인공 장기 중 가장 큰 부분을 차지하고 있는 인공 심장과 폐에 대한 조사

목차

서 론
(1) 주제 설정에 대한 배경
(2) 의료용 고분자 재료의 역사
(3) 의료용 고분자재료 및 응용분야
(4) 의료용재료의 조건
1) 생체적합성 : 생체조직과 접촉하였을 경우 거부반응이 나타나지 않는 특성.
2) 생체기능성 : 체내에 존재하는 동안 목표한 기능을 완전히 수행할 수 있는 특성

본 론
(1) 의료용 분리막
1) 분리막의 정의
2) 고분자 분리막
3) 의료용 분리막에 사용되는 고분자 소재
(2) 인공폐
(3) 인공폐에 사용되는 고분자재료
1) 막형 인공폐에 사용되는 고분자소재
(4) 막선정 조건
(5) 인공심장
(6) 인공심장 및 심장판막용 고분자 재료
1) 인공심장 고분자재료
2) 인공심장판막 고분자재료

결 론
1) 현재의 연구테마 및 과제
(2) 향후과제 및 전망

본문내용

성이 좋은 막을 사용하여 적혈구가 일렬로 늘어서서 흐르도록 할 필요가 있다. 또한 막은 직접 혈액에 접촉하므로 혈액 응고를 일으키지 않아야 하고, 혈소판에 악영향을 주지 말아야 하며 혈장단백질을 변화시키지 않도록 혈액적합성이 우수하여야만 한다. 한편 혈액의 유출을 방지하기 위하여 분리막의 소재는 소수성 물질이어야 한다.
Maker
Oxygenator
Material
막면적(㎡)
내경두께/(um)
GCM(녹십자 의공)
Oxyflo-Ⅲ
PP
2.0
280/50
Dideco
Compactflo
PP
2.0
280/50
Scimed
Ultrox-Ⅰ
Silicone
3.5
-
Sorin
Biomedica
PP
2.2
280/50
Terumo
Capiox E
PP
3.0
200/25
Baxter
Bently
PP
5.8
-
Medtronic
Maxima
PP
2.0
400/40
<표-3 : 제조사 별 막형 인공심폐기 비교표>
(5) 인공심장
심장은 생명의 상징으로 불릴만큼 몸에서 가장 중요한 장기로 알려져있다. 하지만 중요성에 대 비해 그 기능은 비교적 간단하여, 다른 장기들과 달리 특별한 효소나 단백질을 만들어내지 않고 오직 혈액의 순환만을 책임지는 펌프이다. 심장은 해마다 증가하는 발병률로 인해 다른 장기들에 비해 오래전부터 관심을 일으켰던 장기로서 최근 들어서는 치료법의 한 일환으로 인공심장 개발에 대한 관심이 점점 증가하고 있다.
인공심장은 그 기능에 따라 완전이식형 인공심장과 심실보조장치로 나뉜다. 완전이식형 인공심장은 환자의 심장이 더 이상 원래의 기능을 수행할 수 없을 때 사용되는 반면, 보조장치는 원래의 기능을 회복할 수 있도록 심장의 부담을 덜어주는데 사용된다.
<그림-5 : 완전이식형 인공심장> <그림-6 : 심실보조장치>
이와 같이 인공심장의 내외부에 사용되는 생체재료는 인체 내의 혈액과 직접 접촉을 하기 때문에 혈액이 응고 되지 않도록 하는 항응혈성이 매우 중요시되며, 이외에도 면역(감염)반응 및 내구성(기계적강도), 가공성 등도 인공심장을 디자인할 때 고려해야할 점이다. 이러한 장치의 몸체나 내부의 코팅제로서 폴리우레탄(polyurethane), PVC(Polyvinylchloride),폴리카보네이트(polycarbonate)등이 사용되고 있다. 기존 재료의 혈액적합성을 개선하기 위해 heparin과 같은 항응고제를 화학적 물리적으로 고정화하거나 혈액응고기작에서 중요한 역할을 하는 혈장단백질 흡착을 억제하기 위해 PEO(polyethylene oxide)를 이용한 표면의 친수’소수성을 조절하는 방법에 관한 연구도 시행되고 있다. 또한 높은 압력을 견디기 위해 기계적 물성이 향상시키거나 칼슘화로 인한 재료의 내구성 저하를 개선하기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있다.
(6) 인공심장 및 심장판막용 고분자 재료
1) 인공심장 고분자재료
인공심장은 심장기능이 완전하지 못하여 심장을 이식, 수술할때까지 기능을 대신하여 주는 보조형과 이식을 전혀 할 수 없는 경우에 반영구적으로 치환하는 경우로 나뉜다. 이는 혈액펌프, 구동부, 에너지원, 계측부, 제어부 등으로 나뉘고 일반적인 경우에 하루에 십만회 정도의 박동이 필요하여 diaphram을 이용하여 공기압을 구동하는 방식이 대부분이 쓰이고 있다. 사용되는 고분자재료로서는 혈액접촉 부분에는 PVC, 천연고무, 실리콘, PMMA, PU, 열가소성elastomer, segment화 PU등이 있다. 이들의 설계에 있어서 유의할 점은 혈액에 대한 손상이 없고, 색전이 생성되지 말아야 하고, 동력이 적게 들어야하며, 체내에 100% implant할 수 있어야 하는 점 등이다.
<그림-7 : 미국 유타대학에서 사람에 이식한 PU로 제조된 인공심장>
2) 인공심장판막 고분자재료
인공심장판막은 심장 내에 흐름을 조절해주는 판막기능에 손장이 생겼을때 이를 보조해 주는 기관이다. 대표적인 형태로는 나비날개형(butterfly leaflet), 케이지 내 공형(ball-in-the-cage), 디스크형(disk-in-the-cage)으로 분류할수 있다.
이들에 사용되는 고분자 재료는 ball과 야나에는 PP, polyoxymethylene, 열분해카본 등이 사용되고 심장에 부착되는 cage부분은 PET 직물로 감싸주어 수술이 용이하도록 하게 하고 있다. 인공심장판막 연구에 있어 주의해야 할 점은 역시 생체적합성이 좋아야 되고, 혈액에 손상이 없어야 되며 혈액 역류를 최소화하여야 한다는 점이다.
<그림-8 : 나비날개 형태의 인공심장 판막>
결 론
(1) 현재의 연구테마 및 과제
1) 실리콘의 인장강도 향상
⇒ Sillica 분말 첨가, dichlorobenzoyl peroxide로 가교
⇒ poly(ethylene), Nylon mesh와 부직포를 보강한 실리콘 막
2) Sillica 분말은 혈액적합성이 떨어짐
⇒ 혈액쪽 : 순수한 실리콘
⇒ 기체쪽 : sillica를 함유한 복합막 제작
3) 최근 polyolefin, Teflone, polysulfone등의 다공질막 연구
4) 미세다공성 PP막에 polyalkysulfone 박막을 입힌 복합막
⇒ 산소, 탄산가스 투과성이 우수
5) 친수성 막을 이용한 연구
⇒ 투석용 cellulose막에 Ru2O3와 같은 촉매첨가, 막 한쪽편에 과산화수소(산소공급원)를 함유한 투석액 접촉, 다른편에 혈액을 접촉시키면 막 내부로 확산되는 과산화수소가 산소로 전화, 혈액중으로 이동하여 혈액중으로 이동하여 혈액중의 탄산가스는 HCO3-의 형태로 투석액 측으로 이동되는 물질교환형
(2) 향후과제 및 전망
현재의 인공심폐기는 단시간 수술에 한해 사용되나 보다 장시간에 ,걸쳐 사용 가능하도록 하기 위하여 기체교환 기능이 높고 혈액적합성이 우수한 분리막 소재의 개발 요구(혈액 중에서 탄산가스의 제거 목적으로 생체 촉매의 이용도 고려)
1) 생체적합성의 향상
막 표면에서의 혈액응고 방지, 장시간 사용시 기체에 의한 혈전 생성 방지 장시간 사용시 혈액파괴 방지
2) 성능의 향상
산소 탄산가스 교환 능력의 향상
기계적 강도의 향상
경시적인 성능 저하의 방지
3) 경제성의 향상
소형화 처리효율의 향상 저가격화

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