Hydrogel is one of the most famous biocompatible hydrophilic materials. The swelling and porous characteristic are their unique properties. Microgels is defined as submicroscale of hydrogel matrix. Microgels has good responsibility and compactibility compared macro-size hydrogel. Microgels have served as biological application such as microcarriers for cell and drug as they provide fast diffusion and injectable suspension. The typical generation method of microgels is using water-in-oil emulsions containing gel procursors. These emulsions are formed hydrogel matrix by cross-linking chemical reaction. However, usually used reactions are not biocompatible due to exist of small precursor molecules or high energy of reaction triggers. In this work, we propose a highly biocompativle method for fabricating microgelss using complexation of Graphene Oxide (GO) nanosheets and Polyvinyl alcohol (PVA). We prepared water-in-oil-in-water double-emulsions using a microfluidic device. The core solution contain GO and PVA solution without any cross-linker or other small molecules. The GO sheets and PVA chains are dispersed very well at the core. When double emulsions are exposured at high osmotic pressure, water in the core was selectively pumped out. During concentration of core, GO sheets formed a nematic liquid crystalline phase and concentrated at the boundary leading to increase cross-link parts with PVA chain. The complexation of GO and PVA by hydrogen bonding generate hydrogel matrix in the core. The microgels suspended in water are stable and monodisperse size and shape. This new microfluidic strategy does not use any toxic components or high energy stimuli, just using osmotic pressure. We expect not only PVA other polymer based microgels are also fabricated through this method and this will potentially provide a useful means to various biocompatible application.
하이드로젤은 친수성 물질의 생친화적인 특성을 가지고 있는 고분자 복합체 물질로서, 스웰링과 고분자 사슬의 그물 구조에 의한 독특한 특징을 가지고 있다. 이러한 마이크로젤은 큰 크기의 하이드로젤에 비해 더 좋은 물질 확산 속도와 좋은 성형성을 가지고 있고, 이와 같은 특징 때문에 마이크로젤은 생물학적 분야에 많은 응용처를 가지고 있다. 마이크로젤을 합성하는 방법 중에 하나로 젤 물질이 포함된 액적을 이용하는 방법이 있다. 마이크로 크기의 액적들에 중합반응을 야기시키면 수많은 마이크로젤을 생성시킬 수 있다. 하지만, 일반적으로 사용되는 중합반응은 고에너지가 필요하며 중합 개시제 또는 중합 중 생성되는 라디칼의 존재 때문에 생친화성에 좋지않은 영향을 미친다. 이 연구에서는 산화 그래핀과 폴리비닐알코올 복합체를 이용하여 생친화적인 마이크로젤 합성 방법에 대해 제안하고자 한다. 우리는 미세유체 시스템을 이용하여 산화 그래핀과 폴리비닐알코올 수용액이 오일 막 내부에 담지되어 있는 이중액적을 만들었다. 이중 액적이 높은 삼투압 환경에 노출되면 내부 수용액으로부터 바깥으로 물이 선택적으로 빠져나가게 된다. 이 과정은 내부 수용액의 농축을 야기하고, 산화 그래핀이 계면 근처에서 높은 정렬도를 가지게 되면서 산화 그래핀과 폴리비닐알코올 사이에 많은 수의 수소결합이 형성되게 된다. 이 과정은 내부 용액의 젤화를 일으키고, 만들어진 마이크로젤은 크기와 모양이 균일하며, 물 상에서 안정적으로 젤을 유지하게 된다. 이러한 미세유체소자를 이용한 새로운 마이크로젤 합성 방법은 고에너지, 라디칼과 같은 독성물질을 사용하지 않고 삼투압만을 이용한다. 우리는 폴리비닐알코올뿐만이 아닌 다른 고분자 역시 이와 같은 기작을 통해 마이크로젤 형성이 가능하고, 이를 통해 다양한 생친화적 응용에 사용되리라 기대한다.
