A Poly(dimethylsiloxane) Microfluidic Channel Coated with Poly-p-xylylene for Nanocrystal Growth Applications : 나노입자 성장을 위한 Poly-p-xylylene이 코팅된 Poly(dimethylsiloxane) 미세유체 장치

임희진 DGIST 2014 국내석사

Applications of microfluidic device fabricated in poly(dimethylsiloxane) (PDMS) have been limited to water-based analysis rather than nonpolar solvent based chemistry due to PDMS swelling problem occurring by absorption of the solvents. The absorption and swelling causes PDMS channel deformation in shape and changes the cross sectional area, making it difficult to control the flow rate and concentrations of solution in PDMS microfluidic channels. We propose that poly-p-xylylene polymers (parylenes) were chemical vapor deposited on the surfaces of PDMS channels to alleviate the effect of solvents on the absorption and swelling. The parylene coated surface sustains 3hours with a small volumetric change (less than 22% of PDMS swelling ratio). By generating an air-nonpolar solvent interface based on droplets in PDMS channel, we confirmed poly-p-xylylene coated PDMS microfluidic channels have the potential to be applicable to nanocrystal growth using nonpolar solvents. Poly(dimethylsiloxane) (PDMS)로 만들어진 미세유체 장치는 무극성용매가 PDMS 내부에 흡수되어 PDMS의 부피를 팽창시키는 성질 때문에 무극성용매를 사용하는 화학분야에 적용이 어렵다. 이러한 PDMS의 흡수와 팽창하는 특성은 PDMS 미세유체 장치의 내부변형과 단면적의 변화를 일으켜서, PDMS 미세유체 장치 내에서의 유체 제어와 용액의 농도 조절을 어렵게 한다. 우리는 무극성용매에 의해 발생하는 PDMS의 흡수하고 팽창하는 정도를 감소시키기 위해 비다공성 성질을 가진 poly-p-xylylene (parylene)을 증기 화학 증착법으로 코팅한 PDMS 미세유체 장치를 제안한다. Parylene이 코팅된 PDMS 표면은 무극성용매인 톨루엔 환경내에서 낮은 부피 변화(코팅이 되지 않은 PDMS의 팽창률 보다 22% 낮음)로 약 3시간동안 본래의 형태를 유지한다. PDMS 미세 유체 채널 내에 방울 기반의 공기-무극성용매 계면을 발생시킴으로써, poly-p-xylylene이 코팅된 PDMS 미세 유체 장치가 무극성용매를 사용하는 나노입자 성장 분야에 응용 가능성을 보여준다.

PDMS의 기계적 특성 최적화를 통한 트랜스퍼 프린팅 기반의 다기능 웨어러블 디바이스 개발

김재인 부산대학교 대학원 2024 국내석사

본 연구는 PDMS의 기계적 특성을 이용해 트랜스퍼 프린팅 기반의 유연한 웨어러블 디바이스를 제작하는 두 가지의 공정에 대해서 제안한다. 먼저 제안된 공정은 기존의 트랜스퍼 프린팅 기술은 스탬프 제작, 표면처리 기술, 분리속도 조절 등 복잡한 제어가 필요하여 공정 시간이 길어지고 비용이 비싸다는 단점을 PDMS의 접착력 조절을 이용 해 해결하고자 한다. 이는 PDMS의 접착력과 유연성을 조절할 수 있는 PEIE을 사용함 으로써 특수한 장비나 정밀한 제어가 필요가 없는 저비용으로 간단하고 빠른 트랜스 퍼 프린팅 기반의 미세공정을 제안한다. 하지만 여전히 PDMS 기판과 금속 층 사이의 모듈러스 차이 때문에 발생하는 기계적 불일치가 문제가 된다. 이러한 문제를 해결하 기 위해서 두 번째 제안된 공정인 사전변형(prestrained)된 기판에 금박을 전사를 한 후 기판에 가해진 인장을 풀어, 3차원적으로 물결 형태를 가지는 금박 패턴을 만드는 공정을 제안한다. 또한 두 번째 제안된 공정은 센서마다 필요한 전기기계적 특성이 다 른데 이를 최적화하고자 다양한 범위에서의 prestrain 비율을 이용해 최종적으로 여러 번 전사하는 멀티 스탬핑 전사 공정을 제안한다. 이 두 가지 미세 가공 공정의 유효성 을 다기능 피부부착형 센서 패치 제작을 통해 실효성을 입증했다 Recent advancements in microfabrication process for wearable device have enabled untethered continuous health monitoring. While various flexible materials such as polydimethylsioxane (PDMS) has been utilized for flexible and stretchable materials for wearable sensors, conventional microfabrication processes have required specialized MEMS facility and equipment. Here, we demonstrate a simple and low-cost transfer-printing microfabrication process that employs polyethyleneimine ethoxylated (PEIE) to control the adhesion properties of the donor/receiver PDMS layers. But, the fabrication of wearable device transferred on PDMS substrate has limitations including need for inadequate stretchability of PDMS. Moreover, the use of metal layers on a soft PDMS substrate can lead to mismatch in mechanical modulus. Here, we proposed a process of prestrained substrate to address mismatch problems. Furthermore, we introduce a multi-stamping transfer printing using prestrained substrate. We characterized the electromechanical properties of the transferred gold patterns and demonstrated its performance as the wearable temperature, EMG and strain sensors.

마이크로 피라미드 구조를 갖는 PDMS에 PEDOT:PSS 박막 기반 저항성 압력센서 감도 향상에 관한 연구

김성용 인하대학교 대학원 2025 국내박사

In recent years, the rapidly changing development of technology has accelerated the convergence of traditional industries and ICT (Information and Communication Technology) technologies. The development of smart materials and manufacturing technologies in various industries has led to the flowering of the era of intelligent systems and smart technologies. Researchers have interests in smart sensing with a flexible pressure sensor for wearable electronics, human-machine interfaces, and biomedical devices. In this dissertation, the concept of pressure sensors and types of flexible pressure sensors such as capacitive, conductive, and piezoresistive were investigated, and the piezoresistive pressure sensor was selected as the research scope. As a basic study prior to the development of a piezoresistive pressure sensor, a conductive piezoelectric pressure sensor based on PDA/PVA (polydopamine/polyvinyl alcohol) was fabricated, and the characteristics of the sensor were verified by implementing a closed circulatory system, which is an actual human circulatory system. For the piezoresistive pressure sensor, a low-cost sensor was manufactured and characterized by adding a PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedi -oxythiophene):poly(styrenesulfonate)) thin film to the PDMS (polydimethyl -siloxane) surface patterned as a micro-pyramid of random heights, which improves the sensitivity and response time of the sensor. The uniqueness of this research exhibits the CACE(Cu-assisted chemical etching) process to fabricate micro-pyramidal structures with arbitrary heights and experiments with electrical properties for the use of highly sensitive pressure sensors. The sensor detects changes in resistance to pressure when a constant pressure is applied to the upper surface. The sensor was fabricated by etching silicon molds for 3, 5, and 10 minutes, and a PDMS mold was fabricated using the fabricated silicon molds. The structure of each mold was confirmed using scanning electron microscope images. The properties of PEDOT:PSS composites were analyzed by the Raman spectroscopy. Characteristic experiments of the sensor were measured in a load range of 0kPa to 2.58kPa. The sensitivity was 391kPa⁻¹ in the range of 0.3kPa to 1.48kPa and the R² value was 0.96, confirming a strong linear relationship between pressure and current changes. The dynamic range of the sensor ranged from 0.35kPa to 2.58kPa, and the rise and fall times were 52.91 ms and 4.38 ms, respectively. The PDMS/PEDOT:PSS sensor developed in this dissertation exhibited higher sensitivity(391kPa⁻¹) than sensors using other materials, and showed excellent performance especially in the low-pressure range (0kPa∼2.65kPa). Keyword :| PDMS | Pressure Sensor | strain seonsor | piezoresistive sensor | resistive pressure sensor | micropyramid structure | 최근 급변하는 기술의 발전은 전통산업과 ICT(Information and Communication Technology) 기술의 융합 환경을 가속 시키고 있다. 다양한 산업 분야에서 스 마트 소재 및 제조 기술의 발전이 이뤄지며, 지능형 시스템 및 스마트 기술 시 대를 개화시켰다. 연구자들은 웨어러블 전자 제품, 인간-기계 인터페이스, 바이 오메디컬 기기를 위한 유연한 압력센서를 사용한 스마트 센싱 기술에 관심을 두고 있다. 본 연구에서는 압력센서의 개념과 용량성, 전도성, 압전저항형 등 유연한 압력 센서의 종류를 조사하였으며, 압전저항형 압력센서를 연구 범위로 선정하였다. 압전저항형 압력센서 개발에 앞서 기초연구로 PDA/PVA(polydopamine/ polyvinyl alcohol) 기반 전도성 압전 압력센서를 제작하고, 실제 인체의 혈액 순 환계(circulatory system)를 모사한 폐쇄형 순환계를 구현하여 센서의 특성을 확 인하였다. 압전저항형 압력센서는 무작위 높이의 마이크로 피라미드로 패턴화된 PDMS (polydimethylsiloxane) 표면에 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly (styrenesulfonate)) 박막을 추가하여, 감도와 응답 시간을 향상한 저가형 센서를 제작하고 이를 분석하였다. 이 연구의 독창성은 CACE(Cu-assisted chemical etching) 공정을 통해 임의의 높이를 가진 마이크로 피라미드 구조를 제작하고, 고감도 압력센서로서의 전기적 특성을 실험한 데 있다. 센서는 상부 표면에 일정한 압력이 가해질 때 저항 변화를 감지하며, 3분, 5 분, 10분동안 에칭한 실리콘 몰드를 제작해 이를 이용하여 PDMS 몰드를 형성 하였다. 제작된 몰드는 주사전자 현미경(Scanning Electron Microscope)을 통해 구조를 확인하였고, PEDOT:PSS 복합재의 특성은 라만 분광법으로 분석하였다. 센서의 특성은 0kPa∼2.58kPa의 부하 범위에서 측정되었으며, 0.3kPa∼ 1.48kPa 범위에서 감도는 391kPa⁻¹이다. R² 값은 0.96으로 값이 1에 가까울수록 회귀선이 데이터에 잘 맞는다는 것을 의미하며, 압력과 전류 변화 사이에 강력 한 선형 관계가 있음을 확인하였다. 센서의 동적 범위는 0.35kPa∼2.58kPa였으 며, 상승 및 하강시간은 각각 52.91ms와 4.38ms로, 빠른 응답 시간을 보였다. 본 연구에서 개발한 PDMS/PEDOT:PSS 센서는 다른 재료를 사용한 센서보 다 감도(391kPa⁻¹)가 더 높았으며, 특히 저압 범위(0kPa∼2.65kPa)에서 우수한 성능을 나타내었다. 주제어 : | PDMS/PEDOT:PSS | 압력센서 | 스트레인센서 | 압저항센서 | 저항압력센서 | 마이크로피라미드 구조 |

Floating-on-Water 폴리머 박막 및 세포 배양용 시그마 마이크로웰 성형 기술

김대한 中央大學校 大學院 2020 국내석사

Polydimethylsiloxane (PDMS)는 열경화성 폴리머 재료로서 멤브레인과 미세 유체 장치, 3차원 세포 구상체(스페로이드)를 만드는 도구인 마이크로웰 등에 널리 활용되고 있다. 이 논문에서는 PDMS의 물리적 특성을 이용하여 새로운 멤브레인 제작법과 새로운 형상의 마이크로웰 제작법을 다룬다. 스핀 코팅 방법이나 캐스팅 방법 등 기존의 멤브레인 제작 방법은 특별한 장비가 필요하거나 숙련된 기술이 필요하거나 대면적의 멤브레인을 제작하기 힘들다는 단점이 있었다. 그러나 물의 표면에 PDMS 용액을 떨어뜨리고 경화시키는 floating on water (FoW) 방법은 매우 간단하고 특별한 장비가 필요 없고 대면적의 멤브레인을 쉽게 만들 수 있다는 장점이 있다. 물의 표면 위에 10 μg의 PDMS의 용액을 떨어뜨리고 경화시키면 약 3 μm의 PDMS 멤브레인이 제작되며 PDMS의 양, 물의 온도, PDMS의 온도를 조절하여 멤브레인의 두께를 변화시킬 수 있다. 또한 FoW 멤브레인이 물의 표면에서 제작된다는 특성을 이용하여 물방울 형상의 멤브레인, 이중층 멤브레인, 멤브레인 slope와 같이 다양한 형상의 멤브레인을 제작할 수 있다. 이러한 다양한 멤브레인의 형상은 세포 배양에 활용될 수 있을 것이다. 시그마웰은 공기의 열팽창을 이용하여 제작된 그리스 문자 시그마(σ) 형상의 마이크로웰이다. 기존의 마이크로웰은 윗면이 열려있기 때문에 떠오르는 세포의 스페로이드를 배양할 수 없었다. 그러나 시그마웰은 갈고리 모양의 지붕이 있기 때문에 떠오르는 세포의 스페로이드를 배양할 수 있다는 장점이 있다. 시그마웰에서 스페로이드가 잘 생성됨을 확인하기 위해서 human adipose-derived stem cell (hASC)을 배양했다. 시그마웰에서 하루안에 hASC의 스페로이드가 생성되었고 3일 동안 배양되었다. 시그마웰에서는 스페로이드가 분비하는 cytokine의 확산이 일반적인 마이크로웰에 비해서 억제되는 효과가 있음을 확산 시뮬레이션을 통해서 확인하였다. 이 논문에서 소개된 FoW 방법과 시그마웰은 앞으로 다양한 분야, 특히 세포 생물학, 조직공학 등 바이오 분야에서 좋은 도구로 활용될 수 있을 것이다. Polydimethylsiloxane (PDMS) is a thermosetting polymer material that is widely used in membranes, microfluidic devices, and microwells, which are tools for generating three-dimensional cell spheroids. In this paper, novel membrane fabrication method and unique shape microwell fabrication method using PDMS's physical properties are studied. Conventional membrane fabrication methods, such as a spin coating method or a casting method, require special equipment and skilled techniques or have difficulty in fabricating large-area membranes. However, a floating on water (FoW) method which is dropping and curing the PDMS solution on the surface of the water is very simple, requires no special equipment and can easily fabricate the large-area membranes. Dropping and curing 10 μg of PDMS solution on the surface of water fabricates a PDMS membrane of about 3 μm thickness, and the thickness of the membrane can be varied by controlling the amount of PDMS, water temperature, and PDMS temperature. In addition, using the feature that FoW membrane is fabricated on the surface of the water, various shapes of membranes such as a droplet-shaped membrane, double-layered membrane, membrane slope can be made. These various shapes of membranes can be utilized in cell culture. Sigma-well is a Greek letter sigma (σ) shaped microwell made using a thermal expansion of air. Conventional microwells could not grow the spheroids of floating cells because the top of the microwells is opened. However, Sigma-well has the advantage of being able to cultivate spheroids of floating cells because of its hook-shaped roof. Human adipose-derived stem cells (hASCs) were cultured to confirm the production of spheroids in sigma-well. In Sigma-well, the spheroids of hASC were generated in one day and cultured for 3 days. By computational simulation results, the diffusion rate of cytokine in sigma-well is lower than that in conventional microwell was verified. The FoW method and sigma-well introduced in this paper will be useful tools in various fields, especially in the biological field such as cell biology and tissue engineering.

PDMS-Na Y Zeolite 와 PDMS-Chitosan 복합막에 의한 수소, 질소 기체 분리에 관한 연구

하정임 상명대학교 교육대학원 2010 국내석사

소수성 고무상 고분자 PDMS에 NaYzeolite 함량을 1∼40 wt%로 달리하 여 PDMS-NaYzeolite 복합막을 제조하고, PDMS에 chitosan을 0.02∼0.60wt%까지 넣어 복합막을 제조하였다. 그리고 FT-IR, ¹H-NMR, SEM에 의해서 막의 특성을 조사하였다. 기체투과 실험은 30 ℃, 4 kg/cm2 조건에서 수행하였고 복합막의 함량 변화에 따른 H2와 N2의 투과도와 선택도를 조사하였다. PDMS 단일막은 기체투과 압력이 증가하면 H2와 N2의 투과도와 선택도(H2/N2)가 증가하였다. PDMS-NaYzeolite 복합막의 H2와 N2 투과도는 NaYzeolite 함량 0∼10 wt%까지는 증가하고 그 이후부터는 감소하였고, 선택도(H2/N2)는 0∼2 wt%까지는 감소하고 그 이상에서는 증가하였다. PDMS-NaYzeolite 복합막은 H2 투과도가 증가하면 선택도(H2/N2)는 0 ∼2 wt%와 10∼40 wt% NaYzeolite 함량 범위에서는 감소하고, 2∼10 wt% NaYzeolite 함량 범위에서는 증가하였다. PDMS-Chitosan 복합막의 H2와 N2 투과도는 chitosan 함량이 증가하면 0∼0.20 wt%까지는 증가하고 그 이상에서는 감소하였다. 그리고 선택도(H2/N2)는 0∼0.20 wt%까지는 감 소하고 0.20∼0.60 wt% 범위에서는 증가하였다. PDMS-Chitosan 복합막의 H2 투과도가 증가하면 선택도(H2/N2)는 chitosan 함량이 0 wt%에서 0.20 wt% 로 증가하면 감소하였다. 그리고 chitosan 함량이 0.60wt%에서 0.20 wt%로 감소하면 선택도(H2/N2)도 감소하였다. PDMS-NaYzeolite 복합막은 NaYzeolite 함량이 증가할수록, PDMS- Chitosan 복합막은 chitosan 함량이 증가할수록 열적 안정성이 향상된 것을 알 수 있다.

항생제와 혈소판 유래 성장인자의 동시 전달을 위한 생체재료 플랫폼의 개발 및 특성 분석

알바이라코우다이 전북대학교 대학원 2025 국내석사

PDMS microarray chip을 이용한 중금속에 의해 유도되는 단일 가닥 oligonucleotide cleavage 연구

구진아 단국대학교 대학원 2010 국내석사

인체는 산업의 발전으로 인한 환경 호르몬, 독성을 지닌 화학 물질 등 다양한 오염 물질에 노출이 되고 있다. 특히, 수은, 납, 카드뮴과 같은 중금속은 다양한 질병을 유발하는 물질로써 세계 보건 기구(WHO, World Health Organization)에서는 이 들 중금속에 대한 혈중농도의 권고 기준을 정하여 엄격하게 관리를 하고 있다. 본 연구에서는, 실험실에서 구축한 레이저 유도 형광 현미경을 이용하여 중금속에 의한 20mer의 단일 가닥 oligonucleotide cleavage를 정량적으로 측정하였다. 적은 양의 시료를 이용하여 빠르고, 정확한 정량 분석을 위해 polydimethysiloxane(PDMS) microarray chip에 형광체 Cy5 tagged oligonucleotide을 고정시켰다. PDMS microarray chip의 array pattern은 216 nm Nd:YAG laser를 이용하여 제작할 수 있었으며, 반응성이 없는 PDMS에 생체 분자를 고정시키기 적당한 표면 성질을 갖게 하기 위해 산소 플라즈마 처리를 한 후, 3-(aminopropyl) triethoxysilane (APTES)를 chemical vapor deposition (CVD) 방법을 이용하여 코팅하였다. PDMS 표면에 flexibility와 wettability를 부여하여 단일 가닥 oligonucleotide immobilization의 효율을 더 높이기 위해 cross-linker로 Sulfosuccinimidyl-4-(N-maleimidomethyl) cyclohexane-1- carboxylate (sulfo-SMCC)를 사용하였으며, 이는 APTES와 amide bond를 형성한다. 양 말단기에 각각 thiol기와 형광체 Cy5가 tagging 되어 있는 단일 가닥 oligonucleotide와 cross-linker의 maleimide기가 공유 결합을 이룬다. PDMS microarray chip에 고정된 oligonucletide와 납, 카드뮴 이온을 반응시킨 후 island에 cleavage 되지 않고 남아 있는 oligonucleotide를 레이저 유도 현미경을 이용하여 monitoring함으로써 정량적으로 확인할 수 있었다. 두 금속 이온 모두 공기 중에서 22% 이상 형광 세기의 감소를 보였다. Oligonucleotide cleavage의 정확한 정량 분석을 위해 oligonucleotide cleavage를 유도하는 다양한 요인에 의한 영향을 보았다. 특히, 과산화수소와 같은 산화제가 첨가 되면 oligonucleotide cleavage가 증가함을 볼 수 있었다. Cleaved oligonucleotide fragments는 MALDI-TOF-MASS를 이용하여 정성적으로 확인하였다. 본 연구에서는 용액 내에 금속 이온이 존재 할 경우 발생하는 형광체의 quenching 현상을 고려하였다. 납과 카드뮴 모두 농도가 증가할수록 형광체의 quenching이 발생하였으며, quenching constant는 각각 0.22, 0.84였다. 흥미롭게도, 카드뮴은 납에 비해 더 낮은 농도에서부터 quenching이 발생 하였으며, oligonucleotide cleavage 실험은 금속 이온에 의한 quenching이 일어나지 않는 농도 범위에서 수행하였다. 결과적으로, 단일 가닥 oligonucleotide cleavage는 중금속 이온이 존재 할 경우 발생 하는 활성 산소 종(Reactive oxygen species, ROS)에 의해 유도 될 수 있음을 PDMS microarray chip과 레이저 유도 형광 현미경으로 확인하였다. In this work, a new method to determine the level of DNA cleavage quantitatively using laser induced fluorescence microscopy was described. A single strand oligonucleotide tagged with a Cy5 fluorophore was immobilized on a pillar of polydimethylsiloxane(PDMS) microarray chip, of which the use can improve the sample throughput and reduce the volume and analysis time significantly. The immobilization was carried out by chemical vapor deposition process suing 3-(aminopropyl) triethoxysilane(APTES), which was confirmed by a fluorescent emission of fluorescein isothiocyanate(FITC) selectively tagged on the amine functional group. Sulfosuccinimidyl-4-(N-maleimidomethyl) cyclohexane-1- carboxylate (sulfo-SMCC), as a cross-linker, was attached on the surface via the formation of covalent amide bone. The single strand DNA tagged with Cy5 as a fluorophore and thiol functional group ant both terminals was then bonded to the linker by the reactivity with sulfhydryl group. The un-cleaved DNA on the pillar of the microchip after reacted with Pb and Cd ions were quantitatively identified by monitoring the fluorescence level suing a lab-built laser induced fluorescence microscope(LIFM) with CCD camera for imaging and photomultiplier tube (PMT) for photon counting. The fluorescence reduction up to 25 (±1.4)% on the pillar was observed for both metal ions, depending upon the experimental condition. Interestingly Cd showed higher cleavage rate than Pb, which may relate to toxicity and mutation. The cleaved DNA was confirmed by MALDI-TOF-MS as well. We also found that the quenching effect on the fluorescence measurement was severe due to the presence of the metal ions and the extent of it depended upon the kind of metal. Fluorescence quenching constant of 0.84 and 0.14 for Cd and 0.22 for Pb at the linear dynamic range were obtained. Since the higher quenching constant indicated the more quenching, Cd ion suppressed the fluorescence signal more significantly than Pb ion. The result was equivalent to 59 (±2.4)% fluorescence suppression at 9.3 μg/mL of Pb ion. In order to improve analytical figure of merits for precise quantification using this LIFM with DNA microarray chip, carious factors influencing on the cleavage were studied as well. The presence of oxidizing agent, H2O2 and hydroxyl radical scavenger, glucose played significant role to the cleavage level. As a result, the single strand DNA damage in the presence of metal ions was occurred mostly by the oxidative cleavage caused by reactive oxygen species(ROS). Compared to the indirect interaction of metal-DNA, the effect of direct interaction, i.e., metal-DNA binding, on the cleavage, was relatively insignificant.

3차원 PDMS 구조제작에 관한 연구

윤석중 전북대학교 대학원 2024 국내석사

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the most promising material which can be used in areas such as microfluidic systems, biomedical devices because it has useful properties such as good thermal stability, biocompatibility, corrosion resistance, flexibility, low cost, ease of use, chemically inertia, and gas permeability. However, it has the surfaces with strong hydrophobicity which can prevent binding of biomolecules and cells. Thus, its inherent hydrophobicity has acted as a deterrent for further development and commercialization in biomedicine. Previous research about porous PDMS membrane evaluated by measuring the adhesion of various biomolecules and bioactivity of cells and showed significant improvement over conventional non-porous PDMS membrane. Currently, there are many studies about 3D shape of membrane like spheroid, but they have many problems due to difficulties of cell growing. In this study, not only used the PDMS membrane also experiment for pore size and thickness compared by RPM(4500, 5000, 5500, 6000). As a result, it was observed that the thickness became thinner as the RPM increased. These results can be applied to research on hemispherical experiment or various shapes membrane experiment.

PDMS 복합분리막을 이용한 프로필렌/질소 분리에 관한 연구 : Propylene/nitrogen Separation by PDMS Composite Membrane

Andrew Rubio Premacio 명지대학교 대학원 2008 국내석사

Composite membranes consisting of PDMS were coated unto polyethylene sheet as support membrane for the separation of propylene over nitrogen gas. In order to enhance the selectivity and permeance of propylene over nitrogen gas, hydrophobic nanosized silica particles were embedded into the rubbery PDMS polymer at 10% and 20% loading. SEM images and TGA analysis determined the morphological and thermal characteristics of composite membranes. Pure gas tests were done on several manufactured membranes with nitrogen, oxygen, and propylene at pressures form 3 to 6 bar and temperatures 25, 35 and 45 °C. Addition of hydrophobic TS-720 increased the permeances of PDMS for all three gases without any significant improvement in selectivity. The mixed gas performance of silica-filled and unfilled PDMS were evaluated with a 15% of propylene/nitrogen mixture. It was observed that PDMS with TS-720 silica increased the mixed gas propylene permeance and propylene/nitrogen selectivity, while permeance and selectivity of mixed gas were respectively lower than each of pure gas. As with pure gases, the propylene permeance and propylene/nitrogen selectivity decreased with temperature in both pure PDMS and PDMS-filled with TS-720. These results indicated that TS-720 silica only increased the solubility of propylene in PDMS due to the increase in the available free volume in the PDMS polymer. 질소가스에서 프로필렌 가스 회수를 위하여 지지체막인 PE 막 위에 고무상 고분자인 PDMS 복합 분리막을 제조하였다. 질소에서 프로필렌 가스 투과도 및 선택도 증가를 위하여 10% 및 20%의 소수성 나노 실리카 입자인 TS-720을 PDMS 고무상 고분자에 충진하였다. SEM 과 TGA 열분석기를 사용하여 제조된 분리막의 구조와 기계적 열안정성을 확인하였다. 제조된 복합분리막을 이용하여 3 에서 6 bar의 유입압력, 25۫, 35, 45۫C의 온도에서 질소, 산소, 프로필렌의 순수가스 투과실험을 실시하였다. 소수성 TS-720 silica를 채운 PDMS막과 채우지 않은 PDMS막을 15% 프로필렌/질소 혼합가스를 이용하여 투과실험을 실시하였다. Fumed silica를 첨가한 PDMS의 투과도는 세가지 가스 모두 증가하였지만 선택도는 향상되지 않았다. 혼합가스의 투과도와 선택도는 순수가스보다 더 낮았지만 fumed silica를 첨가한 막은 프로필렌의 투과도와 프로필렌/질소 선택도가 순수 PDMS막보다 증가하였다. 본 연구의 결과 TS-720 silica를 채운 PDMS 분리막에서 자유부피도 증가로 인하여 프로필렌 용해도의 PDMS 분리막에의 증가로 나타난 것으로 해석된다.

摩擦電氣에 의한 未結合 殘存 PDMS 重合體의 抽出 特性 硏究

정용주 경희대학교 2013 국내석사

PDMS(polydimethylsiloxane)는 탄력성, 광학투명성, 화학적으로 유연한 표면, 물에 대한 낮은 침투성 그리고 낮은 전기전도도 같은 유용한 물리적•화학적 성질을 가진 중합체이다. 따라서 PDMS는 소프트리소그래피(soft lithography) 공정을 이용한 마이크로채널(microchannel)과 마이크로어레이(microarray)를 제작하기 위한 패턴(pattern)과 몰드(mold)의 재료로 유용한 물질이다. PDMS로 제작된 마이크로장치(microdevice)는 고가의 시약 및 생산되는 폐기물이 감소 되는 이점이 있다. 특히, 미세유동장치는 생화학 분석, 화학 반응, 생물의학 및 세포 분석을 위한 세포 독성 연구를 수행하는데 있어서 다양하게 사용된다. 하지만 PDMS의 결합을 이루지 못한 중합체는 장기간 수용액 환경에 노출될 경우 특정 세포를 배양함에 있어서 영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서 이러한 PDMS의 결합을 이루지 못한 중합체를 제거하기 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 PDMS의 결합을 이루지 못한 중합체의 분리에 관한 연구를 수행하였다. 우리는 PDMS 경화 후에도 여전히 남아있는 미확인 잔존 물질을 관찰하였다. 이 관찰은 본 연구를 수행하는데 있어서 시작점이 되었다. 실험 과정에서 두 가지 경우에 의해서 마찰전기가 발생하였고, 각각의 경우에 대해서 실험을 진행하였다. 첫째, 배양접시 뚜껑에서 발생한 마찰전기를 중심으로 실험을 진행하였다. 마찰전기가 발생하는 지점과 PDMS 표면 사이의 거리, PDMS 경화 온도에 따른 실험을 진행하였다. 그 결과 마찰전기 발생 지점과 PDMS 사이의 간격이 좁을수록 PDMS의 반응이 크게 일어나고, PDMS의 점성이 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 또한 발생한 마찰전기에 대한 정량적 분석을 함으로써 배양접시 뚜껑은 (-)로, PDMS는 (+)로 대전되어 인력이 발생함을 알 수 있었다. 둘째, PDMS를 혼합하는 과정에서 혼합 물질에 따라 PDMS 자체에 대전되는 전위를 정량적으로 분석하였다. 그 결과 PDMS를 유리 막대와 플라스틱 컵으로 혼합할 경우, 나무 막대와 종이컵 보다 PDMS 자체 대전이 크게 나타남을 알 수 있었다. 또한 분리된 중합체를 푸리에 변환 적외분광법(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR, 이후 FT-IR로 표기) 중에서 감쇠 전반사(attenuated total reflection, ATR, 이후 ATR로 표기) 모드를 이용하여 분석한 결과, PDMS 베이스와 같은 성분의 물질이었다. 따라서 마찰전기에 의해 PDMS 중합체가 분리됨을 알 수 있었다. 본 연구의 마찰전기에 의한 PDMS의 중합체 분리현상을 이용함으로써 PDMS 장치 제작시 결합을 이루지 못한 PDMS 중합체를 채널에서 멀리 이동시켜 세포 배양 환경을 향상 시킬 수 있을 것으로 생각된다. 또한 화학적 처리 없이 몰드 제작 과정에서 수행하기 때문에 채널의 붕괴에 대해 염려할 필요가 없다. 더욱이 마찰전기에 따른 PDMS의 반응에 영향을 미치는 특성을 분석함으로써 향후 장치를 고안하는데 방향을 제시해 줄 것으로 기대한다. Polydimethylsiloxane (PDMS) is a soft polymer with attractive physical and chemical properties, such as elasticity, optical transparency, flexible surface chemistry, low permeability to water, and low electrical conductivity. PDMS is very useful material for molding and patterning microdevices by soft lithography, such as microchannels and microarrays in a controlled manner. PDMS microdevices offer several advantages of reduced use of expensive reagents and low by–product wastes in a miniaturized format. Specifically, microfluidic devices are widely used to study biochemical analysis, chemical reactions, and cell toxicity tests for biomedical and cellular assays. However, uncrosslinked oligomers could potentially affect when exposed in long–term aquatic environment. Therefore, the study for removing uncrosslinked residual PDMS base from fully–cured PDMS is required. In this study, we report a direct observation for separation of PDMS polymer during fabrication by frictional electricity. We observed unknown material of PDMS that still remains after its full curing time. This observation was the starting point in order to carry out this study. Frictional electricity was generated by the two cases of the course for the experiment. We conducted experiments in each case. First, experiments were conducted focusing on the frictional electricity that generated at the lid of Petri dish. We changed several parameters, such as curing temperature and the gap between PDMS and the lid of Petri dish. As a result, the biggest reaction of PDMS occurred by the smallest interval between PDMS and surface of frictional electricity. Further, the viscosity of the PDMS affected for the reaction of PDMS. By the quantitative analysis of frictional electricity generated, the lid of Petri dish was negatively charged, and the PDMS was positively charged. Therefore, the attraction force was generated with each other. Secondly, we measured electrification of PDMS by the mixing materials, such as paper vessel, plastic vessel, wooden stirrer and glass stirrer. As a result, electrification of PDMS was bigger than paper vessels with wooden stirrer when mixing the PDMS by the plastic vessel with glass stirrer. In addition, component of extracted polymer was similar with PDMS base from the result of FT-IR analysis. Therefore, uncrosslinked residual PDMS polymer was extracted by the frictional electricity. Overall, we believe this finding will be potentially helpful to researchers who aim to enhance neural cell research using PDMS device with reliable data, and also to establish a new protocol for full detoxification of PDMS without chemically destructing delicate structures associated with micro/nanofluidic network structures during its fabrication. We also expect that this approach can be useful for development of fabrication device from the characterization of PDMS electrification.