하이드로겔이란 충분한 양의 물에서 녹거나 해리되지 않고 3차원적인 형태를 유지할 수 있는 친수성고분자중합체를 말한다. 이러한 하이드로 겔은 인체의 천연조직인 세포외기질 (extra cellular matrix)과 매우 유사한 구조를 가지고 있으며, 우수한 ...
하이드로겔이란 충분한 양의 물에서 녹거나 해리되지 않고 3차원적인 형태를 유지할 수 있는 친수성고분자중합체를 말한다. 이러한 하이드로 겔은 인체의 천연조직인 세포외기질 (extra cellular matrix)과 매우 유사한 구조를 가지고 있으며, 우수한 생체적합성과 점탄성의 성질을 가지며,산소나 영양분이 투과가 뛰어나다는 장점으로 생체의료 혹은 제약 분야에 널리 응용되어 지고 있다. 현재 하이드로겔을 제조할 수 있는 많은 고분자들 중에서 비독성, 우수한 생체적합성, 친수성, 높은 함수율, 비발암성,우수한 기계적 물성, 쉬운 가공성등의 특성을 가지고 있으며, 인공연골,성형보형물, 요실금치료, 콘텍트렌즈, 상처드레싱, 약물전달매체 등과 같이다양한 분야에 응용되어지고 있는 폴리비닐알콜 하이드로겔에 대한 관심이 아주 뜨거운 상황이다. 폴리비닐알콜은 화학적 또는 물리적인 가교에 의하여 하이드로겔을 제조할 수 있다. 먼저 화학적인 가교에 의한 하이드로겔은 독성 유기용매의 사용으로 제조한 하이드로겔에 독성 유기용매가 잔존할수 있다는 문제점과 기계적 물성이 비교적 떨어진다는 문제점을 가지고 있다. 그리하여 많은 연구자들이 독성 유기용매를 사용하지 않고 우수한 기계적 물성을 갖는 하이드로겔을 제조할 수 있는 물리적 가교방법에 많은 관심을 갖게 되었다. 물리적인 가교방법은 독성 유기용매의 사용 없이 우수한 물성을 갖는 하이드로겔을 제조 할 수는 있지만 제조 과정이 복잡하여 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 위와 같은 문제점들로 인하여 우수한 특성을 가지고 있음에도 불구하고 의학적 응용에 있어 많은 제약이 따르는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 PVA 하이드로겔을 제조하는데 있어 어떠한 독성 유기용매도 사용하지 않고 우수한 기계적 물성을 갖는 PVA 하이드로겔을 짧은 시간에 제조 하고자 하였다. PVA 하이드로겔을 제조하는데 있어 PVA 수용액의 용해도를 떨어뜨려 물과 PVA간의 미세 상분리를 형성시키고자 단분자량의 PEG를 첨가하였고, 물과 PVA간의 미세 상분리를 가속화 시키기 위하여 -196℃의 온도에서 1분간 동결 시키고 상온에서 해동 과정을 거친 후 첨가한 PEG를 세척과정을 통해 제거하여 PVA 하이드로겔을 제조하였다. PVA 수용액에 PEG를 첨가하여 극저온 동결 과정을 통해 제조한 PVA 하이드로겔의 물성이 기존의 물리적 가교에 의한 방법인 동결-해동 과정을 3회 진행하여 제조한 하이드로겔에 비하여 물성이 아주 우수한 것을 확인 하였다. 물성 강화의 원인은 PVA 수용액에단분자량의 PEG를 첨가함으로써 물에 대한 PVA의 용해도를 감소시켜PVA와 물/PEG간의 미세 상분리가 일어나고 물과 PEG를 포함하는 도메인 즉, pore가 생성되며, 용해도가 감소한 PVA 사슬은 분자내 또는 분자간 수소결합(intra or inter molecular hydrogen bond)이 형성되어 PVA rich region을 형성하고 이 영역에서 결정화가 생성 되거나 가점과 같은 역할을 하여 PVA 하이드로겔의 기계적 물성을 향상 시킨다. 또한 동결 용매로 사용한 액체질소가 갖는 극저온 (-196℃)의 온도가 PVA/PEG혼합용액의 용매로 사용한 물을 순간적으로 동결시켜 급격한 부피 팽창이 일어나게 함으로써 PVA 사슬의 공간이 상대적으로 축소되어 PVA richregion을 많은 범위에서 형성 시켜줌으로써 상승 효과를 가져다 주웠다고 생각한다. 위의 결과는 일반적인 동결-해동 과정을 통하여 제조한 PVA하이드로겔에 비하여 물성이 향상 되었으며, 물성증가의 원인으로 결정화도의 증가와 하이드로겔 내부 미세구조를 이루는 inter-domain distance가 점차 짧아지기 때문이라는 것을 확인 하였다. 또한 위의 연구 결과를 통해 PVA/PEG 혼합용액을 액체질소에 분사하여 어떠한 유기용매도 사용하지 않으며 기계적 물성이 뛰어난 PVA 하이드로겔 구형입자를 아주 손쉽게 제조할 수 있는 획기적인 방법을 제시할 수 있었다. 제조한 구형입자는 팽윤된 상태에서 50~500m의 다양한 크기의 구형입자를 제조할 수 있었다. 또한 제조한 PVA 하이드로겔 구형입자를 조직공학적 응용성을 타진하기 위해 진행한 동물 실험을 통해 하이드로겔 구형입자가 주사주입한 위치에 이동 없이 잘 위치하며 12주까지 부피를 잘 유지하는 것을 확인 하였으며, 하이드로겔 구형입자 사이로 조직이 잘 침투하는 것을 확인하였다. 이를 통해, 주사주입이 가능한 PVA하이드로겔 구형입자가 주사주입형 충진제로서 훌륭한 후보 재료가 될 수 있다고 판단되어지며, 주사주입형 충진제의 치료효과를 타진하기 위하여 동물 실험을 진행 중이다.
하이드로겔이란 충분한 양의 물에서 녹거나 해리되지 않고 3차원적인 형태를 유지할 수 있는 친수성 고분자 중합체를 말한다. 이러한 하이드로 겔은 인체의 천연조직인 세포외기질 (extra cellular matrix)과 매우 유사한 구조를 가지고 있으며, 우수한 생체적합성과 점탄성의 성질을 가지며,산소나 영양분이 투과가 뛰어나다는 장점으로 생체의료 혹은 제약 분야에 널리 응용되어 지고 있다. 현재 하이드로겔을 제조할 수 있는 많은 고분자들 중에서 비독성, 우수한 생체적합성, 친수성, 높은 함수율, 비발암성,우수한 기계적 물성, 쉬운 가공성등의 특성을 가지고 있으며, 인공연골,성형보형물, 요실금치료, 콘텍트렌즈, 상처드레싱, 약물전달매체 등과 같이다양한 분야에 응용되어지고 있는 폴리비닐알콜 하이드로겔에 대한 관심이 아주 뜨거운 상황이다. 폴리비닐알콜은 화학적 또는 물리적인 가교에 의하여 하이드로겔을 제조할 수 있다. 먼저 화학적인 가교에 의한 하이드로겔은 독성 유기용매의 사용으로 제조한 하이드로겔에 독성 유기용매가 잔존할수 있다는 문제점과 기계적 물성이 비교적 떨어진다는 문제점을 가지고 있다. 그리하여 많은 연구자들이 독성 유기용매를 사용하지 않고 우수한 기계적 물성을 갖는 하이드로겔을 제조할 수 있는 물리적 가교방법에 많은 관심을 갖게 되었다. 물리적인 가교방법은 독성 유기용매의 사용 없이 우수한 물성을 갖는 하이드로겔을 제조 할 수는 있지만 제조 과정이 복잡하여 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 위와 같은 문제점들로 인하여 우수한 특성을 가지고 있음에도 불구하고 의학적 응용에 있어 많은 제약이 따르는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 PVA 하이드로겔을 제조하는데 있어 어떠한 독성 유기용매도 사용하지 않고 우수한 기계적 물성을 갖는 PVA 하이드로겔을 짧은 시간에 제조 하고자 하였다. PVA 하이드로겔을 제조하는데 있어 PVA 수용액의 용해도를 떨어뜨려 물과 PVA간의 미세 상분리를 형성시키고자 단분자량의 PEG를 첨가하였고, 물과 PVA간의 미세 상분리를 가속화 시키기 위하여 -196℃의 온도에서 1분간 동결 시키고 상온에서 해동 과정을 거친 후 첨가한 PEG를 세척과정을 통해 제거하여 PVA 하이드로겔을 제조하였다. PVA 수용액에 PEG를 첨가하여 극저온 동결 과정을 통해 제조한 PVA 하이드로겔의 물성이 기존의 물리적 가교에 의한 방법인 동결-해동 과정을 3회 진행하여 제조한 하이드로겔에 비하여 물성이 아주 우수한 것을 확인 하였다. 물성 강화의 원인은 PVA 수용액에단분자량의 PEG를 첨가함으로써 물에 대한 PVA의 용해도를 감소시켜PVA와 물/PEG간의 미세 상분리가 일어나고 물과 PEG를 포함하는 도메인 즉, pore가 생성되며, 용해도가 감소한 PVA 사슬은 분자내 또는 분자간 수소결합(intra or inter molecular hydrogen bond)이 형성되어 PVA rich region을 형성하고 이 영역에서 결정화가 생성 되거나 가점과 같은 역할을 하여 PVA 하이드로겔의 기계적 물성을 향상 시킨다. 또한 동결 용매로 사용한 액체질소가 갖는 극저온 (-196℃)의 온도가 PVA/PEG혼합용액의 용매로 사용한 물을 순간적으로 동결시켜 급격한 부피 팽창이 일어나게 함으로써 PVA 사슬의 공간이 상대적으로 축소되어 PVA richregion을 많은 범위에서 형성 시켜줌으로써 상승 효과를 가져다 주웠다고 생각한다. 위의 결과는 일반적인 동결-해동 과정을 통하여 제조한 PVA하이드로겔에 비하여 물성이 향상 되었으며, 물성증가의 원인으로 결정화도의 증가와 하이드로겔 내부 미세구조를 이루는 inter-domain distance가 점차 짧아지기 때문이라는 것을 확인 하였다. 또한 위의 연구 결과를 통해 PVA/PEG 혼합용액을 액체질소에 분사하여 어떠한 유기용매도 사용하지 않으며 기계적 물성이 뛰어난 PVA 하이드로겔 구형입자를 아주 손쉽게 제조할 수 있는 획기적인 방법을 제시할 수 있었다. 제조한 구형입자는 팽윤된 상태에서 50~500m의 다양한 크기의 구형입자를 제조할 수 있었다. 또한 제조한 PVA 하이드로겔 구형입자를 조직공학적 응용성을 타진하기 위해 진행한 동물 실험을 통해 하이드로겔 구형입자가 주사주입한 위치에 이동 없이 잘 위치하며 12주까지 부피를 잘 유지하는 것을 확인 하였으며, 하이드로겔 구형입자 사이로 조직이 잘 침투하는 것을 확인하였다. 이를 통해, 주사주입이 가능한 PVA하이드로겔 구형입자가 주사주입형 충진제로서 훌륭한 후보 재료가 될 수 있다고 판단되어지며, 주사주입형 충진제의 치료효과를 타진하기 위하여 동물 실험을 진행 중이다.
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