국립부경대 황윤호 교수팀, 3D 프린팅 기반 '마이크로캡슐 대량생산' 플랫폼 개발

포항공대와 공동연구… 약물 전달·바이오캡슐 상용화 앞당길 '스케일업' 구현

3D 프린트로 제작된 마이크로캡슐 대량 생산장치[사진=국립부경대]

국립부경대학교 고분자공학전공 황윤호 교수 연구팀이 3D 프린팅 기술을 활용해 기능성 마이크로캡슐을 고속·대량으로 제조할 수 있는 혁신적인 미세유체 플랫폼을 구현하는 데 성공했다.

이번 연구는 포항공과대학교 김동표 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 이뤄졌으며, 기존 단일 에멀젼의 한계를 넘어 정밀한 제어가 필요한 '이중 에멀젼(Double Emulsion)' 기반 마이크로캡슐의 상용화 기반을 마련했다는 평가를 받고 있다. 

에멀젼은 섞이지 않는 두 액체가 혼합된 제형으로, 식품·화장품·제약 분야에서 널리 쓰인다. 특히 약물 전달체나 바이오 캡슐 제조를 위해서는 내부 코어와 외부 쉘 구조를 동시에 제어하는 '이중 에멀젼' 기술이 필수적이다.

그동안 업계에서는 대량생산을 위해 '벌크유화법'을 사용해 왔으나, 마이크로캡슐의 크기나 쉘 두께 등을 균일하게 제어하기 어렵다는 단점이 있었다. 반면 정밀도가 높은 '미세유체기술'은 생산량이 너무 적고 장시간 안정적인 가동이 어려워 스케일업(Scale-up)에 한계가 있었다.

황 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 3D 프린팅 기술로 설계된 '병렬형 미세유체 플랫폼'을 새롭게 개발했다.

다수의 에멀젼 발생기를 동시에 구동함으로써 생산 속도를 획기적으로 높인 것.

특히 연구팀은 화학적으로 안정적이라 가공이 까다로운 3D 프린팅 소재 내부에 실리카(Silica) 나노입자를 코팅하는 특수 표면처리 기술을 적용했다. 이를 통해 산성이나 고온 조건에서도 이중 에멀젼을 연속적으로 대량 생산할 수 있는 환경을 최초로 구축했다.

이 플랫폼을 활용하면 마이크로캡슐의 내부 코어 비율과 쉘 구조를 정밀하게 조절할 수 있어, 캡슐 안의 물질이 방출되는 특성까지 의도에 맞게 설계할 수 있다.

이번 연구에 참여한 나기수 박사는 "병렬화 장치를 통해 이중 에멀젼의 고속 생산을 구현함으로써 마이크로캡슐 공정의 실제 상용화 가능성을 입증했다"고 설명했다.

황윤호 교수는 "단순한 플랫폼 개발을 넘어 캡슐의 구조와 방출 특성을 정밀 제어할 수 있다는 점에서 학문적·상업적 가치가 높다"며, "앞으로 약물 전달체, 바이오 캡슐, 기능성 소재 캡슐화 기술 전반에 폭넓게 적용될 것"이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구 성과는 화학공학 분야 세계 최고 권위의 국제 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF: 13.2)' 최신호에 게재되며 그 우수성을 인정받았다.