이승우 고려대 융합에너지공학과 교수 연구팀, 세계 최고 수준 초점도 미세방 제작 미세유체 칩 개발
이승우 고려대 융합에너지공학과 교수 연구팀, 세계 최고 수준 초점도 미세방 제작 미세유체 칩 개발
  • 복현명
  • 승인 2022.11.03 10:05
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이승우(오른쪽 하단) 고려대학교 KU-KIST융합대학원/공과대학 융합에너지공학과 교수와 김현호·조용덕·백동재·노경훈·박성훈 석박사통합과정생. 사진=고려대.
이승우(오른쪽 하단) 고려대학교 KU-KIST융합대학원/공과대학 융합에너지공학과 교수와 김현호·조용덕·백동재·노경훈·박성훈 석박사통합과정생. 사진=고려대.

[스마트경제=복현명 기자] 이승우 고려대학교 KU-KIST융합대학원/공과대학 융합에너지공학과 교수 연구팀이 초점도 유체에 적합한 미세유체 칩(microfluidic chip)의 설계 방법을 개발해 대량의 균일한 미세방울(droplets) 제작에 성공했다. 이를 통해 균일한 미세방울로 제작할 수 있는 유체 점도가 세계 최고값을 기록했다.

이번 연구 결과는 한국시간 10월 31일 세계적 학술지 Small(Impact Factor: 15.153)에 실렸다.

미세유체 기술이란 미터(m)보다 백만 배 작은 마이크로미터(μm) 크기에서 유체의 특성을 연구하는 학문으로 미세유체 칩 내 마이크로리터(μL) 규모의 미세방울을 정교하게 제어할 수 있다. 

이 기술은 극미량의 시료만으로 다양한 실험이 가능하고 미세방울 내부에 약물 등의 기능성 물질을 넣을 수 있어 의학, 약학, 생화학, 바이오, 뷰티 등 다양한 분야에서 활용 가능하다. 그러나 현재까지 개발된 대부분의 미세유체 칩은 저점도 방울만을 제작할 수 있으므로 극복해야할 한계가 명백하다.

이승우 교수팀은 초점도 유체를 위한 미세유체 칩을 개발해 미세방울의 활용 확대에 기여했다. 

연구팀은 유체의 압력 변화에 대한 수식(하겐-푸아죄유 법칙)을 활용하여 미세유체 칩을 설계했고 초점도 미세방울을 대량으로 생성해냈다.

유체의 점도가 높은 경우 유체의 흐름 저항은 강한 점성력에 의해 기하급수적으로 상승하며 복잡한 미세유체 칩 내부에서는 흐름 저항이 불균일하게 분포된다. 

연구팀은 이와 같은 불균일한 분포가 미세방울들이 불균일하게 제작되는 원인임을 확인해 미세유체 칩 내부의 흐름 저항을 균일하게 만들고자 미세유로의 길이를 서로 다르게 설계했다.

이 교수 연구팀은 이러한 설계를 기반으로 다수의 미세유로가 통합된 미세유체 칩을 제작했고 대량의 초점도 미세방울이 균일하게 제작됨을 보였다. 

연구 결과에 따르면 미세유체 칩을 이용해 한 시간 동안 약 33만개의 미세방울들을 제작했고 제작된 미세방울들의 평균 지름은 96μm, 표준편차는 0.24μm, 분산계수는 약 2%로 매우 균일함을 확인했다. 

특히 연구에 사용된 Polydimethylsiloxane(PDMS) prepolymer의 점도는 3.5 Pa·s로 현재까지 보고된 유체 중에서 가장 높은 값을 기록했다. 이렇게 제작된 대량의 미세방울들은 마이크로 렌즈 배열체 등 수 cm 규모 이상의 광학기기로도 활용될 수 있음을 확인했다.

 

복현명 기자 hmbok@dailysmart.co.kr


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