[논문]의료용 디바이스 코팅 폴리머의 생체적합성 향상

이정복; 권일근; 허동녕; 배민수; 박재홍; 남윤식

문제 정의

체내에 의료용 디바이스가 이식되었을 경우 디바이스 제작시 사용한 잔류 유기용매에 의해 염증반응이 발생할 수 있다. 본 연구에서 폴리우레탄 필름 제작을 위해 사용한 THF(tetrahy drofuran), 약물탑재를 위해 사용한 TFE(2,2,2-trifluoroethanol)와 에탄올이 완전히 건조되어 제거되었는지를 확인하기 위해 GC 를 이용해 필름 제작 및 약물 탑재과정에서 사용한 유기용매의 잔류용매량을 측정하였다. (Table 1) 용매를 휘발시키는 방법을 통해 제작된 시편은 THF의 잔류용매량이 35ppm으로 매우 낮게 검출되었다.
본 연구에서는 의료용 디바이스 코팅에 사용되는 폴리우레탄에 항염증 약물인 Indomethacin을 탑재하여 체내이식 후 발생하는 염증반응을 최소화하며, 생체적합성을 향상시키고자 하는 목적으로 폴리머의 팽창 및 수축을 이용한 약물 탑재 방법을 통해 약물을 탑재하고자한다.

제안 방법

염증반응의 억제를 위해 폴리우레탄 필름 내부에 항 염증약물인 Indomethacin을 팽창률이 다른 Tetra-fluoro-ethanol (TFE)과 Ethanol (EtOH)에 녹인 뒤 폴리우레탄 필름을 Indomethacin 용액에 넣어 24시간 동안 팽창시킨 후 건조시키는 Soaking and drying 을 통해 약물을 탑재시켰다.(Fig. 1) 약물이 탑재된 시편은 cross-section하여 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope)으로 확인하였으며, 역상 고성능 액체 크로마토그래피 (RP-HPLC)로 약물 탑재량을 정량화 측정하였다.
[Fig. 3(a)] 두 그룹 모두 24시간이 지난 이후에는 더 이상의 팽창이 이루어지지 않았으며, 이를 통해 약물탑재를 위한 팽창시간은 24시간으로 고정하여 진행하였다. Fig.
%의 농도로 녹인 뒤 몰드에 부어 용매를 휘발시키는 방법(solvent evaporation technique)을 사용하여 필름을 제작하였다. 그 후 직경 8mm의 균일한 크기와 형태로 절단하여 각기 다른 용매에 따른 폴리우레탄의 팽창률 (swelling ratio)을 시간에 따라 측정하였다. 시편의 팽창 후 진공건조를 통해 잔류용매를 제거한 이후 Gas Chromatography (GC)를 사용하여 시편 내부의 잔류 용매량을 측정하였다.
그 후 직경 8mm의 균일한 크기와 형태로 절단하여 각기 다른 용매에 따른 폴리우레탄의 팽창률 (swelling ratio)을 시간에 따라 측정하였다. 시편의 팽창 후 진공건조를 통해 잔류용매를 제거한 이후 Gas Chromatography (GC)를 사용하여 시편 내부의 잔류 용매량을 측정하였다.
염증반응의 억제를 위해 폴리우레탄 필름 내부에 항 염증약물인 Indomethacin을 팽창률이 다른 Tetra-fluoro-ethanol (TFE)과 Ethanol (EtOH)에 녹인 뒤 폴리우레탄 필름을 Indomethacin 용액에 넣어 24시간 동안 팽창시킨 후 건조시키는 Soaking and drying 을 통해 약물을 탑재시켰다.(Fig.
의료용 디바이스는 생체 내에 이식하였을 때 염증이 발생할 수 있으며, 물리적 특성이 취약하기에 이를 보완하고자 표면코팅용 폴리우레탄에 약물을 탑재하였다. 약물탑재 방법은 용매에 고분자 물질이 팽창하면서 약물입자가 내부로 침투하면서 탑재되는 방법이다.
의료용 디바이스 코팅에 사용되는 폴리우레탄을 용매 휘발법을 이용하여 필름 형태로 제작하였다. 제작한 폴리우레탄 필름에 시간과 용매에 따른 우레탄의 용매 흡수에 의한 팽창을 이용 하여 항염증 약물인 Indomethacin을 탑재하였으며 이를 주사전자현미경 (SEM)으로 확인하였다. Fig 2는 약물이 함유되지 않은 PU 필름과 Indomethacin이 함유된 PU 필름의 단면의 SEM이미지이며, 약물이 함유되지 않은 폴리우레탄 필름의 단면 [Fig.

대상 데이터

신경전극 시스템의 생체적합성 향상을 위한 코팅 고분자로는 탄성 및 적합성이 우수한 폴리우레탄을 사용하였다. 실험에 사용할 시편의 제작을 위해 폴리우레탄 (PU, Polyurethane, DOW Chemical com.
신경전극 시스템의 생체적합성 향상을 위한 코팅 고분자로는 탄성 및 적합성이 우수한 폴리우레탄을 사용하였다. 실험에 사용할 시편의 제작을 위해 폴리우레탄 (PU, Polyurethane, DOW Chemical com., USA)을 Tetrahydrofuran (THF)에 10 wt. %의 농도로 녹인 뒤 몰드에 부어 용매를 휘발시키는 방법(solvent evaporation technique)을 사용하여 필름을 제작하였다.
의료용 디바이스 코팅에 사용되는 폴리우레탄을 용매 휘발법을 이용하여 필름 형태로 제작하였다. 제작한 폴리우레탄 필름에 시간과 용매에 따른 우레탄의 용매 흡수에 의한 팽창을 이용 하여 항염증 약물인 Indomethacin을 탑재하였으며 이를 주사전자현미경 (SEM)으로 확인하였다.

이론/모형

, USA)을 Tetrahydrofuran (THF)에 10 wt. %의 농도로 녹인 뒤 몰드에 부어 용매를 휘발시키는 방법(solvent evaporation technique)을 사용하여 필름을 제작하였다. 그 후 직경 8mm의 균일한 크기와 형태로 절단하여 각기 다른 용매에 따른 폴리우레탄의 팽창률 (swelling ratio)을 시간에 따라 측정하였다.

성능/효과

본 연구에서 폴리우레탄 필름 제작을 위해 사용한 THF(tetrahy drofuran), 약물탑재를 위해 사용한 TFE(2,2,2-trifluoroethanol)와 에탄올이 완전히 건조되어 제거되었는지를 확인하기 위해 GC 를 이용해 필름 제작 및 약물 탑재과정에서 사용한 유기용매의 잔류용매량을 측정하였다. (Table 1) 용매를 휘발시키는 방법을 통해 제작된 시편은 THF의 잔류용매량이 35ppm으로 매우 낮게 검출되었다. 이를 TFE와 에탄올에 처리하였을 경우, 잔류되어 있던 THF는 대부분 제거되었고 각각 29.
Fig 2는 약물이 함유되지 않은 PU 필름과 Indomethacin이 함유된 PU 필름의 단면의 SEM이미지이며, 약물이 함유되지 않은 폴리우레탄 필름의 단면 [Fig. 2(a)] 에 비해 Soaking and drying을 통해 약물을 탑재한 폴리우레탄의 내부에 약물이 고르게 분산된 형태로 탑재되어 있음을 확인하였다.[Fig.
3(b)는 서로 다른 농도로 녹인 용액에 폴리우레탄을 팽창시켜 약물을 탑재한 후 건조시켜 내부에 존재하는 약물의 양을 RP-HPLC을 이용하여 정량화한 것으로써, 약물을 녹인 용액의 농도가 증가할수록 폴리우레탄 내부에 탑재되는 Indomethacin의 양이 증가하였다. 또한, 폴리머 팽창이 높게 일어나는 용액의 경우 더 높은 약물탑재량을 보였다. 이는 팽창률이 높을수록 내부에 담재하게 되는 약물의 양이 더 많아지게 되고 그 결과 더 많은 약물탑재량을 보이게 된다.
폴리우레탄 내부에 항염증 약물을 탑재하기 위해 용매에 따른 폴리우레탄의 팽창률을 측정한 결과, TFE은 약 2000%, 에탄올은 약 38% 정도의 최대 팽창률을 나타냈다. [Fig.

후속연구

또한, 용매에 따른 폴리우레탄의 팽창률이 다르기에 탑재하고자하는 약물의 양을 조절할 수 있으며, 약물용액의 농도를 다르게 하여 약물탑재 효율을 컨트롤할 수 있다. 이와 같이 탑재된 약물은 체내에서 방출됨으로써 염증을 최소화하며, 생체적합성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

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