KR102119479B1 - 3d cell culture biosensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

온도 센서를 포함하는 온도 센서 기판, 상기 온도 센서를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 상기 온도 센서 기판과 수직하게 배치되는 복수의 임피던스 센서 칩 및 상기 온도 센서 및 상기 복수의 임피던스 센서 칩을 내부에 포함하도록 배치되는 세포 배양용 웰(well)을 포함하고, 상기 온도 센서 및 상기 임피던스 센서 칩을 이용하여 상기 세포 배양용 웰 안에서 배양되는 세포의 임피던스 및 온도 변화를 측정하는, 3차원 세포 배양 바이오 센서가 개시된다.A temperature sensor substrate including a temperature sensor, a plurality of impedance sensor chips and the temperature sensors and the plurality of impedance sensor chips disposed vertically with the temperature sensor substrate in a direction facing each other with the temperature sensors interposed therebetween. A 3D cell culture biosensor comprising a well for cell culture arranged to include, and measuring the impedance and temperature change of cells cultured in the cell culture well using the temperature sensor and the impedance sensor chip. Is disclosed.

Description

3차원 세포 배양 바이오 센서 및 그 제조 방법 {3D CELL CULTURE BIOSENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}3D cell culture biosensor and its manufacturing method {3D CELL CULTURE BIOSENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 3차원 세포 배양 바이오 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 3차원적으로 세포를 배양하여 위치별로 임피던스를 측정하고, 동시에 온도를 모니터링하는 바이오 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional cell culture biosensor and its manufacturing method. Specifically, the present invention relates to a biosensor that cultivates cells three-dimensionally, measures impedance by location, and simultaneously monitors temperature.

최근 동물 실험에 대한 규정들이 사회적 문제로서 관심을 받고 있다. 그리고 동물 실험을 대체할 수 있는 새로운 방법의 중요성이 확대되고 있다.Recently, regulations on animal experimentation have received attention as a social problem. And the importance of new methods to replace animal experiments is expanding.

따라서, 3차원 프린팅 기술를 사용하여 삼차원 인조기관을 배양한 연구들은 동물 실험을 대체할 수 있는 방법으로서 발전하고 있다.Therefore, studies of culturing artificial 3D organs using 3D printing technology are developing as a method to replace animal experiments.

ECIS(Electrical Cell-substrate Impedance System) 및 EIS (Electrical Impedance Spectroscopy)는 세포 상태 모니터링용 센서 분야에서 가장 널리 사용된 방법들이다. 이들 방법은 낮은 비용, 비침습성, 및 빠르게 모니터 되는 결과 등과 같은 유리한 점을 갖는다. 센서들에 대한 많은 연구들은 상기 ECIS 및 EIS 방법들을 사용하여 수행되고 있다.Electrical Cell-substrate Impedance System (ECIS) and Electrical Impedance Spectroscopy (EIS) are the most widely used methods in the field of sensors for cell condition monitoring. These methods have advantages such as low cost, non-invasiveness, and quickly monitored results. Many studies on sensors have been conducted using the above ECIS and EIS methods.

임피던스를 측정하는 기존의 바이오 센서의 경우 증착시킨 회로 위에 세포를 배양하고 증착된 회로를 통하여 임피던스와 저항의 변화를 통해 세포-약물의 반응을 관찰하였다. 그러나, 이러한 방법은 증착된 회로 사이를 측정하여 세포의 단면적인 (2차원적인) 특성만을 알아볼 수가 있다.In the case of the conventional biosensor measuring impedance, cells were cultured on the deposited circuit and the reaction of the cell-drug was observed through the change of impedance and resistance through the deposited circuit. However, this method can measure only the cross-sectional (two-dimensional) characteristics of cells by measuring between the deposited circuits.

일반적으로 세포의 배양 상태 및 세포-약물 반응을 모니터링 하는 방법으로는 임피던스를 단독으로 모니터링 하는 방법이 연구되어 왔다. 이는 비 파괴적인 방법으로 세포의 배양 상태 및 약물 반응을 모니터링 할 수 있는 방법으로 그 가능성에 많은 관심을 받아오고 있다. 또한, 임피던스 모니터링은 세포의 배양에 따른 저항, 정전용량 및 인덕턴스(inductance)의 세가지 변수의 변화를 측정하는 방식으로 전기적인 측정 방식이다. 그러나, 복잡한 세포의 성장과정 및 약물 반응을 전기적인 특성만으로 정밀하게 모니터링 하기에는 부족하다. 예를 들어, 임피던스의 변화를 수반하지 않는 발열/흡열 반응의 경우에는 관측을 하기가 어렵다. 따라서, 임피던스 및 온도의 변화 (열반응)을 동시에 모니터링 할 수 있다면 세포의 특성 연구에 유리한 위치를 점할 수 있다.In general, a method of monitoring impedance alone has been studied as a method of monitoring the cell culture state and cell-drug response. It has been receiving much attention in its potential as a way to monitor cell culture status and drug response in a non-destructive way. In addition, impedance monitoring is an electrical measurement method that measures changes in three variables of resistance, capacitance, and inductance according to cell culture. However, it is insufficient to precisely monitor the growth process and drug response of complex cells with only electrical properties. For example, in the case of an exothermic/endothermic reaction that does not involve a change in impedance, observation is difficult. Therefore, if the change in impedance and temperature (thermal reaction) can be monitored at the same time, it can occupy a favorable position for studying the characteristics of cells.

국제공개공보 제WO 2015163617A1호International Publication No. WO 2015163617A1

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 3차원 세포 배양 바이오 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a 3D cell culture biosensor and a manufacturing method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 3차원 세포 배양 바이오 센서는, 온도 센서를 포함하는 온도 센서 기판, 상기 온도 센서를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 상기 온도 센서 기판과 수직하게 배치되는 복수의 임피던스 센서 칩 및 상기 온도 센서 및 상기 복수의 임피던스 센서 칩을 내부에 포함하도록 배치되는 세포 배양용 웰(well)을 포함하고, 상기 온도 센서 및 상기 임피던스 센서 칩을 이용하여 상기 세포 배양용 웰 안에서 배양되는 세포의 임피던스 및 온도 변화를 측정한다.A three-dimensional cell culture biosensor according to an aspect of the present invention for solving the above-described problem is a temperature sensor substrate including a temperature sensor, the temperature sensor interposed therebetween, and perpendicular to the temperature sensor substrate in a direction facing each other. And a cell culture well arranged to include the plurality of impedance sensor chips and the temperature sensor and the plurality of impedance sensor chips therein, and the cells using the temperature sensor and the impedance sensor chip. The impedance and temperature change of the cells cultured in the culture well are measured.

또한, 상기 임피던스 센서 칩의 표면에는 임피던스 측정을 위한 패턴이 형성되고, 상기 패턴은 복수 개의 전극 패드로 구성될 수 있다.In addition, a pattern for measuring impedance is formed on the surface of the impedance sensor chip, and the pattern may include a plurality of electrode pads.

또한, 상기 임피던스 센서 칩은, 상기 복수 개의 전극 패드와 임피던스 측정 장치를 연결하는 와이어를 더 포함할 수 있다.In addition, the impedance sensor chip may further include a wire connecting the plurality of electrode pads and an impedance measurement device.

또한, 상기 복수 개의 전극 패드는 서로 연속적으로 배치된 8개의 전극 패드를 포함하고, 상기 8개의 전극 패드는, 서로 전기적으로 연결된 제1 전극 패드 및 제8 전극 패드, 서로 전기적으로 연결된 제2 전극 패드 및 제7 전극 패드, 서로 전기적으로 연결된 제3 전극 패드 및 제6 전극 패드 및 서로 전기적으로 연결된 제4 전극 패드 및 제5 전극 패드를 포함할 수 있다.In addition, the plurality of electrode pads includes eight electrode pads continuously arranged to each other, and the eight electrode pads include a first electrode pad and an eighth electrode pad electrically connected to each other, and a second electrode pad electrically connected to each other. And a seventh electrode pad, a third electrode pad electrically connected to each other, and a fourth electrode pad and a fifth electrode pad electrically connected to each other.

또한, 상기 임피던스 센서 칩은, 상기 8개의 전극 패드 중 서로 전기적으로 연결되지 않은 임의의 2개의 전극 패드에 연결된 와이어를 이용하여, 상기 전기적으로 연결되지 않은 2개의 전극 패드 사이에서 임피던스 변화를 측정함으로써, 서로 다른 위치에서 상기 배양되는 세포의 임피던스를 측정할 수 있다.In addition, the impedance sensor chip, by using a wire connected to any two electrode pads that are not electrically connected to each other of the eight electrode pads, by measuring the impedance change between the two electrode pads are not electrically connected , Impedance of the cultured cells at different locations can be measured.

또한, 상기 복수 개의 전극 패드 사이의 간격을 조정하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 적어도 하나의 센서를 이용하여 상기 배양되는 세포의 종류 및 배양 환경에 대한 정보를 수집하고, 상기 수집된 정보에 기초하여 상기 임피던스 센서 칩의 측정 정밀도를 결정하고, 상기 결정된 정밀도에 따라 상기 복수 개의 전극 패드 사이의 간격을 조정할 수 있다.In addition, further comprising a control unit for adjusting the interval between the plurality of electrode pads, the control unit, by using at least one sensor to collect information about the type and culture environment of the cultured cells, the collected information Based on the measurement accuracy of the impedance sensor chip, the gap between the plurality of electrode pads may be adjusted according to the determined accuracy.

또한, 상기 온도 센서는 백금선을 포함하고, 상기 온도 센서 기판은, 상기 배양되는 세포의 온도 변화에 따른 상기 백금선의 저항의 변화를 측정하기 위하여 상기 백금선과 저항 측정장치를 연결하는 와이어를 더 포함하고, 상기 온도 센서는, TCR(Temperature Coefficient of Resistance)을 활용하여 상기 백금선의 저항으로부터 상기 배양되는 세포의 온도를 측정할 수 있다.In addition, the temperature sensor includes a platinum wire, and the temperature sensor substrate further includes a wire connecting the platinum wire and a resistance measuring device to measure a change in resistance of the platinum wire according to a temperature change of the cultured cell. , The temperature sensor may measure the temperature of the cultured cell from the resistance of the platinum wire by utilizing a temperature coefficient of resistance (TCR).

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 면에 따른 3차원 세포 배양 바이오 센서는, 백금 선으로 구성되는 온도 측정부 및 상기 온도 측정부와 연결되는 전극을 포함하는 기판, 상기 온도 측정부를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 상기 기판과 수직하게 배치되고, 복수 개의 백금 전극을 각각 포함하는 2개의 임피던스 센서 칩 및 상기 온도 측정부 및 상기 2개의 임피던스 센서 칩을 내부에 포함하도록 배치되는 세포 배양용 PDMS 웰을 포함하고, 상기 온도 측정부 및 상기 임피던스 센서 칩을 이용하여 상기 세포 배양용 웰 안에서 배양되는 세포의 임피던스 및 온도 변화를 측정하되, 상기 2개의 임피던스 센서 칩에 포함된 상기 복수 개의 백금 전극을 이용하여 상기 세포 배양용 웰 안의 서로 다른 위치에서 상기 배양되는 세포의 3차원 임피던스를 측정한다.A 3D cell culture biosensor according to another aspect of the present invention for solving the above-described problem, a substrate including a temperature measuring unit composed of a platinum wire and an electrode connected to the temperature measuring unit, and the temperature measuring unit Cell culture in which the two impedance sensor chips and the temperature measuring unit and the two impedance sensor chips each including a plurality of platinum electrodes are disposed to be disposed therein and vertically disposed in the direction facing each other. PDMS wells for use, and measuring the impedance and temperature change of the cells cultured in the cell culture wells using the temperature measuring unit and the impedance sensor chip, the plurality of platinum included in the two impedance sensor chips The electrode is used to measure the three-dimensional impedance of the cultured cells at different locations in the cell culture well.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 면에 따른 3차원 세포 배양 바이오 센서는, 금속 선으로 구성되는 온도 측정부 및 상기 온도 측정부와 연결되는 전극을 포함하는 기판, 상기 온도 측정부를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 상기 기판과 수직하게 배치되는 2개의 임피던스 센서 칩, 상기 온도 측정부 및 상기 2개의 임피던스 센서 칩을 내부에 포함하도록 배치되는 세포 배양용 PDMS 웰, 상기 기판의 전극과 와이어로 연결되는 저항 측정장치 및 상기 임피던스 센서 칩과 와이어로 연결되는 임피던스 측정장치를 포함하고, 상기 저항 측정장치는, 상기 금속 선의 저항을 측정하고, 상기 측정 결과로부터 TCR을 활용하여 상기 세포 배양용 웰 안에서 배양되는 세포의 온도 변화를 측정하고, 상기 임피던스 측정장치는, 상기 임피던스 센서 칩을 이용하여 상기 세포 배양용 웰 안에서 배양되는 세포의 임피던스 변화를 측정한다.A 3D cell culture biosensor according to another aspect of the present invention for solving the above-described problem, a substrate comprising a temperature measuring unit composed of a metal wire and an electrode connected to the temperature measuring unit, and the temperature measuring unit Put in, and two impedance sensor chips arranged vertically with the substrate in the direction facing each other, PDMS well for cell culture arranged to include the temperature measuring unit and the two impedance sensor chips therein, and the electrode of the substrate A resistance measurement device connected to a wire and an impedance measurement device connected to the impedance sensor chip and a wire, wherein the resistance measurement device measures the resistance of the metal wire and utilizes a TCR from the measurement result to culture the cell. The temperature change of the cells cultured in the well is measured, and the impedance measurement device measures the impedance change of the cells cultured in the cell culture well using the impedance sensor chip.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 3차원 세포 배양 바이오 센서의 제조방법은, 온도 센서 기판에 온도 센서를 연결하는 단계, 상기 온도 센서를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 상기 온도 센서 기판과 수직하게 복수의 임피던스 센서 칩을 연결하는 단계, 상기 온도 센서 및 상기 복수의 임피던스 센서 칩을 내부에 포함하도록 세포 배양용 웰을 배치하는 단계, 상기 온도 센서에 연결된 전극과 저항 측정장치를 와이어로 연결하는 단계 및 상기 복수의 임피던스 센서 칩에 포함된 전극과 임피던스 측정장치를 와이어로 연결하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a 3D cell culture biosensor according to an aspect of the present invention for solving the above-described problem is a step of connecting a temperature sensor to a temperature sensor substrate, with the temperature sensors interposed therebetween, and in a direction facing each other. Connecting a plurality of impedance sensor chips vertically to a temperature sensor substrate, placing cell culture wells to include the temperature sensor and the plurality of impedance sensor chips therein, and electrodes and resistance measuring devices connected to the temperature sensors And connecting the electrodes included in the plurality of impedance sensor chips and the impedance measuring device with wires.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific matters of the present invention are included in the detailed description and drawings.

개시된 실시 예에 따르면, 임피던스와 온도를 동시에 모니터링할 뿐 아니라, 3차원적인 임피던스와 온도의 변화를 동시에 모니터링함으로써 셀의 특성 연구에 있어 유리한 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the disclosed embodiment, it is possible to obtain advantageous results in studying the characteristics of a cell by simultaneously monitoring the impedance and temperature, as well as monitoring the three-dimensional change in impedance and temperature.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 일 실시 예에 따른 3차원 세포 배양 바이오 센서를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 기판을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 기판의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 임피던스 센서 칩 제조방법을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 온도 센서 기판의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 3차원 세포 배양 바이오 센서의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 임피던스 센서 칩을 도시한 도면이다.
도 8은 센서가 임피던스 측정 장치와 연결되는 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 센서가 온도 측정 장치와 연결되는 일 예를 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a 3D cell culture biosensor according to an embodiment.
2 is a view specifically showing a substrate according to an embodiment.
3 is a perspective view of a substrate according to an embodiment.
4 is a diagram illustrating a method of manufacturing an impedance sensor chip according to an embodiment.
5 is a view showing a method of manufacturing a temperature sensor substrate according to an embodiment.
6 is a view showing a method of manufacturing a 3D cell culture biosensor according to an embodiment.
7 is a diagram illustrating an impedance sensor chip according to an embodiment.
8 is a diagram illustrating an example in which a sensor is connected to an impedance measuring device.
9 is a diagram illustrating an example in which a sensor is connected to a temperature measuring device.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and are common in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the skilled person of the scope of the present invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.The terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components other than the components mentioned. Throughout the specification, the same reference numerals refer to the same components, and “and/or” includes each and every combination of one or more of the components mentioned. Although "first", "second", etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical spirit of the present invention.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, terms defined in the commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined.

명세서에서 사용되는 "부" 또는 “모듈”이라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부" 또는 “모듈”은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부" 또는 “모듈”은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부" 또는 “모듈”들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들로 더 분리될 수 있다.The term "part" or "module" as used in the specification refers to a hardware component such as software, FPGA, or ASIC, and "part" or "module" performs certain roles. However, "part" or "module" is not meant to be limited to software or hardware. The "unit" or "module" may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, "part" or "module" means components, processes, functions, attributes, such as software components, object-oriented software components, class components and task components. Includes procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, database, data structures, tables, arrays and variables. The functionality provided within components and "parts" or "modules" can be combined into a smaller number of components and "parts" or "modules" or into additional components and "parts" or "modules" Can be further separated.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시 예에 따른 3차원 세포 배양 바이오 센서를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a 3D cell culture biosensor according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 3차원 세포 배양 바이오 센서(100)는 세포배양을 위한 웰(well) 및 배양된 세포의 임피던스와 온도 및 그 변화를 측정하는 센서들이 배치되는 기판(110), 세포가 배양되는 웰과 그 안에서 배양되는 세포의 온도 및 임피던스를 측정하기 위한 센서를 포함하는 배양 및 측정부(120) 및 센서로부터 수신되는 정보를 분석 및 처리하는 분석 및 측정장치들이 배치되는 키트(130) 를 포함한다. Referring to FIG. 1, the 3D cell culture biosensor 100 includes a well 110 for cell culture, a substrate 110 on which sensors for measuring impedance and temperature of a cultured cell and changes thereof, and a cell are cultured. Kit 130 in which analysis and measurement devices for analyzing and processing information received from the sensor and the culture and measurement unit 120 including a sensor for measuring the temperature and impedance of the well and the cells cultured therein are arranged. Includes.

각각의 구체적인 구성에 대해서는 도면을 참조하여 후술한다.Each specific configuration will be described later with reference to the drawings.

도 2는 일 실시 예에 따른 기판을 구체적으로 도시한 도면이다.2 is a view specifically showing a substrate according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 기판(110)에는 배양 및 측정부(120)가 배치된다. Referring to FIG. 2, a culture and measurement unit 120 is disposed on the substrate 110.

일 실시 예에서, 기판(110)에는 온도 센서(400)가 배치된다. 온도 센서(400)의 종류는 제한되지 않으나, 도 2에 도시된 일 실시 예에 따르면 온도 센서(400)는 저항을 이용하여 온도의 변화를 측정하고, 이를 위한 금속선이 기판(110)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 금속선은 백금 또는 크롬선일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the temperature sensor 400 is disposed on the substrate 110. The type of the temperature sensor 400 is not limited, but according to an embodiment illustrated in FIG. 2, the temperature sensor 400 measures a change in temperature using a resistance, and a metal wire for this is disposed on the substrate 110 Can be. For example, the metal wire may be a platinum or chrome wire, but is not limited thereto.

또한, 기판(110)에는 온도 센서(400)로부터 연결되는 전극(112 및 114)이 배치될 수 있다.In addition, electrodes 112 and 114 connected from the temperature sensor 400 may be disposed on the substrate 110.

또한, 기판(110)에는 온도 센서(400)를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 기판(110)과 수직하게 배치되는 복수의 임피던스 센서 칩(200 및 300)이 배치될 수 있다. 복수의 임피던스 센서 칩(200 및 300)의 수는 제한되지 않으나, 도 2에 도시된 실시 예에 따르면 2개의 임피던스 센서 칩(200 및 300)이 이용될 수 있다.In addition, a plurality of impedance sensor chips 200 and 300 disposed vertically to the substrate 110 in a direction facing each other may be disposed on the substrate 110 with the temperature sensor 400 interposed therebetween. The number of the plurality of impedance sensor chips 200 and 300 is not limited, but according to the embodiment illustrated in FIG. 2, two impedance sensor chips 200 and 300 may be used.

임피던스 센서 칩(200 및 300)은 임피던스 모니터링에 이용되며, 임피던스 모니터링은 세포의 배양에 따른 저항, 정전용량 및 인덕턴스(inductance)의 세 가지 변수의 변화를 측정하는 방식으로 수행되는 전기적인 측정 방식이다.The impedance sensor chips 200 and 300 are used for impedance monitoring, and impedance monitoring is an electrical measurement method performed by measuring changes in three variables of resistance, capacitance, and inductance according to cell culture. .

또한, 기판(110)에는 온도 센서(400) 및 복수의 임피던스 센서 칩(200 및 300)을 내부에 포함하도록 배치되는 세포 배양용 웰(500)이 배치될 수 있다. 웰(500)의 소재는 제한되지 않으나, 일 실시 예에서 PDMS 웰이 이용될 수 있다.In addition, a cell culture well 500 may be disposed on the substrate 110 to include the temperature sensor 400 and the plurality of impedance sensor chips 200 and 300 therein. The material of the well 500 is not limited, but in one embodiment, a PDMS well may be used.

웰(500)의 받침이 되는 기판인 온도 칩은 세포의 배양 방법의 상황에 따라서 양쪽으로 도포된 실리콘, Silicon membrane, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 슬라이드글라스, 피브로인(Fibroin) 등의 다양한 재료를 사용할 수 있다. The temperature chip, which is the substrate for the well 500, may use various materials such as silicon, silicon membrane, silicon oxide, silicon nitride, slide glass, and fibroin coated on both sides depending on the cell culture method. You can.

일 실시 예에서, 온도센서의 민감도 및 반응속도 개선을 위해 실리콘 옥사이드 구조를 사용하여 기판을 제작할 수 있다. In one embodiment, a substrate may be fabricated using a silicon oxide structure to improve the sensitivity and reaction rate of the temperature sensor.

일 실시 예에서, 웰(500) 내부에 세포를 주입하고 배양을 위해 배양액을 주입한다. 시간이 지남에 따라서 각각의 센서 위 및 센서 사이의 빈 공간에 세포가 배양되게 되며, 이에 따라서 임피던스가 점차적으로 변화하게 된다. 이것을 임피던스의 시간에 따른 변화는 상용의 임피던스 analyzer를 활용할 수 도 있으며, 필요에 따라서는 임피던스를 측정하는 기능의 소형 칩으로 구성하여 측정할 수도 있다. 또한 세포의 배양과 약물 반응에 따라서 센서부위에 온도의 변화가 발생하게 되면 온도 절연층 밑에 있는 온도센서로 측정할 수 있다.In one embodiment, cells are injected into the well 500 and a culture solution is injected for culture. Over time, cells are cultured in each sensor and in empty spaces between the sensors, so that the impedance gradually changes. The change of the impedance over time may utilize a commercial impedance analyzer, or, if necessary, a small chip with a function of measuring impedance to measure it. In addition, when a temperature change occurs in the sensor part according to the cell culture and drug reaction, it can be measured by a temperature sensor under the temperature insulating layer.

3차원 세포 배양 바이오 센서(100)는 온도 센서(400) 및 임피던스 센서 칩(200 및 300)을 이용하여 세포 배양용 웰 안에서 배양되는 세포의 임피던스 및 온도 변화를 측정한다.The 3D cell culture biosensor 100 measures impedance and temperature changes of cells cultured in a cell culture well using the temperature sensor 400 and the impedance sensor chips 200 and 300.

도 3은 일 실시 예에 따른 기판의 사시도이다.3 is a perspective view of a substrate according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 기판(110)에는 도 2에 도시된 바와 같이 임피던스 센서 칩(200 및 300), 온도 센서(400) 및 온도 센서(400)와 연결된 전극(112 및 114)이 배치된다. Referring to FIG. 3, an impedance sensor chip 200 and 300, a temperature sensor 400 and electrodes 112 and 114 connected to the temperature sensor 400 are disposed on the substrate 110 as shown in FIG. 2.

또한, 임피던스 센서 칩(200 및 300)에도 임피던스 측정을 위한 패턴(210)이 배치된다. 구체적으로 임피던스 센서 칩(200 및 300)의 표면에는 임피던스 측정을 위한 패턴(210)이 형성되고, 상기 패턴은 복수 개의 전극 패드로 구성된다. 패턴(210)의 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.In addition, patterns 210 for impedance measurement are also disposed on the impedance sensor chips 200 and 300. Specifically, a pattern 210 for impedance measurement is formed on the surfaces of the impedance sensor chips 200 and 300, and the pattern is composed of a plurality of electrode pads. The specific configuration of the pattern 210 will be described later.

도 4는 일 실시 예에 따른 임피던스 센서 칩 제조방법을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a method of manufacturing an impedance sensor chip according to an embodiment.

도 4의 (A)에서 실리콘 wafer 기판을 준비한다. 이 기판은 생체적합성(biocompatibility)이 있는 다른 물질로도 구성될 수 있으며, 그 종류는 제한되지 않는다. In Figure 4 (A), a silicon wafer substrate is prepared. The substrate may be composed of other materials having biocompatibility, and the type is not limited.

도 4의 (B)는 준비된 기판 위에 PR(포토레지스터)용액을 떨어뜨려 spin coating을 실시한 예 이며, (C)에서 shadow mask를 이용해 원하는 부위에 자외선으로 노광을 시켜준 후 develop 을 시켜 준 공정을 표현하였다. 4(B) is an example in which spin coating is performed by dropping a PR (photoresist) solution on a prepared substrate, and in (C), a shadow mask is used to expose the desired area with ultraviolet light and develop after the process is developed. Expressed.

도 4의 (D)에서는 (C)의 드러난 패턴위에 sputtering 공정을 통해 크롬, 백금(Cr, Pt) 박막을 증착시킨 것을 표현한 것이고, (E)에서는 Lift-off 공정을 통해 남아있던 PR용액을 제거하여 백금선이 드러난 모습을 설명하고있다. 이는 통상의 shadow mask를 이용한 sputtering 공정으로 대치 될 수 있다. In (D) of FIG. 4, chromium and platinum (Cr, Pt) thin films are deposited through a sputtering process on the exposed pattern of (C), and (E) removes the remaining PR solution through a lift-off process. By explaining the appearance of the platinum wire. This can be replaced by a sputtering process using a normal shadow mask.

일반적으로 패턴의 선폭이 ~수십 ㎛ 이상의 경우에는 도 4에서 설명하는 shadow mask를 이용한 방법이 간단하고 공정이 용이하므로 널리 사용되지만, 패턴 선폭이 ~수 ㎛이하의 미세한 패턴을 형성하고자 할 때에는 PR용액 및 노광 장비를 이용하여 패턴을 형성하게 된다. 이는 기판과 패턴이 작아지게 될 경우 사용하면 용이하다. In general, when the line width of the pattern is ~ several tens of µm, it is widely used because the method using the shadow mask described in FIG. 4 is simple and easy to process, but when it is desired to form a fine pattern with a pattern line width of ~ µm or less, the PR solution And patterns are formed using exposure equipment. This is easy to use when the substrate and pattern become small.

도 5는 일 실시 예에 따른 온도 센서 기판의 제조방법을 도시한 도면이다.5 is a view showing a method of manufacturing a temperature sensor substrate according to an embodiment.

도 5의 (A)에서는 Silicon wafer 기판을 준비한다. (B)는 준비된 기판 위에 PR(포토레지스터)용액을 떨어뜨려 spin coating을 표현한 것이며, (C)에서 shadow mask를 이용해 원하는 부위에 자외선으로 노광을 시켜주고, develop 을 시켜 준 이후, RIE 장비로 silicon wafer를 dry etch 시킨 이후의 모습이다.In FIG. 5A, a silicon wafer substrate is prepared. (B) expresses spin coating by dropping the PR (photoresist) solution on the prepared substrate, and (C) exposes the desired area with ultraviolet light using a shadow mask, develops it, and then develops silicon with RIE equipment. This is after the wafer is dry etched.

도 5의 (D)에서는 silicon wafer가 제거된 부분을 KOH etching을 통해 실리콘을 식각하여 임피던스 칩이 들어갈 공간을 만드는 공정을 표현한 것이고, (E)에서는 silicon wafer를 oxidation하여 산화막을 Silicon wafer 위에 SiO₂막을 성장시키는 공정을 표현하였다. In (D) of FIG. 5, a process in which a silicon wafer is removed is etched through KOH etching to create a space for an impedance chip, and (E) oxidizes a silicon wafer to deposit an SiO2 film on the silicon wafer. The growth process was expressed.

도 5의 (F)에서는 도 4와 같은 방법으로 백금선을 증착하고 Furnace 공정으로 백금선의 저항을 안정적으로 만드는 공정을 표현하였다. (G)에서는 온도센서의 열적 분리성을 위하여 PDMS를 코팅하였다. In (F) of FIG. 5, a process of depositing a platinum wire in the same manner as in FIG. 4 and making the resistance of the platinum wire stable by the furnace process is expressed. In (G), PDMS was coated for thermal separation of the temperature sensor.

도 6은 일 실시 예에 따른 3차원 세포 배양 바이오 센서의 제조방법을 도시한 도면이다.6 is a view showing a method of manufacturing a 3D cell culture biosensor according to an embodiment.

도 6을 참조하면, (A)에서 도 1에 도시된 바와 같은 키트(130)에 온도센서(400)가 포함된 기판(110)을 먼저 연결하고, (B)에서 임피던스 센서 칩(200 및 300)를 도 5의 (D)에서 만들었던 공간에 넣어 키트와 연결시킨다. (C)에서 센서 부분에 PDMS well을 만들고, (D)에서 전기적 측정을 위해 패드에 Wiring작업으로 마무리를 한다.Referring to FIG. 6, the substrate 110 including the temperature sensor 400 is first connected to the kit 130 as shown in FIG. 1 in (A), and the impedance sensor chips 200 and 300 in (B) ) Into the space created in (D) of FIG. 5 to connect to the kit. In (C), make a PDMS well in the sensor part, and in (D), finish it by wiring the pad for electrical measurement.

예를 들어, 온도 센서(400)와 연결된 전극(112 및 114)은 도 9에 도시된 바와 같이 저항 측정장치(700)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 웰(500)에서 배양되는 세포의 온도 변화에 따라 온도 센서(400)에 포함된 백금선의 저항의 변화를 측정하기 위하여 백금선과 연결된 전극(112 및 114)와 저항 측정장치(700)를 와이어로 연결할 수 있다.For example, the electrodes 112 and 114 connected to the temperature sensor 400 may be connected to the resistance measurement device 700 as illustrated in FIG. 9. Specifically, in order to measure the change in resistance of the platinum wire included in the temperature sensor 400 according to the temperature change of the cells cultured in the well 500, the electrodes 112 and 114 connected to the platinum wire and the resistance measuring device 700 are used. Can be connected by wire.

온도 센서(400) 및 저항 측정장치(700)를 포함하는 온도 센서 모듈은 TCR(Temperature Coefficient of Resistance)을 활용하여 백금선의 저항으로부터 배양되는 세포의 온도를 측정할 수 있다.The temperature sensor module including the temperature sensor 400 and the resistance measurement device 700 may measure the temperature of cells cultured from the resistance of the platinum wire by utilizing a temperature coefficient of resistance (TCR).

TCR은 온도가 1도 바뀔 때의 저항의 변화분으로 정의된다. 즉, TCR = 1/R0*(dR/dT)로 정의된다. 한편, 기준온도 T0에서 저항값이 R0라면 이후의 증가하는 온도에 따른 저항은 온도의 함수이며, 이는 아래의 수식으로 표현될 수 있다.TCR is defined as the change in resistance when the temperature changes by 1 degree. That is, TCR = 1/R 0 *(dR/dT). On the other hand, if the resistance value at the reference temperature T 0 is R 0 , the resistance according to the subsequent increasing temperature is a function of temperature, which can be expressed by the following equation.

R(T) = R0 [1+ TCR*(T-T0)]R(T) = R 0 [1+ TCR*(TT 0 )]

상기 수식으로부터, 물질의 TCR을 알고 있다면, 특정 온도 T에서의 저항값을 알 수 있다. 이를 역으로 활용하면, 미지의 온도 T에서 측정된 저항값이 R(T)라면, 상기 수학식으로부터 온도 T를 결정할 수 있다.From the above formula, if the TCR of the substance is known, the resistance value at a specific temperature T can be known. Using this in reverse, if the resistance value measured at the unknown temperature T is R(T), the temperature T can be determined from the above equation.

다른 실시 예에서, 온도 센서(400)의 온도 측정방식에 따라 저항 측정장치(700) 가 아닌 다른 방식의 온도 측정장치가 온도 센서(400)와 연결될 수도 있다.In another embodiment, a temperature measuring device other than the resistance measuring device 700 may be connected to the temperature sensor 400 according to the temperature measuring method of the temperature sensor 400.

도 7은 일 실시 예에 따른 임피던스 센서 칩을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating an impedance sensor chip according to an embodiment.

도 7을 참조하면, 임피던스 센서 칩(200)에는 패턴(210)이 배치되며, 패턴(210)은 백금 또는 크롬을 포함하는 금속으로 구성된 복수의 전극으로 구성된다.Referring to FIG. 7, a pattern 210 is disposed on the impedance sensor chip 200, and the pattern 210 is composed of a plurality of electrodes made of a metal containing platinum or chromium.

또한, 상술한 바와 같이, 임피던스 센서 칩(200)에 포함된 복수의 전극 각각은 도 8에 도시된 바와 같이 임피던스 측정 장치(600)와 연결될 수 있다.In addition, as described above, each of the plurality of electrodes included in the impedance sensor chip 200 may be connected to the impedance measurement device 600 as illustrated in FIG. 8.

도 7을 참조하면, 패턴(210)은 서로 연속적으로 배치된 8개의 전극 패드를 포함하고, 상기 8개의 전극 패드는, 서로 전기적으로 연결된 제1 전극 패드(211) 및 제8 전극 패드(218), 서로 전기적으로 연결된 제2 전극 패드(212) 및 제7 전극 패드(217), 서로 전기적으로 연결된 제3 전극 패드(213) 및 제6 전극 패드(216), 서로 전기적으로 연결된 제4 전극 패드(214) 및 제5 전극 패드(215)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the pattern 210 includes eight electrode pads continuously arranged with each other, and the eight electrode pads include first electrode pads 211 and eighth electrode pads 218 electrically connected to each other. , A second electrode pad 212 and a seventh electrode pad 217 electrically connected to each other, a third electrode pad 213 and a sixth electrode pad 216 electrically connected to each other, and a fourth electrode pad electrically connected to each other ( 214) and a fifth electrode pad 215.

또한, 임피던스 센서 칩(200)은, 8개의 전극 패드 중 서로 전기적으로 연결되지 않은 임의의 2개의 전극 패드에 연결된 와이어를 이용하여, 전기적으로 연결되지 않은 2개의 전극 패드 사이에서 임피던스 변화를 측정함으로써, 서로 다른 위치에서 배양되는 세포의 임피던스를 측정할 수 있다.In addition, the impedance sensor chip 200 measures impedance change between two electrode pads that are not electrically connected by using a wire connected to any two electrode pads that are not electrically connected to each other among the eight electrode pads. , Impedance of cells cultured at different locations can be measured.

예를 들어, 서로 전기적으로 연결되지 않은 2개의 전극 패드 사이에서, 배양되는 세포의 성장 혹은 약물 반응에 따른 임피던스의 변화를 측정할 수 있다.For example, between two electrode pads that are not electrically connected to each other, it is possible to measure a change in impedance according to the growth of a cultured cell or a drug reaction.

도 7을 참조하면, 각각의 전극 패드는 서로 일정한 간격으로 떨어져 있다. 이 떨어진 간격은 세포의 배양 종류 및 배양 환경에 따라서 적절히 조절되어야 하며, 통상 1㎛ ~ 1mm 이내로 구성하지만, 특별한 경우에는 1㎛이하로 미세하게 줄일 수 도 있다. 간격이 좁아질수록 바이오센서의 임피던스의 측정 정밀도는 높아진다고 볼 수 있다.Referring to FIG. 7, each electrode pad is spaced apart from each other. This distance should be appropriately adjusted depending on the type of cell culture and the culture environment, and is usually configured within 1 μm to 1 mm, but in special cases, it may be reduced to less than 1 μm. It can be seen that the narrower the interval, the higher the measurement accuracy of the impedance of the biosensor.

일 실시 예에서, 3차원 세포 배양 바이오 센서(100)는 임피던스 센서 칩(200)에 배치된 복수 개의 전극 패드 사이의 간격을 조정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the 3D cell culture biosensor 100 may further include a control unit that adjusts an interval between a plurality of electrode pads disposed on the impedance sensor chip 200.

예를 들어, 복수 개의 전극 패드는 임피던스 센서 칩(200)에 고정적으로 증착될 수도 있지만, 동력부를 이용하여 그 위치와 간격이 조정될 수도 있다. 동력부의 종류는 제한되지 않으며, 전극별로 각각의 동력부가 마련될 수도 있고, 하나의 동력부로부터 각각의 전극으로 기어 등을 이용하여 동력이 전달되도록 할 수도 있으며, 기어비를 이용하여 전달되는 동력을 차등적으로 조절할 수도 있다.For example, a plurality of electrode pads may be fixedly deposited on the impedance sensor chip 200, but the position and spacing may be adjusted using a power unit. The type of the power unit is not limited, and each power unit may be provided for each electrode, or power may be transmitted from one power unit to each electrode by using gears or the like, and differential power transmitted using a gear ratio may be differential. You can also adjust the enemy.

일 실시 예에서, 제어부는 적어도 하나의 센서를 이용하여 상기 배양되는 세포의 종류 및 배양 환경에 대한 정보를 수집하고, 상기 수집된 정보에 기초하여 상기 임피던스 센서 칩의 측정 정밀도를 결정하고, 상기 결정된 정밀도에 따라 상기 복수 개의 전극 패드 사이의 간격을 조정할 수 있다.In one embodiment, the control unit collects information on the type and culture environment of the cultured cells using at least one sensor, and determines the measurement accuracy of the impedance sensor chip based on the collected information, and the determined The spacing between the plurality of electrode pads may be adjusted according to precision.

예를 들어, 제어부는 온도 센서(400)에서 측정되는 온도 변화에 따라 필요한 임피던스 측정의 정밀도를 결정할 수 있고, 이에 따라 동력부를 제어함으로써 복수 개의 전극 패드 사이의 간격을 좁힐 수 있다.For example, the control unit may determine the precision of the impedance measurement required according to the temperature change measured by the temperature sensor 400, and accordingly, the gap between the plurality of electrode pads may be narrowed by controlling the power unit.

마찬가지로, 임피던스 측정의 정밀도가 크게 요구되지 않는 상황인 것으로 판단되는 경우에는, 제어부는 동력부를 제어함으로써 복수 개의 전극 패드 사이의 간격을 넓힐 수 있다.Similarly, when it is determined that the precision of impedance measurement is not required to be large, the control unit may widen the gap between the plurality of electrode pads by controlling the power unit.

또한, 3차원 세포 배양 바이오 센서(100)에 별도의 센서가 포함되는 경우, 제어부는 배양되는 세포의 무게나 부피, 색상, 움직임 등을 판단할 수 있다. 이에 따라 제어부는 동력부를 제어함으로써 복수 개의 전극 패드 사이의 간격을 넓힐 수 있다.In addition, when a separate sensor is included in the 3D cell culture biosensor 100, the control unit may determine the weight, volume, color, and movement of the cultured cell. Accordingly, the control unit may widen the gap between the plurality of electrode pads by controlling the power unit.

예를 들어, 배양된 세포가 적은 경우 복수의 전극 패드 중 세포와 접촉되지 않거나, 세포와의 접촉면적이 적은 전극 패드가 있을 수 있다. 이 경우, 제어부는 동력부를 제어하여 복수 개의 전극 패드의 간격을 좁히거나, 복수 개의 전극 패드를 시프트하여 세포가 배양된 위치로 복수 개의 전극 패드를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부는 각각의 전극 패드로부터 측정되는 임피던스 변화에 기초하여, 임피던스 변화가 없거나 적은 전극이 있는 경우, 해당 전극에서의 임피던스 변화가 발생할때까지 해당 전극 또는 해당 전극을 포함하는 복수의 전극을 이동시킬 수 있다.For example, if the cultured cells are small, there may be electrode pads that do not contact the cells among the plurality of electrode pads or have a small contact area with the cells. In this case, the control unit may control the power unit to narrow the gap between the plurality of electrode pads or shift the plurality of electrode pads to move the plurality of electrode pads to the position where the cells are cultured. For example, the control unit, based on the impedance change measured from each electrode pad, if there is an electrode with little or no impedance change, the electrode or a plurality of electrodes including the electrode until an impedance change occurs in the electrode Can be moved.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but a person skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive.

100 : 3차원 세포 배양 바이오 센서
110 : 기판
120 : 센서부
100: 3D cell culture biosensor
110: substrate
120: sensor unit

Claims (10)

온도 센서를 포함하는 온도 센서 기판;
상기 온도 센서를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 상기 온도 센서 기판과 수직하게 배치되는 복수의 임피던스 센서 칩; 및
상기 온도 센서 및 상기 복수의 임피던스 센서 칩을 내부에 포함하도록 배치되는 세포 배양용 웰(well)을 포함하고,
상기 온도 센서 및 상기 임피던스 센서 칩을 이용하여 상기 세포 배양용 웰 안에서 배양되는 세포의 임피던스 및 온도 변화를 측정하고,
상기 임피던스 센서 칩의 표면에는 임피던스 측정을 위한 임의의 패턴이 형성되고, 상기 패턴은 복수 개의 전극 패드로 구성되고,
상기 임피던스 센서 칩은,
상기 복수 개의 전극 패드와 임피던스 측정 장치를 연결하는 와이어; 를 더 포함하고,
상기 복수 개의 전극 패드는 서로 연속적으로 배치된 적어도 8개의 전극 패드를 포함하고,
상기 8개의 전극 패드는,
서로 전기적으로 연결된 제1 전극 패드 및 제8 전극 패드;
서로 전기적으로 연결된 제2 전극 패드 및 제7 전극 패드;
서로 전기적으로 연결된 제3 전극 패드 및 제6 전극 패드; 및
서로 전기적으로 연결된 제4 전극 패드 및 제5 전극 패드; 를 포함하는, 3차원 세포 배양 바이오 센서.
A temperature sensor substrate including a temperature sensor;
A plurality of impedance sensor chips disposed vertically with the temperature sensor substrate in a direction facing each other with the temperature sensor interposed therebetween; And
And a cell culture well arranged to include the temperature sensor and the plurality of impedance sensor chips therein,
Using the temperature sensor and the impedance sensor chip to measure the impedance and temperature change of the cells cultured in the cell culture well,
An arbitrary pattern for impedance measurement is formed on the surface of the impedance sensor chip, and the pattern is composed of a plurality of electrode pads,
The impedance sensor chip,
A wire connecting the plurality of electrode pads and an impedance measurement device; Further comprising,
The plurality of electrode pads includes at least eight electrode pads continuously arranged to each other,
The eight electrode pads,
A first electrode pad and an eighth electrode pad electrically connected to each other;
A second electrode pad and a seventh electrode pad electrically connected to each other;
A third electrode pad and a sixth electrode pad electrically connected to each other; And
A fourth electrode pad and a fifth electrode pad electrically connected to each other; Including, 3D cell culture biosensor.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 임피던스 센서 칩은,
상기 8개의 전극 패드 중 서로 전기적으로 연결되지 않은 임의의 2개의 전극 패드에 연결된 와이어를 이용하여, 상기 전기적으로 연결되지 않은 2개의 전극 패드 사이에서 임피던스 변화를 측정함으로써, 서로 다른 위치에서 상기 배양되는 세포의 임피던스를 측정하는, 3차원 세포 배양 바이오 센서.
According to claim 1,
The impedance sensor chip,
Using the wire connected to any two electrode pads that are not electrically connected to each other among the eight electrode pads, the impedance is measured between the two electrode pads that are not electrically connected to each other, thereby culturing the cells at different locations. A 3D cell culture biosensor measuring the impedance of cells.
제1 항에 있어서,
상기 복수 개의 전극 패드 사이의 간격을 조정하는 제어부; 를 더 포함하고,
상기 제어부는,
적어도 하나의 센서를 이용하여 상기 배양되는 세포의 종류 및 배양 환경에 대한 정보를 수집하고, 상기 수집된 정보에 기초하여 상기 임피던스 센서 칩의 측정 정밀도를 결정하고, 상기 결정된 정밀도에 따라 상기 복수 개의 전극 패드 사이의 간격을 조정하는, 3차원 세포 배양 바이오 센서.
According to claim 1,
A control unit adjusting an interval between the plurality of electrode pads; Further comprising,
The control unit,
Collecting information about the type and culture environment of the cultured cells using at least one sensor, determining the measurement precision of the impedance sensor chip based on the collected information, and the plurality of electrodes according to the determined precision A 3D cell culture biosensor that adjusts the spacing between pads.
삭제delete 백금 선으로 구성되는 온도 측정부 및 상기 온도 측정부와 연결되는 전극을 포함하는 기판;
상기 온도 측정부를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 상기 기판과 수직하게 배치되고, 복수 개의 백금 전극을 각각 포함하는 2개의 임피던스 센서 칩; 및
상기 온도 측정부 및 상기 2개의 임피던스 센서 칩을 내부에 포함하도록 배치되는 세포 배양용 PDMS 웰; 을 포함하고,
상기 온도 측정부 및 상기 임피던스 센서 칩을 이용하여 상기 세포 배양용 PDMS 웰 안에서 배양되는 세포의 임피던스 및 온도 변화를 측정하되, 상기 2개의 임피던스 센서 칩에 포함된 상기 복수 개의 백금 전극을 이용하여 상기 세포 배양용 PDMS 웰 안의 서로 다른 위치에서 상기 배양되는 세포의 3차원 임피던스를 측정하고,
상기 임피던스 센서 칩의 표면에는 임피던스 측정을 위한 임의의 패턴이 형성되고, 상기 패턴은 복수 개의 전극 패드로 구성되고,
상기 임피던스 센서 칩은,
상기 복수 개의 전극 패드와 임피던스 측정 장치를 연결하는 와이어; 를 더 포함하고,
상기 복수 개의 전극 패드는 서로 연속적으로 배치된 적어도 8개의 전극 패드를 포함하고,
상기 8개의 전극 패드는,
서로 전기적으로 연결된 제1 전극 패드 및 제8 전극 패드;
서로 전기적으로 연결된 제2 전극 패드 및 제7 전극 패드;
서로 전기적으로 연결된 제3 전극 패드 및 제6 전극 패드; 및
서로 전기적으로 연결된 제4 전극 패드 및 제5 전극 패드; 를 포함하는, 3차원 세포 배양 바이오 센서.
A substrate including a temperature measuring unit formed of a platinum wire and an electrode connected to the temperature measuring unit;
Two impedance sensor chips disposed vertically with the substrate in a direction facing each other with the temperature measuring unit interposed therebetween and including a plurality of platinum electrodes; And
A PDMS well for cell culture, which is arranged to include the temperature measuring part and the two impedance sensor chips therein; Including,
Measuring the impedance and temperature change of cells cultured in the PDMS well for cell culture by using the temperature measuring unit and the impedance sensor chip, the cells using the plurality of platinum electrodes included in the two impedance sensor chips Measure the three-dimensional impedance of the cultured cells at different locations in the PDMS well for culture,
An arbitrary pattern for impedance measurement is formed on the surface of the impedance sensor chip, and the pattern is composed of a plurality of electrode pads,
The impedance sensor chip,
A wire connecting the plurality of electrode pads and an impedance measurement device; Further comprising,
The plurality of electrode pads includes at least eight electrode pads continuously arranged to each other,
The eight electrode pads,
A first electrode pad and an eighth electrode pad electrically connected to each other;
A second electrode pad and a seventh electrode pad electrically connected to each other;
A third electrode pad and a sixth electrode pad electrically connected to each other; And
A fourth electrode pad and a fifth electrode pad electrically connected to each other; Including, 3D cell culture biosensor.
금속 선으로 구성되는 온도 측정부 및 상기 온도 측정부와 연결되는 전극을 포함하는 기판;
상기 온도 측정부를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 상기 기판과 수직하게 배치되는 2개의 임피던스 센서 칩;
상기 온도 측정부 및 상기 2개의 임피던스 센서 칩을 내부에 포함하도록 배치되는 세포 배양용 PDMS 웰;
상기 기판의 전극과 와이어로 연결되는 저항 측정장치; 및
상기 임피던스 센서 칩과 와이어로 연결되는 임피던스 측정장치; 를 포함하고,
상기 저항 측정장치는, 상기 금속 선의 저항을 측정하고, 상기 측정 결과로부터 TCR을 활용하여 상기 세포 배양용 PDMS 웰 안에서 배양되는 세포의 온도 변화를 측정하고,
상기 임피던스 측정장치는, 상기 임피던스 센서 칩을 이용하여 상기 세포 배양용 PDMS 웰 안에서 배양되는 세포의 임피던스 변화를 측정하고,
상기 임피던스 센서 칩의 표면에는 임피던스 측정을 위한 임의의 패턴이 형성되고, 상기 패턴은 복수 개의 전극 패드로 구성되고,
상기 복수 개의 전극 패드는 서로 연속적으로 배치된 적어도 8개의 전극 패드를 포함하고,
상기 8개의 전극 패드는,
서로 전기적으로 연결된 제1 전극 패드 및 제8 전극 패드;
서로 전기적으로 연결된 제2 전극 패드 및 제7 전극 패드;
서로 전기적으로 연결된 제3 전극 패드 및 제6 전극 패드; 및
서로 전기적으로 연결된 제4 전극 패드 및 제5 전극 패드; 를 포함하는, 3차원 세포 배양 바이오 센서.
A substrate including a temperature measuring unit formed of a metal wire and an electrode connected to the temperature measuring unit;
Two impedance sensor chips disposed vertically with the substrate in a direction facing each other with the temperature measuring unit interposed therebetween;
A PDMS well for cell culture, which is arranged to include the temperature measuring part and the two impedance sensor chips therein;
A resistance measuring device connected to the electrode and the wire of the substrate; And
An impedance measuring device connected to the impedance sensor chip by a wire; Including,
The resistance measuring device measures the resistance of the metal wire, and measures the temperature change of the cells cultured in the PDMS well for cell culture by utilizing the TCR from the measurement results,
The impedance measurement device measures the impedance change of cells cultured in the PDMS well for cell culture using the impedance sensor chip,
An arbitrary pattern for impedance measurement is formed on the surface of the impedance sensor chip, and the pattern is composed of a plurality of electrode pads,
The plurality of electrode pads includes at least eight electrode pads continuously arranged to each other,
The eight electrode pads,
A first electrode pad and an eighth electrode pad electrically connected to each other;
A second electrode pad and a seventh electrode pad electrically connected to each other;
A third electrode pad and a sixth electrode pad electrically connected to each other; And
A fourth electrode pad and a fifth electrode pad electrically connected to each other; Including, 3D cell culture biosensor.
온도 센서 기판에 온도 센서를 연결하는 단계;
상기 온도 센서를 사이에 두고, 서로 마주보는 방향으로 상기 온도 센서 기판과 수직하게 복수의 임피던스 센서 칩을 연결하는 단계;
상기 온도 센서 및 상기 복수의 임피던스 센서 칩을 내부에 포함하도록 세포 배양용 웰을 배치하는 단계;
상기 온도 센서에 연결된 전극과 저항 측정장치를 와이어로 연결하는 단계; 및
상기 복수의 임피던스 센서 칩에 포함된 전극과 임피던스 측정장치를 와이어로 연결하는 단계; 를 포함하고,
상기 임피던스 센서 칩의 표면에는 임피던스 측정을 위한 임의의 패턴이 형성되고, 상기 패턴은 복수 개의 전극 패드로 구성되고,
상기 임피던스 센서 칩은,
상기 복수 개의 전극 패드와 임피던스 측정 장치를 연결하는 와이어; 를 더 포함하고,
상기 복수 개의 전극 패드는 서로 연속적으로 배치된 적어도 8개의 전극 패드를 포함하고,
상기 8개의 전극 패드는,
서로 전기적으로 연결된 제1 전극 패드 및 제8 전극 패드;
서로 전기적으로 연결된 제2 전극 패드 및 제7 전극 패드;
서로 전기적으로 연결된 제3 전극 패드 및 제6 전극 패드; 및
서로 전기적으로 연결된 제4 전극 패드 및 제5 전극 패드; 를 포함하는, 3차원 세포 배양 바이오 센서의 제조방법.
Connecting a temperature sensor to the temperature sensor substrate;
Connecting the plurality of impedance sensor chips perpendicularly to the temperature sensor substrate in a direction facing each other with the temperature sensors interposed therebetween;
Placing the cell culture wells to include the temperature sensor and the plurality of impedance sensor chips therein;
Connecting an electrode connected to the temperature sensor and a resistance measuring device with a wire; And
Connecting an electrode included in the plurality of impedance sensor chips and an impedance measuring device with a wire; Including,
An arbitrary pattern for impedance measurement is formed on the surface of the impedance sensor chip, and the pattern is composed of a plurality of electrode pads,
The impedance sensor chip,
A wire connecting the plurality of electrode pads and an impedance measurement device; Further comprising,
The plurality of electrode pads includes at least eight electrode pads continuously arranged to each other,
The eight electrode pads,
A first electrode pad and an eighth electrode pad electrically connected to each other;
A second electrode pad and a seventh electrode pad electrically connected to each other;
A third electrode pad and a sixth electrode pad electrically connected to each other; And
A fourth electrode pad and a fifth electrode pad electrically connected to each other; The method of manufacturing a 3D cell culture biosensor comprising a.
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