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Title Page

Contents

ABSTRACT 12

Chapter 1-1. Optimized Nanodiamonds-composited poly(ε-caprolactone) electrospun fibrous matrices for potential bone regeneration 15

ABSTRACT 16

Introduction 17

Materials and methods 21

Results and discussion 26

Conclusion 38

Reference 39

Chapter 1-2. Fabrication of Polyaniline-grafted nanodiamonds for enhanced photothermal tumor therapy 42

ABSTRACT 43

Introduction 44

Materials and methods 47

Results and discussion 52

Conclusion 73

Reference 74

Chapter 1-3. Fabrication of Alendronate-conjugated Nanodiamonds for Enhancing Osteogenic Differentiation 79

ABSTRACT 80

Introduction 81

Materials and methods 84

Results and discussion 91

Conclusion 107

Reference 108

Chapter 2-1. Fabrication of Simple Microfluidic Device with Silica Capillary for Production of Uniform Microspheres 113

Abstract 114

Introduction 115

Materials and methods 119

Results and discussion 123

Conclusion 135

Reference 136

국문초록 144

List of Tables

Table 1-1. PCL and ND/PCL fibrous matrices electrospinning conditions. 37

List of Figures

Fig. 1-1. Photographs of the PCL solutions and ND/PCL fibrous matrices. 31

Fig. 1-2. PCL and ND/PCL fibrous matrices SEM images. 32

Fig. 1-3. Mechanical strength analysis. 33

Fig. 1-4. Cell proliferation. 34

Fig. 1-5. ALP activity. 35

Fig. 1-6. Alizarin Red S staining. 36

Fig. 2-1. PAN-ND synthesis. 60

Fig. 2-2. FT-IR spectrum. 61

Fig. 2-3. UV/vis/NIR absorption, color change images, and pH change. 62

Fig. 2-4. UV/vis/NIR absorption spectra during polymerization. 63

Fig. 2-5. UV/vis/NIR absorption spectra with aniline concentrations. 64

Fig. 2-6. Size and zeta-potentials. 65

Fig. 2-7. SEM images. 66

Fig. 2-8. UV/vis/NIR absorption spectra with pH. 67

Fig. 2-9. Photothermal effect. 68

Fig. 2-10. Photothermal effect with pH. 69

Fig. 2-11. Cell viability. 70

Fig. 2-12. Cellular uptake. 71

Fig. 2-13. Cell viability after laser irradiation. 72

Fig. 3-1. Alen-NDs synthesis, size, zeta-potentials, and SEM images. 99

Fig. 3-2. Cell Viability. 100

Fig. 3-3. Cell proliferation. 101

Fig. 3-4. LIVE/DEAD staining. 102

Fig. 3-5. Confocal images. 103

Fig. 3-6. Flow cytometry analysis. 104

Fig. 3-7. ALP activity and calcium contents. 105

Fig. 3-8. RT-PCR analysis. 106

Fig. 4-1. Concept of the microfluidic device. 130

Fig. 4-2. Microscopic images of emulsion droplet generation, size, and... 131

Fig. 4-3. Time-lapse images of droplet formation. 132

Fig. 4-4. SEM images. 133

Fig. 4-5. Microscopic images of emulsion droplet generation, size, and... 134

초록보기

본 논문은 잠재적인 암 및 골다공증 치료를 위한 기능성 나노다이아몬드의 제작과 유체 장치를 사용한 나노겔 및 나노지질의 설계에 대해 설명한다. 나노다이아몬드(ND)로 합성된 폴리(ε-카프로락톤)(PCL) 섬유질 매트릭스는 경조직 재생을 위해 전기방사를 사용하여 제작되었다. 1wt% ND 합성 ND/PCL 매트릭스는 가장 높은 영률과 인장 강도를 나타냈다. 1 wt% ND를 포함하는 ND/PCL 매트릭스는 MC3T3-E1의 가장 높은 세포 증식, 알칼리성 인산 활성 및 칼슘 침착 증가를 나타냈다. 높은 인장 강도와 향상된 골아세포 활성을 갖는 ND/PCL 매트릭스는 골 재생 및 치과 조직 공학을 위한 유망한 재료이다. 폴리아닐린이 접목된 나노다이아몬드(PAN-ND) 나노입자는 효율적인 광열치료(PTT)를 위해 제작되었다. 구형이고 더 작은 크기를 갖는 PAN-ND는 궁극적으로 더 높은 세포 흡수 효율을 나타낸다. 물에 분산된 PAN-ND의 온도는 5분 동안 레이저 조사 후 44.4 ℃로 증가하여 종양 부위에서 광열 효과가 향상되었다. 레이저 조사 후 PAN-ND로 처리된 HeLa 세포의 생존율은 20% 미만으로 감소하여 효율적인 광열 종양 치료를 시사한다. 알렌드로네이트 접목 나노다이아몬드(Alen-NDs)는 조골 MC3T3-E1 세포의 증식과 분화에 미치는 영향을 평가하기 위해 제작되었다. ND와 Alen-ND를 처리한 MC3T3-E1 세포의 증식률은 감소하였다. ND 및 Alen-ND의 처리는 세포 형태를 섬유아세포 형태에서 직육면체 형태로 변화시켰다. 유세포 분석, 알칼리성 인산 가수분해효소(ALP) 활성, 칼슘 침착 및 실시간 중합효소 연쇄 반응(RT-PCR)을 통해 Alen-ND로 처리된 MC3T3-E1 세포가 골형성 배지 및 ND에 비해 분화 수준이 더 높음을 확인했다. Alen-NDs는 골형성 분화를 유도하여 골다공증 치료를 위한 잠재적 치료제로 사용될 수 있다.

미세유체장치는 실리카 모세관(내경 50 μm, 외경 150 μm)을 사용하여 간단하게 제작되었다. 이 장치는 수/유(O/W) 에멀젼 방울을 쉽게 생성할 수 있다. 에멀젼은 크기가 약 75 μm로 줄어들 수 있으며 2.6%의 변동 계수로 균일한 크기를 갖는다. 이 장치는 또한 친수성을 부여하기 위해 PDMS-폴리(에틸렌 글리콜)을 사용하여 유기 용매를 사용하는 고분자 마이크로비드를 생산한다. 우리는 전기방사된 폴리(ε-카프로락톤)(PCL) 미세섬유 매트릭스와 3D 프린팅 패턴을 템플릿으로 사용하여 미세섬유 채널이 잘 연결된 새로운 유형의 폴리디메틸실록산(PDMS) 미세유체 칩을 개발했다. 미세 섬유 템플릿 미세 유체 칩(MTMC)은 미세 섬유 채널 사이의 많은 작은 미세 구멍 접합부에서 다중 유화를 통해 나노 규모의 에멀젼 및 구체를 생성할 수 있다. MTMC는 각각 2.84 μm - 83.6 nm 및 1.03 μm - 45.7 nm의 높은 생산량의 유/수 에멀젼 및 폴리에틸렌 글리콜-디아크릴레이트(PEG-DA) 입자를 생성할 수 있다. MTMC에서 PEG-DA 마이크로스피어의 캡슐화 효율은 초음파 처리에 의해 제작된 마이크로스피어의 캡슐화 효율보다 높았다. MTMC는 에멀젼과 구체의 대규모 연속 생산을 위한 강력한 플랫폼으로 사용할 수 있다.

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