KR100673498B1 - 조직공학용 생분해성 이중기공 고분자 지지체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생분해성 이중기공 고분자 지지체(scaffold)의 제조 방법에 관한 것으로서, 생분해성 고분자, 탄산염과 유기산으로 이루어진 비등성 혼합물(effervescent mixture) 및 용매를 포함하는 고분자 용액을 -196 ℃ 내지 상온 범위의 온도에서 방치하여 용매를 증발시켜 고분자 시편을 얻은 후 이를 물과 알콜 혼합 수용액에 넣고 발포시키는 본 발명의 방법에 따르면, 고분자 지지체의 기공 크기를 보다 용이하게 조절할 수 있고 염침출법(salt leaching technique), 상분리법(phase separation technique), 가스 발포법(gas foaming technique) 등과 같은 기존 방법에 비해 생분해성 고분자 지지체를 보다 간단하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 생분해성 고분자 지지체는 기공 막힘 현상과 유해물질의 분비 및 잔존 현상이 없고 표면적과 다공도가 매우 높기 때문에 거의 모든 생체 조직 및 장기를 조직공학적으로 재생하는데 유리하게 이용될 수 있다.

조직공학, 고분자 지지체, 비등성 혼합물, 다공도, 가스 발포법, 생분해성, 이중기공

Description

조직공학용 생분해성 이중기공 고분자 지지체의 제조 방법{PREPARATION METHOD OF BIODEGRADABLE DUAL PORE POLYMER SCAFFOLDS FOR TISSUE ENGINEERING}

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 이중기공 폴리락트산 지지체의 외부 표면을 관찰한 주사전자현미경(SEM) 사진.

본 발명은 조직공학용 생분해성 이중기공 고분자 지지체의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 기공 크기의 조절이 용이하면서도 표면적과 다공도가 매우 높고 유해 물질의 분비 및 잔존 현상이 없는 조직공학용 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 보다 간단하게 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

조직공학(tissue engineering)이란 과학의 발달과 함께 등장한 새로운 분야의 하나로서 생명과학과 공학, 의학 등의 기본개념과 과학기술을 통합 응용하는 다학제간 학문으로 생체조직의 구조와 기능 사이의 상관관계를 이해하고 더 나아가 손상된 조직이나 장기를 정상적인 조직으로 대체하거나 재생시키기 위해 체내에 이식이 가능한 인공조직을 만들어 우리 몸의 기능을 유지, 향상 또는 복원하는 것을 목적으로 하는 응용학문이다.

대표적인 조직공학 기법을 요약하면 다음과 같다. 우선, 환자의 몸에서 필요한 조직을 채취하고 그 조직편으로부터 세포를 분리한 후 분리된 세포를 배양을 통해 필요한 양만큼 증식시키고 이를 다공성 생분해성 고분자 지지체에 심어 일정기간 동안 체외 배양하여 얻어지는 하이브리드형 세포/고분자 구조물을 다시 인체 내에 이식한다. 이식 후 세포들은 대부분의 조직이나 장기의 경우 신생 혈관이 형성될 때까지는 체액의 확산에 의해 산소와 영양분을 공급받다가 인체내에 혈관이 자라서 들어와 혈액의 공급이 이루어지면 세포들이 증식, 분화하여 새로운 조직 및 장기를 형성하고 고분자 지지체는 그동안 분해되어 없어지게 되는 기법을 응용하는 것이다.

따라서, 이러한 조직공학 연구를 위해서는 우선 생체 조직과 유사한 생분해성 고분자 지지체를 제조하는 일이 중요하다. 인체 조직의 재생을 위해 사용되는 지지체 재료의 주된 요건은 조직세포가 재료 표면에 유착하여 3차원적 구조를 가진 조직을 형성할 수 있도록 기질 또는 틀의 역할을 충분히 해내야 하고 이식된 세포와 숙주 세포 사이에 위치하는 중간 장벽으로서의 역할도 할 수 있어야 한다는 것이다. 이는 이식 후 혈액 응고나 염증 반응이 일어나지 않는 무독성의 생체적합성을 가져야 함을 의미한다.

또한, 이식된 세포가 조직으로서 충분한 제 기능과 역할을 하고 나면 원하는 시간이 지나면 생체 내에서 완전히 분해되어 없어질 수 있는 생분해성을 지녀야 한다. 현재 널리 사용되고 있는 생분해성 고분자로는 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리아 미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르 및 이들의 공중합체 등이 있다. 그러나, 현재까지는 PGA, PLA, PLGA 등만이 미국 식품의약청(FDA)으로부터 인체에 사용 가능한 생분해성 고분자로 승인되어 인체 조직의 체내 재생을 위한 다공성 고분자 지지체 재료로서 사용되고 있다.

한편, 최근에는 여러 연구자들에 의해 고분자를 다공성 구조로 만들기 위한 다양한 방법들이 시도되고 있는데, 대표적으로는 단결정 소금을 혼합하여 건조한 후 소금을 물에 용해시켜 내는 염 침출법(Solvent-casting and particulate-leaching technique: A. G. Mikos 등, Polymer, 35, 1068, 1994), CO₂ 가스를 이용하여 고분자를 팽창시키는 방법(Gas foaming technique: L. D. Harris 등, J. Biomed . Mater . Res ., 42, 396, 1998), 고분자 섬유를 부직포로 만들어 고분자 체(mesh)로 제조하는 방법(Fiber extrusion and fabric forming process: K. T. Paige 등, Tissue Engineering, 1, 97, 1995), 고분자 용액에 함유되어 있는 용매를 비용매 속에 담구어 다공성을 만드는 상분리법(Thermally induced phase separation technique: C. Schugens 등, J. Biomed . Mater. Res ., 30, 449, 1996), 고분자 용액을 물과 혼합하여 유화 용액으로 제조한 후 액체 질소로 냉동시키고 동결 건조하는 유화 동결 건조법(Emulsion freeze-drying method: K. Whang 등, Polymer, 36, 837, 1995) 등을 예로 들 수 있다.

그러나, 상기 방법들은 전반적으로 지지체의 기공 크기를 조절하는 것이 쉽지 않고 얻어지는 고분자 지지체의 표면적과 다공도가 비교적 낮으며 기공간 오픈 (open) 구조가 잘 형성되지 않는다. 또한, 지지체 표면의 기공 막힘 현상이 야기되고 비교적 복잡한 제조 공정을 거치는 동안 발생 가능한 가스 등의 유해 물질이 분비되고 지지체 내에 염이 잔존하게 되는 등의 많은 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 기공 크기의 조절이 용이하면서도 유해 물질의 분비 및 잔존 현상을 해결할 수 있고, 표면적과 다공도가 매우 높은 기공간 오픈(open) 구조를 갖고 그 표면에 다공질 막힘 현상이 없는 이중기공 고분자 지지체를 보다 간단하게 제조할 수 있는, 조직공학용 생분해성 이중기공 고분자 지지체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, i) 생분해성 고분자, 탄산염과 유기산의 비등성 혼합물 및 용매를 포함하는 고분자 용액을 -196 ℃ 내지 상온 범위의 온도에서 방치하여 용매를 증발시켜 고분자 시편을 얻는 단계, ii) 단계 i)에서 얻어진 고분자 시편을 물과 알콜의 혼합 수용액에 넣고 발포시킨 후 건조시키는 단계를 포함하는, 생분해성 이중기공 고분자 지지체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에서는 또한, 상기 방법에 따라 제조된 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 특징은, 비등성 혼합물을 생분해성 고분자 용액에 직접 넣은 후 이를 수용액에 녹여 CO₂ 가스를 발생시켜 이중기공 고분자 지지체를 제조한다는 데 있다.

본 발명에 따른 고분자 지지체의 제조 방법에서, a) 큰 기공은 비등성 혼합물을 이용하고 작은 기공은 비용매를 함유하는 용액을 사용하여 형성하거나; b) 비등성 혼합물의 크기를 조절하면서 두가지 크기의 기공을 형성시키는 2가지 방법에 의해 이중 기공을 형성시킬 수 있다.

본 발명에 따른, 비등성 혼합물을 이용한 이중기공 고분자 지지체의 제조 공정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

단계 i)에서, 고분자 용액은, 생분해성 고분자를 녹일 수 있는 적당한 용매와 고분자는 녹이지 않으면서 상기 용매와만 섞이는 비용매를 혼합하여 용매/비용매 혼합용액을 만든 다음 여기에 생분해성 고분자를 넣고 용해시킨 후 다공성 생성을 위한 탄산염과 유기산의 비등성 혼합물을 첨가하고 균일하게 혼합하거나; 생분해성 고분자를 적당한 용매에 용해시킨 후 여기에 이중기공 생성을 위한 탄산염과 유기산의 비등성 혼합물을 그 입자크기를 달리하면서 첨가하고 균일하게 혼합함으로써 얻을 수 있다.

본 발명에서, 상기 고분자 용액의 농도는 5 내지 15 중량% 범위인 것이 바람직하다. 상기 첫 번째 방법으로 고분자 용액을 만들 경우, 용매로는 고분자의 종류에 따라 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 디옥산, 테트라히드로퓨란 등을 사용할 수 있고, 작은 기공을 만들때 쓰이는 비용매로는 물, 에탄 올, 메탄올, 아세톤 등을 사용할 수 있으며, 첨가량은 상기 용매에는 녹으면서 고분자는 녹이지 않는 범위로서, 용매와 비용매의 비율이 80:20 내지 95:5 부피비인 것이 바람직하다. 두 번째 방법으로 고분자 용액을 만들 경우, 용매로는 고분자의 종류에 따라 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 디옥산, 테트라히드로퓨란 등을 사용할 수 있고, 비등성 혼합물은, 큰 기공과 작은 기공 형성용 입자가 10:1 내지 1:1 범위의 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이어서, 얻어진 고분자 용액을 원하는 형태의 실리콘 재질의 틀에 부은 다음 -196 ℃ 내지 상온 범위의 온도에서 방치하여 함유된 용매를 어느 정도 증발시킴으로써 디스크 형태의 고분자 시편을 얻을 수 있다.

본 발명에서 사용되는 생분해성 고분자로는 생체내에서 분해될 수 있는 무독성 고분자라면 모두 사용할 수 있으며, 예를 들면 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르, 및 이들의 유도체 및 공중합체 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 미국 식품의약청(FDA)으로부터 인체에 사용 가능한 생분해성 고분자로 승인되어 사용되고 있는 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산-글리콜산(PLGA) 공중합체 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 생분해성 고분자는 중량평균 분자량이 5,000 내지 2,000,000, 보다 바람직하게는 10,000 내지 700,000 범위인 것을 사용할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에서 기공 형성을 위해 사용되는 비등성 혼합물은 탄산염과 유 기산으로 구성되어 있는 바, 상기 비등성 혼합물은 일반 약물에 사용할 수 있는 인체 무해 물질임과 동시에 물에 쉽게 용해되고 일정크기를 갖는 고체 상태이다. 상기 탄산염으로는 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산수소암모늄, 탄산암모늄, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨, 탄산칼슘 등과 같이 이산화탄소를 발생하는 탄산염을 사용할 수 있다. 또한, 상기 유기산으로는 구연산(citric acid), 주석산(tartaric acid), 숙신산(succinic acid), 말레산(maleic acid), 퓨마닉산(fumanic acid), 말론산(malonic acid), 말산(malic acid), 글루콘산(gluconic acid), 뮤식산(mucic acid), 아미노산 등을 사용할 수 있다.

상기 비등성 혼합물의 입자크기는 5 내지 500 ㎛ 범위인 것이 바람직하고, 그 함량은 비등성 혼합물/고분자의 중량비가 5/1 내지 20/1 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다. 비등성 혼합물의 구성비율은 유기산과 탄산염이 1:1 내지 1:3 몰비로 혼합된 것이 바람직하고, 2가지 이상의 유기산을 사용할 경우 그 비율은 카복실산의 몰비에 의존한다.

이어서, 단계 ii)에서는, 디스크 형태의 고분자 시편을 물과 알콜의 혼합 수용액에 넣고 물리적인 방법을 병행하여 비등(발포)과정을 거친 후 시편을 꺼내어 건조시킴으로써 디스크 표면에도 높은 이중기공을 갖는 고분자 지지체를 얻을 수 있다.

상기 디스크 형태의 고분자 시편을 비등(발포)하는 과정에 있어서 비등(발포) 매질 혹은 매개물(medium)로는 잔존 유기용매를 제거하고 지지체의 침강을 유도하기 위하여 물과 알콜의 혼합 수용액이 바람직하다. 혼합 수용액에 있어서 알 콜은 에탄올, 메탄올, 이소프로필알콜 등을 사용할 수 있으며, 알콜 함량이 1 내지 95 중량%인 것이 바람직하다.

또한, 상기 비등 과정은, 효과적인 비등(발포) 및 생성 기포에 의한 지지체로의 부착에 의한 떠오름 방지를 위해 초음파(ultrasonic) 조사, 마이크로파(microwave) 조사, 교반 등과 같은 물리적인 방법 등을 이용하여 수행될 수 있다.

상기 비등(발포)과정을 행한 후에는 다공성 지지체에 함유된 과량의 수분 제거 및 미량의 잔존 유기용매의 급격한 증발로 인한 수축 현상을 최소화하기 위하여 동결(freeze) 건조나, 상온 내지 얻어지는 지지체의 유리전이온도(glass transition temperature, T_g) 범위의 온도에서 진공 건조를 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따르면, 종래 방법에 비해 생분해성 고분자 지지체를 보다 간단하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 기공 크기의 조절이 용이하고 표면적과 다공도가 높은 기공간 오픈 구조를 형성시킬 수 있으며, 특히, 제조되는 지지체 표면의 기공 막힘 현상 및 유해 물질의 분비 및 잔존 현상을 해결할 수 있어 그 효용성을 크게 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 지지체는, 큰 기공의 크기가 50 내지 500 ㎛ 범위이고 큰 기공을 연결하는 벽에 5 내지 40 ㎛ 크기의 작은 기공이 형성되어 있는 형태의 이중기공 지지체로서, 단위부피당 표면적이 매우 높으며 93% 이상의 높은 다공도를 가져 기존의 단일기공 지지체에 비해 단위면적당 세포의 파종을 많이 할 수 있어서 조직공학적으로 조직이나 장기를 재생하는 데 매우 유리하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

실시예 1:

중량평균 분자량이 약 100,000인 중량비 50:50의 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA)를, 중량비 85:15의 디옥산과 물의 혼합용액에 넣고 자석교반기를 이용하여 골고루 용해시켜 5 중량% 농도의 PLGA 용액을 얻었다. 얻어진 PLGA 용액에, 비등성 혼합물/PLGA의 중량비가 20/1이 되도록 3:1 몰비로 혼합된 탄산수소나트륨과 구연산의 비등성 혼합물(200-300 ㎛ 크기)을 넣고 균일하게 혼합하였다. 이 혼합 용액을 8 mm의 지름을 갖는 도넛모양 형태의 실리콘 재질의 틀에 붓고 -196 ℃의 액체 질소 하에 방치하여 용매를 어느 정도 증발시킨 후 디스크 형태의 고분자 시편를 제조하였다. 이어서, 얻어진 디스크 형태의 시편을 부피비 50:50의 물과 에탄올의 혼합 수용액에 넣고 초음파 처리를 하면서 약 48시간 동안 비등(발포) 과정을 수행한 후 시편을 꺼내어 20시간 동안 동결 건조시켜 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제조하였다. 제조된 지지체의 다공도를 수은 다공도 분석기로 분석한 결과, 전체적인 다공도는 약 98%를 나타냈다.

그런 다음, 제조된 이중기공 고분자 지지체의 외부 표면을 주사전자현미경으로 관찰하고 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1로부터, 지지체의 외부 표면과 내부 단면의 다공성의 형태 및 분포가 거의 동일하고, 큰 기공의 다공질 크기는 사 용한 비등성 혼합물의 입자크기(200-300 ㎛)와 비슷하며, 작은 기공은 그 크기가 5-20 ㎛ 범위임을 알 수 있다. 또한, 지지체 외부 표면에 막힘이 관찰되지 않고 기공간 상호 연결되는(interconnected) 오픈 구조를 보였다.

실시예 2:

중량평균 분자량이 약 2,000,000인 폴리L-락트산(PLLA)을 디클로메탄에 용해시켜 13 중량% 농도의 PLLA 용액을 얻고, 얻어진 PLLA 용액에, 비등성 혼합물/PLLA의 중량비가 5/1이 되도록 1:1 몰비로 혼합된 탄산나트륨과 구연산의 비등성 혼합물(200-300 ㎛ 및 5-30 ㎛ 크기의 입자 비율이 3:1 중량비)을 넣고, 발포 후 40 ℃에서 진공 건조하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제조하였다. 제조된 지지체의 전체적인 다공도는 약 96%를 나타냈다.

그런 다음, 제조된 이중기공 고분자 지지체의 외부 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과 도 1과 유사하였다. 즉, 지지체의 외부 표면과 내부 단면의 다공성 형태 및 분포가 거의 동일하고, 큰 기공의 다공질 크기는 사용한 비등성 혼합물의 크기(200-300 ㎛)와 비슷하며, 작은 기공은 그 크기가 5-30 ㎛ 범위임을 알 수 있다. 또한, 지지체 외부 표면에 막힘이 관찰되지 않고 기공간 상호 연결되는(interconnected) 오픈 구조를 보였다.

실시예 3:

중량평균 분자량이 약 20,000인 중량비 75:25의 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA)를 중량비 90:10의 아세톤과 에탄올 혼합용액에 용해시켜 8 중량% 농도의 PLGA 용액을 얻고, 방치 온도를 -70 ℃로 하며, 얻어진 PLGA 용액에, 탄산수소암모늄과 주석산의 비등성 혼합물(300-400 ㎛ 크기)을 넣으며, 발포 후 상온에서 진공 건조시키는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제조하였다. 제조된 지지체의 전체적인 다공도는 약 95%를 나타냈다.

제조된 이중기공 고분자 지지체의 외부 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 실시예 1에 나타낸 결과와 유사하게 지지체의 외부 표면과 내부 단면의 다공성 형태 및 분포가 거의 동일하고, 다공질의 크기 또한 큰 기공은 그 크기가 사용한 비등성 혼합물의 크기(300-400 um)와 비슷하며 작은 기공은 그 크기가 5-20 ㎛ 범위임을 알 수 있다. 또한, 지지체 외부 표면에 막힘이 관찰되지 않고 기공간 상호 연결되는(interconnected) 오픈 구조를 보였다.

실시예 4:

중량평균 분자량이 약 220,000인 중량비 85:15의 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA)를 클로로포름에 용해시켜 10 중량% 농도의 PLGA 용액을 얻고, 비등성 혼합물로서 중량비 1:1의 탄산수소나트륨과 주석산의 혼합물(400-500 ㎛ 및 10-40 ㎛크기의 입자 비율이 10:1 중량비)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 공정을 수행하여 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제조하였다. 제조된 지지체의 전체적인 다공도는 약 93%를 나타냈다.

제조된 이중기공 고분자 지지체의 외부 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 실시예 2에 나타낸 결과와 유사하게 지지체의 외부 표면과 내부 단면의 다공 성 형태 및 분포가 거의 동일하고, 이중기공의 크기는 사용한 비등성 혼합물의 크기(400-500 ㎛ 및 10-40 ㎛)와 거의 동일함을 알 수 있다. 또한, 지지체 외부 표면에 막힘이 관찰되지 않고 기공간 상호 연결되는(interconnected) 오픈 구조를 보였다.

실시예 5:

중량평균 분자량이 약 17,500인 폴리D,L-락트산(PDLLA)을 중량비 95:5의 클로로포름과 아세톤의 혼합용액에 용해시켜 8 중량% 농도의 PDLLA 용액을 얻고, 방치 온도를 상온으로 하며, 비등성 혼합물로서 탄산암모늄과 숙신산의 혼합물(100-200 ㎛ 크기)을 사용하며, 발포 용액으로서 부피비 95:5의 물과 에탄올의 혼합용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제조하였다. 제조된 지지체의 전체적인 다공도 및 SEM 분석 결과는 실시예 1에 기재된 결과와 유사하였다.

실시예 6:

중량평균 분자량이 약 100,000인 폴리ε-카프로락톤을 테트라하이드로퓨란에 용해시켜 7 중량% 농도의 폴리ε-카프로락톤 용액을 얻고, 비등성 혼합물로서 탄산수소칼륨과 말레산의 혼합물(100-200 ㎛ 및 5-20 ㎛ 크기의 입자비율이 1:1 중량비)의 혼합물을 사용하고, 발포 용액으로서 부피비 95:5의 물과 에탄올 혼합용액을 사용하며, 발포 과정 시 마이크로파 처리를 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 공정을 수행하여 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제조하였다. 제조된 지지체의 전체적인 다공도 및 SEM 분석 결과는 실시예 2에 기재된 결과와 유사하였 다.

실시예 7:

중량평균 분자량이 약 220,000인 중량비 50:50의 글리콜산과 ε-카프로락톤 공중합체를 부피비 80:20의 디옥산과 메탄올의 혼합물에 용해시켜 15 중량% 농도의 폴리ε-카프로락톤 용액을 얻고, 비등성 혼합물로서 탄산칼륨과 뮤식산의 혼합물을 사용하며, 발포 용액으로서 부피비 50:50의 물과 메탄올 혼합용액을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제조하였다. 제조된 지지체의 전체적인 다공도 및 SEM 분석 결과는 실시예 1에 기재된 결과와 유사하였다.

실시예 8:

중량평균 분자량이 약 200,000인 폴리오르쏘에스테르를 클로로포름에 용해시켜 11 중량% 농도의 폴리오르쏘에스테르 용액을 얻고, 비등성 혼합물로서 탄산칼슘과 아스파틱산의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제조하였다. 제조된 지지체의 전체적인 다공도 및 SEM 분석 결과는 실시예 1에 기재된 결과와 유사하였다.

실시예 9:

중량평균 분자량이 약 100,000인 폴리안하이드라이드를 사용하고, 비등성 혼합물로서 탄산수소나트륨과 글루타믹산의 혼합물을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 제조하였다. 제조된 지지체의 전체적인 다공도 및 SEM 분석 결과는 실시예 1에 기재된 결과와 유사하였다.

이와 같이, 본 발명의 방법에 따라 제조된 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 주사전자현미경으로 관찰해보면, 그 내·외부가 균일한 다공질 크기 및 분포를 갖고 있으며, 다공질의 크기에 있어서, 상기 a) 방법으로 제조되는 경우 큰 기공은 비등성 혼합물의 입자 크기와 유사하고 작은 기공은 그 크기가 5 내지 20 ㎛ 범위이며; 상기 b) 방법에 의해 제조되는 경우, 큰 기공은 다공도 형성을 위해 사용된 비등성 혼합물의 입자크기와 유사하고 작은 기공은 그 크기가 5 내지 40 ㎛ 범위이며, 특히 b) 방법으로 지지체를 만들 경우 작은 기공을 원하는 크기로 만들 수 있다는 장점이 있음을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 지지체는 외부 표면의 막힘이 관찰되지 않고 기공간 상호 연결되는(interconnected) 오픈(open) 구조의 입체 다공성 형태를 나타내고, 수은 다공도 분석기(mercury porosimetry analyzer)를 통하여 다공도(porosity)를 분석해 보면 지지체의 전체적인 다공도가 대략 93 내지 99% 범위로서 매우 크다.

생분해성 고분자와 비등성 혼합물을 포함하는 고분자 용액으로부터 고분자 시편을 얻은 후 이를 물과 알콜의 혼합 수용액 중에서 발포한 다음 건조시키는 본 발명의 방법에 따르면, 기공 크기의 조절이 용이하면서도 생분해성 이중기공 고분자 지지체를 기존 방법에 비해 간단하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 고분자 지지체는 93% 이상의 높은 다공도를 갖고 기공간 오픈 구조를 가지 며 단위부피당 표면적이 매우 높으며 50-500 ㎛ 크기의 큰 기공과 이들을 연결하는 벽에 5-40 ㎛ 크기의 작은 기공이 형성된 이중기공 고분자 지지체로서, 이러한 이중기공 지지체를 통해 세포 성장을 안내하여 표면 패터닝을 가능하게 한다. 따라서, 단일기공 지지체에 비해 표면에 기공 막힘 현상과 유해 물질 분비 및 잔존 현상이 없고 세포의 파종을 많이 할 수 있어 인공적으로 병든 신체의 거의 모든 조직 및 장기를 조직공학적으로 재생하는데 유리하게 이용될 수 있다.

Claims (21)

1. i) 생분해성 고분자와, 탄산염과 유기산의 비등성 혼합물과, 용매를 포함하는 고분자 용액을 -196 ℃ 내지 상온 범위의 온도에서 방치하여 용매를 증발시켜 고분자 시편을 얻는 단계, 및

   ii) 단계 i)에서 얻어진 고분자 시편을 물과 알콜의 혼합 수용액에 넣고 발포시킨 후 건조시키는 단계를 포함하고,

   상기 단계 i)에서 고분자 용액을, 생분해성 고분자를 녹일 수 있는 유기 용매와 고분자는 녹이지 않으면서 상기 유기 용매와만 섞이는 비용매를 혼합한 용매/비용매 혼합용액에 생분해성 고분자를 용해시킨 후 탄산염과 유기산으로 이루어진 비등성 혼합물을 첨가하고 균일하게 혼합함으로써 얻거나, 또는 생분해성 고분자를 유기 용매에 용해시킨 후 이중기공 생성을 위한 탄산염과 유기산으로 이루어진 비등성 혼합물을 그 입자크기를 달리하여 첨가하고 균일하게 혼합함으로써 얻는 것을 특징으로 하는, 생분해성 이중기공 고분자 지지체의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 생분해성 고분자가 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리락트산-글리콜산 공중합체(PLGA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL), 폴리아미노산, 폴리안하이드라이드, 폴리오르쏘에스테르, 및 이들의 유도체 및 공중합체 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 생분해성 고분자의 중량평균 분자량이 5,000 내지 2,000,000 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 고분자 용액의 농도가 5 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 유기 용매가 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 사염화탄소, 아세톤, 디옥산 및 테트라히드로퓨란으로 이루어진 군 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 비용매가 물, 에탄올, 메탄올 및 아세톤으로 이루어진 군 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 용매/비용매 혼합용액이, 용매와 비용매를 중량비 80:20 내지 95:5 범위로 혼합한 것임을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 비등성 혼합물이, 탄산염과 유기산을 1:1 내지 1:3의 몰비로 혼합한 것임을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 탄산염이 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 탄산수소암모늄, 탄산암모늄, 탄산수소칼륨, 탄산칼륨 및 탄산칼슘으로 이루어진 군 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 유기산이 구연산(citric acid), 주석산(tartaric acid), 숙신산(succinic acid), 말레산(maleic acid), 퓨마닉산(fumanic acid), 말론산(malonic acid), 말산(malic acid), 글루콘산(gluconic acid), 뮤식산(mucic acid) 및 아미노산으로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 비등성 혼합물이 5 내지 500 ㎛ 범위의 입자크기를 갖는 것임을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 비등성 혼합물이, 큰 기공 형성용 입자와 작은 기공 형성용 입자를 10:1 내지 1:1의 중량비로 혼합한 것임을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 비등성 혼합물과 생분해성 고분자를 5:1 내지 20:1의 중량비로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 물과 알콜의 혼합 수용액이, 알콜을 1 내지 95 중량% 함유하는 것임을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 알콜이 에탄올, 메탄올 및 이소프로필알콜로 이루어진 군 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항에 있어서, 발포 공정이, 초음파 조사, 마이크로파 조사 및 교반 중에서 선택된 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항에 있어서, 건조 공정을, 동결 건조, 또는 상온 내지 제조되는 지지체의 유리전이온도(glass transition temperature, T_g) 범위의 온도에서 진공 건조시킴으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제1항의 방법에 따라 제조된 생분해성 이중기공 고분자 지지체.
21. 제20항에 있어서, 고분자 지지체의 다공도가 93 내지 98% 범위인 것을 특징으로 하는 생분해성 이중기공 고분자 지지체.

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