KR20220077571A - 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법 - Google Patents

활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학식 1에서 성분 A를 기반으로 관능기 1을 치환하여 제1화합물을 합성하는 제1단계; 상기 성분 A를 탄화반응 합성하여, diselenide 또는 disulfide로 가교된 폴리머 닷인 제2화합물을 합성하는 제2단계; 상기 제2화합물에 전도성 물질 관능기 Z를 치환 합성하여 제3화합물을 합성하는 제3단계; 상기 제3화합물에서 도파민, 또는 diselenide 가교된 도파민을 탄화반응하여 전도성과 수소결합력을 갖는 제4화합물을 합성하는 제4단계; 소수성 결합을 통하여 상기 제4화합물을 상기 제2화합물 또는 상기 제3화합물에 담지시켜 제5화합물을 합성하는 제5단계; 및 매트릭스에 상기 제5화합물을 포함시켜 하이드로겔인 제6화합물을 제조하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법에 대한 것이다.

Description

활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법{Wireless Cancer Sensor based on ROS and GSH responsive polymer dots embedded hydrogel}
본 발명은 활성 산소 또는 글루타치온 농도 민감형 폴리머 닷-하이드로겔을 활용하여 하이드로겔의 압력, 인장 및 전기화학적 자가변환에 의한 암세포 진단 기법에 대한 것이다.
암은 인간 건강에 가장 치명적인 위협들 중 하나로 남아있다. 미국에서, 암은 매년 거의 130만명의 신규한 환자에게 영향을 미치고 심장병 이후 사망의 두 번째 주된 원인으로, 대략 4분의 1 사망을 차지한다. 또한 암은 5년 이내에 사망 원인 중 1위로 심혈관 질환을 능가할 수 있을 것이 예상된다. 고형 종양은 대부분의 사망에 대한 원인으로 작용한다. 특정 암의 의학적 치료에 유의미한 진전이 있어 왔지만, 모든 암의 경우 총 5년 생존율이 지난 20년에 걸쳐 약 10%만 개선된 바 있다. 악성 고형 종양은 특히 조절되지 않는 방식으로 전이하고 빠르게 성장하여, 그것의 시기적절한 검출과 치료를 극도로 어렵게 한다.
면역 관문 억제제를 갖는 인간에서의 연구는 종양 성장을 제어하고 박멸하기 위해 면역계를 활용하는 밝은 전망을 실증했다. 프로그래밍된 사망 1 (PD-1) 수용체 및 그것의 리간드 프로그래밍된 사망-리간드 1 (PD-L1)은 만성 감염, 임신, 조직 동종이식편, 자가면역 질환, 및 암 동안 면역계 반응의 억제에 연루된 면역 관문 단백질이다. PD-L1은 T-세포, B-세포, 및 단핵구의 표면 상에 발현되는 억제성 수용체 PD-1에 결합함에 의해 면역 반응을 조절한다. PD-L1은 또 다른 수용체, B7-1과 또한 상호작용을 통해 T-세포 기능을 음성으로 조절한다. PDL1/PD-1 및 PD-L1/B7-1 복합체의 형성은 T-세포 수용체 신호화를 음성으로 조절하여, T-세포 활성화의 후속 하향조절 및 항-종양 면역성 활성의 억제를 초래한다.
암 치료에서 상당한 진전에도 불구하고, 개선된 진단 방법이 여전히 추구되고 있다.
대한민국 공개특허 10-2019-0134631 대한민국 공개특허 10-2006-0076182 대한민국 공개특허 10-2005-0109498 대한민국 공개특허 10-2019-0134631
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 활성산소 또는 글루타치온 농도에 민감성을 갖는 폴리머 닷을 합성하고, 폴리머 닷이 함유된 하이드로겔을 활용하여 활성산소 또는 글루타티온 농도에 따른 전도성, 압력 및 인장 자가변환에 의하여 질환을 무선 측정하는 기법에 응용하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법으로서, 하기 화학식 1에서 성분 A를 기반으로 관능기 1을 치환하여 제1화합물을 합성하는 제1단계; 상기 성분 A를 탄화반응 합성하여, diselenide 또는 disulfide로 가교된 폴리머 닷인 제2화합물을 합성하는 제2단계; 상기 제2화합물에 전도성 물질 관능기 Z를 치환 합성하여 제3화합물을 합성하는 제3단계; 상기 제3화합물에서 도파민, 또는 diselenide 가교된 도파민을 탄화반응하여 전도성과 수소결합력을 갖는 제4화합물을 합성하는 제4단계; 소수성 결합을 통하여 상기 제4화합물을 상기 제2화합물 또는 상기 제3화합물에 담지시켜 제5화합물을 합성하는 제5단계; 및 매트릭스에 상기 제5화합물을 포함시켜 하이드로겔인 제6화합물을 제조하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법으로서 달성될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, Y는 COOH, NH2, SH, Br, Cl 중 어느 하나의 작용기를 포함하는 공중합체이다.
그리고 상기 성분 A 화합물은 Hyaluronic acid (HA), Pluronic, Polyethylene Glycol (PEG), Poly(2-(dimethylamino) ethyl methacrylate) (PDMA), Polyvinylpyrrolidone (PVP), Alginate, Gelatin, Hydroxypropyl cellulose (HPC), Carboxyl methylcellulose (CMC), Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), 및 Polyacrylic acid (PAA) 중 적어도 하나이고, 분자량은 1,000 내지 10,000,000g/mol인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 관능기 1은 dopamine, caffeic acid, 2-bromo-3′, 4′-dihydroxy acetophenone, 2-chloro-3′, 4′-dihydroxy acetophenone 중 적어도 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제2단계 및 상기 제4단계에서, 상기 탄화반응은, 온도 10 내지 500℃에서 수열합성법(hydrothermal), 온도 10 내지 500℃에서 용매열합성법(solvothermal), 농도 0.1N 내지 1N의 산 촉매, 방사선 10만 내지 20만 Gy의 전자빔 가속기 방법을 적용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제2화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, X는 Se-Se (diselenide bond) 또는 S-S (disulfide bond) 중 어느 하나의 작용기를 포함하는 화합물이다.
또한 상기 제3화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 3 에서, 관능기 Z는 상기 화학식 2에 MnO2, Cu2+, MXene, TiO2, Graphene oxide, polyaniline, PEDOT 중 어느 하나의 화합물을 포함하며, Z의 함량은 1 내지 99% 이내를 포함한다.
그리고 상기 제4화합물은 하기 화학식 4로 표현되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00004
또한 상기 제5화합물에서 제4화합물의 조성 함량은 1 내지 99% 이내를 포함하며, 화학식 5로 표현되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00005
그리고 제6화합물에서 제5화합물의 조성 함량은 1내지 99% 이내를 포함하고, 상기 매트릭스는 PVA, Alginate, PVP, Collagen, Gelatin, PEG, Pluronic, Dopamine, Tannic acid, Laponite 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서로서 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법에 따르면, 활성산소 또는 글루타치온 농도에 민감성을 갖는 폴리머 닷을 합성하고, 폴리머 닷이 함유된 하이드로겔을 활용하여 활성산소 또는 글루타티온 농도에 따른 전도성, 압력 및 인장 자가변환에 의하여 질환을 무선 측정하는 기법에 응용할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조한 폴리머 닷의 X선 광전자 분광법 (XPS) 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조한 가시광선 분광법 (UV-vis) 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 3는 본 발명의 실시예 3에 따라 제조한 폴리머 닷의 활성산소에 의한 형광 분광법 (Photoluminescence spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 세포의 종류 및 농도에 따른 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 세포의 종류 및 인장각도에 의한 전기화학 저항 변화량(△R/R0) 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 세포의 종류 및 압력강도에 의한 전기화학 저항 변화량(△R/R0) 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 세포종류에 따른 저항 변화를 무선통신(Wireless) 측정 이미지를 통해 확인한 결과이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 자가치유 능력 횟수 이미지 및 세포의 종류에 따른 점탄성 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 세포종류의 비율에 의한 자가치유 분석 결과 이미지 및 점탄성 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
본 발명은 활성산소 또는 글루타치온 농도에 민감성을 갖는 폴리머 닷을 합성하고, 폴리머 닷이 함유된 하이드로겔을 활용하여 활성산소 또는 글루타티온 농도에 따른 전도성, 압력 및 인장 자가변환에 의하여 질환을 무선 측정하는 기법에 응용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서의 제조는, 전체적으로, 하기 화학식 1에서 성분 A를 기반으로 관능기 1을 치환하여 제1화합물을 합성하는 제1단계; 상기 성분 A를 탄화반응 합성하여, diselenide 또는 disulfide로 가교된 폴리머 닷인 제2화합물을 합성하는 제2단계; 상기 제2화합물에 전도성 물질 관능기 Z를 치환 합성하여 제3화합물을 합성하는 제3단계; 상기 제3화합물에서 도파민, 또는 diselenide 가교된 도파민을 탄화반응하여 전도성과 수소결합력을 갖는 제4화합물을 합성하는 제4단계; 소수성 결합을 통하여 상기 제4화합물을 상기 제2화합물 또는 상기 제3화합물에 담지시켜 제5화합물을 합성하는 제5단계; 및 매트릭스에 상기 제5화합물을 포함시켜 하이드로겔인 제6화합물을 제조하는 제6단계;를 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00006
상기 화학식 1에서,
Y는 COOH, NH2, SH, Br, Cl 중 어느 하나의 작용기를 포함하는 공중합체이다.
상기 제1단계에서, 상기 성분 A 화합물은 Hyaluronic acid (HA), Pluronic, Polyethylene Glycol (PEG), Poly(2-(dimethylamino) ethyl methacrylate) (PDMA), Polyvinylpyrrolidone (PVP), Alginate, Gelatin, Hydroxypropyl cellulose (HPC), Carboxyl methylcellulose (CMC), Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), 및 Polyacrylic acid (PAA) 중 적어도 하나이고, 분자량은 1,000 내지 10,000,000g/mol이다.
제1화합물은 이러한 성분 A화합물을 기반으로 관능기 1을 치환하여 합성한다.
또한 본 발명의 화학식 1의 관능기 1은 dopamine, caffeic acid, 2-bromo-3′,4′-dihydroxy acetophenone, 2-chloro-3′,4′-dihydroxy acetophenone 중 어느 하나를 포함한다.
그리고 제2단계에서는, 상기 성분 A를 탄화반응 합성하여, diselenide 또는 disulfide로 가교된 폴리머 닷인 제2화합물을 합성한다.
이러한 제2화합물은 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00007
상기 화학식 2에서
X는 Se-Se (diselenide bond) 또는 S-S (disulfide bond) 중 어느 하나의 작용기를 포함하는 화합물이다.
즉, 화학식 2로 표현되는 제2화합물은 diselenide 또는 disulfide로 가교된 폴리머 닷으로서, 성분 A를 탄화반응하여 합성한다. 화학식 2는 수열합성법(hydrothermal)(온도 10 내지 500℃), 용매열합성법(solvothermal)(온도 10 내지 500℃), 산 촉매(농도 0.1N 내지 1N), 전자빔 가속기(방사선 10만 내지 20만 Gy) 방법으로 제조되며, 상기 화학식 2는 수열합성법(Hydrothermal)을 통해 제조된다.
본 발명에 따른 제3단계는, 제2화합물에 전도성 물질 관능기 Z를 치환 합성하는 단계이다.
제3화합물은 하기 화학식 3으로 표현될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00008
상기 화학식 3 에서
관능기 Z는 상기 화학식 2에 MnO2, Cu2+, MXene, TiO2, Graphene oxide, polyaniline, PEDOT 중 어느 하나의 화합물을 포함하며, Z의 함량은 1 내지 99% 이내를 포함한다.
본 발명에 따른 제4단계는, 제3화합물에서 도파민, 또는 diselenide 가교된 도파민을 탄화반응하여 전도성과 수소결합력을 갖는 제4화합물을 합성하는 단계이다.
이러한 제4화합물은 하기 화학식 4로 표현될 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00009
즉, 본 발명에서 화학식 4는 도파민 또는 diselenide 가교된 도파민을 탄화 반응을 통하여 전도성 및 수소결합이 우수한 화합물을 합성한다. 본 반응에서 탄화반응은 수열합성법(hydrothermal)(온도 10 내지 500℃), 용매열합성법(solvothermal)(온도 10 내지 500℃), 산 촉매(농도 0.1N 내지 1N), 전자빔 가속기(방사선 10만 내지 20만 Gy) 방법으로 제조되며, 상기 화학식 4는 수열합성법(Hydrothermal)을 통해 제조된다.
본 발명의 제5단계는, 소수성 결합을 통하여 상기 제4화합물을 상기 제2화합물 또는 상기 제3화합물에 담지시켜 제5화합물을 합성하는 단계이다.
이러한 제5화합물에서 제4화합물의 조성 함량은 1 내지 99% 이내를 포함하며, 화학식 5로 표현될 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00010
그리고 본 발명의 제6단계는 매트릭스에 상기 제5화합물을 포함시켜 하이드로겔인 제6화합물을 제조하는 단계이다. 이러한 제6화합물은 하기의 화학식 6으로 표현될 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00011
즉, 본 발명에서 화학식 6은 화학식 5가 포함된 매트릭스를 제조한다. 화학식 5의 조성 함량은 1내지 99% 이내를 포함하고 있다. 매트릭스는 PVA, Alginate, PVP, Collagen, Gelatin, PEG, Pluronic, Dopamine, Tannic acid, Laponite 중 1개 이상을 포함한다.
[실시예]
[실시예 1 : 활성산소 민감형 폴리머 닷 제조]
화학식 1중 Y는 Br 또는 Cl을 가지는 고분자 1g을 바이알에 충전 후 셀레늄 용액 8mL을 넣고 60℃에서 4시간동안 반응시킨다. 반응 시킨 후 24시간 동안 투석을 진행한 뒤 동결건조를 통해 가루 형태의 가교된 나노입자 0.8g을 수득하였다.
상기 수득한 나노입자 1g을 증류수 50mL에 용해시킨 후, 60℃에서 24시간동안 수열합성을 진행하였다. 수열합성이 끝난 후, 동결건조를 통해 가교된 폴리머 닷 0.56g을 수득하였다.
[실시예 2 : 전기화학적 특성을 갖는 도파민 기반 폴리머 닷 제조]
도파민 단분자 1g을 250mL 둥근바닥 플라스크에 충전 후 증류수 90mL에 완전히 용해시킨다. 수산화소듐 1M 용액 1mL와 에탄올 10mL를 첨가하여 pH 9.0으로 맞추어 준 후 30℃에서 24시간동안 반응시킨다. 반응 후 원심분리기를 이용하여 상층액과 하층액을 분리한다. 분리된 하층액은 동결건조를 통해 가루형태의 나노입자 0.5g을 수득하였다.
상기 수득한 나노입자 1g을 다이메틸설폭사이드 50mL에 용해시킨 후, 180℃에서 6시간동안 수열합성을 진행하였다. 수열합성이 끝난 후, 동결건조를 통해 가루형태의 가교된 탄소양자점 0.491g을 수득하였다.
[실시예 3 : 활성산소 민감성을 갖는 폴리도파민-폴리머 닷 제조]
실시예 1에서 수득한 가교된 폴리머 닷 100mg을 바이알에 충전 후, 인산염 완충용액 20mL에 완전히 용해시킨다. 그 후 실시예 2에서 수득한 탄화된 폴리도파민 10mg을 디메틸설폭사이드 2mL에 용해시킨 후 바이알에 첨가하여 상온에서 24시간동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 원심분리기를 이용하여 상층액과 하층액을 분리하고 상층액은 투석을 진행한 뒤 동결견조를 통해 가루형태의 탄화된 폴리도파민이 함유된 폴리머 닷 80mg을 수득하였다.
[실시예 4 : 활성산소 민감성을 갖는 폴리도파민-폴리머 닷이 함유된 수화젤 제조]
실시예 3에서 수득한 폴리머 닷 10mg을 바이알에 충전 후, 인산염 완충 용액 1mL을 넣고 10분 동안 초임파기를 사용하여 분산시켰다. 그 후, 바이알에 아크릴 아마이드 100mg 및 N, N’-메틸렌 비스 아크릴아미드 가교제 2mg, 라포나이트 10mg을 첨가 후 질소 하 얼음배치에서 10분 동안 교반시켰다. 교반 후, 개시제인 황산암모늄 10mg과 촉매인 N, N, N’, N’-테트라메틸 에틸렌디아민 20μL를 첨가하여 교반한 후 주형에 부은 후 상온에서 6시간 동안 성형하여 수화젤을 수득하였다.
[실험예]
[실험예 1. 활성산소 민감형 폴리머 닷 구조 확인]
본 발명의 유기 공중합체의 구조를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.
상기의 실시예 1에서 수득한 폴리머 닷의 구조에 대한 분석을 X선 광전자 분석법(XPS), 자외선 가시광선 분광법(UV-vis) 등으로 확인하여 그 결과를 도 1 내지 2에 나타내었다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조한 폴리머 닷의 X선 광전자 분광법 (XPS) 분석결과를 나타낸 그래프이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조한 가시광선 분광법 (UV-vis) 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, X선 광전자 분석법(XPS) 분석 결과에 다르면, 100eV에서 diselenide bond의 Se 3d peak와 284.6eV에서 C double bond를 확인하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자외선 가시광선 분광법(UV-vis) 분석 결과에 따르면, 280nm 및 360nm에서의 카테콜 그룹의 흡광도 그래프를 확인하였다.
[실험예 2. 탄화된 폴리도파민을 함유한 활성산소 민감형 폴리머 닷 특성 확인]
상기의 실시예 1 내지 3에서 수득한 폴리머 닷의 활성산소 민감성 특성을 측정하기 위해 형광분광법(Photoluminescence spectroscopy)을 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3는 본 발명의 실시예 3에 따라 제조한 폴리머 닷의 활성산소에 의한 형광 분광법 (Photoluminescence spectroscopy) 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 활성산소에 민감한 diselenide bond가 활성산소인 과산화수소(H2O2) 첨가 후 깨지면서 형광이 증가하는 것을 확인하였다.
[실험예 3. 활성산소 민감성을 갖는 폴리도파민-폴리머 닷이 함유된 수화젤의 전도성 및 압력, 인장 자가변환에 의한 암세포 무선진단]
상기의 실시예 4에서 수득한 수화젤의 활성산소 민감성에 의한 전도성 및 압력, 인장 자가변환 특성을 확인하기 위하여 전기화학 임피던스 분광법(EIS), LCR meter를 측정하였다. 그 결과를 도 4 내지 7에 나타내었다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 세포의 종류 및 농도에 따른 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 분석결과를 나타낸 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, (a)정상세포(MDCK)와 (b)암세포(MDAMB)에 의해 변화되는 수화젤의 전기 전도도를 확인하기 위해 세포의 농도에 따라 저항 값을 측정한 결과 도 4 (a) 정상세포에서 세포 농도에 따라 수화젤의 저항 값의 변화가 거의 없는 반면에 도 4 (b)암세포에서 세포 농도에 따라 수화젤의 저항 값이 감소함을 확인하였다. 이를 통해 암세포의 전기화학적 진단이 가능함을 확인하였다.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 세포의 종류 및 인장각도에 의한 전기화학 저항 변화량(△R/R0) 분석결과를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 5는 인장각도에 의한 전기적 특성을 LCR meter로 측정한 결과이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 정상세포(MDCK)와 암세포(MDAMB)에 의해 변화되는 수화젤의 저항 변화량(△R/R0)을 확인하기 위해 수화젤의 인장각도에 따라 저항 값을 측정한 결과 정상세포(MDCK)에 비해 암세포(MDAMB)에서 수화젤의 저항 변화량(△R/R0)이 큰 것을 확인 하였고 인장각도의 크기가 클수록 저항 변화량(△R/R0)이 큰 것을 확인하였다.
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 세포의 종류 및 압력강도에 의한 전기화학 저항 변화량(△R/R0) 분석결과를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 6는 압력강도에 의한 전기적 특성을 LCR meter로 측정한 결과이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 정상세포(MDCK)와 암세포(MDAMB)에 의해 변화되는 수화젤의 저항 변화량(△R/R0)을 확인하기 위해 수화젤의 압력강도에 따라 저항 값을 측정한 결과 정상세포(MDCK)에 비해 암세포(MDAMB)에서 수화젤의 저항 변화량(△R/R0)이 큰 것을 확인 하였고 압력강도의 크기가 클수록 저항 변화량(△R/R0)이 큰 것을 확인하였다.
도 7는 전기 전도도와 압력강도에 의한 전기적 특성을 무선통신(wireless)으로 측정한 결과이다. 도 6과 같이 정상세포(MDCK)에 비해 암세포(MDAMB)에서 압력강도에 의한 저항 변화량(△R/R0)이 높았으며, 전기 전도도가 높은 것을 확인하였다.
[실험예 4. 활성산소 민감성을 갖는 폴리도파민-폴리머 닷이 함유된 수화젤의 자가치유 및 점탄성 분석]
상기의 실시예 4에서 수득한 수화젤의 활성산소 민감성에 의한 자가치유 및 점탄성을 확인하기 위하여 Rheometer를 측정하였다. 그 결과를 도 8 내지 9에 나타내었다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 자가치유 능력 횟수 이미지 및 세포의 종류에 따른 점탄성 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 8은 자가치유 횟수 및 점탄성을 Rheometer을 이용하여 측정한 결과이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 암세포(MDAMB) 처리 후 자가치유 횟수를 측정한 결과, 도 8 (a) 이미지를 통해 총 3번까지 자가치유가 되는 것을 확인하였다. 또한 세포의 종류에 따른 점탄성을 측정한 결과, 정상세포(MDCK)와 다르게 암세포(MDAMB) 처리 후 점탄성이 회복되는 것을 도 8 (b) 그래프를 통해 확인하였다.
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따라 제조한 수화젤의 세포종류의 비율에 의한 자가치유 분석 결과 이미지 및 점탄성 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 9는 정상세포 및 암세포의 비율에 따른 자가치유 및 점탄성을 측정한 결과이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 암세포(MDAMB)의 농도가 정상세포(MDCK)에 비해 높을수록 자가치유가 되는 것을 도 9 (a) 이미지를 통해서 확인하였고 점탄성 또한 암세포(MDAMB)의 농도가 정상세포(MDCK)에 비해 높아야 회복되는 것을 도 9 (b) 그래프를 통해 확인하였다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법으로서,
    하기 화학식 1에서 성분 A를 기반으로 관능기 1을 치환하여 제1화합물을 합성하는 제1단계;
    상기 성분 A를 탄화반응 합성하여, diselenide 또는 disulfide로 가교된 폴리머 닷인 제2화합물을 합성하는 제2단계;
    상기 제2화합물에 전도성 물질 관능기 Z를 치환 합성하여 제3화합물을 합성하는 제3단계;
    상기 제3화합물에서 도파민, 또는 diselenide 가교된 도파민을 탄화반응하여 전도성과 수소결합력을 갖는 제4화합물을 합성하는 제4단계;
    소수성 결합을 통하여 상기 제4화합물을 상기 제2화합물 또는 상기 제3화합물에 담지시켜 제5화합물을 합성하는 제5단계; 및
    매트릭스에 상기 제5화합물을 포함시켜 하이드로겔인 제6화합물을 제조하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure pat00012

    상기 화학식 1에서,
    Y는 COOH, NH2, SH, Br, Cl 중 어느 하나의 작용기를 포함하는 공중합체이다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 성분 A 화합물은 Hyaluronic acid (HA), Pluronic, Polyethylene Glycol (PEG), Poly(2-(dimethylamino) ethyl methacrylate) (PDMA), Polyvinylpyrrolidone (PVP), Alginate, Gelatin, Hydroxypropyl cellulose (HPC), Carboxyl methylcellulose (CMC), Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), 및 Polyacrylic acid (PAA) 중 적어도 하나이고, 분자량은 1,000 내지 10,000,000g/mol인 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 관능기 1은 dopamine, caffeic acid, 2-bromo-3′, 4′-dihydroxy acetophenone, 2-chloro-3′, 4′-dihydroxy acetophenone 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2단계 및 상기 제4단계에서,
    상기 탄화반응은, 온도 10 내지 500℃에서 수열합성법(hydrothermal), 온도 10 내지 500℃에서 용매열합성법(solvothermal), 농도 0.1N 내지 1N의 산 촉매, 방사선 10만 내지 20만 Gy의 전자빔 가속기 방법을 적용하는 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법:
    [화학식 2]
    Figure pat00013

    상기 화학식 2에서
    X는 Se-Se (diselenide bond) 또는 S-S (disulfide bond) 중 어느 하나의 작용기를 포함하는 화합물이다.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제3화합물은 하기 화학식 3으로 표현되는 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법:
    [화학식 3]
    Figure pat00014

    상기 화학식 3 에서
    관능기 Z는 상기 화학식 2에 MnO2, Cu2+, MXene, TiO2, Graphene oxide, polyaniline, PEDOT 중 어느 하나의 화합물을 포함하며, Z의 함량은 1 내지 99% 이내를 포함한다.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제4화합물은 하기 화학식 4로 표현되는 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법:
    [화학식 4]
    Figure pat00015

  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제5화합물에서 제4화합물의 조성 함량은 1 내지 99% 이내를 포함하며, 화학식 5로 표현되는 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법:
    [화학식 5]
    Figure pat00016

  9. 제 1항에 있어서,
    제6화합물에서 제5화합물의 조성 함량은 1내지 99% 이내를 포함하고, 상기 매트릭스는 PVA, Alginate, PVP, Collagen, Gelatin, PEG, Pluronic, Dopamine, Tannic acid, Laponite 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서 제조방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 활성산소 또는 글루타치온 인지형 무선 진단용 폴리머 닷 기반 하이드로겔 센서.
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