[여성종합뉴스/이경문 기자] 중앙대학교 임성준 교수 연구팀이 특수한 물질을 활용한 잉크젯 프린팅을 통해 3D 프린팅 구조물 위에 RF 센서를 부착하는 기술을 개발하는 데 성공했다.
단순 부착을 넘어 RF 센서의 미세유체 감지력을 기존 대비 10배 가량 증가시키는 효과까지 거뒀다는 점에서 향후 3D 프린팅 기술과 RF 소자의 결합이 필요한 생물학·의학 분야 진단기술 발전 등 다양한 분야에 두루 활용될 수 있을 것으로 기대를 모은다.
중앙대는 전자전기공학부 임성준 교수와 박의용 박사과정 학생이 잉크젯 프린터를 활용해 3D 프린터로 만든 구조물 표면의 거칠기를 개선하고, 그 위에 RF(Radio Frequency) 센서를 직접 프린팅할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.
RF 센서는 도난방지시스템, 동작감지센서 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 고급형 송수신 방식의 센서를 뜻한다.
기존에는 3D 프린팅 구조물과 RF 소자를 결합하는 미세유체 소자 제작 시 ‘SLA(stereolithographic) 3D 프린팅’ 방식을 주로 활용했다. 빛을 받으면 고체로 변하는 광경화성 수지를 강한 레이저로 경화시켜 조형하는 이 방식은 높은 제작 해상도가 장점이다.
문제는 한계가 뚜렷하다는 점이다. SLA 3D 프린팅 사용 시에는 표면이 거친 3D 프린팅 구조물의 특성 때문에 복잡한 회로를 구성할 수 없었다.
별도로 제작한 구조물과 안정적으로 결합하는 것도 쉽지 않았다. 고에너지를 이용해 표면의 거칠기를 강제로 낮추고, 접착 성분을 지닌 새로운 층을 추가하는 추가공정이 필요했다.
추가공정이 필요하다는 것은 곧 3D 프린팅 구조물의 제작 자유도가 낮아진다는 것을 의미한다.
또한, RF 센서와 같이 높은 전도도와 제작 해상도를 요구하는 센서와 결합하는 경우 소자 손상이 발생하거나 센서의 미세유체 감지 능력이 약화되는 결과로 이어지기 쉽다.
임 교수 연구팀은 기존 방식과 달리 SU-8 물질의 잉크젯 프린팅을 활용해 문제를 해결했다. 3D 프린팅 구조물 위에 잉크젯 프린팅을 함으로써 표면의 거칠기를 낮추고 추가 접착층 없이 구조물 위에 RF 구조를 바로 프린팅하는 데 성공했다.
연구팀은 새롭게 개발한 방식을 적용할 시 3D 프린팅 구조물 표면의 거칠기가 200nm(나노미터)에서 필름 수준인 1.8nm로 감소하는 것을 확인했다.
또한, 미세유체구조 표면에 RF 소자를 직접 잉크젯 프린팅 할 시 높은 전도성과 더불어 높은 제작 해상도를 유지할 수 있다는 점과 전파의 위상 변화 범위를 기존 대비 10배 증가시킬 수 있다는 점도 밝혔다.
임성준 교수는 “이번에 개발한 기술을 통해 미세유체공학을 기반으로 한 생물학·의학 분야의 진단 기술들을 발전시킬 수 있을 것”이라며 “3D 프린팅 기술과 RF 소자의 결합이 필요한 분야에도 적용될 것으로 기대한다”고 전했다.
이번 연구성과는 과학기술정보통신부가 주관하는 소재혁신사업과 중견연구자지원사업의 결과물이다. 미세유체역학 및 마이크로 전분석 시스템 분야의 세계적 권위 국제 학술지인 ‘영국왕립화학회 랩온어칩(Royal Society of Chemistry. Lab on a Chip)’에 11월 21일자로 게재됐으며, 표지 논문으로도 선정됐다.
연구 관련 상세 내용은 ‘3D 프린팅 된 미세유체구조 위에 직접적으로 잉크젯 프린팅함으로 프린팅된 물질과 유체 물질 간 상호작용을 통해 큰 위상 변화를 얻을 수 있는 초고주파 센서(Dynamic phase control with printing and fluidic materials' interaction by inkjet printing an RF sensor directly on a stereolithographic 3D printed microfluidic structure)’ 논문을 통해 확인 가능하다.
임성준 교수 연구팀(왼쪽부터 임성준 교수, 박의용 박사과정 학생)
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