[논문]SLA 3D 프린팅 방식 기반의 미세 유체 시스템 제작을 위한 소수성 표면 처리 연구

허재욱; 배서준; 임도진

doi:10.9713/kcer.2024.62.1.105

[국내논문] SLA 3D 프린팅 방식 기반의 미세 유체 시스템 제작을 위한 소수성 표면 처리 연구
A Study on Hydrophobic Surface Treatment for Microfluidic System Fabrication Based on SLA 3D Printing Method

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.62 no.1, 2024년, pp.105 - 111

허재욱 (국립부경대학교 화학공학과) , 배서준 (국립부경대학교 화학공학과) , 임도진 (국립부경대학교 화학공학과)

초록
AI-Helper

SLA (Stereo Lithography Apparatus) 방식은 액체 상태의 광경화성 레진(Resin)이 자외선 레이저에 닿으면 고체가 되는 원리를 활용한 3D 프린팅 방식으로 다양한 분야에서의 활용도가 증가하고 있다. 본 연구에서는 이 SLA 3D 프린팅 출력물의 표면 특성 중 소수성과 투명도를 개선하여 미세 유체 시스템의 제작에 활용하기 위한 기초 연구를 수행하였다. SLA 출력물은 소수성 코팅 방법을 이용해 표면 소수성의 특성을 개선할 수 있었으나, 소수성 코팅 방법의 종류에 따라 다양한 환경에서의 코팅 유지력은 차이를 보였다. 또한, 미세 유체 시스템의 제작에 요구되는 충분한 투명도와 소수성의 특성을 함께 확보하기 위해 선행된 연구에서 제안한 투명도 확보 방법에 소수성 코팅을 적용하여 접촉각의 변화를 비교하였다. Teflon 코팅법이 이산화 티타늄 코팅법과 비교하여 우수한 투명도의 확보가 가능하며, 다양한 환경에 노출되었을 때 높은 코팅의 유지력을 가져 미세 유체 시스템의 제작에 활용되기에 적합한 소수성 코팅법으로 제안되었다. 마지막으로 본 연구를 통해 제안된 미세 유체 시스템의 제작에 적합한 소수성 코팅 방법인 Teflon 코팅법 중 Fluoropel 800을 이용하여 디지털 미세 유체 시스템 중 하나인 액적 접촉 충전 현상(Electrophoresis of Charged Droplet, ECD) 칩을 SLA 3D 프린팅으로 제작, 액적의 조작을 성공적으로 시연함으로써 SLA 3D 프린팅 기술의 미세 유체 시스템의 제작에 활용 가능성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The SLA (Stereolithography Apparatus) method is a type of 3D printing technique predicated on the transformation of liquid photocurable resin into a solid form through UV laser exposure, and its application is increasing in various fields. In this study, we conducted research to enhance the hydrophobicity and transparency of SLA 3D printing surfaces for microfluidic system production. The enhancement of surface hydrophobicity in SLA outputs was attainable through the application of hydrophobic coating methods, but the coating durability under different conditions varied depending on the type of hydrophobic coating. Additionally, to simultaneously achieve the required transparency and hydrophobic properties for the fabrication of microfluidic systems, we applied hydrophobic coatings to the proposed transparency enhancement method from prior research and compared the changes in contact angles. Teflon coating was proposed as a suitable hydrophobic coating method for the fabrication of microfluidic systems, given its excellent transparency and high coating durability in various environmental conditions, in comparison to titanium dioxide coating. Finally, we produced an Electrophoresis of Charged Droplet (ECD) chip, one of the digital microfluidics systems, using SLA 3D printing with the proposed Teflon coating method (Fluoropel 800). Droplet manipulation was successfully demonstrated with the fabricated chip, confirming the potential application of SLA 3D printing technology in the production of microfluidic systems.

Keyword

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. (a) Schematics of experimental setup for contact angle measurement. (b) Contact angle measurement procedure.
그림 Fig. 2. Hydrophobicity measurement according to the hydrophobic coating methods. (a) A SEM image of sample surface after each coating. The magnitude of the SEM images is 300x. (b) Droplet image and graph showing contact angle difference according to the hydrophobic coating method. The size of droplets is the same at 3mL. The error bar on each bar of the graph represents the standard deviation.
그림 Fig. 3. Coating durability test. (a) Contact angle change in the air dependent on time, 0 day (orange), 4 days (green), and 7 days (purple). (b) Change in contact angle after 7 days of soaking in mineral oil (left) and contact angle change after mineral oil flow and water flow(right). The error bar on each bar of the graph represents the standard deviation.
그림 Fig. 4. Effect of polishing on surface properties. (a) Transparency changes of samples before and after polishing. (b) Contact angles of polished samples. The red bar is the contact angle before polishing, and the green bar is the contact angle after polishing. The error bar on each graph represents the standard deviation.
그림 Fig. 5. Demonstration of fabrication of microfluidic system. (a) A photograph of manufactured microfluidic device. The electrode at the bottom is polished, and oil fills the inside of the device. The contact angle of droplet in the device is 165°. (b) A sequence image of the movement of water droplets according to the polarity change of electrodes (top) and a sequence image of process of collecting a water droplet from microfluidic device using a pipette (bottom).

참고문헌 (22)

Karakurt, I., and Lin, L., "3D Printing Technologies: Techniques,？Materials, and Post-processing," Curr. Opin. Chem. Eng. 28,？134-143(2020).
Lee, J. Y., An, J. and Chua, C. K., "Fundamentals and Applications of 3D Printing for Novel Materials," Appl. Mater. Today., 7,？120-133(2017).

상세보기
Shahrubudin, N., Lee, T. C. and Ramlan, R. J. P. M., "An Overview on 3D Printing Technology : Technological, Materails, and？Applications," Procedia. Manuf., 35, 1286-1296(2019).
Dhinakaran, V., Kumar, K. M., Ram, P. B., Ravichandran, M.？and Vinayagamoorthy, M., "A Review on Recent Advancements？In Fused Deposition Modeling," Mater. Today: Proc., 27, 752-756(2020).
Gaal, G., Mendes, M., de Almeida, T. P., Piazzetta, M. H., Gobbi,？A. L., Riul Jr, A. and Rodrigues, V., "Simplified Fabrication of？Integrated Microfluidic Devices Using Fused Deposition Modeling 3D Printing," Sens. Actuators B Chem., 242, 35-40(2017).

상세보기
Shanmugam, V., Pavan, M. V., Babu, K. and Karnan, B., "Fused？Deposition Modeling Based Polymeric Materials and Their Performance: A Review," Polym. Compos., 42(11), 5656-5677(2021).

상세보기
Huang, J., Qin, Q. and Wang, J., "A Review of Stereolithography:？Processes and Systems," Processes, 8(9), 1138(2020).

상세보기
Park, H. K., Shin, M., Kim, B., Park, J. W. and Lee, H., "A Visible Light-curable Yet Visible Wavelength-transparent Resin for？Stereolithography 3D Printing," NPG Asia Mater., 10(4), 82-89？(2018).
Bagheri, A. and Jin, J., "Photopolymerization in 3D Printing,"？Acs Appl. Polym. Mater., 1(4), 593-611(2019).
Bhattacharjee, N., Urrios, A., Kang, S. and Folch, A., "The Upcoming 3D-printing Revolution in Microfluidics," Lab Chip, 16(10),？1720-1742(2016).

상세보기
Nadagouda, M. N., Rastogi, V. and Ginn, M., "A Review on 3D？Printing Techniques for Medical Applications," Curr. Opin. Chem.？Eng., 28, 152-157(2020).
Au, A. K., Huynh, W., Horowitz, L. F. and Folch, A., "3D-printed？Microfluidics," Angew. Chem. Int. Ed., 55(12), 3862-3881(2016).
Tack, P., Victor, J., Gemmel, P. and Annemans, L., "3D-printing？Techniques in a Medical Setting: a Systematic Literature Review,"？Biomed. Eng. Online, 15, 1-21(2016).
Comina, G., Suska, A. and Filippini, D., "Low Cost Lab-on-a-chip Prototyping with a Consumer Grade 3D Printer," Lab Chip,？14(16), 2978-2982(2014).

상세보기
Gunther, D., Heymel, B., Franz Gunther, J. and Ederer, I., "Continuous 3D-printing for Additive Manufacturing," Rapid Prototyp. J., 20(4), 320-327(2014).
Waheed, S., Cabot, J. M., Macdonald, N. P., Lewis, T., Guijt, R.？M., Paull, B. and Breadmore, M. C., "3D Printed Microfluidic？Devices: Enablers and Barriers," Lab Chip, 16(11), 1993-2013？(2016).

상세보기
Jafari, R., Cloutier, C., Allahdini, A. and Momen, G., "Recenct？Progress and Challenges with 3D Printing of Patterned Hydrophobic and Superhydrophobic Surfaces," Int. J. Adv. Manuf. Technol. 103, 1225-1238(2019).
Bae, S. J. and Im, D. J., "Comparison of Surface Characteristics？According to 3D Printing Methods and Materials for the Fabrication of Microfluidic Systems," Korean Chem. Eng. Res. 57(5),？706-713(2019).
Bae, S. J. and Im, D. J., "A Study on the Changes in Surface？Properties According to Post-treatment of SLA 3D Printing Materials," Korean Chem. Eng. Res., 60(1), 132-138(2022).
Barraze, B., Olate-Moya, F., Montecinos, G., Ortega, J. H., Rosenkranz, A., Tamburrino, A. and Palza, H., "Superhydrophobic SLA？3D Printed Materials Modified with Nanoparticles Biomimicking？the Hierarchical Structure of a Rice Leaf," Sci. Technol. Adv Mater., 23(1), 300-321(2022).
Im, D. J., Noh, J., Moon, D. and Kang, I. S., "Electrophoresis of？a Charged Drople in a Dielectric Liquid for Droplet Actuation,"？Anal. Chem. 83(13), 5168-5174(2011).
Im, D. J., Yoo, B. S., Ahn, M. M., Moon, D. and Kang, I. S.,？"Digital Electrophoresis of Chared Droplets," Anal. Chem. 85(8),？4038-4044(2013).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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