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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 생체 적합한 물질로 알려진 티타늄13, 14)을 이용하여 현재까지 스텐트의 재질로 가장 많이 쓰이는 스텐인레스스틸 표면을 코팅한 후 카르복실산과 티타늄 산화막과의 결합력을 이용하여15) 보다 안정된 고분자 코팅막을 형성하는 방법에 대해 기술하고자 한다.
가설 설정
- 있다. 또 제작된 자기조립단층막과 이후에 코팅될 고분자막과의 결합력을 증대시키기 위해서는 공유결합과 같은 화학적 결합을 유도하는 것이 좋을 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 광반응에 의해 비특이적인 화합결합을 유도할 수 있는 azide 작용기를 도입하였다.
제안 방법
- Ahx-HSAB의 자기조립단층막이 형성된 시편(SAM시편)을 1% 폴리카프로락톤(polycaprolacton, PCL) 용액에 담근 후 254 nm의 자외선으로 10분 동안 조사하였다. 광가교반응 후, 시편은 과량의 MC로 두 번 세척하고, 질소가스로 건조시켰다.
- HSAB와 그의 유도체를 이용한 실험은 자외선을 이용한가교반응을 시행하기 전에는 빛이 차단된 조건에서 시행하였다. HSAB(0.
- 이는 티타늄 13) 이 생체적합성을 띠며, 14) 그 표면이 카르복실산과 결합력을 가짐15)이 알려져 있기 때문이다. TiO2 코팅은 이온 플레이팅 코팅법을 이용하여 코팅하였으며, 코팅의 유무를 확인하이 위하여 접촉각을 측정하였다(Table I). 표에서 나타난 바와 같이 대조군인 SS시편(sample 1)은 접촉각이 70.
- 먼저, Ahx-HSAB을 이용하여 형성된 자기조립단층막의 특성을 평가하기 위해 접촉각을 측정하였다. Table I에서 보는바와 같이, 자기조립단층막의 형성 이후에 측정된 접촉각 (sample 3)은 60.
- 본 연구에서는 스텐트의 재질로 가장 많이 쓰이고 있는스텐인레스스틸의 표면위에 TiO2 코팅을 한 후, 합성된 Ahx-HSABS Ti(6와 카르복실산 사이의 결합력을 이용하여자기조립단층막을 형성하였다. 이후에 광반응 통한 가교반응을 이용하여 자기조립단층막과 PCL 고분자 사이에의 화학결합을 유도하여 보다 안정된 코팅막을 형성하였고, 접촉각측정을 통해 코팅의 단계들을 확인하였다.
- 상기에 언급된 Ahx-HSAB을 이용하여, 자기조립단층막을 형성시키고 이후에 광반응을 통한 가교반응과 고분자의 스프레이 코팅을 통하여 안정된 코팅막 형성을 시도하였으며, 이 과정을 Figure 1에 요약되어 있다.
- 상기와 같이 형성된 코팅막의 안정도를 평가하기 위해, 대조군 1, 대조군 2와 실험군(자기조립단층막과 가교반응 이후에 PCL 고분자를 스프레이 코팅)을 0.1 M 인산완충용액(pH 7.4, 0.05% Tween80)에 넣고 200rpm의 빠른 회전상태에 두어 시간에 따라 막의 형태를 관찰하였다. Figure 2와 Figure 3에서 보는 바와 같이, 대조군 1과 대조군 2의 안정도 평가시행 전의 표면 상태는 매우 깨끗하였다.
- goniometer(GBX, France)를 이용하였다. 상온에서 종류마다 각 5개의 시편을 측정하였고, 각 시편에서는 최소한 5군데 이상의 위치에서 접촉각을 측정하였다.
- 서론에 언급하였듯이, 스텐인레스스틸 자체로는 그 표면과 고분자사이의 강한 결합을 유도해 내기 어렵기 때문에, 그 표면을 TiOj로 코팅한 TiOj시편을 제작하였다. 이는 티타늄 13) 이 생체적합성을 띠며, 14) 그 표면이 카르복실산과 결합력을 가짐15)이 알려져 있기 때문이다.
- , Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 시편은 sputter를 이용하여 약 100 A 두께의 금막을 형성하였고, 이후에 전자현미경을 통해 시표의 표면 형태를 관찰하였다.
- 또 제작된 자기조립단층막과 이후에 코팅될 고분자막과의 결합력을 증대시키기 위해서는 공유결합과 같은 화학적 결합을 유도하는 것이 좋을 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 광반응에 의해 비특이적인 화합결합을 유도할 수 있는 azide 작용기를 도입하였다.16)따라서 한쪽 끝에는 카르복실산 작 용기를 가지고 한쪽 끝에는 광유도 화학결합을 위한 azide 작용기를 가지며, 그 중축은 소수성의 사슬을 가지는 화합물을 합성하였으며, 그 합성과정은 Scheme 1과 같다.
- 형성하였다. 이후에 광반응 통한 가교반응을 이용하여 자기조립단층막과 PCL 고분자 사이에의 화학결합을 유도하여 보다 안정된 코팅막을 형성하였고, 접촉각측정을 통해 코팅의 단계들을 확인하였다. 이와 같이 형성된코팅막의 안정성을 평가하였을 때, 금속표면위에 스프레이코팅만을 시행한 코팅막에 비해 더욱 오랜 기간 동안 코팅막이 처음의 상태로 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
- 튜브는 궤도형 진동기(orbital shaker)에 두어 연속적인 회전(200rpm)을 유지했다. 이후에 표면의 코팅막에 손상이 있는지 확인하였으며 2주 동안 계속 관찰하였다.
- 가교반응을 유도하였다. 즉, 자기조립단층막이 형성된 시편을 1%의 PCL 고분자 용액 속에 둔 채로 254 nm의 자외선을 조사함으로써 PCL 고분자와 자기조립단층막 사이에 화학적 결합을 유도하였다. 가교반응 후에는 스프레이 코팅법을 이용하여 추가로 약 5 ㎛ 두께의 PCL 고분자층을 형성하였다.
- 지금까지의 과정을 통해 생성된 자기조립단층막 위에 약 물을 함유하는 안정된 고분자층을 형성하기 위해 광 반응을 이용한 가교반응을 유도하였다. 즉, 자기조립단층막이 형성된 시편을 1%의 PCL 고분자 용액 속에 둔 채로 254 nm의 자외선을 조사함으로써 PCL 고분자와 자기조립단층막 사이에 화학적 결합을 유도하였다.
- 표면의 형태는 전자현미경(JSM 840-A, Jeol Ltd., Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 시편은 sputter를 이용하여 약 100 A 두께의 금막을 형성하였고, 이후에 전자현미경을 통해 시표의 표면 형태를 관찰하였다.
- 형성된 고분자 막의 안정도를 평가하기 위해 SS시편과 TiC>2시편에 자기조립단층막을 형성시키지 않고 PCL 스프레이 코팅만 시행한 대조군과 자기조립단층막과 가교반응을 시행한 후 PCL 스프레이 코팅을 시행한 실험군을 50ml 튜브에 넣은 후 0.1 M 인산완충용액 (pH 7.4, 0.05% Tween80) 으로 채웠다. 튜브는 궤도형 진동기(orbital shaker)에 두어 연속적인 회전(200rpm)을 유지했다.
대상 데이터
- (USA)의 제품을사용하였고, Tween 80, N-Hydroxysuccinimidyl-4-Azidoben- zoate(HSAB)은 Sigma chemical Co.QJSA)의 제품을 사용하였다. 기타 용매와 시약은 시판제품 중 시약급 이상을 사용하였다.
- 코팅의 최종 두께는 약 5 pm가 되도록 하였다. 대조군으로는 SS시편에 . 자기조립단층막을 형성시키지 않고 PCL 스프레이 코팅만 시행한 것 (대조군 1)과 TiOf]편에 자기조립단층막을 형성시키지 않고 PCL 스프레이 코팅만 시행한 것(대조군 2)을 준비하였으며, 코팅 조건은 실험군과 동일하게 하였다.
- 대조군으로는 SS시편에 . 자기조립단층막을 형성시키지 않고 PCL 스프레이 코팅만 시행한 것 (대조군 1)과 TiOf]편에 자기조립단층막을 형성시키지 않고 PCL 스프레이 코팅만 시행한 것(대조군 2)을 준비하였으며, 코팅 조건은 실험군과 동일하게 하였다.
이론/모형
- The contact angle of modified surfaces was measured by the Sessile drop method. The contact angles were obtained using a DGD Fast/60 contact angle goniometer (GBX, France) at constant room temperature under ambient laboratory conditions.
- 즉, 자기조립단층막이 형성된 시편을 1%의 PCL 고분자 용액 속에 둔 채로 254 nm의 자외선을 조사함으로써 PCL 고분자와 자기조립단층막 사이에 화학적 결합을 유도하였다. 가교반응 후에는 스프레이 코팅법을 이용하여 추가로 약 5 ㎛ 두께의 PCL 고분자층을 형성하였다. PCL 가교반응 후의 접촉각(sample 4)은 54.
- 세척된 %시편은 이온플레이 팅코팅법 (ion plating coating method)을 이용하여 TiO2 코팅하였으며, 신한진공(주) (부천)에 의뢰하여 제작하였다.
- 1% PCL용액으로 스프레이 코팅하였다. 스프레이 코팅은 대한스프레이시스템(시흥)에서 제작된스프레이 시스템을 사용하였다. 코팅의 최종 두께는 약 5 pm가 되도록 하였다.
- 표면의 특성 변화를 관찰하기 위하여 Sessile drop 방법을 이용하여 접촉각을 측정하였으며, DGD Fast/60 contact angle goniometer(GBX, France)를 이용하였다. 상온에서 종류마다 각 5개의 시편을 측정하였고, 각 시편에서는 최소한 5군데 이상의 위치에서 접촉각을 측정하였다.
성능/효과
- 31 (°)로 변화의 폭이 매우 컸으며, SS시편과 비교하였을 때 친수성 표면으로 전환된 것을 알 수 있다. 따라서 SS 시편의 표면에 친수적인 변화가 생겼음을 알 수 있으며 이를 통해 극성을 띠는 티타늄산화막의 산소원자에 의해 접촉각이 줄어들었고 따라서 TiO2로 코팅이 제대로 되었다는 것을 예상할 수 있다.
- 반면에, 실험군의 경우에는 3일 후에도 코팅막에 변화가 없었으며 (Figure 4), 자료로 제시되지는 않았지만 2주 후에도 원래의 상태로 유지되었다. 따라서 가정했던 것과 같이 TiO2 와 카르복실산 사이의 결합력을 이용하여 자기조립단층막을형성하고 가교반응을 통해 고분자막과 화학적 결합을 유도 하였을 때 코팅막이 훨씬 더 안정한 상태로 유지될 수 있다는 것을 알 수 있다.
- 이후에 광반응 통한 가교반응을 이용하여 자기조립단층막과 PCL 고분자 사이에의 화학결합을 유도하여 보다 안정된 코팅막을 형성하였고, 접촉각측정을 통해 코팅의 단계들을 확인하였다. 이와 같이 형성된코팅막의 안정성을 평가하였을 때, 금속표면위에 스프레이코팅만을 시행한 코팅막에 비해 더욱 오랜 기간 동안 코팅막이 처음의 상태로 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 금속표면과 코팅되는 고분자 사이에 화학적 결합력을 이용하여 코팅막을 형성한다면, 보다 안정된 코팅막을 형성할 수 있음을 보여주는 연구라 할 수 있을 것이다.
후속연구
- 이와 같이 형성된코팅막의 안정성을 평가하였을 때, 금속표면위에 스프레이코팅만을 시행한 코팅막에 비해 더욱 오랜 기간 동안 코팅막이 처음의 상태로 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 금속표면과 코팅되는 고분자 사이에 화학적 결합력을 이용하여 코팅막을 형성한다면, 보다 안정된 코팅막을 형성할 수 있음을 보여주는 연구라 할 수 있을 것이다.
- 물론, 본 연구에서 제시하는 방법을 통해 약물의 방출양상도 달라지는 지는 추가의 연구가 필요할 것이다. 하지만 약물의 방출양상이 대조군과 비슷하다고 하더라도, 보다 안정된 코팅막을 스텐트에 코팅할 수 있다면, 이후 스텐트 시술 시 스텐트가 병변부위에 도달할 때까지 거치게 되는 가혹한 환경들을 극복함에 있어서 보다 긍정적인 효과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
- 하지만 약물의 방출양상이 대조군과 비슷하다고 하더라도, 보다 안정된 코팅막을 스텐트에 코팅할 수 있다면, 이후 스텐트 시술 시 스텐트가 병변부위에 도달할 때까지 거치게 되는 가혹한 환경들을 극복함에 있어서 보다 긍정적인 효과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
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