라디칼 교차를 통해 접근 가능한 이소티오우로늄 그룹을 갖는 다기능 하이드로겔의 제조

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10361(2023) 이 기사 인용

771 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

하이드로겔에는 특정 목적을 위한 작용기가 장착될 수 있습니다. 이소티오우로늄 그룹은 흡착성을 향상시키거나 티올 그룹으로 변환된 후 온화한 반응을 통해 다른 작용기의 결합을 허용할 수 있습니다. 여기에서는 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA) 하이드로겔에 이소티오우로늄 그룹을 도입하고 이소티오우로늄 그룹의 감소를 통해 티올 기능화된 하이드로겔로 변환하여 다기능 하이드로겔을 준비하는 방법을 제시합니다. 이를 위해 이소티오우로늄기를 함유한 양친성 단량체 2-(11-(아크릴로일옥시)-운데실)이소티오우로늄 브로마이드(AUITB)를 합성하고 PEGDA와 공중합시켰다. 이러한 편리한 방법으로 평형 팽윤 정도를 변경하지 않고 최대 3wt% AUITB를 하이드로겔에 통합하는 것이 가능했습니다. 성공적인 기능화는 물 접촉각 측정을 통한 하이드로겔의 표면 분석과 이소티오우로늄 그룹의 존재로 인해 하이드로겔 표면의 등전점을 4.5에서 9.0으로 증가시킴으로써 입증되었습니다. 하이드로겔은 음이온성 약물인 디클로페낙의 뚜렷한 흡착으로 예시되는 바와 같이 흡착제로서의 적합성을 보여주었습니다. (생)접합 반응에 대한 기능화의 가능성은 이소티오우로늄 그룹을 티올로 환원시킨 후 기능성 효소인 고추냉이 퍼옥시다제를 하이드로겔에 고정시킴으로써 입증되었습니다. 결과는 완전히 접근 가능한 이소티오우로늄 그룹이 근본적으로 가교된 하이드로겔에 도입될 수 있음을 보여줍니다.

하이드로겔은 조직 공학1,2,3, 약물 전달4,5,6 또는 (바이오)센서7,8,9 분야에서 광범위하게 검사됩니다. 이들은 수성 매질에서 부풀어오르는 불용성 폴리머 네트워크로 구성됩니다10. 팽창 거동과 같은 하이드로겔 기능은 일반적으로 폴리머 네트워크와 팽창 매체11,12,13의 상호 작용으로 인해 발생합니다. 그러나 하이드로겔 특성을 조정하는 우아한 방법은 폴리머 네트워크 구성이나 가교 밀도 및 구조를 변경하는 것입니다.

하이드로겔의 대표적인 부류는 폴리(에틸렌 글리콜)(PEG)을 기반으로 하며, 종종 PEG 디아크릴레이트(PEGDA)5,14,15,16의 광경화를 통해 제조됩니다. 생성된 하이드로겔은 생체 불활성이며 단백질 흡착17,18 뿐만 아니라 세포 접착19,20을 억제합니다. 하이드로겔 특성에 대한 요구 사항에 따라 폴리머 네트워크 형성은 하이드로겔 전구체 용액에서 PEGDA의 몰 질량 또는 농도, 즉 가교 전의 영향을 받을 수 있습니다. 또한, PEG 기반 하이드로겔의 기능화는 하이드로겔 전구체 용액에 다른 분자 또는 단량체를 추가하여 달성할 수 있습니다. 이는 예를 들어 고분자 전해질 하이드로겔생성하는 단량체를 포함함으로써 이전에 성공적으로 수행되었습니다. 양전하를 띤 단량체 2-(메타크릴로일옥시)에틸 트리메틸암모늄 클로라이드(MAETAC)는 공중합을 통해 PEGDA 하이드로겔에 통합되었습니다. 유사한 연구에서 음전하를 띤 단량체 나트륨 메탈릴 설포네이트(SMAS)를 사용하여 PEGDA 하이드로겔을 기능화했습니다. 두 연구 모두 기능화되지 않은 하이드로겔에 비해 기능화된 하이드로겔에서 단백질 흡착, 세포 접착 및 증식이 증가한 것으로 관찰되었습니다. 세포 호환성을 향상시키는 것 외에도 이러한 고분자 전해질 하이드로겔은 다른 장점과 가능한 응용 분야를 가지고 있습니다. 고분자 전해질 물질은 정전기적 상호작용이나 이온 교환을 통해 반대 전하의 분자를 흡착하는 데 사용될 수 있으며, 예를 들어 수질 정화에 적용될 수 있습니다25. 모노머와 그 작용기의 선택은 하이드로겔의 가능한 적용 분야에 매우 중요합니다.

거시적 하이드로겔의 제조에서 지금까지 우리가 아는 바에 따르면 특히 흥미로운 이온 부분 중 하나는 이소티오우로늄 그룹입니다. 항종양 활성 또는 항박테리아 효과와 같은 저몰질량 이소티우로늄 염 또는 이소티우로늄 함유 나노입자의 놀라운 특성은 이전에 보고되었습니다. 이소티오우로늄 작용성 입자는 중금속 이온흡착제로 상업적으로 이용 가능합니다. 이소티오우로늄 그룹은 산성 내지 중성 수성 환경 및 공기와 접촉하여 안정하므로 하이드로겔 전구체 용액에 직접 첨가하는 것이 적합할 수 있습니다.

300 nm, with an emission maximum around approx. 365 nm, sol2, Dr. Hönle AG). For surface analysis, the hydrogel surface orientated towards the activated silicon wafers was always investigated. For adsorption measurements, precursor solutions were prepared as described before with 0.5 wt% Irgacure 2959, βAUITB between 1 wt% and 3 wt%, and between 98.5 wt% and 96.5 wt% PEGDA (Table SI 1). After mixing, the PEGDA solution was poured into a cylindrical aluminum mold (diameter 30 mm, height 1 mm), covered with a quartz glass pane and subsequently cross-linked with UV irradiation for 7.5 min. Before subsequent experiments with the samples, they were washed excessively and swollen as explained in the respective sections below./p>

3000 cm−1 in the spectrum of the non-reacted PEGDA results from the C-H stretching vibration at the double bond. This spectrum also had a strong band with a peak at 1637 cm−1, which can be assigned to the C = C double bond. The spectra of the cross-linked PEGDA-0 and PEGDA-3 samples were comparable and showed a nearly disappeared band around 1600 cm−1. This indicates that the cross-linking of the samples was successful, including the consumption of the C = C double bond, and that the integration of the monomer in the precursor solution did not interfere with the cross-linking process. Unfortunately, in the PEGDA-3 spectrum, no direct evidence was visible that proves the successful integration of AUITB, probably due to the rather small βAUITB. Summarizing, the Raman spectra also point out that cross-linking of PEGDA hydrogels was not hampered by AUITB addition./p>

3.0.CO;2-D" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1097-4636%2820000905%2951%3A3%3C343%3A%3AAID-JBM7%3E3.0.CO%3B2-D" aria-label="Article reference 17" data-doi="10.1002/1097-4636(20000905)51:33.0.CO;2-D"Article CAS PubMed Google Scholar /p>