▲ (a) 초미세유체와 일반적인 거시유동의 차이이점을 밀도분포, 유동형태, 점도, 온도분포에 따라 도식화 (b) 구리표면위 나노액적의 상태와 접촉각에 따른 에너지 (c)초미세유체의 전단유동 구현.

국내 연구진이 초미세유체의 수송현상을 예측할수 있는 모델을 개발했다. 약제수송, 랩온어칩, 나노 공정등 첨단 나노 관련 의료기기 등 나노산업의 발전에 중요한 촉매 역할을 할 것으로 보인다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 지난 11일 김보흥 교수(울산대) 연구팀이 세계최초로 초미세유체(Nanofluidics)의 유동 및 열 전달 현상을 정확하게 예측하는 새로운 예측 모델을 개발했다고 밝혔다.

초미세유체는 분자 수십 개에서 수백 개 정도가 일렬로 나열된 폭 정도의 미세한 나노채널 구조물에서 흐르는 유체이다. 극소량의 혈액으로 질병과 DNA 등을 판별하는 것 등이 초미세유체의 대표적인 활용 방법이다.

일상생활에서 사람의 눈으로 움직임이 확인 가능한 거시유체 대부분은 유동의 세기에 비례하여 발생한 열과 온도 분포가 정확하고 쉽게 예측 가능하다. 그러나 초미세유체의 유동 및 에너지 수송현상은 기존의 연속체 해석기법으로는 예측오차가 심각했다.

이에 연구팀(김보흥 교수, 보꾸옥쯔엉 연구원)은 초미세유체의 수송현상 시 모델링을 통한 예측 값과 실제 분자들의 흐름에 의한 결과 값 사이에 오차가 나는 이유를 토대로 하여 오차의 범위를 극도로 줄일 수 있는 새로운 예측 수식을 고안했다.

연구팀은 초미세유체의 경계면의 특성(상호작용세기, 불연속성, 입자성, 점도불균형)으로 인하여 유발되는 측정온도 값의 불연속성을 초미세유체 유동채널의 벽인 경계 조건에 새롭게 적용(경계면 특성을 고려하여 점도, 열전도도, 흐름의 세기)하여 새로운 모델을 개발했다.

김보흥 교수는 “이번 성과로 마이크로/나노필터, 나노미터크기의 바늘 주사기, 혈액 속 노폐물을 거르고 질병유무 물질을 분석하는 여과 필터기 등을 설계할 때 정확한 흐름양 예측이 가능해진 것”이라며 “의료기기부터 나노 관련 주요 산업의 발전을 위한 중요한 촉매제가 될 수 있을 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 밝혔다.

한국연구재단(교육부) 이공학개인기초연구지원사업의 지원을 통해 거둔 이번 연구성과는 세계 3대 학술지 Nature의 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’에 9월 21일자로 게재되었다.