손톱만한 크기 칩에서 시약 완벽하게 섞는다

국내 연구팀, 3차원 마이크로 와동을 이용한 고효율 마이크로 믹서 개발

▲국내 연구팀이 제작한 마이크로 믹서.[사진제공=한국연구재단]

[아시아경제 정종오 기자] 손톱만한 크기의 칩에서 비커의 용액을 섞듯이 시약을 정확하게 섞을 수 있는 기술이 개발됐다.

국내 연구팀이 초소형 마이크로 채널(100만분의 1 크기) 내에서 나노입자가 스스로 구조화되는 능력을 활용해 3차원 소용돌이(와동, vortex)를 발생시키는 고효율 마이크로 믹서를 개발했다. 이번에 개발된 믹서로 샘플과 시약 간 완벽한 혼합을 가능케 해 나노-바이오 공학이 한 단계 나아갈 수 있는 가능성을 열었다.

마이크로 믹서(micromixer)는 랩 온어 칩(Lab on a chip)에서 시료 분석에 앞서 전처리 과정으로 각종시약과 샘플을 혼합하는 장치를 말한다. 랩 온어 칩의 효과적 구현을 위해서는 시료의 전처리 과정으로 샘플과 시약의 빠른 혼합을 통해 분석의 정확도를 높이는 것이 중요하다. 두 가지 종류의 유체를 빠르게 섞기 위해서 그 동안 여러 가지 형태의 마이크로 믹서가 개발돼 왔다.

마이크로 유체에서는 상대적으로 점성이 커서 층간 이동이 활발하지 못해 효율적 믹서를 개발하는 데 어려움이 많았다. 연구팀은 나노입자를 마이크로 채널 내에 원하는 위치와 형상으로 자기 조립화 할 수 있게 구현해 양이온만을 통과시키는 나노채널 네트워크를 제작했다. 나노채널 네트워크는 전후에 직류전압을 가하면 채널 경계면에 3차원 마이크로 소용돌이(와동)를 일으켜 간단한 구성으로도 샘플과 시약 간 완벽한 혼합을 이룰 수 있다.

이 마이크로 믹서는 기존의 2차원 나노채널에 비해 비약적으로 증가된 마이크로 와동을 발생시킬 수 있다. 짧은 영역에서(8 마이크로 이하) 1 밀리 초(msec, 0.001초)이내에 99%이상 혼합할 수 있다. 아울러 나노채널 네트워크의 특성을 조절해 200 나노미터(nm) 수준의 나노입자를 사용했을 때 혼합성능이 증가되는 것을 발견했다.

서강대 기계공학과 박정열 교수(교신저자)와 김대중 교수(교신저자)와 최은표 박사과정생(제1저자)이 이번 연구에 참여했다. 나노기술 분야의 랩온어칩(Lab on a Chip) 4월 21일자에 표지 논문(논문명: Non-equilibrium electrokinetic micromixer with 3D nanochannel networks)으로 실렸다.

박정열 교수는 "이번 연구는 앞으로 마이크로 재생 에너지 발생 장치, 바이오센서, 이온의 이동성 제어 연구 등 마이크로 영역의 나노-바이오 연구와 제품 개발에 널리 활용될 수 있다"고 말했다.