입자의 평형 브라운 래치트를 유발하는 실리콘 막

용액 내의 입자는 온도 변화(thermal fluctuation)에 의해서 우리에게 잘 알려져 있는 브라운 운동(Brownian motion)을 통해 지속적으로 움직이게 된다. 이와 같은 입자들은 전하(electric charge) 또는 다양한 광학적, 양자적 효과의 존재 하에서 브라운 래치트(Brownian ratchet)로 알려진 현상을 통해 방향성을 가지게 된다. 일부 생물학적 수송 과정은 래치트 원리(ratchet principle)를 이용하고 있지만, 이러한 형태의 입자 수송을 할 수 있는 장치를 개발하려는 일련의 연구들은 낮은 처리율을 비롯한 여러 가지 문제로 이렇다 할 결과를 얻지 못하고 있었다. 최근 독일 할레(Halle)에 위치하고 있는 막스 플랑크 미세구조 물리학 연구소(Max Planck Institute of Microstructure Physics)에 근무하는 연구원들이 병렬식 다단계 브라운 래치트(multistage Brownian ratchet)와 같이 작동하는 실리콘 막 장치(silicon membrane device)를 개발하였으며, 테스트 결과 이 장치가 비교적 높은 처리율 및 효율을 가지고 있다는 사실을 알 수 있었다. 이 장치는 약 2.5-5마이크로미터의 채널(channel)로 이루어진 다공성 실리콘 막으로 구성되어 있으며, 축을 따라서 간헐적으로 두꺼워지거나 얇아지는 형태를 하고 있다. 물에 녹아있는 입자를 막에 접촉시키고 간헐적인 압력 변화를 주게 되면, 막을 통한 이동이 일어나게 된다. 압력 변화의 크기를 바꾸게 되면 이동 방향을 바꿀 수 있으며, 전도현상은 입자의 크기에 따라 좌우되기 때문에, 고감도의 입자 분리 기술에 응용 가능할 것으로 보인다. 실리콘 재료, 장치에 응용할 수 있는 잘 개발되어 있는 전자전기 및 정밀 기계 기술을 통해 ‘랩-온-어-칩(lap-on-a-chip)’ 시스템에 사용될 수 있을 것으로 보인다.