인체 유래 콜라겐과 양성자화된 키토산 하이드로겔 특성화 연구 : 물리화학적 및 구조적 특성 분석 = Characterization of human collagen -protonated chitosan hydrogels

국문 초록 (Abstract)

천연 고분자 기반 하이드로겔은 우수한 생체적합성과 분해 특성으로 인해 다양한 생체재료 분야에서 활용 가능성이 높다. 본 연구에서는 인체 유래 콜라겐 type I과 양성자화된 키토산을 이용하여 콜라겐–키토산 하이드로겔을 조성하고, 콜라겐 하이드로겔과 비교하여 형태학적, 유변학적, 팽윤 및 화학적 특성을 분석하였다.
콜라겐–키토산 하이드로겔의 미세구조는 FE-SEM으로 관찰하였고, rheology 측정을 통해 4–37 °C에서의 sol–gel 전이와 37 °C에서의 변형률 의존성을 평가하였으며, 팽윤 시험으로 수중 환경에서의 팽윤 특성을 확인하였다. ATR-FTIR 분석을 통해 콜라겐과 키토산 간의 분자 상호작용을 분석하였다.
콜라겐–키토산 하이드로겔은 콜라겐 하이드로겔과 키토산 하이드로겔의 중간 수준의 기공 크기를 갖는 다공성 구조를 나타냈으며, 37 °C에서 G′>G″를 유지하는 겔 특성과 CTS 도입에 따른 강성 증가 및 완만한 항복 양상을 보여 주었다. 팽윤 시험에서 HC-CTS는 HC보다 높은 팽윤률을 나타내어 수분 흡수 측면에서 우수한 특성을 보였다. ATR-FTIR 분석에서는 콜라겐과 키토산 사이의 비공유적 상호작용을 시사하는 밴드 변화를 확인하였다.
이러한 결과를 종합하면, 콜라겐–키토산 하이드로겔은 인체 유래 콜라겐과 키토산만으로 화학적 가교제 없이 형성된 하이드로겔로서, 구조적 지지와 수분 환경에서의 안정성을 동시에 제공할 수 있는 천연 고분자 기반 생체재료 후보임을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Hydrogels derived from natural polymers have attracted considerable interest as biomaterials due to their biocompatibility and degradability. In this study, a collagen–chitosan hydrogel was prepared using human collagen type I and protonated chitosan, and its morphological, rheological, swelling, and chemical properties were evaluated in comparison with collagen-only hydrogels.
The microstructure of the collagen–chitosan hydrogel was observed using a field-emission scanning electron microscope (FE-SEM). Rheological measurements were performed to assess the sol–gel transition between 4 and 37 °C and the strain-dependent viscoelastic behavior at 37 °C. Swelling behavior in aqueous conditions was evaluated by a gravimetric swelling test. Molecular interactions between collagen and chitosan were characterized by attenuated total reflectance Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR).
The collagen–chitosan hydrogel exhibited an interconnected porous architecture with a pore size intermediate between those of collagen and chitosan hydrogels. It maintained gel-like behavior (G′ > G″) at 37 °C and showed increased stiffness and a more gradual post-yield decrease due to the incorporation of chitosan. The composite hydrogel also demonstrated a higher swelling ratio than collagen alone, indicating enhanced water uptake. ATR-FTIR analysis revealed spectral changes consistent with non-covalent interactions between collagen and chitosan.
Collectively, these findings indicate that the collagen–chitosan hydrogel can form a three-dimensional network without chemical crosslinkers, relying solely on human-derived collagen and chitosan, and suggest its potential as a natural polymer-based biomaterial providing both structural support and stability in aqueous environments.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction1
• 2. Materials and Methods3
• 2.1 Materials 3
• 2.2 Preparation of hydrogels 4
• 2.3 Scanning electron microscopy (SEM)6
• 2.4 Rheological measurements6
• 2.5 Swelling ability 7
• 2.6 Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) 7
• 3. Result and Discussion·8
• 3.1 Microstructure of hydrogels 8
• 3.2 Physical properties10
• 3.2.1 Rheological properties 10
• 3.2.2 Swelling behavior12
• 3.3 FTIR analysis 13
• 4. Conclusion15
• 5. Reference17
• 6. Abstract20