KR101358831B1 - 초소수성 코팅이 이루어진 마그네틱 엘라스토머를 이용한 액적 제어 방법 - Google Patents
초소수성 코팅이 이루어진 마그네틱 엘라스토머를 이용한 액적 제어 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101358831B1 KR101358831B1 KR1020120084960A KR20120084960A KR101358831B1 KR 101358831 B1 KR101358831 B1 KR 101358831B1 KR 1020120084960 A KR1020120084960 A KR 1020120084960A KR 20120084960 A KR20120084960 A KR 20120084960A KR 101358831 B1 KR101358831 B1 KR 101358831B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- elastomer
- superhydrophobic
- droplet
- layer
- magnetic elastomer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
- G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
- B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
- B01L3/502792—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics for moving individual droplets on a plate, e.g. by locally altering surface tension
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/16—Surface properties and coatings
- B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2400/00—Moving or stopping fluids
- B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
- B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
- B01L2400/043—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces magnetic forces
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
본 발명은 물방울이 초소수성 표면 위에서 잘 굴러다니는 성질을 이용하여 국부적 지형 변화를 통해 그 표면 위의 액적을 제어하는 방식을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 실험에 쓰일 마그네틱 엘라스토머를 제작하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 초소수성 표면을 만들기 위해 스프레이 용액을 제작하고 도포하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 제작된 초소수성 표면을 가진 엘라스토머와 자석을 이용하여 액적을 제어하는 단계(단계 3)를 포함하는 초소수성 표면을 가진 엘라스토머와 이를 응용한 새로운 액적제어 방식을 제공한다.
본 발명에 따르면 상기 제작된 장치 위에서 자석을 이용하여 정확한 콘트롤이 가능하며, 10cm/s의 속도로 다양한 크기의 액적들을 이동시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 실험에 쓰일 마그네틱 엘라스토머를 제작하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 초소수성 표면을 만들기 위해 스프레이 용액을 제작하고 도포하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 제작된 초소수성 표면을 가진 엘라스토머와 자석을 이용하여 액적을 제어하는 단계(단계 3)를 포함하는 초소수성 표면을 가진 엘라스토머와 이를 응용한 새로운 액적제어 방식을 제공한다.
본 발명에 따르면 상기 제작된 장치 위에서 자석을 이용하여 정확한 콘트롤이 가능하며, 10cm/s의 속도로 다양한 크기의 액적들을 이동시킬 수 있다.
Description
본 발명은 초소수성 코팅이 이루어진 마그네틱 엘라스토머를 이용하여 고속 액적 수송이 가능하고 초소수성 표면의 국부적 지형 변화를 통해 액적의 자유로운 이동이 가능하도록 하는 액적 제어 방법에 관한 것이다.
랩 온 칩(Lab on a chip) 시스템의 출현과 바이오 및 화학 분야에서의 진단 및 분석기술이 정교해짐에 따라, 작은 부피를 가진 액적(droplet)을 제어하는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 이에 따라 액적의 구동(motion)을 제어하기 위해 많은 연구들이 진행되어오고 있다. 액적의 구동을 제어하기 위해서는, 효율적인 액적의 수송(transportation)이 필수적이다. 지금까지 다양한 액적 수송 방식이 개발되었다. 이런 액적 수송 방식은 크게 젖음성 구배(wettability gradient)를 이용한 자가수송(self spontaneous transport) 방식과 외부자극(external stimuli)을 이용한 액적 수송 방식이 있다.
젖음성 구배를 이용한 자가수송의 경우, 기판의 화학적 특성에 다양한 방식을 이용하여 구배를 부여함으로써 그 위에 물방울을 떨어뜨리면 그 젖음성 구배에 따라 물방울이 이동하는 원리이다. 이를 응용하여 물방울을 경사진 표면 위에 오르도록 하게 한 대표적인 논문이 1992년 사이언스에 게재된 바 있다.(Chaudhury, M. K.; Whitesides, G. M. Science, 256, 1539 (1992))
상기 젖음성 구배를 이용한 자가 수송 이외에 외부자극을 이용한 액적 수송의 연구도 많이 진행되고 있다. 이러한 예로 마랑고니 효과, 열적 구배, 전기장, 혹은 빛을 이용한 액적 제어는 실제로 많은 논문에 발표되었다. 그러나 이런 방식들은 액적의 이동 방향을 따라 유한한 구배가 필요하기 때문에 속도가 기껏해야 mm/s로 제한된다. 어떤 경우에는 이동범위에 제약이 있다.
최근에는 액적의 빠른 수송을 위해 위와는 다른 범주의 시스템이 개발되었다. 이 시스템에서는, 라이덴프로스트 효과(Leidenfrost effect)를 이용하여 뜨거운 라쳇(rachet)모양의 톱니 바퀴 위에 물방울 혹은 드라이아이스를 올려놓아 고속으로 액적이 이동 가능함을 보였다. 하지만 이런 시스템에서는 액적과 드라이아이스의 기화(vaporization)가 동반되어야 하는 근본적 한계가 있기 때문에 응용면에 있어서 많은 제약이 있다.
현재는 이런 작은 스케일에서의 액적 수송 방식들이 마이크로플루이딕스(microfluidics)에 많이 적용되고 있다. 특히 액적 수송 방식의 경우 마이크로플루이딕스 중에서도 개별 액적들의 구동을 조절하는 open-surface digital microfluidics(이하 OSDMF)와 연관이 깊다. 이런 액적 제어를 위한 OSDMF의 방식에는 크게 전기 습윤(Electrowetting on dielectric, 이하 EWOD), 자기영동(magnetofluidics) 및 와이어 가이드 조작(wire-guide manipulationsd)의 3가지가 있다. 각각의 플랫폼(platform)에서 액적 이동 원리의 관점에서 보면, EWOD에서는 유전물질로 코팅된 전극에 전압을 걸어 표면의 젖음성(wettability)를 변화시켜 액적을 이동시킨다. 자기영동의 관점에서는 액적 안에 초상자성 입자들(superparamagnetic particles)을 넣고 초소수성 표면 위에서 자석을 이용하여 액적을 제어한다. 또한 와이어 가이드 조작 방식은 금속 철사(metal wire)를 액적에 꽂은 다음 초소수성 표면 위에서 움직여 액적을 제어하는 방식이다.
그러나, 실제 응용에 있어서 EWOD는 제작방법이 다소 비싸고, 복잡하다는 단점이 있다. 또한 자기영동 방법은 액적 내부에 초상자성 입자들이 유체 혹은 유체내에 존재하는 다른 물질과 화학반응을 피하도록 디자인해야 한다는 단점이 있다. 또한 와이어 가이드 조작 방법의 경우 액적의 크기에 따라 철사 직경(wire diameter)을 조절해야하는 문제가 있다. 더욱이, 위 3가지 방식 모두 액적을 움직일 수 있는 크기에는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 값싸고 제작 방법이 간단하고 단순하며 다양한 크기의 액적을 빠르게 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 정확하게 액적 제어를 할 수 있는 새로운 형태의 마이크로플루이딕스 플랫폼(mircrofluidics platform)을 제공하는데 있다.
이를 위해, 본 발명의 다른 목적은 상기 마이크로플루이딕스 플랫폼을 만들기 위해 초소수성 표면을 가진 마그네틱 엘라스토머를 제공하고, 이를 이용한 새로운 방식의 액적 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
마그네틱 엘라스토머를 제조하는 단계;
상기 마그네틱 엘라스토머 상에 초소수성 물질을 코팅하는 단계; 및
자석에 의해 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 국부적 지형 변화를 유도하고, 상기 국부적 지형 변화가 유도된 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 상에 액적을 도입하여 액적의 이동을 제어하는 단계;
를 포함하는 하는 액적 제어 방법을 제공한다.
상기 액적의 이동을 제어하는 단계에서, 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 평평한 평면을 가지는 패널 위에 고정시키고, 상기 평면 밑에 자석을 두어 상기 마그네틱 엘라스토머의 초소수성 표면의 지형을 움푹 파이게 하여 국부적 지형 변화를 유도하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서 초소수성 코팅된 표면은 액적에 대하여 157 내지 161°의 접촉각을 가질 수 있다.
상기 액적의 이동을 제어하는 단계에서 액적은 최대 10cm/s의 속도를 나타낼 수 있다.
상기 마그네틱 엘라스토머를 제조하는 단계는, 두께 2 내지 4mm의 연성 엘라스토머층을 제조하는 단계; 상기 연성 엘라스토머층 위에 두께 2 내지 4mm의 마그네틱 엘라스토머층을 형성하는 단계; 및 상기 마그네틱 엘라스토머층 위에 두께 0.1 내지 0.5mm의 경질 엘라스토머층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 제조하는 단계는, 초소수성 물질을 유기 용매에 용해한 후, 비용매를 첨가하고 상온에서 1 내지 3시간 동안 고속 교반하여 초소수성 용액을 제조하고; 및 상기 초소수성 용액을 상기 마그네틱 엘라스토머에 표면에 코팅하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 초소수성 물질은 중량평균분자량(Mw)이 200,000 내지 300,000 이고, 수평균분자량(Mn)이 60,000 내지 70,000인 아이소택틱 폴리올레핀계 중합체를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 아래로부터 연성 엘라스토머층, 마그네틱 엘라스토머층, 경질 엘라스토머층 및 초소수성 코팅층으로 이루어진, 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머; 및 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 하부에 구비된 자석을 이용하여, 상기 초수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 표면에서 액적을 제어하기 위한, 액적 제어 장치를 제공한다.
또한 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 하부와 자석 사이에 구비된 평면 패널을 더 포함할 수 있다. 상기 액적 제어장치는 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 하부에 구비된 자석에 의해 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 상의 국부적 지형 변화를 통해 그 표면 위의 액적을 제어하기 위한 수단으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 초소수성 표면으로 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 이용하여 자기장에 의해 용이한 방법으로 액적을 제어할 수 있다. 또한 본 발명의 방법은 여러 개의 액적을 동시에 제어할 수 있으며, 액적의 이동 속도가 10cm/s에 이를 정도로 매우 빠른 이동이 가능하다. 따라서, 이러한 액적의 빠르고 정확한 제어를 통해 생명공학 및 화학분야의 진단 혹은 분석 등의 다양한 분야에서 효과적으로 응용될 수 있다. 또한 본 발명은 기존보다 값싸고 간단한 방법의 액적 제어 방법과 상기 마그네틱 엘라스토머를 포함한 액적 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서의 액적 구동원리를 나타낸, 측면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 측면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서, 액적 이동으로 국부적 지형 변화를 통해 만들어진 초소수성 코팅 표면에서의 접촉각 측정 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서, 초소수성 코팅 표면의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 아래에 자석이 있을 때, 국부적으로 움푹 파이는 모습을 나타낸 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 위에서 자석을 이용하여 액적을 이동시키는 모습을 보여주는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 액적 제어 방법의 일실시예에 따라, 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머와 자석을 이용하여 초소수성 표면 위에서 실제 액적을 이동시키는 영상의 스냅샷을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 이용한 초소수성 표면에서의 접촉각 측정 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 측면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서, 액적 이동으로 국부적 지형 변화를 통해 만들어진 초소수성 코팅 표면에서의 접촉각 측정 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서, 초소수성 코팅 표면의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 아래에 자석이 있을 때, 국부적으로 움푹 파이는 모습을 나타낸 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 위에서 자석을 이용하여 액적을 이동시키는 모습을 보여주는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 액적 제어 방법의 일실시예에 따라, 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머와 자석을 이용하여 초소수성 표면 위에서 실제 액적을 이동시키는 영상의 스냅샷을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 이용한 초소수성 표면에서의 접촉각 측정 SEM 사진을 나타낸 것이다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
액적 제어를 위해, 점차 초소수성 표면의 사용이 증가되는 추세인데, 초소수성 표면은 연잎효과(Lotus effect)라 불리는 독특한 특징을 갖고 있다. 연잎의 특징은 물에 젖지 않으며, 물방울이 연잎 표면 위에서 굴러다니며, 항상 잎을 깨끗하게 유지하는 자기 정화(self-cleaning) 기능이 있다. 연잎이 이런 효과를 나타낼 수 있는 이유는 초소수성 성질을 가지기 때문이다. 초소수성이란 일반적으로 접촉각 150°이상이며, 접촉각 이력현상(contact angle hysteresis)이 5°이하를 가지는 표면을 말한다. 여기서 접촉각 이력현상의 개념은 물방울을 표면에 올려놓고 물방울이 구르게 하기 위해서 표면을 얼마나 기울여야 하는지의 척도를 나타낸다. 이런 초소수성의 성질을 가지기 위해서는 마이크로 구조와 나노 구조를 복합적으로 가져야 한다. 이런 구조를 갖는 물질에 소수성 물질을 코팅하면, 초소수성 효과가 나타난다.
이러한 초소수성 표면의 독특한 성질 덕분에, 값싸고 제작방법이 단순하며 다양한 크기의 액적을 빠르게 이동시키며, 정확하게 제어 가능한 새로운 형식의 마이크로플루이딕스 플랫폼(microfluidics platform)의 설립가능성이 커져 가고 있다. 그러나 아직까지 용이한 방법으로 정확하게 액적 제어를 할 수 있는 새로운 형태의 마이크로플루이딕스 플랫폼은 개발되지 못하고 있다.
따라서, 본 발명에서는 기존 대비 용이한 방법으로 새로운 마이크로플루이딕스 플랫폼을 설립하고자, 상기 초소수성 표면의 성질에 착안하여 개발된 액적 제어 방법을 제공한다. 즉, 본 발명은 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 이용하여 초소수성 표면에 국부적 지형학적 변화를 일으킴으로써, 액적을 자유롭게 이동시킬 수 있는 액적 제어 방법을 제공하고자 한다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따라, 마그네틱 엘라스토머를 제조하는 단계; 상기 마그네틱 엘라스토머 상에 초소수성 물질을 코팅하는 단계; 및 자석에 의해 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 국부적 지형 변화를 유도하고, 상기 국부적 지형 변화가 유도된 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 상에 액적을 도입하여 액적의 이동을 제어하는 단계;를 포함하는 액적 제어 방법이 제공된다.
본 발명은 초소수성 표면의 성질을 이용하여 국부적 지형 변화를 통해 그 표면 위의 액적을 제어하는 방식을 제공한다. 이러한 방식의 원리를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서의 액적 구동원리를 나타낸, 측면 모식도이다.
초소수성 표면 위에서는 접촉각 이력이 작기 때문에 액적이 잘 굴러다닐 수 있다. 도 1에서와 같이 안쪽이 초소수성 표면을 가진 오목한 그릇 중간에 물방울을 떨어뜨리면, 물방울은 아래로 굴러 떨어져 센터(center)로 모일 것이다. 이 원리를 좀 더 응용하여, 어떤 표면 위에 오목한 미니그릇 형태의 지형을 가진 곳에 물방울을 떨어뜨리면 마찬가지로 물방울은 그 오목파인 부분 아래로 굴러 떨어져 센터로 모일 것이다. 이때 만약 표면위에 오목한 형태의 지형이 움직이게 되면, 물방울은 움직이는 지형의 제일 아랫 부분인 센터(center)로 굴러 떨어지게 될 것이다. 따라서 본 발명은 미니 그릇 형태의 지형을 제어함으로써 액적을 제어할 수 있게 되는 것이다. 또한 본 발명은 초소수성 성질을 이용하여 국부적 지형 변화를 통한 액적 제어 방법에 관한 것이다.
상기 설명된 내용을 구현하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 국부적 지형 변화를 유도하기 위해 자석에 의해 변형되는 마그네틱 엘라스토머의 제조 방법을 제공하는 것이다. 그리고 최종적으로 초소수성 코팅을 한 후 자석으로 액적을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 액적 제어 방법에 있어서, 마그네틱 엘라스토머의 측면도(sideview)를 나타내는 것이다. 도 3은 이렇게 제작된 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 위에 액적이 자석에 의해 제어되는 모습을 보여주고 있다.
상술한 바대로, 본 발명의 방법은 마그네틱 엘라스토머를 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 마그네틱 엘라스토머에 대하여 초소수성 표면을 만들기 위해 초소수성 코팅용 분사 용액을 제조하고 이를 코팅하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 제조된 초소수성 표면을 가진 마그네틱 엘라스토머와 자석을 이용하여 액적을 제어하는 단계(단계 3)를 포함하는, 초소수성 표면을 가진 엘라스토머와 이를 응용한 새로운 액적제어 방식을 제공한다. 그러면, 각 단계에 대하여 구체적으로 설명하고자 한다.
단계 1 : 마그네틱 엘라스토머 제작
상기 단계 1은 마그네틱 엘라스토머를 제작하는 단계이다. 마그네틱 엘라스토머는 자장에 의해 1차적으로 국부적 지형변화를 주기 위해 사용된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 단계 1에서의 마그네틱 엘라스토머는 기본적으로 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, 이하 PDMS)와 미세한 철 분말 (Fe powder) 등을 이용하여 제조될 수 있다. 또한 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 단계 1에서 제조된 마그네틱 엘라스토머는 3개의 층으로 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 마그네틱 엘라스토머는 도 2에 도시된 바대로, 아래로부터 적층되어 형성된 연성 엘라스토머층(soft elastomer layer), 마그네틱 엘라스토머층(magnetic elastomer layer) 및 경질 엘라스토머층(hard elastomer layer)을 포함할 수 있다. 상기 첫 번째 층(연성 엘라스토머층)은 PDMS, 실리콘 오일을 이용하여 제작된 말랑한 고무층이며, 두 번째 층(마그네틱 엘라스토머층)은 PDMS와 철 분말을 섞은 층이며, 세 번째 층(경질 엘라스토머층)은 고른 초소수성 코팅을 위해 얇은 PDMS 층으로만 이루어져있다. 즉, 본 발명에서는 연성 엘라스토머층과 마그네틱 엘라스토머 층의 두께는 동일하거나 유사할 수 있고, 경질 엘라스토머층은 후술한 초소수성 물질의 코팅성을 고려하여, 이들 보다 좁은 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 발명에서 상기 마그네틱 엘라스토머를 제조하는 단계는, 두께 2 내지 4mm의 연성 엘라스토머층을 제조하는 단계; 상기 연성 엘라스토머층 위에 두께 2 내지 4mm의 마그네틱 엘라스토머층을 형성하는 단계; 및 상기 마그네틱 엘라스토머층 위에 두께 0.1 내지 0.5mm의 경질 엘라스토머층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 연성 엘라스토머층을 제조하는 단계는, 실리콘 엘라스토머 베이스, 실리콘 엘라스토머 경화제, 및 실리콘 오일을 포함한 혼합물을 제조하고; 및 진공에서 상기 혼합물의 기포를 제거한 후, 이를 소정의 모양을 갖는 틀에 붓고, 두께가 2 내지 4mm가 되도록 50 내지 80℃의 온도에서 1 내지 10시간 동안 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연성 엘라스토머층인 첫 번째 층을 제작하기 위해서 사용하는 실리콘 엘라스토머 베이스, 실리콘 엘라스토머 경화제 및 실리콘 오일은 통상적인 방법으로 혼합하여 사용할 수 있다.
또한 상기 세 물질의 혼합물은 전체 혼합물의 중량(100중량%)을 기준으로 실리콘 엘라스토머 경화제 1.5 내지 2.5 중량%, 실리콘 오일 15 내지 20 중량% 및 나머지 함량의 실리콘 엘라스토머 베이스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 마그네틱 엘라스토머층을 형성하는 단계는, 실리콘 엘라스토머 베이스, 실리콘 엘라스토머 경화제, 및 철 분말을 혼합한 혼합물을 제조하고; 및 진공에서 상기 혼합물의 기포를 제거한 후, 이를 연성 엘라스토머층 위에 붓고, 두께가 2 내지 4mm가 되도록 50 내지 80℃의 온도에서 1 내지 3시간 동안 경화하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 방법에 의해 마그네틱 엘라스토머층에 자석을 접촉할 경우 자장에 의해 액적을 이동시킬 수 있는 기본적인 구조를 형성할 수 있다.
상기 철 분말 함유 마그네틱 엘라스토머층을 제작하기 위해서 사용하는 혼합물은 전체 혼합물의 중량(100중량%)을 기준으로 실리콘 엘라스토머 경화제 0.9 내지 1.5 중량%, 철 분말 60 내지 70 중량% 및 나머지 함량의 실리콘 엘라스토머 베이스를 포함할 수 있다.
이때, 상기 철 분말은 평균입경이 대략 <150 ㎛인 미세 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 경질 엘라스토머층을 형성하는 단계는, 실리콘 엘라스토머 베이스 및 실리콘 엘라스토머 경화제를 혼합한 혼합물을 제조하고; 및 진공에서 상기 혼합물의 기포를 제거한 후, 이를 아래로부터 연성 엘라스토머층 및 마그네틱 엘라스토머층이 적층된 필름 위에 붓고, 두께가 0.1 내지 0.5mm가 되도록 50 내지 80℃의 온도에서 1 내지 10시간 동안 경화하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 경질 엘라스토머층을 제작하기 위해서 사용하는 혼합물은 전체 혼합물의 중량(100중량%)을 기준으로 실리콘 엘라스토머 베이스 85 내지 92 중량% 및 실리콘 엘라스토머 경화제 8 내지 15 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 PDMS와 PDMS 경화제, 실리콘 오일 및 철분말은 이 분야에 잘 알려진 상업적인 물질을 구입하여 사용할 수 있고, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명에서 PDMS, PDMS 경화제, 실리콘 오일, 철 분말을 이용하여 마그네틱 엘라스토머를 제작할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 이 분야에 잘 알려진 물질을 이용하여 자장을 형성하고 표면에 고른 초소수성 코팅을 형성할 수 있는 물질을 모두 사용 가능하다.
단계 2 : 초소수성 코팅 단계
상기 단계 2는 상기 단계 1에서 만들어진 마그네틱 엘라스토머 위에 초소수성 코팅을 하는 단계이다. 코팅 방법에는 다양한 방식의 초소수성 코팅이 적용될 수 있다.
상기 초소수성 물질은 아이소택틱 폴리올레핀계 중합체를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게 아이소택틱 폴리에틸렌 또는 아이소택틱 폴리프로필렌을 사용하고, 가장 바람직하게 아이소택틱 폴리프로필렌을 사용한다. 또한 본 발명은 상기 아이소택틱 폴리올레핀계 중합체에 있어서, 아이소택틱 폴리프로필렌과 1이상의 다른 올레핀계 단량체의 공중합체도 사용 가능하다.
상기 초소수성 물질에서 아이소택틱 폴리올레핀은 중량평균분자량(Mw)이 200,000 내지 300,000 이고, 수평균분자량(Mn)이 60,000 내지 70,000 일 수 있다.
필요에 따라, 본 발명은 소수성의 시너지 효과를 위해 통상적으로 알려진 초수성 표면을 만들 수 있는 소수성 고분자를 추가로 더 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 초소수성 코팅층을 형성하는 방법은, 통상의 용매-비용매 방법(solvent-nonsolvent methods)을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 방법은 초소수성 표면을 구성하기 위한 가장 간단한 방법이다.
예를 들어, 본 발명은 상기 초소수성 물질을 유기 용매로 용해한 후, 고속 교반하면서 비용매(non-solvent)를 첨가하여 코팅 용액을 제조할 수 있다. 이후, 본 발명은 상기 코팅 용액을 상술한 3층 구조로 이루어진 마그네틱 엘라스토머 상부에 코팅하여 초소수성 코팅층을 형성함으로써, 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 제조할 수 있다. 이러한 과정으로, 상기 마그네틱 엘라스토머 상에는 gel-like 다공성 필름층이 형성될 수 있다.
이때, 상기 코팅 방법은 특별히 한정되지 않으며, 이 분야에 잘 알려진 방법이 모두 사용 가능하다. 예를 들어, 분사 방법, 스핀 코팅 방법 등 필요에 따라 적절히 선택 가능하며, 바람직하게는 노즐을 구비한 에어브러쉬 등을 이용하는 분사 방법이 사용될 수 있다.
상기 유기 용매는 벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 스티렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 톨루엔 또는 자일렌은 o-, m-, 또는 p-톨루엔과, o-, m-, 또는 p-자일렌 등이 모두 사용 가능하다. 본 발명에서 초소수성 물질을 용해하기 위한 유기 용매는 p-자일렌인 것이 더 바람직하다.
또한 상기 비용매는 메틸에틸케톤(동의어: 2-부타논), 디이소프로필 케톤, 사이클로헥사논, 사이클로헥산 및 이소프로필알코올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 발명에서, 상기 초소수성 물질의 사용량이 특별히 한정되는 것은 아니나, 전체 초소수성 코팅 용액의 중량을 기준으로 0.5 내지 2.5 중량%로 사용될 수 있다. 또한 전체 초소수성 코팅 용액에서 상기 초소수성 물질의 함량을 제외한 나머지 함량은 유기 용매 및 비용매를 포함하는 용매가 될 수 있다. 상기 유기용매와 비용매의 함량 비율은 특별히 한정되지 않고, 적절히 조절될 수 있다.
상기 초소수성 코팅용액을 제조하는 과정에서, 고속 교반은 1000 내지 1500 rpm 조건에서 수행할 수 있다.
또한 상기 초소수성 용액을 이용하여 상술한 마그네틱 엘라스토머 상에 형성된 초소수성 코팅층은 그 두께가 1 내지 100 ㎛ 일 수 있다.
단계 3 : 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 이용한 액적 제어
상기 단계 3은, 상기 단계 2에서 만들어진 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 이용하여 액적을 제어하는 단계이다.
본 발명에 따르면, 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 아래에 자석만 두고 이 자석을 움직이는 것만으로도 충분히 액적 제어가 가능하다. 이러한 과정으로, 본 발명은 상기 마그네틱 엘라스토머의 초소수성 표면의 지형을 움푹 파이게 하여 국부적 지형 변화를 유도할 수 있다.
따라서, 본 발명은 액적의 이동을 제어하는 단계에서 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 밑에 자석을 두어 상기 마그네틱 엘라스토머의 초소수성 표면의 지형을 움푹 파이게 하여 국부적 지형 변화를 유도할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 액적의 이동을 제어하는 단계에서, 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 평평한 평면을 가지는 패널 위에 고정시키고, 상기 평면 밑에 자석을 두어 상기 마그네틱 엘라스토머의 초소수성 표면의 지형을 움푹 파이게 하여 국부적 지형 변화를 유도하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직한 일례를 들면, 본 발명은 상기 제작된 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 평평한 평면을 갖는 패널 위에 고정시킨다. 이후, 강력한 자장을 가진 자석, 바람직하게 네오듐 자석을 장치 밑에 놓게 되면, 도 3 및 5에서 볼 수 있듯이 자석에 의해 지형이 변화되어 마그네틱 엘라스토머의 지형이 움푹 파이게 변하는 것을 알 수 있다.
이러한 작용에 의해, 마그네틱 엘라스토머 위에는 자석의 크기와 자장의 세기에 따라 일정크기의 미니 그릇이 형성되고, 이것은 자석을 따라 이동하기 때문에 초소수성 표면위에 있는 물방울 역시 자석에 의해 위치가 제어될 수 있다.
본 발명에 따르면 상술한 국부적 지형 변화가 유도된 부분에 액적을 둠에 따라, 상기 액적이 상기 국부적 지형 변화가 유도된 부분과 함께 이동될 수 있고, 액적의 속도 제어도 가능하다.
이때, 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서 초소수성 코팅된 표면은 액적에 대하여 157 내지 161°의 접촉각을 가질 수 있다.
또한 상기 액적의 이동을 제어하는 단계에서 액적은 최대 10cm/s의 속도를 나타낼 수 있다.
한편, 이러한 제조과정을 통해서, 본 발명은 아래로부터 연성 엘라스토머층, 마그네틱 엘라스토머층, 경질 엘라스토머층 및 초소수성 코팅층으로 이루어진, 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머; 및 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 하부에 구비된 자석;을 이용하여, 상기 초수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 표면에서 액적을 제어하기 위한, 액적 제어 장치를 제공할 수 있다.
즉, 상기 액적 제어 장치는 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 하부에 구비된 네오듐 자석에 의해 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 상의 국부적 지형 변화를 통해 그 표면 위의 액적을 제어하기 위한 수단으로 사용될 수 있다.
본 발명에서는 자석의 부드러운 움직임을 위해 선형 구동(Linear motion) 가이드 부재를 자석에 연결 설치하여 이용하는 것도 가능하다.
상기 액적 제어는 자석의 이동방향 및 자석의 이동 속도에 따라 제어될 수 있다.
또한 상기 액정 장치는 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 하부와 자석 사이에 구비된 평면 패널을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명은 아래로부터 연성 엘라스토머층, 마그네틱 엘라스토머층, 경질 엘라스토머층 및 초소수성 코팅층으로 이루어진, 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머; 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 하부에 구비된 평면 패널; 및 상기 평면 패널 하부에 장착된 자석을 포함하는, 액적 제어 장치를 제공할 수 있다.
상기 패널은 자장에 의해 국부적 지형 변화를 유도할 수 있는 정도이면 그 두께 및 물질의 종류에 한정되지 않고 모두 사용 가능하다. 즉, 상기 패널은 랩 온 칩(Lab on a chip) 시스템, 바이오 및 화학 분야에서 진단 및 분석기술에 적용될 수 있는 패널이면 모두 사용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 상기 구성을 갖는 액적 제어 방법 및 장치 구성에 의해, 정교한 방법으로 작은 부피를 가진 액적(droplet)을 이동을 제어할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상세히 기술하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
단계 1 : 마그네틱 엘라스토머 제조단계
마그네틱 엘라스토머의 제1층을 제조하기 위해, 실리콘 엘라스토머 베이스 (Sylgard 184, 다우 코닝사) 81.5 wt%, 실리콘 엘라스토머 경화제(Sylgard 184, 다우 코닝사) 16.8 wt% 및 실리콘 오일 (Dow corning corporation 200 fluid 50 cst, 시그마-알드리치사) 1.7 wt%를 혼합하였다. 이 혼합물을 진공에서 기포를 뺀 후에 정사각형의 틀(245mmㅧ 245mmㅧ 20mm)에 붓고 70℃에서 2시간 동안 오븐에서 경화시켜 제1 층을 제조하였다. 이때 제1층의 최종 두께는 3 mm가 되도록 하였다.
제2층을 제조하기 위해, 실리콘 엘라스토머 베이스(Sylgard 184, 다우 코닝사) 38.5 wt%, 실리콘 엘라스토머 경화제(Sylgard 184, 다우 코닝사) 0.9 wt% 및 미세 철 분말 (powder(fine), 시그마-알드리치사) 60.6 wt%를 잘 혼합하였다. 마찬가지로, 이 혼합물을 진공에서 기포를 뺀 후 상기 정사각형 틀 내에서 형성된 제1층 위에 붓고, 70℃에서 3시간 동안 오븐에서 경화시켜 제2층을 제조하였다. 이때 제2층의 최종 두께는 3mm가 되도록 하였다.
제3층을 제조하기 위해, 실리콘 엘라스토머 베이스(Sylgard 184, 다우 코닝사) 90.9 wt% 및 실리콘 엘라스토머 경화제(Sylgard 184, 다우 코닝사) 9.1 wt%를 잘 혼합하였다. 마찬가지로, 이 혼합물을 진공에서 기포를 뺀 후 상기 정사각형 틀 내에서 형성된 제2층 위에 붓고, 70℃에서 2시간 동안 오븐에서 경화시켜 제3층을 제조하였다. 상기 제3층의 두께는 0.3mm가 되도록 하였다.
이러한 과정을 거쳐, 아래로부터 제1층(연성 엘라스토머층), 제2층(마그네틱 엘라스토머층) 및 제3층(경질 엘라스토머층)이 적층되어 이루어진 마그네틱 엘라스토머(magrnetic actuating elastomer plate)를 제조하였다.
단계 2 : 초소수성 코팅 단계
입체적인 규칙성을 갖는 아이소택틱 폴리프로필렌(Mw=250,000, Mn=67,000, 시그마-알드리치사, 0.8g)을 130℃에서 p-자일렌(40ml)에 녹였다. 이후, 2-부타논(25ml)을 상기 용액에 한방울씩 떨어뜨리면서 첨가하였다. 최종적으로 얻은 용액의 색은 뿌옇게 변한다. 이 용액을 1200rpm으로 상온에서 3시간동안 교반하여 초소수성 코팅 용액을 제조하였다. 이어서, 큰 노즐을 가진 에어 브러쉬 (DH-201, sparmax, 노즐 크기: 0.8mm)를 이용하여 상기 단계 1에서 제조된 마그네틱 엘라스토머의 상부에 초소수성 코팅 용액을 분사하면서 코팅하였다 (압력 3bar, 코팅두께 : 50 μm).
도 3 및 4는 최종 제작된 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 보여주고 있다. 즉 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서, 액적 이동으로 국부적 지형 변화를 통해 만들어진 초소수성 코팅 표면에서의 접촉각 측정 방법을 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서, 초소수성 코팅 표면의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
단계 3 : 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 이용한 액적 제어 단계
상기에서 제조된 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 평평한 평면을 가진 패널 위에 고정시켰다. 이후, 강력한 자장을 가진 네오듐 자석을 장치 밑에 놓아 액적 제어 장치를 제작하였다. 자석은 액적 제어 장치에서 선형 모션으로 이동되거나 패널 내에서 어느 방향으로든 이동할 수 있도록 설계되었다.
그 결과, 도 5에서 볼 수 있듯이 마그네틱 엘라스토머의 지형이 자석에 의해 움푹 파이게 변하는 것을 알 수 있다.
도 5에는 자석에 의해 지형이 변화되는 모습이 잘 보이도록 초소수성 코팅이 되지 않은 마그네틱 엘라스토머를 이용하였다. 지름 2cm, 높이 1cm의 네오듐 자석(0.47 Tesla) 3개를 장치 밑에 놓아두면 대략적으로 지름 22mm 그리고 깊이 1.2mm의 미니 그릇을 만들 수 있다. 마그네틱 엘라스토머 위에 있는 이 미니 그릇은 자석을 따라 이동하기 때문에 초소수성 표면 위에 있는 물방울 역시 자석에 의해 위치가 제어되었다.
이 장치를 이용해서 액적이 이동하는 것을 촬영하여 캡쳐한 이미지를 도 6에 나타내었다. 갑작스런 가속과 감속을 주지 않는 한, 위의 장치를 이용하여 10cm/s에 이르는 속도로 액적을 정확하게 움직일 수 있었다.
<실험예>
주사현미경 사진
도 7은 본 발명에 따라 제작된 초소수성 표면을 가진 마그네틱 엘라스토머의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다. 도 7에서 보면, 초소수성 표면은 마이크로 기공을 가진 마이크로 스케일의 구조 위에 나노 스케일의 작은 주름이 있음을 관측할 수 있었다. 이는 초소수성 표면을 구성하기 위한 필수조건 중의 하나인 마이크로/나노 계층적 구조(Micro/nano hierarchical structure)를 나타내는 것이다.
접촉각 측정 사진
접촉각 측정기(Theta lite 100)를 이용하여, 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 초소수성 표면에서 액적의 접촉각을 측정하였고, 그 측정 사진을 도 8에 나타내었다. 도 8에서 보면, 초소수성 표면 위에서 액적이 높은 접촉각을 유지하는 것을 볼 수 있다. 대략 10μL의 액적이 표면 위에 있을 때 158°의 정적 접촉각을 나타내고 있는 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같은 본 발명의 마그네틱 엘라스토머는 초소수성 표면의 국부적 지형 변화를 이용한 액적 제어를 보이기 위한 일실시예로써 설명됨을 고려해야한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (17)
- 마그네틱 엘라스토머를 제조하는 단계;
상기 마그네틱 엘라스토머 상에 초소수성 물질을 코팅하는 단계; 및
자석에 의해 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 국부적 지형 변화를 유도하고, 상기 국부적 지형 변화가 유도된 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 상에 액적을 도입하여 액적의 이동을 제어하는 단계;를 포함하며,
상기 액적의 이동을 제어하는 단계에서,
초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 평평한 평면을 가지는 패널 위에 고정시키고,
상기 평면 밑에 자석을 두어 상기 마그네틱 엘라스토머의 초소수성 표면의 지형을 움푹 파이게 하여 국부적 지형 변화를 유도하는 단계를 포함하는 액적 제어 방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머에서 초소수성 코팅된 표면은 액적에 대하여 157 내지 161°의 접촉각을 가지는, 액적 제어 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 액적의 이동을 제어하는 단계에서 액적은 최대 10cm/s의 속도를 나타내는 액적 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 마그네틱 엘라스토머를 제조하는 단계는,
두께 2 내지 4mm의 연성 엘라스토머층을 제조하는 단계; 상기 연성 엘라스토머층 위에 두께 2 내지 4mm의 마그네틱 엘라스토머층을 형성하는 단계; 및 상기 마그네틱 엘라스토머층 위에 두께 0.1 내지 0.5mm의 경질 엘라스토머층을 형성하는 단계;를 포함하는 액적 제어 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 연성 엘라스토머층을 제조하는 단계는,
실리콘 엘라스토머 베이스, 실리콘 엘라스토머 경화제, 및 실리콘 오일을 포함한 혼합물을 제조하고; 및
진공에서 상기 혼합물의 기포를 제거한 후, 기포가 제거된 혼합물을 소정의 모양을 갖는 틀에 붓고, 두께가 2 내지 4mm가 되도록 50 내지 80℃의 온도에서 1 내지 3시간 동안 경화하는 단계를 포함하는, 액적 제어 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 혼합물은 전체 혼합물의 중량을 기준으로 실리콘 엘라스토머 경화제 1.5 내지 2 중량%, 실리콘 오일 16 내지 17 중량% 및 나머지 함량의 실리콘 엘라스토머 베이스를 포함하는, 액적 제어 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 마그네틱 엘라스토머층을 형성하는 단계는,
실리콘 엘라스토머 베이스, 실리콘 엘라스토머 경화제, 및 철 분말을 혼합한 혼합물을 제조하고; 및
진공에서 상기 혼합물의 기포를 제거한 후, 기포가 제거된 혼합물을 연성 엘라스토머층 위에 붓고, 두께가 2 내지 4mm가 되도록 50 내지 80℃의 온도에서 1 내지 3시간 동안 경화하는 단계;
를 포함하는 액적 제어 방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 혼합물은 전체 혼합물의 중량을 기준으로 실리콘 엘라스토머 경화제 0.9 내지 1.1 중량%, 철 분말 60 내지 70 중량% 및 나머지 함량의 실리콘 엘라스토머 베이스를 포함하는, 액적 제어 방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 경질 엘라스토머층을 형성하는 단계는,
실리콘 엘라스토머 베이스 및 실리콘 엘라스토머 경화제를 혼합한 혼합물을 제조하고; 및
진공에서 상기 혼합물의 기포를 제거한 후, 기포가 제거된 혼합물을 아래로부터 연성 엘라스토머층 및 마그네틱 엘라스토머층이 적층된 필름 위에 붓고, 두께가 0.1 내지 0.5mm가 되도록 50 내지 80℃의 온도에서 1 내지 3시간 동안 경화하는 단계;
를 포함하는 액적 제어 방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 혼합물은 전체 혼합물의 중량을 기준으로 실리콘 엘라스토머 베이스 90 내지 91 중량% 및 실리콘 엘라스토머 경화제 9 내지 10 중량%를 포함하는 액적 제어 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머를 제조하는 단계는,
초소수성 물질을 유기 용매에 용해한 후, 비용매를 첨가하고 상온에서 1 내지 3시간 동안 고속 교반하여 초소수성 용액을 제조하고; 및 상기 초소수성 용액을 상기 마그네틱 엘라스토머 표면에 코팅하는 단계;
를 포함하는 액적 제어 방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 초소수성 물질은 중량평균분자량(Mw)이 200,000 내지 300,000 이고, 수평균분자량(Mn)이 60,000 내지 70,000인 아이소택틱 폴리올레핀계 중합체를 사용하는, 액적 제어 방법.
- 제 12항에 있어서,
상기 유기 용매는 벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 스티렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는, 액적 제어 방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 비용매는 메틸에틸케톤, 디이소프로필 케톤, 사이클로헥사논, 사이클로헥산 및 이소프로필알코올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하는, 액적 제어 방법.
- 아래로부터 연성 엘라스토머층, 마그네틱 엘라스토머층, 경질 엘라스토머층 및 초소수성 코팅층으로 이루어진, 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머; 및
상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 하부에 구비된 자석을 이용하여, 상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머 표면에서 액적을 제어하기 위한, 액적 제어 장치.
- 제16항에 있어서,
상기 초소수성 코팅된 마그네틱 엘라스토머의 하부와 자석 사이에 구비된 평면 패널을 더 포함하는, 액적 제어 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120084960A KR101358831B1 (ko) | 2012-08-02 | 2012-08-02 | 초소수성 코팅이 이루어진 마그네틱 엘라스토머를 이용한 액적 제어 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120084960A KR101358831B1 (ko) | 2012-08-02 | 2012-08-02 | 초소수성 코팅이 이루어진 마그네틱 엘라스토머를 이용한 액적 제어 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101358831B1 true KR101358831B1 (ko) | 2014-02-11 |
Family
ID=50269952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120084960A KR101358831B1 (ko) | 2012-08-02 | 2012-08-02 | 초소수성 코팅이 이루어진 마그네틱 엘라스토머를 이용한 액적 제어 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101358831B1 (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3090804A1 (en) * | 2015-05-07 | 2016-11-09 | Industry-Academic Cooperation Foundation Yonsei University | Apparatus and method for controlling droplet |
| KR20190047381A (ko) | 2017-10-27 | 2019-05-08 | 연세대학교 산학협력단 | 다중검지 바이오센서 시스템 및 그 동작 방법 |
| WO2019169076A1 (en) * | 2018-02-28 | 2019-09-06 | Volta Labs, Inc. | Directing motion of droplets using differential wetting |
| CN110523451A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-03 | 王殿宇 | 基于超润滑界面的磁控微液滴反应器制备方法 |
| KR20210153021A (ko) * | 2020-02-25 | 2021-12-16 | 가천대학교 산학협력단 | 초소수성 표면을 가지는 기구를 이용한 세제 농도 측정 장치와 세제 농도 측정 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100364928B1 (ko) * | 1993-12-23 | 2003-03-31 | 허친슨 | 엘라스토머필름,그의제조방법및용도 |
| KR20070035737A (ko) * | 2005-09-28 | 2007-04-02 | 삼성전자주식회사 | 전기습윤에서 액적의 접촉각 변위 및 변화속도 증가방법 및상기 방법에 의해 형성된 액적을 적용한 액적제어장치 |
-
2012
- 2012-08-02 KR KR1020120084960A patent/KR101358831B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100364928B1 (ko) * | 1993-12-23 | 2003-03-31 | 허친슨 | 엘라스토머필름,그의제조방법및용도 |
| KR20070035737A (ko) * | 2005-09-28 | 2007-04-02 | 삼성전자주식회사 | 전기습윤에서 액적의 접촉각 변위 및 변화속도 증가방법 및상기 방법에 의해 형성된 액적을 적용한 액적제어장치 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| K. S. Seo et al., "A superhydrophobic magnetic elastomer actuator for droplet motion control", Polym. Adv. Technol. (2013) * |
| K. Seo, et al., "High speed droplet transportation with a superhydrophobically-coated magnetic actuating elastomer", ICR 2012. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3090804A1 (en) * | 2015-05-07 | 2016-11-09 | Industry-Academic Cooperation Foundation Yonsei University | Apparatus and method for controlling droplet |
| US9975117B2 (en) | 2015-05-07 | 2018-05-22 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University | Apparatus and method for controlling droplet |
| KR20190047381A (ko) | 2017-10-27 | 2019-05-08 | 연세대학교 산학협력단 | 다중검지 바이오센서 시스템 및 그 동작 방법 |
| WO2019169076A1 (en) * | 2018-02-28 | 2019-09-06 | Volta Labs, Inc. | Directing motion of droplets using differential wetting |
| US11123729B2 (en) | 2018-02-28 | 2021-09-21 | Volta Labs, Inc. | Directing motion of droplets using differential wetting |
| CN110523451A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-03 | 王殿宇 | 基于超润滑界面的磁控微液滴反应器制备方法 |
| CN110523451B (zh) * | 2019-09-30 | 2021-10-22 | 王殿宇 | 基于超润滑界面的磁控微液滴反应器制备方法 |
| KR20210153021A (ko) * | 2020-02-25 | 2021-12-16 | 가천대학교 산학협력단 | 초소수성 표면을 가지는 기구를 이용한 세제 농도 측정 장치와 세제 농도 측정 방법 |
| KR102475239B1 (ko) | 2020-02-25 | 2022-12-09 | 가천대학교 산학협력단 | 초소수성 표면을 가지는 기구를 이용한 세제 농도 측정 장치와 세제 농도 측정 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lin et al. | Magnetically induced low adhesive direction of nano/micropillar arrays for microdroplet transport | |
| KR101358831B1 (ko) | 초소수성 코팅이 이루어진 마그네틱 엘라스토머를 이용한 액적 제어 방법 | |
| Dai et al. | Slippery wenzel state | |
| Krupenkin et al. | From rolling ball to complete wetting: the dynamic tuning of liquids on nanostructured surfaces | |
| Ge et al. | Micro-/nanostructures meet anisotropic wetting: from preparation methods to applications | |
| Xiang et al. | Electrically induced patterning in block copolymer films | |
| Chandra et al. | Stability of high-aspect-ratio micropillar arrays against adhesive and capillary forces | |
| Zhou et al. | Magnetoresponsive surfaces for manipulation of nonmagnetic liquids: design and applications | |
| US7884530B2 (en) | Reversible actuation in arrays of nanostructures | |
| Choi et al. | Simple fabrication of asymmetric high-aspect-ratio polymer nanopillars by reusable AAO templates | |
| Chen et al. | Magnetically responsive superhydrophobic surface with switchable adhesivity based on electrostatic air spray deposition | |
| JP2018538151A (ja) | 貫通孔を有するポリマー膜及びその製造方法 | |
| Wang et al. | Interface manipulation for printing three‐dimensional microstructures under magnetic guiding | |
| Liu et al. | Underwater superoleophobic surface based on silica hierarchical cylinder arrays with a low aspect ratio | |
| Gallego-Perez et al. | Versatile methods for the fabrication of polyvinylidene fluoride microstructures | |
| KR20150137178A (ko) | 입자 정렬을 이용한 코팅 방법 | |
| Vu et al. | Re‐entrant microstructures for robust liquid repellent surfaces | |
| Yu et al. | Ink-drop dynamics on chemically modified surfaces | |
| Chen et al. | Rapid and flexible actuation of droplets via a low-adhesive and deformable magnetically functionalized membrane | |
| Song et al. | Control of Orientation, Formation of Ordered Structures, and Self-Sorting of Surface-Functionalized Microcubes at the Air–Water Interface | |
| US10040944B2 (en) | Modification of polymer surface properties | |
| Huang et al. | Suppressing the universal occurrence of microscopic liquid residues on super-liquid-repellent surfaces | |
| KR20140047923A (ko) | 고분자 박막의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 고분자 박막 | |
| Kim et al. | Micropatterns of hierarchical self-assembled block copolymer droplets with solvent-assisted wetting of brush monolayers | |
| Sun et al. | Magnetically Responsive Superhydrophobic Surface with Reversibly Switchable Wettability: Fabrication, Deformation, and Switching Performance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161227 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |