Wearable devices are used for observing vital signs, drug delivery, and disease treatment, and these devices are commonly manufactured through micro/nanopatterning. This patterning process enables performance improvement, miniaturization, and mechanical flexibility. However, the conventional patterning process is limited to the condition that the surface of the substrate must be smooth, and it is not suitable for the manufacture of wearable devices that require a biocompatible process in that toxic chemicals are used during the patterning process. To overcome these limitations, a nanotransfer process using hyaluronic acid, which is a biocompatible water-soluble polymer is proposed. The proposed process exploits the hyaluronic acid nanotemplate dissolving so that the pattern on the template can be transferred to the substrate, effectively transferring the pattern to well-wet textiles and lenses containing moisture surfaces. First, two methods of fabricating hyaluronic acid nanotemplates are proposed, one is obtained by pouring a hyaluronic acid solution into a replicated film and drying it, and the other is a method of transferring using a water bridge that is generated when hyaluronic acid meets water. Depending on the purpose of use, smart textile and smart lens are fabricated by transferring a pattern to the textile and lens using an appropriate method among the two methods to give a function. First, smart textile is fabricated by transferring various materials and nanostructures from a minimum line width of 50 nm to microscale patterns. Smart textile has been validated in three applications. A hydrogen sensor fabricated by transferring the palladium nanoline has improved performance by about 2.5 times compared to the sample transferred thin film. It was applied to the security pattern using the electrical/optical properties of the nanostructure, and finally, the self-cleaning function was verified by decomposing about 40% of methylene blue due to the photocatalytic effect of Ag/TiO2. In addition, the applicability as a wearable device was verified through a mechanical performance test. Next, a smart lens utilizing the optical properties of nanopatterns was fabricated and applied to two optical applications. First, it was applied to a stereoscopic lens through binocular parallax via the polarization of aluminum nanolines, and a depth map was introduced and verified. The other application is a specific wavelength blocking filter, and the two cases of vision impairments were targeted according to the wavelength width to be blocked. A lens that blocks light in a specific wavelength band was manufactured using an array of Ag nanodots for Irlen syndrome, a type of dyslexia caused by hypersensitivity to the light of a specific wavelength. The blocking performance was visually verified using LEDs. In addition, a smart lens for color vision deficiency was fabricated based on a high refractive index notch filter using TiO2 to effectively and narrowly block the causative wavelength to create a boundary between the two colors, thereby helping color weakness patients to distinguish colors.
웨어러블 장치는 생체 신호 관찰, 약물 전달, 질병 치료 등에 사용되며, 이러한 장치는 공통적으로 마이크로/나노 패터닝을 통해 제작된다. 이러한 패터닝 공정은 성능 향상, 소형화, 기계적 유연성 등을 가능하게 한다. 하지만 기존의 패터닝 공정은 기판의 표면이 매끈해야 한다는 조건으로 제한되며 또한 패터닝 공정 시 유독한 화학약품을 사용한다는 점에서 생체 적합한 공정이 필요한 웨어러블 디바이스 제작에는 적절하지 않다. 이러한 한계점을 극복하고자 생체적합한 수용성 고분자인 히알루론산을 이용하여 나노패턴전사 공정을 제안한다. 제안한 공정은 히알루론산 나노템플릿을 녹여냄으로써 템플릿 위의 패턴이 기판으로 전사될 수 있으며 이는 잘 젖는 섬유와 습윤한 표면을 갖는 렌즈에 패턴을 전사하는 데 효과적이다. 먼저 히알루론산 나노템플릿을 제작하는 두 가지 방법을 제안하며, 첫 번째 방법은 복제된 필름에 히알루론산 용액을 붓고 건조시켜서 얻는 방법이고 다른 하나는 히알루론산이 물과 만날 때 생성되는 워터 브릿지를 이용하여 전사하는 방법이다. 사용 목적에 따라 두 방법 중 적합한 방법을 사용하여 섬유와 렌즈에 패턴을 전사하여 기능을 부여함으로써 스마트 섬유와 스마트 렌즈를 제작하였다. 먼저 스마트 섬유는 다양한 재료와 나노구조체를 전사하여 제작되었으며 최소 선폭 50 nm 부터 마이크로 스케일의 패턴까지 제작 가능하다. 스마트 섬유는 세가지 응용으로 검증되었다. 팔라듐 나노라인을 전사하여 제작한 수소센서는 박막 대비 약 2.5배의 향상된 성능을 가지며, 나노구조체의 전기적/광학적 성질을 이용한 보안패턴, 그리고 은/이산화 타이타늄의 광촉매 효과로 메틸렌 블루를 약 40% 분해시킴으로써 자기세정기능을 검증하였다. 또한 기계적 성능 테스트를 통해 웨어러블 디바이스로 적용가능함을 검증하였다. 그 다음으로 나노패턴의 광학적 특성을 활용한 스마트 렌즈를 제작하였으며 두 가지의 광학 응용에 적용되었다. 먼저, 알루미늄 나노라인의 편광을 이용하여 양안시차를 통한 입체 렌즈에 응용하였으며, 깊이 맵을 이용하여 실제 입체 효과를 구현할 수 있음을 검증하였다. 다른 하나는 특정 파장 차단 필터이며, 차단하는 파장 폭에 따라 두 경우의 시각 장애 환자를 타겟으로 하였다. 은 나노닷 배열을 이용하여 특정 파장대의 빛을 차단하는 렌즈를 제작하였다. 이는 특정파장의 빛에 과민반응으로 발생하는 난독증 일종의 얼렌증후군 용 렌즈로 적용 가능하며 LED를 사용하여 시각적으로 차단 성능을 검증하였다. 유전체 물질인 이산화 타이타늄 기반의 고굴절률 노치 필터를 제작하여 원인이 되는 파장을 효과적으로 깊고 좁게 차단하여 두 색 간의 경계를 생성함으로써 색약 환자에게 색을 구분할 수 있도록 도움을 줄 수 있음을 확인하였다.
