보고서 정보
주관연구기관 |
삼양사(주) |
연구책임자 |
배철민
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참여연구자 |
김수현
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2002-10 |
주관부처 |
보건복지부 |
사업 관리 기관 |
보건복지부 |
등록번호 |
TRKO201300001054 |
DB 구축일자 |
2013-05-20
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키워드 |
PDO suture.PGA- PGCL star copolymer.
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초록
▼
1.연구개발 목표 : 고기능성 봉합 사 개발
2 .연구방법
Polydioxanone (PPDO) 흡수성(absorbable) Monofilament 봉합사 원료인 paradioxanone(PDO)를 출발물질인 디에틸렌글리콜에 수소가스와 금속촉매를 사용하여 최적 반응 s ys t em 및 공정개발을 통하여 순도 99%이상의 제조기술을 확립하고, 촉매와 개시제(initiator )의 몰비(molratio), 중합온도(polymerization temperature), 중합시간 및 반응기 형태에 따른 상관관계 실험를 통하여 P
1.연구개발 목표 : 고기능성 봉합 사 개발
2 .연구방법
Polydioxanone (PPDO) 흡수성(absorbable) Monofilament 봉합사 원료인 paradioxanone(PDO)를 출발물질인 디에틸렌글리콜에 수소가스와 금속촉매를 사용하여 최적 반응 s ys t em 및 공정개발을 통하여 순도 99%이상의 제조기술을 확립하고, 촉매와 개시제(initiator )의 몰비(molratio), 중합온도(polymerization temperature), 중합시간 및 반응기 형태에 따른 상관관계 실험를 통하여 PDO 호모폴리머(homopolymer) 와 고유연성 봉합사(high flexible suture) 소재인 PDO/ PCL, TMC/PCL 코폴리머(cop olymer )의 최적 중합조건 및 공정기술을 선정 하였다..
방사온도(spinning temperature), quenching온도, 연신비(draw ratio), 열처리온도(annealing temp erature), 열처리시간 등 이 봉합사 물성에 미치는 실험를 통하여 봉합사의 강도 (tenacity), 매듭안정성(knot security), 직경(diameter), 강력유지율(strength retention )등의 물성을 평가하고, 이를 토대로 방사. 연신 조건, 열처리 조건 및 공정 기술을 확립 하였다.
세포독성(cytotocity), 자극성(Irritation ), 독성(systemic toxicity), 발열성 (pyrogen), 이식 (Implantaton)등의 생체내 독성(Biocompatibility) 실험, In- Vivo 강력유지 실험 및 In- Vivo 흡수실험을 통하여 PPDO계 봉합사의 안전성 데이터를 확보 하였다.
PGA계 봉합사 원사에 감마선 (gamma - irradiation )을 조사(dosage)하여 고분자 의 분자사슬(molecu lar chain)을 절단(scission) 시켜 분자량 감소를 유도해 봉합사의 분해기간 (degradationperiod) 및 흡수기간 (absorption period)을 단축시키는 방법으로 고속분해성 봉합사(rapidabsorbable suture)를 제조하였다. 감마선 조사량이 각각 2 .5Mr ad , 3 .0Mr ad , 3 .5Mr ad , 5 .0Mr ad 일때 봉합사의 매듭강력(knot strength), 직경, 직선강력(liner strength), In- Vitro 2주 강력 유지율 등의 물성을 비교분석하여 최적의 고속분해 성 봉합사 조건을 선정하였다. 또한 생체내 독성실험 (biocompatibility test), In - Vivo 강력유지 실험 그리고 In - Vivo 흡수실험을 통하여 PGA계 고속분해성 봉합사의 안전성 데이터를 확보하였다.
3 . 연구결과
- 순도 99%이상의 paradioxanone 원료 합성 기술확보
- Polydioxanone 의 최적중 합 조건과 공정기술 확보
- PPDO계 봉합사 방사. 연신 제사기술 확보
- PPDO계 봉합사 열처리 최적조건 과 공정기술 확보
- Polydioxanone 흡수성 Monofilament 봉합사 물성 및 안전성 평가 기준확립
- PGA계 고속분해성 봉합사 제조기술 확보
- PGA계 고속분해성 봉합사 물성 및 안전성 평가 기준확립
< 제2 세부과제>
1) Scale- up 중합공정 최적화
가) 고온 상압- 진공 고상 중합의 기초기술 이용
a ) 3,000g 중합의 경우 중합조건은 단량체 투입량 : 3,000g , 촉매 : Stannous octoate ([M]/ [Cat ]=15,000), 개시제 : Pent aerythritol ([M]/ [I]=5,000), 조성 ([GL]/ [CL]=7.5/ 2.5), 중합 온도 : 190 °C, 중합 시간 : 18 hr 하였다. 구간별
b ) 5,000g 중합의 경우 중합조건은 단량체 투입량 : 5,000g , 촉매 : St annou s octoat e ([M]/ [Cat]=15,000), 개시제 : Pentaerythritol ([M]/ [I]=5,000), 조성 ([GL]/ [CL]=7.5/ 2.5), 중합 온도 : 190 °C, 중합 시간: 18 hr 하였다. 구간별
2) 방사 및 연신 공정 연구
가) 단사 (斷絲) 문제 해결 및 물성 저하를 개선하였다.
나) 냉각조 통과 후 결정화가 충분히 되어야 최적의 물성 구현 가능성 입증하였으며 연신 전 충분한 aging을 통하여 물성 향상 가능하였다.
3) 봉합사의 기계적 물성
가) 봉합사의 열적 특성 및 점도는 방사 후 분자량 감소하였으며 용융 온도 감소와 결정화 증가로 용융흡열량 증가를 일으켰다.
나) SF 0705는 Mon ocryl에 비하여 매듭강도 높고 모듈러스가 낮음을 나타내었다. 이로서 매듭강도는 높으며 부드러운 봉합사 제조 가능성을 제시하였다.
< 위탁과제>
Monofilament 흡수성 봉합사의 소재로 개발된 poly (glycolide- co- caprolactone) (PG- co- PCL) 공중합물의 직쇄형 소재와 스타형 분자구조를 갖는 소재를 가지고 소재 고유 및 다양한 가공조건에 따른 열적·형태구 조학적 분석 및 배향도의 변화 등을 고찰하여 직쇄형 소재와 스타형 소재의 가공조건에 따른 물성 차이의 원인을 규명하고 이를 바탕으로 in vitro 분해성 평가를 행하여 분해성에 영향을 주는 여러 인자를 얻고자 한다.
등온 및 비등온 결정화 실험을 통해 스타형 PG- co- PCL 시료는 분자사슬의 분지구조에 기인하여 선형시료에 비해 매우 느린 결정화 거동 및 낮은 결정성, 결정크기를 보인다. 연신에 의한 배향성 또한 스타형시료의 분지구조가 분자 사슬간 packing에 제한을 주기 때문에 동일 연신조건에서 선형 시료에 비해 낮은 배향성을 나타낸다.
연신조건 및 결정화 조건에 따른 가수분해 실험결과, 스타형 PG- co- PCL 시료는 선형시료에 비해 낮은 결정성 및 높은 chain - end 밀도를 가지고 있어 가수분해시 더 빠른 분해거동을 보인다. 분자 배향성과 분해성은 상호 밀접한 연관성을 가져, 높은 배향성 시료의 경우 낮은 분해속도를 보이며, 분해에 따른 배향성 저하 속도가 느려지는 결과를 보였다. 특히 스타형 PG- co- PCL 시료는 동일 연신조건에서 선형시료에 비해 낮은 결정성과 배향성을 보이기 때문에 상대적으로 빠른 분해속도와 분해에 의한 배향성의 빠른 저하가 나타났다.
SEM 분석결과 연신시료의 경우 연신방향으로 배향된 fibril들 사이의 무질서한 amorphou s 영역에서 우선적으로 가수분해가 일어남을 알 수 있으며, 고온에서 결정화한 시료의 경우 시료 표면에 미세기공 (microvoid)들이 형성되어 가수분해시 시료표면의 표면적을 넓히는 효과로 분해를 가속화시키는 결과를 보였다.
Abstract
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< 1st project>
1. Object of Research and Development
- Development of Multifunctional Suture
2 . Method of Study
Paradioxanone (PDO), a starting material was made to act by using diethyleneglycol, hydrogen gas and a metal catalyst, and thereby an op timum reaction system and a process fo
< 1st project>
1. Object of Research and Development
- Development of Multifunctional Suture
2 . Method of Study
Paradioxanone (PDO), a starting material was made to act by using diethyleneglycol, hydrogen gas and a metal catalyst, and thereby an op timum reaction system and a process for manufactu ring paradioxanone , a raw material for the suture of polydioxanone (PPDO) absorbable monofila ment were developed. Through such development of the optimum reaction system and the process , the technology for manufacturing paradioxan one of 99% or higher of purity was established . And , through an experiment on correlation depending upon a mol ratio between the catalyst and the initiator, a polymerization temperature, a polymerization time and a shape of the reactor, to select the optimum polymerization conditions and the process technology of PDO homop olymer and PDO/PCL, TMC/PCL copolymer which are a material for the high flexible suture. Through an experiment on the effect of a spinning temperature, a quenching temperature , a draw rati o , an annealing temperature and an annealing time on the physical properties of the suture , the physical properties including the tenacity , the knot security , the diameter and the strength retention of the suture were evaluated , and on the basis of the res ults of such evaluation , the conditions of spinning , drawing and annealing and the process technology were established. Through a biocompatibility test on cytotoxicity, irritation, systemic toxicity, pyrogen and implantation, an in-vivo strength retention test and an in - vivo absorption test , data on safety of the PPDO- family sutur e was secured .
Scission of the polymeric molecular chain was accomplished by irradiating the PGA-family sutur eyarn with gamma rays. Through this scission, reduction of the molecul ar weight was in duced, and thereby, the degradation period and the absorption period of the suture were reduced. Bythis method, a rapid absorbable suture was manufactured. Respective physical properties of the suture, including the knot strength, the dia meter, the linear strength and the in-vitro 2 weeks strength retention rate thereof, as obtained when the dosage of gamma rays was respectively 2 .5Mrad, 3.0Mrad, 3.5Mrad and 5.0Mrad, were comparatively analyzed, and thereby optimum conditions of the rapid a bsorbable suture were selected. Also, through a biocompatibility test, an in-vivo strength retention test and an in-vivo absorption test, data on safety of the PGA-family rapid absorbable suture was secured.
3. Results of Study
- Secured the technology for synthesizing the raw material of paradioxanone of 99% or higher of purity.
- Secured optimum conditions of polymerization of polydioxanone and the process technology thereof.
- Secured the technology for spinning, drawing and reeling the PPDO-family suture.
- Secured optimum conditions of annealing the PPDO-family suture and the process technology thereof.
- Established criteria for evaluating the physical properties and safety of the suture of polydioxanone absorbable monofilament.
- Secured the technology for manufacturing the PGA-family rapid absorbable suture.
- Established criteria for evaluating the physical properties and safety of the PGA-family rapid absorbable suture.
< 2nd project>
1) Scale-up polymerization
A ) Polymerization in high temp. 1atm and vacuum condition
a ) in 3,000g scale polymerization , monomer : 3,000g , catalyst : Stannous octoate ([M]/ [Cat ]=15,000), in itiator: Pentaerythritol ([M]/ [I]=5,000), composition ([GL]/ [CL]=7.5/ 2.5), reaction temp. : 190 °C, reaction time : 18 hr.
b ) in 5,000g scale polymerization , mon omer : 3,000g , catalyst : Stannous octoate ([M]/ [Cat]=1 5,000), initiator : Pentaerythritol ([M]/ [I]=5,000), composition ([GL]/ [CL]=7.5/ 2.5), reaction temp. : 190 °C, reaction time : 18 hr
B) process study of spinning and elongation
a ) solve the problem with monofilament and improve physical property lowering
b ) best physical property is obtained through sufficient crystallization following freeze bottle and sufficient aging before spinning .
C) Mechanical properties of suture
A ) thermal property an d viscosity was decreased by spinning and heat of fusion was in creased by crystallization.
B) SF 0705 was showed more knot strength and modulus than Monocryl.
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 3
- 연구개발사업 최종보고서 요약문 ... 5
- Project Summery ... 7
- 총괄연구개발과제 연구결과 ... 9
- 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 10
- 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 16
- 3 . 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 18
- 4 . 총괄연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 23
- 5 . 총괄연구개발과제의 활용계획 ... 27
- 6 . 첨부서류 ... 28
- 제1세부연구개발과제 연구결과 ... 28
- 1. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 28
- 2. 제1세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 30
- 3. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발 결과 및 결론 ... 31
- 4 . 제1세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 50
- 5 . 제1세부연구개발과제의 활용계획 ... 51
- 제2세부연구개발과제 연구결과 ... 52
- 1. 제2세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 53
- 2 . 제 2 세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 54
- 3 . 제 2 세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 55
- 4 . 제 2 세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 81
- 5 . 제 2 세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 82
- 6 . 제 2 세부연구개발과제의 활용계획 ... 84
- 7 . 참고문헌 ... 86
- 위탁 연구개발과제 연구결과 ... 87
- 1 . 위탁연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 87
- 2 . 위탁연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 89
- 3 . 위탁연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 89
- 4 . 위탁연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 112
- 5 . 위탁연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 113
- 6. 위탁연구개발과제의 활용계획 ... 114
- 7. 참고문헌 ... 115
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