KR101741802B1 - Method for preparing stomata-inspired membrane and stomata-inspired membrane prepared thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 온도 반응성 하이드로겔 형태의 멤브레인 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광중합 확산을 이용하여 식물 잎의 기공과 같이 온도 자극에 대해 구멍의 크기가 변화하는 것을 특징으로 하는 멤브레인의 제조방법, 이에 따라 제조된 멤브레인 및 이들의 이용에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 온도 반응성 하이드로겔 형태의 멤브레인은 매우 간단하고 저렴하게 단 한번의 노광에 의해서도 물리적 성질이 크게 다른 중합체 막과 구멍을 동시에 형성시켜, 식물 잎의 기공의 자극 반응성 움직임을 생체 모사하는 멤브레인을 제조할 수 있다. 나아가, 한 가지 물질을 사용하여 물리적 성질이 크게 다른 두 부분으로 구성된 작동기를 만들기 때문에 종래 물성이 다른 2종의 하이드로겔을 접합시켜 사용하는 경우 접합 부위에서 발생하는 결함 문제를 해결할 수 있으며 포토마스크의 도안을 응용 분야에 맞춰 다양하고 손쉽게 바꿀 수 있다는 장점을 가져, 다양한 산업에서 매우 유용한 효과를 나타낸다.The present invention relates to a membrane in the form of a thermoreactive hydrogel and a method for producing the membrane. More particularly, the present invention relates to a membrane that is characterized in that the size of a hole is changed with respect to a temperature stimulus, Methods, membranes thus prepared and their use. The temperature-responsive hydrogel-type membrane produced according to the method of the present invention is very simple and inexpensive to simultaneously form a polymer membrane and a hole having different physical properties even by a single exposure, A biomimetic membrane can be produced. Further, since the actuator is composed of two parts having different physical properties by using one material, when the two types of hydrogels having different physical properties are used, it is possible to solve the defect problem occurring at the joint part. It has the advantage that it can be changed variously and easily according to the application field, and shows a very useful effect in various industries.
Description
본 발명은 온도 반응성 하이드로겔 형태의 멤브레인 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광중합 확산을 이용하여 식물 잎의 기공과 같이 온도 자극에 대해 구멍의 크기가 변화하는 것을 특징으로 하는 멤브레인의 제조방법, 이에 따라 제조된 멤브레인 및 이들의 이용에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane in the form of a thermoreactive hydrogel and a method for producing the membrane. More particularly, the present invention relates to a membrane that is characterized in that the size of a hole is changed with respect to a temperature stimulus, Methods, membranes thus prepared and their use.
자극 반응성 하이드로겔(hydrogel)은 온도나 pH 등과 같은 외부 자극에 반응하여 물질의 특성이 변화하는 중합체이다. 이러한 중합체의 동적거동을 손쉽게 조절하여 특수한 기능을 구현하는 유체공학, 의학, 생명공학 등 많은 분야에 응용될 수 있다. 작동기를 가지는 하이드로겔을 제작하는 기존의 방법은 하이드로겔에 반복적인 패턴의 구멍을 뚫고 구멍에 좌굴, 주름, 접힘 등을 유도하거나 물성이 다른 두 종류의 하이드로겔을 접합시켜 굽힘을 유도하는 것이었다. 그러나 기존의 이러한 방식은 제작 과정이 복잡하고 작동 과정에서 접합 부위에 결함이 발생할 수 있다는 단점을 갖는다.A stimulus-reactive hydrogel is a polymer in which the properties of a substance change in response to external stimuli such as temperature or pH. And can be applied to many fields such as fluid engineering, medicine, and biotechnology which can easily control the dynamic behavior of such polymers and realize special functions. Conventional methods of producing a hydrogel having an actuator were to drill repeated pattern holes in a hydrogel to induce buckling, folding, folding, etc. in the hole, or to bond two kinds of hydrogels having different physical properties to induce bending. However, the conventional method has a disadvantage in that the manufacturing process is complicated and defects may occur at the joint portion during operation.
한편, 식물의 잎은 두 개의 공변세포가 하나의 기공을 이루어 온도, 습도, 산소/이산화탄소 농도 등에 반응하여 기공을 여닫으면서 기체 교환을 제어하는 자극 반응성 작동기를 가지고 있다. 이와 관련하여, 식물 잎을 모사한 몇 가지 공학적 응용이 제시되어 왔으나, 본 발명과 같이 식물 잎에 존재하는 기공의 자극 반응성 움직임을 생체 모사하는 멤브레인 및 이의 제조방법에 관하여는 알려진 바가 없다.On the other hand, the leaf of the plant has a stimulus-responsive actuator that controls the exchange of gas by opening and closing the pores in response to temperature, humidity, oxygen / carbon dioxide concentration and the like. In this regard, although some engineering applications in which plant leaves have been simulated have been proposed, there is no known method for biomimetic simulation of the irritant-reactive movement of pores present in plant leaves as well as a method for producing the membrane.
이러한 배경 하에서, 본 발명은 자외선 노광에 의한 광중합을 이용하여 식물 잎을생체 모사한 온도 반응성 멤브레인을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 온도 반응성 멤브레인을 제공하는 것을 목적으로 한다. Under these circumstances, it is an object of the present invention to provide a method for producing a temperature-responsive membrane in which plant leaves are biochemically simulated by photopolymerization by ultraviolet exposure, and a temperature-responsive membrane produced thereby.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 온도 반응성 생체모사 멤브레인의 제조방법을 제공한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a temperature-responsive biomimetic membrane.
구체적으로, 상기 멤브레인의 제조방법은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다:Specifically, the method of manufacturing the membrane may include the following steps:
a) 기재상에 단량체, 가교제 및 포토개시제가 혼합된 용액을 적용하는 단계; 및a) applying a solution mixed with a monomer, a crosslinking agent and a photoinitiator on a substrate; And
b) 원하는 패턴을 갖는 포토마스크를 통해 상기 단량체, 가교제 및 포토개시제가 혼합된 용액이 적용된 기재에 노광을 행하여 광중합 시키는 단계,b) photopolymerizing the substrate to which a solution containing the monomer, the crosslinking agent and the photoinitiator is applied through a photomask having a desired pattern,
상기 단계 a)는 노광을 통한 광중합 전에 광중합의 대상이 되는 혼합 용액을 제조하여 이를 기재 상에 적용시키는 것이다. 구체적으로, 단량체, 가교제 및 포토개시제를 혼합하여 용액을 제조한 후, 이를 기재위에 적용시킨다. The step a) is to prepare a mixed solution to be photopolymerized before photopolymerization through exposure and to apply it on a substrate. Specifically, a monomer, a crosslinking agent and a photoinitiator are mixed to prepare a solution, which is then applied onto a substrate.
이때, 상기 단량체로는 노광에 의한 광중합이 가능하고, 중합 후 하이드로겔 형태를 나타내는 것이면 어떠한 단량체이든 무방하게 사용가능하며, 바람직하게는 N-이소프로필아크릴아마이드 단량체 (NIPAAm)이다. 한편, 가교제로는 사용하는 단량체를 가교하여 주합시킬 수 있는 것이면 제한없이 사용가능하나, 바람직하게는 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드 (MBAm)를 사용할 수 있다. 또한, 포토개시제(photoinitiator)는 광으로부터 에너지를 흡수하여 중합(polymerization) 반응을 시작하게 하는 물질을 의미하며, 공지된 포토개시제를 제한없이 사용가능하나, 바람직하게는 2-하이드록시-1-[4-(하이드록시에톡시)페닐]-2-메틸-1-프로파논 (Igacure 2959)을 사용할 수 있다. At this time, as the monomer, any monomer which can be photopolymerized by exposure and shows a hydrogel shape after polymerization can be freely used, preferably N-isopropylacrylamide monomer (NIPAAm). On the other hand, as the crosslinking agent, any crosslinking agent can be used without limitation as long as it can crosslink the monomers to be used, and preferably N, N-methylenebisacrylamide (MBAm) can be used. The photoinitiator refers to a material that absorbs energy from light to initiate a polymerization reaction. A known photoinitiator may be used without limitation, but preferably 2-hydroxy-1- [ 4- (hydroxyethoxy) phenyl] -2-methyl-1-propanone (Igacure 2959) can be used.
바람직한 하나의 양태로서, 상기 단량체, 가교제 및 포토개시제의 혼합 중량비는 단량체 100 중량부를 기준으로 가교제 1 내지 3 중량부, 포토개시제 0.5 내지 2.5 중량부를 사용할 수 있다. 상기 성분을 용액으로 제조하기 위한 용매로는 다양한 용매를 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 물(증류수)를 사용할 수 있다. 상기 단량체, 가교제 및 포토개시제를 혼합하여 용액을 제조한 후, 적절한 기재 상에 이를 붓거나, 도포하여 적용한다. In one preferred embodiment, the mixing weight ratio of the monomer, the crosslinking agent and the photoinitiator may be 1 to 3 parts by weight of the crosslinking agent and 0.5 to 2.5 parts by weight of the photoinitiator based on 100 parts by weight of the monomer. Various solvents may be used as a solvent for preparing the above components as a solution, but water (distilled water) may be preferably used. The monomer, the crosslinking agent and the photoinitiator are mixed to prepare a solution, which is then poured or applied onto a suitable substrate.
나아가, 단계 b)에서는 상기 단계 a)의 혼합용액이 적용된 기재상에 원하는 패턴을 갖는 포토마스크를 적용한 후, 이에 광을 조사하여 노광을 수행하여 광중합시킨다. 본 발명에서 사용되는 노광이란, 에너지선을, 원하는 패턴을 갖는 포토마스크를 통해서 연속하여 조사하는 것을 의미한다. 나아가, 포토마스크란, 상기 에너지선을 투광하는 부분과 차광하는 부분이 원하는 패턴으로 배치된 것을 말한다. 구체적인 일 양태에서, 원하는 형상 무늬가 인쇄된 투명한 포토마스크를 단계 a)에서 제조한 단량체, 가교제 및 포토개시제를 포함하는 혼합 용액이 적용된 기재 위에 덮은 후 에너지선, 바람직하게는 자외선으로 노광시킨다. 포토마스크에 인쇄된 무늬에 가려진 용액은 자외선에 노출되지 않고, 포토마스크에 인쇄되지 않은 부분에 위치한 용액은 자외선에 노출된다. 이때, 노광된 용액 내의 포토개시제가 자유라디컬을 만들어내면서 단량체와 가교제와 더불어 중합반응을 시작한다. 노광되는 빛의 세기는 정규(가우시안) 분포를 가지기 때문에 중간 부분에 가장 센 빛이 노광되고 이 중앙부분에서 중합반응이 시작된다(도 3b 참조). 이 때 단량체와 가교제가 소모되면서 화학포텐셜 구배가 형성되고 노광되는 영역의 중앙 부분으로 단량체와 가교제 확산이 일어난다. 한편, 노광된 부분에는 자유라디컬이 형성되는 반면 노광되지 않은 부분에는 자유라디컬이 없기 때문에 화학포텐셜 구배가 형성되고 자유라이컬이 노광되지 않은 부분으로 확산된다. 이러한 현상이 지속되면서 노광된 부분의 중앙 영역에는 상대적으로 두꺼운 중합체가 형성되고 외곽 부분에는 얇은 중합체가 형성되게 된다(도 2e 참조). 본 발명에서는, 형성된 중합체의 두꺼운 부분을 '틀(frame)'이라 하고, 얇은 부분을 '기반(base)'이라 한다. 포토마스크에 인쇄하는 도안의 형상을 다르게 하여, 다양한 원하는 형상의 온도 반응성 멤브레인을 제작할 수 있다.Further, in step b), a photomask having a desired pattern is applied on a substrate to which the mixed solution of step a) is applied, and then light is irradiated to perform photopolymerization by performing exposure. The exposure used in the present invention means that the energy rays are continuously irradiated through a photomask having a desired pattern. Further, the photomask refers to a portion in which a light transmitting portion and a light shielding portion of the energy ray are arranged in a desired pattern. In a specific embodiment, a transparent photomask on which a desired pattern is printed is coated on a substrate to which a mixed solution containing a monomer, a crosslinking agent and a photoinitiator prepared in step a) is applied, and then exposed to an energy ray, preferably ultraviolet ray. The solution covered by the pattern printed on the photomask is not exposed to ultraviolet rays, and the solution located on the unprinted portion of the photomask is exposed to ultraviolet rays. At this time, the photoinitiator in the exposed solution starts the polymerization reaction with the monomer and the cross-linking agent, generating free radicals. Since the intensity of the light to be exposed has a regular (Gaussian) distribution, the most intense light is exposed at the middle portion and the polymerization reaction is started at this central portion (see FIG. At this time, as the monomer and the cross-linking agent are consumed, the chemical potential gradient is formed and the monomer and the cross-linking agent spread to the central portion of the exposed region. On the other hand, a free chemical is formed in the exposed part, whereas a chemical potential gradient is formed in the unexposed part because there is no free radical, and the free radical is diffused into the unexposed part. As this phenomenon continues, a relatively thick polymer is formed in the central region of the exposed portion and a thin polymer is formed in the outer portion (see FIG. 2E). In the present invention, the thick part of the formed polymer is called a 'frame', and the thin part is called a 'base'. It is possible to produce temperature-responsive membranes having various desired shapes by changing the shape of the pattern to be printed on the photomask.
또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 온도 반응성 생체 모사 멤브레인에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 멤브레인은 자극, 바람직하게는 온도 자극에 민감하게 반응하여 멤브레인에 위치한 구멍의 크기가 변화하는 것을 특징으로 한다.In yet another aspect, the present invention relates to a thermoreactive biomimetic membrane made by the above method. Specifically, the membrane is sensitive to stimulation, preferably temperature stimulation, so that the size of the hole located in the membrane changes.
본 발명에서 사용되는 단량체 중 하나인 NIPAAm이 중합된 PNIPAAm과 같은 중합체를 하부임계온도(32℃) 이상으로 가열하면 형성된 중합체는 물을 방출하면서 그 부피가 줄어든다. 이때, 중합체의 밀도가 높아질수록 부피팽창비율이 낮아지기 때문에 상대적으로 밀도가 높은 틀(frame) 부분은 기반(base) 부분보다 낮은 부피팽창비율을 가지게 되는바, 본 발명에 따른 멤브레인은 결국 한 가지 종류의 물질에 의해 제조되었으나, 물성이 서로 상이한 두 부분을 포함하게 된다. 이에 따라 멤브레인을 가열하면 틀 부분보다 기반 부분에서 큰 부피변화가 일어나게 된다. 그러므로, 상기 제조방법에 따라 제작된 멤브레인의 가장자리를 고정한 후 가열하면 틀 부분과 기반 부분의 부피변화율 차이에 기인하여 틀 부분은 멤브레인의 형태를 유지하지만 기반 부분이 크게 수축하면서 구멍의 크기가 커진다. 이러한 멤브레인에 위치한 구멍의 온도 반응성 변화는 온도변화에 반응하여 구멍의 크기를 조절하는 기공의 움직임을 생체 모사한 것이다.When a polymer such as PNIPAAm polymerized with NIPAAm, which is one of the monomers used in the present invention, is heated to a lower critical temperature (32 DEG C) or higher, the polymer formed decreases in volume as it releases water. At this time, as the density of the polymer is increased, the volume expansion ratio is lowered, so that the relatively dense frame portion has a lower volume expansion ratio than the base portion, , But it contains two parts having different physical properties. Thus, when the membrane is heated, a large volume change occurs at the base portion rather than the frame portion. Therefore, when the edge of the membrane manufactured according to the above manufacturing method is fixed and then heated, the frame portion maintains the shape of the membrane due to the difference in volume change rate between the frame portion and the base portion, but the base portion shrinks greatly and the size of the hole increases. The change in temperature reactivity of the holes located in these membranes is a biomimetic simulation of the movement of pores that control the size of the pores in response to temperature changes.
이와 같이, 본 발명에 따른 제조방법에 따라 멤브레인을 제조하는 경우, 한 종류의 물질을 사용하여 한번의 노광이라는 간단한 공정에 의해 하나의 멤브레인에서 물성, 구체적으로는 팽창률이 다른 두 부분을 형성시킬 수 있어, 이에 의해 온도 등의 자극에 반응성을 갖는 작동기를 가지는 미세 크기의 반복적인 구멍들을 가진 멤브레인을 제공할 수 있다. 이러한 온도 반응성 멤브레인은 에어컨과 같은 냉각기기의 냉각 성능을 자동으로 제어하는 기술이나, 약물 전달 장치에서 약물을 자율적으로 제어하여 전달하는 기술 등, 온도에 따라 기공의 크기가 조절되는 것을 응용할 수 있는 다양한 분야에 적용가능하다. 이 경우, 응용 분야에 따라 포토마스크의 형상을 자유자재로 변경하여 다양한 형상의 구멍을 가진 멤브레인을 자율적으로 바꾸어 사용할 수 있어 손쉽고 효율적으로 제작하는 것이 가능하다. As described above, in the case of manufacturing the membrane according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to form two portions having different physical properties, specifically, an expansion ratio in one membrane by a simple process of one exposure using one kind of material Whereby it is possible to provide a membrane having fine-sized, repetitive holes having actuators that are responsive to stimuli such as temperature. Such a temperature-responsive membrane is a technology that automatically controls the cooling performance of a cooling device such as an air conditioner, or a technology that autonomously controls and transfers a drug in a drug delivery device, Applicable to the field. In this case, the shape of the photomask can be changed freely according to the application field, and the membrane having the holes having various shapes can be used autonomously, which makes it possible to manufacture easily and efficiently.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 온도 반응성 하이드로겔 형태의 멤브레인은 매우 간단하고 저렴하게 단 한번의 노광에 의해서도 물리적 성질이 크게 다른 중합체 막과 구멍을 동시에 형성시켜, 식물 잎의 기공의 자극 반응성 움직임을 생체 모사하는 멤브레인을 제조할 수 있다. 나아가, 한 가지 물질을 사용하여 물리적 성질이 크게 다른 두 부분으로 구성된 작동기를 만들기 때문에 종래 물성이 다른 2종의 하이드로겔을 접합시켜 사용하는 경우 접합 부위에서 발생하는 결함 문제를 해결할 수 있으며 포토마스크의 도안을 응용 분야에 맞춰 다양하고 손쉽게 바꿀 수 있다는 장점을 가져, 다양한 산업에서 매우 유용한 효과를 나타낸다.The temperature-responsive hydrogel-type membrane produced according to the method of the present invention is very simple and inexpensive to simultaneously form a polymer membrane and a hole having different physical properties even by a single exposure, A biomimetic membrane can be produced. Further, since the actuator is composed of two parts having different physical properties by using one material, when the two types of hydrogels having different physical properties are used, it is possible to solve the defect problem occurring at the joint part. It has the advantage that it can be changed variously and easily according to the application field, and shows a very useful effect in various industries.
도 1은 단량체, 가교제 및 포토개시제의 혼합 용액에 포함되는 구성성분의 명칭 및 화학식을 나타낸 도면이다.
도 2는 광중합 과정을 이용한 본 발명에 따른 온도 반응성 멤브레인의 제작원리 및 과정을 도시화 한 것이다.
도 3은 자외선 노광을 통해 광중합 반응을 일으켜 기공 모사 멤브레인이 형성되는 과정을 30초 간격으로 촬영한 사진이다.
도 4는 제작된 다양한 형태의 기공 모사 멤브레인과 온도에 따른 멤브레인의 형태 변화를 활영한 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing the names and chemical formulas of constituent components contained in a mixed solution of a monomer, a crosslinking agent and a photoinitiator. FIG.
Figure 2 illustrates the principle and process of making a temperature responsive membrane according to the present invention using a photopolymerization process.
FIG. 3 is a photograph showing the process of forming a pore-forming membrane by photopolymerization reaction through ultraviolet exposure at intervals of 30 seconds.
FIG. 4 is a photograph showing morphological changes of various types of pore-simulating membranes and membranes according to temperature.
실시예Example 1: One: 단량체, Monomers, 가교제Cross-linking agent 및 And 포토개시제의Photo initiator 혼합 용액의 제조 Preparation of mixed solution
100 mg의 단량체(monomer) N-isopropylacrylamide monomer(NIPAAm), 1 mg의 가교제(crosslinker) N,N'-methylenebisacrylamide(MBAm), 1 mg의 포토개시제 (photoinitiator) 2-hydroxy-1-[4-(hydroxyethoxy)phenyl]-2-methyl-1-propanone (Irgacure 2959)를 0.7 ml 증류수에 녹여 용액을 제조하였다. 100 mg of monomer N- isopropylacrylamide monomer (NIPAAm), 1 mg of crosslinker N , N'- methylenebisacrylamide (MBAm), 1 mg of photoinitiator 2-hydroxy-1- [4- hydroxyethoxy) phenyl] -2-methyl-1-propanone (Irgacure 2959) was dissolved in 0.7 ml of distilled water to prepare a solution.
실시예 2: 광중합 과정을 이용한 기공 모사 멤브레인 제작Example 2: Fabrication of a pore-simulated membrane using a photopolymerization process
그릇 위에 단량체, 가교제, 포토개시제가 혼합된 용액을 부은 뒤 다양한 무늬 모양이 인쇄된 포토마스크를 덮었다(도 2a 참조). 포토마스크 위에 자외선을 4분간 노광시키면(VIRVER Lourmat사 제품, 모델: 4.L, 파장 = 365 nm, 전력: 4 W)(도 2b 참조) 노광된 부분에 포토개시제가 자유라디칼(free radical)을 생성하면서 단량체, 가교제와 광중합하기 시작했다. 이 때 자유라디컬과 단량체들은 서로 반대방향으로 확산된다(도 2c). 자외선에 노광된 부분과 노광되지 않는 부분 사이에 자유라디컬의 화학포텐셜(chemical potential) 구배가 생겨 자유라디컬이 노광되지 않는 부분으로 확산되었다. 반면에 노광된 부분에서는 광중합이 일어나 단량체들이 소모됨에 따라 화학포텐셜에 의해 단량체들이 노광된 영역의 중심으로 확산되었다(도 2c 참조). 이때 중합반응하여 형성된 poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAAm)은 포토마스크 표면에 공유결합으로 붙게 되었다. A solution mixed with a monomer, a crosslinking agent, and a photoinitiator was poured onto the bowl and covered with various patterned photomasks (see FIG. 2A). When the photoinitiator is exposed to ultraviolet light for 4 minutes on a photomask (VIRVER Lourmat, model: 4.L, wavelength = 365 nm, power: 4 W) And began to photopolymerize with monomers and crosslinking agents. At this time, free radicals and monomers diffuse in opposite directions (Fig. 2C). A free radical chemical potential gradient was generated between the portion exposed to the ultraviolet ray and the portion not exposed to the radiation so that the free radicals were diffused to the portion not exposed. On the other hand, in the exposed portion, photopolymerization occurs and the monomers are consumed, and the monomers are diffused to the center of the exposed region by the chemical potential (see FIG. 2C). At this time, poly ( N- isopropylacrylamide) (PNIPAAm) formed by polymerization reaction was covalently attached to the surface of the photomask.
실시예Example 3: 자외선 노광을 통해 3: Through ultraviolet exposure 광중합Light curing 반응을 일으켜 기공 모사 Reaction 멤브레인을The membrane 형성하는 과정 Process of formation
자외선 노광을 통해 광중합 반응을 일으켜 기공 모사 멤브레인이 형성되는 과정을확인하였다. 실시예 2에 따라 멤브레인을 제작하기 위해 자외선에 노광시키는 동안 이를 30초 간격으로 촬영하였으며 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 점선은 500 직경의 마스크 무늬로 자외선에 노광되지 못하는 용액을 나타낸다. 노광을 시작한지 3분 후, 투명한 용액이 점차 불투명하게 변해갔다(도 3a 참조). 그리고 노광된 영역의 중앙 부분부터 불투명한 격자 형태의 중합체가 형성되었다(도 3b 참조). 노광이 지속될수록 불투명한 중합체 형성이 나머지 부분들로 확대되었다(도 3c, d 참조). 노광을 시작한지 5분 후, 마스크 무늬를 제외한 대부분의 영역이 불투명한 중합체로 채워졌다(도 3e 참조). 삽도는 광중합에 기인하여 단량체와 포토개시제가 확산되는 과정을 보여주고 있다.The photopolymerization reaction was induced by ultraviolet exposure to confirm the formation process of the pore simulation membrane. In order to prepare a membrane according to Example 2, the film was photographed at intervals of 30 seconds while exposed to ultraviolet rays, and the results are shown in FIG. 3, the dotted line indicates 500 A mask pattern of a diameter indicates a solution which can not be exposed to ultraviolet rays. Three minutes after the start of the exposure, the clear solution gradually became opaque (see FIG. 3A). And an opaque lattice-like polymer was formed from the central portion of the exposed region (see Fig. 3B). As the exposure continued, the opaque polymer formation expanded to the rest (see Fig. 3c, d). After 5 minutes from the start of exposure, most of the area except the mask pattern was filled with opaque polymer (see FIG. 3E). The illustration shows the diffusion of monomer and photoinitiator due to photopolymerization.
실시예 4: 제작된 다양한 형태의 기공 모사 멤브레인과 온도에 따른 막의 변형Example 4: Deformation of membranes according to various types of prepared pore-simulating membranes and temperature
다양한 무늬를 가진 포토마스크를 사용하여 다양한 형상의 구멍이 뚫린 기공 모사막을 제작할 수 있음을 확인하였다. 도 4a는 실제 제작된 기공 모사 멤브레인들을 광초점 현미경으로 관찰한 영상을 보여주며 삽도들은 각각의 제작 과정에서 사용된 포토마스크의 형상을 나타낸 것이다. PNIPAAm을 32℃의 하부임계온도 이상으로 가열하면 물을 방출하면서 부피가 줄어든다. 이러한 물질의 특성 변화를 이용하여 주변 온도를 변화시켜 기공 모사막의 변형을 유도할 수 있다. 기공을 생체모사한 멤브레인의 가장자리를 슬라이드 유리에 고정시킨 후 막의 온도를 26℃ 에서 36℃까지 가열한 결과 닫혀있던 막의 구멍들이 열렸다. 온도 증가에 따라 원형의 구멍은 그 직경이 더 커졌고(도 4A-c 참조) 슬릿 형상의 구멍은 타원형으로 커졌다(도 4B-d 참조).It has been confirmed that a pore-simulated membrane with various holes can be fabricated using a photomask having various patterns. FIG. 4A shows an image obtained by observing the actually fabricated pore simulation membranes with an optical focus microscope, and the illustration shows the shape of the photomask used in each fabrication process. When PNIPAAm is heated above the lower critical temperature of 32 ° C, the volume is reduced while releasing water. By changing the characteristics of these materials, it is possible to induce the deformation of the pore-forming membrane by changing the ambient temperature. After the edge of the membrane of the pore-biomimetic membrane was fixed to the slide glass and the temperature of the membrane was heated from 26 ° C to 36 ° C The holes in the membrane that were closed were opened. As the temperature increased, the circular hole became larger in diameter (see Fig. 4A-c) and the slit-shaped hole became elliptical (see Fig. 4B-d).
Claims (12)
차광되는 부분이 원형 또는 슬릿 형상의 패턴을 갖는 포토마스크를 통해 상기 단량체, 가교제 및 포토개시제가 혼합된 용액이 적용된 기재에 3 내지 5분 동안 한번의 노광을 행하여 광중합 시키는 단계를 포함하는 식물 잎 기공 모사 멤브레인의 제조방법으로서,
상기 단량체 100 중량부를 기준으로 가교제 1 내지 3 중량부 및 포토개시제 0.5 내지 2.5 중량부로 포함되고,
상기 멤브레인은 접합 부위를 갖지 않는 것을 특징으로 하고,
상기 멤브레인은 구멍과, 물성이 상이한 틀(frame) 및 기반(base)을 포함하는 중합체 막을 포함하고.
상기 기반의 부피팽창비율이 틀의 부피팽창비율보다 높으며,
상기 구멍 크기가 온도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는, 제조방법.N-isopropylacrylamide (NIPAAm) as a monomer, N, N-methylenebisacrylamide (MBAm) as a crosslinking agent and 2-hydroxy-1- [4- (hydroxyethoxy) -2-methyl-1-propanone (Irgacure 2959);
A step of photopolymerizing the base material to which a solution containing the monomer, the cross-linking agent and the photoinitiator is applied through a photomask having a circular or slit-shaped pattern as a shading part, for one to three minutes to five minutes, A method for producing a simulated membrane,
1 to 3 parts by weight of a crosslinking agent and 0.5 to 2.5 parts by weight of a photoinitiator based on 100 parts by weight of the monomer,
Characterized in that the membrane does not have a bonding site,
Wherein the membrane comprises a polymer membrane comprising a hole, a frame and a base different in physical properties.
The volume expansion ratio of the base is higher than the volume expansion ratio of the frame,
Characterized in that the pore size varies with temperature.
상기 노광은 자외선을 사용하여 수행하는 것인, 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the exposure is performed using ultraviolet light.
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