라디칼 중합된 PEG 나노입자의 분석 및 활용 방안
Analysis of the radically polymerized PEG network and its applications
- 주제어 (키워드) 하이드로겔 , 고분자 나노입자 , 화학적 가교 , 주사 가능성 , 양자점 , 용매 저항성; hydrogel , polymer nanoparticles , chemical cross-linking , injectability , quantum dots , solvent resistance
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김정욱
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000076676
- UCI I804:11029-000000076676
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
라디칼 중합된 PEG 나노입자의 분석 및 활용 방안 약물 전달에서 하이드로겔의 사용은 생체친화성과 조절 가능한 다공성 구조로 원하는 부위에 지속적으로 약물을 전달 가능하게 한다. 특히 주사 가능한 하이드로겔은 주사 직후 원하는 구조 로 통합되어 국소적 부위에 최소 침습적 전달이 가능하게 한다. 한편 주사 가능한 하이드로겔은 gel-sol-gel transition이 가능한 전단 박화 및 자가 치유 특성을 가진 물질이 가장 유망하다고 여겨진다. 하지만 gel-sol-gel transition의 특성은 초반의 약한 결합 수준까지만 회복 가능하다는 한계점을 가지고 있다. 따라서 이의 해결을 위해 열에 의해 가교되어 구조적 통합성을 갖는 PEGDA(Poly ethyleneglycol diacrylate) 기반 나노입자 물질을 소개하려 한다. 이 물질은 수용액 상에 있어 아주 쉽게 주사 가능할뿐더러 체온인 36.5℃의 열에 의해 개시되어 빠르게 고체화되는 특성을 갖는다. 이 나노입자 내부의 저온의 열에 의해 개시되는 작용기를 1H-NMR, Fenton 반응, DSC를 통해 확인하였다. 또한 주사된 직후 체내 온도와 pH에서 나노입자 용액이 얼마나 빠르게 가교될 수 있는지 rheometer 상에서 확인하였다. 또한 용매 저항성을 보유하며 화학적으로 안정한 양자점 층의 제조는 QLED 공정에 있어 필수 적이다. 이를 위해 기존에는 자외선이나 고온 열처리 과정으로 양자점 층의 화학적 안정성을 확 보하였다. 하지만 자외선, 라디칼, 고온 열처리 과정 자체 혹은 수반되는 화학적 반응은 양자점의 광특성을 저하시킬 수 있다. 또한 공정 시간과 비용 또한 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 고분 자 나노입자를 활용하여 앞서 언급된 기존 방법들의 단점을 보완하고자 하였다. 범용 고분자인 PEGDA를 단량체로 사용하여 50 nm 수준의 고분자 나노입자를 제조하고 이를 QD와 혼합하여 기판에 도포한 후, 100 ℃ 열처리 과정을 통해 화학적으로 가교된 QD층을 제조하였다. 열처리 과 정을 통해 나노입자 내부에는 라디칼이 생성되지만, 기존 저분자(광개시제) 기반의 라디칼과는 달 리 고분자 사슬 말단에 생성된 라디칼은 입체장애로 인해 QD 표면에 접근하기 어렵다. 이의 확 인을 위해 나노입자 없이 양자점으로만 도포된 대조군 대비 상대 PL 세기를 측정하여 양자점의 광발광 특성이 유지되었는지 보았다. 또한 모용매 세척 전후로 UV-vis spectra를 비교하여 용매 저항성이 있는 양자점 층이 형성되었는지 확인하였다.
more초록
The use of hydrogels in drug delivery allows for continuous drug release to desired sites due to their biocompatibility and tunable porous structure. Injectable hydrogels, in particular, integrate into the desired structure immediately after injection, enabling minimally invasive local delivery. However, the gel-sol-gel transition characteristics are limited in recovery only up to initial weak bonding levels. To address this limitation, we introduce polyethylene glycol diacrylate (PEGDA)-based nanoparticles that are thermally cross-linked for structural integrity. These nanoparticles are easily injectable in aqueous solution and rapidly solidify at body temperature (36.5°C) upon initiation by low-temperature heat within the nanoparticles, confirmed by 1H-NMR, Fenton reaction, and DSC. The speed of nanoparticle cross-linking at body temperature and pH immediately after injection was verified using a rheometer. In addition, the manufacture of chemically stable quantum dot layers in quantum dot lightemitting diode (QLED) processes, resistant to solvents, is essential. Previously, chemical stability of quantum dot layers was achieved through UV exposure or high-temperature treatment. However, these processes or associated chemical reactions can deteriorate the optical properties of quantum dots and increase processing time and cost. In this study, we aimed to overcome the drawbacks of existing methods using polymer nanoparticles. We manufactured polymer nanoparticles at the monomer level using the versatile polymer PEGDA, producing nanoparticles at the 50 nm scale. These nanoparticles were mixed with quantum dots and coated on a substrate, and chemically cross-linked quantum dot layers were produced through a 100°C heat treatment process. During the heat treatment process, radicals are generated inside the nanoparticles. However, unlike conventional smallmolecule-based radicals, the radicals generated at the ends of polymer chains within the nanoparticles have difficulty accessing the quantum dot surface due to steric hindrance. To confirm this, we measured the relative PL intensity compared to the control group, which had only quantum dots without nanoparticles. UV-vis spectra were also compared before and after solvent washing to confirm the solvent resistance of the quantum dot layer.
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