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KR101386424B1 - 백혈구 제거용 필터 및 그의 제조방법 - Google Patents

백혈구 제거용 필터 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR101386424B1
KR101386424B1 KR1020080081773A KR20080081773A KR101386424B1 KR 101386424 B1 KR101386424 B1 KR 101386424B1 KR 1020080081773 A KR1020080081773 A KR 1020080081773A KR 20080081773 A KR20080081773 A KR 20080081773A KR 101386424 B1 KR101386424 B1 KR 101386424B1
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filter
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Abstract

본 발명은 백혈구 제거용 필터 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 평균직경이 100~2,000㎚이고 상온에서 물에 녹지않는 폴리비닐알코올 나노섬유들로 구성되며, 상기 폴리비닐알코올 나노섬유들 사이에 평균직경이 0.5~3㎛인 공극들이 형성되어 있고, 두께가 0.5~50㎛인 나노섬유 부직포(A)층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터는 백혈구 제거율이 높고, 혈소판의 점착 현상이 적어 혈액적합성이 우수하고, 적혈구 또는 혈소판의 회수효율이 높고, 필터 여재의 표면 친수화 가공단계를 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화되고, 수분에 의한 필터재의 붕괴가 없고, 전기방사시 물을 용매로 사용하므로 수혈 안정성이 우수한 장점이 있다.
필터, 백혈구, 나노섬유, 부직포, 폴리비닐알코올, 전기방사.

Description

백혈구 제거용 필터 및 그의 제조방법{Filter for removing a white corpuscle and method of manufacturing the same}
본 발명은 백혈구 제거용 필터 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 백혈구 제거율이 높고, 혈소판의 점착 현상이 적어 혈액적합성이 우수하고, 적혈구 또는 혈소판의 회수효율이 높고, 필터 여재의 표면 친수화 가공단계를 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화되고, 수분에 의한 필터재의 붕괴가 없고, 전기방사시 물을 용매로 사용하므로 수혈 안정성이 우수한 백혈구 제거용 필터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
백혈구제거필터는 수혈 부작용 억제를 위한 가장 적극적인 방법으로 일본, 미국, 유럽을 중심으로 사용의무화 추세에 있다.
종래의 백혈구제거필터는 주로 폴리에스테르계 폴리머에 의한 부직포로 구성되어 있다. 그러나, 백혈구제거율과 적혈구 또는 혈소판 회수율을 높이기 위하여 보다 극세한 동시에 혈액적합성이 우수한 섬유에 의한 필터 여과층의 구성이 필요 하며, 일본의 도레이, 아사히 카세이 메디칼 가부시키가이샤, 미국의 e-Spin社 등에서 이에 대한 연구가 진행 중이다.
종래의 혈액성분 분리필터는 대부분 태섬도의 섬유로 구성되는 부직포 층과 세섬도의 섬유로 구성되는 부직포 층으로 구성되어 있다. 여기에 혈액성분 분리기능을 보다 높이기 위하여 유럽출원특허 제03760160호에서는 폴리에틸렌옥사이드와 같은 친수성 고분자 물질을 포함하는 방법을 게재하고 있고, 일본출원특허 제2002-032919호에서는 친수성의 단량체를 이용하여 표면을 개질하는 방법을 게재하고 있다. 이는 혈액성분 분리필터로 사용하는 데에 있어, 혈소판의 필터 여재 침적을 방지하기 위한 것으로 혈소판이 혈액성분 분리필터의 여재를 통과하는 중 필터 여재에 침적이 이루어지기 시작하면 급속히 여과 효율이 떨어지며, 차압의 증가로 인하여 자연낙하 또는 자중에 의한 혈액의 통과가 어려워진다. 아울러, 침적된 혈소판이 공기성분을 만나게 되면 응고 현상을 보일 수도 있다. 응고가 이루어지게 되면 더 이상의 혈액 필터 기능은 상실하게 된다.
종래의 혈액성분 분리필터의 여재 친수화를 위하여서는 전술한 바와 같이 별도의 가공을 필요로 하는 경우가 많으며, 이는 필터 여재 제조상에 있어서 공정이 복잡하여지는 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점들을 해소할 수 있도록 평균직경이 100~2,000㎚인 폴리비닐알코올 섬유(이하 "폴리비닐알코올 나노섬유"라고 한다)들로 구성되고, 상온에서 물에 불용성인 나노섬유 부직포를 포함하여 백혈구 제거율이 높고, 혈소판의 점착 현상이 적어 혈액적합성이 우수하고, 적혈구 또는 혈소판의 회수효율이 높고, 필터 여재의 표면 친수화 가공단계를 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화되고, 수분에 의한 필터재의 붕괴가 없고, 전기방사시 물을 용매로 사용하므로 수혈 안전성이 우수한 백혈구 제거용 필터 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
이와 같은 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 백혈구 제거용 필터재는 평균직경이 100~2,000㎚이고 상온에서 물에 녹지않는 폴리비닐알코올 나노섬유들로 구성되며, 상기 폴리비닐알코올 나노섬유들 사이에 평균직경이 0.5~3㎛인 공극들이 형성되어 있고, 두께가 0.5~50㎛인 나노섬유 부직포(A)층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터의 제조방법은 검화도가 80% 이상인 폴리비닐알코올 수지를 물에 10~30% 농도로 용해시켜 제조한 방사용액을 고전압이 걸려 있는 노즐(3)로 공급한 후, 상기 노즐(3)을 통해 노즐과 반대 전하를 갖는 고전압이 걸려 있는 컬렉터(4) 상에 전기방사하여 폴리비닐알코올을 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 부직포를 제조하는 공정; 및 제조된 나노섬유 부직포를 160~200℃에서 2시간 이상 열처리하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터는 불수용화 처리된 폴리비닐알코올 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 부직포를 포함하기 때문에 백혈구 제거율이 높고, 혈소판의 점착 현상이 적어 혈액적합성이 우수하고, 적혈구 또는 혈소판의 회수효율이 높고, 필터 여재의 표면 친수화 가공단계를 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화되고, 수분에 의한 필터재의 붕괴가 없고, 전기방사시 물을 용매로 사용하므로 수혈 안전성이 우수하다.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터는 상기의 폴리비닐알코올 나노섬유들로 구성된 부직포(이하 "나노섬유 부직포"라고 한다)를 포함한다.
본 발명은 한정된 필터 공간내에서 백혈구 세포와의 접촉기회를 높여 백혈구 세포의 포집효율을 높히기 위해서 상기 나노섬유 부직포(A)를 구성하는 폴리비닐알코올 나노섬유의 평균직경을 100~2,000㎚로 가늘게 한다.
폴리비닐알코올 나노섬유의 평균직경이 2,000㎚를 초과하는 경우에는 백혈구 세포의 포집효율이 떨어지고, 100㎚ 미만인 경우에는 나노섬유 간의 미세공극 크기가 너무 작아져 포집된 백혈구가 상기 미세공극을 막아 적혈구 또는 혈소판의 공급이 어렵게 된다.
상기 나노섬유 부직포내에 형성된 공극의 평균직경은 0.5~3㎛, 보다 바람직하기로는 1.5~3㎛이다.
상기 공극의 평균직경이 3㎛를 초과하면 백혈구 세포의 포집효율이 떨어지게 되고, 0.5㎛ 미만인 경우에는 상기 공극이 포집된 백혈구에 의해 쉽게 막혀 적혈구 또는 혈소판의 공급이 어렵게 될 수 있다.
상기 나노섬유 부직포의 두께는 0.5~50㎛, 보다 바람직하기로는 2~10㎛이다.
나노섬유 부직포의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우에는 혈액통과에 따른 압력 손실이 너무 많아지고, 상기 범위 미만인 경우에는 백혈구 제거효율이 저하된다.
한편, 본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터는 앞에서 설명한 나노섬유 부직포(A) 상에 1~3층의 합성섬유 부직포(B,C)가 적층된 구조를 포함한다. 즉, 나노섬유 부직포와 합성섬유 부직포가 반복적으로 연속하여 적층된 형태이다.
도 1은 본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터 일례의 단면 모식도이다.
상기 합성섬유 부직포(B,C)들은 평균직경이 2㎛를 초과하는 통상의 태섬도 섬유들로 이루어지며, 폴리에스테르 멜트브로운 부직포, 폴리에스테르 스펀본드 부직포 또는 폴리에스테르 니들펀칭 부직포 등이다.
다음으로는 본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 제조방법은 검화도가 80% 이상인 폴리비닐알코올 수지를 물에 10~30% 농도로 용해시켜 제조한 방사용액을 고전압이 걸려 있는 노즐(3)로 공급한 후, 상기 노즐(3)을 통해 노즐과 반대 전하를 갖는 고전압이 걸려 있는 컬렉터(4) 상에 전기방사하여 폴리비닐알코올을 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 부직포를 제조하는 공정; 및 제조된 나노섬유 부직포를 160~200℃에서 2시간 이상 열처리하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A)는 도 2에 도시된 전기방사 방식 등으로 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명에 포함된 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A)를 전기방사 방식으로 제조하는 공정 개략도이다.
구체적으로, 방사액 주탱크(1) 내에 보관중인 폴리비닐알코올 수지의 방사용액을 계량펌프(2)를 사용하여 고전압이 걸려 있는 노즐(3)로 공급한 후, 상기 노즐(3)을 통해 방사용액을 고전압이 걸려 있는 컬렉터(4) 상으로 전기방사하여 폴리비닐알코올 나노섬유를 형성하여, 이를 상기 컬렉터(4)에 적층시켜 나노섬유 부직포(A)를 제조한 다음, 상기 나노섬유 부직포(A)를 160~200℃에서 2시간 이상 열처리하여 도 3과 같은 불수용성을 갖는 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A)를 제조한다.
도 3은 본 발명에 포함된 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A) 표면의 전자현미경 사진이다.
상기 방사용액은 검화도가 80% 이상, 보다 바람직하기로는 90% 이상인 폴리비닐알코올 수지를 75℃ 이상으로 가열된 증류수에 10~30 중량%의 농도로 용해시켜 제조한다.
폴리비닐알코올의 검화도가 80% 미만인 경우에는 수용성이 높아서 방사용액의 제조는 용이하지만 나노섬유 제조후 열처리 공정으로 나노섬유를 불수용화 시키는 공정이 어렵게 된다.
방사용액내 폴리비닐알코올의 농도가 10중량% 미만인 경우에는 전기방사시 나노섬유 형성능이 떨어져 비드(Bead) 발생 가능성이 높아지고, 30중량%를 초과할 경우에는 점도가 너무 높아 전기방사성이 저하될 수 있다.
본 발명에서는 전기방사시 토출량, 전압, 분위기 온도, 습도 컬렉터와 노즐간의 거리, 노즐의 형태, 컬렉터의 이동속도 등은 특별하게 한정하지 않는다.
상기의 열처리공정은 전기방사된 폴리비닐알코올 나노섬유의 결정화도를 증가시켜 수용성을 낮추므로서 상온에서 불수용성이 되도록 하기 위해 실시한다. 열처리의 방법에는 제한이 없으나, 나노섬유의 균일한 열처리를 위해서는 열풍을 이용해서 실시하는 것이 보다 바람직하다.
상기 노즐(3)과 컬렉터(4)에는 전압전달로드(5)를 통해 전압발생장치(6)에서 발생되는 고전압을 걸어준다.
본 발명에서 사용하는 전기방사 장치에는 특별히 제한하지 않는다. 도 2에서 보는 바와 같은 다중 노즐을 사용하는 전기방사 장치를 사용할 수 있으며 이 외의 다른 형태의 전기방사 장치 또한 사용할 수 있다. 전기방사 장치는 고분자 방사 용액을 공급하는 계량 펌프(2)와 다수의 노즐(3)로 구성되는 방사부, 전압발생장치(6)에 의한 고전압발생부와 방사되어 휘산되는 나노섬유를 고착시키는 컬렉터(4)로 구성된다. 본 발명의 나노섬유를 방사하기 위한 발생전압은 수천 내지 수십만 볼트로 방사 용액의 농도, 계량 펌프를 통해 공급되는 방사 용액의 양, 얻고자 하는 나노섬유의 굵기 등을 고려하여 다양하게 적용할 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같이 열처리된 나노섬유 부직포 상에 1~3층의 합성섬유 부직포를 백혈구 제거용 필터를 제조한다.
상기 합성섬유 부직포(B,C) 각각은 폴리에스테르 멜트브로운 부직포, 폴리에스테르 스펀본드 부직포 및 폴리에스테르 니들펀칭 부직포 중에서 선택된 1종으로서 3,000㎛ 이상의 필라멘트들로 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 폴리비닐알코올을 나노섬유는 친수성이 우수하기 때문에 수혈과정에서 혈소판의 점착 현상으로 인해 별도의 친수화 공정을 생략할 수 있어서 공정이 간소화되며 혈액성분의 분리가 어렵게 되는 문제를 효과적으로 해결함과 동시에 상온에서 물에 녹지 않는 불용성이기 때문에 수혈시 수분에 의해 필터층이 붕괴되는 문제도 효과적으로 해결할 수 있다.
또한 본 발명은 전기방사시 유기용매 대신에 물을 사용하기 때문에 수혈 안정성이 우수하고 친환경적인 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터(A)를 제조하는 방법 중 일례를 살펴보면, 앞에서 설명한 통상의 합성섬유 상에 접착제를 도포 또는 스프레이(Spray)한 다음 앞에서 설명한 전기방사 방식으로 제조한 나노섬유 부직포(A)를 접착제가 도포 또는 스프레이된 상기 합성섬유 부직포(B,C) 위에 겹쳐지게 올려준 다음, 이들을 열로울러 등으로 가열, 압착하여 필터를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터는 ASTM F 2149-01 방법으로 측정한 백혈 구 제거율과 적혈구 회수율이 각각 90% 이상과 85% 이상이고, ASTM F 756 방법으로 측정한 용혈율(적혈구 파괴율)이 10% 이하이고, 아래방법으로 측정한 흡수높이가 2~10㎝ 이다.
흡수높이 측정방법
길이가 10㎝이고 폭이 1㎝인 필터(샘플)를 25℃물에 1㎝ 깊이로 담근 후 물의 흡수높이가 최대가 될 때까지 방치하여 상기의 최대 흡수높이를 흡수높이로 한다. 흡수높이를 육안으로 쉽게 확인할 수 있도록 물에 색소를 첨가하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
그러나, 하기 실시예는 본 발명의 일례를 나타내는 것으로서, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
검화도가 93%인 폴리비닐알코올 수지를 90℃로 가열된 증류수에 20%(w/w)의 농도로 용해시켜 방사용액을 제조하였다.
상기 방사용액을 도 2에 도시된 전기방사장치의 계량펌프(2)를 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 노즐(3)을 통해 28,000볼트(V)의 전압이 걸려있는 컬렉터(4) 상에 전기방사하여 평균직경이 600㎚인 나노섬유들이 5㎛의 두께로 적층되어 있고, 평균 공극크기가 3㎛인 나노섬유 부직포를 제조한 다음, 제조된 나노섬유 부직포를 165℃의 열풍으로 3시간 동안 열처리하여 불수용성인 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A)를 제조하였다.
다음으로, 상기 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A) 위에 평균직경이 3㎛인 폴리에스테르 필라멘트들로 구성되고 공극의 평균직경이 40㎛인 폴리에스테르 멜트브로윈 부직포(B)를 접착하였다.
다음으로, 상기 폴리에스테르 멜트브로운 부직포(C) 위에 평균직경이 20㎛인 폴리에스테르 필라멘트들로 구성되고 공극의 평균직경이 350㎛인 폴리에스테르 스펀본드 부직포(C)를 접착하여 3층 구조의 백혈구 제거용 필터를 제조하였다.
제조된 백혈구 제거용 필터의 각종 물성을 평가한 결과는 표 2와 같았다.
실시예 2 ~ 실시예 4 및 비교실시예 1
실시예 1에 기재된 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A)를 구성하는 비닐알코올 나노섬유의 평균직경과, 상기 나노섬유 부직포(A) 내 공극의 평균직경과, 상기 나노섬유 부직포의 두께와, 열처리온도를 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 3층 구조인 백혈구 제거용 필터를 제조하였다.
제조된 백혈구 제거용 필터의 각종 물성을 평가한 결과는 표 2와 같았다.
제조조건
구분
 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A)
열처리온도(℃)
나노섬유
평균직경(㎚)		 공극의
평균직경(㎛)		 두께(㎛)
실시예 1 600 3 5 165
실시예 2 600 2 2 180
실시예 3 600 3 15 180
실시예 4 500 1 45 180
비교실시예 1 3,000 15 120 0
(열처리 공정
생략)
백혈구 제거용 필터물성
구분 백혈구 제거율(%) 적혈구 회수율(%) 용혈율(%) 흡수높이(㎝)
실시예 1 95 85 5 5
실시예 2 96 90 8 4
실시예 3 95 87 7 5
실시예 4 92 88 8 3
비교실시예 1 85 78 25 1
도 1은 본 발명에 따른 백혈구 제거용 필터 일례의 단면 모식도.
도 2는 본 발명에 포함된 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A)을 전기방사 방식으로 제조하는 공정 개략도.
도 3은 본 발명에 포함된 폴리비닐알코올 나노섬유 부직포(A) 표면의 전자현미경 사진.
* 도면 중 주요부분에 대한 부호설명
A : 폴리비닐알코올 B,C : 합성섬유 부직포
1 : 방사액 주탱크 2 : 계량펌프
3 : 노즐 4 : 컬렉터
5 : 전압전달로드 6 : 전압발생장치

Claims (10)

  1. 평균직경이 100~2,000㎚이고 상온에서 물에 녹지않는 폴리비닐알코올 나노섬유들로 구성되며, 상기 폴리비닐알코올 나노섬유들 사이에 평균직경이 0.5~3㎛인 공극들이 형성되어 있고, 두께가 0.5~50㎛인 나노섬유 부직포(A)층을 포함하여 ASTM F 756 방법으로 측정한 용혈율이 10% 이하이고, 흡수높이가 2~10㎝인 것을 특징으로 하는 백혈구 제거용 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노섬유 부직포(A) 상에 1~3층의 합성섬유 부직포(B,C)가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 백혈구 제거용 필터.
  3. 제2항에 있어서, 합성섬유 부직포(B,C) 각각은 폴리에스테르 멜트브로운 부직포, 폴리에스테르 스펀본드 부직포 및 폴리에스테르 니들펀칭 부직포 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 백혈구 제거용 필터.
  4. 제1항에 있어서, 나노섬유 부직포(A) 내 공극의 평균직경이 1.5~3㎛인 것을 특징으로 하는 백혈구 제거용 필터.
  5. 제1항에 있어서, 나노섬유 부직포(A)의 두께가 2~10㎛인 것을 특징으로 하는 백혈구 제거용 필터.
  6. 제1항에 있어서, 백혈구 제거용 필터는 ASTM F 2149-01 방법으로 측정한 백혈구 제거율이 90% 이상이고, ASTM F 2149-01 방법으로 측정한 적혈구 회수율이 85% 이상인 것을 특징으로 하는 백혈구 제거용 필터.
  7. 삭제
  8. 검화도가 80% 이상인 폴리비닐알코올 수지를 물에 10~30% 농도로 용해시켜 제조한 방사용액을 고전압이 걸려 있는 노즐(3)로 공급한 후, 상기 노즐(3)을 통해 노즐과 반대 전하를 갖는 고전압이 걸려 있는 컬렉터(4) 상에 전기방사하여 폴리비닐알코올을 나노섬유들로 이루어진 나노섬유 부직포를 제조하는 공정; 및 제조된 나노섬유 부직포를 160~200℃에서 2시간 이상 열처리하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백혈구 제거용 필터의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기의 열처리된 나노섬유 부직포 상에 1~3층의 합성섬유 부직포를 적층하는 것을 특징으로 하는 백혈구 제거용 필터의 제조방법.
  10. 제1항의 백혈구 제거용 필터를 포함하는 수혈 유닛.
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