KR102425901B1 - 액적화된 하이드로겔 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액적화된 하이드로겔 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 미세유체(microfluidics) 반응 시스템을 통해 작용기를 갖는 액적화된 하이드로겔(hydrogel)의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 액적화된 하이드로겔은 하이드로겔 및 미세입자의 장점을 함께 가지며, 추가로 작용기를 가질 수 있으므로, 생체친화적인 특성을 통해 생체재료, 약물전달, 합성용 고분자지지체, 세포 검출을 위한 3-D 세포배양, 친화크로마토그래피, 생체 내 세포전달체, 프로테인 피싱(protein fishing) 등에서 주요한 역할을 수행할 수 있다.

Description

액적화된 하이드로겔 및 이의 제조방법 {Droplet Based Hydrogel and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 액적화된 하이드로겔 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 미세유체(microfluidics) 반응 시스템을 이용하며, 미세유체 반응 시스텝에 주입되는 용액에 프리폴리머, 개시제 및 작용기 생성화합물을 포함시켜 표면에 작용기를 갖는 액적화된 하이드로겔(hydrogel)의 제조방법에 관한 것이다.
미세유체 반응 시스템(microfluidic reaction system)은 일반적으로 미세유체 반응기로 수십에서 수백 마이크로 미터의 채널크기를 가지는 장치를 이용한 합성 반응 장치를 말하는 것으로, 소량의 시약을 사용하여 반응시간의 단축, 빠른 물질 및 연전달, 확산 거리 최소화, 부반응(side reaction)의 최소화 등 다양한 장점을 바탕으로 기존의 벌크(bulk) 공정이 가지는 단점을 극복하기 위하여 제시되었다. 이는 1990년 이후 수많은 연구자들이 화학물질, 나노소재, 재료 합성, 바이오 물질 분석등 다양한 연구분야에 활용하기 시작하였다. 미세유체 반응 시스템을 이용한 물질합성 방법은 크게 두 가지 방법으로 미세채널을 이용하여 원료를 지속적으로 흘려주면서 화학 반응을 시켜주는 연속 반응방법(continuous reation method)과 미세 액적을 형성하여 액적 내부에서 화학 반응이 일어나는 미세 액적 반응방법(microdroplet-based reation method)이 있다.
미세유체 반응 시스템은 최근 반응기 제작 기술, 액적 형성 원리, 액적 혼합 및 제어, 새로운 기능성 재료의 합성 등의 응용이 넓어지고 있으며, 그로 인한 입자의 크기, 형태, 모양, 구조의 조절에 관한 방법이 발전하고 있다. 액적에 대한 다양한 제어 기술도 발전하면서, 고분자를 합성하는 것이 가능해졌으며 구체적으로는, 광개시제를 포함하고 있는 단량체를 분산상으로 사용하여 액적을 만들고 자외선 조사를 통해 액적 내의 단량체를 중합하여 고분자 비드를 만들 수 있다. 고분자 비드를 만들 때 채널의 표면 성질을 개질해 줌에 따라 폴리우레탄과 같은 소수성의 비드(Jung, J. H., biochip J., 3, 44)나 폴리에틸렌글리콜과 같은 친수성 비드(Choi, C.H., Macromol. Res., 17, 163)를 만드는 것이 가능하다.
또한, 고분자 구조물 합성시 자외선 조사하는 위치나 분산상으로 사용하는 단량체의 종류를 조절함으로써 고분자의 형태를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 두 가지 혹은 그 이상의 다른 기능을 갖도록 각 상간의 계면장력을 미리 고려하여 Janus 형태의 입자를 생성하는 것도 가능하다. 이런 형태의 입자는 전자잉크, 특정 단백질 및 생체물질의 센서 등으로 응용이 가능하다.(Prasad, N., Adv. Funct. Mater., 19)
관련특허로는 대한민국등록특허 10-1725430에서 마이크로유체 칩을 이용한 나노크기의 알지네이트 하이드로겔의 제조방법을 개시하고 있으며, 미국등록특허 9381477에서 마이크로 유체를 통한 나노입자의 제조방법으로 채널의 폭과 넓이, 중합체 용액의 조절을 통한 고분자 입자의 제조가 개시되어 있다. 또한, 미국공개특허 2018-0362969에서 마이크로유체의 조절과 고분자 물질의 조합을 통해서 수많은 물질의 생산이 가능함이 개시되어 있다.
하이드로겔(hydrogel)은 1960년대 Wichterle와 Lim에 의해 폴리-2-하이드록시에틸 메타크릴레이드(poly(2-hydroxyethyl methacrylate)) 하이드로겔의 의학적 사용에 대한 첫 번째 보고 이후 수십년동안 연구가 진행되어 왔다. 하이드로 겔은 수용성 고분자가 물리적 또는 화학적 결합에 의해 3차원의 가교를 형성하고 있는 구조로서, 다양한 수용성 고분자로부터 만들어질 수 있기 때문에 여러 가지 화학적 조성과 물성을 가진다. 하이드로겔은 일반적으로 가공이 용이하고, 다양한 조성과 물성을 가지며, 세포외 기질과의 유사성으로 인한 높은 생체적합성을 통해 약물전달 분야뿐만 아니라 생체 분야에서 많은 활용가능성을 가지고 있다.
하이드로겔의 분류 기준 중 하나는 망상구조를 형성하기 위하여 고분자 사슬들 사이에 이루어지는 가교성질에 의해 나눠진다. 화학적 겔은 고분자 사슬들 사이에 화학적 공유결합에 의해 가교가 형성되며, 두 개 이상의 작용기를 갖는 가교제 존재하에 단량체의 중합을 통해 형성된다. 물리적 겔은 비공유 가교를 형성할 수 있는 결합력에 의해 형성되는 것이며, 정전기적 상호작용, 수소결합, 항원-항체 상호작용 등을 통하여 비공유 결합 형성을 통해 이뤄진다.
하이드로겔을 제조하기 위한 다양한 고분자가 있으나 폴리에틸렌글리콜이 주로 사용되는 것으로 알려져있다. 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG)은 수용성 고분자이고, 산화에틸렌을 중합하여 얻을 수 있는 고분자로서, 분자량에 따라 특성을 달리한다. 폴리에틸렌글리콜은 분자량이 증가함에 따라 수용성, 증기압, 흡습성, 유기용제에 대한 용해성 감소 및 비중, 인화점 증가의 특성을 가지고 있다. 폴리에틸렌글리콜의 분자량 1000 이상부터 의약품, 염료, 수지, 윤활제, 인쇄잉크, 접착제 등으로 사용되고 있으며, 친수성을 가지므로 하이드로겔을 통하여 생체물질로도 많이 사용된다.
폴리에틸렌글리콜 하이드로겔은 수 백 ㎛ 이하의 크기를 가지는 하이드로겔을 말하는데, 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔은 크기가 매우 작고 높은 생체적합성을 가지며, 생물학적·화학적·물리학적 특성을 자유롭게 변화시킬 수 있는 특징이 있는 바, 약물전달, 바이오센서, 조직공학 분야에 널리 응용되고 있다. 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔을 제조하기 위한 방법으로는 에멀젼화(emusification), 마이크로몰딩(micromolding), 포토리소그래피(photolithography), 미세유체장치(microfluidics) 등이 있으며, 최근 미세유체장치를 이용한 연구가 많이 이루어지고 있다.
이와 관련하여, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethylene glycol diacrylate, PEGDA)과 폴리에틸렌글리콜 메틸에티르아크릴레이트(Polyethylene glycol methyl ether acrylate, PEGA)에 자외선 조사를 통하여 여러 가지 형태의 하이드로겔을 합성할 수 있다는 것이 개시되어 있다(Cavallo, Anna., Journal of applied polymer science v.134, 2017).
또한, 관련특허로 미국공개특허 2019-0105279에서는 친수성 폴리머 전구체 용액을 미세유체장치의 채널에 넣어 광중합시키는 방법이 개시되어 있다. 또한, 미국공개특허 2017-0145169에서는 산소통제를 통해 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔의 크기를 조절할 수 있음이 개시되어 있다.
다만, 미세유체 반응 시스템의 발전으로 인해 두 가지 이상의 고분자를 사용하여 합성할 수 있다는 것이 알려져 있기는 하나, 미세유체 반응 시스템을 통해 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔을 제조하는 데에 있어 두 가지 이상의 고분자를 합성하기 위해서는 각 상간의 성질을 충분히 고려하여야 하며, 유체의 속도, 각 상의 농도 등에 의하여도 큰 변수를 가져올 수 있는바 고분자 합성을 위하여 조건을 설정에 따른 이론상의 합성과 실제 실험결과가 상이할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 제조된 액적화된 하이드로겔의 물리화학적 특징이 제조방법에 따라 달라질 수 있으며, 생물학적 효과의 여부도 달리한다.
이에, 본 발명자들은 미세유체 반응 시스템을 사용하여 하이드로겔을 제조하기 위해 노력한 결과, 미세유체 반응 시스템의 각 채널에 프리폴리머, 개시제 및 작용기 생성 화합물을 포함하는 용액을 주입하여 작용기를 포함하는 액적화된 하이드로겔을 제조할 수 있음을 밝힘으로써, 본 발명을 완성하였다.
중국등록특허 CN106589412 한국공개특허 10-2015-0070920 미국공개특허 2019-0105279 미국공개특허 2017-0145169
Biotechnol. Bioeng. 2010, 107, 747-751, Kyoung G. Lee 외, Synthesis and utilization of E.coli-encapsulated PEG-based microdroplet using a microfluidic chip for biological application Journal of Industrial and Engineering Chemistry : JIEC v18 no.4, 2012, 1308-1313, Trung-Dung Dang 외, Preparation of monodisperse PEG hydrogel microparticles using a microfluidic flow-focusing device
본 발명에서는 미세유체 반응 시스템을 활용하며, 프리폴리머 및 작용기 생성화합물을 반응물로 하여 미세유체(microfluidics) 반응 시스템을 통해 표면에 작용기를 갖는 신규한 액적화된 하이드로겔을 제조하는 방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 액적화된 하이드로겔에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
미세유체 반응 시스템의 3개 이상의 채널에 제1 프리폴리머를 포함하는 제1 용액, 제1 개시제를 포함하는 제2 용액 및 작용기 생성화합물을 포함하는 제3 용액을 각각 주입하는 단계; 및 미세유체 반응 시스템의 분산상 및 연속상의 유속을 조절하는 단계를 포함하는 액적화된 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 액적화된 하이드로겔을 제공한다.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액 내지 제2 용액 중 하나 이상의 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머의 프리폴리머일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 한쪽 또는 양쪽 말단이 C1-10 알킬, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머는 양쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제2 프리폴리머는 한쪽 말단이 메틸로 치환되고, 반대쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 분자량이 3000 이하일 수 있다. 구체적으로, 분자량이 2000 이하, 1500 이하일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액은 제2 개시제를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제는 단독 또는 제2 개시제와 혼합하여 중합 반응을 개시하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제 또는 제2 개시제는 라디칼 개시제일 수 있다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제 또는 제2 개시제는 암모늄 퍼설페이트, 테트라메틸 에틸렌디아민, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥시드, 2,2‘-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 디히드로클로라이드, 아세틸 퍼옥시드, 라우로일 퍼옥시드 및 카프로일 퍼옥시드로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
보다 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제는 암모늄 퍼설페이트이고, 제2 개시제는 테트라메틸 에틸렌디아민일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 액적화된 하이드로겔 표면에 하이드록시기, 알데히드기, 카르복시기, 아민기, 카르보닐기, 에테르기, 아미드기 또는 에스테르기를 생성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 하기 화학식 1으로 표현되는 화합물 또는 이의 염의 형태일 수 있다.
[화학식 1]
A-B
상기 화학식 1에서 A는 (CH2)nOH, (CH2)nCHO, (CH2)nCOOH, (CH2)nNH2, (CH2)nCOOR, (CH2)nCONH2, (CH2)nCONHR, (CH2)nCOOR이며, 여기에서, R은 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬이거나 치환 또는 비치환된 C1-10 알케닐이고, n은 1 이상 50 이하의 정수이며, B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액은 제2 프리폴리머 및 제2 개시제를 포함하며, 탈이온수와 혼합하여 제1 프리폴리머 농도가 30 내지 42 % v/v이고, 제2 프리폴리머 농도가 25 내지 40 % v/v이며, 제2 개시제 농도가 3 내지 10 % w/v일 수 있다. 구체적으로 제2 개시제의 농도는 4 내지 7 % w/v일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제2 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 제2 프리폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 제1 개시제의 농도가 2 내지 8 % w/v일 수 있다. 구체적으로 제1 개시제의 농도는 4 내지 6 % w/v일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제3 용액은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 추가 포함되는 폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 작용기 생성화합물의 농도가 1 내지 7 % w/v일 수 있다. 구체적으로 작용기 생성화합물의 농도는 3 내지 5 % w/v일 수 있다.
본 발명이 일 양태에서, 유속은 분산상은 30 내지 70 μL/h, 연속상은 200 내지 300 μL/h일 수 있다. 구체적으로 분산상의 유속은 40 내지 60 μL/h, 45 내지 55 μL/h일 수 있고, 연속상의 유속은 220 내지 280 μL/h, 240 내지 260 μL/h일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔의 액적은 100 ㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다.
상기 액적화된 하이드로겔은 작용기 쉘(shell)을 가지고, 작용기는 아민기일 수 있다. 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 3 내지 10 ㎛ 두께의 작용기 쉘을 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 용매 하에서 부피팽창률이 35% 이하일 수 있다. 구체적으로 부피팽창은 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 생체재료, 약물전달, 합성용 고분자지지체, 세포 검출을 위한 3-D 세포배양, 친화크로마토그래피, 생체 내 세포전달체 또는 프로테인 피싱(protein fishing)에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 액적화된 하이드로겔은 표면에 작용기를 가짐으로써 수 불용성 펩타이드를 수용성 환경으로 유도할 수 있고, 특정 결합을 방지할 수 있으며, 단백질 검출에 이용될 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 미세입자 및 하이드로겔로서의 장점인 외부 환경으로부터 약물 보호, 3-D 세포 배양에 이용 가능성, 이중 하이드로겔 생성 등을 가진다. 따라서, 생체재료, 약물전달, 합성용 고분자지지체, 세포 검출을 위한 3-D 세포배양, 친화크로마토그래피, 생체 내 세포전달체, 프로테인 피싱(protein fishing)에 사용될 수 있다.
도 1은 아크릴화 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔을 제조하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 및 액적화된 PEG 하이드로겔을 현미경으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.
도 3은 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 및 액적화된 PEG 하이드로겔을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 모습을 나타낸 도이다.
도 4는 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔의 크기분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 물(H2O)로 희석 후 팽창된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔을 현미경으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.
도 6은 브로모페놀블루(BPB)로 염색된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔을 현미경으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.
도 7 및 도 8은 플루오레세인 이소씨아네이트(FITC)로 라벨링된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔을 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)으로 촬영한 모습 및 이를 3차원으로 재구성한 모습을 나타낸 도이다.
도 9는 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 및 액적화된 PEG 하이드로겔을 에너지 분산형 분광분석(EDS)을 통해 나타낸 도이다.
도 10은 NIH 3T3 세포 결합여부를 현미경으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.
도 11은 NIH 3T3 세포 결합여부를 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 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.
본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 용어 “~ (하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본 발명은 미세유체 반응 시스템의 3개 이상의 채널에 제1 프리폴리머를 포함하는 제1 용액, 제1 개시제를 포함하는 제2 용액 및 작용기 생성화합물을 포함하는 제3 용액을 각각 주입하는 단계; 및 미세유체 반응 시스템의 분산상 및 연속상의 유속을 조절하는 단계를 포함하는 액적화된 하이드로겔의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 액적화된 하이드로겔에 관한 것이다.
미세유체 반응 시스템은 수십에서 수백 마이크로미터 영역의 크기를 가진 미세유로를 사용하여 적은 양의 유체 또는 작은 크기의 액적을 제조하는 기술로서, 온도, 전하, 빛과 같은 하나 이상의 물리화학적 특성을 수정하거나 변경하는 것 뿐만 아니라 제어된 방식으로 개별 유체 액적의 임의 분할, 이동 및 조합을 제어하기 위한 시스템을 말한다. 또한, 미세유체 반응 시스템은 연속 흐름, 유체 분배, 전기습윤현상, 압력, 광학 또는 이들의 조합을 조절하여 유체 이동을 변경할 수 있다.
미세유체 반응 시스템은 T자 형태의 서로 수직으로 접해 있는 채널 접합부에서 서로 섞이지 않는 연속상과 분산상이 만나 액적을 형성하는 T-junction 방식, 분산상과 연속상이 미세유체 시스템 장치의 각 주입구 채널의 접합부에서 만나며 대칭적으로 존재하는 연속상의 주입 채널로부터 액적을 형성하는 Flow-focusing 방식, 마이크로밸브를 위치시켜 채널로 흐르는 유체의 흐름과 방향을 조절하는 마이크로밸브 방식, 유리모세관에 모세관 니들을 삽입함으로서 액적을 형성하는 Co-flowing stream방식, 미세유체의 전기장을 이용하여 조건 조절을 통하여 액적을 형성하는 Digital microfluidics 방식 등이 있으며, 해당 기술분야의 일반적인 상식에 따라 선택될 수 있다.
미세유체 반응 시스템에서 채널은 유체가 주입되는 통로를 의미하며, 다중 채널을 이용하여 여러 개의 유체를 주입할 수 있고, 채널의 접합부분에서 각각의 채널을 통해 주입된 유체가 혼합되어 액적을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액 내지 제2 용액 중 하나 이상의 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머의 프리폴리머일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 한쪽 또는 양쪽 말단이 C1-10 알킬, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머는 양쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.
또한, 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제2 프리폴리머는 한쪽 말단이 메틸로 치환되고, 반대쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.
프리폴리머의 한쪽 또는 양쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 경우, 개시제에 의해 중합반응이 진행되어 폴리에틸렌글리콜 중합체를 형성할 수 있다. 또한, 제1 프리폴리머, 제2 프리폴리머 및/또는 작용기 생성화합물의 적절한 조합비에 의해 액적화된 하이드로겔 표면에 작용기를 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 분자량이 3000 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 분자량이 2000 이하, 1500 이하일 수 있다. 분자량이 3000 이상에 해당하는 경우 미세유체 반응 시스템의 크기 제한에 의해 채널로 주입되지 않을 수 있고, 점도에 의해 액적이 형성되지 않을 수 있다.
본 발명에서 개시제는 고분자의 중합을 개시하는 화합물로서, 음이온 개시제, 양이온, 라디칼 개시제를 의미할 수 있다. 라디칼 개시제는 온화한 조건 하에서 라디칼 화학종을 생성하여 라디칼 반응을 촉진할 수 있는 화합물을 말하며, 라디칼 반응의 개시는 빛, 유기과산화물, 아조 화합물, 산화-환원제, 유기금속시약, 열, 전해질 등에 의한 라디칼에 의한 개시되거나, 둘 이상의 화합물이 혼합되어 개시될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액은 제2 개시제를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제는 단독 또는 제2 개시제와 혼합하여 중합 반응을 개시할 수 있다. 본 발명에서 제1 용액 및 제2 용액 중 하나의 용액에서 가교 반응 개시제 모두를 포함하는 경우 미세유체 반응 시스템을 이용하기 전에 중합반응이 일어날 수 있어 개시제를 각각 별도로 포함하도록 제1 용액 및 제2 용액을 제조할 수 있다. 또는 프리폴리머를 포함하지 않는 다른 용액에 개시제를 포함함으로써 중합 반응을 개시할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제 또는 제2 개시제는 라디칼 개시제일 수 있다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제 또는 제2 개시제는 암모늄 퍼설페이트, 테트라메틸 에틸렌디아민, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥시드, 2,2‘-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 디히드로클로라이드, 아세틸 퍼옥시드, 라우로일 퍼옥시드 및 카프로일 퍼옥시드로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
보다 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제는 암모늄 퍼설페이트이고, 제2 개시제는 테트라메틸 에틸렌디아민일 수 있다.
라디칼 개시제로서, 상기 화합물 이외에 단량체에 따라 달리 선택할 수 있다. 예를 들면, 디라우로일 퍼옥사이드, 디쿠밀 퍼옥사이드, 쿠밀 히드로 퍼옥사이드, 퍼카보네이트 퍼옥사이드, 아조다이카복실 다이나이트릴, 1,1,2,2-테트라메틸에탄, 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 2-(2-시아노부탄-2-일디아제닐)-2-메틸부탄니트릴, 1,1-아조비스시클로헥산카르보니트릴, 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 아세틸아세톤 퍼옥사이드, tert-부틸 퍼-2-에틸헥사네오에이트, 케톤 퍼옥사이드, tert-부틸 퍼옥토에이트, 메틸이소부틸케톤 퍼옥사이드, 시클로헥사논 퍼옥사이드, 디벤조일 퍼옥사이드, 2,5-비스(2-에틸헥사노일퍼옥시)-2,5-디메틸헥산, tert-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-부틸-퍼옥시-3,5,5-트리메틸헥사노에이트, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)시클로헥산, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, tert-부틸 히드로퍼옥사이드, 및 비스(4-tert-부틸시클로헥실)퍼옥시디카르보네이트 등에서 선택될 수 있고, 상기 예시에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 액적화된 하이드로겔 표면에 하이드록시기, 알데히드기, 카르복시기, 아민기, 카르보닐기, 에테르기, 아미드기 또는 에스테르기를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 하기 화학식 1으로 표현되는 화합물 또는 이의 염의 형태일 수 있다.
[화학식 1]
A-B
상기 화학식 1에서 A는 (CH2)nOH, (CH2)nCHO, (CH2)nCOOH, (CH2)nNH2, (CH2)nCOOR, (CH2)nCONH2, (CH2)nCONHR, (CH2)nCOOR이며,
여기에서, R은 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬이거나 치환 또는 비치환된 C1-10 알케닐이고,
n은 1 이상 50 이하의 정수이며,
B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이다.
작용기 생성화합물은 아크릴레이트 또는 이의 유도체의 구조를 가짐으로써, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머와 반응하여 표면에 반응기를 형성할 수 있다. 또한, 작용기 생성화합물은 표면에 원하는 성질, 두께, 크기 등에 따라 달리 선택할 수 있다.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액은 제2 프리폴리머 및 제2 개시제를 포함하며, 탈이온수와 혼합하여 제1 프리폴리머 농도가 30 내지 42 % v/v이고, 제2 프리폴리머 농도가 25 내지 40 % v/v이며, 제2 개시제 농도가 3 내지 10 % w/v일 수 있다. 구체적으로 제2 개시제의 농도는 4 내지 7 % w/v일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제2 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 제2 프리폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 제1 개시제의 농도가 2 내지 8 % w/v일 수 있다. 구체적으로 제1 개시제의 농도는 4 내지 6 % w/v일 수 있다. 구체적으로 작용기 생성화합물의 농도는 3 내지 5 % w/v일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제3 용액은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 추가 포함되는 폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 작용기 생성화합물의 농도가 1 내지 7 % w/v일 수 있다.
본 발명이 일 양태에서, 유속은 분산상은 30 내지 70 μL/h, 연속상은 200 내지 300 μL/h일 수 있다. 구체적으로 분산상의 유속은 40 내지 60 μL/h, 45 내지 55 μL/h일 수 있고, 연속상의 유속은 220 내지 280 μL/h, 240 내지 260 μL/h일 수 있다.
본 발명에서 프리폴리머 농도, 개시제 농도, 작용기 생성화합물 및 유속은 미세유체 반응 시스템 하에서 하이드로 겔의 크기, 표면 두께, 작용기 종류 등에 따라 적절히 선택될 수 있다. 본 발명에서 농도 및 유속에 따라 미세유체 반응 시스템에서 반응이 일어나는 부위가 달라질 수 있고, 그에 따라 작용기가 형성되지 않을 수 있다. 구체적으로 미세유체 반응 시스템에서 칩의 코어 영역에서 라디칼 개시가 실시되어, 초기중합과 함께 액적 표면에 작용기를 형성할 수 있고, 이는 농도 및 유속 제어에 의해 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 액적화된 하이드로겔을 제공한다.
본 발명에서, 액적화된 하이드로겔은 상기 프리폴리머, 개시제 및 작용기 생성화합물의 종류에 따라 다양한 크기, 형태, 성질 등을 가질 수 있다. 또한, 액적화된 하이드로겔은 친수성 고분자가 가교되서 3차원 망상구조를 가지는 것으로 미세유체 반응 시스템에 의해 제조되어 구형의 형태를 가지고, 표면에 의해 단분산될 수 있다. 또한, 수성환경 하에서는 가교구조에 의해 용해되지는 않으나 용매를 흡수하여 팽윤하는 성질을 가진다.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔의 액적은 100 ㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 액적화된 하이드로겔은 표면에 작용기 쉘(shell)을 가지고, 작용기는 아민기일 수 있다. 구체적인 본 발명의 일 양태에서 작용기 쉘은 3 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 작용기 쉘에서 작용기가 아민기인 경우 세포결합능이 향상되며, 비특이적 흡착없이도 세포결합이 가능하여 시약 접근성이 높아진다.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 용매하에서 부피팽창률이 35% 이하일 수 있다. 구체적으로 부피팽창률은 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하일 수 있다. 용매의 성질에 따라 부피팽창 정도가 달라질 수 있으나, 부피팽창률이 적은 경우 용매 하에서 이용되기에 적합한 성질을 가진다.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 생체재료, 약물전달, 합성용 고분자지지체, 세포 검출을 위한 3-D 세포배양, 친화크로마토그래피, 생체 내 세포전달체 또는 프로테인 피싱(protein fishing)에 사용될 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 액적화된 하이드로겔은 아크릴계 고분자의 특성을 가질 수 있고, 미세입자 및 하이드로겔로서의 장점을 가지며, 작용기를 가져 다양한 용도로 사용될 수 있는 특성을 가지는 이점이 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 아민 작용기를 포함하는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 하이드로겔의 제조
<1-1> 반응물 준비
테트라메틸 에틸렌디아민(tetramethylethylenediamine, TEMED), 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate, AP), 폴리에틸렌글리콜 메틸에테르아크릴레이트(poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate, PEGA, Mn=480), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(poly(ethylene glycol diacrylate, PEGDA, Mn=700), 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드(2-aminoethyl methacrylate hydrochloride), 플루오레세인 이소씨아네이트(fluorescein isothiocyanate, FITC) 및 브로모페놀 블루(bromophenol blue, BPB)를 Sigma-Aldrich로부터 구매하였다.
디클로로메탄(Dichloromethane, DCM), 아세토나이트릴(Acetonitrile, ACN), 메탄올(methanol), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformaide, DMF), 아세틱 안하이드라이드(acetic anhydride) 및 N,N-디이소프로필에틸아민(N,N-diisopropylethylamine, DIPEA)는 대정화학&금속(Daejung Chemicals&Metals Co.)로부터 구매하였다.
HFE 7500(Novec) 및 Krytox 계면활성제는 RAN biotechonologies로부터 구매하였다.
말레이미드-N-하이드록시숙시니미드 에스테르 이작용성 링커(maleimide-N-hydroxysuccinimide ester bifunctional linker, MAL-dPEG6-NHS ester: MAL-NHS linker)는 Quanta Biodesign으로부터 구매하였다.
GRGDSC 펩티드(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Cys, 80% HPLC 순도)는 SPPC법(Solid-phase peptide synthesis method)을 통해 제조하였다.
NIH 3T3 마우스 섬유 아세포(fibroblast)는 한국세포주은행에서 구입하였으며, RPMI 1640 배지에서 10%(v/v) 태아소혈청(fetal bovine serum), 100 U/mL 페니실린(penicilline) 및 100 g/mL 스트렙토마이신(streptomycin)로 배양하였다.
<1-2> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 제조를 위한 수용액 제조
수용액 1 : TEMED 60 mg을 탈이온수 370 μL에 용해시켰다. 이어서, 폴리에틸렌글리콜-메틸에테르아크릴레이트(PEG-A) 300 μL, 폴리에틸렌글리콜-디아크릴레이트(PEG-DA) 330 μL를 혼합하였다.
수용액 2 : 폴리에틸렌글리콜-메틸에테르아크릴레이트(PEG-A) 100 μL, 암모늄 퍼설페이트(AP) 50 mg 및 탈이온수 900 μL를 혼합하였다.
수용액 3 : 탈이온수 900 μL, 폴리에틸렌글리콜 100 μL 및 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드 35 mg을 혼합하였다.
<1-3> 미세유체 반응 시스템을 이용하여 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 제조
미세유체칩은 Darwin microfluidics(Cell Barcoding Chip-PDMS, 채널깊이(Channel depth) = 80 m, 노즐 너비(Nozzlewidth) = 100 m, 주채널너비(main channel width) = 140 m)를 사용하였다.
미세유체칩의 연속상은 Krytox(0.5%, modified) 계면활성제를 용해시킨 플루오로카본 오일(fluorocarbon oil) HFE 7500을 사용하였다. 미세유체칩의 분산상 주입구 1 내지 3에 실시예 <1-2>에서 제조된 수용액 1 내지 3을 각각 주입하였다.
미세유체칩의 분산상은 50 μL/h, 연속상은 250 μL/h의 유속으로 개별 시린지 펌프를 통해 제어하였다. 고화된 액적은 미세유체칩의 출구를 통해 유리 바이알에 수집하였다.
그 후, 유리 바이알에 20% 퍼플루오로옥탄 HFE 오일을 첨가하여 액적화된 PEG 하이드로겔을 분리하고, 순차적으로 헥산 중 1 % (v/v) Span 80, 탈이온수 중 0.1 % (v/v) Triton X-100 및 탈이온수를 이용해 3회 세척하였다.
제조된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔을 현미경 및 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)을 통해 관찰하였다. 관찰 결과는 도 2 및 도 3에서 나타난 바와 같다.
<비교예 1> 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔의 제조
실시예 <1-2>에서 제조한 수용액 1 및 2를 준비하였다.
미세유체칩의 조건은 실시예 <1-3>와 같은 조건으로 하여, 분산상 주입구 1 및 2에 각각 실시예 <1-2>에서 제조한 수용액 1 및 2를 주입하였다. 이후 실시예 1-3과 동일한 과정을 거쳐 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔을 제조하였다.
<실험예 1> FITC 커플링을 통한 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 관찰
아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 하이드로겔 10 mg을 함유하는 반응 튜브를 FITC (2 당량) 및 DIPEA (4 당량)를 포함하는 DMF 3 mL 용액과 함께 암흑에서 18 시간동안 혼합교반하였다. 그 후, 액적화된 PEG 하이드로겔을 DMF, DCF 및 MeOH로 3회 세척하고 진공에서 건조시켰다. 그 후 공초점 레이저 주사현미경(CLSM)을 통해 관찰하였으며, 관찰한 결과는 도 7에 나타난 바와 같다.
<실험예 2> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔에 RGD 펩티드 고정 및 세포결합 분석
<2-1> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔에 RGD 펩티드 고정
6.8 μM DIPEA 및 3.4 μM MAL-NHS linker를 DMF 1 mL에 용해시켰다. 그 후, 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 13 mg을 첨가하고 37℃에서 1시간 배양하였다. 배양된 하이드로겔을 DMF 및 메탄올로 3번 세척하고 0.6 μM DIPEA 및 1.6 M GRGDSC 펩타이드를 포함하는 DMF 1 mL 용액에 첨가하여 37℃에서 1시간 재배양하였다. 그 후, 펩티드가 고정된 하이드로겔을 DMF와 메탄올로 세척한 후 진공 데시케이터(desiccator)에 저장하였다.
<2-2> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔의 세포 결합 분석
NIH T3T 세포(300,000 cells/mL)를 트립신으로 처리하고 96-well plate 내 배양 배지에서 실험예 2-1에서 제조된 펩티드 고정된 하이드로겔과 함께 2일 동안 배양하였다. 그 후, 세포 결합 여부 확인을 위하여 칼세인(Calcein) AM 용액 1 μM을 이용하여 PBS에서 40분동안 염색하였다. 그 후 현미경 및 공초점 레이저 주사현미경(CLSM)을 통해 관찰하였으며, 그 결과는 도 10 및 도 11에 나타난 바와 같다.
<실험예 3> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔의 부피 팽창 확인
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 하이드로겔을 물 등 각종 용매에 넣은 후, 부피 팽창 정도를 측정하였다. 실험결과는 표 1에 나타난 바와 같다.
팽창 부피 (mL/g) 톨루엔 ACN DCM DMF 메탄올 물
실시예 1 1.8 3.3 3.3 2.5 2.4 2.2
비교예 1 3.4 4.2 4.6 4.0 3.1 2.5
상기 표 1에서 실시예 1에서 제조된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔은 아민 작용기를 갖지 않는 하이드로겔과 비교하여 모든 용매하에서 낮은 부피팽창율을 보였다. 또한, 용매의 극성, 무극성 정도에 따라 차이는 있으나 무관하게 부피팽창정도가 크게 차이나지 않았다.

Claims (25)

  1. 미세유체 반응 시스템의 3개 이상의 채널에 제1 프리폴리머 및 제2 개시제를 포함하는 제1 용액, 제1 개시제를 포함하는 제2 용액 및 작용기 생성화합물을 포함하는 제3 용액을 각각 주입하는 단계; 및
    미세유체 반응 시스템의 분산상 및 연속상의 유속을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 프리폴리머는 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상이며,
    상기 작용기 생성화합물은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물 또는 이의 염의 형태인, 액적화된 하이드로겔의 제조방법:
    [화학식 1]
    A-B
    상기 화학식 1에서 A는 (CH2)nOH, (CH2)nCHO, (CH2)nCOOH, (CH2)nNH2, (CH2)nCOOR, (CH2)nCONH2, (CH2)nCONHR, (CH2)nCOOR이며,
    여기에서, R은 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬이거나 치환 또는 비치환된 C1-10 알케닐이고,
    n은 1 이상 50 이하의 정수이며,
    B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 용액 내지 제2 용액 중 하나 이상의 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하는 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 한쪽 또는 양쪽 말단이 C1-10 알킬, 아크릴레이트, 또는 메타크릴레이트로 치환된 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리폴리머는 양쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2 프리폴리머는 한쪽 말단이 메틸로 치환되고, 반대쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 분자량이 3000 이하인 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개시제는 단독 또는 제2 개시제와 혼합하여 중합 반응을 개시하는 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개시제 또는 제2 개시제는 라디칼 개시제인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개시제 또는 제2 개시제는 암모늄 퍼설페이트, 테트라메틸 에틸렌디아민, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥시드, 2,2‘-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 디히드로클로라이드, 아세틸 퍼옥시드, 라우로일 퍼옥시드 및 카프로일 퍼옥시드로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개시제는 암모늄 퍼설페이트이고, 제2 개시제는 테트라메틸 에틸렌디아민인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 작용기 생성화합물은 액적화된 하이드로겔 표면에 하이드록시기, 알데히드기, 카르복시기, 아민기, 카르보닐기, 에테르기, 아미드기 또는 에스테르기를 생성하는 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 작용기 생성화합물은 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 용액은 제2 프리폴리머 및 제2 개시제를 포함하며, 탈이온수와 혼합하여 제1 프리폴리머 농도가 30 내지 42 % v/v이고, 제2 프리폴리머 농도가 25 내지 40 % v/v이며, 제2 개시제 농도가 3 내지 10 % w/v인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 제2 프리폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 제1 개시제의 농도가 2 내지 8 % w/v인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제3 용액은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하고 탈이온수와 혼합하여 추가 포함되는 폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 작용기 생성화합물의 농도가 1 내지 7 % w/v인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 유속은 분산상은 30 내지 70 μL/h, 연속상은 200 내지 300 μL/h인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
  20. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제7항, 제9항 내지 제13항 및 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 액적화된 하이드로겔.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 액적은 100 ㎛ 이하의 크기를 갖는 액적화된 하이드로겔.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 액적화된 하이드로겔은 표면에 작용기 쉘(shell)을 가지며, 작용기는 아민기인 액적화된 하이드로겔.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 작용기 쉘(shell)은 3 내지 10 ㎛ 두께인 액적화된 하이드로겔.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 액적화된 하이드로겔은 용매 하에서 부피 팽창률이 35% 이하인 액적화된 하이드로겔.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 액적화된 하이드로겔은 생체재료, 약물전달, 합성용 고분자지지체, 세포 검출을 위한 3-D 세포배양, 친화크로마토그래피, 생체 내 세포전달체 또는 프로테인 피싱(protein fishing)에 사용되는 액적화된 하이드로겔.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007533798A (ja) 2004-04-23 2007-11-22 クマチェヴァ、ユージニア 特定の粒径、形状、形態および組成を有するポリマー粒子の製造方法
US20120108721A1 (en) 2009-05-07 2012-05-03 Centre National De La Recherche Scientifique Microfluidic system and methods for highly selective droplet fusion
JP2017537776A (ja) * 2014-11-24 2017-12-21 ザ プロクター アンド ギャンブル カンパニー 液滴及び他の区画内での活性物質のカプセル化のためのシステム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105916495B (zh) * 2013-11-08 2019-11-12 泰尔茂株式会社 聚合物颗粒
KR101668911B1 (ko) 2013-12-17 2016-10-24 주식회사 르네셀 미세유체기술을 이용한 마이크로젤-지질막 구조체의 제조방법 및 이를 함유하는 화장료 조성물
WO2017075072A1 (en) 2015-10-26 2017-05-04 University Of Wyoming Methods of generating microparticles and porous hydrogels using microfluidics
KR101912826B1 (ko) * 2016-10-25 2018-10-30 한국생산기술연구원 특정분자 친화력을 갖는 하이드로겔 및 이를 이용한 하이드로겔의 부피 조절 방법
CN106589412B (zh) 2016-11-28 2018-09-14 华南理工大学 一种基于微流控技术的聚合物微凝胶的制备方法
US11166920B2 (en) 2017-10-05 2021-11-09 Auburn University Microfluidics device for fabrication of large, uniform, injectable hydrogel microparticles for cell encapsulation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007533798A (ja) 2004-04-23 2007-11-22 クマチェヴァ、ユージニア 特定の粒径、形状、形態および組成を有するポリマー粒子の製造方法
US20120108721A1 (en) 2009-05-07 2012-05-03 Centre National De La Recherche Scientifique Microfluidic system and methods for highly selective droplet fusion
JP2017537776A (ja) * 2014-11-24 2017-12-21 ザ プロクター アンド ギャンブル カンパニー 液滴及び他の区画内での活性物質のカプセル化のためのシステム

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