KR101732490B1 - 기상 분자층 증착법을 이용하여 제조된 외부자극에 의해 분해가 가능한 고분자 구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

기상 분자층 증착법을 이용하여 제조된 외부자극에 의해 분해가 가능한 고분자 구조체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기상 분자층 증착법에 의해 제조된 외부자극에 의하여 분해가 가능한 고분자 구조체에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 구조체는 베이스 부재와, 베이스 부재 상에 기상 분자층 증착법으로 형성된 고분자 전달매개물질과, 전달매개물질 상에 형성되는 연결기와, 상기 연결기와 결합되어 있는 전달물질을 구비하며, 연결기와 전달물질의 결합은 외부자극에 의해 분해가 가능하다.

Description

기상 분자층 증착법을 이용하여 제조된 외부자극에 의해 분해가 가능한 고분자 구조체 및 그 제조방법{POLYMER STRUCTURE CLEAVABLE BY EXTERNAL STIMULI MANUFACTURED BY MOLECULAR LAYER DEPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 외부자극에 의해 분해가 가능한 고분자 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기상 분자층 증착법에 의해 제조된 외부자극에 의해 분해가 가능한 고분자 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)이란 유기 또는 유기-무기 박막을 형성할 수 있는 기상의 분자(gaseous molecule)들을 그들간의 화학결합을 통하여 기질 위에 박막의 형태로 증착하는 방법이다. 기상 분자층 증착법은, 단원자층 수준에서 조절이 가능하며 가장 이상적인 무기 및 금속 산화물 박막 제조 기술로 알려진 기존의 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 분자 차원으로 확장시킨 개념으로서, 형성시킬 수 있는 물질이 무기 금속 박막으로 제한되었던 ALD와 달리 유기 박막 또는 유기-무기 복합 나노초박막을 형성할 수 있는 기술이다. 특히, 기상 분자층 증착법은 형성시키고자 하는 유기분자들 또는 무기분자들을 기체 상태로 분사한 뒤 자체제어반응(self-limiting reaction)을 통하여 기질 위에 순차적으로 결합시키므로, 원하는 유기 또는 유기-무기 복합 분자층을 균일하게 형성시킬 수 있는 장점을 갖고 있다. 또한, 증착 주기와 반응물, 화학결합의 종류, 증착 횟수 등의 조절을 통하여 기질 위에 증착된 분자층의 구조와 성질을 쉽게 디자인할 수 있고, 분자 크기 수준에서 박막의 두께 조절이 가능하기 때문에 다양한 유기 및 유기-무기 복합 박막 형성 공정에서 주목받고 있다.
(선행기술문헌) 대한민국공개특허공보 제10-2004-0063655(2004.07.14.)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기상 분자 증착법을 이용하여 외부자극에 의해 분해가 가능한 고분자 구조체를 제공하는 데에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 외부자극에 의해 분해가 가능한 고분자 구조체를 기상 분자 증착법을 이용하여 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 고분자 구조체에 대한 일 실시예는 베이스 부재; 상기 베이스 부재 상에 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)으로 형성된 고분자 전달매개물질; 상기 전달매개물질 상에 형성되는 연결기(Linker); 및 상기 연결기와 결합되어 있는 전달물질;을 포함하며, 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합은 외부자극에 의해 분해(cleavage)가 가능하다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 고분자 구조체에 대한 다른 실시예는 베이스 부재; 상기 베이스 부재 상에 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)으로 형성된 고분자 전달매개물질; 및 상기 전달매개물질과 결합되어 있는 전달물질;을 포함하며, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합은 외부자극에 의해 분해(cleavage)가 가능하다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 연결기는 기상 분자층 증착법에 의하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 연결기는 하나의 분자층으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질을 이루는 결합 중 적어도 하나는 외부자극에 의해 분해가 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질 사이의 결합과 상기 전달매개물질을 이루는 결합 중 외부자극에 의해 분해가 가능한 결합이 동일한 외부자극에 의해 분해될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질은 일 방향으로 정렬된 고분자 박막일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 외부자극은 물리적 자극일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 물리적 자극은 빛, 열, 전기신호 및 자기신호 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 외부자극은 화학적 변화일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 화학적 변화는 산성 또는 염기성 분위기일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 베이스 부재는 나노 구조체일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노 구조체는 나노 와이어일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달물질은 약물일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질은 플라즈마에 의해 표면 처리된 상기 베이스 부재 상에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질은 Polyurea이고, 상기 연결기와 상기 전달물질은 에스터 결합(ester bond)되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 외부자극은 자외선(UV)이며, 자외선에 의해 상기 연결기와 상기 전달물질이 이루는 에스터 결합이 분해될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질은 Polyester Urethane이고, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질은 에스터 결합(ester bond)될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체의 일부 실시예들에 있어서, 상기 외부자극은 자외선(UV)이며, 자외선에 의해, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질이 이루는 에스터 결합이 분해되고, 상기 Polyester Urethane 내의 C-O 결합 중 적어도 하나가 분해될 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 일 실시예는 베이스 부재 상에 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)을 이용하여 고분자 전달매개물질을 형성하는 단계; 상기 전달매개물질 상에 연결기(Linker)를 형성하는 단계; 및 상기 연결기와 전달물질을 결합시키는 단계;를 포함하며, 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합은 외부자극에 의해 분해(cleavage)가 가능하다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 다른 실시예는 베이스 부재 상에 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)을 이용하여 고분자 전달매개물질을 형성하는 단계; 연결기(Linker)와 결합된 전달물질을 준비하는 단계; 및 상기 연결기가 상기 전달매개물질과 상기 전달물질 사이에 배치되도록 상기 전달매개물질 상에 상기 연결기와 결합된 전달물질을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합은 외부자극에 의해 분해(cleavage)가 가능하다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 또 다른 실시예는 베이스 부재 상에 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)을 이용하여 고분자 전달매개물질을 형성하는 단계; 및 상기 전달매개물질과 전달물질을 결합시키는 단계;를 포함하며, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합은 외부자극에 의해 분해(cleavage)가 가능하다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 연결기는 기상 분자층 증착법을 이용하여 상기 전달매개물질 상에 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 연결기는 하나의 분자층으로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 연결기와 결합된 전달물질은 기상 분자층 증착법을 이용하여 상기 전달매개물질 상에 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달물질은 기상 분자층 증착법을 이용하여 상기 전달매개물질과 결합시킬 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질을 이루는 결합 중 적어도 하나는 외부자극에 의해 분해가 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질 사이의 결합과 상기 전달매개물질을 이루는 결합 중 외부자극에 의해 분해가 가능한 결합이 동일한 외부자극에 의해 분해될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질이 일 방향으로 정렬되도록 상기 전달매개물질을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달물질은 기상 분자층 증착법을 이용하여 상기 연결기와 결합시킬 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 외부자극은 물리적 자극일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 물리적 자극은 빛, 열, 전기신호 및 자기신호 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 외부자극은 화학적 변화일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 화학적 변화는 산성 또는 염기성 분위기일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 베이스 부재는 나노 구조체일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노 구조체는 나노 와이어일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달물질은 약물일 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질을 형성하는 단계 이전에, 상기 베이스 부재의 표면을 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질은 Polyurea이고, 상기 연결기와 상기 전달물질은 에스터 결합(ester bond)되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질은 PDI(Phenylenediisocyanate)와 PDA(Phenylenediamine)를 전구체(precursor)로 이용하여 기상 분자층 증착법으로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 외부자극은 자외선(UV)이고, 자외선에 의해 상기 연결기와 상기 전달물질이 이루는 에스터 결합이 분해될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질을 형성하는 단계 이전에, 상기 베이스 부재의 표면을 산소(O2)플라즈마 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질은 Polyester Urethane이고, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질은 에스터 결합(ester bond)되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질은 PDI(Phenylenediisocyanate)와 TBE(Terephthalic acid bis-(2-hydroxy ethyl) ester)를 전구체(precursor)로 이용하여 기상 분자층 증착법으로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 외부자극은 자외선(UV)이고, 자외선에 의해, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질이 이루는 에스터 결합이 분해되고, 상기 Polyester Urethane 내의 C-O 결합 중 적어도 하나가 분해될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전달매개물질을 형성하는 단계 이전에, 상기 베이스 부재의 표면을 산소(O2)플라즈마 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기상 분자층 증착법에 의하여 전달매개물질을 형성함으로써 고분자인 전달매개물질을 엉킴없이 일 방향으로 정렬시킬 수 있기 때문에, 기존의 랜덤하게 배향된 전달매개물질을 이용하는 경우에 비해 외부자극에 의해 빠르고 정확하게 전달물질이 고분자 구조체에서 분리될 수 있다.
그리고 기상 분자층 증착법을 이용함에 따라 전달매개물질의 표면의 작용기들의 정렬이 제어가능하고 재현성이 우수하여, 전달물질의 분해시점, 분해된 전달물질의 농도 등을 제어하기 용이하게 된다.
또한, 에너지가 높고 침투성이 우수한 기체 상태의 분자들을 사용한 기상 분자층 증착법을 이용함으로써, 나노 구조체에도 쉽게 증착이 가능하게 되고, 기존의 용액반응에 비하여 원하는 디자인의 고분자 구조체의 제조가 빠르고 용이하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 고분자 구조체에 대한 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고분자 구조체의 일 실시예의 전달매개물질을 기상 분자층 증착법을 이용하여 증착하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 기상 분자층 증착법을 이용하여 증착된 Polyurea의 투과전자현미경 사진이다.
도 4는 기상 분자층 증착법을 이용하여 고분자를 나노 구조체에 형성하는 경우와 기존의 방법을 이용하여 고분자를 나노 구조체에 형성하는 경우를 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 고분자 구조체가 외부자극에 의하여 분해되는 것을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 고분자 구조체에 대한 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 고분자 구조체의 다른 실시예의 전달매개물질을 기상 분자층 증착법을 이용하여 증착하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 고분자 구조체가 외부자극에 의하여 분해되는 것을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 일 실시예를 수행하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 다른 실시예를 수행하기 위한 흐름도이다.
도 11은 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 또 다른 실시예를 수행하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 고분자 구조체에 대한 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고분자 구조체에 대한 일 실시예(100)는 베이스 부재(110), 전달매개물질(120), 연결기(130) 및 전달물질(140)을 구비한다.
베이스 부재(110)는 고분자 구조체(100)의 형태를 결정하는 것으로, 전달매개물질(120), 연결기(130) 및 전달물질(140)을 지지한다. 베이스 부재(110)는 나노 구조체일 수 있으며, 바람직하게는 나노 와이어일 수 있다. 나노 와이어는 실리콘, 탄소 나노 튜브 등으로 이루어질 수 있다. 베이스 부재(110)는 플라즈마에 의해 표면 처리된 것일 수 있다. 이때 플라즈마는 산소(O2) 플라즈마일 수 있다. 베이스 부재(110)의 표면이 플라즈마 처리됨으로써, 베이스 부재(110)의 표면에 원하는 작용기가 형성됨으로써, 후술할 전달매개물질(120)의 형성이 더욱 용이하게 될 수 있다. 본 실시예에서는 베이스 부재(110)가 나노 와이어 형태의 나노 구조체인 것으로 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 평탄한 기판이나 나노 파티클 또는 패턴이 형성되어 있는 기판이나 구조체 등의 형태일 수도 있다.
전달매개물질(120)은 베이스 부재(110) 상에 형성된다. 전달매개물질(120)은 고분자로 이루어지며, 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)에 의해 형성된다. 이로 인해, 전달매개물질(120)은 일 방향으로 정렬된 형태로 형성될 수 있다.
기상 분자층 증착법은 둘 이상의 분자가 교대로 공급되어 정확한 화학결합을 통하여 분자층을 형성시키는 방법으로, 정렬도가 높은 분자층 형성이 가능하다. 기상 분자층 증착법은 평평한 표면뿐 아니라, 패턴이 형성되어 있는 기판이나 나노 구조체에서도 정렬된 형태의 균일한 박막을 전면에 전체적으로 형성시킬 수 있으며, 기질과 분자, 분자와 분자가 강한 화학결합으로 연결되어 있기 때문에 매우 안정한 특징을 갖는다. 또한, 기상 분자층 증착법은 분자층을 나노 구조체 표면에 한 층씩 적층하게 되므로, 나노 구조체의 형상을 그대로 유지시키면서 고분자 박막을 형성시킬 수 있다.
기상 분자층 증착법을 이용하여 전달매개물질(120)을 증착하는 과정 및 증착된 박막의 개략적인 도면을 도 2에 나타내었다. 도 2는 PDI(phenylenediisocyanate)와 PDA(phenylenediamine)를 베이스 부재(110) 상에 교호적으로 공급하여 Polyurea 고분자 전달매개물질(120)을 증착하는 과정을 나타낸 것이다. 그리고 이와 같이 증착된 Polyurea 박막(310)의 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 사진을 도 3에 나타내었다.
Polyurea를 증착하기에 앞서, 베이스 부재(110)의 표면을 산소 플라즈마로 표면처리하여, 도 2에 도시된 바와 같이 베이스 부재(110)의 표면에 -OH기가 형성되도록 한다.
Polyurea를 기상 분자층 증착법을 이용하여 증착하는 과정은 고진공 상태의 챔버에 두 개의 전구체(precursor)인 PDI와 PDA를 교대로 공급하는 형태로 이루어진다. 각각의 전구체는 Dosing-Exposure-Purge-Evacuation의 4단계 과정으로 챔버에 공급되고 배기된다. Dosing은 전구체를 나노 구조체 상에 공급하는 과정이고, Exposure는 공급된 전구체를 나노 구조체에 결합시키는 과정이다. Purge는 나노 구조체에 결합하지 않은 반응물질을 제거하는 과정으로, 아르곤이나 질소와 같은 불활성 가스인 퍼지가스(purge gas)를 공급한다. 이때 퍼지가스는 캐리어 가스(carrier gas)를 이용할 수 있다. Evacuation은 다시 챔버를 진공 상태로 만드는 과정이다. PDI와 PDA가 각각 상기의 4단계의 과정을 거치게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이 Urea 1개의 분자층이 나노 구조체 상에 형성되며, 이 과정이 1 사이클(cycle)에 해당한다. 이 1 사이클을 반복 수행하면, 원하는 분자층 개수를 갖는 Polyurea를 나노 구조체 상에 형성할 수 있게 된다. 이와 같은 방식으로 증착된 Polyurea 고분자 박막(310)은 도 3에 나타낸 바와 같이 매우 치밀하고 균일한 것을 알 수 있다.
기상 분자층 증착법을 이용하게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이 일 방향으로 정렬된 고분자 박막을 형성할 수 있다. 또한, 기상 분자층 증착법을 이용하게 되면, 사이클당 증착되는 박막의 두께가 균일하므로, 증착 사이클 회수를 조절하여 원하는 박막의 두께를 나노 스케일로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 표면에 하나의 분자층씩 증착되는 자체제어반응(self-limiting reaction)을 통해 박막이 증착되므로, 나노 구조체의 형태를 그대로 유지하면서 고분자 박막이 증착될 수 있다. 그리고 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 형성된 고분자 박막의 표면은 일정하게 된다. 그리고 표면에 형성되어 있는 작용기는 균일하게 정렬되며, 전구체와 화학결합의 종류를 조절함으로써 고분자 박막의 표면에 원하는 작용기를 갖도록 할 수 있어, 고분자 박막의 표면 특성을 손쉽게 조절할 수 있게 된다.
도 4는 기상 분자층 증착법을 이용하여 고분자를 나노 구조체에 형성하는 경우와 기존의 다른 방법으로 고분자를 나노 구조체에 형성하는 경우를 비교하는 도면이다.
도 4의 가운데 그림에 도시된 바와 같이, 기상 분자층 증착법을 이용하여 나노 구조체에 고분자를 형성하면, 나노 구조체의 형태를 유지하면서 균일한 고분자 박막이 증착된다. 반면에, 스핀코팅(spin coating)이나 딥코팅(deep coating)과 같은 방법은 제어된 화학결합 방식이 아니라 정전기적 인력에 의한 증착 방법이기 때문에, 도 4의 왼쪽 그림에 도시된 바와 같이 불균일한 고분자가 형성되어 나노 구조체의 형태를 잃어버리게 된다. 그리고 자기조립법(Self Assembly Monolayer, SAM)을 이용한 증착법은 용액상에서 이루어지는 증착 방법이기 때문에, 도 4의 오른쪽 그림에 도시된 바와 같이 분자의 침투 한계로 나노 구조체의 상부에만 부분적으로 고분자가 형성되어 균일한 고분자 박막의 증착이 어렵게 된다.
결국, 전달매개물질(120)을 기상 분자층 증착법을 이용하여 형성하게 되면, 베이스 부재(110)의 형태를 유지한 상태로 전달매개물질(120)을 형성하는 것이 가능하게 되고, 형성된 전달매개물질(120)의 분자층을 일 방향으로 정렬시킬 수 있게 되며, 표면의 작용기 또한 균일하게 형성할 수 있게 된다.
연결기(Linker)(130)는 전달매개물질(120) 상에 형성된다. 연결기(130)는 하나의 분자층으로 형성될 수 있다. 하나의 분자층으로 연결기(130)를 형성하기 위해서 분자층 단위로 증착이 가능한 기상 분자층 증착법을 이용하여 전달매개물질(120) 상에 형성할 수 있다.
전달물질(140)은 연결기(130)와 결합되며, 연결기(130)와 전달물질(140)의 결합은 외부자극에 의해 분해(Cleavage)가 가능하다. 즉, 외부자극에 의해 전달물질(140)과 연결기(130)의 결합이 분해됨으로써, 전달물질(140)은 고분자 구조체(100)로부터 분리된다. 전달물질(140)은 단백질, DNA, RNA, 약물 등일 수 있으며, 전달물질(140)이 약물인 경우, 고분자 구조체(100)는 약물전달물질로 이용 가능하다.
외부자극은 빛, 열, 전기신호, 자기신호와 같은 물리적 자극일 수 있다. 이러한 물리적 자극은 단독으로 고분자 구조체(100)에 인가될 수도 있고, 복수의 종류의 물리적 자극이 조합되어 고분자 구조체(100)에 인가될 수도 있다. 즉, 물리적 자극에 의해 전달물질(140)과 연결기(130)의 결합이 분해될 수 있는 물질로 전달물질(140)과 연결기(130)가 이루어질 수 있다. 예컨대, 전달물질(140)과 연결기(130)가 에스터(ester) 결합되는 물질로 이루어지고, 이 에스터 결합이 자외선(UV)에 의해 분해될 수 있도록 전달물질(140)과 연결기(130)가 결합될 수 있다.
또한, 외부자극은 화학적 변화일 수 있다. 화학적 변화는 산성 또는 염기성 분위기일 수 있다. 즉, pH의 변화와 같은 화학적 변화에 의해 전달물질(140)과 연결기(130)의 결합이 분해될 수 있는 물질로 전달물질(140)과 연결기(130)가 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 고분자 구조체가 외부자극에 의하여 분해되는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
실리콘 나노 와이어(510)에 Polyurea 전달매개물질(520), 연결기(530) 및 chlorambucil과 같은 백혈병 치료제인 전달물질(540)이 순차적으로 형성되어 있는 고분자 구조체(500)를 도 5에 나타내었다. 이때 연결기(530)와 전달물질(540)은 에스터 결합되어 있다. 이와 같은 고분자 구조체(500)는, 실리콘 나노 와이어(510)에 Polyurea 전달매개물질(520)을 기상 분자층 증착법에 의해 형성하고, Polyurea 전달매개물질(520)의 표면에 연결기(530)를 기상 분자층 증착법에 의해 하나의 분자층을 형성한 후, 백혈병 치료제인 전달물질(540)을 연결기(530)와 에스터 결합시켜 제조할 수 있다. 또는 실리콘 나노 와이어(510)에 Polyurea 전달매개물질(520)을 기상 분자층 증착법에 의해 형성하고, 연결기(530)와 결합된 전달물질(540)을 전달매개물질(520) 상에 기상 분자층 증착법에 의해 형성하여 제조할 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 고분자 구조체(500)에 외부자극인 특정 파장을 가지는 자외선(UV)을 일정시간 쪼여주면, 에스터 결합되어 있는 연결기(530)와 전달물질(540)의 결합이 끊어져, 백혈병 치료제인 전달물질(540)이 고분자 구조체(500)로부터 분리된다. 예컨대, 350nm 정도의 자외선(UV)을 고분자 구조체(500)에 인가하면, 도 5에 도시된 바와 같이 연결기(530)와 전달물질(540)의 결합인 에스터 결합 중 C-O 결합이 분해됨으로써, 백혈병 치료제인 전달물질(540)이 고분자 구조체(500)로부터 분리된다. 도 5에서는 빛에 의해 결합이 분해되는 것에 대해 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 열, 전기신호, 자기신호와 같이 물리적 자극에 의해 연결기와 전달물질의 결합이 분해되는 것이 이용될 수도 있음은 당연하다. 또한, pH의 변화와 같은 화학적 변화에 의해 연결기와 전달물질의 결합이 분해되는 것이 이용될 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일 실시예의 고분자 구조체(500)는 하나의 전달물질(540)에 하나의 연결기(530)가 결합되어 있고, 연결기(530) 또한 기상 분자층 증착법에 의해 일 방향으로 정렬된 전달매개물질(520)과 결합되어 있어, 특정 외부자극(도 5에서는 빛에 대해 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않음)에 의해 용이하게 연결기(530)와 전달물질(540)의 결합이 끊어져 전달물질(540)이 분리될 수 있게 된다. 이를 이용하여, 외부자극의 세기 등을 조절하게 되면, 전달물질(540)의 분리 시점, 분리된 양을 제어할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 구조체(500)는 전달물질(540)의 분리 시점, 분리된 양을 제어하는 것이 중요한 약물전달 분야에 활용이 가능하며, 그 외 다양한 분야에 활용이 가능하다.
이에 반해, 기존의 스핀코팅, 딥코팅과 같은 방법으로 전달매개물질, 연결기를 형성하게 되면, 전달매개물질이 방향성 없이 랜덤하게 배향되어 있어 연결기와 복잡하게 결합되어 있을 수 있고, 연결기와 전달매개물질이 결합된 정도도 균일하지 못하게 된다. 이에 따라, 외부자극에 의해 전달물질이 분리되는 것이 아주 느리게 진행되거나 불가능해지게 된다. 그리고 외부자극에 의해 전달물질이 분리된다고 하더라도 분리 시점과 분리된 양을 제어할 수가 없어, 이의 제어가 중요한 분야(예컨대, 약물전달) 등에는 활용할 수가 없다.
도 6은 본 발명에 따른 고분자 구조체에 대한 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 고분자 구조체에 대한 다른 실시예(600)는 베이스 부재(610), 전달매개물질(620) 및 전달물질(640)을 구비한다.
베이스 부재(610)는 고분자 구조체(600)의 형태를 결정하는 것으로, 전달매개물질(620) 및 전달물질(640)을 지지한다. 본 실시예(600)에서의 베이스 부재(610)는 상술한 실시예(100)의 베이스 부재(110)와 그 형태 및 기능이 동일하므로 상세한 설명은 참조번호 110의 베이스 부재의 설명과 동일하다. 즉, 베이스 부재(610)는 나노 구조체일 수 있으며, 바람직하게는 나노 와이어일 수 있다. 베이스 부재(610)는 플라즈마에 의해 표면 처리된 것일 수 있다. 이때 플라즈마는 산소(O2) 플라즈마일 수 있다. 본 실시예에서 또한 베이스 부재(610)가 나노 와이어 형태의 나노 구조체인 것으로 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 평탄한 기판이나 나노 파티클 또는 패턴이 형성되어 있는 기판이나 구조체 등의 형태일 수도 있다.
전달매개물질(620)은 베이스 부재(610) 상에 형성된다. 전달매개물질(620)은 고분자로 이루어지며, 기상 분자층 증착법에 의해 형성된다. 이로 인해, 전달매개물질(620)은 일 방향으로 정렬된 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예(600)에 이용될 수 있는 전달매개물질(620)을 기상 분자층 증착법에 의하여 증착하는 과정 및 증착된 박막의 개략적인 도면을 도 7에 나타내었다. 도 7은 PDI(phenylenediisocyanate)와 TBE(Terephthalic acid bis-(2-hydroxy ethyl) ester)를 교호적으로 공급하여 Polyester Urethane 고분자 전달매개물질(620)을 베이스 부재(610) 상에 증착하는 과정을 나타낸 것이다.
Polyester Urethane를 증착하기에 앞서 베이스 부재(610)의 표면을 산소 플라즈마로 표면처리하여, 도 7에 도시된 바와 같이 베이스 부재(610)의 표면에 -OH기가 형성되도록 한다.
Polyester Urethane를 기상 분자층 증착법을 이용하여 증착하는 과정은 고진공 상태의 챔버에 두 개의 전구체(precursor)인 PDI와 TBE를 교대로 공급하는 형태로 이루어진다. 각각의 전구체는 Dosing-Exposure-Purge-Evacuation의 4단계 과정으로 챔버에 공급된다. Dosing, Exposure, Purge 및 Evacuation은 상술한 과정과 동일하다. PDI와 TBE가 각각 상기의 4단계의 과정을 거치게 되면, 도 7에 도시된 바와 같이 Ester Urethane 1개의 분자층이 나노 구조체 상에 형성되며, 이 과정이 1 사이클(cycle)에 해당한다. 이 1 사이클을 반복 수행하면, 원하는 분자층 개수를 갖는 Polyester Urethane를 베이스 부재(610) 상에 형성할 수 있게 된다.
이와 같이, Polyester Urethane를 기상 분자층 증착법을 이용하여 증착하게 되면, 도 7에 도시된 바와 같이 일 방향으로 정렬된 고분자 박막을 형성할 수 있다. 그리고 사이클당 증착되는 박막의 두께가 균일하므로, 증착 사이클 회수를 조절하여 원하는 박막의 두께를 나노 스케일로 제어하는 것이 가능하게 되며, 나노 구조체의 형태를 그대로 유지하면서 나노 구조체 상에 Polyester Urethane 고분자 박막이 증착될 수 있다.
결국, 상술한 바와 같이 전달매개물질(620)을 기상 분자층 증착법을 이용하여 형성하게 되면, 베이스 부재(610)의 형태를 유지한 상태로 전달매개물질(620)을 형성하는 것이 가능하게 되고, 형성된 전달매개물질(620)의 분자층을 일 방향으로 정렬시킬 수 있게 되며, 표면의 작용기 또한 균일하게 형성할 수 있게 된다.
전달물질(640)은 전달매개물질(620)과 결합되며, 전달매개물질(620)과 전달물질(640)의 결합이 외부자극에 의해 분해(Cleavage)가 가능하다. 즉, 외부자극에 의해 전달물질(640)과 전달매개물질(620)의 결합이 분해됨으로써, 전달물질(640)은 고분자 구조체(600)로부터 분리된다. 전달물질(640)은 단백질, DNA, RNA, 약물 등일 수 있으며, 전달물질(640)이 약물인 경우, 고분자 구조체(600)는 약물전달물질로 이용 가능하다.
전달매개물질(620)과 전달물질(640) 사이의 결합 뿐만 아니라, 전달매개물질(620) 이루는 결합 중 적어도 하나가 외부자극에 분해가 가능하도록 전달매개물질(620)이 형성될 수 있다. 이때, 고분자 구조체(600)에 인가되는 동일한 종류의 외부자극에 의해, 전달매개물질(620)과 전달물질(640) 사이의 결합도 분해될 수 있고, 전달매개물질(620)을 이루는 결합도 분해될 수 있다. 즉, 하나의 외부자극에 의해 여러 결합(전달매개물질(620)과 전달물질(640) 사이의 결합, 전달매개물질(620) 내의 복수의 결합)이 분해됨으로써, 베이스 부재(610) 상에 형성되어 있는 전달매개물질(620)과 전달물질(640)이 모두 부분부분 분해되는 형태로 전달물질(640)이 고분자 구조체(600)로부터 분리될 수 있다.
외부자극은 빛, 열, 전기신호, 자기신호와 같은 물리적 자극일 수 있다. 이러한 물리적 자극은 단독으로 고분자 구조체(600)에 인가될 수도 있고, 복수의 종류의 물리적 자극이 조합되어 고분자 구조체(600)에 인가될 수도 있다. 즉, 물리적 자극에 의해 전달물질(640)과 전달매개물질(620)의 결합이 분해될 수 있는 물질로 전달물질(640)과 전달매개물질(620)이 이루어질 수 있다. 예컨대, 전달물질(140)과 전달매개물질(620)이 에스터(ester) 결합되어, 이 에스터 결합이 자외선(UV)에 의해 분해될 수 있도록 전달물질(640)과 전달매개물질(620)이 이루어질 수 있다.
또한, 외부자극은 화학적 변화일 수 있다. 화학적 변화는 산성 또는 염기성 분위기일 수 있다. 즉, pH의 변화와 같은 화학적 변화에 의해 전달물질(640)과 전달매개물질(620)의 결합이 분해될 수 있는 물질로 전달물질(640)과 전달매개물질(620)이 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 고분자 구조체가 외부자극에 의하여 분해되는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
실리콘 나노 와이어(810)에 Polyeste Urethane 전달매개물질(820) 및 chlorambucil과 같은 백혈병 치료제인 전달물질(840)이 순차적으로 형성되어 있는 고분자 구조체(800)를 도 8에 나타내었다. 이때 전달매개물질(820)과 전달물질(840)은 에스터 결합되어 있다. 이와 같은 고분자 구조체(800)는, 실리콘 나노 와이어(810)에 Polyester Urethane 전달매개물질(820)을 기상 분자층 증착법에 의해 형성하고, 백혈병 치료제인 전달물질(840)을 전달매개물질(820)과 에스터 결합시켜 제조할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 고분자 구조체(800)에 외부자극인 특정 파장을 가지는 자외선(UV)을 일정시간 쪼여주면, 에스터 결합 되어 있는 전달매개물질(820)과 전달물질(840)의 결합이 끊어져, 백혈병 치료제인 전달물질(840)이 고분자 구조체(800)로부터 분리된다. 예컨대, 350nm 정도의 자외선을 고분자 구조체(800)에 인가하면, 도 8에 도시된 바와 같이 전달매개물질(820)과 전달물질(840)의 결합인 에스터 결합 중 C-O 결합이 분해됨으로써, 백혈병 치료제인 전달물질(840)이 고분자 구조체(800)로부터 분리된다. 그런데 전달매개물질(820)이 Polyester Urethane와 같은 고분자로 이루어지면, Polyester Urethane 내에 C-O 결합이 다수 존재하여, 350nm 정도의 자외선에 Polyester Urethane 내에 존재하는 C-O 결합이 분해될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이 참조부호 821, 822로 표시된 Polyester Urethane 내의 C-O 결합이 350nm 정도의 자외선에 의해 분해될 수 있다. 즉, 하나의 외부자극(350nm UV)에 의해 Polyester Urethane 전달매개물질(840)와 단백질 치료제인 전달물질(840) 사이의 에스터 결합 뿐 아니라, Polyester Urethane 내의 C-O 결합이 모두 부분부분 분해됨으로써, 단백질 치료제인 전달물질(840)이 고분자 구조체(800)로부터 분리될 수 있다.
도 8에서는 빛에 의해 결합이 분해되는 것에 대해 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 열, 전기신호, 자기신호와 같이 물리적 자극에 의해 전달매개물질과 전달물질의 결합이 분해되는 것이 이용될 수도 있음은 당연하다. 또한, pH의 변화와 같은 화학적 변화에 의해 전달매개물질과 전달물질의 결합이 분해되는 것이 이용될 수도 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일 실시예의 고분자 구조체(800)는 전달물질(840)이 기상 분자층 증착법에 의해 일 방향으로 정렬된 전달매개물질(820)과 결합됨으로써, 특정 외부자극(도 8에서는 빛에 대해 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않음)에 의해 용이하게 전달매개물질(820)과 전달물질(840)의 결합과 전달매개물질(820) 내의 결합이 끊어져 전달물질(840)이 분리될 수 있게 된다. 이를 이용하여, 외부자극의 세기 등을 조절하게 되면, 전달물질(840)의 분리 시점, 분리된 양을 제어하는 것이 용이하게 된다. 따라서 본 실시예 또한, 상술한 바와 같이 전달물질(840)의 분리 시점, 분리된 양을 제어하는 것이 중요한 약물전달 분야에 활용이 가능하며, 그 외 다양한 분야에 활용이 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 일 실시예를 수행하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 일 실시예는 우선 베이스 부재(110) 표면을 플라즈마 처리한다(S910). 이때 플라즈마는 산소(O2) 플라즈마일 수 있다.
베이스 부재(110)는 도 1에서 도시하고 설명한 베이스 부재와 동일한 형태와 기능을 갖는 것으로, 고분자 구조체(100)의 형태를 결정하며, 나노 구조체일 수 있으며, 바람직하게는 나노 와이어일 수 있다. 베이스 부재(110)의 표면을 플라즈마 처리함으로써, 베이스 부재(110)의 표면이 원하는 작용기를 갖도록 만들어 전달매개물질(120)의 형성을 더욱 용이하게 할 수 있다. 예컨대, 베이스 부재(110)의 표면을 산소 플라즈마로 표면처리하여, 베이스 부재(110)의 표면에 -OH기가 형성되도록 할 수 있다. 베이스 부재(110)의 표면이 원하는 작용기로 형성되어 있는 경우에는 S910 단계는 생략할 수도 있다.
다음으로, 베이스 부재(110) 상에 전달매개물질(120)을 형성한다(S920). 전달매개물질(120)은 고분자로 이루어지며, 기상 분자층 증착법에 의해 형성된다. 이로 인해, 전달매개물질(120)은 일 방향으로 정렬된 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, PDI와 PDA를 교호적으로 공급하여 기상 분자층 증착법에 의해 전달매개물질(120)인 Polyurea 고분자를 베이스 부재(110) 상에 일 방향으로 정렬된 형태로 형성할 수 있다. Polyurea 전달매개물질(120)을 기상 분자층 증착법에 의해 형성하는 방법은 도 2에서 도시하고 설명한 방법과 동일하다. 이와 같이 기상 분자층 증착법을 이용하게 되면, 일 방향으로 정렬된 전달매개물질(120)을 베이스 부재(110) 상에 형성할 수 있다.
다음으로, 전달매개물질(120) 상에 연결기(130)를 형성한다(S930). 연결기(130)는 도 1에서 도시하고 설명한 연결기와 동일한 형태와 기능을 갖는 것으로, 연결기(130)는 하나의 분자층으로 형성될 수 있다. 하나의 분자층으로 연결기(130)를 형성하기 위해서 분자층 단위로 증착이 가능한 기상 분자층 증착법을 이용할 수 있다.
다음으로, 연결기(130)와 전달물질(140)을 결합시킨다(S940). 전달물질(140)은 도 1에서 도시하고 설명한 전달물질과 동일한 형태와 기능을 갖는 것으로, 기상 분자층 증착법을 이용하여 전달물질(140)과 연결기(130)를 결합시킬 수 있다. 이를 통해 베이스 부재(110)에 전달매개물질(120), 연결기(130) 및 전달물질(140)이 순차적으로 형성된 고분자 구조체(100)를 제조할 수 있다. 연결기(130)와 전달물질(140)은 외부자극에 의해 그 결합이 분해가 가능하도록 S940 단계가 수행된다. 전달물질(140)은 단백질, DNA, RNA, 약물 등일 수 있으며, 전달물질(140)이 약물인 경우, 고분자 구조체(100)는 약물전달물질로 이용 가능하다.
이와 같이 형성된 고분자 구조체(100)에 외부자극을 인가하면, 연결기(130)와 전달물질(140)의 결합이 분해됨으로써, 전달물질(140)이 고분자 구조체(100)로부터 분리된다. 이때, 외부자극은 빛, 열, 전기신호, 자기신호와 같은 물리적 자극일 수 있다. 이러한 물리적 자극은 단독으로 고분자 구조체(100)에 인가될 수도 있고, 복수의 종류의 물리적 자극이 조합되어 고분자 구조체(100)에 인가될 수도 있다. 즉, 물리적 자극에 의해 전달물질(140)과 연결기(130)의 결합이 분해될 수 있는 물질로 전달물질(140)과 연결기(130)를 형성할 수 있다. 예컨대, 자외선(UV)에 의해 전달물질(140)과 연결기(130)의 결합이 분해될 수 있도록 전달물질(140)과 연결기(130)를 형성할 수 있다. 즉, 전달물질(140)이 연결기(130)와 에스터 결합되도록 S940 단계가 수행될 수 있다. 전달매개물질(120)이 Polyurea이고 연결기(130)와 전달물질(140)이 에스터 결합되도록 S920 ~ S940 단계가 수행되어 제조된 고분자 구조체(100)에 350nm의 파장을 갖는 자외선이 외부자극으로 인가되면, 연결기(130)와 전달물질(140) 사이의 에스터 결합 중 C-O 결합이 분해되어 전달물질(140)이 고분자 구조체(100)로부터 분리될 수 있다.
또한, 외부자극은 화학적 변화일 수 있다. 화학적 변화는 산성 또는 염기성 분위기일 수 있다. 즉, S940 단계는 pH의 변화와 같은 화학적 변화에 의해 전달물질(140)과 연결기(130)의 결합이 분해되는 것이 가능하도록 전달물질(140)과 연결기(130)를 결합시킬 수 있다.
고분자 구조체(100)를 도 9에 도시된 방법을 이용하여 제조하게 되면, 기상 분자층 증착법에 의해 일 방향으로 정렬된 전달매개물질(120)에 연결기(130)가 형성되고 그 연결기(130)에 전달물질(140)이 결합되어, 외부자극에 의해 용이하게 연결기(130)와 전달물질(140)의 결합이 끊어져 전달물질(140)이 분리될 수 있는 고분자 구조체(100)를 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 고분자 구조체(100)는 외부자극의 세기 등을 조절함으로써 전달물질(140)의 분리 시점, 분리된 양을 제어하는 것이 용이하다. 따라서 본 실시예의 제조방법은 전달물질(140)의 분리 시점, 분리된 양을 제어하는 것이 중요한 약물전달 분야에 활용이 가능하며, 그 외 다양한 분야에 활용이 가능하다.
도 10은 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 다른 실시예를 수행하기 위한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 다른 실시예는 우선 베이스 부재(110) 표면을 플라즈마 처리하고(S1010), 다음으로, 베이스 부재(110) 상에 전달매개물질(120)을 형성한다(S1020). S1010 단계와 S1020 단계는 각각 S910 단계와 S920 단계에 대응되므로, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 연결기(130)와 전달물질(140)을 결합시킨다(S1030). S1030 단계는 S1010 단계와 S1020 단계와 별도로 수행되는 단계로서, S1010 단계 이전에 수행될 수도 있고, S1010 단계와 S1020 단계 사이에 수행될 수도 있으며, S1010 단계와 S1020 단계와 동시에 수행되어도 된다.
연결기(130)와 전달물질(140)은 도 1에서 도시하고 설명한 연결기와 전달물질과 동일한 형태와 기능을 갖는 것으로, 연결기(130)와 전달물질(140)은 용액 내에서 결합시킬 수 있다. 연결기(130)와 전달물질(140)은 외부자극에 의해 그 결합이 분해가 가능하도록 S1030 단계가 수행된다. 전달물질(140)은 단백질, DNA, RNA, 약물 등일 수 있으며, 전달물질(140)이 약물인 경우, 고분자 구조체(100)는 약물전달물질로 이용 가능하다.
다음으로, 전달매개물질(120) 상에 연결기(130)와 결합된 전달물질(140)을 형성한다(S1040). 이때, 연결기(130)는 전달매개물질(120)과 전달물질(140) 사이에 배치되도록 S1040 단계를 수행한다. 이를 통해 베이스 부재(110)에 전달매개물질(120), 연결기(130) 및 전달물질(140)이 순차적으로 형성된 고분자 구조체(100)를 제조할 수 있다.
이와 같이 형성된 고분자 구조체(100)에 외부자극을 인가하면, 연결기(130)와 전달물질(140)의 결합이 분해됨으로써, 전달물질(140)이 고분자 구조체(100)로부터 분리된다. 이때, 외부자극은 상술한 바와 같이, 빛, 열, 전기신호, 자기신호와 같은 물리적 자극이나 pH의 변화와 같은 화학적 변화일 수 있다. 예컨대, 자외선(UV)에 의해 전달물질(140)과 연결기(130)의 결합이 분해될 수 있도록 전달물질(140)과 연결기(130)가 결합될 수 있다. 즉, 전달물질(140)과 연결기(130)가 에스터 결합되도록 S1030 단계가 수행될 수 있다. 전달매개물질(120)이 Polyurea이고 연결기(130)와 전달물질(140)이 에스터 결합되도록 S1020 ~ S1040 단계가 수행되어 제조된 고분자 구조체(100)에 350nm의 파장을 갖는 자외선이 외부자극으로 인가되면, 연결기(130)와 전달물질(140) 사이의 에스터 결합 중 C-O 결합이 분해되어 전달물질(140)이 고분자 구조체(100)로부터 분리될 수 있다.
고분자 구조체(100)를 도 10에 도시된 방법을 이용하여 제조하게 되면, 기상 분자층 증착법에 의해 일 방향으로 정렬된 전달매개물질(120)에 연결기(130)와 결합된 전달물질(140)이 형성된다. 그리고 연결기(130)와 전달물질(140)은 외부자극에 의해 용이하게 결합이 끊어질 수 있게 된다. 따라서 외부자극의 세기 등을 조절함으로써 전달물질(140)의 분리 시점, 분리된 양을 제어하는 것이 용이한 고분자 구조체(100)를 제조할 수 있게 된다. 따라서 본 실시예의 제조방법은 전달물질(140)의 분리 시점, 분리된 양을 제어하는 것이 중요한 약물전달 분야에 활용이 가능하며, 그 외 다양한 분야에 활용이 가능하다.
도 11은 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 또 다른 실시예를 수행하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 고분자 구조체 제조방법에 대한 또 다른 실시예는 우선 베이스 부재(610) 표면을 플라즈마 처리한다(S1110). 이때 플라즈마는 산소(O2) 플라즈마일 수 있다.
베이스 부재(610)는 도 6에서 도시하고 설명한 베이스 부재와 동일한 형태와 기능을 갖는 것으로, 고분자 구조체(600)의 형태를 결정한다. 베이스 부재(610)는 나노 구조체일 수 있으며, 바람직하게는 나노 와이어일 수 있다. 베이스 부재(610)의 표면을 플라즈마 처리함으로써, 베이스 부재(610)의 표면을 원하는 작용기가 형성되도록 하여 전달매개물질(620)의 형성을 더욱 용이하게 할 수 있다. 예컨대, 베이스 부재(610)의 표면을 산소 플라즈마로 표면처리하여, 베이스 부재(610)의 표면에 -OH기가 형성되도록 할 수 있다. 베이스 부재(610)의 표면이 원하는 작용기로 형성되어 있는 경우에는 S1110 단계는 생략할 수도 있다.
다음으로, 베이스 부재(610) 상에 전달매개물질(620)을 형성한다(S1120). 전달매개물질(620)은 고분자로 이루어지며, 기상 분자층 증착법에 의해 형성된다. 이로 인해, 전달매개물질(620)은 일 방향으로 정렬된 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 전달매개물질(620)은 PDI와 TBE를 교호적으로 공급하여 기상 분자층 증착법에 의해 Polyeter Urethane 전달매개물질(620)을 베이스 부재(610) 상에 형성할 수 있다. Polyeter Urethane 전달매개물질(620)을 기상 분자층 증착법에 의해 형성하는 방법은 도 7에서 도시하고 설명한 방법과 동일하다. 이와 같이 기상 분자층 증착법을 이용하게 되면, 일 방향으로 정렬된 전달매개물질(620)을 베이스 부재(610) 상에 형성할 수 있다.
다음으로, 전달매개물질(620)과 전달물질(640)을 결합시킨다(S1130). 전달물질(640)은 도 6에서 도시하고 설명한 전달물질과 동일한 형태와 기능을 갖는 것으로, 기상 분자층 증착법을 이용하여 전달물질(640)과 전달매개물질(620)을 결합시킬 수 있다. 전달매개물질(620)과 전달물질(640)은 외부자극에 의해 그 결합이 분해가 가능하도록 S1130 단계가 수행된다. 이를 통해 베이스 부재(610)에 전달매개물질(620) 및 전달물질(640)이 순차적으로 형성된 고분자 구조체(600)를 제조할 수 있다. 전달물질(640)은 단백질, DNA, RNA, 약물 등일 수 있으며, 전달물질(640)이 약물인 경우, 본 실시예의 방법으로 제조된 고분자 구조체(600)는 약물전달물질로 이용 가능하다.
전달매개물질(620)과 전달물질(640) 사이의 결합 뿐만 아니라, 전달매개물질(620) 이루는 결합 중 적어도 하나가 외부자극에 분해가 가능하도록 전달매개물질(620)을 형성할 수 있다. 이때, 고분자 구조체(600)에 인가되는 동일한 종류의 외부자극에 의해, 전달매개물질(620)과 전달물질(640) 사이의 결합도 분해될 수 있고, 전달매개물질(620)을 이루는 결합도 분해될 수 있다. 즉, 하나의 외부자극에 의해 여러 결합(전달매개물질(620)과 전달물질(640) 사이의 결합, 전달매개물질(620) 내의 복수의 결합)이 분해됨으로써, 베이스 부재(610) 상에 형성되어 있는 전달매개물질(620)과 전달물질(640)이 모두 부분부분 분해되는 형태로 전달물질(640)이 고분자 구조체(600)로부터 분리될 수 있다.
이와 같이 형성된 고분자 구조체(600)에 외부자극을 인가하면, 전달매개물질(620)과 전달물질(640)의 결합이 분해됨으로써, 전달물질(640)이 고분자 구조체(600)로부터 분리된다. 이때, 외부자극은 빛, 열, 전기신호, 자기신호와 같은 물리적 자극일 수 있다. 이러한 물리적 자극은 단독으로 고분자 구조체(600)에 인가될 수도 있고, 복수의 종류의 물리적 자극이 조합되어 고분자 구조체(600)에 인가될 수도 있다. 즉, 물리적 자극에 의해 전달물질(640)과 전달매개물질(620)의 결합이 분해될 수 있는 물질로 전달물질(640)과 전달매개물질(620)을 형성할 수 있다. 예컨대, 자외선(UV)에 의해 전달물질(640)과 전달매개물질(620)의 결합이 분해될 수 있도록 전달물질(640)과 전달매개물질(620)을 결합시킬 수 있다. 즉, 전달물질(640)과 전달매개물질(620)이 에스터 결합되도록 S1130 단계가 수행될 수 있다.
전달매개물질(620)이 Polyester Urethane이고 전달매개물질(620)과 전달물질(640)이 에스터 결합되도록 S1120 ~ S1130 단계가 수행되어 제조된 고분자 구조체(600)에 350nm의 파장을 갖는 자외선이 외부자극으로 인가되면, 전달매개물질(620)과 전달물질(640) 사이의 에스터 결합 중 C-O 결합이 분해될 뿐 아니라, Polyester Urethane 전달매개물질(620) 내에 존재하는 다수의 C-O 결합이 분해(도 8 참조)됨으로써, 전달물질(640)이 고분자 구조체(600)로부터 분리될 수 있다.
또한, 외부자극은 화학적 변화일 수 있다. 화학적 변화는 산성 또는 염기성 분위기일 수 있다. 즉, S1130 단계는 pH의 변화와 같은 화학적 변화에 의해 전달물질(640)과 전달매개물질(620)의 결합이 분해가 가능하도록 전달물질(640)과 전달매개물질(620)을 결합시킬 수 있다.
고분자 구조체(600)를 도 11에 도시된 방법을 이용하여 제조하게 되면, 기상 분자층 증착법에 의해 일 방향으로 정렬된 전달매개물질(620)에 전달물질(640)이 결합되어, 외부자극에 의해 용이하게 전달매개물질(620)과 전달물질(640)의 결합 및 전달매개물질(620) 내의 다수의 결합이 끊어져 전달물질(640)이 분리될 수 있는 고분자 구조체(600)를 제조할 수 있다. 또한, 외부자극의 세기 등을 조절함으로써 전달물질(640)의 분리 시점, 분리된 양을 제어하는 것이 용이한 고분자 구조체(600)를 제조할 수 있게 된다. 따라서 본 실시예의 제조방법은 전달물질(640)의 분리 시점, 분리된 양을 제어하는 것이 중요한 약물전달 분야에 활용이 가능하며, 그 외 다양한 분야에 활용이 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (46)

  1. 전달매개물질로부터 전달물질이 전달되도록 하는 고분자 구조체로서,
    상기 고분자 구조체의 기초 형태를 이루는 베이스 부재;
    상기 베이스 부재 상에 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)으로 형성되며, 전달물질의 전달을 매개하는 고분자 전달매개물질;
    상기 전달매개물질 상에 형성되는 전달물질; 및
    상기 전달매개물질과 상기 전달물질 사이에 형성되어, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질을 연결시키는 연결기(Linker);를 포함하며,
    상기 연결기와 상기 전달물질의 결합은, 외부자극에 의해 분해(cleavage)되어 상기 전달물질이 전달될 수 있도록 결합되어 있으며,
    상기 외부자극은, 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합에 인가되어 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 물리적 자극이나, 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합 주위의 화학적 특성을 변화시켜 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 화학적 변화인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  2. 전달매개물질로부터 전달물질이 전달되도록 하는 고분자 구조체로서,
    상기 고분자 구조체의 기초 형태를 이루는 베이스 부재;
    상기 베이스 부재 상에 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)으로 형성되며, 전달물질의 전달을 매개하는 고분자 전달매개물질; 및
    상기 전달매개물질 상에 형성되는 전달물질;을 포함하며,
    상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합은, 외부자극에 의해 분해(cleavage)되어 상기 전달물질이 전달될 수 있도록 결합되어 있으며,
    상기 외부자극은, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합에 인가되어 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 물리적 자극이나, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합 주위의 화학적 특성을 변화시켜 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 화학적 변화인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결기는 기상 분자층 증착법에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결기는 하나의 분자층으로 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전달매개물질을 이루는 결합이 외부자극에 의해 분해가 가능한 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전달매개물질과 상기 전달물질 사이의 결합과 상기 전달매개물질을 이루는 결합이 동일한 종류의 외부자극에 의해 분해되는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달매개물질은 일 방향으로 정렬된 고분자 박막인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 물리적 자극은 빛, 열, 전기신호 및 자기신호 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  10. 삭제
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학적 변화는 pH의 변화인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 부재는 나노 구조체인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 나노 구조체는 나노 와이어인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 전달물질은 약물인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 전달매개물질은 플라즈마에 의해 표면 처리된 상기 베이스 부재 상에 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전달매개물질은 Polyurea이고,
    상기 연결기와 상기 전달물질은 에스터 결합(ester bond)되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 외부자극은 자외선(UV)이며,
    자외선에 의해 상기 연결기와 상기 전달물질이 이루는 에스터 결합이 분해되는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 전달매개물질은 Polyester Urethane이고,
    상기 전달매개물질과 상기 전달물질은 에스터 결합(ester bond)되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 외부자극은 자외선(UV)이며,
    자외선에 의해, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질이 이루는 에스터 결합이 분해되고, 상기 Polyester Urethane 내의 C-O 결합 중 적어도 하나가 분해되는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체.
  20. 전달매개물질로부터 전달물질이 전달되도록 하는 고분자 구조체를 제조하는 방법으로서,
    상기 고분자 구조체의 기초 형태를 이루는 베이스 부재 상에, 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)을 이용하여 전달물질의 전달을 매개하는 고분자 전달매개물질을 형성하는 단계;
    상기 전달매개물질 상에 연결기(Linker)를 형성하는 단계; 및
    상기 연결기와 전달물질을 결합시키는 단계;를 포함하며,
    상기 연결기와 상기 전달물질의 결합은, 외부자극에 의해 분해(cleavage)되어 상기 전달물질이 전달될 수 있도록 결합되어 있으며,
    상기 외부자극은, 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합에 인가되어 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 물리적 자극이나, 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합 주위의 화학적 특성을 변화시켜 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 화학적 변화인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  21. 전달매개물질로부터 전달물질이 전달되도록 하는 고분자 구조체를 제조하는 방법으로서,
    상기 고분자 구조체의 기초 형태를 이루는 베이스 부재 상에, 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)을 이용하여 전달물질의 전달을 매개하는 고분자 전달매개물질을 형성하는 단계;
    연결기(Linker)와 결합되어 있는 전달물질을 준비하는 단계; 및
    상기 연결기가 상기 전달매개물질과 상기 전달물질 사이에 배치되도록 상기 전달매개물질 상에 상기 연결기와 결합된 전달물질을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 연결기와 상기 전달물질의 결합은, 외부자극에 의해 분해(cleavage)되어 상기 전달물질이 전달될 수 있도록 결합되어 있으며,
    상기 외부자극은, 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합에 인가되어 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 물리적 자극이나, 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합 주위의 화학적 특성을 변화시켜 상기 연결기와 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 화학적 변화인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  22. 전달매개물질로부터 전달물질이 전달되도록 하는 고분자 구조체를 제조하는 방법으로서,
    상기 고분자 구조체의 기초 형태를 이루는 베이스 부재 상에, 기상 분자층 증착법(Molecular Layer Deposition, MLD)을 이용하여 전달물질의 전달을 매개하는 고분자 전달매개물질을 형성하는 단계; 및
    상기 전달매개물질 상에 전달물질을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합은, 외부자극에 의해 분해(cleavage)되어 상기 전달물질이 전달될 수 있도록 결합되어 있으며,
    상기 외부자극은, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합에 인가되어 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 물리적 자극이나, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합 주위의 화학적 특성을 변화시켜 상기 전달매개물질과 상기 전달물질의 결합이 분해되도록 하는 화학적 변화인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 연결기는 기상 분자층 증착법을 이용하여 상기 전달매개물질 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 연결기는 하나의 분자층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 연결기와 결합된 전달물질은 기상 분자층 증착법을 이용하여 상기 전달매개물질 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 전달물질은 기상 분자층 증착법을 이용하여 상기 전달매개물질과 결합시키는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 전달매개물질을 이루는 결합은 외부자극에 의해 분해가 가능한 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 전달매개물질과 상기 전달물질 사이의 결합과 상기 전달매개물질을 이루는 결합은 동일한 종류의 외부자극에 의해 분해되는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  29. 제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달매개물질이 일 방향으로 정렬되도록 상기 전달매개물질을 형성하는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  30. 제20항, 제23항 또는 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달물질은 기상 분자층 증착법을 이용하여 상기 연결기와 결합시키는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  31. 삭제
  32. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물리적 자극은 빛, 열, 전기신호 및 자기신호 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  33. 삭제
  34. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학적 변화는 pH 변화인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  35. 제29항에 있어서,
    상기 베이스 부재는 나노 구조체인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 나노 구조체는 나노 와이어인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  37. 제29항에 있어서,
    상기 전달물질은 약물인 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  38. 제29항에 있어서,
    상기 전달매개물질을 형성하는 단계 이전에,
    상기 베이스 부재의 표면을 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  39. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 전달매개물질은 Polyurea이고,
    상기 연결기와 상기 전달물질은 에스터 결합(ester bond)되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 전달매개물질은 PDI(Phenylenediisocyanate)와 PDA(Phenylenediamine)를 전구체(precursor)로 이용하여 기상 분자층 증착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  41. 제38항에 있어서,
    상기 외부자극은 자외선(UV)이고,
    자외선에 의해 상기 연결기와 상기 전달물질이 이루는 에스터 결합이 분해되는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 전달매개물질을 형성하는 단계 이전에,
    상기 베이스 부재의 표면을 산소(O2)플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  43. 제22항에 있어서,
    상기 전달매개물질은 Polyester Urethane이고,
    상기 전달매개물질과 상기 전달물질은 에스터 결합(ester bond)되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 전달매개물질은 PDI(Phenylenediisocyanate)와 TBE(Terephthalic acid bis-(2-hydroxy ethyl) ester)를 전구체(precursor)로 이용하여 기상 분자층 증착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  45. 제43항 또는 제44항에 있어서,
    상기 외부자극은 자외선(UV)이고,
    자외선에 의해, 상기 전달매개물질과 상기 전달물질이 이루는 에스터 결합이 분해되고, 상기 Polyester Urethane 내의 C-O 결합 중 적어도 하나가 분해되는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
  46. 제44항에 있어서,
    상기 전달매개물질을 형성하는 단계 이전에,
    상기 베이스 부재의 표면을 산소(O2)플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 구조체 제조방법.
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