1.Aerosol & Particle Technology Lab (APTL): Introduction

Aerosol and Particle Technology is a branch of applied physics, which deals with the various particle phenomena including heat and mass transfer.

Various particulate matter is suspended in the atmosphere, which is called aerosol. Aerosols are mainly generated in industrial plants, automobiles, and air conditioning facilities in buildings, but more than 70% of aerosols in the air actually come from nature.

In particular, aerosols with biological characteristics are called "bioaerosols", and airborne microorganisms such as bacteria and viruses are representative examples.

Since these bioaerosols not only have various effects on the environment and the human body, but also can be weaponized and used as a CBRN terrorism, it is important to develop a technology that can accurately detect and control them by distinguishing them from general aerosols.

The APTL has the best infrastructure and know-how in Korea, from the collection, pretreatment, detection and control of bioaerosols in the air.

에어로졸 및 입자 공학기술은 열 및 물질 전달을 포한한 다양한 입자 현상을 이해하고, 원리를 응용하는, 응용 물리분야의 한 분류이다.

대기 중에는 다양한 입자상 물질들이 부유하고 있으며, 이를 에어로졸(Aerosol)이라 부른다. 에어로졸은 산업 플랜트, 자동차, 빌딩 공조시설 등에서 주로 발생되지만, 실제 대기 중 70% 이상의 에어로졸은 자연에서 유래한다.
특히, 생물학적인 특징을 가지고 있는 에어로졸을 "바이오에어로졸 (Bioaerosol)" 이라 부르며, 대표적으로 박테리아와 바이러스와 같은 공기 중 부유미생물을 들 수 있다.
이러한 바이오에어로졸은 환경과 인체에 다양한 영향을 미칠 뿐만 아니라 무기화하여 화생방테러로 이용될 수 있기 때문에, 이들을 일반 에어로졸과 구분하여 정확히 탐지하고, 제어할 수 있는 기술 개발이 중요하다.
본 연구실은 공기 중 바이오에어로졸의 포집, 전처리, 탐지 및 제어에 이르기까지, 국내 최고수준의 인프라와 노하우를 보유하고 있다.

2. High-performance Particle Sampler

The most basic step in the analysis of airborne particulate matter is collection (or capture). Depending on the purpose, such collection can be divided into solid phase collection using a filter and liquid phase collection using liquid medium.

In the case of bioaerosol, liquid collection is preferred from biological characteristics, but it has limitations in that the particle classification diameter is high and the concentration ratio is low compared to solid collection.

In the APTL, we are developing the world's best liquid collection technology using the latest microfluidic chip technology and nano-surface modification technology.

공기 중 입자상 물질의 분석의 가장 기본적인 단계는 포집이다. 이러한 포집은 목적에 따라, 필터를 이용한 고상포집과 액체 미디움을 이용한 액상포집으로 나눌 수 있다.

바이오에어로졸의 경우, 생물 특성으로부터 액상 포집이 선호되나, 고상포집에 비하여 입자 분류 직경이 높고, 농축비가 낮은 한계를 가지고 있다. 

본 연구실에서는 최신의 미세유체칩 기술과 나노 표면 개질 기술을 활용하여 세계 최고 수준의 액상 포집 기술을 개발하고 있다.

3. Continuous & Real-time Detection

Interest in indoor air quality is leading a new type of research field by bringing the understanding of the existing measurement system that was measured outdoors into the room.

For air quality evaluation in indoor space, it is difficult to use the existing outdoor measurement system, and the space is subdivided according to the purpose, so a new measurement system suitable for this is required.

In the APTL, we are researching the platform technology to implement an indoor aerosol measurement network so that the measurement system can be miniaturized and decentralized, and a microfluidic chip-based ultra-small and low-cost airborne microorganism detection system is also being studied like the system above.

실내 공기 질에 대한 관심은 기존의 실외에서 측정되던 계측시스템에 대한 이해를 실내로 끌어들여 새로운 형태의 연구 분야를 이끌고 있다.
실내공간에서의 공기질 평가는 기존 실외에서 사용하던 계측시스템을 사용하기 어렵고, 목적에 따라 공간이 세분화되어 있어, 이에 적합한 새로운 계측 시스템이 요구되고 있다.
본 연구실에서는 계측시스템의 소형화 및 분산화를 도모할 수 있도록 실내 에어로졸 계측 네트워크를 구현하기 위한 기반 기술을 연구 중이며, 상기 시스템과 같이 미세유체칩을 기반으로 한 초소형 저가의 부유미생물 탐지시스템을 함께 연구 중이다.

4. Optofluidic Approach for New Measurement

We are developing aerosol and bioaerosol measurement systems that can overcome the limitations of existing measurement systems through optofluidic technology that combines optical and hydrodynamic technologies.

Considering the various physical, chemical, and biological properties of particles, we are studying the sample processing/control and the optical system configuration/signal measurement from the optofluidic system.

광학과 유체역학 기술을 결합한 광유체기술을 통하여, 기존 광학시스템의 한계를 극복할 수 있는 에어로졸 및 바이오에어로졸 측정 시스템을 개발하고 있다.

이러한 광유체시스템으로부터, 입자를 구성하고 있는 다양한 물리적, 화학적, 생물학적 특성을 고려한 시료 처리와 제어, 광학계의 구성/신호 계측 등 여러가지 연구를 수행하고 있다.

5. Machine Learning & Aerosol Technology  

Big data-based artificial intelligence (AI) algorithms can increase the measurement and prediction accuracy of aerosols and bioaerosols.

In the APTL, we are researching an AI-based hardware platform that can reduce the size of the measurement system and improve accuracy.

빅데이터에 기반한 인공지능 알고리즘은 기존 에어로졸 및 바이오에어로졸 계측 및 예측의 정확성을 향상시킬 수 있다.

본 연구실에서는 측정시스템의 소형화를 이루는 동시에 정확성을 향상시킬 수 있는 인공지능 기반 하드웨어 플랫폼을 연구 중이다.   

6. Sustainability & Aerosol Control

Sustainable technology is an important topic in the future society.

In this laboratory, we are researching technologies to reduce microbes in the air by using light energy in our daily life.

Green Technology, which can be applied to real processes beyond the laboratory-level approach and is harmless to the environment and human body, is the key to future sustainable technology.

지속가능 기술은 미래 사회의 중요한 화두이다 .

본 연구실에서는 일상생활에서의 광에너지를 활용한 부유미생물 항균 저감 기술을 연구 중이다. 

연구실 수준에서의 접근을 탈피하고, 실제 공정에 적용이 가능하며, 환경과 인체에 무해한 Green Technology는 미래 지속가능기술의 핵심이다.