The optical mobilities of particles in a cross-type particle separation system were measured numerically and experimentally. Three particles were chosen to test the effects of optical mobility, namely polystyrene latex (PSL), polymethylmethacrylate (PMMA) and silica particles. The particles, which had the same optical mobility, showed identical behavior even though their sizes and refractive indices were very different. The optical mobility was validated by measuring the distance each particle was deflected by the radiation force.
The Cross-type Optical Particle Separation system can sort micro particles continuously using loosely focused laser beam perpendicular to the direction of a flow in a micro channel. When micro spheres suspended in a flow meet the laser beam, they are pushed by a scattering force in the direction of the laser beam. While passing the laser beam zone, the position of the particle changes; after the zone, the particle is delivered by the flow in analysis districts, remaining its position. The pushed distance is defined as retention distance and we can classify micro particles by the difference of the retention distances. In contrast to the previous studies which separate micro spheres according to only a physical property, radius or the index of refractive of micro beads, micro spheres were first separated by the more accurate standard, optical mobility. With this study, we also demonstrated that the micro beads of the same optical mobility have the same retention distance.
입자분리는 생명분야, 화학분야, 신약개발 등에 큰 응용분야를 가지고 있기 때문에 최근 각광 받고 있는 기술이다. 특히 광력을 이용한 입자분리는 정확하고, 비접촉식이며, 세포를 거의 손상시키지 않는 장점을 가지고 있다. 최근 마이크로 채널내에서의 유체의 방향과 광력의 방향을 수직으로 하여 입자를 분리하는 Cross-type Optical Particle Separation 시스템이 개발되었다. 특히 이 COPS시스템은 loosely 하게 집광된 레이져 빔을 사용하기 때문에 구배력 (gradient force)는 무시할 수 있다.
이러한 광력을 이용한 장치에서는 입자의 사이즈와 입자의 굴절률이 광력의 크기에 영향을 미치게 된다. 앞선 연구들에서는 단 하나의 기준, 즉 입자의 사이즈나 입자의 굴절률에 따른 분리를 시도하여 왔다. 하지만 실제의 경우 입자의 사이즈나 입자의 굴절률은 매우 다양하기 때문에 입자의 optical mobility가 가장 정확한 기준이 된다. 따라서 본 실험에서는 COPS 시스템을 이용하여 입자의 optical mobility에 따라 입자를 분리하였다.
첫번째 실험은 optical mobility가 다른 입자들 polystyrenelatex (PSL), polymethylmethacrylate (PMMA), silica입자를 이용하여 COPS내에서 입자를 분리할 수 있음을 확인하였다. 두번째 실험은 optical mobility가 거의 유사한 PSL입자와 PMMA입자를 이용하여, optical mobility가 같아질 경우 같은 분리거리를 가질 수 있음을 확인하였다. 이를 바탕으로 optical mobility 가 광력을 이용한 입자분리 시 가장 정확한 분리 기준임을 확인하였고, 이는 Cross-type Optical Particle Separation뿐만 아니라 다른 종류의 광력을 이용한 입자분리 시에도 적용되는 결과이다.
