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미세 채널에서 칼슘이온 물질전달을 이용한 단분산성 알지네이트 하이드로젤 입자의 실시간 젤화
In situ Gelation of Monodisperse Alginate Hydrogel in Microfluidic Channel Based on Mass Transfer of Calcium Ions 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.52 no.5, 2014년, pp.632 - 637  

송영신 (충남대학교 화학공학과) ,  이창수 (충남대학교 화학공학과)

초록
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본 논문은 가교제의 물질전달을 통한 실시간 생체고분자의 젤화 과정으로 단분산성을 갖는 구형의 알지네이트 하이드로젤을 미세유체 채널 내에서 제조하는 방법에 관한 연구이다. 먼저 미세유체 채널 내에서 단분산성 알지네이트 액적들을 형성하고 연속상에 분산된 염화칼슘 분자들의 물질전달 과정을 통해 실시간 젤화과정이 이루어지게 하여 알지네이트 하이드로젤 입자를 제조하였다. 이때, 미세유체 채널에서 형성되는 액적의 크기는 손쉽게 케필러리 수(capillary number)와 분산상의 유속 조절을 통하여 제어할 수 있다. 본 방법은 미세유체 채널 내에서 안정적인 액적을 형성할 수 있고 칼슘 가교제로 제조된 알지네이트 하이드로젤 입자들은 균일한 크기 분포를 가지며(C.V=2.71%) 유속, 점도, 및 계면장력의 조절을 통하여 $30{\mu}m$에서 $60{\mu}m$까지의 다양한 크기의 알지네이트 하이드로젤 입자를 제조할 수 있다. 본 논문에서 제시한 간단한 미세유체 접근방법을 통해 제조되는 단분산성을 갖는 알지네이트 하이드로젤 입자는 생체물질들을 손쉽게 함입(encapsulation)할 수 있으며 이는 식품, 화장품, 잉크 및 약물 등의 전달체로 활용이 가능하고 생체적합성이 뛰어나 세포이식 분야에도 활용될 가능성이 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A microfluidic method for the in situ production of monodispersed alginate hydrogels using biocompatible polymer gelation by crosslinker mass transfer is described. Gelation of the hydrogel was achieved in situ by the dispersed calcium ion in the microfluidic device. The capillary number (Ca) and th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 간단한 미세유체 채널의 제작공정을 통해 in situ에서 실시간 물질전달을 사용하여 단분산성을 갖는 구형의 알지네이트 하이드로젤을 제조하는 방법을 제안하였다. 미세유체 채널 내에서 알지네이트 하이드로젤을 제조하는 것은 높은 점도를 갖는 알긴산 나트륨 수용액으로 단분산성을 갖는 알지네이트 하이드로젤 즉, 하이드로젤을 연속적으로 제조한다는 점에서 매우 중요하다.
  • 미세유체 채널 내에서 액적을 형성하는 메커니즘에 의하면 액적의 크기는 점도, 계면장력, 유체의 속도, 젖음 성질 등에 의해 결정된다[20,21,29]. 본 연구에서는 연속상의 끊어짐 현상에 의해 액적이 형성될 때의 계면장력의 효과를 알기 위해 연속상(mineral oil) 내의 계면활성제 농도를 변화시킴에 따라 액적의 크기를 측정하였다. 이 때, 계면활성제의 농도에 따른 계면장력의 값은 12.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
알지네이트 하이드로젤을 생산하는 방법은 무엇이 있는가? 기존의 알지네이트 하이드로젤을 생산하는 방법에는 유화처리, 분무건조법, 퇴괴현상법(coacervation) 등이 있다[11-14]. 기존의 연구 방법으로 제조된 알지네이트 하이드로젤은 크기의 제어가 어려우므로 다분산성(polydispersity)을 갖는 하이드로젤을 제조하며 표준편차가 크다는 단점을 가진다.
알지네이트 하이드로젤을 제조하는 방법 중에 내부젤화법의 특징은? 미세유체 접근법을 이용하여 알지네이트 하이드로젤을 제조하는 방법에는 크게 내부젤화법, 유체 역학 집중 방법이 있다. 내부젤화법의 경우, 형성된 알지네이트 액적이 연속상에 존재하는 이가 양이온에 의해 젤화가 일어나는데 이때, 사용되는 산의 영향으로 알지네이트 하이드로젤에 함입된 세포나 기타 생물분자에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있다[22]. 또한, 유체 역학 집중 방법은 가교가 일어나지 않은 알지네이트 액적을 칼슘 수용액 내로 방출시켜 미세유체 채널 외부에서 가교를 일으키는 방법으로, 이 경우 가교되지 않은 알지네이트 액적이 갖는 높은 점도와 약한 기계적 강도 때문에 칼슘 수용액 내로 방출되기 어렵다는 한계점을 가진다[23].
하이드로젤의 용도는 무엇인가? 가교가 일어나는 친수성 고분자인 하이드로젤은 많은 양의 물을 흡수해도 용해되지 않는 특징을 가진다[1]. 하이드로젤의 우수한 생체적합성은 콘택트렌즈, 인공 장기, 약물전달시스템, 향장산업 등에 적용된다[2]. 하이드로젤은 생체 적합성뿐만 아니라 높은 함수율과 팽윤/수축 특성, 낮은 표면 장력을 지니고 있으며 액체와 고체의 중간적 성질을 가진다.
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참고문헌 (32)

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