PEG 마이크로 섬유 제로를 위한 마이크로플루이딕 제조방법

최창형 ( Chang Hyung Choi ),정재훈 ( Jae Hoon Jung ),이창수 ( Chang Soo Lee ) 한국화학공학회 2010 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.48 No.4

Hydrogel Microcapsules with an Interstitial Thin Oil Layer: Smart Controlled Release via Diverse Stimuli

Chang-Hyung Choi(최창형) 한국고분자학회 2022 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.47 No.1

미세유체를 이용한 단분산성 이중 에멀젼 생성 방법

황소라(So Ra Hwang),최창형(Chang Hyung Choi),김휘찬(Hui Chan Kim),김인호(In Ho Kim),이창수(Chang Soo Lee) 한국고분자학회 2012 폴리머 Vol.36 No.2

본 연구에서는 poly(dimethylsiloxane)(PDMS) 기반의 미세유체 시스템을 이용하여 이중 에멀젼을 형성하는 방법을 구현하였다. 반응기 친수성 연속상과 표면 젖음성을 향상시키기 위해 우선 PDMS 표면과 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate(TPM)간의 졸-젤 반응을 통해 표면에 메타크릴레이트를 유도하였고, 선택적인 영역에 친수성 단량체인 아크릴산과 메타크릴레이트간의 공유결합을 유도하였다. 이를 확인하기 위해 아크릴산과 정전기적 인력 결합을 하는 염료를 통하여 선택적 표면 개질의 성공을 확인하였다. 사용된 유체로는 "spreading coefficient"를 도입 하여 시스템 내에서 이중 에멀젼을 형성하는 조건을 예측하여 물과 0.5% w/w sodium dodecyl sulfate 혼합물, 헥사 데칸 혼합물(hexadecane; 1% w/w Span80)을 선정하였다. 이를 통하여, 코어 및 쉘의 사이즈가 48.5 μm(CV:1.6%), 65.1 μm(CV:1.6%)인 단분산성 이중 에멀젼을 성공적으로 생성하였고, 유체의 유량 제어를 통하여 함입되는 코어 의 개수 조절이 가능함을 보여주었다. This study presents the preparation of double emulsions in a poly(dimethylsiloxane) (PDMS)-based microfluidic device. To improve the wettability of hydrophilic continuous phase onto a hydrophobic PDMS microchannel, the surface was modified with 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate (TPM) and then sequentially reacted with acrylic acid monomer solution, which produced selective covalent bonding between acrylic acids and methacrylate groups. For the proof of selective surface modification, tolonium chloride solution was used to identify the modified region and we confirmed that the approach was successfully performed. When water containing 0.5% w/ w sodium dodecyl sulfate and 1% w/w Span80 with hexadecane were loaded into the selectively modified microfluidic channels, we can produce stable double emulsion. Based on the spreading coefficients, we predict the morphology of double emulsions. Our proposed method efficiently produces monodisperse double emulsions having 48.5 μm (CV:1.6%) core and 65.1 μm (CV:1.6%) shell. Furthermore, the multiple emulsions having different numbers of core were easily prepared by simple control of flow rates.

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.

마이크로채널 내 이중유화 액적 형성을 통한 마이크로캡슐 제조

남진오 ( Jin Oh Nam ),최창형 ( Chang Hyung Choi ),김종민 ( Jong Min Kim ),강성민 ( Sung Min Kang ),이창수 ( Chang Soo Lee ) 한국화학공학회 2013 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.51 No.5

본 연구는 액적기반 미세유체 장치를 이용하여 단분산성 마이크로캡슐의 간단한 제조방법에 관한 것이다. 본 연구에서 제시한 제조 방법은 이중액적을 생성시키기 위해 기존의 복잡한 표면처리가 필요한 이중 유화과정을 대신하여 하나의 교차점을 가진 단일공정을 사용하고자 한다. 먼저, 분산상은 광중합이 가능한 ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA) 단량체와 fluorocarbon (FC-77) 오일을 사용하고 연속상은 poly(vinyl alcohol) (PVA) 수용액을 사용하였으며, 미세유체 채널 내부로 흘려 주면 하나의 교차점에 흐름이 집중되어 균일한 이중액적을 생성한다. 생성된 이중액적은 광중합을 통해 마이크로캡슐을 제조한다. 상기 방법은 ETPTA 유체의 부피유속을 조절하여 이중액적의 껍질두께 제어가 가능하고 연속상인 물의 부피유속을 조절하여 전체 직경을 제어할 수 있다. 더 나아가, 본 시스템을 사용하여 다양한 물질들을 함입한 마이크로캡슐을 제작할 수 있으며, 약물전달시스템의 응용 기술에 활용될 것으로 예측된다. In this study, we present simple microfluidic approach for the synthesis of monodisperse microcapsules by using droplet-based system. We generate double emulsion through single step in the microfluidic device having single junction while conventional approaches are limited in surface treatment for the generation of double emulsion. First, we have injected disperse fluid containing FC-77 oil and photocurable ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA) and water containing 3 wt% poly(vinyl alcohol) (PVA) as continuous phase into microfluidic device. Under the condition, we easily generate double emulsion with high monodispersity by using flow focusing. The double emulsion droplets are transformed into microcapsules under the UV irradiation via photopolymerization. In addition, we control thickness of double emulsion`s shell by controlling flow rate of ETPTA. We also show that the size of double emulsions can be controlled by manipulation of flow rate of continuous phase. Furthermore, we synthesize microcapsules encapsulating various materials for the application of drug delivery systems.

기능성 콜로이드 입자의 제조기술 및 이의 응용

강성민(Sung-Min Kang),최창형(Chang-Hyung Choi),김종민(Jongmin Kim),이창수(Chang-Soo Lee) 한국청정기술학회 2012 청정기술 Vol.18 No.4

최근 콜로이드 산업에서 기능성 입자의 수요가 증가함에 따라 입자의 제조방법은 상당한 발전을 이루었다. 이러한 발전은 동적/정적 미세유체 시스템을 도입함으로써 이루어졌으며 입자의 크기, 형태, 다공성, 표면의 거칠기 또는 기능성 등 물리적, 화학적인 형상제어를 가능하게 해주었다. 이러한 형상제어를 통하여 만들어진 기능성 입자는 의료진단, 광소자, 바이오 산업으로 응용될 수 있다. 뿐만 아니라, 기능성 콜로이드 입자의 자가조립을 유도함으로써 규칙적인 정렬부터 불규칙적인 새로운 형태의 기능성을 갖는 물질을 얻을 수 있고, 자연계에서 일어나는 현상을 모사함으로써 본질적인 연구도 가능하게 해주었다. 그리하여 본 총설에서는 최근 각광받고 있는 기능성 콜로이드 입자의 제조방법에 대해 설명하고 이의 응용 가능성을 소개하였다. Synthetic methods of colloids have been significantly developed in industry due to their significant demand for preparation of functional particles. Recently, dynamic/static microfluidic system has emerged as a promising route to the synthesis of the particles, providing precise control of physical and chemical properties such as size, shape, porosity, surface roughness, and surface functionality. These formed particles can be potentially used in various applications including medical diagnostics, photonic device, and biological industry. In addition, these particles provide a novel route to create new materials via their directed self-assembly, and it enable to study and predict the natural phenomenon by mimicking of the nature. Therefore, we describe recent progress for functional colloid particles and its applications.

얇은 오일쉘 이중에멀젼을 이용한 고효율 단분산성 하이드로젤 마이크로 입자 생산

김병진 ( Byeong-jin Kim ),정혜선 ( Hye-seon Jeong ),최창형 ( Chang-hyung Choi ) 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.1

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 유속들간의 중요한 상관관계를 나타내며 하이드로젤 마이크로 입자의 안정적인 제조를 위한 실험적 근거를 제시하였다. 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 emulsionbased 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.

볼록한 지붕을 갖는 이방성 고분자 입자의 곡률반경 제어를 위한 마이크로몰딩 기술

정재민(Jae-Min Jeong),손정우(Jung-Woo Son),최창형(Chang-Hyung Choi),이창수(Chang-Soo Lee) 한국청정기술학회 2012 청정기술 Vol.18 No.3

입자의 크기, 모양, 및 기능기를 제어할 수 있는 제조 기술은 화학, 생물, 재료과학, 화학 공학, 의약 그리고 생명공학과 같은 다양한 적용분야에 적용될 수 있는 중요한 기술중의 하나이다. 본 연구는 볼록한 지붕을 지니는 이방성 고분자 입자의 곡률 제어를 위해 젖음성 유체를 도입한 새로운 미세몰딩(micromolding technique) 방법에 관한 것이다. 몰드의 종횡비 조절을 통하여 입자의 곡률 반경을 20 μm에서 70 μm까지 제어할 수 있었으며 서로 다른 습윤특성을 지닌 젖음성 용액을 이용하여 이방성 고분자 입자의 높이와 곡률반경을 조절할 수 있었다. 본 연구에서 제시한 미세몰딩 기술은 저렴하고, 간단하고, 쉽고 빠른 방법으로 이방성 입자를 제작할 수 있으며 3차원 입자 모양의 정밀제어가 가능한 새로운 방법으로 판단된다. Synthesis of well-defined particle with tunable size, shape, and functionalities is strongly emphasized for various applications such as chemistry, biology, material science, chemical engineering, medicine, and biotechnology. This study presents micromolding method for the fabrication of anisotropic particles with elegant control of curvature of covex roof. For the demostration of rapid fabrication of the particles, we have applied polydimethylsiloxane (PDMS) micromold as structure guiding template and wetting fluid to control curvature of roof of the particles. Based on this approach, we can control the radius of curvature from 20 μm to 70 μm with different aspect ratio of mold. In addition, wetting fluids with different wetting properties can also modulate the height and radius of curvature of the particles. We envision that this methodology is promising tool for precise control of particle shape in 3-dimensional space and new synthetic route for anisotropic particles with cost effective, simple, easy, and fast procedure.