카테콜기로 치환된 글리콜 키토산의 젤화거동 및 자가치유능

국문 초록 (Abstract)

글리콜 키토산은 키토산의 친수성 유도체로서 우수한 무독성, 생체적합성 및 생분해성을 가지며, 넓은 범위의 pH조건의 수용액에서 우수한 용해성을 나타내는 다당류이다. 따라서 글리콜 키토산은 중성의 pH조건에서 용해가 가능하다는 장점이 있어 생체재료 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다. Self-healing 수화젤은 외력에 의해 파괴된 가교구조를 원래대로 회복할 수 있는 기능을 가진 수화젤을 의미한다. 이는 수소결합과 같은 물리적 결합 혹은 이민결합과 같은 화학적 결합을 통해 제조할 수 있으며, 조직공학용 재료 및 약물전달시스템 등에서 응용되고 있다. 본 연구에서는 이민결합 형성을 위해 글리콜 키토산에 카테콜기를 도입하여 self-healing 특성을 가지는 수화젤을 제조하였다. 또한, 농도 및 치환도, pH에 따른 젤화거동 및 self-healing거동을 분석하여 생체재료로서의 적용 가능성을 살펴보았다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Glycol chitosan (GC) is a hydrophilic derivative of chitosan, and has non-toxic, biocompatible, and biodegradable properties. Also, GC shows excellent solubility under a wide range of pH conditions. Therefore, it is widely studied in various fields of biomaterials due to excellent properties. Self-healing means that materials could restore their structures and functionalities after damage. In this study, the catechol-modified glycol chitosan (GC-CA) hydrogels were prepared via Schiff’s base formation of GC-CA conjugate. Schiff’s base linkage (-CH=N-) is one kind of dynamic covalent bonds formed between the aldehyde (-CHO) and amino group (-NH2). In previous studies, chitosan-based hydrogel required the chemicals such as metal ions and catalysts for crosslinking, but the chemicals had potential side effects of acute or chronic diseases. Compared to traditional chitosan-based hydrogels, GC-CA hydrogel was obtained only with polysaccharides derived from natural substances without additional chemical crosslinkers. First, EDC chemistry was used into glycol chitosan. Aldehyde group was then formed by converting catechol to quinone form through oxidation process. Second, hydrogels were prepared by simply mixing solutions in physiological conditions with different pHs. In addition, the gelation and self-healing behavior were analyzed according to the concentration, degree of substitution and pH. The pH-responsive GC-CA hydrogel was successfully prepared by dynamic Schiff’s base reaction between catechol quinone and amino group. The rheological properties of GC-CA hydrogel were depend on the various conditions such as, polymer DS, concentration, and pH. The FT-IR and XPS results demonstrated that the hydrogel was crosslinked through Schiff’s base linkage. Also, hydrogel is manufactured from a variety of properties with weak, strechable and strong, brittle gel depending on the concentration, and pH. The hydrogel can be remodeled into different shapes depending on self-healing property. From these results, the GC-CA hydrogel will be applicable to self-healing biomaterials and tissue engineering scaffolds.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론적 배경 4
• 2.1. 수화젤 4
• 2.2. 자가치유 수화젤 5
• 2.2.1. 동적 공유결합 7
• 2.2.2. 비공유결합 11
• 2.3.3 다양한 상호작용 12
• 2.3. 키토산 기반 자가치유 수화젤 13
• Ⅲ. 실험 16
• 3.1. 카테콜기 치환 글리콜 키토산의 합성 16
• 3.1.1. 재료 16
• 3.1.2. 카테콜기 함유 글리콜 키토산 유도체의 제조 16
• 3.1.3. 카테콜기 함유 글리콜 키토산 수화젤의 제조 19
• 3.2. 특성 분석 22
• 3.2.1. 1H-NMR 스펙트럼 분석 22
• 3.2.2. UV-Vis 스펙트럼 분석 22
• 3.2.3. ATR-FTIR 스팩트럼 분석 23
• 3.2.4. XPS 분석 23
• 3.3. 젤화거동 분석 24
• 3.4. 자가치유 특성분석 24
• Ⅳ. 결과 및 고찰 25
• 4.1. 구조분석 25
• 4.1.1. 1H-NMR을 이용한 구조분석 25
• 4.1.2. UV-Vis 스펙트럼을 이용한 구조분석 30
• 4.1.3. ATR-FTIR을 이용한 구조분석 32
• 4.1.4. XPS를 이용한 구조분석 34
• 4.2. 젤화거동 분석 36
• 4.2.1. 수용액 농도에 따른 영향 36
• 4.2.2. pH 조절에 따른 영향 38
• 4.2.3. 젤화시간 41
• 4.3. 자가치유 특성분석 43
• Ⅴ. 결론 48
• 참고문헌 51
• ABSTRACT 56