배경: 하이드로겔은 광학적 투명성, 우수한 생체적합성, 조절 가능한 기계적 특성 등으로 인해 많은 연구 분야에서 널리 사용되어 왔다. 무정형 벌크 물질 형태의 전형적인 하이드로겔과 달리, 우리는 주변 환경 조건에서 높은 안정성을 갖는 섬유 형상의 하이드로겔 구조에 대한 수성 분산액을 개발하였으며, 비등방성 나노 스케일 지형을 갖는 다양한 종류의 투명한 연성 세포 배양 인터페이스에 그 적용 가능성을 제시하였다. 방법: 폴리비닐 알코올과 폴리아크릴산의 혼합물을 기반으로 한 나노섬유를 전기방사를 통해 제조하고, 열 가교 및 황산 처리 후 나노-섬유성 하이드로겔(nFH)로 수화시켰다. 양전하를 띤 폴리머로 다양한 물질 표면을 변형함으로써, 미세 접촉 프린팅(micro-contact printing)을 적용하여 음전하를 띤 초흡수성 nFH를 선택적으로 패터닝할 수 있었고, 와이어드 바 코터(wired bar coater)로 전단력을 가해 수평 정렬을 유도할 수 있었다. 결과: 바 코팅된 nFH의 각도 분포는 전단이 가해진 방향을 따라 ±20°로 극적으로 감소한 반면, 드롭 코팅된 nFH는 무작위 배향을 보였다. 다음으로, 투명한 연성 nFH 위에서 다양한 종류의 세포를 배양하였으며, 세포 생존성과 부착이 양호하게 나타났고, 세포의 거동은 직립 및 도립(inverted) 광학 현미경 모두로 쉽게 관찰할 수 있었다. 특히 PC12 세포와 배아 해마 뉴런과 같은 신경 계통 세포는 전체 섬유 배향을 따라 형태가 강하게 신장되었으며, 종횡비는 1에서 14까지의 범위를 보였다. 또한, 그 결과로 나타난 뉴라이트의 성장 돌출과 이동 거동은 각각 하부 nFH의 수평 방향과 3차원 배열에 의해 효과적으로 제어될 수 있었다. 결론: 투명한 연성 nFH로의 표면 변형은 기초 세포 연구, 신경/줄기세포 및/또는 오르가노이드 배양, 이식형 프로브/디바이스 코팅 등 다양한 생물학/의생명 연구에 유익할 것으로 기대된다.

의학용 실리콘 임플란트에 의해 유발되는 캡슐 형성을 억제하기 위한 한 종류의 초박막을 개발하였으며, 이를 통해 그러한 캡슐 형성에 대한 염증 반응 및 근섬유모세포(myofibroblast)로의 분화를 감소시키고자 하였다. 이 막은 각각 부분적으로 치환된 사차 아민을 갖는 키클로덱스트린으로 합성된 수정 β-사이클로덱스트린(Mod-β-CyD) 폴리머와 히알루론산(HA)으로부터 제조되었다. HA와 Mod-β-CyD 또는 폴리(알릴아민 염산염)(poly(allylamine hydrochloride), PAH)을 포함하는 초박막은 층-층 적층(layer-by-layer dipping) 방법을 사용하여 제작하였다. Mod-β-CyD와 HA의 기능기에서 생성된 정전기적 상호작용은 막의 표면 형태, 친수성/젖음성(wettability), 그리고 생체기능성 활동에 영향을 미쳤다. 특히, 저 pH 조건에서 PAH/HA 및 Mod-β-CyD 다층으로 코팅된 의료용 실리콘 임플란트는 우수한 생체적합성 및 항바이오필름(anti-biofilm)과 항염증(anti-inflammation) 특성을 나타냈다. 이러한 나노 스케일 막으로 코팅된 실리콘의 이식은 캡슐 두께 감소뿐 아니라 TGFβ-SMAD 신호전달의 감소, 근섬유모세포 분화, 바이오필름 형성 및 염증 반응 수준의 감소를 보였다. 우리는 새롭게 제안하는 본 코팅 시스템이 임플란트 유발 캡슐 형성을 감소시키기 위해 다양한 의료용 임플란트 응용에 사용되는 강력한 후보로 고려될 수 있을 것으로 기대한다.

배경: 하이드로겔은 광학적 투명성, 우수한 생체적합성, 조절 가능한 기계적 특성 등으로 인해 많은 연구 분야에서 널리 사용되어 왔다. 무정형 벌크 물질 형태의 전형적인 하이드로겔과 달리, 우리는 주변 환경 조건에서 높은 안정성을 갖는 섬유 형상의 하이드로겔 구조에 대한 수성 분산액을 개발하였으며, 비등방성 나노 스케일 지형을 갖는 다양한 종류의 투명한 연성 세포 배양 인터페이스에 그 적용 가능성을 제시하였다. 방법: 폴리비닐 알코올과 폴리아크릴산의 혼합물을 기반으로 한 나노섬유를 전기방사를 통해 제조하고, 열 가교 및 황산 처리 후 나노-섬유성 하이드로겔(nFH)로 수화시켰다. 양전하를 띤 폴리머로 다양한 물질 표면을 변형함으로써, 미세 접촉 프린팅(micro-contact printing)을 적용하여 음전하를 띤 초흡수성 nFH를 선택적으로 패터닝할 수 있었고, 와이어드 바 코터(wired bar coater)로 전단력을 가해 수평 정렬을 유도할 수 있었다. 결과: 바 코팅된 nFH의 각도 분포는 전단이 가해진 방향을 따라 ±20°로 극적으로 감소한 반면, 드롭 코팅된 nFH는 무작위 배향을 보였다. 다음으로, 투명한 연성 nFH 위에서 다양한 종류의 세포를 배양하였으며, 세포 생존성과 부착이 양호하게 나타났고, 세포의 거동은 직립 및 도립(inverted) 광학 현미경 모두로 쉽게 관찰할 수 있었다. 특히 PC12 세포와 배아 해마 뉴런과 같은 신경 계통 세포는 전체 섬유 배향을 따라 형태가 강하게 신장되었으며, 종횡비는 1에서 14까지의 범위를 보였다. 또한, 그 결과로 나타난 뉴라이트의 성장 돌출과 이동 거동은 각각 하부 nFH의 수평 방향과 3차원 배열에 의해 효과적으로 제어될 수 있었다. 결론: 투명한 연성 nFH로의 표면 변형은 기초 세포 연구, 신경/줄기세포 및/또는 오르가노이드 배양, 이식형 프로브/디바이스 코팅 등 다양한 생물학/의생명 연구에 유익할 것으로 기대된다.

의학용 실리콘 임플란트에 의해 유발되는 캡슐 형성을 억제하기 위한 한 종류의 초박막을 개발하였으며, 이를 통해 그러한 캡슐 형성에 대한 염증 반응 및 근섬유모세포(myofibroblast)로의 분화를 감소시키고자 하였다. 이 막은 각각 부분적으로 치환된 사차 아민을 갖는 키클로덱스트린으로 합성된 수정 β-사이클로덱스트린(Mod-β-CyD) 폴리머와 히알루론산(HA)으로부터 제조되었다. HA와 Mod-β-CyD 또는 폴리(알릴아민 염산염)(poly(allylamine hydrochloride), PAH)을 포함하는 초박막은 층-층 적층(layer-by-layer dipping) 방법을 사용하여 제작하였다. Mod-β-CyD와 HA의 기능기에서 생성된 정전기적 상호작용은 막의 표면 형태, 친수성/젖음성(wettability), 그리고 생체기능성 활동에 영향을 미쳤다. 특히, 저 pH 조건에서 PAH/HA 및 Mod-β-CyD 다층으로 코팅된 의료용 실리콘 임플란트는 우수한 생체적합성 및 항바이오필름(anti-biofilm)과 항염증(anti-inflammation) 특성을 나타냈다. 이러한 나노 스케일 막으로 코팅된 실리콘의 이식은 캡슐 두께 감소뿐 아니라 TGFβ-SMAD 신호전달의 감소, 근섬유모세포 분화, 바이오필름 형성 및 염증 반응 수준의 감소를 보였다. 우리는 새롭게 제안하는 본 코팅 시스템이 임플란트 유발 캡슐 형성을 감소시키기 위해 다양한 의료용 임플란트 응용에 사용되는 강력한 후보로 고려될 수 있을 것으로 기대한다.

막 여과 공정은 높은 분리 효율, 공정의 단순성, 저비용으로 인해 다양한 산업 분야에서 가장 널리 사용되는 정제 공정이다. 시중에는 다양한 재료와 공극 크기를 갖는 광범위한 막 제품이 존재하지만, 미세여과(microfiltration)와 한외여과(ultrafiltration) 막 사이에는 기술적 공백이 있다. 본 연구에서는 열-증기 보조 상분리 방법을 이용하여 20~80 nm 범위의 공극 크기를 갖는 선택적 스킨 층(selective skin layer)을 포함하는 고다공성 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF) 막을 개발하였다. 냉각에 의해 유도된 스피노달 분해(spinodal decomposition)로부터 다공성 및 이연속(bi-continuous) 부층(sublayer)이 형성되었다. 막의 전체 구조와 공극 크기는 도프(dope) 조성에 따라 변화하였으나, 선택적 스킨 층의 공극 크기와 두께는 수증기 노출에 의해 효과적으로 제어되었다. 제조된 PVDF 막의 우수한 나노입자 제거 효율이 확인되었으며, 이는 다양한 산업용 유체로부터 소량의 미량 유기 또는 무기 불순물을 제거하기 위한 고수준 정제 공정에서의 잠재적 적용 가능성을 시사한다.

무작위로 분포된 메조스코픽 내부 주름을 이용하여, 안정화된 각도 의존 전기발광 스펙트럼과 효율이 향상된 상방(Top-emitting) 유기발광소자(TOLEDs)를 시연하였다. 평면형 TOLED와 비교할 때, 주름진 TOLED는 발광층에서 더 빠른 엑시톤 소멸 속도와 높은 방사성 재결합 속도를 보였으며, 이는 효율 향상으로 이어진다. 본 연구의 주름진 TOLED는 각도에 따른 스펙트럼 의존성(u′v′(θ))이 0.0032로 나타났는데, 이는 사람의 눈으로 지각하기에 충분히 낮은 수준이다. 또한 평면형 대비 외부 양자효율이 38.7% 향상되었다. 여기에서 기술한 접근법은 TOLED의 성능을 개선하기 위한 효과적인 방안을 제공하며, 소자 스택 구조를 수정할 필요성을 없앤다.