KR20240014068A - 고해상도 3차원 나노제작용 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
복잡한 3차원 나노구조를 가능하게 할 수 있는 나노제작용 시스템 및 방법은, 젤 지지체(gel scaffold) 셋업 단계; 감광성 패터닝 재료로 젤 지지체를 패터닝하는 단계로서, 광을 사용하여 감광성 패터닝 재료를 젤 지지체에 패터닝하여 목표 구조체의 모양을 형성하는(즉, 목표 구조체 모향의 잠재 패턴을 생성하는) 단계; 잠재 패턴 위에 빌드 재료를 적층시켜 구조체를 형성하는 단계; 및 구조체를 원하는 크기로 축소시키는 단계를 포함한다. 본 시스템 및 방법은 고해상도 구조체의 제작을 위해 감광성 분자의 감광성 및 높은 정밀도의 광 위치인식 기법을 활용한다. 본 시스템 및 방법은 단순한 재료 디자인은 물론 복잡한 재료 디자인의 나노 구조체를 제작할 수 있도록 하며, 상기 구조체는 다종의 별개 빌드 재료들과 이러한 빌드 재료들의 구배를 구현할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 2021년 5월 26일에 제출된 미국 가출원 번호 제63/193,321호의 이익을 주장하며, 그 전체 내용을 본 명세서에 참조로 포함하였다.
본 발명은 전체적으로 나노제작 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 3차원 나노제작을 위한 신규의 유용한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
광자학, 마이크로프로세서 개발, MEMS(microelectromechanical system) 분야에서 특히 중요해졌으며 현대 기술의 다른 측면, 이를테면 생명공학 및 미세유체공학에서도 발전 속도가 빨라지고 있다.
현재의 나노제작 기술은 2차원 층들을 서로 빌드업하여 3차원 물체를 생성하는 평면 공정에서 주로 파생되었다. 이 방법은 일부 빌드(build)에서는 적합할 수 있지만 진정한 3차원 제작 기술로서 성공적이기에는 평면 공정이 여러 측면(예컨대, 빌드업하는 데 충분히 지지 받지 못하는 구조체의 경우)에서 실패하고 있으며 이러한 이유로 2.5D 제작 기술로 간주된다. 또한, 현재의 나노제작 기술은 다종 재료로 만들어진 물체를 형성하거나 구조적 구배가 반영된 물체를 형성하는 데 어려움을 겪고 있다. 마지막으로, 평면 공정에서 파생된 방법들은 순차적 단계들이 완벽하게 정렬되지 않아 발생하는 레지스트레이션 에러의 영향을 받는다.
따라서, 나노제작 분야에서는 다종 재료와 구배를 구현할 수 있는 진정한 3차원 나노제작을 위한 신규의 유용한 시스템 및 방법을 창안할 필요가 있다. 본 발명은 이러한 신규의 유용한 시스템 및 방법을 제공한다.
도 1은 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 2는 젤 지지체(gel scaffold)를 형성하는 예시적인 단량체들의 목록이다.
도 3은 크산텐 코어를 도시한다.
도 4는 폴리메틴 코어의 일반 화학식이다.
도 5는 시아닌 구조의 일반 화학식이다.
도 6은 술폰화 돌-스쿠아레인 구조의 일반 화학식이다.
도 7은 벤조티아졸 스쿠아레인의 일반 화학식이다.
도 8은 여러 예시적인 발색단의 일반 화학식에 대한 목록이다.
도 9는 예시적인 제1 방법의 흐름도이다.
도 10은 예시적인 제2 방법의 흐름도이다.
도 2는 젤 지지체(gel scaffold)를 형성하는 예시적인 단량체들의 목록이다.
도 3은 크산텐 코어를 도시한다.
도 4는 폴리메틴 코어의 일반 화학식이다.
도 5는 시아닌 구조의 일반 화학식이다.
도 6은 술폰화 돌-스쿠아레인 구조의 일반 화학식이다.
도 7은 벤조티아졸 스쿠아레인의 일반 화학식이다.
도 8은 여러 예시적인 발색단의 일반 화학식에 대한 목록이다.
도 9는 예시적인 제1 방법의 흐름도이다.
도 10은 예시적인 제2 방법의 흐름도이다.
하기의 본 발명의 실시예들에 관해 설명은 본 발명을 이들 실시예로 한정하려는 것이 아니라, 오히려 당업자가 본 발명을 제조하고 사용할 수 있게 하고자 함이다.
1. 개요
나노제작용 시스템 및 방법은 다양한 재료를 사용하여 복잡한 3차원 나노구조를 가능하게 할 수 있다. 본 시스템 및 방법은, 감광성 분자로 젤 지지체를 패터닝하되, 광을 사용하여 감광성 분자를 젤 지지체에 패터닝하여 목표 구조체의 모양을 형성함으로써 목표 구조체 모양의 잠재 패턴을 생성하고; 빌드 재료(build material)를 상기 잠재 패턴에 결합하여 구조체를 형성한 후; 상기 구조체를 원하는 크기로 축소시키는 과정을 이용할 수 있다. 본 시스템 및 방법은 고해상도 구조체의 제작을 위해 감광성 분자의 감광성 및 높은 정밀도의 광 위치인식 기법을 활용한다. 본 시스템 및 방법은 단순한 재료 디자인은 물론 복잡한 재료 디자인의 나노 구조체를 제작할 수 있도록 하며, 상기 구조체는 다종의 별개 빌드 재료들과 이러한 빌드 재료들의 구배를 구현할 수 있다.
본 시스템 및 방법은 나노제작의 이점을 누릴 수 있는 다양한 분야에서의 광범위한 사용 사례를 제공한다. 본 시스템 및 방법은 전자, 광학 및 기계와 같은 다양한 일반 분야에서 쓰이는 간단하고 복잡한 도구를 만드는 데 구현될 수 있다. 본 시스템 및 방법은 나노제작 전기, 광학 및/또는 기계 부품들과 이들의 조합물의 생산에 활용될 수 있다.
본 시스템 및 방법은 다종 재료 및 구배가 적용된 나노 구조체의 형성을 가능하게 하므로 광학 및 광자학 분야에서 특히 유용할 수 있다. 본 시스템 및 방법은 도파관, 프리즘, 격자, 기존의 렌즈, 프레넬 렌즈, GRIN 렌즈, 메타 렌즈, 렌즈 어레이, 존 플레이트(zone plate), 역설계 구조(inverse-design structure), 광결정(photonic crystal), 선형 및 원형 편광판, 광학 절연체, 반사 광학소자(이를테면, 포물면 반사체), 광 공동(optical cavity), 레이저 및 그 외의 많은 도구와 물체들은 물론 이들의 통합된 조합물을 구축하는 데 구현될 수 있다.
본 시스템 및 방법은 다수의 잠재적 이점을 제공할 수 있다. 본 시스템 및 방법은 항상 이러한 이점을 제공하는 것으로 한정되지 않으며, 본 시스템 및 방법을 어떻게 활용할 수 있는지에 대한 예시적인 표현으로서만 제시한다. 여러 이점에 관한 목록이 전부임을 의도하지 않으며 다른 이점들이 추가적으로 또는 대안적으로 존재할 수도 있다.
본 시스템 및 방법은 제작에 2차원 적층 공정을 필요로 하지 않는 진정한 3차원 나노제작의 이점을 제공한다.
본 시스템 및 방법은 고해상도 구조체를 형성하기 위한 빌드 재료를 동일하게 높은 정밀도로 위치인식이 가능하도록 고정밀도의 광빔을 활용할 수 있다.
추가적으로, 본 시스템 및 방법은 "더 큰" 구조체의 초기 구축을 추후의 구조체 축소 이전에 할 수 있도록 함으로써 더욱더 개선된 구성 정밀도를 제공한다.
본 시스템 및 방법은 다종-재료 구성을 가능하게 하는 추가 이점을 제공한다. 리간드 결합 잠재 패터닝을 통해 본 시스템 및 방법은 제작에 다종 재료를 사용할 수 있게 한다.
본 시스템 및 방법은 한 구조체 내에서 재료의 농도 구배를 구현할 수 있게 한다. 즉, 재료 전체를 향해 광의 위치인식을 구현함으로써 해당 구조체에 걸쳐 재료의 밀도가 다양해질 수 있다.
2. 시스템
도 1에 나타낸 바와 같이, 나노제작 플랫폼용 시스템은 나노제작을 구축하기 위한 프레임워크를 제공하는 젤 지지체(110); 젤 지지체에 선택적으로 결합하여(bind) 나노제작의 아키텍처를 제공하는 감광성 잠재 패터닝 재료(120); 및 잠재 패터닝 재료에 결합하여 나노제작의 구성재를 제공하는 빌드 재료(130)를 포함한다. 시스템은 원하는 빌드 재료로 구성된, 잠재적으로 나노미터 정밀도로 목표 구조체를 제작(즉, 나노제작)할 수 있는 나노제작 어셈블리로서의 기능을 한다.
시스템과 관련하여 많은 사용 사례와 구현예가 있다. 특정 실시예에서, 시스템은 광 기반 나노제작 플랫폼을 추가로 포함할 수 있으며, 이때 나노제작을 가이드/가능하게 하기 위해 광원이 통합될 수 있다. 이러한 방식으로 시스템은 개선된 광자 리소그래피 장치로서의 기능을 할 수 있으며, 여기서 시스템은 복잡한 3차원 구조(어느 차원으로도 제한이 없다)를 구성하는 것 외에도 고정밀 필름 구조를 구성할 수 있다. 이들 실시예에서, 시스템은 젤 지지체(110)의 임의의 영역을 향해 높은 정확도로 조사될 수 있는 광원(예컨대, 레이저)을 추가로 포함할 수 있다. 시스템이 개선된 포토리소그래피 장치로서의 기능을 하는 변형예에서, 시스템은 마스크를 추가로 포함할 수 있으며, 목표로 하는 나노제작 구현방식에 따라 마스크는 광이 젤 지지체(110)의 특정 부분에 도달하는 것을 허용, 차단 또는 방향 전환시키도록 위치할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 구성요소 명칭들은 모든 스케일링 레벨의 구성요소를 지칭하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 젤 지지체(110)는 젤 지지체의 단일 분자, 젤 지지체의 전부 또는 일부를 구성하는 일부 분자 집합, 또는 전체 젤 지지체를 지칭하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 젤 지지체(110)에 대한 어떤 지칭어는 젤 지지체의 이러한 스케일링들 중 임의의 것을 지칭할 수 있다. 필요한 경우, 컨텍스트에 따라 해당 구성요소의 특정 스케일링이 제공된다.
시스템은 젤 지지체(110)를 포함할 수 있다. 젤 지지체(110)는 나노제작을 위한 다차원 지지체로서의 기능을 한다. 젤 지지체(110)는 잠재 패터닝 재료(120)가 결합하는 지지체 망상구조(scaffold network)를 제공한다. 본 명세서에서, 젤 지지체(110)라는 용어는 각각의 개별 젤 지지체 분자, 젤 지지체 분자 그룹, 모든 젤 지지체 분자, 또는 이들의 임의의 하위 집합을 지칭하는 데 사용될 수 있다.
젤 지지체(110)는 임의의 공지된 또는 향후의 "젤" 재료를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 젤 재료는 임의의 콜로이드 고체(또는 반고체) 중합체 망상구조를 지칭할 수 있으며, 상기 젤 지지체(110)는 젤 지지체에 걸쳐 다른 시스템 구성요소들의 (능동 또는 수동) 확산을 허용하는 젤 재료를 포함한다. 구현방식에 따라, 젤 지지체(110)는 하나 이상의 젤 재료로 구성될 수 있다. 가능한 젤 재료의 예로는 아가로스(agarose), 아크릴레이트(예컨대, 폴리아크릴레이트), 메타크릴레이트, 아크릴아미드 및 실리콘(silicone)을 들 수 있다.
여러 변형예에서, 젤 지지체(110)는 잠재 패터닝 재료(120) 이외의 다른 시스템 구성요소들과 반응하지 않는다. 대안적으로, 젤 지지체(110)는 다른 구성요소들에 반응할 수 있다. 예를 들어, 한 변형예에서 시스템은 마스킹 구성요소를 추가로 포함할 수 있으며, 마스킹 구성요소에 젤 지지체가 선택적으로 결합할 수 있다. (예컨대, 마스킹 구성요소로의) 이러한 선택적 결합은 젤 지지체를 차단시켜, 잠재 패터닝 재료(120)의 결합을 방지할 수 있게 된다.
여러 변형예에서, 젤 지지체(110)는 가교된 중합체 망상구조(즉, 가교제)를 포함할 수 있다. 젤 지지체(110)는, 다차원 젤 지지체의 일부로서, 내재되거나 구현된 물리적 또는 공유 가교결합을 가질 수 있다. 예를 들어, 폴리아크릴레이트 젤은 N,N'-메틸렌-비스(아크릴아미드) 가교제를 가질 수 있다. 일부 변형예에서, 이러한 중합체 망상구조는 하나 이상의 비닐 단량체로부터 생성된다. 비닐 단량체는 측기들(side group)을 갖는, 아크릴 단량체이거나 아크릴아미드 단량체일 수 있으며, 이들 측기는 잠재 패터닝 재료(120) 이외의 다른 시스템 구성요소와의 반응에 불활성일 수도, 아닐 수도 있다. 일부 변형예에서, 젤 지지체(110)는 디아크릴아미드 단량체와의 라디칼 중합을 통해 공유 가교된다. 다른 변형예에서는, 디메타크릴아미드, 디아크릴레이트, 디메타크릴레이트, 디비닐에테르, 및 적합한 소수성 또는 친수성 디비닐 단량체를 사용하여 공유 가교결합을 형성할 수 있다.
일부 변형예에서, 젤 지지체(110)는 소수성 또는 친수성 비닐 단량체로 구성될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "친수성 단량체"라는 용어는, 중합 시, 상온 상압 (즉, 20℃) 조건에서 적어도 10 중량%의 물을 흡수할 수 있거나 물에 용해되는 중합체를 생성하는 단량체를 표현한다. 유사하게, 본원에 사용된 바와 같이, "소수성 단량체"라는 용어는, 중합 시, 상온 상압 조건에서 적어도 10 중량%의 물을 흡수할 수도 없고 물에 용해되지도 않는 중합체를 생성하는 단량체를 표현한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 적합한 단량체의 예로는 메타크릴레이트, 아크릴레이트, 스티렌, 메타크릴아미드, 아크릴아미드, 실릴 함유 단량체를 들 수 있다.
젤 지지체(110)는 측기를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 젤 지지체 분자 또는 젤 지지체 분자 그룹은 측기 또는 다수의 측기를 가질 수 있다. 측기는 잠재 패터닝 재료(120)를 위한 결합 부위를 제공하는 기능을 한다. 측기는 잠재 패터닝 분자(120)의 결합에 사용될 수 있는 임의의 바람직한 측기일 수 있다. 가능성이 있는 측기의 예로 카복실산, 술폰산, 인산, 1차 아민, 4차 아민, 아미드, 수산화물 및/또는 술폰산염을 들 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 구현방식에 따라, 젤 지지체(110)는 하나 또는 다수의 측기를 포함할 수 있다. 다수의 측기는 다양한 유형의 잠재 패터닝 재료(120), 다른 구성요소들(예컨대, 마스킹 구성요소)의 결합을 가능하게 하고/하거나 (예컨대, 구배 효과 결합을 가능하게 만들도록) 결합 강도가 상이한 결합을 제공할 수 있다.
젤 지지체(110)가 비닐 단량체를 포함하는 일부 변형예에서, 비닐 단량체는 측기(들)를 가질 수 있다. 측기의 예로는 카복실산, 술폰산, 인산, 1차, 2차, 3차 및 4차 아민, 하이드록실, 티올, 티오에스테르, 아미드 및 아세테이트를 들 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "카복실산", "술폰산" 또는 "인산"과 같은 측기는 유리산 부분 및 해당 산 부분의 상응하는 금속 염은 물론, 해당 산 부분의 에스테르 유도체(비제한적인 예로, 알킬 에스테르, 아릴 에스테르 및 아실옥시알킬 에스테르)도 포함한다. 일부 변형예에서, 젤은 중합체, 이를테면 아가로스, 알기네이트 또는 기타 다당류로 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 젤은 하전된 단량체, 이를테면 아크릴산, 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트, 술폰화된 단량체 등으로 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 젤 지지체(110)는 잠재 패터닝 재료(120)의 결합을 가능하게 하는 작용기를 함유할 수 있다. 작용기는 젤 지지체(110)의 주쇄의 일부로서 또는 젤 지지체의 측기로서 포함될 수 있다. 작용기는 라디칼 산화에 취약할 수 있다. 일부 변형예에서, 작용기는 적합한 비닐 단량체들의 라디칼 중합을 통해 젤 지지체(110)에 도입될 수 있다. 이때 중합은 젤 지지체(110)를 구성하게 되는 생성된 중합체의 분자량 분포 범위가 좁고 잘 정의된 경우라면 통상적(예컨대, 중합체 분자량에 대한 제어가 없다)이거나 제어될 수 있다. 제어된 자유 라디칼 중합(cFRP)의 예로는 가역적 첨가-분열 사슬 이동(RAFT) 중합, 니트록사이드-매개 중합(NMP) 및 원자 이동 라디칼 중합(ATRP)을 들 수 있다. 다른 변형예에서는, 작용기(들)가 젤 지지체(110)의 화학적 개질(chemical modification)을 통해 도입될 수 있다. 젤 지지체(110)에 혼입될 수 있는 작용기의 예로는, 카복실산; 아미드; 또는 아크릴산과 아크릴아미드 단량체의 중합에 의해 도입되는 1차 아민 또는 하이드록실기를 들 수 있다. 젤 지지체(110)에 함유될 수 있는 작용기의 다른 예로는 인산, 4차 아민, 아미드, 수산화물, 환형 무수물 및 숙신이미드, 및/또는 술포네이트를 들 수 있다.
시스템은 잠재 패터닝 재료(120)를 포함할 수 있다. 잠재 패터닝 재료(120)는 나노제작에 대한 "잠재 패턴", 즉 나노제작의 아키텍처를 제공하는 임시 구조체로서의 기능을 한다. 일부 변형예에서는, 잠재 패터닝 재료(120)를 유지하는 것이 바람직할 수 있으며, 따라서 원한다면 더 오랜 기간 동안 구현되어 있을 수도 있다. 잠재 패터닝 재료(120)는 또한 빌드 재료(130)를 제 위치에 결합시키는 기능을 함으로써, 몰드와 유사한 기능을 제공할 수 있다. 잠재 패터닝 재료(120)(발색단으로도 지칭된다)는 잠재 패터닝 분자들을 포함할 수 있으며, 이때 각 분자는 임의의 원하는 유형이나 유형들, 또는 하위 그룹 유형으로 구성될 수 있다. 본 명세서에서, 잠재 패터닝 재료(120)이라는 용어는 각각의 개별 잠재 패터닝 분자, 잠재 패터닝 분자 그룹, 모든 잠재 패턴 분자, 또는 이들의 임의의 하위 집합을 지칭하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 각각의 잠재 패터닝 분자(120), 또는 잠재 패터닝 분자 그룹은 젤 지지체(110)에 결합하는 젤 결합 영역, 및 빌드 재료(130)에 결합하는 재료 결합 영역을 가질 수 있다. 추가적으로, 잠재 패터닝 분자(120)는 감광성일 수 있어, 잠재 패터닝(예컨대, 젤 결합) 활성이 광에 의해 시작되거나 중단될 수 있다. 각각의 잠재 패터닝 분자, 또는 잠재 패터닝 분자 그룹은 구현 목적에 따라 원하는 대로 다른 구성요소들을 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 시스템은 다종 잠재 패터닝 재료(120)를 포함할 수 있다. 각기 다른 잠재 패터닝 재료(120)는 기본 분자 자체나 특정 영역(예컨대, 빌드 재료 결합 영역)으로 구별될 수 있다. 예를 들어, 각기 다른 잠재 패터닝 재료는 서로 다른 유형의 빌드 재료(130)에 결합할 수 있다(예컨대, 제1 잠재 패터닝 재료는 다이아몬드에 결합하고, 제2 잠재 패터닝 재료는 아지드(azide)에 결합한다). 또 하나의 예에서, 각기 다른 잠재 패터닝 재료(120)는 상이한 활성화 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 2종의 감광성 잠재 패터닝 재료(120)는 서로 다른 감광 영역을 가질 수 있다. 일 구현방식에서, 제1 잠재 패터닝 재료는 청색광을 흡수하고, 제2 잠재 패터닝 재료는 황색 광에 결합한다. 또 다른 감광성 구현방식에서, 제1 빌드 재료(130)에 결합하는 제1 잠재 패터닝 재료(120)는 광 활성화에 의해 젤 지지체(110)에 결합될 수 있게 되고, 제2 빌드 재료에 결합하는 제2 잠재 패터닝 재료는 젤 지지체(110)에 결합하는 능력을 광 활성화에 의해 상실할 수도 있다.
잠재 패터닝 재료(120)는 감광성일 수 있다. 즉, 잠재 패터닝 재료(120)는 잠재 패터닝 재료가 전자기파 스펙트럼의 특정 파장을 흡수할 수 있게 하는 감광성 분자(들) 및/또는 감광 영역들을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 잠재 패터닝 재료(120)의 감광성은 잠재 패터닝 재료의 공액 화학과 연결된다. 감광 영역은 잠재 패터닝 재료(120)의 감광 영역으로서의 기능을 하며, 이때 감광성 세그먼트 상의 적절한 파장의 광은 잠재 패터닝 재료의 젤 결합을 활성화하거나 비활성화하는 데 사용될 수 있다. 구현방식에 따라, 각각의 잠재 패터닝 분자는 하나 또는 다수의 감광 영역을 가질 수 있으며, 각 감광 영역에 의해 서로 다른 활성이 가능해진다(예컨대, 한 광 대역폭은 분자의 젤 결합을 가능하게 할 수 있고, 또 다른 대역폭은 분자가 젤을 방출할 수 있게 할 수 있다).
감광 영역은 전자기파의 임의의 목표 파장 또는 대역폭에 민감할 수 있으며 이는 화학구성(chemistry)에 따라 정해진다. 일부 변형예에서, 감광 영역(들)은, 가시 스펙트럼에 속하거나 그에 가까운 대역폭(예컨대, 청색광, UV 광, 적색광, 적외선 등)에 대해 감도를 가질 수 있다. 감광 영역은, 원하고 해당 화학구성에 따라 정해지는 대로, 넓거나 좁은 대역폭을 가질 수 있다. 감광 영역은 임의의 광화학구성을 포함할 수 있다. 여러 변형예에서, 잠재 패터닝 재료(120)의 유형에 따라 감광 영역의 화학구성이 정해질 수 있다. 잠재 패터닝 재료의 예로는 크산텐계 염료 유도체(예컨대, 플루오레세인(fluorescein), 로다민(rhodamine), 에오신(eosin)), BODIPY, 시아닌, 프탈로시아닌, 안트라센, 쿠마린(coumarin), 포르피린(porphyrin), 스쿠아레인(squaraine), 스쿠아릴륨(squarylium) 및 아조벤젠을 들 수 있다. 구현방식에 따라, 잠재 패턴 재료(120)는 앞서 언급한 또는 기타 광화학구성들 중 임의의 하나 또는 조합을 포함할 수 있다.
잠재 패터닝 재료(120)는 하나 이상의 젤 결합 영역을 포함할 수 있다. 젤 결합 영역은 잠재 패터닝 재료를 젤 지지체(110)에 결합하는 기능을 할 수 있다. 여러 변형예에서, 젤 결합 영역은 젤 지지체(110)의 측기를 결합할 수 있다. 다른 변형예에서는, 젤 결합 영역이 비특이적으로 젤 지지체(110)에, 즉 임의의 한 젤 결합 영역(또는 젤 결합 부위)에 결합할 수 있다(예컨대, 임의의 한 하전된/극성 젤 지지체가 임의의 한 하전된/극성의 젤 결합 영역에 결합). 젤 결합 영역은 감광 영역을 포함할 수 있으며, 상기 감광 영역은 젤 결합을 가능하게 하거나 불가능하게 할 수 있는 임의의 분자(들)를 포함할 수 있다. 잠재 패터닝 재료(120)의 유형에 따라, 광 활성화에 의해 잠재 패터닝 재료 결합이 활성화되거나 비활성화될 수 있다.
잠재 패터닝 재료(120)는 재료 결합 영역을 포함할 수 있다. 재료 결합 영역은 빌드 재료(130)의 결합을 가능하게 하는 기능을 할 수 있다. 일부 변형예에서, 재료 결합 영역은 빌드 재료(130) 결합을 가능하게 하는 데 도움을 주는 접합 화학구성(또는 접합 부위)을 포함할 수 있으며, 상기 접합 화학구성은 빌드 재료 배위 부위에서의 빌드 재료 결합을 가능하게 할 수 있다. 대안적으로, 잠재 패터닝 재료(120)에 공액 화학구성 세그먼트가 없을 수도 있다. 일 예에서는, 빌드 재료(130) 또는 빌드 재료 배위 부위가 잠재 패터닝 재료(120)에 직접 결합될 수 있다.
일부 변형예에서, 재료 결합 영역이 항상 "활성화"되어 있는 것으로 간주할 수 있다. 대안적으로는, 재료 결합 영역이 활성 및 비활성 형태(conformation)를 가짐에 따라, 빌드 재료(130) 결합이 활성화되거나 비활성화될 수 있다. 일 예에서, 빌드 재료 결합 영역이 잠재 패터닝 재료(120)의 감광 영역에 연결됨에 따라, 빌드 재료(130) 결합이 적절한 파장의 또는 그에 가까운 파장의 광 밴드에 의해 시작되거나 중단될 수 있다. 또 다른 예에서, 재료 결합 영역은 알로스테릭 부위(allosteric site)를 가질 수 있으며, 알로스테릭 부위로의 화합물 결합에 의해 빌드 재료 결합이 시작되거나 중단될 수 있다. 재료 결합 영역은 빌드 재료(130)가 잠재 패터닝 재료(120)에 결합되는 것을 가능하게 하거나 향상시킬 수 있는 임의의 분자(들)를 포함할 수 있다. 재료 결합 영역에 혼입될 수 있는 화학구성(화학물질)의 예로는, 1차 아민; N-하이드로숙시미드(NHS) 및 NHS 에스테르; 유리산 및 상응하는 금속염을 포함한 카복실산; 티올/설프히드릴; 숙신산 무수물 및 말레이미드와 같은 고리형 무수물; 알켄; 알킨; 아지드; 테트라진; 테트라졸; 니트론; 이소시아나이드; 이소시아네이트; 사이클로옥틴 디벤조사이클로옥틴(DBCO); 비아릴라자사이클로옥티논(BARAC); 비아릴라자사이클로옥틴(BARAC); 디메톡시아자사이클로옥틴(DIMAC); 모노플루오르화 사이클로옥틴(MOFO); 디플루오르화 사이클로옥틴(DIFO); 비오틴; 아비딘/스트렙타비딘; 단백질/항체/효소; 옥시리보핵산(DNA), 리보핵산(RNA), 잠긴 핵산(LNA), 펩티드 핵산(PNA) 등을 비롯한 올리고뉴클레오티드 및 핵산; 지질/탄화수소/탄화불소; 및 덴드리머(dendrimer)를 들 수 있다.
일부 변형예에서, 잠재 패터닝 재료(120)는 비-크산텐계 발색단(non-xanthene chromophore)을 포함할 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 크산텐계 발색단은 2개의 벤젠 고리가 산소를 포함하는 하나의 내부 고리를 사이에 두고 연결된 기본 구조를 갖는다. 이들 변형예에서, 잠재 패터닝 재료(120)는 크산텐 기본 구조를 포함하지 않는 구조를 포함할 수 있다. 도 4 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 비-크산텐계 발색단 종류의 예로는, 폴리메틴(예컨대, 시아닌, 스쿠아레인), 나프탈렌, 쿠마린, 옥사디아졸, 안트라센, 피렌, 페녹사진, 아크리딘(acridine), 테트라피롤, 디피로메텐(예컨대, BODIPY), 아자디피로메텐(Aza-BODIPY), 및 이들의 유도체(도 8 참조)를 들 수 있다.
폴리메틴 염료 및 이들의 유도체는 폴리메틴 염료를 포함하며, 이때 발색단 단위는 공액 C=C 시스템(개방형 사슬로서 또는 고리 내에 존재)으로서, 도 4에 예시된 것처럼 사슬의 각 말단에 작용기들이 있는 홀수 개수의 메틴기를 갖는다. 폴리메틴 염료 및 이들의 유도체의 예로는 시아닌(헤미시아닌(hemicyanine), 스트렙토시아닌(streptocyanine), Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, 메로시아닌(merocyanine)) 및 이들의 유도체(예컨대, 술폰화 유도체)를 들 수 있다. 시아닌은 전자들이 비편재화된, 2개의 질소 원자에 의해 연결된 공액 ð 시스템을 특징으로 하며, 시아닌의 일반 구조를 도 5에 나타내었다.
스쿠아레인 염료 및 이의 유도체는 다음을 포함한다: 인돌 고리의 5번 위치에 술폰산염 기를 함유하는 대칭 및 비대칭 인돌계 스쿠아레인(도 6에 나타낸 일반 화학식 참조, 식에서 X1, X2 = O, S 또는 이 둘의 조합); 인돌 고리의 5번 위치에 술폰산염 기를 함유한 대칭 및 비대칭 벤조티아졸계 스쿠아레인(도 7에 나타낸 일반 화학식 참조, 식에서 X1, X2 = O, S 또는 이 둘의 조합). 이때 벤조티졸계 스쿠아레인의 경우, 반응성 치환기, 이를테면 NHS, 아민, -COOH, 아지드, 알킨, 에폭사이드 등이 길이(CH2)n, n 5의 알킬 스페이서를 통해 벤조티아졸 고리(R8 또는 R9)의 1번 위치에 부착된다. "대칭"이라는 용어는 R9 및 R8 기들의 각 쌍(구조 참조)이 동일함에 따라, 화합물의 각 벤조티아졸 고리에 있는 치환기들의 패턴이 동일함을 의미한다. "비대칭"이라는 용어는 R8 및 R9 중 적어도 하나가 다른 벤조티아졸기에 있는 대응되는 치환기와 상이함에 따라, 각 벤조티아졸 고리에 있는 치환기들의 패턴이 상이함을 의미한다. 대칭 및 비대칭 벤조티아졸계 스쿠아레인의 경우 "대칭"이라는 용어는 R8, R10 및 R11 기들의 각 쌍(아래의 구조)이 동일함에 따라, 화합물의 각 인돌 고리에 있는 치환기들의 패턴이 동일함을 의미한다. "비대칭"이라는 용어는 R8, R10 및 R11 중 적어도 하나가 다른 인돌 고리에 있는 대응되는 치환기와 상이함에 따라, 각 인돌 고리에 있는 치환기들의 패턴이 상이함을 의미한다.
일부 변형예에서, 잠재 패터닝 재료(120)는 반응기(reactive group)를 포함하며, 상기 반응기는 잠재 패터닝 재료 하위 구성요소들 중 임의의 하나 또는 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응기는 잠재 패터닝 재료의 젤 결합 영역과 감광 영역을 포함할 수 있다. 반응기는, 잠재 패터닝 재료와 반응 중간체 간의 광반응을 통해 젤 지지체(110)에 선택적으로 결합하는 식으로 기능할 수 있다. 이러한 방식으로, 반응기는 반응기와 반응 중간체 간의 상호작용을 활용하여 잠재 패터닝 재료(120)가 젤 지지체(110) 상에 어떻게 패터닝될 수 있는지에 대한 추가적인 제어를 제공하는 기능을 한다. 여러 예에서, 반응성 중간체는 라디칼 형성이 가능한 소분자(예컨대, 산소)를 포함한다. 이들 변형예에서, 나노제작용 시스템은 시스템 작동 중에 열역학적 변수를 제어할 수 있는 추가 구성요소를 가질 수 있다. 이러한 추가 시스템 구성요소의 예로는 밀폐 체적(예컨대, 나노제작 플랫폼 내부 및 외부로의 고체, 액체 및/또는 가스의 흐름을 제한하는 제어 체적(또는 검사 체적)), 가열 요소(예컨대, 반응 온도 조절) 및 반응 중간체에 대한 제어식 입구/출구(예컨대, 시스템 내 반응 중간체의 농도 조절)를 들 수 있다.
빌드 재료(130)는 나노제작 구조체를 구성하는 재료로서의 기능을 할 수 있다. 빌드 재료(130)는 잠재 패터닝 재료(120)에 결합할 수 있다. 일부 변형예에서, 빌드 재료(130)는 잠재 패터닝 재료(120)에 직접 결합된다. 다른 변형예에서, 빌드 재료(130)는 잠재 패터닝 재료(120)의 재료 결합 영역에 결합한다. 다른 변형예에서, 빌드 재료(130)는 빌드 재료 배위 부위의 배위 화학구성을 통해 잠재 패터닝 재료(130)에 직접 결합된다. 다른 변형예에서, 빌드 재료(130)는 배위 화학구성을 통해 잠재 패터닝 재료(120)의 재료 결합 영역에 결합된다.
구현방식에 따라 빌드 재료(130)의 특정 유형이 다를 수 있다. 일부 변형예에서, 빌드 재료(130)는 다수 유형의 별개 빌드 재료들(예컨대, 이산화티타늄 및 인화갈륨)을 포함할 수 있다. 빌드 재료(130)에 대한 유일한 요구 사항은 잠재 패터닝 재료(120)의 결합을 가능하게 하는 배위 화학구성이다. 빌드 재료(130)는 최종 제품의 재료 조성물이므로, 빌드 재료(130)에 대한 결합 요구 사항은 일반적으로 적절한 화학구성의 재료 결합 영역을 갖는 잠재 패터닝 재료(120)를 선택함으로써 충족될 수 있다. 빌드 재료(130) 유형들의 예로는, 금속 칼코겐화물(여기서 금속은 Ge, Al, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, Tl, Cu, 또는 이들의 조합 및 칼코겐, 이를테면 S, Se, Te 또는 이들의 조합); 프닉타이드, 및 XIII족 원소(이를테면, B, Al, Ga, In, Tl, 또는 이들의 조합)와 프닉토겐 원소(이를테면, N, P, As 및 Sn)로부터 생성되는 프닉타이드 다형체; 실험식 MxOy의 금속 산화물(식에서, M은 Bi, Sn, Cr, Co, Mn, Mo, Ti, Zn, Zr, Cu, Fe, Ni, Eu, Dy, Pr, Ce, Sm, 또는 La와 같은 금속이다); 및 탄소 및 그의 동소체, 규소, 게르마늄, 주석, 실리콘카바이드(3C, 4H, 6H, -SiC), 실리콘게르마늄(silicon germanium) 및 실리콘주석(silicon tin)을 들 수 있다.
빌드 재료(130)는 배위 부위를 포함할 수 있다. 배위 부위는 잠재 패터닝 재료(120)에 결합하기 위한 영역(즉, 잠재 패터닝 재료에 결합하는 적절한 배위 화학구성)으로서의 기능을 한다. 여러 변형예에서 배위 부위 결합은 매우 선택적이어서, 특정 원자나 특히 분자의 결합만 가능하다. 대안적으로, 배위 부위는 보다 일반적이어서 분자 계열들(예컨대, 칼코겐화물)의 결합을 가능하게 할 수 있다. 가능한 배위 화학구성(화학물질)의 예로, 실릴, 설프히드릴/티올 아민/암모니아, 카복실산, 요오드화물, 브롬화물, 염화물, 불화물, 티오시아네이트, 질산염, 아지드, 옥살산염, 물, 아질산염, 이소티오시아네이트, 아세토니트릴, 피리딘, 에틸렌디아민, 2,2'-비피리딘, 1,10-페나트롤린, 니트릴, 트리페닐포스핀, 시안화물 및 일산화탄소를 들 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 배위 부위의 목적은 잠재 패터닝 재료(120)에 결합하는 것이므로, 배위 부위는 추가적으로 또는 대안적으로 다른 화학적 조성을 가질 수 있다. 다종의 빌드 재료(130) 또는 다종의 잠재 패터닝 재료(120)가 혼입되는 변형예들의 경우, 각각의 빌드 재료(130)는 하나 이상의 별개의 (상이한 화학구성을 갖는) 배위 부위를 가질 수 있으며, 각각의 별개의 배위 부위는 잠재적으로 별개의 특정 잠재 패터닝 재료에 결합할 것이다. 일부 변형예에서는 배위 화학구성을 잠재 패터닝 재료(120) 상에 직접 포함시킬 수 있다. 이들 변형예에서, 빌드 재료(130)는 잠재 패터닝 재료 상에 포함된 배위 화학구성을 사용하여 잠재 패터닝 재료(120)에 결합될 수 있다.
일부 변형예에서, 시스템은 광원을 추가로 포함할 수 있다. 광원의 유형은 구현방식에 따라 다를 수 있다. 광원은 잠재 패터닝 재료(120)의 감광 영역을 광 활성화/비활성화하는 기능을 한다. 구현방식에 따라, 이는 잠재 패터닝 재료(120)가 젤 지지체(110)에 결합(또는 분리)되는 것 및/또는 잠재 패터닝 재료(110)가 빌드 재료(130)에 결합되는 것을 가능하게 할 수 있다.
광원은 동일하거나 상이한 유형(예컨대, 백열등, 할로겐, 형광등, 레이저, LED 등)의 광 방출기를 하나(또는 다수)(예컨대, 1개, 2개, 또는 3개 다이오드)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 광원은 충분한 정확도를 가짐으로써, 광원으로부터의 광 방출을 충분한 정밀도로 가이드하여 잠재 패터닝 재료(120)를 올바르게 광 활성화/비활성화하여 목표로 하는 구조를 패터닝할 수 있도록 한다. 마스크를 포함하는 변형예에서는 원하는 구현을 위해 넓은 산란형 광원이 충분할 수 있는 반면, 마스크를 포함하지 않는 나노제작의 경우 광원에 나노미터 정밀도가 요구될 수 있다.
구현방식에 따라, 광원은 임의의 목표 파장, 대역폭의 EM파를 방출할 수 있다. 또한, 구현방식에 따라, 광원은 단 하나의 또는 다수의 광 방출기를 포함할 수 있으므로, 각각의 광 방출기는 목표 대역폭과 목표 파장의 EM파를 방출할 수 있다.
더욱이 광원은 고속 대량 패터닝을 가능하게 할 수 있다. 이는 나노제작 플랫폼의 기본 작동의 일부일 수도 있고/있거나 리소그래피 구현의 일부일 수도 있다. 고속 대량 패터닝을 위해 광원에 별개의 작동 모드들이 있어, 빠르고 복잡한 광 펄스 모드들이 가능하다. 예를 들어, 광원은 펄스 간의 시간 간격이 잠재 패터닝 재료(120)의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧도록 신속한 방식으로 광 펄스를 방출할 수 있다. 구현방식에 따라, 여기된 삼중항 상태의 수명은 밀리초(ms) 내지 피코초 범위일 수 있다. 따라서, 구현방식에 따라, 광원이 각각의 광 펄스 간의 시간 간격이 적절한 광 펄스들을 방출할 수 있는 것이 바람직하다. 일 예에서, 잠재 패터닝 재료(120)는 여기된 삼중항 상태의 수명이 대략 10 μs인 것으로 알려진 Cy5를 포함한다. 이 예에서, 광원은 각 펄스 간의 시간 간격이 10 μs 미만인 펄스를 방출할 수 있다.
개선된 광자 리소그래피 구현의 일부로서, 광원은 구현에 적합한 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단광자 리소그래피 구현의 경우, 광원은 단 하나의 레이저(예컨대, 다이오드)를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 2광자 리소그래피 구현의 경우, 광원은 2개의 레이저(예컨대, 가스 레이저)를 포함할 수 있다. 즉, 구현방식에 따라, 단광자- 또는 다광자- 리소그래피 기술들을 적용하여 젤 결합을 수행할 수 있다. 구현방식에 따라, 광원은 이를테면 접촉식 리소그래피, 투사식 리소그래피, 간섭식 리소그래피, 위상 마스크 리소그래피 또는 단층 촬영 리소그래피와 같은 임의의 유형의 단광자 리소그래피를 가능하게 할 수 있고/있거나, 광원은 이를테면 포인트 스캔 다광자 리소그래피, 다초점 다광자 리소그래피, 홀로그래픽 다광자 리소그래피, 또는 시간 집속형(temporally focused) 다광자 리소그래피와 같은 임의의 유형의 다광자 리소그래피를 가능하게 할 수 있다.
개선된 광자 리소그래피 구현의 일부로서, 시스템은 마스크를 추가로 포함할 수 있다. 마스크는 광 활성화가 필요한 영역들을 획정하는(demarcate) 역할을 한다. 즉, 마스크는 광원에서 방출되는 광을 선택적으로 차단, 반사(또는 일부 변형예에서는 위상 변경)할 수 있도록 젤 지지체(110)와 광원 사이에 위치하여, 광원이 젤 지지체(110)의 특정 영역에 있는 잠재 패터닝 재료(120)를 광 활성화하는 것을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 일부 변형예에서는 마스크의 등가물이 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서는(예컨대, 투사식 리소그래피 또는 홀로그래픽 리소그래피의 경우), 마스크의 디지털 등가물이 통합될 수 있으며, 이러한 마스크의 디지털 등가물은 마스크를 통과하는 광이 부분적으로 또는 완전히 차단되거나 반사되거나 위상이 변경되도록 유도할 수 있다. 마스크의 디지털 등가물의 예로는 디지털 미러 장치(DMD), 공간 광변조기(SLM) 및 위상 마스크(예컨대, 홀로그램)를 들 수 있다. 아울러, 노광 시간 또는 마스크 요소들의 개수를 이용하여 광 조사량을 제어할 수 있어, 주어진 영역 내에서 어느 정도의 패터닝이 가능하도록 할 수 있다. 또 다른 변형예에서는, 하나 또는 다수의 마스크를 사용하여, 광원이 2가지 이상의 각도에서 조명할 수 있는 리소그래피 구현에 본 시스템을 사용할 수 있다.
여러 변형예에서, 패터닝, 특히 패턴 구배와 관련하여 광도, 즉 빛의 세기가 포함될 수도 있다. 광도는 광원에서 직접 변경되거나 마스크 구현을 통해 변경될 수 있다. 이러한 방식으로 마스크를 통합하여 구배 패턴을 생성할 수 있다. 일 예에서, 가변적 밀도의(예컨대, 한 축을 따라 밀도가 증가하는) 물리적 마스크를 통합할 수 있다. 그런 후, 덜 조명된 영역(들)에 덜 활성화된 잠재 패터닝 재료가 결합되는 공간 패턴 구배가 생성될 수 있다. 또 다른 예에서는 디지털 마스크가 통합될 수 있다. 마찬가지로, 디지털 마스크를 통과하는 광의 투과를 감소시켜 구배 패턴을 생성할 수 있다.
일부 변형예에서, 나노제작 플랫폼, 보다 구체적으로 젤 지지체(110)를 표면에 부착시킬 수 있다. 이들 변형예에서, 시스템은 젤 지지체(110)를 표면에 부착시키는 결합기를 추가로 포함한다.
여러 변형예에서, 결합기는 실란으로 구성되며 표면을 관능화하는 기능을 하는데, 이러한 관능화에는 모노실란 커플링제를 사용하여 기판(예컨대, 유리)을 실란화하여, 중합체가 공유결합 또는 정전기적 결합을 통해 부착되는 안정적인 실록산 필름을 형성하는 것이 포함될 수 있다. 결합기를 구성할 수 있는 실란의 예로는 알킬 실란 및 아미노 실란, 이를테면 (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES), (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS)을 들 수 있다. 결합기의 구현을 통해, 시스템이 비교적 모든 모양 또는 거칠기의 대다수의 표면들(예컨대, 평면, 곡면, 울퉁불퉁한 표면 등)에 부착될 수 있게 된다. 젤 지지체(110)가 부착될 수 있는 표면의 예로는 유리, 실리콘, 금속/합금, 경질 플라스틱(예컨대, HDPE, 폴리프로필렌, 아크릴)을 들 수 있다.
실란 결합기에 대한 일 예로, 결합기는 일반 화학식 R'-(CH2)n-Si(OR)3의 모노실란(예컨대, 트리알콕시실란)일 수 있으며, 식에서, R'은 젤 지지체(110)에 결합할 수 있는 작용기이고, n ≥ 1이고, R은 알킬기이다. R의 예로는 Me, Et 또는 프로필을 들 수 있다. R'의 예로는 아크릴산 젤의 정전기적 결합을 위한 양성화된, 1차, 2차, 3차 또는 (영구 전하를 갖는) 4차 아민을 들 수 있다.
실란 결합기에 대한 또 다른 예에서, 결합기는 일반 화학식 R'-Ln-Si(OR)3의 실란 시제일 수 있으며, 식에서, R은 알킬기(메틸, 에틸 등)이고; L은 C-C, C-O 또는 C-N과 같은 안정적인 결합으로 구성된, 길이 n의 안정적인 유기 연결기이고; R'은 단계적 중합 또는 사슬 성장 중합이 가능하여, 라디칼 개시제 또는 중합 촉매의 존재 하에, 젤 지지체(110)와 공유결합을 형성할 수 있는 작용기이다.
대안적인 변형예에서, 결합기는 젤 지지체(110)의 전하와 반대 전하를 갖는 작용기이다. 젤 지지체(110)의 전하와 반대 전하를 갖는 작용기는 젤 지지체와의 수소 결합이 형성될 수 있게 하거나, 또는 젤 지지체에 중합되거나 젤 지지체에 공유결합을 통해 포함될 수 있다. 예를 들어, 관능화된 표면으로의 젤 지지체의 정전기적 결합을 촉진하기 위해, 해당 표면을 젤 지지체(110)의 전하와 반대 전하를 갖는, 합성 또는 천연의, 양이온성 거대분자/중합체로 코팅할 수 있다. 이러한 거대분자의 예로는 다가양이온, 이를테면 폴리-1-리신, 폴리에틸렌이민(PEI), 4차 아민염-함유 중합체, 디메틸아미노에틸메타크릴레이트(DMAEMA)의 중합체 등을 들 수 있다.
또 다른 변형예에서, 결합기는 본원에서 표면 결합 중합체 망상구조로 지칭되는 전체 중합체 망상구조를 포함할 수 있다. 표면 결합 중합체 망상구조는 젤 지지체(110) 내부 및/또는 주위에 매입될 수 있다. 일부 변형예에서, 표면 결합 중합체 망상구조는 알켄을 포함할 수 있다. 적절한 열역학적 조건에서 젤을 중합체 망상구조의 단량체 성분들로 세척함으로써 단량체 성분들이 중합할 수 있게 하여, 표면 결합 중합체 망상구조가 젤 지지체(110) 상에 또는 젤 지지체(110) 내에 혼입될 수 있게 된다. 일부 변형예에서는, 목표 표면에 표면 결합 중합체 망상구조가 미리 결합하여 있을 수 있다(예컨대, 하전된 표면 결합 중합체 망상구조가 혼입되어 반대 전하의 표면에 결합한 경우). 대안적으로, 표면 결합 중합체 망상구조를 (예컨대, 실란을 사용하거나 플라즈마 처리를 통해) 추가로 관능화하여 목표 표면에 결합하게 할 수 있다.
본 시스템은 광범위한 범위에 걸쳐 구현될 수 있으므로, 이하 본 발명의 범위를 설명하는 일련의 예시적인 시스템 변형예를 제시하고자 한다.
시스템 변형예 A1에서, 나노제작 플랫폼용 시스템은, 젤 지지체(110); 비-크산텐계 발색단을 포함하고, 젤 지지체에 선택적으로 결합하는 잠재 패터닝 재료(120); 및 잠재 패터닝 재료에 결합하는 배위 부위를 포함하는 빌드 재료를 포함한다. 일 예에서, 비-크산텐계 발색단은 다음으로 구성된 목록에서 선택되는 화합물을 포함한다: 폴리메틴 염료, 폴리메틴 염료 유도체, 스쿠아라인 염료, 스쿠아레인 염료 유도체, BODIPY계 염료 및 BODIPY계 염료 유도체. 폴리메틴 염료 및 폴리메틴 염료 유도체의 예로는 시아닌(헤미시아닌, 스트렙토시아닌, Cy3, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, 메로시아닌) 및 이들의 유도체(예컨대, 술폰화 유도체)를 들 수 있다. 스쿠아라인 염료 및 스쿠아라인 염료 유도체의 예로는 대칭 및 비대칭 인돌계 스쿠아레인, 및 술폰산염 기를 함유한 대칭 및 비대칭 벤조티아졸계 스쿠아레인을 들 수 있다. 비-크산텐계 염료의 다른 예로는 나프탈렌, 쿠마린, 옥사디아졸, 안트라센, 피렌, 페녹사진, 아크리딘, 테트라피롤(예컨대, 개방형 또는 환형 테트라피롤), 디피로메텐(예컨대, BODIPY) 및 아자디피로메텐(Aza-BODIPY)을 들 수 있다.
시스템 변형예 A1의 일부로서, 젤 지지체(110)는 아가로스, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드 및 실리콘으로 구성된 군에서 선택된다.
시스템 변형예 A1의 일부로서, 빌드 재료(130)는 금속 칼코겐화물(여기서 금속은 Ge, Al, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, Tl, Cu, 또는 이들의 조합 및 칼코겐, 이를테면 S, Se, Te 또는 이들의 조합); 프닉타이드, 및 XIII족 원소(이를테면, B, Al, Ga, In, Tl, 또는 이들의 조합)와 프닉토겐 원소(이를테면, N, P, As 및 Sn)로부터 생성되는 프닉타이드 다형체; 실험식 MxOy의 금속 산화물(식에서, M은 Bi, Sn, Cr, Co, Mn, Mo, Ti, Zn, Zr, Cu, Fe, Ni, Eu, Dy, Pr, Ce, Sm, 또는 La와 같은 금속이다); 및 탄소 및 그의 동소체, 규소, 게르마늄, 주석, 실리콘카바이드(3C, 4H, 6H, -SiC), 실리콘게르마늄 및 실리콘주석으로 구성된 군에서 선택된다.
시스템 변형예 A2에서, 나노제작 플랫폼용 시스템은, 젤 지지체(110); 반응기를 포함하는 감광성 잠재 패터닝 재료(120); 및 잠재 패터닝 재료에 결합하는 배위 부위를 포함하는 빌드 재료(130)를 포함한다. 반응기는 잠재 패터닝 재료와 반응 중간체 간의 광반응을 통해 젤 지지체에 선택적으로 결합한다. 이 시스템은 반응기와 반응 중간체 간의 상호작용을 활용하여 젤 결합이 향상될 수 있게 하는 기능을 한다. 이러한 A2 변형예에서, 시스템은 제어 체적을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 제어 체적은 젤 지지체를 수용하는 역할을 하고, 충분히 밀폐되어 있어 반응성 중간체의 농도 조절이 가능하다. 여러 예에서, 반응성 중간체는 라디칼 형성이 가능한 소분자를 포함한다. 일부 예에서, 반응성 중간체는 산소를 포함한다. 제어 체적을 포함하는 본 예의 구현방식에서, 제어 체적은 (예컨대, 내부로의 산소 펌핑을 가능하게 하기 위해) 제어식 입구와 (예컨대, 내부 압력을 유지하기 위해) 제어식 출구를 추가로 포함할 수 있다. 시스템 A1의 일부 구현방식에서, 잠재 패터닝 재료는 폴리메틴 염료 또는 폴리메틴 염료 유도체를 포함한다. 시스템 A1의 다른 구현방식에서, 잠재 패터닝 재료는 스쿠아레인 또는 스쿠아레인 유도체를 포함한다. 시스템 A1의 또 다른 구현방식에서, 잠재 패터닝 재료는 BODIPY계 염료, 또는 BODIPY계 염료 유도체를 포함한다.
시스템 변형예 A3에서, 나노제작 플렛폼용 시스템은, 젤 지지체(110); 감광성 잠재 패터닝 재료(120); 잠재 패터닝 재료에 결합하는 배위 부위를 포함하는 빌드 재료; 및 초단 광 펄스를 제공할 수 있는 광원을 포함한다. 보다 구체적으로, 광원은 (적절한 파장의) 짧은 광 펄스를 제공할 수 있으며, 이때 광 펄스 간의 시간 간격은 잠재 패터닝 재료(120)의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧다. 시스템 변형예 A3은 잠재 패터닝 재료(130)의 여기된 삼중항 상태를 활용하여 고속 대량 제작 시스템을 제공하는 기능을 한다.
즉, 광원은 잠재 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태에 따라 대략 밀리초 내지 피코초 범위의 광 펄스들을 제공할 수 있도록 기능하는 것이 바람직하다. 시스템 기능성의 일부로서, 시스템은 광원이 잠재 패터닝 재료(120)의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧은 시간 간격의 펄스들을 제공하는 내파 제작 작동 모드를 가질 수 있다. 일 예에서, 잠재 패터닝 재료는 여기된 삼중항 상태의 수명이 대략 10 μs인 Sulfo-Cy5로 이루어진다. 이 예의 경우, 내파 제작 작동 모드 시, 광원은 10 μs 미만의 시간 간격의 펄스들을 제공한다. 개선된 리소그래피 제조 플랫폼의 일부로서, 시스템 변형예 A3은 펄스형 광원(예컨대, 티타늄 사파이어 또는 에르븀이 도핑된 섬유 레이저 광원) 및/또는 다수의 펄스들의 폭발적인 생성을 가능하게 하는 구성요소를 포함할 수 있다. 두 번째 예에서, 잠재 패터닝 재료는 여기된 삼중항 상태의 수명이 대략 1 ps 내지 250 ps 범위인 스쿠아레인 또는 스쿠아레인 유도체를 포함할 수 있다. 이 예에서 내파 제작 작동 모드 시, 광원은 펄스 간의 시간 간격이 대략 0.1 ps 내지 100 ps 정도인 펄스들을 제공한다. 즉, 광원은 펄스 간의 시간 간격이 스쿠아레인 또는 스쿠아레인 유도체의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧은 펄스들을 제공한다.
시스템 변형예 A4에서, 나노제작 플랫폼용 시스템은, 젤 지지체(110); 감광성 잠재 패터닝 재료; 잠재 패터닝 재료에 결합하는 배위 부위를 포함하는 빌드 재료; 및 젤이 표면에 부착될 수 있게 하는 결합기를 포함한다. 상기 시스템 변형예 A4는 표면 상에서의 나노제작을 가능하게 한다. 즉, 나노제작 공정 시, 젤 지지체(110)는 결합기를 통해 표면에 부착될 수 있다.
시스템 A4의 여러 변형예에서, 결합기는 실란 및/또는 실록산으로 구성된다. 실란 및/또는 실록산은 표면의 실란화 처리를 가능하게 할 수 있다. 시스템 A4의 일 구현방식에서, 결합기는 일반 화학식 R'-(CH2)n-Si(OR)3의 모노실란을 포함하며, 식에서, R'은 젤 지지체를 결합할 수 있는 작용기이고, R은 알킬기이고, n ≥ 1이다. 시스템 A4의 다른 예에서, 결합기는 일반 화학식 R'-Ln-Si(OR)3의 실란 시제를 포함하며, 식에서, R은 알킬기이고; L은 C-C, C-O 또는 C-N 결합으로 구성된, 길이 n의 안정적인 유기 연결기이고; R'은 단계적 중합 또는 사슬 성장 중합이 가능하여 젤 지지체와 공유결합을 형성할 수 있는 작용기이다.
시스템 A4의 또 다른 변형예에서, 결합기는 젤 지지체(110)의 전하와 반대 전하를 갖는 작용기를 포함한다.
시스템 변형예들 A2, A3 및 A4와 같은 몇몇 구현의 일부로서, 잠재 패터닝 재료(120)는 비-크산텐계 발색단을 포함할 수 있다. 이들 변형예의 제1 구현방식에서, 비-크산텐계 발색단은 폴리메틴 염료를 포함한다. 이들 변형예의 제2 구현방식에서, 비-크산텐계 발색단은 폴리메틴 염료 또는 폴리메틴 염료 유도체를 포함한다. 대안적으로, 시스템 변형예 A2, A3 및 A4의 경우, 잠재 패터닝 재료(120)는 폴리메틴(예컨대, 시아닌, 스쿠아레인), 나프탈렌, 쿠마린, 옥사디아졸, 안트라센, 피렌, 페녹사진, 아크리딘, 테트라피롤, 디피로메텐(예컨대, BODIPY) 및 아자디피로메텐(Aza-BODIPY)을 포함한 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물로 이루어질 수 있다.
시스템 변형예들 A1, A3 및 A4와 같은 몇몇 구현의 일부로서, 잠재 패터닝 재료(120)는 반응기를 포함할 수 있으며, 상기 반응기는 잠재 패터닝 재료와 반응 중간체 간의 광반응을 통해 젤 지지체(110)에 선택적으로 결합한다. 이러한 반응성 중간체는 라디칼 형성이 가능한 소분자를 포함할 수 있다. 시스템 변형예들 A1, A3 및 A4의 일 구현예에서, 반응성 중간체는 산소를 포함한다.
시스템 변형예들 A1, A2, A3 및 A4와 같은 몇몇 구현의 일부로서, 젤 지지체는 수화된 젤(즉, 팽윤된 젤)을 포함할 수 있다. 이들 구현방식에서, 시스템은 기계식 스페이서를 추가로 포함할 수 있거나, 또는 젤 지지체(110)의 두께를 정하는 제어된 조건 하에서 스핀 코팅될 수 있다. 이들 구현은 포토리소그래피에 특히 유용할 수 있고, 개선된 리소그래피 구현들의 일부로 추가로 포함될 수 있다. 일 구현방식에서는 팽윤된 젤을 포토리소그래피 공정의 일부로서 적용한다. 제2 구현방식에서는 팽윤된 젤을 다광자 리소그래피 공정의 일부로서 적용한다.
시스템 변형예들 A1, A2 및 A3과 같은 몇몇 구현의 일부로서, 시스템은 젤 지지체(110)가 표면에 부착될 수 있게 하는 결합기를 추가로 포함할 수 있다. 이들 시스템 변형예의 일 예에서, 결합기는 실란 또는 실록산으로 구성된다.
시스템 변형예들 A1, A2, A3 및 A4와 같은 몇몇 구현의 일부로서, 시스템은 리소그래피 마스크를 추가로 포함할 수 있다. 마스크는 광이 젤 지지체의 소정의 영역들 상에서의 광을 차단하거나 감소시키는 기능을 할 수 있다. 마스크는 물리적 마스크일 수 있거나, 또는 광을 차단하거나 감소시키는 픽셀들로 이루어진 디지털 마스크일 수 있다. 이들 시스템 A1, A2, A3 및 A4의 일 구현방식에서, 마스크는 디지털 마이크로미러 장치를 포함한다. 이들 시스템 A1, A2, A3 및 A4의 제2 구현방식에서, 마스크는 공간 광변조기를 포함한다. 이들 시스템 A1, A2, A3 및 A4의 제3 구현방식에서, 마스크는 위상 마스크를 포함한다.
3. 방법
도 9에 나타낸 바와 같이, 3차원 나노제작용 방법은 젤을 패터닝하는 단계(S120)를 포함하며, 이는 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키고, 빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하여 3차원 제작을 구축하고, 3차원 나노제작물을 축소시키는 단계를 포함한다. 젤을 패터닝하는 단계(S120)는, 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키는 단계(S122)와; 젤 내의 특정 위치에서, 패터닝 재료를 광 활성화함으로써(S124) 패터닝 재료가 상기 특정 위치에서 젤에 선태적으로 결합하게 하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 변형예에서, 젤을 패터닝하는 단계(S120)는 미결합 패터닝 재료를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은 목표로 하는 젤 매트릭스 내부에 원하는 빌드 재료로 이루어진 목표 구성/물체를 형성하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 본 방법은 (광 활성화에 의해) 감광성을 띠는 패터닝 재료 상에 목표로 하는 제작물의 확대 버전을 매핑한 후, 광 활성화된 패터닝 재료 상에 빌드 재료를 적층시켜 확대된 제작물을 구축하는 수단을 제공한다. 더욱이, 본 방법은 전체 구조를 적절한 크기로 축소할 수 있게 한다. 일부 변형예에서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 방법은 젤 셋업 단계(S110)를 추가로 포함한다. 젤 매트릭스를 셋업하여 패터닝 공정을 위한 지지체 망상구조를 제공한다. 구현방식에 따라, 방법은 위에서 언급된 방법의 임의의 하나, 다수 또는 모든 단계들을 포함할 수 있다. 본 방법은 전술한 시스템을 사용하여 구현될 수도 있지만, 적절한 시스템 기준을 충족하는 어떠한 일반 시스템으로도 구현될 수 있다.
본 방법은 광범위한 분야에서 구현될 수 있다. 광범위한 기능성과 빌드 재료를 갖춘 대다수의 구성/물체를 본 방법을 적용시켜 제작할 수 있다. 본 방법은 고정밀 나노 크기 재료를 필요로 하는 분야(즉, 나노 기술)에서 특히 유용할 수 있다. 이러한 분야들의 예로는 전자공학 선도(leading) 및 전자 기본 구성품 제작 분야(예컨대, 저항기, 커패시터, 인덕터, 솔레노이드, 변압기, 다이오드, 안테나, 공진기, 전자석, 멤리스터(memristor) 등); 광학 및 광학 기본 구성품 제작 분야(예컨대, 웨이브가이드, 프리즘, 격자, 프레넬 렌즈, GRIN 렌즈, 메타 렌즈, 렌즈 어레이, 존 플레이트, 역설계 구조, 이득 매질(gain medium), 광결정, 선형 편광판, 원형 편광판, 광학 절연체, 반사 광학소자, 광 공동); 기계공학 선도 및 기계 기본 구성품 제작 분야(예컨대, 기어, 래칫, 스프링, 선형 모터, 회전 모터, 구조 격자, 기계식 메타재료, 볼 소켓 조인트, 경첩, 체인, 기계식 스위치)를 들 수 있다. 또한, 본 방법은 복잡한 모터, 마이크로칩, 레이저, LED, 회절 신경망 등과 같은 보다 복잡한 물체의 제작을 위해 구현될 수 있다.
일부 변형예에서, 본 방법은 젤 셋업 단계(S110)를 포함한다. 젤 셋업 단계(S110)는 나노제작을 위한 다차원 지지체를 만드는 역할을 한다. 대안적으로, 본 방법은 나노제작을 위해 기존의 젤 또는 다른 다차원 지지체를 활용할 수 있다. 젤은 다른 구성요소들과 반응하지 않는 임의의 원하는 유형일 수 있다. 여러 변형예에서, 젤 유형은 구현방식에 따라 다를 수 있다. 젤의 예로는 아가로스, 아크릴레이트(예컨대, 폴리아크릴레이트), 메타크릴레이트, 아크릴아미드 및 실리콘을 들 수 있다.
일부 변형예에서, 젤 셋업 단계는 젤을 표면에 부착시키는 단계를 포함할 수 있다. 젤을 표면에 부착시키는 단계는 표면 상에서의 방법 기능성을 활성화하는 역할을 할 수 있다. 즉, 젤이 표면에 부착되는 동안 방법의 모든 단계들(예컨대, 젤 조명, 젤 패터닝, 젤 수축 등)이 수행될 수 있다. 또한, 표면은 빌드 구성에 영향을 미칠 수 있는 독특한 모양을 가질 수 있다. 젤을 표면에 부착시키는 단계는 목표 표면에 결합하고 젤 매트릭스에 결합하거나 젤 매트릭스에 혼입되는 결합기(예컨대, 실란, 실록산)를 혼입시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서는 추가적인 중합체 망상구조를 셋업할 수 있다. 추가적인 중합체 망상구조를 셋업하는 단계는 젤(110)의 초기 셋업 단계 이후 언제라도 수행될 수 있다(예컨대, 젤(120)의 패터닝 이전, 도중 또는 이후; 빌드 재료(130) 적층 이전, 도중 또는 이후; 재료 수축(S140) 이전, 도중 또는 이후). 이러한 이차적 중합체 망상구조를 셋업하는 단계는 패터닝 재료 및/또는 빌드 재료를 안정화하는 데 도움을 주는 역할을 할 수 있다.
일부 구현방식에서, 추가적인 중합체 망상구조는 결합기로서 혼입될 수 있다. 이들 구현방식에서, 추가적인 중합체 망상구조를 셋업하는 단계는 젤 내부 및/또는 젤 위에 중합체 망상구조(즉, 표면 결합 중합체 망상구조)를 혼입하여 젤이 표면에 결합할 수 있게 하는 단계를 포함할 수 있다. 표면 결합 중합체 망상구조를 셋업하는 단계는 적절한 열역학적 조건에서 단량체 성분으로 젤을 세척하여 단량체 성분들이 중합되면서 표면 결합 중합체 망상구조를 형성하도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로는, 표면 결합 중합체 망상구조 셋업을 위해 임의의 다른 중합체 혼입 방법들을 구현할 수 있다. 구현방식에 따라, 표면 결합 중합체 망상구조는 목표 표면에 결합하도록(예컨대, 표면과 표면 결합 중합체 망상구조의 상보적인 극성 또는 전하) 미리 설정되어 있을 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 표면 결합 중합체 망상구조는 표면 결합을 위한 준비가 되어 있어야 한다. 일 예로, 표면 결합 중합체 망상구조를 실란으로 관능화하여 유리 결합(glass binding)이 가능하도록 만든다. 대안적으로, 표면 결합 중합체 망상구조를 플라즈마 처리를 통해 관능화한다.
젤을 패터닝하는 단계를 포함하는 블록 S120에서는 패터닝 재료를 젤에 결합시켜 목표 제작물을 패터닝(즉, 매핑)하는 기능이 수행된다. 젤을 패터닝하는 단계(S120)는, 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키는 단계(S122)와; 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)를 포함한다. 바람직하게, 패터닝 재료는 감광성 재료이므로, 패터닝 재료를 광 활성화하면 젤과 패터닝 재료 간의 상호작용이 변화될 수 있다(예컨대, 결합, 분리(unbinding)). 가장 단순한 형태로 말하자면, 광 활성화된 패터닝 재료가 있는 젤 영역들이 제자리에 고정되거나 젤에 결합될 수 있다. 목표 제작물의 모양을 추적하여 표시하는 방식으로 패터닝 재료를 특이적으로 광 활성화하면 결합된 패터닝 재료에 의한 목표 제작물의 매핑이 생성될 수 있다. 미결합 잠재 패터닝 재료는 세척과정으로 제거하여, 제작용으로 원하는 패터닝만 남도록 할 수 있다. 복잡한 구조의 경우에는 최종 목표 제작물의 매핑이 생성될 때까지 젤을 패터닝하는 단계(S120)와 그 하위 단계들을 여러 번 반복할 수 있다.
젤을 패터닝하는 단계(S120)에 사용되는 패터닝 재료(발색단, 접합 재료 또는 염료라고도 지칭된다)는 임의의 원하는 유형 또는 유형들의 재료일 수 있다. 즉, 패터닝 재료는 젤 위에 패터닝되는 단일 화합물 또는 별개의 다종 화합물일 수 있다. 해당 화합물 또는 화합물들은 젤의 별개의 영역들에 걸쳐 패턴을 생성할 수 있거나 영역들 사이에 불규칙하게 분포될 수 있다. 패터닝 재료의 유형 또는 유형들과 그 분산은 구현방식에 따라 다를 수 있다.
패터닝 재료는 단일 또는 다종의 관능성 분자 또는 분자 세그먼트를 포함할 수 있으며, 각각의 단일 또는 다종 분자는 패터닝 재료에 원하는 관능성(예컨대, 인광성, 감광성, 결합 부위(들), 증가/감소된 용해도 등)을 부여한다. 지금까지의 모든 관능성을 "세그먼트"로 지칭할 수 있으며, 이때 세그먼트는 특정 관능성을 가능하게 하며, 일반성을 잃지 않으면서 한 분자의 일부, 단일 분자의 일부 또는 다종 분자의 일부를 동일하게 나타낼 수 있다.
패터닝 재료는 반응기 세그먼트를 포함할 수 있다. 반응기 세그먼트는 빌드 재료의 결합을 가능하게 하는 데 사용되는 반응기를 포함한다. 반응기 세그먼트는 패터닝 재료를 빌드 재료에 결합할 수 있는 임의의 분자(들)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 반응기 세그먼트는 (예컨대, 알로스테릭 결합 또는 광 활성화에 의해) 활성이 시작되거나 중단될 수 있다. 일부 변형예에서는 반응기 세그먼트가 항상 활성 상태이다. 일부 변형예에서, 반응기 세그먼트 결합은 일단 반응기 세그먼트가 (예컨대, 광 활성화에 의해) 활성화된 후에만 결합이 발생하도록 활성화될 수 있다. 대안적인 변형예에서는,반응기 세그먼트가 초기에 활성화될 수 있으며, 이에 따라 빌드 재료가 패터닝 재료에 직접 결합될 수 있게 된다. 반응기 세그먼트가 (예컨대, 광 활성화를 통해) 활성화되면 빌드 재료가 해제되므로 이를 세척 과정으로 제거할 수 있으며, 이로써 "삭제(erasure)"를 통한 구조체의 패터닝이 가능해진다.
일부 변형예에서, 다종의 반응기를 함유한 재료를 적층시켜 반응기의 개수를 증폭시킬 수 있다. 이들 변형예에서, 본 방법은 반응기가 풍부한 화합물을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 반응기를 증폭시키는 단계는 패터닝 재료의 젤 결합 속도 및/또는 능력을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 일부 예에서, 반응기가 풍부한 화합물을 적층시키는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시키는 단계를 포함한다.
일부 변형예에서, 패터닝 재료는 반응기 세그먼트를 포함하지 않거나, 차선의 반응기 세그먼트(즉, 원하는 빌드 재료와의 충분한 결합을 가능하게 하지 않는 반응기 세그먼트)를 포함한다. 이들 변형예에서, 본 방법은 패터닝 재료를 프라이밍하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 패터닝 재료를 프라이밍하는 단계는 반응기 세그먼트를 패터닝 재료에 첨가하거나 개질하여 빌드 재료가 패터닝 재료에 더 잘 결합할 수 있도록 하는 작용이다. 잠재 패터닝 재료를 프라이밍하는 단계는 원하는 분자 서열을 생성하거나 획득하고 이를 패터닝 재료에 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 패터닝 재료를 프라이밍하는 단계는 분자 기술을 사용하여 현재 반응기 세그먼트를 원하는 서열로 변경하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 패터닝 재료를 프라이밍하는 단계는, 단백질을 생성하기 전에, 재조합 기술을 사용하여 원하는 분자 서열의 DNA 전구체를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
반응기 세그먼트는 빌드 재료 결합을 가능하게 하는 임의의 분자(들)를 포함할 수 있다. 접합 세그먼트의 예로는 1차 아민, NHS, 카복실산, 설프히드릴, 말레이미드, 알켄, 알킨, 아지드, 테트라진, 테트라졸, 디플루오르화 사이클로옥틴(DIFO), DIBO, BARAC, DBCO, 비오틴, 아비딘/스트렙타비딘, 단백질(예컨대, 항체/효소), 핵산(예컨대, DNA, RNA, LNA, PNA), 지질(예컨대, 탄화수소, 탄화불소) 및 덴드리머를 들 수 있다.
패터닝 재료는 감광성 세그먼트를 포함할 수 있다. 감광성 세그먼트는 젤 결합 세그먼트에 기능적으로 연결될 수 있다. 감광성 세그먼트는 패터닝 재료의 감광 영역으로서의 기능을 하며, 이때 감광성 세그먼트 상의 적절한 파장의 광은 절 결합 세그먼트의 결합을 활성화하거나 비활성화하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 감광성 세그먼트는 패터닝 재료를 광 활성화하여 젤의 패터닝(S120)을 가능하게 한다. 일부 대안적인 변형예에서, 감광성 세그먼트는 반응기 세그먼트의 결합 또는 분리를 가능하게 할 수 있다.
일부 변형예에서는, 다수 유형의 별개 잠재 패터닝 재료를 혼입시킬 수 있다(예컨대, 2가지 별개 패터닝 재료 유형, 이때 각각은 별개의 배위 부위를 통해 서로 다른 빌드 재료와 연관됨). 이들 변형예의 패터닝 재료의 경우, 각 유형의 패터닝 재료가 별개의 광 대역폭에 민감한 감광성 세그먼트를 가질 수 있으므로, 제1 광 대역폭에 의한 광 활성화를 통해 제1 패터닝 재료를 패터닝하는 과정은 제2 광 대역폭에 의한 광 활성화를 통해 제2 패터닝 재료를 패터닝하는 과정에 영향을 미치지 않는다. 이는 별개의 패터닝 재료로 젤을 패터닝하는 단계(S120)를 가능하게 하여, 각 재료가 차후에 서로 다른 빌드 재료에 결합될 수 있게 된다.
감광성 세그먼트는 자체의 화학적 구성에 의해 정해지는 전자기파의 임의의 목표 대역폭에 대해 "광" 감도를 가질 수 있다. 일부 변형예에서, 감광 영역은 가시 스펙트럼에 속하거나 그에 가까운 광 대역폭(예컨대, 청색광, UV 광, 적색광, 적외선 등)에 대해 감도를 가질 수 있다. 원하는 대로 화학구성에 의해 정해지는 감도는 넓거나 좁은 대역폭을 아우를 수 있다. 젤 결합 세그먼트가 활성화 및 비활성화될 수 있는 변형예의 경우, 감광성 세그먼트는 가시 스펙트럼의 다수의 별개 영역에 대해 감광성일 수 있다. 예를 들어, 젤 결합을 활성화하는 데 적색광이 사용될 수 있고, 젤 결합을 방지하거나 역전시키는 데에는 녹색광이 사용될 수 있다.
감광성 세그먼트는 감광성을 가능하게 하는 임의의 화학구성, 즉 광화학구성을 포함할 수 있다. 감광성 세그먼트를 구성할 수 있는 가능한 광화학 분자의 예로는 플루오레세인, 로다민, 시아닌, 스쿠아레인, 나프탈렌, 쿠마린, 옥사디아졸, 안트라센, 피렌, 페녹사진, 아크리딘(acridine), 테트라피롤 및 디피로메텐(예컨대, BODIPY) 및 아자디피로메텐(Aza-BODIPY)을 들 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 구현방식에 따라, 감광성 세그먼트는 전술한 또는 그 외 다른 광화학구성들 중 임의의 하나 또는 조합을 포함할 수 있다.
패터닝 재료는 젤 결합 세그먼트를 포함할 수 있다. 젤 결합 세그먼트는 젤에 결합하는 기능을 할 수 있다. 젤 결합 세그먼트는 젤에 결합하거나 결합을 가능하게 하는 임의의 분자(들)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서는, 패터닝 재료의 젤 결합 세그먼트가 항상 젤에 결합하도록, 젤 결합 세그먼트가 항상 활성일 수 있다. 일 변형예에서, 젤 결합 세그먼트는 (예컨대, 알로스테릭 결합 또는 광 활성화에 의해) 활성이 시작되거나 중단될 수 있다. 일부 변형예에서는, 젤 결합 세그먼트가 "양성적으로 활성화"될 수 있어, 젤 결합 세그먼트가 활성화된 후에만 결합이 발생하게 된다. 제2 변형예에서는, 젤 결합 세그먼트가 "음성적으로 활성화"될 수 있어, 잠재 패터닝 재료가 초기에는 젤에 (예컨대, 광 활성화를 통해) 결합할 수 있지만 더 이상 젤에 결합할 수 없게 되고 젤에서 해제될 수 있다. 제3 변형예에서는 젤 결합 세그먼트가 양성적으로도 활성화될 수 있고 음성적으로도 활성화될 수 있어, 패터닝 재료가 형태(conformation)를 변경해 가면서 젤에 결합할 수도, 젤에서 해제될 수도 있다. 예를 들어, 젤 결합 세그먼트는 각자 서로 다른 광 밴드에 민감한 하나 이상의 감광성 세그먼트에 연결될 수 있다. 이 예에서, 광의 제1 밴드(예컨대, 청색광)에 의한 광 활성화는 젤 결합 세그먼트를 활성화하여 젤 결합 세그먼트가 젤에 결합할 수 있게 하고, 제2 광 밴드(예컨대, 적색광)에 의한 광 활성화는 젤 결합 세그먼트를 비활성화하여 젤 결합 세그먼트가 젤에 결합할 수 없게 한다.
일부 변형예에서, 본 방법은 패터닝 재료에 의한 젤 결합 반응을 활용하는 것을 포함할 수 있다. 반응기 세그먼트에 따라, 패터닝 재료(예컨대, 발색단)와 반응성 중간체 간의 광반응은 라디칼 반응을 통해 젤의 결합을 촉진한다. 반응성 중간체의 농도를 조절함으로써 패터닝 재료가 젤에 결합하는 속도를 조정할 수 있다.
패터닝 재료를 젤 전체에 걸쳐 분산시키는 단계를 포함하는 블록 S122는 젤을 패터닝하는 단계(S120)의 한 요소일 수 있다. 패터닝 재료를 젤 전체에 걸쳐 분산시키는 단계(S122)는 나노제작물을 형성하기 위한 인프라를 제공하는 역할을 한다. 일부 변형예에서, 패터닝 재료를 젤 전체에 걸쳐 분산시키는 단계(S122)는 패터닝 재료를 젤 전체에 균일하게 적층시키는 단계이다. 이는 젤이 패터닝 재료로 포화될 때까지 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 흐르게 함으로써 이루어질 수 있다. 음성적 활성화가 가능한 변형예에서, 패터닝 재료의 젤 결합 세그먼트는 젤에 포화 수준에 이를 때까지 결합한다. 양성적 활성화가 가능한 변형예에서는 젤 결합 세그먼트가 젤 결합을 위해 활성화되어야 하므로 젤 전체에 걸쳐 자유롭게 확산될 수 있다.
대안적으로, 패터닝 재료를 젤 전체에 걸쳐 분산시키는 단계(S122)는 패터닝 재료가 불균일하게 적층되는 것을 가능하게 할 수도 있다. 예를 들어, 단방향 유동(예컨대, 미세유체 사용)은 패터닝 재료가 유입되는 젤 쪽에 고농도 적층을 가능하게 하고 패터닝 재료가 유출되는 젤 쪽에는 저농도 적층을 가능하게 함으로써 패터닝 재료의 구배를 형성할 수 있다. 방향성 유동을 이용하면 젤의 기하형태에 따라 모든 원하는 적층 구배를 구현할 수 있다. 특정 시간에 걸쳐 유동을 제한함으로써, 젤 전체에 걸쳐 잠재 패터닝 재료의 농도 구배가 생성될 수 있다. 패터닝 재료의 적층 구배는 최종 나노제작물(예컨대, 렌즈와 같은 광학 기본 구성품의 구조체)에 여러 구배를 형성할 수 있게 한다.
패터닝 재료를 광 활성화하는 단계를 포함하는 블록 S124는 젤을 패터닝하는 단계(S120)의 하는 한 요소일 수 있다. 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)는 결합된 패터닝 재료를 사용하여 제작물 구조의 모양을 매핑하는 역할을 한다. 즉, 결합된 패터닝 재료는 확산 중인 미결합 잠재 패터닝 재료 내에서 목표 제작물의 형상 및 구조를 획정할 수 있다. 또한, 다양한 농도의 패터닝 재료를 통해 목표 제작물 내에 여러 구배를 획정할 수도 있다. 구현방식에 따라, 목표 제작물의 전반적인 모양/구조, 또는 목표 제작물의 전반적인 모양/구조의 음각(negative)(예컨대, 몰드) 부분이 경계범위에 포함될 수 있다. 바람직한 변형예에서는, 미결합 패터닝 재료는 세척 과정으로 제거할 수 있다. 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)는 패터닝 재료 내 원하는 감광성 세그먼트들이 활성화되도록 적절한 파장의 집속광 또는 광빔을 조사하는 단계를 포함한다. 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)에는 광빔(들)의 공간 집속 및 노광 시간 둘 다 고려될 수 있다. 광빔(들)의 공간 집속을 이용하여 목표 제작물(또는 그의 음각 공간)을 물리적으로 형성할 수 있다. 광빔의 노광 시간(즉, 주어진 영역에 빔이 집속된 시간)은 주어진 영역에 재료의 농도를 "형성"하는 데, 즉, 주어진 영역에 다양한 농도의 패터닝 재료를 적층(또는 제거)시키는 데 이용될 수 있다.
패터닝 재료의 광 활성화 효과는 광이 패터닝 재료에 어떻게 조사되는지에 크게 좌우될 수 있다. 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태의 수명을 활용함으로써, 패터닝 재료의 광 활성화 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 일부 변형예에서, 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태보다 짧은 시간 간격의 광 펄스들을 제공하는 단계를 포함한다. 이 펄스 속도는 구현된 패터닝 재료에 따라 다를 수 있다. 발색단의 경우, 여기된 삼중항 상태의 수명은 일반적으로 마이크로초 내지 피코초 범위이다.
양성적 활성화가 가능한 제1 변형예에서, 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)는 패터닝 재료가 (예컨대, 패터닝 재료의 젤 결합 세그먼트가) 젤에 결합할 수 있게 한다. 음성적 활성화가 가능한 제2 변형예에서, 잠재 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)는 잠재 패터닝 재료가 (예컨대, 잠재 패터닝 재료의 젤 결합 세그먼트가) 젤에서 해제될 수 있게 한다.
상기 제1 변형예의 일부로서, 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)와 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키는 단계(S122)를 동시에 수행할 수 있으며, 이로써 잠재 패터닝 재료가 존재하는 광 활성화된 영역들은 (예컨대, 활성화된 젤 결합 세그먼트들은) 젤에 결합되고, 활성화되지 않은 다른 패터닝 재료는 흘려 보내거나 세척 과정으로 제거한다.
상기 제1 변형예(양성적 활성화가 가능한 변형예)의 제1 구현방식에서, 블록 S124는 제작물의 실제 디자인과 일치하는 영역이 광 활성화되도록 수행된다. 즉, 제작물의 모양과 구조를 획정하는 영역들만 광 활성화되며, 이에 따라 패터닝 재료는 제작물의 모양과 구조를 획정하는 영역들에만 결합된 상태로 유지된다.
상기 제1 변형예(양성적 활성화가 가능한 변형예)의 제2 음성적 구현방식에서, 블록 S124는 제작물의 실제 디자인과 일치하지 않는 영역들이 광 활성화되도록 수행된다. 다시 말해, 음각 영역들, 즉 제작물과 일치하지 않는 영역들만 광 활성화된다. 이러한 제2 구현방식에서, 잠재 패터닝 재료는 목표 제작물의 음각 영역들에 결합되어 있으면서, 제작용 몰드를 획정한다.
음성적 활성화가 가능한 제2 변형예의 일부로서, 초기에 패터닝 재료를 젤 전체에 걸쳐 분산시켜 젤이 완전히 또는 부분적으로 포화되고 결합되도록 할 수 있다. 그런 후에는 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)를 수행하여 원치 않는 패터닝 재료를 해제시킬 수 있으며, 필요한 경우, 이러한 원치 않는 패터닝 재료를 세척 과정으로 제거할 수 있다.
상기 제2 변형예(음성적 활성화가 가능한 변형예)의 제1 구현방식에서, 블록 S124는 제작물의 실제 디자인과 일치하지 않는 영역들이 광 활성화되도록 수행된다. 다시 말해, 음각 영역들, 즉 제작물과 일치하지 않는 영역들만 광 활성화되며, 이에 따라 패터닝 재료가 음각 영역들로부터 해제된다. 이러한 제1 구현방식에서, 패터닝 재료는 목표 제조물을 획정하는 영역에 결합된 상태로 유지되며, 음성적으로 광 활성화된 잠재 패터닝 재료는 세척 과정으로 제거된다.
상기 제2 변형예(음성적 활성화가 가능한 변형예)의 제2 음성적 구현방식에서, 블록 S124는 제작물의 실제 디자인과 일치하는 영역이 광 활성화되도록 수행된다. 다시 말해, 제작물의 모양과 구조를 획정하는 영역들만 광 활성화되며, 이에 따라 제작물의 모양과 구조를 획정하는 잠재 패터닝 재료가 해제된다. 이러한 제2 구현방식에서, 패터닝 재료는 음각 영역들, 즉 제작물과 일치하지 않는 영역들에 결합된 상태로 유지되면서, 제작용 몰드를 획정한다.
"더 단순한" 제작 구현방식에서는, 블록 S124를 단 한 번 수행하여, 제작물의 구조를 패터닝 재료 상에 완전히 매핑할 수 있다. 제작 복잡성(예컨대, 다종 재료 제조, 복잡한 3차원 구조, 구배 등)에 따라, 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)는 잠재 패터닝 재료의 특정 영역들을 여러 번 결합 활성화/결합 비활성화하여 제작물의 양각 및/또는 음각 영역들 모두를 형성하는 일련의 광 활성화 단계들을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 젤을 패터닝하는 단계(S120)는 교대로 반복되는 빌드 재료 적층 단계(S130)를 추가로 포함할 수 있다.
또한 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)는 제작 시 구배를 형성하기 위한 프레임워크를 제공하는 데 사용될 수도 있다. 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)는 패터닝 재료를 공간적 및 시간적으로 모두 활성화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 패터닝 재료의 특정 영역에 광빔을 더 오랜 시간 동안 및/또는 더 큰 세기로 조사하면, 주어진 영역에 더 많은 농도의 잠재 패터닝 재료가 광 활성화됨에 따라, 젤의 한 영역에 더 많은 농도의 패터닝 재료가 결합할 수 있게 된다. 구배 구현은 렌즈와 프리즘 제작에 특히 유용할 수 있다. 결합된 패터닝 재료의 농도 구배는 주어진 공간 영역에 걸쳐 광 활성화 시간을 증가/감소시킴으로써 형성될 수 있다.
일부 변형예에서, 젤을 패터닝하는 단계(S120)는 리소그래피 기술을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)를 위해 보다 정밀하고 조율된 방법을 제공하는 역할을 할 수 있으며, 이때 리소그래피 기술은 패터닝 재료를 어떻게 그리고 어디에서 광 활성화할지 결정하는 데 도움이 된다. 리소그래피 기술을 적용하면 패터닝 재료로 젤을 패터닝할 때 최대 나노미터 단위의 정밀도를 얻을 수 있다. 구현방식에 따라, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 포토리소그래피 기술(단광자 리소그래피라고도 지칭된다), 다광자 리소그래피 기술(2광자-, 3광자-, 4광자- 등의 리소그래피라고도 지칭된다), 또는 잠재 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)를 위한 리소그래피 기술들의 일부 조합을 포함할 수 있다. 또한, 원하는 구현방식에 따라, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 포지티브 또는 네거티브 패터닝, 아니면 둘 다를 생성하는 데 이용될 수 있다. 구현방식에 따라 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 사전 제작된 "마스크"를 활용하는 것을 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 단광자 리소그래피 기술을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 단광자 리소그래피 기술은 잠재 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계(S124)를 위해 광자 방출기(즉, LED와 같은 단일 광원)를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 구현방식에 따라, 임의의 단광자 리소그래피 기술, 또는 그 외 다수의 기술을 적용할 수 있다. 예로는, 접촉식 리소그래피, 투사식 리소그래피(예컨대, 광 직접 투사 또는 단층 촬영 리소그래피), 간섭식/홀로그래픽 리소그래피 및 위상 마스크 리소그래피를 들 수 있다.
일 구현방식에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 접촉식 리소그래피를 적용하는 것을 포함한다. 이 구현방식에서는 사전 제작된 마스크를 구현한다(마스크는 구현 이전에 또는 구현의 일부로서 제작될 수 있다). 이어서, 마스크를 감광성 기판에 접촉하도록 또는 근접하게 위치시켜, 광 패턴을 통과하는 광이 마스크를 통해 감광성 기판 상으로 전사되도록 한다. 이는 점 광원, 집속 광원, 확산 광원 또는 시준 광원으로 조명을 비춤으로써 달성될 수 있다. 구현방식에 따라, 광원은 임의의 원하는 각도에서 적용될 수 있다.
다른 구현방식에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 투사식 리소그래피를 적용하는 것을 포함할 수 있다. 이 구현방식에서는, 사전 제작된 마스크를 구현할 수 있다(마스크는 구현 이전에 또는 구현의 일부로서 제작될 수 있다). 대안적으로, 마스크의 디지털 등가물(예컨대, 마스크리스 리소그래피(maskless lithography), 마이크로미러 장치, 공간 광변조기 또는 위상 마스크)를 적용할 수도 있다. 마스크는 굴절, 회절 또는 반사 광학소자를 사용하여 감광성 기판 상에 투사되는 광의 2차원 또는 3차원 패턴을 생성하는 데 사용될 수 있다. 광학소자는 광의 패턴을 확대하거나, 축소하거나, 직접 전사할 수 있다. 이러한 투사는 한 번에 마스크를 완전히 조명하거나 마스크 및/또는 감광성 기판 위로 조명 영역(예컨대, 선)을 점차적으로 스캐닝함으로써 달성될 수 있다. 투사식 리소그래피의 예로는 극자외선 리소그래피, 습식(또는 액침) 리소그래피, 광 직접 투사 및 투사 단층 촬영(여러 각도에서 광을 투사하여 3차원 패턴을 생성하는 방법)을 들 수 있다.
일부 변형예에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 간섭식 리소그래피(홀로그래픽 리소그래피라고도 지칭된다)를 적용하는 것을 포함한다. 이들 변형예에서는 2개 이상의 간섭성(coherent) 광빔들이 간섭되어 2차원 또는 3차원의 주기적인 패턴을 생성한다. 이러한 간섭현상은 반사, 굴절 또는 회절 광학소자를 사용하여 빔을 분할하고 재결합함으로써 발생할 수 있다.
일부 변형예에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 위상 마스크 리소그래피를 적용하는 것을 포함한다. 이 구현방식에서는, 사전 제작된 마스크를 구현하거나(마스크는 구현 이전에 또는 구현의 일부로서 제작될 수 있다) 다른 구조를 구현할 수 있다. 상기 마스크 또는 다른 구조는, 감광성 기판에 패터닝된 홀로그램 이미지를 투사하기 위해 마스크 또는 다른 구조를 2차원 또는 3차원 구조를 이용하여 광 위상을 변조하는 데 사용될 수 있다.
일부 변형예에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 다광자 리소그래피 기술(레이저 직접 기록 기술이라고도 지칭된다)을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 다광자 리소그래피 기술은 잠재 패터닝 재료를 광 활성화(또는 비활성화)하는 단계(S124)를 위해 광을 사용하는 것을 포함할 수 있으며, 이때 2(또는 그 이상의) 광자 흡수 현상을 활용하여 감광성 세그먼트를 여기시킨다. 구현방식에 따라, 감광성 기판을 패터닝하기 위해 임의의 개수의 광자를 다광자 리소그래피(즉 2광자, 3광자 또는 n광자 여기)에 사용할 수 있다. 구현방식에 따라, 임의의 다광자 리소그래피 기술 또는 그 외 여러 기술들을 적용할 수 있다. 예로는, 포인트 스캔 다광자 리소그래피, 다초점 다광자 리소그래피, 홀로그래픽 다광자 리소그래피, 및 시간 집속형 다광자 리소그래피를 들 수 있다.
일부 변형예에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 포인트 스캔 다광자 리소그래피를 적용하는 것을 포함한다. 포인트 스캔 다광자 리소그래피를 적용하는 것은 감광성 기판 내에서 다광자 여기의 단일 지점을 기계식, 전기 광학적 또는 음향 광학적으로 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 다초점 다광자 리소그래피를 적용하는 것을 포함한다. 다초점 다광자 리소그래피는 회절 광학소자 또는 렌즈 어레이를 사용하여 다광자 여기의 다중 초점을 생성하고 이어서 이들을 감광성 기판에 투사하여 기계식, 홀로그램 방식, 전기 광학적 또는 음향 광학적으로 스캔하여 패턴을 생성하는 과정을 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 홀로그래픽 다광자 리소그래피를 적용하는 것을 포함한다. 홀로그래픽 다광자 리소그래피는 광학소자의 푸리에 평면에 위치하는 DMD 또는 SLM과 같은 디지털 소자를 사용하여 감광성 기판에 다광자 여기 패턴(즉, 홀로그램)을 투사할 수 있도록 하는 과정을 포함할 수 있다. 이렇게 투사된 홀로그램을 기판 주변으로 기계식, 전기 광학적 또는 음향 광학적으로 스캔하는 것 외에도 임의의 패턴을 생성하기 위해 변경할 수 있다.
일부 변형예에서, 리소그래피 기술을 적용하는 단계는 시간 집속형 다광자 리소그래피를 적용하는 것을 포함한다. 시간 집속형 다광자 리소그래피는 감광성 기판 내에서 시간적으로 무집속 상태(temporally defocused)로 있다가 재집속되는 광 펄스를 사용하여 패턴을 생성하는 과정을 포함할 수 있다. 광 패턴은 전체 프레임 패턴에 대해 전체적으로 광을 조명하거나 표면을 가로질러 스캔하는 광의 선들/점들과 같이 부분적으로 광을 조명할 수 있는 마스크 또는 디지털 미러 장치를 사용하여 생성되어, 감광성 재료에 전사된다.
일부 변형예에서, 젤 셋업 단계는 팽윤된 젤(즉, 수화된 젤)을 셋업하는 단계를 포함할 수 있다. 이들 변형예에서, 방법은, 젤을 광 활성화하는 단계(S124) 이전 및 도중에, 팽윤된 젤을 기계적으로 변형(예컨대, 압축)하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 광 활성화 단계와 팽윤된 젤의 기계적 변형 단계의 동시 수행은 압축되지 않는 차원들에 더 높은 해상도의 패터닝을 제공하는 역할을 할 수 있다.
빌드 재료를 적층시키는 단계를 포함하는 블록 S130은 제작물의 물리적 구조를 형성하는 역할을 한다. 빌드 재료를 적층시키는 단계(S130)는 원하는 빌드 재료를 젤 전체에 걸쳐 흐르게 하는 단계를 포함한다. 빌드 재료가 패터닝 재료를 통해 유동/분산될 때 잠재 패터닝 재료에 결합되어, 제작물의 물리적 구조를 형성한다. 빌드 재료, 패터닝 재료의 위치 농도, 및 잠재 패터닝 재료를 통한 빌드 재료의 유동 구현에 따라, 빌드 재료가 패터닝 재료 상에 균일하게 또는 불균일하게 적층될 수 있다. 일 변형예에서는 빌드 재료가 패터닝 재료에 직접 결합된다. 제2 변형예에서는 빌드 재료가 패터닝 재료의 반응기 세그먼트에 결합된다. 제3 변형예에서는 빌드 재료의 배위 세그먼트가 패터닝 재료에 직접 결합된다. 제4 변형예에서는 빌드 재료의 배위 세그먼트가 패터닝 재료의 반응기 세그먼트에 결합한다.
빌드 재료는 배위 세그먼트를 포함할 수 있다. 배위 세그먼트는 하나 이상의 원하는 빌드 재료에 결합할 수 있는 분자(들)로서의 기능을 할 수 있다. 바람직한 변형예에서, 배위 세그먼트 결합은 매우 선택적이어서 특정 분자에만 결합할 수 있다. 일부 변형예에서는 배위 세그먼트 결합이 활성화될 수 있다. 즉, 배위 세그먼트의 결합 능력이 (예컨대, 알로스테릭 결합 또는 광 활성화에 의해) 활성이 시작되거나 중단될 수 있다. 일부 변형예에서, 배위 세그먼트 결합은 일단 배위 세그먼트가 활성화된 후에만 결합하도록 활성화될 수 있다.
배위 세그먼트는 임의의 원하는 화학구성을 포함할 수 있다. 여러 변형예에서, 배위 세그먼트는 특정 빌드 재료에 결합할 수 있도록 구현 특이적 화학구성을 포함할 수 있다. 배위 세그먼트 조성물의 예로는, 실란/실록산, 설프히드릴/황, 아민/암모니아, 카복실산, 요오드화물, 브롬화물, 염화물, 불화물, 티오시아네이트, 질산염, 아지드, 옥살산염, 물, 아질산염, 이소티오시아네이트, 아세토니트릴, 피리딘, 에틸렌디아민, 2,2'-비피리딘, 1,10-페난트롤린, 니트릴, 트리페닐포스핀, 시안화물 및 일산화탄소를 들 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 배위 세그먼트의 용도는 빌드 재료에 결합하는 것이므로, 배위 세그먼트는 추가적으로 또는 대안적으로 다른 화학적 조성물들을 함유할 수 있다. 변형예에서, 다종의 빌드 재료가 혼입되는 경우, 각 유형의 빌드 재료는 하나 이상의 별개의 배위 세그먼트를 가질 수 있으며, 이때 각각의 배위 세그먼트 유형은 잠재적으로 별개의 패터닝 재료에 결합하게 되거나 패터닝 재료의 별개의 반응기 세그먼트에 결합하게 된다.
일부 변형예에서, 초기에 빌드 재료에는 배위 세그먼트가 포함되어 있지 않다. 이들 변형예에서, 빌드 재료를 적층시키는 단계(S130)는 배위 세그먼트를 빌드 재료에 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 배위 세그먼트를 빌드 재료에 결합하는 단계는 패터닝 재료로의 리간드 결합을 가능하게 하거나 개선시키는 역할을 한다.
일부 변형예에서, 빌드 재료를 적층시키는 단계는 패터닝 분자의 반응기 세그먼트의 화학구성을 추가하거나 개질하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 패터닝 분자의 반응기 세그먼트의 화학구성을 추가하거나 개질하는 단계는 빌드 재료 결합을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 필요하다고 간주되는 경우, 반응기 세그먼트의 화학구성을 추가하거나 개질하는 단계는 원하는 결합 능력을 갖춘 반응기 세그먼트를 얻을 때까지 여러 번 수행될 수 있다.
일부 변형예에서, 빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 비금속 증진제를 적층시키는 단계를 포함한다. 비금속 증진제는 패터닝 재료 상에서 빌드 재료가 성장할 수 있도록 하는 기능을 할 수 있다. 이러한 방식으로, 빌드 재료는 외부쪽으로 성장할 수 있게 되어, 여러 빌드 재료 부위들이 성장되어 나오면서 서로 연결될 수 있다. 일부 구현방식에서, 이는 젤 수축 이전, 도중 또는 이후에 빌드 재료가 형성되어 고형화될 수 있도록 한다. 구현방식에 따라, 본 방법은 빌드 재료가 인접한 패터닝 재료 결합 부위들을 연결할 때까지 빌드 재료를 적층시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 빌드 재료를 적층시키는 단계는 금속 및/또는 비금속 빌드 재료를 적층시키는 단계를 포함할 수 있으며, 둘 중 어느 쪽이든 빌드 재료가 인접한 패터닝 재료 결합 부위들을 연결할 때까지 성장할 수 있다. 일부 변형예에서, 금속 및/또는 비금속 빌드 재료는 인접한 패터닝 재료 결합 부위들 너머까지도 성장할 수도 있다. 일 예에서, 비금속 증진제는 칼코겐화물을 포함한다.
빌드 재료를 적층시키는 단계(S130)는 빌드 재료를 적층시키되 농도 구배 방식으로 적층시킬 수 있다. 즉, 어떤 영역은 제작물의 다른 영역에 비해 빌드 재료의 농도가 더 높을 수 있다. 젤 전체에 걸친 패터닝 재료의 불균일한 분산 및 이에 따른, 패터닝 재료에 결합하는 빌드 재료의 불균일한 분산에 의해, 빌드 재료의 농도 구배가 구현될 수 있다. 패터닝 재료의 농도, 활성화된 패터닝 재료의 농도, 또는 빌드 재료 흐름을 통해, 제작물 전체에 걸쳐 빌드 재료의 농도를 원하는 대로 변경할 수 있다.
구현방식에 따라, 빌드 재료를 적층시키는 단계(S130)는 단일 유형 또는 다수 유형의 빌드 재료를 적층시키는 단계를 포함할 수 있다. 구현방식에 따라, 빌드 재료를 적층시키는 단계(S130)는 젤을 패터닝하는 단계(S120)와 동시에 또는 그 후에 수행될 수 있다. 일부 구현방식에서, 빌드 재료를 적층시키는 단계(S130)는 (예컨대, 각각의 서로 다른 빌드 재료에 대해 개별적으로, 또는 적층형 제작물을 형성하기 위해) 여러 번 수행될 수 있다.
빌드 재료를 적층시키는 단계(S130)는 구현방식에 따라 원하는 대로 임의의 유형 또는 유형들의 빌드 재료를 적층시키는 단계를 포함할 수 있다. 바람직한 빌드 재료는 패터닝 재료에 결합할 수 있는 빌드 재료의 배위 세그먼트(들) 선택에 의해서만 제한을 받을 수 있다. 가능한 빌드 재료의 예로는 금속 칼코겐화물(여기서 금속은 Ge, Al, Sn, Pb, Sb, Bi, Ga, In, Tl, Cu, 또는 이들의 조합 및 칼코겐, 이를테면 S, Se, Te 또는 이들의 조합); 프닉타이드, 및 XIII족 원소(이를테면, B, Al, Ga, In, Tl, 또는 이들의 조합)와 프닉토겐 원소(이를테면, N, P, As 및 Sn)로부터 생성되는 프닉타이드 다형체; 실험식 MxOy의 금속 산화물(식에서, M은 Bi, Sn, Cr, Co, Mn, Mo, Ti, Zn, Zr, Cu, Fe, Ni, Eu, Dy, Pr, Ce, Sm, 또는 La와 같은 금속이다); 및 탄소 및 그의 동소체, 규소, 게르마늄, 주석, 실리콘카바이드(3C, 4H, 6H, -SiC), 실리콘게르마늄 및 실리콘주석을 들 수 있다.
블록 S120 및 S130을 통해 다수 유형의 빌드 재료를 사용하여, 잠재적으로는 모든 바람직한 기하형태의, 복잡한 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 두 가지 다른 유형의 빌드 재료로 층상 블록을 제작하는 경우, 각 층을 외부 층으로 완전히 둘러싼다: 제1 층의 목표 적층 영역이 광 활성화되는 동안 제1 재료에 대한 제1 패터닝 재료(예컨대, 제1 재료에 결합하는 반응기 세그먼트를 포함한다)를 젤 전체에 걸쳐 분산시켜, 제1 패터닝 재료가 젤의 "제1 층" 영역에 결합하도록 하고 해당 패터닝 재료의 나머지는 세척 과정으로 제거될 수 있게 한다. 이어서, 제2 층의 영역이 광 활성화되는 동안 제2 빌드 재료에 대한 제2 패터닝 재료(예컨대, 제2 재료에 결합하는 반응기 세그먼트를 포함한다)를 젤 전체에 걸쳐 분산시켜,제2 패터닝 재료가 젤의 "제2 층"에 결합하도록 하고 해당 패터닝 재료의 나머지는 세척 과정으로 제거될 수 있게 한다. 동일한 방식으로 패터닝 재료의 추가 층들을 추가할 수 있다. 젤을 패터닝하는 단계(S120)가 완료된 후에는, 제1 및 제2 빌드 재료를 동시에 또는 순차적으로 젤 전체에 걸쳐 흐르게 할 수 있다. 그러면 제1 빌드 재료는 제1 층 영역에 결합 및 충전될 수 있으며(즉, 제1 재료에 대한 접합 세그먼트에 결합한다), 그런 후에는 제2 빌드 재료가 전체에 걸쳐 흐르면서 제2 층 영역에 결합 및 충전될 수 있다.
(다층 블록과 관련된) 이전 예를 구성하기 위한 대안적인 일 변형예에서, 패터닝 재료는 별개의 젤 결합 세그먼트들과 연관된 별개의 감광성 세그먼트들을 포함하여 구현될 수 있다. 즉, 제1 패터닝 재료는 (예컨대, 청색 광에 의해 활성화되는) 제1 젤 결합 세그먼트를 추가로 포함할 수 있고, 제2 패터닝 재료는 (예컨대, 황색 광에 의해 활성화되는) 제2 젤 결합 세그먼트를 추가로 포함할 수 있다. (적절한 목표 영역들 상에서) 청색광과 황색광으로 동시에 광 활성화함으로써 모든 패터닝 재료를 동시에 패터닝할 수 있다. 미결합 제2 재료가 제1 층 내부에 우연히 갇히는 것을 방지하기 위해, 빌드 재료를 적층시키는 단계(S120)를 제1 빌드 재료에 대해 한 번 수행함으로써 제1 층에 완전히 결합 및 충전되며, 그런 후에는 제2 재료를 적층시켜 다층 블록에 완전히 결합 및 충전된다.
재료를 수축시키는 단계를 포함하는 블록 S140은 고해상도의 패터닝 및 제작을 가능하게 한 후 제작물의 크기를 적절한 크기로 줄여 고정밀 제작을 가능하게 하는 역할을 한다. 재료를 수축시키는 단계(S140)는 산, 염 및/또는 다른 용매를 첨가하여 젤을 수축시키고, 그에 따라 젤에 매입된 패터닝 재료에 결합된 제작물도 축소되도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직한 변형예에서, 재료를 수축시키는 단계에 의해 제작물의 크기가 20배 넘게 줄어들 수 있다. 예를 들어, 물체를 5 마이크로미터 해상도로 형성한 다음, 500 나노미터로 축소시킬 수 있다. 재료를 수축시키는 단계(S140)에 이용될 수 있는 그 외 다른 수축 방법들의 예로는, 중합체를 개질시키는 화학 반응(예컨대, 중합체 주쇄 상의 하전된 작용기를 소수성 비-하전 작용기로 변환하거나 추가적인 가교결합 생성); 중합체 주쇄의 용해도 또는 전하를 변화시키는 광이성질체화 또는 광반응; 중합체 주쇄의 전하 또는 용해도를 변경시키는 전기화학적 변화 적용; 젤 온도 변경; 공기 중에서의 건조나, N2, 진공 또는 기타 비용매(non-solvent) 환경 조성; 또는 용매의 화학적 전위를 변화시키는 외부 용매에 첨가제 추가를 들 수 있다.
일부 변형예에서, 본 방법은 빌드 재료를 후처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 빌드 재료를 후처리하는 단계는 사용하고자 하는 관능성 형태에 더 근접해지도록 빌드 재료를 개질하는 역할을 한다. 구현방식에 따라 이 단계는 빌드 재료 적층이 시작된 후 언제든 수행될 수 있다. 일 변형예에서, 후처리 단계는 빌드 재료(130)를 적층시키는 단계와 동시에 수행될 수 있다. 다른 변형예에서, 후처리 단계는 빌드 재료 적층이 한 차례 이루어진 후에 수행될 수 있다(예컨대, 하나의 빌드 재료 층을 적층시키고, 후처리하고, 이어서 또 다른 빌드 재료 층을 적층시킬 수 있다). 구현 가능한 후처리 단계들의 예로는 금속 변환(즉, 금속 빌드 재료를 변환시키는 것), 젤 지지체 제거, 빌드 재료 코팅, 빌드 재료 템퍼링 등을 들 수 있다.
빌드 재료가 금속을 포함하는 일부 변형예에서, 빌드 재료를 후처리하는 단계는 금속 빌드 재료를 변환시키는 단계를 포함한다. 제1 예로, 금속 변환 단계를 통해 금속 빌드 재료를 금속 칼코겐(예컨대, 황화물, 셀렌화물, 텔루르화물)으로 변환시킨다. 구현방식에 따라, 금속 칼코겐이 제2 금속(예컨대, 카드뮴, 아연, 납, 주석, 구리 또는 이들의 혼합물)으로 변환될 수도 있다. 제2 예에서는 금속 변환 단계를 통해 금속 빌드 재료를 금속 산화물로 변환시킨다.
금속 빌드 재료를 변환시키는 제1 예의 한 구현방식에서, 은을 은 칼코겐으로 변환시키고 그런 후에는 제2 금속(예컨대, 황화아연, 황화카드뮴 등)으로 변환시키며, 이때 변환 단계는 다양한 용매 중에 수행된다.
일부 변형예에서, 빌드 재료를 후처리하는 단계는 젤의 용매를 제거하는 단계(desolvate)를 포함할 수 있다. 젤의 용매를 제거하는 단계는 완전히 팽윤된 상태 또는 부분적으로 팽윤된 상태로 있는 젤을 동결 건조시키거나 초임계 건조(super-critical drying)시키는 것을 포함할 수 있다. 젤의 초임계 건조는 용매를 사용하여 젤을 건조시키는 것을 포함할 수 있다. 초임계 건조용 용매의 예로는 에탄올, 아세톤, 아세트산, 포름산 등을 들 수 있다. 구현방식에 따라, 젤의 동결 건조는 동결 방지제 존재 하에 수행될 수 있다. 대안적으로, 젤의 동결 건조는 동결 방지제 없이 수행될 수도 있다.
일부 변형예에서, 후처리 단계는 중합체 망상구조(예컨대, 젤 또는 추가적인 중합체 망상구조)를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 특히 추가적인 중합체 망상구조를 추가하는 단계를 포함하는 변형예에서, 중합체 망상구조를 제거하는 단계는 제1의 및/또는 임의의 추가적인 중합체 망상구조를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 중합체 망상구조를 제거하는 단계는 빌드 재료, 잠재적으로는 추가 처리, 또는 구축을 위한 새로운 "환경"을 제공하는 역할을 할 수 있다. 구현방식에 따라, 중합체 망상구조를 제거하는 단계는 젤을 패터닝하는 단계 이전, 도중 또는 이후; 빌드 재료를 적층시키는 단계 이전, 도중 또는 이후; 및/또는 젤을 수축시키는 단계 이전, 도중 또는 이후에 수행될 수 있다. 젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입하는 단계를 포함하는 또 다른 예에서, 중합체 망상구조를 제거하는 단계를 통해 젤이 제거될 수 있다. 젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입하는 단계를 포함하는 또 다른 예에서, 중합체 망상구조를 제거하는 단계를 통해 추가적인 중합체 망상구조가 제거될 수 있다.
본 방법은 GRIN 소자, 회절 소자, 굴절 표면 기하형태, 메타 광학소자, 자기 광학소자, 전기 광학소자 등과 같은 단순한 광학 부품들은 물론 복잡한 광학 부품들의 제작에 특히 유용할 수 있다. 이는 특히 리소그래피 구현 및/또는 펄스식 제작 기술 사용 시 해당할 수 있다. 광학 부품들은 임의의 빌드 재료로 구성될 수 있다. 원하는 구현방식에 따라, 빌드 재료가 바람직하게는 충분히 반투명하고/하거나 반사적일 수 있다. 한 광학 부품 제작 구현방식에서, 빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 비굴절률(RI) 차를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 비굴절률 차는 적절한 빌드 재료를 적층시키는 데에서 생성될 수 있다. 또 다른 광학 부품 제작 구현방식에서, 굴절률은 재료들 간의 이온교환을 통해 생성될 수 있다. 일부 변형예에서, 본 방법은 다수의 부품들의 동시 제작을 가능하게 할 수 있다.
예를 들어, 본 방법은 굴절 렌즈와 회절 렌즈 둘 다 갖춘 광학 구조를 구성할 수 있게 한다. 일 예에서, 굴절률과 회절 렌즈 둘 다 갖춘 광학 구조는 마스크와 함께 단광자 리소그래피를 사용하여 만들어진다. 또 다른 예에서, 광학 구조는 전통적인 굴절 렌즈의 곡면 상의 메타표면(예컨대, 구면 렌즈의 구면수차를 보정하는 메타표면)이다. 일 구현방식에서, 광학 구조의 메타표면은 (마스크 유무와 관계없이) 성형된 하이드로젤 내부에 2광자 리소그래피를 사용하여 만들어진다. 메타표면 광학 구조의 일부 예에서, 광학 구조는 (예컨대, 2광자 리소그래피로 패터닝된) 다층 광학 메타표면들을 포함한다. 다른 예에서, 광학 구조는 (예컨대, 2광자 리소그래피로 패터닝된) 통합형 전기저항 가열 소자와 함께 열적 마하젠더 간섭계(thermal Mach Zehnder Interferometer)를 포함한다. 또 다른 예에서, 광학 구조는 통합형 광자기 패러데이 회전자와 광학 편광판이 결합되어 형성된 광학 절연체를 포함한다.
비굴절률 차를 갖는 광학 부품들을 구성하는 것의 일부로서, 본 방법은 공간의존적 굴절률, 즉 비굴절률 차를 추가로 생성할 수 있다. 따라서 본 방법은 비굴절률 차가 큰(예컨대, > 0.05n) 부품들을 구성할 수 있게 한다. 일 예에서, 큰 비굴절률 차를 갖는 공간의존적 굴절률은 빌드 재료를 금속 칼코겐화물로 변환함으로써 생성된다. 다른 예에서, 큰 굴절률을 갖는 공간의존적 굴절률은 패터닝 재료 반응기를 (예컨대, 폴리(아미도)아민 첨가/증폭을 통해) 증폭시킴으로써 달성된다.
본원은 다층 다이아몬드 프리즘 블록의 제작 예를 제공하되, 각 층이 (다이아몬드의 농도 구배로 인해) 서로 다른 굴절률을 가짐에 따라, 서로 다른 방향에서의 광의 전파 속도가 서로 다른 물체를 형성한다. 사전 제조된 젤을 시작으로, 다이아몬드에 결합하는 접합 세그먼트를 갖는 패터닝 재료를 젤 전체에 걸쳐 분산시킨다. 목표로 하는 프리즘의 맨 위층으로 구성된 영역을 향해 (잠재 패터닝 재료의 젤 결합 세그먼트를 활성화하도록 조정된) 광빔을 짧은 시간 동안 조사한다. 그런 후에는, 목표로 하는 프리즘 모양의 층들을 따라 내려가면서 광빔을 순차적으로 더 긴 시간 동안 각 층을 향해 조사한다. 이러한 과정이 완료되면, 목표로 하는 프리즘 영역 전체에 걸쳐 패터닝 재료가 분포하게 되며, 프리즘의 맨 위층에서 프리즘의 맨 아래로 갈수록 농도가 감소한다. 또한, 미결합 패터닝 재료는 세척 과정으로 제거한다. 이어서, 다이아몬드 재료를 젤 전체에 걸쳐 적층시켜 패터닝 재료에 결합시키고, 원하는 프리즘 모양을 형성한다. 패터닝 재료에 따라, 낮은 농도의 다이아몬드 빌드 재료를 프리즘의 최상 부분에 적층시키고 아래로 갈수록 다이아몬드 농도를 증가시킬 수 있다. 초과량의 다이아몬드 재료는 세척 과정으로 제거한다. 그런 다음 산을 첨가하여 젤을 수축시키고 프리즘의 크기를 10배 정도 줄인다. 이러한 과정이 완료되면, 용매를 첨가하여 젤과 잠재적인 패터닝 재료를 세척 과정으로 제거하여, 다이아몬드 프리즘만 남긴다.
본 명세서에서는 통합형 굴절-메타광학 렌즈에 대한 샘플 구성을 제2 예로서 제시한다. 젤 셋업 단계(S110)는 팽윤된 젤을 셋업하고 젤을 표면(예를 들어 유리)에 부착시키는 단계를 포함한다. 젤을 패터닝하는 단계(S120)는 발색단(예를 들어 설포-Cy5)을 사용하여 젤의 적절한 모양을 패터닝하는 단계를 포함한다. 2광자 리소그래피를 사용하여 패터닝을 수행함으로써 젤 내부에 메타표면 패턴을 생성할 수 있다. 패터닝되지 않은(미결합) 발색단을 세척 과정으로 제거되면, 패터닝된 발색단은 시드 나노입자(seed nanoparticle)(예컨대, 나노금)와 반응한다. 이어서 빌드 재료를 적층시키는 단계(S130)는 시드 입자들 상에 빌드 재료(예컨대, 은)를 적층시키는 단계를 포함한다. 이온교환 공정을 통해 은을 HRID 재료(예컨대, CdS 또는 ZnS)로 변환시킬 수 있다. 이어서, 재료 수축 단계(S140)를 수행하여 젤을 수축 및 탈수시킨다. 그런 다음, 구현 특이적 후처리 단계를 이용하여 렌즈를 준비할 수 있다. 이 구현방식에서, 후처리 단계는 먼저 젤을 탈수시킨 후 구조체를 연삭 및 연마하여 원하는 메타표면이 삽입된 굴절 렌즈를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
방법 변형예 B1에서, 3차원 나노제작용 방법은 젤을 패터닝하는 단계, 빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계, 및 3차원 나노제작물을 축소시키는 단계를 포함한다. 젤을 패터닝하는 단계는, 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키는 단계와; 젤 내의 특정 위치에서, 패터닝 재료를 광 활성화하여 패터닝 재료가 상기 특정 위치에서 겔에 선택적으로 결합하게 하는 단계와; 미결합 패터닝 재료를 제거하는 단계를 포함한다. 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 패터닝 재료가 젤에 결합하는 것을 촉진시키는 반응성 중간체를 패터닝 재료의 반응기를 통해 활성화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법 변형예는 반응성 중간체를 조정하여 방법 출력을 변경할 수 있게 하는 역할을 할 수 있다. 일부 예에서, 반응성 중간체를 활성화하는 단계는 라디칼을 형성하는 단계를 포함한다. 원하는 구현방식에 따라, 본 방법은 반응 중간체의 농도를 조절하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 구현방식에서 반응성 중간체는 산소이다. 본 방법의 효율성을 향상시키기 위해, (예컨대, 밀폐된 나노제작 플랫폼에 산소를 펌핑하는 식으로) 반응성 중간체의 농도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법 변형예 B1의 일 구현방식에서, 패터닝 재료는 반응성 중간체와 상호작용하는 공여체-수용체 브리지를 함유하는 폴리메틴 염료를 포함할 수 있다.
방법 변형예 B2에서, 3차원 나노제작용 방법은 젤을 패터닝하는 단계, 빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계, 및 3차원 나노제작물을 축소시키는 단계를 포함한다. 젤을 패터닝하는 단계는, 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키는 단계와; 젤 내의 특정 위치에서, 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계로서, 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧은 시간 간격의 광 펄스들을 조사하는 단계를 포함하며, 이로써 패터닝 재료가 상기 특정 위치에서 겔에 선택적으로 결합하게 하는 것인, 패터닝 재료의 광 활성화 단계와; 미결합 패터닝 재료를 제거하는 단계를 포함한다. 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태의 수명을 활용함으로써 본 방법은 패터닝 재료를 젤에 효율적으로 결합시켜 고속 대량 제작을 제공하는 역할을 한다. 본 방법은 개선된 광자 리소그래피 기술을 가능하게 하는 데 특히 유용할 수 있다.
방법 변형예 B3에서, 3차원 나노제작용 방법은 젤 셋업 단계, 젤을 패터닝하는 단계, 빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계, 및 3차원 나노제작물을 축소시키는 단계를 포함한다. 젤 셋업 단계는 결합기를 통해 젤을 표면에 부착시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은 고정된 표면 상에 나노제작을 가능하게 하는 역할을 하며, 젤이 표면에 부착되는 동안 (재료를 수축시키는 단계(S140)를 포함한) 다른 모든 방법 단계들이 수행될 수 있다. 시스템 변형예 B3의 일 예에서, 젤을 표면에 부착시키는 단계는 실란 또는 실록산으로 구성된 결합기를 사용하여 상기 표면을 관능화하는 단계를 포함한다. 시스템 변형예 B3에 따른 제2 예에서, 젤을 부착시키는 단계는 젤의 전하와 반대 전하를 갖는 결합기를 사용하여 상기 결합기를 젤에 혼입시키는 단계를 포함한다.
방법 변형예 B2 및 B3과 같은 몇몇 구현방식의 일부로서, 방법에서, 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 패터닝 재료가 젤에 결합하는 것을 촉진시키는 반응성 중간체를 패터닝 재료의 반응기를 통해 활성화하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 패터닝 재료는 반응성 중간체와 상호작용하는 공여체-수용체 브리지를 함유하는 폴리메틴 염료를 포함한다.
방법 변형예 B1, B2 및 B3과 같은 몇몇 구현방식의 일부로서, 방법은 반응기가 풍부한 화합물을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 추가로 포함한다. 반응기를 증폭시키는 단계는 패터닝 재료의 젤 결합 속도 및 능력을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 일 예에서, 반응기가 풍부한 화합물을 적층시키는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시키는 단계를 포함한다.
방법 변형예 B1, B2 및 B3과 같은 몇몇 구현방식의 일부로서, 빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 비금속 증진제를 적층시키는 단계를 포함한다. 비금속 증진제는 패터닝 재료 상에서 빌드 재료가 성장할 수 있게 할 수 있다. 구현방식에 따라, 각각의 방법 변형예는 빌드 재료가 인접한 패터닝 재료 결합 부위들을 연결할 때까지 빌드 재료를 적층시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 각각의 방법 변형예의 일 구현방식에서, 비금속 증진제를 적층시키는 단계는 칼코겐화물을 적층시키는 단계와 빌드 재료가 성장할 수 있게 하는 단계를 포함한다. 적층되는 빌드 재료는 금속이나 비금속일 수 있으며, 빌드 재료가 인접한 패터닝 재료 결합 부위들을 연결할 때까지 적층된다.
방법 변형예 B1 및 B3과 같은 몇몇 구현방식의 일부로서, 패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 광 펄스를 젤 내의 특정 위치를 향해 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 광 펄스를 조사하는 단계는 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태의 수명을 활용하여 젤의 고속 대량 패터닝을 가능하게 할 수 있다. 일부 예에서, 광 펄스를 조사하는 단계는 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태보다 짧은 시간 간격의 광 펄스들을 조사하는 단계를 포함한다. 일부 구현방식에서, 패터닝 재료는 시아닌을 포함할 수 있고, 광 펄스를 조사하는 단계는 펄스 간의 시간 간격이 10 마이크로초 미만인 광 펄스들을 조사하는 단계를 포함한다.
방법 변형예 B1, B2 및 B3과 같은 몇몇 구현방식의 일부로서, 빌드 재료는 반투명 재료를 포함하며, 빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 굴절률을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 예에서, 굴절률을 생성하는 단계는 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 포함한다. 보다 구체적으로, 일부 구현방식에서는 유전체 재료를 사용하여 공간의존적 굴절률을 생성한다. 구현방식에 따라, 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 0.050을 초과하는 비굴절률 차를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 빌드 재료를 칼코겐화물로 변환시켜 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 포함할 수 있다.
젤이 수화된 젤(즉, 팽윤된 젤)을 포함하는 방법 변형예 B1, B2 및 B3과 같은 몇몇 구현방식의 일부로서, 젤을 패터닝하는 단계는 젤을 일 차원으로 기계적으로 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 젤을 일 차원으로 기계적으로 압축하는 단계는 압축되지 않은 차원들에서의 패터닝된 해상도를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 젤을 기계적으로 압축하는 단계는 리소그래피 기술에 매우 유용할 수 있다. 일 예에서, 방법은 젤을 일 차원으로 압축하면서 단광자 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 대안적인 예에서, 방법은 젤을 일 차원으로 압축하면서 2광자 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
방법 변형예 B1 및 B1과 같은 몇몇 구현방식의 일부로서, 방법은 젤 셋업 단계를 포함할 수 있으며, 이때 젤 셋업 단계는 결합기를 통해 젤을 표면에 부착시키는 단계를 추가로 포함한다. 이들 변형예의 일 예에서, 젤을 표면에 부착시키는 단계는 표면을 실란 또는 실록산으로 구성된 결합기를 사용하여 상기 표면을 관능화하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 젤을 표면에 부착시키는 단계는 젤의 전하와 반대의 전하를 갖는 결합기를 사용하여 상기 결합기를 젤에 혼입시키는 단계를 포함할 수 있다.
빌드 재료가 먼저 금속을 포함하는 방법 변형예 B2 및 B3과 같은 몇몇 구현방식의 일부로서, 방법은 패터닝 재료 상에서 제1 금속을 금속 칼코겐으로 변환시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 일부 구현방식에서, 방법은 금속 칼코겐을 제2 금속으로 변환시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 제1, 제2, 제3 등은 다양한 요소, 부품, 영역, 층 및/또는 섹션들을 특징지어 구별하는 데 사용된다. 이러한 요소, 부품, 영역, 층 및/또는 섹션들은 이러한 용어로 인해 제한을 받아서는 한 된다. 하나의 요소, 부품, 영역, 층 및/또는 섹션을 다른 요소, 부품, 영역, 층 및/또는 섹션과 구별하기 위해 숫자 용어가 사용될 수 있다. 이렇게 사용되는 숫자 용어는 문맥에서 명확하게 표시하지 않는 한 순서나 순서를 나타내지 않는다. 이러한 숫자 참조번호는 본 명세서의 실시예들 및 변형예들의 교시내용에서 벗어나지 않으면서 교체 사용될 수 있다.
당업자는 전술된 상세한 설명과 도면 및 청구범위로부터 청구범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 실시예들에 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
Claims (243)
- ㆍ 젤 지지체;
ㆍ 상기 젤 지지체에 선택적으로 결합하며 비-크산텐계 발색단을 포함하는 잠재 패터닝 재료; 및
ㆍ 상기 잠재 패터닝 재료에 결합하는 접합 화학구성(conjunction chemistry)을 포함하는 빌드 재료
를 포함하는, 나노제작 플랫폼용 시스템. - 제1항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 반응기(reactive group)를 추가로 포함하며, 상기 반응기는 잠재 패터닝 재료와 반응성 중간체 간의 광반응을 통해 젤 지지체에 선택적으로 결합하는 것인 시스템. - 제2항에 있어서,
반응성 중간체는 라디칼 형성이 가능한 소분자를 포함하는 것인 시스템. - 제3항에 있어서,
반응성 중간체는 산소를 포함하는 것인 시스템. - 제4항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴(polymethine) 염료인 시스템. - 제5항에 있어서,
폴리메틴 염료는 스쿠아린 또는 스쿠아린 유도체로 구성되는 것인 시스템. - 제5항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 공여체-수용체 브리지를 추가로 포함하는 것인 시스템. - 제11항에 있어서,
젤 지지체는 수화된 젤(즉, 팽윤된 젤)을 포함하며, 시스템은 젤 지지체 두께를 설정하는 기계식 스페이서를 추가로 포함하는 시스템. - 제1항에 있어서,
젤 지지체가 표면에 부착될 수 있게 하는 결합기를 추가로 포함하는 시스템. - 제9항에 있어서,
결합기는 실란 또는 실록산으로 구성되는 것인 시스템. - 제1항에 있어서,
마스크를 추가로 포함하며,
상기 마스크는 젤 지지체의 지정된 영역들 상에서 광을 차단, 감소 또는 방향 전환시키는 것인 시스템. - 제11항에 있어서,
마스크는 광을 차단하거나 감소시키는 픽셀들로 이루어진 디지털 마스크를 포함하는 것인 시스템. - 제12항에 있어서,
마스크가 디지털 마이크로미러 장치인 시스템. - 제12항에 있어서,
마스크가 공간 광변조기인 시스템. - 제12항에 있어서,
마스크가 위상 마스크인 시스템. - 제1항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴 및 디피로메텐(dipyrromethene)으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제16항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 시아닌을 포함하는 것인 시스템. - 제17항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 헤미시아닌(hemicyanine), 스트렙토시아닌(streptocyanine), Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, 메로시아닌(merocyanine) 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제16항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 스쿠아레인 및 이의 유도체(예: 술폰화 유도체)를 포함하는 것인 시스템. - 제19항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 대칭 및 비대칭 인돌계 스쿠아레인, 대칭 및 비대칭 벤조티아졸계 스쿠아레인, 스쿠아릴륨(squarylium) 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제16항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 4,4-디플루오로-4-보라-3a,4a-디아자-s-인다센(BODIPY) 및 이의 고리 치환된 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제1항에 있어서,
빌드 재료는, 흑연, 그래핀, 나노튜브, 다이아몬드, 비정질 물질, 규소, 게르마늄, 주석, 실리콘카바이드(3C), 실리콘카바이드(4H), 실리콘카바이드(6H), 실리콘카바이드(-SiC), 실리콘게르마늄(silicon germanium), 실리콘주석(silicon tin), 황, 셀레늄, 텔루륨, 질화붕소(6eV-입방체), 질화붕소(육방정계), 질화붕소(나노튜브), 인화붕소, 비소화붕소, 안티몬화붕소, 질화알루미늄, 인화알루미늄, 비소화알루미늄, 안티몬화알루미늄, 질화갈륨, 인화갈륨, 비소화갈륨, 안티몬화갈륨, 질화인듐, 인화인듐, 비소화인듐, 안티몬화인듐, 인화인듐갈륨, 비소화인듐갈륨, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화주석, 황화주석, 셀렌화주석, 텔루르화주석, 산화납, 황화납, 셀렌화납 및 텔루르화납으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제1항에 있어서,
젤 지지체는 아가로스(agarose), 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드 및 실리콘(silicone)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 시스템. - ㆍ 젤 지지체;
ㆍ 감광성 잠재 패터닝 재료로서, 잠재 패터닝 재료와 반응성 중간체 간의 광반응을 통해 젤 지지체에 선택적으로 결합하는 반응기를 포함하는, 감광성 잠재 패터닝 재료; 및
ㆍ 상기 잠재 패터닝 재료에 결합하는 배위 화학구성(coordination chemistry)을 포함하는 빌드 재료
를 포함하는, 나노제작 플랫폼용 시스템. - 제24항에 있어서,
반응성 중간체는 라디칼 형성이 가능한 소분자를 포함하는 것인 시스템 - 제25항에 있어서,
반응성 중간체는 산소를 포함하는 것인 시스템. - 제26항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴 염료인 시스템. - 제27항에 있어서,
폴리메틴 염료는 스쿠아린 또는 스쿠아린 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제27항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 공여체-수용체 브리지를 추가로 포함하는 것인 시스템. - 제24항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 비-크산텐계 발색단을 포함하는 것인 시스템. - 제24항에 있어서,
젤 지지체는 물로 포화된 젤(즉, 팽윤된 젤)을 포함하며, 시스템은 젤 지지체 두께를 설정하는 기계식 스페이서를 추가로 포함하는 것인 시스템. - 제24항에 있어서,
젤 지지체가 표면에 부착될 수 있게 하는 결합기를 추가로 포함하는 시스템. - 제32항에 있어서,
결합기는 실란 또는 실록산으로 구성되는 것인 시스템. - 제24항에 있어서,
마스크를 추가로 포함하며,
상기 마스크는 젤 지지체의 지정된 영역들 상에서 광을 차단하거나 감소시키는 것인 시스템. - 제34항에 있어서,
마스크는 광을 차단하거나 감소시키는 픽셀들로 이루어진 디지털 마스크를 포함하는 것인 시스템. - 제35항에 있어서,
마스크가 디지털 마이크로미터 장치인 시스템. - 제36항에 있어서,
마스크가 공간 광변조기인 시스템. - 제37항에 있어서,
마스크가 위상 마스크인 시스템. - 제24항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴, 플루오레세인(fluorescein) 및 디피로메텐으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제39항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 시아닌 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제40항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 헤미시아닌, 스트렙토시아닌, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, 메로시아닌 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제39항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 대칭 및 비대칭 인돌계 스쿠아레인, 대칭 및 비대칭 벤조티아졸계 스쿠아레인, 스쿠아릴륨 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제39항에 있어서, 잠재 패터닝 재료는,
플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC)의 5- 및/또는 6-이성질체; 플루오레세인 카다베린(5-아미노펜틸)티오우레이딜)플루오레세인)의 5- 및/또는 6-이성질체; 플루오레세인일 글리신 아미드 (5-(아미노아세트아미도)플루오레세인)의 5- 및/또는 6-이성질체; 또는 NHS-플루오레세인 (5-(6)카르복시플루오레세인 숙신이미딜 에스테르)의 5- 및/또는 6-이성질체포함하는 것인 시스템. - 제39항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 4,4-디플루오로-4-보라-3a,4a-디아자-s-인다센(BODIPY) 및 이의 고리 치환된 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제24항에 있어서,
빌드 재료는, 흑연, 그래핀, 나노튜브, 다이아몬드, 비정질 물질, 규소, 게르마늄, 주석, 실리콘카바이드(3C), 실리콘카바이드(4H), 실리콘카바이드(6H), 실리콘카바이드(-SiC), 실리콘게르마늄, 실리콘주석, 황, 셀레늄, 텔루륨, 질화붕소(6eV-입방체), 질화붕소(육방정계), 질화붕소(나노튜브), 인화붕소, 비소화붕소, 안티몬화붕소, 질화알루미늄, 인화알루미늄, 비소화알루미늄, 안티몬화알루미늄, 질화갈륨, 인화갈륨, 비소화갈륨, 안티몬화갈륨, 질화인듐, 인화인듐, 비소화인듐, 안티몬화인듐, 인화인듐갈륨, 비소화인듐갈륨, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화주석, 황화주석, 셀렌화주석, 텔루르화주석, 산화납, 황화납, 셀렌화납 및 텔루르화납으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제24항에 있어서,
젤 지지체는 아가로스(agarose), 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드 및 실리콘으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - ㆍ 젤 지지체;
ㆍ 감광성 잠재 패터닝 재료;
ㆍ 상기 잠재 패터닝 재료에 결합하는 배위 화학구성을 포함하는 빌드 재료; 및
ㆍ 피코초 단위의 광 펄스를 제공할 수 있는 광원
를 포함하는, 개선된 리소그래피 나노제작 플랫폼용 시스템. - 제47항에 있어서,
감광성 잠재 패터닝 재료에 대해, 광원이 상기 잠재 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧은 시간 간격의 광 펄스들을 제공하는 압축 제작 작동 모드를 갖는 시스템. - 제48항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 Cy5 또는 Cy5 유도체로 구성되며, 압축 제작 작동 모드에서 광원이 10 μs 미만 간격으로 광 펄스들을 제공하는 것인 시스템. - 제47항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 비-크산텐계 발색단을 포함하는 것인 시스템. - 제47항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 반응기를 추가로 포함하며, 상기 반응기는 잠재 패터닝 재료와 반응성 중간체 간의 광반응을 통해 젤 지지체에 선택적으로 결합하는 것인 시스템. - 제51항에 있어서,
반응기는 라디칼 형성이 가능한 소분자를 포함하는 것인 시스템. - 제52항에 있어서,
반응기가 산소를 포함하는 것인 시스템. - 제52항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴 염료인 시스템. - 제54항에 있어서,
폴리메틴 염료는 스쿠아린 또는 스쿠아린 유도체로 구성되는 것인 시스템. - 제54항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 공여체-수용체 브리지를 추가로 포함하는 것인 시스템. - 제47항에 있어서,
젤 지지체는 물로 포화된 젤(즉, 팽윤된 젤)을 포함하며, 시스템은 젤 지지체 두께를 설정하는 기계식 스페이서를 추가로 포함하는 것인 시스템. - 제47항에 있어서,
젤 지지체가 표면에 부착될 수 있게 하는 결합기를 추가로 포함하는 시스템. - 제58항에 있어서,
결합기는 실란 또는 실록산으로 구성되는 것인 시스템. - 제47항에 있어서,
마스크를 추가로 포함하며,
상기 마스크는 젤 지지체의 지정된 영역들 상에서 광을 차단하거나 감소시키는 것인 시스템. - 제60항에 있어서,
마스크는 광을 차단하거나 감소시키는 픽셀들로 이루어진 디지털 마스크를 포함하는 것인 시스템. - 제60항에 있어서,
마스크가 디지털 마이크로미터 장치인 시스템. - 제60항에 있어서,
마스크가 공간 변조기인 시스템. - 제60항에 있어서,
마스크가 위상 마스크인 시스템. - 제47항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴, 플루오레세인 및 디피로메텐으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제65항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 시아닌 및 이들의 술폰화된 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제66항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 헤미시아닌, 스트렙토시아닌, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, 메로시아닌 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 시스템. - 제65항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 대칭 및 비대칭 인돌계 스쿠아레인, 대칭 및 비대칭 벤조티아졸계 스쿠아레인, 스쿠아릴륨 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제65항에 있어서, 잠재 패터닝 재료는,
플루오레세인 이소티오시아네이트 (FITC); 플루오레세인 카다베린 (5-아미노펜틸)티오우레이딜플루오레세인); 플루오레세인일 글리신 아미드 (5-(아미노아세트아미도)플루오레세인; 또는 NHS-플루오레세인 (5-(6)카르복시플루오레세인 숙신이미딜 에스테르)의, 5- 및/또는 6-이성질체를 포함하는 것인 시스템. - 제65항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 4,4-디플루오로-4-보라-3a,4a-디아자-s-인다센(BODIPY) 및 이의 고리 치환된 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제47항에 있어서,
빌드 재료는, 흑연, 그래핀, 나노튜브, 다이아몬드, 비정질 물질, 규소, 게르마늄, 주석, 실리콘카바이드(3C), 실리콘카바이드(4H), 실리콘카바이드(6H), 실리콘카바이드(-SiC), 실리콘게르마늄, 실리콘주석, 황, 셀레늄, 텔루륨, 질화붕소(6eV-입방체), 질화붕소(육방정계), 질화붕소(나노튜브), 인화붕소, 비소화붕소, 안티몬화붕소, 질화알루미늄, 인화알루미늄, 비소화알루미늄, 안티몬화알루미늄, 질화갈륨, 인화갈륨, 비소화갈륨, 안티몬화갈륨, 질화인듐, 인화인듐, 비소화인듐, 안티몬화인듐, 인화인듐갈륨, 비소화인듐갈륨, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화주석, 황화주석, 셀렌화주석, 텔루르화주석, 산화납, 황화납, 셀렌화납 및 텔루르화납으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제47항에 있어서,
젤 지지체가 아가로스, 고온 아스팔트 혼합물(HMA), 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드 및 실리콘으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - ㆍ 수화된 젤을 포함하는 젤 지지체;
ㆍ 감광성 잠재 패터닝 재료; 및
ㆍ 상기 잠재 패터닝 재료에 결합하는 배위 화학구성을 포함하는 빌드 재료
를 포함하는, 나노제작 플랫폼용 시스템 - 제73항에 있어서,
젤 두께를 설정하는 기계식 스페이서를 추가로 포함하는 시스템. - 제73항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 반응기를 추가로 포함하며, 상기 반응기는 잠재 패터닝 재료와 반응성 중간체 간의 광반응을 통해 젤 지지체에 선택적으로 결합하는 것인 시스템. - 제75항에 있어서,
반응기는 라디칼 형성이 가능한 소분자를 포함하는 것인 시스템. - 제76항에 있어서,
반응기는 산소를 포함하는 것인 시스템. - 제76항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴 염료인 시스템. - 제78항에 있어서,
폴리메틴 염료는 스쿠아린 또는 스쿠아린 유도체로 구성되는 것인 시스템. - 제78항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 공여체-수용체 브리지를 추가로 포함하는 것인 시스템. - 제73항에 있어서,
젤 지지체가 표면에 부착될 수 있게 하는 결합기를 추가로 포함하는 시스템. - 제81항에 있어서,
결합기는 실란 또는 실록산으로 구성되는 것인 시스템. - 제73항에 있어서,
마스크를 추가로 포함하며,
상기 마스크는 젤 지지체의 지정된 영역들 상에서 광을 차단하거나 감소시키는 것인 시스템. - 제83항에 있어서,
마스크는 광을 차단하거나 감소시키는 픽셀들로 이루어진 디지털 마스크를 포함하는 것인 시스템. - 제83항에 있어서,
마스크가 디지털 마이크로미터 장치인 시스템. - 제83항에 있어서,
마스크가 공간 변조기인 시스템. - 제83항에 있어서,
마스크가 위상 마스크인 시스템. - 제73항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴, 플루오레세인 및 디피로메텐으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제88항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 시아닌 및 이들의 술폰화된 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제89항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 헤미시아닌, 스트렙토시아닌, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, 메로시아닌 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제88항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 대칭 및 비대칭 인돌계 스쿠아레인, 대칭 및 비대칭 벤조티아졸계 스쿠아레인, 스쿠아릴륨 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제88항에 있어서, 잠재 패터닝 재료는,
플루오레세인 이소티오시아네이트(fluorescein isothiocyanate) (FITC); 플루오레세인 카다베린(fluorescein cadaverine) (5-아미노펜틸)티오우레이딜플루오레세인); 플루오레세인일 글리신 아미드(fluoresceinyl glycine amide) (5-(아미노아세트아미도)플루오레세인; 또는 NHS-플루오레세인(NHS-fluorescein) (5-(6)카르복시플루오레세인 숙신이미딜 에스테르)의, 5- 및/또는 6-이성질체를 포함하는 것인 시스템. - 제88항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 4,4-디플루오로-4-보라-3a,4a-디아자-s-인다센(BODIPY) 및 이의 고리 치환된 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제73항에 있어서,
빌드 재료는, 흑연, 그래핀, 나노튜브, 다이아몬드, 비정질 물질, 규소, 게르마늄, 주석, 실리콘카바이드(3C), 실리콘카바이드(4H), 실리콘카바이드(6H), 실리콘카바이드(-SiC), 실리콘게르마늄, 실리콘주석, 황, 셀레늄, 텔루륨, 질화붕소(6eV-입방체), 질화붕소(육방정계), 질화붕소(나노튜브), 인화붕소, 비소화붕소, 안티몬화붕소, 질화알루미늄, 인화알루미늄, 비소화알루미늄, 안티몬화알루미늄, 질화갈륨, 인화갈륨, 비소화갈륨, 안티몬화갈륨, 질화인듐, 인화인듐, 비소화인듐, 안티몬화인듐, 인화인듐갈륨, 비소화인듐갈륨, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화주석, 황화주석, 셀렌화주석, 텔루르화주석, 산화납, 황화납, 셀렌화납 및 텔루르화납으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제73항에 있어서,
젤 지지체는 아가로스, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드 및 실리콘으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - ㆍ 젤 지지체;
ㆍ 젤 지지체가 표면에 부착될 수 있게 하는 결합기;
ㆍ 감광성 잠재 패터닝 재료; 및
ㆍ 상기 잠재 패터닝 재료에 결합하는 배위 화학구성을 포함하는 빌드 재료
를 포함하는, 나노제작 플랫폼용 시스템. - 제96항에 있어서,
결합기는 실란 또는 실록산으로 구성되는 것인 시스템. - 제97항에 있어서,
결합기는 일반 화학식 R'-(CH2)n-Si(OR)3의 모노-실란을 포함하며, 식에서 R'은 젤 지지체을 결합할 수 있는 작용기이고, R은 알킬기인 시스템. - 제97항에 있어서,
결합기는 일반 화학식 R'-(Ln)-Si(OR)3의 실란 시제를 포함하며, 식에서
ㆍ R은 알킬기이고,
ㆍ L은 C-C, C-O 또는 C-N 결합으로 구성된, 길이 n의 안정적인 유기 연결기이고,
ㆍ R'은 단계적 중합이나 사슬 성장 중합이 가능하여 젤 지지체와 공유결합을 형성할 수 있는 작용기인 시스템. - 제96항에 있어서,
결합기는 젤 지지체의 전하와 반대 전하를 갖는 작용기를 포함하는 것인 시스템. - 제96항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 반응기를 추가로 포함하며, 상기 반응기는 잠재 패터닝 재료와 반응성 중간체 간의 광반응을 통해 젤 지지체에 선택적으로 결합하는 것인 시스템. - 제101항에 있어서,
반응성 중간체는 라디칼 형성이 가능한 소분자를 포함하는 것인 시스템. - 제102항에 있어서,
반응성 중간체는 산소를 포함하는 것인 시스템. - 제102항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴 염료인 시스템. - 제104항에 있어서,
폴리메틴 염료는 스쿠아린 또는 스쿠아린 유도체로 구성되는 것인 시스템. - 제104항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 공여체-수용체 브리지를 추가로 포함하는 것인 시스템. - 제96항에 있어서,
젤 지지체는 수화된 젤(즉, 팽윤된 젤)을 포함하며, 시스템은 젤 지지체 두께를 설정하는 기계식 스페이서를 추가로 포함하는 시스템. - 제96항에 있어서,
마스크를 추가로 포함하며,
상기 마스크는 젤 지지체의 지정된 영역들 상에서 광을 차단하거나 감소시키는 것인 시스템. - 제108항에 있어서,
마스크는 광을 차단하거나 감소시키는 픽셀들로 이루어진 디지털 마스크를 포함하는 것인 시스템. - 제109항에 있어서,
마스크가 디지털 마이크로미터 장치인 시스템. - 제109항에 있어서,
마스크가 공간 변조기인 시스템. - 제109항에 있어서,
마스크가 위상 마스크인 시스템. - 제96항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 폴리메틴, 플루오레세인 및 디피로메텐으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제113항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 시아닌 및 이들의 술폰화된 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제114항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 헤미시아닌, 스트렙토시아닌, Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy7.5, 메로시아닌 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제113항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 대칭 및 비대칭 인돌계 스쿠아레인, 대칭 및 비대칭 벤조티아졸계 스쿠아레인, 스쿠아릴륨 및 이들의 술폰화 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제113항에 있어서, 잠재 패터닝 재료는,
플루오레세인 이소티오시아네이트(fluorescein isothiocyanate) (FITC); 플루오레세인 카다베린(fluorescein cadaverine) (5-아미노펜틸)티오우레이딜플루오레세인); 플루오레세인일 글리신 아미드(fluoresceinyl glycine amide) (5-(아미노아세트아미도)플루오레세인; 또는 NHS-플루오레세인(NHS-fluorescein) (5-(6)카르복시플루오레세인 숙신이미딜 에스테르)의, 5- 및/또는 6-이성질체를 포함하는 것인 시스템. - 제113항에 있어서,
잠재 패터닝 재료는 4,4-디플루오로-4-보라-3a,4a-디아자-s-인다센(BODIPY) 및 이의 고리 치환된 유도체를 포함하는 것인 시스템. - 제96항에 있어서,
빌드 재료는, 흑연, 그래핀, 나노튜브, 다이아몬드, 비정질 물질, 규소, 게르마늄, 주석, 실리콘카바이드(3C), 실리콘카바이드(4H), 실리콘카바이드(6H), 실리콘카바이드(-SiC), 실리콘게르마늄, 실리콘주석, 황, 셀레늄, 텔루륨, 질화붕소(6eV-입방체), 질화붕소(육방정계), 질화붕소(나노튜브), 인화붕소, 비소화붕소, 안티몬화붕소, 질화알루미늄, 인화알루미늄, 비소화알루미늄, 안티몬화알루미늄, 질화갈륨, 인화갈륨, 비소화갈륨, 안티몬화갈륨, 질화인듐, 인화인듐, 비소화인듐, 안티몬화인듐, 인화인듐갈륨, 비소화인듐갈륨, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화아연, 황화아연, 셀렌화아연, 텔루르화아연, 산화카드뮴, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 산화주석, 황화주석, 셀렌화주석, 텔루르화주석, 산화납, 황화납, 셀렌화납 및 텔루르화납으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 제96항에 있어서,
젤 지지체가 아가로스, 고온 아스팔트 혼합물(HMA), 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드 및 실리콘으로 구성된 군에서 선택되는 것인 시스템. - 3차원 나노제작용 방법에 있어서,
ㆍ 젤을 패터닝하는 단계로서,
ㆍ 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키는 단계와,
ㆍ 젤 내의 특정 위치에서, 패터닝 재료가 젤에 결합하는 것을 촉진시키는 반응성 중간체를 반응기를 통해 활성화하는 것을 포함하는 패터닝 재료를 광 활성화함으로써 패터닝 재료가 상기 특정 위치에서 젤에 선택적으로 결합하도록 만드는 단계와,
ㆍ 미결합 패터닝 재료를 제거하는 단계
를 포함하는, 젤의 패터닝 단계;
ㆍ 빌드 재료를 상기 패터닝 재료에 결합하는 단계; 및
ㆍ 3차원 나노제작물을 축소시키는 단계
를 포함하는 3차원 나노제작용 방법. - 제121항에 있어서,
반응성 중간체를 활성화하는 것은 라디칼 형성을 개시하는 것을 포함하는 것인 방법. - 제121항에 있어서,
패터닝 재료는, 반응성 중간체와 상호작용하는 공여체-수용체 브리지를 함유하는 폴리메틴 염료를 포함하는 것인 방법. - 제121항에 있어서,
반응기가 풍부한 화합물을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제124항에 있어서,
반응기가 풍부한 화합물을 적층시키는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제121항에 있어서,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 빌드 재료가 패터닝 재료 상에서 성장할 수 있게 하는 비금속 증진제를 적층시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법. - 제126항에 있어서,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 빌드 재료가 인접한 패터닝 재료 결합 부위들을 연결할 때까지 빌드 재료를 적층시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제127항에 있어서,
증진제는 빌드 재료가 성장할 수 있게 하는 칼코겐화물을 포함하는 것인 방법. - 제121항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조(polymer network)를 매입시키는 것을 포함하는, 젤 셋업 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제129항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 젤을 패터닝하는 단계 이전에 수행되는 것인 방법. - 제129항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 젤을 패터닝하는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제129항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 빌드 재료를 적층시키는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제129항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 재료를 수축시키는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제129항에 있어서,
원래의 젤을 제거하는 것을 포함하는 중합체 망상구조 제거 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제129항에 있어서,
추가적인 중합체 망상구조를 제거하는 것을 포함하는 중합체 망상구조 제거 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제121항에 있어서,
패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 광 펄스를 젤 내의 특정 위치 방향으로 조사하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제136항에 있어서,
광 펄스를 조사하는 단계는 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧은 시간 간격의 광 펄스들을 조사하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제137항에 있어서,
패터닝 재료는 스쿠아레인이고,
광 펄스를 조사하는 단계는 펨토초 펄스를 조사하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제121항에 있어서,
빌드 재료는 반투명 재료를 포함하며,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 굴절률을 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제139항에 있어서,
굴절률을 생성하는 단계는 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제139항에 있어서,
이온교환 재료를 사용하여 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제140항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 0.05n을 초과하는 비굴절률 차를 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제142항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 칼코겐화물을 사용하여 빌드 재료를 변환시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제143항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제121항에 있어서,
젤은 수화된 젤을 포함하며,
젤을 패터닝하는 단계는 젤을 일 차원으로 기계적으로 압축함으로써 압축되지 않은 차원들에서의 패터닝된 해상도를 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법. - 제145항에 있어서,
단광자(one-photon) 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제145항에 있어서,
2광자 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제121항에 있어서,
ㆍ 결합기를 통해 젤을 표면에 부착시키는 단계
를 추가로 포함하는 방법. - 제148항에 있어서,
젤을 표면에 부착시키는 단계는 실란 또는 실록산으로 구성된 결합기를 사용하여 상기 표면을 관능화하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제148항에 있어서,
젤을 표면에 부착시키는 단계는 젤의 전하와 반대 전하를 갖는 결합기를 사용하여 상기 결합기를 젤에 혼입시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 3차원 나노제작용 방법에 있어서,
ㆍ 젤을 패터닝하는 단계로서,
ㆍ 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키는 단계와,
ㆍ 젤 내의 특정 위치에서, 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧은 시간 간격의 광 펄스들을 조사하는 것을 포함하는 패터닝 재료를 광 활성화함으로써 패터닝 재료가 상기 특정 위치에서 젤에 선택적으로 결합하도록 만드는 단계와,
ㆍ 미결합 패터닝 재료를 제거하는 단계
를 포함하는, 젤의 패터닝 단계;
ㆍ 빌드 재료를 상기 패터닝 재료에 결합하는 단계; 및
ㆍ 3차원 나노제작물을 축소시키는 단계
를 포함하는 3차원 나노제작용 방법. - 제151항에 있어서,
패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 패터닝 재료가 젤을 결합하는 것을 촉진시키는 반응성 중간체를 패터닝 재료의 반응기를 통해 활성화하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제152항에 있어서,
패터닝 재료는, 반응성 중간체와의 공여체-수용체 브리지를 함유하는 폴리메틴 염료를 포함하는 것인 방법. - 제152항에 있어서,
반응기가 풍부한 화합물을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제154항에 있어서,
반응기가 풍부한 화합물을 적층시키는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제151항에 있어서,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 빌드 재료가 패터닝 재료 상에서 성장할 수 있게 하는 비금속 증진제를 적층시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법. - 제156항에 있어서,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 빌드 재료가 인접한 패터닝 재료 결합 부위들 사이를 연결할 때까지 빌드 재료를 적층시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제157항에 있어서,
증진제는 빌드 재료가 성장할 수 있게 하는 칼코겐화물을 포함하는 것인 방법. - 제151항에 있어서,
빌드 재료는 제1 금속을 포함하며,
패터닝 재료 상에서 상기 제1 금속을 금속 칼코겐으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제159항에 있어서,
패터닝 재료 상에서 금속 칼코겐을 제2 금속으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
ㆍ 제159항에 있어서,
패터닝 재료 상에서 금속 칼코겐을 제2 금속으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제151항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 것을 포함하는 젤 셋업 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제162항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 젤을 패터닝하는 단계 이전에 수행되는 것인 방법. - 제162항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 젤을 패터닝하는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제162항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 빌드 재료를 적층시키는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제162항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 재료를 수축시키는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제162항에 있어서,
원래의 젤을 제거하는 것을 포함하는 중합체 망상구조 제거 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제162항에 있어서,
추가적인 중합체 망상구조를 제거하는 것을 포함하는 중합체 망상구조 제거 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제151항에 있어서,
빌드 재료는 반투명 재료를 포함하며,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 굴절률을 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제169항에 있어서,
굴절률을 생성하는 단계는 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제169항에 있어서,
이온교환 재료를 사용하여 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제170항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 0.5n을 초과하는 비굴절률 차를 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제171항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 칼코겐화물을 사용하여 빌드 재료를 변환시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제173항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제151항에 있어서,
젤은 수화된 젤을 포함하며,
젤을 패터닝하는 단계는 젤을 일 차원으로 기계적으로 압축함으로써 압축되지 않은 차원들에서의 패터닝된 해상도를 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법. - 제175항에 있어서,
단광자 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제175항에 있어서,
2광자 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제151항에 있어서,
결합기를 통해 젤을 표면에 부착시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제178항에 있어서,
젤을 표면에 부착시키는 단계는 실란 또는 실록산으로 구성된 결합기를 사용하여 상기 표면을 관능화하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제178항에 있어서,
젤을 표면에 부착시키는 단계는 젤의 전하와 반대 전하를 갖는 결합기를 사용하여 상기 결합기를 젤에 혼입시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 3차원 나노제작용 방법에 있어서,
ㆍ 수화된 젤을 포함하는 젤을 패터닝하는 단계로서,
ㆍ 젤을 일 차원으로 기계적으로 압축하는 단계와,
ㆍ 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키는 단계와,
ㆍ 젤 내의 특정 위치에서, 패터닝 재료를 광 활성화함으로써 패터닝 재료가 상기 특정 위치에서 젤에 선택적으로 결합하도록 만드는 단계와,
ㆍ 미결합 패터닝 재료를 제거하는 단계
를 포함하는, 젤의 패터닝 단계;
ㆍ 빌드 재료를 상기 패터닝 재료에 결합하는 단계; 및
ㆍ 3차원 나노제작물을 축소시키는 단계
를 포함하는 3차원 나노제작용 방법 - 제180항에 있어서,
단광자 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제180항에 있어서,
2광자 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제180항에 있어서,
패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 패터닝 재료가 젤에 결합하는 것을 촉진시키는 반응성 중간체를 반응기를 통해 활성화하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제183항에 있어서,
패터닝 재료는, 반응성 중간체와 상호작용하는 공여체-수용체 브리지를 함유하는 폴리메틴 염료를 포함하는 것인 방법. - 제183항에 있어서,
반응기가 풍부한 화합물을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제185항에 있어서,
반응기가 풍부한 화합물을 적층시키는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제180항에 있어서,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 빌드 재료가 패터닝 재료 상에서 성장할 수 있게 하는 비금속 증진제를 적층시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법. - 제187항에 있어서,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 빌드 재료가 인접한 패터닝 재료 결합 부위 사이를 연결할 때까지 빌드 재료를 적층시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제188항에 있어서,
증진제는 빌드 재료가 성장할 수 있게 하는 칼코겐화물을 포함하는 것인 방법. - 제180항에 있어서,
빌드 재료는 제1 금속을 포함하며,
패터닝 재료 상에서 상기 제1 금속을 금속 칼코겐으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제190항에 있어서,
패터닝 재료 상에서 금속 칼코겐을 제2 금속으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제190항에 있어서,
패터닝 재료 상에서 금속 칼코겐을 제2 금속으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제180항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 것을 포함하는 젤 셋업 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제193항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 젤을 패터닝하는 단계 이전에 수행되는 것인 방법. - 제193항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 젤을 패터닝하는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제193항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 빌드 재료를 적층시키는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제193항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 재료를 수축시키는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제193항에 있어서,
원래의 젤을 제거하는 것을 포함하는 중합체 망상구조 제거 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제193항에 있어서,
추가적인 중합체 망상구조를 제거하는 것을 포함하는 중합체 망상구조 제거 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제180항에 있어서,
패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 광 펄스를 젤 내의 특정 위치 방향으로 조사하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제200항에 있어서,
광 펄스를 조사하는 단계는 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧은 시간 간격의 광 펄스들을 조사하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제201항에 있어서,
패터닝 재료는 스쿠아레인이고,
광 펄스를 조사하는 단계는 펨토초 펄스를 조사하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제180항에 있어서,
빌드 재료는 반투명 재료를 포함하며,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 굴절률을 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제203항에 있어서,
굴절률을 생성하는 단계는 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제203항에 있어서,
이온교환 재료를 사용하여 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제204항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 0.5n을 초과하는 비굴절률 차를 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제206항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 칼코겐화물을 사용하여 빌드 재료를 변환시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제207항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제180항에 있어서,
결합기를 통해 젤을 표면에 부착시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제209항에 있어서,
젤을 표면에 부착시키는 단계는 실란 또는 실록산으로 구성된 결합기를 사용하여 상기 표면을 관능화하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제209항에 있어서,
젤을 표면에 부착시키는 단계는 젤의 전하와 반대 전하를 갖는 결합기를 사용하여 상기 결합기를 젤에 혼입시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 3차원 나노제작용 방법에 있어서,
ㆍ 결합기를 통해 젤을 표면에 부착시키는 단계
ㆍ 젤을 패터닝하는 단계로서,
ㆍ 젤 전체에 걸쳐 패터닝 재료를 분산시키는 단계와,
ㆍ 젤 내의 특정 위치에서, 패터닝 재료를 광 활성화함으로써 패터닝 재료가 상기 특정 위치에서 젤에 선택적으로 결합하도록 만드는 단계와,
ㆍ 미결합 패터닝 재료를 제거하는 단계
를 포함하는, 젤의 패터닝 단계;
ㆍ 빌드 재료를 상기 패터닝 재료에 결합하는 단계; 및
ㆍ 3차원 나노제작물을 축소시키는 단계
를 포함하는 3차원 나노제작용 방법. - 제212항에 있어서,
젤을 표면에 부착시키는 단계는 실란으로 구성된 결합기를 사용하여 상기 표면을 관능화하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제212항에 있어서,
젤을 표면에 부착시키는 단계는 젤의 전하와 반대 전하를 갖는 결합기를 사용하여 상기 결합기를 젤에 혼입시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제212항에 있어서,
패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 패터닝 재료가 젤에 결합하는 것을 촉진시키는 반응성 중간체를 반응기를 통해 활성화하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제215항에 있어서,
패터닝 재료는, 반응성 중간체와 상호작용하는 공여체-수용체 브리지를 함유하는 폴리메틴 염료를 포함하는 것인 방법. - 제215항에 있어서,
반응기가 풍부한 화합물을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제217항에 있어서,
반응기가 풍부한 화합물을 적층시키는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제212항에 있어서,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 빌드 재료가 패터닝 재료 상에서 성장할 수 있게 하는 비금속 증진제를 적층시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법. - 제219항에 있어서,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 빌드 재료가 인접한 패터닝 재료 결합 부위들 사이를 연결할 때까지 빌드 재료를 적층시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제220항에 있어서,
증진제는 빌드 재료가 성장할 수 있게 하는 칼코겐화물을 포함하는 것인 방법. - 제212항에 있어서,
빌드 재료는 제1 금속을 포함하며,
패터닝 재료 상에서 상기 제1 금속을 금속 칼코겐으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제222항에 있어서,
패터닝 재료 상에서 금속 칼코겐을 제2 금속으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제222항에 있어서,
패터닝 재료 상에서 금속 칼코겐을 제2 금속으로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제212항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 것을 포함하는 젤 셋업 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제225항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 젤을 패터닝하는 단계 이전에 수행되는 것인 방법. - 제225항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 젤을 패터닝하는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제225항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 빌드 재료를 적층시키는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제225항에 있어서,
젤에 추가적인 중합체 망상구조를 매입시키는 단계는 재료를 수축시키는 단계 이후에 수행되는 것인 방법. - 제225항에 있어서,
원래의 젤을 제거하는 것을 포함하는 중합체 망상구조 제거 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제225항에 있어서,
추가적인 중합체 망상구조를 제거하는 것을 포함하는 중합체 망상구조 제거 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제212항에 있어서,
패터닝 재료를 광 활성화하는 단계는 광 펄스를 젤 내의 특정 위치 방향으로 조사하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제232항에 있어서,
광 펄스를 조사하는 단계는 패터닝 재료의 여기된 삼중항 상태의 수명보다 짧은 시간 간격의 광 펄스들을 조사하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제233항에 있어서,
패터닝 재료는 스쿠아레인이고,
광 펄스를 조사하는 단계는 펨토초 펄스를 조사하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제212항에 있어서,
빌드 재료는 반투명 재료를 포함하며,
빌드 재료를 패터닝 재료에 결합하는 단계는 굴절률을 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제235항에 있어서,
굴절률을 생성하는 단계는 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제235항에 있어서,
이온교환 재료를 사용하여 공간의존적 굴절률을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제236항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 0.5n을 초과하는 비굴절률 차를 생성하는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제238항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 칼코겐화물을 사용하여 빌드 재료를 변환시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제239항에 있어서,
공간의존적 굴절률을 생성하는 단계는 폴리(아미도)아민을 적층시켜 반응기를 증폭시키는 단계를 포함하는 것인 방법. - 제212항에 있어서,
젤은 수화된 젤을 포함하며,
젤을 패터닝하는 단계는 젤을 일 차원으로 기계적으로 압축함으로써 압축되지 않은 차원들에서의 패터닝된 해상도를 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법. - 제241항에 있어서,
단광자 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제241항에 있어서,
2광자 리소그래피를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
Applications Claiming Priority (3)
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