천연고분자 핵산 : DNA, RNA 인산, 당류, 염기물분해 Deoxyribonuc leic acid: ATCG
Ribonucleic acid: mrna, trna, srna, rrna, sirna A CG
Protein: polypeptide Amino acid HOOCC(R)NH 2, R: 20 groups 1 차구조 : 아미노산서열 2 차구조 : 1 분자의 3D 구조 3 차구조 : 2 차결합분자의 3D 구조 효소, 인슐린, 알부민, 콜라겐,,, 당단백, 지단백, 색소단백 복합단백질 구형, 섬유상, 기질단백질 구조, 기능단백질 탄수화물 : CHO, 당류 단당 : glucose( 포도당 ),galactose, 이당 : lactose, sucrose 다당 : starch, cellulose 에너지원
전분 : D-glucose, α-1,4-glucoside Amylose( 수용 ), amylopectin( 불용 ) 섬유소 : D-glucose, β-1,4-glucoside, Chitin/Chitosan: poly(n-acetyl-d-glucosamine) 갑각류외피, polycations Deacetylation from chitin to chitosan
미생물생성고분자 Bacterial cellulose - Glucoacetobacter Xylinum Pullulan - Aureobasidium pullulans poly(hydroxy butylate) Bacillus megaterium
From Acetobacter Xylinum etc β-1,4-glucan, 99% pure, microfibril network by nano-fiber For food, electro-devices, finisher, medical membranes
합성고분자 물성, 가격, 면역 vs 생체적합성 분해성 : heteroatom in main chain; -CCO-, -CCN-
Polyglycolide(PGA) Glycolic acid glycine serine pyruvic acid tricarboxyl acid cycle(tca) H 2 O, CO 2 Glycolide 개환중합 친수성, 결정성 Polylactide(PLA) L/ D/ meso enantiomers, normal PLLA Lactic acid( 젖산 ) pyruvic acid 소수성, 결정성, 늦은분해속도, 강도유지 (6 개월 ) 골재료등
Polycaprolactone(PCL) Tm 60 C, Tg - 60 C 소수성, 결정성 낮은분해속도 Hydrohexanoic acid 생체적합성 Polydioxanone(PDS) 흡수성, 유연성, 결정성 빠른분해속도 강도저하 (50%/3 개월 ) 약물전달등
Polyanhydride 분해속도수일 ~, 표면분해 R 로조절 반응성, 뇌암약물전달제 Polyorthoesters 표면분해 알칼리안정성 약물전달
다량의물을함유하는 3 차원망상구조 망상구조 : 공유결합, 2 차결합, entanglement 친수성분자, 불용성, 팽윤성, 형태안정성 연조직 가교방법 물리적 : 전자빔, 감마선, X 선, 자외선 화학적 : 가교제, 다관능성단량체
Hydrogel polymers 천연고분자 음이온성 : hyaluronic acid(gag, endotoxin), alginate(2 가양이온가교 ), pectin, chondroitin sulfate, dextran sulfate,,,, ( -COOH, -SO 3 ) 양이온성 : chitosan(n-deacetyl chitin), polylysine (-NH 2 ) 중성 : dextran, agarose, pullulan,collagen,gelatin, fibrin (-OH) 합성고분자 Polyethylene glycol(peg), Polyethylene oxide(peo) Polyvinyl alcohol(pva), Polyvinylpyrrolidone(PVP)
Poly(hydroxyethyl methacrylate)(phema) Poly(N-isopropyl acrylamide)(pnipaam) Poly(glycerol methacrylate)(pgma) Poly(diethylglycol methacrylate)(pdegma) Poly(methylethyl acrylamide)(pmeaam) Block polymers PEG-PLA-PEG, PEG-PLGA-PEG, PEG-PCL-PEG PEO-PPO-PEO, PPO-PEO-PPO, PLA-PEO-PLA 음이온기 : carboxyl, sulfonate 양이온기 : amine, imine, pyridine Amphoteric ( 양친성 ): cationic/anionic(+/-) Amphiphilic ( 양친매성 ): hydrophilc/hydrophobic
천연 - 합성복합체 장단점보완 PEG-co-protein, alginate-g-pluronic, chitosan-g-lipid PLGA-co-serine, collagen-g-acrylate, poly(hema-gpeptide),,, 하이드로겔특성 팽윤성 Flory-Huggins theory: 열역학적해석 부피팽윤도 (Q), 무게팽윤도 (q), 수화도 (H)
Flory-Huggins theory 비결정성팽윤에대한 chemical potential은겔고분자의부피비와고분자-물상호작용파라메타로표현, 여기서 R은기체상수 (J/K mol), T는절대온도 (K) 여기서 Q 는겔고분자부피비로팽윤도
가교된고분자는팽윤형성상태에서 여기서는고분자의그램당가교된분자의유효몰수이며, 는가교사이의분자무게, 은고분자의밀도, 은용매의몰랄 부피 에의한가교밀도 ( )
A03 1.3124 2.27 6238.16 21.77 2.58 0.3881 0.5094 A15 1.3274 3.40-19.21 6.77 19.19 0.0521 0.0692 A33 1.3405 5.18-347.99 4.12 72.39 0.0138 0.0185 A45 1.3536 10.57-128.02 7.05 140.23 0.0071 0.0097 A59 1.3630 10.95 20.86 14.25 71.36 0.0140 0.0191 : the density of the polymer, : the volume degree of swelling, : the chemical potential, : the polymer-water interaction parameter, : The molecular weight between cross-links, : The effective number of moles of cross-linked chains per gram of polymer, : the cross-linking density.
Biodegradability 종류 Biodegradable, bioerodable, resorbable 절단 : backbone chain, crosslink, Pendant 일시 / 표면 가수 / 효소 가교 : 합성 (glutaraldehyde,,) 천연 (sucrose,,) 단분자 (oligopeptide,,) 고분자 (albumin,,)
Sol - Gel phase transition 환경에의해상변화 ( 온도, 농도, ph, 전기, 광등 ) Sol: 다용매소용질, Gel: 소용매다용질 양친매성부여 : 친수 (A)- 소수 (B)- 친수 (A), B-A-B A-B-A type: Pluronic F-127 BASF, ( PEO-PPO-PEO ) B-A-B type: ReGel Protheric, (PLGA-PEO-PLGA) 온도와농도감응성
Intelligent (Smart) Hydrogel 환경 ( 온도, ph, 등 ) 감응가역성 온도감응성 (Thermo responsive) 열가역성, 물리적가교 ( 소수성작용으로가교 ) 체내주입형전달체
ph 감응성 (ph sensitive) 양이온성또는음이온성고분자 예, methacrylic acid (MAA), 2-methacryloxyethyl glucoside (MEG) 의공중합체 poly(maa-co-meg) MAA: ph-sensitive, 팽창율변화 MEG: mucosa 점착성, 약물안정성 경구전달제 : 위장 (ph 2) 에서비팽창감호 소장 (ph 7) 에서팽창방출 팽창방출억제 용해방출 약물의극성, 용해성, 결합성, 크기와이온성고분자간상호작용으로 결정
온도 & ph 감응성 온도감응성의체내주입효율개선으로 ph 감응추가 주사관에서겔화방지-이온성물질혼합겔화방지 예, OSM-(PCL-PEG-PCL)-OSM, PAE-(PCL-PEG-PCL)-PAE paclitaxel ( 항암제 ) ph: oligo sulfonamide(osm, 음이온성 ), poly(beta-aminoester)(pae, 양이온성 ), Temp.: PCL-PEG-PCL * Taxol: 주목에서추출한항암제