여 제2폴리도파민 층을 형성시키는 제2폴리도파민 층 코팅 단계; 및
    제2폴리도파민 층을 둘러싸도록 의약물질을 부착하는 의약물질 부착 단계.
  10. 약물 전달용 마이크로 구조체에 회전 자기장을 인가하는 자기장 인가 단계를 포함하는 약물 전달용 마이크로 구조체의 구동 방법에 있어서,
    상기 마이크로 구조체는 표면에 폴리도파민(polydopamine)이 코팅된 코팅 층, 코팅 층을 둘러싸도록 자성 나노입자가 부착된 자성 나노입자 층, 및 자성 나노입자 층을 둘러싸도록 의약물질이 부착된 의약물질 층을 포함하고,
    피치(pitch)와 홈(groove)이 교번 배열된 자이로이드(gyroid) 구조의 기공을 포함하는 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체의 구동 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 회전 자기장의 회전율(Frequency)은 5.0 내지 13.0 Hz인 것인, 약물 전달용 마이크로 구조체의 구동 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101264185B1 (ko) * 2010-08-19 2013-05-14 연세대학교 산학협력단 스트레인 제어 방식의 약물 전달 기구
JP2020199290A (ja) * 2016-06-07 2020-12-17 富士フイルム株式会社 マイクロニードルアレイ
KR102304705B1 (ko) * 2019-02-19 2021-09-29 전남대학교산학협력단 면역세포-기반 의료용 마이크로로봇
KR102348180B1 (ko) * 2019-02-19 2022-01-07 전남대학교산학협력단 색전술용 마이크로캐리어 및 그 제조방법
KR20220055223A (ko) * 2020-10-26 2022-05-03 전남대학교산학협력단 키토산 다공성 구조체 기반의 자기구동 마이크로로봇

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101264185B1 (ko) * 2010-08-19 2013-05-14 연세대학교 산학협력단 스트레인 제어 방식의 약물 전달 기구
JP2020199290A (ja) * 2016-06-07 2020-12-17 富士フイルム株式会社 マイクロニードルアレイ
KR102304705B1 (ko) * 2019-02-19 2021-09-29 전남대학교산학협력단 면역세포-기반 의료용 마이크로로봇
KR102348180B1 (ko) * 2019-02-19 2022-01-07 전남대학교산학협력단 색전술용 마이크로캐리어 및 그 제조방법
KR20220055223A (ko) * 2020-10-26 2022-05-03 전남대학교산학협력단 키토산 다공성 구조체 기반의 자기구동 마이크로로봇

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