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기능성 작용기가 도입된 폴리(에틸렌 글리콜)-폴리에스터 블록 공중합체의 제조 및 평가

Synthesis and Characterization of Poly(ethylene glycol)-Polyester Block Copolymers with Functional Groups

초록/요약

지난 수십 년 동안, 지방족 폴리에스터는 약물 전달 및 조직 공학과 같은 생물 의학 분야에서 사용되었다. 그러나 기존의 폴리에스터는 측쇄에 기능성 작용기를 갖지 않은 문제점으로 인하여 기능성이 다른 생체 고분자에 비해 부족하였으며, 따라서 적용에 제한점을 가졌다. 이 문제를 극복하기 위하여 폴리에스터에 기능성 작용기를 도입하는 연구가 많이 진행되었다. 본 연구에서, 우리는 주입이 가능한 하이드로 겔의 응용을 위한 기능성 작용기가 도입된 생분해성 폴리에스터를 제조하고 평가하였다. 1장에서는 전반적인 생분해성 폴리에스터에 대해 설명하고, 응용 분야인 하이드로겔의 관한 설명을 기재하였다. 2장에서는 기능성 작용기가 도입된 폴리에스터 블록 공중합체를 제조하고 평가하였다. 개환 반응을 통하여 methoxy polyethylene glycol을 개시제로 하여 MPEG-b-PCL-ran-PfCL을 제조하였으며, 만들어진 고분자에 개질 반응을 통하여 Chloride, Azide, Amine기를 치환하여 연구를 진행하였다. 제조된 고분자들의 재료 평가를 실시하여, 각 기능성 작용기가 도입됐을 때의 재료적 특성을 확인하였다. 또한 제조된 MPEG-b-(PCL-ran-PfCL) 고분자 용액의 온도에 따른 솔겔 상전이 거동을 확인하였을 때, 제조된 고분자는 온도에 따라서 온도 감응성에 따른 솔겔 상전이 거동을 보이는 것을 확인하였다. 이의 결과는 기능성 작용기의 종류와 비율에 따라서 특성이 변화되는 것을 확인하였다. 따라서 제조된 고분자는 약물 전달체 혹은 단백질 전달체로 이용될 수 있는 차세대 온도 감응성 하이드로 겔로 사용될 수 있는 것을 보인다. 3장에서는 이온성 작용기가 도입된 생분해성 폴리에스터 고분자를 제조하였다. 우리는 우선 MPEG를 개시제로 사용하고, 케톤기가 도입된 카프로락톤과 기존의 카프로락톤, 락타이드를 이용하여 MPEG-b-[PCL-ran-POPD-ran-PLA]를 제조하였다. 제조된 고분자는 개질 반응을 통하여 카복실기와 아민기를 각각 도입할 수 있었다. 제조된 고분자는 유변학적 특성을 보였다. 또한 이온성 작용기의 종류와 비율에 따라서 온도 감응성 하이드로 겔의 특성이 변화되는 것을 확인하였다. 이는 제조된 고분자가 이온성 작용기를 통하여 약물과의 이온 상호작용을 통하여 서방성 방출을 조절할 수 있는 약물 전달체로서의 사용이 가능한 것을 보인다. 결론적으로, 2장과 3장의 연구를 통해 제조된 고분자는 온도 감응성이 있는 하이드로 겔 제형으로 사용이 가능하다는 것을 알 수 있고, 기능성 작용기를 통해 생체 인자와의 상호 작용이 가능한 생체 고분자를 개발하였다.

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목차

CONTENTS iii
LIST OF FIGURES vi
LIST OF TABLES ix

CHAPTER 1. General introduction 1
1.1. Polyester 2
1.2. Polycaprolactone (PCL) 5
1.3. Applications 8
1.3.1. Injectable Hydrogel 8
1.4. Strategy of this works 12

CHAPTER 2. Preparation of pendant group-functionalized diblock copolymers with adjustable thermogelling behavior 13
2.1. Introduction 14
2.2. Materials and methods
2.2.1. Materials 18
2.2.2. Characterization 18
2.2.3. Synthesis of MPEG-b-PCL Diblock Copolymer (MP) 19
2.2.4. Preparation of 2-Chloro-ε-caprolactone (fCL) 19
2.2.5. Synthesis of MPEG-b-(poly(ε-caprolactone)-ran-poly(2-chloride-ε-caprolactone)) (MPEG-b-(PCL-ran-PfCL)) (MP-Cl) Diblock Copolymers 20
2.2.6. Synthesis of MP-N3 Diblock Copolymers 21
2.2.7. Synthesis of MP-NH2 Diblock Copolymers 21
2.2.8. Determination of sol-to-gel phase-transition times via tilting experiment 22
2.2.9. Determination of Sol-to-Gel Phase-Transition Times via Rheological Measurement 22
2.2.10. Viscosity Measurements 22
2.3. Results and discussion
2.3.1. Preparation and Characterization of MP-Cl, MP-N3, and MP-NH2 23
2.3.2. Solution Properties of MP-Cl, MP-N3 and MP-NH2 33
2.3.3. Rheological Properties of MP-Cl, MP-N3 and MP-NH2 37
2.3.4. Crystallization of MP-Cl, MP-N3 and MP-NH2 41
2.4. Conclusion 45

CHAPTER 3. Thermoresponsive and biodegradable amphiphilic block copolymers with pendant functional groups 46
3.1. Introduction 47
3.2. Experimental
3.2.1. Materials 50
3.2.2. Characterization 50
3.2.3. Preparation of 2-oxepane-1,5-dione (OD) 51
3.2.4. Synthesis of MPEG-b-[poly(ε-caprolactone)-ran-poly(L-lactide)] (PCL-ran-PLA) diblock copolymer (MCL) 51
3.2.5. Synthesis of MPEG-b-[PCL-ran-poly(ε-caprolactone-3-one)-ran-PLA] [MCL-(CO)] 52
3.2.6. Synthesis of MPEG-b-[PCL-ran-poly(ε-caprolactone-3-COOH)-ran-PLA] [MCL-(COOH)] 52
3.2.7. Synthesis of MPEG-b-[PCL-ran-poly(ε-caprolactone-3-NH2)-ran-PLA] [MCL-(NH2)] 53
3.2.8. Determination of sol-to-gel phase-transition times via rheological measurement 53
3.2.9. In vitro degradation test 54
3.3. Results and discussion
3.3.1. Preparation of 2-oxepane-1,5-dione (OD) 54
3.3.2. Preparation of MCL, MCL-(CO), MCL-(COOH) and MCL-(NH2) copolymers 56
3.3.3. Thermoresponsiveness of the MCL, MCL-(CO), MCL-(COOH), and MCL-(NH2) copolymer suspensions 60
3.3.4. Solution properties of the MCL, MCL-(CO), MCL-(COOH), and MCL-(NH2) copolymer suspensions 63
3.3.5. Degradation of the MCL-(CO), MCL-(COOH), and MCL-(NH2) copolymers 65
3.4. Conclusion 67

CONCLUSION 68
REFERENCES 69
ABSTRACT (In Korean) 79
LIST OF PUBLICATIONS 81
LIST OF PRESENTATIONS 84
LIST OF PATENTS 86

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