정완균 교수·박사과정 허영진씨 등…유체 흐름 속도·농도 등 조절
28일 포스텍에 따르면 정완균 기계공학과 교수와 박사과정 허영진씨 등은 로봇공학을 이용해 전문가가 아니라도 손쉽게 미세유체를 조절할 수 있는 정밀 유량 제어 기술을 개발했다.
특히 이 기술은 유체 흐름의 속도와 농도 등을 간단하면서도 세밀하게 조절 할 수 있어, 미세유체 시스템 고도화에 꼭 필요한 연구로 향후 암 진단은 물론 세포반응 분석 등에 쓰이는 초소형 바이오칩 산업에 큰 영향을 미칠 것으로 기대되고 있다.
이에 최근 세계적인 학술지 네이처의 자매지인 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'지에 게재됐다.
피 한 방울과 같은 극소량의 샘플로 빠르고 쉽게 질병 여부를 판별하는 등 실험실에서 이뤄지는 여러 가지 복잡한 실험이 가능한 최첨단 초정밀 실험기기인 랩온어칩은 극히 적은 양의 유체시료를 여러 채널로 나눠 보내거나 섞어 그 흐름을 멈추는 등 원하는 대로 제어하기 위해 미세유체 제어기술이 핵심이다.
그동안 소형 칩 등에 사용되는 미세유체 제어 기술은 주로 '비례-적분-미분 (Proportional-Integral-Derivative·PID) 제어기'로 사용했다.
즉 시스템 상의 원하는 값을 일정하게 얻기 위해 제어기가 오차 값을 계산, 보완해주는 방식으로 일종의 튜닝을 거치는데 마이크로미터 수준의 아주 작은 시스템은 사소한 요인으로도 오차가 빈번히 일어난다.
이 때문에 사용자가 제어기를 사용해 많은 오차를 정밀하게 조절해야 할 뿐만 아니라 그 과정이 까다로워 숙련된 전문가가 아니면 어려움을 겪어왔다.
더욱이 여러 채널의 흐름을 동시에 제어하는 등 더욱 고도화 된 기능을 요하는 시스템에 적용이 어려운 것이 문제점으로 지적됐다.
연구팀은 이에 제어공학의 관점으로 새롭게 접근해 해결책을 제시, 미세유체가 전류처럼 흐른다는 점에 착안해 오차 값 보완과 유체의 흐름을 자동으로 제어 할 수 있는 알고리즘 즉 일종의 인공지능을 탑재한 것이다.
이에 따라 사용자가 굳이 어려운 제어 과정을 거치지 않더라도 자동화를 통해 안정성과 정밀도를 향상시킬 수 있는 결과를 얻었다.
이와 함께 다수의 채널에 대해 동시에 독립적인 제어를 할 수 있어 체후 랩온어칩 장치에서 다양한 방식으로 활용될 수 있는 새로운 가능성을 열었다.
연구를 주도한 정완균 교수 등은 "기존의 생명과학 연구실에서 수행하던 세포배양과 세포반응 분석 등도 초소형 세포칩 내에서 가능해질 것"이라며 "물리·화학적 자극에 따른 세포 반응도 더욱 세분화된 수준에서 분석 할 수 있을 것으로 보인다"고 밝혔다.
☞ 유량(flow rates)
단위 시간당 흐르는 유체의 중량 또는 용량