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NEW 金柱民教授共同研究组开发出可合成统一纳米颗粒的微细流体反应器
- 2021-03-17
- 9445
2021-02-23
以我校金柱民教授研究组为首的共同研究组成功开发出了能合成均匀的纳米粒子的微细流体工学技术。因此，有望广泛应用于包括现场医疗诊断机器在内的微细流体工学相关技术的前置样本和反应工程等。
金柱民教授（化学工学系、研究生院能源系统系）研究组表示，通过与忠南大学教授李昌秀、瑞士苏黎世联邦理工大学（ETH Zurich）博士李成植的共同研究，开发出了新型的微流体元件基础微反应器。相关内容的论文题目为《利用惯性-弹性流动不稳定性的硅粒子合成用齿轮形态的微型混合器(Gear-shaped micromixer for synthesis of silica particles utilizing inertio-elastic flow instability)》。刊登为《Lab on a Chip》2021年2月7日的封面论文(inside front cover)。
亚洲大学的金柱民教授和忠南大学教授李昌秀、苏黎世联邦理工大学李成植博士作为共同通讯作者参与，今年完成亚洲大学研究生院能源系统学科博士课程的洪善玉（现乐天化学制品）作为第一作者参加了该研究。
最近，微细流体工学（microfluidics）技术被应用于通过医疗检查可以快速诊断结果的现场医疗诊断仪器（point of care diagnostic device）等多个应用领域。在微细流体工程中，流体的有效混合是样本的前处理及核心反应工程中必不可少的部分，也是决定微小元件性能的核心技术。
但是，由于暖流难以生成的微细流体元件的特性，很多情况下依赖于依靠扩散的低效率混合工程。依靠现有的流体力学效果的被动混合法为了提高混合效率，伴随着复杂的欧元设计和复杂的制造工艺。而且以层流为基础的混合法是在"正常状态流"的条件下进行的，因此表现出与随着流体界面生成物堆积的问题一样的局限性。
金柱民教授共同研究组发现，从稀释的高分子溶液中表现的流动不稳定性(flow instability)在具有收缩和膨胀反复构造的弯曲微细欧元中大幅提高，因此将其应用于高效率微细混合机的开发。
这样开发出的新型惯性-弹性基础的微细混合器与基本弹性基础混合方式相比，在宽流量范围内发挥着较高的混合效率。可以更加简单有效地混合更多的物质。对此，可以期待比高处理量微反应器更容易适用。
研究组确认，实际上在数百纳米大小的硅粒子合成上使用了新的微细混合器，可以合成具有均匀的粒子分布（在粒子构成的样本中，各大小粒子以何种比率存在的分布）的旧式粒子。另外，在现有层流基础反应器中经常出现的欧元不堵塞现象，可以长时间稳定地合成粒子。
金柱民教授表示:"通过此次研究，提出了可以最大化高分子溶液等粘弹性流体的流动不稳定性的细微油设计"，"另外，实际上适用于均匀的纳米粒子的合成方面具有重要意义。"
此次研究是在韩国研究财团先导研究中心及个人研究课题等的支援下进行的。
# 照片说明
* 左上: 结合曲线型欧元和收缩-膨胀反复构造的微细欧元形状，以及说明惯性-弹性流动不稳定性被用于混合过程的模型。
* 左下:通过牛顿流体的正常状态层流(a)合成的粒子呈现宽阔的立道分布和非球形形状(b)。 通过稀释的高分子溶液产生的惯 性- 弹性流动不稳定性(c)合成的粒子是大小均等的球形(d)
* 右图:研究组论文被采纳为封面论文的《Lab on a Chip》2021年2月号
[出处: https://doi.org/10.1039/D0LC00834F]
（注：本文出现的所有人名均系音译）