KR100679110B1 - Negatively charged random copolymers for cell adhesion and proliferation and method for using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포 흡착 및 분화를 유도하는 음이온성 불규칙 공중합체에 관한 것으로, 소수성 단량체인 스티렌과 음이온성 단량체를 공중합시켜 얻은 것을 특징으로 한다. 상기 불규칙 공중합체는 성장 인자(growth factor), 흡착 인자(attachment factor) 등을 포함한 다양한 혈청 단백질(serum protein)들이 복합적으로 포함되어 있어 세포 배양에 이용되는 혈청이 포함된 환경하에서 세포의 흡착 및 분화를 촉진한다. 따라서 본 발명은 세포의 빠른 증식과 흡착이 필요한 의료용 장비나 생체재료, 랩온어칩(lab-on-a-chip) 등의 표면 처리에 핵심적 역할을 할 수 있는 방법과 성분물을 제공한다.The present invention relates to an anionic irregular copolymer that induces cell adsorption and differentiation, and is characterized by being obtained by copolymerizing an anionic monomer with styrene, which is a hydrophobic monomer. The random copolymer contains various serum proteins including growth factor, attachment factor, etc., so that the adsorption and differentiation of cells in the environment containing serum used for cell culture To promote. Accordingly, the present invention provides methods and components that can play a key role in surface treatment of medical equipment, biomaterials, and lab-on-a-chip, which require rapid proliferation and adsorption of cells.

스티렌, 음이온성 단량체, 불규칙 공중합체, 세포 분화, 세포 흡착Styrene, anionic monomer, irregular copolymer, cell differentiation, cell adsorption

Description

세포 흡착 및 분화를 유도하는 음이온성 불규칙 공중합체 및 그 사용 방법{NEGATIVELY CHARGED RANDOM COPOLYMERS FOR CELL ADHESION AND PROLIFERATION AND METHOD FOR USING THE SAME}Anionic Irregular Copolymer Inducing Cell Adsorption and Differentiation and Method of Use

도 1은 상기와 같이 합성된 공중합체를 DMSO를 용매로 사용하여 H-NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.1 is a graph showing the results of H-NMR analysis using the copolymer synthesized as above using DMSO as a solvent.

도 2는 상기와 같이 합성된 공중합체의 IR분석 결과를 도시한 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the IR analysis of the copolymer synthesized as described above.

도 3은 상기와 같이 합성된 공중합체를 DMSO를 용매로 사용하여 H-NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the results of H-NMR analysis using the copolymer synthesized as above using DMSO as a solvent.

도 4는 상기와 같이 합성된 공중합체를 CDCL3를 용매로 사용하여 H-NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.4 is a graph showing the results of H-NMR analysis using the copolymer synthesized as described above using CDCL3 as a solvent.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일실시예에 따라 불규칙 공중합체의 세포 흡착 및 분화 작용을 보여주는 위상차 광학 현미경 사진이다: 도 5a는 실시예 4, 도 5b는 실시예 5, 도 5c는 실시예 6, 도 5d는 대조군 1 및 도 5e는 대조군 2를 나타낸다. 5A to 5E are phase contrast optical micrographs showing cell adsorption and differentiation of an irregular copolymer according to one embodiment of the present invention: FIG. 5A is Example 4, FIG. 5B is Example 5, and FIG. 5C is an example. 6, FIG. 5D shows control 1 and FIG. 5E shows control 2.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 단량체의 조성이 다른 불규칙 공중합체가 도포된 기질(실시예 4 ~ 6) 표면에 흡착된 섬유아세포의 분화를 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the differentiation of the fibroblasts adsorbed on the surface of the substrate (Examples 4 to 6) to which the irregular copolymer of the monomer composition is applied according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 마이크로 패터닝된 기질 표면의 단면을 나타낸다.7 shows a cross section of a micro patterned substrate surface according to one embodiment of the invention.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따라 마이크로 패터닝된 기질 표면에서의 선택적 세포 흡착 및 분화 작용을 보여주는 편광 현미경 사진이다: 도 8a는 세포 배양 전, 도 8b는 12 시간 동안 세포 배양한 후의 편광 현미경 사진이다.8A and 8B are polarized light micrographs showing selective cell adsorption and differentiation on the surface of a micro-patterned substrate in accordance with one embodiment of the present invention: FIG. 8A before cell culture, FIG. 8B cell culture for 12 hours It is a later polarized light micrograph.

본 발명은 세포 흡착 및 분화를 유도하는 음이온성 불규칙 공중합체 및 그 사용 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 소수성 단량체인 스티렌과 음이온성 단량체를 공중합시켜 얻은 것을 특징으로 하며, 동물 착생 세포(adherent cell)의 배양에 사용 가능한 세포 및 조직 배양용 기질의 표면 처리에 사용될 수 있는 신규한 재료로서의 음이온성 불규칙 중합체와 그 사용 방법에 관한 것이다. The present invention relates to anionic irregular copolymers that induce cell adsorption and differentiation and methods of use thereof. More specifically, the present invention is characterized in that the copolymer obtained by copolymerizing an anionic monomer with styrene, a hydrophobic monomer, and can be used for surface treatment of cells and tissue culture substrates that can be used for culturing animal adherent cells. Anionic irregular polymer as one material and a method of using the same.

동물 세포나 조직의 배양은 광범위한 조직공학 및 세포치료 등의 상업적 연구에 매우 중요하다. 이식을 위한 의료 활동에 있어, 새로운 조직의 배양이나, 유전자의 해석, 또는 유용한 세포 단위 생물의 생산을 위한 생체반응기 및 새로운 약제의 영향 평가, 그리고 신속한 세포의 분리 및 대량 생산, 그리고 다양한 조건에 의한 세포의 활성도 실험을 위해서 생체 밖(in vitro) 세포질의 배양은 매우 중요하다.Culture of animal cells or tissues is very important for commercial research such as extensive tissue engineering and cell therapy. In medical activities for transplantation, the evaluation of the effects of bioreactors and new agents for the cultivation of new tissues, for the interpretation of genes, or for the production of useful cell-based organisms, and for the rapid isolation and mass production of cells, and various conditions In vitro cytoplasm cultivation is very important for cell activity experiments.

특히, 섬유아세포(fibroblast)의 증식은 이러한 생체반응기(bioreactor)를 개발하는데 사용되는 매우 기초적인 연구 방법으로 다양한 연구 및 개발 활동에 있어서 조직 배양용 혈청(serum)의 효과를 판별하기 위한 매우 중요한 연구방법이다. 이러한 섬유아세포는 기질 표면에 흡착된 후 분화가 일어나는 대표적인 세포로서, 생체 밖(in vitro) 배양에 사용되는 기질의 특성에 의하여 세포의 분화, 증식, 이동, 접착, 신호전달, 유전자 발현 등의 다양한 세포활동에 직접적인 조절작용을 하는 매우 중요한 세포이다.In particular, the proliferation of fibroblasts is a very basic research method used to develop such bioreactors and is a very important study for determining the effect of serum for tissue culture in various research and development activities. Way. These fibroblasts are representative of cells that are differentiated after they are adsorbed on the surface of the substrate, and are characterized by the characteristics of the substrate used for in vitro culture. It is a very important cell that directly regulates cell activity.

현재까지 상업적으로 사용되는 세포 흡착 및 배양을 증진시키는 방법으로는, 소수성 성질의 폴리스티렌으로 이루어진 페트리디쉬(petridish)가 있다. 세포의 흡착과 배양에 있어서, 소수성 성질에 세포가 흡착하게 되는 표면에 구조적인 변화가 있는 경우 세포의 흡착 성질이 변하게 됨이 알려진 바 있고(Biotechnol. Bioeng., 43, 764 (1994)), 실제로 1999 년에 보고된 Lee의 연구 결과에 의하면 친수성 성질과 기공과 같은 표면 구조가 도입된 경우 세포의 흡착 및 분화의 효과가 매우 높음이 알려져 있다(J. Biomater. Sci. Polym. 10, 283 (1999)). 이는 기질의 특성이 세포의 흡착 및 배양에 매우 중요한 역할을 할 수 있음을 보여준다. 또한 2000 년 Teare에 의하면 폴리스티렌 기질 표면에 오존 환경 하 자외선을 조사한 경우 세포의 흡착이 향상될 수 있음이 보고되고 있다(Langmuir 16, 2818 (2000)). 그러나 이러한 연구의 방향은 기존 스티렌 물질에 물리적 변형 및 산소 처리를 통한 국부적인 표면 처리에 머물러 있을 뿐, 새로운 대체 물질을 제시하지는 못하고 있다. As a method of promoting cell adsorption and cultivation which has been used commercially to date, there is a petridish composed of hydrophobic polystyrene. In the adsorption and cultivation of cells, it is known that if the structural change on the surface to which the cell is adsorbed due to the hydrophobic nature, the adsorption property of the cell is changed (Biotechnol. Bioeng., 43, 764 (1994)). Lee's research, reported in 1999, shows that the adsorption and differentiation of cells is very effective when hydrophilic properties and pore-like surface structures are introduced (J. Biomater. Sci. Polym. 10, 283 (1999). )). This shows that the properties of the substrate can play a very important role in the adsorption and culture of cells. According to Teare 2000, the adsorption of cells can be improved by irradiating the surface of polystyrene substrate with ultraviolet light under ozone environment (Langmuir 16, 2818 (2000)). However, the direction of this research remains only localized surface treatment through physical deformation and oxygen treatment of existing styrene materials, and does not suggest new alternative materials.

따라서 기존의 폴리스티렌으로 구성된 페트리디쉬에 물리적 표면 처리를 통한 세포의 흡착 및 배양성을 높이는 방법 이외에도, 화학적 처리 방법이 연구되고 있는데, RGD로 통칭되는 펩타이드 분자의 복합체인 Arg-Gly-Asp를 배양용 기질의 표면에 흡착시키는 방법이 대표적이다(Biomaterials, 23, 4305 (2002), Langmuir 18, 2975 (2002)). 또한 졸-겔 방법에 의하여 섬유아세포의 흡착은 방지하면서 다른 세포나 조직의 배양을 높이는 방법도 보고된 바 있다(공개특허 10-2004-0016984). 즉, 현재까지 알려진 바에 의하면 RGD 분자를 기질 표면에 화학적으로 중합시킨 경우 세포막의 흡착력이 높아져 궁극적으로 세포의 배양에 유리한 환경을 제공하게 된다. 그러나 상기 처리 방법과 같이 RGD와 같은 특정 분자를 표면에 분산시키는 방법은 정제된 RGD를 사용하기 때문에 제조 원가가 높으며, 대상 기질에 균일한 합성을 하기 어려운 단점이 있다.Therefore, in addition to the method of enhancing the adsorption and culture of cells by physical surface treatment to a conventional petri dish consisting of polystyrene, a chemical treatment method is being studied. Adsorption on surfaces of substrates is typical (Biomaterials, 23, 4305 (2002), Langmuir 18, 2975 (2002)). In addition, a method of increasing the cultivation of other cells or tissues while preventing the adsorption of fibroblasts by the sol-gel method has been reported (Patent 10-2004-0016984). That is, until now known chemically polymerized RGD molecules on the surface of the substrate to increase the adsorption capacity of the cell membrane will ultimately provide a favorable environment for cell culture. However, the method of dispersing a specific molecule, such as RGD on the surface, such as the treatment method has a disadvantage in that the manufacturing cost is high because it uses purified RGD, it is difficult to uniformly synthesize the target substrate.

이에 본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 세포의 취득을 위한 재배양(subculture)이나 특정 세포의 표면 흡착을 유도하기 위한 생체 밖에서(in vitro) 세포배양에 사용될 수 있는 배양용 기질을 사용함에 있어 바람직하게 사용할 수 있기 위하여 일반적으로 널리 사용되는 소수성 스티렌 단량체와 생리적 환경에서 음전하를 띄는 술폰산이나 카르복실산 등을 함유하는 음이온성 단량체를 공중합시킴으로써 본 발명에 따른 음이온성 불규칙 공중합체를 제조하였다. 이에 따라 세포 증식용 혈청과 접촉하는 표면에 도포시켜 직접적으로는 혈청에 포함되어 있는 세포 성장과 흡착에 관계하는 단백질의 기질 표면에 효과적으로 흡착시킬 수 있고, 궁극적으로 대상 세포의 흡착 및 배양을 향상시키며, 단위 면적당 많은 세포의 배양을 가능하게 할 수 있다.Accordingly, the present inventors have repeatedly studied, it is preferable to use a culture substrate that can be used for subculture for cell acquisition or in vitro cell culture for inducing surface adsorption of specific cells. In order to be able to use it, the anionic irregular copolymer according to the present invention was prepared by copolymerizing an anionic monomer containing sulfonic acid or carboxylic acid which has a negative charge in a physiological environment and a hydrophobic styrene monomer generally used widely. Therefore, it can be applied to the surface in contact with the serum for cell proliferation to be effectively adsorbed to the substrate surface of the protein directly related to the cell growth and adsorption contained in the serum, ultimately improve the adsorption and culture of the target cells As a result, it is possible to culture a large number of cells per unit area.

따라서 본 발명은 세포의 흡착 및 분화를 유도하는 음이온성 불규칙 공중합체 및 그 사용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an anionic irregular copolymer which induces adsorption and differentiation of cells and a method of using the same.

본 발명은 소수성 단량체인 스티렌과, 음이온성 단량체를 공중합시켜 얻은 불규칙 공중합체를 특징으로 한다. 이 때, 음이온성 단량체는 하기 식과 같다:The present invention is characterized by an irregular copolymer obtained by copolymerizing styrene which is a hydrophobic monomer and an anionic monomer. At this time, the anionic monomer is represented by the following formula:

Figure 112006062869034-pat00024
Figure 112006062869034-pat00024

상기 음이온성 단량체는 바람직하게는 스티렌 술폰산 (R1=H, R2=C6H6-SO3H), 아크릴산(R1=H, R2=COOH), 메타크릴산(R1=CH3, R2=COOH) 또는 이타코닉산(R1=COOH, R2=CH2-COOH), 더욱 바람직하게는 스티렌 술폰산이다. The anionic monomer is preferably styrene sulfonic acid (R 1 = H, R 2 = C 6 H 6 -SO 3 H), acrylic acid (R 1 = H, R 2 = COOH), methacrylic acid (R 1 = CH 3 , R 2 = COOH) or itaconic acid (R 1 = COOH, R 2 = CH 2 -COOH), more preferably styrene sulfonic acid.

본 발명에 따른 불규칙 공중합체는 소수성 단량체가 65 ~ 95 몰% 함유되고, 음이온성 단량체가 5 ~ 35 몰% 함유된다. The irregular copolymer according to the present invention contains 65 to 95 mol% of hydrophobic monomers and 5 to 35 mol% of anionic monomers.

또한 본 발명은 폴리스티렌을 불규칙 술폰화시켜 얻은 불규칙 공중합체를 특징으로 한다. 상기 공중합체 중 술폰기가 5 ~ 35 몰% 함유된다. The invention also features an irregular copolymer obtained by irregular sulfonation of polystyrene. The copolymer contains 5 to 35 mol% of sulfone groups.

본 발명에 따른 불규칙 공중합체는 세포의 흡착 및 분화를 유도하기 위한 용도로 사용될 수 있으며, 또한 세포 배양용 담체로서 사용될 수 있다. The irregular copolymer according to the present invention can be used for inducing adsorption and differentiation of cells, and can also be used as a carrier for cell culture.

또한, 본 발명에 따른 불규칙 공중합체를 용매에 분산시킨 다음, 상기 공중합체 분산 용액을 기질 표면에 도포하여 세포 배양용 기질의 표면을 처리시킬 수 있으며, 그에 더하여 상기 표면 처리된 세포 배양용 기질에 세포를 가하여 세포를 배양시키거나 또는 상기 표면 처리된 세포 배양용 기질을 에칭시키거나 패터닝하여 세포를 부분 흡착시킬 수 있다. 톨루엔이나 DMF, THF 등을 용매로 사용하여 불규칙 공중합체를 분산시킬 수 있으나 사용되어진 용매의 종류는 본 발명의 구성 및 효과에 영향을 미치지 않는다. 도포 방법으로는 스핀 코팅, 레이어바이레이어, 딥코팅 또는 랭뮤어-블라젯(Langmuir-Blodgett) 등의 방법을 사용할 수 있다.In addition, after dispersing the irregular copolymer according to the invention in a solvent, the copolymer dispersion solution may be applied to the substrate surface to treat the surface of the cell culture substrate, in addition to the surface-treated cell culture substrate The cells may be added to culture the cells or the cells may be partially adsorbed by etching or patterning the surface treated substrate for cell culture. Toluene, DMF, THF and the like can be used to disperse the irregular copolymer, but the type of solvent used does not affect the configuration and effect of the present invention. As the coating method, a method such as spin coating, layer by layer, dip coating, or Langmuir-Blodgett may be used.

이하 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 소수성 단량체인 스티렌과, 음이온성 단량체를 공중합시켜 얻은 불규칙 공중합체를 포함한다. 이 때, 음이온성 단량체는 하기 식과 같다:The present invention includes an irregular copolymer obtained by copolymerizing styrene which is a hydrophobic monomer and an anionic monomer. At this time, the anionic monomer is represented by the following formula:

Figure 112006062869034-pat00025
Figure 112006062869034-pat00025

본 발명에 사용된 스티렌 단량체는 세포 배양액 내에서 용해되지 않고 도포된 박막이 안정되게 하는 효과와 함께 배양 세포가 안정적으로 분화되도록 하는 담체의 기능을 한다.The styrene monomer used in the present invention functions as a carrier to stably differentiate the cultured cells with the effect of stabilizing the applied thin film without dissolving in the cell culture.

본 발명에 사용된 음이온성 단량체는 공중합체 내에 불규칙적으로 분포하며 세포의 흡착인자를 배양 기질 표면에 효과적으로 흡착시키는 기능을 하여 세포 배양에 유리한 환경을 제공한다.The anionic monomers used in the present invention are irregularly distributed in the copolymer and have a function of effectively adsorbing the adsorption factors of the cells on the surface of the culture substrate, thereby providing a favorable environment for cell culture.

음이온성 단량체로는 생리적 환경에서 음전하를 띄는 술폰산이나 카르복실산을 포함하는 것으로 충분하며, 예컨대 스티렌 술폰산, 아크릴산, 메타크릴산 또는 이타코닉산 등이 사용될 수 있다.The anionic monomer is sufficient to include a negatively charged sulfonic acid or carboxylic acid in the physiological environment, for example, styrene sulfonic acid, acrylic acid, methacrylic acid or itaconic acid may be used.

본 발명에 따른 공중합체는 음이온성 단량체가 5 ~ 35 몰%로 함유된 아이오노머(ionomer)가 바람직하다. 음이온성 단량체의 몰%가 5 몰% 미만인 경우에는 음이온성 특성의 발현이 미약하다는 문제점이 있고, 35 몰%를 초과하는 경우에는 음이온성 단량체가 생리용액에 녹는 문제점이 있다.The copolymer according to the present invention is preferably an ionomer containing 5 to 35 mol% of anionic monomer. When the mole% of the anionic monomer is less than 5 mole%, there is a problem that the expression of the anionic properties is weak, and when the mole% of the anionic monomer exceeds 35 mole%, there is a problem in that the anionic monomer is dissolved in the physiological solution.

본 발명에 따른 불규칙 공중합체로는 스티렌 단량체와 음이온성 단량체를 공중합시켜 얻은 것이 아니라, 폴리스티렌을 불규칙적으로 술폰화시켜 얻은 불규칙 공중합체가 바람직하다. 이 때, Makowski et al.이 제시한 방법 혹은 외부 에너지 조사등의 방법으로 술폰화시킬 수 있다. 상기 공중합체 중 술폰기는 5 ~ 35 몰% 함유되는 것이 바람직하다. 실제 활용 예에 이용시 음이온성 단량체의 몰%가 5 몰% 미만인 경우에는 음이온성 특성의 발현이 미약하다는 문제점이 있고, 35 몰%를 초과하는 경우에는 생리용액에 녹는 문제점이 있다.The irregular copolymer according to the present invention is preferably obtained by copolymerizing a styrene monomer with an anionic monomer, but by randomly sulfonating polystyrene. At this time, sulfonation can be performed by the method suggested by Makowski et al. Or by external energy irradiation. It is preferable that 5 to 35 mol% of sulfone groups are contained in the said copolymer. If the mole percent of the anionic monomer is less than 5 mol% when used in practical applications, there is a problem in that the expression of the anionic properties is weak, and in the case of more than 35 mol%, there is a problem in melting in physiological solution.

이와 같이, 폴리스티렌을 불규칙적으로 술폰화시켜 불규칙 공중합체를 얻는 경우, 기합성된 폴리스티렌 고분자를 불규칙적으로 술폰산화시키기 때문에 블락 공중합체(block copolymer)에 비하여 분자량의 분포가 일정한 크기의 고분자를 쉽게 합성할 수 있다. 또한 평균적인 전하밀도만을 고려하는 불규칙(random) 중합체이기 때문에 적은 비용과 시간에 합성할 수 있으며, 술폰화의 정도에 따라서 다양한 전하량을 조절이 가능하다. 또한 스티렌 고분자의 주사슬에 전하가 분포되어 있으므로, 세포 배양 기질에 도포할 때 간단한 스핀-코팅 방법에 의하여 평균적인 전하량을 표면에 분포시킬 수 있기 때문에 공정이 쉽고 안정된 기질 표면 제작이 가능하다. 스핀-코팅에 의한 도포 방법은 고체 기질에 쉽게 도포할 수 있기 때문에 세포 배양을 목적으로 하는 유기기판, 실리콘, 쿼츠(Quarts), 혹은 금속 표면에 상관없이 도포할 수 있으며 표면이 구배를 갖거나 일정한 패턴이 되어 있는 표면에도 쉽게 적용할 수 있다.As such, in the case where polystyrene is sulfonated irregularly to obtain an irregular copolymer, since the sulfonated polystyrene polymer is irregularly sulfated, it is possible to easily synthesize a polymer having a constant molecular weight distribution compared to a block copolymer. have. In addition, since it is a random polymer considering only average charge density, it can be synthesized at low cost and time, and various charge amounts can be controlled according to the degree of sulfonation. In addition, since the charge is distributed in the main chain of the styrene polymer, the average amount of charge can be distributed on the surface by a simple spin-coating method when applied to the cell culture substrate, and thus the process is easy and stable substrate surface production is possible. The spin-coating method is easy to apply to a solid substrate, so it can be applied regardless of organic substrate, silicon, quartz, or metal surface for cell culture. Easy to apply to patterned surfaces.

본 발명에 따른 불규칙 공중합체로는 하기 화학식 1 내지 화학식 4의 공중합체를 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. An irregular copolymer according to the present invention may be a copolymer of the following Chemical Formulas 1 to 4, but is not limited thereto.

Figure 112004063020212-pat00003
Figure 112004063020212-pat00003

상기 화학식 1에서, In Chemical Formula 1,

스티렌 단량체와 술폰화된 스티렌 단량체의 공중합체를 나타내고 있으며, 불규칙적으로 혼재되어 있으므로 각 단량체의 중합 순서가 특정한 순서에 한정되지 않으며, 각 단량체의 몰당 조성비로 나타내는 경우 x는 0.95 ~ 0.65이고 y는 (1-x)로서 0.05~ 0.35이다.It shows a copolymer of styrene monomer and sulfonated styrene monomer, and because it is irregularly mixed, the polymerization order of each monomer is not limited to a specific order. When expressed as a composition ratio per mole of each monomer, x is 0.95 to 0.65 and y is ( 1-x) is 0.05 to 0.35.

Figure 112004063020212-pat00004
Figure 112004063020212-pat00004

상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,

스티렌 단량체와 메타크릴산 단량체의 공중합체를 나타내고 있으며, 불규칙 적으로 혼재되어 있으므로 각 단량체의 중합 순서가 특정한 순서에 한정되지 않으며, 각 단량체의 몰당 조성비로 나타내는 경우 x는 0.95 ~ 0.65이고 y는 (1-x)로서 0.05~ 0.35이다.It represents a copolymer of styrene monomer and methacrylic acid monomer, and because it is irregularly mixed, the polymerization order of each monomer is not limited to a specific order.In the composition ratio per mole of each monomer, x is 0.95 to 0.65 and y is ( 1-x) is 0.05 to 0.35.

Figure 112004063020212-pat00005
Figure 112004063020212-pat00005

상기 화학식 3에서,In Chemical Formula 3,

스티렌 단량체와 아크릴산 단량체의 공중합체를 나타내고 있으며, 불규칙적으로 혼재되어 있으므로 각 단량체의 중합 순서가 특정한 순서에 한정되지 않으며, 각 단량체의 몰당 조성비로 나타내는 경우 x는 0.95 ~ 0.65이고 y는 (1-x)로서 0.05~ 0.35이다.It represents a copolymer of styrene monomer and acrylic acid monomer, and because it is irregularly mixed, the polymerization order of each monomer is not limited to a specific order, and when expressed as a composition ratio per mole of each monomer, x is 0.95 to 0.65 and y is (1-x ) Is 0.05 to 0.35.

Figure 112004063020212-pat00006
Figure 112004063020212-pat00006

상기 화학식 4에서,In Chemical Formula 4,

스티렌 단량체와 이타코닉산(itaconic acid) 단량체의 공중합체를 나타내고 있으며, 불규칙적으로 혼재되어 있으므로 각 단량체의 중합 순서가 특정한 순서에 한정되지 않으며, 각 단량체의 몰당 조성비로 나타내는 경우 x는 0.95 ~ 0.65이고 y는 (1-x)로서 0.05~ 0.35이다.It represents a copolymer of styrene monomer and itaconic acid monomer, and because it is irregularly mixed, the polymerization order of each monomer is not limited to a specific order, and when expressed as a composition ratio per mole of each monomer, x is 0.95 to 0.65. y is 0.05-0.35 as (1-x).

본 발명에 따른 불규칙 공중합체는 스티렌으로 이루어진 소수성기와 생리적 환경 하에서 음전하를 제공하는 5~ 35 몰%의 단량체가 불규칙적으로 표면에 분포되어 있어 세포의 흡착에 필요한 파이브로넥틴(fibronectin)과 같은 흡착 인자 단백질들을 효과적으로 표면에 흡착시킬 수 있으며, 그 영향으로 인하여 매우 우수한 세포 배양 조건을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 불규칙 공중합체는 세포 배양에 필요한 배양 혈청(cell culture serum)에 직접 접촉하는 세포배양기의 표면에 도포용 소재로 사용될 수 있다.Irregular copolymer according to the present invention is an adsorption factor such as fibronectin, which is required for adsorption of cells because 5 to 35 mol% of monomers that provide negative charges under physiological conditions are irregularly distributed on the surface. Proteins can be effectively adsorbed to the surface, and their effects can provide very good cell culture conditions. In addition, the irregular copolymer according to the present invention can be used as a material for application to the surface of the cell culture in contact with the cell culture serum (cell culture serum) required for cell culture.

본 발명에 따른 불규칙 공중합체는 세포의 흡착 및 분화를 유도하기 위한 용도로 사용될 수 있으며, 또한 세포 배양용 담체로서 사용될 수 있다.The irregular copolymer according to the present invention can be used for inducing adsorption and differentiation of cells, and can also be used as a carrier for cell culture.

또한, 본 발명에 따른 불규칙 공중합체를 톨루엔, DMF, 혹은 THF와 같은 용매에 분산시킨 다음, 상기 공중합체 분산 용액을 기질 표면에 도포하여 세포 배양용 기질의 표면을 처리시킬 수 있으며, 그에 더하여 상기 표면 처리된 세포 배양용 기질에 세포를 가하여 세포를 배양시키거나 또는 상기 표면 처리된 세포 배양용 기질을 에칭시키거나 패터닝하여 세포를 부분 흡착시킬 수 있다.In addition, the irregular copolymer according to the present invention may be dispersed in a solvent such as toluene, DMF, or THF, and then the copolymer dispersion solution may be applied to the substrate surface to treat the surface of the cell culture substrate. Cells may be cultured by adding cells to a surface treated cell culture substrate or partially adsorbed by etching or patterning the surface treated cell culture substrate.

상기와 같이 본 발명에 따른 불규칙 공중합체를 원하는 고체 기질에 도포하여 매우 효과적인 세포 배양의 기질의 제작에 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 공중합 고분자의 도포 과정에서 복잡한 화학적 반응이나 기질의 표면 특성에 상관없이 표면처리를 할 수 있으므로 기존의 자기 조립이나 화학 반응에 한정되었던 기존의 문제점을 극복할 수 있다.As described above, the irregular copolymer according to the present invention can be applied to a desired solid substrate, which can be used to prepare a highly effective cell culture substrate. In the application process of the copolymer according to the present invention, the surface treatment can be performed regardless of complex chemical reactions or surface characteristics of the substrate, thereby overcoming existing problems limited to existing self-assembly or chemical reactions.

또한 음이온성 불규칙 공중합체를 세포부착용 막으로 활용하는 것은 여러가지 점에서 매우 유리하다. 이온 중합법을 이용하여 고분자를 합성하기 때문에 매우 일정한 크기의 고분자를 쉽게 합성할 수 있다. 또한 평균적인 음이온의 함량만을 고려하는 불규칙(random) 중합체이기 때문에 표면에 도포하였을 때 고분자의 분자량이나 음이온의 종류에는 영향을 받지 않는다. 그리고 용액상에서 스핀-코팅에 의하여 도포할 수 있기 때문에 금속, 실리콘기판, 유리, 혹은 기도포된 고분자 박막에서도 매우 안정된 표면 코팅막의 생성이 가능하다. 또한 소량의 음전하를 특징으로 하기 때문에 물 표면에서 단분자막을 생성할 수 있는 랭뮤어 블라젯(Langmuir-Blodgett) 방법으로도 쉽게 기질위에 도포 할 수 있으며, 더욱 간단하게는 레이어바이레이어 방식(layer by layer)을 포함하는 딥 코팅(dip coating)에 의한 도포 또한 가능하다. 이러한 방법에 의하여 다양한 기질을 매우 간편하게 세포 배양에 용이한 기질로 표면에 도포할 수 있다.In addition, the use of the anionic irregular copolymer as a cell adhesion membrane is very advantageous in many respects. Since the polymer is synthesized by the ion polymerization method, it is possible to easily synthesize a polymer having a very constant size. In addition, since it is a random polymer considering only the average anion content, it is not affected by the molecular weight of the polymer or the type of anion when it is applied to the surface. And because it can be applied by spin-coating in solution, it is possible to produce a very stable surface coating film even in metal, silicon substrate, glass, or air-contained polymer thin film. In addition, since it is characterized by a small amount of negative charge, the Langmuir-Blodgett method, which can generate a monomolecular film on the water surface, can be easily applied onto the substrate, and more simply, a layer by layer method. It is also possible to apply by dip coating comprising a). By this method, various substrates can be applied to the surface as a substrate which is very easy for cell culture.

또한 특정 부위에 선택적으로 세포를 흡착시키고자 하는 목적으로, 고분자 용매상에서 고무 스탬핑이나 혹은 국부적 에칭 방법에 의하여서도 다양한 패턴을 형성할 수 있다.In addition, for the purpose of selectively adsorbing cells to a specific site, various patterns may be formed by rubber stamping or a local etching method on a polymer solvent.

또한 본 발명에서는 40 nm 이내의 얇은 박막으로도 세포 배양 증대의 효과를 나타내므로 매우 적은 양으로도 세포 배양에 효과적인 표면 제작이 가능하므로 적은 비용으로 세포 배양에 효과적인 패턴기질을 제작할 수 있다.In addition, the present invention shows the effect of increasing the cell culture even with a thin film within 40 nm, it is possible to produce an effective surface substrate for cell culture in a very small amount, it is possible to produce an effective pattern substrate for cell culture at a low cost.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기 실시 예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. The invention can be better understood by the following examples, which are intended for the purpose of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.

실시예 1: 폴리스티렌 술폰산 공중합체의 합성Example 1 Synthesis of Polystyrene Sulfonic Acid Copolymer

폴리스티렌의 합성은 벌크 자유라디칼 중합방법을 이용하여 합성한다. 합성의 방법은 100g의 정제된 스티렌 단량체를 이용하며, 전체 중량의 0.19g 정도의 개시제를 사용한다. 사용하는 개시제로는 과산화계 개시제인 과산화 벤조일을 이용하였으며, 반응 온도는 60℃에서 1일간 반응하였다. Synthesis of polystyrene is carried out using a bulk free radical polymerization method. The method of synthesis utilizes 100 g of purified styrene monomer and uses about 0.19 g of initiator in total weight. As an initiator to be used, benzoyl peroxide, a peroxide-based initiator, was used, and the reaction temperature was reacted at 60 ° C. for 1 day.

다음 반응식 1에 나타난 방법으로 폴리스티렌 술폰산 공중합체(Poly(styrene-co-styrene sulfonic acid), P(S-co-SSA))를 합성하였다.The polystyrene sulfonic acid copolymer (Poly (styrene-co-styrene sulfonic acid), P (S-co-SSA)) was synthesized by the method shown in the following Scheme 1.

Figure 112004063020212-pat00007
Figure 112004063020212-pat00007

스티렌 단량체 100 g 을 자유 라디칼 벌크 공중합 조건 하에서 중합시켜 얻은 폴리스티렌을 Makowski et al.에 의한 술폰화 방법으로 술폰화시켰다. 구체적으로, 1,2-디클로로에탄 350ml에 폴리스티렌 25g을 용해시켜 60 ℃로 가열한 후, 상기 고분자 용액에 황산을 무수아세트산과 혼합하여 만든 술폰화 시료 12ml을 서서히 첨가하였다.Polystyrene obtained by polymerizing 100 g of styrene monomer under free radical bulk copolymerization conditions was sulfonated by a sulfonation method by Makowski et al. Specifically, 25 g of polystyrene was dissolved in 350 ml of 1,2-dichloroethane and heated to 60 ° C. Then, 12 ml of a sulfonated sample prepared by mixing sulfuric acid with acetic anhydride was slowly added to the polymer solution.

그런 다음, 60 ℃에서 1 시간 동안 교반시킨 상기 용액을 메탄올 40ml에 침 전시켜 침전물을 얻은 후, 잔류 용매를 제거하기 위해 증류수로 수회 세척한 뒤 100 ℃에서 24 시간 동안 건조시켜 중합체 24g을 얻었다.Then, the solution stirred at 60 ° C. for 1 hour was precipitated in 40 ml of methanol to obtain a precipitate, washed several times with distilled water to remove residual solvent, and then dried at 100 ° C. for 24 hours to obtain 24 g of a polymer.

도 1은 상기와 같이 합성된 공중합체를 DMSO를 용매로 사용하여 H-NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다. 도 1에서 7.053(PPM) 및 6.538(PPM)은 스티렌의 벤젠링에서 나타나는 피크이고, 1.765(PPM) 및 1.487(PPM)은 CH 그룹과 CH2 그룹에서 나타나는 피크이다.1 is a graph showing the results of H-NMR analysis using the copolymer synthesized as above using DMSO as a solvent. In FIG. 1, 7.053 (PPM) and 6.538 (PPM) are peaks in the benzene ring of styrene, and 1.765 (PPM) and 1.487 (PPM) are peaks in the CH group and the CH 2 group.

도 2는 상기와 같이 합성된 공중합체의 IR분석 결과를 도시한 그래프이다. 도 2를 참조하면 상기와 같이 합성된 공중합체는 1300cm-1에서 피크가 형성됨을 알수 있으며 이로서 술폰기의 생성을 확인할 수 있었으며, 정적법을 이용하여 술폰화량을 관찰하였다. Figure 2 is a graph showing the IR analysis of the copolymer synthesized as described above. Referring to FIG. 2, it can be seen that the copolymer synthesized as described above forms a peak at 1300 cm −1 , thereby confirming the formation of sulfone groups. The amount of sulfonation was observed by using a static method.

실시예 2: 폴리(스티렌/아크릴산) 공중합체의 합성Example 2: Synthesis of Poly (Styrene / Acrylic Acid) Copolymer

다음 반응식 2에 나타난 방법으로 폴리스티렌 아크릴산 공중합체 (Poly(styrene-co-acrylic acid), P(S-co-AA))를 합성하였다. Next, a polystyrene acrylic acid copolymer (Poly (styrene-co-acrylic acid), P (S-co-AA)) was synthesized by the method shown in Scheme 2.

Figure 112004063020212-pat00008
Figure 112004063020212-pat00008

정제한 스티렌 96g과 아크릴산 단량체 4g에 개시제로서 과산화 벤조일 0.19g을 가한 다음, 물중탕으로 약 60 ℃를 유지하면서 2일동안 교반하였다. 공중합체는 자유 라디칼 벌크 공중합 반응에 의해 합성하였다. 0.19 g of benzoyl peroxide as an initiator was added to 96 g of purified styrene and 4 g of acrylic acid monomer, followed by stirring for 2 days while maintaining about 60 ° C in a water bath. Copolymers were synthesized by free radical bulk copolymerization.

합성된 공중합체를 테트라히드로퓨란(THF) 300ml의 양으로 녹여 3 배로 희석시킨 후 메탄올 1,200ml에 천천히 따르고, 생성된 침전물을 걸러서 메탄올로 세척한 뒤 60 ℃에서 24 시간 동안 건조시켜 중합체 30g를 얻었다.The synthesized copolymer was dissolved in an amount of 300 ml of tetrahydrofuran (THF), diluted three times, and slowly poured into 1,200 ml of methanol. The resulting precipitate was filtered and washed with methanol, and dried at 60 ° C. for 24 hours to obtain 30 g of a polymer. .

도 3은 상기와 같이 합성된 공중합체를 DMSO를 용매로 사용하여 H-NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다. 도 3에서 7.053(PPM) 및 6.587(PPM)은 스티렌의 벤젠링에서 나타나는 피크이고, 1.762(PPM) 및 1.489(PPM)은 CH 그룹과 CH2 그룹에서 나타나는 피크이다.3 is a graph showing the results of H-NMR analysis using the copolymer synthesized as above using DMSO as a solvent. In FIG. 3, 7.053 (PPM) and 6.587 (PPM) are peaks in the benzene ring of styrene, and 1.762 (PPM) and 1.489 (PPM) are peaks in the CH group and the CH 2 group.

실시예 3: 폴리(스티렌/메타크릴산) 공중합체의 합성Example 3: Synthesis of Poly (Styrene / Methacrylic Acid) Copolymer

다음 반응식 3에 나타난 방법으로 폴리스티렌 메타크릴산 공중합체(Poly(styrene-co-methacrylic acid), P(S-co-MA))를 합성하였다.Next, a polystyrene methacrylic acid copolymer (Poly (styrene-co-methacrylic acid), P (S-co-MA)) was synthesized by the method shown in Scheme 3.

Figure 112004063020212-pat00009
Figure 112004063020212-pat00009

정제한 스티렌 96.66g과 메타크릴산 단량체 3.34g에 개시제로서 과산화 벤조일 0.02 g을 가한 다음, 물중탕으로 약 60 ℃를 유지하면서 2일동안 교반하였다. 공중합체는 자유 라디칼 벌크 공중합 반응에 의해 합성하였다. 0.02 g of benzoyl peroxide as an initiator was added to 96.66 g of purified styrene and 3.34 g of methacrylic acid monomer, followed by stirring for 2 days while maintaining about 60 ° C in a water bath. Copolymers were synthesized by free radical bulk copolymerization.

합성된 공중합체를 테트라히드로퓨란(THF) 300ml에 녹여 3 배로 희석시킨 후 메탄올 1,200ml에 천천히 따르고, 생성된 침전물을 걸러서 메탄올로 세척한 뒤 60 ℃에서 24 시간 동안 건조시켜 중합체 12g를 얻었다.The synthesized copolymer was dissolved in 300 ml of tetrahydrofuran (THF), diluted three times, and slowly poured into 1,200 ml of methanol. The resulting precipitate was filtered, washed with methanol, and dried at 60 ° C. for 24 hours to obtain 12 g of a polymer.

도 4는 상기와 같이 합성된 공중합체를 CDCL3를 용매로 사용하여 H-NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다. 도 4에서 7.090(PPM) 및 6.588(PPM)은 스티렌의 벤젠링에서 나타나는 피크이고, 1.838(PPM) 및 1.433(PPM)은 CH 그룹과 CH2 그룹에서 나타나는 피크이며, 1.023(PPM)은 CH23 그룹에서 나타나는 피크이다.4 is a graph showing the results of H-NMR analysis using the copolymer synthesized as described above using CDCL3 as a solvent. In FIG. 4, 7.090 (PPM) and 6.588 (PPM) are peaks in the benzene ring of styrene, 1.838 (PPM) and 1.433 (PPM) are peaks in the CH group and the CH 2 group, and 1.023 (PPM) is CH 23 Peaks appearing in the group.

상기 실시예 1 ~ 3에 따라 합성된 불규칙 공중합체의 정확한 산 농도(mol%)를 알아보기 위하여, 일정량의 고분자를 벤젠/메탄올(9/1, v/v) 용액에 녹인 후 페놀프탈레인 지시약을 약 5 방울 첨가하고 NaOH/메탄올(농도 0.05 N) 용액을 사용하여 적정하여 산 농도를 확인하였다.In order to determine the correct acid concentration (mol%) of the irregular copolymer synthesized according to Examples 1 to 3, a certain amount of the polymer was dissolved in a benzene / methanol (9/1, v / v) solution and then the phenolphthalein indicator was 5 drops were added and titrated using a NaOH / methanol (concentration 0.05 N) solution to confirm the acid concentration.

그런 다음, 산 농도를 확인한 NaOH/메탄올(농도 0.2 N) 용액을 중화제로 사용하여 100 % 산 작용기를 중화시켰다. 중화된 공중합체 시료를 냉동ㆍ건조시켜 분말 상태로 얻은 다음, 이를 120 ℃에서 24 시간 동안 진공 건조시켜 하기 실시예 4 ~ 7에서 사용하였다.Then, the NaOH / methanol (concentration 0.2 N) solution which confirmed the acid concentration was used as a neutralizing agent to neutralize 100% acid functional group. The neutralized copolymer sample was freeze-dried to obtain a powder, which was then vacuum dried at 120 ° C. for 24 hours, and used in Examples 4 to 7 below.

실시예 4 ~ 6: 본 발명에 따른 불규칙 공중합체의 고체 기질에의 도포Examples 4 to 6: Application of the Irregular Copolymers According to the Invention to Solid Substrates

상기 실시예 1에 따라 제조된 폴리스티렌 술폰산 공중합체(P(S-co-SSA))를 톨루엔(실시예 4와 5)이나 DMF(N,N-dimethylformamide)(실시예 6과 7)에 10 mg/ml의 농도로 용해시킨 용액을, 스핀-코터기(spin-coater)를 이용하여 고체 기질로서 사용된 슬라이드글라스 기판(2 cm x 2 cm) 위에 2000 rpm으로 60 초 동안 도포하였다. 공중합체가 도포된 기질(이하 "샘플"이라 한다)을 약 150 ℃의 진공 오븐에서 8 시간 건조시켰다. 이 때, 대조군으로는 술폰화되지 않은 폴리스티렌(대조군 1, 이하 "PS"라 한다)과 세포 배양용 페트리디쉬(Polystyrene based tissue culture petridish, 코닝사)(대조군 2, 이하 "TCPS"라 한다)를 사용하였다.10 mg of polystyrene sulfonic acid copolymer (P (S-co-SSA)) prepared according to Example 1 in toluene (Examples 4 and 5) or DMF (N, N-dimethylformamide) (Examples 6 and 7) The solution dissolved at a concentration of / ml was applied for 60 seconds at 2000 rpm on a slide glass substrate (2 cm x 2 cm) used as a solid substrate using a spin-coater. The copolymer-coated substrate (hereinafter referred to as “sample”) was dried in a vacuum oven at about 150 ° C. for 8 hours. In this case, a non-sulfonated polystyrene (control group 1, hereinafter referred to as "PS") and cell culture petri dish (Polystyrene based tissue culture petridish, Corning Co., Ltd.) (control group 2, hereinafter referred to as "TCPS") as a control. It was.

도포 용매Application solvent 도포 시료Coating sample 분자량Molecular Weight Mw/MnMw / Mn 실시예 4Example 4 톨루엔toluene 실시예 1에 따른 P(S-co-SSA) 5 몰%5 mol% P (S-co-SSA) according to Example 1 100K100 K 1.051.05 실시예 5Example 5 톨루엔toluene 실시예 1에 따른 P(S-co-SSA) 10 몰%10 mol% P (S-co-SSA) according to Example 1 100K100 K 1.051.05 실시예 6Example 6 DMFDMF 실시예 1에 따른 P(S-co-SSA) 15 몰%15 mol% P (S-co-SSA) according to Example 1 300K300 K 1.051.05 대조군 1Control group 1 톨루엔toluene PSPS 280K280 K 1.051.05 대조군 2Control 2 -- TCPSTCPS

도포 용매를 톨루엔과 DMF로 달리한 이유는 15 몰% 이상의 음이온성 공중합체는 함유된 술폰기의 산성도로 인하여 톨루엔보다 DMF가 더 쉽게 용해되었기 때문이다.The reason why the application solvent was different from toluene and DMF was that DMF was more easily dissolved than toluene due to the acidity of sulfone groups contained in at least 15 mol%.

실험예Experimental Example

실험예 1 ~ 4: 본 발명에 따른 불규칙 공중합체를 도포한 기질 상에서의 세포 배양 실험Experimental Examples 1 to 4: cell culture experiment on a substrate coated with an irregular copolymer according to the present invention

세포 배양에 앞서 실시예 4 ~ 6에 따른 샘플(즉, 공중합체가 도포된 기질)에 대하여 다음과 같은 전처리를 수행하였다: 샘플을 오토클레이브(120 ℃)에서 고압 처리하거나 75 %의 에틸알콜로 멸균시켰다. 이 때 멸균 과정을 거친 샘플의 경우에는 수분을 없애기 위하여 추가로 60 ℃의 건조 오븐에서 5 시간 건조시켰다. Prior to cell culture, the following pretreatments were performed on the samples according to Examples 4 to 6 (ie, the copolymer coated substrate): Samples were autoclaved in an autoclave (120 ° C.) or with 75% ethyl alcohol. Sterilized. In this case, the sterilized sample was further dried in a drying oven at 60 ° C. for 5 hours to remove moisture.

대조군 1도 또한 상기된 전처리를 수행하였으며, 대조군 2의 경우는 상업용 TCPS를 이용하였기 때문에 전처리 없이 그대로 사용하였다.Control 1 was also subjected to the pretreatment described above, and control 2 was used without pretreatment because commercial TCPS was used.

세포 배양에는 NIH 3T3의 섬유아세포(fibroblast)를 사용하였다. 동결된 섬유아세포를 항온 수조에서 해동한 후, 섬유 배양용 혈청(serum) 10 %와 페니실린 1 %를 함유한 DMEM 배양액(Gibco BRL, USA) 9.5 ml에 섞어서 분산시켰다. 원심 분리기를 통해서 상기 세포 분산액에서 세포만을 분리시킨 후, 분리된 세포를 재차 DMEM 배양액(혈청 10 %와 항생제 1 % 함유)에 첨가한 후, 세포를 원하는 농도로 희석하여 각각 다른 조건의 표면에 도포하였다. 준비된 세포 용액을 실시예 4 ~ 6에 준비된 기질에 주입하여 37 ℃의 5 % 이산화탄소가 주입되는 인큐베이터에 넣어서 배양하였다.Fibroblasts of NIH 3T3 were used for cell culture. The frozen fibroblasts were thawed in a thermostatic bath, mixed and dispersed in 9.5 ml of DMEM medium (Gibco BRL, USA) containing 10% fiber culture serum and 1% penicillin. After separating only the cells from the cell dispersion through a centrifuge, the separated cells were added to the DMEM medium (containing 10% serum and 1% antibiotics), and the cells were diluted to the desired concentration and applied to the surfaces of different conditions. It was. The prepared cell solution was injected into the substrate prepared in Examples 4 to 6 and placed in an incubator to which 5% carbon dioxide at 37 ° C. was injected and cultured.

도 5는 24 시간 동안 세포 배양한 후, 샘플 표면에 흡착된 세포를 위상차 광학현미경으로 관찰한 사진이다(100 배율). 구체적으로, 도 5d에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 폴리스티렌 단일고분자만을 도포한 대조군 1의 경우에는 극히 소수의 세포만이 표면에 흡착되어 있음을 확인할 수 있으며 이로서 폴리스티렌 단일고분자는 세포 배양을 위한 기질로는 적합하지 않음을 알 수 있다.5 is a photograph of the cells adsorbed on the sample surface after phase culture for 24 hours, observed with a phase contrast optical microscope (100 magnification). Specifically, as can be seen in Figure 5d, in the case of the control group 1 coated only a polystyrene single polymer it can be seen that only a very small number of cells are adsorbed on the surface, whereby the polystyrene single polymer as a substrate for cell culture It can be seen that it is not suitable.

이에 반해, 도 5a에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, P(S-co-SA) 5 몰% 도포한 실시예 4의 경우에는 더욱 많은 섬유아세포가 표면에 흡착되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 도포된 P(S-co-SA)의 술폰기 몰%가 증가할수록 표면에 흡착되는 세포수가 증가함을 알 수 있다.In contrast, as shown in FIG. 5A, in the case of Example 4 coated with 5 mol% of P (S-co-SA), more fibroblasts were adsorbed on the surface. In addition, as can be seen in Figures 5a, 5b and 5c, it can be seen that the number of cells adsorbed on the surface increases as the mole% sulfone groups of the applied P (S-co-SA) increases.

한편 도 5e로부터 TCPS에 대한 대조군 2의 경우에도 상당수의 세포가 표면에 흡착되는 것으로 관찰된다. 그러나 P(S-co-SA) 10 몰% 이상 도포한 실시예에서는 대조군 2의 경우보다 더 많은 세포가 흡착되는 것으로 관찰된다.On the other hand, a large number of cells are observed to be adsorbed on the surface in the case of the control 2 against TCPS from Figure 5e. However, in the examples coated with 10 mol% or more of P (S-co-SA), more cells were observed to be adsorbed than in the case of the control 2.

도 6은 본 발명에 따른 단량체의 조성이 다른 불규칙 공중합체가 도포된 기 질(실시예 4 ~ 6) 표면에 흡착된 섬유아세포의 분화를 나타낸 그래프이다. 즉, 각각 3 시간 및 24 시간 동안 세포 배양한 후에 위상차 현미경을 이용하여 세포 배양된 기판 표면을 측정하여 단위면적당 흡착된 세포수를 이미지 분석 프로그램을 통하여 분석한 결과를 보여주고 있다.Figure 6 is a graph showing the differentiation of fibroblasts adsorbed on the surface of the substrate (Examples 4 to 6) to which the random copolymer of the monomer according to the present invention is applied. In other words, after cell culture for 3 hours and 24 hours, the surface of the cell culture substrate was measured using a phase contrast microscope, and the number of cells adsorbed per unit area was analyzed by an image analysis program.

도 6에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 음이온을 함유한 불규칙 중합체(실시예 4 ~ 6)가 음이온이 함유하지 않은 폴리스티렌(대조군 1)에 비하여 단위면적당 흡착된 세포수가 많음을 확인할 수 있다. 또한, 음이온을 함유한 불규칙 중합체에서도 세포 배양 시간에 길어짐에 따라 단위면적당 흡착된 세포수가 증가함을 확인할 수 있다. 대조군 2(상업용 세포배양용 페트리디쉬(TCPS))와 대비하여 보더라도, 실시예 4의 경우에만 대조군 2에 비하여 다소 적은 수의 세포가 흡착하였을 뿐, 실시예 5 및 6의 경우에는 대조군 2에 비해서 단위면적당 흡착된 세포수가 월등히 많음을 확인할 수 있다.As can be seen in FIG. 6, it can be seen that the irregular polymers containing anions (Examples 4 to 6) have a larger number of cells adsorbed per unit area than polystyrene (control group 1) containing no anions. In addition, it can be seen that the number of adsorbed cells per unit area increases as the cell culture time increases even in an irregular polymer containing anion. Compared to the control 2 (commercial cell culture Petri dish (TCPS)), only a small number of cells adsorbed compared to the control 2 only in Example 4, compared to the control 2 in Examples 5 and 6 It can be seen that the number of cells adsorbed per unit area is much higher.

실험예 5: 마이크로 패터닝된 본 발명에 따른 불규칙 공중합체의 국부적 세포 흡착 실험Experimental Example 5 Local Cell Adsorption Experiment of Irregular Copolymers According to the Invention Micropatterned

대조군 1에 따른 폴리스티렌(분자량 280 K)을 톨루엔에 10 mg/ml의 농도로 용해시킨 용액을, 슬라이드글라스 기판의 표면에 80 nm 두께로 스핀-코팅한 다음, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 제조되고 가로 및 세로가 각각 148 ㎛로 양각된 고무 스탬프를 이용하여, 실시예 6에 따른 DMF에 용해시킨 P(S-co-SSA) 15 몰% 고분자를 상기 기판 상에 마이크로 패터닝하였다. 패터닝된 P(S-co-SSA) 15 몰% 고분자 구조와 폴리스티렌 간의 흡착력을 높이기 위하여 상기 기판 을 150 ℃ 온도의 진공 오븐에서 12 시간 정도 유지하였다.A solution obtained by dissolving polystyrene (molecular weight 280 K) according to the control group 1 in toluene at a concentration of 10 mg / ml was spin-coated to a surface of a slide glass substrate at a thickness of 80 nm, followed by polydimethylsiloxane (PDMS). Using a rubber stamp prepared and embossed at 148 μm in width and length, respectively, 15 mol% polymer of P (S-co-SSA) dissolved in DMF according to Example 6 was micropatterned onto the substrate. The substrate was held in a vacuum oven at 150 ° C. for about 12 hours in order to increase the adsorptive force between the patterned P (S-co-SSA) 15 mol% polymer structure and polystyrene.

세포 흡착 및 배양에 앞서 이와 같은 방법으로 마이크로 패터닝시킨 샘플(즉, 공중합체가 도포된 기질)에 대하여 실험예 1 ~ 4에서와 동일한 방법으로 전처리 절차를 수행한 다음, 실험예 1 ~ 4에서와 동일한 방법을 거쳐 실시예 4 ~ 6(7)에 따른 기질 표면에 세포를 도포하였다. Before the cell adsorption and culture, the pre-treatment procedure was performed on the micro patterned sample (ie, the copolymer coated substrate) in the same manner as in Experimental Examples 1 to 4, and then in Experimental Examples 1 to 4 Cells were applied to the substrate surface according to Examples 4 to 6 (7) by the same method.

도 7은 상기 과정을 거쳐 마이크로 패터닝된 기질 표면의 단면을 나타내며, 도 8a는 세포 배양 전의 편광 현미경 사진으로, 균일한 크기의 P(S-co-SA) 15 몰% 고분자 패턴이 폴리스티렌이 코팅된 기판 위에 패터닝되었음을 알 수 있다. 이에 비해, 도 8b는 12 시간 동안 세포 배양한 후 마이크로 패터닝된 샘플 기판에 선택적으로 흡착된 세포를 편광 현미경으로 관찰한 사진으로, 양각된 P(S-co-SA) 15 몰% 고분자 구조에 세포가 집중적으로 흡착되어서 자라고 있음을 알 수 있다. 이러한 결과는 특정 위치에 세포를 선택적으로 흡착시킬 수 있으며, 세포의 성장을 준비된 패턴의 구조에 따라 조절할 수 있음을 보여준다.7 is a cross-sectional view of the surface of the micro-patterned substrate through the above process, Figure 8a is a polarized light micrograph before cell culture, a polystyrene-coated 15 mol% polymer pattern of uniform size P (S-co-SA) It can be seen that it is patterned over the substrate. In contrast, Figure 8b is a photograph of the cells selectively adsorbed on the micro-patterned sample substrate after cell culture for 12 hours with a polarization microscope, the cells in the 15 mol% polymer structure of embossed P (S-co-SA) It can be seen that is growing intensively adsorbed. These results show that the cells can be selectively adsorbed at specific positions, and the growth of the cells can be controlled according to the structure of the prepared pattern.

실험예 5는 공중합 고분자와 폴리스티렌 기질 위에 수백 마이크론의 작은 패턴을 구성한 경우 세포의 부분 흡착만을 보여주는 예로서, 본 발명은 상기 실험예에만 한정되는 것이 아니라 다른 플라스틱이나 고분자, 혹은 다양한 구조에 의하여서 구현될 수 있다. Experimental Example 5 is an example showing only partial adsorption of cells when a small pattern of several hundred microns is formed on the copolymer and the polystyrene substrate, and the present invention is not limited to the above experimental examples, but is implemented by other plastics, polymers, or various structures. Can be.

본 발명에 따른 불규칙 공중합 고분자의 표면 도포에 의하여 대상 고체 기질의 종류와 상관없이 쉽게 세포 배양에 적합한 표면 처리가 가능하며, 안정된 고분자의 특성을 이용하여 특정 위치에 세포의 흡착과 배양을 유도하는 극소형 세포반 응기, 바이오멤스(BIO MEMS), 그리고 랩온칩 등의 개발에도 유용하게 활용될 수 있다.The surface coating of the random copolymer polymer according to the present invention enables the surface treatment suitable for cell culture irrespective of the type of the target solid substrate, and the pole which induces the adsorption and culture of the cell at a specific position by using the stable polymer properties. It can also be useful for the development of small cell reactors, BIO MEMS, and lab-on-chips.

상기한 실시예에서는 음이온성 단량체를 5 몰% ~ 15 몰%의 범위로 함유하는 불규칙 중합체를 유기용매에 용해시켜 세포 배양에 이용되는 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 최대 35 몰%(몰비)의 음이온을 함유하거나, 상기된 폴리스티렌 이외에 다른 종류의 소수성 단량체를 이용한 고분자도 사용될 수 있으며, 새로운 합성방법에 의해서 개발된 다른 형태의 불규칙 중합체도 포함하는 것으로 의도된다.In the above examples, an embodiment in which an irregular polymer containing anionic monomer in the range of 5 mol% to 15 mol% is dissolved in an organic solvent and used for cell culture has been described. However, the present invention has a maximum of 35 mol% (molar ratio). Polymers containing anions or using other types of hydrophobic monomers in addition to the polystyrenes described above may also be used, and are intended to include other types of irregular polymers developed by new synthetic methods.

본 발명 및 그 장점이 상세하게 기술되었지만 다른 합성 방법이나 도포 방법들과 함께 변경 및 대체되어서 활용하는 것이 제시한 본 발명의 범위 및 정신에 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 본 출원의 범위는 명세서에 기술된 공정, 조건, 방법예에 제한되는 것이 아니라 본 발명의 절차가 구현됨에 있어, 통상의 지식을 가진자가 실질적으로 같은 결과를 달성하는, 현존하거나 후에 개발되는 공정, 조건, 방법등에 있어 활용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 그 범위내에 그러한 공정, 조건, 방법을 포함하는 것으로 의도되어야 한다.Although the present invention and its advantages have been described in detail, it should be understood that modifications and alternatives to use with other synthetic or application methods can be made without departing from the scope and spirit of the present invention. In addition, the scope of the present application is not limited to the processes, conditions, and method examples described in the present invention, but in the implementation of the procedures of the present invention, existing or later developed processes for those skilled in the art to achieve substantially the same result. , Conditions, methods, etc. can be utilized. Accordingly, the appended claims should be intended to cover such processes, conditions, and methods within their scope.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 불규칙 공중합체는 성장 인자(growth factor), 흡착 인자(attachment factor) 등을 포함한 다양한 혈청 단백질(serum protein)들이 복합적으로 포함되어 있어 세포 배양에 이용되는 혈청이 포함된 환경하에서 세포의 흡착 및 분화를 촉진한다. 따라서 본 발명은 세포의 빠른 증식과 흡착이 필요한 의료용 장비나 생체재료, 랩온어칩(lab-on-a-chip) 등의 표면 처리에 핵심적 역할을 할 수 있는 방법과 성분물을 제공한다.As described above, the random copolymer according to the present invention contains various serum proteins including growth factor, attachment factor, and the like, which include serum used for cell culture. Promotes adsorption and differentiation of cells in a controlled environment. Accordingly, the present invention provides methods and components that can play a key role in surface treatment of medical equipment, biomaterials, and lab-on-a-chip, which require rapid proliferation and adsorption of cells.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 세포 흡착 및 분화를 유도하는 음이온성 불규칙 공중합체 및 그 사용 방법은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.Anionic irregular copolymers and methods of using the same, which induce the cell adsorption and differentiation described above and illustrated in the drawings, are merely examples for carrying out the present invention, and should be interpreted as limiting the technical spirit of the present invention. Can not be done. The scope of protection of the present invention is defined only by the matters set forth in the claims below, and the embodiments improved and changed without departing from the gist of the present invention will be apparent to those skilled in the art. It will be said to belong to the protection scope of the present invention.

Claims (13)

스티렌 술폰산, 아크릴산, 메타크릴산, 이타코닉산 중에서 선택된 음이온성 단량체와 소수성 단량체인 스티렌을 공중합시켜 얻은 불규칙 공중합체 또는 폴리스티렌을 불규칙 술폰화시켜 얻은 불규칙 공중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는 세포 배양용 담체.For cell culture, characterized in that it contains an irregular copolymer obtained by copolymerizing an anionic monomer selected from styrene sulfonic acid, acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid and styrene which is a hydrophobic monomer, or an irregular copolymer obtained by irregular sulfonation of polystyrene. carrier. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 소수성 단량체와 음이온성 단량체를 공중합시켜 얻어지는 불규칙 공중합체는 상기 소수성 단량체가 65 ~ 95 몰% 함유되고, 음이온성 단량체가 5 ~ 35 몰% 함유된 것임을 특징으로 하는 세포 배양용 담체.The irregular copolymer obtained by copolymerizing a hydrophobic monomer and an anionic monomer contains 65 to 95 mol% of the hydrophobic monomer and 5 to 35 mol% of the anionic monomer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 폴리스티렌을 불규칙 슬폰화시켜 얻은 상기 공중합체에는 술폰기가 5 ~ 35 몰% 함유된 것을 특징으로 하는 세포 배양용 담체.The copolymer obtained by irregularly sulfonating polystyrene contains 5 to 35 mol% of sulfone groups. 스티렌 술폰산, 아크릴산, 메타크릴산, 이타코닉산 중에서 선택된 음이온성 단량체와 소수성 단량체인 스티렌를 공중합시켜 얻은 불규칙 공중합체 또는 폴리스티렌을 불규칙 술폰화시켜 얻은 불규칙 공중합체를 용매에 분산시키고,Disperse the irregular copolymer obtained by copolymerizing an anionic monomer selected from styrene sulfonic acid, acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid and styrene which is a hydrophobic monomer or an irregular copolymer obtained by irregular sulfonation of polystyrene in a solvent, 상기 공중합체 분산 용액을 기질 표면에 도포하여 세포 배양용 기질의 표면을 처리하는 것을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.Method of using an irregular copolymer, characterized in that the copolymer dispersion solution is applied to the surface of the substrate to treat the surface of the cell culture substrate. 스티렌 술폰산, 아크릴산, 메타크릴산, 이타코닉산 중에서 선택된 음이온성 단량체와 소수성 단량체인 스티렌를 공중합시켜 얻은 불규칙 공중합체 또는 폴리스티렌을 불규칙 술폰화시켜 얻은 불규칙 공중합체를 용매에 분산시키고,Disperse the irregular copolymer obtained by copolymerizing an anionic monomer selected from styrene sulfonic acid, acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid and styrene which is a hydrophobic monomer or an irregular copolymer obtained by irregular sulfonation of polystyrene in a solvent, 상기 공중합체 분산 용액을 기질 표면에 도포하여 세포 배양용 기질을 표면 처리하고,The copolymer dispersion solution is applied to the substrate surface to surface treat the cell culture substrate, 상기 표면 처리된 세포 배양용 기질에 세포를 가하여 세포를 배양하는 것을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.Method of using an irregular copolymer, characterized in that the cells are cultured by adding the cells to the surface-treated cell culture substrate. 스티렌 술폰산, 아크릴산, 메타크릴산, 이타코닉산 중에서 선택된 음이온성 단량체와 소수성 단량체인 스티렌를 공중합시켜 얻은 불규칙 공중합체 또는 폴리스티렌을 불규칙 술폰화시켜 얻은 불규칙 공중합체를 용매에 분산시키고,Disperse the irregular copolymer obtained by copolymerizing an anionic monomer selected from styrene sulfonic acid, acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid and styrene which is a hydrophobic monomer or an irregular copolymer obtained by irregular sulfonation of polystyrene in a solvent, 상기 공중합체 분산 용액을 기질 표면에 도포하여 세포 배양용 기질을 표면 처리하고,The copolymer dispersion solution is applied to the substrate surface to surface treat the cell culture substrate, 상기 표면 처리된 세포 배양용 기질을 국부적으로 에칭시키고 세포를 부분 흡착시키는 것을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.And using said surface-treated cell culture substrate locally to etch and partially adsorb the cells. 스티렌 술폰산, 아크릴산, 메타크릴산, 이타코닉산 중에서 선택된 음이온성 단량체와 소수성 단량체인 스티렌를 공중합시켜 얻은 불규칙 공중합체 또는 폴리스티렌을 불규칙 술폰화시켜 얻은 불규칙 공중합체를 용매에 분산시키고,Disperse the irregular copolymer obtained by copolymerizing an anionic monomer selected from styrene sulfonic acid, acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid and styrene which is a hydrophobic monomer or an irregular copolymer obtained by irregular sulfonation of polystyrene in a solvent, 세포 배양용 기질 표면에 상기 불규칙 공중합체 용액을 고무스탬프로 스탬핑하고,Stamping the irregular copolymer solution with a rubber stamp on the surface of the cell culture substrate, 상기 스탬핑된 세포 배양용 기질에 세포를 부분 흡착시키는 것을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.Method of using an irregular copolymer, characterized in that the cells are partially adsorbed on the stamped cell culture substrate. 제 4항 내지 7항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 4 to 7, 소수성 단량체와 음이온성 단량체를 공중합시켜 얻어지는 불규칙 공중합체는 상기 소수성 단량체가 65 ~ 95 몰% 함유되고, 음이온성 단량체가 5 ~ 35 몰% 함유된 것임을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.The irregular copolymer obtained by copolymerizing a hydrophobic monomer and an anionic monomer contains 65 to 95 mol% of the hydrophobic monomer and 5 to 35 mol% of the anionic monomer. 제 4항 내지 7항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 4 to 7, 폴리스티렌을 불규칙 슬폰화시켜 얻은 상기 공중합체에는 술폰기가 5 ~ 35 몰% 함유된 것을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.Method for using an irregular copolymer, characterized in that the copolymer obtained by the irregular spongy polystyrene contained 5 to 35 mol% sulfonic group. 제 4항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 4 to 7, 상기 용매가 톨루엔 또는 DMF인 것을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.Method for using an irregular copolymer, characterized in that the solvent is toluene or DMF. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 4 to 6, 상기 도포가 스핀 코팅, 레이어바이레이어, 딥코팅 또는 랭뮤어-블라젯(Langmuir-Blodgett)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.Method of using an irregular copolymer, characterized in that the coating is made by spin coating, layer by layer, dip coating or Langmuir-Blodgett. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 소수성 단량체와 음이온성 단량체를 공중합시켜 얻어지는 불규칙 공중합체는 상기 소수성 단량체가 65 ~ 95 몰% 함유되고, 음이온성 단량체가 5 ~ 35 몰% 함유된 것임을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.The irregular copolymer obtained by copolymerizing a hydrophobic monomer and an anionic monomer contains 65 to 95 mol% of the hydrophobic monomer and 5 to 35 mol% of the anionic monomer. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 폴리스티렌을 불규칙 슬폰화시켜 얻은 상기 공중합체에는 술폰기가 5 ~ 35 몰% 함유된 것을 특징으로 하는 불규칙 공중합체의 사용 방법.Method for using an irregular copolymer, characterized in that the copolymer obtained by the irregular spongy polystyrene contained 5 to 35 mol% sulfonic group.
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