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생체분해성 폴리카프로락톤(PCL) 미세혈관 문합커플러의 사출성형조건에 따른 문합강도 및 in-vitro 분해능 평가
Evaluation of Anastomotic Strength and in-vitro Degradability with Microvascular Anastomosis Coupler Based on Injection Molding Condition made by Biodegradable Polycaprolactone(PCL) 원문보기

대한기계학회 논문집. C, 산업기술과 혁신, v.1 no.2, 2013년, pp.167 - 177  

안근선 ((주)트리플씨메디칼 R&D센터) ,  한기봉 ((주)트리플씨메디칼 R&D센터) ,  오승현 ((주)트리플씨메디칼 R&D센터) ,  박종웅 (고려대학교 의과대학 안산병원 정형외과) ,  김철웅 ((주)트리플씨메디칼 R&D센터)

초록
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최근 미세혈관 문합수술 시 봉합사 대신 기계식 문합커플러를 사용하는 수술례가 증가하고 있다. 그러나 기존의 비분해성 문합커플러는 염증반응 뿐만 아니라 수술 후 영구적으로 인체 내에 잔존한다는 한계성이 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 비분해성 문합커플러의 한계성을 극복하기 위해 사출성형공정을 이용한 생분해성 PCL 문합커플러 제작을 채택하였다. 사출성형 공정조건 중 실린더온도와 사출압력에 따른 수축률을 계산하고 이에 따른 문합강도를 측정하였다. 그 결과 핀보다는 홀 파트의 수축률 변화가 크게 나타났다. 또한 수축률은 실린더온도가 상승할수록 증가하였으나 반대로 사출압력이 높아질수록 감소하는 경향이 나타났다. PCL 문합 커플러의 in-vitro 분해거동을 12주간 평가한 결과, 수분흡수는 증가하고 분자량은 감소하여 생체분해를 동반한 질량 및 문합강도의 감소를 확인할 수 있었다. 그러나 문합강도의 저하 수준이 전임상 요구조건을 충분히 상회하기에 PCL 문합커플러는 미세혈관수술에 적합한 후보재료임을 파악할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The use of mechanical anastomosis coupler instead of sutures has been increasing in microvascular anastomosis surgery. However, non-biodegradable anastomosis coupler has problems such as not only inflammatory reaction but also remaining permanently in operation wound. Therefore, we fabricated biodeg...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 6(a)를 통해 보다 구체적이고 정량적인 값으로 파악할 수 있었다. 단, 본 논문에서 언급된 실린더온도 및 사출압력의 실제값은 당사의 PCL 문합커플러 제품화를 위한 회사기밀정보에 해당되므로 T1~T3 등의 형태로 표기한 점에 대해 깊은 양해를 구하는 바이다. Fig.
  • 특히 실린더온도와 사출압력은 성형품의 완성도에 절대적인 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 실린더온도 및 사출압력에 따른 PCL 문합커플러의 수축률 변화를 우선적으로 관찰하였다. 완성도가 매우 높은 PCL 문합커플러를 제작하기 위해 오랜 시간과 인내력을 투자한 결과, Fig.
  • 그러나 PCL 링파트는 가수분해되더라도 금속의 마이크로핀은 영구적으로 인체내에 잔존한다는 더 큰 문제점이 발생될 수밖에 없었다. 따라서 본 연구에서는 우선적으로 PCL이 문합커플러의 후보재료로 타당성이 있는가를 판단하기 위해 사출성형기법을 이용하여 마이크로핀과 문합링이 PCL로만 구성된 일체형 문합커플러를 제작하였다. 그리고 수축률, 문합강도 및 in-vitro 분해특성, 분해에 의한 문합강도변화 등을 평가하였다.
  • 본 연구에서는 기존 비분해성 문합커플러의 술후 인체내 영구잔존이라는 한계성을 극복하기 위해 양산화에 유리한 정밀사출성형공정을 통해 생체분해성 PCL 문합커플러를 제작하였다. 사출공정조건 중 실린더온도와 사출압력이 문합커플러의 수축률에 미치는 영향을 계산하고, 그 수축률이 문합커플러의 문합강도에 어떠한 영향을 미치는지 판단하였다.
  • 그 이유는 PCL 문합커플러의 결합력은 핀과 홀 파트의 전단력에 의해 결정되기 때문에 in-vitro 분해실험 중 PBS에 의한 문합부의 전단결합력 감소로 인해 1주 후 문합강도가 감소한 것으로 사료된다. 본 절에서도 주목할 점은 혈관 내막간의 완벽한 결합이 이루어지는 2주 경과동안 과연 얼마만큼의 문합강도 저하가 발생했는가를 살펴보는 것이다. 앞 절의 최대인장강도 및 탄성계수의 2주간 하락세가 PCL 문합커플러의 역할수행에 큰 영향을 미치지 않는 결과를 유도할 수 있었듯이 문합강도 또한 우려할 수준의 강도하락세는 전혀 나타나지 않았다는 점에서 단언컨대 PCL은 차세대 생체분해성 문합커플러의 후보재료로 매우 타당함을 재차 입증하는 것이다.
  • 본 연구에서는 기존 비분해성 문합커플러의 술후 인체내 영구잔존이라는 한계성을 극복하기 위해 양산화에 유리한 정밀사출성형공정을 통해 생체분해성 PCL 문합커플러를 제작하였다. 사출공정조건 중 실린더온도와 사출압력이 문합커플러의 수축률에 미치는 영향을 계산하고, 그 수축률이 문합커플러의 문합강도에 어떠한 영향을 미치는지 판단하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

  • 이와 같은 비분해성 문합커플러의 한계성을 극복하고자 최근에는 생체분해성 문합커플러를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.(4~6) 생체분해성 미세혈관 문합커플러의 후보재료가 보유해야 할 요구조건으로는 1) 대량생산공정이 가능해야하고, 2) 동일한 생산품의 확보 등 품질관리가 용이해야하고, 3) 이물반응 및 감염증 등 생체자극성을 최소화시켜야하고, 4) 물성제어가 용이해야한다.(7) 요구조건 1)과 2)를 유추해보면 아직까지는 3D프린팅기술보다는 정밀사출성형기술이 상용화에 더 적합하다는 사실을 알 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
봉합사 문합법의 문제점은? 인체 결손조직을 재건하기 위한 유리피판술(free-flap)은 미세수술기법 중 가장 중요한 술식으로 혈관문합술의 대표적 사례이다.(1) 기존의 고식적인 혈관문합술은 봉합사 문합법이 일반적이었으나 봉합사의 혈관 관통에 의한 혈관내막손상, 혈관 내에 봉합사 잔존에 의한 혈전(thrombus)생성, 긴수술시간, 고난이도의 술기 등 많은 문제점이 최근까지 지속되고 있다.(1,2) 따라서 1960년대 이후 고식적인 미세혈관문합분야의 한계성을 극복하고자 기계식 문합장치가 개발되었고 이후 혈관문합술에 적용되는 사례가 급격히 증가하고 있다.
기계식 문합커플러를 이용한 문합술의 단점은? (2) 또한 금속재질의 마이크로핀에 혈관을 외번(eversion)하여 내막-내막간(intima-to-intima) 결합을 유도하기 때문에 기존 봉합사방식처럼 혈관 내에 이물질이 존재하지 않는다. 그러나 비분해성 문합커플러는 수술후 영구적으로 인체 내에 잔존하기 때문에 외부항원으로 인식되어 염증반응(inflammatory reaction)이 유도될 수 있다. 이와 같은 비분해성 문합커플러의 한계성을 극복하고자 최근에는 생체분해성 문합커플러를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
유리피판술이란? 인체 결손조직을 재건하기 위한 유리피판술(free-flap)은 미세수술기법 중 가장 중요한 술식으로 혈관문합술의 대표적 사례이다.(1) 기존의 고식적인 혈관문합술은 봉합사 문합법이 일반적이었으나 봉합사의 혈관 관통에 의한 혈관내막손상, 혈관 내에 봉합사 잔존에 의한 혈전(thrombus)생성, 긴수술시간, 고난이도의 술기 등 많은 문제점이 최근까지 지속되고 있다.
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참고문헌 (14)

  1. Jung, Y. J., Son, D. G. and Kim, H. J., 2006, "MAC System for Microanastomosis of Free Flap," The Korean Society of Microsurgery, Vol.15, No.2, pp.51-57. 

  2. Chung, N. Y, Lim H. C., Lee, S. H., Park, J. H. and Park, J. W., 2008, "Easy and Fast Anastomosis using Microvascular Anastomotic Coupler System," Journal of Korean Orthopeadic Association, Vol.43, No.1, pp.36-42. 

  3. Nakayama, K., Yamamoto, K., Tamiya, T., 1962, "A New Simple Apparatus for Anastomosis of Small Vessels. Preliminary Report," The International College of Surgeons, Vol.38, pp.12-26. 

  4. Middleton, J. C. and Tipton, A. J., 2000, "Synthetic Biodegradable Polymers as Orthopedic Devices," Biomaterials, Vol.21, pp.2335-2346. 

  5. Barrows, T. H., 1986, "Degradable Implant Materials: A Review of Synthetic Absorbable Polymers and Their Applications," Clinical Materials, Vol.1, pp.233-257. 

  6. Kim, C. W., Ahn, G. S., Han, G. B., Park, J. K. and Hwang, J. H., 2013, "Method for Manufacturing Anastomosis Coupler Using Bio-degradable Polycaprolactone," The Korean Intellectual Property Office, Patent No.10-1308133, Korea. 

  7. Kim, S. H. and Kim, S. H., 2007, "Biofunctional Biodegradable Polymer," Polymer Science and Technology, Vol.18, pp.450-457. 

  8. Joji, S., Muneshige, H. and Ikuta, Y., 1999, "Experimental Study of Mechanical Microvascular Anastomosis with New Biodegradable Ring Device," British Journal of Plastic Surgery, Vol.52, No.7, pp.559-564. 

  9. Qu, W., Muneshige, H. and Ikuta, Y., 1999, "An Absorbable Pinned-ring Device for Microvascular Anastomosis of Vein Grafts: Experimental studies," Microsurgery, Vol.19, No.3, pp.128-134. 

  10. Kim, C. W., Yang, Y. K., 2012, "Isomorphic Anastomosis Ring," The Korean Intellectual Property Office, Patent No.10-1126220, Korea. 

  11. Jung, Y. D., Kim, Y. S., Kim, I. K. and Jung, H. C., 1997, "Research of Shrinkage Phenomenon on Metal Insert Injection Molded Parted," The Korean Society for Power System Engineering, Vol.12, pp.127-131. 

  12. Ueda, K., Mukai, T., Ichinose, S., Koyama, Y. and Takakuda, K., 2010, "Bioabsorbable Device for Small-caliber Vessel Anastomosis," Microsurgery, Vol.30, No.6, pp.494-501. 

  13. Shim, J. H., Kim, J. Y., Park, J. K., Hahn, S. K., Rhie, J. W., Kang, S. W., Lee, S. H. and Cho, D. W., 2010, "Effect of Thermal Degradation of SFF-Based PLGA Scaffolds Fabricated Using a Multi-head Deposition System Followed by Change of Cell Growth Rate," Journal of Biomaterials Science, Vol.21, pp.1069-1080. 

  14. Ueda, K., Mukai, T., Ichinose, S., Koyama, Y. and Takakuda, K., 2010, "Bioabsorbable Device for Small-caliber Vessel Anastomosis," Microsurgery, Vol.30, No.6, pp.494-501. 

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