초미세 구조물, 유체 자기조립기술 개발 > 자유 게시판

유체가 흐르는 기판 위에서 반도체 소자 같은 수백㎛(마이크로미터. 1㎛는 100만분의1ｍ) 크기의 복잡한 미세 구조물이 스스로 조립되도록 하는 획기적인 유체 자기조립 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

서울대 전기공학부 권성훈 교수팀은 15일 유체가 흐르는 기판 바닥에 미세한 홈(레일)을 만들고 그 홈을 따라 작은 부품들이 움직이며 스스로 조립되도록 하는 방법으로 수백㎛ 크기의 에펠탑과 그리스신전, 컴퓨터 키보드 등을 만들었다고 밝혔다.

이 연구결과는 소재분야의 권위 있는 국제학술지인 '네이처 머티리얼스' 7월호 표지논문으로 결정됐으며 15일(미국 동부시간) 인터넷을 통해 공개됐다.

복잡한 구조물을 만들 때 기존에는 로봇팔이 반도체 공정 등으로 제작된 칩이나 소자들을 집어서 맞추는 방식이 사용됐으나 이 방법은 부품 크기가 ㎛ 단위로 작아지면 시간이 많이 들고 공정 가격이 높아지는 단점이 생긴다.

이 때문에 과학자들은 미세 물체를 조립하기 위해 로봇 같이 외부에서 물리적인 힘을 가하지 않고 부품들이 스스로 조립되는 자기조립(Self-assembly) 방법을 연구해 왔으며 특히 유체를 이용한 자기조립은 효율성이 높아 주목을 받아왔다.

자기조립은 자연계에서 많이 볼 수 있는 조립방법으로 단백질이나 세포들이 스스로 자신의 구조를 형성하고 나아가 집합적으로 큰 구조를 만든다.

기존의 유체자기조립은 조립시간이 짧고 비용이 적게 드는 장점이 있지만 기판 위에 조립하고자 하는 부품보다 수백만 배 많은 부품을 흘려줘야 원하는 구조물을 얻을 수 있을 정도로 수율이 낮다는 문제가 있었다.

권 교수팀은 이번 연구에서 이런 문제점을 해결, 로봇을 이용한 기존 조립법과 유체자기조립의 장점을 모두 가진 획기적인 유체자기조립 기술을 개발했다.

기판 바닥에 기차 선로와 같은 홈이 있는 레일형 미세유체관을 만들고 조립될 부품들이 기차가 선로 위를 따라가듯이 움직이면서 원하는 위치로 이동해 스스로 조립되도록 한 것이다. 레일을 여러 개로 만들면 여러 가지 부품으로 이루어진 복잡한 형태의 구조물도 한꺼번에 조립할 수 있다.

연구진은 또 150㎛ 크기의 부품들로 이루어진 에펠탑과 그리스신전, 키보드 등 재미있는 형태의 미세구조물들을 단지 유체를 흘려보내는 동작만으로 자동으로 조립해 보임으로써 개발된 기술의 실효성을 증명해 보였다.

권 교수는 "이 기술은 실리콘 기반의 반도체칩 공정기술과 연계해 LED 조립이나 실리콘 반도체칩 패키징 등에 응용될 수 있으며 살아있는 세포나 조직을 특정 패턴으로 만드는 등 조직공학 발전에도 기여할 것"이라고 말했다.

그는 또 "이 연구 결과는 한 분야에 국한되지 않고 다양한 학제 및 산업 분야에서 새로운 연구 주제들을 만들어 낼 것"이라며 "현재 이 기술을 이용해 마이크로채널 안에서 세포 블록들을 조립하고 세포를 성장시키는 연구를 하고 있다"고 덧붙였다.


권성훈 교수팀이 유체자기조립법으로 만든 미세구조물들.

그리스신전은 300㎛ 정도 크기의 부품 37개가 조립된 것이며

키보드는 150㎛ 크기의 부품 68개가 조립된 것이다.