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생체 조직의 재생을 위한 새로운 산소 공급 메커니즘

요약 산소 방출 하이드로젤 제조용 주사기는 상처 치유 과정을 개선하고, 상처 리모델링 단계를 촉진하는 기술입니다. 이 기술은 산소를 효과적으로 공급하면서 독성을 최소화하는 새로운 유형의 산소 공급 기술로, 상처 치유를 위해 산소를 공급할 수 있는 기술의 필요성을 충족시킵니다. 또한, 이 기술은 산소 방출 하이드로젤 제조를 위한 효율적인 방법을 제공하며, 제작된 하이드로젤은 조직 재생에 활용될 수 있습니다.

기본 정보

특허명: 산소 방출 하이드로젤 제조용 주사기 및 상기 주사기를 이용하는 산소 방출 하이드로젤 제조방법
대표 발명자: 박경민 교수
출원번호: 10-2023-0092019

발명의 배경 및 필요성

기술의 배경

손상된 조직이나 장기의 완전한 재생은 인류의 숙원사업 중 하나임
조직 공학 및 재생 의학은 이 목표를 달성하기 위한 유망한 접근 방식으로 점진적으로 발전함
산소는 신호 분자 및 대사 기질로 작용하여 다양한 생물학적 과정에서 중추적인 요소를 담당함
상처 치유 과정에서 산소는 염증 단계의 면역 세포 활동, 증식 단계의 세포 증식 및 신혈관 형성, 재구성 단계의 근섬유아세포로의 섬유아세포 분화 등에 관여함

기술의 필요성

상처 치유를 촉진하기 위해 산소를 공급할 수 있는 기술의 개발은 여전히 어려운 일임
산소 공급 시스템에는 폐 독성 및 제한된 산소 확산, 산소 전달 캐리어의 낮은 산소 운반 능력, 산소 생성 생체 물질의 급격한 산소 방출 등의 제한 사항이 있음
과산화물의 부산물은 높은 농도에서 세포에 독성을 나타낼 수 있음
과산화물의 세포 독성을 완화하려면 H2O2 분해인자로서 카탈라아제를 사용해야 하나, 과도한 카탈라아제는 세포 신호 분자를 분해하여 세포 신호를 억제하고 세포 독성을 유발할 수 있음
따라서, 부족한 용존 산소는 PDA 형성을 제한하므로, 산소를 효과적으로 공급하면서 독성을 최소화하는 새로운 유형의 산소 공급 기술이 필요함

구현방법

기술의 원리

주사기의 내벽에는 카탈라아제가 고정되어 있으며, 주사기 내부에는 티올기가 도입된 유도체 고분자 용액 또는 젤라틴 메타크릴레이트 용액 중 하나를 포함함
이 하이드로젤은 이황화 결합 및 마이클형 첨가 반응에 의해 가교결합 됨

구체적인 구현 방법

첫 번째 단계에서는 CP-매개 DA 산화를 통해 주사기 내벽에 PDA를 접합하여 PDA-개질주사기를 제작
다음 단계에서는 Michael-type 첨가와 Schiff염기 반응을 통해 카탈라아제를 PDA-변형 주사기에 고정화
이렇게 제작된 Oxyringe를 활용하여 카탈라아제 함유를 최소화하며, 세포 적합한 과산소화 유도성 하이드로겔 제작

기술의 장점

이 기술은 산소 방출 하이드로젤 제조를 위한 효율적인 방법을 제공함
제작된 하이드로젤은 조직 재생에 활용될 수 있음
이 외에도, 이 기술은 PDA 결합 표면과 제어 가능한 산소 생성 동역학을 가진 Oxyringe를 제작하는 방법을 제공함

실험 및 결과

실험 방법 및 과정

다양한 농도의 카탈라아제용액을 PDA-변형 주사기에 넣어 카탈라아제를 고정시키는 방법을 사용
고정화된 카탈라아제의 활성을 측정하기 위해 변형된 Cu(II)-네오쿠프로인분석을 사용
마지막으로, Oxyringe의 산소 생성 능력을 평가하기 위해 비침습적 산소 센서를 사용하여 용존 산소 장력을 측정

실험 결과

결과적으로 Oxyringe는 안정적인 PDA 결합 표면과 제어 가능한 산소 생성 동역학을 가지고 있음을 확인
또한, 제작된 하이드로젤은 세포 적합성이 검증되었으며, 카탈라아제 함유를 최소화함
생체 내 연구를 통해, 제조된 하이드로젤이 조직 재생에 효과적임을 확인함

발명의 활용 방안

의료분야의 상처 치료

산소 방출 하이드로젤 제조용 주사기는 상처 치유 과정을 개선하는데 활용할 수 있는 기술임
과산소 유도 하이드로겔은 출혈을 방지하고, 초기 대식세포 모집, 세포 증식, 신생혈관 형성 및 조직 재구성과 같은 상처 치유 과정을 촉진

산소 공급 플랫폼으로의 활용

산소 방출 하이드로젤 제조용 주사기는 고농도 산소를 공급할 수 있는 산소 공급 플랫폼으로 활용 가능함
다양한 장비에 의해 적용될 때 외력에 저항하면서 활용될 수 있도록 조절 가능한 점탄성을 가지는 하이드로젤 제조 가능

기대효과

기술적 혁신

산소 방출 하이드로젤 제조용 주사기는 과산소 유도 하이드로젤을 만들기 위한 새로운 유형의 산소 공급 플랫폼을 개발하여 기술적 혁신을 달성함
카탈라아제 고정화 주사기를 설계하여 산소를 방출하는 하이드로겔을 생성하는 새로운 유형의 산소 공급 시스템으로서의 잠재력 보여줌

사회적 가치

산소 방출 하이드로젤 제조용 주사기를 이용하여 상처 치유 과정을 개선하고, 상처 리모델링 단계를 촉진하여 사회의 건강 증진에 기여할 수 있음
조정 가능한 겔화 시간을 가진 하이드로겔 제조를 통해 불규칙한 상처를 원활하게 치료 가능하여 환자의 치료 효과와 생활 편의성을 높일 수 있음

장기적인 비전

산소 방출 하이드로젤 제조용 주사기는 산소 공급 플랫폼으로서의 잠재력을 가지고 있어, 미래의 의료분야에서 다양한 적용 가능성을 가짐
상처 치유 및 조직 재생 의학을 향상시키는 기술로서 장기적으로 의료 기술 발전에 기여할 것으로 기대됨

기술 SWOT 분석

Strengths

효율적인 산소 공급

이 기술은 산소를 효과적으로 공급하면서 독성을 최소화하는 새로운 유형의 산소 공급 기술을 제공합니다.

상처 치유 및 조직 재생에의 활용 가능성

제작된 하이드로젤은 상처 치유를 촉진하고, 조직 재생에 활용될 수 있습니다.

조절 가능한 점탄성

다양한 장비에 의해 적용될 때 외력에 저항하면서 활용될 수 있도록 조절 가능한 점탄성을 가지는 하이드로젤을 제조할 수 있습니다.

Weaknesses

제조 과정의 복잡성

이 기술의 제조 과정은 복잡하며, 카탈라아제를 고정화하는 과정이 필요합니다.

과산화물의 부산물 독성

과산화물의 부산물은 높은 농도에서 세포에 독성을 나타낼 수 있습니다.

Opportunities

의료분야의 상처 치료

산소 방출 하이드로젤 제조용 주사기는 상처 치유 과정을 개선하는데 활용할 수 있는 기술입니다.

산소 공급 플랫폼으로의 활용

산소 방출 하이드로젤 제조용 주사기는 고농도 산소를 공급할 수 있는 산소 공급 플랫폼으로 활용 가능합니다.

Threats

기존 산소 공급 시스템과의 경쟁

기존의 산소 공급 시스템과의 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.

산소 공급 기술의 발전

더 효율적인 산소 공급 기술이 개발될 경우, 이 기술의 경쟁력이 약화될 수 있습니다.

시장 동향

조직 재생 시장 동향

대표도면

기술이전 담당자 연락처

담당자명: 고소라 계장
부서: 기술사업화팀
전화번호: 032-835-9766
이메일: ksr@inu.ac.kr
인천대학교 산학협력단
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