여러가지 형태의 하이드로겔

하이드로 겔

하이드로 겔이란, 가교 결합 된 친수성 고분자로, 고체가 물을 흡입해 팽윤한 상태로 유동성이 없는 형태인 겔이 된 물질의 총칭입니다. 예를 들면, 다당류나 젤라틴 등의 고분자 사슬이 가교 되어 3차원 망목 구조를 취하면, 망목 구조 속에 많은 물을 포함하여 팽윤체가 되며, 물에 녹을 수 없는 상태가 되는 것을 말합니다.

 

하이드로 겔에는 공유 가교 결합의 형태인 화학적 하이드로 겔과 비공유결합 형태인 물리적 하이드로 겔이 있습니다. 화학적 하이드로 겔의 경우 공유결합으로 인해 결합이 비교적 강한 겔이 되나, 물리적 하이드로 겔은 pH 혹은 온도와 같은 외부 자극에 따라 비교적 쉽게 변형할 수 있는 특징을 가지고 있습니다.

 

하이드로 겔은 히알루론산, 키토산, 헤파린, 알기네이트 및 피브린같이 다양한 고분자를 사용하여 제조하며, 상당한 수분 함량으로 천연 조직과 매우 유사한 유연성을 가지고 있어 다방면으로 적용하고 있습니다. pH 변화와 같은 외부 요인에 의한 자극이 있을 때 특정 화합물이 환경으로 방출될 수 있는 화학 시스템을 캡슐 화할 수 있습니다.

 

펩타이드 기반 하이드로 겔은 우수한 생체적합성과 생분해성 특성을 가지고 있습니다. 사용을 더 용이하게 하기 위해 아미노산 서열을 조정하거나 pH 조정, 키랄 성 조절 및 방향족 잔기 수 증가 등 물리적 특성을 미세 조정합니다.

 

짧은 펩타이드 서열 Fmoc-Phe-Gly는 하이드로 겔을 쉽게 형성하는 반면, Fmoc-Gly-Phe는 두 개의 인접한 방향족 부분이 이동되어 방향족 상호 작용을 방해하는 결과로 그렇게 하지 못한 사례가 있습니다. 또한, pH를 변경하는 것도 유사한 효과를 가질 수 있는데, 나프탈렌(Nap)이 변형된 Nap-Gly-Ala 및 Nap-Ala-Gly를 사용하는 경우가 있습니다. 키랄성은 겔 형성에 필수적인 역할을 하며, 천연 L-아미노산에서 비천연 D-아미노산으로 단일 아미노산의 키랄성을 변경하는 것조차 겔화 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있어 천연 형태는 겔을 형성하지 않습니다.

 

하이드로 겔은 온도에 대한 민감성이 다른 자극보다 더 있는 편입니다. 이는 상한 임계 용액 온도(UCST)와 하한 임계 용액 온도(LCST)로 분류되는데, 상한 임계 용액 온도 폴리머는 높은 온도에서 수용성이 증가하여 온도가 올라감에 따라 하이드로 겔이 고체에서 액체로 전이되며 하한 임계 용액 온도에서는 반대로 수의 용해도가 감소하여 온도가 증가함에 따라 액체에서 고체로 전이되는 특성을 가지고 있습니다.

 

빛으로 자극하여 사용하는 방법에선 광자의 흡수로부터 갈라지는 화합물인 광 개시제가 하이드로 겔이 될 전구체 용액에 첨가됩니다. 전구체 용액이 집중된 광원에 노출되면 광 개시제가 분해되어 자유 라디칼을 형성하며, 이는 폴리머 가닥 사이에 가교결합을 형성하는 중합 반응을 시작합니다. 이 반응은 광원이 제거되면 중지되어 하이드로 겔에서 형성되는 가교의 양을 제어할 수 있습니다.