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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.31 No.5 pp.278-285
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2021.31.5.278

Electroconductive Graphene-Combined Polycaprolactone Electrospun Films for Biological Applications

Jun-Sung Oh, Eun-Jung Lee†
Department of Nano-Biomedical Science & BK21 PLUS NBM Global Research Center for Regenerative Medicine, Dankook University, Cheonan, Korea
Corresponding author E-Mail : leeej@dankook.ac.kr (E.-J. Lee, Dankook Univ.)
March 31, 2021 April 23, 2021 April 24, 2021

Abstract


This study produces electroconductive polycaprolactone (PCL)-based film with different amounts of graphene (G) through electrospinning, and the characteristics of the produced G/PCL composites are investigated. The G/PCL results are analyzed by comparing them with those obtained using pure PCL electrospun film as a control. The morphology of electrospun material is analyzed through scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Mechanical and electrical properties are also evaluated. Composites containing 1% graphene have the highest elongation rate, and 5% samples have the highest strength and elasticity. Graphene contents > 25% show electro-conductivity, which level improves with increase of graphene content. Biological characteristics of G/PCL composites are assessed through behavioral analysis of neural cell attachment and proliferation. Cell experiments reveal that compositions < 50% show slightly reduced cell viability. Moreover, graphene combinations facilitated cell proliferation compared to pure PCL. These results confirm that a 25 % G/PCL composition is best for application to systems that introduce external stimuli such as electric fields and electrodes to lead to synergistic efficiency of tissue regeneration.



생체적 적용을 위한 전기전도성을 갖는 그래핀과 폴리카프로락톤 복합물질 전기방사 섬유형 필름

오 준성, 이 은정†
단국대학교 나노바이오의과학과

초록


    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    신경세포를 이용한 손상된 신경의 재생치료는 세포생 물학, 유전학, 재료공학, 전자공학 등 다양한 연구분야에 서 관심을 갖는다. 이는 알츠하이머나 파킨슨 병과 같 은 신경 질환뿐 만 아니라 외상성 손상에 의한 중추 신 경계의 재생을 포함해서 새로운 치료방법으로 활용될 수 있다.1,2) 신경 조직 공학은 빠르게 확장되는 연구 분야 로서 신경 복구 및 재생에 대한 융합학문을 통한 새롭 고 다양한 방법들이 꾸준히 제시되고 있다.3) 특히 심각 한 손상의 경우 신경의 재생을 유도하거나 신경세포의 성장이나 활성 등을 촉진시킬 수 있는 신경도관 등을 이 용한 방법이 신경조직공학에서 매우 효과적인 결과를 얻 으면서 생체재료의 적용이 매우 활발하게 이루어지고 있 다.4-6) 조직공학을 위해서는 적합한 세포부착/증식/이동을 위한 지지체의 설계 및 제작이 필요하고 그 표면은 세 포와 지지체의 상호 작용이 가능해야 한다.7,8) 이에 신 경조직공학관련 소재들은 신경세포의 주된 기능인 시냅 스전달을 보조할 수 있도록 전기전도성을 부여하거나, 신 경돌기의 활발한 성장을 위해 배양된 형태를 갖도록 발 전되어 왔다.9)

    전기방사는 수 나노부터 수 마이크로의 크기의 섬유를 다양한 재료를 이용하여 만들 수 있는 제조 방법으로 일 방향성을 갖는 섬유형 필름을 제작하는데 아주 용이한 공정법 중 하나이다.10,11) 이러한 전기방사 섬유는 세포 의 3차원 다공성 구조인 세포 외기질과 유사하여 세포 부착에 유리하고 물질의 순환이 용이하여 세포의 활성 을 촉진하는데 매우 우수한 환경을 제공한다.12) 일반적 으로 휘발이 용이한 유기용매에 고분자 기반물질을 용 해시켜 섬유형 필름을 제조한다. 기반물질로 많이 사용 되고 있는 생체고분자에는 콜라겐, 젤라틴, PCL 등이 있 다. 이들은 생체 적합성 및 생분해성이 우수해 세포와 의 친화력이 있고, 체내에서 차폐나 조직재생 유도 후 자연스럽게 분해되기 때문에 조직재생 의료용 생체재료 로 각광받고 있다.13) 하지만, 생체고분자로만 구성된 섬 유는 강도나 강직성, 친수성 등의 물성이 보완되어야 할 필요성이 있다. 따라서 강한 생체세라믹스와 복합화를 통 해 기계적/물리적 특성의 한계를 극복하거나 새로운 특 성의 부여로 보다 향상된 기능을 갖는 조직공학체를 제 조하려는 연구들이 수행되었다.14-16)

    그라파이트에서 분리한 그래핀은 2차원의 판상형 구조 로 높은 강도와 단위질량당 매우 높은 표면적, 우수한 전기전도성과 생체적합성 특성으로 다양한 생체의료용 분 야에서 활발하게 연구되고 있다.17) 많은 복합체 연구들 에서 그래핀은 기계적인 특성의 향상을 이끌기 위한 보 조적인 역할을 매우 효과적으로 수행하고, 그들의 우수 한 전기전도성을 이용하여 신경이나 근육조직의 재생을 촉진한다는 연구가 보고되고 있다.18,19)

    본 연구에서는 그래핀의 다양한 조성을 함유하는 전기 방사형 섬유 필름을 제조하고, 그들의 물리, 기계, 생체 적 특성을 분석하여 적절한 조직공학적 적용에 대한 소 재의 정보를 제공하기 위한 연구를 수행하였다. 특히 그 래핀에 의한 전도성의 향상의 여부와 이를 이용한 신경 조직공학적 적용가능성을 확인하기 위해 신경세포를 이 용한 생체적합성을 평가하였다.

    2. 실험 방법

    2.1 재료 준비

    본 실험에 필요한 시약들의 구입정보는 다음과 같다. Polycaprolactone (PCL; Mn = 80 000 Da, Sigma-Aldrich, USA), PCL 용매제인 tetrahydrofuran (THF, Duksan, KOR), 그래핀(graphenesupermarket, USA) 아세톤 (99.6 %, VWR International AB, SWE), 에탄올(99.6%, CCS Healthcare AB, SWE), Fatal Bovine Serum (FBS, Gibco, USA), Dulbecco Modified Eagle Medium (DMEM, Welgene, KOR), Penicillin-Streptomycin (Merck Millipore, DER), L-glutamine (Merck Millipore, DER), Paraformaldehyde (PFA, Sigma Aldrich, USA), Triton X-100 (Sigma, USA), Phalloidin Alexa Fluor 488 (Invitrogen, Molecular probes, USA). MTS Cell Viability Assay (Thermo Scientific, USA).

    2.2 전기방사 실험

    PCL은 10 % (w/v)의 농도로 THF에 일정한 자기 교 반 하에 용해하여 준비하고, 그래핀은 미리 THF에 담 구어 용매제가 충분히 스며들 수 있도록 24시간 동안 상 온에서 전처리 하였다. PCL에 함유될 그래핀을 1 ~ 75% 까지 변화를 주어 준비하였다. 자세하게, 10 % PCL 용 액을 각 조성별로 25 ~ 99 mL (75 % ~ 1 % G)를 각각의 유리 vial에 분주하고 모든 조성에서 적용된 THF의 총 량이 100 mL가 되도록 그래핀 분말을 그래핀 전처리용 THF 량의 용액과 혼합한다. 그 후 준비된 PCL 용액과 섞고 강한 교반을 하여 전기방사용 복합체 용액을 마련 하였다. 나노섬유의 전기방사를 위해 준비된 G/PCL 복 합물질 용액은 22G 금속 바늘(Nordson EFD)이 장착된 1 mL 파이렉스 실린지에 실렸다. 이 용액은 전위가 15 kV로 설정된 HCP 35–35000 DC 전원 공급 장치(FUG) 와 실험실 주사기 펌프(알라딘-1000; World Precision Instruments, USA)를 사용하여 3 mL/h의 유속, 20 cm의 작동 거리에서 전기방사를 수행하였다. 알루미늄 포일로 덮인 실린더(Δ = 15 cm)를 회전시켜 방사된 섬유를 수집 하였다. 모든 전기방사는 상온(RT)과 30 ~ 35%의 상대 공기 습도에서 수행되었다. 전기방사된 섬유타입의 필름 은 세포배양 전에 최종적으로 24시간 동안 건조기에 넣 어 남아 있는 모든 용제를 제거하도록 하였다. 제조된 그래핀과 PCL 복합물질은 G/PCL 로 명명하였다.

    2.3 전기방사 섬유형 필름의 특성 분석

    G/PCL 복합체 섬유형 필름의 그래핀 함유량에 따른 미 세구조와 형태를 확인하기 위해 전자주사현미경 (Mira3, Tescan, Czech)을 이용하였다. 필름 내의 함입된 그래핀 의 확인은 투과주사현미경 (EM-F200, JEOL Ltd, Japan) 분석을 통해 진행하였다. 인장강도 측정은 필름을 10 mm × 25 mm 크기로 준비하고 cross-head의 속도를 10 mm/ min으로 설정하여 a universal testing instrument (Instron 5565, USA)로 측정하였다. Stress-strain curve를 통해 인 장강도, 인장변형률, 탄성계수, 인성을 계산하였다.

    2.4 전기저항성 측정

    전기저항 특성은 G/PCL 복합체의 그래핀 함유량에 따 른 전기적 특성을 측정하기 위해 수행되었다. 저항측정 은 우선 치밀한 필름과 전기방사 섬유형 필름, 이렇게 두 가지 형태의 필름을 제조하고, 평균두께 1 mm, 크기 가 20 mm × 20 mm인 시편을 준비한다. 저항성 측정을 위해 양 끝단에 실버페이스트를 발라 전극을 만들어주 고, 이 부분을 클램핑하여 전기저항을 측정한다(16008B High Resistance Meter, Agilent).

    2.5 세포 부착 및 증식

    G/PCL 복합체 섬유형 필름의 생체적합성을 확인하기 위해 PC12를 이용하여 부착 및 증식 실험을 진행하였 다. PC12는 백서에서 유래한 PC-12 세포주로 American Type Cell Collection (Rockville, MD, USA)에서 구입 하여 사용하였다. 10 mm 펀치로 모양을 내어 얻어진 필 름들을 세포배양 well에 넣고 PC12를 분주하여 24 h 배 양하였다. 세포 배지는 1 % (P/S) penicillin/streptomycin 과 10 % FBS을 넣은 DMEM을 사용하였다. 세포증식실 험을 위해서는 3일에 한 번씩 배지를 교체해주었다. 세 포 부착 확인을 위해 4 % PFA로 15분간 세포를 고정하 고 세척 후 0.1 % Triton X-100에 5분 반응 후 Alexa 488을 염색하여 공초점 현미경을 통해 확인하였다. 세포 증식 실험은 정해진 시일에 맞춰 배양된 세포를 PBS로 세척 후 MTS 시약을 처리하고 1 h 후에 490 nm에서 측 정하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 G/PCL 복합체 전기방사 섬유형 필름의 제조

    그래핀의 함유량이 증가되면 전기방사 용액의 점도나 전도성 등이 급격하게 변하기 때문에 최대 75 %의 그 래핀이 함유된 조성까지 전기방사 섬유형 필름이 제작 가능했다. 하지만 75 % 이상의 조성은 그래핀 입자의 뭉 침현상도 발생하지만 전기방사 중에 실린지 끝단에 누 전과 같은 현상이 발생되어 섬유가 만들어지는 과정 중 에 비드가 빈번하게 만들어지는 경향이 있었다.

    일반적으로 전기방사가 진행될 때 실린지 팁부분에서 표면장력으로 인해 콜렉터 방향으로 taylor cone이 형성 되고 여기서 필라멘트가 발생하여 초기엔 ohmic flow 거 동에서 convective flow로 진입하며 솔벤트의 휘발과 섬 유의 solid화가 완성된다. 그래핀에 의한 전도성의 증가 는 전하밀도를 증가시켜 미세한 섬유는 얻는데 도움을 줄 수 있지만, 너무 놓은 전하밀도는 jet flow가 분기되 어 splaying이 생기고, 매우 요동치는 convective flow가 발생하여 배열된 섬유의 collection이 어렵게 된다. 그래 서 75 %의 그래핀이 함유된 섬유는 섬유형 필름을 제 조는 가능하나, 그 섬유의 두께 및 조성 균일성이나 배 열성 등이 매우 열악하게 제조되었다.

    3.2 기계적 특성

    PCL기반의 그래핀 복합체 섬유형 필름의 기계적 특성 을 측정하기 위해 Fig. 2(a)에서 보이는 바와 같이 아령 모양의 샘플을 준비하였다. 하얀색의 PCL 필름은 그래 핀의 양이 증가함에 따라 검은색을 띄며 진해지는 것을 확인할 수 있다. 제조된 필름의 연신특성은 0 % G 보 다 1 % G에서 2배 이상 늘어나는 것을 육안으로 확인 할 수 있었다[Fig. 2(b)]. 5 % 이상에서는 연신율이 감 소되는 경향을 보였다. 측정된 인장강도의 결과는 Fig. 2(c)에 나타낸 stress-strain curve를 통해 전반적인 경향 이 확인되었고, 이를 바탕으로 강도, 연신율, 탄성률, 인 성이 측정되었다(Fig. 3). 그래핀의 높은 기계적 강도나 탄성률에 의해 그 함량이 증가함에 따라 강도와 탄성률 이 증가될 수 있다. 하지만 25 % 이상의 그래핀 함유 는 기계적 물성의 강화에는 긍정적인 결과를 이끌지는 못했다. 이 조성에서는 PCL간의 연결을 그래핀이 방해 하는 역할을 하는 것으로 사료된다. 복합체 제조에서 일 정성분 이상으로 보강제의 조성이 증가되면 동질 물질 간의 aggregation zone의 발생으로 강도, 연신율 등 기 계적 강도가 급격히 감소하는 현상이 나타날 수 있다.20) 그렇기 때문에 작은 나노크기의 입자와의 복합화 혹은 매우 균일한 보강제의 분산을 이루는 복합체 제조 방법 등에 관한 연구들이 수행되는 것이다. 본 연구에서는 그 래핀의 분산친화력을 높이기 위해 THF 용매에 그래핀 을 미리 분산시켜 용매의 침습이 용이하도록 하여, THF 에 용해되어있는 PCL과의 혼합을 고르게 유도하였다. 하 지만 75 % 이상의 그래핀 함유조성에서는 그래핀간의 뭉 침현상을 제어하기가 어려웠기에 그 섬유형태도 불균일 하고, 이로 인해 기계적 특성이 일관성 없이 오차가 너 무 크게 측정되었다. 따라서 본 연구에서는 75 % G/PCL 복합체의 제시된 데이터가 없다. 다만 고함량의 그래핀 조성은 기계적 특성을 이용하는 타겟보다는 전도성이 요 구되는 타겟에 더 적합한 조성이라고 판단된다.

    3.3 복합체의 전기적 특성

    그래핀이 함유되어 있는 재료의 전기적 특성을 평가하 기 위해 재료의 저항이 측정되었다. 절연특성의 PCL 생 체고분자가 기반물질이기 때문에 그래핀에 의한 전도성 이 부여되더라도 G/PCL 복합체는 매우 낮은 전기 전도 성을 가질 것이라 예상된다. 이에 고저항기를 이용하여 샘플들의 저항을 측정하고 이 수치를 그래핀 조성에 따 른 전기적 특성으로 고려하였다. 본 연구에서 제작된 섬 유형 필름은 일방향성과 그들의 나노크기의 모폴로지와 다공구조로 세포와의 친화력이나 세포성장 방향 유도성, 물질의 침투력 향상 등의 장점을 갖는다. 하지만 물리 적인 특성인 전기적인 전도성 측면에서 고려해보면, 섬 유사이의 다공구조는 절연특성을 강화시키는 역할을 할 수 있다.21) 미시적인 스케일의 환경에 존재하고 거동하 는 세포는 복합체의 섬유하나를 통해 부착하고 이동하 고, 분화할 수 있다. 따라서 복합체를 구성하는 조성이 갖는 생체적합성이나 물리적 특성 등이 영향을 줄 수 있 지만, 거시적인 관점에서 고려되는 섬유형 복합체 사이 의 기공구조로 인한 절연은 고려되지 않는다. 그래핀에 의한 전도성의 향상을 측정하기 위해 그래핀 조성에 따 른 복합체 단섬유 하나를 이용하여 전기적 특성을 측정 하는 것이 가장 이상적이며 적합한 방법이겠으나, 다른 대안으로 치밀한 필름이나 막구조의 샘플을 제조하여 성 분조성에 따른 전기적 특성의 평가를 진행하는 것도 가 능하다. 따라서, 본 연구에서는 복합체의 전기적 특성을 치밀한 필름으로 제조한 샘플을 이용하여 측정하였다. Fig. 4(a)의 그래프는 PCL에 복합화된 그래핀의 농도 따 른 G/PCL 복합체 필름의 전기 저항성 결과이다. 그래 핀이 질량비로 10 %까지 함유된 샘플에서는 저항이 매 우 크게 나타났고, 25 % 이상의 그래핀 함유 조성에서 부터 전기적 특성이 향상되는 결과가 보였다. 전기저항 이 25 %, 50 %와 75 % 그래핀 함유 복합체에서 각각 1 × 103, 5.3 × 102, 0.37 Ωm의 수치로 측정되었다. 75 % 의 조성은 전기방사형 섬유로 제작하기에 그래핀들의 aggregation 등이 많이 발생하고 PCL용액의 점도가 낮 아지는 경향이 나타나 섬유를 제작할 때 균일하지 못한 모폴로지와 다른 조성에 비해 비교적 얇은 나노섬유의 형성을 보였다. 75 % 그래핀 섬유 복합체는 형태적 관 찰이나 기계적 특성의 평가에서 좋지 못한 특성들을 보 였기 때문에 앞선 연구 평가에서 배제된 조성이었다. 하 지만 전기전도성 측면에서는 예상대로 전도성이 매우 뛰 어나게 증가되었다. 여기서 본 연구에서는 치밀한 형태 가 아닌 기공이 존재하는 섬유형 필름에서의 전기전도 성은 어떻게 변화되는지 관찰하기 나타나는지도 관찰하 였다. Fig. 4(b)는 75 % 그래핀 함유 PCL 필름의 형태 에 따른 전기 저항성을 측정한 결과이다. 섬유형 필름 의 저항은 8.7 × 105 Ωm으로 치밀한 필름의 0.37 Ωm에 비해 현저하게 높은 저항, 즉 낮은 전기전도성을 나타 냈다. 이는 전기방사된 섬유사이에 존재하는 기공에 의 해 전도성이 감소된 것으로 보인다. 그럼에도 섬유형 필 름도 전기전도성을 그래핀에 의해 부여받을 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 문헌에서 보고하는 그래핀의 저 항은 대략 1 × 10−2 Ωm으로 알려져있다. 전도성물질로 잘 알려진 금속은 1 ~ 2 × 10−7 Ωm로 전도성이 우수하나 밀 도가 높은 물질이라 고분자와 복합화를 이룬다면 적절 한 전도성을 이끌어내기 위해 매우 많은 부피비율의 성 분함량이 필요할 것이다. 하지만 그래핀은 잘 알려져 있 다시피, 그 구조적 특이성으로 중량대비 큰 부피를 차 지한다. 전도성 물질을 이용하여 전기적 신호를 전달하 기 위해서는 그 물질들 간의 연결성이 중요하다. 즉, 서 로 연결될 수 있는 부피비율이 매트릭스 기반물질 내에 존재해야 전기적 특성의 효과를 이루어낼 수 있는 것이 다. 이에 그래핀은 충분히 많은 비율로 PCL내에 복합 화될 될 수 있었고, 이를 통해 G/PCL 복합체의 전기적 특성이 부여되고, 향상될 수 있었다는 것이 확인되었다.

    3.4 세포거동 분석

    제조된 G/PCL 복합체의 생체적합성은 PC21 신경세포 를 이용해 평가하였다. Fig. 5는 시료위에서 24시간 동 안 배양된 세포의 형태를 보여주는 형광현미경 이미지 들이다. PCL 로만 구성된 전기방사 섬유형 필름에서의 세포형태는 PC21 세포의 신경돌기가 뻗지 않고 둥근 형 태로 시료에 부착되어 있었다. 이러한 세포 부착 형상 은 1 %의 그래핀이 함유된 조성에서도 동일하게 나타났 다. 5 % 그래핀이 포함된 시료에서는 세포의 뻗음이 조 금 더 관찰되었으며, 그래핀이 50 %까지 증가될 때까지 세포의 퍼짐과, 신경돌기의 성장과 같은 모습이 더 빈 번하게 관찰되었다. 하지만 25 % 이상의 그래핀이 함유 된 조성에서는 부착된 세포의 수가 줄어든 현상이 발견 되었다. 이를 좀 더 자세히 관찰하기 위해 MTS assay 를 수행하였다. 이 결과를 통해 세포의 대사과정의 활 동성, 즉 세포증식과 연관된 현상을 관찰할 수 있었다. 1일 동안의 증식에서는 25 % 이상의 그래핀 조성을 갖 는 시료가 조금 낮은 증식레벨을 나타냈다. 하지만 6일 동안의 결과에서는 25 % 그래핀 조성은 빠른 증식률을 보여서 5 %, 10%의 그래핀 조성의 시료와 동일한 수 준의 증식률을 보여주었다. 단일 PCL조성과 1 % 그래 핀 조성은 세포부착이나, MTS결과에서도 동일한 결과를 보여주었다. 이중 50 % 조성은 6일동안 결과에서 가장 낮은 증식거동을 보였다. 모든 조성에서 세포독성의 소 견은 나오지 않았지만, 조직공학적 의료용 소재로 적용 하기에 우수한 조성은 5 ~ 25% 이내의 그래핀 조성을 갖는 소재를 사용하는 것이 적합하다는 것이 확인되었다.

    그래핀을 PCL과 복합화한 섬유제작은 기연구가 존재 하나, 이들 연구에서 그래핀 조성은 2 % 이내로 포함된 경우가 대부분이라 부여된 전기적인 특성이 약하고, 또 한 신경세포의 생체활성도가 단일 PCL성분으로 이루어 진 섬유와 비교했을 때 두드러진 향상을 보이지 않는다. 더욱이 일방향성을 갖는 모폴로지는 신경세포의 성장과 분화를 촉진하는 역할을 할 수 있는데, 기존 연구들에 서는 미방향성 섬유제작이 주를 이룬다. 본 연구에서는 두 가지의 적용분야를 나누어 사용가능한 G/PCL 복합 체 섬유를 제안하기 위해 그래핀을 최대한 높게 함유할 수 있는 일방향성 섬유제작을 연구하였다. 이에 적은 그 래핀 조성비를 갖는 소재는 그래핀이 고분자섬유의 기 계적 특성의 향상을 위한 보강재로 사용되어 치주 혹은 근육 관련 조직재생에 적용되기 적합하고, 높은 그래핀 조성의 섬유는 기계적 특성은 요구되지 않고 우수한 전 기적 특성의 효과를 얻을 수 있는 신경조직재생용 바이 오소재로 적용가능할 것이라 판단하였다.22-24) 결과들을 종 합해보면, 보편적인 조직공학체, 조직재생 유도용 차폐막 등에 적용하기에 가장 적절한 조성은 강직하고, 우수한 생체적합성을 보여준 5 % 그래핀을 함유한 복합체로 보 여진다. 하지만 전기장이나 전극 같은 외부자극을 도입 하는 시스템에 적용하여 조직재생의 시너지 효율을 이 끌고자 한다면, 25 % 조성의 복합체가 섬유의 형태학적 분석에서도 안정적인 섬유형태를 보이며, 생체적합성도 우 수하고 전기전도성의 향상도 두드러지는 조성이므로 가 장 적합하다고 사료된다.

    4. 결 론

    본 연구에서는 매우 소량에서 대량의 그래핀이 함유된 전기방사형 섬유 필름을 제조하고, 그들의 물리, 기계, 생 체적 특성을 분석하였다. 기계적 물성에서 1 %의 그래 핀 함유 필름은 아주 두드러지는 연신율을 보여주었고, 5 % 그래핀 함유 필름이 가장 우수한 강직성과 강도 특 성을 보였다. 전기적 특성은 그래핀 함유량이 10 %까지 는 두드러지는 현상이 없었으나, 그 이후 조성부터는 그 래핀의 함유량이 증가될수록 전기적 특성도 강화되었다. 종합적인 결과에서 우수한 생체적합성과 기계적 특성을 이용한 조직공학체의 적용에는 5 %이내의 그래핀 조성 의 복합체가 적합하고, 그래핀 조성이 25 % 이상의 경 우는 기계적 특성의 이점은 크게 없으나 전기적 특성을 이용하기엔 적합하다는 것이 확인되었다.

    <저자소개>

    오준성

    단국대학교 나노바이오의과학과 박사과정

    이은정

    단국대학교 나노바이오의과학과 교수

    Figure

    MRSK-31-5-278_F1.gif

    SEM images of PCL-based electrospun films with difference graphene compositions (a) 0 %, (b) 25 %, (c) 50 %, (d) 75 %. The representative TEM images of the G/PCL composite electrospun (e) low and (f) high magnifications.

    MRSK-31-5-278_F2.gif

    Sample images of G/PCL composite films with difference graphene compositions for tensile test (0, 1, 5, 25, 50 %) (a), elongated samples images during the tensile test (b), and the stressstrain curves (S-S curve) obtained by tensile test (c).

    MRSK-31-5-278_F3.gif

    Mechanical properties of G/PCL composite films with difference graphene compositions; (a) Tensile strength, (b) Tensile strain, (c) Young’s modulus, (d) Work of fracture. Error bars represent +/- standard deviations (n ≥ 3). **p < 0.01 and ***p < 0.001.

    MRSK-31-5-278_F4.gif

    The electric resistance of PCL-based electrospun films with difference graphene compositions. The resistivity of G/PCL with more than 50% graphene is according to the Y axis on the right side (a). The electric resistance of 75 % G/PCL with difference film forms (b). ***p < 0.001.

    MRSK-31-5-278_F5.gif

    The confocal laser scanning microscopy image of attached PC21 cells on the samples.

    MRSK-31-5-278_F6.gif

    Cell proliferation of G/PCL composite films with difference graphene compositions. ***p < 0.001.

    Table

    Reference

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