가스를 연속상으로 사용한 미세 유체장치 시스템에 의해 제조된 균일한 소프트 하이드로겔 센서

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 연속상을 액체가 아닌 공기를 사용한 미세유체 장치로 제조된 고도로 균일한 다공성 고분자 입자인 micro Polydiacetylene (PDA) composite hydrogel bead를 센서로 사용하여 soft hydrogel sensor의 새로운 제조법을 제안한다. 마이크로 유체 장치를 사용하여 공기와 alginate 용액을 별도의 입구로 공급하고, alginate 용액은 장치 출구에서 공기 흐름으로 인한 전단 응력에 의해 좁아졌다. 이 장치를 이용하여 gas 압력 세기에 따라 하이드로젤의 크기가 180 μm ~ 400 μm의 균일한 비드를 얻었다. Alginate 기반 하이드로젤은 생체 적합성, 생분해성 및 비독성과 같은 독특한 특성으로 인해 생체 의학 및 화학 분야에서 널리 활용되고 있다. 하이드로젤 입자의 크기와 모양을 조절하는 것은 약물 전달 및 세포 캡슐화와 같은 응용뿐만 아니라 비색 센서에서도 유용하다. Alginate 분자에는 carboxyl acid group(-COO-)이 포함 되어 있어 alginate의 음전하를 결정한다. 전하 상호작용을 통해 양이온 이분자들이 alginate 고분자 체인의 G-블록에 결합하여 crosslink를 형성하고 이는 계란 상자와 같은 구조를 만든다. 수화 상태로 된 PDA 센서 시스템은 수용액 상에서 생물 분자를 감지하기에 매우 유용하지만 몇 가지 불편한 제한 사항이 있다. 첫째, PDA liposomes은 환경 조건에 따라 오랜 시간 동안 응집하거나 중합될 수 있다는 제한이 있다. 대부분의 PDA 수화 센서 시스템은 한 종류의 대상만을 인식할 수 있어 다중 대상 감지 능 력이 부족하다. 또한 이 균일한 용액 감지 체계에서는 탐지용 PDA liposome이 대 상 분석물이 소개되는 용액에 분산되어 균일한 희석으로 인해 제한된 감도를 가진다. 이러한 제한 사항을 극복하기 위해 hydrogel 내부에 composite을 하는 것을 제안한다.

목차 (Table of Contents)

• Figure contents ⅲ
• Content of table vi
• 초록 ⅵi
• 1. 서론 1
• 2. 연구 목표 3
• 3. 실험 방법 4
• 3.1 실험 재료 4
• 3.2 PDA liposomes 의 제조 4
• 3.3 Gas shearing 미세유체 장치의 제조 5
• 3.4 PDA composite hydrogel bead 의 제조 . 6
• 3.4.1 실험 설정의 개략도 6
• 3.4.2 PDA composite hydrogel bead 의 형성 . 6
• 3.5 Gas shearing 미세유체 장치의 simulation 7
• 3.6 Soft hydrogel sensor 의 solvent 응답. 7
• 3.7 soft hydrogel sensor 의 solvatochromism . 7
• 3.8 Two phase gas shearing 미세유체 장치 8
• 3.8.1 미세유체 장치의 제조 8
• 3.8.2 Encapsulated PDA hydrogel bead 의 형성 8
• 3.9 Image 분석 . 9
• 4. 결과 및 고찰 12
• 4.1 Gas shearing 미세유체 장치의 계략도 12
• 4.1.1 실험 설정의 계략도 12
• 4.1.2 Alginate hydrogel bead 최적화 12
• 4.2 PDA composite hydrogel bead 의 제조 및 분석 18
• 4.2.1 PDA composite hydrogel bead 의 제조 18
• 4.2.2 PDA composite hydrogel bead 의 sem 분석 19
• 4.2.3 PDA composite hydrogel bead 의 confocal 분석 19
• 4.2.4 PDA composite hydrogel bead 의 raman 분석 19
• 4.3 Gas shearing 미세 유체장치 시스템의 CFD 시뮬레이션 25
• 4.3.1 연구문제 진술 25
• 4.3.2 Governing equations 및 numerical method 26
• 4.4 다양한 용매에서 제조된 soft hydrogel bead 의 비색 반응 33
• 4.5 제조된 soft hydrogel bead 의 solvatochromism 36
• 4.6 Two phase gas shearing 미세 유체장치 시스템의 최적화 40
• 4.7 Encapsulated PDA hydrogel bead 의 thermochromism 44
• 5. 결론 . 47
• 6. 참고문헌 48
• 7. English abstract . 53