KR20120130677A - Apparatus for separating using the nano-sized pore structures patterned with self-assembly materials, and their fabrication methods - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기 조립 물질을 이용하여 포토리소그래피 공정 없이 원주형상의 나노 기공이 형성된 나노 구조체를 미세 가공 기술로 제작되는 실리콘 기반 지지 구조체에 전사하여 제작되는 것을 특징으로 하는 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a separation device using a graphene nanostructure using a self-assembly material as a separator and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a nanostructure in which columnar nano pores are formed without a photolithography process using a self-assembly material. The present invention relates to a separation apparatus using a graphene nanostructure using a self-assembly material as a separator and a method of manufacturing the same, which are produced by transferring to a silicon-based support structure manufactured by a microfabrication technique.
나노 다공성 멤브레인은 나노 크기의 직경을 가진 구멍을 이용하여 나노 크기의 입자들의 종류를 그 고유한 크기 차이를 이용하여 분리해 낼 수 있는 핵심 장치로서, 바이오, 생명, 의료, 식품, 환경, 에너지 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있는 주요 장치이다. Nanoporous membrane is a core device that can separate nano-sized particles by their unique size difference by using nano-sized pores. Bio, life, medical, food, environment, energy, etc. It is a major device that can be applied to various industrial fields.
종래의 나노 다공성 멤브레인은 대부분 고분자 물질로 제작되었기 때문에, 그 구조가 매우 복잡하고 멤브레인의 두께도 매우 두꺼워 낮은 선택성(selectivity)과 낮은 투과율(permeability)을 가진다는 문제점을 가지고 있다. Since the conventional nanoporous membrane is mostly made of a polymer material, the structure is very complicated and the thickness of the membrane is very thick, which has a problem of low selectivity and low permeability.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 직선 형태의 나노 채널을 가지면서도 두께가 얇은 나노 다공성 멤브레인을 만드는 연구 개발 노력이 활발히 진행되고 있다. Therefore, in order to solve this problem, research and development efforts are being actively made to make thin nanoporous membranes with thin nanochannels while using linear microchannels.
종래의 마이크로 머시닝 공정 기술을 이용하여 제작되는 나노 다공성 멤브레인 제작 방법은, 기판 상에 형성된 박막에 양극산화법(anodizing) 혹은 이온 트랙 에칭(ion-track etching)과 같은 특별한 방식의 화학적 에칭 방법을 통하여 나노 크기의 구멍을 형성하는 방법, 탄소 나노 튜브를 몰드로 이용하여 나노 크기의 구멍을 형성하는 방법, 고 에너지의 이온 빔을 이용하여 방법 등으로 구분할 수 있다. The nanoporous membrane fabrication method using conventional micromachining process technology is a method for producing nanoporous membranes through a special chemical etching method such as anodizing or ion-track etching on a thin film formed on a substrate. It can be classified into a method of forming a sized hole, a method of forming a nano sized hole using a carbon nanotube as a mold, and a method using a high energy ion beam.
하지만, 상기의 나노 구멍을 형성하기 위해서는 일반 포토리소그래피 공정과 달리 고 정밀한 고가 장치가 필요로 된다. 그래서, 나노 다공성 멤브레인의 대량 생산이 매우 어렵고, 제작 단가가 매우 높고, 제조 공정 시간이 많이 소요되는 등의 단점을 가지고 있다. 또한, 일반적으로 초정밀 고가 장비를 사용하여 제작되었기 때문에 나노 다공성 멤브레인을 대면적화하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 고에너지의 이온 빔을 이용하는 경우 나노 다공성 멤브레인 제작 공정이 매우 노동집약적이어서 매우 높은 공정 비용이 요구되는 문제점을 가지고 있다. However, in order to form the nano-pores, unlike the general photolithography process, a highly precise and expensive device is required. Therefore, the mass production of the nanoporous membrane is very difficult, manufacturing cost is very high, manufacturing process takes a lot of time and the disadvantages. In addition, since it is generally manufactured using high-precision expensive equipment, there is a problem that it is difficult to large-scale the nanoporous membrane. In addition, the nanoporous membrane fabrication process is very labor-intensive when using a high energy ion beam has a problem that requires a very high process cost.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 포토리소그래피 공정이 아닌 자기 조립방법을 이용하여 다양한 나노 크기의 직경을 가지는 원주형상의 나노 구조체 멤브레인과 실리콘 기반의 박막 지지 멤브레인 상에 전사하는 것을 특징으로 하여 대면적화 가능하고, 재현성이 높으며 낮은 공정 비용으로 제작 가능한 나노 다공성 멤브레인 및 그의 제작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and transfers onto cylindrical nanostructure membranes having various nano-size diameters and silicon-based thin film support membranes using a self-assembly method rather than a photolithography process. It is an object of the present invention to provide a nanoporous membrane capable of producing a large area, high reproducibility, and low manufacturing cost, and a method of manufacturing the same.
이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명에 따른 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치제조 방법은, 기판 하면 및 기판 상면에 보호층을 형성하는 단계; 상기 기판 하면 및 기판 상면의 일부분이 드러나도록 상기 기판 하면과 기판 상면에 형성된 보호층을 패터닝하는 단계; 상기 드러난 일부분의 기판 하면 및 기판 상면에 형성된 보호층을 식각하는 단계; 자기조립 물질을 이용한 원주형상 구조(columnar structure)의 기공을 가지는 그라핀 나노 구조체를 상기 기판 상면에 전사하는 단계; 및 상기 그라핀 나노 구조체 상에 형성되어 있는 나노 구조체 식각 마스크층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. To this end, according to the first aspect of the present invention, a method of manufacturing a separation device using the graphene nanostructures using the self-assembly material according to the present invention as a separation unit, forming a protective layer on the lower surface and the upper surface of the substrate; Patterning a protective layer formed on the lower surface of the substrate and the upper surface of the substrate to expose the lower surface of the substrate and a portion of the upper surface of the substrate; Etching the protective layer formed on the exposed lower surface of the substrate and the upper surface of the substrate; Transferring the graphene nanostructure having pores of a columnar structure using a self-assembled material to an upper surface of the substrate; And removing the nanostructure etching mask layer formed on the graphene nanostructure.
본 발명에 따르면, 나노 크기의 구멍을 형성하기 위한 특별한 식각이나 추가적인 공정 없이 자기 조립 물질을 이용하여 통해 형성된 원주형상 구조의 기공을 가지는 그라핀 박막을 실리콘 기판 상에 기공을 가지는 지지 멤브레인 상에 전사하여 형성되는 나노 다공성 멤브레인 장치이기 때문에 공정 측면에서 소자의 재현성을 높일 수 있으며, 대량 생산이 가능하게 하여 공정 비용을 매우 낮을 수 있다. 또한, 저온 공정을 특징으로 하기 때문에 미소 유체 채널 및 전자 소자와의 집적이 용이하다는 효과가 있다. According to the present invention, a graphene thin film having pores of columnar structure formed through the use of self-assembling material without special etching or additional process for forming nano-sized holes is transferred onto a supporting membrane having pores on a silicon substrate. Since the nanoporous membrane device is formed to increase the reproducibility of the device in terms of the process, it is possible to mass-produce the process cost can be very low. In addition, since the low temperature process is characterized, it is easy to integrate with the microfluidic channel and the electronic device.
본 발명에 따르면, 나노 크기의 필터링 구멍과 친수성으로 생화학적으로 표면 처리된 표면을 통해, 미소량의 혈액 샘플에서 혈청 속에 존재하는 여러 가지 단백질 분자들이 혼재될 때, 미량의 미소 단백질을 정량하기 위해서는 알부민과 같은 상대적으로 크기가 크고 다량으로 존재하는 단백질들을 분리하는데 적용이 가능하다는 효과가 있다. According to the present invention, through the nano-sized filtering holes and the hydrophilic surface biochemically treated surface, in order to quantify the trace micro-proteins when various protein molecules present in serum in the micro-blood sample are mixed It has the effect of being applicable to separating relatively large and large amounts of proteins such as albumin.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치의 제작과정을 보여주는 제조 공정도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자기 조립 물질을 이용하여 원주형상 나노 구조체가 제작되는 과정을 설명하기 위한 제작 공정도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멤즈 공정을 사용하여 제작되는 실리콘 지지체의 제작 과정을 보여주는 제조 공정도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치의 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 그라핀 나노 구조체 분리부에 대한 확대 평면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치의 동작특성을 설명하기 위한 분리 특성도.1 is a manufacturing process diagram showing a manufacturing process of a separation device using a graphene nanostructure using a self-assembly material according to an embodiment of the present invention as a separator.
Figure 2 is a manufacturing process for explaining the process of manufacturing the columnar nanostructures using a self-assembling material according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a manufacturing process showing the manufacturing process of the silicon support produced using the MEMs process according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a separation device using the graphene nanostructures according to a preferred embodiment of the present invention as a separator.
5 is an enlarged plan view of a graphene nanostructure separation unit according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 6 is a separation characteristic for explaining the operating characteristics of the separation device using the graphene nanostructures using the self-assembly material according to a preferred embodiment of the present invention as a separator.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The configuration of the present invention and the operation and effect thereof will be clearly understood through the following detailed description. Prior to the detailed description of the present invention, the same components will be denoted by the same reference numerals even if they are displayed on different drawings, and the detailed description will be omitted when it is determined that the well-known configuration may obscure the gist of the present invention. do.
도 1의 (a) 내지 도 1의 (c)는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치를 나타낸 구조도이다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치는 그라핀 나노 구조체(20)와 지지 구조체(30)로 구성되어 있다. 1 (a) to 1 (c) is a structural diagram showing a separation device using a graphene nanostructure using a self-assembly material according to a preferred embodiment of the present invention as a separation unit. The separation device using the graphene nanostructures using the self-assembly material according to a preferred embodiment of the present invention as a separator is composed of the
먼저 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 그라핀 나노 구조체(20)의 형성방법에 대해 살펴본다. First, a method of forming the
여기에서, 그라핀(Graphene)이란, 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 2차원 단일층을 이루는 구조로 0차원의 플러렌(Fullerene), 관(tube) 모양의 1차원 구조를 가진 탄소나노튜브 및 3차원 구조를 가진 그라파이트와는 차별되는 구조를 지니고 있다. 그라핀은 질량이 없는 페르미 디랙 입자와 같은 거동을 보여, 상온에서 15,000㎠V-1s-1 이상의 전하 이동도를 보인다. 그라핀의 인장 강도는 다이아몬드의 2배이고, 강철보다는 200~300 배나 강한 것으로 보고되었다. 또한, 그라핀은 하나의 탄소 층이기 때문에 투명도에서 우수한 면을 가지고 있다.Here, graphene is a structure in which hexagonal shapes consisting of six carbons are connected to each other to form a two-dimensional single layer, and carbon nanotubes having a one-dimensional structure of 0-dimensional fullerenes and tubes. And it has a structure that is different from graphite having a three-dimensional structure. Graphene exhibits the same behavior as massless Fermi Dirac particles, showing a charge mobility of 15,000 cm 2 V −1 s −1 or higher at room temperature. It is reported that the tensile strength of graphene is twice that of diamond and 200-300 times stronger than steel. In addition, since graphene is one carbon layer, it has an excellent surface in transparency.
본 발명에 따른 그라핀 나노 구조체(20)를 형성하기 위해서 도 2의 (a)와 같이, 기판(201)을 준비하고, 기판(201) 상에 실리콘 산화막(202)을 형성할 수도 있다. In order to form the
(b) 단계에서는 기판(201) 위에 그라핀 박막 또는 그라핀 옥사이드 박막(203)을 형성한다. 이때 그라핀 박막은 기계적 방법, 화학적 기상 증착 (CVD) 또는 화학적 방법으로 얻는 그라핀 옥사이드의 환원에 의해 형성되고, 그라핀 옥사이드 박막은 스핀코팅, 스프레이 및 여과로 구성된 군에서 선택되는 화학적 방법에 의해 형성된다. In the step (b), the graphene thin film or the graphene oxide
상기 기계적인 방법은 테이프 등과 같은 도구를 이용해 기계적으로 흑연으로부터 떨어뜨린 그라핀을 원하는 기판에 다시 붙였다 띰으로써, 그라핀의 반데르발스 힘을 통해 그라핀이 기판에 붙음으로써 그라핀이 기판에 올라가게 된다. The mechanical method is to re-attach the graphene mechanically dropped from the graphite to a desired substrate using a tool such as a tape, and the graphene adheres to the substrate through the van der Waals force of the graphene. I will go.
상기 화학적 기상 증착법(CVD)은 그라핀을 생성시키기 위해 증착된 금속 혹은 금속이 증착된 SiO2 층을 제거하여 그라핀을 뜨게 만든 후, 원하는 기판에 전사시킬 수 있다. 일반적으로 확학적 기상 증착법을 통해 그라핀을 형성하기 위해서는 화학적 기상 증착법을 실시하기 전에 기판에 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 이라듐(Ir) 또는 구리(Cu) 등의 금속을 증착하는 과정이 필요하게 되며, 이 경우에는 각각의 금속을 적절한 용매를 통해 녹임으로써 그라핀이 금속으로부터 떨어지게 한다. 현재 학계에 보고 되기로는 니켈(Ni) 금속 위에서 화학적 기상 증착법으로 생성된 그라핀의 경우, 질산과 같은 강한 산 혹은 Iron(Ⅲ), chloride(FeCl3) 등의 용매를 통해 니켈을 녹여 그라핀을 금속으로부터 떨어지게 할 수 있다고 알려져 있다. 증착된 금속을 바로 제거하는 방식 외에도 금속을 증착하는 기판을 특정 방법을 통해 제거할 수 있는 다층 기판을 사용하여 그라핀을 분리해 낼 수 있는 방법도 있다. The chemical vapor deposition (CVD) may remove the deposited metal or the SiO 2 layer on which the metal is deposited to produce graphene to make the graphene float, and then transfer it to a desired substrate. In general, in order to form graphene through an advanced vapor deposition method, a process of depositing a metal such as nickel (Ni), ruthenium (Ru), iradium (Ir), or copper (Cu) on a substrate before chemical vapor deposition is performed. This is necessary, in which case the graphene is separated from the metal by dissolving each metal through a suitable solvent. It is reported in the academic world that graphene produced by chemical vapor deposition on nickel (Ni) metal is dissolved in nickel using a strong acid such as nitric acid or a solvent such as iron (III) or chloride (FeCl 3 ). It is known that it can be separated from metal. In addition to removing the deposited metal immediately, there is a method of separating graphene using a multi-layered substrate that can remove the metal deposition substrate through a specific method.
상기 화학적 방법으로 얻은 그라핀 옥사이드를 환원하는 방법은 강한 산화제를 통해 얻은 그라핀 옥사이드를 물과 유기용매를 통해 분산시키고, 박막을 형성할 수 있는 용액 공정(solution process)을 통해 그라핀 옥사이드 박막을 형성한 후, 역적, 화학적 혹은 이들의 혼합 방법을 통해 그라핀 옥사이드를 그라핀으로 환원시켜 그라핀 박막을 얻는 방법이다.The method for reducing the graphene oxide obtained by the chemical method is to disperse the graphene oxide obtained through a strong oxidizing agent through water and an organic solvent, and to form a thin film of a graphene oxide thin film through a solution process. After the formation, it is a method of obtaining a graphene thin film by reducing graphene oxide to graphene through a reverse, chemical or a mixing method thereof.
(c) 단계에서 상기 그라핀 박막(203) 상에 자기 조립 물질 박막(204)을 형성한다. 참고로, 자기 조립 물질은 반데르 발스(Van der walls Bonds), 정전기적 상호작용(Electrostatic Interaction), 수소 결합 및 적층 상호 작용(Stacking Interaction)등과 같은 약한 분자 간 결합으로 스스로 특정 나노 구조가 일어나는 특징이 있다. 본 자기 조립 물질은 그라핀의 식각을 위한 마스크로 사용된다. 자기 조립 물질은 블록 공중합체, 펩타이드(Peptide), 단백질 (Protein)등이 포함될 수 있다. In step (c), the self-assembly material
상기 블록 공중합체는 고분자 젤의 한 종류로, 두 가지 이상의 고분자가 공유 결합을 통해 서로 끝을 연결하고 있는 형태를 나타내며, 가장 간단한 형태는 두 종류의 고분자가 연결된 이중 블록공중합체이다. 이 때, 연결되어 있는 두 고분자의 상이한 재료적 성질로 인해 이들은 상분리를 하게 되고, 결국 자기 조립되는 블록공중합체의 도메인 크기는 통상 5~100 m 정도로 광범위하고 다양한 형태의 나노 구조의 제작이 가능하다. The block copolymer is a kind of polymer gel, which represents a form in which two or more polymers are connected to each other through a covalent bond, and the simplest form is a double block copolymer in which two kinds of polymers are connected. At this time, due to the different material properties of the two polymers connected to each other, they are phase-separated, and eventually the domain size of the block copolymer to be self-assembled is usually 5 to 100 m and a wide range of nanostructures can be manufactured. .
또한 블록 공중합체는 단지 두 고분자의 상대적인 길이를 조절하는 것만으로 보다 다양하고 열역학적으로 안정한 미세 구조들을 형성할 수 있는 능력이 있다. 자기 조립되는 나노 구조의 형성이 전체적으로 동시에 병렬적으로 진행되는 뛰어난 양산 능력을 가질 수 있다. Block copolymers also have the ability to form more diverse and thermodynamically stable microstructures simply by controlling the relative lengths of the two polymers. The formation of self-assembling nanostructures can have an excellent mass production capability that proceeds in parallel at the same time as a whole.
상기 블록 공중합체는 폴리스티렌(Polystyrene, PS)과 폴리스틸렌 이외의 고분자가 공유결합된 형태인 블록공중합체인 것을 특징으로 한다. 상기 블록 공중합체에서 PS와 결합되는 폴리머는 PMMA (Polymethylmethacrylate), PEO (Polyethylene oxide), PVP (polyvinyl pyridine), P4VP (Poly(4-vinylpyridine)), PEP (Poly(ethylene-alt-propylene)), PI (Polyisoprene), PDMS (Poly dimethyl siloxane)) 군에서 선택된다. 따라서, 블록 공중합체는 PS-b-PMMA, PS-b-PEO, PS-b-PVP, PS-P4VP, PS-b-PEP, PS-b-PI, PS-b-PDMS를 사용할 수 있다. 여기서, 블록공중합체의 폴리스틸렌:폴리스틸렌 이 외의 고분자의 조성비를 0.3~0.7:0.7~0.3으로 하여, 블록공중합체의 원주형상 나노 구조체를 형성한다. The block copolymer is characterized in that the block copolymer in the form of covalently bonded polystyrene (Polystyrene, PS) and a polymer other than polystyrene. In the block copolymer, the polymer bonded with PS may be polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), polyvinyl pyridine (PVP), poly (4-vinylpyridine) (P4VP), poly (ethylene-alt-propylene) (PEP), Polyisoprene (PI) and poly dimethyl siloxane (PDMS). Thus, the block copolymer may use PS-b-PMMA, PS-b-PEO, PS-b-PVP, PS-P4VP, PS-b-PEP, PS-b-PI, PS-b-PDMS. Here, the column-shaped nanostructure of a block copolymer is formed by making the composition ratio of polymers other than polystyrene: polystyrene of a block copolymer into 0.3-0.7: 0.7-0.3.
(d) 단계는 (c)단계의 일부로, 자기 조립 물질 박막(204)은 스핀 코팅(Spin-coating)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 상기 자기 조립 물질 박막(204)은 열처리 혹은 화학적 용매를 통해 원주형상 자기 조립 나노 구조(205)를 유도하게 된다. PS-b-PMMA (Polystyrene-block-poly (methylmethacrylate)) 블록공중합체의 경우, 아세트산을 통해 PMMA를 선택적으로 제거하는 것이 바람직하나, 당 업계에서 동일한 개념을 가지고 통상적으로 사용하는 유기용매라면 이에 제한이 되지 않는다. Step (d) is part of step (c), and the thin film of self-
(e) 단계는 자기 조립 물질을 형성하기 위해 PS-b-PMMA를 이용하는 경우, 상기 PS-b-PMMA 박막을 열처리하여 원주형상 나노 구조체(205)를 형성한 후, PMMA를 제거한다. 상기 열처리는 200~400도에서 30~80 시간 수행되는 것이 바람직하다.In the step (e), when the PS-b-PMMA is used to form a self-assembling material, the PS-b-PMMA thin film is heat-treated to form the
(f) 단계는 상기 형성된 PS-b-PMMA의 원주형상 자기 조립 나노 구조(206)를 식각 마스크(207)로 활용하여 그라핀을 식각하여 그라핀 나노 구조(208)를 완성한다. In the step (f), the graphene is etched using the formed cylindrical self-assembled
(g) 단계는 그라핀 식각 후 남아있는 자기 조립 물질 마스크(207)를 제거하는 과정을 포함한다. Step (g) includes removing the self-
이와 같은 방법을 이용하면 대량적 병렬 제조가 가능한 장점이 있다.Using such a method has the advantage of enabling massively parallel manufacturing.
본 발명에 있어서, 블록공중합체 등을 포함하는 자기 조립 물질의 나노 구조체를 형성하기 위하여 사용되는 기판은 실리콘 기판을 사용하는 것이 바람직하나, 당업계에서 통상적으로 사용되는 기판이라면 제한없이 사용할 수 있다.In the present invention, the substrate used to form the nanostructure of the self-assembly material including a block copolymer or the like is preferably a silicon substrate, but any substrate commonly used in the art may be used without limitation.
이렇게 형성된 자기 조립된 나노 구조를 이용하여, 그라핀 혹은 그라핀 옥사이드를 습식 식각, 건식 식각 혹은 습식과 건식의 혼합으로 식각할 수 있다. 그라핀 혹은 그라핀 옥사이드의 건식 식각을 위해 RIE(Reaction Ion Etching)를 사용하는 것이 바람직하다. RIE의 기체로는 산소를 사용할 수 있고, RF 조절기(Controller)의 전력은 100~500 W를 사용할 수 있고, 시간은 1~60 초간 식각 과정을 실시하는 것이 바람직하다. 식각 공정 이후에 그라핀 혹은 그라핀 옥사이드(203)를 기판(201)에서 분리해 낸다. Using the self-assembled nanostructure thus formed, the graphene or graphene oxide may be etched by wet etching, dry etching, or a mixture of wet and dry. It is preferable to use Reaction Ion Etching (RIE) for dry etching of graphene or graphene oxide. Oxygen may be used as the RIE gas, the power of the RF controller may be 100 to 500 W, and the etching process may be performed for 1 to 60 seconds. After the etching process, the graphene or
실리콘 옥사이드 층이 자라있는 Si 기판을 활용하는 경우, Buffered oxide etchant(BOE), 또는 불산(Hydrogen fluoride)을 활용하여 실리콘 옥사이드 층을 녹여 내어 그라핀이 자라 있는 금속을 Si 기판에서 분리한 후, Buffered oxide etchant(BOE), 또는 불산(Hydrogen fluoride)으로 금속이 녹도록 계속 노출시키면, 금속이 녹게 되고, 그라핀을 떠냄으로써 최종적으로 특정 기판에 그라핀을 올리는 방법이 있다. 위에 제시된 방법이 대표적인 방법이지만, 위에 제시된 방법 외에 당 업계에서 통상적으로 사용되는 동일한 개념의 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있다. In case of using Si substrate with silicon oxide layer grown, Buffered oxide etchant (BOE) or hydrofluoric acid (Hydrogen fluoride) is used to dissolve the silicon oxide layer to separate the graphene-grown metal from the Si substrate, If the metal is continuously exposed to melting with oxide etchant (BOE) or hydrofluoric acid (Hydrogen fluoride), there is a method of melting the metal and finally drawing the graphene onto a specific substrate by releasing the graphene. Although the method presented above is a representative method, any method of the same concept commonly used in the art other than the above-described method may be used without limitation.
다음 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된 지지 구조체(30)의 제조 방법에 대해 살펴본다. Next, with reference to Figure 3 looks at with respect to the manufacturing method of the
도 3에 도시된 바와 같이, (a) 단계에서 기판(301) 양면에 보호층(302)을 형성한다. 여기서 기판(301)으로는 실리콘, 유리 혹은 플라스틱 기판을 사용할 수 있고, 보호층(302)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 카바이드 중 하나를 사용할 수 있다. 보호층(302)은 기판(301)과 식각 선택비(etch selectivity)가 있는 것이 바람직하다. 보호층(302)은 물리적 기상 증착법, 화학적 기상 증착법을 사용하여 형성될 수 있다. As shown in FIG. 3, the
물리적 기상 증착법은, 스퍼터링(sputtering) 증착 방법 또는 열증착(thermal evaporation) 방법을 포함한다. Physical vapor deposition includes sputtering deposition or thermal evaporation.
화학적 기상 증착법은, 상압 화학적 기상 증착(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition, APCVD), 저압 화학적 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD) 또는 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 방법을 포함한다. Chemical vapor deposition includes Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition (APCVD), Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) or Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) methods. do.
보호층(302)의 재료로는 실리콘 질화막을 사용하는 것이 바람직하나, 당 업계에서 통상적으로 사용되는 보호층이라면 제한없이 사용할 수 있다. It is preferable to use a silicon nitride film as the material of the
(b) 단계에서와 같이, 보호층(302)은 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝되고, 스텝퍼, 스캐너, 혹은 콘택 어라이너를 이용하고, 상하면의 패턴을 정렬하여 패터닝한다. 패터닝 후, 식각 공정을 통해 보호층(302)의 일부분을 제거한다. 이 단계에서 식각 구멍(303, 304)이 형성되었다. 포토리소 그래피 공정 상에서 상하부 보호층을 선택적으로 식각하기 위해서는 양면 정렬이 되게 하는 것이 바람직하다. 식각을 위해서는 습식 혹은 건식 식각(Reactive ion etching)을 사용하는 것이 바람직하다. 식각 방법으로는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 공정 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있다.As in step (b), the
그리고, (c) 단계에서, 하부 면에 식각된 보호층(302)을 통해 노출된 실리콘 기판을 식각하여 몸체 식각부(305)를 형성한다. 이 때, 기판(301)은 이방성의 특징을 가지는 기판의 깊이 방향으로 건식 식각 혹은 습식 식각 되는 것이 바람직하다. 식각 방법으로는 기판(301) 전면으로 일정한 식각 속도를 가지는 건식 식각 방법을 가지는 것이 바람직하다. 건식 식각의 경우, 보쉬 프로토콜(Bosch protocol)을 사용하는 DRIE(Deep Reactive ion etching) 공정을 사용하는 것이 바람직하다. 습식 식각 공정시 KOH, TMAH 등의 알칼리 용액에서 온도를 50~100 도 정도로 가열해서 일부 노출된 부분에 대해 보호층을 마스크로 하여 실리콘 몸체 부분을 상부 보호층이 드러날 때까지 기판에서 에칭하는 것으로 바람직하다. 또한 식각 방법으로는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 공정 방법이라면 제한 없이 사용될 수 있다. In operation (c), the body substrate 305 is formed by etching the exposed silicon substrate through the
상기와 같이 나노 구조체(20)와 지지 구조체(30)가 마련되면, 다음은 나노 구조체(20)와 지지 구조체(30)를 결합한다. When the
나노 구조체(20)와 지지 구조체(30)를 결합을 설명하기 위해 도 1로 되돌아간다.The
먼저 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 도 2에서 제작된 그라핀 나노 구조체(20)를 도 3에서 제작된 지지 구조체(30)에 용액 상에서 전사시킴으로 결합을 시작한다. 전사를 시키고 나서, 매우 얇은 그라핀 나노 구조체 식각을 위해 PS 층(206)이 마스크된다. First, as shown in (b) of FIG. 1, the
(c)단계에서와 같이, 마스크이며 물리적으로 매우 얇은 그라핀 나노 구조체 박막을 보호하는 역할을 하는 PS 층(206)은 화학적으로 혹은 열처리를 통해 제거할 수 있다. 이로써 기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체(20)를 분리부로 이용한 분리 장치를 제작할 수 있다. As in step (c), the
그라핀 나노 구조체(20)와 지지 구조체(30)의 결합체 상부 혹은 하부면에 미세 유체 로딩 및 흐름이 일어날 수 있도록 플라스틱, 폴리머, 혹은 유리로 만들어지는 미세 유체 채널을 포함하는 구조체들은 추가적으로 접합 혹은 결합하는 것으로 자기 조립 물질을 이용한 나노구조체를 이용한 거대 분자 단백질 분리용 소자의 제작을 완료할 수 있다. 접합 혹은 결합을 위해 기구물을 사용한 물리적인 체결, 접착제 및 점착제를 사용한 접합, 혹은 화학적 표면 개질을 통한 화학적 결합 방법이 사용될 수 있다. 또한 결합 혹은 접합 방법으로는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 공정 방법이라면 제한 없이 사용될 수 있다. Structures comprising microfluidic channels made of plastic, polymer, or glass may additionally be bonded or bonded to enable microfluidic loading and flow on the upper or lower surfaces of the combination of
상기한 바와 같이, 그라핀의 식각을 위한 마스크로 자기 조립 물질을 사용하였으므로, 두 가지 이상의 고분자 간의 결합 형태의 자기 조립 물질에 있어서, 연결되어 있는 두 고분자의 상이한 재료적 성질로 인해 이들은 상분리를 하게 되고, 결국 자기 조립되는 블록공중합체의 도메인 크기는 통상 5~100 m 정도로 광범위하고 다양한 형태의 나노 구조의 제작이 가능하다. As described above, since the self-assembling material was used as a mask for etching the graphene, in the self-assembling material in the form of bonding between two or more polymers, due to the different material properties of the two polymers connected to each other, As a result, the domain size of the block copolymer to be self-assembled is usually 5 ~ 100 m and a wide variety of nanostructures can be produced.
또한 블록 공중합체는 단지 두 고분자의 상대적인 길이를 조절하는 것만으로 보다 다양하고 열역학적으로 안정한 미세 구조들을 형성할 수 있는 능력이 있다. 자기 조립되는 나노 구조의 형성이 전체적으로 동시에 병렬적으로 진행되는 뛰어난 양산 능력을 가질 수 있다. Block copolymers also have the ability to form more diverse and thermodynamically stable microstructures simply by controlling the relative lengths of the two polymers. The formation of self-assembling nanostructures can have an excellent mass production capability that proceeds in parallel at the same time as a whole.
도 4는 바람직한 실시예에 따라서 제작된 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치의 부분 평면도이고 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치의 분리부에 대한 확대 평면도이다. 4 is a partial plan view of a separation device using a graphene nanostructure using a self-assembly material manufactured according to a preferred embodiment and FIG. 5 is a graphene nanostructure using a self-assembly material according to a preferred embodiment of the present invention. An enlarged plan view of the separation unit of the separation apparatus used as the separation unit.
2~50 ㎚ 두께의 나노 구조체를 가지는 그라핀 멤브레인(101)이 기판 몸체 지지체(102) 상에 증착된 보호층(103) 위에 전사됨으로 실리콘 소자가 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 기판(102)으로는 실리콘, 유리 혹은 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. It is preferable that the silicon device is formed by transferring the
보호층(103)은 기판(102)과 식각 선택비(etch selectivity)가 있는 것이 바람직하다. 보호층(103)은 저압 화학 기상 증착법(LPCVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(PECVD) 또는 상압 화학 기상증착법(APCVD)을 이용하여 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 실리콘 소자 양면에 유체가 흘러갈 수 있도록 미세 유체 채널을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. 재질은 유리 혹은 폴리머(예를 들면 polydimethylsiloxane, PDMS) 등을 사용하여 제작하는 것이 바람직하다. The
단백질이 가지는 고유한 전하에 따른 분리 효율의 증대를 위해 멤브레인 표면에 전기를 추가로 인가하거나, 용액 산도를 조절할 수 있다. 단백질이 표면에 흡착되는 특성을 고려할 경우에는 친수성 혹은 소수성을 갖도록 제어가 추가 조절할 수 있다. In order to increase the separation efficiency according to the inherent charge of the protein, electricity may be additionally applied to the membrane surface or the solution acidity may be adjusted. Given the nature of protein adsorption on the surface, the control can be further adjusted to be hydrophilic or hydrophobic.
도 4를 참조하여, 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치의 동작 원리에 대해 설명한다. Referring to FIG. 4, an operation principle of a separation device using a graphene nanostructure using a self-assembly material as a separation unit will be described.
혈청 속에 존재하는 여러 가지 단백질 분자들이 혼재될 때, 바이오 마커(107)인 미량의 미소 단백질을 정량하기 위해서는 알부민과 같은 상대적으로 크기가 크고 다량으로 존재하는 거대 단백질(106)들을 분리하는데 나노 구조체(20)가 가지는 기공의 직경 크기를 조절해서 적용이 가능하다. 거대 단백질 분자들은 나노 구조체인 그라핀 멤브레인(101)을 통과하지 못하고, 크기 작은 미소 단백질 분자들만 통과하게 되어, 도 6에서 보는 것처럼, 시간이 경과됨에 따라서, 미세 채널 내에서 미소 단백질인 헤모글로빈은 조금씩 통과되므로 헤모글로빈의 농도는 증가하고 거대 단백질 분자의 한 종류인 글로부린은 거의 통과하지 못하므로 글로부린의 농도는 거의 변동이 없다. When the various protein molecules present in the serum are mixed, in order to quantify the trace micro-protein, the
본 발명에 의하면, 제작된 분리부의 나노 크기의 필터링 구멍과 친수성으로 생화학적으로 표면 처리된 표면을 통해, 미소량의 혈액 샘플에서 다량으로 존재하는 알부민과 같은 거대 분자를 분리할 수 있다. 단백질 분자가 가진 고유한 전하 및 전하량을 고려해서 분리의 효율을 올릴 수 있는데, 이를 위해서 그라핀 멤브레인(101) 구조체에 전장을 인가해 줄 수 있다. 다른 방법으로는 용액의 산도를 조절할 수도 있다. According to the present invention, macromolecules such as albumin present in a large amount in a small amount of blood sample can be separated through a nano-sized filtering hole of the prepared separation part and a surface that is hydrochemically biochemically treated. Considering the inherent charge and the amount of charge of the protein molecules can increase the efficiency of separation, for this purpose it can be applied to the
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
101 : 그라핀 나노 기공 102 : 기판
103 : 보호층 104 : 유체 제어 채널
105 : 유체 담지 챔버 벽 106 : 거대분자 (직경이 큰 단백질)
107 : 바이오 마커 (직경이 작은 단백질)
108 : 보호층에 형성된 미세 구멍
109 : 그라핀 나노 기공 201 : 기판
202 : 실리콘 산화막
203 : 그라핀 박막
204 : 조립물질 박막 205 : PMMA 도메인
206 : PS 도메인 207 : PMMA 도메인 제거된 나노 기공
208 : 그라핀 박막이 제거된 나노 기공
301 : 실리콘 기판 302 : 보호층
303 : 상부 식각 형성 구멍
304 : 하부 식각 형성 구멍
305 : 몸체 식각부101: graphene nano pores 102: the substrate
103: protective layer 104: fluid control channel
105: fluid support chamber wall 106: macromolecule (large diameter protein)
107 biomarker (small diameter protein)
108: fine holes formed in the protective layer
109: graphene nano pores 201: the substrate
202 silicon oxide film
203: graphene thin film
204: thin film of granulated material 205: PMMA domain
206: PS domain 207: nanopore with PMMA domain removed
208: nano pores from which the graphene thin film is removed
301: silicon substrate 302: protective layer
303: upper etching forming hole
304: bottom etching hole
305: body etching
Claims (1)
상기 기판 하면 및 기판 상면의 일부분이 드러나도록 상기 기판 하면과 기판 상면에 형성된 보호층을 패터닝하는 단계;
상기 드러난 일부분의 기판 하면 및 기판 상면에 형성된 보호층을 식각하는 단계;
자기조립 물질을 이용한 원주형상 구조(columnar structure)의 기공을 가지는 그라핀 나노 구조체를 상기 기판 상면에 전사하는 단계; 및
상기 그라핀 나노 구조체 상에 형성되어 있는 나노 구조체 식각 마스크층을 제거하는 단계
를 포함하는 자기 조립 물질을 이용한 그라핀 나노 구조체를 분리부로 이용한 분리 장치 제조 방법.
Forming a protective layer on a lower surface of the substrate and an upper surface of the substrate;
Patterning a protective layer formed on the lower surface of the substrate and the upper surface of the substrate to expose the lower surface of the substrate and a portion of the upper surface of the substrate;
Etching the protective layer formed on the exposed lower surface of the substrate and the upper surface of the substrate;
Transferring the graphene nanostructure having pores of a columnar structure using a self-assembled material to an upper surface of the substrate; And
Removing the nanostructure etching mask layer formed on the graphene nanostructures
Separation device manufacturing method using a graphene nanostructure using a self-assembly material comprising a separator.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015167145A1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-11-05 | Lg Electronics Inc. | Graphene membrane and method for manufacturing the same |
| WO2019172530A1 (en) * | 2018-03-08 | 2019-09-12 | 재단법인 의약바이오컨버젼스연구단 | Water purification semiconductor filter and water purification apparatus using same |
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| WO2015167145A1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-11-05 | Lg Electronics Inc. | Graphene membrane and method for manufacturing the same |
| KR20150125139A (en) * | 2014-04-29 | 2015-11-09 | 엘지전자 주식회사 | Graphene membrane and method for manufacturing the same |
| US10143975B2 (en) | 2014-04-29 | 2018-12-04 | Lg Electronics Inc. | Three-layered porous graphene membrane with supporter and bonding layers |
| WO2019172530A1 (en) * | 2018-03-08 | 2019-09-12 | 재단법인 의약바이오컨버젼스연구단 | Water purification semiconductor filter and water purification apparatus using same |
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