PEO-grafted PU/PS IPNs were synthesized, and the blood-compatibility was investigated considering the effect of the mobile PEO side chains and their microphase separated structure. PEO-grafted PU homopolymers were also synthesized to observe the effect of only the PEO side chain, excluding the effect of microphase separated structure.
The morphology of the fracture surfaces indicates that the size of dispersed domains of PS-rich phase decreased as the content of side chains increased, because the phase separation was more restricted due to the increase of the viscosity of the casting mixture. PU/PS IPNs have an excellent mechanical property compared with PU homopolymers. Swelling ratio decreased as the grafting with PEO was increased, however the dynamic contact angle and interfacial energy between surface and water decreased at the hydrated state, due to the structural reorganization of the pendant PEO chains. In the blood compatibility test, the amount of platelets adsorbed, activated and coagulated upon the PEO-grafted PU/PS IPNs were reduced when compared to the ungrafted PU homopolymers.
혈액적합성을 갖는 재료들의 대표적인 특징은 미세상분리 구조를 갖거나, 비이온성의 친수성 곁가지들이 표면에 존재하는 것인데, 미세상분리구조를 갖는 고분자재료는 점착된 혈액응고인자의 활성화 및 변성을 방지함으로써 2차적인 혈액응고를 억제할 수 있으며, 비이온성의 친수성 곁가지가 표면에 존재하는 고분자재료는 곁가지들의 동적인 운동에 의하여 혈액응고에 관여하는 단백질 및 혈소판의 점착을 억제할 수 있다. 한편, 생체적 합성소재로 널리 이용되고 있는 폴리우레탄 소재는 생체적합성이 매우 좋은 반면, 장기간 사용시, 생분해 및 표면의 균열현상이 일어나기 때문에, 이러한 성질의 보완을 위하여 생체적합성 IPN 고분자에 관한 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 미세상분리구조를 갖고 있는 친수성 폴리우레탄과 소수성 폴리스티렌의 IPN 고분자에 친수성의 폴리에틸렌옥사이드 곁가지들을 도입하여, 이러한 친수성 곁가지들이 혈액적합성에 미치는 영향성을 고찰하였다.
우선, 미세상분리구조가 미치는 영향을 배제하고, 순수한 친수성 곁가지들의 영향만을 살펴보기 위해, 곁가지의 함량을 변화시키면서 폴리우레탄 단중합체를 합성하였고, 기계적 성질 및 혈액적합성을 조사하였다. 곁가지의 함량이 증가함에 따라 가교밀도가 고르게 분포치 않고, 부분적으로 조밀한 부분과 성긴 부분이 생기게 되어, 인장강도는 감소하는 경향을 보였으며, 전체적으로 낮은 인장탄성율(3.5 MPa)을 나타냈다. 혈소판 점착 실험 및 전혈의 응고량 측정에서는, 친수성 곁가지 도입으로 혈액적합성이 증진되는 경향을 보였다.
한편, 친수성의 곁가지가 도입된 폴리우레탄/폴리스티렌 IPN 고분자를 동시중합법에 의하여 합성한 후, 벌크의 몰폴로지, 기계적 성질 및 수화상태에서의 벌크의 친수성 정도를 살펴 보았고, 수화상태에서 유동성의 곁가지가 표면의 친수성 변화 미치는 영향성 및 혈액적합성과의 연관성을 고찰하였다. 실험 결과, IPN고분자는 모두 미세상분리구조를 가지고 있으며, 곁가지가 많이 도입된 IPN 고분자 일수록, 단량체 혼합물의 점도증가로 두 성분간의 혼화도가 다소 증가되는 것으로 관찰됐다. 한편, 인장강도실험에서는 폴리우레탄 단중합체에 비해, 인장탄성율이 약 10배(32MPa) 정도 큰 것으로 나타났으며, 폴리우레탄 단중합체의 경우와 마찬가지로 이유로 곁가지의 도입으로 인장강도 및 신율이 다소 감소하는 경향을 보였다. 수화상태에서는 유동성이 큰 친수성 곁가지들이 계면으로 신장되면서 이동하여, 곁가지가 많은 IPN 고분자일 수록 벌크의 친수성은 감소하고, 표면의 친수성은 증가하는 현상을 보였다.
혈소판 점착 실험 및, 전혈의 응고량 측정에서는, 폴리우레탄 단중합체의 경우와 마찬가지로 곁가지의 표면에서의 동적운동으로 인해, 곁가지가 많이 도입된 구조일 수록 혈액응고인자및 혈액응고체의 점착이 크게 억제되었으며, 특히 전혈의 응고량 측정에서는 응고량이 폴리우레탄 단중합체에 비해 약 3분의 1로 줄어들어, IPN 고분자의 미세상분리구조가 2차적인 응혈과정의 억제에 큰 효과를 가지고 있음을 보여주었다.
결론적으로, 본 연구에서 고안된, 폴리에틸렌옥사이드가 그라프트된 폴리우레탄/폴리스티렌 IPN 고분자는 기계적성질이 매우 뛰어날 뿐만 아니라, 혈액적합성도 매우 우수한 것으로 나타나, 혈액적합성이 요구되는 의료용 소재에 넓은 범위에 걸쳐 응용 가능하리라 기대된다.
