KR101597025B1 - Method of manufacturing 3D Architectures from Biological Liquid Crystals and the product for Sensing and Actuating Applications - Google Patents
Method of manufacturing 3D Architectures from Biological Liquid Crystals and the product for Sensing and Actuating Applications Download PDFInfo
- Publication number
- KR101597025B1 KR101597025B1 KR1020140048691A KR20140048691A KR101597025B1 KR 101597025 B1 KR101597025 B1 KR 101597025B1 KR 1020140048691 A KR1020140048691 A KR 1020140048691A KR 20140048691 A KR20140048691 A KR 20140048691A KR 101597025 B1 KR101597025 B1 KR 101597025B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- bio
- organic
- nozzle
- present
- bioorganic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0095—Manufacture or treatments or nanostructures not provided for in groups B82B3/0009 - B82B3/009
Abstract
본 발명은 (a) 생체유기물 용액을 미세모세관 형태의 노즐에 주입하는 단계;
(b) 상기 노즐을 기판의 표적위치에 접촉시켜 상기 용액의 메니스커스(Meniscus)를 형성하고 용매를 증발시키는 단계; 및 (c) 상기 기판 또는 노즐을 움직이면서 3차원 미세구조를 형성하는 단계;를 포함하는 생체유기물 구조체의 제조방법에 관한 것으로 본 발명에 따른 생체유기물 구조체의 제조방법을 이용하면, 지지체나 템플레이트 없이 생체유기물만으로 복잡한 3차원 구조를 가지는 구조체의 제조가 가능한바, 생체유기물의 민감도 및 특이성을 유지할 수 있으며 단일공정에 의해 균일한 구조체를 확보할 수 있고, 생체유기물 구조체 제조에 필요한 시간과 비용을 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 생체유기물 구조체는 생체유기물만으로 제조되므로 생체유기물 각각의 민감도 및 특이성이 높게 유지되며, 복잡한 3차원 구조를 가지는바 각각의 표적과 상호작용하는 활성 물질의 확인 및 개발에 결정적인 정보를 제공할 수 있으므로 바이오 센서, 액츄에이터, 생체분자를 기반으로 하는 섬유소재, 나노/마이크로사이즈 초정밀 기계 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.(A) injecting a bioorganic material solution into a nozzle of a microcapsule type;
(b) contacting the nozzle with a target location on the substrate to form a meniscus of the solution and evaporating the solvent; And (c) forming a three-dimensional microstructure while moving the substrate or the nozzle. According to the method of manufacturing a bio-organic material structure according to the present invention, It is possible to manufacture a structure having a complicated three-dimensional structure only by using organic materials, and it is possible to maintain the sensitivity and specificity of bio-organic materials, to secure a uniform structure by a single process, and to save time and cost required for manufacturing bio- .
In addition, since the bio-organic structure prepared according to the production method of the present invention is produced only from bio-organic materials, the sensitivity and specificity of each bio-organic material are kept high, and a complex three- And it can be utilized in various fields such as biosensors, actuators, biomolecule-based fiber materials, nano / micro-sized ultra precision machines and so on.
Description
본 발명은 3차원 미세구조를 가지는 생체유기물 구조체의 제조방법 및 생체유기물 구조체, 이를 응용한 센서 및 액츄에이터 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 바이러스(Virus), 단백질(Protein), 당류(Polysaccharides), 디엔에이(DNA), 알엔에이(RNA), 효소, 조효소, 항체, 미생물, 동ㆍ식물 세포 및 기관, 신경세포, 거미줄 등의 생체유기물을 미세모세관을 이용하여 국부성장방법을 통해 제조한 미세 3차원 구조를 가지는 생체유기물 구조체의 제조방법 및 생체유기물 구조체, 이를 응용한 센서 및 액츄에이터 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a bio-organic structure having a three-dimensional microstructure, a bio-organic structure, a sensor and an actuator system using the bio-organic structure, and more particularly to a method for manufacturing a bio-organic structure having a virus, a protein, a polysaccharide, Dimensional microstructures prepared by local growth method using micro capillary tubes such as DNA, RNA, enzyme, coenzyme, antibody, microorganism, plant and cell, organ, neuron, A bio-organic structure, a sensor and an actuator system using the bio-organic structure.
바이러스, 단백질, 디엔에이 등과 같은 생체유기물을 이용한 3차원 구조체는 각각의 표적과 상호작용하는 활성 물질의 확인 및 개발에 결정적인 정보를 제공할 수 있어 바이오 센서, 액츄에이터 등에 활용될 수 있고, 조직 재생용으로 사용될 수 있는 등 현대 생명공학의 발달 및 질병치료에 많은 영향을 주고 있다. 따라서 이러한 생체유기물을 이용한 3차원 미세 구조체의 제조방법에 대한 연구가 다방면으로 이루어지고 있다.The three-dimensional structure using bio-organic materials such as viruses, proteins, and dienes can provide crucial information for identification and development of active substances interacting with respective targets, and can be utilized for biosensors and actuators. And can be used in the development of modern biotechnology and disease treatment has a lot of influence. Therefore, there have been many studies on a method for manufacturing a three-dimensional microstructure using such a bioorganic material.
생체유기물 구조체를 제조하기 위해 사용하는 방법으로는 증기-확산법(vapor-diffusion), 마이크로배치법(microbatch) 및 미세투석법(microdialysis)등을 포함한 여러 기술들이 있다. 이들 중 증기-확산법이 고효율적이며, 소량의 생체물질을 이용하여 정돈된 모양의 결정을 형성할 수 있어 가장 널리 사용되고 있다.Several techniques are used to fabricate bioorganic structures, including vapor-diffusion, microbatches, and microdialysis. Among them, the vapor diffusion method is highly efficient, and it is most widely used because it can form crystals of a regular shape using a small amount of biomaterials.
생체유기물을 이용한 결정화 방법 중 가장 널리 사용되는 방법으로는 씨팅-드롭 증기 확산법과 행잉-드롭 증기 확산법이 있다. 이들 방법들은 소량의 생체고분자 시료를 이용하여 광범위한 스크리닝을 가능하게 하며 누구나 쉽게 적용할 수 있으므로 가장 널리 사용되고 있다.One of the most widely used methods of crystallization using bioorganic materials is the seed-drop vapor diffusion method and the hanging-drop vapor diffusion method. These methods are most widely used because they can be applied easily to anyone by allowing a wide range of screening using a small amount of biopolymer samples.
행잉-드롭 증기 확산법은 생체고분자의 결정화에 가장 많이 사용되고 있는 방법으로서, 단백질 또는 DNA와 같은 생체고분자 용액과 침전제를 함유하는 결정화 용액을 혼합하여 커버글래스에 거치시킨 후 뒤집어 결정화 용액에 대하여 증기가 확산되도록 밀폐하는 방법이다. 이러한 방법에 의해 상기 용기에서 생체 고분자 혼합용액과 결정화 용액 간에 용매 또는 용매 혼합물의 증기 확산이 평형에 도달하게 되고, 생체고분자 혼합용액 중의 수분이 감소하며 거대분자와 침전제의 농도가 증가하고, 거대분자가 최적의 상태로 결정화된다. 이러한 행잉-드롭 증기 확산법은 생체고분자 결정화가 쉽게 진행되고, 단일 실험으로 많은 결정을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 그러나 밀폐를 위하여 진공그리스와 커버글래스의 사용을 동반해야 한다는 단점이 있다.The hanging-drop vapor diffusion method is the most commonly used method for crystallization of biopolymers. It is a method in which a biopolymer solution such as protein or DNA is mixed with a crystallization solution containing a precipitant, placed on a cover glass, As shown in Fig. By this method, the vapor diffusion of the solvent or solvent mixture between the biopolymer mixed solution and the crystallization solution in the vessel reaches equilibrium, the water content in the biopolymer mixed solution decreases, the concentration of the macromolecule and precipitant increases, Is crystallized in an optimum state. This hanging-drop vapor diffusion method has advantages in that biopolymer crystallization proceeds easily and many crystals can be obtained in a single experiment. However, there is a disadvantage that the use of vacuum grease and cover glass is required for sealing.
씨팅-드롭 증기 확산법은 씨팅-드롭 플레이트를 이용하는 방법으로, 상기 행잉-드롭 증기 확산법과 비교하여 시간과 비용을 절약할 수 있는 장점이 있지만, 생체고분자 혼합용액이 정립 위치에 놓여 지기 때문에 생성된 생체고분자 결정이 결정화 플레이트 표면에 부착되어 채취가 어렵거나 채취 시 손상을 입는다는 단점이 있다.(특허문헌 3)The seeding-drop vapor diffusion method is advantageous in that it can save time and cost as compared with the hanging-drop vapor diffusion method by using a seeding-drop plate. However, since the biopolymer mixed solution is placed at the set position, The polymer crystals adhere to the surface of the crystallization plate, making it difficult to collect or damage the polymer crystals. (Patent Document 3)
이외에도 복수의 기공을 가지는 메조포러스 재료를 이용하여 기공 내에 생체물질을 담지 시켜 구조체를 제조하는 방법(특허문헌 1), 액상상태의 재료를 주형 표면에 흡착시켜서 박막으로 하고 주형을 제거함으로써 구조체를 제조하는 방법(특허문헌 2) 등이 있다.In addition, a method of manufacturing a structure by supporting a biomaterial in pores using a mesoporous material having a plurality of pores (Patent Document 1), a method of manufacturing a structure by removing a mold by forming a thin film by adsorbing a liquid material on a mold surface (Patent Document 2).
상기와 같은 방법들은 그 제작방법에 있어 조건의 제한이 많고, 모양의 균일성과 생체 유기물의 활성을 보장받기 어렵고, 다양한 생체유기물에 적용함에 있어 그 한계가 명확하다는 단점이 있다.The above methods have a disadvantage in that there are many limitations in the production method thereof, uniformity of shape and activity of bioorganic material are difficult to be guaranteed, and that the limitations of application to various bioorganic materials are clear.
또한 생체유기물을 활용한 센서 등에 있어서, 단일물질만으로 구조체를 구성하는 방법이 어려워 필연적으로 유ㆍ무기물 지지체, 용매 등을 포함해야 하며 그로 인하여 생체유기물의 민감도 및 특이성이 현저하게 감소 된다는 단점이 있었다.In addition, in a sensor using a bio-organic material, it is difficult to construct a structure using only a single material, which necessarily includes an organic-inorganic material support, a solvent, and the like, thereby significantly reducing the sensitivity and specificity of the bio-organic material.
따라서, 적용 가능한 생체유기물의 종류에 제한이 없고, 다양한 형태의 3차원 구조를 가지며, 단일공정으로 제조된 균일한 구조체를 확보하기 위한 생체유기물 구조체의 제조방법에 대한 개발이 절실히 필요한 실정이다.
Therefore, there is no limit to the kinds of applicable bioorganic materials, and there is an urgent need to develop a bioorganic material structure manufacturing method for securing uniform structures having various types of three-dimensional structures and manufactured by a single process.
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 지지체나 템플레이트 없이 생체유기물만으로 다양한 형태의 3차원 구조를 가지는 생체유기물 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.The first problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a bioorganic material structure having various types of three-dimensional structures using only bio-organic materials without a support or a template.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기의 제조방법에 의해 제조한 생체유기물 구조체를 제공하는 것이다.A second problem to be solved by the present invention is to provide a bio-organic material structure produced by the above-described method.
본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 상기 생체유기물 구조체를 포함하는 바이오센서를 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a biosensor including the bio-organic structure.
본 발명이 해결하고자 하는 네 번째 과제는 상기 생체유기물 구조체를 포함하는 액츄에이터를 제공하는 것이다.A fourth object of the present invention is to provide an actuator including the bio-organic structure.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여,In order to solve the first problem,
(a) 생체유기물 용액을 미세모세관 형태의 노즐에 주입하는 단계;(a) injecting a bio-organic solution into a micro-capillary-shaped nozzle;
(b) 상기 노즐을 기판의 표적위치에 접촉시켜 상기 용액의 메니스커스(Meniscus)를 형성하고 용매를 증발시키는 단계; 및(b) contacting the nozzle with a target location on the substrate to form a meniscus of the solution and evaporating the solvent; And
(c) 상기 기판 또는 노즐을 움직이면서 3차원 미세구조를 형성하는 단계;를 포함하는 생체유기물 구조체의 제조방법을 제공한다.(c) forming a three-dimensional microstructure while moving the substrate or the nozzle.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 용액은 바이러스(Virus), 단백질(Protein), 당류(Polysaccharides), 디엔에이(DNA), 알엔에이(RNA), 효소, 조효소, 항체, 미생물, 동ㆍ식물 세포 및 기관, 신경세포 및 거미줄 중에서 선택된 1종 이상의 생체유기물을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the solution may be a virus, a protein, a polysaccharide, a DNA, an RNA, an enzyme, a coenzyme, an antibody, a microorganism, And at least one kind of biological organism selected from organ, nerve cell and web.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 용액의 용매는 물(water), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 다이메틸설프옥사이드(dimethyl sulfoxide), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 또는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 중 어느 하나일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the solvent of the solution may be water, methanol, ethanol, dimethyl sulfoxide, ethylene glycol, or polyethylene (polyethylene) glycol. < / RTI >
또한, 생체유기물 구조체에 일정한 전기적, 화학적, 기계적 특성 등을 부여하기 위해 상기 생체유기물 외에 다른 유기분자, 무기물, 고분자 등을 포함하는 것일 수 있다.In addition, in order to impart certain electrical, chemical, mechanical properties, etc. to the bio-organic structure, the bio-organic material may include other organic molecules, inorganic substances, polymers, and the like.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 구조체를 제조하는 방법에 사용되는 장치는 미세모세관 형태의 노즐, 미세모세관 이동제어장치, 기판 등으로 구성되어 있으며 추가적으로 이미지 센서를 장착한 디지털 카메라가 구비됨으로써, 실시간으로 장비를 제어할 수 있다.The device used in the method of manufacturing a microstructure according to an embodiment of the present invention is composed of a microcapsule type nozzle, a microcapsule movement control device, a substrate, and the like, and further includes a digital camera equipped with an image sensor, To control the equipment.
상기 노즐의 개구 지름은 10 ㎚ 내지 1 ㎜의 범위까지 사용될 수 있으며, 사용되는 생체유기물 용액의 조건과 만들어지는 구조체의 형태에 따라 다양하게 선택되어 사용될 수 있다.The diameter of the opening of the nozzle may be in the range of 10 nm to 1 mm and may be selected variously depending on the conditions of the bioorganic material solution used and the type of the structure to be produced.
상기 기판은 중심축을 중심으로 회전과 기울임이 가능한 것을 특징으로 하며, 미세모세관 이동제어장치의 이동 제한성을 보완하여 생체 유기물 미세 구조체의 복잡한 구조를 형성하는데 기여할 수 있다.The substrate can be rotated and tilted about a central axis, and can contribute to forming a complicated structure of the bio-organic microstructure by complementing the movement limitation of the micro-capillary movement control device.
상기 노즐은 이동속도 및 이동방향의 조절이 가능한 것을 특징으로 하며, 이는 미세모세관 이동제어장치에 의해 이루어지며, 이동속도는 10 ㎚/sec 내지 100 ㎜/sec의 범위이고, 이동방향은 x, y, z축 방향인 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 생체유기물 구조체를 원하는 위치에 원하는 모양으로 개별적으로 제작할 수 있고, 이동속도와 방향에 따라 생체유기물 구조체의 직경과 모양이 결정된다. The nozzle is characterized by being capable of controlling the moving speed and the moving direction, which is performed by the microcapillary movement controller, the moving speed is in the range of 10 nm / sec to 100 mm / sec, the moving direction is x, y , and a z-axis direction. Thus, the bioorganic material structure can be individually fabricated in a desired shape at a desired position, and the diameter and shape of the bioorganic material structure are determined according to the traveling speed and direction.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 상기의 제조방법에 의해 제조되는 생체유기물 구조체를 제공한다.In order to solve the second problem, the present invention provides a bio-organic material structure produced by the above-described method.
상기 제조방법에 따라 제조된 생체유기물 구조체의 직경은 수십 ㎚ 내지 수백 ㎛ 이상일 수 있고, 와이어 형태, 다리형태 등을 비롯한 복잡한 3차원 구조의 형태를 가질 수 있다.The diameter of the bio-organic material structure manufactured according to the above manufacturing method may be several tens of nanometers to several hundreds of micrometers or more, and may have a complex three-dimensional structure including a wire shape, a leg shape, and the like.
본 발명은 상기 세 번째 과제를 해결하기 위하여, 상기의 제조방법에 의해 제조된 생체유기물 구조체를 포함하는 바이오 센서를 제공한다.In order to solve the third problem, the present invention provides a biosensor including the bio-organic structure manufactured by the above-described method.
본 발명은 상기 네 번째 과제를 해결하기 위하여, 상기의 제조방법에 의해 제조된 생체유기물 구조체를 포함하는 액츄에이터를 제공한다.In order to solve the fourth problem, the present invention provides an actuator including the bioorganic material structure manufactured by the above manufacturing method.
본 발명에 따른 생체유기물 구조체의 제조방법을 이용하면, 지지체나 템플레이트 없이 생체유기물만으로 복잡한 3차원 구조를 가지는 구조체의 제조가 가능한바, 생체유기물의 민감도 및 특이성을 유지할 수 있으며 단일공정에 의해 균일한 구조체를 확보할 수 있고, 생체유기물 구조체 제조에 필요한 시간과 비용을 절약할 수 있다.By using the method for producing a bio-organic material structure according to the present invention, it is possible to manufacture a structure having a complicated three-dimensional structure using only a bio-organic material without a support or a template, and the sensitivity and specificity of the bio-organic material can be maintained, It is possible to secure a structure, and it is possible to save time and cost required for manufacturing a bioorganic structure.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 생체유기물 구조체는 생체유기물만으로 제조되므로 생체유기물 각각의 민감도 및 특이성이 높게 유지되며, 복잡한 3차원 구조를 가지는바 각각의 표적과 상호작용하는 활성 물질의 확인 및 개발에 결정적인 정보를 제공할 수 있으므로 바이오 센서, 액츄에이터, 생체분자를 기반으로 하는 섬유소재, 나노/마이크로사이즈 초정밀 기계 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.Since the bio-organic structure prepared according to the production method of the present invention is produced only from bio-organic materials, the sensitivity and specificity of each bio-organic material are kept high and it is possible to identify and develop an active material having a complex three- It can be utilized in various fields such as biosensors, actuators, biomolecule-based fiber materials, nano / micro size ultra precision machines, and the like.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체유기물 구조체의 제조방법에 관한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체유기물 구조체의 형성원리와 순서에 대한 모식도로서,
도 2의a는 노즐에서 기판으로의 생체유기물 용액 메니스커스가 형성되고 용매가 증발되어 기판과 생체유기물 구조체가 접착되는 것을 나타내는 모식도이다.
도 2의b는 상기 생체유기물 구조체 형성 이후에 노즐을 이동하여 생체유기물 구조체 위에 다시 메니스커스가 형성되는 것을 나타내는 모식도이다.
도 2의c는 상기 생체유기물 용액의 메니스커스 형성과 용매의 증발이 계속적으로 일어나 3차원의 생체유기물 구조체가 생성되는 것을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 생체유기물 구조체를 포함하는 바이오 센서의 작동원리에 대한 모식도로서,
도 3의a는 생체유기물 용액을 이용하여 제조된 생체유기물 구조체를 나타내는 모식도이다.
도 3의b는 생체유기물의 대상 물질이 구조체에 물리적ㆍ화학적으로 영향을 주고 있는 것을 나타내는 모식도이다.
도 3의c는 생체유기물 구조체의 대상물질이 구조체에 영향을 주어 물리적ㆍ화학적ㆍ광학적ㆍ전기적으로 변화를 수반하게 된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 생체유기물 구조체를 포함하는 액츄에이터의 작동원리에 대한 모식도로서,
도 4의a는 본 발명에 따른 생체유기물 구조체가 외부 자극에 의해 액츄에이팅되는 것을 나타낸 모식도이다.
도 4의b는 본 발명에 따른 생체유기물 구조체가 외부 자기장에 의해 구부러짐과 퍼짐을 반복하는 것을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 4의c는 본 발명에 따른 생체유기물 구조체가 공기 중의 수분에 의해 구부러지는 모습을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 생체유기물 구조체를 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진으로서,
도 5의a는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 울타리, 다리, 'ㄱ'자 형태 및 균일한 크기의 미세 와이어 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5의b는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 일직선 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5의c는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 호리병 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5의d는 본 발명의 제조방법에 따라 기판 위에 생체유기물 구조체를 제조하는 것을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 의자 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 '月'자 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 그물 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 9는 본 발명의 제조방법에 따라 제조한 당류(Polysaccharide), 단백질(Protein), 디엔에이(DNA), 알엔에이(RNA) 생체유기물 구조체를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 촬영한 사진이다.1 is a schematic view of a method of manufacturing a bio-organic material structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view illustrating the principle and procedure for forming a bio-organic material structure according to an embodiment of the present invention,
2 (a) is a schematic view showing that a meniscus of a bio-organic material solution from a nozzle to a substrate is formed and the solvent is evaporated to adhere the substrate and the bio-organic material structure.
FIG. 2B is a schematic view showing that a meniscus is formed on the bio-organic structure by moving the nozzle after the bio-organic structure is formed.
FIG. 2C is a schematic diagram showing that the meniscus formation of the bioorganic material solution and the evaporation of the solvent continuously occur to generate a three-dimensional bioorganic material structure.
FIG. 3 is a schematic view of the operation principle of a biosensor including a bio-organic structure manufactured according to an embodiment of the present invention,
3 (a) is a schematic view showing a bioorganic material structure produced using a bioorganic material solution.
Fig. 3 (b) is a schematic diagram showing that a target substance of bioorganic matter is physically and chemically influencing the structure.
FIG. 3C is a schematic diagram showing a state in which a target substance of the bioorganic material structure is subjected to a physical, chemical, optical, and electrical change by affecting the structure.
FIG. 4 is a schematic view illustrating an operation principle of an actuator including a bio-organic material structure manufactured according to an embodiment of the present invention,
4 (a) is a schematic diagram showing that the bioorganic material structure according to the present invention is actuated by external stimulation.
4 (b) is an optical microscope photograph showing that the bio-organic structure according to the present invention repeatedly bends and spreads by an external magnetic field.
FIG. 4C is an optical microscope photograph showing a state in which the bio-organic material structure according to the present invention is bent by moisture in the air.
FIG. 5 is a photograph of a bioorganic material structure manufactured according to an embodiment of the present invention, which is photographed using a scanning electron microscope (SEM) and an optical microscope,
5 (a) is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a bio-organic material structure in the shape of a fence, a bridge, a '' shape and a uniform size micro wire formed according to the manufacturing method of the present invention.
5 (b) is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a straight-line bioorganic material structure manufactured according to the manufacturing method of the present invention.
FIG. 5C is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the vitreous organic structure in the form of a bottle formed according to the manufacturing method of the present invention.
FIG. 5D is an optical microscope photograph showing the production of a bioorganic material structure on a substrate according to the production method of the present invention.
6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a chair-shaped bioorganic material structure manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a 'moon' shaped bioorganic material structure manufactured according to an embodiment of the present invention.
8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a net organic bio-organ structure fabricated according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph of a polysaccharide, a protein, a DNA, and an RNA bio-organic material structure prepared according to the manufacturing method of the present invention using a scanning electron microscope (SEM).
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
종래 생체유기물 구조체를 제조하는 방법은 생체유기물을 용매에 분산시켜 사용하거나 템플레이트에 생체유기물을 도포 또는 배열하는 방법, 액상상태의 재료를 주형 표면에 흡착시켜서 박막으로 하고 주형을 제거함으로써 구조체를 제조하는 방법, 지지체를 이용하여 생체유기물을 담지 또는 결합시키는 방법 등이 있었다.Conventionally, a method of manufacturing a bio-organic material structure includes a method of using a bio-organic material dispersed in a solvent, a method of applying or arranging a bio-organic material on a template, a method of forming a thin film by adsorbing a liquid material on a mold surface, A method of supporting or binding bioorganic matter using a support, and the like.
그러나 상기와 같은 방법들은 그 제작방법에 있어 조건의 제한이 많고, 모양의 균일성과 생체 유기물의 활성을 보장받기 어렵고, 다양한 생체유기물에 적용함에 있어 그 한계가 명확하다는 단점이 있다.However, the above methods have a limitation in terms of the production method thereof, are difficult to ensure the uniformity of shape and the activity of bioorganic material, and have a limitation in that they are limited in application to various bioorganic materials.
또한 생체유기물을 활용한 센서 등에 있어서, 단일물질만으로 구조체를 구성하는 방법이 어려워 필연적으로 유ㆍ무기물 지지체, 용매 등을 포함해야 하며 그로 인하여 생체유기물의 민감도 및 특이성이 현저하게 감소 된다는 단점이 있었다.In addition, in a sensor using a bio-organic material, it is difficult to construct a structure using only a single material, which necessarily includes an organic-inorganic material support, a solvent, and the like, thereby significantly reducing the sensitivity and specificity of the bio-organic material.
따라서, 적용 가능한 생체유기물의 종류에 제한이 없고, 다양한 형태의 3차원 구조를 가지며, 단일공정으로 제조된 균일한 구조체를 확보하기 위한 생체유기물 구조체의 제조방법에 대한 개발이 절실히 필요한 실정이다.Therefore, there is no limit to the kinds of applicable bioorganic materials, and there is an urgent need to develop a bioorganic material structure manufacturing method for securing uniform structures having various types of three-dimensional structures and manufactured by a single process.
본 발명에 따른 생체유기물 구조체의 제조방법을 이용하면, 지지체나 템플레이트 없이 생체유기물만으로 복잡한 3차원 구조를 가지는 구조체의 제조가 가능한바, 생체유기물의 민감도 및 특이성을 유지할 수 있으며 단일공정에 의해 균일한 구조체를 확보할 수 있다.By using the method for producing a bio-organic material structure according to the present invention, it is possible to manufacture a structure having a complicated three-dimensional structure using only a bio-organic material without a support or a template, and the sensitivity and specificity of the bio-organic material can be maintained, A structure can be secured.
하기 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체유기물 구조체의 제조방법에 관한 모식도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a method of manufacturing a bio-organic material structure according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 발명에 따른 생체유기물 구조체의 제조방법은 (a) 생체유기물 용액을 미세모세관 형태의 노즐에 주입하는 단계; (b) 상기 노즐을 기판의 표적위치에 접촉시켜 상기 용액의 메니스커스(Meniscus)를 형성하고 용매를 증발시키는 단계; 및The method of manufacturing a bio-organic material structure according to the present invention comprises the steps of: (a) injecting a bio-organic material solution into a nozzle of microcapsule type; (b) contacting the nozzle with a target location on the substrate to form a meniscus of the solution and evaporating the solvent; And
(c) 상기 기판 또는 노즐을 움직이면서 3차원 미세구조를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.(c) forming a three-dimensional microstructure while moving the substrate or the nozzle.
본 발명에 따른 상기 생체유기물 용액은 바이러스(Virus), 단백질(Protein), 당류(Polysaccharides), 디엔에이(DNA), 알엔에이(RNA), 효소, 조효소, 항체, 미생물, 동ㆍ식물 세포 및 기관, 신경세포 및 거미줄 중에서 선택된 1종 이상의 생체유기물을 포함할 수 있다.The bioorganic-organic solution according to the present invention may be used as a solution of a virus, a protein, a polysaccharide, a DNA, an RNA, an enzyme, a coenzyme, an antibody, a microorganism, A nerve cell, and a web of a living organism.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 용액의 용매는 물(water), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 다이메틸설프옥사이드(dimethyl sulfoxide), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 또는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 중 어느 하나일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the solvent of the solution may be water, methanol, ethanol, dimethyl sulfoxide, ethylene glycol, or polyethylene (polyethylene) glycol. < / RTI >
또한, 생체유기물 구조체에 일정한 전기적, 화학적, 기계적 특성 등을 부여하기 위해 상기 생체유기물 외에 다른 유기분자, 무기물, 고분자 등을 포함하는 것일 수 있다.In addition, in order to impart certain electrical, chemical, mechanical properties, etc. to the bio-organic structure, the bio-organic material may include other organic molecules, inorganic substances, polymers, and the like.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 미세 구조체를 제조하는 방법에 사용되는 장치는 미세모세관 형태의 노즐, 미세모세관 이동제어장치, 기판 등으로 구성되어 있으며 추가적으로 이미지 센서를 장착한 디지털 카메라가 구비됨으로써, 실시간으로 장비를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 1, an apparatus used in a method of manufacturing a microstructure according to the present invention includes a microcapsule-type nozzle, a microcapsule movement control device, a substrate, and the like, and further includes a digital camera equipped with an image sensor, And can control the equipment in real time.
상기 미세모세관 형태 노즐의 개구 지름은 10 ㎚ 내지 1 ㎜의 범위까지 사용될 수 있으며, 사용되는 생체유기물 용액의 조건과 만들어지는 구조체의 형태에 따라 다양하게 선택되어 사용될 수 있다.The diameter of the fine capillary-shaped nozzle may be in the range of 10 nm to 1 mm. The diameter of the micro-capillary-shaped nozzle may be variously selected depending on the conditions of the bioorganic material solution used and the type of the structure to be produced.
상기 기판은 중심축을 중심으로 회전과 기울임이 가능한 것을 특징으로 하며, 미세모세관 이동제어장치의 이동 제한성을 보완하여 생체 유기물 미세 구조체의 복잡한 구조를 형성하는데 기여할 수 있다.The substrate can be rotated and tilted about a central axis, and can contribute to forming a complicated structure of the bio-organic microstructure by complementing the movement limitation of the micro-capillary movement control device.
상기 노즐은 이동속도 및 이동방향의 조절이 가능한 것을 특징으로 하며, 이는 미세모세관 이동제어장치에 의해 이루어지는데, 이동속도는 10 ㎚/sec 내지 100 ㎜/sec의 범위이고, 이동방향은 x, y, z축 방향인 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 생체유기물 구조체를 원하는 위치에 원하는 모양으로 개별적으로 제작할 수 있고, 이동속도와 방향에 따라 생체유기물 구조체의 직경과 모양이 결정된다.The moving speed is in the range of 10 nm / sec to 100 mm / sec, and the moving direction is x, y, y, and z. The moving speed of the nozzle is controlled by the microcapillary movement controller. , and a z-axis direction. Thus, the bioorganic material structure can be individually fabricated in a desired shape at a desired position, and the diameter and shape of the bioorganic material structure are determined according to the traveling speed and direction.
결과적으로 상기 기판과 노즐의 움직임에 의해 수십 ㎚ 에서 수백 ㎛ 의 직경을 가지며, 울타리, 다리, 'ㄱ'자 형태 및 균일한 크기의 미세 와이어 형태 등 복잡한 3차원 구조를 가진 생체유기물 구조체를 제조할 수 있다.As a result, a bio-organic material structure having a complex three-dimensional structure, such as a fence, a bridge, a ' ' shape and a fine wire shape of a uniform size, having a diameter of several tens nm to several hundreds of m by the movement of the substrate and the nozzle .
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체유기물 구조체의 형성원리와 순서에 대한 모식도로서,FIG. 2 is a schematic view illustrating the principle and procedure for forming a bio-organic material structure according to an embodiment of the present invention,
도 2의a는 노즐에서 기판으로의 생체유기물 용액 메니스커스가 형성되고 용매가 증발되어 기판과 생체유기물 구조체가 접착되는 모식도이다.FIG. 2 (a) is a schematic view showing a state in which a meniscus of a bio-organic material solution is formed from a nozzle to a substrate, and a solvent is evaporated to adhere the substrate and the bio-organic material structure.
도 2의a를 참조하면, 상기 (a) 단계에 따라 생체유기물 용액을 미세모세관 형태의 노즐에 주입하고 나면 (b) 단계에 따라 노즐에서 기판으로 생체유기물 용액을 배출하면 기판 상에 생체유기물 용액 메니스커스가 형성되고 상기 용매는 증발되어 기판과 생체유기물 구조체가 접착되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2 (a), when the bioorganic material solution is injected into the microcapsule-shaped nozzle according to the step (a), the bioorganic material solution is discharged from the nozzle to the substrate according to the step (b) A meniscus is formed and the solvent is evaporated to confirm that the substrate and the bio-organic structure are bonded.
도 2의b는 상기 생체유기물 구조체 형성 이후에 노즐을 이동하여 생체유기물 구조체 위에 다시 메니스커스가 형성되는 것을 나타내는 모식도이다.FIG. 2B is a schematic view showing that a meniscus is formed on the bio-organic structure by moving the nozzle after the bio-organic structure is formed.
도 2의c는 상기 생체유기물 용액의 메니스커스 형성과 용매의 증발이 계속적으로 일어나 3차원의 생체유기물 구조체가 생성되는 것을 나타내는 모식도이다.FIG. 2C is a schematic diagram showing that the meniscus formation of the bioorganic material solution and the evaporation of the solvent continuously occur to generate a three-dimensional bioorganic material structure.
도 2의b와 도 2의c를 참조하면, 상기 (b) 단계 이후에 노즐을 미세모세관 이동제어장치에 의해 이동시키면 상기 (b) 단계에서 생성된 생체유기물 구조체 위에 다시 생체유기물 용액 메니스커스가 형성되는 것을 알 수 있고 또한 용매의 증발이 계속적으로 일어나게 되는바 미세모세관 형태의 노즐을 잡아당기는 속도에 의해 메니스커스 지름의 변화가 생기며, 노즐을 당기는 속도가 증가할수록 메니스커스의 지름은 작아지는 반면에 메니스커스의 표면적은 상대적으로 증가하여 용매의 증발이 가속화 되며, 결과적으로는 생체유기물 구조체의 지름이 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로 상기 기판과 노즐의 움직임에 의해 수십 ㎚ 에서 수백 ㎛ 의 직경을 가지며, 울타리, 다리, 'ㄱ'자 형태 및 균일한 크기의 미세 와이어 형태 등 복잡한 3차원 구조를 가진 생체유기물 구조체를 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 2 (b) and 2 (c), when the nozzle is moved by the microcapsule movement control device after the step (b), the bioorganic material solution meniscus And the evaporation of the solvent continues. As a result, the diameter of the meniscus is changed by the pulling speed of the micro-capillary-shaped nozzle. As the speed of pulling the nozzle increases, the diameter of the meniscus increases The surface area of the meniscus is relatively increased, and the evaporation of the solvent is accelerated. As a result, the diameter of the bioorganic structure is reduced. As a result, a bio-organic material structure having a complex three-dimensional structure, such as a fence, a bridge, a ' ' shape and a fine wire shape of a uniform size, having a diameter of several tens nm to several hundreds of m by the movement of the substrate and the nozzle .
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 생체유기물은 생체유기물만으로 제조되어 높은 민감도 및 특이성을 지니며, 복잡한 3차원 구조를 가지는바 생체유기물 각각의 표적과 상호작용하는 활성 물질의 확인 및 개발에 결정적인 정보를 제공할 수 있으므로 바이오 센서, 액츄에이터, 생체분자를 기반으로 하는 섬유소재, 나노/마이크로사이즈 초정밀 기계 등으로 이용할 수 있다.
The bio-organic material prepared according to the production method of the present invention has high sensitivity and specificity and is produced only from bio-organic materials. It has a complex three-dimensional structure and is a crucial information for identification and development of active substances interacting with targets of bio- It can be used as a biosensor, an actuator, a fiber material based on a biomolecule, a nano / micro size ultra precision machine, and the like.
이하에서는 바람직한 실시예 등을 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments and the like. It will be apparent to those skilled in the art, however, that these examples are provided for further illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 : 바이러스 생체유기물 구조체의 제조 1: Preparation of virus vital organic structure
본 발명의 제조방법에 따라 생체유기물 구조체를 제조하였다. 생체유기물로는 M-13 선형 바이러스를 사용하였고 물을 용매로 하여 15 ㎎/㎖ 의 생체유기물 용액을 제조하였다. 이를 개구 지름이 1 ㎛인 미세모세관 형태의 노즐에 주입한 후 노즐의 이동속도를 2 ㎛/sec으로 하여 백금이 도금된 유리기판 위에 상기 노즐 및 기판을 움직여 3차원 구조의 생체유기물 구조체를 제조하였다.A bioorganic material structure was prepared according to the production method of the present invention. M-13 linear virus was used as a living organism and 15 mg / ml of a biological organic solution was prepared using water as a solvent. A three-dimensional structure of a bio-organic structure was prepared by moving the nozzle and the substrate on a platinum-plated glass substrate at a nozzle moving speed of 2 탆 / sec after injecting the micro-capillary-shaped nozzle having an opening diameter of 1 탆 .
실시예Example 2 : 다당류 생체유기물 구조체의 제조 2: Preparation of polysaccharide bioorganic material structure
상기 실시예 1의 제조방법과 같은 방법을 사용하되, 생체유기물로 다당류(Polysaccharide)를 사용하여 다당류 생체유기물 구조체를 제조하였다.A polysaccharide bioorganic material structure was prepared by using the same method as the manufacturing method of Example 1, but using a polysaccharide as a bioorganic material.
실시예Example 3 : 단백질 생체유기물 구조체의 제조 3: Preparation of protein bioorganic structure
상기 실시예 1의 제조방법과 같은 방법을 사용하되, 생체유기물로 단백질(Protein)을 사용하여 단백질 생체유기물 구조체를 제조하였다.A protein bioorganic material structure was prepared by using the same method as the manufacturing method of Example 1, but using a protein as a bioorganic material.
실시예Example 4 : 디엔에이( 4: DANE DNADNA ) 생체유기물 구조체의 제조) Preparation of bioorganic material structure
상기 실시예 1의 제조방법과 같은 방법을 사용하되, 생체유기물로 디엔에이(DNA)를 사용하여 디엔에이 생체유기물 구조체를 제조하였다.Using the same method as the manufacturing method of Example 1, a bioenergy organic structure was prepared by using DNA as a bioorganic material.
실시예Example 5 : 5: 알엔에이ARENA (( RNARNA ) 생체유기물 구조체의 제조) Preparation of bioorganic material structure
상기 실시예 1의 제조방법과 같은 방법을 사용하되, 생체유기물로 알엔에이(RNA)를 사용하여 알엔에이 생체유기물 구조체를 제조하였다.
Using the same method as the method of Example 1, the Rhene bioorganic material structure was prepared using RNA as a bioorganic material.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 생체유기물 구조체를 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경을 이용하여 촬영한 사진으로서,FIG. 5 is a photograph of a bioorganic material structure manufactured according to an embodiment of the present invention, which is photographed using a scanning electron microscope (SEM) and an optical microscope,
도 5의a는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 울타리, 다리, 'ㄱ'자 형태 및 균일한 크기의 미세 와이어 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.5 (a) is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a bio-organic material structure in the shape of a fence, a bridge, a '' shape and a uniform size micro wire formed according to the manufacturing method of the present invention.
도 5의b는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 일직선 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.5 (b) is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a straight-line bioorganic material structure manufactured according to the manufacturing method of the present invention.
도 5의c는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 호리병 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.FIG. 5C is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the vitreous organic structure in the form of a bottle formed according to the manufacturing method of the present invention.
도 5의d는 본 발명의 제조방법에 따라 기판 위에 생체유기물 구조체를 제조하는 것을 나타낸 광학현미경 사진이다.FIG. 5D is an optical microscope photograph showing the production of a bioorganic material structure on a substrate according to the production method of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 의자 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a chair-shaped bioorganic material structure manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 '月'자 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.FIG. 7 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a 'moon' shaped bioorganic material structure manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 그물 형태의 생체유기물 구조체를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.8 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a net organic bio-organ structure fabricated according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제조방법에 따라 제조한 당류(Polysaccharide), 단백질(Protein), 디엔에이(DNA), 알엔에이(RNA) 생체유기물 구조체를 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 촬영한 사진이다.9 is a photograph of a polysaccharide, a protein, a DNA, and an RNA bio-organic material structure prepared according to the manufacturing method of the present invention using a scanning electron microscope (SEM).
상기의 제조방법에 따라 제조한 생체유기물 구조체는 도 5 내지 8에 나타난 바와 같이 생체유기물만으로 제조가 가능하고, 다양하고 복잡한 형태의 3차원 구조를 가진다는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 5 to 8, it can be confirmed that the bioorganic material structure manufactured according to the above manufacturing method can be produced only from bioorganic materials and has a variety of complex three-dimensional structures.
또한 본 발명에 따른 생체유기물 구조체는 바이러스(Virus)를 비롯하여 당류(Polysaccharide), 단백질(Protein), 디엔에이(DNA), 알엔에이(RNA)를 생체유기물로 하여 제조가 가능하며 각각의 생체유기물만으로 제조가 가능하다는 것을 확인할 수 있다.
In addition, the bio-organic structure according to the present invention can be manufactured using viruses, polysaccharides, proteins, DNAs, and RNAs as bio-organic materials. It is possible to confirm that it is possible.
시험예Test Example 1 : 생체유기물 구조체를 포함하는 센서의 작동원리 시험 1: Operation principle test of sensor including bio-organic structure
상기 실시예에 따라 제조된 생체유기물 구조체의 생체유기물에 특이적으로 결합하거나 영향을 끼치는 대상물질을 이용하여 센서로의 작동원리를 평가하였다. 생체유기물로는 암 탐지 유전자를 포함한 바이러스를 사용하였고, 물을 용매로 하여 15 ㎎/㎖의 생체유기물 용액을 제조하였다. 이를 개구 지름이 1 ㎛인 미세 모세관 형태의 노즐에 주입한 후 노즐의 이동속도를 2 ㎛/sec으로 하여 백금이 도금된 유리기판 위에 상기 노즐 및 기판을 움직여 3차원 구조의 생체유기물 구조체를 제조한 후, 대상 물질(암세포)에 노출시켜 구조체에 영향을 끼침을 확인하였다.The working principle of the sensor was evaluated using a target substance that specifically binds or affects the bio-organic material of the bio-organic material structure manufactured according to the above embodiment. A virus containing a cancer detection gene was used as a living organism, and a 15 mg / ml solution of a living organism was prepared using water as a solvent. A three-dimensional bio-organic structure was prepared by moving the nozzle and the substrate on a glass substrate plated with platinum at a nozzle moving speed of 2 탆 / sec after injecting the liquid into a micro-capillary-shaped nozzle having an opening diameter of 1 탆 After exposure to the target substance (cancer cells), the structure was confirmed to be affected.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 생체유기물 구조체를 포함하는 바이오 센서의 작동원리에 대한 모식도로서,FIG. 3 is a schematic view of the operation principle of a biosensor including a bio-organic structure manufactured according to an embodiment of the present invention,
도 3의a는 생체유기물 용액을 이용하여 제조된 생체유기물 구조체를 나타내는 모식도이다.3 (a) is a schematic view showing a bioorganic material structure produced using a bioorganic material solution.
도 3의b는 생체유기물의 대상 물질이 구조체에 물리적ㆍ화학적으로 영향을 주고 있는 것을 나타내는 모식도이다.Fig. 3 (b) is a schematic diagram showing that a target substance of bioorganic matter is physically and chemically influencing the structure.
도 3의c는 생체유기물 구조체의 대상물질이 구조체에 영향을 주어 물리적ㆍ화학적ㆍ광학적ㆍ전기적으로 변화를 수반하게 된 상태를 나타내는 모식도이다.FIG. 3C is a schematic diagram showing a state in which a target substance of the bioorganic material structure is subjected to a physical, chemical, optical, and electrical change by affecting the structure.
상기의 시험예 및 도면에 나타난 결과를 통해 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 생체유기물 구조체는 대상물질의 물리적ㆍ화학적ㆍ전기적 신호를 인식할 수 있다는 점을 확인할 수 있는바, 생체유기물 구조체를 이용한 바이오 센서로 활용될 수 있음을 알 수 있다.
The bio-organic structure prepared according to the manufacturing method of the present invention can recognize the physical, chemical and electrical signals of the target substance through the test examples and the results shown in the drawings. As a result, It can be used as a biosensor.
시험예Test Example 2 : 생체유기물 구조체를 포함하는 2: a biological material containing a bioorganic material structure 액츄에이터의Actuator 작동원리 시험 Working principle test
상기 실시예에 따라 제조된 생체유기물 구조체의 주위에 25 V의 외부 전압을 유도하여 상기 생체유기물 구조체가 외부 자기장에 의해 구부러짐과 퍼짐을 반복하는 실험을 진행하였다. 또한 공기 중에 존재하는 수분에 의하여 생체유기물 구조체가 구부러짐과 퍼짐을 반복하는 실험을 진행하였다.An external voltage of 25 V was induced around the bio-organic structure fabricated according to the above example, and the bio-organic structure was repeatedly bent and spread by the external magnetic field. Experiments have also been carried out to repeatedly bend and spread the bioorganic material structure by the water present in the air.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 생체유기물 구조체를 포함하는 액츄에이터의 작동원리에 대한 모식도로서,FIG. 4 is a schematic view illustrating an operation principle of an actuator including a bio-organic material structure manufactured according to an embodiment of the present invention,
도 4의a는 본 발명에 따른 생체유기물 구조체가 외부 자극에 의해 액츄에이팅되는 것을 나타낸 모식도이다.4 (a) is a schematic diagram showing that the bioorganic material structure according to the present invention is actuated by external stimulation.
도 4의b는 본 발명에 따른 생체유기물 구조체가 외부 자기장에 의해 구부러짐과 퍼짐을 반복하는 것을 나타낸 광학현미경 사진이다.4 (b) is an optical microscope photograph showing that the bio-organic structure according to the present invention repeatedly bends and spreads by an external magnetic field.
도 4의c는 본 발명에 따른 생체유기물 구조체가 공기 중의 수분에 의해 구부러지는 모습을 나타낸 광학현미경 사진이다.FIG. 4C is an optical microscope photograph showing a state in which the bio-organic material structure according to the present invention is bent by moisture in the air.
상기의 시험예 및 도면에 나타난 결과를 통해 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 생체유기물 구조체는 생체유기물의 대상물질에 대하여 물리적ㆍ화학적ㆍ전기적 변화를 수반함과 동시에 구조체를 구부리거나, 진동하는 등의 액츄에이팅을 수반할 수 있는바 액츄에이터로 이용될 수 있음을 확인할 수 있다.From the results shown in the above test examples and drawings, the bio-organic structure prepared according to the production method of the present invention is characterized in that it is accompanied by physical, chemical, and electrical changes to the subject material of the bio-organic material, It can be seen that it can be used as an actuator capable of carrying out the actuation of the actuator.
Claims (10)
(b) 상기 노즐을 기판의 표적위치에 접촉시켜 상기 용액의 메니스커스(Meniscus)를 형성하고 용매를 증발시키는 단계; 및
(c) 상기 기판 또는 노즐을 움직이면서 3차원 미세구조를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 기판은 중심축을 중심으로 회전과 기울임이 가능하고, 상기 노즐은 이동속도 및 이동방향의 조절이 가능하며,
상기 노즐의 이동속도는 10 ㎚/sec 내지 100 ㎜/sec의 범위이고, 상기 노즐의 이동방향은 x, y, z축 방향이며,
상기 노즐의 이동속도를 조절하여 생체유기물 구조체의 지름을 조절하는 것을 특징으로 하는 생체유기물 구조체의 제조방법.(a) injecting a bio-organic solution into a micro-capillary-shaped nozzle;
(b) contacting the nozzle with a target location on the substrate to form a meniscus of the solution and evaporating the solvent; And
(c) forming a three-dimensional microstructure by moving the substrate or the nozzle,
The substrate can be rotated and tilted about a central axis, the nozzle can adjust the moving speed and the moving direction,
The moving speed of the nozzle is in the range of 10 nm / sec to 100 mm / sec, the moving direction of the nozzle is the x, y, z axis direction,
Wherein the diameter of the bio-organic material structure is controlled by adjusting a moving speed of the nozzle.
상기 용액은 바이러스(Virus), 단백질(Protein), 당류(Polysaccharides), 디엔에이(DNA), 알엔에이(RNA), 효소, 조효소, 항체, 미생물, 동ㆍ식물 세포 및 기관, 신경세포 및 거미줄 중에서 선택된 1종 이상의 생체유기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체유기물 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
The solution may be selected from viruses, proteins, polysaccharides, DNA, RNA, enzymes, coenzymes, antibodies, microorganisms, plant cells and organs, nerve cells and webs A method for producing a bio-organic material structure, which comprises at least one kind of bio-organic material.
상기 용액의 용매는 물(water), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 다이메틸설프옥사이드(dimethyl sulfoxide), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 또는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 생체유기물 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
The solvent of the solution is any one of water, methanol, ethanol, dimethyl sulfoxide, ethylene glycol, and polyethylene glycol. Wherein the biocompatible organic material is a biocompatible material.
상기 노즐의 개구 지름이 10 ㎚ 내지 1 ㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 생체유기물 구조체의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the opening diameter of the nozzle is in the range of 10 nm to 1 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140048691A KR101597025B1 (en) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | Method of manufacturing 3D Architectures from Biological Liquid Crystals and the product for Sensing and Actuating Applications |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140048691A KR101597025B1 (en) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | Method of manufacturing 3D Architectures from Biological Liquid Crystals and the product for Sensing and Actuating Applications |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150122442A KR20150122442A (en) | 2015-11-02 |
| KR101597025B1 true KR101597025B1 (en) | 2016-03-07 |
Family
ID=54599600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140048691A KR101597025B1 (en) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | Method of manufacturing 3D Architectures from Biological Liquid Crystals and the product for Sensing and Actuating Applications |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101597025B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102165918B1 (en) * | 2018-10-18 | 2020-10-14 | 고려대학교 세종산학협력단 | Micro wire fabricating method and fabricating device of the same |
| KR102185268B1 (en) * | 2018-10-31 | 2020-12-03 | 계명대학교 산학협력단 | Device and method for manufacturing multi-layer bio-scaffold using 3D printing |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100668591B1 (en) * | 1999-01-07 | 2007-01-17 | 노쓰웨스턴 유니버시티 | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5096676A (en) | 1989-01-27 | 1992-03-17 | Mcpherson Alexander | Crystal growing apparatus |
| JPWO2005121019A1 (en) | 2004-06-08 | 2008-04-10 | 独立行政法人理化学研究所 | Nanostructure manufacturing method and nanostructure |
| US7914663B2 (en) | 2005-06-07 | 2011-03-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Structure, porous body, sensor, process of structure and detecting method for specimen |
| EP2540661A1 (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-02 | ETH Zurich | Method for nano-dripping 1D, 2D, 3D structures on a substrate |
| KR20130057546A (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-03 | 한국전기연구원 | Method for manufacturing 3d micro- and nano-wire having mixture of conductive polymer and heterogeneous material |
-
2014
- 2014-04-23 KR KR1020140048691A patent/KR101597025B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100668591B1 (en) * | 1999-01-07 | 2007-01-17 | 노쓰웨스턴 유니버시티 | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or produced thereby |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150122442A (en) | 2015-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1461619B1 (en) | Improved structured-functional bonding matrices for biomolecules | |
| Elnathan et al. | Engineering vertically aligned semiconductor nanowire arrays for applications in the life sciences | |
| Gustafsson et al. | Structuring of functional spider silk wires, coatings, and sheets by self‐assembly on superhydrophobic pillar surfaces | |
| Krabbenborg et al. | Electrochemically generated gradients | |
| CN109153961B (en) | Three-dimensional film structure containing fine particles and method for producing same | |
| Li et al. | Wettability-patterned microchip for emerging biomedical materials and technologies | |
| Sun et al. | Inkjet-printing patterned chip on sticky superhydrophobic surface for high-efficiency single-cell array trapping and real-time observation of cellular apoptosis | |
| CN102242053B (en) | Biochip with polymer three-dimensional nanostructure | |
| CN103454430B (en) | Preparation method of biomolecule microarray based on cellular porous membrane | |
| Movsesian et al. | Giant lipid vesicle formation using vapor-deposited charged porous polymers | |
| EP2390310B9 (en) | Thermoresponsive multilayer substrate for biological cells | |
| Moghimian et al. | Adsorption and self-assembly of M13 phage into directionally organized structures on C and SiO2 films | |
| KR101597025B1 (en) | Method of manufacturing 3D Architectures from Biological Liquid Crystals and the product for Sensing and Actuating Applications | |
| Schuster et al. | Nanotechnology with S-layer proteins | |
| Liu et al. | Fabrication and applications of the protein patterns | |
| EP2356215A1 (en) | Substrate for selecting and specifically influencing the function of cells | |
| Allione et al. | Micro/nanopatterned superhydrophobic surfaces fabrication for biomolecules and biomaterials manipulation and analysis | |
| WO2008078970A1 (en) | In situ preparation of substrates with di spersed gold nanoparticles | |
| EP1407816B1 (en) | Method for arranging a polymer molecule | |
| Molina et al. | Nanoscale patterning of surfaces via DNA directed spider silk assembly | |
| WO2002076608A2 (en) | Method for producing an array for detecting constituents from a biological sample | |
| Fernandez et al. | Simultaneous biochemical and topographical patterning on curved surfaces using biocompatible sacrificial molds | |
| Hoffmann et al. | Magnetic control of protein spatial patterning to direct microtubule self-assembly | |
| Bianco et al. | Lab-on-a-brane for spheroid formation | |
| Ueda et al. | Patterned superhydrophobic surfaces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |