Name: procedure for the transfer of polymer films onto porous substrates with minimized defects
Uploaded: 2019-06-22T14:00:00
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이 작품은 에너지 -물 시스템을위한 고급 재료의 일환으로 지원되었다 (AMEWS) 센터, 에너지 국경 연구 센터 에너지 의 미국 부서에 의해 투자, 과학의 사무실, 기본 에너지 과학. 우리는 마크 스토이코비치와 폴 닐리와 함께 하는 유익한 토론을 감사하게 인정합니다.

1. 이송 공구 및 배수 챔버 시스템의 제조
<ol><li>첨부(보충 파일 1, 2) 두 부분으로 구성된 드레인 챔버 어셈블리에 대한 엔지니어링 도면입니다 : 상단과 하단. 원하는 시스템의 사양에 따라 이 장치를 모델링하고(예를 들어, 수신 기판의 외지) 3D 프린팅을 위한 STL 파일로 내보냅니다.</li>
	<li>상단 부품의 경우 필라멘트 프린터를 사용하여 필요한 경우 스캐폴딩을 포함하?...

<ol>
	<li>Shah, A., Torres, P., Tscharner, R., Wyrsch, N., Keppner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photovoltaic+technology:+the+case+for+thin-film+solar+cells.">Photovoltaic technology: the case for thin-film solar cells.</a> Science. 285 (5428), 692-698 (1999).</li><li>Kim, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Full-colour+quantum+dot+displays+fabricated+by+transfer+printing.">Full-colour quantum dot displays fabricated by transfer printing.</a> Nat. Photon. 5 (3), 176 (2011).</li><li>Nomura, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room-temperature+fabrication+of+transparent+flexible+thin-film+transistors+using+amorphous+oxide+semiconductors.">Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors.</a> Nature. 432 (7016), 488 (2004).</li><li>Pirkle, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+chemical+residues+on+the+physical+and+electrical+properties+of+chemical+vapor+deposited+graphene+transferred+to+SiO2.">The effect of chemical residues on the physical and electrical properties of chemical vapor deposited graphene transferred to SiO2.</a> Applied Physics Letters. 99 (12), 122108-122110 (2011).</li><li>Chae, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+large-area+graphene+layers+on+poly-nickel+substrate+by+chemical+vapor+deposition:+wrinkle+formation.">Synthesis of large-area graphene layers on poly-nickel substrate by chemical vapor deposition: wrinkle formation.</a> Advanced Materials. 21 (22), 2328-2333 (2009).</li><li>Zhu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+electronic+transport+in+graphene+wrinkles.">Structure and electronic transport in graphene wrinkles.</a> Nano Letters. 12 (7), 3431-3436 (2012).</li><li>Paronyan, T. M., Pigos, E. M., Chen, G., Harutyunyan, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+ripples+in+graphene+as+a+result+of+interfacial+instabilities.">Formation of ripples in graphene as a result of interfacial instabilities.</a> ACS Nano. 5 (12), 9619-9627 (2011).</li><li>Stadermann, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+large-area+free-standing+ultrathin+polymer+films.">Fabrication of large-area free-standing ultrathin polymer films.</a> Journal of Visualized Experiments : JoVE. (100), e52832 (2015).</li><li>Zhou, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+Nanoporous+Alumina+Ultrafiltration+Membrane+with+Tunable+Pore+Size+Using+Block+Copolymer+Templates.">Fabrication of Nanoporous Alumina Ultrafiltration Membrane with Tunable Pore Size Using Block Copolymer Templates.</a> Advanced Functional Materials. 27 (34), 1701756 (2017).</li><li>Meitl, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+printing+by+kinetic+control+of+adhesion+to+an+elastomeric+stamp.">Transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp.</a> Nature Materials. 5 (1), 33 (2006).</li><li>Suk, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+of+CVD-grown+monolayer+graphene+onto+arbitrary+substrates.">Transfer of CVD-grown monolayer graphene onto arbitrary substrates.</a> ACS Nano. 5 (9), 6916-6924 (2011).</li><li>Chen, Y., Gong, X. L., Gai, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+and+Challenges+in+Transfer+of+Large-Area+Graphene+Films.">Progress and Challenges in Transfer of Large-Area Graphene Films.</a> Advanced Science. 3 (8), 1500343 (2016).</li></ol>

이 프로토콜에 나열된 많은 단계는 박막 전달의 성공에 매우 중요하지만, 사용자 정의 설계 3D 인쇄 드레인 챔버의 특성상 사용자의 특정 요구 사항에 따라 광범위한 유연성을 허용합니다. 예를 들어, 수신기 기판이 본 연구에서 활용되는 25mm 직경의 AAO 디스크보다 더 큰 직경을 가지는 경우, 드레인 챔버는 새로운 사양에 맞게 적절하게 변형될 수 있다. 그러나 효과적인 전송 결과를 보장하는 데 ?...

박막 및 나노 멤브레인 기반 장치는 최근 유연한 광전지 및 포토닉스, 접이식 디스플레이 및 웨어러블 전자 기기에 이르기까지 광범위한 응용 분야에서 잠재적 인 사용으로 인해 광범위한 관심을 얻고 있습니다1. 2개 , 3. 이러한 다양한 유형의 장치를 제조하기위한 요구 사항은 이러한 필름의 취약성과 매크로 스케일 결함의 빈번한 생산으로 인해 여전히 어려운 여전히 임의의 기판의 표면으로 박막을 전송하는 것입니다. 4,5,6,7전송 후 필름 내에서 주름, 균열 및 눈물과 같은 구조. 손으로 수동 전송, 핀셋 및 와이어 루프는 박막 전달의 일반적인 방법이지만 필연적으로 구조적 부조화 및소성 변형 8,9를초래한다. 다양한 유형의 박막 전달 방법론이 다음과 같이 탐구되었습니다: 1) 다각형 다각형 실실록산 (PDMS) 스탬프 전송, 이는 공체 기판으로부터 박막을 얻기 위해 탄성 술스탬프의 사용을 포함하고 이어서 수신으로 전달 기판10및 2) 희생층 전달(11)은, 에칭이 지지기와 박막 사이에 희생층을 선택적으로 용해시키는 데 사용되며, 이로 인해 박막을 해제한다. 그러나, 이러한 기술만으로는 박막(12) 내에서 손상 또는 결함 형성을발생시키지 않고 박막 전달을 반드시 허용하지는 않는다.
여기에서는 맞춤형 설계, 3D 프린팅 드레인 챔버 시스템 내에서 희생 층 리프트 오프 및 반월 상 연골 유도 전송을 기반으로 한 새로운 저비용 및 일반화 가능한 허시블 방법을 제시하여 블록 공중합체 (BCP) 박막을 기계적으로 배치합니다. 양극 산화 알루미늄 산화물 (AAO) 디스크와 같은 다공성 기판의 중심은 주름, 눈물 및 균열과 같은 거의 발생하지 않는 대용량 결함 구조를 발생시지 않습니다. 본 맥락에서, 이들 전달된 박막은 물 여과 연구에서 장치로서 사용될 수 있고, 잠재적으로 순차적 침윤 합성(SIS) 처리후9. 광학 현미경 검사법에서 얻은 이송된 필름의 이미지 분석은 반월상 연골 유도, 배수 챔버 시스템이 부드럽고 견고하며 주름이 없는 샘플을 제공한다는 것을 보여줍니다. 또한 이미지는 박막 멤브레인을 수신 기판의 중심에 안정적으로 배치하는 시스템의 능력을 보여줍니다. 우리의 결과는 임의의 다공성 기판의 표면에 박막 구조물의 전송을 요구하는 장치 응용 프로그램의 모든 유형에 대한 중요한 의미를 갖는다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:631px;" width="631">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:264px;">35% sodium polyacrylic acid solution</td>
			<td style="width:73px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">9003-01-4&#160;&#160;</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Amicon Stirred Cell model 8010 10mL</td>
			<td style="width:73px;">Millipore</td>
			<td style="width:123px;">5121</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:264px;">Anodized aluminum oxide, 0.2u thickness, 25mm diameter</td>
			<td style="width:73px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">WHA68096022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">o ring neoprene 117</td>
			<td style="width:73px;">Grainger</td>
			<td>1BUV7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Objet500 Connex3 3D Printer</td>
			<td style="width:73px;">Stratasys</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Onshape 3D software</td>
			<td style="width:73px;">onshape</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Polylactic acid filament</td>
			<td style="width:73px;">Ultimaker</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">ultimaker3 3d filament printer</td>
			<td style="width:73px;">Ultimaker</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Vero Family printable materials</td>
			<td style="width:73px;">Stratasys</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

procedure for the transfer of polymer films onto porous substrates with minimized defects

박막 복합 막을 포함하는 장치의 제조는 임의지지 기판의 표면에 이러한 필름의 전송을 필요로한다. 고도로 제어되고 기계화되고 재현 가능한 방식으로 이러한 전송을 수행하면 장치 성능과 사용 가능한 영역을 손상시키는 박막 내에서 대용량 결함 구조(예: 눈물, 균열 및 주름)가 생성되지 않습니다. 샘플당. 여기서, 우리는 물 여과 멤브레인 장치로서 최종적으로 사용하기 위한 임의의 다공성 지지기 상에 중합박막의 고도로 제어되고 기계화된 전달을 위한 일반적인 프로토콜을 설명한다. 구체적으로, 우리는 희생, 수용성 폴리 (아크릴 산) (PAA) 층 및 실리콘 웨이퍼 기판 위에 블록 공중합체 (BCP) 박막을 제조합니다. 그런 다음 맞춤형 3D 프린팅 이송 도구와 드레인 챔버 시스템을 사용하여 BCP 박막을 다공성 양극 산화 알루미늄 산화물(AAO) 지지 디스크의 중앙에 증착, 리프트 오프 및 이송합니다. 이송된 BCP 박막은 물과 3D 프린팅 플라스틱 드레인 챔버 사이에 형성된 반월상 연골의 안내로 인해 지지면의 중심에 일관되게 배치되는 것으로 나타났다. 또한 기계화 된 전사 처리 된 박막을 핀셋사용과 수작업으로 전송한 필름과 비교합니다. 기계화 공정에서 이송된 박막의 광학 검사 및 이미지 분석은 수동에서 생성된 수많은 눈물과 주름에 비해 거의 또는 전혀 매크로 스케일의 불균일성 또는 소성 변형이 생성되는 것을 확인합니다. 손으로 전송할 수 있습니다. 우리의 결과는 박막 전달을 위한 제안된 전략이 많은 시스템 및 응용 분야에서 다른 방법과 비교할 때 결함을 줄일 수 있음을 시사합니다.

BCP 멤브레인 샘플은 앞서 설명한 절차9에 따라 제조되었다. 샘플을 3D 프린팅 전달 도구의 로딩 암의 입술에 배치하였다(도 1, 왼쪽) 이어서 실험실 잭을 사용하여 3D 프린팅 드레인 챔버 도구의 입구 램프에 하부(그림1,오른쪽)에 놓였다. BCP 멤브레인과 기본 공여자 실리콘 기판 사이의 폴리 (아크릴 산) (PAA)의 ?...

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Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects

우리는 3D 인쇄 드레인 챔버를 사용하여 다공성 지지 기판에 블록 공중합체 박막을 고도로 제어하고 주름이없는 이송절차를 제시합니다. 드레인 챔버 설계는 일반적으로 재현 할 수없는 방식으로 손으로 수행 다공성 기판에 거대 분자 필름의 전송과 관련된 모든 절차와 일반적인 관련이있다.

결함이 최소화된 다공성 기판에 폴리머 필름 을 이송하는 절차

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support ...

멤브레인 응용 분야에서 폴리머 박막을 연구하려면, 재료는 접히지 않는 방식으로 다공성 기판으로 광택, 매끄러운 기판에서 필름을 변형시키지 않는 방식으로 전달되어야 합니다. 이 비디오는 이 목표를 달성하기 위해 설계된 3D 인쇄 가능한 드레인 챔버를 설명하고 여기에 표시된 공정 흐름에서 4단계에서 6단계를 염려합니다. 이 작업에 사용되는 샘플은 실리콘 웨이퍼 기판으로 구성되며, 이어서 임의의 공합체 매트와 폴리스티렌 블록 폴리메틸 메하크레이트 블록 공중합체가 이어서 수용성 폴리아크릴산의 스택을 코팅한다.4~6단계의 목적은 실리콘 웨이퍼에서 다공성 양극산화 알루미늄 산화물 멤브레인으로 이 모공 형성 블록 합합체를 전달하여 기능적 여과 장치로 후속 변환을 가능하게 하는 것이다. 드레인 챔버는 폴리머 필름 스택과 다공성 기판 및 탈온 수를 보유하는 바닥 부분의 도입을 가능하게 하는 상부 램프로 구성됩니다. 상단 부분은 필라멘트 프린터에서 PLA에서 인쇄되고 하단 부분은 잉크젯 3D 프린터에서 인쇄되었습니다.샘플 전송 도구는 필라멘트 프린터를 사용하여 PLA에서 인쇄됩니다. 첫 번째 부분은 실험실 잭에 부착되어 시료를 매끄럽게 올리고 손 의 움직임으로 인한 진동없이 부드럽게 낮출 수 있습니다. 두 번째 부분은 BCP 웨이퍼 조각을 제자리에 담고 있습니다.이를 통해 전송 프로세스가 시작될 수 있습니다. 먼저 BCP 도구가 조립됩니다. 클램프 부분은 나사가 실험실 잭에 고정할 수 있도록 스레드됩니다.양극 산화 알루미늄 기판은 집게를 사용하여 배수 실의 바닥 부분 내부에 배치됩니다. 다음으로, 방수 씰을 보장하기 위해 고무 O 링이 삽입됩니다. 배수실의 경사로 부분은 단단히 나사로 고정됩니다.마지막으로, 투명한 비닐 튜브는 배수챔버의 바닥부및 주사기 펌프 내부에 있는 주사기에 다른 쪽 끝에 주물포에 부착되어 배수속도를 조절할 수 있다. 다음으로, 폴리머 스택을 가진 실리콘 웨이퍼는 이송 도구에 배치되고, 배수 챔버는 또한 탈이온화 된 물로 채워져 있습니다. 실리콘 웨이퍼는 물 속으로 천천히 낮아져 폴리아크릴산 층이 용해되기 시작합니다.이를 통해 실리콘 웨이퍼에서 폴리머 필름을 분리하여 수면에 떠 있습니다. 이송 도구는 다음 제거되고 주사기 펌프를 시작하여 배수가 활성화됩니다. 물은 알루미늄 산화물 기판을 통해 펌프에 의해 챔버 밖으로 흡입된다.여기에 표시된 배수는 분당 1 밀리리터의 속도로 일어나는 것입니다. 챔버의 경사로 및 설계각도는 폴리머 필름을 실린더의 중심으로 지시한다. 여기서 멤브레인과 수위는 장치의 원통형 본체에 도달하여 멤브레인을 팽팽하게 유지하고 기본, 양극산화 알루미늄 산화물 멤브레인으로 낮기 때문에 중심을 이루는 보다 눈에 띄는 반월상연동을 생성합니다.물이 배수되고 중합체가 멤브레인과 접촉하면 챔버는 남은 물이 증발할 수 있도록 나사를 풀 수 있습니다. 설정 및 물 배수를 포함한 총 공정은 약 15분이 걸리지만, 이번에는 배수 속도를 높이고 더 적은 물 부피를 요구하는 챔버를 구성하여 단축될 수 있다. 다공성 멤브레인을 사용하여 수조 표면에서 직접 스쿠핑하여 준비한 필름이 여기에 표시됩니다.멤브레인의 찢어짐과 중앙에서 의배치가 분명합니다. 기판 중심까지의 멤브레인 센터의 거리는 다양한 배치 된 멤브레인에 대해 오른쪽에 표시됩니다. 여기서 우리는 배수 챔버를 활용하여 재현성의 개선을 참조하십시오.그대로 필름은 분명하며, 기판 중심에 멤브레인 센터의 거리를 최소화하는 것으로 나타났다. 배수 챔버는 수동 방법을 통해 필름 찢어짐 및 접기의 가능성을 감소시켰습니다. 먼지가 없는 깨끗한 실험실 환경은 부수적인 오염을 제한합니다.박막 전이를 위한 이 방법은 멤브레인에 대한 손상을 확실하게 감소시키고 기판에 배치된 정확도와 재현성을 향상시킵니다. 수면에서 박막을 조작하는 어려운 작업을 손으로 제거함으로써, 기본 드레인 챔버 설계에 대한 수정은 다른 폴리머 샘플 크기와 다공성 기질 유형의 구현을 허용할 수 있다.

Research

JoVE Journal

Engineering

Micropunching Lithography for Generating Micro- and Submicron-patterns on Polymer Substrates

마이크로 및 Submicron 패턴 폴리머 기판을 생성하기위한 리소그래피를 Micropunching

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of ...

연구

공학

Integrating a Triplet-triplet Annihilation Up-conversion System to Enhance Dye-sensitized Solar Cell Response to Sub-bandgap Light

삼중 항 - 삼중 종말 최대 변환 시스템을 통합하면 하위 밴드 갭 빛에 염료 감응 형 태양 전지의 응답을 향상시키기 위해

The poor response of dye-sensitized solar cells (DSCs) to red and infrared light is a significant impediment to the realization of higher photocurrents ...

SSVEP-based Experimental Procedure for Brain-Robot Interaction with Humanoid Robots

인간형 로봇에 뇌 - 로봇 상호 작용에 대한 실험 절차를 SSVEP 기반

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

전기 활성 고분자 나노 입자 출전 광열 등록

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

광 공진기 및 레이저 응용을위한 고분자 미소 구의 제조

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

기울기 각도 증 착을 사용 하 여 미디어를 흡수 하는 높은 가진 매우 얇은 필름의 제조

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

큰 지역 수직 2D 크리스탈 Hetero-구조 장치 제조에 전이 금속 영화 Sulfurization의 준비

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

브러쉬 모양의 반응 표면 날조 및 Azlactone 기능성된 블록 공동 고분자의 가교 된 영화

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 (STO) Single-crystal Substrates

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7ÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â 'ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â´/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 STO Single-crystal Substrates

고주파 마 그 네트 론 스퍼터 링 GdBa2Cu3O7−δ의 라0.67SrTiO3 (STO) 단 결정 기판에 Sr0.33MnO3 준 bilayer 영화 /

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio ...

Synthesis, Functionalization, and Characterization of Fusogenic Porous Silicon Nanoparticles for Oligonucleotide Delivery

합성과 기능화, Oligonucleotide 배달에 대 한 Fusogenic 다공성 실리콘 나노 입자의 특성

With the advent of gene therapy, the development of an effective in vivo nucleotide-payload delivery system has become of parallel import. Fusogenic ...