Chitosan grafted Poly(alanine)-Poly(ethylene glycol) as a New pH/Temperature Sensitive Polymer

Abstract

As a new thermal gelling polymer aqueous solution, we are reporting a poly(ethylene glycol)-poly(alanine) grafted chitosan (CS-g-(PA-PEG)) system. The sol-to-gel transition temperature and the modulus of the in-situ formed thermal gel at 37 oC changed 17 oC -> 27 oC -> 32 oC, and 396 Pa -> 241 Pa -> 43 Pa, respectively, as the pH increased from 3.0 to 6.5, and to 9.0. The mechanism of such a pH/temperature sensitive behaviour of the CS-g-(PA-PEG) aqueous solution was investigated by studying changes in conformation of chitosan, polyalanine, and PEG of the CS-g-(PA-PEG). As the temperature increased, ammonium groups of chitosan partially deprotonated to a neutral form, the α-helical content of polyalanine increased, and molecular motion of PEG decreased. Such changes cooperatively increases the hydrophobicity and viscosity of the CS-g-(PA-PEG), resulting in the sol-to-gel transition of the polymer aqueous solution with increasing temperature. As the pH increased, ammonium groups of chitosan deprotonated to a neutral form, whereas the α-helical content of polyalanine decreased. CS-g-(PA-PEG) significantly increased the gel modulus of a previously reported PEG grafted chitosan (CS-g-PEG) thermal gel by incorporating the α-helical polyalanine moieties between CS and PEG. The CS-g-(PA-PEG) could be a promising biomaterial as a new robust thermogel with pH and temperature sensitivity.;이 논문에서는 새로운 온도성 겔화를 보이는 고분자 수용액으로서 키토산-폴리알라닌-폴리글리콜을 보고하였다. pH가 3.0 에서 6.0 그리고 9.0으로 증가함에 따라 37 도에서 인-시츄 온도민감성 겔의 졸-겔 전이 온도는 17 도 -> 27 도 -> 32도 로, 강도는 396 파스칼 -> 241 파스칼 -> 43 파스칼로 변화되었다. 이러한 키토산-폴리알라닌-폴리글리콜 수용액의 pH/온도 민감성 행동은 키토산-폴리알라닌-폴리글리콜 을 구성하는 키토산, 폴리알라닌, 폴리에틸렌의 구조변화를 관찰함으로써 조사되었다. 온도가 증가하면 부분적으로 키토산의 암모늄 기가 부분적으로 탈수소화되어 중성이 되고, 폴리알라닌의 알파-헬릭스 구조 함량이 증가하며, 그리고 폴리에틸렌의 분자운동이 감소한다. 이러한 변화는 협동적으로 키토산-폴리알라닌-폴리글리콜 의 소수성과 점도를 증가시켜 온도가 증가함에 따라 고분자 수용액의 졸-겔 전이 를 일으킨다. pH 가 증가하면 키토산의 암모늄기가 탈수소화되어 중성이 되고, 반대로 폴리알라닌의 알파-헬릭스 구조 함량은 감소한다. 키토산-폴리알라닌-폴리글리콜은 키토산과 폴리에틸렌 사이에 위치한 폴리알라닌의 알파-헬릭스 구조의 도입에 의해 앞서 보고된 바 있는 폴리에틸렌 그래프티드 키토산 온도민감성 겔보다 겔의 강도가 두드러지게 증가했다. 이러한 결과를 볼 때 키토산-폴리알라닌-폴리글리콜은 새로운 단단한 pH/온도 민감성 겔로서 유망한 생체재료가 될 것이다.