KR101716890B1 - 심근 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극 - Google Patents

심근 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심근 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극에 관한 것으로, 세포가 배양, 전사 또는 접촉되는 하이드로겔; 상기 하이드로겔 내의 신축성 기판전극 기판; 상기 신축성 기판전극 기판 상에 증착 또는 인쇄에 의해 형성되는 다점전극; 상기 다점전극을 외부의 장치와 연결하는 인터커넥터; 및 상기 인터커넥터에 대응되는 형태로 형성되어 상기 인터커넥터와 전기적으로 연결되는 패팅부;를 포함한다.

Description

심근 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극{SOFT HYDROGEL MULTIPOINT ELECTRODE FOR MYOCARDIAL MUSCLE AND NERVE CELL}
본 발명의 실시예는 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극에 관한 것으로 보다 상세하게는 심근 세포 등의 근육과 신경 세포에 적용 가능한 소프트 하이드로겔 다점전극에 관한 것이다.
신약 개발의 과정에서 사람에게 미치는 독성의 평가나 부작용을 조사하기 위해서 동물 실험이 주를 이루고 있다. 이러한 예비 실험을 바탕으로 독성과 부작용을 평가한 후에도, 실제 사람을 대상으로 한 임상실험에서는 예상하지 못한 독성과 부작용이 확인되는 경우가 발생하고 있다.
또한, 임상실험 자체의 비용적 한계와 참여자 수의 제한에 의하여, 시장에 판매된 이후에 그 부작용이나 독성이 확인되어, 판매가 금지되는 경우도 있다.
이러한 신약개발의 과정에서 동물실험과 병행하여 임상실험이전에 사람의 세포를 통하여 테스트를 할 수 있는 시스템에 대한 기대가 높아지고 있다.
여기에 더불어, 사람의 ES세포 또는 iPS세포를 이용하여, 심근 및 신경세포를 배양하고, 시트상태의 세포를 만들 수 있는 기술이 개발되었다. 이 시트상의 세포는 하아드로겔에 전사하여 핸들링을 용이하게 할 있으며, 수일간 배양액에서 유지하면서 약물 테스트 등을 할 수 있다.
이러한 기술을 응용하여, 신약 개발 등의 테스트베드로서의 역할이 기대되고 있으나, 종래의 리지드(rigid)한 배양용기에 패턴된 전극의 구조로서는 세포시트 자체의 바이털리티(vitality)나 심근 시트의 경우 근육의 움직임 자체에 영향을 주지 않으면서 세포에서의 정보를 읽어 내거나 자극을 하는 것은 불가능하였다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 유연성 소재를 바탕으로 하는 소프트 일렉트로닉스의 기술을 이용하여 얇은 하이드로겔에 절연처리된 다점전극을 실장하여, 하이드로겔의 표면에 전사된 세포의 움직임 등에 간섭하지 않고, 세포로부터 전기적 신호의 습득과 세포에 전기적 자극도 가능하도록 하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래의 하이드로겔의 전극에서 해결하지 못했던 전극부분의 절연문제를 메쉬구조를 이용한 신축성 기판에 전극제작 기술을 적용하는 방법으로 해결하여, 팽윤 과정이 필요한 하이드로겔에도 응용이 가능하도록 하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극은 세포가 배양, 전사 또는 접촉되는 하이드로겔; 상기 하이드로겔 내의 신축성 기판전극 기판; 상기 신축성 기판전극 기판 상에 증착 또는 인쇄에 의해 형성되는 다점전극; 상기 다점전극을 외부의 장치와 연결하는 인터커넥터; 및 상기 인터커넥터에 대응되는 형태로 형성되어 상기 인터커넥터와 전기적으로 연결되는 패팅부;를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 하이드로겔은 피브린겔(Fibrin gel),　콜라겐(Collagen), 아가로스겔(Agarose), 매트리겔(Matrigel),　푸라마트릭스(Puramatrix), PEGDA, 알지네이트(Alginate), HEMA겔 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
피브린겔, 아가로스겔 또는 HEMA 겔로 구성되며, 신축성 메쉬 또는 텍스타일 구조를 가지는 기판으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 신축성 기판은 나노 또는 마이크로파이버로 구성된 메쉬구조 또는 텍스타일 구조를 가지는 기판으로 구성되거나, 파릴렌(parylene), PET 또는 PEN 필름으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 다점전극은 상기 신축성 기판 상에 메쉬 또는 필름 형태로 증착 또는 인쇄되어 형성되며, 파릴렌 증착을 통해 절연처리 후, 플라즈마 에칭에 의해 노출될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 인터커넥터는 금 재료를 증착하고 파릴렌 코팅처리를 통해 절연처리 할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 전극 기판은 신축성 없는 기판에 구멍을 형성하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 유연성 소재를 바탕으로하는 소프트 일렉트로닉스의 기술을 이용하여 얇은 하이드로겔에 절연처리된 다점전극을 실장하여, 하이드로겔의 표면에 전사된 세포의 움직임 등에 간섭하지 않고, 세포로부터 전지적 신호의 습득과 세포에 전기적 자극도 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 하이드로겔의 전극에서 해결하지 못했던 전극부분의 절연문제를 메쉬구조를 이용한 신축성 기판에 전극제작 기술을 적용하는 방법으로 해결하여, 팽윤 과정이 필요한 하이드로겔에도 응용이 가능하도록 하였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극을 도시한 도면이다.
이후부터는 도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극의 구성을 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극은 하이드로겔(100), 신축성 기판전극 기판(112), 다점전극(111), 인터커넥터(113) 및 패팅부(114)를 포함하여 구성된다.
하이드로겔(100)은 세포가 배양, 전사 또는 접촉되는 곳으로서, 피브린겔(Fibrin gel),　콜라겐(Collagen), 아가로스겔(Agarose), 매트리겔(Matrigel),　푸라마트릭스(Puramatrix), PEGDA, 알지네이트(Alginate), HEMA겔 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 피브린겔, 아가로스겔 또는 HEMA 겔로 구성되며, 신축성 메쉬 또는 텍스타일 구조를 가지는 기판으로 구성될 수 있다.
상기 세포는 근육 세포 또는 신경 세포로서, 보다 구체적으로는 상기 근육 세포는 심근 세포일 수 있다.
신축성 기판전극 기판(112)은 신축성 재료로 구성되거나, 신축성 없는 기판에 구멍을 형성하여 구성할 수 있으며, 상기 하이드로겔(110) 내에 형성된다.
보다 구체적으로, 상기 신축성 기판전극 기판(112)은 나노 또는 마이크로파이버로 구성된 메쉬구조 또는 텍스타일 구조를 가지는 기판으로 구성되거나, 파릴렌(parylene), PET 또는 PEN 필름으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 신축성 기판전극 기판(112)은 다점전극(111)에 영향을 주지 않도록 하기 위하여 하이드로겔(100) 내에 구멍을 뚫어 고정시킨다.
이때, HEMA 겔로 구성된 하이드로겔(100)과 같이 팽윤 과정이 필요한 경우에는, 상기 신축성 기판전극 기판(112)으로서 메쉬구조 또는 텍스타일 구조를 가지는 기판을 사용하며, 팽윤율에 맞추어 상기 신축성 기판전극 기판(112)의 메쉬 또는 텍스타일 밀도를 조절하며, 이와 같은 팽윤전의 다점전극(111)의 크기는 이를 감안하여 비율에 맞추어 작게 디자인한다.
다점전극(111)은 상기 신축성 기판전극 기판(112) 상에 증착 또는 인쇄에 의해 형성된다.
보다 구체적으로, 상기 다점전극(111)은 상기 신축성 기판전극 기판(112) 상에 메쉬 또는 필름 형태로 증착 또는 인쇄되어 형성되며, 파릴렌 증착을 통해 절연처리 후, 플라즈마 에칭에 의해 전극패드 부분만이 노출될 수 있다.
한편, 세포와 접촉하는 부분과 다점전극(111)과의 거리는 하이드로겔(100)을 형성할 때 스페이서의 높이로 조절할 수 있으며, 상기 하이드로겔(100)을 형성한 후 트리밍을 통해 불필요한 부분을 제거할 수 있다.
인터커넥터(113)는 상기 다점전극을 외부의 장치와 연결한다.
이때, 인터커넥터(113)는 세포배양액이나 세포와 접촉할 수 있는 부분은 금 재료를 증착하고 파릴렌 코팅처리를 통해 절연처리 할 수 있다.
또한, 패팅부(114)는 상기 인터커넥터(113)에 대응되는 형태로 디자인이 형성되어 상기 인터커넥터(113)와 전기적으로 연결된다.
이와 같은 구조를 통해, 본 발명의 실시예에 따르면 유연성 소재를 바탕으로 하는 소프트 일렉트로닉스의 기술을 이용하여 얇은 하이드로겔(100)에 절연처리된 다점전극(111)을 실장하여, 하이드로겔(100)의 표면에 전사된 세포의 움직임 등에 간섭하지 않고, 세포로부터 전기적 신호의 습득과 세포에 전기적 자극도 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 하이드로겔의 전극에서 해결하지 못했던 전극부분의 절연문제를 메쉬구조를 이용한 신축성 기판에 전극제작 기술을 적용하는 방법으로 해결하여, 팽윤 과정이 필요한 하이드로겔에도 응용이 가능하도록 하였다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 하이드로겔
111: 다점전극
112: 신축성 기판
113: 인터커넥터
114: 패팅부

Claims (6)

  1. 세포가 배양, 전사 또는 접촉되는 하이드로겔;
    상기 하이드로겔 내의 신축성 기판전극 기판;
    상기 신축성 기판전극 기판 상에 증착 또는 인쇄에 의해 형성되는 다점전극;
    상기 다점전극을 외부의 장치와 연결하는 인터커넥터; 및
    상기 인터커넥터에 대응되는 형태로 형성되어 상기 인터커넥터와 전기적으로 연결되는 패팅부;를 포함하며,
    상기 신축성 기판전극 기판은 나노 또는 마이크로파이버로 구성된 메쉬구조 또는 텍스타일 구조를 가지는 기판으로 구성되거나, 파릴렌(parylene), PET 또는 PEN 필름으로 구성되는 것을 특징으로 하는 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이드로겔은,
    피브린겔(Fibrin gel),　콜라겐(Collagen), 아가로스겔(Agarose), 매트리겔(Matrigel),　푸라마트릭스(Puramatrix), PEGDA, 알지네이트(Alginate), HEMA겔 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 피브린겔, 아가로스겔 또는 HEMA 겔로 구성되며,
    신축성 메쉬 또는 텍스타일 구조를 가지는 기판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다점전극은,
    상기 신축성 기판전극 기판 상에 메쉬 또는 필름 형태로 증착 또는 인쇄되어 형성되며,
    파릴렌 증착을 통해 절연처리 후, 플라즈마 에칭에 의해 노출되는 것을 특징으로 하는 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 인터커넥터는,
    금 재료를 증착하고 파릴렌 코팅처리를 통해 절연처리 하는 것을 특징으로 하는 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 신축성 기판전극 기판은,
    신축성 없는 기판에 구멍을 형성하여 구성되는 근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극.
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