KR101647978B1 - 마이크로캡슐을 이용한 삼투압의 직접 측정 방법 - Google Patents

마이크로캡슐을 이용한 삼투압의 직접 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101647978B1
KR101647978B1 KR1020140031075A KR20140031075A KR101647978B1 KR 101647978 B1 KR101647978 B1 KR 101647978B1 KR 1020140031075 A KR1020140031075 A KR 1020140031075A KR 20140031075 A KR20140031075 A KR 20140031075A KR 101647978 B1 KR101647978 B1 KR 101647978B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
osmotic pressure
microcapsules
aqueous solution
microcapsule
semipermeable membrane
Prior art date
Application number
KR1020140031075A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150108473A (ko
Inventor
김신현
이태용
이상석
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020140031075A priority Critical patent/KR101647978B1/ko
Publication of KR20150108473A publication Critical patent/KR20150108473A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101647978B1 publication Critical patent/KR101647978B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • G01N13/04—Investigating osmotic effects
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/03—Detecting, measuring or recording fluid pressure within the body other than blood pressure, e.g. cerebral pressure; Measuring pressure in body tissues or organs

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)

Abstract

본 발명은 특정 오스몰 농도를 가지는 마이크로캡슐들이 시료용액에서 좌굴되는지 여부를 판단하여 시료용액의 삼투압을 직접 측정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 복잡한 삼투압 측정설비 없이도 간단한 방법으로 삼투압을 직접적으로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 삼투압 측정 방법은 매우 적은 양의 시료 샘플로도 삼투압을 측정할 수 있으므로 적용범위가 넓다. 본 발명의 삼투압 측정 방법은 생분해성의 마이크로캡슐을 신체 내부에 주입하여 신체의 삼투압이나 삼투압 변화를 측정할 수 있으며, 또한, 유체 채널이나 반응 공정에 마이크로캡슐을 주입하여 공정 중의 유체의 삼투압을 측정할 수 있다.

Description

마이크로캡슐을 이용한 삼투압의 직접 측정 방법{Method for preparing direct measurement of osmotic strength using osmocapsules}
본 발명은 마이크로캡슐을 이용한 삼투압의 직접 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 특정 오스몰 농도를 가지는 마이크로캡슐들이 시료용액에서 좌굴되는지 여부를 판단하여 시료용액의 삼투압을 직접 측정하는 방법에 관한 것이다.
물은 투과시키지만 물에 용해되어 있는 용질(이온 및 분자)은 거의 투과시키지 않는 성질을 가진 반투과성 막을 고농도 용액과 저농도 용액 사이에 설치하면 저농도 용액의 용매가 고농도 용액으로 이동하여 농도평형을 이루려 하는 자연현상이 발생하며 이를 "삼투작용" 또는 "삼투현상"이라고 한다.
이러한, 삼투압은 지질 이중층에 의한 닫힌 마이크로캡슐이나 생체 시스템의 안정성을 결정하는 중요한 인자이다. 즉, 시스템의 내부와 외부 압력차는 반투막을 통한 용매의 이동을 유도하고 막을 수축 또는 팽창시킨다. 특히, 높은 삼투압 차이는 막에 강한 스트레스를 가하여 부드러운 캡슐과 세포를 분해시킬 수 있다. 광범위한 분야에서 반투막을 이용한 응용분야나 연구가 진행되고 있는데, 이를 위해서는 삼투압의 정확한 측정이 필요하다.
일반적으로, 삼투압의 세기는 어는점 내림, 증기압 내림, 끓는점 오름 등과 같은 용액의 총괄성을 이용하여 측정된다. 특히, 어느점 내림과 삼투압의 관계를 이용한 빙점방식의 삼투압 측정기, 증발 압력의 변화를 이용한 이슬점 방식의 삼투압 측정기가 사용되고 있다. 하지만, 이러한 총괄성을 이용한 간접적 방법은 어는 점 내림 등 총괄성 특성을 측정하기 위해 정교한 장치를 요구하고, 더 나아가, 비이상 거동을 보이는 농축된 고분자 용액이나 바이오 용액의 경우 추가 분석 및 계산이 요구될 뿐만 아니라 정확성도 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 마노미터와 반투막으로 구성된 장치로 삼투압을 직접 측정할 수 있으나, 이러한 측정 장치는 상대적으로 많은 양의 시료 샘플이 필요하고, 또한, 생체내 또는 인시츄 상태에서의 삼투압을 측정하기 어렵다.
본 발명은 용액의 총괄성 측정을 통하여 간접적으로 삼투압을 측정하는 것이 아니라 용액의 삼투압을 직접적으로 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 적은 양의 시료를 사용하면서도 간단한 장치 및 방법으로 측정할 수 있는 삼투압 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 생체내 또는 인시츄 상태에서도 직접적으로 삼투압을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
하나의 양상에서 본 발명은 특정 오스몰 농도를 가지는 마이크로캡슐을 시료 수용액에 주입한 후, 상기 마이크로캡슐의 좌굴여부를 판단하여 상기 수용액의 삼투압을 측정하되, 상기 마이크로캡슐은 특정 오스몰 농도를 가진 수용액 액적(drop)과 이를 둘러싸는 반투막의 멤브레인을 포함하는 삼투압의 직접 측정 방법에 관계한다.
다른 하나의 양상에서 본 발명은 서로 다른 특정 오스몰 농도를 가지는 복수개의 마이크로캡슐을 시료 수용액에 주입하는 단계 ;
상기 마이크로캡슐들의 좌굴여부를 판단하는 단계 ;
상기 수용액의 삼투압 범위를 결정하는 단계를 포함하는 삼투압의 직접 측정 방법에 관계한다.
본 발명에 의하면, 복잡한 삼투압 측정설비 없이도 간단한 방법으로 삼투압을 직접적으로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 삼투압 측정 방법은 매우 적은 양의 시료 샘플로도 삼투압을 측정할 수 있으므로 적용범위가 넓다. 본 발명의 삼투압 측정 방법은 생분해성의 마이크로캡슐을 신체 내부에 주입하여 신체의 삼투압이나 삼투압 변화를 측정할 수 있으며, 또한, 유체 채널이나 반응 공정에 마이크로캡슐을 주입하여 공정 중의 유체의 삼투압을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 삼투압 측정 방법을 나타낸다.
도 2는 시료 용액과의 삼투압 차이에 의해 외형이 점차 변형되어 좌굴되는 마이크로캡슐을 나타낸다.
도 3은 W/O/W 이중액적(water-in-oil-in-water (W/O/W) double-emulsion drops)을 제조하는 미소유체 장치를 나타낸다.
도 4는 실시예 1에서 수득된 마이크로캡슐을 공초점 현미경(confocal microscope)으로 촬영하여 나타내었다.
도 5는 실시예 1에서 수득한 마이크로캡슐을 475 mOsm/L 농도의 수용액에 분산시킨 후 마이크로캡슐의 형상을 촬영한 이미지이다.
도 6은 실시예 2에서 마이크로캡슐들을 475mOsm/L, 592mOsm/L의 수용액에 분산시킨 후 마이크로캡슐의 형상을 촬영한 이미지이다.
도 7은 실시예 3에서 제조된 PLA 마이크로캡슐을 나타낸다.
도 8은 실시예 1의 ETPTA 캡슐과 실시예 3의 PLA 캡슐을 각각 수용액에 분산시킨 후 시간에 따라 좌굴되는 정도를 나나탠 그래프이다.
도 9는 수용액의 오스몰 농도와 PLA 마이크로캡슐의 오스몰 농도의 차(?C)가 0, 5, 9, 16, 30, 43mOsm/L이 되도록 PLA 마이크로캡슐들을 분산시켜 좌굴여부를 판단하였다.
본 발명은 삼투압을 직접적으로 측정하는 방법을 제공한다. 이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 삼투압 측정 방법을 나타낸다. 도 2는 시료 용액과의 삼투압 차이에 의해 외형이 점차 변형되어 좌굴되는 마이크로캡슐을 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명은 마이크로캡슐(10)을 시료 용액(20)에 주입한 후, 상기 마이크로캡슐의 좌굴여부를 판단하여 삼투압을 측정한다.
본 발명에 사용되는 마이크로캡슐(10)은 특정 오스몰 농도를 가진 수용액 액적(drop)(11)과 이를 둘러싸는 반투막의 멤브레인(12)을 포함한다.
상기 반투막은 상온에서 고체인 모든 소수성 고분자가 사용 가능하며, 예를 들면, ETPTA(ethoxylated trimethylolpropane triacrylate), PLA(poly(lactic acid)), PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid), PCL(poly(ε-carprolactone)), PS(poly styrene), PMMA(poly(methyl methacrylate)) 또는 Ethyl cellulose일 수 있다.
상기 마이크로캡슐은 막의 두께(t)가 2㎛이내, 더욱 바람직하게는 200nm이내, 20~200nm범위일 수 있다.
상기 마이크로 캡슐(10)은 반투과성을 가진 박막의 멤브레인으로 삼투압 차이를 매우 민감하게 반응할 수 있다. 즉, 작은 삼투압 차이라도 멤브레인을 통한 물의 배출에 의한 캡슐의 좌굴을 이끌 수 있다.
도 2를 참고하면, 초기 부피(V0) 및 삼투압(P1)을 가진 상기 마이크로캡슐이 상기 삼투압보다 높은 삼투압을 가지는 시료 용액에 분산되어 노출되면, 마이크로 캡슐 내부의 물이 상기 반투막을 통해 외부로 유출되어 캡슐이 점점 수축된다. 상기 수축은 부피변화가 △V*가 될때까지 모든 방향으로 등방성 수축되지만, △V*보다 더 많은 부피 감소가 일어나면 반투막의 가장 약한 부분이 찌그러지는 좌굴(buckle) 현상이 일어난다. △V*는 등방향으로 수축되는 최대 부피 변화값이며, 박막 캡슐의 경우 매우 작은 값을 가진다.
즉, 상기 마이크로캡슐이 좌굴되면 상기 수용액의 삼투압은 상기 마이크로캡슐의 삼투압보다 큰 값을 갖는 것이다.
도 2를 참고하면, 시료 용액의 삼투압이 상기 마이크로캡슐의 삼투압 보다 크다고 하여도 모든 마이크로캡슐이 좌굴되는 것은 아니다. 즉, 마이크로캡슐의 부피 감소가 △V*보다 큰 경우에 좌굴이 발생하므로, 수학식 1과 같이, 상기 시료의 삼투압(π)은 좌굴된 마이크로 캡슐의 삼투압(P1)에 △V*의 부피 변화에 해당하는 문턱 삼투압(Pth)을 더한 값보다 큰 값을 가진다.
[수학식 1]
π = P1 + Pth
상기 마이크로캡슐에 있어서, 상기 문턱 삼투압(Pth)은 E(t/R)2에 비례하고, △V*/V0는 t/R에 비례한다. 여기서, t는 반투막의 두께이고, R은 캡슐 직경을 나타낸다.
즉, 막 두께와 캡슐 직경의 비(t/R)가 감소되면, 상기 문턱 삼투압(Pth)도 작아져 좌굴에 필요한 시료 용액의 삼투압과 마이크로 캡슐의 삼투압 차이가 줄어들게 된다. 상기 문턱 삼투압(Pth)이 작아지면 상기 마이크로캡슐은 시료 용액과의 삼투압 차이에 더 민감해지고 좌굴이 더욱 빨리 시작된다.
상기 문턱 삼투압(Pth)은 마이크로캡슐의 직경과 두께, 반투막의 재질에 따라 달라질 수 있으며, 상기 값은 실험적으로 결정할 수 있다.
상기 반투막의 두께(t)와 상기 마이크로캡슐의 반경(R)의 비(t/R)가 0보다 크고 0.02보다 작을 수 있으며, 바람직하게는 0보다 크고 0.002보다 작을 수 있다.
예를 들면, 상기 문턱 삼투압(Pth)이 0초과 125kPa 이내이고, 바람직하게는 0초과 12.5kPa이내일 수 있다.
상기 문턱 삼투압(Pth)이 12.5kPa 이내인 경우, 후술하는 바와 같이 t/R의 비가 0.0024이고, 두께 t는 150nm 정도인 경우가 될 수 있다.
본 발명에서는 서로 다른 오스몰 농도를 갖는 복수개의 마이크로캡슐을 수용액에 주입하여 시료 수용액의 삼투압을 측정할 수 있다.
복수개의 서로 다른 오스몰 농도를 갖는 마이크로캡슐을 주입하는 경우, 상기 수용액의 삼투압(π) 범위가 하기 수학식 2로 표시될 수 있다.
[수학식 2]
P1+Pth ≤π≤P2+Pth
여기서, P1은 좌굴되는 마이크로캡슐들 중 가장 큰 오스몰 농도를 갖는 마이크로 캡슐의 삼투압이고,
P2는 좌굴되지 않는 마이크로캡슐들 중 가장 작은 오스몰 농도를 갖는 마이크로캡슐의 삼투압이고,
문턱 삼투압(Pth)은 앞에서 상술한 바와 같이, 반투막의 존재로 인해 부피가 등방향으로 감소하는 △V*의 부피 변화에 해당하는 삼투압을 나타낸다.
즉, 상기 시료 삼투압(π)의 최소값은 좌굴되는 마이크로캡슐들 중 가장 큰 오스몰 농도를 갖는 마이크로 캡슐의 삼투압(P1)에 문턱 삼투압(Pth)을 더한 값이고,
상기 시료 삼투압의 최대값은 좌굴되지 않는 마이크로캡슐들 중 가장 작은 오스몰 농도를 갖는 마이크로캡슐의 삼투압(P2)에 문턱 삼투압(Pth)을 더한 값의 범위를 가질 수 있다.
예를 들면, 412mOsm/L(삼투압 1021 kPa), 456mOsm/L(삼투압 1130 kPa), 492mOsm/L(삼투압 1219 kPa), 550mOsm/L(삼투압 1363 kPa) 농도의 마이크로 캡슐을 시료 수용액에 넣은 경우, 412mOsm/L 농도의 캡슐만이 좌굴되었다.
이 경우, 반투막 재질이 ETPTA, 반투막 두께가 1.05~1.34㎛, h/R이 0.0196인 캡슐인 경우 문턱 삼투압(Pth)이 125kPa로 측정되었다.
상기 시료 용액의 삼투압은 하기 범위를 갖는다.
1021kPa + Pth(125)≤π≤1130kPa + Pth(125)
→1146kPa≤π≤1255kPa
한편, 본 발명에서는 상기 시료 수용액이 체내(in-vivo) 또는 체외(in vitro)의 수용액일 수 있다. 본 발명에서는 생분해성의 마이크로캡슐을 신체 내부에 주입하여 신체의 삼투압이나 삼투압 변화를 측정할 수 있다. 상기 시료 수용액이 in-situ 공정중의 시료일 수 있으며, 즉, 유체 채널이나 반응 공정에 마이크로캡슐을 주입하여 공정 중의 유체의 삼투압을 측정할 수 있다.
한편, 상기 반투막에 마그네틱 입자를 첨가하여 자기 응답성으로 설계될 수 있다. 용액에 자기장을 가해 마이크로캡슐을 용액으로부터 쉽게 분리할 수 있다. 또한, 캡슐은 형광 염료 대신에 음식 색소를 포함할 수 있다.
다른 양상에서 본 발명의 삼투압 직접 측정 방법은 마이크로캡슐을 시료 수용액에 주입하는 단계, 좌굴 여부를 판별하는 단계 및 삼투압 범위를 결정하는 단계를 포함한다.
마이크로캡슐을 시료 수용액에 주입하는 단계는 서로 다른 특정 오스몰 농도를 가지는 복수개의 마이크로캡슐을 주입하는 단계이다.
상기 좌굴여부 판별은 마이크로 캡슐의 일부가 내측으로 함몰되거나찌그러지는 것을 관찰자가 직접 현미경을 통해 확인할 수도 있으며, 또는 마이크로 캡슐을 영상 촬영하여 기준이 되는 마이크로캡슐과의 비교로 좌굴여부를 자동 판별할 수 있다. 상기 자동 판별은 마이크로 캡슐들을 소정 시간에 따라 영상 촬영하는 단계와 상기 촬영된 이미지를 최초 촬영된 이미지와 비교하여 좌굴여부를 자동 판별할 수 있으며, 예를 들면, 최초 촬영된 이미지와 비교하여 색상의 감소, 음영 부분의 증가, 이심률의 증가, 구의 곡면에 급격한 꺽임 영역의 판단을 통해 좌굴여부를 결정할 수 있다.
상기 방법은 상기 수용액 삼투압 범위를 하기 수학식 2로 결정할 수 있다.
[수학식 2]
P1+Pth ≤π≤P2+Pth
여기서, P1은 좌굴되는 마이크로캡슐들 중 가장 큰 오스몰 농도를 갖는 마이크로 캡슐의 삼투압이고,
P2는 좌굴되지 않는 마이크로캡슐들 중 가장 작은 오스몰 농도를 갖는 마이크로캡슐의 삼투압이고,
문턱 삼투압(Pth)은 반투막의 존재로 인해 부피가 등방향으로 감소하는 △V*의 부피 변화에 해당하는 삼투압이다.
상기 방법은 상기 단계를 2회 이상 반복하되, 2회 이후에 주입되는 마이크로 캡슐들 간의 농도차 범위(△Cn)가 그 전회에 투입된 마이크로 캡슐들 간의 농도차 범위(△Cn -1)보다 작도록 설정할 수 있다.
여기서, n은 상기 방법을 n회 반복하는 경우를 나타내고, n은 2 이상이다.
이하 본 발명을 다음의 실시 예에 의해 좀더 상세하게 설명하겠으나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 범위를 한정하는 것은 아니다.
실시예 1. EPTPA 캡슐의 제조
W/O/W 이중액적(water-in-oil-in-water (W/O/W) double-emulsion drops)을 제조하는 미소유체 장치가 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 장치는 평방 모세관으로 동축 나열된 두 개의 테이퍼링된 실린더 구조의 모세관을 포함하는데, 좌측의 모세관은 7㎛ 직경의 오리피스를 가지고, 표면은 소수성을 나타낸다. 반면, 우측 모세관은 190㎛ 직경의 오리피스이고, 내부는 친수성 표면을 띈다. 작은 테이퍼링 구조의 모세관은 소수성 실리더 모세관에 삽입된다.
먼저, 내부 액적을 만들기 위해 입구측의 작게 테이퍼링된 모세관을 통해 PVA 수용액과 NaCl를 주입하고, 소수성 실린더 모세관을 통해 광경화성 모노머 ETPTA(ethoxylated trimethylolpropane triacrylate)를 주입하였다. 모세관의 소수성 특성 때문에 ETPTA는 모세관의 내부 벽을 따라 흐르고, 수용액은 벽과 접촉 없이 내측을 통해 PLUG 타입의 액적으로 흘러 이들 두 개의 유체는 혼합되지 않고 소수성 모세관의 단일 채널을 통해 흐른다. 도 3과 같이, 플러그 형태의 액적의 양 끝이 주입 모세관 끝(TIP)에서 에멀젼화되므로 상대적으로 두꺼운 박막을 가진 이중 액적들이 불연속적으로 생성되었다. 수집 용기에서 생성된 이중액적들을 UV로 2초 내지 1분 동안 광중합시켜 마이크로 캡슐을 제조하였다.
다른 오스몰 농도(삼투도, osmolarity)나 염료를 가지도록 수용액의 농도 조건(33, 342, 649, 950mOsm/L)을 달리하여 상기 실험을 각각 수행하였다.
수득된 상기 마이크로 캡슐의 평균 직경이 122㎛이고, 캡슐 내부의 오스몰 농도는 33, 342, 649, 950mOsm/L가지며, 농도에 따라 캡슐에 형광 염료를 넣어 적색, 오렌지색, 노란색, 녹색을 나타내도록 하였다. 마이크로 캡슐의 두께는 1.05~1.34㎛이고, h/R이 0.0196이었다. 수득된 마이크로캡슐을 공초점 현미경(confocal microscope)으로 촬영하여 도 4에 나타내었다.
실험 1 실시예 1의 캡슐을 사용한 오스몰 농도 측정
실시예 1에서 수득한 서로 다른 오스몰 농도를 가지는 4종의 마이크로캡슐들, 33mOsm/L(적색), 342mOsm/L(오렌지색), 649mOsm/L(노란색), 950mOsm/L(녹색)을 475 mOsm/L 농도의 수용액에 분산시켰다. 12시간 경과 후 수용액 중의 마이크로캡슐의 형상을 촬영한 이미지를 도 5에 나타내었다.
도 5를 참고하면, 실험 1에서는 두 종의 캡슐, 33mOsm/L(적색), 342mOsm/L(오렌지색)에서 좌굴 현상이 일어나고 649mOsm/L(노란색), 950mOsm/L(녹색) 오스몰 농도의 캡슐은 변화가 없다. 고모듈러스를 가지는 ETPTA 때문에 마이크로캡슐의 팽창도 일어나지 않았다.
실시예 2
주입되는 수용액의 농도만을 다르게 주입하고 나머지는 실시예 1과 동일하게 실시하여 412mOsm/L(적색), 456mOsm/L(오렌지색), 492mOsm/L(노란색), 550mOsm/L(녹색)의 오스몰 농도를 갖는 마이크로캡슐들을 각각 제조하였다.
실험 2
실시예 2에서 수득한 4종의 마이크로캡슐들, 412mOsm/L(적색), 456mOsm/L(오렌지색), 492mOsm/L(노란색), 550mOsm/L(녹색)을 475mOsm/L와 592mOsm/L 오스몰 농도의 두 수용액에 각각 분산시켰다.
12시간 경과 후 475mOsm/L의 수용액에 분산된 마이크로캡슐의 형상을 촬영한 이미지는 도 6a, 6b에 나타내고, 592mOsm/L의 수용액에 분산된 마이크로캡슐의 형상을 촬영한 이미지는 도 6c, 6d에 나타내었다.
도 6a, 6b를 참고하면, 412mOsm/L(적색)와 456mOsm/L(오렌지색)의 마이크로캡슐들은 모두 475mOsm/L의 수용액보다 낮은 오스몰 농도를 가지고 있으나, 실제로 좌굴현상이 일어나는 것은 412mOsm/L(적색)의 마이크로캡슐뿐이었다.
도 6c, 도 6d를 참고하면, 412mOsm/L(적색), 456mOsm/L(오렌지색), 492mOsm/L(노란색), 550mOsm/L(녹색)의 마이크로캡슐들은 모두 592mOsm/L의 수용액보다 낮은 오스몰 농도를 가지고 있으나, 실제로 좌굴현상이 일어나는 것은 412mOsm/L(적색), 456mOsm/L(오렌지색), 492mOsm/L(노란색)의 마이크로캡슐이고, 반면, 550mOsm/L(녹색)의 마이크로캡슐은 좌굴되지 않았다.
여기서, 550mOsm/L(녹색)의 마이크로캡슐은 수용액 농도(592mOsm/L)와 42mOsm/L(삼투압은 104kPa임, 상온)의 차이가 존재하였으나 좌굴되지 않았다. 문턱 삼투압에 해당하는 오스몰 농도(문턱 삼투 농도)를 추정하거나, 실험을 통해 찾을 수 있다(예를 들면, 514, 522, 530, 542mOsm/L의 마이크로캡슐을 다시 주입하여 좌굴되는 캡슐의 농도를 통해 문턱 삼투 농도를 좀 더 정확하게 추정할 수 있다).
실시예 1 및 2의 조건으로 제조된 마이크로 캡슐의 문턱 삼투 농도는 약 50mOsm/L이고, 이에 의한 문턱 삼투압은 125kPa이다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 조건에서 실시하되, 반투막을 형성하는 막으로서 ETPTA 대신에 12wt% 클로로포럼에 용해된 PLA를 오일상으로 사용하였다.
도 3의 장치에서 생성된 이중 액적을 용기에 수집하고, 35도로 가온하여 클로로포름을 증발시켰다. 증발 과정을 통해 반투막의 오일상은 수축되고, 마침내 고상화된 PLA 막을 형성하였다. 상기 장치에서 생성된 95%이상의 이중 액적이 안정된 PLA 캡슐로 제조되었으며, 평균 직경은 125㎛, 막의 두께는 150nm이다. 제조된 PLA 마이크로캡슐을 도 7에 나타내었다.
실시예 3에서 제조된 마이크로캡슐의 h/R은 0.0024인데, 실시예 1의 ETPTA 캡슐(h/R=0.0196)에 비해 h/R의 값이 비가 8배 이상 감소하였다. 또한, PLA 마이크로캡슐이 문턱 삼투압은 12.5kPa로서, 실시예 1의 ETPTA 캡슐의 문턱삼투압(125kPa)보다 10배나 낮아 시료 용액의 삼투압을 좀 더 정확하게 측정할 수 있다.
실험 3
실시예 1의 ETPTA 캡슐과 실시예 3의 PLA 캡슐을 각각 수용액에 분산시킨 후 시간에 따라 좌굴되는 정도를 도 8에 나타내었다. 상기 수용액과 마이크로캡슐들(각각 100개 사용함)과의 삼투압 차이는 22.3kPa로 설정하였다. 캡슐의 좌굴 여부는 광학 현미경으로 관찰하였다.
도 8을 참고하면, 좌굴되는 속도가 낮은 삼투압차로 인해 빠르게 진행되지 않더라도, PLA캡슐의 70%이상이 12시간 이내에 좌굴되었으나 ETPTA는 10% 이하만이 좌굴되었다. 즉, PLA 캡슐이 ETPTA에 비해 삼투압에 좀 더 민감하게 반응하여 좌굴되는 것을 확인할 수 있다.
실험 4
실험 4에서는 수용액의 오스몰 농도와 PLA 마이크로캡슐의 오스몰 농도의 차(△C)가 0, 5, 9, 16, 30, 43mOsm/L이 되도록 각 수용액에 실시예 3의 방법으로 제조된 PLA 마이크로캡슐들을 수용액에 분산시켜 좌굴여부를 판단하였다.
도 9a는 수용액과 마이크로캡슐과의 삼투압 차이가 73.4kPa(△C가 30mOsm/L임)인 경우에 10분과 210분 경과 후 촬영된 이미지를 나타낸다. 210분 경과 후에는 거의 대부분의 마이크로 캡슐이 좌굴되었음을 확인할 수 있다.
도 9b는 수용액과 마이크로캡슐과의 오스몰 농도에 따른 좌굴 분율을 시간에 따라 나타낸 것이다. 39.6kPa(△C=16mOsm/L임), 74.3kPa(△C= 30mOsm/L임), 106,5kPa(△C=43mOsm/L)의 높은 삼투압 차이에 의한 경우에는 50% 이상의 마이크로캡슐이 각각 184, 113, 42분 후에 좌굴되었다. 하지만, 12,4kPa(△C=5mOsm/L), 22.3kPa(△C=9mOsm/L)의 작은 삼투압 차이에 의한 경우, 50%의 캡슐이 좌굴되는데 약 840분과 500분이 걸렸다.
도 9b에서와 같이, 오스몰 농도 측정의 정확성을 위해서는 5 오스몰 이내로 하여 측정할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다.
10 : 마이크로캡슐 11 : 액적
12 : 멤브레인 20 : 시료용액

Claims (16)

  1. 특정 오스몰 농도를 가지는 마이크로캡슐을 시료 수용액에 주입한 후, 상기 마이크로캡슐의 좌굴여부를 판단하여 상기 수용액의 삼투압을 측정하되,
    상기 마이크로캡슐은 특정 오스몰 농도를 가진 수용액 액적(drop)과 이를 둘러싸는 반투막의 멤브레인을 포함하고, 상기 반투막의 두께(t)가 2㎛ 이내이고,
    상기 마이크로캡슐이 좌굴되면, 상기 수용액의 삼투압이 상기 마이크로캡슐의 삼투압(P1)에 문턱 삼투압(Pth)을 더한 값 이상이고,
    상기 주입단계는 서로 다른 오스몰 농도를 갖는 복수개의 마이크로캡슐을 수용액에 주입하는 단계이며,
    상기 수용액의 삼투압(π) 범위가 하기 수학식 2로 표시될 수 있는 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
    [수학식 2]
    P1+Pth ≤π≤P2+Pth
    여기서, P1은 좌굴되는 마이크로캡슐들 중 가장 큰 오스몰 농도를 갖는 마이크로 캡슐의 삼투압이고,
    P2는 좌굴되지 않는 마이크로캡슐들 중 가장 작은 오스몰 농도를 갖는 마이크로캡슐의 삼투압이고,
    문턱 삼투압(Pth)은 반투막의 존재로 인해 부피가 등방향으로 감소하는 △V*의 부피 변화에 해당하는 삼투압이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 문턱 삼투압(Pth)은 상기 반투막의 두께(t)와 상기 마이크로캡슐의 반경(R)의 비(t/R)에 비례하는 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 문턱 삼투압(Pth)이 0초과 125kPa 이내인 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 4항에 있어서, 상기 반투막의 두께(t)와 상기 마이크로캡슐의 반경(R)의 비(t/R)가 0보다 크고 0.02보다 작은 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 4항에 있어서, 상기 방법은 상기 반투막의 두께(t)와 상기 마이크로캡슐의 반경(R)의 비(t/R)가 0보다 크고 0.002보다 작은 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로캡슐은 막의 두께(t)가 20~200nm 범위인 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 반투막은 ETPTA, PLA, PLGA, PCL, PS, PMMA 또는 ethyl cellulose 인 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 시료 수용액은 체내(in-vivo) 또는 체외(in vitro) 수용액인 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
  13. 서로 다른 특정 오스몰 농도를 가지는 복수개의 마이크로캡슐을 시료 수용액에 주입하는 단계 ;
    상기 마이크로캡슐들의 좌굴여부를 판단하는 단계 ;
    상기 수용액의 삼투압 범위를 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 마이크로캡슐은 특정 오스몰 농도를 가진 수용액 액적(drop)과 이를 둘러싸는 반투막의 멤브레인을 포함하고, 상기 반투막의 두께(t)가 2㎛ 이내이며,
    상기 수용액의 삼투압은 좌굴되는 마이크로캡슐 중 가장 큰 오스몰 농도를 갖는 마이크로캡슐의 삼투압보다 크고, 좌굴되지 않는 마이크로캡슐 중 가장 작은 오스몰 농도를 갖는 마이크로캡슐의 삼투압보다 작은 범위이고,
    상기 수용액 삼투압 범위를 하기 수학식 2로 결정하는 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
    [수학식 2]
    P1+Pth ≤π≤P2+Pth
    여기서, P1은 좌굴되는 마이크로캡슐들 중 가장 큰 오스몰 농도를 갖는 마이크로 캡슐의 삼투압이고,
    P2는 좌굴되지 않는 마이크로캡슐들 중 가장 작은 오스몰 농도를 갖는 마이크로캡슐의 삼투압이고,
    문턱 삼투압(Pth)은 반투막의 존재로 인해 부피가 등방향으로 감소하는 △V*의 부피 변화에 해당하는 삼투압이다.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 마이크로 캡슐의 좌굴여부는 마이크로 캡슐들을 소정 시간에 따라 영상 촬영하는 단계와 상기 촬영된 이미지를 최초 촬영된 이미지와 비교하여 좌굴여부를 자동 판별하는 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 방법은 상기 단계를 2회 이상 반복하되, 2회 이후에 주입되는 마이크로 캡슐들 간의 농도차 범위(△Cn)가 그 전회에 투입된 마이크로 캡슐들 간의 농도차 범위(△Cn-1)보다 작은 것을 특징으로 하는 삼투압의 직접 측정 방법.
    여기서, n은 상기 방법을 n회 반복하는 경우를 나타내고, n은 2 이상임.



  16. 삭제
KR1020140031075A 2014-03-17 2014-03-17 마이크로캡슐을 이용한 삼투압의 직접 측정 방법 KR101647978B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140031075A KR101647978B1 (ko) 2014-03-17 2014-03-17 마이크로캡슐을 이용한 삼투압의 직접 측정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140031075A KR101647978B1 (ko) 2014-03-17 2014-03-17 마이크로캡슐을 이용한 삼투압의 직접 측정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150108473A KR20150108473A (ko) 2015-09-30
KR101647978B1 true KR101647978B1 (ko) 2016-08-24

Family

ID=54246427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140031075A KR101647978B1 (ko) 2014-03-17 2014-03-17 마이크로캡슐을 이용한 삼투압의 직접 측정 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101647978B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024107547A1 (en) * 2022-11-14 2024-05-23 The Regents Of The University Of California Systems and methods for measuring osmotic pressure

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005181330A (ja) 2003-12-18 2005-07-07 Palo Alto Research Center Inc 生物反応と非生物反応を観察するための浸透反応検出器
JP2010533555A (ja) 2007-07-18 2010-10-28 カーディアック ペースメイカーズ， インコーポレイテッド 浸透圧測定心臓監視デバイスおよび方法
KR101348235B1 (ko) 2012-09-26 2014-01-08 한국화학연구원 삼투압 측정 장치 및 이를 이용한 삼투압 측정방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UY28326A1 (es) * 2003-05-22 2004-06-30 Osmotica Argentina S A Dispositivo de ruptura de liberacion controlada con un pasaje preformado

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005181330A (ja) 2003-12-18 2005-07-07 Palo Alto Research Center Inc 生物反応と非生物反応を観察するための浸透反応検出器
JP2010533555A (ja) 2007-07-18 2010-10-28 カーディアック ペースメイカーズ， インコーポレイテッド 浸透圧測定心臓監視デバイスおよび方法
KR101348235B1 (ko) 2012-09-26 2014-01-08 한국화학연구원 삼투압 측정 장치 및 이를 이용한 삼투압 측정방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024107547A1 (en) * 2022-11-14 2024-05-23 The Regents Of The University Of California Systems and methods for measuring osmotic pressure

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150108473A (ko) 2015-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. A monolithically three-dimensional flow-focusing device for formation of single/double emulsions in closed/open microfluidic systems
KR101614357B1 (ko) 복수개의 내부 액적을 구비하는 이중액적의 제조 방법 및 이에 의한 이중액적
EP3177401B1 (en) A method for fusing or contacting reactor and reagent droplets in a microfluidic or millifluidic device
US8944083B2 (en) Generation of monodisperse droplets by shape-induced shear and interfacial controlled fusion of individual droplets on-demand
CN103764265A (zh) 多重乳剂和用于配制多重乳剂的技术
JP2008535644A (ja) 多重エマルジョンの形成のための方法および装置
Kim et al. Osmocapsules for direct measurement of osmotic strength
Lorenz et al. An inert 3D emulsification device for individual precipitation and concentration of amorphous drug nanoparticles
Kim et al. Controlled formation of double-emulsion drops in sudden expansion channels
Wang et al. Microfluidic preparation of multicompartment microcapsules for isolated co-encapsulation and controlled release of diverse components
US20090273105A1 (en) Method and system for performing an interfacial reaction in a microfluidic device
CA3158313A1 (en) Fluidic devices with reaction wells and constriction channels and uses thereof
KR101647978B1 (ko) 마이크로캡슐을 이용한 삼투압의 직접 측정 방법
WO2011017524A1 (en) Microfluidic-based generation of functionalized microbubbles for ultrasound imaging and therapy
KR101607925B1 (ko) 복수개의 내부 액적을 구비하는 이중액적을 제조하는 장치 및 이에 의한 이중액적
WO2020104786A1 (en) Modular microfluidic device for mirco-mixing fluids
Baldi et al. A microstructured silicon membrane with entrapped hydrogels for environmentally sensitive fluid gating
Hwang et al. Generation and characterization of monodisperse deformable alginate and pNIPAM microparticles with a wide range of shear moduli
US9718904B2 (en) Microdroplet or microparticle with Janus or core-shell internal morphology fabricated from N-isopropylacrylamide
Singh et al. Composite Norland Optical Adhesive (NOA)/silicon flow focusing devices for colloidal particle manipulation and synthesis
Olsen et al. Particle imaging technique for measuring the deformation rate of hydrogel microstructures
Fakeih et al. Fabrication and Characterization of Porous Microneedles for Enhanced Fluid Injection and Suction: A Two‐Photon Polymerization Approach
Kim et al. Microfluidic approaches for designing multifunctional polymeric microparticles from simple emulsions to complex particles
KR102445551B1 (ko) 마이크로몰드를 이용한 이중 에멀젼 액적의 제조방법
IT201800006526A1 (it) Microago cavo per la somministrazione transdermica di molecole attive e/o per il campionamento di fluidi biologici e metodo di fabbricazione di tale microago cavo

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant