WO2016153272A1 - 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 수화젤의 제조방법 - Google Patents

환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 수화젤의 제조방법 Download PDF

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이재영
김세민
조혜림
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    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/08—Nanoparticles or nanotubes

Definitions

  • the present invention relates to a method for preparing a hydrogel containing reduced graphene oxide, a hydrogel thus prepared and an adsorbent or drug carrier or tissue engineering patch comprising the same.
  • Synthetic organics include synthetic fertilizers, insecticides, paints, fuels, plastics, dyes and the like. These synthetic organics are absorbed into the body and adversely affect them.
  • a chemical precipitation method, a removal method using an ion exchange resin and a separator, and the like have been proposed.
  • there is a problem that the treatment of contaminated water containing a large amount is difficult and expensive.
  • many supporting biomaterials have been developed as materials capable of delivering drugs having hydrophobic functional groups having various properties as important elements for effective drug delivery and prevention and treatment of diseases.
  • Alginic acid the main component of the cell wall of algae, has the property of adsorbing heavy metals.
  • Alginic acid chemically belongs to carbohydrates, but is a natural polymer having a carboxyl group. Since it has a negative charge, it is possible to adsorb by ion exchange with a heavy metal having a positive charge.
  • graphene oxide has been used to produce nano-sized particles at an economically reasonable level.
  • Graphene oxide is widely used for water treatment because it has a hydroxyl group, an epoxy group and other functional groups.
  • graphene oxide has an excellent adsorption effect on environmental pollutants such as heavy metals, cationic organics and volatile organic compounds.
  • graphene obtained by reducing graphene oxide has excellent electrical, mechanical, and large surface areas, and is used to remove environmental pollutants in aqueous solution.
  • graphene oxide or graphene is difficult to use as an environmental purification material or drug carrier because it exists in a suspended state, and there is a possibility of causing secondary environmental pollution due to the properties of nanomaterials, and thus it is not easy to use.
  • the present invention proposes an invention that can selectively adsorb various hydrophilic and hydrophobic low molecules by supporting graphene and graphene derivatives on natural or synthetic polymer hydrogels.
  • (B) the graphene oxide-containing hydrogel It relates to a method for producing a reduced graphene oxide containing hydrogel comprising the step of reducing the graphene oxide to obtain a reduced graphene oxide (rGO) containing hydrogel.
  • Another aspect of the invention relates to a reduced graphene oxide containing hydrogel comprising (a) hydrogel and (b) reduced graphene oxide dispersed in the hydrogel.
  • Another aspect of the present invention relates to an adsorbent comprising a reduced graphene oxide containing hydrogel in accordance with various embodiments of the present invention.
  • Another aspect of the present invention relates to a myocardial patch comprising a reduced graphene oxide-containing hydrogel according to various embodiments of the present invention, wherein the hydrogel is polyacrylimide.
  • the composite of the present invention is a porous alginic acid or polyacrylamide gel and graphene oxide supported in the pores of the porous gel or graphene oxide having a different degree of reduction, and has an excellent adsorption capacity for organic compounds.
  • an adsorbent for it is possible to efficiently remove contaminants without inducing secondary pollutants and to reduce treatment costs. It can also be used to contain cells or bioactive molecules or other specific substances and to transport them.
  • FIG. 1 is a view comparing the conventional method and the method according to the present invention to prepare a graphene-supported alginic acid hydrogel.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a method for preparing a polyacrylimide hydrogel having graphene loaded thereon according to the present invention and forming an electrically conductive network of graphene distributed within the hydrogel.
  • FIG. 3 is a photograph of a hydrogel made using a method of making a hydrogel using the alginic acid.
  • Alginate hydrogel (Alg) Alginate hydrogel with graphene oxide (GO / Alg)
  • GO / Alg Alginate hydrogel with graphene oxide
  • Photograph (g) and (h) of FIG. 3 are hydrogel photographs corresponding to (d) and (f) of high magnification.
  • Figure 4 is a graph showing the degree of reduction of graphene with increasing I D / I G value using the Raman spectrum.
  • Figure 5 is a photograph of the internal shape of the graphene-supported alginic acid hydrogel using SEM.
  • FIG. 6 is a graph of adsorption capacity showing the dye adsorption capacity compared with the conventional method.
  • FIG. 7 is a graph showing the adsorption capacity of various dyes according to alginic acid, graphene oxide-supported hydrogel, and graphene-supported hydrogel.
  • FIG. 9 shows graphene oxide reduced with polyacrylamide hydrogel containing graphene oxide and graphene oxide reduced with vitamin C for 3 hours, 6 hours, 12 hours, and 24 hours in order to analyze the reduction degree of the reduced graphene oxide hydrogel. It is a graph showing the degree of reduction of graphene oxide with increasing I D / I G value using a supported polyacrylimide hydrogel using Raman spectrum.
  • a polyacrylimide hydrogel prepared by the present invention a polyacrylimide hydrogel carrying graphene oxide and a polyacrylimide hydrogel carrying reduced graphene oxide are freeze-dried, and then, each SEM gel using SEM This is a picture analyzing the internal porosity structure and size distribution of.
  • FIG. 11 shows the impedance measured by the EIS method of polyacrylimide hydrogel containing distilled water or PBS, polyacrylimide hydrogel containing graphene oxide, and polyacrylimide hydrogel containing reduced graphene oxide.
  • the hydrogel prepared by the present invention has an impedance of about 1 to 40 k ⁇ / cm 2 .
  • FIG. 12 is a graph of a Young's modulus of a polyacrylimide hydrogel prepared by the present invention, a polyacrylimide hydrogel carrying graphene oxide and a polyacrylimide hydrogel carrying reduced graphene oxide, as measured by a Rheometer.
  • the hydrogel prepared by the present invention exhibits a Young's modulus of about 1 to 30 kPa.
  • Figure 13 is a polyacrylimide hydrogel washed with cardiomyocytes (H9c2) with DPBS 1X for two days, a polyacrylimide hydrogel with graphene oxide, and a polyacrylimide hydrogel with graphene oxide reduced for 24 hours. After culturing for one day, the cells were fixed and stained with Phalloidin anntibody and DAPI.
  • (B) the graphene oxide-containing hydrogel It relates to a method for producing a reduced graphene oxide containing hydrogel comprising the step of reducing the graphene oxide to obtain a reduced graphene oxide (rGO) containing hydrogel.
  • the hydrogel is an alginate hydrogel, and the hydrogel precursor is an alginic acid salt.
  • the hydrogel is a polyacrylimide hydrogel, and the hydrogel precursor is acrylimide.
  • examples of the hydrogel in the present invention include, but are not limited to, alginic acid hydrogel, polyacrylimide hydrogel, and the like.
  • alginate hydrogel may be advantageous for dye adsorption
  • polyacrylimide hydrogel may be advantageous for the application of biomaterials for cells and tissues such as myocardial patches. Can be the most desirable.
  • examples of usable hydrogel precursors include, but are not limited to, sodium alginate salts, calcium alginate salts, potassium alginate salts, and the like.
  • the sodium alginate salt is particularly preferred because of its high solubility, which can be advantageously used as an aqueous solution.
  • examples of usable hydrogel precursors include, but are not limited to, acrylimide, vinyl alcohol, hydroxyethyl methacrylic acid, and the like.
  • acrylimide can implement a wide range of physical elasticity, and in particular, it is most preferable because an advantageous effect can be obtained to mimic elasticity and physical properties similar to that of myocardium.
  • the degree of crosslinking of the hydrogel can be controlled, thereby maximizing or finely controlling physical properties such as adsorption capacity and drug trapping ability.
  • the hydrogel is an alginate hydrogel
  • the crosslinking agent is calcium chloride.
  • examples of the polyvalent cation for gelation include, but are not limited to, calcium, barium, magnesium, iron, strontium, and the like. Among them, however, calcium chloride is the most preferable because it can obtain a favorable effect to gel quickly.
  • the hydrogel is a polyacrylimide hydrogel
  • the crosslinking agent is ammonium persulfate.
  • examples of the polyvalent cation compound for gelation include, but are not limited to, ammonium persulfate, potassium persulfate, sodium peroxide, riboflavin, and the like.
  • ammonium peroxide is most preferable because it can obtain an advantageous effect in producing a hydrogel having excellent physical properties due to the rapid reaction occurring immediately after dissolving in water.
  • the reduction is performed by immersing the reduced graphene oxide containing hydrogel in a reducing solution.
  • the reduction may be performed by immersing the graphene oxide-containing hydrogel in a reducing solution or contacting HI gas, or may be performed by a method of irradiating near infrared rays, and is limited to the above-mentioned reduction method. It doesn't work.
  • reducing by dipping in a reducing solution is preferable because it can obtain a beneficial effect to reduce the hydrogel containing water.
  • the reducing solution comprises L-ascorbic acid.
  • the reducing solution for the reduction will include a reducing agent, the type of reducing agent that can be used includes, but is not limited to, L- ascorbic acid or vitamin C, hydrazine, and the like.
  • L-ascorbic acid is most preferable since it is not toxic to obtain a beneficial effect.
  • the ratio of graphene oxide to reduced graphene oxide (GO: rGO) is changed to control the overall hydrophobicity, thereby maximizing or finely controlling physical properties such as adsorption capacity and drug trapping ability.
  • the ratio of the reduction intensity (I D) and G baendeuyi intensity (I G) of the Raman analysis D band of the reduced graphene oxide-containing hydrogel (I D / I G ) is 1.6 to 2.2, and the XPS analysis of the reduced graphene oxide containing hydrogel is performed so that the C / O element ratio is 1.6 to 1.9.
  • the reduction is carried out so that the O element ratio is also in the range of 1.7 to 1.75.
  • the hydrophobicity is increased unlike the case where the ratio is out of the most preferable range, so that the adsorption capacity and the drug delivery capacity can be maximized, and the reduced
  • the adsorption capacity and the drug delivery capacity can be maintained almost unchanged even if the number of times of repeated adsorption / desorption or drug capture / release increases over time. It was confirmed.
  • the hydrogel is a polyacrylimide hydrogel
  • the reduction is a ratio of the intensity (I D ) of the D band and the intensity (I G ) of the Ra band of the reduced graphene oxide-containing hydrogel. (I D / I G ) is performed to be 0.95 to 1.5.
  • the hydrogel is a polyacrylimide hydrogel, it is advantageous to perform the reduction so that the I D / I G ratio is 0.95 to 1.5 as a result of Raman analysis of the reduced graphene oxide-containing hydrogel.
  • the reduction it is preferable to perform the reduction so that the I D / I G ratio is in the range of 1 to 1.4, and it is most preferable to perform the reduction so that the I D / I G ratio is in the range of 1.1 to 1.35.
  • the I D / I G ratio and the C / O element ratio is within the most preferred range, unlike the case outside the most preferred range it can be advantageous to increase the electrical conductivity as reduced to graphene It was confirmed.
  • Another aspect of the invention relates to a reduced graphene oxide containing hydrogel comprising (a) hydrogel and (b) reduced graphene oxide dispersed in the hydrogel.
  • the reduced graphene oxide containing hydrogel is prepared by reducing the graphene oxide after the hydrogel is formed.
  • the reduced graphene oxide containing hydrogel is prepared by a manufacturing method according to various embodiments of the present invention.
  • Another aspect of the present invention relates to an adsorbent comprising a reduced graphene oxide containing hydrogel in accordance with various embodiments of the present invention.
  • the adsorbent material of the adsorbent according to the present invention is preferably a hydrophobic organic material or a zwitterionic organic material.
  • the hydrophobic organic material include RB, R110, and the like, and examples of the zwitterionic organic material include, but are not limited to, R6G and R123.
  • Another aspect of the present invention relates to a drug delivery agent comprising a reduced graphene oxide containing hydrogel according to various embodiments of the present invention.
  • Another aspect of the present invention is a myocardial patch comprising a reduced graphene oxide-containing hydrogel according to various embodiments of the present invention, the hydrogel is a polyacrylimide as a biomaterial for tissue engineering applications, characterized in that It is about a dragon, and is not limited to a myocardial patch.
  • the graphene-supported alginic acid hydrogel for effective adsorption capacity, unlike the conventional method of supporting the reduced graphene oxide, the graphene oxide and the aqueous solution of alginic acid were mixed, and the hydrogel was reduced.
  • the reduced graphene oxide is used, the agglomeration occurs due to the hydrophobic interaction, and therefore, even if the same amount of graphene oxide is contained, the effective dye adsorption capacity cannot be obtained. 1).
  • sodium alginate salt (FMC biopolymer) was added to the graphene oxide aqueous solution (Graphene supermarket) at a concentration of 2 mg / mL, and stirred at 200 rpm for 12 hours. Then, to prepare the mixed solution of alginic acid and graphene oxide into a hydrogel, an alginate hydrogel was prepared by immersing in 10 mL of a calcium chloride (CaCl 2 ) solution of a polyvalent cation solution at a concentration of 0.03 M for 12 hours. After making the hydrogel, it was washed twice with distilled water. The prepared hydrogel was punched with a 0.6 cm diameter punch to prepare gel samples of the same size.
  • a calcium chloride CaCl 2
  • the hydrogel was immersed in an aqueous 2 mg / mL vitamin C solution to prepare a hydrogel having different degrees of reduction by varying the time at 37 ° C. (3 hours and 12 hours). Alginate hydrogel containing reduced graphene oxide was removed using distilled water to remove the remaining vitamin C (see FIG. 3).
  • FIG. 3 is a photograph of a hydrogel made using a method of making a hydrogel using the alginic acid.
  • Alginate hydrogel (Alg) Alginate hydrogel with graphene oxide (GO / Alg),
  • GO / Alg Alginate hydrogel with graphene oxide
  • (g) and (h) are hydrogel photographs corresponding to (d) and (f) at high magnification.
  • Test Example 1-1 Determination of the degree of reduction of alginate hydrogel containing graphene
  • the graphene-supported alginic acid hydrogel was aqueous solution using 0.1 M EDTA solution. Thereafter, centrifugation was performed at 8,000 rpm for 10 minutes to remove the remaining EDTA with distilled water. The aqueous solution of graphene was dropped for slide glass, dried, and measured using Raman Spectroscopy (a UniThink Inc., UniRaman, 514 nm laser) (see FIG. 4).
  • the degree of reduction of graphene supported on the alginate hydrogel was measured by using Raman analysis.
  • the Raman graph we can see the D band (1350 cm -1 ) and the G band (1590 cm -1 ).
  • the difference between the intensity of the D band and the G band I D / I G increases the graphene reduction. have.
  • I D / I G values gradually increase to 1.48, 1.83, and 2.06, respectively, according to GO / Alg and r (GO / Alg) 3h and r (GO / Alg) 12h samples.
  • hydrogels with reduced graphene oxide (rGO 3h / Alg and rGO 12h / Alg) also showed similar I D / I G values of 1.93 and 2.04, respectively.
  • I D / I G increases, and through this, the degree of reduction increases (see FIG. 4).
  • Test Example 1-2 Analysis of Internal Morphology of Alginate Hydrogel on Graphene
  • the graphene-supported alginic acid hydrogel was cooled with liquid nitrogen and freeze dried for 3 days.
  • the dried hydrogels were subjected to platinum treatment and analyzed using SEM (Scanning electron microscopy) (see FIG. 5).
  • Test Example 1-3 Measurement of Dye Adsorption Capacity by Using Alginate Hydrogel with Graphene
  • Rhodamine-based dyes (Sigma-Aldrich) of various concentrations (20 to 400 mg / L) adjusted to pH 6.5 were prepared. A 6 mm diameter hydrogel was immersed in an aqueous dye solution at room temperature for 3 days to confirm the adsorption capacity of the dye. Rhodamine B, Rhodamine 6G, Rhodamine 110, and Rhodamine 123 were measured in order of maximum wavelength at 540, 530, 500, and 500 nm, respectively. The amount of rhodamine adsorbed was measured (Figs. 6 and 7).
  • Rhodamine B Rhodamine B
  • Rhodamine 110 Rhodamine 110
  • Rhodamine 6G Rhodamine 6G
  • Rhodamine 123 Rhodamine 123
  • the dyes of R6G and R123 have amphoteric ions because the hydrophobic interaction has a greater effect, and the dyes with these zwitterions have excellent adsorption capacity.
  • graphene oxide is reduced, the portion capable of hydrogen bonding or ionic bonding is reduced, which may increase the adsorption capacity of hydrophobic dyes (see FIG. 7).
  • Test Example 2-1 Analysis of Internal Morphology of Graphene-Containing Polyacrylimide Hydrogel
  • the graphene-supported polyacrylimide hydrogel was rapidly cooled with liquid nitrogen and then lyophilized.
  • the dried hydrogel was crushed finely using a mortar and pestle and mixed in distilled water. After dropping the solution containing finely hydrated hydrogel in a slide glass and distilled water was evaporated in the heater, the reduction degree was measured using Raman Spectroscopy (a UniThink Inc., UniRaman, 514nm laser) (see Fig. 9).
  • the reduction degree of the graphene oxide-supported polyacrylimide hydrogel is measured using the Raman analysis method and the impedance The measurement confirmed that the electrical conductivity increased as the reduction time increased.
  • I D / I G values for GO / PAAm, r (GO / PAAm) 3h , r (GO / PAAm) 6h , r (GO / PAAm) 12h, r (GO / PAAm) 24h samples are You can see that it increases to 0.83, 1.12, 1.21, 1.23, and 1.31. That is, as the reduction time is longer, it can be confirmed that the reduction was performed as the I D / I G value increased.
  • Test Example 2-2 Determination of the degree of reduction of the graphene-supported polyacrylimide hydrogel
  • the graphene-supported polyacrylimide hydrogel was rapidly cooled with liquid nitrogen and then lyophilized. After treatment with platinum on the dried hydrogel, the internal structure was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) (see FIG. 10).
  • the three-dimensional high porosity internal structure of the hydrogel shows that the hydrogel thus prepared can be suitably utilized as a biomaterial through imitation of a biointernal structure such as a high surface area as a biomaterial.
  • Test Example 2-3 Measurement of physical properties of graphene-supported polyacrylimide hydrogel
  • a polyacrylimide hydrogel, a polyacrylimide hydrogel on which graphene oxide was supported, and a polyacrylimide hydrogel on which graphene oxide was reduced for various times were prepared to have a diameter of 12 mm.
  • the sweep frequency was set to 10 to 0.1 Hz using a Rheometer, and the Young's modulus was measured after setting the distance between the hydrogel and the load cell to 0.8 mm.
  • the impedance of the hydrogel swelled with distilled water and PBS, respectively, was measured. As the reduction time increases, that is, the electrical conductivity increases as the reduction degree is increased. In the case of the hydrogel swelled in distilled water, it can be confirmed that the hydrogel itself has electrical conductivity through reduction, and the electrical conductivity of the hydrogel swollen in PBS can be confirmed in an environment similar to a body fluid.
  • Test Example 2-4 Measurement of Electrical Conductivity of Polyacrylimide Hydrogel with Graphene
  • a polyacrylimide hydrogel, a polyacrylimide hydrogel on which graphene oxide was supported, and a polyacrylimide hydrogel on which graphene oxide was reduced for various times were prepared to have a diameter of 8 mm.
  • the prepared hydrogel was placed between two ITO glasses, and a copper tape was attached to each ITO glass to connect the electrodes. There is a gap of 0.45 mm between the two ITO glasses so that the hydrogel is pressed with an object of 200 g or more so that all areas of the ITO glass come into contact with each other, and an alternating current is applied to the hydrogel in an impedance (EIS) method.
  • EIS impedance
  • the hydrogel prepared by the present invention As a myocardial patch having electrical conductivity and elasticity, the hydrogel should have a similar elastic modulus as the myocardium.
  • the hydrogels produced by the present invention showed that the elastic modulus of the myocardium showed a Young's modulus of about 1-30 kPa. 12).
  • Test Example 2-5 Cardiomyocyte Cell Culture of Polyacrylimide Hydrogel with Graphene
  • a polyacrylimide hydrogel, a polyacrylimide hydrogel carrying graphene oxide, and a polyacrylimide hydrogel carrying reduced graphene oxide for 24 hours were manufactured to a diameter of 8 mm.
  • the prepared hydrogel was placed in a 48 home cell culture dish, sterilized and disinfected using ethanol and ultraviolet rays, and then washed with DPBS (Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline 1X, Gibco) solution for 2 days.
  • DPBS Dens Phosphate-Buffered Saline 1X, Gibco
  • the washed hydrogels were surface dried in an incubation for 5 to 10 minutes, and then the cardiomyocytes (H9c2) were mixed in a cell culture medium of 10 ⁇ L or less, gently dropped onto the hydrogels, incubated in an incubation for 3 to 5 minutes, and then the cell culture was 300 to 400 ⁇ L was added and cultured for one day.
  • the cultured cells were fixed with 4% Glutaraldehyde (Sigma-aldrich) solution and morphology and F-type of cardiomyocytes cultured in hydrogels by Phalloidin antibody and DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindoloble, Sigma-aldrich) staining. actin was identified.
  • H9c2 and myocardial myoblasts were incubated for 24 hours to evaluate the biocompatibility of graphene oxide-supported polyacrylimide hydrogels and their applicability with myocardial patches.
  • the hydrogel prepared by the present invention can be confirmed that H9c2 cell adhesion is excellent and contributes to cell growth without the application of extracellular matrix.
  • H9c2 cell adhesion was the best in polyacrylimide hydrogels with reduced graphene oxides obtained by reducing graphene oxides. Therefore, the electroconductivity of the hydrogels contributes to the interactions between cells. (See FIG. 13).
  • Test Example 2-6 Measurement of Dye Adsorption Ability Using Graphene Supported Polyacrylimide Hydrogel
  • Rhodamine dyes of various concentrations 50 mg / L were prepared. A 6 mm diameter hydrogel was immersed in an aqueous dye solution at room temperature for 3 days to determine the adsorption capacity of the dye. Rhodamine B, Rhodamine 6G, and Rhodamine 123 can be measured at wavelengths of 540, 530, and 500 nm, respectively, in order to determine the amount of adsorbed rhodamine. there was.

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Abstract

본 발명은 그래핀 옥사이드 또는 그래핀을 담지한 천연 또는 합성 고분자 수화겔의 제조방법과 이의 저분자 또는 고분자 물질을 고용량, 선택적으로 흡착 및 담지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 그래핀과 그래핀 유도체를 담지한 알긴산 또는 폴리아크릴아미드 수화겔을 제조하고, 그래핀 옥사이드의 환원정도를 조절함으로써 흡착물의 특성에 맞게 선택적으로 흡수 할 수 있게 조절할 수 있고, 높은 흡착 용량을 보이며 수화물로써 취급이 용이하다. 이러한 특성은 기존의 수화겔에 비하여 수중 또는 유기물상의 물질의 흡착효율을 크게 향상시킬 수 있다. 이를 이용하여, 다양한 종류의 오염물질에 대한 흡착능이 뛰어나 수많은 수처리 산업 및 화학 산업의 수중 오염물질의 제거 및 분리 공정 에 크게 기여할 것이다. 또한 약물이나 저분자를 흡착시켜 약물 및 세포전달 분야에도 응용될 수 있다.

Description

환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 수화젤의 제조방법
본 발명은 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 수화젤의 제조방법, 이렇게 제조된 수화젤 및 이를 포함하는 흡착제 또는 약물 전달체 또는 조직공학용 패치에 관한 것이다.
저분자, 고분자등의 다양한 물질을 흡착하는 다양한 기술은 수질 오염원의 제거 및 약물 전달등의 분야에서 널리 이용되어왔으며, 특히, 선택성을 갖는 고용량의 흡착 담지체의 개발은 이의 분야에서 핵심 기술이다.
수질 오염원들의 대부분이 합성유기물에 의한 피해의 심각성은 오래전부터 잘 알려져 있다. 합성 유기물의 종류는 다양하다. 합성유기물로는 합성비료, 살충제, 페인트, 연료, 플라스틱, 염료 등을 들 수 있다. 이러한 합성 유기물들은 체내로 흡수되어 악영향을 미치게 된다. 종래에는 하천수, 지하수 및 폐수에 존재하는 유기물질과 중금속의 제거를 위해, 화학적 침전법, 이온교환 수지 및 분리막을 이용한 제거법 등이 제시되었다. 그러나 다량 함유하는 오염수의 처리가 어렵고, 비용이 많이 드는 문제점들이 있다. 또한, 다양한 특성을 갖는 소수성 작용기를 갖는 약물을 전달할 수 있는 재료는, 효과적인 약물 전달과 질병의 예방 및 치료에 중요한 요소로 많은 담지용 생체재료가 개발되었다.
이와 같은 종래의 처리 기술이 지닌 문제점을 해결하는 대안으로서 생물학적 처리기술을 이용하여 오염물을 제거하는 방법이다. 생물학적 흡착은 식물과 동물로부터 유래된 고분자 물질을 통해서 가능한 것이다. 조류의 세포벽을 구성하는 주성분인 알긴산은 중금속을 흡착하는 특성을 가진다. 알긴산은 화학적으로는 탄수화물에 속하지만 카복실기를 가지는 천연 고분자로서 음전하를 가지고 있기 때문에 양전하를 가지는 중금속과의 이온교환에 의한 흡착이 가능하다.
한편 최근에는 그래핀 옥사이드를 이용하여 나노 크기의 입자를 경제적으로 합리적인 수준에서 생산할 수 있게 되었다. 그래핀 옥사이드는 하이드록실기, 에폭시기 등등 작용기들을 가지고 있어 수처리를 위해 널리 사용되고 있다. 특히 그래핀 옥사이드는 중금속, 양이온성 유기물 및 휘발성 유기화합물 등과 같은 환경 오염물질에 대한 뛰어난 흡착 효과를 가지고 있다. 또한 그래핀 옥사이드를 환원시켜 얻은 그래핀도 우수한 전기적, 기계적 및 넓은 표면적이란 특성을 가지고 있어, 수용액 상태의 환경오염 물질을 제거하기 위해 사용하고 있다. 그러나 그래핀 옥사이드 또는 그래핀은 부유물 상태로 존재하여 환경 정화재료 또는 약물 전달체로서 사용하는데 어려움이 있고, 나노물질의 특성상 2차 환경오염 유발 가능성이 있어, 그 효과에 비해 사용이 용이하지 않다.
[선행기술문헌]
[비특허문헌]
1. Li, J.; Liu, C.-y.; Liu, Y., Au/graphene hydrogel: synthesis, characterization and its use for catalytic reduction of 4-nitrophenol. Journal of Materials Chemistry 2012, 22 (17), 8426-8430.
2. Geng, Z.; Lin, Y.; Yu, X.; Shen, Q.; Ma, L.; Li, Z.; Pan, N.; Wang, X., Highly efficient dye adsorption and removal: a functional hybrid of reduced graphene oxide-Fe3O4 nanoparticles as an easily regenerative adsorbent. Journal of Materials Chemistry 2012, 22 (8), 3527-3535.
3. Fan, J.; Shi, Z.; Lian, M.; Li, H.; Yin, J., Mechanically strong graphene oxide/sodium alginate/polyacrylamide nanocomposite hydrogel with improved dye adsorption capacity. Journal of Materials Chemistry A 2013, 1 (25), 7433-7443.
따라서, 기존의 문제점들을 해결하고자 본 연구에서는 천연 또는 합성고분자 수화젤에 그래핀과 그래핀 유도체를 담지하여 다양한 친수성, 소수성 저분자들을 고용량, 선택적으로 흡착할 수 있는 발명을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면은 (A) 그래핀 옥사이드 및 수화겔 전구체의 혼합 용액 내에 포함된 상기 수화겔 전구체를 겔화시켜 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 수득하는 단계, (B) 상기 그래핀 옥사이드 함유 수화겔 내에 포함된 상기 그래핀 옥사이드를 환원시켜 환원된 그래핀 옥사이드(rGO) 함유 수화겔을 수득하는 단계를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 측면은 (a) 수화겔 및 (b) 상기 수화겔에 분산된 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 포함하는 흡착제에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 포함하는 심근 패치로서, 상기 수화겔은 폴리아크릴이미드인 것을 특징으로 하는 심근 패치에 관한 것이다.
본 발명의 복합체는 다공성 알긴산 또는 폴리아크릴아미드 겔 및 상기 다공성 겔의 기공내부에 담지되어 있는 그래핀 옥사이드 또는 환원정도를 달리한 그래핀 옥사이드로 유기화합물에 대한 우수한 흡착능을 가지고 있으며, 이를 상기 오염물질에 대한 흡착제로 사용할 경우, 2차 오염물질의 유발 없이 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있고, 처리 비용을 절감할 수 있다. 또한 세포나 생체 활성 분자 또는 기타 특정한 물질을 포함시켜 이들을 운반하는 용도로도 사용될 수 있다.
도 1은 그래핀이 담지된 알긴산 수화겔을 제조하는 종래 방법과 본 발명에 따른 방법을 비교한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 제조하는 방법과 수화겔 내부에 분포한 그래핀의 전기전도성 네트워크 형성을 나타낸 모식도이다.
도 3은 상기 알긴산을 이용한 수화겔을 만드는 방법을 이용하여 만든 수화겔의 사진이다. (a) 알긴산 수화겔(Alg), (b) 그래핀 옥사이드가 담지된 알긴산 수화겔(GO/Alg), (c) 3시간 동안 환원시킨 그래핀 알긴산 수화겔(r(GO/Alg)3h), (d) 12시간 동안 환원시킨 그래핀 알긴산 수화겔(r(GO/Alg)12h), (e) 3시간 환원 후 겔화시킨 수화겔(rGO3h/Alg), (f) 12시간 환원 후 겔화시킨 수화겔(rGO12h/Alg). 도 3의 사진 (g)와 (h)는 높은 배율의 (d)와 (f)에 해당하는 수화겔 사진이다.
도 4는 라만 스펙트럼을 이용하여 그래핀의 환원 정도를 ID/IG 값의 증가에 따라 나타낸 그래프이다.
도 5는 SEM을 이용하여 그래핀이 담지된 알긴산 수화젤의 내부 형태 사진이다.
도 6는 염료 흡착능을 기존의 방법과 비교하여 나타낸 흡착능 그래프이다.
도 7은 다양한 염료의 흡착능을 알긴산, 그래핀 옥사이드가 담지된 수화겔, 그래핀이 담지된 수화겔에 따라 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 의해 제조된 폴리아크릴이미드 수화겔, 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔 그리고 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 3시간, 6시간, 12시간, 24시간 동안 비타민 C를 가지고 그래핀 옥사이드를 환원시켜 얻은 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 사진이다.
도 9는 환원된 그래핀 옥사이드 수화겔의 환원 정도를 분석하기 위하여 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔과 3시간, 6시간, 12시간, 24시간 동안 비타민 C를 가지고 환원시킨 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 라만 스펙트럼을 이용하여 그래핀 옥사이드의 환원 정도를 ID/IG 값의 증가에 따라 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 의해 제조된 폴리아크릴이미드 수화겔, 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔과 환원된 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 동결건조한 후 SEM을 이용하여 각 수화겔의 내부 다공성 구조와 크기 분포를 분석한 사진이다.
도 11은 증류수 혹은 PBS를 함유하고 있는 폴리아크릴이미드 수화겔, 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔과 환원된 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 EIS 방식으로 측정한 임피던스를 나타낸 그래프로서, 본 발명에 의해 제조된 수화겔은 1 내지 40 kΩ/cm2 정도의 임피던스를 나타낸다.
도 12는 본 발명에 의해 제조된 폴리아크릴이미드 수화겔, 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔과 환원된 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 영률을 Rheometer로 측정한 그래프로서, 본 발명에 의해 제조된 수화겔은 1 내지 30 kPa 정도의 영률을 나타낸다.
도 13은 심근세포(H9c2)를 DPBS 1X로 이틀 동안 워싱한 폴리아크릴이미드 수화겔, 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔, 24시간 동안 환원시킨 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔에 하루 동안 배양한 후 고정시키고 Phalloidin anntibody와 DAPI로 염색하여 심근세포의 성장과 모양을 배율에 따라 나타낸 형광 사진이다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
본 발명의 일 측면은 (A) 그래핀 옥사이드 및 수화겔 전구체의 혼합 용액 내에 포함된 상기 수화겔 전구체를 겔화시켜 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 수득하는 단계, (B) 상기 그래핀 옥사이드 함유 수화겔 내에 포함된 상기 그래핀 옥사이드를 환원시켜 환원된 그래핀 옥사이드(rGO) 함유 수화겔을 수득하는 단계를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법에 관한 것이다.
위와 같이 환원된 그래핀 옥사이드가 분산된 고분자 수화겔을 제조함으로써, 그래핀 재응집(restacking)을 방지할 수 있고, 결과적으로 흡착능과 약물 포집능 등의 효과를 극대화할 수 있다는 장점이 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 수화겔은 알긴산 수화겔이고, 상기 수화겔 전구체는 알긴산 염이다. 또는 다른 구현예에 따르면, 상기 수화겔은 폴리아크릴이미드 수화겔이고, 상기 수화겔 전구체는 아크릴이미드이다.
이와 같이 본 발명에 있어 수화겔의 예에는 알긴산 수화겔, 폴리아크릴이미드 수화젤 등이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 다만 특히 이 중에서도 알긴산 수화겔을 사용하는 것이 염료 흡착에 유리한 효과를 얻을 수 있어 가장 바람직하고, 또한 폴리아크릴이미드 수화겔을 사용하는 것이 심근 패치와 같은 세포 및 조직용 생체재료의 응용에 유리한 효과를 얻을 수 있어 가장 바람직하다.
만일 알긴산 수화젤을 사용하는 경우, 사용 가능한 수화겔 전구체의 예에는 알긴산 소듐 염, 알긴산 칼슘 염, 알긴산 칼륨 염 등이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 다만 특히 이 중에서도 알긴산 소듐 염을 사용하는 것이 높은 용해도로 수용액으로 사용하기에 유리한 효과를 얻을 수 있어 가장 바람직하다.
또는 만일 폴리아크릴이미드 수화젤을 사용하는 경우, 사용 가능한 수화겔 전구체의 예에는 아크릴이미드, 비닐알코올, 히드록시에틸 메타크릴산 등이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 다만 특히 이 중에서도 아크릴이미드를 사용하는 것이 다양한 범위의 물리적 탄성을 구현할 수 있으며, 특히 심근과 유사한 탄성과 물리적 특성 모방에 유리한 효과를 얻을 수 있어 가장 바람직하다.
상기 겔화 공정조건 등을 조절함으로써 수화겔의 가교도를 조절할 수 있고, 이를 통해서 흡착능 및 약물 포집능과 같은 물성을 극대화하거나 세밀히 조절할 수 있다는 장점이 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 수화겔은 알긴산 수화겔이고, 상기 가교제는 염화칼슘이다. 만일 상기 수화겔이 알긴산 수화겔인 경우, 상기 겔화를 위한 다가 양이온의 예에는 칼슘, 바륨, 마그네슘, 철, 스트론튬 등이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 다만 특히 이 중에서도 염화칼슘을 사용하는 것이 빠르게 겔화시키는데 유리한 효과를 얻을 수 있어 가장 바람직하다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 수화겔은 폴리아크릴이미드 수화겔이고, 상기 가교제는 과산화황산암모늄이다. 만일 상기 수화겔이 폴리아크릴이미드 수화겔인 경우, 상기 겔화를 위한 다가 양이온 화합물의 예에는 과산화황산암모늄, 과산화황산칼륨, 과산화소다, 리보플라빈 등이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 다만 특히 이 중에서도 과산화황산암모늄을 사용하는 것이 물에 녹는 즉시 일어나는 빠른 반응으로 인하여 물리적 특성이 우수한 수화겔을 제조함에 있어 유리한 효과를 얻을 수 있어 가장 바람직하다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 환원은 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 환원 용액에 침지시켜 수행된다. 이와 같이, 본 발명에 있어서 상기 환원은 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 환원 용액에 침지시키거나 HI 기체를 접촉시킴으로써 수행될 수도 있고 또는 근적외선을 조사하는 방법으로 수행될 수도 있으며, 상기 언급한 환원 방법에 한정되지 않는다. 다만 환원 용액에 침지시켜 환원시키는 것이 물을 포함한 수화겔을 환원시키기에 유리한 효과를 얻을 수 있어 바람직하다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 환원 용액은 L-아스코르브산을 포함한다. 이 경우, 상기 환원을 위한 환원 용액에는 환원제를 포함하게 되며, 사용 가능한 환원제의 종류에는 L-아스코르브산 또는 비타민 C, 하이드라진 등이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 다만 특히 이 중에서도 L-아스코르브산을 사용하는 것이 독성이 없기 때문에 유리한 효과를 얻을 수 있어 가장 바람직하다.
그래핀 옥사이드의 환원 정도를 조절함으로써 그래핀 옥사이드 : 환원된 그래핀 옥사이드의 비율(GO : rGO)이 달라져서 전체적인 소수성을 조절할 수 있으며, 이를 통해서 흡착능 및 약물 포집능과 같은 물성을 극대화하거나 세밀히 조절할 수 있다는 장점이 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 수화겔은 알긴산 수화겔이고, 상기 환원은 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 라만 분석 결과 D 밴드의 세기(ID)와 G 밴드이 세기(IG)의 비율(ID/IG)이 1.6 내지 2.2가 되고, 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 XPS 분석 결과 C/O 원소 비율이 1.6 내지 1.9이 되도록 수행된다.
만일 수화겔이 알긴산 수화겔인 경우, 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 라만 분석 결과 D 밴드의 세기(ID)와 G 밴드이 세기(IG)의 비율(ID/IG)이 1.6 내지 2.2이 되고 또한 XPS 분석 결과 C/O 원소 비율도 1.6 내지 1.9이 되도록 환원을 수행하는 것이 적절한 환원을 통해서 저분자뿐만 아니라 고분자 물질에 대한 흡착능도 동시에 극대화할 수 있어 유리하다는 점을 확인하였다.
특히 ID/IG 비율이 1.7 내지 2.1의 범위 내에 있고 C/O 원소 비율도 1.65 내지 1.75 범위 내에 있도록 환원을 수행하는 것이 바람직하고, ID/IG 비율이 1.8 내지 2.1 범위 내에 있고 C/O 원소 비율도 1.7 내지 1.75 범위 내에 있도록 환원을 수행하는 것이 가장 바람직하다. 특히 상기 ID/IG 비율과 상기 C/O 원소 비율이 상기 가장 바람직한 범위 내에 있는 경우에는 상기 가장 바람직한 범위 밖인 경우와 달리 소수성이 증대되어 흡착능 및 약물 전달능이 극대화될 수 있을 뿐만 아니라, 환원된 그래핀 옥사이드가 수화겔에 골고루 분산된 상태에서 수화겔의 다층형 내부 구조를 유지시켜 시간이 지나고 흡착/탈착 또는 약물 포집/방출의 반복 횟수가 늘어나더라도 흡착능 및 약물 전달능이 거의 변하지 않고 유지시킬 수 있다는 점을 확인하였다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 수화겔은 폴리아크릴이미드 수화겔이고, 상기 환원은 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 라만 분석 결과 D 밴드의 세기(ID)와 G 밴드이 세기(IG)의 비율(ID/IG)이 0.95 내지 1.5가 되도록 수행된다.
만일 수화겔이 폴리아크릴이미드 수화겔인 경우에, 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 라만 분석 결과 ID/IG 비율이 0.95 내지 1.5가 되도록 환원을 수행하는 것이 유리하다.
특히 ID/IG 비율이 1 내지 1.4의 범위 내에 있도록 환원을 수행하는 것이 바람직하고, ID/IG 비율이 1.1 내지 1.35 범위 내에 있도록 환원을 수행하는 것이 가장 바람직하다. 특히 상기 ID/IG 비율과 상기 C/O 원소 비율이 상기 가장 바람직한 범위 내에 있는 경우에는 상기 가장 바람직한 범위 밖인 경우와 달리 그래핀으로 환원됨에 따라 전기전도성의 증가에 유리한 효과를 보일 수 있다는 점을 확인하였다.
본 발명의 다른 측면은 (a) 수화겔 및 (b) 상기 수화겔에 분산된 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔에 관한 것이다.
일 구현예에 따르면, 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔은 상기 수화겔 형성 후에 그래핀 옥사이드를 환원시켜 제조된 것이다.
다른 구현예에 따르면, 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔은 본 발명의 여러 구현예에 따른 제조방법에 의해 제조된 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 포함하는 흡착제에 관한 것이다.
본 발명에 따른 흡착제의 흡착 대상 물질은 소수성 유기 물질 또는 쌍성이온형 유기 물질인 것이 바람직하다. 상기 소수성 유기 물질의 예에는 RB, R110 등이 포함되고, 상기 쌍성이온형 유기 물질의 예에는 R6G, R123 등이 포함되나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예 ㅊ에 따른 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 포함하는 약물 전달체에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 포함하는 심근 패치로서, 상기 수화겔은 폴리아크릴이미드인 것을 특징으로 하는 조직공학 응용을 위한 생체재료로의 용용에 관한 것이며, 심근 패치에 한정되지 않는다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
실시예
실시예 1: 그래핀이 담지된 알긴산 수화겔 제작 및 환원
효과적인 흡착능을 위한 그래핀-담지 알긴산 수화겔을 만들기 위하여, 환원된 그래핀 옥사이드를 담지하는 기존의 방법과는 다르게, 그래핀 옥사이드와 알긴산 수용액을 혼합하고 수화겔을 만든 후 환원시켰다. 환원된 그래핀 옥사이드를 사용할 경우 소수성 상호작용으로 인해 응집이 생기기 때문에 똑같은 양의 그래핀 옥사이드 양이 들어있더라도 효과적인 염료 흡착능을 가질 수가 없기 때문에 위와 같은 방법으로 그래핀을 담지한 알긴산 수화겔을 만들었다(도 1 참조).
구체적으로, 2 mg/mL 농도의 그래핀 옥사이드 수용액(Graphene supermarket)에 2 중량% 농도가 되도록 알긴산 소듐 염(FMC biopolymer)을 첨가하여 12 시간 동안 200 rpm에서 교반하였다. 그 뒤 상기 알긴산과 그래핀 옥사이드의 혼합 용액을 수화겔로 만들기 위하여 12 시간 동안 0.03 M 농도의 다가 양이온 용액인 염화칼슘(CaCl2) 용액 10 mL에 담가 알긴산 수화겔을 만들었다. 수화겔을 만든 후 증류수로 2번 세척하였다. 만들어진 수화겔을 0.6 cm 지름의 펀치로 뚫어 같은 크기의 젤 시료를 제조하였다. 상기 겔을 환원하기 위하여 수화겔을 2 mg/mL 비타민 C 수용액에 담그어 37 ℃에서 시간을 달리하여(3시간 및 12 시간) 환원 정도를 달리한 수화겔을 제조하였다. 환원된 그래핀 옥사이드가 담지된 알긴산 수화겔을 증류수를 이용하여 남아 있는 비타민 C를 제거해 주었다(도 3 참조).
도 3은 상기 알긴산을 이용한 수화겔을 만드는 방법을 이용하여 만든 수화겔의 사진이다. (a) 알긴산 수화겔(Alg), (b) 그래핀 옥사이드가 담지된 알긴산 수화겔(GO/Alg), (c) 3시간 동안 환원시킨 그래핀 알긴산 수화겔(r(GO/Alg)3h), (d) 12시간 동안 환원시킨 그래핀 알긴산 수화겔(r(GO/Alg)12h), (e) 3시간 환원 후 겔화시킨 수화겔(rGO3h/Alg), (f) 12시간 환원 후 겔화시킨 수화겔(rGO12h/Alg). (g)와 (h)는 높은 배율의 (d)와 (f)에 해당하는 수화겔 사진이다.
비타민 C를 이용하여 환원시킬 경우, 그래핀 옥사이드가 환원이 되면서 젤의 색이 갈색에서 흑색이 되는 것을 볼 수 있었고, 또한 도 3의 (g)와 (h)의 사진을 비교해 보았을 때 도 3의 (g) 사진은 응집이 없이 고루 분포되어 검은 수화겔을 볼 수 있었고, 도 3의 (h)의 사진은 환원된 그래핀 옥사이드를 사용할 경우 응집이 눈에 보이는 것을 볼 수 있었다.
시험예 1-1: 그래핀이 담지된 알긴산 수화겔 환원 정도 측정
상기 그래핀이 담지된 알긴산 수화겔을 0.1 M EDTA 용액을 이용하여 수용액화시켰다. 그 후 8,000 rpm에서 10 분 동안 원심분리를 해준 후 증류수로 남아있는 EDTA를 제거하였다. 그래핀 수용액을 슬라이드 글래스 위해 떨어뜨려 말린 후, Raman Spectroscopy (a UniThink Inc., UniRaman, 514 nm laser)를 이용하여 측정하였다(도 4 참조).
그래핀 옥사이드의 환원 정도에 따라 그 잔기가 달라지기 때문에 흡착능이 달라지는 것을 알기 위하여 라만 분석법을 이용하여 알긴산 수화젤에 담지된 그래핀의 환원정도를 측정하였다. Raman 그래프에선 D band (1350 cm-1)와 G band (1590 cm-1)를 볼 수 있는데, D band와 G band의 강도의 차이 ID/IG 의 증가로 그래핀의 환원정도를 볼 수 있다. 도 4를 보면 GO/Alg과 r(GO/Alg)3h 및 r(GO/Alg)12h 샘플에 따라 ID/IG 값이 각각 1.48과 1.83 및 2.06으로 점차 증가하는 것을 볼 수 있다. 또한 환원된 그래핀 옥사이드를 넣은 수화겔(rGO3h/Alg 및 rGO12h/Alg)도 각각 1.93과 2.04로 비슷한 ID/IG 값을 확인할 수 있다. 다시 말하면 환원 시간이 길어질수록 ID/IG 값이 증가함을 알 수 있고, 이를 통해서 환원 정도가 증가하였음을 확인할 수 있다(도 4 참조).
또한 XPS 분석법으로도 환원이 되었다는 것을 확인하였으며, 원소 분석 결과 C/O 값이 GO/Alg는 1.49를 보이다가 r(GO/Alg)12h 1.73으로 증가함을 알 수 있고, 이를 통해 그래핀 옥사이드가 점차 잘 환원되었다는 것을 확인할 수 있다.
시험예 1-2: 그래핀이 담지된 알긴산 수화겔 내부 형태 분석
상기 그래핀이 담지된 알긴산 수화겔을 액체 질소를 이용하여 냉각시킨 후 3일 동안 동결 건조하였다. 건조된 수화겔을 플래티넘 처리를 한 후 SEM(Scanning electron microscopy)을 이용하여 분석하였다(도 5 참조).
도 5는 SEM 분석을 통해 수화겔의 내부 구조를 확인할 수 있다. Alg, GO/Alg, r(GO/Alg)3h, r(GO/Alg)12h 샘플의 수화겔 내부를 보면 그래핀 옥사이드가 환원될수록 소수성 상호작용으로 인해 층층이 쌓이는 구조를 보인다. 또한 내부에 환원된 그래핀의 응집은 전혀 관찰되지 않았다.
시험예 1-3: 그래핀이 담지된 알긴산 수화겔을 이용한 염료 흡착능 측정
pH 6.5를 맞춘 다양한 농도(20 내지 400 mg/L)의 로다민(Rhodamine) 계열의 염료(Sigma-Aldrich)를 준비하였다. 6 mm 직경의 하이드로젤을 3 일 동안 실온에서 염료 수용액에 담가 염료의 흡착능을 확인하였다. 로다민 B (Rhodamine B), 로다민 6G (Rhodamine 6G), 로다민 110 (Rhodamine 110), 로다민 123 (Rhodamine 123)을 각각 순서대로 최대 파장 540, 530, 500, 500 nm에서 측정하여 표준 곡선을 그어 흡착된 로다민의 양을 측정하였다(도 6 및 7).
이는 소수성인 로다민 염료를 가지고 환원 정도에 따라 흡착능이 얼마나 달라지는지 알아보기 위한 시험이며, 이를 통해서 환원이 될수록 염료의 제거 효율이 높아지는 것을 볼 수 있었고, 또한 환원된 그래핀을 담지한 수화겔의 경우 수화겔을 만들고 환원시켜준 수화젤에 비해 효율이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 이것은 소수성인 로다민 염료가 소수성인 환원된 그래핀 옥사이드와 소수성 결합을 하여 더 효과적인 염료 흡착능을 보이는 것으로 보인다(도 6 참조).
잔기가 다른 로다민 계열 염료를 통하여 그래핀이 담지된 수화젤의 흡착능에 대해 시험하였다. Rhodamine B (RB), Rhodamine 110 (R110), Rhodamine 6G (R6G), Rhodamine 123 (R123)은 각기 다른 종류의 작용기를 가지고 있기 때문에 그래핀이 담지된 수화젤과 각기 다른 상호작용을 하였다. 결과적으로 R6G나 R123의 염료는 소수성 상호작용이 더 큰 영향을 미치므로 양쪽성 이온을 가지고 있고, 이러한 양쪽성 이온을 가진 염료들이 뛰어난 흡착능을 보임을 확인하였다. 그래핀 옥사이드가 환원되면서 수소 결합이나 이온 결합을 할 수 있는 부분이 줄어들기 때문에 소수성 염료들의 흡착능을 더 늘려 줄 수 있기 때문인 것으로 보인다(도 7 참조).
실시예 2: 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 제작 및 환원
균일한 전기전도성과 탄성을 갖는 심근 패치로 응용할 수 있는 수화겔을 제작하기 위하여 환원된 그래핀 옥사이드를 담지하는 기존의 방법과는 다르게, 그래핀 옥사이드와 아크릴이미드 수용액을 혼합하고 수화겔을 만든 후 산화 그래핀을 비타민 C를 이용하여 환원시켰다(도 2 참조).
구체적으로 아크릴이미드 29 : 비스아크릴이미드 1로 총 농도가 30 중량 비율이 되도록 혼합된 수용액(Sigma-aldrich) 2.64 mL, 6 mg/mL 농도의 그래핀 옥사이드 용액(Graphene supermarket) 4 mL와 증류수 1.36 mL를 0 ℃에서 혼합한 후 과산화황산 암모늄(Sigma-aldrich)을 80 μL 첨가하여 다시 혼합하였다. 그 후에 1 mm 간격의 주형대(casting stand, Bio-rad)에 상기 용액을 7 내지 8 mL 넣어준 후 60 ℃ 온도에서 4 시간 동안 겔화하였다. 상기 수화겔을 2 mg/mL 농도의 비타민 C를 이용하여 37 ℃에서 다양한 시간(3, 6, 12, 24 시간) 동안 환원시켰다(도 8 참조).
도 8을 보면 상기 아크릴이미드를 이용하여 제조된 수화겔을 포함하는 샘플들을 보여준다. 비타민 C를 이용하여 환원시킬 경우 산화 그래핀의 환원 정도가 증가할수록 수화겔의 색상이 갈색에서 흑색으로 변하는 것을 관찰할 수 있다(도 8 참조).
시험예 2-1: 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 내부 형태 분석
그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 액체 질소를 이용하여 급속 냉각한 후 동결 건조하였다. 건조된 수화겔을 막자와 막자 사발을 이용하여 잘게 부수어 증류수에 섞어주었다. 잘게 부수어진 수화겔을 포함하는 용액을 슬라이드 글라스에 소량 떨어뜨린 후 전열기에서 증류수를 증발시킨 후 Raman Spectroscopy (a UniThink Inc., UniRaman, 514nm laser)를 이용하여 환원 정도를 측정하였다(도 9 참조).
즉, 산화 그래핀의 환원 정도에 따라 전기전도성이 증가하므로 환원 정도에 따른 전기전도성의 증가를 확인하기 위하여 라만 분석법을 이용하여 산화 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 환원 정도를 측정하고 임피던스 측정을 통해 환원시간이 증가함에 따라 전기전도성이 증가함을 확인하였다. 도 10을 보면 GO/PAAm, r(GO/PAAm)3h, r(GO/PAAm)6h, r(GO/PAAm)12h, r(GO/PAAm)24h 샘플에 대한 ID/IG 값이 각각 0.83, 1.12, 1.21, 1.23, 1.31으로 증가하는 것을 볼 수 있다. 즉, 환원 시간이 길어질수록 ID/IG 값이 증가함에 따라 환원이 되었다는 것을 확인할 수 있다.
시험예 2-2: 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 환원 정도 측정
그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 액체질소를 이용하여 급속 냉각한 후 동결 건조하였다. 건조된 수화겔에 대해 플래티넘을 처리한 후 SEM (Scanning electron microscopy)을 이용하여 내부 구조를 분석하였다(도 10 참조).
도 10은 SEM 분석 결과로서 수화겔의 내부 구조를 보여준다. 수화겔의 삼차원적인 높은 다공성 내부 구조는 이와 같이 제조된 수화겔이 생체 재료로서 높은 표면적 등의 생체 내부 구조의 모방을 통해 생체 재료로서의 적합하게 활용될 수 있다는 점을 보여준다.
시험예 2-3: 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 물리적 특성 측정
폴리아크릴이미드 수화겔과 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔, 그리고 다양한 시간 동안 환원된 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 12 mm의 직경으로 제작하였다. 준비된 수화겔의 물기를 제거한 후 Rheometer를 이용하여 스윕 진동수를 10 내지 0.1 Hz로 설정하였고 수화겔과 로드셀 사이의 간격을 0.8 mm로 설정한 후 영률을 측정하였다(도 11 참조).
도 11을 보면 증류수와 PBS를 이용하여 각각 팽윤시킨 수화겔의 임피던스를 측정한 결과, 환원 시간이 길어짐에 따라, 즉 환원정도가 증가됨에 따라 전기전도성이 증가하는 것을 볼 수 있다. 증류수에서 팽윤시킨 수화겔의 경우 환원을 통하여 수화겔 자체적으로 전기전도성을 갖게 됨을 확인할 수 있고, PBS에서 팽윤시킨 수화겔의 전기전도성 측정을 통하여 체액과 비슷한 환경에서도 전기전도성을 보임을 확인할 수 있다.
시험예 2-4: 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 전기전도성 측정
폴리아크릴이미드 수화겔과 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔, 그리고 다양한 시간 동안 환원된 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 8 mm의 직경으로 제작하였다. 준비된 수화겔을 2개의 ITO 글라스 사이에 위치시킨 후 각 ITO 글라스에 구리 테이프를 부착하여 전극과 연결하였다. 2개의 ITO 글라스 사이는 0.45 mm의 간격이 되도록 하여 수화겔이 ITO 글라스와 모든 면적이 맞닿도록 200 g 이상의 물체로 눌러 주고 임피던스(EIS : electrochemistry impedance spectroscopy) 방식으로 교류를 수화겔에 가해주면서 1 Hz에서의 임피던스를 측정하였다(도 12 참조).
본 발명에 의해 제작된 수화겔을 전기전도성과 탄성을 갖는 심근 패치로서 활용하려면 수화겔이 심근과 유사한 탄성률을 갖추어야 하는데, 위와 같이 산화 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 물리적 특성을 평가하기 위하여 탄성률을 측정한 결과, 본 발명에 의해 제작된 수화겔들이 심근의 탄성률은 1-30 kPa 정도의 영률을 보여, 1-100 kPa 정도를 보이는 심근의 탄성률과 유사하여 심근 패치로서 활용 가능함을 확인하였다(도 12 참조).
시험예 2-5: 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 심근세포 배양
폴리아크릴이미드 수화겔과 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔, 그리고 24 시간 동안 환원된 그래핀 옥사이드가 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 8 mm의 직경으로 제작하였다. 준비된 수화겔을 48홈 세포 배양 디쉬에 넣고 에탄올과 자외선을 이용하여 살균 및 소독을 한 후 DPBS(Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline 1X, Gibco) 용액을 이용하여 이틀 동안 세척하였다. 세척된 수화겔들을 인큐베이션에서 5 내지 10 분 동안 표면 건조한 후 심근세포(H9c2)를 10 μL 이하의 세포 배양액에 혼합하여 수화겔 위에 살짝 떨어뜨린 다음 3 내지 5 분 동안 인큐베이션에서 배양한 뒤 세포 배양액을 300 내지 400 μL 정도 넣어주고 하루 동안 배양시켰다. 배양이 끝난 세포는 Glutaraldehyde 4% (Sigma-aldrich) 용액으로 고정시키고 Phalloidin antibody와 DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindoloble, Sigma-aldrich) 염색을 통해 수화겔에서 배양된 심근 세포의 형태와 F-actin을 확인하였다.
산화 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔의 생체적합성과 심근 패치로 적용 가능성을 평가하기 위하여 H9c2, 심근 근아 세포를 24시간 동안 배양하였다. 본 발명에 의해 제작된 수화겔은 세포외기질의 적용이 없이도 H9c2 세포부착이 우수하고 세포성장에 기여함을 확인할 수 있다. 특히 산화 그래핀을 환원하여 얻은 환원된 산화 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔에서 H9c2 세포부착이 가장 우수한 것으로 보아 이 수화겔의 전기전도성이 세포간의 상호작용에 기여함으로써 세포부착과 세포성장에 효과가 있음을 보였다(도 13 참조).
시험예 2-6: 그래핀이 담지된 폴리아크릴이미드 수화겔을 이용한 염료 흡착능 측정
다양한 농도 (50 mg/L)의 로다민(Rhodamine) 염료를 준비하였다. 6 mm 직경의 하이드로젤을 3 일 동안 실온에서 염료 수용액에 담가 염료의 흡착능을 알아보았다. 로다민 B (Rhodamine B), 로다민 6G (Rhodamine 6G), 로다민 123 (Rhodamine 123) 각각 순서대로 최대 파장 540, 530, 500 nm에서 측정하여 표준 곡선을 그어 흡착된 로다민의 양을 측정할 수 있었다.

Claims (15)

  1. (A) 그래핀 옥사이드 및 수화겔 전구체의 혼합 용액 내에 포함된 상기 수화겔 전구체를 겔화시켜 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 수득하는 단계,
    (B) 상기 그래핀 옥사이드 함유 수화겔 내에 포함된 상기 그래핀 옥사이드를 환원시켜 환원된 그래핀 옥사이드(rGO) 함유 수화겔을 수득하는 단계를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수화겔은 알긴산 수화겔이고, 상기 수화겔 전구체는 알긴산 염인 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수화겔은 폴리아크릴이미드 수화겔이고, 상기 수화겔 전구체는 아크릴이미드인 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 겔화는 상기 혼합 용액에 가교제를 첨가함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수화겔은 알긴산 수화겔이고, 상기 가교제는 염화칼슘인 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수화겔은 폴리아크릴이미드 수화겔이고, 상기 가교제는 과산화황산암모늄인 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 환원은 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 환원 용액에 침지시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 환원 용액은 L-아스코르브산을 포함하는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 수화겔은 알긴산 수화겔이고, 상기 환원은 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 라만 분석 결과 D 밴드의 세기(ID)와 G 밴드이 세기(IG)의 비율(ID/IG)이 1.6 내지 2.2가 되고, 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 XPS 분석 결과 C/O 원소 비율이 1.6 내지 1.9이 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 수화겔은 폴리아크릴이미드 수화겔이고, 상기 환원은 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 라만 분석 결과 D 밴드의 세기(ID)와 G 밴드이 세기(IG)의 비율(ID/IG)이 0.95 내지 1.5가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔의 제조방법.
  11. (a) 수화겔 및 (b) 상기 수화겔에 분산된 환원된 그래핀 옥사이드를 포함하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔.
  12. 제11항에 있어서, 상기 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔은 상기 수화겔 형성 후에 그래핀 옥사이드를 환원시켜 제조된 것을 특징으로 하는 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔.
  13. 제12항에 따른 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 포함하는 흡착제.
  14. 제12항에 따른 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 포함하는 약물 전달체.
  15. 제12항에 따른 환원된 그래핀 옥사이드 함유 수화겔을 포함하는 조직공학용 생체재료 패치로서, 상기 수화겔은 폴리아크릴이미드인 것을 특징으로 하는 심근 패치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018130992A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-19 Jalbout Abraham Fouad Compositions for water retention and time-elapsed release
CN109481422A (zh) * 2018-11-20 2019-03-19 广西中医药大学 一种氧化石墨烯电热膜透皮贴剂
CN110523394A (zh) * 2019-09-02 2019-12-03 山东利特纳米技术有限公司 一种氧化石墨烯-pada成型材料及其制备方法与应用

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3619728A1 (en) * 2017-05-05 2020-03-11 Sigma Aldrich Co. LLC Methods for making graphene oxide gels
CN108272774B (zh) * 2018-03-15 2020-06-16 广西中医药大学 一种石墨烯治疗痛经贴及其制作方法
CN108693218B (zh) * 2018-03-23 2023-11-03 天津大学 一种可感知水工建筑物内部含水信息的智能骨料
KR102250792B1 (ko) * 2018-04-09 2021-05-11 광주과학기술원 마이크로 패턴화된 전도성 하이드로젤 및 이의 제조방법
CN108653244B (zh) * 2018-06-06 2020-05-12 广西中医药大学 一种石墨烯男性扶元贴及其制备方法
CN111085178A (zh) * 2018-10-24 2020-05-01 中国石油化工股份有限公司 含有碳纳米管的丙烯酰胺聚合物的制备方法及应用
CN109759026A (zh) * 2019-01-30 2019-05-17 同济大学 氨基修饰海藻酸盐-石墨烯双网络凝胶球及其制备方法和应用
CN110065988B (zh) * 2019-04-23 2022-03-01 中国石油大学(华东) 一种复合水凝胶在重金属离子去除中的应用
US10683726B1 (en) 2019-04-29 2020-06-16 Saudi Arabian Oil Company Isolation polymer packer
CN112915209A (zh) * 2019-12-06 2021-06-08 百脉迪生物科技(苏州)有限公司 一种复合材料及其制备方法和应用
EP4070784A4 (en) * 2019-12-06 2023-01-18 Biomodi Biotech (Suzhou) Co., Ltd COMPOSITE MATERIAL, METHOD OF MANUFACTURE THEREOF AND USE THEREOF
CN111028983B (zh) * 2019-12-16 2021-07-30 天新福（北京）医疗器材股份有限公司 一种导电复合材料及其制备方法和应用
CN111871391B (zh) * 2020-07-09 2022-06-07 清华大学 聚乙烯醇/氧化石墨烯/二氧化锰吸附剂的制备及应用
CN112480506A (zh) * 2020-11-27 2021-03-12 恒劢安全防护用品（南通）有限公司 石墨烯水凝胶改性乳胶及石墨烯改性水凝胶橡胶手套的制备方法
CN112808253B (zh) * 2020-12-30 2022-10-28 合肥学院 一种电场敏感性聚丙烯酰胺/MXene水凝胶及其制备方法与应用
US11802232B2 (en) 2021-03-10 2023-10-31 Saudi Arabian Oil Company Polymer-nanofiller hydrogels
CN113171464B (zh) * 2021-04-19 2022-01-18 苏州大学 石墨烯增强水凝胶、石墨烯增强水凝胶细菌载体及制备方法和应用
CN113278188B (zh) * 2021-04-20 2022-06-03 浙江农林大学 一种高强韧应变响应氧化石墨烯导电水凝胶及其制备方法与应用
CN113511708B (zh) * 2021-05-31 2023-03-21 北京化工大学 一种负载MXenes水凝胶三维粒子电极制备和用于染料废水处理的方法
KR102599325B1 (ko) * 2021-06-14 2023-11-08 광주과학기술원 그래핀 젤라틴 복합체 수화젤
US11572761B1 (en) 2021-12-14 2023-02-07 Saudi Arabian Oil Company Rigless method for selective zonal isolation in subterranean formations using colloidal silica
US11708521B2 (en) 2021-12-14 2023-07-25 Saudi Arabian Oil Company Rigless method for selective zonal isolation in subterranean formations using polymer gels
US12158053B2 (en) 2021-12-14 2024-12-03 Saudi Arabian Oil Company Selective zonal isolation
CN115212847A (zh) * 2022-01-10 2022-10-21 昆明理工大学 一种同步去除重金属和抗生素新型吸附剂的制备方法
CN114681675A (zh) * 2022-04-08 2022-07-01 张楷乐 一种3d打印水凝胶尿道支架的制备方法
CN115110203B (zh) * 2022-05-09 2023-12-01 南京工业大学 一种疏水性pvdf-go纳米纤维膜、制备方法及用途
CN114685817B (zh) * 2022-05-11 2023-07-28 武夷学院 聚丙烯酸/氮硫共掺杂石墨烯互穿网络聚合物水凝胶的制备方法及其用途
CN114773632B (zh) * 2022-05-30 2024-10-22 华东师范大学 一种导电水凝胶的制备方法及其应用
CN115282930A (zh) * 2022-06-10 2022-11-04 黄河三角洲京博化工研究院有限公司 一种石墨烯杂化材料及其制备方法和应用
CN115839987B (zh) * 2022-09-01 2024-11-15 哈深迪(广东)生物科技有限公司 一种分析运动幅度、语音识别和检测运动汗水成分的设备及其制备方法和应用
CN115582103B (zh) * 2022-11-02 2023-10-10 兰州理工大学 一种不同成分多级网络固定二硫化钼的吸附剂和制备方法及其应用
CN115624647B (zh) * 2022-11-10 2023-12-12 北京科技大学 一种复合创口愈合药物与膜精华液的生物膜医用敷料及其制备方法和应用
CN116618026B (zh) * 2023-06-08 2025-08-19 中国科学技术大学先进技术研究院 除甲醛氧化石墨烯水凝胶负载材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050075454A1 (en) * 2002-06-21 2005-04-07 Isp Investments Inc. Process of making polymeric hydrogels by reactive extrusion
KR20140114622A (ko) * 2013-03-19 2014-09-29 전남대학교산학협력단 일회용 기저귀에 활용 가능한 천연고분자를 함유하는 흡수성 수지 및 이의 제조방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9944729B2 (en) * 2011-12-09 2018-04-17 University of Pittsburgh—of the Commonwealth System of Higher Education Redox stimulated variable-modulus material
CN102675508A (zh) * 2012-01-04 2012-09-19 河南科技大学 一种氧化石墨烯纳米复合有机水凝胶及其制备方法
US9994812B2 (en) * 2012-04-04 2018-06-12 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Systems and method for engineering muscle tissue
CN103073665B (zh) * 2013-01-19 2014-12-31 华南理工大学 高强度、温度敏感的聚合物-氧化石墨烯复合水凝胶和导电石墨烯复合水凝胶及其制备方法
CN104255792A (zh) * 2014-09-26 2015-01-07 江南大学 一种多酚类化合物修饰还原载银石墨烯抗菌水凝胶的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050075454A1 (en) * 2002-06-21 2005-04-07 Isp Investments Inc. Process of making polymeric hydrogels by reactive extrusion
KR20140114622A (ko) * 2013-03-19 2014-09-29 전남대학교산학협력단 일회용 기저귀에 활용 가능한 천연고분자를 함유하는 흡수성 수지 및 이의 제조방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALGOTHMI ET AL.: "Alginated-Graphene Oxide Hybrid Gel Bead: An Efficient Copper Adsorbent Material", JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE, vol. 397, 12 February 2013 (2013-02-12), pages 32 - 38, XP028999764 *
LEE, JAE YEONG ET AL.: "Study on Development of Electroconductive Hydrogel-based Myocardium Patch Material", 2014 SPECIALIZED STUDY GROUP BUSINESS, 26 January 2014 (2014-01-26) *
TIWARI ET AL.: "Reduced Graphene Oxide-based Hydrogels for the Efficient Capture of Dye Pollutants from Aqueous Solutions", CARBON, vol. 56, 10 January 2013 (2013-01-10), pages 173 - 182, XP028985681 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018130992A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-19 Jalbout Abraham Fouad Compositions for water retention and time-elapsed release
CN109481422A (zh) * 2018-11-20 2019-03-19 广西中医药大学 一种氧化石墨烯电热膜透皮贴剂
CN109481422B (zh) * 2018-11-20 2022-11-11 广西中医药大学 一种氧化石墨烯电热膜透皮贴剂
CN110523394A (zh) * 2019-09-02 2019-12-03 山东利特纳米技术有限公司 一种氧化石墨烯-pada成型材料及其制备方法与应用
CN110523394B (zh) * 2019-09-02 2021-09-21 山东利特纳米技术有限公司 一种氧化石墨烯-pada成型材料及其制备方法与应用

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