초록 ▼

□ 연구개요
• PDMS(Polydimethylsiloxane)는 생체 적합성, 우수한 가스투과성, 광투명성, 조절 가능한 기계적 특성 및 제작 편의성 때문에 의료용 소프트 로봇, 세포 배양 시스템, 미세유체 장치 등 생물학, 의학 및 광학 분야의 중요 소재임.
• 기존의 소프트 리소그래피 기술로 제작된 PDMS 소자는 제한된 형상을 가지며, 적층되어 제작되기 때문에 기계적 동작이 박막 사이의 분리 한계로 제한됨.
• 현재까지 3D 프린터를 이용한 PDMS의 직접 출력 기술은 초보적인 수준으로, 고해상도 3D 프린팅

□ 연구개요
• PDMS(Polydimethylsiloxane)는 생체 적합성, 우수한 가스투과성, 광투명성, 조절 가능한 기계적 특성 및 제작 편의성 때문에 의료용 소프트 로봇, 세포 배양 시스템, 미세유체 장치 등 생물학, 의학 및 광학 분야의 중요 소재임.
• 기존의 소프트 리소그래피 기술로 제작된 PDMS 소자는 제한된 형상을 가지며, 적층되어 제작되기 때문에 기계적 동작이 박막 사이의 분리 한계로 제한됨.
• 현재까지 3D 프린터를 이용한 PDMS의 직접 출력 기술은 초보적인 수준으로, 고해상도 3D 프린팅 기반의 주형 제거 방법을 개발 적용한 마이크로 PDMS 소자 제작 기술 개발이 요구됨.
• 본 연구과제에서는 3D 프린팅 주형을 화학적으로 제거하여 기존의 한계를 극복하는 능동형/수동형 PDMS 소자를 제작하는 공정을 개발함.
• 이를 활용하여 미세유체 장치를 구동하기 위한 기본 소자들(3D 채널, 히터, 체크밸브, 열공압 액추에이터)을 설계 및 제작하였으며 최종적으로 이를 결합하여 일체형 미세유체 장치를 실현하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
3D 프린팅 주형 제거 기술을 개발하여 3D 능동형/수동형 소프트 마이크로 소자들을 구현.
[1단계] PDMS 구조물에 손상을 주지 않는 3D 프린팅 주형 제거 기술 개발
• 3D 프린팅 소재의 화학적 제거 방법 및 PDMS에 대한 효율성 정량화
• 생체 모사 PDMS 마이크로 채널 시험구조물 제작 및 평가
[2단계] 공압 구동형 3D 형상가변 액추에이터 설계 및 제작
• 3D 프린터의 해상도를 고려한 액추에이터 구조 결정, 입력된 공압에 대한 선형적 형상 가변을 가능하게 하는 구조 해석 및 3D 프린팅된 주형 사이의 공차 등의 변수를 고려한 공정 과정 최적화
• 주형 제거 기술을 이용한 생체 적합성 형상가변 액추에이터 제작 및 성능 평가
[3단계] 능동형/수동형 개별 소자들이 집적화된 3D 바이오칩 제작
• 3D 프린팅 주형 제거 기술을 적용한 일체형 유체제어 개별 소자(3D 유체 채널 + 펌프 + 단방향 체크밸브 + 마이크로 히터) 설계 및 제작 성능 평가
• 능동/수동형 개별 소자들의 집적화를 위한 단일 공정 설계 및 제작, 생체적합 PDMS 소재의 일체형 3차원 미세 바이오칩 구현

□ 연구개발결과의 중요성
• 본 연구과제를 통해 개발된 3D 프린팅 기술을 활용한 생체 적합성 소프트 폴리머 재질의 3차원 마이크로 소자 제작 공정은 기존의 제한된 3D 형상으로부터 벗어나 성능 향상을 위해 임의의 3D 마이크로 소자를 구현할 수 있는 미세 공정 기술의 획기적인 발전임.
• 기존의 반도체 기술 기반 공정에서 요구되는 2D 박막의 적층 및 정렬 과정 없이 빠른 프로토타이핑을 통해 연구 개발 시간이 단축될 수 있음.
• 단일 공정으로 제작되어 높은 압력에서도 소자를 구성하는 박막 간 분리 위험이 없으며, 3D 구조 설계로 향상된 동작 성능의 마이크로 소프트 소자를 실현함.
• 3D 구조의 능동형 마이크로 유체 소자 개발 및 집적화 기술 실현하여 생물학, 의학, 약리학, 로봇공학 분야에서 활용될 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 본 연구개발의 필요성 ... 4
• 2) 연구자가 수행하고자 했던 가설 및 최종목표 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 1단계: PDMS 주형에 손상을 주지 않는 고선택비의 3D 프린팅 주형 제거 기술 개발 ... 5
• 2) 2단계: 공압 구동형 3D 형상가변 액추에이터 설계 및 제작 ... 6
• 3) 3단계: 능동/수동형 개별 소자들이 집적화된 바이오칩 제작 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 1) 3D 프린팅 기술을 활용한 미세 구조물 제작 기술의 발전 ... 9
• 2) 인력 양성 ... 9
• 3) 사회 경제적 파급 효과 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 10
• 5. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 10