Cation-Selectivity for Salt-bridge Formation in PA-PEG-PA Thermogel

Abstract

본 연구는 에틸렌다이아민테트라아세틱 다이안하이드라이드와 폴리(L-알라닌)-폴리(에틸렌 글라이콜)-폴리(L-알라닌)을 합성하여 폴리(에틸렌 글라이콜)/폴리(L-알라닌) 다중결합 공중합체를 만들었고, 금속이온이 폴리(에틸렌 글라이콜)/폴리(L-알라닌) 다중결합 공중합체의 탄성계수에 미치는 영향을 분석하였다. 레오미터를 사용하여 온도의 증가에 따라 수행한 졸-젤 전이 연구는 Cu2+가 있는 폴리(에틸렌 글라이콜)/폴리(L-알라닌) 다중결합 공중합체 수화액이 Ca2+와 Zn2+가 있는 경우보다 낮은 온도에서 졸-젤 전이가 일어나며, 탄성계수도 상당히 증가하는 것으로 보였다. Dye의 색측정을 통해 계산한 폴리(에틸렌 글라이콜)/폴리(L-알라닌) 다중결합 공중합체와 금속이온의KD값으로 볼 때 폴리(에틸렌 글라이콜)/폴리(L-알라닌) 다중결합 공중합체의 에틸렌다이아민테트라아세틱 에시드는 Ca2+와 Zn2+보다 Cu2+와 유리하게 결합한다. 또한, 원편광 이색성 분광 측정법을 측정하여 낮은 농도에서 고분자 수용액의 폴리알라닌 블록의 베타-시트 함유량이 Cu2+를 넣었을 때 Ca2+와 Zn2+를 넣었을 때 보다 증가하였다. 이러한 결과를 종합적으로 보았을 때 금속이온과 폴리(에틸렌 글라이콜)/폴리(L-알라닌) 다중결합 공중합체의 에틸렌다이아민테트라아세틱 에시드 사이에 염-다리가 형성된 것을 예상할 수 있으며, 특히Cu2+를 넣었을 때 다른 금속이온보다 높은 결합을 통하여 염다리는 고분자의 폴리알라닌 블록의 베타-시트 함유량과 딱딱한 마이셀 중심부를 증가시키고, 낮은 온도에서 열적 젤화를 유도하며, 젤 탄성계수를 증가시킨다.;Thermosensitive multiblock copolymers of poly(ethylene glycol)-poly(L-alanine) connected with ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) were synthesized. The polymer aqueous solutions (5.0 wt.%) containing Cu2+, Zn2+, or Ca2+ underwent sol-to-gel transition as the temperature increased, where the sol-to-gel transition temperature increased 16 oC, 22 oC, and 27 oC, and the gel modulus at 37 oC decreased 110 Pa, 69 Pa, and 28 Pa at the same concentration of Cu2+, Zn2+, and Ca2+, respectively. We hypothesized that there are some basic differences in interactions between the polymer and the externally added cations. Both atomic force microscopy and dynamic light scattering study suggested the spherical micelle formation with a similar size of about 30 nm in all the polymer aqueous solutions containing above metal ions. Circular dichroism spectroscopy showed that addition of Cu2+ to the polymer aqueous solution is more effective than addition of Ca2+ or Zn2+ in increasing the β-sheet content of the polymer. The dissociation constants of the polymer for the Cu2+, Zn2+, and Ca2+ were calculated to be 1.2x10-7 M, 3.2x10-6 M, and1.2x10-4 M, respectively, indicating that binding affinity of polymer for metal ions is the same order with β-sheet content and gel modulus of the polymer. Here, we suggest that the salt-bridge formation occur between cations and EDTA units of the PEG/PA multiblock copolymer. The salt-bridge located among the hydrophobic PA blocks along the PEG/PA multiblock copolymer stiffened the micelles through the increased β-sheet content of the polymer lowered the sol-to-gel transition temperature and increased the gel modulus.