KR100893091B1 - 생분해성 분자 날인 고분자 막 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생분해성 고분자인 폴리(ε-카프로락톤)(PCL)을 광중합시켜 제조된 생분해성 분자 날인 고분자 막을 제공하는 것이다. 폴리(ε-카프로락톤)디올과 아크릴디올을 반응시켜 합성된 폴리(ε-카프로락톤)(PCL) 매크로머에 목적 화합물을 주형으로 기능성 단량체 및 광개시제와 혼합시킨 후, 상기 혼합물을 자외선 경화시켜 제조된 생분해성 분자 날인 고분자 막 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

생분해, 분자 날인 고분자 막, PCL, 테오필린, 광중합

Description

생분해성 분자 날인 고분자 막 및 그 제조방법{Biodegradable molecularly imprinted polymer membrane and its preparation method}

도 1은 본 발명의 폴리(ε-카프로락톤)(PCL) 매크로머를 사용한 테오필린 분자 날인 고분자(MIP)의 제조 공정을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 PCL 디올(a)과 PCL 매크로머(b)의 ¹H-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 분자 날인 고분자 시스템에 따른 1635 cm^-1에서의 반응-유도 피크 변화를 나타내는 IR 스펙트럼 부위를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 분자 날인 고분자 시스템의 UV-중합반응에 의한 전환율을 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 세척되지 않은 분자 날인 고분자로부터의 테오필린 제거율을 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 분자 날인 고분자의 테오필린 제거 전후에 열중량분석(TGA)을 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 분자 날인 고분자(MIP) 및 비-날인 고분자(NIP)의 테오필린 결합 특성을 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명의 분자 날인 고분자(MIP) 및 비-날인 고분자(NIP)의 응력-변형 곡선을 나타낸 것이다.

도 9는 본 발명의 분자 날인 고분자(MIP)의 생분해성을 나타낸 사진이다.

본 발명은 생분해성 고분자인 폴리(ε-카프로락톤)(PCL)을 광중합시켜 제조된 생분해성 분자 날인 고분자에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 폴리(ε-카프로 락톤)디올과 아크릴디올을 반응시켜 합성된 폴리(ε-카프로락톤)(PCL) 매크로머에 목적 화합물을 주형으로 기능성 단량체 및 광개시제와 혼합시킨 후, 상기 혼합물을 자외선 경화시켜 제조된 생분해성 분자 날인 고분자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

특히 본 발명의 생분해성 분자 날인 고분자는 약물 전달 시스템이나 바이오센싱 시스템 등으로서 생체 내부에 적용할 수 있는 특징을 지닌 것이다.

분자 날인(molecularly imprinting) 기술은 1970년대 초기에 최초로 유기 고분자에 적용되기 전까지만 해도 1931년 개발된 실리카 분자 날인 모체와 연관된 기술로 알려져 있었으며 현재는 화학, 생물 및 의학 관련 분야에서 광범위한 관심을 끌고 있다. 분자 날인 기술은 특별한 분자들을 인식하기 위한 선택적 친화력을 가진 유기 또는 무기 분자 날인 소재를 새롭게 창조하고 관련된 기술에 효과적으로 적용함으로써 완성된다. 분자 인식이라는 개념과 관련된 생화학 분야는 분자 인식 기술이 생리적 현상을 이해하기 위한 강력한 수단이 될 수 있다. 이것은 세4포의 유지와 재생이 분자 인식을 기초로 하는 단순하지만 특이한 화학 반응의 조합에 의해 통제되기 때문이다. 이처럼 분자 인식은 생물학적 작용이 그 기원이기 때문에 분자 인식을 할 수 있는 합성 분자를 제조하는 것은 생물 작용성 인공 분자를 제조하는 것이라 할 수 있다.

분자 날인 고분자의 제조 원리를 간단히 정리하면 다음과 같다. 먼저 주형 분자를 용매에 용해시킨 후 주형 분자 일부분과 선택적으로 결합할 수 있는 작용 기뿐만 아니라 중합이 가능한 관능 기를 갖고 있는 기능성 단량체와 복합체를 형성시킨다. 이 단계에서 주형 분자 주위에 기능성 단량체가 수소 결합 등을 통해 결합 자리에 미리 결합된다. 그런 다음 주형 분자와 결합된 기능성 단량체의 배열을 그대로 유지하기 위하여 과량의 가교제와 중합 개시제를 첨가하여 열이나 광을 이용하여 중합시킨다. 이렇게 중합된 고분자에서 주형 분자를 추출, 제거함으로써 주형 분자와 일치하는 입체 특이적인 공동을 갖는 분자 인식 고분자가 최종적으로 제조된다.

분자 날인 기술은 주형 분자와 기능성 단량체 사이의 결합 형태에 따라 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 첫째는 주형 분자와 기능성 단량체 사이에 공유 결합을 형성하는 것으로 이 경우는 중합되는 동안에 공간적 배열이 고정화되므로 나중에 분자 날인 고분자로부터 주형 분자를 추출, 제거하는데 어려움이 있다. 반면에 주형 분자에 수소 결합과 같은 비공유 결합을 통해 기능성 단량체가 배열되어 복합체가 형성되는 경우는 나중에 분자 날인 고분자로부터 주형 분자를 추출, 제거하기가 상대적으로 훨씬 더 용이한 장점이 있으므로 널리 이용된다.

기능성 단량체의 작용 기로는 주형 분자와 수소 결합 등을 유도할 수 있는 -COOH 혹은 -OH 기를 들 수 있으며 관증기로는 열 및 광에 의해 중합이 가능한 아 크릴기를 들 수 있다. 따라서 대표적인 기능성 단량체로는 메타크릴산, 아크릴산, 4-비닐-피리딘 등을 들 수 있다. 가교제는 기능성 단량체와 중합 반응을 통해 고분자 네트워크를 형성할 수 있는 분자들로서 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸프로판트 트리메타크릴레이트, 테트라메틸렌 디메타크릴레이트 등을 들 수 있다.

분자 날인 고분자는 제조 방법이 비교적 간단할 뿐만 아니라 물리적 화학적 안정성이 우수하여 강산, 강염기, 이온 및 유기 용매 등의 다양한 환경 하에서 넓은 온도 범위에 걸쳐 여러 분야에 사용이 가능하다는 장점이 있다. 지금까지 보고된 분자 날인 고분자의 응용 분야는 비교적 다양하여 키랄(chiral) 화합물과 유사 물질의 분리 매체로서 액체 크로마토그래피, 모세관 전기영동, 모세관 전자기장 기록과 친화력에 기반한 고체상 추출뿐만 아니라 인공효소와 바이오센서의 탐침(probe)으로도 사용되었다.

특히 최근에는 분리 개념에서 볼 때 환경 친화적이고 공정 단순화에도 매우 유리한 막 형태의 분자 날이 고분자(MIP)가 개발되었으며, 이러한 막을 이용한 감지와 분리 시스템에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

대한민국 특허등록 제530,994호 '졸-겔 전환법을 이용한 분자각인 고분자의 제조방법'에서는 기존의 분자각인 고분자(MIP) 제조방법으로 제조된 분자각인 고분 자에 졸-겔(Sol-Gel) 전환이라는 별도의 각인 공정을 추가하여, 각인되는 수용성 주형물질의 양을 획기적으로 증가시킨 MIP의 제조방법을 개시하고 있으며, 대한민국 공개특허공보 제2007-33356호 '니트로스아민 선택성인 분자 각인 중합체 및 이의 사용방법'에서는 니트로스아민류의 성분을 특이적으로 인식하고 결합하는 분자 각인 중합체가 개시되어 있다.

폴리(ε-카프로락톤)(PCL)은 반결정성 선형 지방족 폴리에스터의 일종으로 폴리(하이드록시 알카노에이트)(poly(hydroxy alkanoate, PHA), 폴리(L-락트산)(PLA) 등과 함께 대표적인 생분해성 고분자이다. PCL은 수평균 분자량 50000 이상에서 약 40∼50% 정도의 결정화도를 지니며 60℃에서 결정이 용융되고 활성오니법, 퇴비화법을 사용하거나 땅속에 방치하면 비교적 빠른 시간 내에 생분해가 진행된다. PCL의 생체 내·외의 생체 적합성과 영향에 대한 연구가 광범위하게 진행되고 있으며, 특히 의학 분야나 약물 전달 시스템 분야에서 PCL을 활용한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 분자 날인 고분자를 약물 전달 시스템이나 바이오센싱 시스템 등으로서 생체 내부에 적용할 수 있도록 생분해성 고분자를 사용하여 생분해성 분자 날인 고분자를 개발코자 한 것이다.

본 발명의 목적은 ⅰ) 폴리(ε-카프로락톤)디올과 아크릴디올을 반응시켜 폴리(ε-카프로락톤)(PCL) 매크로머를 합성하는 단계; ⅱ) 상기 PCL 매크로머에 목적 화합물을 주형으로 기능성 단량체 및 광개시제를 혼합시키는 단계; ⅲ) 상기 혼합물을 유리판 위에 코팅 후 자외선으로 경화시켜 분자 날인 고분자 막을 제조하는 단계를 포함하는 목적 화합물에 대한 생분해성 분자 날인 고분자 막 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한 상기 분자 날인 고분자 막에서 목적 화합물을 유기용매로 추출 제거시키는 단계를 더욱 포함시킴을 특징으로 한다.

한편 상기 목적 화합물은 테오필린임을 특징으로 한다.

또한 상기 생분해성 분자 날인 고분자 막은 인장강도 4500∼6500 Pa, 신율 20∼100%이고, 45일 후 생분해성이 50∼90%임을 특징으로 한다.

이한 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

PCL 매크로머 합성

스킴 1에서와 같이 PCL 디올과 염화아크릴로일의 축합반응에 의해 아크릴레이트 말단기를 지닌 PCL 매크로머를 합성하였다.

스킴 1. PCL 매크로머의 합성

PCL 디올의 -OH기가 염화아크릴로일과 반응하여 생성된 반응 분산물인 H⁺ 및 Cl^- 이온이 트리에틸아민과 결합하여 염산트리에틸아민 염이 반응 부산물로 생성되고, 염화아크릴로일의 아크릴기가 PCL 디올의 양 말단에 결합된 PCL 매크로머가 주생성물로 합성된다. 분자량 1250 g/mol의 PCL 디올과 염화아크릴로일의 반응을 통해 본 발명에서 합성된 PCL 매크로머의 FT-IR 및 ¹H-NMR의 피크를 분석한 결과, 분자량 2000 g/mol의 PCL 디옥과 염화아크릴레이트의 반응을 통해 선행발명(대한민국 특허 제637683호)에서 합성한 PCL 매크로머의 FT-IR 및 ¹H-NMR의 피크(도 2)와 동일하였으며 이를 통해 PCL 매크로머가 성공적으로 합성되었음을 확인할 수 있었다. 분석결과 반응 수율은 78.2 mol%이었다.

분자 날인 고분자 중합 반응 전환율

도 3은 PCL 매크로머를 가교제로 사용한 테오필린 분자 날인 고분자 중합 시스템에 대한 자외선 중합 반응의 진행 과정에 따른 FT-IR 스펙트럼의 변화를 총 자외선 조사량의 증가에 따라 나타내고 있다. 자외선 경화 반응의 진행에 따른 IR 흡수 피크의 크기 감소가 1635 cm^-1의 주파수 영역에서 보여지며, 이를 화살표로 표시하였다. 반응의 진행에 따른 특정 IR 흡수 피크의 넓이 변화로부터 총 자외선 조사량의 증가에 따른 반응 전환율을 측정할 수 있는데 이는 아크릴레이트 이중 결합의 상대적인 농도의 감소가 IR 흡수 피크의 넓이 감소와 직접적으로 비례하고 결과적으로 반응 전환율도 직접적으로 비례하기 때문이다.

테오필린 분자 날인 고분자 중합 시스템에 가교제로서 포함된 PCL 매크로머 의 이중 결합에 의해 1635 cm^-1에서 나타나는 IR 흡수 피크 크기가 자외선 중합 반응의 진행에 따라 감소하므로 이를 이용하여 중합 반응 전환율을 계산할 수 있다. 아크릴레이트 그룹의 반응 전환율을 α로, 자외선의 총 조사량을 D라고 표시했을 때, 다음 식(1)에 의해 반응 전환율을 계산할 수 있다. 자외선 중합 반응의 진행에 따라서 아크릴레이트 이중 결합에 대한 상대적인 IR 흡수 피크 넓이(A)의 감소를 계산하기 위하여 중합 반응에 의해 영향을 받지 않는 IR 흡수 피크인 1730 cm^-1에서의 피크를 기준으로 삼아 보정하였다.

(1)

도 3에 나타낸 FT-IR 스펙트럼과 식 (1)을 이용하여 자외선 중합 반응의 진행에 따른 분자 날인 고분자 중합 시스템의 반응 전환율을 계산하였으며 그 결과를 도 4에 나타내었다. 일반적인 자외선 중합 반응과 마찬가지로 자외선 조사량의 증가에 따라 빠른 속도로 반응이 진행되는 것을 알 수 있었다. 분자 날인 고분자 중합 시스템에 대한 IR 흡수 스펙트럼의 다른 위치에서 관측되는 아크릴레이트 이중 결합에 기인한 IR 흡수 피크들, 즉 810, 984 및 1409 cm^-1에서 나타나는 IR 흡수 피크들을 이용해서도 중합 반응에 대한 전환율을 계산할 수 있으나 이 피크들은 다른 IR 흡수 피크들과 중첩되는 등 1635 cm^-1에서 나타나는 IR 흡수 피크보다 해석하 기 어려운 점이 있어 본 발명에서는 1635 cm^-1에서 나타나는 IR 흡수 피크를 이용하여 테오필린 분자 날인 고분자 중합 시스템의 반응 거동을 해석하였다.

분자 날인 고분자으로부터 테오필린의 추출 및 재결합

중합된 분자 날인 고분자 막으로부터 추출되는 테오필린의 양을 추출 시간의 증가에 따라 UV 분광기를 이용하여 분석하였으며 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도면에 나타난 바와 같이 24시간까지는 테오필린의 추출, 제거량이 증가하나, 24시간 이후에는 제거량의 변화가 거의 없음을 알 수 있다.

도 6은 바로 중합된 분자 날인 고분자 막과 테오필린을 제거한 분자 날인 고분자 막의 TGA 열 안정성 곡선을 나타내고 있다. 바로 중합된 분자 날인 고분자의 경우 200℃ 부근에서부터 분자 날인 고분자로부터 테오필린의 분리가 시작되고 400℃ 부근에서 분자 날인 고분자가 열 분해됨을 알 수 있다. 이는 바로 중합된 분자 날인 고분자 내부에서 분자 날인 고분자의 관능기와 상대적으로 약한 수소결합을 이루고 있는 테오필린이 먼저 분리되고, 네트워크 구조를 형성하고 있는 분자 날인 고분자는 좀더 높은 온도에서 열 분해가 진행되는 것으로 해석할 수 있다. 그러나 테오필린을 제거한 분자 날인 고분자의 경우에는 분자 날인 고분자 네트워크의 열 분해만이 400℃에서부터 시작됨을 알 수 있다.

도 7은 테오필린 분자 날인 고분자 막의 테오필린 재결합 실험 및 처음부터 테오필린을 첨가하지 않고 중합하여 제조한 비-날인 고분자 막의 테오필린 결합 실험에 대한 UV 정량 분석 결과를 나타낸다. 테오필린 분자 날인 고분자 막의 테오필린 결합량이 비-날인 고분자 막의 테오필린 결합량보다 약 8배 정도 높은 것으로 보아 테오필린에 대한 분자 날인 고분자 막의 결합력이 훨씬 더 우수함을 알 수 있다. 테오필린을 주형 분자로 하고 트리에틸올프로판 트리메타크릴레이트를 가교제로 하여 제조한 분자 날인 고분자의 결합량이 비-날인 고분자의 결합량보다 4배 정도 높은 것으로 보아 이미 보고된 결과와 비교해 볼 때 본 발명의 분자 날인 고분자가 테오필린에 대한 결합력이 우수함을 알 수 있다. 비-날인 고분자의 경우 분자 날인 고분자보다 분자구조가 치밀하여 공동의 크기가 상대적으로 작으므로 주로 표면에서만 주형 분자와의 결합이 발생할 것이므로 상대적으로 적은 양의 테오필린만을 결합함을 알 수 있다. 이러한 경향은 이미 보고된 결과와도 일치한다.

분자 날인 고분자의 기계적 특성

테오필린 분자 날인 고분자 막과 비-날인 고분자 막의 인장 시험에 대한 응력-변형 곡선을 도 8에 나타내었다. 인장 변형을 주는 동안 분자 날인 고분자 막의 인장 응력이 비-날인 고분자 막의 인장 응력보다 모든 변형 영역에서 항상 낮게 측정되었다. 이는 비-날인 고분자 막의 경우 분자 사슬이 조밀하게 모여 있어 구 조적으로 치밀하기 때문에 공동의 크기가 상대적으로 작아 높은 가교도를 지니게 되므로 분자 날인 고분자 막보다 기계적 특성이 더 우수한 것으로 판단된다. PCL의 기계적 특성에 대한 다른 측정결과를 보면 네트워크 구조를 지닌 PCL의 압축 강도가 6.90 MPa로 선형 PCL의 압축 강도인 1.15 MPa보다 훨씬 더 높은 것으로 보고하고 있으나 이는 네트워크 구조를 지닌 PCL의 경우 분자 내부에 가교 결합이 형성되어 있어 보다 치밀한 분자 구조를 지니기 때문인 것으로 해석할 수 있다.

분자 날인 고분자의 생분해성

PCL의 생분해 속도는 다른 생분해성 고분자에 비해 비교적 느리게 진행되는 것으로 보고되고 있다. 생체 조건 하에서 진행된 PCL의 생분해 실험 결과를 보면, 파우더 형태의 PCL의 경우 60일 동안 50%의 분해를 보였으며, 120일 후에는 91%의 PCL이 분해하였음을 보고하고 있다. 또한 네트워크 구조를 이루고 있는 PCL의 경우 PBS 용액 내에서 선형 PCL보다 생분해가 더 빠르게 진행되는데, 이는 PCL 네트워크에 결합되어 있는 아크릴레이트기의 분해가 빠르게 진행되는데 기인하는 것으로 보고 하고 있다.

도 9는 생분해 실험 전후의 테오필린 분자 날인 고분자 막에 대한 사진을 나타낸다. 37℃의 PBS 용액 내에서 분자 날인 고분자 막의 생분해 실험을 진행하였으며, 생분해 시간의 증가에 따른 잔류량이 점차 감소하는 거을 알 수 있었다. 초기 분자 날인 고분자 막의 질량은 0.5280 g이었고, 45일 동안 생분해된 후 분자 날인 고분자 막의 질량은 0.2106 g이었으므로 생분해에 의해 약 70%의 질량이 감소되는 것을 확인할 수 있었다.

결론

생분해성 고분자인 PCL 매크로머를 합성하였으며 이를 가교제로 사용하여 자외선 중합에 의해 테오필린이 날인된 생분해성 분자 날인 고분자 막을 성공적으로 제조하였다. FT-IR을 이용하여 조사한 결과 테오필린 분자 날인 고분자 막은 자외선 중합 반응에 의해 아크릴기가 소모됨으로써 빠른 속도로 진행됨을 알 수 있었다. 바로 제조된 분자 날인 고분자 막으로부터 테오필린을 추출, 제거하는 실험을 진행한 결과 24시간 이내에 테오필린의 추출, 제거가 완료되는 것으로 나타났다.

TGA 분석을 통해 바로 제조된 분자 날인 고분자 막으로부터 테오필린이 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 테오필린 분자 날인 고분자 막의 테오필린에 대한 재결합력이 비-날인 고분자 막보다 8배 정도 우수하였다. 분자 날인 고분자 막의 기계적 특성은 분자 구조가 더 치밀한 비-날인 고분자 막보다 다소 떨어짐을 확인하였다. 37℃의 PBS 용액 내에서 분자 날인 고분자 막의 생분해성 실험을 진행한 결과 45일간 약 70%의 질량 감소를 나타내었다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실시예들로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

시약 및 재료

가교제로 사용할 PCL 매크로머를 합성하기 위하여 PCL 디올(분자량 = 1250 g/mol), 염화아크릴로일(분자량 = 90.51 g/mol), 트리에틸렌아민(분자량 = 101.19 g/mol)은 Sigma-Aldrich Chemical사에서 구입하였다. 합성시 사용한 용매인 벤젠은 Matsunoen Chemicals사에서 구입하였고 합성 후 합성 용액으로부터 PCL 매크로머만을 선택적으로 추출하기 위한 용제인 n-헥산은 Samchun Chemicals사에서 각각 구입하였다.

분자 날인 고분자 제조를 위하여 주형 분자인 테오필린(분자량 = 180.17 g/mol) 및 기능성 단량체인 메타크릴상(분자량 = 86.09 g/mol)은 Sigma-Aldrich Chemical사에서 구입하였고, 광 개시제인 1-하이드록시-사이클로헥실-페닐 케톤(Irgacure 184, 분자량 = 204.3 g/mol)은 Ciba Specicalty Chemicals사에서 제공받았다. 분자 날인 고분자 합성 후 미반응물을 제거하기 위한 세척 용제로 클로로포름(J. T. Baker)을 사용하였고 테오필린을 추출, 제거하기 위한 용제로 아세토니트릴(J. T. Baker)과 아세트산(Sinyo Pure Chemicals)의 혼합물(95/5 v/v)을 사 용하였다.

분자 날인 고분자의 시험관 내 생분해성 실험을 위하여 인산 완충 식염수 용액을 제조하였다. PBS 용액 제조를 위하여 제1인산칼륨(분자량 = 136.09 g/mol)과 수산화나트륨(분자량 = 40.00)은 Sinyo Pure Chemicals 사에서 구입하였다.

(실시예 1) PCL 매크로머의 합성

PCL 매크로머 합성 과정을 스킴 1에 간략히 나타내었으며 선행 기술에서 사용한 합성방법을 본 발명에서도 이용하였다.

먼저 핫플레이트의 온도를 75℃로 고정한 후, 100 mL의 둥근 플라스크 내에서 2 mM의 PCL 디올을 30 mL의 벤젠에 완전히 녹인 후, 6 mM의 트리에틸아민과 6 mM의 염화아크릴로일을 넣고 4시간 동안 마그네틱 바를 사용하여 교반하며 반응시켰다. 반응이 완료된 후 반응 부산물인 염산트리에틸아민 염을 제거하기 위하여 여과지를 사용하였으며 반응 부산물을 완전히 제거하기 위하여 여과 과정을 두 번 반복 수행하였다. 염이 제거된 합성 용액으로부터 PCL 매크로머를 선택적으로 추출해 내기 위하여 과량의 n-헥산에 염이 제거된 합성 용액을 마이크로 피펫을 이용하여 떨어뜨렸다. 그 결과 용애 내에 생긴 침전물을 투명한 용액으로부터 걸러 낸 다음 35℃에서 24시간 동안 진공 오븐 내에서 건조시켜 PCL 매크로머를 얻었다.

(실시예 2) 분자 날인 고분자의 제조

바이알 내에서 0.2 mM의 테오필린을 초음파를 이용하여 10 mL의 클로로포름에 녹인 후, 0.8 mM의 메타크릴산을 첨가한 후 주형 분자와 기능성 단량체가 결합할 수 있도록 30분 동안 상온에서 방치하였다. 그런 다음 바이알에 1.5 mM의 PCL 매크로머와 0.5 mM의 광 개시제를 첨가하여 혼합한 후 혼합 용액을 유리판 위에 코팅한 후 자외선을 이용하여 경화함으로써 막 형태의 분자 날인 고분자를 제조하였다. 자외선 경화 장치는 1 kW 세기의 고압 수은 자외선 램프가 한 개 장착되어 있는 경화기(JU-101, JEILUV Co. Ltd., 한국)을 이용하였다. 제조된 분자 날인 고분자 막은 증류수에 담금으로써 유리판에서 쉽게 분리하여 얻을 수 있었다.

제조된 분자 날인 고분자 막 내부의 미반응 물질을 제거하기 위하여 클로로포름을 사용하여 세척하였다. 제조된 분자 날인 고분자 막으로부터 테오필린을 추출, 제거하기 위하여 아세토니트릴/아세트산(95/5 v/v) 혼합 용액을 사용하여 72시간 동안 세척, 건조하였으며 그 결과 최종적으로 테오필린에 대해 선택적인 공동을 지닌 테오필린 분자 날인 고분자 막을 얻을 수 있었다(도 1). 테오필린 분자 날인 고분자 막과 비교실험을 하기 위하여 테오필린을 날인하지 않은 비-날인 고분자(no imprinted polymer, NIP) 막도 같은 방법으로 제조하였다.

(실시예 3) 분자 날인 고분자의 물성 측정 및 분석

분광기

PCL 매크로머의 합성 과정 및 테오필린 분자 날인 고분자의 제조 과정 중 반응 계의 화학적 구조의 변화를 살펴보기 위하여 FT-IR(Bomen MB 100, Hartmann & Braun)을 이용하였다. 분자 날인 고분자 제조시 자외선 경화반응이 진행되는 동안 반응 계 내부의 화학적 구조의 변화를 살펴보기 위하여 시료에 조사되는 자외선의 광량을 변화시키면서 FT-IR 스펙트럼을 수득하였다. 자외선 조사량에 따른 중합반응 전환율을 측정하기 위하여 아크릴레이트 이중 결합에 대한 IR 흡수 크기가 가장 뚜렷하게 나타나는 영역인 1635 cm^-1 부근의 IR 흡수 피크를 이용하였다.

PCL 매크로머의 성공적인 합성을 판단하기 위한 ¹H-NMR(Bluker Advance 500 MHz) 실험은 합성된 PCL 매크로머를 CDCl₃에 0.1 mg/1 mL로 녹인 후 진행하였다.

UV 분광기(UV-1650PC, Shimadzu)를 이용하여 합성된 분자 날인 고분자로부터 테오필린의 제거 과정 및 제거 후 다시 테오필린이 분자 날인 고분자에 결합되는 과정에서의 테오필린의 양의 변화를 정량적으로 측정하였다. 200∼800 nm의 UV 파장 범위에서 시험한 결과 272.8 nm에서 가장 높은 민감도를 보였기 때문에 이 파 장에서의 흡수 피크 변화를 정량 분석에 사용하였다. 정량 분석을 위하여 테오필린의 농도 변화에 따른 272.8 nm에서 흡광도의 세기를 측정하여 지표로 삼았으며, 테오필린의 제거 및 결합 실험 중 미량의 테오필린 용액을 추출하여 흡광도의 변화를 측정하였다. 분자 날인 고분자로부터 테오필린을 제거하는 과정의 정량 분석을 위하여 바로 제조된 분자 날인 고분자 막을 아세토니트릴/아세트산(95/5 v/v) 용액 내에서 저어주며 48시간 동안 시간에 따른 용액 내 테오필린의 농도증가를 측정하였다. 최종적으로 제조된 테오필린 분자 날인 고분자 막에 테오필린이 결합되는 과정의 정량분석을 위하여 테오필린이 0.1 wt% 녹아 있는 CHCl₃ 용액에 분자 날인 고분자 막을 담근 후 저어주면서 시간에 따른 용액 내 테오필린의 농도감소를 측정하였다.

열 분석

바로 제조된 분자 날인 고분자 막으로부터 테오필린이 제거되는 과정을 살펴보기 위하여 TGA(열중량분석계, SDT 2960, TA Instrument)를 이용하였다. 승온속도는 20℃/분으로 일정하게 하면서 질소 분위기 하에서 실온에서 800℃까지 측정하였다.

기계적 특성

만능재료시험기(UTM, LR-30K, LLOYD Instrument)를 사용하여 분자 날인 고분자 막에 대한 인장 특성을 측정하였다. 신뢰성 있는 인장 특성 데이터를 수득하기 위해 8개의 동일한 시편을 준비하여 측정한 후 최고 및 최저 값은 버리고 나머지 6개의 데이터를 평균하여 인장 특성 값으로 취하였다.

생분해성 측정

분자 날인 고분자 막의 생분해성은 37℃의 PBS 용액 내에서 시간에 따른 질량 감소 및 분해 모습을 관찰함으로써 살펴보았다. PBS 용액은 0.1 M의 KH₂PO₄ 용액 500 mL과 0.1 M의 NaOH 용액 450 mL를 혼합한 후 HCl을 첨가하여 pH 7.4가 되도록 제조하였다.

본 발명의 효과는 분자 날인 고분자를 약물 전달 시스템이나 바이오센싱 시스템 등으로서 생체 내부에 적용할 수 있도록 생분해성 고분자를 사용하여 생분해성 분자 날인 고분자를 개발한 것이다.

Claims (5)

1. ⅰ) 폴리(ε-카프로락톤)디올과 염화아크릴로일을 반응시켜 폴리(ε-카프로락톤)(PCL) 매크로모노머를 합성하는 단계;

   ⅱ) 상기 PCL 매크로모노머에 테오필린을 주형으로 기능성 단량체 및 광개시제를 혼합시키는 단계;

   ⅲ) 상기 혼합물을 기판 위에 코팅 후 자외선으로 경화시켜 분자 날인 고분자 막을 제조하는 단계; 및

   ⅳ) 상기 분자 날인 고분자 막에서 테오필린을 유기용매로 추출 제거시키는 단계를 포함하는 테오필린에 대한 생분해성 분자 날인 고분자 막의 제조방법에 있어서,

   상기 생분해성 분자 날인 고분자 막은 인장강도 4500∼6500 Pa, 신율 20∼100%이고, 45일 후 생분해성이 50∼90%임을 특징으로 하는 생분해성 분자 날인 고분자 막의 제조방법
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