Lysine-Fixable Dextran on Fe（Ⅲ）-Tannic Acid Priming Layers

Abstract

In this study, lysine-fixable dextran （DL） was synthesized, and a long-term stable hydrophilic surface was achieved by forming a nanofilm incorporating DL on the Fe（Ⅲ）–TA priming layer. The surface characteristics of the [Fe（Ⅲ）–TA/DL] nanofilms were evaluated through time-dependent water contact angle, XPS, AFM, and BET analysis. Based on these results, the causes of long-term hydrophilicity maintenance were analyzed from the perspectives of surface chemistry, surface roughness, and pore penetration. As a result, while the surface chemistry of the nanofilm without DL changed due to oxidation and rearrangement, the nanofilm with DL showed relatively little change in surface functional groups. This suggests that the DL layer contributed to mitigating chemical rearrangement at the Fe（Ⅲ）–TA interface and stably maintaining hydrophilic functional groups. Meanwhile, although surface roughness and pore penetration can be considered auxiliary factors explaining the water retention potential of the DL layer, the current BET and AFM results alone are insufficient to directly demonstrate water penetration into micropores or its long-term retention in the actual thin film. In addition, the [Fe（Ⅲ）–TA/DL] nanofilms converted initially hydrophobic surfaces to superhydrophilic ones and maintained long-term stability on various surfaces, including metals, polymers, and hydrogel contact lenses. This study elucidated the mechanism of long-term hydrophilicity maintenance through the introduction of DL from a surface chemistry perspective, and the developed [Fe（Ⅲ）–TA/DL] nanofilms are expected to be utilized as a platform for hydrophilic modification of various surfaces, including transparent biomaterials.;본 연구에서는 리신 고정형 덱스트란（Lysine-fixable dextran, DL）을 합성하고, 탄닌–철（Fe（Ⅲ）–TA） 프라이밍층 위에 DL을 도입한 나노 필름을 형성함으로써 장기적으로 안정한 친수성 표면을 구현하였다. 시간 의존적 물 접촉각, XPS, AFM, BET 분석을 통해 [Fe（Ⅲ）–TA/DL] 나노 필름의 표면 특성을 평가하였으며 이를 바탕으로 장기 친수성 유지 원인을 표면 화학, 표면 거칠기, 기공 침투의 관점에서 분석하였다. 그 결과 DL이 도입되지 않은 나노 필름의 경우 산화와 재배열 과정을 거쳐 표면 화학이 변화한 반면, DL을 도입한 나노 필름은 표면 작용기의 변화가 비교적 적게 나타났다. 이는 DL 층이 Fe（Ⅲ）–TA 계면의 화학적 재배열을 완화하고 친수성 작용기를 안정적으로 유지하는 데 기여했음을 시사한다. 한편, 표면 거칠기와 기공 침투는 DL 층의 수분 보유 가능성을 설명할 수 있는 보조적 요인으로 고려될 수 있으나, 현재의 BET 및 AFM 결과만으로는 실제 박막 표면에서 물이 미세 공극 내부로 침투하거나 장기적으로 유지되는 거동을 직접적으로 증명하기에는 한계가 있었다. 또한 [Fe（Ⅲ）–TA/DL] 나노 필름은 금속, 고분자, 하이드로겔 렌즈 등 다양한 표면에서도 초기 소수성 표면을 초친수성으로 전환시키고 장기 안정성을 유지하였다. 본 연구는 DL 도입을 통한 장기 친수성 유지 기전을 표면 화학 관점에서 규명하였으며, 개발된 [Fe（Ⅲ）–TA/DL] 나노 필름은 투명 생체재료를 비롯한 다양한 표면의 친수성 개질 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.