초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 과제는 최근 나노 및 바이오기술에 핵심이 되는 DNA, 단백질, 약물, 바이러스, 생체세포 등과 같은 콜로이드나 고분자 물질의 제어, 특성파악, 분리, 정제에 직접 활용이 될 수 있는 정밀도로 마이크로 및 나노 입자의 electrophoresis 거동을 예측할 수 있는 해석기술개발과 결과를 최종 연구목표로 한다.
연구결과
•1차년도: 미흡한 기존 연구를 보완하며 새로운 현상을 발견하여 분석하는 단계
-단면적 변화에 따른 DEP 영향을 고려한 electrophoresis 해석 수행

연구의 목적 및 내용
본 과제는 최근 나노 및 바이오기술에 핵심이 되는 DNA, 단백질, 약물, 바이러스, 생체세포 등과 같은 콜로이드나 고분자 물질의 제어, 특성파악, 분리, 정제에 직접 활용이 될 수 있는 정밀도로 마이크로 및 나노 입자의 electrophoresis 거동을 예측할 수 있는 해석기술개발과 결과를 최종 연구목표로 한다.
연구결과
•1차년도: 미흡한 기존 연구를 보완하며 새로운 현상을 발견하여 분석하는 단계
-단면적 변화에 따른 DEP 영향을 고려한 electrophoresis 해석 수행
-DEP에 의한 electrophoresis choking 현상의 최초 발견 및 분석
-입자와 벽면의 surface charge 분포가 electrophoresis에 주는 영향을 파악하는 해석수행
•2차년도: 열전달과 비뉴턴성의 영향 연구 수행 단계
-전기장에 의한 Joule heating이 electrophoresis에 끼치는 영향의 종합적 해석
-완충액의 shearthinning과 점탄성이 electrophoresis에 미치는 영향 파악
•3차년도: flow-structure interaction을 도입하는 연구 수행 단계
-electrophoresis를 자유계면문제로 모델링
-입자의 변형이 electrophoresis에 미치는 영향 파악
-electrophoresis 조건 제어에 따른 입자 변형(stretching 등)에의 능동적 활용방안 개발
연구결과의 활용계획
해당분야 학문발전에의 기여효과
-처음으로 나노스케일 입자의 이동 및 회전을 정확히 예측하는 해석 수행
-단면적이 변하는 체널에서의 electrophoresis에 DEP 영향을 명확히 파악
-electrophoresis choking 현상 발견 및 분석
-처음으로 electrophoresis에서 shearthinning과 점탄성의 영향 규명
-electrophoresis와 열전달의 복합적인 해석 수행
-처음으로 입자의 변형을 electrophoresis와 연결
•산업 발전에의 기여도 등 국가 경제에 미치는 효과
-나노입자 관련 기술 개발로 첨단산업 발전에 기여
-바이오기술에 중심이 되는 생체입자 분류 및 조작기술 개발로 관련산업의 원천기술 보유에 기여
•연구수행 과정을 통한 연구 인력 양성 효과
-석박사과정 학생의 연구참여로 첨단 나노 및 바이오기술과 관련된 연구수행능력이 있는 인력 배출
-교비지원 박사후과정 연구원의 연구 참여로 연구전문인력 유치 및 배출의 효과
-URP를 통한 이공계 학부생들의 연구 참여로 첨단기술을 접한 인력 양성 효과

Abstract ▼

Purpose&contents
The purpose of the proposed research is to develop a method for and perform intensive parametric study on the prediction of precise electrophoretic motion of micro and nanoparticles, including their translation, rotation, and deformation, in a nonuniform channel where the dielect

Purpose&contents
The purpose of the proposed research is to develop a method for and perform intensive parametric study on the prediction of precise electrophoretic motion of micro and nanoparticles, including their translation, rotation, and deformation, in a nonuniform channel where the dielectrophoretic effect is important. The accuracy obtained in the proposed study is in such a level that the results are to be applied to actual design of methods for characterization, separation, purification, and focusing of common biological particles, such as DNA, protein, drugs, and biological cells.
Result
•1st year: Extension of existing studies to find new phenomenon and subsequent analysis
-electrophoresis with full dielectrophoretic (DEP) effects
-first report on electrophoresis choking due to DEP •2nd year: Inclusion of heat transfer and non-Newtonian effects
-effect of Joule heating on the electrophoresis with DEP effects
-effects of shear-thinning and elasticity of buffer fluids on the electrophoresis
•3rd year: Inclusion of flow-structure interaction
-modeling of electrophoresis as a free-boundary problem
-effect of particle deformation on the electrophoresis
-application of the effects of particle deformation and DEP to the active control of electrophoretic particle handling
Expected Contribution
Academic contribution
-first nanoscale analysis on particle translation and rotation in electrophoresis
-accurate accessment of DEP effects in channels with varying cross-section
-report on the electrophoresis choking phomamenon for the first time
-first study on the non-Newtonian effects in electrophoresis
-first study on the coupled effect of heat transfer due to DEP in C-D channel
-first study with effects of particle deformation as a free-boundary problem
•Contribution to industry and economy
-impact by developing important handling technique for nanoparticles
-lead to fundamental new technology associated with separation and focusing of biological particles crucial in biotechnology