An effective polymeric thin film deposited by initiated chemical vapor deposition (iCVD) process was presented and its application as a barrier film on the PDMS micromold blocking the penetration of oxygen and organic solvents was investigated. With this barrier film, we were able to synthesize monodisperse polymeric particles of size down to 3 μm, which has been reported to be extremely challenging with bare PDMS micromold. The pol-ymeric barrier film on the PDMS micromold enabled this successful synthesis of microparti-cles by effectively blocking the diffusion of oxygen, which is a well-known radical quench-er in radical polymerization, through the PDMS micromold. Furthermore, the iCVD barrier film substantially decreased the penetration of various organic solvents such as acetone, tert-butanol, PDMS oil and decane as well as organic substances including fluorescent mole-cules like rhodamine B and fluorescein isothiocyanate (FITC). Therefore, the polymeric bar-rier film coated on PDMS micromold via iCVD process will broaden the application of PDMS to microfluidic area for the synthesis of smaller microparticles with various organic substances.
본 연구에서는 기상 화학 고분자 증착법인 initicated chemical vapor dep-osition (iCVD)공정을 이용, 기존의 마이크로몰딩 (micromolding) 방법으로 합성이 불가능했던 10μm 이하의 극미립자 (microparticle)합성에 성공하였다. 마이크로몰딩은 몰드의 형태나 크기에 따라 다양한 모양을 갖는 미립자를 제조할 수 있으며, 따라서 미세유체 (microfluidic)를 이용한 합성법보다 이방성 (anisotropic)을 갖는 미립자의 합성에 있어 좋은 특성을 지니고 있는 방법이다. 마이크로몰딩에서 사용되는 파티클의 주형, 즉 마이크로몰드 (micromold)로는 주로 규소 계열의 탄성중합체 (elastomer) 고분자인 PDMS (poly(dimethylsiloxane))을 이용하게 된다. 이 PDMS는 신축성 및 유연성이 뛰어나고 가공도 쉬우며 비용 또한 저렴하기 때문에 마이크로몰딩을 비롯한 다양한 미세소자로 많이 사용되고 있는 재료로 알려져 있다. 이와 같은 여러 장점에도 불구하고, PDMS는 다공성 (porous)의 물질이기 때문에 산소와 같은 기체의 투과율이 매우 높다는 특성을 지니고 있다. 마이크로몰딩은 마이크로몰드에 광경화성 (photocurable) 단분자를 붓고 자외선에 노출시켜 고분자를 형성하는 광중합 (photopolymerization) 반응을 이용한다. 이 광중합 과정에서 단분자와 함께 넣어준 개시제가 라디칼을 형성, 중합반응을 유도하게 되는데, 여기에 산소가 유입되게 되면 라디칼이 단분자 대신 산소와 반응을 일으켜 중합도가 크게 떨어지는 현상이 일어난다. 마이크로몰드로 주로 사용되는 PDMS의 경우 큰 미립자의 합성에는 별다른 문제가 없지만 지름 10μm 이하의 극미립자 합성에 있어서는 앞서 말한 높은 산소투과로 인해 극미립자가 합성되지 못하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 극미립자 합성을 위해 PDMS 마이크로몰드 표면에 iCVD 고분자 박막을 산소투과를 감소시키는 본 연구를 진행하였다. iCVD는 고분자를 기상에서 증착하는 방법으로 이를 통해 아주 고른 고분자 박막의 증착이 가능하다. 또한 이 방법을 통해 수십 나노미터 단위의 아주 얇은 박막의 증착이 가능하며 상온에 가까운 낮은 온도에서, 다른 용매를 사용하지 않고 기상으로 증착이 진행되기 때문에 기판 표면의 형태나 물성에 영향을 주지 않는다는 장점을 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 PDMS 마이크로몰드에 영향을 주지 않으면서 효과적으로 산소투과를 감소, 10μm이하의 고분자 미립자를 몰드의 형태와 크기대로 완벽하게 합성할 수 있었다. 산소투과 감소에 사용된 pPFDA (poly(perfluorodecylacrylate))의 경우, PDMS내부로 쉽게 침투되는 acetone, butanol, decane 등의 여러 유기용매의 또한 효과적으로 차단해 낼 수 있다는 사실 또한 확인되었다.
결론적으로 본 연구를 통해 pPFDA 고분자 박막을 iCVD를 이용해 PDMS 마이크로몰드 표면에 증착, 그 동안 합성이 불가능했던 지름 10μm이하의 극미립자를 성공적으로 합성할 수 있었다. 또한 이 박막은 산소뿐만 아니라 유기용매의 투과 또한 효과적으로 차단, 유기용매에 의해 PDMS가 부풀어오르는 문제를 효과적으로 해결 할 수 있었고 이는 PDMS 미세소자의 활용범위를 넓히고 한계점을 넓히는데 크게 기여할 것으로 판단된다.
