초소형 화학실험칩(랩온어칩) 개발

[산업일보]
“지갑에 넣어 휴대할 수 있는 질병진단기 개발이 눈앞에 다가왔다”

자유자재로 휘어 간편하게 휴대할 수 있는 필름형 초소형 화학 실험칩(랩온어칩)이 국내 연구자에 의해 처음으로 개발되었다.

충남대 김동표 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 리더연구자지원 사업(창의적 연구)의 지원을 받아 수행되었다.

이번 연구결과는 화학 분야 최고 권위의 과학 전문지인 ‘앙게반테 케미 (Angewante Chemi)’ 표지 논문으로 온라인 속보(7월 2일자)에 선정·게재되었고, 영국화학회에서 발간하는 학술지 “랩온어칩” 8월호 (7월 31일자)에 주요 연구 성과로 소개되는 영예도 얻었다.

김 교수 연구팀은 유연한(flexible) 폴리이미드 필름 위에 일반 레이저를 이용해 머리카락 굵기의 초소형 도랑(channel)을 만들어, 다양한 화학실험을 안전하고 편리하게 수행할 수 있는 화학실험칩을 개발하였다.

지금까지 일반적인 화학실험칩은 실리콘, 유리, 플라스틱 등 딱딱한 재질의 기판으로 제작된 반면에, 연구팀은 얇고 유연한 폴리이미드 필름을 이용하여 400도의 고온과 영하 269도의 저온에도 견디는 등 내구성이 강하면서도 자유자재로 휘는 유연한 랩온어칩을 구현하였다.

김 교수팀이 개발한 화학실험칩은 기존의 실리콘이나 유리로 만든 칩에 비해 제작하기 쉽고 가격이 저렴하면서도 제조 수율이 90%를 넘는다. 또한 저렴하지만 다양한 화학용매나 고온에 견디지 못하는 플라스틱 칩의 단점을 극복했다.

실리콘이나 유리로 만든 칩은 고가의 반도체 공정 시설을 이용해야 하기 때문에 비용도 많이 들면서 제작하기 어려워, 10개를 제작하면 5～6개만 성공하는 등 제조 수율이 50～60%에 지나지 않아 화학실험 칩으로서 활용도가 떨어졌다.

게다가 실리콘이나 유리 칩은 일반 유리창보다 2배정도 두껍고 무거운 반면에, 연구팀의 필름 칩은 종이처럼 얇고 가벼워 자유자재로 구부릴 수 있고 지갑이나 명함처럼 휴대할 수 있다.

이번 연구결과가 향후 다양한 첨단 과학기술분야와 접목된다면, 산업부문의 경제적 효과가 클 것으로 기대된다.

일반 실험실의 유리 플라스크를 대체할 새로운 화학실험도구로서 검증 받은 김 교수팀의 이번 연구결과는 향후 두루마리처럼 접을 수 있는 화학공장, 지갑이나 명함처럼 상시 휴대할 수 있는 의료 및 질병진단기 등을 개발할 수 있는 가능성을 열었다.

충남대 김동표 교수는 “종이처럼 구부리고 상시 휴대할 수 있으면서도 저렴한 필름형 초소형 화학실험칩의 개발로, 향후 ‘더 빠르고, 더 저렴하고, 더 안전하고, 더 성공적인’ 화학공정 기법을 고안하여, 석유 고갈에 대비한 친환경 신화학물질을 개발할 수 있는 토대를 마련하였다”라고 연구의의를 밝혔다.

한편, 김 교수가 이끄는 미세유체 응용화학 연구단은 최근 미국화학회지 (JACS, 7월 19일자)와 어드밴드스 펑셔널 머티리얼 표지논문(5월 10일자) 등 화학실험칩의 개발과 응용분야에서 세계적인 연구성과를 내고 있다.