KR102564147B1 - Method and system for estimating of grafting density of polyelectrolyte brush-layer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 채널 벽면에 전해질고분자가 그래프팅되어 형성된 브러쉬층의 그래프팅 밀도를 산출할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 광학현미경 관측으로 획득한 브러쉬층 표면의 영상 데이터에 대한 수치적 정량화로부터 브러쉬의 평균길이와 브러쉬층의 그래프팅 밀도를 산출할 수 있다. 원자힘 현미경(atomic force microscope, AFM) 등과 같은 값비싼 가격의 측정장치와 복잡한 실험 절차가 필요한 종전의 방식에 비해 보다 간편하고 정확하게 산출할 수 있고, 아울러 이들 측정장치에 의한 실험값과의 비교 검증도 가능하다.The present invention relates to a method and system capable of calculating the grafting density of a brush layer formed by grafting an electrolyte polymer to a channel wall. According to the present invention, the average length of the brush and the grafting density of the brush layer can be calculated from numerical quantification of the image data of the surface of the brush layer obtained through observation with an optical microscope. Compared to conventional methods that require expensive measuring devices such as atomic force microscopes (AFMs) and complex experimental procedures, calculations can be made more simply and accurately, as well as comparative verification with experimental values by these measuring devices. possible.

Description

전해질고분자 브러쉬층의 그래프팅 밀도 산출 방법 및 시스템{Method and system for estimating of grafting density of polyelectrolyte brush-layer}Method and system for estimating of grafting density of polyelectrolyte brush-layer}

본 발명은 채널 벽면에 전해질고분자(polyelectrolyte)가 그래프팅(grafting) 되어 형성된 브러쉬층(brush-layer)의 그래프팅 밀도를 산출할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system capable of calculating the grafting density of a brush-layer formed by grafting a polyelectrolyte to a channel wall.

마이크로플루이딕스(microfluidics)는 미세채널에서의 유체 흐름에 관한 기술 분야로 여기에는 독특한 현상과 거동이 관련되어 있다. 최근에는 미세채널 벽면의 친수성/소수성이나 하전성과 같은 물리화학적 특성에 따라 액체유동의 거동이 변하고 궁극적으로 분석 및 분리성능이나 센싱 효율에 영향을 미친다는 사실에 크게 주목하고 있다.Microfluidics is a technical field related to fluid flow in microchannels, and unique phenomena and behaviors are related to it. Recently, great attention has been paid to the fact that the behavior of liquid flow changes depending on physicochemical properties such as hydrophilicity/hydrophobicity or charge of microchannel walls, ultimately affecting analysis and separation performance or sensing efficiency.

슈레노프와 수이[J. Schlenoff, Z. Sui, “Variable charge films for controlling microfluidic flow”, 미국특허등록(US 7,722,752 B2), 2010.5.25]는 pH에 민감하게 변화하는 전해질고분자의 특성을 이용하여 미세채널 내부에 1nm 내지 1㎛ 두께를 가지는 필름층을 형성하여 전기삼투(electro-osmosis) 흐름을 제어하였다. 채널 벽면에 형성되는 필름은 양이온성 전해질고분자와 음이온성 전해질고분자가 교대로 형성된 다중층이며, 필름이 형성된 채널에 흐르는 용액의 pH를 조절하여 전기삼투 흐름의 속도와 방향을 제어하였다. Shurenov and Sui [J. Schlenoff, Z. Sui, “Variable charge films for controlling microfluidic flow”, US patent registration (US 7,722,752 B2), 2010.5.25] uses the characteristics of electrolyte polymers that change sensitively to pH A film layer having a thickness of ㎛ was formed to control the electro-osmosis flow. The film formed on the wall of the channel is a multilayer formed by alternating cationic and anionic electrolyte polymers, and the speed and direction of the electroosmotic flow were controlled by adjusting the pH of the solution flowing through the channel in which the film was formed.

나노채널에 있어서도, 계면동전기(electrokinetics) 원리에 의한 미세에너지 전환기술에서 채널벽면에 전해질고분자를 도입하여 벌크(bulk) 용액에서의 이온 전하에 전해질고분자의 하전성을 부가하여 전환효율(conversion efficiency)과 출력의 향상을 얻고자 하는 시도들이 보고되고 있다. In the nanochannel, in the micro-energy conversion technology based on the principle of electrokinetics, the electrolytic polymer is introduced into the channel wall to add charge of the electrolyte polymer to the ionic charge in the bulk solution, thereby increasing the conversion efficiency. ) and attempts to obtain an improvement in output have been reported.

찬다 등[S. Chanda, S. Sinha, S. Das. "Streaming potential and electroviscous effects in soft nanochannels: towards designing more efficient nanofluidic electrochemomechanical energy converters", Soft Matter, 10, 7558, 2014]은 높은 농도의 전해질고분자가 그래프팅된 나노채널에서 표면전위가 낮은 조건에서의 흐름전위와 전기점성 효과(electroviscous effect)에 대해 해석하였다. 그들은, 채널벽면에 전해질고분자 브러쉬(brush)가 형성되면 전기 이중층의 두께 변화에 대한 흐름전위와 전기점성 효과의 변화로 전환효율이 최소 몇 배 이상 상승함을 보고하였다.Chanda et al. [S. Chanda, S. Sinha, S. Das. "Streaming potential and electroviscous effects in soft nanochannels: towards designing more efficient nanofluidic electrochemomechanical energy converters", Soft Matter, 10, 7558, 2014] shows the flow under conditions of low surface potential in nanochannels grafted with high concentrations of electrolyte polymers. The potential and electroviscous effect were analyzed. They reported that when an electrolyte polymer brush is formed on the channel wall, the conversion efficiency increases by at least several times due to the change in the flow potential and the electrical viscosity effect for the change in the thickness of the electric double layer.

패트와리 등[J. Patwary, G. Chen, S. Das, "Efficient electrochemomechanical energy conversion in nanochannels grafted with polyelectrolyte layers with pH-dependent charge density", Microfluid Nanofluid, 20, 37, 2016]은 채널벽면에 전해질고분자를 그래프팅(grafting) 시킨 나노채널에서 전해질고분자의 탄성(elasticity)과 부피배제(excluded volume) 효과를 고려한 정전기장과 브러쉬층에서의 항력(drag force)을 반영한 유동장을 해석하여, 용액의 수소이온농도 지수인 pH와 산(acid) 해리상수 지수인 pKa 값에 따라 흐름전위가 증가되고 전환효율이 5% 수준까지 향상될 수 있음을 보고하였다. 여기서, 브러쉬층 영역에서는 이온이 자유롭게 침투할 수 있어서 액체의 속도분포가 제한적으로 유지된다.Patwari et al. [J. Patwary, G. Chen, S. Das, "Efficient electrochemomechanical energy conversion in nanochannels grafted with polyelectrolyte layers with pH-dependent charge density", Microfluid Nanofluid, 20, 37, 2016] grafting an electrolyte polymer onto the channel wall By analyzing the flow field reflecting the drag force in the brush layer and the electrostatic field considering the elasticity of the electrolyte polymer and the excluded volume effect in the Shikin nanochannel, pH and acid, which are the proton concentration index of the solution (acid) It has been reported that the flow potential increases according to the pKa value, which is the dissociation constant index, and the conversion efficiency can be improved up to the 5% level. Here, since ions can freely permeate in the brush layer region, the velocity distribution of the liquid is kept limited.

상기와 같이, 하전된 고분자인 전해질고분자(polyelectrolyte)를 채널 벽면에 그래프팅 시켜 브러쉬층을 형성하면 표면 하전성의 변화 및 조절에 의해 산업적으로 다양하게 응용될 수 있다. 일례로서, 마이크로플루이딕스의 핵심 소자인 미세채널에 용액을 흘리면 계면동전기 원리에 의해 흐름전위와 흐름전류가 발생하여 기계적 에너지가 전기에너지로 전환된다. 이 경우, 전해질고분자 브러쉬가 그래프팅된 미세채널을 도입하면, 같은 압력차에 대해 유량은 감소되고, 채널 벽면의 하전 특성인 전하밀도 조절에 의해 종전보다 향상된 최대출력과 전환효율을 기대할 수 있는 장점이 있다. As described above, when a brush layer is formed by grafting a charged polymer, such as polyelectrolyte, on the channel wall, various industrial applications can be achieved by changing and controlling surface charge. As an example, when a solution flows through a microchannel, which is a key element of microfluidics, flow potential and flow current are generated by the interfacial electromotive principle, and mechanical energy is converted into electrical energy. In this case, when a microchannel grafted with an electrolyte polymer brush is introduced, the flow rate is reduced for the same pressure difference, and the maximum output and conversion efficiency can be expected to be improved by adjusting the charge density, which is the charge characteristic of the channel wall. there is

전해질고분자 브러쉬층은 폐쇄된 채널 내부 벽면뿐만 아니라, 기판이나 입자와 같은 개방된 표면에도 당연히 형성될 수 있다. 이의 응용으로서, pH-감응, 산화환원-감응과 같은 특정 응답자극성(stimuli-response) 재료, 약물전달, 바이오 센싱, 기능성 입자 등이 있다.The electrolyte polymer brush layer may naturally be formed on an open surface such as a substrate or particles as well as an inner wall of a closed channel. As its applications, there are specific stimuli-response materials such as pH-sensitivity and redox-sensitivity, drug delivery, biosensing, and functional particles.

이상의 경우에서, 개방된 표면이나 채널 내부 벽면에 형성된 브러쉬층에서 단위면적당 브러쉬 개수로 정의되는 그래프팅 밀도(grafting density)의 산출이나 평가는 소재개발, 물성예측, 가공, 그리고 공정에 있어 매우 중요한 기본 정보이다.In the above case, the calculation or evaluation of the grafting density, which is defined as the number of brushes per unit area in the brush layer formed on the open surface or the inner wall of the channel, is a very important basis for material development, property prediction, processing, and process. It is information.

J. Schlenoff, Z. Sui, “Variable charge films for controlling microfluidic flow”, 미국특허등록(US 7,722,752 B2), 2010.5.25.J. Schlenoff, Z. Sui, “Variable charge films for controlling microfluidic flow”, US patent registration (US 7,722,752 B2), 2010.5.25.

S. Chanda, S. Sinha, S. Das. "Streaming potential and electroviscous effects in soft nanochannels: towards designing more efficient nanofluidic electrochemomechanical energy converters", Soft Matter, 10, 7558, 2014. S. Chanda, S. Sinha, S. Das. "Streaming potential and electroviscous effects in soft nanochannels: towards designing more efficient nanofluidic electrochemomechanical energy converters", Soft Matter, 10, 7558, 2014. J. Patwary, G. Chen, S. Das, "Efficient electrochemomechanical energy conversion in nanochannels grafted with polyelectrolyte layers with pH-dependent charge density", Microfluid Nanofluid, 20, 37, 2016.J. Patwary, G. Chen, S. Das, "Efficient electrochemomechanical energy conversion in nanochannels grafted with polyelectrolyte layers with pH-dependent charge density", Microfluid Nanofluid, 20, 37, 2016.

채널 벽면에의 전해질고분자 그래프팅에서 중요한 정보가, 도 1a에서와 같이 형성된 브러쉬층에서 단위면적당 브러쉬 개수인 그래프팅 밀도로서, 이 값은 그래프팅 정도와 브러쉬층의 하전 특성을 정확하게 평가함에 필수적으로 요구된다. Important information in the grafting of the electrolyte polymer to the channel wall is the grafting density, which is the number of brushes per unit area in the brush layer formed as shown in FIG. It is required.

본 발명은 브러쉬층을 염색하고 염색된 표면을 광학현미경으로 관측해서 얻어진 빛의 세기에 대한 데이터 처리로부터 그래프팅 밀도를 정확하게 산출할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이로부터 산출된 브러쉬의 평균길이와 그래프팅 밀도를 측정기기에 의한 실험값과 비교하여 결과의 신뢰성을 검증할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a method and system capable of accurately calculating the grafting density from data processing of light intensity obtained by dyeing a brush layer and observing the dyed surface with an optical microscope. In addition, an object of the present invention is to provide a method and system capable of verifying the reliability of the result by comparing the average length of the brush and the grafting density calculated therefrom with the experimental value by a measuring device.

한편, 도 1b에서와 같이 채널 내부의 벌크 영역에는 다양한 종류의 전해질(예, KCl) 용액이나 혹은 전해질고분자 용액이 다양한 조건(즉, 농도나 pH 등)으로 존재할 수 있다. 다양한 조건에 대한 그래프팅 밀도를 산출하면 브러쉬들간의 평균거리와 브러쉬의 평균길이를 산출할 수 있고, 이로부터 브러쉬층에서의 모델을 도입하고 정전기장 관계식과 네른스트-플랑크(Nernst-Planck) 이온 이동 플럭스 관계식을 연립하여 반복 계산함으로써 브러쉬층의 하전 특성을 얻을 수 있다. 여기서, 하전 특성은 채널 벽면으로부터 일정 거리 떨어진 공간까지의 정전 퍼텐셜(electrostatic potential) 분포, 정전 퍼텐셜 분포에서 결정되는 표면 퍼텐셜(surface potential), 그리고 단위 부피당 전하량인 총 전하밀도(net charge density)로 정해진다. Meanwhile, as shown in FIG. 1B, various types of electrolyte (eg, KCl) solutions or electrolyte polymer solutions may exist in the bulk region inside the channel under various conditions (eg, concentration, pH, etc.). If the grafting density for various conditions is calculated, the average distance between the brushes and the average length of the brushes can be calculated, and from this, a model in the brush layer is introduced, and the electrostatic field relation and Nernst-Planck ion movement The charging characteristics of the brush layer can be obtained by repetitively calculating the flux relational equations simultaneously. Here, the charge characteristics are determined by the distribution of electrostatic potential to a space a certain distance from the channel wall, the surface potential determined from the distribution of electrostatic potential, and the net charge density, which is the amount of charge per unit volume. all.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above. The objects of the present invention will become more apparent from the description that follows, and will be realized by means and combinations thereof set forth in the claims.

과제의 해결을 위한 각 단계에 대한 설명은 다음과 같다. A description of each step for solving the task is as follows.

본 발명의 일 실시예에 따른 채널 벽면에 전해질고분자가 그래프팅되어 형성된 브러쉬층의 그래프팅 밀도를 산출하는 방법은, 광학현미경 관측으로 염색된 브러쉬층 표면의 빛 세기를 정량화하는 단계; 브러쉬층에 형성된 브러쉬들간의 평균거리를 산출하는 단계; 브러쉬층에 형성된 브러쉬의 평균길이를 산출하는 단계; 브러쉬층의 그래프팅 밀도를 산출하는 단계; 및 브러쉬층에서의 농도분포 함수모델을 도입하고 상기 브러쉬층의 하전 특성을 평가하는 단계; 를 포함할 수 있다.A method for calculating the grafting density of a brush layer formed by grafting an electrolyte polymer on a channel wall according to an embodiment of the present invention includes quantifying light intensity on a surface of a dyed brush layer through optical microscope observation; Calculating an average distance between brushes formed in the brush layer; Calculating an average length of brushes formed on the brush layer; Calculating the grafting density of the brush layer; and introducing a concentration distribution function model in the brush layer and evaluating charge characteristics of the brush layer. can include

위와 같은 산출방법의 전체적인 과정은 도 2와 같다.The overall process of the above calculation method is shown in FIG.

(1) 광학현미경 관측으로 염색된 브러쉬층 표면의 빛 세기를 정량화하는 단계(1) quantifying the light intensity of the dyed brush layer surface by optical microscope observation

도 2를 참조하면, 상기 단계는 하기의 세부 단계를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the step may include the following detailed steps.

전해질고분자 그래프팅으로 형성된 브러쉬층을 적절한 염료로 염색하고, 도 3에서와 같이 염색된 브러쉬층 표면에 대한 광학현미경 카메라로 영상 데이터 화면을 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 투명한 소재의 미세채널은 서로 평행한 상부벽면과 하부벽면, 그리고 서로 평행한 두 개의 측벽면으로 둘러싸인 공간으로 형성될 수 있다. 도 1b에서와 같이, 이러한 미세채널은 상기 상부벽면과 하부벽면의 이격 거리인 깊이 H와 두 측벽면의 이격 거리인 폭 W를 갖는 단면이 사각형으로서, 깊이 H 및 폭 W는 길이 L에 비해 작게 형성될 수 있다.The brush layer formed by grafting the electrolyte polymer is dyed with an appropriate dye, and as shown in FIG. 3, an image data screen of the dyed brush layer surface can be obtained with an optical microscope camera. In one embodiment, the microchannel made of a transparent material may be formed as a space surrounded by mutually parallel upper and lower wall surfaces and two mutually parallel sidewall surfaces. As shown in FIG. 1B, this microchannel has a rectangular cross section having a depth H , which is the separation distance between the upper and lower walls, and a width W , which is the separation distance between the two sidewall surfaces, and the depth H and the width W are smaller than the length L. can be formed

채널 내부 벽면에 형성된 브러쉬층을 염색하고, 촬영 장비(예컨대, CCD 혹은 CMOS 카메라)에 의해 투명한 채널을 촬영할 수 있다. 이때, 대물렌즈가 갖는 초점두께(focal depth)에 의해 정해지는 초점부피가 채널 상부면이나 하부면에 위치하도록 하여 측정하는 것이 바람직하다.A brush layer formed on an inner wall of the channel may be dyed, and the transparent channel may be photographed by a photographing device (eg, a CCD or CMOS camera). At this time, it is preferable to measure so that the focal volume determined by the focal depth of the objective lens is located on the upper or lower surface of the channel.

다음으로, 영상 데이터로부터 빛의 세기를 얻기 위하여 영상 데이터를 처리할 수 있다. 영상 데이터의 처리 과정은 컴퓨터 등 연산 장치에 의하여 수행될 수 있다. 또한, 영상 데이터의 처리 과정은 컴퓨터 상에서 실행되는, 공지된 또는 향후 개발될 임의의 소프트웨어를 이용하여 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상용 소프트웨어인 매트랩(MATLAB, Mathworks, MA)에 의하여 상기 영상 데이터의 처리 과정이 수행될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Next, the image data may be processed to obtain the intensity of light from the image data. The image data processing process may be performed by an arithmetic device such as a computer. In addition, the processing of image data may be performed using any software that is known or to be developed in the future, running on a computer. For example, the process of processing the image data may be performed by commercial software, MATLAB (Mathworks, MA), but is not limited thereto.

영상 데이터의 처리 과정은, 먼저 브러쉬층 표면에 대해 획득한 영상 데이터를 빛 세기에 따라 수치화하여 하나의 색깔로 이루어진 데이터를 형성할 수 있다. 일 실시예에서는, 획득한 영상 데이터를 염료색에 맞는 빛 색깔을 선택하여 픽셀 단위로 빛 세기에 따라 수치 행렬화할 수도 있다. 하나의 색깔로 이루어진 수치 행렬(matrix)의 각 원소의 값을, 해당 원소 및 이와 인접한 원소들의 값에 대해 평균한 값으로 재설정하는 평균화 과정을 수행할 수도 있다. 그 결과 평균화된 수치 행렬을 이용하여 주어진 영상 데이터의 전체 픽셀에 대한 빛 세기의 전체 평균값을 구할 수 있다. In the image data processing process, first, image data obtained for the surface of the brush layer may be digitized according to light intensity to form data consisting of one color. In one embodiment, the acquired image data may be numerically matrixed according to light intensity in units of pixels by selecting a light color suitable for a dye color. An averaging process may be performed to reset the value of each element of the numerical matrix of one color to a value obtained by averaging the value of the corresponding element and values of elements adjacent to the corresponding element. As a result, the average value of the light intensity of all pixels of the given image data can be obtained using the averaged numerical matrix.

구체적인 수치 계산 방법에 대해 이하에서 상세히 설명한다. A specific numerical calculation method will be described in detail below.

일 실시예에 따른 영상 데이터는 카메라의 성능에 따라 결정되는 픽셀 수를 갖는다. 이하의 설명에서는, 영상 데이터가 세로 m개 및 가로 n개의 픽셀 수(m, n은 자연수)를 갖는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 염료색에 맞게 선택한 색깔의 영상 데이터를 각각 세로 m 및 가로 n개의 픽셀에 대한 m×n의 수치 행렬로 나타내고 분석할 수 있다. Image data according to an embodiment has the number of pixels determined according to the performance of a camera. In the following description, it will be assumed that image data has m pixels vertically and n pixels horizontally (m and n are natural numbers). The image data of the color selected according to the dye color can be represented and analyzed as an m×n numerical matrix for m vertical and n horizontal pixels, respectively.

선택한 색깔에 대한 픽셀 세기인 g를 원소로 하는 m×n 행렬 G mn으로 나타낼 수 있다. 픽셀 위치에 따라 색깔의 세기가 일정하지 않으므로 행렬 원소들의 값의 평균으로 평균화될 수 있다. 예컨대, 행렬 G mn의 임의의 원소 gij의 (i,j) 지점을 중심으로 그 주변 원소들을 포함하는 3×3 행렬 G L,ij는 하기 수학식1과 같이 정의된다.It can be expressed as an m×n matrix G mn whose element is g, the pixel intensity for the selected color. Since the color intensity is not constant according to the pixel position, it can be averaged as the average of the values of the matrix elements. For example, a 3×3 matrix G L ,ij including elements around a point (i,j) of an arbitrary element g ij of the matrix G mn as a center is defined as in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

행렬 G mn의 각 원소에 대해 임의의 1차 모멘트의 적용으로 지역 평균값을 취할 수 있다. 예를 들어, 상기 (i,j) 지점에서의 지역 평균값 gA,ij는 하기 수학식2와 같이 나타낼 수 있다.For each element of the matrix G mn , a local average value can be obtained by applying an arbitrary first order moment. For example, the regional average value g A,ij at the point (i,j) can be expressed as Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

이상으로 산출된 지역 평균값 gA,ij을 주어진 영상 데이터의 전체 픽셀인 G mn 행렬의 전체 원소 gA,mn에 대해 확장함으로써, 브러쉬층 표면에 대한 빛 세기의 전체 평균값 GA를 하기 수학식3과 같이 구할 수 있다.By extending the regional average value g A,ij calculated above to all elements g A,mn of the G mn matrix, which is all pixels of the given image data, the overall average value G A of light intensity on the surface of the brush layer is obtained by Equation 3 can be obtained as

[수학식 3][Equation 3]

(2) 브러쉬층에 형성된 브러쉬들간의 평균거리를 산출하는 단계(2) Calculating the average distance between brushes formed in the brush layer

브러쉬층이 전혀 형성되지 않은(즉, 그래프팅 정도: 0%) 표면은 염색이 전혀 안되어 완전 무채색이고, 브러쉬층으로 완전히 덮힌(즉, 그래프팅 정도: 100%) 표면은 염료색의 그 자체를 나타낼 것이므로, 그래프팅된 각 경우에 대한 빛 세기의 전체 평균값 GA를 최대 빛 세기로 무차원하여 이 값과 그래프팅 정도와의 관계를 나타내는 보정곡선을 도 4와 같이 도시할 수 있다. 상기 보정곡선을 이용하면, 주어진 영상 데이터에서 얻어진 임의의 빛 세기의 전체 평균값 GA에 대한 그래프팅 정도를 알 수 있고, 이어서 단위면적당 브러쉬 개수인 그래프팅 밀도를 산출할 수 있다. The surface on which the brush layer is not formed at all (i.e., grafting degree: 0%) is completely achromatic as it is not dyed at all, and the surface completely covered with the brush layer (i.e., grafting degree: 100%) shows the dye color itself. Therefore, a calibration curve representing the relationship between this value and the degree of grafting can be drawn as shown in FIG . Using the correction curve, it is possible to know the degree of grafting with respect to the overall average value G A of arbitrary light intensities obtained from given image data, and then to calculate the grafting density, which is the number of brushes per unit area.

현미경 카메라의 영상 데이터의 가로와 세로의 길이가 각각 AB이고, 정사각형인 픽셀의 크기는 대물렌즈 배율과 카메라 조건에 의해 정해질 수 있으며 한 변의 길이를 δ 로 하면, 보정곡선으로부터 결정된 그래프팅 정도인 α 값으로부터 하기의 수학식4에서 그래프팅된 영역의 픽셀 개수 N F 를 결정할 수 있다.The horizontal and vertical lengths of the image data of the microscope camera are A and B , respectively, and the size of a square pixel can be determined by the magnification of the objective lens and camera conditions. The number of pixels N F of the grafted region can be determined in Equation 4 below from the value of α , which is the degree.

[수학식 4][Equation 4]

한 개의 픽셀에는 한 개 이상의 브러쉬가 존재하는데 그 개수는 전해질고분자 사슬의 화학구조식에 따른 직경으로부터 정해질 수 있다. 한 개의 픽셀에 존재하는 브러쉬의 개수가 β 이면, 그래프팅된 브러쉬들의 전체 개수는 βN F 이므로, 브러쉬들간의 평균거리인 l b 는 하기의 수학식5로부터 산출할 수 있다. One or more brushes exist in one pixel, and the number can be determined from the diameter according to the chemical structure of the electrolyte polymer chain. If the number of brushes present in one pixel is β , the total number of grafted brushes is βN F Therefore, lb , which is the average distance between the brushes , can be calculated from Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

(3) 브러쉬층에 형성된 브러쉬의 평균길이를 산출하는 단계(3) calculating the average length of the brushes formed on the brush layer

도 1a와 도 1b를 참조하면, 상기 전해질고분자 브러쉬층에 형성된 브러쉬의 평균길이는 상기 브러쉬층의 두께와 실질적으로 동일하다. 따라서 상기 전해질고분자 브러쉬의 평균길이를 산출하는 단계는 상기 브러쉬층의 두께를 산출하는 것과 실질적으로 동일하다.Referring to FIGS. 1A and 1B , the average length of brushes formed on the electrolytic polymer brush layer is substantially equal to the thickness of the brush layer. Therefore, calculating the average length of the electrolytic polymer brush is substantially the same as calculating the thickness of the brush layer.

상기 전해질고분자 브러쉬들간의 평균거리(l b )를 이용하여 하기 수학식6에 따라 브러쉬의 평균길이(즉, 브러쉬층의 두께)를 산출할 수 있다.The average length of the brush (ie, the thickness of the brush layer) can be calculated according to Equation 6 below using the average distance ( lb ) between the electrolyte polymer brushes.

[수학식 6][Equation 6]

상기 수학식6에서 h는 브러쉬층의 두께, b k 는 쿤(Kuhn) 길이, N k 는 한 개의 전해질고분자 사슬(chain)에서 b k 의 갯수로서 N k b k 는 전해질고분자 사슬의 최대길이에 해당되고, a는 전해질고분자의 해리도(degree of dissociation)에 의해 결정되는 플러리-허긴스(Flory-Huggins) 계수이다. 임의의 전해질고분자에 대한 이들 인자들은 여러 문헌 정보를 통해 얻을 수 있고, 이 역시 상기 클라이언트를 통해 입력할 수 있다.In Equation 6, h is the thickness of the brush layer, b k is the Kuhn length, N k is the number of b k in one electrolyte polymer chain, and N k b k is the maximum length of the electrolyte polymer chain Correspondingly, a is the Flory-Huggins coefficient determined by the degree of dissociation of the electrolyte polymer. These factors for any electrolyte polymer can be obtained through various literature information, which can also be input through the client.

한편, 상기 산출된 평균길이는, 측정기기를 이용하여 얻어지는 실험적인 브러쉬의 평균길이와 비교해볼 수 있다. On the other hand, the calculated average length can be compared with the average length of experimental brushes obtained using a measuring device.

(4) 브러쉬층의 그래프팅 밀도를 산출하는 단계(4) Calculating the grafting density of the brush layer

전해질고분자 브러쉬층에서 채널 벽면의 단위면적당 브러쉬 개수인 그래프팅 밀도는 브러쉬 주위의 단위 영역 모양에 따라 변할 수 있다.In the electrolyte polymer brush layer, the grafting density, which is the number of brushes per unit area of the channel wall, may vary depending on the shape of the unit area around the brush.

채널 벽면에 그래프팅된 각각의 전해질고분자 브러쉬 주위를 정사각형의 단위 영역으로 설정한 경우의 그래프팅 밀도 σ는 하기 수학식7에서 브러쉬들간의 평균거리 l b 로부터 산출할 수 있다. The grafting density σ when the periphery of each electrolytic polymer brush grafted on the channel wall is set as a square unit area is the average distance l b between the brushes in Equation 7 below can be calculated from

[수학식 7][Equation 7]

한편, 채널 벽면에 그래프팅된 각각의 전해질고분자 브러쉬 주위를 원형의 단위 영역으로 설정한 경우의 그래프팅 밀도 σ는 하기 수학식8에서 브러쉬들간의 평균거리 l b 로부터 산출할 수 있다.On the other hand, the grafting density σ when the periphery of each electrolytic polymer brush grafted on the channel wall is set as a circular unit area is the average distance l b between the brushes in Equation 8 below. can be calculated from

[수학식 8][Equation 8]

따라서, 상기 수학식7과 수학식8로부터 브러쉬층의 그래프팅 밀도 σ는 하기 수학식9와 같은 범위를 가질 수 있다.Therefore, the grafting density σ of the brush layer from Equations 7 and 8 above may have a range as shown in Equation 9 below.

[수학식 9][Equation 9]

상기 그래프팅 밀도는 실험적으로 측정하거나, 문헌 정보로부터 얻을 수 있다. 위와 같은 측정값 또는 문헌 정보는 사용자가 접근할 수 있는 별도의 클라이언트를 통해 입력할 수 있다.The grafting density can be measured experimentally or obtained from literature information. The above measurement values or literature information can be input through a separate client accessible by the user.

(5) 브러쉬층에서의 농도분포 함수모델을 도입하고 상기 브러쉬층의 하전 특성을 평가하는 단계(5) introducing a concentration distribution function model in the brush layer and evaluating the charging characteristics of the brush layer

전해질고분자의 농도분포 함수 f는 분자 모델링에 의해 얻을 수 있는데, 농도가 상당히 높은 예외적인 경우를 제외한 대부분의 경우에는 2차 함수 모델로 무리없이 가정할 수 있다. The concentration distribution function f of the electrolyte polymer can be obtained by molecular modeling, and in most cases, except for exceptional cases where the concentration is considerably high, it can be reasonably assumed as a quadratic function model.

도 5는 사각형의 단면을 갖는 미세채널의 벽면에서 브러쉬층의 농도분포 함수모델이 적용되는 각 영역을 도시한 것이다. 구체적으로 사각 채널 내부에서 폭방향인 x방향에 대한 농도분포 함수인 f x , 높이방향인 y방향에 대한 농도분포 함수인 f y 및 폭방향과 높이방향이 중첩되는 영역의 농도분포 함수인 f xy 가 적용되는 구간을 도시한 것이다.FIG. 5 illustrates each area to which the concentration distribution function model of the brush layer is applied on the wall surface of a microchannel having a rectangular cross section. Specifically, f x , which is the concentration distribution function for the x direction, which is the width direction inside the rectangular channel, and the height direction, It shows a section to which f y , a concentration distribution function in the y direction, and f xy , a concentration distribution function in an area where the width and height directions overlap, are applied.

이들 농도분포 함수모델들은 채널 벽면으로부터 브러쉬층의 두께인 h까지의 구간에 대해 적분하면 1을 갖도록 정규화되어 있고, 상기 브러쉬층 이외의 구간에서는 0이 된다.These concentration distribution function models are normalized to have 1 when integrated over a section from the channel wall to h , the thickness of the brush layer, and become 0 in sections other than the brush layer.

상기 농도분포 함수 f x 는 하기 수학식10으로 표현되고, 채널의 폭(W) 방향인 x방향의 영역으로서 |x|가 0부터 W/2까지의 영역에 대한 농도분포를 나타낸다.The concentration distribution function f x is expressed by Equation 10 below, and is an area in the x- direction, which is the width ( W ) direction of the channel, | x | represents the concentration distribution for the region from 0 to W /2.

[수학식 10][Equation 10]

상기 수학식10에서 h는 브러쉬층의 두께, W는 채널의 폭이다.In Equation 10, h is the thickness of the brush layer and W is the width of the channel.

한편, 상기 농도분포 함수 f y 는 하기 수학식11로 표현되고, 채널의 높이(H) 방향인 y방향의 영역으로서 |y|가 0부터 H/2까지의 영역에 대한 농도분포를 나타낸다.On the other hand, the concentration distribution function f y is expressed by Equation 11 below, and as an area in the y direction, which is the height ( H ) direction of the channel, | y | represents the concentration distribution for the region from 0 to H /2.

[수학식 11][Equation 11]

상기 수학식11에서 h는 브러쉬층의 두께, H는 채널의 높이이다.In Equation 11, h is the thickness of the brush layer, and H is the height of the channel.

한편, 상기 농도분포 함수 f xy 는 하기 수학식12로 표현된다.Meanwhile, the concentration distribution function f xy is expressed by Equation 12 below.

[수학식 12][Equation 12]

채널벽면이 하전되면, 액체 내 전해질고분자 이온의 움직임으로 인해 벽면 주위에는 벽면의 전하부호와 반대인 상대이온(counter-ion)들이 모여들어 전기 이중층(electric double layer)과 정전 퍼텐셜 분포가 형성된다.When the channel wall surface is charged, due to the movement of electrolyte polymer ions in the liquid, counter-ions with opposite charge signs of the wall surface gather around the wall surface, forming an electric double layer and electrostatic potential distribution.

전기 이중층의 두께는 정전상호작용의 척도로서 액체 내에 존재하는 이온들의 농도의 제곱근에 반비례한다. 즉, 이온 농도가 10-7 몰(M)로 극히 낮은 증류수에서는 전기 이중층이 가장 두꺼운 최대 1㎛ 수준이어서 벽면 하전성이 매우 강하고, 이온 농도가 증가할수록 전기 이중층은 얇아져서 벽면 하전성은 약해진다.The thickness of the electric double layer is a measure of the electrostatic interaction and is inversely proportional to the square root of the concentration of ions present in the liquid. In other words, in distilled water having an extremely low ion concentration of 10 -7 mol (M), the electric double layer is the thickest at the maximum level of 1 μm, so the wall charge is very strong, and as the ion concentration increases, the electric double layer becomes thinner and the wall charge becomes weaker. .

상기 정전 퍼텐셜 분포를 계산하는 단계는 정전기장 관계식과 네른스트-플랑크 이온 이동 플럭스 관계식을 연립하여 반복 계산하는 것일 수 있다.The step of calculating the electrostatic potential distribution may be iterative calculation by associating an electrostatic field relational expression and a Nernst-Planck ion movement flux relational expression.

상기 정전기장 관계식은 용액과 접해 있는 채널 벽면에 브러쉬층이 형성될 때, 벽면 주위의 전기 이중층에서 자유롭게 움직이는 전하(mobile charge)와 전해질고분자의 해리에 의해 브러쉬층에 고정된 전하(fixed charge)를 고려하여, 포아슨(Poisson) 방정식으로부터 정전 퍼텐셜과 총 전하밀도의 관계가 도출되어 표현되는 것일 수 있다. The electrostatic field relational expression shows that when the brush layer is formed on the channel wall in contact with the solution, the mobile charge in the electric double layer around the wall and the fixed charge in the brush layer due to the dissociation of the electrolyte polymer In consideration of this, the relationship between the electrostatic potential and the total charge density may be derived and expressed from the Poisson equation.

한편, 브러쉬층에서 i 이온의 플럭스는 농도 구배에 의한 확산과 퍼텐셜 구배에 의한 이동(migration)에서 비롯되며, 이는 네른스트-플랑크(Nernst-Planck) 이온 이동 플럭스 관계식을 이용하여 정량화할 수 있는 바, 이는 편미분 방정식의 경계치(boundary-value) 문제로서 채널 벽면과 벌크 영역에서의 경계조건이 주어지면 해를 구할 수 있다.On the other hand, the flux of i ions in the brush layer originates from diffusion by the concentration gradient and migration by the potential gradient, which can be quantified using the Nernst-Planck ion migration flux relation. Bar, This is a boundary-value problem of partial differential equations, and can be solved if the boundary conditions in the channel wall and the bulk region are given.

상기와 같이 브러쉬층에서의 농도분포 함수모델을 도입하면, 상기와 같은 단계를 통해 상기 브러쉬층의 하전 특성을 평가할 수 있다. 즉, 채널 벽면으로부터 일정 거리 떨어진 공간까지의 정전 퍼텐셜 분포를 산출하면, 이로부터 채널 벽면인 지점에서 정의되는 표면 퍼텐셜 Ψ s 를 얻을 수 있고, 이어서 전기 이중층 및 브러쉬층의 고정된 전하에 의한 단위 부피에 대한 총 전하밀도를 각각 얻을 수 있다. When the concentration distribution function model in the brush layer is introduced as described above, the charging characteristics of the brush layer can be evaluated through the above steps. That is, if the electrostatic potential distribution from the channel wall to a space at a certain distance is calculated, the surface potential Ψ s defined at the point of the channel wall can be obtained, and then the unit volume by the fixed charge of the electric double layer and the brush layer The total charge density for each can be obtained.

표면 퍼텐셜(surface potential)은 정전상호작용의 중요한 척도로서, 이의 절대값이 클수록 벽면의 하전성이 강하게 작용한다. 상기 산출된 표면 퍼텐셜은 실험적으로 측정되는 제타 퍼텐셜(zeta potential)과 비교해볼 수 있는데, 통상적으로 제타 퍼텐셜 값은 표면 퍼텐셜 절대값의 약 70-80%에 해당한다.Surface potential is an important measure of electrostatic interaction, and the larger its absolute value, the stronger the charge on the wall. The calculated surface potential can be compared with the experimentally measured zeta potential. Typically, the zeta potential value corresponds to about 70-80% of the absolute value of the surface potential.

본 발명의 일 실시예에 따른 채널 벽면에 형성된 전해질고분자 브러쉬층의 그래프팅 밀도의 산출 시스템은, 광학현미경과 전술한 산출방법을 수행하는 서버를 포함할 수 있다. 상기 서버에 포함된 각 모듈이 전술한 각 단계를 수행할 수 있다. 상기 산출 시스템은 사용자가 필요한 정보를 입력할 수 있고, 상기 서버와 연결된 클라이언트를 더 포함할 수 있다.A system for calculating the grafting density of the electrolytic polymer brush layer formed on the channel wall surface according to an embodiment of the present invention may include an optical microscope and a server that performs the above-described calculation method. Each module included in the server may perform each of the aforementioned steps. The calculation system may further include a client that allows a user to input necessary information and is connected to the server.

또한 상기 산출 시스템은 상기 채널을 절개하여 상기 채널의 벽면에 형성된 브러쉬의 평균길이 및 그래프팅 밀도를 측정하고 비교할 수 있는 측정장치를 포함할 수 있는 바, 이는 원자힘 현미경(atomic force microscope, AFM), 분광 타원계측기 (spectroscopic ellipsometer), 푸리에변환 적외선-감쇠전반사 (Fourier transform infrared-attenuated total reflection: FTIR-ATR) 분광기 등 일 수 있다. 예로, 상기 채널의 원래 재료의 거칠기와 상기 채널을 절개하여 상기 채널 벽면에 형성된 브러쉬층의 거칠기를 AFM으로 각각 측정하여 그 차이로부터 실험적으로 얻어진 브러쉬의 평균길이와 비교해볼 수 있다.In addition, the calculation system may include a measuring device capable of measuring and comparing the average length and grafting density of brushes formed on the wall surface of the channel by incising the channel, which is an atomic force microscope (AFM) , a spectroscopic ellipsometer, a Fourier transform infrared-attenuated total reflection (FTIR-ATR) spectrometer, and the like. For example, the roughness of the original material of the channel and the roughness of the brush layer formed on the channel wall by cutting the channel can be measured by AFM, and the differences can be compared with the average length of the brushes experimentally obtained.

본 발명에서 산출되는 그래프팅 밀도는 그래프팅 정도를 판단할 수 있고, 브러쉬층의 하전 특성인 정전 퍼텐셜 분포, 표면 퍼텐셜 및 총 전하밀도 등을 평가함에 있어서 중요한 정보이다.The grafting density calculated in the present invention can determine the degree of grafting and is important information in evaluating electrostatic potential distribution, surface potential, and total charge density, which are charge characteristics of the brush layer.

또한, 전해질고분자 브러쉬층의 평균길이와 그래프팅 밀도를 산출함에 있어서, AFM 등과 같은 비싼 가격의 측정장치와 복잡한 실험 절차가 필요한 종전의 방식에 비해 보다 간편하고 정확하게 산출할 수 있고 아울러 이들 측정장치에 의한 실험값과의 비교 검증도 가능하다는 기술적인 경쟁력을 취할 수 있다.In addition, in calculating the average length and grafting density of the electrolyte polymer brush layer, it can be calculated more simply and accurately than conventional methods that require expensive measuring devices such as AFM and complicated experimental procedures, and these measuring devices It can take the technical competitiveness that it is possible to compare and verify with the experimental values by

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1a는 채널 벽면에 그래프팅 되어 형성된 전해질고분자 브러쉬들을 나타내고, 도 1b는 채널 내부 벽면에는 브러쉬층이 형성되어 있고 채널 내부의 벌크 영역에는 염화칼륨(KCl) 용액 또는 전해질고분자 용액이 채워져 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 2는, 채널 벽면에 그래프팅된 전해질고분자 브러쉬층의 그래프팅 밀도를 산출하고 후속적으로 브러쉬층의 하전 특성을 평가하는 과정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 3은, 투명한 채널 내부 벽면에 형성되어 염색된 브러쉬층에 대해 광학현미경과 카메라에 의해 촬영한 영상 데이터 화면을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는, 그래프팅 된 각 경우에 대한 영상데이터에서 얻어진 상대적인 빛 세기(즉, 최대 전체 평균값을 기준으로 한 빛 세기)와 그래프팅된 정도 사이의 관계를 나타내는 보정곡선을 도시한 도면이다.
도 5는, 사각형의 단면을 갖는 미세채널의 벽면에서 전해질고분자 브러쉬층의 농도분포 함수 모델이 적용되는 각 영역과 용액의 pH 변화에 대한 전해질고분자 브러쉬의 평균길이에 따른 채널 폭방향의 농도분포 함수를 나타내는 도면이다.
도 6은, 수소이온 농도지수(pH)에 따라 변하는 폴리아크릴산의 해리도와 플러리-허긴스 계수(a)의 관계에 대한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7은, 채널 벽면에 폴리아크릴산 브러쉬층을 형성하기 위한 자외선(UV) 조사과정 모습 및 투명한 미세채널과 톨루이딘 블루(toluidine blue)로 염색된 미세채널의 폴리아크릴산 브러쉬층을 각각 촬영한 광학현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 8은, 용액의 pH에 따른 전해질고분자인 폴리아크릴산(polyacrylic acid: PAA) 브러쉬의 평균길이(h)에 대해 산출된 그래프팅 밀도 결과의 그래프를 나타낸 도면이다.
FIG. 1A shows electrolyte polymer brushes formed by grafting on the channel wall, and FIG. 1B shows a state in which a brush layer is formed on the inner wall of the channel and a potassium chloride (KCl) solution or an electrolyte polymer solution is filled in the bulk area inside the channel. it is a drawing
2 is a view sequentially showing the process of calculating the grafting density of the electrolytic polymer brush layer grafted on the channel wall and subsequently evaluating the charging characteristics of the brush layer.
3 is a diagram illustrating a process of obtaining an image data screen photographed by an optical microscope and a camera for a dyed brush layer formed on an inner wall of a transparent channel.
FIG. 4 is a diagram showing a calibration curve showing the relationship between the relative light intensity obtained from the image data for each case of grafting (ie, the light intensity based on the maximum overall average value) and the degree of grafting.
5 is a concentration distribution function in the channel width direction according to the average length of the electrolyte polymer brush for each area to which the concentration distribution function model of the electrolyte polymer brush layer is applied on the wall of the microchannel having a rectangular cross section and the pH change of the solution is a drawing representing
6 is a graph showing the relationship between the degree of dissociation of polyacrylic acid and the Flurry-Huggins coefficient ( a ), which varies according to the hydrogen ion concentration index (pH).
7 is an optical microscope photograph of an ultraviolet (UV) irradiation process for forming a polyacrylic acid brush layer on a channel wall and a transparent microchannel and a polyacrylic acid brush layer of a microchannel stained with toluidine blue, respectively. is a drawing showing
8 is a graph showing the result of the grafting density calculated for the average length ( h ) of polyacrylic acid (PAA) brushes, which is an electrolyte polymer, according to the pH of the solution.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged than actual for clarity of the present invention.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. In addition, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where it is "directly on" the other part, but also the case where another part is present in the middle. Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" another part, this includes not only the case where it is "directly below" the other part, but also the case where another part is in the middle.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values and/or expressions expressing quantities of components, reaction conditions, polymer compositions and formulations used herein refer to the number of factors that such numbers arise, among other things, to obtain such values. Since these are approximations that reflect the various uncertainties of the measurement, they should be understood to be qualified by the term "about" in all cases. Also, when numerical ranges are disclosed herein, such ranges are contiguous and include all values from the minimum value of such range to the maximum value inclusive, unless otherwise indicated. Furthermore, where such ranges refer to integers, all integers from the minimum value to the maximum value inclusive are included unless otherwise indicated.

이하 전술한 본 발명에 따른 산출방법으로 채널 벽면에 형성된 브러쉬층의 그래프팅 밀도를 산출한 실시예를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an embodiment in which the grafting density of the brush layer formed on the channel wall surface is calculated by the above-described calculation method according to the present invention will be described in detail.

본 발명에서는, 채널 벽면에 그래프팅 되는 전해질고분자로는 분자량이 3×104 g/mol 내지 5×104 g/mol 범위인 폴리아크릴산을 고려하였고, 채널 내부에 존재하는 벌크 용액으로는 0.01 mM 농도의 KCl 용액 또는 분자량이 4.5×105 g/mol인 0.4 wt% 농도의 폴리아크릴산 용액을 고려하였다. In the present invention, polyacrylic acid having a molecular weight in the range of 3×10 4 g/mol to 5×10 4 g/mol was considered as an electrolyte polymer grafted on the channel wall, and 0.01 mM as a bulk solution present inside the channel. A KCl solution at a concentration or a polyacrylic acid solution at a concentration of 0.4 wt % with a molecular weight of 4.5×10 5 g/mol was considered.

본 발명에서 전해질고분자로 선정한 폴리아크릴산은 단분자(monomer)인 아크릴산(CH2-CHCOOH)의 분자량이 72.06 g/mol 로, 일례로 분자량이 4.5×105 g/mol 이라면 중합도가 6,245인 사슬구조를 갖는 고분자이다. 단분자 한 개당 카르복실산(carboxylic acid) 음이온기가 한 개씩 존재하므로, 한 개의 폴리아크릴산 사슬이 완전 해리되었을 때는 총 6,245개의 음이온기가 존재한다. 아크릴산 단분자를 RCOOH라 하면 해리(dissociation) 반응(즉, RCOOH → H+ + RCOO-)으로부터 해리상수 Ka는 하기 수학식13으로 표현된다.Polyacrylic acid selected as the electrolyte polymer in the present invention has a chain structure with a degree of polymerization of 6,245 if the molecular weight of the monomer acrylic acid (CH 2 -CHCOOH) is 72.06 g/mol, for example, the molecular weight is 4.5×10 5 g/mol. It is a polymer with Since there is one carboxylic acid anionic group per single molecule, a total of 6,245 anionic groups exist when one polyacrylic acid chain is completely dissociated. If the acrylic acid single molecule is RCOOH, the dissociation constant Ka from the dissociation reaction (ie, RCOOH → H + + RCOO - ) is expressed by Equation 13 below.

[수학식 13][Equation 13]

Ka = [H+][RCOO-]/[RCOOH] Ka = [H + ][RCOO - ]/[RCOOH]

여기서, 한 개의 폴리아크릴산 사슬에서 하전된 단분자가 차지하는 분율(fraction)인 해리도는 pH 및 pKa에 관련된 식으로 표현된다. 만약에 해리도가 0.8이면 한 개의 폴리아크릴산 사슬에는 총 4,996 (= 6,245×0.8)개의 음이온기가 존재한다. Here, the degree of dissociation, which is the fraction occupied by charged single molecules in one polyacrylic acid chain, is expressed by an expression related to pH and pKa. If the degree of dissociation is 0.8, a total of 4,996 (= 6,245 × 0.8) anionic groups exist in one polyacrylic acid chain.

상기 수학식6의 제반 인자들은 여러 문헌을 통해 얻을 수 있는 바, 쿤(Kuhn) 길이(b k )는 pH 조건에 따라 0.64-11㎚ 이고, 플러리-허긴스 계수(a)는 수소이온 농도지수(pH)에 따라 변화하는 폴리아크릴산의 브러쉬층 및 벌크 용액에서의 해리도에 따라 결정되는데, 이 관계는 문헌값으로부터 도 6과 같이 구할 수 있다.Various factors of Equation 6 can be obtained through various literatures, the Kuhn length ( b k ) is 0.64-11 nm depending on the pH condition, and the Flurry-Huggins coefficient ( a ) is the hydrogen ion concentration It is determined according to the degree of dissociation in the brush layer and bulk solution of polyacrylic acid, which changes according to the index (pH), and this relationship can be obtained as shown in FIG. 6 from literature values.

도 7은, 미세채널 내부에 아크릴산 용액을 채우고 채널 벽면에 폴리아크릴산 브러쉬층을 형성하기 위한 자외선(UV) 조사에 의한 그래프팅 중합과정 및 투명한 미세채널과 파란색 염료인 톨루이딘 블루(toluidine blue)를 채널 내부로 흘려서 염색된 미세채널의 폴리아크릴산 브러쉬층을 광학현미경으로 각각 촬영한 사진이다. 7 shows a grafting polymerization process by ultraviolet (UV) irradiation for filling the inside of the microchannel with an acrylic acid solution and forming a polyacrylic acid brush layer on the channel wall, and a transparent microchannel and toluidine blue, a blue dye, to the channel These are pictures taken with an optical microscope of the polyacrylic acid brush layer of the microchannel dyed by flowing into the inside.

폭(W)이 60㎛, 높이(H)가 50㎛, 길이(L)가 0.8㎝인 구조를 갖는 미세채널이 형성된 마이크로플루이딕 칩을 제조하였는데, 상기 미세채널은 가공하기 쉽고 유연한 플라스틱인 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS) 재질로 이루어진 것을 고려하였지만, 이 밖에도 유리, 실리콘 등 투명한 재질의 것이 고려될 수 있다.A microfluidic chip with microchannels having a structure having a width ( W ) of 60 μm, a height ( H ) of 50 μm, and a length ( L ) of 0.8 cm was manufactured. It was considered that it was made of dimethylsiloxane (polydimethylsiloxane: PDMS) material, but other transparent materials such as glass and silicon may be considered.

도 8의 용액의 pH에 따른 전해질고분자인 폴리아크릴산 브러쉬의 평균길이(h)에 대해 산출된 그래프팅 밀도 결과에서, 평균길이가 증가할수록 그래프팅 밀도는 증가함을 볼 수 있다. 한편, 주어진 브러쉬의 평균길이에서는 용액의 pH가 증가하면 해리도가 증가하여 보다 많은 아크릴산 음이온들의 정전 반발력으로 폴리아크릴산 사슬이 펼쳐져서 그래프팅 밀도가 증가함을 볼 수 있다. 본 발명에서의 조건에 의하면, 그래프팅 밀도(s)는 약 0.02/㎚2 내지 0.15/㎚2 범위에 있음을 알 수 있다. From the result of the grafting density calculated for the average length ( h ) of the polyacrylic acid brush, which is an electrolyte polymer, according to the pH of the solution in FIG. 8, it can be seen that the grafting density increases as the average length increases. On the other hand, in the average length of a given brush, it can be seen that as the pH of the solution increases, the degree of dissociation increases, and the polyacrylic acid chain spreads due to the electrostatic repulsive force of more acrylic acid anions, increasing the grafting density. According to the conditions in the present invention, the grafting density ( s ) is about 0.02/nm 2 to 0.15/nm 2 range.

한편, 산출된 채널 벽면에 형성된 브러쉬의 평균길이와 브러쉬층의 그래프팅 밀도는, 미세채널을 절개하고 AFM, ellipsometer, FTIR-ATR 등의 측정장치에 의해 얻어진 실험값과 비교할 수 있다.On the other hand, the calculated average length of the brush formed on the channel wall and the grafting density of the brush layer can be compared with experimental values obtained by measuring devices such as AFM, ellipsometer, and FTIR-ATR after cutting the microchannel.

참고로, 아크릴산 이온 농도는 전해질고분자의 농도, 전해질고분자의 pH에 따른 해리도 및 전해질고분자의 중합도의 곱으로서, 상기 전해질고분자의 농도는 그래프팅 밀도(σ), 농도분포 함수모델(f) 및 전해질고분자의 평균길이(h)에 의해 결정된다.For reference, the acrylic acid ion concentration is the product of the concentration of the electrolyte polymer, the degree of dissociation according to the pH of the electrolyte polymer, and the degree of polymerization of the electrolyte polymer, and the concentration of the electrolyte polymer is the grafting density ( σ ), the concentration distribution function model ( f ) and It is determined by the average length ( h ) of the electrolyte polymer.

이상으로 본 발명의 실험예 및 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실험예 및 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다. As above, the experimental examples and examples of the present invention have been described in detail, the scope of the present invention is not limited to the above-described experimental examples and examples, and the basic concept of the present invention defined in the following claims Various modifications and improvements made by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention.

Claims (18)

채널 벽면에 전해질고분자가 그래프팅(grafting) 되어 형성된 브러쉬층의 그래프팅 밀도 산출방법에 있어서,
광학현미경 관측으로 염색된 브러쉬층 표면의 빛 세기를 정량화하는 단계;
브러쉬층에 형성된 브러쉬들간의 평균거리(lb )를 산출하는 단계;
브러쉬층에 형성된 브러쉬의 평균길이(h)를 산출하는 단계; 및
브러쉬층의 그래프팅 밀도(σ)를 산출하는 단계를 포함하고,
상기 광학현미경 관측으로 염색된 브러쉬층 표면의 빛 세기를 정량화하는 단계는,
염색된 브러쉬층 표면에 대한 광학현미경 카메라로 영상 데이터 화면을 획득하는 세부단계;
획득한 영상 데이터를 빛 세기에 따라 수치 행렬화하여 하나의 색깔로 이루어진 데이터를 형성하는 세부단계;
하나의 색깔로 이루어진 수치 행렬(matrix)의 각 원소의 값을, 해당 원소 및 이와 인접한 원소들의 값에 대해 평균한 값으로 재설정하는 평균화 세부단계; 및
평균화된 수치 행렬을 이용하여 주어진 영상 데이터의 전체 픽셀에 대한 빛 세기의 전체 평균값을 산출하는 세부단계를 포함하는 브러쉬층의 그래프팅 밀도 산출방법.
In the method for calculating the grafting density of a brush layer formed by grafting an electrolyte polymer on a channel wall,
quantifying the light intensity of the surface of the dyed brush layer by observation with an optical microscope;
Calculating an average distance ( lb ) between the brushes formed in the brush layer;
Calculating an average length ( h ) of brushes formed in the brush layer; and
Calculating the grafting density ( σ ) of the brush layer,
The step of quantifying the light intensity of the surface of the brush layer dyed by the optical microscope observation,
A detailed step of acquiring an image data screen with an optical microscope camera for the surface of the dyed brush layer;
a detailed step of forming data consisting of one color by numerically matrixing the acquired image data according to light intensity;
an averaging sub-step of resetting the value of each element of the numerical matrix consisting of one color to a value obtained by averaging the value of the corresponding element and values of elements adjacent thereto; and
A method for calculating the grafting density of a brush layer, including a detailed step of calculating an overall average value of light intensity for all pixels of given image data using an averaged numerical matrix.
삭제delete 제 1항에 있어서,
획득한 영상 데이터를 빛 세기에 따라 수치 행렬화하여 하나의 색깔로 이루어진 데이터를 형성하는 세부단계는,
염료색에 맞게 선택한 색깔의 영상 데이터를 각각 세로 m 및 가로 n개의 픽셀(m, n은 자연수)에 대한 m×n의 수치 행렬로 나타내는 산출방법.
According to claim 1,
The detailed steps of forming data consisting of one color by numerically matrixing the acquired image data according to light intensity are:
A method of expressing the image data of the color selected according to the dye color as an m×n numerical matrix for m vertical and horizontal n pixels (m, n are natural numbers), respectively.
제 1항에 있어서,
하나의 색깔로 이루어진 수치 행렬의 각 원소의 값을, 해당 원소 및 이와 인접한 원소들의 값에 대해 평균한 값으로 재설정하는 평균화 세부단계는,
선택한 색깔에 대한 픽셀 세기인 g를 원소로 하는 m×n 행렬 G mn으로 나타내고, 픽셀 위치에 따라 색깔의 세기가 일정하지 않으므로 행렬 원소들의 값의 평균으로 평균화하는 산출방법.
According to claim 1,
In the averaging sub-step of resetting the value of each element of the numeric matrix of one color to the average value of the value of the element and its adjacent elements,
Calculation method of averaging with the average of the values of the matrix elements since the intensity of the color is not constant depending on the pixel location.
제 4항에 있어서,
행렬 G mn의 임의의 원소 gij의 (i,j) 지점을 중심으로 그 주변 원소들을 포함하는 3×3 행렬 G L,ij는 하기 수학식1과 같이 정의되는 산출방법.
[수학식 1]

여기서, 행렬 G mn의 각 원소에 대해 임의의 1차 모멘트의 적용으로 지역 평균값을 취할 수 있는 바, 상기 (i,j) 지점에서의 지역 평균값 gA,ij는 하기 수학식2와 같다.
[수학식 2]

According to claim 4,
A calculation method in which a 3 × 3 matrix G L,ij including elements around the point (i, j) of an arbitrary element g ij of the matrix G mn is defined as in Equation 1 below.
[Equation 1]

Here , a local average value can be obtained by applying an arbitrary first-order moment to each element of the matrix G mn .
[Equation 2]

제 1항에 있어서,
평균화된 수치 행렬을 이용하여 주어진 영상 데이터의 전체 픽셀에 대한 빛 세기의 전체 평균값을 산출하는 세부단계는,
상기의 산출된 지역 평균값 gA,ij을 주어진 영상 데이터의 전체 픽셀인 G mn 행렬의 전체 원소 gA,mn에 대해 확장함으로써, 브러쉬층 표면에 대한 빛 세기의 전체 평균값 GA를 하기 수학식3과 같이 구하는 산출방법.
[수학식 3]

According to claim 1,
The detailed steps of calculating the overall average value of the light intensity for all pixels of the given image data using the averaged numerical matrix are:
By extending the calculated regional average value g A,ij for all elements g A,mn of the G mn matrix, which is all pixels of the given image data, the overall average value G A of light intensity on the surface of the brush layer is obtained by Equation 3 Calculation method obtained as follows.
[Equation 3]

제 6항에 있어서,
브러쉬층에 형성된 브러쉬들간의 평균거리를 산출하는 단계는,
그래프팅된 각 경우에 대한 빛 세기의 전체 평균값 GA를 최대 빛 세기로 무차원하여 이 값과 그래프팅 정도와의 관계를 나타내는 보정곡선을 도시하고, 상기 보정곡선을 이용하여 주어진 영상 데이터에서 얻어진 임의의 빛 세기의 전체 평균값 GA에 대한 그래프팅 정도를 알고, 이어서 단위면적당 브러쉬 개수인 그래프팅 밀도를 산출하는 방법.
According to claim 6,
The step of calculating the average distance between the brushes formed in the brush layer,
A calibration curve representing the relationship between this value and the degree of grafting is shown by making the overall average value of light intensity G A for each grafted case dimensionless as the maximum light intensity, and obtained from the given image data using the calibration curve. A method of calculating the grafting density, which is the number of brushes per unit area, after knowing the degree of grafting for the overall average value G A of any light intensity.
제 7항에 있어서,
현미경 카메라의 영상 데이터의 가로와 세로의 길이가 각각 A와 B이고 정사각형인 픽셀의 크기는 대물렌즈 배율과 카메라 조건에 의해 정해지는 바 한 변의 길이를 δ 로 하면, 보정곡선으로부터 결정된 그래프팅 정도인 α 값으로부터 하기의 수학식4에서 그래프팅된 영역의 픽셀 개수 N F 를 결정하고,
[수학식 4]

한 개의 픽셀에는 한 개 이상의 브러쉬가 존재하는데 그 개수는 전해질고분자 사슬의 화학구조식에 따른 직경으로부터 정해지며 한 개의 픽셀에 존재하는 브러쉬의 개수가 β 이면, 그래프팅된 브러쉬들의 전체 개수는 βN F 이므로, 브러쉬들간의 평균거리인 l b 는 하기의 수학식5로부터 산출하는 방법.
[수학식 5]

According to claim 7,
The horizontal and vertical lengths of the microscope camera's image data are A and B, respectively, and the size of a square pixel is determined by the objective lens magnification and camera conditions. The number of pixels N F of the grafted area is determined from the value of α in Equation 4 below,
[Equation 4]

One or more brushes exist in one pixel, and the number is determined from the diameter according to the chemical structure of the electrolyte polymer chain. If the number of brushes present in one pixel is β , the total number of grafted brushes is βN F Therefore, l b , which is the average distance between the brushes, is calculated from Equation 5 below.
[Equation 5]

제 1항에 있어서,
브러쉬층에 형성된 브러쉬의 평균길이를 산출하는 단계는,
상기 전해질고분자 브러쉬들간의 평균거리(l b )를 이용하여 하기 수학식6에 따라 브러쉬의 평균길이(즉, 브러쉬층의 두께)를 산출하는 단계를 포함하는 산출방법.
[수학식 6]

상기 수학식6에서 h는 브러쉬층의 두께, b k 는 쿤(Kuhn) 길이, N k 는 한 개의 전해질고분자 사슬(chain)에서 b k 의 갯수로서 N k b k 는 전해질고분자 사슬의 최대길이에 해당되고, a는 전해질고분자의 해리도(degree of dissociation)에 의해 결정되는 플러리-허긴스(Flory-Huggins) 계수이다.
According to claim 1,
Calculating the average length of the brushes formed in the brush layer,
Calculation method comprising the step of calculating the average length of the brush (ie, the thickness of the brush layer) according to the following Equation 6 using the average distance ( lb ) between the electrolyte polymer brushes.
[Equation 6]

In Equation 6, h is the thickness of the brush layer, b k is the Kuhn length, N k is the number of b k in one electrolyte polymer chain, and N k b k is the maximum length of the electrolyte polymer chain Correspondingly, a is the Flory-Huggins coefficient determined by the degree of dissociation of the electrolyte polymer.
제 1항에 있어서,
브러쉬층의 그래프팅 밀도를 산출하는 단계는,
전해질고분자 브러쉬 주위에 정사각형의 단위 영역을 설정하고, 상기 정사각형의 단위 영역의 그래프팅 밀도를 하기 수학식7로 산출하는 단계;
[수학식 7]

전해질고분자 브러쉬 주위에 원형의 단위 영역을 설정하고, 상기 원형의 단위 영역의 그래프팅 밀도를 하기 수학식8로 산출하는 단계; 및
[수학식 8]

상기 수학식7과 수학식8로부터 하기 수학식9와 같은 범위를 가지는 단계를 포함하는 산출방법.
[수학식 9]

According to claim 1,
The step of calculating the grafting density of the brush layer,
Setting a square unit area around the electrolytic polymer brush, and calculating the grafting density of the square unit area by Equation 7 below;
[Equation 7]

Setting a circular unit area around the electrolyte polymer brush, and calculating the grafting density of the circular unit area by Equation 8 below; and
[Equation 8]

A calculation method comprising the step of having the same range as Equation 9 below from Equation 7 and Equation 8.
[Equation 9]

제 1항에 따라 산출한 브러쉬층에 형성된 브러쉬의 평균길이를 산출하는 단계; 및
브러쉬층에서의 농도분포 함수모델을 도입하고 상기 브러쉬층의 하전 특성을 평가하는 단계를 포함하는 브러쉬층의 그래프팅 밀도 산출방법.
Calculating an average length of brushes formed on the brush layer calculated according to claim 1; and
A method for calculating the grafting density of a brush layer comprising introducing a concentration distribution function model in the brush layer and evaluating charging characteristics of the brush layer.
제 11항에 있어서,
상기 농도분포 함수모델을 도입하는 단계는
단면이 사각형인 채널 내부에서 폭방향인 x방향에 대한 농도분포 함수인 f x , 높이방향인 y방향에 대한 농도분포 함수인 f y 및 폭방향과 높이방향이 중첩되는 영역의 농도분포 함수인 f xy 를 적용하되,
상기 농도분포 함수들은 채널 벽면으로부터 브러쉬층의 두께인 h까지의 구간에 대해 적분하면 1을 갖도록 정규화되어 있고, 상기 브러쉬층 이외의 구간에서는 0이 되는 것인 산출방법.
According to claim 11,
The step of introducing the concentration distribution function model
Inside a channel with a rectangular cross section, f x is the concentration distribution function in the x direction, which is the width direction, f y is the concentration distribution function in the y direction, which is the height direction, and f is the concentration distribution function in the area where the width and height directions overlap. Apply xy ,
The concentration distribution functions are normalized to have 1 when integrated over a section from the channel wall to h , the thickness of the brush layer, and become 0 in sections other than the brush layer.
제 12항에 있어서,
상기 농도분포 함수 f x 는 하기 수학식10으로 표현되고, 채널의 폭(W) 방향인 x방향의 영역으로서 |x|가 0부터 W/2까지의 영역에 대한 농도분포를 나타내며,
[수학식 10]

(상기 수학식10에서 h는 브러쉬층의 두께, W는 채널의 폭이다)
상기 농도분포 함수 f y 는 하기 수학식11로 표현되고, 채널의 높이(H) 방향인 y방향의 영역으로서 |y|가 0부터 H/2까지의 영역에 대한 농도분포를 나타내며,
[수학식 11]

(상기 수학식11에서 h는 브러쉬층의 두께, H는 채널의 높이이다)
상기 농도분포 함수 f xy 는 하기 수학식12로 표현되는 것인 산출방법.
[수학식 12]

According to claim 12,
The concentration distribution function f x is expressed by Equation 10 below, and is an area in the x- direction, which is the width ( W ) direction of the channel, | x | represents the concentration distribution for the region from 0 to W / 2,
[Equation 10]

(In Equation 10, h is the thickness of the brush layer and W is the width of the channel)
The concentration distribution function f y is expressed by Equation 11 below, and as an area in the y- direction, which is the height ( H ) direction of the channel, | y | represents the concentration distribution for the region from 0 to H / 2,
[Equation 11]

(In Equation 11, h is the thickness of the brush layer, H is the height of the channel)
The concentration distribution function f xy is a calculation method expressed by Equation 12 below.
[Equation 12]

제 11항에 있어서,
브러쉬층의 하전 특성을 평가하는 단계는,
정전기장 관계식과 네른스트-플랑크 이온 이동 플럭스 관계식을 연립하여 반복 계산하여 채널 벽면으로부터 일정 거리 떨어진 공간까지의 정전 퍼텐셜 분포를 산출하고, 이로부터 채널 벽면인 지점에서 정의되는 표면 퍼텐셜 Ψ s 를 얻고, 이어서 전기 이중층 및 브러쉬층의 고정된 전하에 의한 단위 부피에 대한 총 전하밀도를 각각 얻는 단계를 포함하는 산출방법.
According to claim 11,
The step of evaluating the charge characteristics of the brush layer,
The electrostatic field relation and the Nernst-Planck ion movement flux relation are combined and repeatedly calculated to calculate the electrostatic potential distribution from the channel wall to a space at a certain distance, from which the surface potential Ψ s defined at the channel wall Obtaining, and then obtaining total charge densities per unit volume due to fixed charges of the electric double layer and the brush layer, respectively.
제 14항에 있어서,
상기 정전기장 관계식은 용액과 접해 있는 채널 벽면에 브러쉬층이 형성될 때, 채널 벽면 주위의 전기 이중층에서 자유롭게 움직이는 전하(mobile charge)와 전해질고분자의 해리에 의해 브러쉬층에 고정된 전하(fixed charge)를 고려하여, 포아슨(Poisson) 방정식으로부터 도출되는 단계를 포함하는 산출방법.
According to claim 14,
The above electrostatic field relation is that when the brush layer is formed on the channel wall in contact with the solution, the mobile charge in the electric double layer around the channel wall and the fixed charge in the brush layer due to the dissociation of the electrolyte polymer Calculation method comprising the step of deriving from Poisson's equation in consideration of.
제 1항에 있어서,
소정의 폭, 높이 및 길이를 갖는 미세채널이 형성된 투명한 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS) 재질의 마이크로플루이딕 칩을 제조하고,
채널 내부에 아크릴산 용액을 채우고 자외선(UV) 조사에 의한 그래프팅 중합기법으로 채널 벽면에 전해질고분자인 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 브러쉬층을 형성하고, 파란색 염료인 톨루이딘 블루(toluidine blue)를 채널 내부로 흘려서 상기 브러쉬층을 염색하는 산출방법.
According to claim 1,
A microfluidic chip made of transparent polydimethylsiloxane (PDMS) with microchannels having a predetermined width, height and length is manufactured,
An acrylic acid solution is filled inside the channel, and a polyacrylic acid brush layer, an electrolyte polymer, is formed on the channel wall by a grafting polymerization technique by UV irradiation, and toluidine blue, a blue dye, is applied to the inside of the channel. A calculation method of dyeing the brush layer by shedding.
광학현미경; 및
제 1항 및 제 3항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 산출방법을 수행하는 서버를 포함하는 채널 벽면에 전해질고분자가 그래프팅(grafting) 되어 형성된 브러쉬층의 그래프팅 밀도 산출 시스템.
optical microscope; and
A system for calculating the grafting density of a brush layer formed by grafting an electrolyte polymer to a channel wall including a server performing the calculation method according to any one of claims 1 and 3 to 16.
제 17항에 있어서,
상기 채널을 절개하여 상기 채널의 벽면에 형성된 브러쉬의 평균길이와 브러쉬층의 그래프팅 밀도를 측정하고 비교할 수 있는 측정장치를 포함하는 채널 벽면에 전해질고분자가 그래프팅(grafting) 되어 형성된 브러쉬층의 그래프팅 밀도 산출 시스템.
According to claim 17,
The brush layer formed by grafting an electrolyte polymer to the channel wall including a measuring device capable of measuring and comparing the average length of the brush formed on the wall of the channel and the grafting density of the brush layer by cutting the channel. Rafting Density Calculation System.
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KR101950771B1 (en) 2017-11-08 2019-02-21 한국과학기술연구원 Method and apparatus for analyzing of polyelectrolyte adsorbed layer in microfluidic channel

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Title
Li-Hsien Yeh 등, the journal of physical chemistry c, 2012, 116권, 페이지 8672-8677.*
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