Chiral mesogens spontaneously form a cholesteric phase and show structural colors through wavelength-selective reflection. Although chiral mesogens are pragmatic materials to build cholesteric phase due to their low toxicity, low cost, and robustness, an elaborate encapsulation technique is not reported yet. In this work, cholesteryl esters are encapsulated with a calcium-alginate hydrogel shell using oil-in-water-in-oil double-emulsion droplets. With capillary microfluidic devices, monodisperse double-emulsion droplets are prepared to have a mixture of cholesteryl ester and toluene in the innermost droplets and an aqueous solution of sodium alginate and calcium-carrying complex in the outer droplets. As toluene diffuses out from the core, cholesteryl ester forms the cholesteric phase. At the same time, calcium ions are dissociated from the complex upon chemical cues, which causes ionic crosslinking of alginate. The microcapsules show the thermochromic property as the structural color of the cholesteric core blue-shifts along with the temperature. Therefore, the microcapsules report local temperatures with colors or reflectance spectra. As the range and sensitivity of the colorimetric temperature measurement are controllable by adjusting the composition of cholesteryl esters, a wide range of temperature can be covered by employing a proper set of compositions while maintaining high sensitivity.
본 연구에서는 미세유체기술을 활용하여 온도 변화에 따라 변색하는 특성을 가지는 물질인 액정을 하이드로젤막으로 감싸고 있는 형태의 마이크로캡슐을 형성하는 방법에 대하여 논하고 있다. 액정은 온도 변화에 빠르게 반응하여 분자 구조 배향을 달리하며, 그 상이 콜레스테릭 상에 이르렀을 때에 가시광선 영역 내에서 구조색을 나타내는 특징이 있다. 액정을 이용하여 필름을 만들거나 캡슐화를 시켜 광학적 특성을 나타내게 한 바는 많이 보고되어 왔으나, 이는 주로 분자 배향을 조절하는 비싸고 유독한 물질인 카이랄 도판트를 필요로 하는 액정을 사용하거나 거시적 환경에서 응용되어야 하는 한계점이 있었다. 이 연구는 도판트가 필요 없는 콜레스테릴 에스터계 액정 세 종류를 섞어서 마이크로캡슐의 가장 안쪽 상에 주입을 해줌으로써 액정이 반응할 수 있는 온도 변색 구간을 넓혔고, 동시에 중간상에 알지네이트 하이드로젤막을 도입하여 가장 안쪽 액정이 외부환경으로부터 보호받을 수 있도록 설계하였다. 여기서 가장 안쪽 상에 있는 세가지 액정의 비율을 조절함으로써 마이크로캡슐이 주입될 수 있는 그 어떤 미세환경 내의 온도도 손쉽고 광범위하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.
