요약
상처 치유 시간이 3배로 빨라진다면 어떨까요? 3.7초 만에 굳는 산소 방출 하이드로젤이 상처 치유를 혁신합니다. 기존 봉합사나 스테이플러보다 조직 손상을 줄이고 치유를 촉진하는 이 하이드로젤은 젤라틴에 티올기와 말레이미드기를 도입하여 기계적 강도와 접착력을 높였습니다. 과산화칼슘을 통해 서서히 산소를 방출하여 세포 활성화와 혈관 신생을 돕습니다. 이는 응급 처치나 수술 시 유용하며, 수술 후 합병증을 줄이고 환자의 회복 속도를 높입니다. 또한 생체 적합성이 우수하여 다양한 의료 분야에서 봉합사를 대체할 수 있습니다.
기본 정보
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특허명: 젤라틴기반 기능성 조직 접착 하이드로젤 제조방법
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발명자: 박경민 교수
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출원번호: 10-2022-0096098
상세 정보
배경 기술
배경 설명
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하이드로젤은 수용성 고분자가 망상 구조를 이루어 다량의 물을 함유하는 물질임.
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높은 함수율과 세포외 기질과의 유사성으로 생체 적합성이 우수함.
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생체 접착 하이드로젤은 조직 표면과 결합하여 상처를 봉합하는 데 사용됨.
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기존 봉합사나 스테이플러보다 조직 손상을 줄이고 상처 치유를 촉진함.
기존 기술의 문제점
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기존 하이드로젤은 기계적 강도와 조직 접착력이 부족하여 상처 치유에 한계가 있음.
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산소 공급 기술은 낮은 전달량과 빠른 방출로 효과적이지 않음.
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고농도 과산화수소는 세포 독성을 유발하여 안전성 문제가 있음.
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제어 가능한 산소 방출과 우수한 생체 적합성을 가진 하이드로젤이 부족함.
기술의 필요성
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국부적으로 지속적인 산소를 공급하는 하이드로젤 개발이 필요함.
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제어 가능한 산소 방출과 높은 조직 접착력을 가진 하이드로젤은 상처 치유를 촉진함.
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젤라틴에 티올기와 말레이미드기를 도입하여 기계적 강도와 접착력을 향상시킬 수 있음.
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새로운 기능성 하이드로젤은 다양한 생의학적 응용이 가능함.
구현 방법
기술의 원리
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본 발명의 기술은 젤라틴에 티올기와 말레이미드기를 도입하여 하이드로젤을 형성하는 원리임. 티올기와 말레이미드기는 티올-엔 반응을 통해 빠르고 안정적인 가교망을 구축함.
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티올기를 함유한 젤라틴 유도체와 말레이미드기를 함유한 젤라틴 유도체를 혼합하면 즉각적으로 하이드로젤이 형성됨. 이는 티올-엔 화학 결합에 기반한 것이며 별도의 촉매 없이도 반응이 진행됨.
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과산화칼슘을 첨가하여 이황화결합 형성을 촉진하고, 동시에 산소를 서서히 방출함. 방출된 산소는 조직 재생에 긍정적인 영향을 미침.
구체적인 구현 방법
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젤라틴에 시스타민 디하이드로클로라이드, EDC, NHS를 첨가하여 티올기를 함유한 젤라틴 유도체를 합성함. 이때 DTT를 사용하여 이황화결합을 절단하고 티올기를 도입함.
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젤라틴에 6-말레이미도헥사노익애씨드, EDC, NHS를 혼합하여 말레이미드기를 함유한 젤라틴 유도체를 합성함. 말레이미드의 함유량은 반응물의 투입량을 조절하여 제어함.
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합성된 티올기와 말레이미드기를 함유한 젤라틴 유도체를 혼합하고 과산화칼슘을 첨가하여 하이드로젤을 형성함. 과산화칼슘의 농도에 따라 하이드로젤의 상전이 시간과 기계적 강도를 조절할 수 있음.
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트리스-HCl 용액의 농도를 변경하여 용매의 pH를 조절함. 이를 통해 티올-엔 반응의 속도를 제어하고 하이드로젤의 경화 시간을 조절함.
기술의 장점
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빠른 상전이 시간(3.7~16초)을 가지는 하이드로젤을 제공하여 신속한 적용이 가능함. 이는 응급 처치나 수술 시 유용하게 사용될 수 있음.
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높은 기계적 강도(180~620 Pa)를 지니며, 과산화칼슘의 농도를 조절하여 원하는 강도로 조절 가능함. 이는 다양한 조직의 요구 조건에 맞춰 적용할 수 있음.
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과산화칼슘의 서방형 산소 발생을 통해 조직 재생을 촉진함. 산소는 세포 활성화와 혈관 신생에 도움을 주며, 서서히 방출되어 세포 독성을 최소화함.
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우수한 조직 접착력(19~27 kPa)을 보여 봉합이나 스테이플러를 대체할 수 있음. 이는 수술 후 합병증을 줄이고 치유 과정을 개선함.
실험 및 결과
실험의 목적
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티올기와 말레이미드기를 함유하는 젤라틴 유도체를 합성하여 기계적 강도와 조직 접착력이 향상된 하이드로젤을 개발하고자 함. 이를 통해 기존 하이드로젤의 한계를 극복하고 조직 재생 및 상처 치유에 효과적인 생체 소재를 제공하는 것이 목표임
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과산화칼슘을 활용하여 하이드로젤 내에서 서방형 산소 발생 시스템을 구축하고자 함. 이를 통해 국부적인 산소 공급을 통해 조직 재생 및 상처 치유를 촉진하는 하이드로젤을 개발하는 것이 목적임
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젤라틴 하이드로젤의 상전이 시간, 기계적 강도, 조직 접착력 및 산소 발생량을 조절하여 다양한 의료 응용 분야에서 활용 가능한 맞춤형 하이드로젤을 제작하고자 함
실험 방법 및 과정
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젤라틴에 시스타민 디하이드로클로라이드, EDC, NHS를 혼합하여 티올기를 함유하는 젤라틴 유도체를 합성함. 이때 DTT를 추가하여 티올기 함유량을 높임. 합성된 유도체의 티올기 함유량은 엘만 분석을 통해 확인함
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젤라틴에 6-말레이미도헥사노익애씨드, EDC, NHS를 혼합하여 말레이미드기를 함유하는 젤라틴 유도체를 합성함. 도입되는 말레이미드 함유량은 초기 투입되는 시약의 양으로 조절하였으며, 엘만 분석을 통해 함유량을 측정함
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합성된 티올기 및 말레이미드기를 함유하는 젤라틴 유도체를 혼합하여 하이드로젤을 형성함. 혼합 시 과산화칼슘을 추가하여 하이드로젤의 상전이 시간과 기계적 강도를 조절함. 과산화칼슘의 농도는 전체 혼합물의 0.001 내지 0.25 중량%로 설정함
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하이드로젤의 상전이 시간은 바이알 틸팅 방법을 통해 측정함. 기계적 강도는 레오미터를 사용하여 평가함. 조직 접착력은 다양한 조직 표면에 하이드로젤을 적용하여 측정함
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하이드로젤 내에서 발생하는 산소의 양과 방출 거동은 과산화칼슘의 농도 변화에 따라 분석함. 이를 통해 산소 발생량을 제어하고 조직 재생에 미치는 영향을 평가함
실험 결과
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합성된 티올기를 함유하는 젤라틴 유도체는 평균 130~231 μmol/g의 티올기 함유량을 나타냄. 이는 기존 기술보다 높은 수치로, 하이드로젤의 가교도를 향상시킴
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말레이미드기를 함유하는 젤라틴 유도체의 말레이미드 함유량은 33~99 μmol/g으로 조절 가능함. 말레이미드 함유량의 증가는 하이드로젤의 기계적 강도와 조직 접착력을 향상시킴
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하이드로젤의 상전이 시간은 과산화칼슘 농도 증가에 따라 16초에서 3.7초까지 단축됨. 용매의 pH가 낮을수록 티올-엔 반응 속도가 빨라져 상전이 시간이 줄어듦
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기계적 강도는 과산화칼슘 농도 증가에 따라 180 Pa에서 최대 620 Pa까지 향상됨. 이는 이황화결합 형성으로 가교도가 증가하였기 때문임
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조직 접착력은 19~27 kPa로 기존 하이드로젤보다 우수한 접착성을 보임. 다양한 조직 표면(간, 신장, 심장 등)에 적용하여 높은 접착력을 확인함
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과산화칼슘의 분해로 인해 하이드로젤 내에서 산소가 서방형으로 발생함. 산소 발생량은 과산화칼슘의 농도에 따라 조절되었으며, 이는 조직 재생을 촉진하는 데 기여함
활용 방안 및 기대효과
활용 방안
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생체 접착 하이드로젤로서 조직 재생 및 조직공학 분야에 활용 가능함. 젤라틴 하이드로젤은 높은 생체 적합성과 조직 접착성을 바탕으로 연골 재생, 골 재생, 피부 재생 등의 지지체로 사용할 수 있음.
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의료용 접착제 및 지혈제로 다양한 수술 분야에 적용 가능함. 뇌신경외과, 정형외과, 피부 이식 등에서 기존 봉합사나 스테이플러를 대체하여 조직 손상을 줄이고 상처 치유를 촉진할 수 있음.
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산소 발생 기능을 가진 하이드로젤로서 상처 부위의 세포 활성화와 혈관 신생을 촉진함. 과산화칼슘의 분해를 통해 산소를 서방형으로 방출하여 조직 재생에 도움을 줄 수 있음.
기대효과
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조직 재생 및 상처 치유 촉진을 통해 의료 분야의 치료 효과를 향상시킬 수 있음. 지속적인 산소 공급과 생체 친화적인 지지체 제공으로 재생률이 높아질 것으로 기대됨.
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의료용 접착제의 개발로 수술 후 합병증을 줄이고 환자의 회복 속도를 높일 수 있음. 우수한 조직 접착력과 기계적 강도를 통해 기존 봉합 방법의 한계를 극복할 수 있음.
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약물 전달체로서 활용되어 약물의 효율적인 전달과 부작용 감소에 기여할 수 있음. 펩타이드, 단백질 의약품, 항균제, 항암제 등의 전달에 사용되어 치료 효과를 극대화할 수 있음.
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산소 발생 하이드로젤을 통한 새로운 치료법 개발로 의료 산업의 혁신을 주도할 수 있음. 세포 활성화 및 혈관 신생 촉진으로 난치성 상처 치료에 새로운 가능성을 제시함.
시장 동향
생체재료 시장 동향
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상처 치유 시장 동향
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글로벌 상처 치유 시장은 만성 상처의 발생 증가와 치료 기술의 발전으로 인해 상당한 성장을 보이고 있음. 생체공학 피부 대체품과 스마트 드레싱과 같은 고급 상처 관리 제품의 부상이 시장의 주요 트렌드 중 하나임. 이러한 혁신은 치유 과정을 향상시키고 회복 시간을 단축하는 것을 목표로 함.[웹 출처]
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2023년 글로벌 상처 치유 시장의 규모는 187억 9천만 달러로 평가되었으며, 2024년부터 2031년까지 연평균 성장률(CAGR) 4.05%로 성장할 것으로 예상됨.[웹 출처]
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고급 상처 관리 기술의 발전은 향후 글로벌 상처 치유 시장의 성장을 이끌 것으로 예상됨. 특히, 스마트 드레싱 및 생체공학 대체물 발전이 시장의 지속 가능성을 제공할 것임.[웹 출처]
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