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KR102665324B1 - Composite material for 3d printing, manufacturing method thereof, and 3d printed stent comprising the same - Google Patents

Composite material for 3d printing, manufacturing method thereof, and 3d printed stent comprising the same Download PDF

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KR102665324B1
KR102665324B1 KR1020220027715A KR20220027715A KR102665324B1 KR 102665324 B1 KR102665324 B1 KR 102665324B1 KR 1020220027715 A KR1020220027715 A KR 1020220027715A KR 20220027715 A KR20220027715 A KR 20220027715A KR 102665324 B1 KR102665324 B1 KR 102665324B1
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composite material
polymer resin
biodegradable polymer
tantalum
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박신우
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가톨릭대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일실시예는, 생분해성 고분자 수지; 및 상기 생분해성 고분자 수지에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물;을 포함하여 기계적 물성과 생체적합성이 개선된 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재를 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르면, 종래 금속을 이용하여 제조한 스텐트(stent)에서 발생하는 재협착(restenosis) 등의 문제를 해결할 수 있으며, 종래 고분자 수지만으로 제조된 스텐트(stent)가 보이는 기계적 물성의 한계를 극복하고 고분자의 소수성으로 인한 저조한 생체적합성을 해결할 수 있다.
One embodiment of the present invention is a biodegradable polymer resin; and tantalum oxide dispersed in the biodegradable polymer resin. It provides a composite material for 3D printing, characterized by improved mechanical properties and biocompatibility.
According to the above configuration, problems such as restenosis that occur in stents manufactured using conventional metals can be solved, and the limitations of mechanical properties seen by stents manufactured only with conventional polymer resins can be solved. It can overcome and solve the poor biocompatibility due to the hydrophobicity of the polymer.

Description

3D 프린트용 복합소재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 3D 프린트 스텐트{COMPOSITE MATERIAL FOR 3D PRINTING, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND 3D PRINTED STENT COMPRISING THE SAME}Composite material for 3D printing, manufacturing method thereof, and 3D printed stent containing the same {COMPOSITE MATERIAL FOR 3D PRINTING, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND 3D PRINTED STENT COMPRISING THE SAME}

본 발명은 3D 프린트용 복합소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생분해성 고분자 수지와 탄탈륨 산화물을 포함하는 3D 프린트용 복합소재, 이의 제조방법 및 이를 포함하여 제조한 3D 프린트 스텐트에 관한 것이다.The present invention relates to a composite material for 3D printing, and more specifically, to a composite material for 3D printing containing a biodegradable polymer resin and tantalum oxide, a manufacturing method thereof, and a 3D printed stent manufactured including the same.

3D 프린트 기술을 의료 기기 제조에 접목시키는 다양한 시도가 진행되고 있다. 의료 기기는 환자에 맞추어 형태와 구조가 변형되어야 한다는 점에서 기존의 주형 기술은 성능과 경제성 측면 모두에서 한계를 보이는 반면 3D 프린트 기술은 환자의 측정된 신체 정보를 기반으로 다양한 맞춤형 설계가 가능하며 신체 구조에 맞추어 복잡한 형상을 구현하기에도 적합하기 때문이다.Various attempts are underway to apply 3D printing technology to medical device manufacturing. In that medical devices must be modified in shape and structure to suit the patient, existing molding technology has limitations in both performance and economic feasibility, while 3D printing technology allows for a variety of customized designs based on the patient's measured physical information and This is because it is suitable for implementing complex shapes according to the structure.

3D 프린트 기술을 이용하여 의료 기기를 제조하기 위해서는 적합한 필라멘트 소재를 선택하는 것이 가장 중요하다. 목적하는 형상을 구현하고 유지할 수 있는 탄성도, 강성 등 물리적 특성이 만족되어야 하며, 여기에 생체적합성, 생분해성 등 신체에 사용된다는 특수성을 고려한 조건이 추가적으로 요구된다.In order to manufacture medical devices using 3D printing technology, selecting an appropriate filament material is most important. Physical properties such as elasticity and rigidity that can implement and maintain the desired shape must be satisfied, and additional conditions that take into account the special characteristics of being used in the body, such as biocompatibility and biodegradability, are required.

본 발명의 목적은 3D 프린트 기술을 이용하여 심혈관 질환에 사용할 수 있는 의료용 스텐트(stent)를 제조하는 것이며, 이에 앞서 적합한 3D 프린트용 복합소재를 개발하는 것이다.The purpose of the present invention is to manufacture a medical stent that can be used for cardiovascular disease using 3D printing technology, and to develop a suitable composite material for 3D printing.

기존에 3D 프린트 기술을 이용하여 의료용 스텐트(stent)를 제조하는데 사용되어온 물질을 살펴보면 크게 금속과 폴리머이다. 금속을 이용하여 제조한 스텐트(stent)는 충분한 물리적 특성을 갖는 장점이 있으나, 생체 내에서 분해되지 않고 잔존하여 이후 환부에 상처를 남기거나 재협착(restenosis)이 발생하는 문제가 있었다. 또한 폴리머를 이용하여 제조한 스텐트(stent)는 기계적 물성에 한계를 보였으며, 폴리머 소재의 주류는 소수성으로 생체적합성이 저조한 특성을 보였다.Looking at the materials that have been used to manufacture medical stents using 3D printing technology, they are largely metals and polymers. Stents manufactured using metal have the advantage of having sufficient physical properties, but there is a problem that they remain in the body without being decomposed and subsequently leave scars on the affected area or cause restenosis. In addition, stents manufactured using polymers showed limitations in mechanical properties, and the mainstream polymer materials were hydrophobic and showed poor biocompatibility.

이러한 관점에서 공개된 선행 문헌을 살펴보면, 대한민국 공개특허 제10-2019-0109613호(명칭 : 3D 프린트용 필라멘트)는 압출적층방식의 3D 프린트용 필라멘트로서 생체 적합성이 우수하여 인체 및 환경에 무해하고 강도가 우수하여 활용도가 높은 3D 프린트용 필라멘트를 제공하고자 하는 목적 하에 생체 적합성 수지를 포함하는 필라멘트 수지 조성물로부터 형성되는 필라멘트 코어; 및 상기 코어의 표면에 형성되고 체인익스텐더를 포함하는 코팅 조성물로부터 형성된 코팅층을 포함하는 3D 프린트용 필라멘트를 개시하고 있으며, 상기 체인익스텐더를 구성하는 물질로 에폭시계 반응성 올리고머를 채택하고 있다. 다만 상기 선행 문헌에 개시된 구성은 고분자 복합체를 구성으로 하는 점에서 전술한 고분자의 소수성에 따른 저조한 생체적합성을 온전히 극복했다고 보기엔 한계가 있음을 알 수 있다.Looking at prior literature published from this perspective, Korea Patent Publication No. 10-2019-0109613 (name: 3D printing filament) is an extrusion-laminated 3D printing filament with excellent biocompatibility, harmless to the human body and the environment, and strong. A filament core formed from a filament resin composition containing a biocompatible resin for the purpose of providing a filament for 3D printing that is excellent and highly usable; and a 3D printing filament comprising a coating layer formed on the surface of the core and formed from a coating composition containing a chain extender, and an epoxy-based reactive oligomer is adopted as a material constituting the chain extender. However, since the composition disclosed in the preceding literature is composed of a polymer complex, it can be seen that there are limitations in completely overcoming the poor biocompatibility due to the hydrophobicity of the polymer described above.

따라서 충분한 물리적 특성과 우수한 생체적합성을 갖는 물질에 대한 연구는 여전히 시급한 실정이라고 할 수 있다.Therefore, research on materials with sufficient physical properties and excellent biocompatibility is still urgent.

대한민국 공개특허 제10-2019-0109613호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0109613

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결 및 개선하고자 창출된 것으로서, 충분한 물리적 특성과 우수한 생체적합성을 갖기 위해 생분해성 고분자에 바이오-세라믹 나노 입자가 분산된 3D 프린트용 복합소재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 3D 프린트를 이용하여 제조한 스텐트를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention was created to solve and improve the problems of the prior art as described above, and to provide a composite material for 3D printing in which bio-ceramic nanoparticles are dispersed in a biodegradable polymer to have sufficient physical properties and excellent biocompatibility. To provide a manufacturing method and a stent manufactured using 3D printing including the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예로, 3D 프린트용 복합소재는 생분해성 고분자 수지; 및 상기 생분해성 고분자 수지에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물;을 구성으로 포함한다.In one embodiment of the present invention to achieve the above technical problem, the composite material for 3D printing includes a biodegradable polymer resin; and tantalum oxide dispersed in the biodegradable polymer resin.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 생분해성 고분자 수지는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the biodegradable polymer resin is polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide- It may include any one or more selected from the group consisting of co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide, and combinations thereof.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 생분해성 고분자 수지는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the biodegradable polymer resin may have a number average molecular weight of 40,000 or more and 50,000 or less.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄탈륨 산화물은, 상기 3D 프린트용 복합소재의 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the tantalum oxide may be included in an amount of 1 wt% or more and 5 wt% or less based on the total weight of the 3D printing composite material.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄탈륨 산화물은, 평균 입자 크기가 50nm 이상 80nm 이하일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the tantalum oxide may have an average particle size of 50 nm or more and 80 nm or less.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄탈륨 산화물은, 오산화 탄탈륨(Ta2O5)일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the tantalum oxide may be tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ).

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법은 구성으로 i) 탄탈륨 산화물을 포함하는 졸(sol)을 제조하는 단계; ii) 용매에 생분해성 고분자 수지 및 상기 졸(sol)을 혼합하는 단계;를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a composite material for 3D printing, which is another embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, includes the steps of i) producing a sol containing tantalum oxide; ii) mixing the biodegradable polymer resin and the sol in a solvent.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 졸(sol)을 제조하는 단계는, a) 탄탈륨 전구체, 유기 용매, 증류수 및 산을 혼합하는 단계; b) 상기 a) 단계의 혼합물을 분산시키는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of preparing the sol includes a) mixing a tantalum precursor, an organic solvent, distilled water, and an acid; b) dispersing the mixture of step a) above.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 탄탈륨 전구체는, tantalum(V) ethoxide, tantalum(V) chloride 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 유기 용매는, isopropyl alcohol, ethanol 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 산은, hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the tantalum precursor includes at least one selected from the group consisting of tantalum(V) ethoxide, tantalum(V) chloride, and combinations thereof, and the organic solvent includes isopropyl alcohol, ethanol, and It may include at least one selected from the group consisting of combinations thereof, and the acid may include at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, and combinations thereof.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 ii) 단계의 용매는, dichloromethane을 포함하며, 상기 생분해성 고분자 수지는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the solvent in step ii) includes dichloromethane, and the biodegradable polymer resin includes polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, and poly-l-lactic acid. , poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide, and combinations thereof. It can be included.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 ii) 단계의 생분해성 고분자 수지는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the biodegradable polymer resin of step ii) may have a number average molecular weight of 40,000 or more and 50,000 or less.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)는 상기 3D 프린트용 복합소재를 사용하여 3D 프린트 방식으로 제조한 것을 특징으로 한다.A 3D printed stent, which is another embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, is characterized by being manufactured by a 3D printing method using the above 3D printing composite material.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 3D 프린트 스텐트(stent)의 표면에 코팅된 면역억제제;를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, an immunosuppressant coated on the surface of the 3D printed stent may be further included.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 면역억제제는, sirolimus, Paclitaxel 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the immunosuppressant may include one or more selected from the group consisting of sirolimus, Paclitaxel, and combinations thereof.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는,The effect of the present invention according to the above configuration is,

생분해성 고분자 수지를 사용하므로 종래 금속을 이용하여 제조한 스텐트(stent)에서 발생하는 재협착(restenosis) 등의 문제를 해결할 수 있으며,Since biodegradable polymer resin is used, problems such as restenosis that occur in stents manufactured using conventional metals can be solved.

기계적 물성이 우수하며 생체 적합성이 높은 바이오-세라믹 나노 입자를 포함하여 종래 고분자 수지만으로 제조된 스텐트(stent)가 보이는 기계적 물성의 한계를 극복하고 고분자의 소수성으로 인한 저조한 생체적합성을 해결할 수 있다.By including bio-ceramic nanoparticles with excellent mechanical properties and high biocompatibility, it is possible to overcome the limitations in mechanical properties of stents made only from conventional polymer resins and solve the poor biocompatibility due to the hydrophobicity of the polymer.

또한 본 발명이 제공하는 제조방법은 상기 바이오-세라믹 나노 입자를 생분해성 고분자 수지 상에 고르게 분산시키므로 이를 이용하여 제조된 스텐트(stent)는 전술한 바이오-세라믹 나노 입자의 장점 등을 포함하여 물성이 균일한 모습을 보인다.In addition, the manufacturing method provided by the present invention evenly disperses the bio-ceramic nanoparticles on the biodegradable polymer resin, so the stent manufactured using this has physical properties including the advantages of the bio-ceramic nanoparticles described above. It appears uniform.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도1은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)의 3D 모델링 이미지이며, 부분적으로 확대하여 스텐트(stent)가 세포와 결합하는 형태와 스텐트(stent)를 구성하는 3D 프린트용 복합소재가 압출되어 성형된 형태를 나타낸 이미지이다.
도2는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)에 면역억제제가 코팅되는 태양의 일 예시를 나타낸 이미지이다.
도4는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재로부터 제조한 펠렛의 이미지이다.
도5는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법에 있어서 오산화 탄탈륨 용액의 DLS 분석 데이터이다.
도6은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 TGA 분석 데이터이다.
도7은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 DSC 분석 데이터이다.
도8은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 인장강도 분석 데이터이다.
도9는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 압축강도 분석 데이터이다.
도10은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 세포 부착 실험 결과이다.
도11은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 출력한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이다.
도12는 (a) 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량이 총 중량을 기준으로 5wt% 포함된 복합소재를 이용하여 제조한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이며, (b), (c) 이의 SEM 이미지이며, (d) 이의 EDX 분석 이미지이다.
도13은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)에 면역억제제가 코팅된 경우 약물 방출 거동을 측정한 데이터이다.
Figure 1 is a 3D modeling image of a 3D printed stent, which is an embodiment of the present invention, and is partially enlarged to show the form in which the stent combines with cells and the extrusion of the composite material for 3D printing that makes up the stent. This is an image showing the molded form.
Figure 2 is a flowchart showing a method of manufacturing a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an image showing an example of an immunosuppressant being coated on a 3D printed stent, which is an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an image of a pellet manufactured from a composite material with different contents of tantalum pentoxide in a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.
Figure 5 is DLS analysis data of a tantalum pentoxide solution in a method of manufacturing a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.
Figure 6 is TGA analysis data of a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention, with different contents of tantalum pentoxide.
Figure 7 is DSC analysis data of a composite material with different contents of tantalum pentoxide in a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows tensile strength analysis data performed using composite materials with different amounts of tantalum pentoxide in a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.
Figure 9 shows compressive strength analysis data performed using composite materials with different amounts of tantalum pentoxide in a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.
Figure 10 shows the results of a cell adhesion experiment performed using composite materials with different contents of tantalum pentoxide in the composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.
Figure 11 is an image of a 3D printed stent printed using a composite material with different contents of tantalum pentoxide in the composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.
Figure 12 is (a) an image of a 3D printed stent manufactured using a composite material containing 5 wt% of tantalum pentoxide based on the total weight in the composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention, (b), (c) are its SEM images, and (d) are its EDX analysis images.
Figure 13 shows data measuring drug release behavior when an immunosuppressant is coated on a 3D printed stent, which is an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 명세서에서, “생분해성”이라 함은, 영어로 biodegradable에 대응되는 단어로 물질이 미생물 등을 통해서 자연환경에서 분해된다는 뜻이며, 생체에 삽입될 수 있는 의료기기와 관련된 본 발명에 있어서는 특히 생체 내 환경에서 별도의 처리 없이 자연적으로 분해될 수 있는 물질을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.In this specification, “biodegradable” is a word corresponding to biodegradable in English and means that the material decomposes in the natural environment through microorganisms, etc., and in the present invention related to medical devices that can be inserted into the living body, it especially refers to biodegradable It can be understood to mean a substance that can be naturally decomposed in the environment without any additional treatment.

본 명세서에서, “나노 입자”라 함은, 미세입자를 지칭하는 의미로 나노 단위 또는 마이크로 단위를 가지는 입자들을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 나노라는 표현을 사용하나, 그 단위가 반드시 nm 단위의 입자만을 의미하는 것은 아니며, 생분해성 고분자 수지 내에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물을 포함하는 미세입자를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, “nanoparticles” refers to fine particles and can be understood to mean particles having nano or micro units. Although the expression nano is used, the unit does not necessarily mean only particles in the nm unit, and should be understood to mean fine particles containing tantalum oxide dispersed in a biodegradable polymer resin.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10)를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the composite material 10 for 3D printing, which is an embodiment of the present invention, will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10)는 구성으로 생분해성 고분자 수지(100); 및 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물(200);을 포함하여 기계적 물성과 생체적합성이 개선된 것을 특징으로 한다.The composite material 10 for 3D printing, which is an embodiment of the present invention, includes a biodegradable polymer resin 100; and tantalum oxide 200 dispersed in the biodegradable polymer resin 100, and is characterized by improved mechanical properties and biocompatibility.

각 구성의 구체적인 설명에 앞서서 상기 구성에 따른 3D 프린트용 복합소재(10)의 특징을 살펴보기로 한다.Prior to a detailed description of each configuration, let us look at the characteristics of the composite material 10 for 3D printing according to the above configuration.

상기 3D 프린트용 복합소재(10)는 생분해성 고분자 수지(100)와 이에 탄탈륨 산화물(200)이 분산되어 있는 복합소재이다.The composite material 10 for 3D printing is a composite material in which a biodegradable polymer resin 100 and tantalum oxide 200 are dispersed.

생분해성 고분자 수지(100)를 사용하므로 상기 3D 프린트용 복합소재(10)를 사용하여 제조된 스텐트(stent) 등의 의료기기는 생체 내에 삽입되더라도 일정 시간이 흐른 뒤에 분해가 된다. 따라서 기존에 생분해성이 없는 물질로 제조된 의료기기가 생체 내에 잔존하여 유발하는 부작용의 염려가 없다.Since biodegradable polymer resin 100 is used, medical devices such as stents manufactured using the 3D printing composite material 10 decompose after a certain period of time even when inserted into the body. Therefore, there is no concern about side effects caused by medical devices manufactured from previously non-biodegradable materials remaining in the body.

이러한 장점에 기반하여 다양한 생분해성 소재가 생체 재료 연구에 많이 이용되고 있다. 다만, 많이 연구되어 종래부터 활용되고 있는 대부분의 생분해성 고분자는 기계적 물성에 한계를 보였으며, 소수성 표면으로 세포와 친화력이 낮아 생체 내에 삽입 시 세포와 초기 부착에 한계를 보이는 문제가 있었다.Based on these advantages, various biodegradable materials are widely used in biomaterials research. However, most of the biodegradable polymers that have been widely studied and used conventionally show limitations in mechanical properties, and due to their hydrophobic surfaces, they have low affinity to cells, which limits initial adhesion to cells when inserted into the body.

이러한 문제점을 해결하고자 본 발명은 바이오 세라믹으로 분류되며 특히 생체 적합성이 뛰어난 탄탈륨 산화물(200)을 나노 입자의 형태로 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 분산시키는 방식을 시도하였다.To solve this problem, the present invention attempted to disperse tantalum oxide 200, which is classified as a bioceramic and has particularly excellent biocompatibility, into the biodegradable polymer resin 100 in the form of nanoparticles.

상기 생분해성 고분자 수지(100)에 고르게 분산된 탄탈륨 산화물(200)은 고분자 대비 우수한 기계적 물성으로 생분해성 고분자 수지(100)의 인장 강도, 압축 강도 등의 물성을 보완하며, 특히 생분해성 고분자 수지(100)의 표면에 분산되어 위치하는 탄탈륨 산화물(200)은 생분해성 고분자 수지(100)의 소수성 표면 특성을 개질하여 생체 세포와의 친화력을 개선한다.The tantalum oxide 200 evenly dispersed in the biodegradable polymer resin 100 complements the physical properties such as tensile strength and compressive strength of the biodegradable polymer resin 100 with excellent mechanical properties compared to the polymer, and is especially effective in biodegradable polymer resin ( The tantalum oxide 200 dispersed on the surface of the biodegradable polymer resin 100 modifies the hydrophobic surface characteristics of the biodegradable polymer resin 100 to improve affinity with biological cells.

이에 따라 본 발명은 (1) 생체에 삽입되더라도 자연적으로 분해되거나 배출되므로 잔존하여 발생하는 문제가 없는 장점이 있으며, (2) 생체의 움직임에 버티거나 지탱할 수 있는 충분한 기계적 물성을 가지며 또한 탄탈륨 산화물(200)의 함량을 변경하여 목적하는 환경에 맞추어 기계적 물성을 조절할 수 있는 장점이 있으며, (3) 고분자 수지의 소수성 표면 특성을 개선하여 생체 세포와 친화력이 우수한 장점을 가지는 3D 프린트용 복합소재(10) 및 이를 이용하여 제조한 3D 프린트 스텐트(stent)(20)를 제공할 수 있다.Accordingly, the present invention has the advantage that (1) even if inserted into the living body, it is naturally decomposed or discharged, so there are no residual problems, (2) it has sufficient mechanical properties to withstand or support the movement of the living body, and it also contains tantalum oxide ( 200) has the advantage of being able to adjust the mechanical properties according to the desired environment by changing the content, and (3) is a composite material for 3D printing that has the advantage of excellent affinity with biological cells by improving the hydrophobic surface characteristics of the polymer resin (10). ) and a 3D printed stent (20) manufactured using it can be provided.

이하 각 구성을 상세히 살피기로 한다.Below, we will look at each configuration in detail.

첫째로 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 대하여 설명하기로 한다.First, the biodegradable polymer resin 100 will be described.

도1을 참조하여 설명하면, 상기 생분해성 고분자 수지(100)는 3D 프린트용 복합소재(10)에 있어서 기지(matrix) 역할을 한다. 구체적으로 상기 탄탈륨 산화물(200)만으로는 성형물을 만들어 낼 수 없으므로, 융점이 낮고 성형이 용이한 생분해성 고분자 수지(100)가 기지(matrix) 역할을 한다.Referring to Figure 1, the biodegradable polymer resin 100 serves as a matrix in the composite material 10 for 3D printing. Specifically, since the tantalum oxide 200 alone cannot produce a molded product, the biodegradable polymer resin 100, which has a low melting point and is easy to mold, serves as a matrix.

상기 생분해성 고분자 수지(100)를 구성하는 물질로는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 포함될 수 있다.Materials constituting the biodegradable polymer resin 100 include polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide- It may include any one or more selected from the group consisting of co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide, and combinations thereof.

다만 이에 제한되지 않고 생분해성(biodegradable)을 가지며 낮은 융점으로 성형성을 갖춘 물질이라면 본 발명의 기지(matrix) 물질로 사용될 수 있다.However, it is not limited thereto, and any material that is biodegradable and has moldability with a low melting point can be used as a matrix material of the present invention.

바람직하게는 상기 생분해성 고분자 수지(100)를 구성하는 물질로 PCL(polycaprolactone)이 사용될 수 있으며, 이는 PCL(polycaprolactone)이 우수한 연성, 저온에서의 우수한 성형성, 생체 시술에 적합한 분해기간을 가지며, 다른 고분자와 비교하여 유기 용매에 높은 용해도를 갖고, 그 밖의 다른 소재와도 안정적으로 혼합(blending)하기 때문이다.Preferably, PCL (polycaprolactone) can be used as a material constituting the biodegradable polymer resin 100, which has excellent ductility, excellent moldability at low temperatures, and a decomposition period suitable for biological procedures, This is because it has high solubility in organic solvents compared to other polymers and blends stably with other materials.

이때 상기 생분해성 고분자 수지(100)는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하일 수 있다.At this time, the biodegradable polymer resin 100 may have a number average molecular weight of 40,000 or more and 50,000 or less.

구체적으로 생분해성 고분자 수지(100)는 수평균 분자량이 증가할수록 단단해지나 동시에 취성이 강해지는 특성을 보인다. 또한 생분해성 고분자 수지(100)와 혼합되는 무기물 나노 입자는 물질 고유의 특성에 따라 복합소재(10)의 특성을 개질하나 동시에 복합소재의 취성을 증가시킨다.Specifically, the biodegradable polymer resin 100 becomes harder as its number average molecular weight increases, but at the same time shows the characteristic of becoming more brittle. In addition, the inorganic nanoparticles mixed with the biodegradable polymer resin 100 modify the properties of the composite material 10 according to the inherent properties of the material, but at the same time increase the brittleness of the composite material.

따라서 생분해성 고분자 수지(100)와 탄탈륨 산화물(200)을 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10)에 있어서, 취성을 고려하여 생분해성 고분자 수지(100)의 수평균 분자량과 탄탈륨 산화물(200)의 함량을 조절하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.Therefore, in the 3D printing composite material 10 containing the biodegradable polymer resin 100 and tantalum oxide 200, the number average molecular weight of the biodegradable polymer resin 100 and that of the tantalum oxide 200 are determined in consideration of brittleness. Controlling the content can be said to be very important.

조금 더 구체적으로 본 발명에서 실시한 일 실험예를 토대로 설명하면, 생분해성 고분자 수지(100)의 수평균 분자량이 16000 미만인 경우에는 생분해성 고분자 수지(100)에 의한 취성은 문제되지 않으나 작은 수평균 분자량으로 인해 충분한 기계적 물성을 갖지 못하며, 탄탈륨 산화물(200)을 추가로 포함하더라도 과도한 탄탈륨 산화물(200)은 3D 프린트용 복합소재(10) 합성 시 균일하게 분포되지 않는 문제가 있다.To be more specific, based on an experimental example conducted in the present invention, if the number average molecular weight of the biodegradable polymer resin 100 is less than 16,000, brittleness due to the biodegradable polymer resin 100 is not a problem, but the small number average molecular weight Due to this, it does not have sufficient mechanical properties, and even if tantalum oxide 200 is additionally included, there is a problem in that excessive tantalum oxide 200 is not uniformly distributed when synthesizing the composite material 10 for 3D printing.

반면, 생분해성 고분자 수지(100)의 수평균 분자량이 80000을 넘는 경우에는 취성을 고려하여 포함할 수 있는 탄탈륨 산화물(200)의 함량이 적어지므로, 본 발명이 목적하는 생체 적합성 향상이라는 효과를 달성할 수 없다.On the other hand, when the number average molecular weight of the biodegradable polymer resin (100) exceeds 80000, the content of tantalum oxide (200) that can be included in consideration of brittleness is reduced, thereby achieving the effect of improving biocompatibility for which the present invention aims. Can not.

따라서 취성을 고려하고, 3D 프린트용 복합소재(10)의 출력 특성 및 본 발명이 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조하려는 스텐트(stent)에 요구되는 물성을 고려할 때, 본 발명에 있어서 상기 생분해성 고분자 수지(100)의 수평균 분자량은 40000 이상 50000인 것이 바람직하다.Therefore, considering brittleness, the output characteristics of the 3D printing composite material 10, and the physical properties required for the stent that the present invention is to manufacture using the 3D printing composite material 10, in the present invention The number average molecular weight of the biodegradable polymer resin 100 is preferably 40,000 to 50,000.

다음으로 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물(200)을 설명하기로 한다.Next, the tantalum oxide 200 dispersed in the biodegradable polymer resin 100 will be described.

상기 탄탈륨 산화물(200)은 상기 생분해성 고분자 수지(100)에 고르게 분산되어 있는 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 탄탈륨 산화물(200)은 생분해성 고분자 수지(100) 표면 및 내부를 포함하여 전반에 고르게 분산되어 기계적 물성을 보완한다.The tantalum oxide 200 is evenly dispersed in the biodegradable polymer resin 100. Specifically, the tantalum oxide 200 is evenly distributed throughout the biodegradable polymer resin 100, including the surface and interior, to complement the mechanical properties.

상기 탄탈륨 산화물(200)이 포함됨에 따라 이를 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10) 및 3D 프린트 스텐트(stent)(20)의 인장 강도와 압축 강도가 증가하여 기계적 물성이 우수해진다. 이에 따라 더 얇은 두께로 목적하는 직경, 탄성, 강도, 확장력을 갖는 스텐트(stent)를 제조할 수 있다.As the tantalum oxide 200 is included, the tensile strength and compressive strength of the 3D printing composite material 10 and the 3D printing stent 20 containing it increase, thereby improving mechanical properties. Accordingly, it is possible to manufacture a stent with the desired diameter, elasticity, strength, and expandability at a thinner thickness.

알려진 바에 따르면 생분해성 소재로 제조된 스텐트(stent)가 기존의 금속을 이용하여 제조된 스텐트(stent)를 충분히 대체하지 못하는 이유는 생분해성 소재로 제조된 스텐트(stent)의 굵기가 충분히 얇지 못하며, 충분히 얇지 못한 스텐트(stent)는 얇은 굵기의 금속 스텐트(stent) 보다 혈전증 발생 비율이 높으며 여러가지 심혈관 문제에 취약하다고 한다.According to what is known, the reason why stents made of biodegradable materials do not sufficiently replace stents made using existing metals is that the thickness of the stents made of biodegradable materials is not thin enough, Stents that are not thin enough have a higher rate of thrombosis than thin metal stents and are said to be vulnerable to various cardiovascular problems.

이러한 점을 고려할 때, 본 발명에서 제안하는 3D 프린트용 복합소재(10)는 생분해라는 장점을 가지며, 동시에 탄탈륨 산화물(200) 나노 입자를 포함함에 따라 얇은 굵기의 스텐트(stent) 제조가 가능하므로 매우 고무적이라고 할 수 있다.Considering this, the composite material 10 for 3D printing proposed in the present invention has the advantage of being biodegradable, and at the same time, by containing tantalum oxide (200) nanoparticles, it is possible to manufacture thin-walled stents, so it is very flexible. It can be said to be encouraging.

다음으로 탄탈륨 산화물(200)은 상기 생분해성 고분자 수지(100) 표면에 분산되어 상기 생분해성 고분자의 소수성 표면 특성을 개질한다.Next, tantalum oxide 200 is dispersed on the surface of the biodegradable polymer resin 100 to modify the hydrophobic surface characteristics of the biodegradable polymer.

구체적으로 탄탈륨 산화물(200) 자체의 높은 생체 적합성에 기인하여 이를 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10)의 생체 적합성과 젖음성(wettability)이 개선되며, 동시에 생분해성 고분자 수지(100) 표면에 고르게 분산된 탄탈륨 산화물(200) 나노 입자는 소수성을 갖는 생분해성 고분자 수지(100)의 표면을 대체하므로 이를 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10)의 전체적인 생체 적합성이 매우 우수해진다.Specifically, due to the high biocompatibility of tantalum oxide (200) itself, the biocompatibility and wettability of the 3D printing composite material (10) containing it are improved, and at the same time, it is evenly distributed on the surface of the biodegradable polymer resin (100). Since the tantalum oxide (200) nanoparticles replace the surface of the hydrophobic biodegradable polymer resin (100), the overall biocompatibility of the 3D printing composite material (10) containing it is very excellent.

이에 따라, 본 발명이 제시하는 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 스텐트(stent) 등은 생체 내에 삽입되어 초기에 자리를 잡거나 기존 위치에서 탈락하지 않기 위한 충분한 결합력을 갖는다.Accordingly, a stent manufactured using the 3D printing composite material 10 proposed by the present invention has sufficient bonding force to be inserted into the body and not be initially positioned or fall off from the existing position.

이때, 상기 탄탈륨 산화물(200)은, 상기 3D 프린트용 복합소재(10)의 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함될 수 있다.At this time, the tantalum oxide 200 may be included in an amount of 1 wt% or more and 5 wt% or less based on the total weight of the 3D printing composite material 10.

구체적으로 상기 탄탈륨 산화물(200)이 상기 3D 프린트용 복합소재(10)의 총 중량을 기준으로 1wt% 미만으로 포함되면 개질의 효과가 미미하여 순수한 생분해성 고분자 수지(100)와 차이를 보이지 않으며, 5wt%를 초과하면 3D 프린트용 복합소재(10)의 취성(brittleness)이 과도하여, 이후 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 출력한 스텐트(stent)의 제조나 사용에 있어서 수반되는 굽힘(crimping)이나 팽창 상황에서 파괴될 가능성이 매우 높아진다.Specifically, when the tantalum oxide 200 is included in less than 1 wt% based on the total weight of the 3D printing composite material 10, the effect of modification is insignificant and shows no difference from the pure biodegradable polymer resin 100, and 5 wt If the % is exceeded, the brittleness of the 3D printing composite material (10) is excessive, resulting in crimping accompanying the manufacture or use of a stent printed using the 3D printing composite material (10). ) or in an expansion situation, the possibility of destruction is greatly increased.

따라서 탄탈륨 산화물(200) 포함에 따른 개선의 효과와 이후 사용 상태를 모두 고려할 때, 상기 탄탈륨 산화물(200)은 상기 3D 프린트용 복합소재(10)에 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.Therefore, considering both the effect of improvement due to the inclusion of tantalum oxide 200 and the subsequent use state, the tantalum oxide 200 is added to the 3D printing composite material 10 in an amount of 1 wt% or more and 5 wt% or less based on the total weight. It is desirable to include it.

다만 이에 제한되지 않으며, 상기 탄탈륨 산화물(200)의 함량이 증가할수록 상기 생분해성 고분자 수지(100)의 인장 강도와 압축 강도가 증가하는 관계로 기계적 물성이 보완되며, 고분자 수지 표면의 소수성을 감소시키는 관계로 표면 특성이 보완되는 점을 바탕으로, 상기 3D 프린트용 복합소재(10)가 사용될 환경에 맞추어 상기 탄탈륨 산화물(200)의 함량은 조절될 수 있다.However, it is not limited to this, and as the content of the tantalum oxide 200 increases, the tensile strength and compressive strength of the biodegradable polymer resin 100 increase, so the mechanical properties are complemented and the hydrophobicity of the polymer resin surface is reduced. Based on the fact that the surface properties are complemented, the content of the tantalum oxide 200 can be adjusted to suit the environment in which the 3D printing composite material 10 will be used.

다음으로 상기 탄탈륨 산화물(200)은, 평균 입자 크기가 50nm 이상 80nm 이하일 수 있다.Next, the tantalum oxide 200 may have an average particle size of 50 nm or more and 80 nm or less.

구체적으로 상기 탄탈륨 산화물(200)은 입자의 평균 크기가 작을수록 상기 생분해성 고분자 수지(100)의 매트릭스 내의 기공을 밀도 있게 채우며, 이에 따라 상대 밀도가 높아지면 생분해성 고분자 수지(100)의 기계적 특성이 향상된다. 따라서 상기 생분해성 고분자 수지(100)의 매트릭스 내의 기공 크기를 고려할 때, 상기 탄탈륨 산화물(200)의 입자 크기는 80nm 이하인 것이 바람직하다.Specifically, the tantalum oxide 200 fills the pores in the matrix of the biodegradable polymer resin 100 more densely as the average particle size of the tantalum oxide 200 increases. Accordingly, as the relative density increases, the mechanical properties of the biodegradable polymer resin 100 improve. This improves. Therefore, considering the pore size in the matrix of the biodegradable polymer resin 100, it is preferable that the particle size of the tantalum oxide 200 is 80 nm or less.

반면, 상기 탄탈륨 산화물(200)의 입자 크기가 너무 작아지게 되면 세포에 직접적인 영향을 주어 세포 독성의 우려가 있으며, 이는 본 발명이 목적한 생체 적합성 향상이라는 효과에 부합하지 않는 점에서 상기 탄탈륨 산화물(200) 입자의 평균 크기는 50nm 이상인 것이 바람직하다.On the other hand, if the particle size of the tantalum oxide 200 becomes too small, there is a direct effect on cells and there is a risk of cytotoxicity, which does not correspond to the effect of improving biocompatibility aimed at by the present invention, so the tantalum oxide ( 200) It is desirable that the average particle size is 50 nm or more.

다음으로 상기 탄탈륨 산화물(200)은, 오산화 탄탈륨(Ta2O5)일 수 있다.Next, the tantalum oxide 200 may be tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ).

구체적으로 오산화 탄탈륨(Ta2O5)은 내식성이 높으며 반응성이 낮아 매우 안정적인 물질이다. 따라서 생체 내에 삽입되더라도 부식되지 않으며 원치 않는 부반응, 염증 등이 발생하지 않는 장점이 있다.Specifically, tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) is a very stable material with high corrosion resistance and low reactivity. Therefore, it has the advantage that it does not corrode even when inserted into the body and does not cause unwanted side reactions or inflammation.

또한 다른 바이오 세라믹과 비교할 때 생체 적합성이 높으므로 생체 내에 삽입되어 초기에 자리를 잡거나 기존 위치에서 탈락하지 않기 위한 충분한 결합력을 제공한다.In addition, compared to other bioceramics, it has high biocompatibility, so it provides sufficient bonding force to prevent it from initially settling or falling out of the existing position when inserted into the body.

다음으로 도2를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법을 자세하게 설명하기로 한다.Next, with reference to Figure 2, a method of manufacturing a composite material 10 for 3D printing, which is another embodiment of the present invention, will be described in detail.

설명에 있어서 전술한 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10)와 중복되는 구성은 동일하게 해석되어야 하며, 중복된 설명은 생략하기로 한다.In the description, configurations that overlap with those of the composite material 10 for 3D printing, which is the above-described embodiment, should be interpreted in the same way, and overlapping descriptions will be omitted.

본 발명의 3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법은 구성으로 i) 탄탈륨 산화물(200)을 포함하는 졸(sol)을 제조하는 단계(S100); ii) 용매에 생분해성 고분자 수지(100) 및 상기 졸(sol)을 혼합하는 단계(S200);를 포함할 수 있다.The method for producing a composite material (10) for 3D printing of the present invention includes the steps of i) producing a sol containing tantalum oxide (200) (S100); ii) mixing the biodegradable polymer resin 100 and the sol in a solvent (S200).

이하 i) 탄탈륨 산화물(200)을 포함하는 졸(sol)을 제조하는 단계(S100);부터 각 단계를 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, each step will be described in detail, starting with i) the step (S100) of producing a sol containing tantalum oxide 200.

본 발명의 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법은 졸-겔법을 이용하여 탄탈륨 산화물(200)을 높은 분산도와 균일도로 생분해성 고분자 수지(100) 내에 분산시키는 방법을 채택하였다.The method for manufacturing the composite material 10 for 3D printing, which is an embodiment of the present invention, adopted a method of dispersing tantalum oxide 200 in the biodegradable polymer resin 100 with high dispersion and uniformity using a sol-gel method.

구체적으로 상기 졸(sol)을 제조하는 단계(S100)는 a) 탄탈륨 전구체, 유기 용매, 증류수 및 산을 혼합하는 단계(S110); b) 상기 a) 단계(S110)의 혼합물을 분산시키는 단계(S120);를 포함할 수 있다.Specifically, the step of preparing the sol (S100) includes a) mixing a tantalum precursor, an organic solvent, distilled water, and acid (S110); b) dispersing the mixture of step a) (S110) (S120);

이때 상기 a) 단계(S110)의 상기 탄탈륨 전구체는, tantalum(V) ethoxide, tantalum(V) chloride 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.At this time, the tantalum precursor in step a) (S110) may include one or more selected from the group consisting of tantalum(V) ethoxide, tantalum(V) chloride, and combinations thereof.

또한 상기 유기 용매는, isopropyl alcohol, ethanol 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.Additionally, the organic solvent may include one or more selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, and combinations thereof.

또한 상기 산은, hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 다음으로 상기 b) 단계(120)는, 분산에 앞서서 상기 a) 단계(S110)의 혼합물과 dichloromethane(DCM)을 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. Dichloromethane는 추후 생분해성 고분자 수지(100)를 포함하는 폴리머 솔루션과 혼합함에 있어서, 혼화도를 높이는 역할을 한다.Additionally, the acid may include one or more selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, and combinations thereof. Next, step b) (120) may further include mixing the mixture of step a) (S110) with dichloromethane (DCM) prior to dispersion. Dichloromethane plays a role in increasing miscibility when mixed with a polymer solution containing biodegradable polymer resin (100) later.

다음으로 상기 b) 단계(S120)는 상기 a) 단계(S110)를 통해 제조된 혼합물에 포함된 탄탈륨 산화물(200) 나노 입자의 분산도를 높이고자 나노 분산기(nano-disperser)를 이용하여 분산을 수행할 수 있다.Next, in step b) (S120), dispersion is performed using a nano-disperser to increase the degree of dispersion of the tantalum oxide (200) nanoparticles contained in the mixture prepared through step a) (S110). It can be done.

다음으로 ii) 용매에 생분해성 고분자 수지(100) 및 상기 졸(sol)을 혼합하는 단계(200);를 구체적으로 설명하기로 한다.Next, ii) mixing the biodegradable polymer resin 100 and the sol in a solvent (200) will be described in detail.

상기 ii) 단계(S200)의 용매는, dichloromethane을 포함하며, 상기 생분해성 고분자 수지(100)는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The solvent in step ii) (S200) includes dichloromethane, and the biodegradable polymer resin 100 includes polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly (lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide, and combinations thereof. You can.

또한 상기 ii) 단계(S200)의 생분해성 고분자 수지(100)는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하일 수 있다.In addition, the biodegradable polymer resin 100 of step ii) (S200) may have a number average molecular weight of 40,000 or more and 50,000 or less.

또한 상기 ii) 단계(S200)의 상기 졸(sol)의 양은 졸(sol)에 포함된 탄탈륨 산화물(200)을 기준으로 정해지며, 본 발명에 있어서, 상기 탄탈륨 산화물(200)은 3D 프린트용 복합소재(10)의 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함될 수 있다.In addition, the amount of the sol in step ii) (S200) is determined based on the tantalum oxide 200 contained in the sol, and in the present invention, the tantalum oxide 200 is a composite for 3D printing. Based on the total weight of the material 10, it may be included in an amount of 1 wt% or more and 5 wt% or less.

이하 도1 및 도3을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, another embodiment of the present invention, a 3D printed stent 20, will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 3.

본 발명에 있어서 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)는 전술한 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재(10)를 사용하여 3D 프린트 방식으로 제조한 것을 특징으로 한다. 형태는 도1에 도시된 바와 같이 일반적인 스텐트(stent) 형상으로 제조되는 것을 의미한다.In the present invention, the 3D printed stent 20, which is an embodiment, is characterized by being manufactured by a 3D printing method using the 3D printing composite material 10, which is an embodiment described above. The shape means that it is manufactured in a general stent shape as shown in Figure 1.

여기서 3D 프린트 방식이란 압출 방식을 의미하며 바람직하게는 고온용융압출법(Hot-Melt Extrusion)을 이용하는 것을 의미한다.Here, the 3D printing method refers to an extrusion method, preferably using hot-melt extrusion.

이때 상기 3D 프린트 스텐트(stent)(20)는 전술한 3D 프린트용 복합소재(10)를 포함하므로 (1) 생체에 삽입되더라도 자연적으로 분해되거나 배출되므로 스텐트(stent)가 잔존하여 발생하는 문제가 없는 장점이 있으며, (2) 생체의 움직임에 버티거나 지탱할 수 있는 충분한 기계적 물성을 가지며 또한 탄탈륨 산화물(200)의 함량을 변경하여 목적하는 환경에 맞추어 기계적 물성을 조절할 수 있는 장점이 있으며, (3) 고분자 수지의 소수성 표면 특성이 개선되어 생체 세포와 친화력이 우수한 장점을 가진다.At this time, the 3D printed stent 20 includes the above-described composite material 10 for 3D printing, so (1) it is naturally decomposed or discharged even when inserted into the living body, so there is no problem caused by the stent remaining. (2) It has sufficient mechanical properties to withstand or support the movement of the living body, and also has the advantage of being able to adjust the mechanical properties to suit the desired environment by changing the content of tantalum oxide (200), (3) The hydrophobic surface characteristics of the polymer resin have been improved, giving it the advantage of excellent affinity with biological cells.

다음으로 도3을 참조하면, 상기 3D 프린트 스텐트(stent)(20)는 표면에 면역억제제(300)를 더 포함할 수 있다.Next, referring to Figure 3, the 3D printed stent 20 may further include an immunosuppressant 300 on the surface.

상기 면역억제제(300)는 도3에 도시된 바와 같이 원기둥 형태의 스텐트(stent) 중심을 기준으로 스텐트(stent) 외면에 코팅될 수 있다.The immunosuppressant 300 may be coated on the outer surface of the stent based on the center of the cylindrical stent, as shown in FIG. 3.

상기 코팅 방법은 바람직하게 스프레이 코팅일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The coating method may preferably be spray coating, but is not limited thereto.

상기 면역억제제(300)는 상기 스텐트(stent) 외면에 포함되어 생체 내 삽입 시 세포의 과 증식을 억제하는 역할을 한다.The immunosuppressant 300 is included on the outer surface of the stent and serves to suppress cell overgrowth when inserted into the body.

상기 면역억제제(300)의 물질로, sirolimus, Paclitaxel 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The immunosuppressant 300 may include one or more selected from the group consisting of sirolimus, paclitaxel, and combinations thereof.

제조예Manufacturing example

3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법Manufacturing method of composite material for 3D printing (10)

(1) Ta(1) Ta 22 OO 55 졸(sol) 제조방법(S100) Sol manufacturing method (S100)

i) Tantalum(V) ethoxide 0.22mg, distilled water 0.3ml, hydrochloric acid 0.01ml, isopropyl alcohol 6.25ml를 혼합하고 반응시킨다.i) Mix and react 0.22mg of Tantalum(V) ethoxide, 0.3ml of distilled water, 0.01ml of hydrochloric acid, and 6.25ml of isopropyl alcohol.

ii) 이후 Dichloromethane을 넣어준다. Dichloromethane은 추후 혼합될 폴리머 솔루션의 용매와의 친화도를 높이기 위한 것이다.ii) Afterwards, add dichloromethane. Dichloromethane is intended to increase affinity with the solvent of the polymer solution to be mixed later.

iii) 다음으로 균일한 분산을 위해, 상기 용액을 나노 분산기(nano-disperser)에 넣어 분산시켜준다.iii) Next, for uniform dispersion, the solution is dispersed in a nano-disperser.

(2) 1wt%, 3wt%, 5wt% Ta(2) 1wt%, 3wt%, 5wt% Ta 22 OO 55 및 PCL을 포함하는 3D 프린트용 복합소재(10) 제조방법(S200) and method for manufacturing composite material for 3D printing (10) including PCL (S200)

Dichloromethane 10ml를 용매로 하여 PCL 2g을 녹인 후 앞서 제조한 오산화 탄탈륨 솔루션을 목적하는 탄탈륨 산화물(200)의 함량을 고려하여 넣어준다.Dissolve 2 g of PCL using 10 ml of dichloromethane as a solvent, then add the previously prepared tantalum pentoxide solution considering the desired content of tantalum oxide (200).

구체적으로 3D 프린트용 복합소재(10)에 탄탈륭 산화물(200)이 1wt% 포함되도록 상기 제조한 졸(sol)을 0.56ml, 3wt% 포함되도록 1.68ml, 5wt% 포함되도록 2.95ml 각각 넣어 3D 프린트용 복합소재(10)를 제조한다.Specifically, 0.56ml of the sol prepared above to contain 1wt% of tantalum oxide (200) was added to the 3D printing composite material (10), 1.68ml to contain 3wt%, and 2.95ml to contain 5wt%, respectively, for 3D printing. Manufacture composite material (10) for use.

상기 방법으로 제조한 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 펠렛을 도4에 나타내었다.A pellet manufactured using the 3D printing composite material 10 manufactured by the above method is shown in Figure 4.

실험예1Experimental Example 1

3D 프린트용 복합소재(10)의 특성 확인 실험Experiment to confirm the characteristics of composite material for 3D printing (10)

(1) 3D 프린트용 복합소재(10)의 혼합 상태 확인 실험(1) Experiment to check the mixing state of composite materials for 3D printing (10)

1) 실험 개요1) Experiment overview

본 실험은 1) 상기 제조예에 따라 제조한 오산화 탄탈륨 졸(sol)을 대상으로 DLS(Dynamic light scattering) 분석을 수행하여 상기 졸(sol) 내에 존재하는 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자의 평균 크기를 측정하였으며, 2) 오산화 탄탈륨(200)의 함량을 달리한 3D 프린트용 복합소재(10)를 대상으로 TGA(Thermo-gravimetric Analysis) 분석을 수행하여 오산화 탄탈륨(200)과 PCL(poly caprolactone)(100)의 혼합 상태를 확인하였다.In this experiment, 1) DLS (Dynamic light scattering) analysis was performed on the tantalum pentoxide sol prepared according to the above production example to determine the average size of tantalum pentoxide (200) nanoparticles present in the sol. 2) TGA (Thermo-gravimetric Analysis) analysis was performed on 3D printing composite material (10) with different contents of tantalum pentoxide (200) and PCL (poly caprolactone) (100). ) was confirmed to be mixed.

2) 실험 결과 및 분석2) Experiment results and analysis

(i) 도5는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재 제조방법에 있어서 오산화 탄탈륨 용액의 DLS 분석 데이터이다.(i) Figure 5 is DLS analysis data of a tantalum pentoxide solution in a method of manufacturing a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.

도5를 참조하면, 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자의 평균 크기가 50nm 내지 80nm임을 확인할 수 있다.Referring to Figure 5, it can be seen that the average size of tantalum pentoxide (200) nanoparticles is 50 nm to 80 nm.

실험을 통해 확인한 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자의 평균 크기는 전술한 바와 같이 오산화 탄탈륨(200)이 생분해성 고분자 수지(100)의 매트릭스 내의 기공을 밀도 있게 채워 기계적 특성을 개선하고, 동시에 세포 독성의 염려 없이 목적한 생체 적합성을 달성할 수 있는 크기이다.The average size of the tantalum pentoxide (200) nanoparticles confirmed through the experiment is as described above. Tantalum pentoxide (200) densely fills the pores in the matrix of the biodegradable polymer resin (100) to improve mechanical properties and at the same time reduce cytotoxicity. It is a size that can achieve the desired biocompatibility without concern.

따라서, 본 발명이 제시하는 제조방법이 기계적 특성과 생체 적합성이 우수한 3D 프린트용 복합소재(10)를 제공할 수 있음을 확인한 결과로 볼 수 있다.Therefore, it can be seen as a result confirming that the manufacturing method proposed by the present invention can provide a composite material 10 for 3D printing with excellent mechanical properties and biocompatibility.

(ii) 도6은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 TGA 분석 데이터이다.(ii) Figure 6 is TGA analysis data of a composite material with different contents of tantalum pentoxide in a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.

본 TGA 분석은 Equilibrate(30℃), 승온 속도(10℃/min) 및 온도 범위(30℃~600℃)의 조건으로 수행하였다.This TGA analysis was performed under the conditions of Equilibrate (30℃), temperature increase rate (10℃/min), and temperature range (30℃~600℃).

도6을 참조하면, 포함된 오산화 탄탈륨(200)의 함량 증가에 비례하여 PCL(100)의 열 분해 후 잔존하는 질량이 증가함을 확인할 수 있다. 이를 통해 제조된 3D 프린트용 복합소재(10)에 있어서 오산화 탄탈륨(200)과 PCL(100) 이 화학적 반응 없이 물리적으로 혼합되어 있음을 확인하였다.Referring to Figure 6, it can be seen that the mass remaining after thermal decomposition of PCL (100) increases in proportion to the increase in the content of tantalum pentoxide (200) included. Through this, it was confirmed that in the manufactured composite material for 3D printing (10), tantalum pentoxide (200) and PCL (100) were physically mixed without chemical reaction.

(2) 3D 프린트용 복합소재(10)의 변성 온도 측정(2) Measurement of denaturation temperature of composite material for 3D printing (10)

본 실험은 DSC(Differential Scanning Calorimetry) 분석을 통해 오산화 탄탈륨 함량(200)에 따른 3D 프린트용 복합소재(10)의 녹는점을 확인하고, 본 발명이 제시하는 오산화 탄탄륨(200)의 함량이 3D 프린트용 복합소재(10)의 녹는점을 PCL(100)의 변성 온도 아래로 유지할 수 있는지 확인하고자 수행하였다.In this experiment, the melting point of the composite material for 3D printing (10) according to the tantalum pentoxide content (200) was confirmed through DSC (Differential Scanning Calorimetry) analysis, and the content of tantalum pentoxide (200) proposed by the present invention was determined in 3D This was carried out to confirm whether the melting point of the printing composite material (10) could be maintained below the denaturation temperature of PCL (100).

도7은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재의 DSC 분석 데이터이다.Figure 7 is DSC analysis data of a composite material with different contents of tantalum pentoxide in a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.

본 DSC 분석은 Equilibrate(35℃), 승온 속도(10℃/min) 및 온도 범위(35℃~400℃)의 조건으로 수행하였다.This DSC analysis was performed under the conditions of Equilibrate (35℃), heating rate (10℃/min), and temperature range (35℃~400℃).

도7을 참조하면, PCL(100)로만 이루어진 경우 melting temperature가 62℃, 오산화 탄탈륨(200)이 1wt% 포함된 경우 64.23℃, 3wt% 포함된 경우 64.10℃ 및 5wt% 포함된 경우 64.36℃를 나타내어 오산화 탄탈륨(200)이 포함됨에 따라 3D 프린트용 복합소재(10)의 녹는점이 다소 증가하였으나, 그럼에도 PCL(100)의 변성 온도 아래로 유지되는 것을 확인하였다.Referring to Figure 7, the melting temperature is 62°C when it is composed of only PCL (100), 64.23°C when it contains 1wt% of tantalum pentoxide (200), 64.10°C when it contains 3wt%, and 64.36°C when it contains 5wt%. As tantalum pentoxide (200) was included, the melting point of the 3D printing composite material (10) slightly increased, but it was confirmed that it was still maintained below the denaturation temperature of PCL (100).

즉, 상기 결과를 통해 본 발명인 3D 프린트용 복합소재(10)가 PCL(100)의 변성 없이 3D 프린팅에 사용될 수 있음을 확인하였다.In other words, it was confirmed through the above results that the composite material for 3D printing (10) of the present invention can be used for 3D printing without denaturing the PCL (100).

(3) 3D 프린트용 복합소재(10)의 기계적 물성 측정(3) Measurement of mechanical properties of composite material for 3D printing (10)

1) 인장 강도1) Tensile strength

본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 도그 본(dog-bone) 형태의 시편을 제작하여 인장 강도 측정을 수행하였다.A dog-bone shaped specimen was manufactured using this 3D printing composite material (10) and tensile strength was measured.

도8은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 인장강도 분석 데이터이다.Figure 8 shows tensile strength analysis data performed using composite materials with different amounts of tantalum pentoxide in a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.

도8(a)에 따르면 오산화 탄탈륨(200)의 함량이 증가할수록 극한 인장 강도(Ultimate tensile strength)가 감소하는 경향을 보이며, 도8(b)에 따르면 인장 계수(tensile modulus)가 증가하는 경향을 보이며, 도8(c)에 따르면 항복 강도(tensile yield strength)가 증가하는 경향을 보이며, 도8(d)에 따르면 연신율(elongation)이 감소하는 경향을 보인다.According to Figure 8(a), as the content of tantalum pentoxide (200) increases, the ultimate tensile strength tends to decrease, and according to Figure 8(b), the tensile modulus tends to increase. According to Figure 8(c), the yield strength tends to increase, and according to Figure 8(d), the elongation tends to decrease.

상기 결과에 따르면 오산화 탄탈륨(200) 함량이 증가할수록 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 성형물이 단단(stiffness)하여 외부 응력에도 형태를 더 잘 유지할 수 있음을 알 수 있다.According to the above results, it can be seen that as the tantalum pentoxide (200) content increases, the molding manufactured using the 3D printing composite material (10) becomes stiffer and can better maintain its shape even under external stress.

2) 압축 강도2) Compressive strength

본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 8mm 크기의 정육면체 시편을 제작하여 압축 강도 측정을 수행하였다.Using this 3D printing composite material (10), an 8 mm cubic specimen was manufactured and compressive strength was measured.

도9는 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 압축강도 분석 데이터이다.Figure 9 shows compressive strength analysis data performed using composite materials with different amounts of tantalum pentoxide in a composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.

도9에 따르면, 오산화 탄탈륨(200) 함량이 증가할수록 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 성형물이 외부 응력에도 형태를 잘 유지할 수 있음을 알 수 있다.According to Figure 9, it can be seen that as the tantalum pentoxide (200) content increases, the molded product manufactured using the 3D printing composite material (10) can better maintain its shape even under external stress.

(4) 3D 프린트용 복합소재(10)의 생체 적합성 측정(4) Biocompatibility measurement of composite materials for 3D printing (10)

본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용한 시편을 제작하고, 시편 위에 4시간 동안 부착된 혈관 내피 세포를 SEM으로 측정하는 방식으로 수행하였다.A specimen using this 3D printing composite material (10) was manufactured, and vascular endothelial cells attached to the specimen for 4 hours were measured using SEM.

도10은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 수행한 세포 부착 실험 결과이다.Figure 10 shows the results of a cell adhesion experiment performed using composite materials with different contents of tantalum pentoxide in the composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.

도10을 참조하면, 오산화 탄탈륨(200) 함량이 증가할수록 제작된 시편에 부착되는 세포의 개수가 증가하며, 부착된 세포가 더 잘 뻗어 있음을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 10, it was confirmed that as the tantalum pentoxide (200) content increased, the number of cells attached to the manufactured specimen increased, and the attached cells were better spread out.

이러한 결과는 오산화 탄탈륨(200)이 넓은 범위의 pH에서 안정성을 가지므로 초기 세포 부착 단계와 성장 단게 모두에서 유리하기 때문인 것으로 분석된다.This result is believed to be because tantalum pentoxide (200) has stability in a wide range of pH, which is advantageous in both the initial cell attachment stage and the growth stage.

이를 통해 PCL(100)에 첨가된 오산화 탄탈륨(200)이 3D 프린트용 복합소재(10)의 생체적합성 개선에 유효하며 효과적임을 확인하였다.Through this, it was confirmed that tantalum pentoxide (200) added to PCL (100) is effective and effective in improving the biocompatibility of the composite material (10) for 3D printing.

실험예2Experimental Example 2

3D 프린트 스텐트(stent)(20) 특성 확인 실험Experiment to confirm the characteristics of 3D printed stent (20)

(1) SEM 확인(1) SEM confirmation

도11은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량을 달리한 복합소재를 이용하여 출력한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이다.Figure 11 is an image of a 3D printed stent printed using a composite material with different contents of tantalum pentoxide in the composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention.

도11을 참조하면, 오산화 탄탈륨(200)의 함량에 따른 큰 차이 없이 우수하게 출력되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 11, it can be seen that excellent output is achieved without significant difference depending on the content of tantalum pentoxide 200.

상기 결과는 오산화 탄탈륨(200)이 상기 함량 범위에서 포함될 경우 PCL(poly caprolactone)(100)의 우수한 성형성이 유지됨을 나타낸다.The above results indicate that when tantalum pentoxide (200) is included in the above content range, the excellent formability of poly caprolactone (PCL) (100) is maintained.

(2) 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자 분포 상태 확인(2) Check the distribution status of tantalum pentoxide (200) nanoparticles

도12는 (a) 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트용 복합소재에 있어서 오산화 탄탈륨의 함량이 총 중량을 기준으로 5wt% 포함된 복합소재를 이용하여 제조한 3D 프린트 스텐트(stent)의 이미지이며, (b), (c) 이의 SEM 이미지이며, (d) 이의 EDX 분석 이미지이다.Figure 12 is (a) an image of a 3D printed stent manufactured using a composite material containing 5 wt% of tantalum pentoxide based on the total weight in the composite material for 3D printing, which is an embodiment of the present invention, (b), (c) are its SEM images, and (d) are its EDX analysis images.

도12(a), (b), (c)를 참조하면, 본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 스텐트(stent)가 끊김 없이 출력되어 있음을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 오산화 탄탈륨(200)을 포함하더라도 3D 프린트를 이용한 스텐트 출력 소재로 사용되기에 충분함을 나타낸다.Referring to Figures 12(a), (b), and (c), it can be seen that the stent manufactured using this 3D printing composite material 10 is printed without interruption. These results indicate that even if tantalum pentoxide (200) is included, it is sufficient to be used as a stent output material using 3D printing.

도12(d)를 참조하면, 탄탈륨 이온이 제조된 3D 프린트 스텐트(stent)(20)에 고르게 분포하고 있음을 확인할 수 있으며, 이를 통해 본 3D 프린트용 복합소재(10)를 이용하여 제조한 성형물에서 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자 포함으로 기대하는 기계적 물성 개선 및 생체적합성 개선 효과를 균일하게 기대할 수 있음을 알 수 있으며, 또한 본 제조방법에서 제안하는 졸(sol)-겔(gel) 법이 유효하게 오산화 탄탈륨(200) 나노 입자를 PCL(100) 내에 분산시킴을 알 수 있다.Referring to Figure 12(d), it can be seen that tantalum ions are evenly distributed in the manufactured 3D printed stent 20, and through this, a molded product manufactured using the 3D printing composite material 10 It can be seen that the expected improvement in mechanical properties and biocompatibility can be uniformly expected by including tantalum pentoxide (200) nanoparticles, and also that the sol-gel method proposed in this manufacturing method is effective. It can be seen that tantalum pentoxide (200) nanoparticles are dispersed within PCL (100).

(3) 면역억제제 방출 거동 측정(3) Measurement of immunosuppressant release behavior

본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)에 스프레이 코팅을 이용하여 표면에만 면역억제제(sirolimus)(300)를 담지하고 30일 동안 면역억제제(sirolimus)(300)의 방출 거동을 확인하는 방식으로 수행하였다.Using spray coating on a 3D printed stent (20), which is an embodiment of the present invention, the immunosuppressant (sirolimus) (300) was loaded only on the surface and the release behavior of the immunosuppressant (sirolimus) (300) was confirmed for 30 days. It was carried out in this way.

구체적으로 스텐트(stent)를 생체에 삽입하는 과정에서 상처가 생긴 혈관은 긴 시간 동안 재생을 거치며, 그 과정에서 smooth muscle cell의 과성장이 억제되어야 혈관의 재협착이 방지된다.Specifically, in the process of inserting a stent into a living body, damaged blood vessels undergo regeneration for a long time, and during this process, overgrowth of smooth muscle cells must be suppressed to prevent restenosis of blood vessels.

따라서 본 실험은 본 발명이 제시하는 3D 프린트 스텐트(stent)(20)가 면역억제제(300)를 서서히 방출하여 혈관의 재협착을 유효하게 방지할 수 있는지를 확인하기 위한 목적으로 수행하였다.Therefore, this experiment was conducted for the purpose of confirming whether the 3D printed stent 20 proposed by the present invention can effectively prevent restenosis of blood vessels by slowly releasing the immunosuppressant 300.

도13은 본 발명의 일 실시예인 3D 프린트 스텐트(stent)에 면역억제제가 코팅된 경우 면역억제제의 방출 거동을 측정한 데이터이다.Figure 13 is data measuring the release behavior of the immunosuppressant when the 3D printed stent, which is an embodiment of the present invention, is coated with the immunosuppressant.

도13에 따르면 30일 동안 약 40%의 면역억제제(300)가 방출됨을 확인하였다.According to Figure 13, it was confirmed that about 40% of the immunosuppressant (300) was released over 30 days.

상기 결과를 통해 본 발명인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)가 코팅된 면역억제제(sirolimus)(300)를 서서히 지속적으로 방출함을 확인할 수 있었다.Through the above results, it was confirmed that the 3D printed stent (20) of the present invention slowly and continuously releases the coated immunosuppressant (sirolimus) (300).

따라서 본 발명인 3D 프린트 스텐트(stent)(20)는 세포가 과 증식하는 것을 유효하게 억제할 수 있으며, 혈관 내에 삽입되어 혈관의 재 협착을 유효하게 방지할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the 3D printed stent 20 of the present invention can effectively inhibit cell overproliferation and can effectively prevent restenosis of blood vessels when inserted into a blood vessel.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 3D 프린트용 복합소재
20 : 3D 프린트 스텐트(stent)
100 : 생분해성 고분자 수지
200 : 탄탈륨 산화물
300 : 면역억제제
10: Composite material for 3D printing
20: 3D printed stent
100: Biodegradable polymer resin
200: tantalum oxide
300: Immunosuppressant

Claims (14)

생분해성 고분자 수지; 및
상기 생분해성 고분자 수지에 분산되어 있는 탄탈륨 산화물;을 포함하여 기계적 물성과 생체적합성이 개선된 것을 특징으로 하고,
상기 생분해성 고분자 수지는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하이고,
상기 탄탈륨 산화물은, 3D 프린트용 복합소재의 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함되고,
상기 탄탈륨 산화물은, 평균 입자 크기가 50nm 이상 80nm 이하인 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재.
biodegradable polymer resin; and
Characterized by improved mechanical properties and biocompatibility, including tantalum oxide dispersed in the biodegradable polymer resin,
The biodegradable polymer resin has a number average molecular weight of 40,000 to 50,000,
The tantalum oxide is contained in an amount of 1 wt% or more and 5 wt% or less based on the total weight of the composite material for 3D printing,
The tantalum oxide is a composite material for 3D printing, characterized in that the average particle size is 50 nm or more and 80 nm or less.
제1항에 있어서,
상기 생분해성 고분자 수지는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재.
According to paragraph 1,
The biodegradable polymer resin includes polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co A composite material for 3D printing, characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of -ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide, and combinations thereof.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄탈륨 산화물은, 오산화 탄탈륨(Ta2O5)인 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재.
According to paragraph 1,
The tantalum oxide is a composite material for 3D printing, characterized in that it is tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ).
i) 탄탈륨 산화물을 포함하는 졸(sol)을 제조하는 단계;
ii) 용매에 생분해성 고분자 수지 및 상기 졸(sol)을 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린트용 복합소재 제조방법에 있어서,
상기 ii) 단계의 생분해성 고분자 수지는, 수평균 분자량이 40000 이상 50000 이하이고,
상기 탄탈륨 산화물은, 상기 3D 프린트용 복합소재의 총 중량을 기준으로 1wt% 이상 5wt% 이하로 포함되고,
상기 탄탈륨 산화물은, 평균 입자 크기가 50nm 이상 80nm 이하인 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재 제조방법.
i) preparing a sol containing tantalum oxide;
ii) mixing a biodegradable polymer resin and the sol in a solvent; a method for manufacturing a composite material for 3D printing, comprising:
The biodegradable polymer resin in step ii) has a number average molecular weight of 40,000 to 50,000,
The tantalum oxide is contained in an amount of 1 wt% or more and 5 wt% or less based on the total weight of the 3D printing composite material,
A method of manufacturing a composite material for 3D printing, characterized in that the tantalum oxide has an average particle size of 50 nm or more and 80 nm or less.
제7항에 있어서,
상기 졸(sol)을 제조하는 단계는,
a) 탄탈륨 전구체, 유기 용매, 증류수 및 산을 혼합하는 단계;
b) 상기 a) 단계의 혼합물을 분산시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재 제조방법.
In clause 7,
The step of preparing the sol is,
a) mixing tantalum precursor, organic solvent, distilled water and acid;
b) dispersing the mixture of step a) above; A method of manufacturing a composite material for 3D printing, comprising:
제8항에 있어서,
상기 탄탈륨 전구체는, tantalum(V) ethoxide, tantalum(V) chloride 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 유기 용매는, isopropyl alcohol, ethanol 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 산은, hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재 제조방법.
According to clause 8,
The tantalum precursor includes at least one selected from the group consisting of tantalum(V) ethoxide, tantalum(V) chloride, and combinations thereof,
The organic solvent includes at least one selected from the group consisting of isopropyl alcohol, ethanol, and combinations thereof,
A method of manufacturing a composite material for 3D printing, wherein the acid includes at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, and combinations thereof.
제7항에 있어서,
상기 ii) 단계의 용매는, dichloromethane을 포함하며,
상기 생분해성 고분자 수지는, polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co-ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트용 복합소재 제조방법.
In clause 7,
The solvent in step ii) includes dichloromethane,
The biodegradable polymer resin includes polycaprolactone, polyglycolic acid, polylactic acid, polyorthoester, phosphazene, polypeptide, polydioxanone, poly-l-lactic acid, poly(lactic-co-glycolic acid), glycolide-co-trimethylene carbonate, glycolide-co A method of manufacturing a composite material for 3D printing, characterized in that it includes at least one selected from the group consisting of -ε-caprolactone, polyglyconate, polyglactin, poly ethylene glycol, poly ethylene oxide, and combinations thereof.
삭제delete 제1항의 3D 프린트용 복합소재를 사용하여 3D 프린트 방식으로 제조한 것을 특징으로 하는, 3D 프린트 스텐트(stent).
A 3D printed stent, characterized in that it is manufactured by 3D printing using the composite material for 3D printing of claim 1.
제12항에 있어서,
상기 3D 프린트 스텐트(stent)의 표면에 코팅된 면역억제제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트 스텐트(stent).
According to clause 12,
A 3D printed stent, characterized in that it further comprises an immunosuppressant coated on the surface of the 3D printed stent.
제13항에 있어서,
상기 면역억제제는, sirolimus, paclitaxel 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트 스텐트(stent).
According to clause 13,
A 3D printed stent, characterized in that the immunosuppressant includes at least one selected from the group consisting of sirolimus, paclitaxel, and combinations thereof.
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