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Korean Chemical Engineering Research,
Vol.56, No.5, 761-766, 2018
유동-집속 생성기의 병렬화를 통한 에멀젼 생산속도 향상
Enhancing Production Rate of Emulsion via Parallelization of Flow-Focusing Generators
액적-기반 미세유체장치는 물질 합성 및 초고속 대용량 스크리닝 등 다양한 응용분야에서 변형 가능한 새로운 접근법을 이끌어 냈다. 그러나 단일의 액적생성기를 이용한 액적의 생성 속도가 매우 낮기 때문에 이를 상용화 하기 위해서는 생산속도를 높이기 위한 노력이 필요하다. 본 연구는 단일의 유동-집속 생성기를 병렬로 연결하여 단분산성 액적의 생성 속도를 높이는 방법에 관한 것이다. 이러한 액적생성기를 갖는 미세유체장치를 제작하기 위해 본 연구에서는 양면 임프린팅 방법을 이용하여 단층 엘라스토머 조각에3차원의 마이크로 채널을 갖는 3D 모놀리식 탄성중합체 장치(monolithic elastomer device, 3D MED)를 제작 할 수 있다. 이렇게 제작된 8개의 액적생성기가 연결된 3D MED를 이용하여 연속상과 분산상의 유체를 조절하여 단분산성 액적의 형성속도가 향상되었음을 증명하였다. 따라서 본 미세유체시스템을 사용하여 다양한 재료 또는 세포들을 함유하는 단분산성 액적을 형성하여 마이크로입자 제조 및 스크리닝 시스템과 같은 넓은 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Droplet-based microfluidic device has led to transformational new approaches in various applications including materials synthesis and high-throughput screening. However, efforts are required to enhance the production rate to industrial scale because of low production rate in a single droplet generator. In here, we present a method for enhancing production rate of monodisperse droplets via parallelization of flow-focusing generators. For this, we fabricated a three-dimensional monolithic elastomer device (3D MED) that has the 3D channel structures in a single layer, using a double-sided imprinting method. We demonstrated that the production rate of monodisperse droplet is increased by controlling the flow rate of continuous and dispersed phases in 3D MED with 8 droplet generators. Thus, we anticipate that this microfluidic system will be used in wide area including microparticle synthesis and screening system via encapsulation of various materials and cells in monodisperse droplets.
[References]
  1. Xu QB, Hashimoto M, Dang TT, Hoare T, Kohane DS, Whitesides GM, Langer R, Anderson DG, Small, 5(13), 1575, 2009
  2. Marre S, Jensen KF, Chem. Soc. Rev., 39(3), 1183, 2010
  3. Jeong HH, Noh YM, Jang SC, Lee CS, Korean Chem. Eng. Res., 52(2), 141, 2014
  4. Shestopalov I, Tice JD, Ismagilov RF, Lab Chip, 4(4), 316, 2004
  5. Theberge AB, Courtois F, Schaerli Y, Fischlechner M, Abell C, Hollfelder F, Huck WTS, Angew. Chem.-Int. Edit., 49(34), 5846, 2010
  6. Shim TS, Kim JM, Korean J. Chem. Eng., 34(9), 2355, 2017
  7. Joscelyne SM, Tragardh G, J. Membr. Sci., 169(1), 107, 2000
  8. Tetradis-Meris G, Rossetti D, de Torres CP, Cao R, Lian GP, Janes R, Ind. Eng. Chem. Res., 48(19), 8881, 2009
  9. Al-Rawashdeh M, Yu F, Nijhuis TA, Rebrov EV, Hessel V, Schouten JC, Chem. Eng. J., 207, 645, 2012
  10. Bardin D, Kendall MR, Dayton PA, Lee AP, Biomicrofluidics, 7(3), 034112, 2013
  11. Jeong HH, Yadavali S, Issadore D, Lee D, Lab Chip, 17(15), 2667, 2017
  12. Riche CT, Roberts EJ, Gupta M, Brutchey RL, Malmstadt N, Nat. Commun., 7, 10780, 2016
  13. Jeong HH, Issadore D, Lee D, Korean J. Chem. Eng., 33(6), 1757, 2016
  14. Romanowsky MB, Abate AR, Rotem A, Holtze C, Weitz DA, Lab Chip, 12(4), 802, 2012
  15. Jeong HH, Yelleswarapu VR, Yadavali S, Issadore D, Lee D, Lab Chip, 15(23), 4387, 2015
  16. Lee BJ, Jin SH, Jeong SG, Kang KK, Lee CS, Korean Chem. Eng. Res., 55(6), 791, 2017
  17. Takeuchi S, Garstecki P, Weibel DB, Whitesides GM, Adv. Mater., 17(8), 1067, 2005
  18. Lee W, Walker LM, Anna SL, Phys. Fluids, 21(3), 032103, 2009
  19. Yobas L, Martens S, Ong WL, Ranganathan N, Lab Chip, 6(8), 1073, 2006