하이드로겔(Hydrogel) (1) "다재다능한 수분결합 폴리머"

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-09-12 21:37:31
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* 달팽이는 하이드로겔을 생산, 일부 게는 사용하며 해파리는 전적으로 하이드로겔로 만들어져
* 물리화학적으로 연결된 폴리머 사슬의 3차원 네트워크, 습한 환경에서 부풀고 젤처럼 변해
* 하이드로겔은 아기 기저귀나 생리대에 건조하고 조밀한 형태로 통합
* 셀룰로오스, 젤라틴, 엘라스틴 또는 아밀로펙틴을 포함한 단백질 혹은,다당류와 같은 생체 고분자로 구성

하이드로겔 - 의학의 조력자
접착제, 상처 치료제 및 장기 지지체로서의 수분 결합 폴리머.


그들은 아기 기저귀와 소프트 콘택트 렌즈에서 찾을 수 있으며 젖은 표면에도 접착제를 바르고 상처 치유에 도움을 준다. 하이드로겔은 재료 중에서 만능이다. 연결 폴리머로 만든 수분 함유 젤은 또한 의학에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있다.
무엇이 그렇게 다재다능한가? 그리고 그들에게 독특한 속성을 부여하는 것은 무엇일까? 

▲ 하이드로겔. Author Petra  Klawikowski/ CC-BY-SA 3.0


자연은 많은 하이드로겔의 모델이다.

왜냐하면 자연은 그러한 수분 저장 폴리머의 셀 수 없이 많은 변종을 만들어 냈기 때문이다. 그들은 다양한 유기체에서 접착제, 완충제 또는 떠다니는 뗏목의 역할을 한다. 이러한 모델을 기반으로 의학 및 생명 공학은 최근 이러한 생체 적합성 하이드로겔의 장점을 발견했다.

하이드로겔이란?

달팽이는 하이드로겔을 생산하고 일부 게는 그것을 사용하며 해파리는 거의 전적으로 하이드로겔로 만들어진다. 습한 환경에서 이 미끄러운 덩어리는 90% 이상이 물로 구성대 있지만 물에 잠겨도 구조를 잃지 않는다. 동시에 하이드로겔은 놀라울 정도로 강해지고 엄청난 힘을 견디거나 거의 모든 표면에 달라붙을 수 있다.

분말, 젤 또는 고체

하이드로겔은 특수한 구성으로 인해 이러한 다재다능한 기능이 있다.
연결된 폴리머로 만들어진 프레임워크는 수용성이 아니지만 여전히 많은 양의 물을 결합할 수 있다. 물리적 또는 화학적으로 연결된 폴리머 사슬의 3차원 네트워크는 습한 환경에서 부풀어 오르고 부드럽고 젤처럼 된다.

 

이 특성은 예를 들어 수퍼 흡수제에 사용된다. 이 하이드로겔은 아기 기저귀나 생리대에 건조하고 조밀한 형태로 통합된다. 액체와 접촉하면 컴팩트한 소재가 팽창하여 젤을 형성하므로 액체를 안전하게 감싸준다.

반대로, 하이드로겔은 열, 전기장, 자외선 또는 pH 값의 변화와 같은 외부 영향을 통해 물을 방출한 다음 그 특성을 완전히 변경할 수 있다. 즉, 건조 분말, 강하게 접착되는 접착제 또는 고체 구조가 된다. 경우에 따라 고분자 네트워크에 추가 지주가 형성되어 하이드로겔의 접착력이나 안정성에 기여한다.

장점:
많은 하이드로겔을 사용하면 이러한 변화를 완전히 되돌릴 수 있다.
환경 조건에 따라 원하는 만큼 거의 젤과 같은 상태와 고체 상태 사이를 변경할 수 있다.
"결합, 분리 및 재결합의 주기는 재료가 스스로 치유하는 능력을 잃지 않고 여러 번 반복될 수 있다"고 샌디에이고에 있는 캘리포니아 대학의 아메야 파드케(Ameya Phadke)가 설명했다.

폴리머가 속성을 결정한다.

실용성:
네트워크 폴리머에 대해 선택한 기본 구성에 따라 하이드로겔의 거동을 어느 정도 조정할 수 있다. 원칙적으로 극성인 모든 폴리머, 즉 구조 내에서 전하 차이를 형성하는 폴리머는 하이드로겔에 사용할 수 있다. 이것은 또한 극성인 물 분자가 수소 결합을 통해 구조에 부착되고 느슨하게 결합된 상태를 유지하는 것을 가능케 한다.

자연에서 하이드로겔은 종종 셀룰로오스, 젤라틴, 엘라스틴 또는 전분 성분인 아밀로펙틴을 포함한 단백질 또는 다당류와 같은 생체 고분자로 구성된다. 수퍼 흡수제와 같은 합성 하이드로겔의 경우 아크릴레이트 및 아크릴아미드와 같은 탄화수소 화합물이 자주 사용된다.
다당류
하이드로겔의 특성을 조정할 수 있는 능력과 대부분의 기본 구성 요소의 생체 적합성은 이러한 적응 가능한 물질을 의학에서 유용한 도우미로 만든다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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