KR102075443B1 - Hydrogel composite and preparing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본원은 하이드로젤 복합체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates to a hydrogel complex and a method for preparing the same.
하이드로젤은 많은 양의 수분을 함유하고 있는 3 차원 구조의 다공성 폴리머 복합체이다. 하이드로젤은 많은 양의 수분을 함유하고 있기 때문에 인체와 유사하며, 이러한 성질 때문에 약물 전달, 조직공학 등의 바이오 분야에서 많이 응용되고 있다.Hydrogel is a three-dimensional porous polymer composite containing a large amount of water. Hydrogels are similar to the human body because they contain a large amount of water, and because of their properties, they are widely used in biotechnology such as drug delivery and tissue engineering.
특히 젤라틴, 키토산과 같은 천연 폴리머의 경우, 높은 생체 적합성을 갖고 있기 때문에 바이오 연구에서 활발히 이용되고 있다. 하지만 보편적으로 연구되는 천연 폴리머 하이드로젤의 경우, 현저하게 낮은 기계적 강도와 취성을 갖고 있어, 그 응용에 제약이 있어 이를 극복하기 위한 천연 폴리머 하이드로젤 제조법 연구가 활발히 연구되고 있다.In particular, natural polymers such as gelatin and chitosan are actively used in bio research because of their high biocompatibility. However, natural polymer hydrogel, which is commonly studied, has remarkably low mechanical strength and brittleness, and its application is limited. Therefore, research on a method of preparing natural polymer hydrogel has been actively conducted to overcome this problem.
현재, 천연 폴리머 하이드로젤의 기계적 강도를 향상하기 위해서 탄소나노튜브 또는 그래핀 등과 같은 나노물질을 하이드로젤의 필터로 사용하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 그래핀의 경우, 선형의 구조를 갖는 폴리머와 균일하게 섞이지 못하고, 수분산의 어려움을 갖기 때문에 천연 폴리머 하이드로젤 강도의 극적인 향상을 기대하기 어렵다.Currently, researches using nanomaterials such as carbon nanotubes or graphene as hydrogel filters to improve the mechanical strength of natural polymer hydrogels have been conducted. However, in the case of graphene, it is difficult to expect a dramatic improvement in the strength of the natural polymer hydrogel because it does not mix uniformly with the polymer having a linear structure and has difficulty in water dispersion.
본원의 배경이 되는 기술인 논문(Development of functionalized multi-walled carbon-nanotube-based alginate hydrogels for enabling biomimetic technologies)은 다중벽 탄소나노튜브 기반 알지네이트 하이드로젤에 관한 것이다. 상기 논문은 알지네이트에 관능화 된 다중벽 탄소나노튜브를 첨가함으로써 순수한 알지네이트에 비해 우수한 기계적, 물리적 및 생물학적 특성을 지닌 하이드로젤 복합체를 개시하고 있다.Development of a functionalized multi-walled carbon-nanotube-based alginate hydrogels for enabling biomimetic technologies is a background technology of the present application relates to multi-walled carbon nanotube-based alginate hydrogels. This paper discloses a hydrogel composite with superior mechanical, physical and biological properties compared to pure alginate by adding functionalized multiwalled carbon nanotubes to alginate.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하이드로젤 복합체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present application is to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention to provide a hydrogel composite and a method for producing the same.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the embodiments of the present application is not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 폴리머에 의해 래핑(wrapping)된 일차원 나노 사슬 구조체가 하이드로젤 기재 상에 분산된 것인, 하이드로젤 복합체를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application provides a hydrogel composite, wherein the one-dimensional nano-chain structure wrapped by the polymer is dispersed on the hydrogel substrate.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo3Se3 -, Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the one-dimensional nano-chain structure is Mo 3 Se 3 -, Mo 6 S 3
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 아민기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer may include an amine group, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer may include, but is not limited to, a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로젤 기재는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the hydrogel substrate may include, but is not limited to, a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 10 nm 이하의 직경을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional nano-chain structure may have a diameter of 10 nm or less, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 측면의 댕글링 본드가 존재하지 않는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional nano-chain structure may be one that does not have a side dangling bond, but is not limited thereto.
본원의 제 2 측면은, 일차원 나노 사슬 구조체를 폴리머에 의해 래핑하는 단계; 및 상기 폴리머로 래핑된 일차원 나노 사슬 구조체를 하이드로젤 기재 상에 분산시키는 단계;를 포함하는, 하이드로젤 복합체의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present disclosure includes the steps of wrapping the one-dimensional nano chain structure with a polymer; And dispersing the one-dimensional nano-chain structure wrapped with the polymer on a hydrogel substrate.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo3Se3 -, Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the one-dimensional nano-chain structure is Mo 3 Se 3 -, Mo 6 S 3
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 아민기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer may include an amine group, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer may include, but is not limited to, a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로젤 기재는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the hydrogel base may include, but is not limited to, a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체의 농도는 0.003 wt% 내지 0.05 wt%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the one-dimensional nano-chain structure may be 0.003 wt% to 0.05 wt%, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체를 폴리머에 의해 래핑하는 단계에서 상기 폴리머의 아민기와 상기 일차원 나노 사슬 구조체 간의 화학적 결합에 의해 균일하게 래핑되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, in the step of wrapping the one-dimensional nano-chain structure by the polymer may be uniformly wrapped by the chemical bond between the amine group and the one-dimensional nano-chain structure of the polymer, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 측면의 댕글링 본드가 존재하지 않는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional nano-chain structure may be one that does not have a side dangling bond, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 10 nm 이하의 직경을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional nano-chain structure may have a diameter of 10 nm or less, but is not limited thereto.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-mentioned means for solving the problems are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the above-described exemplary embodiments, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 하이드로젤 복합체는 젤라틴의 아민기와 일차원 나노 사슬 구조체 간의 화학적 결합에 의해 일차원 나노 사슬 구조체는 젤라틴에 의해 균일하게 코팅(래핑)될 수 있다.According to the aforementioned problem solving means of the present application, the hydrogel complex according to the present application may be uniformly coated (wrapped) by gelatin by chemical bonding between the amine group of the gelatin and the one-dimensional nano chain structure.
나아가, 본원의 하이드로젤 복합체는 일차원 나노 사슬 구조체의 우수한 강도 및 일차원 나노 사슬 구조체와 젤라틴의 화학적 결합을 통해 종래 하이드로젤 대비 탄성계수(Elastic modulus)를 326% 향상시킬 수 있고, 인성(Toughness)을 695% 향상시킬 수 있다.Furthermore, the hydrogel composite of the present application can improve the elastic modulus by 326% compared to the conventional hydrogel through the excellent strength of the one-dimensional nano-chain structure and the chemical bonding of the one-dimensional nano-chain structure and gelatin, and improves toughness. 695% improvement.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the effects as described above, and other effects may exist.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 하이드로젤 복합체의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 하이드로젤, 일차원 나노 사슬 구조체 분산 용액 및 하이드로젤 복합체를 촬영한 광학 사진이다.
도 3 의 (a) 및 (b)는 본원의 일 비교예에 따른 하이드로젤 복합체의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 4 는 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 하이드로젤 복합체의 기계적 강도 측정 결과 그래프이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 폴리머에 의해 래핑(wrapping)된 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 제타 포텐셜 측정 결과 및 투과전자현미경(TEM) 이미지이다.
도 6 의 (a)는 본원의 일 비교예에 따른 하이드로젤 복합체의 다공성 구조를 나타낸 도면이고, 도 6 의 (b)는 본원의 일 구현예에 따른 하이드로젤 복합체의 다공성 구조 및 세부 구조를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 하이드로젤 복합체의 기계적 강도 측정 사진 및 기계적 강도 측정 결과 그래프이다.
도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 하이드로젤 복합체의 기계적 강도 측정 결과 그래프이다.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 하이드로젤 복합체의 일차원 나노 사슬 구조체 농도에 따른 다공성 구조 변화를 나타내는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 10 의 (a) 내지 (d)는 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 하이드로젤 복합체의 강도 향상 비교 그래프이다.1 is a schematic diagram showing the structure of a hydrogel composite according to an embodiment of the present application.
Figure 2 is an optical photograph of the hydrogel, one-dimensional nano-chain structure dispersion solution and the hydrogel composite according to an embodiment of the present application.
(A) and (b) of Figure 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of the hydrogel complex according to a comparative example of the present application.
Figure 4 is a graph of the mechanical strength measurement results of the hydrogel composite according to one embodiment and comparative example of the present application.
5 is a zeta potential measurement result and a transmission electron microscope (TEM) image of a one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ) wrapped by a polymer according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 6 (a) is a view showing the porous structure of the hydrogel composite according to a comparative example of the present application, Figure 6 (b) shows the porous structure and the detailed structure of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application Drawing.
7 is a mechanical strength measurement photograph and mechanical strength measurement result graph of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application.
8 is a graph of the mechanical strength measurement results of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application.
9 is a scanning electron microscope (SEM) image showing a change in the porous structure according to the concentration of the one-dimensional nano-chain structure of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application.
10 (a) to (d) is a graph of strength improvement of the hydrogel composite according to the Examples and Comparative Examples of the present application.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present disclosure. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted for simplicity of explanation, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is said to be located on another member "on", "upper", "top", "bottom", "bottom", "bottom", this means that any member This includes not only the contact but also the case where another member exists between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.As used herein, the terms "about", "substantially", and the like, are used at the numerical values of, or in the vicinity of, numerical values when manufacturing and material tolerances inherent in the meanings mentioned are provided to aid the understanding herein. In order to prevent an unscrupulous infringer from unfairly using the disclosed disclosure. In addition, throughout this specification, "step to" or "step of" does not mean "step for."
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the makushi form refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of constituents described in the expression of the makushi form, wherein the constituents It means to include one or more selected from the group consisting of.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.Throughout this specification, description of "A and / or B" means "A or B, or A and B."
이하, 본원의 하이드로젤 복합체 및 이의 제조 방법에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the hydrogel composite of the present application and a method for preparing the same will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments, examples, and drawings.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 폴리머에 의해 래핑(wrapping)된 일차원 나노 사슬 구조체가 하이드로젤 기재 상에 분산된 것인, 하이드로젤 복합체를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application provides a hydrogel composite, wherein the one-dimensional nano-chain structure wrapped by the polymer is dispersed on the hydrogel substrate.
하이드로젤은 많은 양의 수분을 함유하고 있는 3 차원 구조의 다공성 폴리머 복합체이다. 하이드로젤은 많은 양의 수분을 함유하고 있기 때문에 인체와 유사하며, 이러한 성질 때문에 약물 전달, 조직공학 등의 바이오 분야에서 많이 응용되고 있다. 특히 젤라틴, 키토산과 같은 천연 폴리머의 경우, 높은 생체 적합성을 갖고 있기 때문에 바이오 연구에서 활발히 이용되고 있다. 하지만 보편적으로 연구되는 천연 폴리머 하이드로젤의 경우, 현저하게 낮은 기계적 강도와 취성을 갖고 있어, 그 응용에 제약이 있어 이를 극복하기 위한 천연 폴리머 하이드로젤 제조법 연구가 활발히 연구되고 있다.Hydrogel is a three-dimensional porous polymer composite containing a large amount of water. Hydrogels are similar to the human body because they contain a large amount of water, and because of their properties, they are widely used in biotechnology such as drug delivery and tissue engineering. In particular, natural polymers such as gelatin and chitosan are actively used in bio research because of their high biocompatibility. However, natural polymer hydrogel, which is commonly studied, has a significantly low mechanical strength and brittleness, and its application is limited, so researches on a natural polymer hydrogel manufacturing method for overcoming it have been actively studied.
현재, 천연 폴리머 하이드로젤의 기계적 강도를 향상하기 위해서 탄소나노튜브 또는 그래핀 등과 같은 나노물질을 하이드로젤의 필터(filler) 또는 첨가제(additive)로 사용하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 그래핀의 경우, 선형의 구조를 갖는 폴리머와 균일하게 섞이지 못하고, 수분산의 어려움을 갖기 때문에 천연 폴리머 하이드로젤 강도의 극적인 향상을 기대하기 어렵다.Currently, researches using nanomaterials such as carbon nanotubes or graphene as fillers or additives for hydrogels have been conducted to improve the mechanical strength of natural polymer hydrogels. However, in the case of graphene, it is difficult to expect a dramatic improvement in the strength of the natural polymer hydrogel because it does not mix uniformly with the polymer having a linear structure and has difficulty in water dispersion.
탄소나노튜브, SiO2 등의 나노와이어는 일차원의 구조적 특성을 갖기 때문에, 이를 하이드로젤의 필터(filler) 또는 첨가제(additive)로 사용하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 이러한 나노와이어들 또한 폴리머와의 큰 스케일 차이와 약한 화학적 결합의 문제를 갖고 있어, 하이드로젤의 기계적 강도를 충분히 향상시키는데 어려움을 가지고 있다.Since nanowires such as carbon nanotubes and SiO 2 have one-dimensional structural characteristics, researches on using them as fillers or additives for hydrogels have been conducted. However, these nanowires also have problems with large scale differences and weak chemical bonds with polymers, which makes it difficult to sufficiently improve the mechanical strength of the hydrogel.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 하이드로젤 복합체의 구조를 나타낸 모식도이다. 도 1 을 참조하면, 다공성 구조를 갖는 젤라틴 하이드로젤 복합체의 내부에 젤라틴으로 래핑(wrapping)된 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)가 균일하게 섞여 있음(homogeneous mixing)을 나타내며, 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 결정 구조를 나타낸 도1 의 (d)를 통해 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 직경이 젤라틴 고분자와 유사한 0.6 nm 임을 나타낸다.1 is a schematic diagram showing the structure of a hydrogel composite according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 1, the one-dimensional nano chain structure (Mo 3 Se 3 − ) wrapped with gelatin inside the gelatin hydrogel composite having a porous structure shows homogeneous mixing, and the one-dimensional nano chain. indicates that 0.6 nm, similar to the diameter of the gelatinous polymer structure (Mo 3 Se 3 - -) of the one-dimensional nano-structure chain through (d) of Figure 1 shows the crystal structure (Mo 3 Se 3).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo3Se3 -, Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo3Se3 - 을 포함하는 것일 수 있다. 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 상기 폴리머와 동일한 스케일을 가지는 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the one-dimensional nano-chain structure is Mo 3 Se 3 -, Mo 6 S 3 I 6,
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 아민기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리머의 아민기와 상기 일차원 나노 사슬 구조체 간의 화학적 결합을 통해 상기 일차원 나노 사슬 구조체가 상기 폴리머에 의해 균일하게 래핑될 수 있다.According to one embodiment of the present application, the polymer may include an amine group, but is not limited thereto. Through the chemical bonding between the amine group of the polymer and the one-dimensional nano chain structure, the one-dimensional nano chain structure can be uniformly wrapped by the polymer.
나아가, 본원의 하이드로젤 복합체는 일차원 나노 사슬 구조체의 우수한 강도 및 일차원 나노 사슬 구조체와 폴리머의 화학적 결합을 통해 종래 하이드로젤 대비 탄성계수(Elastic modulus)를 약 326% 향상시킬 수 있고, 인성(Toughness)을 약 695% 향상시킬 수 있다.Furthermore, the hydrogel composite of the present invention can improve the elastic modulus of the elastic modulus by about 326% and toughness through the excellent strength of the one-dimensional nano-chain structure and the chemical bonding of the one-dimensional nano-chain structure and the polymer. Can improve about 695%.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 폴리머는 젤라틴을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present application, the polymer may include, but is not limited to, a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof. Preferably, the polymer may be one containing gelatin.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로젤 기재는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the hydrogel base may include, but is not limited to, a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 10 nm 이하의 직경을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 0.1 nm 내지 10 nm 의 직경을 가지는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 1 nm 의 직경을 가지는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional nano-chain structure may have a diameter of 10 nm or less, but is not limited thereto. Specifically, the one-dimensional nano chain structure may be one having a diameter of 0.1 nm to 10 nm. Preferably, the one-dimensional nano-chain structure may have a diameter of 1 nm.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 측면의 댕글링 본드가 존재하지 않는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional nano-chain structure may be one that does not have a side dangling bond, but is not limited thereto.
댕글링 본드(dangling bond)는 표면 결함의 일종으로서, 원자의 결합이 끊어진 부분을 의미한다. 결정 표면 혹은 결정 내의 결합부위에 있는 원자는 완전결정 내부의 원자와 달리, 배위 불포화로 인하여 일부 결합이 절단된 상태에 있다. 이 절단된 결합을 일반적으로 댕글링 본드라 한다. 상기 댕글링 본드에 원자나 분자가 접근하면 쉽게 화학결합을 이룬다. 이에 따라, 상기 댕글링 본드가 존재하는 물질을 포함하는 전자 소자는 외부의 환경, 예를 들어 공기나 수분 등에 의해 전기적, 물리적, 기계적, 화학적 특성이 저하될 수 있다. 상기 댕글링 본드에 의한 상기 전자 소자의 성능 저하를 방지하기 위해, 상기 댕글링 본드가 존재하는 부분을 다른 물질과 결합하여 성능의 저하를 최소화할 수 있다.Dangling bond is a kind of surface defect and means a portion where an atom is broken. Atoms on the crystal surface or in the bonds in the crystal are in a state where some bonds are cleaved due to coordination unsaturation, unlike atoms in the complete crystal. This cleaved bond is generally referred to as dangling bond. When atoms or molecules approach the dangling bond, they form a chemical bond easily. Accordingly, the electronic device including the material in which the dangling bond is present may decrease electrical, physical, mechanical, and chemical properties by an external environment, for example, air or moisture. In order to prevent deterioration of the electronic device due to the dangling bond, a portion in which the dangling bond exists may be combined with another material to minimize deterioration in performance.
본원의 제 2 측면은, 일차원 나노 사슬 구조체를 폴리머에 의해 래핑하는 단계; 및 상기 폴리머로 래핑된 일차원 나노 사슬 구조체를 하이드로젤 기재 상에 분산시키는 단계;를 포함하는, 하이드로젤 복합체의 제조 방법을 제공한다.A second aspect of the present disclosure includes the steps of wrapping the one-dimensional nano chain structure with a polymer; And dispersing the one-dimensional nano-chain structure wrapped with the polymer on a hydrogel substrate.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo3Se3 -, Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo3Se3 - 를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the one-dimensional nano-chain structure is Mo 3 Se 3 -, Mo 6 S 3 I 6,
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 아민기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer may include an amine group, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체를 폴리머에 의해 래핑하는 단계에서 상기 폴리머의 아민기와 상기 일차원 나노 사슬 구조체 간의 화학적 결합에 의해 균일하게 래핑되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, in the step of wrapping the one-dimensional nano-chain structure by the polymer may be uniformly wrapped by the chemical bond between the amine group and the one-dimensional nano-chain structure of the polymer, but is not limited thereto.
나아가, 본원의 하이드로젤 복합체의 제조 방법에 따르면, 일차원 나노 사슬 구조체의 우수한 강도 및 일차원 나노 사슬 구조체와 폴리머의 화학적 결합을 통해 종래 하이드로젤 대비 탄성계수(Elastic modulus)를 약 326% 향상시킬 수 있고, 인성(Toughness)을 약 695% 향상시킬 수 있는 하이드로젤 복합체를 제조할 수 있다.Furthermore, according to the manufacturing method of the hydrogel composite of the present invention, it is possible to improve the elastic modulus (Elastic modulus) by about 326% through the excellent strength of the one-dimensional nano-chain structure and chemical bonding of the one-dimensional nano-chain structure and the polymer. Hydrogel composite can improve the toughness (Toughness) about 695%.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 폴리머는 젤라틴을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present application, the polymer may include, but is not limited to, a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof. Preferably, the polymer may be one containing gelatin.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로젤 기재는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the hydrogel base may include, but is not limited to, a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체의 농도는 0.003 wt% 내지 0.05 wt%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the one-dimensional nano-chain structure may be 0.003 wt% to 0.05 wt%, but is not limited thereto.
예를 들면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체의 농도는 0.003 wt% 내지 0.05 wt%, 0.003 wt% 내지 0.04 wt%, 0.003 wt% 내지 0.03 wt%, 0.003 wt% 내지 0.02 wt%, 0.004 wt% 내지 0.05 wt%, 0.005 wt% 내지 0.05 wt%, 0.006 wt% 내지 0.05 wt%, 0.007 wt% 내지 0.05 wt%, 0.008 wt% 내지 0.05 wt%, 0.009 wt% 내지 0.05 wt%인 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 일차원 나노 사슬 구조체의 농도는 0.01 wt%인 것일 수 있다.For example, the concentration of the one-dimensional nano-chain structure is 0.003 wt% to 0.05 wt%, 0.003 wt% to 0.04 wt%, 0.003 wt% to 0.03 wt%, 0.003 wt% to 0.02 wt%, 0.004 wt% to 0.05 wt %, 0.005 wt% to 0.05 wt%, 0.006 wt% to 0.05 wt%, 0.007 wt% to 0.05 wt%, 0.008 wt% to 0.05 wt%, 0.009 wt% to 0.05 wt%. Preferably, the concentration of the one-dimensional nano-chain structure may be 0.01 wt%.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 측면의 댕글링 본드가 존재하지 않는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional nano-chain structure may be one that does not have a side dangling bond, but is not limited thereto.
댕글링 본드(dangling bond)는 표면 결함의 일종으로서, 원자의 결합이 끊어진 부분을 의미한다. 결정 표면 혹은 결정 내의 결합부위에 있는 원자는 완전결정 내부의 원자와 달리, 배위 불포화로 인하여 일부 결합이 절단된 상태에 있다. 이 절단된 결합을 일반적으로 댕글링 본드라 한다. 상기 댕글링 본드에 원자나 분자가 접근하면 쉽게 화학결합을 이룬다. 이에 따라, 상기 댕글링 본드가 존재하는 물질을 포함하는 전자 소자는 외부의 환경, 예를 들어 공기나 수분 등에 의해 전기적, 물리적, 기계적, 화학적 특성이 저하될 수 있다. 상기 댕글링 본드에 의한 상기 전자 소자의 성능 저하를 방지하기 위해, 상기 댕글링 본드가 존재하는 부분을 다른 물질과 결합하여 성능의 저하를 최소화할 수 있다.Dangling bond is a kind of surface defect and means a portion where an atom is broken. Atoms on the crystal surface or in the bonds in the crystal are in a state where some bonds are cleaved due to coordination unsaturation, unlike atoms in the complete crystal. This cleaved bond is generally referred to as dangling bond. When atoms or molecules approach the dangling bond, they form a chemical bond easily. Accordingly, the electronic device including the material in which the dangling bond exists may have electrical, physical, mechanical, and chemical properties deteriorated by an external environment, for example, air or moisture. In order to prevent deterioration of the electronic device due to the dangling bond, a portion in which the dangling bond exists may be combined with another material to minimize deterioration in performance.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 10 nm 이하의 직경을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 0.1 nm 내지 10 nm 의 직경을 가지는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 일차원 나노 사슬 구조체는 1 nm 의 직경을 가지는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present application, the one-dimensional nano-chain structure may have a diameter of 10 nm or less, but is not limited thereto. Specifically, the one-dimensional nano chain structure may be one having a diameter of 0.1 nm to 10 nm. Preferably, the one-dimensional nano-chain structure may have a diameter of 1 nm.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.
[실시예]EXAMPLE
실시예 1-(1): 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -) 용액 제조Example 1- (1): one-dimensional nano-structure chain (Mo 3 Se 3 -) solution prepared
일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)는 단결정 LiMo3Se3 - 를 0.01 wt%의 농도로 증류수에 초음파 분산시킨 후, 10,000 rpm 에서 10 분간 원심 분리하여, 리튬 이온 교환수지를 사용한 크로마토그래피 공정으로 리튬을 제거함으로써 제조되었다.One-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 -) is a single crystal LiMo 3 Se 3 - chromatography step using the after ultrasonic dispersion in distilled water at a concentration of 0.01 wt%, to separate 10 minutes and centrifuged at 10,000 rpm, the lithium ion-exchange resin Prepared by removing lithium.
실시예 1-(2): 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 래핑Example 1- (2): Wrapping of One - Dimensional Nano Chain Structure (Mo 3 Se 3- )
0.01 wt%로 D.I water 에 분산된 Mo3Se3 - 용액을 0.25 wt%의 농도로 증류수에 녹아있는 젤라틴 용액과 혼합한 후, 30 분간 초음파 분산을 진행한 후, 90 분간 교반하였다.The Mo 3 Se 3 − solution dispersed in DI water at 0.01 wt% was mixed with a gelatin solution dissolved in distilled water at a concentration of 0.25 wt%, followed by ultrasonic dispersion for 30 minutes, and then stirred for 90 minutes.
실시예 1-(3): 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)/젤라틴 하이드로젤 복합체 제조Example 1- (3): one-dimensional nano-structure chain (Mo 3 Se 3 -) / gelatin hydrogel complexes prepared
상기 젤라틴이 래핑된 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -) 용액에 젤라틴 파우더를 추가로 첨가하고 70℃의 온도에서 용해시켜, 최종 젤라틴의 농도를 15 wt%가 되도록 제조하였다. 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)/젤라틴 혼합 용액을 몰드에 넣어 4℃에서 냉각시켜 중합반응 시켰다.Gelatin powder was further added to the gelatin-wrapped one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ) solution and dissolved at a temperature of 70 ° C. to prepare a final gelatin concentration of 15 wt%. One-dimensional nano-structure chain (Mo 3 Se 3 -) / into the gelatin mixture in the mold to polymerize the reaction mixture was cooled at 4 ℃.
[비교예][Comparative Example]
0.01 wt%로 D.I water 에 분산된 Mo3Se3 - 용액을 증류수에 녹아있는 젤라틴 용액과 혼합한 후 최종 젤라틴의 농도를 15 wt%가 되도록 제조하였다. 그 후, 70 ℃ 이상의 온도에서 가열 후 몰드에 넣어 4℃에서 냉각시켜 중합반응 시켰다. The Mo 3 Se 3 − solution dispersed in DI water at 0.01 wt% was mixed with the gelatin solution dissolved in distilled water to prepare a final gelatin concentration of 15 wt%. Thereafter, the mixture was heated at a temperature of 70 ° C. or higher, put in a mold, cooled at 4 ° C., and polymerized.
[실험예] Experimental Example
도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 하이드로젤, 일차원 나노 사슬 구조체 분산 용액 및 하이드로젤 복합체를 촬영한 광학 사진이다. 도 2 를 참조하면, 하이드로젤 복합체는 Mo3Se3 - 분산 용액의 짙은 붉은 색으로 인해 갈색이 되었음을 확인할 수 있다.Figure 2 is an optical photograph of the hydrogel, one-dimensional nano-chain structure dispersion solution and the hydrogel composite according to an embodiment of the present application. Referring to Figure 2, it can be seen that the hydrogel complex became brown due to the dark red color of the Mo 3 Se 3 - dispersion solution.
도 3 의 (a) 및 (b)는 본원의 일 비교예에 따른 하이드로젤 복합체의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다. 도 3 의 (a) 및 (b)를 참조하면, 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)를 젤라틴으로 래핑한 후 복합체를 제조한 도 3 의 (a)의 경우(본원의 실시예), 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)와 젤라틴의 상 분리(Phase separation)가 일어나지 않고 균일하게 섞여 있음을 확인 할 수 있으며, 그렇지 않은 도 3 의 (b)의 경우(본원의 비교예), 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)가 젤라틴 매트릭스(matrix)로부터 상분리가 되었음을 확인할 수 있다.(A) and (b) of Figure 3 is a scanning electron microscope (SEM) image of the hydrogel complex according to a comparative example of the present application. Referring to (a) and (b) of FIG. 3, in the case of FIG. 3 (a) in which the composite is prepared after wrapping the one - dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ) with gelatin (Example of the present application), It can be seen that the phase separation of the one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ) and gelatin is uniformly mixed without occurring, and in the case of (b) of FIG. 3 (other comparative example), It can be seen that the one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ) was phase separated from the gelatin matrix.
도 4 는 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 하이드로젤 복합체의 기계적 강도 측정 결과 그래프이다. 도 4 를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 하이드로젤 복합체(Mo3Se3 - 0.05%, 0.01%, 0.003%)는 인장 강도뿐만 아니라 파단 변형이 증가하는 반면, 일차원 나노 사슬 구조체 없이 제조된 하이드로젤(Mo3Se3 - 0%)은 파단 변형률이 감소함을 확인할 수 있다. 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 농도가 0.01 wt% 이상인 경우, 인장 강도와 파단 변형률이 모두 감소하기 시작하였다.Figure 4 is a graph of the mechanical strength measurement results of the hydrogel composite according to one embodiment and comparative example of the present application. 4, the hydrogel complex according to one embodiment of the present application - is manufactured without (Mo 3 Se 3 0.05%, 0.01%, 0.003%) , while as a tensile strength, but increases the fracture strain, one-dimensional nano-chain structure hydrogel (Mo 3 Se 3 - 0% ) can be confirmed that the fracture strain decreased. When the concentration of the one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ) is 0.01 wt% or more, both tensile strength and breaking strain began to decrease.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 폴리머에 의해 래핑(wrapping)된 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 제타 포텐셜 측정 결과 및 투과전자현미경(TEM) 이미지이다. 도 5 를 참조하면, 순수한 일차원 나노 사슬 구조체(젤라틴 : Mo3Se3 - = 0 : 100)의 전위는 -48.1 mV 였고, 젤라틴의 양이 증가함에 따라 양성이 되었고, 젤라틴 및 Mo3Se3 - 의 비율이 25 : 75 일 때 7.2 mV 로 포화되었다. 이러한 결과를 통해 음성 Mo3Se3 - 나노 사슬 구조체가 래핑 공정에서 양성 젤라틴 중합체로 감싸였음을 알 수 있다. 또한 상기 투과전자현미경 이미지에서 Mo3Se3 - 나노 사슬 구조체가 젤라틴 폴리머로 완전히 싸여 있음을 확인할 수 있다.5 is a zeta potential measurement result and a transmission electron microscope (TEM) image of a one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ) wrapped by a polymer according to an embodiment of the present disclosure. Referring to FIG. 5, the potential of the pure one-dimensional nanochain structure (gelatin: Mo 3 Se 3 − = 0: 100) was −48.1 mV, and became positive as the amount of gelatin increased, and gelatin and Mo 3 Se 3 − When the ratio of 25:75 was saturated to 7.2 mV. These results show that the negative Mo 3 Se 3 - nano chain structure was wrapped with a positive gelatin polymer in the lapping process. In addition, it can be seen from the transmission electron microscope image that Mo 3 Se 3 - nano-chain structure is completely wrapped with gelatin polymer.
도 6 의 (a)는 본원의 일 비교예에 따른 하이드로젤 복합체의 다공성 구조를 나타낸 도면이고, 도 6 의 (b)는 본원의 일 구현예에 따른 하이드로젤 복합체의 다공성 구조 및 세부 구조를 나타낸 도면이다. 도 6 의 (a)를 참조하면, 하이드로젤(하얀색)과 일차원 나노 사슬 구조체(빨간색)가 균일하게 분포하지 않고 뭉쳐 있는 것을 확인할 수 있으며, 도 6 의 (b)를 참조하면, 하이드로젤(하얀색)과 일차원 나노 사슬 구조체(빨간색)가 균일하게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다. 일차원 나노 사슬 구조체 표면에 래핑된 하이드로젤에 의해 일차원 나노 사슬 구조체의 우수한 입체 장애 및 하이드로젤의 우수한 화학적 호환성을 기대할 수 있다.Figure 6 (a) is a view showing the porous structure of the hydrogel composite according to a comparative example of the present application, Figure 6 (b) shows the porous structure and the detailed structure of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application Drawing. Referring to (a) of FIG. 6, it can be seen that the hydrogel (white) and the one-dimensional nano-chain structure (red) are not uniformly distributed but aggregated. Referring to FIG. 6 (b), the hydrogel (white) ) And the one-dimensional nano-chain structure (red) are uniformly dispersed. The hydrogel wrapped on the surface of the one-dimensional nano-chain structure can be expected to have excellent steric hindrance of the one-dimensional nano-chain structure and excellent chemical compatibility of the hydrogel.
도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 하이드로젤 복합체의 기계적 강도 측정 사진 및 기계적 강도 측정 결과 그래프이다. 도 7 을 참조하면, 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 농도 0.01% 범위까지는 농도가 증가할수록 기계적 강도와 변형률이 증가하였으나, 일차원 나노 사슬 구조체의 농도 0.01% 범위를 벗어난 경우 오히려 농도가 증가할수록 기계적 강도와 변형률이 감소하는 모습을 나타내었다. 이를 통해 본원에 따른 하이드로젤 복합체에 있어 일차원 나노 사슬 구조체의 바람직한 농도 범위는 0.01%인 것을 알 수 있다.7 is a mechanical strength measurement photograph and mechanical strength measurement result graph of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 7, the mechanical strength and the strain increased as the concentration increased to 0.01% of the concentration of the one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ). As the strength increases, the mechanical strength and strain decrease. It can be seen that the preferred concentration range of the one-dimensional nano-chain structure in the hydrogel composite according to the present application is 0.01%.
도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 하이드로젤 복합체의 기계적 강도 측정 결과 그래프이다. 도 8 을 참조하면, 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 최적 농도(0.01%)에서 하이드로젤 복합체의 최대 인장 강도는 27.6 kPa로서, 순수한 하이드로젤의 최대 인장 강도보다 약 367% 향상되었다. 또한 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 최적 농도(0.01%)에서 하이드로젤 복합체의 최대 탄성 계수는 54.8 kPa 로서, 순수한 하이드로젤의 최대 탄성 계수보다 약 378% 향상되었다. 또한, 인장 응력-변형률 곡선의 면적 통합으로 얻은 일차원 나노 사슬 구조체(Mo3Se3 -)의 최적 농도(0.01%)에서 하이드로젤 복합체의 최대 인성은 26.9 kJ/m3 로서, 순수한 하이드로젤의 최대 인성보다 약 868% 향상되었다.8 is a graph of the mechanical strength measurement results of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 8, the maximum tensile strength of the hydrogel composite at the optimum concentration (0.01%) of the one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ) was 27.6 kPa, which was about 367% higher than the maximum tensile strength of the pure hydrogel. . In addition, the maximum modulus of elasticity of the hydrogel composite was 54.8 kPa at the optimum concentration (0.01%) of the one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ), which is about 378% higher than that of the pure hydrogel. In addition, the maximum toughness of the hydrogel composite at the optimal concentration (0.01%) of the one-dimensional nano-chain structure (Mo 3 Se 3 − ) obtained by integrating the area of the tensile stress-strain curve is 26.9 kJ / m 3 , which is the maximum of pure hydrogels. About 868% better than toughness.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 하이드로젤 복합체의 일차원 나노 사슬 구조체 농도에 따른 다공성 구조 변화를 나타내는 주사전자현미경(SEM) 이미지이다. 도 9 를 참조하면, 본원의 실시예에 따른 하이드로젤 복합체는 일차원 나노 사슬 구조체의 농도를 0.003 wt%, 0.01 wt% 및 0.05 wt%으로 각각 제조하였고, 상기 일차원 나노 사슬 구조체의 농도가 0.003 wt%, 0.01 wt%인 하이드로젤 복합체들은 순수한 젤라틴 하이드로젤에서와 같이 젤라틴 하이드로젤 매트릭스(matrix)에서 분리된 일차원 나노 사슬 구조체가 얽히지 않은 연속 섬유 3D 네트워크 구조를 가지고 있어 젤라틴 폴리머로 래핑된 일차원 나노 사슬 구조체가 하이드로젤에 균일한 다공성 구조를 가지고 있다. 반면, 상기 일차원 나노 사슬 구조체의 농도가 0.05 wt%인 하이드로젤 복합체는 젤라틴 폴리머로 래핑된 일차원 나노 사슬 구조체가 없는 하이드로젤 복합체처럼 상기 젤라틴 폴리머로 래핑된 일차원 나노 사슬 구조체와 하이드로젤 사이의 상분리가 발생하였다.9 is a scanning electron microscope (SEM) image showing a change in the porous structure according to the concentration of the one-dimensional nano-chain structure of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application. Referring to Figure 9, the hydrogel composite according to an embodiment of the present application was prepared in the concentration of 0.003 wt%, 0.01 wt% and 0.05 wt% of the one-dimensional nano-chain structure, respectively, the concentration of the one-dimensional nano-chain structure is 0.003 wt% , 0.01 wt% hydrogel complexes have a continuous fiber 3D network structure with no intertwining one-dimensional nano-chain structures separated from the gelatin hydrogel matrix as in pure gelatin hydrogels, so that one-dimensional nano-chains wrapped with gelatin polymers The structure has a uniform porous structure in the hydrogel. On the other hand, the hydrogel complex having a concentration of 0.05 wt% of the one-dimensional nano-chain structure has a phase separation between the one-dimensional nano-chain structure wrapped with the gelatin polymer and the hydrogel like the hydrogel composite without the one-dimensional nano-chain structure wrapped with the gelatin polymer. Occurred.
도 10 의 (a) 내지 (d)는 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 하이드로젤 복합체의 강도 향상 비교 그래프이다. 도 10 의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 본원의 실시예에 따른 하이드로젤 복합체의 최대 인장 강도, 최대 탄성 계수 및 최대 인성은 각각 367%, 378% 및 868%로 대부분의 종래 기술 하이드로젤 복합체보다 컸다. 본원의 실시예예 따른 하이드로젤 복합체의 인장 강도 및 인장 변형률의 동시 증가는 종래기술의 하이드로젤 복합체와 달리 인성을 크게 향상시킬 수 있다. 이것은 분자의 무기 특성, 치수, 유연한 기계적 특성, 넓은 표면적 및 생체 분자와의 상호 작용 능력이 일차원 나노 사슬 구조체를 천연 하이드로젤의 기계적 특성을 향상시키는 이상적인 나노 물질인 것을 알 수 있다.10 (a) to (d) is a graph of strength improvement of the hydrogel composite according to the Examples and Comparative Examples of the present application. Referring to Figures 10 (a) to (d), the maximum tensile strength, the maximum modulus of elasticity and the maximum toughness of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application is 367%, 378% and 868%, respectively, the most conventional hydro Larger than the gel complex. Simultaneous increase in tensile strength and tensile strain of the hydrogel composite according to an embodiment of the present application can significantly improve toughness, unlike the hydrogel composite of the prior art. It can be seen that the inorganic properties, dimensions, flexible mechanical properties, large surface area and ability to interact with biomolecules are ideal nanomaterials to enhance the mechanical properties of natural hydrogels.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.
Claims (16)
상기 일차원 나노 사슬 구조체의 측면의 댕글링 본드가 존재하지 않는 것인,
하이드로젤 복합체.
In a hydrogel composite, wherein the one-dimensional nano chain structure wrapped by a polymer is dispersed on a hydrogel substrate,
There is no dangling bond of the side of the one-dimensional nano-chain structure,
Hydrogel complex.
상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo3Se3 -, Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 하이드로젤 복합체.
The method of claim 1,
The one-dimensional nano-chain structure is Mo 3 Se 3 -, Mo 6 S 3 I 6, Nb 2 Se 9, V 2 Se 9, VS 4, Nb x V y Se 9, Nb 3 I 8, TaSe 3, TiS 3, NaNb 2 PS 10 , LiMo 3 Se 3 , Ta 2 Se 8 I, Ni 8 Bi 8 SI 2 , Ni 8 Bi 8 SI, InMo 3 Se 3 , Sb 2 Se 3 , Sb 2 S 3 and combinations thereof Will contain a material selected from the group, hydrogel complex.
상기 폴리머는 아민기를 포함하는 것인, 하이드로젤 복합체.
The method of claim 1,
The polymer comprises a amine group, hydrogel composite.
상기 폴리머는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것인, 하이드로젤 복합체.
The method of claim 1,
Wherein the polymer comprises a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen and combinations thereof.
상기 하이드로젤 기재는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것인, 하이드로젤 복합체.
The method of claim 1,
The hydrogel base is a hydrogel complex, comprising a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen and combinations thereof.
상기 일차원 나노 사슬 구조체는 10 nm 이하의 직경을 가지는 것인, 하이드로젤 복합체.
The method of claim 1,
The one-dimensional nano-chain structure will have a diameter of less than 10 nm, hydrogel composite.
상기 폴리머로 래핑된 일차원 나노 사슬 구조체를 하이드로젤 기재 상에 분산시키는 단계;
를 포함하고,
상기 일차원 나노 사슬 구조체의 측면의 댕글링 본드가 존재하지 않는 것인,
하이드로젤 복합체의 제조 방법.
Wrapping the one-dimensional nano-chain structure with the polymer; And
Dispersing the one-dimensional nano-chain structure wrapped with the polymer on a hydrogel substrate;
Including,
There is no dangling bond of the side of the one-dimensional nano-chain structure,
Method for producing a hydrogel composite.
상기 일차원 나노 사슬 구조체는 Mo3Se3 -, Mo6S3I6, Nb2Se9, V2Se9, VS4, NbxVySe9, Nb3I8, TaSe3, TiS3, NaNb2PS10, LiMo3Se3, Ta2Se8I, Ni8Bi8SI2, Ni8Bi8SI, InMo3Se3, Sb2Se3, Sb2S3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
The method of claim 8,
The one-dimensional nano-chain structure is Mo 3 Se 3 -, Mo 6 S 3 I 6, Nb 2 Se 9, V 2 Se 9, VS 4, Nb x V y Se 9, Nb 3 I 8, TaSe 3, TiS 3, NaNb 2 PS 10 , LiMo 3 Se 3 , Ta 2 Se 8 I, Ni 8 Bi 8 SI 2 , Ni 8 Bi 8 SI, InMo 3 Se 3 , Sb 2 Se 3 , Sb 2 S 3 and combinations thereof It comprises a material selected from the group, method for producing a hydrogel composite.
상기 폴리머는 아민기를 포함하는 것인, 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
The method of claim 8,
The polymer is a method for producing a hydrogel composite, comprising an amine group.
상기 폴리머는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것인, 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
The method of claim 8,
Wherein the polymer comprises a natural polymer selected from the group consisting of gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, and combinations thereof.
상기 하이드로젤 기재는 젤라틴, 키토산, 히알루론산, 콜라겐 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 천연 고분자를 포함하는 것인, 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
The method of claim 8,
The hydrogel substrate is gelatin, chitosan, hyaluronic acid, collagen and a natural polymer selected from the group consisting of a combination thereof, the method of producing a hydrogel composite.
상기 일차원 나노 사슬 구조체의 농도는 0.003 wt% 내지 0.05 wt%인 것인, 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
The method of claim 8,
The concentration of the one-dimensional nano-chain structure is 0.003 wt% to 0.05 wt%, the method for producing a hydrogel composite.
상기 일차원 나노 사슬 구조체를 폴리머에 의해 래핑하는 단계에서 상기 폴리머의 아민기와 상기 일차원 나노 사슬 구조체 간의 화학적 결합에 의해 균일하게 래핑되는 것인, 하이드로젤 복합체의 제조 방법.
The method of claim 10,
In the step of wrapping the one-dimensional nano-chain structure with a polymer, it is uniformly wrapped by the chemical bond between the amine group and the one-dimensional nano-chain structure of the polymer, a method for producing a hydrogel composite.
상기 일차원 나노 사슬 구조체는 10 nm 이하의 직경을 가지는 것인, 하이드로젤 복합체의 제조 방법.The method of claim 8,
The one-dimensional nano-chain structure has a diameter of 10 nm or less, a method for producing a hydrogel composite.
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KR1020190079807A KR102075443B1 (en) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Hydrogel composite and preparing method thereof |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060123431A (en) * | 2003-12-08 | 2006-12-01 | 요제프 스테판 인스티튜트 | Quasi-one-dimensional polymers based on the metal-chalcogen-halogen system |
KR101551143B1 (en) * | 2014-07-28 | 2015-09-08 | 성균관대학교산학협력단 | Biocompatible protein, biocompatible protein gel and biocompatible conductive protein gel comprising the protein and preparing method thereof |
-
2019
- 2019-07-03 KR KR1020190079807A patent/KR102075443B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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