[논문]비고정화 된 일차원 광결정의 DBR 다공성 실리콘을 이용한 센서와 Drug Delivery로의 응용

고영대; 김지훈; 박종선; 김성기; 김동수; 조성동; 손홍래

doi:10.5369/jsst.2006.15.6.391

비고정화 된 일차원 광결정의 DBR 다공성 실리콘을 이용한 센서와 Drug Delivery로의 응용
1-D photonic crystals of free-standing DBR PSi for sensing and drug delivery applications 원문보기

센서학회지 = Journal of the Korean Sensors Society, v.15 no.6, 2006년, pp.391 - 396

고영대 (조선대학교 화학과) , 김지훈 (조선대학교 화학과) , 박종선 (조선대학교 화학과) , 김성기 (조선대학교 화학과) , 김동수 (조선대학교 화학과) , 조성동 (조선대학교 화학과) , 손홍래 (조선대학교 화학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Free-standing multilayer distributed Bragg reflectors (DBR) porous silicon dielectric mirrors, prepared by electrochemical etching of crystalline silicon using square wave currents are treated with polystyrene to produce flexible, stable composite materials in which the porous silicon matrix is covered with caffeine-impregnated polystyrene. Optically encoded DBR PSi/polystyrene composite films retain the optical reflectivity. Optical characteristics of DBR PSi/polystyrene composite films are stable and robust for 2 hrs in a pH=7 aqueous buffer solution. The appearance of caffeine and change of DBR peak were simultaneously measured by UV-vis spectrometer and Ocean optics 2000 spectrometer, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

DBR 다공성 실리콘은 고분자와 함께 composite형태의 필름으로 만들 수 있고 제조된 DBR PSi/polystryrene composite 필름은 그 고유한 광학적 특성을 저장하고 있어 특정 부위에 약물전달을 하기 위한 기초 연구를 하였다. 이러한 목적을 위해 caffeine을 함유하고 있는 composite 필름을 이용하여 약물의 방출 정도와 광학적 정보 사이의 관계를 모니터링 하여 정보를 직접 읽을 수 있ㄷ록 하였다.
우리는 여기서 다층 다공성 실리콘인 distributed Bragg reflector (DBR) 다공성 실리콘을 이용하여 약물 전달 재료로서의 응용 가능성을 알아보고자 한다. 전기 화학적 부식으로 합성된 DBR 다공성 실리콘 필름은 polystyrene을 이용하여 composite 필름으로 제조하여안정한 상태로 만들었다^[19].

제안 방법

특히 caffeine의 방출농도를 측정하기 위해서 UV-vis spectrometer (Shimazu)를 이용하였다. Caffeine의 방출정도는 caffeine의 최대 흡수 파장인 274nm를 이용하여 흡광도의 변화를 측정하여 얻었다.
DBR PSi 칩을 핀셋으로 잡고 유리판 위에서 DBR PSi필름이 부서지지 않도록 THF를 흘려주어 실리콘 웨이퍼에서 분리 시킨다. 고분자로 polystyrene (Sigma, Mw-280,000) 300mg과 caf-feine (Aldrich) 5mg을 THF (Fisher Scienfic) 10mL에 넣어 완전히 녹인 후 polystyrene과 caffeine이 녹아 있는 용액을 5ml를 취해서 이 필름에 떨어뜨려 30분간 건조시켜 caffeine을 함유하고 있는 DBR PSi/poly-styrene composite 필름을 만들었다.
흘려준 전류는 주기적으로 변하는 서로 다른 다공성(poros-ity)을 생성하기 위해 5 ma·cm^-2에1분 30초, 50mA·cm^-2에 3초를 교대로 해서 흘려주었다. 교대로 흘려준 전류의 횟수를 다르게 하여 세 가지 다른 시료들을 이용하여 실험을 하였다. 각 시료를 준비하는데 이용된 교대전류의 횟수는 각 10번, 20번, 그리고 30번 이었다.
점선으로 나타낸 스펙트럼은 네모파를 이용하여 제조된 DBR PSi의 반사스펙트럼으로 그 파장이 520nm에서 최대의 보강간섭이 이루어지고 그 이외의 다른 파장영역 대는 사간섭이 이루어지도록 제조되었다. 다층 DBR PSi를 만들기 위한 에칭의 조건은 5 mA/cm² (90초)와 50mA/cm²(3초) 를 각각 10, 20, 30회 주기로 가해주어 세 가지의 다른 DBR PSi 시료를 만들었다. 이와 같이 합성된 DBR PSi 의 반사스펙트럼을 측정한 결과 반사피크의 FWHM(full width at half maximum) 값이 20 00이었다.
우리는 최근에 광학적 정보가 저장된 DBR PSi/pystyrene composite 필름의 광학적 특성 즉 반사스펙트럼을 측정하기 위해 광원으로는 텅스텐-할로겐램프를 이용하였다. 그림 1은 팅스텐-할로겐램프를 광원으로 이용하여 광학적 정보가 저장된 DBR PSi과 caffeine을 함유하고 있는 DBR PSi/polystyrene composite 필름의 반사성을 측정한 스펙트럼이다.
DBR 다공성 실리콘은 고분자와 함께 composite형태의 필름으로 만들 수 있고 제조된 DBR PSi/polystryrene composite 필름은 그 고유한 광학적 특성을 저장하고 있어 특정 부위에 약물전달을 하기 위한 기초 연구를 하였다. 이러한 목적을 위해 caffeine을 함유하고 있는 composite 필름을 이용하여 약물의 방출 정도와 광학적 정보 사이의 관계를 모니터링 하여 정보를 직접 읽을 수 있ㄷ록 하였다. DBR PSi/polystyrene composite 필름은 DBR PSi의 층이 많아질수록 DBR PSi의 반사피크 세기변화 및 단파장 쪽으로 변위에 있어서 안정도가 증가 되는 것을 알 수 있었고 caffeine의 방출 정도는 부식의 횟수와 상관없이 거의 비슷한 정도로 방출된다는 것을 알 수 있었다.
전기 화학적 부식으로 합성된 DBR 다공성 실리콘 필름은 polystyrene을 이용하여 composite 필름으로 제조하여안정한 상태로 만들었다^[19]. 이렇게 합성된 DBR PSi/ polystyrene composit 필름을 이용하여 고분자 내부에 함유되어 있는 caffeine의 방출에 따른 저장된 광학적 정보의 변화와의 상관관계에 대하여 조사하였다.
고분자 또한 약물을 함유하여 controlled-release drug delivery 응용에 있어 훌륭한 재료로 기대 된다. 이에 우리는 in vitro 실험을 하기 위해ph=7인 buffer 용액에서 caffeine의 방출 농도에 따른 광학적 정보의 변화를 측정하였다.
이때 DBR PSi는 전기화학적 부식 시 네모파를 조절하여 반사피크의 범위를 400nm에서 10,000 nm까지 조절할 수 있으므로 인간의 조직에서 가장 낮은 흡수를 하는 파장을 반사하는 시료를 이용하면 피부조직 내에 삽입 시키거나 부착 시켰을 때 광학적 정보를 직접 읽을 수 있도록 할 수 있다. 이와 같은 실헌을 하기 위해서 우리는 DBR PSi 필터를 약물을 함유하고 있는 고분자로 코팅하여 composite 필름을 만들어 DBR피크의 세기의 변화를 모니터링하여 약물의 방출 정도를 측정하였다. DBR PSi는 전자연마 (electropolishing) 작업을 통하여 않은 박막 상태의 필름으로 얻을 수 있다.
우리는 여기서 다층 다공성 실리콘인 distributed Bragg reflector (DBR) 다공성 실리콘을 이용하여 약물 전달 재료로서의 응용 가능성을 알아보고자 한다. 전기 화학적 부식으로 합성된 DBR 다공성 실리콘 필름은 polystyrene을 이용하여 composite 필름으로 제조하여안정한 상태로 만들었다^[19]. 이렇게 합성된 DBR PSi/ polystyrene composit 필름을 이용하여 고분자 내부에 함유되어 있는 caffeine의 방출에 따른 저장된 광학적 정보의 변화와의 상관관계에 대하여 조사하였다.
부식용매로는 HF 용액 (48% by weght: Fisher Scientific)과 에탄올(Fisher Scientific)을 사용하였으며 HF:EtOH=3:1의 부피비를 갖도록 준비하였다. 전기화학적 부식은 두개의 전극을 사용하여 Teflon cell안에서 수행하였다. 흘려준 전류는 주기적으로 변하는 서로 다른 다공성(poros-ity)을 생성하기 위해 5 ma·cm^-2에1분 30초, 50mA·cm^-2에 3초를 교대로 해서 흘려주었다.

대상 데이터

0012Ω)를 Potentiostat/Galvanostat363모델 (EG & E Instrument)을 이용하여 전류를 흘려주어 전기 화학적 부식을 하게 되면 distributed Bragg reflector (DBR) PSi 를 합성할 수 있다. 부식용매로는 HF 용액 (48% by weght: Fisher Scientific)과 에탄올(Fisher Scientific)을 사용하였으며 HF:EtOH=3:1의 부피비를 갖도록 준비하였다. 전기화학적 부식은 두개의 전극을 사용하여 Teflon cell안에서 수행하였다.
전자연마 조건은 460mA·cm^-2로 1분동안 정 전류를 흘려준다. 이때 사용한 부식 용매는 HF:EtOH=3:1의 부피비를 용매를 사용하였다. 그리고 난 후 22mA·mc^-2의 정 전류를 다시 2분 동안 흘려 주었다.

이론/모형

Caffeine을 함유하고 있는 DBR PSi/polystyrene com-posite 필름으로부터 반사되는 반사스펙트럼을 측정하기 위해서는 텅스텐램프와 optical microscope가 장착된 Ocean Optics USB-2000 charge-coupled-device spec-trometer를 사용하였다. 모든 스펙트럼들은 입사광을 수직으로 투사하여 투사광선과 반사광선이 동일 축에 있게 하여 얻었다.
모든 스펙트럼들은 입사광을 수직으로 투사하여 투사광선과 반사광선이 동일 축에 있게 하여 얻었다. 특히 caffeine의 방출농도를 측정하기 위해서 UV-vis spectrometer (Shimazu)를 이용하였다. Caffeine의 방출정도는 caffeine의 최대 흡수 파장인 274nm를 이용하여 흡광도의 변화를 측정하여 얻었다.

성능/효과

이러한 목적을 위해 caffeine을 함유하고 있는 composite 필름을 이용하여 약물의 방출 정도와 광학적 정보 사이의 관계를 모니터링 하여 정보를 직접 읽을 수 있ㄷ록 하였다. DBR PSi/polystyrene composite 필름은 DBR PSi의 층이 많아질수록 DBR PSi의 반사피크 세기변화 및 단파장 쪽으로 변위에 있어서 안정도가 증가 되는 것을 알 수 있었고 caffeine의 방출 정도는 부식의 횟수와 상관없이 거의 비슷한 정도로 방출된다는 것을 알 수 있었다.
Composite필름의 DBR 피크가 DBR PSi의 피크보다 35nm 장파장 쪽으로 변위 되었는데 이는 DBR PSi의 다공성 기공에 약물과 고분자가 채워져 들어가 굴절률을 증가시켜 이와 같은 결과를 초래하였다. DBR PSi/polystyrene composite 필름의 반사스펙트럼을 측정한 결과 반사피크의 FWHM 값이 30nm이었다.
그림 2는 caffeine을 함유하고 있는 0DBR PSi/poly-styrene composite 필름에서 caffeine 방출되는 정도에 의한 DBR피크 세기의 감소를 시간에 따라 나타낸:래프이다. DBR PSi/polystyrene composite 필름의 최대 반사피크 파장인 525 nm를 고정 시켜 측정한 결과 시간이 지남에 따라 DBR PSi 반사피크의 세기는 지수함수 적으로 감소되는데 이는 caffeine이 polymer 로부터 서서히 방출됨에 따라 DBR PSi층의 굴절률을 감소시켜 DBR PSi 반사피크가 단파장 쪽으로 변위시키기 떄문이다. DBR층이 10층, 20층, 그리고 30층인 경우 유사한 결과를 얻었으며 DBR PSi 반사피크의 세기의 변화는 DBR층이 10층인 경우 변화의 폭이 가장 컸다.
단파장 쪽으로의 변위는 시간에 따라 DBR층이 20층과 30층일 경우 거의 선형관계로 변화하였으며 28 층이 10층인 경우 변화의 폭이 가장 켰다. 위의 두 결과를 보면 DBR PSi/poly-styrene composite 필름에서 DBR PSi층의 두께를 크게 하면 함수록, 보다 오랜 시간 동안 buffer 용액에서 DBR PSi composite의 광학적 성질을 간직할 수 있다고 여겨진다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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