일반기술

폴리에틸렌글리콜 및 폴리아크릴아마이드 함유 상호침투구조의 하이드로젤 비드 및 이를 이용한 효소 고정 방법

본 기술은 PEG 하이드로젤의 단점을 보완하고자 PEG 하이드로젤 내부에 poly(acrylamide)(폴리아크릴아마이드; 이하 PAAm) 하이드로젤을 연속적으로 가교 시켜 상호침투 구조의 하이드로젤 (이하 IPN)을 비드 형태로 제조하여 효소를 고정하는 기술이다. IPN 기술은 두 가지 혹은 그 이상의 물질로써 하이드로젤을 만드는 기술이다. 기존의 단물질, 특히 대표적인 고분자 물질로 꼽히는 PEG을 이용한 하이드로젤은 부드러운 탄성체로써 다량의 수분도 함유할 수 있고, 친수적이며 생체적합성도 뛰어난 장점을 지니고 있지만, 기계적 강도가 낮다는 단점이 있다. 또한 효소를 고정하는데 있어서 효소가 화학적으로 공유결합 시킬 수 있는 작용기가 없기에 물리적으로 고정되었던 효소가 분리되어 장기적인 관점에서 보면 효소 고정 용량이 낮다고 할 수 있다. 본 발명은 이러한 단점을 보완하기 위하여 PEG 하이드로젤이 지니는 장점을 수용하면서 기계적 강도를 향상시키고, 효소가 화학적으로 공유결합할 수 있는 기능기를 제공하여 궁극적으로 효소 고정 용량을 높이기 위해 PAAm 와 함께 IPN 하이드로젤을 제조하는 기술이며, 효소가 고정될 수 있는 공간을 확보하기 위해 비드(bead)형태의 하이드로젤을 제조하였다. 먼저, PEG 하이드로젤 비드를 만드는데, 증류수 혹은 완충용액에 고형의 PEG-DA를 용해시키고 광개시제를 첨가하여 전구용액을 만든다. 이 전구용액이 UV 광원에 노출이 되면 라디칼 중합이 발생하여 하이드로젤이 되는 것이다. 다음에 두 번째 단량체로 액상의 아크릴아마이드를 이용하게 되는데 두 물질의 교차결합을 돕기 위해 가교제를 첨가한 후 24시간 정도 방치한 후 UV를 조사하게 되면 IPN 하이드로젤이 된다. PEG 하이드로젤의 그물 구조가 유지되는 가운데 PAAm의 분자 사슬이 PEG 하이드로젤의 그물과 교차하며 결합하기 때문에 구조가 조밀해진 것이다. 여기에서 가장 먼저 생각할 수 있는 것은 기계적 강도의 향상이다. 한편, PAAm의 아민 그룹은 단백질과 공유결합을 할 수 있어 효소를 오랜 시간 동안 영구적으로 하이드로젤 비드에 고정시킬 수 있게 된다. 마지막으로 그물 구조가 조밀해지면서 PEG 하이드로젤에 비해 물 분자가 드나드는 데에 있어 제한을 받을 수 있음에도 불구하고 IPN 하이드로젤의 수분함유량을 70% 이상으로 유지 시켜, 하이드로젤의 장점을 유지할 수 있다.