• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.201-201
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• 2011

Recently, mussel-inspired surface modification, called polydopamine coating has been extensively implemented to many areas, due to its material versatility and ease to use. In particular, incubation of substrates in an alkaline dopamine solution resulted in self-polymerization of dopamine and modified variety of material surfaces, including noble metals, metal oxides, ceramics, and synthetic polymers. However, the polydopamine coating has a drawback to practical use; it takes more than 12 hrs to introduce sufficient polydopamine layers to solid substrates. Here, we investigated the rate-enhanced polydopamine coating by varying reaction conditions: pH, concentration, and the addition of the oxidizing agent. As a result, the optimum condition for fast polydopamine coating was found, and solid substrates were efficiently coated with polydopamine layers in just few minutes using the condition. The polydopamine-modified surface was characterized by XPS and contact angle goniometry, and the biocompatibility of the modified surface was also proved by cell attachment test.

• 접착 및 계면
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• 제19권1호
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• pp.19-29
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• 2018

바다에서 서식하는 홍합의 독특한 수중 접착성을 모방하여 개발된 폴리도파민 (polydopamine) 코팅 기술은 2007년 처음 발표된 이래 지난 10년 동안 전세계적으로 매우 크게 발전하였다. 표면 비특이적인 코팅 능력을 통해 이제까지 표면 개질이 어려웠던 다양한 표면을 제한 없이 기능화 할 수 있는 유일한 표면 화학으로 자리 잡았으며, 또한 다양한 반응 조건에서의 코팅 방법이 새롭게 보고되면서, 산업 전반에 걸친 폴리도파민의 응용 범위가 기하급수적으로 넓어지고 있다. 한편, 밝혀지지 않은 폴리도파민의 복잡한 화학적 구조와 형성 반응 메커니즘에 관한 재료화학적 기초 연구도 지속적으로 보고되고 있으며, 폴리도파민의 전구체인 도파민 (dopamine)과 유사한 분자 구조를 가지는 다양한 카테콜아민 (catecholamine) 화합물과 폴리페놀 (polyphenol)의 표면 코팅 능력이 새로이 밝혀지고 있다. 본 연구에서는, 지난 10년 동안 전세계적으로 급속한 발전을 이룬 폴리도파민의 특성 및 응용 분야에 대해 살펴보고, 이를 통해 폴리도파민의 표면 화학 분야에서의 의의와 가능성에 대해 논의하고자 한다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제34권8호
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• pp.2525-2527
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• 2013

• 방사선산업학회지
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• 제5권4호
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• pp.371-376
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• 2011

The surface property of the materials used in tissue engineering application has been essential to regulate cellular behaviors by directing their adhesion on the materials. To modulate surface property of the synthetic biodegradable materials, a variety of surface modification techniques have used to introduced surface functional groups or bioactive molecules, recently polydopamine coating method have been introduce as a facile modification method which can be coated on various materials such as polymers, metals, and ceramics regardless of their surface property. However, there are no reports about the degree of polydopamine coating on the materials with different hydrophilicity. In the present study, we prepared acrylic acid grafted nanofibrous meshes using electron-beam irradiation, and then coated meshes with polydopamine. Polydopamine successfully coated on the all meshes, both properties of acrylic acid and polydopamine were detected on the meshes. In addition, the degree of polydopamine deposition on the materials has been altered according to surface hydrophilicity, which was approximately 8-times greater than those on the non-modified materials. In conclusion, dual effect from the acrylic acid grafting and polydopamine may give a chance as a alternative tool in tissue engineering application.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.124-124
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• 2018

Polydopamine은 수중 접착력, 친환경 접착제, nanoparticle absorption 등 다양한 특성으로 많이 연구되고 있는 소재이다. 본 연구에서는 dopamine을 이용하여 수중 금속을 흡착시키는 thin film을 제작하였다. 종래의 Polydopamine coating 방법으로 wet coating 이 사용되고 있다. 하지만 wet 방식의 경우 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 in-line, roll to roll 방식을 적용하는 것이 어렵기 때문에 생산적이지 않다. 이에 본 연구에서는 Atmospheric Pressure Plasma(APP)를 이용 하여 Polydopamine-like film을 coating 하였다. APP의 경우 vacuum system, solution tank가 필요 없고 in-line, roll to roll 방식을 적용 할 수 있기 때문에 더 경제적이고 생산적인 공정이다. 또한 기존의 Plasma polymerization 방법은 Plasma energy가 높기 때문에 source의 분자구조가 바뀌거나 atom 단위로 분해된다. source의 분자구조가 바뀌는 "Atomic polymerization", Neiswender-Rosskamp Mechanism이 적용되면 wet 방식 coating한 film과는 다른 특성을 갖게 된다. 하지만 APP polymerization은 Plasma energy가 vacuum plasma 보다 매우 낮기 때문에 stile polymerization mechanism을 구현 하는데 적합 하다. stile polymerization mechanism은 Plasma 내부에서 polymer source를 분해 성장 시켜서 Polymer film 얻는 것이 아닌 source의 분자구조가 깨지지 않으면서 polymer growing 시키는 방법이다. dopamine source의 분자구조를 최대한 유지하려고 하는 이유는 metal absorption과 같은 특성이 dopamine chemical structure에 영향을 받기 때문이다. 많은 논문들에서 dopamine의 catechol group이 metal absorption, adhesion force에 영향을 주는 주요 인자라고 주장하고 있기 때문이다. 그래서 본 논문에서는 Dopamine source의 형태를 보존하면서 Polymerization 하는 방법으로 APP process를 사용 하여 낮은 전압에서 Polydopamine-like film을 제작 하였다. APP system 의 Plasma 방전부 에 Dopamine source를 유입하기 위하여 본 논문에서는 Piezo Spray 방식을 사용 하였다. Dopamine을 evaporator 하는 것이 어렵고 chemical composition이 유사한 monomer를 사용해서 Plasma Polymerization으로 Dopamine 분자 구조를 재현하는 것도 어렵다. 그래서 본 연구에서는 Dopamine을 water에 immerse 하고 Dopamine solution을 mist 상태로 만들어서 Plasma discharge area에 유입하였다. 이러한 방법으로 만들어진 film은 Polydopamine film은 아니지만 Polydopamine film과 유사한 Chemical composition, chemical structure, metal absorption을 갖는 것을 FT-IR, SEM, XPS을 이용 하여 확인 하였다. Dopamine source의 보존에 대하여 명확하게 확인하기 위하여 FT-IR을 측정 하였다. 전압에 따른 Benzene ring, hydroxyl group의 비율을 확인 하였다. 낮은 전압으로 coating 된 Polydopamine-like film 일수록 hydroxyl group peak($3400{\sim}3000cm^{-1}$)과 비교하여 Benzene ring peak($1600{\sim}1580cm^{-1}$ and $1510{\sim}500cm^{-1}$)이 흡수를 더 많이 하는 것을 확인 할 수 있다. 이것은 Benzene ring이 파괴되지 않고 보존되는 것을 보여준다. Dopamine에서 Benzene ring은 absorption main factor인 catechol에 있는 chemical structure이다. 즉 Benzene ring peak이 높을수록 Catechol이 잘 보존 되었다는 의미 이다. Catechol의 보존은 absorption main factor가 보존 된다는 의미 이다. 이러한 Polydopamine-like film으로 As, Cr, Mg, Cu 200ppm solution에 대한 filtration 능력을 확인 하였다. As, Cr, Cu, Mg 의 제거율이 각각 약25%, 35%, 45%, 65%인 것을 확인 하였다. 이 수치는 시중에 판매되는 제품들과 비교했을 때 300%~500% 향상된 수치 이다.

• Journal of Applied Biological Chemistry
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• 제66권
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• pp.512-518
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• 2023

To address inherent weaknesses such as low mechanical strength and limited enzyme loading capacity in conventional chitosan or alginate beads, an additional step involving the exchange of anionic surfactants with hydroxide ions was employed to prepare porous chitosan hydrogel capsules for enzyme immobilization. Consequently, excellent thermal stability and long-term storage stability were confirmed. Furthermore, coating the porous chitosan hydrogel capsules with polydopamine not only improved mechanical stability but also exhibited remarkable enzyme immobilization efficiency (97.6% for M1-D0.5). Additionally, it was demonstrated that the scope of application for chitosan hydrogel beads, prepared using conventional methods, could be further expanded by introducing an additional step of polydopamine coating. The enzyme immobilization matrix developed in this study can be selectively applied to suit specific purposes and is expected to be utilized as a support for the adsorption or covalent binding of various substances.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제7권2호
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• pp.139-145
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• 2016

The electrochemical performance of carbon-coated LiMn₂O₄ nanoparticles was reported. The polydopamine layer was introduced as a new organic carbon source. The carbon layer was homogeneously coated onto the surface of the LiMn₂O₄ nanoparticles because the polymerization process from the dopamine solution (in a buffer solution, pH 8.5) easily and uniformly formed a polydopamine layer. The phase integrity of LiMn₂O₄ deteriorated during the carbon-coating process due to oxygen loss, although the main structure was maintained. The carbon-coated sample led to improved rate capability because of the effect of the conductive carbon layer. Moreover, the carbon coating also enhanced the cyclic performance. This indicates that the carbon layer may suppress unwanted side reactions with the electrolytes and compensate for the low electronic conductivity of the pristine LiMn₂O₄.

• Composites Research
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• 제29권4호
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• pp.132-137
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• 2016

Based on mussel-inspired polydopamine (PDA), a novel technique to fabricate carbon nanowire (CNW) arrays is presented for a possible use of porous carbon electrode in electrochemical energy storage applications. PDA can give more porosity and nitrogen-doping effect to carbon electrodes, since it has high graphitic carbon yield characteristic and rich amine functionalities. Using such outstanding properties, the applicability of PDA for electrochemical energy storage devices was investigated. To achieve this, the decoration of the CNW arrays on carbon fiber surface was performed to increase the surface area for storage of electrical charge and the chemical active sites. Here, zinc oxide (ZnO) nanowire (NW) arrays were hydrothermally grown on the carbon fiber surface and then, PDA was coated on ZnO NWs. Finally, high temperature annealing was performed to carbonize PDA coating layers. For higher energy density, manganese oxide ($MnO_x$) nanoparticles (NPs), were deposited on the carbonized PDA NW arrays. The enlarged surface area induced by carbon nanowire arrays led to a 4.7-fold enhancement in areal capacitance compared to that of bare carbon fibers. The capacitance of nanowire-decorated electrodes reached up to $105.7mF/cm^2$, which is 59 times higher than that of pristine carbon fibers.

• Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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• 제67권
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• pp.244-254
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• 2018

Surface modified poly ${\text\tiny{L}}$-lactic acid (PLLA) samples with hydroxyapatite (HA), heparin and bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) mediated by polydopamine (pDA) coating (PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2) were prepared, and their effects on the enhancements of bone formation and osseointegration were evaluated in vitro and in vivo as compared to PLLA, PLLA/pDA/HA, and PLLA/pDA/Hep/BMP-2. The changes in surface chemical compositions, morphologies and wettabilities were observed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy (AFM) and water contact angle measurements. Pre-coating of HA particles with pDA provided uniform and homogeneous anchoring of particles to PLLA surface. In addition, the strong ionic interaction between heparin and pDA led PLLA surface readily heparinized for loading of BMP-2. In vitro experiments revealed that the levels of alkaline phosphatase (ALP) activity, calcium deposition, and osteocalcin (OCN) gene expression were higher in MG-63 human osteosarcoma cell lines grown on PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 than on control PLLA, PLLA/pDA/HA, and PLLA/pDA/Hep/BMP-2. In vivo studies using micro-computed tomography (micro-CT) also showed that PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 screw exhibited greatest value of bone volume (BV) and bone volume/tissue volume (BV/TV) among samples. Histological evaluations with H&E and Von Kossa staining demonstrated that a combination of HA and BMP-2 contributed to the strong osseointegration.

• 멤브레인
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• 제23권2호
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• pp.136-143
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• 2013

최근 큰 각광을 받고 있는 표면개질소재 중 하나인 도파민은 알칼리 수용액상에서 자발적으로 반응이 진행되어 금속, 고분자 등 거의 모든 소재에 강하게 흡착되는 물질로 흡착 메커니즘 및 반응 후 최종구조에 관해 많은 논란이 있다. 기존의 도파민의 최종구조는 aryl-aryl 결합에 의한 고분자 구조가 제안되었지만, 본 연구에서는 구조분석을 통해 기존에 제안된 aryl-aryl 결합이 형성되지 않는 결과와 열적거동을 통해 고분자의 특징이 나타나지 않는 것을 확인하였으며, 기체투과거동을 통해 고분자와 같이 비다공성 코팅층을 형성하지 못하는 결과를 토대로, 도파민의 최종구조는 2차 결합에 의한 초분자 구조로 서로 응집되어 있는 것으로 판단된다.