KR102395413B1 - Method for reconstructing hydrogel - Google Patents

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KR102395413B1
KR102395413B1 KR1020200066264A KR20200066264A KR102395413B1 KR 102395413 B1 KR102395413 B1 KR 102395413B1 KR 1020200066264 A KR1020200066264 A KR 1020200066264A KR 20200066264 A KR20200066264 A KR 20200066264A KR 102395413 B1 KR102395413 B1 KR 102395413B1
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Abstract

본원은 이온 결합 및 공유 결합을 포함하는 고분자 하이드로겔을 신장시키는 단계, 상기 신장된 고분자 하이드로겔을 용매 내에 침지시키는 용매 교환 단계, 및 상기 고분자 하이드로겔들 간에 추가의 이온 가교 결합을 형성시키는 단계를 포함하는, 하이드로겔의 재구조화 방법에 관한 것이다.The present application provides a step of stretching a polymer hydrogel comprising ionic and covalent bonds, a solvent exchange step of immersing the stretched polymer hydrogel in a solvent, and forming an additional ionic cross-linkage between the polymer hydrogels. It relates to a method for restructuring a hydrogel, including.

Description

하이드로겔의 재구조화 방법 {METHOD FOR RECONSTRUCTING HYDROGEL}Hydrogel restructuring method {METHOD FOR RECONSTRUCTING HYDROGEL}

본원은 하이드로겔의 재구조화 방법에 관한 것이다.The present application relates to a method for restructuring a hydrogel.

하이드로겔은 친수성 고분자들이 가교 결합(cross linking)된 것으로서, 구성 요소의 90% 이상이 수분으로 이루어진 물질을 의미한다. 이러한 하이드로겔은 높은 수분 함량 및 고분자의 가교 결합에 힘입어 다공성 구조를 갖고, 일반적인 고분자 재료에 비해 상대적으로 부드러운 물성을 가질 수 있어 산업적으로 다양한 분야에서 사용될 수 있다.A hydrogel refers to a material in which hydrophilic polymers are cross-linked, and 90% or more of the components are made of water. These hydrogels have a porous structure due to high water content and cross-linking of polymers, and can have relatively soft physical properties compared to general polymer materials, and thus can be used in various industrial fields.

그러나, 이러한 하이드로겔은 높은 함수율 및 다공성 구조에 의해 약물의 안정적인 탑재가 어렵고, 인장 강도가 낮아 일정 수준 이상의 하중이 가해지는 곳에서는 조기용해되는 등의 단점이 존재한다. However, these hydrogels have disadvantages such as difficulty in stable loading of drugs due to high water content and porous structure, and early dissolution in places where a load above a certain level is applied due to low tensile strength.

이러한 문제를 극복하기 위해 하이드로겔을 단방향으로 연신하는 기술, 하이드로겔의 고분자에 가교 결합을 추가하는 기술, 물성이 다른 2 개 이상의 고분자를 혼합하는 기술 등이 제안되었으나, 단방향 연신 기술은 하이드로겔 내부의 배열성 및 밀도에 큰 변화를 주지 못하였다.In order to overcome this problem, a technique for stretching the hydrogel in one direction, a technique for adding a cross-linkage to the polymer of the hydrogel, a technique for mixing two or more polymers with different physical properties, etc. have been proposed, but the unidirectional stretching technique is the inside of the hydrogel There was no significant change in the arrangement and density of

또한, 단방향으로 연신된 하이드로겔을 건조시키는 기술이 제안되어 기계적 물성이 향상된 하이드로겔을 제조하는 방법이 공지되었으나, 상기 방법에 의해 연신 후 건조된 하이드로겔은 뻣뻣해져서 신장성이 악화되고, 인성의 강화 정도가 미약한 단점이 존재한다.In addition, a technique for drying a hydrogel stretched in one direction has been proposed and a method for producing a hydrogel with improved mechanical properties is known, but the hydrogel dried after stretching by the method becomes stiff and extensibility deteriorates, There is a disadvantage that the degree of reinforcement is weak.

본원의 배경이 되는 기술인 한국공개특허공보 제10-2017-0018691호는 기계적 강도가 향상된 하이드로겔 제조 방법 및 이에 의해 제조된 기계적 강도가 향상된 하이드로겔에 대한 것이다. 상기 공개특허는 하이드로겔을 신장시키는 단계 및 양이온을 이용하여 상기 하이드로겔 내부의 이온 결합을 이루는 선형 고분자들 사이에 가교 결합을 형성함으로써 하이드로겔의 기계적 강도를 향상시키는 방법을 개시하고 있으나, 상기 공개특허는 하이드로겔의 기계적 강도를 향상시키기 위해 용매를 교환하는 단계를 인식하지 못하고 있다.Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2017-0018691, which is the background technology of the present application, relates to a method for producing a hydrogel with improved mechanical strength and a hydrogel with improved mechanical strength produced thereby. The above publication discloses a method of improving the mechanical strength of a hydrogel by forming a cross-linkage between linear polymers constituting an ionic bond inside the hydrogel by using a step of elongating the hydrogel and a cation, but the publication The patent does not recognize the step of exchanging the solvent to improve the mechanical strength of the hydrogel.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하이드로겔의 재구조화 방법 및 이에 따라 물성이 개선된 하이드로겔을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present application is intended to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present application is to provide a method for restructuring a hydrogel and a hydrogel with improved physical properties accordingly.

또한, 상기 하이드로겔을 포함하는 생체 소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a biomaterial comprising the hydrogel.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 이온 결합 및 공유 결합을 포함하는 고분자 하이드로겔을 신장시키는 단계, 상기 신장된 고분자 하이드로겔을 용매 내에 침지시키는 용매 교환 단계, 및 상기 고분자 하이드로겔들 간에 추가의 이온 가교 결합을 형성시키는 단계를 포함하는, 하이드로겔의 재구조화 방법을 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application is a step of stretching a polymer hydrogel comprising an ionic bond and a covalent bond, a solvent exchange step of immersing the stretched polymer hydrogel in a solvent, and It provides a method of restructuring a hydrogel, comprising the step of forming an additional ionic cross-linkage between the polymer hydrogels.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매 교환 단계에 의해, 상기 고분자 하이드로겔 내부의 수분이 제거될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, by the solvent exchange step, the moisture inside the polymer hydrogel may be removed, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 이소프로필알코올 (IPA, isopropyl alcohol), 메탄올, 에탄올, 클로로폼(CHCl3), 아세톤(CH3COCH3), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the solvent is selected from the group consisting of isopropyl alcohol (IPA, isopropyl alcohol), methanol, ethanol, chloroform (CHCl 3 ), acetone (CH 3 COCH 3 ), and combinations thereof may include, but is not limited to.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이온 가교 결합을 형성시키는 단계는 용액 상에 상기 고분자 하이드로겔을 침지하여 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the step of forming the ionic cross-linking may be performed by immersing the polymer hydrogel in a solution, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용액은 Al, Ba, Ca, Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Mg, Si, W, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것의 양이온을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the solution is Al, Ba, Ca, Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Mg, Si, W, Cu , and may include a cation selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매 교환 단계 및 상기 이온 가교 결합 단계에 의해, 상기 고분자 하이드로겔은 이방성(anisotropic)을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, by the solvent exchange step and the ion crosslinking step, the polymer hydrogel may have anisotropic properties, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 신장된 고분자 하이드로겔의 초기 길이 대비 신장률은 1 초과 8 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the elongation ratio relative to the initial length of the elongated polymer hydrogel may be greater than 1 and less than or equal to 8, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로겔의 표면과 상기 하이드로겔의 중심 사이의 거리에 따라 상기 하이드로겔의 물성 변화 속도가 상이할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the rate of change in physical properties of the hydrogel may be different depending on the distance between the surface of the hydrogel and the center of the hydrogel, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 하이드로겔은 Alginate(Alginic acid), AM(acrylamide), MBAA(N,N’-methylenebisacrylamide), TMEDA(N,N,N′,N′-tetramethylethylenediamine), APS(ammonium persulfate), CaSO4, PEO(poly(ethylene oxide)), PPO(poly(propylene oxide)), PEG(polyethylene glycol), PLA(poly(L-lactic acid)), PLGA(poly(L-glycolic acid)), PNIPAM(poly(Nisopropylacrylamide)), poly(phosphorylcholine), poly(organophosphazene), Glycerol-2-phosphage, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer hydrogel is Alginate (Alginic acid), AM (acrylamide), MBAA (N,N'-methylenebisacrylamide), TMEDA (N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine), APS (ammonium persulfate), CaSO 4 , PEO(poly(ethylene oxide)), PPO(poly(propylene oxide)), PEG(polyethylene glycol), PLA(poly(L-lactic acid)), PLGA(poly(L-glycolic) acid)), PNIPAM (poly(Nisopropylacrylamide)), poly(phosphorylcholine), poly(organophosphazene), Glycerol-2-phosphage, and combinations thereof may include, but is not limited to.

또한, 본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 방법에 의해 재구조화되어 물성이 개선된 하이드로겔을 제공한다.In addition, the second aspect of the present application provides a hydrogel with improved physical properties by restructuring by the method according to the first aspect.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로겔의 코어(core) 및 표면(edge side)은 물성이 상이할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the core (core) and the surface (edge side) of the hydrogel may have different physical properties, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로겔은 신장된 방향에 수직한 방향으로 물성의 구배(gradient)가 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the hydrogel may have a gradient of physical properties in a direction perpendicular to the direction in which it is stretched, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 물성이 개선된 하이드로겔의 무게는 물성이 개선되기 전의 하이드로겔의 무게의 80% 내지 90% 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the weight of the hydrogel with improved physical properties may be 80% to 90% of the weight of the hydrogel before the physical properties are improved, but is not limited thereto.

또한, 본원의 제 3 측면은 상기 제 2 측면에 따른 하이드로겔을 포함하는 생체 소재에 대한 것이다.In addition, a third aspect of the present application relates to a biological material comprising the hydrogel according to the second aspect.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 생체 소재는 연골, 인공 조직, 줄기 세포 배지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the biological material may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of cartilage, artificial tissue, stem cell medium, and combinations thereof.

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-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

하이드로겔의 물성을 강화하기 위한 종래의 기술에는 단방향 연신 및 가교 결합 기술이 존재하였다. 그러나, 종래의 단방향 연신 만으로는 하이드로겔의 배열성 및 밀도를 높이기 어려워 물성 강화 정도가 높지 못한 단점이 존재하였다.In the prior art for enhancing the physical properties of the hydrogel, there were unidirectional stretching and crosslinking techniques. However, there was a disadvantage that the degree of strengthening of physical properties was not high because it was difficult to increase the arrangement and density of the hydrogel only by conventional unidirectional stretching.

이에 단방향 연신 후 건조시킴으로써 하이드로겔의 배열성 및 밀도를 높이는 종래의 기술이 제안되었으나, 종래의 기술에 따라 재구조화된 하이드로겔은 뻣뻣해지기 때문에 신장성이 악화되는 단점이 존재하였다.Accordingly, a conventional technique for increasing the arrangement and density of the hydrogel by drying after unidirectional stretching has been proposed, but the hydrogel restructured according to the prior art has a disadvantage in that extensibility deteriorates because it becomes stiff.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 하이드로겔의 재구조화 방법은 신장 후 용매를 교환하는 단계를 포함함으로써, 하이드로겔 내부의 고분자망의 배열성 및 밀도를 높일 수 있어 상기 하이드로겔의 물성을 향상시킬 수 있다.According to the above-described means for solving the problems of the present application, the restructuring method of the hydrogel according to the present application includes the step of exchanging the solvent after stretching, so that the arrangement and density of the polymer network inside the hydrogel can be increased. The physical properties can be improved.

또한, 본원에 따른 하이드로겔의 재구조화 방법은 용도에 따라 하이드로겔의 물성 향상 정도를 조절할 수 있다.In addition, the restructuring method of the hydrogel according to the present application can control the degree of improvement of the physical properties of the hydrogel according to the use.

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 above-described effects, and other effects may exist.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 하이드로겔의 재구조화 방법의 순서도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 하이드로겔의 재구조화 방법의 모식도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 하이드로겔의 재구조화 방법의 모식도이다.
도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 재구조화 단계별 사진이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 인장 단계별 사진이다.
도 6 은 본원의 일 비교예에 따른 하이드로겔의 인장 단계별 사진이다.
도 7 은 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 편광도를 나타낸 것이다.
도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 중량을 나타낸 그래프이다.
도 9 는 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 SEM 이미지이다.
도 10 은 본원의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 DSC(Differential Scanning Calorimetry) 곡선이다.
도 11 은 본원의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 기계적 물성에 대한 그래프이다.
도 12 는 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 기계적 물성에 대한 그래프이다.
도 13 은 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 기계적 물성에 대한 그래프이다.
도 14 의 (a) 는 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 팽윤성에 대한 그래프이고, (b) 는 팽윤 후 기계적 물성에 대한 그래프이다.
1 is a flowchart of a method for restructuring a hydrogel according to an embodiment of the present application.
2 is a schematic diagram of a method for restructuring a hydrogel according to an embodiment of the present application.
3 is a schematic diagram of a method for restructuring a hydrogel according to an embodiment of the present application.
4 is a photo of the restructuring step of the hydrogel according to an embodiment of the present application.
5 is a step-by-step photograph of the hydrogel according to an embodiment of the present application.
6 is a photograph of the tensile step of the hydrogel according to a comparative example of the present application.
7 shows the degree of polarization of the hydrogel according to an Example and Comparative Example of the present application.
8 is a graph showing the weight of the hydrogel according to an embodiment of the present application.
9 is an SEM image of a hydrogel according to an example and a comparative example of the present application.
10 is a DSC (Differential Scanning Calorimetry) curve of the hydrogel according to an embodiment of the present application.
11 is a graph of the mechanical properties of the hydrogel according to an embodiment of the present application.
12 is a graph of the mechanical properties of a hydrogel according to an embodiment and a comparative example of the present application.
13 is a graph of the mechanical properties of a hydrogel according to an embodiment and a comparative example of the present application.
Figure 14 (a) is a graph for the swelling properties of the hydrogel according to an Example and Comparative Example of the present application, (b) is a graph for mechanical properties after swelling.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily carry out.

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.However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 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 the case of being "directly connected", but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. 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 positioned “on”, “on”, “on”, “on”, “under”, “under”, or “under” another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding 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 in a sense at or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure in an unreasonable way. Also, throughout this specification, "step to" or "step to" 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 Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It is meant 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, reference to “A and/or B” means “A or B, or A and B”.

이하에서는 본원의 하이드로겔의 재구조화 방법에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the method for restructuring the hydrogel of the present application will be described in detail with reference to embodiments and examples and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 이온 결합 및 공유 결합을 포함하는 고분자 하이드로겔을 신장시키는 단계, 상기 신장된 고분자 하이드로겔을 용매 내에 침지시키는 용매 교환 단계, 및 상기 고분자 하이드로겔들 간에 추가의 이온 가교 결합을 형성시키는 단계를 포함하는, 하이드로겔의 재구조화 방법을 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application is a step of stretching a polymer hydrogel comprising an ionic bond and a covalent bond, a solvent exchange step of immersing the stretched polymer hydrogel in a solvent, and It provides a method of restructuring a hydrogel, comprising the step of forming an additional ionic cross-linkage between the polymer hydrogels.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 하이드로겔의 재구조화 방법의 순서도이고, 도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 하이드로겔의 재구조화 방법의 모식도이며, 도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 하이드로겔의 재구조화 방법의 모식도이다. 1 is a flowchart of a method for restructuring a hydrogel according to an embodiment of the present application, FIG. 2 is a schematic diagram of a method for restructuring a hydrogel according to an embodiment of the present application, and FIG. 3 is according to an embodiment of the present application It is a schematic diagram of a method for restructuring a hydrogel.

구체적으로, 도 2 의 (a) 는 이온 결합을 포함하는 고분자 및 공유 결합을 포함하는 고분자가 혼재된 상태의 하이드로겔이고, (b) 는 상기 하이드로겔을 신장시킨 것이고, (c) 는 상기 하이드로겔을 상기 용매 내에 침지시킨 것이며, (d) 는 상기 고분자 하이드로겔들 간에 추가의 이온 가교 결합을 형성한 것이다. 또한, 도 3 은 상기 용매 교환 단계에서 상기 고분자 하이드로겔의 탈수도 및 형태에 대한 것이다.Specifically, (a) of FIG. 2 is a hydrogel in a state in which a polymer including an ionic bond and a polymer including a covalent bond are mixed, (b) is the elongation of the hydrogel, and (c) is the hydrogel The gel is immersed in the solvent, and (d) is an additional ionic cross-linkage between the polymer hydrogels. In addition, Figure 3 relates to the dehydration degree and shape of the polymer hydrogel in the solvent exchange step.

본원에 따른 하이드로겔(hydrogel)은 수화젤이라고도 하며, 수용성 고분자들이 수소결합, 반데르발스힘, 소수성 상호작용, 고분자의 결정과 같은 물리적으로 결합되거나 및/또는 공유 결합과 같은 화학적으로 결합되고, 내부에 수분을 포함하여 유동성 또는 탄성을 가질 수 있는 물질을 의미한다. 일반적으로 하이드로겔은 3 차원 망상 구조를 가지고 있어 물에 용해되지 않고, 수용성 고분자의 물성에 따라 다양한 화학적 조성 및 기계적 물성을 가질 수 있으며, 가공이 용이하다.The hydrogel according to the present application is also referred to as a hydrogel, and water-soluble polymers are physically bonded such as hydrogen bonding, van der Waals forces, hydrophobic interactions, polymer crystals, and/or chemically bonded such as covalent bonding, It refers to a material that can have fluidity or elasticity by including moisture therein. In general, hydrogels have a three-dimensional network structure and are not soluble in water, can have various chemical compositions and mechanical properties depending on the physical properties of water-soluble polymers, and are easy to process.

그러나 하이드로겔은 인장 강도가 낮아 하중이 집중되는 부분에서 조기 용해 과정을 거쳐 단기간에 소실되고, 높은 함수율 및 다공성에 의해 내부에 다른 물질을 안정적으로 탑재하기 어려운 단점이 있다.However, the hydrogel has a disadvantage in that it is lost in a short period of time through an early dissolution process in the portion where the load is concentrated due to its low tensile strength, and it is difficult to stably mount other materials therein due to its high moisture content and porosity.

본원에서는 인장, 용매 교환, 및 이온 가교 결합을 추가로 수행하는 등의 재구조화 방법을 통해, 기계적 물성이 향상된 하이드로겔을 제조하는 방법을 제공한다.Provided herein is a method for preparing a hydrogel with improved mechanical properties through a restructuring method such as further performing tensile, solvent exchange, and ionic cross-linking.

먼저, 이온 결합 및 공유 결합을 포함하는 고분자 하이드로겔을 신장시킨다 (S100).First, a polymer hydrogel including ionic and covalent bonds is stretched (S100).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 하이드로겔은 Alginate(Alginic acid), AM(acrylamide), MBAA(N,N’-methylenebisacrylamide), TMEDA(N,N,N′,N′-tetramethylethylenediamine), APS(ammonium persulfate), CaSO4, PEO(poly(ethylene oxide)), PPO(poly(propylene oxide)), PEG(polyethylene glycol), PLA(poly(L-lactic acid)), PLGA(poly(L-glycolic acid)), PNIPAM(poly(Nisopropylacrylamide)), poly(phosphorylcholine), poly(organophosphazene), Glycerol-2-phosphage, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer hydrogel is Alginate (Alginic acid), AM (acrylamide), MBAA (N,N'-methylenebisacrylamide), TMEDA (N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine), APS (ammonium persulfate), CaSO 4 , PEO(poly(ethylene oxide)), PPO(poly(propylene oxide)), PEG(polyethylene glycol), PLA(poly(L-lactic acid)), PLGA(poly(L-glycolic) acid)), PNIPAM (poly(Nisopropylacrylamide)), poly(phosphorylcholine), poly(organophosphazene), Glycerol-2-phosphage, and combinations thereof may include, but is not limited to.

예를 들어, 상기 고분자 하이드로겔은 Alginate 에 의한 이온 결합 및 AM 에 의한 공유 결합을 포함할 수 있고, 상기 AM 은 상기 고분자 하이드로겔의 형성 과정에서 PAM(poly acrylamide)이 될 수 있다. 구체적으로, 상기 Alginate 는 CaSO4 를 통해 가교 결합될 수 있고, 상기 MBAA 는 상기 PAM 공유결합 망의 가교 결합을 보조할 수 있으며, TMEDA 및 APS 는 각각 상기 PAM 에 의한 가교 결합의 촉진제(accelerator) 및 개시제(initiator) 로서 사용될 수 있다.For example, the polymer hydrogel may include an ionic bond by Alginate and a covalent bond by AM, and the AM may be poly acrylamide (PAM) during the formation of the polymer hydrogel. Specifically, the Alginate may be cross-linked through CaSO 4 , the MBAA may aid in cross-linking of the PAM covalent network, and TMEDA and APS are each an accelerator of cross-linking by the PAM and It can be used as an initiator.

이와 관련하여, 상기 CaSO4, MBAA, TMEDA 및 APS 는 상기 고분자 하이드로겔의 가교 결합을 위한 물질로서, 다른 물질이 대신 사용될 수 있다.In this regard, the CaSO 4 , MBAA, TMEDA and APS are materials for cross-linking the polymer hydrogel, and other materials may be used instead.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 하이드로겔은 이온 결합 고분자 및 공유 결합 고분자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer hydrogel may include, but is not limited to, an ionic polymer and a covalent polymer.

본원에 따른 이온 결합 고분자는, 하이드로겔을 구성하는 물질로서 양이온과 이온 가교 결합할 수 있는 고분자 물질을 의미하고, 본원에 따른 공유 결합 고분자는 하이드로겔을 구성하는 물질로서 상기 공유 결합 고분자들끼리 공유 결합된 가교점을 형성할 수 있는 물질을 의미한다.The ion-binding polymer according to the present application refers to a polymer material capable of cross-linking cations and ions as a material constituting the hydrogel, and the covalent bonding polymer according to the present application is a material constituting the hydrogel and covalent between the covalent bonding polymers It refers to a material capable of forming a bonded cross-linking point.

예를 들어 상기 고분자 하이드로겔이 공유 결합 고분자 아크릴아미드 및 MBAA 를 포함할 경우, 상기 아크릴아미드끼리 및 상기 아크릴아미드와 상기 MBAA 는 자외선에 의해 결합될 수 있다.For example, when the polymer hydrogel includes a covalently bonded polymer acrylamide and MBAA, the acrylamide and the acrylamide and the MBAA may be bonded to each other by ultraviolet rays.

본원에 따른 하이드로겔의 재구조화 방법을 적용하기 위해서는, 연신 공정에도 절단되지 않는 신장성을 갖고, 용매 교환 공정에서 탈수가 발생할 수 있도록 친수성 고분자망을 포함하며, 이온 결합 공정에서 탈수에 의해 수축한 구조가 회복되며 동시에 추가적인 이온 가교 결합이 발생할 수 있는 친수성 이온 결합 고분자 및/또는 친수성 공유 결합 고분자가 사용될 수 있다.In order to apply the restructuring method of the hydrogel according to the present application, it has extensibility that is not cut even in the stretching process, includes a hydrophilic polymer network so that dehydration can occur in the solvent exchange process, and is contracted by dehydration in the ionic bonding process. Hydrophilic ionically binding polymers and/or hydrophilic covalently binding polymers can be used, in which the structure is restored and additional ionic crosslinking can occur at the same time.

도 2 의 (a) 를 참조하면, 상기 고분자 하이드로겔은 후술할 이온 가교 결합 단계를 수행하기 전에도 공유 가교 결합된 지점 및 이온 가교 결합된 지점이 존재할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 하이드로겔은 상기 이온 결합 고분자에 의해 제 1 양이온을 포함할 수 있다.Referring to (a) of Figure 2, the polymer hydrogel may have a covalent cross-linked point and an ionic cross-linked point even before performing an ionic cross-linking step to be described later. Specifically, the polymer hydrogel may include a first cation by the ion-binding polymer.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 신장된 고분자 하이드로겔의 초기 길이 대비 신장률은 1 초과 8 이하일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 신장된 고분자 하이드로겔의 초기 길이 대비 신장률은 약 1 초과 내지 약 8 이하, 약 2 초과 내지 약 8 이하, 약 3 초과 내지 약 8 이하, 약 4 초과 내지 약 8 이하, 약 5 초과 내지 약 8 이하, 약 6 초과 내지 약 8 이하, 약 7 초과 내지 약 8 이하, 약 1 초과 내지 약 2 이하, 약 1 초과 내지 약 3 이하, 약 1 초과 내지 약 4 이하, 약 1 초과 내지 약 5 이하, 약 1 초과 내지 약 6 이하, 약 1 초과 내지 약 7 이하, 약 2 초과 내지 약 7 이하, 약 3 초과 내지 약 6 이하, 또는 약 4 초과 내지 약 5 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the elongation ratio relative to the initial length of the elongated polymer hydrogel may be greater than 1 and less than or equal to 8, but is not limited thereto. For example, the elongation relative to the initial length of the elongated polymer hydrogel is greater than about 1 to about 8 or less, about 2 to about 8 or less, about 3 to about 8 or less, about 4 to about 8 or less, about 5 greater than about 8 or less, greater than about 6 to about 8 or less, greater than about 7 to about 8 or less, greater than about 1 to about 2 or less, greater than about 1 to about 3 or less, greater than about 1 to about 4 or less, greater than about 1 to about 5 or less, greater than about 1 to about 6 or less, greater than about 1 to about 7 or less, greater than about 2 to about 7 or less, greater than about 3 to about 6 or less, or greater than about 4 to about 5 or less it is not

도 2 의 (b) 를 참조하면, 상기 고분자 하이드로겔을 신장시킬 경우 상기 이온 결합 고분자들은 가교 결합의 일부가 훼손되나, 상기 공유 결합 고분자의 가교점은 유지되어 상기 고분자 하이드로겔의 인장 파괴를 막을 수 있다.Referring to Figure 2 (b), when the polymer hydrogel is stretched, the ion-bonding polymers partially damage the cross-linking, but the cross-linking point of the covalently-bonded polymer is maintained to prevent tensile failure of the polymer hydrogel. can

이어서, 상기 신장된 고분자 하이드로겔을 용매 내에 침지시키는 용매 교환 단계를 수행한다 (S200).Then, a solvent exchange step of immersing the elongated polymer hydrogel in a solvent is performed (S200).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매 교환 단계에 의해, 상기 고분자 하이드로겔 내부의 수분이 제거될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, by the solvent exchange step, the moisture inside the polymer hydrogel may be removed, but is not limited thereto.

상술하였듯, 상기 고분자 하이드로겔은 기본적으로 수용성 물질이기 때문에, 내부에 수분을 포함할 수 있고, 상기 내부 수분은 상기 고분자 하이드로겔의 물성에 악영향을 끼칠 수 있기 때문에 탈수 또는 상기 내부 수분에 의한 물성 악화를 막을 필요가 있다.As described above, since the polymer hydrogel is basically a water-soluble material, it may contain moisture therein, and the internal moisture may adversely affect the physical properties of the polymer hydrogel, so physical properties caused by dehydration or the internal moisture It is necessary to prevent deterioration.

상기 용매 교환 단계는, 상기 고분자 하이드로겔 내부의 수분을 제거하고 상기 수분 대신 상기 용매를 추가함으로써, 상기 신장된 고분자 하이드로겔의 고분자망의 배열성 및 밀도를 높일 수 있다.The solvent exchange step, by removing the moisture inside the polymer hydrogel and adding the solvent instead of the moisture, it is possible to increase the arrangement and density of the polymer network of the stretched polymer hydrogel.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 이소프로필알코올 (IPA, isopropyl alcohol), 메탄올, 에탄올, 클로로폼(CHCl3), 아세톤(CH3COCH3), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the solvent is selected from the group consisting of isopropyl alcohol (IPA, isopropyl alcohol), methanol, ethanol, chloroform (CHCl 3 ), acetone (CH 3 COCH 3 ), and combinations thereof may include, but is not limited to.

구체적으로, 상기 고분자 하이드로겔이 포함하는 상기 이온 결합 고분자 및 상기 공유 결합 고분자는, 친수성을 가지나 상기 용매와의 친화도가 낮다. 따라서, 상기 신장된 고분자 하이드로겔을 상기 용매에 침지시킬 경우, 상기 고분자 하이드로겔 내부의 수분은, 수분을 포함하지 않는 상기 용매의 방향으로 이동하는 반면, 상기 용매는 상기 고분자 하이드로겔과의 낮은 친화도에 의해 상기 고분자 하이드로겔 내부로 침투하지 못한다. 따라서, 상기 고분자 하이드로겔의 표면에서 상기 고분자 하이드로겔 내부의 수분의 유출은 자유로운 반면, 상기 고분자 하이드로겔이 함침된 상기 용매는 상기 고분자 하이드로겔 내부로 유입될 수 없다. 이와 관련하여, 상기 탈수되는 속도는 상기 고분자 하이드로겔의 표면에 따라 상이할 수 있다.Specifically, the ion-binding polymer and the covalently-binding polymer included in the polymer hydrogel have hydrophilicity, but have low affinity with the solvent. Therefore, when the elongated polymer hydrogel is immersed in the solvent, the moisture inside the polymer hydrogel moves in the direction of the solvent that does not contain water, whereas the solvent has a low affinity with the polymer hydrogel. It does not penetrate into the polymer hydrogel by the figure. Therefore, while the outflow of moisture inside the polymer hydrogel is free from the surface of the polymer hydrogel, the solvent impregnated with the polymer hydrogel cannot be introduced into the polymer hydrogel. In this regard, the rate of dehydration may be different depending on the surface of the polymer hydrogel.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로겔의 표면과 상기 하이드로겔의 중심 사이의 거리에 따라 상기 하이드로겔의 물성 변화 속도가 상이할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the rate of change in physical properties of the hydrogel may be different depending on the distance between the surface of the hydrogel and the center of the hydrogel, but is not limited thereto.

도 2 의 (c) 및 도 3 을 참조하면, 상기 고분자 하이드로겔을 상기 용매 내부에 침지시킬 경우 상기 고분자 하이드로겔의 표면과 상기 고분자 하이드로겔의 중심 사이의 거리가 작을수록 빠르게 탈수되어 X 자 형태를 가질 수 있다 (도 3 의 상부). 2(c) and 3, when the polymer hydrogel is immersed in the solvent, the smaller the distance between the surface of the polymer hydrogel and the center of the polymer hydrogel, the faster it is dehydrated, and an X-shaped form may have (upper part of FIG. 3 ).

그러나, 상기 고분자 하이드로겔 내부의 수분을 자연 건조시킬 경우, 상기 고분자 하이드로겔의 모든 표면에서 고르게 탈수가 진행되나, 상기 탈수 속도는 상기 용매 교환 단계에 비해 느리기 때문에, 상기 자연 건조된 고분자 하이드로겔은 상기 자연 건조되지 않은 고분자 하이드로겔의 형상을 축소한 형상을 가질 수 있다 (도 3 의 하부).However, when the moisture inside the polymer hydrogel is naturally dried, dehydration proceeds evenly on all surfaces of the polymer hydrogel, but since the dehydration rate is slower than the solvent exchange step, the naturally dried polymer hydrogel is It may have a reduced shape of the non-naturally dried polymer hydrogel (lower part of FIG. 3 ).

상기 탈수된 고분자 하이드로겔은 후술할 이온 가교 결합 단계에서 수분이 유입됨으로써, 탈수되기 전의 고분자 하이드로겔과 유사한 형상을 가질 수 있다.The dehydrated polymer hydrogel may have a shape similar to that of the polymer hydrogel before dehydration by introducing moisture in the ionic cross-linking step to be described later.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매 교환 단계를 거치고, 상기 이온 가교 결합 단계를 수행하지 않은 하이드로겔의 무게는 상기 물성이 개선되기 전의 하이드로겔의 무게의 10% 내지 20% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 용매 교환 단계를 거치고, 상기 이온 가교 결합 단계를 수행하지 않은 하이드로겔의 무게는 상기 물성이 개선되기 전의 하이드로겔의 무게의 약 10% 내지 약 20%, 약 11% 내지 약 20%, 약 12% 내지 약 20%, 약 13% 내지 약 20%, 약 14% 내지 약 20%, 약 15% 내지 약 20%, 약 16% 내지 약 20%, 약 17% 내지 약 20%, 약 18% 내지 약 20%, 약 19% 내지 약 20%, 약 10% 내지 약 11%, 약 10% 내지 약 12%, 약 10% 내지 약 13%, 약 10% 내지 약 14%, 약 10% 내지 약 15%, 약 10% 내지 약 16%, 약 10% 내지 약 17%, 약 10% 내지 약 18%, 약 10% 내지 약 19%, 약 11% 내지 약 19%, 약 12% 내지 약 18%, 약 13% 내지 약 17%, 약 14% 내지 약 16%, 또는 약 14% 내지 약 15% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the weight of the hydrogel that has undergone the solvent exchange step and has not been subjected to the ionic crosslinking step may be 10% to 20% of the weight of the hydrogel before the physical properties are improved, but, It is not limited. For example, the weight of the hydrogel that has undergone the solvent exchange step and has not been subjected to the ionic crosslinking step is about 10% to about 20%, about 11% to about 20% of the weight of the hydrogel before the physical properties are improved. %, about 12% to about 20%, about 13% to about 20%, about 14% to about 20%, about 15% to about 20%, about 16% to about 20%, about 17% to about 20%, about 18% to about 20%, about 19% to about 20%, about 10% to about 11%, about 10% to about 12%, about 10% to about 13%, about 10% to about 14%, about 10 % to about 15%, about 10% to about 16%, about 10% to about 17%, about 10% to about 18%, about 10% to about 19%, about 11% to about 19%, about 12% to about 18%, about 13% to about 17%, about 14% to about 16%, or about 14% to about 15%, but is not limited thereto.

상기 용매 교환 단계에 의해 상기 하이드로겔의 무게의 약 80% 내지 약 90% 에 해당하는 수분이 상기 용매 교환 단계에 의해 제거되었으나, 상기 하이드로겔의 감소한 무게는 후술할 이온 가교 결합 형성 과정에서 회복할 수 있다.Water corresponding to about 80% to about 90% of the weight of the hydrogel by the solvent exchange step was removed by the solvent exchange step, but the reduced weight of the hydrogel can be recovered in the ionic cross-link formation process to be described later can

이어서, 상기 고분자 하이드로겔들 간에 추가의 이온 가교 결합을 형성한다 (S300).Then, an additional ionic cross-linkage is formed between the polymer hydrogels (S300).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 이온 가교 결합을 형성시키는 단계는 용액 상에 상기 고분자 하이드로겔을 침지하여 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the step of forming the ionic cross-linking may be performed by immersing the polymer hydrogel in a solution, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용액은 Al, Ba, Ca, Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Mg, Si, W, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것의 양이온을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the solution is Al, Ba, Ca, Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Mg, Si, W, Cu , and may include a cation selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용액의 양이온(제 2 양이온)은 상기 하이드로겔 내부에 존재하는 양이온(제 1 양이온)에 비해 결합 친화도(binding affinity)가 높을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the cation (second cation) of the solution may have a higher binding affinity than the cation (first cation) present in the hydrogel, but is not limited thereto. .

상기 결합 친화도는 이온 교환 수지의 성능에 대한 것으로서, 이온 교환 수지의 양이온 또는 음이온이 용액 내부의 양이온 또는 음이온과 교환되기 위한 조건과 관련한 것이다. 다만, 상기 제 1 양이온 및 상기 제 2 양이온의 가수(valency)가 상이할 경우, 상기 제 2 양이온이 상기 이온 결합 고분자와 결합하는 형태와 상기 제 1 양이온이 상기 이온 결합 고분자와 결합하는 형태에서 차이가 발생할 수 있어 단순히 결합 친화도만으로 상기 제 1 양이온 및 상기 제 2 양이온을 결정할 수는 없다.The binding affinity relates to the performance of the ion exchange resin, and relates to the conditions under which the cation or anion of the ion exchange resin is exchanged with the cation or anion in the solution. However, when the valency of the first cation and the second cation are different, the difference between the form in which the second cation binds to the ion-binding polymer and the form in which the first cation binds to the ion-binding polymer may occur, so that the first cation and the second cation cannot be determined simply by binding affinity.

예를 들어, 상기 제 1 양이온이 Ca2+ 일 경우, 상기 제 2 양이온은 Al3+, Ba2+, Fe3+, Pb2+, Sr2+, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, when the first cation is Ca 2+ , the second cation is selected from the group consisting of Al 3+ , Ba 2+ , Fe 3+ , Pb 2+ , Sr 2+ , and combinations thereof. It may include, but is not limited to.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용액 내부의 양이온은 상기 고분자 하이드로겔 내부의 제 1 양이온와 이온 결합하거나, 또는 상기 제 1 양이온과 치환되어 상기 이온 결합 고분자와 이온 가교 결합할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the cation in the solution may ionically bond with the first cation inside the polymer hydrogel, or may be substituted with the first cation to ionically cross-link the ion-binding polymer and, but is limited thereto it is not

상기 용매 교환 단계를 거친 상기 하이드로겔을 상기 용액에 침지시키면, 상기 용액 내부의 양이온이 상기 이온 결합 고분자와 추가적인 이온 가교 결합 또는 상기 하이드로겔 내부의 양이온과 치환됨으로써 상기 고분자 하이드로겔의 기계적 물성이 향상될 수 있다.When the hydrogel, which has undergone the solvent exchange step, is immersed in the solution, the cations in the solution are substituted with the cations inside the ion-binding polymer and the ion-binding polymer or the cations inside the hydrogel to improve the mechanical properties of the hydrogel. can be

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용액 상에 침지된 상기 고분자 하이드로겔은 수분에 의해 팽창할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the polymer hydrogel immersed in the solution may expand by moisture, but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 용매 교환 단계에 의해 상기 고분자 하이드로겔 내부의 수분은 상기 고분자 하이드로겔의 외부로 탈수되어 상기 고분자 하이드로겔은 부피가 수축할 수 있다. 상기 부피가 수축된 고분자 하이드로겔은 상기 용액에 침지되어 이온 결합 단계를 거치면서, 동시에 상기 용액 내부의 수분이 상기 고분자 하이드로겔 내부로 침투할 수 있다. 상기 용액 내부의 수분과 함께, 상기 용액 내부의 양이온은 상기 고분자 하이드로겔의 내부로 전달될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the water inside the polymer hydrogel by the solvent exchange step is dehydrated to the outside of the polymer hydrogel, the polymer hydrogel may shrink in volume. The volume-contracted polymer hydrogel is immersed in the solution and undergoes an ionic bonding step, while moisture in the solution may penetrate into the polymer hydrogel at the same time. Together with the moisture inside the solution, the cations inside the solution may be transferred to the inside of the polymer hydrogel, but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 용매 교환 단계에서 상기 고분자 하이드로겔 내부로 침투한 상기 용매의 경우, 상기 이온 가교 결합 단계에서 상기 고분자 하이드로겔 내부로 유입되는 수분에 의해 희석 및 유출될 수 있다.In addition, in the case of the solvent penetrating into the polymer hydrogel in the solvent exchange step, it may be diluted and discharged by moisture flowing into the polymer hydrogel in the ionic crosslinking step.

도 2 의 (d) 를 참조하면, 상기 용액 내부의 양이온(제 2 양이온)은 상기 고분자 하이드로겔 내부의 상기 제 1 양이온과 함께, 상기 이온 결합 고분자들을 가교 결합시킬 수 있다.Referring to (d) of Figure 2, the cation (second cation) in the solution can cross-link the ion-binding polymers together with the first cation in the polymer hydrogel.

상기 재구조화된 고분자 하이드로겔은 일방향에 의해 신장된 상태에서 상기 용매 교환 단계 및 상기 이온 가교 결합 단계가 수행된다. 이 때, 외부의 힘에 의해 신장된 고분자 하이드로겔은 상기 외부의 힘이 제거되면 원래의 형태로 복구될 수 있다. 따라서, 본원에 따른 재구조화 방법은 상기 고분자 하이드로겔이 신장된 상태를 유지하도록 하기 위해, 상기 고분자 하이드로겔을 신장시키고, 상기 신장된 고분자 하이드로겔을 상기 용매 상에 침지시키고, 상기 용액 상에 침지시키는 공정을 포함한다. The restructured polymer hydrogel is subjected to the solvent exchange step and the ion crosslinking step in a state in which it is stretched in one direction. At this time, the polymer hydrogel stretched by an external force can be restored to its original form when the external force is removed. Therefore, in the restructuring method according to the present application, in order to maintain the polymer hydrogel in an elongated state, the polymer hydrogel is stretched, the stretched polymer hydrogel is immersed in the solvent, and the polymer hydrogel is immersed in the solution. including the process of making

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매 교환 단계 및 상기 이온 가교 결합 단계에 의해, 상기 고분자 하이드로겔은 이방성(anisotropic)을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, by the solvent exchange step and the ion crosslinking step, the polymer hydrogel may have anisotropic properties, but is not limited thereto.

일반적으로 특정 물체의 물성이 적어도 하나 이상의 방향에서 상이하면 상기 특정 물체는 이방성(anisotropic)을 갖는다고 할 수 있다. 상기 고분자 하이드로겔 내부의 상기 이온 결합 고분자 및 상기 공유 결합 고분자들은 상기 신장된 방향으로 배열된 구조(aligned structure)를 가진 상태에서 상기 용매 교환 단계 및 상기 이온 결합 단계에 의해 고정되기 때문에, 재구조화된 고분자 하이드로겔은 상기 신장된 방향에서의 물성과 상기 신장된 방향과 수직한 방향에서의 물성이 상이할 수 있다.In general, when the physical properties of a specific object are different in at least one direction, the specific object may be said to be anisotropic. Since the ion-binding polymer and the covalent bonding polymers inside the polymer hydrogel are fixed by the solvent exchange step and the ionic bonding step in a state with an aligned structure in the elongated direction, the restructured The polymer hydrogel may have different physical properties in the stretched direction and in a direction perpendicular to the stretched direction.

그러나, 상기 하이드로겔을 복수의 방향으로 신장시킨 후 상기 용매 교환 단계 및 상기 이온 결합 단계를 적용시키면, 상기 하이드로겔 내부의 고분자들은 다양한 방향으로 신장된 상태를 가질 수 있어 등방성을 가질 수 있다.However, when the solvent exchange step and the ionic bonding step are applied after the hydrogel is stretched in a plurality of directions, the polymers inside the hydrogel may have an elongated state in various directions and thus may have isotropy.

또한, 본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 방법에 의해 재구조화되어 물성이 개선된 하이드로겔을 제공한다.In addition, the second aspect of the present application provides a hydrogel with improved physical properties by restructuring by the method according to the first aspect.

본원의 제 2 측면에 따른 하이드로겔에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다With respect to the hydrogel according to the second aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first aspect of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application are in the second aspect of the present application the same can be applied

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로겔의 코어(core) 및 표면(edge side)은 물성이 상이할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the core (core) and the surface (edge side) of the hydrogel may have different physical properties, but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 용매 교환 단계에서 상기 하이드로겔의 표면의 수분이 코어의 수분보다 빠르게 유출되기 때문에, 상기 하이드로겔의 표면과 상기 하이드로겔의 코어는 다공성 구조에서 차이를 가질 수 있다. 상기 다공성 구조의 차이에 의해 밀도 차이가 발생하고, 상기 밀도 차이에 의해 녹는점과 같은 물성이 상이해질 수 있다.Specifically, since the water on the surface of the hydrogel flows out faster than the water on the core in the solvent exchange step, the surface of the hydrogel and the core of the hydrogel may have a difference in the porous structure. A density difference may occur due to the difference in the porous structure, and physical properties such as a melting point may be different due to the density difference.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로겔은 신장된 방향에 수직한 방향으로 물성의 구배(gradient)가 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the hydrogel may have a gradient of physical properties in a direction perpendicular to the direction in which it is stretched, but is not limited thereto.

상기 하이드로겔의 코어 및 표면의 물성 차이는 다공도, 내부 결정 크기 등에 의해 결정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The difference in physical properties of the core and the surface of the hydrogel may be determined by porosity, internal crystal size, etc., but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 용매 교환 단계를 거치지 않고 자연 건조된 하이드로겔은 상기 하이드로겔 내부의 모든 영역에서 수분이 고르게 탈수되었기 때문에, 다공성 구조를 갖지 않으면서 내부의 결정 크기의 구배(gradient)가 존재하지 않을 수 있다.Specifically, the hydrogel naturally dried without going through the solvent exchange step does not have a porous structure because moisture is evenly dehydrated in all areas inside the hydrogel, and there is no internal crystal size gradient. can

그러나, 상기 용매 교환 단계를 거친 하이드로겔은 다공성 구조를 가질 수 있고, 상기 다공도는 상기 하이드로겔의 표면보다 상기 하이드로겔의 코어에서 더 높다. 또한, 상기 용매 교환 단계를 거친 하이드로겔은 상기 용매 교환 과정에서 상 분리(phase separation)가 발생하여 내부의 결정 크기의 구배(gradient)가 발생할 수 있다.However, the hydrogel that has undergone the solvent exchange step may have a porous structure, and the porosity is higher in the core of the hydrogel than the surface of the hydrogel. In addition, in the hydrogel that has undergone the solvent exchange step, a phase separation may occur in the solvent exchange process, resulting in a gradient of crystal size inside.

이에 따라, 본원에 따른 물성이 개선된 하이드로겔은 네킹(necking)이 발생하여도 크랙(crack)에 의해 파괴되기 보다는, 네킹이 전파(necking propagation)되어 상기 하이드로겔의 형상을 유지할 수 있다.Accordingly, the hydrogel with improved physical properties according to the present application can maintain the shape of the hydrogel by necking propagation rather than being destroyed by cracks even when necking occurs.

상기 하이드로겔의 물성은 DSC(differential scanning calorimetry), DTA(differential thermal analysis) 등에 의해 측정될 수 있다. 본원에 따른 DSC 는 기준 물질 및 측정 물질을 가열할 때 발생하는 두 물질 사이의 온도 차이를 에너지 입력의 차이로서 파악하는 측정법이고, DTA 는 기준 물질 및 측정 물질을 가열할 때 발생하는 두 물질 사이의 온도 차이를 측정하기 위한 방법이다.The physical properties of the hydrogel may be measured by differential scanning calorimetry (DSC), differential thermal analysis (DTA), or the like. DSC according to the present application is a measurement method that detects a temperature difference between two materials that occurs when heating a reference material and a measurement material as a difference in energy input, and DTA is a measurement method that occurs when a reference material and a measurement material are heated. A method for measuring the temperature difference.

후술하겠지만, 상기 하이드로겔을 DSC 분석 방법으로 분석할 경우, 상기 하이드로겔의 코어와 상기 하이드로겔의 표면의 그래프가 상이하게 측정되었다. 이는 상기 하이드로겔의 표면과 코어의 물성이 상이함을 의미한다.As will be described later, when the hydrogel is analyzed by the DSC analysis method, the graph of the core of the hydrogel and the surface of the hydrogel was measured differently. This means that the physical properties of the surface and the core of the hydrogel are different.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 물성이 개선된 하이드로겔의 무게는 물성이 개선되기 전의 하이드로겔의 무게의 80% 내지 90% 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 물성이 개선된 하이드로겔의 무게는 물성이 개선되기 전의 하이드로겔의 무게의 약 80% 내지 약 90%, 약 81% 내지 약 90%, 약 82% 내지 약 90%, 약 83% 내지 약 90%, 약 84% 내지 약 90%, 약 85% 내지 약 90%, 약 86% 내지 약 90%, 약 87% 내지 약 90%, 약 88% 내지 약 90%, 약 89% 내지 약 90%, 약 80% 내지 약 81%, 약 80% 내지 약 82%, 약 80% 내지 약 83%, 약 80% 내지 약 84%, 약 80% 내지 약 85%, 약 80% 내지 약 86%, 약 80% 내지 약 87%, 약 80% 내지 약 88%, 약 80% 내지 약 89%, 약 81% 내지 약 89%, 약 82% 내지 약 88%, 약 83% 내지 약 87%, 약 84% 내지 약 86%, 또는 약 85% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the weight of the hydrogel with improved physical properties may be 80% to 90% of the weight of the hydrogel before the physical properties are improved, but is not limited thereto. For example, the weight of the hydrogel with improved physical properties is about 80% to about 90%, about 81% to about 90%, about 82% to about 90%, about 83 of the weight of the hydrogel before the physical properties are improved. % to about 90%, about 84% to about 90%, about 85% to about 90%, about 86% to about 90%, about 87% to about 90%, about 88% to about 90%, about 89% to about 90%, about 80% to about 81%, about 80% to about 82%, about 80% to about 83%, about 80% to about 84%, about 80% to about 85%, about 80% to about 86 %, about 80% to about 87%, about 80% to about 88%, about 80% to about 89%, about 81% to about 89%, about 82% to about 88%, about 83% to about 87%, about 84% to about 86%, or about 85%, but is not limited thereto.

상기 용매 교환 단계를 거치고, 상기 이온 가교 결합 단계를 수행하지 않은 하이드로겔의 무게 및 상기 이온 가교 결합 단계까지 수행되어 물성이 개선된 하이드로겔의 무게를 비교하면, 상기 물성이 개선되기 전의 하이드로겔의 무게의 약 45% 내지 약 55% 만큼 차이가 나는 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 이온 가교 결합 단계에서 상기 용액 내부의 수분이 상기 용매 교환 단계를 거치고, 상기 이온 가교 결합 단계를 수행하지 않은 하이드로겔의 내부에 유입되기 때문이다.Comparing the weight of the hydrogel having undergone the solvent exchange step and not subjected to the ionic crosslinking step and the hydrogel having improved physical properties by performing up to the ionic crosslinking step, the hydrogel before the physical properties are improved It can be seen that there is a difference of about 45% to about 55% of the weight. This is because, in the ionic crosslinking step, the moisture inside the solution passes through the solvent exchange step and flows into the hydrogel that has not been subjected to the ionic crosslinking step.

일반적으로 하이드로겔은 수분을 함유할 수 있으나, 상기 수분에 의해 부피가 팽창할 수 있으나, 본원에 따른 하이드로겔은 상기 용액에 침지되어도 추가적인 이온 가교 결합에 의해 상기 고분자망의 결합이 안정적으로 유지되어 상기 고분자망 내부의 수분 침투 정도가 낮아 부피의 팽창 정도(팽윤성)가 낮을 수 있다.In general, the hydrogel may contain moisture, but the volume may expand by the moisture, but the hydrogel according to the present application maintains the binding of the polymer network stably by additional ionic cross-linking even when immersed in the solution. The degree of penetration of moisture inside the polymer network may be low, and thus the degree of volume expansion (swellability) may be low.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 하이드로겔은 광학적 이방성(optical anisotropy)을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the hydrogel may have an optical anisotropy (optical anisotropy), but is not limited thereto.

본원에 따른 광학적 이방성은 빛의 진동 방향에 따라 물질 내에서의 빛의 속도, 파장 등의 광학적 성질이 변화될 수 있는 것을 의미하는 것이다. 상기 하이드로겔은 편광성을 갖는 물질 사이에 배치되어 액정 대신으로 사용될 수 있다.Optical anisotropy according to the present application means that optical properties such as speed and wavelength of light in a material can be changed according to the direction of vibration of light. The hydrogel may be disposed between materials having polarization and used instead of liquid crystal.

본원에 따른 편광성은, 특정한 방향으로 진동시킬 수 있는 성질을 의미하는 것을 의미한다. 일반적으로, 빛은 진행 방향에 수직한 모든 방향에 대하여 진동하나, 빛을 편광성을 가진 물질에 통과시킬 경우 한 방향에 대하여 진동하는 빛 만이 통과될 수 있다.Polarization according to the present application means a property that can vibrate in a specific direction. In general, light vibrates in all directions perpendicular to the traveling direction, but when light is passed through a material having polarization, only light vibrating in one direction can pass.

예를 들어, 빛을 수평 방향의 편광판에 조사할 경우, 상기 수평 방향과 수평한 방향으로 진동하는 빛만이 상기 편광판을 통과할 수 있다. 상기 수평 방향과 수평한 방향으로 진동하는 빛은 상기 수평 방향의 편광판 만을 통과할 수 있을 뿐, 수직 방향의 편광판을 통과할 수 없다.For example, when light is irradiated to a polarizing plate in a horizontal direction, only light vibrating in the horizontal direction and in a horizontal direction may pass through the polarizing plate. The light vibrating in the horizontal direction and the horizontal direction can only pass through the horizontal polarizing plate, but cannot pass through the vertical polarizing plate.

그러나, 상기 수평 방향의 편광판과 상기 수직 방향의 편광판 사이에 상기 하이드로겔을 배치할 경우, 상기 수평 방향의 편광판을 통과한 빛이 상기 하이드로겔을 통과하면서 진동 방향이 변화되어 상기 수직 방향의 편광판을 통과할 수 있다.However, when the hydrogel is disposed between the polarizing plate in the horizontal direction and the polarizing plate in the vertical direction, the vibration direction is changed while the light passing through the polarizing plate in the horizontal direction passes through the hydrogel, so that the polarizing plate in the vertical direction is can pass

상기 광학적 이방성을 통해, 상기 하이드로겔의 이방성을 확인할 수 있다.Through the optical anisotropy, the anisotropy of the hydrogel can be confirmed.

또한, 본원의 제 3 측면은 상기 제 2 측면에 따른 하이드로겔을 포함하는 생체 소재에 대한 것이다.In addition, a third aspect of the present application relates to a biological material comprising the hydrogel according to the second aspect.

본원의 제 3 측면에 따른 생체 소재에 대하여, 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면 및/또는 제 2 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다With respect to the biological material according to the third aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first and second aspects of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the first and/or second aspects of the present application The contents described in can be equally applied to the third aspect of the present application

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 생체 소재는 연골, 인공 조직, 줄기 세포 배지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the biological material may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of cartilage, artificial tissue, stem cell medium, and combinations thereof.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through 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 1] [Example 1]

알지네이트(Alginate), 아크릴아미드(AM), MBAA, TMEDA, APS, CaSO4 를 혼합하고, 유리판 위에서 몰딩하여 평평하게 만들고, 자외선을 조사한 후, 하루동안 보관하여 완전히 가교된 하이드로겔을 제조하였다 (Alg/PAM).Alginate, acrylamide (AM), MBAA, TMEDA, APS, CaSO 4 were mixed, molded on a glass plate to be flattened, irradiated with UV light, and stored for one day to prepare a fully cross-linked hydrogel (Alg /PAM).

이어서, 상기 Alg/PAM 을 한 방향으로 신장시키고, 집게를 사용하여 신장된 길이를 고정하였다. 이어서, 상기 신장된 하이드로겔을 IPA(isopropyl alcohol)에 약 3 시간 동안 침지시켜 용매 교환 단계를 수행하였다.Then, the Alg/PAM was stretched in one direction, and the stretched length was fixed using tongs. Then, the elongated hydrogel was immersed in IPA (isopropyl alcohol) for about 3 hours to perform a solvent exchange step.

이어서, 상기 하이드로겔을 AlCl3 용액에 2 시간 동안 침지시켜, 재구조화된 하이드로겔 Al-Alg/PAM 을 형성하였다 (RsEC; remodeling and subsequent solvent exchange followed by ionic crosslinking)Then, the hydrogel was immersed in AlCl 3 solution for 2 hours to form a restructured hydrogel Al-Alg/PAM (RsEC; remodeling and subsequent solvent exchange followed by ionic crosslinking)

도 4 는 상기 실시예에 따른 하이드로겔의 재구조화 단계별 사진이다.Figure 4 is a photograph of the restructuring step of the hydrogel according to the embodiment.

[비교예 1][Comparative Example 1]

상기 실시예 1 에서, 용매 교환 단계를 수행하지 않고 AlCl3 용액에 침지시켜 재구조화된 하이드로겔 Al-Alg/PAM 을 형성하였다 (RsC; remodeling and subsequent ionic crosslinking)In Example 1, the restructured hydrogel Al-Alg/PAM was formed by immersion in AlCl 3 solution without performing a solvent exchange step (RsC; remodeling and subsequent ionic crosslinking)

[비교예 2][Comparative Example 2]

상기 실시예 1 의 Alg/PAM 을 그대로 사용하였다.Alg/PAM of Example 1 was used as it was.

[비교예 3][Comparative Example 3]

상기 실시예 1 과 동일하되, 용매 교환 단계를 수행하지 않고 자연 건조를 수행하였다 (RsDC; remodeling and subsequent natural drying followed by ionic crosslinking)Same as Example 1, except that natural drying was performed without performing a solvent exchange step (RsDC; remodeling and subsequent natural drying followed by ionic crosslinking)

[실험예 1][Experimental Example 1]

도 5 및 도 6 은 상기 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 인장 단계별 사진이다.5 and 6 are photographs of the tensile steps of the hydrogels according to the Examples and Comparative Examples.

도 5 및 도 6 을 참조하면, 상기 비교예에 따른 하이드로겔은 인장 후 necking이 발생하면, 상기 necking 에 의한 crack 이 발생하지만, 상기 실시예에 따른 하이드로겔은 인장 후 necking 이 발생하여도 상기 necking 이 전파될 뿐, crack 으로 발전하지 않음을 확인할 수 있다.5 and 6, when necking occurs after tensioning in the hydrogel according to the comparative example, cracks occur due to the necking, but in the hydrogel according to the embodiment, even if necking occurs after tensioning, the necking occurs. It can be confirmed that this only propagates and does not develop into cracks.

구체적으로, 상기 실시예의 하이드로겔은 용매 교환 단계에 의해 고분자망의 배열성 및 가교 밀도가 향상되고, 중심부와 표면부 사이에 물성의 구배가 존재하기 때문에, 인장 응력이 necking 영역이 아닌 다른 영역으로 전파되는 반면,Specifically, in the hydrogel of the above example, the arrangement of the polymer network and the crosslinking density are improved by the solvent exchange step, and since there is a gradient of physical properties between the center and the surface, the tensile stress is transferred to a region other than the necking region. While disseminated

상기 비교예의 하이드로겔은 상기 용매 교환 단계를 포함하지 않아 상기 인장 응력이 necking 영역에 집중되어 crack 이 발생할 수 있다.Since the hydrogel of the comparative example does not include the solvent exchange step, the tensile stress may be concentrated in the necking region and cracks may occur.

[실험예 2][Experimental Example 2]

도 7 은 상기 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 편광도를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 7 의 (a) 은 RsEC 의 편광현미경(Polarized optical spectroscopy) 이미지이고, (b) 는 RsC 의 편광현미경 이미지이고, (c) 는 Alg/PAM 의 편광 현미경 이미지이고, (d) 는 RsEC, RsC, 및 Alg/PAM 의 밝기를 나타낸 그래프이다.7 shows the degree of polarization of the hydrogel according to the Examples and Comparative Examples. Specifically, (a) of FIG. 7 is a polarized optical spectroscopy image of RsEC, (b) is a polarization microscope image of RsC, (c) is a polarization microscope image of Alg/PAM, (d) is It is a graph showing the brightness of RsEC, RsC, and Alg/PAM.

도 7 을 참조하면, 상기 Alg/PAM 하이드로겔(비교예 2)은 광학적 등방성(optical isotropic)을 갖는 반면, 상기 RsEC 하이드로겔(실시예) 또는 상기 RsC 하이드로겔(비교예 1)은 광학적 이방성을 갖기 때문에, 상기 실시예에 따른 RsEC 하이드로겔의 편광성을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the Alg/PAM hydrogel (Comparative Example 2) has optical isotropic, whereas the RsEC hydrogel (Example) or the RsC hydrogel (Comparative Example 1) exhibits optical anisotropy. Because it has, it can be confirmed the polarization of the RsEC hydrogel according to the above embodiment.

[실험예 3][Experimental Example 3]

도 8 은 상기 실시예에 따른 하이드로겔의 중량을 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 8 의 (a) 는 용매 교환 단계에서의 하이드로겔의 중량을 나타낸 것이고, (b) 는 AlCl3 용액에 침지하였을 때 중량 변화를 나타낸 것이다.8 is a graph showing the weight of the hydrogel according to the embodiment. Specifically, (a) of Figure 8 shows the weight of the hydrogel in the solvent exchange step, (b) shows the change in weight when immersed in AlCl 3 solution.

도 8 을 참고하면, 상기 Alg/PAM 하이드로겔은 IPA 에 의해 빠르게 탈수됨으로써, 중량이 최대 80% 감소할 수 있다. 상기 IPA 에 의해 탈수된 Alg/PAM 하이드로겔은 AlCl3 용액에 포함된 수분을 흡수하나, 상기 Al 에 의해 이온 가교 결합이 발생하여 팽창이 억제되기 때문에 원래의 중량 대비 20% 가 감소할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the Alg/PAM hydrogel is rapidly dehydrated by IPA, so that the weight can be reduced by up to 80%. Alg/PAM hydrogel dehydrated by IPA absorbs moisture contained in AlCl 3 solution, but ionic cross-linking occurs by Al and swelling is suppressed, so the original weight may be reduced by 20%.

[실험예 4][Experimental Example 4]

도 9 는 상기 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 SEM 이미지이고, 도 10 은 상기 실시예에 따른 하이드로겔의 DSC(Differential Scanning Calorimetry) 곡선이고, 도 11 은 상기 실시예에 따른 하이드로겔의 기계적 물성에 대한 그래프이며, 도 12 및 도 13 은 상기 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 기계적 물성에 대한 그래프이다. 구체적으로, 도 9 의 (a) 는 RsEC 의 SEM 이미지이고, (b) 는 RsDC 의 SEM 이미지이고, 도 10 에 표현된 온도는 각각 표면(edge side) 및 코어(core)의 녹는점이다.9 is an SEM image of a hydrogel according to the Example and Comparative Example, FIG. 10 is a DSC (Differential Scanning Calorimetry) curve of the hydrogel according to the Example, and FIG. 11 is a mechanical diagram of the hydrogel according to the Example It is a graph for physical properties, and FIGS. 12 and 13 are graphs for mechanical properties of hydrogels according to the Examples and Comparative Examples. Specifically, (a) of FIG. 9 is an SEM image of RsEC, (b) is an SEM image of RsDC, and the temperature shown in FIG. 10 is the melting point of the surface (edge side) and the core (core), respectively.

도 9 및 도 10 을 참조하면, 상기 RsEC 는 중심부로 갈수록 다공도가 증가하는 다공성 물질로서, 중심부에 가까워질수록 녹는점이 높아지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 9 and 10 , it can be seen that RsEC is a porous material whose porosity increases toward the center, and its melting point increases as it approaches the center.

구체적으로, RsEC 의 표면의 높은 결정화도는 RsEC 인장시 crack 의 발생 및 전파를 억제함을 하고, RsEC 는 RsDC 에 비해 표면 결정화도가 높기 때문에, RsEC 는 RsDC 에 비해 우수한 인장 강도를 가질 수 있다.Specifically, the high crystallinity of the surface of RsEC suppresses the generation and propagation of cracks during tensile RsEC, and since RsEC has a higher surface crystallinity than RsDC, RsEC can have superior tensile strength compared to RsDC.

또한, 도 11 및 도 12 을 참조하면, 상기 RsEC 는 초기 길이(Alg/PAM 의 길이) 대비 신장된 정도에 따라 탄성계수(elastic modulus), 인장강도(strength), 및 인성(toughness)이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 초기 길이 대비 2 배 신장된 RsEC 는 RsC 또는 Alg/PAM 하이드로겔에 비해 높은 수준의 탄성계수(elastic modulus), 인장강도(strength), 및 인성(toughness)을 가지는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to FIGS. 11 and 12 , the RsEC has an elastic modulus, tensile strength, and toughness that increase according to the degree of elongation compared to the initial length (length of Alg/PAM). can check that At this time, it can be confirmed that RsEC, which is stretched twice compared to the initial length, has a higher level of elastic modulus, tensile strength, and toughness than RsC or Alg/PAM hydrogel.

더욱이, 도 13 을 참조하면, 상기 RsEC 는 RsDC 에 비해 탈수 속도가 빠르고, 변형률(strain)이 높으며, RsDC 에 비해 더 높은 인성 및 인장 강도를 가짐을 확인할 수 있다.Moreover, referring to FIG. 13 , it can be confirmed that RsEC has a faster dehydration rate, a higher strain, and higher toughness and tensile strength than RsDC, compared to RsDC.

[실험예 5][Experimental Example 5]

도 14 의 (a) 는 상기 실시예 및 비교예에 따른 하이드로겔의 팽윤성에 대한 그래프이고, (b) 는 팽윤 후 기계적 물성에 대한 그래프이다.Figure 14 (a) is a graph for the swelling properties of the hydrogels according to the Examples and Comparative Examples, (b) is a graph for the mechanical properties after swelling.

도 14 를 참조하면, 상기 RSEC 는 수분에 의해 팽윤되어도 수분의 함량이 85 중량% 를 초과하지 않고, 우수한 인장강도를 가짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 14 , it can be confirmed that the RSEC does not exceed 85% by weight of moisture even when swollen by moisture, and has excellent tensile strength.

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 foregoing description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into 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 illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise 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 equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application.

Claims (15)

이온 결합 및 공유 결합을 포함하는 고분자 하이드로겔을 신장시키는 단계;
상기 신장된 고분자 하이드로겔을 용매 내에 침지시키는 용매 교환 단계 및
상기 고분자 하이드로겔들 간에 추가의 이온 가교 결합을 형성시키는 단계;
를 포함하고,
상기 하이드로겔의 표면과 상기 하이드로겔의 중심 사이의 거리에 따라 상기 하이드로겔의 물성 변화 속도가 상이한 것인,
하이드로겔의 재구조화 방법.
elongating the polymer hydrogel including ionic and covalent bonds;
A solvent exchange step of immersing the elongated polymer hydrogel in a solvent, and
forming additional ionic cross-links between the polymer hydrogels;
including,
According to the distance between the surface of the hydrogel and the center of the hydrogel, the rate of change of the physical properties of the hydrogel is different,
A method for restructuring a hydrogel.
제 1 항에 있어서,
상기 용매 교환 단계에 의해, 상기 고분자 하이드로겔 내부의 수분이 제거되는 것인, 하이드로겔의 재구조화 방법.
The method of claim 1,
By the solvent exchange step, the moisture inside the polymer hydrogel is removed, the restructuring method of the hydrogel.
제 1 항에 있어서,
상기 용매는 이소프로필알코올 (IPA, isopropyl alcohol), 메탄올, 에탄올, 클로로폼(CHCl3), 아세톤(CH3COCH3), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 하이드로겔의 재구조화 방법.
The method of claim 1,
The solvent is selected from the group consisting of isopropyl alcohol (IPA, isopropyl alcohol), methanol, ethanol, chloroform (CHCl 3 ), acetone (CH 3 COCH 3 ), and combinations thereof. Hydrogel restructuring method.
제 1 항에 있어서,
상기 이온 가교 결합을 형성시키는 단계는 용액 상에 상기 고분자 하이드로겔을 침지하여 수행되는 것인, 하이드로겔의 재구조화 방법.
The method of claim 1,
The step of forming the ionic cross-linkage will be performed by immersing the polymer hydrogel in a solution, the restructuring method of the hydrogel.
제 4 항에 있어서,
상기 용액은 Al, Ba, Ca, Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Mg, Si, W, Cu, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것의 양이온을 포함하는 것인, 하이드로겔의 재구조화 방법.
5. The method of claim 4,
The solution is composed of Al, Ba, Ca, Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Mg, Si, W, Cu, and combinations thereof. A method for restructuring a hydrogel, comprising a cation selected from the group.
제 1 항에 있어서,
상기 용매 교환 단계 및 상기 이온 가교 결합 단계에 의해, 상기 고분자 하이드로겔은 이방성(anisotropic)을 갖는 것인, 하이드로겔의 재구조화 방법.
The method of claim 1,
By the solvent exchange step and the ion crosslinking step, the polymer hydrogel is anisotropic (anisotropic), the restructuring method of the hydrogel.
제 1 항에 있어서,
상기 신장된 고분자 하이드로겔의 초기 길이 대비 신장률은 1 초과 8 이하인, 하이드로겔의 재구조화 방법.
The method of claim 1,
The elongation ratio relative to the initial length of the elongated polymer hydrogel is more than 1 and less than 8, the restructuring method of the hydrogel.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 하이드로겔은 Alginate(Alginic acid), AM(acrylamide), MBAA(N,N’-methylenebisacrylamide), TMEDA(N,N,N′,N′-tetramethylethylenediamine), APS(ammonium persulfate), CaSO4, PEO(poly(ethylene oxide)), PPO(poly(propylene oxide)), PEG(polyethylene glycol), PLA(poly(L-lactic acid)), PLGA(poly(L-glycolic acid)), PNIPAM(poly(Nisopropylacrylamide)), poly(phosphorylcholine), poly(organophosphazene), Glycerol-2-phosphage, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 하이드로겔의 재구조화 방법.
The method of claim 1,
The polymer hydrogel is Alginate (Alginic acid), AM (acrylamide), MBAA (N,N'-methylenebisacrylamide), TMEDA (N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine), APS (ammonium persulfate), CaSO 4 , PEO(poly(ethylene oxide)), PPO(poly(propylene oxide)), PEG(polyethylene glycol), PLA(poly(L-lactic acid)), PLGA(poly(L-glycolic acid)), PNIPAM(poly( Nisopropylacrylamide)), poly(phosphorylcholine), poly(organophosphazene), Glycerol-2-phosphage, and a method of restructuring a hydrogel comprising one selected from the group consisting of combinations thereof.
제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 재구조화되어 물성이 개선된, 하이드로겔.
[Claim 10] The hydrogel having improved physical properties by being restructured by the method according to any one of claims 1 to 7 and 9.
제 10 항에 있어서,
상기 하이드로겔의 코어(core) 및 표면(edge side)은 물성이 상이한 것인, 하이드로겔.
11. The method of claim 10,
The core (core) and the surface (edge side) of the hydrogel will have different physical properties, the hydrogel.
제 11 항에 있어서,
상기 하이드로겔은 신장된 방향에 수직한 방향으로 물성의 구배(gradient)가 형성된 것인, 하이드로겔.
12. The method of claim 11,
The hydrogel is one in which a gradient of physical properties is formed in a direction perpendicular to the direction in which it is stretched.
제 10 항에 있어서,
상기 물성이 개선된 하이드로겔의 무게는 물성이 개선되기 전의 하이드로겔의 무게의 80% 내지 85% 인, 하이드로겔.
11. The method of claim 10,
The weight of the hydrogel with improved physical properties is 80% to 85% of the weight of the hydrogel before the physical properties are improved, the hydrogel.
제 10 항에 따른 하이드로겔을 포함하는, 생체 소재.
A biological material comprising the hydrogel according to claim 10.
제 14 항에 있어서,
상기 생체 소재는 연골, 인공 조직, 줄기 세포 배지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는, 생체 소재.
15. The method of claim 14,
The biomaterial comprises a material selected from the group consisting of cartilage, artificial tissue, stem cell medium, and combinations thereof.
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