• 청정기술
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• 제25권4호
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• pp.283-288
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• 2019

단분산성 마이크로입자는 약물캡슐화 및 전달을 위한 다양한 응용분야에서 사용되고 있다. 미세유체장치는 매우 균일한 액적을 생산할 수 있는 중요한 장치이며 이 액적은 단분산성 마이크로입자를 생성할 수 있는 중요한 템플레이트(template)로의 역할을 한다. 미세유체장치는 마이크론 크기의 채널로 구성되어 표면장력과 점성력 간의 균형을 정교하게 조절할 수 있으며, 이는 단분산성 액적을 형성하는 필수적인 기술 중의 하나이다. 본 연구는 유동집적채널 기반의 미세유체장치에서 매우 균일한 polycaprolactone (PCL) 생분해성 고분자 입자를 제조하는 방법을 제안한다. 유동집적채널 기반의 미세유체장치는 polydimethylsiloxane (PDMS) 기반의 소프트리소그래피(soft-lithography) 방법을 통해 제작된다. 액적 생성에서 중요한 요소는 마이크로 액적의 크기와 단분산성을 조절하는 것이다. 이를 위해, 본 연구에서는 이 미세유체장치에서 오일용액 분산상과 수용액 연속상의 부피유속을 제어하여 단분산성 액적 형성 조건을 최적화하였다. 그 결과 균일한 액적을 형성할 수 있는 dripping 영역에 대한 최척화된 유속조건을 확인하였다. 그런 다음, 마이크로입자를 생성하기 위해 PCL 고분자를 포함한 액적을 장치에서 형성한 후 용매의 증발에 의해 입자화 하였다. 입자의 크기는 부피유속과 미세유체채널의 크기에 의해 조절되며 입자의 단분산도는 변동계수(coefficient of variation, CV)값이 5% 이하로 제어될 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권1호
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• pp.58-64
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• 2019

본 연구는 주사기 바늘 기반의 미세유체 장치에서 균일한 polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) 입자를 제조하는 새로운 방법을 소개한다. 미세유체 장치는 다양한 규격의 기성품들을 별도의 장비없이 조립하여 제작된다. 이 미세유체 장치에서 광개시제를 포함한 PEGDA 분산상과 오일의 연속상의 부피유속을 제어하여 단분산성 PEGDA 액적을 형성한다. PEGDA 액적은 장치의 말단에서 자외선 조사에 의해 입자로 중합된다. 입자의 크기는 부피유속과 미세유체 장치의 규격을 조절하여 손쉽게 제어되며 입자의 단분산도는 변동계수(coefficient of variation)값이 2.57%로 계산된다. PEGDA입자의 생물학적 응용을 증명하기 위해서 세포를 함입시키고 증식과 생존을 관찰한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권1호
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• pp.61-66
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• 2010

최근 본 연구그룹은 국소적인 종횡비 증가를 기반으로 수평 분리벽 없이 검체의 3 차원 집속을 구현하는 3 차원 유체역학 집속 미세유체 장치(3D-HFMD)를 제안한 바 있다. 본 논문에서는, 다양한 형상 및 유동 조건에 따른 3D-HFMD 의 3 차원 유체역학 집속 거동 영향에 대한 연구를 수행하였다. 이에 3 차원 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해, 형상 및 유동 조건 변화에 대한 기존의 미세유체 장치와 본 연구 그룹이 제안한 3D-HFMD의 3 차원 유체역학 집속의 매개변수 연구를 수행하였다. 수행된 CFD 시뮬레이션 결과를 바탕으로 3 차원 집속을 위한 채널 형상 디자인 및 유동 조건을 제안하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권5호
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• pp.761-766
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• 2018

액적-기반 미세유체장치는 물질 합성 및 초고속 대용량 스크리닝 등 다양한 응용분야에서 변형 가능한 새로운 접근법을 이끌어 냈다. 그러나 단일의 액적생성기를 이용한 액적의 생성 속도가 매우 낮기 때문에 이를 상용화 하기 위해서는 생산속도를 높이기 위한 노력이 필요하다. 본 연구는 단일의 유동-집속 생성기를 병렬로 연결하여 단분산성 액적의 생성 속도를 높이는 방법에 관한 것이다. 이러한 액적생성기를 갖는 미세유체장치를 제작하기 위해 본 연구에서는 양면 임프린팅 방법을 이용하여 단층 엘라스토머 조각에3차원의 마이크로 채널을 갖는 3D 모놀리식 탄성중합체 장치(monolithic elastomer device, 3D MED)를 제작 할 수 있다. 이렇게 제작된 8개의 액적생성기가 연결된 3D MED를 이용하여 연속상과 분산상의 유체를 조절하여 단분산성 액적의 형성속도가 향상되었음을 증명하였다. 따라서 본 미세유체시스템을 사용하여 다양한 재료 또는 세포들을 함유하는 단분산성 액적을 형성하여 마이크로입자 제조 및 스크리닝 시스템과 같은 넓은 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2011년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.977-978
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• 2011

• 청정기술
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• 제23권3호
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• pp.270-278
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• 2017

본 연구는 미세유체 장치에서 매우 균일한 펙틴 하이드로젤 미세섬유를 부분젤화법을 통해 손쉽게 제조하는 방법을 소개한다. 펙틴 수용액과 이와 섞이지 않는 칼슘이 분산된 오일용액 사이의 수력학적 변수들을 조절하여 펙틴 수용액의 흐름을 안정적으로 늘어진 유동을 형성하고 두 상의 계면에서 칼슘 이온의 킬레이트화 반응으로 펙틴 수용액을 부분젤화 시킨다. 부분젤화된 펙틴 수용액은 미세유체 장치 외부의 염화칼슘 수용액에서 오일 용액과 상분리 되고 완전히 젤화되어 미세섬유로 제조된다. 펙틴 하이드로젤 미세섬유의 굵기는 초기 주입되는 펙틴 수용액의 부피유속을 조절함으로써 재현성 있게 제어된다. 제조된 펙틴 하이드로젤 미세섬유의 직경은 200에서 500 마이크로미터 범위이며 모든 두께 조건에서 5% 이하의 변동계수를 가짐으로써 매우 균일함을 증명하였다. 또한 펙틴 하이드로젤 미세섬유에 생체물질을 단일공정으로 고정화 함으로써 생체물질 담지체나 조직공학의 지지체로써 사용될 수 있는 가능성을 보여준다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2006년 제4회 한국유체공학학술대회 논문집
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• pp.305-308
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• 2006

For controlling micro-flows inside a LOC (lab-on-a-chip) a syringe pump or an electronic device for EOF(electro-osmotic flow) have been used in general. However, these devices are so large and heavy that they are burdensome in the development of a portable micro-TAS (total analysis system). In this study, a new flow control system employing pressure chambers, digital switches and speed controllers was developed. This system could effectively control the micro-scale flows inside a LOC without any mechanical actuators or electronic devices We also checked the feasibility of this new control system by applying it to a LOC of micro-mixer type. Performance tests show that the developed control system has very good performance. Because the flow rate in LOC is controlled easily by throttling the speed controller, the flows in complicate microchannels network can be also controlled precisely.

• 한국가시화정보학회:학술대회논문집
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• 한국가시화정보학회 2007년도 추계학술대회
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• pp.66-70
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• 2007

현재 많은 연구들이 작은 크기에 여러 공정을 집적시킬 수 있는 장점을 가진 마이크로 장치의 개발과 활용에 집중되고 었다. 마이크로 장치에서 가장 중요한 것은 미세 유동의 효율적인 제어이다. 본 연구에서는 마이크로 장치에 직접 적용 가능한 표면 개질 된 마이크로 채널의 유동에 대하여 고려하였다. 표면 개질(surface treatment)은 물리적, 화학적인 작용을 통해서 채널 내부 표면의 습윤성을 변화시켜 유동을 제어하는 방법이다. 친수성(glass)을 가지는 마이크로 채널 내부의 일부를 소수성(teflon)으로 개질 후, 고속카메라를 이용하여 채널 내부를 흐르는 유체의 유동 경계면 변화를 분석하였다. 또한 유동 해석을 위한 상용 코드(CFD-ACE)를 이용하여 유동에 대한 수치 해석을 진행하여 가시화된 실험 결과와 비교 분석하였다. 실험 결과와 수치 해석 결과를 통해, 친수성과 소수성 표면 배열에 따른 일시적인 유동 변화를 관찰하였다. 본 연구 결과를 통해 마이크로 채널 유동의 최적화 상태를 찾을 수 있으며, 보다 용이한 미세 유동 제어가 가능하다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권7호
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• pp.671-677
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• 2010

본 연구에서는 직경이 수백 nm로부터 수 ${\mu}m$에 이르는 균일한 크기의 액적을 생성하는 마이크로 플루이딕 플랫폼이 설계되었다. 미세한 액적을 생성하기 위하여 T-정션과 유동집속 장치가 마이크로�a푸이딕 채널로 통합되었다. 상대적으로 큰 수성 액적들이 상류의 T-정션에서 생성되어 유동집속 장치로 이송되는데, 여기에서 각각의 액적은 압력과 점성응력의 작용에 의하여 목표로 하는 크기로 잘게 쪼개진다. 이러한 구성은 내부 유체의 매우 느린 유량과 유동집속 영역에서 내부 및 외부 유체 사이의 높은 유량비를 가능하게 한다. 본 마이크로플루이딕 장치는 약 $1\;{\mu}m$ 크기의 직경을 가지는 액적들을 3%보다 작은 표준 편차로 생성할 수 있음이 제시되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권12호
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• pp.1217-1222
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• 2012

능동 유동 제어의 되먹임 신호 및 벽면 전단 응력 측정 등을 위해 벽면 유동 센서가 사용되고 있다. 본 연구에서는 광학 마우스에 사용되는 미세 영상 장치를 이용하여 벽면 근처에서 2차원 및 3차원 유체 속도를 측정할 수 있는 센서를 개발하였다. 미세 영상 장치에서 나오는 영상 신호 획득 시스템을 구축하고 획득한 영상에 입자화상속도기법과 초점이탈 영상기법을 적용하여 측정 영역에서의 산란 입자의 위치를 측정하였다. 모사 유동 실험을 통해, 개발된 벽면 유동 센서의 공간 해상도 및 측정 정확도를 검증하였고 기존 미세 영상 장치의 quadrature 신호 결과와 비교하여 입자화상속도기법을 적용할 경우, 측정 정확도 및 측정 범위가 확대되는 것을 확인하였다.