미세유체 장치에서 부분젤화법을 이용한 단분산성 펙틴 하이드로젤 미세섬유의 제조

진시형(Si Hyung Jin),김채연(Chaeyeon Kim),이병진(Byungjin Lee),심규락(Kyu-Rak Shim),김동영(Dong Young Kim),이창수(Chang-Soo Lee) 한국청정기술학회 2017 청정기술 Vol.23 No.3

본 연구는 미세유체 장치에서 매우 균일한 펙틴 하이드로젤 미세섬유를 부분젤화법을 통해 손쉽게 제조하는 방법을 소개한다. 펙틴 수용액과 이와 섞이지 않는 칼슘이 분산된 오일용액 사이의 수력학적 변수들을 조절하여 펙틴 수용액의 흐름을 안정적으로 늘어진 유동을 형성하고 두 상의 계면에서 칼슘 이온의 킬레이트화 반응으로 펙틴 수용액을 부분젤화 시킨다. 부분젤화된 펙틴 수용액은 미세유체 장치 외부의 염화칼슘 수용액에서 오일 용액과 상분리 되고 완전히 젤화되어 미세섬유로 제조된다. 펙틴 하이드로젤 미세섬유의 굵기는 초기 주입되는 펙틴 수용액의 부피유속을 조절함으로써 재현성 있게 제어된다. 제조된 펙틴 하이드로젤 미세섬유의 직경은 200에서 500 마이크로미터 범위이며 모든 두께 조건에서 5% 이하의 변동계수를 가짐으로써 매우 균일함을 증명하였다. 또한 펙틴 하이드로젤 미세섬유에 생체물질을 단일공정으로 고정화 함으로써 생체물질 담지체나 조직공학의 지지체로써 사용될 수 있는 가능성을 보여준다. This study introduces a method to easily fabricate highly monodisperse pectin hydrogel microfibers in a microfluidic device by using partial gelation. The hydrodynamic parameters between the pectin aqueous solution and the calcium ions containing oil solution are precisely controlled to form a stable elongation flow of the pectin aqueous solution, and partial gelation of the pectin aqueous solution is performed by the chelating of the calcium ions at the interface between the two phases. The partially gelled pectin aqueous solution is phase-separated from the oil solution in an aqueous calcium chloride solution outside the microfluidic device and is completely gelled to produce monodisperse pectin hydrogel microfibers. The thickness of the pectin hydrogel microfiber is controlled in a reproducible manner by controlling the volumetric flow rate of the initially injected pectin aqueous solution. The pectin hydrogel microfibers were 200 to 500 micrometers in diameter and had a coefficient of variation below 5% under all thickness conditions, indicating that the pectin hydrogel microfibers produced by partial gelation are highly monodisperse. In addition, biomaterials can be immobilized to the pectin hydrogel microfibers produced by a single process, demonstrating the possibility that our pectin hydrogel microfiber can be used as carriers for biomaterials or tissue engineering.

미세유체의 효율적인 액적 합류를 위한 정체현상 조절

진시형 ( Si Hyung Jin ),김종민 ( Jong Min Kim ),장성찬 ( Sung Chan Jang ),노영무 ( Young Moo Noh ),이창수 ( Chang Soo Lee ) 한국화학공학회 2014 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.52 No.1

본 연구에서는 미세액적을 효과적으로 합류시키기 위하여 미세기둥 구조들에 따른 영향 및 정체 현상 조절에 관한 연구를 수행하였다. 최적의 미세액적 합류조건을 찾기 위하여 매우 정교하게 조절이 가능한 미세 밸브를 접목하였다. 수용성 미세액적은 연속상으로 0.5 wt% Span 80이 함유된 미네랄 오일을 사용하였다. 합류과정은 미세유체 칩 내부 에 위치한 미세기둥의 구조와 배치를 통해 액적 주위의 압력과 액적 내부의 라플라스 압력의 차이를 조정하여 수행된 다. 마지막으로 최적의 합류 구조를 지닌 미세유체시스템에서 효소 생화학반응 실험을 수행함으로써 본 장치가 생물 학 및 생화학 실험을 수행하는 유용한 도구로서 사용될 수 있음을 입증하였다. Here, we demonstrated the optimum design of pillar microstructure for efficient microdroplet merging. The microfluidic device mainly consisted of programmable microvalves and pillar microstructures. Based on the system, aqueous droplets were continuously generated at T-junction using actuating of integrated programmable microvalaves under the immiscible continuous fluid (mineral oil containing 0.5 wt% Span 80). The principle of merging process depended on the competitive correlation of hydraulic pressure of continuous phase and Laplace pressure of the droplet. We found that the design of the micropillars controls above two pressures. Finally, it was demonstrated that the microfluidic system could be able to efficient biochemical reaction. We expect that the microfluidic system is useful analytical or reaction tools in fundamental science, biotechnology, and chemical engineering.

주사기 바늘 기반의 미세유체 장치를 이용한 단분산성 PEGDA 입자의 제조

진시형 ( Si Hyung Jin ),김태완 ( Taewan Kim ),오동석 ( Dongseok Oh ),강경구 ( Kyoung-ku Kang ),이창수 ( Chang-soo Lee ) 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.1

본 연구는 주사기 바늘 기반의 미세유체 장치에서 균일한 polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) 입자를 제조하는 새로운 방법을 소개한다. 미세유체 장치는 다양한 규격의 기성품들을 별도의 장비없이 조립하여 제작된다. 이 미세유체 장치에서 광개시제를 포함한 PEGDA 분산상과 오일의 연속상의 부피유속을 제어하여 단분산성 PEGDA 액적을 형성한다. PEGDA 액적은 장치의 말단에서 자외선 조사에 의해 입자로 중합된다. 입자의 크기는 부피유속과 미세유체 장치의 규격을 조절하여 손쉽게 제어되며 입자의 단분산도는 변동계수(coefficient of variation)값이 2.57%로 계산된다. PEGDA입자의 생물학적 응용을 증명하기 위해서 세포를 함입시키고 증식과 생존을 관찰한다. This study presents a novel method for preparing monodisperse polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) microparticles in a dispensing needle based microfluidic device. The microfluidic devices are manufactured by manually assembling various off-the-shelf products without using additional equipment. In this microfluidic device, the volumetric flow rates of the dispersed phase of PEGDA solution and the continuous phase of oil are controlled to generate monodisperse PEGDA droplets. The PEGDA droplet contains photo-initiator thus it is crosslinked to microparticle by photopolymerization at the ends of the device. The particle size is easily controlled by adjusting the volume flow rate and the size of the microfluidic device. The monodispersity of the particles is calculated by a coefficient of variation of 2.57%. To demonstrate the biological applications of PEGDA particles, cells are encapsulated and observed for proliferation and viability.

은 나노입자 전극과 패러데이 모트를 이용한 미세유체 피코리터 주입기의 전압효율 상승

노영무 ( Young Moo Noh ),진시형 ( Si Hyung Jin ),정성근 ( Seong Geun Jeong ),김남영 ( Nam Young Kim ),노창현 ( Chang Hyun Rho ),이창수 ( Chang Soo Lee ) 한국화학공학회 2015 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.53 No.4

본 연구에서는 패러데이 모트를 사용한 기존의 피코리터 주입용 미세유체 칩에 은 나노입자를 이용한 전극을 추가하여 전압을 낮추며 효율을 높이는 실험을 수행하였다. 먼저, 복잡한 제조공정에서 탈피하여 은 나노입자 용액을 한 방울 떨어뜨리는 간단한 과정만으로 미세유체 피코리터 주입기 내에 전극을 제조하였다. 본 개념을 통한 은 나노입자 전극과 패러데이 모트가 통합된 미세유체 칩은 은 나노입자 전극을 사용하지 않는 기존 미세유체 칩의 피코리터 주입 시작 전압인 260 V 보다 낮은 전압인 180 V에서 피코리터 주입이 작동되었다. 또한 미세유체 피코리터 주입기는 피코리터 주입 부피를 7.5 pL부터 27.5 pL까지 정밀하게 조절할 수 있음을 주된 장점으로 하고 있다. 본 미세유체 피코리터 주입기는 미세유체 시스템의 새로운 기능을 설계함으로써 각 연구분야를 탐구할 유용한 플랫폼으로 기대되고 있다. This study presents modified microfluidic picoinjector combined Faraday moat with silver nanoparticle electrode to increase electrical efficiency and fabrication yield. We perform simple dropping procedure of silver nanoparticles near the picoinjection channel, which solve complicate fabrication process of electrode deposition onto the microfluidic picoinjector. Based on this approach, the microfluidic picoinjector can be reliably operated at 180 V while conventional Faraday moat usually have performed above 260 V. Thus, we can reduce the operation voltage and increase safety. Furthermore, the microfluidic picoinjector is able to precisely control injection volume from 7.5 pL to 27.5 pL. We believe that the microfluidic picoinjector will be useful platform for microchemical reaction, biological assay, drug screening, cell culture device, and toxicology.

PEO-PPO-PEO 블록 공중합체를 이용한 PDMS의 친수성 표면 개질 방법

이병진 ( Byungjin Lee ),진시형 ( Si Hyung Jin ),정성근 ( Seong-geun Jeong ),강경구 ( Kyoung-ku Kang ),이창수 ( Chang-soo Lee ) 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.6

본 연구에서는 Poly (dimethylsiloxane) (PDMS)의 높은 소수성과 생체분자들의 비특이적 흡착 문제를 해결하기 위해 PEO-PPO-PEO 블록 공중합체의 포매(embeddeing) 방식을 이용하여 손쉬운 표면 개질 및 이의 최적화 조건을 조사하였다. 친수성 표면 개질의 특성은 PDMS 내에 포매된 블록 공중합체의 농도, 수침(water-soaking), 및 소수성 표면으로 회복 시간 등의 영향을 평가하였다. 개질된 PDMS 표면은 알부민 단백질(2 mg/ml)까지 단백질의 비특이적 결합 방지특성을 보였으며, 또한 O/W (Oil-in-Water) 에멀젼을 쉽게 형성할 수 있었다. In this study, we optimized a method of PEO-PPO-PEO block copolymer embedding, for solving non-spe-cific protein and biomolecular adsorption and high hydrophobicic surface property, which is widely known as problems of poly (dimethylsiloxane) (PDMS) that has frequently been used in basic biological and its applied research. We assessed its surface modification by controlling the concentration of embedded block copolymer, water-soaking time, and recovery time as variables by contact angle measurements. In order to evaluate its antifouling ability, adsorption of FITC-BSA molecules was quantified. Furthermore, we generated oil-in-water (O/W) emulsion as a proof-of-concept experiment to confirm that the optimized surface modification works properly.

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.

골반변위 중년여성의 태권도 수련형태가 골반 교정과 골밀도, 골대사호르몬 및 혈중지질에 미치는 영향

박기용 ( Ki Yong Park ),이주희 ( Joo Hee Lee ),성민재 ( Mi Jae Sung ),진시형 ( Si Hyung Jin ),김성진 ( Sung Jin Kim ) 대한무도학회 2011 대한무도학회지 Vol.13 No.2

이 연구의 목적은 12주간의 태권 체조와 품새 태권도의 참여가 골반이 변위된 40세 이상 중년여성의 신체조성, 골반변위, 골밀도, 그리고 골대사호르몬 및 혈중지질에 미치는 영향을 규명하는데 있다. 연구의 대상은 A시에 거주하면서 골반이 변위된 40대 중년여성을 대상으로 자발적인 참여의사를 밝힌 대사적 이상이 없고, 의학적으로 특별한 질환이 없으며, 최근 1년간 규칙적인 운동에 참여하지 않은 중년여성 24명을 대상으로 태권도 수련형태에 따라 태권체조집단 12명과 품새 태권도집단 12명으로 무작위 할당되어 참가하였다. 측정된 자료는 PASW Statistics 18.0 통계프로그램을 이용하여 품새 태권도집단과 태권체조집단 간의 평균과 표준편차를 종속변인별로 구하였다. 두 집단 간의 평균비교는 사전검사 측정값을 공변인으로 하여 사후검사 측정값을 서로 비교하는 공분산분석(Analysis of Convariance)으로 분석하였으며, 통계적 유의수준은 .05로 설정하였다. 연구결과, 신체조성의 변화에서는 태권체조집단과 품새 태권도집단 모두 체중과 체지방률은 감소, 제지방률은 증가하였으며, 골반변위 차이의 변화에서는 태권체조집단과 품새 태권도집단 모두 장골 길이, 장골 넓이, 천골 넓이, 다리 길이의 균형에 효과적인 것으로 나타났다. 골밀도의 변화에서는 태권체조집단과 품새 태권도집단 모두 BMD, T-score, Z-score가 증가한 것으로 나타났으며, 골대사호르몬의 변화에서는 태권체조집단과 품새 태권도집단 모두 렙틴, 부갑상선호르몬, 인슐린 유사 성장인자-1, 성장호르몬이 증가한 것으로 나타났다. 혈중지질의 변화에서는 태권체조집단과 품새 태권도집단 모두 TC, TG, LDL-C은 감소하였으며, HDL-C은 증가하였다. 따라서 이러한 결과를 종합해 볼 때, 중년여성의 태권도 수련방법에 있어서 일련의 규정된 동작에 따른 지루함을 느낄 수 있는 품새보다 율동에 의한 유산소성 운동이 가미된 태권체조를 통해 예민할 수 있는 중년여성의 생리적인 변화에 대한 긍정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. The purpose of this study was to determine the effects of two different Taekwondo participation for 12 weeks, including Taekwon gymnastics and Taekwon ``Pumsae``, on body composition, pelvis deformation, bone mineral density, bone meabolism hormones and blood lipids in the middle-aged women with pelvis deformation. The participants included voluntarily participated 24 middle-aged women who were (a) living in A city, (b) having pelvis deformation, (c) aging over 40 years, (d) having no medical problems and metabolic dysfunction, (e) and having no regular exercise participation for last 1 year. The 24 participants were assigned to one of the two groups of the Taekwon gymnastics and Taekwon ``Pumsae.`` The statistical analysis of the experimental data was performed using the PASW Statistics 18.0. The separate analyses of covariance were used for all the dependent variables and the significant level was set at .05. There were significant decreases in body weight and body fat and significant increase in lean body mass in the both Taekwon gymnastic group and the Taekwon pumsae group. In the both groups, there was a positive change in the pelvis deformation including the balance of the length and width of the longitudinal bones, the width of the sacrum, and the length of the legs. There were significant increases in BMD, T-score, and Z-score in the both groups. There were significant increases in leptin, parathyroid hormones, insulin-like growth factor-1 and growth hormones in the both groups. In the changes of blood lipids, TC, TG and LDL-C were decreased and HDL-C was increased in both group. These results indicated that for the middle-aged women, the Taekwon Gymnestics, which aerobic exercises by rhythmic movement are included, has positive influence on the physiological changes than the Taekwon pumsae, which easily bore them by only allowing to perform the regulated movement.