명지대 양예지 석사과정생, 장수명·고성능·고속 혼합기 개발 … 유전자 검사·나노입자 합성 등에 활용 기대

명지대학교는 기계공학과 김도현 교수 연구팀의 양예지 석사과정생이 머리카락보다 얇은 실리콘 막을 풍선처럼 부풀려 초음파로 진동시키는 방법으로 기존 마이크로믹서보다 수명이 길고 혼합 성능도 뛰어난 고속 혼합기를 개발했다고 31일 밝혔다.

효과적인 혼합은 다양한 미세유체 응용 분야에 필수적이다. 기존 마이크로믹서(미세기포 기반 혼합기)는 매우 빠른 혼합 속도를 보여주지만, 진동하는 기포의 짧은 작동 수명으로 인해 실제 적용에는 제한적이었다.

연구팀은 두께 1마이크로미터(1㎛는 100만분의 1m) 이하의 투명하고 유연한 탄성중합체 박막 PDMS(폴리디메틸실록산·실리콘 고분자)를 반도체 공정으로 제작하고, 이를 풍선 형태로 팽창시켜 마이크로벌룬(microballoon·속이 빈 미세 구형 입자)을 구현했다.

연구팀은 이 마이크로벌룬을 초음파로 공진시켜 강한 음향유동(acoustic streaming·주변 액체가 빠르게 회전하면서 섞이는 현상)을 발생시켰으며, 이를 이용해 6마이크로리터(㎕, 1㎕는 100만분의 1ℓ)의 잉크를 600㎕의 초순수와 32초 만에 균일하게 섞는 데 성공했다. 나아가 혈액암 세포로부터 유전자(DNA)를 고속으로 추출하는 데도 응용이 가능하다는 것을 입증했다.

이번 연구 성과는 앞으로 면역진단, 유전자 검사, 나노입자 합성 등 다양한 생명공학 기술에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

해당 논문 'Robust acoustofluidic micromixer based on an ultrathin PDMS microballoon oscillator(초박형 PDMS 마이크로벌룬 발진기를 기반으로 한 견고한 음향유체 마이크로믹서)'는 화학센서와 나노소재 응용 등의 분야에서 저명한 국제 학술지 '센서즈 앤 액추에이터즈 비: 케미컬(Sensors and Actuators B: Chemical·센서와 액추에이터 B: 화학)에 게재됐다.

이번 연구는 한국연구재단 기본 및 중견연구, 석사과정생 연구장려금사업의 지원을 받아 이뤄졌다.