KR20030018698A - Cell number counting apparatus and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MEMS 공정에 의한 모세관, 저장부, 세포 감지부를 포함하는 초소형 세포 계수장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 세포 계수장치는, 실리콘 기판 위에 형성되고 상기 계수하고자 하는 세포가 포함된 액체가 이동하는 통로인 모세관; 상기 모세관 일단에 형성되고 상기 모세관에 주입되는 세포가 포함된 액체가 저장되는 주입세포 저장부; 상기 모세관 타단에 형성되고 상기 모세관에서 유출되는 세포가 포함된 액체가 저장되는 유출세포 저장부; 및 상기 실리콘 기판 내에 형성되고 상기 모세관의 소정의 부위 하부에 위치하며 상기 모세관을 이동하는 세포의 염색 정도에 따라 투과되는 빛의 투과량에 따라 변화되는 보론의 전기저항을 측정함으로써 세포의 개수를 감지하는 세포 감지부를 포함하고, 상기 세포 감지부는 보론(boron)이 도핑되어 형성된 영역이다. 따라서, 본 발명에 따른 세포 계수장치는 MEMS 공정을 사용하여 일체화되고 소형화되어 고가의 기존 대형 세포 계수기를 대체할 수 있다. 또한, 세포 감지부로서 빛에 반응하는 전기저항 검출기를 이용하여 살아있는 세포와 죽어있는 세포의 수를 신속하면서도 정확하게 차별 계수하는 기능을 제공함으로써 기존의 복잡한 생화학적 차별 계수 방법을 대신할 수 있다.The present invention relates to a micro cell counting device including a capillary tube, a storage unit, and a cell detection unit by a MEMS process, and a method of manufacturing the same. The cell counting device of the present invention comprises: a capillary tube formed on a silicon substrate and a passage through which a liquid containing cells to be counted moves; An injection cell storage unit formed at one end of the capillary and storing a liquid including cells injected into the capillary; An outflow cell storage unit formed at the other end of the capillary and storing a liquid including cells flowing out of the capillary; And detecting the number of cells by measuring the electrical resistance of boron formed in the silicon substrate and positioned under a predetermined portion of the capillary and changing according to the amount of transmitted light according to the degree of staining of the cells moving the capillary. A cell detection unit is included, and the cell detection unit is a region formed by doping boron. Thus, the cell counting device according to the present invention can be integrated and miniaturized using a MEMS process to replace expensive existing large cell counters. In addition, by using an electrical resistance detector that responds to light as a cell detector, it is possible to replace the existing complex biochemical differentiation method by providing a function to quickly and accurately discriminate the number of living and dead cells.
Description
본 발명은 세포 계수장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 전자 기계 장치(MEMS, Micro Electro Mechanical System, 이하 'MEMS'라 칭한다) 공정에 의한 모세관(capillary), 저장부(reservoir), 세포 감지부를 포함하는 초소형 세포 계수장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a cell counting device and a method of manufacturing the same, and in particular, capillary, reservoir, and cell detection by a microelectromechanical apparatus (MEMS). It relates to an ultra-small cell counting device comprising a part and a method of manufacturing the same.
한편, 본 발명은 세포를 포함한 액체를 이송시키면서 세포가 생물학적으로 살아있는지 죽어있는지를 판별하고 각각 계수할 수 있도록 된 세포 계수장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.On the other hand, the present invention relates to a cell counting device and a method for manufacturing the cell counting device that is capable of determining whether the cells are biologically alive or dead while transferring the liquid including the cells, respectively.
또 다른 한편, 본 발명은 MEMS 기술을 이용하여 제조공정을 간단히 하고 그 크기를 소형화함은 물론 조사된 빛에 반응하는 보론의 전기저항검출기를 이용해서 살아있는 세포와 죽어있는 세포에 대한 신속한 계수결과를 제공할 수 있도록 한 세포 계수장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.On the other hand, the present invention simplifies the manufacturing process and reduces the size by using MEMS technology, as well as the rapid counting results for living and dead cells using the boron electrical resistance detector in response to the irradiated light The present invention relates to a cell counting device and a method of manufacturing the same.
당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 의료용이나 생물학 계통 실험용으로 세포의 정확한 계수와 분류는 여러 세부 분야에서 필수적으로 요구되고 있으며, 특히 그 특성상 세포의 계수와 분류는 짧은 시간동안 적은 양으로 이루어져야 한다고 알려지고 있다. 이를 위한 세포 계수기 및/또는 분류장치에 관한 개발과 연구가 오래도록 진행되어 오고 있으나, 기기의 대형화와 이에 따른 제작비용의 상승이 걸림돌로 작용하고 있다. 이를 해소하기 위한 방편으로 MEMS 공정을 이용한 연구가 1990년대 이후로 활발하게 진행되어오고 있다.As is well known to those skilled in the art, accurate counting and sorting of cells is essential in many specific fields for medical and biological line experiments, and in particular, it is known that counting and sorting of cells should be done in small amounts for a short time. . Development and research on cell counters and / or sorting devices have been progressed for a long time, but the increase in the size of the device and the increase in the manufacturing cost are obstacles. As a way to solve this problem, researches using MEMS processes have been actively conducted since the 1990s.
한편, 세포 계수기는 소량의 액체를 운반매체로 하는데, 소량의 액체를 운반매체로 하는 연구는 단백질 분리나 DNA 분리에 대해 주로 연구되어 왔다. 액체의 운반방법으로 전기영동(electrophoresis) 방법이 사용되었고, 이 방법을 이용한 최초의 연구는 1937년 티셀리우스(Tiselius)에 의해 사람의 혈청에 있는 단백질을 분리하는데서 출발하였다. 한편, 전기영동 방법의 일종인 전기삼투(electro osmosis)는 전기영동의 운반매체로 모세관을 사용하는 경우 나타나는 현상으로 1967년 헤르텐(Hjerten)에 의해 처음으로 수행되었고 다른 운반매체에 비해 속도가 빠르고 유속의 단면이 일정하다는 장점이 있다.On the other hand, the cell counter has a small amount of liquid as a carrier medium, the study of a small amount of liquid carrier medium has been mainly studied for protein separation or DNA separation. Electrophoresis was used as the method of transporting liquids, and the first work using this method began in 1937 by separating the proteins in human serum by Tiselius. On the other hand, electroosmosis, a type of electrophoresis method, is a phenomenon that occurs when capillary tube is used as a carrier of electrophoresis. It was first performed by Hjerten in 1967 and is faster than other carrier media. The advantage is that the cross section of the flow velocity is constant.
도 1은 종래의 세포 계수장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional cell counting device.
도 1에 도시된 세포 계수장치는 저장기(102, 104), 모세관(107), 검출기(110), 신호처리기(112) 및 전원공급장치(114)를 포함한다. 모세관 입구(106) 쪽 저장기(102)에는 계수될 세포가 저장되고, 모세관 출구(108) 쪽 저장기(104)에는 계수된 세포가 저장된다. 전원공급장치(114)에 의해 전원이 공급되면 전기삼투에 의해 저장기(102)에 저장된 세포가 모세관 입구(106)에 주입되고 모세관(107)을 통해 검출기(110)를 경유하여 모세관 출구(108)에서 저장기(104)로 유출된다. 세포가 검출기(110)를 통과하는 동안 신호처리기(112)에 의해 세포가 계수된다. 그러나, 상기 종래의 세포 계수장치에 있어서, 모세관(107)의 지름이 수십 마이크로미터로 초소형인 반면, 검출기(110) 및 저장기(102, 104)는 상대적으로 크기가 크므로, 모세관, 검출기 및 저장기를 일체화된 장치로 구성할 필요가 있다.The cell counter shown in FIG. 1 includes reservoirs 102 and 104, capillary 107, detector 110, signal processor 112, and power supply 114. Cells to be counted are stored in the reservoir 102 at the capillary inlet 106 and counted cells are stored in the reservoir 104 at the capillary outlet 108. When powered by the power supply 114, cells stored in the reservoir 102 by electroosmotic are injected into the capillary inlet 106 and the capillary outlet 108 via the detector 110 through the capillary 107. ) Into the reservoir 104. Cells are counted by the signal processor 112 while they pass through the detector 110. However, in the conventional cell counting device, while the diameter of the capillary tube 107 is very small (several tens of micrometers), the detector 110 and the reservoirs 102 and 104 are relatively large. It is necessary to configure the reservoir as an integrated device.
한편, 살아있는 세포와 죽어있는 세포를 구분하여 계수하는 것이 의료용과 생물학 계통의 실험용으로 필요하다. 이러한 세포의 생사여부에 따른 구분 계수는 세포의 염색액에 대한 차별적 반응을 현미경을 통하여 구분하거나, 세포외막에 노출되는 표지단백질의 변화나 염색체의 염색액에 대한 차별적 반응을 생화학적으로 조사하는 등의 방법을 통하여 이루어진다. 그러나, 전자의 신속성과 후자의 정확성이 동시에 만족되는 계수 방법이 존재하지 않았다.On the other hand, it is necessary to distinguish between living and dying cells for counting for medical and biological experiments. The differentiation coefficient according to whether the cells are killed or not is used to distinguish the differential responses to the cells 'dyes through a microscope, or to investigate the changes in the labeling proteins exposed to the extracellular membrane or the differential reactions to the chromosomes' dyes. It is done through the method. However, there was no counting method in which the former promptness and the latter accuracy were simultaneously satisfied.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기와 같은 단점들을 해결하기 위하여, MEMS 공정에 의한 모세관, 저장부, 세포 감지부를 포함하는 초소형 세포 계수장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a micro cell counting apparatus including a capillary tube, a storage unit, and a cell sensing unit by a MEMS process and a method of manufacturing the same, in order to solve the above disadvantages.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 세포를 포함한 액체를 이송시키면서 세포가 생물학적으로 살아있는지 죽어있는지를 판별하고 각각 계수할 수 있도록 된 세포 계수장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a cell counting device and a method of manufacturing the same, which are capable of determining whether each cell is biologically alive or dead while transferring a liquid including the cell and counting each.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, MEMS 기술을 이용하여 제조공정을 간단히 하고 그 크기를 소형화함은 물론 조사된 빛에 반응하는 보론의 전기저항검출기를 이용해서 살아있는 세포와 죽어있는 세포에 대한 신속한 계수결과를 제공할 수 있도록 한 세포 계수장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to simplify the manufacturing process using MEMS technology and reduce the size thereof, as well as to the living cells and the dead cells by using the electric resistance detector of boron reacting to the irradiated light. The present invention provides a cell counting device and a method of manufacturing the same for providing a fast counting result.
도 1은 종래의 세포 계수장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional cell counting device.
도 2는 본 발명에 의한 세포 계수장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a cell counting apparatus according to the present invention.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 의한 세포 계수장치의 평면도이다.3A to 3C are plan views of the cell counting apparatus according to the present invention.
도 4a 내지 도 4k는 본 발명에 의한 세포 계수장치의 공정 단계별 수직단면도이다.Figure 4a to 4k is a vertical cross-sectional view of the process step of the cell counting apparatus according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10...보론 도핑 영역, 20...모세관,10 ... boron doped area, 20 ... capillary,
30...주입세포 저장부, 40...유출세포 저장부,30 ... injection cell storage, 40 ... outflow cell storage,
50...유리판, 60...SU-8,50 ... glass, 60 ... SU-8,
70...산화막, 80...실리콘 기판70 ... oxide, 80 ... silicon substrate
본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 세포를 염색하고 조사된 빛의 투과량에 따라 세포를 계수하는 세포 계수장치에 있어서, 실리콘 기판 위에 형성되고 상기 계수하고자 하는 세포가 포함된 액체가 이동하는 통로인 모세관; 상기 모세관 일단에 형성되고 상기 모세관에 주입되는 세포가 포함된 액체가 저장되는 주입세포 저장부; 상기 모세관 타단에 형성되고 상기 모세관에서 유출되는 세포가 포함된 액체가 저장되는 유출세포 저장부; 및 상기 실리콘 기판 내에 형성되고 상기 모세관의 소정의 부위 하부에 위치하며 상기 모세관을 이동하는 세포의 염색정도에 따라 투과되는 빛의 투과량에 따라 변화되는 저항을 측정함으로써 세포의 개수를 감지하는 세포 감지부를 포함하고, 상기 모세관, 주입세포 저장부, 유출세포 저장부 및 세포 감지부는 MEMS 공정을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 세포 계수장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a cell counting apparatus for staining cells and counting the cells according to the amount of irradiated light, wherein a liquid formed on a silicon substrate and containing the cells to be counted are moved. Capillaries that are channels; An injection cell storage unit formed at one end of the capillary and storing a liquid including cells injected into the capillary; An outflow cell storage unit formed at the other end of the capillary and storing a liquid including cells flowing out of the capillary; And a cell detecting unit formed in the silicon substrate and positioned below a predetermined portion of the capillary and detecting a number of cells by measuring a resistance that is changed according to the amount of transmitted light according to the degree of staining of the cells moving the capillary. It includes, the capillary, injection cell storage, outflow cell storage and cell detection unit provides a cell counting device, characterized in that formed using a MEMS process.
바람직하기로는, 상기 세포 감지부는 보론(boron)이 도핑되어 형성된 영역인 것을 특징으로 한다.Preferably, the cell detection unit is characterized in that the boron (boron) is doped region formed.
바람직하기로는, 상기 세포 염색은 트리판 블루(trypan blue)로 된 것을 특징으로 한다.Preferably, the cell staining is characterized in that trypan blue (trypan blue).
바람직하기로는, 세포의 생사여부에 따른 세포 염색의 차이를 이용하여 살아있는 세포와 죽어있는 세포를 각각 계수하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the living cells and the dead cells are counted by using the difference in cell staining according to whether the cells are killed or not.
바람직하기로는, 모세관 전기영동(electrophoresis)에 의해 상기 세포가 이동되도록 하기 위하여 상기 모세관 양측에 전극 기능을 하는 연결부를 더 구비하여 상기 세포 계수장치의 외부에 구비된 전원 공급 장치에 연결하도록 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in order to move the cells by capillary electrophoresis, the capillary further comprises a connecting portion having an electrode function on both sides of the capillary to connect to a power supply provided outside the cell counting device. It is done.
바람직하기로는, 상기 모세관 전기영동은 전기삼투(electro osmosis)인 것을 특징으로 한다.Preferably, the capillary electrophoresis is characterized in that the electroosmosis (electro osmosis).
바람직하기로는, 상기 세포 감지부의 저항을 측정하기 위하여 상기 세포 감지부 양측에 전극 기능을 하는 연결부를 더 구비하여 상기 세포 계수장치의 외부에 구비된 저항 측정 장치에 연결하도록 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in order to measure the resistance of the cell detection unit, further comprising a connecting portion that functions as an electrode on both sides of the cell detection unit to be connected to the resistance measurement device provided on the outside of the cell counting device.
본 발명은 상기한 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 세포를 염색하고 조사된 빛의 투과량에 따라 세포를 계수하는 세포 계수장치를 제조하는 방법에 있어서, 실리콘 기판의 소정 부위에 보론 도핑 영역을 생성하는 제1 단계; 상기 보론 도핑 영역의 저항을 측정하기 위해 상기 보론 도핑 영역의 양끝에 전극 기능을 하는 금속층을 형성하는 제2 단계; 상기 보론 도핑 영역의 상부에 세포가 포함된 액체가 흐르는 모세관을 형성하기 위한 채널을 형성하는 제3 단계; 및 유리판에 구멍을 뚫고 상기 실리콘 기판 위에 접착시켜 상기 채널의 양끝에 세포가 포함된 액체가 저장되도록 하는 저장부를 형성하고 상기 실리콘에 형성된 채널과 유리판 사이에 모세관을 형성하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 계수장치 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method for manufacturing a cell counting device for staining cells and counting the cells according to the amount of light transmitted, wherein the boron doped region is formed on a predetermined portion of the silicon substrate. First step; Forming a metal layer functioning as an electrode at both ends of the boron doped region to measure the resistance of the boron doped region; A third step of forming a channel for forming a capillary in which a liquid containing cells flows on the boron doped region; And a fourth step of forming a reservoir for storing liquid containing cells at both ends of the channel by drilling a hole in the glass plate and adhering the silicon substrate, and forming a capillary tube between the channel formed in the silicon and the glass plate. It provides a cell counting device manufacturing method characterized in.
바람직하기로는, 상기 제1 단계 다음에 상기 보론 도핑 영역에 빛이 투과되도록 하고 상기 보론 도핑 영역을 보호하기 위한 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method may further include forming an oxide film for allowing light to pass through the boron doped region and protecting the boron doped region after the first step.
바람직하기로는, 상기 제3 단계에서 채널을 형성하기 위해 음성감광제(negative photoresist)인 SU-8을 도포하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the third step, SU-8, which is a negative photoresist, is applied to form a channel.
바람직하기로는, 상기 제2 단계의 금속층 형성시에 모세관 전기영동에 의해 상기 세포가 이동되도록 하기 위하여 상기 모세관 양측에 전극 기능을 하는 금속층을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in order to move the cells by capillary electrophoresis during the formation of the metal layer of the second step, a metal layer serving as an electrode is formed on both sides of the capillary.
바람직하기로는, 상기 모세관 전기영동은 전기삼투인 것을 특징으로 한다.Preferably, the capillary electrophoresis is characterized in that the electroosmotic.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 2는 본 발명에 의한 세포 계수장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a cell counting apparatus according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 세포 계수장치는 MEMS 공정을 이용하여 형성되는 것으로, 세포 감지부로서의 보론(boron) 도핑 영역(10), 모세관(20), 주입세포 저장부(30) 및 유출세포 저장부(40)를 포함한다. 상기 모세관(20)은 계수하고자 하는 세포가 포함된 액체가 이동하는 통로이고, 모세관(20) 일단에 형성되는 주입세포 저장부(30)는 모세관(20)에 주입되는 세포가 포함된 액체를 저장하는 부분이며, 모세관(30) 타단에 형성되는 유출세포 저장부(40)는 모세관(20)에서 유출되는 세포가 포함된 액체를 저장하는 부분이다. 상기 보론 도핑 영역(10)은 실리콘 기판(80) 내에 형성되고 모세관(20)의 소정의 부위 하부에 위치하며 모세관(20)을 이동하는 세포의 염색 정도에 따라 투과되는 빛의 투과량에 따라 변화되는 보론의 전기저항을 측정함으로써 세포의 개수를 감지하는 세포 감지부이다.Referring to FIG. 2, the cell counting device according to the present invention is formed using a MEMS process, and includes a boron doped region 10, a capillary tube 20, an injection cell storage unit 30, and a cell detector. Outflow cell storage unit 40 is included. The capillary tube 20 is a passage through which the liquid containing cells to be counted moves, and the injection cell storage unit 30 formed at one end of the capillary tube 20 stores the liquid containing the cells injected into the capillary tube 20. The outflow cell storage unit 40 formed at the other end of the capillary tube 30 is a portion for storing the liquid containing the cells outflowing from the capillary tube 20. The boron doped region 10 is formed in the silicon substrate 80 and is positioned below a predetermined portion of the capillary 20 and is changed according to the amount of transmitted light depending on the degree of staining of cells moving the capillary 20. It is a cell detector that detects the number of cells by measuring the electrical resistance of boron.
한편, 모세관 전기영동(electrophoresis)의 일종인 전기삼투(electro osmosis)에 의해 세포를 포함한 액체가 이동되도록 하기 위하여 모세관(20) 양측에 전극 기능을 하는 연결부(32, 42)를 더 구비하여 세포 계수장치의 외부에 구비된 전원 공급 장치(미도시)에 연결하도록 한다. 또한, 보론 도핑 영역(10)의 저항을측정하기 위하여 보론 도핑 영역(10) 양측에 전극 기능을 하는 연결부(12, 14)를 더 구비하여 세포 계수장치의 외부에 구비된 저장 측정 장치(미도시)에 연결하도록 한다.On the other hand, in order to move the liquid containing the cells by electroosmosis, which is a kind of capillary electrophoresis (electro osmosis) is further provided with a connecting portion (32, 42) to function as electrodes on both sides of the capillary tube 20 It is connected to a power supply (not shown) provided on the outside of the device. Further, in order to measure the resistance of the boron doped region 10, a storage measuring device (not shown) provided on the outside of the cell counting device further includes connection parts 12 and 14 serving as electrodes on both sides of the boron doped region 10. )).
또한, 보론 도핑 영역(10)에 빛이 투과되도록 하고 보론 도핑 영역(10)을 보호하기 위하여 산화막(70)을 형성하고, 산화막(70)위에 음성감광제(negative photoresist)인 SU-8(60)을 도포하여 세포를 포함한 액체가 이동하는 채널을 만들기 위하여 자외선 마스크로 노광한다. 상기 채널은 그 외에 유리막(50)을 덮어 모세관(20)을 형성하게된다.In addition, in order to allow light to pass through the boron doped region 10 and to protect the boron doped region 10, an oxide film 70 is formed, and a SU-8 (60), which is a negative photoresist, is formed on the oxide film 70. Is applied and exposed with an ultraviolet mask to create a channel through which the liquid containing the cells moves. In addition, the channel covers the glass film 50 to form the capillary tube 20.
본 발명에 따른 세포 계수장치의 계수 작용을 살펴보면 다음과 같다. 계수하고자 하는 세포는 트리판 블루(trypan blue)로 염색되어 주입세포 저장부(30)에서 모세관(20)내로 주입된다. 전기삼투에 의한 세포이송을 위해 모세관 양끝의 저장기(30, 40)에 설치된 전극(32, 42)에 전원을 인가하고 보론 도핑 영역(10)에 있는 전극(12, 14)으로부터 저항 변화를 감지한다. 유리판(50)을 통해 조사되는 빛은 모세관(20)을 이동하는 세포의 염색정도에 따라 보론 도핑 영역(10)에 도달하는 빛의 세기가 변화되고, 보론 도핑 영역(10)에 조사된 빛의 세기에 따라 보론 도핑 영역(10)의 전기적 저항값이 달라지게 되므로써 모세관(20)을 이동하는 세포의 개수를 셀 수 있다. 한편, 저항 변화는 세 단계로 나뉘어지는데, 세포의 생사 여부에 따른 염색의 차이에 기반을 둔다. 즉, 트리판 블루는 죽어있는 세포만 강하게 염색하므로, 세포가 이동중이 아닌 경우 가장 낮은 단계의 저항값을 나타내고, 살아있는 세포가 이동중인 경우 중간단계의 저항값을 나타내며, 죽어있는 세포가 이동중인 경우 가장 높은 단계의 저항값을 나타낸다. 셀 개수 측정시 정확성을 높이기 위해 항온에서 측정을 수행한다.Looking at the counting action of the cell counting device according to the present invention. The cells to be counted are stained with trypan blue and injected into the capillary 20 in the injection cell reservoir 30. For cell transfer by electroosmotic, power is applied to the electrodes 32 and 42 installed at the reservoirs 30 and 40 at both ends of the capillary tube, and the resistance change is detected from the electrodes 12 and 14 in the boron doped region 10. do. The light irradiated through the glass plate 50 changes the intensity of the light reaching the boron doped region 10 according to the degree of staining of the cells moving the capillary tube 20, and the light irradiated to the boron doped region 10. Since the electric resistance of the boron doped region 10 varies according to the intensity, the number of cells moving through the capillary tube 20 can be counted. On the other hand, resistance change is divided into three stages, based on the difference in staining according to whether cells die or die. That is, trypan blue strongly stains only dying cells, so when cells are not moving, they show the lowest resistance, when living cells are moving, and intermediate cells are moving, and when dead cells are moving. The resistance value of the highest stage is shown. In order to increase the accuracy of the cell count, the measurement is performed at a constant temperature.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 의한 세포 계수장치의 평면도로서, 도 3a는 유리판(50) 또는 유리 덮개를 도시하고, 도 3b는 산화막 위의 전극 배치를 도시하며, 도 3c는 배치된 전극 위에 SU-8로 만든 채널을 도시한다.3A, 3B and 3C are plan views of the cell counting apparatus according to the present invention, where FIG. 3A shows a glass plate 50 or a glass lid, FIG. 3B shows an electrode arrangement on an oxide film, and FIG. 3C shows an arrangement Shows a channel made of SU-8 on the electrode.
도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하여 상술한 세포 계수장치를 추가로 간단히 설명한다. 도 3a에 도시된 유리판(50)은 모세관(20; 도 2)을 형성하기 위한 덮개 역할을 하며 보론 도핑 영역(10; 도 2)에 빛이 투과될 수 있도록 한다. 또한, 유리판(50)에 구멍을 뚫어 주입세포 저장부(30) 및 유출세포 저장부(40)를 형성한다.The cell counting apparatus described above with reference to Figs. 3A, 3B and 3C will be further briefly described. The glass plate 50 shown in FIG. 3A serves as a cover for forming the capillary tube 20 (FIG. 2) and allows light to pass through the boron doped region 10 (FIG. 2). In addition, a hole is formed in the glass plate 50 to form the injection cell storage unit 30 and the outflow cell storage unit 40.
도 3b는 산화막(70) 위의 전극 배치를 도시하는 것으로, 모세관 전기영동의 일종인 전기삼투에 의해 세포를 포함한 액체가 이동되도록 하기 위하여 모세관(20; 도 2) 양측의 저장부(30, 40; 도 2) 위치에 전극(32, 42)을 구비하고, 상기 전극(32, 42)을 세포 계수장치의 외부에 구비된 전원 공급 장치(미도시)에 연결하기 위한 단자(34, 44) 및 상기 단자(34, 44)와 상기 전극(32, 42)을 연결하는 수단(36, 46)을 구비한다. 또한, 보론 도핑 영역(10)의 저항을 측정하기 위하여 보론 도핑 영역(10) 양측에 전극(12, 14)을 구비하고, 상기 전극(12, 14)을 세포 계수장치의 외부에 구비된 저장 측정 장치(미도시)에 연결하기 위한 단자(16, 18) 및 상기 단자(16, 18)와 상기 전극(12, 14)을 연결하는 수단(17, 19)을 구비한다.FIG. 3B shows the electrode arrangement on the oxide film 70. The reservoirs 30, 40 on both sides of the capillary tube 20 (FIG. 2) are moved to allow the liquid containing cells to move by electroosmotic, which is a type of capillary electrophoresis. 2; terminals 34 and 44 having electrodes 32 and 42 at positions, and for connecting the electrodes 32 and 42 to a power supply (not shown) provided outside of the cell counter; Means 36, 46 for connecting the terminals 34, 44 and the electrodes 32, 42 are provided. In addition, in order to measure the resistance of the boron doped region 10, electrodes 12 and 14 are provided on both sides of the boron doped region 10, and the electrodes 12 and 14 are stored and stored outside the cell counter. Terminals 16, 18 for connecting to an apparatus (not shown) and means 17, 19 for connecting the terminals 16, 18 and the electrodes 12, 14.
도 3c는 배치된 전극 위에 SU-8로 만든 채널을 도시하는 것으로, 보론 도핑 영역(10)에 빛이 투과되도록 하고 보론 도핑 영역(10)을 보호하기 위하여 형성된산화막(70)위에 음성감광제(negative photoresist)인 SU-8(60)을 도포하여 자외선 마스크로 노광함으로써 세포를 포함한 액체가 이동하는 채널(62)을 만든다. 상기 채널(62)은 그 외에 유리막(50; 도 2)을 덮어 모세관(20; 도 2)을 형성하게된다.FIG. 3C shows a channel made of SU-8 over the disposed electrodes, a negative photoresist on the oxide film 70 formed to allow light to pass through the boron doped region 10 and to protect the boron doped region 10. A photoresist) SU-8 (60) is applied and exposed with an ultraviolet mask to create a channel 62 through which liquid, including cells, moves. The channel 62 also covers the glass film 50 (FIG. 2) to form a capillary tube 20 (FIG. 2).
도 4a 내지 도 4k는 본 발명에 의한 세포 계수장치의 공정 단계별 수직단면도로서, 본 발명에 의한 세포 계수장치 제조방법을 도 4a 내지 도 4k를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Figure 4a to 4k is a vertical cross-sectional view of the cell counting device according to the process step according to the present invention, the cell counting device manufacturing method according to the present invention will be described with reference to Figures 4a to 4k.
도 4a를 참조하면, 실리콘 기판(80)을 세척하는 단계로서, 400㎛ 두께, <100> 방향, N 타입의 실리콘 기판(80)을 황산(H2SO4), 과산화수소(H2O2)의 1:2 희석액에 5분 동안 세척(cleaning)하여 오염물질인 금속잔류물, 유기물(metal/organic)을 제거한다.Referring to FIG. 4A, as a step of washing the silicon substrate 80, the silicon substrate 80 having a thickness of 400 μm, in a <100> direction, and the N-type silicon substrate 80 are sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Clean for 5 minutes in a 1: 2 dilution to remove contaminants, metals and organics.
도 4b를 참조하면, 실리콘 기판(80)상에 산화막(72, 74)을 형성하는 단계로서, 실리콘 기판(80)을 산화로에 넣어 1000℃에서 6시간 동안 DI(deionized) water와 함께 산화시켜 약 1.2㎛의 산화막(72, 74, 실리콘 산화물(SiO2-Silicon Oxide))을 형성한다.Referring to FIG. 4B, as a step of forming oxide films 72 and 74 on the silicon substrate 80, the silicon substrate 80 is placed in an oxidation furnace and oxidized with DI (deionized) water at 1000 ° C. for 6 hours. Oxide films 72 and 74 (SiO 2 -Silicon Oxide) of about 1.2 mu m are formed.
도 4c를 참조하면, 보론 도핑 영역의 산화막(72)을 제거하는 단계로서, HMDS를 윗면에 0.3㎛정도 회전도포(250rpm에서 4초간, 5000rpm에서 35초간)하여 90℃에서 100초 동안 소프트 베이킹(soft baking)한 후 AZ 5214 포토레지스트(photoresist)를 1.3㎛정도 회전도포(250rpm에서 4초간, 5000rpm에서 35초간)하여 90℃에서 50초 동안 소프트 베이킹한다. 보론(boron)을 도핑할 영역을갖는 자외선(UV) 마스크로 16㎽/㎠ 세기로 10초 동안 자외선 노광한다. AZ 300MIF 현상액에서 1분 동안 현상한 후, 오븐(oven) 또는 핫 플레이트(hot plate)에서 120℃로 100초간 하드 베이킹(hard baking)한다. 보론 도핑 영역의 산화막을 제거하기 위해 BHF(Buffered HF) 용액에 13분 동안 산화막(72)을 식각한다. 식각된 기판을 TCE 용액에서 3분간 세척하고 아세톤(aceton) 용액에서 3분간 세척하며 메틸 알콜(methyl alcohol) 용액에서 3분간 세척하여 유기물인 포토레지스트를 제거한 후 질소(N2)로 건조한다.Referring to FIG. 4C, as a step of removing the oxide layer 72 of the boron doped region, the HMDS is coated on the top surface with a 0.3 μm rotary coating (4 seconds at 250 rpm and 35 seconds at 5000 rpm) for soft baking at 90 ° C. for 100 seconds. After soft baking, the AZ 5214 photoresist was coated with a rotary coating of about 1.3 μm (4 seconds at 250 rpm, 35 seconds at 5000 rpm) and soft baked at 90 ° C. for 50 seconds. An ultraviolet (UV) mask having an area to be doped with boron is exposed to ultraviolet light for 10 seconds at a 16 kW / cm 2 intensity. After developing for 1 minute in AZ 300MIF developer, it is hard baked at 120 ° C. for 100 seconds in an oven or hot plate. The oxide layer 72 is etched for 13 minutes in a buffered HF (BHF) solution to remove the oxide layer in the boron doped region. The etched substrate is washed for 3 minutes in a TCE solution, 3 minutes in an acetone solution and 3 minutes in a methyl alcohol solution to remove the organic photoresist, and then dried with nitrogen (N 2 ).
도 4d를 참조하면, 보론 도핑 영역(10)을 생성하는 단계로서, 저항검출기의 저항패턴을 생성하기 위해 보론 확산 공정을 수행한다. 1000℃에서 1시간동안 3브롬화붕소(BBr3) 액체 소스를 이용해 깊이 0.2㎛정도 프리-디포지션(pre-deposition)을 수행한다.Referring to FIG. 4D, as a step of generating the boron doped region 10, a boron diffusion process is performed to generate a resistance pattern of the resistance detector. Pre-deposition is performed at a depth of about 0.2 μm using a boron tribromide (BBr 3 ) liquid source at 1000 ° C. for 1 hour.
도 4e를 참조하면, 산화막을 제거하는 단계로서, HF 용액에 13분 동안 산화막을 완전히 제거한다.Referring to FIG. 4E, as an oxide film is removed, the oxide film is completely removed from the HF solution for 13 minutes.
도 4f를 참조하면, 보론 도핑 영역(10)을 보호하기 위한 산화막(70)을 형성하는 단계로서, 도포된 보론 층을 확산 공정(drive-in)에 의해 1050℃에서 2시간 동안 1.6㎛ 깊이로 확산시킨다. 그 다음, 저항 검출기의 역할을 하는 보론 도핑 영역(10)에 빛이 투과되도록 하고 보론 도핑 영역을 보호하기 위해 확산공정이 끝나면 동일한 온도인 1050℃에서 수증기를 흘려 30분 동안 2000Å 높이의 산화막(70, 실리콘 산화물; SiO2)을 형성한다.Referring to FIG. 4F, as a step of forming an oxide film 70 to protect the boron doped region 10, the applied boron layer is 1.6 μm deep for 2 hours at 1050 ° C. by a drive-in. Spread. Then, after the diffusion process is completed to allow light to pass through the boron doped region 10, which serves as a resistance detector, and to protect the boron doped region, an oxide film 70 having a height of 2000 kPa for 30 minutes by flowing water vapor at the same temperature of 1050 캜. , Silicon oxide; SiO 2 ).
도 4g를 참조하면, 보론 도핑 영역(10)의 저항을 측정하기 위한 컨택트 홀(11, 13, contact hole)을 생성하는 단계로서, 보론 도핑 영역(10)의 양끝에 컨택트 홀(11, 13)을 기판의 윗면에 만든다. HMDS를 윗면에 0.3㎛ 정도 회전도포(250rpm에서 4초간, 5000rpm에서 35초간)하여 90℃에서 50초 동안 소프트 베이킹한다. 전극 영역을 갖는 자외선(UV) 마스크로 16㎽/㎠ 세기로 10초 동안 자외선 노광한다. AZ 300MIF 현상액에서 1분 동안 현상한 후, 오븐 또는 핫 플레이트에서 120℃로 100초간 하드 베이킹한다. 전극 영역의 산화막을 제거하기 위해 BHF(Buffered HF) 용액에 150초 동안 산화막(70)을 식각한다. 식각된 기판을 TCE 용액에서 3분간 세척하고 아세톤 용액에서 3분간 세척하며 메틸 알콜 용액에서 3분간 세척하여 유기물인 포토레지스트를 제거한 후 질소(N2)로 건조한다.Referring to FIG. 4G, the contact holes 11 and 13 are formed to measure the resistance of the boron doped region 10, and the contact holes 11 and 13 are formed at both ends of the boron doped region 10. On the top surface of the substrate. The HMDS is coated on the top surface with a 0.3 μm rotary coating (4 seconds at 250 rpm, 35 seconds at 5000 rpm) and soft baked at 90 ° C. for 50 seconds. An ultraviolet (UV) mask having an electrode region is exposed to ultraviolet light for 10 seconds at 16 mA / cm 2 intensity. After developing for 1 minute in AZ 300MIF developer, hard bake at 120 ° C. for 100 seconds in an oven or hot plate. The oxide film 70 is etched for 150 seconds in a buffered HF (BHF) solution to remove the oxide film in the electrode region. The etched substrate is washed for 3 minutes in a TCE solution, 3 minutes in an acetone solution and 3 minutes in a methyl alcohol solution to remove organic photoresist, and then dried with nitrogen (N 2 ).
도 4h를 참조하면, 전기삼투를 위한 전극(32, 42)과 저항변화측정을 위한 전극(12, 14)을 생성하는 단계로서, 기판(80)의 윗면에 전기삼투를 위한 전극(32, 42)과 저항변화측정을 위한 전극(12, 14)을 생성하기 위해 도금을 하고 패턴을 해서 식각한다. 도금 기초(plate base)를 형성하기 위해 크롬/금(Cr/Au) 금속층을 차례로 열 증발기(thermal evaporator)를 사용하여 증착한다. 크롬(91, 92, 93, 94)은 기판과 금(12, 14, 32, 42)의 접착성을 향상시키기 위해 전류 55A~60A 사이에서 약 2분 동안 2.5~3Å/s의 증착 비율로 총 350Å을 증착한다. 금은 전류 55A~60A 사이에서 약 2분 동안 10Å/s의 증착 비율로 총 1200Å을 증착한다. 기판의 윗면에 전면에 증착된 금속층은 HMDS를 0.3㎛ 정도 회전도포(250rpm에서 4초간, 5000rpm에서 35초간)하여 90℃에서 100초 동안 소프트 베이킹한 후, AZ 5214 포토레지스트를 1.3㎛ 정도 회전도포(250rpm에서 4초간, 5000rpm에서 35초간)하여 90℃에서 50초 동안 소프트 베이킹한다. 전극 영역을 제외한 도금층을 제외하기 위한 자외선(UV) 마스크로 16㎽/㎠ 세기로 10초 동안 자외선 노광한다. AZ 300MIF 현상액에서 1분 동안 현상한 후, 오븐 또는 핫 플레이트에서 120℃ 100초간 하드 베이킹한다. 금과 크롬을 각각 에칭할 수 있는 식각액을 HCl:H2O2의 3:1 비율로 혼합하여 1분간 침액한 후 헹군다. 다시 기판을 TCE 용액에서 3분간 세척하고 아세톤 용액에서 3분간 세척하며 메틸 알콜 용액에서 3분간 세척하여 유기물인 포토레지스트를 제거한 후 질소(N2)로 건조한다.Referring to FIG. 4H, electrodes 32 and 42 for electroosmosis and electrodes 12 and 14 for resistance change measurement are generated, and electrodes 32 and 42 for electroosmosis on the upper surface of the substrate 80. Plating and patterning to produce electrodes 12 and 14 for resistance change measurement. A layer of chromium / gold (Cr / Au) metal is deposited using a thermal evaporator in turn to form a plate base. Chromium (91, 92, 93, 94) has a total deposition rate of 2.5 to 3 mA / s for about 2 minutes between 55 A and 60 A current to improve adhesion between the substrate and gold (12, 14, 32, 42). 350 kV is deposited. Gold deposits a total of 1200 mA at a deposition rate of 10 mA / s for about 2 minutes between currents 55 A to 60 A. The metal layer deposited on the front surface of the substrate was subjected to soft baking at 90 ° C. for 100 seconds using HMDS (approximately 4 microseconds at 250 rpm and 35 seconds at 5000 rpm). (4 seconds at 250 rpm, 35 seconds at 5000 rpm) and soft bake at 90 ° C. for 50 seconds. An ultraviolet (UV) mask for excluding the plating layer except for the electrode region is exposed to ultraviolet light for 10 seconds at 16 ㎽ / cm 2 intensity. After developing for 1 minute in AZ 300MIF developer, it is hard baked in oven or hot plate for 120 seconds for 100 seconds. The etching solution capable of etching gold and chromium, respectively, is mixed in a 3: 1 ratio of HCl: H 2 O 2 , immersed for 1 minute, and then rinsed. Again, the substrate is washed for 3 minutes in a TCE solution, 3 minutes in an acetone solution and 3 minutes in a methyl alcohol solution to remove the organic photoresist and dried with nitrogen (N 2 ).
도 4i를 참조하면, SU-8(60)을 회전도포하는 단계로서, 세포가 포함된 용액이 이동하는 통로인 채널을 만들기 위해 SU-8(70wt% EPON, 30wt% GBL)을 회전도포(200rpm에서 4초간, 1000rpm에서 35초간)한다. 그 다음 95℃에서 15분 동안 프리 베이킹(pre baking)한다.Referring to Figure 4i, as a step of rotating the SU-8 (60), SU-8 (70wt% EPON, 30wt% GBL) to rotate the coating (200rpm) to make a channel that the passage of the solution containing the cells move 4 seconds at 1000 rpm for 35 seconds). It is then prebaked at 95 ° C. for 15 minutes.
도 4j를 참조하면, SU-8(60)에서 채널을 형성하는 단계로서, 음성감광제(negative photoresist)인 SU-8에서 채널을 만들기 위한 자외선 마스크로 300~400mJ/㎠ 세기로 365㎚ 근처에서 노광한다. 95℃에서 15분 동안 포스트 베이킹(post baking)하고 PGMEA(propyleneglycol monomethylether acetate)에서 15분 동안 현상하고 세척한다. 200℃에서 30분 동안 하드 베이킹한다. SU-8의 완벽한 제거를 위해 끓는 NMP(1-methyl-2-pyrrolidinone) 또는 O2애싱(ashing)을 사용한다.Referring to FIG. 4J, as a step of forming a channel in the SU-8 60, an ultraviolet mask for making a channel in the SU-8, which is a negative photoresist, is exposed at around 365 nm at an intensity of 300 to 400 mJ / cm 2. do. Post bake at 95 ° C. for 15 minutes and develop and wash for 15 minutes in propyleneglycol monomethylether acetate (PGMEA). Hard bake at 200 ° C. for 30 minutes. Boil NMP (1-methyl-2-pyrrolidinone) or O 2 ashing is used for complete removal of SU-8.
도 4k를 참조하면, 유리판을 덮어 저장부(30, 40) 및 모세관(20)을 형성하는 단계로서, 500㎛ 두께의 유리판(50)에 1㎜드릴로 구멍을 내고 접착을 위해 AZ 5214를 유리면에 바르고 SU-8(60)에 접착시킨다. 견고한 접착을 위해 접착부위 위에 10분간 힘을 유지한다. 유리판을 덮음으로써, 유리판(50)과 실리콘 기판(80)위의 산화막(70) 사이에 모세관이 형성되고 유리판(50)에 있는 구멍과 실리콘 기판(80)이 저장부(30, 40)를 형성하게 됨으로써, 본 발명에 따른 일 실시예인 세포 계수장치가 완성된다.Referring to FIG. 4K, as a step of covering the glass plate to form the storage parts 30 and 40 and the capillary tube 20, a hole is drilled in a 500 mm thick glass plate 50 with a 1 mm drill and the AZ 5214 glass surface for adhesion. And adhere to SU-8 (60). Hold for 10 minutes on the bond for a firm bond. By covering the glass plate, a capillary is formed between the glass plate 50 and the oxide film 70 on the silicon substrate 80, and the holes in the glass plate 50 and the silicon substrate 80 form the storage portions 30 and 40. By doing so, a cell counting device according to one embodiment of the present invention is completed.
이와 같이 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 세포 계수장치는 MEMS 공정을 사용하여 일체화되고 소형화되어 고가의 기존 대형 세포 계수기를 대체할 수 있다. 또한, 세포 감지부로서 빛에 반응하는 전기저항 검출기를 이용하여 살아있는 세포와 죽어있는 세포의 수를 신속하면서도 정확하게 차별 계수하는 기능을 제공함으로써 기존의 복잡한 생화학적 차별 계수 방법을 대신할 수 있다.As described above, the cell counting device according to the present invention can be integrated and miniaturized using a MEMS process to replace expensive existing large cell counters. In addition, by using an electrical resistance detector that responds to light as a cell detector, it is possible to replace the existing complex biochemical differentiation method by providing a function to quickly and accurately discriminate the number of living and dead cells.
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