자기 조립 단분자막

자기 조립 단분자막(영어: Self-assembled monolayer, SAM)은 흡착을 통해 표면에 자발적으로 형성되어 비교적 뚜렷한 도메인(헤드 그룹, 사슬/골격, 테일/말단 그룹)으로 조직되는 유기 분자들의 집합체이다.^[1][2] 어떤 경우에는 단분자막을 형성하는 분자들이 기판과 강하게 상호작용하지 않는다. 이는 포르피린이 HOPG 위에^[3] 있거나 PTCDA의 2차원 초분자 네트워크가^[4] 금 위에 있을 때 해당된다.^[5] 다른 경우에는 헤드 그룹이 기판에 강한 친화력을 가지고 분자를 고정시킨다.^[6] 헤드 그룹, 사슬("꼬리"로 표기), 기능성 말단 그룹으로 구성된 이러한 SAM은 그림 1에 묘사되어 있다. 일반적인 헤드 그룹에는 티올, 실란, 포스포네이트가 포함된다.

그림 1. SAM 구조의 표현

SAM은 증기 또는 액체 상에서 기판 위에 헤드 그룹의 화학흡착이 일어난 후^[7][8] "꼬리 그룹"의 더 느린 조직화가 뒤따라 생성된다.^[9] 처음에는 표면의 분자 밀도가 낮을 때 흡착된 분자들이 무질서한 분자 덩어리 또는 질서 있는 2차원 "눕는 상"을 형성한다.^[7] 분자 피복률이 높을수록 흡착된 분자들은 수 분에서 수 시간 동안 기판 표면에 3차원 결정 또는 반결정 구조를 형성하기 시작할 수 있다.^[10] 헤드 그룹은 기판에 조립되는 반면, 꼬리 그룹은 기판에서 멀리 떨어진 곳에 조립된다. 밀집된 분자 영역은 핵을 형성하고 성장하여 기판 표면이 단일 단분자막으로 덮일 때까지 계속된다.

흡착 분자는 기판의 표면 자유 에너지를 낮추기 때문에 쉽게 흡착되며^[1] 헤드 그룹의 강한 화학흡착으로 인해 안정적이다. 이러한 결합은 랭뮤어-블로젯 필름의 물리흡착 결합보다 더 안정적인 단분자막을 생성한다.^[11][12] 예를 들어, FDTS 분자의 트리클로로실란 헤드 그룹은 기판의 수산기와 반응하여 452 kJ/mol의 결합 에너지를 가진 매우 안정적인 공유 결합 [R-Si-O-기판]을 형성한다. 티올-금속 결합은 약 100 kJ/mol이며, 다양한 온도, 용매 및 전위에서 상당히 안정적이다.^[10] 단분자막은 반 데르 발스 힘으로 인해 밀집하게 배열되어^[1][12] 자체 자유 에너지를 감소시킨다.^[1] 측면 상호작용을 무시할 경우 흡착은 랭뮤어 흡착 등온식으로 설명할 수 있다. 무시할 수 없는 경우 흡착은 프럼킨 등온식으로 더 잘 설명된다.^[10]

유형

헤드 그룹 유형의 선택은 SAM의 응용 분야에 따라 달라진다.^[1] 일반적으로 헤드 그룹은 분자 사슬에 연결되어 있으며, 사슬의 말단은 기능화될 수 있어(예: –OH, –NH2, –COOH, 또는 –SH 그룹 추가) 젖음 및 계면 특성을 변경할 수 있다.^[11][13] 헤드 그룹과 반응하는 적절한 기판이 선택된다. 기판은 실리콘 및 금속과 같은 평면 표면이거나 나노입자와 같은 곡면 표면일 수 있다. 알칸티올은 SAM에 가장 일반적으로 사용되는 분자이다. 알칸티올은 알킬 사슬(C-C)ⁿ을 골격으로 하고, 꼬리 그룹과 S-H 헤드 그룹을 가진 분자이다. 분자 전자공학에 관심 있는 다른 흥미로운 분자 유형으로는 아릴 사슬이 (부분적으로) 방향족 고리로 대체된 방향족 티올이 있다. 예를 들어 다이티올 1,4-벤젠디메탄티올(SHCH₂C₆H₄CH₂SH)이 있다. 이러한 다이티올에 대한 관심은 두 개의 황 말단을 금속 접점에 연결할 수 있는 가능성에서 비롯되었으며, 이는 분자 전도 측정에 처음 사용되었다.^[14] 티올은 황이 귀금속에 강한 친화력을 가지고 있기 때문에 귀금속 기판에 자주 사용된다. 황-금 상호작용은 준공유결합이며 약 45 kcal/mol의 강도를 가진다. 또한 금은 비활성이며 생체 적합성 재료로 구하기 쉽다. 또한 나노전기기계시스템(NEMS) 응용 분야에 유용한 기능인 리소그래피를 통해 쉽게 패터닝할 수 있다.^[1] 추가적으로 혹독한 화학 세척 처리에도 견딜 수 있다.^[10] 최근에는 셀레나이드와 텔루라이드와 같은 다른 칼코게나이드 SAM도 관심의 대상이 되었다.^[15][16] 이는 SAM 특성에 영향을 미치고 분자 전자공학 등 일부 응용 분야에 유용할 수 있는 기판과의 다른 결합 특성을 찾기 위함이다. 실란은 일반적으로 비금속 산화물 표면에 사용되지만,^[1] 실리콘과 탄소 또는 산소 사이의 공유 결합으로 형성된 단분자막은 가역적으로 형성되지 않으므로 자기조립으로 간주될 수 없다. 귀금속 상의 티올레이트 자기 조립 단분자막은 티올레이트-금속 복합체 형성 후 금속-금속 결합이 가역적이 되기 때문에 특별한 경우이다.^[17] 이러한 가역성은 빈 공간 섬을 생성하며, 알칸티올레이트 SAM이 열적으로 탈착되고 자유 티올과 교환될 수 있는 이유이다.^[18]

준비

SAM에 사용되는 금속 기판은 물리 증착 기술, 전기영동 증착 또는 무전해 증착을 통해 생산될 수 있다.^[1] 용액으로부터 흡착에 의해 생성되는 티올 또는 셀레늄 SAM은 일반적으로 알칸티올의 희석된 에탄올 용액에 기판을 침지하여 만들어지지만, 순수 액체 사용 외에도 다양한 용매를 사용할 수 있다.^[1][16] SAM은 종종 실온에서 12시간에서 72시간 동안 형성되도록 허용되지만,^[10][19] 알칸티올레이트 SAM은 몇 분 안에 형성된다.^[20][21] 다이티올 SAM과 같은 경우, 말단 그룹에 영향을 미치고 무질서 및 다층 형성을 초래할 수 있는 산화 또는 광유도 과정으로 인한 문제를 피하기 위해 특별한 주의가 필요하다.^[22][23] 이 경우 용매의 적절한 선택, 불활성 가스를 이용한 탈기 및 빛이 없는 상태에서의 준비가 중요하다.^[22][23] 이는 자유 –SH 그룹을 가진 "세워진" SAM의 형성을 가능하게 한다. 자기 조립 단분자막은 기상에서도 흡착될 수 있다.^[8][24] 질서 있는 조립을 얻기 어렵거나 다른 밀도 상을 얻어야 할 경우 치환 자기 조립이 사용된다. 여기서는 먼저 특정 유형의 분자로 SAM을 형성하여 질서 있는 조립을 유도한 다음, 두 번째 조립 단계를 수행한다(예: 다른 용액에 침지). 이 방법은 또한 다른 헤드 그룹을 가진 SAM의 상대적인 결합 강도에 대한 정보와 더 일반적으로 자기 조립 특성에 대한 정보를 제공하는 데 사용되었다.^[18][25]

특성 분석

SAM의 두께는 타원계측법 및 (XPS)를 사용하여 측정할 수 있으며, 이는 계면 특성에 대한 정보도 제공한다.^[22][26] SAM 내의 질서 및 분자의 배향은 근접 X선 흡수 미세 구조(NEXAFS) 및 반사 흡수 적외선 분광법(RAIRS)에서 푸리에 변환 적외선 분광법^[20][23] 연구를 통해 조사할 수 있다. 이차 고조파 발생 (SHG), 합 주파수 생성 (SFG), 표면 증강 라만 산란 (SERS)과 같은 수많은 다른 분광학 기술이 사용되며,^[8][27] (HREELS)도 사용된다. SAM의 구조는 일반적으로 원자힘현미경(AFM) 및 주사 터널링 현미경(STM)과 같은 주사 탐침 현미경 기술을 사용하여 결정된다. STM은 SAM 형성 메커니즘을 이해하고 SAM이 표면 안정 개체로서의 무결성을 제공하는 중요한 구조적 특징을 결정하는 데 도움이 될 수 있었다. 특히 STM은 형태, 공간 분포, 말단 그룹 및 이들의 패킹 구조를 이미지화할 수 있다. AFM은 SAM이 전도성 또는 반도체일 필요가 없으므로 동등하게 강력한 도구를 제공한다. AFM은 SAM의 화학적 기능성, 전도도, 자기 특성, 표면 전하 및 마찰력을 결정하는 데 사용되었다.^[28] 주사 진동 전극 기술(SVET)은 SAM을 특성화하는 데 사용된 또 다른 주사 탐침 현미경이며, 결함이 없는 SAM은 SVET에서 균일한 활성을 보인다.^[29] 그러나 최근에는 회절 방법도 사용되었다.^[1] 이 구조는 단분자막 표면에서 발견되는 운동학 및 결함을 특성화하는 데 사용될 수 있다. 이러한 기술은 또한 평면 기판과 나노입자 기판을 가진 SAM 간의 물리적 차이를 보여주었다. 자기 조립을 실시간으로 측정하는 대안적인 특성 분석 장비는 이중 편광 간섭법으로, 자기 조립 층의 굴절률, 두께, 질량 및 복굴절률이 고해상도로 정량화된다. 자기 조립을 실시간으로 측정하는 데 사용될 수 있는 또 다른 방법은 쿼츠 크리스탈 미세저울 분산 모니터링 기술로, 흡착층의 질량 및 점탄성 특성이 정량화된다. 접촉각 측정은 SAM 표면의 평균 조성을 반영하는 표면 자유 에너지를 결정하는 데 사용될 수 있으며, SAM 형성의 동역학 및 열역학을 조사하는 데 사용될 수 있다.^[20][21] 흡착 및 온도 유도 탈착의 동역학뿐만 아니라 구조에 대한 정보도 저에너지 이온 산란(LEIS) 및 비행 시간 직접 반동 분광학(TOFDRS)과 같은 이온 산란 기술을 통해 실시간으로 얻을 수 있다.^[24]

결함

외부 요인과 내재적 요인 모두로 인해 결함이 발생할 수 있다. 외부 요인에는 기판의 청결도, 준비 방법, 흡착제의 순도가 포함된다.^[1][10] SAM은 형성 열역학으로 인해 내재적으로 결함을 형성한다. 예를 들어, 금 위 티올 SAM은 일반적으로 에치 피트(단원자 공석 섬)를 나타내는데, 이는 기판에서 흡착 원자가 추출되고 흡착 원자-흡착 분자 부분이 형성되기 때문인 것으로 보인다. 최근, 금 표면 원자의 이동성 증가로 인해 금 기판 위에 거의 완벽한 단분자막을 형성할 수 있는 새로운 유형의 플루오로계면활성제가 발견되었다.^[30][31][32]

나노입자 특성

SAM의 구조는 기판의 곡률에도 의존한다. 콜로이드 및 나노결정을 포함한 나노입자 상의 SAM은 "입자의 반응성 표면을 안정화시키고 입자-용매 계면에 유기 기능 그룹을 제공한다."^[1] 이러한 유기 기능 그룹은 표면의 화학적 조성에 따라 달라지는 면역분석 또는 센서와 같은 응용 분야에 유용하다.^[1]

동역학

SAM 형성은 두 단계로 이루어진다는 증거가 있다: 흡착의 초기 빠른 단계와 단분자막 조직화의 두 번째 느린 단계. 흡착은 액체-액체, 액체-증기, 액체-고체 계면에서 발생한다. 분자의 표면으로의 이동은 확산과 대류 수송의 조합으로 발생한다. 랭뮤어 또는 아브라미 동역학 모델에 따르면 표면에 대한 증착 속도는 표면의 빈 공간에 비례한다.^[7]

${\displaystyle \mathbf {k(1-\theta )} ={\frac {d\theta }{dt}}.}$

여기서 θ는 증착된 면적의 비례량이고 k는 속도 상수이다. 이 모델은 견고하지만 중간 과정을 고려하지 못하기 때문에 근사치에만 사용된다.^[7] ~10 Hz 해상도를 가진 실시간 기술인 이중 편광 간섭법은 단분자막 자기 조립의 동역학을 직접 측정할 수 있다.

분자들이 표면에 도달하면 자기 조직화는 세 단계를 거쳐 일어난다:^[7]

1. 표면에 분자들이 무작위로 분산된 저밀도 상.
2. 형태적으로 무질서한 분자들이나 표면에 평평하게 누워 있는 분자들을 가진 중간 밀도 상.
3. 밀집된 질서와 기판 표면에 수직으로 서 있는 분자들을 가진 고밀도 상.

SAM이 형성되는 상 전이는 삼중점 온도, 즉 저밀도 상의 끝이 중간 상 영역과 교차하는 온도에 대한 환경의 온도에 따라 달라진다. 삼중점 온도 이하에서는 상 1에서 상 2로 성장하며, 최종 SAM 구조를 가진 많은 섬이 형성되지만 무작위 분자로 둘러싸여 있다. 금속의 핵 형성처럼 이러한 섬이 커지면 서로 교차하여 경계를 형성하다가 아래와 같이 상 3으로 끝난다.^[7]

삼중점 온도 이상에서는 성장이 더 복잡하며 두 가지 경로를 따를 수 있다. 첫 번째 경로에서는 SAM의 헤드가 거의 최종 위치로 조직화되고 꼬리 그룹은 그 위에 느슨하게 형성된다. 그런 다음 상 3으로 전환될 때 꼬리 그룹이 질서 정연하게 되고 곧게 펴진다. 두 번째 경로에서는 분자가 표면을 따라 누워있는 위치에서 시작된다. 그런 다음 질서 있는 SAM의 섬으로 형성되어 아래와 같이 상 3으로 성장한다.^[7]

꼬리 그룹이 곧고 질서 정연한 단분자막으로 조직되는 방식은 꼬리 그룹 간의 분자 간 인력, 즉 반 데르 발스 힘에 달려 있다. 유기층의 자유 에너지를 최소화하기 위해 분자들은 높은 수준의 반 데르 발스 힘과 일부 수소 결합을 허용하는 형태를 취한다. SAM 분자의 작은 크기가 여기서 중요하다. 왜냐하면 반 데르 발스 힘은 분자의 쌍극자에서 발생하므로 더 큰 규모에서는 주변 표면 힘보다 훨씬 약하기 때문이다. 조립 과정은 소수의 분자, 보통 두 개가 충분히 가까워져 반 데르 발스 힘이 주변 힘을 극복하면서 시작된다. 분자들 간의 힘은 분자들을 곧고 최적의 구성으로 정렬시킨다. 그런 다음 다른 분자들이 가까이 오면 이미 조직화된 분자들과 같은 방식으로 상호 작용하여 정렬된 그룹의 일부가 된다. 이것이 넓은 영역에 걸쳐 발생하면 분자들은 서로를 지지하여 그림 1에서 볼 수 있는 SAM 형태를 형성한다. 분자의 방향은 α와 β 두 가지 매개변수로 설명할 수 있다. α는 표면 법선에서 골격의 기울기 각도이다. 일반적인 응용 분야에서 α는 기판과 SAM 분자의 유형에 따라 0도에서 60도까지 다양하다. β는 분자의 긴 축을 따라 회전하는 각도이다. β는 일반적으로 30도에서 40도 사이이다.^[1] 어떤 경우에는 최종 질서 정연한 배향을 방해하는 동역학적 트랩의 존재가 지적되기도 했다.^[8] 따라서 다이티올의 경우 "눕는" 상^[8]의 형성이 "서있는" 상의 형성을 방해하는 것으로 여겨졌지만, 최근의 다양한 연구는 그렇지 않음을 나타낸다.^[22][23]

SAM의 두께와 같은 많은 특성은 처음 몇 분 안에 결정된다. 그러나 어닐링을 통해 결함을 제거하고 최종 SAM 특성을 결정하는 데는 몇 시간이 걸릴 수 있다.^[7][10] SAM 형성의 정확한 동역학은 흡착제, 용매 및 기판 특성에 따라 달라진다. 그러나 일반적으로 동역학은 준비 조건과 용매, 흡착제 및 기판의 재료 특성 모두에 의존한다.^[7] 특히 액체 용액으로부터의 흡착 동역학은 다음 요인에 따라 달라진다.^[1]

• 온도 – 실온에서의 준비는 동역학을 개선하고 결함을 줄인다.
• 용액 내 흡착제 농도 – 낮은 농도는 더 긴 침지 시간을 필요로 하며^[1][10] 종종 고도로 결정성 도메인을 생성한다.^[10]
• 흡착제의 순도 – 불순물은 SAM의 최종 물리적 특성에 영향을 미칠 수 있다.
• 기판의 오염 – 불완전성은 SAM에 결함을 유발할 수 있다.

SAM의 최종 구조는 사슬 길이와 흡착제 및 기판의 구조에도 의존한다. 예를 들어, 입체 장애 및 금속 기판 특성은 필름의 패킹 밀도에 영향을 미칠 수 있으며,^[1][10] 사슬 길이는 SAM 두께에 영향을 미친다.^[12] 긴 사슬 길이는 또한 열역학적 안정성을 증가시킨다.^[1]

패터닝

국부적 인력

이 첫 번째 전략은 자기 조립 단분자막을 나노구조가 나중에 위치할 표면에만 국부적으로 증착하는 것을 포함한다. 이 전략은 일반적으로 다른 두 전략보다 단계가 적은 고처리량 방법을 포함하므로 유리하다. 이 전략을 사용하는 주요 기술은 다음과 같다:^[33]

• 마이크로-컨택트 프린팅

마이크로-컨택트 프린팅 또는 소프트 리소그래피는 고무 도장으로 잉크를 인쇄하는 것과 유사하다. SAM 분자들은 용매와 함께 미리 형성된 탄성체 스탬프에 잉크로 찍히고 스탬핑하여 기판 표면으로 전사된다. SAM 용액은 스탬프 전체에 적용되지만 표면과 접촉하는 영역만 SAM 전사를 허용한다. SAM 전사는 분자 유형, 농도, 접촉 시간 및 가해지는 압력에 따라 달라지는 복잡한 확산 과정이다. 일반적인 스탬프는 PDMS를 사용하는데, 이는 탄성 특성(E = 1.8 MPa)으로 인해 미세 표면의 윤곽에 맞게 조절할 수 있고 낮은 표면 에너지(γ = 21.6 dyn/cm²)를 가지기 때문이다. 이는 병렬 공정이며 따라서 짧은 시간 내에 넓은 영역에 나노 규모의 물체를 배치할 수 있다.^[1]

• 딥펜 나노리소그래피

딥펜 나노리소그래피는 원자힘현미경을 사용하여 팁에 있는 분자를 기판으로 전사하는 과정이다. 처음에는 팁이 잉크가 있는 저장소에 담근다. 팁의 잉크는 증발하고 원하는 분자가 팁에 부착된다. 팁이 표면에 닿으면 팁과 표면 사이에 물 메니스커스가 형성되어 분자가 팁에서 표면으로 확산된다. 이 팁은 수십 나노미터의 반경을 가질 수 있으므로 SAM 분자를 표면의 특정 위치에 매우 정밀하게 증착할 수 있다. 이 과정은 채드 미르킨과 노스웨스턴 대학교의 동료들에 의해 발견되었다.^[34]

국부적 제거

국부적 제거 전략은 전체 표면을 SAM으로 덮는 것으로 시작한다. 그런 다음 나노구조의 증착이 원치 않는 위치에서 개별 SAM 분자를 제거한다. 결과는 국부적 인력 전략과 동일하며, 차이점은 이를 달성하는 방식에 있다. 이 전략을 사용하는 주요 기술은 다음과 같다.^[33]

• 주사 터널링 현미경

주사 터널링 현미경은 여러 가지 방법으로 SAM 분자를 제거할 수 있다. 첫 번째는 팁을 기판 표면에 끌어서 기계적으로 제거하는 것이다. 이 팁은 비싸고 팁을 끄는 것은 많은 마모와 팁 품질 저하를 유발하므로 가장 선호되는 기술은 아니다. 두 번째 방법은 전자빔을 쏘아 SAM 분자를 분해하거나 탈착시키는 것이다. 주사 터널링 현미경은 또한 전장 탈착 및 전장 강화 표면 확산을 통해 SAM을 제거할 수 있다.^[33]

• 원자힘현미경

이 기술의 가장 일반적인 용도는 깎기라고 불리는 과정에서 SAM 분자를 제거하는 것이다. 이 과정에서 원자힘현미경 팁이 표면을 따라 기계적으로 분자를 제거한다. 원자힘현미경은 또한 국부 산화 나노리소그래피를 통해 SAM 분자를 제거할 수 있다.^[33]

• 자외선 조사

이 과정에서 크롬 필름의 조리개 패턴을 통해 SAM이 있는 표면에 자외선이 투사된다. 이는 SAM 분자의 광산화를 유발한다. 그런 다음 이들은 극성 용매에서 씻어낼 수 있다. 이 과정은 100 nm 해상도를 가지며 15-20분의 노출 시간이 필요하다.^[1]

꼬리 그룹 수정

마지막 전략은 SAM의 증착이나 제거가 아닌 말단 그룹의 변형에 초점을 맞춘다. 첫 번째 경우, 말단 그룹은 기능을 제거하도록 변형되어 SAM 분자가 비활성이 될 수 있다. 같은 맥락에서, 말단 그룹은 기능을 추가하도록 변형될 수 있다.^[35] 이로써 원래 SAM 말단 그룹과 다른 재료를 수용하거나 다른 특성을 가질 수 있다. 이 전략을 사용하는 주요 기술은 다음과 같다:^[33]

• 집속 전자빔 및 자외선 조사

전자빔 및 UV 광에 노출되면 말단 그룹의 화학적 조성이 변한다. 발생할 수 있는 변화에는 결합 절단, 이중 탄소 결합 형성, 인접 분자의 교차 결합, 분자 조각화 및 형태적 무질서가 포함된다.^[1]

• 원자힘현미경

전도성 AFM 팁은 말단 그룹을 변화시킬 수 있는 전기화학 반응을 생성할 수 있다.^[33]

응용 분야

박막 SAM

SAM은 젖음 및 접착 제어,^[36] 내화학성, 생체 적합성, 감작 및 센서용 분자 인식^[37] 및 나노 제조를 포함한 응용 분야에서 저렴하고 다용도 표면 코팅이다.^[7] SAM의 응용 분야에는 생물학, 전기화학 및 전자공학, 나노전기기계시스템(NEMS) 및 미세전기기계시스템(MEMS), 일상 가정용품이 포함된다. SAM은 세포 및 소기관의 막 특성과 표면상의 세포 부착을 연구하기 위한 모델로 사용될 수 있다.^[1] SAM은 또한 전기화학, 일반 전자공학 및 다양한 NEMS 및 MEMS용 전극의 표면 특성을 수정하는 데 사용될 수 있다.^[1] 예를 들어, SAM의 특성은 전기화학에서 전자 전달을 제어하는 데 사용될 수 있다.^[38] 이들은 금속을 혹독한 화학 물질 및 에천트로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. SAM은 또한 습한 환경에서 NEMS 및 MEMS 구성 요소의 들러붙는 현상을 줄일 수 있다. 같은 방식으로 SAM은 유리의 특성을 변경할 수 있다. 일반적인 가정용품인 레인-X는 SAM을 활용하여 자동차 앞유리에 소수성 단분자막을 만들어 비로부터 깨끗하게 유지한다. 또 다른 응용 분야는 나노임프린트 리소그래피(NIL) 도구 및 스탬프의 들러붙음 방지 코팅이다. 퍼플루오로데실트리클로로실란 SAM으로 폴리머 복제를 위한 사출 성형 도구를 코팅할 수도 있다.^[39]

박막 SAM은 나노구조에도 증착될 수 있다. 이런 식으로 나노구조를 기능화한다. 이는 나노구조가 이제 다른 분자나 SAM에 선택적으로 부착될 수 있기 때문에 유리하다. 이 기술은 특정 유형의 분자를 환경으로부터 분리해야 하는 바이오센서 또는 기타 MEMS 장치에 유용하다. 한 가지 예는 자기 나노입자를 사용하여 혈류에서 균계를 제거하는 것이다. 나노입자는 균계에 결합하는 SAM으로 코팅되어 있다. 오염된 혈액이 MEMS 장치를 통해 여과될 때 자기 나노입자가 혈액에 삽입되어 균계에 결합한 다음 자기적으로 혈류에서 근처의 층류 폐기물 흐름으로 배출된다.^[40]

패턴 SAM

광 리소그래피 방법은 SAM 패터닝에 유용하다.^[41] SAM은 또한 나노구조 증착에도 유용하다. 각 흡착 분자가 두 가지 다른 재료를 끌어당기도록 맞춤화될 수 있기 때문이다. 현재 기술은 헤드를 금판과 같은 표면에 끌어당기는 데 사용한다. 그런 다음 말단 그룹은 특정 나노입자, 와이어, 리본 또는 기타 나노구조와 같은 특정 재료를 끌어당기도록 변형된다. 이런 방식으로 SAM이 표면에 패터닝된 곳마다 나노구조가 꼬리 그룹에 부착된다. 한 가지 예는 두 가지 유형의 SAM을 사용하여 단일 벽 탄소 나노튜브(SWNT)를 정렬하는 것이다. 딥펜 나노리소그래피를 사용하여 16-머캅토헥사데카노산(MHA) SAM을 패터닝하고 나머지 표면은 1-옥타데칸티올(ODT) SAM으로 불활성화시켰다. SWNT를 운반하는 극성 용매는 친수성 MHA에 끌어당겨지며, 용매가 증발함에 따라 SWNT는 MHA SAM에 반 데르 발스 힘으로 인해 부착될 만큼 충분히 가까워진다. 따라서 나노튜브는 MHA-ODT 경계와 일직선을 이룬다. 이 기술을 사용하여 채드 미르킨, 샤츠 및 동료들은 복잡한 2차원 모양을 만들 수 있었으며, 생성된 모양의 표현은 오른쪽에 표시되어 있다.^[33][42] 패턴 SAM의 또 다른 응용은 바이오센서의 기능화이다. 꼬리 그룹은 세포, 단백질 또는 분자에 대한 친화력을 갖도록 변형될 수 있다. 그런 다음 SAM은 바이오센서에 배치되어 이러한 분자의 결합을 감지할 수 있다. 이러한 SAM을 패터닝할 수 있는 능력은 민감도를 높이고 바이오센서의 다른 구성 요소를 손상시키거나 방해하지 않는 구성으로 배치할 수 있게 한다.^[28]

금속 유기 초격자

SAM을 새로운 재료에 사용하는 것에 상당한 관심이 있어왔는데, 예를 들어 SAM 캡핑된 나노입자들의 조립을 통한 2차원 또는 3차원 금속 유기 초격자 형성^[43] 또는 다이티올을 사용한 층별 SAM-나노입자 배열을 통해서이다.^[44] 다이티올을 사용한 이 주제에 대한 자세한 검토는 Hamoudi와 Esaulov에 의해 제공되었다.^[45]