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—Let's Innovate Together.

#1210/1211, 156, Gwanggyo-ro, Yeongtong-gu, Suwon-si,

Gyeonggi-do, Republic of Korea 16506

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A wet-tolerant adhesive patch inspired by protuberances in suction cups of octopi

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Science ‎Advanced | Research Article

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#자연 모사 #문어 #흡입 컵 #돔 #인공 점착 시스템 #에어 트랩 기술 #실리콘 웨이퍼 #수중 운반 #s-PUA #OIA #반도체 #피부 상처





새로운 인공 점착 시스템

#자연 모사 #문어 #흡입 컵 #돔 #인공 점착 시스템 #에어 트랩 기술

#실리콘 웨이퍼 #수중 운반 #s-PUA #OIA #반도체 #피부 상처







새로운 인공 점착 시스템

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새로운 인공 점착 시스템

#자연 모사 #문어 #흡입 컵 #돔 #인공 점착 시스템 #에어 트랩 기술 #실리콘 웨이퍼 #수중 운반 #s-PUA #OIA #반도체 #피부 상처





새로운 인공 점착 시스템

문어 흡입 컵에 있는 돔과 같은 돌기에 영감을 받은 인공 점착 시스템이 개발되었습니다. *에어 트랩 기술을 활용하여 표면 구조를 생성하고, 돔 모양 구조를 통해 흡착력을 강화합니다.


이러한 점착제는 건/습식 환경에서 강력하고 가역적인 점착이 가능하며, 표면 오염 없이 대형 *실리콘 웨이퍼를 공기 및 수중에서 운반할 가능성을 보여줍니다.


* 에어 트랩: 구멍 (Cavity) 내에 공기가 외부로 빠져나가지 못해 갇히는 현상

* 실리콘 웨이퍼: 반도체 집적회로 핵심 재료로 원형의 판을 의미





핵심 기술

문어 흡입 컵에 있는 돔과 같은 돌기에 영감을 받은 인공 점착 시스템이 개발되었습니다. *에어 트랩 기술을 활용하여 표면 구조를 생성하고, 돔 모양 구조를 통해 흡착력을 강화합니다.


이러한 점착제는 건/습식 환경에서 강력하고 가역적인 점착이 가능하며, 표면 오염 없이 대형 *실리콘 웨이퍼를 공기 및 수중에서 운반할 가능성을 보여줍니다.


* 에어 트랩: 구멍 (Cavity) 내에 공기가 외부로 빠져나가지 못해 갇히는 현상

* 실리콘 웨이퍼: 반도체 집적회로 핵심 재료로 원형의 판을 의미





핵심 기술

문어 흡입 컵에 있는 돔과 같은 돌기에 영감을 받은 인공 점착 시스템이 개발되었습니다. *에어 트랩 기술을 활용하여 표면 구조를 생성하고, 돔 모양 구조를 통해 흡착력을 강화합니다.


이러한 점착제는 건/습식 환경에서 강력하고 가역적인 점착이 가능하며, 표면 오염 없이 대형 *실리콘 웨이퍼를 공기 및 수중에서 운반할 가능성을 보여줍니다.


* 에어 트랩: 구멍 (Cavity) 내에 공기가 외부로 빠져나가지 못해 갇히는 현상

* 실리콘 웨이퍼: 반도체 집적회로 핵심 재료로 원형의 판을 의미





핵심 기술

문어 흡입 컵에 있는 돔과 같은 돌기에 영감을 받은 인공 점착 시스템이 개발되었습니다. *에어 트랩 기술을 활용하여 표면 구조를 생성하고, 돔 모양 구조를 통해 흡착력을 강화합니다.


이러한 점착제는 건/습식 환경에서 강력하고 가역적인 점착이 가능하며, 표면 오염 없이 대형 *실리콘 웨이퍼를 공기 및 수중에서 운반할 가능성을 보여줍니다.


* 에어 트랩: 구멍 (Cavity) 내에 공기가 외부로 빠져나가지 못해 갇히는 현상

* 실리콘 웨이퍼: 반도체 집적회로 핵심 재료로 원형의 판을 의미





핵심 기술

문어 돔 모양 돌기 구조를 모사하였습니다. 이는 복잡한 화학적 합성이 필요하지 않으며, 습기가 있는 비평면 표면에서도 쉽게 탈부착 할 수 있습니다.





패치 제형

문어 돔 모양 돌기 구조를 모사하였습니다. 이는 복잡한 화학적 합성이 필요하지 않으며, 습기가 있는 비평면 표면에서도 쉽게 탈부착 할 수 있습니다.





패치 제형

문어 돔 모양 돌기 구조를 모사하였습니다. 이는 복잡한 화학적 합성이 필요하지 않으며, 습기가 있는 비평면 표면에서도 쉽게 탈부착 할 수 있습니다.





패치 제형

문어 돔 모양 돌기 구조를 모사하였습니다. 이는 복잡한 화학적 합성이 필요하지 않으며, 습기가 있는 비평면 표면에서도 쉽게 탈부착 할 수 있습니다.





패치 제형

* OIA: Octopus Inspired Architecture





기술 응용 분야

* OIA: Octopus Inspired Architecture





기술 응용 분야

* OIA: Octopus Inspired Architecture





기술 응용 분야

* OIA: Octopus Inspired Architecture





기술 응용 분야


아크릴 기반 화학 점착제와 실리콘 기반 고분자 재료는 웨이퍼 표면에 미세한 오염물이나 먼지를 남길 수 있지만, s-PUA 기반 OIA 점착제는 오염이 발견되지 않는 청정 점착제입니다.


따라서 OIA는 다양한 건/습식 환경에서 오염 없이 반도체를 제조하는 데 사용될 수 있습니다.





효과

1) 구조


아크릴 기반 화학 점착제와 실리콘 기반 고분자 재료는 웨이퍼 표면에 미세한 오염물이나 먼지를 남길 수 있지만, s-PUA 기반 OIA 점착제는 오염이 발견되지 않는 청정 점착제입니다.


따라서 OIA는 다양한 건/습식 환경에서 오염 없이 반도체를 제조하는 데 사용될 수 있습니다.





효과

1) 구조


아크릴 기반 화학 점착제와 실리콘 기반 고분자 재료는 웨이퍼 표면에 미세한 오염물이나 먼지를 남길 수 있지만, s-PUA 기반 OIA 점착제는 오염이 발견되지 않는 청정 점착제입니다.


따라서 OIA는 다양한 건/습식 환경에서 오염 없이 반도체를 제조하는 데 사용될 수 있습니다.





효과

1) 구조


아크릴 기반 화학 점착제와 실리콘 기반 고분자 재료는 웨이퍼 표면에 미세한 오염물이나 먼지를 남길 수 있지만, s-PUA 기반 OIA 점착제는 오염이 발견되지 않는 청정 점착제입니다.


따라서 OIA는 다양한 건/습식 환경에서 오염 없이 반도체를 제조하는 데 사용될 수 있습니다.





효과

1) 구조


조건 1) 4가지 미세 구조: OIA, 구멍 뚫린 원기둥, 원기둥, 원기둥 구멍.

조건 2) preload (10 ~ 35 kPa) 및 4가지 환경 조건: 건조한 환경, 습한 환경, 수중 환경, 오일 환경.


그 결과 최대 preload는 35 kPa였고, OIA 배열로 이루어진 점착 패치는 건/습식 환경에서 preload가 증가함에 따라 빠르게 점착 힘을 증가시켰습니다.


* Preload: 본 패치를 수직방향으로 누르는 힘





1) 반경


조건 1) 4가지 미세 구조: OIA, 구멍 뚫린 원기둥, 원기둥, 원기둥 구멍.

조건 2) preload (10 ~ 35 kPa) 및 4가지 환경 조건: 건조한 환경, 습한 환경, 수중 환경, 오일 환경.


그 결과 최대 preload는 35 kPa였고, OIA 배열로 이루어진 점착 패치는 건/습식 환경에서 preload가 증가함에 따라 빠르게 점착 힘을 증가시켰습니다.


* Preload: 본 패치를 수직방향으로 누르는 힘





1) 반경


조건 1) 4가지 미세 구조: OIA, 구멍 뚫린 원기둥, 원기둥, 원기둥 구멍.

조건 2) preload (10 ~ 35 kPa) 및 4가지 환경 조건: 건조한 환경, 습한 환경, 수중 환경, 오일 환경.


그 결과 최대 preload는 35 kPa였고, OIA 배열로 이루어진 점착 패치는 건/습식 환경에서 preload가 증가함에 따라 빠르게 점착 힘을 증가시켰습니다.


* Preload: 본 패치를 수직방향으로 누르는 힘





1) 반경


조건 1) 4가지 미세 구조: OIA, 구멍 뚫린 원기둥, 원기둥, 원기둥 구멍.

조건 2) preload (10 ~ 35 kPa) 및 4가지 환경 조건: 건조한 환경, 습한 환경, 수중 환경, 오일 환경.


그 결과 최대 preload는 35 kPa였고, OIA 배열로 이루어진 점착 패치는 건/습식 환경에서 preload가 증가함에 따라 빠르게 점착 힘을 증가시켰습니다.


* Preload: 본 패치를 수직방향으로 누르는 힘





1) 반경


조건 1) 반지름 크기: 15 ㎛, 50 ㎛, 150 ㎛, 500 ㎛.

조건 2) 4가지 환경 조건: 건조한 환경, 습한 환경, 수중 환경, 오일 환경.

 

그 결과 건/습식 환경에서 반경이 50 ㎛인 구조가 가장 높은 점착 힘을 나타냈습니다.





시사점


OIA 점착제를 사용하여 문어 흡착 돌기 표면 메커니즘을 위한 간단한 모델을 제안했습니다. OIA 돔 구조가 습한 상태에서 에너지 소비 없이 액체 분자 간의 응집력을 생성하기에 최적입니다. 이러한 특성을 활용하여 습한 피부나 상처 부위에 적용할 수도 있습니다.

⦁ 문어 흡착 돌기의 구조가 건습식 환경과 표면 굴곡, 거칠기에 상관없이 표면에 붙어 있는점을 집중 관찰하였다. 우수한 부착 특성은 문어 다리에 존재하는 미세한 3차원 돔 구조가 물리적으로 음압을 형성하여 환경과 표면특성에 상관없이 부착할 수 있다는 내용을 이론적, 실험적 연구 수행을 통해 원리 규명을 하였다.

⦁ 문어의 3차원 돔 구조는 기존 아크릴계 점착제와 달리 습한 피부나 물이나, 실리콘 오일 속 등 다양한 환경에 있는 물건에 우수한 점착능을 유지하는 것을 확인하였고, 또한 1만회 이상의 반복적인 탈부착 시험에서도 성능을 유지하였다.

⦁ 또한 아크릴계 점착제와 달리 물리적인 음압을 통한 점착능력이기 때문에 끈적이는 화학적 잔류물이 피부에 남지 않아 소비자 친화적인 점착 패치이다

생체액을 포착하고 인간이 부착할 수 있는 장치의 잠재적인 적용을 입증하기 위해 준비된 H-s-DIA


패치의 돼지 피부에 대한 잠착력을 다양한 방향으로 측정하여 부착 능력을 검증했다. 생체액 포착 하이드로겔의 도움으로, H-s-DIA 점착제는 하이드로겔이 없는 s-DIA 샘플에 비해 다방향으로 우수한 점착 스트레스를 나타냈다 (그림 4A). 최적화된 생체감응 패치 디바이스를 사용하여 H-s-DIA 점착제가 피부의 표피층에서 즉각적인 생체액 포획이 가능하다는 것을 입증했다 (그림 4B). 이것은 주로 하이드로겔 챔버 내부의 흡입 응력의 도움과 PDMS와 하이드로겔 사이의 계면에서 액체 포집 거동에 기인하며, 흡입 효과와 표면 에너지 구배에 의해 유도되는 방향성 습윤에 의해 설명된다. 제자리 물 수집 과정에서 하이드로겔과 물 분자의 행동을 입증하기 위해 공초점 형광 현미경 이미지는 거친 형태의 돼지 피부 복제물에 대한 H-s-DIA 점착제 챔버로 생체액과 같은 액체를 포획하는 것을 보여준다(그림 4B).


지능적인 pH 모니터링을 위한 생체에 영감을 받은 생체 유체 포착 패치 장치


그림 4C에 나타난 개념의 증거로서, 우리는 생체액의 비색 pH 모니터링을 위해 pH 반응성 페놀 레드/PAAm 기반 하이드로겔을 s-DIA (PR/PAAm-s-DIA; 너비 대 깊이 비율이 1인 3 mm 직경)의 챔버에 간단히 삽입했다. 우리는 곡선 피부 표면에서 견고하고 등각적인 부착을 입증하기 위해 마우스 피부에서 다양한 흡입 컵 크기로 패치의 박리 행동을 관찰했다(그림 S14). 실용성을 위해 육안으로도 하이드로겔의 색 변화를 쉽게 구분할 수 있는 패치를 설계하기 위해 최종적으로 외경 3 mm의 석션컵 사이즈를 결정하였다 (그림 참조). 그림 4D와 같이 광학적으로 기능화된 하이드로겔을 이용한 연속적이고 가역적인 pH 검출을 위한 우리의 점착 센서는 pH 변화에 따라 빠른 반응 시간과 재사용성 (>30)을 나타냅니다. 점착 장치에 의한 현장 실시간 pH 값 인식을 확립하기 위해, 우리는 DIA 챔버 배열 내의 PR/PAAm 기반 하이드로겔에서 표시된 색상으로부터 자동으로 pH 수준을 정량화할 수 있는 기계 학습 기법을 가진 사내 소프트웨어 애플리케이션을 개발했다. 여기서 우리는 Leave-One-out 교차 검증 프레임워크를 사용하여 선형 회귀를 사용했다. 구체적으로 2차원 색도표에서 RGB 값을 x와 y 값으로 변환하여 선형 회귀에 투입하여 pH 값을 예측하였다. pH 값에 따라 x와 y 값은 선형적으로 증가하는 경향을 보였으며 (그림. 4F), 이들 색상 값은 pH를 유의하게 예측하였다 [Pearson's correlation of 실제 pH 값과 예측 pH 값 r = 0.93; P < 0.01; 평균 절대 오차 (MAE) = 0.27; 그림. 4G]. 이러한 결과는 정확한 피부 pH 진단을 위한 머신러닝 기반 pH 정량 시스템의 효과를 나타낸다


조건 1) 반지름 크기: 15 ㎛, 50 ㎛, 150 ㎛, 500 ㎛.

조건 2) 4가지 환경 조건: 건조한 환경, 습한 환경, 수중 환경, 오일 환경.

 

그 결과 건/습식 환경에서 반경이 50 ㎛인 구조가 가장 높은 점착 힘을 나타냈습니다.





시사점


OIA 점착제를 사용하여 문어 흡착 돌기 표면 메커니즘을 위한 간단한 모델을 제안했습니다. OIA 돔 구조가 습한 상태에서 에너지 소비 없이 액체 분자 간의 응집력을 생성하기에 최적입니다. 이러한 특성을 활용하여 습한 피부나 상처 부위에 적용할 수도 있습니다.

⦁ 문어 흡착 돌기의 구조가 건습식 환경과 표면 굴곡, 거칠기에 상관없이 표면에 붙어 있는점을 집중 관찰하였다. 우수한 부착 특성은 문어 다리에 존재하는 미세한 3차원 돔 구조가 물리적으로 음압을 형성하여 환경과 표면특성에 상관없이 부착할 수 있다는 내용을 이론적, 실험적 연구 수행을 통해 원리 규명을 하였다.

⦁ 문어의 3차원 돔 구조는 기존 아크릴계 점착제와 달리 습한 피부나 물이나, 실리콘 오일 속 등 다양한 환경에 있는 물건에 우수한 점착능을 유지하는 것을 확인하였고, 또한 1만회 이상의 반복적인 탈부착 시험에서도 성능을 유지하였다.

⦁ 또한 아크릴계 점착제와 달리 물리적인 음압을 통한 점착능력이기 때문에 끈적이는 화학적 잔류물이 피부에 남지 않아 소비자 친화적인 점착 패치이다


조건 1) 반지름 크기: 15 ㎛, 50 ㎛, 150 ㎛, 500 ㎛.

조건 2) 4가지 환경 조건: 건조한 환경, 습한 환경, 수중 환경, 오일 환경.

 

그 결과 건/습식 환경에서 반경이 50 ㎛인 구조가 가장 높은 점착 힘을 나타냈습니다.





시사점


OIA 점착제를 사용하여 문어 흡착 돌기 표면 메커니즘을 위한 간단한 모델을 제안했습니다. OIA 돔 구조가 습한 상태에서 에너지 소비 없이 액체 분자 간의 응집력을 생성하기에 최적입니다. 이러한 특성을 활용하여 습한 피부나 상처 부위에 적용할 수도 있습니다.

⦁ 문어 흡착 돌기의 구조가 건습식 환경과 표면 굴곡, 거칠기에 상관없이 표면에 붙어 있는점을 집중 관찰하였다. 우수한 부착 특성은 문어 다리에 존재하는 미세한 3차원 돔 구조가 물리적으로 음압을 형성하여 환경과 표면특성에 상관없이 부착할 수 있다는 내용을 이론적, 실험적 연구 수행을 통해 원리 규명을 하였다.

⦁ 문어의 3차원 돔 구조는 기존 아크릴계 점착제와 달리 습한 피부나 물이나, 실리콘 오일 속 등 다양한 환경에 있는 물건에 우수한 점착능을 유지하는 것을 확인하였고, 또한 1만회 이상의 반복적인 탈부착 시험에서도 성능을 유지하였다.

⦁ 또한 아크릴계 점착제와 달리 물리적인 음압을 통한 점착능력이기 때문에 끈적이는 화학적 잔류물이 피부에 남지 않아 소비자 친화적인 점착 패치이다

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