나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 칭다오(靑島, 청도) 바이오 에너지 및 과정(過程) 연구소 추이츄(崔球, 최구) 연구팀은 톈진(天津, 천진) 과학기술 대학교 연구팀과 공동 연구를 수행하여 신형 나노 셀룰로오스(CNF) 베이스 약물 캐리어 패키지 구조를 개발하여 약물에 대한 스마트하고 제어 가능한 방출을 실현할 수 있도록 하는데 성공함.

수용성 브로드 스펙트럼(broad spectrum) 항생제인 염산 테트라 사이클린을 모델 약물로 사용하고, 전(前) 단계에 나노 셀룰로오스(CNF)와 도파민(PDA) 복합 소재를 이용하여 약물의 슬로우 릴리스(slow-release)와 상처 회복을 추진하기 위해 실행한 연구를 기반으로 함.

연구팀은 우선 다공성 폴리 도파민 나노입자(MPDA)를 제조하고, 동 입자를 약물에 로드시킨 후, 산화 그래핀(GO)을 이용하여 패키지를 실행함. GO로 패키지를 실행한 MPDA를 물리적 교차결합(cross-linking) 역할을 통해 형성된 CNF 하이드로겔에 패키징 하여 MPDA@GO/CNF 복합 하이드로겔 소재를 개발하였음.

이런 패키지 구조 디자인 과정에서 GO는 패키징 MPDA에 사용되어 약물의 돌연적인 방출을 감소시키고, 약물의 슬로우 릴리스(slow-release)를 연장시키며, 복합 하이드로겔 역할을 강화시킬 수 있도록 한 동시에 MPDA와의 협동을 통해 복합 하이드로겔에 근 적외선 광 응답성을 부여하였음.

그 외, CNF가 제공하는 3D 네트워크 구조를 두 번째 층의 패키지로 사용함으로써 약물의 돌연적인 방출을 감소시키고, 약물의 슬로우 릴리스(slow-release)를 연장시키도록 하는데 유리할 수 있도록 한 동시에 GO 자체 독성을 차단하는 역할을 발휘하도록 함으로써 최종적으로 복합 하이드로겔로 하여금 비교적 이상적인 세포 호환성을 보유할 수 있도록 하였음.

이번 연구를 통해 개발한 복합 하이드로겔의 기계 강도는 순수 CNF 하이드로겔의 5배 수준에 달하고, 약물의 슬로우 릴리스(slow-release) 시간은 각각 PDA/CNF 복합 하이드로겔과 순수 CNF 하이드로겔의 3배와 7.2배 수준에 달하는 동시에 약물의 제어 가능한 슬로우 릴리스(slow-release) 행위는 MPDA와 GO의 비례로 조절을 실행할 수 있는 것으로 나타났음.

그 외, 연구팀이 개발한 복합 하이드로겔 소재는 민감한 근 적외선 광 응답 및 pH 응답이 가능한 제어 가능한 슬로우 릴리스(slow-release) 특성을 보유하고 있는데 약물의 슬로우 릴리스(slow-release) 초기 단계의 돌연적인 방출성도 기타 동일 유형 소재보다 매우 우수한 것으로 나타났음.

연구팀이 실행한 신형의 CNF 베이스 약물 캐리어 패키지 구조 디자인은 신형 스마트 약물 캐리어 소재 개발에 유리한 동시에 전통적인 석유 베이스 소재의 약물 캐리어 시스템을 대체하여 화학 및 물리 치료 등에 사용될 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 ACS Applied Materials & Interfaces ("Construction of a Mesoporous Polydopamine@GO/Cellulose Nanofibril Composite Hydrogel with an Encapsulation Structure for Controllable Drug Release and Toxicity Shielding")에 게재됨.