3D프린팅으로 생체친화적인 바이오칩, 바이오센서 등의 제작 기대

한국연구재단(이사장 조무제)은 “현진호 교수 연구팀(서울대)이 얇고 투명한 종이 기반의 3차원 채널 마이크로유체칩을 제작하는 데 성공했다”고 밝혔다.

마이크로유체시스템은 마이크로미터(μm) 규모에서 유체의 흐름과 열전달, 물질전달을 제어하는 장치·기술로서, 임신 진단, 단백뇨 검사, 말라리아 검사, 자가진단 키트 등의 의료산업뿐 아니라 독성가스 검출, 중금속 이온 검출 등 환경 분야에까지 널리 사용되고 있다.

4차 산업혁명의 주요 기술로 손꼽히는 3D프린팅을 활용하여 마이크로 유체시스템을 제작하려는 시도가 있었으나, 현재까지는 소재나 제조방법에 있어서 한계가 있었다.

기존에는 3D프린팅 활용 시에 실리콘이나 아크릴계 수지를 소재로 하고 있어서 응용범위가 제한적이다.

또한 펄프섬유를 이용한 종이기반 마이크로유체시스템 연구도 활발히 진행되고 있으나, 대부분 각 층별로 구조체를 제조하고 여러 층을 적층해서 조립하는 기존의 방식을 이용하는 데 머물러 있다.

이 연구에서는 하이드로겔 형태의 셀룰로오스 나노섬유를 3D프린팅 출력물의 지지대이자 틀 역할을 하는 프린팅 매트릭스로 이용하였고, 매트릭스 내부에 3차원 마이크로 채널 구조체를 인쇄하는 데 성공했다.

연구진은 매트릭스를 건조시킨 후, 내부에 페트롤륨 젤리 잉크로 인쇄했던 3차원 채널 구조체를 제거함으로써 유체가 흐를 수 있는 채널이 탑재된 종이 기반의 투명하고 유연한 3차원 마이크로유체칩을 개발해냈다.

이번에 개발된 종이칩은 추가적인 접합이나 조립 없이 내부에 다양한 구조체를 3차원으로 구현, 집적화시킬 수 있다. 열린 채널의 구조로서 유체가 채널에 머무르지 않아 시료 손실도 최소화할 수 있다. 또한 펄프섬유와 달리 광학적 투명성을 가지기 때문에 채널 내부와 유체의 이동을 눈으로 확인할 수 있다. 이 친환경 천연소재의 종이칩은 생체 친화적인 특성으로 인해 새로운 개념의 바이오칩, 바이오센서 및 광학분석 등에도 활용 가능하다.

현진호 교수는 “이 연구는 3D프린터를 이용해 얇은 두께의 종이 소재 내부에 3차원의 미세 채널을 도입, 집적화된 마이크로유체칩을 개발한 것”이라며 “기존의 종이 기반 칩이 가지는 한계를 극복함으로써 실리콘 기반 칩을 대체하는 것은 물론 의료 및 환경 분야에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구는 교육부·한국연구재단 기초연구사업(개인연구), 산업통상자원부·한국산업기술평가관리원 산업기술혁신사업의 지원으로 수행되었으며, 재료과학분야 국제학술지 ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스(ACS applied materials & interfaces)에 7월 24일자로 게재되었다.