미세유체시스템 제작을 위한 3D 프린팅 방식 및 소재 별 표면특성 비교

배서준,임도진 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.5

In this study, basic research was conducted to provide guidelines for selecting printers and materials suitable for each application case by analyzing 3D printing method and surface characteristics of materials suitable for microfluidic system. We have studied the surface characteristics according to the materials for the two typical printing methods: The most commonly used method of Fused Deposition Modeling (FDM) printing and the relatively high resolution method of Stereolithography (SLA) printing. The FDM prints exhibited hydrophilic properties before post - treatment, regardless of the material, but showed hydrophobic properties after post - treatment with acetone vapor. It was confirmed by the observation of surface roughness using SEM that the change of the contact angle was due to the removal of the surface structure by post-treatment. SLA prints exhibited hydrophilic properties compared to FDM prints, but they were experimentally confirmed to be capable of surface modification using hydrophobic coatings. It was confirmed that it is impossible to make a transparent specimen in the FDM method. However, sufficient transparency is secured in the case of the SLA method. It is also confirmed that the electroporation chip of the digital electroporation system based on the droplet contact charging phenomenon was fabricated by the SLA method and the direct application to the microfluidic system by demonstrating the electroporation successfully 본 연구에서는 미세유체 시스템 제작에 적합한 3D 프린팅 방식 및 소재 별 표면특성 분석을 통해 각 응용 사례에적합한 프린터 및 소재 선정에 가이드라인을 줄 수 있는 기초 연구를 수행하였다. 가장 보편적으로 사용되는 적층 방식과 해상도가 상대적으로 높은 광경화 방식에 대해 프린팅 방식과 소재에 따른 표면 특성을 살펴보았다. 적층 방식의프린트물은 소재에 무관하게 후처리 전에는 친수성 특성을 보이나 아세톤 증기에 의한 후처리 후에는 소수성 특성을보임을 확인할 수 있었다. SEM을 이용한 표면 조도 관찰을 통해 이러한 접촉각의 변화가 후처리에 의한 표면의 결 구조의 제거에 기인한 것임을 확인하였다. 광경화식 프린트물은 적층식 대비 친수성의 특성을 보였으나 소수성 코팅을이용해 표면 개질이 가능함을 실험적으로 확인하였다. 두 프린팅 방식 중 투명한 재질이 요구되는 경우, 적층 방식은투명한 시편을 만드는 것이 불가능함을 확인하였으며 광경화 방식의 경우 충분한 투명도가 확보됨을 확인하였다. 액적 접촉충전 현상에 기반한 디지털 전기천공 시스템의 electroporation chip을 광경화 방식으로 제작하였으며 성공적으로 전기천공을 시연함으로써 미세유체 시스템에 직접 적용이 가능함 또한 확인하였다.

전기천공시스템에서 Propidium Iodide와 Yo-Pro-1의 농도에 따른 세포 생존율과 전달효율 평가

배서준,임도진 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.6

In this study, basic research was conducted to provide guidelines for selecting fluorescent dye and using proper concentration of fluorescent dye to use evaluation of cell viability and fluorescent dye delivery efficiency. Propidium iodide and Yo-Pro-1 were used as fluorescent dyes. In the evaluation of cell viability and the efficiency of delivery using Propidium Iodide and Yo-Pro-1, the histogram of each fluorescent dye was different depending on the type of fluorescent dye and the concentration used. These results were related to the characteristics of the fluorescent dyes used. This was related to the properties of the fluorescent dyes used. From these results, it was found that the analytical results depending on the characteristics of the fluorescent dyes used in the cell analysis. The effect of the fluorescent dye on the cell was confirmed, but it was confirmed that it did not affect the analysis result. In addition, the influence of interference between fluorescent signals was confirmed when two or more kinds of fluorescent dyes were used for analysis. The higher the concentration of Yo-Pro-1 was, the larger the effect of interference was, and the concentration of Propidium Iodide did not affect the interference of fluorescence signal. This study confirmed that the evaluation of the cell viability and the evaluation of the delivery efficiency were influenced by the type and concentration of the fluorescent dyes and it was related to the characteristics of the fluorescent dyes. Based on the results, appropriate concentrations of fluorescent dyes suitable for evaluation of cell viability and delivery efficiency were suggested. Key words: Fluorescent dye, Propidium Iodide, Yo-Pro-1, Cell viability 본 연구에서는 전기천공시스템에서 형광 염료를 사용한 세포 생존율 평가와 형광 염료를 전달 물질로 하여 세포 내부로의 전달 효율 평가를 통해 세포의 생존율과 전달 물질의 전달 효율 평가에 사용하기 적합한 형광 염료의 선정 및사용에 적절한 농도에 대한 가이드라인을 제시 할 수 있는 기초 연구를 수행하였다. 형광 염료로는 Propidium Iodide 와 Yo-Pro-1을 사용하였다. Propidium Iodide과 Yo-Pro-1을 사용한 세포 생존율 평가와 전달 효율의 평가에서 각 형광염료의 유세포 분석 히스토그램의 모양은 형광 염료의 종류와 사용한 농도에 따라 다른 것을 확인하였다. 이는 사용하는 형광 염료의 특성과 연관이 있는 것으로 이 결과를 통해 세포 분석에 사용하는 형광 염료의 특성에 따라 분석 결과가 달라지는 것을 알 수 있었다. 형광 염료 자체가 세포 생존률에 미치는 영향은 크지 않음을 확인하였다. 또한 두종류 이상의 형광 염료를 사용하여 분석을 하는 경우 발생할 수 있는 형광 신호 간의 간섭 영향을 확인하였다. 간섭의영향은 Yo-Pro-1의 농도가 높을수록 큰 것으로 확인되었으며 Propidium Iodide의 농도는 형광 신호의 간섭에 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 본 연구를 통해 형광 염료의 종류와 농도에 따라 세포 생존율 평가와 전달 효율의 평가결과가 영향을 받는 것을 확인했으며 이는 형광 염료의 특성과 연관이 있는 것으로 판단된다. 또한, 본 연구 결과를 토대로 세포 생존율 평가와 전달 효율 평가에 적절한 형광 염료의 선정과 사용에 적절한 농도를 제시하였다.

SLA 3D 프린팅 소재의 후처리에 따른 표면특성 변화 연구

배서준 ( Seo Jun Bae ),임도진 ( Do Jin Im ) 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.1

본 연구에서는 광경화 3D 프린팅 방식인 SLA (Stereo Lithography Apparatus) 방식 출력물의 후처리 방법에 따른 표면 특성의 변화를 체계적으로 비교하고, 용도에 맞는 후처리 방법에 대한 정보를 제공하기 위한 기초 연구를 수행하였다. SLA 방식 출력물은 연마를 통해 표면의 불규칙한 미세구조를 규칙적으로 변화시켜 투명도를 일부 개선할 수는 있었으나, 유리와 같은 충분한 투명도를 확보하기는 어려웠다. 연마에 따른 접촉각 특성 변화는 연마 시간이 증가할 수록 그리고 사용된 사포의 입도가 작을 수록 다소 증가하는 경향을 보였으나 샘플 간 편차가 크고 평균 77~90°의 접촉각을 나타내어 대부분 통계적으로 유의미한 차이를 보이지는 않았다. 연마 이외 다양한 방법을 통한 표면처리 방법이 시도되었으며, 시판되는 차량용 흠집제거제나 실리콘 오일 등을 도포하여 쉽고 간단하게 투명도를 개선하는 것이 가능함을 확인하였다. 또한, 입도 사이즈를 줄이며 순차적으로 연마한 후 흠집제거제를 사용함으로써 유리와 같은 높은 투명도를 확보할 수 있는 방법을 제안하였다. 마지막으로 연마와 다양한 방법을 통해 표면처리를 하더라도 접촉각은 90° 이상을 확보하기 어려웠으며 소수성의 특성을 필요로 하는 경우, 본 연구에서 사용된 다양한 방법 외 소수성 코팅과 같은 추가적인 처리가 필요함을 확인하였다. In this study, a basic study was performed to systematically compare the changes in surface properties according to the post-processing method of the stereolithography (SLA) printing method, which is a photocuring 3D printing method, and to provide information on the post-processing method suitable for the application. Although it was possible to improve some of the transparency of the SLA-type output by regularly changing the irregular microstructure of the surface through polishing, it was difficult to secure sufficient transparency like glass. The change in contact angle characteristics due to grinding showed a tendency to slightly increase as the grinding time increased and the particle size of the sandpaper used was small, but the variation between samples was large and the average contact angle was 77~90°, showing no statistically significant difference. Surface treatment methods other than polishing were tried, and it was confirmed that it was possible to easily and simply improve the transparency by applying a commercially available vehicle scratch remover or silicone oil. In addition, a method for securing high transparency such as glass by using a scratch remover after sequential grinding while reducing the particle size of the sandpaper was proposed. Finally, even after surface treatment through polishing and various methods, it was difficult to secure a contact angle of 90° or more.

디지털 전기천공시스템에서 형광 염료로 표지 된 DNA 전달 효율의 정량화

배서준 ( Seo Jun Bae ),임도진 ( Do Jin Im ) 한국화학공학회 2020 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.58 No.3

선행된 연구에서 Yo-Pro-1의 전달 효율의 경향과 CFP 유전자의 발현 효율의 경향이 큰 차이를 보였지만 이 문제에 대한 원인을 제시할 수 없었다. 따라서 본 연구에서는 형광 염료를 이용하여 DNA에 표지 후 전달 효율을 정량화함으로써 이 문제에 대한 원인을 찾고자 한다. 표지를 위한 형광 염료로 Yo-Pro-1을 사용하였으며, Yo-Pro-1과 표지 된 DNA의 전달 효율을 비교하였다. 전압 조건에 따른 전달효율 비교에서는 Yo-Pro-1과 Yo-Pro-1으로 표지 된 DNA의 전달 효율 모두 96 V에서 전달 효율이 최대가 되었으며 전압이 더 증가하면 전달 효율이 오히려 감소하는 경향을 보였다. 전압 인가 횟수 조건에 따른 전달 효율 비교에서는 Yo-Pro-1과 Yo-Pro-1으로 표지 된 DNA의 두 전달 물질 모두 8회의 전압 인가 횟수에서 전달 효율이 최대가 되었으며 전압 인가 횟수가 더 증가하면 전달 효율이 감소하는 경향을 보였다. 두 결과를 통해 디지털 전기천공시스템에서 Yo-Pro-1을 사용한 전달 효율 측정이 DNA의 전달 효율을 잘 대변하는 것을 확인하였다. 또한, 본 연구의 결과를 통해 선행된 연구에서 보인 Yo-Pro-1의 전달 효율의 경향과 CFP 유전자의 발현 효율의 경향 차이는 전달 물질의 전달 효율 차이에서 기인한 결과가 아닌 전달 된 유전 물질의 발현 과정에서의 문제로 인한 결과임을 추론해 볼 수 있었다. In the previous study, there was a big difference between the tendency of the delivery efficiency of Yo-Pro- 1 and the expression efficiency of the CFP gene, but there was a problem that could not provide a clue to this problem. Therefore, this study aimed to present a clue to this problem by quantifying and comparing the delivery efficiency after labeling DNA using a fluorescent dye, which was one of the methods for quantifying biomolecules. As a fluorescent dye for labeling, Yo-Pro-1 was used, and the delivery efficiency of the fluorescent dye Yo-Pro-1 and the labeled DNA was compared. The delivery efficiency of Yo-Pro-1 and labeled DNA according to the voltage condition of the digital electroporation system was maximized at 96 V, and the delivery efficiency tended to decrease as the voltage increased further. In the comparison of the delivery efficiency of Yo-Pro-1 and labeled DNA according to the number of voltage application conditions, the delivery efficiency was maximized at the number of 8 voltage application times for both delivery materials, and the delivery efficiency tended to decrease as the number of voltage application increases further. Through the two results, it was confirmed that the delivery efficiency using Yo-Pro-1 in the digital electroporation system represents the delivery efficiency of the system well. In addition, through the results of this study, the difference between the tendency of the delivery efficiency of Yo-Pro-1 and the expression efficiency of the CFP gene shown in the preceding study was not the result of the difference in the delivery efficiency of the delivery material, but it can be predicted to be due to a problem with the expression process of the genetic material that had been delivered.

FPGA를 이용한 다채널 SDLC 통신 데이터 획득 및 DMA 전송기술 연구

배서준(Seojun Bae),신동욱(Dongwook Shin) 항공우주시스템공학회 2024 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2024 No.5

SLA 3D 프린팅 방식 기반의 미세 유체 시스템 제작을 위한 소수성 표면 처리 연구

임도진,허재욱,배서준 한국화학공학회 2024 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.62 No.1

SLA (Stereo Lithography Apparatus) 방식은 액체 상태의 광경화성 레진(Resin)이 자외선 레이저에 닿으면 고체가되는 원리를 활용한 3D 프린팅 방식으로 다양한 분야에서의 활용도가 증가하고 있다. 본 연구에서는 이 SLA 3D 프린팅 출력물의 표면 특성 중 소수성과 투명도를 개선하여 미세 유체 시스템의 제작에 활용하기 위한 기초 연구를 수행하였다. SLA 출력물은 소수성 코팅 방법을 이용해 표면 소수성의 특성을 개선할 수 있었으나, 소수성 코팅 방법의종류에 따라 다양한 환경에서의 코팅 유지력은 차이를 보였다. 또한, 미세 유체 시스템의 제작에 요구되는 충분한 투명도와 소수성의 특성을 함께 확보하기 위해 선행된 연구에서 제안한 투명도 확보 방법에 소수성 코팅을 적용하여 접촉각의 변화를 비교하였다. Teflon 코팅법이 이산화 티타늄 코팅법과 비교하여 우수한 투명도의 확보가 가능하며, 다양한 환경에 노출되었을 때 높은 코팅의 유지력을 가져 미세 유체 시스템의 제작에 활용되기에 적합한 소수성 코팅법으로 제안되었다. 마지막으로 본 연구를 통해 제안된 미세 유체 시스템의 제작에 적합한 소수성 코팅 방법인 Teflon 코팅법 중 Fluoropel 800을 이용하여 디지털 미세 유체 시스템 중 하나인 액적 접촉 충전 현상(Electrophoresis of Charged Droplet, ECD) 칩을 SLA 3D 프린팅으로 제작, 액적의 조작을 성공적으로 시연함으로써 SLA 3D 프린팅 기술의 미세유체 시스템의 제작에 활용 가능성을 확인하였다. The SLA (Stereolithography Apparatus) method is a type of 3D printing technique predicated on the transformation of liquid photocurable resin into a solid form through UV laser exposure, and its application is increasing in various fields. In this study, we conducted research to enhance the hydrophobicity and transparency of SLA 3D printing surfaces for microfluidic system production. The enhancement of surface hydrophobicity in SLA outputs was attainable through the application of hydrophobic coating methods, but the coating durability under different conditions varied depending on the type of hydrophobic coating. Additionally, to simultaneously achieve the required transparency and hydrophobic properties for the fabrication of microfluidic systems, we applied hydrophobic coatings to the proposed transparency enhancement method from prior research and compared the changes in contact angles. Teflon coating was proposed as a suitable hydrophobic coating method for the fabrication of microfluidic systems, given its excellent transparency and high coating durability in various environmental conditions, in comparison to titanium dioxide coating. Finally, we produced an Electrophoresis of Charged Droplet (ECD) chip, one of the digital microfluidics systems, using SLA 3D printing with the proposed Teflon coating method (Fluoropel 800). Droplet manipulation was successfully demonstrated with the fabricated chip, confirming the potential application of SLA 3D printing technology in the production of microfluidic systems.