미세유체칩 내 액체방울 정밀 제어기술 개발 한국과기원 성형진 교수, 반응처리 시간 1시간에서 3분으로 수학을 좋아하던 한 소년이 있었다. 수학을 깊게 공부하면서 사람들을 이롭게 하는 기술들을 개발하는 공학에 관심이 생긴 소년은 기계공학과에 진학했다. 공학도가 된 그의 관심을 끈 분야는 유체의 ‘흐름’을 수학적으로 해석하며 연구하는 ‘유체역학’이었다. 이후 그는 오랫동안 연구를 수행해온 끝에 미세유동, 난류유동, 유체-연성체 상호작용 등 유체역학 전반에 걸친 다양한 방면의 연구 논문을 SCI급 국제학술지에 총 321편 발표하는 걸출한 성과를 거뒀다. 대한민국은 물론 전 세계를 대표하는 유체공학자 성형진 교수의 이야기다.최근 차세대 헬스케어 진단·분석 장치 개발의 근간이 되는 미세유체역학 분야에 집중하고 있는 성형진 교수는 “연구결과가 사회에 직접 사용되고, 새로운 아이디어를 내면 세상에 도움을 줄 수 있다는 사실이 보람차다”고 한다. 지금도 미래에 필요한 연구 분야를 예측하고, 선도적인 연구 수행을 위해 노력을 아끼지 않는다. 한국과학기술원 기계공학과 성형진 교수가 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이하 ‘연구재단’)이 선정한 이달의 과학기술인상 11월 수상자로 선정됐다.과기정통부와 연구재단은 성형진 교수가 동전크기의 미세유체칩(랩온어칩, Lab-on-a-chip)내 마이크로미터 규모의 미세 액체방울을 정교하게 제어할 수 있는 기술을 개발해 미세유체역학 연구의 역량을 강화한 점이 인정됐다고 선정배경을 설명했다.차세대 실험·진단기술인 랩온어칩은 작은 반도체 칩에서 극미량의 시료만으로 복잡하고 다양한 실험이 가능해 의·약학, 보건·환경 등 많은 분야에서 주목받고 있다그러나, 미세유체역학의 중요 기술 중 하나인 유체 샘플의 온도 제어 기술은 그간 정교성이 낮아, 랩온어칩의 활용 확대를 위해 극복해야할 한계로 남아 있었다.성형진 교수는 음향과 빛 에너지를 이용해 신속·정교하게 미세 액체 방울의 온도를 제어할 수 있는 ‘음향열적 가열법’을 독자 개발함으로써 랩온어칩 성장의 돌파구를 마련하는 한편, 미세유체역학의 학문적·기술적 진보에 기여했다.성 교수가 개발한 ‘음향열적 가열법’은 온도뿐 아니라 미세 유체의 크기, 이동, 위치까지 자유자재로 제어할 수 있는 기술로, 생화학, 의약학 분야 등에서 다양한 응용이 가능한 혁신적 성과이기에 더욱 주목된다.성형진 교수는 유전물질의 증폭 방법인 ‘중합효소 연쇄반응(PCR)’에 개발 기술을 적용해 기존 상용화 기술에 비해 반응처리 시간을 획기적으로 단축(1~2시간→3분)한 독보적 기술을 선보였다.또한 DNA 돌연변이 검출 방법인 ‘DNA 변형곡선 분석’에도 적용․응용해 단시간에 분석이 가능한 새로운 시스템을 개발함으로써 질병 진단 등 의․약학 발전에도 크게 기여하고 있다.성 교수는 “이 기술이 미세유체역학의 활용성을 높인데 의미가 있다”며 “검역, 법의학수사 등 생화학 분야와 건강검진, 신약개발 등 헬스케어 분야의 기술 혁신을 이끌 수 있을 것으로 기대된다“고 연구의 의의를 설명했다.

미세유체칩 내 액체방울 정밀 제어기술 개발

한국과기원 성형진 교수, 반응처리 시간 1시간에서 3분으로

기사입력 2017-11-03 10:08:31

[산업일보]

수학을 좋아하던 한 소년이 있었다. 수학을 깊게 공부하면서 사람들을 이롭게 하는 기술들을 개발하는 공학에 관심이 생긴 소년은 기계공학과에 진학했다. 공학도가 된 그의 관심을 끈 분야는 유체의 ‘흐름’을 수학적으로 해석하며 연구하는 ‘유체역학’이었다.

이후 그는 오랫동안 연구를 수행해온 끝에 미세유동, 난류유동, 유체-연성체 상호작용 등 유체역학 전반에 걸친 다양한 방면의 연구 논문을 SCI급 국제학술지에 총 321편 발표하는 걸출한 성과를 거뒀다. 대한민국은 물론 전 세계를 대표하는 유체공학자 성형진 교수의 이야기다.

최근 차세대 헬스케어 진단·분석 장치 개발의 근간이 되는 미세유체역학 분야에 집중하고 있는 성형진 교수는 “연구결과가 사회에 직접 사용되고, 새로운 아이디어를 내면 세상에 도움을 줄 수 있다는 사실이 보람차다”고 한다. 지금도 미래에 필요한 연구 분야를 예측하고, 선도적인 연구 수행을 위해 노력을 아끼지 않는다.

음향열적 가열법의 우수한 시공간적 온도 제어 능력을 DNA 중합효소 연쇄 반응(PCR)에 응용했다. 음향열적 가열을 이용해 미세유체칩 내 두 온도 구역을 형성하고 DNA을 포함한 유체 샘플을 주입한 결과, 상용화된 PCR 기계로 1시간 이상 소요되는 데 비해 음향열적 가열을 이용할 때는 3분 이내에 완료됐다.

한국과학기술원 기계공학과 성형진 교수가 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이하 ‘연구재단’)이 선정한 이달의 과학기술인상 11월 수상자로 선정됐다.

과기정통부와 연구재단은 성형진 교수가 동전크기의 미세유체칩(랩온어칩, Lab-on-a-chip)내 마이크로미터 규모의 미세 액체방울을 정교하게 제어할 수 있는 기술을 개발해 미세유체역학 연구의 역량을 강화한 점이 인정됐다고 선정배경을 설명했다.

차세대 실험·진단기술인 랩온어칩은 작은 반도체 칩에서 극미량의 시료만으로 복잡하고 다양한 실험이 가능해 의·약학, 보건·환경 등 많은 분야에서 주목받고 있다

그러나, 미세유체역학의 중요 기술 중 하나인 유체 샘플의 온도 제어 기술은 그간 정교성이 낮아, 랩온어칩의 활용 확대를 위해 극복해야할 한계로 남아 있었다.

성형진 교수는 음향과 빛 에너지를 이용해 신속·정교하게 미세 액체 방울의 온도를 제어할 수 있는 ‘음향열적 가열법’을 독자 개발함으로써 랩온어칩 성장의 돌파구를 마련하는 한편, 미세유체역학의 학문적·기술적 진보에 기여했다.

성 교수가 개발한 ‘음향열적 가열법’은 온도뿐 아니라 미세 유체의 크기, 이동, 위치까지 자유자재로 제어할 수 있는 기술로, 생화학, 의약학 분야 등에서 다양한 응용이 가능한 혁신적 성과이기에 더욱 주목된다.

성형진 교수는 유전물질의 증폭 방법인 ‘중합효소 연쇄반응(PCR)’에 개발 기술을 적용해 기존 상용화 기술에 비해 반응처리 시간을 획기적으로 단축(1~2시간→3분)한 독보적 기술을 선보였다.

또한 DNA 돌연변이 검출 방법인 ‘DNA 변형곡선 분석’에도 적용․응용해 단시간에 분석이 가능한 새로운 시스템을 개발함으로써 질병 진단 등 의․약학 발전에도 크게 기여하고 있다.

성 교수는 “이 기술이 미세유체역학의 활용성을 높인데 의미가 있다”며 “검역, 법의학수사 등 생화학 분야와 건강검진, 신약개발 등 헬스케어 분야의 기술 혁신을 이끌 수 있을 것으로 기대된다“고 연구의 의의를 설명했다.