생분해성 다공성 스캐폴드는 골조직 공학의 핵심이다. 본 연구에서는 나노-하이드록시아파타이트/콜라겐(nHAC)과 폴리(락트산-공-글리콜산)(PLGA)을 다양한 양의 그래핀 옥사이드(GO)와 혼합하여 동결건조법으로 제조했다. 결과 복합체는 연속적인 3차원 기공 네트워크를 나타냈다. GO는 친수성을 약간 향상시키고 영률을 유의미하게 증가시켰으며, 1.5 wt% GO 시료가 10.20 ± 1.28 GPa로 GO 무첨가 스캐폴드(7.53 ± 1.25 GPa) 대비 우수했다. 체외에서 MC3T3-E1 골아세포가 1.5 wt% GO 스캐폴드에서 현저히 높은 부착과 증식을 보였으며, CCK-8 분석과 SEM 이미징으로 확인되었다. 이 결과는 nHAC/PLGA/GO 스캐폴드가 우수한 세포적합성과 기계적 성능을 결합하여 골재생 응용의 유망한 후보임을 입증한다.
뼈 세포외 기질을 모방한 3차원 다공성 스캐폴드는 성공적인 골수복에 필수적이다. 기존 제조 기술(전기방사, 계산 위상 설계(CTD) 결합 고체 자유형 제작(SFF), 동결건조)은 구조 제어와 확장성에서 다양한 정도를 제공한다. 특히 동결건조는 용매를 진공 하에서 승화시켜 고도로 상호연결된 기공을 생성하는 간단한 경로를 제공한다.
천연 뼈는 콜라겐과 하이드록시아파타이트(HA)의 위계적 조립으로 구성된다. 나노-하이드록시아파타이트/콜라겐(nHAC) 복합체는 이 자연 구조를 모방하여 우수한 생체적합성과 생체흡수성을 제공한다. 그러나 콜라겐의 고유한 취성과 빠른 분해는 사용을 제한한다. 폴리(락트산-공-글리콜산)(PLGA)은 기계적 강도와 조절 가능한 분해율을 부여하며, GO는 높은 표면적, 기계적 보강, 세포 행동을 조절할 수 있는 관능기 등 독특한 물리화학적 특성을 제공한다.
이전 연구에서 GO 강화 스캐폴드가 골아세포 분화와 세포 증식을 개선함이 보고되었다. 본 연구에서는 증량적 GO 적재(0.0, 0.5, 1.0, 1.5 wt%)가 nHAC/PLGA 복합체의 구조적, 기계적, 친수적, 생물학적 성능에 미치는 영향을 체계적으로 평가했다.
제조 공정은 제1형 콜라겐을 아세트산에 용해시키고, Ca와 P 이온을 공동침전시켜 nHAC을 형성한 후 PLGA와 분산된 GO와 혼합, 동결건조하는 과정이었다. 주사전자현미경(SEM)은 0~200 nm 범위의 상호연결된 기공을 가진 고다공성 구조를 드러냈다. 기공 분포는 자동 표면적 분석기(그림 2f)로 정량화되었으며, 100 nm 미만 기공이 우세함을 확인했는데, 이는 골아세포 침투에 유리한 크기 범위이다.
동결건조를 통한 스캐폴드 제조 개략도.
분말 X선 회절(XRD)은 육방정계 HA의 존재를 확인했으며, 낮은 적재량으로 GO 신호는 식별되지 않았다. FT-IR 스펙트럼은 콜라겐 아마이드 밴드와 인산염 피크를 보였으며, 미세한 이동은 콜라겐, HA, PLGA, GO 간 화학적 상호작용을 시사한다.
정량적 나노기계적 AFM 측정(QNM-AFM)은 GO 함량에 따른 영률의 단조로운 증가를 보였다: 7.53 ± 1.25 GPa (0 wt%), 8.34 ± 1.00 GPa (0.5 wt%), 9.15 ± 0.85 GPa (1.0 wt%), 10.20 ± 1.28 GPa (1.5 wt%). 1.5 wt% GO 스캐폴드는 GO 무첨가 대비 통계적으로 유의미한 강성 우위를 보였으며, GO의 보강 효과를 반영한다.
접촉각 측정은 GO 무첨가 125.1°에서 1.5 wt% 101.4°로 점진적 감소를 보였으며, GO의 친수성 관능기로 인한 표면 젖음성 개선을 나타낸다(그림 4f).
네 가지 스캐폴드 변종의 AFM 이미지(a-d) 및 강성 맵(i); 고착 방울법으로 측정한 접촉각(k).
스캐폴드에 접종된 MC3T3-E1 골아세포는 7일간 대사 활성 증가를 보였다(CCK-8 분석). 0.5 wt%와 1.0 wt% GO 스캐폴드에서 초기 증식은 GO 무첨가 대조군보다 약간 낮았으나, 1.5 wt% GO 스캐폴드는 3일, 5일, 7일에 대조군과 동등하거나 초과했다(그림 5). SEM 이미지는 광범위한 세포 퍼짐과 네트워크 형성을 확인했으며, GO 함유 스캐폴드 상 세포가 더 크고 평평한 형태를 보였다(그림 6).
스캐폴드 현탁액에 24시간 노출된 NIH-3T3 섬유아세포는 유의미한 세포독성 없이 모든 GO 적재량에서 생존율 97% 이상을 유지하여 복합체의 생체적합성을 입증했다(그림 7).
네 가지 스캐폴드 변종에서 MC3T3-E1 세포 생존율(*** p < 0.01).
네 가지 스캐폴드 유형에서 1, 3, 5, 7일차 MC3T3-E1 세포 SEM 이미지.
스캐폴드 현탁액 24시간 노출 후 NIH-3T3 세포 상대 생존율.
동결건조로 상호연결된 기공성, 향상된 기계적 강성, 개선된 친수성을 가진 nHAC/PLGA/GO 스캐폴드 제조가 가능했다. 1.5 wt% GO 스캐폴드는 우수한 골아세포 부착과 증식을 보이며 우수한 세포적합성을 유지해 골조직 공학 스캐폴드로서의 잠재력을 입증했다.
제1형 콜라겐, PLGA (75:25, Mw = 95 kDa), GO, 세포 배양 시약은 검증된 공급업체에서 구입했다. MC3T3-E1 골아세포와 NIH-3T3 섬유아세포는 신뢰할 수 있는 세포은행에서 얻었다.
콜라겐을 0.5 M 아세트산(4 g L⁻¹)에 용해시켰다. 칼슘과 인산 용액(Ca/P = 1.66)을 분당 100 방울 속도로 적가하며 교반, 37°C에서 암모니아로 pH 9까지 적정했다. 24시간 후 침전물을 수집, 동결건조, 분쇄해 nHAC 분말을 제조했다.
GO를 다이옥산(0.0, 0.5, 1.0, 1.5 g L⁻¹)에 분산시켜 초음파 처리한 후 PLGA (10% m/v)와 혼합, 12시간 교반했다. nHAC을 PLGA와 1:1 중량비로 첨가하고 4시간 초음파 처리했다. 혼합물을 -20°C에서 하룻밤 동결하고 동결건조하여 최종 스캐폴드를 얻었다.
SEM, AFM(QNM 모드), FT-IR, XRD, 접촉각, 기공도 측정은 표준 프로토콜로 수행했다. 모든 데이터는 3회 반복 수집했다.
MC3T3-E1 세포를 스캐폴드 디스크에 2.5 × 10⁴ cells mL⁻¹ 밀도로 접종하고 DMEM +10% FBS +3% 항생제, 37°C, 5% CO₂에서 배양했다. 증식은 1, 3, 5, 7일차 CCK-8로 평가했다. SEM용으로 세포를 4% 파라포름알데히드로 고정, 탈수, 임계점 건조, 금 스퍼터 코팅했다.
NIH-3T3 세포를 100 mg mL⁻¹ 스캐폴드 현탁액에 24시간 노출 후 CCK-8 분석했다. 세포 생존율을 대조 배양 대비 상대값으로 계산했다.
데이터는 평균 ± SD로 표현했다. Student's t-검정 적용; p < 0.05를 유의미로 간주했다.
나노물질
초록 나노바이오센서는 화학 및 생물학적 제제를 감지하고, 신호 변환기 표면에 고정된 생물학적 인식 요소와 생리활성 분자 사이의 물리화학적 검출을 통해 의미 있는 데이터로 변환하는 편리하고 실용적이며 민감한 분석기입니다. 빠르고 정확하며 신뢰할 수 있는 작동 특성 덕분에 나노바이오센서는 임상 및 비임상 응용, 침대 옆 검사, 의료 섬유 산업, 환경 모니터링, 식품 안전 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 이러한 중요한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 수행합니다. 따라서 바이오센싱 인터페이스의 설계는 나노바이오센서의 성능을 결정하
초록 산화물/금속/산화물(OMO) 다층 구조는 박막 태양전지 전면 전극으로 투명 전도성 산화물(TCO)을 대체합니다. 이 다층 구조는 전체 전극 두께를 줄일 뿐만 아니라 간섭 효과를 이용해 셀 색상 구현도 가능합니다. 그러나 시트 저항과 기생 흡수는 금속 층에 크게 의존하므로 태양전지 고효율 달성을 위해 추가 감소가 필요합니다. 본 논문에서는 Cu(In,Ga)Se₂(CIGS) 박막 태양전지 성능 향상을 위해 OMO 전극에 AgOₓ 웨팅 층을 적용했습니다. AgOₓ 웨팅 층이 다층 전극 투과율과 전도성을 높이는 효과적 수단임을 보였습
