KR102483862B1 - Eco-friendly biocompatible conductive hydrogel for medical device electrode and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to conductive hydrogel and a preparation method thereof and, more specifically, to eco-friendly biocompatible conductive hydrogel and a preparation method thereof, which has little toxicity because the eco-friendly natural polymer is used and does not give stimulation to a body when used for a long time, so that the hydrogel can be utilized as an electrode of a medical device. The eco-friendly biocompatible conductive hydrogel of the present invention comprises: an anionic natural polymer; cationic cellulose nanofiber obtained by modifying the surface of anionic cellulose fiber and converting the width of the fiber into a nano size to introduce a cationic group; an electrolyte salt; and an adhesive, wherein the anionic natural polymer is cross-linked by the cationic cellulose nanofiber to form a natural polymer matrix.

Description

의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔 및 그 제조방법{ECO-FRIENDLY BIOCOMPATIBLE CONDUCTIVE HYDROGEL FOR MEDICAL DEVICE ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Biocompatible eco-friendly conductive hydrogel for electrodes in medical devices and its manufacturing method

본 발명은 전도성 하이드로겔 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경 천연 고분자를 사용하여 독성이 거의 없고 장시간 사용 시 생체에 자극을 주지 않아 의료기기의 전극으로 활용할 수 있는 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive hydrogel and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a biocompatible, eco-friendly conductive hydrogel that can be used as an electrode for medical devices because it uses eco-friendly natural polymers, has little toxicity, and does not stimulate the body when used for a long time. It relates to a gel and a manufacturing method thereof.

전도성 하이드로겔은 점착 특성 및 높은 수분 함량을 가지고, 이온전도성 물질로 처리되어 전도성을 개선시키는 능력이 있어 피부에 전극으로 부착시킬 수 있게 하는 것으로, 의료산업의 진단용 계측기기에 사용되는 부속품 재료의 하나로 광범위하게 사용되고 있으며, 특히 생체의 전기적 신호 전달력을 높여주는 소재로 활용되고 있다.Conductive hydrogel has adhesive properties and high water content, and has the ability to improve conductivity by being treated with ion-conductive materials, allowing it to be attached to the skin as electrodes. In particular, it is used as a material that enhances the electrical signal transmission power of the living body.

예를 들어 전도성 하이드로겔은 심전도(electrocardiogram, ECG) 전극, 뇌전도(electroencephalography, EEG) 전극, 근전도(electromyogram, EMG) 전극, 경피적 전기 신경자극기(transcutaneous electrical nerve stimulation, TENS) 전극, 고주파 수술기(electro surgical unit, ESU) 접지 전극 등과 같은 의료기기 전극에 사용될 수 있다.For example, conductive hydrogels can be used for electrocardiogram (ECG) electrodes, electroencephalography (EEG) electrodes, electromyogram (EMG) electrodes, transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) electrodes, and electrosurgical devices. unit, ESU) can be used for medical device electrodes such as ground electrodes.

전도성 하이드로겔은 부도체인 고분자로 이루어진 겔의 삼차원 네트워크 구조 내에, 전류를 흐르게 하는 물질로 알려진 전도성 고분자의 단량체를 가교제에 의한 화학적 가교방식을 통해 중합하여 제조되는 것이 일반적이다.Conductive hydrogels are generally prepared by polymerizing monomers of a conductive polymer, known as a material that allows current to flow, through chemical cross-linking with a cross-linking agent in a three-dimensional network structure of a gel composed of a non-conductive polymer.

하지만 전도성 하이드로겔의 망상 구조를 형성하는 고분자와, 상기 고분자를 가교시키는 가교제는 인위적으로 합성된 합성 고분자 종류를 사용하게 되는데, 이 경우 가교 후 잔류 가교제의 제거를 필요로 할 때가 있고 친환경적이지 못할 뿐만 아니라, 합성 고분자의 독성으로 인해 철저하게 관리하지 못하면 생체 적합성을 얻을 수 없다.However, the polymer forming the network structure of the conductive hydrogel and the crosslinking agent for crosslinking the polymer are artificially synthesized synthetic polymers. In addition, biocompatibility cannot be obtained unless it is thoroughly managed due to the toxicity of synthetic polymers.

하이드로겔에 전도성을 부여하는 전도성 고분자의 경우 현재 알려져 있는 대표적인 종류로 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리싸이오펜 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 등이 있으나, 수계 용매 상에서 잘 용해되지 않고 열적으로도 가공이 어려우며, 전도성 고분자 역시 독성이 있어 인체에 전극으로 장시간 부착 시 피부 트러블을 유발하는 문제점이 있기 때문에 전도성 고분자가 함유된 전도성 하이드로겔의 사용에 제한성이 있다.Polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, or poly(3,4-ethylenedioxythiophene) are typical examples of conductive polymers that impart conductivity to hydrogels, but they do not dissolve well in aqueous solvents. Since the conductive polymer is also toxic and causes skin trouble when attached to the human body as an electrode for a long time, the use of the conductive hydrogel containing the conductive polymer is limited.

'전기전도성 마이크로겔 및 이의 제조방법(등록번호: 10-0357902)'에서는 폴리아닐린, 폴리피롤 또는 폴리싸이오펜과 같은 전도성 고분자를 유도하는 단량체 3 내지 30 중량% 및 도판트 1 내지 20 중량%를 고분자 마이크로겔 5 내지 60 중량%가 포함된 유기 용액 15 내지 80 중량%에 첨가한 다음, 산화제 중합 촉매 1 내지 40 중량%가 포함된 수용액 2 내지 40 중량%을 첨가하여 0 내지 80 ℃의 온도에서 반응시켜 제조되어 전기전도성이 우수한 마이크로겔을 개시한다.In 'Electrical Conductive Microgel and Manufacturing Method (Registration No.: 10-0357902)', 3 to 30% by weight of a monomer that induces a conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole or polythiophene and 1 to 20% by weight of a dopant are polymer microgels. After adding 15 to 80% by weight of an organic solution containing 5 to 60% by weight of gel, 2 to 40% by weight of an aqueous solution containing 1 to 40% by weight of an oxidizing agent polymerization catalyst is added and reacted at a temperature of 0 to 80 ° C. Disclosed is a microgel prepared and having excellent electrical conductivity.

그러나 합성 고분자의 사용을 배제하지 못한 상태여서, 최근 증대하고 있는 생체 적합성을 가지면서 친환경적이고 의료기기 전극에 사용되는 전도성 하이드로겔에 대한 요구를 여전히 만족시키지 못하고 있을 뿐만 아니라, 바로 상용화시킬 수 있는 최적의 조성 및 배합비율을 제공하지 못하고 있는 실정이다.However, since the use of synthetic polymers has not been ruled out, it still does not satisfy the demand for a biocompatibility, eco-friendly, and conductive hydrogel used in electrodes of medical devices, which has recently been increasing, and can be commercialized immediately. The composition and blending ratio of is not provided.

KRKR 10-0357902 10-0357902 B1B1

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 친환경 천연 고분자를 사용하여 독성이 거의 없고 장시간 사용 시 생체에 자극을 주지 않아 의료기기의 전극으로 활용할 수 있는 전도성 하이드로겔 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.The present invention was invented to solve the above problems, and provides a conductive hydrogel that can be used as an electrode for medical devices because it has little toxicity using eco-friendly natural polymers and does not stimulate the body when used for a long time and a manufacturing method thereof Doing so is a technical solution.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 음이온성 천연 고분자; 음이온성 셀룰로오스 섬유를 표면 개질하고 섬유 폭을 나노화 시켜 양이온성 작용기가 도입된, 양이온성 셀룰로오스 나노섬유; 전해질 염; 및 점착제;를 포함하고, 상기 음이온성 천연 고분자가 상기 양이온성 셀룰로오스 나노섬유에 의해 가교되어 천연 고분자 매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는, 의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention, an anionic natural polymer; Cationic cellulose nanofibers, into which cationic functional groups are introduced by surface modification of anionic cellulose fibers and nanoization of fiber width; electrolyte salts; and an adhesive, wherein the anionic natural polymer is crosslinked by the cationic cellulose nanofibers to form a natural polymer matrix, providing a biocompatible, eco-friendly conductive hydrogel for electrodes in medical devices.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 하이드로겔은, 수계 용매 75 내지 120 중량부 존재 하에서, 상기 음이온성 천연 고분자 0.1 내지 5 중량부, 상기 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 0.1 내지 5 중량부, 상기 전해질 염 0.1 내지 10 중량부 및 상기 점착제 20 내지 50 중량부를 혼합한 후 코팅 및 열처리하여 형성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the conductive hydrogel comprises 0.1 to 5 parts by weight of the anionic natural polymer, 0.1 to 5 parts by weight of the cationic cellulose nanofibers, and 0.1 to 10 parts by weight of the electrolyte salt in the presence of 75 to 120 parts by weight of an aqueous solvent. It is characterized in that it is formed by mixing parts by weight and 20 to 50 parts by weight of the pressure-sensitive adhesive, followed by coating and heat treatment.

본 발명에 있어서, 상기 전해질 염은, 염화칼슘(CaCl2), 염화리튬(LiCl), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl) 및 염화세슘(CsCl)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 염화물인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the electrolyte salt is at least one chloride selected from the group consisting of calcium chloride (CaCl 2 ), lithium chloride (LiCl), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl) and cesium chloride (CsCl). to be

상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 수계 용매 존재 하에서, 음이온성 천연 고분자, 음이온성 셀룰로오스 섬유를 표면 개질하고 섬유 폭을 나노화 시켜 양이온성 작용기가 도입된 양이온성 셀룰로오스 나노섬유, 전해질 염 및 점착제를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계; 상기 하이드로겔 용액을 시트 형태로 코팅하는 단계; 및 상기 시트 형태로 코팅된 하이드로겔 용액을 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 하이드로겔 용액을 열처리하는 단계는, 상기 음이온성 천연 고분자가 상기 양이온성 셀룰로오스 나노섬유에 의해 가교되어 천연 고분자 매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는, 의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above other technical problems, the present invention, in the presence of an aqueous solvent, surface modification of anionic natural polymers and anionic cellulose fibers and nanoization of fiber width to cationic cellulose nanofibers and electrolyte salts into which cationic functional groups are introduced and preparing a hydrogel solution by mixing an adhesive; coating the hydrogel solution in a sheet form; and heat-treating the hydrogel solution coated in the form of a sheet; wherein, in the heat-treating the hydrogel solution, the anionic natural polymer is crosslinked by the cationic cellulose nanofibers to form a natural polymer matrix Characterized in that, it provides a method for producing a biocompatible eco-friendly conductive hydrogel for electrodes of medical devices.

본 발명에 있어서, 상기 하이드로겔 용액은, 상기 수계 용매 75 내지 120 중량부 존재 하에서, 상기 음이온성 천연 고분자 0.1 내지 5 중량부, 상기 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 0.1 내지 5 중량부, 상기 전해질 염 0.1 내지 10 중량부 및 상기 점착제 20 내지 50 중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the hydrogel solution, in the presence of 75 to 120 parts by weight of the aqueous solvent, 0.1 to 5 parts by weight of the anionic natural polymer, 0.1 to 5 parts by weight of the cationic cellulose nanofibers, 0.1 to 5 parts by weight of the electrolyte salt It is characterized in that it is prepared by mixing 10 parts by weight and 20 to 50 parts by weight of the pressure-sensitive adhesive.

상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔에 따르면, 합성 고분자의 사용을 배제하여 독성이 거의 없으면서 생체에 적합하고 친환경적일 뿐만 아니라, 장시간 사용함에도 불구하고 자극이 없어 피부 트러블을 유발하지 않으므로, 웨어러블 심전도 측정 기기와 같은 진단용 계측기기의 전극을 대체할 수 있는 효과가 있다. 즉 본 발명의 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔을 이용하여 의료기기용 전극으로 사용할 수 있다.According to the biocompatible eco-friendly conductive hydrogel for electrodes of medical devices of the present invention by means of solving the above problems, it is not only biocompatible and eco-friendly with little toxicity by excluding the use of synthetic polymers, but also does not cause stimulation despite long-term use. Since it does not cause skin trouble, there is an effect that can replace the electrode of a diagnostic measuring device such as a wearable electrocardiogram measuring device. That is, the biocompatible, eco-friendly conductive hydrogel of the present invention can be used as an electrode for medical devices.

특히, 표면 개질 및 나노화를 통하여 양이온성 작용기가 도입된 양이온성 셀룰로오스 나노섬유에 의해 음이온성 천연 고분자를 3차원 네트워크 구조의 매트릭스 형태로 가교시킬 수 있으므로, 별도의 합성 고분자로 이루어진 가교제를 첨가하지 않아도 되는 효과가 있다.In particular, since anionic natural polymers can be crosslinked in a matrix form of a three-dimensional network structure by cationic cellulose nanofibers into which cationic functional groups are introduced through surface modification and nanoization, even without adding a crosslinking agent made of a separate synthetic polymer. has the effect of

도 1은 본 발명에 따른 의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔의 제조과정도.1 is a manufacturing process of a biocompatible eco-friendly conductive hydrogel for electrodes for medical devices according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and various forms, specific embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "comprise" or "having" are intended to designate that a combination of features, numbers, steps, elements, etc. described in the specification exist, but one or more other features, numbers, steps, etc. It should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of combinations of components and the like.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this application, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

여기서 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시 형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Here, repetitive descriptions, well-known functions that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, and detailed descriptions of configurations are omitted. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

본 발명은 수용성 망상 구조의 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔에 관한 것으로, 음이온성 천연 고분자와 양이온성 셀룰로오스 나노섬유를 사용하되 별도의 가교제를 첨가하지 않고도 음이온성 천연 고분자가 양이온성 셀룰로오스 나노섬유에 의해 가교되어 3차원 네트워크 구조의 천연 고분자 매트릭스를 형성하여 의료기기 전극으로 사용되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a biocompatible, eco-friendly conductive hydrogel with a water-soluble network structure, which uses anionic natural polymer and cationic cellulose nanofibers, but crosslinks the anionic natural polymer by cationic cellulose nanofibers without adding a separate crosslinking agent. It is characterized in that it is used as a medical device electrode by forming a natural polymer matrix of a three-dimensional network structure.

이러한 특징을 갖는 본 발명의 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔은 음이온성 천연 고분자와, 음이온성 셀룰로오스 섬유를 표면 개질하고 섬유 폭을 나노화 시켜 양이온성 작용기가 도입된 양이온성 셀룰로오스 나노섬유와, 전해질 염과, 점착제를 포함하여 구성될 수 있다.The biocompatible eco-friendly conductive hydrogel of the present invention having these characteristics is an anionic natural polymer, an anionic cellulose fiber, a cationic cellulose nanofiber into which a cationic functional group is introduced by modifying the surface of the anionic cellulose fiber and making the fiber width nano, an electrolyte salt, It may contain an adhesive.

특히 종래 금속 이온을 가교제로 사용했던 것과 달리, 양이온성 셀룰로오스 나노섬유가 가교제 기능을 수행하도록 함으로써 음이온성 천연 고분자가 가교되면서 3차원 네트워크 구조의 천연 고분자 매트릭스를 이룰 수 있게 된다.In particular, unlike conventional metal ions used as a cross-linking agent, cationic cellulose nanofibers function as a cross-linking agent so that an anionic natural polymer is cross-linked to form a natural polymer matrix with a three-dimensional network structure.

이에 따른 전도성 하이드로겔의 전기저항값은 0.7 내지 4.8 kΩ·cm가 될 수 있으며, 상기 범위일 때 의료기기용 전극으로 활용되는데 유효하다. 전도성 하이드로겔의 저항값이 4.8 kΩ·cm를 초과하면 전기전도성이 너무 낮아 의료기기용 전극으로 활용할 수 없으며, 0.7 kΩ·cm 미만일 경우 전기전도성이 너무 높아져 생체에 부착하는 전극으로 활용하는데에는 어려움이 있다.Accordingly, the electrical resistance value of the conductive hydrogel may be 0.7 to 4.8 kΩ·cm, and it is effective to be used as an electrode for medical devices when the range is above. If the resistance value of the conductive hydrogel exceeds 4.8 kΩ cm, the electrical conductivity is too low to be used as an electrode for medical devices, and if it is less than 0.7 kΩ cm, the electrical conductivity is too high, making it difficult to use it as an electrode attached to the living body. .

음이온성 천연 고분자는 생체 적합성을 갖는 친환경적인 고흡수성 수지로써, 양이온성 셀룰로오스 나노섬유에 의해 가교되어 전도성 하이드로겔 상에서 3차원 네트워크 구조의 천연 고분자 매트릭스를 형성하는 구성이다.The anionic natural polymer is an eco-friendly superabsorbent polymer having biocompatibility, which is crosslinked by cationic cellulose nanofibers to form a three-dimensional network structured natural polymer matrix on a conductive hydrogel.

음이온성 천연 고분자로는 알긴산(alginate), 잔탄검(xanthan gum), 카라기난(carrageenan) 및 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스(sodium carboxymethyl cellulose, CMC)로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 단, 음이온성 천연 고분자로 상기 종류에 국한되는 것만은 아니고 수계 용매와 반응하여 음이온성을 띄는 천연 고분자라면 다양하게 사용할 수 있다.As the anionic natural polymer, at least one selected from the group consisting of alginate, xanthan gum, carrageenan, and sodium carboxymethyl cellulose (CMC) may be used. However, it is not limited to the above types as an anionic natural polymer, and any natural polymer that reacts with an aqueous solvent and exhibits anionic properties can be used in various ways.

그중 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스는 히드록시기(-OH)를 가져 높은 수분 흡수성 및 친수성 고분자로 물에 잘 녹고, 생체 적합성이 뛰어나 인체에 무해한 특성을 갖고 있다.Among them, sodium carboxymethyl cellulose has a hydroxyl group (-OH), is highly water-absorbent and hydrophilic polymer, dissolves well in water, and has excellent biocompatibility and is harmless to the human body.

음이온성 천연 고분자의 함량은 0.1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 음이온성 천연 고분자는 전도성 하이드로겔의 매트릭스를 구성해야 하기 때문에 최소 0.1 중량부 이상은 함유되는 것이 좋다. 음이온성 천연 고분자가 5 중량부를 초과하여 함유되게 하면 양이온성 셀룰로오스 나노섬유의 양이온성 작용기와 결합되지 못하는 음이온이 잔존하게 되어 가교 성능이 저하됨으로써 겔화 생성이 안되어 기계적 물성이 낮아지는 단점이 있다.The content of the anionic natural polymer may be included in 0.1 to 5 parts by weight. Since the anionic natural polymer must constitute the matrix of the conductive hydrogel, it is preferable to contain at least 0.1 parts by weight or more. When the anionic natural polymer is contained in an amount exceeding 5 parts by weight, anions that cannot be combined with the cationic functional groups of the cationic cellulose nanofibers remain, and the crosslinking performance is lowered, so that gelation is not generated and mechanical properties are lowered.

양이온성 셀룰로오스 나노섬유는 음이온성 셀룰로오스 섬유를 표면 개질하고 섬유 폭을 나노화시켜 양이온성 작용기가 도입된 구성이다.Cationic cellulose nanofibers have a configuration in which cationic functional groups are introduced by modifying the surface of anionic cellulose fibers and nanonizing the fiber width.

양이온성 셀룰로오스 나노섬유를 설명하기에 앞서, 셀룰로오스는 친환경성 물질로 대부분의 식물 구성 성분 중 40 내지 50 %의 비율을 차지하고 있는 천연 고분자이다. 셀룰로오스를 나노 수준으로 분화한 것을 나노 셀룰로오스라고 하는데, 그중 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofiber, CNF)는 그 자체로 종횡비와 비표면적이 크고, 높은 강도적 특성 및 열적 안정성을 가지며, 음전하를 지니는 셀룰로오스로부터 제조되기 때문에 음이온성을 띄고 있어 친환경적인 음이온성 천연 고분자와 반응성이 떨어져 결합을 하지 못한다. 이를 위해 음이온성을 갖는 셀룰로오스 섬유에 표면 개질 및 나노화를 통해 양이온성 작용기를 도입한 셀룰로오스 나노섬유를 사용하여 음이온성 천연 고분자와의 반응성을 향상시켜 가교를 이룰 수 있게 한다.Prior to explaining the cationic cellulose nanofibers, cellulose is a natural polymer that accounts for 40 to 50% of most plant constituents as an environmentally friendly material. Cellulose differentiated at the nano level is called nanocellulose. Among them, cellulose nanofiber (CNF) itself has a large aspect ratio and specific surface area, high strength and thermal stability, and is manufactured from cellulose with a negative charge. Because of its anionic nature, it has low reactivity with eco-friendly anionic natural polymers and cannot be combined. To this end, cellulose nanofibers in which cationic functional groups are introduced through surface modification and nanoization of anionic cellulose fibers are used to improve reactivity with anionic natural polymers to achieve crosslinking.

즉 음이온성을 나타내는 셀룰로오스 섬유가 표면 개질 및 나노화되면 양이온성으로 전하가 완전히 역전된 셀룰로오스 나노섬유가 되고, 음이온성 천연 고분자의 음이온과 양이온성 셀룰로오스 나노섬유의 양이온 사이에 정전기적 인력이 발생하여 이온 결합되면서 가교가 이루어지므로, 양이온성 셀룰로오스 나노섬유를 통하여 음이온성 천연 고분자를 가교시킬 별도의 가교제가 필요없게 되는 것이다.In other words, when cellulose fibers exhibiting anionic nature are surface modified and nanosized, they become cellulose nanofibers in which the charge is completely reversed to cationic nature, and an electrostatic attraction occurs between the anions of anionic natural polymers and cations of cationic cellulose nanofibers, resulting in ionization. Since cross-linking is performed while being combined, a separate cross-linking agent is not required to cross-link the anionic natural polymer through the cationic cellulose nanofibers.

이에 따라 천연 고분자의 음이온과, 표면 개질된 셀룰로오스 나노섬유의 양이온이 정전기적 인력에 의해 이온 결합이 이루어지되, 음이온성 천연 고분자가 양이온성 셀룰로오스 나노섬유에 의해 가교되면서 서로 엉켜 3차원 네트워크 구조의 매트릭스를 구성할 수 있도록 한다.Accordingly, the anion of the natural polymer and the cation of the surface-modified cellulose nanofiber are ionic bonded by electrostatic attraction, and the anionic natural polymer is cross-linked by the cationic cellulose nanofiber and entangled with each other to form a three-dimensional network structure matrix to be able to configure.

양이온성 셀룰로오스 나노섬유가 합성되는 메커니즘은 다음과 같다. 음이온성을 갖는 셀룰로오스 섬유에 양이온화제를 반응시키는 아민화 반응을 통하여, 음이온성 셀룰로오스 섬유의 표면에 양이온성 작용기를 도입한 다음 섬유 폭을 나노화시켜 양이온성 셀룰로오스 나노섬유를 제조할 수 있게 된다.The mechanism by which cationic cellulose nanofibers are synthesized is as follows. Cationic cellulose nanofibers can be prepared by introducing a cationic functional group on the surface of the anionic cellulose fibers through an amination reaction in which a cationizing agent is reacted with anionic cellulose fibers and then nano-nizing the fiber width.

상기 양이온화제는 글리시딜트리메틸암모늄 클로라이드(glycidyltrimethylammonium chloride), (2-3-에폭시프로필) 트리메틸암모늄 클로라이드((2-3-epoxypropyl) trimethylammonium chloride), (2-클로로에틸) 트리메틸암모늄 클로라이드((2-chloroethyl) trimethylammonium chloride), (3-클로로-2-하이드록시프로필) 트리메틸암모늄 클로라이드((3-chloro-2-hydroxypropyl) trimethylammoniumchloride) 및 (2-하이드라지닐-2-옥소에틸) 트리메틸암모늄 클로라이드((2-hydrazinyl-2-oxoethyl) trimethylammonium chloride)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어 아민화 반응은 하기 반응식 1의 (1)과 (2) 과정을 거쳐 진행될 수 있다.The cationizing agent is glycidyltrimethylammonium chloride, (2-3-epoxypropyl) trimethylammonium chloride ((2-3-epoxypropyl) trimethylammonium chloride), (2-chloroethyl) trimethylammonium chloride ((2 -chloroethyl) trimethylammonium chloride), (3-chloro-2-hydroxypropyl) trimethylammonium chloride ((3-chloro-2-hydroxypropyl) trimethylammoniumchloride) and (2-hydrazinyl-2-oxoethyl) trimethylammonium chloride ( (2-hydrazinyl-2-oxoethyl) trimethylammonium chloride), and for example, the amination reaction may proceed through (1) and (2) of Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112022071499165-pat00001
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상기 방법으로 합성되는 양이온성 셀룰로오스 나노섬유의 경우 0.1 중량부 미만으로 포함되면 양이온성 작용기가 부족해져 음이온성 천연 고분자의 완전한 가교가 되지 않는 단점이 있다. 양이온성 셀룰로오스 나노섬유가 5 중량부를 초과하면 음이온성 천연 고분자와 결합되지 못한 양이온성 작용기가 잔류하게 되어 하이드로겔을 시트 형태로 만들었을 때 표면 불량이 발생할 수 있으며, 특히 전도도 저하를 초래할 수 있어 5 중량부 이하로 투입하는 것이 바람직하다. 따라서 양이온성 셀룰로오스 나노섬유는 0.1 내지 5 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.In the case of the cationic cellulose nanofiber synthesized by the above method, when it is included in less than 0.1 parts by weight, there is a disadvantage in that the cationic functional group is insufficient and the anionic natural polymer is not completely crosslinked. If the cationic cellulose nanofiber exceeds 5 parts by weight, the cationic functional groups that are not combined with the anionic natural polymer remain, and when the hydrogel is made in the form of a sheet, surface defects may occur, and in particular, it may cause a decrease in conductivity. It is preferable to add in parts by weight or less. Therefore, cationic cellulose nanofibers are preferably included in the range of 0.1 to 5 parts by weight.

전해질 염은 수계 용매와 반응하여 이온화되면서 전기적 저항을 감소시키고 전도성을 향상시키는 구성이다.The electrolyte salt is a component that reduces electrical resistance and improves conductivity while being ionized by reacting with an aqueous solvent.

기존에는 하이드로겔에 전도성을 부여하기 위하여 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리싸이오펜, 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜)과 같은 전도성 고분자나, 은나노 와이어, 탄소나노튜브 등을 사용하였으나, 이는 신체에 장시간 부착 시 피부 트러블을 유발하는 원인이 되어 의료용 전극으로 활용되고 있는 하이드로겔에 첨가하기에는 바람직하지 않았다.Conventionally, conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, or poly(3,4-ethylenedioxythiophene), silver nanowires, carbon nanotubes, etc. have been used to impart conductivity to hydrogels. , which causes skin trouble when attached to the body for a long time, and is not desirable to add to the hydrogel used as a medical electrode.

이에, 하이드로겔에 전도성을 안정적으로 부여하면서 생체 독성이 거의 없는 전해질 염을 사용함으로써, 종래 인위적으로 합성되고 생체 독성이 있는 전도성 고분자를 대체할 수 있도록 한다.Therefore, by using an electrolyte salt that stably imparts conductivity to the hydrogel and has little biotoxicity, it is possible to replace the conventional artificially synthesized and biotoxic conductive polymer.

전해질 염의 경우 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 전해질 염이 0.1 중량부 미만이면 하이드로겔에 전도성을 부여하기에 충분한 양이 아니어서 신체의 전기적 신호 전달력을 높일 수 없으며, 10 중량부를 초과하면 전도성을 향상시키기에는 좋을 수 있으나 염화물 특성상 염 형태로 재석출되는 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.In the case of an electrolyte salt, it may be included in 0.1 to 10 parts by weight. If the amount of electrolyte salt is less than 0.1 part by weight, it is not sufficient to impart conductivity to the hydrogel, so the electrical signal transmission ability of the body cannot be increased. If it exceeds 10 parts by weight, it may be good to improve conductivity, but due to the nature of chloride, Re-precipitation may occur, which is undesirable.

점착제는 전도성 하이드로겔에 점착성 및 보습력을 부여하는 구성이다.The adhesive is a component that imparts adhesiveness and moisturizing power to the conductive hydrogel.

점착제는 하이드로겔의 피부에 대한 부착성을 갖게 하는 피부 점착제로, 글리세롤을 사용할 수 있다. 글리세롤은 상대적으로 가격이 저렴한 장점이 있어 함량 증가에 큰 영향을 안미칠 수는 있으나 50 중량부를 초과하면 하이드로겔로부터 전해질 염의 석출을 유도할 수 있어 바람직하지 않으며, 20 중량부 미만으로 혼합되면 전도성 하이드로겔에 점착성을 부여하기 미미하여 피부에 전극으로 부착 후 쉽게 떨어지는 단점이 있으며, 일정 보습량을 제공할 수 없어 피부 가려움을 유발할 수 있다. 따라서 점착제는 20 내지 50 중량부 범위 내에서 적절하게 조절하는 것이 바람직하다.The adhesive is a skin adhesive that provides adhesion to the skin of the hydrogel, and glycerol may be used. Glycerol has the advantage of being relatively inexpensive, so it may not have a significant effect on the increase in content, but if it exceeds 50 parts by weight, it is undesirable because it can lead to the precipitation of electrolyte salts from the hydrogel. It has a disadvantage in that it is insignificant to impart adhesiveness to the gel and easily falls off after being attached to the skin with electrodes, and it can cause skin itching because it cannot provide a certain amount of moisture. Therefore, it is preferable to appropriately adjust the amount of the pressure-sensitive adhesive within the range of 20 to 50 parts by weight.

한편, 상기 의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔은 본 발명에 따른 전도성 하이드로겔의 제조방법을 모식화한 도 1에 도시된 바와 같이, 하이드로겔 용액을 제조하는 단계(S10)와, 하이드로겔 용액을 시트 형태로 코팅하는 단계(S20)와, 시트 형태로 코팅된 하이드로겔 용액을 열처리하는 단계(S30)를 통하여 제조될 수 있다.On the other hand, the biocompatible eco-friendly conductive hydrogel for the electrode of the medical device, as shown in FIG. 1 simulating the manufacturing method of the conductive hydrogel according to the present invention, the step of preparing a hydrogel solution (S10), the hydrogel It can be prepared through the step of coating the solution in the form of a sheet (S20) and the step of heat-treating the hydrogel solution coated in the form of a sheet (S30).

상술한 제조방법에 따르면 먼저, 수계 용매 존재 하에서, 음이온성 천연 고분자, 음이온성 셀룰로오스 섬유를 표면 개질하고 섬유 폭을 나노화시켜 양이온성 작용기가 도입된 양이온성 셀룰로오스 나노섬유, 전해질 염 및 점착제를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조한다(S10).According to the above-described manufacturing method, first, in the presence of an aqueous solvent, anionic natural polymer and anionic cellulose fibers are surface-modified and the fiber width is nanonized, and cationic cellulose nanofibers into which cationic functional groups are introduced, electrolyte salts, and an adhesive are mixed. A hydrogel solution is prepared (S10).

사용되는 수계 용매는 물(H2O) 기반의 용매로써 증류수, 초순수 또는 탈이온수를 사용할 수 있다. 수계 용매는 추후 탈포 등의 공정성을 고려하여 75 내지 120 중량부로 용기에 투입하는 것이 바람직하다.The aqueous solvent used is a water (H 2 O)-based solvent, and distilled water, ultrapure water, or deionized water may be used. The aqueous solvent is preferably added to the container in an amount of 75 to 120 parts by weight in consideration of processability such as defoaming later.

수계 용매를 75 중량부 미만으로 사용할 수도 있으나 75 중량부 미만이면 음이온성 천연 고분자, 양이온성 셀룰로오스 나노섬유, 전해질 염 및 점착제 간의 교반이 원활하지 못하고 뭉치는 단점이 있다. 반면 수계 용매가 120 중량부를 초과하면 하이드로겔 용액을 시트 형태로 코팅 시 흘러내리는 현상이 발생하고 추후 수계 용매를 증발시켜야 하는 건조 과정에서 많은 시간이 소모되는 단점이 있다.The aqueous solvent may be used in less than 75 parts by weight, but if it is less than 75 parts by weight, there is a disadvantage in that the agitation between the anionic natural polymer, the cationic cellulose nanofiber, the electrolyte salt and the adhesive is not smooth and aggregation occurs. On the other hand, if the aqueous solvent exceeds 120 parts by weight, the hydrogel solution is coated in the form of a sheet, and the phenomenon of flowing down occurs, and there is a disadvantage in that a lot of time is consumed in the drying process in which the aqueous solvent must be evaporated later.

용기에 수계 용매 75 내지 120 중량부를 투입하고, 음이온성 천연 고분자 0.1 내지 5 중량부, 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 0.1 내지 5 중량부, 전해질 염 0.1 내지 10 중량부 및 점착제 20 내지 50 중량부를 투입한 상태에서 교반수단을 통해 교반하여 하이드로겔 용액을 제조한다.75 to 120 parts by weight of an aqueous solvent was added to a container, 0.1 to 5 parts by weight of an anionic natural polymer, 0.1 to 5 parts by weight of cationic cellulose nanofibers, 0.1 to 10 parts by weight of an electrolyte salt, and 20 to 50 parts by weight of an adhesive were added. In the stirring means to prepare a hydrogel solution.

상기 교반수단으로는 호모게나이저를 이용할 수 있으며, 교반조건은 7,000 내지 8,000 RPM 속도로 1 내지 20 분 동안 수행할 수 있다. 7,000 RPM 미만이면 수계 용매 하에서 음이온성 천연 고분자, 양이온성 셀룰로오스 나노섬유, 전해질 염 및 점착제를 균질 교반하는데 20 분을 초과하는 시간이 필요하여 공정 효율성이 없으며, 8,000 RPM을 초과하면 음이온성 천연 고분자의 가교 성능을 저해할 수 있어 바람직하지 않다. 교반을 위해 최소 1 분은 필요한데, 1 분 미만이면 균질 혼합이 어려우며 20 분을 초과하면 공정성이 좋지 않다.A homogenizer may be used as the stirring means, and stirring conditions may be performed at a speed of 7,000 to 8,000 RPM for 1 to 20 minutes. If the RPM is less than 7,000 RPM, it takes more than 20 minutes to homogeneously stir the anionic natural polymer, cationic cellulose nanofiber, electrolyte salt, and adhesive in an aqueous solvent, resulting in no process efficiency, and if it exceeds 8,000 RPM, the anionic natural polymer It is undesirable because crosslinking performance may be impaired. At least 1 minute is required for stirring, but if it is less than 1 minute, homogeneous mixing is difficult, and if it exceeds 20 minutes, fairness is not good.

다음으로, 하이드로겔 용액을 시트 형태로 코팅한다(S20).Next, the hydrogel solution is coated in a sheet form (S20).

성분들 간 균질 혼합이 이루어진 하이드로겔 용액을 평판 상에 시트 형태로 코팅하는 방법은 공지의 습식 코팅의 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 닥터 블레이드 코팅(doctor blade coating), 슬릿 다이 코팅(slit die coating) 또는 바 코팅(bar coating) 방법으로 수행할 수 있으며, 이중에서 바 코팅 방법을 적용하는 것이 바람직하다.A known wet coating method may be applied as a method of coating the hydrogel solution in which the components are homogeneously mixed in the form of a sheet on a flat plate. For example, it can be performed by a doctor blade coating, slit die coating, or bar coating method, and it is preferable to apply a bar coating method among them.

바 코팅의 경우 평판 상에서 바 코터(bar coater)의 이동속도를 1 내지 10 mm/sec 범위로 하여 하이드로겔 용액을 시트 형태로 만들 수 있다. 바 코터가 1 mm/sec 미만의 이동속도로 하이드로겔 용액을 코팅하게 되면 하이드로겔이 배향성을 잃게 되며, 10 mm/sec를 초과하는 속도로 평판 상에서 이동되면 하이드로겔 용액과 바 코터 사이에서 과도한 열이 발생하여 물성을 변질시킬 수 있어 바람직하지 않다.In the case of bar coating, the hydrogel solution may be formed in the form of a sheet by setting a moving speed of a bar coater on a flat plate in the range of 1 to 10 mm/sec. When the bar coater coats the hydrogel solution at a moving speed of less than 1 mm/sec, the hydrogel loses orientation, and when the bar coater moves on a flat plate at a speed exceeding 10 mm/sec, excessive heat is generated between the hydrogel solution and the bar coater. This is undesirable because it may cause deterioration of physical properties.

마지막으로, 시트 형태로 코팅된 하이드로겔 용액을 열처리한다(S30).Finally, the hydrogel solution coated in the form of a sheet is heat treated (S30).

음이온성 천연 고분자의 가교 작용은 교반수단을 통해 하이드로겔 용액을 제조하는 앞선 단계에서 일부 이루어질 수도 있으나, 본 단계의 상기 열처리를 통해서 주 반응으로 음이온성 천연 고분자가 양이온성 셀룰로오스 나노섬유에 의해 가교되어 천연 고분자 매트릭스를 형성하게 된다.Although the crosslinking action of the anionic natural polymer may be partially performed in the previous step of preparing the hydrogel solution through an agitation means, the anionic natural polymer is crosslinked by the cationic cellulose nanofibers as the main reaction through the heat treatment in this step. It forms a natural polymer matrix.

하이드로겔 용액의 열처리를 위해서는 드라이 오븐을 이용할 수 있다. 열처리는 음이온성 천연 고분자의 가교가 이루어지는 1차 열처리 및 물성 안정화를 위한 2차 열처리로 구성되며, 구체적으로 120 내지 180 ℃로 1 내지 10 분 동안 1차 열처리한 후, 추가적으로 50 내지 100 ℃로 1 내지 3 시간 동안 2차 열처리를 통해 안정화시킨다.A dry oven may be used for heat treatment of the hydrogel solution. The heat treatment consists of a first heat treatment in which the anionic natural polymer is crosslinked and a second heat treatment for stabilization of physical properties. Stabilize through secondary heat treatment for 3 to 3 hours.

1차 열처리 시 120 ℃ 미만이거나 1 분 미만으로 진행되면 가교 작용이 더뎌지고, 하이드로겔 용액에 함유된 액체를 증발시키는데 어려움이 있어 하이드로겔로의 겔화가 안정적으로 이루어지지 않는다. 이와 달리 180 ℃를 초과하거나 10 분을 초과하여 1차 열처리하면 그 이하의 온도나 시간으로 1차 열처리한 경우와 비교하여 더 나은 효과가 나타나지 않아 공정 효율성을 위해 최대 180 ℃ 이하의 온도로 10 분 이하의 시간 동안 1차 열처리하는 것이 바람직하다.When the first heat treatment is performed at less than 120 ° C. or less than 1 minute, the crosslinking action is slowed down, and it is difficult to evaporate the liquid contained in the hydrogel solution, so that the gelation into the hydrogel is not stably achieved. On the other hand, if the first heat treatment exceeds 180 ℃ or exceeds 10 minutes, compared to the case of the first heat treatment at a temperature or time lower than that, no better effect is obtained. It is preferable to perform the primary heat treatment for the following time.

2차 열처리의 경우 가교 및 수계 용매를 포함한 액체의 증발이 이루어진 전도성 하이드로겔의 물성을 안정화시켜주기 위하여 1차 열처리 조건보다 상대적으로 더 낮은 온도 및 시간 범위로 수행할 수 있다. 50 ℃ 미만이나 1 시간 미만으로 2차 열처리하면 전도성 하이드로겔을 겔 상태로 안정화시키기에 부족하고, 100 ℃를 초과하거나 3 시간을 초과하면 이 역시 안정화 측면에서 바람직하지 못하다.In the case of the secondary heat treatment, it may be performed at a temperature and time range that are relatively lower than the primary heat treatment conditions in order to stabilize the physical properties of the conductive hydrogel in which the liquid including the aqueous solvent is evaporated and crosslinked. The secondary heat treatment at less than 50 ° C. or less than 1 hour is insufficient to stabilize the conductive hydrogel in a gel state, and when the temperature exceeds 100 ° C. or exceeds 3 hours, this is also undesirable in terms of stabilization.

상기와 같은 방법으로 제조되는 전도성 하이드로겔은 합성 고분자 사용을 배제하여 독성이 거의 없으면서 생체에 적합하고 친환경적일 뿐만 아니라, 장시간 사용하여도 자극을 주지 않아 피부 트러블을 유발하지 않으므로, 웨어러블 심전도 측정 기기와 같은 진단용 계측기기에서 사용되고 있던 종래 의료용 전극을 대체할 수 있는 장점이 있다.The conductive hydrogel prepared by the above method is not only biocompatible and eco-friendly with little toxicity by excluding the use of synthetic polymers, but also does not cause irritation and skin trouble even when used for a long time. It has the advantage of being able to replace conventional medical electrodes used in the same diagnostic instrument.

이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail. However, the following examples are merely illustrative to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.

<실시예 1><Example 1>

De-Ionized Water 100 중량부가 수용된 용기에 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스(sodium carboxymethyl cellulose, CMC) 2 중량부, 2 % 농도의 고농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 0.5 중량부, 글리세롤 30 중량부, 전해질 염 3 중량부를 투입하여 호모게나이저를 이용하여 7,500 RPM으로 10 분 동안 교반하였다.In a container containing 100 parts by weight of De-Ionized Water, 2 parts by weight of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), 0.5 parts by weight of 2% high concentration cationic cellulose nanofibers, 30 parts by weight of glycerol, and 3 parts by weight of an electrolyte salt were added. and stirred for 10 minutes at 7,500 RPM using a homogenizer.

이렇게 제조된 하이드로겔 용액을 평판 상에 제공하고 직경 2.5 mm의 바 코터(bar coater)를 이용하여 5 mm/sec의 속도로 바 코팅하여 시트 형태로 만들었다.The prepared hydrogel solution was provided on a flat plate and bar-coated at a rate of 5 mm/sec using a bar coater having a diameter of 2.5 mm to form a sheet.

이후 시트 형태로 코팅된 하이드로겔 용액을 드라이 오븐에서 150 ℃로 5 분 동안 1차 열처리 후 추가적으로 80 ℃로 2 시간 30 분 동안 2차 열처리하여 안정화시켰다.Thereafter, the hydrogel solution coated in the form of a sheet was stabilized by first heat treatment at 150 ° C. for 5 minutes in a dry oven and then second heat treatment at 80 ° C. for 2 hours and 30 minutes.

<실시예 2><Example 2>

De-Ionized Water 100 중량부가 수용된 용기에 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스(sodium carboxymethyl cellulose, CMC) 2 중량부, 2 % 농도의 고농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 1.0 중량부, 글리세롤 30 중량부, 전해질 염 3 중량부를 투입하여 호모게나이저를 이용하여 7,500 RPM으로 10 분 동안 교반하였다.In a container containing 100 parts by weight of De-Ionized Water, 2 parts by weight of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), 1.0 parts by weight of 2% high-concentration cationic cellulose nanofibers, 30 parts by weight of glycerol, and 3 parts by weight of electrolyte salt were added. and stirred for 10 minutes at 7,500 RPM using a homogenizer.

이렇게 제조된 하이드로겔 용액을 평판 상에 제공하고 직경 2.5 mm의 바 코터(bar coater)를 이용하여 5 mm/sec의 속도로 바 코팅하여 시트 형태로 만들었다.The prepared hydrogel solution was provided on a flat plate and bar-coated at a rate of 5 mm/sec using a bar coater having a diameter of 2.5 mm to form a sheet.

이후 시트 형태로 코팅된 하이드로겔 용액을 드라이 오븐에서 150 ℃로 5 분 동안 1차 열처리한 후 추가적으로 80 ℃로 2 시간 30 분 동안 2차 열처리하여 안정화시켰다.Thereafter, the hydrogel solution coated in the form of a sheet was stabilized by performing a first heat treatment in a dry oven at 150 ° C. for 5 minutes and then additionally performing a second heat treatment at 80 ° C. for 2 hours and 30 minutes.

<실시예 3><Example 3>

De-Ionized Water 100 중량부가 수용된 용기에 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스(sodium carboxymethyl cellulose, CMC) 2 중량부, 2 % 농도의 고농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 0.5 중량부, 글리세롤 30 중량부, 전해질 염 1.5 중량부를 투입하여 호모게나이저를 이용하여 7,500 RPM으로 10 분 동안 교반하였다.In a container containing 100 parts by weight of De-Ionized Water, 2 parts by weight of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), 0.5 parts by weight of 2% high concentration cationic cellulose nanofibers, 30 parts by weight of glycerol, and 1.5 parts by weight of an electrolyte salt were added. and stirred for 10 minutes at 7,500 RPM using a homogenizer.

이렇게 제조된 하이드로겔 용액을 평판 상에 제공하고 직경 2.5 mm의 바 코터(bar coater)를 이용하여 5 mm/sec의 속도로 바 코팅하여 시트 형태로 만들었다.The prepared hydrogel solution was provided on a flat plate and bar-coated at a rate of 5 mm/sec using a bar coater having a diameter of 2.5 mm to form a sheet.

이후 시트 형태로 코팅된 하이드로겔 용액을 드라이 오븐에서 150 ℃로 5 분 동안 1차 열처리한 후 추가적으로 80 ℃로 2 시간 30 분 동안 2차 열처리하여 안정화시켰다.Thereafter, the hydrogel solution coated in the form of a sheet was stabilized by performing a first heat treatment in a dry oven at 150 ° C. for 5 minutes and then additionally performing a second heat treatment at 80 ° C. for 2 hours and 30 minutes.

<실시예 4><Example 4>

De-Ionized Water 100 중량부가 수용된 용기에 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스(sodium carboxymethyl cellulose, CMC) 2 중량부, 1.2 % 농도의 저농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 0.5 중량부, 글리세롤 30 중량부, 전해질 염 3 중량부를 투입하여 호모게나이저를 이용하여 7,500 RPM으로 10 분 동안 교반하였다.In a container containing 100 parts by weight of De-Ionized Water, 2 parts by weight of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), 0.5 parts by weight of low-concentration cationic cellulose nanofibers with a concentration of 1.2%, 30 parts by weight of glycerol, and 3 parts by weight of electrolyte salt were added. and stirred for 10 minutes at 7,500 RPM using a homogenizer.

이렇게 제조된 하이드로겔 용액을 평판 상에 제공하고 직경 2.5 mm의 바 코터(bar coater)를 이용하여 5 mm/sec의 속도로 바 코팅하여 시트 형태로 만들었다.The prepared hydrogel solution was provided on a flat plate and bar-coated at a rate of 5 mm/sec using a bar coater having a diameter of 2.5 mm to form a sheet.

이후 시트 형태로 코팅된 하이드로겔 용액을 드라이 오븐에서 150 ℃로 5 분 동안 1차 열처리한 후 추가적으로 80 ℃로 2 시간 30 분 동안 2차 열처리하여 안정화시켰다.Thereafter, the hydrogel solution coated in the form of a sheet was stabilized by performing a first heat treatment in a dry oven at 150 ° C. for 5 minutes and then additionally performing a second heat treatment at 80 ° C. for 2 hours and 30 minutes.

<비교예 1><Comparative Example 1>

De-Ionized Water 100 중량부가 수용된 용기에 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스(sodium carboxymethyl cellulose, CMC) 2 중량부, 가교제인 금속 이온 0.06 중량부, 글리세롤 30 중량부, 전해질 염 3 중량부를 투입하여 호모게나이저를 이용하여 7,500 RPM으로 10 분 동안 교반하였다.In a container containing 100 parts by weight of De-Ionized Water, 2 parts by weight of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), 0.06 parts by weight of metal ion as a cross-linking agent, 30 parts by weight of glycerol, and 3 parts by weight of an electrolyte salt are added and a homogenizer is used. and stirred for 10 minutes at 7,500 RPM.

이렇게 제조된 하이드로겔 용액을 평판 상에 제공하고 직경 2.5 mm의 바 코터(bar coater)를 이용하여 5 mm/sec의 속도로 바 코팅하여 시트 형태로 만들었다.The prepared hydrogel solution was provided on a flat plate and bar-coated at a rate of 5 mm/sec using a bar coater having a diameter of 2.5 mm to form a sheet.

이후 시트 형태로 코팅된 하이드로겔 용액을 드라이 오븐에서 150 ℃로 5 분 동안 1차 열처리한 후 추가적으로 80 ℃로 2 시간 30 분 동안 2차 열처리하여 안정화시켰다.Thereafter, the hydrogel solution coated in the form of a sheet was stabilized by performing a first heat treatment in a dry oven at 150 ° C. for 5 minutes and then additionally performing a second heat treatment at 80 ° C. for 2 hours and 30 minutes.

상기한 바와 같이 실시예 1 및 2는 고농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유의 함량을 달리 하여 전도성 하이드로겔을 제조한 것이고, 실시예 3은 고농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유의 함량은 실시예 1과 동일하게 하되 전해질 염의 함량을 줄여 전도성 하이드로겔을 제조하였다. 실시예 4의 경우 실시예 1 내지 3의 고농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 대신 저농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유를 사용한 것으로, 실시예 1의 CMC, 글리세롤, 전해질 염 및 De-Ionized Water의 함량은 동일한 조건으로 하였다. 비교예 1에서는 가교제로 양이온성 셀룰로오스 나노섬유를 사용하지 않고, 금속 이온을 사용하였다. 구체적인 배합은 하기 표 1에 나타내었으며, 단위는 중량부이다.As described above, in Examples 1 and 2, conductive hydrogels were prepared by varying the content of the high-concentration cationic cellulose nanofibers, and in Example 3, the content of the high-concentration cationic cellulose nanofibers was the same as in Example 1, but the electrolyte A conductive hydrogel was prepared by reducing the salt content. In the case of Example 4, low-concentration cationic cellulose nanofibers were used instead of the high-concentration cationic cellulose nanofibers of Examples 1 to 3, and the contents of CMC, glycerol, electrolyte salt and De-Ionized Water in Example 1 were the same conditions. . In Comparative Example 1, metal ions were used as a crosslinking agent without using cationic cellulose nanofibers. Specific formulations are shown in Table 1 below, and units are parts by weight.

실시예
1
Example
One
실시예
2
Example
2
실시예
3
Example
3
실시예
4
Example
4
비교예
1
comparative example
One
음이온성 천연 고분자Anionic natural polymer 22 22 22 22 22 고농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유
(농도 2%)
High-concentration cationic cellulose nanofibers
(concentration 2%)
0.50.5 1.01.0 0.50.5 -- --
저농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유
(농도 1.2%)
Low Concentration Cationic Cellulose Nanofibers
(Concentration 1.2%)
-- -- -- 0.50.5 --
금속 이온metal ion -- -- -- -- 0.060.06 피부 점착제skin adhesive 3030 3030 3030 3030 3030 전해질 염electrolyte salt 33 33 1.51.5 33 33 DI WaterDI Water 100100 100100 100100 100100 100100 Resistance(kΩ·cm)Resistance (kΩ cm) 0.70.7 4.84.8 1.11.1 0.80.8 0.60.6

표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 4에서 고농도 또는 저농도 양이온성 셀룰로오스 나노섬유를 가교제로 사용한 전도성 하이드로겔 제조에 혼합된 성분과, 비교예 1에서 종래 금속 이온을 가교제로 사용한 전도성 하이드로겔 제조에 혼합된 성분이 확인된다.Referring to Table 1, the components mixed in the preparation of the conductive hydrogel using the high or low concentration cationic cellulose nanofibers as a crosslinking agent in Examples 1 to 4 and the preparation of the conductive hydrogel using the conventional metal ion as a crosslinking agent in Comparative Example 1 Mixed ingredients are identified.

그리고 전기전도도는 전도성 하이드로겔이 전류를 운반할 수 있는 정도를 의미하는데, 이때 전기저항값은 전기전도도의 역수 관계를 가지며 0.7 내지 4.8 kΩ·cm 범위를 가짐을 표 1을 통해 확인할 수 있다. 전기저항값이 0.7 내지 4.8 kΩ·cm 범위일 때 생체의 전기적 신호 전달에 유효하다 할 수 있으며, 이는 실시예 1 내지 4에서 증명되었으며, 특히 실시예 1이 가장 유효하였다. 이를 통해 금속 이온을 사용한 비교예 1과 비교하여 저항값은 최소로 가질 수 있으면서 합성 고분자의 사용을 배제하여 독성이 거의 없고 장시간 사용 시 생체에 자극을 주지 않아 의료기기의 전극으로 적극적으로 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다.In addition, electrical conductivity means the degree to which the conductive hydrogel can carry current, and at this time, the electrical resistance value has a reciprocal relationship with the electrical conductivity and has a range of 0.7 to 4.8 kΩ cm. It can be seen through Table 1. When the electrical resistance value is in the range of 0.7 to 4.8 kΩ·cm, it can be said to be effective for electrical signal transmission in the living body, and this was demonstrated in Examples 1 to 4, and Example 1 was particularly effective. Through this, compared to Comparative Example 1 using metal ions, the resistance value can be minimized, and the use of synthetic polymers is excluded, so there is little toxicity and it does not stimulate the body when used for a long time, so it can be actively used as an electrode for medical devices. was able to confirm

<시험예 1><Test Example 1>

본 시험예에서는 실시예 1의 전도성 하이드로겔과, 종래 전도성 하이드로겔(A사 샘플)의 세포 독성(cytotoxicity) 반응의 정도를 확인하기 위해 세포 독성 시험을 수행하였다.In this test example, a cytotoxicity test was performed to confirm the degree of cytotoxicity reaction between the conductive hydrogel of Example 1 and the conventional conductive hydrogel (company A sample).

관련해서 우선 실시예 1이 L-929(mouse fibroblasts, ATCC CCL1, NCTC clone 929) 세포에 세포 독성을 야기하는지 평가하기 위하여 ISO 10993-5(2009) Biological Evaluation of Medical Devices, Part 5: Tests for in vitro cytotoxicity 시험법과 식품의약품안전처가 제공하는 의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통기준규격에 따라 세포 독성 시험법 중에서 용출물 시험법을 적용하였다.ISO 10993-5 (2009) Biological Evaluation of Medical Devices, Part 5: Tests for in In accordance with the in vitro cytotoxicity test method and the common standard for biological safety of medical devices provided by the Ministry of Food and Drug Safety, the extract test method was applied among the cytotoxicity test methods.

시험물질을 세포에 적용하기 위해 10 % FBS가 첨가된 MEM 배지를 이용하여 용출한 그 상등액을 사용하였다. 시험물질을 용출용매에 충분히 흡수시킨 후 용출용매를 면적비에 맞춰 추가하여 용출하였다. 그리고 각각 시험물질이 세포에 나타내는 영향을 현미경으로 육안 관찰하고 세포의 생장과 반응 정도를 측정하기로 하였다.In order to apply the test material to the cells, the supernatant eluted using MEM medium supplemented with 10% FBS was used. After the test material was sufficiently absorbed in the elution solvent, the elution solvent was added according to the area ratio and eluted. In addition, it was decided to observe the effect of each test material on cells with the naked eye under a microscope and measure the growth and reaction of the cells.

시험재료 준비Preparation of test materials

시험재료는 실시예 1의 시험물질(모델명: HGX-004, 보관조건: 실온보관), 음성대조군(모델명: High density polyethylene film(HDPE), 제조사: Hatano Research Institute, 보관조건: 실온보관), 양성대조군(모델명: 0.1 % ZDEC가 포함된 Polyethylene film, 제조사: Hatano Research Institute, 보관조건: 실온보관), 배지(모델명: MEM(Minimum essential medium) + 10 % FBS, 제조사: WELGENE, 보관조건: 냉장보관), 혈청(모델명: Fetal Bovine Serum(FBS), 제조사: WELGENE, 보관조건: 냉동보관)으로 준비하였다.The test material is the test material of Example 1 (model name: HGX-004, storage conditions: room temperature storage), negative control group (model name: High density polyethylene film (HDPE), manufacturer: Hatano Research Institute, storage conditions: room temperature storage), positive Control group (model name: polyethylene film containing 0.1% ZDEC, manufacturer: Hatano Research Institute, storage conditions: room temperature), medium (model name: MEM (Minimum essential medium) + 10% FBS, manufacturer: WELGENE, storage conditions: refrigeration) ), serum (model name: Fetal Bovine Serum (FBS), manufacturer: WELGENE, storage condition: frozen storage).

시험물질 제조test substance manufacturing

10 % FBS가 첨가된 MEM 배지를 6 cm2/mL의 비율로 37 ± 2 ℃에서 24 ± 2 시간 동안 용출하였다. 이때 시험물질에 용출용매를 충분히 흡수시킨 후 용출용매를 면적비에 맞춰 추가하여 용출하였다. 음성대조군과 양성대조군은 두께 10 mm 기준으로 3 cm2/mL의 비율로 1X MEM 배지에 37 ± 2 ℃에서 24 ± 2 시간 동안 용출하여 사용하였다. 공시험액은 시험물질 추출과 동일한 조건과 방법으로 시험물질이 들어있지 않은 용출용매를 사용하였다.MEM medium supplemented with 10% FBS was eluted at 6 cm 2 /mL at 37 ± 2 °C for 24 ± 2 hours. At this time, after sufficiently absorbing the elution solvent into the test substance, elution was performed by adding the elution solvent according to the area ratio. The negative control group and the positive control group were used after elution in 1X MEM medium at a rate of 3 cm 2 /mL based on a thickness of 10 mm at 37 ± 2 ° C for 24 ± 2 hours. For the blank test solution, an elution solvent containing no test substance was used under the same conditions and methods as for extracting the test substance.

배양조건culture conditions

10 % FBS, 20 mM L-glutamine과 10 ml/L 항생제를 포함하는 MEM 배지를 사용하여 37 ± 2 ℃, 5 % CO2, 99 % humidity 조건에서 incubation되면서 진행하였다. 세포는 시험 전에 배양하여 세포를 안정화시켰다.Using MEM medium containing 10% FBS, 20 mM L-glutamine and 10 ml/L antibiotics, incubation was performed under conditions of 37 ± 2 °C, 5% CO 2 , and 99% humidity. Cells were cultured prior to testing to stabilize the cells.

시험방법Test Methods

세포는 직경 1 ㎝인 culture plate에 1 × 105 개/well 농도로 분주하여 24 시간 배양하여 단층 배양을 확인하고 각각의 시험군 및 대조군을 표시한 후 배지를 제거하였다. 이후 시험물질 용출액과 음/양성대조군을 100 %, 50 %, 25 %로 희석하였다. 각각의 희석된 시험군, 음/양성대조군을 3 회씩 반복하여 세포에 처리하였고 37 ± 2 ℃, 5 % CO2, 99 % humidity 조건에서 incubation하였다. 각 시험군 처리 48 시간 후에 시험군, 음/양성대조군의 세포 형태적 변화와 용해를 현미경을 통하여 관찰하고 MTT(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide) assay 방법으로 세포의 생장을 측정하였다. 570 nm의 파장에서 흡광도기를 사용하여 시험 결과를 확인하였다.The cells were dispensed at a concentration of 1 × 10 5 cells/well to a culture plate having a diameter of 1 cm and cultured for 24 hours to confirm monolayer culture, and the medium was removed after marking each test group and control group. Afterwards, the test substance elution solution and the negative/positive control group were diluted to 100%, 50%, and 25%. Each diluted test group and negative/positive control group were repeatedly treated with cells three times and incubated at 37 ± 2 ℃, 5% CO 2 , 99% humidity conditions. After 48 hours of treatment of each test group, cell morphological changes and lysis of the test group and negative/positive control group were observed under a microscope and MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide ) Cell growth was measured by the assay method. The test results were confirmed using an absorber at a wavelength of 570 nm.

세포 독성의 정성적 평가Qualitative assessment of cytotoxicity

세포 형태, 액포 생성, 분리, 세포용해 및 세포막 상태 등의 변화를 현미경으로 검사하고 일반적 세포 형태에서 변화 정도를 하기 표 2에 의거하여 서술적으로 기술하였다. 이때 표 2에 따라 반응도가 2 등급 보다 큰 경우(> 2) 세포 독성이 있는 것으로 간주한다.Changes in cell morphology, vacuole formation, separation, cell lysis, and cell membrane state were examined under a microscope, and the degree of change in general cell morphology was described descriptively based on Table 2 below. At this time, if the reactivity is greater than 2 grades according to Table 2 (> 2), it is considered to have cytotoxicity.

용해지수solubility index 반응reaction 특징Point 00 없음
(None)
doesn't exist
(None)
세포질내 과립(intracytoplasmic granule)의 분리, 세포 용해 없음
세포 성장의 저해 없음
Separation of intracytoplasmic granules, no cell lysis
No inhibition of cell growth
1One 아주 미약
(Slight)
very weak
(Slight)
세포의 모양이 둥글게 되고, 느슨하게 부착되어 있으며, 세포질 내 과립이 소실되었거나, 형태에 변화를 보인 세포가 20 %를 넘지 않음
때때로 용해된 세포가 존재하고 약간의 성장 저해가 관찰됨
Cells are round in shape, loosely attached, have lost intracytoplasmic granules, or do not exceed 20% of cells with changes in morphology.
Occasionally lysed cells present and slight growth inhibition observed
22 미약
(Mild)
weak
(Mild)
세포의 모양이 둥글게 되고, 세포질 내 과립이 소실된 세포가 50 %를 넘지 않고, 광범위한 세포 용해는 보이지 않음
세포의 성장 저해가 50 %를 넘지 않음
Cells become round in shape, no more than 50% of cells have lost intracytoplasmic granules, and no extensive cell lysis is seen.
Growth inhibition of cells does not exceed 50%
33 중증도
(Moderate)
severity
(Moderate)
세포의 모양이 둥글게 되었거나 용해된 세포가 70 %를 넘지 않음
세포층이 완전히 파괴되지는 않았으나 50 % 이상의 성장 저해를 보임
Cells are round in shape or less than 70% of the cells are lysed
Although the cell layer was not completely destroyed, growth was inhibited by more than 50%.
44 심함
(Severe)
severe
(Severe)
세포층이 거의 또는 완전히 파괴됨Cell layer is almost or completely destroyed

세포 독성의 정량적 평가Quantitative evaluation of cytotoxicity

MTT assay를 실시하여 세포의 생존율을 객관적으로 정량하였다. 세포 생존율이 공시험액의 70 % 미만(< 70 %)으로 감소되는 경우, 잠재적으로 세포 독성이 있는 것으로 판별한다.MTT assay was performed to objectively quantify cell viability. If the cell viability is reduced to less than 70% (< 70%) of the blank, it is considered potentially cytotoxic.

결과result

상기와 같은 조건에서 세포의 형태적 변화나 용해 정도를 현미경을 통하여 정성분석 한 결과, 시험물질을 처리한 세포에서 세포질내 과립(intracytoplasmic granule)의 분리, 세포 용해 없음, 세포 성장의 저해가 관찰되지 않았다. 또한 정량분석을 실시해 본 결과, 시험물질의 용출물은 96 %의 세포 생존율을 나타내었다.As a result of qualitative analysis of cell morphological changes or degree of lysis under the above conditions through a microscope, separation of intracytoplasmic granules, no cell lysis, and inhibition of cell growth were not observed in the cells treated with the test substance. did not In addition, as a result of quantitative analysis, the eluate of the test material showed a cell viability of 96%.

음/양성대조군을 정성분석한 결과 음성대조군은 세포의 증식저해가 관찰되지않았고, 양성대조군은 세포층이 거의 파괴되는 심한 독성을 나타내었다. 정량분석한 결과에서는 음성대조군은 세포에 대해 독성을 나타내지 않았으며, 양성대조군은 세포 독성을 나타냈다.As a result of qualitative analysis of the negative/positive control group, no inhibition of cell proliferation was observed in the negative control group, and severe toxicity was observed in the positive control group, in which the cell layer was almost destroyed. In the results of quantitative analysis, the negative control group showed no toxicity to cells, and the positive control group showed cytotoxicity.

정성평가의 용해지수 결과는 하기 표 3과 같으며, 정량평가 결과는 하기 표 4에 나타내었다.The dissolution index results of the qualitative evaluation are shown in Table 3 below, and the quantitative evaluation results are shown in Table 4 below.

용출액
(%)
eluate
(%)
100100 5050 2525
반복수reps 1One 22 33 1One 22 33 1One 22 33 시험물질처리군Test substance treatment group 00 00 00 00 00 00 00 00 00 양성대조군positive control 44 44 44 44 44 44 44 44 44 음성대조군negative control group 00 00 00 00 00 00 00 00 00 공시험액blank test solution 00 00 00 00 00 00 00 00 00

시험물질처리군Test substance treatment group 양성대조군positive control 음성대조군negative control group 공시험액blank test solution 용출액
(%)
eluate
(%)
100100 5050 2525 100100 5050 2525 100100 5050 2525 100100
생존율
(%)
survival rate
(%)
9696 9898 103103 00 00 2424 104104 9999 100100 100100

상기와 같은 결과로부터, 시험물질인 실시예 1은 세포의 형태적 변화나 용해 정도를 현미경을 통하여 정성분석한 결과, 시험물질을 처리한 세포에서 배양 후 균일한 단층이 유지되고 증식저해가 관찰되지 않았다. 정량분석 결과에 의하면, 시험물질의 용출액 100 % 적용군에서 96 %의 세포생존율을 나타내었다. 따라서 세포 용해지수 2 등급 보다 큰 경우 또는 세포 생존율이 공시험액의 70 % 미만(< 70 %)으로 감소되는 경우 세포 독성이 있는 것으로 간주하는 의료기기 세포 독성 기준에 따라 실시예 1은 세포 독성이 없는 것으로 판단된다. 또한 음성대조군과 양성대조군의 시험 결과는 예상했던 바와 같아 본 시험 결과의 신뢰성을 입증하고 있다.From the above results, as a result of qualitative analysis of the morphological change or degree of lysis of cells in Example 1 as a test material through a microscope, a uniform monolayer was maintained after culture in the cells treated with the test material and no inhibition of proliferation was observed. did not According to the results of quantitative analysis, the cell viability was 96% in the group where 100% of the elution solution of the test substance was applied. Therefore, in accordance with the cytotoxicity standards for medical devices, which are considered to be cytotoxic if the cell lysis index is greater than Grade 2 or if the cell viability is reduced to less than 70% (< 70%) of the blank test solution, Example 1 is non-cytotoxic. It is judged to be In addition, the test results of the negative control group and the positive control group are as expected, proving the reliability of the test results.

한편, 종래 전도성 하이드로겔(A사 샘플)의 정보는 하기 표 5와 같으며, 방법은 상술한 바에 따라 진행되었다. 세포 독성의 반응성 등급 결과는 하기 표 6에 나타내었다.On the other hand, the information of the conventional conductive hydrogel (company A sample) is shown in Table 5 below, and the method was performed as described above. The reactivity grade results of cytotoxicity are shown in Table 6 below.

namename article amountarticle amount volume of vehiclevolume of vehicle test articletest article 64 ㎠64 cm2 10.6 ㎖10.6ml untreated controluntreated control N.AN.A. 10 ㎖10ml negative controlnegative control 0.79 g0.79g 7.9 ㎖7.9ml positive controlpositive control 0.86 g0.86g 8.6 ㎖8.6ml

exposure timeexposure time test article extracttest article extract controlcontrol untreateduntreated negativenegative positivepositive AA BB CC AA BB CC AA BB CC AA BB CC (48±2) hrs(48±2)hrs 44 44 44 00 00 00 00 00 00 44 44 44

표 6을 참조하면, 종래 전도성 하이드로겔(A사 샘플)은 세포 생존율이 목표값에 미달된 4 등급임이 확인되었으며, 이는 미처리 대조군, 음성대조군, 양성대조군이 기준 요건을 충족하여 유효한 것이라 할 수 있다. 또한 시험용액에 적용된 배양 세포의 경우 완전히 파괴됨을 현미경으로 확인할 수 있었다. 이에 따라 종래 전도성 하이드로겔(A사 샘플)은 생체 사용에 적합하지 않아 의료용 전극으로의 활용이 불가한 것임을 알 수 있다.Referring to Table 6, it was confirmed that the conventional conductive hydrogel (company A sample) had a cell viability of grade 4 below the target value, which means that the untreated control group, the negative control group, and the positive control group meet the standard requirements and are effective. . In addition, it was confirmed under a microscope that the cultured cells applied to the test solution were completely destroyed. Accordingly, it can be seen that the conventional conductive hydrogel (company A sample) is not suitable for living body use and cannot be used as a medical electrode.

정리하면, 본 발명은 합성 고분자 사용을 배제하고 음이온성 천연 고분자, 양이온성 셀룰로오스 나노섬유, 전해질 염 및 점착제를 포함하여 의료기기 전극에 활용되는 친환경 전도성 하이드로겔을 제공한다.In summary, the present invention provides an eco-friendly conductive hydrogel used in electrodes of medical devices, including anionic natural polymers, cationic cellulose nanofibers, electrolyte salts, and adhesives, excluding the use of synthetic polymers.

특히 양이온성 셀룰로오스 나노섬유는 음이온성 셀룰로오스 섬유의 표면 개질 및 나노화를 통하여 양이온성 작용기가 도입되도록 하여 음이온성 천연 고분자의 음이온과의 사이에서 정전기적 인력으로 이온 결합되면서 음이온성 천연 고분자가 3차원 네트워크 구조의 천연 고분자 매트릭스 형태로 가교가 이루어지므로, 음이온성 천연 고분자를 가교시킬 별도의 합성 고분자로 구성된 가교제가 필요없다.In particular, cationic cellulose nanofibers introduce a cationic functional group through surface modification and nanoization of anionic cellulose fibers, so that anionic natural polymers form a three-dimensional network while being ionically bonded with anions of anionic natural polymers by electrostatic attraction. Since the crosslinking is performed in the form of a natural polymer matrix, there is no need for a crosslinking agent composed of a separate synthetic polymer to crosslink the anionic natural polymer.

또한 본 발명의 전도성 하이드로겔은 상기 시험예의 결과로부터 안정성이 있음이 확인되었으므로, 독성이 거의 없으면서 생체에 적합하여 장시간 피부에 부착하여도 트러블을 유발하지 않기 때문에 진단용 계측기기에서 기존에 사용되고 있던 의료용 전극을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.In addition, since it was confirmed that the conductive hydrogel of the present invention has stability from the results of the above test examples, it is biocompatible with little toxicity and does not cause trouble even when attached to the skin for a long time, so it is a medical electrode that has been previously used in diagnostic instrumentation. is expected to be able to replace

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are intended to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (5)

음이온성 천연 고분자;
음이온성 셀룰로오스 섬유를 표면 개질하고 섬유 폭을 나노화시켜 양이온성 작용기가 도입된, 양이온성 셀룰로오스 나노섬유;
전해질 염; 및
점착제;를 포함하고,
상기 음이온성 천연 고분자가 상기 양이온성 셀룰로오스 나노섬유에 의해 가교되어 천연 고분자 매트릭스를 형성하고,
전도성 하이드로겔은,
수계 용매 75 내지 120 중량부 존재 하에서, 상기 음이온성 천연 고분자 0.1 내지 5 중량부, 상기 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 0.1 내지 5 중량부, 상기 전해질 염 0.1 내지 10 중량부 및 상기 점착제 20 내지 50 중량부를 혼합한 후 코팅 및 열처리하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔.
anionic natural polymers;
Cationic cellulose nanofibers, into which cationic functional groups are introduced by surface-modifying anionic cellulose fibers and nanonizing fiber width;
electrolyte salts; and
Including; adhesive,
The anionic natural polymer is crosslinked by the cationic cellulose nanofibers to form a natural polymer matrix,
The conductive hydrogel is
In the presence of 75 to 120 parts by weight of an aqueous solvent, 0.1 to 5 parts by weight of the anionic natural polymer, 0.1 to 5 parts by weight of the cationic cellulose nanofibers, 0.1 to 10 parts by weight of the electrolyte salt, and 20 to 50 parts by weight of the adhesive are mixed Characterized in that it is formed by coating and heat treatment after coating, biocompatible eco-friendly conductive hydrogel for electrodes of medical devices.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 전해질 염은,
염화칼슘(CaCl2), 염화리튬(LiCl), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl) 및 염화세슘(CsCl)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 염화물인 것을 특징으로 하는, 의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔.
According to claim 1,
The electrolyte salt,
It is characterized in that it is one or more chlorides selected from the group consisting of calcium chloride (CaCl 2 ), lithium chloride (LiCl), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl) and cesium chloride (CsCl), biocompatible and eco-friendly for electrodes of medical devices. conductive hydrogel.
수계 용매 존재 하에서, 음이온성 천연 고분자, 음이온성 셀룰로오스 섬유를 표면 개질하고 섬유 폭을 나노화시켜 양이온성 작용기가 도입된 양이온성 셀룰로오스 나노섬유, 전해질 염 및 점착제를 혼합하여 하이드로겔 용액을 제조하는 단계;
상기 하이드로겔 용액을 시트 형태로 코팅하는 단계; 및
상기 시트 형태로 코팅된 하이드로겔 용액을 열처리하는 단계;를 포함하고,
상기 하이드로겔 용액을 열처리하는 단계는,
상기 음이온성 천연 고분자가 상기 양이온성 셀룰로오스 나노섬유에 의해 가교되어 천연 고분자 매트릭스를 형성하는 것을 특징으로 하는, 의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔의 제조방법.
In the presence of an aqueous solvent, preparing a hydrogel solution by surface-modifying anionic natural polymer and anionic cellulose fiber and nanonizing the fiber width to mix cationic functional group-introduced cationic cellulose nanofiber, an electrolyte salt, and an adhesive;
coating the hydrogel solution in a sheet form; and
Including; heat-treating the hydrogel solution coated in the form of a sheet,
The step of heat-treating the hydrogel solution,
Characterized in that the anionic natural polymer is crosslinked by the cationic cellulose nanofibers to form a natural polymer matrix, a method for producing a biocompatible eco-friendly conductive hydrogel for electrodes in medical devices.
제4 항에 있어서,
상기 하이드로겔 용액은,
상기 수계 용매 75 내지 120 중량부 존재 하에서, 상기 음이온성 천연 고분자 0.1 내지 5 중량부, 상기 양이온성 셀룰로오스 나노섬유 0.1 내지 5 중량부, 상기 전해질 염 0.1 내지 10 중량부 및 상기 점착제 20 내지 50 중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 의료기기 전극용 생체 적합성 친환경 전도성 하이드로겔의 제조방법.
According to claim 4,
The hydrogel solution,
In the presence of 75 to 120 parts by weight of the aqueous solvent, 0.1 to 5 parts by weight of the anionic natural polymer, 0.1 to 5 parts by weight of the cationic cellulose nanofibers, 0.1 to 10 parts by weight of the electrolyte salt, and 20 to 50 parts by weight of the adhesive Characterized in that it is prepared by mixing, a method for producing a biocompatible eco-friendly conductive hydrogel for electrodes of medical devices.
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