In this study, a series of highly swelling hydrogels based on sodium alginate (NaAlg) and polymethacrylamide (PMAM) was prepared through free radical polymerization. The graft copolymerization reaction was performed in a homogeneous medium and in the presence of ammonium persulfate (APS) as an initiator and N,N'-methylenebisacrylamide (MBA) as a crosslinker. The crosslinked graft copolymer, alginate-graft-polymethacrylamide (Alg-gPMAM), was then partially hydrolyzed by NaOH solution to yield a hydrogel, hydrolyzed alginate-graft-polymethacrylamide (H-Alg-g-PMAM). During alkaline hydrolysis, the carboxamide groups of Alg-g-PMAM were converted into hydrophilic carboxylate anions. Either the Alg-g-PMAM or the H-Alg-g-PMAM was characterized by FTIR spectroscopy. The effects of the grafting variables (i.e., concentration of MBA, MAM, and APS) and the alkaline hydrolysis conditions (i.e., NaOH concentration, hydrolysis time, and temperature) were optimized systematically to achieve a hydrogel having the maximum swelling capacity. Measurements of the absorbency in various aqueous salt solutions indicated that the swelling capacity decreased upon increasing the ionic strength of the swelling medium. This behavior could be attributed to a charge screening effect for monovalent cations, as well as ionic cross-linking for multivalent cations. Because of the high swelling capacity in salt solutions, however, the hydrogels might be considered as anti-salt superabsorbents. The swelling behavior of the superabsorbing hydrogels was also measured in solutions having values of pH ranging from 1 to 13. Furthermore, the pH reversibility and on/off switching behavior, measured at pH 2.0 and 8.0, suggested that the synthesized hydrogels were excellent candidates for the controlled delivery of bioactive agents. Finally, we performed preliminary investigations of the swelling kinetics of the synthesized hydrogels at various particle sizes.
생물학적 의약품, 식품 등과 같이 저온 유통 체계(cold chain)를 관리하는데 있어서 제품 용기에 부착하여 보관 온도 이상에 노출될 경우 비가역적인 변화를 일으켜 고온 노출여부를 검지 할 수 있는 라벨의 소재로소 poly(N-isopropylacrylamide-co-t-butylacrylamide) [p(NIPAAm-co-t-BAM)]수화겔의 적용 가능성을 평가하였다. p(NIPAAm-co-t-BAM)수화겔은 cold chain 온도인 8$^{\circ}$C 이하에서 온도 민감성을 갖도록 t-BAM양을 조절하여 레독스 중합반응을 통하여 저온 (4$^{\circ}$C)합성하였고, 또한 oli해(NIPAAm-co-t-BAM) 공중합체를 그라프트하여 빗살 구조를 가지는 가교수화겔을 제조함으로써 수화겔의 수축 팽윤 속도를 향상시키고자 하였다. 합성 된 수화겔의 lower critical solution temperatures(LCSTs)는 흐림 점 측정법과 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 측정하였으며, NIPAAm 단량체와 빗살형태의 t-BAM 공중합체의 조성비가 가교제의 양에 따라 수화겔의 수축과 팽윤 거동을 관찰하였다. 소수성기를 포함하는 t-BAM의 조성비율에 따라 8$^{\circ}$C 이하 저온에서 수화겔의 LCST조절이 가능하며, 빗살 형태로 그라프트된 공중합체의 조성비에 따라 수축-팽윤율 및 속도의 조절이 가능한 것으로 확인되었다.
초다공성 하이드로젤은 다공성 공극구조를 이용하여 기존 수화젤의 팽윤성을 획기적으로 향상시킨 것으로, 빠른 팽윤거동과 높은 흡수율로 다양한 의약용 응용분야에 유용한 재료이다. 본 연구에서는 장용 코팅제인 Eudragit 계열 고분자들을 사용하여 poly(acrylic acid-co-acrylamide)계 초다공성 하이드로젤을 코팅함으로써 pH 의존성 팽윤거동을 보이는 초다공성 하이드로젤을 제조하고자 하였다. 서로 다른 pH 영역에서 작용하는 Eudragit L100과 S100을 이용하여 딥 코팅에 의해 표면을 코팅한 후 SEM을 이용해 공극구조를 관찰하고 pH에 따른 초다공성 하이드로젤의 팽윤거동을 관찰하였다. Eudragit 계열 고분자들로 코팅된 하이드로젤은 낮은 pH 환경하에서는 팽윤이 억제되다가, 특정 pH 이상에서 팽윤성이 향상되는 pH 의존성 팽윤거동을 보였고, 이러한 pH 의존성은 사용한 장용 코팅제용 고분자들의 pH 특성에 의존하였다.
Gwon, Hui-Jeong;Jo, Sun Young;Park, Eun Ji;Shin, Young Min;Choi, Jong-Bae;Park, Jong-Seok;Lim, Youn-Mook;Nho, Young-Chang;Kang, Phil Hyun
방사선산업학회지
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제6권1호
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pp.89-94
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2012
Three-dimensional network hydrogels were prepared by ${\gamma}$-irradiation of aqueous solutions of poly(vinyl alcohol) (PVA) and glycerol (Gly). Oven-drying was used to measure the gel fraction (G), hydration (H) or swelling behavior (S) of the prepared hydrogels. This study made a hypothesis that hydrogen bonds due to addition of glycerol and change of dry states such as freeze-drying (FD), room-drying (RD) and oven-drying (OD) acts on the G, H, and S. Interesting results on the hydrogen bonding effect in the prepared hydrogels are monitored at different drying conditions. The FD samples have a higher G values with increase in glycerol content as compared with the OD and RD samples. The formation of strong hydrogen bonding network among Gly molecules and hydrogel matrix was considered as the main driving force, resulting in the changes in the G, H, and S of the hydrogels under different drying conditions.
Silver nano-particles (AgNPs) have attracted much attention for centuries due to their unique optical properties, electrical conductivities, oxidative catalysis, and antibacterial effect. In this study, AgNPs have been prepared by using aqueous $AgNO_3$ solution in the poly(vinyl alcohol) (PVA)/poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogels. PVA and PEG powders were dissolved in deionized water, and then irradiated by a gamma-ray with a radiation dose of 50 kGy to make hydrogels. PVA/PEG hydrogels were dipped into $1.0{\times}10^{-2}M$$AgNO_3$ solution for 1 hour. After that, the swollen hydrogels were irradiated by gamma-ray for the formation of AgNPs. FE-SEM is used to observe the formation of AgNPs as a function of the content of PEG and the irradiation dose. Also, AgNPs in the PVA/PEG hydrogels were monitored by UV-Vis. It is observed that the content of PEG and gamma-ray irradiation in the hydrogel is crucial to the formation of AgNPs. Finally, antibacterial tests indiacted that the hydrogel containing silver nanoparticle has antibacterial activity.
Background: Injectable hydrogels have been extensively researched for the use as scaffolds or as carriers of therapeutic agents such as drugs, cells, proteins, and bioactive molecules in the treatment of diseases and cancers and the repair and regeneration of tissues. It is because they have the injectability with minimal invasiveness and usability for irregularly shaped sites, in addition to typical advantages of conventional hydrogels such as biocompatibility, permeability to oxygen and nutrient, properties similar to the characteristics of the native extracellular matrix, and porous structure allowing therapeutic agents to be loaded. Main body: In this article, recent studies of injectable hydrogel systems applicable for therapeutic agent delivery, disease/cancer therapy, and tissue engineering have reviewed in terms of the various factors physically and chemically contributing to sol-gel transition via which gels have been formed. The various factors are as follows: several different non-covalent interactions resulting in physical crosslinking (the electrostatic interactions (e.g., the ionic and hydrogen bonds), hydrophobic interactions, ${\pi}$-interactions, and van der Waals forces), in-situ chemical reactions inducing chemical crosslinking (the Diels Alder click reactions, Michael reactions, Schiff base reactions, or enzyme-or photo-mediated reactions), and external stimuli (temperatures, pHs, lights, electric/magnetic fields, ultrasounds, or biomolecular species (e.g., enzyme)). Finally, their applications with accompanying therapeutic agents and notable properties used were reviewed as well. Conclusion: Injectable hydrogels, of which network morphology and properties could be tuned, have shown to control the load and release of therapeutic agents, consequently producing significant therapeutic efficacy. Accordingly, they are believed to be successful and promising biomaterials as scaffolds and carriers of therapeutic agents for disease and cancer therapy and tissue engineering.
목재 섬유 기반의 셀룰로오스 나노피브릴(cellulose nanofibrils, CNF)은 생체적합특성이 우수하여 조직 공학용 스캐폴드, 약물 운반체, 상처 치유용 겔 등의 생체 의료 분야에서 많은 관심을 받고 있다. 하지만, 셀룰로오스 나노피브릴은 상대적으로 약한 기계적 강도를 나타내기 때문에 높은 기계적 특성을 요구하는 응용 분야에 사용되기 어렵다는 한계를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 셀룰로오스 나노피브릴의 기계적 강도를 향상시키기 위해 TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-oxyl) 산화 처리된 셀룰로오스 나노피브릴에 금속 양이온을 도입하여 금속-카르복실레이트 배위 결합을 가지는 하이드로겔을 제조하였다. 또한, 큰 진폭 진동 전단(large amplitude oscillatory shear) 측정과 Live/Dead 세포 시험을 통해 하이드로겔의 비선형 점탄성 거동과 세포 생존 능력을 분석하였다. 특히, 첨가된 금속염의 종류에 따라 세포의 증식 및 생존 능력이 변화하였고, 이는 하이드로겔들의 유변 물성 특성에도 영향을 미쳤다.
The water-swollen hydrogels containing silicone or fluorine were prepared by copolymerization of 2-hydroxy ethyl methacylate (HEMA) with 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate(SM) or 2,2,2-trifluoroethyl acrylate(FA). When the content of SM or FA increased in copolymers, there was tendency of water absorbance to decrease, whereas contact angles to increase. The hydrogels containing FA showed 2 ~ 4% higher water content and 4 ~ 5% lower contact angles compared to that of SM. Tensile strengths decreased as the content of SM increased. However, FA exhibited strength of $2.2Mpa/cm^2$ which is similar to $2.3Mpa/cm^2$ of B. FA, which implies comparatively low adherence, hence, showed better protein resistance properties than SM-based hydrogel. The photo-polymerization was also applied instead of thermal polymerization to enhance the energy efficiency. As a result, the reaction yield reached over 95% within 1 minute.
한국고분자학회 2006년도 IUPAC International Symposium on Advanced Polymers for Emerging Technologies
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pp.252-252
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2006
Utilizing the existence of the induction period in photo-polymerization, we propose a new injection method of photo-polymerizable, thermocrosslinking hydrogels made of di-acrylated Pluronic F127 (DA-PF127). This method can solve the problem of fast dissolution of thermal gelation as a scaffold and the disadvantages of the existing injection method that photo-polymerize di-acrylated Pluronic polymer after injection using optical fiber. Injectable gelation of DA-PF127 by the proposed method was demonstrated both in vitro and in vivo. The enhanced stability by this novel photo-polymerization strategy was confirmed by the more sustained release of loaded protein as well as the prolonged degradation time of the hydrogels.
한국고분자학회 2006년도 IUPAC International Symposium on Advanced Polymers for Emerging Technologies
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pp.374-374
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2006
Poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) shows a lower critical solution temperature (LCST) at $32^{\circ}C$. Consequently, its thermosensitivity has extensively been investigated in coating materials as well as biomedical and agricultural industry. However, mechanical properties of the swollen gels are generally poor and reinforcement is often desired. A series of interpenetrating polymer networks (IPNs) and emulsion blends hydrogels of polyurethane (PU) and PNIPAAm were prepared in order to overcome the shortcomings of a normal PNIPAAm hydrogels. Regarding the mechanical reinforcement of swollen gel, a significant increase in compression and tensile properties has been obtained by incorporating PU.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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