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주랑 순
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일반총설 자극감응형고분자의합성및응용 강윤미 ᆞ 김이슬 ᆞ 이상효 ᆞ 손진수 ᆞ 이봉 ᆞ 김재호 ᆞ 김문석 1.

또한, 수화젤은생체적합성이높은물질로다량의물을흡수한상태에서는생체의조직과유사한거동을보인다.

2,3 이러한자극감응형수화젤의개발은우수한생체적합성과외부환경에대한감응성등의특징때문에약물의부작용을최소화할수있고, 고효율및서방형약물전달시스템으로응용이가능하여현재까지도다양한연구가진행되고있다.

강윤미 2005 2009 2009 현재 김이슬 2005 2009 2009 현재 이상효 2001 2009 2009 현재 부경대학교고분자공학과 ( 학사 ) 아주대학교분자과학기술과 ( 석사 ) 부경대학교고분자공학과 ( 학사 )

1992 1995 1995 현재 인하대학교고분자공학과 ( 학사 ) 인하대학교고분자공학과 ( 석사 ) 동경공업대학전자화학과 ( 석사 ) 동경공업대학전자화학과 ( 박사 ) 일본가와무라이화학연구소, 연구원부경대학교응용화학공학부, 교수 김재호

2003 2009 2009 현재 아주대학교화학공학과 ( 학사 ) University of Nebraska-Lincoln( 박사 ) Ames Lab-USDOE(Post Doc) Ames Lab-USDOE, 선임연구원 Univ.

of Wisconsin, 교환교수아주대학교분자과학기술과, 교수 인하대하교고분자공학과 ( 학사 ) 삼성화학페인트 ( 주 ) 연구원인하대하교고분자공학과 ( 학사 ) 동경공업대학전자화학과 ( 박사 ) University of

1 일반총설 자극감응형고분자의합성및응용 강윤미 ᆞ 김이슬 ᆞ 이상효 ᆞ 손진수 ᆞ 이봉 ᆞ 김재호 ᆞ 김문석 1. 서론 고분자수화젤은수소결합, 공유결합, Van der Waals 결합또는물리적결합등에의해가교된친수성고분자로서, 수화젤의대표적인특성은수용액상에서물에팽윤할수있는친수적인 3차원고분자네트워크구조를가짐으로써많은양의물을함유할수있다는것이다. 또한, 수화젤은생체적합성이높은물질로다량의물을흡수한상태에서는생체의조직과유사한거동을보인다. 1 수화젤은고체와액체의중간물질로서온도, ph, 전기, 응력, 압 력, 이온강도, 소리및용매조성등의외부자극을받음으로써가역적혹은비가역적으로수화젤내부에서네트워크의구조적변화를일으킬수있는데이러한수화젤을자극감응형수화젤이라고한다. 2,3 이러한자극감응형수화젤의개발은우수한생체적합성과외부환경에대한감응성등의특징때문에약물의부작용을최소화할수있고, 고효율및서방형약물전달시스템으로응용이가능하여현재까지도다양한연구가진행되고있다. 4 본고에서는자극감응형고분자재료의합성과응용에대한최근동향에대해기술하고자한다. 강윤미 현재 김이슬 현재 이상효 현재 부경대학교고분자공학과 ( 학사 ) 아주대학교분자과학기술과 ( 석사 ) 부경대학교고분자공학과 ( 학사 ) 아주대학교분자과학기술과 ( 석사 ) 부경대학교고분자공학과 ( 학사 ) 아주대학교분자과학기술과 ( 석사 ) 손진수 2002~ 현재부경대학교고분자공학과 ( 학사 ) 이봉 현재 인하대학교고분자공학과 ( 학사 ) 인하대학교고분자공학과 ( 석사 ) 동경공업대학전자화학과 ( 석사 ) 동경공업대학전자화학과 ( 박사 ) 일본가와무라이화학연구소, 연구원부경대학교응용화학공학부, 교수 김재호 현재 김문석 현재 아주대학교화학공학과 ( 학사 ) University of Nebraska-Lincoln( 박사 ) Ames Lab-USDOE(Post Doc) Ames Lab-USDOE, 선임연구원 Univ. of Nebraska-Lincoln Biotechnology center, 교환연구원 Univ. of Wisconsin, 교환교수아주대학교분자과학기술과, 교수 인하대하교고분자공학과 ( 학사 ) 삼성화학페인트 ( 주 ) 연구원인하대하교고분자공학과 ( 학사 ) 동경공업대학전자화학과 ( 박사 ) University of Massachusetts Lowell(Post Doc) University of Pennsylvania(Post Doc) 한국화학연구원나노바이오융합센터, 책임연구원아주대학교분자과학기술과, 조교수 강윤미김이슬이상효손진수이봉김재호김문석 Synthetic and Application of Stimuli-sensitive Polymer 아주대학교분자과학기술학과 (Yun Mi Kang, E Sle Kim, Sang Hyo Lee, Jin Soo Son, Jae Ho Kim, and Moon Suk Kim, Department of Molecular Science and Technology, Ajou University, Suwon , Korea) moonskim@ajou.ac.kr 부경대학교고분자공학과 (Jin Soo Son and Bong Lee, Department of Polymer Engineering, Pukyong University, Busan , Korea) 고분자과학과기술제 20 권 3 호 2009 년 6 월 245

2. 자극감응형고분자 자극감응형수화젤은수화젤외부환경의변화에따라수화젤의구조가가역적혹은비가역적으로변화하며단지수분이내에가역적부피변화도는졸-겔변화를일으킬수있다 ( 그림 1). 5 이러한자극감응형수화젤의외부자극원은크게물리적자극원과화학적자극원으로구분할수있으며 ( 표 1(a)), 약물전달로서의응용이가능한자극감응성수화젤의종류도다양하다 ( 표 1(b)).

2 2. 자극감응형고분자 자극감응형수화젤은수화젤외부환경의변화에따라수화젤의구조가가역적혹은비가역적으로변화하며단지수분이내에가역적부피변화도는졸-겔변화를일으킬수있다 ( 그림 1). 5 이러한자극감응형수화젤의외부자극원은크게물리적자극원과화학적자극원으로구분할수있으며 ( 표 1(a)), 약물전달로서의응용이가능한자극감응성수화젤의종류도다양하다 ( 표 1(b)). 6 이러한자극원을이용한자 그림 1. Drug release behavior of stimuli-sensitive hydrogels. 표 1. Classification of Stimuli-Sensitive Polymers (a) Stimulation Type Type Example Chemical sensitive ph, ionic strength, solvent, specific molecular Physical sensitive temperature, electric, right, sound, pressure, magnetic force (b) Stimuli-sensitive Hydrogel as Drug Carriers Classification Polymer Drug Magnetic Ethylene-co-vinyl acetate Insulin Ultrasonic radiation Electric field Ethylene-co-vinyl acetate Ethylene-co-vinyl alcohol Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) Glucose Ethylene-co-vinyl acetate Insulin Morphine Antibody ph Temperature ph and temperature Urea Methyl vinyl ehter-comaleic anhydride Zinc bovine insulin, insulin Propranol hydrochlorode Naltrexone Poly(ethylene-co-vinyl acetate) Naltrexone, Ethinyl estradiol Chitosan-poly(ethylene oxide) Poly(acrylic acid)-peo Gelatin-PEO Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) Poly(acrylamide-co-maleic acid) Amoxicillin metronidazole Salicyamide Hydrochloride nicotinamide Riboflavin Salicylic acid Terbinafine Hydrochloride Poly(N-isopropyl acrylamide) Heparin Poly(N-isopropyl acrylamideco-butylmethacrylate-coacrylic acid) Methyl vinyl ehter-comaleic anhydride Calcitonin Hydrocortisone 극감응형수화젤의개발은약물의부작용을최소화할수있는고효율및서방형약물전달시스템에응용가능할것으로전망된다. 왜냐하면체내의호르몬분비의기전을닮은약물전달시스템의개발에서필요에따라약물을인체내로전달함으로써생리적인조건과일치하여야하는데, 자극감응형수화젤의경우생리적인조건을감지하여필요에따라적절히약물을방출할수있기때문이다 고분자블렌드친수성과소수성부분으로구성되어있는고분자블렌드는대부분상분리된구조를가지고있다. 고분자블렌드는일반적인고분자와는달리최종혼합물에서도각각의특성이그대로보존되며, 새로운고분자재료를저렴하고편리한방법으로얻을수있으며, 또한디바이스의제조, 디바이스조절 ( 수화, 분해율, 기계적강도등 ) 및약물의함입이간단하게제조된다. 10, 공중합복합체 (Interpolymer Complex) 공중합복합체는비공유결합에의해물에녹지않는거대분자구조를가지고있으며이복합체는각각의다른사슬에서반복단위의결합또는같은사슬내에서분리되어있는각분체의결합에의해형성되어있다. 12,13 이고분자복합체는스테레오복합체, 고분자전해질복합체, 그리고수소결합복합체로분류되어있다. 이중가장널리알려진고분자복합체중하나는 poly(methacrylic acid)(pmaa) 와 poly (ethylene glycol)(peg) 의결합이다. PMAA 의카르복실양이온과 PEG 의에테르기사이의수소결합에의해복합체가생성되는것이다. 이들복합체는주위의 ph 에민감하게반응하고, 충분히낮은 ph 를가지는용액에서 PMAA 의카르복실산에의해수소이온을다량생성하게된다. 14,15 Poly(acrylic acid)(paa), PMAA와같은고분자약산과 poly(ethylene oxide)(peo), poly(acrylamide)(paam), poly (vinyl ester) 등과같은양성자공여고분자간의수소결합된공중합복합체의형성이가능하다. 일반적으로상보적인고분자들이혼합되어있는수용액상에서카르복시기그룹과양성자공여그룹간수소결합이발생하기때문에이에의해 ph 범위가좁은공중합복합체의형성이가능하게된다. 이들복합체는 ph 가 이상일때는해리되는반면, ph 3~4 이하에서는복합체의형성이촉진되게된다. ph 변화로인하여극성변화가일어나면팽윤에의해복합체의공간사이로용해되어있는용질이투과되고수축에의해용질이투과되지않는다는점에서새로운약물전달시스템으로이용되고있다 블록공중합체 일반적인블록공중합체지난 12 년간블록공중합체는광범위하게연구되어왔다. 일반적으로화학적으로결합된친수성부분과소수성세그먼트를포함하는양쪽성블록공중합체는다양한형태학적인특성을제공한다. 19 서로반대의전하를가지고있는최소한두개의블록내에서양성이온을가지는고분자또는양쪽성전해질은단백질약물전달을위한합성기구로서이용되고있으며, 블록공중합체의새로운분류방법으로제시되고있다. 또한, 기존의 AB-, ABA- 와같은형태의블록공중합체와 ABC 삼블록공중합체의특성연구도활발히진행되고있다 친수성과소수성부분으로이루어진양쪽성블록공중합체는고분자의소수성부분이결집되어고분자마이셀또는수화젤과같은유기구조를형성할수있는자기회합능력을가지고있다. 양쪽성블록공중합체는일반적으로마이셀이나층상구조등을형성한다. 물리적으로가교된수화젤은일반적으로다중블록공중합체로부터얻어진다. 24 이 246 Polymer Science and Technology Vol. 20, No. 3, June 2009

3 러한고분자들은수용성고분자의주사슬에친수성과소수성부분으로이루어진블록공중합체등이다. 이들을수용액에현탁시키게되면마이셀을형성하게되고현탁된고분자의양을증가시키거나온도를올리게되면거대구조를이루면서겔이형성된다 ( 그림 2). 25 예를들면, poly(ethylene glycol)-poly(l-lactic acid)-poly(ethylene glycol)(peg-plla-peg) 와같은삼중공중합체와 PEG-PLLA 와같은블록공중합체는 PEG 블록의길이가일정할때, PLLA 블록의길이의영향에따라온도가변함으로써졸-겔상전이를나타낸다. 이와같은시스템은친수성또는소수성약물의방출거동을확인할수있으며, 친수성약물의방출은 2주간지속된반면, 소수성약물은약두달이상지속된것으로나타났다. 이러한이유는소수성고분자인 PLLA 블록결합에의해고분자매트릭스의분해가천천히진행되기때문이다 원자전달라디칼중합 (ATRP) 을이용한합성법원자전달라디칼중합법 (atom transfer radical polymerization) 은안정한상태의라디칼을짝으로가지고있는평형상태를이용한것으로, 기본적으로라디칼의농도를낮게유지하는것이핵심적인요소이다. 원자전달라디칼중합법은매개체로서전이금속을이용하여할로겐원소를전달하는방법이다. 그림 3에나타나있듯이원자전달라디칼중합은 R-X(X=halogen) 와같은 alkyl halide 를개시제로사용하고, M n t -Y 등과같은전이금속을할로겐원자의촉매로사용하여성장하는고분자사슬과전이금속사이에서할로겐원자의상호이동을통하여중합을진행시키는방법이다. 즉, 원자전달라디 n 칼중합은 alkyl halide(r-x) 와 M t 사이에가역적산화반응에의해서이루어진다. 27 Poly(ethylene glycol)(peg) 와 t-butylmethacrylate(nbma), ethyl acrylate(ea) 또는 n-butylacrylate(nba) 등의 ph 감응이중공중합체가원자전달라디칼중합법에의해합성됨으로써약물전달시스템으로응용될수있다. 예를들면, 난용성약물항체호르몬이투석혹은친수성기제 (Oil-in-Water, O/W) 에의해결합되는에멀젼형성방법이있다. 방출매개질의 ph 가 1.2 에서 7.2 로증가하면초분자적인조립으로부터의난용성약물항체호르몬의방출 <LCST >LCST 이급격히증가하는결과를얻을수있다. 이러한결과는고농도의약물함입과 ph 의존성방출활동을가지는초분자적인자기회합을이용함으로써소수성약물의경구투여등생물학적이용가능성을잠재적으로강화시킬수있다 자극감응형고분자의약물전달체로의응용 3.1 온도감응형방출시스템지난 10 여년간, 온도감응형고분자에대해광범위하게연구되어왔다. 많은고분자들은수용액상에서저임계용액온도 (LCST) 가나타난다. 온도에의해민감한반응을보이는고분자중에서작용그룹에따른예를표 2에나타내었다. 이와같이물에가용성또는비가용성인고분자에서나타나는일반적인성질은친수성기와소수성기가균형을이루고있다. 온도에의해상분리현상이일어나는중요한메커니즘은소수성기에결합되어있는물이방출되어나타난다. 29 온도감응성고분자는온도의변화에민감하게반응하는성질을가지고있기때문에약물전달시스템에있어서매우중요한고분자이다. 이러한온도감응성고분자를처음으로발표한연구자는 Heskin 과 Geillet 으로, 30 그예로는 poly(n-isopropylacrylamide)(poly (NIPAAm)) 이있으며그응용범위가다양하기때문에많은연구자들이온도감응성고분자에대한연구를활발하게진행중이다. 대표적인온도감응성고분자인 poly(nipaam) 은 정도의체온부근에서소수성상호작용에의해저임계용액온도를나타내고분자가침전되고, 그이하의온도에서는투명한수용액으로변한다. 일반적으로 poly(nipaam) 을이용하여약물전달로서의응용이가능하다. 약물을함유하고있는 poly(nipaam) 수화젤은저임계용액온도이하에서는팽윤되지만, 저임계용액온도이상에서는겔이응축되는현상을보이고초기에빠른방출이일어난다. 또한, N-butylmethacrylate(BMA) 와 NIPAAm 의공중합체는저임계용액온도이상으로온도가상승하게되면응축으로인해조밀한표현을보이며, 이것은용질의방출을멈추게하고매트릭스나막을통한약물의확산및방출을막는다. 31 표 2. Stimuli-Sensitive Polymers with Specific Functional Groups Swell, Sol Shrink, Gel 그림 2. Schematic image for temperature responsibility of stimulisensitive hydrogels. Y/Ligand 그림 3. General scheme of atom transfer radical polymerization. Functional Group Ester Group Alcohol Group Amide Group Polymer Poly(ethylene oxide)(peo) Poly(EO-propylene oxide) random copolymer PEO-PPO-PEO triblock surfactants Alkyl-PEO block surfactant Poly(vinyl metthyl ether) Hydroxypropyl acrylate Hydroxypropyl methylcellulose Hydroxypropyl cellulose Hydroxyethyl cellulose Methylcellulose Poly(vinyl alcohol) derivatives Poly(N-substituted acrylamide) Poly(N-acryloyl pyrrolidine) Poly(N-acryloly piperidine) Poly(acryl-L-amino acid amides) Poly(ethyl oxazoline) 고분자과학과기술제 20 권 3 호 2009 년 6 월 247

4 또다른예로서, 합성단백질에온도감응성고분자를결합시킴으로써단백질- 리간드인식을조절하게하는방법이있다. Poly(NIPAAm) 이 streptavidine 의변이된부위에그래프트되어있다면, 바이오틴이단백질에정상적으로결합할수있는온도는 32 이하이지만, 32 이상에서는고분자가수축되어결합부위를막게된다. 이는유전공학적으로합성된단백질에상전이고분자의특이적성질을가지는물질과결합시킴으로써생체분자인식의과정을민감하게조절할수있게한다 대사물질자극감응고분자시스템최근에는시약이나신체의효소에반응하여약물의방출을조절할수있는기구에대한연구가활발히진행되고있다. 정상상태에서수화젤의구조는방출되는약물을억제할수있고, 시약이나효소반응에의해고분자사슬의일부가가수분해되면서다공의증가로인해약물방출속도를조절할수있다. 최초의연구는 Horbett 와 Ratner 에 33 의해진행되었으며, dimethylamino ethyl methacrylate(dmaema) 와 tetraethylene glycol dimethacrylate(tgd) 로중합된가교고분자내에글루코스산화제 (GOD) 를고정시켜제조하였다. 외부에글루코오스가없을때아민그룹은양이온을띠지않고고분자막역시팽윤이되지않아인슐린의확산이불가능하지만글루코오스가막안으로확산되면글루코오스산화제와반응하여글루코오스산을만드는것을적절히이용하여속도를제어하는기구로응용될수있다. Okano 34 그룹에서는글루코오스에민감한인슐린의방출시스템을졸- 겔상전이를이용한연구를발표하였다. 글루코오스를감지할수있는성질을가지는페닐보론산 (phenylboronic acid) 은수용성고분자사슬과공유결합되어있다. 붕산염은 diol 단위가포함된분자와공유결합을형성할수있으며, 결합이형성되기위해서는수산화기가동일한평면상에존재하는구조를가지고있어야한다. 글루코오스를포함한대부분의고리형탄화수소는구조상으로는 cis-diol 거동을나타내고있으므로이들은상대적으로붕산염과강하게결합하게된다. 예를들어, N-vinyl-2-pyrrolidone과 m-aminophenylboronic acid( 고분자 A) 와 poly(vinyl alcohol)( 고분자B) 을제조하고이들두고분자사이에서글루코오스가반응하게되면서다른형태의결합이형성된다 ( 그림 4). 35 이고분자결합은글루코오스의함 량에따라주기적으로변화함으로써인슐린의방출을시도할수있다. 3.3 전기자극형조절시스템전기자극형수화젤은전기장에의해팽윤과수축이가능한데, 이는전류가수화젤의감응을유발할수있는외부자극으로사용되기때문이다. 수화젤의한쪽에서는팽윤을, 다른한쪽에서는수축을보이며결과적으로굽힘거동이가능한수화젤을만든다. 이렇게제조된수화젤은팽윤, 수축, 굽힘등에의한다양한형태의변화가가능하다. 예를들면, 전극을이용하여전위차를사용하게될경우, 가수분해가가능한 PAAm 수화젤에음극과양극의전극과접촉시키게되는데, 이때겔내부의전위차가발생하게되어수화젤의부피가변하게된다. 36 또한, 전기자극성수화젤은전해질의농도에의존하게되는데, 전해질용액상에서 PAA 수화젤에전기적자극을가할경우에발생하는양이온이수화젤로부터양극으로이동함으로써수화젤의수축이일어나는반면, 전해질의농도가진해질수록양극으로의이동보다더많은양이수화젤로이동하게되고따라서음극에서는수화젤의팽윤이발생하게되어결과적으로는굽힘거동이가능한수화젤이형성되게된다. 또한, poly(2-acryl amido-2-methylpropane sulfonic acid-co-n-butylmethacarylate) 은 edrophoniumchloride와 hydrocortisone의방출, poly(dimethyl amino acrylamide) (PDAPA) 와 poly(ethylene oxasolin)(peox)-pma은인슐린의방출, sodium alginate 와 PAA 는 hydrocortisone 의방출등에관한연구는전기적자극에의한방출거동을가지는수화젤로서의성공가능성을보여주었다 ph 감응형방출시스템 ph 감응형수화젤은주위의 ph 변화에따라수화젤의구조적변화에의한팽윤현상이일어남으로써약물의방출을조절할수있다. 일반적으로, 약물을보호하기위해서는고분자망상구조의팽윤도를낮게유지하여수화젤내부의약물을주변환경으로부터보호하고, 약물의방출이요구되는환경에서는높은팽윤도를바탕으로약물의방출이빨라지게유도함으로써약물의효과를극대화시킬수있게된다. 예를들면, poly(methacrylic acid)(pmaa) 수화젤의경우이온성작용기로중성화된카르복시기그룹 (-COOH) 을갖는데, 주변의 ph 가수화젤의 pka 인 4.66 보다낮을경우그룹간의수소결합이유지되지만주변의 ph 가수화젤의 pka 이상으로커지는경우카르 그림 4. Application of stimuli-sensitive hydrogels for glucose-sensible insulin release. 248 Polymer Science and Technology Vol. 20, No. 3, June 2009

그림 5. Working mechanism of ph-sensitive PMAA hydrogel. 그림 6. Structure change of protein by surrounding environments. 복시기그룹은이온화되어음전하그룹 (COO - ) 을형성한다. 이러한작용기의이온화는결과적으로정전기적반발을유도하여수화젤을팽윤시키게된다.

5 그림 5. Working mechanism of ph-sensitive PMAA hydrogel. 그림 6. Structure change of protein by surrounding environments. 복시기그룹은이온화되어음전하그룹 (COO - ) 을형성한다. 이러한작용기의이온화는결과적으로정전기적반발을유도하여수화젤을팽윤시키게된다. 수화젤의 ph 감응도는주로이온화가가능한기능성작용기의가교정도, pka 및주사슬의소수성등에의존한다. 또한, 팽윤은 ph, 이온강도및감응이온의형태등에의하여조절가능하고, 다양한단량체들의공중합에의해조절이가능하다 ( 그림 5). 37,38 4. 응용분야 4.1 바이오칩바이오칩은생물학적활성을가지고있는 DNA, 단백질등의생체분자를고체상태의소형박막에고밀도로부착하여반도체칩형태로제작하여생명현상의규명, 신약스크리닝, 질병의조기진단등에응용가능하다. 39 현재진행되고있는바이오칩의연구의궁극적인목적은 DNA, RNA와같은핵산을분석하여인체내의특이질병을알아내는것이며, 바이오칩시장의대부분을연구용 DNA 칩이차지하고있다. DNA 정보는생명체내에서일어나는모든대사활동을지배하고있지만, 질병, 질환등의생명현상은단백질수준에서일어난다. 40 단백질칩의기술은크게마이크로어레이 (microarray) 방식과어레이 (array) 형태로고정화되어있는단백질과반응물질과의상호반응정도를정량적으로검출, 비교하는분석으로구분할수있으며, 단백질칩을성공적으로제조하기위해서는가장먼저단백질의구조및기능을유지하면서수천종류에이르는단백질을기판위에어레이형태로집적시킨단백질마이크로어레이를제조하여야한다. 기존의 dry chip 형태의단백질칩에서는단백질이단단한고체표면에고정되어있어단백질의 3차원구조가깨지거나단백질이건조되어고유의활성을잃게되지만, 다량의물을함유하고있는수화젤을마이크로어레이방식으로제조하여단백질을고정하면이러한단점을보완할수있다. 따라서, 단백질은수용액상태에서는고유의 3차원구조를유지하고있지만, 수분이없는고체표면위에서는단백질이가지고있는 3차원구조를잃고변형되게된다. 그러나, 수분함유량이매우높은수화젤내부에고정되게되면수용액상태에서와마찬가지로 3차원구조를유지하면서존재하게된다 ( 그림 6). 41,42 마이크로어레이를구성하고있는수화젤구조물은 3차원구조를가지는마이크로혹은나노미터규모로제조될수있으며최근에는이러한수화젤구조물내부에단백질과같은생리활성물질을탑재시켜고밀도의바이오칩을제조하려는많은연구가진행되고있다 유전자전달세포내의특수조건하에서만특이적으로반응을유발하여유전자를전달하는자극감응형유전자전달체가지능형전달체로각광을받고있다. 44 예를들면, 유전자전달체는엔도사이토시스과정을통해세포내로이입되어엔도좀내부의낮은 ph 에반응하여엔도좀막을파괴시켜유전자전달체를분해시키게되는고분자물질들이보고되었는데, 대표적으로는폴리히스티딘이결합된고분자를들수있다. 이미다졸그룹을가지고있는폴리히스티딘은그룹의아민기가 pka 6으로중성을띠기때문에중성 ph 조건에서는이온화되지않지만, ph 가낮은엔도좀내에서는양이온화됨으로써엔도좀막을파괴하는특성을가지고있어다양한유전자전달체에응용되고있다. 45 이러한유전자전달체를이용하여유전자를암세포에효과적으로전달할수있는새로운항암유전자전달시스템에응용되어암세포의성장을억제시킬수있을뿐만아니라여러가지질병이나손상된조직의재생에도많은연구가활발히진행되고있다. 46,47 5. 결론 자극감응형수화젤의자극원은물리적, 화학적자극원으로구분되며외부환경의변화에따라가역적, 비가역적으로변화하여졸- 겔변화를일으킨다. 이러한자극감응형수화젤은고효율, 서방형전달체로응용이가능하다. 이처럼 ph, 온도, 전자기, 압력, 소리, 이온강도및용매조성등과같은외부자극에반응하는고분자수화젤은응용범위가넓은재료로분류되고, 이에대한연구가활발히진행되고있으며시장규모또한성장할것으로기대된다. 고유의물리 화학적성질과우수한생체적합성을갖는수화젤은생체재료, 약물 단백질, 조직공학, 센서등에널리이용되고있으며기능성수화젤을이용한다양한기술들이계속개발되고있다. 따라서, 기존의자극감응형수화젤의성질을향상시키거나응용성을크게높임으로써점차그응용이확대되어다양한분야에서중요한소재로사용될것으로기대된다. 참고문헌 1. A. K. Bajpai, Prog. Polym. Sci., 33, 1088 (2008). 2. X. Z. Zhang, Y. Y. Yang, and T. S. Chung, et al., Langmuir, 17, 6094 (2001). 3. C. M. Schilli, M. Zhang, and E. Rizzardo, et al., Macromolecules, 고분자과학과기술제 20 권 3 호 2009 년 6 월 249

6 37, 7861 (2004). 4. D. Kanjickal, S. Lopina, and M. M. Evancho-Chapman, et al., J. Biomed. Mater. Res., 68, 489 (2003). 5. S. Y. Kim, Tissue. Eng. Regen. Med., 5, 14 (2008). 6. S. H. Lee, J. M. Oh, and J. S. Son, et al., Tissue. Eng. Regen. Med., 6, 57 (2009). 7. J. M. Harris and R. B. Chess, Nat. Rev. Drug Discov., 2, 215 (2003). 8. J. D. Kretlow, L. Kloudas, and A. G. Mikos, Adv. Drug Deliv. Rev., 59, 263 (2007). 9. S. N. Lakshmi and T. L. Cato, Prog. Polym. Sci., 32, 762 (2007). 10. M. K. Yoo, Y. K. Sung, and Y. M. Lee, et al., Polymer, 41, 5713 (2000). 11. A. K. Bajpai, J. Macromol. Sci. Part A: Pure Appl. Chem., 41, 949 (2004). 12. M. L. Anthony, G. Bretta, and N. A. Peppas, J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 38, 2823 (2000). 13. V. V. Khutoryanskiy, A. V. Dubolazov, and Z. S. Nurkeeva, et al., Langmuir, 20, 3785 (2004). 14. G. A. Mum, Z. S. Nurkeeva, and V. V. Khutoryanskiy, et al., Eur. Polym. J., 39, 1687 (2003). 15. F. Bossard, M. Sotiropoulon, and G. Staikos, J. Rheol., 48, 927 (2004). 16. M. Soritopoulou, G. Bokias, and G. Staikos, Macromolecules, 36, 1349 (2003). 17. Z. S. Nurkeeva, V. V. Khutoryanskiy, and G. A. Mum, et al., J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 45, 365 (2003). 18. T. Shibanuma, T. Aoki, and K. Sanui, et al., Macromolecules, 33, 444 (2000). 19. A. B. Lowe and C. L. McCormick, Chem. Rev., 102, 4177 (2002). 20. H. Colfen, Macromol. Rapid Commun., 22, 219 (2001). 21. D. S. Lee, M. S. Shin, and S. W. Kim, et al., Macromol. Rapid Commun., 22, 587 (2001). 22. K. A Aamer, H Sardinha, and S. R. Bhatia, et al., Biomaterials, 25, 1087 (2005). 23. S. J. Bae, J. M. Suh, and Y. S. Sohn, et al., Macromolecules, 38, 5260 (2005). 24. E. Mouri, C. Wahner, and K. Matsumoka, et al., Langmuir, 18, 3865 (2002). 25. A. Rosfer, W. M. Guido, and H. Klok, Adv. Drug Deliv. Rev., 53, 95 (2001). 26. S. R. Sershen, S. L. WAestcott, and N. J. Halos, et al., J. Biomed. Mater. Res., 51, 293 (2001). 27. P. Satturwar, M. N. Eddine, and F Ravenelle, et al., Eur. J. Pharm. Biopharm., 65, 379 (2007). 28. Y. Tian, L. Bromberg, and S. N. Lin, et al., J. Control. Release, 121, 137 (2007). 29. H. Ghandehari, P Kopeckova, and J. Kopecek, Biomaterials, 18, 861 (1997). 30. M. Heskins and J. E Guillet, J. Macromol. Sci. Chem., A2, 1441 (1968) 31. S. R. Kim, S. H. Yuk, and M. S. Jhon, Eur. Polym. J., 33, 1009 (1997). 32. D. A. Shipp, J. Macromol. Sci. Part C: Polym. Rev., 45, 171 (2005). 33. T. A. Horbett, J. Kost, and B. D. Ratner, et al., Polym. Prepr., 24, 34 (1984). 34. K. Kataoka, H. Miyazaki, and T. Okano, et al., Macromolecules, 27, 1061 (1994). 35. S. H. Yuk, S. H. Cho, and Y. H. Bae, Polymer(Korea), 12, 29 (2001). 36. G. Khang, M. S. Kim, and S. H. Cho, et al., Polymer(Korea), 14, 431 (2003). 37. T. Shiga, Y. Hirose, and A. Okada, et al., J. Appl. Polym. Sci., 46, 635 (1992). 38. I. Bromberg, Curr. Pharm. Biotechnol., 4, 39 (2003). 39. T. Bartil, M. Bounekhel, and C. Cedric, et al., Acta. Pharm., 57, 301 (2007). 40. W. Koh, Polymer(Korea), 18, 331 (2007). 41. C. Mao and W. S. Kisaalita, Biosensors. Bioelect., 29, 1075 (2004). 42. A. Revzin, R. J. Russell, and V. K. Yadavalli, et al., Langmuir, 17, 5440 (2001). 43. W. Koh, A. Revzin, and M. V. Pishko, Langmiur, 18, 2459 (2002). 44. S. Zhang, Nature Materials, 3, 7 (2004). 45. Y. M. Kang, K. S. Kim, and J. Y. Lee, et al., Tissue. Eng. Regen. Med., 5, 678 (2009). 46. L. V. Christensen, C. W. Chang, and W. J. Kim, et al., Bioconjug. Chem., 17, 1233 (2006). 47. P. Midoux and M. Monsigny, Bioconjug. Chem., 10, 406 (1999). 250 Polymer Science and Technology Vol. 20, No. 3, June 2009

Microsoft Word - 4.하이드로젤용 고분자(합성고분자1)_ docx

Microsoft Word - 4.하이드로젤용 고분자(합성고분자1)_ docx 2.2 합성고분자 2.2.1 Poly(acrylic acid) 합성고분자를기반으로하는대표적하이드로젤중의하나는 poly(2-hydroxyethylmethacrylate) (HEMA) 이다. Poly(HEMA) 는콘텍트렌즈를포함하여안과용으로자주사용되고있다. Poly(HEMA) 는반복동결 / 해동또는미립자침출법에의하여연골재생을위한미세다공성하이드로젤을제조할수있다 [1].