[논문]얇은 오일쉘 이중에멀젼을 이용한 고효율 단분산성 하이드로젤 마이크로 입자 생산

김병진; 정혜선; 최창형

doi:10.9713/kcer.2022.60.1.139

얇은 오일쉘 이중에멀젼을 이용한 고효율 단분산성 하이드로젤 마이크로 입자 생산
Highly Efficient Production of Monodisperse Poly(ethylene glycol) (PEG) Hydrogel Microparticles by Utilizing Double Emulsion Drops with a Sacrificial Thin Oil Shell 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.60 no.1, 2022년, pp.139 - 144

김병진 (대구한의대학교 화장품공학부) , 정혜선 (대구한의대학교 화장품공학부) , 최창형 (대구한의대학교 화장품공학부)

초록
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본 연구는 미세유체기술을 기반으로 매우 간단하고 효율적인 단분산성 하이드로젤 마이크로 입자 제조 방법을 제안하였다. 구체적으로, 유리모세관 미세유체장치 내에서 형성된 이중에멀젼은 자외선기반 자유라디칼 중합에 의해 빠르게 고형화가 이루어진다. 수용액에 분산됨과 동시에 계면활성제의 부족으로 인해 얇은 오일쉘은 자발적으로 분리되어, 단분산성 하이드로젤 입자를 형성하였다(C.V.=1%). 본 연구의 결과는 water-in-oil (w/o) 단일에멀젼 기반의 제조 방법과 달리 오일 부피를 최소한으로 사용하여 크기 및 조성 제어가 가능한 단분산성 하이드로젤 입자의 제조가 달성될 수 있음을 보여준다. 마지막으로, 상도표를 기반으로 미세유체장치 내 유동 패턴에 대한 심층 연구는 상대적인 부피 유속들 간의 중요한 상관관계를 나타내며 하이드로젤 마이크로 입자의 안정적인 제조를 위한 실험적 근거를 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

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 emulsion-based 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.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. One-step capillary microfluidic production of PEG hydrogel microspheres by utilizing double emulsion drops with a sacrificial oil shell. (A) Schematic diagram showing the glass capillary microfluidic device used to prepare double emulsion drops. These drops are crosslinked via UV-induced free radical polymerization and collected in water to separate the oil shell from the polymerized microspheres. (B) Optical micrograph showing the formation of double emulsion drops that flow through the collection capillary. (C) Schematic diagrams and (D) the corresponding micrographs showing the sequence of hydrogel microparticle (E) Bright-field micrograph of hydrogel microspheres with uniform size. (F) Size distribution of the hydrogel microsphere (CV=1%). Scale bars represent 200 μm.
그림 Fig. 2. Hydrogel microsphere with controlled sizes (A) Optical micrographs of microspheres with varying particle sizes. (B) Plot of particle size versus flow rates of outer phase (Q_outer). Scale bars represent 200 μm.
그림 Fig. 3. Flow patterns generated in the capillary microfluidic device. (A) Phase diagram showing flow behavior as a function of flow rate of the prepolymer solution (Q_Inner, y axis) and the middle oil phase (Q_M). (B) Optical micrographs showing (a) dripping, (b) Jetting, (c) no emulsion, which are denoted as solid, open square, and cross, respectively. Scale bars represent 200 μm.
그림 Fig. 4. Production of monodisperse hydrogel microparticle with varying compositions. (A, B) Optical micrographs and (C, D) corresponding size distribution plot of hydrogel microsphere consisting of 50% and 100% PEG-DA. Scale bars represent 200 μm.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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