Electrostatic Formation of Chitosan-Polyacrylate Polyplex for the Preparation of Cross-Linked Hydrogel Particles

Despite the great potential for the versatile applications in food industry and medical area, chitosan as a biocompatible cationic polysaccharide has suffered from the limited solubility under physiological condition. Herein, we demonstrated the electrostatic formation of chitosan-based polyplex particles, counterbalanced by polyacrylate as an anionic polyelectrolyte. The resulting polyplex exhibited pH- and composition-dependent changes in their surface charges as measured by zeta potential, which can be employed to provide the interparticle repulsive forces for enhanced colloidal stability in homogeneous solution. Subsequently, amide coupling between the acrylates and glucosamine residues of chitosan inside the polyplex further generated the hydrogel particles, which showed the temperature-sensitive swelling property. This aspect can be attributed to the partial formation of acryl amide residues, which have been generally known to possess the lower critical solution temperature (LCST).

이온성 상호작용을 통한 키토산-폴리아크릴산 Polyplex의 형성 및 이를 이용한 하이드로젤 특성 분석

대표적인 양이온성 폴리사카라이드인 키토산은 생체 친화적인 특성으로 인하여 식품 및 의약품으로의 다양한 응용성이 제시되고 있으나, 용액의 pH에 따른 급격한 용해도 변화로 인하여 실제적인 사용에 많은 제약이 따른다. 본 연구에서는 양이온성 키토산 고분자체와 음이온성 고분자 전해질인 PAA의 이온성 상호작용을 이용하여 두 고분자 전해질의 구성 비율 및 용액의 pH에 따른 polyplex 형성 과정을 관찰하였다. 특히, 두 고분자체의 조성 비율에 따라 나타나는 입자 표면의 전하량은 입자 간정전기적 반발력을 제공하여 균일한 입자 크기와 높은 콜로이드 안정성을 제공하였으며, 이와 같이 안정화된 polyplex 입자는 추가적인 가교화 반응을 통하여 하이드로젤 입자로의 형성이 가능하였다. 두 고분자 전해질의 부분적인 교차 결합으로 형성된 하이드로젤 입자 내부의 acryl amide 작용기는 특징적인 저임계 용액 온도(LCST)를 나타냄으로써 입자의 온도에 따른 수화 작용에 차이를 보이며 그에 따른 입자의 수력학적 직경 변화가 관찰되어 온도에 따른 하이드로젤 입자의 가역적인 팽윤 작용이 관찰되었다. 이와 같은 하이드로젤 입자는 생리활성적인 환경에서 제한된 용해도를 보이는 키토산의 응용성을 한 층 더 높일 수 있을 것으로 기대된다.