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Nature Communications 13권, 기사 번호: 5083(2022) 이 기사 인용

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마이크로채널은 동물, 식물, 소프트 로봇공학, 웨어러블 센서, 장기칩 등 다양한 인공소자에 필수적인 요소이다. 그러나 복잡한 형상과 높은 종횡비를 가진 3차원(3D) 마이크로채널은 본질적으로 널리 퍼져 있음에도 불구하고 소프트 리소그래피, 템플릿 용해 및 매트릭스 팽창 공정과 같은 기존 방법으로 생성하기가 여전히 어렵습니다. 여기서 우리는 복잡한 3D 구조, 긴 길이 및 작은 직경을 가진 단일체 마이크로채널을 생성할 수 있는 간단하고 무용제 제조 방법을 제안합니다. 탈형 공정에는 소프트 템플릿과 필링이 지배적인 템플릿 제거 공정이 도입되는데, 이를 여기서는 소프트 탈형이라고 합니다. 열 드로잉 기술과 결합하여 작은 직경(10μm), 높은 종횡비(6000, 길이 대 직경) 및 복잡한 3D 형상을 가진 마이크로채널이 생성됩니다. 우리는 소프트 로봇 공학, 웨어러블 센서, 소프트 안테나 및 인공 선박을 포함한 여러 시나리오에서 이 기술의 광범위한 적용 가능성과 중요한 영향을 보여줍니다.

천연 미세 용기는 영양분 운송 및 부산물 제거에 중요하기 때문에 동물과 식물에 어디에나 존재합니다1,2,3. 최근 수십 년 동안 인공 대응물, 즉 마이크로채널은 신약 발견4, 생물 의학 연구4,5, 화학 분석6, 그리고 가장 최근에는 소프트 로봇공학7,8을 포함하여 다양한 분야 및 맥락에서 가장 빠르게 떠오르고 널리 확산되는 기술 중 하나였습니다. ,9, 웨어러블 센서10,11 및 인공 혈관5,12,13. 예를 들어, 높은 종횡비 채널은 파악을 위한 큰 얽힘을 갖춘 소프트 액추에이터를 부여했으며 복잡한 3D 광학 레이스는 구심성 감각 신경망을 모방할 수 있었습니다. 3D 형상을 갖춘 고종횡비 마이크로채널은 입자 분류 효율성16 및 재현된 폐포 기능17을 향상시키는 데 중요합니다. 그러나 천연 마이크로 혈관과 비교하여 인공 마이크로 채널의 생성은 위상학적 복잡성과 크기로 인해 여전히 어려운 과제입니다. 연구자들은 극히 얇은 채널이나 복잡한 3D 구조만을 달성한 반면16,18 자연은 직경, 모양 및 3D 구조가 매우 다양하게 얽힌 혈관을 생성합니다.

널리 받아들여지는 소프트 리소그래피 기술은 제한된 단면 형상(직사각형) 및 공간 구조(2차원(2D) 패턴만 해당), 집중적 노동 및 값비싼 제조 장치로 인해 어려움을 겪고 있으며 모놀리식 구조를 생성할 수 없습니다6,19. 적층 가공17,20,21, 매트릭스 팽창16,22,23,24 및 템플릿 용해12,13,16,18,25,26,27과 같은 새로운 방법은 매우 얇고 긴(높은 종횡비) 마이크로채널을 거의 생성할 수 없습니다. , 고효율의 기하학적 구조가 복잡합니다. 적층 제조는 복잡한 토폴로지 형상에서 3D 마이크로채널을 생성할 수 있지만 형상 크기와 표면 거칠기는 제조 공정에 의해 제한됩니다. 매트릭스 팽창 방법은 템플릿 탈형을 위해 매트릭스의 팽창 및 팽창 과정이 필요하며, 이로 인해 매트릭스 좌굴 및 용매 잔류가 발생합니다. 복잡하고 매우 얇은 마이크로채널은 템플릿 용해 방법으로 제작할 수 있지만 채널이 수십 마이크로미터에 불과한 경우 모세관 효과로 인해 용해 및 배수가 어려워집니다. 액체 템플릿30 및 레이저 처리 기술31을 사용하는 것과 같은 다른 방법은 3D 형상 및 원활한 채널 생성에 제한이 있습니다. 또한 템플릿 고정 및 제거 프로세스로 인해 3D 마이크로채널 조립이 까다롭습니다. 현재 제조 방법의 대부분은 무독성 및 생체 적합성 요소18,22를 엄격히 요구하는 생물학적 응용 분야에는 부적합합니다. 따라서 복잡한 3D 구조의 무독성이며 가느다란 모놀리식 마이크로채널을 생성하는 새로운 기술은 마이크로채널이 필수적인 광범위한 응용 분야에 혁명을 일으킬 것으로 예상됩니다.