KIC News, Volume 21, No. 4, 2018 53 [약력]
2003~2009 서울대학교 화학생물공학부 학사
2009~2014 Massachusetts Institute of Technology 화학공학 박사 2014~2017 Harvard University 응용물리학과 박사후연구원
[연구분야]
• 액적기반 미세유체기술을 이용한 기능성 미세입자 제조 기술 • 기능성 고분자 박막 및 표면처리 기술
• 미세먼지 저감 기술
[관심 연구분야 소개]
본 연구실에서는 연성 물질의 계면에서의 구조 및 동적거동에 대한 기초연구를 바탕으로 새로운 기능성 물질 제조 연구를 수행하고 있으며, 특히 액적기반 미세유체기술과 고분자 박막 제조 기술을 응용하여 물, 에너지, 환경, 헬스케어 등의 다양한 분야의 문제점들에 해결책을 제시하는 것을 주목표로 두고 있다. 여기 서는 본 연구실에서 수행하고 있는 여러 연구 분야 중에서도 기능성 미세입자 제조 연구, 기능성 고분자 박막을 이용한 공기 중 수증기 제어 연구에 대해 간단히 소개하겠다.
최근 고부가 가치의 기능성 생체물질들을 외부 환경으로부터 보호하면서도, 일정한 조건하에서는 외부 로 약물 및 생체 분자를 선택적으로 방출시킬 수 있는 미세입자 담지 기술이 주목받고 있다. 이러한 기술에 미세유체기술을 접목하여 만들어진 미세입자들은 약물 전달체계로서의 새로운 가능성을 보여주고 있다 [1]. 하지만, 미세입자의 생물학적 응용 연구들이 활발하게 진행되고 있음에도 불구하고, 미세유체기술을 이용한 정교한 형태의 미세입자 제조와 관련된 연구는 여전히 부족한 상황이며, 입자 내 미세구조를 제어 하는 연구 또한 미비한 실정이다. 미세입자 제조 시 다중액적(multi-phase emulsion drop)기반 미세유체 기술을 이용할 경우, 하나의 액적 내에 여러 개의 상이 존재하며, 각 상에 다양한 물리, 화학적 공정들을 도입할 수 있어, 입자의 구조 및 조성을 쉽게 조율할 수 있기 때문에 기능성 미세입자가 필요한 다양한 응 용 분야에의 가능성이 무궁무진하다[2-4].
본 연구실에서는 다중액적을 기반으로 한 미세유체 기술에 연성 물질의 계면에서의 구조 및 성질 제어기 술을 접목시켜, 외부 환경에 따른 내부 물질의 투과를 선택적으로 조절할 수 있는 생체물질 담지 미세입자
이 효 민(Hyomin Lee)
포항공과대학교 화학공학과 조교수 경상북도 포항시 남구 청암로 77 054-279-2336
KIC News, Volume 21, No. 4, 2018
젊은과학자 소개
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54 공업화학 전망, 제21권 제4호, 2018
제조 연구를 수행하고 있다. 특히, 최근 생의학 분야에서 각광을 받고 있는 수성이상계(aqueous two phase system)를 다중액적 시스템에 적용할 경우[5], 생체분자 및 세포에 유해한 오일상을 담지하고자 하 는 물질과 접촉하지 않게 하면서도, 균일한 형태의 다중액적 형성이 가능하기 때문에 생의학용 미세 반응 기 및 생체모사 인공세포의 제조가 가능하다.
본 연구실에서는 위와 같은 미세입자뿐만 아니라, 고분자 박막의 표면과 벌크의 성질을 개별적으로 제어 함으로써 공기 중 수증기를 효과적으로 제어할 수 있는 표면 코팅 기술에 대해서도 연구하고 있다[6-7].
최근 들어 공기 중의 수증기를 제어할 수 있는 표면 처리 기술들이 광학용 투명 기판의 김서림 방지, 열교 환기의 열전달효율 증가, 그리고 수자원 확보 등에 적용되어 각광 받고 있다. 이 중에서도 광학용 투명 기 판은 자율주행 자동차의 안전예방시스템에 적용되는 레이더 및 카메라 렌즈뿐만 아니라 일상생활에 접하 는 투명 디스플레이 등에서도 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 기판들은 극한 환경에서도 우수한 광학적 성 질을 유지해야 하는데 김서림 현상과 표면 오염 등이 큰 문제로 인식되고 있다. 하지만 이 문제를 해결하려 는 많은 연구가 진행되었음에도 불구하고 아직까지 근본적인 해결책이 제시된 바 없다. 이에 본 연구실에 서는 이종역상 구조 등의 새로운 표면 구조를 제안하고 실험적으로 구현함으로써 김서림 방지와 자가 세정 이 동시에 가능한 표면 코팅 기술을 개발하고 있다.
투명 기판용 코팅 기술 외에도 최근 들어 도시 지역의 인구 증가로 인한 수질오염 증가와 기후변화로 인 해 안전한 수자원 확보가 점점 어려워지고 있으며, 전 세계적으로 이러한 문제를 해결하기 위한 여러 방안 들이 강구되어 오고 있다. 특히 금속유기복합체(metal-organic framework) 등의 새로운 재료를 바탕으로 한 친환경/고효율 수증기 응축 기술에 대한 관심이 커지고 있다[8]. 이에 본 연구실에서는 자극 감응성 고 분자를 합성하고 이를 이용하여 공기 중의 수증기를 효과적으로 수집할 수 있는 기능성 고분자 박막 제조 연구를 수행하고 있다. 김서림/성에 방지 코팅과 최근에 이용된 쌍성습윤도라는 개념을 온도감응성 고분자 와 접목시킴으로써 공기 중의 수증기를 박막 내에만 선택적으로 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라 온도에 따 라 박막에 흡수된 수증기를 효과적으로 방출시킬 수 있는 구조 개발을 연구하고 있다. 이러한 쌍성습윤성 박막의 경우, 기존의 박막과 달리 낮은 표면에너지를 가짐으로써 공기 중의 수증기만 고분자 박막 내부에 흡수하는 동시에 공기 중의 유기오염 물질들이 표면에 부착되는 것을 방지할 수 있어 그 효용가치가 매우 높다. 하지만 이러한 연성물질 기반 코팅의 경우, 표면 성질이 외부의 충격이나 마모에 취약하기 때문에 일 정 시간 후 오염물질 흡착 방지 성능이 저하되거나 표면 손상으로 인한 국부적인 오염이 증가하는 문제점 이 있다. 따라서 기존 기술만으로는 지속적인 방오(anti-fouling) 성능 및 자가세정 특성을 유지하기 어려 움이 있으며 이러한 문제점들을 해결하기 위해 본 연구실에서는 고분자 박막 내에 콜로이드 계면활성제를 담지함으로써 손상된 표면의 젖음성이 자가치유(self-healing) 될 수 있는 새로운 고분자 박막 제조 기술 연구도 병행하고 있다.
[참고문헌]
1. S. S. Datta, A. Abbaspourrad, E. Amstad, J. Fan, S.-H. Kim, M. Romanowsky, H. C. Shum, B.
Sun, A. S. Utada, M. Windbergs, S. Zhou, and D. A. Weitz, 25th Anniversary Article: Double Emulsion Templated Solid Microcapsules: Mechanics And Controlled Release, Advanced Materials, 26, 2205-2218 (2014).
2. T. Y. Lee, T. M. Choi, T. S. Shim, R. A. Frijns, and S. H. Kim, Microfluidic production of multiple emulsions and functional microcapsules, Lab Chip, 16, 3415-3440 (2016).
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3. H. Lee, C.-H. Choi, A. Abbaspourrad, C. Wesner, M. Caggioni, T. Zhu, S. Nawar, and D. A. Weitz, Fluorocarbon Oil Reinforced Triple Emulsion Drops, Advanced Materials, 28, 8425-8430 (2016).
4. H. Lee, C.-H. Choi, A. Abbaspourrad, C. Wesner, M. Caggioni, T. Zhu, and D. Weitz, Encapsulation and Enhanced Retention of Fragrance in Polymer Microcapsules, ACS Applied Materials & Interfaces, 8, 4007-4013 (2016).
5. S. D. Hann, K. J. Stebe, and D. Lee, All-Aqueous Assemblies via Interfacial Complexation:
Toward Artificial Cell and Microniche Development, Langmuir, 33, 10107-10117 (2017).
6. H. Lee, M. L. Alcaraz, M. F. Rubner, and R. E. Cohen, Zwitter-Wettability and Antifogging Coatings with Frost-Resisting Capabilities, ACS Nano, 7, 2172-2185 (2013).
7. H. Lee, J. B. Gilbert, F. E. Angilè, R. Yang, D. Lee, M. F. Rubner, and R. E. Cohen, Design and Fabrication of Zwitter-Wettable Nanostructured Films, ACS Applied Materials & Interfaces, 7, 1004-1011 (2015).
8. H. Kim, S. Yang, S. R. Rao, S. Narayanan, E. A. Kapustin, H. Furukawa, A. S. Umans, O. M.
Yaghi, and E. N. Wang, Water harvesting from air with metal-organic frameworks powered by natural sunlight, Science, 10.1126/science.aam8743 (2017).
