KR101336692B1

KR101336692B1 - 하이드라지드기를 가지는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체 및 그에 의해 안정화된 산화철 나노입자

Info

Publication number: KR101336692B1
Application number: KR1020110143296A
Authority: KR
Inventors: 김정안; 조영준; 남주현; 김유진
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-12-03
Also published as: KR20130075092A

Abstract

본 발명은 pH 응답성이 있고 항암 효능을 가지며 약물 전달용 고분자 소재로 사용될 수 있는 하이드라지드기를 가지는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체, 그의 제조방법, 상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 독소루비신과 같은 항암제, 엽산 등이 결합된 고분자 약물, 및 암 조영 (tumer cell imaging) 및 열치료 (hyperthermia)에 사용될 수 있는 상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 의해 안정화된 산화철 나노입자에 관한 것이다.

Description

하이드라지드기를 가지는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체 및 그에 의해 안정화된 산화철 나노입자 {Poly(ethylene oxide)-based block copolymer bearing hydrazide moiety and iron oxide nanoparticle stabilized by the same}

본 발명은 하이드라지드기를 가지는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체 및 상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 의해 안정화된 산화철 나노입자에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 pH 응답성이 있고 항암 효능을 가지며 약물 전달용 고분자 소재로 사용될 수 있는 하이드라지드기를 가지는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체, 그의 제조방법, 상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 독소루비신과 같은 항암제, 엽산 등이 결합된 고분자 약물, 및 암 조영 (tumer cell imaging) 및 열치료 (hyperthermia)에 사용될 수 있는 상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 의해 안정화된 산화철 나노입자에 관한 것이다.

폴리에틸렌옥사이드계 고분자는 세포 내로의 증진된 투과력 및 유지 효과 (enhanced permeability and retention effect)로 인해 많은 연구가 이루어져 왔다.

기존의 다양한 방법에 의한 폴리에틸렌옥사이드 말단 기능성화를 통하여 제조되는 고분자 공액 물질의 제조방법 및 이들의 응용 분야에 대해서는 문헌에 잘 설명되어 있다 [J. M. Harris, R. B. Chess, Nature Reviews Drug Discovery, 2003년, 제2권, 페이지 214-221 및 S. Zalipsky, Bioconjugate Chemistry, 1995년, 제6권, 페이지 150-165]. 이와 관련하여, 리빙 음이온 중합으로 제조되는 폴리에틸렌옥사이드의 합성법은 여러 문헌에 잘 설명되어 있다 [S. Slomkowski, A. Duda, "Anionic ring-opening polymerization", in Ring-Opening Polymerization: Mechanism, Catalysis, Structure, Utility; Edited by D. J. Brunelle, 1993년, 제3장, 페이지 87-128 및 R. P. Quirk, J. Kim, "Macromonomers and Macromonomers", in Ring-Opening Polymerization: Mechanism, Catalysis, Structure, Utility; Edited by D. J. Brunelle, 1993년, 제9장, 페이지 263-293].

특히, 리빙 중합에 의한 폴리에틸렌옥사이드의 제조에 사용되는 알콕사이드계 개시제의 알칼리금속의 종류에 따라 분자량 분포 및 분자량 조절을 위하여 반응 조건의 조절이 매우 복잡하고 어렵다. 이러한 관점에서, 리튬 및 칼륨계 알콕사이드를 개시제로 이용한 에틸렌 옥사이드의 리빙 중합법은 특허 문헌에 잘 설명되어 있다 [대한민국 특허 제122,055호].

폴리에틸렌글리콜 (poly(ethylene glycol))과 여러 고분자 물질과의 블록공중합체의 제조방법은 문헌에 잘 설명되어 있다 [Jankova, K.; Chen, X.; Kops, J.; Batsberg, W. Macromolecules, 1998년, 제31권, 페이지 538-541 및 Topp, M. D. C.; Dijkstra, P. J.; Talsma, H.; Feijen, J. Macromolecules, 1997년, 제30권, 페이지 8518-8520].

그러나 약물 전달용 고분자 소재로 사용될 수 있고, pH, 글루코스 및 온도와 같은 외부 자극에 응답성이 있으며, 항암 및 조영 효과를 나타낼 수 있는 새로운 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체의 개발이 여전히 요구되어 왔다.

본 발명의 목적은 pH에 응답성이 있고 약물 전달용 고분자 소재로 사용될 수 있는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체의 효율적인 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 독소루비신과 같은 항암제, 엽산 등이 결합된 고분자 약물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 암 조영 (tumer cell imaging) 및 열치료 (hyperthermia)에 사용될 수 있는 상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 의해 안정화된 산화철 나노입자를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 의해 안정화된 산화철 나노입자의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 관한 것이다.

[화학식 1]

[화학식 2]

상기 식에서,

R은 n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 또는 tert-부톡시기이고,

R₁은 수소 또는 메틸기이며,

m은 5 내지 50의 정수이고,

n은 10 내지 500의 정수이다.

도 1을 참조로, 상기 화학식 1로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체는

(a) 리빙 음이온 중합에 의해 폴리에틸렌옥사이드를 수득하는 단계;

(b) 상기 폴리에틸렌옥사이드에 N-페닐말레이미드 단량체를 연속적 단량체 부가법 (sequential monomer addition)에 의해 블록 공중합하여 폴리에틸렌옥사이드-폴리(N-페닐말레이미드)를 수득하는 단계; 및

(c) 상기 폴리에틸렌옥사이드-폴리(N-페닐말레이미드)를 하이드라진 수화물 (hydrazine monohydrate)과 산을 사용하여 탈이미드화 (deimidation) 반응시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.

상기 단계 (a)에서 리빙 음이온 중합에 의해 폴리에틸렌옥사이드를 제조하면 폴리에틸렌옥사이드의 분자량을 조절할 수 있으며, 리빙 음이온 중합에 의한 폴리에틸렌옥사이드의 제조방법 및 분자량의 조절 방법은 문헌에 상세히 설명되어 있다 [Kim, J.; Choi, S.; Kim, K. M.; Go, D. H.; Jeon, H. J.; Lee, J. Y.; Park, H. S.; Lee, C. H.; Park, H. M. Macromolecular Research, 2007년, 제15권, 페이지 337-342].

상기 폴리에틸렌옥사이드의 분자량은 500 내지 100,000이 바람직하며, 1,000 내지 10,000이 보다 바람직하다.

상기 단계 (b)에서 블록 공중합 온도는 -78^oC 내지 150^oC가 바람직하며, 25^oC 내지 120^oC가 보다 바람직하다.

상기 단계 (c)에서 산으로는 염산을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 화학식 2로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체는

(a‘) 리빙 음이온 중합에 의해 폴리에틸렌옥사이드를 수득하는 단계;

(b‘) 상기 폴리에틸렌옥사이드로부터 사슬말단 기능성화된 폴리에틸렌옥사이드 (X가 염소, 브롬 또는 요오드인 하기 화학식 3의 화합물)를 수득하는 단계;

(c‘) 상기 사슬말단 기능성화된 폴리에틸렌옥사이드를 이용하여 가역부가분절전이 (reversible addition fragmentation transfer: RAFT) 물질 (X가 크산테이트인 하기 화학식 3의 화합물)를 수득하는 단계;

(d') 상기 RAFT 물질을 사용하여 N-페닐말레이미드와 라디칼 공중합하여 블록공중합체를 수득하는 단계; 및

(e‘) 상기 블록공중합체를 하이드라진 수화물과 산을 사용하여 탈이미드화 반응시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.

[화학식 3]

상기 식에서,

R₁은 수소 또는 메틸기이며,

X는 염소, 브롬, 요오드 또는 크산테이트 (xanthate)기이고,

n은 10 내지 500의 정수이다.

상기 단계 (a‘)에서는 상기 단계 (a)와 관련하여 상술한 바와 같이 분자량이 조절된 폴리에틸렌옥사이드가 제조되고, 폴리에틸렌옥사이드의 분자량은 500 내지 100,000이 바람직하며, 1,000 내지 10,000이 보다 바람직하다.

상기 단계 (b')의 사슬말단 기능성화된 폴리에틸렌옥사이드의 제조방법, 상기 단계 (c')의 RAFT 물질의 제조방법 및 상기 단계 (d')의 라디칼 공중합 방법은 문헌에 상세히 설명되어 있다 [Kim, J.; Choi, S.; Kim, K. M.; Go, D. H.; Jeon, H. J.; Lee, J. Y.; Park, H. S.; Lee, C. H.; Park, H. M. Macromolecular Research, 2007년, 제15권, 페이지 337-342].

상기 단계 (e')에서 산으로는 염산을 사용하는 것이 바람직하다.

다른 한편으로, 본 발명은 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체의 하이드라지드기에 엽산 및 독소루비신으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 약물이 결합된 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 관한 것이다.

구체적으로, 상기 약물이 결합된 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체는 하기 화학식 4 내지 화학식 9로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체일 수 있다.

[화학식 4]

[화학식 5]

[화학식 6]

[화학식 7]

[화학식 8]

[화학식 9]

상기 식에서,

R₁은 수소 또는 메틸기이며,

k는 1 내지 10의 정수이고,

k+l은 5 내지 50의 정수이며,

n은 10 내지 500의 정수이다.

상기 화학식 4 및 화학식 5로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체는 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체와 엽산을 산, 바람직하게는 트리플루로아세트산 (trifluoroacetic acid) 또는 염산의 존재하에 반응시켜 제조할 수 있고, 상기 화학식 6 내지 화학식 9로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체는 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체와 엽산 또는 독소루비신을 중성 조건에서 반응시켜 제조할 수 있다.

상기 화학식 6 내지 화학식 9로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 존재하는 하이드라존 (hydrazone)기는 pH 응답성을 나타내는 것으로 알려져 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체는 산화철 나노입자의 안정화제로서 유용하게 사용될 수 있다.

따라서 본 발명은 다른 한편으로 하나 이상의 본 발명에 따른 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체로 안정화된 산화철 나노입자에 관한 것이다.

상기 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체로 안정화된 산화철 나노입자는 수용성이며 크기는 1 내지 80 nm일 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체로 안정화된 산화철 나노입자는 본 발명에 따른 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 염화철을 부가하고 환원시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.

상기 반응은 유기용매 뿐만 아니라 수용액 상에서 수행될 수 있으며, 반응온도는 5^oC 내지 70^oC가 바람직하고, 10^oC 내지 50^oC가 보다 바람직하다.

상기 염화철의 농도는 0.01 내지 10 g/10 mL이 바람직하고, 환원제로는 NH₄OH, N₂H₂, NaBH₄, H₂S, Na₂S 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체는 pH 응답성이 있는 스마트 고분자 물질로서, 항암 효능을 가지는 말레익 하이드라지드 (maleic hydrazide) 그룹이 존재하여 직접 고분자 약물 (polymer pro-drug)로 응용할 수 있다.

또한, 독소루비신과 같은 항암제 및 엽산을 도입하여 고분자 약물 (chemotherapy)로 사용할 수 있으며, 산화철 나노입자를 안정화시켜 암 조영 (tumer cell imaging) 및 열치료 (hyperthermia)에 사용할 수도 있다.

아울러, 본 발명에 따른 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체는 수용성이기 때문에 산화철 나노입자를 수용액 상에서 제조할 수 있으며, 정제가 용이하여 취급하기가 편리하다.

도 1은 화학식 1로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체의 일 실시예에 따른 제조 공정도이다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.

<실시예 1>

고진공 하에서 용량 1 L의 둥근 파이랙스 플라스크 내에 각종 반응물의 앰플 (ampoule)들을 핸드 토치 (hand torch)로 부착시킨 후, 진공 라인에 부착시켜 공기를 완전히 제거하였다. 아르곤 기류 하에서 n-부틸리튬 (2.4 mmol)을 주사기를 이용하여 주입하고, 수조 (water bath) 대신 드라이아이스/이소프로판올조를 사용하여 반응기 온도를 -78^oC로 낮춘 후, 반응기 내의 아르곤 가스를 진공 펌프로 완전히 제거하였다. 다시, 정제된 벤젠 300 mL를 증류시켜 반응기 내로 주입하였다. 반응기의 온도를 서서히 상온으로 승온시켜 반응기 내의 벤젠을 완전히 용해시키고 개시제를 포함한 용액으로 변화시켰다. 빙수조를 사용하여 0^oC에서 주의를 기울이면서 정제된 30 mL (26.5 g)의 에틸렌옥사이드 (ethylene oxide: EO) (30 vol%, 희석 용액)를 브레이크실 (breakseal)을 깨어 반응기 내로 주입하였다. 약 1시간 후, t-BuOK (2.4 mmol in THF 20 mL) 및 50 mL의 정제된 DMSO를 브레이크실 및 스톱콕 (stopcock)을 통하여 반응기 내로 투입하였다. 수조를 사용하여 반응기의 온도를 35^oC까지 올리고 5시간 동안 저어주면서 반응시켰다. 다시 빙수조를 사용하여 5^oC까지 낮추어 중합을 10분간 진행시키고, 이러한 과정을 수차례 반복하여 실시하였다. 다시 상온에서 48시간 동안 반응시키고, 분취액 (aliquot)를 취하여 Rotavap^TM을 사용하여 용매를 제거하였다. 잔사를 다시 THF에 녹이고 디에틸에테르 (diethyl ether) 속에 침전시켜 폴리에틸렌옥사이드 (poly(ethylene oxide): PEO)를 얻었다. 얻어진 고분자의 분자량은 5,500 g/mol이었다. EO의 고분자로의 전환율은 100 몰%이었다.

<실시예 2>

실시예 1에서 수득한 알칼리금속 (Mt) 중합체 알콕시드 (polymeric alkoxide) 용액 200 mL ([POMt] = 6.3 mmol)에 N-페닐말레이미드 (N-phenylmaleimide; 223.23) 6.3 g (0.028 mol)을 20 mL THF에 용해시켜 고진공 하에서 투입하고 상온에서 저어주면서 24시간 동안 중합시켰다. 메탄올 1 mL를 투입하여 반응을 종결시키고 용매를 Rotavap^TM을 이용하여 제거한 후, 다시 THF에 용해시켜 미 용해 부분을 거른 후 메탄올에 침전시키거나 디에틸에테르에 침전시켜 붉은색의 파우더 형태의 고분자를 얻었다. 이렇게 제조된 블록 공중합체는 겔투과크로마토그래피 (GPC)에 의한 분자량이 6,500 g/mol이었으며, ¹H NMR 스펙트럼 분석에 의한 분자량 역시 6,550 g/moL이었다.

<실시예 3>

실시예 1에서 수득한 알칼리금속 (Mt) 중합체 알콕시드 (polymeric alkoxide) 용액 200 mL ([POMt] = 6.3 mmol)에 2-브로모프로피오닐 브로마이드 (20 mmol in 20 mL THF)를 투입하고 상온에서 저어주면서 24시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 용매를 Rotavap^TM을 이용하여 제거한 후, 다시 THF에 용해시키고 디에틸에테르에 침전시켜 연한 노란색의 파우더를 얻었다. 이렇게 제조된 고분자는 겔투과크로마토그래피 (GPC)에 의한 분자량이 5,600 g/mol이었으며, ¹H NMR 스펙트럼 분석에 의한 사슬 말단 브롬화 수율은 98 mol% 이상이었다.

<실시예 4>

실시예 1에서 수득한 알칼리금속 (Mt) 중합체 알콕시드 용액 200 mL ([POMt] = 6.3 mmol)에 2-브로모이소부티릴 브로마이드 (20 mmol in 20 mL THF)를 투입하고 상온에서 저어주면서 24시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 용매를 Rotavap^TM을 이용하여 제거한 후, 다시 THF에 용해시키고 디에틸에테르에 침전시켜 연한 노란색의 파우더를 얻었다. 이렇게 제조된 고분자는 GPC에 의한 분자량이 5,600 g/mol이었으며, ¹H NMR 스펙트럼 분석에 의한 사슬 말단 브롬화 수율은 98 mol% 이상이었다.

<실시예 5>

실시예 3에서 수득한 고분자 물질 5 g (0.09 mmol)을 고진공 하에서 500 mL의 둥근 플라스크 속에서 정제된 100 mL의 THF에 용해시키고, 칼륨 에틸 크산토제네이트 (potassium ethyl xathantogenate; 96%) 0.3 그램을 30 mL THF에 용해시켜 반응기로 주입하고, 45^oC 질소 기류 하에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응 후 용액을 과량의 디메틸에테르 (dimethyl ether)에 침전시켜 파우더를 얻었다. PEO에 기준하여 ¹H NMR로 분석한 결과 가역부가분절전이 (reversible addition fragmentation transfer: RAFT) 물질의 분자량은 5,700 g/mol이었으며, GPC 결과 역시 5,700 g/moL이었다.

<실시예 6>

실시예 4에서 수득한 고분자 물질 5 g (0.09 mmol)을 고진공 하에서 500 mL의 둥근 플라스크 속에서 정제된 100 mL의 THF에 용해시키고, 칼륨 에틸 크산토제네이트 (potassium ethyl xathantogenate; 96%) 0.3 그램을 30 mL THF에 용해시켜 반응기로 주입하고, 45^oC 질소 기류 하에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응 후 용액을 과량의 디에틸에테르 (diethyl ether)에 침전시켜 파우더를 얻었다. PEO에 기준하여 ¹H NMR로 분석한 결과 가역부가분절전이 (reversible addition fragmentation transfer: RAFT) 물질의 분자량은 5,700 g/mol이었으며, GPC 결과 역시 5,700 g/moL이었다.

<실시예 7>

실시예 5에서 수득한 RAFT 물질 0.001 몰 (5.7 g)을 질소 기류 하에서 250 mL의 둥근 플라스크 반응기에 넣고 100 mL 디메틸포름아마이드 (dimethylformamide: DMF)에 용해시킨 후, AIBN 라디칼 개시제 0.0002 몰을 반응기에 주입하였다. 온도를 110 ^oC까지 승온시키고, N-페닐말레이미드 1.0 g (4.5 mmoL)을 25 mL DMF에 용해시켜 주사기로 질소 기류 하에서 반응기에 주입한 후 24시간 동안 중합시켰다. 반응기 온도를 상온으로 낮추어 반응을 종결시키고, 다시 과량의 디메틸에테르에 침전시켜 약 6.6 g의 붉은색 파우더 형태의 고분자를 얻었다. 핵자기 공명 스펙트럼 분석에 의한 분자량은 6,700 g/moL이었다.

<실시예 8>

실시예 6에서 수득한 RAFT 물질 0.001 몰 (5.7 g)을 질소 기류 하에서 250 mL의 둥근 플라스크 반응기에 넣고 100 mL 디메틸포름아마이드 (dimethylformamide; DMF)에 용해시킨 후, AIBN 라디칼 개시제 0.0002 몰을 반응기에 주입하였다. 온도를 90^oC까지 승온시키고, N-페닐말레이미드 1.0 g (4.5 mmoL)을 25 mL DMF에 용해시켜 주사기로 질소 기류 하에서 반응기에 주입한 후 24시간 동안 중합시켰다. 반응기 온도를 상온으로 낮추어 반응을 종결시키고, 다시 과량의 디메틸에테르에 침전시켜 약 6.6 g의 붉은색 파우더 형태의 고분자를 얻었다. 핵자기 공명 스펙트럼 분석에 의한 분자량은 6,800 g/moL이었다.

<실시예 9>

실시예 2에서 수득한 THF에 용해되는 블록공중합체 2 g을 250 mL의 둥근 삼구 플라스크 속에서 50 mL의 디메틸술폭사이드 (DMSO)에 용해시키고, 다시 NaOH 0.001 g을 주입하고 120 ^oC까지 온도를 올린 후 하이드라진 수화물 DMSO 용액 (0.02 g)을 첨가하여 탈이미드화 (deimidation)시켰다. 반응물 용액을 과량의 디메틸에테르에 침전시켜 1.8 g의 연한 노란색의 파우더를 얻었다. 결과물의 분자량은 PEO 분자량과의 비교로부터 ¹H NMR 분석 결과 6,200 g/mol이었다.

<실시예 10>

실시예 2에서 수득한 블록공중합체 2 g을 250 mL의 둥근 삼구 플라스크 속에서 20 mL의 디메틸술폭사이드 (DMSO)에 용해시키고, 다시 0.01 몰의 HCl을 주입하고 120^oC까지 승온시키면서 하이드라진 수화물 DMSO 용액 (0.02 g)을 첨가하여 탈이미드화 (deimidation)시켰다. 반응물 용액을 과량의 디메틸에테르에 침전시켜 1.7 g의 연한 노란색의 파우더를 얻었다. 결과물의 분자량은 PEO 분자량과의 비교로부터 ¹H NMR 분석 결과 6,300 g/몰이었다.

<실시예 11>

실시예 7에서 수득한 THF에 용해되는 블록공중합체 2 g을 250 mL의 둥근 삼구 플라스크 속에서 50 mL의 디메틸술폭사이드 (DMSO)에 용해시키고, 다시 NaOH 0.001 g을 주입하고 120^oC까지 승온시키면서 하이드라진 수화물 DMSO 용액 (0.02 g)을 첨가하여 탈이미드화 (deimidation)시켰다. 반응물 용액을 과량의 디메틸에테르에 침전시켜 1.8 g의 진한 갈색 덩어리를 얻었다. 결과물의 분자량은 PEO 분자량과의 비교로부터 ¹H NMR 분석 결과 6,300 g/mol이였다.

<실시예 12>

실시예 7에서 수득한 블록공중합체 2 g을 250 mL의 둥근 삼구 플라스크 속에서 20 mL의 디메틸술폭사이드 (DMSO)에 용해시키고, 다시 0.01 몰의 HCl을 주입하고 반응온도를 120^oC까지 올린 후 하이드라진 수화물 DMSO 용액 (0.02 g)을 첨가하여 탈이미드화 (deimidation)시켰다. 반응물 용액을 과량의 디메틸에테르에 침전시켜 1.7 g의 연한 노란색의 파우더를 얻었다. 결과물의 분자량은 PEO 분자량과의 비교로부터 ¹H NMR 분석 결과 6,400 g/몰이었다.

<실시예 13>

실시예 10에서 수득한 고분자 물질 2 g을 250 mL의 둥근 플라스크에서 20 mL 메탄올/아세톤 (2/1, v/v)에 2 mL HCl (35% 수용액)를 첨가하여 용해시킨 후, 독소루비신 (FW = 579.99) 0.18 g (0.31 mmoL)을 첨가하고 여기에 0.025 mL의 트리플루로아세트산 (trifluoroacetic acid)를 첨가한 후, 60^oC에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응은 상온으로 반응기 온도를 낮추어 종결시켰으며, 디메틸에테르에 침전시켜 연한 핑크빛의 파우더 2.1 g을 얻었다. ¹H-NMR 스펙트럼 분석 결과 독소루비신 (항암제)이 고분자 사슬 당 1 내지 5 몰이 부착되어 있었다.

<실시예 14>

실시예 10에서 수득한 고분자 물질 2 g을 250 mL의 둥근 플라스크에서 20 mL 디메틸술폭사이드 (DMSO)에 용해시킨 후, 엽산 (FW = 441.41) 0.15 g (0.33 mmoL)을 첨가하고 여기에 0.025 mL의 트리플루로아세트산 (trifluoroacetic acid)를 첨가한 후, 60^oC에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응은 상온으로 반응기 온도를 낮추어 종결시켰으며, 디메틸에테르에 침전시켜 흰색의 파우더를 2.1 g을 얻었다. ¹H-NMR 스펙트럼 분석 결과 엽산 (비타민)이 고분자 사슬 당 1 내지 5 몰이 부착되어 있었다.

<실시예 15>

실시예 12에서 수득한 고분자 물질 2 g을 250 mL의 둥근 플라스크에서 20 mL 디메틸술폭사이드 (DMSO)에 용해시킨 후, 엽산 (FW = 441.41) 0.15 g (0.33 mmoL)을 첨가하고 여기에 0.025 mL의 HCl을 첨가한 후, 60^oC에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응은 상온으로 반응기 온도를 낮추어 종결시켰으며, 디메틸에테르에 침전시켜 흰색의 파우더를 2.1 g을 얻었다. ¹H-NMR 스펙트럼 분석 결과 엽산 (비타민)이 고분자 사슬 당 1 내지 5 몰이 부착되어 있었다.

<실시예 16>

실시예 10에서 수득한 고분자 물질 2 g을 250 mL의 둥근 플라스크에서 20 mL 디메틸술폭사이드 (DMSO)에 용해시킨 후, 엽산 (FW = 441.41) 0.15 g (0.33 mmoL)을 첨가하고 여기에 2 mL NaOH (35% 수용액)를 첨가한 후, 60^oC에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응은 상온으로 반응기 온도를 낮추어 종결시켰으며, 디메틸에테르에 침전시켜 흰색의 파우더를 2.1 g을 얻었다. ¹H-NMR 스펙트럼 분석 결과 엽산 (비타민)이 고분자 사슬 당 1 내지 5 몰이 부착되어 있었다.

<실시예 17>

실시예 12에서 수득한 고분자 물질 2 g을 250 mL의 둥근 플라스크에서 20 mL 디메틸술폭사이드 (DMSO)에 용해시킨 후, 엽산 (FW = 441.41) 0.15 g (0.33 mmoL)을 첨가하고 여기에 2 mL NaOH (35% 수용액)를 첨가한 후, 60^oC에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응은 상온으로 반응기 온도를 낮추어 종결시켰으며, 디메틸에테르에 침전시켜 흰색의 파우더를 2.1 g을 얻었다. ¹H-NMR 스펙트럼 분석 결과 엽산 (비타민)이 고분자 사슬 당 1 내지 5 몰이 부착되어 있었다.

<실시예 18>

실시예 10에서 수득한 고분자 물질 2 g을 250 mL의 둥근 플라스크에서 20 mL 메탄올/아세톤 (2/1, v/v)에 2 mL NaOH (35% 수용액)를 첨가하여 용해시킨 후, pH를 중성으로 맞추고 독소루비신 (FW = 579.99) 0.18 g (0.31 mmoL)을 첨가한 후, 60^oC에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응은 상온으로 반응기 온도를 낮추어 종결시켰으며, 디메틸에테르에 침전시켜 연한 핑크빛의 파우더 2.1 g을 얻었다. ¹H-NMR 스펙트럼 분석 결과 독소루비신 (항암제)이 고분자 사슬 당 1 내지 5 몰이 부착되어 있었다.

<실시예 19>

실시예 12에서 수득한 고분자 물질 2 g을 250 mL의 둥근 플라스크에서 20 mL 메탄올/아세톤 (2/1, v/v)에 2 mL NaOH (35% 수용액)를 첨가하여 용해시킨 후, pH를 중성으로 맞추고, 독소루비신 (FW = 579.99) 0.18 g (0.31 mmoL)을 첨가한 후, 60^oC에서 24시간 동안 반응시켰다. 반응은 상온으로 반응기 온도를 낮추어 종결시켰으며, 디메틸에테르에 침전시켜 연한 핑크빛의 파우더 2.1 g을 얻었다. ¹H-NMR 스펙트럼 분석 결과 독소루비신 (항암제)이 고분자 사슬 당 1 내지 5 몰이 부착되어 있었다.

<실시예 20>

실시예 9에서 수득한 블록공중합체 (PEO -b- PMAc) 1.0 g (0.16 mmoL)을 질소기류 하에서 250 mL의 둥근 플라스크 속에서 50 mL의 DMSO에 완전히 용해시켰다. N,N-디시클로헥실 카보디이미드 (N,N-dicyclohexyl carbodiimide: DCC; 0.2 g; 0.96 mmoL; FW = 206.33)와 N-히드록시숙신이미드 (N-hydroxysuccinimide: NHS; 0.11 g; FW = 115.09)를 약 10 mL DMSO에 용해시켜 주입하고 60^oC로 온도를 올려 완전히 용해시킨 후, 독소루비신 (FW = 579.99) 0.12 g (0.02 mmoL)과 트리에틸아민 (triethylamine: TEA; 2.05 mg; 0.02 mmoL)을 DMSO에 용해시켜 천천히 주사기로 주입하고 24시간 동안 반응시켰다. 온도를 상온으로 내려 반응을 종결시키고, 과량의 디메틸에테르에 침전시켜 핑크색의 파우더 1.0 g을 얻었다. ¹H NMR 스펙트럼 분석 결과 독소루비신이 고분자 사슬 당 1 내지 5 몰이 부착되어 있었다.

<실시예 21>

실시예 9에서 수득한 블록공중합체 (PEO -b- PMAc) 1.0 g (0.16 mmoL)을 질소기류 하에서 250 mL의 둥근 플라스크 속에서 50 mL의 DMSO에 완전히 용해시켰다. N,N-디시클로헥실 카보디이미드 (N,N-dicyclohexyl carbodiimide: DCC; 0.2 g; 0.96 mmoL; FW = 206.33)와 N-히드록시숙신이미드 (N-hydroxysuccinimide: NHS; 0.11 g; FW = 115.09)를 약 10 mL DMSO에 용해시켜 주입하고 60^oC로 온도를 올려 완전히 용해시킨 후, 엽산 (folic acid; 0.09 g; FW = 441.41)과 트리에틸아민 (triethylamine: TEA; 2.05 mg; 0.02 mmoL)을 DMSO에 용해시켜 천천히 주사기로 주입하고 24시간 동안 반응시켰다. 온도를 상온으로 내려 반응을 종결시키고, 과량의 디메틸에테르에 침전시켜 흰색의 파우더 0.9 g을 얻었다. ¹H NMR 스펙트럼 분석 결과 엽산이 고분자 사슬 당 1 내지 2 몰이 부착되어 있었다.

<실시예 22>

실시예 9에서 수득한 블록공중합체 (PEO -b- PMAc) 2.0 g (0.32 mmoL)을 질소기류 하에서 100 mL의 둥근 플라스크 속에서 40 mL의 증류수에 완전히 용해시켰다. 다음으로 FeCl₃ (ferric chloride; FW = 162.21) 0.03 g과 FeCl₂·4H₂O (ferrous chloride; FW = 198.81) 0.07 g을 10 mL 증류수에 용해시킨 후 질소 기류 하에서 주사기를 이용하여 블록공중합체 용액 속으로 주입하고, 천천히 교반하면서 2 내지 3시간 정도 정치시켰다. 이때 반응기 속 용액의 색깔은 갈색이었으며, 다시 환원제로 주사기를 사용하여 1.7 mL의 NH₄OH (25% 수용액)를 주입하고 약 6시간 동안 교반한 후, 다시 상온으로 낮추고 교반하면서 반응시켰다. 갈색의 불용성 부분은 여과시켜 제거하고 용액 부분은 용매를 Rotavap^TM을 사용하여 제거한 후, 다시 THF에 용해시키고 디메틸에테르에 침전시켜 짙은 갈색 파우더를 얻었다. 주사전자현미경에 의한 입도의 크기는 3 내지 10 나노미터 크기를 나타내었다.

<실시예 23>

실시예 10에서 수득한 블록공중합체 (PEO -b- PMAHZ) 2.0 g (0.32 mmoL)을 질소기류 하에서 100 mL의 둥근 플라스크 속에서 약염기성 상태 (pH 7.4)의 40 mL의 증류수에 완전히 용해시켰다. 다음으로 FeCl₃ (ferric chloride; FW = 162.21) 0.03 g과 FeCl₂·4H₂O (ferrous chloride; FW = 198.81) 0.07 g을 10 mL 증류수에 용해시킨 후 질소 기류 하에서 주사기를 이용하여 블록공중합체 용액 속으로 주입하고, 천천히 교반하면서 2 내지 3시간 정도 정치시켰다. 이때 반응기 속 용액의 색깔은 갈색이었으며, 다시 환원제로 주사기를 사용하여 1.7 mL의 NH₄OH (25% 수용액)를 주입하고 약 6시간 동안 교반한 후, 다시 상온으로 낮추고 교반하면서 반응시켰다. 갈색의 불용성 부분은 여과시켜 제거하고 용액 부분은 용매를 Rotavap^TM을 사용하여 제거한 후, 다시 THF에 용해시키고 디메틸에테르에 침전시켜 검은색 파우더를 얻었다. 주사전자현미경에 의한 입도의 크기는 5 내지 20 나노미터 크기를 나타내었다.

<실시예 24>

실시예 13에서 수득한 블록공중합체 ((PEO -b- PMAHZ(Dox)); MW = 7,100 g/moL) 2.0 g (0.28 mmoL)을 질소기류 하에서 100 mL의 둥근 플라스크 속에서 40 mL의 증류수에 완전히 용해시켰다. 다음으로 FeCl₃ (ferric chloride; FW = 162.21) 0.03 g과 FeCl₂·4H₂O (ferrous chloride; FW = 198.81) 0.07 g을 10 mL 증류수에 용해시킨 후 질소 기류 하에서 주사기를 이용하여 블록공중합체 용액 속으로 주입하고, 천천히 교반하면서 2 내지 3시간 정도 정치시켰다. 이때 반응기 속 용액의 색깔은 짙은 핑크색이었으며, 다시 환원제로 주사기를 사용하여 1.7 mL의 NH₄OH (25% 수용액)를 주입하고 약 6시간 동안 교반한 후, 다시 상온으로 낮추고 교반하면서 반응시켰다. 갈색의 불용성 부분은 여과시켜 제거하고 용액 부분은 용매를 Rotavap^TM을 사용하여 제거한 후, 다시 THF에 용해시키고 디메틸에테르에 침전시켜 짙은 갈색 파우더를 얻었다. 주사전자현미경에 의한 입도의 크기는 5 내지 20 나노미터 크기를 나타내었다.

<실시예 25>

실시예 22와 동일한 방법으로, 실시예 14에서 수득한 블록공중합체 ((PEO -b- PMAHZ(folate)); MW = 7,000 g/moL) 2.0 g (0.29 mmoL)를 사용하여 산화철 나노입자를 제조하였다. 주사전자현미경에 의한 입도의 크기는 5 내지 20 나노미터 크기를 나타내었다.

<실시예 26>

실시예 22와 동일한 방법으로, 실시예 13과 14에서 수득한 블록공중합체를 0.2/1.8 (g/g)의 비율로 혼합하여 산화철 나노입자를 제조하였다. 주사전자현미경에 의한 입도의 크기는 5 내지 20 나노미터 크기를 나타내었다.

<실시예 27>

실시예 22와 동일한 방법으로, 실시예 20과 21에서 수득한 블록공중합체를 0.2/1.8 (g/g)의 비율로 혼합하여 산화철 나노입자를 제조하였다. 주사전자현미경에 의한 입도의 크기는 5 내지 20 나노미터 크기를 나타내었다.

<실시예 28>

실시예 22와 동일한 방법으로, 실시예 14와 실시예 18에서 수득한 블록공중합체를 1.8/0.2 (g/g)의 비율로 혼합하여 산화철 나노입자를 제조하였다. 주사전자현미경에 의한 입도의 크기는 5 내지 10 나노미터 크기를 나타내었다.

<실시예 29>

실시예 22와 동일한 방법으로, 실시예 14와 실시예 19에서 수득한 블록공중합체를 1.8/0.2 (g/g)의 비율로 혼합하여 산화철 나노입자를 제조하였다. 주사전자현미경에 의한 입도의 크기는 5 내지 10 나노미터 크기를 나타내었다.

Claims

하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체:
[화학식 1]

[화학식 2]

상기 식에서,
R은 n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 또는 tert-부톡시기이고,
R₁은 수소 또는 메틸기이며,
m은 5 내지 50의 정수이고,
n은 10 내지 500의 정수이다.
제1항에 있어서, 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체의 하이드라지드기에 엽산 및 독소루비신으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이 결합된 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체.
제2항에 있어서, 하기 화학식 4 내지 화학식 9로 표시되는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체:
[화학식 4]

[화학식 5]

[화학식 6]

[화학식 7]

[화학식 8]

[화학식 9]

상기 식에서,
R은 n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 또는 tert-부톡시기이고,
R₁은 수소 또는 메틸기이며,
k는 1 내지 10의 정수이고,
k+l은 5 내지 50의 정수이며,
n은 10 내지 500의 정수이다.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체로 안정화된 산화철 나노입자.
제4항에 있어서, 산화철 나노입자의 크기가 1 내지 80 nm인 것을 특징으로 하는 산화철 나노입자.
(a) 리빙 음이온 중합에 의해 폴리에틸렌옥사이드를 수득하는 단계;
(b) 상기 폴리에틸렌옥사이드에 N-페닐말레이미드 단량체를 연속적 단량체 부가법 (sequential monomer addition)에 의해 블록 공중합하여 폴리에틸렌옥사이드-폴리(N-페닐말레이미드)를 수득하는 단계; 및
(c) 상기 폴리에틸렌옥사이드-폴리(N-페닐말레이미드)를 하이드라진 수화물 (hydrazine monohydrate)과 산을 사용하여 탈이미드화 (deimidation) 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 1의 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체의 제조방법:
[화학식 1]

상기 식에서,
R은 n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 또는 tert-부톡시기이고,
m은 5 내지 50의 정수이며,
n은 10 내지 500의 정수이다.
(a‘) 리빙 음이온 중합에 의해 폴리에틸렌옥사이드를 수득하는 단계;
(b‘) 상기 폴리에틸렌옥사이드로부터 사슬말단 기능성화된 폴리에틸렌옥사이드를 수득하는 단계;
(c‘) 상기 사슬말단 기능성화된 폴리에틸렌옥사이드를 이용하여 가역부가분절전이 (reversible addition fragmentation transfer: RAFT) 물질을 수득하는 단계;
(d') 상기 RAFT 물질을 사용하여 N-페닐말레이미드와 라디칼 공중합하여 블록공중합체를 수득하는 단계; 및
(e‘) 상기 블록공중합체를 하이드라진 수화물과 산을 사용하여 탈이미드화 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 2의 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체의 제조방법:
[화학식 2]

상기 식에서,
R은 n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 또는 tert-부톡시기이고,
R₁은 수소 또는 메틸기이며,
m은 5 내지 50의 정수이고,
n은 10 내지 500의 정수이다.
제6항 또는 제7항에 있어서, 단계 (a) 및 (a')에서 수득된 폴리에틸렌옥사이드의 분자량이 1000 내지 10,000인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 단계 (c) 및 (e')에서 산이 염산인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체에 염화철을 부가하고 환원시키는 단계를 포함하는 폴리에틸렌옥사이드계 블록공중합체로 안정화된 산화철 나노입자의 제조방법.
제10항에 있어서, 반응이 수용액 상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제10항에 있어서, 환원제가 NH₄OH, N₂H₂, NaBH₄, H₂S 또는 Na₂S인 것을 특징으로 하는 제조방법.