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| 마이크로캡슐 대량 제조 미세유체 플랫폼 개발(Development of a Microfluidic Platform for the Mass Production of Microcapsules) | |||
| 작성자 | 대외홍보센터 | 작성일 | 2026-02-13 |
| 조회수 | 403 | ||
| 마이크로캡슐 대량 제조 미세유체 플랫폼 개발(Development of a Microfluidic Platform for the Mass Production of Microcapsules) | |||||
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대외홍보센터 |  |
2026-02-13 |  |
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국립부경대, 3D 프린팅 기반 에멀젼 마이크로캡슐 고속·대량 제조 플랫폼 구현
- 고균일·연속 생산 구현 … 약물 전달·바이오캡슐 상용화 기반 마련
△ 3D 프린트로 제작된 마이크로캡슐 대량 생산장치 이미지와 황윤호 교수.
국립부경대학교 황윤호 교수(고분자공학전공) 연구팀은 3D 프린팅 기술을 활용해 이중 에멀젼(double emulsion) 기반 마이크로캡슐을 대량 제조할 수 있는 미세유체 플랫폼을 개발했다.
이번 연구는 포항공과대학교 김동표 교수 연구팀과 공동연구로 진행됐으며, 단일 에멀젼 생성 기술을 넘어, 기능성 마이크로캡슐 제조의 확장 가능한 공정 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다.
에멀젼(emulsion)은 서로 섞이지 않는 두 액체로 이루어진 제형으로, 일반적인 단일 에멀젼(single emulsion)은 식품·화장품·제약 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 그러나 약물 전달체, 기능성 캡슐, 보호층을 갖는 미립자와 같은 마이크로캡슐을 제조하기 위해서는 내부 코어와 외부 쉘 구조를 동시에 제어할 수 있는 이중 에멀젼(double emulsion) 제조가 필수적이다. 이중 에멀젼의 구조적 균일성은 마이크로캡슐의 크기, 쉘 두께, 방출 특성을 결정하는 핵심 요소다.
기존 벌크유화법(Bulk Emulsification)은 대량생산에는 유리하지만, 이중 에멀젼의 정밀한 구조 제어가 어렵기 때문에 균일한 마이크로캡슐 제조에는 한계가 있었다. 이에 따라 최근에는 미세유체기술(Microfluidics)을 활용해 균일한 이중 에멀젼을 생성하고 이를 주형(template)으로 활용하여 마이크로캡슐을 제조하는 연구가 진행돼 왔다. 하지만 기존 미세유체 소자는 생산량이 낮고, 불균일 유량 분배 등으로 인해 장시간 안정적인 마이크로캡슐 제조가 어렵다는 문제가 남아 있었다.
공동연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 3D 프린팅기술을 활용하여 병렬형 미세유체 플랫폼 새롭게 설계 및 제작했다. 또한 연구팀은 마이크로캡슐 제조에 필수적인 이중 에멀젼을 구현할 수 있는 3D 프린팅 표면처리 기술을 개발했다. 일반적으로 3D 프린팅 소재는 화학적으로 안정적이어서 친수성 표면처리가 어렵지만, 연구팀은 산성·고온 조건에서 실리카(Silica) 나노입자를 내부 표면에 균일하게 코팅함으로써 이러한 한계를 극복했다. 이를 통해 3D 프린팅 기반 플랫폼에서 이중 에멀젼을 이용한 마이크로캡슐의 연속적·대량 제조를 최초로 구현했다.
이를 통해 다수의 이중 에멀젼 발생기를 동시에 안정적으로 구동할 수 있으며, 이중 에멀젼을 주형으로 하는 마이크로캡슐을 높은 균일도와 재현성으로 대량 생산할 수 있음을 입증했다. 특히 내부 코어 비율과 쉘 구조를 정밀하게 제어함으로써, 마이크로캡슐의 방출 특성을 설계할 수 있는 기반을 마련했다.
황윤호 교수는 “이번 연구는 단지 마이크로캡슐 제조 플랫폼 개발에 그치지 않고, 마이크로캡슐의 구조와 방출 특성을 정밀하게 제어할 수 있어 학문적 가치와 상업적 활용 가능성이 매우 높아 약물 전달체, 바이오 캡슐, 기능성 소재 캡슐화 기술 전반에 적용될 수 있다”고 설명했다.
한편, 이번 연구 성과는 화학공학 분야 세계 정상급 국제 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’(IF:13.2)에 최근 게재됐다. <부경투데이>
Pukyong National University Develops a 3D Printing-Based Platform for High-Speed, Large-Scale Production of Emulsion Microcapsules
- Enables highly uniform, continuous manufacturing, laying the groundwork for the commercialization of drug delivery systems and biocapsules
A research team led by Professor Hwang Yun-Ho (Major in Polymer Engineering) at Pukyong National University has developed a microfluidic platform capable of the large-scale production of double-emulsion-based microcapsules using 3D printing technology.
This study was conducted in collaboration with the research team of Professor Kim Dong-Pyo at POSTECH (Pohang University of Science and Technology). Going beyond conventional single-emulsion generation techniques, the work is significant in that it presents a scalable process platform for the fabrication of functional microcapsules.
An emulsion is a formulation composed of two immiscible liquids, and a conventional single emulsion is widely used in the food, cosmetics, and pharmaceutical industries. However, to fabricate microcapsules such as drug delivery carriers, functional capsules, and particles with protective layers, it is essential to produce double emulsions, which allow simultaneous control of the inner core and outer shell structures. The structural uniformity of double emulsions is a key factor that determines the size, shell thickness, and release characteristics of microcapsules.
While the conventional bulk emulsification method is advantageous for mass production, it has limitations in producing uniform microcapsules because it is difficult to precisely control the structure of double emulsions. Accordingly, recent studies have focused on using microfluidic technologies to generate uniform double emulsions and employ them as templates for microcapsule fabrication. However, existing microfluidic devices still face challenges, including low production throughput and unstable long-term operation due to issues such as non-uniform flow distribution, making sustained, stable microcapsule production difficult.
To overcome these limitations, the joint research team newly designed and fabricated a parallelized microfluidic platform using 3D printing technology. The team also developed a 3D printing？based surface treatment technique capable of producing double emulsions, which are essential for microcapsule fabrication. Because 3D printing materials are generally chemically stable, it is difficult to render their surfaces hydrophilic; however, the researchers overcame this challenge by uniformly coating the inner surfaces with silica nanoparticles under acidic and high-temperature conditions. Through this approach, they achieved, for the first time, the continuous and large-scale production of microcapsules using double emulsions on a 3D printing？based platform.
This platform enables the stable, simultaneous operation of multiple double-emulsion generators and demonstrates the mass production of microcapsules templated by double emulsions with high uniformity and reproducibility. In particular, by precisely controlling the internal core ratio and shell structure, the team has established a foundation for designing the release characteristics of microcapsules.
Professor Hwang Yun-Ho explained, “This research goes beyond the development of a microcapsule manufacturing platform. By enabling precise control over the structure and release characteristics of microcapsules, it offers both significant academic value and strong potential for commercial applications. It can be broadly applied to technologies such as drug delivery systems, bio capsules, and the encapsulation of functional materials.”
Meanwhile, the results of this study were recently published in the ‘Chemical Engineering Journal’ (IF:13.2), a top-tier international journal in the field of chemical engineering. <Pukyong Today>
