KR100922232B1 - Method for Direct Patterning of live Cells using Electrohydrodynamic Printing Method and Device therefor - Google Patents

Method for Direct Patterning of live Cells using Electrohydrodynamic Printing Method and Device therefor Download PDF

Info

Publication number
KR100922232B1
KR100922232B1 KR1020080013180A KR20080013180A KR100922232B1 KR 100922232 B1 KR100922232 B1 KR 100922232B1 KR 1020080013180 A KR1020080013180 A KR 1020080013180A KR 20080013180 A KR20080013180 A KR 20080013180A KR 100922232 B1 KR100922232 B1 KR 100922232B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solution
cells
patterning
substrate
pattern
Prior art date
Application number
KR1020080013180A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20090087748A (en
Inventor
정효일
김주한
황정호
이대영
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020080013180A priority Critical patent/KR100922232B1/en
Publication of KR20090087748A publication Critical patent/KR20090087748A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100922232B1 publication Critical patent/KR100922232B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G01N33/56911Bacteria

Abstract

본 발명은 살아있는 생물세포의 미세패터닝 기술에 관한 것이다. 본 발명에서는 전기수력학적(electrohydrodynamic) 프린팅방식을 이용하여 직접적이고 빠르며 효율적으로 박테리아를 미세패터닝하는 방법, 이에 의해 형성된 미세패턴화된 생물세포를 포함하는 기판을 제공한다. 또한 살아있는 박테리아 세포의 패터닝형성을 위한 최적조건을 제공한다. 본 발명에 의하여 패터닝된 세포가 생존함을 실험을 통하여 확인하였다. 본 발명은 살아있는 세포의 생존률을 극대화하면서 패턴의 레졸루션을 최대화할 수 있도록 하는 바이오잉크를 제공하며, 또한 생세포를 패턴화하여 배양함으로써 조직공학, 생물-전자적장치, 바이오칩 등에 이용할 수 있는 바이오페이퍼를 제공한다.The present invention relates to a micropatterning technique of living biological cells. The present invention provides a method for micropatterning bacteria directly, quickly and efficiently using electrohydrodynamic printing, and a substrate including micropatterned biological cells formed thereby. It also provides optimal conditions for the patterning of living bacterial cells. It was confirmed through experiments that the cells patterned by the present invention survive. The present invention provides a bio-ink which can maximize the resolution of the pattern while maximizing the survival rate of living cells, and also provides a biopaper that can be used in tissue engineering, bio-electronic devices, biochips, etc. by culturing live cells by patterning them. do.

EHD, 박테리아세포, 패터닝 EHD, bacterial cells, patterning

Description

전기수력학 프린팅 기법을 이용한 살아있는 세포의 직접 패터닝 방법 및 장치{Method for Direct Patterning of live Cells using Electrohydrodynamic Printing Method and Device therefor}Method for direct patterning of live cells using electrohydrodynamic printing method and device therefor}

본 발명은 살아있는 세포를 패터닝하는 방법 및 이를 위한 장치, 이러한 방법에 의하여 패턴화된 세포를 포함하는 제품에 관한 것이다.The present invention relates to a method for patterning live cells and an apparatus therefor, and an article comprising the cells patterned by the method.

생세포(生細胞) 패터닝 기술은 세포성장을 조절하고, 세포를 기반으로 한 고정밀도의 분석방법의 개발, 조직공학, 생물-전자적 장치(bio-electronic devices)의 개발에 사용될 수 있는 중요한 기술이다. 세포의 미세패터닝과 국소공간상 배열은 세포공학 또는 조직공학분야에서 배양접시나 스캐폴드(scaffold) 위에 다양한 종류의 세포를 다루고 배치하는데 쓰여왔다. Live cell patterning technology is an important technology that can be used to regulate cell growth, develop cell-based high-precision analytical methods, tissue engineering, and develop bio-electronic devices. Micropatterning and local spatial arrangements have been used in cell and tissue engineering to handle and arrange various types of cells on culture plates or scaffolds.

생체물질의 미세패터닝 기술에 관련된 많은 연구가 되고 있으며, PDMS 스탬핑(Polydimethylsiloxane stamping), 미세유로법(microfluidic channeling), LGDW(laser guided direct writing) 및 잉크젯프린팅은 세포패터닝과 조직공학 분야의 떠오르는 기술이다. Much research has been done on micropatterning techniques for biomaterials, and PDMS stamping, microfluidic channeling, laser guided direct writing and inkjet printing are emerging technologies in cell patterning and tissue engineering. .

PDMS 스탬핑과 미세유로 패터닝(microfluidic channel patterning) 방법은 세포나 생체물질의 패터닝을 위해 마이크로 단위의 유로 구조를 이용한다[Noytmer PD 등 J Aero Sci 2000;31:1165-1172; Dertinger SKW 등 Anal Chem 2001;73:1240-1246; Takayama S 등 Proc Natl Acad Sci 1999;96:5545-5548]. 이들 방법은 단일세포 패터닝이 가능한 고해상도를 얻을 수 있는 강력한 방법이나 포토리소그래피 과정을 필요로 한다는 단점이 있다. 포토리소그래피공정을 사용하여야 한다는 것은 제조과정이 오래 걸리고, 복잡하고 정교한 제조과정이 필요하다는 것을 의미한다.PDMS stamping microchannels patterned (patterning microfluidic channel) method uses a flow path structure of a micro unit for the patterning of cells or biological material [such as PD Noytmer J Aero Sci 2000; 31: 1165-1172; Dertinger SKW et al. Anal Chem 2001; 73 : 1240-1246; Takayama S, etc. Proc Natl Acad Sci 1999; 96: 5545-5548. These methods have the disadvantage of requiring a powerful method for obtaining high resolution capable of single cell patterning or a photolithography process. The use of a photolithography process means that the manufacturing process takes a long time, and a complicated and sophisticated manufacturing process is required.

LGDW(laser guided direct writing) 방법도 단일 세포를 조절할 수 있다는 장점이 있으나, 공정이 너무 느리고 장치가 너무 비싸다는 단점이 있다.The laser guided direct writing (LWDW) method also has the advantage of controlling single cells, but the disadvantages are that the process is too slow and the device is too expensive.

잉크젯 프린팅은 상용화되어 있는 잉크젯프린터를 사용하므로 응용이 쉽고 저가이며 속도가 빠르고 조작이 쉽다는 장점이 있다. 따라서 잉크젯프린터를 사용하여 박테리아 콜로니 어레이를 패턴화하려는 시도가 되었으나[Roth EA 등 Biomaterials 2004;25:3707-3715; Xu T 등 Biomaterials 2005;26:93-99 ], 프린터의 노즐이 너무 작아서 노즐막힘현상이 자주 일어나며 버블스프레이를 하기 위한 열처리과정이 열(heat)에 민감한 생체물질에 문제를 일으킨다는 단점이 있다. 열에 의한 생체물질에의 영향은 특히 생세포를 패턴화할 때 더욱 심각하다. 따라서 열에 약한 생물세포의 생존에 영향을 주지 않으면서, 저비용으로 빠르고 쉽게 미세패턴닝을 할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Inkjet printing uses commercially available inkjet printers, which is easy to apply, inexpensive, fast and easy to operate. Thus, attempts have been made to pattern bacterial colony arrays using inkjet printers [Roth EA et al. Biomaterials 2004; 25 : 3707-3715; Xu T et al. Biomaterials 2005; 26 : 93-99], printer nozzles are so small that nozzle clogging often occurs, and the heat treatment process for bubble spray causes problems with heat-sensitive biomaterials. The effect of heat on biomaterials is particularly acute when patterning live cells. Therefore, there is an urgent need for the development of a technique capable of quickly and easily micropatterning at low cost without affecting the survival of biological cells that are weak in heat.

한편, 프린팅 기법 중에는 직접 쓰기 방식 중의 하나인 전기-수력학적 (electro-hydrodynamic; EHD) 방식이 있는데 이는 몇 가지 장점을 가지고 있다[Regele JD 등 J Aero Sci 2002;33:1471-1479]. 첫째로 이 방식은 공급 전압, 공급 유량, 그리고 분무액의 물리, 전기적인 성질의 조절로 미세하게 분무된 얇은 패턴을 만들 수 있다. 둘째로, 이 방식은 고강도의 전장에 의하여 유도되는 전기동력학적 (electorkinetic) 힘에 의하여 구동되기 때문에, 분사액의 표면장력의 세기가 적절하다면 노즐의 크기가 작을 필요가 없다. 따라서 잉크 젯 방식(약 20 μm)보다 큰 노즐 직경(100 μm)으로도 50 ~ 200 μm 정도 두께의 선폭을 가진 패터닝 구현이 가능하다. 큰 노즐 직경은 노즐의 막힘 현상을 줄이고 열에 의한 문제가 없으며 다양한 생체물질의 패터닝을 가능하게 한다. 세번째로 이 방식은 어떠한 리소그래피(lithography) 공정도 쓰지 않고 기판 위에 직접 패턴을 생성할 수 있다.On the other hand, one of the direct writing methods is an electro-hydrodynamic (EHD) method, which has some advantages [Regero JD et al. J Aero Sci 2002; 33: 1471-1479. Firstly, this method can produce finely sprayed thin patterns by controlling the supply voltage, feed flow rate, and the physical and electrical properties of the spray. Secondly, since this method is driven by an electrokinetic force induced by a high strength electric field, the nozzle size need not be small if the strength of the surface tension of the injection liquid is appropriate. Therefore, even with a nozzle diameter (100 μm) larger than the ink jet method (about 20 μm), patterning with a line width of about 50 to 200 μm is possible. Large nozzle diameters reduce nozzle clogging, eliminate thermal issues, and allow for the patterning of various biomaterials. Thirdly, this method can create a pattern directly on the substrate without using any lithography process.

EHD 방식은 비 생체물질의 전자회로 구성의 핵심 기술로 제시되었으며[Lee DY 등 Appl Phys Lett 2007;90:081905], 20nm지름의 SiO2 입자를 quarts 기판 위에 약 60 μm 두께를 가진 선폭으로 패터닝시키는데 사용되었다[Wang DZ 등 J Nanoparticle Research 2005;3:301-306]. 또한 EHD 방식을 이용하여 은 나노입자를 수십 마이크로미터의 선폭을 가진 패턴으로 만들 수 있음이 보고된 바 있다[Lee DY 등 Appl Phys A 2006;82:671-674]. 생체물질의 경우에는 본 발명자들에 의하여 세포고정용 콜라겐을 기판 위에 패터닝하는데 성공하였으며[Kim HS 등 Experimental Techniques 2007;online publication; 등록특허 10-0740228호], Lee JG 등은 DNA 마이크로패턴을 만들어 낼 수 있음을 보고하였다 [Lee JG 등 Biosensors Bioelectronics 2006; 21:2240-2247]. The EHD method has been proposed as a core technology for the composition of electronic circuits of non-biomaterials [ Appl such as Lee DY Phys Lett 2007; 90: 081905], 20 nm diameter SiO2 particles were used to pattern line widths of about 60 μm thickness on quarts substrates (Wang DZ et al. J Nanoparticle Research 2005; 3: 301-306). In addition, by using the EHD method has been reported to be made in a pattern with a line width of several tens of micrometers nanoparticles bar Appl etc. [Lee DY Phys A 2006; 82: 671-674. In the case of biomaterials, the present inventors have succeeded in patterning the cell-fixed collagen onto a substrate [Kim HS et al. Experimental Techniques 2007; online publication; Korean Patent Publication No. 10-0740228], Lee JG et al. Have reported that can produce a DNA micropattern [Lee JG et al. Biosensors Bioelectronics 2006; 21: 2240-2247.

그러나 살아있는 박테리아 세포를 EHD 방식을 이용하여 직접적으로 패터닝하는 것에 대한 연구는 보고된 바 없다.However, no research has been reported on the direct patterning of live bacterial cells using the EHD method.

직접적이고 빠르며 효율적으로 살아있는 박테리아세포를 미세 패터닝하는 방법을 개발하고, 이를 위한 최적 조건을 찾는 것이 본 발명에서 해결하고자 하는 과제이다. It is a problem to be solved in the present invention to develop a method for micropatterning live bacterial cells directly, quickly and efficiently, and to find an optimal condition for them.

상기 과제를 해결하기 위하여 지속적인 연구를 한 결과, 본 발명자들은 Electro-hydrodynamic(EHD) 기법을 이용하여 멤브레인 필터 위에 살아있는 박테리아 세포를 원하는 패턴으로 효율적으로 직접 프린팅하는 방법을 개발하여 본 발명에 이르게 되었다. 이렇게 패터닝된 박테리아 세포는 nutrient agar 위에서 생장함을 확인하였다. 또한 본 발명은 생세포 패터닝을 효율적으로 하기 위한 최적조건을 제공한다. As a result of continuous research in order to solve the above problems, the present inventors have developed a method of efficiently and directly printing living bacterial cells on a membrane filter using a electro-hydrodynamic (EHD) technique in a desired pattern, thereby leading to the present invention. The patterned bacterial cells grow on nutrient agar. The present invention also provides optimum conditions for efficient live cell patterning.

본 발명에 의하여 제공되는 EHD 기법을 이용한 방식은 생세포를 살아있는 상태로 유지하며 미세하게 분무된 얇은 패턴을 만들 수 있도록 한다. 또한 잉크 젯 방식보다 큰 노즐직경으로도 50~200㎛정도 두께의 선폭을 가진 생체물질의 패터닝 구현이 가능하고, 리소그래피공정을 쓰지 않고 기판 위에 직접 패턴을 생성할 수 있다. 따라서 본 발명에서 제공하는 EHD 프린팅 방법은 살아있는 세포를 빠르고 직 접적으로 또한 즉각적으로 저비용으로 고해상도의 패턴형성을 할 수 있도록 한다. The method using the EHD technique provided by the present invention allows living cells to be kept alive and to produce finely sprayed thin patterns. In addition, even with a nozzle diameter larger than the inkjet method, it is possible to realize patterning of a biomaterial having a line width of about 50 to 200 μm, and to generate a pattern directly on a substrate without using a lithography process. Therefore, the EHD printing method provided by the present invention enables the formation of high resolution patterns of living cells quickly, directly and immediately at low cost.

또한 본 발명에 의한 EHD 방법은 non-contact 방법이기 때문에 생세포의 3차원 패터닝에 응용이 가능하다. In addition, since the EHD method according to the present invention is a non-contact method, it can be applied to three-dimensional patterning of living cells.

본 발명은 살아있는 세포의 생존률을 극대화하면서 패턴의 레졸루션을 최대화할 수 있도록 하는 바이오잉크를 제공하며, 또한 생세포를 패턴화하여 배양함으로써 조직공학, 생물-전자적장치, 바이오칩 등에 이용할 수 있는 바이오페이퍼를 제공한다.The present invention provides a bio-ink which can maximize the resolution of the pattern while maximizing the survival rate of living cells, and also provides a biopaper that can be used in tissue engineering, bio-electronic devices, biochips, etc. by culturing live cells by patterning them. do.

본 발명에 의한 EHD기법은 유전자 발현 연구, 신약 스크리닝, 독성측정 등의 환경 감시 연구 등에 쓰이는 박테리아 세포의 바이오센서에 응용할 수 있으며 또한 세포공학이나 조직공학분야 등에서 다양하게 활용될 수 있다. The EHD technique according to the present invention can be applied to biosensors of bacterial cells used for gene expression research, new drug screening, environmental monitoring research such as toxicity measurement, and can be used in various fields such as cell engineering or tissue engineering.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 하나의 태양으로, 살아있는 세포를 기판상에 패터닝하는 방법으로서, 상기 살아있는 세포의 용액을 제조하는 단계; 제조된 세포용액을 일정한 수력학적 압력으로 분사하는 바늘과, 상기 바늘과 대응되는 위치에 소정거리로 이격된 거리에 핀형상의 접지전극을 제공하는 단계; 상기 바늘과 상기 접지전극사이에 멤브레인 필터 기판을 위치시키는 단계; 상기 바늘로부터 상기 용액이 분사될 때 상기 바늘과 상기 접지전극 사이에 전압을 인가하는 단계; 상기 용액이 분사되는 동안 상기 기판을 미리 설정된 패턴형상으로 이동시키면서 상기 용액을 기판에 부착시키는 단계; 및 상기 패턴이 형성된 기판을 영 양아가배지 (nutrient agar media)와 접촉시켜 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 살아있는 세포의 패터닝 방법을 제공한다.In accordance with one aspect of the present invention, there is provided a method of patterning a living cell on a substrate, the method comprising: preparing a solution of the living cell; Providing a needle for injecting the prepared cell solution at a constant hydraulic pressure, and a pin-shaped ground electrode at a distance spaced at a predetermined distance in a position corresponding to the needle; Positioning a membrane filter substrate between the needle and the ground electrode; Applying a voltage between the needle and the ground electrode when the solution is injected from the needle; Attaching the solution to the substrate while moving the substrate in a predetermined pattern shape while the solution is sprayed; And it provides a patterning method of living cells comprising the step of culturing the patterned substrate in contact with nutrient agar media (nutrient agar media).

또한, 상기 세포용액이 에틸렌글리콜, 인산완충액, 염화나트륨으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택한 것을 포함하는 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법을 제공한다.In addition, the cell solution provides a method for patterning living cells comprising one or more selected from the group consisting of ethylene glycol, phosphate buffer, sodium chloride.

또한, 상기 세포용액 내 에틸렌글리콜 함량이 40% 이하인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법을 제공한다.In addition, the ethylene glycol content in the cell solution is 40% or less provides a method for patterning live cells.

또한 상기 세포용액 내 인산완충액(phosphate buffer)의 농도가 10mM 이하인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법을 제공한다.In addition, the concentration of the phosphate buffer (phosphate buffer) in the cell solution provides a method for patterning live cells.

또한 상기 세포용액 내 염화나트륨의 농도가 10mM 이하인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법을 제공한다.In addition, the concentration of the sodium chloride in the cell solution provides a method for patterning live cells that is less than 10mM.

또한 상기 세포의 패터닝 방법에 있어서, 인가하는 전압이 4 내지 8.5 kV인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법을 제공한다.In the cell patterning method, there is provided a method for patterning living cells, wherein a voltage to be applied is 4 to 8.5 kV.

또한 상기 세포의 패터닝 방법에 있어서, 살아있는 세포가 박테리아세포인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법을 제공한다.In addition, in the cell patterning method, the living cell is a bacterial cell provides a patterning method of living cells.

또한 본 발명은 본 발명에 따른 방법으로 패턴화된 생세포를 포함하는 기판을 제공한다.The invention also provides a substrate comprising live cells patterned by the method according to the invention.

또한 본 발명은 본 발명에 따른 방법으로 패턴화된 생세포를 포함하는 기판을 포함하는 제품을 제공한다. 상기 제품으로는 항생제 개발을 위한 시약 검색용 바이오센서, 질병 확인을 위한 의료용 바이오센서, 조직공학용 제품 등을 들 수 있 다.The invention also provides an article comprising a substrate comprising live cells patterned by the method according to the invention. The product may include a biosensor for detecting reagents for antibiotic development, a biosensor for disease identification, and a product for tissue engineering.

또한 본 발명은 살아있는 세포의 생존률을 극대화하면서 패턴의 레졸루션을 최대화할 수 있도록 하는 바이오잉크를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a bio-ink that can maximize the resolution of the pattern while maximizing the survival rate of living cells.

또한 생세포를 패턴화하여 배양함으로써 조직공학, 생물-전자적장치, 바이오칩 등에 이용할 수 있는 바이오페이퍼를 제공한다. In addition, it provides a biopaper that can be used in tissue engineering, bio-electronic devices, biochips and the like by culturing live cells by patterning.

본 발명의 발명자들은 EHD 프린팅 기법을 이용한 최초의 생존한 박테리아 콜로니 패턴을 형성할 수 있었다. 컴퓨터와 콘트롤러에 의하여 조절되는 EHD 장치를 사용하여 브로쓰 배지(broth media)내의 E. coli 세포를 분사하여 박테리아 콜로니 패턴을 형성시켰다. 멤브레인 필터 위에 패터닝을 하고 agar media 위에서 배양함으로서 박테리아 콜로니 패턴을 만들어 내었다. 생성된 패턴의 넓이는 약 150um 이었으며, 생성된 패턴 내의 박테리아 세포는 살아 있는 상태인 것이 확인되었다. 본 발명에 의한 EHD 프린팅 방법은 살아있는 세포를 빠르고 저비용으로 고해상도의 패턴형성을 할 수 있도록 하는데 성공적이었다. 또한 기존 방법보다 더 큰 직경을 가진 노즐을 통하여 얇은 선폭을 가진 안정적인 분사 액적을 이용하여 직접적이고 효율적이며 빠른 패터닝이 가능하였다. 본 발명에서 제공하는 분사용액은 살아있는 세포의 생존률을 극대화하면서 패턴의 레졸루션을 최대화할 수 있도록 하는 바이오잉크로 사용가능하다.The inventors of the present invention were able to form the first surviving bacterial colony pattern using EHD printing techniques. Bacterial colony patterns were formed by spraying E. coli cells in broth media using an EHD device controlled by a computer and controller. Bacterial colony patterns were generated by patterning on membrane filters and incubating on agar media. The width of the generated pattern was about 150 um, and it was confirmed that the bacterial cells in the generated pattern were alive. The EHD printing method according to the present invention has been successful in enabling live cells to be patterned at high resolution quickly and inexpensively. In addition, direct, efficient and fast patterning was possible using stable spray droplets with thin line widths through nozzles with larger diameters than conventional methods. Injection solution provided in the present invention can be used as a bio-ink to maximize the resolution of the pattern while maximizing the survival rate of living cells.

EHD 분무에 있어서는 인가되는 전압의 크기 및 접지형상의 변화에 따라 분무되는 형태가 변화되어, 적하모드, 마이크로적하모드, 원뿔형 액주모드, 불안정한 액주모드, 스프레이모드 등과 같은 일련의 분무모드를 제어할 수 있게 된다. 이러 한 분무모드는 그 용도에 따라 다양하게 응용이 가능하게 된다. 미세하고 단락없이 원하는 위치에 소정의 패턴을 형성하기 위해서는 원뿔형액주모드(cone-jet mode) 가 바람직하다.In the case of EHD spraying, the spraying pattern is changed according to the applied voltage and the change of the ground shape, so that it is possible to control a series of spraying modes such as dripping mode, micro dripping mode, conical liquid pouring mode, unstable liquid pouring mode, and spray mode. Will be. This spray mode can be variously applied depending on the application. Cone-jet mode is preferable in order to form a predetermined pattern at a desired position without being short and short.

EHD 프린팅용 기판으로서는 보통 폴리마이드 필름, 실리콘 웨이퍼, 현미경에 쓰이는 커버글라스가 사용된다. 생세포를 잉크젯 방식으로 패터닝을 할 경우는 커버글라스 위에 agar 배지를 코팅하여 분사하면 되지만, EHD 방식의 경우 방전의 위험이 있기 때문에 사용할 수가 없다. 따라서 본 발명에서는 멤브레인 필터를 사용하여 박테리아 배양에 필수적인 agar 배지를 흡수하도록 시도하였다. 멤브레인 필터를 사용하면 분사 직후 흡수가 되어 패턴이 옆으로 퍼지지 않고 더욱 가늘게 형성된다는 것을 확인하였다. 본 발명의 기판은 또한 생세포를 패턴화하여 배양함으로써 조직공학, 생물-전자적장치, 바이오칩 등에 이용할 수 있는 바이오페이퍼로 사용가능하다. As a substrate for EHD printing, a cover glass used for a polyamide film, a silicon wafer, and a microscope is usually used. In the case of inkjet patterning of live cells, the agar medium may be coated on the cover glass and sprayed, but the EHD method may not be used because of the risk of discharge. Therefore, the present invention attempted to absorb agar medium essential for bacterial culture using a membrane filter. Using a membrane filter, it was confirmed that absorption was performed immediately after injection, and the pattern was formed thinner without spreading sideways. The substrate of the present invention can also be used as a biopaper that can be used for tissue engineering, bio-electronic devices, biochips and the like by patterning and culturing living cells.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어 지는 것이므로 본 발명의 범위가 아래에서 이들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. Hereinafter, an Example is given and this invention is demonstrated in detail. However, the embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and thus the scope of the present invention. Should not be construed as being limited below by them.

<< 실시예Example 1>  1> 생세포의Living cell 미세패터닝을Fine patterning 위한  for 프린팅Printing 시스템 system

본 발명에 따른 생세포의 미세패터닝을 위한 EHD 프린팅 시스템은 용액 분사구와 전극 조정부, 기판 이동부 및 시스템 작동용 컴퓨터와 전원공급 장치의 4개의 중요부분들로 이루어 진다(도 1).The EHD printing system for micropatterning live cells according to the present invention consists of four important parts: a solution injection port, an electrode control unit, a substrate moving unit, and a computer and a power supply for operating the system (FIG. 1).

용액분사구는 마이크로 주사 펌프(micro syringe pump)와 5ml주사기, 주사바늘로 이루어져 있다. 용액이 분사되는 액적은 바늘 끝에 공급되는 용액의 공급 유량에 의해 달라질 수 있으며, 이 공급 유량을 직접적으로 주사 펌프의 동작에 연관되어 있다. 상기 주사 펌프(KDscientific, USA)는 공급 유량이 최저 0.06㎕/min. 까지 가능하다. 주사 바늘은 0.15mm, 외경 0.35mm의 스테인리스 스틸 재질이다. 상기 주사펌프는 기판 표면에서 수직 방향으로 조절되게끔 장착되어 주사 바늘과 전극, 기판 간 거리 조절을 가능하다.The injection nozzle consists of a micro syringe pump, a 5ml syringe and a needle. The droplet from which the solution is injected can be varied by the supply flow rate of the solution supplied to the needle tip, which is directly related to the operation of the injection pump. The injection pump (KDscientific, USA) has a feed flow rate as low as 0.06 μl / min. It is possible until. The injection needle is made of stainless steel with 0.15 mm and 0.35 mm outer diameter. The scan pump is mounted to be adjusted in a vertical direction on the substrate surface to adjust the distance between the scan needle, the electrode and the substrate.

전극 조정부는 도 1에서와 같이 3축 병진 이동 스테이지와 아크릴 구조물로 구성된다. 전극은 이 아크릴 구조물의 끝부분에 탑재되며, 주사 바늘의 끝과 일직선을 이루도록 3축 병진 이동 스테이지를 이용하여 조정 가능하다. 상기 전극은 송곳처럼 생긴 알루미늄 재질 구성이며 직경은 2mm이다. 주사 바늘과 전극 간 거리는 EHD 프린팅의 최적화를 위해 조정되어야 하는 중요한 요소이다.The electrode regulator consists of a triaxial translational stage and an acrylic structure as in FIG. The electrode is mounted at the end of this acrylic structure and is adjustable using a three-axis translational stage to align with the tip of the injection needle. The electrode is made of awl-like aluminum and has a diameter of 2 mm. The distance between the needle and the electrode is an important factor that must be adjusted for the optimization of EHD printing.

기판 이동부는 기판을 고정하기 위한 아크릴 틀과 리니어 모터를 개조한 2축 병진 전동 스테이지(DCT,Korea)로 구성되며, 2축 병진 전동 스테이지는 최소 2㎛거리를 이동할 수 있으며 이동속도는 이 실험에서 최저 125mm/min에서 최고 500mm/mim까지 조절된다. 상기 기판 이동부는 전동 스테이지의 움직임을 반영하기 위해 기판과 고정된 상태로 움직이며, 2축 병진 전동 스테이지는 컴퓨터와 컨트롤 프로그램(DCT,Korea)에 의해 자동적으로 조절된다.The substrate moving part is composed of an acrylic frame to fix the substrate and a two-axis translational motor stage (DCT, Korea) modified with a linear motor. The two-axis translational motor stage can move a distance of at least 2㎛ and the moving speed is Adjustable from 125mm / min down to 500mm / mim. The substrate moving part is fixed to the substrate to reflect the movement of the motorized stage, and the two-axis translational motorized stage is automatically controlled by a computer and a control program (DCT, Korea).

본 발명에 있어서 기판은 멤브레인 필터를 사용한다. 사용 가능한 멤브레인 필터로는 Durapore membrane ( Milipore , USA ) 등을 들 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 잉크젯 기법에서는 박테리아 세포 패터닝을 위해 nutrient agar가 코팅된 cover glass가 기판으로 쓰였다. 하지만 본 발명의 발명자들은 높은 직류전압을 쓰는 EHD 프린팅 기법에서는 이 nutrient agar의 높은 전기 전도도에 의해 코로나 방전이 발생하기 때문에 주사 바늘과 전극 사이에 위치하는 기판의 재질로서 적합하지 않다고 판단하여 멤브레인 필터(HVLP 04700, Durapore membrane, Millipore, USA)를 기판의 재질로써 채택하였다. 이 멤브레인 필터는 부도체로서 작용하며, 친수성이고 생체친화적인 성질을 가지고 있으며, 약 0.45㎛ 직경의 수 백만 개의 천공으로 만들어져 있다. 이 천공 구조에 의해 멤브레인 필터는 배양기간 동안 박테리아 세포 성장을 위한 agar media의 흡수가 쉽게 이루어진다. 상용화된 멤브레인 필터는 직경 47mm에 125㎛의 두께를 가진 원 모양이지만 cover glass(24mm ×60mm ×1mm)에 맞게 부착하기 위해 절단되었다.In the present invention, the substrate uses a membrane filter. Available membrane filters include Durapore membranes ( Milipore , USA ), and the like . In the inkjet technique, cover glass coated with nutrient agar was used as a substrate for bacterial cell patterning. However, the inventors of the present invention determined that the EHD printing technique using a high DC voltage is not suitable as a material of the substrate positioned between the needle and the electrode because corona discharge is generated by the high electrical conductivity of the nutrient agar. HVLP 04700, Durapore membrane, Millipore, USA) was used as the substrate material. The membrane filter acts as a nonconductor, has hydrophilic and biocompatible properties, and is made of millions of holes with a diameter of about 0.45 μm. This perforation structure facilitates the uptake of agar media for bacterial cell growth during incubation. Commercially available membrane filters were circular in shape with a diameter of 47 mm and a thickness of 125 µm, but were cut to fit the cover glass (24 mm x 60 mm x 1 mm).

전원 공급 장치(KSC,Korea)는 최대 30kV의 전류전압을 공급할 수 있다. 또한 이 장치에 의한 전류는 코로나 방전을 방지히고 거의 순수한 전기장에 의한 인력을 발생하게 하기 위해 수 uA의 전류로 고정한다. 이러한 고전압 환경하에서는 아주 미약한 전류라도 박테리아 세포에 유해할 수 있고, 공급전압은 분사액적의 형성을 결정짓는 가장 중요한 요소 중의 하나이므로 최적 전압의 결정이 주요하다. The power supply unit (KSC, Korea) can supply a current voltage of up to 30kV. In addition, the current from this device is fixed at a current of several uA to prevent corona discharge and to generate attraction by a nearly pure electric field. Under these high voltage environments, even the slightest current can be harmful to bacterial cells, and the supply voltage is one of the most important factors that determine the formation of spray droplets.

<< 실시예Example 2>  2> 생세포를Living cells 패터닝하기Patterning 위한 용액 Solution

생세포를 EHD 분무 방식으로 패터닝하기 위한 용액의 한 예로 박테리아인 E.coli 를 포함하는 용액을 제조하였다. E. coli(ATCC 47013: 항생제 저항성 strain임)를 DifcoTM broth(BD, USA)에 24시간 동안 37℃에서 배양하였고 앰피실린(ampicillin; Sigma Aldrich cat.A0166)를 1mL당 1㎕씩 첨가하였다. 분광광도계(spectrophotometer)를 이용하여 모든 박테리아 용액의 농도를 2.5×108 cells/ml로 고정하였다. 이 용액에는 글리세린, 에틸렌글리콜, 인산완충액, 염화나트륨 등이 포함될 수 있다.As an example of a solution for patterning live cells by EHD spraying, a solution containing the bacterium E. coli was prepared. E. coli (ATCC 47013: antibiotic resistant strain) was applied to Difco TM Broth (BD, USA) was incubated at 37 ° C. for 24 hours, and 1 μl of ampicillin (ampicillin; Sigma Aldrich cat. A0166) was added per mL. The concentration of all bacterial solutions was fixed at 2.5 × 10 8 cells / ml using a spectrophotometer. This solution may include glycerin, ethylene glycol, phosphate buffer, sodium chloride, and the like.

EHD 프린팅 방법은 용액의 점도, 용액의 전기전도도, 용액의 유량 및 인가된 전압 등에 의하여 영향을 받는다. 점도가 높을수록 더 작은 직경의 안정된 제트를 갖는 원뿔형 액주모드(cone-jet mode)에서의 분무가 가능하다. 이를 위하여 젤라틴, 글리세린, 에틸렌글리콜 등이 추가될 수 있다. 또한 패터닝 용액에 소정의 전기전도도를 부여할 수 있도록 염화나트륨이 첨가될 수 있다. 또한 세포 생존과 에틸렌글리콜의 독성을 완화하기 위하여 인산완충액 또는 염화나트륨을 첨가할 수 있다. EHD printing methods are affected by the viscosity of the solution, the electrical conductivity of the solution, the flow rate of the solution and the applied voltage. Higher viscosities allow spraying in cone-jet mode with smaller diameter stable jets. For this purpose, gelatin, glycerin, ethylene glycol and the like can be added. In addition, sodium chloride may be added to impart a predetermined electrical conductivity to the patterning solution. In addition, phosphate buffer or sodium chloride may be added to alleviate cell survival and toxicity of ethylene glycol .

<< 실시예Example 3>  3> 생세포의Living cell EHDEHD 프린팅Printing 기법에 의한  By technique 패터닝Patterning 과정 process

EHD 프린팅 장치를 이용하여 생세포를 기판 상에 패터닝하는 과정은 다음과 같다. 전극을 통하여 주사바늘에 적절한 전압을 인가하며, 미리 입력된 패턴형상에 따라 기판을 이동시키면서 패터닝할 생세포 용액을 마이크로 주사펌프를 이용하여 주사바늘로부터 분무시킨다. The process of patterning live cells on a substrate using an EHD printing apparatus is as follows. An appropriate voltage is applied to the needle through the electrode, and the live cell solution to be patterned is sprayed from the needle using a micro injection pump while moving the substrate according to the previously input pattern shape.

주사기에 용액을 충전하기에 앞서 주사기와 주사 바늘을 70%알코올로 소독 및 건조하였다. 주사 바늘과 전극 간 거리는 전기력 발생과 전기장 발생과 깊게 연관되어 있다. Coulomb 법칙에 의해 두 전극 사이의 정전기력의 양은 대전된 전극 간 거리의 제곱에 반비례한다. 하지만 몇 번의 실험의 결과 액적 분사는 두 전극 간 거리가 너무 가까운 경우 불안정해지는 경향을 보였다. 이러한 현상은 두 전극이 cover glass에 너무 근접하였을 경우 발생하는 cover glass 표면 상의 강한 분극 현상 때문일 수 있다. 이 실험에서 주사 바늘과 전극 간 거리는 3mm로 하였으며, 기판은 이 두 전극 가운데에 위치하게 되어 주사 바늘과 기판 간 거리는 1mm, 기판과 전극 간 거리 또한 1mm 었다. 2축 병진 진동 스테이지를 조정함으로써 E.coli 혼합 용액의 액적이 일정 경로를 따라 멤브레인 필터 표면 위에 분사되었다. 상기 경로의 설정을 위해 Motion Control Unit(MCU) 프로그램이 사용되었다. 공급유량은 1.5㎕/min, 스테이지 이동속도는 500mm/min 이었다. 인가전압은 6.5kV 이었다.Prior to filling the syringe with the solution, the syringe and needle were sterilized and dried with 70% alcohol. The distance between the needle and the electrode is closely related to the generation of electric and electric fields. By Coulomb's law, the amount of electrostatic force between two electrodes is inversely proportional to the square of the distance between charged electrodes. However, as a result of several experiments, the droplet injection tended to become unstable when the distance between the two electrodes was too close. This may be due to strong polarization on the cover glass surface, which occurs when the two electrodes are too close to the cover glass. In this experiment, the distance between the needle and the electrode was 3mm, and the substrate was placed in the center of these two electrodes. The distance between the needle and the substrate was 1mm, and the distance between the electrode and the electrode was 1mm. By adjusting the biaxial translational vibration stage, droplets of E. coli mixed solution were sprayed onto the membrane filter surface along a path. A Motion Control Unit (MCU) program was used to set the path. The supply flow rate was 1.5 µl / min and the stage moving speed was 500 mm / min. The applied voltage was 6.5kV.

<< 실시예Example 4>  4> 패터닝된Patterned 박테리아의  Bacteria 콜로니Colony 배양  culture

멤프레인 필터 위에 패터닝된 박테리아의 배양을 위해 영양아가배지 (nutrient agar media; Difco, USA)를 사용하였다. 배지를 고화시킨 후 앰피실린을 표면에 처리하였다. 프린팅이 완료된 멤브레인 필터를 상기 고체 배치 위에 부착하 고, 24시간 동안 37℃에서 배양하였다. 멤브레인 필터가 nutrient agar를 흡수할 수 있기 때문에, 패터닝된 박테리아가 손상을 받지 않고 생존해 있다면 배양 동안 박테리아 세포가 생존할 수 있다. Nutrient agar media (Difco, USA) was used for the cultivation of the patterned bacteria on the membrane filter. Ampicillin was treated on the surface after the medium was solidified. Printed membrane filters were attached onto the solid batch and incubated at 37 ° C. for 24 hours. Because membrane filters can absorb nutrient agar, bacterial cells can survive during culture if the patterned bacteria survive intact.

박테리아 콜로니가 형성된 후에 E. coli colonoy를 공초점레이저주사현미경 (confocal laser scanning microscope)와 wide-field optical microscope로 관찰하였다. 모든 이미지를 저장하고 길이, 선폭 및 두께를 측정하였다. E. coli after bacterial colonies are formed Colonoys were observed with a confocal laser scanning microscope and a wide-field optical microscope. All images were stored and the length, line width and thickness were measured.

<< 실시예Example 5>  5> 패터닝Patterning 과정에서의 최적 인가전압의 결정 Determination of optimal applied voltage in the process

인가한 전압을 변화시킬 때 최소액적(minimal droplet)을 만드는 최적 조건을 찾았다. Electrokinetic force는 인가 전압이 너무 낮으면 너무 약하고, 전압이 높아질 수록 강해져서 노즐팁에서의 액적의 표면장력을 극복할 수 있을 정도가 된다. 그러나 인가 전압이 최적 조건을 넘어가면 고전압이 떨어지는 운동(dripping motion)을 불안정하게 하고 액적을 크게 만든다. The optimum condition for making minimal droplets when varying the applied voltage was found. The electrokinetic force is too weak when the applied voltage is too low and becomes stronger as the voltage is increased to overcome the surface tension of the droplet at the nozzle tip. However, if the applied voltage exceeds the optimum condition, the dripping motion becomes unstable and the droplets become large.

도 2는 Glass 기판 또는 Kapton® 폴리이미드필름 기판을 사용하였을 때 인가전압을 3kV에서 8.5kV로 변화시킬 때 액적의 평균크기이다. 액적의 평균 크기는 120-950 um이었다. 상기 결과로부터 가장 작은 크기의 안정된 액적을 형성하도록 하기 위해서는 4 내지 8.5 kV가 바람직하며, 4kV -6.5 kV가 더욱 바람직함을 알 수 있다.Figure 2 is the average size of the droplets when changing the applied voltage from 3kV to 8.5kV when using a glass substrate or Kapton® polyimide film substrate. The average size of the droplets was 120-950 um. From the above results, it can be seen that 4 to 8.5 kV is preferable and 4 kV -6.5 kV is more preferable to form the smallest stable droplet.

<< 실시예Example 7>  7> 생세포Living cells 용액 내의 점성부가물의 최적 농도 Optimal concentration of viscous adducts in solution

생세포 용액의 점성물질로 글리세린 등 다른 점성물질보다 에틸렌글리콜(EG)이 액적의 크기면에서 해상도가 더 높았다. EG는 세포의 장기간 보존에 부동액으로서 사용되지만 일반적으로 생세포에 독성이 있는 것으로 알려져 있기 때문이다. 부동용액 하에서 세포 생존은 시간이 지날수록 감소한다. 분사 실험을 시작하기 전에 세포의 생존 시간을 확인하였다. 실시예2에서 제조된 박테리아 용액에 에틸렌글리콜(EG)을 추가하여, E. coli, 증류수(DW), 에틸렌글리콜의 혼합물(E. coli-EG-DW)을 만들었다. E. coli-EG-DW 혼합물의 EG의 부피비를 6단계(0, 20, 40, 60, 80, 그리고 100 vol%)로 나누어 준비하였다. E. coli-EG-DW 용액 하에서 세포 생존 시간을 알아보기 위해 관찰을 수행하였다. 보통 세포는 생존에 가혹하고 독성이 있는 환경에서 서로 뭉치기 시작한다 (cell aggregation). 세포의 aggregation 현상을 식별하기 위해, 용액을 만들기 전에 형광 염색 (SYTO9, Molecular Probe)을 E. coli에 처리하였다. 이 관찰을 통해 100 vol%의 EG 혼합용액의 조건 하에서는 용액을 혼합하자마자 세포의 aggregation이 일어남을 확인할 수 있었다. 용액 혼합 후 4시간까지 60 vol% 이하의 EG가 혼합된 용액에서는 세포의 aggregation이 관찰되지 않았다. 이 결과를 통해 적어도 1시간 이내에 EG 용액 조건 하에서 세포가 사멸치 않고 생존함을 확인할 수 있었다.Viscous material of viable cell solution, ethylene glycol (EG) had higher resolution in terms of droplet size than other viscous materials such as glycerin. EG is used as an antifreeze for long-term preservation of cells, but is generally known to be toxic to live cells. Cell survival under antifreeze decreases over time. The survival time of the cells was checked before starting the spray experiment. Ethylene glycol (EG) was added to the bacterial solution prepared in Example 2 to prepare a mixture of E. coli, distilled water (DW) and ethylene glycol ( E. coli- EG-DW). The volume ratio of EG of the E. coli -EG-DW mixture was prepared in six steps (0, 20, 40, 60, 80, and 100 vol%). Observations were performed to determine cell survival time under E. coli-EG-DW solution. Normally, cells begin to clump together in a harsh and toxic environment. To identify the aggregation of cells, fluorescent staining (SYTO9, Molecular Probe) was treated with E. coli before making the solution. This observation confirmed that aggregation of cells occurred as soon as the solution was mixed under the conditions of 100 vol% EG mixed solution. Aggregation of cells was not observed in a solution containing less than 60 vol% EG until 4 hours after solution mixing. This result confirmed that cells survived without killing under EG solution conditions within at least 1 hour.

EHD 프린팅을 위한 최적의 EG혼합비를 찾아내기 위하여 EG의 상기 부피비에 따른 프린팅 결과를 비교하였다. In order to find the optimal EG mixing ratio for EHD printing, the printing results according to the volume ratio of EG were compared.

프린팅된 E. coli를 EG의 조성 변화를 통해 선형 혹은 원형의 콜로니로 배양해낼 수 있었다. MCU프로그램을 통해 2축 병진 전동 스테이지를 컨트롤하여 패턴을 디자인하였다. 도 3에서 이상적으로 디자인된 선형 패턴을 구현하였을 때 각기 다른 EG 조성 변화에 따라 콜로니 패턴이 달라진 모습을 볼 수 있다. Printed E. coli could be incubated with linear or circular colonies by changing the composition of EG. The pattern was designed by controlling the two-axis translational motor stage through the MCU program. When implementing the ideally designed linear pattern in Figure 3 can be seen that the colony pattern is changed according to different EG composition changes.

도 3의 (A)에서 EG 조성이 0 vol% 즉 EG가 포함되어 있지 않은 용액을 분사했을 때, 배양 후 성긴 모양의 콜로니가 형성되었음이 관찰되었다. 이 패턴에서는 종종 패턴이 이루어지지 않은 부분이 있으며 가장 얇은 선폭을 형성한 EHD 패턴에 비해 선폭이 두껍다. 이 완전치 않은 패턴은 DW만 포함하고 EG를 포함하지 않은 박테리아 용액의 낮은 점도가 원인일 수 있다.In (A) of FIG. 3, when the EG composition was injected with a solution containing 0 vol%, that is, EG, it was observed that coarse colonies were formed after the culture. In this pattern, there are often unpatterned portions and the line width is thicker than the EHD pattern that forms the thinnest line width. This incomplete pattern may be due to the low viscosity of the bacterial solution containing only DW and not containing EG.

EG의 조성이 20 vol% (도 3의 B)와 40 vol% (도 3의 C)에서는 의도했던 대로 얇고 촘촘한 박테리아 콜로니의 선형 패턴이 형성되었음을 확인할 수 있다. EG 조성이 60 vol% (도 3의 D)에서는 콜로니 선폭이 B와 C에서와 비교해서 더 굵어졌다. 따라서 EG조성 60 vol% 미만에서 최적의 조건이 존재함을 예측할 수 있다. At 20 vol% (B of FIG. 3) and 40 vol% (C of FIG. 3), the composition of EG can be confirmed that a linear pattern of thin and dense bacterial colonies was formed. At 60 vol% EG composition (FIG. 3D), the colony linewidth was thicker than in B and C. Therefore, it can be predicted that optimal conditions exist at less than 60 vol% of EG composition.

EG 조성이 80 vol% (도 3의 E)에서는 콜로니 패턴이 매우 흐트러지고 거대한 액적으로 형성되어 의도했던 선형 패턴과 거리가 멀고, 세포가 주사 바늘을 막아버렸을 수도 있다. 왜냐하면 뭉쳐진 세포 덩어리는 주사 바늘의 내경인 150 μm 보다 클 수 있기 때문이다.At an EG composition of 80 vol% (FIG. 3E), the colony pattern was very disturbed and formed into large droplets, far from the intended linear pattern, and the cells may have blocked the needle. Because the aggregated cell mass may be larger than 150 μm, the inner diameter of the needle.

EHD 프린팅 기법의 성능을 분석하기 위해 confocal laser scanning microscope를 통해 패턴의 높이를 사용하였다. 도 4의 G에서 콜로니 패턴의 3차원 사진을 볼 수 있으며 이 3차원 사진의 밑의 그래프는 G에 표시된 붉은 선을 따라 측정한 단면 높이를 나타내고 있다. 이러한 3차원 사진을 통해 프린트된 E. coli가 성공적으로 멤브레인 필터 위에서 배양되었고 높이 약 50 μm 의 콜로니로 잘 자라 나왔음을 확인할 수 있었다. The pattern height was used through a confocal laser scanning microscope to analyze the performance of the EHD printing technique. In FIG. 4G, a three-dimensional photograph of a colony pattern can be seen, and a graph below the three-dimensional photograph shows a cross-sectional height measured along the red line indicated by G. FIG. These three-dimensional images confirmed that the printed E. coli was successfully incubated on membrane filters and grew well into colonies approximately 50 μm high.

또한 EG 조성에 따라 달라진 선형 패턴의 길이와 높이를 현미경으로 측정하였다. 측정 데이터는 8개의 15 mm 박테리아 콜로니 선형 패턴(총합 120 mm)으로부터 분석되었다. 도 5의 그래프 (A)에서 선형 콜로니 패턴의 길이가 EHD 기법에 의해 만들어진 경로 대 실제 구현된 콜로니 구역의 비로 표현되었다. 이 결과에서 EG 조성이 약 20과 40 vol%일 때 가장 높은 구현비를 보였으며, EG조성이 40 vol%일 때 가장 얇은 선폭이 구현됨을 확인하였다(도 5-(B)). 따라서 EG 조성 40 vol%에 의한 선형 콜로니 패턴이 가장 우수한 결과임을 알 수 있었다. 이 조건 하에서 평균 선폭은 약 160 μm 였다.In addition, the length and height of the linear pattern changed according to the EG composition was measured under a microscope. Measurement data were analyzed from eight 15 mm bacterial colony linear patterns (total 120 mm). In the graph (A) of FIG. 5, the length of the linear colony pattern is expressed as the ratio of the path created by the EHD technique to the actual implemented colony region. In this result, the highest implementation ratio was shown when the EG composition was about 20 and 40 vol%, and the thinnest line width was realized when the EG composition was 40 vol% (Fig. 5- (B)). Therefore, it was found that the linear colony pattern with 40 vol% EG composition was the best result. Under these conditions, the average line width was about 160 μm.

패턴의 넓이는 EG 농도에 따라 변화하였다. EG 농도가 증가할수록 점도는 증가한다. 그러나 전도도는 감소한다. 이러한 조건이 박테리아 세포의 선명한 패턴을 만들기 위한 안정한 cone-jet mode 에 유리하다. 그러나 EG의 농도가 더 높아지면 세포응집(aggregation)이 일어난다. The width of the pattern varied with the EG concentration. As the EG concentration increases, the viscosity increases. But the conductivity decreases. This condition is advantageous for a stable cone-jet mode for producing clear patterns of bacterial cells. However, higher concentrations of EG result in cell aggregation.

<< 실시예Example 8>  8> 생세포Living cells 용액 내의 염화나트륨 또는  Sodium chloride in solution or 인산완충액의Of phosphate buffer 최적농도 결정 Determination of Optimal Concentration

생세포 용액 내에는 세포의 생존 환경을 조성하고 에틸렌글리콜의 독성을 감소시키기 위하여 염화나트륨 또는 인산완충액을 첨가할 수 있다. 그러나 이들은 용액의 전도도에 영향을 미칠 수 있다. 프린팅 솔루션의 전기전도도와 점도는 분사 액적의 안정도를 결정하는 중요한 두 가지 변수이며, 전기전도도가 낮고 점도가 높을수록 안정된 cone-jet이 만들어지는 경향이 있다[Jayasinghe SN 등 Master Res Inno 2002;6:92 -95]. 따라서 본 발명에서는 염화나트륨 및 인산완충액의 최적의 농도조건을 조사하였다. 점도와 전기전도도는 각각 viscosity meter(SV-10, AND)와 conductivity meter(F-54W, Horiba)에 의하여 측정하였다.In live cell solutions, sodium chloride or phosphate buffer may be added to create a viable environment for the cells and to reduce the toxicity of ethylene glycol. However, they can affect the conductivity of the solution. The electrical conductivity and viscosity of the printing solution are two important parameters that determine the stability of the spray droplets. The lower the conductivity and the higher the viscosity, the more stable the cone-jet tends to be produced [Master Res Inno 2002, et al. 92 -95]. Therefore, in the present invention, the optimum concentration of sodium chloride and phosphate buffer solution was investigated. Viscosity and electrical conductivity were measured by viscosity meter (SV-10, AND) and conductivity meter (F-54W, Horiba), respectively.

실시예2의 박테리아 용액에 인산완충액(phosphate buffer(PB)),염화나트륨 (NaCl)을 처리하여, E. coli, 증류수, 인산완충액 혼합물(E. coli-EG-PB-DW), E. coli, 증류수, 염화나트륨 혼합물(E. coli-EG-NaCl-DW)을 만들었다. The bacterial solution of Example 2 was treated with phosphate buffer (PB), sodium chloride (NaCl), and E. coli , distilled water, phosphate buffer mixture ( E. coli- EG-PB-DW), E. coli , Distilled water and sodium chloride mixture ( E. coli -EG-NaCl-DW) were made.

0.1M, pH 7.4의 인산완충액은 0.9g의 Na2HPO4(anhydrous, Phosphate dibasic)와 3.2g의 NaH2PO4(anhydrous, Phosphate monobasic)를 증류수(DW)에 녹여 1L로 제조하였다.Phosphate buffer of 0.1M, pH 7.4 was prepared by dissolving 0.9 g of Na 2 HPO 4 (anhydrous, Phosphate dibasic) and 3.2 g of NaH 2 PO 4 (anhydrous, Phosphate monobasic) in distilled water (DW).

PB와 NaCl을 6단계의 다른 농도(0, 10, 20, 40, 80, 그리고 160 mM)로 혼합한 또 다른 혼합물(E. coli-EG-PB-DW, 그리고 E. coli-EG-NaCl-DW)도 준비하였다. E.coli-EG-PB-DW, 와 E. coli-EG-NaCl-DW 혼합물의 점도와 전기전도도를 표 1,2,3,4에 표시하였다. Another mixture of PB and NaCl in six different concentrations (0, 10, 20, 40, 80, and 160 mM) ( E. coli -EG-PB-DW, and E. coli -EG-NaCl- DW) was also prepared. The E.coli -EG-PB-DW, with the E. coli -EG-NaCl-DW viscosity of the mixture and the electrical conductivity are shown in Table 1, 2, 3, 4.

Figure 112008010874811-pat00001
Figure 112008010874811-pat00001

Figure 112008010874811-pat00002
Figure 112008010874811-pat00002

Figure 112008010874811-pat00003
Figure 112008010874811-pat00003

Figure 112008010874811-pat00004
Figure 112008010874811-pat00004

일정 비율로 혼합된 이 혼합물의 특성을 비교해 보면 EG의 농도 증가가 용액의 전기전도도의 감소와 점도의 증가의 원인이 됨을 알 수 있다. Comparing the properties of this mixture at a certain ratio, it can be seen that increasing the concentration of EG causes a decrease in the conductivity of the solution and an increase in the viscosity.

본 발명의 발명자들은 서로 다른 EG와 PB 조성비에 따른 각 패턴형성을 비교하여 보았다. 도 6은 이의 결과를 광학현미경으로 촬영한 사진이다. 가로방향으로 세 종류로 분류된 사진은 왼쪽부터 차례로 EG 조성 20과 40, 60 vol%를 의미하며 세로방향으로 6종류로 분류된 사진은 위쪽부터 차례로 0과 20, 40, 80, 160mM의 PB가 첨가되었음을 의미한다. EG 조성에 따른 두드러진 변화는 관찰되지 않았고, PB의 첨가량이 증가함에 따라 패턴이 심하게 흐트러짐이 관찰되었다. 이 결과는 PB의 첨가가 전기전도도를 증가시킴으로서 분사 액적을 불안정하게 만들고 이것이 콜로니 패턴 형성을 결과적으로 흐트러뜨렸음을 보여준다. 도 7에서 각 조건에 따른 선폭과 구현비를 그래프로 표현하였다.The inventors of the present invention compared the pattern formation according to different EG and PB composition ratio. 6 is a photograph taken of the result of the optical microscope. Photos classified into three types in the horizontal direction represent 20, 40, and 60 vol% of EG composition in order from the left. Six types classified in the vertical direction show P, 0, 20, 40, 80, and 160mM in order from the top. Added. No significant change was observed with the EG composition, and the pattern was severely disturbed as the amount of PB added increased. This result shows that the addition of PB increases the electrical conductivity, making the spray droplets unstable, which in turn disrupted colony pattern formation. In FIG. 7, the line width and the implementation ratio according to each condition are represented as a graph.

E. coli-EG-PB-DW 용액 분사 실험과 유사하게, 박테리아 세포의 생존환경을Similar to the E. coli -EG-PB-DW solution spray experiment,

개선시키기 위해 염화나트륨(NaCl)을 PB대신 첨가하였다. 마찬가지로 3종류의 EGSodium chloride (NaCl) was added instead of PB to improve. Similarly, three kinds of EG

조성비와 6단계의 염화나트륨 첨가량을 이용하여 총 18 종류의 혼합물을 준비하였다. 도 8은 서로 다른 EG 조성비와 염화나트륨 첨가량에 따른 패턴 결과를 촬영한 사진이다. 가로방향은 EG 조성비 20과 40, 60 vol%를 의미하며 세로방향은 염화나트륨 첨가량 0과 20, 40 ,80, 160mM을 의미한다. PB 첨가량 변화 실험과 마찬가지로 EG 조성비에 따른 콜로니 패턴 형성은 그 변화의 폭이 미미하였고 염화나트륨 첨가량이 증가함에 따라 패턴의 불안정성도 증가하였다. 도 9에서 각 조성에 따른 선폭과 구현비를 그래프로 표현하였다. A total of 18 kinds of mixtures were prepared using the composition ratio and the amount of sodium chloride added in six steps. 8 is a photograph of the pattern results according to different EG composition ratio and the amount of sodium chloride added. Horizontal direction means EG composition ratio of 20, 40, 60 vol% and vertical direction means sodium chloride addition amount of 0, 20, 40, 80, 160mM. As with the experiment of PB addition amount change, colony pattern formation by the EG composition ratio was insignificant and the instability of the pattern increased as the amount of sodium chloride added increased. In FIG. 9, the line width and the implementation ratio of each composition are represented in a graph.

이 실험에서 모든 조성의 용액이 프린팅 및 배양된 후 생존한 박테리아 콜로니 패턴으로 구현되었으나 비교적 높은 PB와 염화나트륨 첨가량을 가진 용액의 콜로니 패턴들은 불안정하거나 서로 겹치는 굵은 원형 모양으로 구현되었다(도 6 및 8). 이러한 결과들은 PB와 염화나트륨의 첨가가 비록 박테리아 세포의 생존에 유리한 환경을 조성하는 데 도움이 되더라도 용액 자체의 전기 전도도를 증가시킴을 의미한다. 이러한 전기 전도도의 증가는 분사 액적의 불안정성을 유발한다. 하지만 PB와 염화나트륨의 첨가는 용액의 점도에는 영향을 미치지 않는 것으로 보인다(도 6 및 8). 왜냐하면 EG가 용액의 점도 특성을 결정짓는 가장 주된 물질이기 때문이다. In this experiment, solutions of all compositions were realized as bacterial colony patterns that survived after printing and incubation, but colony patterns of solutions with relatively high PB and sodium chloride content were embodied in unstable or overlapping bold circular shapes (FIGS. 6 and 8). . These results indicate that the addition of PB and sodium chloride increases the electrical conductivity of the solution itself, although it helps to create an environment favorable for the survival of bacterial cells. This increase in electrical conductivity leads to instability of the spray droplets. However, the addition of PB and sodium chloride does not appear to affect the viscosity of the solution (Figures 6 and 8). Because EG is the most important substance that determines the viscosity characteristics of a solution.

도 6 내지 9의 결과는 표 1 내지 4의 전기 전도도와 점도의 측정치와 매우 밀접한 관련이 있다. 표에서 프린팅 용액에 PB와 염화나트륨의 첨가량이 증가할수록 전기 전도도가 빠르게 증가함을 확인할 수 있으며 이러한 함량 변화에 따른 선폭 및 구현비 변화가 긴밀하게 연관됨을 알 수 있다.The results of Figures 6-9 are very closely related to the electrical conductivity and the measurements of the viscosity of Tables 1-4. In the table, it can be seen that as the amount of PB and sodium chloride added to the printing solution increases, the electrical conductivity increases rapidly, and the line width and the implementation cost change are closely related to the change of the content.

결과적으로, 최적의 E. coli-EG-PB-NaCl-DW 프린팅 용액 조성비는 이러한 실험적 방법으로 결정되었다. 우리는 패터닝에서 EG 조성비가 40 vol% 이하일 때, 그리고 최소한의 PB와 염화나트륨 첨가량일 때 최적의 결과를 보임을 확인하였다.As a result, the optimal E. coli-EG-PB-NaCl-DW printing solution composition ratio was determined by this experimental method. We found that the optimal results were obtained when the EG composition was less than 40 vol% and the minimum amount of PB and sodium chloride in the patterning.

<< 실시예Example 9 >  9> 생세포의Living cell 복잡한 패턴  Intricate patterns 프린팅의Printing 실연  Broken heart

생세포의 복잡한 패턴 프린팅의 예시로서 나선형의 선형 패턴을 형성하였다(도 10). E. coli 용액을 EHD 기법으로 멤브레인 필터 위에 분사한 직후 용액이 흡수되고 agar media 또한 흡수되어 패턴의 육안 식별이 어렵기 때문에 분사 전 형광 염색을 통하여 이를 식별하고자 했다. 밝게 보이는 점이 형광 염색된 박테리아 세포이다. EHD 장비를 통해 멤브레인 필터 표면에 패터닝된 직후의 박테리아 세포의 배열은 의도했던 디자인으로 패턴을 형성했다. 형광염색을 하지 않은 채 분사된 박테리아 세포들은 24시간 동안 37℃ 온도 하에서 배양을 통해 콜로니가 형성되어 육안 식별이 가능하게 성장하였다. 도 10은 EHD 직접 패터닝에 의한 EG 조성 40 vol%의 E. coli-EG-DW 용액의 분사 결과의 광학 현미경 사진이다. A spiral linear pattern was formed as an example of complex pattern printing of living cells (FIG. 10). Immediately after the E. coli solution was sprayed on the membrane filter by EHD, the solution was absorbed and the agar media was absorbed. Therefore, it was difficult to visually identify the pattern. The bright spots are fluorescently stained bacterial cells. Immediately after being patterned on the membrane filter surface via EHD equipment, the array of bacterial cells formed a pattern with the intended design. Bacterial cells injected without fluorescence staining were grown for visual identification by forming colonies through incubation at 37 ° C. for 24 hours. 10 is an optical photomicrograph of the spraying result of 40 vol% E. coli-EG-DW solution of EG composition by EHD direct patterning.

EHD 프린팅 기법의 일반적인 정확도를 실험적인 의도로 분석하였다. 실험 조건에 기반하여 1.5μl/min의 유량과 500 mm/min의 기판 이송 속도, EG 조성 40 vol%의 E. coli-EG-DW 용액을 이용, 약 165 μm 의 최소선폭을 가진 선형 콜로니 패턴을 만들었다. 이러한 패턴의 형성엔 주사 펌프의 공급 유량과 공급 전압, 주사 바늘의 두께, 용액의 점도와 전기 전도도가 영향을 미친다.The general accuracy of the EHD printing technique was analyzed with experimental intent. Based on the experimental conditions, a linear colony pattern with a minimum line width of about 165 μm was created using a flow rate of 1.5 μl / min, a substrate transfer rate of 500 mm / min, and an E. coli-EG-DW solution with an EG composition of 40 vol%. made. The formation of this pattern affects the supply flow rate and supply voltage of the injection pump, the thickness of the injection needle, the viscosity and the electrical conductivity of the solution.

본 발명의 EHD 장치는 초당 10 mm 의 선형 패턴을 만들 수 있다. 또한 12분 내로 145개의 선폭 165 μm 와 길이 60 mm 의 선형 패턴을 microscope cover glass 안에 만들 수 있다. 만약 같은 속도로 점 패턴을 형성할 경우 1분 안에 지름 165 μm 의 콜로니 점을 2175개 만들 수 있다. 기존 장비(genetix Qbot)는 시간당 10만개의 콜로니 생성이 가능하고, 잉크젯 시스템의 경우 500 μm 의 지름의 콜로니를 분당 5만개 생성 가능하다[Xu T. 등, Biotechnology Bioengineering 2004;85(1):29-33]. EHD는 기존 장비보다 빠른 콜로니 패턴 생성이 가능하며, 잉크젯보다는 다소 느릴 수 있으나 잉크젯보다 큰 노즐 지름에도 불구하고 콜로니의 지름을 더욱 작게 만들 수 있다. The EHD device of the present invention can produce a linear pattern of 10 mm per second. Within 12 minutes, a linear pattern of 145 line widths of 165 μm and a length of 60 mm can be created in the microscope cover glass. If a dot pattern is formed at the same speed, 2175 colony points with a diameter of 165 μm can be made in one minute. Existing equipment (genetix Qbot) can generate 100,000 colonies per hour, and inkjet systems can produce 50,000 colonies of 500 μm diameter per minute [Xu T. et al., Biotechnology Bioengineering 2004; 85 (1): 29 -33]. EHD can produce faster colony patterns than conventional equipment, and can be somewhat slower than inkjet, but can make the diameter of the colony smaller, despite the larger nozzle diameter than inkjet.

도 1은 본 발명의 EHD 프린팅 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an EHD printing system of the present invention.

도 2는 인가전압을 변화시킬 때 분사되는 액적의 평균 크기이다.2 is an average size of droplets sprayed when the applied voltage is changed.

도 3는 EG 조성을 변화시킨 E. coli-EG-DW 용액을 이용한 E. coli 콜로니 패턴의 사진이다. (A) 0 vol% EG, 100 vol% DW; (B) 20 vol% EG; (C) 40 vol% EG; (D) 60 vol% EG; (E) 80 vol% EG;(F) 100 vol% EG Figure 3 is a E. coli with E. coli -EG DW-solution composition was changed EG Picture of colony pattern. (A) 0 vol% EG, 100 vol% DW; (B) 20 vol% EG; (C) 40 vol% EG; (D) 60 vol% EG; (E) 80 vol% EG; (F) 100 vol% EG

도 4는 (G) 40 vol% EG solution pattern 의 공초점레이저주사(confocal laser scanning)현미경 사진이다.4 is a confocal laser scanning micrograph of (G) 40 vol% EG solution pattern.

도 5는 E. coli-EG-DW 용액을 이용한 EHD 프린팅 결과 (A) 의도된 패턴 대 실제 구현된 패턴의 구현비, (B) 구현된 패턴의 평균 선폭. 오차 범위는 표준 편차(n=8)를 나타낸다.Figure 5 shows the results of EHD printing using E. coli -EG-DW solution (A) the ratio of the intended pattern to the actual implemented pattern, (B) the average line width of the implemented pattern. The error range represents the standard deviation (n = 8).

도 6은 에틸렌글리콜 및 인산완충액을 포함하는 E.coli 용액의 선형 콜로니 패턴 사진이다.     6 is a linear colony pattern photograph of an E. coli solution containing ethylene glycol and phosphate buffer.

(A) 20 vol% EG, 0mM PB; (B) 20 vol% EG, 10mM PB; (C)20 vol% EG, 20mM PB; (D)20 vol% EG, 40mM PB; (E)20 vol% EG, 80mM PB; (F)20 vol% EG, 160mM PB; (G)40 vol% EG, 0mM PB; (H)40 vol% EG, 10mM PB; (I)40 vol% EG, 20mM PB; (J)40 vol% EG, 40mM PB; (K) 40 vol% EG, 80mM PB; (L)40 vol% EG, 160mM PB; (M)60 vol% EG, 0mM PB; (N)60 vol% EG, 10mM PB; (O)60 vol% EG, 20mM PB; (P)60 vol% EG, 40mM PB; (Q)60 vol% EG, 80mM PB; (R)60 vol% EG, 160mM PB; 검은 선은 2 mm 를 의미한다.(A) 20 vol% EG, 0 mM PB; (B) 20 vol% EG, 10 mM PB; (C) 20 vol% EG, 20 mM PB; (D) 20 vol% EG, 40 mM PB; (E) 20 vol% EG, 80 mM PB; (F) 20 vol% EG, 160 mM PB; (G) 40 vol% EG, 0 mM PB; (H) 40 vol% EG, 10 mM PB; (I) 40 vol% EG, 20 mM PB; (J) 40 vol% EG, 40 mM PB; (K) 40 vol% EG, 80 mM PB; (L) 40 vol% EG, 160 mM PB; (M) 60 vol% EG, 0 mM PB; (N) 60 vol% EG, 10 mM PB; (O) 60 vol% EG, 20 mM PB; (P) 60 vol% EG, 40 mM PB; (Q) 60 vol% EG, 80 mM PB; (R) 60 vol% EG, 160 mM PB; Black line means 2 mm.

도 7은 E. coli-EG-PB-DW 용액을 이용한 EHD 프린팅 결과 (A)의도된 패턴 대 실제 구현된 패턴의 구현비, (B) 구현된 패턴의 평균 선폭. 오차 범위는 표준 편차(n=8)를 나타낸다.7 shows EHD printing results using E. coli -EG-PB-DW solution (A) the ratio of the intended pattern to the actual implemented pattern, (B) the average line width of the implemented pattern. The error range represents the standard deviation (n = 8).

도 8은 에틸렌글리콜 및 염화나트륨을 포함하는 E.coli 용액의 선형 콜로니 패턴 사진이다.8 is a linear colony pattern photograph of an E. coli solution containing ethylene glycol and sodium chloride.

(A) 20vol% EG, 0mM NaCl; (B) 20vol% EG, 10mM NaCl; (C)20vol% EG, 20mM NaCl; (D)20vol% EG, 40mM NaCl; (E)20vol% EG, 80mM NaCl; (F)20vol% EG, 160mM NaCl; (G)40vol% EG, 0mM NaCl; (H)40vol% EG, 10mM NaCl; (I)40vol% EG, 20mM NaCl; (J)40vol% EG, 40mM NaCl; (K) 40vol% EG, 80mM NaCl; (L)40vol% EG, 160mM NaCl;(A) 20 vol% EG, 0 mM NaCl; (B) 20 vol% EG, 10 mM NaCl; (C) 20 vol% EG, 20 mM NaCl; (D) 20 vol% EG, 40 mM NaCl; (E) 20 vol% EG, 80 mM NaCl; (F) 20 vol% EG, 160 mM NaCl; (G) 40 vol% EG, 0 mM NaCl; (H) 40 vol% EG, 10 mM NaCl; (I) 40 vol% EG, 20 mM NaCl; (J) 40 vol% EG, 40 mM NaCl; (K) 40 vol% EG, 80 mM NaCl; (L) 40 vol% EG, 160 mM NaCl;

(M)60vol% EG, 0mM NaCl; (N)60vol% EG, 10mM NaCl; (O)60vol% EG, 20mM NaCl; (P)60vol% EG, 40mM NaCl; (Q)60vol% EG, 80mM PB; (R)60vol% EG, 160mM NaCl;검은 선은 2 mm 를 의미한다.(M) 60 vol% EG, 0 mM NaCl; (N) 60 vol% EG, 10 mM NaCl; (O) 60 vol% EG, 20 mM NaCl; (P) 60 vol% EG, 40 mM NaCl; (Q) 60 vol% EG, 80 mM PB; (R) 60 vol% EG, 160 mM NaCl; black line means 2 mm.

도 9는 E. coli-EG-NaCl-DW 용액을 이용한 EHD 프린팅 결과이다. (A)의도된 패턴 대 실제 구현된 패턴의 구현비, (B) 구현된 패턴의 평균 선폭. 오차 범위는 표준 편차(n=8)를 나타낸다.9 shows the results of EHD printing using E. coli -EG-NaCl-DW solution. The implementation ratio of (A) the intended pattern to the actual implemented pattern, (B) the average line width of the implemented pattern. The error range represents the standard deviation (n = 8).

도 10은 EG 조성 40 vol%를 가진 E. coli-EG-DW 용액을 이용한 패턴 구현을 나타낸 것이다. (A) 분사 전 형광 염색된 박테리아 사진, (B) 같은 모양으로 패턴된 박테리아의 배양 후 모습. 검은 선은 2mm를 의미한다.10 shows a pattern implementation using an E. coli -EG-DW solution having an EG composition of 40 vol%. (A) Fluorescently stained bacterial photos before injection, (B) After culture of patterned bacteria in the same shape. Black line means 2mm.

Claims (10)

살아있는 세포를 기판상에 패터닝하는 방법에 있어서, In a method for patterning live cells on a substrate, 상기 살아있는 세포의 용액을 제조하는 단계;Preparing a solution of the living cells; 제조된 세포용액을 일정한 수력학적 압력으로 분사하는 바늘과, 상기 바늘과 대응되는 위치에 소정거리로 이격된 거리에 핀형상의 접지전극을 제공하는 단계;Providing a needle for injecting the prepared cell solution at a constant hydraulic pressure, and a pin-shaped ground electrode at a distance spaced at a predetermined distance in a position corresponding to the needle; 상기 바늘과 상기 접지전극사이에 멤브레인 필터 기판을 위치시키는 단계;Positioning a membrane filter substrate between the needle and the ground electrode; 상기 바늘로부터 상기 용액이 분사될 때 상기 바늘과 상기 접지전극 사이에 전압을 인가하는 단계;Applying a voltage between the needle and the ground electrode when the solution is injected from the needle; 상기 용액이 분사되는 동안 상기 기판을 미리 설정된 패턴형상으로 이동시키면서 상기 용액을 기판에 부착시키는 단계; Attaching the solution to the substrate while moving the substrate in a predetermined pattern shape while the solution is sprayed; And 상기 패턴이 형성된 기판을 영양아가배지(nutrient agar media)와 접촉시켜 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 살아있는 세포의 패터닝 방법.And contacting the substrate on which the pattern is formed with nutrient agar media to incubate. 제1항에 있어서, 상기 세포용액이 에틸렌글리콜, 인산완충액, 염화나트륨으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택한 것을 포함하는 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법.The method of claim 1, wherein the cell solution comprises one or more selected from the group consisting of ethylene glycol, phosphate buffer, sodium chloride. 제2항에 있어서, 세포용액 내 에틸렌글리콜 함량이 40% 이하인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법.The method of claim 2, wherein the ethylene glycol content in the cell solution is 40% or less. 제2항에 있어서, 세포용액 내 인산완충액(phosphate buffer)의 농도가 10mM 이하인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법. The method of claim 2, wherein the concentration of phosphate buffer in the cell solution is 10 mM or less. 제2항에 있어서, 세포용액 내 염화나트륨의 농도가 10mM 이하인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법. The method of claim 2, wherein the concentration of sodium chloride in the cell solution is 10 mM or less. 제1항에 있어서, 인가하는 전압이 4 내지 8.5 kV인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법.The method of claim 1, wherein the applied voltage is between 4 and 8.5 kV. 제1항에 있어서, 살아있는 세포가 박테리아세포인 것인 살아있는 세포의 패터닝 방법.The method of claim 1, wherein the living cells are bacterial cells. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 패턴화된 생세포를 포함하는 기판.A substrate comprising live cells patterned by the method of claim 1. 제8항의 기판을 포함하는 바이오센서.A biosensor comprising the substrate of claim 8. 살아있는 세포, 40 부피% 이하의 에틸렌글리콜, 10mM 이하의 인산완충액, 10mM 이하의 염화나트륨을 포함하는 생세포 패터닝용 용액Viable cell patterning solution containing living cells, up to 40% by volume of ethylene glycol, up to 10 mM phosphate buffer, up to 10 mM sodium chloride
KR1020080013180A 2008-02-13 2008-02-13 Method for Direct Patterning of live Cells using Electrohydrodynamic Printing Method and Device therefor KR100922232B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080013180A KR100922232B1 (en) 2008-02-13 2008-02-13 Method for Direct Patterning of live Cells using Electrohydrodynamic Printing Method and Device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080013180A KR100922232B1 (en) 2008-02-13 2008-02-13 Method for Direct Patterning of live Cells using Electrohydrodynamic Printing Method and Device therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090087748A KR20090087748A (en) 2009-08-18
KR100922232B1 true KR100922232B1 (en) 2009-10-16

Family

ID=41206685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080013180A KR100922232B1 (en) 2008-02-13 2008-02-13 Method for Direct Patterning of live Cells using Electrohydrodynamic Printing Method and Device therefor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100922232B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11015164B2 (en) 2016-01-07 2021-05-25 T&R Biofab Co., Ltd. Cell printing apparatus for heat-sensitive cell printing composition

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8241905B2 (en) 2004-02-24 2012-08-14 The Curators Of The University Of Missouri Self-assembling cell aggregates and methods of making engineered tissue using the same
WO2010008905A2 (en) 2008-06-24 2010-01-21 The Curators Of The University Of Missouri Self-assembling multicellular bodies and methods of producing a three-dimensional biological structure using the same
CA2812766C (en) 2010-10-21 2021-06-29 Organovo, Inc. Devices, systems, and methods for the fabrication of tissue
US9442105B2 (en) 2013-03-15 2016-09-13 Organovo, Inc. Engineered liver tissues, arrays thereof, and methods of making the same
KR20160036619A (en) 2013-07-31 2016-04-04 오가노보, 인크. Automated devices, systems, and methods for the fabrication of tissue
CA3177480A1 (en) 2014-04-04 2015-10-08 Organovo, Inc. Engineered three-dimensional breast tissue, adipose tissue, and tumor disease model
US9481868B2 (en) 2014-10-06 2016-11-01 Organovo, Inc. Engineered renal tissues, arrays thereof, and methods of making the same
WO2016073782A1 (en) 2014-11-05 2016-05-12 Organovo, Inc. Engineered three-dimensional skin tissues, arrays thereof, and methods of making the same
KR101864674B1 (en) * 2016-02-17 2018-06-05 한양대학교 산학협력단 Patterned nanostructures by using stimuli-responsive soft nanoparticles and method for manufacturing the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001074745A (en) * 1999-09-03 2001-03-23 Yokogawa Electric Corp Biochip preparation method and biochip-preparing device using it
KR20020069648A (en) * 2001-02-27 2002-09-05 최만수 Method for manufacturing unagglomerated fine particles using electro-hydrodynamic spray in flame or furnace
KR20050072540A (en) * 2004-01-07 2005-07-12 삼성전자주식회사 Device for printing biomolecule using electrohydrodynamic effect on substrate and printing method thereof
KR20060025796A (en) * 2004-09-17 2006-03-22 황정호 Patterning method of microelectronic circuit and a fabricating apparatus thereof, and a printed circuit board using the method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001074745A (en) * 1999-09-03 2001-03-23 Yokogawa Electric Corp Biochip preparation method and biochip-preparing device using it
KR20020069648A (en) * 2001-02-27 2002-09-05 최만수 Method for manufacturing unagglomerated fine particles using electro-hydrodynamic spray in flame or furnace
KR20050072540A (en) * 2004-01-07 2005-07-12 삼성전자주식회사 Device for printing biomolecule using electrohydrodynamic effect on substrate and printing method thereof
KR20060025796A (en) * 2004-09-17 2006-03-22 황정호 Patterning method of microelectronic circuit and a fabricating apparatus thereof, and a printed circuit board using the method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11015164B2 (en) 2016-01-07 2021-05-25 T&R Biofab Co., Ltd. Cell printing apparatus for heat-sensitive cell printing composition

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090087748A (en) 2009-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100922232B1 (en) Method for Direct Patterning of live Cells using Electrohydrodynamic Printing Method and Device therefor
Jayasinghe et al. Electrospraying living cells
Ru et al. A review of non-contact micro-and nano-printing technologies
Jaworek et al. Electrospraying route to nanotechnology: An overview
Guo et al. Inkjet and inkjet-based 3D printing: connecting fluid properties and printing performance
Jayasinghe et al. Electric field driven jetting: an emerging approach for processing living cells
Sumerel et al. Piezoelectric ink jet processing of materials for medicaland biological applications
Hong et al. Bio-electrospraying and droplet-based microfluidics: control of cell numbers within living residues
Iwami et al. Bio rapid prototyping by extruding/aspirating/refilling thermoreversible hydrogel
Guillemot et al. High-throughput laser printing of cells and biomaterials for tissue engineering
Kim et al. Drop-on-demand inkjet-based cell printing with 30-μm nozzle diameter for cell-level accuracy
WO2004108418A1 (en) Ink-jet printing of viable cells
Umezu et al. Characteristics on micro-biofabrication by patterning with electrostatically injected droplet
Kim et al. Drop-on-demand patterning of bacterial cells using pulsed jet electrospraying
CN106007794B (en) A kind of method and purposes of solvent-induced based superhydrophobic thin films wellability variation
Wang et al. Fabrication of micro/nano-structures by electrohydrodynamic jet technique
CN109477071A (en) The 3D printing of cellularised bracket
Kim et al. Direct pattern formation of bacterial cells using micro-droplets generated by electrohydrodynamic forces
Jayasinghe et al. Bio‐electrosprays: The next generation of electrified jets
Coppola et al. On the spraying modality of liquids by pyroelectrohydrodynamics
KR100740228B1 (en) A novel electrohydrodynamic printing technique for cell patterning and its application as cell chips
Gregory et al. Reactive inkjet printing and propulsion analysis of silk-based self-propelled micro-stirrers
Zheng et al. Near-field electrospinning
Haiyi et al. Ejection of cell laden RPMI-1640 culture medium by Electrohydrodynamic method
Biswas et al. Inkjetting of enzymes

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121010

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131007

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141007

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160105

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161005

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee