마이크로 채널

본문내용

를 압송 기구로 하고 촉매 가스 결합기, 백금전극과 플랙시글라스(Plexiglas) 가공 부품으로 구성되어 있다. 압송 기구는 직경 30mm, 두께 2mm, 다공체의 유효 직경 1μm의 형상이다. 펌프는 구동부없이 최소 사이즈로60V/mm 전기장에서 20ml/min 이상의 유량과 100V에서 2 bar 이상의 압력을 제공한다.
스탠포드 연구팀은 마이크로 채널 히트 싱크와 더불어 마이크로프로세서의 냉각 해석을 위한 툴을 개발했다. 이 툴을 활용하면 마이크로채널 형상 변화를 해석할 수 있다. 인텔과의 최근 연구를 통해 마이크로 채널 형상을 최적화하는 경우 기존의 구리 플레이트 형상의 히트 스프레더에 비해 칩의 고열부가 크게 완화됐다.
결론적으로 전기삼투 마이크로채널 냉각 기술은 미래의 전자 시스템 냉각을 위한 유망 기술이며 인텔과 애플의 칩을 이용한 실험을 통해 130W 이상의 냉각력을 보였다. 이 기술은 최소의 체적으로 매우 큰 냉각력을 보이며 최적 마이크로채널 형상 설계를 통한 유량 증대를 통해 냉각력을 높일 수 있다. 전기 삼투 펌프는 구동부가 없어 소음 발생이 적다. 실리콘 마이크로채널 열교환기는 마이크로프로세서의 고온부를 완화하고 칩 온도분포를 균일화할 수 있다.
앞으로의 연구는 시스템의 신뢰성을 입증하는데 집중될 것이다. 펌프 내의 전기분해로 인해 발생된 가스 재결합기의 신뢰성, 작동매체의 다양화, 동결의 영향, 기동시의 특성 등에 관한 연구가 수행될 것이다.
다. 플라스틱 마이크로유체역학 장치에 대한 기초연구결과
플라스틱 소재를 이용해서 마이크로유체역학 장치(Microfluidics devices)를 제작하는데 반드시 필요한 기초 연구결과가 미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology ; NIST) 소속의 화학자들에 의해 공개되었다. 이번 연구로 플라스틱 바이오칩(biochip) 탄생의 꿈이 현실화될 가능성이 더욱 높아졌다. 가까운 미래에는 시료를 채취하고 몇일을 기다려서 결과를 보게 되는 건강검진이나 질병검사가 일회용 마이크로칩으로 순식간에 이루어질지도 모른다.
소위 “랩온어칩(lab-on-a-chip)” 이라고 부르는 마이크로유체역학 장치는 그 이름에서 예상할 수 있는 것처럼 화학적 분석 장치(chemical analyzer)나 생화학 분석 장치(biochemical analyzer)를 작은 칩 표면에 구현한 장치를 일컫는다. 즉 다시 말해서 실험실에서 사용하는 분석 장치를 작은 칩 위에 그대로 옮겨 놓은 것이다. 따라서 마이크로유체역학 장치는 아주 미량의 시료만으로도 분석할 수 있고 빠른 분석효율을 제공하기 때문에 가까운 미래에는 현재 사용하고 있는 덩치 큰 분석 장비들이 마이크로 유체역할 장치들로 모두 대체될 것으로 전망된다.
현존하는 마이크로유체역학 장치들은 대부분 유리(glass) 재료로 만들어졌다. 보다 가격이 저렴하고 일회용으로 사용할 수 있는 마이크로유체역학 장치를 만들기 위해서는 유리가 아닌 플라스틱을 사용해야 한다. 하지만 지금까지 플라스틱이 마이크로유체역학 장치 제작에 사용되지 못한 이유는 플라스틱 소재의 성질에 대한 이해가 아직 부족하기 때문이었다.
NIST 연구진들은 공개한 연구결과는 플라스틱으로 마이크로유체역학 장치를 개발하는데 필수적인 가장 기초적인 기술로 플라스틱 마이크로유체역학 소재 개발에 있어 ‘원천기술 또는 근원기술’에 해당하는 것이다. NIST 연구진이 공개한 기술은 다음과 같다.
1) 플라스틱 마이크로채널(plastic microchannels)을 통해 흐르는 유체 추적기술
마이크로채널 내부를 흐르는 유체를 추적하는 기술은 마이크로유체역학 장치설계에 가장 중요하고 기본이 되는 정보를 제공한다. NIST 연구진이 공개한 기술은 형광염료(fluorescent dye)를 이용해서 유체의 흐름을 정확히 추적하는 기술이다.
2) 유체의 온도를 측정하는 기술
유체의 온도는 마이크로채널 내부에서 일어나는 화학반응을 지배하는 가장 중요한 매개변수다.
3) 마이크로채널 내부에서 이온성 물질(ionic substance)을 분리, 농축기술
복잡한 조성의 시료에서 목적 성분을 검출하는 분석기술에서 분리기술은 필수적인 것이다. 그리고 나노리터(nanoliter) 또는 그 이하의 극미량 시료를 다루는 마이크로유체역학 장치의 특성상 시료를 1만배 이상 농축할 수 있어야만 검출이 용이하다.
4) 혼합속도 문제를 극복할 수 있는 새로운 시스템 설계기술
마이크로유체역학장치에서 흔히 발생하는 문제점 중에 하나가 혼합속도가 매우 느리다는 것이다. 연구진은 플라스틱에 각인된 T자형 마이크로채널을 레이저를 사용해서 점진적인 경사를 이루도록 변형을 가하는 방식으로 혼합속도를 혁신적으로 개선하는데 성공했다
(4) 실험고찰
에너지 환경 신소재 실험실에서의 초미세 화학장치의 연구는 주로 제조에 관련된 연구를 행하고 있었으며 다른 이론적인 연구는 다른 학교의 연구실에서 행하고 있었다. 그러므로 이번 탐방 실습 시간을 통하여, 효율적인 유동 제어를 위한 마이크로 채널의 제조 측면에서 자세히 알 수 있었으며, 나아가 마이크로 채널의 향후 화학 및 생물 산업에서 널리 보급되기 위해 채널의 정밀한 제조를 위한 여러 가지 노하우도 알 수 있었다. 또한 의약 산업의 신약 탐색, 의료진단, drug delivery, DNA analysis system 등에 기여하게 될 마이크로 채널의 중요성과 integrated system의 구현이 가능하게 되어 scal-up에 따르는 위험을 감소할 수 있게 됨으로써 마이크로 채널이 기여하게 될 공헌은 클 것으로 예상된다. 이 연구에 많은 제정상의 어려움이 있지만, 정밀한 채널 제조를 가능해진다면 인류에게 더 많은 혜택이 보장될 것이라고 믿어 의심치 않다.
Ⅲ. 참고문헌
1. 박원희, “한국화학공학의 과제”, 금빛출판사, (1997).
2. “연료전지 심포지움 2002 논문집”, 한국전기화학회 연료전지분과, (2002)
3. 김진용, 이효송, 김정수, 이영우, “외부전압 및 너비 변화에 따른 마이크로 채널의 유량 변화”, 충남대학교 화학공학과, (2004)

키워드

마이크로,   채널,   원리,   실험