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1. 열 광학 집게를 이용한 마이크로패터닝 바이오 칩
1.1. 서론
1.1.1. 열광학 집게를 이용한 마이크로패터닝 바이오 칩의 이점
열광학 집게를 이용한 마이크로패터닝 바이오 칩의 이점은 다음과 같다.
당뇨병, 비타민 결핍증, 관절염과 같은 질병은 개발 도상국이나 심지어 신흥 경제국에서도 빠르고 간결한 진단 기술의 부재로 인해 제때 발견되지 않곤 한다. 따라서 저비용으로 간단하게 질병을 진단할 수 있는 칩을 제조할 필요가 있다. 리소그래피나 실리콘, 유리 마이크로 유체 칩을 사용하여 질병 진단 칩을 설계하는 것은 복잡하고 고비용을 초래한다. 하지만 SOM-FP 기반 복합체를 사용한 바이오마커(포도당, 요산, 비타민C) 검출 칩은 열광학 집게를 이용해 저비용으로 간단하게 제작할 수 있다.
1.1.2. 광학집게 이론
광학집게는 고도로 집속된(빔의 지름을 가늘게 하는 것) 레이저 빔을 사용하여 굴곡과 관련된 운동량 변화에 따라 끌어당기는 힘이나 밀어내는 힘을 제공하는 과학 장비이다. 고도로 집속된 레이저 빔을 통해 매우 작은 힘을 가함으로써 나노미터 및 마이크로 크기의 유전체 입자를 조작할 수 있다.
광학집게의 원리는 갇힌 입자의 직경이 빛의 파장보다 상당히 큰 경우, 광선 광학을 사용하여 설명할 수 있다. 레이저에서 방출된 빛의 개별 광선은 유전체 비드에 들어가고 나올 때 굴절된다. 광선은 원래와는 다른 방향으로 빠져 나온다. 빛은 운동량을 가진다. 빛의 방향의 변화는 운동량이 변했다는 것을 나타낸다. 운동량 보존 법칙에 의해 빛의 운동량이 변했다면 입자의 운동량도 반대방향으로 변해야 한다.
입자가 광선의 중심에서 벗어난 경우, 중심에 가까운 광선이 중심에 먼 광선보다 더 큰 운동량 변화를 준다. 그러므로 입자는 레이저 중심으로 당겨지는 힘을 받는다. 입자가 광선의 중심에 있는 경우 개별 광선이 입자를 통해 대칭적으로 굴절되어 측방향힘이 발생하지 않는다. 레이저의 중심에 비드를 유지하는 것 외에도 집중된 레이저는 고정된 가로 축 위체에 입자를 유지한다. 그러나 레이저 초점 위치가 아닌 초점의 약간 뒤에 위치한 입자가 합력이 0가 된다. 광선의 운동량 변화량 때문에 입자는 레이저의 중심 및 초점 약간 뒤에 머무른다. 이것은 마치 레이저가 입자를 집게 집듯이 집는 것처럼 보인다.
1.1.3. 광학집게를 이용한 마이크로패터닝 기술
마이크로패터닝 기술은 기판에 어떠한 역할을 할 수 있는 미세패턴을 생성하는 방법이다. 이 기술은 전자(반도체) ~ 생물, 의학까지 광범위한 분야에 적용가능한 기술이다.
기존의 포토리소그래피 기술은 제조비용이 많이 들고 공정이 복잡하다는 단점이 있다. 따라서 조사한 논문에서는 열 광학집게를 이용해 soft oxometalate‐fluorophore (SOM‐FP)를 패턴화한다. 패턴화된 SOM-FP를 통해 바이오마커(몸 안의 변화를 알아낼 수 있는 지표)를 검출하여 질병을 진단한다.
열 광학 집게를 이용한 마이크로패터닝 기술은 다음과 같다. SOM은 빛에 반응하므로 광 유도 SOM 조립 전체를 조정할 수 있다. SOM 나노 튜브의 분산에 열 광학 레이저를 집중시킨다. 레이저의 조사는 분산을 자극하고 SOM이 있는 기포를 생성한다. 부력으로 인해 거품은 샘플 공간의 바닥으로 상승한다. 거품의 표면과 반대편의 표면 사이의 표면 에너지 차이(거품표면은 정반대 표변보다 훨씬 뜨겁다)로 인해 Gibbs Marangoni 전류로 알려진 대류 흐름을 유발한다. 이 대류 흐름은 분산물로부터 거품표면까지 SOM 나노 튜브를 끌어 당긴다. 이 상태에서 현미경 스테이지를 옮기면 거품이 이동하며 샘플 공간의 바닥에 SOM을 증차시켜 oxometaleats의 결정을 제공한다. SOM-FP도 이 방식을 따른다. 그러므로 정확하게 현미경 스테이지를 이동시킴으로써 원하는 패턴화된 SOM-FP를 얻을수 있다.
즉, 열 광학 집게를 이용한 마이크로패터닝 기술은 빛에 반응하는 SOM 나노 튜브를 이용하여 원하는 패턴을 제작할 수 있다. 이를 통...
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