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  • 비디오카메라를 이용한 변위계측 시스템
  • 신진연구자 인터뷰

    신진연구자 인터뷰는 기계공학과 건설공학 분야의 젊은 연구자들의 연구성과를 알리고자 기획되었습니다.
    대상은 박사과정 이상 40세 미만의 연구자로 뚜렷한 연구성과가 있으면 언제든 참여 가능합니다.
    또한 주변에 추천할 만한 연구자가 있으면 추천을 부탁드립니다. (ariass@naver.com)

    • 염은섭(Eunseop Yeom)
      스마트폰 기반 미세유체 장치 개발 연구
      염은섭(Eunseop Yeom)(부산대학교)
      이메일:esyeom at pusan.ac.kr
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    1. 본인의 연구에 대해서 소개를 부탁 드립니다.


    - 본 미세 열유체 연구실에서는 다양한 유동 현상을 측정하기 위해 광학 및 초음파 등의 장치를 이용하여 열 및 유동 계측 기법을 개발하고 이를 이용하여 물리적 현상을 측정하는 것을 목표로 합니다. 그 예로 혈관질환의 대표적인 현상으로 콜레스테롤 등의 물질이 축적되어 혈관 내막이 두꺼워지는 협착증을 모사한 혈관 주변의 유동 해석에 대한 연구가 있습니다. 유동 영상을 고속 카메라를 통해 측정하고 이를 이용하여 유동 속도를 측정하며 이러한 정보를 이용하여 전단력과 같은 정보를 획득합니다. 그리고 이를 검증하기 위해 유동 해석 시뮬레이션도 함께 수행합니다. 이러한 유동 해석은 의료 관련 연구에서부터 미세 채널 내부 metal foam 주변 온도 해석 등 산업과 관련된 연구까지 다양한 주제를 다루고 있습니다. 또한 열전달과 연관된 주제로, 산업환경에서 고온의 물체를 상대적으로 낮게 유지시키는 것과 관련 있는 액적 충돌에 대한 연구도 수행하고 있습니다. 단일 액적이 고온 알루미늄 평판에 충돌하는 거동을 고속카메라를 사용해 가시화하여 이에 따른 열전달의 성능을 확인하고 이를 향상 시키기 위한 표면 처리에 대한 연구도 수행하고 있습니다. 그 외 질병 진단을 위한 미세 Biochip 설계를 위해 시뮬레이션을 수행하고 이러한 해석을 바탕으로 실제 제품을 만드는 연구도 같이 수행하고 있습니다.


    2. 본인의 대표 논문 소개를 부탁드립니다.  

    1. 홍현지, 송재민, 염은섭*, “Variations in pulsatile flow around stenosed microchannel depending on viscosity”, PLoS One, Vol.14, No.1, pp. e0210993, 2019 01.24.

    2. 홍현지, 송재민, 염은섭*, “3D printed microfluidic viscometer based on the co-flowing stream”, Biomicrofluidics, Vol.13, No.1, pp. 014104, 2019 01.08.

    3. 김수영, 김경천, 염은섭*, “Microfluidic method for measuring viscosity using images from smartphone”, Optics and Lasers in Engineering, Vol. 104, No. 1, pp. 237-243, 2018 05.01.

    4. 염은섭, 김혜미, 박준홍, 최우락, 도준상, 이상준*, “Microfluidic system for monitoring temporal variations of hemorheological properties and platelet adhesion in LPS-injected rats”, Scientific Reports, Vol. 7, No.1, pp. 1801, 2017 05.11.

    5. 염은섭, 박준홍, 강양준, 이상준*, “Microfluidics for simultaneous quantification of platelet adhesion and blood viscosity”, Scientific Reports, Vol. 6, No.1 pp. 24994, 2016 04.27.


    3. 미세 유체 분야를 전공하게 된 계기가 있으시다면?

    - 저의 처음 연구 분야는 초음파를 이용한 유동계측기법 개발로 시작되었습니다. 그 중에서도 초음파를 이용하여 혈액 유동과 혈액의 물성치를 동시에 측정하는 연구를 수행하였는데, 이 연구는 초음파를 이용하여 계측된 물성치의 정확도에 대한 검증이 필요하였습니다. 이러한 상황에서 미세유체 장치 개발을 전문으로 하시는 강양준 박사님이 실험실 연구원으로 오셨습니다. 저는 강양준 박사님을 도우며 미세유체 장치를 개발하는 것을 배우면서 소량의 샘플을 이용하여 원하는 생화학적 물성치를 측정할 수 있는 장치 개발에 매력을 느끼게 되어 학위 주제를 변경하여 미세 유체 장치 개발에 전념하였습니다. 이후 미세 유체를 통하여 발생되는 다양한 물리적 현상에도 관심이 생겨 미세 유체 장치로부터 미세 액적으로 인한 열전달 및 메탈폼 내부 미세 유동 등 연구 영역을 확장 시키려 하고 있습니다.


    4. 본인의 연구에서 가장 큰 해결 과제나 특별하게 중점을 두고 있는 내용이 있으시다면?



    -실험실에서 가장 중점적으로 수행하고자 하는 연구는 질병 진단을 위해 진단 인자를 측정하는 미세 바이오 칩의 전체 시스템을 소형화하여 스마트폰 기반의 KIT로 제작하는 것입니다. 이를 위해 최근 3D 프린팅 기술을 접목하여 혈액의 점도를 측정하는 미세장치를 개발하는 연구를 수행하였으며 이 결과는 국제 학술지에 게재 되었습니다. 이 미세장치 설계를 위해 다양한 형상의 장치 내 유동 특성 변화를 시뮬레이션하고 이에 따른 전단력의 변화를 관측하여 최적의 형상을 결정하고 이를 실제 장치로 구현하기 위해 3D 프린팅 기술을 이용하였습니다. 그러나 광학적으로 투명한 재료를 이용한다고 해도 실제 장치 내 유동 영상 측정에 있어 왜곡 등의 제한이 있으므로영상처리 기법을 적용하여 점도를 측정할 수 있도록 하였습니다이를 기존에 사용되는 장치의 성능과 비교하여 소량의 샘플로 정확하게 점도를 측정할 수 있다는 것을 검증하였습니다또한 해당 장치를 이용하여 일반인 보다 높은 점도를 가진 당뇨 환자를 진단할 수 있었습니다. 



    제안된 장치는 영상 분석을 통하여 물성치를 관측하는데 이러한 측정을 고속 카메라가 아닌 누구나 들고 있는 스마트폰을 이용하여 측정할 수 있도록 개선 하려합니다. 선행 연구에서 검증된 점도 측정 장치를 이용하였습니다. 스마트 폰을 이용하여 점도 장치의 내부 영상을 찍고 이를 무선 통신을 통해 컴퓨터로 전송하여 점도를 측정하는 연구를 진행하였고 이를 통해 산패도에 따른 기름의 점도 변화를 관측할 수 있었습니다. 그러나 광학 장치로 현미경을 사용하고 펌프나 샘플 이송 장치도 크기 때문에 아직 소형화 장치로 개발 되기에는 많은 단점을 지니고 있습니다. 이러한 장치를 개발하기 위해 소형화 광학 시스템과 펌프를 개발하려 합니다.


    5. 본인이 영향을 받은 다른 연구자나 논문, 다른 분야의 협업을 하고 계신 연구자가 계시다면 소개를 부탁드립니다.

    - 처음 연구를 시작할 때저에게 많은 조언과 칭찬으로 연구에 대한 흥미를 가지게 만들어 주신 남권호 박사님을 제 인생의 멘토로 생각합니다. 저년차 일 때 연구에 대해 아무것도 모르는 상황에서 연구를 시작하기 위해 논문을 찾고, 연구가 막힐 때 같이 토론을 하면서 해결 방향을 찾는 과정을 알려 주시고, 연구 결과를 정리하여 첫 논문을 세번이나 수정해 주시는 연구에 대한 열정을 옆에서 보면서 저 또한 그런 마음으로 연구를 수행하는 마음 가짐을 배울 수 있었습니다. 이러한 가르침을 바탕으로 학생에게도 연구에 대한 흥미를 느낄 수 있게 지원을 하려고 하지만 쉽지 않은 것을 느끼며 박사님의 지도에 크게 감사드립니다.

    그리고 같은 실험실 소속의 선배인 권대희 박사님에게도 감사 드립니다. 연구를 하는데 있어 결과를 어떻게 정리해야 기존 이론을 기반으로 이를 검증할 수 있는지를 알려주셨습니다. 그리고 이상유동이라는 저에게 생소한 분야를 시작할 수 있도록 실험 분석과 조언을 주신 점 항상 감사하게 생각 합니다.


    6. 연구를 진행했던 기관 또는 연구소, 지도 교수에 대해 소개 부탁 드립니다.

    -저는 포항 공대의 기계공학과 이상준 교수님의 실험실에서 연구를 수행하여 박사 학위를 받았습니다. 지도 교수님은 매일 아침9시부터 저녁 11시까지 밤낮 없이 항상 솔선수범 하여 연구를 독려 하시는 분이셨습니다. 이러한 교수님의 지도하에 연구의 방향을 잡고 여러 논문을 읽어 가정을 세우고 이를 실험을 통하여 검증하는 방법을 배웠습니다. 그리고 교수님의 처음 연구는 난류 해석으로 시작하여 측정 기법 개발, 의료 관련 연구를 거처 최근에는 식물을 모사한 기술 개발까지 최신 연구를 섭렵하시며 변화하시는 것을 보고 항상 저의 연구에 대하여 생각하며 되돌아볼 수 있는 계기를 주십니다. 저도 교수님을 본받아 다양한 연구를 수행하여 학문에 기여하기 위해 노력하려 합니다.


    7. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심이나 보람을 느낀 경험이 있다면?

    -아직도 첫 SCI 국제 학술지 논문이 게재 승인되어 지도교수님께 메일을 받았을 때 기쁨이 기억납니다. 그것을 시작으로 지금까지 약 40편의 논문을 국제 학술지에 게재하였지만 매번 한 연구를 마무리 할 때 마다 도움을 주신 동료와 학생에게 감사와 보람을 느낍니다. 그리고 제가 작성한 논문을 다른 연구자들이 읽어 인용이 되었을 때 또한 제가 한 결과가 유의미한 연구였다는 자부심을 느낄 수 있었습니다. 제가 수행한 대부분의 연구를 국제 저널 논문으로 마무리를 하였지만, 이 중 일부는 특허로 정리할 수 있었습니다. 이러한 연구를 학술적으로만 정리하지 않고 산업적 응용이 가능하도록 노력하여 사회에 기여를 하고 싶습니다.


    8. 미세 역학 분야로 진학하려는 후배에게 조언과 앞으로의 비젼 등을 제시해 주신다면?

    -기계장치의 소형화에 따라 최근 연구 동향이 점점 소형 시스템 내 구조 및 유동 해석으로 진행되어가고 있습니다. 이러한 추세는 계속 될 것으로 생각되지만, 아직 이러한 기술을 전문으로 하는 기업은 부족한 실정이라고 생각합니다. 그러나 연구에 국한된 기술이 실제 산업으로 적용이 되어 가고있으며, 이러한 기술을 가진 벤처 기업이 창업이 되고 있기에 상황은 점차 좋아질 것입니다. 다만 연구 분야를 미세 역학 또는 특정 영역으로 국한을 시키기 보다는 다양한 스케일에서 본인 만의 특기를 만드는 것이 중요할 것으로 생각 됩니다.


    9. 다른 하시고 싶은 이야기들.



    -부산대 부임 후 첫 연구를 시작하기 위한 연구 장비 및 시설이 아무 것도 없는 상황에서 물심양면으로 실험실을 구축하는데 도움을 주신 같은 학부 소속의 김경천 교수님께 감사를 드립니다. 교수님의 도움과 조언 덕분에 빠르게 부산대에서 연구를 시작할 수 있었습니다. 그리고 새로운 실험실 운영을 위해 여러 업체에서 장비 견적을 받고, 같이 실험실을 채워나가고 연구실의 잡무를 맡아 주는 듬직한 실험실의 기둥 홍현지 학생, 새로운 유동 계측 기법 개발과 새로운 연구 분야를 시작할 계기를 제공해 주는 실험실의 브레인 김미래 학생, 그리고 이제 1년차로 입학을 하였는데, 박사과정과 같은 수준으로 다양한 연구를 동시에 진행해 주는 만능인 강동국 학생에게 진심으로 감사의 마음을 전하고 싶습니다. 학생들의 도움으로 실험실이 발전해 나갈 수 있었습니다.

     

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