KR100307807B1 - Surface-Modified Polymer Culture Dishes Using Ion Beam and Method for Surface Modification - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온빔을 이용하여 친수성으로 표면개질된 고분자 배양접시 및 그 표면 개질방법에 관한 것으로, 고분자 배양접시 표면으로, 반응성 기체를 유입시키면서 2000 eV 이하의 에너지를 가진 이온빔을 조사시킴으로써 상기 이온빔으로 고분자 배양접시의 표면을 활성화시키면서 활성화된 고분자 배양접시 표면과 상기 반응성 기체를 반응시켜 그 표면에 친수성기를 형성시키는 고분자 배양접시의 표면개질방법과 그에 의해 표면개질된 고분자 배양접시를 제공한다.The present invention relates to a polymer culture plate surface-modified hydrophilically by using an ion beam and a method for surface modification thereof, wherein the polymer culture plate is irradiated with an ion beam having an energy of 2000 eV or less while introducing a reactive gas into the surface of the polymer culture plate The present invention provides a method for surface modification of a polymer culture plate that reacts an activated polymer culture plate surface with the reactive gas to form a hydrophilic group on the surface thereof while activating a surface of the culture plate, and thereby provides a surface-modified polymer culture plate.

Description

이온빔을 이용하여 표면개질된 고분자 배양접시 및 그 표면개질방법Surface-Modified Polymer Culture Plate Using Ion Beam and Surface Modification Method

본 발명은 고분자 배양접시의 표면개질에 관한 것으로 특히 이온빔을 이용하여 세포가 배양접시에 잘 접착하도록 친수성으로 표면개질된 고분자 배양접시 및 그 표면개질방법에 관한 것이다.The present invention relates to surface modification of a polymer culture dish, and more particularly, to a polymer culture dish that has been hydrophilically surface-modified so that cells adhere well to the culture dish using an ion beam, and a surface modification method thereof.

종래 일반적으로 사용되어온 고분자 배양접시의 소재는 폴리스타이렌(poly styrene : PS, 이하 PS라 칭한다)으로서, 가격이 저렴하고 가시광선 영역에서 투명하고 가공이 용이하기 때문에 많이 사용되고 있으며, 그 외에 폴리에틸렌(poly ethylene : PE), 폴리프로필렌(poly prophylene : PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polye thylne terephtalate : PET) 등으로 이루어진 고분자 배양접시도 많이 사용되고 있다.The conventionally used polymer culture dish material is polystyrene (PS), which is commonly used because of its low cost, transparency in the visible region, and ease of processing. : Polymer culture plates made of PE, polyprophylene (PP), polyethylene terephtalate (PET), etc. are also widely used.

그러나, 상기한 바와 같은 고분자화합물은 소수성을 나타내므로 이들로 제조된 배양접시에 세포를 배양하면 세포가 배양접시의 표면에 접착하기 어렵다. 그 중에서 특히, PS 배양접시는 가격이 저렴하고 투명하며 성형이 용이하므로, 증식하기 위하여 배양접시 표면에 접착할 필요가 없는 박테리아를 배양하는데 널리 사용되고 있다.However, the polymer compounds as described above exhibit hydrophobicity, so that when the cells are cultured in the culture dish prepared therefrom, the cells are hardly adhered to the surface of the culture dish. Among them, the PS culture plate is widely used for culturing bacteria that do not need to adhere to the surface of the culture plate in order to proliferate because of its low cost, transparency and easy molding.

그러나, 조직세포와 같이 배양접시에 접착해야만 증식할 수 있는 세포를 배양하기 위해서는, 조직세포가 배양접시의 표면에 잘 접착하도록 배양접시의 표면을 친수성으로 변화시켜줄 필요가 있다.However, in order to cultivate cells that can grow only by adhering to the culture dish, such as tissue cells, it is necessary to change the surface of the culture dish to be hydrophilic so that the tissue cells adhere well to the surface of the culture dish.

배양접시의 친수성은 물과의 접촉각(wetting angle)으로 확인한다. 상기 접촉각은 배양접시의 표면과 물방울이 접촉하는 지점(contact point)에서부터 물방울의 표면까지 접선을 이었을 때, 이 접선과 고분자 배양접시의 표면이 이루는 각도로 정의된다. 상기 정의에 의하면, 접촉각이 작다는 것은 물방울이 배양접시의 표면에 넓고 얇게 퍼지는 것을 의미하며, 따라서 배양접시의 물에 대한 흡착성, 즉 친수성이 크다는 것을 의미한다. 이러한 접촉각은 접촉각 측정기를 이용하여 0.025 ㎖의 3차 증류수 물방울을 배양접시의 표면 중 네 위치에 떨어뜨린 후 그 접촉각을 현미경을 통하여 측정하여 네 위치에서 측정한 값의 평균값으로 정한다.The hydrophilicity of the culture dish is confirmed by the wetting angle with water. The contact angle is defined as the angle formed by the contact between the surface of the culture dish and the surface of the water droplet when contacting the contact point (contact point) to the surface of the water droplet. According to the above definition, the small contact angle means that the droplets spread widely and thinly on the surface of the culture dish, and thus, the adsorption to the water of the culture dish, ie, the hydrophilicity, is large. The contact angle is set to an average value of the measured values at four positions by dropping 0.025 ml of the third distilled water drop to four positions on the surface of the culture dish using a contact angle measuring instrument.

상기한 바와 같은 방법으로 표면개질 하기 전과 한 후의 배양접시에 대하여 접촉각을 측정하고, 표면개질된 후 접촉각의 감소로 고분자 배양접시의 표면이 친수성으로 개질되었다는 것을 확인하며, 이것은 고분자 배양접시의 표면에 친수성기가 형성되었음을 의미한다.The contact angle was measured for the culture dish before and after the surface modification by the method described above, and it was confirmed that the surface of the polymer culture dish was hydrophilically modified by decreasing the contact angle after the surface modification. It means that a hydrophilic group is formed.

따라서, 조직세포가 배양접시에 잘 접착되도록 하기 위하여 PS 배양접시의 표면에 친수성기를 형성시키도록 표면을 개질하려는 시도는 매우 다양한 방법으로 시도되었고, 실제 생산공정에서는 코로나 방전이나 플라즈마를 이용하여 처리하고 있으며 또한 자외선 및 오존을 이용하여 PS 배양접시의 표면에 친수성기를 형성시킨다.Thus, attempts to modify the surface to form hydrophilic groups on the surface of the PS culture dish in order to ensure that the tissue cells adhere well to the culture dish has been attempted in a variety of ways, in the actual production process using a corona discharge or plasma treatment In addition, UV and ozone are used to form hydrophilic groups on the surface of the PS culture dish.

이 중 코로나 방전을 이용한 방법은 진공챔버 내에 대기압 정도로 반응가스를 채우고 전극에서 전압을 인가하여 코로나 방전에 의하여 반응가스를 이온화시켜 전자, 양이온 그리고 음이온 등을 포함하는 플라즈마를 형성하고, 이러한 반응가스 이온 즉, 플라즈마가 시료 표면과 반응하여 친수성기를 형성함으로써 표면을 친수성으로 개질하는 방법을 말한다.Among them, the method using the corona discharge fills the reaction gas to the atmospheric pressure in the vacuum chamber and applies a voltage at the electrode to ionize the reaction gas by the corona discharge to form a plasma including electrons, cations, and anions. That is, a method of modifying the surface to be hydrophilic by forming a hydrophilic group by reacting the plasma with the sample surface.

또, 일반적인 글로우 방전을 이용하는 방법은 코로나방전과 거의 유사한 과정을 거치나 진공챔버 내의 반응가스를 대기압인 76O torr보다 훨씬 작은 0.01-5 torr로 채우고 전극에 직류전압 또는 라디오주파수(RF) 또는 마이크로파(microwave)의 전압을 인가하여 이 때 발생하는 글로우 방전을 통해 플라즈마를 형성하고, 이 플라즈마를 이용하는 것이다.In addition, the general glow discharge process is similar to the corona discharge, but the reaction gas in the vacuum chamber is filled with 0.01-5 torr, which is much smaller than the atmospheric pressure of 76Orr, and the DC voltage or the radio frequency (RF) or the microwave ( A plasma is applied to form a plasma through the glow discharge generated at this time, and the plasma is used.

고분자의 표면을 개질하는 또 하나의 방법은 자외선 및 오존을 이용하는 방법으로 고분자 표면에 자외선을 조사하면서 오존을 공급해 줌으로써 친수성을 향상시키는 방법이다.Another method of modifying the surface of the polymer is a method of improving the hydrophilicity by supplying ozone while irradiating ultraviolet light to the surface of the polymer using ultraviolet and ozone.

그러나 이러한 방법들을 이용하여 표면개질된 배양접시는 그 접촉각의 감소가 크지 않았으며 재현성도 좋지 않은 문제점이 있었다.However, the surface-modified culture dish using these methods did not have a large decrease in the contact angle and had a problem of poor reproducibility.

글로우 방전의 경우에는 플라즈마 내에 있는 일부 고에너지 이온이 고분자 표면에 조사될 경우 고분자 표면에 손상을 주어, 표면이 거칠어지고 배양접시의 투명도를 떨어뜨리는 문제점이 있었다.In the case of glow discharge, when some high energy ions in the plasma are irradiated onto the polymer surface, the polymer surface is damaged, resulting in a rough surface and a drop in transparency of the culture dish.

특히, 코로나 방전의 경우 코로나 방전을 통하여 비극성인 탄소와 탄소간의 체인결합을 짧은 체인의 라디칼로 바꾸어 극성결합을 형성하는데 도움을 주나, 이러한 짧은 체인결합은 물에 넣을 경우 씻겨져 나가는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점은 자외선 및 오존을 이용하여 처리한 경우에도 동일하게 나타난다.In particular, in the case of corona discharge, the corona discharge helps to form a polar bond by converting a non-polar carbon-carbon chain bond into a short chain radical, but such a short chain bond is washed out when put in water. This problem is the same when treated with ultraviolet and ozone.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 폴리스타이렌(poly styrene), 폴리에틸렌(poly ethylene), 폴리프로필렌(poly prophylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly ethylene terephtalate) 중의 하나로 이루어지는 고분자 배양접시로서, 2000 eV 이하의 에너지를 가지는 이온빔을 조사시켜 고분자 배양접시 표면을 활성화시키면서 활성화된 고분자 배양접시 표면과 반응성 기체를 반응시킴으로써 그 표면에 물에 씻겨나가지 않는 친수성기가 형성된 고분자 배양접시를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention is a polymer culture plate made of one of polystyrene, polyethylene, polyprophylene, and polyethylene terephtalate, which is 2000 eV or less. The purpose of the present invention is to provide a polymer culture plate having a hydrophilic group that is not washed out by water by reacting an activated gas with a reactive gas and an active gas while irradiating an ion beam having an energy of.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고분자 배양접시의 표면개질 방법은 고분자 배양접시 표면으로, 반응성 기체를 유입시키면서 2000 eV 이하의 에너지를 가진 이온빔을 조사시킴으로써 상기 이온빔으로 고분자 배양접시의 표면을 활성화시키면서 활성화된 고분자 배양접시 표면과 상기 반응성 기체를 반응시켜 그 표면에 친수성기를 형성시키는 것으로 이루어진다.In order to achieve the above object, the surface modification method of the polymer culture plate according to the present invention is a surface of the polymer culture plate with the ion beam by irradiating an ion beam having an energy of 2000 eV or less while introducing a reactive gas into the surface of the polymer culture plate. It is made by reacting the surface of the activated polymer culture plate with the reactive gas while activating to form a hydrophilic group on the surface.

제1도는 본 발명에 따른 고분자 배양접시의 표면개질 장치의 개략적인 구성을 나타낸 종단면도.Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a schematic configuration of the surface modification apparatus of the polymer culture plate according to the present invention.

제2a도~제2c도는 아르곤이온의 가속전압이 각각 600, 1000, 1200 V일 경우, 조사되는 이온의 개수에 대한 PS 배양접시의 접촉각 측정결과를 도시한 그래프.2a to 2c are graphs showing the results of measuring contact angles of the PS culture dish with respect to the number of irradiated ions when the acceleration voltages of argon ions are 600, 1000, and 1200 V, respectively.

제3a도~제3d도는 PS 배양접시의 표면에 대한 XPS 측정결과를 도시한 그래프로서, 제3a도~제3b도는 각각 이온빔으로 표면처리를 하지 않은 PS 배양접시의 표면에 대한 탄소와 산소의 1s 스펙트럼.3a to 3d are graphs showing the results of the XPS measurement on the surface of the PS culture dish, and FIGS. 3a to 3b are the carbon and oxygen concentrations of 1s of the carbon on the surface of the PS culture dish without surface treatment with ion beams, respectively. spectrum.

제3c도~제3d도는 각각 이온빔으로 표면처리한 PS 배양접시의 표면에 대한 탄소와 산소 1s 스펙트럼.3c to 3d are carbon and oxygen 1s spectra for the surfaces of PS culture dishes each surface-treated with an ion beam.

제4도는 조사되는 이온의 개수에 대한 PS 배양접시의 표면에너지를 도시한 그래프.4 is a graph showing the surface energy of the PS culture dish versus the number of irradiated ions.

제5도는 시간에 대한 PS 배양접시의 접촉각 측정결과를 도시한 그래프.5 is a graph showing the results of measuring the contact angle of the PS culture dish with respect to time.

제6도는 본 발명에 따라 표면개질된 PS 배양접시에 세포를 증식시켰을 경우, 경과된 날에 대한 세포의 개수를 도시한 그래프.Figure 6 is a graph showing the number of cells for the elapsed days when the cells are grown in the surface-modified PS culture dish according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 진공챔버 20 : 기체유입부10: vacuum chamber 20: gas inlet

30 : 이온원 40 : 기판홀더30: ion source 40: substrate holder

50 : 진공펌프50: vacuum pump

이하, 본 발명에 따라 표면개질된 고분자 배양접시 및 그 표면개질방법을 도 1~도 6을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the surface-modified polymer culture plate and its surface modification method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 고분자 배양접시의 표면개질 장치의 개략적인 구성을 나타낸 종단면도로서, 상기 장치는 진공챔버(10)의 내부에 반응성 기체를 유입시키는 기체유입부(20)와, 에너지를 가진 이온빔을 생성하는 이온원(30)과, 이에 대향하여 시료를 장착하는 기판홀더(40)로 구성되어 있으며, 상기 진공챔버(10) 내의 진공도를 일정하게 유지하기 위하여 진공펌프(50)가 구비되어 있다.First, Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a schematic configuration of the surface modification apparatus of the polymer culture plate according to the present invention, the apparatus is a gas inlet 20 for introducing a reactive gas into the interior of the vacuum chamber 10, It consists of an ion source 30 for generating an ion beam having energy, and a substrate holder 40 for mounting a sample opposite thereto, in order to maintain a constant degree of vacuum in the vacuum chamber 10, the vacuum pump 50 Is provided.

상기 장치에서는 이온 보조 반응 (IAR : Ion Assist Reaction, 이하 IAR이라 칭한다)을 이용한다. 즉, 배양접시의 표면에 이온빔을 조사하여 그 표면을 활성화시켜 반응성 기체와 반응하기 쉽도록 함으로써, 상기 이온빔이 고분자 배양접시의 표면과 반응성 기체와의 반응을 도와주도록 한다. 이 때 중요한 실험변수는 상기 이온원(30)의 이온화율 및 이온빔 에너지의 조절과 반응성 기체의 양이다. 특히 상기 이온원(30)은 첫째, 이온화율을 조절 가능해야 하고, 둘째, 고분자 내의 결합은 그 종류가 다양하므로 낮은 가속전압에서부터 높은 가속전압까지 조절 가능해야하고, 셋째, 장시간 안정된 상태로 동작하여야 하고, 넷째, 표면개질된 고분자 배양접시의 신뢰성을 높이기 위해서는 이온빔을 균일하게 생성해야 한다.In this apparatus, ion assisted reaction (IAR: Ion Assist Reaction, hereinafter referred to as IAR) is used. That is, the ion beam is irradiated onto the surface of the culture dish to activate the surface to facilitate the reaction with the reactive gas, thereby helping the ion beam react with the surface of the polymer culture dish with the reactive gas. Important experimental variables at this time are the ionization rate of the ion source 30, the control of the ion beam energy and the amount of reactive gas. In particular, the ion source 30, first, the ionization rate should be adjustable, second, because the bond in the polymer is a variety of types must be adjustable from a low acceleration voltage to a high acceleration voltage, and third, must operate in a stable state for a long time Fourth, in order to increase the reliability of the surface-modified polymer culture dish, the ion beam should be generated uniformly.

상기한 바와 같은 조건을 만족시키는 본 발명에서의 이온원(30)의 일례는 콜드 할로우 캐쏘드 (cold hallow cathode) 이온원으로서 이온빔의 에너지와 기판에 도달하는 이온의 개수를 각각 독립적으로 정밀하게 제어할 수 있는 특징이 있다. 이 때, 이온빔의 에너지는 형성된 이온빔에 가속전압을 인가함으로써 얻어지고, 이온빔의 전류를 조절함으로써 조사되는 이온의 개수를 조절할 수 있다. 또한, 상기 콜드 할로우 캐쏘드 이온원 이외에 카프만 타입(Kaufman type) 이온원이나 라디오주파수(RF) 이온원 또는 고주파수(HF) 이온원등이 있으며, 저에너지 영역에서 높은 이온빔 밀도를 얻을 수 있는 것을 그 특징으로 한다. 상기한 바와 같은 이온원에서 사용하는 이온생성기체는 불활성기체와 산소, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소 및 그들의 혼합기체 중에서 선택하여 사용한다.One example of the ion source 30 in the present invention that satisfies the above conditions is a cold hall cathode ion source, which independently and precisely controls the energy of the ion beam and the number of ions reaching the substrate, respectively. There are features that can be done. At this time, the energy of the ion beam is obtained by applying an acceleration voltage to the formed ion beam, and the number of irradiated ions can be adjusted by adjusting the current of the ion beam. In addition to the cold hollow cathode ion source, there is a Kaufman type ion source, a radio frequency (RF) ion source, or a high frequency (HF) ion source. The ion beam density can be obtained in a low energy region. It is done. The ion generating gas used in the ion source as described above is selected from an inert gas and oxygen, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and mixed gas thereof.

또한, 상기 반응성 기체로는 산소, 이산화탄소, 일산화탄소, 오존 및 그들의 혼합기체 중에서 선택하여 사용한다.In addition, the reactive gas may be selected from oxygen, carbon dioxide, carbon monoxide, ozone, and mixtures thereof.

본 발명의 일실시예에 따라 PS 배양접시를 상기한 바와 같은 장치를 이용하여 표면개질하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.According to an embodiment of the present invention, a method of surface modification using the apparatus as described above with the PS culture dish will be described in detail.

먼저, 상용되고 있는 PS 배양접시의 표면을 유기용매로 세척하여 불순물을 제거한 후, 상기 진공챔버(10) 내의 기판흘더(40)에 장착하고, 상기 진공챔버(10) 내의 진공도를 1×10-5Torr로 유지한다.First, the surface of the commercially available PS culture dish is washed with an organic solvent to remove impurities, and then mounted on the substrate holder 40 in the vacuum chamber 10, and the degree of vacuum in the vacuum chamber 10 is adjusted to 1 × 10- . Keep at 5 Torr.

다음, PS 배양접시의 주위에 기체유입부(20)를 통하여 반응성 기체로 산소를 유입하고, 상기 이온원(30)에 이온생성기체로서 아르곤을 유입하고, 방전전압을 400~500 V 의 값으로 가하여 이온빔을 생성시킨 다음, 가속전압을 300~2000 V의 범위에서 변화시키면서 가하여 에너지를 가진 이온빔을 PS 배양접시에 조사한다. 이 때, 이온빔의 전류를 조절하여 기판에 조사되는 이온의 개수를 1 ㎠의 면적당 1×1014~1×1017개의 범위로 한다. 상기 실험변수들 즉, 진공도, 방전전압, 가속전압, 조사되는 이온의 개수의 수치는 표면개질에 적합한 값으로 실험을 통하여 구한 것이다.Next, oxygen is introduced into the reactive gas through the gas inlet 20 around the PS culture dish, argon is introduced into the ion source 30 as an ion generating gas, and the discharge voltage is 400-500 V. After generating the ion beam, the energized ion beam is irradiated onto the PS culture dish while changing the acceleration voltage in the range of 300 to 2000 V. At this time, the number of ions irradiated to the substrate by adjusting the current of the ion beam is set in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 pieces per 1 cm 2 area. The experimental variables, that is, the degree of vacuum, the discharge voltage, the acceleration voltage, and the number of irradiated ions are obtained through experiments with values suitable for surface modification.

도 2a~2c는 조사되는 이온의 개수를 상기 범위내에서 변화시키고 산소의 양은 0, 4, 8 ㎖/min으로 하였을 경우, 각각 600, 1000, 1200 V의 가속전압에서, 조사되는 이온의 개수에 대한 접촉각 변화를 나타낸다.2A to 2C show the number of ions to be irradiated at acceleration voltages of 600, 1000 and 1200 V, respectively, when the number of irradiated ions is changed within the above range and the amount of oxygen is 0, 4 and 8 ml / min. Change in contact angle.

상기 접촉각은 앞에서 언급한 바와 같은 방법으로 측정한다. 다만, 물 이외에 극성 용매인 포름아마이드(formamide)에 대해서도 측정하여 이 둘의 값으로부터 표면에너지, 극성에너지, 그리고 분산에너지를 계산하였고, 이에 대해서는 후술하기로 한다.The contact angle is measured in the same manner as mentioned above. However, the surface energy, the polar energy, and the dispersion energy were calculated from the values of the two forms of formamide, which is a polar solvent, in addition to water, which will be described later.

상기 도 2b~2c에 나타난 바와 같이 산소를 유입하지 않은 상태에서 이온빔을 조사하였을 경우 접촉각이 36°~5O°이며, 이 정도의 접촉각 감소는 수 만 eV 이상의 고에너지 이온빔을 이용한 경우나 종래 사용되어온 코로나방전 또는 플라즈마를 이용한 경우와 유사하다.As shown in FIGS. 2b to 2c, when the ion beam is irradiated without oxygen, the contact angle is 36 ° to 50 °, and the contact angle reduction of this degree is used in the case of using a high energy ion beam of tens of thousands of eV or more and has been used conventionally. Similar to using corona discharge or plasma.

반면에, 도 2a~2c에 나타난 바와 같이, 산소를 PS 배양접시의 주위에 유입하고 이온빔을 조사하였을 경우의 접촉각은 산소를 유입하지 않았을 경우에 비해 거의 언제나 더 작으며, 2°에서 20°까지 차이가 난다. 따라서, 산소를 유입하면서 이온빔을 주사하였을 때의 최소 접촉각은, 가속전압이 12OO V일 때 즉, 도 2c에서, 유입된 산소의 양이 8 ㎖/min이고, 5×1016이온개수/㎠일 경우, 19°로 측정되었다.On the other hand, as shown in Figs. 2a to 2c, the contact angle when oxygen is introduced around the PS culture dish and irradiated with an ion beam is almost always smaller than that when no oxygen is introduced, from 2 ° to 20 °. It makes a difference. Therefore, the minimum contact angle when the ion beam is scanned while oxygen is introduced is when the acceleration voltage is 120000 V, that is, in FIG. 2C, the amount of oxygen introduced is 8 ml / min and the number of 5 × 10 16 ions / cm 2. In this case, 19 ° was measured.

또한, 도 2a~2c에서 조사되는 이온의 개수가 1×1017개/㎠ 이상이 되면 접촉각은 증가하나 이온빔으로 표면처리하기 전의 접촉각보다는 낮으므로, 이온빔으로 표면처리를 한 PS 배양접시의 접촉각은 1×1014~1×1017개/㎠ 의 전 범위에서 감소하였다.In addition, when the number of ions irradiated in FIGS. 2A to 2C is 1 × 10 17 or more / cm 2, the contact angle increases, but is lower than the contact angle before surface treatment with the ion beam, so that the contact angle of the PS culture plate subjected to the surface treatment with the ion beam is It decreased in the full range of 1x10 14 -1x10 17 pieces / cm <2>.

또한, 도 2a, 도 2b, 도 2c의 각각의 도에서, 유입된 산소의 양이 4 ㎖/min일 경우보다 8 ㎖/min일 경우에 접촉각의 감소가 더 크다. 이것은, 유입된 산소의 양이 4 ㎖/min, 8 ㎖/min인 각각의 경우가, 이온의 가속전압이 각각 600, 1000, 1200 V로 변하여도, 즉 도 2a~2c에서 큰 차이를 보이지 않는 것과 비교해 볼 때, 접촉각의 감소는 가속전압에 의해 이온빔이 가지는 에너지보다는 유입된 산소의 양과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.In addition, in each of Figs. 2A, 2B and 2C, the reduction in contact angle is larger when the amount of oxygen introduced is 8 ml / min than when 4 ml / min. This means that in each case where the amount of oxygen introduced is 4 ml / min and 8 ml / min, even if the acceleration voltages of ions change to 600, 1000 and 1200 V, respectively, that is, there is no significant difference in FIGS. 2A to 2C. In comparison with this, it can be seen that the decrease in contact angle is more closely related to the amount of oxygen introduced than the energy of the ion beam due to the acceleration voltage.

또한, 도 2a~2c에는 600, 1000, 1200 V의 가속전압과 0, 4, 8 ㎖/min의 산소유입량의 경우를 도시하였으나, 실험을 통하여 2000 V 이하의 가속전압과 10 ㎖/min 이하의 산소유입량에서 접촉각이 감소되는 것을 확인하였다. 이 때, 산소유입량은 진공챔버의 크기와 시편의 크기에 따라 결정되는 값이므로 본 일실시예에서는 최적의 결과를 나타내는 값이 10 ㎖/min 이하라는 의미이다. 만약, 이보다 더 큰 진공챔버와 시편을 사용할 경우에는 10 ㎖/min 이상의 산소 유입량이 필요할 것이다.2A to 2C show acceleration voltages of 600, 1000, and 1200 V and oxygen inflow amounts of 0, 4, and 8 ml / min, but experiments show acceleration voltages of 2000 V or less and 10 ml / min or less. It was confirmed that the contact angle was reduced in the amount of oxygen inflow. At this time, the oxygen inflow amount is a value that is determined according to the size of the vacuum chamber and the size of the specimen, which means that the optimal value is 10 ml / min or less in this embodiment. If larger vacuum chambers and specimens are used, an oxygen inflow of 10 ml / min or more will be required.

상기한 바와 같은 접촉각의 변화는 앞에서 언급한 바와 같이, 고분자 표면의 친수성기의 형성과 밀접한 관련이 있다. 상기 친수성기는 엑스선 광전자 분광 ( X-ray Photoelectron Spectroscopy, 이하 XPS라 칭한다) 측정을 실시하여 분석하였다.As mentioned above, the change in contact angle is closely related to the formation of hydrophilic groups on the surface of the polymer. The hydrophilic group was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (hereinafter referred to as XPS) measurement.

도 3은 PS 배양접시의 표면에 대한 XPS 측정결과로서, 그 중 도 3a~3b는 각각 이온빔으로 표면처리를 하지 않은 PS 배양접시의 표면에 대한 탄소 1s와 산소 1s 스펙트럼이고, 도 3c~3d는 각각 8 ㎖/min 의 양으로 산소를 유입하면서 5×1O16개/㎠의 아르곤이온으로 표면처리한 PS 배양접시의 표면에 대한 탄소 1s와 산소 1s 스펙트럼이다.3 is an XPS measurement result of the surface of the PS culture dish, wherein FIGS. 3A to 3B are carbon 1s and oxygen 1s spectra on the surface of the PS culture dish without surface treatment with ion beams, respectively, and FIGS. 3C to 3D The carbon 1s and oxygen 1s spectra of the surface of the PS culture dish surface-treated with 5 × 10 16 pieces / cm 2 argon ions while introducing oxygen in an amount of 8 ml / min, respectively.

먼저, 상기 도 3a에서, 284.7 eV에 나타난 피크는 탄소와 탄소의 결합(이하, C-C 결합이라 한다) 또는 탄소와 수소의 결합(이하, C-H 결합이라 한다)에 의한 피크이다. 따라서 이온빔으로 표면처리를 하지 않은 PS의 경우, 대부분의 탄소는 이러한 C-C 결합 또는 C-H 결합으로 형성되어 있다.First, in FIG. 3A, the peak shown at 284.7 eV is a peak due to a carbon-to-carbon bond (hereinafter referred to as a C-C bond) or a bond of carbon to hydrogen (hereinafter referred to as a C-H bond). Therefore, in the case of PS which is not surface-treated with an ion beam, most of the carbon is formed of such C-C bond or C-H bond.

그리고, 도 3b에 나타난 산소의 피크는 탄소와 산소의 단일결합(이하, C-O 결합이라 한다)과 공기중에서 흡착된 산소에 의한 피크이며, 상기 C-O 결합은 제조공정중에 들어간 첨가제의 영향으로 그 양이 매우 적으므로 이 C-O 결합에 참여하고 있는 탄소에 의한 피크인 286.1 eV 피크는 도 3a에서 관측되지 않는다.In addition, the peak of oxygen shown in FIG. 3b is a peak due to a single bond of carbon and oxygen (hereinafter referred to as a CO bond) and oxygen adsorbed in air, and the amount of CO bond is influenced by an additive that enters the manufacturing process. The very small 286.1 eV peak, which is a peak by carbon participating in this CO bond, is not observed in FIG. 3A.

다음, 이온빔을 조사한 PS 배양접시의 표면에 대한 탄소의 XPS 결과인 도 3c에서는, 284.7 eV에서 나타난 C-C 결합에 의한 피크는 줄어들고, C-O 결합에 의한 286.1 eV피크와, 탄소와 산소의 이중결합(이하, C=O 결합이라 한다)에 의한 287.6 eV 피크, 그리고 상기 C=O와 산소의 결합(이하, O-(C=O) 결합이라 한다)에 의한 288.9 eV 피크가 새로이 형성되었다.Next, in FIG. 3C, which is the XPS result of carbon on the surface of the PS culture dish irradiated with ion beams, the peak due to CC bonds at 284.7 eV is reduced, and 286.1 eV peaks due to CO bonds, and carbon and oxygen double bonds (hereinafter, , 287.6 eV peak by the C = O bond, and 288.9 eV peak by the bond of C = O and oxygen (hereinafter referred to as O- (C = O) bond) were newly formed.

또한, 이온빔을 조사한 PS 배양접시의 표면에 대한 산소의 XPS 결과인 상기 도 3d에서는, 표면처리 전인 도 3b에 비하여 피크의 강도가 상당히 증가하였다.In addition, in FIG. 3D, which is the XPS result of oxygen on the surface of the PS culture dish irradiated with ion beams, the intensity of the peak was significantly increased as compared with FIG.

따라서, PS 표면에 이온빔을 조사하였을 경우에는 그 표면에 있는 원자들의 화학적 결합에 의해, C-O 결합, C=O 결합, O-(C=O) 결합이 형성되었음을 알 수 있고, 이러한 결합들은 전자의 분포가 어느 한 쪽으로 치우쳐 극성을 띠므로 친수성을 나타내며, 이러한 친수성기의 형성으로 접촉각이 감소하였다.Therefore, when the ion beam is irradiated on the surface of the PS, it can be seen that CO bonds, C═O bonds, and O— (C═O) bonds are formed by chemical bonds of atoms on the surface. Since the distribution is polarized to one side, it shows hydrophilicity, and the formation of this hydrophilic group decreases the contact angle.

상기한 바와 같이 친수성기의 형성이 접촉각을 감소시킨다는 사실은 접촉각의 변화를 통한 표면에너지를 구해봄으로써 알수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이 물과 포름아마이드를 이용하여 측정한 접촉각으로부터 수학적 계산에 의하여 표면에너지를 구한 것이 도 4에 나타나 있다. 상기 표면에너지는 극성에너지와 분산에너지로 이루어지며, 상기 도 4에 나타난 바와 같이, 이온빔을 조사함에 따라서 표면에너지는 증가하였으며, 이러한 표면에너지의 증가는 극성에너지의 증가에 의한 것이다. 상기 극성에너지는 극성용매와 친화력이 있는 친수성기에 의한 것이므로, 결과적으로 표면에너지의 증가는 PS 표면의 친수성기의 증가와 직접적인 관련이 있음을 알수 있다.As described above, the fact that the formation of the hydrophilic group reduces the contact angle can be seen by obtaining the surface energy through the change of the contact angle. As mentioned above, the surface energy is calculated by mathematical calculation from the contact angle measured using water and formamide. The surface energy is composed of polar energy and dispersed energy. As shown in FIG. 4, the surface energy increases as the ion beam is irradiated, and the increase of the surface energy is caused by the increase of the polar energy. Since the polar energy is due to the hydrophilic group having affinity with the polar solvent, it can be seen that the increase of the surface energy is directly related to the increase of the hydrophilic group on the PS surface.

따라서, 본 발명에 따라 이온빔을 조사하여 표면개질한 PS 표면에는 C-O 결합, C=O 결합, O-(C=O) 결합과 같은 친수성기가 형성되어 접촉각을 감소시켰다. 이 때, 반응성 기체로서 질소를 포함한 기체를 사용하였을 경우에는 탄소와 질소의 단일결합(C-N), 탄소와 질소의 이중결합(C=N)과 같은 친수성기가 형성된다.Therefore, hydrophilic groups such as C—O bonds, C═O bonds, and O— (C═O) bonds are formed on the surface of PS modified by irradiating the ion beam according to the present invention to reduce the contact angle. In this case, when a gas containing nitrogen is used as the reactive gas, hydrophilic groups such as a single bond of carbon and nitrogen (C-N) and a double bond of carbon and nitrogen (C = N) are formed.

종래의 PS 배양접시의 표면개질 방법에서 가장 문제가 되었던 것은 표면개질을 통하여 친수성기를 표면에 형성시킬 수는 있었으나, 물에 넣었을 경우에는 그 친수성기가 씻겨져 나가서 더 이상 표면개질된 특성을 보이지 않는다는 것이었다.The problem with the surface modification method of the conventional PS culture dish was that the hydrophilic group could be formed on the surface through surface modification, but when put into water, the hydrophilic group was washed away and no longer exhibited the surface-modified characteristics.

본 발명에 따라 표면개질된 PS 배양접시에서는 형성된 친수성기가 물에 씻겨나가지 않는 효과를 검증하기 위하여, 상기 이온보조반응에 의하여 표면개질된 PS 배양접시를 물 속에 넣어둔 다음 시간의 변화에 따른 접촉각의 변화를 측정한 것이 도 5에 나타나 있다.In the surface-modified PS culture dish according to the present invention, in order to verify the effect that the formed hydrophilic group is not washed out in water, the contact angle of the surface-modified PS culture dish by the ion assist reaction in the following time is changed according to the change of time. The change measured is shown in FIG. 5.

상기 도 5에는 상기 이온보조반응에 의하여 표면개질된 PS 배양접시를 공기 중에 노출시킨 경우와 물 속에 넣은 경우의 두 그래프가 나타나 있다. 상기 도 5에 나타난 바와 같이, 공기 중에 노출시킨 경우 시간에 따라 접촉각이 증가하였으며, 이것은 고분자 내의 결합체인의 회전에 의한 현상으로서, 물에 넣으면 다시 낮은 접촉각으로 줄어든다. 물에 넣어서 보관한 경우에는 시간이 1000분까지 증가하여도 접촉각은 초기의 값에서 거의 변하지 않았으며, 이것은 이온보조반응에 의해 형성된 친수성기가 물에 씻겨 나가지 않고 표면에 그대로 존재함을 의미한다. 따라서 이온보조반응에 의하여 표면개질된 PS 배양접시는 종래의 방법에 의해 표면개질된 배양접시보다 세포배양에 우수한 조건을 제공해준다.FIG. 5 shows two graphs of the surface-modified PS culture dish exposed by air and the case where it is placed in water. As shown in FIG. 5, when exposed to air, the contact angle increased with time, which is a phenomenon caused by the rotation of the binder chain in the polymer, and when it is put into water, the contact angle decreases again. When stored in water, the contact angle remained almost unchanged from the initial value even though the time was increased up to 1000 minutes, which means that the hydrophilic group formed by the ion assist reaction remained on the surface without being washed out by the water. Therefore, the PS culture plate surface-modified by the ion assist reaction provides superior conditions for cell culture than the surface plate cultured plate by the conventional method.

실제로 이온보조반응에 의해 표면개질된 PS 배양접시에 세포를 증식시켰을 경우의 결과가 도 6에 나타나 있다. 상기 도 6의 성장곡선을 얻기 위해, 표면처리를 하지 않은 상용 PS 배양접시와 이온보조반응에 의하여 1×1015이온개수/㎠ 및 5×1016이온개수/㎠ 의 아르곤이온으로 표면개질한 PS 배양접시에 쥐의 크롬친화성세포 12(pheochromocytoma cell 12, 이하 PC 12라 한다)을 성장시켰다. 이 때 PC 12를 선택한 이유는 신경세포의 일종인 PC 12는 다른 세포에 비해 환경변화에 민감하게 반응하고 표면에 대한 친화도도 낮아서 즉, 표면에 접착하기가 어려워서 배양하기가 까다롭기 때문이다. 상기한 바와 같은 PC 12를 6개씩 시이드(seed)한 후, 매 24시간마다 현미경하에서 세포의 개수를 계산하여 6일간 측정한 PC 12의 성장곡선이 상기 도 6이다.In fact, the result of proliferating cells in the PS culture dish surface-modified by the ion assist reaction is shown in FIG. In order to obtain the growth curve of FIG. 6, PS modified with argon ions of 1 × 10 15 ion counts / cm 2 and 5 × 10 16 ion counts / cm 2 by commercial PS culture dishes without surface treatment and ion assist reactions Rat chromophilized cells 12 (pheochromocytoma cell 12, hereinafter referred to as PC 12) were grown in a culture dish. At this time, PC 12 was selected because PC 12, a type of neuron, is more sensitive to environmental changes than other cells and has a low affinity for the surface, that is, it is difficult to culture because it is difficult to adhere to the surface. After seeding six PC 12s as described above, the growth curve of PC 12 measured for 6 days by counting the number of cells under a microscope every 24 hours is shown in FIG. 6.

도 6에 나타난 바와 같이, 배양하기가 까다로운 PC 12가 상용 PS 배양접시에서는 거의 다 사멸된 반면에, 상기 이온보조반응에 의해 표면개질한 PS 배양접시에서는 잘 배양되었으므로 세포배양에 월등히 좋은 조건을 제공해 줌을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, PC 12, which is difficult to cultivate, is almost completely killed in a commercial PS culture dish, whereas it is well cultured in a PS culture dish surface-modified by the ion assist reaction, thereby providing excellent conditions for cell culture. You can see the zoom.

상기 도 6에서, 제0일에 비해 제1일의 세포수가 작은 이유은 제0일에 시이드한 세포 중에서 PS 배양접시의 표면에 접착한 세포만이 성장하고 표면에 접착하지 못한 나머지 세포들은 모두 사멸되었기 때문이다. 또한, 2~3일 후에는 상기 표면에 접착하여 성장한 세포의 개수가 접착된 최초 개수의 거의 두배가 되었으며, 세포가 거의 포화되는 제 4일부터는 세포의 수가 점점 감소하였다.In FIG. 6, the number of cells on the first day is smaller than that on day 0. Among the cells seeded on day 0, only the cells adhered to the surface of the PS culture dish grow and all remaining cells that do not adhere to the surface die. Because In addition, after 2 to 3 days, the number of cells grown by adhering to the surface was almost doubled to the initial number of cells adhered, and the number of cells gradually decreased from day 4 when the cells were almost saturated.

세포는 배양접시의 바닥면에서 배양시키므로 옆면의 접착성이 크게 중요하지는 않지만, 상기 이온빔은 중앙에서부터 바깥쪽으로 퍼지므로, 바닥면과 수직인 옆면을 포함한 상기 고분자 배양접시의 표면 전체에 상기 이온빔을 조사할 수 있어서, 고분자 배양접시의 전 표면을 개질할 수 있다.Since the cells are cultured at the bottom of the culture dish, the adhesion of the side surfaces is not important, but since the ion beam spreads outward from the center, the ion beam is irradiated to the entire surface of the polymer culture dish including the side surface perpendicular to the bottom surface. In this way, the entire surface of the polymer culture dish can be modified.

이상, 고분자 배양접시 중에서 일반적으로 사용되는 PS 배양접시를 이온보조반응에 의하여 표면개질한 예를 개시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, PS이외의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등으로 이루어진 고분자 배양접시의 표면개질에 관한 것이다.As described above, an example of surface modification of a PS culture plate generally used in a polymer culture plate by an ion assist reaction is disclosed, but the present invention is not limited thereto, and a polymer made of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, etc. other than PS is used. It relates to the surface modification of the culture dish.

상기한 바와 같이, 이온보조반응에 의하여 표면개질한 PS 배양접시는 상용 PS 배양접시 또는 종래의 방법으로 표면개질한 PS 배양접시에 비해, 접촉각이 훨씬 낮으므로, 접착력이 매우 낮아서 배양하기 어려운 세포의 경우에도 잘 배양할 수 있을 만큼 세포배양에 월등히 우수한 조건을 제공해주는 효과가 있다.As described above, the PS culture plate surface-modified by the ion assist reaction is much lower in contact angle than the commercial PS culture plate or the surface-modified PS culture plate by the conventional method, so that the adhesion strength is very low and the cells are difficult to culture. In this case, it is effective to provide excellent conditions for cell culture enough to be well cultured.

또한, 1 keV 정도의 낮은 에너지를 가진 이온을 조사함으로써 고분자내의 결합체인을 끊지않으므로, 표면에 형성된 친수성기가 물에도 씻겨나가지 않는 효과가 있다.In addition, by irradiating ions with a low energy of about 1 keV, the binder in the polymer is not interrupted, so that the hydrophilic groups formed on the surface are not washed out in water.

또한, 같은 실험장치에서 같은 실험변수하에 실험하였을 때, 같은 결과를 나타내는 재현성이 우수한 효과가 있다.In addition, when the experiment under the same experimental variable in the same experimental device, there is an effect excellent in reproducibility showing the same result.

Claims (7)

고분자 배양접시 표면으로, 반응성 기체를 유입시키면서 2000 eV 이하의 에너지를 가진 이온빔을 조사시킴으로써 상기 이온빔으로 고분자 배양접시의 표면을 활성화 시키면서 활성화된 고분자 배양접시 표면과 상기 반응성 기체를 반응시켜 그 표면에 친수성기를 형성시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 배양접시의 표면개질 방법.By irradiating an ion beam having an energy of 2000 eV or less while introducing a reactive gas to the surface of the polymer culture plate, the surface of the polymer culture plate and the reactive gas are reacted with the activated polymer culture plate while activating the surface of the polymer culture plate with the ion beam. Surface modification method of the polymer culture plate, characterized in that to form a. 제1항에 있어서, 상기 반응성 기체는 산소, 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 오존 및 그들의 혼합기체 중에서 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 배양접시의 표면개질 방법.The method of claim 1, wherein the reactive gas is one of oxygen, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, ozone, and a mixture thereof. 제1항에 있어서, 상기 이온원은 콜드 할로우 캐쏘드 (cold hallow cathode) 이온원과 카프만 식 (Kaufman type) 이온원, 라디오주파수(RF) 이온원, 그리고 고주파수(HF) 이온원 중의 하나로서, 저에너지 영역에서 높은 이온빔 밀도를 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 고분자 배양접시의 표면개질 방법.The method of claim 1, wherein the ion source is one of a cold hallow cathode ion source, a Kaufman type ion source, a radio frequency (RF) ion source, and a high frequency (HF) ion source. A method for surface modification of a polymer culture dish, characterized in that a high ion beam density can be obtained in a low energy region. 제1항에 있어서, 상기 고분자 배양접시에 조사하는 이온의 개수는 1 ㎠의 면적당 1×1014~ 1×1017개인 것을 특징으로 하는 고분자 배양접시의 표면개질 방법.The method of claim 1, wherein the number of ions irradiated to the polymer culture dish is 1 × 10 14 to 1 × 10 17 per 1 cm 2 area. 제1항에 있어서, 상기 친수성기는 C-O 결합, C=O 결합, O-(C=O) 결합, C-N 결합, C=N 결합 중의 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 배양접시의 표면개질 방법.The surface of the polymer culture plate according to claim 1, wherein the hydrophilic group comprises one or two or more of a CO bond, a C═O bond, an O— (C═O) bond, a CN bond, and a C═N bond. Reforming method. 제1항에 있어서, 상기 고분자 배양접시는 폴리스타이렌(poly styrene), 폴리에틸렌(poly ethylene), 폴리프로필렌(poly prophylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly ethylene terephtalate) 중의 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 배양접시의 표면개질 방법.The surface of the polymer culture plate of claim 1, wherein the polymer culture plate is made of one of polystyrene, polyethylene, polyprophylene, and polyethylene terephtalate. Reforming method. 폴리스타이렌(po1y styrene), 폴리에틸렌(poly ethylene), 폴리프로필렌(poly prophylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly ethylene terephtalate) 중의 하나로 이루어지는 고분자 배양접시로서, 2000 eV 이하의 에너지를 가지는 이온빔을 조사시켜 고분자 배양접시 표면을 활성화시키면서 활성화된 고분자 배양접시 표면과 반응성 기체를 반응시킴으로써 그 표면에 물에 씻겨나가지 않는 친수성기가 형성된 것을 특징으로 하는 고분자 배양접시.A polymer culture plate made of one of polystyrene, poly ethylene, poly prophylene, and polyethylene terephtalate. The surface of the polymer plate is irradiated with an ion beam having an energy of 2000 eV or less. A polymer culture plate, characterized in that a hydrophilic group is not washed out in water by reacting an activated gas with a reactive gas surface while activating the plate.
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