A sensor that detects stimuli changes with changes of pigment color or plasmon color called a colorimetric sensor. The sensing performance of colorimetric sensor like metal nanoparticles or chromophore molecules is decreased by non-specific binding of adhesive molecules in pristine samples or dilution by the sample fluids. It is challenging to direct detection from unpurified pristine samples. To overcom this limitations, we came up with the microcapsules-type sensor platform. Due to the core-shell structure of microcapsules, the sensor probe dispersants can encapsulate and maintain its concentration and the molecules can selectively penetrated through the shell. We focused on the permeation property of shell of microcapsules for enhances and expands its usage of microcapsules as a sensor platform. Here, we generated W/O/W/ double emulsion templated microcapsules with hydrophobic shell and applied to pH detection system by introducing pH sensor probe in the core. For enhance molecule transportation through the shell, we generated W/O/W/O triple emulsion templated microcapsules with hydrogel shell and oil shell. The hydrogel shell exhibits size-selective permeation, while the oil shell exhibits ion-selective permeation property that is adequate to heavy-metal ion detection system. Moreover, we reduce the hydrogel shell thickness by induce osmotic-pressure within the triple emulsion droplets. Thinner hydrogel shell shows enhanced permeability to the transportable molecules. And we strengthen the hydrogel shell by introducing double-hydrogel network system. It enhances the mechanical stability of hydrogel microcapsules due to the existence of sacrificial bond. We suggested osmotic-shock driven size-selective alginate shell of microcapsules as a biocompatible sensor applications. Therefore, the microcapsule with size-selective permeation, enhanced permeability and mechanical stability, biocompatibility have a potential as a sensor platform such as pH, toxic molecules detection from pristine samples.
육안으로 확인할 수 있는 색의 변화로부터 외부 자극의 변화를 감지하는 비색계 센서는 주로 발색단 분자 또는 나노 입자 형태로 구성되어있기 때문에 샘플 유체에 의한 희석 및 접착 분자의 비특이적 결합에 의해 센서의 성능이 감소되는 한계점을 갖습니다. 저는 이러한 한계를 극복하기 위해 마이크로 캡슐형 센서 플랫폼을 고안했습니다. 마이크로 캡슐은 코어-쉘 구조를 갖고 있어 내부에 센서 분산액을 안정적으로 담지할 수 있으며 막을 통한 물질의 선택적 투과 특성을 제어하여 직접 검출이 가능한 센서 플랫폼으로써 사용될 수 있습니다. 먼저, 물-오일-물 이중액적 기반의 소수성 막을 갖는 캡슐을 형성하여 국소부위의 pH변화를 감지하는 시스템을 구현했습니다. 그 후, 막을 통한 수용성 분자의 이동을 향상시키기 위해 물-오일-물-오일 삼중액적 기반의 오일막과 하이드로젤막을 갖는 캡슐을 형성했으며 이는 각각 이온- 또는 크기-선택적 투과 특성을 갖고 있어 이를 활용해 중금속 이온 검출 시스템을 구현할 수 있었습니다. 또한, 여전히 확산 장벽으로 작용하며 낮은 물리적 강도를 갖고 생체친화성이 낮은 하이드로젤막의 한계점을 극복하기 위해 삼중액적내에서 삼투압을 유도하여 얇은 막을 갖는 캡슐을 형성해 투과도를 향상시키고, 이중 네트워크 하이드로젤막을 갖는 캡슐을 형성해 물리적 강도를 강화하고, 생체친화도가 높은 알지네이트에 크기-선택적 투과 특성을 갖도록 설계하여 센서 플랫폼으로써의 캡슐의 활용 범위를 넓히고자 했습니다.