초미세유체 수송현상 예측 가능해졌다

[산업일보]
한국연구재단은 김보흥 교수(울산대) 연구팀이 세계최초로 초미세유체(Nanofluidics)의 유동 및 열전달 현상을 정확하게 예측하는 새로운 예측 모델을 개발했다고 밝혔다.

초미세유체는 분자 수십 개에서 수백 개 정도가 일렬로 나열된 폭 정도의 미세한 나노채널 구조물에서 흐르는 유체이다. 극소량의 혈액으로 질병과 DNA 등을 판별하는 것 등이 초미세유체의 대표적인 활용 방법이다.

일상생활에서 접하게 되는 대부분의 거시유체는 유동의 세기에 비례해 발생한 열과 온도 분포를 쉽고 정확하게 예측할 수 있으며 그 인과관계가 에너지 보존법칙을 기반으로 아주 간단하고 완벽하게 설명된다.

그러나 초미세유체의 유동 및 에너지 수송현상은 정확히 예측하기가 어려웠다. 이는 초미세유체 경계면에서 분자 간의 인력에 의해 점도나 밀도의 불균형 현상 등이 나타나기 때문이다.

이에 연구팀(김보흥 교수, 보꾸옥쯔엉 연구원)은 초미세유체의 수송현상 시 모델링을 통한 예측값과 실제 분자들의 흐름에 의한 결과 값 사이에 오차가 나는 이유를 토대로 오차의 범위를 극도로 줄일 수 있는 새로운 예측 수식을 고안했다.

연구팀은 초미세유체의 경계면의 특성으로 인해 유발되는 측정온도 값의 불연속성을 초미세유체 유동채널의 벽인 경계 조건에 새롭게 적용해 새로운 모델을 개발했다.

김보흥 교수는 “이번 성과로 마이크로/나노필터, 나노미터크기의 바늘 주사기, 혈액 속 노폐물을 거르고 질병유무 물질을 분석하는 여과 필터기 등을 설계할 때 정확한 흐름양 예측이 가능해진 것”이라며 “의료기기부터 나노 관련 주요 산업의 발전을 위한 중요한 촉매제가 될 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 밝혔다.

한국연구재단(교육부) 이공학개인기초연구지원사업의 지원을 통해 거둔 이번 연구성과는 세계 3대 학술지 Nature의 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’에 게재됐다.