자기유도 약물전달용 중공형 하이드로겔 입자의 제조와 중공구조 형성 메커니즘에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 poly(MAA/EGDMA) 하이드로겔 마이크로 입자를 템플레이트로 사용해서 코어를 제거 하기 위한 별도의 열처리나 에칭 과정 없이, 자성을 띄며 중공구조를 가진 유/무기 복합체인 poly(MAA/EGDMA)/Fe3O4를 제조 하였다. Fe2+ 금속산화물 전구체는 Poly(MAA/EGDMA) 고분자 사슬의 정전기적 인력과 농도 차에 의한 확산을 통해 입자 내부로 도입되었다. 중공구조를 가진 유/무기 복합체는 하이드로겔 작용기의 음전하와 전구체의 양전하간의 정전기적 인력을 통해 형성 되는데, 하이드로겔의 표면에서부터 전구체-사슬간의 복합체가 증가하게 되고 그렇게 생성된 소수성인 부분과 하이드로겔 내부에 존재하던 물과의 상분리로 인해 내부에 공간이 형성되게 된다. 이것은 겔 내부의 고분자 사슬들이 고분자-전구체로 구성된 복합체와의 소수성 상호작용으로 인해 중심부로부터 복합체 방향으로의 인력 때문에 발생하는 것이다. 도입된 전구체는 환원과정을 통해서 Fe3O4로 전환되며, 유/무기 복합체의 구조적, 기계적으로 안정화 시키게 된다. 내부에 도입시키는 전구체의 양에 따라서 자성특성을 조절할 수 있으며, pH의 조절에 따라서도 자성특성을 조절 할 수 있음을 조사했다. Poly(MAA/EGDMA)/Fe3O4 의 약물전달시스템으로써 실험은 액상에서 양전하를 띄는 Doxorubicin을 모델 약물로 사용하여 각각의 다른 pH(산성, 중성, 염기성)에서 진행하였다. 염기조건에서는 입자와 약물간의 정전기적 인력을 통해서 DOX가 방출되는 것이 저지 되었고 산성조건에서는 정전기적 인력의 감소로 인하여 DOX가 대부분 방출되는 경향을 보였다. 제조된 입자의 모폴로지는 SEM, FIB-SEM, TEM, HR-TEM을 통하여 조사하였으며, 중공구조가 형성되는 것은 Zeta potential과 CLSM을 통해서 측정 하였다. 자성특성과 약물방출상태는 VSM과 UV를 통해 측정하였다.|This study presents a facile fabrication method for monodisperse poly(methacrylic acid/ethylene glycol dimethacrylate)/Fe3O4 [poly(MAA/EGDMA)/Fe3O4] composite microcapsules with magnetic properties and hollow structures for use as a targeted drug delivery system. In aqueous solution, the iron ions diffuse into the negatively-charged spherical polymer particles by electrostatic attraction. Since the obtained polymer-metal complexes decrease the repulsive force between the negatively-charged carboxyl groups of the polymer chains, the chelating parts of the polymer particles lose their hydrophilic properties and become relatively hydrophobic. As the number of iron ions continues to increase in the polymer particles, an internal cavity begins to be formed by interaction between the hydrophobic domains and the inner polymer chains. After the reducing agent is added into the synthetic system, Fe3O4 nanoparticles formed in the shells of the polymer particles retain the hollow structure. Confocal laser scanning microscopy and zeta potential are employed to confirm the formation of the hollow structure during the diffusion of the various metal ions into the polymer gel. The magnetic properties of the poly(MAA/EGDMA)/Fe3O4 composite microcapsules synthesized under diverse experimental conditions are characterized by a vibrating sample magnetometer. The controlled release behavior of the model drug doxorubicin chloride from the polymer-metal hollow composite microcapsules is investigated under different pH conditions.; This study presents a facile fabrication method for monodisperse poly(methacrylic acid/ethylene glycol dimethacrylate)/Fe3O4 [poly(MAA/EGDMA)/Fe3O4] composite microcapsules with magnetic properties and hollow structures for use as a targeted drug delivery system. In aqueous solution, the iron ions diffuse into the negatively-charged spherical polymer particles by electrostatic attraction. Since the obtained polymer-metal complexes decrease the repulsive force between the negatively-charged carboxyl groups of the polymer chains, the chelating parts of the polymer particles lose their hydrophilic properties and become relatively hydrophobic. As the number of iron ions continues to increase in the polymer particles, an internal cavity begins to be formed by interaction between the hydrophobic domains and the inner polymer chains. After the reducing agent is added into the synthetic system, Fe3O4 nanoparticles formed in the shells of the polymer particles retain the hollow structure. Confocal laser scanning microscopy and zeta potential are employed to confirm the formation of the hollow structure during the diffusion of the various metal ions into the polymer gel. The magnetic properties of the poly(MAA/EGDMA)/Fe3O4 composite microcapsules synthesized under diverse experimental conditions are characterized by a vibrating sample magnetometer. The controlled release behavior of the model drug doxorubicin chloride from the polymer-metal hollow composite microcapsules is investigated under different pH conditions.