Fabrication of Polysaccharide Composite Nanocoating with Tannic acid-FeIII Complex

Abstract

Polysaccharide coating endues coated materials with various properties including biocompatibility, super-hydrophilicity, anti-fouling, and anti-bacterial activity. One of the methods frequently used for polysaccharide coating is layer-by-layer (LbL) method, which controls the thickness and surface morphology by utilizing electrostatic attraction from opposite charges. Ionic polysaccharides have been widely exploited for LbL nanofilm deposition, but toxicity induced from negative or positive charge hinders further application for biomedical engineering. Neutral polysaccharide is a key to overcome the drawbacks of ionic polysaccharide, yet high solubility in water makes it difficult to immobilize it on the targeted material surface. Here we demonstrate neutral polysaccharide nanocoating utilizing TA-FeIII complex nanofilm as a priming layer via LbL method. The polysaccharide layer was successfully formed by adding FeCl3·6H2O in aqueous polysaccharide solution. Interestingly, deposition of the polysaccharide layer was significant within a certain FeCl3·6H2O concentration range. In addition, the laminated polysaccharide layer displayed an unexpected enhancement effect of TA-FeIII deposition, 3~4 times more than previously reported thickness value. Surface characterizations disclose that solution pH and zeta potential correlated with the concentration of FeIII source (FeCl3·6H2O), and the structural differences of polysaccharide are the major factors governing the deposition of polysaccharide layer. The experimental findings show the successful formation of polysaccharide nanofilm by introducing iron ions, and contribute to organic nanocoating field utilizing polysaccharides and polyphenol combinations. ;천연 다당류 코팅은 생체 적합성, 초신수성, 방오성, 향균성 등 다양한 특성을 표면에 부여한다는 점에서 유용하다. 다당류 코팅 시 자주 사용되는 방법 중 하나는 다층박막적층법이라는 기술로, 상반된 전하에서 나타나는 정전기적 인력을 이용하여 나노필름의 두께와 표면 형태를 조절한다. 이에 따라 전하를 지닌 이온성 다당류가 다층박막적층법에 대부분 적용되어 왔으나, 음전하 또는 양전하로 인해 유도된 독성은 공학적 응용을 제한하는 필연적인 단점으로 작용한다. 중성 다당류가 이온성 다당류의 단점을 극복하는 열쇠가 될 수 있으나, 물에 대한 높은 용해도로 인해 표적 물질 표면에 고정화하기 어렵다는 한계가 존재한다. 본 논문에서는 탄닌산-철이온 복합체를 프라이밍 층으로 이용하는 중성 다당류 코팅법을 제안한다. 다당류 코팅층은 다당류와 철이온을 섞은 수용액에 탄닌산-철이온 나노필름을 침지함으로써 빠르고 간단하게 형성되었다. 흥미롭게도, 다당류 나노필름은 특정 철이온 농도 범위 내에서만 유의미하게 형성되었으며, 앞서 언급된 철이온 농도 범위 내에서 코팅된 다당류 필름 위에 형성된 철이온-탄닌산 적층량은 보고된 두께 값인 3 nm 보다 약 3~4배 더 증가하였다. 다당류 적층에 영향을 주는 주요 원인은 코팅 용액 내 존재하는 철이온의 농도에 의한 pH 변화 및 다당류의 제타 전위, 그리고 다당류의 구조적 차이에 의한 것으로 보인다. 본 연구는 다당류 코팅에 철이온을 도입함으로써 다당류 나노필름을 형성할 수 있다는 사실을 보였으며 이는 향후 다당류와 폴리페놀을 활용하는 유기 나노코팅 분야에 기여할 수 있다는 점에서 의의를 지닌다.