KR20220149086A - 글리콜계 화합물 기반 가교제의 합성 및 이를 이용한 기능성 하이드로젤의 제조방법 - Google Patents

글리콜계 화합물 기반 가교제의 합성 및 이를 이용한 기능성 하이드로젤의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 글리콜계 화합물 기반 가교제를 합성하고, 이를 포함한 기능성 하이드로젤의 제조방법에 관한 것으로써, 구체적으로 상기 기능성 하이드로젤에 아자이드기가 포함되며, 상기 아자이드기는 가교제 역할이 아닌 활성화기(Activation group)로 존재하여, 상기 아자이드기를 통해 특정 단백질을 정확하게 캡처 할 수 있는 기능성 하이드로젤에 대한 제조방법에 관한 것이다.

Description

글리콜계 화합물 기반 가교제의 합성 및 이를 이용한 기능성 하이드로젤의 제조방법 {SYNTHESIS OF GLYCOL-BASED COMPOUND-BASED CROSSLINKING AGENT AND MANUFACTURING METHOD OF FUNCTIONAL HYDROGEL USING THE SAME}
본 발명은 글리콜계 화합물 기반 가교제를 합성하고, 이를 포함한 기능성 하이드로젤의 제조방법에 관한 것으로써, 구체적으로 상기 기능성 하이드로젤에 아자이드기가 포함되며, 상기 아자이드기는 가교제 역할이 아닌 활성화기(Activation group)로 존재하여, 상기 아자이드기를 통해 특정 단백질을 정확하게 캡처 할 수 있는 기능성 하이드로젤에 대한 제조방법에 관한 것이다.
하이드로겔(hydrogel)은 하나 이상의 단량체로 이루어진, 가교 결합된 네트워크 행태의 고분자 중합체이다. 이러한 하이드로겔은 친수성 중합체 사슬로부터 물리적 또는 화학적 가교 공정을 통해 제조되며 물에 의하여 상당 부분 팽융되지만 물에 용해되지는 않는다. 하이드로젤의 기계적 특성은 생물학적 조직과 매우 유사하고 수분함량이 높기 때문에 우수한 확산 특성을 가지고 있어서 콘택트렌즈, 약물 전달 매체, 분리막, 접착제와 같은 연조직 대체 물질과 같은 광범위한 응용 분야에서 이용되고 있다.
특히, 상기 하이드로겔의 경우 다른 소재와 달리 수분을 포함하고 있어, 단백질과 같이 수분 내에서만 활성화가 가능한 유기체 등을 디텍팅하기 좋아, 항체, 앱타머 또는 기타 인지물질을 고정화시켜 대상물질의 양을 측정하는 바이오센서에 주로 이용된다. 하이드로겔의 대표적인 물질은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylaminde) 및 폴리아크릴산((polyacrylic acid)와 같은 합성 고분자 또는 히알루론산, 키토산, 텍스트란과 같은 천연고분자를 이용할 수 있다. 대상물질이 하이드로젤 내부의 항체 또는 앱타머와 결합하고 이후 형광 신호 또는 전기화학적 신호 변화를 나타내는 검출용 항체를 이용하면 지지체 위에서의 신호 변화를 감지할 수 있다.
상기 바이오센서로 사용되는 하이드로젤의 경우에는 분석하고자 하는 물질의 종류에 따라 다르며, 구체적으로는 단백질 측정용 바이오센서, 핵산 측정용 바이오센서, 글루코스 측정용 바이오센서, 화학물질 측정용 바이오센서, 활성상소 측정용 바이오센서 등의 다양한 종류의 바이오센서에 따라 이를 만족하는 하이드로젤의 종류 또한 많다.
종래에 상기 하이드로젤 내부에 단백질을 고정하기 위하여, 주로 단백질을 하이드로겔 프리폴리머와 혼합 후, 이를 가교하여 하이드로겔 내부에 물리적으로 단백질을 고정하는 물리적인 방식을 사용하거나, 또는 상기 하이드로겔에 포함된 Ni, Au 등의 금속나노입자 표면 또는 Cu2+, Ni2+ 및 Zn2+ 금속 이온 입자를 이용하여, 단백질과 킬레이트(chelate) 또는 리간드(ligand) 결합하는 방법을 사용하여 왔다. 상기 물리적인 방식으로 단백질을 고정할 경우 결합력이 약해 고정화된 단백질이 외부로 쉽게 방출될 수 있으며, 상기 킬레이트 또는 리간드 결합하는 방법은 상기 물리적인 방식보다는 결합력이 강할 수 있으나, pH 및 온도 등의 환경적인 요건에 의해 단백질과의 결합력이 낮아질 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해, 범용적으로 사용할 수 있는 바이오센서용 하이드로 겔을 제조할 필요성이 있으며, 상기 하이드로 겔과 단백질과의 결합력이 우수한 하이드로겔을 제공할 필요가 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2007-0013213호 (2007. 02. 08)
종래의 하이드로젤의 낮은 단백질 고정화를 해결하고, 단백질 종류에 상관없이 광범위하게 단백질 고정화를 용이하게 할 수 있는 하이드로젤을 제공하고자 한다. 또한, 상기 고정화되는 단백질의 함량을 제어할 수 있는 하이드로젤을 제공하고자 한다. 기계적 강도가 우수하면서, 함수율이 우수한 하이드로젤을 제공하고자 한다. 또한, 단백질 이외에도 다양한 유기물과 바이오 물질을 결합할 수 있는 다용도의 하이드로겔을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, (a) 하기 화학식 1로 표시되는 가교제, 친수성 고분자 단량체 및 자외선 가교제를 투입하고 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합용액에 가교하여 하이드로 젤로 제조하는 단계; 및 (c) 상기 하이드로 젤에 아자이드 치환반응(Azidation)을 하여, 하기 화학식 2의 구조단위를 갖는 기능성 하이드로젤을 제조하는 단계;를 포함하는 기능성 하이드로 젤의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
(상기 R1은 C1-C6 알킬렌이며, x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 100을 만족하며, n은 1 내지 1,000을 만족한다.)
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 화학식 1은 하기 화학식 3과 아크릴일 클로라이드(Acryloyl chloride)와 합성하여 제조될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
(상기 R1은 C1-C6 알킬렌이며, x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 100을 만족하며, n은 1 내지 1,000을 만족한다.)
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 화학식 1은 글리콜계 폴리올과 에피클로로히드린(epichlorohydrin)과 중합해서 제조될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 글리콜계 폴리올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 이소프로필렌 글리콜에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 글리콜계 폴리올은 수평균 분자량이 100 내지 1,000 g/mol인 것을 포함하는 것 일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 화학식 1은 중량평균분자량이 1,000 내지 10,000 g/mol인 것을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 (C) 단계의 가교는 자외선 가교방법을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 (B) 단계의 친수성 고분자 단량체는 메타크릴산, 아크릴산 및 N-이소프로필아크릴아미드에서 선택되는 어느 하나 이상의 단량체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 기능성 하이드로 젤의 제조방법으로 제조된 , 기능성 하이드로 젤을 제공할 수 있다.
본 발명의 기능성 하이드로젤에 대한 제조방법은 고관능성인 아자이드기가 포함되어 있어, 알카인기가 결합된 단백질, 항체 및 유기물과 클릭반응(click reaction)을 하여 공유결합 할 수 있으며, 상기 클릭반응은 공유결합으로써, 종래의 하이드로겔의 물리적 또는 리간드 결합보다는 매우 강한 결합력을 가질 수 있다.
본 발명의 기능성 하이드로젤에 대한 제조방법은 아자이드기의 함량을 제어할 수 있어, 결합되는 단백질, 항체 및 유기물의 함량 또한 제어할 수 있는 있다.
또한, 본 발명의 기능성 하이드로겔은 아자이드를 포함하는 가교제 및 친수성 고분자 단량체로 제조함으로써, 함수율이 높으면서 기계적 강도 또한 우수하고, 단백질, 항체 및 유기물과의 결합이 공유결합으로 되어 있어 pH 및 온도 등에서도 쉽게 탈리되지 않는 효과가 있다.
도 1은 Poly(epichlorohydrin-co-tetrahydrofuran)diol의 1H-NMR의 이미지이다.
도 2는 fabficated hydrogel, Azide functionalized hydrogel 및 after click reaction hydrogel의 FT-IR을 나타낸 이미지이다.
도 3은 아자이드 처리 전 하이드로젤과 아자이드 처리 후의 하이드로젤을 형태를 비교한 사진이다.
도 4는 아자이드 처리된 하이드로젤에 alkyne spiropyran으로 클릭반응을 보내기 전 및 후의 fluorescence laser optical microscope 이미지이다.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
종래의 바이오센서로 활용되는 하이드로겔의 경우에는 단백질 등과 같은 유기체와의 결합이 약하고, pH 및 온도의 영향에 따라 결합이 끊어지는 문제점이 있어, 원활한 단백질 디텍팅이 쉽지 않은 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 (a) 하기 화학식 1로 표시되는 가교제, 친수성 고분자 단량체 및 자외선 가교제를 투입하고 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합용액에 가교하여 하이드로 젤로 제조하는 단계; 및 (c) 상기 하이드로 젤에 아자이드 치환반응(Azidation)을 하여, 하기 화학식 2의 구조단위를 갖는 기능성 하이드로젤을 제조하는 단계;를 포함하는 기능성 하이드로 젤의 제조방법을 제공하여 상기 문제점을 해결하였다.
[화학식 1]
Figure pat00004
[화학식 2]
Figure pat00005
(상기 R1은 C1-C6 알킬렌이며, x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 100을 만족하며, n은 1 내지 1,000을 만족한다.)
상기 특수한 구조의 기능성 하이드로 젤의 경우에는 친수성 고분자가 주 사슬로 구성되어 있어 함수량이 높으며, 말단이 비닐기인 가교제에 아자이드기가 포함되어 있어, 상기 아자이드기를 통해 클릭반응(click reaction)을 구사하여 알카인기를 포함하는 단백질, 항체 및 유기물 등을 공유결합 할 수 있다.
상기 아자이드기는 알카인기만 결합하는 선택성(selectivity)이 있어, 특정 단백질을 감지(detecting)하는 바이오센서로 사용하기 매우 좋으며, 상기 결합 또한 공유결합을 함으로써, 온도 및 pH 등의 영향에도 결합이 약해지거나 끊어지지 않는 장점이 있다. 또한, 상기 기능성 하이드로젤의 경우에는 상기 가교제의 포함되는 아자이드기의 함량을 제어 할 수 있다.
또한, 상기 기능성 하이드로젤의 경우에는 알카인기를 도입한 특정 단백질을 선택적으로 고정시킬 수 있는 장점이 있어, 단백질 라이브러리(protein library)에서 원하는 특정 단백질만을 선택할 수 있다. 또한, 기능성 하이드로젤에 고정된 특정 단백질은 하이드로젤 내에 강하게 공유결합이 되어있으면서도, 단백질의 구조에는 영향을 주지않아, 단백질의 기능성을 저하시키지 않고 충분히 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 화학식 1은 하기 화학식 3과 아크릴일 클로라이드(Acryloyl chloride)와 합성하여 제조될 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00006
(상기 R1은 C1-C6 알킬렌이며, x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 100을 만족하며, n은 1 내지 1,000을 만족한다.)
상기 화학식 3은 글리콜계 폴리올에 에피클로로히드린(epichlorohydrin)을 결합하여 블록-공중합체를 제공하는 것으로, 구체적으로는 상기 글리콜계 폴리올 양 말단에 에피클로로히드린이 계속적으로 결합하여 상기 화학식 3과 같은 구조의 블록-공중합체가 제조될 수 있다.
상기 글리콜계 폴리올은 제한되지는 않으나, C1-C6 알킬렌을 포함하는 글리리콜계 폴리올일 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 이소프로필렌 글리콜일 수도 있다.
상기 글리콜계 폴리올의 수평균 분자량은 100 내지 1,000 g/mol일수 있으며, 바람직하게는 300 내지 1,000 g/mol, 더욱 바람직하게는 600 내지 1,000 g/mol일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 범위를 만족하는 글리콜계 폴리올을 사용하였을 경우, 물 또는 알코올 등의 용매에 잘 용해되면서 동시에 유연성 또한 우수한 장점이 있다.
상기 글리콜계 폴리올과 에피클로로히드린과 결합된 클로린기를 포함하는 블록-공중합체는 중량평균분자량이 1,000 내지 10,000 g/mol일 수 있으며, 바람직하게는 1,500 내지 8,000 g/mol일 수도 있으며, 더욱 바람직하게는 2,000 내지 5,000 g/mol 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기클로린기를 포함하는 블록-공중합체가 상기 중량평균분자량을 만족함에 따라, 유연성이 우수하면서 동시에 우수한 경도를 가지는 하이드로젤을 제공할 수 있다.
상기 화학식 3의 클로린기를 포함하는 블록-공중합체 양 말단에 비닐계 화합물을 결합하여 비닐계 관능기가 2 이상의 클로린기를 포함하는 가교제를 제조할 수 있으며, 바람직하게는 아크릴일 클로라이드(Acryloyl chloride)를 투입하여 양 말단에 비닐계 관능기가 2 이상인 가교제를 제공할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 클로린기를 포함하는 가교제와 친수성 고분자 단량체를 혼합하고 가교하여 클로린기를 포함하는 하이드로겔을 제조할 수 있다.
상기 친수성 고분자 단량체는 바이닐기를 포함하는 친수성 고분자 단량체라면 제한되지 않으며, 바람직하게는 메타크릴산, 아크릴산 및 N-이소프로필아크릴아미드에서 선택되는 어느 하나 이상의 단량체를 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 N-이소프로필아크릴아미드를 포함하는 것일 수 있다.
상기 친수성 고분자 단량체는 상기 클로린기를 포함하는 가교제와 사슬중합(chain polymerization)을 하여 클로린기를 포함하는 하이드로겔을 제조할 수 있다.
상기 클로린기를 포함하는 하이드로겔은 친수성 고분자 단량체 100 중량부에 대해서, 상기 클로린기를 포함하는 가교제 1 내지 100 중량부와 중합될 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 80 중량부, 더욱 바람직하게는 30 내지 50 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가교제 함량은 원하는 물성에 따라 제한되지는 않으나, 상기 범위의 가교제를 포함함에 따라, 유연성 및 팽윤성이 우수하며, 동시에 강도 또한 우수할 수 있다.
상기 친수성 고분자 단량체와 상기 클로린기를 포함하는 가교제를 용해하기 위해서는 물, 알콜류 용매, 유기용매 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 알콜류 용매를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 에탄올을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 클로린기를 포함하는 하이드로겔을 제조하기 위해 라디칼 개시제를 투입할 수 있다. 상기 라디칼 개시제는 열 개시제 및 광 개시제 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 광 개시제를 사용할 수 있다.
상기 열 개시제를 사용할 경우에는 라디칼 개시 온도가 상대적으로 높아 친수성 고분자의 종류에 따라 하이드로겔 자체가 제조가 안되는 문제점이 발생할 수 있으나, 광 개시제의 경우에는 친수성 고분자의 종류에 상관없이 하이드로겔이 잘 제조되며, 상기 투입되는 가교제 또한 변형이 되지 않는 장점이 있다.
상기 광 개시제의 함량은 통상적으로 제조되는 하이드로 젤에 사용되는 양일 수 있으며, 바람직하게는 친수성 고분자 단량체 100 중량부에 대해서, 0.0001 내지 0.1 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광 개시제로는 일반적으로 사용되는 광 개시제라면 제한되지는 않으며, 바람직하게는 darocur를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제조하고자 하는 기능성 하이드로겔을 제조하기 위해서 클로린기를 포함하는 하이드로겔의 클로린기를 아자이드기로 치환하는 단계가 필요하다. 상기 클로린기를 치환하는 방법으로는 상기 클로린기를 포함하는 하이드로겔과 소듐 아자이드(sodium azide)를 유기용매에 투입한 후 30 내지 50 ℃에서 12시간 이상 교반하여 치환할 수 있으며, 상기 치환반응을 통해 아자이드기를 포함하는 기능성 하이드로겔을 제조할 수 있다.
상기 유기용매는 극성 유기용매일 수 있으며, 바람직하게는 디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸아세트아마이드(DMAC)일수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
클로린기를 포함하는 하이드로겔을 먼저 제조하고, 이후에 아자이드기로 치환하는 방법을 사용함으로써, 미리 아자이드기로 치환한 가교제를 사용하였을 때보다 하이드로겔 형성이 원활하며, 특히 반응성이 우수한 아자이드기가 사슬중합 또는 가교시에 손상되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 아자이드기를 포함하는 기능성 하이드로겔은 유기용매와 물을 번갈아 팽융시켜 미반응된 소듐 아자이드를 제거 하여 정제할 수 있다.
상기 제조된 기능성 하이드로겔의 아자이드기는 특정 관능기인 알카인기만 결합하는 선택성으로 인해 원하는 단백질만 결합할 수 있으며, 상기 결합이 공유결합이므로 종래의 물리적 결합 및 리간드 결합보다 강한 결합을 유지할 수 있다.
또한, 상기 공유결합은 pH 변화나 온도 변화에 있어서도 결합성을 유지할 수 있어, 단백질의 활성화 조건을 유지하기 쉬운 장점이 있다.
상기 기능성 하이드로겔은 하이드로젤 내에 효소를 이중결합을 통해 도입하게 되면 하이드로젤을 이용하여 컬럼등을 제작하여 연속적으로 효소반응이 가능한 컬럼관을 만들 수 있으며, biocompatable 한 소재인 하이드로젤 특성을 이용하여 단백질과 같은 바이오 물질을 직접적으로 로딩할 수 있는 등의 여러 가지로 활용 할 수 있는 장점이 있다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[제조예 1]
[클로린기를 포함하는 글리콜계 올리고머 제조]
Jacketed reactor에 cannula transfer를 이용하여 폴리에틸렌글리콜 100 중량부에 대해서 (Mn 500, 알드리치)와 메틸렌클로라이드 50 중량부를 반응기에 첨가한다.
상기 Jacketed reactor의 온도는 25℃로 순환기를 이용하여 제어하였다. 상기 반응기에 양이온 촉매인 보론 트리플루오라이드 테트라하이드로퓨란 복합체(Boron trifluoride tetrahydrofuran complex, BF3-THF)을 폴리에틸렌글리콜 대비 0.25당량 실린지로 첨가하였다. 이후, 30분간 교반하였다.
에피클로로히드린(Epichlorohydrin, 알드리치)를 dropping funnel을 사용하여 3시간동안 drop by drop으로 적하하였다. 이후, 25℃ 상온에서 30분 동안 추가 반응시켰다. 이후, 증류수를 투입하여 반응을 종결시키고, n-헥산으로 2 내지 3회 추출과정을 실시하였다. 추출된 메틸렌클로라이드 층 용액을 회전증발기를 사용하여 용매를 제거하였다. 이후, 진공오븐에 60℃에서 12시간 건조하여 상기 화학식 3의 화합물인 클로린기를 포함하는 글리콜계 올리고머를 수득하였다.
[클로린기를 포함하는 글리콜계 올리고머 가교제 제조]
Jacketed reactor에 cannula transfer를 이용하여 상기 제조된 클로린기를 포함하는 글리콜계 올리고머 100 중량부와 메틸렌클로라이드 2,000 중량부를 반응기에 첨가한다. 이후 각각 반응기는 온도 5℃로 순환기를 이용하여 제어하였다. 촉매인 트리에틸아민(Triethylamine, 알드리치)를 상기 글리콜계 올리고머 대비 2 단량을 투입하였다. 이후 아크릴일 클로라이드(Acryloyl chloride)를 dropping funnel의 stop cock을 조절하여 반응기에 방울방울 적하하면서 30분 동안 천천히 첨가하였다. 이후 상온에서 12시간동안 반응시켰다. 상기 반응 이후 1.5M K2CO3 용액으로 추출과정을 2회 반복하고 증류수로 2회 이상 추출 과정을 실시하였다. 상기 추출 이후 소듐 설페이트(sodium sulfate)로 잔여 수분을 잡아준 뒤 뷰흐너 깔때기로 소듐 설페이트를 제거하였다. 이후, 메틸렌클로라이드 용액을 회전증발기(rotary evaporator)를 이용하여 제거하였다. 이후, 60 ℃ 760mmHg 감압조건의 진공오븐에서 12h 건조하여 클로린기를 포함하는 글리콜계 올리고머 가교제를 수득하였다.
[제조예 2]
[아자이드기를 포함하는 글리콜계 올리고머 가교제 제조]
제조예에서 제조된 클로린기를 포함하는 글리콜계 올리고머 가교제 100중량부를 디메틸포름아마이드 1,000 중량부에 용해시킨 후, 소듐 아자이드(sodium azide)를 400 중량부를 투입하여 클로린기를 아자이드로 치환하여 아자이드기를 포함하는 올리고머 가교제를 제조하였다. 상기 제조된 아자이드기를 포함하는 글리콜계 올리고머 가교제를 디메틸포름아마이드와 증류수를 이용하여 스웰링(Swelling)과정을 거쳐 미반응 소듐 아자이드를 제거하여 정제하였다.
[실시예 1]
N-아이소프로필아크릴아마이드(N-Isopropylacrylamide, NIPAM, 알드리치) 100 중량부에 대하여 상기 클로린기를 포함하는 글리콜계 올리고머 가교제 44 중량부 및 광개시제(dorcur 1173, Ciba®) 0.004 중량부와 에탄올 80 중량부를 혼합하고 용해하였다. 이후, UV 조사를 통해 10분간 라디칼 반응을 진행하여 하이드로 겔을 제조하였다. 제조된 하이드로겔을 디메틸포름아마이드에 팽융 시킨 뒤, 소듐아자이드(sodium azide)를 100 중량부 넣은 상태에서 40 °C 에서 12시간 동안 교반시켰다. 상기 하이드로 겔을 디메틸포름아마이드와 물을 이용해 번갈아 팽융시키며 미반응 소듐 아자이드를 제거하여 아자이드기를 포함하는 하이드로겔을 제조하였다.
도 3은 상기 아자이드기를 치환하기 전의 하이드로겔과 아자이드기로 치환된 하이드로겔을 비교한 것으로, 아자이드기로 치환되면서 색이 변한 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 제조된 아자이드기를 포함하는 기능성 하이드로젤에 알카인기를 포함하는 스피로 피란(spiropyran) 및 구리촉매를 투입하고 클릭반응을 진행하여 형광물질이 공유 결합된 기능성 하이드로젤을 제조하였다.
도 4에 기재된 바와 같이, 상기 아자이드를 포함하는 기능성 하이드로젤과 형광물질이 공유 결합된 기능성 하이드로젤의 형광도 차이를 fluorescence laser optical microscope image를 사용하여 관찰하였으며, 형광물질이 공유 결합된 기능성 하이드로젤의 형광이 명확하게 보이는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 2에 기재된 FT-IR 그래프는 클로린기를 포함하는 하이드로겔, 아자이드기를 포함하는 하이드로겔 및 클릭반응을 진행한 아자이드기를 포함하는 하이드로겔의 FT-IR을 나타낸 것으로써, 클릭반응이후 아자이드(N3) 피크인 2,250 cm-1피크가 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 통해 확실하게 아자이드기가 클릭반응이 진행된 것을 확인 할 수 있었다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 클로린기를 포함하는 글리콜계 올리고머 가교제 대신에 제조예 2에서 제조된 아자이드기를 포함하는 올리고머 가교제를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 상기 방법을 사용하였을 경우에는 하이드로젤이 제대로 형성되지 않았다. 이는, 상기 가교제에 결합되어 있는 반응성이 높은 아자이드기가 비교예 1의 하이드로젤을 제조할 때, 부반응을 일으켜 하이드로젤 생성을 방해한 것으로 판단된다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. (a) 하기 화학식 1로 표시되는 가교제, 친수성 고분자 단량체 및 자외선 가교제를 투입하고 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 혼합용액에 가교하여 하이드로 젤로 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 하이드로 젤에 아자이드 치환반응(Azidation)을 하여, 하기 화학식 2의 구조단위를 갖는 기능성 하이드로젤을 제조하는 단계;
    를 포함하는 기능성 하이드로 젤의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00007

    [화학식 2]
    Figure pat00008

    (상기 R1은 C1-C6 알킬렌이며, x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 100을 만족하며, n은 1 내지 1,000을 만족한다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 3과 아크릴일 클로라이드(Acryloyl chloride)와 합성하여 제조된 것인, 기능성 하이드로 젤의 제조방법.
    [화학식 3]
    Figure pat00009

    (상기 R1은 C1-C6 알킬렌이며, x 및 y는 서로 독립적으로 1 내지 100을 만족하며, n은 1 내지 1,000을 만족한다.)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 글리콜계 폴리올과 에피클로로히드린(epichlorohydrin)과 중합해서 제조되는 것인, 기능성 하이드로 젤의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 글리콜계 폴리올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 이소프로필렌 글리콜에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것인, 기능성 하이드로 젤의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 글리콜계 폴리올은 수평균 분자량이 100 내지 1,000 g/mol인 것을 포함하는 것인, 기능성 하이드로 젤의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 중량평균분자량이 1,000 내지 10,000 g/mol인 것을 포함하는 것인, 기능성 하이드로 젤의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 (C) 단계의 가교는 자외선 가교방법을 포함하는 것인, 기능성 하이드로 젤의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 (B) 단계의 친수성 고분자 단량체는 메타크릴산, 아크릴산 및 N-이소프로필아크릴아미드에서 선택되는 어느 하나 이상의 단량체를 포함하는 것인, 기능성 하이드로 젤의 제조방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항에서 선택되는 어느 항으로 제조된 것인 기능성 하이드로 젤.
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