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황소라(So Ra Hwang),최창형(Chang Hyung Choi),김휘찬(Hui Chan Kim),김인호(In Ho Kim),이창수(Chang Soo Lee) 한국고분자학회 2012 폴리머 Vol.36 No.2
본 연구에서는 poly(dimethylsiloxane)(PDMS) 기반의 미세유체 시스템을 이용하여 이중 에멀젼을 형성하는 방법을 구현하였다. 반응기 친수성 연속상과 표면 젖음성을 향상시키기 위해 우선 PDMS 표면과 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate(TPM)간의 졸-젤 반응을 통해 표면에 메타크릴레이트를 유도하였고, 선택적인 영역에 친수성 단량체인 아크릴산과 메타크릴레이트간의 공유결합을 유도하였다. 이를 확인하기 위해 아크릴산과 정전기적 인력 결합을 하는 염료를 통하여 선택적 표면 개질의 성공을 확인하였다. 사용된 유체로는 "spreading coefficient"를 도입 하여 시스템 내에서 이중 에멀젼을 형성하는 조건을 예측하여 물과 0.5% w/w sodium dodecyl sulfate 혼합물, 헥사 데칸 혼합물(hexadecane; 1% w/w Span80)을 선정하였다. 이를 통하여, 코어 및 쉘의 사이즈가 48.5 μm(CV:1.6%), 65.1 μm(CV:1.6%)인 단분산성 이중 에멀젼을 성공적으로 생성하였고, 유체의 유량 제어를 통하여 함입되는 코어 의 개수 조절이 가능함을 보여주었다. This study presents the preparation of double emulsions in a poly(dimethylsiloxane) (PDMS)-based microfluidic device. To improve the wettability of hydrophilic continuous phase onto a hydrophobic PDMS microchannel, the surface was modified with 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate (TPM) and then sequentially reacted with acrylic acid monomer solution, which produced selective covalent bonding between acrylic acids and methacrylate groups. For the proof of selective surface modification, tolonium chloride solution was used to identify the modified region and we confirmed that the approach was successfully performed. When water containing 0.5% w/ w sodium dodecyl sulfate and 1% w/w Span80 with hexadecane were loaded into the selectively modified microfluidic channels, we can produce stable double emulsion. Based on the spreading coefficients, we predict the morphology of double emulsions. Our proposed method efficiently produces monodisperse double emulsions having 48.5 μm (CV:1.6%) core and 65.1 μm (CV:1.6%) shell. Furthermore, the multiple emulsions having different numbers of core were easily prepared by simple control of flow rates.
마이크로채널 내 이중유화 액적 형성을 통한 마이크로캡슐 제조
남진오 ( Jin Oh Nam ),최창형 ( Chang Hyung Choi ),김종민 ( Jong Min Kim ),강성민 ( Sung Min Kang ),이창수 ( Chang Soo Lee ) 한국화학공학회 2013 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.51 No.5
In this study, we present simple microfluidic approach for the synthesis of monodisperse microcapsules by using droplet-based system. We generate double emulsion through single step in the microfluidic device having single junction while conventional approaches are limited in surface treatment for the generation of double emulsion. First, we have injected disperse fluid containing FC-77 oil and photocurable ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA) and water containing 3 wt% poly(vinyl alcohol) (PVA) as continuous phase into microfluidic device. Under the condition, we easily generate double emulsion with high monodispersity by using flow focusing. The double emulsion droplets are transformed into microcapsules under the UV irradiation via photopolymerization. In addition, we control thickness of double emulsion`s shell by controlling flow rate of ETPTA. We also show that the size of double emulsions can be controlled by manipulation of flow rate of continuous phase. Furthermore, we synthesize microcapsules encapsulating various materials for the application of drug delivery systems.
순차적 마이크로 몰딩 방법을 이용한 이방성 패치 입자 제조 기술
이병진(Byungjin Lee),최창형(Chang-Hyung Choi),김종민(Jongmin Kim),강성민(Sung-Min Kang),남진오(Jin-Oh Nam),진시형(Si-Hyung Jin),이창수(Chang-Soo Lee) 한국고분자학회 2015 폴리머 Vol.39 No.5
본 연구는 이방성 패치를 가지는 마이크로 입자의 제조를 위한 순차적 마이크로 몰딩 기술에 관한 것이다. 희석된 단량체와 젖음성 유체를 사용하여 PDMS 마이크로 몰드 상에서 1차적으로 구형의 입자를 제조하고, 물리적, 화학적 이방성을 가지는 입자를 간편하게 제조하는 기술이다. 본 연구팀은 실제 미키마우스 형태의 입자를 제조하여 제시한 방법이 실제로 구현 가능함을 입증하였고, 또한 휘발성 용매를 이용하여 단량체의 농도를 조절함으로써 미키마우스 형태 입자에서 패치의 크기를 15에서 31 μm까지 제어할 수 있었다. 더 나아가, 물리적, 화학적 특성 이방성을 동시에 가지는 정전기적 이방성 입자를 제조하였고, 수용액 상에서 전하를 가지는 형광염료를 통해 선택적인 염색을 하고 이를 형광 분석을 통해 입증하였다. 본 연구에서 제시한 마이크로 몰딩 기술은 간단한 방법으로 이방성 입자를 제조하는 것이 가능하며 이러한 방법은 자기조립 구조체를 제조하는 방법에 널리 이용이 가능할 것으로 판단한다. This study reports a simple sequential micromolding method to produce monodisperse anisotropic microparticles with precisely controllable patchy size and chemistry of compartmentalization. Specifically, our fabrication procedure involves sequential formation of primary and secondary compartments in micromolds via surface tension-induced droplet formation coupled with simple photopolymerization. We demonstrate the capability of sequential micromolding technique by generating Mickey mouse-shaped particles with precisely controllable patchy size and chemistry of compartment and the fabrication method needs no sophisticated control or expensive facilities. The micromolding technique applied in this study can control the size of patchy diameter from 15 to 31 μm by simply adjusting the concentration of photocurable monomer in ethanol. Finally, the Mickey mouse-shaped microparticles with negatively charged patches are confirmed by selective binding of positively charged fluorescence dyes. These results prove a simple, robust, and scalable fabrication of highly monodisperse and complex anisotropic microparticles in a controlled manner based on sequential micromolding.
얇은 오일쉘 이중에멀젼을 이용한 고효율 단분산성 하이드로젤 마이크로 입자 생산
김병진 ( Byeong-jin Kim ),정혜선 ( Hye-seon Jeong ),최창형 ( Chang-hyung Choi ) 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.1
This study reports a microfluidic approach to produce monodisperse hydrogel microparticles in a simple and highly efficient manner. Specifically, we produce double emulsion drops with a thin oil shell surrounding an aqueous prepolymer solution, which is solidified via UV-induced free radical polymerization. When they are dispersed in an aqueous solution, the oil shell is dewetted due to the absence of surfactants, resulting in production of highly uniform hydrogel microparticles (C.V.=1%). Results show that production of monodisperse hydrogel microparticles with controllable size and composition can be achieved with minimal use of oil unlike water-in-oil (w/o) single emulsionbased approach. Furthermore, in-depth study of flow patterns in microfluidic device using a phase diagram exhibits a crucial relationship among relative flow rates while providing windows of readily controllable parameters for reliable manufacturing of hydrogel microparticles.