[논문]정전기력을 이용한 마이크로/나노 프린팅 기술

김동수; 이원희; 신동윤; 임현의

문제 정의

ESD 장치를 이용한 전도성 잉크 프린팅 실험 및 비전도성 기판의 프린팅 가능성 검증해 보고자 하였다. 전도성 잉크로는 Panipol사의 Pani-X(doped polyaniline in Xylene) 잉크를 사용하였다.
실험에 사용된 기판은 ITO 코팅된 유리 기판과 ITO위에 전도성 폴리머 코팅된 유리기판으로 2가지를 사용하였다. ITO 기판위에 전도성 폴리머를 코팅함으로해서 패터닝 되지 않은 영역에서 세포의 성장을 억제하기 위한 화학처리를 하였다. VI 전압은 3.
본 글에서 는 direct patterning과 같은 wet process 기반이 아닌 dry process로 고속 다면적 마이크로/ 나노 패턴닝이 가능한 정전기력을 이용한 프린팅기술에 대해 간략히 소개하고자 한다.
정전기력을 이용한 고정화 방법이므로 분무기에 의한 미세입자를 형성 할 때에는 반드시 그 입자가 전하를 갖도록 용액을 대전시켜야 한다. 본 글에서는 정전기(electrostatic) 분무기를 소개하고자 한다.

제안 방법

일반적으로 많이 사용되는 ITO기판은 세포 성장에 친화적이라 패턴 되지 않는 영역에서도 세포가 잘 자라, 선택적인 배양이 어려운 문제가 있다. 그러므로 세포의 친화력이 낮은 전도성 폴리머를 ITO에 코팅한 기판에 단백질 마이크로 어레이를 제작 한 후 줄기세포의 반응을 관찰하였다. 그 결과 저밀도 패턴된(Vl:3.
그리고 개발된 ESD장치를 이용하여 단백질패터닝 실험을 수행하였다. 일반적으로 많이 사용되는 ITO기판은 세포 성장에 친화적이라 패턴 되지 않는 영역에서도 세포가 잘 자라, 선택적인 배양이 어려운 문제가 있다.
정전기 유도증착에 의한 프린팅 방법을 소개 하였다. 그리고 개발된 ESD장치를 이용하여 단백질패터닝 실험을 수행하였다.
직 경 50nm의 amine-modified fluorescent latex beads (Sigma) 0.1% 용액을 사용해서 그 성능을 시험해 보았다. 기판으로는 aldehyde-modified ITO glass를 이용했는데 그것은 amine-modified nano -particles# 화학적으로 기판위에 고정하기 위한 것이다.
패터닝된 콜라겐 단백질 표면에 세포를 배양하여 세포간의 형태차이를 관촬하였다. 세포는 인간 중간엽 줄기세포(Human mesenchymal stem cell; hMSC)를 개대 배양한 후, passage 2의 세포를 사용하였다.

대상 데이터

1% 용액을 사용해서 그 성능을 시험해 보았다. 기판으로는 aldehyde-modified ITO glass를 이용했는데 그것은 amine-modified nano -particles# 화학적으로 기판위에 고정하기 위한 것이다. 실험에서는 다양한 사이즈와 모양을 가진 Fig.
전도성 잉크로는 Panipol사의 Pani-X(doped polyaniline in Xylene) 잉크를 사용하였다. 기판은 기존의 ITO 또는 전도성 glass 기판이 아닌 비전도성의 유연한 필름을 사용하였고, 마스크와 기판의 거리를 최소화하기 위하여 필름을 마스크에 부착시킨 후 실험하였다. 그 결과 Fig.
세포간의 형태차이를 관촬하였다. 세포는 인간 중간엽 줄기세포(Human mesenchymal stem cell; hMSC)를 개대 배양한 후, passage 2의 세포를 사용하였다.
시스템은 크게 나누어 분무기(atomizer), 스텐실 마스크, 정 전기장 발생기(electrostatic field generator) 로 구성된다. 그 개념은 Fig.
I water와 1:10으로 희석시켜 사용하였다. 실험에 사용된 기판은 ITO 코팅된 유리 기판과 ITO위에 전도성 폴리머 코팅된 유리기판으로 2가지를 사용하였다. ITO 기판위에 전도성 폴리머를 코팅함으로해서 패터닝 되지 않은 영역에서 세포의 성장을 억제하기 위한 화학처리를 하였다.
실험에 사용된 용액은 콜라겐 단백질이며, D.I water와 1:10으로 희석시켜 사용하였다. 실험에 사용된 기판은 ITO 코팅된 유리 기판과 ITO위에 전도성 폴리머 코팅된 유리기판으로 2가지를 사용하였다.
기판으로는 aldehyde-modified ITO glass를 이용했는데 그것은 amine-modified nano -particles# 화학적으로 기판위에 고정하기 위한 것이다. 실험에서는 다양한 사이즈와 모양을 가진 Fig. 8에 나타낸 스텐실 마스크를 사용하였다. 실험 결과 Fig.
실험에서는 직경300例 홀을 5x5 array로 가지는퀄즈 마스크가 사용되었다. 실험결과 Fig.
전도성 잉크로는 Panipol사의 Pani-X(doped polyaniline in Xylene) 잉크를 사용하였다. 기판은 기존의 ITO 또는 전도성 glass 기판이 아닌 비전도성의 유연한 필름을 사용하였고, 마스크와 기판의 거리를 최소화하기 위하여 필름을 마스크에 부착시킨 후 실험하였다.

이론/모형

이 과정에서 극도로 작아진 입자로부터 이온이 발생되어 질량분석기 등의 검출기에 이용되고 있다. 본연구에서는 질량분석계 등에 사용되는 electrospray ionizer와 달리 이온화되지 않은 입자를 기판에 원하는 패턴으로 수집하는 electrospray deposition 기술을 이용한다.

성능/효과

기판은 기존의 ITO 또는 전도성 glass 기판이 아닌 비전도성의 유연한 필름을 사용하였고, 마스크와 기판의 거리를 최소화하기 위하여 필름을 마스크에 부착시킨 후 실험하였다. 그 결과 Fig. 12와 같은 패턴의 직경 140~145例 이내의 dot array 패턴을 확인함으로써, 비전도성 기판에의 패턴 가능성은 검증 하였다.
그러므로 세포의 친화력이 낮은 전도성 폴리머를 ITO에 코팅한 기판에 단백질 마이크로 어레이를 제작 한 후 줄기세포의 반응을 관찰하였다. 그 결과 저밀도 패턴된(Vl:3.9kV, 프린팅 시간: 1시간) 단백질표면에 세포의 성장이 활발함을 확인하였다.
그리고 ESD 장치를 이용한 다양한 물질의 패터닝 가능성 검증을 위해 형광물질과 전도성 잉크 등을 이용한 패터닝 실험을 수행한 결과 모두 가능하였다. 또한 전도성 기판뿐만 아니라 비전도성 필름에도 프린팅이 가능함을 확인하였다.
또한 전도성 기판뿐만 아니라 비전도성 필름에도 프린팅이 가능함을 확인하였다.
8에 나타낸 스텐실 마스크를 사용하였다. 실험 결과 Fig. 11과 같이 선폭 2~10伽 이내의 패턴들을 성공적으로 얻을 수 있었다.
그리고 (D), (E), (F), (G)는 (A) 패턴을 확대한 사진이며, (F)에서 보면 패턴의 외각 부분에서 구배를 이루며 원하지 않는 패턴이 형성되는 것을 볼수 있다. 이는 이번 실험에 사용된 퀄즈 마스크의 두께가 스텐실 마스크 보다 5배 이상 작아서 마스크 홀드에 장착했을 때, 마스크와 기판 사이의 거리가 증가하는 효과를 가진다. 마스크와 기판의 거리가 멀면 멀수록 패턴의 정밀도는 저하 된다.

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