최근 의료 장비 산업이나 기존의 하향식 (top-down) 제조공정 방식을 대체할 자기조립 기반 상향식 (bottom-up) 방식의 능동적 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 미세 유체 기반 장비 중 하나인 잉크젯 장비의 경우 바이오 프린팅이나 상향식 제조 공정에 많이 사용되는 장비이다. 잉크젯 장비는 본래 순수한 용액상태인 염료잉크를 토출시켜 프린팅하는 용도로 개발되었다. 최근에는 바이오 물질, 나노입자 등이 용매에 분산되어 있는 잉크를 넣고 토출 시킴으로써 최신 산업 동향에 발맞춰 다양한 용도로 사용되고 있다. 하지만 산업용 잉크젯 장비의 경우 순수한 용액 토출에 특화되어 개발 및 제작된 관계로 바이오 물질이나 나노입자 현탁액과 같은 액체를 토출시킬 경우 불안정한 토출을 야기하는 다양한 문제가 발생하게 된다. 불안정한 토출은 바이오 물질이나 나노입자가 포함된 마이크로 액적과 관련한 연구 진행을 더디게 하고 산업에서는 생산 수율을 저하시키는 주요 요인이 되고 있다.
기존에도 잉크젯 시스템과 관련한 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만 대부분의 연구에서 MEMS공정을 활용해 제작한 값비싼 잉크젯 장비를 활용하였다. 또한 내부 기포 발생, 노즐 표면 습윤 현상과 같은 순수 용매 잉크를 사용할 때 발생하는 문제에 대해서만 연구가 집중되어 있다. 대부분의 산업용 잉크젯 장비의 경우 시스템 내부를 확인할 수 없는 불투명한 소재로 제작된다. 이와 같은 이유로 바이오 물질이 포함된 용액이나 나노입자 현탁액을 사용할 경우 발생할 수 있는 나노입자 노즐 표면 흡착 현상, 채널 내 침전 현상을 가시화한 연구가 부재하다. 따라서 외벽이 투명해서 내부 유동을 가시화할 수 있고 충분한 가압능력을 가져 단일 액적에 관한 연구도 수행할 수 있는 투명한 잉크젯 장비가 필요하다.
본 연구에서는 실험실 단위에서 쉽고 간편하게 제작할 수 있는 투명한 잉크젯 장비를 개발하고 나노입자 현탁액 잉크를 자체 제작했다. 이를 가지고 자체 제작한 잉크의 조성에 따른 다양한 구동 조건, 노즐 형상 및 채널 구조 조건에서 잉크젯 장비의 외부 토출 및 내부 유동을 가시화했다. 나노입자가 포함되지 않은 순수 용액과 나노입자가 포함된 현탁액을 이원화하여 실험을 진행했다. 최종적으로 안정적인 나노입자 현탁액 마이크로 액적 토출에 필요한 잉크 조성에 따른 최적의 구동조건 및 노즐 형상, 채널 구조를 도출하였다.