의료 및 바이오, 정밀 화학 등 다양한 분야에서 미량의 시료를 이용한 정밀한 진단, 분석 혹은 여러 종류 물질들에 대한 효율적인 혼합, 반응 등을 위하여 나노 마이크로 크기의 유로가 적용된 미세유체소자에 대한 많은 연구가 지난 수십 년 동안 지속적으로 이루어지고 있으며 산업적 필요성도 증가하고 있다. 현재까지의 미세유체소자에 대한 대부분의 연구 개발은 실험실에서의 이용이 용이한 열경화성 고분자 수지인 PDMS (PolydimethylSiloxane), 유리, 실리콘웨이퍼를 이용하여 이에 적합한 캐스팅 (casting), 노광, 현상, 식각 등으로 구성되는 리소그래피 공정을 이용하여 진행되었다. 그러나 이러한 소재 및 재료는 낮은 생산성 및 높은 원가, 기계적 물성 등의 문제로 양산 제품에 대한 적용이 매우 어려워 미세유체소자의 실용화를 지연시키는 주요 원인 중의 하나가 되고 있다. 특히, 의료용 미세유체소자 등 일회용으로 사용이 불가피한 제품에 대해서는 경제적인 가격으로 대량 공급 가능 여부가 매우 중요한 기준이 되고 있다. 따라서 실용화를 위해서는 양산성 및 경제성이 우수한 미세유체소자를 대량으로 생산할 수 있는 제조 기술 개발이 필수적이며, 현재 탁월한 경제성 및 생산성의 대표적 양산 기술인 플라스틱 소재를 이용한 사출성형 공정은 미세유체소자의 실용화를 위한 매우 유력한 방법으로 주목 받고 있다. 사출성형에 의해 양산이 가능한 플라스틱 미세유체소자의 개발 및 제조를 위해서는 일반 플라스틱 제품의 사출성형과 비교하여 플라스틱 기판의 표면에 적용된 수십 나노에서 수백 마이크로 크기의 유로 등 미세한 구조를 일반적인 사출성형의 생산성을 유지하며 정밀하게 성형할 수 있는 금형 및 공정 기술 개발이 필요하다. 또한 표면에 성형된 미세유로를 통하여 시료 등의 유체를 새어 나감 없이 흘려주기 위한 덮개 기판 등으로 미세유로를 정밀하게 유지하며 밀폐(sealing)하는 패키징 기술 개발이 필수적이다.
본 연구에서는 기존 연구 된 단일 미세유로소자와 같이 너비 및 높이 100㎛ 이상 크기의 채널의 성형공정연구와 달리 5㎛ 미세유로를 1000개 이상 구현하기 위해 30㎛의 미세구조물을 소자 내부에 약 3천개 가량을 배열하였으며 각 미세구조물의 사이가 5㎛의 유로가 형성되도록 소자를 구현하였다. 이에 기존 연구의 결과와 현저히 차별화 된다. 또한 단일채널소자 성형공정에서는 금형과 제품간섭이 적게 발생되었으나 대량배열소자의 경우 미세구조물의 수가 증가됨에 따라 발생되는 금형과 성형제품의 간섭으로 인해 제품 이형공정에서 미세구조물의 변형 및 파손이 발생되며 이러한 문제를 해결하기 위한 금형 구조 개발 및 공정연구를 수행하였다. 수 ㎛ 크기의 대량 미세유로의 성형성 확보 및 생산성 향상을 위해 전기저항을 이용한 Heat&Cool 공정개발을 통해 30초 이내에 소자생산 가능여부 판단 및 미세구조물의 외곽부분까지 마스터와 형상과 거의 동일한 성형성을 구현하기 위한 공정연구를 수행하였다. 패키징 공정에서는 대량생산이 가능한 초음파융착공정을 적용하였으며 수 ㎛크기의 대량 배열된 미세구조물의 변형 및 파손이 없는 공정 최적화를 수행하였다. 또한 개폐형 가압지그를 적용하여 소자의 성능실험 후 내부에 존재하는 시료의 회수가 가능한 패키징공정을 개발하였다.
이 연구에서 진행된 미세 사출성형공정 및 패키징공정을 통해 수 ㎛ 미세유로소자의 대량생산이 가능한 형태의 공정이 개발 되었으며 이를 통해 플라스틱 미세유체소자의 산업화를 가능하게 할 것으로 기대된다.