저널커버디자인 / Lab on a Chip / 03 March 2026, Issue 5

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/lc/d6lc90026g

Abstract

미세유체 분야에서 미세 및 나노 입자의 형상 기반 분리(shape-based separation)는 강력하면서도 아직 충분히 개발되지 않은 전략으로 부상하고 있으며, 특히 생의학 및 기능성 소재 응용에서 기존의 크기 기반 분리 방법에 비해 뚜렷한 장점을 제공한다. 크기 기반 분리와 달리, 형상 기반 접근법은 동일한 부피를 가지면서도 형태가 다른 입자들을 구별할 수 있게 하며, 이는 병리학적 세포, 공학적으로 설계된 입자, 또는 기능이 형태에 본질적으로 의존하는 비등방성 생체 물질을 분리하는 데 필수적인 능력이다.

본 리뷰에서는 형상 선택적 분리를 위해 설계된 수동형 및 능동형 미세유체 플랫폼의 최근 발전을 종합적이고 비판적으로 개괄한다. 결정론적 측방 변위(deterministic lateral displacement), 핀치드 플로우 분획(pinched flow fractionation), 관성 미세유체, 점탄성 미세유체와 같은 수동형 시스템은 유체역학 및 유동–구조 상호작용을 활용하며, 유전영동(dielectrophoresis), 자기영동(magnetophoresis), 광영동(optophoresis), 음향영동(acoustophoresis)을 포함한 능동형 방법은 외부장을 이용해 입자의 기하학적 비등방성에 따라 이동 경로를 조절한다.

예를 들어, 최근 연구에서는 장치 구성에 따라 분당 수 마이크로리터에서 밀리리터 수준의 처리량을 유지하면서 95% 이상의 높은 순도를 달성하고, 최적 조건에서는 90% 이상의 형상 기반 세포 및 입자 분리 효율을 구현한 사례가 보고되고 있다.

각 기술에 대해 우리는 형상 민감도를 가능하게 하는 기본 메커니즘, 주요 기술적 진보, 그리고 실험적 및 계산적 접근의 새로운 동향을 강조한다. 또한 입자의 회전, 정렬, 변형성과 같은 복잡한 거동을 포착하는 데 있어의 도전 과제를 논의하고, 통합 모델링, 실시간 제어, 시스템 수준 최적화의 필요성을 강조한다. 마지막으로, 진단, 치료, 그리고 소재 과학 분야에서 확장 가능하고 고정밀의 응용을 향한 형상 기반 미세유체 분리 기술의 발전 방향과 기회를 제시한다.