소개글
"microfluidic channel"에 대한 내용입니다.
목차
1. PDMS를 이용한 Microfluidic Channel 제작 및 응용
1.1. Soft Lithography를 이용한 Microfluidic Channel 제작
1.2. 플라즈마 처리를 통한 Microfluidic Channel 표면 개질
1.3. 형광 염료를 활용한 Microfluidic Channel 내 확산 관찰
1.4. Diffusion Coefficient 측정 및 분석
1.5. Microfluidic에서의 Diffusion 응용사례
1.5.1. Ladder chamber를 이용한 Stable Concentration Gradient 조성
1.5.2. Microfluidic Mixer 내 농도 구배 형성
1.5.3. 생물학적 세포배양 및 박테리아 기반 마이크로 로봇 기술
1.6. MicroPIV 기술의 원리 및 응용
1.7. PDMS의 특성과 Photo Lithography 기술
2. Microfluidic Chemical Synthesis
2.1. Microfluidic Process의 특징 및 장점
2.2. Schotten-Baumann Amidation 반응
2.3. Droplet Extraction 기술
2.4. Phase Separation using PTFE membrane
2.5. In-situ IR Spectroscopy와 GC-MS를 통한 분석
3. 참고 문헌
본문내용
1. PDMS를 이용한 Microfluidic Channel 제작 및 응용
1.1. Soft Lithography를 이용한 Microfluidic Channel 제작
Soft Lithography를 이용한 Microfluidic Channel 제작은 PDMS (PolyDiMethylSiloxane)라는 화학적으로 안정하고 열적으로 안정한 재료를 사용하여 마이크로플루이딕 채널을 제작하는 기술이다. SU-8이라는 에폭시 기반의 포토레지스트 물질을 이용하여 마스크 패턴을 만든 뒤, 이를 몰드로 활용하여 PDMS를 부어 경화시켜 PDMS 채널을 제작한다. PDMS는 낮은 표면 에너지와 화학적 안정성으로 인해 다른 물질과 잘 반응하지 않으며 쉽게 분리되는 특성이 있다. 또한 PDMS는 가스를 쉽게 통과시키고 열에 안정하며 300nm 파장의 빛까지 투과시킬 수 있어 자외선에 의해 경화되는 고분자 성형에도 적합하다. 이러한 PDMS의 특성으로 인해 Soft Lithography 기술을 통해 제작된 PDMS 마이크로플루이딕 채널은 생명공학 분야에서 널리 활용되고 있다.
1.2. 플라즈마 처리를 통한 Microfluidic Channel 표면 개질
PDMS의 표면 성질은 친수성과 소수성의 특성이 있는데, 플라즈마 처리를 통해 이를 개질할 수 있다. 플라즈마 처리는 PDMS 표면의 메틸기(-CH3)를 극성기(-OH)로 변화시켜 친수성을 높이는 것이 목적이다.
플라즈마는 전기 방전으로 만들어지는 이온화된 기체로, 고에너지의 입자들로 이루어져 있다. PDMS 표면에 플라즈마를 조사하면 표면의 메틸기가 산화되어 극성기인 히드록시기(-OH)로 변환된다. 이를 통해 PDMS 표면의 젖음성이 향상되어 친수성이 증가하게 된다.
플라즈마 처리 후 PDMS의 접촉각은 약 110도에서 10도 이하로 감소하게 된다. 이렇게 친수화된 PDMS 표면은 세포 배양이나 단백질 흡착 등의 생물학적 응용에 유리하게 작용한다. 또한 미세유체 채널 내 유체의 흐름과 확산 등의 특성을 개선하는 데 도움이 된다.
플라즈마 처리의 영향은 시간이 지남에 따라 점차 줄어들게 되는데, 이는 PDMS 표면의 메틸기가 공기 중의 불순물에 의해 서서히 재생되기 때문이다. 따라서 PDMS 채널을 장기간 사용하기 위해서는 주기적인 플라즈마 처리가 필요하다.
1.3. 형광 염료를 활용한 Microfluidic Channel 내 확산 관찰
형광 염료를 활용한 Microfluidic Channel 내 확산 관찰"이다.
Rhodamine은 푸른 형광빛이 나는 노란빛을 띤 붉은색을 특징으로 하는 염기성 염료로, 이를 활용하면 Microfluidic Channel 내에서의 확산 양상을 관찰할 수 있다. 실험에서는 채널의 Y자 모양 두 끝에 각각 Rhodamine 용액과 증류수를 주입하고, 형광 현미경을 이용하여 채널의 5mm마다 관찰하며 확산 양상을 관찰하였다.
Rhodamine 용액과 증류수의 확산 정도를 비교할 수 있는데, Rhodamine이 자외선을 흡수하면 에너지의 단파장이 가시광선으로 변화하여 방사하여 빛을 내는 특성을 이용하면 밝게 빛나는 부분이 증류수 채널로 확산된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 형광 염료의 확산 거리를 측정하고, 확산 계수를 계산할 수 있다.
1.4. Diffusion Coefficient 측정 및 분석
Diffusion Coefficient 측정 및 분석은 microfluidic channel 내부에서의 확산 현상을 이해하고 정량화하는 데 중요한 역할을 한다. 실험 결과에 따르면 유량 3μl/min일 때 channel 길이 5mm에서의 diffusion length는 0.050mm, 10mm에서는 0.078mm로 측정되었다. 이를 바탕으로 계산한 diffusion coefficient의 평균은 약 0.064mm2/s 또는 4.14x10-6cm2/s로 나타났다.
이처럼 정량적으로 측정된 diffusion coefficient를 통해 microfluidic channel 내부의 확산 특성을 파악할 수 있다. 특히 확산이 중요한 역할을 하는 분야, 예를 들어 농도 구배 형성, 세포배...
참고 자료
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