KR20110068165A - Method of preparing cell attachment using micro-fluidics channel and plasma - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미세유체 채널과 플라즈마를 이용한 세포 고정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세유체 채널 내부에 플라즈마를 가하여 제 1 기판의 패턴부를 친수성화하여 여기에 세포를 고정하는 미세유체 채널과 플라즈마를 이용한 세포 고정방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cell fixation method using a microfluidic channel and a plasma. More specifically, the present invention relates to a microfluidic channel and a plasma, in which a plasma is applied to a microfluidic channel to hydrophilize a pattern portion of a first substrate to fix cells therein. It relates to a cell fixation method used.
세포 관련 연구들의 궁극적 목적은 생체 내(in vivo)에서 일어나는 세포의 모든 작용들을 시험관 내(in vitro)에서 조절하는 것이다. 매크로 사이즈(Macro size)의 기관(organ)으로부터 마이크로 사이즈(micro size)의 세포까지 생체 내 환경을 살펴보면, 생체 내에서는 모든 기초 작용들이 분자 단위에서 이루어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 시험관 내 세포 연구의 경우, 미세환경(microenvironment)에서의 세포 조절이 핵심적이라 할 수 있다. The ultimate purpose of the cell-related research in vivo (in vitro all the action of the cells occurs in vivo) (in in vitro ). Looking at the in vivo environment from macro-sized organs to micro-sized cells, it can be seen that all the basic functions are performed in molecular units in vivo. Thus, for in vitro cell research, cell regulation in the microenvironment is essential.
인체를 구성하는 세포는 대부분 상피세포(epithelial cell)이다. 상피 세포 의 기본적인 배양 메커니즘은 고정(부착)(fixation/attaching/adhering) 및 성장/증식 (growth/proliferation)으로 이루어진다. 특히, 단백질 칩이나 DNA 칩과 같이 세포를 직접 기판에 부착시키는 것을 기반으로 하는 세포 칩(Cell chip) 역시 기판에 세포를 고정화하는 기술이 중요하다. Most of the cells constituting the human body are epithelial cells. The basic culture mechanism of epithelial cells consists of fixation / attaching / adhering and growth / proliferation. In particular, a cell chip based on directly attaching a cell to a substrate, such as a protein chip or a DNA chip, is also important in the technology of immobilizing the cell on the substrate.
이러한 세포고정화 기술은 기초 생물학, 바이오센서, 약물검사, 조직공학등의 분야에서 이용되어지고 있으며, 효과적으로 세포를 고정시키기 위한 연구가 계속되고 있다. 특히, 오랜 시간 동안 산업적으로 사용되어질 기술에 대한 연구가 진행되어져 오면서, 세포고정화 기술은 주로 소프트리소그래피 방식을 이용한 SAMs(self-assembled monolayers)의 기법 중심으로 발전되어 왔으며, 이러한 방식은 ECM protein이나 BSA, 항체, 화학물질 등을 표면에 국소적으로 코팅을 가능하게 함으로써 세포를 효과적으로 표면에 원하는 위치에 고정화 시킬 수 있었다. 하지만 SAMs방식은 복잡한 공정으로 인하여 산업생산 측면에서는 효율이 떨어지는 한계를 가지고 있다.Such cell immobilization technology has been used in the fields of basic biology, biosensor, drug test, tissue engineering, etc., and researches for effectively fixing cells continue. In particular, as the research on the technology to be used industrially for a long time has been progressed, the cell fixation technology has been developed mainly in the technique of self-assembled monolayers (SAMs) using a soft lithography method, such as ECM protein or BSA By coating the surface locally with antibodies, chemicals, etc., the cells could be effectively immobilized on the surface in the desired position. However, the SAMs method has limitations in terms of industrial production due to complicated processes.
좀 더 구체적으로 살펴보면, 세포를 기판에 고정화하는 방법은 여러 가지가 있음이 알려져 있는데, 크게 바이오 물질을 이용한 방법에 의한 고정화와 기판 자체의 물리적, 화학적 특성을 이용하여 고정화시키는 방법으로 나눌 수 있다. 바이오 물질을 이용한 방법으로는 펩타이드나 단백질을 먼저 기판 위에 고정화한 뒤 이들 바이오물질이 가지고 있는 세포수용체를 이용하여 세포를 고정화하는 방법이 있다[Mann BK, Tsai AT, Scott-Burden T, West JL. Modification of surfaces with cell adhesion peptides alters extracellular matrix deposition. Biomaterials 1999;20(23-.24):2281-6].In more detail, it is known that there are a number of methods of immobilizing cells on a substrate, and may be classified into immobilization using biomaterials and immobilization using physical and chemical properties of the substrate itself. As a method using biomaterials, a peptide or a protein is first immobilized on a substrate, and then a cell is immobilized using a cell receptor possessed by these biomaterials [Mann BK, Tsai AT, Scott-Burden T, West JL. Modification of surfaces with cell adhesion peptides alters extracellular matrix deposition. Biomaterials 1999; 20 (23-.24): 2281-6].
그리고 기판의 물리적, 화학적 특성을 이용한 방법으로는 기판의 소수성 성질을 이용하는 방법, 전기적 성질을 이용하는 방법, 표면 구조를 이용한 방법[Curtis AS, Wilkinson CD. Reactions of cells to topography. J Biomater SciPolym Ed 1998;9(12):1313 -.29], 콜라겐을 이용하여 세포를 고정화시키는 방법[On-chip transfection of PC12 cells based on the rational understanding ofthe role of ECM molecules: efficient, non-viral transfection of PC12 cells using collagen IV, Neuroscience Letters 378 (2005) 40 -43] 등이 있다.And the method using the physical and chemical properties of the substrate as a method using the hydrophobic properties of the substrate, a method using the electrical properties, a method using the surface structure [Curtis AS, Wilkinson CD. Reactions of cells to topography. J Biomater SciPolym Ed 1998; 9 (12): 1313 -.29], On-chip transfection of PC12 cells based on the rational understanding of the role of ECM molecules: efficient, non-viral transfection of PC12 cells using collagen IV, Neuroscience Letters 378 (2005) 40-43.
하지만, 이러한 세포 고정 방법은 공정이 복잡하며 많은 시간이 소요되는 문제점이 있고, 더 나아가 생산성이 낮아 곧바로 상용화하기에는 어려운 실정이다.However, such a cell fixation method has a complicated process and a long time-consuming problem, and furthermore, it is difficult to commercialize it immediately due to low productivity.
본 발명은 공정을 보다 단순화하고, 빠른 시간 안에 세포를 고정할 수 있어 경제적이며 상용화의 가능성이 높은 세포고정 방법을 제공하고자 한다.The present invention aims to provide a cell fixation method which is more economical and highly commercialized since the process can be simplified and the cells can be fixed in a short time.
본 발명의 하나의 양상은 제 1 기판에 미세유체 채널이 형성된 구조체를 합지한 후 상기 미세유체 채널내로 플라즈마를 발생시키는 단계 ; 상기 구조체가 분리된 상기 제 1 기판 상에 세포를 착상(seeding) 한 후 세척(washing)하는 고정 단 계를 포함하는 세포 고정방법에 관계한다.One aspect of the present invention comprises the steps of: laminating a structure in which a microfluidic channel is formed on a first substrate and generating plasma into the microfluidic channel; And a fixing step of washing and seeding cells on the first substrate from which the structure is separated.
본 발명에 의한 세포 고정방법은 기존의 SAMs기술보다 공정을 단순화시켰으며, 플라즈마를 이용하여 세포 고정 부위를 빠른 시간 안에 친수성으로 변화시켜, 표면의 친수성 작용기에 의한 세포 부착시간이 단축되었다. 더 나아가 MEMS 공정을 이용하여 구조체를 제작함에 따라 경제성과 상용화의 가능성을 높였다. The cell fixation method according to the present invention simplifies the process than the conventional SAMs technology, and changes the cell fixation site to hydrophilicity in a short time using plasma, thereby shortening the cell adhesion time by the hydrophilic functional groups on the surface. Furthermore, the fabrication of the structure using the MEMS process increased the economics and the possibility of commercialization.
본 발명에 의한 세포고정 방법은 미세유체 채널 내부에 플라즈마를 가하여 제 1 기판의 패턴부를 친수성화 한 후에 세포를 고정하는 미세유체 채널과 플라즈마를 이용한 세포 고정방법에 관한 것이다. The cell fixation method according to the present invention relates to a cell fixation method using a microfluidic channel and a plasma to fix cells after applying a plasma to the microfluidic channel to hydrophilize the pattern portion of the first substrate.
본 발명에 의한 세포고정 방법은 플라즈마 발생단계 및 세포고정 단계를 포함한다.The cell fixation method according to the present invention includes a plasma generation step and a cell fixation step.
이하에서 각 단계에 대해 도면을 참고하여 상술한다.Hereinafter, each step will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
플라즈마plasma 발생단계 Development stage
상기 플라즈마 발생단계는 제 1 기판과 미세유체 채널이 형성된 구조체를 합지한 후 미세유체 채널 내부로 (공기) 산소를 주입하며 플라즈마를 발생시키는 단 계이다.The plasma generation step is a step of generating a plasma by injecting (air) oxygen into the microfluidic channel after laminating the structure on which the first substrate and the microfluidic channel are formed.
도 1은 본 발명에 사용가능한 구조체(100)들의 일예이다. 도 1을 참조하면, 상기 구조체(100)는 제 2 기판(20), 전극층(30) 및 미세유체 채널(10)을 포함한다. 1 is an example of
상기 구조체(100)는 제 2 기판 상에 형성된 전극층 및 상기 전극층상에 형성된 미세유체 채널(10)을 포함할 수 있다.The
상기 미세유체 채널(10)은 소정 폭(W)과 깊이(H)를 가지는 오목 내지 함몰부를 나타낸다. 상기 미세유체 채널을 따라 산소, 공기 등의 유체가 흐를 수 있다. The
상기 미세유체 채널(10)의 형상에 대한 제한은 없으며, 그 일예로서, 도 2의 a와 같이 직선 라인 형태, b와 같이 크로스 형태, c와 같이 함몰된 원기둥 형상이 있을 수 있다.There is no restriction on the shape of the
상기 제 2 기판(20)은 실리콘 웨이퍼를 비롯하여, 글래스, 플라스틱류를 사용할 수 있으며 이에 대한 특별한 제한이 있는 것은 아니다.The
상기 전극층(30)은 플라즈마 발생을 위하여 필요하다. 따라서 상기 전극층(30)은 플라즈마 발생기(40)와 전기적으로 연결되어 있다. The
상기 전극층(30)은 전도성이 있는 것이면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 인듐틴산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene), PEDOT(polyethylenedioxythiophene)/PSS(polystyrenesulfonate) 등을 사용할 수 있다. The
상기 전극층(30)은 상기 금속재질인 경우에는 화학기상증착 등의 증착법에 의해 형성할 수 있으며 전도성 고분자인 경우에는 스핀코팅 방법을 사용하여 형성할 수 있으며 이에 대한 제한이 있는 것은 아니다. The
상기 전극층(30)의 표면접착력을 높이기 위해 상기 제 2 기판(20)상에 Cr, Ni,Ti,Zr,Pt 등을 먼저 증착한 후 상기 전극층(30)을 형성시킬 수 있다. In order to increase the surface adhesion of the
상기 전극층(30) 상에 미세유체 채널(10)을 형성하는 방법은 공지된 포토리소그래피, 에칭, 박막 증착(thin film deposition), 열산화 및 세정(cleaning)과 같은 단계에 의하여 수행될 수 있다. The method of forming the
또한, 소프트 리소그래피(soft lithography) 기술로도 제조할 수 있는데, 그 대표적인 예로서, PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 탄성체 몰드를 이용하여 표면을 개질하고 패터닝할 수 있다.In addition, it may be prepared by soft lithography technology. For example, the surface may be modified and patterned using an elastomer mold such as polydimethylsiloxane (PDMS).
일 구현예로서, 상기 전극층 상에 미세유체 채널을 형성하는 방법은 상기 전극층상에 포토레지스트 조성물을 코팅하는 단계 ; 마스크를 이용하여 선택적으로 노광하는 단계 ; 및 에칭하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the method of forming a microfluidic channel on the electrode layer comprises coating a photoresist composition on the electrode layer; Selectively exposing using a mask; And etching.
상기 포토레지스트 조성물은 감광성 물질로서, 포지티브 포토레지스트나 네거티브 포토레지스트를 모두 사용할 수 있다. 일 구현예로서, 해상도 및 생체 적합성(biocompatibility)이 좋은 SU-8(에폭시계 네거티브 포토레지스트의 일종)을 사용할 수 있다.The photoresist composition may use both a positive photoresist and a negative photoresist as a photosensitive material. In one embodiment, SU-8 (a kind of epoch negative photoresist) with good resolution and biocompatibility may be used.
상기 전극층상에 네거티브 포토레지스트 조성물을 코팅하는 경우, 원하는 미세유체 채널의 패턴 형상의 마스크를 사용하여 선택적으로 노광하고, 노광되지 않은 부분을 에칭하여 미세유체 채널을 형성할 수 있다.When the negative photoresist composition is coated on the electrode layer, the mask may be selectively exposed using a patterned mask of a desired microfluidic channel, and the unexposed portion may be etched to form the microfluidic channel.
이때, 포토레지스트 조성물은 통상의 고분자 코팅법, 예를 들면 스핀 코팅법에 의하여 전극층(30) 상에 도포되어 포토레지스트층(11)을 형성한다. At this time, the photoresist composition is applied on the
도 1을 참조하면, 상기 미세유체 채널(10)은 도포된 포토레지스트 층(11) 중 선택적으로 제거된 부분이다.Referring to FIG. 1, the
도 2는 구조체(100)와 제 1 기판(200)을 합지 한 후, 여기에 미세유체 채널(10)로 산소를 주입하여 플라즈마를 발생시키는 단계를 나타낸다. 2 illustrates a step of laminating the
도 2를 참조하면, 상기 제 1 기판(200)은 상기 미세유체 채널(10)과 대향하고 이를 커버하는 패턴부(210)와 포토레지스트층(11)과 접촉하는 영역(211)으로 구분될 수 있다. 제 1 기판(200)과 구조체(100)를 합지하는 경우, 상기 패턴부(210)는 미세유체 채널(10)(음각부)과 대응되고 이를 커버(cover)하는 제 1 기판의 일부 영역이다. 상기 패턴부(210)의 형상은 미세유체 채널(10)의 형상에 의해 결정된다. 상기 패턴부(210)는 추후 플라즈마 발생에 의해 표면성질이 개질되어 세포가 고정되어질 부분이다. Referring to FIG. 2, the
좀 더 자세하게 살펴보면, 상기 제 1 기판(200)과 미세유체 채널이 형성된 구조체(100)를 서로 대향하여 합지한 후 미세유체 채널 내에 산소를 주입하면 산소가 포토레지스트층(11)과 접촉하는 영역(211)에는 존재하지 않고, 패턴부(210)에만 존재하므로, 플라즈마를 가하면 산소가 존재하는 제 1 기판(200)의 패턴부(210)만 표면성질이 친수성으로 개질될 수 있다.In more detail, when the
일반적으로 소수성 물질의 표면을 플라즈마 처리하면 그 표면이 산화되어 친수성으로 표면 특성이 변화됨이 알려져 있다.In general, it is known that when the surface of a hydrophobic material is plasma treated, its surface is oxidized to change its surface properties to hydrophilicity.
상기 미세유체 채널은 그 폭(W)이 10~400㎛, 바람직하게는 10~100㎛일 수 있으며, 10㎛미만이면 미세유체 채널과 대응하는 패턴부(210)의 영역이 좁아 지게 되고, 그 결과 세포를 패턴부에 쉽게 고정시킬수 없게 된다. The microfluidic channel may have a width (W) of 10 to 400 μm, preferably 10 to 100 μm, and if it is less than 10 μm, the area of the
상기 미세유체 채널은 그 깊이(H)가 20~50㎛, 바람직하게는 20~30㎛일 수 있으며, 20㎛미만이면 세포를 미세유체 채널과 대응하는 제 1 기판의 패턴부에 고정시키기 어렵다. The microfluidic channel may have a depth H of 20 to 50 µm, preferably 20 to 30 µm. If the microfluidic channel is smaller than 20 µm, the microfluidic channel may hardly be fixed to the pattern portion of the first substrate corresponding to the microfluidic channel.
상기 구조체(100)는 산소를 상기 미세유체 채널로 이송하는 폭 10㎛ 미만의 유로부(12)를 포함할 수 있다. 상기 미세유체 채널과 유로부의 구분은 채널 폭(W)에 의한다. 즉 폭이 10㎛미만이면 유로부, 10㎛ 이상이면 미세유체 채널로 구분할 수 있다. 상기 유로부(12)는 채널 폭이 작아 이와 대응되는 제 1 기판의 패턴부에 세포를 고정시킬 수 없다. The
상기 도 1의 c의 구조체(100)를 참고하면, 직선 채널을 유로부(12)로 형성하고 함몰된 원기둥으로 미세유체 채널(10)로 형성하면 제 1 기판 상에 세포 고정 패턴을 독립적인 섬(island) 구조로 형성시킬 수 있다. Referring to the
본 발명에서는 세포를 원하는 위치나 형상으로 제 1 기판에 고정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 제 1 기판과 대향하고 접촉하는 구조체에 원하는 세포 고정 패턴을 음각으로(미세유체 채널) 형성하고 여기에 플라즈 마를 발생시켜 구조체에 대향하는 제 1 기판을 국부적으로 친수성시켜 세포를 고정함에 따라 기존의 SAMs기술보다 공정을 단순화시켰으며, 플라즈마를 이용하여 세포 고정 부위를 빠른 시간 안에 친수성으로 변화시켜, 표면의 친수성 작용기에 의한 세포 부착시간이 단축되었다. 더 나아가 MEMS 공정을 이용하여 구조체를 제작함에 따라 경제성과 상용화의 가능성을 높였다. The present invention relates to a method for securing a cell to a first substrate in a desired position or shape. To this end, in the present invention, a desired cell fixation pattern is engraved (microfluidic channel) on the structure facing and contacting the first substrate, and plasma is generated therein to locally fix the first substrate facing the structure to fix the cells. As a result, the process is simplified compared to the existing SAMs technology, and the plasma fixation site is changed to hydrophilicity in a short time by using plasma, thereby shortening the cell adhesion time by hydrophilic functional groups on the surface. Furthermore, the fabrication of the structure using the MEMS process increased the economics and the possibility of commercialization.
세포고정 단계Cell fixation step
세포고정 단계는 구조체(100)가 분리된 상기 제 1 기판(200) 상에 세포를 착상(seeding)시킨 후 세척(washing)하는 단계이다. The cell fixation step is a step of washing and seeding cells on the
도 3은 세포를 제 1 기판(200) 상에 착상 및 세척하는 것을 보여주는 개략도이다. 상기 착상은 바람직하게는 약 3시간 이내, 보다 바람직하게는 약 30분 내지 3시간에 걸쳐 수행할 수 있다. 3 is a schematic diagram illustrating implanting and washing cells on the
상기 고정단계는 상기 제 1 기판 상에 세포를 착상(seeding) 한 후 세척(washing)하면 상기 패턴부(210) 상에만 세포가 고정된다.In the fixing step, when the cells are seeded on the first substrate and then washed, the cells are fixed only on the
도 4는 1cm X 1cm의 표면 위에 2X105cell/ml의 AGS cell(adenocarcinoma cell human stomach cancer cell)을 seeding한 후 2시간 4시간 6시간 8시간 24시간 마다 표면에 부착된 세포를 측정한 그래프이다. 파란색으로 나타내어진 데이터는 배양용기(Culture dish) 상에 부착된 세포의 수를 나타내며, 빨간색은 산소 플라즈 마 발생기를 이용하여 PDMS를 2분 30초간 산소 플라즈마를 생성시켜 PDMS 표면을 소수성에서 친수성으로 변화시킨 후 세포를 착상(seeding) 하여 측정한 세포 수이다(플라즈마 처리한 PDMS). 녹색의 데이터는 플라즈마 처리를 하지 않은 PDMS 소수성 표면 위에서 세포를 착상(seeding) 한 후 측정한 세포 수이다. Figure 4 is a graph measuring the cells attached to the surface every 2
도 4를 참고하면, 시간이 흐름에 따라 세포의 표면에 부착되어지는 세포의 수는 3개의 서로 다른 표면 모두 증가함을 볼 수 있다. 플라즈마 처리된 PDMS에서 가장 빠른 시간 안에 많은 수의 세포가 부착되어진 것을 확인 할 수 있으며, 표면처리를 하지 않은 PDMS보다 2시간 만에 50배 가량 더 많은 세포가 부착되었다. 또한 기존의 세포배양에 주로 이용되어지고 있는 배양용기보다도 1.5 배정도 더 많은 세포가 부착된 것을 확인 할 수 있다. 6시간 후에는 배양용기와 플라즈마 처리된 PDMS에 부착된 세포의 양이 비슷해지는 것을 볼 수 있는데, 이것은 표면에 세포가 부착 될 공간이 없기 때문이다. 그에 반해 PDMS는 24시간 지난 후에도 2시간의 배양용기와 플라즈마 처리된 PDMS 보다 더 적은 수의 세포가 부착 된 것을 볼 수 있는데, 소수성 성질의 PDMS 표면은 세포 부착에 적합하지 않음을 볼 수 있다. 또한, 친수성 표면의 PDMS는 배양용기 보다 짧은 시간 안에 세포를 부착시킬 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that as time passes, the number of cells attached to the surface of the cells increases in all three different surfaces. Plasma-treated PDMS showed a large number of cells attached in the fastest time, and 50 times more cells attached in 2 hours than PDMS without surface treatment. In addition, it can be confirmed that about 1.5 times more cells are attached than the culture vessel mainly used for conventional cell culture. After 6 hours, the amount of cells attached to the culture vessel and the plasma-treated PDMS is similar, because there is no space for the cells to attach to the surface. In contrast, PDMS can be seen that less than 2 hours of culture vessel and plasma treated PDMS attached after 24 hours, the hydrophobic PDMS surface is not suitable for cell attachment. In addition, the hydrophilic surface of PDMS can confirm that the cells can be attached in a shorter time than the culture vessel.
도 5는 (a)플라즈마 처리된 PDMS 표면과 (b)(플라즈마 처리되지 않은)PDMS 표면에서 24시간 세포 배양 후 SEM을 이용하여 확인한 AGS cell Morphology이다. AGS cell은 상피세포로써 표면에 부착되어서 배양되며, 일반적인 형태는 표면에서 다면체의 형태를 띄게 된다. 다면체의 형태는 세포의 세포질이 표면에 단단히 부착되면서 형성된다. 도 5의 a를 참조하면, AGS cell이 플라즈마 처리를 통한 친수성 표면에서 다면체의 형태를 보여주지만, 도 5의 b가 나타내는 바와 같이, 소수성 표면에서는 둥근 원형의 형태를 보여준다.FIG. 5 shows AGS cell morphology confirmed using SEM after 24-hour cell culture on (a) plasma-treated PDMS surface and (b) (non-plasma-treated) PDMS surface. AGS cells are epithelial cells that are attached to the surface and cultured. The general form is polyhedral on the surface. The polyhedron forms as the cytoplasm of cells adheres firmly to the surface. Referring to a of FIG. 5, the AGS cell shows the shape of a polyhedron at the hydrophilic surface through plasma treatment, but as shown in b of FIG. 5, the AGS cell shows a round shape at the hydrophobic surface.
도 4와 도 5를 통하여 플라즈마 처리된 PDMS가 더 세포배양에 적합함을 확인 할 수 있다.4 and 5 it can be seen that the plasma-treated PDMS is more suitable for cell culture.
이하에서 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이러한 실시예들은 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples should not be construed as limiting the protection scope of the present invention.
실시예Example 1 One
슬라이드 글래스 위에 Cr과 Cu를 열증착기를 이용하여 순차적으로 증착한다. Cr은 600Å을 증착하였으며, Cu는 1200Å을 증착하였다. 증착된 Cu 표면위에 네가티브 포토레지스트 SU-8(Micro-Chem, SU-8 2025)를 스핀코터를 이용하여 2500rpm에서 3초간 코팅한 뒤 핫플레이트에서 95℃에서 10분간 베이킹(Baking) 과정을 거친다. 베이킹을 마친 후 UV 마스크 얼라이너를 이용하여 크롬 마스크를 통하여 원하는 형태의 패턴을 180 mJ/㎠ 에너지를 가하여 노광한다. 노광 후 핫플레이트를 이용하여 95℃에서 5분간 베이킹 과정을 거친다. 베이킹을 마친후 PGMEA(Micro-Chem, SU-8 developer)용액에 담궈 노광되지 않은 부위를 선택적으로 제거함으로써 원하는 패턴을 얻을 수 있다. Cr and Cu are sequentially deposited on the slide glass using a thermal evaporator. Cr deposited 600 kW and Cu deposited 1200 kW. A negative photoresist SU-8 (Micro-Chem, SU-8 2025) was coated on the deposited Cu surface at 2500 rpm for 3 seconds using a spin coater, and then baked at 95 ° C. for 10 minutes on a hot plate. After baking, a pattern of a desired shape is exposed to light by applying a 180 mJ /
미세유체 채널이 형성된 구조체를 플라즈마 발생기(Femto-Sicence, CUTE B) 의 제너레이터(generator)에 연결한다. 연결된 미세유체 채널을 PDMS와 접착시킨다. 미세유체 채널과 접착된 PDMS를 그라운드판 위에 올린 후, O2(99.9%)를 1000 cc/min로 주입하면서 플라즈마를 발생시킨다. 주파수 40 KHz로 40분간 플라즈마를 지속하였으며, 플라즈마 인가 전압을 100W로 하였다. The structure in which the microfluidic channel is formed is connected to a generator of a plasma generator (Femto-Sicence, CUTE B). The connected microfluidic channel is adhered to PDMS. After the PDMS adhered to the microfluidic channel is placed on the ground plate, plasma is generated while injecting O 2 (99.9%) at 1000 cc / min. The plasma was maintained for 40 minutes at a frequency of 40 KHz, and the plasma applied voltage was 100W.
플라즈마 처리가 완료된 후 구조체를 분리한 후 PDMS 표면 위에 30분~3시간 동안 세포를 seeding시킨 후 부착되지 않은 세포는 세척하여 제거하였다.After the plasma treatment was completed, the structure was separated and the cells were seeded for 30 minutes to 3 hours on the PDMS surface, and the non-attached cells were washed out.
도 6은 실시예 1의 전체공정을 나타낸 개략도이다.6 is a schematic view showing the overall process of Example 1. FIG.
도 7은 실시예 1에서 제조된 미세유체 채널이 형성된 구조체의 일예이다. 7 is an example of a structure in which a microfluidic channel prepared in Example 1 is formed.
도 8은 실시예 1에서 제조된 미세유체 채널의 형상에 따른 제 1 기판(PDMS)에 고정된 세포 패턴을 보여주는 사진이다. 도 8의 a는 도 1의 a, 도 8의 b는 도 1의 b 형태의 구조체를 사용하여 제 1 기판(PDMS)에 세포를 고정하였다. 도 8의 a, b를 참고하면, 세포가 PDMS상에 구조체의 미세유체 형상과 같이 직선 라인 형태, 크로스 형태로 고정되어 있음을 확인할 수 있다.8 is a photograph showing a cell pattern fixed to the first substrate (PDMS) according to the shape of the microfluidic channel prepared in Example 1. FIG. 8A is a cell of FIG. 1A and FIG. 8B is a cell of the first substrate PDMS using the b-type structure of FIG. Referring to a and b of FIG. 8, it can be seen that the cells are fixed in a straight line shape or a cross shape like the microfluidic shape of the structure on the PDMS.
실시예Example 2 2
실시예 2에서는 구조체를 도 1의 a 형태로서, 채널 폭(W)을 400㎛, 300㎛, 200㎛, 100㎛, 50㎛, 30㎛로 하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In Example 2, the structure was the same as that of Example 1 except that the structure was formed in form a of FIG. 1 and the channel width W was set to 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 50 μm, or 30 μm. Was carried out.
도 9는 실시예 2에 따른 PDMS상에 세포가 고정된 패턴을 촬영한 사진이다. 도 9를 참조하면, 미세유체 채널 폭이 줄어듦에 따라 플라즈마 발생기에서 노출되어지는 PDMS 표면 역시 줄어들기 때문에 고정화되는 세포가 줄어드는것을 확인할 수 있다. 또한, 채널 폭(W)이 30㎛가 되었을 때에는 세포가 일렬로 고정되었음을 확인할 수 있다.9 is a photograph of a pattern in which cells are fixed on PDMS according to Example 2. FIG. Referring to FIG. 9, as the microfluidic channel width decreases, the PDMS surface exposed from the plasma generator also decreases, so that the immobilized cells decrease. In addition, when the channel width (W) is 30㎛ it can be confirmed that the cells are fixed in a line.
실시예Example 3 3
실시예 3에서는 구조체를 도 1의 c 형태로서, 미세유체 채널(섬 구조)의 직경을 200㎛, 깊이를 30㎛로 일정하게 하고, 직선채널의 폭(W)을 50㎛, 30㎛, 10㎛로 각각 달리한 3 개의 구조체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In Example 3, the structure is in the form of c of FIG. 1, the diameter of the microfluidic channel (island structure) is set to 200 μm and the depth is set to 30 μm, and the width W of the straight channel is 50 μm, 30 μm, 10. The same procedure as in Example 1 was carried out except that three structures each having different thicknesses were used.
도 10은 실시예 3에서 제조한 미세유체 채널(섬 구조)의 직경이 200㎛, 직선채널의 폭이 50㎛인 구조체의 모습을 SEM으로서 얻은 이미지이다.FIG. 10 is an image obtained as an SEM of a structure having a diameter of the microfluidic channel (island structure) prepared in Example 3 having a diameter of 200 µm and a width of the linear channel having 50 µm.
도 11은 실시예 3에서 제조된 구조체와 PDMS를 플라즈마에 노출시킨 후 세포를 고정화한 모습이며 고정화된 세포의 생존유무를 확인하기 위해서 생존 염색(Live and Dead staining)을 통해서 공초점 현미경(confocal microscope)를 이용하여 얻은 이미지이다. FIG. 11 is a view of immobilized cells after exposing the structure prepared in Example 3 and PDMS to plasma and confocal microscope through live and dead staining to confirm the survival of the immobilized cells. ) Is obtained by using
도 11의 a는 직선채널의 폭이 50㎛, b는 30㎛, c는 10㎛인 경우이다. 도 11을 참조하면, 생존염색에서 초록색으로 염색되어진 세포는 생존 세포이며, 붉은색 으로 염색되어진 세포는 죽은 세포이므로, 실시예 3에서 고정화된 세포는 모두 생존하고 있음을 확인 할 수 있다.In FIG. 11A, the width of the straight channel is 50 μm, b is 30 μm, and c is 10 μm. Referring to FIG. 11, the cells stained with green in survival staining are viable cells, and the cells stained with red are dead cells, and thus, all of the cells immobilized in Example 3 are alive.
도 11의 a, b의 경우에는 둥근 섬 구조 사이의 직선 채널에도 세포가 고정되어 있으나, 도 11의 c의 경우에는 직선채널에는 거의 세포가 고정되지 않았음을 확인할 수 있다. 즉, 대략 폭이 10㎛ 이상의 미세유체 채널은 제 1 기판에 세포를 고정시킬 수 있으나, 10㎛ 미만의 폭으로 형성된 미세유체 채널은 단지 산소를 공급하는 유로부의 기능만을 할 수 있다.In the case of a and b of FIG. 11, the cells are fixed in the straight channel between the round island structures, but in the case of c of FIG. 11, almost no cells are fixed in the straight channel. That is, the microfluidic channel having a width of about 10 μm or more can fix the cells on the first substrate, but the microfluidic channel formed with a width of less than 10 μm may function only as a flow path portion for supplying oxygen.
도 1은 본 발명에 사용가능한 구조체(100)들의 일예이다1 is an example of
도 2는 구조체(100)와 제 1 기판(200)을 합지 한 후, 여기에 미세유체 채널(10)로 산소를 주입하여 플라즈마를 발생시키는 단계를 나타낸다. 2 illustrates a step of laminating the
도 3은 세포를 제 1 기판(200) 상에 착상 및 세척하는 것을 보여주는 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating implanting and washing cells on the
도 4는 1cm X 1cm의 표면 위에 2X105cell/ml의 AGS cell(adenocarcinoma cell human stomach cancer cell)을 착상(seeding)한 후 2시간 4시간 6시간 8시간 24시간 마다 표면에 부착된 세포를 측정한 그래프이다.Figure 4 measures the cells adhered to the surface every 2
도 5는 (a)플라즈마 처리된 PDMS 표면과 (b)(플라즈마 처리되지 않은) PDMS 표면에서 24시간 세포 배양 후 SEM을 이용하여 확인한 AGS cell Morphology이다.FIG. 5 shows AGS cell morphology confirmed by SEM after 24-hour cell culture on (a) plasma treated PDMS surface and (b) (non-plasma treated) PDMS surface.
도 6은 실시예 1의 전체공정을 나타낸 개략도이다.6 is a schematic view showing the overall process of Example 1. FIG.
도 7은 실시예 1에서 제조된 미세유체 채널이 형성된 구조체의 일예이다. 7 is an example of a structure in which a microfluidic channel prepared in Example 1 is formed.
도 8은 실시예 1에서 제조된 미세유체 채널의 형상에 따른 제 1 기판(PDMS)에 고정된 세포 패턴을 보여주는 사진이다8 is a photograph showing a cell pattern fixed on the first substrate (PDMS) according to the shape of the microfluidic channel prepared in Example 1
도 9는 실시예 2에 따른 PDMS상에 세포가 고정된 패턴을 촬영한 사진이다. 9 is a photograph of a pattern in which cells are fixed on PDMS according to Example 2. FIG.
도 10은 실시예 3에서 제조한 미세유체 채널(섬 구조)의 직경이 200㎛, 직선채널의 폭이 50㎛인 구조체의 모습을 SEM으로서 얻은 이미지이다.FIG. 10 is an image obtained as an SEM of a structure having a diameter of the microfluidic channel (island structure) prepared in Example 3 having a diameter of 200 µm and a width of the linear channel having 50 µm.
도 11은 실시예 3에서 제조된 구조체와 PDMS를 플라즈마에 노출시킨 후 세포 를 고정화하여 얻은 이미지이다. FIG. 11 is an image obtained by immobilizing cells after exposing the construct prepared in Example 3 and PDMS to plasma.
[도면의 주요부분에 대한 설명][Description of main part of drawing]
10 : 미세유체 채널 20 : 제 2 기판10
30 : 전극층 40 : 플라즈마 발생기30
100 : 구조체 200 : 제 1 기판100
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