KR101812193B1 - Sla 유형의 3d 프린팅을 위한 가시광선 경화용 투명수지 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SLA 유형의 3D 프린팅을 위한 가시광선 경화용 투명수지 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가시광선 경화용 투명수지 조성물은 가시광선을 광원으로 사용하여 경화되고, SLA 3D 프린터를 사용하여 투명한 구조체를 만들 수 있으며, 이에 유색의 염료를 더 함유하여 다양한 색을 구현할 수 있어 빛의 투과가 필요하거나 색 변화가 필요한 구조체, 센서, 바이오 센서 등을 제조하는데 유용한 효과가 있다.
Description
본 발명은 SLA 유형의 3D 프린팅을 위한 가시광선 경화용 투명수지 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
3D 프린팅은 제조업 분야에서 크게 각광받고 있는 기술로, 프린팅 기술에 따라, 고체기반 소재의 FDM(Fused deposition modeling), 액체기반 소재의 SLA(Stereolithography), 분말기반 소재의 SLS(Selective laser sintering)와 같은 다양한 방법으로 이용되고 있다. 특히 SLA 유형의 3D 프린팅은 해상도가 높아, 다른 기술에 비해 정확한 3D 구조체를 구현할 수 있는 장점을 가지고 있다.
SLA 3D 프린팅에 사용되는 수지 조성물은 광원을 이용하여 3D 구조체를 구현하게 되는데, 주로 자외선이 광원으로 사용되고(특허문헌 1), 자외선을 광원으로 사용하는 경우 다양한 색을 갖는 구조체를 구현해낼 수 있으나, 광원의 가격이 비싸며 내부 설계가 복잡하기 때문에 고장이 나거나 수명이 다했을 때 교체에 대한 비용 부담이 큰 단점이 있다.
이에, 본 발명의 발명자들은 자외선이 아닌 가시광선을 광원으로 사용하여 다양한 색을 구현할 수 있는 수지 조성물을 개발하기 위해 노력하던 중, 본 발명에 따른 수지 조성물이 가시광선을 광원으로 사용하여 경화되며, 경화 후 빛을 잘 투과시킬 수 있는 특징이 있어 투명한 구조체가 제조될 수 있고, 이에 유색의 염료를 더 함유하여 다양한 색을 구현할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물로 제조되는 바이오 센싱용 투명 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 바이오 센싱용 투명 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물로 제조되는 바이오 센싱용 투명 구조체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 바이오 센싱용 투명 구조체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 가시광선 경화용 투명수지 조성물은 가시광선을 광원으로 사용하여 경화되고, SLA 3D 프린터를 사용하여 투명한 구조체를 만들 수 있으며, 이에 유색의 염료를 더 함유하여 다양한 색을 구현할 수 있어 빛의 투과가 필요하거나 색 변화가 필요한 구조체, 센서, 바이오 센서 등을 제조하는데 유용하게 사용될 수 있다.
도 1A는 PETA(펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트)와 기존수지를 (PETA: 기존수지 = 8:2, 7:3, 6:4, 5:5 및 기존수지(100%))의 비율로 혼합하였을 때 육안으로 관찰되는 수지 조성물의 투명도를 나타낸 사진이며, 도 1B는 본 발명의 PETA에 대한 광개시제인 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드의 몰 비를 [PETA]:[광개시제] = 1:0.00125, 1:0.0025, 1:0.005, 1:0.01, 1:0.015, 1:0.03, 1:0.05, 1:0.1 및 1:0.15로 하였을 때, 육안으로 관찰되는 수지 조성물의 투명도 및 경화여부를 나타낸 사진이다. 도 1C는 본 발명의 PETA와 광 개시제인 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드를 1:0.005 몰 비로 함유하는 동일한 혼합물에 용매인 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트를 상기 PETA에 대해 몰비 [PETA]:[1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트] = 1:0.655, 1:0.393, 1:0.197 및 1:0.131로 다르게 하였을 때, 경화여부를 나타낸 사진이다.
도 2A는 1.0, 1.5 및 2.0 mm의 각기 다른 두께에 따라 제조된 실시예 2의 구조체와 종래 사용되던 기존수지를 사용하여 제조된 구조체에 'KAIST' 글자가 검정 또는 노랑으로 인쇄된 종이를 밑에 받친 뒤, 나타나는 글자를 사진으로 나타낸 것이다. 도 2B는 기존수지로 제작된 구조체의 1.0, 1.5 및 2.0 mm의 각기 다른 두께별 400nm 내지 800nm 파장에서의 흡광도를 나타낸 것이다. 도 2C는 실시예 2 구조체의 1.0, 1.5 및 2.0 mm의 각기 다른 두께별 400nm 내지 800nm 파장에서의 흡광도를 나타낸 것이다.
도 3은 가로 1cm, 세로 5cm, 두께 1.0mm의 규격의 실시예 1 또는 기존수지로 제작된 각각의 구조체의 기계적 강도를 측정하여 나타낸 것이다.
도 4는 기존수지를 경화시킨 구조체와 본 발명에서 제조한 가시광선 경화용 투명수지와 다양한 색깔의 염료를 혼합한 뒤 경화시킨 구조체를 보여준다. 노란색 수지는 10 mg/mL 브로모페놀블루(Bromophenol blue, 80 μL), 초록색 수지는 10 mg/mL 인도시아닌 그린 (Indocyanine green, 80 μL) 및 파란색 수지는 10 mg/mL 알시안 블루 (Alcian blue, 160 μL)를 혼합하여 제조한 수지를 사용하였다.
도 5A는 본 발명에 따라 제조한 가시광선 경화용 투명수지와 SLA 방식의 3D 프린터를 사용하여 제조한 원통형 구조체(파이펫 팁(tip))의 3차원 도면을 나타낸 것이다. 도 5B는 단백질을 탐지하기 위해, 테트라브로모페놀블루(TBPB)로 본 발명에 따라 제조한 구조체(팁)의 안쪽 표면을 코팅하고, 상기 구조체를 사용하여 단백질용액(3 mg/mL 농도의 알부민을 함유하고 있는 용액)을 빨아올렸을 때, 용액의 색 변화 여부를 나타낸 것이다.
도 2A는 1.0, 1.5 및 2.0 mm의 각기 다른 두께에 따라 제조된 실시예 2의 구조체와 종래 사용되던 기존수지를 사용하여 제조된 구조체에 'KAIST' 글자가 검정 또는 노랑으로 인쇄된 종이를 밑에 받친 뒤, 나타나는 글자를 사진으로 나타낸 것이다. 도 2B는 기존수지로 제작된 구조체의 1.0, 1.5 및 2.0 mm의 각기 다른 두께별 400nm 내지 800nm 파장에서의 흡광도를 나타낸 것이다. 도 2C는 실시예 2 구조체의 1.0, 1.5 및 2.0 mm의 각기 다른 두께별 400nm 내지 800nm 파장에서의 흡광도를 나타낸 것이다.
도 3은 가로 1cm, 세로 5cm, 두께 1.0mm의 규격의 실시예 1 또는 기존수지로 제작된 각각의 구조체의 기계적 강도를 측정하여 나타낸 것이다.
도 4는 기존수지를 경화시킨 구조체와 본 발명에서 제조한 가시광선 경화용 투명수지와 다양한 색깔의 염료를 혼합한 뒤 경화시킨 구조체를 보여준다. 노란색 수지는 10 mg/mL 브로모페놀블루(Bromophenol blue, 80 μL), 초록색 수지는 10 mg/mL 인도시아닌 그린 (Indocyanine green, 80 μL) 및 파란색 수지는 10 mg/mL 알시안 블루 (Alcian blue, 160 μL)를 혼합하여 제조한 수지를 사용하였다.
도 5A는 본 발명에 따라 제조한 가시광선 경화용 투명수지와 SLA 방식의 3D 프린터를 사용하여 제조한 원통형 구조체(파이펫 팁(tip))의 3차원 도면을 나타낸 것이다. 도 5B는 단백질을 탐지하기 위해, 테트라브로모페놀블루(TBPB)로 본 발명에 따라 제조한 구조체(팁)의 안쪽 표면을 코팅하고, 상기 구조체를 사용하여 단백질용액(3 mg/mL 농도의 알부민을 함유하고 있는 용액)을 빨아올렸을 때, 용액의 색 변화 여부를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트(Pentaerythritol tetraacrylate) 및 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide)를 함유하는 가시광선 경화용 투명수지 조성물을 제공하며 바람직하게는 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate)를 더 함유하는 가시광선 경화용 투명수지 조성물을 제공한다.
상기 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하며, 기존의 수지와 혼합하여 사용할 수 있으나 투명도가 떨어지고 단독으로 사용시 투명도를 가장 좋게 할 수 있는 특징을 갖는다.
[화학식 1]
상기 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용하며, 상기 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트에 대한 몰비를 0.005 내지 0.01로 혼합하는 것이 바람직하고 0.005 내지 0.007인 것이 보다 바람직하며 0.005인 것이 가장 바람직하다.
[화학식 2]
상기 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드의 몰비가 0.005 미만이면 광경화가 잘 일어나지 못하며, 0.01을 초과하면 투명도가 떨어지는 현상이 발생한다.
상기 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 사용하며, 상기 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트에 대한 몰비를 0.05 내지 0.18로 혼합하는 것이 바람직하고 0.01 내지 0.02인 것이 보다 바람직하며 0.131인 것이 가장 바람직하다.
[화학식 3]
상기 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트의 몰비가 0.05 미만이면 투명수지 조성물의 점성이 높아져 도포가 어려우며 3D 프린터 적용에 어려움이 있고, 0.18를 초과하면 투명수지 조성물이 묽어져 구조체를 형성하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명에서 제조한 가시광선 경화용 투명수지 조성물은 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트 및 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드를 1:0.005몰비로 함유하는 것이 바람직하고, 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트, 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드 및 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트를 1:0.005:0.131의 몰비로 함유하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 가시광선 경화용 투명수지 조성물은 SLA 방식의 3D 프린터에서 사용되는 기존수지 조성물보다 빛의 투과도가 높은 특성을 가지며 유색의 염료와 혼합하여 다양한 색을 우수하게 구현할 수 있다.
이때, 상기 염료는 브로모페놀블루(Bromophenol blue), 인도시아닌 그린 (Indocyanine green) 또는 알시안 블루(Alcian blue)를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
또한, 본 발명은 상기 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트, 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드 및 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트를 함유하는 가시광선 경화용 투명수지 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 가시광선 경화용 투명수지 조성물의 제조방법은 하기 화학식 1로 표시되는 아크릴레이트계 화합물과 하기 화학식 2로 표시되는 광개시제를 혼합하는 단계(단계 1);를 포함한다:
[화학식 1]
[화학식 2]
또한, 상기 조성물의 제조방법은 상기 단계 1을 수행한 후, 염료를 첨가하는 단계(단계 2);를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 가시광선 경화용 투명수지 조성물의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 가시광선 경화용 투명수지 조성물의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 상기 화학식 1로 표시되는 아크릴레이트계 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 광개시제를 혼합하는 단계이다.
또한, 상기 제조방법은 상기 단계 1을 수행한 후, 염료를 첨가하는 단계(단계 2);를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 염료는 브로모페놀블루(Bromophenol blue), 인도시아닌 그린 (Indocyanine green) 또는 알시안 블루(Alcian blue)를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
나아가, 상기 제조방법은 하기 화학식 3으로 표시되는 용매 하에 수행되는 것이 바람직하다:
[화학식 3]
나아가, 본 발명은 상기 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트, 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드 및 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트를 함유하는 가시광선 경화용 투명수지 조성물을 가시광선으로 조사하여 형성되는 구조체를 제공한다.
상기 구조체는 색 변화를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 분야에서 사용될 수 있고 바이오 센싱용 구조체로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구조체는 기계적 강도가 우수하여 안정적인 구조체가 요구되는 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이때, 상기 구조체는 원통형의 구조체를 제조할 경우, 파이펫 팁으로 사용 가능하며, 구조체의 표면에 단백질을 탐지할 수 있는 분자를 코팅할 경우, 단백질 용액을 기반으로 하는 바이오 센싱용 구조체로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 투명수지 조성물을 도포하는 단계(단계 1); 및
상기 도포된 조성물에 가시광선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 상기 구조체의 제조방법을 제공한다.
<
실시예
1>
SLA
유형의 3D 프린트용 가시광선 경화용 투명수지의 제조
다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드의 최종 농도가 1.67 mg/ml이 될 수 있도록, 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트와 펜타에리쓰리 테트라아크릴레이트가 9:1의 부피비로 혼합된 용액에 첨가하여 가시광선 경화용 투명 수지를 제조하였다.
제조된 투명 수지 내에 존재하는 성분들의 최종 몰비는 펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트, 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드 및 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트가 1:0.005:0.131 몰비로 혼합되어 있다.
<
비교예
1> 기존수지의 준비
기존수지는 Carima에서 제조되는 수지로 상용화되어 있는 수지(Arario 410)를 구입하여 사용하였다.
<
실시예
2>
SLA
유형의 3D 프린터를 사용한 구조체의 제조
SLA 방식의 3D 프린터(Carima)를 사용하여 상기 실시예 1에서 제조한 본 발명의 가시광선 경화용 투명수지와 비교예 1의 상용화된 기존수지(Arario 410, Carima Co.)로 두께 1.0, 1.5 및 2.0 mm, 너비 1 cm, 길이 10 cm의 규격으로 하며 가시광선 경화시 경화시간은 각 층당 40 내지 60초로 하여 구조체를 제조하였다.
<
실험예
1> 수지 조성물의 투명도 및 가시광선
경화여부평가
본 발명의 수지 조성물의 투명도와 가시광선 경화여부를 평가하기 위해, 다음과 같은 실험을 하였다.
비교예 1의 기존수지와 본 발명에서 사용한 PETA(펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트)의 부피비를 다르게 하여 가시광선에 약 24시간 노출 시킨 후, 부피비에 따른 투명도의 경향성을 육안으로 분석하였고, 그 결과를 도 1A에 나타냈다.
또한, 본 발명의 PETA에 대한 광개시제인 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드의 몰 비를 다르게 하여 가시광선에 약 24시간 노출 시킨 후, 몰 비에 따른 투명도의 경향성과 경화여부를 육안으로 분석하였고, 그 결과를 도 1B에 나타내었다.
또한, 본 발명에서 사용한 수지의 SLA방식 3D 프린터에서의 사용 편의를 증진시키기 위해 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트를 더 포함하는 가시광선 경화용 투명수지 조성물을 PETA와 광개시제인 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드의 몰 비율을 1:0.005로 하고 용매인 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트의 최종 몰 비율을 1:0.655, 1:0.393, 1:0.197, 1:0.131로 하여 제조하고 수지를 가시광선에 약 24시간 노출시켰을 때, 경화 여부를 육안으로 분석하였고, 그 결과를 도 1C에 나타내었다.
도 1A는 PETA(펜타에리쓰리톨 테트라아크릴레이트)와 기존수지를 (PETA : 기존수지 = 8:2, 7:3, 6:4, 5:5 및 기존수지(100%))의 비율로 혼합하였을 때 육안으로 관찰되는 수지의 투명도를 나타낸 사진이다.
도 1B는 본 발명의 PETA에 대한 광개시제인 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드의 몰 비를 ([PETA]:[광 개시제] = 1:0.00125, 1:0.0025, 1:0.005, 1:0.01, 1:0.015, 1:0.03, 1:0.05, 1:0.1 및 1:0.15)로 하였을 때 육안으로 관찰되는 수지의 투명도와 경화 여부를 나타낸 사진이다.
도 1C는 본 발명의 PETA와 광 개시제인 다이페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드를 1:0.005 몰 비로 함유하는 동일한 혼합물에 용매인 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트를 상기 PETA에 대해 몰비 [PETA]:[1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트] = 1:0.655, 1:0.393, 1:0.197 및 1:0.131로 다르게 하였을 때, 경화여부를 나타낸 사진이다.
도 1A를 살펴보면, PETA의 부피비가 높아질수록 수지가 투명해지는 것을 확인할 수 있고, 도 1B를 살펴보면, PETA에 대한 광 개시제의 몰비가 1:0.005일때 수지가 상대적으로 가장 투명하며, 완전히 경화가 된 것을 확인할 수 있다. 도 1C를 살펴보면, PETA에 대한 용매 1,6-헥산 디올 다이아크릴레이트의 몰비가 1:0.131일 때 수지가 완전히 경화된 것을 확인할 수 있다.
따라서, PETA를 수지로서 단독으로 포함 시키고, 적정량의 광개시제를 첨가하면 투명한 수지의 구현이 가능하며, 보다 바람직하게 SLA방식 3D 프린터에 적합하도록 용매를 더 포함하여 사용될 수 있음을 알 수 있다.
<
실험예
2> 흡광도 분석
본 발명의 상기 실시예 2에서 제조된 구조체의 흡광도를 분석하기 위해, 다음과 같은 실험을 하였다.
구체적으로, 본 발명에 따라 실시예 2에서 규격별로 제조된 구조체와 종래에 사용되던 기존수지로 실시예 2의 규격과 동등하게 제작된 구조체를 비교하기 위해, 'KAIST' 글자가 인쇄된 종이를 구조체 밑에 받친 뒤, 육안으로 글자가 보이는 정도를 확인하여 그 결과를 도 2A에 나타냈다.
또한, 상기 실시예 2와 기존수지로 제작된 구조체를 각각 자외선-가시광선 분광스펙트럼(HP8453, Hewlett Packard)을 사용하여 400nm 내지 800nm 파장에서 흡광도를 측정하고 그 결과를 도 2B(기존수지 구조체)와 도 2C(실시예 2의 구조체)에 나타냈다.
도 2A는 1.0, 1.5 및 2.0 mm의 각기 다른 두께에 따라 제조된 실시예 2의 구조체와 종래 사용되던 기존수지를 사용하여 제조된 구조체에 'KAIST' 글자가 검정 또는 노랑으로 인쇄된 종이를 밑에 받친 뒤, 나타나는 글자를 사진으로 나타낸 것이다.
도 2B는 기존 수지로 제작된 구조체의 1.0, 1.5 및 2.0 mm의 각기 다른 두께별 400nm 내지 800nm 파장에서의 흡광도를 나타낸 것이다.
도 2C는 실시예 2 구조체의 1.0, 1.5 및 2.0 mm의 각기 다른 두께별 400nm 내지 800nm 파장에서의 흡광도를 나타낸 것이다.
도 2A를 살펴보면, 기존수지로 제작된 구조체는 불투명하여 검정의 글자는 식별이 어렵고, 노랑의 글자는 식별이 불가하나, 본 발명에 따라 제조된 실시예 2의 구조체는 구조체 밑면에 글자가 명확히 나타나 본 발명의 가시광선 경화수지 조성물로 제작된 구조체가 빛을 잘 투과시키는 것을 알 수 있다.
도 2B를 살펴보면, 기존수지로 제작된 구조체는 1mm 두께에서 2.31 흡광도(600 nm 기준) 및 1.5 mm 두께에서 2.32 흡광도(600nm 기준)를 나타냈고, 도 2C를 살펴보면 실시예 2의 구조체는 1mm 두께에서 1.07 흡광도(600nm 기준), 1.5 mm 두께에서 1.19 흡광도(600nm 기준)를 나타내어 본 발명에 따라 제조된 투명수지로 제조된 구조체는 종래 사용되던 수지로 제작된 구조체보다 2배 이상으로 빛을 투과시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 가시광선 경화 수지는 빛을 투과시킬 수 있어 SLA 3D 프린터를 사용하여 투명한 구조체를 만들 수 있고 색 변화를 기반으로 하는 생물학적 센싱기능에 유용하게 사용될 수 있다.
<
실험예
3>
SLA
방식의 3D 프린터를 위한 가시광선 경화 투명한 수지를 이용하여 만든 구조체의 기계적 강도 분석
본 발명에 따른 상기 실시예 1에서 제조한 가시광선 경화용 투명수지 조성물을 사용하여 만든 구조체의 기계적 강도를 분석하기 위해 UTM(Universal testing machine, Instron 5943)을 사용하여 다음과 같은 실험을 하였다.
구체적으로, 측정을 위한 시료는 가로 1cm, 세로 5cm, 두께 1.0mm의 규격으로 상기 실시예 1의 수지와 종래의 기존수지로 각각 구조체를 제조하여 준비하였다. 준비된 시료를 UTM의 그립에 고정 시킨 후, 속도 10mm/min으로 500N 로드 셀(Load cell)을 사용하여 힘을 가해주고 구조체가 부서지는 순간의 최대 힘을 측정하여 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3은 가로 1cm, 세로 5cm, 두께 1.0mm의 규격의 실시예 1 또는 기존수지로 제작된 각각의 구조체의 기계적 강도를 측정하여 나타낸 것이다.
도 3을 살펴보면, 기존 수지는 221.6±44 N의 힘에 의해 부서지는 반면, 본 발명에서 제조된 수지로 형성한 구조체는 326.3 ± 118 N의 힘에 의해 부서지는 것을 확인할 수 있어 본 발명에 따라 제조된 수지로 제작된 구조체는 기존 수지로 제조된 구조체에 비해 약 1.5배의 기계적 강도를 갖는다.
따라서, 본 발명에 따른 투명수지로 제조되는 구조체는 기계적 강도가 우수함을 알 수 있다.
<
실험예
4> 본 발명의 투명수지를 이용한 다양한 색의 수지 구현
본 발명에 따른 가시광선 경화용 투명수지 조성물의 색 구현을 평가하기 위해, 다음과 같은 실험을 하였다.
구체적으로, 상기 실시예 1에서 제조한 투명수지에 다양한 색의 염료를 혼합하여 색 구현을 평가하였다. 실험을 위해 사용된 염료는 브로모페놀블루 (Bromophenol blue), 인도시아닌 그린 (Indocyanine green) 및 알시안 블루 (Alcian blue)를 사용하였고 각각의 염료는 10 mg/mL로 95% 에탄올에 녹여서 사용하였다. 노란색 수지는 브로모페놀블루 (Bromophenol blue) 용액 80 μL를 혼합하여 제조하였으며, 초록색 수지는 인도시아닌 그린 (Indocyanine green) 용액 80 μL를 혼합하여 제조하였다. 또한, 파란색 수지는 알시안 블루 (Alcian blue) 용액 160 μL를 혼합하여 제조하였다. 각각의 수지는 24 웰 플레이트에 넣어, 가시광선 광원 아래에서 대략 12시간 동안 상온 경화되었으며, 완전히 경화된 후 실험예 1에서 진행한 빛 투과도 분석과 유사하게, 인쇄된 글자 'KAIST'를 밑에 받쳐 육안으로 확인하여 그 결과를 도 4에 나타냈다.
도 4는 기존수지를 경화시킨 구조체와 본 발명에 따른 투명수지에 유색의 염료를 혼합한 뒤 경화시킨 구조체의 밑에 'KAIST' 글자가 인쇄된 종이를 받쳐 나타난 글자의 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 기존수지를 경화시킨 구조체와 본 발명에서 제조한 투명한 수지와 다양한 색깔의 염료를 혼합한 뒤 경화시킨 구조체를 나타낸다. 노란색 수지는 10 mg/mL 브로모페놀블루(Bromophenol blue, 80 μL), 초록색 수지는 10 mg/mL 인도시아닌 그린 (Indocyanine green, 80 μL) 및 파란색 수지는 10 mg/mL 알시안 블루 (Alcian blue, 160 μL)를 혼합하여 제조한 수지를 사용하였다.
도 4를 살펴보면, 기존수지로 경화된 구조체는 글자가 거의 보이지 않는 반면, 본 발명에 따른 투명수지 또는 투명수지에 다양한 색을 넣어 경화된 구조체는 글자가 선명히 보이는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 투명수지 조성물을 함유하여 제작된 구조체는 다양한 염료와 혼합하여 투명도를 유지함과 동시에 다양한 색 구현이 가능함을 알 수 있다.
<
실험예
5> 단백질 탐지용 구조체 제조 및 단백질 탐지 가능성 여부 평가
본 발명에 따른 가시광선 경화용 투명수지 조성물을 사용하여 단백질 탐지용 구조체를 제조하고 이의 단백질 탐지 가능성 여부를 평가하기 위해, 다음과 같은 실험을 하였다.
구체적으로, 본 발명에 따라 제조된 가시광선 경화용 투명수지와 SLA 방식의 3D 프린터를 사용하여 파이펫에 사용할 수 있는 팁 형태의 구조체를 제조하였다. 구조체를 이용해 단백질 탐지가 가능하도록, 제조된 팁 형태의 구조체를 테트라브로모페놀블루 용액(테트라브로모페놀블루 용액은 10 mM 시트르산 버퍼(pH 3)와 3.3 mM TBPB(단백질과 상호작용하여 파란색을 띠는 대표적인 분자)가 들어있는 95% 에탄올 용액을 1:2 부피비로 혼합하여 준비하였다)에 담근 뒤, 팁 내부를 약 24시간 동안 코팅하고 상기와 같이 준비된 구조체를 사용하여 3 mg/mL 알부민(Sigma Co., USA) 용액을 빨아올렸을 때, 용액의 색 변화 여부를 관찰하였고, 그 결과를 도 5에 나타냈다.
도 5A는 본 발명에 따라 제조한 가시광선 경화용 투명수지와 SLA 방식의 3D 프린터를 사용하여 제조한 원통형 구조체(파이펫 팁(tip))의 3차원 도면을 나타낸 것이고, 도 5B는 단백질을 탐지하기 위해, 테트라브로모페놀블루(TBPB)로 본 발명에 따라 제조한 구조체(팁)의 안쪽 표면을 코팅하고, 상기 구조체를 사용하여 단백질용액(3 mg/mL 농도의 알부민을 함유하고 있는 용액)을 빨아올렸을 때, 용액의 색 변화 여부를 나타낸 것이다.
도 5B를 살펴보면, 상기 테트라브로모페놀블루로 코팅된 구조체(파이펫 팁)를 사용하여 단백질용액을 빨아올린 뒤, 용액이 푸르게 변하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 가시광선 경화용 투명수지를 함유하는 투명한 원통형의 구조체를 제조할 경우, 파이펫 팁으로 사용 가능하며 구조체의 표면에 단백질을 탐지할 수 있는 분자를 코팅할 경우, 단백질 용액을 기반으로 하는 단백질 정량 측정법과 같은 바이오 센싱에 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (10)
- 하기 화학식 1로 표시되는 아크릴레이트계 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 광개시제 및 하기 화학식 3으로 표시되는 용매를 포함하는 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물이되,
상기 아크릴레이트계 화합물 및 상기 광개시제의 몰비는 1:0.005 내지 1:0.01인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물:
[화학식 1]
;
[화학식 2]
;
[화학식 3]
.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 가시광선 경화용 투명수지 조성물은 염료를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물.
- 하기 화학식 1로 표시되는 아크릴레이트계 화합물과 하기 화학식 2로 표시되는 광개시제를 하기 화학식 3으로 표시되는 용매 하에 혼합하는 단계(단계 1);를 포함하는 제1항의 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물의 제조방법이되,
상기 아크릴레이트계 화합물 및 상기 광개시제의 몰비는 1:0.005 내지 1:0.01인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 가시광선 경화용 투명수지 조성물의 제조방법:
[화학식 1]
;
[화학식 2]
; 및
[화학식 3]
.
- 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 제조방법은 상기 단계 1을 수행한 후,
염료를 첨가하는 단계(단계 2);를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제1항의 투명수지 조성물을 가시광선으로 조사하여 형성되는 구조체.
- 제1항의 투명수지 조성물을 도포하는 단계(단계 1); 및
상기 도포된 조성물에 가시광선을 조사하는 단계(단계 2);를 포함하는 제8항의 구조체 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 구조체는 색 변화를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱용 구조체.
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| KR1020160004658A KR101812193B1 (ko) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | Sla 유형의 3d 프린팅을 위한 가시광선 경화용 투명수지 조성물 및 이의 제조방법 |
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| KR1020160004658A KR101812193B1 (ko) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | Sla 유형의 3d 프린팅을 위한 가시광선 경화용 투명수지 조성물 및 이의 제조방법 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |