선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이런 원리로 동작하는 폴리피롤 액추에이터는 MEMS 기술의 적용이 쉽고 제작 방법이 간단하여 여러가지 물질을 제 어하는 액추에이터로 응용이 가능하다(4). 본 논문에서는 이러한 폴리피롤 액추에이터를 이용하여 세포를 제어하는 세포 밸브와 세포 조작 및 이동을 위한 세포 그리퍼 (gripper)를 만들기 위한 기초 실험으로 폴리피롤 액추에이터의 기본구조인 폴리피롤 캔틸레버 (cantilever)를 제작한다. 이러한 기초 실험결과를 응용하여 실제 유로(channel) 에서 동작하는 세포 밸브, 그리고 뼈대로 연결된 두개 이상의 폴리피롤 액추에 이터가 독립적으로 움직일 수 있는 세포 그리퍼 를 제작한다(5).
가설 설정
- 6. A concept of net-shape polypyrrole actuator and real polypyrrole shape.
제안 방법
- 이러한 MEMS 공정 적용 가능성을 검토하기 위해 여러가지 크기의 캔틸레버 와 그물망 형태의 구조물들을 실리콘 기판 위에 제작하였다. 먼저 기존의 전형적인 표면 마이크 로 머시닝 희생층 공정과 전도성 고분자인 폴리 피롤 합성 공정을 결합하기 위하여 2가지 종류의 희생층을 이용한 공정을 시도하였다. 그림 1은 이 두 가지 희생층을 사용하여 폴리피롤 캔틸레 버를 제작하는 공정을 나타낸 것이다.
- 전형적인 표면 마이크로머시닝 공정에 폴리피 롤 중합 공정을 결합하여 폴리피롤 마이크로 액 추에이터를 제작하였다. 먼저 마이크로 액추에이 터의 기본적인 구조인 폴리피롤 캔틸레버를 제작 하고 동작을 측정하였다. 제작된 폴리피롤 캔틸 레버를 응용하여 세포 조작이 가능한 세포 그리 퍼와 세포 밸브를 제작하였다.
- 불산에 의한 폴리피롤의 탈수 현상을 방지하기위해 그림 5에서 나타낸 바와 같이 실리콘 산화 막 대신 PR을 희생층으로 사용하는 공정을 수행 흐卜였다.
- 제작된 폴리피롤 캔틸 레버를 응용하여 세포 조작이 가능한 세포 그리 퍼와 세포 밸브를 제작하였다. 세포 그리퍼는 단 단한 고분자 뼈대와 폴리피롤 액추에이터 근육의 개념으로 연결하여 제작하였다. 세포 그리퍼의 특성은 전해액 내에서 폴리피롤 액추에이터에 IV를 인가하며 측정하였다.
- 세포 그리퍼는 단 단한 고분자 뼈대와 폴리피롤 액추에이터 근육의 개념으로 연결하여 제작하였다. 세포 그리퍼의 특성은 전해액 내에서 폴리피롤 액추에이터에 IV를 인가하며 측정하였다. 세포 밸브는 습식 식각으로 제작한 유로에 폴리피롤 캔틸레버를 조 립하여 제작하였다.
- 마지막으로 패터닝에 의해 동 작전극과 상대전극을 형성하고(d) 불산을 사용하여 희생층을 식각함으로써(e) 최종적인 구조의 폴리피롤 액추에이터 구조를 완성한다. 액추에이터 설계시에 전극의 크기를 캔틸레버의 크기보다 100배 이상 크게 하여 희생층 식각 시간을 조절함으로써 폴리피롤 하부만 식각되고 전극은 기판 에 연결되어 있도록 하였다. 폴리피롤 캔틸레버의 크기는 20x20^2에서 75x150㎛2까지 다양하게 설계하였으며 밸브 구조물로의 응용을 위해 단순한 빔 형태가 아닌 그물망 형태의 액추에이 터도 설계하고 제작하였다.
- 유체의 흐름 속에서 폴리피롤 액주에이터로 세 포를 제어하기 위하여 실리콘 기판에 폴리피롤 액추에이터를 제작히-고 그 위에 식각한 유로를 조립하여 마이크로 세포 밸브를 제작하였다. 유 로는 습식 유리 식각 공정으로 제작하였으며 주 입부와 배출부는 레이저 가공기를 이용하여 절삭 하고 주입부에 튜브를 연결하였다. 튜브의 반대 편은 주사기에 결합하였다.
- 유체의 흐름 속에서 폴리피롤 액주에이터로 세 포를 제어하기 위하여 실리콘 기판에 폴리피롤 액추에이터를 제작히-고 그 위에 식각한 유로를 조립하여 마이크로 세포 밸브를 제작하였다. 유 로는 습식 유리 식각 공정으로 제작하였으며 주 입부와 배출부는 레이저 가공기를 이용하여 절삭 하고 주입부에 튜브를 연결하였다.
- 이러한 기초 실험결과를 응용하여 실제 유로(channel) 에서 동작하는 세포 밸브, 그리고 뼈대로 연결된 두개 이상의 폴리피롤 액추에 이터가 독립적으로 움직일 수 있는 세포 그리퍼 를 제작한다(5). 응용 소자의 제작에 있어서 폴리 피롤 액추에이터의 크기와 두께를 변화시키면서, 최적의 움직임을 나타내는 폴리피롤 캔틸레버의 크기와 두께에 대한 연구도 함께 진행한다.
- 본 논문에서는 이러한 폴리피롤 액추에이터를 이용하여 세포를 제어하는 세포 밸브와 세포 조작 및 이동을 위한 세포 그리퍼 (gripper)를 만들기 위한 기초 실험으로 폴리피롤 액추에이터의 기본구조인 폴리피롤 캔틸레버 (cantilever)를 제작한다. 이러한 기초 실험결과를 응용하여 실제 유로(channel) 에서 동작하는 세포 밸브, 그리고 뼈대로 연결된 두개 이상의 폴리피롤 액추에 이터가 독립적으로 움직일 수 있는 세포 그리퍼 를 제작한다(5). 응용 소자의 제작에 있어서 폴리 피롤 액추에이터의 크기와 두께를 변화시키면서, 최적의 움직임을 나타내는 폴리피롤 캔틸레버의 크기와 두께에 대한 연구도 함께 진행한다.
- 전형적인 표면 마이크로머시닝 공정에 폴리피 롤 중합 공정을 결합하여 폴리피롤 마이크로 액 추에이터를 제작하였다. 먼저 마이크로 액추에이 터의 기본적인 구조인 폴리피롤 캔틸레버를 제작 하고 동작을 측정하였다.
- 먼저 마이크로 액추에이 터의 기본적인 구조인 폴리피롤 캔틸레버를 제작 하고 동작을 측정하였다. 제작된 폴리피롤 캔틸 레버를 응용하여 세포 조작이 가능한 세포 그리 퍼와 세포 밸브를 제작하였다. 세포 그리퍼는 단 단한 고분자 뼈대와 폴리피롤 액추에이터 근육의 개념으로 연결하여 제작하였다.
- PR의 두께 를 중분히 두껍 게 할 경우에 탄올을 사용하여 PR을 완전히 제거하지 못하므로 불산을 이용한 희생층 식각 공정에서는 폴리피롤에 대한 불산의 영향을 완전히 배제하기 어렵다. 탈수 현상에 의해 심각하게 손상되지 않은 폴리피롤 캔틸레버들 에 대하여 동작 실험을 하였다. 그림 2는 제작한 폴리피롤 캔틸레버들의 실제 모습이다.
- 세포 밸브는 습식 식각으로 제작한 유로에 폴리피롤 캔틸레버를 조 립하여 제작하였다. 특성 측정방법은 유로에 세 포 크기의 비드가 들어있는 포스페이트 버퍼를 주입하고 폴리피롤 캔틸레버를 동작시켜 비드 제어 여부를 확인하며 실시하였다. 제안한 제작 공 정과 동작 특성 측정 결과로부터 폴리피롤 마이 크로 액추에이터의 바이오 관련 응용 가능성을 실험적으로 검증할 수 있었으며 향후 좀 더 다양한 응용이 기대되어진다.
- 세포를 잡아서 이동시키기 위해서는 사람의 손가락처럼 여러 관절들이 독립적인 움직임을 보이는 액추에이터가 필요하다. 폴리피 롤 액추에이터가 사람의 근육처럼 동작하는 형태의 세포 그리퍼를 제작하기 위해 그림 8과 같이 PMER을 뼈대로 이용한 그리퍼를 제작하였다. 먼저 액추에이터와 기판간의 절연을 위해 실리콘기판 위에 산화막을 2000A 성장시킨다(a).
- 폴리피롤 액추에이터의 기초 실험결과를 바탕으로 세포를 잡고 이동시킬 수 있는 세포 그리퍼 를 제작하였다. 세포를 잡아서 이동시키기 위해서는 사람의 손가락처럼 여러 관절들이 독립적인 움직임을 보이는 액추에이터가 필요하다.
- 액추에이터 설계시에 전극의 크기를 캔틸레버의 크기보다 100배 이상 크게 하여 희생층 식각 시간을 조절함으로써 폴리피롤 하부만 식각되고 전극은 기판 에 연결되어 있도록 하였다. 폴리피롤 캔틸레버의 크기는 20x20^2에서 75x150㎛2까지 다양하게 설계하였으며 밸브 구조물로의 응용을 위해 단순한 빔 형태가 아닌 그물망 형태의 액추에이 터도 설계하고 제작하였다. 구조물의 완성 결과 희생층 식각 공정에서 불산이 폴리피롤의 탈수 현상을 유발하여 일부 폴리피롤 캔틸레버가 전극 으로부터 분리되었다.
- 폴리피롤이 형성된 기판에 동작전극과 상대전 극을 패터닝하여 전극을 형성한 후 10:1 불산을 이용하여 Ti 희생층을 식각하였다(g). 완성된 그리퍼의 모양은 그림 9에 나타낸 것과 같이상 하단 각각 2개의 폴리피롤 액추에이터가 있고 하 단의 폴리피롤 사이로 2개의 독립된 전극이 들어 가는 구조가 된다.
대상 데이터
- 이것은 폴리피롤 액추에이터가 유로 내에서 세포를 충분히 제어 할 수 있음을 보여주는 것이다. 실제 유 로 내에서의 실험은 100~120㎛의 크기를 갖는 비드(bead)가 들어있는 포스페이트 버퍼 용액 을 주사기로 유로 내에 주입하면서 실시하였다. 세포와 흡사한 비드의 제어 가능 여부를 관찰하기 위해 현미경을 사용하여 폴리피롤 밸브가 있는 유로 부분을 관찰하였으나 실험용액이 IV 정도의 전압에서도 전기 분해를 일으키기 시작하여 정확한 관찰은 용이하지 않았다.
- 그림 14. 유리 기판 상에 제작한 유로의 사진.
- 세포를 제어하기 위한 폴리피롤 세포 밸브 및 그리퍼를 제작하기 위해서는 MEMS 공정을 적용한 폴리피롤 캔틸레버의 제작 가능성 여부가 가장 중요하다. 이러한 MEMS 공정 적용 가능성을 검토하기 위해 여러가지 크기의 캔틸레버 와 그물망 형태의 구조물들을 실리콘 기판 위에 제작하였다. 먼저 기존의 전형적인 표면 마이크 로 머시닝 희생층 공정과 전도성 고분자인 폴리 피롤 합성 공정을 결합하기 위하여 2가지 종류의 희생층을 이용한 공정을 시도하였다.
성능/효과
- 그림의 사진이 흐릿하게 보이는 것은 폴리피롤 캔티레버들이 동작하면서 현 미경의 초점을 벗어났기 때문이다. 동작 실험 결과 희생층 식각 과정에서 탈수 현상이 적게 일어 난 폴리피롤 캔틸레버도 불산의 영향에 의해 액 추에이터로서의 특성이 좋지 않게 나타난 것으로 보인다.
- 위와 같이 폴리피롤이 형성된 기판에 동작전극과 상대전극 을 패터닝하여 전극을 형성한 후(e) 에탄올로 희 생층을 식각하여 액추에이터를 완성한다(f). 이와 같이 PR을 희생층으로 사용하였을 때 산화막 을 희생층으로 사용한 공정보다 폴리피롤의 탈수 현상이 적게 일어나 완전한 모양의 액추에이터를 쉽게 얻을 수 있었을 뿐 아니라 동작 전극에 IV 를 가하는 동작실험에서도 0~90°까지의 변위 를 보이는 특성이 향상된 폴리피롤 액추에이터를 얻을 수 있었다.
- 그림 15는 유리 기판 위에 제작 된 유로의 깊이와 너비에 대한 측정 결과이다. 전형적인 습식 유리 식각의 결과로서 세포의 이동을 위한 유로로 사용하기에 충분한 단면을 가지고 있음을 보여주고 있다.
후속연구
- 특성 측정방법은 유로에 세 포 크기의 비드가 들어있는 포스페이트 버퍼를 주입하고 폴리피롤 캔틸레버를 동작시켜 비드 제어 여부를 확인하며 실시하였다. 제안한 제작 공 정과 동작 특성 측정 결과로부터 폴리피롤 마이 크로 액추에이터의 바이오 관련 응용 가능성을 실험적으로 검증할 수 있었으며 향후 좀 더 다양한 응용이 기대되어진다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.