박테리아 셀룰로오스 기술에 TOPSIS 알고리즘 적용

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2755(2023) 이 기사 인용

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테스트 시스템에서 수소 결합의 재분배에 참여하는 3가 알코올인 글리세롤의 도움으로 박테리아 셀룰로오스, 알지네이트 및 젤라틴을 사용하여 다성분 하이드로겔을 개발했습니다. 형성된 복합 하이드로겔의 물리적/화학적 특성을 구조적으로 특성화하기 위해 도구적 기술인 FTIR, XRD, SEM 및 TGA를 사용했습니다. 지수 방정식을 사용하여 하이드로겔의 팽윤 거동을 평가했습니다. 형성된 하이드로겔에 모델 약물(메틸렌 블루-MB)을 통합함으로써, 방출용 배지 용액이 4개의 서로 다른 pH에서 제조된 MB의 방출 특성을 연구하기 위한 실험이 진행되었습니다. pH 2.8, 6, 7.4, 9에서 최대 누적 약물 방출은 각각 42.8, 63, 80, 84.5%였다. 데이터 피팅 과정은 5가지 동역학 모델(Korsmeyer-Peppas, Higuchi, Hopfenberg, 0차 및 1차 방정식)을 사용하여 수행되었으며, TOPSIS 알고리즘 기법을 적용하여 각 pH에서 선호되는 동역학 모델을 추정했습니다. MB와 관련된 하이드로겔의 흡착 용량은 이 관계의 열역학적 특성을 정량화하는 동안 결정되었습니다(\(\Delta{\text{H}}_{\text{ad}}^{0}= \text{ } - \text{99.95 kJ} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1}}\) 및 \(\Delta{\text{S}}_{\text{ad} }^{0}= -\text{0.237 kJ} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1}} {\text{K}}^{-{1}} \)). 본 연구의 결과는 약물 전달 시스템에서 개발된 복합 하이드로겔의 잠재적인 용도에 유리한 것이었습니다.

최근 의학계에서는 생체적합성, 생분해성, 무독성 등의 이유로 생체고분자 기반 복합 하이드로겔의 사용에 대한 관심이 집중되고 있으며, 천연고분자 중에서는 박테리아 셀룰로오스(BC)가 가장 널리 사용되고 있다1.

Gluconacetobacter hansenii의 셀룰로오스 합성 효소에 의한 셀룰로오스 합성의 동역학에 대한 최근 연구는 관련 과정을 자세히 보여주었습니다. 여기서 개시, 신장 및 종료(효소에서 합성된 셀룰로오스의 방출)는 구조적 질서가 점진적으로 증가하고 단계적으로 증가하는 3단계입니다. -단계 2: 글리코시드 공유 결합을 통해 상호 연결된 D-글루코스 단위의 형성된 사슬의 평행 정렬은 세로 방향인 반면, 수소 결합(간/내부 연결) 및 반 데르 발스 힘은 궁극적으로 천연 셀룰로오스에 할당될 수 있는 얽힌 구조를 셀룰로오스 I 미세섬유로 제공합니다. (형성된 셀룰로오스 I의 길고 얽힌 사슬의 규칙적인 패턴은 구조 전체에 걸쳐 유지될 수 없으며 파라결정질은 이러한 구조적 고려의 결과입니다)3. 여러 개의 미세섬유가 광범위하게 결합되어 리본 구조가 형성되고 서로 쌓여 박테리아 세포 외부에 배치됩니다3. 이러한 유형의 구조는 복잡성이 높으며 미생물 생물막3으로 분류되는 세포 보호 범위 역할을 합니다. 앞서 언급한 층은 생산자 박테리아가 생물학적 및 비생물적 요인으로 인해 손상이 발생할 수 있는 환경적 스트레스에 더 잘 대처할 수 있는 능력을 제공합니다.

알지네이트(Alg)는 조류에서 추출된 천연 다당류이며, β-d-만누론산과 α-l-굴루론산은 이 중합체의 구성성분으로, 이들 우론산은 다가 금속 존재 하에서 가교 과정에 광범위하게 참여할 수 있습니다. 양이온. 알기네이트 중합체는 결국 "계란 상자" 구조의 파괴점에 도달하여 칼슘 이온을 선호하는 것으로 집중하고 이를 카르복실산염 그룹의 나트륨 이온으로 대체합니다. 이러한 유형의 실험(전자 상자성 공명 방법으로 모니터링되는 네트워크를 통한 칼슘 이온 확산)은 폴리머 사슬 사이의 거리를 증가시킬 가능성이 높습니다4.