과일의 소수성 표피는 탈수를 방지하고 환경적 스트레스로부터 보호하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이러한 자연 구조에서 영감을 얻어, 소수성 캡슐화는 하이드로겔의 기능성과 장기적 안정성을 보존하기 위해 널리 사용되고 있다. 그러나 소수성 쉘과 하이드로겔 사이의 계면에서의 불안정성은 여전히 중요한 과제로 남아 있다. 본 연구에서는 액체 마블의 개념, 즉 액체 방울이 소수성 입자로 덮이는 구조를 이용하여 서로 양립하기 어려운 계면을 안정화하는 하이드로겔 캡슐화 전략을 제시한다. 먼저 하이드로겔 표면에 소수성 입자와의 계면 브리지를 통해 균일한 비극성 액체 층을 형성한다. 이어서 이 액체 층 위에 2차 소수성 입자 층을 증착하여 누출을 방지함으로써, 다층 마블(MLM) 구조를 얻는다. 이러한 MLM 캡슐화는 다양한 하이드로겔, 액체 및 구조적 구성에 대해 매우 다용도로 적용 가능하다. MLM 캡슐화는 다양한 응용 분야에서 하이드로겔의 성능과 기능을 유지함으로써, 기존의 계면 불안정성 문제를 극복하기 위한 보편적이고 견고한 해결책을 제공한다.

기판 위에 얇은 액체 막을 코팅하는 전략은 모세관 힘을 통해 강한 입자 부착을 가능하게 한다. 그러나 액체 막의 실제 활용성은 플라토-레이일리(Plateau-Rayleigh) 불안정성, 계면 탈습윤(interfacial dewetting), 배액(drainage)을 포함한 내재적 유체 불안정성에 의해 제한된다. 여기서는 점탄성 네트워크를 유지하여 구조적 건전성을 보장하는 동시에, 점성 및 모세관에 의해 구동되는 입자 부착을 가능하게 하는 동적 가교 접착 필름을 제시한다. 점탄성 접착제로서 이미인(imine) 가교 네트워크를 갖는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 적용한다. 탄성의 특성은 안정적이고 두꺼운 막의 형성을 가능하게 하지만, 동시에 충분히 점성이 있어 입자 접촉 시 맨( meniscus )을 형성할 수 있다. 이는 마이크로뉴턴(micro-Newton) 규모의 강한 모세관 힘을 발생시킨다. 통상적으로 나노뉴턴(nano-Newton) 규모의 반데르발스(van der Waals) 부착에 의존하는 공기 필터에 적용하면, 동적으로 가교된 접착제는 여과 성능을 향상시키고 입자 재비산(particle resuspension)을 억제한다. 표면에 입자를 단순히 유지하는 것을 넘어, 동적 이미인 결합을 가진 접착층은 입자를 매트릭스로 능동적으로 흡수하여 이후 지속적인 여과를 위한 새로운 점착성 표면을 노출시키고, 여과를 통해 압력 강하(pressure drop)가 증가하는 기간을 연장한다. 따라서 더 효과적인 여과가 이루어지더라도 기존의 필터에 비해 필터의 작동 수명이 연장된다. 안정적인 동적 결합 접착층이 보이는 이러한 독특한 입자 포획 특성은 뛰어난 여과 성능을 나타낼 뿐 아니라, 공기 정화 기술의 새로운 패러다임을 제안한다.