우리대학 김동표(화공) 교수 연구팀이 단일 칩 내에서 독성이 강한 촉매의 즉석생산과 즉시사용이 이뤄지는 랩온어칩 기술을 통해 화학물을 누출 없이 안전하게 반응시킬 수 있는 통합형 미세유체시스템을 개발했다.
200여 년 동안 널리 이용되어온 유리 실험기구(초자)는 위치나 시간에 따라 농도나 조성을 일정하게 유지하는 것이 어렵고 부산물이 함께 발생해 원하는 물질을 분리ㆍ정제하는 데 어려움이 있었다. 특히 독성물질이나 악취가 심한 물질의 외부 누출을 제어하기 위한 노력도 필요했다. 반면 극소량의 시약으로 이용할 수 있는 미세유체시스템은 사고 발생 시 대처가 용이하고 폐액이 적게 발생하여 친환경적이다. 또한 관리비용을 절감할 수 있어 화학공정 개발에 기여할 것으로 기대된다.
연구팀은 석유화학물질의 분해공정에 이용되는 미량의 OsO4(사산화오스뮴)의 외부 누출을 막을 수 있는 소형 칩을 개발해 공정의 안전성을 높였다.
가로 및 세로 5 cm 크기의 소형 칩에 있는 머리카락 굵기의 도랑 내부에 OsO4을 고정시킴으로써 기존 초자반응기보다 50배 이상 효율적인 반응이 가능하다는 설명이다. 특히 이 칩은 딱딱한 스탬프 대신 저렴한 부드러운 몰드를 이용해 패턴을 제작하기 때문에 대량생산에 유리하다.
또 길이 3 m, 지름 500 μm의 아주 가는 모세관 안에 이소시아나이드의 합성부터 정제, 분리 그리고 다음 반응까지 4개 공정이 연속으로 이루어지는 시스템도 구축했다. 이소시아나이드를 바로 합성하고 바로 사용하기 때문에 안전하고 기존 초자반응기보다 반응시간도 10~20배 빠르다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 국제학술지 <앙게반테 케미(Angewandte Chemie)>지에 2편이 연달아 게재(4월 24일자 및 6월 18일자)되었다.
김 교수는 “더 안전하고 무해한 화학공정 기법을 고안하여 친환경적 신 화학물질 개발에 토대를 마련할 것”이라고 밝혔다.