Microfluidic Device

나노기술이 진보에 진보를 거듭하면서, 가장 많이 발전한 분야 중에 하나이다. 불과 10년 전만 하더라도, 다양한 기술을 이용하여 microfluidic device를 만드는 자체가 이 분야의 주된 내용이었는데, 이제 이 기술은 나노를 하기 위해는 필수불가결한 technique중에 하나가 되었다. Microfluidic device를 만드는 가장 많이 알려진, 가장 간단한 기술은 PDMS (Polydimethylsiloxane)을 이용하여 만드는 것이다. 현재 microfludic device는 Molecular recognition 분석, DNA 분석, Enzyme 분석, Proteomics 같은 바이오 분석 분야 뿐 아니라, Point-of-Care Testing or Diagnostics같은 medical 분야에서도 많이 쓰이고 있다. 심지어는 우주탐사에서 행성의 유기물 분석에도 쓰인다.

ISI에서 분석한 자료에 따르면 (http://www.esi-topics.com/mfd/), 1997년~2007년 사이에 나온 microfluidic device 관련 논문 중에 가장 많이 인용된 것은 Whitesides (Harvard Chemistry)가 Analytical Chemistry에 낸 PDMS를 이용한 microfluidic system을 만든 내용이다. 인용횟수에 따른 순서는 다음과 같다.

***Article 1

Total Cites: 779 (2009년 6월 현재 1355)

Article Title: Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane)

Authors: Duffy, DC, Mcdonald, JC, Schueller, OJA, Whitesides, GM

Journal: ANALYTICAL CHEMISTRY

Volume: 70

Page: 4974-4984

Year: 1998

Addresses:

· HARVARD UNIV, Dept Chem & Chem Biol, Cambridge, MA, USA

· Harvard Univ, Dept Chem & Chem Biol, 12 Oxford St, Cambridge, MA, USA

***Article 2

Total Cites: 661 (2009년 6월 현재 990)

Article Title: Micro total analysis systems. 1. Introduction, theory, and technology

Authors: Reyes, DR, Iossifidis, D, Auroux, PA, Manz, A

Journal: ANALYTICAL CHEMISTRY

Volume: 74

Page: 2623-2636

Year: 2002

Addresses:

· UNIV LONDON IMPERIAL COLL SCI TECHNOL & MED, Dept Chem, London, England

· Univ London Imperial Coll Sci Technol & Med, Dept Chem, London, England

***Article 3

Total Cites: 478 (2009년 6월 현재 773)

Article Title: Fabrication of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane)

Authors: Mcdonald, JC, Duffy, DC, Anderson, JR, Chiu, DT, Wu, HK, Schueller, OJA, Whitesides, GM

Journal: ELECTROPHORESIS

Volume: 21

Page: 27-40

Year: 2000

Addresses:

· HARVARD UNIV, Dept Chem & Biol Chem, Cambridge, MA, USA

· Gamera Biosci, Medford, MA, USA

· Harvard Univ, Dept Chem & Biol Chem, 12 Oxford St, Cambridge, MA, USA

***Article 4

Total Cites: 460 (2009년 6월 현재 863)

Article Title: Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography

Authors: Unger, MA, Chou, HP, Thorsen, T, Scherer, A, Quake, SR

Journal: SCIENCE

Volume: 288

Page: 113-116

Year: 2000

Addresses:

· CALTECH, Dept Appl Phys, Pasadena, CA, USA

***Article 5

Total Cites: 371 (2009년 6월 현재 598)

Article Title: Patterning proteins and cells using soft lithography

Authors: Kane, RS, Takayama, S, Ostuni, E, Ingber, DE, Whitesides, GM

Journal: BIOMATERIALS

Volume: 20

Page: 2363-2376

Year: 1999

Addresses:

· HARVARD UNIV, Dept Chem & Chem Biol, Cambridge, MA, USA

· CHILDRENS HOSP, Dept Pathol, Boston, MA, USA

· CHILDRENS HOSP, Dept Surg, Boston, MA, USA

· HARVARD UNIV, Sch Med, Boston, MA, USA

· Harvard Univ, Dept Chem & Chem Biol, 12 Oxford St, Cambridge, MA, USA

***Article 6

Total Cites: 363 (2009년 6월 현재 568)

Article Title: Functional hydrogel structures for autonomous flow control inside microfluidic channels

Authors: Beebe, DJ, Moore, JS, Bauer, JM, Yu, Q, Liu, RH, Devadoss, C, Jo, BH

Journal: NATURE

Volume: 404

Page: 588-+

Year: 2000

Addresses:

· UNIV ILLINOIS, Beckman Inst Adv Sci & Technol, Urbana, IL, USA

· UNIV WISCONSIN, Dept Biomed Engn, Madison, WI, USA

· Univ Illinois, Beckman Inst Adv Sci & Technol, Urbana, IL, USA

***Article 7

Total Cites: 337

Article Title: Soft lithography in biology and biochemistry (2009년 6월 현재 592)

Authors: Whitesides, GM, Ostuni, E, Takayama, S, Jiang, XY, Ingber, DE

Journal: ANNUAL REVIEW OF BIOMEDICAL ENGINEERING

Volume: 3

Page: 335-373

Year: 2001

Addresses:

· HARVARD UNIV, Dept Chem & Biol Chem, Cambridge, MA, USA

· CHILDRENS HOSP, Dept Surg, Boston, MA, USA

· CHILDRENS HOSP, Dept Pathol, Boston, MA, USA

· HARVARD UNIV, Sch Med, Boston, MA, USA

· Harvard Univ, Dept Chem & Biol Chem, Cambridge, MA, USA

***Article 8

Total Cites: 283 (2009년 6월 현재 430)

Article Title: From micro- to nanofabrication with soft materials

Authors: Quake, SR, Scherer, A

Journal: SCIENCE

Volume: 290

Page: 1536-1540

Year: 2000

Addresses:

· CALTECH, Dept Appl Phys, Pasadena, CA, USA

· CALTECH, Dept Appl Phys, MS 128-95, Pasadena, CA, USA

***Article 9

Total Cites: 280 (2009년 6월 현재 535)

Article Title: Microfluidic large-scale integration

Authors: Thorsen, T, Maerkl, SJ, Quake, SR

Journal: SCIENCE

Volume: 298

Page: 580-584

Year: 2002

Addresses:

· CALTECH, Dept Appl Sci, Pasadena, CA, USA

***Article 10

Total Cites: 273 (2009년 6월 현재 381)

Article Title: Patterned delivery of immunoglobulins to surfaces using microfluidic networks

Authors: Delamarche, E, Bernard, A, Schmid, H, Michel, B, Biebuyck, H

Journal: SCIENCE

Volume: 276

Page: 779-781

Year: 1997

Addresses:

· IBM CORP, ZURICH RES LAB, DIV RES, RUSCHLIKON, SWITZERLAND

· UNIV ZURICH, INST BIOCHEM, ZURICH, SWITZERLAND

***Article 11

Total Cites: 272 (2009년 6월 현재 479)

Article Title: Micro total analysis systems. Recent developments

Authors: Vilkner, T, Janasek, D, Manz, A

Journal: ANALYTICAL CHEMISTRY

Volume: 76

Page: 3373-3385

Year: 2004

Addresses:

· UNIV LONDON IMPERIAL COLL SCI TECHNOL & MED, Dept Chem, London, England

· ISAS, Inst Analyt Sci, Dortmund, Germany

· Univ London Imperial Coll Sci Technol & Med, Dept Chem, Exhibit Rd, London, England

***Article 12

Total Cites: 248 (2009년 6월 현재 575)

Article Title: Engineering flows in small devices: Microfluidics toward a lab-on-a-chip

Authors: Stone, HA, Stroock, AD, Ajdari, A

Journal: ANNUAL REVIEW OF FLUID MECHANICS

Volume: 36

Page: 381-411

Year: 2004

Addresses:

· HARVARD UNIV, Div Engn & Appl Sci, Cambridge, MA, USA

· CORNELL UNIV, Sch Chem & Biomol Engn, Ithaca, NY, USA

· ESPCI, CNRS, UMR 7083, Phys Chim Theor, Paris, France

· Harvard Univ, Div Engn & Appl Sci, Cambridge, MA, USA

***Article 13

Total Cites: 236 (2009년 6월 현재 296)

Article Title: Fabrication of plastic microfluid channels by imprinting methods

Authors: Martynova, L, Locascio, LE, Gaitan, M, Kramer, GW, Christensen, RG, Maccrehan, WA

Journal: ANALYTICAL CHEMISTRY

Volume: 69

Page: 4783-4789

Year: 1997

Addresses:

· NATL INST STAND & TECHNOL, DIV ANALYT CHEM, GAITHERSBURG, MD, USA

· NATL INST STAND & TECHNOL, DIV SEMICOND ELECT, GAITHERSBURG, MD, USA

***Article 14

Total Cites: 232 (2009년 6월 현재 424)

Article Title: Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices

Authors: Mcdonald, JC, Whitesides, GM

Journal: ACCOUNTS CHEM RES

Volume: 35

Page: 491-499

Year: 2002

Addresses:

· HARVARD UNIV, Dept Chem & Biol Chem, Cambridge, MA, USA

· Harvard Univ, Dept Chem & Biol Chem, 12 Oxford St, Cambridge, MA, USA

***Article 15

Total Cites: 227 (2009년 6월 현재 347)

Article Title: Microreaction engineering - is small better?

Authors: Jensen, KF

Journal: CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE

Volume: 56

Page: 293-303

Year: 2001

Addresses:

· MIT, Dept Chem Engn, Cambridge, MA, USA

· MIT, Dept Mat Sci & Engn, Cambridge, MA, USA

***Article 16

Total Cites: 209 (2009년 6월 현재 289)

Article Title: Microfluidics - Microfluidic diffusion-based separation and detection

Authors: Weigl, BH, Yager, P

Journal: SCIENCE

Volume: 283

Page: 346-347

Year: 1999

Addresses:

· MICRON INC, Redmond, WA, USA

· UNIV WASHINGTON, Dept Bioengn, Seattle, WA, USA

· Micron Inc, Redmond, WA, USA

***Article 17

Total Cites: 208 (2009년 6월 현재 265)

Article Title: Integrated system for rapid PCR-based DNA analysis in microfluidic devices

Authors: Khandurina, J, Mcknight, TE, Jacobson, SC, Waters, LC, Foote, RS, Ramsey, JM

Journal: ANALYTICAL CHEMISTRY

Volume: 72

Page: 2995-3000

Year: 2000

Addresses:

· OAK RIDGE NATL LAB, Div Chem & Analyt Sci, Oak Ridge, TN, USA

· Oak Ridge Natl Lab, Div Chem & Analyt Sci, POB 2008, Oak Ridge, TN, USA

***Article 18

Total Cites: 207 (2009년 6월 현재 268)

Article Title: Transport, manipulation, and reaction of biological cells on-chip using electrokinetic effects

Authors: Li, PCH, Harrison, DJ

Journal: ANALYTICAL CHEMISTRY

Volume: 69

Page: 1564-1568

Year: 1997

Addresses:

· UNIV ALBERTA, DEPT CHEM, EDMONTON, CANADA

***Article 19

Total Cites: 206 (2009년 6월 현재 319)

Article Title: Desorption-ionization mass spectrometry on porous silicon

Authors: Wei, J, Buriak, JM, Siuzdak, G

Journal: NATURE

Volume: 399

Page: 243-246

Year: 1999

Addresses:

· PURDUE UNIV, Dept Chem, W Lafayette, IN, USA

· SCRIPPS RES INST, Dept Mol Biol, La Jolla, CA, USA

· SCRIPPS RES INST, Dept Chem, La Jolla, CA, USA

· Purdue Univ, Dept Chem, W Lafayette, IN, USA

***Article 20

Total Cites: 204 (2009년 6월 현재 313)

Article Title: Polymer microfabrication methods for microfluidic analytical applications

Authors: Becker, H, Gartner, C

Journal: ELECTROPHORESIS

Volume: 21

Page: 39442

Year: 2000

Addresses:

· Jenopt Mikrotechn GmbH, Jena, Germany

· Amt Appl Ctr Microtechnol, Jena, Germany

· Jenopt Mikrotechn GmbH, Prussingstr 41, Jena, Germany

Web of Science에서 topic란에 키워드를 "microfluidics"라고 검색을 하면 8600개 가량의 논문이 나온다. 그 중에서 위의 리스트에 들어가 있지 않지만, 인용횟수가 300번을 넘는 논문들이 제법 있다. 이번 검색에서 순위 20위권 안에 들지만, 이전 리스트에서 빠진 것을 보면 다음과 같다.

Kinetic-analysis of monoclonal antibody-antigen interactions with a new biosensor based analytical system
By Karlsson, R et al.
- Joural of Immunological Method (1991) Vol.145, p.229-240
(2009년 6월 현재 Total Citation: 764)

Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale
By Quake, SR et al.
- Reviw of Modern Physics (2005) Vol.77, p.977-1026
(2009년 6월 현재 Total Citation: 475)

Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels
By Stone, HA et al.
- Applied Physics Letters (2003) Vol.82, p.364-366
(2009년 6월 현재 Total Citation: 370)

Dynamic pattern formation in a vesicle-generating microfluidic device
By Quake, SR et al.
- Physical Review Letters (2001) Vol.86, p.4163-4166
(2009년 6월 현재 Total Citation: 362)

Electrowetting-based actuation of liquid droplets for microfluidic applications
By Pollack, MG et al.
- Applied Physics Letters (2000) Vol.77, p.1725-1726
(2009년 6월 현재 Total Citation: 346)

Polymer microfluidic devices
By Becker, H et al.
- Talanta (2002), Vol.56, p.267-287
(2009년 6월 현재 Total Citation: 343)


여기서 리스트에서 보면 알 수 있듯이, Harvard의 Whitesides 할아버지께서 역시나 이쪽 분야에서는 선구자이시자, Top 그룹임이 드러났다. 가장 최근에 PNAS에 심지어 종이위에다가 만든 microfluidics 만든 것도 보여주셨다. 그리고 Stanford의 Quake 교수 역시 이 분야의 선두주자이다. Microfluidics를 전공한다던가, 그 쪽에 관심이 있다면 반드시 알아둬야 할 분이다. 연구실 홈페이지 주소는 다음과 같으니 한번 구경해보시길...(Dr. Quake Lab. in Stanford: http://thebigone.stanford.edu/index.html)

그리고 같은 기간에, 이 분야의 Top 20 Authors들은 다음과 같다.

Rank	Author	Total Cites	Number of Papers	Cites Per Paper
1	Whitesides, GM	5057	75	67.43
2	Quake, SR	2184	35	62.4
3	McDonald, JC	1863	7	266.14
4	Harrison, DJ	1689	28	60.32
5	Beebe, DJ	1634	62	26.35
6	Chiu, DT	1610	35	46
7	Manz, A	1523	27	56.41
8	Duffy, DC	1464	5	292.8
9	Schueller, OJA	1345	4	336.25
10	Locascio, LE	1198	27	44.37
11	Delamarche, E	1155	21	55
12	Ramsey, JM	1129	19	59.42
13	Michel, B	1105	14	78.93
14	Bernard, A	1061	12	88.42
15	Stroock, AD	1034	16	64.63
16	Thorsen, T	990	11	90
17	Jacobson, SC	974	17	57.29
18	Takayama, S	968	22	44
19	Yager, P	963	27	35.67
20	Wu, HK	940	14	67.14

그리고 UW BioE의 Yager 교수는 SPR sensor로 유명하신 분인데, 이쪽 분야에서도 많은 일을 하신 듯 싶다. 또한, Oak Ridge National Lab에서 최근에 UNC Chemistry로 옮긴 Ramsey 교수도 microfluidics 분야에서는 상당히 유명하다.

2006, 2009년에 Analytical Chemistry의 Associate Editor인 Mukhopadhyay, R이  작성한 "What does nanofluidics have to offer?"와 "Microfluidics: On the Slope of Enlightenment" 글을 보면, 이 기술의 장점 뿐 아니라 microfluidics에서 더 나아가 nanofluidics에서 해결해야한 과학적, 기술적 문제점에 대한 이야기도 있으며, microfluidics가 상업적으로 현재 어떤 위치에 있고, 앞으로 얼마나 상업적 성공을 이룰 것인가에 대한 전망도 보여주고 있다. 관심있는 분들은 꼭 읽어보시기 바란다. (http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ac069476c , http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/ac900638w)
참고로, ACS Journal site에 접속이 가능하신 분들만 다운이 가능합니다. 아마 대부분의 학교나 국공립 연구소에는 다 접속이 될 겁니다.