KR20220094741A - Optical sensor film for dissolved oxygen detection with micro-micro-structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스마트 기기 디스플레이의 터치스크린 사용 확대에 따른 내오염성 및 지문방지 및 형광 센서의 형광 이득 효율 향상을 위한 미세 패턴 구조체 기반의 기능성 고분자 필름인 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막에 관한 것이다.The present invention relates to an optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a micro-microstructure, and more particularly, a micro-pattern for anti-fouling and fingerprint prevention and fluorescence gain efficiency improvement of a fluorescent sensor according to the expansion of the use of a touch screen in a smart device display. It relates to an optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a microstructure, which is a functional polymer film based on a structure.
용존산소, 온도 및 pH는 환경 모니터링, 해양연구, 식품산업, 생물공학과 의약 분야에서 중요한 변수이다. 광학적 검출은 생물반응기나 반응용기의 유리창을 통해 비침투적으로 측정이 가능하기 때문에 다른 방법 이상의 장점을 가지고 있다. 이 경우, 센싱 물질은 반응용기 내벽에 위치되고, 반사나 형광에 의한 검출은 반응용기 바깥에서 수행된다. 또한, 광학 센서는 기존의 전자소자 대신 빛을 이용하여 신호를 측정하고 측정 정보의 전달도 빛으로 하므로 전자기장이 발생하지 않는 장점을 지니고 있다. 특히 특정 물질(용존산소 분자, 이산화탄소 분자 등)이나 pH 변화에 따라 선택적으로 발광하는 광학 염료의 개발로 여러 센서분야에서의 이용이 부각되고 있다.Dissolved oxygen, temperature and pH are important parameters in environmental monitoring, marine research, food industry, biotechnology and medicine. Optical detection has advantages over other methods because it is possible to measure non-invasively through the glass window of a bioreactor or reaction vessel. In this case, the sensing material is placed on the inner wall of the reaction vessel, and detection by reflection or fluorescence is performed outside the reaction vessel. In addition, the optical sensor has an advantage that an electromagnetic field is not generated because it measures a signal using light instead of an existing electronic device and transmits measurement information through light. In particular, with the development of optical dyes that selectively emit light according to specific substances (dissolved oxygen molecules, carbon dioxide molecules, etc.) or changes in pH, their use in various sensor fields is being highlighted.
이러한 광학적 분석은 시간과 비용 절감이라는 상업적 요소를 충분히 갖추고 있어 여러 분야에서 다양하게 쓰이고 있다. 나아가 최근 배양기를 소형화하고 광학 모니터링 기법을 이용하여 소형 다중 생물반응기 개발이 활발히 진행되고 있다. 소형 다중 생물반응기는 제약, 생물제품 생산공정의 최적화에 있어서 적은 비용과 짧은 시간에 이루고자 하는 공정조건을 개발할 수 있도록 하여, 공정개발 비용을 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있다.Such optical analysis is widely used in various fields because it has sufficient commercial factors such as time and cost reduction. Furthermore, recently, miniaturization of incubators and development of small multi-bioreactors using optical monitoring techniques are being actively conducted. The small multi-bioreactor has the advantage of minimizing the process development cost by enabling the development of process conditions to be achieved in a short time and at low cost in the optimization of pharmaceutical and biological product production processes.
한편, 용존산소, pH 및 온도를 감응할 수 있는 형광염료로는 Rudpp(트리스(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)루테늄(Ⅱ) 복합체), HPTS(8-하이드록시피렌-1,3,6-트리설폰산 트리소디움염), CdSeTe(cadimium selenium tellurium)를 들 수 있다. Rudpp는 480㎚의 여기광을 입사시켰을 때 600㎚의 형광을 방출하는 특성을 가지고 있으며, 용존산소의 농도에 반비례하여 형광을 발생시킨다. 또한, HPTS는 410㎚의 여기광을 입사시켰을 때 520㎚의 형광을 방출하는 특성을 가지고 있으며, 수소이온농도가 감소할수록 형광세기가 증가하는 경향을 나타낸다. 또한, CdSeTe(cadimium selenium tellurium)는 온도 검출용 형광염료로 사용되는 물질이다.On the other hand, as fluorescent dyes capable of sensing dissolved oxygen, pH and temperature, Rudpp (tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)ruthenium(II) complex), HPTS (8-hydroxypyrene) -1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt) and CdSeTe (cadimium selenium tellurium) are mentioned. Rudpp has a characteristic of emitting fluorescence of 600 nm when excitation light of 480 nm is incident, and fluorescence is generated in inverse proportion to the concentration of dissolved oxygen. In addition, HPTS has a characteristic of emitting fluorescence of 520 nm when excitation light of 410 nm is incident, and the fluorescence intensity tends to increase as the concentration of hydrogen ions decreases. In addition, CdSeTe (cadimium selenium tellurium) is a material used as a fluorescent dye for temperature detection.
용존산소, pH 및 온도의 2종 이상의 변수의 동시 측정이 복잡한 배양과 공정에서 요구된다. 더욱이 용존산소에 의한 퀀칭(quenching)이 온도에 의해 크게 영향을 받기 때문에 용존산소의 광학적 검출에서 온도를 아는 것이 특히 중요하다. 최근 두 변수의 동시 광학 검출을 위한 형광물질에 대해 보고되고 있다. 예를 들어, 문헌[Talanta 47(1998) 1071-1076]은 철 지시제(indicator)인 페로진(ferrozine)과 pH 지시제인 HPTS를 동일한 박막 상의 인접부에 고정화하여 철과 pH를 분리된 두 파장에서 ATR(attenuated total reflection) 분광분석에 의해 검출하는 기술을 보고하였다. 문헌 [Chem. Mater. 2006, 18, 4609-4616]은 카복시플루오레세인을 pH 프로브로, Rudpp를 용존산소 프로브로 각각 사용하여 단일-섬유 광학 센서를 통해 pH와 용존산소를 동시에 검출할 수 있는 센서를 보고한 바 있다. 그러나, 이들은 Rudpp, HPTS, 및 CdSeTe 형광염료를 각각의 센서층으로 만든 센서막에 대해서는 전혀 개시한 바 없다.Simultaneous measurement of two or more parameters of dissolved oxygen, pH and temperature is required in complex culture and processes. Moreover, knowing the temperature is particularly important in the optical detection of dissolved oxygen because quenching by dissolved oxygen is strongly affected by temperature. Recently, a fluorescent material for simultaneous optical detection of two variables has been reported. For example, in Talanta 47 (1998) 1071-1076, iron and pH are separated by two wavelengths by immobilizing ferrozine, an iron indicator, and HPTS, a pH indicator, to adjacent portions on the same thin film. reported a technique for detection by ATR (attenuated total reflection) spectroscopy. See Chem. Mater. 2006, 18, 4609-4616] reported a sensor capable of simultaneously detecting pH and dissolved oxygen through a single-fiber optical sensor using carboxyfluorescein as a pH probe and Rudpp as a dissolved oxygen probe, respectively. . However, they do not disclose any sensor films made of Rudpp, HPTS, and CdSeTe fluorescent dyes as respective sensor layers.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 미세 패턴 구조체 기반의 기능성 고분자 필름인 마이크로 미세구조를 가지므로서 스마트 기기 디스플레이의 터치스크린 사용 확대에 따른 내오염성 및 지문방지 및 형광 센서의 형광 이득 효율을 향상시키는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the above problems, and has a micro microstructure, which is a functional polymer film based on a micro pattern structure, so that the stain resistance and fingerprint prevention and fluorescent sensor according to the expansion of the use of touch screens in smart device displays. It aims to improve the fluorescence gain efficiency.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막은 지지체 상에, CdSeTe(cadimium selenium tellurium) 형광염료가 고정된 온도 검출용 센서층과, 트리스(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)루테늄(Ⅱ) 복합체(Rudpp) 형광염료가 고정된 용존산소 검출용 센서층을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, an optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a microstructure according to the present invention includes a sensor layer for temperature detection in which CdSeTe (cadimium selenium tellurium) fluorescent dye is fixed on a support, and tris (4,7-) and forming a sensor layer for detecting dissolved oxygen to which a diphenyl-1,10-phenanthroline)ruthenium(II) complex (Rudpp) fluorescent dye is immobilized.
상기 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막은 a) 지지체 상에, CdSeTe(cadimium selenium tellurium) 형광염료가 고정된 온도 검출용 센서층을 제조하는 단계와 b) 상기 온도 검출용 센서층 위에 트리스(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)루테늄(Ⅱ) 복합체(Rudpp) 형광염료가 고정된 용존산소 검출용 센서층을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The optical sensor film for detecting dissolved oxygen having the microstructure includes a) preparing a sensor layer for temperature detection in which CdSeTe (cadimium selenium tellurium) fluorescent dye is fixed on a support, and b) Tris on the sensor layer for temperature detection (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) ruthenium (II) complex (Rudpp) characterized in that it comprises the step of preparing a sensor layer for detecting dissolved oxygen immobilized with a fluorescent dye.
상기 a) 단계의 CdSeTe(cadimium selenium tellurium) 및 c)단계의 8-하이드록시피렌-1,3,6-트리설폰산 트리소디움염(8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt, HPTS) 형광염료는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 실란 커플링제를 사용하여 고정화하는 것을 특징으로 한다.CdSeTe (cadimium selenium tellurium) of step a) and 8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt of step c) (8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt, HPTS) Fluorescent dyes are 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, and 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate. It is characterized in that it is immobilized using at least one silane coupling agent selected from the group consisting of.
상기 b) 단계의 트리스(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)루테늄(Ⅱ) 복합체(Rudpp) 형광염료는 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 글리시도옥시프로필트리메톡시실란, 머캡토프로필트리메톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 실란 커플링제를 사용하여 고정화하는 것을 특징으로 한다.The tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)ruthenium(II) complex (Rudpp) fluorescent dye in step b) is methyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, tetra Ethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, decyltrimethoxysilane, isobutyltrimethoxy It is characterized in that it is immobilized using at least one silane coupling agent selected from the group consisting of silane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, glycidooxypropyltrimethoxysilane, and mercaptopropyltrimethoxysilane. .
본 발명에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막은 미세 패턴 구조체 기반의 기능성 고분자 필름인 마이크로 미세구조를 가지므로서 스마트 기기 디스플레이의 터치스크린 사용 확대에 따른 내오염성 및 지문방지 및 형광 센서의 형광 이득 효율을 향상시키는 효과가 있다.The optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a micro microstructure according to the present invention has a micro microstructure, which is a functional polymer film based on a micro pattern structure. has the effect of improving the fluorescence gain efficiency of
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막의 구성을 도시되어 있고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막의 마이크로 패턴 구조에서의 액체방물 모델이 도시되어 있고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막의 디자인 형상 구조가 도시되어 있고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막의 포토마스크 제작 공정도가 도시되어 있고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막의 설계된 수소성 표면 구현용 포토마스크 도면 및 제작된 포토마스크 이미지가 도시되어 있고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막의 소수성 표면 구현을 위한 임프린트용 실리콘 스탬프 제작공정도가 도시되어 있고,
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막의 제작된 소수성 표면 구조를 위한 마이크로 패턴 실리콘 스탬프 이미지가 도시되어 있다.1 shows the configuration of an optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a micro-microstructure according to an embodiment of the present invention;
2 is a liquid drop model in the micro pattern structure of the optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a micro microstructure according to an embodiment of the present invention;
3 is a design shape structure of an optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a microstructure according to an embodiment of the present invention;
4 is a process diagram showing a photomask manufacturing process of an optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a microstructure according to an embodiment of the present invention;
5 is a drawing of a photomask for realizing a designed hydrogen surface of an optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a microstructure according to an embodiment of the present invention and a manufactured photomask image,
6 is a silicon stamp manufacturing process diagram for imprint for realizing a hydrophobic surface of an optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a microstructure according to an embodiment of the present invention;
7 is a micro-patterned silicon stamp image for the fabricated hydrophobic surface structure of the optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a microstructure according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 또는 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 대하여, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.Hereinafter, an optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a microstructure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit or scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements. With respect to the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged than actual for clarity of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있다는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
도 1 내지 도 7에는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막(10)이 도시되어 있다.1 to 7 show an
도면을 참조하면, 상기 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막(10)은 지지체(300), 온도 검출용 센서층(200) 및 용존산소 검출용 센서층(100)을 구비한다.Referring to the drawings, the
상기 지지체(300)는 평평한 고체 표면에서의 액체 방울의 접촉각은 Young의 식에 의해 결정된다.The contact angle of the liquid droplet on the flat solid surface of the
상기 수학식 1에서 , , 는 각각 고체-기체, 고체-액체, 액체-기체간의 계면 에너지를 나타낸다. In
만약, 상기 지지체(300)의 고체 표면이 평평하지 않고 마이크로 패턴의 요철이 있을 경우에는 접촉각은 더 이상 Young의 식을 따르지 않고, 접촉각의 Wenzel과 Cassie에 의해 제안된 두 가지 모델에 의해 결정된다.If the solid surface of the
도 2는 Wenzel의 모델의 경우, 요철이 있는 고체 표면에 액체 방울을 떨어뜨렸을 때, 액체 방울이 요철의 바닥까지 완전히 적시는 경우를 가정한 것이다.In the case of Wenzel's model, it is assumed that when a liquid droplet is dropped on a solid surface with irregularities, the liquid droplet completely wets up to the bottom of the irregularity.
이때의 접촉각 는 상기 수학식 2로 표현된다.contact angle at this time is expressed by
이때, r은 수학식 3을 참조하면, 액체방울이 실제로 고체 표면에 닿는 면적()과 상부에서 투영된 면적()의 비를 나타내며, 거칠기율로 정의된다.At this time, referring to
도 3을 참조하면, 상기 지지체의 마이크로 패턴의 디자인 형상 구조가 도시되어 있다.Referring to FIG. 3 , the design shape structure of the micro-pattern of the support is shown.
도 3과 같이 형상 변수를 가지는 정사각형 돌출 및 함몰 형상에서 r은 상기 수학식 4로 계산된다.As shown in FIG. 3 , r is calculated by
Wenzel의 모델은 평평한 고체 표면에서 액체 방울의 접촉각이 90° 보다 작을 경우(>0), 요철이 있는 고체 표면에서의 접촉각 는 보다 작아지고, 반대로 평평한 고체 표면에서 액체 방울의 접촉각이 90°보다 클 경우 (<0), 는 보다 커지게 된다.Wenzel's model states that when the contact angle of a liquid droplet is less than 90° on a flat solid surface ( >0), contact angle on an uneven solid surface Is If the contact angle of a liquid droplet is greater than 90° on a flat solid surface ( <0), Is will get bigger
Cassie의 모델은 마이크로 패턴이 있는 고체 표면에 액체 방울이 떨어졌을 때, 액체 방울이 요철에 의해 떠받쳐져 패턴위에 얹혀 있는 경우를 가정한다.Cassie's model assumes that when a liquid droplet falls on a solid surface with a micropattern, the droplet is supported by the irregularities and rests on the pattern.
이때의 접촉각은 상기 수학식 5로 계산되며, 는 액체 방울이 실제로 고체 표면에 닿는 면적( , 돌출된 면적)과 상부에서 투영된 면적()의 비를 나타내며, solid fraction으로 정의한다.The contact angle at this time is calculated by
마이크로 패턴의 디자인 형상 구조에서와 같은 형상 변수를 가지는 정사각형 돌출 및 함몰 형상에서의 는 수학식 6으로 계산된다.The design of micropatterns in the square protrusion and depression shapes with the same shape parameters as in the shape structure. is calculated by Equation (6).
액체 방울이 고체 표면에 떨어졌을 때 Wenzel과 Cassie의 모델 중 어떤 모델로 결정 될 지는 미세 구조물의 측벽 기울기 α와 에 의해 결정된다.When a droplet falls on a solid surface, which of Wenzel and Cassie's models is determined, the sidewall slope α of the microstructure and the is determined by
평평한 표면에서의 접촉각이 일때, Wenzel의 모델에서 Cassie의 모델로 바뀌는 임계 기울기를 라 하면, 상기 수학식 7 이 성립한다.The contact angle on a flat surface is , the critical gradient from Wenzel's model to Cassie's model Then, the
여기서, 미세 구조물의 측별 기울기가 임계기울기보다 작은 기울기()를 가지면 Wenzel 모델을, 반대로 미세 구조물의 측벽 기울기가 임계 기울기보다 큰 기울기()에서는 Cassie모델을 따른다.Here, the slope in which the side-by-side slope of the microstructure is smaller than the critical slope ( ) gives the Wenzel model, conversely, the slope where the sidewall slope of the microstructure is larger than the critical slope ( ) follows the Cassie model.
따라서, 평평한 필름의 표면접촉각이 90° 이상인 필름 위에 마이크로 구조물이 있는 경우, 이므로 마이크로 측벽 기울기가 90도인 패턴의 경우는 Cassie 모델을 따르게 된다.Therefore, if there is a microstructure on the film where the surface contact angle of the flat film is 90° or more, Therefore, in the case of a pattern with a micro-sidewall slope of 90 degrees, the Cassie model is followed.
마이크로 패턴 형상은 연잎의 표면 형상과 유사한 마이크로 크기의 돌기를 가지는 정사각형의 돌출 및 함몰 형상의 패턴 기반으로 설계한다.The micro-pattern shape is designed based on a pattern of protrusion and depression of a square having micro-sized protrusions similar to the surface shape of a lotus leaf.
Pore fraction()Roughness factor( ) &
Pore fraction( )
Pore fraction()Roughness factor( ) &
Pore fraction( )
상기 표 1는 마이크로 패턴 pillar 구조에 따른 이론적인 접촉각 변화값이고, 표 2는 마이크로 패턴 pore 구조에 따른 이론적인 접촉각 변화값이다.동일한 크기의 정사각형 돌출 및 함몰 형상 구조물에서 구조물간의 간격의 변화에 따른 접촉각의 변화를 알아보고자 설계 치수는 상기 표 1 내지 표 2와 같이 정리하여, 출 구조물의 폭인 a와 높이인 h는 각각 10㎛로 고정한 상태에서 pitch를 변화시켰다.Table 1 shows the theoretical contact angle change values according to the micro-pattern pillar structure, and Table 2 shows the theoretical contact angle change values according to the micro-pattern pore structure. To investigate the change in the contact angle, the design dimensions are summarized as in Tables 1 and 2 above, and the pitch was changed while the width a and the height h of the exit structure were fixed to 10 μm, respectively.
상기 표 1에서 , 는 각각 거칠기율과 상부에서 투영된 전체 면적 대비 바닥 면적이 차지하는 비율로 정의되는 함몰비율을 나타내며, 이론적으로 b/a 값이 커질수록 함몰비율이 커지고, 그에 따라 접촉각도 증가하게 된다. 하지만 더 큰 접촉각을 얻기 위해 b/a 를 무한정 늘여가다 보면, 구조물 사이의 간격이 접촉각 측정시의 물방울 직경에 가까워지거나 더 커져, 실제 접촉각은 이론 접촉각과는 사뭇 다른 양상을 보이게 된다. In Table 1 above , represents the roughness ratio and the dent ratio defined as the ratio of the floor area to the total area projected from the top, respectively. However, if b/a is increased indefinitely to obtain a larger contact angle, the spacing between structures approaches or becomes larger than the diameter of the water droplet measured when the contact angle is measured, and the actual contact angle shows a different aspect from the theoretical contact angle.
정사각형의 함몰 형상은 정사각형 돌출 형상의 역상이며, 돌출 형상과 큰 차이점을 갖고, 돌출 형상의 경우는 정사각형 미세 구조체 사이에 네트워크 형태의 채널이 형성되어 물방울의 퍼짐이나 이동이 쉽다. 그러나, 함몰 형상의 미세 구조체는 네트워크 형태의 격벽이 솟아 있어 상대적으로 물방울의 이동이 어렵기 때문에 표면이 친수성일 경우에도 Cassie의 모델을 따르게 되어 더 큰 소수성을 띈다.The concave shape of the square is the reverse of the protrusion of the square, and has a major difference from the protrusion. In the case of the protrusion, a network-type channel is formed between the square microstructures, so that the water droplets are easy to spread or move. However, the recessed microstructure follows Cassie's model even when the surface is hydrophilic because it is relatively difficult to move water droplets due to the rising network-type barrier ribs, and thus exhibits greater hydrophobicity.
이상에서 설명한 본 발명의 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막은 미세 패턴 구조체 기반의 기능성 고분자 필름인 마이크로 미세구조를 가지므로서 스마트 기기 디스플레이의 터치스크린 사용 확대에 따른 내오염성 및 지문방지 및 형광 센서의 형광 이득 효율을 향상시키는 효과가 있다.The optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a micro-structure of the present invention described above has a micro-structure, which is a functional polymer film based on a micro-pattern structure. There is an effect of improving the fluorescence gain efficiency of the fluorescent sensor.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 또는 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles or novel features presented herein.
10: 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막
100: 용존산소 검출용 센서층
200: 온도 검출용 센서층
300: 지지체
400: Wenzel’s model
410: Cassie’s model 10: Optical sensor film for detecting dissolved oxygen having a microstructure
100: sensor layer for detecting dissolved oxygen
200: sensor layer for temperature detection
300: support
400: Wenzel's model
410: Cassie's model
Claims (4)
트리스(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)루테늄(Ⅱ) 복합체(Rudpp) 형광염료가 고정된 용존산소 검출용 센서층을 형성하는 단계를 포함하는
마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막.
A sensor layer for temperature detection in which CdSeTe (cadimium selenium tellurium) fluorescent dye is fixed on the support;
A tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)ruthenium(II) complex (Rudpp) fluorescent dye comprising the step of forming a sensor layer for detecting dissolved oxygen
An optical sensor film for detecting dissolved oxygen with a microstructure.
상기 마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막은
a) 지지체 상에, CdSeTe(cadimium selenium tellurium) 형광염료가 고정된 온도 검출용 센서층을 제조하는 단계;
b) 상기 온도 검출용 센서층 위에 트리스(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)루테늄(Ⅱ) 복합체(Rudpp) 형광염료가 고정된 용존산소 검출용 센서층을 제조하는 단계를 포함하는
마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막.
The method of claim 1,
The optical sensor film for detecting dissolved oxygen having the microstructure is
a) preparing a sensor layer for temperature detection in which CdSeTe (cadimium selenium tellurium) fluorescent dye is fixed on a support;
b) preparing a sensor layer for detecting dissolved oxygen in which tris (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) ruthenium (II) complex (Rudpp) fluorescent dye is fixed on the sensor layer for temperature detection; containing
An optical sensor film for detecting dissolved oxygen with a microstructure.
상기 a) 단계의 CdSeTe(cadimium selenium tellurium) 및 c)단계의 8-하이드록시피렌-1,3,6-트리설폰산 트리소디움염(8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt, HPTS) 형광염료는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 실란 커플링제를 사용하여 고정화하는 것을 특징으로 하는
마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막.
3. The method of claim 2,
CdSeTe (cadimium selenium tellurium) of step a) and 8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt of step c) (8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt, HPTS) Fluorescent dyes are 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, and 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate. Characterized in that it is immobilized using at least one silane coupling agent selected from the group consisting of
An optical sensor film for detecting dissolved oxygen with a microstructure.
상기 b) 단계의 트리스(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)루테늄(Ⅱ) 복합체(Rudpp) 형광염료는 메틸트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 데실트리메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 글리시도옥시프로필트리메톡시실란, 머캡토프로필트리메톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 실란 커플링제를 사용하여 고정화하는 것을 특징으로 하는
마이크로 미세구조를 가지는 용존산소 검출용 광학식 센서막.3. The method of claim 2,
The tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)ruthenium(II) complex (Rudpp) fluorescent dye in step b) is methyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, tetra Ethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, decyltrimethoxysilane, isobutyltrimethoxy Characterized in that immobilization using at least one silane coupling agent selected from the group consisting of silane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, glycidooxypropyltrimethoxysilane, and mercaptopropyltrimethoxysilane
An optical sensor film for detecting dissolved oxygen with a microstructure.
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