• Macromolecular Research
• /
• 제17권3호
• /
• pp.163-167
• /
• 2009

This study presents a microfluidic method for the production of monodisperse poly(ethylene glycol) (PEG) microspheres using continuous droplet formation and in situ photopolymerization in microfluidic devices. We investigated the flow patterns for the stable formation of droplets using capillary number and the flow rate of the hexade-cane phase. Under the stable region, the resulting microspheres showed narrow size distribution having a coefficient of variation (CV) of below 1.8%. The size of microspheres ($45{\sim}95{\mu}m$) could be easily controlled by changing the interfacial tension between the two immiscible phases and the flow rates of the dispersed or continuous phase.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제48권4호
• /
• pp.470-474
• /
• 2010

본 연구는 간편한 마이크로플루이딕 칩을 이용하여 매우 균일한 PEG 마이크로섬유 제작방법을 소개한다. 두 섞이지 않는 상의 주입을 통하여, 연속상의 덮개유동(sheath flow)이 분산상의 안정된 늘어지는 유동(Elongated flow)을 형성하고 채널 내부에 자외선 조사를 통해 고분자 마이크로섬유가 형성되도록 한다. 안정된 마이크로 유동형성의 최적화를 위해 각 사용되는 분산상 유체의 부피유속과 케필러리 수의 상관관계를 이용하여 조사하고 이를 이용하여 최적조건을 확립하였다. 안정된 유동영역에서 형성된 마이크로섬유는 매우 균일하며 재현성이 우수하다. 중요하게는 부피제어를 통해 마이크로섬유의 두께 제어가 가능하며 이를 이용하여 원하는 두께를 손쉽게 얻을 수 있다. 또한, 이와 같은 시스템을 통해 얻어진 마이크로섬유에 물리적으로 생체물질을 고정화하여 바이오센서 및 조직공학에서 적용 가능한 도구로 사용될 수 있음을 보여준다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제52권5호
• /
• pp.632-637
• /
• 2014

본 논문은 가교제의 물질전달을 통한 실시간 생체고분자의 젤화 과정으로 단분산성을 갖는 구형의 알지네이트 하이드로젤을 미세유체 채널 내에서 제조하는 방법에 관한 연구이다. 먼저 미세유체 채널 내에서 단분산성 알지네이트 액적들을 형성하고 연속상에 분산된 염화칼슘 분자들의 물질전달 과정을 통해 실시간 젤화과정이 이루어지게 하여 알지네이트 하이드로젤 입자를 제조하였다. 이때, 미세유체 채널에서 형성되는 액적의 크기는 손쉽게 케필러리 수(capillary number)와 분산상의 유속 조절을 통하여 제어할 수 있다. 본 방법은 미세유체 채널 내에서 안정적인 액적을 형성할 수 있고 칼슘 가교제로 제조된 알지네이트 하이드로젤 입자들은 균일한 크기 분포를 가지며(C.V=2.71%) 유속, 점도, 및 계면장력의 조절을 통하여 $30{\mu}m$에서 $60{\mu}m$까지의 다양한 크기의 알지네이트 하이드로젤 입자를 제조할 수 있다. 본 논문에서 제시한 간단한 미세유체 접근방법을 통해 제조되는 단분산성을 갖는 알지네이트 하이드로젤 입자는 생체물질들을 손쉽게 함입(encapsulation)할 수 있으며 이는 식품, 화장품, 잉크 및 약물 등의 전달체로 활용이 가능하고 생체적합성이 뛰어나 세포이식 분야에도 활용될 가능성이 있다.

• Smart Structures and Systems
• /
• 제12권1호
• /
• pp.1-22
• /
• 2013

Magnetic nanoparticle based bioseparation in microfluidics is a multiphysics phenomenon that involves interplay of various parameters. The ability to understand the dynamics of these parameters is a prerequisite for designing and developing more efficient magnetic cell/bio-particle separation systems. Therefore, in this work proof-of-concept experiments are combined with advanced numerical simulation to design and optimize the capturing process of magnetic nanoparticles responsible for efficient microfluidic bioseparation. A low cost generic microfluidic platform was developed using a novel micromolding method that can be done without a clean room techniques and at much lower cost and time. Parametric analysis using both experiments and theoretical predictions were performed. It was found that flow rate and magnetic field strength greatly influence the transport of magnetic nanoparticles in the microchannel and control the capturing efficiency. The results from mathematical model agree very well with experiments. The model further demonstrated that a 12% increase in capturing efficiency can be achieved by introducing of iron-grooved bar in the microfluidic setup that resulted in increase in magnetic field gradient. The numerical simulations were helpful in testing and optimizing key design parameters. Overall, this work demonstrated that a simple low cost experimental proof-of-concept setup can be synchronized with advanced numerical simulation not only to enhance the functional performance of magneto-fluidic capturing systems but also to efficiently design and develop microfluidic bioseparation systems for biomedical applications.

• Journal of the Optical Society of Korea
• /
• 제10권3호
• /
• pp.130-142
• /
• 2006

Lab-on-a-chip technology is attracting great interest because the miniaturization of reaction systems offers practical advantages over classical bench-top chemical systems. Rapid mixing of the fluids flowing through a microchannel is very important for various applications of microfluidic systems. In addition, highly sensitive on-chip detection techniques are essential for the in situ monitoring of chemical reactions because the detection volume in a channel is extremely small. Recently, a confocal surface enhanced Raman spectroscopic (SERS) technique, for the highly sensitive biological analysis in a microfluidic sensor, has been developed in our research group. Here, a highly precise quantitative measurement can be obtained if continuous flow and homogeneous mixing condition between analytes and silver nano-colloids are maintained. Recently, we also reported a new analytical method of DNA hybridization involving a PDMS microfluidic sensor using fluorescence energy transfer (FRET). This method overcomes many of the drawbacks of microarray chips, such as long hybridization times and inconvenient immobilization procedures. In this paper, our recent applications of the confocal Raman/fluorescence microscopic technology to a highly sensitive lab-on-a-chip detection will be reviewed.

• 폴리머
• /
• 제36권2호
• /
• pp.177-181
• /
• 2012

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 도입하여 시스템 내에서 이중 에멀젼을 형성하는 조건을 예측하여 물과 0.5% w/w sodium dodecyl sulfate 혼합물, 헥사데칸 혼합물(hexadecane; 1% w/w Span80)을 선정하였다. 이를 통하여, 코어 및 쉘의 사이즈가 48.5 ${\mu}m$(CV:1.6%), 65.1 ${\mu}m$(CV:1.6%)인 단분산성 이중 에멀젼을 성공적으로 생성하였고, 유체의 유량 제어를 통하여 함입되는 코어의 개수 조절이 가능함을 보여주었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제61권2호
• /
• pp.247-257
• /
• 2023

본 연구에서는 이미지 분석 프로그램을 통해 액적 내 박테리아 세포의 개수를 측정하는 코딩-기반의 자동화된 세포 계수 방법을 제시하였다. 먼저, 형광 이미지 기반의 분석을 위하여, 형광단백질을 발현하는 균주를 담지한 액적을 형성하고 이를 광학 및 형광 현미경을 이용하여 분석 결과를 나타냈다. 액적의 관찰을 용이하게 위하여 유리 그리드에 도포하고, 촬영한 광학 이미지를 통해 분석하고자 하는 영역(Region of Interest)을 지정하였다. 동일한 위치에서 촬영한 형광 이미지에서 앞서 지정된 영역 속 특정 임계 값을 넘는 형광 신호를 계수하여 세포 수를 정량화 하였다. 또한 서로 다른 농도의 항생제를 처리한 액적 내 박테리아의 시간에 따른 세포 개수 변화의 차이를 추적하였다. 30분 간격으로 동일한 위치에서의 형광 이미지들을 동시에 분석함으로써 시간에 따른 세포 개수 변화를 도출하였고, 본 계수법의 성능을 실험적으로 검증하였다. 본 논문의 방법은 외부 분석 프로그램을 이용한 기존 방법 대비 분석 시간을 15배 가량 단축하고, 99%의 정확도를 보이는 것으로 확인되었다. 더 나아가 사용자의 연구의 방향에 맞춰 제시된 코드의 확장 수정을 통해 다양한 종류의 세포 계수 연구에 도움이 될 것으로 기대된다.