융기원 소속 연구원, 액정고무이용 마이크로 펌프 신기술 개발

[산업일보]
마이크로 전자기계 시스템은 이미 우리 삶의 일부분이 되고 있으며, 자동차 에어백의 가속도계 센서, 드롭 온 디맨드형 잉크 분사 인쇄기, 의학용 바이오 센서 등 가시적으로는 잘 보이지 않는 응용분야에서 널리 사용되고 있다.

기술의 발전에 따른 우리의 일상은 점점 더 작은 사이즈의 기계장치를 요구 하고 있다. 이러한 점에서 마이크로 전자기계 장치를 구동할 수 있는 액츄에이터는 매우 중요하다. 이를 위해 다양한 형태로 제작이 가능하고 간단하게 작동 될 수 있는 액츄에이터의 개발과 그 신소재의 필요성이 대두되고 있다. 특히, 액정고무는 고무가 갖는 기계적 특성과 액정이 갖는 전기적 특성을 바탕으로 해 마이크로 전자기계 액츄에이터 제작에 필요한 강력한 후보로 각광 받고 있다.

국내 연구진이 이 액정고무로 된 삼차원 초미세 마이크로 펌프를 제작하는데 성공했다. 현재 기술로는 쉽게 만들 수 없는 삼차원 미세유체공학시스템 및 장치의 현실화를 앞당길 수 있는 획기적인 기술로 화제가 되고 있다.

이 연구결과는 ‘액정 고무를 이용한 마이크로 펌프의 제작(One-piece micropumps from liquid crystalline core-shell particles)이라는 제목으로 세계적 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’ 온라인판에 11월 1일(목) 게재 됐다.

경기도 수원시 광교에 소재한 서울대학교 융합과학기술대학원 나노융합전공의 얀 라거발(Jan Lagerwall)교수 (차세대융합기술연구원, 에너지반도체연구센터) 연구팀은 다양한 바이오 칩, 인공장기, MEMS등에 응용될 수 있는 미세유체공정기술로 액정고무로 된 초미세 마이크로 펌프를 제작하는데 성공했다.

이 펌프는 얇은 껍질로 이루어진 구형 모양의 액정고무로, 연구진이 개발한 기술을 사용하면 수백 마이크로미터 또는 수십 밀리미터 지름의 구형 액정고무 펌프를 분당 100개 까지 만들 수 있다. 이 펌프를 사용하면 삼차원 미세유체공학 시스템이 획기적으로 바뀔 수 있을 것으로 전망된다.

액정(liquid crystal)고무는 외부의 온도 변화만으로도 쉽게 모양이 바뀌는 특징이 있으며, 변형된 형태는 다시금 원상 복귀가 가능하다. 또한, 매우 가볍고 쉽게 짖어지지 않으며 원하는 형태로 가공하기 쉬운 특성을 갖고 있다. 이러한 장점을 기반으로 액정고무는 인공 근육 또는 플라스틱기반의 마이크로 기계장치의 개발 등에 응용되고 있다.

연구진은 액정고무 펌프에 마이크로 단위의 관을 삽입하고, 펌프 내부에 액체를 채웠다. 그리고 액정고무의 ‘온도에 따라 모양이 변화되는 성질’을 사용해, 외부의 온도 변화만으로 액정고무 마이크로 펌프가 반복적이고 안정적으로 내부 액체를 빨아올릴 수 있음을 실험적으로 보였다. 미세유체공학에서는 작은 펌프를 사용해 액체를 추출하거나 삽입하는 것이 매우 중요하다. 더욱이, 이 펌프들은 구동을 위해 기판 또는 추가적인 기계장치를 필요로 하지 않으며, 원하는 각도에서 입/배출구를 위한 미세 관을 액정고무에 쉽게 삽입할 수 있다.

얀 라거발 교수는 “이 펌프는 수백 마이크로 미터이내의 초미세 마이크로 펌프로 밸브가 필요 없고, 온도 또는 빛 등 외부자극으로 펌프를 작동 시킬 수 있으며, 분당 100개의 펌프를 제작할 수 있다는 장점들을 갖고 있다. 연구진이 개발한 공정기술과 액정고무 마이크로 펌프를 사용하면 현재 기술로는 쉽게 만들 수 없는 삼차원 미세유체공학시스템 및 장치의 현실화를 시킬 수 있다.”고 말했다.

이 연구의 주도적 책임자이자 논문의 교신저자인 얀 라거발 교수는 2010년 9월에 서울대학교 융합과학기술대학원의 교수로 임용된 스웨덴 과학자로, 차세대융합기술연구원 에너지반도체연구센터에서도 활동하고 있다. 뛰어난 연구성과를 도출하고 있을 뿐 아니라, 현재 한국연구재단(NRF)의 한국과 EU간의 다양한 연구교류사업에 상당한 기여를 하고 있다. 한국과 유럽의 연구자들간의 공동연구 프로그램에서 한국측 파트너로 활발하게 활동하고 있다. 프랑스 CEA 연구소, 독일 막스플랑크 연구소등의 유럽 연구자들과 우수한 한국연구자들의 교류에도 힘쓰고 있다.

이 연구는 차세대융합기술연구원과 한국연구재단(NRF), 독일연구재단(DFG), 독일학술교류처의 지원으로 수행됐다.