KR101741189B1 - 세포-그래핀 하이브리드 장치 및 그 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

세포-그래핀 하이브리드 장치 및 그 형성 방법이 제공된다. 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 폴리머 지지층, 상기 폴리머 지지층 위에 배치된 그래핀층, 및 상기 그래핀층 위에 배치된 세포층을 포함한다. 상기 그래핀층 및 상기 폴리머 지지층은 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법은 그래핀층을 폴리머 지지층 위에 전사하는 단계, 상기 폴리머 지지층을 폴리머 기판 위에 전사하는 단계, 및 상기 그래핀층 위에 세포층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

세포-그래핀 하이브리드 장치 및 그 형성 방법{CELL-GRAPHENE HYBRID DEVICE AND METHOD FOR FORMING THE SAME}
본 발명은 세포-그래핀 하이브리드 장치 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
최근 의료기술의 발달로 생체에 이식하여 진단 또는 치료를 할 수 있는 바이오 전자 제품이 개발되어 사용되고 있다. 그러나, 상기 바이오 전자 제품은 딱딱하여 부드러운 생체 내 조직과 맞지 않아 치료 효과가 높지 않을 뿐만 아니라 생체 내 새로운 손상을 발생시키거나 부작용을 야기할 수 있다. 또 상기 바이오 전자 제품은 전기생리학적 한계로 다양한 양상의 진단 및 치료에 통합적으로 대응할 수 없다.
비특허문헌 1 : Multifunctional Cell-Culture Platform for Aligned Cell Sheet Monitoring, Transfer Printing, and Therapy (ACS Nano 2015,9(3), pp.2677-2688, 2015.2.16) 비특허문헌 2 : 패턴 형태의 세포 분화를 위한 그래핀 기능화 (대한전자공학회 학술대회, pp.1324-1325, 2014.06.) 비특허문헌 3: Transparent and flexible low noise graphene electrodes for simultaneous electrophysiology and neuroimaging (nature communications pp.1-10, 2014.10.20.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 생체 내 이식되어 생체 조직과 고품질의 바이오-인터페이스를 형성할 수 있는 세포-그래핀 하이브리드 장치를 제공한다.
본 발명은 기계적 안정성과 전기화학적 특성이 우수한 세포-그래핀 하이브리드 장치를 제공한다.
본 발명은 진단 및 치료를 동시에 수행할 수 있는 세포-그래핀 하이브리드 장치를 제공한다.
본 발명은 치료 효과가 우수한 세포-그래핀 하이브리드 장치를 제공한다.
본 발명은 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해 질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치는, 폴리머 지지층, 상기 폴리머 지지층 위에 배치된 그래핀층, 및 상기 그래핀층 위에 배치된 세포층을 포함한다.
상기 그래핀층 및 상기 폴리머 지지층은 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 상기 그래핀층은 9 ~ 69㎛의 파장을 가질 수 있다. 상기 그래핀층은 메시 패턴을 포함할 수 있다. 상기 그래핀층은 금이 도핑될 수 있다.
상기 세포층은 근아세포를 포함할 수 있다.
상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 상기 폴리머 지지층 아래에 배치되는 폴리머 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 폴리머 지지층은 폴리이미드를 포함할 수 있고, 상기 폴리머 기판은 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다.
상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 상기 폴리머 지지층 위에 상기 그래핀층에 연결되는 금속 배선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법은, 그래핀층을 폴리머 지지층 위에 전사하는 단계, 상기 폴리머 지지층을 폴리머 기판 위에 전사하는 단계, 및 상기 그래핀층 위에 세포층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 폴리머 지지층을 전사하는 단계는, 상기 폴리머 기판을 신장시키는 단계, 상기 신장된 폴리머 기판 위에 상기 폴리머 지지층을 배치하는 단계, 및 상기 신장된 폴리머 기판을 원상태로 복귀시키는 단계를 포함할 수 있고, 상기 그래핀층 및 상기 폴리머 지지층은 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 상기 그래핀층은 9 ~ 69㎛의 파장을 가질 수 있다.
상기 그래핀층을 전사하는 단계는, 제1 도우너 기판 위에 그래핀 시트를 형성하는 단계, 상기 그래핀 시트를 패터닝하여 상기 그래핀층을 형성하는 단계, 제2 도우너 기판 위에 상기 폴리머 지지층을 형성하는 단계, 및 상기 그래핀층을 상기 제1 도우너 기판으로부터 분리하여 상기 폴리머 지지층 위에 배치하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 그래핀층은 상기 패터닝에 의해 형성된 메시 패턴을 포함할 수 있다.
상기 그래핀층을 전사하는 단계는, 상기 그래핀 시트를 패터닝하기 전에 상기 그래핀 시트에 금속을 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 그래핀층을 전사하는 단계는, 상기 그래핀 시트를 형성하기 전에 상기 제1 도우너 기판 위에 금속 배선을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 세포층을 형성하는 단계는, 상기 그래핀층 위에 세포 씨드를 형성하는 단계, 및 상기 세포 씨드를 배양하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 세포 씨드는 근아세포를 포함할 수 있다.
상기 폴리머 지지층은 폴리이미드를 포함할 수 있고, 상기 폴리머 기판은 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치는 구불구불한 형상을 가질 수 있고, 벤딩, 트위스팅, 스트레칭 등에 대한 우수한 변형성을 가질 수 있어 생체 근육 내 이식된 후 생체의 근육 활동에 효과적으로 대응할 수 있고, 생체 근육 내에서 진단 및 치료를 안정적으로 지속적으로 수행할 수 있다.
상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 투명하여 가시광선이 통과할 수 있고, 상기 투명성에 의해 광 자극을 이용하여 세포 치료를 할 수 있다.
상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 세포층을 포함하기 때문에 생체 내 이식시 부작용을 줄일 수 있는 고품질의 바이오-인터페이스를 형성할 수 있다. 상기 고품질의 바이오-인터페이스는 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치가 전기적으로/광학적으로 자극할 수 있게 하고, 생체 외 및 생체 내에서 전기생리학적 특성을 효과적으로 모니터할 수 있게 한다. 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 생체 내 및 생체 외에서 진단 및 치료, 예를 들어, 근육 질환의 진단 및 치료에 효과적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치를 나타낸다.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치의 구조 및 특성을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치의 기계적 안정성을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀층의 전기화학적 특성을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치를 이용하여 생체 외에서 수행한 근아세포의 배양 제어 및 모니터링을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치를 이용하여 생체 내에서 수행한 자극 및 전기생리학적 리코딩을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 그래핀 하이브리드 장치의 생체 내 적용을 나타낸다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 요소들(elements)을 기술하기 위해서 사용되었지만, 상기 요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 단지 상기 요소들을 서로 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 또, 어떤 요소가 다른 요소 위에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 요소 위에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
도면들에서 요소의 크기, 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 더욱 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
[세포- 그래핀 하이브리드 장치]
세포-그래핀 하이브리드 장치(100)는 고분자 기판(110), 고분자 지지층(120), 금속 배선(130), 그래핀층(140), 및 세포층(150)을 포함할 수 있다.
고분자 기판(110)은 생체 내 이식을 위해 생체적합성 고분자, 예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane)으로 형성될 수 있다. 고분자 기판(110)은 신축성을 가질 수 있고, 구불구불한 형상을 가질 수 있다.
고분자 지지층(120)은 고분자 기판(110) 위에 배치되고, 고분자 기판(110)의 형상에 대응하여 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 고분자 지지층(120)은 금속 배선(130), 그래핀층(140), 및 세포층(150)을 지지할 수 있다. 고분자 지지층(120)은 고분자 기판(110), 금속 배선(130), 그래핀층(140)에 대하여 우수한 접착력을 가질 수 있는 고분자, 예를 들어, 폴리이미드(PI, polyimide)로 형성될 수 있다.
금속 배선(130)은 고분자 지지층(120) 위에 배치되고, 고분자 지지층(120)의 형상에 대응하여 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 금속 배선(130)은 금속층을 형성한 후 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다. 금속 배선(130)은, 예를 들어, 금(Au)의 단일층 또는 크롬(Cr)과 금(Au)의 적층 구조(Cr/Au)로 형성될 수 있다.
그래핀층(140)이 고분자 지지층(120) 위에 금속 배선(130)에 연결되도록 배치된다. 그래핀층(140)은 그래핀(graphene)으로 형성될 수 있다. 상기 그래핀은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 형태를 갖는 물질로서, 두께가 매우 얇고 투명하며, 전기 전도성과 열 전도성이 우수하고, 물리적 화학적 안정성이 높다.
그래핀층(140)은 고분자 지지층(120)의 형상의 대응하여 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 그래핀층(140)의 구불구불한 구조는 그 위에 배치되는 세포층(150) 내 세포의 얼라인먼트를 유도할 수 있고, 세포-그래핀 하이브리드 장치(100)의 신축성 및 유연도를 향상시킬 수 있다.
그래핀층(140)은 다양한 형상의 패턴, 예를 들어, 메시 패턴(mesh pattern)을 포함할 수 있다. 그래핀층(140)은 상기 메시 패턴을 포함하는 것에 의해 신축성 및 유연도가 더욱 향상될 수 있다. 그래핀층(140)은 10nm 이하의 두께, 예를 들어, 약 5nm의 두께를 가질 수 있다.
그래핀층(140)은 생체 내에서 전기 자극기 및 전기생리학적 센서로서 기능할 수 있고, 생체 외에서 세포의 증식 및 분화를 모니터하고 촉진시킬 수 있다.
금속(141)이 그래핀층(140)에 도핑될 수 있다. 금속(141)은 예를 들어, 금일 수 있다. 그래핀층(140)은 도핑된 금속(141)에 의해 임피던스가 낮아지고 전도성이 높아질 수 있다.
세포층(150)이 그래핀층(140) 위에 배치된다. 세포층(150)은, 예를 들어, 근아세포를 포함할 수 있다. 세포층(150)은 그래핀층(140) 위에 세포 씨드(seed)를 형성한 후 상기 세포 씨드를 배양하는 것에 형성될 수 있다.
세포-그래핀 하이브리드 장치(100)는 구불구불한 형상을 가질 수 있고, 벤딩(bending), 트위스팅(twisting), 스트레칭(stretching) 등에 대한 우수한 변형성을 가질 수 있다. 이에 의해 세포-그래핀 하이브리드 장치(100)는 생체 근육 내 이식된 후 생체의 근육 활동에 효과적으로 대응할 수 있고, 생체 근육 내에서 진단 및 치료를 안정적으로 지속적으로 수행할 수 있다. 또, 세포-그래핀 하이브리드 장치(100)는 투명하여 가시광선이 통과할 수 있다. 이러한 투명성에 의해 세포-그래핀 하이브리드 장치(100)는 광 자극을 이용하여 세포 치료를 가능하게 한다. 또, 세포-그래핀 하이브리드 장치(100)는 세포층(150)을 포함하기 때문에 생체 내 이식시 부작용을 줄일 수 있는 고품질의 바이오-인터페이스를 형성할 수 있다. 상기 고품질의 바이오-인터페이스는 세포-그래핀 하이브리드 장치(100)가 전기적으로/광학적으로 자극할 수 있게 하고, 생체 외 및 생체 내에서 전기생리학적 특성을 효과적으로 모니터할 수 있게 한다. 세포-그래핀 하이브리드 장치(100)는 생체 내 및 생체 외에서 진단 및 치료, 예를 들어, 근육 질환의 진단 및 치료에 효과적으로 사용될 수 있다.
[세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법]
도 2 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제1 도우너 기판(211) 위에 제1 희생층(221)을 형성한다. 제1 도우너 기판(211)은 실리콘으로 형성될 수 있고, 제1 희생층(221)은 니켈로 형성될 수 있다.
제1 희생층(221) 위에 금속 배선(130)을 형성한다. 금속 배선(130)은 제1 희생층(221) 위에 증착 공정, 예를 들어, 열 증착 공정을 이용하여 금속층을 형성한 후 포토리소그래피 공정과 식각 공정(예를 들어, 습식 식각 공정)을 수행하여 상기 금속층을 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다. 금속 배선(130)은, 예를 들어, 금(Au)의 단일층 또는 크롬(Cr)과 금(Au)의 적층 구조(Cr/Au)로 형성될 수 있다.
제1 희생층(221) 위에 금속 배선(130)과 연결되는 그래핀 시트(140a)를 형성한다. 그래핀 시트(140a)는 증착 공정, 예를 들어, 화학 기상 증착 공정을 이용하여 구리층(미도시) 위에 형성된 후 제1 희생층(221) 위로 전사되는 것에 의해 형성될 수 있다.
그래핀 시트(140a)에 금속(미도시)을 도핑할 수 있다. 상기 금속은, 예를 들어, 금일 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑은 그래핀 시트(140a)에 AuCl4를 포함하는 니트로메탄을 제공함으로써 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 그래핀 시트(140a)를 패터닝하여 그래핀층(140)을 형성한다. 그래핀층(140)은 포토리소그래피 공정과 식각 공정(예를 들어, 반응성 이온 식각)을 수행하여 그래핀 시트(140a)를 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다. 상기 패터닝에 의해 그래핀층(140)은 다양한 형상의 패턴, 예를 들어, 메시 패턴을 포함하도록 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 도우너 기판(212) 위에 제2 희생층(221)을 형성한다. 제2 도우너 기판(212)은 실리콘으로 형성될 수 있고, 제2 희생층(222)은 니켈로 형성될 수 있다.
제2 희생층(222) 위에 고분자 지지층(120)을 형성한다. 고분자 지지층(120)은, 예를 들어, 스핀 코팅 공정을 이용하여 폴리이미드(PI)로 형성될 수 있다.
제1 도우너 기판(211) 위의 제1 희생층(221)을 제거하고, 금속 배선(130) 및 그래핀층(140)을 고분자 지지층(120) 위로 전사한다. 제1 희생층(221)은 습식 식각 공정을 수행하는 것에 의해 제거될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 도우너 기판(212) 위의 제2 희생층(222)을 제거하고, 고분자 지지층(120), 금속 배선(130) 및 그래핀층(140)을 고분자 기판(110) 위로 전사한다. 제2 희생층(222)은 습식 식각 공정을 수행하는 것에 의해 제거될 수 있다. 고분자 기판(110)을 신장시킨 후 그 위에 고분자 지지층(120)을 배치하고 원 상태로 복귀시키면 고분자 기판(110), 고분자 지지층(120), 금속 배선(130) 및 그래핀층(140)은 구불구불한 형상으로 형성될 수 있다. 고분자 기판(110)은 생체적합성 고분자, 예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 그래핀층(140) 위에 세포 씨드(150a)를 형성한다. 세포 씨드(150a)를 형성하기 전에 그래핀층(140)은 에탄올과 UV 빛으로 소독될 수 있다. 세포 씨드(150a)는, 예를 들어, 근아세포로 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 세포 씨드(150a)를 배양하여 그래핀층(140) 위에 세포층(150)을 형성한다. 그래핀층(140)의 구불구불한 구조에 의해 그래핀층(140) 위에서 배양되는 세포의 얼라인먼트가 유도될 수 있다.
[ 실시예 ]
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치의 구조 및 특성을 나타낸다. 도 10a는 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 구조를 나타내고, 도 10b 및 도 10c는 각각 그래핀층의 사진 및 AFM(atomic force microscope) 이미지를 나타내고, 도 10d 및 도 10e는 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 스트레칭과 트위스팅 중의 이미지를 나타내고, 도 10e는 400 ~ 800nm 파장에서 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 광 투과도를 나타내며, 도 10f는 470nm의 LED 광을 비춘 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 사진 이미지를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판, 폴리이미드 지지층(Polyimide), 금 전극 배선(Au electrode), 그래핀층(Graphene, GP), 및 근아세포층(Myoblasts)을 포함할 수 있다.
상기 폴리디메틸실록산 기판은 신축성을 가질 수 있고, 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 상기 폴리디메틸실록산 기판은 약 500㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 폴리이미드 지지층은 상기 폴리디메틸실록산 기판 위에 배치되고, 상기 폴리디메틸실록산 기판의 형상에 대응하여 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 상기 폴리이미드 지지층은 상기 금 전극 배선, 상기 그래핀층, 및 상기 근아세포층을 지지할 수 있다. 상기 폴리이미드 지지층은 상기 폴리디메틸실록산 기판, 상기 금 전극 배선, 그래핀층에 대하여 우수한 접착력을 가질 수 있다. 상기 폴리이미드 지지층은 약 600nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 금 전극 배선은 상기 폴리이미드 지지층 위에 배치되고, 상기 폴리이미드 지지층의 형상에 대응하여 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 상기 금 전극 배선은 약 7nm 두께의 크롬과 약 70nm 두께의 금의 적층 구조(Cr/Au)로 금속층을 형성한 후 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다.
상기 그래핀층이 상기 폴리이미드 지지층 위에 상기 금 전극 배선에 연결되도록 배치된다. 상기 그래핀층은 그래핀으로 형성될 수 있다. 상기 그래핀층은 상기 폴리이미드 지지층의 형상의 대응하여 구불구불한 형상을 가질 수 있다. 상기 구불구불한 그래핀층(Buckled GP)은 그 위에 배치되는 근아세포층 내 근아세포의 얼라인먼트를 유도할 수 있고, 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 신축성 및 유연도를 향상시킬 수 있다.
상기 그래핀층은 다양한 형상의 패턴, 예를 들어, 메시 패턴(GP mesh)을 포함할 수 있다. 상기 그래핀층은 상기 메시 패턴을 포함하는 것에 의해 신축성 및 유연도가 더욱 향상될 수 있다. 상기 그래핀층은 약 5nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 그래핀층은 생체 내에서 전기 자극기 및 전기생리학적 센서로서 기능할 수 있고, 생체 외에서 세포의 증식 및 분화를 모니터하고 촉진시킬 수 있다.
금이 상기 그래핀층에 도핑될 수 있다. 상기 그래핀층은 상기 도핑된 금에 의해 임피던스가 낮아지고 전도성이 높아질 수 있다.
상기 근아세포층이 상기 그래핀층 위에 배치된다. 상기 근아세포층은 상기 그래핀층 위에 근아세포 씨드를 형성한 후 상기 근아세포 씨드를 배양하는 것에 형성될 수 있다.
구불구불한 세포-그래핀 하이브리드 장치(Buckled cell-GP hybrid)는, 스트레칭(stretching), 트위스팅(twisting) 등에 대한 우수한 변형성을 가질 수 있다. 이에 의해 상기 구불구불한 세포-그래핀 하이브리드 장치는 생체 근육 내 이식된 후 생체의 근육 활동에 효과적으로 대응할 수 있고, 생체 근육 내에서 진단 및 치료를 안정적으로 지속적으로 수행할 수 있다. 또, 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 투명하여 가시광선이 통과할 수 있다. 이러한 투명성에 의해 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 광 자극을 이용하여 세포 치료를 가능하게 한다. 또, 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 근아세포층을 포함하기 때문에 생체 내 이식시 부작용을 줄일 수 있는 고품질의 바이오-인터페이스를 형성할 수 있다. 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 생체 내 및 생체 외에서 근육 질환의 진단 및 치료에 효과적으로 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법을 나타낸다.
도 11을 참조하면, 제1 실리콘 기판(Silicon wafer) 위에 약 30nm 두께의 제1 니켈층(Ni)을 형성한다. 상기 제1 니켈층 위에 금 전극 배선(Cr/Au)을 형성한다. 상기 금 전극 배선은 상기 제1 니켈층 위에 증착 공정, 예를 들어, 열 증착 공정을 이용하여 약 7nm 두께의 크롬(Cr)과 약 70nm 두께의 금(Au)의 적층 구조로 금속층을 형성한 후 포토리소그래피 공정과 습식 식각 공정을 수행하여 상기 금속층을 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다.
상기 제1 니켈층 위에 상기 금 전극 배선과 연결되는 약 5nm 두께의 그래핀 시트(Graphene)를 형성한다. 상기 그래핀 시트는 화학 기상 증착 공정을 이용하여 구리층(미도시) 위에 형성된 후 상기 제1 니켈층 위로 전사되는 것에 의해 형성될 수 있다.
상기 그래핀 시트에 금(미도시)을 도핑할 수 있다. 예를 들어, 상기 도핑은 상기 그래핀 시트에 AuCl4를 포함하는 니트로메탄을 제공함으로써 수행될 수 있다.
상기 그래핀 시트를 패터닝하여 메시 패턴을 포함하는 그래핀층(Graphene mesh)을 형성한다. 상기 그래핀층은 포토리소그래피 공정과 반응성 이온 식각 공정을 수행하여 상기 그래핀 시트를 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다. 상기 패터닝에 의해 상기 그래핀층은 메시 패턴을 포함하도록 형성될 수 있다.
제2 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 위에 제2 니켈층(Ni)을 형성한다. 상기 제2 니켈층 위에 폴리이미드 지지층(Polyimide)을 형성한다. 상기 폴리이미드 지지층은 60초 동안 4000rpm으로 폴리이미드를 스핀 코팅하는 것에 의해 형성될 수 있다.
상기 제1 실리콘 웨이퍼 위의 상기 제1 니켈층을 제거하고, 상기 금 전극 배선 및 상기 그래핀층을 상기 폴리이미드 지지층 위로 전사한다. 상기 제1 니켈층은 습식 식각 공정을 수행하는 것에 의해 제거될 수 있다.
상기 제2 실리콘 웨이퍼 위의 제2 니켈층을 제거하고, 상기 폴리이미드 지지층, 상기 금 전극 배선, 및 상기 그래핀층을 폴리디메틸실록산 기판(PDMS) 위로 전사한다. 상기 제2 니켈층은 습식 식각 공정을 수행하는 것에 의해 제거될 수 있다. 상기 폴리디메틸실록산 기판을 신장시킨 후 그 위에 상기 폴리이미드 지지층을 배치하고 원 상태로 복귀시키면 상기 폴리디메틸실록산 기판, 상기 폴리이미드 지지층, 상기 금 전극 배선, 및 상기 그래핀층은 구불구불한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 폴리디메틸실록산 기판이 신장 후 원상태로 복귀하기 전에 70℃에서 10분간 건조된다.
상기 그래핀층 위에 근아세포 씨드(C2C12 myoblasts)를 형성한다. 상기 근아세포 씨드는 C2C12 근아세포를 포함하고, 상기 근아세포 씨드에서 상기 근아세포의 농도는 약 5×104cells/㎠이다. 상기 세포 씨드를 형성하기 전에 상기 그래핀층은 에탄올과 UV 빛으로 소독될 수 있다.
상기 세포 씨드를 배양하여 상기 그래핀층 위에 근아세포층을 형성한다. 상기 그래핀층의 구불구불한 구조에 의해 상기 그래핀층 위에서 배양되는 근아세포의 얼라인먼트가 유도될 수 있다.
세포-그래핀 하이브리드 장치(Cell-graphene hybrid)는 구불구불한 형상을 가질 수 있고, 벤딩(bending), 트위스팅(twisting), 스트레칭(stretching) 등에 대한 우수한 변형성을 가질 수 있다. 이에 의해 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 생체 근육(Muscle) 내 이식된 후 생체의 근육 활동에 효과적으로 대응할 수 있고, 생체 근육 내에서 진단 및 치료를 안정적으로 지속적으로 수행할 수 있다. 또, 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 투명하여 가시광선이 통과할 수 있다. 이러한 투명성에 의해 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 광 자극을 이용하여 세포 치료를 가능하게 한다. 또, 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 근아세포층을 포함하기 때문에 생체 내 이식시 부작용을 줄일 수 있는 고품질의 바이오-인터페이스를 형성할 수 있다. 상기 고품질의 바이오-인터페이스는 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치가 전기적으로/광학적으로 자극할 수 있게 하고, 생체 외 및 생체 내에서 전기생리학적 특성을 효과적으로 모니터할 수 있게 한다. 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 생체 내 및 생체 외에서 근육 질환의 진단 및 치료에 효과적으로 사용될 수 있다.
[세포- 그래핀 하이브리드 장치의 기계적 안정성]
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치의 기계적 안정성을 나타낸다.
도 12a는 두 개의 서로 다른 두께의 구불구불한 폴리이미드 지지층/그래핀층(왼쪽 0.6㎛, 오른쪽 0.35㎛)의 광학 현미경 이미지를 보여준다. 상기 두께를 0.35㎛와 1.4㎛ 사이에서 조절함으로써, 서로 다른 파장의 균일한 구불구불한 구조의 세포-그래핀 하이브리드 장치가 형성될 수 있다. 폴리이미드 지지층/그래핀층 두께가 감소함에 따라 파장은 선형으로 감소한다(도 12b). 세포 얼라인먼트를 위한 최적화된 파장을 결정하기 위해서 C2C12 근아세포를 3일간 서로 다른 파장을 갖는 메시 패턴을 포함하는 구불구불한 그래핀층에서 배양했다. 도 12c 및 도 12d에 도시된 바와 같이 C2C12 근아세포는 9 ~ 69㎛ 파장을 갖는 구불구불한 그래핀층에서 배양될 때 우수한 얼라인먼트를 보였고, 41㎛ 파장을 갖는 구불구불한 그래핀층에서 배양될 때 약 98%의 가장 좋은 얼라인먼트를 보였다. 그래핀층 표면에의 단백질과 세포의 우수한 접착력은 세포 배양의 효율성을 증가시킨다.
바이오 전자 장치의 유연도를 정량화하는 요소는 신축성이다. 신축성 장치는 벤딩, 트위스팅, 스트레칭에 우수한 변형성을 보여준다. 변형 하에서 최소 전기 이력현상(minimum electrical hysteresis)은 신축성 장치의 또 다른 중요한 장점이다. 그래핀과 세포 둘 다 본래 유연하고 신축적이라고 하더라도, 그들의 신축성은 다소 제한되고, 전형적인 근육 및 관절 운동에서 요구되는 스트레칭보다 약 30% 떨어진다.
그래핀 전극을 평평한 그래핀 시트(Flat sheet), 패턴을 포함하지 않는 구불구불한 그래핀 시트(Buckled sheet), 메시 패턴을 포함하는 구불구불한 그래핀층(Buckled mesh)으로 구분하여, 스트레칭(도 12e), 컴프레싱(도 12f) 벤딩(도 12g) 테스트를 하였다. 이러한 변형들은 근육의 움직임과 유사하다. 전반적으로, 메시 패턴을 포함하는 구불구불한 그래핀층(Buckled mesh)의 그래핀 전극이 가장 우수한 전기적인 신뢰성과 기계적인 신축성을 가지며, 10,000번의 벤딩 사이클 후에도 기계적인 신뢰성을 갖는다(도 12h). 변형 하에서 유도 스트레인 분포(induced strain distribution)를 포함하는 역학의 세부 사항은 유한 요소 모델링을 통해 분석될 수 있고, 그 결과는 실험 결과를 지지한다(도 12i 및 도 12j).
[ 그래핀 전극의 전기화학적 특성]
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀층의 전기화학적 특성을 나타낸다.
도 13a는 그래핀 전극 위에 금 도핑 과정을 개략적으로 나타낸다. AuCl4 용액의 스핀 코팅을 통하여 양전하 금 이온을 환원시키는 것에 의해 상기 그래핀 전극 위에 금 입자들이 침전될 수 있고, 이에 의해 상기 그래핀 전극은 우수한 전기화학적 특성을 가질 수 있다. 메시 패턴을 포함하는 평평한 그래핀층(Graphene mesh, GM), 메시 패턴을 포함하는 구불구불한 그래핀층(Buckled GM), 메시 패턴을 포함하고 금이 도핑된 구불구불한 그래핀층(Doped buckled GM), 및 메시 패턴을 포함하고 평평한 금층(Flat Au mesh)에 대하여 임피던스(impedance), 커패시턴스(capacitance) 및 순환 전압 전류(CV, cyclic voltammetry)을 인산-완충 식염수(PBS) 조건에서 측정하였다. 도 13b 및 도13c는 교류 전류의 1Hz에서 1MHz의 주파수에서 측정된 임피던스 변화 및 위상 응답을 나타낸다. 상기 Buckled GM에서 금 도핑은 그것의 임피던스 변화 및 위상 응답을 감소시켰다. 도 13d는 각 전극의 컨덕턴스(conductance)를 나타내고, 상기 Doped bucked GM의 컨덕턴스가 상기 Buckled GM보다 증가하는 것으로 나타났다. 상기 Doped bucked GM은 상기 Flat Au mesh와 유사한 전하전송 특성을 나타낸다.
큰 인터페이스 커패시턴스는 생체 외 및 생체 내에서 효율적으로 바이오-인터페이스에서 신호를 판독하기 위한 저항성 전하 전송 요소로부터 유도된 전극 소음을 감소시키는데 중요하다. 도 13e는 각 전극의 CV 그래프를 나타낸다. 상기 Doped buckled GM은 상기 buckled GM, 상기 GM, 및 상기 Flat Au mesh에 비하여 큰 커패시턴스를 나타낸다. 이러한 큰 커패시턴스는 신호 잡음을 최소화하기 위해 근육 조직에 주입하는 동안 생체 신호를 읽는데 큰 장점을 제공한다. 또한 이러한 전하 저장 커패시터의 특징은 생체 내 전기 자극을 제공하는데 효과적이다. 도 13f는 생체 외 및 생체 내의 바이오-유체 환경에서 지속적으로 전기화학적 특성을 유지하는지 여부를 모니터하기 위해 7일 동안 성장 배지 내에서 각 전극을 침지하여 측정한 임피던스 변화를 나타낸다.
[생체 외에서 근아세포의 배양 제어 및 모니터링 ]
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치를 이용하여 생체 외에서 수행한 근아세포의 배양 제어 및 모니터링을 나타낸다.
도 14a는 생체 외에서 그래핀 전극을 통한 전기 자극을 이용하여 C2C12 근아세포의 배양을 제어하는 것을 개략적으로 나타낸다. 2가지 다른 단상 구형파(고 1V, 1Hz; 저 0.05 V, 1Hz)는 도 14b의 타임 테이블에서 나타난 바와 같이 3일 동안 근관 신장 방향(도 14a의 빨간 점선 박스)에 사용된다. 근관의 신장된 고밀도 배양은 구불구불한 그래핀 전극을 이용한 전기 자극(10일 배양, 3일 전기 자극; 도 14b) 하에서 관찰된다. 반면에 근관 형성의 감소는 무자극 배양에서 나타난다(도 14c). 근관은 미오신중쇄(myosin heavy chain)의 면역 염색법에 의해 감지되고 이미지화된다. 비록 근관 당 평균 영역이 7일에서 10일 사이의 배양으로 모든 그룹에서 증가할지라도, 전기적으로 자극이 주어진 그룹에서의 증가는 대조군 집단(무자극; 도 14d) 보다 상당히 크다. 근관의 길이도 이와 유사한 경향성을 보인다(도 14e).
세포 증식 및 분화는 배양된 세포들의 전기화학적인 환경을 변화시킨다. 이러한 변화는 그래핀 전극을 이용한 임피던스 측정을 통해 모니터될 수 있다. 메시 패턴을 포함하는 2개의 그래핀 전극이 약 300㎛ 떨어져서, 임피던스 센서로 기능할 수 있고, 도 14f에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 전기 자극에 의해 제어되는 골격근 세포의 증식 및 분화 동안에 연속적으로 임피던스의 변화를 관측한다. 그래핀 전극이 전도성 배지에 대한 높은 저항 장벽으로 작용하는 증식 세포로 덮이기 때문에 세포 증식 동안에 임피던스는 증가하는 반면 세포 분화 동안에는 전도성 근관의 형성때문에 임피던스가 감소한다(도 14g). 도 14h는 증식과 분화 두 과정 동안 근관과 사람의 피부섬유아세포(hDFBs; 대조군)의 시간의존성 임피던스의 변화를 나타낸다. 섬유아세포의 임피던스는 분화 중에 전도성 관상 구조를 형성하지 않기 때문에 연속적으로 증가한다. C2C12 근관의 분화에 있어서 전기 자극의 효과는 0.82kHz에서 임피던스 센서에 의해 모니터된다(도 14i). 높은 자극 하에서 증가된 분화와 근관의 형성때문에 다른 조건들보다 더 빠르고 더 크게 임피던스가 감소한다.
[생체 내에서 자극 및 전기생리학적 리코딩]
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치를 이용하여 생체 내에서 수행한 자극 및 전기생리학적 리코딩을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 정상적인 골격근 조직의 수축과 이완은 근 전위, 즉 근전도(electromyogram, EMG) 변화의 탈분극 및 재분극에 의해 제어되고, 이는 중추신경계로부터의 활동전위신호에 의해 유도된다. 매일 일상생활에서의 몸의 움직임은 근육의 수축과 이완 그리고 EMG(근전도)의 변화를 수반한다. 그러므로 안정적이고 신뢰할만한 바이오-인터페이스를 통한 EMG의 정확하고 계속적인 리코딩은 많은 움직임과 관련된 신경근육 질병의 전자-진단에서 매우 중요하다. 더구나 전기 근육 자극은 질환이 있거나 상처가 난 골격근의 기능과 힘을 회복시키고 향상시킬 수 있다. 전기 근육 자극 치료를 위해, 정상 활동 전위 패턴을 모방한 프로그램된 자극은 매우 효과적이다. 본 발명의 실시예들에 따른 세포-그래핀 하이브리드 장치에 의해 형성되는 유연한 바이오-인터페이스는 이러한 진단 및 치료 절차에 적절하다.
생체 내에서 세포-그래핀 하이브리드 장치의 전기생리학적 적용 가능성을 조사하기 위해서 누드 마우스의 뒷다리 골격근 영역에 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치를 주입하고 그것의 전기 자극 및 EMG 센싱 효과를 평가하였다(도 15a). 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 부드러운 성질은 고품질의 바이오-인터페이스를 형성한다. 뒷다리 골격근에 대한 유효전기자극(0.5V 및 1V)은 쥐 다리의 트위칭(twithcing) 동작에 의해서 확인될 수 있다(도 15b 상부). 상기 세포-그래핀 하이브리드 전극을 통한 동시 전기 리코딩은 도 15b 하단에 나타나있다. 생체 외 모델에서 근육 깊이에 대한 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 자극(도 15c) 및 리코딩 효율을 평가한 결과 깊은 근육에 대한 자극과 깊은 근육으로부터의 리코딩이 모두 효과적이었다. 도 15d는 마취된(레드) 그리고 마취가 안된(블루; 마취에서 깨어난 후) 누드 마우스가 뒷다리 골격근육 동작을 하는 동안 EMG(근전도) 리코딩을 나타낸다. 상부와 하부의 블루 데이터는 마취에서 깨어난 쥐의 원래의 그리고 필터링된(raw and filtered) 근전도 신호를 나타낸다. 신호는 마취상태(레드, 하부)에서 검출되지 않았고, 소음과 차별화되는 EMG 데이터의 품질을 확인할 수 있다. 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치는 피부의 EMG 측정에 적용될 수 있다. 사람의 표피에 부드러운 세포-그래핀 하이브리드 장치의 콘포말한 집적때문에 인간의 EMG 신호는 성공적으로 측정될 수 있다.
광학유전학은 채널로돕신(channelrhodopsin)과 같이 빛에 민감한 단백질을 발현시키는 유전적으로 변형된 신경을 자극하기 위해서 전기 신호 대신 빛을 사용하는 새로운 자극 기술이다. 골격근 개선을 목표로 하는 2차 운동 피질 및/또는 말초 운동 뉴런의 광 자극은 기존의 전기 자극 방법에 비해 낮은 피로도를 보이는 향상된 치료 효과를 제공한다. 광학적으로 자극된 표적 조직으로부터 전기생리학적 신호를 리코딩하는 것은 또 하나의 중요한 요건이다. 그러나 종래의 불투명한 금속전극은 빛이 통과하는 것을 허용하지 않았다. 따라서, 광원 바로 아래에 위치한 자극을 받는 조직과 광원 가까이에 자리한 전극 위치 사이의 고유 공간의 불일치는 광학 유전적인 접근법의 가치를 떨어뜨린다. 투명한 그래핀 전극은 최근에 자극과 리코딩 위치의 공간적 오버랩이 가능하다. 여기에 기재된 투명한 세포-그래핀 하이브리드 장치는 공간적으로 동시발생하는 광 자극뿐만 아니라 실시간 리코딩을 위한 고품질의 바이오-인터페이스를 가능하게 한다.
광 자극 및 동시 리코팅에서 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 기능을 조사하기 위하여, 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치를 ChR2-발현 유전자 이식된 쥐(Tjy1-ChR2)의 뒷다리 근육 영역에 주입하고, 470 nm 파장의 블루 LED를 위에 배치한다(도 15e). LED는 5Hz와 80Hz 사이의 주파수와 3V 내지 10V 사이의 강도를 갖는 광학 자극을 적용하도록 함수 발생기(function generator)에 의해서 제어된다. 광 자극으로 유도된 근육의 활성화 및 EMG 신호가 동시에 리코딩된다(1Hz, 10V 고정; 도 15f). 유전자 이식된 쥐의 다리의 트위칭(twitching) 동작이 광 자극 동안에 관찰된다. 말초 운동 신경의 최대 여기의 광 자극의 최적 조건은 서로 다른 빛의 주파수와 강도에 따라 근전도 신호의 기록을 통해서 실험으로 결정된다. 도 15g는 뒷다리 근육에 적용되는 광 자극의 서로 다른 주파수에서 필터링된 EMG 신호를 보여준다(10V 고정). 40Hz와 60Hz의 광 자극이 각각 EMG의 최고 및 최저 크기를 나타낸다. 도 15h는 8 mW/㎡에서 464 mW/㎡(40Hz 고정)에 이르기까지 서로 다른 빛의 강도의 근전도 신호를 보여준다. 464 mW/㎡의 빛의 강도는 EMG의 최고 크기를 나타내고, 광 강도가 감소함에 따라 EMG 크기도 감소한다.
[생체 내 세포- 그래핀 하이브리드 장치의 적용]
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 그래핀 하이브리드 장치의 생체 내 적용을 나타낸다.
도 16을 참조하면, 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치의 세포층은 콘포말한 바이오-인터페이스를 향상시킬 뿐 아니라 고유의 치료 효과를 제공한다. 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치에 의해 이식된 세포층의 활동은 녹색 형광 단백질를 갖는 C2C12의 근아세포(GFP; GFP-C2C12 근아세포)를 감염(transfecting)시킴으로써 관찰된다. 누드 마우스의 뒷다리 골격근 위에 잘 분화된 GFP-C2C12 근아세포를 병합한 세포-그래핀 하이브리드 장치를 이식하였다. 도 16a는 세포-그래핀 하이브리드 장치가 이식 후 1일에서 7일 동안 동작하는 장소에서 구조를 유지할 수 있음을 보여준다. 형광은 7일 동안 이식된 부위에서 검출된다. 상기 세포-그래핀 하이브리드 장치에 의해 이식된 세포는 장기간 한정된 공간에 배치되어 상처 부위에서 치료 기능을 최대화할 수 있다.
이식 부위에서 GFP-C2C12 근아세포의 성장은 도 16b에서 나타난다. 형광 현미경 이미지는 절단된 조직 단면으로부터 얻어진다. GFP-C2C12 근아세포의 단일층은 이식 후 1일에 검출되는 반면, 본래 근육의 여러 층은 이식 후 7일에 관찰되고,상기 세포-그래핀 하이브리드로 장치로부터 이식된 근아세포의 효과적인 증식을 확인할 수 있다. 헤마톡실린(hematoxylin)과 에오신(eosin) 염색의 이미지는 형광의 이미지와 일치한다(도 16c). 이러한 결과는 생체 내에 이식된 GFP-C2C12 근아세포가 생존하고 증식함을 확인시켜준다. 새로운 혈관 형성, 즉 혈관 신생은 특히 영양공급과 가스교환을 위한 재생에 필수적이다. 도 16d는 이식 후 7일이 지나서 그 지역의 혈관신생의 향상된 모습을 보여준다. 새롭게 형성된 혈관의 CD31 염색은 이식부위 근처에서 GFP-C2C12 근아세포의 성장을 나타낸다. 세포 성장의 두께 및 현미경 이미지에서 신생 혈관의 수의 정량 데이터는 도 16e에 나타나며, 이는 이식된 세포-그래핀 하이브리드 장치의 치료 효과를 확증한다. 이식된 세포-그래핀 하이브리드 장치에서 고도로 분화된 C2C12의 근아세포의 현지화는 혈관, 골격 근육의 재생 및 기능 회복을 향상시킨다. 또한, 이식된 부분에는 면역 반응이 발견되지 않는 것이 도 16f에 나타나있다. 형광 이미지는 그래핀 전극 위의 C2C12 근아세포가 이식된 부위에서 CD68-양성 대식세포의 모집을 억제하는 것을 나타내며, 그것의 정량 데이터는 도 16g에 나타나있다. 이러한 결과는 세포-그래핀 하이브리드 장치가 골격근 조직 손상의 진단 및 치료 모두에 매우 효과적이라는 것을 의미한다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 세포-그래핀 하이브리드 장치 110 : 폴리머 기판
120 : 폴리머 지지층 130 : 금속 배선
140 : 그래핀층 141 : 금 입자
150 : 세포층

Claims (18)

  1. 폴리머 지지층;
    상기 폴리머 지지층 위에 배치된 그래핀층; 및
    상기 그래핀층 위에 배치된 세포층을 포함하고,
    상기 그래핀층 및 상기 폴리머 지지층은 구불구불한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 9 ~ 69㎛의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 메시 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 금이 도핑된 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 세포층은 근아세포를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 지지층 아래에 배치되는 폴리머 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 폴리머 지지층은 폴리이미드를 포함하고,
    상기 폴리머 기판은 폴리디메틸실록산을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 지지층 위에 상기 그래핀층에 연결되는 금속 배선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치.
  10. 그래핀층을 폴리머 지지층 위에 전사하는 단계;
    상기 폴리머 지지층을 폴리머 기판 위에 전사하는 단계; 및
    상기 그래핀층 위에 세포층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 폴리머 지지층을 전사하는 단계는,
    상기 폴리머 기판을 신장시키는 단계,
    상기 신장된 폴리머 기판 위에 상기 폴리머 지지층을 배치하는 단계, 및
    상기 신장된 폴리머 기판을 원상태로 복귀시키는 단계를 포함하고,
    상기 그래핀층 및 상기 폴리머 지지층은 구불구불한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법.
  11. 그래핀층을 폴리머 지지층 위에 전사하는 단계;
    상기 폴리머 지지층을 폴리머 기판 위에 전사하는 단계; 및
    상기 그래핀층 위에 세포층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 그래핀층을 전사하는 단계는,
    제1 도우너 기판 위에 그래핀 시트를 형성하는 단계,
    상기 그래핀 시트를 패터닝하여 상기 그래핀층을 형성하는 단계,
    제2 도우너 기판 위에 상기 폴리머 지지층을 형성하는 단계, 및
    상기 그래핀층을 상기 제1 도우너 기판으로부터 분리하여 상기 폴리머 지지층 위에 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 그래핀층은 상기 패터닝에 의해 형성된 메시 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 9 ~ 69㎛의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법.
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 그래핀층을 전사하는 단계는,
    상기 그래핀 시트를 패터닝하기 전에 상기 그래핀 시트에 금속을 도핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 그래핀층을 전사하는 단계는,
    상기 그래핀 시트를 형성하기 전에 상기 제1 도우너 기판 위에 금속 배선을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법.
  16. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 세포층을 형성하는 단계는,
    상기 그래핀층 위에 세포 씨드를 형성하는 단계, 및
    상기 세포 씨드를 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 세포 씨드는 근아세포를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법.
  18. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 폴리머 지지층은 폴리이미드를 포함하고,
    상기 폴리머 기판은 폴리디메틸실록산을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포-그래핀 하이브리드 장치의 형성 방법.




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