나노기술 및 정책 정보

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노스웨스턴 대학교(Northwestern University) 연구팀이 간단한 자체 조립 폴리머로 나노입자를 만드는 새롭고 빠른 방법을 발견했음. 이 새로운 방법은 수질 정화, 진단 및 신속하게 생성되는 백신 제형을 포함하여 다양한 응용 분야에 새로운 가능성을 제시함. 나노 스케일 하이드로 겔 (또는 나노 겔)로 붕괴되는 폴리머 그물을 사용하는 이 방법은 단백질, DNA 또는 소분자 약물의 95 % 이상을 단독으로 또는 조합하여 효율적으로 캡처함. 이에 비해 로딩 효율은 일반적으로 다른 나노입자 전달 시스템에 비해 5 %에서 20 % 사이임. 연구팀은 수용액 전체에 걸쳐 넓은 그물을 형성하는 폴리머를 사용함. 그런 다음 그물이 붕괴되도록 유도하여 용액 내의 모든 것을 수집하여 매우 높은 효율로 전달하는 나노 겔 내부에 치료제를 가두어 둠. 이것은 정전기 반발로 인해 처음에는 퍼진 다음 수분 공급시 축소되어 어망처럼 작동함.

DNA 및 펩타이드와 같이 자연에서 발견되는 분자는 빠르게 자체 조립되어 다양한 구조로 구성될 수 있음. 그러나 인간이 만든 폴리머 시스템을 사용하여 이 프로세스를 모방하는 것은 여전히 ​​제한적임. 자가 조립 약물 전달 시스템을 위해 이전에 개발된 프로세스는 시간과 노동 집약적이며 확장하기 어려움. 이 과정은 또한 매우 비효율적인 경향이 있으며, 실제로 약물을 전달 시스템 내부에서 만드는 것은 극히 일부만 이름. 자체 조립된 나노입자의 임상적 적용은 확장성 및 대규모 또는 다중 치료제, 특히 단백질 로딩의 어려움으로 인해 제한되어 왔음. 연구팀이 개발한 이번 결과는 거의 모든 치료 분자를 고효율과 안정적으로 로드할 수 있는 확장 가능한 메커니즘을 제시함.

연구팀은 디메틸 설폭 사이드 (DMSO) 용액에 잘 용해되지만 물에서 정전기 및 친수성 응집체를 형성하는 PPSU(폴리 프로필렌 설폰) 단독 중합체를 사용하여 성공을 거두었음. 응집체는 양친매성이므로 네트워크로 조립되어 결국 젤로 뭉쳐지게 됨. 더 많은 물을 추가하면 네트워크가 붕괴되어 나노 겔이 형성됨. 물이 첨가되는 방식은 PPSU 사슬 형성에 영향을 미치며, 이는 나노 겔의 크기와 구조를 변화시킴.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ (“Homopolymer self-assembly of poly(propylene sulfone) hydrogels via dynamic noncovalent sulfone–sulfone bonding”) 지에 게재됨.