회전하는 3D 프린팅 필터

(Researchers fabricated tiny magnetically driven rotating filters for use in microfluidic channels. The filters are just 70 microns wide and 60 microns tall with square openings that measure 6.5 microns on each side. Scale bar: 10 microns. Credit: Dong Wu, University of Science and Technology of China)

중국과 일본 과학자들이 60x70 마이크로미터에 불과한 마이크로 필터를 3D 프린터로 출력하는데 성공했습니다. 여기까지는 요즘 3D 프린팅 기술을 생각하면 놀라운 일이 아니지만, 놀라운 부분은 이 마이크로 필터가 회전할 수 있다는 것입니다.

세균, 세포, 바이러스를 걸러내는 마이크로 혹은 나노 필터는 오래 전부터 연구 분야는 물론 산업용으로도 널리 사용되고 있습니다. 하지만 필터 자체가 움직이지는 않기 때문에 배양액을 한쪽 방향으로 흘려 보내야만 합니다. 만약 이미 액체가 마이크로칩에 들어가 있는 경우 필터를 작용시키는 어렵습니다.

중국 과학기술대학의 동 우 (Dong Wu)가 이끄는 중국, 일본 연구팀은 두 개의 펨토초 레이저를 합성 수지 안에서 반응시켜 미세 3차원 구조물을 출력하는 이광자 중합반응 (two-photon polymerization)을 이용해 6.5마이크로미터의 직사각형 구멍을 지닌 60x70 마이크로미터 필터를 만들었습니다. 이 3D 프린팅 구조물은 자기장에 의해 회전할 수 있어 스스로 미세 유체 흐름을 만들 수 있습니다. 합성 수지에 자성을 띄는 나노 입자를 포함시켰기 때문입니다.

통상 동물 세포의 크기가 10마이크로미터이기 때문에 이 필터는 박테리아는 그냥 통과시키고 동물 세포는 걸러낼 수 있습니다. 연구팀은 이 회전 필터를 이용해서 2.5-8마이크로미터 크기의 다양한 미세 폴리스티렌 입자를 분류했습니다. 매우 작은 크기의 회전 필터이기 때문에 배양액이나 유체의 양이 매우 작은 경우에도 문제되지 않고 이미 마이크로 칩에 담은 액체라도 그 안에 넣어 분류할 수 있다는 것이 장점입니다.

마이크로 3D 프린팅 기술은 앞으로 여러 분야에서 응용이 기대되고 있습니다. 이렇게 작은 회전 필터를 만들 수 있다면 아마도 응용 범위는 세포 분류보다 더 넓을 것으로 생각합니다.

참고

https://phys.org/news/2021-06-3d-print-rotating-microfilter-lab-on-a-chip-applications.html

Chaowei Wang et al, Magnetically driven rotary microfilter fabricated by two-photon polymerization for multimode filtering of particles, Optics Letters (2021). DOI: 10.1364/OL.428751

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