Generally, hydrophilic or hydrophobic surface modification has been interested for surface chemistry. Superhydrophobicity, superhydrophilicity, and superwetting were the key issues in surface modification. Many research groups attempted to understand and reveal the physics through liquid penetrating (or suspending on) of complex geometries and structures. These researches were often controlled at the sub-microscopic level. In this thesis, we researched superhydrophilic surface modification by using bio-inspired materials. Also, we applied these modification techniques for tissue engineering. Firstly, we demonstrated a facile method to enhance infiltration and adhesion of cells inside 3-D scaffolds by a bio-inspired, hydroxyapatite formation. 3-D scaffolds fabricated by hydrophobic poly(ε-caprolactone) (PCL) become hydrophilic after the bio-inspired surface modification, resulting in a seventy-fold increase in pre-osteoblastic cell adhesion inside the 3-D scaffolds. This result is significant progress in 3-D scaffold research. The approach described here can be a general method for controlling hydrophilicity of inner surfaces of 3-D scaffolds fabricated by any hydrophobic polymeric materials. Secondly, implants with effective maintenance of superhydrophilicity have enhanced high bioactivity and osseointegration capability. We believed that the PLP coating could be an effective method for preserving UV functionalized titanium surfaces.
최근 친수성과 소수성의 표면 개질 연구는 화학분야에서 그 중요성과 더불어 지속적인 연구가 되어 지고 있다. 그 중에서도 특히 초소수성, 초친수성 및 초젖음성 표면 개질 방법이 가장 크게 대두되고 있는데, 본 연구 에서는 생체 모방 재료를 사용하여 초친수성 표면 개질 방안을 연구하였다. 이러한 표면 개질 기술을 기반으로 조직 공학에 적용하였고 그 중에서 폴리도파민을 주 원료로 사용하였다. 생체 모방 재료로서 폴리도파민은 표면의 성질에 관계없이 다양한 표면에 나노 수준의 유기 코팅막을 형성하는 표면 개질 물질이다. 이 폴리도파민을 코팅한 표면에 단백질, 펩티드, 핵산, 금속 나노 입자, 합성 고분자 등의 다양한 생체 재료 물질을 고정하여 이를 조직공학과 바이오 의학 분야에 응용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 폴리도파민 코팅을 이용하여 3차원 인공 지지체위에 하이드록시아파타이트 형성시켜 3 차원 인공 지지체 내부까지 세포의 접착 및 침투가 성공적으로 이루어짐을 보여 주었다. 소수성을 갖는 PCL로 제작 된 3 차원 인공 지지체는 생체 모사 표면 개질 기술을 적용시킨 후, 표면이 친수성을 가지게 되어 조골 세포 접착이 칠십 배 증가 되는 결과를 가지게 된다. 이 결과는 3 차원 인공 지지체 연구뿐만 아니라 조직공학 연구 분야에 대한 상당한 진전이다. 본 연구 전략 및 방법은 임의의 소수성을 갖는 합성 고분자 재료로 제작된 3차원 인공 지지체의 내부 표면의 친수성을 제어 할 수 있는 기술로써 다양한 3차원적인 의료용 기구 표면에 적용 가능성을 가지고 있다. 또한 본 연구에서는 소수성을 갖는 임플란트를 높은 생체 활성 및 골 유착 기능을 강화하기 위하여 초친수성 표면 개질 방법을 연구도 진행하였다. 이를 달성 하기 위해 인산염 혹은 술폰산 작용기가 있는 분자들을 가지고 라이브러리 연구를 진행하였다. 이를 통해 얻은 결과로 가장 골 유착화 기능을 강화 시키는 분자가 PLP임을 알아낼 수 있었다. 따라서 이러한 라이브러리 연구를 통해 PLP 코팅은 임플란트 표면의 초친수성을 보존하는 효과적인 방법이 될 수 있음을 알 수 있었다. 본 연구에서는 두 가지 다른 방식의 표면 개질 연구를 통하여 표면의 초친수성은 생체 활성 및 적합성을 높일 수 있음 검증하였으며 이러한 연구 결과를 토대로 따라서 향후 생체 모방 표면 개질 및 조직공학 응용 연구 분야의 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대된다.
