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국내 연구진이 랩온어칩*과 통합형 미세유체시스템**을 이용하여 독성이 강한 화학물질을 누출없이 반응시킬 수 있는 안전한 화학공정을 개발했다. 이러한 공정이 향후 관련 연구 및 산업현장에서널리 응용될 것으로 기대된다.
 

 * 랩온어칩(Lab on a chip) : 실험실에서 수행하는 복잡한 실험을 손톱만한 크기의 칩 위에서 간단히 구현할 수 있도록 만든 장치

** 통합형 미세유체시스템(Integrated Microfluidics System) : 각각의 기능을 가진 미세유체 반응기를 직렬로 연결하여 생산, 정제, 분리와 같은 모든 반응이 외부의 노출 없이 반응기 안에서 이루어지는 시스템

 포항공과대학교 화학공학과 김동표 연구팀이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 국제학술지 앙게반테 케미(Angewante Chemie)지에 2편이 연달아 게재(4월 24일자 및 6월 18일자 )되었다. 한편 4월 24일자 논문은 해당 학술지 6월호 표지논문으로도 선정되었고, 영국 화학전문지 (ChemistryWorld)에 기사로도 소개되었다.

  (Safe Use of a Toxic Compound: Heterogeneous OsO4 Catalysis in a Nanobrush polymer Microreactor / Odorless Isocyanide Chemistry: Integrated Microfluidic System for Multistep Reaction Sequence)

 

200여 년 동안 널리 이용되어 온 초자 반응기(유리실험기구)는 위치나 시간에 따라 농도나 조성을 일정하게 유지하기 어렵고, 부산물도 함께 발생해 원하는 물질을 분리 정제하는데 어려움이 있었다.

 특히 독성물질이나 악취물질의 외부 누출을 제어하기 위한 노력도 필요했다. 반면 극소량의 시약으로 이용할 수 있는 미세유체시스템은 사고발생시 대처가 용이하고, 폐액이 적게 발생하여 친환경적이다.

연구팀은 석유화학물질의 분해공정에 이용되는 미량의 4산화오스뮴*의 외부 누출을 막을 수 있는 소형 칩을 개발해 공정의 안전성이 높였다.

  * 4산화오스뮴 :  항암 물질 등 약제 중간물질을 합성하는데 이용되는 중요한 촉매이나 극미량 노출만으로도 실명을 일으킬 수 있는 물질이다.

 가로 및 세로 5cm 크기의 소형 칩에 있는 머리카락 굵기의 도랑(channel) 내부에 4산화오스뮴을 고정시킴으로써, 기존 초자반응기보다  50배 이상 효율적인 반응이 가능하다고 밝혔다.  

포항공과대학교 화학공학과 김동표 교수

특히 이 칩은 딱딱한 스탬프 대신 저렴하고 부드러운 몰드를 이용해 패턴을 제작하기 때문에 대량생산에 유리하다는 설명이다.

연구팀은 또 길이 3m, 지름 500um의 아주 가는 모세관 안에 이소시아나이드*의 합성부터 정제, 분리 그리고 다음 반응까지 4개 공정이 연속으로 이루어지는 시스템도 구축했다.

  * 이소시아나이드 :  3종 이상의 화학물질이 결합하여 유용한 제약물질을 합성하는 다중반응에 중요한 물질이나 악취가 심하고 인체노출시 강한 두통을 유발하는 물질이다.

 이소시아나이드를 바로 합성하고 바로 사용하기 때문에 안전하고, 기존 초자반응기보다 반응시간도 10~20배 빠르다는 설명이다.

김 교수는 “이번 연구로 안전하고 무해한 화학공정이 개발되었으며  앞으로 친환경적 신(新)화학물질 개발의 토대가 될 것”이라고 밝혔다.