A Poly(dimethylsiloxane) Microfluidic Channel Coated with Poly-p-xylylene for Nanocrystal Growth Applications : 나노입자 성장을 위한 Poly-p-xylylene이 코팅된 Poly(dimethylsiloxane) 미세유체 장치

임희진 DGIST 2014 국내석사

Applications of microfluidic device fabricated in poly(dimethylsiloxane) (PDMS) have been limited to water-based analysis rather than nonpolar solvent based chemistry due to PDMS swelling problem occurring by absorption of the solvents. The absorption and swelling causes PDMS channel deformation in shape and changes the cross sectional area, making it difficult to control the flow rate and concentrations of solution in PDMS microfluidic channels. We propose that poly-p-xylylene polymers (parylenes) were chemical vapor deposited on the surfaces of PDMS channels to alleviate the effect of solvents on the absorption and swelling. The parylene coated surface sustains 3hours with a small volumetric change (less than 22% of PDMS swelling ratio). By generating an air-nonpolar solvent interface based on droplets in PDMS channel, we confirmed poly-p-xylylene coated PDMS microfluidic channels have the potential to be applicable to nanocrystal growth using nonpolar solvents. Poly(dimethylsiloxane) (PDMS)로 만들어진 미세유체 장치는 무극성용매가 PDMS 내부에 흡수되어 PDMS의 부피를 팽창시키는 성질 때문에 무극성용매를 사용하는 화학분야에 적용이 어렵다. 이러한 PDMS의 흡수와 팽창하는 특성은 PDMS 미세유체 장치의 내부변형과 단면적의 변화를 일으켜서, PDMS 미세유체 장치 내에서의 유체 제어와 용액의 농도 조절을 어렵게 한다. 우리는 무극성용매에 의해 발생하는 PDMS의 흡수하고 팽창하는 정도를 감소시키기 위해 비다공성 성질을 가진 poly-p-xylylene (parylene)을 증기 화학 증착법으로 코팅한 PDMS 미세유체 장치를 제안한다. Parylene이 코팅된 PDMS 표면은 무극성용매인 톨루엔 환경내에서 낮은 부피 변화(코팅이 되지 않은 PDMS의 팽창률 보다 22% 낮음)로 약 3시간동안 본래의 형태를 유지한다. PDMS 미세 유체 채널 내에 방울 기반의 공기-무극성용매 계면을 발생시킴으로써, poly-p-xylylene이 코팅된 PDMS 미세 유체 장치가 무극성용매를 사용하는 나노입자 성장 분야에 응용 가능성을 보여준다.

Modelling and Analysis of Nanoparticles Transport in a Microfluidic Channel for Enhancing the Sensitivity of Immunoassay

최성학 서울대학교 대학원 2020 국내박사

This study analyses the binding characteristics of analytes in a microfluidic channel using nanoparticles in order to provide design parameters and establish a database for biosensor. Sample containing model analytes flowed along the microfluidic channel and the binding characteristics are analyzed experimentally by counting the number of analytes bound to the receptors according to the analyte concentration, sample flow rate, and the dimension of the microfluidic channel. A mathematical model for the transport of analytes is also presented based on a probability density function for Brownian motion. The empirical coefficient for the mathematical model is obtained using the experimental results, which remains valid for all different parameters such as analyte concentration, sample flow rate, and the observation position so that the generality of the model is verified. The results show the number of binding efficiency increases as the flow rate decreases and the observation position is closer to the inlet, but it is consistent with the concentration of the sample. The binding characteristics according to the dimension of the microfluidic channel are investigated with the mathematical model and the critical height is dependent on the observation position. A simple method for enhancing the sensitivity of immunoassay is also presented by agitating the flow using dummy particles. By adding dummy particles into the sample, the transport of analytes towards receptors is enhanced and the effect of dummy particles increases as the volume fraction or size of dummy particles increases, and the flow rate of sample increases. The improved value is analyzed through numerical simulation which shows valid estimation comparing with the experimental results. 본 연구에서는 바이오센서에 대한 설계지표 확보 및 데이터베이스 구축을 위해 미세유로 내에서 나노입자를 이용하여 검출물의 거동특성 및 결합특성을 분석하였다. 먼저 검출물이 포함된 시료를 미세유로에 흘려준 후 시료의 유속, 검출시간, 시료의 농도, 관측위치에 따른 수용체와 결합된 검출물의 개수를 계수함으로써 실험적인 연구를 수행하였다. 또한 미세유로 내에서 검출물의 거동에 대한 모델을 브라운운동에 의한 확률밀도함수를 기반으로 하여 제시하였다. 이 때, 계수 C는 실험결과를 통하여 얻을 수 있었고, 이는 다른 유속조건이나 관측지점에 대해서도 유효한 예측이 가능한 것을 실험결과와 비교해봄으로써 확인하였다. 그 결과 결합효율은 유속이 감소할수록, 관측위치가 주입구로부터 가까울수록 증가했고 모델의 외삽을 통해 미세유로의 높이에 따른 결합효율을 조사해본 결과 관측위치에 따라 최적높이가 달라지는 결과를 보였다. 또한 면역진단의 민감도 향상을 위한 방법으로 본 연구에서는 마이크로입자를 이용하여 유동에 국소적인 교반을 일으키는 방법을 제시하였다. 마이크로 입자를 시료에 첨가함으로써 검출물의 검출 효율이 증가하였으며 이 효과는 입자의 첨가량 및 크기가 증가함에 따라, 그리고 유속이 증가함에 따라 향상되는 것을 실험적으로 확인하였다. 입자 첨가에 의한 향상분은 수치해석을 이용하여 예측할 수 있었으며 그 결과 실험 결과와 일치하는 것을 확인할 수 있었다.

약물전달 응용을 위한 미세유체채널 및 열팽창레이어 제작

조성훈 울산대학교 대학원 2023 국내석사

미세유체 약물전달 시스템은 생체 내부에 삽입할 수 있는 무선의 웨어러블 소자의 핵 심 문제이며 필수 요소로서 주요 관심사가 되었다. 또한 기존의 전통적인 방법에는 약 물을 전달하기 위해 금속튜브(cannulas)같은 딱딱하고 공간에 제한이 있는 방법을 사용 해왔다. 이러한 시스템은 자유롭게 움직이는 동물모델에 적용하기 어려우며 피부나 장기 와 같은 곡면이 있는 시스템에 적용하기 어려운 상황이다. 최근 들어 실리콘 나노리본 등을 이용하여 스트레칭이 가능한 소자를 제작하여, 전자눈 카메라, 태양전지, 발광다이 오드, 논리소자, 바이오 응용 소자 등이 발표되고 있고 이들의 중요성이 부각되고 있다. 따라서 본 연구에서는 Photo Lithography공정을 활용하여 Polydimethylsiloxane(PDMS), Polyethylene terephthalate (PET) 필름과 같이 유연한 물질로 제작된 Microfluidic channel을 사용하여 Durg delivery system을 구축하였고, 또한 Thermally expandable layer를 actuator로 사용하여 열을 가해줌으로서 Drug delivery system이 구동하도록 하였다. 신체 에 삽입가능한 Drug delivery device는 물리적/화학적 열화를 막기 위해 PDMS으로 제작 하였고 고분자 소재로 인해 높은 스트레칭이 요구되는 형태까지 자유자재로 변형할 수 있도록 신축성을 증가시켰다. Thermally expandable layer는 약물에 변형이 가지 않는 낮 은 온도로 구동이 가능하도록 제작하였다.. 이렇게 제작한 Durg delivery system은 공정의 단순화뿐만 아니라 비용적 측면에서도 경쟁력이 있으며 신축성을 가질 뿐만 아니라 유연 성을 가지기 때문에 동적인 환경에서도 사용할 수 있고 웨어러블 디바이스나 바이오 메 디컬 응용분야에서 활용될 수 있다고 기대된다.

(A) microfluidic ATP-bioluminescence sensor for the detection of airborne microbes

이승재 Graduate School, Yonsei University 2009 국내석사

Airborne pathogenic microorganisms are hazardous bioaerosols which often cause serious respiratory diseases. To prevent airborne infectious disease, real-time detection and monitoring systems of airborne pathogens are needed. Since ATP (adenosine triphosphate) is a major biological energy source, the detection of ATP from aerosol reflects the existence of living microbes. Therefore, we developed a new biosensor to detect ATP from aerosols in real-time using an aerosol condensation system, a microfluidic channel, and an ATP-bioluminescence transducer. The condensation system enabled aerosol microbes (20 L) to be hydrosolized (0.2 ml) in 2 min. The bacterial intracellular ATP was then extracted in the passage through the microfluidic channel. The concentration of ATP could be determined by a bioluminescence sensor integrated in the channel. In this study, we used Bacillus subtilis and E. coli JM115 as model airborne microbes. Our system can determine the existence of airborne microbes within 10 min. In the future, the application of our device will extend to the detection of fungi and consequently contribute to improving indoor air quality.

Fabrication of Magnetically Rotating Active Micromixer and Evaluation of Mixing Performance : 회전 자기장 기반의 능동형 마이크로 믹서의 제작과 성능 평가

김진혁 DGIST 2014 국내석사

The micro mixers are essential to mix the fluids in lab-on-a-chips which analyze the biological antigen-antibody reactions or chemical reactions. The fluids flowing in lab-on-a-chips have very low Reynolds number which is under 100. Fluids having a low Reynolds number are mainly depend on diffusion mechanism to mix when flowing in a micro channel. Therefore, the mixers using the diffusion mechanism need very long channel length and narrow channel width for efficient mixing. However, these kind of passive mixers using the diffusion mechanism have limitations in their sample size caused by the long channel length. Thus, researchers have studied to overcome the limitations of passive mixer to achieve good mixing performance in limited device size. One way to achieve this goal is generating chaotic advection in the microfluidic system. In this thesis, fabrication of magnetically rotating active micromixer was studied and the mixing performance was evaluated. The rotating motion is efficient to increase the contract area between the fluids and the rotor which is spun by external rotating magnetic field. The rotating magnetic field initiates the rotational movement of the rotor by generating magnetic torque. The rotor was fabricated by electroplating using a magnetic material which is Nickel-Cobalt alloy to enhance the magnetic torque. In addition, the micro fluidic channel was designed in simple Y-shape with two inlets and one outlet to evaluate the mixing performance. The different color dyed fluids are injected at each inlet and the fluids are mixed at the mixing chamber. The experimental setup except the micromixer consists of the three parts; syringe pumps, a high speed camera, and a rotating magnet connected with a DC motor. The motor generates the rotational field and the rotational speed can be controlled by changing RPM of the motor. The syringe pumps were used to inject and extract the fluids to the inlets and from the outlet, respectively. The mixing performance of the micromixer was evaluated by captured images using the high speed camera. The mixed fluids were analyzed to obtain the intensity of each pixel by converting the image into gray scale. The mixing performances are expressed by using standard deviation and normalized pixel intensity. The mixing performance was evaluated with various conditions. The flow rate was varied from 10 L/hr to 500 L/hr, and the used voltages of the motor were 6 V and 8 V. Reynolds numbers were calculated for each flow rate that are 0.064 and 0.0013 for 500 L/hr and 10 L/hr, respectively. If the standard deviation of color index with gray scale is zero, the mixing performance is defined to be 100%. The highest mixing performance was 90 percent with Reynolds number of 0.01. Different mixing performances along with the different rotor shapes were investigated with a constant voltage, 6V, into the motor. The mixing performances of the Z-shaped rotor and I-shaped were varied from 90 to 77 percent and 83 to 65 percent for 100 L/hr and 500 L/hr, respectively. Thus, the Z-shaped rotor showed better performance around 10% than the I-shaped rotor. However, when applying 8 V into the motor, the mixing performances were not much difference with the two different rotor shapes. For the Z-shaped rotor, the mixing performance was nearly saturated at 6 V so, when applying 8 V into motor, the mixing performance was barely changed. On the contrary, the I-shaped rotor was not reached at the saturated status at 6 V. Thus, the mixing performance of the I-shaped rotor was increased until 8 V and saturated at this condition. For this reason, when comparing the mixing performance of the Z-shaped and I-shaped rotors, the difference of each rotor was small when applying 8 V into the motor. 레이놀즈 수 낮은 유체가 흐르는 마이크로 플루이딕 칩에서 서로 다른 유체를 혼합하기 위한 믹서는 필수적이다. 낮은 레이놀즈 수를 갖는 유체를 혼합하기 위해서는 확산에 의존해야 하는데, 확산이 잘 일어나는 조건은 채널의 폭이 좁고, 채널의 길이가 길어야 한다. 하지만 마이크로 플루이딕 칩은 크기의 제한이 있어 충분한 확산이 일어나기 위한 충분한 길이를 칩내에 형상화하기에 어려움이 있다. 이를 극복하기 위해 채널을 3 차원 구조로 변화시켜 확산거리를 짧게 만든다거나, 혼돈 이류를 만드는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 보다 뛰어난 혼합성능을 필요로 하는 분야에 사용될 것을 기대하며 외부로부터 얻은 에너지를 혼합하는데 사용하는 능동형 믹서를 설계하였다. 제작된 능동형 믹서는 회전 자기장에 의해 발생되는 토크를 기반으로 회전하는 원리를 이용하였다. 제작된 로터는 자성물질인 니켈 코발트로 전기 도금 공정을 거쳐 제작되었다. 그리고 유체가 흐를 수 있게 마이크로 채널을 PDMS 를 이용하여 제작하였다. 채널은 믹서의 성능만을 보기 위해 Y-자 모양의 간단한 구조로 설계하였다. 자성 물질 로터를 돌리기 위해 영구자성을 모터를 연결하여 회전자기장을 구현하였고, 선회하는 자기장을 따라 회전하는 로터의 성능을 이미지처리 기반으로 성능을 객관화 하였다. 유량에 변화를 주고 또한 모터에 전압을 6 볼트와 8 볼트를 인가하여 다양한 실험조건을 바탕으로 자기장 혼합기의 성능을 평가하였다. 0.01 이하의 레이놀즈 수를 갖는 유체를 혼합 할 때는 로터의 모양, 회전수에 관계없이 90 퍼센트 이상의 성능을 보았다. 하지만 0.01 이상의 레이놀즈 수를 갖는 유체의 경우 회전수가 낮은 경우에는 로터의 면적이 넓은 것이 약 10% 정도 우수한 성능을 보였고, 회전수가 높은 경우에는 로터의 면적에 관계없이 비슷한 성능을 내는 것을 확인하였다. 실험을 위해 제작된 회전 자기장 스테이지와 마이크로 혼합기를 올려두는 스테이지가 결합되어 있는 구조로 제작된 현재의 실험환경에서는 8 볼트를 초과하는 전압을 가하였을 때 스테이지의 떨림으로 실험 데이터를 얻을 수 없었다. 하지만 추후에 두 스테이지를 분리하여 제작한다면 더 높은 전압을 가할 수 있어 현재보다는 더 높은 유량에서도 충분한 혼합성능을 보여줄 것으로 기대된다. 그리고 니켈코발트 합금으로 구성된 로터를 생체 적합한 물질로 코팅을 하면 생화학 및 화학 물질을 분석하는데 바로 이용가능 할 것으로 보여진다.

Microfluidic devices for animal cell separation and enzyme assay

이혜린 Graduate School, Yonsei University 2010 국내석사

(A) novel fabrication process "Metal Wire Removal Method" for 3-D microfluidic channel with a circular cross-sectional area

이창근 Graduate School, Yonsei University 2009 국내석사

We introduce a new fabrication method to achieve a 3-D microfluidic channel with a near-perfect circular cross-section. This new concept of fabrication process is named as “Metal Wire Removal (MWR)” method, where the mold used to fabricate the microfluidic channel is a conventionally purchased thin soldering wire. PDMS (polydimethylsiloxane) is poured on variously shaped soldering wires, and the wire is melted and removed away via Joule heating. Through this manner, various 3-D microfluidic channels with circular cross sections are fabricated. Mammalian cells are cultured to evaluate the biocompatibility of the fabricated microfluidic channel, and cell viability is checked using conventional assays after culture. This paper demonstrates that a circular cross-sectional microfluidic device with a 3-D orientation can be easily fabricated by utilizing conventional soldering wires.

Microchannel-imprinted cellulose nanofiber/alginate hydrogel for a biophotovoltaic system

이화련 서울대학교 대학원 2024 국내박사

Recently, the encapsulation of living microorganisms and cells into polymer- based hydrogel matrix has been widely studied. In particular, cellulose nanofibers and alginate-based hydrogels are known as cell-friendly matrix due to their biocompatibility and porous structure. However, when a living organism is supported in a hydrogel matrix, a continuous supply of nutrients is required to maintain its viability, and the supplied nutrients penetrate the hydrogel through diffusion. Various studies have been conducted to improve the diffusion efficiency of hydrogels, and we introduced microfluidic channels into hydrogels through 3D printing and imprinting methods. The imprinted channel prevents the drying of the hydrogel and increases the connection between the photosynthetic part and the transparent ITO (Indium Tin Oxide) electrode because it can supply nutrients without immersing the hydrogel in the fluid. In addition, due to the dark colors of conductive polymers, CNT (Carbon Nano Tube), and graphite, it was difficult to introduce hydrogels into a biophotovoltaic (BPV) system. In this study, divalent and trivalent ion-crosslinked carboxymethylated cellulose nanofiber and alginate composite hydrogels were prepared to solve this problem. The hydrogel crosslinked with Ca2+ and Fe3+ ions showed more than 5 times higher conductivity than the hydrogel crosslinked with only Ca2+, resulting in an efficient BPV property. This reduces the distance between the cell and the anode, which was the limit in the conventional bulk BPV system and enables efficient electron transport about the hydrogel to the electrode. Here, we show that we can fabricate a BPV cell capable of continuous power generation by encapsulating C. vulgaris into the microchannel imprinted cellulose nanofiber-based hydrogel. Keywords: Cellulose Nanofiber, Biophotovoltaic System, Microfluidic Channel, 3D Printing, Photosynthesis, Ion Crosslinked Structure Student Number: 2019-20892 최근, 살아있는 미생물과 세포를 폴리머 기반의 하이드로겔 매트릭스에 캡슐화 하는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히 셀룰로오스 나노섬유와 알지네이트 기반의 하이드로젤은 높은 생체 적합성 및 다공성 구조로 인해 매트릭스 소재로 각광받고 있으나, 지속적인 영양공급을 받기 어렵고, 하이드로젤 중심부에서 균일한 성장을 이루기 어렵다는 한계가 있다. 본 연구에서는 이를 해결하고자 3D 프린팅 및 임프린팅 기술을 통해 하이드로젤에 미세 유체 채널을 도입하였다. 임프린팅된 채널을 통해 하이드로젤의 건조를 방지하고, 유체에 잠기지 않고도 영양을 공급할 수 있기 때문에 이를 바탕으로 생체 광전지 시스템에 응용하였다. 생체 광전지 시스템은 미세조류인 C. vulgaris의 광합성 과정에서 방출되는 전자를 이용하며 이 과정에서 투명 anode인 ITO 로의 원활한 전자 이동을 위해 전도성의 부여가 필요하였다. 전도성 폴리머, 탄소 나노튜브 및 그라파이트 등은 어두운 색으로 인해 생체 광전지 시스템에 도입이 어려웠으며, 본 연구에서는 2가 및 3가 양이온으로 이온 가교 한 카르복시메틸 셀룰로오스 나노섬유와 알지네이트 구조체를 이용하여 전기전도성을 부여하였다. 특히, 2가 양이온과 3가 양이온을 복합적으로 가교 한 구조체를 도입하여 높은 전도성을 통해 생체 광전지 시스템에 적용할 수 있었다. 더불어 C. vulgaris를 하이드로젤에 캡슐화하고, 미세유체채널을 도입하여 지속적인 영양 제공을 통해 지속적인 발전이 가능한 생체 광전지 셀을 제작할 수 있음을 확인하였다.

Integrated microfluidic system for separation and detection of extracellular vesicles from plasma

권용현 Graduate School, Yonsei University 2024 국내석사

Recent research has found a correlation between the levels of immune checkpoint markers present in extracellular vesicles (EVs) and the effectiveness of immunotherapy treatments. In this work, we describe the development of an integrated microfluidic system (IMS) that allows for the separation and identification of EVs containing the immune checkpoint markers programmed death ligand 1 (PD-L1) and programmed death protein 1 (PD-1) without the contamination of lipoproteins, which are prevalent in plasma. We first created a size difference between lipoproteins and EVs by immobilizing the lipoproteins on the surface of beads within the plasma using antigen-antibody reactions. Subsequently, the pre-treated sample was introduced into a spiral microfluidic channel to separate nanometer-sized EVs from micrometer-sized lipoprotein-bead complexes. We designed a microfluidic system to connect the channel where pure EVs are separated to the detection unit so that the separated EVs can be immobilized on the electrochemical sensor surface coated with PD-L1 and PD-1 antibodies. This device can rapidly detect the levels of immune checkpoint markers present in EVs over a broad clinical concentration range (1 × 104 to 1 × 108 EVs/mL). Additionally, analysis of 28 plasma samples from 8 healthy donors and 20 lung cancer patients showed that PD-L1 and PD-1 expression on EVs could potentially improve the immunotherapy candidate selection process. This suggests that this device, when used in conjunction with traditional tissue-based PD-L1 testing, may help identify additional patients who may benefit from immunotherapy treatment. Therefore, we anticipated that our approach would contribute positively to the clinical assessment of candidates for immunotherapy.

Paper-based microfluidic colorimetric sensor arrays for environmental pollutants

Lee, Myunggoo Sungkyunkwan university 2021 국내박사

19세기 이후 화학기술의 급격한 발전으로 말미암아, 1900년대부터 대량생산이 가능해지게 되었으며 이는 인류에게 전에 없는 물질적 풍요를 안겨다 주었다. 그러나 화학물질은 동전의 양면과 같아서, 사용하기에 따라 위험한 물질이 될 수도 있고 특정 목적에 효과적인 물질이 될 수도 있다. 일례로 농약과 폭발물을 들 수 있는데, 농약과 폭발물 모두 사람에게 직접적 상해를 입힐 수 있는 물질이기도 하면서 현대 사회를 유지하는데 없어서는 안 될 중요한 물질이기도 하다. 농약은 병충해로부터 작물을 지켜 농업 생산량이 높아지게 해주며 폭발물은 군용 목적으로만 사용하는 것이 아니라 광산의 발파 작업등에도 쓰여 효율적인 일을 할 수 있도록 도와준다. 농약과 폭발물은 농업과 광업에 쓰이는 만큼 대량으로 쓰이고 있으며, carbaryl과 TNT는 그 대표적인 예로써, 매년 수천 톤 이상이 쓰이고 있다. Carbaryl과 TNT 모두 대량으로 사용하는 만큼 환경에 미치는 영향이 적지 않은데, 두 화학 물질 모두 물에 잘 녹지 않으며 실외에서 대량으로 사용한다는 특징으로 인해 토양에 농축되기 쉽다. 두 물질은 인체에 다른 영향을 미칠 수 있는데, carbaryl에 오랫동안 노출 될 경우 만성 기억력 감퇴, 근육 통증을 일으킬 수 있으며 심한 경우 치매를 유발하는 것으로 알려져 있다. TNT는 암 발생에 직접적 연관이 있는 것으로 보고 되었으며, 높은 농도의 TNT는 폭발을 일으킬 수 있기 때문에 사람에게 직접적인 피해를 입힐 수도 있다. 따라서 두 물질을 검출하기 위한 효과적인 방법이 필요하며, 이를 위한 연구들이 진행되어 왔다. 다량의 샘플이 발생하는 환경오염의 특성 상 저렴하고 신뢰 가능하며 사용이 간편한 센서에 대한 요구가 있어왔으며, pH 종이 또는 임신 테스트기 등으로 대표되는 비색 센서는 편의성 측면에서 가장 효율적인 센서이며 이를 이용한 다양한 시도들이 있어왔다. 따라서 본 논문에서는, 토양 오염 물질인 carbaryl과 TNT를 동시에 검출할 수 있는 비색 센서 제작을 4단계로 나누어 진행하였다. 첫번째로, carbaryl과의 반응을 통해 색상을 바뀌는 잉크인 FBDP를 합성하고 잉크를 산성 조건하에서 안정화 시키는 방법에 대해 연구하였다. 그리고 검출 속도를 빠르게 하기 위하여 염기 조건에서 carbaryl을 1-naphthol로 분해시켜 1분 이내에 검출이 가능함을 보였다. 액상에서의 검출 한계는 10ppm으로 노출 허용 한계인 15ppm에 비해 낮아 carbaryl 검출 용 잉크로써 사용 가능함을 확인하였다. 두번째로, 사용상의 편의를 위하여 합성 한 잉크를 종이 위에 인쇄하고 센서로 사용하는 방법에 대해 연구하였다. 다층 구조를 가지고 있는 사무용 인화지 위에 잉크젯 프린터를 이용하여 carbaryl 검출이 가능한 잉크를 인쇄하고, 인쇄 된 센서 위에 라미네이팅 필름을 이용하여 간단한 구조의 유체 채널을 만들어 항상 일정한 색상 변화를 얻을 수 있게 하였다. 염기 조건에서 미리 전처리 한 carbaryl을 인쇄된 센서에 노출시켜 용액상에서의 반응과 동일한 반응을 얻을 수 있음을 확인하였다. 세번째로, TNT 검출 용 잉크를 종이 위에 인쇄하여 TNT를 검출하고, 유사 화학종인 nitroaromatic들로부터 선택적으로 검출이 가능한지 확인하였다. 12개의 다른 농도로 인쇄 된 TNT 검출 용 잉크를 이용하여 TNT의 검출 한계를 21ppm부터 7,200ppm까지 확장하였다. 그리고 2,4-DNT와 같은 다른 유사 화학종으로부터도 다른 반응을 이끌어낼 수 있었다. 추가적으로 인쇄 된 센서가 1달 이상 동일한 성능을 보임을 확인하여 대량 생산 또한 가능함을 알 수 있었다. 끝으로, carbaryl과 TNT를 동시에 검출할 수 있는 비색 센서를 인화지 위에 인쇄하고 위에 라미네이팅 필름으로 미세 유체 채널을 만들어 carbaryl의 전처리 과정 또한 종이 위에서 구현하였다. 4개의 미세 유체 채널에는 각각 carbaryl 검출 용 잉크와 TNT 검출 용 잉크를 분리하여 인쇄하였고, 이를 통해 TNT와 carbaryl를 동시에 검출할 수 있음을 확인하였다. 또한, 용액상에서는 구분할 수 없었던 carbaryl과 그 분해 부산물인 1-naphthol을 분리하여 검출함에 따라 정확한 carbaryl의 농도를 검출할 수 있었다. 이 논문에서 활용 한 대부분의 기술들은 구하기 쉬운 사무용 물품을 기반으로 구현하였기에 누구나 사용 가능하다는 장점이 있으며, 이는 기술로부터 소외된 계층이나 지역에 사용되는 적정 기술로써 여러 다양한 목적으로 변형되어 사용 될 수 있을 것으로 기대된다. Explosives and pesticides are the most commonly used chemicals by humans since the development of chemical technology, and it consists of various types. Both explosives and pesticides are sprayed into the environment on a large scale for the purpose of use, and incidental damage is caused by the toxicity of the substance itself. Among various types of explosives, among TNT and pesticides, Carbaryl is a popular chemical substance that is used in thousands of tons each year and has the property of being concentrated in the soil due to the stability of its molecular structure. In order to prevent incidental damage due to the toxicity of TNT and Carbaryl concentrated in the soil, an effective detection method was needed, and various methods have been studied for this. Outstanding research results have been reported for the detection of TNT and Carbaryl, but there has been a demand for research on sensors that are inexpensive and reliable due to the properties of contaminated substances in a wide range. In this dissertation, in order to detect TNT and Carbaryl easily and simply, an ink using a color change reaction at room temperature was synthesized. In addition, for simple use, a study on a method of making a sensor using inexpensive and easyto-obtain office supplies was studied and proceeded in the following order. First, a study was conducted to synthesize a stable ink capable of causing the Azo coupling reaction, a reaction capable of selectively detecting carbaryl, and to detect carbaryl in a short time through pretreatment. Second, the synthesized ink was stabilized in a form that could be used for office supplies, and using this, an easy-to-use paperbased sensor with 12 channels was produced. Third, we made a printable ink solution capable of causing the Janowsky reaction, which is widely known as a colorimetric reaction to detect TNT, and fabricated a simple paper-based sensor using it. Finally, it was possible to pre-treat on the surface of paper using a microfluidic channel, not pre-treatment in solution. In addition, by making a sensor capable of simultaneously detecting TNT and Carbaryl through this, it was confirmed that detection in soil is also possible.