In part I, non-toxic, biodegradable star-shaped poly(L-lactide-b-ethylene oxide) (star PLLA-PEO) copolymers were synthesized by the coupling reaction of two reactive precursors, a hydroxy terminated 3-armed poly(L-lactide) (star PLLA) and a-monocarboxy-w-monomethoxy poly(ethylene oxide) (CMPEO). The resulting star-block copolymers were characterized by $^1$H and $^13$C nuclear magnetic resonance, gel permeation chromatography, and differential scanning calorimeter.
In the dilute aqueous solutions of star-block copolymers, micellization behavior was investigated by using UV/Visible spectrometer and dynamic light scattering (DLS). Critical micelle temperature was measured by UV/Visible spectrometer using DPH probe. Over specific concentration and specific temperature, unimer to micelle transition occurred. The hydrophobic PLLA block aggregated by hydrophobic interaction, and hydrophilic PEO block surrounded the core. DPH can be solubilized in the micelle core and the absorbance of DPH at 356 nm increases when micelle is formed. The effective diameter of micelle was measured by DLS. The effective diameter was highly affected by temperature. With increasing temperature, micelle size decreased dramatically.
In high concentration solution, star-block copolymer showed temperature sensitive sol-gel transition behavior. Over specific concentration, the whole system cannot flow by the packing of micelles. However, with increasing temperature, packing structure was destroyed by decrease of micelle volume due to the dehydration and contract of PEO chain, and the system flew. In the sol-gel transition phase diagram obtained by tube tilting method, the critical gel concentration decreased, the boundary curve shifted to the left, and the gel regions were expanded with increasing the molecular weight of PLLA block and PEO block.
In part II, carboxylic acid terminated PHAs were synthesized by bulk polycondensation reaction of 1,6-hexanediol and excess adipic acid at 230 $^\circ$C. The tri-block core was produced by the coupling reaction of hydroxy terminated PEG (MW = 600, 1000) and carboxy terminated PHA. Last, the penta-block copolymers were synthesized by coupling reaction of MPEO (MW = 5000) and triblock core.
The synthesized penta-block copolymer showed sol-gel transition behavior in aqueous solution. The phase diagram was obtained by tube tilting method and ARES measurement. With increasing core block length in penta-block copolymer (PBC), the concentration to form gel decreased. The critical gel concentrations (CGC) of PBCs were changed from 67 to 29 wt% with increasing core block molecular weight. It was proved that the penta-block formed gel at much lower concentration than tri-block copolymer. It seems that the PEG chain in the mid section of the penta-block copolymer increased the core volume and formation of gel occurred at lower concentration. As the length of the mid PEG block increased in the penta-block copolymer, the water content in the core increased, which caused the volume of core to increase, and the formation of gel occurred at lower concentration. The data obtained by ARES showed quantitative information about the viscosity change during sol-gel transition while that obtained by tube tilting method only gives qualitative data. The data obtained by ARES were slightly different from those obtained by tube tilting method, possibly because the measurement mode of the former was dynamic mode and that of the latter static.
Part I 에서는 무독성이며 생분해성을 갖는 스타 모양의 star PLLA-PEO 블록 공중합체를 합성하였다. 먼저 말단이 수산기인 스타 모양의 star PLLA를 합성하여 말단이 카르복시산기인 MPEO와 반응시켜 최종의 스타 블록 공중합체를 합성하였다. 얻어진 블록 공중합체는 핵자기 공명 분석법으로 구조를 확인하였고, 겔 투과 크로마토그래피를 사용하여 분자량과 분자량 분포를 파악하였다.
묽은 용액에서의 미셀 형성 거동을 보기 위하여 UV/Visible spectrometer와 Dynamic light scattering을 측정하였다. 전자는 DPH라는 소수성 환경에서만 녹아 356 nm에서 흡수를 보이는 소수성 염료를 사용하여 미셀 형성 임계온도 (CMT)를 측정하였다. 후자에서는 532 nm 의 레이저를 사용하여 묽은 용액에서의 미셀의 크기를 농도와 온도의 함수로써 측정해 보았다. 미셀의 크기는 대체로 농도에 대해서는 큰 영향을 받지 않았으나, 분자량과 온도에 민감하게 변하였다. 특히 낮은 온도에서는 일정한 크기를 가지나, 온도가 상승함에 따라 급격히 크기가 작아지는데, 이는 미셀 내에 포함된 물이 온도가 올라감에 따라 빠져나가고, PEO 사슬이 수축되기 때문에 나타나는 현상이다.
보다 높은 농도의 수용액에서는 졸-겔 전이 현상이 관찰되었다. 이는 미셀의 packing에 의해 형성된 겔상이며, 소수성 블록이 클수록, 그리고 친수성 블록이 클수록 겔이 형성되는 영역이 넓어졌다.
Part II 에서는 소수성 블록으로 PHA (poly(hexamethylene adipate))가 사용되었고, 선형 다중 블록을 합성하였다. 먼저 양 말단이 카르복시산인 PHA를 합성한 뒤, 작은 길이의 PEG와 커플링시켜서 PHA-PEG-PHA의 구조를 갖는 core를 합성하고, 이를 MPEO (MW =5000)와 반응시켜서 최종적으로 다중블록 공중합체를 합성하였다. 합성된 고분자는 핵자기 공명 분석과 겔 투과 크로마토그래피로 구조 분석 및 분자량에 대한 정보를 얻었다. 다중블록 공중합체의 수용액도 높은 농도 영역에서 온도에 민감한 졸-겔 전이 현상을 보였으며, 정량적인 분석을 위해서 ARES를 사용을 하였다. 이러한 졸-겔 전이는 고분자의 분자량과 조성비에 큰 영향을 받았다.
본 연구에서 합성된 고분자들은 생분해성을 가지면서 온도에 민감한 졸-겔 전이 현상을 보인다. 이러한 고분자는 단백질 약물이나 장기간 주사제 약물의 투여가 필요한 사람들을 위한 약물전달체로서의 사용 가능성을 가지고 있다.
