이 연구실은 미세유체 시스템을 이용해 인체 조직의 미세환경을 체외에서 정밀하게 재현하는 장기·질환 모사칩 연구를 수행한다. 특히 혈관, 신경, 피부, 비강 점막, 사구체 장벽, 유방관, 간 및 다양한 다중장기 환경을 칩 위에 구현함으로써 실제 생체 조직에서 일어나는 세포 간 상호작용과 조직 형성 과정을 분석하는 데 강점을 가진다. 단순한 2차원 세포배양을 넘어 3차원 세포외기질, 유동, 농도구배, 조직 간 연결성을 함께 반영하여 in vivo와 유사한 실험 환경을 구축하는 것이 핵심 목표이다. 연구 방법론 측면에서는 MEMS 및 마이크로·나노 제작기술을 바탕으로 정밀 채널, 하이드로젤 기반 지지체, 나노간극 구조, 표면처리 기술을 결합한다. 이를 통해 혈관신생, 세포 이동, 장벽 기능, 조직 분화, 종양 미세환경, 감염 반응 등 다양한 생리·병리 현상을 정량적으로 관찰할 수 있다. 최근에는 오가노이드와 순환계·면역계를 통합한 메타조직칩, 다중장기 상호작용 플랫폼, 자동화 및 센서 결합형 조직칩으로 확장하면서 약물 반응성과 독성 평가의 신뢰도를 높이고 있다. 이러한 연구는 정밀의학, 신약개발, 동물대체시험법, 환자맞춤형 질환 모델링에 직접적으로 연결된다. 실제로 호흡계 감염질환, 지방간염, 염증질환, 피부감작성 평가, 뇌 및 종양 미세환경 재현 등 다양한 응용 주제가 프로젝트와 학술 발표에 반영되어 있다. 향후에는 환자 유래 세포와 AI 분석을 결합해 개인별 치료 반응을 예측하는 고도화된 플랫폼으로 발전할 가능성이 높으며, 바이오칩 상용화와 임상 전 평가 체계 혁신에 중요한 역할을 할 수 있다.

이 연구실의 대표적인 연구축 가운데 하나는 혈관공학과 미세혈관 네트워크의 3차원 재구성이다. 연구실은 모세혈관 형성, 혈관신생, 혈관형성, 혈관 장벽 기능, 혈관-조직 상호작용을 미세유체 플랫폼에서 정밀하게 구현해 왔다. 초기 대표 논문인 미세유체 플랫폼에서의 3차원 모세혈관 형태형성 연구는 표면처리와 농도구배 제어가 실제와 유사한 혈관 네트워크 형성에 핵심적임을 보여주었고, 이후 뇌혈관, 종양혈관, 림프관, 사구체 내피 등으로 연구 범위를 확장하였다. 이 분야에서 연구실은 단순한 혈관세포 배양에 그치지 않고, 세포외기질 조성, 기계적 자극, 유동전단응력, 조직 간 이종세포 공배양을 함께 고려하는 통합적 접근을 취한다. 혈관 내피세포와 간세포, 신경줄기세포, 암세포, 면역세포 사이의 상호작용을 정량적으로 분석함으로써 혈관이 단순한 수송 통로가 아니라 조직 유지와 질병 진행을 조절하는 활성 미세환경이라는 점을 보여준다. 또한 재조합 박테리오파지, 콜라겐 마이크로비드, 하이드로젤 기반 ECM 공학 등을 접목해 혈관화가 가능한 생체모사 지지체 개발도 수행하고 있다. 혈관공학 연구는 재생의학과 질환모델링 모두에서 전략적 가치가 크다. 혈관이 잘 재현되어야 조직칩의 생리적 타당성이 높아지고, 종양 침윤, 염증세포 이동, BBB 투과, 방사선 반응, 조직 재생 효과 등도 신뢰성 있게 평가할 수 있기 때문이다. 이 연구실의 성과는 혈관화 조직 제작, 조직 재건, 약물 전달 평가, 항암·항염 치료 반응 분석에 폭넓게 활용될 수 있으며, 향후 인공조직 제작과 차세대 장기대체 기술의 기반이 될 수 있다.

연구실은 MEMS 기반 마이크로·나노 바이오시스템을 활용하여 진단과 바이오분석을 위한 핵심 플랫폼 기술을 개발하고 있다. 시료 포커싱 장치, 바이오센서, 혈장 분리 장치, 나노간극 기반 유동 제어, 이온농도분극 기반 전처리 기술 등은 이 연구실의 공학적 강점을 잘 보여준다. 이러한 기술은 소량의 생체시료를 빠르고 안정적으로 처리하고, 복잡한 전처리 과정을 줄이며, 질병 관련 생체표지자를 민감하게 검출하는 데 목적이 있다. 특히 최근 연구에서는 세포외소포체와 같은 미세 바이오입자의 분리·추적·보존 기술이 두드러진다. 세포외소포체 추적 관찰 시스템 특허와 대용량 세포외소포체 직접 분리용 다공성 하이드로젤 연구는 진단용 액체생검과 차세대 바이오소재 활용 측면에서 의미가 크다. 또한 표면증강라만 분광과 인공지능을 결합한 알츠하이머병 조기진단 과제는 미세·나노 공정 기술이 의료 AI와 결합될 때 얼마나 높은 파급력을 갖는지 보여준다. 즉, 연구실은 단순한 칩 제작을 넘어서 진단 신호의 확보, 전처리, 해석까지 이어지는 전체 분석 체인을 설계하고 있다. 이 연구 방향은 현장진단, 정밀의료, 신경퇴행성 질환 조기진단, 암 및 염증질환 바이오마커 분석과 직결된다. 미세유체 기반 진단 플랫폼은 소형화와 자동화가 가능해 병원뿐 아니라 분산형 검사 환경으로도 확장될 수 있으며, 높은 처리량과 재현성은 상용화 가능성을 높인다. 향후 AI, 광학 분석, 나노소재, 하이드로젤 공학이 더욱 긴밀하게 결합되면 연구실의 바이오진단 기술은 질병 예측과 치료 모니터링을 아우르는 통합 의료기술로 발전할 수 있다.