미세유체 장치에서 부분젤화법을 이용한 단분산성 펙틴 하이드로젤 미세섬유의 제조

진시형,김채연,이병진,심규락,김동영,이창수 한국청정기술학회 2017 청정기술 Vol.24 No.3

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. 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 미세섬유로제조된다. 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 함으로써생체물질 담지체나 조직공학의 지지체로써 사용될 수 있는 가능성을 보여준다.

주사기 바늘 기반의 미세유체 장치를 이용한 단분산성 PEGDA 입자의 제조

진시형,김태완,오동석,강경구,이창수 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.7

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. 본 연구는 주사기 바늘 기반의 미세유체 장치에서 균일한 polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) 입자를 제조하는새로운 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 미세유체장치의 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.

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.

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.

2LO-9 Multiplexed digital assay in a three-dimensional paper-based microfluidic analytical device

정성근,진시형,이병진,심규락,김동영,강소립,이창수 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.1

Here, we demonstrate 3-dimensional (3D) paper-based microfluidic channels to control 3D flow for automatic multiplexed digital assay. The 3D channels were fabricated by double-sided printing and lamination process. We print and laminate asymmetrical and symmetrical wax patterns on the paper to form 3D channels, and to create 3D fluidic flow for multiplexed digital assay. The 3D channels contains lateral and vertical channel. The asymmetrical wax-patterns form lateral and vertical channels. The symmetrical wax-patterns form vertical channels when the melted wax make contact with each other. We injected red dye into inlet of channels to track 3D capillary flow in the 3D channel. We conformed that the 3D fluid flow in a thickness of a paper. Based on this concept, we created 3D devices for automatic digital assay to detect glucose and albumin. Therefore, we expect that this method could be an instrument-free and multiplexed assay format for use in developing countries.

Generation of droplets by negative pressure-induced flow without external apparatuses

김동영,진시형,이병진,이창수 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

Conventional droplet based microfluidic systems need to set up external experimental apparatuses, such as syringe pump and power supply to generate fluid. For this reason, conventional droplet based microfluidic systems have low accessibility to bio, chemical field researchers. This study demonstrates a simple method to generate droplets by negative pressure-induced flow without external apparatuses. Our method just requires simple 2-step (device degassing and solution loading) for operating the microfluidic device. We can generate droplets in various microfluidic structures, such as T-junction and flow-focusing structure by simply dispensing the continuous phase and dispersed phase into inlet reservoirs. While generating droplets with flow-focusing structure, the size of droplets, flow rate, and the rate of droplet generation were quantitatively analyzed for ca. 3 hours.

성인 독일어 학습자의 어휘학습에서 청크학습에 대한 의식 형성의 효과

이미영,진시형 한국독어독문학교육학회 2022 獨語敎育 Vol.84 No.84

Ausgehend der Perspektive des Sprachverarbeitens und der Konstruktionsgrammatik wird es in der vorliegenden Arbeit für das integrierte Lernen von Lexik und Grammatik plädiert, indem betont wird, sich die Wörter aus dem Input nicht isoliert einzuprägen, sondern sie in sinnvollen Zusammenhängen als Chunks zu lernen. Auf dieser Weise können Lernende in der Sprachverarbeitung unterstützt und zur (situativ) angemessenen Sprachverwendung befähigt werden. Hierfür scheint es notwendig zu sein, die Lernenden für das Chunk-Lernen zu sensibiliseren, indem der Begriff Chunk im Unterricht erklärt wird und dessen Funktionen in der Sprachverwendung, nämlich die Ermöglichung flüssiger und situativ angemessener Sprachverwendung, plausibel gemacht werden. Untersucht wurde in der vorliegenden Arbeit, wie die Bewusstmachung des Chunk-Lernens das Vokabellernverhalten bei koreanischen Studierenden beim Lesen von Fachtexten beeinflussen können. Während die Lernenden vor der Bewusstmachung einzelne unbekannte Wörter in einer abstrahierten Form isoliert gelernt haben, haben die Lernenden nach der Bewusstmachung versucht, im Input die zusammen zu lernenden (konventionellen) Ausdrücke zu suchen und diese in der im Input vorgekommenden konkreten Form zu lernen. Auf dieser Weise wurden nicht isolierte Wörter, sondern Ausdrücke gelernt, die die konkrete Verwendung der in der DaF-Vermittlung als wichtig zu behandelnden grammatischen Phänomene aufzeigen. Dies ermöglicht die Interpretation, dass die Sensibilisierung der Lernenden für Chunk-Lernen die Lernenden dabei unterstützt, ihre Aufmerksamkeitsspanne bei der Verarbeitung des Inputs über einzelne Wörter hinaus auf die Ebene von Sätzen zu erweitern. 외국어 교수학습의 맥락에서 학습자는 자의적이게 되기 일쑤이다. 외국어로는 모르는 단어를 열심히 사전에서 찾아서 작문 숙제를 해 가면 선생님으로부터 ‘문법에는 맞는데, 이렇게는 안 쓴다, 좀 이상하다.’ 등과 비슷한 피드백을 누구나 한번쯤은 받았을 것이다. ‘문법에는 맞다’는 것을 보면, 화용적 측면은 차치하고서도 언어사용이라는 것이 단순히 단어를 문법에만 끼워 맞추는 것은 아니라는 것을 알 수 있다. 이는 바로 언어사용자가 따르는 일정한 표현의 방식이 있다는 것을 의미하는데, 이를 익히기 위해서는 어휘학습에서 표현을 개별 단어 단위로 학습할 것이 아니라 의미있는 큰 덩어리단위의 표현(청크)으로 학습하는 것이 바람직하다. 학습할 양이 문법처럼 일정하게 정해져 있지 않고 방대한 어휘학습의 특성상 청크학습은 교재 또는 교사가 제시하여 학습하게 하는 방식에는 한계가 있다. 바람직한 것은 학습자가 읽기나 듣기 입력물을 접했을 때 청크로 학습할 수 있는 표현을 스스로 포착할 수 있는 능력을 길러주는 것일 것이다. 이를 위해서 학습자는 청크의 개념과 언어사용에서의 기능을 이해하는 것이 중요하다. 본고에서는 이러한 청크학습에 대한 의식 형성이 학습자의 어휘학습 양상을 어떻게 변화시킬 수 있는가를 독일어 전공 대학생을 대상으로 한 사례연구를 통해 조사하고자 한다. 이러한 연구는 한국의 대학생 독일어 학습자가 평소 어떠한 방식으로 어휘를 학습하고 있는지를 파악하고 바람직한 어휘학습을 위해서 어떠한 교수법적 방안이 개발되어야 하는지에 대한 숙고를 가능하게 해 줄 수 있을 것이다.

Serial dilution of droplets in the microfluidic device using suction valve

노영무,진시형,정헌호,이창수 한국공업화학회 2013 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2013 No.-

High-Throughput Screening of Y. Lipolytica Cell-Laden Alginate Gel Using Pneumatic Bilayer Valve-Based Microfluidic Sorter

김재성,진시형,이병진,김진경,오서연,이창수 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.2

Biofuels derived from microalgae showed promising potential as a future renewable bioenergy source. Here, we present a microfluidic droplet sorter (μFADS) for screening randomly mutated Yarroiwa Lipolytica library and sort out the target subsets exhibiting higher growth rate and increased lipid production First, cell-encapsulated alginate droplets are generated within the flow-focusing device, followed by alginate gelation through calcium release by lowering pH. The acetic acid in the continuous phase diffused into the droplet due to the difference in solubility, resulting in pH decrease. Then, the Y. Lipolytica cells were cultured in alginate gels that functioned as an individual micro-reactor and re-injected into μFADS to evaluate their capacity and sort target cells. As a result, the alginate gels containing cells showing 1.5 – 2 times higher growth and lipid production rate were selectively retrieved compared to the cells in the waste channel.