KR20210007736A - Catecholamine-grafted substrate and preparing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for introducing a catecholamine, such as dopamine, into a substrate and, more specifically, to a catecholamine-grafted substrate with catecholamine grafted, and to a production method thereof. The production method of a catecholamine-grafted substrate of the present invention includes a step of grafting catecholamine to the substrate in a solution in the presence of radiation. In addition, according to the production method, the catecholamine is introduced in a form of a catecholamine monomer without changing a structure of the catecholamine in the substrate.

Description

카테콜아민 그라프트화 기질 및 이의 제조방법{Catecholamine-grafted substrate and preparing method thereof}Catecholamine-grafted substrate and preparing method thereof

본 발명은 기질에 카테콜아민을 도입하기 위한 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 카테콜아민이 그라프트된, 카테콜아민 그라프트화 기질 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for introducing catecholamines into a substrate. Specifically, the present invention relates to a catecholamine grafted substrate, and a method for preparing the same.

홍합은 특별한 비수용성 접착제를 생산 및 분비하므로, 효과적인 내수성 바이오-접착제에 대한 잠재적 원료로서 연구되고 있으며, 홍합 유래의 고분자를 이용한 표면 처리 기술로서 도파민을 이용한 코팅 기술이 활발히 연구되고 있다.Since mussels produce and secrete a special water-insoluble adhesive, they are being studied as a potential raw material for an effective water-resistant bio-adhesive, and a coating technology using dopamine as a surface treatment technology using a polymer derived from mussels is being actively studied.

도파민은 카테콜과 아민 작용기를 가지는 분자량 153 Da의 단분자 물질이다. 도파민은 2007년 바다 속 환경과 동일한 조건(pH 8.5)의 도파민 수용액에 표면을 개질하고자 하는 물질을 넣었다가 꺼내면 물질의 표면에서 카테콜의 산화에 의해 폴리도파민 코팅층이 형성되는 것이 보고 되었다.Dopamine is a monomolecular substance with a molecular weight of 153 Da having catechol and amine functional groups. In 2007, it was reported that a polydopamine coating layer was formed by oxidation of catechols on the surface of the material when a material to be modified on the surface was put in and taken out in an aqueous dopamine solution under the same conditions as the underwater environment (pH 8.5).

폴리도파민은 홍합이 수중 환경에서 그 접착 단백질을 통해 다양한 표면에서 접착력을 가지는 것과 마찬가지로 표면의 화학적 성질에 관계없이 다양한 표면에 모두 뛰어난 표면 부착능력을 보여 준다. 특이적 표면 부착 능력뿐만 아니라 도파민, 구체적으로 폴리도파민을 이용한 표면 개질은 그 자체의 화학적 성질에 의한 차 표면 개질이 가능하여 다양한 응용 방면으로 연구가 진행되고 있다.Polydopamine shows excellent surface adhesion to various surfaces regardless of the chemical properties of the surface, just as mussels have adhesion on various surfaces through their adhesive proteins in an aquatic environment. Surface modification using dopamine, specifically poly-dopamine, as well as specific surface adhesion ability, is capable of modifying the car surface by its own chemical properties, and thus studies are being conducted in various fields of application.

표면에 형성되는 폴리도파민 코팅 막은 여전히 카테콜 작용기를 가지고 있는데 카테콜 작용기는 산화, 환원 능력 및 아민 작용기와의 공유결합 형성 능력을 가지고 있어서 원하는 표면에 금속 나노입자를 형성하거나 아민 작용기를 가지는 다양한 분자를 표면에 역시 2차 표면개질로써 도입할 수 있다. 또한, 표면의 친수성 정도를 조절하거나, 젤라틴이나 염기성 섬유모세포생장인자(basic fibroblast growth factor, BFGF)와 같은 생체활성분자를 표면에 성공적으로 결합시킬 수 있음이 보고되었다. 이에 따라 도파민을 이용한 표면 개질 방법은 접착성뿐만 아니라 생체 재료의 중요한 요소인 생적합성 코팅 기법으로서 다양한 접착성 생체 재료 개발 및 조직 공학 분야에서 매우 중요한 기술로 작용할 잠재력을 지니고 있다.The polydopamine coating film formed on the surface still has a catechol functional group, but the catechol functional group has the ability to oxidize, reduce, and form covalent bonds with an amine functional group, thereby forming metal nanoparticles on the desired surface or various molecules having amine functional groups. Can also be introduced to the surface as a secondary surface modification. In addition, it has been reported that bioactive molecules such as gelatin or basic fibroblast growth factor (BFGF) can be successfully bound to the surface by controlling the degree of hydrophilicity of the surface. Accordingly, the surface modification method using dopamine has the potential to act as a very important technology in the field of developing various adhesive biomaterials and tissue engineering as a biocompatible coating technique that is an important factor of biomaterials as well as adhesion.

그러나, 위와 같이 카테콜아민인 도파민 코팅 기술의 유용성에도 불구하고, 현재까지 알려진 도파민 코팅 기술은 알칼리 용매(pH 8.5)에 도파민을 용해하여 폴리도파민 용액을 제조하고, 기질을 폴리도파민 용액에 침지하여 도파민의 기능성 그룹을 도입하는 방법인데, 이때 폴리도파민 코팅을 위해서 알칼리 영역에서 반응을 진행하거나, 중성 또는 산성 영역에서 반응을 진행하고자 할 때 폴리도파민으로의 산화환원반응을 통한 중합을 진행하기 위해 산화제를 추가로 첨가해야 하는 문제가 있다. 그리고 코팅 이후에 생성되는 다량의 폴리도파민 폐액의 처리 문제 또한 있으며, 폴리도파민으로의 코팅 표면 형상이 균질하지 못하는 문제가 보고되고 있다. 또한, 코팅 형태가 도파민의 형태가 아닌 폴리도파민의 형태이기 때문에 도입하고자 하는 양을 코팅 시간에 따라 조절해야 하므로 정확한 도입량의 측정이 어렵고, 과량으로 도입될 경우 섬유 등의 기공이 존재하는 물질에서 기공이 막히는 현상 또한 나타날 수 있다.However, despite the usefulness of the catecholamine dopamine coating technology as described above, the dopamine coating technology known to date dissolves dopamine in an alkaline solvent (pH 8.5) to prepare a polydopamine solution, and the substrate is immersed in the polydopamine solution to obtain dopamine. This is a method of introducing a functional group.At this time, when the reaction is to proceed in the alkaline region for polydopamine coating, or when the reaction is to proceed in the neutral or acidic region, an oxidizing agent is added to proceed with polymerization through redox reaction with polydopamine. There is a problem that must be added as. In addition, there is also a problem of treating a large amount of polydopamine waste liquid generated after coating, and a problem in that the surface shape of the coating with polydopamine is not homogeneous has been reported. In addition, since the coating is in the form of polydopamine rather than dopamine, the amount to be introduced must be adjusted according to the coating time, so it is difficult to accurately measure the amount of introduction, and if it is introduced in an excessive amount, it is difficult to measure pores in materials with pores such as fibers. This clogging can also occur.

본 발명은 기질에 카테콜아민을 구조적 변화 없이 빠른 시간 내에 도입하는 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a method of introducing catecholamine into a substrate in a short time without structural change.

구체적으로, 카테콜아민의 중합을 유도하기 위한 산화제와 같은 화학 첨가제의 사용 없이도 기질에 카테콜아민을 코팅하는 방법을 제공하고자 한다.Specifically, it is intended to provide a method of coating a catecholamine on a substrate without the use of a chemical additive such as an oxidizing agent to induce polymerization of the catecholamine.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방사선 존재 하에 용액 중에서 기질에 카테콜아민을 그라프트화하는 단계를 포함하는 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for preparing a catecholamine grafted substrate comprising the step of grafting a catecholamine onto a substrate in a solution in the presence of radiation.

또한, 본 발명은 방사선으로 유도된 카테콜아민 그라프트화 기질을 제공한다.In addition, the present invention provides a radiation-induced catecholamine grafting substrate.

본 발명의 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법을 이용하면, 기질에 카테콜아민의 구조 변화 없이, 예컨대 카테콜아민 단량체의 형태로 카테콜아민을 도입할 수 있다. 일 예로, 기질에 도파민 단량체의 형태로 도파민을 도입할 수 있다.When the method for preparing a catecholamine grafted substrate of the present invention is used, the catecholamine can be introduced into the substrate in the form of, for example, a catecholamine monomer without changing the structure of the catecholamine. For example, dopamine may be introduced into the substrate in the form of a dopamine monomer.

또한, 종래 폴리도파민 용액을 이용하는 도파민과 같은 카테콜아민의 코팅 기술 대비 기질에 카테콜아민을 도입하는데 소요되는 시간을 절감할 수 있으며, 카테콜아민 폐액의 양을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, compared to the conventional coating technology of catecholamine such as dopamine using a polydopamine solution, it is possible to reduce the time required to introduce the catecholamine to the substrate, and there is an effect of reducing the amount of catecholamine waste liquid.

또한, 카테콜아민이 그라프트화되는 정도를 정량적으로 측정할 수 있고, 그라프트되는 카테콜아민의 양을 조절할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to quantitatively measure the degree to which catecholamines are grafted, and there is an effect of being able to control the amount of catecholamines to be grafted.

도 1은 전자선 조사 순서를 달리하였을 때, 전자선의 조사량에 따른 그라프트율의 측정 결과 그래프이다.
도 2는 도파민 농도에 따른 그라프트율의 측정 결과 그래프이다.
도 3은 도파민 농도에 따른 용액의 pH 측정 결과 그래프이다.
도 4는 도 2와 도 3의 그래프를 동시에 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing a result of measuring a graft rate according to an irradiation amount of an electron beam when an electron beam irradiation sequence is different.
2 is a graph showing the measurement result of the graft rate according to the dopamine concentration.
3 is a graph showing the result of measuring the pH of the solution according to the concentration of dopamine.
4 is a graph showing the graphs of FIGS. 2 and 3 at the same time.

본 발명에 있어서, 카테콜아민은 벤젠 고리의 오소(ortho) 위치에 하이드록시기(-OH)를 포함하며, 파라(para) 위치에 다양한 알킬아민을 가지는 단분자를 나타낸다. 본 발명에 있어서, 상기 카테콜아민은 위와 같은 구조로부터 파생되는 다양한 화합물을 함께 나타낼 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 도파민, 도파민퀴논, 알파-메틸도파민, 노르에피네프린, 에피네프린, 알파-메틸오파, 드록시도파 및 5-하이드록시도파민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the present invention, catecholamine includes a hydroxy group (-OH) at the ortho position of the benzene ring, and represents a single molecule having various alkylamines at the para position. In the present invention, the catecholamine may represent various compounds derived from the above structure together, but is not limited thereto, for example, dopamine, dopamine quinone, alpha-methyldopamine, norepinephrine, epinephrine, alpha-methylopa , May include at least one selected from the group consisting of droxydopa and 5-hydroxydopamine.

일 예로, 도파민은 하기 화학식 1로 표시되는 카테콜아민을 나타낸다.For example, dopamine represents a catecholamine represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

이하에서, 본 발명의 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for preparing the catecholamine grafted substrate of the present invention will be described in detail.

본 발명에 있어서, 상기 '기질'은 방사선에 의해 라디칼이 생성될 수 있는 물질인 것, 구체적으로 가교형의 안정한 고분자일 수 있다. 그러한 물질로는, 예를 들어 고분자 섬유, 필름, 하이드로겔, 파이프, 전선 및 타이어로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나, 또는 그 직물 또는 부직포일 수 있다. 상기 고분자 섬유는 탄소-탄소, 탄소-산소 등의 이중 결합을 포함하는 물질인 것이 바람직하며, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합체, 나일론, 폴리에스테르 합성섬유, 폴리카보네이트, 에틸렌비닐아세테이트 및 불소수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.In the present invention, the'substrate' may be a material capable of generating radicals by radiation, and specifically, may be a crosslinked stable polymer. Such material may be, for example, at least one selected from the group consisting of polymer fibers, films, hydrogels, pipes, electric wires and tires, or a woven or nonwoven fabric thereof. The polymer fiber is preferably a material containing a double bond such as carbon-carbon, carbon-oxygen, etc., but is not limited thereto, for example, polypropylene, polyethylene, polypropylene-polyethylene copolymer, nylon, polyester synthesis It may be at least one selected from the group consisting of fiber, polycarbonate, ethylene vinyl acetate, and fluororesin.

일 실시예에서, 카테콜아민으로서 도파민이 그라프트화된 폴리프로필렌 섬유를 제조하였다.In one example, polypropylene fibers grafted with dopamine as catecholamine were prepared.

본 발명의 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법은 방사선 존재 하에 용액 중에서 기질에 카테콜아민을 그라프트화하는 단계를 포함한다.The method for preparing a catecholamine grafted substrate of the present invention includes grafting a catecholamine to the substrate in solution in the presence of radiation.

상기 방사선은, 카테콜아민 함유 용액에 기질을 혼합한 후, 방사선을 조사하는 단계에 의해 존재하게 되는 것일 수 있다. 또는, 기질을 함유하는 용액에 카테콜아민을 첨가하기 전에, 기질을 함유하는 용액에 방사선을 조사함으로써 존재하게 되는 것일 수 있다.The radiation may be present by mixing a substrate with a catecholamine-containing solution and then irradiating the radiation. Alternatively, before adding catecholamine to the solution containing the substrate, it may be present by irradiating the solution containing the substrate with radiation.

먼저, 본 발명의 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법은 카테콜아민 함유 용액에 기질을 혼합한 후, 방사선을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 카테콜아민과 기질을 함께 함유하는 용액에 방사선을 조사하는 경우, 조사된 방사선이 기질에 라디칼의 생성을 유도하고, 이때 생성되는 라디칼과 카테콜아민의 히드록시기 및/또는 아민기의 결합으로 인해 기질에 카테콜아민이 도입되는 것으로 유추될 수 있으나, 본 발명의 카테콜아민 그라프트화 기전이 이에 제한되는 것은 아니다.First, the method for preparing a catecholamine grafted substrate of the present invention may include mixing the substrate with a catecholamine-containing solution and then irradiating radiation. When irradiating a solution containing a catecholamine and a substrate with radiation, the irradiated radiation induces the generation of radicals in the substrate, and the catecholamine is introduced into the substrate due to the combination of the generated radical with the hydroxy group and/or amine group of the catecholamine. Although it can be inferred that the catecholamine grafting mechanism of the present invention is not limited thereto.

다음으로, 본 발명의 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법은 기질 함유 용액에 방사선을 조사한 후, 카테콜아민을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 기질과 코팅 물질이 함께 포함되는 용액에 방사선을 조사하는 경우 기질뿐만 아니라 코팅 물질 자체에도 라디칼이 생성되어 코팅 물질 간의 가교 반응에 의해 그라프트율이 저하되는 문제가 있을 수 있으나, 본 발명의 카테콜아민은 방사선이 조사되는 경우 카테콜아민 단량체가 활성화되고 활성화된 단량체 간의 결합 반응보다 활성화된 카테콜아민 단량체의 기질과의 반응이 더욱 우세하여 기질과 카테콜아민이 함께 포함된 용액에 방사선이 조사되는 경우에도 기질과 카테콜아민이 높은 수율로 그라프트화 될 수 있다.Next, the method for preparing a catecholamine grafted substrate of the present invention may include the step of adding a catecholamine after irradiating the substrate-containing solution with radiation. When radiation is irradiated to a solution containing both a substrate and a coating material, radicals are generated not only in the substrate but also in the coating material itself, so that there may be a problem that the graft rate is lowered due to a crosslinking reaction between the coating materials. When irradiated, the catecholamine monomer is activated, and the reaction with the substrate of the activated catecholamine monomer is more dominant than the binding reaction between the activated monomers, so that even when the solution containing the substrate and catecholamine is irradiated with radiation, the substrate and catecholamine are in high yield. Can be grafted.

카테콜아민의 그라프트율(Grafting yield, GY)의 측면에서, 카테콜아민 함유 용액에 기질을 혼합한 후 방사선을 조사하는 것이 기질 함유 용액에 방사선을 조사한 후 카테콜아민을 첨가하는 것보다 더 바람직할 수 있다.In terms of the grafting yield (GY) of the catecholamine, it may be more preferable to irradiate the substrate with radiation after mixing the substrate with the catecholamine-containing solution than to add the catecholamine after irradiating the substrate-containing solution with radiation.

본 발명에 있어서, '그라프트율'은 반응 전의 기질의 중량(Wo)에 대해 그라프트 반응에 의한 중량 증가분(△W)을 백분율(△W/Wo X 100 (%))로 나타낸 것이며, 본 발명의 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법을 이용하면, 5% 이상의 그라프트율, 예를 들어 10% 이상의 그라프트율을 나타낼 수 있다.In the present invention, "geurapeuteuyul 'is due to a graft reaction, relative to the weight of the substrate before the reaction (Wo) weight increment (△ W) the will as a percentage (△ W / Wo X 100 ( %)), of the present invention When the method for preparing a catecholamine grafted substrate is used, a graft rate of 5% or more, for example, a graft rate of 10% or more can be exhibited.

또한, 상기 카테콜아민 그라프트화가 수행되는 용액은, 카테콜아민의 농도가 예컨대 0.1 내지 10 중량%, 구체적으로 0.5 내지 6 중량%, 0.5 내지 5 중량%, 0.5 내지 4 중량%, 0.5 내지 3 중량%, 0.5 내지 2 중량% 또는 1 내지 2 중량%일 수 있다. 카테콜아민의 그라프트율은 카테콜아민의 농도가 1 내지 2 중량%인 경우 가장 우수할 수 있으며, 예를 들어 카테콜아민의 농도가 상기 범위에 미달하는 경우 기질과의 반응 확률의 측면에서 반응에 참여하는 카테콜아민 단량체 수가 적기 때문에 그라프트율이 낮게 나타날 수 있다. 또한, 카테콜아민의 농도가 상기 범위를 초과하여 과량인 경우 카테콜아민 단량체의 증가에 따라 용액의 pH가 증가하여 카테콜아민의 그라프트율이 급격히 저하되는 문제가 나타날 수 있다. 이때, 상기 카테콜아민의 농도는 용액 중의 기질을 제외한 상태에서의 농도를 나타낸다.In addition, the solution in which the catecholamine grafting is performed, the concentration of catecholamine is, for example, 0.1 to 10% by weight, specifically 0.5 to 6% by weight, 0.5 to 5% by weight, 0.5 to 4% by weight, 0.5 to 3% by weight, 0.5 It may be to 2% by weight or 1 to 2% by weight. The graft rate of catecholamines can be best when the concentration of catecholamines is 1 to 2% by weight.For example, when the concentration of catecholamines is less than the above range, the number of catecholamine monomers participating in the reaction is small in terms of the probability of reaction with the substrate. Therefore, the graft rate may be low. In addition, when the concentration of the catecholamine exceeds the above range and is excessive, the pH of the solution increases with the increase of the catecholamine monomer, so that the grafting rate of the catecholamine rapidly decreases. At this time, the concentration of the catecholamine represents the concentration in the state of excluding the substrate in the solution.

또한, 기질에 카테콜아민이 그라프트되는 반응은 약산성 내지 약염기성의 용액에서 강한 반응성을 나타낼 수 있으며, 강산성 용액에서는 반응성이 크게 저하될 수 있다. 이에 따라, 상기 카테콜아민 그라프트화가 수행되는 용액의 pH는, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 4 내지 7, 예를 들어 4.4 내지 6.5, 5 내지 6 또는 5.4 내지 6일 수 있다.In addition, the reaction in which catecholamine is grafted onto the substrate may exhibit strong reactivity in a weakly acidic or weakly basic solution, and the reactivity may be significantly reduced in a strongly acidic solution. Accordingly, the pH of the solution in which the catecholamine grafting is performed is not limited thereto, but may be, for example, 4 to 7, for example, 4.4 to 6.5, 5 to 6, or 5.4 to 6.

상기 용액의 pH 조절을 위해 상기 용액은 알칼리 염을 더 포함할 수 있으며, 본 발명의 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법은 상기 그라프트화 반응 이전에 상기 용액에 알칼리 염을 더 추가하는 단계를 포함할 수 있다. 추가되는 상기 알칼리 염은 목적하는 용액의 pH에 따라 그 종류와 양을 적절히 선택할 수 있는 것이나, 예를 들어 Na+, Li+, K+, NH4 +, Ca2+, Cl- 및 NH3 -로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.In order to adjust the pH of the solution, the solution may further contain an alkali salt, and the method of preparing the catecholamine grafting substrate of the present invention may include adding an alkali salt to the solution prior to the grafting reaction. have. The alkali salt is added, depending on the pH of the target solution, or that can be selected appropriately for the type and amount, for example, Na +, Li +, K + , NH 4 +, Ca 2+, Cl - and NH 3 - At least one selected from the group consisting of may be used.

또한, 본 발명의 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법은, 방사선 존재 하에 기질에 카테콜아민이 그라프트화하는 단계 이전에 용액에 질소 퍼징하는 단계를 더 포함할 수 있다. 질소 퍼징함으로써 용액 내 용존산소를 제거함으로써, 방사선에 의해 산소 라디컬이 생성되고 카테콜아민의 그라프트화 반응에 부반응을 야기하는 것을 예방하여 카테콜아민의 그라프트화 반응 시간을 단축하고 반응율을 개선하는 효과를 나타낼 수 있다. 질소 퍼징 단계는 통상적인 방법으로 수행할 수 있으며, 그 수단이나 방법에 크게 제한되는 것은 아니다.In addition, the method for preparing a catecholamine grafted substrate of the present invention may further include purging the solution with nitrogen prior to the step of grafting the catecholamine onto the substrate in the presence of radiation. By removing dissolved oxygen in the solution by purging with nitrogen, oxygen radicals are generated by radiation and a side reaction to the grafting reaction of catecholamines is prevented, thereby shortening the grafting reaction time of catecholamines and improving the reaction rate. have. The nitrogen purging step may be performed by a conventional method, and is not limited to the means or method.

또한, 질소 퍼징으로 용존 산소를 제거해도 반응 용기가 공기 내 산소와 접촉함으로써 시료에 일부 과산화물이 생성될 수 있기 때문에, 금속염, 예를 들어 Ag+, Fe2+, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Co+ 및 Pb2+ 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속염을 반응 용액에 첨가하여 카테콜아민의 그라프트화를 수행할 수 있다. 첨가된 금속염은 예를 들어 아래의 식 1과 같은 기전을 통해, 과산화물 분해에 의해 생성되는 OH 라디칼에 전자를 제공함으로써 카테콜아민간의 중합을 억제하여 그라프트화율을 개선할 수 있다.In addition, even if the dissolved oxygen is removed by purging with nitrogen, since some peroxides may be generated in the sample by contacting the reaction vessel with oxygen in the air, metal salts such as Ag + , Fe 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , At least one metal salt selected from the group consisting of Ni 2+ , Co +, and Pb 2+ may be added to the reaction solution to perform grafting of catecholamine. The added metal salt may suppress polymerization between catecholamines by providing electrons to OH radicals generated by peroxide decomposition through a mechanism as shown in Equation 1 below, thereby improving the grafting rate.

[식 1][Equation 1]

ROOH + Fe2+ -> RO· + OH- + Fe3+ ROOH + Fe 2+ -> RO · + OH - + Fe 3+

상기 카테콜아민의 그라프트화를 유도하는 방사선은 예를 들어 전자선, 감마선, 알파선, 베타선, 중성자선 및 X선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 방사선의 에너지와 카테콜아민의 그라프트화 반응의 효율성의 측면에서 상기 방사선은 전자선을 이용하는 것이 바람직할 수 있다.The radiation inducing the grafting of the catecholamine may be at least one selected from the group consisting of, for example, electron beam, gamma ray, alpha ray, beta ray, neutron ray, and X-ray, and the energy of radiation and the efficiency of grafting reaction of catecholamine In terms of the radiation, it may be preferable to use an electron beam.

조사되는 방사선의 조사량은 용액 내 기질 및/또는 카테콜아민의 양, 목적하는 그라프트율 등에 의해 적절히 선택할 수 있는 것이나, 예를 들어 상기 방사선은 1 내지 500 kGy의 조사량으로 조사할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 방사선은 10 내지 500 kGy, 50 내지 300 kGy, 50 내지 200 kGy, 80 내지 150 kGy, 예컨대 100 kGy의 조사량으로 조사할 수 있다.The amount of radiation to be irradiated can be appropriately selected depending on the amount of the substrate and/or catecholamine in the solution, the desired grafting rate, and the like. For example, the radiation may be irradiated with an irradiation amount of 1 to 500 kGy. More specifically, the radiation may be irradiated at an irradiation dose of 10 to 500 kGy, 50 to 300 kGy, 50 to 200 kGy, 80 to 150 kGy, for example 100 kGy.

상기 용액은 용매로서 물 이외에도, 탄화수소류, 알코올류, 알데히드류, 에테르류, 에스터류, 케톤류 및 글리콜유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition to water as a solvent, the solution may contain at least one selected from the group consisting of hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ethers, esters, ketones, and glycol derivatives .

상기 탄화수소류는 휘발유, 등유, 노말헥산 등의 지방족 탄화수소, 시클로헥산, 메틸시클로헥산 등의 지환족 탄화수소, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등과 같은 방향족 탄화수소 등을 예로 들 수 있다. 또한, 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌 등과 같은 지방족 염화탄화수소, 클로로벤젠, ortho-디클로로벤젠 등과 같은 방향족 염화탄화수소, 디메틸설폭사이드 등과 같은 유기 황 화합물, 디메틸포름아미드 등과 같은 포름산아미드 등을 예로 들 수 있다.Examples of the hydrocarbons include aliphatic hydrocarbons such as gasoline, kerosene, and normal hexane, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane and methylcyclohexane, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene. In addition, aliphatic chlorinated hydrocarbons such as dichloromethane, chloroform, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, dichloroethylene, trichloroethylene, tetrachloroethylene, etc., aromatic chlorinated hydrocarbons such as chlorobenzene, ortho-dichlorobenzene, dimethylsulfoxide Organic sulfur compounds such as, and the like, formic acid amide such as dimethylformamide, and the like are exemplified.

상기 알코올류는 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올, 이소프로필알코올 등을 들 수 있다. 상기 에테르류는 에틸에테르, 디옥산(dioxane), 테트라하이드로부탄 등을 들 수 있으며, 상기 에스터류는 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 초산이소프로필, 초산부틸, 초산이소부틸, 초산펜틸, 초산이소펜틸 등을 들 수 있으며, 상기 케톤류는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸부틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등을 들 수 있으며, 상기 글리콜유도체는 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등을 들 수 있다.Examples of the alcohols include 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, isopentyl alcohol, and isopropyl alcohol. The ethers may include ethyl ether, dioxane, tetrahydrobutane, and the like, and the esters are methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, pentyl acetate, acetic acid Isopentyl, etc., and the ketones include acetone, methyl ethyl ketone, methyl butyl ketone, and methyl isobutyl ketone, and the glycol derivative is ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono Ethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether, and the like.

일 실시예에서, 용매로서 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아미드 등을 사용할 수 있다.In one embodiment, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, or the like may be used as the solvent.

상기와 같은 방법을 통해, 본 발명은 방사선으로 유도된 카테콜아민 그라프트화 기질을 제공한다.Through the above method, the present invention provides a radiation-induced catecholamine grafting substrate.

상기 방사선은 예를 들어 전자선, 감마선, 알파선, 베타선, 중성자선 및 X선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 방사선의 에너지와 카테콜아민의 그라프트화 반응의 효율성의 측면에서 상기 방사선은 전자선을 이용하는 것이 바람직할 수 있다.The radiation may be, for example, at least one selected from the group consisting of electron rays, gamma rays, alpha rays, beta rays, neutron rays, and X-rays.In terms of the energy of the radiation and the efficiency of the grafting reaction of the catecholamine, the radiation It may be desirable to use.

또한, 상기 기질은 방사선에 의해 라디칼이 생성될 수 있는 물질일 수 있으며, 예를 들어 고분자 섬유, 필름, 하이드로겔, 파이프, 전선 및 타이어로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 상기 고분자 섬유는 탄소-탄소, 탄소-산소 등의 이중 결합을 포함하는 물질인 것이 바람직하며, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합체, 나일론, 폴리에스테르 합성섬유, 폴리카보네이트, 에틸렌비닐아세테이트 및 불소수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.In addition, the substrate may be a material capable of generating radicals by radiation, and for example, may be at least one selected from the group consisting of polymer fibers, films, hydrogels, pipes, wires, and tires. The polymer fiber is preferably a material containing a double bond such as carbon-carbon, carbon-oxygen, etc., but is not limited thereto, for example, polypropylene, polyethylene, polypropylene-polyethylene copolymer, nylon, polyester synthesis It may be at least one selected from the group consisting of fiber, polycarbonate, ethylene vinyl acetate, and fluororesin.

이하에서, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.

[도파민 그라프트화 폴리프로필렌 부직포의 제조][Manufacture of dopamine grafted polypropylene nonwoven fabric]

실험예 1. 방사선의 조사 순서에 따른 그라프트화율의 측정Experimental Example 1. Measurement of grafting rate according to the irradiation sequence of radiation

폴리프로필렌 부직포(㈜앱스필)와 도파민(SIGMA, Dopamine hydrochloride)을 준비하였다.Polypropylene nonwoven fabric (Abspil, Inc.) and dopamine (SIGMA, Dopamine hydrochloride) were prepared.

먼저, 폴리프로필렌 부직포를 A4 크기(210*297 mm)로 용기에 투입한 후, 질소 퍼징을 한 뒤 전자선을 조사하였다. 전자선은 1.2 MeV*36.9 mA*8 m/min의 조건에서 총 100 kGy를 조사하였다. 전자선을 조사한 후 도파민 수용액을 첨가하여 폴리프로필렌 부직포에 도파민을 그라프트화하였다(도 1, pre).First, a polypropylene nonwoven fabric was put into a container in an A4 size (210*297 mm), followed by purging with nitrogen, followed by irradiation with electron beams. The electron beam irradiated a total of 100 kGy under the conditions of 1.2 MeV*36.9 mA*8 m/min. After irradiation with an electron beam, dopamine was grafted onto a polypropylene nonwoven fabric by adding an aqueous dopamine solution (Fig. 1, pre).

또한, 상기와 같이 폴리프로필렌 부직포를 용기에 투입한 후 도파민 수용액을 첨가하여 질소 퍼징을 한 뒤 전자선을 조사하여 폴리프로필렌 부직포에 도파민을 그라프트화하였다(도 1, simultaneous). 전자선 조사 조건은 위의 pre 실험과 동일하였다.In addition, after the polypropylene nonwoven fabric was added to the container as described above, dopamine aqueous solution was added to purify with nitrogen, and then dopamine was grafted onto the polypropylene nonwoven fabric by irradiation with electron beams (Fig. 1, simultaneous). Electron beam irradiation conditions were the same as in the pre-experiment above.

상기와 같은 방법으로 도파민을 그라프트화하였을 때 전자선 조사량에 따른 그라프트화율을 측정하였으며, 하기 표 1과 도 1에 그 결과를 나타내었다. 그라프트화율의 측정은 그라프트 반응 전과 후의 중량을 측정하여 반응 전의 기질의 중량(Wo)에 대해 그라프트 반응에 의한 중량 증가분(△W)을 백분율(△W/Wo X 100 (%))을 구하는 방법으로 수행하였다.When dopamine was grafted in the same manner as described above, the grafting rate according to the amount of electron beam irradiation was measured, and the results are shown in Table 1 and FIG. 1 below. Grafting rate is measured by measuring the weight before and after the graft reaction, and the weight increase ( △W ) by the graft reaction relative to the weight ( Wo ) of the substrate before the reaction, and the percentage ( ΔW/Wo X 100 (%)). It was carried out by the method to obtain.

Dose (kGy)Dose (kGy) Simultaneous G.Y (%)Simultaneous G.Y (%) Pre G.Y (%)Pre G.Y (%) 5050 8.148.14 3.023.02 100100 12.3112.31 3.283.28 150150 11.9411.94 4.564.56

표 1 및 도 1의 결과에서와 같이, 도파민 그라프트는 도파민과 기질을 함께 전자선을 조사하였을 때가, 기질에 전자선을 조사한 후 도파민을 첨가한 경우 대비 훨씬 더 높은 그라프트율을 보였으며, 이는 전자선 조사에 의해 도파민 단량체가 활성화되고 활성화된 단량체가 그라프트 반응에 참여하게 됨으로써 나타나는 것으로 유추되었다.As shown in the results of Table 1 and Fig. 1, when the dopamine and the substrate were irradiated with an electron beam, the dopamine graft showed a much higher graft rate than when the dopamine was added after the substrate was irradiated with an electron beam. It was inferred that the dopamine monomer is activated and the activated monomer participates in the graft reaction.

실험예 2. 도파민의 농도에 따른 그라프트화율의 측정Experimental Example 2. Measurement of the grafting rate according to the concentration of dopamine

폴리프로필렌 부직포를 A4 크기(210*297 mm)로 용기에 투입한 후, 도파민 용액을 혼합한 후 질소 퍼징을 한 뒤 전자선을 조사하여 폴리프로필렌 부직포에 도파민을 그라프트화하였다. 전자선 조사 조건은 위의 실험과 동일하게 수행하였다.After the polypropylene nonwoven fabric was put into a container in A4 size (210*297 mm), the dopamine solution was mixed, purged with nitrogen, and then dopamine was grafted onto the polypropylene nonwoven fabric by irradiation with electron beams. Electron beam irradiation conditions were performed in the same manner as in the above experiment.

상기와 같은 방법으로 도파민을 그라프트화하였을 때 도파민 용액 내 도파민의 농도에 따른 그라프트화율을 측정하였으며, 하기 표 2와 도 2에 그 결과를 나타내었다. 그라프트화율의 측정은 상기와 동일한 방법으로 수행하였다.When dopamine was grafted in the same manner as described above, the grafting rate according to the concentration of dopamine in the dopamine solution was measured, and the results are shown in Table 2 and FIG. 2 below. The measurement of the grafting rate was performed in the same manner as above.

또한, 도파민 농도에 따라 전자선 조사 전의 반응 용액의 pH를 pH미터(HM-25R, DKK-TOA corporation)로 측정하여 그 결과를 하기 표 3과 도 3에 나타내었으며, 도파민 농도에 따른 반응 용액의 pH 변화와 그라프트율의 변화를 도 4에 나타내었다.In addition, the pH of the reaction solution before electron beam irradiation according to the dopamine concentration was measured with a pH meter (HM-25R, DKK-TOA corporation), and the results are shown in Table 3 and FIG. 3, and the pH of the reaction solution according to the dopamine concentration The change and the change of the graft rate are shown in FIG. 4.

도파민 농도 (wt%)Dopamine concentration (wt%) G.Y (%)G.Y (%) 0.20.2 0.190.19 0.50.5 0.370.37 1One 12.3112.31 33 5.525.52 55 1.511.51 77 0.160.16

도파민 농도 (wt%)Dopamine concentration (wt%) pHpH 0.20.2 6.256.25 0.50.5 5.815.81 1One 5.435.43 33 5.015.01 55 4.734.73 77 4.464.46

위의 결과를 통해, 도파민 농도가 낮을 경우, 구체적으로 1 wt% 미만인 경우 반응 확률 측면에서 반응에 참여하는 단량체 수가 낮기 때문에 그라프트율이 낮고, 도파민의 농도가 증가할수록, 구체적으로 0.2 내지 1 wt%에서는 단량체 농도의 증가로 인해 그라프트율이 향상되는 것으로 확인되었다.From the above results, when the dopamine concentration is low, specifically, when the concentration is less than 1 wt%, the graft rate is low because the number of monomers participating in the reaction is low in terms of the reaction probability, and as the concentration of dopamine increases, specifically in 0.2 to 1 wt% It was confirmed that the graft rate was improved due to the increase of the monomer concentration.

그러나 1 wt% 초과되는 농도에서는 단량체 증가에 따라 용액의 pH가 감소함과 동시에 도파민의 그라프트율이 급격히 저감되는 것으로 확인되었다. 이를 통해 도파민의 경우 약산성 내지 중성 영역에서 강한 반응성을 갖는 것으로 유추되었으며, 위와 같은 이유로 도파민의 농도가 1 wt% 내지 2 wt% 사이에서 가장 높은 그라프트율을 나타낼 수 있음을 확인하였다.However, at a concentration exceeding 1 wt%, it was confirmed that the pH of the solution decreased as the monomer increased and the graft rate of dopamine was rapidly reduced. Through this, it was inferred that dopamine has a strong reactivity in the weakly acidic to neutral region, and it was confirmed that the concentration of dopamine can exhibit the highest graft rate between 1 wt% and 2 wt% for the same reason.

Claims (25)

방사선 존재 하에 용액 중에서 기질에 카테콜아민을 그라프트화하는 단계를 포함하는 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.A method for preparing a catecholamine grafted substrate comprising the step of grafting a catecholamine onto a substrate in a solution in the presence of radiation. 청구항 1에 있어서,
카테콜아민 함유 용액에 기질을 혼합한 후, 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
After mixing the substrate in the catecholamine-containing solution, the method for producing a catecholamine grafted substrate comprising the step of irradiating radiation.
청구항 1에 있어서,
기질 함유 용액에 방사선을 조사한 후, 카테콜아민을 첨가하는 단계를 포함하는 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
After irradiating the substrate-containing solution with radiation, the method for producing a catecholamine grafted substrate comprising the step of adding a catecholamine.
청구항 1에 있어서,
상기 용액 중의 카테콜아민의 농도가 0.5 내지 6 중량%인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method for producing a catecholamine grafted substrate in which the concentration of catecholamine in the solution is 0.5 to 6% by weight.
청구항 4에 있어서,
상기 용액 중의 카테콜아민의 농도가 1 내지 2 중량%인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method of claim 4,
The method for producing a catecholamine grafted substrate in which the concentration of catecholamine in the solution is 1 to 2% by weight.
청구항 1에 있어서,
상기 용액의 pH가 4 내지 7인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method for preparing a catecholamine grafted substrate in which the pH of the solution is 4 to 7.
청구항 6에 있어서,
상기 용액의 pH가 5.4 내지 6인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method of claim 6,
The method for preparing a catecholamine grafted substrate in which the pH of the solution is 5.4 to 6.
청구항 1에 있어서,
상기 그라프트화 단계 이전에 질소 퍼징을 하는 단계를 더 포함하는 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of producing a catecholamine grafting substrate further comprising the step of purging with nitrogen prior to the grafting step.
청구항 1에 있어서,
상기 기질은 고분자 섬유, 필름, 하이드로겔, 파이프, 전선 및 타이어로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나, 또는 그 직물 또는 부직포인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The substrate is at least one selected from the group consisting of polymer fibers, films, hydrogels, pipes, wires, and tires, or fabrics or nonwovens thereof.
청구항 9에 있어서,
상기 고분자 섬유는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌-폴리에틸렌 공중합체, 나일론, 폴리에스테르 합성섬유, 폴리카보네이트, 에틸렌비닐아세테이트 및 불소수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method of claim 9,
The polymer fiber is at least one selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, polypropylene-polyethylene copolymer, nylon, polyester synthetic fiber, polycarbonate, ethylene vinyl acetate, and fluororesin. Method for producing a catecholamine grafted substrate .
청구항 1에 있어서,
상기 방사선은 1 내지 500 kGy의 조사량으로 조사하는 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The radiation is a method for producing a catecholamine grafted substrate that is irradiated with an irradiation amount of 1 to 500 kGy.
청구항 1에 있어서,
상기 방사선은 전자선, 감마선, 알파선, 베타선, 중성자선 및 X선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The radiation is at least one selected from the group consisting of electron rays, gamma rays, alpha rays, beta rays, neutron rays, and X-rays. The method of manufacturing a catecholamine grafted substrate.
청구항 12에 있어서,
상기 방사선은 전자선인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method of claim 12,
The method of manufacturing a catecholamine grafted substrate, wherein the radiation is an electron beam.
청구항 1에 있어서,
상기 용액은 알칼리 염을 더 포함하는 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method for producing a catecholamine grafted substrate that the solution further comprises an alkali salt.
청구항 14에 있어서,
상기 알칼리 염은 Na+, Li+, K+, NH4 +, Ca2+, Cl- 및 NH3 -로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method of claim 14,
The catecholamines process for producing a grafted substrate that is at least one selected from the group consisting of: - the alkaline salts are Na +, Li +, K + , NH 4 +, Ca 2+, Cl - and NH 3.
청구항 1에 있어서,
상기 용액은 용매로서 물, 탄화수소류, 알코올류, 알데히드류, 에테르류, 에스터류, 케톤류 및 글리콜유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 카테콜아민 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The solution is a method for producing a catecholamine grafted substrate comprising at least one selected from the group consisting of water, hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ethers, esters, ketones, and glycol derivatives as a solvent.
청구항 16에 있어서,
상기 용매는 물, 디메틸설폭사이드 및 디메틸포름산아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 카테콜아민의 그라프트화 기질의 제조방법.
The method of claim 16,
The solvent is a method of producing a catecholamine grafted substrate comprising at least one selected from the group consisting of water, dimethyl sulfoxide, and dimethylformic acid amide.
청구항 1에 있어서,
상기 카테콜아민은 도파민, 도파민퀴논, 알파-메틸도파민, 노르에피네프린, 에피네프린, 알파-메틸오파, 드록시도파 및 5-하이드록시도파민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 카테콜아민의 그라프트화 기질의 제조방법.
The method according to claim 1,
The catecholamine is dopamine, dopamine quinone, alpha-methyldopamine, norepinephrine, epinephrine, alpha-methylopa, droxydopa, and 5-hydroxydopamine. Method of manufacturing.
청구항 18에 있어서,
상기 카테콜아민은 도파민을 포함하는 것인 카테콜아민의 그라프트화 기질의 제조방법.
The method of claim 18,
The catecholamine is a method for producing a substrate for grafting catecholamine containing dopamine.
방사선으로 유도된 카테콜아민 그라프트화 기질.Radiation-induced catecholamine grafting substrate. 청구항 20에 있어서,
상기 방사선은 전자선, 감마선, 알파선, 베타선, 중성자선 및 X선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질.
The method of claim 20,
The radiation is at least one selected from the group consisting of electron rays, gamma rays, alpha rays, beta rays, neutron rays, and X-rays.
청구항 20에 있어서,
상기 기질은 고분자 섬유, 필름, 하이드로겔, 파이프, 전선 및 타이어로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것인 카테콜아민 그라프트화 기질.
The method of claim 20,
The substrate is a catecholamine grafted substrate that is at least one selected from the group consisting of polymer fibers, films, hydrogels, pipes, electric wires and tires.
청구항 20에 있어서,
5% 이상의 그라프트율을 갖는 것인 카테콜아민 그라프트화 기질.
The method of claim 20,
A catecholamine grafted substrate having a grafting rate of 5% or more.
청구항 20에 있어서,
상기 카테콜아민은 도파민, 도파민퀴논, 알파-메틸도파민, 노르에피네프린, 에피네프린, 알파-메틸오파, 드록시도파 및 5-하이드록시도파민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 카테콜아민 그라프트화 기질.
The method of claim 20,
The catecholamine is a catecholamine grafted substrate comprising at least one selected from the group consisting of dopamine, dopaminequinone, alpha-methyldopamine, norepinephrine, epinephrine, alpha-methylopa, droxydopa, and 5-hydroxydopamine.
청구항 20에 있어서,
상기 카테콜아민은 도파민을 포함하는 것인 카테콜아민 그라프트화 기질.
The method of claim 20,
The catecholamine is a catecholamine grafted substrate containing dopamine.
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