Cascade 유전이동(DEP) 기술을 이용한 식용수의 박테리아 제거 = Cascade dielectrophoresis(DEP) technology for macro-scale separation of bacteria in water
저자
이종혁 ( Jonghyuk Lee ) ; 이상익 ( Sangik Lee ) ; 정영준 ( Youngjoon Jeong ) ; ( Byeonghoon Seo ) ; 김정윤 ( Jeongyun Kim ) ; 최원 ( Won Choi ) 연구자관계분석
발행기관
학술지명
한국농공학회 학술대회초록집(Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference)
권호사항
발행연도
2019
작성언어
-주제어
자료형태
학술저널
수록면
212-212(1쪽)
제공처
세계적으로 물 부족에 대한 우려와 더불어 세계보건기구 (World Health Organization, WHO)에 따르면 11억 명의 인구가 정수된 식수를 이용할 수 없으며, 26억 명이 적절한 위생 시설을 이용할 수 없는 것으로 나타났다. 이와 같은 현상은 개발도상국에 집중되어 나타나고 있으며, 이에 따라 저렴하면서도 효과적인 물 정화 시스템이 시급히 요구된다. 식수의 정수는 박테리아와 같은 생물학적 위해성을 가진 물질의 제거를 위해 일반적으로 증류 및 여과와 같은 물리적 공정이 사용되고 있으나, 이와 같은 기존의 정수방법은 고비용, 낮은 생산성, 에너지 소비 측면에서 한계점을 가지며 특히 여과의 경우 지속적인 필터의 교체가 필요하다. Dielectrophoresis (DEP)는 비균일 전기장에 의해 비전하입자에 유도된 분극을 통해 입자에 전달 되는 병진 운동으로써, 이를 유체의 흐름에 있는 입자를 이동시키는 데 사용할 수 있다. 본 연구에서는 오염된 물에서 박테리아를 효과적으로 제거하여 지속 가능한 물의 정수와 공급을 위해 거시 규모의 (macro-scale) DEP 장치를 설계 및 제작하고자 한다. 이를 위해 다중 유전이동 장치 (Cascade DEP y-junction)를 설계, 제작 및 최적화하여 오염된 물의 세균을 효과적으로 제거해 지속 가능한 물의 공급을 목표로 한다. 이번 연구에서는 단일 유전이동 장치를 설계 및 제작하고 수치해석 기법을 이용한 최적화를 통해, 최종적으로 다중 유전이동 정수 시스템을 개발하고자 하였다. 소수성의 특성 및 접촉각 이력 현상과 유체와의 마찰을 최소화하는 특성을 가진 폴리디메틸실록산을 이용하여 예비실험을 위한 단일 DEP 장치를 개발하고 효모 용액을 주입하고 pin electrode의 개수 조절 및 전기와 주파수의 조절을 통한 환경조건별 DEP 효율에 따른 효모 세포 분리 반응 분석을 수행하였다. 이를 통해 비균일 전기장 해석 (electric currents)과 유체 흐름 해석 (creeping flow)을 통한 DEP 및 유체 흐름 하에서의 입자 이동을 수치해석 기반 시뮬레이션을 개발하여 DEP y-junction의 형상 특성과 비균일 전기장의 크기를 고려한 Multiphysics 최적화 시뮬레이션 모델을 구축하고 평가하였다. 또한 분리 대상 시료 크기에 따른 최적 조건 검색용 DEP 미세유체회로를 설계하고 제작하였다. 전극은 e-beam metal evaporator를 이용하여 50nm 두께의 Au를 슬라이드 글라스에 증착 후 패터닝, 하나의 미세유체회로에 다른 구조를 갖는 3쌍의 전극을 주입하여 효율성을 증진시켰다.
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