국립부경대학교는 임도진 교수 연구팀이 접촉 전하 전기영동(CCEP) 기반 디지털 미세유체 시스템을 위한 세계 최초 범용 액적 제어 알고리즘을 개발했다고 밝혔다.

연구팀이 개발한 'L-SPAA'는 CCEP 기반 미세유체 시스템에서 액적을 제어하는 최초의 일반화된 알고리즘이다. 이번 성과는 기기 및 계측 분야 JCR 상위 2% 이내 학술지인 'Sensors & Actuators: B. Chemical' (IF 8.0)에 'A local sy㎜etric pattern-based actuate on algorithm (L-SPAA) for contact charge electrophoresis-based digital microfluidic systems'라는 제목으로 실렸다.

CCEP 기술은 전극과 액적의 접촉으로 바이오 물질을 이동시키는 효율적 방식이지만, 액적의 이동 경로마다 전극 제어 규칙을 개별 설정해야 하는 복잡성 때문에 상용화가 어려웠다.

연구팀은 모든 전극의 극성을 교차 배치하고 액적 주변의 국소적 대칭 패턴만을 조작하는 표준 프레임워크를 확립했다. 단일 제어 규칙만으로 액적의 이동 방향이나 경로와 무관하게 자유로운 제어가 가능하며 기존 기술 대비 전극 제어 복잡성을 70% 이상 줄이고 메모리 자원을 96% 이상 절감했다.

또 여러 액적을 동시에 다룰 때 발생하는 전기적 간섭 문제를 해결하기 위해 우선순위 기반 제어 전략을 새롭게 적용했다. 인접한 액적들 사이에 제어 순서를 부여해 충돌 없이 순차 이동시키는 이 기술은 복잡한 다중 액적 시나리오에서도 안정적 제어를 입증했다.

연구팀은 이 전략으로 다수의 세포 스페로이드를 순차 융합하고 배양액을 교체하는 실험에 성공해, 암 연구나 신약 개발에 필수적인 오가노이드 및 어셈블로이드 배양 자동화의 가능성을 열었다.

제1 저자인 배서준 박사후연구원은 "L-SPAA는 그동안 명확한 기준이 없었던 CCEP 액적 제어 기술의 표준을 제시한 것"이라며 "복잡한 고사양 장비 없이도 소형 마이크로 컨트롤러만으로 정밀한 제어가 가능해져, 앞으로 CCEP 시스템의 자동화와 소형화를 앞당기는 원천 기술이 될 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업(RS-2021-NR058600)의 지원을 받아 수행됐다.