투명물질의 레이저 기반 초고속 가공법 개발!

투명물질의 레이저 기반 초고속 가공법 개발

– 장기모사칩 연구를 위한 획기적 플랫폼 개발 –

고승환-전누리 교수(서울대학교) 공동 연구팀이 바이오칩 쾌속 제작에 적용될 수 있는 초고속 레이저 직접 가공법을 개발했다는 소식입니다!

Polydimethylsiloxane(PDMS)는 생물학, 의학, 약학, 재료공학 및 기계공학 등 다양한 분야에 걸쳐 활용되는 투명한 고분자 물질로, 우수한 생체적합 성(Bio-compatibility)으로 인해 최근에는 장기모사칩 연구 등에도 활용되고 있습니다.

※ 장기모사칩(Organ-on-a-chip)
인체 장기의 생리·의·약학적 특성을 모사할 수 있는 체외 디바이스(device)로서, 의약학 연구에서 인간 피실험체를 대신할 수 있는 테스트베드(test-bed)로 활용되고 있다.

기존에는 준비된 틀에 굳지 않은 PDMS 레진을 부어 만드는 몰딩 방식에 의존해 왔지만 시간과 비용이 많이 소요되는 아쉬움이 있어 이를 대체할 레이저 가공법에 대한 연구가 진행되어 왔습니다. 하지만 넓은 파장 영역에 걸쳐 나타나는 높은 투명도로 인해 레이저가 PDMS를 곧바로 투과하기에 레이저 가공이 어려움이 있었습니다.

레이저 연쇄 열분해를 통한 PDMS 가공
레이저 연쇄 열분해 공법을 통해 PDMS 내부에 수직 원기둥 형태의 미세유로를 제작하는 모습입니다. 사진이 전체적으로 노란색을 띄는 이유는 강한 레이저 빛을 막기 위해 필터를 덧대고 촬영되었기 때문입니다. 밝은 노란색의 부분이 레이저 조사에 의해 열분해가 일어나고 있는 위치이며, 높은 열로 인해 밝은 빛이 발생합니다.
레이저 연쇄 열분해 공법으로 제작된 3차원 장기모사칩
레이저 연쇄 열분해 공법으로 제작된 PDMS 장기모사칩의 모습입니다. 세포를 배양하기 위한 미세유체 구조와 영양분 공급 등을 위한 튜브 연결용 수직 관로들이 보입니다. 이미지에 보이는 PDMS 구조의 모든 형태는 레이저 연쇄 열분해 공법만으로 제작되었습니다.

이에 연구팀은 ‘연쇄적 레이저 열분해’ 현상을 이용해 PDMS의 고품질 쾌속 직접 가공법을 적용하였으며, 더 나아가 정교한 장기모사칩의 제작 가능성을 확인하였습니다.

연구팀은 레이저 열분해의 생성물이 불투명한 것에 집중하였는데요. 불투명한 열분해 산물은 투명한 PDMS보다 효과적으로 레이저를 흡수하기 때문에 새로운 열분해 반응이 유도될 수 있습니다. 연구팀은 이 현상을 이용하여 연속파 레이저를 이용한 고품질 PDMS 가공법 개발에 성공하였습니다.

최소 이틀 이상 소요되는 기존 소프트리소그래피 공정을 1시간 이내로 단축시킬 수 있어 PDMS를 활용하는 장기모사칩, 미세유체역학, softrobotics 등에 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

[출처] 한국연구재단 홈페이지 및 기초공감 블로그