국내 연구진이 초소형 마이크로 공간에서 나노입자가 스스로 구조화되는 능력을 활용해 3차원 소용돌이를 발생시키는 고효율 마이크로 믹서를 개발했다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부와 함께 추진하는 기초연구지원사업(일반연구자지원)으로 서강대 기계공학과 박정열 교수(교신저자)와 김대중 교수(교신저자)와 최은표 박사과정생(제1저자)이 참여한 고효율 마이크로 믹서 연구가 지난달 21일 나노기술 분야 학술지인 랩온어칩(Lab on a Chip)에 표지 논문(논문명: Non-equilibrium electrokinetic micromixer with 3D nanochannel networks)으로 게재됐다고 6일 발표했다.

효과적인 랩온어칩(화학 성분 분석이 가능한 칩셋) 구현을 위해서는 샘플과 시약의 빠른 혼합으로 분석의 정확도를 높이는 것이 중요했고 2가지 유체를 빠르게 섞이도록 하는 여러 가지 형태의 마이크로 믹서가 개발됐다.

하지만 마이크로 유체는 상대적으로 점성이 커서 층간 이동이 활발하지 못해 효율적인 믹서를 개발하는 데 많은 어려움이 따라왔다.

박, 김 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 나노입자를 마이크로 채널 내 원하는 위치와 형상으로 자기 조립화할 수 있도록 구현해 양이온만을 통과시키는 나노채널 네트워크를 제작했다.

이를 토대로 직류전압을 가하면 채널 경계면에 3차원 마이크로 소용돌이(와동)를 일으켜 간단한 구성으로도 샘플과 시약 간 완벽한 혼합을 이룰 수 있는 것이 특징이다.

이번 개발된 마이크로 믹서는 기존 2차원 나노채널에 비해 증가된 마이크로 와동을 발생시킬 수 있으며 짧은 영역에서(8마이크로 이하) 0.001초 이내에 99%이상을 혼합할 수 있다.

연구팀은 또 나노채널 네트워크의 특성을 조절해 200나노미터 수준의 나노입자를 사용했을 때 혼합성능이 증가되는 것을 발견했다.

박정열 교수는 “이번 연구는 나노입자 자기조립화를 능동적으로 제어함으로써 형성된 이온선택성(양이온, 음이온 가운데 한가지만 통과시키는 것) 나노채널 네트워크를 활용한 랩 온어 칩 응용 사례라는 점에서 의의가 있다”며 “향후 마이크로 재생 에너지 발생 장치, 바이오센서, 이온의 이동성 제어 연구 등 마이크로 영역의 나노-바이오 연구 및 제품 개발에 널리 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.