A capsule, a thin elastic membrane enclosing inner material such as colloid, has been used in diverse fields including drug delivery, cell encapsulation and cosmetics. The hydrodynamic shear stress acting on the membrane surface of the capsule in microcirculation environment may cause severe deformation and burst of the capsule. Though, many studies have focused on the rheological behavior of the capsule immersed in various flows, little is known for the deformation of a capsule in high shear rate and furthermore its break-up phenomenon. For the break-up of a capsule in simple shear flow, experiment is performed with a Couette flow rheoscope, and a capsule based on Human Serum Albumin is prepared. The membrane of the capsule is modelled as a thin shell with Hookes law. The deformation and the break-up of a capsule and the resultant stress distribution on the capsule surface are investigated with varying the shear rate of the flow. Two kinds of the observed break-up are presented, which occur at the intermediate shear rate and the high shear rate. The break-up at high shear rate is related to the tear-up of the membrane at the meridional plane after the material yields. On the other hand, a periodic tank-treading accompanies the cyclic stess acting on the membrane which is found to be correlated to the fatigue of the membrane and results in the tip separation in the intermediate shear rate.
캡슐이란 콜로이드와 같은 내부 매질을 얇은 탄성막으로 둘러싸는 구조를 말하며, 약물 전달이나 세포 배양 기술 등 다양한 분야에서 응용되어 왔다. 마이크로 환경에서 캡슐 표면에 작용하는 유체역학적인 전단력은 심한 변형과 함께 파단 현상까지 초래할 수 있는 것으로 알려졌다. 비록 기존의 캡슐에 관한 연구들이 다양한 유동 내에서의 캡슐의 유변학에 관해 다루었지만, 높은 전단율에서 나타나는 캡슐의 파단 현상에 관해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 간단한 전단 유동 내에서 일어나는 캡슐의 파단 현상을 보기 위하여 미리 고안된 쿠에트 유동 장치 내에서 캡슐의 실험을 진행하였으며, 사용한 캡슐은 인간 혈청 단백질과 프로필렌 글리콜 알긴산 간의 반응을 이용해 합성되었다. 캡슐 막의 모델링을 위해서는 선행 연구를 토대로 2차원 훅의 법칙(Hooke's law)이 사용되었다. 전단율을 증가시켜가며 전단 유동 내에서 일어나는 캡슐의 변형과 파단 현상, 그리고 막 표면을 따라 작용하는 응력 분포를 관찰 및 계산하였다. 두 종류의 파단 현상이 각각 높은 전단율과 중간 크기의 전단율에서 관찰되었다. 높은 전단율에서의 파단 현상은 막의 meridional 면을 따라 막이 찢어지는 양상을 보였으며, 중간 크기의 전단율에서 일어나는 파단 현상의 경우, tank-treading 도중 막에 걸리는 반복 하중에 의해 피로파괴가 일어나 캡슐의 팁이 분리되는 형태를 보였다.
