KR20050009997A - 관이 배열되어 있는 나노튜브 매트 - Google Patents

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KR20050009997A
KR20050009997A KR10-2004-7017742A KR20047017742A KR20050009997A KR 20050009997 A KR20050009997 A KR 20050009997A KR 20047017742 A KR20047017742 A KR 20047017742A KR 20050009997 A KR20050009997 A KR 20050009997A
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더 보드 오브 트러스티스 오브 더 리랜드 스탠포드 주니어 유니버시티
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Abstract

생물세포나 세포돌기를 지지, 성장, 선택 또는 인터페이스하는 관 배열이 나노튜브 매트에 형성된다. 탄소 나노튜브 매트는 기계적 안정성을 갖고, 생체에 적합하며, 세포성장을 지지하고, 성장인자, 분자, 영양소, 억제인자, 리간드, 형질도입분자 또는 형태발생인자를 함유할 수도 있고, 또한 세포와 세포돌기를 안내하여 숙주시키거나 성장시키는 형태의 관들을 형성할 수도 있다. 이들 관의 사이즈나 형태는 세포나 세포돌기를 지지, 성장, 선택 또는 인터페이스하기만 하면 어떤 것도 취할 수 있다. 일반적으로, 관은 채널, 불연속 채널, 테이퍼 채널 또는 벽면 형태일 수 있다. 나노튜브 매트는 전기, 기계, 자기 또는 광학 수단을 갖는 다른 세포, 조직 또는 구조체에 생물세포를 인터페이스하는데 이용될 수 있다. 나노튜브 매트는 화학약품, 분석물, 약제, 지질, 탄수화물, 분비물 등을 함유할 수도 있다.

Description

관이 배열되어 있는 나노튜브 매트{NANOTUBE MAT WITH AN ARRAY OF CONDUITS}
세포조직공학은 세포의 조정, 성장, 숙주 또는 인터페이스에 관련된 해결책으로서 부상하는 분야이다. 그러나, 세포를 3차원으로 지지하는 장치를 개발해야만 한다. 예컨대, 인공신경(neural prosthesis) 분야에서는 신경세포가 성장할 수 있는 관과의 안정적인 생체적응 인터페이스를 구현하고자 한다. 신경세포를 인공신경관에서 성장시키면, 기능적으로 다른 세포, 조직 또는 장치와 접촉할 수 있고, 손실되거나 악화된 세포의 기능을 회복시킬 수 있다.
이런 장치를 개발하는 한가지 방법은, 하이드로겔 막을 이용하는 것이다. 그러나, 세포배열과 세포성장을 3차원으로 지지하는 판으로 사용하기에는 하이드로겔이 적절치 않을 수 있다. 매트리겔(Matrigel; 콜라겐 졸/겔)과 같은 하이드로겔은 수일이 지나면 용해되고 기계적으로 취약해진다. 이들은 예컨대 두께가 100㎛ 정도인 막으로서 취급이 곤란하기도 하다. 또, 막에 관을 끼울 때 불안정하다. 하이드로겔 막을 사용할 경우의 다른 단점은, 이들 막이 단백질이라는 것이다. 또, 이들 막은 몰드에 접착되기 쉬워, SU-8 몰드에서 하이드로겔 캐스팅을 분리하려면 박리제를 사용해야만 하고, 이 경우 관이 형성된 최종적인 막 캐스팅이 비틀릴 수 있다. 하이드로겔 매트릭스 물질은 숙주의 면역체계를 자극하는 면역성이 있어서, 장치의 염증을 일으키고, 결국은 기능상실을 가져온다. 따라서, 당 분야에서는 기계적으로 더욱 안정되고 생체적합성을 가지면서도 개발이 쉬운 새로운 장치와 방법이 필요하다.
본 발명은 세포조직공학에 관한 것으로, 구체적으로는 생물세포, 세포돌기 또는 물질의 지지, 조직화, 성장 또는 인터페이스를 위한 나노튜브 매트에 관한 것이다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1-6은 본 발명에 따라 관이 형성되어 있는 나노튜브 매트의 예를 보여주는 도면들;
도 7a-b는 본 발명에 따라 나노튜브 매트를 전개하는 방법을 보여주는 도면;
도 8a-c는 본 발명에 따라 레이저 어블레이션 법으로 관이 전개되어 있는 나노튜브 매트;
도 9는 몰드를 형성하는 대표적인 포토리소그래피 법을 기초로 한 몰드의 전자현미경 사진;
도 10-11은 몰드를 형성하는 대표적인 포토리소그래피 방법을 보여주는 도면들;
도 12는 본 발명에 따른 다층 나노튜브 매트를 기초로 한 다층 구조의 관을 보여주는 도면;
도 13은 본 발명에 따른 장치나 구조와 인터페이스되는 나노튜브 매트의 일례.
본 발명은 관이 배열되어 있는 나노튜브 매트를 제공한다. 나노튜브 매트는 생물세포나 세포돌기를 지지하거나 숙주시킬 수 있다. 나노튜브 매트는 또한 생물세포나 세포돌기의 성장에도 관여한다. 나노튜브 매트는 전기, 기계, 자기 또는 광학 수단을 갖는 구조체나 장치로 생물세포나 세포돌기를 조직화, 선택 또는 인터페이스하는데 이용될 수 있다. 일반적으로 나노튜브 매트를 이용하면, 생물세포나 세포돌기를 지지하거나 선택할 수 있음은 물론, 화학약품, 분석물, 약제, 분비물 등의 물질의 지지나 선택도 가능하다.
나노튜브 매트의 개발에 사용되는 탄소 나노튜브는 기계적으로 안정되고, 생체에 적합하며, 세포성장을 지지하고, 성장인자, 분자, 영양소, 억제인자, 리간드(ligands), 형질도입분자 또는 형태발생인자를 함유할 수 있으며, 관을 통해 세포를 안내하여 숙주시키거나 성장시킬 수 있다. 관의 형태나 사이즈는 하나 이상의 세포를 성장, 지지, 선택 또는 인터페이스하기만 하면 어떤 것도 가능하다. 일반적으로, 관은 채널, 불연속 채널, 테이퍼형 채널, 벽면 형태일 수 있다. 또, 나노튜브 매트 여러개를 적층하여 다층 시스템을 만들 수도 있다.
본 발명은 관 배열을 갖는 나노튜브 매트를 제공한다. 본 발명의 장치는 생물세포나 세포돌기를 지지하거나 숙주시키는 나노튜브 매트이다. 한편, 본 발명의장치는 생물세포나 세포돌기의 성장에 관한 나노튜브 매트이기도 하다. 또 다르게, 본 발명의 장치는 생물세포나 세포돌기를 조직하거나 선택할 수 있는 나노튜브 매트이기도 하다. 또 다르게, 본 발명의 장치는 전기, 기계, 광학적 구조나 장치, 또는 이런 전기, 기계, 광학적 구조나 장치의 조합으로 생물세포나 세포돌기를 인터페이스할 수 있는 나노튜브 매트이기도 하다. 일반적으로, 나노튜브 매트에는 하나 이상의 생물세포를 배열할 수 있다. 생물세포란 근육, 조임근, 방광, 호르몬 분비선과 같은 흥분조직 등 신경연결망을 갖는 모든 형태의 조직에 관련되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 신경연결망이 없는 생물세포도 본 발명의 나노튜브 매트와 같이 사용될 수 있다.
관의 크기와 형태는 나노튜브 매트로 성장, 지지, 조직 또는 인터페이스하고자 하는 종류의 세포나 세포돌기를 수용할 수 있을 정도이다. 관의 형태는 통상 나노튜브 매트로부터 얻고자 하는 기능에 따른다. 관의 직경은 생물세포나 세포돌기의 크기만큼 작을 수 있다. 관의 높이도 셍물세포의 크기만큼 작고 세포돌기만큼 작거나, 또는 세포군 전체 크기를 수용하는 크기를 갖는다. 관의 크기는 나노튜브 매트 전체의 두께로 될 수 있고, 또는 매트 일부의 두께를 이루면서 컵을 형성할 수도 있다(컵의 높이는 2㎛ 내지 50㎛이지만, 이에 한정되지 않음). 나노튜브 매트는 예컨대 중심와(fovea)에 관한 것일 경우는 1mm 정도로 작고, 공업용으로는 클 수 있다.
도 1은 관의 종류가 각각 다른 나노튜브 매트(110,120,130)의 예를 보여준다. Z 방향은 나노튜브 매트(110,120,130)의 두께 방향이다. 나노튜브 매트(110)의관(112)은 나노튜브 매트의 두께를 관통해 생물세포(116)의 성장(114)에 관여한다. 나노튜브 매트(20)의 관(122)은 매트의 두께를 관통하지 않고 일부분에만 형성되어 생물세포(124)를 지지하거나 숙주시킨다. 나노튜브 매트(130)의 관(132)은 매트의 두께를 관통해 신경세포와 같은 생물세포(136)의 일부분의 성장(134)에 관여하지만, 이 관(132)은 두가지 치수를 가져, 작은 부분은 세포가 관(132)을 통과하지 못하게 하는데 이용되며, 이에 따라 성장을 선택할 수 있다(예; 신경돌기(138)는 관(132)을 통해 성장하거나 더 연장한다). 본 발명에서는 이런 관을 불연속 채널이라고 한다. 불연속 채널의 형상은 L형, 직사각형, 정사각형 등 연속이 아니기만 하면 어떤 형상도 가능하다. 도 2는 도 1의 나노튜브 매트(110,120)와 비슷한 나노튜브 매트(210,220)를 보여준다. 차이점은, 나노튜브 매트(210,220)의 관(212,222)이 나노튜브 매트(110,120)의 관(112,122)에 비해 직경이 크다는데 있다. 관(212)에서는 나노튜브 매트(110)에 비해 대량의 생물세포(216)가 나노튜브 매트(210)의 두께를 통해 직접성장(214)할 수 있다. 관(222)은 나노튜브 매트(120)에 비해 대량의 생물세포(224)를 지지하거나 숙주시킬 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 나노튜브 매트(110)의 관(112)의 배열의 측면도(310; Z 방향)와 평면도(320; X-Y 방향)이다. 도 4는 나노튜브 매트(120)의 관(122)의 배열의 측면도(410; Z 방향)와 평면도(420)이다. 도 5는 나노튜브 매트(130)의 관(132)의 배열의 측면도(510; Z 방향)와 평면도(520; X-Y 방향)이다. 이들 관은 어떤 형태의 배열로도 조직될 수 있는 것으로서, 도 1-5의 규칙적인 간격에 한정되지 않는다. 나노튜브 매트당 관의 갯수는 응용 분야에 따라 변할 수 있다. 또, 사용할수 있는 관의 종류도 제한되지 않는데, 이는 여러가지 크기와 형상의 관들을 나노튜브 매트에 조합하여 배열할 수 있기 때문이다. 예컨대, 도 6은 나노튜브 매트(600)의 관(630,640)의 배열의 측면도(610; Z 방향)와 평면도(620; X-Y 방향)이다. 도 6에서는 두가지 관(630,640)이 다르게 배열된 것으로서, 생물세포들을 서로 다른 방향으로 지지하거나 성장시킨다. 관의 형상으로 가능한 다른 예로는 테이퍼형이나 원추형, L형, 정사각형 또는 직사각형이 있을 수 있다. 테이퍼형이나 원추형 관은 특수한 세포의 통과나 성장을 억제하고 세포 선택에 사용될 수 있다.
나노튜브 매트는 단일벽 나노튜브, 다중벽 나노튜브, 대나무 나노튜브 등 상업적으로 이용가능하고 잘 정제되기만 하면 탄소나노튜브를 포함해 어떤 종류의 나노튜브로부터도 개발될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 나노튜브 매트로 고려되는 탄소 나노튜브의 타입은 기계적으로 안정성이 있고, 생체적합하며, 세포성장을 지지하는 외에, 성장인자, 분자, 영양소, 억제인자, 리간드(ligands), 형질도입분자 또는 형태발생인자(morphogenic factor)와 같이 사용될 수 있으며, 관의 형태상 숙주시키거나 성장시킬 세포와 세포돌기를 안내할 수 있다. 단일벽 탄소 나노튜브와 다중벽 탄소 나노튜브의 차이는 나노튜브 매트의 순응성 차이에 있는바, 다중벽 탄소 나노튜브로 이루어진 매트는 순응도가 떨어진다.
정제되어 분산된 탄소 나노튜브(720)의 슬러리를 여과하고 진공처리하거나, 또는 압력을 가하여 슬러리를 화살표(735) 방향으로 밀거나 화살표(730) 방향으로 당겨서 나노튜브 매트를 형성한다(도 7a 참조). 여과/진공처리 수단이나 가압수단은 당 분야에 알려져 있고, 탄소 나노튜브 슬러리를 화살표(735,730) 방향으로 밀거나 당길 수 있는 한 어떤 방법이 더 낫다고 할 수 없다. Buchner 깔때기와 같이 필터서포트(745), 인라인 필터 또는 당분야에 알려진 다른 필터나 필터홀더가 달린 깔때기(740)를 사용하면 된다. 탄소 나노튜브는 통과시키지 않고 슬러리의 액체만 통과시킬 수 있기만 하면, 폴리카보네이트 필터나 기타 당분야에 알려진 필터와 같은 필터(750)를 깔때기(740)나 필터홀더 내부에 배치할 수 있다.
한편으로는, 레이저 어블레이션(laser ablation) 방법으로 나노튜브 매트에 관을 형성할 수 있다. 레이저 어블레이션 방법에 의하면, 원하는 관의 형상(채널, 불연속 채널, 정사각형, 직사각형, L형, 원추형 등), 사이즈, 배열 및 깊이(예컨대 컵이나 다층 관의 깊이)를 조정할 수 있다. 탄소 나노튜브 매트의 전체나 일부를 제거할 수 있기만 하면 Ti-사파이어 레이저와 같은 어떤 종류의 레이저도 이용할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 원하는 관을 형성하기에 충분히 낮은 전력으로 단펄스를 사용하는 것이 일반적이다. 도 8은 Ti-사파이어 레이저를 이용한 레이저 어블레이션 방법으로 형성된 여러 형상과 사이즈의 관이 구비된 나노튜브 매트의 일례를 보여준다.
도 7b는 관이 형성된 나노튜브 매트를 만드는 다른 방법을 보여주지만, 이 방법은 단지 설명을 위해 예를 든 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 이 방법은 도 7a의 방법과 함께 사용되는 것으로서, 여러개의 관을 동시에 형성하는 방법이다. 필터(750) 위에 몰드(710)를 배치한다. 그러나, 몰드는 필터나 기판에 분무되어 접착될 수도 있고, 심지어는 포토리소그래피 기술로 필터나 기판상에 인쇄되거나 스탬프될 수도 있다. 본 발명은 이들 방법에 한정되지 않는다. 몰드(710)의 개념은, 탄소 나노튜브 슬러리를 몰드(710) 위로 당겨내린 뒤 관을 형성하는 구조체(712)를 제공하는데 있다.
관을 형성하는 몰드(710)의 구조체(712)가 아래를 향해 필터(750)에 닿도록 몰드(710)를 깔때기(740)에 배치한다. 컵(즉, 나노튜브 매트를 일부 관통한 관)을 갖는 나노튜브 매트를 형성하려면, 몰드(710)의 구조체(712)가 필터(750)에 직접 닿지 않도록 일정 간격을 유지해야만 한다(이것은 기계적으로 안정된 컵을 형성할 수 있기에 충분한 틈새를 허용하는 지지요소나 구조에 의해 달성되고, 도면에는 도시되지 않았다). 한편, 몰드(710)의 베이스(714)가 필터(750)에 닿도록 몰드(710)를 깔때기(740)에 배치할 수도 있다. 그러나, 이 경우에는, 탄소 나노튜브는 통과시키지 않되 슬러리의 액체는 통과시키는 여과성을 베이스(714)가 갖는 것이 바람직하다. 탄소 나노튜브(720)의 슬러리는 몰드(710)와 필터(750) 사이에 또는 몰드(710) 위로 구조체(712) 사이에 배치된다(도면의 760, 762 참조). 탄소 나노튜브(720) 슬러리를 아래로 밀거나 당긴 뒤, 몰드 및/또는 필터에서 나노튜브 매트를 제거해야 한다. 이런 제거작업은 몰드(및/또는 필터)에서 나노튜브 매트를 벗겨내거나 커팅하면 쉬울 수 있는데, 필요하다면 당분야에 공지된 다른 방법으로 제거작업을 보조할 수 있다.
도 9는 직경이 다른 필라(910,920)를 형성하기 위한 포토리소그래피를 기초로 한 몰드의 전자현미경 사진이다(자세한 것은 본 발명에서 참고로 한J. Micromech. Microeng 13:380-382에 공개된Peterman의 논문 "Building thick photoresist structures from the bottom up"을 참조). 뒤의 구조(920)는 컵 상단에 필라를 갖는 다층 구조라고 할 수 있다. 포토리소그래픽 기술을 이용해 컵, 필라 또는 벽면을 갖는 몰드를 만드는 방법은 도 10과 같은 단계들로 이루어지는데, 도 10의 예는 단지 예를 든 것일 뿐이고 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 예컨대, 1500Å의 비정질 실리콘으로 두께 700㎛의 4인치 Schott Borofloat R 웨이퍼를 얻을 수 있다. 비정질 실리콘은 1㎛ AZ3626 포토레지스트를 이용해 리소그래픽 기술로 패턴화될 수 있다. 반응이온 에칭법(SF6/F-115)에 의해 이 패턴은 비정질 실리콘으로 전사되고, 이어서 아세톤으로 AZ3626을 벗겨낸다. 웨이퍼(예; 100-300㎛)에서 SU-8 2100(MicroChem Corp.)을 회전시키고 제조업자의 사양서대로 베이킹한다. SU-8을 진공척으로 향한채, 웨이퍼를 거꾸로 얼라이너에 삽입한다. 가능한한 구조체가 높이 성장하도록 권장량보다 150% 많은 양을 생산하는 노출시간을 선택한다. 노출은 일반적으로 5초 간격으로 10초씩 단속적으로 하여, 주입 사이사이로 레지스트를 이완시킨다. MicroChem Corp.에서 공급하는 젖산에틸(SU-8 시너)이나 PGMEA(SU-8) 현상액으로 현상할 수 있다.
도 10에서 설명한 포토리소그래픽 방법에 이어서, 도 11과 같은 방법들을 진행하여, 다층 몰드(920)를 개발할 수 있다. 비정질 실리콘에 마스크를 형성하고 포토레지스트를 벗겨낸 뒤, 웨이퍼에서 SU-8 2050 층(예 25-50㎛)을 회전시킨다. 다음 이 층을 표준 상부 리소그래피 기술로 윗면에서부터 노출시키되, 실리콘에 에칭된 특징부들에 일치시킨다. 작업이 끝나면, 두툼한 두번째 포토레지스트 층(예; 100-300㎛)을 웨이퍼에서 회전시키고, 웨이퍼 배면쪽에서부터 노출시킨다.
도 12는 다층 나노튜브 매트(1200)를 기초로 다층 구조물들을 현상하는 다른방법을 보여주는데, 여기서 각각의 나노튜브 매트(1212,1214)는 각각 다른 사이즈 및/또는 다른 형상의 관을 형성할 수 있다. 도 12의 예는 2층 디바이스를 보여주지만, 본 발명은 이런 2층 구조에 한정되지 않으며 일반적으로 2층 이상의 나노튜브 매트를 포함할 수 있다. 각각의 나노튜브 매트를 접착, 봉합, 또는 기계적 방식으로 서로 결합한다.
이제 여러가지 실례를 들어 본 발명에 대해 설명하였지만, 이들은 어디까지나 예를 든 것일 뿐이고, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 당업자라면 이상 설명한 예로부터 많은 변형들을 유추할 수 있을 것이다. 예컨대, 도 13의 두가지 예(1310,1350)에서는 구조체(1340,1380)용 인터페이스로서 나노튜브 매트(110,130)를 이용한다(도 1 참조). 구조체(1380)는 관 안으로 세포나 세포돌기를 삽입할 수 있다. 또, 리간드를 관에 삽입하여 세포결합에 사용할 수 있다. 구조체(1340,1380)는 모니터링 수단, 제어수단, 자극수단 및/또는 추가 인터페이스 수단을 가질 수 있고, 이들 수단은 전기, 화학, 기계, 광학 또는 자기수단을 포함할 수 있다. 나노튜브 매트를 다른 세포, 조직 또는 장치와 인터페이스하거나 결합하면, 다양한 종류의 인공 인터페이스와 시스템을 개발하여 응용할 수 있다.
본 발명의 나노튜브 매트는 다른 종류의 동물이나 인간 세포 배열에 이용될 수도 있다. 예컨대, (화학, 전기, 광학, 자기 등의) 세포 자극자의 상보 배열이 배열된 신경세포를 단독으로나 패턴으로 형성하도록 신경세포를 배열할 수 있다. 세포 혼합물이 일정 패턴의 나노튜브 매트로 자체 조립되게 세포를 저장할 수도 있다. 세포를 자연적인 패턴으로 배열할 수도 있고, 또는 세포 패턴을 형성하는데 나노튜브 매트가 적극적인 역할을 담당할 수도 있다. 또, 리간드의 경우, 억제인자, 성장인자 등이 이런 세포 패턴화에 한 역할을 할 수도 있다. 경우에 따라서는, 세포 표현성을 관찰할 수도 있다. 다른 경우에는 (서로 가까이 있는) 세포끼리 아래와 같이 작용하는 세포들을 공동배양할 수 있기도 한바: (i) 통제된 배양기에서의 공동배양이 중요한 세포의 개발; (ii) 세포간 작용을 연구하는 과학적 플랫폼으로서의 기능; (iii) 망막에서 보이는 온/오프 세포를 이용하기 위한 신경세포회로나 논리회로 개발; (iv) 쉽게 접근할 수 있는 나노튜브 매트에서의 세포간 작용을 위한 약품 평가; 또는 (v) 접근이 용이한 나노튜브 매트에서 배열된 세포 집단을 쉽게 추측하기 위한 약품 독성 평가.
한편, 단독 세포들을 배열할 수도 있다. 에컨대, 약물의 대사(drug metabolism)에 관련된 경우, 정의된 배열의 세포에 쉽게 접근할 수 있으므로 단독 세포분석이 유용하다. (i) 유전자 활동, (ii) 생화학적 및 효소적 활동, (iii) 세포생성물 또는 (iv) 표현형 변이를 모니터할 수 있다. 약품중독에 관련해서는, 세포 집단을 배열하거나 그 배열을 평가할 수 있다.
다른 한편으로는, 나노튜브 매트를 관통한 관(채널)의 직경이 전체 세포를 수용하도록 하고 막 평면에 기울어진 방향이나 수직으로 세포의 메인 축을 정렬하도록 전체 세포를 배열할 수 있다. 이런 세포의 예로는 원주 시각세포가 있다.
또 다르게는, 나노튜브 매트를 진단용으로 사용할 수도 있다. 예컨대, 대사물, 생체이물질, 분석물(analytes)에 대한 감도가 각각 다른 파수꾼 세포들을 정의된 패턴으로 배열하고 표현형이나 생활력의 변화를 감시할 수 있다. 이런 파수꾼 세포들은 활성화되거나 스트레스 받았을 때 가시 녹색형광 단백질, 루시페린(luciferin)/루시페라아제(luciferase) 또는 열충격 단백질로 발현되는 유전자를 가질 수 있다.
또 다르게는, 면역반응 감시에 나노튜브 매트를 이용할 수 있다. 예를 들면, 나노튜브 매트는 면역원이 최저이고 여러가지 밀도로 설계될 수 있으므로 생체내에서 사용해도 된다. 다른 테스트 세포 배열을 숙주에 이식하여 거부반응이나 염증 여부를 감시할 수 있다. 예를 들면 기증자의 다른 세포 타입을 검사하는데 사용될 수 있는 숙주 대식세포나 숙주 면역세포에 의해 시험관에서 이런 감시를 할 수 있다. 한편, 바이러스 감염세포를 추출해 감염되지 않은 세포에서 격리하는데에도 나노튜브 매트를 이용할 수 있다.
또 다르게는, 반도체-세포 인터페이스나 센서로서 나노튜브 매트를 이용할 수도 있다. 예컨대, 빛이 닿으면 대사생성물을 생산하는 세포나, 빛이 닿으면 대사생성물을 생산하지 않는 세포를 찌르는 광파이프를 나노튜브 매트와 간섭시킬 수 있다. 스트레스를 받거나 분석물을 검출할 때 성장하는 세포와 관련이 있기도 하다. 광파이프/광센서는 이런 변화를 휘도로 검출하지만, 세포가 죽거나 스트레스를 받으면 세포가 성장을 멈추므로 광파이프가 더이상 빛을 내지 않는다.
한편, 예컨대 두개 이상의 나노튜브 매트를 샌드위치시키면 신경회로나 신경계산망에 관련된 분야를 개발할 수도 있다. 세포의 타입을 정의하고 정의된 배열로 배열할 수 있다. 시냅스 연결의 유연성 때문에, 신경세포의 다층배열도 예상할 수있다. 이런 다층배열은 새로운 해결책을 제시할 수도 있다. 다층 나노튜브 매트를 이용하는 다른 예로는 인공망막 형성에 관련된다. 망막은 서로 상호작용하는 세포층들이 분산되어 구성된다. 적당한 세포집단을 갖는 나노튜브 매트 각각의 층을 기반으로, 망막을 닮은 장치를 구성할 수 있다. 또, 두뇌기능은 물론 두뇌의 층상 이산 구조에 관련된 다른 응용분야로는, 세포들을 가진 나노튜브 매트의 각각의 층들을 해당 층의 조직 또는 다른 층을 이루는 다른 조직을 모방하거나 보수하는 기초로 하는 것이다. 한편, 나노튜브 매트는 조직보수용 층이나 보철기구로 사용할 수도 있다.
본 발명의 나노튜브 매트는 화학약품, 분석물, 약품, 지방질, 탄수화물, 분비물 등을 관에 보유할 수 있으므로 그 용도가 생체세포에 한정되지 않는다. 선천성 기저막의 생리특성을 따르도록 나노튜브/나노튜브 매트의 밀도와 생화학적 성질을 변화시킬 수 있다. 나노튜브 매트를 관 안에 배치되는 생체세포의 지지, 조직, 성장 또는 인터페이스에 사용하기 전에, 성장인자, 분자, 영양소, 리간드, 형질도입 분자, 억제인자 또는 형태발생인자를 나노튜브매트에 함유시킬 수도 있다. 나노튜브/나노튜브 매트의 전기적 성질을 이용해 나노튜브 매트의 생리적 성질, 예컨대 매트의 전하를 변경시켜 셀프크리닝 등의 성질을 개선할 수도 있다. 이런 모든 변형례는 첨부된 특허청구범위에서 규정된 발명의 범위내에 있다고 본다.

Claims (22)

  1. 생물세포의 성장에 관여하고 나노튜브 매트를 포함하는 장치에 있어서:
    상기 나노튜브 매트는 그 두께를 관통하는 관 배열을 구비하며, 상기 관의 사이즈는 생물세포나 세포돌기중 적어도 하나의 성장을 수용할 정도인 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관이 채널, 불연속 채널, 테이퍼형 채널이나 벽면인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브 매트가 성장인자, 분자, 영양소, 억제인자, 리간드(ligands), 형질도입 분자 또는 형태발생인자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 생물세포가 다른 타입의 생물세포나 세포돌기들을 포함하고, 상기 관의 사이즈는 상기 다른 타입의 생물세포나 세포돌기를 수용할 정도인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 생물세포를 숙주시키고 나노튜브 매트를 포함하는 장치에 있어서:
    상기 나노튜브는 그 두께를 일부 관통하는 관의 배열을 포함하고, 상기 관의크기는 상기 생물세포나 세포돌기중 적어도 하나를 숙주시킬 정도인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 관이 채널, 불연속 채널, 테이퍼형 채널이나 벽면인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 나노튜브 매트가 성장인자, 분자, 영양소, 억제인자, 리간드, 형질도입 분자 또는 형태발생인자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 생물세포가 다른 타입의 생물세포나 세포돌기들을 포함하고, 상기 관의 사이즈는 상기 다른 타입의 생물세포나 세포돌기를 수용할 정도인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 물질의 전달을 조절하고 나노튜브 매트를 포함하는 장치에 있어서:
    상기 나노튜브는 그 두께를 관통하는 관의 배열을 포함하고, 상기 관의 크기는 상기 물질의 통과를 허용할 정도인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 물질이 화학약품, 약제, 단백질, 지질, 탄수화물 또는 분비물인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 관이 채널, 불연속 채널, 테이퍼형 채널이나 벽면인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 인공 인터페이스 역할을 하고, 나노튜브 매트를 포함하는 장치에 있어서:
    상기 나노튜브는 그 두께를 관통하는 관의 배열을 포함하고, 상기 관의 크기는 생물세포나 세포돌기중 적어도 하나를 지지하거나 성장시킬 정도인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 생물세포가 신경세포인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 관이 채널, 불연속 채널, 테이퍼형 채널이나 벽면인 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 나노튜브 매트가 성장인자, 분자, 영양소, 억제인자, 리간드, 형질도입 분자 또는 형태발생인자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 생물세포가 다른 타입의 생물세포나 세포돌기들을 포함하고, 상기 관의 사이즈는 상기 다른 타입의 생물세포나 세포돌기를 수용할 정도인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 구조체와 생물세포를 인터페이스하는 장치에 있어서:
    ⒜ 두께를 관통하는 관의 배열을 구비하되, 상기 관의 크기는 생물세포나 세포돌기중 적어도 하나를 수용하여 지지하거나 성장시킬 정도인 나노튜브 매트; 및
    ⒝ 전기수단, 기계수단, 화학수단, 광학수단, 자기수단으로 이루어지는 군으로부터 선택되어, 상기 생물세포에 인접해있는 구조체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 관이 채널, 불연속 채널, 테이퍼형 채널이나 벽면인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 나노튜브 매트가 성장인자, 분자, 영양소, 억제인자 또는 형태발생인자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 생물세포가 다른 타입의 생물세포나 세포돌기들을 포함하고, 상기 관의 사이즈는 상기 다른 타입의 생물세포나 세포돌기를 수용할 정도인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 다수의 나노튜브 매트를 포함하는 다중배열 시스템에 있어서:
    상기 나노튜브 매트 각각이 그 두께를 관통하는 관의 배열을 포함하고, 각각의 나노튜브 매트의 관이 고유 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 나노튜브 매트가 성장인자, 분자, 영양소, 억제인자, 리간드, 형질도입 분자 또는 형태발생인자를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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