서로 섞이지 않는 세 액체를 한 방울의 세 층으로 만드는 법
MIT 연구팀은 세 액체를 바깥층, 중간층, 중심층으로 나눠 분사하는 미세노즐 배열을 3D프린팅했다. 시험에서 약 1제곱센티미터 안의 16개 노즐은 균일한 3층 미세방울을 생성했다.
전기분무기는 액체가 노즐을 나올 때 높은 전압을 가해 매우 작은 방울의 흐름을 만든다. 이번 장치에는 세 개의 동심 노즐이 있다. 서로 섞이지 않는 세 액체가 동시에 나오면서 한 방울 안의 서로 다른 층을 이룬다.
나선형 채널이 16개 노즐에 액체를 나눈다
작은 노즐은 방울 생성에 필요한 전압을 낮추지만 노즐 하나의 출력은 크지 않아 배열이 필요하다. 장치 내부의 나선형 미세채널은 액체를 각 노즐로 고르게 보내고 노즐 사이의 간섭을 줄인다. 세 동심 노즐도 정확히 정렬돼야 일관된 방울을 만들 수 있다. 약 1제곱센티미터 크기의 배열에는 16개 노즐이 들어 있다.
복잡한 내부 통로는 액체 수지를 빛으로 굳히는 광조형 3D프린팅으로 제작했다. 출력층 높이는 25마이크로미터였다. 이는 미세방울의 지름이 아니라 적층 높이다. 채널을 막을 수 있는 지지 구조 없이 출력하고, 굳지 않은 수지를 제거하는 과정도 필요했다.
중간층의 점도가 안정성을 지켰다
연구팀은 여러 구조와 액체 유량 조합을 비교했다. 그 결과 중간 액체의 점도가 각 층의 두께를 유지해 방울 안정성에 가장 중요한 역할을 했다. 유량과 전압을 바꾸면 각 층 두께도 조절할 수 있었다.
직접 확인된 결과는 균일한 3층 미세방울 생성이다. 방울이 굳으면 층상 미세입자가 될 수 있고, 층 두께 조절을 활용한 시간차 약물 전달과 자가치유 재료, 바이오센서는 연구팀이 제시한 응용 가능성이다. 연구팀은 더 작은 치수와 전도성·유전성 재료 통합을 후속 과제로 두고 있다. 전통적인 클린룸 공정이 제한하는 부품 형상과 크기를 3D프린팅으로 다룬 것이 이번 제작 접근의 차이다.
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