KR20060134264A - 줄기세포 분화용 세포 자극 및 검출 바이오칩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 줄기세포 및 조직공학적인 연구와 실용화 분야에 적용 가능한 초소형 세포 자극 및 검출 바이오칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 세기와 주기를 갖는 기계적 자극을 세포에 전달할 수 있는 세포 자극기와 자극을 가한 후 세포의 분화 정도와 상태 등을 검출해 낼 수 있는 세포 검출기가 내장된 바이오칩과 이를 제작하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 실리콘, 유리 또는 폴리머 재질의 하부 기판에 마이크로머시닝 공정을 적용하여 미세 유로와 자극 챔버, 검출 챔버를 형성하는 단계, 상부 기판에 전기화학방전가공을 이용하여 유체의 입구, 출구를 제작하는 단계, 제작된 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 단계, 상기 단계 후 기계적 자극을 위한 구동기를 부착하는 단계로 이루어진다.
상기 단계들로 제작된 세포 자극 및 검출 바이오칩은 세포와 함께 배양액이 유입하는 단계, 착상 단계 및 기계적 자극을 일정 시간 동안 주기적으로 가하는 단계, 세포를 탈착시켜 항원항체 반응을 이용한 특정 세포를 분리하는 단계, 분리된 세포의 비율과 형광 검출 또는 염색을 통하여 세포의 상태 및 분화정도를 알아내는 단계로 작동된다.
세포에 대한 기계적 자극과 검출 및 관찰을 단일 칩 상태에서 처리 가능하다는 점에서 줄기세포, 조직공학 분야에서의 응용 및 일반 세포와 의학, 약학 분야에도 응용 가능하며 인력, 시간, 비용을 획기적으로 감소시키는 특징이 있다.
Figure 112005033055825-PAT00001
줄기세포, 바이오칩, 세포 자극기, 세포 검출기, 마이크로머시닝

Description

줄기세포 분화용 세포 자극 및 검출 바이오칩{Biochip of cell stimulation and detection for stem cell differentiation}
도 1은 본 발명에 따른 세포 자극 및 검출 바이오칩의 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 세포 자극 및 검출 바이오칩의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 세포 자극 및 검출 바이오칩의 제작 공정도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 세포와 배양의 주입구 2 : 자극 챔버
3-1, 2 : 자기 미세 알갱이 주입구 및 출구 4 : 미세 유로
5 : 1차 세포 검출부 6 : 2차 세포 검출부
7-1, 2 : 형광 및 염색 주입구 및 출구 8 : 폐기구
9 : 상부 기판 10 : 하부 기판
11 : 자극 구동기 12 : 도금용 금속 기판
13 : 두꺼운 감광제 14 : 도금된 구조물
본 발명은 줄기세포 및 조직공학적인 연구와 실용화 분야에 적용 가능한 초소형 세포 자극 및 검출 바이오칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 세기와 주기를 갖는 기계적 자극을 세포에 전달할 수 있는 세포 자극기와 자극을 가한 후 세포의 분화 정도와 상태 등을 검출해 낼 수 있는 세포 검출기가 내장된 바이오칩과 이를 제작하는 방법에 관한 것이다.
최근 의료분야에서 줄기세포에 대한 연구가 주목받고 있다. 줄기 세포는 아직 분화하지 않은 미성숙 상태의 세포로 체외 배양에서도 미분화 상태를 유지하면서 분열, 복제할 수 있는 능력을 갖고 있다. 또 개체의 발달 시기와 위치하는 장소 등에 따라 생물체를 이루는 많은 종류의 서로 다른 세포로 분화 가능한 특징을 갖고 있다.
대부분의 연구 그룹에서는 현재까지 해왔던 고전적 방법인 배양 접시 단위의 세포 배양 및 분화 연구를 수행하고 있다. 이러한 고전적 연구 방법은 세포의 변화를 검출하기 위해 다량의 배양 세포를 필요로 하며, 매 실험시 반복적인 세포 배양을 해야 하는 단점이 있다. 이는 동일 실험에 대해 결과가 달라져 신뢰성, 반복 재현성이 떨어지는 결과를 낳았다. 또 매 실험 단계마다 실험자의 조작과 노동력이 필요하며, 넓은 공간, 많은 시간과 비용을 필요로 한다.
실험 수행과는 별도로 그 동안의 줄기세포의 분화 연구는 분화를 촉진하기 위한 배양액의 조성과 분화 유도 물질을 통한 연구에 국한되어 있으며, 최근 생화학적 요인 외에 중력, 체액에 의한 전단 응력 등과 같은 기계적 요인들이 줄기세포 분화에 중요한 요인으로 생각되어 이에 대한 연구가 시작되고 있다. 그러나 이러한 기계적 연구 또한 고전적인 배양 접시 단위로 진행되어 앞서 기술된 공간, 시간, 노동력, 비용 등이 많이 필요한 단점을 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고 효율을 극대화하기 위해 마이크로머시닝 기술을 적용하여 다양한 세기와 주기를 갖는 기계적 자극을 세포에 전달할 수 있는 세포 자극기와 자극을 가한 후 세포의 분화 정도와 상태 등을 검출해 낼 수 있는 세포 검출기가 한 칩에 통합 내장된 바이오칩을 제작함으로서 모든 공정을 단일칩에서 진행하여 매 실험에 반복적으로 필요한 세포량, 노동력, 비용, 시간을 최소화하고 실험의 신뢰도를 향상시키데 본 발명의 목적이 있는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실리콘, 유리 또는 폴리머 재질의 하부 기판에 마이크로머시닝 공정을 적용하여 미세 유로와 자극 챔버, 검출 챔버를 형성하는 단계, 상부 기판에 전기화학방전가공을 이용하여 유체의 입구, 출구를 제작하는 단계, 제작된 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 단계, 상기 단계 후 기계적 자극을 위한 구동기를 부착하는 단계로 이루어진다.
상기 단계들로 제작된 세포 자극 및 검출 바이오칩은 세포와 함께 배양액이 유입하는 단계, 착상 단계 및 기계적 자극을 일정 시간 동안 주기적으로 가하는 단계, 세포를 탈착시켜 항원항체 반응을 이용한 특정 세포를 분리하는 단계, 분리된 세포의 비율과 형광 검출 또는 염색을 통하여 세포의 상태 및 분화정도를 알아내는 단계로 작동된다.
세포에 대한 기계적 자극과 검출 및 관찰을 단일 칩 상태에서 처리 가능하다는 점에서 줄기세포, 조직공학 분야에서의 응용 및 일반 세포와 의학, 약학 분야에도 응용 가능하며 인력, 시간, 비용을 획기적으로 감소시키는 특징이 있다.
이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1과 2는 각각 본 발명의 줄기 세포 분화를 위한 세포 자극 및 검출 바이오칩의 평면도와 단면도이다. 세포 자극 및 검출 바이오칩은 한개의 자극 챔버(2)와 두개의 검출 챔버(5, 6)로 구성되어 있다. 하부 기판(10)은 챔버 형성을 위한 공동(2, 5, 6)과 유체가 흘러갈 수 있는 미세 채널(4)을 갖고 있으며, 상부 기판(9)은 각각의 챔버에 검출을 위한 물질 주입을 위한 입구(3-1, 7-1)와 출구(3-2, 7-2)를 갖고 있다. 최종적으로 세포 자극 및 검출 바이오칩은 상부 기판(9)과 하부 기판(10)이 접합된 구조로 되어있다.
도 3은 세포 자극 및 검출 바이오칩의 제작 공정도이다. 하부 기판(10)을 제작하기 전에 도금용 금속 기판에 도금 틀을 형성하기 위해 두꺼운 감광제(13)를 회전 도포 후 정밀 노광 장치를 이용하여 도 3(가)와 같이 패턴닝 한다. 패턴된 도금 틀 위에 전기 도금 공정을 이용하여 도 3(다)와 같이 핫프레싱 몰드용 도금된 구조물(14)을 제작한다. 제작된 구조물에 폴리머 기판을 핫프레싱 하여 하부 기판의 각각의 챔버(2, 5, 6)와 미세 채널(4)을 도 3(마)와 같이 형성한다. 제작된 하부 기판(10)을 자극 구동기(11) 장착을 위해 정밀가공기를 사용하여 구멍을 도 3(바)와 같이 관통시킨다. 상부 기판(9)을 전기화학방전가공을 이용하여 검출용 유체 주입을 위한 입구, 출구를 도 3(사)와 같이 제작한다. 제작된 상부 기판(9)과 하부 기판(10)을 접합한 후 도 3(자)와 같이 자극 구동기를 부착하여 세포 자극 및 검출 바이오칩을 완성한다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명을 이용할 경우 특정 유형의 세포로 분화시킬 수 있는 분화기술이 개발이 용이하며, 이에 따라 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
우선 1차적인 줄기 세포 및 생물학적 연구에 대한 기대효과로 세포에 대한 기계적 자극과 검출 및 관찰을 단일 칩 상태에서 처리 가능하다는 점에서 줄기세포, 조직공학 분야에서의 응용 및 일반 세포와 의학, 약학 분야에도 응용 가능하며 인력, 시간, 비용을 획기적으로 감소시키는 효과특징이 있다.
2차적인 효과로 다양한 종류의 난치병 치료에 응용이 가능하며, 세포 치료기술 및 조직 공학과의 연계를 통하여 장기 이식을 포함한 생체 재생의학에도 다양하게 응용될 수 있다. 또 신약 후보물질에 대한 전 임상 실험으로서 줄기세포로부터 분화 유도된 특정 세포를 이용하여 신약개발 및 약물 조사에도 응용될 수 있다.
마이크로머시닝을 이용한 바이오칩의 대량 생산을 통한 생산 단가 절감으로 바이오칩의 대중화 및 보급에도 크게 기여함으로서 기초과학과 산업의 발전 및 국민의 복지에도 직접 혹은 간접적으로 이바지할 것으로 기대된다.

Claims (2)

  1. 세포 자극 및 검출 바이오칩 제작에 있어서, 실리콘, 유리 또는 폴리머 재질의 하부 기판에 마이크로머시닝 공정을 적용하여 미세 유로와 자극 챔버, 검출 챔버를 형성하는 단계, 상부 기판에 전기화학방전가공을 이용하여 유체의 입구, 출구를 제작하는 단계, 제작된 상부 기판과 하부 기판을 접합하는 단계, 상기 단계 후 기계적 자극을 위한 구동기를 부착하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 세포 자극 및 검출 바이오칩 제작 방법.
  2. 상기 단계들로 제작된 세포 자극 및 검출 바이오칩의 작동 방법에 있어서, 세포와 함께 배양액이 유입하는 단계, 착상 단계 및 기계적 자극을 일정 시간 동안 주기적으로 가하는 단계, 세포를 탈착시켜 항원항체 반응을 이용한 특정 세포를 분리하는 단계, 분리된 세포의 비율과 형광 검출 또는 염색을 통하여 세포의 상태 및 분화정도를 알아내는 단계, 상기 순서로 세포를 자극 및 검출하도록 작동되는 방식.
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