KR102010668B1

KR102010668B1 - 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법

Info

Publication number: KR102010668B1
Application number: KR1020170166447A
Authority: KR
Inventors: 홍영규; 김병량; 이규홍
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-08-13
Also published as: KR20190066739A

Abstract

본 발명은 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지지체 상부에 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 멤브레인을 용해하는 유기 용매를 포함하는 멤브레인 센서 제조용 잉크를 제조하는 단계; 및 상기 멤브레인의 상부에 상기 멤브레인 센서 제조용 잉크를 인쇄하여 다중 채널을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 멤브레인을 용해하는 유기 용매는 PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 멤브레인의 상부에 유기 용매를 포함하는 멤브레인 센서 제조용 잉크를 인쇄하여 멤브레인을 용해함으로써 1회의 인쇄공정으로 다중 채널을 구비한 멤브레인 센서를 제조할 수 있기 때문에 제조공정을 단순화 할 수 있다.

Description

인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법{Manufacturing method of membrane sensor using printing process}

본 발명은 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멤브레인의 상부에 멤브레인을 용해하는 멤브레인 센서 제조용 잉크를 인쇄하여 다중 채널을 형성하는 멤브레인 센서의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 멤브레인 센서 제조기술 중 하나로 소수성 잉크를 멤브레인에 스크린 프린팅하거나 스탬프로 찍어내어 잉크가 멤브레인의 격벽을 형성함으로써 채널을 형성하는 방법이 있다.

예를 들어, 대한민국 공개특허 제2013-0037648호는 스크린 프린팅을 이용한 다중 진단 멤브레인 센서의 제조방법에 관한 것으로, 실버페이스트 등의 소수성 잉크를 스크린 프린팅하여 원하는 형태로 인쇄한 후 이를 건조시켜 시료의 이동을 가능하게 하는 다중 채널을 형성시키는 기술을 개시하고 있다. 그러나 이 방법은 스크린 프린팅된 잉크로 채널용 격벽을 형성하기 때문에 소수성 잉크를 멤브레인 내부로 확산시키는 과정이 제어되지 못하여 원래의 패턴 형상 의도와 달리 왜곡되어 반복 제조 시 재현성이 떨어지는 문제점이 있다.

또 다른 방법으로는 종이에 패턴이 형성된 제판을 제작하고, 이 제판을 유기용매에 적신 후 멤브레인에 접착시켜 멤브레인을 선택적으로 녹여냄으로써 패턴을 형성하는 방법이 있다. 이 방법은 재현성 문제는 해결할 수 있으나, 멤브레인에 유체채널을 형성할 때 마다 매번 종이 패턴을 제조해야하기 때문에 공정이 번거롭다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 제2013-0037648호 (2013. 04. 16)

따라서 본 발명의 목적은 제조공정을 단순화 할 수 있고, 센서의 재현성을 확보할 수 있으며, 채널 폭을 정확하게 제어할 수 있는 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법은 지지체 상부에 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 멤브레인을 용해하는 유기 용매를 포함하는 멤브레인 센서 제조용 잉크를 제조하는 단계; 및 상기 멤브레인의 상부에 상기 멤브레인 센서 제조용 잉크를 인쇄하여 다중 채널을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 멤브레인을 용해하는 유기 용매는 PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법에 있어서, 상기 멤브레인은 나이트로셀룰로오스(Nitrocellulose) 멤브레인인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법에 있어서, 상기 멤브레인 센서 제조용 잉크는 실리카, 셀룰로오스, 우레탄, 세라믹 입자 중에서 1종 이상의 소재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법에 있어서, 상기 멤브레인 센서 제조용 잉크는 건식 실리카(fumed silica)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 건식 실리카는 스크린 프린팅용 잉크 전체 중량 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법에 있어서, 상기 다중 채널을 형성하는 단계 이후에 상온에서 10 ~ 60분 동안 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법에 있어서, 상기 인쇄는 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 리버스 그라비아 프린팅, 그라비아 옵셋 프린팅, 잉크젯 프린팅, 디스펜싱, 슬롯다이코팅, 스프레이 코팅, 바코팅 및 블레이드 코팅 중의 하나의 방식인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 센서는 상기 제조방법 중 어느 하나에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 멤브레인의 상부에 유기 용매를 포함하는 멤브레인 센서 제조용 잉크를 인쇄하여 멤브레인을 용해함으로써 1회의 인쇄공정으로 다중 채널을 구비한 멤브레인 센서를 제조할 수 있기 때문에 제조공정을 단순화 할 수 있다.

또한, 종래의 경우 잉크가 멤브레인 내부로 전사됨에 따라 패턴 경계가 흐려지는 현상이 발생하나, 본 발명의 경우 직접 멤브레인을 용해하여 미세 패턴을 형성하기 때문에 채널 폭을 정확하게 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 멤브레인 센서의 제조방법을 개략적으로 도식화한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 멤브레인 센서의 표면 구조이다.
도 3은 본 발명에 따른 인쇄공정으로 제조한 멤브레인 센서의 유체 채널이다.
도 4는 인쇄공정으로 제조한 멤브레인 센서 채널의 단면 형상이다.
도 5는 인쇄공정으로 제조한 멤브레인 센서 채널의 흐름을 테스트한 결과이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명에 따른 멤브레인 센서의 제조방법을 개략적으로 도식화한 단면도이다. 도 2는 본 발명에 따른 멤브레인 센서의 표면 구조이다.

본 발명의 실시예에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법은 지지체 상부에 멤브레인을 형성하는 단계(S10); 상기 멤브레인을 용해하는 유기 용매를 포함하는 멤브레인 센서 제조용 잉크를 제조하는 단계(S20); 및 상기 멤브레인의 상부에 상기 멤브레인 센서 제조용 잉크를 인쇄하여 다중 채널을 형성하는 단계(S30);를 포함하고, 상기 멤브레인을 용해하는 유기 용매는 PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법은 멤브레인을 용해시킬 수 있는 잉크를 채널이 형성될 부분을 제외한 멤브레인 표면에 프린팅하는 1회의 공정으로 완성될 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법을 설명하면, 본 발명에 따른 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법은 S10 단계에서 지지체(300) 상부에 멤브레인(100)을 형성한다.

본 발명에 따른 멤브레인은 나이트로셀룰로오스(Nitrocellulose) 멤브레인이 바람직하며, 생체시료가 이송되는 통로 역할을 수행함과 동시에 원하는 화학, 생물학적 반응 결과를 확인할 수 있는 수평흐름이 가능한 멤브레인 형태가 바람직하다.

여기서, 지지체(300)는 본 발명에 따른 멤브레인 센서를 지지하는 역할을 수행하며, 접착성 플라스틱이 사용될 수 있으나, 지지체의 재료 선택과 지지체상에 멤브레인을 형성하는 것은 공지의 기술을 적용할 수 있다.

다음으로, S20 단계에서 멤브레인(100)을 용해하는 유기 용매를 포함하는 멤브레인 센서 제조용 잉크를 제조한다.

상기 멤브레인(100)을 용해하는 유기 용매는 PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 멤브레인 센서 제조용 잉크는 실리카, 셀룰로오스, 우레탄, 세라믹 입자 중에서 1종 이상의 소재를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 실리카는 건식 실리카(fumed silica)일 수 있다. 이때, 상기 건식 실리카는 스크린 프린팅용 잉크 전체 중량 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 한다. 건식 실리카는 PGMEA의 점도가 낮아 잉크의 유동 특성에 따른 스크린 프린팅 방식의 인쇄 조건에 부적합하기 때문에 본 발명에 따른 잉크의 점도를 높여 스크린 프린팅 방식의 인쇄 조건에 적합하도록 조절하기 위하여 사용한다.

본 발명의 구체예로서, 나이트로셀룰로오스 (Nitrocellulose) 멤브레인(100)을 용해할 수 있는 PGMEA에 건식 실리카 5~10 wt%를 첨가한 후 공자전형 믹서 (planetary mixer)를 써서 교반하여 PGMEA를 포함하는 스크린 프린팅용 잉크를 제조할 수 있다.

그리고, S30 단계에서 멤브레인(100)의 상부에 상기 멤브레인 센서 제조용 잉크를 인쇄하여 다중 채널(400)을 형성한다.

본 발명에 따른 S30단계에서, 상기 인쇄공정은 특별히 제한되지 않고 이 기술분야에서 널리 알려진 것을 포함한다. 예를 들면, 상기 인쇄는 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 리버스 그라비아 프린팅, 그라비아 옵셋 프린팅, 잉크젯 프린팅, 디스펜싱, 슬롯다이코팅, 스프레이 코팅, 바코팅 및 블레이드 코팅 중의 하나의 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 인쇄 공정에서 있어서, PGMEA를 포함하는 잉크는 나이트로셀룰로오스 멤브레인(100)을 용해시키는 것이므로 제판은 네거티브(negative)로 제조한다.

본 발명에 따른 일 실시예로서, 본 발명의 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법에 있어서, 상기 다중 채널(400)을 형성하는 S30 단계 이후에 상온에서 10 ~ 60분 동안 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제조방법에 따르면, 상기 멤브레인(100) 표면에 인쇄된 잉크 패턴 (200)은 멤브레인을 용해하고 그 잔류물로 외벽(500)을 형성함으로써 유체 채널(400)이 완성된다.

본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 센서는 상기 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 인쇄공정으로 제조한 멤브레인 센서의 유체 채널이고, 도 4는 인쇄공정으로 제조한 멤브레인 센서 채널(400)의 단면 형상이다. 도 5는 인쇄공정으로 제조한 멤브레인 센서 채널(400)의 흐름을 테스트한 결과이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법은 액체 상태의 시료가 확산을 통해 이동될 수 있는 멤브레인 표면에 상기 멤브레인을 용해하는 액상의 물질을 인쇄 공정으로 패터닝하여 유체흐름 채널(400)을 형성함으로써 진단 및 검출 대상 유체의 흐름을 원하는대로 제어할 수 있다.

또한, 1회의 인쇄 공정만으로 제조공정을 단순화한 멤브레인 센서를 적용한 진단 및 검출용 센서 센서 스트립을 제조함으로써, 신속진단, 현장진단 및 다중진단이 가능한 저가의 센서를 구현할 수 있다.

한편, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100 : 멤브레인
200 : 인쇄패턴
300 : 지지체
400 : 인쇄 후 형성된
500 : 잔류물로 이루어진 외벽

Claims

지지체 상부에 멤브레인을 형성하는 단계;
상기 멤브레인을 용해하는 유기 용매를 포함하는 멤브레인 센서 제조용 잉크를 제조하는 단계; 및
상기 멤브레인의 상부에 상기 멤브레인 센서 제조용 잉크를 인쇄하여 다중 채널을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 멤브레인을 용해하는 유기 용매는 PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate)를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 멤브레인 센서 제조용 잉크는 건식 실리카(fumed silica)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 멤브레인은 나이트로셀룰로오스(Nitrocellulose) 멤브레인인 것을 특징으로 하는 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 건식 실리카는 스크린 프린팅용 잉크 전체 중량 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 다중 채널을 형성하는 단계 이후에 상온에서 10 ~ 60분 동안 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 인쇄는 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 리버스 그라비아 프린팅, 그라비아 옵셋 프린팅, 잉크젯 프린팅, 디스펜싱, 슬롯다이코팅, 스프레이 코팅, 바코팅 및 블레이드 코팅 중의 하나의 방식인 것을 특징으로 하는 인쇄공정을 이용한 멤브레인 센서의 제조방법.
제1항, 제2항, 및 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 제조방법에 의하여 제조된 멤브레인 센서.