| 초록 |
1.분석자 서문 전해질 용액과 이온을 선택적으로 투과하는 고체 매개체에서 전기수력학적 이온전달은 분자 분리, 생체 감지, 바이오일렉트로닉스(bioelectronics)와 같은 다양한 응용 분야에 적용되고 있다. 이 응용 분야에는 이온과 전자 시스템을 연결하는 특별한 재료와 장치가 필요하다. 이 장치는 수용성 환경에서 구동하며 전기장을 통해 전하를 가진 화학종을 제어하거나 생체 응답을 전기신호로 전환할 수 있도록 이온선택적 투과 재료 또는 마이크로/나노 채널에 의해 만들어진다. 본 분석보고서는 나노채널과 이온교환막을 사용한 전기수력학적 이온 수송 현상을 다양한 응용 분야에 적용한 연구에 초점을 맞췄다[1]. 2. 목차 1. 개요 2. 이론적 기반 3. 재료 및 제작 기술 4. 응용 분야 4.1. 이온 회로와 pH 제어를 위한 이온 정류와 물분해 4.2. 분자 농축, 수처리, 바이오센싱을 위한 이온농도분극 4.3. 트랜지스터와 같은 스위칭 4.4. 메모리 효과 4.5. 에너지변환 4.6. 생체-기계 인터페이스용 이온-전자 하이브리드 장치 5. 결론 및 전망 재료와 제작 기술은 이온 시스템과 전기 시스템의 근본적 차이를 만든다. 이온전달을 위한 수용성 매체 또는 고분자 재료는 장치의 견고함과 크기를 제한하여 장치 제조와 패키징을 어렵게 한다. 비록 이온 시스템을 사용하여 전자장치의 가동을 모사하는 것이 가능할지라도, 고체 재료는 작동속도, 집적도, 신뢰도, 비용효율성 측면에서 여전히 우수하다. 이온장치의 경우 생체 신경 시스템과 필적할 만한 부피를 달성하기 위해 집적도가 높은 패키징이 필요하다. 이를 위해 새로운 종류의 재료와 제작 기술이 필요하다. 부드러우며 생체적합성을 띤 재료로 제작된 이온장치는 바이오센싱, 전자장치와 생체 시스템 사이의 인터페이스와 같은 더 가치 있는 분야를 만들고 있다. 생체-기계 인터페이스는 뇌에서의 신경 활동을 감시하고 마비 또는 운동장애가 있는 환자의 감각 기능을 복원하기 위해 화학적 자극에 의하여 신경에 영향을 주는 데 필요한 양방향 통신을 제공한다. 이온장치는 단단한 고체 마이크로전자장비와 약물전달에서 신호 판독, 분석 또는 피드백 제어를 위한 계측기와 함께 부드럽고 이온이 풍부한 신경조직을 안정적이고 효과적으로 연결할 수 있다. 본 분석보고서는 이온을 선택적으로 투과시키는 이온교환막 또는 나노채널을 이용한 이온장치의 기본적 원리와 다양한 응용 분야에 대해 요약하였다. 상당한 잠재력을 지니고 있는 만큼 향후 성공적으로 상용화된 장치를 기대해보며 본 분석보고서를 마친다. References 1. L.J. Cheng, Electrokinetic ion transport in nano fluidics and membranes with applications in bioanalysis and beyond, Biomicrofluidics, 2018. 2. J.H. Han, K.B. Kim, J.H. Bae, B.J. Kim, C.M. Kang, H.C Kim, T.D. Chung, Ion flow crossing over a polyelectrolyte diode on a microfluidic chip, Small, 2011. 3. J.L. Drury, D.J. Mooney, Hydrogels for tissue engineering: scaffold design variables and application, Biomaterials, 2003. 4. B.G. Chung, K.H. Lee, A. Khademhosseini, S.H. Lee, Microfluidic fabrication of microengineered hydrogels and their application in tissue engineering, Lab on a Chip, 2012. 5. E. Choi, K. Kwon, D. Kim, J. Park, Tunable reverse electrodialysis microplatform with geometrically controlled self-assembled nanoparticle network, Lab on a Chip, 2015. 6. L.J. Guo, X. Cheng, C.F. Chou, Fabrication of size-controllable nanofluidic channels by nanoimprinting and its application for DNA Stretching, Nanoletters, 2004. 7. Z.S. Siwy, Ion-current rectification in nanopores and nanotubes with broken symmetry, Advanced Functional Materials, 2006. 8. L.D. Menard, J.M. Ramsey, Fabrication of sub-5nm nanochannels in insulating substrates using focused ion beam milling, Nanoletters, 2011. 9. B. Lovercek, A. Despic, J.O.M. Bockris, Electrolytic Jjnctions with rectifying properties, The Journal of Physical Chemistry, 1959. 10. L.J. Cheng, H.C. Chang, Microscale pH regulation by splitting watter, Biomicrofluidics, 2011. ※ 이 자료의 분석은 한국원자력연구원의 권길성님께서 수고해주셨습니다. |
