KR101408059B1 - anisotropic nanofiber structures for stimuli―responsive mechanical actuation and method for preparing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자극반응성 기계적 동작 활성화를 위한 이방성 나노구조체, 이의 제조방법 및 상기 이방성 나노구조체의 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물리적 또는 화학적으로 가교결합이 가능한 자극반응성 고분자와 자극 비반응성 고분자를 이용해서 전기수력적 공동분사 방법으로 물리화학적으로 구획화되고, 외부 자극에 의한 각 구획들이 상이한 기계적 동작 활성화를 구현하는, 자극반응성 기계적 동작 활성화를 위한 이방성 나노섬유 구조체, 상기 이방성 나노섬유 구조체의 제조 방법, 및 상기 이방성 나노섬유 구조체를 이용한 약물 전달 및 조직 공학으로의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to an anisotropic nanostructure for stimulating reactive mechanical action, a method for producing the same, and use of the anisotropic nanostructure. More particularly, the present invention relates to an anisotropic nanostructure for stimulating reactive mechanical action using a stimuli-responsive polymer capable of physically or chemically crosslinking An anisotropic nanofiber structure for stimulating reactive mechanical actuation, wherein each zone by physiochemical compartmentalization by an electrohydraulic co-injection method implements different mechanical actuation by external stimuli, a method of manufacturing the anisotropic nanofiber structure, And to drug delivery and tissue engineering using the anisotropic nanofiber structure.
Description
본 발명은 자극반응성 기계적 동작 활성화를 위한 이방성 나노섬유 구조체, 이의 제조방법 및 상기 나노구조체의 용도에 관한 것이다.
The present invention relates to an anisotropic nanofiber structure for stimulating reactive mechanical actuation, a method of making the same, and the use of the nanostructure.
자극 반응성 고분자를 기초로 하는 히드로겔은 스마트한 약물 전달, 센서 및 작동기, 전환 가능한 인터페이스 및 생물 공정된 표면에서 다양한 바이오메디컬 적용을 위해 광범위하게 개발되고 있다. 대량의 히드로겔에서 물리화학적으로 가교결합된 고분자 네트워크는 흥미로운 특성을 나타내므로, 바이오메디컬 이식 및 조직 복구 적용에 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 자극 반응성 고분자로 구성된 나노구조체는 높은 표면적의 비율 때문에 외부의 자극에 빠르게 반응하며, 이는 자극-작동되는 약물 방출을 위한 스마트한 약물 전달 저장소 및 조직 공학 지지체를 개발하는데 사용될 수 있다.
Hydrogel based on stimulus-responsive polymers is being extensively developed for a variety of biomedical applications on smart drug delivery, sensors and actuators, switchable interfaces and bioprocessed surfaces. Physicochemically crosslinked polymer networks in a large amount of hydrogels exhibit interesting properties and can therefore be usefully used for biomedical implantation and tissue repair applications. In particular, nanostructures composed of stimuli-responsive polymers quickly respond to external stimuli due to their high surface area ratio, which can be used to develop smart drug delivery stores and tissue-based supports for stimulated-activated drug release.
전기수력적 분사 (Electrohydrodynamic jetting, EHD jetting)는 다른 모양 및 크기를 가지는 고분자성 나노섬유 및 나노입자의 제작을 위한 용이한 기술로서 일반적으로 사용된다. 주로 조절 가능한 파라미터의 조작은 1) 고분자 용액의 점도, 전기 전도성, 및 표면 장력, 2) 두 전극 사이 적용되는 전압 및 거리 및 3) 다수의 마이크로미터 내지 소수의 나노미터의 범위인 다양한 고분자성 나노구조를 생성하는 것을 야기하는 흐름율을 포함한다. 예를 들면, 열 반응성 및 생체에 적합한 고분자로 널리 사용되는 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드) (poly(N-isopropylacrylamide, PNIPAM)로 구성된 나노섬유 지지체를 약물 전달 저장소를 위한 다양한 모양으로 제작될 수 있다. NIPAM과 다른 기능성 단량체의 공중합체화는 EHD 분사를 통해 다른 형태를 가진 균일한 크기의 나노섬유를 생성하는데 도움을 준다. PNIPAM의 나노섬유는 유기성 및 수용성 용액과 같은 다양한 용액을 사용하여 생산될 수 있다. 특히, EHD 분사 동안 PNIPAM의 수용성 용액의 증발은 더 낮은 임계 용액 온도에 기인하여 고분자 사슬이 응집되는 것을 야기시켜, 비드-온-스트링(bead-on-strings) 구조를 야기시킨다.Electrohydrodynamic jetting (EHD jetting) is commonly used as an easy technique for the production of polymeric nanofibers and nanoparticles of different shapes and sizes. The manipulation of mainly adjustable parameters depends on several factors, including 1) the viscosity, electrical conductivity and surface tension of the polymer solution, 2) the voltage and distance applied between the two electrodes, and 3) the various polymeric nano- Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > structure. For example, nanofiber supports composed of poly ( N- isopropylacrylamide, PNIPAM), widely used as thermally reactive and biocompatible polymers, can be fabricated in various shapes for drug delivery stores The copolymerization of NIPAM and other functional monomers helps produce uniform sized nanofibers with different morphologies through EHD injection. Nanofibers of PNIPAM are produced using a variety of solutions such as organic and aqueous solutions In particular, the evaporation of an aqueous solution of PNIPAM during EHD injection causes the polymer chains to agglomerate due to lower critical solution temperature, resulting in a bead-on-strings structure.
전기수력적 공동분사법 (Electrohydrodynamic co-jetting, EHD co-jetting)은 멀리 폴리머 용액의 평형 라미나 흐름(equilibrated laminar flow)이 2개의 상을 가지는 테일러 콘 (Taylor cone)의 꼭지점으로부터 전하-전하 척력에 의해 얇은 제트스트림 형태로 분사되도록 한다.Electrohydrodynamic co-jetting (EHD co-jetting) is a method in which an equilibrated laminar flow of a far polymer solution is applied to the charge-charge repulsion To be jetted in the form of a thin jet stream.
특히, 혼합 용매 내 개별 폴리머 용액이 나란히 배열된 니들 (needle)을 통해 전기수력적 공동분사되는 것에 대한 관심이 증가하고 있다. 그 이유는 (1) 각 구획의 내부 및 외부가 완전히 서로 다른 물질로 구성되는 마이크로 또는 나노 크기의 이방성 입자를 쉽게 대량 제조할 수 있고, (2) 산화티타늄, 산화철, 금, 은 또는 구리뿐만 아니라 약물로 이루어진 다양한 무기 또는 금속 기반 나노재료를 쉽게 각 구획 내에도 삽입할 수 있고, (3) 공간 선택적으로 고정된 다중 생물 리간드(spatio-selectively immobilized multiple biological ligands) 또는 각 구획의 활성 타게팅을 위한 다른 분자에 쉽게 접근할 수 있고, 그리고 (4) 이방성 구조체의 배열(구조)과 상(aspect)을 조절할 필요가 없기 때문이다.
In particular, there is an increasing interest in electrohydrodynamic co-injection of individual polymer solutions in a mixed solvent through needles arranged side-by-side. The reason for this is that (1) it is possible to easily mass-produce micro or nano-sized anisotropic particles composed of completely different materials both inside and outside of each compartment, (2) not only titanium oxide, iron oxide, gold, silver or copper A variety of inorganic or metal-based nanomaterials made of drugs can be easily inserted into each compartment, and (3) spatio-selectively immobilized multiple biological ligands, or another for active targeting of each compartment (4) it is not necessary to adjust the arrangement (structure) and aspect of the anisotropic structure.
최근에, 나노 크기에서 이방성 구획을 갖는 나노구조체가 각 구획에 의해 가지는 다중기능성 특성을 갖는 진보된 물질로서 생산되고 있다. 상기 두 개의 구획은 각각이 단일 고분자, 두 개의 고분자의 혼합물 또는 전체적으로 다른 고분자로 구성될 수 있다. 고유의 화학적 특성을 가지는 다양한 고분자가 다양한 산업 및 바이오메디컬 적용에 대한 다방성 나노입자 및 나노섬유를 생성하기 위해 결합된다. 특히, 다양한 약물 치료적 분자 및 무기물 나노입자를 각 구획으로 도입될 수 있다. 이런 나노 크기의 이방성 구조체는 각 구획으로부터 다른 약물 방출 기작을 갖는 다양한 약물 전달 시스템, 조직 공학 지지체, 전환가능한 표면, 및 센서에 잠재적으로 적용될 수 있다. Recently, nanostructures with anisotropic segments in nanoscale have been produced as advanced materials with multifunctional properties possessed by each compartment. The two compartments may each be composed of a single polymer, a mixture of two polymers, or an entirely different polymer. A variety of polymers with inherent chemical properties are combined to produce nanoparticles and nanofibers for various industrial and biomedical applications. In particular, a variety of drug-therapeutic molecular and inorganic nanoparticles can be introduced into each compartment. Such nano-sized anisotropic structures can potentially be applied to various drug delivery systems, tissue engineering supports, switchable surfaces, and sensors having different drug release mechanisms from each compartment.
마이크로 및 나노 크기의 이방성을 가지는 고분자 구조체는, 각각의 구획에 동시에 서로 다른 물리적, 화학적 성질을 가질 수 있기 때문에, 새로운 기능성 재료로 부상하였다. 특히, 각각의 구획 내에 서로 다른 광학적, 전기적 또는 자기적 성질을 가지는 두 개의 구획으로 이루어진 마이크로 입자 또는 나노 입자는 빛, 전기, 자기장에 반응하여 역동적으로 전환할 수 있는 잠재적 능력이 있기 때문에 생물의약 기구에 널리 사용될 수 있다.The macromolecular and nano-sized anisotropic polymer structures float as new functional materials because they can have different physical and chemical properties at the same time in each compartment. In particular, microparticles or nanoparticles composed of two compartments with different optical, electrical or magnetic properties within each compartment have the potential to dynamically switch in response to light, electricity, and magnetic fields, Can be widely used.
한편 각각의 구획에 서로 다른 생물 리간드를 가지는 두 개의 구획 마이크로섬유 또는 나노섬유는 각각의 구획 표면에 독특한 생물리간드를 가지고 특정 세포주에 대한 강한 접착력을 유도하여 그 구획을 따라 세포가 직접 성장하도록 하고 세포증식을 공간적으로 조절할 수 있기 때문에, 조직공학 스캐폴드로 개발될 수 있다.Two compartment microfibers or nanofibers with different bioligands in each compartment, on the other hand, have unique bioligands on the surface of each compartment leading to strong adhesion to specific cell lines, allowing cells to grow directly along the compartment, Because it can spatially regulate proliferation, it can be developed as a tissue engineering scaffold.
이방성 구조체는 다중 구획성을 가지기 때문에, 전환 가능 영상 표시 장치, 접점에서의 콜로이드 안정화제, 자가추진 모터, 광학센서 등의 소재로 이용될 수 있다. 반면에, 마이크로 또는 나노 크기의 활성화를 가지는 이방성 구조체에 대한 연구는 많이 이루어지지 않았는데, 이런 구조체는 조직공학, 재생의학 및 약물전달 등의 생물의약 소재로 사용될 수 있다.
Since the anisotropic structure has multiple compartments, it can be used as a material for a switchable image display, a colloidal stabilizer at a contact, a self-propelled motor, an optical sensor, and the like. On the other hand, there have been few studies on anisotropic structures with micro- or nano-scale activation, and such structures can be used as biomedical materials such as tissue engineering, regenerative medicine, and drug delivery.
입자 또는 섬유 형태의 이방성 마이크로 구조체 또는 나노구조체 합성을 위한 기술은 다음과 같다: 전기수력적 공동분사, 마이크로 플루이딕 (microfluidic), 시차 용매 증발법(differential solvent evaporation), 플로우 포커싱 리소그래피(flow focusing lithography), 스피닝 디스크(spinning disks), 선택적 증착, 마스킹에 의한 부분적 변형, 분체 입자를 이용한 유화 기술(pickering emulsion) 및 자기조립.Techniques for the synthesis of anisotropic microstructures or nanostructures in the form of particles or fibers are as follows: electrohydrostatic co-injection, microfluidic, differential solvent evaporation, flow focusing lithography Spinning disks, selective deposition, partial deformation by masking, picking emulsion using powder particles, and self-assembly.
특히, 미세유체 장치, 주형을 이용한 합성 및 전기수력적 공동분사, 및 그외 등등을 포함하는 다양한 기술이 이방성 마이크로 또는 나노 입자 및 섬유를 생산하기 위해 개발되었다. 상기 전기수력적 공동분사는 공정 파라미터의 조절을 통해 다양한 고분자 용액으로부터 다중 구획의 나노섬유 및 나노입자를 생산하는데 사용된다. 이런 다중 구획의 나노구조체는 2개의 혼합성 고분자 용액으로 사용됨에도 불구하고, 각 구획 내에 다른 화학적 특성을 가진다. 중요하게도, 다른 고분자 용액의 점도, 표면 장력 및 전기 전도성은 전기수력적 공동분사의 테일러 콘(Taylor cone)에서 별개의 접점을 유지시키기 위해 서로 부합되게 될 수 있고, 이는 다른 다중 구획의 이방성 나노구조체를 대량으로 제조하는데 도움을 준다.
In particular, a variety of techniques have been developed to produce anisotropic micro- or nanoparticles and fibers, including microfluidic devices, synthesis using molds and electrohydrostatic co-injection, and others. The electrohydrostatic co-injection is used to produce multiple compartments of nanofibers and nanoparticles from various polymer solutions through control of process parameters. Although these multi-compartment nanostructures are used as two mixed polymer solutions, they have different chemical properties within each compartment. Importantly, the viscosity, surface tension and electrical conductivity of other polymer solutions can be matched to each other to maintain a separate contact at the Taylor cone of the electrohydrostatic co-injection, which results in the formation of other multiple compartment anisotropic nanostructures ≪ / RTI > in large quantities.
나노섬유에서 수용성 고분자의 가교결합은 물에 노출될 때 용해되는 것에 대한 저항성을 주는 것에 매우 중요하다. 고분자 사슬의 내부 분자 가교결합은 이런 나노섬유가 수용성 조건과 같은 실질적으로 가용화 환경에서 원래의 구조를 유지시키는데 도움을 준다, 이것은 또한 나노섬유가 상당한 양의 물을 포함하는 소프트 히드로겔로서 작용하게 하는데 도움을 준다. 생분해성 고분자로 구성된 히드로겔은 조직 복구 및 약물 전달 담체에 광범위하게 이용되고 있다. PNIPAM를 기초로 하는 히드로겔의 가교결합은 물리적, 화학적 및 광개시적 가교결합을 포함하는 다양한 기작을 통해 달성된다. 각 유형의 가교결합 전략은 다양한 기계적, 화학적 및 물리적 특성을 가진 히드로겔을 생산한다. 물리적 또는 화학적으로 가교결합된 나노구조체는 안정되고 수용성 환경에서 조차 이용될 수 있다. 특히, 다중 구획의 히드로겔 나노입자 및 나노섬유의 제작은 전기수력적 공동분사 동안 외부적으로 적용되는 전기장 하에서 다른 고분자 용액의 유동학적 양립성 및 동적 순서에 의존한다. 전기수력적 공동분사 동안 고분자 용액의 유체 역학적 특성의 유지는 균일한 다중 구획의 나노입자 및 나노섬유를 생산하기 위해 가장 임계적인 파라미터가 될 수 있다. 나노섬유 내에 화학적 가교결합은 고분자 용액에 첨가되는 가교결합제가 필요하고, 이는 전기수력적 공동분사의 공정 동안 유동학적 특성을 간섭할 수 있다. 그러나, 정전 및 소수성 상호작용을 기초로 한 물리적 가교결합은 가교결합제 없이 전기수력적 공동분사를 통해 유동학적 특성 상수를 만든다.
Crosslinking of water-soluble polymers in nanofibers is very important in imparting resistance to dissolution when exposed to water. The internal molecular crosslinking of the polymer chains helps these nanofibers to maintain their original structure in a substantially solubilized environment, such as water-soluble conditions, which also allows the nanofibers to act as soft hydrogels containing a significant amount of water Help. Hydrogels composed of biodegradable polymers are widely used for tissue repair and drug delivery carriers. Crosslinking of hydrogels based on PNIPAM is accomplished through a variety of mechanisms including physical, chemical and photo initiative cross-linking. Each type of crosslinking strategy produces hydrogels with various mechanical, chemical and physical properties. Physically or chemically cross-linked nanostructures can be used even in stable and aqueous environments. In particular, the production of multiple compartments of hydrogel nanoparticles and nanofibers depends on the rheological compatibility and dynamic order of the other polymer solutions under externally applied electric fields during electrohydrostatic co-injection. The maintenance of the hydrodynamic properties of the polymer solution during electrohydraulic co-injection can be the most critical parameter for producing homogeneous multi-compartment nanoparticles and nanofibers. Chemical cross-linking within the nanofibers requires a cross-linking agent to be added to the polymer solution, which can interfere with rheological properties during the electrohydrostatic co-injection process. However, physical crosslinking based on electrostatic and hydrophobic interactions creates rheological characteristic constants through electrohydraulic co-injection without crosslinking agents.
이에, 본 발명자들은 등방성(isotropic) 및 코어-셸 (Core-shell) 나노섬유 구조체와는 다른 거동을 나타내는 새로운 나노섬유 구조체를 개발하고자 예의노력한 결과, 자극 반응성 구획(Stimuli-responsive compartment)과 자극 비(非)반응성 구획(Stimuli-unresponsive compartment)으로 두 개의 구획으로 구성된 이방성 나노섬유 구조체를 제조하였고, 상기 나노섬유 구조체가 수용액 상에서 외부 자극에 따라 선형 또는 코일 형태를 형성하는 등 외부 자극 반응성에 따라 각 구획들의 상이한 기계적 동작 활성화(mechanical actuation)를 구현할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have made intensive efforts to develop new nanofiber structures exhibiting different behaviors from isotropic and core-shell nanofiber structures. As a result, they have found that a stimulus-responsive compartment and a stimulus ratio An anisotropic nanofiber structure composed of two compartments in a non-reactive compartment was prepared, and the nanofiber structure was linearly or coiled according to external stimuli in an aqueous solution, The inventors have accomplished the present invention by confirming that different mechanical actuation of the sections can be realized.
본 발명의 목적은 자극 반응성 구획(Stimuli-responsive compartment)과 자극 비반응성 구획(Stimuli-unresponsive compartment)으로 두 개의 구획으로 구성되어 있으므로, 외부 자극에 따라서 각 구획들의 상이한 기계적 동작 활성화를 구현하는 이방성 나노섬유 구조체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an anisotropic nano-scale structure which realizes different mechanical activation of each compartment according to an external stimulus since it is composed of two compartments as a Stimuli-responsive compartment and a Stimuli-unresponsive compartment. To provide a fibrous structure.
또한, 본 발명은 물리적 또는 화학적으로 서로 다른 특성을 갖는 두 개의 고분자를 전기수력적 공동분사 방법을 통하여 결합시킴으로써 상기 이방성 나노섬유 구조체로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides a method for producing the anisotropic nanofiber structure by bonding two polymers having different physical or chemical properties through an electrohydrostatic co-injection method.
아울러, 본 발명은 상기 이방성 나노섬유 구조체를 이용한 조직공학, 재생의학 및 약물전달 등의 생물의약 소재로 사용하는 용도를 제공하는 것이다.
In addition, the present invention provides an application for use as biomedical materials such as tissue engineering, regenerative medicine, and drug delivery using the anisotropic nanofiber structure.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object,
1) 물리적 또는 화학적 가교결합이 가능한 자극반응성 고분자와 자극 비반응성 고분자를 준비하는 단계;1) preparing a stimulus-responsive polymer and a stimulus-nonreactive polymer capable of physical or chemical crosslinking;
2) 단계 1)의 고분자들을 전기수력적 공동분사(Electrohydrodynamic co-jetting) 방법을 통해 나노섬유 구조체로 제조하는 단계; 및 2) preparing the polymer of step 1) as a nanofiber structure through an electrohydrodynamic co-jetting process; And
3) 단계 2)에서 제조된 나노섬유 구조체에 대해 자외선을 조사하여 가교 결합을 형성시키는 단계를 포함하는,3) irradiating the nanofiber structural body prepared in step 2) with ultraviolet light to form crosslinking;
이방성 나노섬유 구조체의 제조방법을 제공한다.A method for producing an anisotropic nanofiber structure is provided.
또한, 본 발명은 물리적 또는 화학적 가교결합이 가능한 자극반응성 고분자 및 자극 비반응성 고분자로 이루어진 이방성 나노섬유 구조체로서, 상기 자극반응성 고분자 및 상기 자극 비반응성 고분자는 이방성 구획화를 유지하고, 외부 자극에 따라 각 구획이 상이한 기계적 동작 활성화(mechanical actuation)를 구현하는 것을 특징으로 하는 이방성 나노섬유 구조체를 제공한다.The present invention also provides an anisotropic nanofiber structure comprising a stimulus-responsive polymer capable of physical or chemical crosslinking and a non-reactive non-reactive polymer, wherein the stimulus-responsive polymer and the non-reactive polymer maintain anisotropic compartmentalization, Wherein the compartments implement different mechanical actuation. ≪ RTI ID = 0.0 > [0030] < / RTI >
또한, 본 발명은 상기 이방성 나노섬유 구조체를 포함하는 약물 전달용 의약 조성물을 제공한다.The present invention also provides a drug delivery composition comprising the anisotropic nanofiber structure.
또한, 본 발명은 상기 이방성 나노섬유 구조체를 포함하는 조직공학적 지지체를 제공한다.The present invention also provides a tissue engineering support comprising the anisotropic nanofiber structure.
또한, 본 발명은 상기 이방성 나노섬유 구조체를 포함하는 조직재생용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for tissue regeneration comprising the anisotropic nanofiber structure.
아울러, 본 발명은 상기 이방성의 구획화에 의해 형성된 각 구획에 분자량이 다른 약물이 주입되어 있는 이방성 나노섬유 구조체를 포함하는 약물 제어 방출용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a drug-controlled release composition comprising an anisotropic nanofiber structure in which a drug having a different molecular weight is injected into each of the compartments formed by the anisotropic partitioning.
본 발명은 물리적 또는 화학적으로 가교결합이 가능한 자극반응성 고분자와 자극 비반응성 고분자를 각각 제조한 후, 전기유체역학적 공동분사 방법을 이용하여 고분자 나노섬유를 물리적으로 구획화된 이방성 나노구조체(나노섬유 또는 나노입자)를 제조하는 방법을 확립한 것이다. The present invention relates to a method for preparing a polymeric nanofiber by physically or chemically crosslinking a stimuli-responsive polymer and a non-stimulable non-reactive polymer, respectively, and then using the electrohydrodynamic co- Particles) of the present invention.
특히, 이방성 나노섬유 구조체의 자극에 의한 작동이 가역적이기 때문에 자극의 상태에 따라서 선형 또는 코일 형태를 얻을 수 있으므로, 자극 반응성 기계적 동작 활성화가 가능한 새로운 개념의 나노섬유 구조체를 확립한 것이다.In particular, since the operation by the stimulation of the anisotropic nanofiber structure is reversible, a linear or coil shape can be obtained depending on the state of the stimulation, thereby establishing a new concept of a nanofiber structure capable of stimulating reactive mechanical action.
이방성 나노섬유 구조체의 자극반응성 구획과 자극 비반응성 구획은 상이한 거동에 의하여 등방성 및 코어-셸 구조체와는 다른 거동을 나타냄으로써 자극 반응성 기계적 동작 활성화를 이용한 약물전달 시스템 및 조직공학 등의 생물의약 분야에 다양한 응용이 가능하다.
The irritating and non-stimulating compartments of the anisotropic nanofiber structure exhibit different behaviors from isotropic and core-shell structures due to different behaviors, and thus are used in biomedical fields such as drug delivery systems and tissue engineering using stimulation- Various applications are possible.
도 1의 (a)는 이방성 나노섬유의 합성을 위한 나란히 배열된 니들 구조를 갖는 전기수력적 공동분사 장치를 나타내는 그림이다.
도 1의 (b)는 2개의 용액 사이 별개의 접점을 보여주는 테일러 콘을 나타내는 그림이다.
도 1의 (C)는 이방성 나노섬유의 열 반응을 나타내는 그림이다. 온도 반응성 구획은 LCST 이하에서 축소하고 섬유는 코일 형태로 변형된다.
도 2의 (a)는 개시제의 존재 하에서 NIPAM 및 알릴아민의 자유 라디칼 고분자화에 의한 Poly(NIPAM-co-AA)의 합성을 나타내는 그림이다. 아크릴 부분은 메타크릴 무수물을 통해 Poly(NIPAM-co-AA) 및 PEGDMA 내로 삽입되었다.
도 2의 (b)는 아크릴 부분은 광개시제의 존재 하에서 UV에 의한 가교결합을 통해 고분자 사슬을 가교결합 시키는데 사용되는 것을 나타내는 그림이다.
도 3의 (a)는 겔 투과 크로마터그래피에 의해 결정된 P(NIPAm-co-SA)의 평균 분자량 및 분자량 분배를 나타내는 그래프이다.
도 3의 (b)는 poly(NIPAAm-co-SA)의 1H NMR 피크 분배를 보여주는 그래프이다. 0.838 ppm에서 피크는 스테아릴 아크릴레이트 사슬의 존재를 나타내었다. 몰 비율은 1H NMR 스펙트럼에서 대응하는 피크 아래 영역으로부터 산출하였다.
도 4의 (a)는 동적광산란법(Dynamic Light Scattering, DLS)에 의해 특정되는 다양한 농도에서 온도가 증가함에 따라 poly(NIPAAm-co-SA) 미셀의 크기 변화의 곡선을 나타내는 그래프이다. 이것은 온도가 증가함에 따라 급속한 전이가 발생하고 미셀의 크기가 붕괴되는 것을 나타낸다. 농도는 1.0 w/v%, 1.5 w/v% 및 2.0 w/v%로부터 변화되었다. 전이 온도는 각각 30.2, 32.4 및 34.7℃로부터 변화되었다.
도 4의 (b)는 온도가 증가함에 따라 고분자 교질 입자의 현탁의 변화된 흡광도를 나타내는 그래프이다. 상기 그래프는 LCST 보다 높은 온도에서, 고분자 용액이 매우 탁해지고 흡광도가 갑자기 증가되었음을 나타낸다. 상기 2개의 데이터는 합성된 고분자인 poly(NIPAAm-co-SA)의 빠른 열 반응성 특성을 제시한다.
도 5는 갤 투과 크로마토그래피에 의해 결정된 poly(NIPAM-co-AA) 및 아크릴 부분을 갖는 poly(NIPAM-co-AA)의 평균 분자량 및 분자량 분배를 나타내는 그래프이다.
도 6은 (a) poly(NIPAM-co-AA), (b) 아크릴 부분을 갖는 poly(NIPAM-co-AA) 및 (c) PEGDMA의 1H NMR 피크 분배를 나타내는 그래프이다.
도 7은 온도에 따라 다양한 농도에서 (a) poly(NIPAM-co-AA), (b) 아크릴 부분을 갖는 poly(NIPAM-co-AA)의 탁도 프로파일을 나타내는 그래프이다. 8개의 데이터는 poly(NIPAM-co-AA) 및 아크릴 부분을 갖는 poly(NIPAM-co-AA)의 열 반응성 특성을 제시한다.
도 8의 (a)는 건조 상태에서 UV 조사에 의해 가교결합된 PEGDMA 나노섬유의 공초점 레이져 주사 현미경 (Confocal laser scannin microscopr, CLSM) 이미지를 나타내는 그림이다.
(b) 10℃에서 물리적 형태의 안정성을 보여주는 PEGDMA 나노섬유의 팽창 상태를 나타내는 그림이다.
(c) 나노섬유의 형태에 대한 온도의 영향을 관찰하기 위해 40℃ 및 더 높은 온도에서 팽창상태에서의 PEGDMA 나노섬유를 나타내는 그림이다.
(d) poly(NIPAAm-co-SA) 나노섬유의 건조 상태 이미지를 나타내는 그림이다.
(e) 10℃에서 poly(NIPAAm-co-SA) 나노섬유의 팽창 상태 이미지를 나타내는 그림이다.
(f) 40℃에서 poly(NIPAAm-co-SA) 나노섬유의 팽창 상태 이미지를 나타내는 그림이다.
도 9는 (a) 플루오레세인 채널 및 (b) 나일레드 채널에서 건조 상태에서의 이방성 나노섬유의 형광 현미경 이미지를 나타내는 그림이다. 두 개의 채널은 각 나노섬유가 각 구획 내에 포함된 염료로부터 녹색 또는 적색 신호를 생성시키는 두 개의 구획을 가지는 것을 나타낸다. 채널들 모두에서 신호는 두 개의 구획 구조가 나노섬유의 존재를 나타내었다.
도 10의 (a-c)는 플루오레세인, 나일레드 및 결합된 채널 각각에서 건조 상태에서의 두 개의 다른 구획을 가지는 이방성 나노섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다.
도 10의 (d-f)는 플루오레세인, 나일레드 및 결합된 채널 각각에서 실온에서 팽창 상태에서의 2개의 다른 구획을 가지는 이방성 나노섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다. 팽창 이미지는 히드로겔 특성을 나타내는 건조 상태의 이미지와 비교하여 나노섬유의 직경이 증가한 것을 나타낸다.
도 11의 (a-c)는 플루오레세인, 나일레드 및 결합된 채널 각각에서 10℃ 보다 더 낮은 온도에서 이방성 나노섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다.
도 11의 (d-f)는 플루오레세인, 나일레드 및 결합된 채널 각각에서 40℃의 온도에서 이방성 나노섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다.
도 12는 플루오레세인, 나일레드 및 결합된 채널 각각에서 40℃의 온도에서 팽창 상태에서 2개의 다른 구획을 갖는 이방성 나노섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다. 모든 이방성 나노섬유는 PNIPAM 사슬의 수축에 기인하여 LCST 이상에서 코일 형태의 구조를 나타내었다. 선형 나노섬유가 코일 형태의 나노섬유 구조로 변환은 열 반응성 구획과 비-열 반응성 구획으로 구성된 이방성 나노섬유에서 관찰되는 것을 나타낸다.
도 13의 (a-c)는 건조 상태, 실온에서 PBS에서의 팽창 상태, 및 40℃에서 PBS에서의 팽창 상태에서 형광 염료로서 플루오레세인을 이용한 아크릴 부분을 갖는 poly(NIPAM-co-AA)의 등방성 섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다.
도 13의 (d-f)는 건조 상태, 실온에서 PBS에서의 팽창 상태, 및 40℃에서 PBS에서의 팽창 상태에서 형광 염료로서 나일레드를 이용한 PEGDMA의 등방성 섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다.
도 14의 (a-c)는 건조 상태에서 각 구획에 적재된 다른 대조적인 염료를 이용한 아크릴 부분을 갖는 poly(NIPAM-co-AA) 및 PEGDMA의 이방성 섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다[FITC 채널 (a), TRITC 채널 (b), 및 결합된 채널 (c)].
도 14의 (d-f)는 실온에서 PBS에서의 팽창 상태에서 각 구획에 적재된 다른 대조적인 염료를 이용한 아크릴 부분을 갖는 Poly(NIPAM-co-AA) 및 PEGDMA의 이방성 섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다[FITC 채널 (d), TRITC 채널 (f), 및 결합된 채널 (f)].
도 14의 (g-i)는 40℃에서 PBS에서의 팽창 상태에서 각 구획에 적재된 다른 대조적인 염료를 이용한 아크릴 부분을 갖는 Poly(NIPAM-co-AA) 및 PEGDMA의 이방성 섬유의 CLSM 이미지를 나타내는 그림이다[FITC 채널 (g), TRITC 채널 (h), 및 결합된 채널 (i)].
도 15는 물리적으로 가교결합 가능한 열자극반응성 고분자 및 자극 비반응성 고분자에 분자량이 다른 약물을 주입시킨 후 전기수력적 공동분사 및 자외선을 조사한 (a) BSA(bovine serum albumin)가 주입된 P(NIPAm-co-SA) 및 DMP(dexamethasonephosphate)가 주입된 PEGDMA, (b) DMP가 주입된 P(NIPAm-co-SA) 및 BSA가 주입된 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유의 온도에 따른 약물 방출량을 나타낸 그래프이다.
도 16은 화학적으로 가교결합 가능한 열자극반응성 및 자극 비반응성 고분자에 분자량이 다른 약물을 주입시킨 후 전기수력적 공동분사 및 자외선을 조사한 (a) BSA가 주입된 아크릴 부분(acrylic moiety)을 가지는 P(NIPAm-co-AA) 및 DMP가 주입된 PEGDMA, (b) DMP가 주입된 아크릴 부분(acrylic moiety)을 가지는 P(NIPAm-co-AA) 및 BSA가 주입된 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유의 온도에 따른 약물 방출량을 나타낸 그래프이다.
도 17은 물리적으로 가교결합 가능한 열자극반응성 고분자 및 자극 비반응성 고분자에 분자량이 다른 약물을 주입시킨 후 전기수력적 공동분사 및 자외선을 조사한 (a) BSA가 주입된 P(NIPAm-co-SA) 및 DMP가 주입된 PEGDMA, (b) DMP가 주입된 P(NIPAm-co-SA) 및 BSA가 주입된 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유의 10분 단위로 온도를 조절하여 약물 방출량을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 회색 부분은 4℃, 흰색 부분은 37℃를 나타낸다.
도 18은 화학적으로 가교결합 가능한 열자극반응성 및 자극 비반응성 고분자에 분자량이 다른 약물을 주입시킨 후 전기수력적 공동분사 및 자외선을 조사한 (a) BSA가 주입된 아크릴 부분(acrylic moiety)을 가지는 P(NIPAm-co-AA) 및 DMP가 주입된 PEGDMA, (b) DMP가 주입된 아크릴 부분(acrylic moiety)을 가지는 P(NIPAm-co-AA) 및 BSA가 주입된 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유의 10분 단위로 온도를 조절하여 약물 방출량을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 회색 부분은 4℃, 흰색 부분은 37℃를 나타낸다.Figure 1 (a) is an illustration of an electrohydraulic co-injector having a needle arrangement arranged side by side for the synthesis of anisotropic nanofibers.
1 (b) is a diagram showing a Taylor cone showing a separate contact between two solutions.
1 (C) is a graph showing the thermal response of the anisotropic nanofiber. The temperature-responsive compartment shrinks below the LCST and the fibers are deformed into a coiled form.
Figure 2 (a) shows the synthesis of Poly (NIPAM-co-AA) by free radical polymerisation of NIPAM and allylamine in the presence of an initiator. The acrylic moiety was inserted into Poly (NIPAM-co-AA) and PEGDMA via methacrylic anhydride.
Figure 2 (b) is an image showing that the acrylic moiety is used to cross-link the polymer chains through crosslinking by UV in the presence of a photoinitiator.
3 (a) is a graph showing average molecular weight and molecular weight distribution of P (NIPAm-co-SA) determined by gel permeation chromatography.
3 (b) is a graph showing 1 H NMR peak distribution of poly (NIPAAm-co-SA). The peak at 0.838 ppm indicated the presence of stearyl acrylate chain. The molar ratios were calculated from the corresponding sub-peak regions in the 1 H NMR spectrum.
4 (a) is a graph showing a change in size of poly (NIPAAm-co-SA) micelles as temperature increases at various concentrations specified by Dynamic Light Scattering (DLS). This indicates that as the temperature increases, rapid transitions occur and the size of the micelles collapses. Concentrations were varied from 1.0 w / v%, 1.5 w / v% and 2.0 w / v%. The transition temperatures were varied from 30.2, 32.4 and 34.7 ° C, respectively.
4 (b) is a graph showing the changed absorbance of the suspension of polymeric micelle particles as the temperature increases. The graph shows that at higher temperatures than LCST, the polymer solution became very turbid and the absorbance suddenly increased. The two data show fast thermal reactivity of the synthesized polymer poly (NIPAAm-co-SA).
Figure 5 is a graph showing the average molecular weight and molecular weight distribution of poly (NIPAM-co-AA) and poly (NIPAM-co-AA) with acrylic moieties determined by Gal's permeation chromatography.
6 is a graph showing the 1 H NMR peak distribution of poly (NIPAM-co-AA) with poly (NIPAM-co-AA), (b) acrylic moiety with poly (NIPAM-co-AA) and (c) PEGDMA.
FIG. 7 is a graph showing the turbidity profile of poly (NIPAM-co-AA) having (a) poly (NIPAM-co-AA) and (b) acrylic moieties at various concentrations depending on temperature. Eight data show the thermal reactivity characteristics of poly (NIPAM-co-AA) and poly (NIPAM-co-AA) with acrylic moieties.
8 (a) is a view showing confocal laser scanned microscope (CLSM) images of PEGDMA nanofibers cross-linked by UV irradiation in a dry state.
(b) shows the expansion state of PEGDMA nanofibers showing physical stability at 10 ° C.
(c) PEGDMA nanofibers in an expanded state at 40 ° C and higher temperature to observe the effect of temperature on the morphology of the nanofibers.
(d) a dry state image of poly (NIPAAm-co-SA) nanofibers.
(e) an expansion state image of poly (NIPAAm-co-SA) nanofiber at 10 ° C.
(f) an image of the expansion state of poly (NIPAAm-co-SA) nanofibers at 40 ° C.
9 is a fluorescence microscope image of an anisotropic nanofiber in a dry state in (a) the fluorescein channel and (b) the Nile red channel. The two channels indicate that each nanofiber has two compartments that produce a green or red signal from the dye contained within each compartment. In both channels, the signal showed the presence of nanofibers in two compartment structures.
Figure 10 (ac) is a CLSM image of anisotropic nanofibers having two different compartments in the dry state in each of the fluorescein, nile red and bonded channels.
10 (df) is a view showing CLSM images of anisotropic nanofibers having two different compartments in an expanded state at room temperature in each of fluorescein, nile red, and bonded channels. Fig. The expanded image shows an increase in the diameter of the nanofibers compared to a dry state image showing hydrogel properties.
FIG. 11 (a) is a view showing CLSM images of anisotropic nanofibers at temperatures lower than 10 ° C in each of fluorescein, nile red, and bonded channels.
11 (df) is a view showing CLSM images of anisotropic nanofibers at a temperature of 40 DEG C in each of fluorescein, nile red and bonded channels. Fig.
12 is an image showing CLSM images of anisotropic nanofibers having two different compartments in an expanded state at a temperature of 40 DEG C in each of fluorescein, nile red and bonded channels. All of the anisotropic nanofibers exhibited a coil - like structure above LCST due to shrinkage of the PNIPAM chain. The conversion of the linear nanofibers into a coiled nanofiber structure is observed in an anisotropic nanofiber composed of a thermally reactive compartment and a non-thermally responsive compartment.
Figure 13 (ac) shows the isotropic properties of poly (NIPAM-co-AA) with acryl moieties using fluorescein as fluorescent dye in the dry state, the expansion state at PBS at room temperature, and the expansion state at PBS at 40 ° C. The figure shows CLSM image of fiber.
Fig. 13 (df) shows a CLSM image of PEGDMA isotropic fiber using Nile Red as a fluorescent dye in a dry state, an expansion state in PBS at room temperature, and an expansion state in PBS at 40 ° C.
Figure 14 (ac) shows CLSM images of anisotropic fibers of poly (NIPAM-co-AA) and PEGDMA with acrylic moieties using different contrast dyes loaded in each compartment in the dry state [FITC channel (a ), TRITC channel (b), and combined channel (c).
Figure 14 (df) shows CLSM images of anisotropic fibers of Poly (NIPAM-co-AA) and PEGDMA with acrylic moieties using different contrast dyes loaded in each compartment in an expanded state at PBS at room temperature [FITC channel (d), TRITC channel (f), and combined channel (f)].
Figure 14 (gi) is an image showing CLSM images of anisotropic fibers of Poly (NIPAM-co-AA) and PEGDMA with acrylic moieties using different contrast dyes loaded in each compartment in an expanded state at 40 DEG C in PBS (FITC channel (g), TRITC channel (h), and combined channel (i)].
FIG. 15 is a graph showing the results of (a) P (NIPAm) injected with bovine serum albumin (BSA) in which a drug having a different molecular weight is injected into a physically crosslinkable thermostable reactive polymer and a non- (b) DMP-injected P (NIPAm-co-SA), and BSA-injected PEGDMA. The graphs of drug release according to temperature of the anisotropic nanofibers to be.
FIG. 16 is a graph showing the results of (a) P (A) having an acrylic moiety implanted with BSA, which is irradiated with electrohydrostatic co-injection and ultraviolet rays after injecting a drug having a different molecular weight into chemically crosslinkable thermostable reactive and non- (NIPAm-co-AA) with PEGDMA (NIPAm-co-AA) and DMP injected, (b) PEGDMA with PEG Of the drug.
17 is a graph showing the results of (a) P (NIPAm-co-SA) injected with BSA by injecting a drug having a different molecular weight into a physically crosslinkable heat-stimulatable reactive polymer and a non- And DMP-injected PEGDMA, (b) DMP-injected P (NIPAm-co-SA), and BSA-injected PEGDMA. In the graph, the gray part represents 4 ° C and the white part represents 37 ° C.
FIG. 18 is a graph showing the results of (a) P (P) having an acrylic moiety implanted with BSA, which is prepared by injecting a drug having a different molecular weight into a chemically crosslinkable thermostable reactive and irritation- (NIPAm-co-AA) and DMP-injected PEGDMA, (b) DMP-injected PEG (NIPAm-co-AA) with acrylic moiety and BSA-injected PEGDMA FIG. 2 is a graph showing the amount of drug released by controlling the temperature in minutes. FIG. In the graph, the gray part represents 4 ° C and the white part represents 37 ° C.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 The present invention
1) 물리적 또는 화학적 가교결합이 가능한 자극반응성 고분자와 자극 비반응성 고분자를 준비하는 단계;1) preparing a stimulus-responsive polymer and a stimulus-nonreactive polymer capable of physical or chemical crosslinking;
2) 단계 1)의 고분자들을 전기수력적 공동분사(Electrohydrodynamic co-jetting) 방법을 통해 나노섬유 구조체로 제조하는 단계; 및 2) preparing the polymer of step 1) as a nanofiber structure through an electrohydrodynamic co-jetting process; And
3) 단계 2)에서 제조된 나노섬유 구조체에 대해 자외선을 조사하여 가교 결합을 형성시키는 단계를 포함하는, 이방성 나노섬유 구조체의 제조방법을 제공한다.3) irradiating the nanofiber structural body prepared in step 2) with ultraviolet light to form a crosslinked structure.
상기 방법에 있어서, 단계 1)의 자극반응성 고분자는 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-스테아릴 아크릴레이트)[Poly (N-isopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), Poly(NIPAm-co-SA)], 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-알릴아민)[poly(N-isopropylacrylamide-co-allylamine), poly(NIPAM-co-AA)], 및 아크릴 부분(acrylic moiety)을 가지는 poly(NIPAM-co-AA)로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. In this method, the stimuli-responsive polymer of step 1) is selected from the group consisting of poly (N-isopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), poly (NIPAm-co-SA (Poly (N-isopropylacrylamide-co-allylamine), poly (NIPAM-co-AA)], and acrylic moiety NIPAM-co-AA), but is not limited thereto.
상기 방법에 있어서, 단계 1)의 자극 비반응성 고분자는 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Polyethylene glycol dimethacrylate, PEGDMA)인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. In the above method, the non-reactive polymer of step 1) is preferably polyethylene glycol dimethacrylate (PEGDMA), but is not limited thereto.
상기 poly(NIPAM-co-SA) 공중합체 및 poly(NIPAM-co-AA) 공중합체는 도 2에 기재된 바와 같이 합성된 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The poly (NIPAM-co-SA) copolymer and the poly (NIPAM-co-AA) copolymer are preferably synthesized as shown in FIG. 2, but are not limited thereto.
상기 방법에 있어서, 단계 1)의 자극은 열 자극인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.In this method, the stimulus of step 1) is preferably, but not limited to, a thermal stimulus.
상기 방법에 있어서, 단계 2)의 전기수력적 공동분사 방법은 In this method, the electrohydraulic co-injection method of step 2)
1) 상기 변형된 이중 공중합체 단백질을 광중합개시제(Photo-initiator)에 용해시켜 혼합액을 제조하는 단계;1) preparing a mixed solution by dissolving the modified double-copolymer protein in a photo-initiator;
2) 상기 혼합액을 상부에 듀얼 채널 니들(dual channel needle)이 연결되고 하부에 게이지 금속 노즐이 연결된 주사기에 적재하는 단계; 2) loading the mixed solution into a syringe having a dual channel needle connected to the upper part and a gauge metal nozzle connected to the lower part;
3) 발전기를 통해 금속 노즐에 양 전압을 형성시키는 단계;3) forming a positive voltage on the metal nozzle through the generator;
4) 상기 혼합액을 주사기로부터 금속 노즐에 흘리는 단계; 및4) flowing the mixed liquid from a syringe to a metal nozzle; And
5) 금속 노즐 하부에서 알루미늄 박을 이용하여 기질을 수집하는 단계를 포함하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.5) collecting the substrate using an aluminum foil under the metal nozzle, but it is not limited thereto.
상기 전기수력적 공동분사 방법은 도 1의 (a)에 기재된 바와 같은 전기수력적 공동분사 장치를 이용할 수 있다. 구체적으로, 2개의 고분자 용액을 원하는 농도로 나란히 배열된 구조를 갖는 듀얼 채널 니들에 연결된 개별 주사기에 각각 적재하고, 상기 주사기는 고분자 용액이 동일한 양으로 나가게 하기 위해 듀얼 채널 어플리케이터 어셈블리 내부에 고정되어 있으며, 마이크로 주사기 펌프가 장착되어 있어서 상기 채널을 통해 2개의 고분자 용액의 계속적인 흐름을 유지시킨다. 니들 및 수집 기질 사이에 고 전압을 통해 제트류를 야기시켜 좋은 고분자성 나노섬유가 배출 및 형성되도록 한다. The electro-hydrostatic co-injection method may utilize an electro-hydraulic co-injector as described in Fig. 1 (a). Specifically, the two polymer solutions are each loaded in a separate syringe connected to a dual channel needle having a structure arranged side by side at a desired concentration, and the syringe is fixed inside the dual channel applicator assembly for the same amount of polymer solution to go out , And a micro-syringe pump is mounted to maintain the continuous flow of the two polymer solutions through the channel. The high voltage between the needles and the collecting substrate causes jetting to allow good macromolecular nanofibers to be ejected and formed.
상기 광중합개시제로는 에탄올, TFE 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The photopolymerization initiator is preferably ethanol, TFE or a mixture thereof, but is not limited thereto.
상기 방법에 있어서, 단계 3)의 자외선은 10 내지 100 mW/cm2의 전력에서 1분 내지 60분 동안 조사하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. In this method, the ultraviolet rays of step 3) are preferably irradiated for 1 to 60 minutes at a power of 10 to 100 mW / cm 2 , but are not limited thereto.
본 발명자들은 물리적 또는 화학적으로 가교결합이 가능한 자극반응성 고분자와 화학적으로 가교결합이 가능한 자극 비반응성 고분자를 합성하고, 각각의 고분자에 대조적인 각각의 형광 염색체를 첨가하여 TFE와 에탄올의 혼합용매에 녹여 전기수력적 공동분사 방법을 통하여 이방성 나노섬유 구조체를 제조하였으며, 제조된 이방성 나노섬유 구조체가 온도 변화에 따른 각 구획들의 상이한 기계적 동작 활성화(mechanical actuation)를 가역적으로 나타내는 것을 확인하였다. The present inventors synthesized irreversible reactive polymers capable of chemically crosslinking with physically or chemically crosslinkable stimuli-responsive polymers, and each of the fluorescent chromosomes in contrast to each polymer was added and dissolved in a mixed solvent of TFE and ethanol An anisotropic nanofiber structure was fabricated by electrohydrostatic co - injection method and it was confirmed that the prepared anisotropic nanofiber structure reversibly exhibited different mechanical actuation of each zone according to the temperature change.
본 발명자들은 제조된 이방성 나노섬유 구조체를 수용액 상에 분산시킨 후, 온도를 변화시킨 다음, 이미지를 관찰한 결과, 이방성 나노섬유의 자극반응성 고분자 구획이 열에 의하여 수축되지만 자극 비반응성 구획은 아무런 변화가 없으므로, 열에 의존하여 전체 섬유가 등방성일 때와는 다르게 선형에서 코일 형태로 가역적으로 변하는 현상을 나타내는 것을 확인하였다.After dispersing the anisotropic nanofiber structure thus prepared in an aqueous solution, the temperature was changed, and the images were observed. As a result, the irritation-responsive polymer segment of the anisotropic nanofiber was contracted by heat, but the irritation- Therefore, it is confirmed that the fiber is reversibly changed from a linear shape to a coil shape unlike the case where the entire fiber is isotropic depending on heat.
결론적으로, 본 발명에 따른 이방성 나노섬유 구조체는 잠재적으로 각각의 구획내에 채워진 서로 다른 약물을 확산 및 열 구동에 의해 서로 다른 비율로 방출될 수 있으므로, 두 개의 구획 나노섬유 구조체는 다중 약물 전달 저장소 및 조직공학 스캐폴드로 사용하기에 좋은 재료가 될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 이방성 나노섬유 구조체는 환경반응성, 다중-약물 저장소 및 조직공학 스캐폴드로 유용하게 이용될 수 있다.
Consequently, the anisotropic nanofiber structures according to the present invention can be released at different rates by diffusing and thermally driving different drugs filled in potentially each compartment, so that the two compartment nanofiber constructs have multiple drug delivery stores and It can be a good material for use as a tissue engineering scaffold. Accordingly, the anisotropic nanofiber structures according to the present invention can be usefully used as environment responsive, multi-drug storage, and tissue engineering scaffolds.
또한, 본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된, 이방성의 구획화(Compartmentalization)를 유지하고, 외부 자극에 따라 각 구획이 상이한 기계적 동작 활성화(mechanical actuation)를 구현하는, 이방성 나노섬유 구조체를 제공한다.In addition, the present invention provides an anisotropic nanofiber structure that is manufactured by the above manufacturing method, maintains anisotropic compartmentalization, and each section implements different mechanical actuation according to external stimuli.
본 발명에 따른 이방성 나노섬유 구조체는 각 구획의 고유의 특성을 그대로 유지하고 있으므로, 각 구획의 외부 자극에 대한 반응성에 따라 각 구획들이 상이한 반응을 나타내며, 이에 따라 온도에 의존적으로 선형에서 코일 형태로 가역적으로 변하는 현상을 구현할 수 있다.
Since the anisotropic nanofiber structure according to the present invention maintains the inherent characteristics of each compartment, the compartments exhibit different reactions depending on the reactivity to the external stimulus of each compartment, It is possible to realize a reversible change phenomenon.
또한, 본 발명은 상기 이방성 나노섬유 구조체를 포함하는 약물 전달용 의약 조성물을 제공한다.The present invention also provides a drug delivery composition comprising the anisotropic nanofiber structure.
또한, 본 발명은 상기 이방성 나노섬유 구조체를 포함하는 조직공학적 지지체를 제공한다.The present invention also provides a tissue engineering support comprising the anisotropic nanofiber structure.
아울러, 본 발명은 상기 이방성 나노섬유 구조체를 포함하는 조직재생용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for tissue regeneration comprising the anisotropic nanofiber structure.
본 발명에 따른 이방성 나노섬유 구조체는 각각의 구획 내에 채워진 서로 다른 약물을 열 등의 외부 자극을 통해 서로 다른 비율로 방출시킬 수 있으므로, 다중 약물 전달 저장소, 조직공학 지지체 또는 조직재생용 지지체의 유용한 소재가 될 수 있다.
The anisotropic nanofiber structure according to the present invention can release different drugs filled in respective compartments at different ratios through external stimulation such as heat and thus can be used as a multi-drug delivery reservoir, a tissue engineering support, or a useful material .
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.
단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
It should be noted, however, that the present invention is not limited by the following examples.
폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-스테아릴 아크릴레이트)[Poly (N-isopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), Poly(NIPAm-co-SA)]의 합성Synthesis of poly (N-isopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), Poly (NIPAm-co-SA)
Poly(NIPAm-co-SA)를 Okuzaki, H. 등(Macromolecules 42, 5916-5918, 2009)에 개시된 방법을 통해 합성하였다. N-이소프로필 아크릴아미드(Sigma-Aldrich)를 30℃에서 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)(Sigma-Aldrich)에 용해시킨 후, 이물질을 제거하기 위해 10℃ 이하로 재결정화시켰다. 실온에서 20 그램의 NIPAm을 삼각 플라스크에 있는 200 ml의 DMF에 용해시켰다. 그런 다음, 이 용액을 재결정을 위해 4℃의 온도로 세팅된 냉장고에 이동시켰다. 상기 용액을 아스피레이터 어셈블리(aspirator assembly)(Brand)를 이용하여 여과지(Whatman)를 통해 여과시켰다. 빛나는 결정질 NIPAM를 획득한 후, 유기용매를 제거하기 위해 건조시켰다. 스테아릴 아크릴레이트(Stearyl acrylate, SA)(Sigma-Aldrich)를 사용하기 전에 에탄올로부터 재결정화시켰다. 실온에서 2 그램의 SA를 50 ml의 에탄올에 용해시킨 다음, 4℃의 온도로 인큐베이트시켰다. 일반적인 공중합체 반응에 있는 NIPAm, 및 스테아릴 아크릴레이트를 각각 97:3의 몰 비율로 순수한 에탄올에 용해시켰다. 총 단량체의 중량의 0.005 w/w%의 양의 AIBN을 열 개시제로서 사용하였다. 상기 혼합물을 상기 반응이 완전하기 위해 질소 공기에서 적어도 5시간 동안 환류 하에서 가열시켰다. 그 산물인 폴리(NIPAM-co-SA)를 정제하기 위해, D.I. water(Deionized water)(Millipore S.A., Bedford, US)에 부었으며, 이후 상기 공중합체는 즉시 응집되었다. 그런 다음, 이것을 사용하기 위해 채취한 후 건조시켰다. 물에서 불용성인 비반응된 스테아릴 아크릴레이트가 아래로 침전된 후 제거되는 동안 비반응된 NIPAM는 물에 용해되었다. 공중합체 겔을 제거한 후 잔여 용액을 제거하기 위해 진공 하에서 동결건조시켰다 (MCFD8508, Ilshinbiobase). 흰색의 스펀지 같은 고체를 으스러뜨린 후 실험에 사용하였다.
Poly (NIPAm-co-SA) was synthesized by the method disclosed in Okuzaki, H. et al. (Macromolecules 42, 5916-5918, 2009). N-isopropylacrylamide (Sigma-Aldrich) was dissolved in dimethylformamide (DMF) (Sigma-Aldrich) at 30 DEG C and then recrystallized below 10 DEG C to remove impurities. At room temperature, 20 grams of NIPAm was dissolved in 200 ml of DMF in an Erlenmeyer flask. The solution was then transferred to a refrigerator set at a temperature of 4 DEG C for recrystallization. The solution was filtered through filter paper (Whatman) using an aspirator assembly (Brand). After glowing crystalline NIPAM was obtained, it was dried to remove organic solvents. Stearyl acrylate (SA) (Sigma-Aldrich) was recrystallized from ethanol before use. At room temperature, 2 grams of SA were dissolved in 50 ml of ethanol and then incubated at a temperature of 4.degree. NIPAm in the usual copolymer reaction, and stearyl acrylate were dissolved in pure ethanol in a molar ratio of 97: 3, respectively. AIBN in an amount of 0.005 w / w% of the total monomer weight was used as a thermal initiator. The mixture was heated under reflux for at least 5 hours in nitrogen air to complete the reaction. The product, poly (NIPAM-co-SA), was poured into DI water (Deionized water) (Millipore SA, Bedford, US) for purification, after which the copolymer quickly aggregated. It was then harvested for use and then dried. Unreacted NIPAM was dissolved in water while unreacted stearyl acrylate insoluble in water was precipitated down and then removed. The copolymer gel was removed and lyophilized under vacuum to remove residual solution (MCFD8508, Ilshinbiobase). A white sponge-like solid was crushed and used in the experiment.
아크릴 모이어티(acrylic moiety)를 가지는 폴리(N-이소프로필 아크릴아미드-코-알릴아민)[poly(N-isopropylacrylamide-co-allylamine), poly(NIPAM-co-AA)]의 합성Synthesis of poly (N-isopropylacrylamide-co-allylamine), poly (NIPAM-co-AA) with acrylic moiety
19 mmol의 N-이소프로필 아크릴아마이드(Sigma-Aldrich) 및 1 mmol의 알릴아민(Sigma-Aldrich)을 3-넥라운드 플라스크에 넣었다. 용질의 가스를 빼고 질소가스를 채워 산소가스를 제거하였다. 가스 대체 후, 15 ml의 1,4-디옥산(1,4-dioxane)을 첨가하였다. 0.14 mmol의 AIBN(Acros)을 5 ml의 1,4-디옥산에 용해하고 질소버블링을 이용해 60℃에서 16시간 동안 반응시켰다. 디에틸 에테르로 반응물을 침전시켰고, 이 침전물을 여과를 통해 수득하였다. 이 수득물은 진공 건조하여 용매를 제거하였다. 건조된 Poly(NIPAM-co-AA)를 증류수에 용해시켰다. 여기에 1 mmol의 메타크릴산 무수물을 첨가하였고 4℃에서 48시간 동안 반응시켰다. 그 이후 반응 혼합물을 4℃, 8 시간 동안 증류수에서 투석하였다. 이 용액을 2일 동안 냉동건조기에서 건조시켰다(도 2).
19 mmol of N-isopropylacrylamide (Sigma-Aldrich) and 1 mmol of allylamine (Sigma-Aldrich) were placed in a 3-neck round-bottomed flask. The solute gas was removed and the oxygen gas was removed by filling with nitrogen gas. After gas replacement, 15 ml of 1,4-dioxane was added. 0.14 mmol of AIBN (Acros) was dissolved in 5 ml of 1,4-dioxane and reacted at 60 ° C for 16 hours using nitrogen bubbling. The reaction was precipitated with diethyl ether and the precipitate was obtained via filtration. The resulting product was vacuum dried to remove the solvent. The dried Poly (NIPAM-co-AA) was dissolved in distilled water. 1 mmol of methacrylic anhydride was added thereto and reacted at 4 ° C for 48 hours. The reaction mixture was then dialyzed in distilled water at 4 DEG C for 8 hours. This solution was dried in a freeze dryer for 2 days (Figure 2).
폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Polyethylene glycol dimethacrylate, PEGDMA)의 합성Synthesis of polyethylene glycol dimethacrylate (PEGDMA)
1 mmol의 PEG(Sigma-Aldrich), 2.2 mmol의 메타크릴산 무수물(Sigma-Aldrich) 및 1.5 mmol의 트리에틸아민(Sigma-Aldrich)을 15 ml의 디클로로메탄(Sigma-Aldrich)에 용해시켰고 실온(RT)에서 4 일 동안 반응시켰다. 그 산물을 에틸에테르에 침전시켰다. 침전물은 진공오븐에서 건조시켰다(도 2).
1 mmol of PEG (Sigma-Aldrich), 2.2 mmol of methacrylic anhydride (Sigma-Aldrich) and 1.5 mmol of triethylamine (Sigma-Aldrich) were dissolved in 15 ml of dichloromethane (Sigma-Aldrich) RT) for 4 days. The product was precipitated in ethyl ether. The precipitate was dried in a vacuum oven (Figure 2).
고분자의 특성 분석Characterization of Polymers
공중합체화는 1H NMR 분석 (Bruker model digital AVANCE Ⅲ 400, Bruker BioSpin AG)을 통해 확인하였다. 1H NMR은 400 MHz의 공명 진동수에서 작동하는 NMR 시스템을 이용하였다. D2O를 용매로 사용하였다. 고분자의 평균 분자량 및 분자량 분배에 대해 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography, GPC)를 통해 분석하였다. GPC 분석은 2410 refractive index(RI) 검출기로 연결된 Waters-515 HPLC 펌프 시스템으로 수행하였다. 테트라하이드로퓨란을 흐름 율 1.0 ml/min에서의 이동상으로 사용하였다. 칼럼 온도를 40℃의 온도로 유지되는 동안, 폴리스틸렌(M.W.: 820 ~ 1,070,000 g/mol)을 표준 샘플로 사용하였다. 각 단량체의 몰 비율은 1H NMR 피크 하에서 곡선 아래의 상대적인 영역을 통해 결정하였다. The copolymerization was confirmed by 1 H NMR analysis (Bruker model digital AVANCE III 400, Bruker BioSpin AG). & Lt; 1 > H NMR used an NMR system operating at a resonance frequency of 400 MHz. D 2 O was used as a solvent. The average molecular weight and molecular weight distribution of the polymer was analyzed by gel permeation chromatography (GPC). GPC analysis was performed with a Waters-515 HPLC pump system connected with a 2410 refractive index (RI) detector. Tetrahydrofuran was used as the mobile phase at a flow rate of 1.0 ml / min. Polystyrene (MW: 820 to 1,070,000 g / mol) was used as a standard sample while the column temperature was maintained at a temperature of 40 占 폚. The molar ratio of each monomer was determined through the relative area beneath the curve under 1 H NMR peak.
고분자의 열 반응성은 Zetasizer Nano ZS90(Malvern instruments, UK)를 이용한 동적광산란법(dynamic light scattering)을 통해 다양한 온도에서 D.I. water에 poly(NIPAM-co-SA)를 용해시킴으로써 형성된 나노구조체의 크기를 측정하는 것으로 확인하였다. The thermal reactivity of the polymer was measured by dynamic light scattering using a Zetasizer Nano ZS90 (Malvern instruments, UK) at various temperatures. (NIPAM-co-SA) was dissolved in water to determine the size of the nanostructure formed.
미셀 용액을 제조하기 위해, 다양한 농도(0.5, 1.0, 2.0, 및 4.0 w/v%)의 고분자 용액을 에탄올을 통해 제조하였다. 그런 다음, 이런 용액을 물로 이동시켰으며, 최종 농도 상수를 유지시켰다. 그런 다음, 고분자성 미셀을 제조하기 위해 초음파처리(VC-505, Sonics & Materials)를 하였다. To prepare micellar solutions, polymer solutions of various concentrations (0.5, 1.0, 2.0, and 4.0 w / v%) were prepared via ethanol. This solution was then transferred to water and the final concentration constant was maintained. Then, ultrasonic treatment (VC-505, Sonics & Materials) was performed to prepare polymeric micelles.
열 조절기를 갖춘 UV-Vis 분광기(CARY 100, Agilent, AU)를 사용하여 다양한 온도에서 상기 고분자 용액의 흡광도 변화를 측정하였다. 고분자 용액을 20 ~ 60℃ (1℃/min)에서 360 nm 파장으로 UV-Vis 흡광도를 분석하였다.
The absorbance change of the polymer solution was measured at various temperatures using a UV-Vis spectrometer (
Poly(NIPAm-co-SA)에 대한 분자량을 분석한 결과, 도 3의 (a)에서 보는 바와 같이, Poly(NIPAm-co-SA)는 중량 평균 분자량 22,000 g/mol, 수 평균 분자량 9,700 g/mol 및 다분산성 index PDI 2.3을 나타내었다. 두 개의 고분자는 서로 가까운 분자량을 나타내었고, 이는 이방성 전기방사 동안 유사한 점성을 유지시킬 수 있음을 제시한다. NIPAm 및 스테아릴 아크릴레이트의 공중합체화를 확인하기 위해, 핵자기공명(1H NMR) 결과 0.838 ppm에서의 피크를 나타내었으며, 이는 이전에 보고된 바와 같이 NIPAm 백본으로 공중합체화되는 스테아릴 작용기를 나타내었다(Okuzaki, H., 등, J Nanosci Nanotechno 11, 5193-5198, 2011). 도 3의 (b)에서 보는 바와 같이, 스테아릴 작용기의 몰 비율이 3.42%으로 나타내어 소수성 고분자 사슬의 증가되었음을 알 수 있었다. 소수성 고분자 사슬 혼합의 보다 높은 정도는 두 개의 단량체의 성공적인 고분자 합성을 나타내는 것이다(도 3). (NIPAm-co-SA) had a weight average molecular weight of 22,000 g / mol and a number average molecular weight of 9,700 g / mol, mol and polydispersity index PDI 2.3. The two polymers showed molecular weights close to each other, suggesting that they can maintain similar viscosities during anisotropic electrospinning. In order to confirm copolymerization of NIPAm and stearyl acrylate, nuclear magnetic resonance ( 1 H NMR) showed a peak at 0.838 ppm, indicating a stearyl functionality copolymerized with the NIPAm backbone as previously reported (Okuzaki, H., et al., J Nanosci Nanotechno 11, 5193-5198, 2011). As shown in FIG. 3 (b), the molar ratio of the stearyl functional group was 3.42%, indicating that the hydrophobic polymer chain was increased. A higher degree of hydrophobic polymer chain mixing is indicative of successful polymer synthesis of the two monomers (Figure 3).
Poly(NIPAm-co-SA)에 대한 물리적 및 화학적 특성을 분석한 결과, 도 4에서 보는 바와 같이, Poly(NIPAm-co-SA)는 긴 소수성 알킬 사슬 때문에 용해성이 거의 없는 반면, 그것의 백본은 아미드 기능기 때문에 친수성 특성을 갖는다. 이런 고분자는 에탄올에 고분자를 용해시킨 후 물과 혼합시키는 경우 나노 크기의 차원에서 교질 입자 구조로 급속도로 변형될 수 있다. 도 4의 (a)에서 보는 바와 같이 임계 온도에서 급격한 전이가 발생되어 미셀 크기가 60 nm으로 붕괴되는 것이 나타났다. 이런 온도를 일반적으로 저 임계 용액 온도(lower critical solution temperature, LCST)이라고 명명하고, 이는 PNIPAm를 기초로 하는 고분자의 특징이다. 이런 온도는 미셀 농도에 의해 다양하였으며, 이는 고분자 사슬의 얽힘 및 이동성의 정도가 농도의 변화에 따라 변화하기 때문이다. 보다 높은 고분자 농도는 더 낮은 전이 온도를 야기하는 보다 높은 정도의 뒤섞임을 나타내었다. 임계 전이 온도는 고분자 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 고분자 농도의 증가에 따른 초기 미셀 크기의 증가가 발생하며, 이는 상기 용액의 증가된 탁도 및 얽힘에 기인하는 것이다. 이런 결과는 합성된 공중합체의 열 반응성 특성을 확인한 것이다. 도 4의 (b)에서 보는 바와 같이, 흡광도는 용액의 증가된 탁도 때문에 LCST 이상에서 증가하였다. LCST 이상에서, 고분자 사슬은 탁도의 증가에 기인하여 뭉쳐진 것이다. 전이 온도(Tt)는 용액의 다양한 농도로 변화되었다. 이는 증가된 초기의 흡광도를 갖는 더 높은 고분자 농도의 경우 더 빨리 달성되었다. 보다 높은 고분자 농도에서, 고분자 사슬의 더 낮은 이동성에 기인하여 초기 흡광도가 증가되었으며, 뭉쳐진 교질 입자의 핵이 증가되었다. 이런 결과는 고분자의 급격한 열 반응성 특성을 확인한 것이다(도 4). Poly (NIPAm-co-SA) was found to have little solubility due to long hydrophobic alkyl chains, whereas its backbone (Fig. 4) It has hydrophilic properties due to its amide functional group. These polymers can be rapidly transformed into a colloidal particle structure at the nanoscale level when the polymers are dissolved in ethanol and then mixed with water. As shown in FIG. 4 (a), abrupt transition occurs at the critical temperature, and the micelle size collapses to 60 nm. This temperature is commonly referred to as the lower critical solution temperature (LCST), which is a characteristic of a polymer based on PNIPAm. These temperatures varied depending on the micelle concentration, because the degree of entanglement and mobility of the polymer chains varied with the change in concentration. Higher polymer concentrations showed a higher degree of intermixing resulting in lower transition temperatures. The critical transition temperature decreased with increasing polymer concentration. An increase in the initial micelle size with increasing polymer concentration occurs, which is due to the increased turbidity and entanglement of the solution. These results confirm the thermal reactivity characteristics of the synthesized copolymers. As shown in Figure 4 (b), the absorbance increased above the LCST due to the increased turbidity of the solution. Above the LCST, the polymer chains are clustered due to increased turbidity. The transition temperature (Tt) varied with various concentrations of the solution. This was achieved earlier in the case of higher polymer concentrations with increased initial absorbance. At higher polymer concentrations, the initial absorbance was increased due to the lower mobility of the polymer chains, and the nuclei of coagulated colloidal particles were increased. These results confirmed the rapid thermal reactivity of the polymer (Figure 4).
Poly(NIPAm-co-AA)에 대한 분자량을 분석 결과, 도 5에서 보는 바와 같이 중량 평균 분자량 29,500 g/mol, 수 평균 분자량 15,000 g/mol 및 다분산성 index (PDI) 1.97을 나타내었다(도 5). 도 6의 (a)에서 보는 바와 같이 공중합체에서 NIPAM 대 AA의 몰 비율이 20:1로 나타내어 NIPAM 단량체가 AA 단량체에 비해 공중합체 우선적으로 통합되었음을 알 수 있었다. 도 6의 (b) 및 (c)에서 보는 바와 같이 poly(NIPAM-co-AA) 및 PEGDMA의 고분자 사슬이 모두 성공적으로 통합된 것을 알 수 있었다(도 6).As shown in FIG. 5, the weight average molecular weight was 29,500 g / mol, the number average molecular weight was 15,000 g / mol, and the polydispersity index (PDI) was 1.97 (FIG. 5 ). As shown in FIG. 6 (a), the molar ratio of NIPAM to AA in the copolymer was 20: 1, indicating that the NIPAM monomer was more preferentially incorporated into the copolymer than the AA monomer. As shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c), the polymer chains of poly (NIPAM-co-AA) and PEGDMA were successfully integrated (FIG. 6).
Poly(NIPAM-co-AA)에 대한 물리적 및 화학적 특성을 분석한 결과, 도 7에서 보는 바와 같이 poly(NIPAM-co-AA) 및 아크릴을 갖는 poly(NIPAM-co-AA) 용액 모두에서 탁도가 0.5 - 4.0(w/v) %의 농도 범위에 걸쳐서 35-37℃의 좁은 범위에서 급격히 증가하는 것을 나타내었다. 이는 열에 의해 PNIPAM 공중합체 사슬의 응집에 기인한 것임을 알 수 있다. 한편, poly(NIPAM-co-AA) 및 아크릴을 갖는 poly(NIPAM-co-AA) 용액 모두 동일한 고분자 농도에서 유사한 LCST를 나타내었다(도 7).
The physical and chemical properties of poly (NIPAM-co-AA) were analyzed. As shown in FIG. 7, the turbidity of poly (NIPAM-co-AA) Showed a sharp increase in the narrow range of 35-37 ° C over the concentration range of 0.5 - 4.0 (w / v)%. It can be seen that this is due to the aggregation of the PNIPAM copolymer chain by heat. On the other hand, both the poly (NIPAM-co-AA) and the acrylic poly (NIPAM-co-AA) solution showed similar LCST at the same polymer concentration (FIG.
전기수력적(electrohydrodynamic, EHD) 공동분사(co-Jetting)를 이용한 이방성 나노섬유의 제조Fabrication of anisotropic nanofibers using electrohydrodynamic (EHD) co-jetting
Poly(NIPAAm-co-SA) 및 PEGDMA에 대한 2개의 고분자 용액을 각각 제조하였다. 용액 "A"는 0.36 g Poly(NIPAAm-co-SA) 및 1.0 mg의 플루오레세인(Sigma-Aldrich)을 1.0 ml의 순수한 에탄올에 용해시켜 제조하였고, 반면 용액 "B"는 0.24 g의 PEGDMA 및 0.5 mg 나일레드(Sigma-Aldrich)를 에탄올 및 TFE(Sigma-Aldrich)(부피 3 : 1)의 용액 혼합물에 용해시킨 것으로 제조하였다. Two polymer solutions for poly (NIPAAm-co-SA) and PEGDMA were prepared, respectively. Solution "A" was prepared by dissolving 0.36 g Poly (NIPAAm-co-SA) and 1.0 mg of fluorescein (Sigma-Aldrich) in 1.0 ml of pure ethanol while solution "B" was prepared by dissolving 0.24 g PEGDMA and 0.5 mg nile red (Sigma-Aldrich) was dissolved in a solution mixture of ethanol and TFE (Sigma-Aldrich) (volume 3: 1).
또한, Poly(NIPAAm-co-AA) 및 PEGDMA에 대한 2개의 고분자 용액을 각각 제조하였다. 용액 "A"는 Poly(NIPAM-co-MA)(25%, w/v) 과 플루오로세인(0.005%, w/v)을 포함한 용액이고, 용액 "B"는 PEGDMA(25%, w/v) 및 나일레드(0.005% w/v)를 포함한 용액이다.In addition, two polymer solutions for Poly (NIPAAm-co-AA) and PEGDMA were prepared, respectively. Solution "A" is a solution containing Poly (NIPAM-co-MA) (25%, w / v) and fluorocaine (0.005%, w / v) v) and nile red (0.005% w / v).
각 용액을 나란히 배열된 듀얼 채널 니들(Fibrijet SA-3610, Micromedics, MN, US)에 연결된 1.0 ml 주사기(BD, Franklin Lakes, NJ USA)에 적재시켰다. 두 개의 주사기를 상기 고분자 용액의 흐름 율을 모두 동일하게 조절하기 위해 어플리케이터(Fibrijet Micromedics Inc. US) 내부에 고정시켰다. 두 개의 고분자 용액의 정확하게 조절된 흐름은 마이크로 주사기 펌프(KD Scientific, US)를 통해 수행하였다. 고압 전원의 양(+)단자를 듀얼 니들에 연결시켰고 하단에는 기질을 수집하기 위해 알루미늄 박(두께 0.018 mm, Fisherbrand, US)에 음(-)단자를 연결시켰다. 두 개 전극의 거리는 수직으로 10-15 cm 범위를 유지하였다. 전기수력적 공동분사동안 고전압 전력 공급 장치(ESN-HV30, Nano NC, KR)는 직류이고 7 ~ 9kV 범위, 속도(flow rate)는 0.40 ml/h였다. 고 해상도 디지탈 카메라(D90, nikon)를 듀얼 니들의 상단에 초점화하여 실험의 과정에 걸친 분사 개시 및 해체를 시각화하였다.
Each solution was loaded into a 1.0 ml syringe (BD, Franklin Lakes, NJ USA) connected to a dual channel needle (Fibrijet SA-3610, Micromedics, MN, US) arranged side-by-side. Two syringes were fixed inside an applicator (Fibrijet Micromedics Inc. US) to adjust the flow rate of the polymer solution to be the same. Precisely controlled flow of the two polymer solutions was performed via a microsyringe pump (KD Scientific, US). The positive (+) terminal of the high voltage power source was connected to the dual needle and the negative terminal was connected to an aluminum foil (0.018 mm thick, Fisherbrand, US) to collect the substrate. The distance between the two electrodes was maintained at 10-15 cm vertically. During electro-hydraulic co-injection, the high-voltage power supply (ESN-HV30, Nano NC, KR) was DC and ranged from 7 to 9 kV with a flow rate of 0.40 ml / h. A high-resolution digital camera (D90, nikon) was focused on the top of the dual needle to visualize injection initiation and disassembly over the course of the experiment.
이방성 나노섬유의 안정화Stabilization of anisotropic nanofibers
고체 상에서 광가교결합이 가능한 고분자 구획을 가교결합시키기 위해, 광개시제를 PEGDMA 총 중량의 0.005 w/v% 만큼 고분자 용액에 첨가하였다. 나노섬유를 2분 동안 60 mW/cm2의 전력에서 10분 동안 UV 조사에 의해 가교결합시킨 반면, 나머지 구획은 긴 알킬 측쇄들 간에 소수성 결합 때문에 물리적인 가교결합을 통해 안정화되었다. 그 산물로서 이방성 나노섬유를 공초점 및 형광 이미징을 통해 확인하였다.
To cross-link the solid-phase photo-crosslinkable polymer compartment, the photoinitiator was added to the polymer solution by 0.005 w / v% of the total weight of PEGDMA. The nanofibers were crosslinked by UV irradiation for 10 minutes at a power of 60 mW / cm 2 for 2 minutes, while the remaining compartments were stabilized through physical crosslinking due to hydrophobic bonding between the long alkyl side chains. As the product, anisotropic nanofibers were identified through confocal and fluorescence imaging.
수용액 상에서 이방성 나노섬유의 안정성 및 팽창 특성 분석Stability and Expansion Characterization of Anisotropic Nanofibers in Aqueous Solution
전기수력적 공동분사된 고분자 섬유를 IX81 전도 위상차 형광 현미경(Olympus, Japan)을 이용하여 형광 및 명시야 모드에서 특성을 관찰하였다. 물리화학적 가교결합된 이방성 나노섬유를 D.I. water에 분산시킨 후, 팁 초음파 분산기(Tip ultra-sonicator) (VC-505, Sonics & Materials)를 이용하여 초음파 처리한 다음, 이미징하여 수용액 상에서 이방성 나노섬유의 수용성에 대한 안정성 및 팽창 특성을 관찰하였다. Electrohydraulic co-injected polymer fibers were observed in fluorescence and brightfield mode using IX81 phase contrast fluorescence microscope (Olympus, Japan). Physicochemical crosslinked anisotropic nanofibers were prepared from D.I. water, ultrasonically treated with a tip ultra-sonicator (VC-505, Sonics & Materials), and then imaged to observe the stability and swelling properties of the anisotropic nanofiber in terms of water solubility in an aqueous solution .
등방성 및 이방성 특성을 He/Ne 및 아르곤 레이저를 갖춘 TCS SL(Leica, Germany) 공초점 레이저 주사 현미경을 이용하여 확인하였다. 다른 구획에서 각 염료는 대응하는 레이저에 의해 자극시켰으며, 방출 스펙트럼 범위를 두 개의 염료의 방출 신호의 겹치는 것을 피하기 위해 조절하였다. Isotropic and anisotropic properties were confirmed using a TCS SL (Leica, Germany) confocal laser scanning microscope with He / Ne and argon laser. In the other compartments, each dye was stimulated by the corresponding laser and the emission spectral range was adjusted to avoid overlap of emission signals of the two dyes.
반응성 실험에서, 플루오레세인 및 나일레드에 대한 스펙트럼 방출 파장 범위는 각각 543 ~ 579 nm 및 592 ~ 647 nm로 조절하였다. 온도 인큐베이션 스테이지(tempcontrol 37-2 digital, Leica)는 이방성 나노섬유를 물에 담글 때 각 구획 내에 열에 의해 작동되는 이방성 기계적 동작 활성화를 관찰하는데 사용하였다. 온도가 점차적으로 증가함에 따라 물리적 구조의 변화가 관찰되었다. 온도를 4℃ 내지 50℃의 범위로 조절하였고, 실시간 물리적 변화는 P(NIPAm-co-SA) 및 PEGDMA로 구성된 등방성 및 이방성 나노섬유에서 관찰하였다. PBS에서 균질적으로 현탁된 나노섬유를 커버 글래스에 적재한 후, 온도 조절 스테이지에 두었다. 온도는 4개의 다른 범위, 즉 5℃ 내지 15℃, 15℃ 내지 25℃, 25℃ 내지 35℃ 및 35℃ 내지 45℃로 조절하였다.
In the reactive experiments, the spectral emission wavelength ranges for fluorescein and nile red were adjusted from 543 to 579 nm and 592 to 647 nm, respectively. A temperature incubation stage (tempcontrol 37-2 digital, Leica) was used to observe heat anisotropic mechanical action activation within each compartment when anisotropic nanofibers were immersed in water. As the temperature gradually increased, a change in the physical structure was observed. The temperature was controlled in the range of 4 ° C to 50 ° C and real time physical changes were observed in isotropic and anisotropic nanofibers composed of P (NIPAm-co-SA) and PEGDMA. The homogeneously suspended nanofibers in PBS were loaded in a cover glass and placed on a temperature-controlled stage. The temperature was adjusted in four different ranges: 5 ° C to 15 ° C, 15 ° C to 25 ° C, 25 ° C to 35 ° C and 35 ° C to 45 ° C.
Poly(NIPAAm-co-SA) 및 PEGDMA의 등방성 나노섬유에 대한 결과로서, 도 8에서 보는 바와 같이 PEGDMA 나노섬유는 팽창 상태의 다양한 온도에서 느슨한 구조를 나타낸 반면, poly(NIPAAm-co-SA) 나노섬유는 나노섬유의 형태에 거의 변화가 없고 무작위로 뒤틀린 구조를 나타내었다. 이는 비-열 반응성 고분자(PEGDMA)가 다양한 온도에서 구조적 변화가 없는 이론과 일치하는 것이다. 또한, 이런 섬유가 다양한 온도의 범위에서 안정성이 있음을 나타내는 것이다. poly(NIPAm-co-SA) 나노섬유는 LCST 보다 높은 온도에서 관찰되었던 무작위로 뒤틀린 구조와 달리, LCST 보다 더 낮은 온도에서 느슨한 구조를 나타내었다(도 8). As shown in FIG. 8, the PEGDMA nanofibers exhibited a loose structure at various temperatures in an expanded state, while poly (NIPAAm-co-SA) nanoparticles exhibited a loose structure at various temperatures, The fibers showed almost no change in the morphology of the nanofibers and a random twisted structure. This is consistent with the theory that non-thermally reactive polymers (PEGDMA) do not undergo structural changes at various temperatures. It also shows that these fibers are stable over a range of temperatures. The poly (NIPAm-co-SA) nanofibers showed a loose structure at lower temperatures than the LCST, unlike random twisted structures observed at higher temperatures than LCST (Fig. 8).
Poly(NIPAAm-co-SA) 및 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유에 대한 결과로서, 도 9에서 보는 바와 같이 빨간 채널 및 녹색 채널에서 분리된 신호를 나타내었다. 이런 두 개의 채널은 각 나노섬유가 각 구획 내에 포함된 염료로부터 녹색 또는 적색 신호를 생성시키는 두 개의 구획을 가지는 것을 나타내는 것으로, 두 개의 구획 구조인 나노섬유가 존재함을 나타내는 것이다(도 9).Poly (NIPAAm-co-SA) and PEGDMA, as shown in FIG. 9, the signals separated from the red channel and the green channel are shown. These two channels indicate that each nanofiber has two compartments that produce a green or red signal from the dye contained within each compartment, indicating the presence of two compartmental nanofibers (Fig. 9).
Poly(NIPAAm-co-SA) 및 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유의 물리적 안정성을 확인하기 위해, 건조 상태 및 팽창 상태에서 획득된 형광 이미지를 분석한 결과로서, 도 10에서 보는 바와 같이 상기 이방성 나노섬유는 건조 상태 및 팽창 상태에서 각기 다른 물리적 모양을 유지하였으며, 강한 형광은 플루오레세인 및 나일레드 채널 모두에서 관찰되었다. 이런 결과는 각 구획 내에 나노섬유의 성공적인 가교결합을 나타내는 것이다(도 10).In order to confirm the physical stability of the anisotropic nanofiber composed of Poly (NIPAAm-co-SA) and PEGDMA, fluorescence images obtained in the dry state and the expanded state were analyzed. As shown in FIG. 10, Different physical forms were maintained in the dry and expanded states, and strong fluorescence was observed in both the fluorescein and Nile red channels. This result indicates successful crosslinking of the nanofibers in each compartment (FIG. 10).
Poly(NIPAAm-co-SA) 및 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유의 각 구획 내에 열 활성화에 의한 물리적 프로파일을 분석한 결과로서, 도 11 및 12에서 보는 바와 같이, 상기 이방성 나노섬유는 저온에서 확장되고 느슨한 구조를 나타났으나, 임계 온도로부터 온도가 증가함에 따라 느슨한 나노섬유 구조가 코일 형태의 나노섬유 구조로 변형되는 것으로 나타났다(도 11 및 12). As a result of analyzing the physical profile by thermal activation in each section of the anisotropic nanofiber composed of Poly (NIPAAm-co-SA) and PEGDMA, as shown in FIGS. 11 and 12, the anisotropic nanofiber expanded at a low temperature Structure, but the loose nanofiber structure was transformed into a coil-like nanofiber structure as the temperature increased from the critical temperature (FIGS. 11 and 12).
한편, 감열성의 PNIPAM를 기초로 한 구획은 항상 코일의 내부 부위로 놓여지는 것이 확인되었다. 이는 코일의 외부 부위가 다른 온도 하에서 영향을 받지 않고 유지되는 PEGDMA로 구성되었기 때문이다. On the other hand, it has been confirmed that the segment based on the thermo-PNIPAM is always placed in the inner portion of the coil. This is because the outer part of the coil is composed of PEGDMA which is kept unaffected under different temperatures.
또한, 두 개의 다른 구획을 온도가 증가하는 동안 공초점 이미지를 통해 확인하였고, 대조군 실험으로서 PEGDMA 및 P(NIPAm-co-SA) 각각으로 구성된 단일 구획의 나노섬유에 대한 온도의 증가에 따른 나노 크기에서 발생하는 다양한 형태적 변화를 확인한 결과, PEGDMA 섬유는 다양한 범위의 온도에서 열 반응이 나타내지 않는 반면, 등방성 P(NIPAm-co-SA) 섬유는 축소하고 무작위로 뒤틀린 구조로 변형되는 것으로 나타났다. In addition, two different compartments were identified through confocal images during the temperature increase, and as a control experiment, the nano-scale with increasing temperature for a single compartment nanofiber composed of PEGDMA and P (NIPAm-co-SA) , The PEGDMA fibers showed no thermal response at a wide range of temperatures while the isotropic P (NIPAm-co-SA) fibers were deformed into a reduced, randomly twisted structure.
Poly(NIPAM-co-AA) 및 PEGDMA의 등방성 나노섬유에 대한 결과로서, 도 13에서 보는 바와 같이 등방성 나노섬유는 건조 상태 및 팽창 상태에서 섬유 구조를 유지하는 것으로 나타났다. 이는 고체 상태에서 아크릴 부분을 갖는 Poly(NIPAM-co-AA) 및 PEGDMA의 등방성 나노섬유의 UV에 의해 개시된 화학적 안정화 때문이다(도 13). As a result of the isotropic nanofibers of Poly (NIPAM-co-AA) and PEGDMA, as shown in Fig. 13, the isotropic nanofibers maintained the fiber structure in the dry state and the expanded state. This is due to UV-induced chemical stabilization of the isotropic nanofibers of Poly (NIPAM-co-AA) and PEGDMA with acrylic moieties in the solid state (Fig. 13).
Poly(NIPAM-co-AA) 및 PEGDMA의 이방성 나노섬유의 물리적 안정성을 확인하기 위해, 건조 상태 및 팽창 상태에서 획득된 형광 이미지를 분석한 결과로서, 도 14에서 보는 바와 같이 이방성 나노섬유는 두 개의 구획 사이 명백한 접점을 유지하였으며, LCST 이상의 증가된 온도에서는 매우 뒤틀린 구조를 나타내는 반면, LCST 이하의 온도에서는 느슨하고 뒤틀리지 않은 형태를 나타내었다(도 14).
In order to confirm the physical stability of the anisotropic nanofibers of Poly (NIPAM-co-AA) and PEGDMA, fluorescence images obtained in the dry state and the expanded state were analyzed. As shown in FIG. 14, Maintained a clear contact between the compartments and exhibited a highly distorted structure at increased temperatures above LCST, while a loose and twisted form at temperatures below LCST (FIG. 14).
이중 약물을 함입한 Double-drug-infused 이방성Anisotropy 나노섬유의 온도에 따른 약물방출 특성 분석 Analysis of drug release characteristics according to temperature of nanofiber
물리적 또는 화학적으로 가교결합 가능한 열자극반응성 고분자 및 자극 비반응성 고분자 각각에 분자량이 다른 약물을 함입시킨 후 전기수력적 공동분사하여 나노섬유 구조체로 제조하고 및 자외선을 조사하여 가교 결합을 형성시켜 이방성 나노섬유를 제조한 후 PBS 수용액상에서 일정속도로 교반시켜 온도에 따른 약물 방출량을 측정하였다. A thermo-stimulable reactive polymer capable of crosslinking physically or chemically, and a non-reactive polymer having different molecular weights are impregnated into each of the thermo-stimulable reactive polymer and the non-stimulable non-reactive polymer, followed by electrohydrostatic co- injection to prepare a nanofiber structure, and ultraviolet light is irradiated to form cross- After the fibers were prepared, they were stirred at a constant rate in an aqueous solution of PBS to measure the amount of drug released according to the temperature.
BSA(bovine serum albumin)가 함입된 물리적으로 가교결합 가능한 P(NIPAm-co-SA) 및 DMP(dexamethasone phosphate)가 함입된 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유의 P(NIPAm-co-SA)는 약물 방출량이 저온(4℃) 또는 고온(37℃)에 있어서 각각 다른 약물 제어 방출량을 확인하였다. BSA(bovine serum albumin)가 함입된 물리적으로 가교결합 가능한 P(NIPAm-co-SA)에서 저온(4℃)일 때는 열 자극반응성 고분자 네트위크의 포어 사이즈가 BSA 분자보다 커 분자량이 큰 BSA가 잘 빠져나올 수 있으나, 고온(37℃) 일 때는 열자극반응성 고분자인 P(NIPAm-co-SA)의 고분자 응집으로 인해 포어 사이즈가 작아져 BSA 방출량이 줄어드는 것을 나타낸다. DMP가 함입된 PEGDMA 분자 네트워크에서의 방출량은 PEGDMA가 온도에 비자극 반응성이기 때문에, 온도에 의한 DMP 분자 활성도에 따라 저온(4℃)일 때보다 고온(37℃)일 때 DMP 방출량이 증가하였다. (도15 (a))P (NIPAm-co-SA), an anisotropic nanofiber composed of physically crosslinkable P (NIPAm-co-SA) and DEG (dexamethasone phosphate) impregnated PEGDMA with bovine serum albumin Different drug controlled release rates were determined at low temperature (4 ° C) or high temperature (37 ° C), respectively. When the temperature is low (4 ° C) in a physically crosslinkable P (NIPAm-co-SA) containing BSA (bovine serum albumin), the pore size of the thermostable reactive polymer network is larger than that of the BSA molecule. However, when the temperature is high (37 ° C), the pore size is reduced due to the polymer aggregation of P (NIPAm-co-SA), which is a thermally reactive reactive polymer, and the BSA emission is reduced. The release of DMP in the PEGDMA molecular network implanted with DMP increased with increasing temperature (37 ℃) as compared with that at low temperature (4 ℃) due to the DMP molecular activity due to temperature, since PEGDMA was non - (Fig. 15 (a))
반대로 DMP가 함입된 물리적으로 가교결합 가능한 P(NIPAm-co-SA) 및 BSA가 함입된 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유의 P(NIPAm-co-SA)는 온도의 변화에 의하여 포어 사이즈가 변화하더라도 DMP가 분자량이 작기 때문에 온도에 의한 DMP 분자 활성도만이 영향을 미친다. BSA가 함입된 PEGDMA 고분자 네트워크에서는 도15 (a)의 DMP를 주입한 PEGDMA보다 방출량이 줄어드는 것을 나타내는데, 이는 PEGDMA 고분자 네트워크의 포어사이즈가 BSA보다 작기 때문이다.(도15 (b))Conversely, P (NIPAm-co-SA) of an anisotropic nanofiber composed of physically crosslinkable P (NIPAm-co-SA) embedded with DMP and PEGDMA impregnated with BSA has a DMP Only the DMP molecular activity due to the temperature has an influence. In the PEGDMA polymer network incorporating BSA, the emission amount of PEGDMA polymer network shown in FIG. 15 (a) is smaller than that of PEGDMA injected with PEGDMA polymer because the pore size of the PEGDMA polymer network is smaller than that of BSA (FIG. 15 (b)).
BSA가 함입된 화학적으로 가교결합 가능한 아크릴 부분(acrylic moieties)을 가지는 P(NIPAm-co-AA) 및 DMP가 함입된 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유 및 DMP가 함입된 화학적으로 가교결합 가능한 아크릴 부분(acrylic moieties)을 가지는 P(NIPAm-co-AA) 및 BSA가 함입된 PEGDMA로 구성된 이방성 나노섬유의 P(NIPAm-co-AA)는 도15 (a) 및 (b)의 P(NIPAm-co-SA) 보다 약물 방출량이 적은 것을 나타낸다. 이는 화학적 가교결합이 물리적 가교결합 보다 높은 효율의 가교결합을 하고 있기 때문이다. (도 16 (a) 및 (b))Anisotropic nanofiber composed of P (NIPAm-co-AA) with chemically crosslinkable acrylic moieties with BSA incorporated and PEGDMA with DMP incorporated, and a chemically crosslinkable acrylic moiety P (NIPAm-co-AA) of the anisotropic nanofiber composed of P (NIPAm-co-AA) having the moieties ). ≪ / RTI > This is because chemical cross-linking is more efficient than physical cross-linking. (Figs. 16A and 16B)
자극반응성 고분자에 BSA, 비-자극반응성 고분자에 DMP를 함입하여 제조된 이방성 나노섬유의 약물방출량은 BSA의 경우 자극반응성 고분자의 포어사이즈 영향에 의하여 저온일 때 방출량이 증가하였고 고온일 때는 방출량이 감소하는 것을 나타내고, DMP의 경우 온도에 의한 DMP 분자 활성도만 영향을 끼칠 뿐 별다른 특이점은 없었다. In the case of BSA, the amount of drug released by BSA in the irritation-reactive polymer and the DMP in the non-stimulus-responsive polymer increased in the case of low temperature due to the influence of the pore size of the irritant-reactive polymer in BSA, In the case of DMP, only the temperature-dependent DMP molecular activity has an influence, but there is no singular point.
반대로 자극반응성 고분자에 DMP, 비-자극반응성 고분자에 BSA를 함입하여 제조된 이방성 나노섬유의 약물방출량은 DMP의 경우 자극반응성 고분자의 포어사이즈 보다 DMP의 사이즈가 작기 때문에 약물방출량에 영향을 미치지 못하는 것을 나타내고, BSA의 경우 자극 비반응성 고분자의 포어사이즈 보다 BSA의 사이즈가 크기 때문에 방출량이 DMP를 함입하였을때 보다 현저히 떨어지는 것을 나타낸다.
On the other hand, the drug release amount of the anisotropic nanofiber prepared by incorporating DMP into the irritation-reactive polymer and BSA with the non-stimulus-responsive polymer does not affect the drug release amount because the DMP size is smaller than the pore size of the irritation- In the case of BSA, the amount of BSA is larger than the pore size of the irritant non-reactive polymer, so that the amount of release is significantly lower than that when DMP is incorporated.
더불어 화학적으로 가교결합이 가능한 자극반응성 고분자의 약물 방출량이 물리적으로 가교결합이 가능한 자극반응성 고분자보다 적은 것을 나타낸다. 이는 화학적 가교결합이 물리적 가교결합 보다 높은 효율의 가교결합을 하기 때문이다. (도 17 및 도 18)
In addition, the drug release amount of the stimulable reactive polymer that can be chemically crosslinked is less than that of the physically crosslinkable stimulable reactive polymer. This is because the chemical cross-linking has higher efficiency of cross-linking than the physical cross-linking. (Figs. 17 and 18)
Claims (12)
2) 단계 1)의 고분자들을 전기수력적 공동분사(Electrohydrodynamic co-jetting) 방법을 통해 나노섬유 구조체로 제조하는 단계; 및
3) 단계 2)에서 제조된 나노섬유 구조체에 대해 자외선을 조사하여 가교 결합을 형성시키는 단계를 포함하는,
이방성 나노섬유 구조체의 제조 방법.
1) preparing a stimulus-responsive polymer and a stimulus-nonreactive polymer capable of physical or chemical crosslinking;
2) preparing the polymer of step 1) as a nanofiber structure through an electrohydrodynamic co-jetting process; And
3) irradiating the nanofiber structural body prepared in step 2) with ultraviolet light to form crosslinking;
Method of manufacturing an anisotropic nanofiber structure.
The method of claim 1, wherein the stimuli-responsive polymer of step 1) is selected from the group consisting of poly (N-isopropyl acrylamide-co-stearyl acrylate), poly (NIPAm- SA), poly (N-isopropylacrylamide-co-allylamine), poly (NIPAM-co-AA), and acrylic moiety (NIPAM-co-AA). ≪ / RTI >
[2] The method of claim 1, wherein the non-reactive non-reactive polymer in step 1) is polyethylene glycol dimethacrylate (PEGDMA).
The method of manufacturing an anisotropic nanofiber structure according to claim 1, wherein the magnetic pole of step 1) is a thermal stimulus.
1) 변형된 아크릴부분 공중합체에 광중합개시제(Photo-initiator)를 용해시켜 혼합액을 제조하는 단계;
2) 상기 혼합액을 상부에 듀얼 채널 니들(dual channel needle)이 연결되고 하부에 게이지 금속 노즐이 연결된 주사기에 적재하는 단계;
3) 발전기를 통해 금속 노즐에 양 전압을 형성시키는 단계;
4) 상기 혼합액을 주사기로부터 금속 노즐에 흘리는 단계; 및
5) 금속 노즐 하부에서 알루미늄 박을 이용하여 기질을 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이방성 나노섬유 구조체의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the electrohydraulic co-injection method of step 2)
1) dissolving a photopolymerization initiator in a modified acrylic partial copolymer to prepare a mixed solution;
2) loading the mixed solution into a syringe having a dual channel needle connected to the upper part and a gauge metal nozzle connected to the lower part;
3) forming a positive voltage on the metal nozzle through the generator;
4) flowing the mixed liquid from a syringe to a metal nozzle; And
5) collecting the substrate using an aluminum foil at the bottom of the metal nozzle.
The method for producing an anisotropic nanofiber structure according to claim 1, wherein the ultraviolet ray of step 3) is irradiated at a power of 10 to 100 mW / cm 2 for 1 to 60 minutes.
상기 자극반응성 고분자 및 상기 자극 비반응성 고분자는 이방성 구획화를 유지하고, 외부 자극에 따라 각 구획이 상이한 기계적 동작 활성화(mechanical actuation)를 구현하는 것을 특징으로 하는 이방성 나노섬유 구조체.
An anisotropic nanofiber structure comprising a stimulable reactive polymer capable of physical or chemical crosslinking and a non-reactive non-reactive polymer,
Wherein the stimulus-responsive polymer and the non-stimulus-nonreactive polymer maintain anisotropic compartmentalization and each section implements different mechanical actuation according to external stimuli.
7. The anisotropic nanofiber construct of claim 7, wherein the external stimulus is a thermal stimulus.
7. The anisotropic nanofiber structure according to claim 7, wherein the anisotropic nanofiber structure is deformed into a linear or coil shape depending on temperature in an aqueous solution.
7. The anisotropic nanofiber structure according to claim 7, wherein a drug having a different molecular weight is contained in each of the sections formed by the anisotropic partitioning.
10. The pharmaceutical composition according to claim 10, wherein the drug is selected from the group consisting of DNA polymerase, RNA, biopolymer protein including Bis (trimethylsilyl) acetaide, DMP, adriamycin, ifosfamide, thiotepa, melphalan, methotrexate, mitoxantrone, estramustine, bleomycin, velban, an anisotropic nanofiber structure characterized in that molecular weights are different between taxanes, thalidomide, etoposide, phosphate, taxol, vincristine, dexamethasone, doxorubicin, busulfan, cytoxan, cyclophosphamide, bischloroethyl nitrosourea, cytosine arabinoaside and 6-thioguanine.
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