• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.241-249
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• 2012

본 논문에서는 유체흐름방향과 예각으로 놓여있는 평면 교차전극 위를 지나가는 입자의 크기에 따른 측면방향 변위에 대하여 소개한다. 아울러, 유체흐름방향과 평면 교차전극 사이의 각도에 따른 측면방향 변위의 변화를 보인다. 본 논문에서는 선전하(line charge) 모델을 이용하여 크기가 다른 세 종류의 형광 polystyrene(PS) 입자의 측면방향 변위를 이론적으로 예측하였다. 크기에 따른 입자의 측면방향 변위의 변화를 이용하여, 크기별로 입자를 연속적으로 분리할 수 있는 측면방향 유전영동 미세분리기를 개발하였다. 3, 5, 10 ${\mu}m$ PS 입자의 혼합물을 이용하여 분리한 실험결과로 부터 개발된 측면방향 유전영동 미세분리기는 3 ${\mu}m$ PS 입자를 99.86%, 5 ${\mu}m$를 98.82%, 10 ${\mu}m$를 99.69%의 높은 효율로 각각 분리할 수 있음을 확인하였다. 이로부터 제안된 측면방향 유전영동 미세분리기는 다종 혼합물로부터 다양한 크기의 입자들을 한 번에 분리하는 기술로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권6호
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• pp.740-745
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• 2015

본 연구는 미세유체 장치를 통해 제조가 이루어진 펙틴 하이드로겔 입자의 수거 방법을 다르게 하였을 때 각 방법에 따른 하이드로겔의 물리적 특성을 비교한 것이다. 펙틴 하이드로겔 입자는 미세유체 채널 내에서 미네랄 오일에 분산된 칼슘 이온에 의해 겔화되고 이후 각각 파이펫팅법, 튜브법, 침전법을 통해 수거하였다. 각 방법으로 수거된 펙틴 하이드로겔 입자의 단분산성을 분석한 결과 침전법의 변동 계수(Coefficient of variation)는 3.46으로 파이펫팅법(18.60)과 튜브법(14.76)의 변동 계수보다 월등히 낮아 가장 우수한 단분산성 하이드로겔 입자를 만들 수 있었다. 상기 침전법을 이용한 조건에서 분산상과 연속상의 부피유속 및 펙틴 용액의 점도를 조절함으로써 $30{\mu}m$에서 $180{\mu}m$까지의 다양한 크기를 갖는 단분산성 펙틴 하이드로겔을 제조할 수 있었다. 본 논문에서 제시한 펙틴 하이드로겔 입자는 생체 물질을 손쉽게 함입할 수 있으므로 이는 향후 약물전달, 식품, 그리고 생체적합성 재료 등으로 활용 가능할 것으로 기대된다.

• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제21권1호
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• pp.59-69
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• 2009

The prediction of pressure drop for a droplet flow in a confined micro channel is presented using FE-FTM (Finite Element - Front Tracking Method). A single droplet is passing through 5:1:5 contraction - straight narrow channel - expansion flow domain. The pressure drop is investigated especially when the droplet flows in the straight narrow channel. We explore the effects of droplet size, capillary number (Ca), viscosity ratio ($\chi$) between droplet and medium, and fluid elasticity represented by the Oldroyd-B constitutive model on the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) against single phase flow. The tightly fitted droplets in the narrow channel are mainly considered in the range of $0.001{\leq}Ca{\leq}1$ and $0.01{\leq}{\chi}{\leq}100$. In Newtonian droplet/Newtonian medium, two characteristic features are observed. First, an approximate relation ${\Delta}p^+{\sim}{\chi}$ observed for ${\chi}{\geq}1$. The excess pressure drop necessary for droplet flow is roughly proportional to $\chi$. Second, ${\Delta}p^+$ seems inversely proportional to Ca, which is represented as ${\Delta}p^+{\sim}Ca^m$ with negative m irrespective of $\chi$. In addition, we observe that the film thickness (${\delta}_f$) between droplet interface and channel wall decreases with decreasing Ca, showing ${\delta}_f{\sim}Ca^n$ Can with positive n independent of $\chi$. Consequently, the excess pressure drop (${\Delta}p^+$) is strongly dependent on the film thickness (${\delta}_f$). The droplets larger than the channel width show enhancement of ${\Delta}p^+$, whereas the smaller droplets show no significant change in ${\Delta}p^+$. Also, the droplet deformation in the narrow channel is affected by the flow history of the contraction flow at the entrance region, but rather surprisingly ${\Delta}p^+$ is not affected by this flow history. Instead, ${\Delta}p^+$ is more dependent on ${\delta}_f$ irrespective of the droplet shape. As for the effect of fluid elasticity, an increase in ${\delta}_f$ induced by the normal stress difference in viscoelastic medium results in a drastic reduction of ${\Delta}p^+$.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제3권3호
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• pp.217-223
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• 2015

유체채널 내에서의 미세입자의 패터닝은 생물 및 의료 응용분야에서 활용될 가치가 높은 응용 기술이다. 본 연구는 미세유체 채널 내에서 구조물 없이 외부 자석의 배열만을 이용한 미세입자 패터닝 방법을 제안한다. 자석의 같은 극과 서로 다른 극끼리의 배열을 이용한 일렬 배열, 적층 배열 등을 고안하여, 다양한 미세입자 패터닝에 실험적으로 적용하였다. 서로 같은 극끼리의 배열은 입자 포획에 쉽게 적용 가능하여, 독립적 배열이 가능하였다. 특히 적층 배열은 다양한 패터닝을 할 수 있음을 확인할 수 있었다. 자기력 1.08mT 수준에서까지 자석 배열에 의한 일정한 패턴을 관찰할 수 있었고, 패터닝된 입자들은 20 ml/hr 의 유체 속도에서도 안정하게 유지되었다. 본 연구는 간단하면서도 자성 입자의 다양한 패터닝을 가능케 하는 방법으로 면역자기성 입자를 이용한 의학/바이오 분야로의 폭넓은 응용을 기대케 한다.

• 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.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권11호
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• pp.1721-1725
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• 2010

본 논문에서는 뒷면 노광법과 감광제의 열분해법을 이용하여 다양한 형상을 가지는 탄소 마이크로니들의 제조방법과 제조된 마이크로니들을 사용하여 소수성 표면제어에 대한 연구를 수행하였다. SU-8 이 도포된 표면마스크 뒷면으로부터 자외선을 조사하여 다양한 지름, 간격, 그리고 높이를 가지는 폴리머 마이크로니들을 제조하였다. 이니들은 이후 열처리공정을 통해서 수축, 열변형 등의 형상변화를 거치면서 10 이상의 높은 종횡비와 나노사이즈의 뾰족한 팁을 가지는 탄소 재질의 마이크로니들로 변하게 된다. 탄소 마이크로니들을 가지는 석영기판은 친수성표면을 가지고 있기 때문에 표면에너지가 낮은 물질을 처리하여 소수성 정도를 제어하였다. HMDS 처리는 SU-8 니들보다는 탄소 니들의 경우에 표면의 소수성 조절에 효과가 있음을 접촉각의 측정과 XPS 측정결과로부터 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제시하는 탄소 마이크로니들의 제조기술과 표면처리기술은 세포분석 및 바이오분야 그리고 자기세정분야 등에서 유용하게 사용될 수 있다.

• 폴리머
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• 제36권2호
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• pp.177-181
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• 2012

본 연구에서는 poly(dimethylsiloxane)(PDMS) 기반의 미세유체 시스템을 이용하여 이중 에멀젼을 형성하는 방법을 구현하였다. 반응기 친수성 연속상과 표면 젖음성을 향상시키기 위해 우선 PDMS 표면과 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate(TPM)간의 졸-젤 반응을 통해 표면에 메타크릴레이트를 유도하였고, 선택적인 영역에 친수성 단량체인 아크릴산과 메타크릴레이트간의 공유결합을 유도하였다. 이를 확인하기 위해 아크릴산과 정전기적 인력 결합을 하는 염료를 통하여 선택적 표면 개질의 성공을 확인하였다. 사용된 유체로는 "spreading coefficient"를 도입하여 시스템 내에서 이중 에멀젼을 형성하는 조건을 예측하여 물과 0.5% w/w sodium dodecyl sulfate 혼합물, 헥사데칸 혼합물(hexadecane; 1% w/w Span80)을 선정하였다. 이를 통하여, 코어 및 쉘의 사이즈가 48.5 ${\mu}m$(CV:1.6%), 65.1 ${\mu}m$(CV:1.6%)인 단분산성 이중 에멀젼을 성공적으로 생성하였고, 유체의 유량 제어를 통하여 함입되는 코어의 개수 조절이 가능함을 보여주었다.

• 청정기술
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• 제27권4호
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• pp.291-296
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• 2021

물에 잔존하는 유기오염물질이 인체 및 환경에 미치는 악영향을 해결하기 위한 방법으로 오염물질을 친환경적으로 분해할 수 있는 광촉매 기술이 대두되고 있다. 대표적인 광촉매 물질로 TiO₂ 입자가 사용되고 있지만 비싼 가격으로 인해 이를 대체하고자 하는 노력이 지속적으로 수행되었다. 본 연구에서는 이러한 노력의 일환으로 미세유체공정을 사용하여 보다 가격경쟁력이 우수한 ZnO입자를 합성하였다. ZnO의 넓은 밴드갭으로 인해 촉매활성이 제한되는 단점을 해결하고자 동일 공정을 사용하여 은(Ag) 나노입자를 ZnO 표면에 증착하여 Ag-ZnO 나노복합체를 생산하였다. 다양한 분석법을 사용하여 나노복합체의 형상, 구조, 및 성분 분석을 진행한 결과 고품질의 Ag-ZnO 나노복합체가 합성됨을 확인했으며, 메틸렌블루 분해 실험을 통해서 광촉매 활성을 측정하였다. Ag-ZnO 나노복합체의 플라스몬 효과와 광반응에 의해 생성된 전자와 정공의 분리 효과에 의해 광촉매 활성 효율이 순수한 ZnO 입자와 비교하여 향상되었음을 확인하였다. Microreactor-assisted nanomaterials (MAN) 공정 기반의 나노복합체는 가격경쟁력이 우수하고 공정이 용이하다는 장점이 있기에 나노복합체 광촉매를 대량 생산하기 위한 잠재력이 우수하다고 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권5호
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• pp.706-713
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• 2019

본 연구에서는 미세유체 시스템 제작에 적합한 3D 프린팅 방식 및 소재 별 표면특성 분석을 통해 각 응용 사례에 적합한 프린터 및 소재 선정에 가이드라인을 줄 수 있는 기초 연구를 수행하였다. 가장 보편적으로 사용되는 적층 방식과 해상도가 상대적으로 높은 광경화 방식에 대해 프린팅 방식과 소재에 따른 표면 특성을 살펴보았다. 적층 방식의 프린트물은 소재에 무관하게 후처리 전에는 친수성 특성을 보이나 아세톤 증기에 의한 후처리 후에는 소수성 특성을 보임을 확인할 수 있었다. SEM을 이용한 표면 조도 관찰을 통해 이러한 접촉각의 변화가 후처리에 의한 표면의 결 구조의 제거에 기인한 것임을 확인하였다. 광경화식 프린트물은 적층식 대비 친수성의 특성을 보였으나 소수성 코팅을 이용해 표면 개질이 가능함을 실험적으로 확인하였다. 두 프린팅 방식 중 투명한 재질이 요구되는 경우, 적층 방식은 투명한 시편을 만드는 것이 불가능함을 확인하였으며 광경화 방식의 경우 충분한 투명도가 확보됨을 확인하였다. 액적 접촉충전 현상에 기반한 디지털 전기천공 시스템의 electroporation chip을 광경화 방식으로 제작하였으며 성공적으로 전기천공을 시연함으로써 미세유체 시스템에 직접 적용이 가능함 또한 확인하였다.

• 청정기술
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• 제27권2호
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• pp.115-123
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• 2021

본 연구는 무기 실리카 껍질(shell)과 유기 고분자 코어(core)로 구성된 매우 균일한 유-무기 복합체 입자 제조의 방법에 관한 것이다. 먼저, 미세유체 기술을 이용하여 균일한 크기를 지니는 유기 고분자 코어 입자를 제조하였다. 코어 입자의 제조 과정에서 코어 입자의 제조 과정에서 광 경화성 유기 물질이 포함된 분산상과 연속상의 유속을 독립적으로 제어함으로써 균일한 액적을 형성하였다. 액적이 형성됨과 동시에, 미세유체 채널의 말단에서 자외선 조사에 의해 액적이 광중합 되어 코어 입자로 형성된다. 더불어, 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(polyallylamine hydrochloride, PAH)와 인산 이온(phosphate ion)으로 구성된 나노 복합체는 최적화된 pH 조건에서 수소결합과 정전기적 인력 같은 강력한 상호작용을 통해 코어 입자에 코팅된다. 폴리아민 나노 복합체에 존재하는 PAH 주쇄의 아민 그룹들은 규산(silicic acid)의 축합(condensation) 반응을 촉매하여, 코어 입자 표면의 실리카 나노입자 성장을 시킬 수 있었다. 따라서, 본 방법을 통해 유기 코어에 무기 실리카 나노입자로 코팅된 유-무기 복합체 입자를 제조할 수 있었다. 최종적으로, 본 연구에서 제시한 방법은 보다 온화하며 환경친화적인 조건 하에서 단시간 내에 유-무기 복합체 입자를 합성할 수 있으며, 다양한 모양과 크기를 갖는 코어 입자에 적용되어 넓게 활용될 수 있다.