KR20210128971A - Thermally healable and reshapable conductive hydrogel composite - Google Patents

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Abstract

Provided is a new electroconductive hydrogel composite material which can be used as an artificial skin candidate that satisfies all four requirements, such as flexibility, electroconductivity, healing properties, and biocompatibility, required for artificial skin. The electroconductive hydrogel composite material according to an aspect of the present disclosure comprises: a hydrogen-bondable hydrogel including water and a cross-linkable polymer which is cross-linked by hydrogen bonding; and an electroconductive material dispersed in the hydrogen-bondable hydrogel.

Description

열에 의하여 치유 및 재성형이 가능한 전도성 하이드로겔 복합재료 {Thermally healable and reshapable conductive hydrogel composite}Thermally healable and reshapable conductive hydrogel composite

본 개시는 인공 피부(artificial skin) 또는 전자 피부(electronic skin)에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 전도성 하이드로겔에 관한 것이다.The present disclosure relates to artificial skin or electronic skin. The present disclosure also relates to conductive hydrogels.

생체의 피부는 외부의 자극을 감지하는 기능, 상처를 반복적으로 치유하는 능력, 근육의 움직임에 적응하기 위한 유연성을 함께 갖고 있다. 이러한 생체 피부를 모사하는 인공 피부를 얻기 위한 연구가 다양한 측면에서 진행되고 있다.The skin of the living body has the ability to sense external stimuli, the ability to heal wounds repeatedly, and the flexibility to adapt to the movement of the muscles. Research for obtaining artificial skin that mimics such biological skin is being conducted in various aspects.

인공 피부에 요구되는 조건으로서는 다음과 같은 네 가지 특성이 고려될 수 있다. 첫 번째로는, 기계적 특성 측면에 있어서, 움직임(motion)에 적응하기 위한 "유연성"이 요구된다. 유연성은 영탄성율(Young's modulus)로 측정될 수 있다. 두 번째로는, 기능성(functionality) 측면에 있어서, 외부 자극에 의하여 발생되는 전기신호를 전달하는 데 필요한 "전기 전도성"이 요구된다. 세 번째로는, "치유 특성(healing property)"이 요구된다. 치유 특성은, 여러 횟수의 손상-치유 싸이클이 반복될 수 있는 것을 의미한다. 네 번째로는, 생물학적 특성 측면에 있어서, "생체적합성(biocompatibility)"이 요구된다. 생체적합성은, 인공 피부의 재료가 생체친화적(bio-friendly)인 것을 의미한다.As a condition required for artificial skin, the following four characteristics can be considered. First, in terms of mechanical properties, "flexibility" is required to adapt to motion. Flexibility can be measured by Young's modulus. Second, in terms of functionality, "electrical conductivity" required to transmit an electrical signal generated by an external stimulus is required. Third, “healing properties” are required. Healing properties mean that multiple damage-healing cycles can be repeated. Fourth, in terms of biological properties, "biocompatibility" is required. Biocompatibility means that the material of the artificial skin is bio-friendly.

종래의 인공 피부의 일 예는, 유연성 기판 및 상기 유연성 기판에 위에 임베딩된 전자 소자(예를 들어, 축전기 또는 트랜지스터)를 포함한다 ["Nature Mater. (2010), 9, 859, Stanford]"; "Nature Mater. (2010), 9, 821, Berkeley"; 및 "Nature Nanotech. (2011), 6, 788, Stanford" 참조]. 그러나, 이 경우에는, 기계적 특성 측면과 기능성 측면에서의 요구조건은 만족 되지만, 치유 특성 측면 및 생물학적 특성 측면에서의 요구조건은 만족 되지 않는다.One example of a conventional artificial skin includes a flexible substrate and an electronic device (eg, capacitor or transistor) embedded thereon [“Nature Mater. (2010), 9, 859, Stanford]”; "Nature Mater. (2010), 9, 821, Berkeley"; and "Nature Nanotech. (2011), 6, 788, Stanford"]. However, in this case, the requirements in terms of mechanical properties and functionality are satisfied, but the requirements in terms of healing properties and biological properties are not satisfied.

종래의 인공 피부의 다른 예는, 치유 특성을 갖는 하이드로겔 또는 합성고분자이다 ["Science (2002), 295, 1698, UCLA & USC"; "PNAS (2012), 109, 4383, UCSD"; 및 "Nature Comm (2011), 2, 1, Osaka" 참조]. 그러나, 이 경우에는, 치유 특성 측면 및 생물학적 특성 측면에서의 요구조건은 만족 되지만, 기계적 특성 측면과 기능성 측면에서의 요구조건은 만족 되지 않는다.Another example of conventional artificial skin is a hydrogel or synthetic polymer with healing properties ["Science (2002), 295, 1698, UCLA &USC"; "PNAS (2012), 109, 4383, UCSD"; and "Nature Comm (2011), 2, 1, Osaka"]. However, in this case, the requirements in terms of healing properties and biological properties are satisfied, but the requirements in terms of mechanical properties and functionality are not satisfied.

종래의 인공 피부의 또 다른 예는, 손상된 부위를 자기치유하여 전기 특성을 회복할 수 있는 물질이 있다 ["Nature Nanotech (2012), Online, Stanford"; 및 "Adv. Mater. (2012), 24, 2578" 참조]. 그러나, 이 경우에는, 기계적 특성 측면, 기능성 측면 및 치유 특성 측면에서의 요구조건은 만족 되지만, 생물학적 특성 측면에서의 요구조건은 만족 되지 않는다.Another example of conventional artificial skin is a material capable of restoring electrical properties by self-healing a damaged area ["Nature Nanotech (2012), Online, Stanford"; and "Adv. Mater. (2012), 24, 2578"]. However, in this case, the requirements in terms of mechanical properties, functionality and healing properties are satisfied, but the requirements in terms of biological properties are not satisfied.

종래의 인공 피부의 또 다른 예는, 다양한 센서를 직접 생체 피부에 임베딩시켜서 얻은 것이 있다 ["PNAS (2011), Harvard"; 및 "Science (2011), 333, 830, UIUC" 참조]. 그러나, 이 경우에는, 기계적 특성 측면과 기능성 측면에서의 요구조건은 만족 되지만, 치유 특성 측면 및 생물학적 특성 측면에서의 요구조건은 만족 되지 않는다.Another example of conventional artificial skin is that obtained by embedding various sensors directly into living skin ["PNAS (2011), Harvard"; and "Science (2011), 333, 830, UIUC"]. However, in this case, the requirements in terms of mechanical properties and functionality are satisfied, but the requirements in terms of healing properties and biological properties are not satisfied.

이와 같이, 종래의 인공 피부 후보안(candidates)들은, 인공 피부에 요구되는 네 가지 요구조건 중 하나 또는 둘 만을 만족시키고 있다.As such, conventional artificial skin candidates satisfy only one or two of the four requirements for artificial skin.

본 개시에서는, 인공 피부에 요구되는 네 가지 요구조건, 즉, "유연성", "전기전도성", "치유 특성" 및 "생체적합성(biocompatibility)"을 모두 만족시키는 인공 피부 후보안으로서 사용될 수 있는 새로운 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 제공한다.In the present disclosure, a new artificial skin candidate that can be used as a candidate for artificial skin that satisfies all four requirements required for artificial skin, namely, "flexibility", "electrical conductivity", "healing property" and "biocompatibility" An electrically conductive hydrogel composite material is provided.

본 개시의 일 측면에 따른 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 일 구현예는, An embodiment of the electrically conductive hydrogel composite material according to an aspect of the present disclosure is,

수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 및 물을 포함하는 수소결합성 하이드로겔; 및Hydrogen-bonding hydrogel comprising water and a cross-linkable polymer cross-linked by hydrogen bonding; and

상기 수소결합성 하이드로겔내에 분산되어 있는 전기전도성 물질;을 포함한다.and an electrically conductive material dispersed in the hydrogen-bonding hydrogel.

본 개시의 다른 측면에 따른 전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법의 일 구현예는, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자, 물 및 전기전도성 물질을 포함하는 가열된 분산액을 냉각하는 단계를 포함한다.An embodiment of the method for manufacturing an electrically conductive hydrogel composite material according to another aspect of the present disclosure includes cooling a heated dispersion comprising a crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding, water, and an electrically conductive material.

본 개시의 또 다른 측면에 따른 전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법의 일 구현예는,An embodiment of the method for manufacturing an electrically conductive hydrogel composite material according to another aspect of the present disclosure is,

수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 및 물을 포함하는 수소결합성 하이드로겔; 및 상기 수소결합성 하이드로겔 내에 분산되어 있는 전기전도성 고분자를;을 포함하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 제조 방법으로서,Hydrogen-bonding hydrogel comprising water and a cross-linkable polymer cross-linked by hydrogen bonding; and an electrically conductive polymer dispersed in the hydrogen-bonding hydrogel; as a method for producing an electrically conductive hydrogel composite material comprising:

수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자; 물; 전기전도성 고분자 형성용 모노머; 및 산화제;를 포함하는 가열된 반응 혼합물을 냉각하는 단계를 포함한다.crosslinkable polymers crosslinked by hydrogen bonding; water; a monomer for forming an electrically conductive polymer; and cooling the heated reaction mixture comprising; and an oxidizing agent.

본 개시에서 제공되는 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 구현예들은, 인공 피부에 요구되는 네 가지 요구조건, 즉, "유연성", "전기전도성", "치유 특성" 및 "생체적합성(biocompatibility)"을 모두 만족시킬 수 있다.Embodiments of the electrically conductive hydrogel composite material provided in the present disclosure meet the four requirements required for artificial skin, namely, "flexibility", "electric conductivity", "healing properties" and "biocompatibility". all can be satisfied.

도 1은, 동결건조된 (a) 비교예 1의 아가로스 하이드로 겔, (b) 실시예 2의 전기전도성 하이드로겔 복합재료 및 (c) 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 주사전자현미경 사진이다.
도 2는, 실시예 2의 전기전도성 하이드로겔 복합재료에 대한 (a) 주사전자현미경 사진 및 (b) EDX 질소 매핑 사진이다.
도 3은, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료에 대한 (a) 주사전자현미경 사진 및 (b) EDX 질소 매핑(N mapping from an energy dispersive X-ray analysis)으로부터 얻은 사진이다.
도 4는, 실시예 1 내지 8의 전기전도성 하이드로겔 복합재료와 비교예 1 및 2의 아가로스 하이드로 겔의 전기전도도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 열적 치유 특성(thermal healing property)을 확인하기 위하여 수행한 실험과정을 보여주는 사진이다.
도 6은, 실시예 1 내지 4의 전기전도성 하이드로겔 복합재료와 비교예 1의 아가로스 하이드로 겔의 영탄성율을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 실시예 1 내지 4의 전기전도성 하이드로겔 복합재료와 비교예 1의 아가로스 하이드로 겔에 대하여, 단축인장시험(uniaxial tensile test)을 통하여 측정된 파단응력을 나타내는 그래프이다.
도 8은, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료에 대한 연신 후 전기전도성을 확인하는 실험 과정을 보여주는 사진이다.
도 9는, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 스크린프린팅 방법으로 패터닝한 결과를 보여준다.
도 10은, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 몰딩 방법에 의하여 프리스탠딩(freestanding)형태의 도형을 제작한 결과를 보여준다.
도 11은, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 사용하여, 습식 스피닝 방법으로 섬유를 제조한 결과를 보여준다.
1 is a scanning electron microscope of the lyophilized (a) agarose hydrogel of Comparative Example 1, (b) the electrically conductive hydrogel composite material of Example 2, and (c) the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1 It's a photo.
2 is (a) a scanning electron microscope photograph and (b) EDX nitrogen mapping photograph of the electrically conductive hydrogel composite material of Example 2.
3 is a photograph obtained from (a) a scanning electron micrograph and (b) EDX nitrogen mapping (N mapping from an energy dispersive X-ray analysis) for the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1.
4 is a graph showing the electrical conductivity of the electrically conductive hydrogel composite materials of Examples 1 to 8 and the agarose hydrogels of Comparative Examples 1 and 2;
5 is a photograph showing the experimental process performed to confirm the thermal healing properties (thermal healing property) of the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1.
6 is a graph showing the Young's modulus of elasticity of the electrically conductive hydrogel composite material of Examples 1 to 4 and the agarose hydrogel of Comparative Example 1.
7 is a graph showing the breaking stress measured through a uniaxial tensile test for the electrically conductive hydrogel composite material of Examples 1 to 4 and the agarose hydrogel of Comparative Example 1. FIG.
8 is a photograph showing an experimental process for confirming the electrical conductivity after stretching for the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1.
9 shows the results of patterning the electroconductive hydrogel composite material of Example 1 by a screen printing method.
Figure 10 shows the result of producing a figure in the form of a freestanding (freestanding) form by the molding method of the electroconductive hydrogel composite material of Example 1.
11, using the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1, shows the result of manufacturing a fiber by a wet spinning method.

이하에서는, 본 개시의 일 측면에 따른 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 일 구현예를 더욱 상세하게 설명한다. 본 개시의 일 측면에 따른 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 일 구현예는, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 및 물을 포함하는 수소결합성 하이드로겔; 및 상기 수소결합성 하이드로겔 내에 분산되어 있는 전기전도성 물질;을 포함한다.Hereinafter, an embodiment of the electrically conductive hydrogel composite material according to an aspect of the present disclosure will be described in more detail. An embodiment of the electrically conductive hydrogel composite material according to an aspect of the present disclosure includes a hydrogen-bonding hydrogel comprising a cross-linkable polymer cross-linked by hydrogen bonding and water; and an electrically conductive material dispersed in the hydrogen-bonding hydrogel.

일반적으로, 하이드로겔은 물과 가교성 고분자의 혼합물로부터 형성된다. 물과 가교성 고분자의 혼합물 중의 가교성 고분자가 가교 네트워크를 형성하면, 물과 가교성 고분자의 혼합물은 겔화되어, 하이드로겔을 형성한다. 본 개시에서 사용되는 하이드로겔은, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자로부터 형성되는 하이드로겔(간단히 '수소결합성 하이드로겔(hydrogen bond-based hydrogel)'이라 함)이다. Generally, hydrogels are formed from a mixture of water and a crosslinkable polymer. When the crosslinkable polymer in the mixture of water and the crosslinkable polymer forms a crosslinked network, the mixture of water and the crosslinkable polymer is gelled to form a hydrogel. The hydrogel used in the present disclosure is a hydrogel (referred to simply as a 'hydrogen bond-based hydrogel') formed from a crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding.

수소결합에 의한 가교는 가역적이다. 수소결합성 하이드로겔을 가열하면, 고분자 간의 수소 결합이 깨지고, 그에 따라, 가교 네트워크가 해체되며, 그에 따라, 유동성을 갖는 액체(예를 들어, 콜로이드, 졸 또는 수용액)가 형성된다. 이 유동성 액체를 냉각하면, 고분자 간의 수소결합이 다시 형성되고, 그에 따라, 가교 네트워크가 복원되며, 그에 따라, 유동성이 없는 하이드로겔이 형성된다. Crosslinking by hydrogen bonding is reversible. When the hydrogen-bonding hydrogel is heated, the hydrogen bonds between the polymers are broken, thereby dissolving the cross-linked network, thereby forming a liquid (eg, colloid, sol, or aqueous solution) having flowability. Upon cooling of this flowable liquid, hydrogen bonds between the polymers are re-formed, thereby restoring the cross-linked network, thereby forming a non-flowable hydrogel.

수소결합에 의한 가교의 가역성으로 인하여, 본 개시의 하이드로겔 복합재료는 "치유 특성"을 가질 수 있다. 즉, 본 개시의 하이드로겔 복합재료는 열적으로 치유가능(thermally healable)하다. 구체적으로 설명하면, 결함을 갖는 본 개시의 하이드로겔 복합재료를 가열하면, 본 개시의 하이드로겔 복합재료의 가교 네트워크가 해체됨에 따라, 본 개시의 하이드로겔 복합재료는 유동성을 갖게 된다. 이러한 유동성으로 인하여, 본 개시의 하이드로겔 복합재료의 결함이 메꿔 진다. 그 다음, 본 개시의 하이드로겔 복합재료를 다시 냉각하면, 결함이 없는 하이드로겔 복합재료로 회복된다.Due to the reversibility of crosslinking by hydrogen bonding, the hydrogel composite material of the present disclosure may have “healing properties”. That is, the hydrogel composite material of the present disclosure is thermally healable. Specifically, when the hydrogel composite material of the present disclosure with defects is heated, the cross-linked network of the hydrogel composite material of the present disclosure is dismantled, so the hydrogel composite material of the present disclosure has fluidity. Due to this fluidity, the defects of the hydrogel composite material of the present disclosure are filled. Then, when the hydrogel composite material of the present disclosure is cooled again, it recovers to a defect-free hydrogel composite material.

수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자는, 예를 들면, 아가로스(agarose)일 수 있다. The crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding may be, for example, agarose.

이러한 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자로부터 형성되는 수소결합성 하이드로겔은, 생체 피부와 유사한 "유연성"을 가질 수 있다. 또한, 이러한 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자로부터 형성되는 수소결합성 하이드로겔은, 생물 유래 재료(bio-based material)이거나 무독성 재료이므로, "생체적합성(biocompatibility)"을 갖는다.A hydrogen-bonding hydrogel formed from a cross-linkable polymer cross-linked by such hydrogen bonding may have “flexibility” similar to that of living skin. In addition, the hydrogen-bonding hydrogel formed from a cross-linkable polymer cross-linked by such hydrogen bonding is a bio-based material or a non-toxic material, and thus has “biocompatibility”.

수소결합성 하이드로겔에 있어서, 물의 함량은, 예를 들면, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 약 0.5 중량부 내지 약 5.0 중량부일 수 있다. 수소결합성 하이드로겔 중의 물의 함량이 너무 높으면, 수소결합성 하이드로겔 용액의 점도가 너무 낮아져서, 수소결합성 하이드로겔의 수소결합 밀도가 낮아지고, 그에 따라, 수소결합성 하이드로겔이 형성되지 않을 수 있다. 수소결합성 하이드로겔 중의 물의 함량이 너무 낮으면, 수소결합성 하이드로겔 용액의 점도가 너무 높아져서, 수소결합성 하이드로겔의 수소결합 밀도가 높아지고, 그에 따라, 수소결합성 하이드로겔이 녹지 않을 수 있다. In the hydrogen-bonding hydrogel, the content of water may be, for example, about 0.5 parts by weight to about 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the cross-linkable polymer crosslinked by hydrogen bonding. If the content of water in the hydrogen-bonding hydrogel is too high, the viscosity of the hydrogen-bonding hydrogel solution becomes too low, so that the hydrogen-bonding density of the hydrogen-bonding hydrogel is low, and accordingly, the hydrogen-bonding hydrogel may not be formed. have. If the content of water in the hydrogen-bonding hydrogel is too low, the viscosity of the hydrogen-bonding hydrogel solution becomes too high, and the hydrogen-bonding density of the hydrogen-bonding hydrogel is high, and accordingly, the hydrogen-bonding hydrogel may not dissolve. .

전기전도성 물질은 수소결합성 하이드로겔 내에 분산되어 있다. 전기전도성 물질은, 수소결합성 하아드로겔 내에서, 전기전도성 네트워크를 형성한다. 그에 따라, 본 개시의 하이드로겔 복합재료는 "전기전도성"을 갖는다.The electrically conductive material is dispersed in the hydrogen-bonding hydrogel. The electrically conductive material forms an electrically conductive network within the hydrogen-bonding hydrogel. Accordingly, the hydrogel composite material of the present disclosure has “electrical conductivity”.

전기전도성 물질은, 예를 들면, 금속 입자, 전도성 탄소 물질, 전도성 고분자, 또는 이들의 조합일 수 있다. The electrically conductive material may be, for example, a metal particle, a conductive carbon material, a conductive polymer, or a combination thereof.

금속 입자는, 예를 들면, Au, Ag, Pt, Ti, Fe, 또는 이들의 조합일 수 있다. 이들 금속 입자는, 인체에 무해하다. The metal particles may be, for example, Au, Ag, Pt, Ti, Fe, or a combination thereof. These metal particles are harmless to the human body.

전도성 탄소 물질은, 예를 들면, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 또는 이들의 조합일 수 있다.The conductive carbon material may be, for example, carbon black, carbon nanotubes, graphene, or a combination thereof.

전도성 고분자는, 예를 들면, 폴리피롤(polypyrroles), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophenes)), 폴리(스티렌술포네이트)(poly(styrene sulfonates)), PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophenes) poly(styrenesulfonates)), 폴리아닐린(polyanilines), 또는 이들의 조합일 수 있다.The conductive polymer is, for example, polypyrroles, poly(3,4-ethylenedioxythiophenes), poly(styrene sulfonates), PEDOT : PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophenes) poly(styrenesulfonates)), polyanilines, or a combination thereof.

예를 들어, 전기전도성 물질은, 수소결합성 하이드로겔 내에서, 입자의 형태로 존재할 수 있다. 전기전도성 물질은, 예를 들면, 약 100 nm 내지 약 1 ㎛의 평균입자크기를 가질 수 있다. For example, the electrically conductive material may exist in the form of particles in the hydrogen-bonding hydrogel. The electrically conductive material may have, for example, an average particle size of about 100 nm to about 1 μm.

수소결합성 하이드로겔 내에 분산되는 전기전도성 물질의 양은, 예를 들면, 예를 들면, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 약 10 중량부 내지 약 300 중량부일 수 있다. 전기전도성 물질의 양이 너무 적으면, 하이드로겔이 전도성을 띠지 않을 수 있다. 전기전도성 물질의 양이 너무 크면, 하이드로겔이 겔의 성질을 잃을 수 있다.The amount of the electrically conductive material dispersed in the hydrogen-bonding hydrogel may be, for example, from about 10 parts by weight to about 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the cross-linkable polymer crosslinked by hydrogen bonding. If the amount of the electrically conductive material is too small, the hydrogel may not be conductive. If the amount of the electrically conductive material is too large, the hydrogel may lose its gel properties.

수소결합성 하이드로겔 내에 분산되어 있는 전기전도성 물질로 인하여, 본 개시의 하이드로겔 복합재료는 전기전도성을 갖는다. 본 개시의 하이드로겔 복합재료의 전기전도성은, 예를 들면, 표준조건(20 ℃, 1 기압)에서 4점 탐침법으로 측정하였을 때, 약 1.0 × 10-6 S/cm 내지 약 0.2 S/cm일 수 있다. Due to the electrically conductive material dispersed in the hydrogen bonding hydrogel, the hydrogel composite material of the present disclosure has electrical conductivity. The electrical conductivity of the hydrogel composite material of the present disclosure, for example, when measured by a four-point probe method under standard conditions (20 ℃, 1 atm), about 1.0 × 10 -6 S / cm to about 0.2 S / cm can be

전기전도성 하이드로겔 복합재료의 다른 구현예에 있어서, 수소결합성 하이드로겔 중의 물은 전해질을 더 포함할 수 있다. 수소결합성 하이드로겔 중의 물이 전해질을 더 포함하는 경우, 전해질은, 수소결합성 하이드로겔 중에 분산되어 있는 전기전도성 물질과 상승작용을 일으켜(즉 예를 들면, 전도성 고분자에 의한 전자/정공 전류와 전해질에 의한 이온 전류가 합쳐져 상승작용을 일으킴), 하이드로겔 복합재료의 전기전도성을 더욱 향상시킬 수 있다. In another embodiment of the electrically conductive hydrogel composite, the water in the hydrogen bonding hydrogel may further include an electrolyte. When the water in the hydrogen-bonding hydrogel further contains an electrolyte, the electrolyte causes a synergistic action with the electrically conductive material dispersed in the hydrogen-bonding hydrogel (i.e., electron / hole current by the conductive polymer and The ionic current caused by the electrolyte is combined to cause a synergistic action), and the electrical conductivity of the hydrogel composite material can be further improved.

수소결합성 하이드로겔 중의 물이 전해질을 더 포함하고 있는 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 구현예들은, 수소결합성 하이드로겔 중의 물이 전해질을 포함하지 않고 있는 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 구현예들에 비하여, 약 0.22 S/cm 내지 약 0.69 S/cm 만큼 더 높은 전기전도도를 가질 수 있다.Embodiments of the electroconductive hydrogel composite material in which the water in the hydrogen-bonding hydrogel further contains an electrolyte, in the embodiments of the electroconductive hydrogel composite material in which the water in the hydrogen-bonding hydrogel does not contain an electrolyte In comparison, it may have a higher electrical conductivity by about 0.22 S/cm to about 0.69 S/cm.

전해질은, 예를 들면, NaCl, KCl, Na2HPO4, KH2PO4, Na2SO4, Li2SO4, MgSO4, 버퍼(Buffer)(예를 들어, PBS 또는 Tris-HCl), 또는 이들의 조합일 수 있다. 전해질의 함량은, 예를 들면, 수소결합성 하이드로겔 중의 물 100 중량부를 기준으로, 약 0.1 중량부 내지 약 5.0 중량부일 수 있다. 구체적인 예를 들면, 수소결합성 하이드로겔 중의 물은 PBS(phosphate-buffered saline)일 수 있다. PBS는, 예를 들면, NaCl, KCl, Na2HPO4, KH2PO4 및 물의 혼합물일 수 있다. PBS는, 예를 들면, 10x PBS 또는 1x PBS일 수 있다. 10x PBS 1 리터의 조성은, 예를 들면, 80 g의 NaCl, 2 g의 KCl, 14.4 g의 Na2HPO4, 2.4 g의 KH2PO4 및 잔량의 물일 수 있다. 1x PBS 1 리터의 조성은, 예를 들면, 8 g의 NaCl, 0.2 g의 KCl, 1.44 g의 Na2HPO4, 0.24 g의 KH2PO4 및 잔량의 물일 수 있다. The electrolyte may be, for example, NaCl, KCl, Na 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , Na 2 SO 4 , Li 2 SO 4 , MgSO 4 , a Buffer (eg, PBS or Tris-HCl), or a combination thereof. The content of the electrolyte may be, for example, about 0.1 parts by weight to about 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of water in the hydrogen-bonding hydrogel. As a specific example, the water in the hydrogen-bonding hydrogel may be PBS (phosphate-buffered saline). PBS can be, for example, a mixture of NaCl, KCl, Na 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 and water. The PBS may be, for example, 10x PBS or 1x PBS. The composition of 1 liter of 10x PBS may be, for example, 80 g of NaCl, 2 g of KCl, 14.4 g of Na 2 HPO 4 , 2.4 g of KH 2 PO 4 and the balance of water. The composition of 1 liter of 1x PBS may be, for example, 8 g of NaCl, 0.2 g of KCl, 1.44 g of Na 2 HPO 4 , 0.24 g of KH 2 PO 4 and the balance of water.

전기전도성 하이드로겔 복합재료의 또 다른 구현예에 있어서, 전기전도성 물질은 폴리피롤이고, 폴리피롤의 함량은, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 약 300 중량부 이하이다. 폴리피롤의 함량이 이보다 많아지면, 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 열적 치유 반복 회수가 급격하게 감소한다. 폴리피롤의 함량이, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 약 10 중량부 이하인 경우에는, 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 열적 치유를 적어도 약 10 회 반복한 이후에도, 전기전도성 하이드로겔 복합재료는 냉각되어 다시 겔을 형성할 수 있다. 그러나, 폴리피롤의 함량이, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 약 50 중량부 보다 큰 경우에는, 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 열적 치유를 많아도 4 회 반복한 이후에는, 전기전도성 하이드로겔 복합재료는 냉각되어도 더 이상 겔을 형성하지 않는다. 이는, 폴리피롤의 함량이 특정 수준을 초과하면, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자의 수소결합 사이트가 폴리피롤에 의하여 차단되기 때문인 것으로 추정된다.In another embodiment of the electrically conductive hydrogel composite material, the electrically conductive material is polypyrrole, and the content of polypyrrole is about 300 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of a crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding. When the content of polypyrrole is higher than this, the number of repeated thermal healing of the electrically conductive hydrogel composite material is sharply reduced. When the content of polypyrrole is about 10 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding, even after repeating the thermal healing of the electrically conductive hydrogel composite material at least about 10 times, the electrically conductive hydrogel The gel composite can be cooled to form a gel again. However, when the content of polypyrrole is greater than about 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding, after repeating the thermal healing of the electrically conductive hydrogel composite material at most 4 times, The electrically conductive hydrogel composite no longer forms a gel when cooled. This is presumed to be because, when the content of polypyrrole exceeds a certain level, the hydrogen bonding site of the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding is blocked by polypyrrole.

본 개시의 다른 측면에 따른 전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법의 일 구현예는, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자, 물 및 전기전도성 물질을 포함하는 가열된 분산액을 냉각하는 단계를 포함한다.An embodiment of the method for manufacturing an electrically conductive hydrogel composite material according to another aspect of the present disclosure includes cooling a heated dispersion comprising a crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding, water, and an electrically conductive material.

물은 전해질을 더 포함할 수 있다.The water may further include an electrolyte.

분산액의 가열 온도는, 예를 들면, 약 110 ℃ 내지 약 150 ℃ 일 수 있다. 분산액의 가열 온도가 너무 낮으면, 하이드로겔이 액체상태로 녹지 않을 수 있다. 분산액의 가열 온도가 너무 높으면, 하이드로겔이 녹지 않은 상태에서 물이 끓을 수 있다.The heating temperature of the dispersion may be, for example, about 110 °C to about 150 °C. If the heating temperature of the dispersion is too low, the hydrogel may not melt into a liquid state. If the heating temperature of the dispersion is too high, the water may boil without the hydrogel being dissolved.

분산액의 냉각 온도는, 예를 들면, 약 25 ℃ 이하일 수 있다. 분산액의 냉각 온도는, 하이드로겔이 녹지 않는 한, 이 보다 더 높거나 더 낮을 수도 있다.The cooling temperature of the dispersion may be, for example, about 25° C. or less. The cooling temperature of the dispersion may be higher or lower than this, as long as the hydrogel does not melt.

본 개시의 또 다른 측면에 따른 전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법의 일 구현예는,An embodiment of the method for manufacturing an electrically conductive hydrogel composite material according to another aspect of the present disclosure is,

수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 및 물을 포함하는 수소결합성 하이드로겔; 및 상기 수소결합성 하이드로겔 내에 분산되어 있는 전기전도성 고분자를;을 포함하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 제조 방법으로서,Hydrogen-bonding hydrogel comprising water and a cross-linkable polymer cross-linked by hydrogen bonding; and an electrically conductive polymer dispersed in the hydrogen-bonding hydrogel; as a method for producing an electrically conductive hydrogel composite material comprising:

수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자; 물; 전기전도성 고분자 형성용 모노머; 및 산화제;를 포함하는 가열된 반응 혼합물을 냉각하는 단계를 포함한다.crosslinkable polymers crosslinked by hydrogen bonding; water; a monomer for forming an electrically conductive polymer; and cooling the heated reaction mixture comprising; and an oxidizing agent.

물은 전해질을 더 포함할 수 있다.The water may further include an electrolyte.

전기전도성 고분자 형성용 모노머는, 예를 들면, 폴리피롤(polypyrroles) 형성용 모노머, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophenes)) 형성용 모노머, 폴리(스티렌술포네이트)(poly(styrene sulfonates)) 형성용 모노머, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophenes) poly(styrenesulfonates)) 형성용 모노머, 또는 폴리아닐린(polyanilines) 형성용 모노머일 수 있다. 전기전도성 고분자 형성용 모노머는, 구체적인 예를 들면, 피롤, 3,4-에틸렌디옥시티오펜, 스티렌술포네이트, 아닐린, 이들의 유도체, 또는 이들의 조합일 수 있다.The monomer for forming an electrically conductive polymer is, for example, a monomer for forming polypyrroles, a monomer for forming poly(3,4-ethylenedioxythiophenes), and poly(styrenesulfonate). ) (poly(styrene sulfonates)) forming monomer, PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophenes) poly(styrenesulfonates)) forming monomer, or polyaniline (polyanilines) forming monomer. The monomer for forming the electrically conductive polymer may be, for example, pyrrole, 3,4-ethylenedioxythiophene, styrenesulfonate, aniline, derivatives thereof, or a combination thereof.

산화제는, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 및 물의 혼합물과 전기전도성 고분자 형성용 모노머가 잘 혼합되도록 유도하는 역할을 한다. 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 및 물의 혼합물과, 전기전도성 고분자 형성용 모노머는 잘 혼합되지 않는다. 반면에, 산화제는, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 및 물의 혼합물과 잘 혼합된다. 또한, 산화제는 전기전도성 고분자 형성용 모노머와 친화성을 갖는다. 따라서, 산화제의 존재하에서는, 전기전도성 고분자 형성용 모노머는 반응 혼합물 중에 고르게 분산될 수 있다. 그에 따라, 반응 혼합물이 냉각되어 겔을 형성한 후에도, 전기전도성 고분자 형성용 모노머는 반응 혼합물 겔 중에 여전히 고르게 분산될 수 있다. The oxidizing agent serves to induce the mixture of the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding and water and the monomer for forming the electrically conductive polymer to be well mixed. A mixture of a crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding and water and a monomer for forming an electrically conductive polymer do not mix well. On the other hand, the oxidizing agent is well mixed with a mixture of water and a crosslinkable polymer that is crosslinked by hydrogen bonding. In addition, the oxidizing agent has affinity with the monomer for forming an electrically conductive polymer. Therefore, in the presence of the oxidizing agent, the monomer for forming the electrically conductive polymer can be uniformly dispersed in the reaction mixture. Accordingly, even after the reaction mixture is cooled to form a gel, the monomer for forming an electrically conductive polymer can still be evenly dispersed in the reaction mixture gel.

산화제로서는, 예를 들면, FeCl3, CuCl2, K2S2O8, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. As the oxidizing agent, for example, FeCl 3 , CuCl 2 , K 2 S 2 O 8 , or a combination thereof may be used.

반응 혼합물 중의 산화제의 양은, 예를 들면, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 약 50 중량부 내지 약 1500 중량부일 수 있다. 산화제의 양이 너무 적으면, 전도성 고분자가 충분히 생성되지 않을 수 있다. 산화제의 양이 너무 많으면, 잉여 산화제가 높은 온도에서 환원되어, 하이드로겔의 가역적 겔화(reversible gellation)를 방해할 수 있다.The amount of the oxidizing agent in the reaction mixture may be, for example, about 50 parts by weight to about 1500 parts by weight based on 100 parts by weight of the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding. If the amount of the oxidizing agent is too small, the conductive polymer may not be sufficiently formed. If the amount of the oxidizing agent is too large, the excess oxidizing agent is reduced at a high temperature, which may interfere with the reversible gellation of the hydrogel.

반응 혼합물의 가열 온도는, 예를 들면, 약 20 ℃ 내지 약 40 ℃ 일 수 있다. 반응 혼합물의 가열 온도가 너무 낮으면, 특별한 문제점은 없으나, 전도성 고분자 생성 속도가 너무 느릴 수 있다. 반응 혼합물의 가열 온도가 너무 높으면, 반응 혼합물(산화제) 자체가 환원되어 전도성 고분자 생성 반응에 참여하지 못할 수 있다.The heating temperature of the reaction mixture may be, for example, about 20 °C to about 40 °C. If the heating temperature of the reaction mixture is too low, there is no particular problem, but the conductive polymer formation rate may be too slow. If the heating temperature of the reaction mixture is too high, the reaction mixture (oxidizing agent) itself may be reduced and may not participate in the reaction for generating a conductive polymer.

반응 혼합물의 냉각 온도는, 예를 들면, 약 20 ℃ 내지 약 25 ℃ 일 수 있다. 반응 혼합물의 냉각 온도가 너무 낮으면, 하이드로겔의 겔화가 너무 빨라 전도성 고분자가 하이드로겔 내에 고르게 분산되기가 어려울 수 있다. 반응 혼합물의 냉각 온도가 너무 높으면, 하이드로겔의 겔화가 진행되지 않을 수 있다.The cooling temperature of the reaction mixture may be, for example, about 20 °C to about 25 °C. If the cooling temperature of the reaction mixture is too low, gelation of the hydrogel is too fast, and it may be difficult to evenly disperse the conductive polymer in the hydrogel. If the cooling temperature of the reaction mixture is too high, gelation of the hydrogel may not proceed.

반응 혼합물이 냉각되면, 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자가 가교 네트워크를 형성함에 따라, 반응 혼합물 겔이 형성된다. 반응 혼합물 겔 중에 분산되어 있는 전기전도성 고분자 형성용 모노머는 서서히 중합하여, 전기전도성 고분자를 형성한다. 그에 따라, 시간이 경과할 수록, 반응 혼합물 겔의 전기전도도가 점점 증가한다. 일정 시간이 경과한 후, 반응 혼합물 겔은 원하는 전기전도도를 갖는 전기전도성 하이드로겔 복합재료로 전환된다. 반응 혼합물 겔 중에 분산되어 있는 전기전도성 고분자 형성용 모노머의 중합이 완료되는데 걸리는 시간은, 예를 들면, 약 30 분 내지 약 2 주일일 수 있다.When the reaction mixture is cooled, the reaction mixture gel is formed as the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding forms a crosslinking network. The monomer for forming an electrically conductive polymer dispersed in the reaction mixture gel is gradually polymerized to form an electrically conductive polymer. Accordingly, over time, the electrical conductivity of the reaction mixture gel gradually increases. After a certain period of time, the reaction mixture gel is converted into an electrically conductive hydrogel composite having the desired electrical conductivity. The time it takes for the polymerization of the monomer for forming an electrically conductive polymer dispersed in the reaction mixture gel to be completed may be, for example, about 30 minutes to about 2 weeks.

<실시예><Example>

실시예 1 --- 폴리피롤 0.45 M, 탈이온수Example 1 --- Polypyrrole 0.45 M, deionized water

20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 탈이온수 5 g에, 아가로스 0.1 g 및 FeCl3 1.52 g을 용해시켰다. 여기에, 피롤 단량체 0.3 g을 첨가하고 교반하여 반응 혼합물을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 반응 혼합물을 25 ℃로 냉각하여, 반응 혼합물 겔을 형성하였다. 그 다음, 반응 혼합물 겔을 25 ℃에서 30 분 동안 방치하여, 피롤 단량체가 중합되어 폴리피롤이 형성되도록 함으로써, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 제조하였다. 비이커를 뒤집어서, 제조된 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다. 0.1 g of agarose and 1.52 g of FeCl 3 were dissolved in 5 g of deionized water at 50° C. contained in a 20 ml beaker. To this, 0.3 g of a pyrrole monomer was added and stirred to obtain a reaction mixture. Then, the reaction mixture at 50 °C in the beaker was cooled to 25 °C to form a reaction mixture gel. Then, the reaction mixture gel was left at 25° C. for 30 minutes, so that the pyrrole monomer was polymerized to form polypyrrole, thereby preparing the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1. By inverting the beaker, it was confirmed that the prepared electroconductive hydrogel composite material did not fall from the bottom of the beaker.

실시예 2 --- 폴리피롤 0.15 M, 탈이온수Example 2 --- Polypyrrole 0.15 M, deionized water

20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 탈이온수 5 g에, 아가로스 0.1 g 및 FeCl3 0.51 g을 용해시켰다. 여기에, 피롤 단량체 0.1 g을 첨가하고 교반하여 반응 혼합물을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 반응 혼합물을 25 ℃로 냉각하여, 반응 혼합물 겔을 형성하였다. 그 다음, 반응 혼합물 겔을 25 ℃에서 120 분 동안 방치하여, 피롤 단량체가 중합되어 폴리피롤이 형성되도록 함으로써, 실시예 2의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 제조하였다. 비이커를 뒤집어서, 제조된 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다. 0.1 g of agarose and 0.51 g of FeCl 3 were dissolved in 5 g of deionized water at 50° C. contained in a 20 ml beaker. To this, 0.1 g of a pyrrole monomer was added and stirred to obtain a reaction mixture. Then, the reaction mixture at 50 °C in the beaker was cooled to 25 °C to form a reaction mixture gel. Then, the reaction mixture gel was left at 25° C. for 120 minutes to allow the pyrrole monomer to polymerize to form polypyrrole, thereby preparing an electrically conductive hydrogel composite material of Example 2. By inverting the beaker, it was confirmed that the prepared electroconductive hydrogel composite material did not fall from the bottom of the beaker.

실시예 3 --- 폴리피롤 0.074 M, 탈이온수Example 3 --- polypyrrole 0.074 M, deionized water

20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 탈이온수 5 g에, 아가로스 0.1 g 및 FeCl3 0.25 g을 용해시켰다. 여기에, 피롤 단량체 0.05 g을 첨가하고 교반하여 반응 혼합물을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 반응 혼합물을 25 ℃로 냉각하여, 반응 혼합물 겔을 형성하였다. 그 다음, 반응 혼합물 겔을 25 ℃에서 300 분 동안 방치하여, 피롤 단량체가 중합되어 폴리피롤이 형성되도록 함으로써, 실시예 3의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 제조하였다. 비이커를 뒤집어서, 제조된 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다. In 5 g of deionized water at 50 °C contained in a 20 ml beaker, 0.1 g of agarose and 0.25 g of FeCl 3 were dissolved. To this, 0.05 g of a pyrrole monomer was added and stirred to obtain a reaction mixture. Then, the reaction mixture at 50 °C in the beaker was cooled to 25 °C to form a reaction mixture gel. Then, the reaction mixture gel was left at 25° C. for 300 minutes to allow the pyrrole monomer to polymerize to form polypyrrole, thereby preparing an electrically conductive hydrogel composite material of Example 3. By inverting the beaker, it was confirmed that the prepared electroconductive hydrogel composite material did not fall from the bottom of the beaker.

실시예 4 --- 폴리피롤 0.01, 탈이온수Example 4 --- Polypyrrole 0.01, deionized water

20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 탈이온수 5 g에, 아가로스 0.1 g 및 FeCl3 0.10 g을 용해시켰다. 여기에, 피롤 단량체 0.02 g을 첨가하고 교반하여 반응 혼합물을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 반응 혼합물을 25 ℃로 냉각하여, 반응 혼합물 겔을 형성하였다. 그 다음, 반응 혼합물 겔을 25 ℃에서 140 분 동안 방치하여, 피롤 단량체가 중합되어 폴리피롤이 형성되도록 함으로써, 실시예 4의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 제조하였다. 비이커를 뒤집어서, 제조된 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다. 0.1 g of agarose and 0.10 g of FeCl 3 were dissolved in 5 g of deionized water at 50° C. contained in a 20 ml beaker. To this, 0.02 g of a pyrrole monomer was added and stirred to obtain a reaction mixture. Then, the reaction mixture at 50 °C in the beaker was cooled to 25 °C to form a reaction mixture gel. Then, the reaction mixture gel was left at 25° C. for 140 minutes to allow the pyrrole monomer to polymerize to form polypyrrole, thereby preparing an electrically conductive hydrogel composite material of Example 4. By inverting the beaker, it was confirmed that the prepared electroconductive hydrogel composite material did not fall from the bottom of the beaker.

비교예 1 --- 폴리피롤 0.00 M, 탈이온수Comparative Example 1 --- Polypyrrole 0.00 M, deionized water

20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 탈이온수 5 g에, 아가로스 0.1 g을 용해시켜서, 아가로스 수용액을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 아가로스 수용액을 25 ℃로 냉각하여, 비교예 1의 아가로스 하이드로 겔을 형성하였다. 비이커를 뒤집어서, 비전도성 아가로스 하이드로 겔이 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다. Agarose solution was obtained by dissolving 0.1 g of agarose in 5 g of deionized water at 50° C. contained in a beaker with a capacity of 20 ml. Then, the 50 ℃ agarose aqueous solution in the beaker was cooled to 25 ℃, to form the agarose hydrogel of Comparative Example 1. By inverting the beaker, it was confirmed that the non-conductive agarose hydrogel did not fall from the bottom of the beaker.

실시예 5 --- 폴리피롤 0.45 M, 10x PBSExample 5 --- Polypyrrole 0.45 M, 10x PBS

먼저, 10x PBS를 제조하였다. 10x PBS 1 리터의 조성은, 80 g의 NaCl, 2 g의 KCl, 14.4 g의 Na2HPO4, 2.4 g의 KH2PO4 및 잔량의 탈이온수이었다. 10x PBS의 pH는 7.4 이었다. 20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 10x PBS 5 g에, 아가로스 0.1 g 및 FeCl3 1.52 g을 용해시켰다. 여기에, 피롤 단량체 0.3 g을 첨가하고 교반하여 반응 혼합물을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 반응 혼합물을 25 ℃로 냉각하여, 반응 혼합물 겔을 형성하였다. 그 다음, 반응 혼합물 겔을 25 ℃에서 30 분 동안 방치하여, 피롤 단량체가 중합되어 폴리피롤이 형성되도록 함으로써, 실시예 5의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 제조하였다. 비이커를 뒤집어서, 제조된 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다.First, 10x PBS was prepared. The composition of 1 liter of 10x PBS was 80 g NaCl, 2 g KCl, 14.4 g Na 2 HPO 4 , 2.4 g KH 2 PO 4 and the balance deionized water. The pH of 10x PBS was 7.4. In 5 g of 10x PBS at 50 °C contained in a 20 ml beaker, 0.1 g of agarose and 1.52 g of FeCl 3 were dissolved. To this, 0.3 g of a pyrrole monomer was added and stirred to obtain a reaction mixture. Then, the reaction mixture at 50 °C in the beaker was cooled to 25 °C to form a reaction mixture gel. Then, the reaction mixture gel was left at 25° C. for 30 minutes to allow the pyrrole monomer to polymerize to form polypyrrole, thereby preparing an electrically conductive hydrogel composite material of Example 5. By inverting the beaker, it was confirmed that the prepared electroconductive hydrogel composite material did not fall from the bottom of the beaker.

실시예 6 --- 폴리피롤 0.15 M, 10x PBSExample 6 --- Polypyrrole 0.15 M, 10x PBS

20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 10x PBS 5 g에, 아가로스 0.1 g 및 FeCl3 0.51 g을 용해시켰다. 여기에, 피롤 단량체 0.1 g을 첨가하고 교반하여 반응 혼합물을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 반응 혼합물을 25 ℃로 냉각하여, 반응 혼합물 겔을 형성하였다. 그 다음, 반응 혼합물 겔을 25 ℃에서 120 분 동안 방치하여, 피롤 단량체가 중합되어 폴리피롤이 형성되도록 함으로써, 실시예 6의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 제조하였다. 비이커를 뒤집어서, 제조된 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다.0.1 g of agarose and 0.51 g of FeCl 3 were dissolved in 5 g of 10x PBS at 50° C. contained in a 20 ml beaker. To this, 0.1 g of a pyrrole monomer was added and stirred to obtain a reaction mixture. Then, the reaction mixture at 50 °C in the beaker was cooled to 25 °C to form a reaction mixture gel. Then, the reaction mixture gel was left at 25° C. for 120 minutes to allow the pyrrole monomer to polymerize to form polypyrrole, thereby preparing an electrically conductive hydrogel composite material of Example 6. By inverting the beaker, it was confirmed that the prepared electroconductive hydrogel composite material did not fall from the bottom of the beaker.

실시예 7 --- 폴리피롤 0.074 M, 10x PBSExample 7 --- Polypyrrole 0.074 M, 10x PBS

20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 10x PBS 5 g에, 아가로스 0.1 g 및 FeCl3 0.25 g을 용해시켰다. 여기에, 피롤 단량체 0.05 g을 첨가하고 교반하여 반응 혼합물을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 반응 혼합물을 25 ℃로 냉각하여, 반응 혼합물 겔을 형성하였다. 그 다음, 반응 혼합물 겔을 25 ℃에서 300 분 동안 방치하여, 피롤 단량체가 중합되어 폴리피롤이 형성되도록 함으로써, 실시예 7의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 제조하였다. 비이커를 뒤집어서, 제조된 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다.In 5 g of 10x PBS at 50 °C contained in a 20 ml beaker, 0.1 g of agarose and 0.25 g of FeCl 3 were dissolved. To this, 0.05 g of a pyrrole monomer was added and stirred to obtain a reaction mixture. Then, the reaction mixture at 50 °C in the beaker was cooled to 25 °C to form a reaction mixture gel. Then, the reaction mixture gel was left at 25° C. for 300 minutes to allow the pyrrole monomer to polymerize to form polypyrrole, thereby preparing an electrically conductive hydrogel composite material of Example 7. By inverting the beaker, it was confirmed that the prepared electroconductive hydrogel composite material did not fall from the bottom of the beaker.

실시예 8 --- 폴리피롤 0.03 M, 10x PBSExample 8 --- Polypyrrole 0.03 M, 10x PBS

20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 10x PBS 5 g에, 아가로스 0.1 g 및 FeCl3 0.10 g을 용해시켰다. 여기에, 피롤 단량체 0.02 g을 첨가하고 교반하여 반응 혼합물을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 반응 혼합물을 25 ℃로 냉각하여, 반응 혼합물 겔을 형성하였다. 그 다음, 반응 혼합물 겔을 25 ℃에서 140 분 동안 방치하여, 피롤 단량체가 중합되어 폴리피롤이 형성되도록 함으로써, 실시예 8의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 제조하였다. 비이커를 뒤집어서, 제조된 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다.In 5 g of 10x PBS at 50 °C contained in a 20 ml beaker, 0.1 g of agarose and 0.10 g of FeCl 3 were dissolved. To this, 0.02 g of a pyrrole monomer was added and stirred to obtain a reaction mixture. Then, the reaction mixture at 50 °C in the beaker was cooled to 25 °C to form a reaction mixture gel. Then, the reaction mixture gel was left at 25° C. for 140 minutes to allow the pyrrole monomer to polymerize to form polypyrrole, thereby preparing an electrically conductive hydrogel composite material of Example 8. By inverting the beaker, it was confirmed that the prepared electroconductive hydrogel composite material did not fall from the bottom of the beaker.

비교예 2 --- 폴리피롤 0.00 M, 10x PBSComparative Example 2 --- Polypyrrole 0.00 M, 10x PBS

20 ml 용량의 비이커 내에 담겨 있는 50 ℃의 10x PBS 5 g에, 아가로스 0.1 g을 용해시켜서, 아가로스 수용액을 얻었다. 그 다음, 비이커 내의 50 ℃의 아가로스 수용액을 25 ℃로 냉각하여, 비교예 2의 아가로스 하이드로 겔을 형성하였다. 비이커를 뒤집어서, 비전도성 아가로스 하이드로 겔이 비이커 바닥으로부터 떨어지지 않는 것을 확인하였다. Agarose solution was obtained by dissolving 0.1 g of agarose in 5 g of 10x PBS at 50° C. contained in a 20 ml beaker. Then, the 50 ℃ agarose aqueous solution in the beaker was cooled to 25 ℃, to form the agarose hydrogel of Comparative Example 2. By inverting the beaker, it was confirmed that the non-conductive agarose hydrogel did not fall from the bottom of the beaker.

<평가 결과><Evaluation result>

모폴로지morphology

비교예 1의 아가로스 하이드로 겔(폴리피롤 함량 0), 실시예 2의 전기전도성 하이드로겔 복합재료(폴리피롤 함량 0.15 M) 및 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료(폴리피롤 함량 0.45 M)를 진공하에서 동결건조하였다. 동결건조된 이 시료들에 대하여 주사전자현미경 분석을 수행하였다. The agarose hydrogel of Comparative Example 1 (polypyrrole content 0), the electrically conductive hydrogel composite material of Example 2 (polypyrrole content 0.15 M) and the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1 (polypyrrole content 0.45 M) were prepared under vacuum. Freeze-dried. Scanning electron microscope analysis was performed on these lyophilized samples.

도 1은, 동결건조된 (a) 비교예 1의 아가로스 하이드로 겔, (b) 실시예 2의 전기전도성 하이드로겔 복합재료 및 (c) 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 주사전자현미경 사진이다. 도 1의 (a)는 아가로스 고분자 구조체 만이 나타나 있다. 도 1의 (b) 및 (c)에는, 아가로스 고분자 구조체와 더불어 폴리피롤 입자가 나타나 있다. 도 2는, 실시예 2의 전기전도성 하이드로겔 복합재료에 대한 (a) 주사전자현미경 사진 및 (b) EDX 질소 매핑 사진이다. 도 2의 (b)의 흰점들은 폴리피롤의 질소 원자의 위치를 표시한다. 도 2의 (b)로부터 폴리피롤이 잘 분산되어 있음을 알 수 있다. 도 3은, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료에 대한 (a) 주사전자현미경 사진 및 (b) EDX 질소 매핑(N mapping from an energy dispersive X-ray analysis)으로부터 얻은 사진이다. 도 3의 (b)의 흰점들은 폴리피롤의 질소 원자의 위치를 표시한다. 도 3의 (b)로부터 폴리피롤이 잘 분산되어 있음을 알 수 있다.1 is a scanning electron microscope of the lyophilized (a) agarose hydrogel of Comparative Example 1, (b) the electrically conductive hydrogel composite material of Example 2, and (c) the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1 It's a photo. Figure 1 (a) shows only the agarose polymer structure. 1 (b) and (c), polypyrrole particles are shown together with the agarose polymer structure. 2 is (a) a scanning electron microscope photograph and (b) EDX nitrogen mapping photograph of the electrically conductive hydrogel composite material of Example 2. The white dots in (b) of FIG. 2 indicate the position of the nitrogen atom of polypyrrole. It can be seen from (b) of FIG. 2 that polypyrrole is well dispersed. 3 is a photograph obtained from (a) scanning electron micrograph and (b) EDX nitrogen mapping (N mapping from an energy dispersive X-ray analysis) for the electroconductive hydrogel composite material of Example 1. The white dots in (b) of FIG. 3 indicate the position of the nitrogen atom of polypyrrole. It can be seen from (b) of FIG. 3 that polypyrrole is well dispersed.

도 1 내지 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 폴리피롤의 함량이 증가할수록, 아가로스 고분자 나노구조체의 형태가 연한 입사귀 모양으로부터 딱딱한 솔방울 모양으로 변하였다. 또한, 폴리피롤의 함량이 증가할수록, 전기전도성 하이드로겔 복합재료 내에서의 폴리피롤의 분포가 더욱 넓어졌다. As can be seen from FIGS. 1 to 3, as the content of polypyrrole increased, the shape of the agarose polymer nanostructure changed from a soft ear shape to a hard pine cone shape. In addition, as the content of polypyrrole increased, the distribution of polypyrrole in the electrically conductive hydrogel composite material became wider.

전기전도성electrical conductivity

실시예 1 내지 8의 전기전도성 하이드로겔 복합재료와 비교예 1 및 2의 아가로스 하이드로 겔에 대하여, 4점 탐침법을 사용하여, 표준조건(25 ℃, 1기압)하에서, 전기전도도를 측정하였다. 도 4는, 실시예 1 내지 8의 전기전도성 하이드로겔 복합재료와 비교예 1 및 2의 아가로스 하이드로 겔의 전기전도도를 나타내는 그래프이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 하이드로겔 내의 폴리피롤의 함량이 증가할수록, 하이드로겔 내부에 전기전도를 위한 경로가 많이 형성되어, 하이드로겔의 전기전도도가 최대 0.2 S/cm 까지 증가하였다. 하이드겔 내의 물에 전해질이 첨가된 경우에는, 폴리피롤에 의한 전자전도효과 뿐만아니라 전해질에 의한 이온전달효과가 발생하여, 하이드로겔의 전기전도도가 더욱 향상되었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 전해질을 함유하는 10x PBS를 사용한 하이드로겔의 전기전도도는, 탈이온수를 사용한 하이드로겔의 전기전도도에 비하여, 0.2 내지 0.7 S/cm 만큼 더 상승하였다. For the electrically conductive hydrogel composite materials of Examples 1 to 8 and the agarose hydrogels of Comparative Examples 1 and 2, using a four-point probe method, under standard conditions (25 ° C., 1 atm), electrical conductivity was measured. . 4 is a graph showing the electrical conductivity of the electrically conductive hydrogel composite materials of Examples 1 to 8 and the agarose hydrogels of Comparative Examples 1 and 2; As shown in FIG. 4 , as the content of polypyrrole in the hydrogel increased, many pathways for electrical conduction were formed inside the hydrogel, and the electrical conductivity of the hydrogel was increased up to 0.2 S/cm. When the electrolyte was added to the water in the hydrogel, not only the electron conduction effect by polypyrrole but also the ion transfer effect by the electrolyte occurred, and the electric conductivity of the hydrogel was further improved. As shown in FIG. 4 , the electrical conductivity of the hydrogel using 10x PBS containing the electrolyte was further increased by 0.2 to 0.7 S/cm, compared to the electrical conductivity of the hydrogel using deionized water.

치유 특성healing properties

도 5는 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 열적 치유 특성(thermal healing property)을 확인하기 위하여 수행한 실험과정을 보여주는 사진이다. 쪼개진 하이드로겔 복합재료를 120 ℃로 가열하여, 쪼개진 하이드로겔 복합재료를 졸 상태로 변화시켰다. 졸 상태로 변한 쪼개진 하이드로겔 복합재료는 흐르면서 달라붙었다. 그 다음, 졸 상태로 변한 하이드로겔 복합재료를 25 ℃로 냉각하여, 다시 겔화하였다. LED 의 점등으로 확인된 바와 같이, 다시 겔화된 하이하이드로겔 복합재료는 전기전도성을 계속 유지하였다. 이는, 본 개시의 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 손상되었을 때, 열에 의해 치유될 수 있음을 보여준다.5 is a photograph showing the experimental process performed to confirm the thermal healing properties (thermal healing property) of the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1. By heating the cleaved hydrogel composite material to 120 ℃, the cleaved hydrogel composite material was changed to a sol state. The split hydrogel composite material changed to a sol state and adhered while flowing. Then, the hydrogel composite material changed to a sol state was cooled to 25 °C, and gelled again. As confirmed by the lighting of the LED, the re-gelled high-hydrogel composite material continued to maintain electrical conductivity. This shows that when the electrically conductive hydrogel composite material of the present disclosure is damaged, it can be healed by heat.

폴리피롤 함량에 따른 치유 회수 한계의 변화Change in healing recovery limit according to polypyrrole content

실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되 폴리피롤 함량만을 달리하여 제조된 실시예 9 내지 11의 전기전도성 하이드로겔 복합재료에 대하여, 120 ℃ 가열 및 25 ℃ 냉각 과정을 10회 반복하였다. 그 결과를 표 1에 요약하였다.For the electroconductive hydrogel composite materials of Examples 9 to 11 prepared in the same manner as in Example 1 except for the polypyrrole content, the 120 ° C heating and 25 ° C cooling processes were repeated 10 times. The results are summarized in Table 1.

반복회수number of repetitions 실시예 11
폴리피롤 함량:
0.015 M
Example 11
Polypyrrole content:
0.015M
실시예 10
폴리피롤 함량:
0.045 M
Example 10
Polypyrrole content:
0.045M
실시예 9
폴리피롤 함량:
0.075 M
Example 9
Polypyrrole content:
0.075M
1회 1 time 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되었음.gelled again. 2회 Episode 2 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되었음.gelled again. 3회 3rd time 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되었음.gelled again. 4회 4 times 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 5회 5 times 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 6회 6 episodes 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 7회 Episode 7 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 8회 Episode 8 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 9회 Episode 9 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 10회10 episodes 다시 겔화 되었음.gelled again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again. 다시 겔화 되지 않았음.It did not gel again.

표 1에 나타난 바와 같이, 폴리피롤의 함량이 특정 수준 이상으로 증가하면, 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 열적 치유 회수가 급격하게 제한될 수 있다. 예를 들어, 폴리피롤 함량이 15 mM 인 경우, 120 ℃ 가열 및 25 ℃ 냉각 과정을 10회 반복할 때까지, 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 다시 겔화되지 않는 현상이 발생하지 않았다. 그러나, 폴리피롤 함량이 45 mM 인 경우, 120 ℃ 가열 및 25 ℃ 냉각 과정을 4회 반복한 후, 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 다시 겔화되지 않는 현상이 발생하였다. As shown in Table 1, when the content of polypyrrole is increased to a certain level or more, the number of thermal healing of the electrically conductive hydrogel composite material can be rapidly limited. For example, when the polypyrrole content is 15 mM, the electroconductive hydrogel composite material does not gel again until the 120 ° C heating and 25 ° C cooling process is repeated 10 times. However, when the polypyrrole content was 45 mM, after repeating the 120 ℃ heating and 25 ℃ cooling process 4 times, the electroconductive hydrogel composite material did not gel again occurred.

유연성flexibility

실시예 1 내지 4의 전기전도성 하이드로겔 복합재료와 비교예 1의 아가로스 하이드로 겔에 대하여, 단축인장시험(uniaxial tensile test)을 통하여, 영탄성율을 측정하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6은, 실시예 1 내지 4의 전기전도성 하이드로겔 복합재료와 비교예 1의 아가로스 하이드로 겔의 영탄성율을 나타내는 그래프이다. 폴리피롤의 함량이 증가함에 따라, 영탄성율은 27 kPa에서 46 kPa로 증가하였다. 사람의 피부가 약 400 kPa 내지 약 800 kPa의 영탄성율을 갖는다. 따라서, 실시예 1 내지 4의 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 사람의 피부와 유사한 유연성을 가질 수 있다는 것을 알 수 있다. For the electrically conductive hydrogel composite materials of Examples 1 to 4 and the agarose hydrogel of Comparative Example 1, Young's modulus of elasticity was measured through a uniaxial tensile test. The results are shown in FIG. 6 . 6 is a graph showing the Young's modulus of the electrically conductive hydrogel composite material of Examples 1 to 4 and the agarose hydrogel of Comparative Example 1. As the content of polypyrrole increased, the Young's modulus increased from 27 kPa to 46 kPa. Human skin has a Young's modulus of about 400 kPa to about 800 kPa. Therefore, it can be seen that the electrically conductive hydrogel composite materials of Examples 1 to 4 can have a flexibility similar to that of human skin.

파단 응력 (breakage strain)breakage strain

실시예 1 내지 4의 전기전도성 하이드로겔 복합재료와 비교예 1의 아가로스 하이드로 겔에 대하여, 단축인장시험(uniaxial tensile test)을 통하여, 파단응력을 측정하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에 나타난 바와 같이, 폴리피롤 함량이 너무 많이 함유되면, 매우 낮은 인장율에 의해서도 전기전도성 하이드로겔 복합재료가 끊어질 수 있다. For the electrically conductive hydrogel composite material of Examples 1 to 4 and the agarose hydrogel of Comparative Example 1, the breaking stress was measured through a uniaxial tensile test. The results are shown in FIG. 7 . As shown in FIG. 7 , if the polypyrrole content is too high, the electrically conductive hydrogel composite material may be broken even by a very low tensile rate.

연신후의 전기전도성Electrical conductivity after stretching

도 8은, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료에 대한 연신 후 전기전도성을 확인하는 실험 과정을 보여주는 사진이다. 즉, 하이드로겔 복합재료를 손가락 관절에 바르고, 손가락 관절을 구부리면서, 연신되는 하이드로겔 복합재료의 전기저항을 측정하였다. 아가로스는 생체친화적인 재료이므로, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료는 피부에 무해하고 피부에 바를 수도 있다. 도 8에 나타난 바와 같이, 손가락 관절을 구부렸을 때에도 전기가 통하였다. 손가락 관절을 편 상태에서의 연신되지 않은 하이드로겔 복합재료의 전기저항(41 kohm)에 비하여, 손가락 관절을 구부린 상태에서의 연신된 하이드로겔 복합재료의 전기저항(282 kohm)이 약 6.5 배로 증가하였다. 비록 그러하긴 하지만, 연신된 후에도 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료는 여전히 전기전도성을 발휘하였다. 8 is a photograph showing an experimental process for confirming the electrical conductivity after stretching for the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1. That is, the hydrogel composite material was applied to the finger joint, and the electrical resistance of the stretched hydrogel composite material was measured while bending the finger joint. Since agarose is a biocompatible material, the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1 is harmless to the skin and can be applied to the skin. As shown in FIG. 8 , electricity was passed even when the knuckles were bent. Compared to the electrical resistance (41 kohm) of the unstretched hydrogel composite in the state of stretching the finger joint, the electrical resistance (282 kohm) of the stretched hydrogel composite in the bent state of the finger joint increased by about 6.5 times. . Although this is the case, the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1 still exhibited electrical conductivity even after stretching.

가공성machinability

본 개시의 전기전도성 하이드로겔 복합재료는 가열되면 졸 상태로 변하여 유동성을 가지며, 냉각하면 다시 겔화되면서 유동성을 잃는다. 그러므로, 본 개시의 전기전도성 하이드로겔 복합재료는 다양한 방법에 의하여 성형될 수 있다. 도 9는, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 스크린프린팅 방법으로 패터닝한 결과를 보여준다. 도 10은, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 몰딩 방법에 의하여 프리스탠딩(freestanding)형태의 도형을 제작한 결과를 보여준다. 도 11은, 실시예 1의 전기전도성 하이드로겔 복합재료를 사용하여, 습식 스피닝 방법으로 섬유를 제조한 결과를 보여준다. The electrically conductive hydrogel composite material of the present disclosure changes into a sol state when heated and has fluidity, and loses fluidity as it gels again when cooled. Therefore, the electrically conductive hydrogel composite material of the present disclosure can be molded by various methods. 9 shows the results of patterning the electroconductive hydrogel composite material of Example 1 by a screen printing method. Figure 10 shows the result of producing a figure in the form of a freestanding (freestanding) form by the molding method of the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1. 11, using the electrically conductive hydrogel composite material of Example 1, shows the result of manufacturing a fiber by a wet spinning method.

Claims (11)

수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 및 물을 포함하는 수소결합성 하이드로겔; 및 상기 수소결합성 하이드로겔 내에 분산되어 있는 전기전도성 물질;을 포함하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료로서,
상기 전기전도성 하이드로겔 복합재료는 열적으로 치유가능한 피부(thermally healable skin)이고,
상기 전기전도성 물질은 폴리피롤이고, 상기 폴리피롤의 함량은, 상기 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 10 중량부 내지 50 중량부 이하인,
전기전도성 하이드로겔 복합재료.
Hydrogen-bonding hydrogel comprising water and a cross-linkable polymer cross-linked by hydrogen bonding; and an electrically conductive material dispersed in the hydrogen-bonding hydrogel; as an electrically conductive hydrogel composite material comprising:
The electrically conductive hydrogel composite material is a thermally healable skin,
The electrically conductive material is polypyrrole, and the content of the polypyrrole is 10 parts by weight to 50 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding.
Electrically conductive hydrogel composites.
제 1 항에 있어서, 상기 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자는, 아가로스(agarose)인 것을 특징으로 하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료.The electrically conductive hydrogel composite material according to claim 1, wherein the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding is agarose. 제 1 항에 있어서, 상기 수소결합성 하이드로겔에 있어서, 상기 물의 함량은, 상기 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 0.5 중량부 내지 5.0 중량부인 것을 특징으로 하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료.According to claim 1, wherein in the hydrogen-bonding hydrogel, the content of water, based on 100 parts by weight of the cross-linkable polymer crosslinked by hydrogen bonding, electrical conductivity, characterized in that 0.5 parts by weight to 5.0 parts by weight hydrogel composites. 제 1 항에 있어서, 상기 수소결합성 하이드로겔 중의 상기 물은 전해질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료.The electrically conductive hydrogel composite material according to claim 1, wherein the water in the hydrogen-bonding hydrogel further comprises an electrolyte. 제 4 항에 있어서, 상기 전해질은, NaCl, KCl, Na2HPO4, KH2PO4, Na2SO4, Li2SO4, MgSO4, PBS 버퍼, Tris-HCl 버퍼, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료.5. The method of claim 4, wherein the electrolyte is NaCl, KCl, Na 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , Na 2 SO 4 , Li 2 SO 4 , MgSO 4 , PBS buffer, Tris-HCl buffer, or a combination thereof. Electrically conductive hydrogel composite material, characterized in that. 제 4 항에 있어서, 상기 전해질의 함량은, 상기 수소결합성 하이드로겔 중의 물 100 중량부를 기준으로, 0.1 중량부 내지 5.0 중량부인 것을 특징으로 하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료.The electrically conductive hydrogel composite material according to claim 4, wherein the content of the electrolyte is 0.1 parts by weight to 5.0 parts by weight, based on 100 parts by weight of water in the hydrogen-bonding hydrogel. 제 4 항에 있어서, 상기 수소결합성 하이드로겔 중의 상기 물은 PBS(phosphate-buffered saline)인 것을 특징으로 하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료.The electrically conductive hydrogel composite material according to claim 4, wherein the water in the hydrogen-bonding hydrogel is phosphate-buffered saline (PBS). 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자, 물 및 전기전도성 물질을 포함하는 가열된 분산액을 냉각하는 단계를 포함하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법으로서,
상기 전기전도성 하이드로겔 복합재료는 열적으로 치유가능한 피부(thermally healable skin)이고,
상기 전기전도성 물질은 폴리피롤이고, 상기 폴리피롤의 함량은, 상기 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 10 중량부 내지 50 중량부 이하인,
전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법.
An electrically conductive hydrogel composite material manufacturing method comprising the step of cooling a heated dispersion comprising a crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding, water and an electrically conductive material,
The electrically conductive hydrogel composite material is a thermally healable skin,
The electrically conductive material is polypyrrole, and the content of the polypyrrole is 10 parts by weight to 50 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding.
Method for manufacturing an electrically conductive hydrogel composite material.
수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 및 물을 포함하는 수소결합성 하이드로겔; 및 상기 수소결합성 하이드로겔 내에 분산되어 있는 전기전도성 고분자;를 포함하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료의 제조 방법으로서,
수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자; 물; 전기전도성 고분자 형성용 모노머; 및 산화제;를 포함하는 가열된 반응 혼합물을 냉각하는 단계를 포함하는,
전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법으로서,
상기 전기전도성 하이드로겔 복합재료는 열적으로 치유가능한 피부(thermally healable skin)이고,
상기 전기전도성 물질은 폴리피롤이고, 상기 폴리피롤의 함량은, 상기 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 10 중량부 내지 50 중량부 이하인,
전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법.
Hydrogen-bonding hydrogel comprising water and a cross-linkable polymer cross-linked by hydrogen bonding; and an electrically conductive polymer dispersed in the hydrogen-bonding hydrogel; as a method for producing an electrically conductive hydrogel composite material comprising:
crosslinkable polymers crosslinked by hydrogen bonding; water; a monomer for forming an electrically conductive polymer; and cooling the heated reaction mixture comprising; and
An electrically conductive hydrogel composite material manufacturing method comprising:
The electrically conductive hydrogel composite material is a thermally healable skin,
The electrically conductive material is polypyrrole, and the content of the polypyrrole is 10 parts by weight to 50 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding.
Method for manufacturing an electrically conductive hydrogel composite material.
제 9 항에 있어서, 상기 산화제는, FeCl3, CuCl2, K2S2O8, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법.The method according to claim 9, wherein the oxidizing agent is FeCl 3 , CuCl 2 , K 2 S 2 O 8 , or a combination thereof. 제 9 항에 있어서, 상기 반응 혼합물 중의 상기 산화제의 양은, 상기 수소결합에 의하여 가교되는 가교성 고분자 100 중량부를 기준으로 하여, 50 중량부 내지 1500 중량부인 것을 특징으로 하는 전기전도성 하이드로겔 복합재료 제조 방법.10. The method of claim 9, wherein the amount of the oxidizing agent in the reaction mixture, based on 100 parts by weight of the crosslinkable polymer crosslinked by hydrogen bonding, an electrically conductive hydrogel composite material preparation, characterized in that 50 parts by weight to 1500 parts by weight Way.
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