나노기술 및 정책 정보

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연구자들은 약용 화합물을 혼합하고 환자에게 주사를 제공하여 젤이 매주 또는 매일 바늘이 찌르는 것을 피하기 위해 수개월에 걸쳐 활성 제약 성분을 방출하도록 하는 방식으로 의료용 젤을 개발하고자 함. 그러나 온도에 따라 변하는 젤의 특성이 문제가 되어 옴. 상온에서 적절한 젤을 만들 수 있지만 일단 체내에 주입하면 체온에 빠르게 용해되어 약이 너무 빨리 방출되는 것임.

차가운 고체가 체온에 의해 가열될 때 녹지 않아 시간 방출 특성을 잃는 약용 젤로를 만들어야 했고, 이를 달성하기 위해 미국 스탠퍼드(Stanford) 연구진은 고분자와 나노입자라는 두 가지 고체 성분으로 젤을 만들었음. 연구진은 폴리머와 나노입자를 물에 별도로 용해시킨 다음 함께 교반하는 것으로 시작했음. 혼합 성분이 결합하기 시작하면서 폴리머가 입자를 단단히 감쌌음. 연구진은 이것을 분자 벨크로라고 부름.

고분자와 입자 사이의 강력한 친화력은 그들 사이에 갇혀 있던 물 분자를 짜내고 더 많은 고분자와 입자가 응결됨에 따라 혼합물이 실온에서 젤화되기 시작함. 결정적으로, 이 젤화 과정은 에너지를 추가하거나 빼지 않고 달성됨. 이 젤을 체온(37.5°C)에 노출 시켰을 때 분자 벨크로 효과로 인해 엔트로피와 엔탈피(각각 질서와 온도 변화)가 열역학에 따라 균형을 유지할 수 있었기 때문에 일반 젤처럼 액화되지 않았음.

이 실험의 폴리머는 생체 적합하지만 나노입자는 일회용 식기를 만드는데 일반적으로 사용되는 폴리스티렌에서 파생됨. 연구진은 완전히 생체 적합성 구성 요소로 열역학적으로 중립적인 젤을 만들기 위해 노력하고 있음. 성공한다면, 시간에 따라 방출하는 젤은 현재 이용 가능한 단기 치료법을 투여하기 어려운 자원 부족 지역에서 말라리아 예방 또는 HIV 치료를 하는 데 유용할 수 있음.

본 연구 성과는 Nature Communications ("Physical networks from entropy-driven non-covalent interactions")에 게재됨.