초록 ▼

o 본 연구에서는 자연수계 및 하수 처리장 방류수 등에 존재하는 다양한 환경오염물질의 분석을 위한 미세유동칩을 개발하였고, 그 분석 가능성을 테스트해 보았다.
o Living Radical Photo Polymerization 방법을 이용해서 최소 채널 폭 $100{\mu}m$의 미세유동칩 개발에 성공하였다.
o 미세유동칩 내부에서 일어나는 물질이동현상 중 가장 중요한 것 중 하나인 혼화(mixing)에 대해서 연구하였고, 혼화를 촉진시키는 미세구조를 구현하는 데 성공하였다.
o 환경오염물질 분석

o 본 연구에서는 자연수계 및 하수 처리장 방류수 등에 존재하는 다양한 환경오염물질의 분석을 위한 미세유동칩을 개발하였고, 그 분석 가능성을 테스트해 보았다.
o Living Radical Photo Polymerization 방법을 이용해서 최소 채널 폭 $100{\mu}m$의 미세유동칩 개발에 성공하였다.
o 미세유동칩 내부에서 일어나는 물질이동현상 중 가장 중요한 것 중 하나인 혼화(mixing)에 대해서 연구하였고, 혼화를 촉진시키는 미세구조를 구현하는 데 성공하였다.
o 환경오염물질 분석을 위한 샘플 전처리 용도 등으로 응용될 수 있는, 고분자 다공성 필터(micro porous plug)를 미세유동칩 내에 만드는 데 성공하였고, 그 성능을 테스트 하였다.
o 마이크로캔틸레버의 표면을 특정 오염물질에 반응하도록 개질하여, 환경센서로서의 적용 가능성을 검토하였다.
o 본 연구에서 개발된 마이크로캔틸레버를 사용해서, 중금속, 자연유기물, 의약품 등의 환경오염물질을 검출하는 데 성공하였다.

Abstract ▼

o It is very important to monitor environmental pollutants such as heavy metals, natural organic matters, and pharmaceuticals. There are some limitations in modern pollutant measurement technologies, for example, complicated sample preparation and pretreatment processes, and relatively long measurem

o It is very important to monitor environmental pollutants such as heavy metals, natural organic matters, and pharmaceuticals. There are some limitations in modern pollutant measurement technologies, for example, complicated sample preparation and pretreatment processes, and relatively long measurement times. Thus the objective of this research project is to develop measurement Techniques of NOM Size and Pharmaceuticals using Microfluidic Chip for real time detection of pollutants.
o The scopes of this project Include (1) design and fabrication of microfluidic channel, (2) mass transfer and mixing analysis of the fabricated channels, (3) design and fabrication of microstructure for enhancing micromixing, (4) design and fabrication of pore structure for the sample pretreatment, (5) micro cantilever surface modification for detecting specific pollutants, (6) manufacturing a combined micro cantilever detecting system by attacking a pollutant-specific micro cantilever to a fludic cell and a laser detector, and (7) assessment of pollutant detecting possiblity using combined micro cantilever system.
o Various types of microfluidic channels were successfully fabricated using living radical photo polymerization and the smallest size of the channel width was 100 micrometers. Micro-mixing efficiency of a simple micro channel were analyzed and mixing enhancing microstructures were fabricated. Micromixing efficienties were enhanced from nearly zero to almost 90 percent by these microstructures. Pore structure in micro channel was fabricated for the sample pretreatment and bio separation and this structure could reject several micro sized particles. A combined micro cantilever detecting system was developed by attaching a pollutant-specific surface modified micro cantilever to a fludic cell and a laser detector Some of pollutants such as heavy metals, natural organic matters, and pharmaceuticals were tested to check the applicability of this micro cantilever detecting system and the results were successful. Some limitiation in the system were analyzed and discussed in the report.

목차 Contents

• 제 1 장 연구 개발 과제의 개요...14
• 제 1 절 기술 개발의 중요성 필요성...18
• 제 2 절 목표 및 내용...18
• 제 3 절 연차별 주요 사업 내용...20
• 1. 1차년도 사업 내용...20
• 2. 2차년도 사업 내용...20
• 제 2 장 국내외 기술 개발 현황...22
• 제 1 절 국내외 관련 기술의 관련기술 현황...22
• 1. 국외...22
• 2. 국내...22
• 제 2 절 국내외 유사기술과의 차별성...22
• 제 3 절 연구개발 사업성과의 사업화 가능성...23
• 제 4 절 기술 개발 시 예상되는 파급효과 및 활용방안...23
• 제 5 절 시장 현황...24
• 제 3 장 연구 개발 수행 내용 및 결과...25
• 제 1 절 미세유동칩 제작 및 특성 분석...25
• 1. 미세유동칩의 제작...25
• 가. 고분자 시료의 제조...25
• 나. 채널의 제작...26
• 다. 미세유동칩의 채널 제작시 주의 사항...28
• 2. 제작된 미세유동칩 채널 내 유체 흐름...29
• 3. 마이크로 채널 내 칼럼 및 다공매질 장착...38
• 가. 마이크로 채널 내 칼럼을 장착하기 위해 시도된 방법...38
• 나. 채널 내 칼럼 장착을 위해 시도된 그 외의 방법들...40
• 다. 최종적으로 선택된 마이크로 채널 내 칼럼 장착 방법...41
• 라. 마이크로 채널 내 다공성 매질 장착...42
• 4. 미세유동칩 표면 전하 측정...44
• 5. 미세유동칩의 소수성 분석...47
• 6. 결론...48
• 제 2 절 진통제/항생제 의약품 농도 측정을 위한 미세유동칩형 C-18칼럼 개발을 위한 기반 연구...49
• 1. LC 시스템을 이용한 의약품 농도 측정...50
• 2. Meprobamate 대체 물질 선정을 위한 GC/MS를 이용한 EDC 물질 분석 결과...56
• 가. PCP 및 EDC 연구 목적...56
• 나. GC/MS 를 이용한 대체 후보물질에 대한 특성조사 및 측정법...57
• 3. 의약품 탐지용 fluorescence detector 감도 및 측정한계...62
• 4. 마이크로 LC 시스템을 이용한 의약품/개인관리용품 측정...67
• 가. 시스템 구성...67
• 나. 분석 방법...68
• 5. 결론 및 주요 변경 사항...70
• 제 3 절 NOM 측정 및 분석...72
• 1. 분자량 분포 (NOM Size Distribution) 분석...72
• 2. NOM structure 분석...73
• 3. 전하밀도 (Functionality) 분석...75
• 제 4 절 미세유동칩에서의 혼화효율 평가...77
• 1. 도입...77
• 2. 실험 방법...77
• 3. 실험 결과...77
• 가. 혼합 효율 계산 방법...77
• 나. 결과...77
• 4. 결론...83
• 제 5 절 미세유동칩 내 porous plug 성능 평가...84
• 1. 도입...84
• 2. 실험 방법...84
• 3. 실험 결과...86
• 제 6 절 마이크로 캔틸레버를 이용한 환경오염 물질 탐색기술...91
• 1. 마이크로 캔틸레버의 특정물질 검출 원리...91
• 2. 실험 방법...94
• 가. 캔틸레버 종류 및 선택...94
• 나. 캔틸레버 표면 처리...95
• 다. 캔틸레버 탐지 대상 물질...96
• 라. 실험 방법 및 장치...96
• 3. 실험 결과 및 토의...98
• 가. 캔틸레버 안정화...98
• 나. 중금속 탐지 기술...113
• 다. 자연 유기 물질 탐지 기술...117
• 라. 의약품 탐지 기술...118
• 마. 측정 물질에 따른 캔틸레버의 신호 경향...122
• 바. 오차 원인 분석...123
• 사. 참고 실험 결과-펩타이드를 이용한 중금속 탐지...124
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...133
• 제 1 절 연구개발 목표의 달성도...133
• 1. 1차년도 연구개발 목표 달성도...133
• 2. 2차년도 연구개발 목표 달성도...134
• 제 2 절 환경기술발전에의 기여도...136
• 1. 마이크로 채널 제작 기술...136
• 2. 마이크로 채널 내 물질전달 및 혼화 현상 해석 기술...136
• 3. 마이크로 채널 내 미세구조물 제작 기술...136
• 4. 마이크로 채널 내 다공성 매질 설치 기술...136
• 5. 마이크로 캔틸레버 환경오염물질 검출 시스템...136
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...137
• 제 1 절 연구성과...137
• 제 2 절 연구성과 활용계획...139
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...141
• 제 1 절 Living radical photopolymerization (LRPP)를 이용한 미세유동칩 제작...141
• 제 2 절 마이크로채널 합성 촉진제 (iniferter)...141
• 제 3 절 마이크로 혼화(micromixing)...142
• 제 4 절 마이크로 캔틸레버를 이용한 센서 개발...144
• 제 7 장 참고문헌...147