| 초록 |
□ 연구개요 • PDMS(Polydimethylsiloxane)는 생체 적합성, 우수한 가스투과성, 광투명성, 조절 가능한 기계적 특성 및 제작 편의성 때문에 의료용 소프트 로봇, 세포 배양 시스템, 미세유체 장치 등 생물학, 의학 및 광학 분야의 중요 소재임. • 기존의 소프트 리소그래피 기술로 제작된 PDMS 소자는 제한된 형상을 가지며, 적층되어 제작되기 때문에 기계적 동작이 박막 사이의 분리 한계로 제한됨. • 현재까지 3D 프린터를 이용한 PDMS의 직접 출력 기술은 초보적인 수준으로, 고해상도 3D 프린팅 기반의 주형 제거 방법을 개발 적용한 마이크로 PDMS 소자 제작 기술 개발이 요구됨. • 본 연구과제에서는 3D 프린팅 주형을 화학적으로 제거하여 기존의 한계를 극복하는 능동형/수동형 PDMS 소자를 제작하는 공정을 개발함. • 이를 활용하여 미세유체 장치를 구동하기 위한 기본 소자들(3D 채널, 히터, 체크밸브, 열공압 액추에이터)을 설계 및 제작하였으며 최종적으로 이를 결합하여 일체형 미세유체 장치를 실현하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 3D 프린팅 주형 제거 기술을 개발하여 3D 능동형/수동형 소프트 마이크로 소자들을 구현. [1단계] PDMS 구조물에 손상을 주지 않는 3D 프린팅 주형 제거 기술 개발 • 3D 프린팅 소재의 화학적 제거 방법 및 PDMS에 대한 효율성 정량화 • 생체 모사 PDMS 마이크로 채널 시험구조물 제작 및 평가 [2단계] 공압 구동형 3D 형상가변 액추에이터 설계 및 제작 • 3D 프린터의 해상도를 고려한 액추에이터 구조 결정, 입력된 공압에 대한 선형적 형상 가변을 가능하게 하는 구조 해석 및 3D 프린팅된 주형 사이의 공차 등의 변수를 고려한 공정 과정 최적화 • 주형 제거 기술을 이용한 생체 적합성 형상가변 액추에이터 제작 및 성능 평가 [3단계] 능동형/수동형 개별 소자들이 집적화된 3D 바이오칩 제작 • 3D 프린팅 주형 제거 기술을 적용한 일체형 유체제어 개별 소자(3D 유체 채널 + 펌프 + 단방향 체크밸브 + 마이크로 히터) 설계 및 제작 성능 평가 • 능동/수동형 개별 소자들의 집적화를 위한 단일 공정 설계 및 제작, 생체적합 PDMS 소재의 일체형 3차원 미세 바이오칩 구현 □ 연구개발결과의 중요성 • 본 연구과제를 통해 개발된 3D 프린팅 기술을 활용한 생체 적합성 소프트 폴리머 재질의 3차원 마이크로 소자 제작 공정은 기존의 제한된 3D 형상으로부터 벗어나 성능 향상을 위해 임의의 3D 마이크로 소자를 구현할 수 있는 미세 공정 기술의 획기적인 발전임. • 기존의 반도체 기술 기반 공정에서 요구되는 2D 박막의 적층 및 정렬 과정 없이 빠른 프로토타이핑을 통해 연구 개발 시간이 단축될 수 있음. • 단일 공정으로 제작되어 높은 압력에서도 소자를 구성하는 박막 간 분리 위험이 없으며, 3D 구조 설계로 향상된 동작 성능의 마이크로 소프트 소자를 실현함. • 3D 구조의 능동형 마이크로 유체 소자 개발 및 집적화 기술 실현하여 생물학, 의학, 약리학, 로봇공학 분야에서 활용될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
