PAA-b-LCP-functionalized nematic liquid crystal double emulsion prepared by microfluidics for application to glucose biosensors : 마이크로플루이딕스를 이용한 PAA-b-LCP 기능화 네마틱 액정 이중 액적 제조 및 바이오 바코드에의 적용

국문 초록 (Abstract)

액정은 외부 자극에 민감하게 변화하고 광학적 특성으로 인하여 센서로 응용하는 데 적합하다. 본 연구에서는 이러한 액정을 마이크로 플루이딕스 기술과 융합하여 균일한 크기의 액정 이중 액적을 제조하였다. 다양한 액정 종류 가운데 상온에서 네마틱 상태인 4-cyano-40-pentylbiphenyl (5CB) 를 사용하였고 액적의 안정성을 유지하는 동시에 배향 변화를 유도하는 Poly(vinyl alcohol) (PVA) 와 Sodium dodecyl sulfate (SDS) 를 사용하여 이중 액적 내외부의 배향 차이에 따른 구조를 관찰하였다. 이러한 구조들은 외부 물 상의 배향 유도 물질을 치환함으로써 가역적으로 구조의 변화가 일어나는 것을 확인하였다. 이전에 수행된 연구에서 PAA-b-LCP로 기능화된 5CB 단일 에멀전 (5CBPAA)은 고분자 전해질인 PAA의 pKa값을 기준으로 radial과 bipolar의 구조를 띠었다. 표면에 glucose oxidase (GOx)를 고정시킨5CBPAA단일 에멀전은 glucose와의 기질특이성으로 인하여 ridial에서 bipolar로 변화하는 구조를 관찰함으로써 바이오 센서로 적용할 수 있었다. 내부 물상에 SDS/TWEEN 80 혼합 수용액을 포함하는 5CB 이중 에멀전 또한 GOx가 고정된 PAA-b-LCP로 기능화 시키는 것 (SDS/TWEEN80DEDPAA)이 가능함을 확인하였다. 효소 반응이 일어남에 따라 외부 환경 pH값이 낮아지므로SDS/TWEEN80DEDPAA의 외부 액정 분자 구조가 homeotropic에서 planar로 변화하였다. 또한 특정 물질인 glucose와 선택적으로 반응하였으므로 성공적으로 글루코오스 바이오 센서로 적용될 수 있음을 증명하였다. 나아가 내부 물상에 색깔 차이를 부여한다면 특정 성질을 띠는 에멀전을 구분할 수 있으므로 다중 검출 시스템으로도 적용될 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. INTRODUCTION
• 1. Glucose biosensor 1
• 2. Double emulsion droplet (DED) 3
• 3. Liquid crystals (LCs) 4
• 4. Droplet-based microfluidics 14
• 5. pH responsive 5CB droplet coated with PAA-b-LCP 21
• Ⅱ. EXPERIMENTAL
• 1. Materials 26
• 2. Synthesis of PAA-b-LCP via RAFT polymerization 27
• 2.1 Synthesis of macroinitiator (PtBA-b-MCPDB) 27
• 2.2 Synthesis of PtBA-b-LCP 27
• 2.3 Synthesis of PAA-b-LCP 29
• 3. Device fabrication 29
• 4. 5CB double emulsion (5CB DED) induced by different anchoring 30
• 5. SDS-TWEE80DEDPAA generation 32
• 6 Immobilization of the GOx 32
• 7. Measurement 33
• Ⅲ. Results and discussion
• 1. Preparation of 5CB DED 34
• 2. Synthesis of PAA-b-LCP 36
• 3. Control of size of the 5CB DED with flow rates 38
• 4. Functionalized 5CB DED with SDS and PVA 41
• 5. Functionalized 5CB DED with PAA-b-LCP 50
• 6. Glucose biosensor with 5CB DEDPAA-GOx 52
• Ⅳ. Conclusion 56
• Ⅴ. References 57
• VI. 국문초록 66