광주과학기술원(GIST) 양성 교수(기전공학과, 사진)팀은 최근 기존의 복잡한 광학시스템을 사용하지 않고도 정확하게 유체의 굴절률을 측정할 수 있는, 이미지 비초점 기술을 이용한 미세전자기계시스템(MEMS) 기반의 미세유체 굴절률 측정 시스템을 개발했다고 25일 밝혔다.
GIST에 따르면 기존의 유체 굴절률 측정시스템은 복잡한 광학 및 기계적 시스템이 필요하고, 특히 시료의 양이 적은 경우 사실상 측정이 불가능했다.
반면에 양성 교수팀이 개발한 이 측정 시스템은 칩에 최소 1㎕(마이크로리터)의 샘플만 주입해도 기존 방식보다 쉽고 빠르게 보다 정확한 유체 굴절률 정보를 얻을 수 있다.
시스템은 유체의 굴절률을 알고 있는 소량의 기준 유체와 샘플 유체를 주입할 수 있는 MEMS 공정으로 제작된 미세유체칩, 일반 현미경 렌즈위에 집적할 수 있는 3개의 핀 홀(pin hole)이 형성된 실리콘(Si)칩으로 구성돼 있다.
측정 방법은 시스템 내 미세유체칩과 Si칩을 정렬한 후 빛을 통과시켜 일정거리에 위치한 평판에 이미지를 형성한다. 이때 이미지를 형성하는 평판이 초점거리에 있으면 하나의 이미지가 형성되지만, 의도적으로 초점거리에서 벗어난 곳에 이미지 평판을 위치시키면 3개의 이미지가 형성된다. 이때 형성된 다중 이미지 간의 거리는 미세유체칩에 주입된 유체 굴절률에 의존하게 되는데 이러한 이미지 간의 거리 차이를 계산해 유체의 굴절률을 측정하는 원리다.
양성 교수는 “환경, 화학, 식품, 의학, 반도체 등 다양한 산업에 응용될 수 있을 것”으로 기대했다.
한편, 이번 연구 성과는 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)가 출판하는 ‘국제학술 저널지 랩온어칩(Lab On a Chip)’ 최신호(1월 13일자, Advanced Articles)에 실렸다.
◆용어설명
미세유체 굴절률 측정 시스템=미세유체란 매우 적은양의 유체로 통상 1㎕보다 적거나 같은 양의 액체부피를 말한다. 굴절률(n)은 물질 내에 빛이 진행할 때, 빛의 속도가 진공 중에서의 빛의 속도에 비해 줄어드는 비율을 수치화한 것이다. 진공 중에서의 빛의 속도를 c라고 하면, 물질 내에서의 빛의 속도는 c/n으로 표현된다.
이미지 비초점 기술=유체와 렌즈를 통과한 빛이 다수의 핀 홀을 거쳐 평판에 이미지를 형성하게 되는데, 이미지가 형성되는 평판의 위치 및 초점거리에 따라 이미지 간의 위치의 차가 발생하게 되며, 이를 바탕으로 유체에 대한 정보를 판단하는 기술이다.
