KR101993983B1 - 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 및 이의 제조 방법 - Google Patents

기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매우 간단한 방법을 통해 기존의 접착성 하이드로겔보다 향상된 기계적 강도와 매우 높은 접착력을 가지며 물 속에서도 오랜 기간 접착력을 유지하는 하이드로겔을 개시한다.
본 발명을 통해 매우 강한 접착성을 가지며 물속에서도 오랜 기간 형태 및 접착성 유지가 가능한 하이드로겔을 제조함으로써 접착성 하이드로겔을 이용한 상처 드레싱, 패치 및 외과용 실란트 등 바이오 산업 분야에 적용 가능할 수 있다.

Description

기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 및 이의 제조 방법 {HYDROGEL WITH IMPROVED MECHANICAL AND ADHESIVE PROPERTIES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔에 관한 것이고, 또한 이러한 하이드로겔의 제조 방법에 관한 것이다.
하이드로겔은 조직 공학, 약물 전달, 면역 치료 등과 같은 다양한 어플리케이션으로 이용되고 있다.
이러한 하이드로겔의 기계적 성질은 이러한 어플리케이션의 요구사항을 충족시키는데 있어서 매우 중요한 포인트인데, 하이드로겔은 폴리머 네트워크 구조 내에 많은 양의 물을 포함하고 있기 때문에 그 기계적 강도는 떨어진다.
또한, 종래의 기술로는 높은 접착성을 가지며 동시에 높은 기계적 강도를 가지는 접착성 하이드로겔을 제조함에 있어 한계가 있었다. 예를 들면, 매우 복잡한 과정이 동반되거나 물 속과 같은 조건에서 쉽게 물성을 잃는다는 단점이 있다.
즉, 기존의 하이드로겔은 다양한 분야에 쓰일 수 있다는 긍정적인 전망에도 불구하고 많은 양의 물을 함유하는 하이드로겔의 특성으로 인해 낮은 기계적 강도를 가지기 때문에 다양한 분야에 적용하는데에 한계점을 가지고 있다. 또한, 접착성이 매우 낮은 점도 하이드로겔의 한계점으로 지적되고 있다.
본 발명은 매우 간단한 방법을 통해 기존의 접착성 하이드로겔보다 향상된 기계적 강도와 매우 높은 접착력을 가지며 물 속에서도 오랜 기간 접착력을 유지하는 하이드로겔을 제조하는 것이 목적이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 제조 방법은, 공유 결합을 이루며 신장 가능한(stretchable) 제 1 고분자들; 및 이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자들을 포함한 제 1 용액을 준비하는 단계; 이미다졸 그룹(imidazole group)을 포함한 제 3 고분자들을 포함한 제 2 용액을 준비하는 단계; 상기 제 2 용액을 상기 제 1 용액에 혼합하는 단계; 및 상기 3개의 고분자들을 가교시켜 네트워크를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 고분자들의 가교는 양이온에 의해 이루어지고, 상기 양이온은 다가 양이온이 이용되는 것이 바람직하다. 상기 고분자들의 가교는 자외선 조사에 의해 이루어질 수 있다.
상기 제 3 고분자의 함량은 0.5 내지 1.5 wt% 인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔은, 공유 결합을 이루며 신장 가능한(stretchable) 제 1 고분자들; 이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자들; 및 이미다졸 그룹(imidazole group)을 포함한 제 3 고분자들을 포함하고, 상기 3개의 고분자들은 서로 가교되어 네트워크를 형성하는 있다.
상기 고분자들의 가교는 양이온에 의해 이루어지고, 상기 양이온은 다가 양이온이 이용되는 것이 바람직하다. 상기 고분자들의 가교는 자외선 조사에 의해 이루어질 수 있다.
상기 제 3 고분자의 함량은 0.5 내지 1.5 wt% 인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 패치는, 공유 결합을 이루며 신장 가능한 제 1 고분자들; 이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자들; 및 이미다졸 그룹을 포함한 제 3 고분자들을 포함하고, 상기 3개의 고분자들은 서로 가교되어 네트워크를 형성하고 있는, 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔을 포함한다.
본 발명을 통해 매우 강한 접착성을 가지며 물속에서도 오랜 기간 형태 및 접착성 유지가 가능한 하이드로겔을 제조함으로써 접착성 하이드로겔을 이용한 상처 드레싱, 패치 및 외과용 실란트 등 바이오 산업 분야에 적용 가능할 수 있다.
본 발명은 복잡한 표면개질이나 폴리머 처리 없이도 매우 간단한 방법으로 하이드로겔의 접착력은 높일 수 있을 뿐만 아니라 물속과 같은 조건에서도 이용이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
특히 하이드로겔이 가지는 생체 적합한 특성으로 인해 접착력이 요구되는 바이오 패치, 상처 봉합 등 바이오 분야에서 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 제조 방법의 순서도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 네트워크 하이드로겔의 결합에 대한 모식도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 네트워크 하이드로겔의 합성 과정의 모식도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 접착력을 비교예와 비교한 그래프를 도시한다.
도 5a-5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 접착 특성을 비교예와 비교한 그래프를 도시한다.
도 6은 PHEA-API 폴리머의 함량에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 접착 강도를 나타낸 그래프이다.
도 7a-7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 물속에서의 접착력을 비교예와 비교하여 나타낸 그래프이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 기존의 기계적 강도가 좋은 하이드로겔에 접착력을 가지는 말단이 도입된 폴리머를 추가하여 매우 강한 접착력을 가지며 기계적 강도도 보강된 접착성 하이드로겔의 제조에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 제조 방법의 순서도를 도시한다.
도 1에서 보는 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 제조 방법은, 공유 결합을 이루며 신장 가능한(stretchable) 제 1 고분자들; 및 이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자들을 포함한 제 1 용액을 준비하는 단계(S 110); 이미다졸 그룹(imidazole group)을 포함한 제 3 고분자들을 포함한 제 2 용액을 준비하는 단계(S 120); 상기 제 2 용액을 상기 제 1 용액에 혼합하는 단계(S 130); 및 상기 3개의 고분자들을 가교시켜 네트워크를 형성하는 단계(S 140)를 포함한다.
S 110 단계에서는 공유 결합을 이루며 신장 가능한 제 1 고분자와 이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자를 포함한 제 1 용액을 준비한다. 공유 결합을 이루며 신장 가능한 제 1 고분자와 이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자를 물에 용해시켜 제 1 용액을 준비한다.
제 1 고분자는 공유 결합을 이루고 있는 고분자로서 신장 가능한 고분자이면 이용 가능하며, 일 예로는 폴리아크릴아마이드(PAM), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 등이 이용될 수 있다.
제 2 고분자는 이온 결합을 이루고 있는 고분자로서 선형 형태를 갖는 고분자이면 이용 가능하다. 일 예로는 알지네이트(alginate) 등이 이용될 수 있다.
S 120 단계에서는 이미다졸 그룹을 포함한 제 3 고분자들을 포함한 제 2 용액을 준비한다. 이미다졸 그룹을 포함한 제 3 고분자를 물에 녹여 제 2 용액을 준비한다.
제 3 고분자는 이미다졸 그룹을 포함한 고분자가 이용되며, 일 예로는 PHEA-API(Poly(2-hydroxylethyl-co-1-(imidazolyl)propyl aspartamide))를 이용할 수 있다. 이미다졸 그룹을 포함한 폴리머는 기계적 강도가 낮지만, 아래에서 설명하는 것처럼 제 1 고분자 및 제 2 고분자와의 네트워크를 형성함으로써 기계적 강도가 향상될 수 있다.
S 130 단계에서는 S 120 단계에서 준비한 제 2 용액을 제 1 용액에 혼합하는 과정을 거친다. 이에 의해 3개의 고분자들이 혼합된 용액을 얻을 수 있게 된다.
S 140 단계에서는 3개의 고분자들을 가교시켜 네트워크를 형성하게 된다. 이러한 단계를 거쳐 최종적으로 하이드로겔을 얻게 되며, 이러한 하이드로겔은 기계적 강도 및 접착력이 향상되어 있다.
이러한 가교 결합을 통해 최종적으로 3개의 고분자가 트리플 네트워크(triple network)를 이루게 된다.
이러한 가교 결합(cross linking)은 양이온에 의해 이루어지며, 양이온으로는 다가 양이온이 이용되는 것이 바람직하다. 가교 결합에 이용되는 양이온은 다가(multivalent) 양이온이 이용되는 것이 바람직하며, 일반적으로 Ca2 +, Ba2 +, Al3 +, Fe3+ 등이 이용될 수 있다.
또한, 이러한 고분자들의 가교 결합은 자외선 조사에 의해서도 일어날 수 있다.
한편, 제 3 고분자의 함량에 따라 하이드로겔의 접착력이 변화될 수 있는데, 이러한 제 3 고분자의 함량이 0.5 내지 1.5 wt% 인 경우에 가장 접착력이 향상된다. 제 3 고분자의 함량이 증가할수록 하이드로겔의 접착력이 향상될 것이라고 예상될 수 있지만, 제 3 고분자를 두 개의 제 1 및 제 2 고분자에 혼합함에 있어서 제 1 및 제 2 고분자의 더블 네트워크와의 간섭(interference)이 발생될 수 있으며, 따라서 제 3 고분자의 함량의 최적화가 이루어질 때 가장 접착력이 향상되면서 동시에 기계적 강도도 향상된 하이드로겔을 얻을 수 있다. 이 부분에 대해서는 아래 실시예에서 추가적으로 설명하도록 하겠다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔의 제조 방법에 대해 설명하였으며, 이하에서는 이러한 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔에 대해 설명하도록 하겠다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔은, 공유 결합을 이루며 신장 가능한 제 1 고분자들; 이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자들; 및 이미다졸 그룹을 포함한 제 3 고분자들을 포함하고, 상기 3개의 고분자들은 서로 가교되어 네트워크를 형성하고 있다. 이러한 모습은 도 2에서 확인할 수 있다.
위에서 설명한 것처럼, 상기 고분자들의 가교는 양이온에 의해 이루어지고, 상기 양이온은 다가 양이온이 이용된다. 또한, 상기 고분자들의 가교는 자외선 조사에 의해 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제 3 고분자의 함량은 0.5 내지 1.5 wt% 인 경우가 가장 바람직하며, 이 범위에서 기계적 강도가 유지되면서 접착력의 향상이 이루어진다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔은 바이오 패치에 이용될 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.
먼저 본 발명의 구체적인 실시예에서 사용된 물질의 리스트는 아래와 같다.
Alginic acid sodium salt from brown algae (Sigma), acrylamide (Sigma), ammonium persulphate (Sigma-Aldrich), N, N-methylenebisacrylamide; MBAA (Sigma), calcium sulphate (Samchun), N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA, Sigma), L-aspartic acid (98%, Alfa Aesar), o-phosphoric acid (98%, Sigma-Aldrich), 1-(3-aminopropyl) imidazole (97% API, Sigma-Aldrich), dimethyl sulfoxide (DMSO, 99%, Samchun), N, N-dimethylformamide (DMF, 99%, Samchun), ethanol amine (99%, Sigma), and methanol (99%, Samchun)
제 1 고분자 물질로는 폴리아크릴아마이드를 이용하였고, 제 2 고분자 물질로는 알지네이트를 이용하였으며, 제 3 고분자 물질로는 PHEA-API 고분자를 이용하였고, 이들로 이루어진 alginate(Alg)/polyacrylamide(PAM)/PHEA-API triple-network (TN) hydrogels을 제작하였다.
먼저 PHEA-API를 합성하기 위해 다음과 같은 과정을 거쳤다.
1) PSI(Polysuccinimide)의 합성 방법
L-aspartic acid (20g)과 o-phosphoric acid(20g)을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 감압하여 190℃ 조건에서 5시간동안 교반하여 혼합물을 만들고 이를 식혀준 뒤 DMF를 넣고 교반하였다. 이후 혼합물을 메탄올을 이용하여 미반응물이 충분히 제거될 때까지 씻어준 뒤, 80℃ 조건의 진공 상태에서 건조하였다. 이에 의해 PSI(Polysuccinimide)를 얻었다.
2) Poly(2-hydroxyethyl aspartamide) (PHEA) 합성 방법
제조한 PSI (0.5g)과 15ml의 DMSO에 녹인 뒤, 충분한 양의 ethanol amine을 첨가하여 실온의 조건에서 하루동안 교반하여 혼합물을 얻고, 이 혼합물을 충분히 물이 공급되는 조건에서 투과시켜 미반응 잔여물을 제거하였다. 이후 동결건조한 뒤 -25℃에서 보관하였다.
3) Poly(2-hydroxylethyl-co-1-(imidazolyl)propyl aspartamide) (PHEA-API) 합성 방법
PSI (0.5g)을 15ml의 DMSO에 녹인 뒤, API(70 mol%) 넣고 교반하여 혼합물을 얻고 이 혼합용액을 50℃의 조건에서 2일 동안 교반하였다. 이후 혼합물을 충분한 양의 ethanol amine을 첨가하여 실온의 조건에서 하루 동안 교반하였고, 그 결과물을 충분히 물이 공급되는 조건에서 투과시킨 뒤, 동결건조하여 -25℃의 조건에서 보관하였다.
위와 같은 과정 이후 트리플 네트워크 하이드로겔을 제조하였다.
4) Alginate/Polyacrylamide/PHEA-API로 이루어진 triple-network 하이드로겔 제조
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 네트워크 하이드로겔의 결합에 대한 모식도를 도시하고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 네트워크 하이드로겔의 합성 과정의 모식도를 도시한다.
원하는 조성으로 농도를 정하여 alginate/acrylamide 파우더를 각각 물에 넣고 완전히 녹이기 위해 하루 동안 실온의 조건에서 rotator에 보관하여 제 1 용액을 얻었다. 원하는 농도의 PHEA-API polymer를 물에 녹인 뒤, 제 1 용액에 섞었다.
alginate와 acrylamide 폴리머의 가교를 위해 각각의 시약을 원하는 농도에 맞춰 APS(4wt% of acrylamide: acrylamide 개시제) - MBAA(0.06wt% of acrylamide: acrylamide 가교제) - TMEDA(0.25wt% of acrylamide: acrylamide 가속제) - CaSO4(13.28wt% of alginate: alginate 가교제) 순으로 넣고 혼합하였다. 만들어진 혼합물을 슬라이드 글라스 위에 올려놓고 다른 하나의 슬라이드 글라스로 2mm 두께가 되게 덮어준 뒤, 264nm, 6W의 UV를 1시간 동안 조사를 하여 가교시켰으며, Alginate의 가교를 위해 사용한 황산칼슘이 충분히 확산 될 수 있도록 실온조건에서 하루동안 보관 (수분의 증발을 방지하기 위해 랩으로 싸줌)하였다. 이후 슬라이드 글라스 외부로 빠져나온 하이드로겔은 칼을 이용해 컷팅해 주었다.
본 발명의 하이드로겔인 Alg/PAM/PHEA-API 하이드로겔과의 성능 비교를 위해, Alg/PAM 하이드로겔 및 Alg/PAM/PHEA 하이드로겔을 각각 제조하였고 이들의 성능을 비교하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 접착력을 비교예와 비교한 그래프를 도시한다. 도 4에서 보는 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 Alg/PAM/PHEA-API 하이드로겔의 접착력이 다른 하이드로겔에 비해 훨씬 뛰어난 접착력을 보임을 확인할 수 있었다.
도 5a-5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 접착 특성을 비교예와 비교한 그래프를 도시한다. 도 5a-5b에서 보는 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 Alg/PAM/PHEA-API 하이드로겔의 접착 강도(adhesion strength) 및 접착 에너지(adhesion energy)가 다른 하이드로겔에 비해 훨씬 뛰어난 접착력을 보임을 확인할 수 있었다.
도 6은 PHEA-API 폴리머의 함량에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 접착 강도를 나타낸 그래프이다. 도 6에서 보는 것처럼, PHEA-API 폴리머의 농도가 0.5 내지 1.5 wt%에서 접착 강도가 높음을 확인할 수 있었고, 가장 바람직하게는 0.9 내지 1.1 wt%에서 가장 접착 강도가 좋음을 확인할 수 있었다.
도 7a-7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 물속에서의 접착력을 비교예와 비교하여 나타낸 그래프이다. 오랜 시간 동안 물속에서의 Alg/PAM hydrogel과 Alg/PAM/PHEA-API TN hydrogel의 접착력 비교하였으며, 도 7a에서와 같이 접착 강도가 본 발명의 하이드로겔의 경우 오랫동안 지속됨을 확인할 수 있었으며, 도 7b에서와 같이 접착 에너지 역시 오랫동안 지속됨을 확인할 수 있었다.
위의 실시예에서와 같이, 이중결합을 형성하는 기계적 강도가 우수한 대표적 하이드로겔인 alginate/polyacrylamide 합성 고분자와 접착성을 가지는 말단인 imidazole이 도입된 PHEA-API 폴리머를 기반으로 하여, 세가지 종류의 폴리머를 사용함으로써 triple-network를 형성하게 되고 기존 하이드로겔 대비 높은 기계적 강도는 alginate/polyacrylamide 하이드로겔의 비교적 약하지만 복원 가능한 알지네이트의 이온결합과 신장력이 높은 아크릴아마이드의 두 가지 특성을 이용해 효율적인 에너지 소실로 인해 얻어진다. 또한, 본 발명의 하이드로겔은 물속에서도 substrate 표면과 높은 접착력을 가지며 그로 인해 기존의 하이드로겔에 비해 스웰링되는 정도가 적다. 글라스 표면에 부착시켰을 때 한 달 이상 접착된 상태로 유지할 수 있을 정도로 높은 접착력을 가짐을 확인할 수 있었다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 공유 결합을 이루며 신장 가능한(stretchable) 제 1 고분자들; 및 이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자들을 포함한 제 1 용액을 준비하는 단계;
    이미다졸 그룹(imidazole group)을 포함한 제 3 고분자들을 포함한 제 2 용액을 준비하는 단계;
    상기 제 2 용액을 상기 제 1 용액에 혼합하는 단계; 및
    다가 양이온을 이용하여 상기 3개의 고분자들을 가교시켜 네트워크를 형성하는 단계를 포함하는,
    기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자들의 가교는 자외선 조사에 의해 이루어지는,
    기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 고분자의 함량은 0.5 내지 1.5 wt% 인,
    기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔 제조 방법.
  6. 공유 결합을 이루며 신장 가능한(stretchable) 제 1 고분자들;
    이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자들; 및
    이미다졸 그룹(imidazole group)을 포함한 제 3 고분자들을 포함하고,
    다가 양이온을 이용하여 상기 3개의 고분자들은 서로 가교되어 네트워크를 형성하는 있는,
    기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 고분자들의 가교는 자외선 조사에 의해 이루어지는,
    기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 고분자의 함량은 0.5 내지 1.5 wt% 인,
    기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔.
  11. 공유 결합을 이루며 신장 가능한 제 1 고분자들; 이온 결합을 이루며 선형의 제 2 고분자들; 및 이미다졸 그룹을 포함한 제 3 고분자들을 포함하고, 다가 양이온을 이용하여 상기 3개의 고분자들은 서로 가교되어 네트워크를 형성하고 있는, 기계적 강도 및 접착력이 향상된 하이드로겔을 포함하는,
    바이오 패치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102246788B1 (ko) * 2021-02-24 2021-04-30 송성은 수용성난각막단백질 및 수용성고분자키토산을 포함하는 상처 드레싱용 실리카 하이드로겔 패치, 및 이의 제조방법
KR102583814B1 (ko) * 2021-08-24 2023-10-04 성균관대학교산학협력단 하이드로겔의 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101725645B1 (ko) * 2015-08-10 2017-04-11 성균관대학교산학협력단 기계적 강도가 향상된 하이드로겔 제조 방법 및 이에 의해 제조된 기계적 강도가 향상된 하이드로겔

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015057484A (ja) 2000-05-19 2015-03-26 ウンベルシテート シュトゥットガルト インスティチュート フュア ヘミシェ フェアファーレンステヒーク 共有結合性およびイオン結合性架橋高分子および高分子膜

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Strengthening Alginate/Polyacrylamide Hydrogels(ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 10418-10422)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022086209A1 (ko) * 2020-10-21 2022-04-28 서울대학교산학협력단 생착 향상을 위한 접착성 이식재

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