안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
PNIPAm(폴리 N-아이소프로필아크릴아마이드)은 온도 변화에 따라 수용액 상태에서 형태가 극적으로 바뀌는 대표적인 열반응형 고분자입니다. 기본적으로 순수한 PNIPAm의 최저 상혼합 온도(LCST)는 약 32°C입니다. 이 온도를 기점으로 친수성 대 소수성 비율을 조절해 LCST를 바꿀 수 있는 화학적 원리와 조절 방법, 그리고 제약 산업에서의 활용에 대해 아는 범위에서 설명해 드릴게요.
PNIPAm은 LCST 이하에서는 물과의 수소 결합으로 녹지만, 온도가 올라가면 수소 결합이 깨지고 소수성 상호작용이 우세해져 뭉쳐지게 됩니다. 이때 친수성 작용기 비율을 높이면 수소 결합이 증가하여 LCST가 상승하고, 소수성 작용기 비율을 높이면 낮은 온도에서도 쉽게 응집되어 LCST가 하강합니다. 작용기 비율은 NIPAm 단량체 합성 시 친수성 또는 소수성 단량체를 섞는 공중합으로 조절합니다.
제약 산업에서는 PNIPAm의 LCST가 체온과 가깝다는 점을 활용합니다. 체온에서 수축하며 약물을 방출하는 표적 약물 전달 시스템이나, 온도 변화만으로 세포 손상 없이 배양 세포를 회수하는 세포 시트 공학 등에 핵심 소재로 쓰입니다.
또한, 온도를 살짝 바꾸는 것만으로 특정 단백질, 항체, DNA 등을 선택적으로 흡착했다가 떨어뜨리는 진단용 센서 및 바이오 물질 정제 시스템에 활용되기도 합니다.