KR101888763B1 - Nanofiber for storage and delivery of nitric oxide - Google Patents

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Abstract

본 발명은 NO의 저장 및 전달 수단으로서 NO 방출이 서서히 오랜 시간에 걸쳐 일어나도록 하는 나노섬유를 제공한다. 이를 위해 본 발명은 NO가 저장된 머캅토알콕시실란, 졸-겔 반응이 가능한 작용기를 가지는 고분자 및 백본 실란이 졸-겔 반응에 의해 형성된 실록산 브릿지 (Si-O-Si)로 결합되어 있는 망목 구조를 이루고, NO는 이러한 망목 구조 내에 안정적으로 존재하게 되는 나노섬유를 제공한다. 이러한 나노섬유는 제조 과정에서 사용되는 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란의 농도, 머캅토알콕시실란 및 용매의 종류에 따라 NO 저장성 및 전달성을 조절할 수 있다. 아울러 여러 가지 조건에서 NO가 방출되므로 이들을 적절히 조절함으로써 NO의 방출 속도 및 양을 조절하는 것이 가능하다. 또한 NO 저장 과정이 용이하다는 장점도 있다.The present invention provides a nanofiber that allows NO release to take place slowly over a long period of time as a means of storing and transporting NO. For this purpose, the present invention relates to a method for producing a polymer electrolyte membrane, which comprises a mercaptoalkoxysilane in which NO is stored, a polymer having a functional group capable of a sol-gel reaction, and a network structure in which a backbone silane is bonded with a siloxane bridge (Si-O-Si) And NO provides nanofibers that are stably present in such a network structure. These nanofibers can control the NO storage and transferring performance depending on the concentration of mercaptoalkoxysilane stored in the manufacturing process, the concentration of mercaptoalkoxysilane, and the type of solvent. In addition, since NO is released under various conditions, it is possible to control the release rate and amount of NO by appropriately controlling them. In addition, there is an advantage that the NO storing process is easy.

Description

일산화질소 저장 및 전달을 위한 나노섬유 {Nanofiber for storage and delivery of nitric oxide}Nanofiber for storage and delivery of nitrogen monoxide (Nanofiber for storage and delivery of nitric oxide)

본 발명은 일산화질소를 저장 및 전달할 수 있는 나노섬유에 대한 것이다. 보다 상세하게 본 발명의 나노섬유는 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란이 실록산 브릿지 (Si-O-Si)에 의해 결합되어 있는 망목 구조를 이루며, 이것은 졸-겔 반응이 가능한 작용기를 가지는 고분자 및 백본 실란과의 졸-겔 반응에 의해 형성되는 것이다. 또한 본 발명의 나노섬유는 전기방사로부터 얻어진다. The present invention is directed to nanofibers capable of storing and transporting nitrogen monoxide. More specifically, the nanofibers of the present invention have a network structure in which a mercaptoalkoxysilane containing nitrogen monoxide is bonded by a siloxane bridge (Si-O-Si). This is a polymer having a functional group capable of sol- Gel reaction with silane. The nanofibers of the present invention are also obtained from electrospinning.

일산화질소 (Nitric Oxide, NO: 본 명세서에서는 '일산화질소' 또는 'NO'이 동일한 것으로서 혼용하여 사용된다)는 혈관확장, 신경전달, 혈관형성, 식균작용, 상처치료, 혈전생성방지, 심근손상방지, 면역반응 등의 다양한 생리학적 공정에서 매우 중요한 역할을 하는 물질로 알려져 있다. 일산화질소의 생리학적 역할의 중요성에 대한 발견으로 인하여 일산화질소를 물질 내에 안정적으로 저장하는 것뿐만 아니라 전달하고자 하는 부위에 정확하게 전달할 수 있는 방법에 대한 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 일산화질소를 저장, 전달할 수 있는 물질은 여러 가지가 보고되어 있다. 일산화질소를 저장, 전달할 수 있는 물질, 혹은 가능성을 가진 물질 중에 생체 적합성이 뛰어나 의료 분야에서 좋은 효과를 보일 수 있는 물질이 나노섬유로서 이에 대해서는 다음과 같은 문헌이 보고되어 있다.Nitric Oxide (Nitric Oxide) or NO (Nitric Oxide) is used in combination with the same Nitric Oxide (Nitric Oxide) , Immune response, and other physiological processes. Due to the discovery of the importance of the physiological role of nitrogen monoxide, studies have been actively made on methods for not only stably storing nitrogen monoxide in a substance but also accurately delivering it to a site to be delivered. There have been many reports of substances capable of storing and transporting nitrogen monoxide. Among the substances capable of storing and transporting nitrogen monoxide, there is a possibility that the nanofibers are excellent in biocompatibility and have a good effect in the medical field.

먼저, 아민기에 치환된 N-디아제니움디올레이트 (N-diazeniumdiolate) 형태로 일산화질소를 저장시킨 아미노알콕시실란과 실록산 브릿지 (Si-O-Si)를 형성하는 고분자를 졸-겔 반응시킨 후 전기방사하여 얻어지는 나노섬유에 대한 문헌이 있다 (대한민국 공개특허10-2014-0110360). 그러나 이에 의하면 아미노알콕시실란에 NO를 저장 시키는 과정에서 유독한 NO 가스를 5~10 atm 정도의 고기압으로 가하여 주어야 하므로 위험하고, 이 상태를 3일 동안 유지해 주어야 하기 때문에 시간이 오래 소모되는 단점이 있다. 또한 N-diazeniumdiolate 기반의 NO 주개는 열 또는 H+에 의해 NO가 방출되는데 이때, 초기에 방출되는 NO의 양이 많아 생체에 적용할 경우 세포 독성이 생길 수 있다. 그리고 아미노알콕시실란에 포함되어 있는 1차 아민기가 독성을 갖고 있기 때문에 NO가 방출된 후 남아있는 고분자 자체가 독성을 띌 수 있다.First, the N-substituted amine groups - Dia Jenny help diol rate (N -diazeniumdiolate) to form a sol for forming a polymer of an amino alkoxy silane and siloxane bridges (Si-O-Si) which stores nitrogen monoxide-electric gel after reaction There is a literature on nanofibers obtained by spinning (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0110360). However, according to this method, in the process of storing NO in the aminoalkoxysilane, it is dangerous to add poisonous NO gas to the high pressure of about 5 to 10 atm, and this condition is required to be maintained for 3 days, . In addition, N- diazeniumdiolate-based NO donor releases NO by heat or H + . At this time, since the amount of NO released at the early stage is large, it may cause cytotoxicity when applied to a living body. Since the primary amine groups contained in the aminoalkoxysilane are toxic, the remaining polymer itself may become toxic after the release of NO.

다음으로, 일산화질소를 저장하고 있는 작은 분자 (small molecule 혹은 dendrimer)와 전기방사가 가능한 고분자를 물리적으로 섞은 후 나노섬유를 제작하는 방법이 있다 (Worley, B.V.; Soto, R.J.; Kinsley, P.C.; Schoenfisch, M.H. ACS Biomaterial 2016, 2, 426-437. 및 Koh, A.; Carpenter, A.W.; Slomberg, D.L.; Schoenfisch, M.H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 7956-7964). 그러나 여기서 물리적으로 나노섬유 안에 저장된 일산화 질소를 저장한 물질들은 나노섬유 바깥으로 쉽게 빠져 나갈 수 있고, 이렇게 빠져 나온 일산화질소 저장 물질이 생체 내에 어떠한 부작용을 일으킬지 알 수 없다는 문제점이 있다.Next, there is a method of physically mixing a small molecule (a small molecule or a dendrimer) storing nitrogen monoxide with a polymer capable of electrospinning and then making nanofibers (Worley, BV; Soto, RJ; Kinsley, PC; Schoenfisch MH ACS Biomaterial 2016 , 2 , 426-437 and Koh, A .; Carpenter, AW; Slomberg, DL; Schoenfisch, MH ACS Appl. Mater. Interfaces 2013 , 5 , 7956-7964). However, there is a problem in that the substances storing physically the nitrogen monoxide stored in the nanofibers can easily escape out of the nanofibers, and the nitric oxide storage material thus exiting can not know what side effects are caused in the living body.

한편, 고분자를 용융방사하여 나노섬유를 먼저 제작한 후 NO를 저장하는 방법 (Lowe, A.; Deng, W.; Smith, D.W.; Balkus, K.J. ACS Macromolecules 2012, 45, 5894-5900)이 있는데, 이 방법은 NO를 저장한 상태에서 방사가 불가능 하다는 단점이 있고 또한 나노섬유를 제작한 후 고압의 NO 가스에 장시간 노출시켜야 하며, NO가 나노섬유 내부까지 저장되지 못하고 표면 부분에만 NO가 저장 되므로 방사하기 전 NO를 저장시킨 고분자에 비해 NO가 저장 효율이 낮은 단점이 있다.(Lowe, A .; Deng, W .; Smith, DW; Balkus, KJ ACS Macromolecules 2012 , 45 , 5894-5900), in which nanofibers are prepared first by melt- This method is disadvantageous in that it can not be radiated in the state where NO is stored and also it is necessary to expose the NO gas to high pressure NO gas for a long time after fabricating the nanofiber and since NO is not stored in the inside of the nanofiber, And the storage efficiency of NO is lower than that of the polymer storing NO before.

마지막으로 SH기가 달린 고분자를 먼저 제작한 후 NO를 저장시켜 나노섬유를 제작하는 방법 (Damodaran, V.B.; Joslin, J.M.; Wold, K.A.; Lantvita, S.M.; Reynolds, M.M. J. Mater. Chem. 2012, 22, 5990)은 고분자 자체의 중합도나 조성에 의해 저장되는 NO의 양이 달라지기 때문에 NO의 저장량과 방출 특성을 컨트롤 하기에 어렵다.Finally, first making a polymer with SH groups way to create nanofibers to store NO (Damodaran, VB; Joslin, JM; Wold, KA; Lantvita, SM;.. Reynolds, MM J. Mater Chem 2012, 22 , 5990) is difficult to control the storage and release characteristics of NO because the amount of NO stored depends on the degree of polymerization and composition of the polymer itself.

본 발명은 NO 방출이 서서히 오랜 시간에 걸쳐 일어나도록 하는 NO의 저장 및 전달 수단을 제공하고자 한다. 또한 나노섬유의 제조과정에서 NO의 저장성 및 전달성을 조절하는 것이 가능하며, 이후 NO의 방출 과정에서도 방출 속도 및 양을 조절하는 것이 용이하도록 한다. 그리고, NO의 저장 과정에서도 많은 시간 또는 고압의 NO가스가 요구되지 않아 제조가 용이한 NO 저장 및 전달용 나노섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention seeks to provide a means for storing and delivering NO to allow NO release to take place slowly over a long period of time. In addition, it is possible to control the storage and transmission of NO in the manufacturing process of nanofibers, and it is then easy to control the release rate and amount in the process of releasing NO. Also, it is an object of the present invention to provide a nanofiber for NO storage and delivery which is easy to manufacture because no NO gas is required for a long time or a high pressure even in the process of storing NO.

본 발명은 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란, 졸-겔 반응이 가능한 작용기를 가지는 고분자 및 백본 실란이 졸-겔 반응에 의해 형성된 실록산 브릿지 (Si-O-Si)로 결합되어 있는 망목 구조의 NO 저장 및 전달을 위한 나노섬유를 제공한다.The present invention relates to a method for producing a polymer electrolyte membrane comprising a mercaptoalkoxysilane in which nitrogen monoxide is stored, a polymer having a functional group capable of sol-gel reaction, and a NO (NO) structure in which a backbone silane is bonded with a siloxane bridge (Si-O- Providing nanofibers for storage and delivery.

바람직하게, 상기 나노섬유는 졸-겔 반응으로부터 형성된 겔을 전기 방사하여 형성되는 것이다.Preferably, the nanofibers are formed by electrospinning a gel formed from a sol-gel reaction.

바람직하게, 상기 머캅토알콕시실란은 하기 식으로 표현되는 것이다:Preferably, the mercaptoalkoxysilane is represented by the formula:

Si (OR1)m R2 n R3SHSi (OR 1 ) m R 2 n R 3 SH

R1 R2 는 각각 독립적으로 C1-C14의 알킬기이고;R 1 and R < 2 > are each independently a C1-C14 alkyl group;

R3 는 이종원소 N 또는 O가 각각 1 내지 5개 포함될 수 있는 C1-C14의 알킬렌기이며;R 3 is a C1-C14 alkylene group which may contain 1 to 5 heteroatoms N or 0 respectively;

n+m =3, 1≤m≤3의 정수, 1≤n≤3의 정수이다.n + m = 3, 1? m? 3, and 1? n? 3.

바람직하게, 상기 졸-겔 반응이 가능한 작용기는 알콕시실란기이다.Preferably, the functional group capable of sol-gel reaction is an alkoxysilane group.

바람직하게, 상기 고분자는 나일론-6,6 (Nylon-6,6 (PA-6,6)), 폴리우레탄 (Polyurethanes (PU)), 폴리벤즈이미다졸 (Polybenzimidazole (PBI)), 폴리카보네이트 (Polycarbonate (PC)), 폴리아크릴로나이트릴 (Polyacrylonitrile (PAN)), 폴리비닐 알코올 (Polyvinyl alcohol (PVA)), 폴리락틱에시드 (Polylactic acid (PLA)), 폴리에틸렌-co-비닐 아세테이트 (Polyethylene-co-vinyl acetate (PEVA)), 폴리메타아크릴레이트 (Polymethacrylate (PMA)), 폴리에틸렌 옥사이드 (Polyethylene oxide (PEO)), 폴리아닐린 (Polyaniline (PANI)), 폴리비닐카바졸 (Polyvinylcarbazole), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate (PET)), 폴리아크릴산-폴리피레네메탄올 (Polyacrylic acid-polypyrenemethanole (PAA-PM)), 폴리스티렌 (Polystyrene (PS)), 폴리메틸메타아크릴레이트 (Polymethylmethacrylate (PMMA)), 폴리아마이드 (Polyamide (PA)), 폴리비닐페놀 (Polyvinylphenol (PVP)), 폴리비닐클로라이드 (Polyvinylchloride (PVC)), 셀룰로스 아세테이트 (Cellulose acetate (CA)), 폴리비닐알콜 (Polyvinyl alcohol (PVA)), 폴리아크릴아마이드 (Polyacrylamide (PAAm)), PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid)), 콜라겐 (Collagen), 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone (PCL)), 폴리(2-히드록시에틸메타아크릴레이트) (Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (HEMA)), 폴리(비닐리덴플루오라이드) (Poly(vinylidene fluoride) (PVDF)), 폴리에테르이미드 (Polyether imide (PEI)), 폴리에틸렌글리콜 (Polyethylene glycol (PEG)), 나일론-4,6 (Nylon-4,6 (PA-4,6)), 폴리(페로세닐디메틸실레인) (Poly(ferrocenyldimethylsilane) (PFDMS)), 폴리(에틸렌-co-비닐알콜) (Poly(ethylene-co-vinyl alcohol)), 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinyl pyrrolidone (PVP)), 폴리메타-페닐렌이소프탈아마이드 (Polymethaphenyleneisophthalamide) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 되는 것이다.Preferably, the polymer is selected from the group consisting of Nylon-6,6 (PA-6,6), Polyurethanes (PU), Polybenzimidazole (PBI), Polycarbonate (PC)), polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), polylactic acid (PLA), polyethylene-co- vinyl acetate (PEVA), polymethacrylate (PMA), polyethylene oxide (PEO), polyaniline (PANI), polyvinylcarbazole, polyethylene terephthalate (PET), polyacrylic acid-polypyreneemethanol (PAA-PM), polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyamide (PA) ), Polyvinylphenol (PVP), poly Polyvinylchloride (PVC), cellulose acetate (CA), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylamide (PAAm), poly (lactic-co-glycolic acid) ), Collagen, polycaprolactone (PCL), poly (2-hydroxyethyl methacrylate) (HEMA), poly (vinylidene fluoride) Polyetherimide (PEI), polyethylene glycol (PEG), nylon-4,6 (PA-4,6)), polyvinylidene fluoride (PVDF) , Poly (ferrocenyldimethylsilane) (PFDMS), poly (ethylene-co-vinyl alcohol), polyvinyl pyrrolidone (PVP )), Polymethaphenyleneisophthalamide, and combinations thereof.

바람직하게, 상기 고분자는 폴리(메틸메타크릴레이트-코-헥실메타크릴레이트-코-(트리메톡시실릴프로필)메타크릴레이트) (poly(MMA-co-HMA-co-SiMA)이다.Preferably, the polymer is poly (methyl methacrylate-co-hexyl methacrylate-co- (trimethoxysilylpropyl) methacrylate) (poly (MMA- co- HMA- co- SiMA).

바람직하게, 상기 백본 실란은 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)), 에틸트리메톡시실란 (ethyltrimethoxysilane (ETMOS)), 프로필트리메톡시실란 (propyltrimethoxysilane (PTMOS)), 이소부틸트리메톡시실란 (isobutyltrimethoxysilane (BTMOS)) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 되는 것이다. Preferably, the backbone silane is selected from the group consisting of methyltrimethoxysilane (MTMOS), ethyltrimethoxysilane (ETMOS), propyltrimethoxysilane (PTMOS), isobutyltrimethoxysilane isobutyltrimethoxysilane (BTMOS)), and combinations thereof.

바람직하게, 상기 일산화질소 (NO, Nitric Oxide)가 저장된 머캅토알콕시실란은 빛을 차단한 상태에서 NaNO2 과 머캅토알콕시실란을 산 촉매 하에서 반응시키고 이를 중성화시킴으로써 제조되는 것이다.Preferably, the mercaptoalkoxysilane containing NO is prepared by reacting NaNO 2 and mercaptoalkoxysilane under acid catalysis in the absence of light, and then neutralizing the alkoxide.

바람직하게, 상기 중성화에서는 루이스 염기를 사용한다.Preferably, a Lewis base is used in the neutralization.

바람직하게, 상기 일산화질소 (NO, Nitric Oxide)가 저장된 머캅토알콕시실란은 1 내지 15 mol%로 포함된다.Preferably, the mercaptoalkoxysilane containing NO is contained in an amount of 1 to 15 mol%.

바람직하게, 상기 졸-겔 반응에서는 용매로 용매로 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 펜탄올로 이루어진 그룹에서 선택되는 1 종 이상을 사용한다.Preferably, at least one solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol and pentanol is used as a solvent in the sol-gel reaction.

본 발명의 나노섬유 제조에서 사용되는 머캅토알콕시실란은 단시간 내에 (1 시간 이하) 일산화질소를 저장시키며, 고압의 NO 가스를 사용하지 않기 때문에 안전하다는 장점이 있다. 또한 나노섬유의 제조시 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란의 농도 및 머캅토알콕시실란과 용매의 선택에 따라 NO의 저장 및 전달 특성을 조절할 수 있다. 나아가, 나노섬유로부터 NO를 방출시키는 수단에 있어서도 빛, 열 등 여러 가지가 존재하므로 이들을 조절함으로써 NO의 방출 속도 및 방출량을 용이하게 조절할 수 있다. 특히 본 발명의 나노섬유는 생체 내에 적용할 때 NO가 적은 양으로 오랫동안 지속적으로 방출되기 때문에 한꺼번에 많은 NO의 방출로 인해 발생되는 문제점을 해소할 수 있다. The mercaptoalkoxysilane used in the production of the nanofibers of the present invention is advantageous because it stores nitrogen monoxide in a short time (less than 1 hour) and does not use high-pressure NO gas. In addition, the storage and transport properties of NO can be controlled by the concentration of mercaptoalkoxysilane containing nitrogen monoxide and the selection of mercaptoalkoxysilane and solvent during the production of nanofibers. Furthermore, since various means such as light and heat exist in the means for emitting NO from the nanofibers, the release rate and the release amount of NO can be easily controlled by controlling them. In particular, when the nanofibers of the present invention are applied in vivo, since NO is continuously released for a long time in a small amount, the problem caused by the release of a large amount of NO at the same time can be solved.

도 1은 본 발명의 나노섬유에서 NO가 저장되고, 또한 여러 가지 조건 하에서 방출되는 과정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 나노섬유 제조 과정에서 졸-겔 반응으로부터 형성되는 망목 구조를 도시한 것이다.
도 3은 머캅토알콕시실란에 일산화질소를 저장하는 과정을 도시한 것이다.
도 4는 졸-겔 반응에서 일어나는 가수분해 및 축합반응으로부터 실록산 브릿지 (Si-O-Si)가 형성되는 과정을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 나노섬유 제조에 사용되는 전기방사 장치를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 나노섬유에 포함되는 고분자의 일 실시예 (poly(MMA-co-HMA-co-SiMA))를 제조하는 과정을 도시한 것이다.
도 7은 실시예 1-1 및 1-2에서 제조된 나노섬유의 SEM 사진이다.
도 8은 실시예 2-1 내지 2-4에서 제조된 나노섬유의 SEM 사진이다.
도 9는 실시예 3-1 내지 3-4에서 제조된 나노섬유의 SEM 사진이다.
도 10은 실시예 4-1 내지 4-4에서 제조된 나노섬유의 SEM 사진이다.
도 11은 실시예 5-1 내지 5-4에서 제조된 나노섬유의 SEM 사진이다.
도 12는 실시예 6에서 제조된 나노섬유의 SEM 사진이다.
도 13은 실시예 1-1 및 1-2에서 제조된 나노섬유의 NO 방출 특성을 나타내는 곡선 및 순간 최대 방출 ([NO]m)과 총 방출량 (t[NO])을 나타낸 것이다.
도 14는 실시예 2-1 내지 2-4에서 제조된 나노섬유의 NO 방출 특성을 나타내는 곡선 및 순간 최대 방출 ([NO]m)과 총 방출량 (t[NO])을 나타낸 것이다.
도 15는 실시예 3-1 내지 3-4에서 제조된 나노섬유의 NO 방출 특성을 나타내는 곡선 및 순간 최대 방출 ([NO]m)과 총 방출량 (t[NO])을 나타낸 것이다.
도 16은 실시예 4-1 내지 4-4에서 제조된 나노섬유의 NO 방출 특성을 나타내는 곡선 및 순간 최대 방출 ([NO]m)과 총 방출량 (t[NO])을 나타낸 것이다.
도 17은 실시예 5-1 내지 5-4에서 제조된 나노섬유의 NO 방출 특성을 나타내는 곡선 및 순간 최대 방출 ([NO]m)과 총 방출량 (t[NO])을 나타낸 것이다.
도 18은 실시예 6에서 제조된 나노섬유의 NO 방출 특성을 나타내는 곡선 및 순간 최대 방출 ([NO]m)과 총 방출량 (t[NO])을 나타낸 것이다.
도 19는 실시예 3-4, 4-4, 5-4 및 6에서 제조된 나노섬유의 원소분석 결과 및 그 중에서 황의 함량을 NO의 총 방출량 (t[NO])과 함께 도시한 것이다.
도 20은 실시예 5-4에서 제조된 나노섬유의 광촉매에 의한 NO 방출 결과이다.
도 21은 실시예 5-4에서 제조된 나노섬유의 열에 의한 NO 방출 결과이다.
도 22는 실시예 5-4에서 제조된 나노섬유의 구리 촉매에 의한 NO 방출 결과이다.
FIG. 1 shows a process in which NO is stored and released under various conditions in the nanofiber of the present invention.
2 shows a network structure formed from the sol-gel reaction in the nanofiber manufacturing process of the present invention.
Figure 3 shows the process of storing nitrogen monoxide in a mercaptoalkoxysilane.
FIG. 4 shows a process in which a siloxane bridge (Si-O-Si) is formed from a hydrolysis and condensation reaction occurring in a sol-gel reaction.
Fig. 5 shows an electrospinning apparatus used for manufacturing nanofibers of the present invention.
FIG. 6 shows a process for producing an embodiment of a polymer (poly (MMA- co- HMA- co- SiMA)) included in the nanofibers of the present invention.
7 is a SEM photograph of the nanofibers prepared in Examples 1-1 and 1-2.
8 is a SEM photograph of the nanofibers prepared in Examples 2-1 to 2-4.
9 is a SEM photograph of the nanofibers prepared in Examples 3-1 to 3-4.
10 is an SEM photograph of nanofibers prepared in Examples 4-1 to 4-4.
11 is a SEM photograph of the nanofibers prepared in Examples 5-1 to 5-4.
12 is a SEM photograph of the nanofiber prepared in Example 6. Fig.
13 shows curves and instantaneous maximum emission ([NO] m ) and total emission amount (t [NO]) of NO emission characteristics of the nanofibers produced in Examples 1-1 and 1-2.
14 is a graph showing curves and instantaneous maximum emission ([NO] m ) and total emission amount (t [NO]) of NO emission characteristics of the nanofibers prepared in Examples 2-1 to 2-4.
FIG. 15 shows curves and instantaneous maximum emission ([NO] m ) and total emission amount (t [NO]) of NO emission characteristics of the nanofibers prepared in Examples 3-1 to 3-4.
FIG. 16 shows curves and instantaneous maximum emission ([NO] m ) and total emission amount (t [NO]) of NO emission characteristics of the nanofibers prepared in Examples 4-1 to 4-4.
17 shows curves and instantaneous maximum emission ([NO] m ) and total emission amount (t [NO]) of NO emission characteristics of the nanofibers prepared in Examples 5-1 to 5-4.
FIG. 18 shows curves and instantaneous maximum emission ([NO] m ) and total emission amount (t [NO]) of the NO emission characteristics of the nanofibers prepared in Example 6. FIG.
Fig. 19 shows elemental analysis results of the nanofibers prepared in Examples 3-4, 4-4, 5-4 and 6, and the sulfur content thereof together with the total emission amount (t [NO]) of NO.
20 shows the results of NO emission by the photocatalyst of the nanofibers prepared in Example 5-4.
Fig. 21 shows the results of thermal NO emission of the nanofibers prepared in Example 5-4. Fig.
22 shows the results of NO release by the copper catalyst of the nanofiber prepared in Example 5-4.

본 발명은 일산화질소 (niric oxide, NO)를 저장 및 전달하기 위한 생체 적용 가능한 나노섬유에 대한 것으로, 특히 일산화질소를 저장하기 위한 수단으로 머캅토알콕시실란을 사용한다. The present invention relates to biocompatible nanofibers for storing and delivering nirric oxide (NO), in particular mercaptoalkoxysilanes as means for storing nitrogen monoxide.

도 1에는 머캅토알콕시실란에 일산화질소가 저장되고 이것으로부터 빛, 열 또는 구리 등의 촉매에 의해 일산화질소가 방출되는 과정이 도시되어 있다. 특히 일산화질소 방출의 경우 도시된 바와 같이 빛, 열 또는 금속 촉매 (Cu2+, Ag+, Hg+)라는 여러 가지 조건이 존재한다. 그러므로, 이들을 적절히 조합 및 조절함으로써 방출 속도 및 방출량을 용이하게 조절할 수 있다. FIG. 1 shows a process in which nitrogen monoxide is stored in a mercaptoalkoxysilane and nitrogen monoxide is released therefrom by a catalyst such as light, heat or copper. In particular, as shown in the case of nitrogen monoxide emission, there are various conditions such as light, heat or metal catalyst (Cu 2+ , Ag + , Hg + ). Therefore, the release rate and the release amount can be easily adjusted by appropriately combining and adjusting them.

본 발명의 나노섬유는 상기 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란을 실록산 브릿지 (Si-O-Si)에 의해 망목 구조 내에 안정적으로 결합시킨다. 이를 위해 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란의 알콕시실란 부분을 분자 내에 졸-겔 반응이 가능한 작용기를 가지는 고분자 및 백본 실란과 함께 졸-겔 반응시켜 실록산 브릿지 (Si-O-Si)를 형성함으로써 망목 구조가 이루어지게 한다. 도 2는 본 발명의 나노섬유 제조 과정을 도시한 것으로, 일산화질소는 졸-겔 반응으로부터 형성되는 망목 구조 내에 안정적으로 존재하게 됨을 알 수 있다. 이러한 망목 구조가 이루어지게 하기 위해서는 상술한 바와 같은 실록산 브릿지가 형성되어야 하는데, 따라서 본 발명의 나노섬유 제조에 사용되는 상기 고분자 및 백본 실란에는 알콕시실란기가 포함되어 있어야 한다. In the nanofiber of the present invention, the mercaptoalkoxysilane containing the nitrogen monoxide is stably bound to the network structure by the siloxane bridge (Si-O-Si). To this end, a siloxane bridge (Si-O-Si) is formed by sol-gel reaction of the alkoxysilane moiety of the mercaptoalkoxysilane containing nitrogen monoxide with a polymer having a functional group capable of sol-gel reaction in the molecule and a backbone silane, Structure. FIG. 2 shows a process for producing nanofibers according to the present invention. It can be seen that nitrogen monoxide stably exists in a network structure formed from a sol-gel reaction. In order to achieve such a network structure, the above-described siloxane bridges must be formed. Therefore, the polymer and the backbone silane used for preparing the nanofibers of the present invention must contain an alkoxysilane group.

상기 머캅토알콕시실란은 하기 식으로 표현되는 것이다:The mercaptoalkoxysilane is represented by the formula:

Si (OR1)m R2 n R3SHSi (OR 1 ) m R 2 n R 3 SH

R1 R2 는 각각 독립적으로 C1-C14의 알킬기이고;R 1 and R < 2 > are each independently a C1-C14 alkyl group;

R3 는 이종원소 N 또는 O가 각각 1 내지 5개 포함될 수 있는 C1-C14의 알킬렌기이며;R 3 is a C1-C14 alkylene group which may contain 1 to 5 heteroatoms N or 0 respectively;

n+m =3, 1≤m≤3의 정수, 1≤n≤3의 정수이다.n + m = 3, 1? m? 3, and 1? n? 3.

즉, Si에는 1 내지 3 개의 알콕시기를 포함될 수 있고, 티올기 (-SH)는 탄소 1 내지 14의 알킬렌기로 Si에 연결될 수 있으며, 이때 상기 티올기가 연결되는 알킬렌기의 탄소 자리에는 이종원소로서 N 또는 O가 각각 1 내지 5개까지 포함될 수 있다. That is, Si may contain 1 to 3 alkoxy groups, and the thiol group (-SH) may be connected to Si through an alkylene group having 1 to 14 carbon atoms, wherein the carbon atom of the alkylene group to which the thiol group is connected is a heteroatom N or O may be included in each of 1 to 5 groups.

본 발명은 머캅토알콕시실란으로 바람직하게 3-머캅토프로필트리메톡시실란 (3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPTMS) 또는 3-머캅토프로필트리에톡시실란 (3-mercaptopropyltriethoxysilane, MPTES)을 제안한다. 그러나 이에 한정되는 것이 아니라, 상기 식과 같이 말단에 티올기 (-SH)를 포함하며 고분자 및 백본 실란과 실록산 브릿지 (Si-O-Si)로 결합되어 망목 구조를 이룰 수 있는 머캅토알콕시실란이라면 제한없이 사용될 수 있고, 또한 그러한 화합물에도 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 한다. The present invention preferably provides 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) or 3-mercaptopropyltriethoxysilane (MPTES) as the mercaptoalkoxysilane. However, the present invention is not limited thereto, and any mercaptoalkoxysilane containing a thiol group (-SH) at the terminal thereof and capable of forming a network structure by bonding with a polymer and a backbone silane and a siloxane bridge (Si-O-Si) And it is to be understood that such compounds also have the scope of the present invention.

머캅토알콕시실란에 일산화질소를 저장하기 위하여 본 발명에서는 도 3에서와 같이 빛을 차단한 상태에서 아질산염과 머캅토알콕시실란을 산 촉매 하에서 바람직하게 1 시간 가량 반응시켜 S-니트로소티올 용액을 제조한다. 이처럼 머캅토실란에 일산화질소를 저장하는 과정에서는 촉매로 산을 이용하기 때문에 상기 S-니트로소티올 용액은 pH가 1 이하의 강산성이다. 그런데 이후 졸-겔 반응은 산 또는 염기 촉매에 의해 반응이 진행되므로 강산성의 S-니트로소티올 용액은 빠르게 졸-겔 반응을 일으키게 되어 전기방사를 할 수 없는 상태가 된다. 따라서 용액의 pH를 5~6 정도로 중성화 시켜주는 과정이 필요하다. 그런데 이때 중성화를 위하여 NaOH와 같은 아레니우스 염기를 사용하면 중성화 반응이 일어나면서 물이 생성되고 생성된 물에 의해 졸-겔 반응이 또한 일어나면서 S-니트로소티올 용액에 침전물이 생긴다. 그러므로 본 발명에서는 NaOMe와 같은 루이스 염기를 이용하여 S-니트로소티올 용액을 중성화시킴으로써 최종적으로 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란 (S-니트로소티올 용액)을 제조한다.In order to store nitrogen monoxide in the mercaptoalkoxysilane, Nitrite and mercaptoalkoxysilane are reacted with an acid catalyst for preferably about one hour in the state of blocking light to prepare an S -nitrosothiol solution. Since the acid is used as a catalyst in the process of storing nitrogen monoxide in mercaptosilane, the S -nitrosothiol solution is strongly acidic at a pH of 1 or less. However, since the sol-gel reaction proceeds by an acid or base catalyst, a strongly acidic S -nitrosothiol solution quickly undergoes a sol-gel reaction, making it impossible to conduct electrospinning. Therefore, it is necessary to neutralize the pH of the solution to about 5 ~ 6. At this time, if the Arlenius base such as NaOH is used for neutralization, water is generated as the neutralization reaction occurs, and a sol-gel reaction is also generated by the generated water, and a precipitate is formed in the S -nitrosothiol solution. Therefore, in the present invention, a S -nitrosothiol solution is neutralized using a Lewis base such as NaOMe to finally produce a mercaptoalkoxysilane ( S -nitrosothiol solution) containing nitrogen monoxide.

다음으로 상기 분자 내에 졸-겔 반응이 가능한 작용기를 가지는 고분자로는 분자 내에 졸-겔 반응이 가능한 작용기를 가지거나, 졸-겔 반응이 가능한 작용기가 없더라도 다른 물질과의 조합을 통해 졸-겔 반응을 할 수 있는 작용기를 가지는 고분자를 포함할 수 있다. 상기 졸-겔 반응이 가능한 작용기는 상술한 바와 같이 바람직하게 알콕시실란기이다. 또한 상기 고분자는 구체적으로 나일론-6,6 (Nylon-6,6 (PA-6,6)) 나일론-4,6 (Nylon-4,6 (PA-4,6)) 등의 폴리아마이드 (Polyamide (PA)), 폴리우레탄 (Polyurethanes (PU)), 폴리벤즈이미다졸 (Polybenzimidazole (PBI)), 폴리카보네이트 (Polycarboate (PC)), 폴리아크릴로나이트릴 (Polyacrylonitrile (PAN)), 폴리락틱에시드 (Polylactic acid (PLA)), 폴리에틸렌-co-비닐 아세테이트 (Polyethylene-co-vinyl acetate (PEVA)), 폴리메타아크릴레이트 (Polymethacrylate (PMA)), 폴리에틸렌 옥사이드 (Polyethylene oxide (PEO)), 폴리아닐린 (Polyaniline (PANI)), 폴리비닐카바졸 (Polyvinylcarbazole), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate (PET)), 폴리아크릴산-폴리피레네메탄올 (Polyacrylic acid-polypyrenemethanole (PAA-PM)), 폴리스티렌 (Polystyrene (PS)), 폴리메틸메타아크릴레이트 (Polymethylmethacrylate (PMMA)), 폴리비닐페놀 (Polyvinylphenol (PVP)), 폴리비닐클로라이드 (Polyvinylchloride (PVC)), 셀룰로스 아세테이트 (Cellulose acetate (CA)), 폴리비닐알콜 (Polyvinyl alcohol (PVA)), 폴리아크릴아마이드 (Polyacrylamide (PAAm)), PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid)), 콜라겐 (Collagen), 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone (PCL)), 폴리(2-히드록시에틸메타아크릴레이트) (Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (HEMA)), 폴리(비닐리덴플루오라이드) (Poly(vinylidene fluoride) (PVDF)), 폴리에테르이미드 (Polyether imide (PEI)), 폴리에틸렌글리콜 (Polyethylene glycol (PEG)), 폴리(페로세닐디메틸실레인) (Poly(ferrocenyldimethylsilane) (PFDMS)), 폴리(에틸렌-co-비닐알콜) (Poly(ethylene-co-vinyl alcohol)), 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinyl pyrrolidone (PVP)), 폴리메타-페닐렌이소프탈아마이드 (Polymethaphenyleneisophthalamide) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. Next, a polymer having a functional group capable of sol-gel reaction in the molecule may have a functional group capable of sol-gel reaction in the molecule, or may have a sol-gel reaction And a polymer having a functional group capable of reacting with the polymer. The functional group capable of sol-gel reaction is preferably an alkoxysilane group as described above. The polymer may be specifically a polyamide such as Nylon-6,6 (PA-6,6), Nylon-4,6 (PA-4,6) (PA)), polyurethanes (PU), polybenzimidazole (PBI), polycarbonate (PC), polyacrylonitrile (PAN), polylactic acid Polylactic acid (PLA), polyethylene-co-vinyl acetate (PEVA), polymethacrylate (PMA), polyethylene oxide (PEO), and polyaniline PANI), polyvinylcarbazole, polyethylene terephthalate (PET), polyacrylic acid-polypyrenemethanole (PAA-PM), polystyrene (PS), poly Methyl methacrylate (PMMA), polyvinylphenol (PVP), poly Polyvinylchloride (PVC), cellulose acetate (CA), polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylamide (PAAm), poly (lactic-co-glycolic acid) ), Collagen, polycaprolactone (PCL), poly (2-hydroxyethyl methacrylate) (HEMA), poly (vinylidene fluoride) Poly (vinylidene fluoride) (PVDF), polyether imide (PEI), polyethyleneglycol (PEG), poly (ferrocenyldimethylsilane) (PFDMS) (Ethylene-co-vinyl alcohol), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polymethaphenyleneisophthalamide, and combinations thereof. And the like.

본 발명에서는 상기 고분자의 일 실시예로 폴리(메틸메타크릴레이트-코-헥실메타크릴레이트-코-(트리메톡시실릴프로필)메타크릴레이트) (poly(MMA-co-HMA-co-SiMA)를 사용한다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니며, 상기와 같이 여러 가지 고분자들 중에서 선택된 것으로서 졸-겔 반응을 위해 알콕시실란기를 포함하는 것이면 제한없이 사용가능하다. In the present invention, poly (methyl methacrylate-co-hexyl methacrylate-co- (trimethoxysilylpropyl) methacrylate) (poly (MMA- co- HMA- co- SiMA) However, the present invention is not limited thereto, and any of the various polymers may be used without restriction as long as it contains an alkoxysilane group for the sol-gel reaction.

마지막으로 상기 백본 실란으로는 트리메톡시실란으로 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)), 에틸트리메톡시실란 (ethyltrimethoxysilane (ETMOS)), 프로필트리메톡시실란 (propyltrimethoxysilane (PTMOS)) 또는 이소부틸트리메톡시실란 (isobutyltrimethoxysilane (BTMOS)) 등 트리알콕시기실란을 포함하는 것이면 제한없이 사용가능하다. Finally, as the backbone silane, trimethoxysilane may be used as the silane coupling agent such as methyltrimethoxysilane (MTMOS), ethyltrimethoxysilane (ETMOS), propyltrimethoxysilane (PTMOS) or isobutyl (Isobutyltrimethoxysilane (BTMOS)) and the like can be used without limitation as long as they contain trialkoxy silane.

이와 같이 본 발명의 나노섬유 제조를 위해 사용되는 3가지 성분, 즉 일산화질소를 저장한 머캅토알콕시실란, 고분자 및 백본 실란 모두에 알콕시실란기가 포함되어 있으며, 이들을 졸-겔 반응시키면 실록산 브릿지 (Si-O-Si)에 의해 망목 구조가 형성된다. As described above, alkoxysilane groups are included in all of the three components used for manufacturing the nanofibers of the present invention, i.e., the mercaptoalkoxysilane storing the nitrogen monoxide, the polymer and the backbone silane, and when the sol-gel reaction is performed, siloxane bridges (Si -O-Si).

상기 졸-겔 반응은 도 4에서와 같이 알콕시실란기의 가수분해 및 축합반응으로 실록산 브릿지 (Si-O-Si)를 형성하는 과정이다. 그 결과 머캅토알콕시실란에 저장된 일산화질소는 망목 구조 내에 안정적으로 존재할 수 있다. The sol-gel reaction is a process of forming a siloxane bridge (Si-O-Si) by hydrolysis and condensation reaction of an alkoxysilane group as shown in FIG. As a result, the nitrogen monoxide stored in the mercaptoalkoxysilane can stably exist in the network structure.

졸-겔 반응은 염산 또는 초산과 같은 산 촉매; 암모니아수 또는 KOH와 같은 염기 촉매; 금, 구리 또는 알루미늄과 같은 금속 촉매하에서 진행시킬 수 있으며, 용매의 종류와 양, 촉매의 종류와 양, 물의 양, 그리고 pH를 변화시키는 것으로 반응의 속도를 조절할 수 있다. 또한 수 분에서 수십 시간까지 반응 시간을 조절하는 것으로 반응의 정도를 조절할 수 있다. Sol-gel reactions include acid catalysts such as hydrochloric acid or acetic acid; A base catalyst such as ammonia water or KOH; Gold, copper or aluminum, and the rate of the reaction can be controlled by changing the type and amount of the solvent, the kind and amount of the catalyst, the amount of water, and the pH. The degree of reaction can be controlled by controlling the reaction time from several minutes to several tens of hours.

졸-겔 반응에서는 용매로 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 펜탄올 등의 알코올류를 사용할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 용매의 종류는 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란의 종류와 함께 졸-겔 반응의 속도와 관련되어 있다. 즉, 용매로서 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올로 갈수록 반응 속도가 느려지며, 머캅토알콕시실란의 경우 특히 실란기에 치환된 알콕시기의 길이가 길어질수록 즉, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 (3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPTMS), 3-머캅토프로필트리에톡시실란 (3-mercaptopropyltriethoxysilane, MPTES)로 갈수록 반응 속도가 느려진다. 졸-겔 반응의 속도가 느려진다는 것은 그만큼 더 분자들 간에 실록산 브릿지 (Si-O-Si) 형성을 많이 일어나게 할 수 있고, 따라서 망목 구조 내에 더욱 안정적으로 일산화질소를 저장할 수 있게 된다는 의미이다. 결과적으로 나노섬유의 일산화질소의 저장성 및 전달성이 향상된다. 그러므로 본 발명의 나노섬유는 제조에 사용되는 머캅토알콕시실란의 치환기 및 사용하는 용매의 알킬기를 조절하는 것으로 일산화질소의 저장성 및 전달성을 조절할 수 있다.In the sol-gel reaction, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol or pentanol may be used as the solvent, but the present invention is not limited thereto. The type of solvent is related to the rate of sol-gel reaction with the type of mercaptoalkoxysilane in which the nitrogen monoxide is stored. That is, the reaction rate becomes slower as the solvent goes to methanol, ethanol, propanol and butanol. In the case of mercaptoalkoxysilane, the longer the length of the alkoxy group substituted with the silane group becomes, the more the 3-mercaptopropyltrimethoxysilane -mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), and 3-mercaptopropyltriethoxysilane (MPTES). The slower rate of the sol-gel reaction means that much more siloxane bridge (Si-O-Si) formation can occur among the molecules, thus allowing more stable storage of nitrogen monoxide within the network structure. As a result, the storage and transmission of nitrogen monoxide in the nanofibers are improved. Therefore, the nanofiber of the present invention can control the storage and transmission of nitrogen monoxide by controlling the substituent of the mercaptoalkoxysilane used in the production and the alkyl group of the solvent used.

다만 용매의 경우 알킬기의 길이가 무한정 길어지는 것만이 좋은 것은 아니며, 하기 실시예에서 보여지는 바와 같이 부탄올의 경우에서 가장 우수한 NO 저장성 및 전달성 결과를 가져온다. However, in the case of the solvent, it is not only good that the length of the alkyl group is indefinitely long, and as shown in the following examples, the best preservation and storage of NO is achieved in the case of butanol.

또한 본 발명에서는 상기 졸-겔 반응에 포함되는 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란의 양을 조절함으로써 NO의 저장성 및 전달성을 조절할 수 있다. 즉, 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란의 농도에 비례하여 제조된 나노섬유에서 NO가 방출되는 양도 증가한다. 본 발명에서는 나노섬유의 제조시 일산화질소가 저장된 머캅토알콕시실란이 1 내지 15 mol%로 포함되는 것을 바람직하게 제시한다. 15 mol% 를 초과하는 양으로 포함될 경우 망목 구조가 이루어지지 않아 오히려 NO의 방출량이 감소하기 결과를 나타내기 때문이다. 또한 머캅토알콕시실란의 종류에 따라 최대의 NO 방출량을 나타내는 농도가 존재하는데, 예를들어 3-머캅토프로필트리메톡시실란의 경우에는 9 mol%의 농도로 포함되는 경우에도 망목 구조가 이루어지지 않는 것이 확인된다. Also, in the present invention, the storage stability and the achievement of NO can be controlled by controlling the amount of mercaptoalkoxysilane stored in the nitrogen monoxide included in the sol-gel reaction. That is, the amount of NO released from nanofibers produced in proportion to the concentration of mercaptoalkoxysilane in which nitrogen monoxide is stored increases. In the present invention, it is preferable that 1 to 15 mol% of mercaptoalkoxysilane containing nitrogen monoxide is contained in the production of nanofibers. If it is contained in an amount exceeding 15 mol%, the result is that the NO emission is reduced rather than the network structure. In addition, depending on the type of mercaptoalkoxysilane, there is a concentration showing a maximum amount of NO emission. For example, in the case of 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, the network structure is formed even when the concentration is 9 mol% .

졸-겔 반응으로 형성된 겔은 전기방사하면 본 발명의 나노섬유가 제조된다. 전기방사법으로는 나노섬유를 제조하는데 사용되는 통상의 방법을 사용할 수 있다. 그 장치 개략도를 도 5에 도시하였다. 수직으로 위치한 방적돌기에서 중력과 표면장력 사이에 평형을 이루며 반구형 방울을 형성하여 매달려 있는 고분자 용액에 대해 전기장을 부여하면 표면장력과 반대되는 힘이 발생하게 된다. 반구형 방울은 원추형으로 늘어나게 되고, 전기장이 어느 세기 이상이 되면 표면장력을 극복하면서 하전된 고분자 용액이 테일러 콘 (taylor corn)을 형성하며 젯 (jet)에서 계속하여 방출된다. 이 젯은 점도가 높으면 붕괴되지 않고 접지된 집전판을 향하여 공기 중을 날아가면서 용매는 모두 증발하게 되고, 집전판에는 하전된 연속상의 고분자 섬유가 쌓이게 된다. 고분자 용액의 젯은 이동 중에 정전기장의 반발력에 의하여 표면적이 증가하는 힘으로 나타나게 되어 결과적으로 섬유의 직경이 나노크기까지 작아질 수 있는 것이다.
When the gel formed by the sol-gel reaction is electrospun, the nanofiber of the present invention is produced. As the electrospinning method, a conventional method used for producing nanofibers can be used. A schematic view of the apparatus is shown in Fig. In the vertically positioned spinning projections, an equilibrium between gravity and surface tension forms hemispherical droplets, and when an electric field is applied to the suspended polymer solution, a force opposite to the surface tension is generated. The hemispherical droplets are elongated conically, and when the electric field exceeds a certain level, the charged polymer solution forms a taylor corn while continuously overcoming the surface tension and is continuously discharged from the jet. When the viscosity is high, the jet does not collapse but the air is blown toward the grounded collecting plate, the solvent evaporates, and the charged polymer fibers in the continuous continuous phase are accumulated on the collecting plate. The jet of the polymer solution appears as a force that increases the surface area due to the repulsive force of the electrostatic field during movement, and as a result, the diameter of the fiber can be reduced to nano size.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이므로 본 발명이 이에 한정되는 것으로 여겨져서는 안된다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are provided to facilitate understanding of the invention and should not be construed as limiting the invention thereto.

실시예 1-1Example 1-1

1. 머캅토알콕시실란에 일산화질소 저장 (S-니트로소티올 용액의 제조)1. Storage of nitrogen monoxide in a mercaptoalkoxysilane (Preparation of S -nitrosothiol solution)

용매로 메탄올 3.0265 mL에 머캅토알콕시실란으로 3-머캅토프로필트리메톡시실란 (3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPTMS) (194.34 g/mol, density: 1.051, GELEST, SIM6476.0) 0.1875 mL (1 mmol), 일산화질소 공급원으로 디에틸렌 테트라아민 펜타-아세트산 (diethylene tetramine penta-acetic acid, DTPA) 내의 10 M의 NaNO2 0.15 mL (1.5 mmol) 및 산 촉매로 11 M의 HCl 0.136 mmL (1.5 mmol)을 차례로 넣고 1 시간 동안 충분히 섞어주었다. 이 때 빛을 차단한 상태에서 진행하였다 (NO-MPTMS 용액의 제조).Mercaptoacetyltrimethoxysilane (MPTMS) (194.34 g / mol, density: 1.051 , GELEST , SIM6476.0) as mercaptoalkoxysilane was added to 3.0265 mL of methanol as a solvent, and 0.1875 mL (1 mmol) 0.15 mL (1.5 mmol) of 10 M NaNO 2 in diethylene tetramine penta-acetic acid (DTPA) and 0.136 mmol (1.5 mmol) of 11 M HCl were added in turn as a nitrogen monoxide source, It was thoroughly mixed for 1 hour. At this time, proceeding with blocking of light (preparation of NO-MPTMS solution).

1 시간 반응 후에 메탄올 내의 5.4 M NaOMe (30 wt%)를 0.076 mL 넣어 상기 용액을 중성화시켰다. After 1 hour reaction, 5.4 M NaOMe in methanol (30 wt%) was added to 0.076 mL to neutralize the solution.

제조된 용액 (S-니트로소티올 용액)은 사용 전까지 빛을 차단한 상태에서 냉장고에 보관하였다.
The prepared solution ( S - nitrosothiol solution) was kept in the refrigerator with the light blocked until use.

2. 졸-겔 반응이 가능한 작용기를 가지는 고분자의 합성2. Synthesis of polymers with functional groups capable of sol-gel reaction

졸-겔 반응이 가능한 작용기를 가지는 고분자로 도 6에 도시된 바와 같은 고분자를 합성하여 사용하였다. 증류탑이 설치된 100 mL의 two neck flask에 용매로 톨루엔 (toluene) 30 mL을 넣고 80 ℃까지 승온하였다. 다음으로 60 mol%의 MMA (methylmethacrylate) 3.19 mL (30 mmol), 20 mol%의 HMA (hexylmethacrylate) 1.98 mL (10 mmol) 및 20 mol%의 SiMA ((trimethoxysilylpropyl)methacrylate) 2.35 mL (10 mmol)를 첨가하고 충분히 섞어주었다. 합성개시제로 16.4 mg의 아조비스이소뷰티로나이트릴 (azobisisobutyronitile (AIBN))을 2.5 mL의 메탄올에 녹여 30 분 동안 5 mL/hr의 속도로 첨가한 후 80 ℃에서 12 시간 동안 반응을 진행시켜 고분자를 합성하였다. 합성 후 감압증류와 진공건조를 이용하여 톨루엔을 제거하였으며, 헥세인 (hexane)으로 3회 정제하여 남아있는 단량체 (monomer)와 촉매를 제거한 후 2 시간 동안 다시 진공건조하였다. 건조가 끝난 고분자는 사용 전까지 진공포장하여 보관하였다.
A polymer as shown in FIG. 6 was synthesized and used as a polymer having a functional group capable of sol-gel reaction. 30 mL of toluene was added as a solvent to a 100 mL two neck flask equipped with a distillation column, and the temperature was raised to 80 ° C. Next, 3.9 mL (30 mmol) of 60 mol% MMA (methylmethacrylate), 1.98 mL (10 mmol) of 20 mol% of HMA (hexylmethacrylate) and 2.35 mL (10 mmol) of 20 mol% of SiMA (trimethoxysilylpropyl) methacrylate And the mixture was thoroughly mixed. 16.4 mg of azobisisobutyronitile (AIBN) was dissolved in 2.5 mL of methanol, added at a rate of 5 mL / hr for 30 minutes, and then reacted at 80 ° C. for 12 hours to obtain a polymer Were synthesized. After the synthesis, toluene was removed by distillation under reduced pressure and vacuum drying. The remaining monomers and catalyst were removed by hexane three times, and vacuum dried again for 2 hours. The dried polymer was packed in vacuum until use.

3. 졸-겔 반응3. Sol-gel reaction

상기 2에서 제조된 고분자를 아세톤과 디메틸포름아미드 (dimethylformamide, DMF)의 혼합용액 (아세톤 75%, DMF 25%) 내의 30 wt% 고분자 용액으로 제조한 후, 상기 용액 1 g에 상기 제조된 S-니트로소티올 용액 259 μL (0.073 mmol), 백본 실란으로 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 42 μL (0.29 mmol) 및 용매 메탄올 746 μL을 혼합한 후, 4 ℃의 빛을 차단한 상태에서 교반하여 1 시간 동안 반응을 진행하였다.
The polymer prepared in 2 above was prepared as a 30 wt% polymer solution in a mixed solution of acetone and dimethylformamide (DMF) (acetone 75%, DMF 25%). Then, 1 g of the prepared S- (0.29 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) as a backbone silane, and 746 μL of methanol as a solvent were mixed, and the mixture was stirred at 4 ° C in a state of blocking light The reaction was continued for 1 hour with stirring.

4. 전기 방사4. Electrospinning

졸-겔 반응으로 얻어진 겔 상태의 반응물을 5 mL의 시린지에 넣고 도 5에 도시된 바와 같은 전기방사 장비를 이용하여 나노 수준의 직경을 갖는 섬유를 제조하였다. 이때 노즐은 25 G를 사용하였고, 노즐과 전극의 거리는 15 cm로 고정하였다. 시린지 펌프의 사출 속도는 0.6 mL/hr로 하였고, 인가 전압은 17.5 kV로 유지하였다.
The gel-like reaction product obtained by the sol-gel reaction was placed in a 5 mL syringe and fibers having a nano-level diameter were prepared using the electrospinning apparatus as shown in FIG. At this time, 25 G was used for the nozzle, and the distance between the nozzle and the electrode was fixed to 15 cm. The injection speed of the syringe pump was 0.6 mL / hr and the applied voltage was maintained at 17.5 kV.

실시예 1-2Examples 1-2

실시예 1-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 518 μL (0.146 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 31.5 μL (0.22 mmol) 및 메탄올 497 μL을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
Except using 518 μL (0.146 mmol) of S -nitrosothiol solution, 31.5 μL (0.22 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) and 497 μL of methanol in the sol-gel reaction of Example 1-1 And the nanofibers were prepared in the same manner.

실시예 2-1Example 2-1

실시예 1-1의 S-니트로소티올 용액의 제조 과정에서 용매로 메탄올 대신 에탄올을 사용하고, 졸-겔 반응에서 용매로 에탄올을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
The nanofibers were prepared in the same manner as in the preparation of the S -nitrosoethiol solution of Example 1-1 except that ethanol was used as a solvent instead of methanol and ethanol was used as a solvent in the sol-gel reaction.

실시예 2-2Example 2-2

실시예 2-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 518 μL (0.146 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 31.5 μL (0.22 mmol) 및 에탄올 497 μL을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
Except using 518 μL (0.146 mmol) of S -nitrosothiol solution, 31.5 μL (0.22 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) and 497 μL of ethanol in the sol-gel reaction of Example 2-1 And the nanofibers were prepared in the same manner.

실시예 2-3Example 2-3

실시예 2-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 775 μL (0.22 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 21 μL (0.14 mmol) 및 에탄올 248 μL을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
Except for using 775 μL (0.22 mmol) of S -nitrosothiol solution, 21 μL (0.14 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) and 248 μL of ethanol in the sol-gel reaction of Example 2-1 And the nanofibers were prepared in the same manner.

실시예 2-4Examples 2-4

실시예 2-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 1036 μL (0.29 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 10.5 μL (0.07 mmol)을 사용하고 에탄올은 첨가하지 않는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
In the sol-gel reaction of Example 2-1, 1036 μL (0.29 mmol) of S -nitrosothiol solution and 10.5 μL (0.07 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) were used and no ethanol was added The nanofibers were prepared in the same manner.

실시예 3-1Example 3-1

실시예 2-1의 S-니트로소티올 용액의 제조 과정에서 용매로 에탄올 2.954 mL 및 머캅토알콕시실란으로 3-머캅토프로필트리에톡시실란 (3-mercaptopropyltriethoxysilane, MPTES) (238.42 g/mol, density: 0.9325, GELEST, SIM6475.0) 0.26 mL (1 mmol)을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
In the preparation of the S -nitrosothiol solution of Example 2-1, 2.954 mL of ethanol as a solvent and 3-mercaptopropyltriethoxysilane (MPTES) (238.42 g / mol, density : 0.9325, GELEST , SIM 6475.0) 0.26 mL (1 mmol) was used.

실시예 3-2Example 3-2

실시예 3-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 518 μL (0.146 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 31.5 μL (0.22 mmol) 및 에탄올 497 μL을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
Except using 518 μL (0.146 mmol) of S -nitrosothiol solution, 31.5 μL (0.22 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) and 497 μL of ethanol in the sol-gel reaction of Example 3-1 And the nanofibers were prepared in the same manner.

실시예 3-3Example 3-3

실시예 3-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 775 μL (0.22 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 21 μL (0.14 mmol) 및 에탄올 250 μL을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
Except that 21 μL (0.14 mmol) of S -nitrosothiol solution, 775 μL (0.22 mmol) of methyl-trimethoxysilane (MTMOS) and 250 μL of ethanol were used in the sol-gel reaction of Example 3-1 And the nanofibers were prepared in the same manner.

실시예 3-4Example 3-4

실시예 3-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 1036 μL (0.29 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 10.5 μL (0.07 mmol)을 사용하고 에탄올은 첨가하지 않는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
In the sol-gel reaction of Example 3-1, 1036 μL (0.29 mmol) of S -nitrosothiol solution and 10.5 μL (0.07 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) were used and no ethanol was added The nanofibers were prepared in the same manner.

실시예 4-1Example 4-1

실시예 3-1의 S-니트로소티올 용액의 제조 과정에서 용매로 에탄올 대신 1-프로판올을 사용하고, 졸-겔 반응에서 용매로 1-프로판올을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
Production of nanofibers was carried out in the same manner except that 1-propanol was used as the solvent in the preparation of the S -nitrosoethiol solution of Example 3-1 and 1-propanol was used as the solvent in the sol-gel reaction Respectively.

실시예 4-2Example 4-2

실시예 4-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 518 μL (0.146 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 31.5 μL (0.22 mmol) 및 1-프로판올 497 μL을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
Using 518 μL (0.146 mmol) of S -nitrosothiol solution, 31.5 μL (0.22 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) and 497 μL of 1-propanol in the sol-gel reaction of Example 4-1 The nanofibers were prepared in the same manner except that

실시예 4-3Example 4-3

실시예 4-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 775 μL (0.22 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 21 μL (0.14 mmol) 및 1-프로판올 250 μL을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
In the sol-gel reaction of Example 4-1, 21 μL (0.14 mmol) of S -nitrosothiol solution, 775 μL (0.22 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) and 250 μL of 1-propanol The nanofibers were prepared in the same manner except that

실시예 4-4Example 4-4

실시예 4-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 1036 μL (0.29 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 10.5 μL (0.07 mmol)을 사용하고 1-프로판올은 첨가하지 않는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
In the sol-gel reaction of Example 4-1, 1036 μL (0.29 mmol) of S -nitrosothiol solution and 10.5 μL (0.07 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) were used and 1-propanol was not added The nanofibers were prepared in the same manner except that the catalyst was not added.

실시예 5-1Example 5-1

실시예 3-1의 S-니트로소티올 용액의 제조 과정에서 용매로 에탄올 대신 n-부탄올을 사용하고, 졸-겔 반응에서 용매로 n-부탄올을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
In the same manner as in Example 3-1 except that n-butanol was used in place of ethanol as a solvent and n-butanol was used as a solvent in the sol-gel reaction in the preparation of the S -nitrosothiol solution of Example 3-1, Respectively.

실시예 5-2Example 5-2

실시예 5-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 518 μL (0.146 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 31.5 μL (0.22 mmol) 및 n-부탄올 497 μL을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
Using 518 μL (0.146 mmol) of S -nitrosothiol solution, 31.5 μL (0.22 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) and 497 μL of n-butanol in the sol-gel reaction of Example 5-1 The nanofibers were prepared in the same manner except that

실시예 5-3Example 5-3

실시예 5-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 775 μL (0.22 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 21 μL (0.14 mmol) 및 n-부탄올 250 μL을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
In the sol-gel reaction of Example 5-1, 21 μL (0.14 mmol) of S -nitrosothiol solution, 775 μL (0.22 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) and 250 μL of n- The nanofibers were prepared in the same manner except that

실시예 5-4Examples 5-4

실시예 5-1의 졸-겔 반응에서 S-니트로소티올 용액 1036 μL (0.29 mmol), 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)) 10.5 μL (0.07 mmol)을 사용하고 n-부탄올은 첨가하지 않는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
In the sol-gel reaction of Example 5-1, 1036 μL (0.29 mmol) of S -nitrosothiol solution and 10.5 μL (0.07 mmol) of methyltrimethoxysilane (MTMOS) were used and n-butanol was not added The nanofibers were prepared in the same manner except that the catalyst was not added.

실시예 6Example 6

실시예 3-4의 S-니트로소티올 용액의 제조 과정에서 용매로 에탄올 대신 n-펜탄올을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 나노섬유를 제조하였다.
The nanofibers were prepared in the same manner except that n-pentanol was used in place of ethanol as a solvent in the preparation of the S -nitrosothiol solution of Example 3-4.

하기 표 1은 실시예 1-1 및 1-2의 나노섬유 제조에 사용된 성분 및 함량을 나타낸 것이다.Table 1 below shows the components and contents used in the production of the nanofibers of Examples 1-1 and 1-2.

Figure 112016119107471-pat00001
Figure 112016119107471-pat00001

S-니트로소티올 용액: NO-MPTMS 용액 3.5 mL + 5.4 M NaOMe 0.076 mL (pH 5~6) S -Nitrosothiol solution: NO-MPTMS solution 3.5 mL + 5.4 M NaOMe 0.076 mL (pH 5-6)

하기 표 2는 실시예 2-1 내지 2-4의 나노섬유 제조에 사용된 성분 및 함량을 나타낸 것이다. The following Table 2 shows the components and contents used in the preparation of the nanofibers of Examples 2-1 to 2-4.

Figure 112016119107471-pat00002
Figure 112016119107471-pat00002

S-니트로소티올 용액: NO-MPTMS 용액 3.5 mL + 5.4 M NaOMe 0.076 mL (pH 5~6) S -Nitrosothiol solution: NO-MPTMS solution 3.5 mL + 5.4 M NaOMe 0.076 mL (pH 5-6)

하기 표 3은 실시예 3-1 내지 3-4의 나노섬유 제조에 사용된 성분 및 함량을 나타낸 것이다.The following Table 3 shows the components and contents used in the preparation of the nanofibers of Examples 3-1 to 3-4.

Figure 112016119107471-pat00003
Figure 112016119107471-pat00003

S-니트로소티올 용액: NO-MPTES 용액 3.5 mL + 5.4 M NaOMe 0.076 mL (pH 5~6) S -Nitrosothiol solution: 3.5 mL of NO-MPTES solution + 0.076 mL of 5.4 M NaOMe (pH 5 to 6)

하기 표 4는 실시예 4-1 내지 4-4의 나노섬유 제조에 사용된 성분 및 함량을 나타낸 것이다.Table 4 below shows the components and contents used in the production of nanofibers of Examples 4-1 to 4-4.

Figure 112016119107471-pat00004
Figure 112016119107471-pat00004

S-니트로소티올 용액: NO-MPTES 용액 3.5 mL + 5.4 M NaOMe 0.076 mL (pH 5~6) S -Nitrosothiol solution: 3.5 mL of NO-MPTES solution + 0.076 mL of 5.4 M NaOMe (pH 5 to 6)

하기 표 5는 실시예 5-1 내지 5-4의 나노섬유 제조에 사용된 성분 및 함량을 나타낸 것이다.The following Table 5 shows the components and contents used in the production of the nanofibers of Examples 5-1 to 5-4.

Figure 112016119107471-pat00005
Figure 112016119107471-pat00005

S-니트로소티올 용액: NO-MPTES 용액 3.5 mL + 5.4 M NaOMe 0.076 mL (pH 5~6) S -Nitrosothiol solution: 3.5 mL of NO-MPTES solution + 0.076 mL of 5.4 M NaOMe (pH 5 to 6)

하기 표 6은 실시예 6의 나노섬유 제조에 사용된 성분 및 함량을 나타낸 것이다.Table 6 below shows the components and the contents used in the preparation of the nanofibers of Example 6.

Figure 112016119107471-pat00006
Figure 112016119107471-pat00006

S-니트로소티올 용액: NO-MPTES 용액 3.5 mL + 5.4 M NaOMe 0.076 mL (pH 5~6)
S -Nitrosothiol solution: 3.5 mL of NO-MPTES solution + 0.076 mL of 5.4 M NaOMe (pH 5 to 6)

<나노섬유의 구조><Structure of Nanofiber>

상기 실시예에서 제조된 나노섬유의 구조를 SEM 사진을 도 7 내지 12에 나타내었다. 모든 나노섬유에서 망목 구조가 잘 이루어져 있는 것이 확인되었다.
SEM photographs of the structures of the nanofibers prepared in the above examples are shown in FIGS. 7 to 12. It was confirmed that the mesh structure was well formed in all the nanofibers.

<NO 방출 특성 평가><Evaluation of NO emission characteristics>

1. 방출 조건의 설정1. Setting of emission conditions

(1) 광촉매에 의한 NO 방출(1) NO emission by photocatalyst

실시예 5-4에서 제조된 나노섬유에 대하여 37 ℃에서 445,000 lux의 빛을 조사 및 차단하기를 반복하며 NO 방출을 측정하였다 (측정 장비: Sievers chemiluminescence nitric oxide analyser (NOA280i), 0.1 M phosphate buffered saline, 0.05 M NaCl, pH 7.4 (이하 PBS, pH 7.4로 칭함)). 그 결과를 도 20에 나타내었다. The nanofibers prepared in Example 5-4 were repeatedly irradiated and blocked with light of 445,000 lux at 37 ° C to measure NO release (measurement equipment: Sievers chemiluminescence nitric oxide analyzer (NOA 280i), 0.1 M phosphate buffered saline , 0.05 M NaCl, pH 7.4 (hereinafter referred to as PBS, pH 7.4). The results are shown in Fig.

결과를 보면, 빛이 조사되었을 때 NO 방출이 급격히 개시되고 빛이 차단되면 방출이 중단되었다. 또한, 상당한 시간 (2.0 hr)에 걸쳐 상당량 (100 ppb/mg 이상)의 NO 방출이 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. The results showed that when light was irradiated, NO emission was abruptly initiated and emission ceased when the light was blocked. In addition, it was confirmed that a considerable amount (100 ppb / mg or more) of NO emission was emitted over a considerable time (2.0 hr).

이로부터 본 발명 나노섬유는 빛에 의해 NO를 방출시키며, 조사되는 빛의 세기 및 조사 시간을 조절하는 것으로 NO의 방출을 서서히 오랜 시간에 걸쳐 이루어지게 할 수 있음이 예상된다.
From this, it is expected that the nanofibers according to the present invention emit NO by light and control the intensity and irradiation time of the irradiated light, so that the release of NO can be performed over a long period of time.

(2) 열에 의한 NO 방출(2) NO emission by heat

실시예 5-4의 나노섬유를 10 ℃의 환경에 방치하였다가 37 ℃로 온도를 올렸을 때의 NO 방출을 측정하였다 (측정 장비: Sievers chemiluminescence nitric oxide analyzer (NOA280i), PBS, pH 7.4). 그 결과를 도 21에 나타내었다. The nanofibers of Example 5-4 were placed in an environment at 10 ° C and the NO release was measured when the temperature was raised to 37 ° C. (Measurement equipment: Sievers chemiluminescence nitric oxide analyzer (NOA 280i, PBS, pH 7.4). The results are shown in Fig.

온도를 10 ℃에서 37 ℃로 올렸을 때 NO 방출이 개시되었다. 이로부터 본 발명의 나노섬유는 일정한 온도 이상에서 NO를 방출시키며, 특히 체내 적용에 있어서 유용한 NO의 저장 및 전달 수단이 될 수 있음이 확인된다.
NO release was initiated when the temperature was raised from 10 占 폚 to 37 占 폚. From this, it can be confirmed that the nanofiber of the present invention releases NO at a predetermined temperature or higher, and can be a storage and delivery means of NO, which is particularly useful for application in the body.

(3) 구리 촉매에 의한 NO 방출(3) Release of NO by copper catalyst

실시예 5-4의 나노섬유의 구리 촉매 (CuCl2)에 대한 NO 방출을 측정하였다 (측정 장비: Sievers chemiluminescence nitric oxide analyzer (NOA280i), PBS, pH 7.4). 그 결과를 도 22에 나타내었다. NO emission of the nanofibers of Examples 5-4 to the copper catalyst (CuCl 2 ) was measured (Sievers chemiluminescence nitric oxide analyzer (NOA 280i, PBS, pH 7.4). The results are shown in Fig.

CuCl2의 농도가 커짐에 따라 NO 방출량이 증가하며, 촉매 접촉 후 어느 정도의 시간이 지나면 일정한 양으로 방출되는 것이 확인된다.
As the concentration of CuCl 2 increases, the amount of NO emission increases, and it is confirmed that the amount of released NO is released after a certain period of time after the catalytic contact.

2. 방출 특성 평가 2. Evaluation of emission characteristics

다음으로 본 발명의 실시예에서 제조된 나노섬유의 NO 방출 특성을 평가하기 위하여 Sievers chemiluminescence nitric oxide analyzer (NOA280i)를 이용하여 37 ℃에서 445,000 lux의 빛 조사에 의한 일산화질소 순간 최대 방출 ([NO]m) 및 총방출량 (t[NO])을 측정하였다. 빛이 차단된 상태에서 샘플을 버퍼에 넣어 주고, 삼십분 후에 광원으로부터 sample 사이의 거리는 10 cm으로 고정된 상태에서 빛을 조사하기 시작하였다. NO 방출이 끝날 때까지 빛 조사를 계속하였다. Next, to evaluate the NO emission characteristics of the nanofibers prepared in the examples of the present invention, the maximum instantaneous NO emission ([NO]) by light irradiation at 445,000 lux was measured using a Sievers chemiluminescence nitric oxide analyzer (NOA280i) m ) and total emission (t [NO]) were measured. The sample was placed in the buffer while the light was blocked, and after 30 minutes, the distance between the light source and the sample was fixed at 10 cm. Light irradiation was continued until the NO emission was completed.

도 13 내지 18은 실시예 1-1 내지 6에서 제조된 나노섬유의 NO 방출 결과를 S-니트로소티올알콕시실란의 머캅토알콕시실란 및 농도와 함께 나타낸 것이다. 각 도면의 (a)는 실시간 NO 방출 곡선이고, (b)는 총 NO 방출량을 나타내는 곡선이다.13 to 18 show the NO release results of the nanofibers prepared in Examples 1-1 to 6, together with the mercaptoalkoxysilane and the concentration of S -nitrosothiol alkoxysilane. In each figure, (a) is a real-time NO release curve, and (b) is a curve showing total NO emission amount.

결과를 보면, S-니트로소티올알콕시실란의 농도, 머캅토알콕시실란의 종류 및 용매의 종류에 따라 일산화질소 순간 최대 방출 ([NO]m) 및 총방출량 (t[NO])이 달라지는 것을 확인할 수 있다. The results show that the maximum instantaneous nitrogen monoxide release ([NO] m ) and total release (t [NO]) depend on the concentration of S -nitrosothiol alkoxysilane, the type of mercaptoalkoxysilane and the type of solvent .

우선, S-니트로소티올알콕시실란의 농도가 높아질수록 저장된 NO의 양이 증가하므로 총 방출량은 물론 순간 최대 방출량이 증가하는 양상을 나타내었다. First, as the concentration of S - nitrosothiol alkoxysilane increases, the amount of NO stored increases, so that the maximum release amount as well as the total release amount is increased.

다음으로 머캅토알콕시실란으로 3-머캅토프로필트리메톡시실란 (3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPTMS)을 사용하는 경우 (실시예 2-1 내지 실시예 2-4)보다 3-머캅토프로필트리에톡시실란 (3-mercaptopropyltriethoxysilane, MPTES)을 사용하는 경우 (실시예 3-1 내지 실시예 3-4)가 우수한 NO 방출 결과를 나타내었다. Next, when 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) was used as the mercaptoalkoxysilane (Examples 2-1 to 2-4), 3-mercaptopropyltriethoxysilane (3-mercaptopropyltriethoxysilane, MPTES) (Examples 3-1 to 3-4) showed excellent NO release results.

마지막으로, 용매로 메탄올을 사용하는 경우 (실시예 1-1 및 1-2)보다 에탄올을 사용하는 경우 (실시예 2-1 및 실시예 2-2)가 우수한 NO 방출 결과를 나타내었으며, 이러한 경향은 실시예 3-1 내지 3-4에서 실시예 5-1 내지 5-4에 이르기까지 용매가 에탄올, 프로판올, n-부탄올로 갈수록 우수한 방출 결과를 보이는 것과 동일하다. 단, n-펜탄올에서는 다소 감소하는 경향을 보였다. 즉, 용매의 종류로는 부탄올을 사용할 때 가장 우수한 방출 결과를 가져왔다. Finally, in the case of using methanol as the solvent (Examples 1-1 and 1-2), the use of ethanol (Example 2-1 and Example 2-2) showed excellent NO emission results, The tendency is the same as that in Examples 3-1 to 3-4 to Examples 5-1 to 5-4, in which the solvent shows better release results toward ethanol, propanol, and n-butanol. However, it tended to decrease slightly in n-pentanol. That is, when using butanol as the solvent type, the best result was obtained.

상기 결과로부터, 나노섬유 제조에 있어서 S-니트로소티올알콕시실란의 농도를 증가시킬수록 더 많은 NO를 저장 및 전달할 수 있으며, 나아가 NO를 저장시키기 위해 사용하는 머캅토알콕시실란의 종류 및 섬유의 제조시 사용하는 용매를 무엇으로 하느냐에 따라 NO의 저장 및 전달 특성이 달라질 수 있음을 알 수 있었다. From the above results, it can be seen that as the concentration of S -nitrosothiol alkoxysilane is increased in the production of nanofibers, more NO can be stored and transferred, and furthermore, the kind of the mercaptoalkoxysilane used for storing NO, It was found that the storage and transport characteristics of NO can be changed depending on what solvent is used.

구체적으로, 머캅토알콕시실란의 알콕시가 메톡시보다 에톡시인 경우, 즉 머캅토알콕시실란의 치환기가 길어질수록; 또한 용매가 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 부탄올인 경우, 즉, 사용하는 용매의 알킬기가 길어질수록 졸-겔 반응이 천천히 진행하여 실록산 브릿지 (Si-O-Si)가 충분히 형성되므로 보다 NO 저장성 및 전달성이 우수한 나노섬유를 제조할 수 있다는 것이 확인되었다. 다만 용매의 경우 알킬기가 무한정으로 길어지는 것만이 좋은 것이 아니라, 부탄올까지 증가하다가 펜탄올에서는 오히려 감소하는 경향을 나타내는 것이 확인되었다. Specifically, when the alkoxy of the mercaptoalkoxysilane is more ethoxy than methoxy, i.e., the substituent of the mercaptoalkoxysilane becomes longer; Further, when the solvent is methanol, ethanol, 1-propanol, or butanol, that is, as the alkyl group of the solvent used is longer, the sol-gel reaction proceeds slowly and the siloxane bridge (Si-O-Si) It was confirmed that nanofibers excellent in electric conductivity can be produced. However, in the case of the solvent, it is not only good that the alkyl group is extended indefinitely, but it is confirmed that it increases to butanol but tends to decrease in pentanol.

그러므로 머캅토알콕시실란으로 3-머캅토프로필트리에톡시실란을 사용하고 용매로 n-부탄올을 사용한 실시예 5-1 내지 5-4에서의 나노섬유가 가장 우수한 NO 방출 특성을 나타내는 것이다.
Therefore, the nanofibers in Examples 5-1 to 5-4 using 3-mercaptopropyltriethoxysilane as the mercaptoalkoxysilane and n-butanol as the solvent show the best NO release characteristics.

3. 나노섬유의 원소 분석3. Elemental analysis of nanofibers

본 발명의 나노섬유에서는 NO가 황 (S)과 결합하여 저장되기 때문에 NO 저장량과 황 함량과의 상관관계를 비교하기 위해 실시예 3-4, 4-4, 5-4 및 6에서 제조된 나노섬유에 대해 원소분석을 실시하였다. 결과를 도19에 나타내었다. 이를 보면, NO가 많이 저장된 나노섬유일수록, 즉 실시예 3-4에서 5-4로 갈수록 황 함량이 증가하고, 실시예 6에서 NO 저장량이 감소하자 황 함량도 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
In the nanofibers of the present invention, since NO is stored in association with sulfur (S), in order to compare the correlation between the NO storage amount and the sulfur content, the nano fibers prepared in Examples 3-4, 4-4, 5-4, Elemental analysis was performed on the fibers. The results are shown in Fig. It can be seen that the sulfur content increases as the number of nanofibers stored with a large amount of NO increases, that is, the sulfur content increases as the amount of NO is increased from 5-4 as in Example 3-4, and as the NO storage amount decreases in Example 6, the sulfur content decreases.

Claims (11)

일산화질소 (NO, Nitric Oxide)가 저장된 머캅토알콕시실란, 졸-겔 반응이 가능한 작용기를 가지는 고분자 및 백본 실란이 졸-겔 반응에 의해 형성된 실록산 브릿지 (Si-O-Si)로 결합되어 있는 망목 구조의 NO 저장 및 전달을 위한 나노섬유로서, 상기 일산화질소 (NO, Nitric Oxide)가 저장된 머캅토알콕시실란은 빛을 차단한 상태에서 아질산염과 머캅토알콕시실란을 산 촉매 하에서 반응시키고 이를 중성화시킴으로써 제조되는 나노섬유.A mercaptoalkoxysilane in which nitrogen monoxide (NO) is stored, a polymer having a functional group capable of a sol-gel reaction, and a polymer in which a backbone silane is bonded with a siloxane bridge (Si-O-Si) formed by a sol-gel reaction Wherein the mercaptoalkoxysilane in which the NO is stored is reacted with the nitrite and the mercaptoalkoxysilane under acid catalysis in the state of blocking the light and neutralized, The nanofibers become. 제 1 항에서,
상기 졸-겔 반응으로부터 형성된 겔을 전기 방사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노섬유.
The method of claim 1,
Wherein the nanofibers are formed by electrospinning a gel formed from the sol-gel reaction.
제 1 항에서,
상기 머캅토알콕시실란은 하기 화학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 나노섬유.
Si (OR1)m R2 n R3SH
R1 R2 는 각각 독립적으로 C1-C14의 알킬기이고;
R3 는 이종원소 N 또는 O가 각각 1 내지 5개 포함될 수 있는 C1-C14의 알킬렌기이며;
n+m =3, 1≤m≤3의 정수, 1≤n≤3의 정수이다.
The method of claim 1,
Wherein the mercaptoalkoxysilane is represented by the following formula.
Si (OR 1 ) m R 2 n R 3 SH
R 1 and R &lt; 2 &gt; are each independently a C1-C14 alkyl group;
R 3 is a C1-C14 alkylene group which may contain 1 to 5 heteroatoms N or 0 respectively;
n + m = 3, 1? m? 3, and 1? n? 3.
제 1 항에서,
상기 졸-겔 반응이 가능한 작용기는 알콕시실란기인 것을 특징으로 하는 나노섬유.
The method of claim 1,
Wherein the functional group capable of sol-gel reaction is an alkoxysilane group.
제 1 항에서,
상기 고분자는 폴리우레탄 (Polyurethanes (PU)), 폴리벤즈이미다졸 (Polybenzimidazole (PBI)), 폴리카보네이트 (Polycarboate (PC)), 폴리아크릴로나이트릴 (Polyacrylonitrile (PAN)), 폴리락틱에시드 (Polylactic acid (PLA)), 폴리에틸렌-co-비닐 아세테이트 (Polyethylene-co-vinyl acetate (PEVA)), 폴리메타아크릴레이트 (Polymethacrylate (PMA)), 폴리에틸렌 옥사이드 (Polyethylene oxide (PEO)), 폴리아닐린 (Polyaniline (PANI)), 폴리비닐카바졸 (Polyvinylcarbazole), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate (PET)), 폴리아크릴산-폴리피레네메탄올 (Polyacrylic acid-polypyrenemethanole (PAA-PM)), 폴리스티렌 (Polystyrene (PS)), 폴리메틸메타아크릴레이트 (Polymethylmethacrylate (PMMA)), 폴리아마이드 (Polyamide (PA)), 폴리비닐페놀 (Polyvinylphenol (PVP)), 폴리비닐클로라이드 (Polyvinylchloride (PVC)), 셀룰로스 아세테이트 (Cellulose acetate (CA)), 폴리비닐알콜 (Polyvinyl alcohol (PVA)), 폴리아크릴아마이드 (Polyacrylamide (PAAm)), PLGA (poly(lactic-co-glycolic acid)), 콜라겐 (Collagen), 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone (PCL)), 폴리(2-히드록시에틸메타아크릴레이트) (Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (HEMA)), 폴리(비닐리덴플루오라이드) (Poly(vinylidene fluoride) (PVDF)), 폴리에테르이미드 (Polyether imide (PEI)), 폴리에틸렌글리콜 (Polyethylene glycol (PEG)), 폴리(페로세닐디메틸실레인) (Poly(ferrocenyldimethylsilane) (PFDMS)), 폴리(에틸렌-co-비닐알콜) (Poly(ethylene-co-vinyl alcohol)), 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinyl pyrrolidone (PVP)), 폴리메타-페닐렌이소프탈아마이드 (Polymethaphenyleneisophthalamide) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 되는 것을 특징으로 하는 나노섬유.
The method of claim 1,
The polymer may be selected from the group consisting of polyurethanes (PU), polybenzimidazole (PBI), polycarbonate (PC), polyacrylonitrile (PAN), polylactic acid (PLA)), polyethylene-co-vinyl acetate (PEVA), polymethacrylate (PMA), polyethylene oxide (PEO), polyaniline (PANI) ), Polyvinylcarbazole, polyethylene terephthalate (PET), polyacrylic acid-polypyreneemethanol (PAA-PM), polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyamide (PA), polyvinylphenol (PVP), polyvinylchloride (PVC), cellulose acetate (CA), and the like. Polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylamide (PAAm), PLGA (lactic-co-glycolic acid), collagen, polycaprolactone (PCL) (2-hydroxyethyl methacrylate) (HEMA), poly (vinylidene fluoride) (PVDF), polyether imide (PEI) ), Polyethylene glycol (PEG), poly (ferrocenyldimethylsilane) (PFDMS), poly (ethylene-co-vinyl alcohol) , Polyvinyl pyrrolidone (PVP), polymethaphenyleneisophthalamide, and combinations thereof. The nanofiber of claim 1, wherein the nanofibers are selected from the group consisting of polyvinyl pyrrolidone (PVP), polymethaphenyleneisophthalamide, and combinations thereof.
제 1 항에서,
상기 고분자는 폴리(메틸메타크릴레이트-코-헥실메타크릴레이트-코-(트리메톡시실릴프로필)메타크릴레이트) (poly(MMA-co-HMA-co-SiMA))인 것을 특징으로 하는 나노섬유.
The method of claim 1,
Wherein the polymer is poly (methyl methacrylate-co-hexyl methacrylate-co- (trimethoxysilylpropyl) methacrylate) (poly (MMA- co- HMA- co- SiMA) fiber.
제 1 항에서,
상기 백본 실란은 메틸트리메톡시실란 (methyltrimethoxysilane (MTMOS)), 에틸트리메톡시실란 (ethyltrimethoxysilane (ETMOS)), 프로필트리메톡시실란 (propyltrimethoxysilane (PTMOS)), 이소부틸트리메톡시실란 (isobutyltrimethoxysilane (BTMOS)) 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 되는 것을 특징으로 하는 나노섬유.
The method of claim 1,
The backbone silane may be selected from the group consisting of methyltrimethoxysilane (MTMOS), ethyltrimethoxysilane (ETMOS), propyltrimethoxysilane (PTMOS), isobutyltrimethoxysilane (BTMOS) )), And combinations thereof. &Lt; Desc / Clms Page number 13 &gt;
삭제delete 제 1 항에서,
상기 중성화에서는 루이스 염기를 사용하는 것을 특징으로 하는 나노섬유.
The method of claim 1,
Wherein the neutralization uses a Lewis base.
제 1 항에서,
상기 일산화질소 (NO, Nitric Oxide)가 저장된 머캅토알콕시실란은 1 내지 15 mol%로 포함되는 것을 특징으로 하는 나노섬유.
The method of claim 1,
Wherein the mercaptoalkoxysilane containing NO is contained in an amount of 1 to 15 mol%.
제 1 항에서,
상기 졸-겔 반응에서는 용매로 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 및 펜탄올로 이루어진 그룹에서 선택되는 1 종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 나노섬유.
The method of claim 1,
In the sol-gel reaction, at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol and pentanol is used as the solvent.
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