초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 과제는 합성고분자에 비하여 높은 생체적합성과 생분해성, 무독성이며, 재생가능하며 자연계에 풍부하며, 초분자적 구조를 가지고 분자인식이 가능한 천연소재인 다당류(polysaccharides)를 기반 으로 초분자(supramolecular) 하이드로젤을 만들고, 여기에 화학적 기능기들(-COOH/-NH₄)를 도입하여, pH 와 온도변화 등의 자극에 효율적으로 감응하는 자극반응형 초분자 하이드로젤을 제작한 후, 가역적 화학결합력(호스트-게스트 상호작용, 이온/수소

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 과제는 합성고분자에 비하여 높은 생체적합성과 생분해성, 무독성이며, 재생가능하며 자연계에 풍부하며, 초분자적 구조를 가지고 분자인식이 가능한 천연소재인 다당류(polysaccharides)를 기반 으로 초분자(supramolecular) 하이드로젤을 만들고, 여기에 화학적 기능기들(-COOH/-NH₄)를 도입하여, pH 와 온도변화 등의 자극에 효율적으로 감응하는 자극반응형 초분자 하이드로젤을 제작한 후, 가역적 화학결합력(호스트-게스트 상호작용, 이온/수소결합, 가역적 공유결합등)을 도입하여 자극(pH/온도)반응성 셀프힐링(self-healing) 초분자 하이드로젤을 개발하는데 있음.

○ 전체 내용
◎ 본 연구에선 다당류기반 자극(pH/온도)반응형 셀프힐링 초분자 하이드로젤 개발을 위해 순차적으로 초분자형 다당류인 셀룰로즈, 알긴산 아가로즈, 치토산과 그 유도체 합성에 대한 기초 연구와 이를 다양하게 조합하여 개발하는 전략을 세우고 있음.
◎ 1차년도 목표 : 자극 (pH/온도) 반응 초분자 하이드로젤 개발
○ 셀룰로즈, 알긴산, 아가로즈, 치토산 기반 자극반응 초분자 하이드로젤 합성
- 친환경성 가교결합, 솔밴트 치환방법, 크라요겔 기술 이용한 합성 기술 연구
- 하이드로젤 거동분석
- 알킬레이션, 카르복시메틸레이션, 4차 암모늄 치환등을 통해 다당류 3차원 구조 변형 시켜 온도, pH에 따라 하이드로젤 유변성 연구
○ 난용성 약물(5종이상)를 효과적으로 수용할 수 있는 하이드로젤 합성 및 거동분석
- 난용성 약제를 수용 가능한 환형 올리고당을 개발, 이를 하이드로젤에 도입시켜 하이드로젤의 난용성 약제포집능력을 증대연구
◎ 2차년도 목표 : 셀프힐링 기능 도입 연구
○ 호스트-게스트 복합체를 이용한 셀프힐링 하이드로젤 개발
- 포접복합체 형성가능 다당류와 호스트-게스트 복합체를 이루는 게스트를 다당류에 도입하여 셀프힐링 능력 도입
○ 시프 염기, 수소결합, 이온성 결합 형성 가능 다당류 연구
- 산화를 통한 다당류에 시프 염기 도입 연구 및 음이온, 양이온 다당류 합성
○ 복합 가교 (IPN and SIPN) 방식을 통해 셀프힐링 하이드로젤 연구
- 호스트-게스트 복합체, 시프 염기, 수소 결합, 이온성 그룹을 포함하는 유기고분자 또는 다당류를 Interpenetrating Polymer Network (IPN)과 Semi-interpenetrating Polymer Network (SIPN) 기술을 이용하여 하이브리드 하이드로젤 개발
◎ 3차년도 목표 : 자극 반응형 셀프힐링 초분자 하이드로젤 개발
○ 셀프힐링 최적화 연구
- 셀프힐링 능력 최적화를 위한 마크로 크로스 링커 이용 및 멀티플 컴포넌트를 통한 하이드로젤 개발
- 헤테로 작용기 도입 크로스링커 개발 (아민, 바이닐 그룹).
○ 자극반응형 셀프힐링 초분자 하이드로젤을 이용한 약물의 거동분석
- 제조된 셀프힐링 자극반응형 초분자 하이드로젤의 약물에서의 거동분석
- 온도, pH에 따른 약물 방출 (in vitro)연구
○ 세포 지지체용 스캐폴드 기능성 연구
- 암세포 및 줄기세포 배양용 3D 스캐폴드 조사

□ 연구개발성과
◎ 총 연구 기간 (2018.06.01. ~ 2021.05.31.)의 연구 개발 성과
○ 자극반응형 하이드로젤 관련 자체논문으로 상위 4% SCI급 논문 3편, 상위 10% SCI급 논문 2편 및 상위 25%(Q1) SCI급 논문 4편 발표
○ 국내 특허 출원 3건, 국내 특허 등록 1건
○ 국내 학술대회 (2019 한국공업화학회 추계 총회 및 학술대회) 포스터 발표 6건 및 국제 학술대회 (2019 MRS spring) 포스터 발표 3건

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 다당류 기반 자극(pH/온도)반응형-셀프힐링 소재를 통한 의료용 자기치유성 하이드로젤 개질 연구는 단순 의료소재뿐 아니라 조직공학 및 재생의학에 요구되는 세포외기질(Extracelluarmaterix, ECM)과 유사한 역할을 할 수 있는 미래형 융합소재를 제시할 수 있을 것임.
○ 다당류 기반 자극(pH/온도)반응형 셀프힐링 초분자 하이드로젤 소재 개발이 성공적으로 진행될 경우, 최상위 (SCI 10% 이내)논문발표 뿐 아니라, 구체적이고 다양한 특허원천기술들을 확보할 수 있을 것으로 판단됨. 이때 개발된 원소재기술들은 약물진단, 인체조직 보강·대체·재생 등을 목표로 한 바이오메디컬 생명공학 소재시장에서 세계적 경쟁력을 제공할 수 있을 것임. 장기적으로는 이러한 지능형 하이드로젤 소재의 자극 반응성, 셀프힐링능력 등을 토대로 3D, 4D 바이오프린팅 소재로부터 물질 메모리화 기술까지 개발·적용이 가능할 것임. 이는 4차 산업혁명 이후 IoT와 융·복합될 바이오메디컬산업부터, 증강현실 관련 감각산업까지, 미래 메가트렌드와 관련된 새로운 소재 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 판단됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 나. 연구의 필요성 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 12
• 1) 연구수행 결과 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 19
• 6. 참고문헌 ... 20
• 끝페이지 ... 20