KR100700342B1 - 세포 고정장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세포 고정장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 펌프에 연결관을 연결하고, 상기 연결관은 타측은 개방되며 그 내부공간의 단면이 타측으로 가면서 연속적으로 커지는 형상으로써 전달된 흡입력을 이용하여 세포를 고정시키는 고정관에 연결되도록 구성된 세포고정장치가 제공된다. 또한, 실리콘 단결정으로 형성된 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 질화막 위에 포토마스크층을 형성하는 단계, 포토마스크층으로부터 포토마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토마스크 패턴을 이용하여 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘 질화막 패턴을 형성하는 단계, 상기 실리콘 질화막 패턴을 이용하여 상기 웨이퍼를 이방성 식각하는 단계, 상기 칩을 소정의 모양으로 절단하여 고정관을 완성하는 단계, 별도의 칩에 관통 구멍을 형성하여 연결관을 완성하는 단계; 및 상기 고정관에 연결관을 연결하고, 연결관의 끝단에 펌프를 장착하는 단계를 포함하는 세포고정장치의 제조방법이 제공된다. 이로 인하여 세포를 안정적으로 고정할 수 있어서 세포 연구를 촉진시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제작성이 우수하고 자동화하기 쉬운 효과가 있다.

세포, 세포고정장치, 이방성 식각, 사각뿔대

Description

세포 고정장치 및 그 제조방법 {APPARATUS FOR THE HOLDER OF CELL AND A METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}

도 1은 종래의 세포고정장치의 일예를 도시한 단면도이다.

도 2는 종래의 세포고정장치에 힘을 가했을 때 세포의 모습을 보인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포고정장치를 도시한 사시도이다.

도 4은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정관을 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세포고정장치를 도시한 사시도이다.

도 6는 본 발명의 제 3실시예에 따른 세포고정장치를 도시한 단면도이다.

도 7(A)는 에칭 공정에 따른 면의 방향 및 형상을 도시한 단면도이다.

도 7(B)는 에칭 공정에 따른 면을 도시한 상측면도이다.

도 8(A) 내지 (E)는 본 발명에 따른 세포고정장치의 제조공정을 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 세포고정장치 110: 펌프

120: 연결관 130, 230: 고정관

140: 가습기 141: 습기

200: 세포 250: 보조관

251: 연결구멍 500: 실리콘 웨이퍼
510: 질화막 520: 포토마스크

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본 발명은 세포 고정장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 세포를 안정적으로 고정할 수 있어서 세포 연구를 촉진시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제작성이 우수하고 세포 조작 작업을 자동화하기 좋은 세포 고정장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 인간 배아 줄기세포가 질병 치료에 유용하다고 생각한 많은 연구자들은 알츠하이머병, 암, 파킨슨병 등 각종 난치병을 치료하기 위한 활발한 연구를 진행하고 있다. 즉, 배아 줄기세포를 신체의 각종 장기나 조직으로 분화시키는 인체신호 체계를 있는 새로운 세포도 만들어 낼 수 있다. 그러나 연구자들에게는 질병이 발생한 조직과 기관을 재생 또는 대체할 수 세포를 분리, 저장, 선별 또는 고정 및 이동시키기 위한 장비가 필수적임에도 불구하고, 이에 대한 연구가 부족한 실정이다.

150마이크로미터 정도되는 난자의 물리적인 미세조작을 위하여는 자동화된 미세조작기가 필수적이며, 이를 위해 난자 등 세포의 위치를 고정시키는 세포고정장치의 필요성이 크게 대두되었다. 만약, 세포고정장치에 의하여 세포의 고정이 불완전하게 이루어지면, 연구의 진도가 느려짐은 물론이고 연구자가 작업을 할 경우에 정확한 조작이 불가능하게 된다.

또한 기존의 세포조작 방법은 세포 성질의 변화를 막기 위해 등장액 속에서만 조작이 가능하였다. 이는 등장액 밖에서 조작을 할 경우 세포가 장시간 공기 중에 노출됨에 따라 세포성질의 변화를 일으키게 된다는 점이다. 이러한 문제는 세포를 응용한 거의 대부분의 연구 분야에서 일어나는 문제로써, 예를 들어 배아복제뿐만 아니라 세포이식 연구, 세포 은행 연구, 분화조절 기술, 난치병의 세포치료법 개발, 유전체나 단백질 정보 네트워크 구축 및 동물 세포를 이용한 치료 물질의 개발 등에서 발생한다.

보다 자세한 설명을 위하여 도 1을 제시한다. 도 1은 종래의 세포고정장치의 일예를 도시한 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 세포고정장치(10)는 흡입력을 발생시키는 펌프(11)와, 상기 펌프(11)에 연결되는 흡착관(12)으로 이루어진다. 상기 흡착관(12)은 상기 펌프(11)와 연결되는 관부(13)와, 상기 관부(13)에 연장 형성되며 작은 직경을 가지며 세포(20)와 접하는 목부(14)로 이루어지는데, 상기 관부(13) 및 목부(14)는 그 내부가 비어있어서, 펌프(11)가 생산하는 흡입력을 관부(13)와 목부(14)의 내부 공간을 통하여 세포(20)까지 전달하는 역할을 한다.

이와 같은 세포고정장치(10)(통칭 홀딩 피펫)는 일반적으로 유리관을 이용하 여 제작한다. 먼저 유리관의 일부를 가열한 후, 길이방향으로 잡아 당겨서 직경이 가늘어지는 목부(14)를 형성한다. 원하는 직경을 갖는 목부(14)가 형성되면 냉각 후에 이를 절단하여 사용한다. 그 후 유리관에 펌프(11)를 장착하여 흡입력을 제공하게 된다.

이와 같이 구성된 종래의 세포고정장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저 펌프(11)에서 발생된 흡입력은 관부(13) 및 목부(14)를 통하여 세포(20)까지 전달되게 되며, 세포(20)는 목부(14)의 끝단면과 흡착하게 된다. 이 때 목부(14)는 그 직경이 작을수록 더욱 큰 흡착력으로 세포(20)를 고정시킬 수 있게 된다. 연구자(30)는 주사기나 침 등의 조작기(40)를 통하여 세포(20)를 조작하게 된다.

하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 세포(20)에 조작기(40)를 통하여 과다한 힘을 가하게 되면 세포(20)는 초기에 흡착된 위치를 이탈하게 되며, 더욱 큰 힘을 가하면 세포(20)가 목부(14)의 끝단면에서 이탈할 가능성도 있게 된다. 목부(14)의 직경을 작게하면 단위 면적당 흡착력의 세기가 커지므로 세포(20)를 더욱 견고하게 고정시킬 수 있으나, 이에 비례하여 세포(20)에 힘을 가했을 경우에는 목부(14)의 좁은 직경으로 인하여 세포(20)가 이탈할 가능성도 커지는 것이다. 따라서 연구자가 원하는 연구를 수행할 수 없게 되며, 연구시간이 오래 걸려서 심지어 세포의 성질이 변하기도 하는 문제점이 있었다.

또한, 이와 같은 종래의 세포고정장치는 센서 등을 장착하여 자동화시키기 어려우며, 숙련된 전문가가 아니고서는 조작기를 통해 세포에 가하는 힘을 조절하 기 어렵기 때문에 세포의 위치 변경으로 인한 연구의 지연을 피할 수 없는 문제점이 있었다. 이뿐 아니라 세포를 안정적으로 고정시키기 위하여 펌프를 이용해 흡입력을 크게 할 경우에는, 세포와 목부사이의 접촉압력이 집중되어 세포의 모양이 변하거나 심지어는 세포가 파괴되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 본 발명의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 세포를 견고하게 고정할 수 있는 세포고정장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 세포의 형상을 변화시키지 않으면서도 안정적으로 세포를 고정시킬 수 있는 세포고정장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 조작 단계를 자동화시키기가 용이하여 세포에 관한 연구를 촉진시킬 수 있는 세포 고정장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제4 목적은 제작하기 용이하여 생산성이 높으면서도 제작단가가 저렴한 세포 고정장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 세포 고정장치는 흡입력을 발생시키는 펌프, 상기 펌프와 연결되는 연결관, 및 일측은 상기 연결관에 연결되고 타측은 개방되며 그 내부공간의 단면이 타측으로 가면서 연속적으로 커지는 형상으로써 전달된 흡입력을 이용하여 세포를 고정시키는 고정관 을 포함한다.

상기 고정관의 형상은 다양하게 구성할 수 있으나, 속이 빈 사각뿔대 모양인 것이 바람직하며, 그 측면이 수평으로 기울어진 각도는 50도 내지 60 도 사이인 것이 좋다. 또한, 상기 고정관은 실리콘 단결정 웨이퍼로부터 에칭 공정을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 또한 그를 이용한 성형틀을 제작하여 다양한 중합체, 그 중 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS)을 그 재질로 하여 주물 공정을 통해 그 형상을 형성하는 것 또한 가능하다.

상기 세포고정장치는 세포에 습기를 제공하는 가습기를 더 포함하며, 상기 가습기는 초음파를 이용하여 습기를 생산하는 것이 바람직하다.

상기 세포고정장치는 일측은 상기 고정관의 측벽면을 통해 상기 고정관의 내부공간과 연통되며, 타측은 개방되어 연구자가 조작기를 관통하여 세포의 측면을 조작할 수 있는 보조가이드를 더 포함한다. 또한, 상기 세포고정장치는 일측은 상기 고정관의 측벽면을 통해 상기 고정관의 내부공간과 연통되며, 타측은 별도의 펌프와 연결되어 상기 고정관의 내부공간의 압력을 변화시킬 수 있는 미세조절관을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 고정관은 복수 개로써 한개의 칩 안에 여러 고정관을 성형하여 복수의 세포를 동시에 고정시킬 수 있도록 구성되는 것 또한 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 세포고정장치의 제조방법은 실리콘 단결정으로 형성된 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하는 단계, 상기 실리콘 질화막 위에 포토마스크층을 형성하는 단계, 포토마스크층으로부터 포토마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토마스크 패턴을 이용하여 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘 질화막 패턴을 형성하는 단계; 상기 실리콘 질화막 패턴을 이용하여 상기 웨이퍼를 이방성 식각하는 단계; 상기 칩을 소정의 모양으로 절단하여 고정관을 완성하는 단계; 별도의 칩에 관통 구멍을 형성하여 연결관을 완성하는 단계; 및 상기 고정관에 연결관을 연결하고, 연결관의 끝단에 펌프를 장착하는 단계를 포함한다.

상기 실리콘 질화막을 형성하는 단계 전에 웨이퍼의 표면을 클리닝 용액으로 이용하여 청소하는 단계를 더 포함하며, 상기 실리콘 질화막을 형성하는 단계는 저압화학 기상증착(LPCVD) 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 식각하는 단계는 KOH 수용액에서 습식식각을 통해 에칭을 하는 것이 좋으며, 상기 고정관을 완성하는 단계는 그 전에 칩의 표면에 잔류한 포토마스크를 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 세포고정장치의 제조방법은 하나의 칩에 복수의 위치에서 동시에 식각을 진행하여 원하는 모양을 선택하여 사용하고 나머지는 접착제로 메꾸는 것이 바람직하다. 상기 접착제는 에폭시가 바람직하다.

상기 세포고정장치의 제조방법은 하나의 칩내에 다양한 크기의 고정관을 복수의 위치에서 동시에 식각을 진행하여 차후에 원하는 모양을 선택하여 사용하고 나머지는 접착제로 메꾸는 것이 좋으며, 상기 포토마스크를 칩 가장자리가 습식식각에 노출이 되도록 디자인하여 습식식각 후 자동적으로 칩이 원하는 크기로 잘려지도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 세포고정장치의 제조방법은 그 칩 가장자리가 완전 분리되지 않고 미세한 부분이 잔존하여 칩들이 식각용액인 KOH수용액 용기 안으로 떨어지지 않 고 붙어 있도록 포토마스크를 디자인하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예1

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포고정장치를 도시한 사시도이고, 도 4은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정관을 도시한 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 세포고정장치(100)는 펌프(110), 연결관(120) 및 고정관(130)을 포함한다.

본 세포고정장치(100)를 이용하여 고정시킬 수 있는 세포(200)는 사람 및 동물의 난자, 백혈구뿐만 아니라 기타 생물학적 미세구조물을 총칭한다.

상기 펌프(110)는 내부에 팬 등을 구비하며, 공기의 일방향 흐름을 만들어 흡입력을 생산한다. 상기 펌프(110)는 연결관(120)과 연결된다.

상기 연결관(120)은 내부에 중공을 가지는 관으로써, 펌프에서 생산한 흡입력을 전달한다. 상기 연결관(120)은 그 형상을 다양하게 구성할 수 있음은 물론이며, 직경도 길이에 따라 가변되게 구성할 수 있다. 상기 연결관(120)은 이방성 또는 등방성 에칭을 통해 제작하는 것이 바람직하며, 연결관(120)의 내부 중공의 형상은 사각뿔대, 반구 등 다양하게 구성할 수 있다.

상기 고정관(130)은 상측 및 하측이 개방된 속이 빈 사각뿔대 모양으로 형성되며, 그 측면이 수평으로부터 기울어진 각도(θ)는 약 55도를 이룬다. 상기 각도( θ)는 이방성 에칭의 결과로 나타난 각도이며 이론적으로는 54.74 도이다. 이는 면방위 (1 0 0) 실리콘을 이방성 에칭했을 때 면방위 (1 1 1) 면이 갖는 각도를 말한다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 하며, 실제로는 각도상 약간의 오차를 가진다. 따라서, 수평으로부터 기울어진 각도가 50도 내지 60 도 사이일 수 있다. 상기 고정관(130)은 그 일측은 연결관(120)과 연결되며, 개방된 타측은 세포(200)와 고정관(130)의 측면이 접하여 흡착시키게 된다.

상기 고정관(130)은 그 재질이 생화학적으로 안정한 물질인 실리콘 산화막으로 덮이게 되는 실리콘 단결정 웨이퍼로 형성이 되며, 에칭 공정을 통해 그 형상이 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 고정관(130)은 폴리머를 이용하여 성형틀을 만들어서 탄성을 지니고 있는 고분자 중합체(elastomer)를 몰딩 형성할 수 있으며, 특히 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS)을 그 재질로 하여 제작하는 것이 바람직하다. 이를 PDMS 캐스팅이라고 하는데, X-ray 식각기술(X-ray lithography), 정밀도금기술(Electroplating), 정밀 사출기술(Moulding)이 기본 공정으로 이루어진다. 즉, 주형틀을 먼저 제작하여 가소성 재질을 이용하여 사출 공법을 이용하여 제작할 수 있다.

상기 세포고정장치(100)는 등장액 속에서도 사용 가능하나, 공기 중에서도 조작이 가능하도록 세포(200)에 습기(141)를 제공하는 가습기(140)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 가습기(140)의 역할은 세포(200)가 공기 중에 노출되어 건조되는 것을 방지하기 위함이며, 항상 세포가 탱탱한 상태로 부풀어 올라 있도록 유지시켜 주는 역할을 한다. 세포(200) 주위에는 충분한 습기를 제공하여 마치 세 포(200)가 액체에 담겨 있는 것과 같은 효과를 볼 수 있도록 한다. 이와 같이 세포(200)가 일정 부피 이하로 수축하는 것을 방지하여 고정관(130)에 세포(200)가 흡착을 잘 유지할 수 있는 효과를 볼 수 있다.

상기 가습기(140)는 초음파를 이용하여 습기를 생산하는 것이 좋다. 초음파 가습기는 전자회로에서 만들어진 초음파 신호를 특수한 초음파 진동자(압전 세라믹스 등)에 가함으로써, 진동을 만들고 초음파를 발생시키며, 이 진동자를 얕은 물의 밑바닥에 설치하면 그 진동의 효과로 물이 미세한 알갱이 상태로 튀어나가게 되는 것이다. 이와 같은 원리로 안개 같은 수증기가 공기 중에 뿜어져 습도를 유지한다. 그러므로 굳이 가열을 해 높은 온도를 만들 필요가 없으므로, 가습기로 인하여 실험을 위한 온도조건이 변화하는 일을 방지한다.

상기와 같은 구성을 갖는 세포 고정장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

펌프(110)를 가동하여 흡입력을 발생시키면 연결관(120)을 통해 고정관(130)으로 흡입력이 전달된다. 세포(200)를 고정관(130)의 개방된 입구측으로 운반하면 흡입력에 의하여 고정관(130)으로 흡입되다가 고정관(130)의 내측벽면에 의하여 지지되면서 흡착되게 된다. 연구자가 세포(200)에 실험을 위한 조작을 가하게 되면, 세포(200)는 고정관(130)의 내측벽면에 의하여 안정적으로 고정되므로 위치의 변위를 일으키지 않게 된다.

이 때, 세포(200)의 주위공기는 가습기(140)에 의하여 습기(141)가 지속적으로 제공됨으로 세포(200)가 탱탱한 상태로 항상 부풀어 올라 있어서 세포(200)가 흡착을 잘 유지할 수 있도록 한다. 또한, 세포는 고정관(130)의 벽면에 의하여 지 지되므로 당겨지는 힘이 접촉면에 분산되어 세포막의 손상을 최소화할 수 있다.

실시예2

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세포고정장치를 도시한 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 세포고정장치(100)는 고정관(230)의 측벽면을 통해 고정관(230)의 내부공간과 연통되는 보조관(250)을 더 포함한다. 상기 보조관(250)은 그 직경 및 단면 형상은 다양하게 구현할 수 있다. 상기 보조관(250)은 그 일측은 상기 고정관(230)과 연결구멍(251)을 통하여 연통되며, 그 타측은 개방된다.

연구자는 주사기나 침 등의 조작기(40)를 보조관(250)에 관통하여 세포의 측면을 손쉽게 조작할 수 있다. 이때, 보조관(250)을 통하여 공기의 소통으로 인한 고정관(230) 내부의 흡입력이 손실되는 것을 방지하기 위하여 상기 연결구멍(251)은 고정관(230)과 세포의 접촉면 상부에 위치하는 것이 좋다. 만약, 상기 보조관(250)의 타측을 조작기(40)가 들어가 있는 채로 밀봉한다면 상기 연결구멍(251)은 고정관(230)과 세포의 접촉면 상부에 한정될 필요가 없다.

또한, 상기 보조관(250)은 위의 용도와는 다르게 사용할 수도 있는데, 상기 보조관(250)의 타측을 다른 펌프와 연결하여 상기 고정관(230) 의 내부공간의 흡입력을 미세하게 제어하는데 사용할 수 있다. 이 경우에는 상기 보조관(250)의 직경을 연결관(120)의 직경보다 작게 형성하여 미세한 흡입력의 변화를 조절할 수 있도록 구성할 수도 있다. 또한, 상기 보조관을 복수 개로 구성하여 한 개는 별도의 펌 프와 연결하여 흡입력을 미세 제어하는데 사용하고, 다른 한 개는 조작기가 관통하여 세포의 측면을 조작할 수 있도록 할 수 있다.

실시예3

도 6는 본 발명의 제 3실시예에 따른 세포고정장치를 도시한 단면도이다.

실리콘 단결정 웨이퍼(330)는 일정한 각도로 이방식각이 이루어 지므로 조작하고자 하는 세포의 크기에 따라서 사각뿔을 형성 할 수는 있으나 하부에 연결관(120)을 형성하기 위해서는 도 7(A)(B)의 에칭 공정에 따른 질화물 식각면의 크기에 수학식 1과 같은 상관관계가 발생하게 된다.

L= 2*T*tan^-1 54.74 + B.

현재 웨이퍼 제조 공정상의 한계로 T의 최소한계는 약 230마이크론 정도이다. 이때 L의 크기가 2*230* tan^-1 54.74 (약, 322마이크론)보다 작게 되면 하부에 구멍이 뚫리지 않게 되어 펌프를 통한 세포 고정이 불가능하게 된다. 따라서 이를 해결하기 위하여 하부에 또 하나의 패턴을 형성하여 양면 사진식각기를 이용하여 질화막을 식각하여 양쪽에서 KOH 실리콘 이방식각이 가능하도록 하여 그러한 문제를 해결하게 되며, 이를 통하여 보다 작은 사각뿔을 제작하여 작은 세포를 효과적으로 조작할 수 있도록 고정장치를 제작할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 세포고정장치의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 7(A)(B)는 에칭 공정에 따라 사각뿔대의 고정대를 만드는 원리를 도시한 도면으로서, 도 7(A)는 에칭 공정에 따른 면의 방향 및 형상을 도시한 단면도이고, 도 7(B)는 에칭 공정에 따른 면을 도시한 상측면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 결정학상 이방성(anisotropy) 성질을 가지는 실리콘 칩(500)은 면방위 (1 1 1) 방향으로의 분해속도가 면방위 (1 0 0)과 (1 1 0) 방향으로의 분해속도보다 느리다는 성질을 이용한 것이다. 일반적으로 알려진 바와 같이, KOH 수용액에 습식 에칭을 시켰을 때 면방위 (1 1 1): (1 0 0): (1 1 0) 방향으로의 식각속도의 비는 1: 300~400: 600 정도이다. 따라서, 이러한 식각속도의 비에 따라 사각뿔대 모양으로 에칭이 진행되며, 그 측면과 기울어진 각도(θ)는 이론적으로 54.74도를 이룬다. 따라서, 이러한 이방성 실리콘의 성질을 이용하여 본 발명의 고정관을 제작하게 된다.

그 자세한 공정을 도 8에 도시하였다. 도 8(A) 내지 (E)는 본 발명에 따른 세포고정장치의 제조공정을 도시한 단면도이다.

본 세포고정장치의 제조 공정은 먼저, 도8(A)에 도시된 바와 같이, 이방성의 성질을 갖는 실리콘 웨이퍼(500)를 준비한 후, 그 표면에 존재하는 오염 물질을 제거하는 클리닝 (cleaning) 용액을 통해 청소 한다. 이때, 클리닝 용액은 150 도에서 H₂SO₄ 와 H₂O₂를 1:1 로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.

다음, 도 8(B)에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 칩(500)위에 저압화학 기상증착(LPCVD)방법을 통해 실리콘 질화막(510, SixNy)을 형성한다. 상기 실리콘 질화 막(510, SixNy) 위에는 고온 산화막(HTO)을 형성시킬 수도 있다. 이때, 상기 실리콘 칩은 실리콘 산화막이 그 노출면에 자연 형성된다.

다음, 도 8(C)에 도시된 바와 같이, 반응성 이온 에칭법(RIE: Reactive Ion Etching)을 이용하여 CF₄ 가스 환경에서 노광 및 현상시켜 포토마스크(520)층을 형성한다. 그후, 사진 식각과정을 통하여 식각하게 되는데, 포토마스크층으로부터 포토마스크 패턴을 형성한 후, 상기 포토마스크 패턴을 이용하여 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘 질화막 패턴을 형성한다.

다음, 도 8(D)에 도시된 바와 같이, KOH 수용액에서 습식식각을 통하여 이방성 에칭을 하게 된다. 이때, 포토마스크(520) 층이 없는 부분을 식각하게 된다.

다음, 도 8(E)에 도시된 바와 같이, 남아있는 포토마스크를 제거한다. 그 후, 칩을 소정모양으로 절단하여 고정관을 만들 수 있는 것이다.

고정관을 완성하는 또 다른 방법으로써, 한 기판에는 복수개의 칩이 들어가 있고, 이 칩에는 한 개의 고정관만을 식각하는 것이 아니라 복수 위치에서 식각을 진행하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 원하는 모양을 선택하여 사용하고, 나머지는 에폭시 등의 접착제로 메꿈으로서 우수한 수율을 달성할 수 있다. 예를 들어 한 개의 칩에는 6~10개를 만들고, 가장 잘 식각되어 원하는 모양으로 생산된 부분을 제외하고는 모두 에폭시로 메꾸어서 수율 100%를 달성할 수 있게 하는 것이다.

또한 기판에 다수 제작된 칩을 분리하기 위한 절단공정을 제거하기 위하여, 칩의 가장자리마다 KOH용액 비등방성 에칭시 칩 가장자리의 실리콘 기판이 식각되 어 자동적으로 칩이 분리될 수 있도록 식각용 포토마스크를 디자인 할 수 있다. 이는 절단 공정을 생략할 수 있어서 좋은 장점이 있다. 또한, 이 절단용 패턴은 칩의 가장자리의 98%만 습식식각이 되도록 하여 습식식각이 끝난 후 쉽게 분리할 수 있도록 하는 것이 좋을 수도 있다. 이는 식각용액 속으로 분리되어 분실의 위험을 방지할 수 있는 방법이 된다.

다음, 에칭이나 기타의 방법으로 관통 구멍을 형성하여 연결관을 제작한 후 이를 고정관과 연통하도록 배열한다. 이 때, 상기 연결관이 형성된 칩 위에는 상기 고정관이 장착될 수 있도록 홈을 형성할 수도 있으며, 상기 고정관과 연결관 사이에는 고무 패킹(packing) 등을 게재할 수도 있다.

이와는 달리 상기 고정관의 관통 구멍은 에칭이 아닌 레이저를 이용하여 관통 구멍을 형성하고 상기 멤브레인 층을 별도로 형성하여 후에 접합하여 제작할 수도 있다. 그 후에는 펌프와 연결관을 연결시킴으로서 세포고정장치를 완성할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 세포고정장치를 이용하면 세포를 견고하게 고정할 수 있어서 연구자가 자유롭게 세포를 조작할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한, 세포는 고정관의 벽면에 의하여 지지되므로 접촉력이 분산되어 세포의 형상을 변화시키지 않으면서도 안정적으로 세포를 고정시킬 수 있어서, 연구를 촉진시킬 수 있다.

또한, 보조관을 사용하여 세포의 측면까지 조작할 수 있을 뿐만 아니라 고 정관 내부의 미세 압력도 조절할 수 있는 등 자동화하는 데 적합하다.

또한, 반도체 에칭 기술을 이용하여 제작하기 때문에 생산성이 높고, 제작단가가 낮은 세포고정장치를 제조할 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

1. 흡입력을 발생시키는 펌프(110);

   상기 펌프(100)와 연결되는 연결관(120); 및

   일측은 상기 연결관(120)에 연결되고 타측은 개방되며 그 내부공간의 단면이 타측으로 가면서 연속적으로 커지는 형상으로써 전달된 흡입력을 이용하여 세포를 고정시키는 고정관(130,230);

   을 포함하는 세포고정장치(100).
2. 제1항에 있어서,

   상기 고정관(130,230)은 그 내부공간이 사각뿔대 모양인 것을 특징으로 하는 세포고정장치(100).
3. 제2항에 있어서,

   상기 고정관(130,230)은 그 측면이 수평으로부터 기울어진 각도가 도 50 내지 60 사이인 것을 특징으로 하는 세포고정장치(100).
4. 제1항에 있어서,

   상기 고정관(130,230)은 생화학적으로 안정한 실리콘 옥사이드가 그 접촉면에 자연형성되는 실리콘 단결정 웨이퍼를 그 재질로 하여 에칭 공정을 통해 그 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 세포고정장치(100).
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제작된 실리콘 세포고정장치(100)를 성형틀로 하여 고분자 중합체를 몰딩하여 제작한 것을 특징으로 하는 세포고정장치(100).
6. 제 1항에 있어서,

   세포에 습기를 제공하는 가습기(140)를 더 포함하는 세포고정장치(100).
7. 제 6항에 있어서,

   상기 가습기(140)는 초음파를 이용하여 습기(141)를 생산하는 것을 특징으로 하는 세포고정장치(100).
8. 제1항에 있어서,

   일측은 상기 고정관(130,230)의 측벽면을 통해 상기 고정관(130,230)의 내부공간과 연통되며, 타측은 개방되어 연구자가 조작기를 관통하여 세포의 측면을 조작할 수 있는 보조관(250)을 더 포함하는 세포고정장치(100).
9. 제4항에 있어서,

   상,하부에 각각 사진식각 공정을 통해 식각하여 식각된 부분이 서로 연통하게 함으로써 상기 실리콘 웨이퍼상에 연결관(120) 및 고정관(130,230)을 형성하는 세포 고정 장치(100).
10. 실리콘 단결정으로 형성된 웨이퍼 상에 실리콘 질화막을 형성하는 단계;

    상기 실리콘 질화막 위에 포토마스크층을 형성하는 단계;

    포토마스크층으로부터 포토마스크 패턴을 형성하는 단계;

    상기 포토마스크 패턴을 이용하여 실리콘 질화막을 식각하여 실리콘 질화막 패턴을 형성하는 단계;

    상기 실리콘 질화막 패턴을 이용하여 상기 웨이퍼를 이방성 식각하는 단계;

    상기 칩을 소정의 모양으로 절단하여 고정관을 완성하는 단계;

    별도의 칩에 관통 구멍을 형성하여 연결관을 완성하는 단계; 및

    상기 고정관에 연결관을 연결하고, 연결관의 끝단에 펌프를 장착하는 단계를 포함하는 세포고정장치의 제조방법.
11. 제10항에 있어서,

    하나의 칩내에 다양한 크기의 고정관을 복수의 위치에서 동시에 식각을 진행하여 차후에 원하는 모양을 선택하여 사용하고 나머지는 접착제로 메꾸는 것을 특징으로 하는 세포고정장치의 제조방법.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 실리콘 질화막을 형성하는 단계는 저압화학 기상증착(LPCVD) 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 세포고정장치의 제조방법.
13. 제11항에 있어서,

    상기 접착제는 에폭시인 것을 특징으로 하는 세포고정장치의 제조방법.
14. 제 10항에 있어서,

    상기 포토마스크를 칩 가장자리가 습식식각에 노출이 되도록 디자인하여 습식식각 후 자동적으로 칩이 원하는 크기로 잘려지도록 하는 세포고정장치의 제조 방법.
15. 제 14항에 있어서,

    그 칩 가장자리가 완전 분리되지 않고 미세한 부분이 잔존하여 칩들이 식각용액인 KOH수용액 용기 안으로 떨어지지 않고 붙어 있도록 포토마스크를 디자인하는 세포고정장치의 제조 방법.

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