KR101639378B1

KR101639378B1 - 박테리아 방지용 소수성 박막 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101639378B1
Application number: KR1020150087296A
Authority: KR
Inventors: 한전건; 이준석; 진수봉; 최은하; 김경남
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-07-13

Abstract

박테리아 방지용 소수성 박막 및 상기 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

박테리아 방지용 소수성 박막 및 이의 제조 방법{HYDROPHOBIC THIN FILM FOR BACTERIA-REPELLING, AND PREPARING METHOD OF THE SAME}

본원은, 박테리아 방지용 소수성 박막 및 상기 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 박막은 한가지 기능성이 아닌 다양한 기능성을 가지는 것이 요구되고 있다. 예를 들어, 고경도 및 배리어 특성을 동시에 가지거나, 소수성 표면에 내지문 특성을 가지는 박막 등이 요구된다. 또한, 바이오 박막에 대한 관심이 많아지면서 복합적인 기능을 가지는 박막을 제조하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있는데, 그 중 하나가 안티 박테리아 특성을 가지는 박막을 들 수 있다.

소수성 코팅은 그 독특한 특성으로 인해 많은 연구가 진행되어 왔다. 소수성 코팅은 내먼지성, 내화학성, 내오염성, 정전기 방지, 및 물이 흡착이 안되는 특성 때문에 자동차 유리창 등에 김서리 방지막이나 결빙 등을 방지하는 용도 사용되어 왔으며, 최근에는, 스마트폰과 같이 터치스크린을 이용하는 기기에 내지문막으로서 사용되고 있다.

그러나, 기존의 소수성 박막은 약한 내구성에 의하여 쉽게 마모되어 박막의 기능성을 유지하지 못한다. 또한, 아직까지 소수성 박막의 안티 박테리아 특성에 대한 메커니즘 및 원리에 대하여는 명확히 규명된 것이 없다.

한편, 대한민국 공개특허 제2005-0100833호는 향균성 복합 중공사막 및 그의 제조방법에 대하여 개시하고 있다.

본원은, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 박테리아 방지용 소수성 박막을 제공하고자 한다.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본원의 일 측면은, 기재 상에 실리콘 전구체 또는 불화탄소계 기체 전구체를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 소수성 박막을 형성하는 것을 포함하는, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법을 제공한다.

본원의 다른 일 측면은, 상기 본원의 일 측면에 따른 방법에 의해 제조되는 박테리아 방지용 소수성 박막으로서, 상기 박테리아 방지용 소수성 박막은 1 층 내지 3 층의 소수성 박막에 의해 형성된 것을 포함하며, 소수성기를 가지고, 내구성 및 안티 박테리아성을 가지는, 박테리아 방지용 소수성 박막을 제공한다.

본원의 일 구현예에 의하면, 안티 박테리아성 및 우수한 내구성을 가지는 박테리아 방지용 소수성 박막, 및 상기 소수성 박막의 제조 방법을 제공할 수 있으며, 기재 상에 상기 박테리아 방지용 소수성 박막을 형성함으로써 박막의 표면에 박테리아가 붙지 않거나, 박테리아를 죽이는 효과를 가질 수 있다.

본원의 일 구현예에 의하면, 내구성이 향상된 박테리아 접촉 방지용 소수성 박막의 제조 방법을 제공할 수 있으며, 본원의 일 구현예에 따른 초소수성 박막이 형성될 경우, 박막의 표면에 박테리아가 전혀 접촉되지 않아 박테리아를 방지할 수 있다.

도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서, 소수성 박막의 박테리아 방지의 원리를 나타낸 모식도이다.
도 2는, 본원의 일 구현예에 있어서, -CF_y기를 가지는 박테리아 방지용 소수성 박막의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 -CH_x기를 가지는 박테리아 방지용 소수성 박막들의 단면도이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 상이한 조건으로 제조된 박테리아 방지용 소수성 박막들의 물 접촉각을 나타낸 표면 이미지이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 상이한 제조 조건에 따라 제조된 박테리아 방지용 소수성 박막들의 물 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6의 (a) 내지 (c)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 상이한 RF 전력으로 형성된 박테리아 방지용 소수성 박막들의 물 접촉각을 나타낸 표면 이미지이고, 도 6의 (d) 내지 (f)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 상기 박테리아 방지용 소수성 박막들의 기름 접촉각을 나타낸 표면 이미지이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 상이한 RF 전력에 의해 형성된 박테리아 방지용 소수성 박막들의 물 접촉각 및 기름 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8a은, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 상이한 RF 전력에 의해 형성된 박테리아 방지용 소수성 박막들의 화학 구조를 비교하여 나타낸 스펙트럼이다.
도 8b의 (a) 내지 (c)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 상이한 RF 전력에 의해 형성된 박테리아 방지용 소수성 박막들의 화학 구조를 나타낸 스펙트럼이다.
도 9의 (a) 및 (b)는, 각각 본원의 일 비교예에 따른 박막이 형성되지 않은 유리 기재의 물 접촉각 및 기름 접촉각을 나타낸 표면 이미지이다.
도 10의 (a) 내지 (d)는, 각각 본원의 일 비교예에 따른 박막이 형성되지 않은 유리 기재의 안티 박테리아성 테스트 결과를 나타내는 광학현미경 이미지이다.
도 11 의 (a) 및 (b)는, 각각 본원의 일 실시예에 따른 -CF_y기를 가지는 박테리아 방지용 소수성 박막의 물 접촉각 및 기름 접촉각을 나타낸 표면 이미지이다.
도 12의 (a) 내지 (d)는, 각각 본원의 일 실시예에 따른 -CF_y기를 가지는 박테리아 방지용 소수성 박막의 안티 박테리아성 테스트 결과를 나타내는 광학현미경 이미지이다.
도 13의 (a) 및 (b)는, 각각 본원의 일 실시예에 따른 -CH_x기를 가지는 박테리아 방지용 소수성 박막의 물 접촉각 및 기름 접촉각을 나타낸 표면 이미지이다.
도 14의 (a) 내지 (d)는, 각각 본원의 일 실시예에 따른 -CH_x기를 가지는 박테리아 방지용 소수성 박막의 안티 박테리아성 테스트 결과를 나타내는 광학현미경 이미지이다.
도 15의 (a) 및 (b)는, 각각 본원의 일 실시예에 따른 -CH_x기를 가지는 박테리아 방지용 초소수성 박막의 물 접촉각 및 기름 접촉각을 나타낸 표면 이미지이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "소수성"은 "초소수성"을 포함하는 것일 수 있고, 상기 초소수성은 박막의 물 접촉각이 약 150˚ 이상인 것을 의미하는 것일 수 있다.

이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 측면은, 기재 상에 실리콘 전구체 또는 불화탄소계 기체를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD)에 의해 소수성 박막을 형성하는 것을 포함하는, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법을 제공한다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재는 통상의 강성 기재 또는 플렉서블 기재를 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 기재는 유리, Si 웨이퍼, 또는 고분자 물질 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실리콘 전구체를 이용하여 소수성 박막을 형성하는 것은 수소 기체를 추가 포함하여 소수성 박막을 형성하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 수소 기체를 추가 포함하여 형성된 소수성 박막은 초소수성 박막일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법은 소수성 박막을 형성하기 전에, 유기실란 전구체 및 산소 기체를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 SiO_x 박막을 형성하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기재 상에 상기 SiO_x 박막을 먼저 형성한 후, 상기 소수성 박막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.본원의 일 구현예에 있어서, 상기 SiO_x 박막은 -OH기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 SiO_x 박막을 형성한 후, 플라즈마 처리하는 것을 추가 포함할 수 있으며, 상기 플라즈마 처리는, 예를 들어, O₂ 플라즈마 또는 Ar 플라즈마에 의해 수행될 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 상기 플라즈마 처리 후, 상기 SiO_x 박막은 그 표면이 초친수성으로 변하는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 SiO_x 박막은 표면 거칠기를 가지는 것일 수 있다. 상기 SiO_x 박막이 표면 거칠기를 가짐으로써 상기 SiO_x 박막의 표면적이 상대적으로 넓어지고, 이로 인해 상기 SiO_x 박막 상에 상기 소수성 박막이 네트워크 구조로 더 많이 형성됨으로써 상기 박테리아 방지용 소수성 박막의 내구성이 향상되는 것일 수 있다. 또한, 상기 SiO_x 박막은 -OH기를 포함함으로써 박리현상을 감소시킬 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유기실란 전구체는 Si_xC_yH_z (x는 1 내지 4이고, y는 3 내지 8이며, z는 10 내지 24임) 를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유기실란 전구체는 TEOS(tetraethylorthosilicate), HMDS(hexamethyldisiloxane), OMCTS(octamethylcyclotetrasiloxane), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 SiO_x 박막의 두께는 약 50 nm 이상이라면 제한 없이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 약 50 nm 내지 약 550 nm의 범위의 두께로 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 SiO_x 박막의 두께는 약 50 nm 내지 약 550 nm, 약 60 nm 내지 약 550 nm, 약 70 nm 내지 약 550 nm, 약 80 nm 내지 약 550 nm, 약 90 nm 내지 약 550 nm, 약 100 nm 내지 약 550 nm, 약 150 nm 내지 약 550 nm, 약 200 nm 내지 약 550 nm, 약 250 nm 내지 약 550 nm, 약 300 nm 내지 약 550 nm, 약 350 nm 내지 약 550 nm, 약 400 nm 내지 약 550 nm, 약 450 nm 내지 약 550 nm, 약 500 nm 내지 약 550 nm, 약 60 nm 내지 약 500 nm, 약 60 nm 내지 약 400 nm, 약 60 nm 내지 약 300 nm, 약 60 nm 내지 약 200 nm, 약 60 nm 내지 약 100 nm, 약 60 nm 내지 약 90 nm, 약 60 nm 내지 약 80 nm, 약 60 nm 내지 약 70 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소수성 박막은 실리콘 전구체 및 수소 기체를 이용하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법은, 상기 초소수성 박막의 형성 전에, 상기 실리콘 전구체를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 상기 기재 또는 SiO_x 박막에 상기 소수성 박막을 형성하여 다중 박막을 형성하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 헥사메틸디실란(hexamethyldisilane), 트리메틸실란(trimethylsilane), 테트라에틸오소실리케이트(tetraethylorthosilicate), 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane), 옥타메틸사이클로테트라실록산(octamethylcyclotetrasiloxane), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 불화탄소계 기체는 C_aF_b (a는 1 내지 3, b는 4 내지 8임)를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 불화탄소계 기체는 CF₄, C₂F₆, C₃F₈, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소수성 박막은 -CH_x기, -CF_y기, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 -CF_y기는 네트워크 구조로 형성된 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 SiO_x 박막 및 소수성 박막을 형성하는 것은 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 수행된다. 상기 PECVD는, 두 개의 전극을 이용하여 상부 전극에 전력이 인가되고, 상기 상부 전극에 구비된 샤워헤드를 통해 전구체가 챔버 내로 유입되는 것을 포함하며, 하부 전극은 접지되거나 또는 플로팅된(floated) 상태를 포함하여 상기 하부 전극이 기재 홀더(holder)의 역할을 해 상기 하부 전극 상에 기재를 위치시키는 것일 수 있으며, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극의 표면에 분포된 전하에 의해 형성된 축전 전기장에 의해 플라즈마가 발생하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 PECVD는 상온에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 소수성 박막을 형성하는 것은 약 1 분 내지 약 3 분 정도의 매우 짧은 공정 시간을 가지고, 기재 또한 추가로 열을 가하지 않는다. 이로 인해 공정 자체의 온도는 상온과 거의 같은 온도에서 진행된다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 PECVD의 공정 압력은 약 100 mTorr 내지 약 1,000 mTorr일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 PECVD의 공정 압력은 약 100 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 120 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 140 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 160 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 180 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 200 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 300 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 400 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 500 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 600 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 700 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 800 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 900 mTorr 내지 약 1,000 mTorr, 약 120 mTorr 내지 약 900 mTorr, 약 140 mTorr 내지 약 800 mTorr, 약 160 mTorr 내지 약 700 mTorr, 약 180 mTorr 내지 약 600 mTorr, 약 200 mTorr 내지 약 500 mTorr, 또는 약 300 mTorr 내지 약 400 mTorr일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소수성 박막은 약 50 W 내지 약 250 W의 RF(radio frequency) 전력을 이용한 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 RF 전력은 약 50 W 내지 약 250 W, 약 60 W 내지 약 250 W, 약 70 W 내지 약 250 W, 약 80 W 내지 약 250 W, 약 90 W 내지 약 250 W, 약 100 W 내지 약 250 W, 약 120 W 내지 약 250 W, 약 140 W 내지 약 250 W, 약 160 W 내지 약 250 W, 약 180 W 내지 약 250 W, 약 200 W 내지 약 250 W, 약 90 W 내지 약 200 W, 또는 약 140 W 내지 약 160 W의 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소수성 박막은 약 50 nm 내지 약 5 μm의 범위의 두께로 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상시 소수성 박막의 두께가 두꺼울수록 더욱 우수한 특성을 나타내는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 소수성 박막의 두께는 약 50 nm 내지 약 5 μm, 약 65 nm 내지 약 5 μm, 약 80 nm 내지 약 5 μm, 약 100 nm 내지 약 5 μm, 약 150 nm 내지 약 5 μm, 약 200 nm 내지 약 5 μm, 약 300 nm 내지 약 5 μm, 약 400 nm 내지 약 5 μm, 약 500 nm 내지 약 5 μm, 약 600 nm 내지 약 5 μm, 약 700 nm 내지 약 5 μm, 약 800 nm 내지 약 5 μm, 약 900 nm 내지 약 5 μm, 약 1 μm 내지 약 5 μm, 약 2 μm 내지 약 5 μm, 약 3 μm 내지 약 5 μm, 약 4 μm 내지 약 5 μm, 약 100 nm 내지 약 4.5 μm, 약 200 nm 내지 약 4 μm, 약 300 nm 내지 약 3.5 μm, 약 400 nm 내지 약 3 μm, 약 500 nm 내지 약 2.5 μm, 약 600 nm 내지 약 2 μm, 약 700 nm 내지 약 1.5 μm, 약 800 nm 내지 약 1 μm, 또는 약 900 nm 내지 약 950 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 다른 측면은, 상기 본원의 일 측면에 따른 방법에 의해 제조되는 박테리아 방지용 소수성 박막으로서, 상기 박테리아 방지용 소수성 박막은 1 층 내지 3 층의 박막에 의해 형성된 것을 포함하며, 소수성기를 가지고, 내구성 및 안티 박테리아성(anti-bacterial)을 가지는, 박테리아 방지용 소수성 박막을 제공한다. 상기 본원의 다른 일 측면에 따른 박테리아 방지용 소수성 박막은, 상기 본원의 일 측면에 대하여 기술된 내용을 모두 적용할 수 있다.

상기 안티 박테리아성이란, 박막의 표면에 박테리아가 전혀 붙지 않는 것, 또는 박테리아가 다소 붙어있더라도 죽어있는 것을 의미하는 것일 수 있다. 상기 박테리아는 일반적으로 알려진 박테리아(세균)라면 특별한 제한 없이 적용 가능하며, 예를 들어, 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans), 바실러스 서브틸러스 (Bacillus subtilis), 락토바실러스 비피도박테리움(Lactobacillus bifidobacterium), 락토바실러스 아시도필러스(Lactobacillus acidophilus), 락토바실러스 가세리(Lactobacillus gasseri), 락토바실러스 존스니(Lactobacillus johnsonii), 락토바실러스 헬베티커스(Lactobacillus helveticus), 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 비피도박테리움 비피덤(Bifidobacterium bifidum), 비피도박테리움 롱검(Bifidobacterium longum), 비피도박테리움 인펀티스(Bifidobacterium infantis), 비피도박테리움 애니멀리스(Bifidobacterium animalis), 스트렙토코커스 써모필러스(Streptococcus thermophilus), 타필로코커스 아우레스(Staphylococcus aureus), 스타필로코커스 에피더미디스(Staphylococcus epidermidis), 또는 엔테로코커스 파에칼리스(Enterococcus faecalis) 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소수성기는 -CH_x기, -CF_y기, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은, 박테리아 방지(repelling) 원리를 도시한 것으로서, 물 접촉각이 약 160˚ 이상인 초소수성 박막의 경우(우측), 상기 박막의 표면에 박테리아가 부착되지 않는다는 것을 나타낸다.

이하에서 본원의 일 구현예에 따른 박테리아 방지용 소수성 박막에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2, 및 도 3a 내지 도 3c는 본원의 일 구현예에 따른 박테리아 방지용 소수성 박막의 단면도로서, 상기 도면들을 참조하면, 상기 박테리아 방지용 소수성 박막은 기재(100) 상에 형성된 소수성 박막(300) 또는 초소수성 박막(400)을 포함한다.

도 2는, 본원의 일 구현예에 따른 SiO_x 박막(200) 및 소수성 박막(300)을 포함하는 박테리아 방지용 소수성 박막의 단면도이다. 상기 소수성 박막(300)은 -CF_y기를 가지는 것일 수 있다.

도 3a는, 본원의 일 구현예에 따른 초소수성 박막(400)을 포함하는 박테리아 방지용 소수성 박막의 단면도이다. 상기 초소수성 박막(400)은 -CH_x기를 가지는 것일 수 있다.

도 3b는, 본원의 일 구현예에 따른 소수성 박막(300) 및 초소수성 박막(400)을 포함하는 박테리아 방지용 소수성 박막의 단면도이다. 상기 소수성 박막(300) 및 초소수성 박막(400)은 -CH_x기를 가지는 것일 수 있다.

도 3c는, 본원의 일 구현예에 따른 SiO_x 박막(200), 소수성 박막(300), 및 초소수성 박막(400)을 포함하는 박테리아 방지용 소수성 박막의 단면도이다. 상기 소수성 박막(300) 및 초소수성 박막(400)은 -CH_x기를 가지는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재(100)는 통상의 강성 기재 또는 플렉서블 기재를 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 기재(100)는 유리 또는 고분자 물질 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 있어서, 박테리아 방지용 소수성 박막은 물 접촉각이 약 100˚ 이상이고, 기름 접촉각은 약 100˚ 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 물 접촉각은 약 100˚ 이상, 약 111˚ 이상, 약 115˚ 이상, 약 122˚ 이상, 약 130˚ 이상, 약 145˚ 이상, 약 160˚ 이상, 또는 약 175˚ 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 박테리아 방지용 소수성 박막의 물 접촉각이 약 160˚ 이상인 경우, 초소수성을 가지는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 기름 접촉각은 약 100˚ 이하, 약 90˚ 이하, 약 82˚ 이하, 약 75˚ 이하, 약 65˚ 이하, 약 58˚ 이하, 약 45˚ 이하, 약 35˚ 이하, 약 25˚ 이하, 약 15˚ 이하, 또는 약 8˚ 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 참조하여 본원을 좀더 자세히 설명하지만, 본원은 이에 제한되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

[ 실시예 1]

박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 1

유리 기재 상에 산소 및 유기실란 전구체로서 HMDS(hexamethyldisilazane, Aldrich)를 이용하여 SiO_x 박막을 증착한 후, 200 mTorr의 압력 하에서 C_aF_b 가스를 전구체로서 이용하여 각각 80 W, 140 W, 및 200 W의 RF 전력을 상부전극에 인가하여 -CF_y기를 가지는 소수성 박막을 형성하였다(도 2). 상기 소수성 박막은 박막 증착과 동시에 표면에 -CF_y기가 네트워크 구조로 형성되었다

도 6의 (a) 내지 (c)는, 상기 제조된 -CF_y기 함유 소수성 박막의 각각 상이한 RF 전력 인가에 따른 물 접촉각의 변화를 표면 이미지로서 나타내며, 도 6의 (d) 내지 (f)는, 상기 제조된 -CF_y기 함유 소수성 박막의 각각 상이한 RF 전력 인가에 따른 기름 접촉각의 변화를 표면 이미지로서 나타낸다. 또한, 도 7은 상기 물 접촉각 및 기름 접촉각을 그래프로서 도시하여 비교한 것이다.

도 8a 및 도 8b는 상기 각각 상이한 RF 전력 인가에 의해 제조된 -CF_y기 함유 소수성 박막의 화학 구조를 분석한 스펙트럼으로서, 도 8b의 (a) 내지 (c)는, 도 8a의 적색 부분을 RF 전력 인가 별로 각각 나타낸 것이다.

도 11의 (a) 및 (b) 는 각각 실시예 1(140 W의 RF 전력 인가)에 따라 제조된 소수성 박막의 물 접촉각 및 기름 접촉각을 표면 이미지로서 나타낸 것으로서, 물 접촉각은 115˚였고, 기름 접촉각은 82˚였다.

[ 실시예 2]

박테리아 방지용 초소수성 박막의 제조 (조건 1)

유리 기재 상에 160 mTorr의 압력 하에서 HMDS(hexamethyldisilazane, Aldrich) 및 수소를 전구체로서 이용하여 140 W의 RF 전력을 상부전극에 인가하여 -CH_x기를 가지는 초소수성 박막을 형성하였다(도 3a).

도 15의 (a) 및 (b)는 각각 실시예 2에 따라 제조된 소수성 박막의 물 접촉각 및 기름 접촉각을 표면 이미지로서 나타낸 것으로서, 물 접촉각은 160˚였고, 기름 접촉각은 8˚였다.

[ 실시예 3]

박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 2 (조건 2)

유리 기재 상에 120 mTorr의 압력 하에서HMDS를 전구체로서 이용하여 140 W의 RF전력을 상부전극에 인가하여 -CH_x 기를 가지는 소수성 박막을 형성한 후, 160 mTorr의 압력 하에서 HMDS 및 수소를 전구체로서 이용하여 140 W의 RF 전력을 상부전극에 인가하여 -CH_x 기를 가지는 초소수성 박막을 형성하였다(도 3b).

[ 실시예 4]

박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 3 (조건 3)

유리 기재 상에 산소 및 유기실란 전구체로서 HMDS를 이용하여 SiO_x 박막을 증착하였고, 상기 SiO_x 박막이 증착된 기재 상에 120 mTorr의 압력 하에서HMDS를 전구체로서 이용하여 140 W의 RF전력을 상부전극에 인가하여 -CH_x 기를 가지는 소수성 박막을 형성한 후, 160 mTorr의 압력 하에서 HMDS 및 수소를 전구체로서 이용하여 140 W의 RF 전력을 상부전극에 인가하여 -CH_x 기를 가지는 초소수성 박막을 형성하였다(도 3c).

도 13의 (a) 및 (b)는 각각 실시예 4에 따라 제조된 소수성 박막의 물 접촉각 및 기름 접촉각을 표면 이미지로서 나타낸 것으로서, 물 접촉각은 111˚였고, 기름 접촉각은 58˚였다.

표 1은, 상기 실시예 4에서 제조된 박막들의 두께 및 색상을 정리하여 나타냈다.

[표 1]

도 4 및 도 5에서는 실시예 2 내지 4의 박막의 물 접촉각을 비교하였으며, 각각 조건 1은 실시예 2, 조건 2는 실시예 3, 및 조건 3은 실시예 4에 해당한다. 도 4는 상기 실시예 2 내지 4의 박막의 물 접촉각의 변화를 표면 이미지로서 나타낸 것이고, 또한, 도 5는 상기 물 접촉각을 그래프로서 도시하여 비교한 것이다.

[ 비교예 ]

비교예로서 박막을 형성하지 않은 순수 유리 기재를 사용하였으며, 도 9의 (a) 및 (b)에서 각각 상기 유리 기재의 물 접촉각 및 기름 접촉각을 표면 이미지로서 나타냈다. 상기 순수 유리 기재의 물 접촉각은 38˚였고, 기름 접촉각은 48˚였다.

[ 실험예 ]

상기 제조한 박테리아 방지용 소수성 박막들을 박테리아 물질로서 충치균 중 하나인 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans; S. mutans)을 사용하여 안티 박테리아성을 확인하였다. 본 실험예에서 사용된 충치균은 인간의 구강 내에서 서식하는 구형의 그람 양성균(gram positive bacteria)으로서, 혐기성을 가지고, 중온(18℃ 내지 40℃)에서 성장하며, 뼈를 부식(cariogenic microorganism)시키는 특징을 가지는 박테리아이다.

먼저, 충치균을 배양한 후, 상기 스트렙토코커스 뮤탄스가 배양된 실험 튜브 내에 BHI 배양액(brain heart infusion broth) 및 2% 수크로오스(sucrose) 보충제와 상기 비교예의 유리, 및 실시예 1, 2, 및 4의 박막을 각각 72 시간 동안 저장하였다. 72 시간 후의 각 기재들을 광학 현미경으로 측정하였다.

도 10은 상기 비교예(유리)를 사용한 결과이고, 도 12는 실시예 1(-CF_y기를 가지는 소수성 박막)을 사용한 결과이며, 도 14는 실시예 4(-CH_x기를 가지는 소수성 박막)를 사용한 결과로서, 상기 도면들에서 녹색 부분은 스트렙토코커스 뮤탄스가 살아있는 것을 나타내고, 적색 부분은 스트렙토코커스 뮤탄스가 죽어있는 것을 나타낸다. 도 10, 도 12, 및 도 14를 통해, 본원의 실시예에 따른 박막이 형성되어 있지 않은 경우에는 박테리아가 살아있었고, 본원의 실시예들에 따른 박막이 형성되어 있는 경우에는 박테리아가 다소 붙어있지만 죽어있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 2(-CH_x기를 가지는 초소수성 박막)은 박테리아가 표면에 접착되지 않는 것을 확인할 수 있었다(도면 미도시).

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 기재
200: SiO_x 박막
300: 소수성 박막
400: 초소수성 박막

Claims

기재 상에 -CH_x기를 함유하는 실리콘 전구체를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 소수성 박막을 형성하는 것을 포함하는 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법으로서,
상기 소수성 박막을 형성하기 전에, 유기실란 전구체 및 산소 기체를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 -OH기를 포함하는 SiO_x박막을 형성하는 것을 추가 포함하는 것인,
박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법.
기재 상에 불화탄소계 기체 전구체를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 소수성 박막을 형성하는 것을 포함하는 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법으로서,
상기 소수성 박막을 형성하기 전에, 유기실란 전구체 및 산소 기체를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 -OH기를 포함하는 SiO_x박막을 형성하는 것을 추가 포함하는 것인,
박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 -CH_x기를 함유하는 실리콘 전구체를 이용하여 소수성 박막을 형성하는 것은 수소 기체를 추가 포함하여 소수성 박막을 형성하는 것을 포함하는 것인, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유기실란 전구체는 Si_xC_yH_z(x는 1 내지 4이고, y는 3 내지 8이며, z는 10 내지 24임)를 포함하는 것인, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 -CH_x기를 함유하는 실리콘 전구체는 헥사메틸디실란(hexamethyldisilane), 트리메틸실란(trimethylsilane), 테트라에틸오소실리케이트(tetraethylorthosilicate), 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane), 옥타메틸사이클로테트라실록산(octamethylcyclotetrasiloxane), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 불화탄소계 기체는 C_aF_b(a는 1 내지 3, b는 4 내지 8임)를 포함하는 것인, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 소수성 박막은 -CF_y기를 포함하는 것인, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 소수성 박막은 50 W 내지 250 W의 RF 전력을 이용한 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 형성되는 것인, 박테리아 방지용 소수성 박막의 제조 방법.
제 1 항에 따른 방법에 의해 제조되는 박테리아 방지용 소수성 박막으로서,
상기 박테리아 방지용 소수성 박막은 1 층 내지 3 층의 소수성 박막에 의해 형성된 것을 포함하고,
상기 소수성 박막과 기재 사이에 -OH기를 포함하는 SiO_x 박막을 추가 포함하며,
-CH_x기를 포함하는 소수성기를 가지고, 내구성 및 안티 박테리아성을 가지는,
박테리아 방지용 소수성 박막.
제 2 항에 따른 방법에 의해 제조되는 박테리아 방지용 소수성 박막으로서,
상기 박테리아 방지용 소수성 박막은 1 층 내지 3 층의 소수성 박막에 의해 형성된 것을 포함하고,
상기 소수성 박막과 기재 사이에 -OH기를 포함하는 SiO_x 박막을 추가 포함하며,
-CF_y기를 포함하는 소수성기를 가지고, 내구성 및 안티 박테리아성을 가지는,
박테리아 방지용 소수성 박막.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 박테리아 방지용 소수성 박막은 물 접촉각이 100˚ 이상이고, 기름 접촉각은 100˚ 이하인 것인, 박테리아 방지용 소수성 박막.