KR101450464B1 - 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법 - Google Patents

가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법 Download PDF

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Abstract

광색성 물질과 경화성 물질을 함유하는 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 미세유체관에 제공하는 단계; 상기 혼합물의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 혼합물을 경화함으로써 가변성 미세패턴을 형성하는 단계; 및 상기 미세유체관에 추가적인 경화성 물질을 도입하고 에너지를 인가하여 상기 미세구조체를 형성하는 단계를 포함하는 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법이 제공된다.

Description

가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법{Fabrication method of fine structures with variable micropatterns}
본 명세서에 개시된 기술은 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체의 제조방법에 관한 것이다.
지능형 미세구조체(smart micro-structure)는 그 유용성이 학문적으로 이미 검증된 방법론이다. 코드화된 미세구조체 생성 기술의 활용분야는 전통적인 MEMS 분야에서부터 고체상(solid phase) 생화학 분석 진단 및 조합화학 기술, 위조 방지기술까지 그 활용 범위가 다양하다. 표면이 다양한 생화학 분자로 기능화된 코드화된 미세구조체는 기능화 정보를 각각의 독립된 구조체에 저장한 채로 3차원 공간에서 반응이 이루어지므로 기존 칩(chip) 기반의 평면 반응에 비하여 효율적이며 분석의 유연성이 높다는 장점이 있다. 또한 코드화된 미세구조체는 각각이 구분 가능한 정보를 가지고 있으며 물리적으로 분리 및 정제가 용이하므로 조합화학 기술에도 응용이 되고 있다. 최근에는 코드화된 미세구조체를 표면에 고정하거나 물질에 섞어 위조방지 기술로 이용하려는 시도도 이루어지고 있다. 그러나 고정된 미세패턴으로 이루어진 코드는 그 정보가 한 번 쓰여 지면 수정이 힘들어 순차적인 생화학 반응을 기록하기 힘들다. 또한 한 가지 물리적 환경에 의해 변하지 않고 관찰 되는 미세패턴 코드는 위조방지 기술로의 효과도 크지 못하다 할 수 있다.
1. G. H. Brown, Photochromism, Vol. 3, Wiley-Interscience, 1971. 2. Ercole F. Photochromic Polymers: The Application and Control of Photochromism through its Interaction with Polymers. NSW Univ; 2011 3. G. K. Such, R. A. Evans, T. P. Davis, Macromolecules 2006, 39, 1391. 4. H. Tian, S. Wang, Chemical communications 2007, 781.
따라서 본원에서는 미세구조체에 다양한 형태의 코드를 반복적으로 기록 및 삭제가 가능하며 특정 외부 자극 및 환경에서 관찰이 가능한 미세패턴 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 광색성 물질과 경화성 물질을 함유하는 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 미세유체관에 제공하는 단계; 상기 혼합물의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 혼합물을 경화함으로써 가변성 미세패턴을 형성하는 단계; 및 상기 미세유체관에 추가적인 경화성 물질을 도입하고 에너지를 인가하여 상기 미세구조체를 형성하는 단계를 포함하는 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 염료와 경화성 물질을 함유하는 제1 유체를 미세유체관에 제공하는 단계; 상기 제1 유체의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 제1 유체를 경화함으로써 제1 미세패턴을 형성하는 단계; 염료, 광색성 물질 및 경화성 물질을 함유하는 제2 유체를 상기 미세유체관에 제공하는 단계; 상기 제2 유체의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 제2 유체를 경화함으로써 제2 미세패턴을 형성하는 단계; 경화성 물질을 함유한 제3 유체를 상기 미세유체관에 제공하는 단계; 및 상기 제3 유체에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 제1 미세패턴 및 상기 제2 미세패턴을 포함하는 미세구조체를 형성하는 단계를 포함하는 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상술한 제조방법으로 제조된 미세구조체에 자외선 또는 가시광선 중에서 선택되는 에너지의 인가에 의해 상기 가변성 미세패턴의 발색을 제어하는 미세패턴 제어방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 미세패터닝된 코드 영역을 포함한 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체로서, 상기 미세구조체는 경화성 물질이 경화되어 형성된 고체 매트릭스 및 상기 코드 영역에 함유된 광색성 물질을 포함하는 미세구조체가 제공된다.
가변형 미세구조체의 생성 기술은 기존 학문적으로 그 가치가 입증된 지능형 입자 기술이 가지고 있던 코드화 기능의 한계에 돌파구를 마련하여 다중 생화학 반응, 조합화학, 마이크로 센서 및 위조방지 기술 발전을 가속화할 수 있을 것으로 기대한다.
도 1은 일 구현예에 따른 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체의 형성방법을 나타낸다.
도 2는 미세유체관 및 광유체적 무마스크 리소그래피(OFML)를 사용하여 미세패턴을 구비한 미세구조체를 형성하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 3은 순차적 경화방식을 사용하여 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체를 제조하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 광색성 물질과 염료를 사용하여 제조한 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체의 일 구현예를 나타낸다.
도 5는 광색성 물질의 광화학적 특성을 이용하여 미세구조체가 구비한 정보를 기록 및 삭제하는 과정을 나타내는 개략도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 기술의 구현예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 다음에 소개되는 구현예들은 당업자에게 개시된 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서 개시된 기술은 이하 설명된 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
본원에서 "에너지"는 가시광선, 적외선 또는 자외선 등에 의한 광에너지는 물론 상기 광의 주파수를 벗어나는 다양한 주파수의 전자파에 의한 전자기에너지, 전류나 전압에 의한 전기에너지, 자력선이나 자기장에 의한 자기에너지, 양성자, 중성자, 전자빔(electron beam), 이온빔 등의 입자에너지 등을 통칭한다.
또한, 본원에서 "미세구조체(fine structures)"란 마이크로미터 스케일의 마이크로구조체 (microstructure) 및 나노미터 스케일의 나노구조체 (nanostructures) 등을 총칭한다.
또한, 본원에서 "미세패턴"은 수백 마이크로미터 이하의 패턴을 의미한다.
도 1은 일 구현예에 따른 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체의 형성방법을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 단계 S1에서 광색성 물질과 경화성 물질을 함유하는 혼합물을 형성한다.
광색성(photochromism)이란 에너지, 특히 특정한 파장의 빛의 흡수와 차단에 의해서 화학물질이 가역적으로 변성되어 화학물질의 색상이 변하는 것이다. 즉, 광색성 물질은 특정한 파장의 빛에 의해서 원래 가지고 있던 색상에서 다른 색상으로 변한 뒤, 가해지던 빛이 제거되면 물질은 원래의 색상을 회복하게 된다. 이러한 변색은 광색성 물질이 빛 에너지를 흡수하면 다른 화학적 구조로 변화되었다가 가역적으로 원래의 구조로 되돌아가기 때문에 나타나는 것이다.
상기 광색성 물질의 예로는, 제한되는 것은 아니지만, 광색성 기(예를 들면, 인데노-축합된 나프토피란 등), 뿐만 아니라 1개 이상의 광색성 기를 포함하는 중합체, 올리고머, 단량체 및 기타 화합물이 포함된다. 구체적으로 상기 광색성 물질의 예로서, 인돌리노스피로벤조피란, 니트로벤질-피리딘, 스피로란과 같은 스피로피란(spiropyrane), 스피로인돌리노나프톡사진, 스피로나프톡사진, 나프토피란 및 그의 유도체와 같은 스피옥사진(spioxazine), 펄자이드(fulgide), 디아릴에텐(diarylethene), 바이올로진(viologens), 아조(azo) 화합물 등의 유기 물질이 알려져 있으며, 철로 도핑된 산화티타늄 또는 산화아연과 같은 금속산화물, 알칼리 토금속, 수은 화합물, 전이금속 화합물 등의 무기 물질이 알려져 있다.
하기 화학식 1은 광색성 물질의 예로 스피로피란(spiropyran)을 나타낸다.
[화학식 1]
Figure 112013068074834-pat00001

Spiropyran은 가장 많이 그리고 오래 연구된 광색성(빛에 의해 색이 변하는) 물질 중 하나이다. 이 물질의 바닥상태인 'spiro form(소용돌이 형태)'에서는 색을 띠지 않지만 자외선을 받고 옥사진(oxazine; C, N, O로 이루어진 고리)이 깨지게 되면 가시광선의 일부 파장을 흡수할 수 있게 되어 색을 띠게 된다. Spiro form일 때는 oxazine의 'spiro carbon'은 sp3 결합을 하고 있지만, 고리가 깨지면서 결합이 되는데 그 결과 붙어 있는 다른 원자들과 가시광선 대역의 빛을 흡수할 수 있는 형태로 바뀌게 되기 때문이다. 이 색을 띠는 형태는 자외선을 제거하고 있으면 다시 탄소-산소 결합이 이루어지면서 색을 띠지 않는 바닥상태로 회귀하게 된다. 이 물질의 수명은 자외선의 노출이나, 활성산소에 의해 감소하는데, 고분자 속에 가두거나 안정제를 이용하여 산소와 다른 화학물질을 차단하면 길어질 수 있다.
상기 혼합물에는 염료가 더 포함될 수 있다. 상기 염료는 가시광에서 관찰 가능한 염료, 형광 염료, 양자점 등을 포함한다.
상기 경화성 물질은 적절한 에너지원에 의해 가교되어 3차원 망상구조를 갖는 하이드로젤을 형성하는 물질일 수 있다. 상기 경화성 물질의 예는 실리콘함유 고분자, 폴리아크릴아마이드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 에톡시화 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트(ETPTA), 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트 및 이들의 공중합체일 수 있다. 예를 들어, 경화성 물질인 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(PEG-DA)는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 양 말단에 아크릴레이트 작용기가 있어서 자유라디칼 중합이 일어날 경우 3차원 구조의 하이드로젤로 가교될 수 있다. 기타, 경화성 물질은 액체에서 고체로 변할 수 있는 어떠한 형태의 매질도 포함할 수 있다.
상기 혼합물에는 개시제가 더 포함될 수 있으며 외부의 에너지원에 의해 자유라디칼 중합이 유발될 수 있다. 개시제는 아조계 화합물 또는 과산화물이 될 수 있다. 또한 상기 혼합물에는 적당한 가교제가 더 포함할 수 있으며, 이러한 가교제로서 예를 들면, N,N'-메틸렌비스아크릴아마이드, 메틸렌비스메타크릴아마이드 및 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
다음 단계 S2에서 상기 혼합물을 미세유체관에 제공한다. 본 제조방법에 따르면 미세유체관을 이용하여 다양한 미세구조체들을 제조할 수 있는데, 미세유체관을 이용하여 미세구조체들을 제조하고 운반하는 방법에 대한 상세한 내용은 대한민국 특허 공개번호 제10-2009-0035280호에 자세히 개시되어 있다.
단계 S3에서 상기 혼합물의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 혼합물을 경화함으로써 가변성 미세패턴을 형성한다. 경화를 위해 적절한 상기 패턴화된 에너지는 열, 자외선, 가시광선, 적외선 및 전자빔을 제한 없이 포함할 수 있다. 상기 패턴화된 에너지의 인가는 물리적 마스크 또는 디지털 마이크로미러 장치(DMD)에 의해 수행될 수 있다. 패턴화의 방법으로서, 중합 도중에 자유 라디칼의 확산을 막고 고해상도의 마이크로 스케일 패턴을 생성하기 위해 광유체적 무마스크 리소그래피(OFML)와 같은 기술을 사용할 수도 있다.
상기 패턴화된 에너지의 인가에 의하여 상기 광색성 물질이 바닥상태에서 들뜬상태로 전환된다. 예를 들어 광색성 물질이 스피로피란인 경우 옥사진 고리가 존재하는 무색의 형태에서 자외선을 받으면 옥사진 고리가 깨지면서 색을 띠는 형태의 이성질체로 바뀐다. 또한 이러한 들뜬상태의 스피로피란에 대해 자외선을 제거하고 일정한 시간이 지나거나 가시광선을 조사할 경우 스피로피란이 원래의 바닥상태로 돌아오게 됨으로써 색상을 잃게 된다. 한편, 상기 패턴화된 에너지의 인가에 의해 상기 혼합물이 경화되어 미세패턴을 형성할 수 있다. 그 결과 광색성 물질에 의해 상기 혼합물이 외부 조건에 따라 색상이 변화하는 가변성 미세패턴을 구비할 수 있다.
단계 S4에서 상기 미세유체관에 추가적인 경화성 물질을 도입하고 에너지를 인가하여 상기 가변성 미세패턴을 포함하는 미세구조체를 형성한다. 인가된 상기 에너지 조사 패턴에 따라 상기 미세구조체의 입자 형태가 정해질 수 있다. 상기 경화성 물질이 경화되어 상기 미세구조체의 형태를 결정짓는 고체 매트릭스를 형성하게 된다. 예를 들어 상기 미세구조체는 원형 또는 다각형 형태의 판상 구조를 가질 수 있다.
도 2는 미세유체관 및 광유체적 무마스크 리소그래피(OFML)를 사용하여 미세패턴을 구비한 미세구조체를 형성하는 과정을 나타낸 개략도이다. 도 2를 참조하면, 이는 아래와 같은 방식으로 제조된다.
경화성 물질 또는 이를 포함하는 혼합물을 미세유체관(200)에 유체(210)로 도입한다. 미세유체관(200)은 폴리디메틸실록산(PDMS) 재질의 채널을 구비할 수 있다. 다음 상기 혼합물의 일부 영역에 국소적으로 패턴화된 UV를 조사한다. 상기 패턴화된 UV의 조사를 위해 디지털 마이크로미러 장치(DMD, 220)를 동적 마스크로 사용할 수 있다. DMD(220)는 컴퓨터로 제어되는 공간적 광조절기(computer controlled spatial light modulator)의 역할을 한다. 자외선(UV)이 DMD(220)로부터 반사되어 나오면서 패턴화된 UV가 만들어진다. 패턴화된 UV는 대물렌즈(230)를 통해 유체(210)로 입사된다. 유체(210)가 광색성 물질이나 염료를 함유할 경우 상기 패턴화된 UV의 조사에 의해 유체(210)의 일부 영역은 특정 컬러로 패터닝될 수 있다. 상기 패터닝에 의해 원하는 정보로 코드화된 미세구조체(240)가 제조될 수 있다.
다음 광색성 물질이나 염료의 종류를 바꾸거나 DMD(220)의 패턴을 변경시키는 방식을 순차적으로 적용하면 연속하여 다음 코드 비트들을 생성할 수 있다. 이러한 코드화를 위한 미세패터닝 공정은 각 비트를 생성하는 데 대략 수십분의 일초가 걸리므로 신속하게 수행될 수 있다. 또한 각 코드의 도입마다 일반적인 마스크를 사용한 공정에 필요한 재정렬과정이 필요없어 공정이 간단하며 비용이 저렴하다. 더욱이, PDMS 채널 내부의 산소 윤활층(oxygen lubricant layer)은 라디칼 광중합에 의해 생성된 미세구조체들(240)이 채널 벽에 들러붙지 않고 유체의 흐름에 따라 움직일 수 있게 한다.
이러한 성질을 이용함으로써, 광유체적 무마스크 리소그래피(OFML)를 사용하여 패턴화된 UV를 이용하여 다양한 색상과 모양으로 코드화된 입자들이 생성될 수 있다. 즉, 광색성 물질 및 경화성 물질을 함유한 혼합물을 미세유체 채널에 주입시키고 패턴화된 UV에 의해 유도되는 인-시튜 광중합에 의해 자유부유 입자들이 제조될 수 있다. 상기 자유부유 입자들은 UV 패턴에 따라 원형 및 다각형을 비롯한 임의의 소망하는 모양으로 디자인될 수 있다. 예를 들어, 염료와 경화성 물질의 혼합물, 광색성 물질과 경화성 물질의 혼합물, 또는 염료, 광색성 물질 및 경화성 물질의 혼합물 등이 순차적인 UV 노출에 의해 다양한 미세 패턴과 다양한 입자 모양을 갖는 미세구조체들이 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 염료와 경화성 물질을 함유하는 제1 유체를 미세유체관에 제공하는 단계; 상기 제1 유체의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 제1 유체를 경화함으로써 제1 미세패턴을 형성하는 단계; 염료, 광색성 물질 및 경화성 물질을 함유하는 제2 유체를 상기 미세유체관에 제공하는 단계; 상기 제2 유체의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 제2 유체를 경화함으로써 제2 미세패턴을 형성하는 단계; 경화성 물질을 함유한 제3 유체를 상기 미세유체관에 제공하는 단계; 및 상기 경화성 물질에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 제1 미세패턴 및 상기 제2 미세패턴을 포함하는 미세구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3은 순차적 경화방식을 사용하여 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체를 제조하는 과정을 나타낸 개략도이다. 도 3을 참조하면, (a)에서 미세유체관(300)에 염료와 경화성 물질이 혼합된 제1 유체(310)를 도입하고 패턴화된 UV를 조사하여 제1 미세패턴(320)을 형성한다. (b)에서 염료, 광색성물질 및 경화성 물질이 혼합된 제2 유체(330)를 미세유체관(300)에 도입하고 패턴화된 UV를 조사하여 제2 미세패턴(340)을 형성한다. 다음 (c)에서 경화성 물질을 함유한 제3 유체(350)를 미세유체관(300)에 도입한 후 원하는 입자 형상에 맞추어 패턴화된 UV를 조사하여 미세구조체(360)를 얻는다. (d)의 왼편 그림은 상술한 (a) 내지 (c)의 방법으로 제조한 미세구조체(360)의 일 구현예를 나타낸다. (d)에서 'E' 형상의 미세패턴은 제1 미세패턴(320)과 제2 미세패턴(340)으로 이루어져 있으며 가시광 하에서는 전체적으로 제1 미세패턴(320)과 제2 미세패턴(340)이 내부에 함유된 염료에 따라 한 가지 색상으로 관찰되지만, 추후 자외선을 인가함에 따라 제2 미세패턴(340) 내의 광색성 물질이 발색하여 염료의 색상과 광색성 물질이 나타내는 색상이 혼합된 색상을 나타낸다. 광색성 물질에 의한 발색은 다시 가시광선을 인가하면 사라지게 되며 염료에 의한 색상만 남게된다.
일 구현예에 따르면, 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체는 여러 형태의 특정 관찰환경에서 새로운 정보를 갖는 코드 영역을 구비할 수 있다.
도 4는 광색성 물질과 염료를 사용하여 제조한 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체의 일 구현예를 나타낸다. 도 4의 왼쪽은 가시광 환경에서 관찰한 미세구조체이고 오른쪽은 자외선을 인가하여 관찰한 미세구조체이다. 본 미세구조체는 1 내지 5의 코드 영역을 구비하고 있으며, 각 코드 영역은 염료를 함유한 경화성 물질에 의해 제조되었으며, 이 중 3 및 4는 광색성 물질을 더 함유하고 있는 부분이다. 그 결과 가시광선 하에서는 모든 코드 영역이 동일한 색상을 나타내지만, 자외선 하에서는 광색성 물질이 발색되면서 3 및 4 영역은 염료의 색상과 혼합된 색상을 발하게 됨을 알 수 있다.
상술한 미세구조체의 제조방법에 따르면 광색성 염료를 독립적으로, 혹은 다른 일반 염료와 혼합하여 미세 패턴화한다. 이는 미세유체관 기술을 이용하여 그 물질을 순차적으로 바꿀 수 있으며 광미세유체 무마스크리소그래피 기술을 이용하여 순차적으로 원하는 부분만을 패턴화 하는 기술로 구현가능하다. 형성된 패턴은 일반적인 관찰 환경에서는 동일한 모습을 보이지만 특정 환경 (UV, IR, 열 등)에서 변화(색변화, 형태의 변화, 모양의 상실) 등을 통해 새로운 정보를 가진 코드로 관찰된다. 이런 접근법을 통해 코드 자체의 정보뿐만이 아니라 관찰 환경 및 특정 관찰환경에서의 코드 정보 또한 새로운 정보로 인식되어 암호화 및 위조방지기술로 이용이 가능하다. 미리 만들어둔 미세구조체를 제품의 포장 혹은 내용물에 부착 및 혼합하는 방법으로 사용이 가능하며 개별 상황에 따라 제품에 직접 패터닝할 수도 있다.
생성된 미세 구조체는 수 마이크로에서 수백 마이크로 사이의 크기로 육안으로는 식별이 불가능하며 인체에 무해하게 제작 가능하므로 각종 공산품, 화폐 및 의약품의 표면, 포장 혹은 내용물에 직접 포함되어 진품식별, 생산정보 기록 등에 사용이 가능하다.
다른 구현예에 따르면, 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체에 특정 정보를 반복적으로 기록하고 지울 수 있다. 즉 상술한 미세구조체에 자외선 또는 가시광선 중에서 선택되는 에너지의 인가에 의해 상기 가변성 미세패턴을 기록 또는 삭제할 수 있다.
도 5는 광색성 물질의 광화학적 특성을 이용하여 미세구조체가 구비한 정보를 기록 및 삭제하는 과정을 나타내는 개략도이다. 도 5를 참조하면, (a)에서 광색성 물질로 패터닝된 미세구조체를 준비한다. 여기에 자외선을 인가하면 광색성 물질이 발색되어 패턴이 나타난다. (b)에서는 자외선의 인가에 의하여 'CODE'가 발색된 것을 나타낸다. 한편 상기 미세구조체에 대해 전체적으로 가시광을 인가하면 (a)의 상태로 돌아가 'CODE'가 사라지게 된다. 한편 (c)에서 발색된 패턴 중 'O'와 'E' 부분에만 국소적으로 가시광을 조사할 경우에는 (d)와 같이 'C'와 'D'만 남게 된다.
이와 같이 광색성 물질의 광화학적 특성을 이용함으로써 미세 구조체 상에 각종 정보를 기록할 수 있으며 순차적 반응의 중간단계 혹은 최종 단계에서 추가적인 자외선 패턴 혹은 가시광 패턴을 통해 필요한 정보를 추가하거나 삭제할 수 있다. 미세 광패턴은 예를 들어 공간 광변조기(Spatial light modulator)를 이용해 조사가 가능하다. 넓은 면적에서 여러 개의 미세 구조체에 한꺼번에 정보를 기록하기 위해서 리소그래피에 사용되는 상용 마스크를 사용할 수도 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 미세구조체는 외부의 타겟과 결합할 수 있는 탐침 영역을 더 구비할 수 있다. 상기 외부의 타겟은 특별히 제한되지 않으나, DNA, 단백질, 생화학 분자 등을 포함할 수 있다. 상기 탐침 영역의 도입을 위해 상술한 미세구조체에 화학적 표면 개질(예를 들어 실리카 코팅후 EDC-NH 반응을 통한 생화학 분자 기능화)을 할 수 있다. 그 결과 생화학 분자 또는 기타 감지 분자를 미세구조체에 부착할 수 있어 3차원 공간상의 센서 및 진단 플랫폼으로 사용이 가능하다. 이때 상술한 바와 같이 광색성 물질을 이용하여 순차적인 반응정보를 코드화하여 기록할 수 있다. 이러한 미세구조체는 조합화학 기술의 차세대 부유 기판으로 응용이 가능하며 예를 들어 단백질 서열 합성, 염기서열 합성 등에 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술한 바와 같이 상술한 방법을 이용하면 특정 관찰환경에서 가변적으로 정보가 변화(색변화, 형태 변화, 모양 상실 등)하는 패턴을 구비한 미세구조체의 제조가 가능하며 이는 위조방지 기술이나 암호화 기술로 사용될 수 있다.
가변형 미세구조체의 생성 기술은 기존 학문적으로 그 가치가 입증된 지능형 입자 기술이 가지고 있던 코드화 기능의 한계에 돌파구를 마련하여 다중 생화학 반응, 조합화학, 마이크로 센서 및 위조방지 기술 발전을 가속화할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광색성 물질과 경화성 물질을 함유하는 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 미세유체관에 제공하는 단계;
    상기 혼합물의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 혼합물을 경화함으로써 가변성 미세패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 미세유체관에 추가적인 경화성 물질을 도입하고 에너지를 인가하여 상기 가변성 미세패턴을 포함하는 미세구조체를 형성하는 단계를 포함하는 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합물은 염료를 더 함유하는 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 패턴화된 에너지의 인가는 물리적 마스크 또는 디지털 마이크로미러 장치에 의해 수행되는 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법.
  4. 염료와 경화성 물질을 함유하는 제1 유체를 미세유체관에 제공하는 단계;
    상기 제1 유체의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 제1 유체를 경화함으로써 제1 미세패턴을 형성하는 단계;
    염료, 광색성 물질 및 경화성 물질을 함유하는 제2 유체를 상기 미세유체관에 제공하는 단계;
    상기 제2 유체의 원하는 부분에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 제2 유체를 경화함으로써 제2 미세패턴을 형성하는 단계;
    경화성 물질을 함유한 제3 유체를 상기 미세유체관에 제공하는 단계; 및
    상기 제3 유체에 패턴화된 에너지를 인가하여 상기 제1 미세패턴 및 상기 제2 미세패턴을 포함하는 미세구조체를 형성하는 단계를 포함하는 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 의해 제조된 미세구조체에 자외선 또는 가시광선 중에서 선택되는 에너지의 인가에 의해 상기 가변성 미세패턴의 발색을 제어하는 미세패턴 제어방법.
  6. 미세패터닝된 코드 영역을 포함한 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체로서,
    상기 미세구조체는 경화성 물질이 경화되어 형성된 고체 매트릭스; 및
    상기 코드 영역에 함유된 광색성 물질을 포함하는 미세구조체.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 미세구조체는 외부의 타겟과 결합할 수 있는 탐침 영역을 더 구비하는 미세구조체.
KR1020130089033A 2012-07-26 2013-07-26 가변성 미세패턴을 구비한 미세구조체 제조방법 KR101450464B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100875900B1 (ko) 2007-06-08 2008-12-26 재단법인서울대학교산학협력재단 마스크를 사용하지 아니하는 광유체적 리소그래피 시스템
KR20100053097A (ko) * 2008-11-12 2010-05-20 서울대학교산학협력단 리소그래피 시스템과 리소그래피 방법
WO2010120080A2 (ko) 2009-04-14 2010-10-21 서울대학교산학협력단 컬러 코드화된 자성 구조물

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100875900B1 (ko) 2007-06-08 2008-12-26 재단법인서울대학교산학협력재단 마스크를 사용하지 아니하는 광유체적 리소그래피 시스템
KR20100053097A (ko) * 2008-11-12 2010-05-20 서울대학교산학협력단 리소그래피 시스템과 리소그래피 방법
WO2010120080A2 (ko) 2009-04-14 2010-10-21 서울대학교산학협력단 컬러 코드화된 자성 구조물

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210002613U (ko) 2020-05-18 2021-11-26 주식회사 온슘바이오 농업회사법인 의료용 금사

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