KR20200127867A - Droplet Based Hydrogel and Manufacturing Method Thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액적화된 하이드로겔 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 미세유체(microfluidics) 반응 시스템을 이용하며, 미세유체 반응 시스텝에 주입되는 용액에 프리폴리머, 개시제 및 작용기 생성화합물을 포함시켜 표면에 작용기를 갖는 액적화된 하이드로겔(hydrogel)의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogel that has been dropletized and a method for manufacturing the same, and in particular, a microfluidics reaction system is used, and a prepolymer, an initiator, and a functional group-generating compound are included in the solution injected into the microfluidic reaction system. It relates to a method for producing a hydrogel that has a functional group in droplets (hydrogel).
미세유체 반응 시스템(microfluidic reaction system)은 일반적으로 미세유체 반응기로 수십에서 수백 마이크로 미터의 채널크기를 가지는 장치를 이용한 합성 반응 장치를 말하는 것으로, 소량의 시약을 사용하여 반응시간의 단축, 빠른 물질 및 연전달, 확산 거리 최소화, 부반응(side reaction)의 최소화 등 다양한 장점을 바탕으로 기존의 벌크(bulk) 공정이 가지는 단점을 극복하기 위하여 제시되었다. 이는 1990년 이후 수많은 연구자들이 화학물질, 나노소재, 재료 합성, 바이오 물질 분석등 다양한 연구분야에 활용하기 시작하였다. 미세유체 반응 시스템을 이용한 물질합성 방법은 크게 두 가지 방법으로 미세채널을 이용하여 원료를 지속적으로 흘려주면서 화학 반응을 시켜주는 연속 반응방법(continuous reation method)과 미세 액적을 형성하여 액적 내부에서 화학 반응이 일어나는 미세 액적 반응방법(microdroplet-based reation method)이 있다.Microfluidic reaction system is generally a microfluidic reactor, and refers to a synthetic reaction device using a device having a channel size of tens to hundreds of micrometers. It uses a small amount of reagents to shorten the reaction time, fast materials, and It has been proposed to overcome the shortcomings of the conventional bulk process based on various advantages such as continuous transmission, minimization of diffusion distance, and minimization of side reactions. Since 1990, many researchers have begun to use it in various research fields such as chemicals, nanomaterials, material synthesis, and biomaterial analysis. The material synthesis method using the microfluidic reaction system consists of two main methods: a continuous reaction method that conducts a chemical reaction while continuously flowing raw materials using a microchannel, and a chemical reaction within the droplet by forming a fine droplet. There is a microdroplet-based reation method in which this occurs.
미세유체 반응 시스템은 최근 반응기 제작 기술, 액적 형성 원리, 액적 혼합 및 제어, 새로운 기능성 재료의 합성 등의 응용이 넓어지고 있으며, 그로 인한 입자의 크기, 형태, 모양, 구조의 조절에 관한 방법이 발전하고 있다. 액적에 대한 다양한 제어 기술도 발전하면서, 고분자를 합성하는 것이 가능해졌으며 구체적으로는, 광개시제를 포함하고 있는 단량체를 분산상으로 사용하여 액적을 만들고 자외선 조사를 통해 액적 내의 단량체를 중합하여 고분자 비드를 만들 수 있다. 고분자 비드를 만들 때 채널의 표면 성질을 개질해 줌에 따라 폴리우레탄과 같은 소수성의 비드(Jung, J. H., biochip J., 3, 44)나 폴리에틸렌글리콜과 같은 친수성 비드(Choi, C.H., Macromol. Res., 17, 163)를 만드는 것이 가능하다.Recently, microfluidic reaction systems are widely applied in reactor manufacturing technology, droplet formation principle, droplet mixing and control, and synthesis of new functional materials, and accordingly, methods for controlling the size, shape, shape, and structure of particles have developed. Are doing. With the development of various control technologies for droplets, it has become possible to synthesize polymers. Specifically, it is possible to make droplets by using a monomer containing a photoinitiator as a dispersion phase and polymerize the monomers in the droplets through ultraviolet irradiation to make polymer beads. have. Hydrophobic beads such as polyurethane (Jung, JH, biochip J. , 3, 44) or hydrophilic beads such as polyethylene glycol (Choi, CH, Macromol. Res ) are modified by modifying the surface properties of the channels when making polymer beads . . , 17, 163).
또한, 고분자 구조물 합성시 자외선 조사하는 위치나 분산상으로 사용하는 단량체의 종류를 조절함으로써 고분자의 형태를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 두 가지 혹은 그 이상의 다른 기능을 갖도록 각 상간의 계면장력을 미리 고려하여 Janus 형태의 입자를 생성하는 것도 가능하다. 이런 형태의 입자는 전자잉크, 특정 단백질 및 생체물질의 센서 등으로 응용이 가능하다.(Prasad, N., Adv. Funct. Mater., 19)In addition, it is possible to control the shape of the polymer by controlling the position of UV irradiation or the type of monomer used as the dispersed phase when synthesizing the polymer structure, and by considering the interfacial tension between each phase in advance to have two or more different functions. It is also possible to produce shaped particles. Particles of this type can be applied as electronic ink, sensors for specific proteins and biomaterials, etc. (Prasad, N., Adv. Funct. Mater. , 19)
관련특허로는 대한민국등록특허 10-1725430에서 마이크로유체 칩을 이용한 나노크기의 알지네이트 하이드로겔의 제조방법을 개시하고 있으며, 미국등록특허 9381477에서 마이크로 유체를 통한 나노입자의 제조방법으로 채널의 폭과 넓이, 중합체 용액의 조절을 통한 고분자 입자의 제조가 개시되어 있다. 또한, 미국공개특허 2018-0362969에서 마이크로유체의 조절과 고분자 물질의 조합을 통해서 수많은 물질의 생산이 가능함이 개시되어 있다.As a related patent, Korean Patent Registration No. 10-1725430 discloses a method of manufacturing a nano-sized alginate hydrogel using a microfluidic chip, and US Patent 9381477 discloses a method of manufacturing nanoparticles through a microfluid. , Preparation of polymer particles through control of a polymer solution is disclosed. In addition, U.S. Patent Publication No. 2018-0362969 discloses that a large number of substances can be produced through a combination of microfluidic control and polymeric substances.
하이드로겔(hydrogel)은 1960년대 Wichterle와 Lim에 의해 폴리-2-하이드록시에틸 메타크릴레이드(poly(2-hydroxyethyl methacrylate)) 하이드로겔의 의학적 사용에 대한 첫 번째 보고 이후 수십년동안 연구가 진행되어 왔다. 하이드로 겔은 수용성 고분자가 물리적 또는 화학적 결합에 의해 3차원의 가교를 형성하고 있는 구조로서, 다양한 수용성 고분자로부터 만들어질 수 있기 때문에 여러 가지 화학적 조성과 물성을 가진다. 하이드로겔은 일반적으로 가공이 용이하고, 다양한 조성과 물성을 가지며, 세포외 기질과의 유사성으로 인한 높은 생체적합성을 통해 약물전달 분야뿐만 아니라 생체 분야에서 많은 활용가능성을 가지고 있다.Hydrogel has been studied for decades since the first report on the medical use of poly(2-hydroxyethyl methacrylate) hydrogel by Wichterle and Lim in the 1960s. come. Hydrogels are structures in which water-soluble polymers form three-dimensional crosslinks by physical or chemical bonds, and because they can be made from various water-soluble polymers, they have various chemical compositions and properties. Hydrogels are generally easy to process, have a variety of compositions and physical properties, and have high biocompatibility due to their similarity with extracellular matrix, and thus have many potential applications not only in the field of drug delivery but also in the field of living organisms.
하이드로겔의 분류 기준 중 하나는 망상구조를 형성하기 위하여 고분자 사슬들 사이에 이루어지는 가교성질에 의해 나눠진다. 화학적 겔은 고분자 사슬들 사이에 화학적 공유결합에 의해 가교가 형성되며, 두 개 이상의 작용기를 갖는 가교제 존재하에 단량체의 중합을 통해 형성된다. 물리적 겔은 비공유 가교를 형성할 수 있는 결합력에 의해 형성되는 것이며, 정전기적 상호작용, 수소결합, 항원-항체 상호작용 등을 통하여 비공유 결합 형성을 통해 이뤄진다.One of the classification criteria for hydrogels is divided by the crosslinking properties made between polymer chains to form a network structure. Chemical gels are crosslinked by covalent chemical bonds between polymer chains, and are formed through polymerization of monomers in the presence of a crosslinking agent having two or more functional groups. Physical gels are formed by binding force capable of forming non-covalent cross-links, and are formed through non-covalent bonds through electrostatic interactions, hydrogen bonds, and antigen-antibody interactions.
하이드로겔을 제조하기 위한 다양한 고분자가 있으나 폴리에틸렌글리콜이 주로 사용되는 것으로 알려져있다. 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG)은 수용성 고분자이고, 산화에틸렌을 중합하여 얻을 수 있는 고분자로서, 분자량에 따라 특성을 달리한다. 폴리에틸렌글리콜은 분자량이 증가함에 따라 수용성, 증기압, 흡습성, 유기용제에 대한 용해성 감소 및 비중, 인화점 증가의 특성을 가지고 있다. 폴리에틸렌글리콜의 분자량 1000 이상부터 의약품, 염료, 수지, 윤활제, 인쇄잉크, 접착제 등으로 사용되고 있으며, 친수성을 가지므로 하이드로겔을 통하여 생체물질로도 많이 사용된다.There are various polymers for preparing hydrogels, but it is known that polyethylene glycol is mainly used. Polyethylene glycol (PEG) is a water-soluble polymer, and as a polymer obtained by polymerizing ethylene oxide, its properties vary according to molecular weight. As the molecular weight increases, polyethylene glycol has characteristics of water solubility, vapor pressure, hygroscopicity, decrease in solubility in organic solvents, and increase in specific gravity and flash point. Polyethylene glycol has a molecular weight of 1000 or higher and is used as pharmaceuticals, dyes, resins, lubricants, printing inks, adhesives, etc., and because it has hydrophilic properties, it is widely used as a biomaterial through hydrogel.
폴리에틸렌글리콜 하이드로겔은 수 백 ㎛ 이하의 크기를 가지는 하이드로겔을 말하는데, 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔은 크기가 매우 작고 높은 생체적합성을 가지며, 생물학적·화학적·물리학적 특성을 자유롭게 변화시킬 수 있는 특징이 있는 바, 약물전달, 바이오센서, 조직공학 분야에 널리 응용되고 있다. 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔을 제조하기 위한 방법으로는 에멀젼화(emusification), 마이크로몰딩(micromolding), 포토리소그래피(photolithography), 미세유체장치(microfluidics) 등이 있으며, 최근 미세유체장치를 이용한 연구가 많이 이루어지고 있다.Polyethylene glycol hydrogel refers to a hydrogel having a size of several hundred µm or less, and polyethylene glycol hydrogel is very small in size, has high biocompatibility, and has characteristics that can freely change biological, chemical, and physical properties. , Drug delivery, biosensor, and tissue engineering. Methods for preparing polyethylene glycol hydrogel include emulsification, micromolding, photolithography, and microfluidics, and recently, a lot of research using microfluidic devices has been conducted. have.
이와 관련하여, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethylene glycol diacrylate, PEGDA)과 폴리에틸렌글리콜 메틸에티르아크릴레이트(Polyethylene glycol methyl ether acrylate, PEGA)에 자외선 조사를 통하여 여러 가지 형태의 하이드로겔을 합성할 수 있다는 것이 개시되어 있다(Cavallo, Anna., Journal of applied polymer science v.134, 2017).In this regard, it is possible to synthesize various types of hydrogels through UV irradiation on polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) and polyethylene glycol methyl ether acrylate (PEGA). (Cavallo, Anna., Journal of applied polymer science v.134 , 2017).
또한, 관련특허로 미국공개특허 2019-0105279에서는 친수성 폴리머 전구체 용액을 미세유체장치의 채널에 넣어 광중합시키는 방법이 개시되어 있다. 또한, 미국공개특허 2017-0145169에서는 산소통제를 통해 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔의 크기를 조절할 수 있음이 개시되어 있다.In addition, as a related patent, US Patent Publication No. 2019-0105279 discloses a method of photopolymerizing a hydrophilic polymer precursor solution into a channel of a microfluidic device. In addition, US Patent Publication No. 2017-0145169 discloses that the size of polyethylene glycol hydrogel can be controlled through oxygen control.
다만, 미세유체 반응 시스템의 발전으로 인해 두 가지 이상의 고분자를 사용하여 합성할 수 있다는 것이 알려져 있기는 하나, 미세유체 반응 시스템을 통해 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔을 제조하는 데에 있어 두 가지 이상의 고분자를 합성하기 위해서는 각 상간의 성질을 충분히 고려하여야 하며, 유체의 속도, 각 상의 농도 등에 의하여도 큰 변수를 가져올 수 있는바 고분자 합성을 위하여 조건을 설정에 따른 이론상의 합성과 실제 실험결과가 상이할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 제조된 액적화된 하이드로겔의 물리화학적 특징이 제조방법에 따라 달라질 수 있으며, 생물학적 효과의 여부도 달리한다.However, it is known that it can be synthesized using two or more polymers due to the development of the microfluidic reaction system, but in the production of polyethylene glycol hydrogel through the microfluidic reaction system, it is necessary to synthesize two or more polymers. In order to do so, it is necessary to fully consider the properties of each phase, and a large variable can be brought about by the velocity of the fluid, the concentration of each phase, etc. The problem that the theoretical synthesis and actual experimental results may differ depending on the conditions for polymer synthesis. There is this. In addition, the physicochemical characteristics of the prepared dropletized hydrogel may vary depending on the manufacturing method, and the biological effects may vary.
이에, 본 발명자들은 미세유체 반응 시스템을 사용하여 하이드로겔을 제조하기 위해 노력한 결과, 미세유체 반응 시스템의 각 채널에 프리폴리머, 개시제 및 작용기 생성 화합물을 포함하는 용액을 주입하여 작용기를 포함하는 액적화된 하이드로겔을 제조할 수 있음을 밝힘으로써, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have endeavored to produce a hydrogel using a microfluidic reaction system. As a result, a solution containing a prepolymer, an initiator, and a functional group generating compound is injected into each channel of the microfluidic reaction system to form droplets containing functional groups. By revealing that the hydrogel can be prepared, the present invention was completed.
본 발명에서는 미세유체 반응 시스템을 활용하며, 프리폴리머 및 작용기 생성화합물을 반응물로 하여 미세유체(microfluidics) 반응 시스템을 통해 표면에 작용기를 갖는 신규한 액적화된 하이드로겔을 제조하는 방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 액적화된 하이드로겔에 관한 것이다.In the present invention, a microfluidic reaction system is used, and a method for producing a novel dropletized hydrogel having a functional group on the surface through a microfluidics reaction system using a prepolymer and a functional group-generating compound as a reactant, and the preparation method It relates to a dropletized hydrogel prepared by.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention
미세유체 반응 시스템의 3개 이상의 채널에 제1 프리폴리머를 포함하는 제1 용액, 제1 개시제를 포함하는 제2 용액 및 작용기 생성화합물을 포함하는 제3 용액을 각각 주입하는 단계; 및 미세유체 반응 시스템의 분산상 및 연속상의 유속을 조절하는 단계를 포함하는 액적화된 하이드로겔의 제조방법을 제공한다.Injecting a first solution including a first prepolymer, a second solution including a first initiator, and a third solution including a functional group generating compound into three or more channels of the microfluidic reaction system, respectively; And controlling the flow rates of the dispersed and continuous phases of the microfluidic reaction system.
또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 액적화된 하이드로겔을 제공한다.In addition, it provides a dropletized hydrogel prepared by the above manufacturing method.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액 내지 제2 용액 중 하나 이상의 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함할 수 있다.In one aspect of the present invention, at least one solution of the first solution to the second solution may further include a second prepolymer.
본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머의 프리폴리머일 수 있다.In one aspect of the present invention, the first prepolymer or the second prepolymer is polyethylene glycol, polybutadiene, polypropylene glycol, polyacrylamide, polyacrylic acid, Polymethacrylic acid, polyvinylalcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyisobutylene, polylactic acid, polycaprolactone and polyglycol It may be a prepolymer of one or more polymers selected from the group consisting of acids (polyglycolic acid).
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 한쪽 또는 양쪽 말단이 C1-10 알킬, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.In addition, in one aspect of the present invention, one or both ends of the first prepolymer or the second prepolymer may be substituted with C 1-10 alkyl, acrylate or methacrylate.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머는 양쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.In a specific aspect of the present invention, the first prepolymer may have both ends substituted with acrylate.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제2 프리폴리머는 한쪽 말단이 메틸로 치환되고, 반대쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.In a specific aspect of the present invention, the second prepolymer may have one end substituted with methyl and the other end substituted with acrylate.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 분자량이 3000 이하일 수 있다. 구체적으로, 분자량이 2000 이하, 1500 이하일 수 있다. In addition, in one aspect of the present invention, the first prepolymer or the second prepolymer may have a molecular weight of 3000 or less. Specifically, the molecular weight may be 2000 or less and 1500 or less.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액은 제2 개시제를 더 포함할 수 있다.In one aspect of the present invention, the first solution may further include a second initiator.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제는 단독 또는 제2 개시제와 혼합하여 중합 반응을 개시하는 것일 수 있다.In addition, in one aspect of the present invention, the first initiator may be used alone or mixed with a second initiator to initiate a polymerization reaction.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제 또는 제2 개시제는 라디칼 개시제일 수 있다.Further, in one aspect of the present invention, the first initiator or the second initiator may be a radical initiator.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제 또는 제2 개시제는 암모늄 퍼설페이트, 테트라메틸 에틸렌디아민, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥시드, 2,2‘-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 디히드로클로라이드, 아세틸 퍼옥시드, 라우로일 퍼옥시드 및 카프로일 퍼옥시드로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.In a specific aspect of the present invention, the first initiator or the second initiator is ammonium persulfate, tetramethyl ethylenediamine, azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine). ) It may be one or more selected from the group consisting of dihydrochloride, acetyl peroxide, lauroyl peroxide and caproyl peroxide.
보다 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제는 암모늄 퍼설페이트이고, 제2 개시제는 테트라메틸 에틸렌디아민일 수 있다.In a more specific aspect of the present invention, the first initiator may be ammonium persulfate, and the second initiator may be tetramethyl ethylenediamine.
본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 액적화된 하이드로겔 표면에 하이드록시기, 알데히드기, 카르복시기, 아민기, 카르보닐기, 에테르기, 아미드기 또는 에스테르기를 생성하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the functional group-generating compound may be one that generates a hydroxy group, an aldehyde group, a carboxyl group, an amine group, a carbonyl group, an ether group, an amide group, or an ester group on the surface of the hydrogel.
본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 하기 화학식 1으로 표현되는 화합물 또는 이의 염의 형태일 수 있다.In one aspect of the present invention, the functional group-generating compound may be in the form of a compound represented by
[화학식 1][Formula 1]
A-BA-B
상기 화학식 1에서 A는 (CH2)nOH, (CH2)nCHO, (CH2)nCOOH, (CH2)nNH2, (CH2)nCOOR, (CH2)nCONH2, (CH2)nCONHR, (CH2)nCOOR이며, 여기에서, R은 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬이거나 치환 또는 비치환된 C1-10 알케닐이고, n은 1 이상 50 이하의 정수이며, B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이다.In
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드일 수 있다.In a specific aspect of the present invention, the functional group-generating compound may be 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액은 제2 프리폴리머 및 제2 개시제를 포함하며, 탈이온수와 혼합하여 제1 프리폴리머 농도가 30 내지 42 % v/v이고, 제2 프리폴리머 농도가 25 내지 40 % v/v이며, 제2 개시제 농도가 3 내지 10 % w/v일 수 있다. 구체적으로 제2 개시제의 농도는 4 내지 7 % w/v일 수 있다.In one aspect of the present invention, the first solution contains a second prepolymer and a second initiator, and the first prepolymer concentration is 30 to 42% v/v by mixing with deionized water, and the second prepolymer concentration is 25 to 40%. v/v, and the concentration of the second initiator may be 3 to 10% w/v. Specifically, the concentration of the second initiator may be 4 to 7% w/v.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제2 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 제2 프리폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 제1 개시제의 농도가 2 내지 8 % w/v일 수 있다. 구체적으로 제1 개시제의 농도는 4 내지 6 % w/v일 수 있다.In addition, in one aspect of the present invention, the second solution further comprises a second prepolymer, and the second prepolymer concentration is 5 to 20% v/v by mixing with deionized water, and the concentration of the first initiator is 2 to 8%. May be w/v. Specifically, the concentration of the first initiator may be 4 to 6% w/v.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제3 용액은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 추가 포함되는 폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 작용기 생성화합물의 농도가 1 내지 7 % w/v일 수 있다. 구체적으로 작용기 생성화합물의 농도는 3 내지 5 % w/v일 수 있다.In addition, in one aspect of the present invention, the third solution is polyethylene glycol, polybutadiene, polypropylene glycol, polyacrylamide, polyacrylic acid, polymetha Acrylic acid, polyvinylalcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyisobutylene, polylactic acid, polycaprolactone and polyglycolic acid ( polyglycolic acid) containing one or more polymers selected from the group consisting of, and mixing with deionized water to further contain a polymer concentration of 5 to 20% v/v, and a functional group-generating compound concentration of 1 to 7% w/v I can. Specifically, the concentration of the functional group generating compound may be 3 to 5% w/v.
본 발명이 일 양태에서, 유속은 분산상은 30 내지 70 μL/h, 연속상은 200 내지 300 μL/h일 수 있다. 구체적으로 분산상의 유속은 40 내지 60 μL/h, 45 내지 55 μL/h일 수 있고, 연속상의 유속은 220 내지 280 μL/h, 240 내지 260 μL/h일 수 있다.In one aspect of the present invention, the flow rate may be 30 to 70 μL/h for the dispersed phase and 200 to 300 μL/h for the continuous phase. Specifically, the flow rate of the dispersed phase may be 40 to 60 μL/h, 45 to 55 μL/h, and the flow rate of the continuous phase may be 220 to 280 μL/h, and 240 to 260 μL/h.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔의 액적은 100 ㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다.In one aspect of the present invention, a droplet of the hydrogel that has been dropletized may have a size of 100 μm or less.
상기 액적화된 하이드로겔은 작용기 쉘(shell)을 가지고, 작용기는 아민기일 수 있다. 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 3 내지 10 ㎛ 두께의 작용기 쉘을 가질 수 있다.The dropletized hydrogel has a functional group shell, and the functional group may be an amine group. In a specific aspect of the present invention, the dropletized hydrogel may have a functional group shell having a thickness of 3 to 10 μm.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 용매 하에서 부피팽창률이 35% 이하일 수 있다. 구체적으로 부피팽창은 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하일 수 있다.In one aspect of the present invention, the dropletized hydrogel may have a volume expansion ratio of 35% or less in a solvent. Specifically, the volume expansion may be 30% or less, 25% or less, or 20% or less.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 생체재료, 약물전달, 합성용 고분자지지체, 세포 검출을 위한 3-D 세포배양, 친화크로마토그래피, 생체 내 세포전달체 또는 프로테인 피싱(protein fishing)에 사용될 수 있다.In one aspect of the present invention, the droplet-formed hydrogel is suitable for biomaterials, drug delivery, synthetic polymer scaffolds, 3-D cell culture for cell detection, affinity chromatography, in vivo cell carriers, or protein fishing. Can be used.
본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 액적화된 하이드로겔은 표면에 작용기를 가짐으로써 수 불용성 펩타이드를 수용성 환경으로 유도할 수 있고, 특정 결합을 방지할 수 있으며, 단백질 검출에 이용될 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 미세입자 및 하이드로겔로서의 장점인 외부 환경으로부터 약물 보호, 3-D 세포 배양에 이용 가능성, 이중 하이드로겔 생성 등을 가진다. 따라서, 생체재료, 약물전달, 합성용 고분자지지체, 세포 검출을 위한 3-D 세포배양, 친화크로마토그래피, 생체 내 세포전달체, 프로테인 피싱(protein fishing)에 사용될 수 있다. The dropletized hydrogel prepared according to an embodiment of the present invention has a functional group on its surface, thereby inducing a water-insoluble peptide into an aqueous environment, preventing specific binding, and being used for protein detection. Have. In addition, it has the advantage of microparticles and hydrogels, such as drug protection from the external environment, possibility of use in 3-D cell culture, and double hydrogel generation. Therefore, it can be used for biomaterials, drug delivery, synthetic polymer scaffolds, 3-D cell culture for cell detection, affinity chromatography, in vivo cell delivery systems, and protein fishing.
도 1은 아크릴화 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔을 제조하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 및 액적화된 PEG 하이드로겔을 현미경으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.
도 3은 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 및 액적화된 PEG 하이드로겔을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 모습을 나타낸 도이다.
도 4는 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔의 크기분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 물(H2O)로 희석 후 팽창된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔을 현미경으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.
도 6은 브로모페놀블루(BPB)로 염색된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔을 현미경으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.
도 7 및 도 8은 플루오레세인 이소씨아네이트(FITC)로 라벨링된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔을 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)으로 촬영한 모습 및 이를 3차원으로 재구성한 모습을 나타낸 도이다.
도 9는 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 및 액적화된 PEG 하이드로겔을 에너지 분산형 분광분석(EDS)을 통해 나타낸 도이다.
도 10은 NIH 3T3 세포 결합여부를 현미경으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.
도 11은 NIH 3T3 세포 결합여부를 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)으로 관찰한 모습을 나타낸 도이다.1 shows a method of preparing an acrylated polyethylene glycol hydrogel.
FIG. 2 is a diagram illustrating a microscopic observation of a dropletized PEG hydrogel including an amine functional group shell and a dropletized PEG hydrogel.
FIG. 3 is a diagram showing a dropletized PEG hydrogel including an amine functional group shell and a dropletized PEG hydrogel photographed with a scanning electron microscope (SEM).
4 is a graph showing the size distribution of the dropletized PEG hydrogel containing an amine functional group shell.
FIG. 5 is a diagram illustrating a microscopic observation of a dropletized PEG hydrogel including an expanded amine functional group shell after dilution with water (H 2 O).
FIG. 6 is a diagram showing a microscopic observation of a dropletized PEG hydrogel containing an amine functional group shell stained with bromophenol blue (BPB).
7 and 8 are images of a dropletized PEG hydrogel containing an amine functional group shell labeled with fluorescein isocyanate (FITC) with a confocal laser scanning microscope (CLSM) and reconstructed in three dimensions It is a diagram showing the appearance.
9 is a diagram showing a dropletized PEG hydrogel including an amine functional group shell and a dropletized PEG hydrogel through energy dispersive spectroscopy (EDS).
10 is a view showing the state observed under a microscope whether NIH 3T3 cells are bound.
11 is a view showing the state observed with a confocal laser scanning microscope (CLSM) whether NIH 3T3 cells are bound.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification of the present invention, when a certain part “includes” a certain constituent element, it means that other constituent elements may be further included instead of excluding other constituent elements unless otherwise stated.
본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 용어 “~ (하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The term "step (to)" or "step of" used throughout the specification of the present invention does not mean "step for".
본 발명은 미세유체 반응 시스템의 3개 이상의 채널에 제1 프리폴리머를 포함하는 제1 용액, 제1 개시제를 포함하는 제2 용액 및 작용기 생성화합물을 포함하는 제3 용액을 각각 주입하는 단계; 및 미세유체 반응 시스템의 분산상 및 연속상의 유속을 조절하는 단계를 포함하는 액적화된 하이드로겔의 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides the steps of injecting a first solution including a first prepolymer, a second solution including a first initiator, and a third solution including a functional group generating compound into three or more channels of a microfluidic reaction system; And controlling the flow rates of the dispersed phase and the continuous phase of the microfluidic reaction system.
또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 액적화된 하이드로겔에 관한 것이다.In addition, it relates to a hydrogel into droplets prepared by the above manufacturing method.
미세유체 반응 시스템은 수십에서 수백 마이크로미터 영역의 크기를 가진 미세유로를 사용하여 적은 양의 유체 또는 작은 크기의 액적을 제조하는 기술로서, 온도, 전하, 빛과 같은 하나 이상의 물리화학적 특성을 수정하거나 변경하는 것 뿐만 아니라 제어된 방식으로 개별 유체 액적의 임의 분할, 이동 및 조합을 제어하기 위한 시스템을 말한다. 또한, 미세유체 반응 시스템은 연속 흐름, 유체 분배, 전기습윤현상, 압력, 광학 또는 이들의 조합을 조절하여 유체 이동을 변경할 수 있다.A microfluidic reaction system is a technology that uses microchannels with a size of tens to hundreds of micrometers to produce a small amount of fluid or droplets of a small size, and modifies one or more physicochemical properties such as temperature, charge, and light. It refers to a system for controlling the arbitrary division, movement, and combination of individual fluid droplets in a controlled manner as well as changing. In addition, microfluidic reaction systems can alter fluid movement by modulating continuous flow, fluid distribution, electrowetting, pressure, optics, or a combination thereof.
미세유체 반응 시스템은 T자 형태의 서로 수직으로 접해 있는 채널 접합부에서 서로 섞이지 않는 연속상과 분산상이 만나 액적을 형성하는 T-junction 방식, 분산상과 연속상이 미세유체 시스템 장치의 각 주입구 채널의 접합부에서 만나며 대칭적으로 존재하는 연속상의 주입 채널로부터 액적을 형성하는 Flow-focusing 방식, 마이크로밸브를 위치시켜 채널로 흐르는 유체의 흐름과 방향을 조절하는 마이크로밸브 방식, 유리모세관에 모세관 니들을 삽입함으로서 액적을 형성하는 Co-flowing stream방식, 미세유체의 전기장을 이용하여 조건 조절을 통하여 액적을 형성하는 Digital microfluidics 방식 등이 있으며, 해당 기술분야의 일반적인 상식에 따라 선택될 수 있다.The microfluidic reaction system is a T-junction method in which a continuous phase and a dispersed phase that do not mix together form droplets at the junction of channels in vertical contact with each other in a T-shape, and the dispersed phase and the continuous phase are at the junction of each inlet channel of the microfluidic system device. Flow-focusing method to form droplets from continuous and symmetrical injection channels, microvalve method to control the flow and direction of fluid flowing into the channel by positioning microvalve, and inserting a capillary needle into the glass capillary There are a co-flowing stream method to form, a digital microfluidics method to form droplets through condition control using an electric field of microfluids, and the like, and can be selected according to common knowledge in the relevant technical field.
미세유체 반응 시스템에서 채널은 유체가 주입되는 통로를 의미하며, 다중 채널을 이용하여 여러 개의 유체를 주입할 수 있고, 채널의 접합부분에서 각각의 채널을 통해 주입된 유체가 혼합되어 액적을 형성할 수 있다.In a microfluidic reaction system, a channel means a passage through which fluid is injected, and multiple fluids can be injected using multiple channels, and the fluid injected through each channel at the junction of the channels is mixed to form droplets. I can.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액 내지 제2 용액 중 하나 이상의 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, at least one solution of the first solution to the second solution may further include a second prepolymer.
본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머의 프리폴리머일 수 있다.In one aspect of the present invention, the first prepolymer or the second prepolymer is polyethylene glycol, polybutadiene, polypropylene glycol, polyacrylamide, polyacrylic acid, Polymethacrylic acid, polyvinylalcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyisobutylene, polylactic acid, polycaprolactone and polyglycol It may be a prepolymer of one or more polymers selected from the group consisting of acids (polyglycolic acid).
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 한쪽 또는 양쪽 말단이 C1-10 알킬, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.In addition, in one aspect of the present invention, one or both ends of the first prepolymer or the second prepolymer may be substituted with C 1-10 alkyl, acrylate or methacrylate.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머는 양쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것일 수 있다. In a specific aspect of the present invention, the first prepolymer may have both ends substituted with acrylate.
또한, 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제2 프리폴리머는 한쪽 말단이 메틸로 치환되고, 반대쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 것일 수 있다.In addition, in a specific aspect of the present invention, the second prepolymer may have one end substituted with methyl and the other end substituted with acrylate.
프리폴리머의 한쪽 또는 양쪽 말단이 아크릴레이트로 치환된 경우, 개시제에 의해 중합반응이 진행되어 폴리에틸렌글리콜 중합체를 형성할 수 있다. 또한, 제1 프리폴리머, 제2 프리폴리머 및/또는 작용기 생성화합물의 적절한 조합비에 의해 액적화된 하이드로겔 표면에 작용기를 갖도록 할 수 있다.When one or both ends of the prepolymer are substituted with acrylate, a polymerization reaction proceeds by an initiator to form a polyethylene glycol polymer. In addition, the first prepolymer, the second prepolymer, and/or the functional group-generating compound may be formed to have a functional group on the surface of the hydrogel by an appropriate combination ratio.
본 발명의 일 양태에서, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 분자량이 3000 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 분자량이 2000 이하, 1500 이하일 수 있다. 분자량이 3000 이상에 해당하는 경우 미세유체 반응 시스템의 크기 제한에 의해 채널로 주입되지 않을 수 있고, 점도에 의해 액적이 형성되지 않을 수 있다.In one aspect of the present invention, the first prepolymer or the second prepolymer may have a molecular weight of 3000 or less. More specifically, the molecular weight may be 2000 or less and 1500 or less. When the molecular weight is 3000 or more, it may not be injected into the channel due to the size limitation of the microfluidic reaction system, and droplets may not be formed due to viscosity.
본 발명에서 개시제는 고분자의 중합을 개시하는 화합물로서, 음이온 개시제, 양이온, 라디칼 개시제를 의미할 수 있다. 라디칼 개시제는 온화한 조건 하에서 라디칼 화학종을 생성하여 라디칼 반응을 촉진할 수 있는 화합물을 말하며, 라디칼 반응의 개시는 빛, 유기과산화물, 아조 화합물, 산화-환원제, 유기금속시약, 열, 전해질 등에 의한 라디칼에 의한 개시되거나, 둘 이상의 화합물이 혼합되어 개시될 수 있다.In the present invention, the initiator is a compound that initiates polymerization of a polymer and may mean an anionic initiator, a cation, or a radical initiator. Radical initiator refers to a compound capable of accelerating a radical reaction by generating radical species under mild conditions, and the initiation of the radical reaction is a radical caused by light, organic peroxide, azo compound, oxidation-reducing agent, organometallic reagent, heat, electrolyte, etc. Or a mixture of two or more compounds.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액은 제2 개시제를 더 포함할 수 있다.In one aspect of the present invention, the first solution may further include a second initiator.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제는 단독 또는 제2 개시제와 혼합하여 중합 반응을 개시할 수 있다. 본 발명에서 제1 용액 및 제2 용액 중 하나의 용액에서 가교 반응 개시제 모두를 포함하는 경우 미세유체 반응 시스템을 이용하기 전에 중합반응이 일어날 수 있어 개시제를 각각 별도로 포함하도록 제1 용액 및 제2 용액을 제조할 수 있다. 또는 프리폴리머를 포함하지 않는 다른 용액에 개시제를 포함함으로써 중합 반응을 개시할 수 있다.In addition, in one aspect of the present invention, the first initiator may initiate the polymerization reaction alone or by mixing with the second initiator. In the present invention, when both the crosslinking reaction initiator are included in one of the first solution and the second solution, a polymerization reaction may occur before the microfluidic reaction system is used, so that the first solution and the second solution respectively separately contain the initiator. Can be manufactured. Alternatively, the polymerization reaction can be initiated by including an initiator in another solution that does not contain a prepolymer.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제 또는 제2 개시제는 라디칼 개시제일 수 있다. Further, in one aspect of the present invention, the first initiator or the second initiator may be a radical initiator.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제 또는 제2 개시제는 암모늄 퍼설페이트, 테트라메틸 에틸렌디아민, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥시드, 2,2‘-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 디히드로클로라이드, 아세틸 퍼옥시드, 라우로일 퍼옥시드 및 카프로일 퍼옥시드로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. In a specific aspect of the present invention, the first initiator or the second initiator is ammonium persulfate, tetramethyl ethylenediamine, azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine). ) It may be one or more selected from the group consisting of dihydrochloride, acetyl peroxide, lauroyl peroxide and caproyl peroxide.
보다 구체적인 본 발명의 일 양태에서, 제1 개시제는 암모늄 퍼설페이트이고, 제2 개시제는 테트라메틸 에틸렌디아민일 수 있다.In a more specific aspect of the present invention, the first initiator may be ammonium persulfate, and the second initiator may be tetramethyl ethylenediamine.
라디칼 개시제로서, 상기 화합물 이외에 단량체에 따라 달리 선택할 수 있다. 예를 들면, 디라우로일 퍼옥사이드, 디쿠밀 퍼옥사이드, 쿠밀 히드로 퍼옥사이드, 퍼카보네이트 퍼옥사이드, 아조다이카복실 다이나이트릴, 1,1,2,2-테트라메틸에탄, 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 2-(2-시아노부탄-2-일디아제닐)-2-메틸부탄니트릴, 1,1-아조비스시클로헥산카르보니트릴, 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 아세틸아세톤 퍼옥사이드, tert-부틸 퍼-2-에틸헥사네오에이트, 케톤 퍼옥사이드, tert-부틸 퍼옥토에이트, 메틸이소부틸케톤 퍼옥사이드, 시클로헥사논 퍼옥사이드, 디벤조일 퍼옥사이드, 2,5-비스(2-에틸헥사노일퍼옥시)-2,5-디메틸헥산, tert-부틸 퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, tert-부틸-퍼옥시-3,5,5-트리메틸헥사노에이트, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)시클로헥산, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, tert-부틸 히드로퍼옥사이드, 및 비스(4-tert-부틸시클로헥실)퍼옥시디카르보네이트 등에서 선택될 수 있고, 상기 예시에 의해 제한되지 않는다.As a radical initiator, it may be selected differently depending on a monomer other than the above compound. For example, dilauroyl peroxide, dicumyl peroxide, cumyl hydroperoxide, percarbonate peroxide, azodicarboxyl dinitryl, 1,1,2,2-tetramethylethane, 2,2'- Azobis(2-methylbutyronitrile), 2-(2-cyanobutan-2-yldiagenyl)-2-methylbutannitrile, 1,1-azobiscyclohexanecarbonitrile, methylethylketone peroxide, Acetylacetone peroxide, tert-butyl per-2-ethylhexaneoate, ketone peroxide, tert-butyl peroctoate, methylisobutyl ketone peroxide, cyclohexanone peroxide, dibenzoyl peroxide, 2,5- Bis(2-ethylhexanoylperoxy)-2,5-dimethylhexane, tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, tert-butyl-peroxy-3,5,5-trimethylhexanoate, 1 ,1-bis(tert-butylperoxy)cyclohexane, 1,1-bis(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane, tert-butyl hydroperoxide, and bis(4-tert -Butylcyclohexyl)peroxydicarbonate, and the like, and are not limited by the above examples.
본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 액적화된 하이드로겔 표면에 하이드록시기, 알데히드기, 카르복시기, 아민기, 카르보닐기, 에테르기, 아미드기 또는 에스테르기를 생성할 수 있다.In one aspect of the present invention, the functional group-generating compound may generate a hydroxy group, an aldehyde group, a carboxyl group, an amine group, a carbonyl group, an ether group, an amide group, or an ester group on the surface of the hydrogel.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 하기 화학식 1으로 표현되는 화합물 또는 이의 염의 형태일 수 있다.In addition, in one aspect of the present invention, the functional group-generating compound may be in the form of a compound represented by the following formula (1) or a salt thereof.
[화학식 1][Formula 1]
A-BA-B
상기 화학식 1에서 A는 (CH2)nOH, (CH2)nCHO, (CH2)nCOOH, (CH2)nNH2, (CH2)nCOOR, (CH2)nCONH2, (CH2)nCONHR, (CH2)nCOOR이며, In
여기에서, R은 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬이거나 치환 또는 비치환된 C1-10 알케닐이고,Wherein R is a substituted or unsubstituted C 1-10 alkyl or a substituted or unsubstituted C 1-10 alkenyl,
n은 1 이상 50 이하의 정수이며,n is an integer of 1 or more and 50 or less,
B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이다.B is an acrylate or methacrylate.
작용기 생성화합물은 아크릴레이트 또는 이의 유도체의 구조를 가짐으로써, 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머와 반응하여 표면에 반응기를 형성할 수 있다. 또한, 작용기 생성화합물은 표면에 원하는 성질, 두께, 크기 등에 따라 달리 선택할 수 있다.Since the functional group-generating compound has a structure of an acrylate or a derivative thereof, it may react with the first prepolymer or the second prepolymer to form a reactive group on the surface. In addition, the functional group-generating compound can be selected differently depending on the properties, thickness, and size desired for the surface.
구체적인 본 발명의 일 양태에서, 작용기 생성화합물은 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드일 수 있다.In a specific aspect of the present invention, the functional group-generating compound may be 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride.
본 발명의 일 양태에서, 제1 용액은 제2 프리폴리머 및 제2 개시제를 포함하며, 탈이온수와 혼합하여 제1 프리폴리머 농도가 30 내지 42 % v/v이고, 제2 프리폴리머 농도가 25 내지 40 % v/v이며, 제2 개시제 농도가 3 내지 10 % w/v일 수 있다. 구체적으로 제2 개시제의 농도는 4 내지 7 % w/v일 수 있다.In one aspect of the present invention, the first solution contains a second prepolymer and a second initiator, and the first prepolymer concentration is 30 to 42% v/v by mixing with deionized water, and the second prepolymer concentration is 25 to 40%. v/v, and the concentration of the second initiator may be 3 to 10% w/v. Specifically, the concentration of the second initiator may be 4 to 7% w/v.
본 발명의 일 양태에서, 제2 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 제2 프리폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 제1 개시제의 농도가 2 내지 8 % w/v일 수 있다. 구체적으로 제1 개시제의 농도는 4 내지 6 % w/v일 수 있다. 구체적으로 작용기 생성화합물의 농도는 3 내지 5 % w/v일 수 있다.In one aspect of the present invention, the second solution further comprises a second prepolymer, and the second prepolymer concentration is 5 to 20% v/v by mixing with deionized water, and the concentration of the first initiator is 2 to 8% w/ can be v Specifically, the concentration of the first initiator may be 4 to 6% w/v. Specifically, the concentration of the functional group generating compound may be 3 to 5% w/v.
본 발명의 일 양태에서, 제3 용액은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 추가 포함되는 폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 작용기 생성화합물의 농도가 1 내지 7 % w/v일 수 있다.In one aspect of the invention, the third solution is polyethylene glycol, polybutadiene, polypropylene glycol, polyacrylamide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid. (polymethacrylic acid), polyvinylalcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyisobutylene, polylactic acid, polycaprolactone, and polyglycolic acid ) Contains at least one polymer selected from the group consisting of, the polymer concentration further included by mixing with deionized water may be 5 to 20% v/v, and the concentration of the functional group generating compound may be 1 to 7% w/v .
본 발명이 일 양태에서, 유속은 분산상은 30 내지 70 μL/h, 연속상은 200 내지 300 μL/h일 수 있다. 구체적으로 분산상의 유속은 40 내지 60 μL/h, 45 내지 55 μL/h일 수 있고, 연속상의 유속은 220 내지 280 μL/h, 240 내지 260 μL/h일 수 있다.In one aspect of the present invention, the flow rate may be 30 to 70 μL/h for the dispersed phase and 200 to 300 μL/h for the continuous phase. Specifically, the flow rate of the dispersed phase may be 40 to 60 μL/h, 45 to 55 μL/h, and the flow rate of the continuous phase may be 220 to 280 μL/h, and 240 to 260 μL/h.
본 발명에서 프리폴리머 농도, 개시제 농도, 작용기 생성화합물 및 유속은 미세유체 반응 시스템 하에서 하이드로 겔의 크기, 표면 두께, 작용기 종류 등에 따라 적절히 선택될 수 있다. 본 발명에서 농도 및 유속에 따라 미세유체 반응 시스템에서 반응이 일어나는 부위가 달라질 수 있고, 그에 따라 작용기가 형성되지 않을 수 있다. 구체적으로 미세유체 반응 시스템에서 칩의 코어 영역에서 라디칼 개시가 실시되어, 초기중합과 함께 액적 표면에 작용기를 형성할 수 있고, 이는 농도 및 유속 제어에 의해 가능하다.In the present invention, the prepolymer concentration, initiator concentration, functional group-generating compound, and flow rate may be appropriately selected according to the size, surface thickness, and type of functional group of the hydrogel under the microfluidic reaction system. In the present invention, depending on the concentration and the flow rate, the site where the reaction occurs in the microfluidic reaction system may vary, and accordingly, a functional group may not be formed. Specifically, in the microfluidic reaction system, radical initiation is performed in the core region of the chip, so that functional groups can be formed on the surface of the droplet together with the initial polymerization, which is possible by controlling the concentration and flow rate.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 액적화된 하이드로겔을 제공한다.In addition, the present invention provides a dropletized hydrogel prepared by the above manufacturing method.
본 발명에서, 액적화된 하이드로겔은 상기 프리폴리머, 개시제 및 작용기 생성화합물의 종류에 따라 다양한 크기, 형태, 성질 등을 가질 수 있다. 또한, 액적화된 하이드로겔은 친수성 고분자가 가교되서 3차원 망상구조를 가지는 것으로 미세유체 반응 시스템에 의해 제조되어 구형의 형태를 가지고, 표면에 의해 단분산될 수 있다. 또한, 수성환경 하에서는 가교구조에 의해 용해되지는 않으나 용매를 흡수하여 팽윤하는 성질을 가진다.In the present invention, the droplet-formed hydrogel may have various sizes, shapes, properties, etc. depending on the type of the prepolymer, initiator, and functional group-generating compound. In addition, the droplet-formed hydrogel has a three-dimensional network structure by crosslinking of a hydrophilic polymer, and is manufactured by a microfluidic reaction system to have a spherical shape and can be monodispersed by the surface. In addition, it does not dissolve due to the crosslinking structure in an aqueous environment, but absorbs a solvent and swells.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔의 액적은 100 ㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다.In one aspect of the present invention, a droplet of the hydrogel that has been dropletized may have a size of 100 μm or less.
본 발명의 일 양태에서, 상기 액적화된 하이드로겔은 표면에 작용기 쉘(shell)을 가지고, 작용기는 아민기일 수 있다. 구체적인 본 발명의 일 양태에서 작용기 쉘은 3 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 작용기 쉘에서 작용기가 아민기인 경우 세포결합능이 향상되며, 비특이적 흡착없이도 세포결합이 가능하여 시약 접근성이 높아진다.In one aspect of the present invention, the droplet-formed hydrogel has a functional group shell on its surface, and the functional group may be an amine group. In a specific aspect of the present invention, the functional group shell may have a thickness of 3 to 10 μm. When the functional group is an amine group in the functional group shell, cell-binding ability is improved, and cell-binding is possible without non-specific adsorption, thereby increasing reagent accessibility.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 용매하에서 부피팽창률이 35% 이하일 수 있다. 구체적으로 부피팽창률은 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하일 수 있다. 용매의 성질에 따라 부피팽창 정도가 달라질 수 있으나, 부피팽창률이 적은 경우 용매 하에서 이용되기에 적합한 성질을 가진다.In one aspect of the present invention, the dropletized hydrogel may have a volume expansion coefficient of 35% or less in a solvent. Specifically, the volume expansion rate may be 30% or less, 25% or less, or 20% or less. The degree of volume expansion may vary depending on the nature of the solvent, but when the volume expansion rate is low, it has properties suitable for use under a solvent.
본 발명의 일 양태에서, 액적화된 하이드로겔은 생체재료, 약물전달, 합성용 고분자지지체, 세포 검출을 위한 3-D 세포배양, 친화크로마토그래피, 생체 내 세포전달체 또는 프로테인 피싱(protein fishing)에 사용될 수 있다.In one aspect of the present invention, the droplet-formed hydrogel is suitable for biomaterials, drug delivery, synthetic polymer scaffolds, 3-D cell culture for cell detection, affinity chromatography, in vivo cell carriers, or protein fishing. Can be used.
결론적으로, 본 발명의 액적화된 하이드로겔은 아크릴계 고분자의 특성을 가질 수 있고, 미세입자 및 하이드로겔로서의 장점을 가지며, 작용기를 가져 다양한 용도로 사용될 수 있는 특성을 가지는 이점이 있다.In conclusion, the droplet-formed hydrogel of the present invention can have the properties of an acrylic polymer, has advantages as microparticles and hydrogels, has a functional group, and has the advantage of having properties that can be used for various purposes.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples and experimental examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples and experimental examples.
<실시예 1> 아민 작용기를 포함하는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 하이드로겔의 제조<Example 1> Preparation of polyethylene glycol (PEG) hydrogel containing amine functional groups
<1-1> 반응물 준비<1-1> Preparation of reactants
테트라메틸 에틸렌디아민(tetramethylethylenediamine, TEMED), 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate, AP), 폴리에틸렌글리콜 메틸에테르아크릴레이트(poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate, PEGA, Mn=480), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(poly(ethylene glycol diacrylate, PEGDA, Mn=700), 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드(2-aminoethyl methacrylate hydrochloride), 플루오레세인 이소씨아네이트(fluorescein isothiocyanate, FITC) 및 브로모페놀 블루(bromophenol blue, BPB)를 Sigma-Aldrich로부터 구매하였다.Tetramethylethylenediamine (TEMED), ammonium persulfate (AP), polyethylene glycol methyl ether acrylate (poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate, PEGA, Mn=480), polyethylene glycol diacrylate (poly (ethylene glycol diacrylate, PEGDA, Mn=700), 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride, fluorescein isothiocyanate (FITC) and bromophenol blue, BPB) was purchased from Sigma-Aldrich.
디클로로메탄(Dichloromethane, DCM), 아세토나이트릴(Acetonitrile, ACN), 메탄올(methanol), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformaide, DMF), 아세틱 안하이드라이드(acetic anhydride) 및 N,N-디이소프로필에틸아민(N,N-diisopropylethylamine, DIPEA)는 대정화학&금속(Daejung Chemicals&Metals Co.)로부터 구매하였다.Dichloromethane (DCM), acetonitrile (ACN), methanol, N,N-dimethylformaide (DMF), acetic anhydride and N ,N-diisopropylethylamine (DIPEA) was purchased from Daejung Chemicals & Metals Co.
HFE 7500(Novec) 및 Krytox 계면활성제는 RAN biotechonologies로부터 구매하였다.HFE 7500 (Novec) and Krytox surfactant were purchased from RAN biotechonologies.
말레이미드-N-하이드록시숙시니미드 에스테르 이작용성 링커(maleimide-N-hydroxysuccinimide ester bifunctional linker, MAL-dPEG6-NHS ester: MAL-NHS linker)는 Quanta Biodesign으로부터 구매하였다.Maleimide-N-hydroxysuccinimide ester bifunctional linker (MAL-dPEG6-NHS ester: MAL-NHS linker) was purchased from Quanta Biodesign.
GRGDSC 펩티드(Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Cys, 80% HPLC 순도)는 SPPC법(Solid-phase peptide synthesis method)을 통해 제조하였다.GRGDSC peptide (Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Cys, 80% HPLC purity) was prepared through the SPPC method (Solid-phase peptide synthesis method).
NIH 3T3 마우스 섬유 아세포(fibroblast)는 한국세포주은행에서 구입하였으며, RPMI 1640 배지에서 10%(v/v) 태아소혈청(fetal bovine serum), 100 U/mL 페니실린(penicilline) 및 100 g/mL 스트렙토마이신(streptomycin)로 배양하였다.NIH 3T3 mouse fibroblasts were purchased from the Korea Cell Line Bank, 10% (v/v) fetal bovine serum, 100 U/mL penicilline, and 100 g/mL strepto in RPMI 1640 medium. Incubated with mycin (streptomycin).
<1-2> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 제조를 위한 수용액 제조<1-2> Preparation of aqueous solution for preparing dropletized PEG hydrogel containing amine functional group shell
수용액 1 : TEMED 60 mg을 탈이온수 370 μL에 용해시켰다. 이어서, 폴리에틸렌글리콜-메틸에테르아크릴레이트(PEG-A) 300 μL, 폴리에틸렌글리콜-디아크릴레이트(PEG-DA) 330 μL를 혼합하였다.Aqueous Solution 1: 60 mg of TEMED was dissolved in 370 μL of deionized water. Then, 300 μL of polyethylene glycol-methyl ether acrylate (PEG-A) and 330 μL of polyethylene glycol-diacrylate (PEG-DA) were mixed.
수용액 2 : 폴리에틸렌글리콜-메틸에테르아크릴레이트(PEG-A) 100 μL, 암모늄 퍼설페이트(AP) 50 mg 및 탈이온수 900 μL를 혼합하였다.Aqueous solution 2: Polyethylene glycol-methyl ether acrylate (PEG-A) 100 μL, ammonium persulfate (AP) 50 mg, and deionized water 900 μL were mixed.
수용액 3 : 탈이온수 900 μL, 폴리에틸렌글리콜 100 μL 및 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드 35 mg을 혼합하였다.Aqueous solution 3: 900 μL of deionized water, 100 μL of polyethylene glycol, and 35 mg of 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride were mixed.
<1-3> 미세유체 반응 시스템을 이용하여 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 제조<1-3> Preparation of dropletized PEG hydrogel containing an amine functional group shell using a microfluidic reaction system
미세유체칩은 Darwin microfluidics(Cell Barcoding Chip-PDMS, 채널깊이(Channel depth) = 80 m, 노즐 너비(Nozzlewidth) = 100 m, 주채널너비(main channel width) = 140 m)를 사용하였다.As for the microfluidic chip, Darwin microfluidics (Cell Barcoding Chip-PDMS, Channel depth = 80 m, Nozzlewidth = 100 m, Main channel width = 140 m) was used.
미세유체칩의 연속상은 Krytox(0.5%, modified) 계면활성제를 용해시킨 플루오로카본 오일(fluorocarbon oil) HFE 7500을 사용하였다. 미세유체칩의 분산상 주입구 1 내지 3에 실시예 <1-2>에서 제조된 수용액 1 내지 3을 각각 주입하였다.For the continuous phase of the microfluidic chip, fluorocarbon oil HFE 7500 in which Krytox (0.5%, modified) surfactant was dissolved was used. The
미세유체칩의 분산상은 50 μL/h, 연속상은 250 μL/h의 유속으로 개별 시린지 펌프를 통해 제어하였다. 고화된 액적은 미세유체칩의 출구를 통해 유리 바이알에 수집하였다.The dispersed phase of the microfluidic chip was controlled by a separate syringe pump at a flow rate of 50 μL/h and the continuous phase of 250 μL/h. The solidified droplets were collected in a glass vial through the outlet of the microfluidic chip.
그 후, 유리 바이알에 20% 퍼플루오로옥탄 HFE 오일을 첨가하여 액적화된 PEG 하이드로겔을 분리하고, 순차적으로 헥산 중 1 % (v/v) Span 80, 탈이온수 중 0.1 % (v/v) Triton X-100 및 탈이온수를 이용해 3회 세척하였다.Thereafter, 20% perfluorooctane HFE oil was added to a glass vial to separate the dropletized PEG hydrogel, and sequentially 1% (v/v)
제조된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔을 현미경 및 공초점 레이저 주사 현미경(CLSM)을 통해 관찰하였다. 관찰 결과는 도 2 및 도 3에서 나타난 바와 같다. Dropped PEG hydrogel containing the prepared amine functional group shell was observed through a microscope and a confocal laser scanning microscope (CLSM). Observation results are as shown in FIGS. 2 and 3.
<비교예 1> 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔의 제조<Comparative Example 1> Preparation of polyethylene glycol hydrogel
실시예 <1-2>에서 제조한 수용액 1 및 2를 준비하였다.The
미세유체칩의 조건은 실시예 <1-3>와 같은 조건으로 하여, 분산상 주입구 1 및 2에 각각 실시예 <1-2>에서 제조한 수용액 1 및 2를 주입하였다. 이후 실시예 1-3과 동일한 과정을 거쳐 폴리에틸렌글리콜 하이드로겔을 제조하였다. The conditions of the microfluidic chip were the same as those of Example <1-3>, and
<실험예 1> FITC 커플링을 통한 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 관찰<Experimental Example 1> Observation of a dropletized PEG hydrogel containing an amine functional group shell through FITC coupling
아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 하이드로겔 10 mg을 함유하는 반응 튜브를 FITC (2 당량) 및 DIPEA (4 당량)를 포함하는 DMF 3 mL 용액과 함께 암흑에서 18 시간동안 혼합교반하였다. 그 후, 액적화된 PEG 하이드로겔을 DMF, DCF 및 MeOH로 3회 세척하고 진공에서 건조시켰다. 그 후 공초점 레이저 주사현미경(CLSM)을 통해 관찰하였으며, 관찰한 결과는 도 7에 나타난 바와 같다.The reaction tube containing 10 mg of the dropletized hydrogel containing the amine functional shell was mixed and stirred in the dark for 18 hours with a 3 mL solution of DMF containing FITC (2 equivalents) and DIPEA (4 equivalents). Thereafter, the dropletized PEG hydrogel was washed 3 times with DMF, DCF and MeOH and dried in vacuo. Then, it was observed through a confocal laser scanning microscope (CLSM), and the observation result is as shown in FIG. 7.
<실험예 2> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔에 RGD 펩티드 고정 및 세포결합 분석<Experimental Example 2> RGD peptide fixation and cell binding analysis on dropletized PEG hydrogel containing amine functional group shell
<2-1> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔에 RGD 펩티드 고정<2-1> Immobilization of RGD peptide on dropletized PEG hydrogel containing amine functional group shell
6.8 μM DIPEA 및 3.4 μM MAL-NHS linker를 DMF 1 mL에 용해시켰다. 그 후, 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔 13 mg을 첨가하고 37℃에서 1시간 배양하였다. 배양된 하이드로겔을 DMF 및 메탄올로 3번 세척하고 0.6 μM DIPEA 및 1.6 M GRGDSC 펩타이드를 포함하는 DMF 1 mL 용액에 첨가하여 37℃에서 1시간 재배양하였다. 그 후, 펩티드가 고정된 하이드로겔을 DMF와 메탄올로 세척한 후 진공 데시케이터(desiccator)에 저장하였다.6.8 μM DIPEA and 3.4 μM MAL-NHS linker were dissolved in 1 mL of DMF. Thereafter, 13 mg of PEG hydrogel droplets containing an amine functional shell were added and incubated at 37°C for 1 hour. The cultured hydrogel was washed three times with DMF and methanol, added to a 1 mL solution of DMF containing 0.6 μM DIPEA and 1.6 M GRGDSC peptide, and cultured at 37° C. for 1 hour. Thereafter, the hydrogel to which the peptide was immobilized was washed with DMF and methanol, and then stored in a vacuum desiccator.
<2-2> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔의 세포 결합 분석<2-2> Cell Binding Analysis of Dropped PEG Hydrogel Containing Amine Functional Shell
NIH T3T 세포(300,000 cells/mL)를 트립신으로 처리하고 96-well plate 내 배양 배지에서 실험예 2-1에서 제조된 펩티드 고정된 하이드로겔과 함께 2일 동안 배양하였다. 그 후, 세포 결합 여부 확인을 위하여 칼세인(Calcein) AM 용액 1 μM을 이용하여 PBS에서 40분동안 염색하였다. 그 후 현미경 및 공초점 레이저 주사현미경(CLSM)을 통해 관찰하였으며, 그 결과는 도 10 및 도 11에 나타난 바와 같다.NIH T3T cells (300,000 cells/mL) were treated with trypsin and cultured for 2 days with the peptide-immobilized hydrogel prepared in Experimental Example 2-1 in a culture medium in a 96-well plate. Thereafter, in order to check whether the cells were bound, the cells were stained for 40 minutes in PBS using 1 μM of Calcein AM solution. Thereafter, observation was made through a microscope and a confocal laser scanning microscope (CLSM), and the results are as shown in FIGS. 10 and 11.
<실험예 3> 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔의 부피 팽창 확인<Experimental Example 3> Confirmation of volume expansion of a dropletized PEG hydrogel containing an amine functional group shell
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 하이드로겔을 물 등 각종 용매에 넣은 후, 부피 팽창 정도를 측정하였다. 실험결과는 표 1에 나타난 바와 같다.After the hydrogel prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was added to various solvents such as water, the degree of volume expansion was measured. The experimental results are as shown in Table 1.
상기 표 1에서 실시예 1에서 제조된 아민 작용기 쉘을 포함하는 액적화된 PEG 하이드로겔은 아민 작용기를 갖지 않는 하이드로겔과 비교하여 모든 용매하에서 낮은 부피팽창율을 보였다. 또한, 용매의 극성, 무극성 정도에 따라 차이는 있으나 무관하게 부피팽창정도가 크게 차이나지 않았다.In Table 1, the dropletized PEG hydrogel containing the amine functional group shell prepared in Example 1 showed a low volume expansion rate in all solvents compared to the hydrogel not having the amine functional group. In addition, although there are differences depending on the polarity and non-polarity of the solvent, the degree of volume expansion was not significantly different.
Claims (25)
미세유체 반응 시스템의 분산상 및 연속상의 유속을 조절하는 단계를 포함하는 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
Injecting a first solution including a first prepolymer, a second solution including a first initiator, and a third solution including a functional group generating compound into three or more channels of the microfluidic reaction system, respectively; And
A method for producing a dropletized hydrogel comprising the step of controlling the flow rates of the dispersed and continuous phases of the microfluidic reaction system.
상기 제1 용액 내지 제2 용액 중 하나 이상의 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하는 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
At least one solution of the first solution to the second solution further comprises a second prepolymer.
상기 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머의 프리폴리머인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The first prepolymer or the second prepolymer is polyethylene glycol, polybutadiene, polypropylene glycol, polyacrylamide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid. acid), polyvinylalcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyisobutylene, polylactic acid, polycaprolactone, and polyglycolic acid. A method for producing a dropletized hydrogel which is a prepolymer of at least one polymer selected from the group consisting of.
상기 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 한쪽 또는 양쪽 말단이 C1-10 알킬, 아크릴레이트, 또는 메타크릴레이트로 치환된 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 3,
The first prepolymer or the second prepolymer is a method for producing a dropletized hydrogel in which one or both ends are substituted with C 1-10 alkyl, acrylate, or methacrylate.
The method of claim 3, wherein the first prepolymer has both ends substituted with acrylate.
The method of claim 3, wherein one end of the second prepolymer is substituted with methyl and the other end of the second prepolymer is substituted with acrylate.
상기 제1 프리폴리머 또는 제2 프리폴리머는 분자량이 3000 이하인 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 3,
The first prepolymer or the second prepolymer has a molecular weight of 3000 or less.
상기 제1 용액은 제2 개시제를 더 포함하는 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
The first solution is a method for producing a dropletized hydrogel further comprising a second initiator.
상기 제1 개시제는 단독 또는 제2 개시제와 혼합하여 중합 반응을 개시하는 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 8,
The first initiator alone or mixed with a second initiator to initiate a polymerization reaction.
상기 제1 개시제 또는 제2 개시제는 라디칼 개시제인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 8,
The first initiator or the second initiator is a radical initiator, a method for producing a dropletized hydrogel.
상기 제1 개시제 또는 제2 개시제는 암모늄 퍼설페이트, 테트라메틸 에틸렌디아민, 아조비스이소부티로니트릴, 벤조일 퍼옥시드, 2,2‘-아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 디히드로클로라이드, 아세틸 퍼옥시드, 라우로일 퍼옥시드 및 카프로일 퍼옥시드로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 8,
The first initiator or the second initiator is ammonium persulfate, tetramethyl ethylenediamine, azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride, acetyl peroxide. Seed, lauroyl peroxide, and caproyl peroxide, at least one selected from the group consisting of a method for producing a dropletized hydrogel.
상기 제1 개시제는 암모늄 퍼설페이트이고, 제2 개시제는 테트라메틸 에틸렌디아민인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 8,
The first initiator is ammonium persulfate, and the second initiator is tetramethyl ethylenediamine.
상기 작용기 생성화합물은 액적화된 하이드로겔 표면에 하이드록시기, 알데히드기, 카르복시기, 아민기, 카르보닐기, 에테르기, 아미드기 또는 에스테르기를 생성하는 것인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
The functional group-generating compound generates a hydroxy group, an aldehyde group, a carboxyl group, an amine group, a carbonyl group, an ether group, an amide group or an ester group on the surface of the droplet-formed hydrogel.
상기 작용기 생성화합물은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물 또는 이의 염의 형태인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
[화학식 1]
A-B
상기 화학식 1에서 A는 (CH2)nOH, (CH2)nCHO, (CH2)nCOOH, (CH2)nNH2, (CH2)nCOOR, (CH2)nCONH2, (CH2)nCONHR, (CH2)nCOOR이며,
여기에서, R은 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬이거나 치환 또는 비치환된 C1-10 알케닐이고,
n은 1 이상 50 이하의 정수이며,
B는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
The functional group-generating compound is a method for producing a liquid-dropped hydrogel in the form of a compound represented by the following Formula 1 or a salt thereof.
[Formula 1]
AB
In Formula 1, A is (CH 2 ) n OH, (CH 2 ) n CHO, (CH 2 ) n COOH, (CH 2 ) n NH 2 , (CH 2 ) n COOR, (CH 2 ) n CONH 2 , (CH 2 ) n CONHR, (CH 2 ) n COOR,
Here, R is substituted or unsubstituted C 1-10 alkyl or substituted or unsubstituted C 1-10 alkenyl,
n is an integer of 1 or more and 50 or less,
B is an acrylate or methacrylate, a method for producing a dropletized hydrogel.
상기 작용기 생성화합물은 2-아미노에틸 메타크릴레이트 하이드로클로라이드인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
The functional group-generating compound is 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride, a method for producing a dropletized hydrogel.
상기 제1 용액은 제2 프리폴리머 및 제2 개시제를 포함하며, 탈이온수와 혼합하여 제1 프리폴리머 농도가 30 내지 42 % v/v이고, 제2 프리폴리머 농도가 25 내지 40 % v/v이며, 제2 개시제 농도가 3 내지 10 % w/v인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
The first solution contains a second prepolymer and a second initiator, and mixed with deionized water to have a first prepolymer concentration of 30 to 42% v/v, a second prepolymer concentration of 25 to 40% v/v, and 2 Method for producing a dropletized hydrogel having an initiator concentration of 3 to 10% w/v.
상기 제2 용액은 제2 프리폴리머를 더 포함하고, 탈이온수와 혼합하여 제2 프리폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 제1 개시제의 농도가 2 내지 8 % w/v인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
The second solution further comprises a second prepolymer, mixed with deionized water, and the second prepolymer concentration is 5 to 20% v/v, and the concentration of the first initiator is 2 to 8% w/v. Method of making a gel.
상기 제3 용액은 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리메타크릴산(polymethacrylic acid), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl Pyrrolidone), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone) 및 폴리글리콜산(polyglycolic acid)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 폴리머를 포함하고 탈이온수와 혼합하여 추가 포함되는 폴리머 농도가 5 내지 20 % v/v이고, 작용기 생성화합물의 농도가 1 내지 7 % w/v인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
The third solution is polyethylene glycol, polybutadiene, polypropylene glycol, polyacrylamide, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid. Selected from the group consisting of vinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyisobutylene, polylactic acid, polycaprolactone, and polyglycolic acid. A method for producing a dropletized hydrogel containing one or more polymers and having a polymer concentration of 5 to 20% v/v and a concentration of a functional group generating compound of 1 to 7% w/v by mixing with deionized water.
상기 유속은 분산상은 30 내지 70 μL/h, 연속상은 200 내지 300 μL/h인 액적화된 하이드로겔의 제조방법.
The method of claim 1,
The flow rate is 30 to 70 μL/h for the dispersed phase and 200 to 300 μL/h for the continuous phase.
Dropped hydrogel prepared by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 19.
상기 액적은 100 ㎛ 이하의 크기를 갖는 액적화된 하이드로겔.
The method of claim 20,
The droplet is a droplet-formed hydrogel having a size of 100 μm or less.
상기 액적화된 하이드로겔은 표면에 작용기 쉘(shell)을 가지며, 작용기는 아민기인 액적화된 하이드로겔.
The method of claim 20,
The dropletized hydrogel has a functional group shell on its surface, and the functional group is an amine group.
상기 작용기 쉘(shell)은 3 내지 10 ㎛ 두께인 액적화된 하이드로겔.
The method of claim 22,
The functional group shell (shell) is a 3 to 10 ㎛ thick droplet hydrogel.
상기 액적화된 하이드로겔은 용매 하에서 부피 팽창률이 35% 이하인 액적화된 하이드로겔.
The method of claim 20,
The dropletized hydrogel is a dropletized hydrogel having a volume expansion rate of 35% or less in a solvent.
상기 액적화된 하이드로겔은 생체재료, 약물전달, 합성용 고분자지지체, 세포 검출을 위한 3-D 세포배양, 친화크로마토그래피, 생체 내 세포전달체 또는 프로테인 피싱(protein fishing)에 사용되는 액적화된 하이드로겔.The method of claim 20,
The dropletized hydrogel is a dropletized hydrogel used for biomaterials, drug delivery, synthetic polymer scaffolds, 3-D cell culture for cell detection, affinity chromatography, cell delivery systems in vivo, or protein fishing. Gel.
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