의료용 소재를 위한 고분자-무기 하이브리드
Polymer-Inorganic Hybrids for Biomedical Materials
곽경현1·오제민1·최진호2 | Gyeong-Hyeon Gwak1·Jae-Min Oh1·Jin-Ho Choy2
1Department of Chemistry and Medical Chemistry, College of Science and Technology, Yonsei University Yonseidae-gil, Wonju, Gangwon-do 220-710, Korea
2Center for Intelligent NanoBio Materials, Division of Nano Science BK21, Department of Bioinspired Science and Department of Chemistry and Nano Science, Ewha Womans University
52 Ewhayeodae-gil, Seodaemun-gu, Seoul 120-750, Korea E-mail: [email protected]
곽경현
2010 연세대학교 화학및의화학과 (학사)
2010-현재 연세대학교 화학과 (석․ 박사 통합과정)
오제민
2000 서울대학교 화학과(학사)
2004 서울대학교 화학부 무기화학(이학박사) 2004-2005 프랑스 몽펠리에 유럽멤브레인연구소
박사후 연구과정
2005-2007 이화여자대학교 나노과학부 박사후 연구과정 2008-현재 연세대학교 화학및의화학과 조교수/부교수 최진호
1970 연세대학교 화학공학(학사) 1979 독일 뮌헨대학교 무기화학(이학박사) 1981-2004 서울대학교 화학과 교수
2004-현재 이화여자대학교 화학나노과학과/바이오융합과학과 석좌교수 2005-현재 선도연구센터(SRC) 지능형 나노바이오소재연구센터 센터장
1. 서론
인류는 역사적으로 도구와 문자를 사용함으로써 자신들의 문명을 발전시켜 왔다. 이 중 특히, 도구의 제 작과 사용은 인류의 특징 중 하나로서, 인간 역사의 발전은 다양한 도구의 제작과 사용에 의하여 좌우되어 왔다고 해도 과언이 아니다. 인류가 사용해 온 도구의 쓰임새와 성능은 그 소재의 종류에 따라서 결정되어 왔는데, 세라믹(무기물), 금속, 고분자가 3대 소재로서 널리 알려져 있다. 선사시대부터 사용된 인류의 도구 인 석기는 광물의 일종인 석재를 이용한 것으로, 알루미노실리케이트를 기반으로 하는 금속산화물이나 금 속 수산화물 등이 주요 성분으로서 세라믹(무기물) 소재에 해당한다. 이후 등장하게 되는 청동기나 철기는 금속 소재에 해당하며, 역사적으로 ‘철’이라는 금속 소재를 자유자재로 생산하고 사용한 민족은 다른 민족 에 비하여 더 큰 영향력과 지배력을 행사해 왔다. 이후 오랫동안 금속소재와 세라믹 소재가 다양한 방면으 로 사용되어 왔는데, 우리 민족은 이 두가지 소재의 활용에 있어서 세계적으로 선구적인 역할을 해 왔었다.
예를 들면, 우리의 조상들은 직지심경과 같은 세계최초의 금속 활자를 만들어냈을 뿐 아니라 고려청자, 이 조백자와 같이 세라믹(무기물) 소재를 적극 활용한 예술품을 창조해 내는 등 소재의 활용에 뛰어난 능력을 발휘해 왔다.
20세기에 들어서면서 인류의 소재에 대한 활용은 새로운 전환의 국면을 맞게 되는데, 이는 고분자라는 새로운 소재의 출현이 바로 그것이다. 1930년에 슈타우딩거(Staudinger)에 의하여 고분자의 개념이 확립 되고, 석유화학의 발전으로 다양한 탄소 단량체들이 산업적으로 생산되게 되었고, 이에 따라 인류의 고분자
층상형 금속 수산화물 점토
칼슘포스페이트
하이드록시아파타이트 그림 1. 의료용 소재 개발을 위한 고분자-무기물 하이브리드 소재에 응용될 수 있는 다양한 무기물질.
소재 활용은 비약적으로 발전하게 되었다. 21세기를 살아 가는 인류는 소재 개발에 있어서 또 한번의 전환점을 맞이 하게 되는데, 이른바 나노기술의 발전으로 인한 분자수준 의 하이브리드화 기술이다. 나노기술의 발전에 따라 기존 의 3대 소재로 여겨지는 무기물, 금속, 고분자 물질들의 크 기와 성능을 미세한 나노 수준에서 제어할 수 있게 되었고, 이렇게 크기가 조절된 나노 물질들은 벌크 상태에서는 발 견할 수 없었던 다양한 물리화학적 성질들을 지니게 되었 다. 즉, 나노크기로 조절된 소재들은 기존에 제시되었던 것 이상의 활용도를 보이게 된 것이다.
이제 인류는 전통적인 소재의 분류 - 세라믹(무기물), 금 속, 고분자 소재의 3대 분류 - 를 넘어서서 새로운 하이브 리드 소재를 창출하고 있다. 하이브리드란 단어는 신화에 서 기인한 단어로써 이질적인 것들이 섞여 있는 것을 의미 하는데, 고대 그리스 신화에 등장하는 반인반마의 켄타우 르스가 대표적인 예이다. 소재에서의 하이브리드란 무기, 금속, 고분자 등 서로 이질적이라고 여겨지는 2가지 이상 의 소재가 하나의 시스템 내에서 구현되어 각자의 성능을 유지하면서 새로운 성능을 위한 시너지 효과를 갖게 되는 것을 의미한다. 여러 가지 조합의 하이브리드 소재가 만들 어질 수 있는데, 현재 기초연구, 산업 등의 다양한 방면에 서 특별한 관심을 끌고 있는 것은 고분자와 무기물 소재
간의 하이브리드화이다. 고분자는 주로 탄소의 사슬화 반 응으로 이루어진 물질들을 일컫으며 일종의 유기물 소재 로 분류될 수 있고, 무기물 소재는 금속 이온의 산화물, 수 산화물, 탄산염, 인산염 등을 지칭한다. 유기물과 무기물 은 결합 특성, 물성 등 다양한 면에서 이질적인 면들을 갖 고 있기 때문에, 서로 잘 섞이지 않을 것으로 여겨질 수 있 으나, 사실 고분자와 무기물이 서로 혼합되어 있는 이른바
“고분자-무기 하이브리드 소재”는 자연계에서도 많이 발 견된다. 인체의 골격을 유지하고 있는 뼈대는 하이드록시 아파타이트(hydroxyapatite, HAP)의 무기 소재로서 인체 는 유기물과 무기물의 거대한 하이브리드라고 볼 수 있으 며, 조류의 알 껍데기를 형성하고 있는 물질은 대부분 탄산 칼슘(calcium carbonate, calcite))으로서 내부의 표면에 고분자 막이 부착되어 있는 하이브리드 소재이다. 이 외에도 전복과 같은 단단한 패류의 껍질에는 층상형 무기물과 유 기물 고분자가 층층이 쌓여 있어서 경도와 강도가 모두 높 은 하이브리드 소재를 형성하고 있는 것이 최근 밝혀졌으 며, 자동차 산업에서는 범퍼 소재에 이러한 자연계의 형상 을 모방하여 사용하려는 시도가 이루어지고 있기도 한다.
자연계에서 존재하는 고분자-무기 하이브리드 소재를 비슷 하게 형상화하여 응용하려는 연구를 생체모방(biomimetic) 기술이라고 하는데, 소재의 개발에 있어서 모방을 뛰어넘어
표 1. 의료용 소재 개발을 위한 고분자-무기물 하이브리드 소재에 응용될 수 있는 다양한 생체고분자 및 생체 친화성 고분자
명칭 구조 특징
아가로스 (agarose)
우무에서 추출한 다당류.
열가역성을 가짐.
다량의 물 분자를 포함.
펙틴 (pectin)
과실, 채소류 등의 세포벽에 존재.
분자가 클수록 수분유지 능력이 좋음.
카라기난 (carrageenan)
미역과 같은 홍조류 식물에서 추출.
카파 타입은 칼슘 이온과 강하게 젤화가 되고 열가역성이 있음.
키토산 (chitosan)
갑각류에서 추출한 키틴이 주성분.
물에 대한 용해성이 좋음.
음전하를 띠는 표면과 쉽게 결합.
알지네이트 (alginate)
다시마와 같은 갈조류에서 추출.
칼슘과 같은 2가 금속 이온이 첨가되면 젤화됨.
젤라틴 (gelatin)
돼지나 소의 피부에서 추출.
천연 단백질인 콜라겐을 처리하여 얻은 유도 단백질의 일종.
유드라짓 (Eudragit)Ⓡ
E-100
낮은 점도, 높은 피그먼트 결합 능력.
위장에서 쉽게 용해되고, pH 5 이상의 조건에서 팽윤성 및 투과성을 가짐.
유드라짓 (Eudragit)Ⓡ
S-100
pH 7에서 용해.
빠른 용해와 더불어 효과적이고 안정적인 코팅.
소장에서의 특정 부위에 대한 약물전달.
새로운 소재를 개발하는 데 있어서 생체의 형상과 기능성 에서 영감을 얻어 새로운 소재를 개발하는 것을 생체모방 기술 중에서도 특히 bio-inspired 기술이라고 분류한다.
고분자-무기물 하이브리드 소재에서의 bio-inspired 기술 은 생체가 고분자와 무기물의 하이브리드를 갖고 있다는 점에서 착안하여 다양한 조합의 고분자-무기물 소재를 합 성하고 응용하려는 연구로 진행되고 있다. 고분자-무기물 하이브리드 소재는 기존에 알려진 생체 내의 하이브리드 소재의 기능성을 뛰어 넘어 새로운 시너지 효과 및 지능형 소재로서 확장될 가능성을 갖고 있다. 본 특집에서는 주로 약물전달체나 생체재료 등과 같은 의료용 소재로서 적용 될 수 있는 고분자-무기물 하이브리드 소재에 대하여 살펴 보고, 이러한 bio-inspired 기술이 향후 어떻게 발전되어 나갈 수 있는지에 대하여 생각해 보고자 한다.
2. 고분자-무기물 하이브리드 소재의 특징 및 합성 방법
2.1 하이브리드 소재로 사용될 수 있는 고분자 및 무기물 소재 하이브리드 소재로 사용될 수 있는 고분자 물질과 무기 물은 매우 다양하다. 그러나 의료용 소재라는 점에 초점을 맞출 경우 고분자와 무기물 모두 생체 안전성과 적합성을 지녀야 하는데, 이를 위해서 고분자는 생인성(生因性) 고분 자나 쉽게 분해될 수 있는 고분자들이 적합하며, 무기물질 역시 생인성 무기물이나 생체 내에서 쉽게 분해되고 분해 산물이 생체에 독성을 지니지 않는 것이 바람직하다. 대표 적인 고분자 소재와 무기물 소재가 표 1과 그림 1에서 정 리되어 있다.
그림 1의 무기물 소재는 그 자체로서도 의료용 소재나 생물학적 응용으로서의 가능성이 많은 화합물들인데, 하이
그림 2. 층상형 금속 수산화물을 중심으로 한 고분자 하이브리드 소재의 제조 방법: (1) 고분자 층간삽입법, (2) 단량체 층간삽입 및 자가 중합법, (3) 융해-혼합법, (4) 표면 개질 층상형 무기물질 혼합법, (5) 표면 개질된 층상형 금속 수산화물 수용액의 혼합법, 그리고 (6) 표면 개질 금속 수산화물과 단량체 자가 중합을 통한 하이브리드화.
드록시아파타이트는 인체의 골격을 이루는 중요한 성분으 로서 조직공학, 인공 생체 재료 등의 연구에 있어서 중요하 게 다뤄지는 물질이며, 점토나 층상형 금속 수산화물은 최 근 약물 전달체에 대한 연구가 활발히 진행되는 물질이다.
아래에서는 우선 무기물과 고분자 사이에 하이브리드 를 유도하는 일반적인 방법 및 이렇게 얻어진 하이브리드 소재의 특징에 대해서 간략하게 설명한 후, 구체적으로 의 료용 소재로서 고분자-무기물질 하이브리드 소재가 어떻 게 얻어지게 되고, 어떠한 기능성을 갖는지 탐색해 보고자 한다.
2.2 고분자-층상형 무기물질 하이브리드 소재의 격자 조작 방법
이 절에서는 고분자-무기물질 하이브리드 소재의 특성 이나 합성법을 소개하고자 한다. 고분자의 경우 의료용 소 재로 사용하기 위한 고분자에 국한하지 않고, 다양한 고분 자에 대하여 예를 들고 있으며, 무기물질의 경우에는 주로 2차원 층상형 무기물질 중 하나인 층상형 금속 수산화물 을 예로 들어 소개하고자 한다.
고분자-층상형 금속 수산화물 하이브리드 소재는 순수 고분자에 비해 새로운 기계적 성질이나 향상된 열정 안정 성 등의 색다른 특성을 보인다. 층상형 물질, 특히 층상형 금속 수산화물은 하이브리드 소재의 제조에 있어서 상당히 이상적인 물질인데, 이는 무기물질이 갖는 금속의 조성과 층 전하 밀도 등이 쉽게 조절될 수 있기 때문이다.
층상형 금속 수산화물이 도입된 하이브리드 소재는 대 체적으로 물리화학적 성질의 향상을 보이는데, 이는 고분 자 매트릭스 내부에 층상형 무기물질에 분산된 정도와 밀 접한 관련이 있다. 고분자-층상형 금속 수산화물 하이브리 드 소재는 그 구조에 따라 세 가지로 분류할 수 있는데, 고 분자 내의 첨가제로서의 층상형 금속 수산화물이 첨가된 구조, 고분자가 층상형 금속 수산화물 층간에 삽입된 구조, 그리고 고분자 매트릭스 내에 층상형 금속 수산화물의 박 리된 층이 균질하게 섞여 있는 구조가 바로 그것이다. 박 리된 층상형 금속 수산화물은 1,000 m2/g의 매우 높은 비 표면적을 갖는데, 이러한 박리층들이 고분자와 균일하게 상호작용 한다면, 하이브리드 소재의 기계적 강도(탄성계수 또는 충격 강도), 열적 안정성등과 같은 성질이 향상된다.
일반적으로 친수성의 표면 특성을 갖는 층상형 금속 수 산화물은 친수성을 갖는 바이오폴리머들과의 친화성은 높 지만, 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리메틸메타크릴레 이트(polymethylmethacrylate, PMMA) 등과 같은 소수 성의 표면 특성을 갖는 고분자와는 친화성을 지니기 어렵 다. 따라서 이러한 특성을 극복하기 위해 많은 연구자들은 지방산, 유기 황산염, 유기 인산염과 같은 이온성 유기물 질을 이용하여 층상형 물질의 표면을 개질하여, 고분자와 의 친화성을 극대화시키는 연구를 진행하고 있다.
무기물과 고분자의 하이브리드 소재를 제조하는 방법은 여러가지가 있지만, 이 절에서는 주로 층상형 금속 수산화 물과 고분자의 경우를 예로 들어 여섯 가지의 합성 전략을
소개하고자 한다(그림 2). 이들 합성 방법은 (1) 고분자 층 간 삽입법, (2) 단량체 층간 삽입 및 자가 중합법, (3) 융해- 혼합법, (4) 표면개질된 층상형 물질의 혼합법, (5) 표면 개 질된 층상형 물질 수용액의 혼합법, 그리고 (6) 표면개질된 층상형 물질 수산화물 수용액과 고분자의 자가 중합법 등 으로서 구체적인 합성법은 다음 부분에서 설명된다(그림2).
2.2.1 고분자 층간삽입법
층상형 금속 수산화물과 고분자간의 하이브리드화에 대한 초기의 접근법은 카르복시산염, 황산염, 인산염과 같 은 음이온의 작용기를 층상형 금속 수산화물에 층간삽입 하는 전략과 비슷한다. 음이온성 곁가지를 가지고 있는 고 분자인 폴리아크릴산, 폴리스티렌황산염, 폴리비닐황산염, 폴리카르복시산염 들은 양이온성 층전하를 갖는 층상형 금속 수산화물과 정전기적 인력으로 상호작용할 수 있으므로 하이브리드화될 수 있다.1-2 프랑스의 Leroux 연구팀에서는 poly(ethylene glycol)-n-alkyl-3-sulfopropyldiether(PEG- AS)와 poly(ethylene glycol) dicarboxylic acid(PEG-DC) 와 같은 서로 다른 에틸렌 산화물 단위체를 이용한 친수성 의 폴리에틸렌 산화물을 층상형 금속 수산화물의 층간에 도입하는 반응을 수행한 바 있으며,3 이 외에도 폴리에틸렌 황산염(polyoxyethylene sulfate, PEGS)가 층간삽입된 층상형 금속 수산화물 하이브리드 소재 역시 비슷한 방법 으로 제조될 수 있음이 보고된 바 있다.4
2.2.2 단량체 층간삽입 및 자가 중합법
층상형 금속 수산화물 층간에 직접 고분자를 도입하는 층간삽입법 외에도, 층간에 단량체를 미리 층간삽입한 후 층간 공간내에서 자가중합하여 고분자-층상형 하이브리 드 소재를 합성하는 방법이 적용될 수 있다. 아크릴레이트 나 비닐벤젠 황산염과 같은 음이온성 단량체 분자는 양이 온성 층전하를 갖는 층상형 금속 수산화물 층간에 비교적 손쉽게 도입될 수 있으며, 층간 공간 내에서 단량체의 간 의 자가중합반응을 통해 폴리아크릴레이트(PAA)나 폴리 스티렌황산염(PSS)으로 중합되어 고분자-층상형 소재로 제조될 수 있다.
Wang 연구팀에서는 우선 아크릴레이트 단량체를 층상 형 금속 수산화물 층간에 도입한 후 개시제인 potassium persulphate를 이용하여 중합반응을 수행함으로서 폴리 아크릴레이트가 층간에 삽입된 하이브리드 소재를 합성한 바 있다.5 또한, Moujahid 연구팀에서는 비닐벤젠황산염 (vinylbenzenesulfonate, VBS) 분자를 층상형 금속 수산
화물 층간에 도입한 후 180도에서 4시간 동안 처리하여 중 합 반응을 수행함으로서 폴리비닐벤젠과 층상형 금속 수산 화물 간의 하이브리드 소재를 제조한 바 있다.6
2.2.3 융해-혼합법
이 합성방법에 의하여 제조된 하이브리드에서 층상형 금속 수산화물 무기물이 고분자 내부에서 발생한 기체에 대한 중화물로 작용할 수 있다. 폴리염화비닐(polyvinyl- chloride, PVC)와 같이 염소가 포함된 고분자는 열과 UV 빛의 영향으로 분해될 수 있고, 이 때 염화수소를 발생하 게 되는데, 이는 고분자 소재 주변에 있는 다른 물질들에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 악영향을 최소화하기 위하 여 염화수소 기체에 대한 중화제 혹은 제거제로서 층상형 금속 수산화물 무기물질을 이용할 수 있다. Van der Ven 연구팀에 의한 연구 결과에 따르면, 마그네슘-아연-알루미 늄의 금속 조성을 갖는 층상형 금속 수산화물 1당량은 이 론적으로 13당량의 염화수소를 흡수할 수 있다고 한다.7 따라서, 폴리염화비닐 고분자 소재 내에 균일하게 층상형 금속 수산화물을 분산시킨 고분자-무기물 하이브리드 소재 는 고분자의 안정성과 응용성에 크게 영향을 미칠 수 있다.
Jiao 연구팀은 융해-혼합법에 의하여 층상형 금속 수산 화물과 에틸비닐알콜(EVA)이 하이브리드화된 소재를 합 성하였으며, 이 물질의 난연제 효과를 확인함으로서 하이 브리드 소재의 열적 안정성을 확인한 바 있다.8 이와 같은 합성 전략은 Ramaraj 연구팀에서도 확인된 바 있는데, 이 연구에서는 폴리비닐알콜(PVA)과 같은 같은 극성 고분자 에 융해-혼합법으로 층상형 금속 수산화물을 도입하는 것 이 상당히 효율적인 방법임을 입증하였다.9
2.2.4 표면 개질 층상형 무기물질 혼합법
많은 연구자들이 좀 더 균일하고 성능이 좋은 고분자-층 상형 무기물 하이브리드 소재를 개발하기 위하여 층상형 물질을 박리화하여 고분자 매트릭스 내에 분산시키는 연 구를 진행해 왔다. 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴 리에틸렌(PE), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 비극성 고분자들은 극성을 지니는 고분자와는 달리 무기물 소재와의 친화성이 높지 않기 때문에 무기물 소재의 표면에 소수성을 갖는 기능기인 도데실황산염(dodecylsulfate, DS) 이나 도데실벤젠황산염(dodecylbenzenesulfonate, DBS) 을 도입하여 하이브리드화 반응을 진행해야 한다. Zhang 연구팀에서는 우선 DS를 층간삽입 반응으로 층상형 금속 수산화물에 도입한 후 이 물질로부터 고분자-층상형 무기
물 하이브리드를 합성한 바 있다.10 이 방법에 따라 제조된 하이브리드 소재의 기계적 강도는 크게 향상되지 않았으 나, 난연 특성이 확보된 점에서 물성의 향상을 확인해 볼 수 있었다. Nyambo 연구팀에서는 층상형 금속 수산화물 에 용해혼합법을 도입하여 벤조산(benzoate), 아미노벤조 산(aminobenzoate), 벤조황산염(benzosulfonate), 벤조 인산염(benzophosphonate)과 같은 음이온으로 표면 개 질을 수행하였고, 이 표면개질 물질을 이용하여 PMMA와 층상형 금속 수산화물 간의 하이브리드 소재를 제조하였 다.11 또 다른 경우로는, Zammarano 연구팀에서 이축합 출기를 통해 DBS가 층간삽입된 층상형 금속 수산화물과 폴리아마이드6 간의 하이브리드 소재를 합성한 것을 예로 들 수 있다.12 이 방법은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 고 분자와 층상형 금속 수산화물 간의 하이브리드 소재를 제조 하는 것에도 응용될 수 있다.
2.2.5 표면 개질된 층상형 금속 수산화물 수용액의 혼합법 소수성의 분자로 개질된 층상형 금속 수산화물이나 점 토 물질은 층과 층이 분리되는 박리화 현상을 보일 수 있 다. 이러한 성질을 이용하여 Chen 연구팀에서는 폴리에틸 렌이 그래프팅된 말레인산(polyethylene-grafted-maleic anhydride, PE-g-MA)과 층상형 금속 수산화물 간의 하이 브리드화 반응을 보고한 바 있다.13 층상형 금속 수산화물 이 박리화 되면 나노미터 두께를 갖는 판상형 구조를 갖게 되는데, 이것은 불규칙적으로 하이브리드 소재 내에 분산 되며 고분자 소재만 있을 경우와 비교하여 높은 열적 안정 성을 획득하게 되는 것으로 보고되었다.
Liu 연구팀에서도 유사한 방법을 접근법을 이용하여 층 상형 금속 수산화물과 폴리염화비닐간의 하이브리드 소재 를 보고한 바 있다.14 도데실황산염이 층간삽입된 층상형 금속 수산화물은 사이클로헥세인 용매에 우선 분산되고 섭씨 50도에서 30분 동안 THF 용매에 의하여 PVC와 함 께 용해되어 섞어졌고, 결과적으로 층상형 금속 수산화물 이 균일하게 분산된 PVC 하이브리드 소재를 얻을 수 있었 다. 하이브리드화 결과, 고분자가 분해될 경우 생성되는 기체의 확산 경로가 증가하고, 고분자 소재의 열적 안정성 이 향상됨을 확인할 수 있었다.
2.2.6 표면 개질 금속 수산화물과 단량체 자가 중합을 통한 하이브리드화
이 합성 전략은 고분자의 단량체 수용액에 층상형 금속 수산화물을 잘 분산하여 고분자의 자가 중합을 유도하는
방법으로 매우 균일하게 혼합된 고분자-층상형 무기물 하 이브리드를 제조하는 데 효과적이다. Leroux 연구팀에서 는 3-sulfopropylmethacrylate(SPMA)가 층간삽입된 층 상형 금속 수산화물을 스티렌 단량체 수용액에 개시제인 benzoyl peroxide과 함께 분산하여 섞고 중합시킴으로써 폴리스티렌-무기물 하이브리드 소재를 제조하였다.1 5 SPMA을 층상형 금속 수산화물에 층간삽입하게 되면 무 기물 나노층이 소수성을 갖게 되며, 이에 따라 스티렌 수 용액에 균일하게 분산될 수 있다. Ding 연구팀에서는 라 우로일글루탐산(lauroylglutamate, LG) 계면활성제와 스 페이서인 도데실황산염을 이용한 에멀젼-서스펜션 중합 반응을 통해 폴리스티렌-층상형 금속 수산화물 하이브리드 소재를 합성한 바 있다.16-19 비슷한 전략의 중합 반응을 통 하여 얻어진 고분자-층상형 하이브리드 소재로서는 polyimide, epoxy, polymethylacrylate(PMA), polyacrylamide, poly- urethane(PU) 그리고 PS/PMMA copolymer에 대한 층 상형 무기물질 하이브리드 소재가 있다.20-27
3. 의료용 고분자-무기물 하이브리드 소재의 개발
3.1 의료용 소재로서의 고분자-층상형 무기물 하이브리드 소재
고분자와 무기물 간의 하이브리드 물질 중 많은 연구가 진행되고 있는 한 분야는 층상형 무기물을 이용한 하이브 리드 소재이다. 층상형 무기물 소재는 상기에서 언급한 바 와 마찬가지로 2차원적으로는 매우 큰 판상형 물질로 존 재하지만, 판의 두께는 수 옹스트롬에서 수 나노미터 정도 이므로 분자의 크기에 맞먹는다. 또한, 종횡비(aspect ratio) 가 매우 크기 때문에 1차원 사슬이 주를 이루는 고분자와 함께 사용이 되었을 때 매우 독특한 물리화학적 성질을 나 타낼 수 있다. 이 절에서는 층상형 무기물을 이용한 고분 자-무기물 하이브리드의 연구사례를 소개하고자 한다. 특 히 연구 목적에 따라 약물전달체 및 조직공학에 대한 연구 결과를 중심으로 소개하고, 이러한 bio-inspired 하이브리 드 소재가 지닐 수 있는 앞으로의 발전 가능성에 대하여 논하고자 한다.
3.1.1 약물 전달의 기능향상
층상형 무기물질은 층간의 공간이 쉽게 조절될 수 있으 므로 이 공간 내에 약물 분자를 도입하여 안정화시키고, 방출되는 특성을 조절하는 한편, 특정 목표 세포 약물 분 자를 전달하는 기능성을 가질 수 있어서 서방형/표적지향
그림 3. pH 1.2 조건에서 고분자-점토 하이브리드로부터의 도네페질 약물의 시간에 따른 용출 곡선: (a) 몬트모릴로나이트로부터, (b) Eudragit® E-100- 몬트모릴로나이트 하이브리드로부터, (c) 사포나이트로부터, (d) Eudragit® E-100-사포나이트 하이브리드로부터, (e) 라포나이트로부터, (f) Eudragit® E-100-라포나이트 하이브리드로부터.49
형 약물 전달체로 많이 연구되어 왔다. 이러한 층상형 무 기물에 고분자를 도입하여, 표면코팅하게 되면 층상형 무 기물질의 물리, 화학적 성질이 조절될 수 있기 때문에 약 물 전달체로서의 기능성이 극대화될 수 있다. 예를 들면 층상형 무기물질의 기계적, 열적 특성이 강화하고 기체 분 자에 대한 차단성을 획득하거나, 약물의 방출 기작을 조절 할 수 있으며 아울러 점막 부착성 등과 같은 생물학적 활 성도를 조절할 수 있기 때문에 고분자-층상형 무기물질 하 이브리드는 새로운 기능성을 갖는 약물 전달체로서의 가 능성을 보이고 있다.
이에 해당하는 예로서 점토나 층상형 금속 수산화물을 이용한 약물 전달체에 다양한 고분자를 코팅하여 약물의 방출 거동과 생체 이용율을 극대화시킨 최근의 연구 결과 를 들 수 있다.49 알루미노실리케이트 기반의 점토는 층상 의 전하가 음전하로, 층상형 금속 수산화물은 양전하로 하 전되어 있기 때문에 각각 층간의 공간에 양이온성과 음이 온성 약물 분자를 담지하여 약물 전달체로 응용 가능하다.
이러한 층상형 약물 전달체 중 하나인 점토 약물 전달체에 고분자를 코팅하여 약물의 방출 기작을 조절한 연구가 있 다. 도네페질(donepazil)은 알츠하이머 병에 대한 치료제 로 알려진 약물로서 양전하를 띠며, 경구로 투여한 후 위 장관 등의 원하는 위치에서 약물을 방출하여 치료효과를 극대화 시킬 필요가 있다. 점토 물질 중 음의 층전하를 띠 는 몬트모릴로나이트(montmorillonite, MMT), 사포나이 트(saponite, SA), 라포나이트(laponite, LA)등의 물질은 층간의 공간에 도네페질 약물을 안정화시킬 수 있으며, 수 용액 상에 이들 약물-점토 물질이 분산되었을 때 확산이나 이온 교환 반응을 통하여 약물을 방출할 수 있다. 이러한 기존의 약물-점토 약물 전달 시스템에 양이온성 고분자로 알려진 Eudragit® E-100을 코팅할 경우 약물의 방출 속도 가 조절될 수 있다. 최근의 한 연구에서는 도네페질 약물 을 몬트모릴로나이트, 사포나이트 및 라포나이트의 층간 에 도입시킨 분말을 Eudragit® E-100 고분자 용액에 섞은 후 분무 건조함으로써 고분자가 코팅된 층상형 무기물질 하이브리드를 얻을 수 있었다. 그림 3은 Eudragit® E-100 으로 코팅된 점토 하이브리드 소재의 약물 용출 패턴을 보 여주고 있다. 고분자가 도입되지 않은 점토 소재와 비교하 였을 때 고분자가 존재할 경우 약물 용출의 방출양이 약 5~30%정도로 증대되었음을 알 수 있다. 점토물질로부터 약물이 방출되는 양상이 조절된 이유는 점토 물질 표면에 균일하게 코팅된 Eudragit® E-100 때문인 것으로 생각된 다. 커다란 양이온성 고분자인 Eudragit® E-100으로 코팅
되어 있는 고분자-점토 하이브리드는 수용액 속에 분산됨 과 동시에, 고분자 물질들이 점토의 층간으로 들어가게 되 고, 이에 따라 점토의 층이 팽창하게 되어 이온 교환 효과 가 증가되는 것으로 메커니즘을 생각해 볼 수 있다.
고분자-층상형 무기물질 하이브리드에 의한 약물 전달체 응용 연구의 또 다른 예로서 음이온성 약물인 ursodeoxy- cholic acid(UDCA)를 층상형 금속 수산화물의 층간 공간 에 담지한 후, 음이온성 고분자인 Eudragit® S-100으로 코 팅한 하이브리드 소재를 들 수 있다. UDCA라는 약물은 이담약으로서 간 보호에 대한 성능이 우수함에도 불구하 고 물에 대한 용해도가 매우 낮기 때문에 경구로 투여할 경우 생체이용률이 매우 낮다. 이러한 약물에 대한 용해도 및 생체이용률을 높이고자 하는 연구로서 고분자-무기물 하이브리드 약물 전달체가 보고된 바 있다.28 이 연구에서 는 1차적으로 UDCA를 층상형 금속 수산화물의 층간에 도입함으로서 용해도를 높였다. UDCA 분자 자체는 수화 가 힘들지만, 무기물질 내에 도입하게 되면 무기물에 의하 여 1차적으로 캡슐화되고, 이 캡슐이 수용액에 분산되면 서 용해도가 높아지는 효과를 야기할 수 있다. 점토화합물 을 이용한 경우와 마찬가지로, 이 연구에서도 UDCA가 층 간삽입된 층상형 금속 수산화물 표면에 음이온성 고분자 인 Eudragit® S-100을 코팅함으로 인하여 약물의 방출을 조절하고자 하였다. 그림 4에서 보는 것과 마찬가지로, 고 분자-층상형 금속 수산화물 하이브리드 소재는 고분자가
그림 4. UDCA, UDCA-층상형 금속 수산화물 및 UDCA가 탑재된 Eudragit® S100-층상형 금속 수산화물 하이브리드 물질로부터 시간에 따른 UDCA 물 질의 용출 패턴: (a) pH 1.2, (b) pH 6.8, (c) pH 8.0.28
도입되지 않은 무기물 자체의 약물전달체와 비교하여 pH 의존적인 약물 방출 패턴을 보여준다. Eudragit® S-100으 로 코팅했을 경우, 2시간 동안 각각 pH 8.0과 6.8에서 방출 되는 UDCA는 각각 60.2%와 91.9%로 매우 높은 양이 방 출됨을 관찰할 수 있었으며, 산성인 pH 1.2에서는 약물 방 출이 거의 관찰되지 않았다. pH가 1.2인 경우는 경구 투여 후 위장을 통과할 경우를 생체모사한 조건이고, pH 6.8인 경우는 소장을 통과할 경우를 모사한 조건이다. 이 실험 결과로서 고분자-층상형 무기물 하이브리드 소재가 특정 약물에 대하여 pH 의존적인 약물 용출을 가능하도록 하는 것을 알 수 있다.
층상형 무기물질 중 점토 물질은 소화기관의 점액질에
대하여 높은 친화성을 보이는 경우가 보고되어 있다. 따라 서 고분자 물질에 층상형 무기물질을 하이브리드화한 경 우 고분자 소재의 점막 친화성이 증대되는 효과를 예상해 볼 수 있다. Salcedo 연구팀에서는 키토산 고분자에 점토 물질인 몬트모릴로나이트를 하이브리드화하여 점막 친화 성을 극대화한 연구를 보고한 바 있다.29 이 연구에 따르면 하이브리드화된 소재는 점막에 대한 친화성이 증대되고 물 흡수에 의한 팽윤 성질을 갖게 되기 때문에, 하이브리드 소재가 향후 다양한 제형으로 응용될 수 있는 가능성을 엿 볼 수 있다.
3.1.2 생체재료로서의 고분자-층상형 무기물 소재
고분자-층상형 무기물 하이브리드는 조직공학, 재생의 학적 응용을 위한 생체적합물질들의 계층 구조 제작에 활 용될 수도 있다. 고분자의 관점에서 보면, 층상형 무기물 질이 첨가될 경우 기계적 강도, 화학적 감도등의 성질이 조절되어 다양한 물리-화학적 성질의 창출을 기대할 수 있 다.30 이러한 예측을 바탕으로 일본의 Hibino 연구팀에서 는 비이온성 고분자 물질 중 하나인 아가로스 하이드로젤 에 이온친화성을 부여하기 위하여 양이온성을 갖는 층상 형 무기물질을 하이브리드화하는 방법에 대하여 보고한 바 있다.31 이 논문을 통하여, 그는 박리화된 층상형 금속 수산화물을 아가로스 하이드젤 수용액에 분산하는 것이 하이브리드 물질의 균질성을 높이는 하나의 방법으로 제 시될 수 있다고 제안한 바 있다. 또한, 이렇게 제조된 아가 로스-층상형 금속 수산화물 하이브리드 소재는 음이온성 약물에 대한 용출 조절 시스템으로 발전될 수 있을 것으로 제안되었다.
Chaturbedy 연구팀은 폴리스티렌 비드의 표면 위에 무 기물질인 점토와 고분자 전해질을 순차적으로 코팅함으로 써 폴리스티렌-층상형 무기물 하이브리드를 합성했다(그 림 5).32 이 하이브리드 소재는 낮은 pH(~4)에서 팽윤하고 높은 pH(~9)에서는 크기가 줄어드는 pH 민감성을 지니 고 있으며, 비드의 크기는 pH에 따라 1.0에서 1.6 μm에 이 르기까지 큰 차이를 보이는 것으로 보고되었다. 이러한 자 극 감응성 하이브리드 소재는 특정 pH에서 약물을 방출하 거나 담지하는 특성을 지니고 있기 때문에 생체 재료로서 사용될 수 있는데, 이 연구에 따르면 소염약물인 이부프로 펜(ibuprofen)과 형광염료인 에오신(eosin)의 pH 의존적 인 방출 연구를 통하여 그 성능이 평가되었다. 비슷한 접 근법으로서 Zhuk 연구팀은 layer-by-layer 방법으로 고 분자-무기물 하이브리드 소재 필름을 합성하기도 하였다.33
그림 5. 폴리스티렌 비드 표면에 점토와 전해질을 층층이 쌓아서 pH에 감응하는 하이브리드 물질을 제조하는 개략도.23 Adapted from ref.23 with permission.
고분자와 층상형 무기물질은 모두 약물 전달 시스템으로 이용될 수 있는 소재로서 이 둘 간의 하이브리드화는 종종 약물 전달 시스템에서 생물학적 가능성을 증가시키는 시 너지 효과를 창출하기도 한다. Thatiparti 연구팀은 폴리에 스터 폴리올 아실레이트 고분자와 점토의 일종인 벤토나 이트 간의 하이브리드화를 통하여 고분자의 기계적 안정 성 및 점막친화성을 증가시키는 한편 약물의 전달 특성을 향상시키는 연구 결과를 발표한 바 있다.34 비슷한 예로, 몬 트모릴로나이트와 poly(D,L-lactide-co-glycolide)(PLGA) 의 하이브리드를 예로 들 수 있는데, 몬트모릴로나이트는 반 데르발스 상호작용이나 수소결합을 통하여 세포와 하이브 리드 소재 간의 친화성을 극대화시킬 수 있기에 내부에 담 지한 약물의 생체이용률을 증가시킬 수 있다.35 이처럼 하 이브리드 소재는 약물의 전달 기능은 물론이고, 생체 내에 부착되어 약물을 방출시킬 수 있는 일종의 생체 재료로서 도 응용될 수 있다.
고분자가 가지고 있는 맞춤형 물리화학적 특성은 종종 조직공학과 같이 생체재료로 활용될 수 있는데, 이에 층상 형 무기물질을 하이브리드화 할 경우 다양한 물성의 변화 를 기대할 수 있다. 고분자 중 특히 자연으로부터 얻을 수 있는 생인성 고분자인 콜라겐이나 젤라틴, 키토산등에 점 토와 같은 층상형 무기물질을 하이브리드화하는 연구들이 이와 같은 목적 하에 많이 보고되어 있다. Olmo 연구팀은 생체재료로 사용될 수 있는 고분자의 안정성을 높이기 위 한 방법으로서 층상형 물질과의 하이브리드화를 연구한 바 있다. 층상형 물질 중 하나인 세피올라이트를 콜라겐과
하이브리드화할 경우, 콜라겐을 분해하는 효소인 콜라게 나제로부터 고분자를 보호할 수 있다. 이 논문에 따르면 콜라게나제가 콜라겐을 분해하기 이전에 점토에 부착되기 때문에 콜라겐을 보호하는 역할을 할 수 있는데, 콜라겐만 존재할 경우에 비하여, 하이브리드는 효소에 의한 콜라겐 분해가 절반 가량으로 줄어든다고 한다.36
고분자-층상형 하이브리드를 이용한 생체재료 응용에 있어서 최근 스페인의 Ruiz-Hitzky 연구팀은 잔탄검과 세 피올라이트를 하이브리드화한 백신 전달 시스템을 보고한 바 있다.37 이 연구에서 그들은, 세피올라이트의 실란올 그 룹과 잔탄검에 있는 하이드록실 기능기 간에 수소결합을 유도하여 잔탄검-세피올라이트 하이브리드를 제조하였다.
이렇게 제조된 하이브리드 소재에 바이러스를 도입하여 이 새로운 고분자-무기물 하이브리드가 인플루엔자 백신 으로서의 가능성을 갖고 있는지 확인하였다(그림 6(A)).
Balb/c 생쥐에 비강 및 근육 주사를 통해서 바이러스 입자 를 주사하였으며, 바이러스 입자를 주사할 때 고분자-무기 물 하이브리드에 도입된 형태와 도입되지 않은 형태로 나 누어 각각 실험을 수행하였다. 이와 같이 백신이 주사된 후 각 실험용 생쥐에 바이러스 항원을 주입하여 감염을 유 도한 후 시간에 따른 몸무게의 감소를 평가하였다. 그림 6(B)를 보면 감염되지 않은 대조군의 쥐들은 몸무게의 변 화가 거의 없는 것을 알 수 있는데, 이는 고분자-층상형 무 기물 하이브리드 소재에 바이러스 입자를 탑재한 백신으 로 예방주사를 맞은 쥐에서도 비슷한 패턴으로 관찰된다.
바이러스 입자만으로 백신주입이 된 경우에는 초기에 약
virus only: 바이러스 입자 자체만으로 백신주사를 맞은 경우
sep/xant only: 바이러스 입자 없이 잔탄검-세피올라이트 하이브리드 소재만으로 백신주사를 맞은 경우 uninfected: 감염되지 않은 경우
sep/xant+virus intranasal: 바이러스 입자를 탑재한 잔탄검- 세피올라이트 하이브리드 소재로 비강을 통하여 백신주사를 맞은 경우
sep/xant+virus intramusc.: 바이러스 입자를 탑재한 잔탄검- 세피올라이트 하이브리드 소재로 근육 주사를 통하여 백신주 사를 맞은 경우
B A
그림 6. (A) 잔탄검-세피올라이트 하이브리드 소재의 합성에 대한 개략도, (B) 인플루엔자 바이러스를 백신으로 주사한 후 항체로 감염시킨 생쥐의 몸무게 변화. 몸무게의 변화는 매일 측정되었다.37
10% 정도의 몸무게 감소가 있다가 다시 증가세로 돌아선 것으로 보아 백신의 효과는 있으나 하이브리드 시스템에 비해서 그 효율이 떨어짐을 알 수 있다. 반면에 바이러스 입자 없이 하이브리드 소재만을 주사한 경우에는 감염 후 몸무게 감소가 지속적으로 관찰되는데, 이는 하이브리드 소재 자체만으로는 감염에 대한 저항이 있는 것이 아니라 는 것을 반증한다. 즉, 하이브리드 소재는 바이러스 입자 에 대한 백신 전달체로서 작용하는 것임을 알 수 있다. 이 연구는 의료용 소재 분야에서 좀 더 폭넓은 응용을 위한 고분자-무기물 하이브리드의 개척에 새로운 가능성을 열 어주고 있다.
3.1.3 고분자-층상형 나노물질을 이용한 신소재의 창출 층상형 무기물질 내에 다양한 생체 고분자를 층간삽입 하는 것은 DNA 바코드, 센서, 전극과 같은 신소재 물질의 합성과 개발에 대한 새로운 전략을 제시할 수 있다. 디옥 시리보뉴클레오타이드, 펩타이드, 천연 폴리사카라이드 고분자와 같은 다양한 생고분자들은 층층히 쌓여진 적층
구조를 유지하는 층상형 나노물질의 층간에 삽입될 수 있 다. 그림 7은 DNA-층상형무기물질, 펩타이드-층상형무기 물질, 키토산-층상형무기물질과 하이브리드 소재에 대한 개략도를 보여주고 있다.
층상형 금속 수산화물에 DNA를 삽입한 연구는 최초의 무기-생체고분자 하이브리드 물질로 1999년 보고된 바 있 는데, 이 연구 이후에 많은 연구진들이 무기물과 생체고분자 사이의 상호작용을 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험을 통하여 증명하고 발전시켜 왔다.38-40 특히 층상형 금속 수산화물 중 특정 금속 비율을 갖는 경우(2가와 3가 금속이 2:1 비율 로 존재하는 경우)의 층전자밀도는 ~25 Å2/e-로서 DNA 가 갖는 전하의 주기성과 잘 맞아떨어지기 때문에 DNA에 대하여 강한 화학적/생물학적 안정화를 제공해 준다. 이 러한 DNA-무기물 하이브리드 소재는 장기간 DNA를 저 장하거나 DNA를 기반으로 하는 분자 바코드에 이용될 수
있다.41-42 아울러 펩타이드는 생체에 있어서 필수 영양소
나 약물로 응용될 수 있기 때문에, 펩타이드-층상형 무기 물 하이브리드 소재는 향후 식품 첨가물이나 새로운 약물
그림 7. (A) DNA-층상형 무기물질 하이브리드 소재의 개략도: (a) DNA 분자의 단위전하당 요구면적, (b) LDH 격자의 동등한 면적의 계산을 위한 대략도,39 (B) 펩타이드-층상형 무기물질 하이브리드의 개략도,44 (C) 키토산-몬트모릴로나이트의 개략도.45 Adapted from ref.45 with permission.
전달 시스템으로 확장되어 연구될 수도 있다.43-44
키토산-몬트모릴로나이트 하이브리드 소재는(그림 7(C)) 신소재 개발에 있어서 새로운 전략을 제시한다. 키토산-몬 트모릴로나이트 하이브리드는 표면 개질이 용이하고 내구 성이 높으며 장기간 안정성이 보장되므로 새로운 센서 물 질이나 전극 소재로 활용될 수 있다. 이 물질은 다양한 음 이온에 대한 친화성을 지니며, 음이온의 종류에 따른 뚜렷 한 선택성을 갖고 있기 때문에 음이온 전위차 측정 소재로 서 높은 가능성을 가진다고 보고된 바 있다.45
3.2 기타 고분자-무기물 하이브리드 시스템
상기 언급된 층상형 무기물 외에도 다양한 종류의 무기 물들이 생체재료 개발을 위하여 고분자와 하이브리드 소 재로 개발되고 있다. 대표적으로 뼈를 구성하고 있는 성분 인 하이드록시아파타이트, 칼슘인산염과 같은 물질과 고 분자의 하이브리드는 스캐폴드(scaffold)나 조직공학적 생체재료로 연구가 되고 있으며, 이 외에도 생체친화적이 며 체내에서 상당히 반응성이 낮을 것으로 예상되는 실리
카 입자와 고분자의 하이브리드, 자성 및 MRI 조영특성을 지니는 산화철과 고분자와의 하이브리드는 고분자를 기반 으로 하는 생체 재료에 기계적 특성 뿐 아니라 화학적/생 물학적 특성을 조절하는 데 있어서도 유리하게 작용할 것 으로 생각된다.
이 절에서는 대표적으로 하이드록시아파타이트와 고분 자와의 하이브리드를 통한 새로운 생체재료의 응용에 대 해서 살펴보도록 한다. 매우 많은 연구논문에서 하이드록 시아파타이트와 고분자의 하이브리드를 통하여 뼈를 재생 할 수 있는 조직공학적 소재로서의 생체재료나 뼈에 삽입 할 수 있는 임플란트로서의 생체재료를 보고하고 있다. 최 근의 몇가지 연구는 특히 하이브리드화에 의하여 얻어질 수 있는 다양한 물성에 대하여 보고하고 있는데, 그 일례 로 하이드록시아파타이트 나노화이버와 실리콘 고분자 간 의 하이브리드를 들 수 있다. 이 연구에서는 다양한 종횡 비로 합성된 하이드록시아파타이트 나노화이버를 poly- dimethylsilicone(PDMS) 매트릭스 내에 도입하여 하이 브리드화하였으며, 하이드록시아파타이트의 종횡비가 클
수록 더 높은 물리·화학적 특성이 얻어짐을 밝혔다. 이러 한 연구는 생체 재료로서의 소재가 갖는 기계적 강도에 대 하여 연구한 것으로서 향후 실용화 단계에서 중요한 정보 를 제공해 준다.46 또 다른 연구에서는 생체친화적이고, 골 유도율이 높은(osteoinductive) 골-생체재료를 위하여 콜 라겐 고분자와 하이드록시아파타이트가 하이브리드화된 물질이 개발되기도 하였다. 이 연구에서는 하이드록시아 파타이트가 콜라겐 스캐폴드에 균일하게 분포되도록 합성 되었으며, 이러한 물질의 개발은 높은 골유도율을 갖는 생 체재료 개발은 물론이고, 기계적 강도와 물성이 향상된 새 로운 생체 재료를 개발하는 데에도 많은 정보를 제공할 수 있다.47 한편으로는 조직공학적 응용성을 지닌 생체재료를 구현하기 위하여 하이드록시아파타이트와 생분해능이 높은 고분자인 poly(ethylene glycol) maleate citrate(PEGMC) 를 하이브리드화 한 물질이 개발되기도 하였다. 이 연구에 서 개발된 PEGMC-하이드록시아파타이트 하이브리드 소 재는 주사 가능한 스캐폴드로서의 가능성을 갖는 것으로 평가되고 있다.48
4. 결론 및 제언
본 특집에서는 의료용 소재로 활용 가능한 다양한 고분 자-무기물 하이브리드 시스템 중 대표적인 물질들을 중심 으로 그 물성이나 합성법, 응용에 대하여 살펴보았다. 고 분자와 무기물은 각각의 분야에서도 매우 많은 연구들이 진행되어 왔으며, 특히 최근의 나노기술의 발전에 힘입어 분자 수준의 격자 조작 및 물질 제어 기술이 가능하게 되 어 원하는 물성을 쉽게 제어할 수 있는 단계에 이르렀다.
따라서 고분자와 무기물을 서로 하이브리드화 할 경우 창 출되는 신물질은 그 수를 헤아릴 수 없을 정도로 많을 것 이며, 그에 대한 응용 연구 또한 다방면으로 이루어지게 될 것이다. 이 중 앞으로의 21세기에는 의료용 소재로서의 하이브리드 개발이 큰 수요와 함께 발전하게 될 것으로 전 망된다. 고분자와 무기물, 양쪽의 독립적인 발전은 물론이 고, 두 시스템 간의 하이브리드화에 대한 연구가 활발히 진 행된다면, 인류가 바라는 건강한 삶을 구현할 수 있는 새 로운 소재들이 개발될 수 있을 것이다.
참고문헌
1. Jr. O. C. Wilson, T. Olorunyolemi, A. Jaworski, L. Borum, D.
Young, A. Siriwat, E. Dickens, C. Oriakhi, and M. Lerner, Appl.
Clay. Sci., 15, 265 (1999).
2. J. Plank, Z. Dai, and P. R. Andres, Mater. Lett., 60, 3614 (2006).
3. F. Leroux, P. Aranda, J. P. Besse, and E. Ruiz-Hitzky, Eur. J.
Inorg. Chem., 1242 (2003).
4. C. S. Liao and W. B. Ye, Mater. Chem. Phys., 88, 84 (2004).
5. G. Wang, F. Cai, M. Yang, L. Si, Z. Wang, and X. Duan, Polym.
Int., 55, 1456 (2006).
6. E. M. Moujahid, J. P. Besse, and F. Leroux, J. Mater. Chem., 12, 3324 (2002).
7. L. Van der Ven, M. L. M. Van Gemert, L. F. Batenburg, J. J.
Keern, L. H. Gielgens, T. P. M. Koster, and H. R. Fischer, Appl.
Clay. Sci., 17, 25 (2000).
8. C. Jiao, X. Chen, and J. Zhang, J. Thermoplast. Compos.
Mater., 23, 501 (2010).
9. B. Ramaraj and S. N. Jaisankar, Polym. K–Plast. Technol. Eng., 47, 733 (2008).
10. M. Zhang, P. Ding, and J. Qu, Polym. Compos., 30, 1000 (2009).
11. C. Nyambo, D. Chen, S. Su, and C. A. Wilkie, Polym. Degrad.
Stab., 94, 496 (2009).
12. M. Zammarano, S. Bellayer, J. W. Gilman, M. Franceschi, F.
L. Beye, R. H. Harris, and S. Meriani, Polymer, 47, 652 (2006).
13. W. Chen and B. Qu, Chem. Mater., 15, 3208 (2003).
14. J. Liu, G. Chen, J. Yang, and Y. Ma, Chem. Lett., 36, 1454 (2007).
15. F. Leroux, L. Meddara, B. Mailhot, S. Morlat-Thérias, and J. L. Gardette, Polymer, 46, 3571 (2005).
16. P. Ding and B. Qu, J. Colloid. Interf. Sci., 291, 13 (2005).
17. P. Ding and B. Qu, J. Appl. Polym. Sci., 101, 3758 (2006).
18. P. Ding, M. Zhang, J. Gai, and J. Qu, J. Mater. Chem., 17, 1117 (2007).
19. L. Qiu, W. Chen, and B. Qu, Colloid. Polym. Sci., 283, 1241 (2005).
20. H. B. Hsueh and C. Y. Chen, Polymer, 44, 1151 (2003).
21. W. Chen and B. Qu, Polym. Degrad. Stab., 90, 162 (2005).
22. Z. Matusinović, M. Rogošić, and J. Šipušić, Polym. Degrad.
Stab., 94, 95 (2009).
23. P. Fu, G. Chen, J. Liu, and J. Yang, Mater. Lett., 63, 1725 (2009).
24. M. Zammarano, M. Franceschib, S. Bellayera, J. W. Gilmana, and S. Merianic, Polymer, 46, 9314 (2005).
25. H. B. Hsueh and C. Y. Chen, Polymer, 44, 5275 (2003).
26. Y. Yuan, Y. Zhang, and W. Shi, Appl. Clay Sci., 53, 608 (2011).
27. M. Kotal, S. K. Srivastava, and S. K. Manu, J. Nanosci.
Nanotechnol., 10, 5730 (2010).
28. G. Choi, J. H. Lee, Y. J. Oh, Y. B. Choy, M. C. Park, H. C. Chang, and J. H. Choy, Int. J. Pharm., 402, 117 (2010).
29. I. Salcedo, C. Aguzzi, G. Sandri, M. C. Bonferoni, M. Mori, P. Cerezo, R. Sanchez, C. Viseras, and C. Caramella, Appl.
Clay Sci., 55, 131 (2012).
30. P. Schexnailder and G. Schmidt, Colloid. Polym. Sci., 287, 1 (2009).
31. T. Hibino, Appl. Clay Sci., 50, 282 (2010).
32. P. Chaturbedy, D. Jagadeesan, and M. Eswaramoorthy, ACS Nano, 4, 5921 (2010).
33. A. Zhuk, R. Mirza, and S. Sukhishvili, ACS Nano, 5, 8790 (2011).
34. T. R. Thatiparti, S. Tammishetti, and M. V. Nivasum, J.
Biomed. Mater. Res. Part B, 92B, 111 (2010).
35. Y. C. Dong and S. S. Feng, Biomaterials, 26, 6068 (2005).
36. N. Olmo, M. A. Lizarbe, and J. G. Gavilanes, Biomaterials, 8, 67 (1987).
37. E. Ruiz-Hitzky, M. Darder, P. Aranda, M. A. M. del Burgo, and G. del Real, Adv. Mater, 21, 4167 (2009).
38. J. H. Choy, S. Y. Kwak, J. S. Park, Y. J. Jeong, and J. Portier, J. Am. Chem. Soc., 121, 1399 (1999).
39. J. M. Oh, S. Y. Kwak, and J. H. Choy, J. Phys. Chem. Solids., 67, 1028 (2006).
40. M. A. Thyveetil, P. V. Coveney, H. C. Greenwell, and J. L.
Suter, J. Am. Chem. Soc., 130, 4742 (2008).
41. J. H. Choy, J. M. Oh, M. Park, K. M. Sohn, and J. W. Kim, Adv. Mater., 16, 1181 (2004).
42. D. H. Park, J. E. Kim, J. M. Oh, Y. G. Shul, and J. H. Choy, J. Am. Chem. Soc., 132, 16735 (2010).
43. S. Aisawa, A. Yasutake, S. Takahashi, H. Hirahara, and E.
Narita, J. Nanosci. Nanotechnol., 8, 428 (2008).
44. A. Yasutake, S. Aisawa, S. Takahashi, H. Hirahara, and E.
Narita, J. Phys. Chem. Solids, 69, 1542 (2008).
45. M. Darder, M. Colilla, and E. Ruiz-Hitzky, Chem. Mater., 15, 3774 (2003).
46. N. Roy and A. K. Bhowmick, J. Phys. Chem., C 116, 8763 (2012).
47. Y. P. Li, T. T. Thula, S. Jee, S. L. Perkins, C. Aparicio, E. P.
Douglas, and L. B. Gower, Biomacromolecules, 13, 49 (2012).
48. Y. Jiao, D. Gyawali, J. M. Stark, P. Akcora, P. Nair, R. T. Tran, and J. Yang, Soft Matter, 8, 1499 (2012).
49. J. K. Park, Y. B. Choy, J. M. Oh, J. Y. Kim, S. J. Hwang, and J. H. Choy, Int. J. Pharm., 359, 198 (2008).
