KR102558793B1 - Manufacturing method of graphene composite structure and graphene composite structure prepared therefrom - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생물학적 샘플이 올려지는 그래핀층의 친수성을 부여하는 동시에 관찰부에서의 자발광을 감소하여 생물학적 샘플의 고배율 및 고선명도 분석이 가능하도록 하는 그래핀 복합 구조체 제조방법 및 이로부터 제조되는 그래핀 복합 구조체를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 관찰 영역에 해당하는 관찰부와 상기 관찰부의 테두리에 배치되는 프레임부를 가지는 지지체를 형성하는 지지체 형성단계; 상기 관찰부의 상면에 그래핀층을 형성하는 그래핀층 형성단계; 및 상기 그래핀층의 상면에 유기 탄성부재를 물리적으로 접촉시켜 상기 그래핀층의 상면에 유기성분을 전사하고, 상기 유기성분이 전사된 상기 그래핀층에 에너지를 인가하여 상기 그래핀층의 상면에 친수화 보호층을 형성하는 친수화 보호층 형성단계;를 포함하는 그래핀 복합 구조체 제조방법와 이로부터 제조된 그래핀 복합 구조체를 개시한다.The present invention provides a method for manufacturing a graphene composite structure capable of high-magnification and high-definition analysis of a biological sample by imparting hydrophilicity to a graphene layer on which a biological sample is placed and at the same time reducing self-luminescence in an observation unit, and a graphene composite structure prepared therefrom. To this end, the present invention provides a support forming step of forming a support body having an observation unit corresponding to an observation area and a frame unit disposed on an edge of the observation unit; A graphene layer forming step of forming a graphene layer on an upper surface of the observation unit; and forming a hydrophilic protective layer on the upper surface of the graphene layer by physically bringing an organic elastic member into contact with the upper surface of the graphene layer to transfer organic components to the upper surface of the graphene layer, and applying energy to the graphene layer onto which the organic components are transferred, thereby forming a hydrophilic protective layer on the upper surface of the graphene layer.

Description

그래핀 복합 구조체 제조방법 및 이로부터 제조되는 그래핀 복합 구조체{MANUFACTURING METHOD OF GRAPHENE COMPOSITE STRUCTURE AND GRAPHENE COMPOSITE STRUCTURE PREPARED THEREFROM}Graphene composite structure manufacturing method and graphene composite structure prepared therefrom

본 발명은 그래핀 복합 구조체 제조방법 및 이로부터 제조되는 그래핀 복합 구조체에 관한 것으로, 상세하게는 생물학적 샘플이 올려지는 그래핀층의 친수성을 부여하는 동시에 관찰부에서의 자발광을 감소하여 생물학적 샘플의 고배율 및 고선명도 분석이 가능하도록 하는 그래핀 복합 구조체 제조방법 및 이로부터 제조되는 그래핀 복합 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a graphene composite structure and a graphene composite structure prepared therefrom, and more particularly, to a method for manufacturing a graphene composite structure that imparts hydrophilicity to a graphene layer on which a biological sample is placed and at the same time reduces self-luminescence in an observation unit to enable high-magnification and high-definition analysis of a biological sample, and a graphene composite structure prepared therefrom.

최근 생명공학이 발달함에 따라 개체의 유전자나 단백질의 분석에 의해, 질병 예측을 가능하게 하는 다양한 검사 및 진단 장치나 바이오 툴이 개발되거나 실현되고 있다.Recently, with the development of biotechnology, various examination and diagnosis devices or biotools that enable disease prediction by analyzing genes or proteins of individuals are being developed or realized.

유전자, 단백질, 세균 등의 생물학적 시료 샘플을 고배율로 확대하고 확대된 이미지를 분석하기 위해서는 몇 가지의 고려 사항이 존재한다.There are several considerations in order to magnify biological samples such as genes, proteins, and bacteria at high magnification and analyze the enlarged images.

우선, 생물학적 시료 샘플 지지체는 유기체인 샘플의 고유 구조를 유지하기 위해 전기적 특성을 가질 필요가 있다. 샘플 지지체에 전기 전도성을 부여하는 이유는 광학현미경의 관찰 광에 의해 비전도성인 생물학적 시료 샘플의 표면에 하전입자가 누적되어 검출 신호나 영상이 왜곡되는 현상을 방지하기 위해서이다.First of all, a biological sample support needs to have electrical characteristics in order to maintain the unique structure of a sample, which is an organism. The reason for imparting electrical conductivity to the sample support is to prevent distortion of a detection signal or image due to the accumulation of charged particles on the surface of a non-conductive biological sample by observation light from an optical microscope.

그리고, 관찰 광에 반응하는 형광 물질이 포함된 생물학적 시료 샘플을 관찰하는 형광현미경의 경우에는 자가형광(Auto fouorescence) 즉, 생물학적 시료 샘플의 주변에서 자연적으로 발생하는 형광 신호가 이미지 분석 과정에서 노이즈로 작용하게 된다.And, in the case of a fluorescence microscope for observing a biological sample sample containing a fluorescent substance that reacts to observation light, auto-fluorescence, that is, a fluorescence signal naturally occurring around the biological sample sample, acts as noise in the image analysis process.

이러한 문제를 해소하기 위한 방법으로, 화학기상 증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD) 등으로 우수한 전기적 특성을 가지는 2차원 나노구조체를 전사하여 전기 전도층 코팅 없이도 비전도성의 생물학적 시료 샘플을 안정적으로 분석할 수 있는 2차원 나노구조체를 포함한 복합 지지체가 제안되고 있다.As a method to solve this problem, a composite support including a 2D nanostructure capable of stably analyzing a non-conductive biological sample sample without an electrically conductive layer coating by transferring a 2D nanostructure having excellent electrical properties using a chemical vapor deposition (CVD) method has been proposed.

2차원 나노구조체로는 그래핀을 들 수 있는데, 그래핀은 육각형 탄소고리가 그물 모양으로 연결된 형태로 구조적으로 매우 안정하며 70 내지 80도의 그래핀 고유의 수 접촉각을 가져 소수성을 가진다.Graphene may be used as a two-dimensional nanostructure. Graphene is structurally very stable in a form in which hexagonal carbon rings are connected in a net shape, and has hydrophobicity due to a unique water contact angle of graphene of 70 to 80 degrees.

이러한 소수성의 그래핀을 표면 개질하기 위해, 그래핀에 직접적으로 에너지를 인가하거나 친수성 유기분자를 부착시키는 등의 표면 처리 기술이 제안된 바 있으나, 이러한 표면 처리 방법들은 그래핀에 다량의 결함을 유발하여, 그래핀 고유의 전기적 특성이 감소되는 문제가 있다.In order to modify the surface of such hydrophobic graphene, surface treatment techniques such as directly applying energy to graphene or attaching hydrophilic organic molecules have been proposed.

또한, 높은 전기 전도도와 투명도를 가지는 그래핀으로부터 시료 샘플 표면에 하전입자가 누적되어 검출 신호나 영상이 왜곡되는 현상을 일부 방지할 수는 있으나, 2차원 나노구조체를 포함한 복합 지지체에서 발생되는 상대적으로 높은 자발광으로 인하여 고배율 상태에서는 여전히 고선명도 이미지 분석에 어려움이 있다.In addition, it is possible to partially prevent a phenomenon in which a detection signal or image is distorted due to the accumulation of charged particles on the surface of a sample from graphene having high electrical conductivity and transparency, but relatively high self-luminescence generated from a composite support including a two-dimensional nanostructure.

일본공개특허공보 제2016-170090호 (2016.09.23.공개)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-170090 (published on September 23, 2016)

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 그래핀층 고유의 전기적 특성을 훼손하지 않으면서 친수성 표면으로 개질된 그래핀 복합 구조체 제조방법 및 이로부터 제조되는 그래핀 복합 구조체를 제공함에 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a method for manufacturing a graphene composite structure modified with a hydrophilic surface without damaging the inherent electrical characteristics of the graphene layer and a graphene composite structure manufactured therefrom.

본 발명의 다른 과제는 그래핀층이 놓여지는 지지체에서 발생되는 자발광을 감소시켜 생물학적 샘플의 이미지분석 시 노이즈로 작용하는 자가형광을 줄여 고배율 및 고선명도 분석이 가능하도록 하는 그래핀 복합 구조체 제조방법 및 이로부터 제조되는 그래핀 복합 구조체를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a graphene composite structure capable of high-magnification and high-definition analysis by reducing autofluorescence that acts as noise during image analysis of a biological sample by reducing self-luminescence generated from a support on which a graphene layer is placed, and a graphene composite structure prepared therefrom.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법은, 관찰 영역에 해당하는 관찰부와 상기 관찰부의 테두리에 배치되는 프레임부를 가지는 지지체를 형성하는 지지체 형성단계; 상기 관찰부의 상면에 그래핀층을 형성하는 그래핀층 형성단계; 및 상기 그래핀층의 상면에 유기 탄성부재를 물리적으로 접촉시켜 상기 그래핀층의 상면에 유기성분을 전사하고, 상기 유기성분이 전사된 상기 그래핀층에 에너지를 인가하여 상기 그래핀층의 상면에 친수화 보호층을 형성하는 친수화 보호층 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a graphene composite structure according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes forming a support body having an observation unit corresponding to an observation area and a frame unit disposed on an edge of the observation unit; A graphene layer forming step of forming a graphene layer on an upper surface of the observation unit; and a hydrophilic protection layer forming step of physically contacting an organic elastic member with an upper surface of the graphene layer to transfer an organic component to the upper surface of the graphene layer, and applying energy to the graphene layer to which the organic component is transferred to form a hydrophilic protection layer on the upper surface of the graphene layer.

본 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법에 있어서, 상기 지지체 형성단계에서 상기 관찰부의 두께는 상기 프레임부의 두께보다 작게 형성될 수 있다.In the manufacturing method of the graphene composite structure according to the present embodiment, in the step of forming the support, the thickness of the observation part may be smaller than that of the frame part.

본 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법에 있어서, 상기 지지체 형성단계에서 상기 지지체는 상기 관찰부의 상부에 형성되며 상기 그래핀층이 배치되는 상측홈부와, 상기 관찰부의 하부에 형성되는 하측홈부를 가질 수 있다.In the manufacturing method of the graphene composite structure according to the present embodiment, in the step of forming the support, the support may have an upper groove portion formed on the observation portion and in which the graphene layer is disposed, and a lower groove portion formed on the lower portion of the observation portion.

본 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법에 있어서, 상기 친수화 보호층 형성단계는, 상기 유기 탄성부재 및 상기 그래핀층 간의 물리적 접촉 시간, 물리적 접촉시 가해지는 압력 및 물리적 접촉 횟수 중 하나 이상의 인자에 의하여 상기 유기 탄성부재로부터 상기 그래핀층으로 전사되는 유기성분의 전사량이 조절될 수 있다.In the manufacturing method of the graphene composite structure according to the present embodiment, in the step of forming the hydrophilic protective layer, the transfer amount of the organic component transferred from the organic elastic member to the graphene layer may be controlled by at least one factor of a physical contact time between the organic elastic member and the graphene layer, a pressure applied during physical contact, and the number of physical contacts.

본 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법에 있어서, 상기 친수화 보호층 형성단계에서 상기 그래핀층에 인가되는 에너지는, 플라즈마, 광, UV-오존 및 전압 중 어느 하나이거나 이들의 조합인 것일 수 있다.In the graphene composite structure manufacturing method according to the present embodiment, the energy applied to the graphene layer in the step of forming the hydrophilic protective layer may be any one of plasma, light, UV-ozone, and voltage, or a combination thereof.

본 발명은 전술한 그래핀 복합 구조체 제조방법에 의해 제조되는 그래핀 복합 구조체도 특징으로 한다.The present invention is also characterized by a graphene composite structure manufactured by the above-described method for manufacturing a graphene composite structure.

본 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체는, 관찰 영역에 해당하는 관찰부와 상기 관찰부의 테두리에 배치되는 프레임부를 포함하는 지지체; 상기 관찰부의 상면에 배치되는 그래핀층; 및 상기 그래핀층의 상면에 형성되는 친수화 보호층;을 포함하고, 상기 친수화 보호층은 상기 그래핀층의 상면에 유기 탄성부재를 물리적으로 접촉시켜 상기 그래핀층의 상면에 유기성분을 전사하고, 상기 유기성분이 전사된 상기 그래핀층에 인가되는 에너지에 의하여 개질되면서 형성될 수 있다.The graphene composite structure according to the present embodiment includes a support including an observation unit corresponding to an observation area and a frame unit disposed at an edge of the observation unit; A graphene layer disposed on an upper surface of the observation unit; and a hydrophilic protective layer formed on the upper surface of the graphene layer, wherein the hydrophilic protective layer may be formed by physically contacting an organic elastic member with the upper surface of the graphene layer to transfer an organic component to the upper surface of the graphene layer, and modifying the organic component by energy applied to the transferred graphene layer.

본 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체에 있어서, 상기 관찰부의 두께는 상기 프레임부의 두께보다 작을 수 있다.In the graphene composite structure according to the present embodiment, a thickness of the observation part may be smaller than a thickness of the frame part.

본 발명에 따르면, 생물학적 샘플이 놓이는 그래핀층의 표면에 친수화 보호층을 형성하여 그래핀층이 가지는 전기적 특성을 훼손하지 않을 수 있고, 그래핀층 및 생물학적 샘플이 놓이는 지지체의 관찰부의 두께를 축소하여 생물학적 샘플의 이미지분석 시 노이즈로 작용하는 자가형광을 줄여 샘플의 고배율 및 고선명도 분석이 가능하다.According to the present invention, by forming a hydrophilic protective layer on the surface of the graphene layer on which the biological sample is placed, the electrical properties of the graphene layer may not be damaged, and by reducing the thickness of the graphene layer and the observation part of the support on which the biological sample is placed, autofluorescence, which acts as noise during image analysis of the biological sample, is reduced, enabling high-magnification and high-definition analysis of the sample.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법을 설명하기 위한 예시도이다.1 is a block diagram of a method for manufacturing a graphene composite structure according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram for explaining a method for manufacturing a graphene composite structure according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram for explaining a method for manufacturing a graphene composite structure according to another embodiment of the present invention.

이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention in which the above-described problem to be solved can be realized in detail will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present embodiments, the same name and the same reference numeral may be used for the same configuration, and additional description accordingly may be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법을 설명하기 위한 예시도이다.1 is a block diagram of a method for manufacturing a graphene composite structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary diagram for explaining a method for manufacturing a graphene composite structure according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법은 지지체 형성단계(S110), 그래핀층 형성단계(S120) 및 친수화 보호층 형성단계(S130)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the manufacturing method of the graphene composite structure according to the present invention may include forming a support (S110), forming a graphene layer (S120), and forming a hydrophilic protective layer (S130).

즉, 본 발명에 따른 그래핀 복합 구조체 제조방법은 지지체(110)를 형성하고, 이후 지지체(110)의 상면에 그래핀층(120)을 형성하며, 이후 그래핀층(120)의 상면에 친수화 보호층(130)을 형성하여, 지지체(110), 그래핀층(120) 및 친수화 보호층(130)이 적층된 그래핀 복합 구조체(100)를 제조할 수 있다. 분석하고자 하는 생물학적 샘플은 그래핀 복합 구조체(100)의 친수화 보호층(130)의 상면에 놓여질 수 있다. 이에 따라, 친수화 보호층(130)에 의해 그래핀층(120)의 표면이 소수성에서 친수성으로 개질됨과 동시에, 그래핀층(120)이 가지는 고유의 전기적 특성이 훼손되지 않을 수 있다.That is, in the manufacturing method of the graphene composite structure according to the present invention, the graphene composite structure 100 in which the support 110, the graphene layer 120, and the hydrophilization protective layer 130 are stacked may be manufactured by forming the support 110, then forming the graphene layer 120 on the upper surface of the support 110, and then forming the hydrophilic protective layer 130 on the upper surface of the graphene layer 120. A biological sample to be analyzed may be placed on the upper surface of the hydrophilic protective layer 130 of the graphene composite structure 100 . Accordingly, while the surface of the graphene layer 120 is modified from hydrophobic to hydrophilic by the hydrophilization protective layer 130 , inherent electrical characteristics of the graphene layer 120 may not be damaged.

구체적으로, 지지체 형성단계(S110)는 지지체(110)를 형성하는 단계일 수 있다.Specifically, the support forming step ( S110 ) may be a step of forming the support body 110 .

지지체(110)는 분석대상물인 샘플을 지지하기 위한 것으로, 비전도성을 가질 수 있으며, 투명한 소재일 수 있다. 이때, 투명한 정도는 가시광 대역에 속하는 파장의 광에 대한 광 투과율이 90% 이상을 의미할 수 있다.The support 110 is for supporting a sample, which is an analysis target, and may have non-conductivity and may be a transparent material. At this time, the degree of transparency may mean a light transmittance of 90% or more for light having a wavelength belonging to the visible light band.

또한, 지지체(110)는 플렉시블(Flexible) 소재 또는 리지드(Rigid) 소재를 포함할 수도 있다.In addition, the support 110 may include a flexible material or a rigid material.

또한, 지지체(110)는 필름이나 막 형상으로 형성될 수 있다.In addition, the support 110 may be formed in the form of a film or membrane.

또한, 지지체(110)는 평면도 상에서 원형이나 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 지지체(110)는 그래핀층(120) 및 샘플을 안정적으로 지지할 수 있다면 어떠한 형상이라도 무방하다.In addition, the support 110 may be formed in various shapes such as a circle or a rectangle on a plan view. The support 110 may have any shape as long as it can stably support the graphene layer 120 and the sample.

또한, 지지체(110)는 샘플을 지지하고, 저형광 즉, 자발광이 낮은 소재를 포함할 수 있다. 자발광이 낮은 지지체(110)로는 유리; 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드 또는 이들의 공중합체 등과 같은 불소계 수지; 아크릴계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 수지; 폴리우레탄 수지; 올레핀계 수지; 에폭시계 수지;멜라민계 수지; 또는 불포화 폴리에스테르계 수지 등이 이용될 수 있다. 이러한 지지체(110)의 소재는 분석하고자 하는 샘플의 종류 및 분석 방법을 고려하여 적절한 소재가 선택될 수 있다.In addition, the support 110 supports the sample and may include a material with low fluorescence, that is, low self-luminescence. As the support 110 having low self-luminescence, glass; fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, polyvinylidene fluoride or copolymers thereof; acrylic resins; polycarbonate-based resin; acrylonitrile butadiene styrene resin; polyurethane resin; Olefin type resin; Epoxy-based resins; Melamine-based resins; Alternatively, an unsaturated polyester resin or the like may be used. An appropriate material for the support 110 may be selected in consideration of the type and analysis method of the sample to be analyzed.

또한, 지지체(110)는 관찰부(111) 및 프레임부(113)를 포함할 수 있으며, 관찰부(111) 및 프레임부(113)는 일체로 형성될 수 있다.In addition, the support 110 may include an observation unit 111 and a frame unit 113, and the observation unit 111 and the frame unit 113 may be integrally formed.

관찰부(111)는 지지체(110)의 중심부를 형성할 수 있으며, 관찰 광이 조사되는 관찰 영역에 해당될 수 있다. 관찰부(111)는 제1두께(t1)를 가질 수 있다.The observation unit 111 may form the central portion of the support 110 and may correspond to an observation area to which observation light is irradiated. The observation part 111 may have a first thickness t1.

프레임부(113)는 지지체(110)의 테두리를 형성할 수 있으며, 관찰 광이 조사되지 않는 비관찰 영역에 해당될 수 있다. 프레임부(113)는 제2두께(t2)를 가질 수 있다.The frame portion 113 may form an edge of the support 110 and may correspond to a non-observation area in which observation light is not irradiated. The frame portion 113 may have a second thickness t2.

이때, 제1두께(t1)는 제2두께(t2)보다 작을 수 있다. 이와 같이, 관찰 광이 조사되는 관찰부(111)의 제1두께(t1)를 상대적으로 작게 축소하는 것으로, 지지체(110)로부터 발생되는 자발광을 현저히 낮출 수 있다.In this case, the first thickness t1 may be smaller than the second thickness t2. In this way, by reducing the first thickness t1 of the observation portion 111 to which the observation light is irradiated is relatively small, self-emission generated from the support 110 can be remarkably reduced.

또한, 지지체(110)는 상측홈부(115)를 더 포함할 수 있다. 상측홈부(115)는 관찰부(111)의 상부에 형성될 수 있다.In addition, the support 110 may further include an upper groove portion 115 . The upper groove part 115 may be formed on the upper part of the observation part 111 .

이러한 상측홈부(115)에 의해 프레임부(113)는 관찰부(111)의 상측으로 돌출 배치될 수 있으며, 관찰부(111)의 제1두께(t1)는 프레임부(113)의 제2두께(t2)보다 작게 마련될 수 있다.The frame part 113 may protrude upward from the observation part 111 by the upper groove part 115, and the first thickness t1 of the observation part 111 may be smaller than the second thickness t2 of the frame part 113.

후술되는 그래핀층 형성단계(S120)를 거치며 상측홈부(115)에 그래핀층(120)이 마련됨에 따라 프레임부(113)는 그래핀층(120)의 측면 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다.As the graphene layer 120 is provided in the upper groove portion 115 through the graphene layer forming step (S120) to be described later, the frame portion 113 may be arranged to surround the circumference of the side surface of the graphene layer 120.

상측홈부(115)는 일예로 지지체 원판을 에칭용액에서 담근 상태에서 에칭에 의해 지지체 원판으로부터 제거되면서 형성될 수 있다.For example, the upper groove portion 115 may be formed while being removed from the support disc by etching while the support disc is immersed in an etching solution.

도 3을 참조하면, 지지체(110)는 하측홈부(117)를 더 포함할 수 있다. 하측홈부(117)는 관찰부(111)의 하부에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the support 110 may further include a lower groove 117 . The lower groove 117 may be formed below the observation unit 111 .

이러한 하측홈부(117)에 의해 프레임부(113)는 관찰부(111)의 상측 및 하측으로 돌출 배치될 수 있으며, 관찰부(111)의 제1두께(t1)는 프레임부(113)의 제2두께(t2)보다 더욱 작게 마련될 수 있다.The frame part 113 may protrude upwards and downwards of the observation part 111 by the lower groove part 117, and the first thickness t1 of the observation part 111 may be smaller than the second thickness t2 of the frame part 113.

하측홈부(117) 역시 지지체 원판을 에칭용액에서 담근 상태에서 에칭에 의해 지지체 원판으로부터 제거되면서 형성될 수 있고, 상측홈부(115) 형성 시 함께 형성될 수 있다.The lower groove portion 117 may also be formed while being removed from the support disk by etching while the support disk is immersed in an etching solution, and may be formed together when the upper groove portion 115 is formed.

그래핀층 형성단계(S120)는 지지체(110)의 관찰부(111)의 상면에 그래핀층(120)을 형성하는 단계일 수 있다.The graphene layer forming step ( S120 ) may be a step of forming the graphene layer 120 on the upper surface of the observation unit 111 of the support 110 .

그래핀층(120)은 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 방법을 통하여 지지체(110)의 상면에 형성될 수 있다. 물론 그래핀층(120)은 이미 알려진 다양한 전사 방법을 통하여 지지체(110)의 상면에 전사될 수 있고, 그래핀 분산액을 지지체(110)에 분산 도포하여서 형성할 수도 있다.Graphene layer 120 may be formed on the upper surface of the support 110 through a chemical vapor deposition (CVD) method. Of course, the graphene layer 120 may be transferred to the upper surface of the support 110 through various known transfer methods, or may be formed by dispersing and coating a graphene dispersion on the support 110 .

지지체(110)에 상면에 형성되는 그래핀층(120)은 단일층일 수 있고, 복수 개의 단일층이 반데르발스 결합한 다층의 플레이크 형태일 수도 있다.The graphene layer 120 formed on the upper surface of the support 110 may be a single layer, or may be in the form of a multi-layered flake in which a plurality of single layers are van der Waals bonded.

친수화 보호층 형성단계(S130)는 그래핀층(120)의 상면에 친수화 보호층(130)을 형성하는 단계일 수 있다.Forming a hydrophilic protective layer ( S130 ) may be a step of forming a hydrophilic protective layer 130 on the upper surface of the graphene layer 120 .

소수성 및 친수성은 수 접촉각을 기준으로 규정될 수 있는데, 실험적으로, 측정하고자 하는 대상표면의 수 접촉각은 25℃의 온도, 1atm의 대기압 하, 측정 대상 표면이 공기중으로 노출된 상태에서 1cm 높이에서 6μL의 탈이온수 액적을 측정 대상 표면으로 자유낙하시킨 후, 대상표면에 떨어진 액적에 더 이상 움직임이 발생하지 않는 평형 상태에서 측정된 접촉각을 수 있다. 여기서, 본 실시예에서의 소수성은 수 접촉각이 60도 이상, 구체적으로 65도 이상, 보다 구체적으로 70도 이상, 보다 더 구체적으로 67도 이상, 실질적으로 180도 이하, 보다 실질적으로 150도 이하인 표면 특성을 의미할 수 있다. 그리고, 본 실시예에서의 친수성은 그래핀층(120)의 소수성 표면 특성이 친수화된 것임에 따라, 절대적인 수 접촉각보다는 표면 처리 전 그래핀층(120)의 수 접촉각 대비 상대적으로 작은 수 접촉각을 나타내는 표면 특성으로 해석하는 것이 타당하다. 실질적인 일 예로, 친수성은 소수성인 그래핀층(120)의 수 접촉각인 CAref를 기준으로, CAref 보다 수 접촉각이 5도 이상, 10도 이상, 15도 이상, 20도 이상, 25도 이상, 30도 이상, 35도 이상 또는 40도 이상 작은 수 접촉각을 나타내는 것을 의미할 수 있다. 이때, 실질적으로 표면 개질된 그래핀층(120)의 수 접촉각은 0도 초과, 5도 이상, 10도 이상 또는 15도 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Hydrophobicity and hydrophilicity can be defined based on the water contact angle. Experimentally, the water contact angle of the target surface to be measured can be the contact angle measured in an equilibrium state in which a droplet of deionized water of 6 μL is free-falling from a height of 1 cm to the target surface to be measured under a temperature of 25 ° C., an atmospheric pressure of 1 atm, and the target surface to be measured is exposed to the air. Here, hydrophobicity in this embodiment may mean a surface property in which the water contact angle is 60 degrees or more, specifically 65 degrees or more, more specifically 70 degrees or more, more specifically 67 degrees or more, substantially 180 degrees or less, more substantially 150 degrees or less. In addition, the hydrophilicity in this embodiment is a relatively small water contact angle compared to the water contact angle of the graphene layer 120 before surface treatment, rather than an absolute water contact angle, as the hydrophobic surface property of the graphene layer 120 is hydrophilic. It is reasonable to interpret it as a surface property. As a practical example, hydrophilicity may mean that the water contact angle is 5 degrees or more, 10 degrees or more, 15 degrees or more, 20 degrees or more, 25 degrees or more, 30 degrees or more, 35 degrees or more, or 40 degrees or more smaller than CAref, based on CAref, which is the water contact angle of the hydrophobic graphene layer 120. At this time, the water contact angle of the substantially surface-modified graphene layer 120 may be greater than 0 degrees, greater than 5 degrees, greater than 10 degrees, or greater than 15 degrees, but is not limited thereto.

본 실시예에 따른 친수화 보호층(130)을 형성하는 과정은 우선 그래핀층(120)의 상면에 유기 탄성부재를 물리적으로 접촉시킨 후 분리함에 따라 그래핀층(120)의 상면에는 유기성분이 전사될 수 있다. 이후, 유기성분이 전사된 그래핀층(120)에 에너지를 인가함에 따라 그래핀층(120)의 상면에 친수화 보호층(130)을 형성할 수 있다.In the process of forming the hydrophilic protective layer 130 according to the present embodiment, organic components may be transferred to the upper surface of the graphene layer 120 by first physically contacting the organic elastic member with the upper surface of the graphene layer 120 and then separating the organic material. Thereafter, as energy is applied to the graphene layer 120 onto which the organic components are transferred, a hydrophilic protective layer 130 may be formed on the upper surface of the graphene layer 120 .

이와 같이, 그래핀층(120)의 표면에 유기성분이 전사되면 전사된 유기성분에 의해 그래핀층(120)의 표면이 친수화될 수 있다. 이에 따라, 그래핀 고유의 결정 구조가 깨어지며 친수화 표면 개질을 위한 작용기나 이종 물질(그래핀 외부 물질)이 그래핀층(120)에 결합되지 않아 그래핀층(120)에 구조적 결함이 생성되는 것을 방지할 수 있다.As such, when the organic component is transferred to the surface of the graphene layer 120, the surface of the graphene layer 120 may be hydrophilized by the transferred organic component. Accordingly, the inherent crystal structure of graphene is broken, and structural defects in the graphene layer 120 are prevented from being generated because functional groups or heterogeneous materials (materials external to graphene) for hydrophilic surface modification are not bonded to the graphene layer 120.

또한, 그래핀층(120)의 표면으로 전사된 유기성분에 에너지를 인가하여 친수성 작용기를 형성함에 따라 전사된 유기성분이 인가되는 에너지로부터 그래핀을 보호할 수도 있다. 뿐만 아니라, 그래핀층(120)에 직접 에너지를 인가하여 친수화시키는데 요구되는 에너지 대비 상대적으로 낮은 에너지로 전사된 유기성분이 친수성 작용기로 전환될 수 있어 그래핀층(120)이 손상되는 것을 방지할 수도 있다.In addition, as energy is applied to the organic component transferred to the surface of the graphene layer 120 to form a hydrophilic functional group, the transferred organic component may protect graphene from applied energy. In addition, the organic component transferred with relatively low energy compared to the energy required for hydrophilization by directly applying energy to the graphene layer 120 can be converted to a hydrophilic functional group, thereby preventing damage to the graphene layer 120.

이처럼 그래핀층(120)의 표면이 소수성에서 친수성으로 표면 개질됨과 동시에 그래핀층(120)이 가지는 고유의 전기적 특성이 훼손되는 것을 방지할 수 있게 된다.As such, the surface of the graphene layer 120 is modified from hydrophobic to hydrophilic, and at the same time, it is possible to prevent the inherent electrical characteristics of the graphene layer 120 from being damaged.

또한, 그래핀층(120)의 상면에 친수화 보호층(130)을 형성하면, 생물학적 샘플과 같이 친수성의 분석대상물을 그래핀 복합 구조체(100)의 상면에 놓이는 것(도포)만으로 친수성 분석대상물의 자연스런 로딩이 완료될 수 있다. 즉, 친수화된 영역과 본래의 소수성 영역 경계가 미세 웰과 같은 작용을 하여, 생물학적 샘플을 친수화된 영역에 선택적으로 위치시키거나 해당 영역에서 벗어나지 않도록 가둬둘 수 있다.In addition, when the hydrophilic protective layer 130 is formed on the upper surface of the graphene layer 120, natural loading of the hydrophilic analyte can be completed only by placing (coating) a hydrophilic analyte on the upper surface of the graphene composite structure 100, such as a biological sample. That is, the boundary between the hydrophilized region and the original hydrophobic region acts like a microwell, so that the biological sample can be selectively located in the hydrophilized region or confined so as not to deviate from the corresponding region.

유기 탄성부재와 그래핀층(120) 간의 물리적 접촉에 의해 유기 탄성부재로부터 유래되는 유기성분이 그래핀층(120)의 표면에 전사될 수 있다. 즉, 유기 탄성부재는 그래핀층(120)의 표면으로 전사되는 유기성분 공급원일 수 있으며, 탄성을 가지기에 유기성분을 그래핀층(120)에 안정적으로 전사시키면서도 물리적 접촉에 의해 그래핀층(120)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.Organic components derived from the organic elastic member may be transferred to the surface of the graphene layer 120 due to physical contact between the organic elastic member and the graphene layer 120 . That is, the organic elastic member may be a source of organic components transferred to the surface of the graphene layer 120, and since it has elasticity, the organic components may be stably transferred to the graphene layer 120, and the graphene layer 120 may be prevented from being damaged by physical contact.

여기서, 물리적 접촉에 의해 유기 탄성부재로부터 유래되는 유기성분이 소수성을 가지는 그래핀층(120)에 균일하게 전사되기 위해서는, 소수성의 그래핀층(120)과 접촉하는 유기 탄성부재의 접촉면은 소수성인 것이 바람직하다. 즉, 소수성 그래핀층(120)과 접촉하는 유기 탄성부재의 표면층(접촉면)은 그래핀층(120)의 표면으로 전사되는 유기성분을 공급함과 동시에 소수성의 특성을 가질 수 있다. 또한, 유기 탄성부재에서 유기성분을 공급함과 동시에 소수성의 특성을 갖는 표면층 이외의 영역은 적절한 탄성을 가지는 탄성체일 수 있다. 예컨대, 유기 탄성부재는 전도성을 가지며, 소수성인 그래핀층(120)과 접촉하는 접촉면은 실록산계 탄성체를 포함할 수 있다.Here, in order for organic components derived from the organic elastic member to be uniformly transferred to the graphene layer 120 having hydrophobicity by physical contact, the contact surface of the organic elastic member in contact with the hydrophobic graphene layer 120 is preferably hydrophobic. That is, the surface layer (contact surface) of the organic elastic member in contact with the hydrophobic graphene layer 120 may have hydrophobic properties while supplying organic components transferred to the surface of the graphene layer 120 . In addition, the area other than the surface layer having a hydrophobic property while supplying the organic component in the organic elastic member may be an elastic body having appropriate elasticity. For example, the organic elastic member has conductivity, and a contact surface contacting the hydrophobic graphene layer 120 may include a siloxane-based elastomer.

이처럼 소수성 그래핀층(120)에 대한 유기 탄성부재의 물리적 접촉 시간, 물리적 접촉시 가해지는 압력 및 물리적 접촉 횟수에서 하나 이상 선택되는 인자를 제어함에 따라 유기성분의 전사량이 조절될 수 있다.As such, the transfer amount of organic components can be adjusted by controlling one or more factors selected from the physical contact time of the organic elastic member with respect to the hydrophobic graphene layer 120, the pressure applied during physical contact, and the number of physical contacts.

즉, 소수성 그래핀 층(120)에 유기 탄성부재의 물리적 접촉 시간을 증가시켜 그래핀층(120)에 전사되는 유기성분의 전사량을 증가시킬 수 있다. 이와 함께 또는 이와 독립적으로 물리적 접촉시 가해지는 압력을 증가시켜 그래핀층(120)에 전사되는 유기성분의 전사량을 증가시킬 수 있다. 이와 함께 또는 이와 독립적으로 물리적 접촉 횟수를 증가시켜 그래핀층(120)에 전사되는 유기 성분의 전사량을 증가시킬수 있다.That is, by increasing the physical contact time of the organic elastic member to the hydrophobic graphene layer 120, the transfer amount of organic components transferred to the graphene layer 120 may be increased. Together with or independently of this, the transfer amount of the organic component transferred to the graphene layer 120 may be increased by increasing the pressure applied during physical contact. Together with or independently of this, the number of times of physical contact may be increased to increase the amount of organic components transferred to the graphene layer 120 .

한편, 유기성분이 전사된 그래핀층(120)에 인가되는 에너지는 유기성분이나 유기성분의 일부가 반응하여 친수성 작용기가 형성되도록 하는 에너지이면 무방하다.On the other hand, the energy applied to the graphene layer 120 on which the organic component is transferred may be any energy that causes the organic component or a part of the organic component to react to form a hydrophilic functional group.

일 예로, 에너지의 인가는 플라즈마 인가, UV-오존 인가, 광 인가, 전압 인가 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이때, 이들의 조합은 플라즈마 인가, UV-오존 인가, 광 인가 및 전압 인가 중 선택되는 둘 이상의 에너지 인가가 순차적으로 또는 동시에 인가됨을 의미할 수 있다. 또한, 광 인가는 펄스형 백색광 인가나 자외선인가를 포함할 수 있다.For example, the application of energy may include application of plasma, application of UV-ozone, application of light, application of voltage, or a combination thereof. In this case, a combination thereof may mean that application of two or more energies selected from among application of plasma, application of UV-ozone, application of light, and application of voltage is sequentially or simultaneously applied. In addition, light application may include application of pulsed white light or ultraviolet light.

본 발명은 상술한 그래핀 복합 구조체 제조방법에 의해 제조된 그래핀 복합 구조체(100)를 포함한다.The present invention includes the graphene composite structure 100 manufactured by the above-described graphene composite structure manufacturing method.

본 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체(100)는 지지체(110), 그래핀층(120) 및 친수화 보호층(130)이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.The graphene composite structure 100 according to the present embodiment may have a structure in which the support 110, the graphene layer 120, and the hydrophilization protective layer 130 are sequentially stacked.

지지체(110), 그래핀층(120) 및 친수화 보호층(130)은 앞서 그래핀 복합 구조체(100)의 제조방법에서 설명한 지지체(110), 그래핀층(120) 및 친수화 보호층(130)과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다.The support 110, the graphene layer 120, and the hydrophilization protective layer 130 may be configured substantially the same as the support 110, the graphene layer 120, and the hydrophilization protective layer 130 described above in the manufacturing method of the graphene composite structure 100.

이와 같이, 그래핀 복합 구조체(100)의 제조가 완료되면, 그래핀 복합 구조체(100)의 상면에 분석하고자 하는 샘플을 로딩(도포)하고, 관찰 광을 조사하여 샘플을 관찰 및 분석할 수 있다.In this way, when manufacturing of the graphene composite structure 100 is completed, a sample to be analyzed is loaded (applied) on the upper surface of the graphene composite structure 100, and observation light is irradiated to observe and analyze the sample.

본 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체(100)는 형광현미경을 포함한 광학현미경 분석이나, 전자현미경이나 광학현미경 등 복수의 현미경에서 측정된 이미지를 병합하여 분석하는 CELM 이미지 분석 등 다양한 샘플 이미지 분석 과정에서 이용될 수 있다.The graphene composite structure 100 according to the present embodiment can be used in various sample image analysis processes, such as optical microscopy analysis including fluorescence microscopy or CELM image analysis in which images measured by a plurality of microscopes such as an electron microscope or an optical microscope are merged and analyzed.

본 실시예에 따른 그래핀 복합 구조체(100)는 친수화 보호층(130)에 의해 친수성을 가지면서도 친수화 과정에서 생성될 수 있는 결함이나 손상에 의한 그래핀층(120)의 전기적 특성이 훼손되지 않을 수 있으며, 따라서 매우 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.Although the graphene composite structure 100 according to the present embodiment has hydrophilicity due to the hydrophilization protective layer 130, electrical characteristics of the graphene layer 120 may not be damaged due to defects or damages that may be generated during the hydrophilization process, and thus may have very excellent electrical characteristics.

또한, 그래핀 복합 구조체(100)에 로딩되는 친수성의 생물학적 샘플이라 하더리도, 친수화 보호층(130)에 의해 생물학적 샘플의 뭉침이나 형상 왜곡 없이 전도성의 그래핀 복합 구조체(100)에 안정적으로 로딩될 수 있다.In addition, even a hydrophilic biological sample loaded into the graphene composite structure 100 can be stably loaded into the conductive graphene composite structure 100 without agglomeration or shape distortion of the biological sample by the hydrophilic protective layer 130.

또한, 샘플이 놓이는 지지체(110)의 관찰부(111) 영역의 소재 및 두께를 최소화하여 이미지 분석시 지지체(110)로부터 발생되는 자발광을 현저히 낮춰, 고배율에서도 우수한 선명도로 샘플을 관찰 및 분석할 수 있다.In addition, by minimizing the material and thickness of the observation part 111 region of the support 110 on which the sample is placed, self-emission generated from the support 110 is significantly reduced during image analysis, so that the sample can be observed and analyzed with excellent clarity even at high magnification.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings as described above, those skilled in the art can variously modify or change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below.

100: 그래핀 복합 구조체
110: 지지체
111: 관찰부
113: 프레임부
120: 그래핀층
130: 친수화 보호층100: graphene composite structure
110: support
111: observation unit
113: frame part
120: graphene layer
130: hydrophilic protective layer

Claims (7)

관찰 영역에 해당하는 관찰부와 상기 관찰부의 테두리에 배치되는 프레임부를 가지는 지지체를 형성하는 지지체 형성단계;
상기 관찰부의 상면에 그래핀층을 형성하는 그래핀층 형성단계; 및
상기 그래핀층의 상면에 유기 탄성부재를 물리적으로 접촉시켜 상기 그래핀층의 상면에 유기성분을 전사하고, 상기 유기성분이 전사된 상기 그래핀층에 에너지를 인가하여 상기 그래핀층의 상면에 친수화 보호층을 형성하는 친수화 보호층 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합 구조체 제조방법.a support body forming step of forming a support body having an observation unit corresponding to an observation area and a frame unit disposed on an edge of the observation unit;
A graphene layer forming step of forming a graphene layer on an upper surface of the observation unit; and
A method for manufacturing a graphene composite structure comprising a step of physically contacting an organic elastic member with an upper surface of the graphene layer to transfer an organic component to the upper surface of the graphene layer, and applying energy to the graphene layer to which the organic component is transferred to form a hydrophilic protective layer on the upper surface of the graphene layer. 제1항에 있어서,
상기 지지체 형성단계에서,
상기 관찰부의 두께는 상기 프레임부의 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합 구조체 제조방법.According to claim 1,
In the step of forming the support,
The thickness of the observation portion is a graphene composite structure manufacturing method, characterized in that formed smaller than the thickness of the frame portion. 제2항에 있어서,
상기 지지체 형성단계에서,
상기 지지체는 상기 관찰부의 상부에 형성되며 상기 그래핀층이 배치되는 상측홈부와, 상기 관찰부의 하부에 형성되는 하측홈부를 가지는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합 구조체 제조방법.According to claim 2,
In the step of forming the support,
The method of manufacturing a graphene composite structure, characterized in that the support has an upper groove portion formed on the observation portion and in which the graphene layer is disposed, and a lower groove portion formed on the lower portion of the observation portion. 제1항에 있어서,
상기 친수화 보호층 형성단계는,
상기 유기 탄성부재 및 상기 그래핀층 간의 물리적 접촉 시간, 물리적 접촉시 가해지는 압력 및 물리적 접촉 횟수 중 하나 이상의 인자에 의하여 상기 유기 탄성부재로부터 상기 그래핀층으로 전사되는 유기성분의 전사량이 조절되는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합 구조체 제조방법.According to claim 1,
The step of forming the hydrophilic protective layer,
The amount of transfer of organic components transferred from the organic elastic member to the graphene layer is controlled by at least one factor of a physical contact time between the organic elastic member and the graphene layer, a pressure applied during physical contact, and a number of physical contacts. Method for manufacturing a graphene composite structure, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 친수화 보호층 형성단계에서,
상기 그래핀층에 인가되는 에너지는 플라즈마, 광, UV-오존 및 전압 중 어느 하나이거나 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 그래핀 복합 구조체 제조방법.According to claim 1,
In the step of forming the hydrophilic protective layer,
The graphene composite structure manufacturing method, characterized in that the energy applied to the graphene layer is any one of plasma, light, UV-ozone and voltage, or a combination thereof. 관찰 영역에 해당하는 관찰부와 상기 관찰부의 테두리에 배치되는 프레임부를 포함하는 지지체;
상기 관찰부의 상면에 배치되는 그래핀층; 및
상기 그래핀층의 상면에 형성되는 친수화 보호층;을 포함하고,
상기 친수화 보호층은 상기 그래핀층의 상면에 유기 탄성부재를 물리적으로 접촉시켜 상기 그래핀층의 상면에 유기성분을 전사하고, 상기 유기성분이 전사된 상기 그래핀층에 인가되는 에너지에 의하여 개질되면서 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합 구조체.a support body including an observation unit corresponding to an observation area and a frame unit disposed on an edge of the observation unit;
A graphene layer disposed on an upper surface of the observation unit; and
Including; a hydrophilic protective layer formed on the upper surface of the graphene layer,
The hydrophilization protective layer is formed by physically contacting an organic elastic member with an upper surface of the graphene layer to transfer an organic component to the upper surface of the graphene layer, and being modified by energy applied to the graphene layer to which the organic component is transferred. Graphene composite structure, characterized in that formed. 제6항에 있어서,
상기 관찰부의 두께는 상기 프레임부의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 그래핀 복합 구조체.According to claim 6,
The thickness of the observation portion is graphene composite structure, characterized in that smaller than the thickness of the frame portion.
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