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문제 정의
- 기술의 융합화 요구가 높아지고 있는 상황에서 본 연구는 IT분야의 공정 기술과 NT분야의 나노소재 기술, 그리고 BT분야의 센서 기술을 접목한 융복합 기술을 바탕으로 이루어졌다. IT 디바이스 제조에 널리 활용되고 있는 LTCC 공정과 후막 리소그라피 공정을 이용하여 환경용 세라믹 칩을 제조하는 공정을 새롭게 제시하였다.
- 본 연구 내용에 있어서 또 다른 주요기능인 분리기능에 대한 세라믹 칩의 성능을 검증하기 위하여 자성입자가 분산된 형광 유체와 비형광유체를 도입한 상태에서 영구자석에 의해 원하는 영역으로 분리해 내는 특성에 대한평가가이루어졌다. Fig.
- 본 연구에서는 수질 검사가 필요한 각종 검사 사이트에서 수질 샘플 주입만으로 on-site에서 샘플 전처리부터 타겟 미생물 측정, 민감도 향상, 데이터 정량화가 이루어지는 미래형 환경 분석 tool 장비를 개발하고자 한다. 특히 미래형 첨단 유비쿼터스 환경을 대비할 수 있는 휴대용 환경 미생물 검출 칩을 세라믹 기반의 소재 및 공정으로 구현하는 새로운 기술을 제시하고자 한다.
- 샘플의 분리는 자성입자에 고정화 된 리간드의 특이적인 결합에 의해서 타겟 미생물과 자성입자의 결합이 일어나게 되고 자기력을 통해 타겟 미생물을 효과적으로 분리하게 된다. 분리된 타겟 미생물은 전기화학적인 신호를 낼 수 있도록 2차 리간드를 부착하여 저항 혹은 전류값의 변화를 일으킬 수 있도록 측정 부위에 결합하게 되며, 전기적인 신호는 무선통신 기술을 이용하여 중앙 통제소로 전송되어 각 지역의 측정 값을 유기적으로 분석할 수도 있으며, 상기 나열한 모든 과정은 샘플을 획득한 지역 (on-site)에서 수행되어지며 샘플 채취부터 데이터 전송까지 30분 이내에 이루어지는 것을 목표로 삼는다. 이러한 일련의 과정을 3D 구조로 적층된 세라믹 칩으로 구현하는 내용을 Fig.
- 앞서 제시된 세라믹 기반의 환경 바이오 칩을 제조하는 공정으로써, 본 연구에서는 LTCC 기술에 포토리소그라피 기술을 접목시켜서 소자를 제조하는 공정을 개발, 제시하고자 한다. 이는 LTCC 시트의 원료인 세라믹 기반 슬러리 제조시 감광성 유기물 성분을 첨가함으로써 포토마스크및UV 노광과정을거쳐microchannel 및cavity 제조를 가능케 한다.
- 기존에 널리 사용되는 현상방법은 현상액에 노광을 거친 소자를 immersion하는 방식인 dipping으로 자연식각을 유도하는 방식이었으나, 이는 isotropic etching으로서 해상도가 다소 떨어진다. 이러한 단점을 보완하여 식각된 채널의 형상과 식각 깊이 등을 최적화하기 위한 방법으로써, 본 연구에서는 spin developer를 이용하여 현상을 진행하였다. Spin developer는 UV 노광을 거친 시료를 홀더에 놓고 350 rpm 정도로 회전시키면서 현상액을 위에서 방사형으로 뿌려주는 방식으로써, dipping 방식에 비하여anisotropic etching에의한현상균일성이보다우수한 장점이 있으며, 본 연구에서 구현하고자 하는 미세 채널 가공을 보다 효율적으로 진행할 수 있었다.
- 본 연구에서는 수질 검사가 필요한 각종 검사 사이트에서 수질 샘플 주입만으로 on-site에서 샘플 전처리부터 타겟 미생물 측정, 민감도 향상, 데이터 정량화가 이루어지는 미래형 환경 분석 tool 장비를 개발하고자 한다. 특히 미래형 첨단 유비쿼터스 환경을 대비할 수 있는 휴대용 환경 미생물 검출 칩을 세라믹 기반의 소재 및 공정으로 구현하는 새로운 기술을 제시하고자 한다. 상기 기능을 수행하기 위해 세라믹 적층기술, 미세채널 가공기술, 리간드 고정화, 자성나노입자, 특이적 타겟 검출, 가상 시뮬레이션, 금속 양극산화, 전기화학센서 등 다양한 기술이 융합해야 한다.
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