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Ongoing Theme

  • 미세유체 칩을 이용한 다양한 조건의 약물 제조 및 효능 테스트를 수월하게 할 수 있음. 그러나, 기존 칩의 경우 2차원적 유체 채널의 디자인적 한계에 의해 단일 혹은 2종에만 국한되어 개발 되어 옴.

  • 이에 따라 본 연구실에서 보유하고 있는 관통형 필름 제작 기법을 이용하여 3차원적 유체 회로 디자인이 접목된 미세 칩을 제작함. 제작된 칩은 다중 약물의 조합 전체를 효율적으로 제조하고 우수한 효능을 가지는 약물을 선별하는데 목표가 있음.

  • 간단한 조합 계산에 따르면 n 개의 약물로 각각 c개의 농도를 만들고 조합할 경우 c^n 번의 피펫팅과 세포 배양이 필요한 실험이지만, 본 장치로 총 8개의 inlet port 제어를 통하여 54 개의 조합 생성 및 세포 배양이 가능 할 것으로 기대 중.

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3 차원 마이크로/나노 채널을 이용한 다중 약물 조합 전체의 제조 및 선별

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나노 채널의 기하 및 물성치 제어를 통한 전달현상 연구(확산 삼투 및 전기영동)

  • 수 나노 미터 급의 미세 채널에서는 채널의 표면 전하가 물질 전달 현상에 큰 영향을 미침. 이 중 확산 삼투 (Diffusioosmosis, DO)는 채널 내 표면 전하, 이온 이동 등을 통해 발생한 전위차와 채널 내 물질의 농도 차이로 인해 발생하는 물질 전달에 기인하며, 이에 따른 전기적, 화학적 전달 현상을 기반으로 한 복합 작용으로 인해 나타남.

  • 채널 내부에는 전기 이중층 (Electric Double Layer, EDL)이 존재하며, 전기 이중층의 특성은 채널 내부의 전기적, 화학적, 열적 변화에 따라 달라짐. 나노 채널에서는 채널과 전기 이중층의 특성에 따라서 채널 내부의 물질 전달 및 유체역학적 특성이 일반적인 경우와 달라질 수 있으며, 그 특성의 조절에 따라서 이온 선택적 물질 전달이 발생할 수 있음.

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  • 기존의 확산삼투에 대한 연구는 주로 컴퓨터 프로그래밍 기반의 수치해석적 방법이 주로 이루어 졌으며, 실험적 증명이 미흡하다는 한계점이 존재함.

  • 나노 입자를 이용한 SAPM (Self-Assembled Particle Membrane)은 사용하는 입자를 조절함으로써 그 형성 및 조절이 용이하기 때문에, 채널 크기와 전기 이중층의 특성 파악에 유리함. 또한 다발로 구성된 SAPM의 구조로 인하여 전기적 신호는 크게 증폭되어, 이를 통한 확산 삼투 및 그 영향을 분석하기 용이함.

  • SAPM의 이러한 특징으로 인하여, 사용한 입자에 따른 임의의 채널 크기 및 표면 특성을 가지는 균일/불균일 나노막을 형성할 수 있으며, 이는 일반적인 나노 채널 시스템은 물론 생체 시스템과 같은 높은 불균일도의 나노 채널 시스템에 대한 분석 및 모사를 가능하게 함.

  • 본 연구실은 SAPM 기반 나노 시스템을 통해, 채널 내 온도 조건, 농도 조건 및 수용액/SAPM 소재 조건의 변화에 따른 채널 내부의 전기적 특성을 조절하여, 이에 따른 각 조건 별 나노전기유체역학적 원리 및 경향성에 대한 연구와 확산 삼투에 대한 실제 결과의 정량화를 진행하고 있음.

  • 이러한 확산 삼투 시스템을 활용하여, 나노 규모의 초소형 전력 발생기 및 입자 분리 메커니즘 개발, 채널 표면 특성에 따른 나노 채널 시스템에서의 유체역학적 특성 평가 및 화학적, 생물학적 활용 방안에 대한 연구를 진행하고 있음.

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증발을 이용한 미세 유체 칩 상의 분자 전달현상 제어 (농축 분리 등)

  • 기존 미세유체장치에서 분자 전달 제어는 전기, 열, 빛 등 고에너지원을 이용한 방식임.

  • 유체 내부의 분자의 손상없이 전달 제어가 가능한 제어 기작이 필요함.

  • 폴리머로 제작된 미세유체장치 벽면에 있는 나노기공에 고정된(pinning) 물이 증발 하면서 주변의 물을 끌어 당기게 되고 이로 인해 ‘증발 기반 유동’ 이 유도됨.

  • 나노채널의 높은 부피대비면적비를 이용하여 빠른속도의 증발 기반 유동을 형성할 수 있음.

  • 이를 이용하여 증발 제어를 통하여 나노채널 내부의 유동을 조절하여 분자의 흐름을 제어할 수 있음.

  • 장치를 이용하여 분자 밸브, 펌프, 필터로 활용할 수 있음을 확인

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네거티브 Poisson비를 갖는 신축/유연 센서 어레이와 AI 기반의 수화 인식 장갑

  • 신축성이 있는 이중 구조의 섬유를 설계하고 외곽 섬유로 전도성이 있는 섬유를 사용함.

  • 섬유의 접촉이 신축 정도에 따라 바뀌면서 전기 전도성이 변화하는 것을 이용하여 신축 센서로 활용 .

  • 섬유 기반 신축 센서를 16개 부착한 센서 어레이 장갑을 제작하여 영어 알파벳에 따라 각기 다른 손의 형태를 가진 알파벳 수화 인식에 활용함.

  • 센서의 인장이 큰 섬유 센서의 특성 덕에 많은 센서를 사용할 수 있고 이로 인해 알파벳 간 신호의 구분이 명확함. t-sne 데이터 시각화 방법을 사용하여 데이터가 잘 구분 됨을 확인함

  • 실제 알파벳에 따른 센서 값들을 확보하고 딥러닝 모델에 학습시켜, 실시간 알파벳 인식이 99% 이상 정확도로 가능함을 확인함.

잉크젯 프린팅 기반 다층 복합체의 재료 물성치를 이용한 나노 주름/패턴 연구

  • 이종의 물성을 지닌 다양한 물질들로 구성된 복합층으로 이루어진 연성물질 조합은 물리/화학적 자극에 의해 표면에 주름을 형성함.

  • 다층 복합체 시스템으로부터 형성된 주름은 높은 표면적 대체적비, 1-D 방향성 및 주기성을 가지게 되어 이러한 성질을 토대로  센서 및 전자기기 등 다양한 분야에 적용이 가능하며 이에 따라 본 연구에서는 고정밀도 및 선택성을 갖는 나노 주름 제어 기술에 대한 연구를 진행함.

  • 잉크젯 프린팅을 이용하여 내장층의 볼륨비를 조절한 삼중층을 가지는 복합체를 제작하였으며, 이를 통해 각 층의 물성을 조절하여 외부 자극에 의해 생기는 표면의 인장률을 조절함으로써 수십 나노 스케일의 선택적인 주름의 제어가 가능함.

  • 주기성을 갖는 나노 주름을 통해 구조색을 발현시킬 수 있으며, 가시광선 영역대에서 빛의 색상별 파장대 차이보다 작은 단위의 주름 사이즈 제어를 통해 발현되는 빛의 색상의 선택적 조절이 가능함.

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대면적 나노 채널 제작이 가능한 주름 리소그래피 공정 연구

  • 버클링(Buckling)을 이용하여 대면적 일방향성 나노 구조물을 포토리소그래피 기술과 함께 사용하여 대면적 마이크로 /나노 유체 장치로 응용이 가능한 주름 리소그래피 기술개발.

  • 주름의 높이와 폭을 제어 가능함에 따라 사용용도에 따라 다양한 형태로 제어함.

  • 나노 채널내에 능동 확산, 열전달, 전기 영동 등의 일 차원적인 분석이 가능한 플랫폼으로 개발.

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미세 유체 칩 기반의 다 집적 나노 와이어 어레이 기반 광 센서 설계 및 제작

  • 메탈 할라이드 페르보스카이트는 높은 에너지 전환효율, 전자 확산 거리, 구조 가공성 등의 장점을 이용한 옵토 일렉트로닉 디바이스로의 응용에 많은 촉망을 받고 있음.

  • 소프트 버클링을 이용하여 대면적 일방향성 주름을 형성하고 이를 이용하여 대면적 나노 채널을 가진 미세 유체 디바이스를 제작하였음.

  • 미세 유체칩은 대류 유동 없이 확산으로만 물질전달을 가능하므로 안정적인 환경에서 나노 와이어의 생성이 가능함.

  • 높은 결정질과 빠른 전자 회수로 인하여 광 자극에 대한 초고속 2 마이크로 초의 반응을 보였음.

  • 미세 유체 기술을 MEMS 기술과 응용하여 비대칭 전극 배치를 통하여 외부 동력없이 작동하는 자체 동력센서로의 가능성을 보여주었고 이는 추후 IOT 등 미래지향적 기기로의 응용이 가능함을 증명함.

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