KR101733856B1 - Micro Capsule with selective permeability and Method of preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상분리되는 고분자를 이용하여 원하는 크기의 균일한 기공을 쉘에 형성시킨 방법 및 이에 의한 미세캡슐 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 박막의 쉘 속에 분산된 용해성 고분자와 비용해성 고분자간의 상분리 특성을 이용하여 쉘에 균일하면서도 크기 제어가 가능한 기공을 형성시킬 수 있다.
본 발명의 미세캡슐은 균일하면서도 크기 제어가 가능한 기공이 형성되어 있으므로 약물 전달체나 미세반응기 등으로 사용할 수 있다.

The present invention relates to a method of forming uniform pores of a desired size on a shell using a polymer which is phase-separated and a method of producing microcapsules by the method.
The present invention can form pores uniformly in the shell and can be controlled in size by utilizing the phase separation property between the soluble polymer dispersed in the shell of the thin film and the insoluble polymer.
The microcapsule of the present invention can be used as a drug delivery system or a micro-reactor because the microcapsules are uniform and have pores capable of size control.

Description

선택적 투과성의 미세캡슐 및 이의 제조방법{Micro Capsule with selective permeability and Method of preparing the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a microcapsule having selective permeability and a method for preparing the microcapsule.

본 발명은 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법 및 이에 의한 미세캡슐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상분리되는 고분자를 이용하여 원하는 크기의 균일한 기공을 쉘에 형성시킨 방법 및 이에 의한 미세캡슐 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming pores in a microcapsule, and more particularly, to a method of forming uniform pores of a desired size in a shell using a polymer that is phase-separated and a method of producing microcapsules .

미세캡슐은 색소, 약물, 세포 등 활성성분을 특정 위치에 전달하는데 매우 효율적일뿐만 아니라 이들 활성성분을 안정적으로 구분하거나 저장할 수 있다. Microcapsules are not only very efficient in delivering active ingredients, such as pigments, drugs, cells, to specific locations, but also can stably differentiate or store these active ingredients.

이러한 미세캡슐을 제조하기 위한 다양한 방법들이 문헌에 제안되어 있다. 액적(emulsion drops)은 캡슐 제조의 템플릿으로 사용될 수 있으며, 계면에서 입자 흡착 또는 계면 중합을 이용하여 쉘을 형성하여 내부 활성 물질을 저장하게 된다. 예를 들면 당해 소수성 액체를 멜라민 포름알데히드 예비-축합물을 함유하는 수성 매질 내에 액적으로 분산시키고, 수성 매질의 pH를 감소시킴으로써 당해 소수성 액체를 둘러싸는 불침투성 아미노플라스트 수지를 쉘로써 생성시켜 소수성 액체를 캡슐화시키는 것은 공지되어 있다.Various methods for making such microcapsules have been proposed in the literature. Emulsion drops can be used as a template for capsule manufacturing and form a shell using particle adsorption or interfacial polymerization at the interface to store the internal active material. For example by dispersing the hydrophobic liquid droplets in an aqueous medium containing melamine formaldehyde pre-condensate and reducing the pH of the aqueous medium to produce an impermeable aminoplast resin surrounding the hydrophobic liquid as a shell, It is known to encapsulate liquids.

최근에는 이중 액적(double-emulsion drops)을 코어-셸 구조의 미세캡슐을 생산하는 템플릿으로서 이용하고 있다. 등록특허 10-965839호에 이중액적을 이용한 고분자 캡슐의 제조방법이 개시되어 있다.Recently, double-emulsion drops have been used as a template for producing microcapsules of core-shell structure. Japanese Patent Laid-Open No. 10-965839 discloses a method for producing a polymer capsule using a double droplet.

미세캡슐을 약물 전달체나 미세반응기 등의 다양한 용도로 활용하기 위해 박막이면서도 안정적으로 물질을 저장하거나 선택적으로 물질을 유출 및 유입하는 기술이 요구되고 있다. 이를 위해 캡슐에 기공을 형성하려는 시도가 있으나 현재까지 기공 크기, 균일성, 기공 및 막의 안정성을 제어하는 기술은 없었다. In order to utilize the microcapsule for various purposes such as a drug delivery system and a microreactor, there is a demand for a technique for storing a substance in a stable state, or for selectively flowing and flowing a substance. There have been attempts to form pores in capsules for this purpose, but until now there has been no technique to control pore size, uniformity, pore and membrane stability.

본 발명은 균일하면서도 크기 제어가 가능한 기공을 캡슐에 형성하는 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of forming pores in capsules that are uniform and size controllable.

본 발명은 막의 두께나 기공 크기를 제어하여 선택적 투과나 방출이 가능한 미세캡슐을 제공하는 것이다.The present invention provides a microcapsule capable of selective permeation or release by controlling the thickness and pore size of a membrane.

본 발명은 약물 전달체나 미세반응기 등의 용도로 활용할 수 있는 미세캡슐을 제공하는 것이다.The present invention provides a microcapsule which can be used for a drug delivery system or a micro-reactor.

하나의 양상에서 본 발명은In one aspect,

내부상으로 저장물질을 포함하는 제 1 유체, 중간상으로 상분리되는 서로 다른 두 종 이상의 고분자 및 유기용매를 포함하는 제 2 유체, 연속상으로 계면활성제를 포함하는 친수성의 제 3 유체를 주입하여 액적을 형성하는 단계 ; 및A second fluid containing two or more different kinds of polymers that are phase separated into an intermediate phase and an organic solvent, and a hydrophilic third fluid containing a surfactant in a continuous phase, ; And

상기 액적을 고형화시켜 코어-쉘 구조의 미세캡슐을 형성하는 단계 ; 및Solidifying the droplet to form a microcapsule of a core-shell structure; And

상기 미세캡슐을 특정 용매 또는 용액에 넣어 상기 쉘에 기공을 형성하는 단계를 포함하되, 상분리되는 상기 두 종 이상의 고분자 중 어느 하나는 상기 용매 또는 상기 용액에 의해 용해 또는 분해되는 고분자이고, 상기 기공은 용해 또는 분해되는 상기 고분자가 선택적으로 제거되어 형성된 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법에 관계한다.Wherein the microcapsule is a polymer which is dissolved or decomposed by the solvent or the solution, and the pores are formed in the shell by introducing the microcapsule into a specific solvent or solution, And the pores are formed in the microcapsules formed by selectively removing the polymer dissolved or decomposed.

다른 양상에서 본 발명은 In another aspect,

저장물질을 함유하는 코어 ; 및 A core containing a storage material; And

상기 코어를 둘러싸고 기공이 균일하게 형성된 쉘을 포함하되, 상기 기공은 상분리되는 서로 다른 두 종 이상의 고분자 중 특정 용매 또는 용액에 의해 용해 또는 분해되는 용해성 고분자 또는 분해성 고분자가 선택적으로 제거되어 형성된 미세캡슐에 관계한다.Wherein the pores are formed by microcapsules formed by selectively removing a soluble polymer or a degradable polymer that is dissolved or decomposed by a specific solvent or solution among two or more different types of polymers that are phase-separated It is related.

본 발명은 박막의 쉘 속에 분산된 용해성 고분자나 분해성 고분자의 상분리 특성을 이용하여 쉘에 균일하면서도 크기 제어가 가능한 기공을 형성시킬 수 있다.According to the present invention, pores having uniform size and controllable in size can be formed on a shell by using the phase separation characteristics of a soluble polymer or a degradable polymer dispersed in a shell of a thin film.

본 발명의 미세캡슐은 균일하면서도 크기 제어가 가능한 기공이 형성되어 있으므로 약물 전달체나 미세반응기 등으로 사용할 수 있다.The microcapsule of the present invention can be used as a drug delivery system or a micro-reactor because the microcapsules are uniform and have pores capable of size control.

도 1은 본 발명의 일구현예인 미세캡슐의 개념도 및 제조과정을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예인 미세캡슐의 개념도 및 제조과정을 나타낸다.
도 3 및 도 4는 이중액적을 형성하는 하나의 장치로서 사용된 미세유체 장치를 나타낸다.
도 5는 실시예 1에서 제조한 미세캡슐의 SEM 사진이다.
도 6은 실시예 1과 3을 토대로, 기공 사이즈와 기공수 밀도(Number density of pore)를 PLA 함량비에 따라 도시한 것이다.
도 7은 실시예 1에서 제조한 미세캡슐의 SEM 사진이다.
도 8 및 도 9는 각각 실험 1 및 실험 2의 결과를 촬영한 이미지이다.
FIG. 1 shows a conceptual diagram and a manufacturing process of a microcapsule, which is an embodiment of the present invention.
2 shows a conceptual diagram and a manufacturing process of a microcapsule according to another embodiment of the present invention.
Figures 3 and 4 show the microfluidic device used as one device for forming dual droplets.
5 is an SEM photograph of the microcapsules prepared in Example 1. Fig.
6 shows the pore size and the number density of pores according to the PLA content ratios on the basis of Examples 1 and 3.
7 is an SEM photograph of the microcapsules prepared in Example 1. Fig.
Figs. 8 and 9 are images of the results of Experiment 1 and Experiment 2, respectively.

본 발명은 상분리되는 고분자를 이용하여 원하는 크기의 균일한 기공을 쉘에 형성시켜 선택적 투과도를 갖는 미세캡슐, 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 구현예를 상세히 설명한다.The present invention relates to a microcapsule having uniform permeability by forming uniform pores of a desired size on a shell using a polymer which is phase-separated, and a method for producing the same. Embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 미세캡슐의 개념도 및 제조과정을 나타낸다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 미세캡슐은 코어(10) 및 이를 둘러싸는 쉘(20)을 포함한다.1 shows a conceptual diagram and a manufacturing process of the microcapsule of the present invention. Referring to Figure 1, the microcapsules of the present invention comprise a core 10 and a shell 20 surrounding it.

상기 코어(10)는 친수성의 액적일 수 있다. The core 10 may be a hydrophilic droplet.

상기 코어(10)를 형성하는 상기 액적은 물과 상기 물에 용해되거나 분산되는 저장물질을 포함할 수 있다. 한편, 상기 코어를 형성하는 상기 액적 중의 물이 추후 제거되어 저장 물질만이 코어에 잔류할 수도 있다.The droplets forming the core 10 may comprise water and a storage material that is dissolved or dispersed in the water. On the other hand, water in the droplets forming the core may be removed later so that only the storage material remains in the core.

상기 코어(10)를 형성하는 상기 액적에는 폴리비닐알코올 (PVA, poly(vinyl alcohol))와 같은 수용성 계면활성제가 포함되어 계면을 안정화시킬 수 있다.The liquid forming the core 10 may include a water-soluble surfactant such as polyvinyl alcohol (PVA) to stabilize the interface.

상기 저장물질은 물에 용해되거나 분산되는 물질을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 저장물질은 수용성 약물이나, 수용성 고분자, 수용성 계면활성제일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 저장물질은 약물(drug), 화장료(cosmetic), 영양소 또는 세포일 수 있다.The storage material can be any material that is soluble or dispersible in water. For example, the storage material may be a water-soluble drug, a water-soluble polymer, or a water-soluble surfactant. More particularly, the storage material may be a drug, cosmetic, nutrient or cell.

또한, 상기 저장물질로 물에 분산되는 입자 및 액적과 같은 콜로이드계 물질을 제한 없이 사용할 수 있다. In addition, colloidal materials such as particles and droplets dispersed in water can be used without limitation as the storage material.

예를 들면, 상기 저장물질로 콜로이드 형태로 물에 분산되는 금속 입자일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 저장물질이 자성 나노 입자일 수 있으며, 이 경우 자성 나노 입자를 포함하는 캡슐은 외부 자력에 반응할 수 있다. 한편, 상기 자성 나노입자는 친유성 유체에 혼합되어 주입될 수도 있다. 이 경우에 상기 자성 나노 입자는 친유성 성질을 띨 수 있으며 쉘 내부에 분산되어 존재한다. For example, the metal particles may be dispersed in water in colloidal form with the storage material. More specifically, the storage material may be magnetic nanoparticles, in which case the capsules comprising the magnetic nanoparticles may react to external magnetic forces. On the other hand, the magnetic nanoparticles may be mixed with a lipophilic fluid and injected. In this case, the magnetic nanoparticles may have a lipophilic property and are dispersed in the shell.

상기 쉘(20)은 상기 코어를 둘러싸고 기공(30)이 균일하게 형성된다.The shell 20 surrounds the core and the pores 30 are uniformly formed.

상기 기공(30)은 상분리되는 서로 다른 두 종 이상의 고분자 중 특정 용매에 대한 용해성 또는 분해성 고분자(22)가 선택적으로 제거되어 형성된다. 결과적으로, 상기 미세캡슐은 최종적으로 불용해성이나 비분해성 고분자(21)로 이루어진, 규칙적인 형태의 기공이 형성된 쉘이 코어를 둘러싸게 된다.The pores 30 are formed by selectively removing the soluble or degradable polymer 22 for a specific solvent out of two or more different kinds of polymers that are phase-separated. As a result, the microcapsule finally encapsulates the core in which the regularly formed pores of the insoluble or non-degradable polymer 21 are formed.

상기 두 종 이상의 고분자중 어느 하나가 특정 용매 또는 용액에 용해 또는 분해되는 고분자이고 다른 하나는 용해되지 않는 불용성 고분자이다. 더 나아가, 특정 용매나 용액에 주입하였을 경우, 두 개의 고분자 중 어느 하나가 다른 하나에 비해 현저히 빠르게 용해되거나 분해되는 경우 상기 용해성 고분자나 분해성 고분자로 사용될 수 있다. 상기 기공을 쉘에 균일하게 형성하는 방법에 대해서는 후술한다. Wherein one of the two or more kinds of polymers is a polymer dissolving or decomposing in a specific solvent or solution and the other is an insoluble polymer not dissolving. Furthermore, when the polymer is injected into a specific solvent or a solution, the polymer can be used as the soluble polymer or the degradable polymer when any one of the two polymers dissolves or decomposes remarkably faster than the other. A method of uniformly forming the pores in the shell will be described later.

상기 미세캡슐은 크기가 10~1000 ㎛, 바람직하게는 10~200 ㎛ 범위일 수 있다.The microcapsules may range in size from 10 to 1000 mu m, preferably from 10 to 200 mu m.

상기 기공은 상호작용 매개변수값과 고분자 분자량의 곱이 2 미만인 경우 크기가 1~100nm, 바람직하게는 1~10nm 범위일 수 있고, 상호작용 매개변수값과 고분자 분자량의 곱이 2 이상인 경우 크기가 0.1~10 ㎛, 바람직하게는 0.1~1.0 ㎛ 범위일 수 있다.The pore may be in the range of 1 to 100 nm, preferably 1 to 10 nm when the product of the interaction parameter value and the polymer molecular weight is less than 2. When the product of the interaction parameter value and the polymer molecular weight is 2 or more, 10 mu m, preferably 0.1 to 1.0 mu m.

상기 쉘의 두께는 20 ~ 5000 nm, 바람직하게는 20~500 nm 범위일 수 있다.The thickness of the shell may range from 20 to 5000 nm, preferably from 20 to 500 nm.

다른 양상에서, 본 발명은 상기 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법에 관계한다. In another aspect, the present invention relates to a method of forming pores in the microcapsules.

상기 방법은 이중액적 형성단계, 미세캡슐을 형성하는 단계 및 기공을 형성하는 단계를 포함한다. The method includes forming a dual droplet, forming a microcapsule, and forming pores.

상기 이중액적은 w/o/w(수상/유상/수상) 구조이다. The double droplet is a w / o / w (water / oil / water) structure.

상기 이중액적을 형성하는 단계는 저장물질을 포함하는 친수성의 제 1 유체를 내부상으로 주입하고, 상분리되는 서로 다른 두 종 이상의 고분자 및 유기용매를 포함하는 친유성의 제 2 유체를 중간상으로 주입하고, 계면활성제를 포함하는 친수성의 제 3 유체를 연속상으로 주입하여 이중액적을 형성한다.The step of forming the double droplet comprises the steps of injecting a hydrophilic first fluid containing a storage material into the inner phase and injecting a lipophilic second fluid containing two or more different kinds of polymers and organic solvents that are phase separated into an intermediate phase , A hydrophilic third fluid containing a surfactant is injected into the continuous phase to form a double droplet.

상기 이중액적은 공지된 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 미세유체 소자나 벌크 유화 제조방법을 통해 액적을 형성할 수 있다. The double droplets can be prepared by a variety of known methods. For example, droplets can be formed through a microfluidic device or a bulk emulsion production method.

도 3 및 도 4는 액적을 형성하는 하나의 장치로서 사용된 미세유체 장치를 나타낸다. 또한, 액적은 제 1 벌크 유화를 통해 수상/유상의 단일 액적을 형성한 후, 이를 제 2 친수성 유체에 연속적으로 벌크유화(제 2 벌크 유화)시키는 벌크 유화법으로도 형성시킬 수 있다.3 and 4 show a microfluidic device used as one device for forming droplets. Further, the droplet can also be formed by a bulk emulsification method in which a single droplet in water / oil phase is formed through the first bulk emulsification and then continuously emulsified (second bulk emulsification) to the second hydrophilic fluid continuously.

상기 제 1 및 제 3 유체는 친수성 유체, 제 2 유체는 친유성 유체를 사용할 수 있으며, 또한 반대의 경우도 가능하다. The first and third fluid may use a hydrophilic fluid, and the second fluid may use a lipophilic fluid, and vice versa.

상기 친수성의 제 1 유체는 저장물질을 포함하여 내부상을 형성할 수 있으며, 물에 저장물질이 용해된 것을 사용할 수 있다. 이때, 계면안정화를 위해 필요시 계면활성제를 포함할 수 있다. The hydrophilic first fluid may include a storage material to form an internal phase, and a material in which a storage material is dissolved in water may be used. At this time, a surfactant may be included if necessary for interfacial stabilization.

상기 제 2 유체는 상분리되는 서로 다른 두 종 이상의 고분자를 포함하는 친유성의 혼합액이며, 중간상을 형성한다. 이때, 계면안정화를 위해 필요시 계면활성제를 포함할 수 있다. The second fluid is a lipophilic mixed liquid containing two or more different kinds of polymers which are phase-separated, and forms an intermediate phase. At this time, a surfactant may be included if necessary for interfacial stabilization.

본 발명은 연속상으로 물, 바람직하게는 계면활성제가 포함된 물(제 3 유체)을 사용할 수 있다. The present invention can use water, preferably a surfactant-containing water (third fluid), in a continuous phase.

도 3을 참고하면, w/o/w(수상/유상/수상) 구조의 이중액적 형성 장치는 주입모세관(210), 수집모세관(220) 및 외곽모세관(230)을 포함한다. 상기 주입모세관(210)의 표면은 소수성을 나타낼 수 있다. 상기 수집모세관(220)의 표면은 친수성을 나타낼 수 있다. 상기 주입모세관과 수집 모세관 사이에는 제 2 유체(친유성 유체)와 제 3 유체(친수성 유체)가 만나며 생기는 계면(240)이 형성되고, 수집모세관방향으로 제 1 유체, 제 2 유체 및 제 3 유체가 동시에 만나는 곳에서 액적이 통과 할 수 있는 홀(241)이 생성된다.3, the dual droplet forming apparatus of the w / o / w (water / oil / water) structure includes an injection capillary 210, a collection capillary 220 and an outer capillary 230. The surface of the injection capillary 210 may exhibit hydrophobicity. The surface of the collection capillary 220 may exhibit hydrophilicity. A second fluid (lipophilic fluid) and a third fluid (hydrophilic fluid) interface 240 are formed between the injection capillary and the collection capillary, and a first fluid, a second fluid, and a third fluid A hole 241 through which the droplet can pass is generated.

본 발명에서는 상기 주입모세관(210) 내측(A)으로 상기 제 1 유체를 주입하고 외곽 모세관(230)과 주입모세관(210)의 틈(B)으로 상기 제 2 유체를 흘려준다. 또한, 연속상으로 제 3 유체를 상기 외곽 모세관(230)과 수집모세관(220) 틈 (C)으로 제 1 유체나 제 2 유체의 반대편에서 주입한다. In the present invention, the first fluid is injected into the injection capillary 210 and the second fluid flows into the gap B between the outer capillary 230 and the injection capillary 210. Also, a third fluid is injected into the outer capillary tube 230 and the collection capillary tube gap C at the opposite side of the first fluid or second fluid.

상기 제 1 유체, 제 2 유체, 제 3 유체는 각각의 유체가 만나 계면 (240)을 형성하고 동시에 홀(241)을 통해 흐르면서 제 1 유체가 제 2 유체에 둘러싸임과 동시에 제 3 유체에 한 번 더 둘러싸이게 되어 w/o/w의 이중액적이 형성된다. The first fluid, the second fluid, and the third fluid meet each other to form an interface (240). At the same time, the first fluid is surrounded by the second fluid while flowing through the holes (241) W / o / w double droplets are formed.

도 4는 본 발명의 미세캡슐의 형틀인 이중액적을 제조할 수 있는 다른 장치의 예이다. 도 4를 참고하면, 이중액적 형성 장치는 주입모세관(310), 수집모세관(320) 및 외곽모세관(330)을 포함한다. 상기 주입모세관의 내측에는 내부모세관(340)을 포함한다. 상기 주입모세관 내벽은 소수성을 나타낼 수 있다.Fig. 4 is an example of another apparatus capable of producing a double droplet, which is a mold of a microcapsule of the present invention. Referring to FIG. 4, the dual droplet forming apparatus includes an injection capillary 310, a collection capillary 320, and an outer capillary 330. And an inner capillary 340 inside the injection capillary. The inner wall of the injection capillary may exhibit hydrophobicity.

본 발명에서는 상기 내부모세관(340) 내측(A)으로 상기 제 1 유체를 주입하고 주입모세관(310)과 내부모세관(340) 사이 공간(B)으로 제 2 유체를 흘려준다. 또한, 연속상으로 제 3 유체를 상기 주입모세관(310)과 외곽 모세관(330)의 틈(C)으로 주입한다. In the present invention, the first fluid is injected into the inner capillary (340) and the second fluid is injected into the space (B) between the injection capillary (310) and the inner capillary (340). The third fluid is injected into the gap C between the injection capillary 310 and the outer capillary 330 in a continuous phase.

상기 제 1 유체와 제 2 유체는 주입모세관(310) 내부에서 상 분리되어 흐르게 되는데, 즉, 상기 주입모세관(310) 중심부에는 단속성의 제 1 유체가 흐르고, 상기 제 2 유체가 상기 주입모세관 내벽을 따라 상기 제 1 유체를 둘러싸며 흐른다. 상기 제 1 유체 및 제 2 유체가 상기 주입모세관(310)의 끝에 형성된 오리피스에서 제 3 유체 내부로 적하되면서 w/o/w 에멀젼이 형성된다.In other words, the intermittent first fluid flows through the center of the injection capillary 310, and the second fluid flows through the inner wall of the injection capillary 310. In other words, And flows around the first fluid. The first fluid and the second fluid are dropped from the orifice formed at the end of the injection capillary 310 into the third fluid to form a w / o / w emulsion.

상기 코어-쉘 형태의 미세캡슐은 상기 이중액적을 고형화시켜 형성할 수 있다.The core-shell type microcapsules can be formed by solidifying the double droplets.

상기 액적 고형화 단계는 상기 유기용매를 증발시켜 상기 고분자들을 상분리하는 단계이다. 좀 더 구체적으로는 형성된 이중액적의 중간상으로부터 유기용매를 증발시키면, 두 종 이상의 고분자의 상분리 현상이 일어나고, 최종적으로 고형화된 캡슐막이 형성된다. 예를 들면, 상기 용매(톨루엔 등)의 증발은 35 ~ 45℃의 온도에서 60 ~ 120분 동안 수행할 수 있다. 도 3을 참고하면, 상기 수집 모세관 하류 측에서 내부상과 삼투압을 동일하게 맞춘 수집용액이 담긴 샬레 등의 수집용기에 이중액적을 다량으로 모은 후에, 상기 온도의 오븐에 넣어둠으로써 휘발성 용매를 증발시켜 수용액 상에 분산되어있는 고형화된 미세캡슐을 얻을 수 있다. The droplet solidifying step is a step of phase-separating the polymer by evaporating the organic solvent. More specifically, when the organic solvent is evaporated from the formed double droplet intermediate phase, phase separation of two or more kinds of polymers occurs, and finally a solidified capsule film is formed. For example, the evaporation of the solvent (such as toluene) can be carried out at a temperature of 35 to 45 DEG C for 60 to 120 minutes. 3, a large amount of double droplets are collected in a collecting container such as a chalet containing a collection solution having the same inner and / or osmotic pressure on the downstream side of the collecting capillary, and the collected droplets are placed in an oven at that temperature to evaporate the volatile solvent To obtain solidified microcapsules dispersed in an aqueous solution.

상기 상분리 가능한 고분자들은 공지된 고분자를 사용할 수 있다. The phase-separable polymer may be a known polymer.

상기 용해성 고분자는 특정 용매나 조건에서 용해가 가능한 고분자를 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리(D,L-락트산-co글리콜산)(poly(D,L-lactic-co-glycolic acid), PLGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리(발레로락톤), 폴리(하이드록시 부티레이트) 및 폴리(하이드록시 발러레이트) 중에서 선택될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 특정 조건에서 용해가 가능한 모든 고분자가 가능하다.The soluble polymer may be any polymer capable of dissolving in a specific solvent or condition. For example, polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), poly (D, L-lactic-co-glycolic acid), PLGA, But is not limited to, any polymer capable of dissolving under specific conditions, including, but not limited to, PCL, poly (valerolactone), poly (hydroxybutyrate), and poly (hydroxyvalerate).

상기 불용해성 고분자는 예를 들면, 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 및 에틸셀룰로스 (Ethyl cellulose) 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The insoluble polymer may be, for example, polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), and ethyl cellulose, but is not limited thereto.

쉘에 기공을 형성하는 단계는 상기 미세캡슐을 특정 용매 또는 용액에 넣어 상기 용해성 고분자를 용해시켜 제거하는 단계이다.In the step of forming pores in the shell, the microcapsules are put into a specific solvent or solution to dissolve and remove the soluble polymer.

상기 특정 용매 또는 용액은 고분자의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 단일종의 용매 및 복수종의 용매 혼합물 모두 사용 가능하다. 예를 들면, 상기 용해성 고분자가 폴리락트산인 경우, 메탄올과 물의 4 대 6 혼합물에 0.5 몰농도의 수산화나트륨이 용해되어있는 용액을 사용할 수 있다. The specific solvent or solution may be appropriately selected depending on the kind of the polymer, and only one kind of solvent and plural kinds of solvent mixtures can be used. For example, when the soluble polymer is polylactic acid, a solution in which 0.5 molar sodium hydroxide is dissolved in a 4 to 6 mixture of methanol and water may be used.

도 1을 참고하면, 상분리 가능한 두 종 이상의 고분자가 용해되어 있는 유기혼합액이 이중액적을 제조하는 단계에서 박막을 형성하고(도 1의 a), 유기용매를 증발시키면 두 개의 고분자는 박막층 내에서 상분리됨과 동시에 고형화된다(도 1의 b).1, when a thin film is formed in the step of preparing a double droplet by an organic mixed solution in which two or more kinds of polymers capable of phase separation are dissolved (FIG. 1 (a)) and the organic solvent is evaporated, the two polymers are phase- And solidified at the same time (FIG. 1 (b)).

도 1의 c를 참고하면, 미세캡슐을 특정 용매 또는 용액에 분산시키면 상기 용해성 고분자가 선택적으로 제거되어 기공(30)이 형성된다. Referring to FIG. 1 (c), when the microcapsules are dispersed in a specific solvent or solution, the soluble polymer is selectively removed to form pores 30.

상기 기공크기는 상기 고분자 함량으로 제어될 수 있다. The pore size can be controlled by the polymer content.

본 발명은 상기 두 종의 고분자 사이의 상분리 특성을 제어하여 기공 크기를 조절할 수 있다.The present invention can control the pore size by controlling the phase separation characteristics between the two kinds of polymers.

상기 상분리 특성은 상기 상분리되는 고분자 사이의 상호작용 매개변수(interaction parameter), 분자량 및 상기 고분자막의 두께에 의해 결정될 수 있다.The phase separation characteristic may be determined by an interaction parameter between the phase-separated polymers, a molecular weight, and a thickness of the polymer membrane.

상호작용 매개변수(interaction parameter)는 두 종의 고분자 사이의 친화도를 나타내는 변수로서, Flory-Huggins 이론을 참고하면, 상호작용 매개변수(χ)는 두 종류의 고분자 혼합에 따른 깁스 에너지, 엔탈피, 엔트로피의 기여를 나타내는 변수이다. 예를 들면, 폴리스티렌과 폴리락트산의 상호작용 매개변수 값은 40 ℃에서 약 0.2 이다. The interaction parameter is a variable indicating the affinity between two kinds of polymers. When the Flory-Huggins theory is used, the interaction parameter (χ) is a function of the Gibbs energy, enthalpy, It is a variable indicating the contribution of entropy. For example, the interaction parameter value of polystyrene and polylactic acid is about 0.2 at 40 ° C.

일반적으로, 상호작용 매개변수값과 분자량이 큰 경우, 예를 들면, 상호작용 매개변수값과 고분자 분자량의 곱이 2 이상이 되는 경우에는 고분자 사이의 친화도가 낮아 두 개의 고분자 사이에 거대 상분리(macrophase separation) 현상이 일어난다. 그러나, 도 1의 b와 같이, 본 발명의 경우 쉘의 두께가 나노사이즈로 매우 얇은 경우 거대 상분리(macrophase separation)가 진행되지 못하고 국부적인 상분리 (local phase separation) 현상이 일어나는 것으로 보인다. 더 나아가, 본 발명의 상분리 현상은 (용해성 고분자 및 비용해성 고분자는 모두 친유성 유체이지만) 용해성 고분자가 비용해성 고분자에 비해 친수성이 더 큰 경우, 용해성 고분자/비용해성 고분자/용해성 고분자의 샌드위치 구조로 상분리된다. 이 경우 용해성 고분자를 제거하면 상대적으로 사이즈가 큰 기공이 쉘 표면에 균일하게 형성될 수 있다(1의 c).Generally, when the interaction parameter value and the molecular weight are large, for example, when the product of the interaction parameter value and the molecular weight of the polymer is 2 or more, the affinity between the polymers is low, so that macrophase separation phenomenon occurs. However, as shown in FIG. 1 (b), when the thickness of the shell is very thin in nanosize, macrophase separation does not proceed and local phase separation appears. Further, the phase separation phenomenon of the present invention (when both the soluble polymer and the non-soluble polymer are lipophilic fluids), when the soluble polymer is more hydrophilic than the non-soluble polymer, the structure of the soluble polymer / insoluble polymer / It is phase separated. In this case, removal of the soluble polymer can result in uniform formation of relatively large pores on the shell surface (c in Fig. 1).

상호작용 매개변수값과 고분자 분자량의 곱이 2 이상인 경우 0.1~10 ㎛, 바람직하게는 0.1~1.0 ㎛ 범위의 기공을 형성시킬 수 있다.When the product of the interaction parameter value and the molecular weight of the polymer is 2 or more, pores of 0.1 to 10 mu m, preferably 0.1 to 1.0 mu m, can be formed.

도 2를 참고하면, 상호작용 매개변수(interaction parameter)와 분자량의 곱이 2 미만으로 작은 경우의 박막 및 기공을 형성하는 것을 보여준다. 도 2의 a는 도 1의 a와 같이 두 종 이상의 고분자가 용해되어 있는 유기혼합액이 이중액적을 제조하는 단계에서 박막을 형성하는 것을 보여준다. 도 2의 b는 고분자들 사이의 친화도가 높아 쉘 전체에 걸쳐 고분자 간의 균일한 혼합이 이루어지는 반면 상분리도는 현저히 떨어지는 것을 보여준다. 용해성 고분자를 선택적으로 제거하면 나노사이즈의 매우 미세한 기공이 쉘 전체에 걸쳐 균일하게 형성될 수 있다(도 2의 c). Referring to FIG. 2, it is shown that the thin film and pores are formed when the product of the interaction parameter and the molecular weight is less than 2. Fig. 2 (a) shows that an organic mixed solution in which two or more kinds of polymers are dissolved as shown in Fig. 1 (a) forms a thin film in the step of producing a double droplet. FIG. 2 (b) shows that since the affinity between the polymers is high, the homogeneous mixing of the polymers is achieved throughout the shell, while the degree of phase separation is remarkably decreased. When the soluble polymer is selectively removed, nano-sized very fine pores can be uniformly formed throughout the shell (FIG. 2 (c)).

즉, 상호작용 매개변수값과 고분자 분자량의 곱이 2 미만인 경우 고분자 사이의 상분리를 억제하고 균일한 혼합을 유도할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 방법으로 1~100 nm, 바람직하게는 1~10 nm 범위의 기공을 쉘에 형성시킬 수 있다. That is, when the product of the interaction parameter value and the polymer molecular weight is less than 2, the phase separation between the polymers can be suppressed and homogeneous mixing can be induced. In this case, pores of 1 to 100 nm, preferably 1 to 10 nm, can be formed in the shell by the method of the present invention.

앞에서 상술한 바와 같이, 상기 상분리 특성에 영향을 주는 요인으로는 고분자 간의 상호작용 매개변수, 고분자의 분자량, 이중액적 중간막의 두께 등이 있을 수 있다. 좀 더 구체적으로는 상호작용 매개변수가 클수록, 이중액적 중간막의 두께가 두꺼울수록 거대 상분리가 일어나게 되며, 고분자 분자량의 영향은 보다 복잡한 양상으로 나타난다. As described above, factors affecting the phase separation characteristics include interaction parameters between polymers, molecular weight of the polymer, thickness of the double droplet interlayer, and the like. More specifically, the larger the interaction parameter, the larger the thickness of the double-droplet interlayer, the larger the phase separation occurs, and the effect of the polymer molecular weight is more complex.

이하 본 발명을 다음의 실시 예에 의해 좀 더 상세하게 설명하겠으나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

도 4의 장치를 이용하여 미세캡슐을 제조하였다.Microcapsules were prepared using the apparatus of Fig.

A 주입관으로 10 wt%의 폴리비닐알코올 수용액, B 주입관으로 9 wt% 폴리스티렌(분자량 785,400)과 1 wt.% 폴리락트산 (PLA, 분자량 15,000)이 용해된 톨루엔 용액을 주입하였으며, C 공간으로 10 wt%의 폴리비닐알코올 수용액을 주입하여 연속상을 형성하였다. 수집모세관 후단에서 이중액적이 분산된 연속상 용액을 수집용액을 담은 수집용기에 수집한 후 40 ℃의 오븐에서 톨루엔을 증발시켜 쉘의 두께가 약 100 nm인 미세캡슐을 수득하였다.A injection tube was filled with 10 wt% polyvinyl alcohol aqueous solution and 9 wt% polystyrene (molecular weight 785, 400) and 1 wt.% Polylactic acid (PLA, molecular weight 15,000) 10 wt% aqueous solution of polyvinyl alcohol was injected to form a continuous phase. The continuous phase solution in which the double droplets were dispersed was collected in the collection container containing the collection solution at the downstream of the collection capillary, and the toluene was evaporated in an oven at 40 DEG C to obtain microcapsules having a shell thickness of about 100 nm.

이어서, 상기 미세캡슐을 메탄올과 물의 4 대 6 혼합물에 0.5 몰농도의 수산화나트륨이 용해되어있는 용액에 넣어 미세캡슐막의 폴리락트산을 분해시켜 제거하여 기공이 형성된 미세캡슐을 수득하였다.Then, the microcapsules were placed in a solution of 0.5 molar sodium hydroxide dissolved in a 4 to 6 mixture of methanol and water to decompose and remove the polylactic acid in the microcapsule membrane to obtain microcapsules with pores formed therein.

도 5는 실시예 1에서 제조한 미세캡슐의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 5를 참고하면, 약 0.4 ㎛ 사이즈의 기공이 쉘 표면에 균일하게 분산되어 있음을 확인 할 수 있다.5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the microcapsules prepared in Example 1. Fig. Referring to FIG. 5, it can be confirmed that pores having a size of about 0.4 μm are uniformly dispersed on the surface of the shell.

실시예Example 2 내지 3 2 to 3

B주입관으로 주입되는 폴리스티렌(PS) : 폴리락트산(PLA)의 함량비를 7 : 3(실시예 2), 5 : 5(실시예 3)으로 조절하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하였다. Except that the content ratio of polystyrene (PS): polylactic acid (PLA) injected into the injection tube was adjusted to 7: 3 (Example 2) and 5: 5 (Example 3) Respectively.

도 6은 실시예 1~3을 토대로, 기공 사이즈와 기공수 밀도(Number density of pore)를 PLA 함량비에 따라 도시한 것이다. 6 shows the pore size and the number density of pores according to the PLA content ratios based on Examples 1 to 3.

도 6을 참고하면, PLA 함량이 10에서 50%(PLA : PS = 1~5 : 9~5)로 증가할 때 기공 사이즈가 완만하게 증가함을 확인할 수 있다. 다만, PLA함량이 50%인 경우에도 기공 사이즈가 급격히 증가하지 않는 것은 앞에서 상술한 바와 같이 초박막의 쉘 내에서 상기 고분자들이 PLA/PS/PLA로 상분리되어 존재하기 때문으로 판단된다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the pore size gradually increases when the PLA content increases from 10 to 50% (PLA: PS = 1 to 5: 9 to 5). However, even when the PLA content is 50%, it is considered that the pore size does not increase sharply because the polymers are phase-separated into PLA / PS / PLA in the ultra-thin shell as described above.

실시예Example 4 4

B 주입관으로 9wt% 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, 분자량 606,000)과 1 wt.% 폴리락트산 (PLA, 분자량 15,000)이 용해된 톨루엔 용액을 주입하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 미세캡슐을 제조하였다.Except that a toluene solution in which 9 wt% polymethyl methacrylate (PMMA, molecular weight: 606,000) and 1 wt.% Polylactic acid (PLA, molecular weight: 15,000) were dissolved was injected into the microcapsule .

도 7은 실시예 1에서 제조한 미세캡슐의 SEM 사진이다. 도 5를 참고하면, 도 5와 동일한 배율로 촬영하였음에도 불구하고 기공이 보이지 않는다. 0.4~0.6㎛의 기공사이즈를 보여준 실시예 1~3과 달리 실시예 4의 미세캡슐은 후술하는 실험결과와 같이 수나노 사이즈의 기공이 형성된다. 7 is an SEM photograph of the microcapsules prepared in Example 1. Fig. Referring to FIG. 5, pores are not seen even though they were photographed at the same magnification as in FIG. Unlike Examples 1 to 3, which had a pore size of 0.4 to 0.6 탆, microcapsules of Example 4 had pore sizes of several nanoseconds as shown in the experimental results described later.

실험 1Experiment 1

실시예 1에서 수득한 미세캡슐을 1 ㎛ 크기의 PS(적색염료로 코팅됨)와 100 nm의 PS(녹색으로 코팅됨)가 분산된 용액에 넣어 하루정도 방치한 후 공초점현미경으로 관찰하였다. The microcapsules obtained in Example 1 were placed in a solution in which 1 占 퐉 PS (coated with a red dye) and 100 nm PS (coated with green) were dispersed for one day, and observed with a confocal microscope.

실험 2Experiment 2

실시예 4에서 수득한 미세캡슐을 녹색 형광색소(fluorescein isothiocyanate (FITC))가 부착된 덱스트란(분자량 20,000)과 적색형광색소 설포로다민 B(분자량 558.67)가 분산된 용액에 넣어 하루 정도 방치한 후 공초점현미경으로 관찰하였다.The microcapsules obtained in Example 4 were placed in a solution in which dextran (molecular weight: 20,000) with fluorescein isothiocyanate (FITC) attached and red fluorescent pigment sulfoladin B (molecular weight: 558.67) And then observed with a confocal microscope.

도 8 및 도 9는 각각 실험 1 및 실험 2의 결과를 촬영한 이미지이다. 도 8을 참고하면, 1 ㎛ 크기의 PS(적색염료로 코팅됨)는 미세캡슐 외부에만 존재하고, 100 nm의 PS(녹색으로 코팅됨) 입자는 미세캡슐 막을 투과하여 내부에 존재함을 확인할 수 있다. 실시예 1에서 제조된 미세캡슐에서의 평균 기공 크기는 400 nm이고 가장 큰 사이즈가 710 nm이기 때문에, 100 nm PS입자는 쉽게 막을 통과해 분산되는 반면, 1 ㎛ PS입자는 외부에 남아있게 된다.Figs. 8 and 9 are images of the results of Experiment 1 and Experiment 2, respectively. Referring to FIG. 8, PS (coated with red dye) having a size of 1 탆 is present only on the outer surface of the microcapsule, and 100 nm of PS (coated with green) have. Since the average pore size in the microcapsules prepared in Example 1 is 400 nm and the largest size is 710 nm, the 100 nm PS particles are easily dispersed through the membrane while the 1 탆 PS particles remain on the outside.

도 9에 의하면, 2 nm 크기의 적색 형광 색소는 미세캡슐 막을 투과하여 내부에 존재하는 반면, 약 6.6 nm 크기의 녹색 형광 색소는 캡슐을 투과하지 못하여 미세캡슐 외부에만 존재함을 알 수 있다. 즉, 실시예 4에서 제조된 미세캡슐은 그 기공 사이즈의 범위가 약 2 ~ 6.6nm 임을 알 수 있다.FIG. 9 shows that a red fluorescent dye having a size of 2 nm is present inside the microcapsule membrane while the green fluorescent dye having a size of about 6.6 nm is present only outside the microcapsule because the capsule can not be permeated. That is, the microcapsules prepared in Example 4 have a pore size ranging from about 2 to about 6.6 nm.

이상에서, 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위가 이들로 제한되는 것은 아니다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

Claims (15)

내부상으로 저장물질을 포함하는 제 1 유체, 중간상으로 상분리되는 서로 다른 두 종 이상의 고분자 및 유기용매를 포함하는 제 2 유체, 연속상으로 계면활성제를 포함하는 친수성의 제 3 유체를 주입하여 액적을 형성하는 단계 ; 및
상기 액적을 고형화시켜 코어-쉘 구조의 미세캡슐을 형성하는 단계 ; 및
상기 미세캡슐을 특정 용매 또는 용액에 넣어 상기 쉘에 기공을 형성하는 단계를 포함하되, 상분리되는 상기 두 종 이상의 고분자 중 어느 하나는 상기 용매 또는 상기 용액에 의해 용해 또는 분해되는 고분자이고, 상기 기공은 용해 또는 분해되는 상기 고분자가 선택적으로 제거되어 형성된 것이며,
상기 두 종 이상의 고분자 함량을 조절하거나, 상기 고분자 사이의 상분리 특성을 제어하여 상기 기공 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법.
A second fluid containing two or more different kinds of polymers that are phase separated into an intermediate phase and an organic solvent, and a hydrophilic third fluid containing a surfactant in a continuous phase, ; And
Solidifying the droplet to form a microcapsule of a core-shell structure; And
Wherein the microcapsule is a polymer which is dissolved or decomposed by the solvent or the solution, and the pores are formed in the shell by introducing the microcapsule into a specific solvent or solution, Wherein the polymer to be dissolved or decomposed is selectively removed,
Wherein the pore size of the microcapsules is controlled by controlling the content of the two or more kinds of polymers or controlling the phase separation characteristics between the polymers.
제 1항에 있어서, 상기 액적 고형화 단계는 상기 유기용매를 증발시켜 상기 고분자들을 상분리하는 단계를 포함하는 것 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법.The method of claim 1, wherein the droplet solidifying step comprises phase separation of the polymer by evaporating the organic solvent. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 상분리 특성은 상기 상분리되는 고분자 사이의 상호작용 매개변수(interaction parameter), 분자량 및 상기 고분자막의 두께 중 적어도 어느 하나 이상에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법. The microcapsule according to claim 1, wherein the phase separation characteristic is determined by at least one of an interaction parameter, a molecular weight and a thickness of the polymer membrane between the phase-separated polymers. How to. 제 1항에 있어서, 상기 방법은 상기 쉘의 두께를 20 ~ 5000 nm 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법. The method of claim 1, wherein the thickness of the shell is controlled in the range of 20 to 5000 nm. 제 4항에 있어서, 상기 방법은 상기 상호작용 매개변수값과 고분자 분자량의 곱을 2 이상으로 조절하여 쉘 내에서 국부적인 상분리를 유도하는 것을 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the step of adjusting the product of the interaction parameter value and the molecular weight of the polymer to at least 2 to induce local phase separation within the shell. 제 6항에 있어서, 상기 방법에서 형성되는 기공의 크기는 0.1~10㎛인 것을 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법.The method of claim 6, wherein the pore size of the microcapsule is 0.1 to 10 μm. 제 4항에 있어서, 상기 방법은 상기 상호작용 매개변수값과 고분자 분자량의 곱을 2 미만으로 조절하여 상분리를 억제하고 균일한 혼합을 유도하는 것을 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the method further comprises controlling the product of the interaction parameter value and the polymer molecular weight to less than 2 to inhibit phase separation and induce homogeneous mixing. 제 8항에 있어서, 상기 방법에서 형성되는 기공의 크기는 1~100nm인 것을 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법. The method of claim 8, wherein the pore size of the microcapsule is 1 to 100 nm. 제 1항에 있어서, 상기 용매 또는 용액은 상기 두 종 이상의 고분자중 용해성 고분자만을 용해하거나, 용해성 고분자를 비용해성 고분자에 비해 더 빠른 속도로 용해시키는 것을 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법. The method of claim 1, wherein the solvent or the solution dissolves only the soluble polymer in the two or more kinds of polymers, or dissolves the soluble polymer at a higher rate than the non-soluble polymer. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 미세캡슐은 크기가 10~1000㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 미세캡슐에 기공을 형성하는 방법.



The method of claim 1, wherein the microcapsules have a size ranging from 10 to 1000 mu m.



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KR20160108709A (en) 2016-09-20

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