KR20200101818A - Dual-crosslinked (temperature sensitive, light sensitive) biocompatible chitosan hydrogel composition and its manufacturing method - Google Patents

Dual-crosslinked (temperature sensitive, light sensitive) biocompatible chitosan hydrogel composition and its manufacturing method Download PDF

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KR20200101818A
KR20200101818A KR1020190053865A KR20190053865A KR20200101818A KR 20200101818 A KR20200101818 A KR 20200101818A KR 1020190053865 A KR1020190053865 A KR 1020190053865A KR 20190053865 A KR20190053865 A KR 20190053865A KR 20200101818 A KR20200101818 A KR 20200101818A
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Abstract

The present invention relates to a hydrogel composition and a method for manufacturing a hydrogel capable of double crosslinking of temperature crosslinking and photocrosslinking using the hydrogel composition.

Description

이중가교형(온도감응, 가시광감응형) 생체적합 키토산 하이드로겔 조성물 및 이의 제조방법 {Dual-crosslinked (temperature sensitive, light sensitive) biocompatible chitosan hydrogel composition and its manufacturing method}Dual-crosslinked (temperature sensitive, light sensitive) biocompatible chitosan hydrogel composition and its manufacturing method}

본 발명은 온도(열) 가교, 광가교, 또는 온도 가교 및 광가교의 이중가교된 구조를 가질 수 있는 하이드로겔 조성물 및 상기 하이드로겔 조성물의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogel composition capable of having a double-crosslinked structure of temperature (heat) crosslinking, photocrosslinking, or temperature crosslinking and photocrosslinking, and a method of preparing the hydrogel composition.

바이오 프린팅은 세포-함유 매체의 분배를 필요로 하기 때문에, 바이오 프린팅에서 소재의 세포적합성(cytocompatible)이 중요하다. 이를 위해 젤라틴, 젤라틴/키토산, 젤라틴/알지네이트, 젤라틴/피프로넥틴, 루트롤 F127(Lutrol F127)/알지네이트, 및 알지네이트 등의 재료를 사용한 하이드로겔이 바이오 프린팅에 사용되고 있다. 바이오 프린팅에 사용되는 상기 하이드로겔 또는 하이드로겔과 세포의 혼합물 등은 '바이오 잉크(bioink)'로도 지칭된다.Since bioprinting requires distribution of a cell-containing medium, it is important that the material is cytocompatible in bioprinting. To this end, hydrogels using materials such as gelatin, gelatin/chitosan, gelatin/alginate, gelatin/fipronectin, Lutrol F127/alginate, and alginate are used for bioprinting. The hydrogel or a mixture of hydrogels and cells used for bioprinting is also referred to as'bioink'.

그런데, 바이오 프린팅에서는 세포의 배양이나 출력을 하는 경우 이물질이나 세균으로부터의 오염을 방지하는 것이 중요하며, 나아가 인체에 적용될 수 있도록 바이오 구조체의 정교함과 세밀함을 만족하고 또한, 세포 독성이나 세포적합성을 충분히 만족하는 구조물을 성형하는 것이 중요하다.However, in bioprinting, it is important to prevent contamination from foreign substances or bacteria when culturing or printing cells, and further, satisfies the sophistication and detail of the biostructure so that it can be applied to the human body, and also prevents cytotoxicity or cellular compatibility. It is important to mold structures that are sufficiently satisfactory.

하이드로겔은 친수성이 우수하여 물을 쉽게 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 강도, 모양 등을 쉽게 바꿀 수 있어 조직공학용 지지체 또는 약물전달 등에 사용되고 있다. 하이드로겔은 구성 물질의 친수성으로 인해 수용액 내 또는 수성환경 하에서 많은 양의 물을 흡수하며 팽윤되지만 가교 구조에 의해 용해되지 않는 성질을 가지고 있다. 따라서, 구성성분과 제조방법에 따라 다양한 형태와 성질을 가진 하이드로겔이 만들어질 수 있으며 일반적으로 다량의 수분을 함유하고 있으므로 액체와 고체의 중간성질을 갖는 것이 특징이다. Hydrogels have excellent hydrophilicity, so they can easily absorb water and change their strength and shape, so they are used as a tissue engineering scaffold or drug delivery. The hydrogel absorbs a large amount of water in an aqueous solution or in an aqueous environment due to the hydrophilicity of its constituent materials, and it swells but does not dissolve due to a crosslinked structure. Therefore, hydrogels having various shapes and properties can be made depending on the composition and the manufacturing method, and they generally contain a large amount of moisture, and are characterized by having intermediate properties between liquid and solid.

한편, 하이드로겔의 생체적합성 고분자로 많이 사용되는 젤라틴은 동물의 뼈, 연골, 가죽 등 결합조직의 주요 단백질 성분인 콜라겐의 부분적인 가수분해에 의해 얻어지는 단백질로써 생체 적합성이 높고 무독성의 생분해성 특성을 가지고 있다. 젤라틴은 비교적 낮은 온도와 농도에서도 점성을 부여하며, 젤라틴 용액은 냉각될 때 선명하고 탄력성 있는 열가역적 겔을 형성하지만, 수용액에서 쉽게 녹아버리기 때문에 그 안정성을 높여주기 위하여 포름알데히드, 또는 글루타알데히드 글루타알데히드와 같은 화학물질과의 가교 방법이 이용되고 있다. 그러나, 이들 가교제 성분이 내부에 미량이라도 잔류할 경우 이로 인해 세포독성을 나타낼 뿐만 아니라 체내 이식 후 이들로 인한 주변 장기에 대해 독성을 나타낼 수 있다. On the other hand, gelatin, which is widely used as a biocompatible polymer for hydrogels, is a protein obtained by partial hydrolysis of collagen, a major protein component of connective tissues such as animal bones, cartilage, and leather, and has high biocompatibility and non-toxic biodegradability. Have. Gelatin gives viscosity even at a relatively low temperature and concentration, and gelatin solution forms a clear and elastic thermoreversible gel when cooled, but it dissolves easily in an aqueous solution, so formaldehyde or glutaaldehyde is used to increase its stability. Crosslinking with chemicals such as rutaaldehyde is being used. However, if these crosslinking agent components remain inside even a small amount, they may exhibit cytotoxicity due to this and may exhibit toxicity to surrounding organs caused by them after implantation in the body.

이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2019-0016535호에서는 화학적 가교제 없이도 높은 점도 특성을 갖는 하이드로겔 조성물에 관하여 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Application Publication No. 2019-0016535 discloses a hydrogel composition having high viscosity properties without a chemical crosslinking agent.

대한민국 등록특허 제10-1957415호Korean Patent Registration No. 10-1957415 대한민국 공개특허 제2019-0016535호Republic of Korea Patent Publication No. 2019-0016535

본 발명은 온도(열) 가교, 광가교, 또는 온도 가교 및 광가교의 이중가교된 구조를 가질 수 있는 하이드로겔 조성물 및 상기 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a hydrogel composition capable of having a temperature (thermal) crosslinking, a photocrosslinking, or a double crosslinked structure of temperature crosslinking and photocrosslinking, and a method of preparing the hydrogel composition.

상기 과제를 해결하기 위하여,In order to solve the above problem,

본 발명은 일실시예에서,The present invention in one embodiment,

하기 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위를 갖는 키토산 화합물을 포함하는 하이드로겔 조성물을 제공한다:It provides a hydrogel composition comprising a chitosan compound having a repeating unit represented by the following formulas 1 to 3:

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

화학식 1 내지 3에서,In Formulas 1 to 3,

R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,R 1 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,

R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는

Figure pat00004
이며,R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or
Figure pat00004
Is,

R5는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,R 5 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,

p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.20≤q≤0.50이며, 0.20≤r≤0.50이되, p>0인 조건을 만족한다.p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, 0.20≤q≤0.50, 0.20≤r≤0.50, p>0 Satisfies the phosphorus condition.

또한, 본 발명은 일실시예에서, 키토산 용액, 에폭시 화합물 및 메타크릴 무수물을 포함하는 혼합물로부터 하기 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위를 갖는 키토산 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공한다:In addition, the present invention is a method for producing a hydrogel composition comprising the step of preparing a chitosan compound having a repeating unit represented by the following Formulas 1 to 3 from a mixture containing a chitosan solution, an epoxy compound, and a methacrylic anhydride in an embodiment. Provides:

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00007
Figure pat00007

화학식 1 내지 3에서,In Formulas 1 to 3,

R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,R 1 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,

R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는

Figure pat00008
이며,R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or
Figure pat00008
Is,

R5는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,R 5 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,

p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.20≤q≤0.50이며, 0.20≤r≤0.50이되, p>0인 조건을 만족한다.p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, 0.20≤q≤0.50, 0.20≤r≤0.50, p>0 Satisfies the phosphorus condition.

본 발명에 따른 키토산의 히드록시기와 아민기를 치환하여 제조된 하이드로겔 조성물을 이용하여, 체온 및 넓은 범위의 광(light)에서 민감한 키토산 하이드로겔을 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 하이드로겔은 키토산의 히드록시기를 치환하여 중성의 pH에서 키토산에 용해성기를 첨가하여 온도 반응성을 부여함으로써 체온과 유사한 온도에서 추가 가교제 없이 가교 결합할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 하이드로겔은 키토산의 아민기를 아크릴계 무수물을 이용하여 치환함으로써 하이드로겔의 강도를 향상시키고 세포 부착력을 부여할 수 있으며, 넓은 광 범위(또는 가시광) 하에서 가교 결합할 수 있다. 이에 따라, 자외선으로 인한 부작용을 최소화할 수 있고, 가볍고 유용한 하이드로겔을 제공할 수 있다. By using the hydrogel composition prepared by substituting the hydroxy group and amine group of chitosan according to the present invention, it is possible to prepare a chitosan hydrogel that is sensitive to body temperature and a wide range of light. Specifically, the hydrogel according to the present invention can be crosslinked without an additional crosslinking agent at a temperature similar to body temperature by adding a soluble group to chitosan at neutral pH by substituting a hydroxy group of chitosan to impart temperature reactivity. In addition, the hydrogel according to the present invention can improve the strength of the hydrogel and impart cell adhesion by substituting the amine group of chitosan with an acrylic anhydride, and can be crosslinked under a wide light range (or visible light). Accordingly, side effects due to ultraviolet rays can be minimized, and a light and useful hydrogel can be provided.

또한, 본 발명에 따른 하이드로겔은 주사기와 튜브를 이용할 수 있는 점성을 가짐으로써 다양한 전달 방법에 적용할 수 있기 때문에 인쇄성을 가질 수 있으므로 4D 프린팅의 잉크로 활용 가능하다. 더불어, 실온의 물에서도 적절한 점도와 접착력으로 형상을 유지할 수 있고, 온도 가교 후에도 가벼운 가교가 가능하다는 특징이 있다.In addition, since the hydrogel according to the present invention has viscosity that can be used with a syringe and tube, it can be applied to various delivery methods, so it can have printability, so it can be used as an ink for 4D printing. In addition, the shape can be maintained with an appropriate viscosity and adhesion even in water at room temperature, and light crosslinking is possible even after temperature crosslinking.

도 1은 본 발명의 하이드로겔을 이용한 4D 바이오 프린팅을 위한 HBC-MA 활용의 개략도이다: (A) 광 가교 반응이 가능한 3% HBC-MA 용액을 pH 7.4로 설정한다. 압출된 실린더에 용액을 넣고 직접 수중에서 프린트한다. HBC-MA 용액은 물로 희석되지 않고, 압출된 모양을 유지하며 적색 광을 나타낸다.
(B) 상기 HBC-MA는 37 내지 40℃를 유지하는 물에서 온도 반응성을 나타내며, 온도 가교된 HBC-MA 하이드로겔은 분홍색을 띤다. 이때 동결 건조 하이드로겔을 SEM을 이용하여 내부 공극을 관찰하면 기공 크기가 커서 세포가 자유롭게 움직일 수 있다.
(C) 가시광선에 노출된 부분을 나타낸 것으로, 온도 가교에 의해 반응이 관측되는 상태에서도 가시광에 의한 광가교 현상이 발생한다. 가시광 가교된 하이드로겔은 황색을 나타낸다. 이때, 동결 건조 하이드로겔을 SEM을 이용하여 내부 공극을 관찰하면, 기공의 크기가 작아 세포가 통과 할 수 없는 크기이며 세포 부착으로 세포가 포착된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 키토산, HBC 및 HBC-MA의 1H NMR을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 키토산, HBC 및 HBC-MA의 FTIR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 있어서, 3 중량% HBC-MA의 유변학 적 분석 및 G' 및 G"이 교차하는 겔화점을 나타낸 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 있어서, 다양한 pH 및 가시광선 노출 시간을 갖는 HBC-MA의 기계적 특성을 나타낸 것이다(*p<0.05, ***p<0.001).
도 6은 본 발명의 실시예에 있어서, WST-1 분석에 의한 NIH3T3 세포의 생존력을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 오차 막대는 각 시료에 대한 반복 측정의 SE를 나타낸 것이다(각 그룹당 n=6).
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 있어서, 온도 가교 결합된 HBC-MA 하이드로겔 내부의 SEM 이미지(도 7a), 이중 가교 HBC-MA 하이드로겔 내부의 SEM 이미지(도 7b), 및 이중 가교 HBC-MA 하이드로겔 내부의 700 배 확대된 SEM 이미지(도 7c)이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예에 있어서, 4D 프린팅의 가능성을 시험하기 위해 HBC-MA를 프린팅하여 가교시키는 과정을 나타낸 사진이다.
1 is a schematic diagram of the utilization of HBC-MA for 4D bioprinting using the hydrogel of the present invention: (A) A 3% HBC-MA solution capable of photo-crosslinking reaction is set to pH 7.4. Put the solution in the extruded cylinder and print it directly underwater. The HBC-MA solution is not diluted with water, retains its extruded shape and exhibits a red light.
(B) The HBC-MA exhibits temperature reactivity in water maintained at 37 to 40°C, and the temperature crosslinked HBC-MA hydrogel has a pink color. At this time, if the internal pores of the freeze-dried hydrogel are observed using SEM, the pore size is large so that the cells can move freely.
(C) It shows a portion exposed to visible light, and a photocrosslinking phenomenon due to visible light occurs even in a state in which a reaction is observed by temperature crosslinking. The visible light crosslinked hydrogel has a yellow color. At this time, when the internal pores of the freeze-dried hydrogel are observed using SEM, the pore size is small and the cells cannot pass through, and the cells are captured by cell adhesion.
2 is a graph showing 1H NMR of chitosan, HBC and HBC-MA according to an embodiment of the present invention.
3 shows FTIR spectra of chitosan, HBC and HBC-MA according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B show the rheological analysis of 3% by weight HBC-MA and the gel point at which G'and G" intersect in an example of the present invention.
5A and 5B show the mechanical properties of HBC-MA having various pH and visible light exposure time in an embodiment of the present invention (*p<0.05, ***p<0.001).
6 shows the results of measuring the viability of NIH3T3 cells by WST-1 analysis in the examples of the present invention. Error bars represent the SE of repeated measurements for each sample (n=6 for each group).
7A to 7C are SEM images inside a temperature crosslinked HBC-MA hydrogel (FIG. 7A ), a SEM image inside a double crosslinked HBC-MA hydrogel (FIG. 7B ), and It is an SEM image (Fig. 7c) magnified 700 times inside the crosslinked HBC-MA hydrogel.
8A to 8E are photographs showing a process of crosslinking by printing HBC-MA in order to test the possibility of 4D printing in an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

본 발명에서, "4D(4th demension) 프린팅"은 미리 설계된 시간이나 임의 환경 조건이 충족되면 스스로 모양을 변경 또는 제조하여 새로운 형태로 바뀌는 제품(object)을 3D 프린팅하는 기술을 의미하고, 구체적으로는 물리적, 생물학적 물질 등 자가변형이 가능한 재료를 모양과 특성을 바꿀 수 있도록 프로그램하는 것을 의미한다. 여기서, 4D는 수학 또는 물리의 4차원(four-dimensional space)과는 상이한 의미이다.In the present invention, "4D (4th demension) printing" refers to a technology for 3D printing an object that changes or manufactures a shape by itself when a predetermined time or arbitrary environmental condition is satisfied, and specifically It means programming materials that can self-deform, such as physical and biological materials, to change their shape and properties. Here, 4D has a different meaning from the four-dimensional space of mathematics or physics.

본 발명에서, "알킬기"는 직쇄(linear) 또는 분지(branched) 상 포화 탄화수소로부터 유도된 작용기를 의미할 수 있다. 알킬기의 구체적인 예로서는, 메틸기(methyl group), 에틸기(ethyl group), n-프로필기(n-propyl group), 이소프로필기(iso-propyl group), n-부틸기(n-butyl group), sec-부틸기(sec-butyl group), t-부틸기(tertbutyl group), n-펜틸기(n-pentyl group), 1,1-디메틸프로필기(1,1-dimethylpropyl group), 1,2-디메틸프로필기, 2,2-디메틸프로필기, 1-에틸프로필기, 2-에틸프로필기, n-헥실기, 1-메틸-2-에틸프로필기, 1-에틸-2-메틸프로필기, 1,1,2-트리메틸프로필기, 1-프로필프로필기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 1,1-디메틸부틸기, 1,2-디메틸부틸기, 2,2-디메틸부틸기, 1,3-디메틸부틸기, 2,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기 등을 들 수 있다.In the present invention, "alkyl group" may mean a functional group derived from a linear or branched saturated hydrocarbon. Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, sec -Butyl group (sec-butyl group), t-butyl group (tertbutyl group), n-pentyl group (n-pentyl group), 1,1-dimethylpropyl group (1,1-dimethylpropyl group), 1,2- Dimethylpropyl group, 2,2-dimethylpropyl group, 1-ethylpropyl group, 2-ethylpropyl group, n-hexyl group, 1-methyl-2-ethylpropyl group, 1-ethyl-2-methylpropyl group, 1 ,1,2-trimethylpropyl group, 1-propylpropyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group, 1,1-dimethylbutyl group, 1,2-dimethylbutyl group, 2,2-dimethylbutyl group , 1,3-dimethylbutyl group, 2,3-dimethylbutyl group, 2-ethylbutyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, and the like.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

4D 프린팅, 바이오 프린팅 등 생체에 사용하는 소재 중 많이 사용되는 생체적합성 고분자인 키토산은 비독성, 생분해성, 및 생체적합성이 있으나, 중성 pH에서 불용성인 특성에 의해 응집하는 단점이 있다. 이에, 키토산을 중성에서 이용하여 그 활용을 다양한 분야로(의료 등) 넓히기 위해, 본 발명에서는, 체온과 유사한 온도에서 가교가 일어날 수 있게 하며 UV에 비해 무해한 파장대의 빛(가시광 등)을 매개체로 하여 가교가 일어남으로써 이중가교가 가능한 하이드로겔을 제공한다.Chitosan, a biocompatible polymer that is widely used among materials used for living organisms such as 4D printing and bioprinting, has non-toxicity, biodegradability, and biocompatibility, but has a disadvantage of aggregation due to its insoluble property at neutral pH. Thus, in order to use chitosan in neutral to expand its use to various fields (medical, etc.), in the present invention, crosslinking can occur at a temperature similar to body temperature, and light (visible light, etc.) in a wavelength range that is harmless compared to UV is used as a medium. Thus, crosslinking occurs to provide a hydrogel capable of double crosslinking.

구체적으로, 본 발명은 하기 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위를 갖는 키토산 화합물을 포함하는 하이드로겔 조성물을 제공한다:Specifically, the present invention provides a hydrogel composition comprising a chitosan compound having a repeating unit represented by the following Formulas 1 to 3:

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00011
Figure pat00011

화학식 1 내지 3에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는

Figure pat00012
이며, R5는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.20≤q≤0.50이며, 0.20≤r≤0.50이되, p>0인 조건을 만족한다.In Formulas 1 to 3, R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or
Figure pat00012
And R 5 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, and 0.20≤ The condition that q≤0.50, 0.20≤r≤0.50, and p>0 is satisfied.

하나의 예로서, 상기 R1은 수소, 메틸기 또는 에틸기이고, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 또는

Figure pat00013
이며, R5는 수소 또는 메틸기이고, p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.20≤q≤0.30이며, 0.10≤r≤0.30이되, p>0인 조건을 만족할 수 있다.As an example, R 1 is hydrogen, a methyl group or an ethyl group, and R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, a methyl group, an ethyl group, or
Figure pat00013
And R 5 is hydrogen or a methyl group, p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, and 0.20≦q≦0.30, 0.10≤r≤0.30, but a condition of p>0 may be satisfied.

또한, 하나의 예로서, 상기 R1은 수소, 메틸기 또는 에틸기이고, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 또는

Figure pat00014
이며, R5는 수소 또는 메틸기이고, p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.30≤q≤0.40이며, 0.30≤r≤0.50이되, p>0인 조건을 만족할 수 있다.In addition, as an example, the R 1 is hydrogen, a methyl group or an ethyl group, and R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, a methyl group, an ethyl group, or
Figure pat00014
And R 5 is hydrogen or a methyl group, p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, 0.30≦q≦0.40, 0.30≤r≤0.50, but a condition of p>0 may be satisfied.

예를 들어, 상기 화학식 1은 키토산을 포함할 수 있다.For example, Formula 1 may include chitosan.

예를 들어, 상기 키토산 화합물은 하기 화학식 4로 나타내는 반복단위를 포함할 수 있다:For example, the chitosan compound may include a repeating unit represented by Formula 4:

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00015
Figure pat00015

상기 화학식 4에서, R6은 서로 독립적으로 수소 또는

Figure pat00016
이고, R7은 R5는 수소 또는 메틸기이다.In Formula 4, R 6 are each independently hydrogen or
Figure pat00016
And R 7 is R 5 is hydrogen or a methyl group.

상기 키토산 화합물은 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위가 광 및 열 중 어느 하나에 의해 가교된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.The chitosan compound may be characterized by having a structure in which the repeating units represented by Formulas 1 to 3 are crosslinked by either light or heat.

본 발명에 따른 하이드로겔 조성물은 키토산의 히드록시기와 아민기가 치환되어 가교된 구조를 가짐으로써, 체온과 유사한 온도 및 광에 민감한 키토산 하이드로겔 조성물일 수 있다.The hydrogel composition according to the present invention may be a chitosan hydrogel composition sensitive to temperature and light similar to body temperature by having a crosslinked structure by substituting hydroxy groups and amine groups of chitosan.

본 발명에 따른 하이드로겔 조성물은 키토산의 히드록시기를 치환하여 중성의 pH에서 키토산에 용해성기를 첨가하여 온도 반응성을 부여함으로써 체온과 유사한 온도에서 추가 가교제 없이 가교 결합할 수 있다. 또한, 키토산의 아민기를 아크릴계 무수물을 이용하여 치환함으로써 하이드로겔의 강도를 향상시키고 세포 부착력을 부여할 수 있으며, 가시광 하에서 가교 결합할 수 있다. 이로 인해 자외선으로 인한 부작용을 최소화할 수 있고, 가볍고 유용한 하이드로겔을 제공할 수 있다. The hydrogel composition according to the present invention can be crosslinked without an additional crosslinking agent at a temperature similar to body temperature by adding a soluble group to chitosan at neutral pH by substituting a hydroxy group of chitosan to impart temperature reactivity. In addition, by substituting the amine group of chitosan with an acrylic anhydride, the strength of the hydrogel can be improved, cell adhesion can be imparted, and crosslinking can be performed under visible light. Accordingly, side effects due to ultraviolet rays can be minimized, and a light and useful hydrogel can be provided.

상기 키토산 화합물은 30 내지 50℃의 온도에서 가교된 구조를 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 키토산 화합물은 30 내지 45℃, 30 내지 40℃, 30 내지 35℃, 35 내지 50℃, 40 내지 50℃, 또는 45 내지 50℃의 온도에서 가교된 구조를 유지할 수 있다.The chitosan compound may maintain a crosslinked structure at a temperature of 30 to 50°C. For example, the chitosan compound may maintain a crosslinked structure at a temperature of 30 to 45°C, 30 to 40°C, 30 to 35°C, 35 to 50°C, 40 to 50°C, or 45 to 50°C.

상기 키토산 화합물은 300 nm 내지 800nm의 파장을 갖는 광 조사 조건에서 가교된 구조를 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 키토산 화합물은 300 내지 700 nm, 300 내지 600 nm, 300 내지 500 nm, 300 내지 400 nm, 400 내지 800 nm, 500 내지 800 nm, 600 내지 800 nm, 또는 700 내지 800 nm 범위의 파장을 갖는 광 조사 조건에서 가교된 구조를 유지할 수 있다. The chitosan compound may maintain a crosslinked structure under light irradiation conditions having a wavelength of 300 nm to 800 nm. For example, the chitosan compound is in the range of 300 to 700 nm, 300 to 600 nm, 300 to 500 nm, 300 to 400 nm, 400 to 800 nm, 500 to 800 nm, 600 to 800 nm, or 700 to 800 nm. The crosslinked structure can be maintained under light irradiation conditions having a wavelength.

상기 키토산의 분자량은 50,000 내지 190,000 Da일 수 있다. 예를 들어, 상기 키토산의 분자량은 50,000 내지 150,000 Da, 50,000 내지 120,000 Da, 50,000 내지 100,000 Da, 50,000 내지 80,000 Da, 80,000 내지 190,000 Da, 120,000 내지 190,000 Da, 또는 150,000 내지 190,000 Da일 수 있다.The chitosan may have a molecular weight of 50,000 to 190,000 Da. For example, the molecular weight of the chitosan may be 50,000 to 150,000 Da, 50,000 to 120,000 Da, 50,000 to 100,000 Da, 50,000 to 80,000 Da, 80,000 to 190,000 Da, 120,000 to 190,000 Da, or 150,000 to 190,000 Da.

본 발명에 따른 하이드로겔은 점성이 좋으며 주사기와 튜브를 이용할 수 있는 점성을 가짐으로써 다양한 전달 방법에 적용할 수 있기 때문에 인쇄성을 가질 수 있으므로 4D 프린팅의 잉크로 활용 가능하다. 더불어, 실온의 물에서도 적절한 점도와 접착력으로 형상을 유지할 수 있고, 온도 가교 후에도 가벼운 가교가 가능하다는 특징이 있다.The hydrogel according to the present invention has good viscosity and can be applied to various delivery methods by having a viscosity that can be used with a syringe and a tube, so it can have printability, so it can be used as an ink for 4D printing. In addition, the shape can be maintained with an appropriate viscosity and adhesion even in water at room temperature, and light crosslinking is possible even after temperature crosslinking.

예를 들어, 도 1은 본 발명의 하이드로겔 조성물을 4D 프린팅에 이용하는 경우, 프린팅 과정을 나타낸 개략도이다: (A) 압출된 실린더에 하이드로겔 조성물을 넣고 직접 수중에서 프린트하며, 하이드로겔 조성물은 물로 희석되지 않고, 압출된 모양을 유지하며 적색 광을 나타냄.For example, FIG. 1 is a schematic diagram showing the printing process when the hydrogel composition of the present invention is used for 4D printing: (A) The hydrogel composition is put in an extruded cylinder and printed directly in water, and the hydrogel composition is Undiluted, retains its extruded shape and exhibits red light.

(B) 상기 하이드로겔 조성물은 30 내지 50℃를 유지하는 물에서 온도 반응성을 나타내며, 온도 가교된 하이드로겔은 분홍색을 띰. 이때 하이드로겔은 내부 공극(기공) 크기는 세포 부착 시 세포가 자유롭게 움직일 수 있을 정도로 큰 크기임.(B) The hydrogel composition exhibits temperature reactivity in water maintained at 30 to 50°C, and the temperature crosslinked hydrogel has a pink color. At this time, the size of the internal pores (pores) of the hydrogel is large enough to allow the cells to move freely when the cells are attached.

(C) 상기 하이드로겔의 가시광선에 노출된 부분을 나타낸 것으로, 온도 가교에 의해 반응이 관측되는 상태에서도 가시광에 의한 광가교 현상이 발생할 수 있음. 가시광 가교된 하이드로겔은 황색을 나타내며, 이때 하이드로겔은 내부 공극의 크기가 작아 세포가 통과할 수 없는 크기이므로, 세포 부착 시 세포가 포착됨.(C) It shows a portion of the hydrogel exposed to visible light, and a photo-crosslinking phenomenon due to visible light may occur even when a reaction is observed by temperature crosslinking. The visible light crosslinked hydrogel exhibits yellow color, and since the hydrogel has a small size of the inner pores that the cells cannot pass through, the cells are captured when the cells adhere.

또한, 본 발명은 키토산 용액, 에폭시 화합물 및 메타크릴 무수물을 포함하는 혼합물로부터 하기 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위를 갖는 키토산 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공한다:In addition, the present invention provides a method for preparing a hydrogel composition comprising the step of preparing a chitosan compound having a repeating unit represented by the following Formulas 1 to 3 from a mixture containing a chitosan solution, an epoxy compound, and a methacrylic anhydride:

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00017
Figure pat00017

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00018
Figure pat00018

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00019
Figure pat00019

화학식 1 내지 3에서,In Formulas 1 to 3,

R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는

Figure pat00020
이며, R5는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.20≤q≤0.50이며, 0.20≤r≤0.50이되, p>0인 조건을 만족한다.R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or
Figure pat00020
And R 5 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, and 0.20≤ The condition that q≤0.50, 0.20≤r≤0.50, and p>0 is satisfied.

하나의 예로서, 상기 R1은 수소, 메틸기 또는 에틸기이고, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 또는

Figure pat00021
이며, R5는 수소 또는 메틸기이고, p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.20≤q≤0.30이며, 0.10≤r≤0.30이되, p>0인 조건을 만족할 수 있다.As an example, R 1 is hydrogen, a methyl group or an ethyl group, and R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, a methyl group, an ethyl group, or
Figure pat00021
And R 5 is hydrogen or a methyl group, p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, and 0.20≦q≦0.30, 0.10≤r≤0.30, but a condition of p>0 may be satisfied.

또한, 하나의 예로서, 상기 R1은 수소, 메틸기 또는 에틸기이고, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 또는

Figure pat00022
이며, R5는 수소 또는 메틸기이고, p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.30≤q≤0.40이며, 0.30≤r≤0.50이되, p>0인 조건을 만족할 수 있다.In addition, as an example, the R 1 is hydrogen, a methyl group or an ethyl group, and R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, a methyl group, an ethyl group, or
Figure pat00022
And R 5 is hydrogen or a methyl group, p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, 0.30≦q≦0.40, 0.30≤r≤0.50, but a condition of p>0 may be satisfied.

상기 하이드로겔 조성물은 키토산 용액과 에폭시 화합물을 혼합하여 반응시켜 키토산의 수산기(OH기)를 치환(에폭시화)한다(제1 반응). 상기 반응에 의해 키토산에 수용성 및 온도 반응 특성을 부여할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 반응은 중성 pH에서 불용성 키토산에 용해성기를 첨가하여 수용성 키토산을 생성하고 온도 반응성을 부여할 수 있다. 이때 실온(24℃) 이하에서는 용액 상태로 유지되며, 체온과 유사한 30 내지 50℃에서는 하이드로겔을 형성할 수 있고, 온도가 다시 실온 이하가 되면 용액 상태로 되돌아갈 수 있다. The hydrogel composition is reacted by mixing a chitosan solution and an epoxy compound to replace (epoxylate) a hydroxyl group (OH group) of chitosan (first reaction). The above reaction can impart water solubility and temperature reaction properties to chitosan. Specifically, the first reaction may generate water-soluble chitosan by adding a soluble group to insoluble chitosan at a neutral pH and impart temperature reactivity. At this time, it is maintained in a solution state below room temperature (24° C.), and a hydrogel can be formed at 30 to 50° C. similar to body temperature, and when the temperature is lower than room temperature again, it may return to the solution state.

상기 에폭시 화합물은 화학식 6으로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다:The epoxy compound may be a compound represented by Formula 6:

[화학식 6][Formula 6]

Figure pat00023
Figure pat00023

화학식 6에서, R9는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다.In Formula 6, R 9 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

상기 제1 반응된 키토산 용액은 메타크릴 무수물과 혼합하여 반응시켜 키토산의 아민기를 메타크릴화(제2 반응)하여 상기 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위를 갖는 키토산 화합물를 포함하는 하이드로겔 조성물을 제조할 수 있다. 상기 메타크릴 무수물은 상기 제1 반응된 키토산이 상대적으로 약한 가교 결합력을 가지며 세포 부착성이 낮으므로, 이를 보완하기 위해 수행되었다. 이에 따라, 자외선으로 인한 부작용을 최소화하기 위해 보다 유용한 하이드로겔을 제공할 수 있는 하이드로겔을 제조할 수 있다.The first reacted chitosan solution is mixed with methacrylic anhydride and reacted to methacrylate an amine group of chitosan (second reaction) to prepare a hydrogel composition comprising a chitosan compound having a repeating unit represented by Formulas 1 to 3. I can. The methacrylic anhydride was performed to compensate for the first reacted chitosan, since it has relatively weak crosslinking strength and low cell adhesion. Accordingly, in order to minimize side effects due to ultraviolet rays, a hydrogel capable of providing a more useful hydrogel can be prepared.

상기 메타크릴 무수물은 하기 화학식 5로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다:The methacrylic anhydride may be a compound represented by the following formula (5):

[화학식 5][Formula 5]

Figure pat00024
Figure pat00024

화학식 5에서, R8은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다.In Formula 5, R 8 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

구체적으로, 키토산 화합물을 제조하는 단계는, 키토산 용액과 에폭시 화합물을 반응시켜 화학식 1 및 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 중간 화합물을 형성하는 단계; 및 상기 중간 화합물과 메타크릴 무수물을 반응시켜 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위를 포함하는 화합물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the step of preparing a chitosan compound may include reacting a chitosan solution with an epoxy compound to form an intermediate compound including a repeating unit represented by Formulas 1 and 2; And reacting the intermediate compound with methacrylic anhydride to form a compound including a repeating unit represented by Formulas 1 to 3.

상기 중간 화합물을 형성하는 단계 이전에, 염기 화합물을 이용하여 키토산 용액의 pH를 중성, 구체적으로는 키토산 용액의 pH를 6 내지 8로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 염기 화합물은 암모니아(NH3), 수산화암모늄(NH4OH), 수산화마그네슘(Mg(OH)), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화바륨(Ba(OH)2), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화철(Fe(OH)2), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산나트륨(NaCO), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산칼륨(K2CO3), 메틸아민(CH3NH2) 및 아닐린(C6H5NH2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.Before the step of forming the intermediate compound, a step of adjusting the pH of the chitosan solution to neutral, specifically, to 6 to 8, using a basic compound may be further included. For example, the basic compound is ammonia (NH 3 ), ammonium hydroxide (NH 4 OH), magnesium hydroxide (Mg(OH)), potassium hydroxide (KOH), calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ), sodium hydroxide (NaOH). ), barium hydroxide (Ba(OH) 2 ), aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), iron hydroxide (Fe(OH) 2 ), sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ), sodium carbonate (NaCO), calcium carbonate (CaCO 3 ) , Potassium carbonate (K 2 CO 3 ), methylamine (CH 3 NH 2 ), and aniline (C 6 H 5 NH 2 ) may include at least one selected from the group consisting of.

상기 하이드로겔 조성물을 제조한 후, 하이드로겔 조성물을 온도 가교시킬 수 있다. 온도 가교는 체온과 비슷한 온도에서 수행될 수 있으며 추가 가교제 없이도 용이하게 가능하다. 상기 온도 가교하는 것은 30 내지 50℃ 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 가교는 30 내지 45℃, 30 내지 40℃, 30 내지 35℃, 35 내지 50℃, 35 내지 45℃, 37 내지 50℃, 40 내지 50℃, 또는 45 내지 50℃에서 수행되는 것일 수 있다. After preparing the hydrogel composition, the hydrogel composition may be temperature crosslinked. Temperature crosslinking can be carried out at a temperature similar to body temperature and is easily possible without additional crosslinking agents. The temperature crosslinking may be performed at a temperature range of 30 to 50°C. For example, the temperature crosslinking is performed at 30 to 45°C, 30 to 40°C, 30 to 35°C, 35 to 50°C, 35 to 45°C, 37 to 50°C, 40 to 50°C, or 45 to 50°C It can be.

상기 온도 가교 후 상기 온도 범위를 유지하여, 이후 광가교 시에도 30 내지 50℃의 온도를 유지하는 것일 수 있다.After the temperature crosslinking, the temperature range may be maintained, and then the temperature of 30 to 50°C may be maintained even during photocrosslinking.

상기 하이드로겔 조성물은 액체 상태이고, 이를 온도 가교하여 하이드로겔을 제조하면 겔(gel) 상태이므로 액체 상태일 때 보다 활용성이 증가하지만 여전히 강도가 낮기 때문에, 따라서 광가교를 추가하여 하이드로겔을 제조함으로써 강도를 증가시켜 용도를 다양화하고자 하였다.The hydrogel composition is in a liquid state, and when the hydrogel is prepared by temperature crosslinking, it is in a gel state, so its utility is increased compared to when it is in a liquid state, but it is still low in strength, therefore, photocrosslinking is added to prepare a hydrogel. By doing this, it was intended to increase the strength and diversify its use.

이에, 상기 온도 가교한 후, 광가교를 수행할 수 있다. 하이드로겔 조성물을 광가교시키는 것은, 하이드로겔 조성물에 광개시제를 혼합하고, 가시광을 조사하여 수행되는 것일 수 있다. Accordingly, after the temperature crosslinking, photocrosslinking may be performed. Photocrosslinking the hydrogel composition may be performed by mixing a photoinitiator with the hydrogel composition and irradiating visible light.

상기 광가교 시 광의 파장은 300 내지 800 nm 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 광의 파장은 300 내지 700 nm, 300 내지 600 nm, 300 내지 500 nm, 300 내지 400 nm, 400 내지 800 nm, 500 내지 800 nm, 600 내지 800 nm, 또는 700 내지 800 nm 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 광의 파장은 광개시제 물질에 따라 요구되는 범위가 결정될 수 있으며, 본 발명에 따른 광가교 시 다양한 범위의 광개시제의 사용이 가능하다.During the photocrosslinking, the wavelength of light may range from 300 to 800 nm. For example, the wavelength of the light is in the range of 300 to 700 nm, 300 to 600 nm, 300 to 500 nm, 300 to 400 nm, 400 to 800 nm, 500 to 800 nm, 600 to 800 nm, or 700 to 800 nm. I can. For example, the wavelength of the light may be determined in a required range according to the photoinitiator material, and various ranges of photoinitiators may be used during photocrosslinking according to the present invention.

상기 광개시제는 트리에탄올아민, N-비닐카프로락탐, 리튬 아릴포스피네이트, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 벤질디메틸케탈, 에틸벤조인에테르, 이소프로필벤조인에테르, 2,2-디에톡시아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-히드록시-4'-(2-히드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논, 벤질벤조에이트, 에오신와이, 리보플라빈, 로즈벵갈, 및 벤조일이소부틸에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 포함할 수 있다. The photoinitiator is triethanolamine, N-vinyl caprolactam, lithium aryl phosphinate, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, benzyldimethylketal, ethylbenzoin ether, isopropylbenzoin ether, 2,2- Diethoxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexylphenylketone, 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2 -Methylpropiophenone, benzyl benzoate, eosin wire, riboflavin, rose bengal, and benzoyl isobutyl ether may include one or more selected from the group consisting of.

상기 온도 가교 및 광가교된 하이드로겔은, 가시광선에 노출되면 색이 변하는 시각 효과를 가질 수 있고, 온도 가교는 pH가 중성일 때 발생하여 중성 pH에서 하이드로겔을 형성하기 위한 초고속 가교 속도를 가질 수 있다. The temperature crosslinked and photocrosslinked hydrogel may have a visual effect of changing color when exposed to visible light, and temperature crosslinking occurs when the pH is neutral and has an ultra-high crosslinking rate for forming a hydrogel at neutral pH. I can.

본 발명에 따른 하이드로겔은 체온 및 pH 조건에 적합하며 넓은 파장 범위에서 반응할 수 있다. 그 결과 체온 범위 내에서 온도 가교가 일어나고 300 내지 800 nm의 범위에서 광가교된 하이드로겔을 형성할 수 있다. 이에 따라, 온도 상승으로 수십 초 내에 가교가 일어나고, 온도가 낮을 때 가교가 해제되도록 가역성을 갖는 온도에서 가교 하이드로겔이 형성될 수 있고, 이때 하이드로겔 내부의 기공(pore) 공간은 넓고 낮은 접착제일 수 있다. 또한, 300 내지 800 nm 범위의 광, 구체적으로, 가시광에 의해 광가교된 하이드로겔이 형성될 수 있고, 이때 하이드로겔 내부의 기공 공간은 좁아졌으며 구조적으로 매우 탄력적일 수 있으며, 높은 탄성 및 접착성을 나타낼 수 있다.The hydrogel according to the present invention is suitable for body temperature and pH conditions and can react in a wide wavelength range. As a result, temperature crosslinking occurs within a body temperature range, and a photocrosslinked hydrogel may be formed in the range of 300 to 800 nm. Accordingly, crosslinking occurs within tens of seconds due to an increase in temperature, and a crosslinked hydrogel can be formed at a temperature having reversibility so that crosslinking is released when the temperature is low, and at this time, the pore space inside the hydrogel is a wide and low adhesive. I can. In addition, a photo-crosslinked hydrogel may be formed by light in the range of 300 to 800 nm, specifically, visible light, in which case the pore space inside the hydrogel is narrowed and may be structurally very elastic, and has high elasticity and adhesion. Can represent.

이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the examples presented below.

[[ 실시예Example ]]

1. 물질1. Substance

키토산(MW 50-190 kDa, DD 75-85 %), 메타크릴산 무수물, 1,2-에폭시부탄, EosinY(염료 함량 99%), TEA (트리에탄올 아민), NVP (1-비닐-2-피롤리디논, 나트륨 수산화물 억제제,> 99 %)는 Sigma Co.Ltd에서 구입했다. 본 실시예에서 사용된 다른 모든 화학 약품은 분석 등급의 것이다.Chitosan (MW 50-190 kDa, DD 75-85%), methacrylic anhydride, 1,2-epoxybutane, EosinY (99% dye content), TEA (triethanol amine), NVP (1-vinyl-2-p) Lolidinone, sodium hydroxide inhibitor, >99%) was purchased from Sigma Co.Ltd. All other chemicals used in this example are of analytical grade.

2. 2. 히드록시부틸Hydroxybutyl 메틸아크릴아미드Methylacrylamide 키토산( Chitosan ( HydroxybutylHydroxybutyl methylacrylamidemethylacrylamide chitosan, chitosan, HBCHBC -- MAMA )의 제조) Of manufacture

본 실시예에서 HBC-MA를 제조하기 위하여, 먼저 키토산(저분자, Sigma-aldrich) 1 g을 0.1 M HCl 60 mL에 완전히 용해하였다. 상기 키토산 용액을 5 M의 KOH를 이용하여 pH 6으로 조절하였다. pH의 조절 후 1,2-에폭시부탄(1,2-epoxybutane) 20 mL를 첨가하고, 1,2-에폭시부탄의 휘발을 피하기 위하여 24 시간 동안 잘 저어 주었다. 이때, 키토산의 히드록시기와 에폭시부탄은 염기촉매 에폭사이드 반응을 한다. 상기 반응은 24 시간 동안 55℃에서 수행되었다. 모든 반응이 완료된 후 원심 분리를 이용하여 1,2-에폭시부탄을 제거하여 히드록시부틸 키토산(Hydroxybutyl chitosan, HBC) 용액을 제조하였다. 상기 HBC 용액을 -20℃에서 동결시킨 후 1 일 동안 냉동고에서 냉동시킨 다음, 약 4 일 동안 동결-건조 공정 후에 순수한 HBC로 제조하였다.In order to prepare HBC-MA in this example, first 1 g of chitosan (low molecular weight, Sigma-aldrich) was completely dissolved in 60 mL of 0.1 M HCl. The chitosan solution was adjusted to pH 6 using 5 M KOH. After adjusting the pH, 20 mL of 1,2-epoxybutane was added, and the mixture was stirred well for 24 hours to avoid volatilization of 1,2-epoxybutane. At this time, the hydroxy group of chitosan and the epoxy butane undergo a base catalyst epoxide reaction. The reaction was carried out at 55° C. for 24 hours. After all reactions were completed, 1,2-epoxybutane was removed by centrifugation to prepare a hydroxybutyl chitosan (HBC) solution. The HBC solution was frozen at -20[deg.] C. and then frozen in a freezer for 1 day, and then freeze-dried for about 4 days to prepare pure HBC.

상기 수득된 HBC 1 g을 0.1 M HCl 60 mL에 하룻밤 동안 용해시킨 후, 15 mL의 메타크릴산 무수물(methacrylic anhydride)을 첨가하였다. 이때, 마그네틱 바를 사용하여 교반하였고, 기포가 발생하지 않도록 250 rpm의 회전 속도를 사용하였다. 이때, 키토산의 아미노기와 메타크릴산 무수물은 마이클 반응(Michael reaction)을 한다. 4 시간 동안 반응시킨 후, 5 M의 KOH를 이용하여 용액의 pH를 7로 조절하였다. 투석 튜브(dialysis tube)(12 내지 14 kDa)를 이용하여 희석하였고, 남아있는 메타크릴산 무수물을 증류수를 1 일에 2 회씩 교체하여 일주일 동안 제거하였다. 메타크릴산 무수물의 제거 후, -20℃에서 동결시킨 후, 이를 1 일 동안 냉동고에서 추가로 동결시킨 다음, 4 일 동안 동결-건조시켜 순수한 히드록시부틸 메틸아크릴아미드 키토산(Hydroxybutyl methylacrylamide chitosan, HBC-MA)을 수득하였다.1 g of HBC thus obtained was dissolved in 60 mL of 0.1 M HCl overnight, and then 15 mL of methacrylic anhydride was added. At this time, it was stirred using a magnetic bar, and a rotation speed of 250 rpm was used so that no air bubbles were generated. At this time, the amino group of chitosan and methacrylic anhydride undergo a Michael reaction. After reacting for 4 hours, the pH of the solution was adjusted to 7 using 5 M KOH. It was diluted using a dialysis tube (12 to 14 kDa), and the remaining methacrylic anhydride was removed for a week by replacing distilled water twice a day. After removal of methacrylic anhydride, it was frozen at -20°C, and it was further frozen in a freezer for 1 day, and then freeze-dried for 4 days to obtain pure hydroxybutyl methylacrylamide chitosan (HBC- MA) was obtained.

[[ 실험예Experimental example ]]

1. 1H 핵자기공명(1H 1. 1H nuclear magnetic resonance (1H ProtonProton NuclearNuclear MagneticMagnetic ResonanceResonance , 1H-NMR) 분광법 측정, 1H-NMR) spectroscopic measurement

키토산(CS), HBC 및 HBC-MA의 화학 구조를 FTIR-4100 (Jasco, JAPAN)을 사용하여 분석하였고, 모든 샘플을 1%(w/v)의 중수(Deuterium Oxide, D2O) 중 0.25% 중수소 염화물(Deuterium chloride, DC1)에 용해시키고 500 MHz FT-NMR 분광기(Varian Ltd., USA)를 사용하여 분석하였다.Chemical structures of chitosan (CS), HBC and HBC-MA were analyzed using FTIR-4100 (Jasco, JAPAN), and all samples were 0.25% deuterium in 1% (w/v) of deuterium oxide (D2O). It was dissolved in chloride (Deuterium chloride, DC1) and analyzed using a 500 MHz FT-NMR spectrometer (Varian Ltd., USA).

HBC-MA를 볼텍싱(vortexing)에 의해 1%(w/v)의 중수(Deuterium Oxide, D2O) 중 0.25% DC1에 용해시켰다. 대조군으로서, 동일한 용매에서 히드록시부틸-키토산(hydroxybutyl-chitosan) 및 키토산도 동일한 농도로 제조하였다. 1H-NMR 스펙트럼은 500 MHz FT-분광기를 사용하여 기록하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 2.06 ppm의 피크는 N-아세틸 글루코사민의 3 개의 양성자에 기인하고, 2.99 ppm의 피크는 글루코사민 잔기(H-2)의 양성자에 귀속된다. 3.5 ppm에서 4.0 ppm까지의 피크는 비-아노머 양성자(non-anomeric protons)(H-3, H-4, H-5, H-6)에 해당한다. HBC의 1H NMR 스펙트럼에서, 0.92 ppm에서의 새로운 신호는 히드록시부틸의 메틸기의 치환으로 인해 나타난다. 5.7 및 6.11 ppm은 메타크릴아미드(methacrylamide)를 대체하여 메타크릴로일기(methacrylolyl groups)에서 공유 결합으로서 발생하는 메틸렌 피크이다. 메타크릴로일기의 메틸 양성자를 가진 HBC-MA에 결합된 MA로 1.8 ppm을 표지하였다. 이것은 하이드록실-부틸 치환에 대한 키토산의 HBC로의 치환이 -NH2의 양성자에 메타크릴아미드의 성공적인 첨가를 가져온다는 것을 증명하였다. 메타크릴화도는 C-키토산 잔기의 H3-H6 피크의 적분 면적 대 3.3 및 3.8 ppm(H-5)의 적분 면적 대 5.6 및 6.4 ppm에서의 메타크릴레이트기(methacrylate group)의 CH2 피크의 적분 면적(H-2)이다. 1 H NMR에 의한 방법을 이용하여 변성(modification) 후의 키토산의 메타크릴화 정도는 24.8%이었다.HBC-MA was dissolved in 0.25% DC1 in 1% (w/v) heavy water (Deuterium Oxide, D2O) by vortexing. As a control, hydroxybutyl-chitosan and chitosan were also prepared at the same concentration in the same solvent. The 1H-NMR spectrum was recorded using a 500 MHz FT-spectrometer, and the results are shown in FIG. 2. The peak of 2.06 ppm is attributed to the three protons of N-acetyl glucosamine, and the peak of 2.99 ppm is attributed to the proton of the glucosamine residue (H-2). Peaks from 3.5 ppm to 4.0 ppm correspond to non-anomeric protons (H-3, H-4, H-5, H-6). In the 1 H NMR spectrum of HBC, a new signal at 0.92 ppm appears due to the substitution of the methyl group of hydroxybutyl. 5.7 and 6.11 ppm are methylene peaks that occur as covalent bonds in methacrylolyl groups replacing methacrylamide. 1.8 ppm was labeled with MA bound to HBC-MA having a methyl proton of the methacryloyl group. This demonstrated that the substitution of chitosan with HBC for hydroxyl-butyl substitution results in the successful addition of methacrylamide to the proton of -NH 2 . The degree of methacrylate is the integral area of the H3-H6 peak of the C-chitosan residue versus the integral area of 3.3 and 3.8 ppm (H-5) versus the integration of the CH 2 peak of the methacrylate group at 5.6 and 6.4 ppm. It is the area (H-2). The degree of methacrylation of chitosan after modification using the method by 1 H NMR was 24.8%.

2. 2. FTIRFTIR 분광법 Spectroscopy

FTIR 비교를 통해 HBC-MA의 합성을 확인할 수있었다. FTIR 분석은 키토산(CS), HBC 및 HBC-MA의 화학 구조를 FTIR-4100 (Jasco, JAPAN)을 사용하여 수행하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.The synthesis of HBC-MA could be confirmed through FTIR comparison. FTIR analysis was performed using FTIR-4100 (Jasco, JAPAN) for the chemical structures of chitosan (CS), HBC, and HBC-MA, and the results are shown in FIG. 3.

키토산의 FTIR에서 3247 내지 3398 cm-1 영역의 광대역은 OH와 NH의 진동의 중첩에 해당한다. 1024와 1067 cm-1의 밴드는 키토산에서 6-OH의 독특한 밴드를 나타냈다. 1153 cm-1 피크는 일반적으로 비대칭 C-O-C 브릿지에 기인한다. 2911 및 2873 cm-1의 흡수 밴드는 C-H 대칭 및 비대칭 스트레칭으로 나타낼 수 있다. HBC의 FTIR에서 주로 6-OH를 나타내는 1020 내지 1060 cm-1의 밴드는 FTIR 키토산 스펙트럼의 밴드보다 적다. 2944 내지 2892 cm-1 및 1585 cm-1에서의 새로운 피크는 1,2-에폭시부탄의 도입으로 인해 새로 형성된 CH3기의 굽힘 및 C-H 신장을 나타낸다. 하이드록시부틸기(hydroxybutyl group)는 주로 6-OH로 치환됨을 알 수 있었다. HBC-MA의 FTIR에서, NH2 밴드와 관련된 1614 cm-1에서 HBC-MA의 피크 상승이 관찰되었다. 새로 형성된 아미드 3, 2 및 1 밴드의 흡광도는 1306 cm-1, 1542 cm-1 및 1710 cm-1에서 일치했다. 이로 인해, HBC로부터 HBC-MA로의 추가 치환된 것을 확인할 수 있었다.The broadband in the region of 3247 to 3398 cm -1 in chitosan's FTIR corresponds to the superposition of vibrations of OH and NH. The bands of 1024 and 1067 cm -1 showed a unique band of 6-OH in chitosan. The 1153 cm -1 peak is generally due to the asymmetric COC bridge. The absorption bands of 2911 and 2873 cm -1 can be represented by CH symmetric and asymmetric stretching. The band of 1020 to 1060 cm -1 mainly representing 6-OH in the FTIR of HBC is less than that of the FTIR chitosan spectrum. New peaks from 2944 to 2892 cm -1 and 1585 cm -1 indicate the bending and CH elongation of the newly formed CH 3 groups due to the introduction of 1,2-epoxybutane. It was found that the hydroxybutyl group was mainly substituted with 6-OH. In the FTIR of HBC-MA, a peak elevation of HBC-MA was observed at 1614 cm -1 associated with the NH 2 band. The absorbances of the newly formed amide 3, 2 and 1 bands were consistent at 1306 cm -1 , 1542 cm -1 and 1710 cm -1 . For this reason, it was confirmed that HBC was further substituted with HBC-MA.

3. 3. 유동학적Rheological (( rheologicalrheological ) 분석) analysis

레오미터(rheometer)가 용액에서 하이드로겔로의 변화의 동적 기계적 특성을 측정하기 위해 사용되었고, 3% HBC-MA 하이드로겔을 MCR302 레오미터(Anton Paar Ltd., Austria)를 사용하여 측정하였다. 측정 조건은 가열 속도 1℃/min, 주파수 1 rad/s에서 HBC 수용액의 저장 탄성률(G') 및 손실 탄성률(G")을 측정하였고, 이 과정에서 온도는 4에서 50℃로 증가시켰다.A rheometer was used to measure the dynamic mechanical properties of the change from solution to hydrogel, and 3% HBC-MA hydrogel was measured using an MCR302 rheometer (Anton Paar Ltd., Austria). Measurement conditions were the storage modulus (G') and loss modulus (G") of the HBC aqueous solution at a heating rate of 1°C/min and a frequency of 1 rad/s, and in this process, the temperature was increased from 4 to 50°C.

측정 결과는 도 4a 및 도 4b에 나타내었으며, 도 4a는 3 중량% HBC-MA의 유변학적 분석을 나타낸 것이고, 도 4b는 G' 및 G"이 교차하는 겔화점을 나타낸 것이다.The measurement results are shown in FIGS. 4A and 4B, and FIG. 4A shows a rheological analysis of 3% by weight HBC-MA, and FIG. 4B shows a gel point at which G'and G” intersect.

겔화점은 저장 탄성률(G') 및 손실 탄성률(G")이 동일한 온도로 정의된다. 손실 탄성률(G")은 그래프의 시작 부분에서 4℃의 저장 탄성률(G')보다 높지만 두 탄성률 모두 매우 낮은 수치를 나타낸다. 온도가 상승함에 따라 졸-겔 전이가 일어나면서 저장 탄성률도 약간 상승한다. 27.2℃에서 G'와 G"는 동일하고, 27.2℃는 겔화점이며, 온도가 겔화점을 지나 상승함에 따라 저장 탄성률이 보다 빠른 속도로 증가하였다. 반대로, 온도가 낮아지면, 이미 알려진 바와 같이 이전 연구들에 의해 가역적으로 변화될 수 있다는 것이 확인되었다. 이것은 HBC-MA의 겔화 조건이 생체적합성 환경과 매우 유사함을 나타낸다. 즉, 온도 가교-하이드로겔은 체온과 유사한 환경에서 형성될 수 있음을 알 수 있다.The gel point is defined as the temperature at which the storage modulus (G') and the loss modulus (G") are the same. The loss modulus (G") is higher than the storage modulus (G') at 4°C at the beginning of the graph, but both modulus are very Shows a low number. As the temperature rises, the sol-gel transition occurs and the storage modulus slightly increases. At 27.2°C, G'and G" are the same, 27.2°C is the gel point, and as the temperature rises past the gel point, the storage modulus increases at a faster rate. Conversely, when the temperature decreases, as is known before Studies have confirmed that it can be reversibly changed, which indicates that the gelling conditions of HBC-MA are very similar to the biocompatible environment, ie that the temperature crosslinked-hydrogel can be formed in an environment similar to body temperature. Able to know.

4. 기계적 시험4. Mechanical test

프리폴리머(prepolymer) 용액을 직경 8 mm 및 높이 2.5 mm인 PDMS 몰드에 넣고, 40℃ PBS가 담긴 페트리 접시 내에 슬라이드 글래스 위에 놓았다. 각각의 샘플들을 40℃의 PBS에서 10 초, 20 초 및 30 초 동안 35 mW/cm2 가시광선(450 내지 550 nm)에 노출시켰다. 또한, 15% 메타크릴레이션 정도(methacrylation degree)를 갖는 HBC-MA를 각각 10 초, 20 초 및 30 초 동안 pH 6.4, 7.4 및 8.4에서 노출시켰다.The prepolymer solution was placed in a PDMS mold having a diameter of 8 mm and a height of 2.5 mm, and placed on a slide glass in a Petri dish containing PBS at 40°C. Each sample was exposed to 35 mW/cm 2 visible light (450-550 nm) in PBS at 40° C. for 10 seconds, 20 seconds and 30 seconds. In addition, HBC-MA with 15% methacrylation degree was exposed at pH 6.4, 7.4 and 8.4 for 10 seconds, 20 seconds and 30 seconds, respectively.

슬라이드 글래스를 꺼낸 후 조심스럽게 몰드를 제거하고 kimwipe로 가볍게 닦았다. 0.05 N의 방아쇠 하중(trigger load)과 0.05 mm/s의 시험 속도로 텍스쳐 분석기(brookfield)를 사용하여 시험하였다. 압축 계수는 5 내지 15% 변형에 해당하는 선형 영역의 기울기로 결정되었다.After taking out the slide glass, the mold was carefully removed and lightly wiped with kimwipe. The test was performed using a texture analyzer (brookfield) with a trigger load of 0.05 N and a test speed of 0.05 mm/s. The compression coefficient was determined as the slope of the linear region corresponding to 5 to 15% strain.

측정 결과를 도 5a 및 도 5b에 나타내었으며, 도 5a는 상이한 가시광선 노출 시간을 갖는 HBC-MA의 기계적 특성을 나타낸 것이고, 도 5b는 상이한 pH 노출 시간을 갖는 HBC-MA의 기계적 특성을 나타낸 것이다. The measurement results are shown in FIGS. 5A and 5B, and FIG. 5A shows the mechanical properties of HBC-MA with different exposure times to visible light, and FIG. 5B shows the mechanical properties of HBC-MA with different pH exposure times. .

가시광선 노출 시간 및 pH의 영향에 대한 하이드로겔의 기계적 특성은 우선, 30 초 내에 하이드로겔을 형성하는 초고속 가교 속도를 가진다. 일반적으로 pH 7.4의 HBC-MA 3%(w/v)의 대표적인 곡선에서 볼 수 있듯이, 가시광선 노출 시간을 늘리면 모든 3 가지 시료 pH 농도에 대한 모든 변형률에서의 강성이 증가함을 알 수 있다. 압축 계수는 pH 값에서 유의하게 높았다. 이러한 거동은 10 초에 관찰되었지만 통계적으로 유의하지는 않았다. 마찬가지로 동일한 pH 값을 같은 시간에 사용하면 가시광선 노출 시간이 약간 증가함에 따라 모든 조건에서 계수가 급격히 증가하였다. 모든 조건은 10 초인 시료를 제외하고 유의한 차이가 있었다(*p<0.05, ***p<0.001). 오차 막대는 8 개의 시료에 대해 수행된 측정의 표준편차(standard deviations, SD)를 나타낸 것이다.The mechanical properties of the hydrogel on the influence of the visible light exposure time and the pH first have an ultra-fast crosslinking rate that forms the hydrogel within 30 seconds. In general, as can be seen from the representative curve of HBC-MA 3% (w/v) at pH 7.4, it can be seen that increasing the visible light exposure time increases the stiffness at all strain rates for all three sample pH concentrations. The compression coefficient was significantly higher at the pH value. This behavior was observed at 10 sec, but was not statistically significant. Likewise, when the same pH value was used at the same time, the coefficient increased sharply in all conditions as the visible light exposure time slightly increased. All conditions were significantly different except for the 10 seconds sample (*p<0.05, ***p<0.001). Error bars represent the standard deviations (SD) of measurements performed on 8 samples.

5. 5. WSTWST -1(-One( waterwater -- solublesoluble tetrazoliumtetrazolium saltsalt -1) 분석법-1) Analysis method

세포 생존력에 대한 HBC-MA 농도의 효과를 평가하기 위해, NIH3T3을 상이한 농도의 HBC-MA 용액을 함유하는 배지와 함께 배양하였다. 대조군으로서, NIH3T3 세포의 세포 독성을 소태아혈청(fetal bovine serum, FBS)만을 사용하여 배지에서 배양한 시료를 이용하였다.To evaluate the effect of HBC-MA concentration on cell viability, NIH3T3 was incubated with media containing different concentrations of HBC-MA solutions. As a control, a sample cultured in a medium using only fetal bovine serum (FBS) for cytotoxicity of NIH3T3 cells was used.

구체적으로, NIH3T3 섬유아세포(fibroblast)를 10% 소태아혈청(FBS)을 함유한 둘베코(Dulbecco) 변형된 이글 배지(Dulbecco's modified eagle medium, DMEM)에서 배양하고 유지시켰다. 상기 세포는 37℃ 5% CO2 배양기에서 배양하였고, 배양 배지는 매일 교체하였다. 세포 배양에 대한 HBC-MA 용액의 독성 효과를 조사하기 위해, 4-[3-(4-요오도페닐)-2-(4-니트로페닐)-2H-5-테트라졸리오]-1,3-벤젠 디설폰산염으로 세포의 생존력을 시험하였다(WST-1 분석). HBC-MA 용액(2 mg/mL)을 제조하였고, 0.22 μm 공극 크기(MillexTM, MA)를 갖는 PES 주사기 필터를 사용하여 멸균시켰다. 멸균된 HBC-MA 용액을 세포 배양 배지에 첨가하였고, 최종 농도는 0.002, 0.02, 0.2, 1 및 2 mg/mL이었다. 세포를 50 U/mL 페니실린이 보충된 DMEM(10% FBS) 100 μL에 96-well 플레이트에 웰(well)당 10,000 세포로 접종하였고 5% CO2 대기에서 37℃로 24 시간 동안 배양한 후, 주어진 농도의 DMEM 배지에서 100 μL HBC-MA를 첨가하였다. 24, 48 및 72 시간 배양 후, WST-1 분석을 시험하였다. 1 웰당 DMEM 배지 100 mL에서 배양한 세포에 10 μL의 WST-1을 넣고 37℃에서 4 시간 동안 배양하였다. 시료의 흡광도는 마이크로플레이트 분광광도계(Microplate Spectrophotometer)(Biotek Instruments, Inc., USA)를 사용하여 480 nm에서 측정하였다.Specifically, NIH3T3 fibroblasts were cultured and maintained in Dulbecco's modified eagle medium (DMEM) containing 10% fetal bovine serum (FBS). The cells were cultured in a 37° C. 5% CO 2 incubator, and the culture medium was changed daily. To investigate the toxic effect of HBC-MA solution on cell culture, 4-[3-(4-iodophenyl)-2-(4-nitrophenyl)-2H-5-tetrazolio]-1,3 -Benzene disulfonate was used to test the viability of cells (WST-1 analysis). HBC-MA solution (2 mg/mL) was prepared and sterilized using a PES syringe filter with 0.22 μm pore size (MillexTM, MA). Sterile HBC-MA solution was added to the cell culture medium, and the final concentrations were 0.002, 0.02, 0.2, 1 and 2 mg/mL. Cells were inoculated in 100 μL of DMEM (10% FBS) supplemented with 50 U/mL penicillin at 10,000 cells per well in a 96-well plate and incubated for 24 hours at 37°C in 5% CO 2 atmosphere, 100 μL HBC-MA was added in the given concentration of DMEM medium. After 24, 48 and 72 hours incubation, the WST-1 assay was tested. 10 μL of WST-1 was added to cells cultured in 100 mL of DMEM medium per well and incubated at 37°C for 4 hours. The absorbance of the sample was measured at 480 nm using a Microplate Spectrophotometer (Biotek Instruments, Inc., USA).

측정 결과는 도 6에 나타내었고, 오차 막대는 각 시료에 대한 반복 측정의 표준 오차(standard error, SE)를 나타낸 것이다(각 그룹당 n=6).The measurement results are shown in Fig. 6, and the error bars represent the standard error (SE) of repeated measurements for each sample (n=6 per each group).

도 6을 참조하면, 2.0 mg/mL의 고농도에서도 NIH3T3 섬유아세포의 흡광도 그래프는 대조군에 비해 상당히 높았으며 통계적으로 중요하다(p<0.001). 세포 생존 능력은 HBC-MA가 없는 대조군에 대한 72 시간에 2.0 mg/mL의 흡광도에 비해 약 28% 더 높은 흡광도를 나타냈다. 결론적으로, HBC-MA는 NIH3T3 섬유아세포에 대해 독성을 나타내지 않았다.6, even at a high concentration of 2.0 mg/mL, the graph of the absorbance of NIH3T3 fibroblasts was significantly higher than that of the control group and is statistically significant (p<0.001). Cell viability showed about 28% higher absorbance compared to the absorbance of 2.0 mg/mL at 72 hours for the control without HBC-MA. In conclusion, HBC-MA did not show toxicity to NIH3T3 fibroblasts.

6. 주사전자현미경 분석6. Scanning electron microscope analysis

HBC-MA하이드로겔의 형태에 대한 교차 결합 방법의 영향을 SEM으로 관찰하였다. 상이한 조건에서 형성된 하이드로겔 샘플을 구조적 붕괴를 방지하기 위해 액체 질소 하에서 동결-건조시켰다. 24 시간 동안 동결 건조시킨 후, 모든 샘플을 날카로운 칼로 절단하여 내부에 대한 명확한 관찰을 제공하였다. 동결 건조된 HBC-MA 샘플을 카본 테이프를 통해 스터브(stub)에 고정시키고 백금으로 코팅하였다. 단면 형태는 전계 방출 주사전자현미경으로 측정되었다. 형태학은 SU-8010 주사전자현미경(Hitachi, Japan)을 사용하여 조사되었다.The effect of the cross-linking method on the morphology of the HBC-MA hydrogel was observed by SEM. Hydrogel samples formed under different conditions were freeze-dried under liquid nitrogen to prevent structural collapse. After freeze drying for 24 hours, all samples were cut with a sharp knife to provide a clear view of the inside. The freeze-dried HBC-MA sample was fixed to a stub through carbon tape and coated with platinum. The cross-sectional shape was measured with a field emission scanning electron microscope. Morphology was investigated using a SU-8010 scanning electron microscope (Hitachi, Japan).

도 7a는 온도 가교 결합된 HBC-MA 하이드로겔 내부의 SEM 이미지, 도 7b는 이중 가교 HBC-MA 하이드로겔 내부의 SEM 이미지, 및 도 7c는 이중 가교 HBC-MA 하이드로겔 내부의 700 배 확대된 SEM 이미지를 나타내었다.Figure 7a is a SEM image inside the temperature crosslinked HBC-MA hydrogel, Figure 7b is a SEM image inside the double crosslinked HBC-MA hydrogel, and Figure 7c is a 700 times magnified SEM inside the double crosslinked HBC-MA hydrogel The image is shown.

SEM 이미지는 가교 방법에 따라 하이드로겔의 공극 크기의 차이를 명확하게 나타내었다. 모든 SEM 샘플을 3% HBC-MA와 혼합하였다. SEM으로 관찰된 기공은 수화된 하이드로겔의 기공 크기보다 크다. 그러나, 동일한 방식으로 동결 건조된 샘플은 그 구조에 동일한 영향을 미쳤다. 온도 가교 하이드로겔은 기공을 형성하고 다공성이지만 기공이 작지 않았다. 한편, 온도 가교 결합 후에 부가적인 광가교 결합을 갖는 하이드로겔은 상대적으로 보다 많은 기공을 형성하였고 작은 직경의 기공을 형성하여 우수한 기계적 특성을 나타내며 단단한 네트워크 구조를 유도하였다. The SEM image clearly showed the difference in the pore size of the hydrogel according to the crosslinking method. All SEM samples were mixed with 3% HBC-MA. The pores observed by SEM are larger than the pore size of the hydrated hydrogel. However, samples lyophilized in the same way had the same effect on their structure. The temperature crosslinked hydrogel formed pores and was porous, but the pores were not small. On the other hand, after temperature crosslinking, the hydrogel having an additional photocrosslinking bond formed relatively more pores and formed pores of a small diameter to show excellent mechanical properties and induce a rigid network structure.

7. 4D 프린팅의 가능성 시험7. 4D printing possibility test

상기 실시예에서 제조된 HBC-MA(15%)를 0.05 M HCl에 3%(W/V)로 완벽하게 녹인 후, 에오신 Y(Eosin Y) 0.1 mM, 1.5% 트리에탄올아민(triethanolamine, TEOA), 1% N-비닐카프로락탐(N-vinylcaprolactam, VC)을 상기 HBC-MA 용액에 첨가하였다. 교반이 완료된 후 NaOH를 이용하여 pH를 7.4에 맞춰주었다. HBC-MA 용액은 0.22 μm 기공 크기를 갖는 PES 주사기 필터(MillexTM, MA)를 사용하여 멸균시켰다. 공기 방울을 완전히 제거한 후 제조된 HBC-MA 용액은 주사기에 옮겨 담고 20G needle을 준비하였다. HBC-MA 용액은 항상 상온보다 서늘한 곳에 보관되었다. 3차 증류수를 오토클레이브에 멸균시킨 후 40℃를 유지시켜 페트리 디쉬에 옮겨 담아 멸균된 수중공간을 만들었다. 20G needle이 달린 주사기를 이용하여 HBC-MA 용액을 얇게 분사하였다. 주사기의 압축력은 손으로 조절하였다. 시료의 모양은 자유자재로 만들어 낼 수 있었으며, 곡선과 직선이 혼합된 디자인으로 하였다. 가시광 필터(450 내지 550 nm)가 설치된 Omnicure S2000(Lumen Dynamics, Canada)를 사용하여 광가교시켰고, 광 세기는 35 mW/cm2이었다. 시료와 광원의 거리가 2.5 cm 유지되도록 하였다. 선형으로 이루어진 시료를 따라서 빛에 노출시켰다. After completely dissolving HBC-MA (15%) prepared in the above example at 3% (W/V) in 0.05 M HCl, Eosin Y 0.1 mM, 1.5% triethanolamine (TEOA), 1% N-vinylcaprolactam (VC) was added to the HBC-MA solution. After the stirring was completed, the pH was adjusted to 7.4 using NaOH. The HBC-MA solution was sterilized using a PES syringe filter (MillexTM, MA) having a pore size of 0.22 μm. After completely removing the air bubbles, the prepared HBC-MA solution was transferred to a syringe and a 20G needle was prepared. The HBC-MA solution was always stored in a cooler place than room temperature. After sterilizing the third distilled water in an autoclave, it was maintained at 40°C and transferred to a Petri dish to create a sterilized underwater space. The HBC-MA solution was sprayed thinly using a syringe with a 20G needle. The compression force of the syringe was controlled by hand. The shape of the sample could be made freely, and the design was a mixture of curves and straight lines. Optical crosslinking was performed using Omnicure S2000 (Lumen Dynamics, Canada) equipped with a visible light filter (450 to 550 nm), and the light intensity was 35 mW/cm 2 . The distance between the sample and the light source was maintained at 2.5 cm. The linear sample was exposed to light.

상기 과정 및 결과는 도 8a 내지 도 8d에 나타내었다.The process and results are shown in FIGS. 8A to 8D.

주사기에 담긴 용액은 40℃가 유지되는 물속에 분사되는 순간부터 온도 가교 반응을 일으키기 시작하였다. 아주 빠른 시간 내에 반응이 이루어졌다. 약 10 초 정도의 시간이 흐르면 불투명한 색을 띠면서 가교반응을 시각적으로도 확인할 수 있었다. 반응물은 체온과 유사한 온도에서 적당한 점성 및 탄성(약 400 Pa)을 가지는 하이드로겔이 되었다. 또한 내부적으로 기공을 가진 스캐폴드(scaffold)를 구성하였다. 그러나, 3% HBC-MA가 온도 가교된 하이드로젤의 세포 부착률은 상당히 떨어졌다. 기공 크기가 커서 세포의 유입이 용이하지만 유출의 문제점도 있다. 온도 가교만을 이용한 프린팅은 세포를 담지하기엔 어려움이 많은 것으로 사료된다. 본 실험예에서 여기에 가시광을 노출시켰다. contrast filter를 이용하여 관찰하였다. 가시광에 노출된 하이드로젤은 수중에서도 빛을 흡수하여 발광하였다. 하이드로젤은 물속에서도 가시광에 빠르게 반응하였다. 또한, 온도 가교 후에도 가시광 가교에 어려움은 없었다. 그러나, 광원 면적의 한계가 있어 선형으로 이루어진 샘플을 따라가며 빛에 노출시켰다. 더 많은 빛을 흡수한 부분일수록 황색에 가까워졌다. 샘플 전체적으로 색이 옅어졌음을 알 수 있었다. 광가교 반응물은 UV에 비해 많은 안전성을 가지는 가시광 파장대에서 탄력성 있는 강도(20 내지 50 kPa)를 지니는 광가교 하이드로겔이 되었다. 강도가 높아진 하이드로젤은 핀셋을 이용하여 자유롭게 옮길 수 있었다. 메타크릴레이트 치환에 의해 광가교된 키토산 하이드로젤은 세포 부착률이 향상된다.The solution contained in the syringe started to cause a temperature crosslinking reaction from the moment it was sprayed into water maintained at 40°C. The reaction took place very quickly. After about 10 seconds passed, the crosslinking reaction could be visually confirmed with an opaque color. The reactant became a hydrogel with moderate viscosity and elasticity (about 400 Pa) at a temperature similar to body temperature. In addition, a scaffold with pores was constructed internally. However, the cell adhesion rate of the hydrogel in which 3% HBC-MA was temperature-crosslinked was considerably decreased. Since the pore size is large, it is easy to inflow cells, but there is also a problem of outflow. It is believed that printing using only temperature crosslinking is difficult to support cells. In this experimental example, visible light was exposed here. It was observed using a contrast filter. The hydrogel exposed to visible light absorbed and emitted light even underwater. Hydrogel reacted rapidly to visible light even in water. In addition, there was no difficulty in crosslinking visible light even after temperature crosslinking. However, due to the limitation of the area of the light source, it was exposed to light while following a linear sample. The more light absorbed, the closer to yellow. It could be seen that the color was lightened throughout the sample. The photo-crosslinking reaction product became a photo-crosslinked hydrogel having elastic strength (20 to 50 kPa) in the visible light wavelength band, which has more safety than UV. The hydrogel with increased strength could be freely moved using tweezers. Chitosan hydrogel photo-crosslinked by methacrylate substitution improves cell adhesion.

Claims (13)

하기 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위를 갖는 키토산 화합물을 포함하는 하이드로겔 조성물:
[화학식 1]
Figure pat00025

[화학식 2]
Figure pat00026

[화학식 3]
Figure pat00027

화학식 1 내지 3에서,
R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,
R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는
Figure pat00028
이며,
R5는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,
p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.20≤q≤0.50이며, 0.20≤r≤0.50이되, p>0인 조건을 만족한다.
Hydrogel composition comprising a chitosan compound having a repeating unit represented by the following formulas 1 to 3:
[Formula 1]
Figure pat00025

[Formula 2]
Figure pat00026

[Formula 3]
Figure pat00027

In Formulas 1 to 3,
R 1 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or
Figure pat00028
Is,
R 5 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, 0.20≤q≤0.50, 0.20≤r≤0.50, p>0 Satisfies the phosphorus condition.
제1항에 있어서,
R1은 수소, 메틸기 또는 에틸기이고,
R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 또는
Figure pat00029
이며,
R5는 수소 또는 메틸기이고,
p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.20≤q≤0.30이며, 0.10≤r≤0.30이되, p>0인 조건을 만족하는 하이드로겔 조성물.
The method of claim 1,
R 1 is hydrogen, methyl or ethyl,
R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, a methyl group, an ethyl group, or
Figure pat00029
Is,
R 5 is hydrogen or a methyl group,
p, q, and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, 0.20≤q≤0.30, 0.10≤r≤0.30, p>0 Hydrogel composition satisfying the phosphorus condition.
제1항에 있어서,
R1은 수소, 메틸기 또는 에틸기이고,
R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 또는
Figure pat00030
이며,
R5는 수소 또는 메틸기이고,
p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.30≤q≤0.40이며, 0.30≤r≤0.50이되, p>0인 조건을 만족하는 하이드로겔 조성물.
The method of claim 1,
R 1 is hydrogen, methyl or ethyl,
R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, a methyl group, an ethyl group, or
Figure pat00030
Is,
R 5 is hydrogen or a methyl group,
p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, 0.30≤q≤0.40, 0.30≤r≤0.50, p>0 Hydrogel composition satisfying the phosphorus condition.
제1항에 있어서,
키토산 화합물은 하기 화학식 4로 나타내는 반복단위를 포함하는 하이드로겔 조성물:
[화학식 4]
Figure pat00031

상기 화학식 4에서,
R6은 서로 독립적으로 수소 또는
Figure pat00032
이고,
R7은 R5는 수소 또는 메틸기이다.
The method of claim 1,
The chitosan compound is a hydrogel composition comprising a repeating unit represented by the following Formula 4:
[Formula 4]
Figure pat00031

In Chemical Formula 4,
R 6 are independently of each other hydrogen or
Figure pat00032
ego,
R 7 is R 5 is hydrogen or a methyl group.
제1항에 있어서,
키토산 화합물은 상기 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위가 광 및 열 중 어느 하나에 의해 가교된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 하이드로겔 조성물.
The method of claim 1,
The chitosan compound is a hydrogel composition, characterized in that the repeating units represented by Chemical Formulas 1 to 3 have a crosslinked structure by either light or heat.
제5항에 있어서,
키토산 화합물은 30 내지 50℃의 온도에서 가교된 구조를 유지하는 하이드로겔 조성물.
The method of claim 5,
Chitosan compound is a hydrogel composition maintaining a crosslinked structure at a temperature of 30 to 50 ℃.
제5항에 있어서,
키토산 화합물은 300 내지 800 nm의 파장을 갖는 광 조사 조건에서 가교된 구조를 유지하는 하이드로겔 조성물.
The method of claim 5,
Chitosan compound is a hydrogel composition that maintains a crosslinked structure under light irradiation conditions having a wavelength of 300 to 800 nm.
키토산 용액, 에폭시 화합물 및 메타크릴 무수물을 포함하는 혼합물로부터 하기 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위를 갖는 키토산 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 하이드로겔 조성물의 제조방법:
[화학식 1]
Figure pat00033

[화학식 2]
Figure pat00034

[화학식 3]
Figure pat00035

화학식 1 내지 3에서,
R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,
R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는
Figure pat00036
이며,
R5는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고,
p, q 및 r은 키토산 화합물에 포함된 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위의 몰 분율로서, p+q+r=1이고, 0.20≤q≤0.50이며, 0.20≤r≤0.50이되, p>0인 조건을 만족한다.
A method for preparing a hydrogel composition comprising the step of preparing a chitosan compound having repeating units represented by the following formulas 1 to 3 from a mixture containing a chitosan solution, an epoxy compound, and a methacrylic anhydride:
[Formula 1]
Figure pat00033

[Formula 2]
Figure pat00034

[Formula 3]
Figure pat00035

In Formulas 1 to 3,
R 1 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or
Figure pat00036
Is,
R 5 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms,
p, q and r are the molar fractions of the repeating units represented by Formulas 1 to 3 contained in the chitosan compound, p+q+r=1, 0.20≤q≤0.50, 0.20≤r≤0.50, p>0 Satisfies the phosphorus condition.
제8항에 있어서,
메타크릴 무수물은 하기 화학식 5로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 하이드로겔 조성물의 제조방법:
[화학식 5]
Figure pat00037

화학식 5에서,
R8은 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다.
The method of claim 8,
Methacrylic anhydride is a method for producing a hydrogel composition, characterized in that it is a compound represented by the following formula (5):
[Formula 5]
Figure pat00037

In formula 5,
R 8 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
제8항에 있어서,
에폭시 화합물은 하기 화학식 6으로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 하이드로겔 조성물의 제조방법:
[화학식 6]
Figure pat00038

화학식 6에서,
R9는 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다.
The method of claim 8,
The epoxy compound is a method for producing a hydrogel composition, characterized in that the compound represented by the following formula (6):
[Formula 6]
Figure pat00038

In formula 6,
R 9 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
제8항에 있어서,
키토산 화합물을 제조하는 단계는,
키토산 용액과 에폭시 화합물을 반응시켜 화학식 1 및 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 중간 화합물을 형성하는 단계; 및
상기 중간 화합물과 메타크릴 무수물을 반응시켜 화학식 1 내지 3으로 나타내는 반복단위를 포함하는 화합물을 형성하는 단계를 포함하는 하이드로겔 조성물의 제조방법.
The method of claim 8,
The step of preparing the chitosan compound,
Reacting the chitosan solution with the epoxy compound to form an intermediate compound including the repeating units represented by Formulas 1 and 2; And
A method for producing a hydrogel composition comprising the step of reacting the intermediate compound with methacrylic anhydride to form a compound including a repeating unit represented by Formulas 1 to 3.
제11항에 있어서,
중간 화합물을 형성하는 단계 이전에,
염기 화합물을 이용하여 키토산 용액의 pH를 6 내지 8로 조절하는 단계를 더 포함하는 하이드로겔 조성물의 제조방법.
The method of claim 11,
Prior to the step of forming an intermediate compound,
A method for producing a hydrogel composition further comprising the step of adjusting the pH of the chitosan solution to 6 to 8 using a basic compound.
제12항에 있어서,
상기 염기 화합물은 암모니아(NH3), 수산화암모늄(NH4OH), 수산화마그네슘(Mg(OH)), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화나트륨(NaOH), 수산화바륨(Ba(OH)2), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화철(Fe(OH)2), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산나트륨(NaCO), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산칼륨(K2CO3), 메틸아민(CH3NH2) 및 아닐린(C6H5NH2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 하이드로겔 조성물의 제조방법.
The method of claim 12,
The basic compound is ammonia (NH 3 ), ammonium hydroxide (NH 4 OH), magnesium hydroxide (Mg(OH)), potassium hydroxide (KOH), calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ), sodium hydroxide (NaOH), barium hydroxide (Ba(OH) 2 ), aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ), iron hydroxide (Fe(OH) 2 ), sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ), sodium carbonate (NaCO), calcium carbonate (CaCO 3 ), potassium carbonate ( K 2 CO 3 ), methylamine (CH 3 NH 2 ) and aniline (C 6 H 5 NH 2 ) The method of producing a hydrogel composition of at least one selected from the group consisting of.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190016535A (en) 2019-02-11 2019-02-18 한국과학기술연구원 Hydrogel composition and bioinks composition comprising the same
KR101957415B1 (en) 2017-06-23 2019-03-12 주식회사 팡세 Composition for 3D printing and 3D printing method using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101957415B1 (en) 2017-06-23 2019-03-12 주식회사 팡세 Composition for 3D printing and 3D printing method using the same
KR20190016535A (en) 2019-02-11 2019-02-18 한국과학기술연구원 Hydrogel composition and bioinks composition comprising the same

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dang, JM. et al., Biomaterials (2006) 27:406-418* *
Li, H. et al., PLoS ONE (2012) 7(11):e48824* *
Zhu, B. et al., e-polymers (2010) no.081* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220095388A (en) 2020-12-29 2022-07-07 (주)오투메디 Modified hydrogel

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