Coarse-Grained Simulations of Polymer– Mesoporous Nanoparticle Interactions for Enhanced Interparticle Cohesion = 고분자-다공성 나노입자 복합계의 응집 메커니즘 규명을 위한 Coarse-Grained 시뮬레이션 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recent studies have highlighted porous nanoparticles as promising candidates for tissue sealants, where not only adhesion to wound surfaces but also cohesion among nanoparticles critically determines overall performance. To strengthen cohesion, previous studies have proposed integrating porous nanoparticles with polymers, enabling polymer chains to encapsulate or infiltrate the nanopore framework. Understanding the mechanisms of polymer–nanoparticle interactions is therefore essential for optimizing adhesive materials. In this study, we introduce a multiscale coarse-grained simulation framework to investigate polymer–nanoparticle mixtures. Our model examines how key structural and physical parameters—including nanoparticle size, pore architecture, surface characteristics, particle concentration, and polymer molecular weight—influence polymer adsorption, infiltration, and interparticle bridging. The findings provide molecular-level insights into how porous architectures enhance cohesion, offering design principles for the development of next-generation nanoparticle-based tissue sealants.

국문 초록 (Abstract)

다공성 나노입자는 유망한 조직 봉합제(tissue sealant) 플랫폼으로 부각되고 있으며, 전체 성능은 상처 표면과의 부착(adhesion)뿐 아니라 나노입자 간 응집(cohesion)에도 좌우된다. 본 연구는 다중 스케일 Coarse-Grained (CG) 시뮬레이션을 통해 나노입자와 바이오고분자가 다공성 나노입자 기공에 침투하고 입자 간 브릿징(bridging)을 형성하여 응집력을 강화하는 메커니즘을 규명하였다. 고분자–나노입자 혼합계를 모사하기 위한 시뮬레이션 프레임워크를 구축하여, 나노입자의 크기, 기공 크기, 표면 특성, 입자 농도, 고분자 분자량 등 주요 구조적·물리적 인자가 고분자 사슬의 흡착, 침투, 브리징에 미치는 영향을 정량 분석하였다. 연구 결과는 다공성 구조가 응집력을 강화하는 분자 수준 메커니즘을 규명하며, 차세대 나노입자 기반 조직 봉합제 개발을 위한 설계 원리를 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract ⅱ
• 1. INTRODUCTION 1
• 2. Method 4
• 2.1 Initialization of MSN-Polymer systems 4
• 2.2 Theoretically Informed Coarse-Grained (TICG) model 6
• 2.3 Protocol for Monte Carlo Implementation 8
• 2.4 Quantification of Cohesion Strength 9
• 3. Result and Discussion 14
• 4. CONCLUSIONS 27
• 5. References 29
• 국문초록 32