KR20010033076A

KR20010033076A - 생체적합성 폴리머 필름

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Publication number: KR20010033076A
Application number: KR1020007006437A
Authority: KR
Inventors: 라인홀트 데피쉬; 울리히 바우어; 베르너 베크; 루트흐 디트리히; 헤르만 괴횔; 카트야 크람머
Original assignee: 감브로 아베
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-04-25
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: CN100340311C; KR100656251B1; EP1037679A1; US20030059620A1; CN1287498A; CA2312370C; TWI244927B; CA2312370A1; US6500549B1; DE69939005D1; HK1031344A1; WO2000021585A1; ES2308853T3; JP4121708B2; US6841255B2; JP2002527534A; AU1070600A; EP1037679B1; ATE399573T1

Abstract

본 발명은 비처리된 물품보다 더욱 생체적합성이며 더 매끈한 표면형태를 갖는 연속 표면을 형성하도록 물품 표면위로 적용될 수 있는 공중합체 필름에 관계한다. 본 발명의 공중합체 필름은 -OH 말단 작용기를 갖는 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 소수성 폴리머 블럭을 제공하고 -OH 기를 -OH 기와 반응할 수 있는 필름형성 폴리머의 모노머 또는 프리폴리머와 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 이러한 반응은 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤(PL-PDMS-PL)형 트리블럭 공중합체나 실리콘 폴리에스테르를 반응성 PDMS 로서 사용한다. 폴리락톤 블럭의 -OH 기는 적당한 용매에서 다양한 이소시아네이트와 반응하여 PDMS가 구조에 포함된 폴리머를 형성할 수 있다. 이러한 필름은 물품을 용매에든 반응혼합물로 코팅하고 용매를 증발시키는 방식에 의해 물품 표면에 적용될 수 있다.

Description

생체적합성 폴리머 필름{BIOCOMPATIBLE POLYMER FILM}

장치 표면상에서 미생물 감염이 일어날 수도 있다. 이식되어 표면에서 바이오필름을 형성하는 박테리아와 같은 감염원은 박멸하기가 대단히 어렵다(Costerton, J.W. et al. (1999) Science 284:1318-1322). 이식된 스텐트나 내재 카테테르와 같은 장기간 접촉용 장치는 숙주세포 접착표면으로 작용하여서 숙주세포가 활성화되게 함으로써 증식하거나 정상 생리적 기능을 변경시키고 장치를 통한 유체흐름을 제한함으로써 장치의 기능 또는 의도된 용도를 제한시킨다.

생체적합성 향상을 위해서 공지기술에서 사용된 방법은 장도1의 표면을 변성시켜 더욱 소수성이 되게 하는 것이다. 다른 한편으로는 표면을 더욱 친수성이 되게 함으로써 적어도 부분적으로 생체적합성이 증가될 수 있다. 실리콘과 실록산과 같은 특정 폴리머가 생체적합성을 가진다고 알려질지라도 확실하게 생체적합성을 예견할 수 있는 신뢰할만한 물리적 관계가 없다. 일반적으로 소수성 표면이 친수성 표면보다 더 생체적합성이다. Zisman의 임계 표면장력(Zisman, W.A., (1964) Adv. Chem. Ser. 43)이 잠재적 생체적합성을 평가하는 매개변수로서 사용되어 왔다. 최적의 임계 표면장력을 갖는 재료는 빈번하게 생체적합성이지만 예외는 있다. 예컨대 폴리에틸렌과 폴리프로필렌은 최적의 범위내에서 임계 표면장력을 가지지만 생체적합성이 아니다. 이들 인자의 성질에 대한 명백한 이해가 없으면 생체적합성은 예견불가능하다.

폴리올레핀과 폴리우레탄의 매력적인 구조적 성질 때문에 더 큰 생체적합성을 부여하기 위해서 다양한 블렌딩 및 공중합기술이 개발되었다. 미국특허 4,872,867은 폴리우레탄을 수용성 폴리머를 써서 변성시키고 이를 실란형 결합제를 써서 즉석에서 가교시켜서 가교결합되고 서로 얽힌 네트워크를 형성시키는 방법을 발표한다. 미국특허 4,636,552는 베이스 폴리머와 조합되거나 가소제 대신에 사용될 때 생체적합성을 부여하는데 유용하다고 일컫는 폴리락톤 측쇄를 갖는 폴리디메틸 실녹산을 발표한다. 미국특허 4,929,510은 더욱 친수성인 블럭과 덜 소수성인 블럭을 갖는 이중블럭 공중합체를 발표한다. 매트릭스 폴리머를 팽윤시키는 용매에든 이중 블럭 공중합체 용액은 매트릭스 폴리머로된 물품에 이중 블럭을 도입하는데 사용된다. 이후에 물품을 물에 옮기고 포함된 이중블럭 폴리머를 배향시켜서 더욱 소수성인 블럭이 매트릭스에 포함되고 덜 소수성인 블럭이 물품 표면상에 노출된다. 이중 블럭 공중합체의 예는 폴리(에틸렌옥사이드-프로필렌 옥사이드), N-비닐-피롤리돈-비닐아세테이트 및 N-비닐-피롤리돈-스티렌을 포함한다. 미국특허 4,663,413 및 4,675,361은 세그먼트화된 블럭 공중합체, 특히 폴리실록산-폴리카프로락톤 선형 블럭 공중합체를 발표한다. 후자는 베이스 폴리머 재료에 포함되어서 이의 표면 성질을 변성시킨다. 벌크로 베이스 폴리머에 초기에 블렌딩 될지라도 공중합체는 표면에 이동하여 필요한 표면 특성, 특히 생체적합성을 부여하는 매우 얇은 단층필름을 형성한다.

폴리락톤(PL)블럭이 측부에 위치된 폴리디메틸 실록산(PDMS)으로 된 트리블럭 공중합체가 발표된다(Lovinger, A.J. et al.(1993) J. Polymer Sci. Part B.(Polymer Physics)31:115-123). 이러한 트리블럭 공중합체는 벌크 조성물에 포함되며, 또한 표면 코팅으로서 적용되어서 혈전층을 감소시킨다(미국특허 5,702,823). PL-PDMS-PL 트리블럭 공중합체는 실록산이 디메틸실록산이고 락톤이 카프로락톤인 "SMA"(Thoratec Laboratories, Berkeley, Calif)과 "Tegomer"(Th. Goldschmidt AG, Essen Germany)으로 시판된다. 사용하기 적합한 폴리실록산 블럭의 공칭 분자량(수평균)은 1000 내지 5000 이고 카프로락톤의 공칭 분자량은 1000 내지 10,000이다. Tsai, C-C. 등은 코팅으로 적용되거나 폴리염화비닐 및 기타 베이스폴리머에 블렌딩된 PL-PDMS-PL 에 대한 비교연구를 보고한다(ASAIO Journal 40:M619-M824, 1994).

Deppisch, R. 등은 폴리아미드-폴리비닐-피롤리돈, 폴리아미드-폴리아릴에테르술폰-폴리비닐피롤리돈 또는 폴리아릴에테르-폴리비닐피롤리돈 필름이나 막구조물에 대해 개선된 혈전성질을 보고한다(Nephrol. Dial. Transplant. 13:1354-1359,1998). 개선된 혈전성질은 소수성 및 친수성 표면 패치의 마이크로도메인 표면 구조 때문이다.

미국특허 5,589,563은 표면 변성 말단기를 갖는 폴리머, 예컨대 PDMS 또는 방향족 폴리카보네이트와 같은 말단기에 공유결합된 경질세그먼트 및 연질세그먼트를 갖는 폴리우레탄을 발표한다. 표면 변성 말단기는 폴리머 표면상에 농축되어 표면 소수성을 증가시키는 경향이 있다.

더욱 최근에 혈액응고, 염증반응 및 미생물과 숙주세포반응을 가져오는 생체물질과 인공재료간 상호작용은 인공 재료의 표면 소수성이 단지 한가지 인자인 더욱 복잡한 과정임이 인식되었다. 생체 물질과 이물질간 상호작용은 최소한 상보적 시스템의 성분, 칼리크레인-키닌 시스템, 응고 개시의 고유 경로, 혈소판과 단핵세포 및 과립구조와 같은 주변 혈액세포를 포함한 혈액의 기타 세포 성분과의 분자적 상호작용을 포함한다.

추가로, 폴리머 표면상의 미생물 성장과 숙주 세포 활성화 또는 증식은 특히 카테테르 및 스텐트와 같은 이식된 또는 내재하는 물품의 경우에 심각한 결과를 가져온다. 개선된 생체적합성을 갖는 재료의 설계는 이러한 인자를 고려해야한다.

발명의 요약

본 발명은 의료치료의 과정에서 혈액, 조직 또는 체액과 접촉되는 합성 폴리머형, 유기 또는 금속 물질로 된 물품의 생체적합성 개선 방법 및 공중합체 필름을 포함한다. 상기 물품으로는 튜브, 백, 카테테르, 스텐트, 프로브, 공급튜브, 배출라인, 도관 이식물, 인공 문합(shunt)와 같은 혈액, 조직, 체액, 혈장 또는 미립자 또는 세포 성분과 단기간 또는 단기간 접촉하는 물품이 있다. 본 발명의 공중합체 필름은 종래의 물품이나 재료에 비해서 혈전층을 감소시키고 박테리아 성장 및 접착을 감소시키고 숙주세포에 대한 독성을 감소시키고 염증 세포 또는 숙주세포와의 시딩(seeding) 및 염증을 감소시킨다.

본 발명은 생체조직이나 체액과 접촉하는데 사용되는 생의학 장치가 생체적합성이 아닌 합성 또는 천연 재료로 제조된다는 기본 문제에 관계한다. 생체적합성의 부족은 혈액응고 뿐만 아니라 다양한 염증 및 조직 활성화 징후를 가져올 수 있다.

도 1은 개선된 X-선 콘트라스트를 위해 BaSO₄가 카테테르 재료에 포함된 카테테르 튜브 단면의 주사전자 현미경 사진이다. 화살표는 베이스 재료의 내면에 적용된 PUR-SMA 필름을 나타낸다.

도 2는 단일 성분 PUR(상부)과 PUR-SMA필름이 코팅된 PUR 의 원자력 현미경 사진으로서 좌측은 높이 변화를, 우측은 프로브 팁상의 약물과 관련된 상변화를 보여준다. 밝은 영역과 어두운 영역은 상이한 생리화학적 특성을 가지며 밝은 영역은 더 연질이고 친수성인 표면 특성을, 어두운 영역은 비교적 경질이고 소수성이며 더 높은 PDMS 표면농도와 관련된 표면을 나타낸다.

도 3은 2성분 PUR(상부)의 표면과 2성분 PUR의 SMA를 사용한 코팅을 비교하는 원자력 현미경 사진이다. 높이 및 상변화가 도 2에서 좌측 및 우측에 도시된다.

도 4는 PUR-PL-PDMS-PL 필름(행2) 및 PUR필름(행5) 및 PUR-PL-PDMS-PL 공중합체(행6)이 코팅된 것과 코팅안된 (행3) 폴리우레탄 테드 플레이트의 박테리아 군집화를 보여준다. 수평축:시간(최대 24시간); 수직축, 578㎜에서 광학밀도. 수직축을 따른 문자는 분리된 테스트 플레이트를 식별시켜준다.

도 5는 실시예 8의 예비코팅이 있는 것과 없는 것의 코팅된 카테테르 추출물의 세포독성(세포성장억제)을 보여주는 막대그래프이다.

본 발명은 물품 표면상에 적용되어서 비처리된 물품보다 더욱 생체적합성이며 더욱 매끈한 표면형태를 형성하는 공중합체 필름을 포함한다. 일반적으로 본 발명의 공중합체 필름은 -OH 말단기를 갖는 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 소수성 폴리머 블럭을 제공하는 -OH 기와 반응할 수 있는 필름 형성 폴리머의 모노머나 프리폴리머와 -OH 말단을 반응시켜서 형성될 수 있다. 이러한 반응은 반응성 PDMS로서 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤(PL-PDMS-PL)형 트리블럭 공중합체나 실리콘 폴리에스테르를 사용하여 실시된다. 폴리락톤 블럭의 -OH 기는 적당한 용매에서 다양한 이소시아네이트와 반응하여 구조에 PDMS가 포함된 폴리머를 형성할 수 있다. 필름은 용매에서 반응혼합물로 물품을 코팅하고 용매를 증발시키는 방식에 의해서 물품의 표면에 적용될 수 있다.

폴리머내에 PDMS블럭이 포함된 폴리머형 필름이 코팅된 표면상에 형성된다. 결과의 필름은 PL-PDMS-PL 단독의 코팅보다 기계적으로 더욱 강하다. 필름의 일체성은 출발물질 용해에 사용된 용매와 사용성인 재료로 제조된 모든 구조를 포함할 수 있게 만든다. 최적의 기계적 성질을 위해 재료가 선택될 수 있으며 필요한 재료로 제조된 물품이 본 발명의 폴리머형 필름에 케이싱되어서 물품이 생체적합성이 된다. 본 발명의 폴리머형 필름은 물품에 존재할 수 있는 표면 거칠기를 감소시킬 수 있는다는 점에서 더욱 유리하다. 예컨대 폴리우레탄 기초 카테테르에서 X-선 콘트라스트 제공을 위해서 황산바륨이 첨가된다. 황산바륨은 표면거칠기를 증가시키고 생체적합성을 저하시키고 흐름 교란을 유도하고 세포 또는 미생물 침적을 증가시킨다. 카테테르 표면에 적용된 폴리머 필름은 표면의 화학조성을 변화시키고 표면의 거칠기를 감소시킴으로써 생체적합성을 증가시킨다. 기계적 천공 또는 레이저 기초 천공과 같은 기계적 제조단계, 팁 형성중 압출 또는 열적 공정, 또는 사출성형공정에 의해서 도입되는 다른 형태의 표면 거칠기는 본 발명의 폴리머 필름을 적용함으로써 감소될 수 있다.

본 발명의 폴리머 필름이 생체적합성 표면에 관한 현재의 인식과 일치하는 표면 특성을 가진다는 데이터가 제공된다. 이러한 현재의 인식은 세포, 단백질 및 기타 생물학적 물질이 소수성, 친수성 및 이온 또는 정전기 상호작용과 같은 다양한 방식으로 표면과 비특이적으로 반응한다는 사실에 기초한다. 이러한 상호작용은 다음에서 발견된다(Deppisch, R. al. (1998) Nephrol. Dial. Transplant 13:1354-1359). 그러므로 상호작용 가능성이 가장 작은 표면의 형태는 단백질과 세포에서 통상 발견되는 해당 상호작용 도메인보다 작은 가변적 특성의 도메인을 갖는 표면을 제시하는 것으로 간주된다. 본 발명의 공중합체 필름은 가변적 성질의 도메인을 갖는 비-균일 표면을 특징으로 한다. 이러한 도메인과 관련된 특성은 친수성/소수성, 거친/매끈한, 경질/연질 등이다. 경계는 규칙적이거나 정확히 한정될 필요가 없으며 도메인 크기가 균일한 필요가 없고 최적의 범위 밖에 있는 도메인이 가능성일지라도 최적의 평균 직경은 0.1-100 nm 이다. 이러한 최적의 단편을 갖는 표면은 주어진 표면 특징에 대해서 생물학적 물질에 대한 비-특이적 결합을 허용하기에 충분한 접촉 면적을 제공하지 못한다. 본 발명의 폴리머 필름의 표면은 원자력 현미경(AFM)에 의해 분석된다. 결과는 이러한 필름이 0.1-100nm 의 평균직경을 가지며 가변적 소수성 및 경도의 도메인을 갖는 패치형 표면을 가짐을 보여준다.

또한 코팅안된 표면에 비해서 본 발명의 폴리머 필름으로 피복된 표면의 크게 증가된 생체적합성을 보여주는 데이터가 제시된다.

그러므로 본 발명은 반응성-OH 기를 갖는 PDMS 함유 블럭 공중합체와 같은 소수성 폴리머 블럭을 이소시아네이트 또는 이소시아네이트-폴리올 혼합물과 같은 필름 형성 폴리머의 모노머 또는 프리폴리머와 반응시켜 생성된 공중합체 필름을 포함한다. 본 발명에 따라 공중합체를 형성하는 방법은 다양하다. 적당한 소수성 폴리머 블럭으로는 다양한 실록산 폴리머, 불소폴리머, 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸실록산 공중합체, 실리콘 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리아릴에테르술폰, 폴리카보네이트, 시클로올레핀 공중합체를 포함한 폴리올레핀이 있다. 기본적으로 모든 종류의 블럭 공중합체가 본 발명에 따른 코팅 필름용으로 적용될 수 있다. 소수성 폴리머 블럭상 반응성 말단기는 소수성 폴리머 블럭을 필름 형성 폴리머의 모노머 또는 프리폴리머 단위와 결합시키기에 적합한 반응성 작용기이다. 혹은 결합제가 소수성 블럭과 필름 형성 폴리머의 모노머 또는 프리폴리머와 반응하는데 사용될 수 있다.

필름 형성 폴리머의 예는 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리아릴에테르술폰, 셀룰로오스 폴리머, 시클로올레핀 공중합체를 포함한다. 이소시아네이트를 폴리올과 반응시켜 형성된 폴리우레탄(PUR)이 선호된다. PL-PDMS-PL은 자유 이소시아네이트기와 반응에 의해 폴리우레탄속에 포함될 수 있도록 하는 -OH 기를 가진다.

본 발명은 또한 물품 표면에 용매에든 반응생성물을 적용하고 용매를 제거함으로써 폴리머 필름으로 물품을 코팅하는 방법을 제공하며, 용매가 제거될 때 필름이 형성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 두 가지 종류의 폴리머 필름으로 예시된다 : SMA 422, SMA 423 또는 SMA 425(Thoratec Laboratories Corp.,Berkeley, CA)와 같은 PL-PDMS-PL 블럭 공중합체 또는 Tegomer H-Si 6440(Th. Goldschmidt A.G., Essen, Germany)와 같은 실리콘 에스테르를 폴리우레탄 프리폴리머(Desmodur E22 또는 E23, Bayer Corp.)와 단일성분 반응시키거나 이소시아네이트, PL-PDMS-PL 블럭공중합체 및 폴리올과 2성분 반응시킨다. 두 반응에서 PL-PDMS-PL 블럭은 PUR 폴리머쇄에 내적으로 포함되는 2 작용기 단위로서 반응한다.

폴리우레탄에 대한 소수성 블럭의 비율을 조절하기 위해서 반응조건이 변화될 수 있다. OH/NCO 말단기의 선호되는 몰비율은 0.1 내지 10 이다. 소수성 블럭의 비율을 증가시키는 경향이 있는 반응조건은 결과 필름의 총 소수성을 증가시키며 소수성 패치의 평균 직경을 증가시키는 경향이 있다.

본 발명의 또다른 측면으로서 물품 표면과 코팅필름사이에 중간층을 제공함으로서 생체적합성이 향상되며 세포독성이 감소될 수 있다. 중간층은 폴리올과 같은 자유-OH기를 갖는 소수성 재료나 PL-PDMS-PL(또는 SMA 또는 Tegomer)과 같은 코팅필름의 성분으로 형성될 수 있다. PL-PDMS-PL과 같은 중간층은 도장하거나 코팅될 물품을 메틸-이소부틸 케톤과 같은 용매에 용해된 PL-PDMS-PL 용액에 담그고 용매를 증발시킴으로써 적용될 수 있다. 프리-코팅이라 칭하는 이 공정은 PL-PDMS-PL 코팅이 물품표면과 폴리머 코팅사이에 중간층을 형성하도록 본 발명의 폴리머를 써서 후측으로 코팅될 수 있는 PL-PDMS-PL층을 생성한다. 중간층을 형성은 특히 삼출성 이소시아네이트를 갖는 폴리우레탄 베이스 폴리머로 제조된 카테테르와 같은 코팅된 물품의 세포 독성을 감소시키는 장점을 가진다. 다층 필름이 제조되어서 단일층 코팅으로는 불가능한 복합 물성을 제공할 수도 있다.

실시예 1

단계 1:

25 g 메틸이소부틸케톤과 1.5 g SMA 422(Thoratec Corp.)를 가벼운 교반하에서 약 5분간 40℃ 까지 데운다. SMA는 각각 공칭 분자량 4000, 2000 및 4000을 갖는 폴리카프로락톤-폴리디메틸실록산-폴리카프로락톤 블럭으로된 트리블럭 공중합체이다.

단계 2:

23.5 g Desmodur E22 (Bayer Co.)를 첨가한다. 공기방울 형성을 막기 위해서 가벼운 교반을 한다. 0 내지 60℃에서 최대 2시간동안 반응이 수행된다. 가스를 제거한다. Desmodur E22 는 디페닐 메탄 디이소시아네이트에 기초한 폴리이소시아네이트 프리폴리머이다. -NCO 함량은 8.6중량%이다. 당량은 488이다.

단계 3:

(a) PE(폴리에틸렌 또는 폴리우레탄으로 제조된 사출성형플레이트와 같은 지지 포일이 있을 수 있는 유리판상에 주조 나이프를 써서 다양한 두께로 필름을 주조한다.

(b) 카테테르 튜브(ID 1-3 ㎜ 또는 다른 모양)를 통해 용액을 전달함으로써 필름을 형성한다. 중합된 필름은 주사전자 현미경 사진으로 검사한다(도 1 참조).

실시예 2

단계 1:

0.45 g SMA 422, 23.7g 폴리올(VP51 Bayer Co.)

15.9 g 이소시아네이트 (Desmodur PF Bayer Co.)

이소시아네이트와 SMA 422는 60℃에서 최대 10분간 반응된다. 이후에 폴리올이 첨가되고 실시예1의 단계 2 처럼 반응이 수행된다. 실온에서 혼합 및 탈기가 수행된다.

단계 2:

실시예 1 처럼 필름을 주조한다.

PL-PDMS-PL상 -OH기의 다른 반응은 당해분야에서 잘 알려져 있으며 소수성 블럭을 필름형성 폴리머에 포함시키기 위해 개발될 수 있다. PL-PDMS-PL의 반응은 결합제와 반응에 의해 증진될 수 있으며, 결합제는 다른 폴리머 또는 모노머에 존재하는 작용기와 반응할 수 있다. -OH작용기를 갖는 모노머 또는 프리폴리머에 결합은 모노머 또는 프리폴리머 R-OH 와 반응되고 이후에 PL-PDMS-PL 의 OH 기에 의해 치환될 수 있는 염화토실과 같은 알킬 또는 아릴술포네이트를 사용하여 수행될 수 있다.

아민, 티올 또는 알콜 작용기를 갖는 모노머나 프리폴리머는 염화시아눌에 의해 활성화되어서 PL-PDMS-PL에 결합된다. 에폭시기를 갖는 모노머나 프리폴리머는 PL-PDMS-PL의 OH기와 직접 반응할 수 있다. 다른 결합제로는 말레산 무수물과 같은 무수물, 다양한 카보디이미드에 의해 활성화되는 카르복실산 또는 카르복실산의 에스테르, N-히드록시 숙신이미드와 같은 활성에스테르가 있다. 일반적으로 다양한 결합반응은 당해 분야에서 공지이며 알려진 반응조건을 사용하여 필름 형성 폴리머에 소수성 블럭을 포함시키는데 사용된다.

실시예 3: 혈전증 테스트/평가

필름 또는 코팅된 카테테르 튜브에 대해서 인간 혈액을 사용하여 혈전증 평가가 수행된다. 재료와 혈액 성분의 접촉동안 트롬빈 형성의 지시약으로서 트롬빈-안티트롬빈 Ⅲ 복합체(TAT)발생이 분석된다. 트롬빈은 혈소판 활성제이며 피브리노겐을 피브린으로 절단시켜 중합된 네트워크를 가져오기 때문에(즉, 응고) 응고회로에서 주성분이다. TAT 는 시판 ELISA(Behring Co., Germany)에 의해 측정된다. 비-변성 폴리머 시스템에 대한 변성된 시스템을 직접 비교하여 재료/표면 비교가 행해진다. TAT의 가속된 반응속도는 틸 생체적합성이며 더욱 혈전증 유발 재료임을 나타낸다.

혈전증 평가 방법의 세부사항은 다음을 참조하시오:

Deppisch R. et al.(1993) Nephrol. Dial. Transplant Supp. 3(1994) 17-23 and Tsai et al.(1994) ASAIO J. 40:M619-M624.

새롭게 투여된 인간 혈액으로 생체 밖 분석이 수행된다. 실시예 2-2성분 PUR내 SMA에서 유사한 결과, 즉 TAT 감소가 측정되었다.

실시예 1에 따른 SMA-PUR 코팅된 튜브에 대한 TAT 데이터

혈액접촉시간 형태	TAT(㎍/㎖)t=21분	TAT(㎍/㎖)t=42분	TAT(㎍/㎖)t=81분	TAT(㎍/㎖)t=81분
비-처리	2	251	1570	응고됨
처리(60% 용매/5% SMA,35% E22)	1	73	605	1313
처리(50% 용매/5% SMA,45% E22)	1	1	54	65

실시예 4: Si/PDMS 표면농도(XPS)

Si 존재를 사정하기 위해서 PDMS 분자내 중심 성분 X-선 형광분광학이 적용된다. Tsai (1994, ASAIO J., 40:M619-M624)에 의해 PVC-SMA 혼합물에 사용된 기술이 사용되었다.

SMA를 포함하지 않거나 3% SMA(이소시아네이트 화합물에 대해)를 함유한 필름에 대한 결과가 다양한 각도(TOA), 즉 10, 45 및 90°에서 수득된다. 각도가 클수록 분석을 위한 침투 깊이가 더 크다.

타입	Atom (%)TOA 10°	Atom (%)TOA 45°	Atom (%)TOA 90°
처리안된 실시예1 생성물	0	0	0
3%SMA 처리된 실시예1 생성물	17.9	12.4	9.62

이러한 데이터는 SMA-PUR에 PDMS 존재로 인해 Si 가 TOA 감소시 증가함을 나타내는데, 이것은 위에서 기술된 대로 주조될 때 SMA-PUR의 농축을 나타낸다. 주어진 실시예에서 약 20배의 농축이 실현된다. 이 실험은 PDMS 농축이 표면에서 일어남을 나타낸다.

타입	Atom (%)TOA 10	Atom (%)TOA 45	Atom (%)TOA 90
처리안된 PUR 2 성분	0	0	0
처리된 PUR 2 성분 (3% SMA)	15.7	8.2	6.0

상기 데이터는 최상부 표면에 SMA-PUR 폴리머쇄의 농축을 확인시켜 준다.

실시예 5: 주사전자현미경법 (SEM)

단면 절단으로서 제조된 카테테르 튜브상의 비-변성필름 및 SMA-변성 필름이 pt/AU 박층으로 스퍼터링 코팅되고 Philips 전자 현미경으로 분석한다. 도 1 에 도시된 바와 같이 약 20㎛ 코팅 필름은 "SMA-PUR 코팅"을 형성한다. 코팅 공정으로 필름 두께는 0.1 내지 수백 ㎛이다. 게다가 SEM 은 카테테르 재료에 BaSO₄는 SEM에서 전자 방출률을 변화시킨다. 도 1은 혈액 접촉 표면으로부터 BaSO₄의 명백한 분리를 보여준다. 결론적으로 코팅된 혈액 접촉표면은 BaSO₄결정으로 인해 거칠지 않으며 BaSO₄가 혈액으로 방출되지 않고 카테테르 재료에 남아있다.

실시예 6: 태핑 모드에서 AFM 영상

다음은 나노크기의 도메인 확인에 대한 것이다. 원자력 현미경법(AFM)은 다양한 화학적 또는 물리화학적 성질을 갖는 패치로 구성된 나노크기의 구조를 분석하는 가장 강력한 방법이다.

외팔보의 팁상에 적은 힘으로 태핑 모드 기술을 사용하여 AFM 분석이 수행된다(Magonov, 1996, Surface Analysis with STM and AFM, VCH, Weinheim). 도2 및 도 3을 보시오.

태핑 모드에서 AFM 에 의해 생성된 표면 영상은 나노미터 크기(10-100nm 직경)의 다양한 반점을 보여준다. 높이 영상으로서 형성된 영상은 다양한 깊이 프로파일을 보여주고 위상 영상으로 형성된 영상은 외팔보 또는 팁이 표면상에 움직일 때 위상 이동을 보여준다(화학적 힘이나 상이한 연질도에 의해). 밝은 영역은 더욱 연질이고 친수성이다. 어두운 영역은 PDMS 함량이 더 크고 경질임을 보여준다. 코팅 폴리머의 분자량 또는 쇄의 길이를 변화시킴으로써 당해 분야의 통상의 지식을 가진자는 나노크기 도메인의 측부 구조를 쉽게 변경시킬 수 있다.

실시예 7: 박테리아 접착성

공중합체 필름 및 코팅된 테스트 플레이트에 대한 박테리아 접착성의 평가는 Bechert, T(1998, XI^thAachen Colloquium on Biomaterials, Poster 26., German Offenlegung DE 19751581 A1)의 방법에 의해 수행된다. 재료표면상에 포도상구균 외피의 접착성이 재료표면상에 부착하는 세포에 염료를 고정시키는 ELISA 반응을 사용하여 광도측정에 의해 정량된다. 광학밀도의 측정은 표준 조건하에서 접착 박테리아를 정량 측정할 수 있게 한다.

폴리우레탄(PUR) 필름, PUR과 PL-PDMS-PL 로된 공중합체 필름, 공중합체 필름이 코팅된 것과 안된 폴리우레탄 테스트 플레이트의 다양한 조합이 테스트된다.

테스트 플레이트는 메틸렌 비스(시클로헥실) 디이소시아네이트(40%), 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(9.6%) 및 1,4 디올 쇄 확장제(30.4%)를 X-선 불투명성을 부여하는 황산바륨(20.0%)와 함께 사용하여 합성된 열가소성 지방족 폴리우레탄인 Tecoflex EG60DB20 (Thermedics, Inc., Woburn, Mass.)으로 제조된다. 코팅 재료는 35% Demodur E22, 5% PL-PDMS-PL(Tegomer) 및 60% 메틸 이소부틸 케톤(MIBK)로부터 형성되며 필름으로 주조되거나 Tecoflex 테스트 플레이트상에 코팅된 1성분 폴리우레탄이다.

테스트 플레이트 또는 필름은 48시간동안 포도상구균 외피 배양액에 노출되고 20분마다 흡광도가 판독된다.

결과는 도 4에 도시된다. 일련의 테스트 플레이트 A-F에 대해서 수평축상의 시간에 대한 수직축상의 광학 밀도가 도시된다. 코팅안된 플레이트(행3)는 접착 박테리아의 밀도를 빠르고 재현성있게 증가시킨다. 동일한 시간 간격에서 코팅된 플레이트는 측정가능한 박테리아 접착성을 보이지 않는다. 폴리우레탄 단독으로 형성된 필름도 측정가능한 접착성을 보이지 않는다. PUR과 PL-PDMS-PL 공중합체 필름은 코팅안된 테스트 플레이트에 비해서 동일 광학 밀도의 경우에 평균 30 시간 정도 박테리아 접착을 억제한다. 놀랍게도 표면에 PDMS의 존재는 박테리아 접착 및 증식을 투여량에 따라 감소시킨다.

실시예 8: 세포 독성 연구

테스트 플레이트 재료, 필름 코팅 및 필름 코팅된 테스트 플레이트의 다양한 조합에 대한 독성이 세포성장억제(ICG)를 측정함으로써 평가된다. ICG 는 다양한 테스트 물질의 수성 용출액을 만들고 용출액을 포함한 배양 매체에서 성장하는 포유동물 세포를 배양하고 뉴트랄 레드 수용도에 따라 세포 생존 등을 평가함으로써 측정된다.

ICG 테스트는 컴플리트 Eagles MEM에서 48-72시간 준합류되도록 미리 성장된 1500-2000 마우스 섬유아세포 (스트레인 L-929)를 96-웰 조직 배양판에 이식시킴으로써 개시된다. 배양판을 37℃에서 24시간 배양한다. 이후에 매체가 제거되고 테스트 용출액을 첨가한다. 테스트 용출액은 증류수에 테스트 플레이트 또는 필름을 (10㎠ 테스트 재료마다 1㎖)24시간 70℃에서 배양하여 제조한다.

각 플레이트에 대해 250㎕ 0.4% 뉴트랄 레드 용액이 컴플리트 Eagle MEM 과 혼합된다. 용출액 배양 매체가 제거되고 200 ㎕/웰의 뉴트랄 레드 함유 매체가 첨가된다. 이후에 플레이트를 37℃에서 3시간 배양한다. 이후에 용액을 버리고 200 ㎕PBS/웰의 증류수에 용해된 50%(v/v)에탄올과 1%(v/v)아세트산이 첨가된다. 10분 대기후 각 웰에 대해 540nm에서 흡광도가 측정된다. ICG%는(A_k-A_T)/A_k×100으로 계산한다. 여기서 A_T는 테스트 용액에서 평균 흡광도 빼기 블랭크에서 평균 흡광도이며, A_k는 비교(세포없음)에서 평균 흡광도 빼기 블랭크에서 평균 흡광도이다. ICG 가 30% 미만이면 물질은 비-독성으로 간주된다(Wieslander, 1991, Kidney International 49:77-79).

다음 물질이 사용된다:

컴플리트 Eagles MEM:

500 ㎖ Eagles MEM

50 ㎖ 송아지 태아 혈청

5 ㎖ 200 m ML-글루타민

5 ㎖ 비-필수 아미노산 용액

0.5 ㎖ 젠타마이신 50㎎/㎖

PBS(10 ×원액):H₂O에 용해되어 1000㎖ 최종 부피가 됨.

NaCl 80 g

KCl 2 g

KH₂PO₄2 g

Na₂HPO₄11 g

원액을 10 배 묽히고 pH를 7.2로 조절한다.

50 % 에탄올, 1% 아세트산 용액:

500 ㎖ 에탄올(90%)

490 ㎖ 물

10 ㎖ 빙초산

4% 뉴트랄 레드 원액:

4 g 뉴트랄 레드(Merck No. 1376)

100 ㎖ 증류수

사용전 물로 10배 희석됨.

비교 실험에서 물 또는 식염수에 비해 ICG 가 30%으로 코팅안된 Tecoflex 카테테르 및 공중합체 필름은 비독성이다. 그러나 공중합체 필름이 코팅된 카테테르 및 테스트 플레이트는 독성이다. Desmodur E22 대신에 Desmodur M23을 쓰면 카테테르 또는 테스트 플레이트에 적용될 때 비독성이며 필름으로서 비독성인 공중합체 필름이 된다.

공중합체 필름 적용전 테스트 재료위로 폴리올 또는 PL-PDMS-PL 중간층을 삽입함은 독성은 감소 또는 제거된다. 메틸-이소부틸 케톤 용액에서 프리 코팅을 적용하고 40 ℃에서 경화시켜 용매를 제거함으로써 테스트 카테테르가 0.125% 또는 1.0% PL-PDMS-PL로 예비코팅된다. 이후에 공중합체 출발용액이 45% Desmodur E23, 5% PL-PDMS-PL 및 50% MBK 인 것을 제외하고는 실시예1에 기술된대로 테스트 카테테르가 공중합체로 코팅된다. 도 5에서 데이터가 도시된다. PL-PDMS-PL 중간층이 예비 코팅된 카테테르는 크게 감소된 독성을 보인다. 중간층 없이 코팅된 카테테르 역시 30% ICG 독성 한계치 미만이다. 자유-OH 기를 갖는 중간층을 삽입하거나 빠르게 반응하여 공중합체 필름을 형성하는 성분을 사용함으로써 독성이 감소될 수 있다. 어느 방법이나 코팅될 물품을 형성하는 베이스 폴리머와 공중합체 필름의 반응성분간 반응 가능성을 방지하거나 최소화한다. 다층 개념은 폴리머 구성에 다양성을 제공한다.

실시예 9: 포유동물 세포의 비-접착성

섬유아세트와 같은 포유동물 세포가 본 발명의 공중합체 필름이 코팅된 물품에 접착하여 성장할 수 없음은 다양한 방식으로 입증된다: 섬유아세포가 저면이 본 발명의 폴리머 필름으로 예비코팅된 조직 배양판상에 접종되고, 배양판의 일부는 유리판으로 덮히고, 전체 장치가 성장매체에 수용된다. 공중합체 표면상의 성장이 유리판상의 성장에 비교된다. 세포는 유리 표면에서 성장하지만 공중합체 표면에 접착하지 못하거나 증식하지 못한다. 본 발명의 공중합체 표면에서 세포가 접착 또는 증식하지 못한다는 사실은 이러한 표면이 이식될 때 숙주세포 조직의 과다성장 또는 내부 성장에 의해 손상될 가능성이 없음을 나타낸다.

결과의 요약

발표된 SMA-PUR 필름은 다음과 같은 성질의 개선을 보인다:

1. PL-PDMS-PL 단일 코팅에 비해서 필름의 기계적 안정성 향상

2. 공지기술에 비해서 0.1nm 미만으로 거칠기 감소

3. ARM 에 의해 입증된 바와같이 5-100nm 범위의 마이크로/나노-도메인

4. 감소된 혈전증: TAT 생성 속도 감소

5. ESCA 및 XPS 분석시 표면에 PDMS 농축.

Claims

필름 형성 폴리머 성분과 반응성 말단기를 갖는 소수성 폴리머 블럭을 포함하며 비-균질 표면을 갖는 공중합체 필름에 있어서, 다양한 소수도, 거칠기 또는 경도, 또는 기타 물리-화학적으로 구별되는 패치를 가지며 0.1 내지 100nm 의 평균 직경을 가짐을 특징으로 하는 도메인을 포함함을 특징으로 하는 필름.
제 1항에 있어서, 필름 형성 폴리머가 폴리우레탄, 폴리올레핀, 탄성중합체, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리술폰 또는 폴리염화비닐에서 선택되며 소수성 폴리머 블럭이 실록산 폴리머, 불소계 폴리머, 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸 실록산 공중합체, 실리콘 폴리에스테르 또는 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체에서 선택됨을 특징으로 하는 필름.
제 2항에 있어서, 필름 형성 폴리머가 폴리우레탄이고 소수성 폴리머 블럭이 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체임을 특징으로 하는 필름.
제 2항에 있어서, 필름 형성 폴리머가 폴리디페닐 메탄 디이소시아네이트 프리폴리머이고 소수성 블럭이 폴리카프로락톤-폴리디메틸실록산-폴리카프로락톤 트리블럭 공중합체임을 특징으로 하는 필름.
제 4항에 있어서, 축합에 앞서서 필름 형성 폴리머상의 -NCO기에 대한 소수성 블럭상의 -OH 기의 비율이 0.1 내지 10.0임을 특징으로 하는 필름.
모든 성분이 용해되는 용매의 존재하에서 필름형성 폴리머 성분과 반응하는 말단기를 갖는 소수성 폴리머 블럭과 필름형성 폴리머 성분을 조합하고;

용액에서 성분들이 서로 반응하도록 하는 조건하에서 용매에 용해된 성분을 배양하고;

용매가 증발될 수 있는 조건하에서 코팅될 표면상에 용액을 확산시켜 필름을 형성하는 단계로 구성된 공중합체 필름 제조방법.
제 6항에 있어서, 필름 형성 폴리머 성분이 폴리우레탄 형성 성분이고 소수성 블럭이 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체임을 특징으로 하는 제조방법.
제 7항에 있어서, 반응에 앞서서 필름 형성 폴리머상의 -NCO 기에 대한 소수성 블럭상의 -OH 기의 비율이 0.1 내지 10.0 임을 특징으로 하는 제조방법.
제 7항에 있어서, 필름 형성 폴리머 성분이 이소시아네이트와 폴리올 혼합물로 구성됨을 특징으로 하는 제조방법.
제 6항에 있어서, 필름 형성단계가 용액을 물품 표면상에 확산시킴으로써 수행됨을 특징으로 하는 제조방법.
제 6항에 있어서, 필름 형성단계가 필름으로 코팅될 물품을 용액에 담그고 물품을 꺼내고 용매를 증발시킴으로써 수행됨을 특징으로 하는 제조방법.
제 10항에 있어서, 폴리올 또는 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체로된 층이 예비 코팅된 표면위로 용액이 확산됨을 특징으로 하는 제조방법.
제 10항에 있어서, 필름이 코팅될 물품이 폴리올이나 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체로된 층으로 예비코팅됨을 특징으로 하는 제조방법.
용액에서 성분들이 서로 반응할 수 있는 조건하에서 용매에 용해된 필름 형성 폴리머 성분과 필름 형성 폴리머 성분에 대해 반응성인 말단기를 갖는 소수성 폴리머 블럭 성분을 포함하는 용액으로 표면을 피복하고; 표면을 피복한 용액으로부터 용매를 제거함으로써 표면상에 공중합체 필름을 형성하는 단계로 구성된 생체적합성 공중합체 필름으로 표면을 코팅하는 방법.
제 14항에 있어서, 필름 형성 폴리머 성분이 폴리우레탄 형성 성분이고 소수성 블럭이 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체임을 특징으로 하는 코팅방법.
제 15항에 있어서, 반응에 앞서서 필름 형성 폴리머상의 -NCO 기에 대한 소수성 블럭상의 -OH 기의 비율이 0.1 내지 10.0 임을 특징으로 하는 코팅방법.
제 15항에 있어서, 필름 형성 폴리머 성분이 이소시아네이트와 폴리올 혼합물로 구성됨을 특징으로 하는 코팅방법.
제 14항에 있어서, 표면이 폴리올 또는 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체로 예비코팅됨을 특징으로 하는 코팅방법.
제 18항에 있어서, 생체적합성 공중합체 필름을 형성하기전 예비코팅위로 필름을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 코팅방법.
필름 형성 폴리머 성분과 반응성 말단기를 갖는 소수성 폴리머 블럭을 포함하는 공중합체 필름의 표면에 피복된 혈액, 조직 또는 체액에 접촉하는 표면을 갖는 물품에 있어서, 다양한 소수도, 거칠기 또는 경도, 또는 기타 물리-화학적으로 구별되는 패치를 가지며 0.1 내지 100nm 의 평균 직경을 가짐을 특징으로 하는 도메인을 포함함을 특징으로 하는 물품.
제 20항에 있어서, 필름 형성 폴리머가 폴리우레탄, 폴리올레핀, 탄성중합체, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리술폰 또는 폴리염화비닐에서 선택되며 소수성 폴리머 블럭이 실록산 폴리머, 불소계 폴리머, 폴리에틸렌글리콜-폴리디메틸 실록산 공중합체, 실리콘 폴리에스테르 또는 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체에서 선택됨을 특징으로 하는 물품.
제 21항에 있어서, 필름 형성 폴리머가 폴리우레탄이고 소수성 폴리머 블럭이 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체임을 특징으로 하는 물품.
제 21항에 있어서, 필름 형성 폴리머가 폴리디페닐 메탄 디이소시아네이트 프리폴리머이고 소수성 블럭이 폴리카프로락톤-폴리디메틸실록산-폴리카프로락톤 트리블럭 공중합체임을 특징으로 하는 물품.
제 23항에 있어서, 축합에 앞서서 필름 형성 폴리머상의 -NCO기에 대한 소수성 블럭상의 -OH 기의 비율이 0.1 내지 10.0임을 특징으로 하는 물품.
제 20항에 있어서, 폴리올이나 폴리락톤-폴리실록산-폴리락톤 트리블럭 공중합체를 포함하며 공중합체 필름 아래에 배치되는 제 1 코팅을 포함하는 물품.
제 25항에 있어서, 제 1 코팅 위에 배치되며 공중합체 필름 아래에 배치되는 중간층 필름을 더욱 포함하는 물품.
혈액, 조직 또는 체액과 접촉하는 표면을 가지며 생체적합성 공중합체 필름이 청구항 14의 방법으로 표면에 코팅된 물품.