KR102005667B1 - Photoactive ion channel device and manutacture method thereof - Google Patents

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KR102005667B1
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한창수
전경용
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

The disclosed photoactive ion channel device according to the present invention comprises: a first support unit for supporting a first electrolyte; a second support unit stacked on the first support unit and supporting a second electrolyte; a membrane unit provided between the first and second support units and having a plurality of stomata formed therein; and a power supply unit for measuring a current by applying a voltage between the first and second electrolytes. The membrane unit is formed of an azo-based polymer which can be induced by light. According to the above configuration, a fast response is possible by light at low power even at room temperature.

Description

광 활성 이온채널장치 및 이의 제조방법{PHOTOACTIVE ION CHANNEL DEVICE AND MANUTACTURE METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a photoactive ion channel device and a method for manufacturing the same,

본 발명은 광 활성 이온채널장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 아조계 폴리머에 의해 코팅된 멤브레인을 구비하여 빛에 대한 빠른 응답성을 가지는 광 활성 이온채널장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a photoactive ion channel device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a photoactive ion channel device having a membrane coated with an azo polymer and having quick response to light, and a method of manufacturing the same. will be.

식물의 성장을 위해서는 잎 표면에 수십 마이크로 크기의 작은 구멍인 기공(Stomata)이 필수적이다. 기공은 식물과 대기 사이의 가스 교환을 제어하고, 물의 증발을 최소화하는 일종의 멀티 센서 밸브로써, 식물의 중요한 생리적 기능을 제공한다. Stomata, a small hole with a size of tens of micro-sized on the leaf surface, is essential for plant growth. Porosity is a kind of multi-sensor valve that controls the gas exchange between the plant and the atmosphere and minimizes the evaporation of water, providing important physiological functions of the plant.

한편, 식물의 광합성은 엽록소가 태양으로부터 받아들이는 빛에너지를 전자에너지로 변환하여 일으키는 현상이다. 엽록소는 태양의 빛 중에서 청색광 및 적색광은 흡수하고, 녹색광은 반사한다. 또한, 광합성을 위해서는 물과 이산화탄소(CO2)가 필요하며, 물은 식물의 뿌리털의 세포를 통해 흡수되고 이산화탄소는 기공을 통해 대기 중에서 끌어들여진다.On the other hand, photosynthesis of plants is a phenomenon that chlorophyll converts the light energy received from the sun into electron energy. Chlorophyll absorbs blue and red light in sunlight and reflects green light. In addition, water and carbon dioxide (CO2) are required for photosynthesis, water is absorbed through the cells of the plant's root hair, and carbon dioxide is drawn through the pores into the atmosphere.

기공을 모방한 이전의 연구들은 하이드로겔에 근거한 온도, 빛 또는 습도에 반응하는 펌프, 밸브 및 채널의 개발에 초점을 맞추었다. 여기서, 외부 자극을 감지하는 생물학적 이온 채널은 기본적으로 수용기(receptors)와 나노포어(nanopores)로 구성된다. 수용기는 외부 자극에 의해 기계적으로 트리거(Trigger)되고, 나노포어는 이온 전달을 위한 경로를 제공하는 기능을 전기화학적으로 수행하며, 수용기와 나노포어는 서로 분리 가능하다. Previous studies that mimic porosity have focused on the development of pumps, valves and channels that respond to temperature, light, or humidity based on hydrogels. Here, biological ion channels that sense external stimuli are basically composed of receptors and nanopores. The receptor is mechanically triggered by an external stimulus, and the nanopore performs electrochemically the function of providing a path for ion transfer, and the receptor and the nanopore are separable from each other.

한편, 이온 채널은 에너지 소모를 염려하지 않고, 나노스케일 또는 마이크로 스케일 차원에서 매우 빠른 속도로 이온을 수송할 수 있다. 그로 인해, 이온 채널은 가속도, 온도, 음파, 유체공학 또는 압력을 포함한 물리적 변수를 모니터링함에 있어 센서로서 사용될 수 있다. 이에 따라, 근래에는 기공을 활용한 이온 채널을 다양한 적용 범위에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다. On the other hand, ion channels are capable of transporting ions at very high speeds in nanoscale or microscale dimensions without worrying about energy consumption. As a result, the ion channel can be used as a sensor in monitoring physical parameters including acceleration, temperature, sound waves, fluid engineering or pressure. Therefore, in recent years, studies on various application ranges of ion channels utilizing pores have been continuously carried out.

대한민국 등록특허공보 제10-1487575호(등록일: 2015년 1월 22일)Korean Registered Patent No. 10-1487575 (registered on January 22, 2015) 미국 공개특허공보 제23015/0321149호(공개일: 2015년 11월 12일)U.S. Published Patent Application No. 23015/0321149 (published on November 12, 2015)

본 발명은 기공을 가지는 멤브레인부를 아조계 폴리머로 코팅함으로써, 저전력으로 실온에서 빛에 대한 빠른 응답성을 가지는 광 활성 이온채널장치를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a photoactive ion channel device having a pore-tight membrane portion coated with an azo polymer to provide a quick response to light at room temperature with low power.

본 발명의 다른 목적은 빛에 의한 빠른 응답성을 가지는 광 활성 이온채널장치의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photoactive ion channel device having quick response by light.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 광 활성 이온채널장치는, 제1전해질 및 제2전해질을 각각 지지하는 제1 및 제2지지부, 상기 제1 및 제2지지부 사이에 마련되며 복수의 기공(stomata)이 형성되는 멤브레인부 및 상기 제1 및 제2전해질 사이에 전압을 인가하여 전류를 측정하는 전원부를 포함하며, 상기 멤브레인부는 빛에 의해 유도 가능한 아조(AZO)계 폴리머에 의해 코팅된 코팅층이 마련되어 빛에 의해 상기 기공의 지름을 수축 및 팽창시킨다. In order to achieve the above object, a photoactive ion channel device according to the present invention comprises first and second supporting parts for respectively supporting a first electrolyte and a second electrolyte, a plurality of pores provided between the first and second supporting parts, stomata, and a power unit for measuring a current by applying a voltage between the first and second electrolytes, wherein the membrane unit comprises a coating layer coated with an AZO polymer capable of being induced by light, To shrink and expand the diameter of the pores by light.

일측에 의하면, 상기 멤브레인부는 빛에 의해 유도 가능한 아조(AZO)계 폴리머에 의해 코팅된 코팅층이 마련되어, 빛에 의해 상기 기공의 지름을 수축 및 팽창시킬 수 있다. According to one aspect of the present invention, the membrane portion may be provided with a coating layer coated with an AZO polymer capable of being induced by light, and the diameter of the pore can be contracted and expanded by light.

일측에 의하면, 상기 아조계 폴리머는 4-아미노(amino)-1, 1'-아조벤젠(azobenzene)-3 및 4'-디술폰산 일나트륨 염(disulfonic acid monosodium salt) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 아조(AZO)와 PDDA(Poly diallyldimethylammonium chloride)가 혼합된 복합 재료를 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the azo-based polymer is azo-based polymer comprising at least one of 4-amino, -1'-azobenzene-3 and 4'- disulfonic acid monosodium salt. (AZO) and poly diallyldimethylammonium chloride (PDDA).

일측에 의하면, 상기 제1지지부는, 이온성 액체가 저장되며, 상기 제1 및 제2지지부의 적층 방향으로 관통되어 상기 제1전해질이 수용되는 제1저장홀이 마련되는 제1저장체 및, 상기 제1저장체를 사이에 두고 상기 멤브레인부와 마주하도록 적층되어, 상기 멤브레인부에 대해 상기 제1저장체를 지지시키는 제1지지체를 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the first support includes a first reservoir in which an ionic liquid is stored, a first reservoir through which the first electrolyte is accommodated is provided, the first reservoir being penetrated in a stacking direction of the first and second supports, And a first support that is stacked to face the membrane portion with the first reservoir interposed therebetween and supports the first reservoir with respect to the membrane portion.

일측에 의하면, 상기 제2지지부는, 상기 이온성 액체가 저장되며, 상기 제1 및 제2지지부의 적층 방향으로 관통되어 상기 제2전해질이 수용되는 제2저장홀이 마련되는 제2저장체 및 상기 제2저장체를 사이에 두고 상기 멤브레인부와 마주하도록 적층되어, 상기 멤브레인부에 대해 상기 제2저장체를 지지시키는 제2지지체를 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the second support portion includes a second reservoir for storing the ionic liquid and provided with a second storage hole through which the second electrolyte penetrates in the stacking direction of the first and second support portions, And a second support member stacked to face the membrane portion with the second reservoir interposed therebetween to support the second reservoir with respect to the membrane portion.

일측에 의하면, 상기 멤브레인부는 폴리 카보네이트 트랙 에치드(Poly Carbonate Track Etched: PCTE)를 포함할 수 있다. According to one aspect, the membrane portion may comprise a polycarbonate track etched (PCTE).

일측에 의하면, 상기 코팅층은 상기 멤브레인부의 적어도 일면에 적어도 1회 이상 상기 아조계 폴리머가 도포되어 건조된 후, 동결 건조(Freeze drying)되어 마련될 수 있다. According to one aspect, the coating layer may be provided by freeze drying after the azo polymer is applied on at least one side of the membrane part at least once, dried and then dried.

일측에 의하면, 상기 멤브레인부는 6㎛ 내지 11㎛의 두께를 가지며, 상기 기공의 지름은 10 ㎚ 내지 1 ㎛일 수 있다. According to one aspect, the membrane portion may have a thickness of 6 탆 to 11 탆, and the diameter of the pores may be 10 ㎚ to 1 탆.

일측에 의하면, 상기 아조계 폴리머는 아조(AZO)와 PDDA(Poly diallyldimethylammonium chloride)가 1:3, 1:4.4 내지 1:5의 중량비로 혼합된 후 농축된 복합 재료를 포함할 수 있다. According to one aspect, the azo polymer may include a composite material obtained by mixing azo (AZO) and poly diallyldimethylammonium chloride (PDDA) in a weight ratio of 1: 3 to 1: 4.4 to 1: 5.

일측에 의하면, 상기 아조계 폴리머는 상기 제2지지부와 마주하는 상기 멤브레인부의 일면에 적어도 2회 이상 도포되어 건조된 후, 동결 건조(Freeze drying)되어 상기 코팅층을 형성시킬 수 있다. According to one aspect of the present invention, the azo polymer may be coated on at least two surfaces of the membrane portion facing the second support, dried, and then freeze-dried to form the coating layer.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 광 활성 이온채널장치의 제조방법은, 제1전해질이 수용된 제1지지부를 마련하는 단계, 복수의 기공을 가지며 아조계 폴리머에 의해 적어도 일면이 코팅되어 상기 제1지지부의 상부에 적층되는 멤브레인부를 마련하는 단계, 상기 멤브레인부의 상부에 적층되며, 제2전해질이 수용된 제2지지부를 마련하는 단계 및 상기 제1 및 제2전해질에 전압을 인가시켜 전류를 측정하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a photoactive ion channel device according to a preferred embodiment of the present invention includes the steps of: providing a first support portion containing a first electrolyte; coating at least one surface with a plurality of pores, Providing a membrane portion stacked on top of the support portion, providing a second support portion stacked on top of the membrane portion and containing a second electrolyte, and measuring current by applying a voltage to the first and second electrolyte portions .

일측에 의하면, 상기 제1지지부 마련단계는, 제1지지체를 마련하는 단계 및 상기 제1전해질이 저장된 제1저장체를 상기 제1지지체의 상부에 적층시키는 단계를 포함할 수 있다. According to one aspect, the step of preparing the first supporting part may include a step of providing a first supporting member and a step of laminating the first supporting member, on which the first electrolyte is stored, on the first supporting member.

일측에 의하면, 상기 제2지지부 마련단계는, 상기 멤브레인부의 상부에 상기 제2전해질이 저장된 제2저장체를 적층시키는 단계 및 상기 제2저장체의 상부에 제2지지체를 적층시키는 단계를 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the step of preparing the second support portion includes a step of laminating a second reservoir containing the second electrolyte on the membrane portion, and laminating a second supporter on the second reservoir .

일측에 의하면, 상기 제1 및 제2전해질은 비수용성 전해질을 포함하며, 상기 멤브레인부를 사이에 두고 상호 마주할 수 있다. According to one aspect, the first and second electrolytes include a non-aqueous electrolyte, and may face each other with the membrane portion interposed therebetween.

일측에 의하면, 상기 멤브레인부 마련단계는, 중심에 홀이 형성된 한 쌍의 테프론(Teflon) 구조물의 사이에 상기 멤브레인부에 위치시키는 단계, 상기 아조계 폴리머를 포함하는 코팅액이 상기 홀을 통해 상기 멤브레인부에 도포되어 건조되는 단계 및 상기 코팅액이 도포되어 건조된 상기 멤브레인부를 동결 건조(Freeze drying)시켜 코팅층을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, the step of preparing the membrane section includes the steps of: positioning the membrane part between a pair of Teflon structures having holes formed at the center thereof; and supplying a coating solution containing the azo-based polymer to the membrane And drying the membrane portion coated with the coating solution and freeze drying to form a coating layer.

일측에 의하면, 상기 아조계 폴리머는 4-아미노(amino)-1, 1'-아조벤젠(azobenzene)-3 및 4'-디술폰산 일나트륨 염(disulfonic acid monosodium salt) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 아조(AZO)와 PDDA(Poly diallyldimethylammonium chloride)가 1:3, 1:4.4 내지 1:5의 중량비로 혼합된 후 농축된 복합 재료를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the azo-based polymer is azo-based polymer comprising at least one of 4-amino, -1'-azobenzene-3 and 4'- disulfonic acid monosodium salt. (AZO) and poly diallyldimethylammonium chloride (PDDA) in a weight ratio of 1: 3, 1: 4.4 to 1: 5, and then concentrated.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 기공을 가지는 멤브레인부를 아조계 폴리머로 코팅함으로써, 저전력으로도 빛에 대한 빠른 응답성을 가질 수 있게 된다. According to the present invention having the above structure, first, by coating the membrane portion having pores with the azo polymer, quick response to light can be obtained even at low power.

둘째, 코팅층에 의해 기공의 지름을 줄어들어도 기공을 통한 전류 특성이 변형되지 않음에 따라, 안정적이면서도 정확한 전류 측정이 가능하다. Second, even if the diameter of the pores is reduced by the coating layer, the current characteristics through the pores are not deformed, so that stable and accurate current measurement is possible.

셋째, 습도에 민감하지 않고 실온에서도 빠른 광 활성 효율을 기대할 수 있어, 다양한 분야에서 광센서로써 적용 가능하다. Third, since it is not sensitive to humidity and can expect fast optical activity efficiency even at room temperature, it can be applied as an optical sensor in various fields.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 광 활성 이온채널장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 일 실시예에 의한 광 활성 이온채널장치를 개략적으로 분해 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 멤브레인부를 제조하기 위한 제조방법을 순차적으로 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 4는 도 1에 도시된 일 실시예에 의한 광 활성 이온채널장치의 빛의 파장에 따른 전류 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 일 실시예에 의한 광 활성 이온채널장치의 빛 유무에 따른 분자의 부피 수축 및 팽창을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 아조(AZO), PDDA 및 아조-PDDA의 파동수에 따른 투과율을 개략적으로 비교한 그래프이다.
도 7은 아조(AZO), PDDA 및 아조-PDDA의 파장에 따른 흡광율을 개략적으로 비교한 그래프이다.
도 8은 도 1에 도시된 일 실시예에 의한 광 활성 이온채널장치의 빛의 유무에 따른 수축 및 팽창 상태를 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 9는 도 1에 도시된 멤브레인부의 기공 지름과 전류의 관계를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 10은 주사전자현미경으로 도 1에 도시된 멤브레인부의 표면을 촬영하여 종래와 비교한 이미지들이다.
도 11은 도 1에 도시된 광 활성 이온채널장치의 동적인 빛 응답을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 12는 도 1에 도시된 광 활성 이온채널장치의 파장에 따른 전류 변화를 비교한 그래프들이다.
도 13은 도 1에 도시된 광 활성 이온채널장치의 전류-전압 특성을 나타내는 그래프들이다.
도 14는 종래와 본 발명에 의한 멤브레인부의 빛의 유무에 따른 전압 변화를 비교한 그래프들이다.
도 15는 도 1에 도시된 광 활성 이온채널장치가 연료 감응형 태양 전지에 적용된 상태에서의 전류를 비교한 그래프이다. 그리고,
도 16은 도 1에 도시된 광 활성 이온채널장치의 동작 상태를 설명하기 위해 기공의 상태를 개략적으로 도시한 도면들이다. 1 is a perspective view schematically showing a photoactive ion channel device according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view schematically illustrating the photoactive ion channel device according to the embodiment shown in FIG.
FIG. 3 is a view schematically showing a manufacturing method for manufacturing the membrane portion shown in FIG. 1 in sequence.
FIG. 4 is a schematic view illustrating a change in current according to a wavelength of light of the photoactive ion channel device according to the embodiment shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic view illustrating the volume contraction and expansion of molecules of the photoactive ion channel device according to one embodiment shown in FIG. 1 according to the presence or absence of light.
6 is a graph schematically comparing transmittances according to the number of waves of azo (AZO), PDDA, and azo-PDDA.
FIG. 7 is a graph schematically comparing absorbance according to wavelengths of azo (AZO), PDDA, and azo-PDDA.
FIG. 8 is a view schematically showing shrinkage and expansion of the photoactive ion channel device according to the embodiment shown in FIG. 1 according to presence or absence of light.
9 is a graph for explaining the relationship between the pore diameter and the current of the membrane portion shown in FIG.
Fig. 10 is an image obtained by photographing the surface of the membrane portion shown in Fig. 1 with a scanning electron microscope to compare with the conventional one.
FIG. 11 is a graph for explaining the dynamic light response of the photoactive ion channel device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 12 is a graph comparing current changes according to wavelengths of the photoactive ion channel device shown in FIG.
13 is a graph showing current-voltage characteristics of the photoactive ion channel device shown in FIG.
FIG. 14 is a graph comparing voltage changes of the membrane part according to the conventional and the present invention, according to presence or absence of light.
FIG. 15 is a graph comparing currents when the photoactive ion channel device shown in FIG. 1 is applied to a fuel-responsive solar cell. And,
FIG. 16 is a view schematically showing the state of pores to explain the operation state of the photoactive ion channel device shown in FIG. 1. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to such embodiments, and the spirit of the present invention may be proposed differently by adding, modifying and deleting constituent elements constituting the embodiment, .

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 광 활성 이온채널장치(1)는 제1지지부(10), 제2지지부(20), 멤브레인부(30) 및 전원부(40)를 포함한다. 1 and 2, a photoactive ion channel device 1 according to a preferred embodiment of the present invention includes a first support portion 10, a second support portion 20, a membrane portion 30, and a power source portion 40 ).

제1지지부(10)는 제1전해질(12)을 지지한다. 이러한 제1지지부(10)는 제1전해질(12)이 저장되는 제1저장체(11)와 제1저장체(11)를 지지시키는 제1지지체(13)를 포함한다. The first support 10 supports the first electrolyte 12. The first support 10 includes a first reservoir 11 for storing the first electrolyte 12 and a first support 13 for supporting the first reservoir 11.

제1저장체(11)는 이온성 액체가 저장되며, 제1 및 제2지지부(10)(20)의 적층 방향으로 관통되어 제1전해질(12)이 수용되는 제1저장홀(12a)이 관통 형성된다. 이러한 제1저장체(11)는 두께를 가지는 플레이트 형상을 가지며, 실리콘계 필름, 도전성 카본 필름 중 어느 하나일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1저장체(11)는 투명한 고분자 필름일 수 있으며, 대략 수 ㎛ 내지 수백 ㎛의 두께를 가질 수 있다. The first reservoir 11 stores the ionic liquid and has a first storage hole 12a through which the first electrolyte 12 is accommodated in the stacking direction of the first and second supports 10 and 20 Respectively. The first storage body 11 has a plate shape having a thickness, and may be any one of a silicon-based film and a conductive carbon film. More specifically, the first reservoir 11 may be a transparent polymer film, and may have a thickness of approximately several mu m to several hundreds of mu m.

제1저장홀(12a)에 수용되는 제1전해질(12)은 전도성을 지니는 일반 액상, 졸-겔상 또는 고체상의 재료 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 본 실시예에서는 비수용성 전해질을 포함하는 액상인 것으로 예시한다. The first electrolyte 12 contained in the first storage hole 12a may include any one of general liquid, sol-gel, or solid materials having conductivity. In this embodiment, the liquid electrolyte 12 containing a non- .

제1지지체(13)는 제1저장체(11)를 사이에 두고 후술할 멤브레인부(30)와 마주하도록 적층되어, 멤브레인부(30)에 대해 제1저장체(11)를 지지시킨다. 여기서, 제1지지체(13)는 제1저장체(11)의 하면에 적층되는 폴리머 필름을 포함하여, 제1저장체(11)의 제1저장홀(12a)에 수용된 제1전해질(12)을 밀폐시켜 안정적인 지지를 도모한다. The first support body 13 is stacked to face the membrane section 30 to be described later with the first reservoir 11 interposed therebetween to support the first reservoir body 11 with respect to the membrane section 30. The first support 13 includes a polymer film laminated on the lower surface of the first reservoir 11. The first reservoir 13 includes a first electrolyte 11 accommodated in the first reservoir 12a of the first reservoir 11, So as to provide stable support.

이때, 제1저장체(11)의 상면은 후술할 멤브레인부(30)가 적층됨으로써, 제1저장홀(12a)에 수용된 제1전해질(12)이 밀폐될 수 있게 된다. 즉, 제1저장체(11)가 하부는 제1지지체(13)에 의해 커버되고 상부는 멤브레인부(30)에 의해 커버됨으로써, 제1저장홀(12a)에 수용된 제1전해질(12)이 보호될 수 있는 것이다. At this time, the upper surface of the first reservoir 11 is laminated with a membrane part 30 to be described later, so that the first electrolyte 12 contained in the first storage hole 12a can be sealed. That is, the first reservoir 11 is covered by the first support 13 and the upper portion is covered by the membrane 30 so that the first electrolyte 12 contained in the first reservoir 12a It can be protected.

제2지지부(20)는 제1지지부(10)의 상부에 적층되며, 제2전해질(22)을 지지한다. 이러한 제2지지부(20)는 이온성 액체가 저장되며 제2전해질(22)이 수용되는 제2저장체(21)와, 제2저장체(21)를 지지하는 제2지지체(23)를 포함한다. The second supporting portion 20 is stacked on the upper portion of the first supporting portion 10 and supports the second electrolyte 22. The second support 20 includes a second reservoir 21 storing the ionic liquid and containing the second electrolyte 22 and a second support 23 supporting the second reservoir 21 do.

제2저장체(21)는 제2전해질(22)이 수용되기 위한 제2저장홀(22a)이 제1 및 제2지지부(10)(20)의 적층 방향으로 관통되어 형성된다. 이러한 제2저장체(21)는 멤브레인부(30)를 사이에 두고 제1지지부(10)의 상부에 적층된다. 이때, 제2저장체(21)에 저장된 제2전해질(22)은 제1지지부(10)의 제1전해질(12)과 마주한다. The second storage body 21 is formed by passing a second storage hole 22a through which the second electrolyte 22 is received in the stacking direction of the first and second supports 10 and 20. The second storage body 21 is stacked on the upper portion of the first support portion 10 with the membrane portion 30 interposed therebetween. At this time, the second electrolyte (22) stored in the second reservoir (21) faces the first electrolyte (12) of the first support part (10).

제2지지체(23)는 제2저장체(21)를 사이에 두고 멤브레인부(30)와 마주하도록 적층되어, 멤브레인부(30)에 대해 제2저장체(21)를 지지시킨다. 이러한 제2지지체(23)는 제1지지체(13)와 마찬가지로 폴리머 필름을 포함하여 제2저장홀(22a)에 수용된 제2전해질(22)을 밀폐시켜 안정적으로 지지시킬 수 있다. The second support body 23 is stacked so as to face the membrane portion 30 with the second reservoir 21 interposed therebetween to support the second reservoir body 21 with respect to the membrane portion 30. The second support body 23 can be stably supported by sealing the second electrolyte 22 contained in the second storage hole 22a including the polymer film like the first support body 13.

이러한 제2저장체(21)와 제2지지체(23)를 포함하는 제2지지부(20)의 구성은 상술한 제1지지부(10)의 구성과 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다. The configuration of the second support portion 20 including the second storage body 21 and the second support body 23 is similar to that of the first support portion 10 described above, and thus a detailed description thereof will be omitted.

멤브레인부(30)는 제1 및 제2지지부(10)(20)의 사이에 마련되며, 이온(ion)이 통과 가능한 복수의 기공(stomata)(31)이 형성된다. 이러한 멤브레인부(30)는 폴리 카보네이트 트랙 에치드(Poly Carbonate Track Etched: PCTE)를 포함할 수 있다. 또한, 멤브레인부(30)에 관통 형성되는 복수의 기공(31)의 지름은 10 ㎚ 내지 1 ㎛일 수 있으며, 멤브레인부(30)의 두께는 대략 6㎛ 내지 11㎛일 수 있다. The membrane portion 30 is provided between the first and second supporting portions 10 and 20 and has a plurality of stomata 31 through which ions can pass. The membrane portion 30 may include a polycarbonate track etched (PCTE). The diameter of the plurality of pores 31 formed through the membrane portion 30 may be 10 nm to 1 탆, and the thickness of the membrane portion 30 may be approximately 6 탆 to 11 탆.

한편, 멤브레인부(30)는 도 2의 도시와 같이, 빛에 의해 유도 가능한 아조(AZO)계 폴리머로 형성된 코팅액에 의해 코팅된 코팅층(32)이 마련된다. 이때, 코팅층(32)은 멤브레인부(30)와 제2지지부(20)의 사이 즉, 멤브레인부(30)의 상면에 마련되는 것으로 도시 및 예시한다. 그러나, 코팅층(32)의 위치는 도시된 예로만 한정되지 않으며 제1지지부(10)와의 사이인 멤브레인부(30)의 하면에도 아조계 폴리머에 의해 코팅될 수도 있음은 당연하다. 2, the membrane part 30 is provided with a coating layer 32 coated with a coating solution formed of an AZO-based polymer inducible by light. At this time, the coating layer 32 is shown and exemplified as being provided between the membrane portion 30 and the second support portion 20, that is, on the upper surface of the membrane portion 30. However, it should be appreciated that the position of the coating layer 32 is not limited to the illustrated example, but may also be coated with the azo-based polymer on the bottom surface of the membrane portion 30 which is in contact with the first support portion 10.

참고로, 본 실시예에서는 코팅층(32)을 형성하는 아조계 폴리머는 4-아미노(amino)-1, 1'-아조벤젠(azobenzene)-3 및 4'-디술폰산 일나트륨 염(disulfonic acid monosodium salt)을 포함하는 아조(AZO)와 PDDA(Poly diallyldimethylammonium chloride)가 혼합된 복합 재료(이하, 아조-PDDA로 지칭함)를 포함하는 것으로 예시한다. 여기서, 아조는 탈이온수에 용해되어 탈이온수에 교반된 PDDA 용액에 천천히 첨가됨으로써 아조-PDDA로 마련될 수 있다. For reference, in this embodiment, the azo polymer forming the coating layer 32 is a mixture of 4-amino-1, 1'-azobenzene-3 and 4'-disulfonic acid monosodium salt (Hereinafter referred to as " azo-PDDA ") mixed with azo (AZO) and poly diallyldimethylammonium chloride (PDDA). Here, the azo can be prepared as azo-PDDA by slowly adding it to the PDDA solution dissolved in deionized water and stirred in deionized water.

이때, 아조와 PDDA는 대략 1:3, 1:4.4 내지 1:5의 중량비로 혼합될 수 있으며, 본 실시예에서는 1:4.4의 중량비로 혼합된 것으로 예시한다. 또한, 혼합된 아조-PDDA 용액에 존재하는 NaCl은 투석을 통해 제거될 수 있으며, 대략 80℃의 온도로 가열함으로써 대략 10%의 부피로 농축되어 제공됨이 좋다. At this time, the azo and PDDA can be mixed at a weight ratio of about 1: 3, 1: 4.4 to 1: 5, and in this embodiment, they are mixed at a weight ratio of 1: 4.4. In addition, the NaCl present in the mixed azo-PDA solution can be removed by dialysis and is preferably concentrated to approximately 10% volume by heating to a temperature of approximately 80 ° C.

이상과 같은 코팅층(32)이 마련된 멤브레인부(30)는 외부 자극인 빛에 의해 트리거(trigger) 가능한 수용기(receptor)로써 기능을 가질 수 있다.The membrane part 30 provided with the coating layer 32 may function as a receptor capable of triggering by light which is an external stimulus.

전원부(40)는 제1 및 제2지지부(10)(20)에 저장된 제1 및 제2전해질(12)(22) 사이에 전압을 인가한다. 전원부(40)는 외부로부터 조사되는 빛에 의해 제1 및 제2전해질(12)(22)이 멤브레인부(30)의 복수의 기공(31)을 통해 투과하여 이동함에 따라, 전원부(40)를 통하는 전류 측정이 가능하다. 이때, 전원부(40)를 통하는 전류의 측정은 전류계(41)를 통해 가능하며, 전류는 빛의 조사에 따라 선형적 또는 비선형적으로 변형될 수 있다. 여기서, 전원부(40)는 제1 및 제2전해질(12)(22)에 전압을 인가하기 위해 제1 및 제2전해질(12)(22)과 각각 연결되는 제1 및 제2전극(42)(43)을 구비한다. The power supply unit 40 applies a voltage between the first and second electrolytes 12 and 22 stored in the first and second supports 10 and 20. The power supply unit 40 is configured such that the first and second electrolytes 12 and 22 are transmitted through the plurality of pores 31 of the membrane unit 30 by the light irradiated from the outside, Current measurement is possible. At this time, the current through the power supply unit 40 can be measured through the ammeter 41, and the current can be linearly or non-linearly deformed according to the irradiation of light. The power supply unit 40 includes first and second electrodes 42 connected to the first and second electrolytes 12 and 22 to apply a voltage to the first and second electrolytes 12 and 22, (43).

이상과 같은 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 활성 이온채널장치(1)의 제조방법을 도 2를 참고하여 하기와 같이 설명한다. A method of manufacturing the photoactive ion channel device 1 according to one embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG.

우선, 제1저장홀(12a)이 관통 형성되어 제1전해질(12)이 저장된 제1저장체(11)를 제1지지체(13)에 적층시켜 제1지지부(10)를 마련한다. 그 후, 제1저장체(11)의 상부에 멤브레인부(30)를 적층시킨다. 이때, 멤브레인부(30)에는 복수의 기공(31)이 관통 형성되며, 코팅층(32)이 코팅되어 마련된다. 이러한 멤브레인부(30)의 제조단계는 도 3을 참고하여 보다 자세히 후술한다. The first support 11 is formed by laminating the first storage 11 having the first electrolyte 12 formed thereon through the first storage hole 12a on the first support 13. [ Thereafter, the membrane portion 30 is laminated on the upper portion of the first reservoir 11. At this time, a plurality of pores 31 are formed in the membrane part 30, and a coating layer 32 is coated. The manufacturing steps of such a membrane portion 30 will be described later in more detail with reference to Fig.

멤브레인부(30)가 제1지지부(10)에 적층되면, 제2지지부(20)의 제2저장체(21)가 제2전해질(22)을 저장한 상태로 멤브레인부(30)의 상부에 적층된다. 멤브레인부(30)에 적층된 제2저장체(21)의 상부에는 제2지지체(23)가 적층됨으로써, 제2저장체(21)에 수납된 제2전해질(22)이 격리되어 지지된다. 또한, 제1 및 제2전해질(12)(22)는 멤브레인부(30)를 사이에 두고 상호 마주하도록 위치하게 된다. When the membrane part 30 is laminated on the first support part 10, the second reservoir 21 of the second support part 20 is placed on the upper part of the membrane part 30 in a state of storing the second electrolyte 22 Respectively. The second electrolyte 23 stored in the second reservoir 21 is isolated and supported by stacking the second supporter 23 on the upper portion of the second reservoir 21 stacked on the membrane 30. Also, the first and second electrolytes 12 and 22 are positioned to face each other with the membrane part 30 interposed therebetween.

참고로, 상기 제1지지부(10), 멤브레인부(30) 및 제2지지부(20)가 순차적으로 적층됨에 있어, 접착제가 사용될 수도 있다. For reference, an adhesive may be used in order that the first support portion 10, the membrane portion 30, and the second support portion 20 are sequentially laminated.

도 3을 참고하여, 멤브레인부(30)의 제조방법을 설명한다. Referring to Fig. 3, a method of manufacturing the membrane portion 30 will be described.

도 3의 (a)와 같이, 중심영역에 홀(H)이 관통 형성된 테프론(Teflon) 구조물(S)에 멤브레인부(3030)가 놓여진 후, 도 3의 (b)와 같이 홀(H)을 구비하는 또 다른 테프론 구조물(S)이 적층된다. 즉, 한 쌍의 테프론 구조물(S)의 사이에 멤브레인부(30)를 위치시킴으로써, 멤브레인부(30)를 안정적으로 지지한다. 여기서, 테프론 구조물(S)의 홀(H) 위치는 제1 및 제2전해질(12)(22)의 위치와 마주하는 위치일 수 있다. 3 (a), a membrane portion 3030 is placed on a Teflon structure S having a hole H formed in a central region thereof, and then a hole H is formed as shown in FIG. 3 (b) Another Teflon structure S is provided. That is, by positioning the membrane portion 30 between the pair of Teflon structures S, the membrane portion 30 is stably supported. Here, the hole (H) position of the Teflon structure (S) may be a position facing the position of the first and second electrolytes (12, 22).

그 후, 도 3의 (c)와 같이, 아조계 폴리머로 형성된 코팅액(S)이 테프론 구조물(S)의 홀(H)을 통해 멤브레인부(30)로 공급하며, 공급된 코팅액(C)은 도 3의 (d)와 같이 부드러운 브러쉬(B)에 의해 멤브레인부(30)에 골고루 도포되어 코팅되게 된다. 이때, 브러쉬(B)는 테프론 구조물(S)의 홀(H)을 통해 진입함으로써, 홀(H)에 대응되는 영역만큼 멤브레인부(30)에 코팅액(C)이 도포되게 된다. 3 (c), a coating liquid S formed of an azo polymer is supplied to the membrane portion 30 through the hole H of the Teflon structure S, and the supplied coating liquid C As shown in FIG. 3 (d), is coated uniformly on the membrane portion 30 by a soft brush B to be coated. At this time, the brush B enters through the hole H of the Teflon structure S, so that the coating liquid C is applied to the membrane portion 30 by a region corresponding to the hole H.

브러쉬(B)에 의해 멤브레인부(30)에 골고루 도포된 후, 코팅된 코팅액(C)은 건조된다. 건조된 코팅액(C)에 도 3의 (e)와 같이 또 다시 코팅액(C)이 공급된다. 재 공급된 코팅액(C)은 도 3의 (f)와 같이 브러쉬(B)에 의해 골고루 도포된 후, 건조된다. 이렇게 2단계로 코팅공정이 진행된 멤브레인부(30)는 도 3의 (g)와 같이 동결 건조기(D)를 통해 대략 6시간 가량 동결 건조(Freeze drying)되어, 도 3의 (h)와 같이 코팅층(32)이 형성된 멤브레인부(30)로 최종 제조되게 된다. After the coating is uniformly applied to the membrane portion 30 by the brush B, the coated coating liquid C is dried. The coating liquid (C) is again supplied to the dried coating liquid (C) as shown in Fig. 3 (e). The re-supplied coating liquid C is evenly applied by the brush B as shown in FIG. 3 (f), and then dried. 3 (g), the membrane portion 30 having been subjected to the coating process in the second step is freeze-dried for about 6 hours through the freeze-drier D as shown in FIG. 3 (g) And the membrane portion 30 formed with the membrane 32 is finally manufactured.

참고로, 도 3의 도시에서는 코팅공정이 2회 이루어지는 것으로 도시 및 예시하나, 꼭 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 코팅 조건에 따라 1회 또는 3회 이상으로 코팅액(C)이 멤브레인부(30)에 도포되어 코팅층(32)을 형성할 수도 있음은 당연하다.
For reference, FIG. 3 shows and illustrates the coating process twice, but the present invention is not limited thereto. That is, it is natural that the coating liquid (C) may be applied to the membrane portion (30) by one or three or more times depending on coating conditions to form the coating layer (32).

상기와 같이 아조계 폴리머에 의해 코팅층(32)이 형성된 멤브레인부(30)는 도 4의 도시와 같이, 빛의 파장에 따라 전류(Current)가 변화한다. 이러한 빛의 파장에 따른 전류 변화는 도 5와 같은 멤브레인부(30)의 코팅층(32)의 변화를 야기한다. 즉, 도 5와 같이, 광 활성 이온채널장치(1)에 350㎛ 파장대의 빛이 조사되면 아조계 폴리머로 형성된 코팅층(32) 분자의 부피 수축(Cia-AZO)이 야기되며, 반대로 빛이 제거되면 수축된 분자의 부피가 다시 팽창(Trans-AZO)되게 된다. As shown in FIG. 4, in the membrane part 30 in which the coating layer 32 is formed by the azo polymer, the current changes according to the wavelength of light. The change in the current according to the wavelength of the light causes a change in the coating layer 32 of the membrane portion 30 as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 5, when light of a wavelength of 350 μm is irradiated to the photoactive ion channel device 1, the volume shrinkage (Cia-AZO) of molecules of the coating layer 32 formed of the azo polymer is caused, , The volume of the contracted molecule is again expanded (Trans-AZO).

도 6은 아조(AZO), PDDA 및 아조-PDDA의 파동수에 따른 투과율을 비교한 그래프이고, 도 7은 아조(AZO), PDDA 및 아조-PDDA의 파장에 따른 흡광율을 비교한 그래프이다. FIG. 6 is a graph comparing transmittances according to the number of waves of azo (AZO), PDDA and azo-PDDA, and FIG. 7 is a graph comparing absorbance according to wavelengths of azo (AZO), PDDA and azo-PDDA.

도 6과 같이, 코팅층(32)을 형성하는 아조계 폴리머인 아조-PDDA 복합 물질은 아조와 PDDA의 정전 상호작용에 의해 아조와 PDDA의 피크(peak) 특성을 가진다. 또한, 도 7과 같이, 360 내지 600㎚ 파장대의 자외선(UV)이 PDDA, 아조 및 아조-PDDA에 조사될 경우, 아조-PDDA는 아조와 마찬가지로 360 내지 450㎚에서 피크(Peak)를 보임이 확인된다. 이러한 아조-PDDA의 특성으로 인해, 멤브레인부(30)의 기공(31) 지름 변화가 빛에 의해 조절될 수 있게 된다. As shown in FIG. 6, the azo-PDDA composite material, which is an azo polymer forming the coating layer 32, has a peak characteristic of azo and PDDA due to electrostatic interaction between azo and PDDA. As shown in FIG. 7, when ultraviolet rays (UV) in a wavelength range of 360 to 600 nm are irradiated to PDDA, azo and azo-PDDA, it is confirmed that the azo-PDDA shows peaks at 360 to 450 nm similarly to azo . Due to the characteristics of the azo-PDDA, the change in the diameter of the pores 31 of the membrane section 30 can be controlled by light.

보다 구체적으로, 도 8의 도시와 같이, 대략 365㎚ 파장의 빛이 본 실시예에 의한 코팅층(32)을 구비하는 멤브레인부(30)에 조사되면, 시간의 흐름에 따라 점차 수축됨을 확인할 수 있다. 아울러, 빛이 제거되면, 코팅층(32)을 구비하는 멤브레인부(30)가 점차 부피 팽창되어 초기 상태로 원복된다. More specifically, as shown in FIG. 8, when light having a wavelength of approximately 365 nm is irradiated to the membrane portion 30 having the coating layer 32 according to the present embodiment, it is confirmed that the light is gradually contracted with time . In addition, when the light is removed, the membrane portion 30 having the coating layer 32 is gradually expanded in volume, and is then turned into an initial state.

도 9를 참고하면, 멤브레인부(30)의 기공(31)의 지름 변화에 따른 전류 변화를 개략적으로 도시한 그래프이다. Referring to FIG. 9, there is shown a graph schematically illustrating a change in current due to a change in diameter of the pores 31 of the membrane portion 30. FIG.

도 9의 (a)는 10㎚, 50㎚, 100㎚, 600㎚ 및 1㎛의 지름을 가지는 다양한 기공(31)에 42 mW/cm2의 강도를 가지는 365㎚의 파장의 자외선(UV)이 조사되었을 경우, 시간에 따른 상대 전류 변화를 나타낸다. 도 9의 (b)는 빛이 조사됨에 따른 기공(31)의 지름에 따른 시간에 따른 응답율을 비교한 그래프로써, 좌측은 초기 응답율이며 우측은 최종 응답율을 지칭한다. 도 9의 (b)와 같이, 빛이 조사됨에 즉각적으로 반응하여, 좌측의 R영역에서 기공(31)의 지름이 상대적으로 좁음을 알 수 있다. 9 (a) shows a case in which ultraviolet rays (UV) having a wavelength of 365 nm and a strength of 42 mW / cm 2 are applied to various pores 31 having diameters of 10 nm, 50 nm, 100 nm, When investigated, it shows the relative current change with time. 9 (b) is a graph comparing the response rates with time according to the diameter of the pores 31 as the light is irradiated. The left side shows the initial response rate and the right side shows the final response rate. As shown in FIG. 9 (b), it can be seen that the light reacts immediately upon irradiation, and the diameter of the pores 31 in the R region on the left side is relatively narrow.

참고로, 도 9의 (b)에 코팅층(32)이 마련된 멤브레인부(30)를 두께방향으로 절단하여 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 이미지가 함께 도시된다. 도 9의 (b)에 도시된 이미지와 같이 기공(31)이 코팅층(32)이 형성되더라도 기공(31)의 막힘이 없음을 확인할 수 있다. 9 (b) shows an image taken by a scanning electron microscope (SEM) while cutting the membrane portion 30 provided with the coating layer 32 in the thickness direction. It can be confirmed that the pores 31 are not clogged even if the pores 31 are formed as the coating layer 32 as shown in FIG. 9 (b).

도 9의 (c)는 조사되는 365㎚의 파장을 가지는 자외선(UV)의 강도(intensity)에 따른 전류의 변화가 그래프로 도시되며, 도 9의 (d)는 빛의 강도에 따른 시간에 따른 응답율 변화를 비교한 그래프가 도시된다. 도 9의 (c)에서는 빛의 강도가 증가함에 따라 전류도 증가됨을 확인할 수 있으며, 이때 전류의 변화는 정적 형태와 유사하며, 코세논 광보다 높은 강도로 매우 안정된 형태임을 알 수 있다. 도 9의 (d)의 그래프는 초기 응답율이 빛의 강도 증가에 따라 개선됨을 나타낸다. 9 (c) is a graph showing changes in current depending on the intensity of ultraviolet rays (UV) having a wavelength of 365 nm, and FIG. 9 (d) A graph comparing the response rate changes is shown. In FIG. 9 (c), it can be seen that the current increases as the intensity of light increases. At this time, the change of the current is similar to the static form, and it is found that it is a very stable form with higher intensity than the coenon light. The graph of FIG. 9 (d) shows that the initial response rate improves with increasing light intensity.

도 9의 (d)에는 코팅층(32)이 마련된 멤브레인부(30)를 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 이미지가 함께 도시된다. 이때, 촬영된 멤브레인부(30)의 기공(31)의 지름은 대략 100㎚이며, 코팅층(32)에 의해 코팅된 이후의 기공 직공은 대략 80㎚일 수 있다. FIG. 9 (d) also shows an image of the surface of the membrane portion 30 provided with the coating layer 32 taken by a scanning electron microscope (SEM). At this time, the diameter of the pores 31 of the photographed membrane portion 30 is approximately 100 nm, and the pore diameter after coating with the coating layer 32 may be approximately 80 nm.

도 10을 참고하면, 주사전자현미경(SEM)으로 멤브레인부(30)의 표면을 촬영한 이미지들이 도시된다. 도 10의 (a) 및 (b)는 100㎚ 이하의 기공 지름을 가지는 종래의 멤브레인부 즉, 코팅층(32)을 구비하지 않은 멤브레인부의 상면과 하면을 각각 촬영한 이미지들이다. 또한, 도 10의 (c) 및 (d)는 본 발명에 의한 코팅층(32)을 구비하는 멤브레인부(30)의 상면과 하면을 각각 촬영한 이미지이다. Referring to Fig. 10, images are taken of the surface of the membrane section 30 by a scanning electron microscope (SEM). 10 (a) and 10 (b) are images of a conventional membrane portion having a pore diameter of 100 nm or less, that is, images of a top surface and a bottom surface of a membrane portion having no coating layer 32, respectively. 10 (c) and 10 (d) are images of the top and bottom surfaces of the membrane portion 30 having the coating layer 32 according to the present invention, respectively.

도 10의 (a) 및 (b)는 종래의 멤브레인부가 코팅층을 구비하지 않음으로써 상면과 하면에서 촬영한 기공의 지름이 상호 유사하다. 반면에, 도 10의 (c)의 (d)와 같이 코팅층(32)이 마련된 멤브레인부(30)의 상면과 하면에서 촬영된 기공(31)의 지름은 상호 차이를 가진다.10 (a) and 10 (b) are similar to each other because the conventional membranes do not have a coating layer, so that the diameter of the pores photographed on the upper surface and the lower surface are similar to each other. On the other hand, the diameters of the pores 31 photographed from the upper surface and the lower surface of the membrane portion 30 provided with the coating layer 32 are different from each other as shown in (d) of FIG. 10 (c).

구체적으로, 코팅층(32)이 마련된 멤브레인부(30)의 상면은 대략 25㎚ 이하의 기공(31) 지름을 가지는 반면에, 코팅층(32)이 마련되지 않은 멤브레인부(30)의 하면은 대략 100㎚ 이하의 기공(31) 지름을 가진다. 즉, 코팅층(32)에 의해 멤브레인부(30)의 상면에서 하면으로 갈수록 기공(31)의 지름이 점차 넓어지는 대략 원뿔 형상을 가진다. Specifically, the upper surface of the membrane portion 30 provided with the coating layer 32 has a diameter of pores 31 of approximately 25 nm or less, while the lower surface of the membrane portion 30 without the coating layer 32 is approximately 100 And a pore diameter of 31 nm or less. That is, the coating layer 32 has a substantially conical shape in which the diameter of the pores 31 is gradually widened from the upper surface to the lower surface of the membrane portion 30.

도 11은 본 발명에 의한 광 활성 이온채널장치(1)의 동적인 빛 응답을 설명하기 위한 그래프들이다. 도 11의 (a)는 80㎚, 68㎚, 50㎚, 38㎚ 및 25㎚의 기공(31) 지름을 가지는 코팅층(32)이 마련된 멤브레인부(30)에 대략 365㎚ 파장의 빛이 조사되었을 경우의 전류 변화를 비교한 그래프들이다. 도 11의 (a)를 참고하면, 코팅층(32)으로 인해 기공(31)의 지름이 감소됨으로써, 빛에 대한 활성도 및 특성도 감소됨을 알 수 있다. 이러한 코팅층(32)으로 인한 기공(31)의 지름 감소는 멤브레인부(30)를 통한 이온의 투과성을 저하시켜 전류를 감소시키게 된다. 이에 따라, 코팅층(32)의 두께 조절을 통해 기공(31)의 지름을 조절하여, 다양한 조건의 멤브레인부(30)를 제공할 수도 있게 된다. 11 is a graph for explaining the dynamic light response of the photoactive ion channel device 1 according to the present invention. 11A shows a case in which light having a wavelength of about 365 nm is irradiated to the membrane section 30 provided with the coating layer 32 having pores 31 having diameters of 80 nm, 68 nm, 50 nm, 38 nm and 25 nm In the case of FIG. Referring to FIG. 11 (a), the diameter of the pores 31 is reduced due to the coating layer 32, and the activity and the characteristics of light are also reduced. This reduction in the diameter of the pores 31 due to the coating layer 32 reduces the permeability of the ions through the membrane portion 30 and reduces the current. Accordingly, it is possible to adjust the diameter of the pores 31 by adjusting the thickness of the coating layer 32 to provide the membrane part 30 having various conditions.

도 11의 (b)는 종횡비(aspect ratio)에 따른 전류 변화를 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 이미지들과 함께 도시한 그래프이다. 또한, 도 11의 (c)는 0.1V 내지 0.9V의 바이어스(Bais)에서 광 활성 이온채널장치(1)의 전류를 도시한 그래프로써, 0.5V 단위로 반복 테스트한 결과를 도시한다. 도 11의 (c) 그래프를 참고하면, 코팅층(32)을 구비하는 멤브레인부(30)의 안정적이면서도 다양한 형태의 전류 변화를 확인할 수 있다. FIG. 11 (b) is a graph showing current changes according to aspect ratios together with images taken by a scanning electron microscope (SEM). 11 (c) is a graph showing the current of the photoactive ion channel device 1 at a bias of 0.1 V to 0.9 V, and shows a result of repeatedly testing in 0.5 V units. Referring to the graph of FIG. 11 (c), stable and various types of current changes can be confirmed in the membrane portion 30 including the coating layer 32.

또한, 도 12의 (a)는 3개의 파장(365㎚, 450㎚ 및 560㎚)에 의한 광 활성 이온채널장치(1)의 선택적인 전류 변화를 도시한 그래프이다. 도 12의 (b)는 30 ~ 150mW/cm2의 강도를 가지는 크세논(xenon) 빛의 10 ~ 50%에서의 광 활성 이온채널장치(1)의 선택적인 전류 변화를 도시한 그래프이다. 12 (a) is a graph showing a selective current change of the photoactive ion channel device 1 by three wavelengths (365 nm, 450 nm and 560 nm). FIG. 12 (b) is a graph showing selective current changes of the photoactive ion channel device 1 at 10 to 50% of xenon light having an intensity of 30 to 150 mW / cm 2 .

도 12의 (a)의 그래프를 참고하면, 365㎚에서 가장 높은 전류가 관측되었으며, 450㎚에서 전류가 낮아지나 560㎚에서는 전류의 변화가 없음을 확인할 수 있다. 도 12의 (b)의 그래프에서도 빛의 강도에 전류도 비례함을 알 수 있다. Referring to the graph of FIG. 12 (a), the highest current was observed at 365 nm and the current was lowered at 450 nm, but the current did not change at 560 nm. The graph of FIG. 12 (b) also shows that the current is proportional to the intensity of light.

도 13의 (a) 및 (b)는 전류-전압 특성을 나타내는 그래프로써, 도 13의 (a)는 키슬리(Keithley) 2400 소스미터를 포함하는 전류계로 측정된 값이며, 도 13의 (b)는 0V 내지 1V 범위의 전위 가변기(potentiostat)로 측정된 값이다. 도 13과 같이, 태양 전지의 전형적인 광전 곡선은 관찰되지 않음을 알 수 있다. 13A and 13B are graphs showing current-voltage characteristics. FIG. 13A is a value measured by an ammeter including a Keithley 2400 source meter, and FIG. ) Is a value measured with a potentiostat ranging from 0V to 1V. 13, it can be seen that a typical photoelectric curve of the solar cell is not observed.

도 14의 빛의 유무(on/off)에 따른 전압 변화를 비교한 그래프이다. 여기서, 도 14의 (a)는 코팅층(32)을 구비하지 않는 종래의 멤브레인부의 빛 유무에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이고, 도 14의 (b)는 코팅층(32)이 마련된 본 발명에 의한 멤브레인부(30)의 빛 유무에 따른 전압 변화를 나타낸 그래프이다. 도 14의 (a) 및 (b)의 비교와 같이, 코팅층(32)의 유무에 상관 없이 전압 변화는 상호 유사함을 알 수 있다. 14 is a graph comparing voltage changes due to on / off of light. 14 (a) is a graph showing a change in voltage with or without light of a conventional membrane portion having no coating layer 32, and FIG. 14 (b) (30) in accordance with the presence or absence of light. 14A and 14B, it can be seen that the voltage variations are similar regardless of whether the coating layer 32 is present or not.

도 15의 (a)에는 본 발명에 의한 광 활성 이온채널장치(1)가 연료 감응형 태양 전지에 적용된 일 예가 도시된다. 도 15의 (a)에서와 같이 멤브레인부(30)의 양측에 제1 및 제2지지부(10)(20)가 마련되며, 제1 및 제2지지부(10)(20)의 외측에는 태양 전지와 유사한 ITO와 Al 전극을 인가하여 전류계(41)로 측정한 결과값이 도 15의 (b) 및 (c)에 도시된다. 여기서, 도 15의 (b)는 코팅층(32)을 구비하지 않는 종래의 멤브레인부를 구비하는 경우의 전류 측정값이며, 도 15의 (c)는 코팅층(32)을 구비하는 본 발명에 의한 멤브레인부(30)를 구비하는 경우의 전류 측정값이다. 15 (a) shows an example in which the photoactive ion channel device 1 according to the present invention is applied to a fuel-responsive solar cell. 15 (a), first and second supporting portions 10 and 20 are provided on both sides of the membrane portion 30, and on the outer side of the first and second supporting portions 10 and 20, (B) and (c) show the results obtained by applying the ITO and Al electrodes similar to those shown in FIG. 15 (b) is a current measurement value when a conventional membrane portion without a coating layer 32 is provided. FIG. 15 (c) is a graph showing a current measured value when the membrane portion according to the present invention including the coating layer 32 (30).

도 15의 (b) 및 (c)의 그래프를 상호 비교해보면, 빛의 유무에 따른 전류 변화가 상호 유사함을 알 수 있음에 따라, 코팅층(32)을 구비하여도 전류 변화에 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있다.15 (b) and 15 (c) are compared with each other, it can be seen that current changes depending on presence or absence of light are similar to each other. Therefore, even if the coating layer 32 is provided, can confirm.

도 16은 본 발명에 의한 광 활성 이온채널장치(1)의 동작 상태를 개략적으로 도시한 도면들이다. 16 is a view schematically showing an operation state of the photoactive ion channel device 1 according to the present invention.

도 16의 (a)와 같은 상태를 가지는 기공(31)은 빛 즉, 자외선이 조사되면, 도 16의 (b) 및 (c)와 같이 기공(31)의 지름이 팽창된다. 이 후, 빛의 조사가 차단되면, 도 16의 (d)와 같이 기공(31)의 지름이 다시 수축하게 된다. 이러한 빛의 유무에 따라 기공(31)의 지름이 팽창 또는 수축됨으로써, 기공(31)을 통해 투과되는 제1 및 제2전해질(12)(22) 사이의 이온으로 인해 측정되는 전류로 빛에 따른 전류 변화를 측정할 수 있게 된다. 그로 인해, 광 활성 이온채널장치(1)가 실온에서도 저전력으로도 신속 및 정확하게 동작할 수 있게 된다.
When the light, that is, ultraviolet light is irradiated, the pores 31 having the state as shown in FIG. 16 (a) are expanded in diameter as shown in FIGS. 16 (b) and 16 (c). Thereafter, when the irradiation of light is interrupted, the diameter of the pores 31 contracts again as shown in Fig. 16 (d). The diameter of the pores 31 is expanded or contracted according to the presence or absence of the light so that the current measured by the ions between the first and second electrolytes 12 and 22 transmitted through the pores 31 It becomes possible to measure the current change. Thereby, the photoactive ion channel device 1 can be operated quickly and accurately even at room temperature and at low power.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that

1: 광 활성 이온채널장치 10: 제1지지부
11: 제1저장체 12: 제1전해질
13: 제1지지체 20: 제2지지부
21: 제2저장체 22: 제2전해질
23: 제2지지체 30: 멤브레인부
31: 기공 32: 코팅층
40: 전원부1: photoactive ion channel device 10: first supporting part
11: first storage body 12: first electrolyte
13: first support 20: second support
21: Second storage body 22: Second electrolyte
23: second support 30: membrane part
31: pore 32: coating layer
40:

Claims (17)

비수용성 전해질을 포함하는 제1전해질 및 제2전해질을 각각 지지하는 제1 및 제2지지부;
상기 제1 및 제2지지부 사이에 마련되며 복수의 기공(stomata)이 형성되는 멤브레인부; 및
상기 제1 및 제2전해질 사이에 전압을 인가하여 전류를 측정하는 전원부;
를 포함하며,
상기 멤브레인부는 빛에 의해 유도 가능한 아조(AZO)계 폴리머에 의해 코팅된 코팅층이 마련되어, 빛에 의해 상기 기공의 지름을 수축 및 팽창시키며,
상기 제1 및 제2전해질의 위치와 마주하는 위치에 상기 제1 및 제2전해질과 대응되는 면적을 가지고 관통된 홀이 형성된 한 쌍의 테프론(Teflon) 구조물의 사이에 상기 멤브레인부에 위치시킨 후, 상기 아조계 폴리머를 포함하는 코팅액을 상기 홀을 통해 상기 멤브레인부로 도포함으로써, 상기 코팅층은 상기 제1 및 제해질과 마주하는 위치에 상기 제1 및 제2전해질과 대응되는 면적을 가지고 상기 빛과 마주하는 상기 멤브레인부의 일면에 적층되어 마련되는 광 활성 이온채널장치. A first and a second support for respectively supporting a first electrolyte and a second electrolyte including a water-insoluble electrolyte;
A membrane portion provided between the first and second supporting portions and having a plurality of stomata formed therein; And
A power supply for measuring a current by applying a voltage between the first and second electrolytes;
/ RTI >
The membrane part is provided with a coating layer coated with an AZO polymer capable of being induced by light, and shrinks and expands the diameter of the pores by light,
A pair of Teflon structures having holes that are formed at positions corresponding to the positions of the first and second electrolytes and having holes corresponding to the first and second electrolytes are disposed in the membrane section And applying a coating solution containing the azo polymer to the membrane portion through the hole, wherein the coating layer has an area corresponding to the first and second electrolyte at a position facing the first and second electrolyte, And is stacked on one surface of the facing membrane section. 제1항에 있어서,
상기 아조계 폴리머는 4-아미노(amino)-1, 1'-아조벤젠(azobenzene)-3 및 4'-디술폰산 일나트륨 염(disulfonic acid monosodium salt) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 아조(AZO)와 PDDA(Poly diallyldimethylammonium chloride)가 혼합된 복합 재료를 포함하는 광 활성 이온채널장치. The method according to claim 1,
The azo-based polymer is prepared by reacting azo (AZO) containing at least one of 4-amino (amino) -1,1'-azobenzene-3 and 4'- disulfonic acid monosodium salt (PDDA) (poly diallyldimethylammonium chloride). 제1항에 있어서,
상기 제1지지부는,
이온성 액체가 저장되며, 상기 제1 및 제2지지부의 적층 방향으로 관통되어 상기 제1전해질이 수용되는 제1저장홀이 마련되는 제1저장체; 및
상기 제1저장체를 사이에 두고 상기 멤브레인부와 마주하도록 적층되어, 상기 멤브레인부에 대해 상기 제1저장체를 지지시키는 제1지지체;
를 포함하는 광 활성 이온채널장치. The method according to claim 1,
The first support portion
A first reservoir for storing an ionic liquid and provided with a first storage hole passing through the first and second support portions in a stacking direction to receive the first electrolyte; And
A first support which is stacked to face the membrane portion with the first reservoir interposed therebetween and supports the first reservoir with respect to the membrane portion;
And a photoactive ion channel device. 제3항에 있어서,
상기 제2지지부는,
상기 이온성 액체가 저장되며, 상기 제1 및 제2지지부의 적층 방향으로 관통되어 상기 제2전해질이 수용되는 제2저장홀이 마련되는 제2저장체; 및
상기 제2저장체를 사이에 두고 상기 멤브레인부와 마주하도록 적층되어, 상기 멤브레인부에 대해 상기 제2저장체를 지지시키는 제2지지체;
를 포함하는 광 활성 이온채널장치. The method of claim 3,
The second support portion
A second reservoir in which the ionic liquid is stored and a second storage hole through which the second electrolyte penetrates in a direction of stacking the first and second supports is provided; And
A second support which is stacked to face the membrane portion with the second reservoir interposed therebetween and supports the second reservoir with respect to the membrane portion;
And a photoactive ion channel device. 제1항에 있어서,
상기 멤브레인부는 폴리 카보네이트 트랙 에치드(Poly Carbonate Track Etched: PCTE)를 포함하는 광 활성 이온채널장치. The method according to claim 1,
Wherein the membrane portion comprises a polycarbonate track etched (PCTE). 제1항에 있어서,
상기 코팅층은 상기 멤브레인부의 적어도 일면에 적어도 1회 이상 상기 아조계 폴리머가 도포되어 건조된 후, 동결 건조(Freeze drying)되어 마련되는 광 활성 이온채널장치. The method according to claim 1,
Wherein the coating layer is provided on at least one side of the membrane part by applying the azo polymer at least once, drying the polymer, and freeze drying the polymer. 제1항에 있어서,
상기 멤브레인부는 6㎛ 내지 11㎛의 두께를 가지며,
상기 기공의 지름은 10 ㎚ 내지 1 ㎛인 광 활성 이온채널장치. The method according to claim 1,
The membrane portion has a thickness of 6 탆 to 11 탆,
And the diameter of the pores is 10 nm to 1 占 퐉. 제1항에 있어서,
상기 아조계 폴리머는 아조(AZO)와 PDDA(Poly diallyldimethylammonium chloride)가 1:3, 1:4.4 내지 1:5의 중량비로 혼합된 후 농축된 복합 재료를 포함하는 광 활성 이온채널장치. The method according to claim 1,
Wherein the azo polymer comprises AZO and poly diallyldimethylammonium chloride (PDDA) in a weight ratio of 1: 3, 1: 4.4 to 1: 5, and then concentrated. 제1항에 있어서,
상기 아조계 폴리머는 상기 제2지지부와 마주하는 상기 멤브레인부의 일면에 적어도 2회 이상 도포되어 건조된 후, 동결 건조(Freeze drying)되어 상기 코팅층을 형성시키는 광 활성 이온채널장치. The method according to claim 1,
Wherein the azo-based polymer is coated on at least two surfaces of the membrane portion facing the second support portion, dried, and then freeze-dried to form the coating layer. 비수용성 전해질을 포함하는 제1전해질이 수용된 제1지지부를 마련하는 단계;
복수의 기공을 가지며 아조계 폴리머에 의해 빛이 유입되는 일면이 코팅되어 상기 제1지지부의 상부에 적층되는 멤브레인부를 마련하는 단계;
상기 멤브레인부의 상부에 적층되며, 상기 제1전해질과 마주하도록 상기 비수용성 전해질을 포함하는 제2전해질이 수용된 제2지지부를 마련하는 단계; 및
상기 제1 및 제2전해질에 전압을 인가시켜 전류를 측정하는 단계;
를 포함하며,
상기 멤브레인부 마련단계는,
중심에 홀이 형성된 한 쌍의 테프론(Teflon) 구조물의 사이에 상기 멤브레인부에 위치시키는 단계;
상기 아조계 폴리머를 포함하는 코팅액이 상기 홀을 통해 상기 멤브레인부에 도포되어 건조되는 단계; 및
상기 코팅액이 도포되어 건조된 상기 멤브레인부를 동결 건조(Freeze drying)시켜 코팅층을 형성시키는 단계;
를 포함하되,
상기 한 쌍의 테프론 구조물에 형성된 홀은 상기 제1 및 제2전해질의 위치와 마주하는 위치에 상기 제1 및 제2전해질과 대응되는 면적을 가지고 관통 형성되는 광 활성 이온채널장치의 제조방법. Providing a first support in which a first electrolyte comprising a non-aqueous electrolyte is contained;
Providing a membrane portion having a plurality of pores and coated on one surface of the first support portion where light is introduced by the azo polymer, the membrane portion being laminated on the first support portion;
Providing a second support portion stacked on the membrane portion and containing a second electrolyte containing the non-aqueous electrolyte to face the first electrolyte; And
Measuring a current by applying a voltage to the first and second electrolytes;
/ RTI >
Wherein the membrane-
Positioning the membrane portion between a pair of Teflon structures having holes in the center;
Applying a coating liquid containing the azo-based polymer to the membrane portion through the hole and drying the coating; And
Forming a coating layer by freeze drying the membrane portion coated with the coating solution and drying the membrane portion;
, ≪ / RTI &
Wherein the holes formed in the pair of Teflon structures are formed to penetrate through the holes corresponding to the first and second electrolytes at positions facing the positions of the first and second electrolytes. 제10항에 있어서,
상기 제1지지부 마련단계는,
제1지지체를 마련하는 단계; 및
상기 제1전해질이 저장된 제1저장체를 상기 제1지지체의 상부에 적층시키는 단계;
를 포함하는 광 활성 이온채널장치의 제조방법.11. The method of claim 10,
The step of preparing the first support part may include:
Providing a first support; And
Depositing a first reservoir containing the first electrolyte on top of the first support;
≪ / RTI > 제10항에 있어서,
상기 제2지지부 마련단계는,
상기 멤브레인부의 상부에 상기 제2전해질이 저장된 제2저장체를 적층시키는 단계; 및
상기 제2저장체의 상부에 제2지지체를 적층시키는 단계;
를 포함하는 광 활성 이온채널장치의 제조방법.11. The method of claim 10,
The second support portion providing step may include:
Depositing a second reservoir containing the second electrolyte on the membrane portion; And
Depositing a second support on top of the second reservoir;
≪ / RTI > 삭제delete 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 도포 및 건조단계는 적어도 2회 이상 반복되는 광 활성 이온채널장치의 제조방법. 11. The method of claim 10,
Wherein the coating and drying step is repeated at least twice. 제10항에 있어서,
상기 멤브레인부는 6㎛ 내지 11㎛의 두께를 가지는 폴리 카보네이트 트랙 에치드(Poly Carbonate Track Etched: PCTE)를 포함하며,
상기 기공의 지름은 10 ㎚ 내지 1 ㎛인 광 활성 이온채널장치의 제조방법. 11. The method of claim 10,
The membrane portion includes a polycarbonate track etched (PCTE) layer having a thickness of 6 to 11 탆,
Wherein the diameter of the pores is 10 nm to 1 占 퐉. 제10항에 있어서,
상기 아조계 폴리머는 4-아미노(amino)-1, 1'-아조벤젠(azobenzene)-3 및 4'-디술폰산 일나트륨 염(disulfonic acid monosodium salt) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 아조(AZO)와 PDDA(Poly diallyldimethylammonium chloride)가 1:3, 1:4.4 내지 1:5의 중량비로 혼합된 후 농축된 복합 재료를 포함하는 광 활성 이온채널장치의 제조방법.11. The method of claim 10,
The azo-based polymer is prepared by reacting azo (AZO) containing at least one of 4-amino (amino) -1,1'-azobenzene-3 and 4'- disulfonic acid monosodium salt PDDA (Poly diallyldimethylammonium chloride) in a weight ratio of 1: 3, 1: 4.4 to 1: 5, and then concentrated.
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