KR20120085692A - Bio appratus and facture method thereof, and method for growth and sensing neuron using the same - Google Patents

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KR20120085692A KR1020120064893A KR20120064893A KR20120085692A KR 20120085692 A KR20120085692 A KR 20120085692A KR 1020120064893 A KR1020120064893 A KR 1020120064893A KR 20120064893 A KR20120064893 A KR 20120064893A KR 20120085692 A KR20120085692 A KR 20120085692A
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정효일
최아미
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A bio device for sensing neural cells is provided to isolate and culture axon in the neural cells and to sense the grown axon. CONSTITUTION: A bio device for sensing neural cells comprises: a first chamber(112) for culturing the cells; a second chamber(114) which is separately placed from the first chamber; a plurality of microchannels(116) which are placed between the first and second chambers is used for growth of axon; a first micro electrode(122) which is placed at the lower portion of the first chamber and is used for applying electrical stimulation to the cells; and a plurality of second microelectrodes(124) for sensing the growth of the axon.

Description

바이오 장치, 그의 제조방법 및 이를 이용한 신경세포 성장 및 감지방법{BIO APPRATUS AND FACTURE METHOD THEREOF, AND METHOD FOR GROWTH AND SENSING NEURON USING THE SAME}BIO APPRATUS AND FACTURE METHOD THEREOF, AND METHOD FOR GROWTH AND SENSING NEURON USING THE SAME

본 발명은 바이오 장치, 그의 제조방법 및 이를 이용한 신경세포 성장 및 감지방법에 관한 것으로서, 서로 다른 높이를 갖는 미소챔버와 미소채널을 이용하여 신경세포의 축삭돌기를 분리 배양시키고, 분리 배양된 축삭돌기를 복수 개의 미소전극을 이용하여 미세하게 자극하여 성장시키는 동시에 성장된 축삭돌기를 감지할 수 있는 바이오 장치, 그의 제조방법 및 이를 이용한 신경세포 성장 및 감지방법에 관한 것이다. The present invention relates to a bio-device, a method for manufacturing the same, and a method for growing and detecting nerve cells using the same, and separating and incubating axons of neurons using microchambers and microchannels having different heights, and separating and cultured axons. The present invention relates to a bio-device capable of detecting and growing grown axons at the same time by finely stimulating growth using a plurality of microelectrodes, a method of manufacturing the same, and a method of growing and detecting nerve cells using the same.

뉴우런은 신경세포체(cell body)와 그곳에서 나오는 돌기로 구성되는 형태적 단위인 동시에 물리적, 화학적 자극에 반응하는 흥분성과 이를 다른 조직에 전달하는 전도성을 지닌 구조적, 기능적 단위이다. 가장 전형적인 뉴우런은 세포체, 가지돌기, 축삭돌기로 구성된다. Neurons are structural and functional units that consist of neuronal cell bodies and protrusions, while having excitability in response to physical and chemical stimuli and conductivity to other tissues. The most typical neurons are composed of cell bodies, dendrites, and axons.

세포체(cell body, soma)는 핵을 포함하는 세포의 중심을 일컫는 말로, 미토콘드리아, 리보솜 등 대부분의 세포소기관을 갖고 있으며 이것에서는 에너지 생산과 효소와 같은 여러 유기분자의 합성이 일어나는 곳이다. The cell body (soma) refers to the center of the cell containing the nucleus, which contains most of the organelles such as mitochondria and ribosomes, where energy production and the synthesis of various organic molecules such as enzymes take place.

가지돌기(dendrite)는 나무가지와 같은 형상을 띠고 있는 돌기를 말하며, 수상돌기라고도 한다. 세포체에서 시작되는 가지돌기의 직경은 굵지만 끝은로 갈수록 가늘어지며, 뉴런이 다른 곳에서 신호를 받아들이는 세포의 표면적을 넓혀주는 효과가 있다. A dendrite is a projection having the same shape as a tree branch, and is also called a dendrite. The diameter of the dendritic spine starting from the cell body is thicker, but the taper becomes thinner toward the end, and the neuron has an effect of increasing the surface area of the cell receiving the signal elsewhere.

축삭돌기(axon)는 가지돌기에 비해서 길며 전체적으로 직경이 비교적 일정한 편이다. 축삭돌기는 신경충격, 즉 활동전위를 세포체로부터 원심적으로 전달하는 기능을 맡고 있으며, 축색돌기이라는 용어도 사용하기도 한다.Axons are longer than branched ones and relatively uniform in diameter. Axons are responsible for the neuroshock, or centrifugal transfer of action potentials from the cell body, and the term axon is also used.

축삭돌기의 끝은 다시 여러 갈래로 나누어지면 축삭말단(axon terminal), 즉 시냅스말단(synaptic terminal)을 이루어 다른 뉴런이나 효과기(근육, 분비조직 등)에 신경충격을 전달하는 역할을 한다. When the end of the axon is divided into several branches, it acts as an axon terminal, or synaptic terminal, to transmit nerve shock to other neurons or effectors (muscle, secretory tissue, etc.).

뉴런은, 기능에 따라, 즉, 자극 전달 방향에 따라 다음 세가지로 분류된다.Neurons are classified into three categories according to their function, that is, the direction of stimulus delivery.

운동뉴런(motor neuron)은 뇌나 척수에서 시작된 신호를 말초부, 즉 근육세포, 분비샘 등과 같은 효과기에 전달해주는 신경세포이다. Motor neurons are nerve cells that deliver signals originating from the brain or spinal cord to peripherals, ie muscle cells, secretory glands.

감각뉴런(sensory neuron)은 몸의 말초부의 위치한 감각기관으로부터 자극을 받아 뇌나 척수로 전달해주는 신경세포이다. Sensory neurons are nerve cells that are stimulated by sensory organs located in the distal part of the body and delivered to the brain or spinal cord.

연합뉴런(interneuron)은 주로 중추신경계 내에서 여러 신경세포를 연결하는 신경세포로서 복합적인 회로를 만든다. 우리 인간의 몸에 있는 전체 뉴런 중에서 약 90%의 뉴런이 연합뉴런이다. Interneurons are neurons that connect several neurons in the central nervous system, creating complex circuits. Of all the neurons in our human body, about 90% of them are union neurons.

뉴런은 구조적인 특징에 따라, 즉 돌기수에 따라 분류하면, 단극뉴런(unipolar neuron), 이극뉴런(bipolar neuron), 다극뉴론(multipolar neuron) 등이 있다.Neurons are classified according to their structural characteristics, that is, the number of protrusions, such as unipolar neurons, bipolar neurons, and multipolar neurons.

단극뉴런은 세포체에서 단지 하나의 축삭이 뻗어 있는 세포로서, 신체의 감각뉴런 대부분이 단극뉴런이다.Unipolar neurons are cells with only one axon extending from the cell body, and most of the sensory neurons in the body are monopolar neurons.

이극뉴런은 세포체의 한쪽에 하나의 축삭돌기를 가지며 다른 한쪽에 가지돌기를 가진다. Bipolar neurons have one axon on one side of the cell body and branched on the other.

다극뉴런은 두 개 이상의 가지돌기와 하나의 축삭돌기를 가지고 있는 세포로서, 운동뉴론과 연합뉴런에서 발견된다. Multipolar neurons are cells that have two or more branches and one axon, and are found in motor neurons and associated neurons.

신경세포를 전기적으로 자극하여 축삭돌기(axon)를 성장시키는 기술은 현재까지 조직에서 패치 클램프(patch-clamp) 형태의 전극을 이용하여 주로 이루어져 왔다. 이러한 신경세포 성장기술은 1997년 전도물질 상에서 신경세포를 배양하여 전기자극에 의한 신경돌기(neurite) 성장을 관찰한 것이 유일한 것으로 보고되고 있다. The technique of growing axons by electrically stimulating nerve cells has been mainly done using patch-clamp type electrodes in tissues. This nerve cell growth technology is reported to be the only thing that observed the neurite growth by electrical stimulation by culturing the nerve cells on the conductive material in 1997.

그러나, 지금까지 알려진 신경세포 성장기술에 대한 연구들은 전극을 이용하여 전기자극이 신경세포를 통해 어떻게 전달(즉, 속도, 방향 등)되는지에 대한 기술, 약물 처리에 따른 신경세포의 반응을 검침하는 기술에 관한 것으로, 전기자극에 의해 신경세포가 받는 영향을 정량적, 정성적으로 분석하는데 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. However, studies of neuronal growth techniques known to date have used electrodes to describe how electrical stimulation is transmitted (ie, speed, direction, etc.) through neurons, and to measure the response of neurons to drug treatment. It is known that there is a difficulty in quantitatively and qualitatively analyzing the effect of neurons by electric stimulation.

최근들어, 미소전극 어레이(MicroElectrode Array, MEA)를 이용한 신경세포 성장기술에 대해 연구되고 있다. Recently, research on nerve cell growth technology using microelectrode array (MEA) has been conducted.

그러나, 상기 MEA를 이용한 기존의 신경세포 성장기술은 전극의 너비가 넓고 단 3개의 미소전극이 비교적 넓은 간격으로 배치되어 있기 때문에 신경세포의 자극전달을 미세하게 제어하는데 한계가 있어 신경세포의 성장을 감지하는데 많은 어려움이 있다. However, the conventional neuron growth technology using the MEA has a limit in controlling the nerve cell stimulation transmission because it has a wide electrode width and only three microelectrodes are arranged at relatively wide intervals. There are many difficulties in detecting.

따라서, 신경세포의 자극전달을 미세하게 제어하여 신경세포의 성장을 정량적, 정성적으로 분석가능하도록 제공할 수 있는 신경세포 성장기술에 대한 개발이 요구된다. Therefore, there is a need for the development of nerve cell growth technology that can provide a quantitative and qualitative analysis of the growth of nerve cells by finely controlling the stimulation transmission of nerve cells.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 서로 다른 높이를 갖는 미소챔버와 미소채널을 이용하여 신경세포의 축삭돌기를 분리 배양시키고, 분리 배양된 축삭돌기를 미소전극을 이용하여 미세하게 자극하여 성장시키는 동시에 성장된 축삭돌기를 감지할 수 있는 바이오 장치 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above-described problem, by using micro-chambers and microchannels having different heights to separate and incubate the axon projections of neurons, and to finely separate the cultured axons using a microelectrode. It is an object of the present invention to provide a bio-device and a method of manufacturing the same, which can stimulate and grow and detect grown axons.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 바이오 장치를 이용하여 동시에 신경세포를 안정적으로 성장 및 감지할 수 있는 신경세포 성장 및 감지방법을 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a method for growing and detecting neurons that can stably grow and detect neurons at the same time using the bio-device described above.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 세포체가 배양되는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버와 이격되어 배치된 제2 챔버와, 상기 제1 및 제2 챔버를 연결하도록 상기 제1 및 제2 챔버 사이에 배치되고 축삭돌기가 성장되는 복수 개의 미소채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the first chamber in which the cell body is cultured, the second chamber disposed to be spaced apart from the first chamber, the first and second chambers to connect the It is possible to provide a bio device comprising a plurality of microchannels disposed between the first and second chambers and in which an axon is grown.

상기 바이오 장치는 상기 제1 챔버의 하부에 배치되고 상기 세포체에 전기자극을 가하는 제1 미소전극과, 상기 제1 미소전극과 나란한 방향으로 배치되고 상기 축삭돌기에 전기자극을 가하여 상기 축삭돌기의 성장을 유도하는 동시에 상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 복수 개의 제2 미소전극을 더 포함할 수 있다. The bio device includes a first microelectrode disposed under the first chamber and applying electrical stimulation to the cell body, and arranged in a direction parallel to the first microelectrode and applying electrical stimulation to the axon to grow the axon. At the same time may further include a plurality of second micro-electrodes for sensing the growth of the axons.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 세포체가 배양되는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버와 이격되어 배치된 제2 챔버와, 상기 제1 및 제2 챔버를 연결하도록 상기 제1 및 제2 챔버 사이에 배치되고 축삭돌기가 성장되는 복수 개의 미소채널을 포함하는 PDMS(Polydimethysiloxane) 칩과, 상기 제1 챔버의 하부에 배치되고 상기 세포체에 전기자극을 가하는 제1 미소전극과, 상기 제1 미소전극과 나란한 방향으로 배치되고 상기 축삭돌기에 전기자극을 가하여 상기 축삭돌기의 성장을 유도하는 동시에 상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 복수 개의 제2 미소전극이 상기 미소채널과 직교하도록 배치된 미소전극 쌍 어레이 플랫폼을 포함하는 바이오 장치를 제공할 수 있다. According to another embodiment of the present invention for achieving the above object, the first chamber in which the cell body is cultured, the second chamber disposed to be spaced apart from the first chamber, the first and second chambers to connect the A polydimethysiloxane (PDMS) chip disposed between the first and second chambers and including a plurality of microchannels on which an axon is grown, a first microelectrode disposed under the first chamber and applying electric stimulation to the cell body; And a plurality of second microelectrodes arranged in parallel with the first microelectrode to induce growth of the axon projections by applying electrical stimulation to the axon projections and simultaneously detecting the growth of the axon projections. It is possible to provide a bio device comprising a disposed microelectrode pair array platform.

상기 제1 및 제2 챔버는 각각 상기 미소채널보다 큰 높이로 형성될 수 있다. The first and second chambers may be formed to have a height greater than that of the microchannels, respectively.

상기 제1 미소전극은 상기 제2 미소전극보다 큰 선폭으로 형성될 수 있다.The first microelectrode may have a larger line width than the second microelectrode.

상기 제2 미소전극은 상기 제1 미소전극과 상기 제2 챔버 사이에 배치될 수있다. The second microelectrode may be disposed between the first microelectrode and the second chamber.

상기 미소채널은 상기 제1 및 제2 미소전극 상에 집적될 수 있다. The microchannel may be integrated on the first and second microelectrodes.

상기 제2 미소전극은 상기 축삭돌기에 전기자극을 가하는 자극전극과, 상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 감지전극을 포함할 수 있다. The second microelectrode may include a stimulation electrode for applying an electrical stimulus to the axon, and a sensing electrode for sensing the growth of the axon.

상기 자극전극과 상기 감지전극은 서로 이웃하게 배치되어 전극 쌍을 구성할 수 있다. The stimulation electrode and the sensing electrode may be disposed adjacent to each other to form an electrode pair.

상기 제2 미소전극 각각은 동일한 선폭으로 형성될 수 있다. Each of the second microelectrodes may have the same line width.

상기 제1 미소전극은 28~32㎛의 선폭으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 30㎛의 선폭으로 형성될 수 있다. The first microelectrode may have a line width of 28 to 32 μm. Preferably it can be formed with a line width of 30㎛.

상기 제2 미소전극은 각각 8~12㎛의 선폭으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 10㎛으로 형성될 수 있다. The second microelectrodes may have a line width of 8 to 12 μm, respectively. Preferably it may be formed in 10㎛.

상기 제1 및 제2 챔버는 각각 55~65㎛의 높이로 형성될 수 있다. 바람직하게는 60㎛으로 형성될 수 있다. The first and second chambers may be formed to a height of 55 ~ 65㎛ each. Preferably it may be formed to 60㎛.

상기 미소채널 각각은 8~12㎛의 선폭, 2.8~3.2㎛의 높이, 850~950㎛의 길이로 형성될 수 있다. 바람직하게는 10㎛ 선폭, 3㎛의 높이, 900㎛의 길이로 형성될 수 있다. Each of the microchannels may have a line width of 8 to 12 μm, a height of 2.8 to 3.2 μm, and a length of 850 to 950 μm. Preferably, it may be formed with a line width of 10 μm, a height of 3 μm, and a length of 900 μm.

상기 미소전극 쌍 플랫폼은 상기 제1 및 제2 미소전극이 형성된 지지기판을 포함할 수 있다.The microelectrode pair platform may include a support substrate on which the first and second microelectrodes are formed.

상기 지지기판은 반도체 기판, 유리기판 또는 플라스틱 기판 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는 반도체 기판, 더욱 바람직하게는 실리콘 기판일 수 있다. The support substrate may be any one selected from a semiconductor substrate, a glass substrate, or a plastic substrate. Preferably it may be a semiconductor substrate, more preferably a silicon substrate.

상기 바이오 장치는 상부 중앙에 상기 지지기판이 집적되고 상기 지지기판을 경계로 상부 양측에 복수 개의 동판이 형성된 PCB(Printed Circuit Board) 기판을 더 포함할 수 있다. The bio device may further include a printed circuit board (PCB) substrate on which the support substrate is integrated at an upper center and a plurality of copper plates are formed on both upper sides of the support substrate.

상기 바이오 장치는 상기 동판과 상기 제1 및 제2 미소전극의 종단을 각각 연결하는 와이어를 더 포함할 수 있다. The bio device may further include a wire connecting the copper plate and ends of the first and second micro electrodes, respectively.

상기 동판은 각각 외부기기와 연결될 수 있다. The copper plates may be connected to external devices, respectively.

상기 제1 미소전극은 1개, 상기 제2 미소전극은 5개의 전극 쌍으로 이루어질 수 있다. The first microelectrode may be one, and the second microelectrode may be formed of five electrode pairs.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 지지기판 상에 형성되어 세포체에 전기자극을 가하는 제1 미소전극과, 상기 지지기판 상에 상기 제1 미소전극과 나란한 방향으로 형성되고 축삭돌기에 전기자극을 가하여 상기 축삭돌기의 성장을 유도하는 동시에 상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 복수 개의 제2 미소전극을 포함하는 미소전극 쌍 어레이 플랫폼을 형성하는 단계와, 상기 세포체가 배양되는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버와 이격되어 배치된 제2 챔버와, 상기 제1 및 제2 챔버를 연결하도록 상기 제1 및 제2 챔버 사이에 배치되고 상기 제2 미소전극을 통해 가해지는 전기자극에 의해 상기 축삭돌기가 성장되는 복수 개의 미소채널을 포함하는 PDMS(Polydimethysiloxane) 칩을 형성하는 단계와, 상기 제1 챔버는 상기 제1 미소전극과 중첩되고, 상기 제1 및 제2 미소전극은 각각 상기 미소채널과 직교하도록 상기 PDMS 칩을 상기 미소전극 쌍 어레이 플랫폼의 상부면에 집적시키는 단계를 포함하는 바이오 장치의 제조방법을 제공할 수 있다. Further, according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, a first microelectrode formed on a support substrate to apply electric stimulation to a cell body, and in a direction parallel to the first microelectrode on the support substrate; And forming a microelectrode pair array platform including a plurality of second microelectrodes for inducing growth of the axons by sensing electric growth by applying electrical stimulation to the axons and sensing the growth of the axons. A first chamber to be cultured, a second chamber spaced apart from the first chamber, and disposed between the first and second chambers to connect the first and second chambers and applied through the second microelectrode Forming a polydimethysiloxane (PDMS) chip including a plurality of microchannels on which the axons are grown by losing electrical stimulation; And the first and second microelectrodes may be integrated onto the top surface of the microelectrode pair array platform such that the first and second microelectrodes are orthogonal to the microchannels, respectively. .

상기 PDMS 칩을 형성하는 단계는 실리콘 웨이퍼 상에 음성 감광 수지막을 도포하는 단계와, 노광 및 현상공정을 실시하여 상기 제1 및 제2 챔버 제조용 제1 주형을 형성하는 단계와, 상기 제1 주형을 포함하는 상기 실리콘 웨이퍼 상에 음성 감광 수지막을 도포하는 단계와, 노광 및 현상공정을 실시하여 상기 제1 주형 사이에 상기 미소채널 제조용 제2 주형을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 주형을 경화시켜 Su-8 몰드를 형성하는 단계와, 상기 Su-8 몰드 내에 PDMS와 경화제가 일정 비율로 혼합된 혼합액을 도포하는 단계와, 상기 PDMS를 경화시키는 단계와, 경화된 PDMS를 상기 Su-8 몰드로부터 분리시켜 상기 PDMS 칩을 완성시키는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the PDMS chip may include applying a negative photoresist film on a silicon wafer, performing exposure and development processes to form a first mold for manufacturing the first and second chambers, and forming the first mold. Coating a negative photosensitive resin film on the silicon wafer, performing exposure and development processes to form a second mold for producing the microchannels between the first mold, and forming the first and second molds. Curing to form a Su-8 mold, applying a mixture of PDMS and a curing agent in a predetermined ratio in the Su-8 mold, curing the PDMS, and curing the hardened PDMS to the Su-8. Separating from the mold to complete the PDMS chip.

상기 Su-8 몰드 내에 PDMS와 경화제가 일정 비율로 혼합된 혼합액을 도포하는 단계는 상기 PDMS와 경화제를 10:1의 비율로 혼합시킨 혼합액을 상기 Su-8 몰드 내에 얇게 도포할 수 있다. 98℃에서 20분간 경화시킨 후 제 1챔버 및 제 2 챔버 크기와 0.5cm 이상의 높이를 갖는 아크릴 블락을 챔버 위에 위치시킨 후 PDMS와 경화제를 10:1의 비율로 혼합시킨 혼합액을 상기 Su-8 몰드 내에 붓고 98℃에서 20분간 경화시킨다. 경화된 PDMS 층의 챔버 구조에 해당되는 부위에 펀치로 구멍을 내어 세포를 넣어줄 수 있다. 아크릴 블락을 이용해 만든 공간은 배지를 충분히 넣을 수 있어 배양 시간 동안 배지의 건조를 막을 수 있다.In the step of applying the mixed solution of the PDMS and the curing agent in a predetermined ratio in the Su-8 mold may be a thin coating of the mixed solution of the PDMS and the curing agent in a ratio of 10: 1 in the Su-8 mold. After curing at 98 ° C. for 20 minutes, an acrylic block having a height of 0.5 cm or more with the first chamber and the second chamber size was placed on the chamber, and the mixed solution of PDMS and the curing agent in a ratio of 10: 1 was mixed in the Su-8 mold. Pour in and cure at 98 ° C. for 20 minutes. Punch holes in the area corresponding to the chamber structure of the cured PDMS layer to insert the cells. Spaces made with acrylic blocks can contain enough medium to prevent drying of the medium during the incubation time.

상기 제1 및 제2 챔버는 각각 상기 미소채널보다 큰 높이로 형성할 수 있다. The first and second chambers may be formed to have a height greater than that of the microchannels, respectively.

상기 제1 미소전극은 상기 제2 미소전극보다 큰 선폭으로 형성할 수 있다. The first microelectrode may have a larger line width than the second microelectrode.

상기 제2 미소전극은 상기 제1 미소전극과 상기 제2 챔버 사이에 배치할 수 있다. The second microelectrode may be disposed between the first microelectrode and the second chamber.

상기 제1 미소전극은 28~32㎛의 선폭으로 형성할 수 있다. 바람직하게는, 제1 30㎛의 선폭으로 형성할 수 있다. The first microelectrode may have a line width of 28 to 32 μm. Preferably, it can be formed with the line width of 1st 30 micrometers.

상기 제2 미소전극은 각각 8~12㎛의 선폭으로 형성할 수 있다. 바람직하게는, 10㎛의 선폭으로 형성할 수 있다. The second microelectrodes may have a line width of 8 to 12 μm, respectively. Preferably, it can be formed with the line width of 10 micrometers.

상기 제1 및 제2 챔버는 각각 55~65㎛의 높이로 형성할 수 있다. 바람직하게는 60㎛의 높이로 형성할 수 있다. The first and second chambers may be formed to a height of 55 ~ 65㎛ each. Preferably it can be formed in the height of 60 micrometers.

상기 미소채널은 각각 8~12㎛의 선폭, 2.8~3.2㎛의 높이, 850~950㎛의 길이로 형성할 수 있다. 바람직하게는, 10㎛의 선폭, 3㎛의 높이, 900㎛의 길이로 형성할 수 있다. Each of the microchannels may have a line width of 8 to 12 μm, a height of 2.8 to 3.2 μm, and a length of 850 to 950 μm. Preferably, it can be formed in the line width of 10 micrometers, the height of 3 micrometers, and the length of 900 micrometers.

상기 PDMS 칩을 상기 미소전극 쌍 어레이 플랫폼의 상부면에 집적시키는 단계 후, 상기 PDMS 칩이 집적된 상기 지지기판을 상부 양측에 복수 개의 동판이 형성된 PCB(Printed Circuit Board) 기판 상에 집적시키는 단계를 더 포함할 수 있다. Integrating the PDMS chip onto the top surface of the microelectrode pair array platform, and then integrating the support substrate on which the PDMS chip is integrated onto a printed circuit board (PCB) substrate having a plurality of copper plates formed on both sides thereof. It may further include.

상기 동판과 상기 제1 및 제2 미소전극의 종단을 각각 와이어 본딩하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include wire bonding the ends of the copper plate and the first and second micro electrodes, respectively.

상기 제1 미소전극은 1개, 상기 제2 미소전극은 5개의 전극 쌍으로 이루어질 수 있다. The first microelectrode may be one, and the second microelectrode may be formed of five electrode pairs.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 바이오 장치를 이용한 신경세포 성장 및 감지방법에 있어서, 세포체를 상기 제1 챔버 내에 주입시키는 단계와, 상기 제1 미소전극을 이용하여 상기 세포체에 전기자극을 가하는 단계와, 상기 제2 미소전극을 이용하여 상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 단계와, 상기 제2 미소전극을 이용하여 상기 축삭돌기의 말단에 전기자극을 가하는 단계와, 상기 제2 미소전극의 전기자극을 통해 성장된 상기 축삭돌기에 면역 염색법을 이용하여 상기 제2 미소전극으로부터 상기 축삭돌기의 생물학적 반응을 감지하는 단계를 포함하는 신경세포 성장 및 감지방법을 제공할 수 있다. In addition, according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, in the neuronal cell growth and detection method using the bio device, the step of injecting a cell body into the first chamber, and the first microelectrode Applying an electrical stimulus to the cell body using the second electrode, sensing the growth of the axon projection using the second microelectrode, and applying an electrical stimulus to the end of the axon projection using the second microelectrode. And detecting a biological response of the axons from the second microelectrode by using an immunostaining method on the axons grown through the electrical stimulation of the second microelectrode. Can provide.

본 발명에 따르면, 서로 다른 높이를 갖는 미소챔버와 미소채널을 이용하여 신경세포의 축삭돌기를 분리 배양시키고, 분리 배양된 축삭돌기를 미소전극을 이용하여 미세하게 자극하여 성장시키는 동시에 성장된 축삭돌기를 감지하고, 이를 통해 전기자극이 인가된 세포체 혹은 축삭돌기, 전기자극에 의해 성장된 축삭돌기에서 어떤 mRNA 혹은 단백질이 발현되는지를 관찰할 수 있도록 제공할 수 있으며, 더 나아가서 본 발명에 따른 바이오 장치는 분자 생물학적 연구에 널리 이용될 수 있다. According to the present invention, the axons of the nerve cells are separated and cultured using the microchambers and the microchannels having different heights, and the axons grown at the same time are grown by stimulating the finely grown axons using the microelectrodes. Detects and through this, it can be provided to observe what mRNA or protein is expressed in the cell body or axons, the axons, which are grown by the electrical stimulation, and furthermore, the bio-device according to the present invention Can be widely used for molecular biological research.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 바이오 장치를 위에서 바라본 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 'A' 부위를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 4는 도 2에 도시된 바이오 장치를 도시한 실제 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 장치를 도시한 실제 사진이다.
도 6은 도 5에 도시된 'A' 부위를 확대하여 도시한 실제 사진이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 미소전극의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명에 따른 PDMS 칩의 제1 및 제2 챔버(112, 114)와 미소채널(116)을 제조하기 위해 사용되는 Su-8 몰드 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 9는 본 발명을 통해 제조된 제1 및 제2 챔버(112, 114)의 높이를 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명을 통해 제조된 미소채널(116)의 높이를 측정한 그래프이다.
도 11 및 도 12는 미소전극 쌍 어레이 플랫폼(110)의 신뢰성 검증을 위해 신경세포 배양 전 여러 가지 조건에서 미소전극의 전류-전압 곡선(I-V curve)을 측정한 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 바이오 장치를 이용한 신경세포의 축삭돌기의 성장 및 감지 방법을 설명하기 위하여 도시한 개념도이다.1 is a perspective view showing a bio device according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of the bio device from above.
3 is an enlarged view illustrating an enlarged portion 'A' shown in FIG. 2.
4 is an actual photograph of the bio device shown in FIG. 2.
5 is an actual photograph showing a bio device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a portion 'A' of FIG. 5.
7A to 7E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the microelectrode according to the present invention.
8A through 8F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a Su-8 mold used to manufacture the first and second chambers 112 and 114 and the microchannels 116 of the PDMS chip according to the present invention.
9 is a graph measuring the height of the first and second chambers 112 and 114 manufactured through the present invention.
10 is a graph measuring the height of the microchannel 116 manufactured through the present invention.
11 and 12 are graphs of current-voltage curves (IV curves) of microelectrodes measured under various conditions before neuronal culture to verify reliability of the microelectrode pair array platform 110.
FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a method for growing and detecting axons of neurons using a biodevice according to the present invention.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 바이오 장치를 위에서 바라본 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 'A' 부위를 확대하여 도시한 확대도이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시된 바이오 장치를 도시한 실제 사진이고, 도 5는 도 1에 대응되는 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 장치를 도시한 실제 사진이고, 도 6은 도 5에 도시된 'A' 부위를 확대하여 도시한 실제 사진이다. 1 is a perspective view illustrating a bio device according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the bio device viewed from above, and FIG. 3 is an enlarged view of an enlarged portion 'A' shown in FIG. 2. . 4 is a real picture of the bio device shown in FIG. 2, FIG. 5 is a real picture of the bio device according to an embodiment of the present invention corresponding to FIG. 1, and FIG. 6 is of FIG. 5. This is an actual picture showing an enlarged 'A' part shown.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 장치는 PDMS(Polydimethysiloxane) 칩(110)과 미소전극 쌍 어레이 플랫폼(120)을 포함한다. 1 to 6, a bio device according to an embodiment of the present invention includes a polydimethysiloxane (PDMS) chip 110 and a microelectrode pair array platform 120.

PDMS 칩(110)은 세포체가 배양되는 제1 챔버(112)와, 제1 챔버(112)와 이격되어 배치된 제2 챔버(114)와, 제1 및 제2 챔버(112, 114)를 연결하도록 제1 및 제2 챔버(112, 114) 사이에 배치되고 축삭돌기가 성장되는 복수 개의 미소채널(116)을 포함한다. The PDMS chip 110 connects the first chamber 112 in which the cell body is cultured, the second chamber 114 spaced apart from the first chamber 112, and the first and second chambers 112 and 114. And a plurality of microchannels 116 disposed between the first and second chambers 112 and 114 and on which axons are grown.

미소전극 쌍 어레이 플랫폼(120)은 제1 챔버(112)의 하부에 배치되고 세포체에 전기자극을 가하는 제1 미소전극(122)과, 제1 미소전극(122)과 나란한 방향으로 배치되고 축삭돌기에 전기자극을 가하여 축삭돌기의 성장을 유도하는 동시에 축삭돌기의 성장을 감지하는 복수 개의 제2 미소전극(124)을 포함한다. 또한, 미소전극 쌍 플랫폼(120)은 제1 및 제2 미소전극(122, 124)이 형성된 지지기판(126)을 더 포함할 수 있다. The microelectrode pair array platform 120 is disposed under the first chamber 112 and is arranged in parallel with the first microelectrode 122 and the first microelectrode 122 for applying electrical stimulation to the cell body. It includes a plurality of second micro-electrode 124 to induce the growth of the axons by applying electrical stimulation to the axons and detect the growth of the axons. In addition, the microelectrode pair platform 120 may further include a support substrate 126 on which the first and second microelectrodes 122 and 124 are formed.

제1 및 제2 챔버(112, 114)는 세포체와 축삭돌기의 분리 배양을 위해 각각 미소채널(116)보다 큰 높이로 형성된다. 바람직하게, 제1 및 제2 챔버(112, 114)는 각각 55~65㎛의 높이로 형성된다. 더욱 바람직하게는 60㎛의 높이로 형성된다. 이에 반해, 미소채널(116)은 각각 8~12㎛의 선폭, 2.8~3.2㎛의 높이, 850~950㎛의 길이로 형성된다. 더욱 바람직하게는 10㎛의 선폭, 30㎛의 높이, 900㎛의 길이로 형성된다. The first and second chambers 112 and 114 are formed to have a height greater than that of the microchannels 116, respectively, for the separate culture of cell bodies and axons. Preferably, the first and second chambers 112 and 114 are formed to have a height of 55 to 65 μm, respectively. More preferably, it is formed in the height of 60 micrometers. In contrast, the microchannels 116 are each formed with a line width of 8 to 12 µm, a height of 2.8 to 3.2 µm, and a length of 850 to 950 µm. More preferably, it is formed with the line width of 10 micrometers, the height of 30 micrometers, and the length of 900 micrometers.

제1 미소전극(122)은 제1 챔버(112)와 중첩되도록 제1 챔버(112)의 하부에 배치되어 제1 챔버(112) 내부의 미소채널(116) 상에 주입된 세포체에 전기자극을 가한다. 제1 미소전극(122)은 도 3에 도시된 바와 같이 제2 미소전극(124)보다 큰 선폭으로 형성된다. The first microelectrode 122 is disposed under the first chamber 112 so as to overlap the first chamber 112 to provide electrical stimulation to the cell body injected on the microchannel 116 inside the first chamber 112. Add. As illustrated in FIG. 3, the first microelectrode 122 is formed to have a larger line width than the second microelectrode 124.

제2 미소전극(124)은 복수 개의 전극 쌍으로 이루어지며 제1 미소전극(122)과 제2 챔버(114) 사이에 배치된다. 제2 미소전극(124)은 축삭돌기에 전기자극을 가하는 자극전극(124a)과, 축삭돌기의 성장을 감지하는 감지전극(124b)을 포함한다. 자극전극(124a)과 감지전극(124b)은 각각 인접하게 배치되어 1개의 전극 쌍을 구성하며, 이를 통해 축삭돌기의 성장을 위한 전기자극과 감지를 동시에 구현할 수 있다. The second microelectrode 124 is composed of a plurality of electrode pairs and is disposed between the first microelectrode 122 and the second chamber 114. The second microelectrode 124 includes a stimulation electrode 124a for applying an electrical stimulus to the axon projection, and a sensing electrode 124b for sensing the growth of the axon projection. The stimulation electrode 124a and the sensing electrode 124b are disposed adjacent to each other to constitute one electrode pair, thereby enabling electrical stimulation and sensing for growth of the axon projection.

일례로, 미소전극 쌍 어레이 플랫폼은 1개의 제1 미소전극(122)과, 5개의 전극 쌍으로 이루어진 제2 미소전극(124)을 포함한다. 즉, 총 11개의 미소전극을 포함한다. In one example, the microelectrode pair array platform includes one first microelectrode 122 and a second microelectrode 124 composed of five electrode pairs. That is, a total of 11 microelectrodes are included.

제1 미소전극(122)은 세포체 크기를 고려하여 28~32㎛의 선폭으로 형성된다. 바람직하게는 30㎛의 선폭으로 형성된다. 제2 미소전극(124)은 각각 8~12㎛의 선폭으로 형성된다. 바람직하게는 10㎛의 선폭으로 형성된다. 또한, 미소전극들은 각각 10㎛으로 이격시켜 배치한다. 따라서, 미소전극 쌍 어레이 플랫폼 내에 미소전극의 총 피치(pitch)는 125㎛이 된다. The first microelectrode 122 is formed with a line width of 28 to 32 μm in consideration of cell size. Preferably it is formed in the line width of 30 micrometers. The second microelectrodes 124 are formed with line widths of 8 to 12 µm, respectively. Preferably it is formed in the line width of 10 micrometers. In addition, the micro electrodes are arranged to be spaced apart from each other 10㎛. Thus, the total pitch of the microelectrodes in the microelectrode pair array platform is 125 μm.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 장치는 PCB(Printed Circuit Board) 기판(130)을 더 포함한다. PCB 기판(130)은 미소전극들과 외부기기, 즉, 미소전극들로부터 감지된 전류를 통해 축삭돌기의 성장을 감지하는 측정기기(예컨대, 멀티미터)와 연결을 위하여 설치된다. PCB 기판(130) 상부 양측에는 복수 개의 동판(132)이 형성되어 있으며, 이때 동판(132)의 개수는 미소전극들의 개수와 대응된다. As shown in FIG. 1, the bio device according to the embodiment of the present invention further includes a printed circuit board (PCB) substrate 130. The PCB substrate 130 is installed for connection with a microelectrode and an external device, that is, a measuring device (eg, a multimeter) that detects growth of the axon protrusion through a current sensed from the microelectrodes. A plurality of copper plates 132 are formed on both sides of the upper portion of the PCB substrate 130, wherein the number of copper plates 132 corresponds to the number of micro electrodes.

지지기판(126)은 PCB 기판(130)의 중앙부에 집적된다. 이에 따라, 지지기판(126) 상에 형성된 미소전극들은 PCB 기판(130)의 양측부에 형성된 동판(132)과 대응되도록 배치된다. 동판(132)은 각각 와이어(140)를 통해 미소전극들과 전기적으로 접속된다. 이때, 와이어(140)로는 전도성이 높은 물질은 어떤 것을 사용하도 무방하다. 예컨대, 본 발명의 일 실시형태에서는 와이어(140)로 인듐(indium)을 사용한다.The support substrate 126 is integrated in the central portion of the PCB substrate 130. Accordingly, the microelectrodes formed on the support substrate 126 are disposed to correspond to the copper plate 132 formed on both sides of the PCB substrate 130. The copper plate 132 is electrically connected to the microelectrodes through the wire 140, respectively. In this case, the wire 140 may be any material having high conductivity. For example, in one embodiment of the present invention, indium is used as the wire 140.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 장치의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a manufacturing method of a bio device according to an embodiment of the present invention will be described.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 미소전극의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다. 여기서는 일례로 제2 미소전극(124) 중 이웃하는 3개의 미소전극 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 물론, 상기 공정을 통해 제1 미소전극(122) 또한 형성된다. 7A to 7E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the microelectrode according to the present invention. As an example, three neighboring microelectrode manufacturing methods of the second microelectrode 124 will be described. Of course, the first microelectrode 122 is also formed through the above process.

도 7a에 도시된 바와 같이, 지지기판(126)을 준비한다. 이때, 지지기판(126)으로는 반도체 기판, 유리기판 또는 플라스틱 기판 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 바람직하게는 반도체 기판을 사용하며, 더욱 바람직하게는 실리콘 기판을 사용한다. 또는, 실리콘 기판 상에 실리콘 산화층(SiO2)이 형성된 기판을 사용할 수 있다. As shown in FIG. 7A, a support substrate 126 is prepared. In this case, the support substrate 126 may be any one selected from a semiconductor substrate, a glass substrate, or a plastic substrate. Preferably a semiconductor substrate is used, more preferably a silicon substrate. Alternatively, a substrate in which a silicon oxide layer (SiO 2 ) is formed on a silicon substrate may be used.

이어서, 지지기판(126) 상의 전면에 양성 감광 수지막(141)을 도포한다. Subsequently, a positive photosensitive resin film 141 is applied to the entire surface of the support substrate 126.

도 7b에 도시된 바와 같이, 양성 감광 수지막(141) 상에 포토 마스크(142)를 위치시킨다.As shown in FIG. 7B, the photomask 142 is positioned on the positive photosensitive resin film 141.

그런 다음, 자외선을 이용한 노광공정(143)을 실시하여 포토 마스크(142)에 의해 덮혀지지 않고 노출되는 양성 감광 수지막(141)의 형질(character)을 변형시킨다. 이러한 노광공정을 통해 양성 감광 수지막(141)의 레진 결합을 형성하게 된다. Then, an exposure step 143 using ultraviolet rays is performed to deform the character of the positive photosensitive resin film 141 exposed without being covered by the photo mask 142. Through this exposure process, a resin bond of the positive photosensitive resin film 141 is formed.

도 7c에 도시된 바와 같이, 현상액을 이용한 현상공정을 실시하여 양성 감광 수지막 패턴(141a)을 형성한다. 이때, 양성 감광 수지막에서 없어지는 패턴(141a)은 도 7b에서 포토 마스크(142)에 의해 덮혀지지 않은 양성 감광 수지막(141)의 일부분으로서, 노광공정(143)을 통한 레진 결합에 의해 노출되는 부분이 현상액에 식각되어 없어지게 된다. 이 상태에서 금속층(크롬/금)을 적층한 후 아세톤에 의해 남아있는 양성 감광 수지막(141)을 제거하면 마스크에 덮혀지지 않은 패턴대로 전극 공정이 가능하다.As shown in FIG. 7C, a development process using a developer is performed to form a positive photosensitive resin film pattern 141a. At this time, the pattern 141a disappeared from the positive photosensitive resin film is a part of the positive photosensitive resin film 141 which is not covered by the photomask 142 in FIG. 7B, and is exposed by resin bonding through the exposure process 143. The part to be etched away in the developer is lost. In this state, if the positive photosensitive resin film 141 remaining by acetone is removed after the metal layer (chromium / gold) is laminated, the electrode process may be performed in a pattern not covered by the mask.

도 7d에 도시된 바와 같이, 양성 감광 수지막 패턴(141a)을 포함하는 지지기판(141) 상에 미소전극용 금속막(144)을 형성한다. 이때, 금속막(144)은 전도성을 갖는 금속물질은 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속막(144)은 전이금속으로 형성할 수 있다. 바람직하게는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 이들이 혼합된 혼합막, 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 더욱 바람직하게는 크롬과 금의 적층막으로 형성한다. 상기 적층막은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 형성하며, 크롬은 500Å의 두께로 증착하고, 금은 3000Å의 두께로 증착한다. 이와 같이 크롬과 금의 적층막으로 형성하는 이유는 크롬을 접착층으로 사용하기 위함이다. As shown in FIG. 7D, the metal film 144 for microelectrodes is formed on the supporting substrate 141 including the positive photosensitive resin film pattern 141a. In this case, the metal film 144 may use any conductive metal material. For example, the metal film 144 may be formed of a transition metal. Preferably, aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), chromium (Cr), tungsten (W), titanium (Ti), tantalum (Ta) or a mixed film thereof, or It is possible to form a laminated film in which these are laminated. More preferably, it is formed of a laminated film of chromium and gold. The laminated film is formed using a chemical vapor deposition (CVD) process, chromium is deposited to a thickness of 500 kPa, and gold is deposited to a thickness of 3000 kPa. The reason for forming the laminated film of chromium and gold as described above is to use chromium as an adhesive layer.

만약, 금(또는, 백금)만을 사용하는 경우, 지지기판(126) 상에 용이하게 증착되지 않아 공정 과정에서 지지기판(126)으로부터 금이 떨어져 나가는 문제가 생길 수가 있는데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 접착력이 우수한 크롬을 사용한다. If only gold (or platinum) is used, it may not be easily deposited on the support substrate 126, which may cause a problem that gold is separated from the support substrate 126 during the process. Use chromium with good adhesion.

도 7e에 도시된 바와 같이, 금속막(144) 하부에 형성된 양성 감광 수지막 패턴(141a)을 제거한다. 양성 감광 수지막 패턴(141a)이 제거되는 과정에서 양성 감광 수지막 패턴(141a) 상에 형성된 금속막(144) 또한 함께 제거되는데, 이러한 공정을 리프트-오프 공정(lift-off process)이라 한다. 이러한 리프트-오프 공정을 통해 지지기판(126) 상에는 일정한 선폭을 갖고 배치된 제2 미소전극(124)이 형성된다. As shown in FIG. 7E, the positive photosensitive resin film pattern 141a formed under the metal film 144 is removed. In the process of removing the positive photosensitive resin film pattern 141a, the metal film 144 formed on the positive photosensitive resin film pattern 141a is also removed. This process is called a lift-off process. Through the lift-off process, a second microelectrode 124 having a predetermined line width is formed on the support substrate 126.

상기 공정에서, 포토 마스크(142)의 패턴을 제어하여 제1 미소전극(122)은 28~32㎛의 선폭으로 형성한다. 바람직하게는 30㎛의 선폭으로 형성한다. 제2 미소전극(124)은 각각 8~12㎛의 선폭으로 형성한다. 바람직하게는 10㎛의 선폭으로 형성한다. In the above process, the pattern of the photomask 142 is controlled to form the first microelectrode 122 with a line width of 28 to 32 μm. Preferably it is formed in the line width of 30 micrometers. The second microelectrodes 124 are formed to have a line width of 8 to 12 µm, respectively. Preferably, it is formed with a line width of 10 mu m.

도 8a 내지 도 8f는 본 발명에 따른 PDMS 칩의 제1 및 제2 챔버(112, 114)와 미소채널(116)을 제조하기 위해 사용되는 Su-8 몰드 제조방법을 도시한 공정 단면도이다. 8A through 8F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a Su-8 mold used to manufacture the first and second chambers 112 and 114 and the microchannels 116 of the PDMS chip according to the present invention.

도 8a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(151) 상에 음성 감광 수지막(152)을 도포한다. 이때, 반도체 기판(151)으로는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge)과 같은 단원소 반도체 또는 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐안티몬(InSb) 등과 같이 이원소 이상이 혼합된 화합물 반도체를 사용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시형태에서는 실리콘 기판을 사용한다. 한편, 반도체 기판(151) 상에는 매립 산화층으로 실리콘 산화층(SiO2)이 형성될 수 있으며, 그 상부에 음성 감광 수지막(152)이 형성될 수도 있다. As shown in FIG. 8A, a negative photosensitive resin film 152 is coated on the semiconductor substrate 151. In this case, the semiconductor substrate 151 may be a single element semiconductor such as silicon (Si) or germanium (Ge) or a compound in which at least two elements such as gallium arsenide (GaAs), indium phosphorus (InP), and indium antimony (InSb) are mixed. Semiconductors can be used. For example, in one embodiment of the present invention, a silicon substrate is used. Meanwhile, a silicon oxide layer (SiO 2 ) may be formed as a buried oxide layer on the semiconductor substrate 151, and a negative photosensitive resin film 152 may be formed thereon.

한편, 도 8a에서, PDMS 칩을 제조하기 위한 반도체 기판(151)은 예컨대 4인치 실리콘 웨이퍼로서 piranha(SPM)(황산과 과산화수소 혼합용액)에 담궈 이물질을 제거한 후에 스핀 코터를 이용하여 일정한 두께로 음성 감광 수지막(152)을 도포할 수도 있다. Meanwhile, in FIG. 8A, the semiconductor substrate 151 for manufacturing the PDMS chip is, for example, a 4-inch silicon wafer, immersed in piranha (SPM) (mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide) to remove foreign substances, and then negatively formed at a constant thickness using a spin coater. The photosensitive resin film 152 may be applied.

도 8a에서 음성 감광 수지막(152)의 두께, 즉 높이는 제1 및 제2 챔버(112, 114)의 두께, 즉 높이를 고려하여 각각 55~65㎛의 높이로 형성한다. 바람직하게는 60㎛의 높이로 형성한다. In FIG. 8A, the thickness of the negative photosensitive resin film 152, that is, the height, is formed to have a height of 55 μm to 65 μm, respectively, in consideration of the thickness of the first and second chambers 112 and 114. Preferably it is formed at a height of 60 μm.

도 8b에 도시된 바와 같이, 음성 감광 수지막(152) 상에 제1 및 제2 챔버(112, 114)를 제조하기 위한 주형과 대응되는 투과패턴을 갖는 포토 마스크(153)를 위치시킨다.As shown in FIG. 8B, a photo mask 153 having a transmission pattern corresponding to a mold for manufacturing the first and second chambers 112 and 114 is disposed on the negative photosensitive resin film 152.

그런 다음, 예컨대 자외선을 이용한 노광공정(154)을 실시하여 포토 마스크(153)에 의해 덮혀지지 않고 노출되는 음성 감광 수지막(152)의 형질(character)을 변형시킨다. 이러한 노광공정을 통해 음성 감광 수지막(152)의 레진 결합을 형성하게 된다. Then, for example, an exposure process 154 using ultraviolet rays is performed to deform the character of the negative photosensitive resin film 152 exposed without being covered by the photo mask 153. Through this exposure process, a resin bond of the negative photosensitive resin film 152 is formed.

도 8c에 도시된 바와 같이, 현상액을 이용한 현상공정을 실시하여 음성 감광 수지막 패턴, 즉 제1 및 제2 챔버(112, 114)를 제조하기 위한 주형(152a)을 형성한다. As shown in FIG. 8C, a development process using a developer is performed to form a mold 152a for manufacturing negative photosensitive resin film patterns, that is, the first and second chambers 112 and 114.

도 8d에서 양성 감광 수지막(155)의 두께는 미소채널(116)의 두께, 즉 높이를 고려하여 각각 2.8~3.2㎛의 높이로 형성한다. 바람직하게는 3㎛의 높이로 형성한다. In FIG. 8D, the thickness of the positive photosensitive resin film 155 is formed to have a height of 2.8 to 3.2 μm in consideration of the thickness of the microchannel 116, that is, the height. Preferably it is formed in the height of 3 micrometers.

도 8e에 도시된 바와 같이, 양성 감광 수지막(155) 상에 미소채널(116)을 제조하기 위한 주형과 대응되는 차단패턴을 갖는 포토 마스크(156)를 위치시킨 후, 도 8b에서와 같이, 다시 한번 자외선을 이용한 노광공정(157)을 실시하여 포토 마스크(156)에 의해 덮혀지지 않고 노출되는 양성 감광 수지막(155)의 형질을 변형시킨다. As shown in FIG. 8E, after the photomask 156 having the blocking pattern corresponding to the mold for manufacturing the microchannel 116 is positioned on the positive photosensitive resin film 155, as shown in FIG. 8B, The exposure process 157 using ultraviolet rays is performed once again to modify the trait of the positive photosensitive resin film 155 exposed without being covered by the photo mask 156.

도 8f에 도시된 바와 같이, 도 8e의 공정이 완료된 후 반도체 기판(151)에 대해 현상액을 이용한 현상공정을 실시하여 미소채널(116)을 제조하기 위한 주형(155a)을 형성한다.As shown in FIG. 8F, after the process of FIG. 8E is completed, a development process using a developer is performed on the semiconductor substrate 151 to form a mold 155a for manufacturing the microchannel 116.

상기에서, 도 8a 내지 도 8f를 통해 주형(152a, 155a)을 포함하는 Su-8 몰드가 완성되면, 기포를 제거하기 위해 진공오븐에 일정시간 동안 방치시킨 다음, PDMS와 경화제를 10:1의 비율로 혼합시킨 혼합액을 상기 Su-8 몰드 내에 얇게 도포할 수 있다. 98℃에서 20분간 경화시킨 후 제1 챔버 및 제2 챔버의 크기와 0.5cm 이상의 높이를 갖는 아크릴 블락을 챔버 위에 위치시킨 후 PDMS와 경화제를 10:1의 비율로 혼합시킨 혼합액을 상기 Su-8 몰드 내에 붓고 98℃에서 20분간 경화시킨다. 경화된 PDMS 층의 챔버 구조에 해당되는 부위에 펀치로 구멍을 내어 세포를 넣어줄 수 있다. 아크릴 블락을 이용해 만든 공간은 배지를 충분히 넣을 수 있어 배양 시간 동안 배지의 건조를 막을 수 있다. 상기 경화제로는 톨루렌(toluene)을 사용할 수 있다.  In the above, when the Su-8 mold including the molds 152a and 155a is completed through FIGS. 8A to 8F, the mold is left in the vacuum oven for a certain time to remove bubbles, and then the PDMS and the curing agent are added in a 10: 1 ratio. The mixed solution mixed in proportion can be applied thinly in the Su-8 mold. After curing at 98 ° C. for 20 minutes, an acrylic block having a size of 0.5 cm or more with the size of the first chamber and the second chamber was placed on the chamber, and the mixed solution of PDMS and a curing agent in a ratio of 10: 1 was added to the Su-8. Pour into mold and cure at 98 ° C. for 20 minutes. Punch holes in the area corresponding to the chamber structure of the cured PDMS layer to insert the cells. Spaces made with acrylic blocks can contain enough medium to prevent drying of the medium during the incubation time. Toluene may be used as the curing agent.

그런 다음, 상기와 같은 과정을 완료한 Su-8 몰드에서 PDMS를 분리한다. 이때, 분리된 PDMS를 펀치와 같은 도구를 이용하여 불필요한 부위를 다듬어 제거할 수도 있다. Then, PDMS is separated from the Su-8 mold having completed the above process. In this case, the separated PDMS may be removed by trimming unnecessary parts using a tool such as a punch.

그런 다음, Su-8 몰드에서 분리된 PDMS 칩(110)은 미소전극 쌍 어레이 플랫폼(120)의 상부면에 접합시켜 일체화시킨다. 이로써, PDMS 칩(110)은 미소전극 쌍 어레이 플랫폼(120)의 상부면에 집적된다. 예컨대, PDMS 칩(110)과 플랫폼(120)의 접합은 산소 플라즈마로 일정한 전력에서 일정한 시간동안 처리하여 이루어지게 되는데, 이때, 상기의 접합공정은 적절한 파워를 이용하여 일정 시간 동안 처리한 후 수행된다.Then, the PDMS chip 110 separated from the Su-8 mold is bonded to the top surface of the microelectrode pair array platform 120 to be integrated. As such, the PDMS chip 110 is integrated on the top surface of the microelectrode pair array platform 120. For example, the bonding of the PDMS chip 110 and the platform 120 is performed by treating oxygen for a predetermined time at a constant power. In this case, the bonding process is performed after treating for a predetermined time using an appropriate power. .

도 9는 상기한 방법으로 제조된 제1 및 제2 챔버(112, 114)의 높이를 측정한 그래프이고, 도 10은 상기한 방법으로 제조된 미소채널(116)의 높이를 측정한 그래프이다.9 is a graph measuring heights of the first and second chambers 112 and 114 manufactured by the above method, and FIG. 10 is a graph measuring heights of the microchannels 116 manufactured by the above method.

도 9 및 도 10을 참조하면, 도 8a 내지 도 8f와 같이 본 발명의 일 실시형태에 따른 PDMS 칩의 제조방법을 통해 제조된 제1 및 제2 챔버(112, 114)와 미소채널(116)의 높이를 알파 스텝(α-step)으로 측정한 결과, 제1 및 제2 챔버(112, 114)는 60㎛의 높이로 형성되고, 미소채널(116)은 3㎛의 높이로 형성된 것을 확인할 수 있었다. 9 and 10, as shown in FIGS. 8A to 8F, the first and second chambers 112 and 114 and the microchannels 116 manufactured through the method of manufacturing the PDMS chip according to the exemplary embodiment of the present invention are illustrated. As a result of measuring the height of α-step, it can be seen that the first and second chambers 112 and 114 have a height of 60 μm, and the microchannels 116 have a height of 3 μm. there was.

도 11 및 도 12는 미소전극 쌍 어레이 플랫폼(110)의 신뢰성 검증을 위해 신경세포 배양 전 여러 가지 조건에서 미소전극의 전류-전압 곡선(I-V curve)을 측정한 그래프이다. 도 11은 미소전극의 선폭이 30㎛, 도 12는 10㎛인 경우의 특성 그래프이다. 11 and 12 are graphs of measuring current-voltage curves (I-V curves) of microelectrodes under various conditions before culturing neurons to verify reliability of the microelectrode pair array platform 110. 11 is a characteristic graph when the line width of the microelectrode is 30 μm, and FIG. 12 is 10 μm.

미소전극의 선폭Line width of microelectrode Air(Ω)Air (Ω) DW(Ω)DW (Ω) PBS(Ω)PBS (Ω) Medium
(RPMI 1640)(Ω)Medium
(RPMI 1640) (Ω) 30㎛30 μm 19.319.3 18.318.3 18.418.4 19.219.2 10㎛10 탆 47.247.2 4848 48.848.8 5050

상기 표 1과, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조방법을 통해 제조된 미소전극의 전류-전압 곡선은 각각의 조건에서 크게 다르지 않음을 알 수 있다. 이는 본 발명을 통해 제작된 바이오 장치가 외부의 조건에 따라 자극 인가 및 신호 감지 조건이 크게 달라지지 않고 균일하게 자극 인가 및 신호 감지를 할 수 있음을 의미한다. 이는 바이오 장치의 신뢰성을 검증하기에 충분한 결과로 판단된다. As shown in Table 1 and FIG. 11 and FIG. 12, it can be seen that the current-voltage curve of the microelectrode manufactured by the manufacturing method of the present invention is not significantly different under each condition. This means that the bio-device manufactured through the present invention can uniformly apply stimulus and detect signals without significantly changing stimulus application and signal detection conditions according to external conditions. This is judged to be sufficient result to verify the reliability of the bio device.

도 13은 본 발명에 따른 바이오 장치를 이용한 신경세포의 축삭돌기의 성장 및 감지 방법을 설명하기 위하여 도시한 개념도로서, (a)는 제1미소전극에서 전기자극이 인가되는 경우, (b)는 제1미소전극에서 전기자극이 인가되어 성장된 축삭 돌기를 제2 미소전극 중 첫 번째 미소전극을 통해 감지하고 두 번째 미소 전극을 통해 성장된 축삭 돌기 말단에 전기자극이 인가되는 경우, (c)는 미소 전극 어레이를 통해 축삭 돌기 성장을 감지 및 전기 자극 인가가 반복되는 경우 도시한 개념도이다. FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a method of growing and detecting axons of nerve cells using a bio-device according to the present invention. (A) is an electrical stimulus applied from the first microelectrode, and (b) When the axon projections grown by applying the electrical stimulation at the first microelectrode are sensed through the first microelectrode of the second microelectrode and the electrical stimulation is applied to the end of the axon projections grown through the second microelectrode, (c) Is a conceptual diagram illustrating when axon growth is detected through an array of micro electrodes and application of electrical stimulation is repeated.

도 13을 참조하면, 먼저 (a)와 같이 제1 챔버(112) 내에 위치한 제1 미소전극(122) 상에 세포체를 주입한다. 그런 다음, 제1 미소전극(122)을 통해 세포체에 전기자극을 인가한다. 그 후, 축삭돌기의 성장이 시작되면, (b)와 같이 제2 미소전극(124) 중 제1 미소전극(122)에 가장 근접하게 배치된 첫 번째 자극전극(124a)을 이용하여 축삭 돌기의 성장을 감지하고 전극쌍의 두 번째에 위치하는 전극을 통해 축삭돌기의 말단에 전기자극을 인가한다. 그런 다음, (c)와 같이 다음 번째 축삭 돌기 성장 감지 및 자극전극(124a)을 통해 순차적으로 축삭돌기의 말단에 전기자극을 인가한다. 이때, 축삭돌기의 위치마다 감지전극(124b)을 이용하여 축삭돌기의 성장을 관찰한다. Referring to FIG. 13, first, a cell body is injected onto a first microelectrode 122 located in the first chamber 112 as shown in (a). Then, an electrical stimulus is applied to the cell body through the first microelectrode 122. Then, when the growth of the axon starts, as shown in (b) of the axon projection using the first magnetic pole electrode 124a disposed closest to the first microelectrode 122 of the second microelectrode 124. The growth is sensed and an electrical stimulus is applied to the end of the axon via an electrode located second in the electrode pair. Then, electrical stimulation is sequentially applied to the ends of the axons through the next axon growth growth sensing and stimulation electrodes 124a as shown in (c). At this time, growth of the axons is observed using the sensing electrode 124b for each position of the axons.

상기에서, 예컨대, 제2 미소전극(124)을 통한 전기자극은 0.1V, 0.5V, 1V, 3V, 5V로 하여 1~2 시간 동안 진행할 수 있다. 제1 챔버(112) 내에서 세포체 배양시간은 셀에 따라 다르겠지만, 'PC-12/E18 rat nerve'인 경우 1~6×104/cm2에서 신경성장인자(nerve growth factor, NGF)는 25ng, 50ng, 100ng로 48에서 72시간 동안 진행할 수 있다. In the above, for example, the electrical stimulation through the second microelectrode 124 may be performed for 1 to 2 hours at 0.1V, 0.5V, 1V, 3V, and 5V. Cell body incubation time in the first chamber 112 will vary depending on the cell, but in the case of 'PC-12 / E18 rat nerve' nerve growth factor (NGF) is 1 ~ 6 × 10 4 / cm 2 25ng, 50ng, 100ng can run for 48 to 72 hours.

이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 장치는 미세채널을 이용하여 축삭돌기와 세포체를 분리 배양할 수 있다. 분리 배양된 축삭돌기는 후에 면역 염색법을 통해 전기자극이 인가된 세포체 혹은 축삭돌기, 전기자극에 의해 성장된 축삭돌기에서 어떤 mRNA 혹은 단백질이 발현되는지 분자 생물학적 연구에 이용될 수 있다. As described above, the bio-device according to the embodiment of the present invention can separate and culture the axons and cell bodies using the microchannels. The isolated cultured axons can then be used for molecular biological studies on which mRNA or protein is expressed in cell bodies or axons or axons grown by electrostimulation.

이상에서와 같이 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소는 당업자가 공지된 다양한 구성요소들로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한, 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다. As described above, the present invention has been described with reference to specific embodiments of the present invention, but this is only an example and the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art can change or modify the described embodiments without departing from the scope of the present invention, and such changes or modifications are within the scope of the present invention. In addition, each component described in the present specification can be easily selected and replaced from various known components by those skilled in the art. In addition, those skilled in the art may omit some of the components described herein without adding to the performance or add the components to improve performance. Therefore, the scope of the present invention should be determined not by the embodiments described, but by the claims and their equivalents.

110 : PDMS 칩 120 : 미소전극 쌍 어레이 플랫폼
112 : 제1 챔버 114 : 제2 챔버
116 : 미소채널 122 : 제1 미소전극
124 : 제2 미소전극 126 : 지지기판
124a : 자극전극 124b : 감지전극
130 : PCB 기판 132 : 동판
140 : 와이어 152 : 음성 감광 수지막
142, 153, 156 : 포토 마스크 143, 154, 157 : 노광공정
141a : 양성 감광 수지막 패턴 144 : 금속막
152a : 주형(제1 및 제2 챔버용) 141, 155 : 양성 감광 수지막
155a : 주형(미소채널용)110: PDMS chip 120: microelectrode pair array platform
112: first chamber 114: second chamber
116: microchannel 122: first microelectrode
124: second microelectrode 126: support substrate
124a: stimulation electrode 124b: sensing electrode
130: PCB substrate 132: copper plate
140: wire 152: negative photosensitive resin film
142, 153, 156: photo mask 143, 154, 157: exposure process
141a: positive photosensitive resin film pattern 144: metal film
152a: mold (for first and second chambers) 141, 155: positive photosensitive resin film
155a: Mold (for micro channel)

Claims (29)

세포체가 배양되는 제1 챔버; 상기 제1 챔버와 이격되어 배치된 제2 챔버;
상기 제1 및 제2 챔버를 연결하도록 상기 제1 및 제2 챔버 사이에 배치되고 축삭돌기가 성장되는 복수 개의 미소채널;을 포함하는 바이오 장치에 있어서,
상기 제1 챔버의 하부에 배치되고 상기 세포체에 전기자극을 가하는 제1 미소전극;
상기 제1 미소전극과 나란한 방향으로 배치되고 상기 축삭돌기에 전기자극을 가하여 상기 축삭돌기의 성장을 유도하는 동시에 상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 복수 개의 제2 미소전극;
을 더 포함하며,
상기 제1 미소전극은 상기 제2 미소전극보다 큰 선폭으로 형성되며,
상기 제2 미소전극은 상기 제1 미소전극과 상기 제2 챔버 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 바이오 장치.A first chamber in which cell bodies are cultured; A second chamber spaced apart from the first chamber;
A bio device comprising: a plurality of microchannels disposed between the first and second chambers so as to connect the first and second chambers, and wherein the axons are grown.
A first microelectrode disposed under the first chamber and applying electric stimulation to the cell body;
A plurality of second microelectrodes arranged in parallel with the first microelectrode and inducing growth of the axons by applying electrical stimulation to the axons;
More,
The first microelectrode is formed to have a larger line width than the second microelectrode,
And the second microelectrode is disposed between the first microelectrode and the second chamber. 세포체가 배양되는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버와 이격되어 배치된 제2 챔버와, 상기 제1 및 제2 챔버를 연결하도록 상기 제1 및 제2 챔버 사이에 배치되고 축삭돌기가 성장되는 복수 개의 미소채널을 포함하는PDMS(Polydimethysiloxane) 칩; 및
상기 제1 챔버의 하부에 배치되고 상기 세포체에 전기자극을 가하는 제1 미소전극과, 상기 제1 미소전극과 나란한 방향으로 배치되고 상기 축삭돌기에 전기자극을 가하여 상기 축삭돌기의 성장을 유도하는 동시에 상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 복수 개의 제2 미소전극이 상기 미소채널과 직교하도록 배치된 미소전극 쌍 어레이 플랫폼;
을 포함하는 바이오 장치에 있어서,
상기 제1 미소전극은 상기 제2 미소전극보다 큰 선폭으로 형성되며,
상기 제2 미소전극은 상기 제1 미소전극과 상기 제2 챔버 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 바이오 장치A plurality of axons protruded between the first chamber in which the cell body is cultured, the second chamber spaced apart from the first chamber, and the first and second chambers so as to connect the first and second chambers. A polydimethysiloxane (PDMS) chip comprising two microchannels; And
A first microelectrode disposed under the first chamber and applying electrical stimulation to the cell body, and arranged in a direction parallel to the first microelectrode and applying electrical stimulation to the axon to induce growth of the axon; A microelectrode pair array platform in which a plurality of second microelectrodes for sensing the growth of the axon protrusion are orthogonal to the microchannels;
In the bio device comprising a,
The first microelectrode is formed to have a larger line width than the second microelectrode,
And the second microelectrode is disposed between the first microelectrode and the second chamber. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 챔버는 각각 상기 미소채널보다 큰 높이로 형성된 바이오 장치.3. The method according to any one of claims 1 to 3,
And the first and second chambers each having a height greater than that of the microchannels. 제3항에 있어서,
상기 미소채널은 상기 제1 및 제2 미소전극 상에 집적된 것을 특징으로 하는 바이오 장치.The method of claim 3,
And the microchannels are integrated on the first and second microelectrodes. 제3항에 있어서,
상기 제2 미소전극은,
상기 축삭돌기에 전기자극을 가하는 자극전극; 및
상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 감지전극
을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치.The method of claim 3,
The second microelectrode is
A stimulation electrode applying electrical stimulation to said axon projection; And
Sensing electrode for sensing the growth of the axon projection
Bio device comprising a. 제5항에 있어서,
상기 자극전극과 상기 감지전극은 서로 이웃하게 배치되어 전극 쌍을 구성하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치.The method of claim 5,
And the stimulating electrode and the sensing electrode are disposed adjacent to each other to form an electrode pair. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 미소전극 각각은 동일한 선폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 장치.3. The method according to any one of claims 1 to 3,
And each of the second microelectrodes has the same line width. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 미소전극은 28~32㎛의 선폭으로 형성된 바이오 장치.3. The method according to any one of claims 1 to 3,
The first microelectrode has a line width of 28 to 32 μm. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 미소전극 각각은 8~12㎛의 선폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 장치.3. The method according to any one of claims 1 to 3,
Each of the second microelectrodes is formed with a line width of 8 ~ 12㎛ bio device. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 챔버는 각각 55~65㎛의 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 장치.3. The method according to any one of claims 1 to 3,
The first and second chambers are bio devices, characterized in that each formed with a height of 55 ~ 65㎛. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미소채널 각각은 8~12㎛의 선폭, 2.8~3.2㎛의 높이, 850~950㎛의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 장치.3. The method according to any one of claims 1 to 3,
Each of the microchannels is characterized in that the line width of 8 ~ 12㎛, 2.8 ~ 3.2 ㎛ height, 850 ~ 950㎛ length bio device. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미소전극 쌍 플랫폼은 상기 제1 및 제2 미소전극이 형성된 지지기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치.3. The method according to any one of claims 1 to 3,
The microelectrode pair platform includes a support substrate on which the first and second microelectrodes are formed. 제12항에 있어서,
상기 지지기판은 반도체 기판, 유리기판 또는 플라스틱 기판 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 바이오 장치.The method of claim 12,
The support substrate is a bio device, characterized in that any one selected from a semiconductor substrate, a glass substrate or a plastic substrate. 제12항에 있어서,
상부 중앙에 상기 지지기판이 집적되고 상기 지지기판을 경계로 상부 양측에 복수 개의 동판이 형성된 PCB(Printed Circuit Board) 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치. The method of claim 12,
And a printed circuit board (PCB) substrate having a plurality of copper plates formed on both sides of the upper side of the upper substrate, the supporting substrate being integrated at an upper center thereof. 제14항에 있어서,
상기 동판과 상기 제1 및 제2 미소전극의 종단을 각각 연결하는 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치.15. The method of claim 14,
And a wire connecting the copper plate and the ends of the first and second microelectrodes, respectively. 제14항에 있어서,
상기 동판은 각각 외부기기와 연결된 것을 특징으로 하는 바이오 장치.15. The method of claim 14,
The copper plate is characterized in that each connected to an external device. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 미소전극은 1개, 상기 제2 미소전극은 5개의 전극 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 바이오 장치.3. The method according to any one of claims 1 to 3,
The first microelectrode is one, the second microelectrode is a bio device, characterized in that consisting of five electrode pairs. 지지기판 상에 형성되어 세포체에 전기자극을 가하는 제1 미소전극과, 상기 지지기판 상에 상기 제1 미소전극과 나란한 방향으로 형성되고 축삭돌기에 전기자극을 가하여 상기 축삭돌기의 성장을 유도하는 동시에 상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 복수 개의 제2 미소전극을 포함하는 미소전극 쌍 어레이 플랫폼을 형성하는 단계;
상기 세포체가 배양되는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버와 이격되어 배치된 제2 챔버와, 상기 제1 및 제2 챔버를 연결하도록 상기 제1 및 제2 챔버 사이에 배치되고 상기 제2 미소전극을 통해 가해지는 전기자극에 의해 상기 축삭돌기가 성장되는 복수 개의 미소채널을 포함하는 PDMS(Polydimethysiloxane) 칩을 형성하는 단계;
상기 제1 챔버는 상기 제1 미소전극과 중첩되고, 상기 제1 및 제2 미소전극은 각각 상기 미소채널과 직교하도록 상기 PDMS 칩을 상기 미소전극 쌍 어레이 플랫폼의 상부면에 집적시키는 단계;
를 포함하되,
상기 제1 미소전극은 상기 제2 미소전극보다 큰 선폭으로 형성하며,
상기 제2 미소전극은 상기 제1 미소전극과 상기 제2 챔버 사이에 배치하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.A first microelectrode formed on a support substrate to apply electrical stimulation to the cell body, and formed in a direction parallel to the first microelectrode on the support substrate, and inducing growth of the axon projection by applying electrical stimulation to the axon; Forming a microelectrode pair array platform including a plurality of second microelectrodes for sensing the growth of the axons;
A first chamber in which the cell body is cultured, a second chamber spaced apart from the first chamber, and the second microelectrode disposed between the first and second chambers to connect the first and second chambers Forming a polydimethysiloxane (PDMS) chip comprising a plurality of microchannels on which the axons are grown by an electrical stimulus applied through the substrate;
Integrating the PDMS chip on the top surface of the microelectrode pair array platform such that the first chamber overlaps the first microelectrode and the first and second microelectrodes are orthogonal to the microchannel, respectively;
Including,
The first microelectrode has a line width larger than that of the second microelectrode,
And the second microelectrode is disposed between the first microelectrode and the second chamber. 제18항에 있어서,
상기 PDMS 칩을 형성하는 단계는,
실리콘 웨이퍼 상에 음성 감광 수지막을 도포하는 단계;
노광 및 현상공정을 실시하여 상기 제1 및 제2 챔버 제조용 제1 주형을 형성하는 단계;
상기 제1 주형을 포함하는 상기 실리콘 웨이퍼 상에 음성 감광 수지막을 도포하는 단계;
노광 및 현상공정을 실시하여 상기 제1 주형 사이에 상기 미소채널 제조용 제2 주형을 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 주형을 경화시켜 Su-8 몰드를 형성하는 단계;
상기 Su-8 몰드 내에 PDMS와 경화제가 일정 비율로 혼합된 혼합액을 도포하는 단계;
상기 PDMS를 경화시키는 단계;
경화된 PDMS를 상기 Su-8 몰드로부터 분리시켜 상기 PDMS 칩을 완성시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.19. The method of claim 18,
Forming the PDMS chip,
Applying a negative photosensitive resin film on a silicon wafer;
Performing exposure and development processes to form a first mold for manufacturing the first and second chambers;
Coating a negative photosensitive resin film on the silicon wafer including the first mold;
Performing exposure and development processes to form a second mold for producing the microchannels between the first molds;
Curing the first and second molds to form a Su-8 mold;
Applying a mixed solution of PDMS and a curing agent in a ratio in the Su-8 mold;
Curing the PDMS;
Separating the cured PDMS from the Su-8 mold to complete the PDMS chip;
Method of manufacturing a bio-device comprising a. 제19항에 있어서,
상기 Su-8 몰드 내에 PDMS와 경화제가 일정 비율로 혼합된 혼합액을 도포하는 단계는,
상기 PDMS와 경화제를 10:1의 비율로 혼합시킨 혼합액을 상기 Su-8 몰드 내에 얇게 도포하며,
98℃에서 20분간 경화시킨 후 제 1챔버 및 제 2 챔버 크기와 0.5cm 이상의 높이를 갖는 아크릴 블락을 챔버 위에 위치시킨 후 PDMS와 경화제를 10:1의 비율로 혼합시킨 혼합액을 상기 Su-8 몰드 내에 붓고, 98℃에서 20분간 경화시키며,
경화된 PDMS 층의 챔버 구조에 해당되는 부위에 펀치로 구멍을 내어 세포를 넣어주는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.20. The method of claim 19,
The step of applying a mixed solution of PDMS and a curing agent in a predetermined ratio in the Su-8 mold,
Applying a thin mixture of the PDMS and the curing agent in a ratio of 10: 1 in the Su-8 mold,
After curing at 98 ° C. for 20 minutes, an acrylic block having a height of 0.5 cm or more with the first chamber and the second chamber size was placed on the chamber, and the mixed solution of PDMS and the curing agent in a ratio of 10: 1 was mixed in the Su-8 mold. Poured into, cured at 98 ° C. for 20 minutes,
A method for manufacturing a bio-device, characterized in that a hole is punched into a portion corresponding to the chamber structure of the cured PDMS layer. 제18항에 있어서,
상기 제1 및 제2 챔버는 각각 상기 미소채널보다 큰 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.19. The method of claim 18,
And the first and second chambers each having a height greater than that of the microchannels. 제18항에 있어서,
상기 제1 미소전극은 28~32㎛의 선폭으로 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.19. The method of claim 18,
The first microelectrode is a manufacturing method of a bio device, characterized in that formed with a line width of 28 ~ 32㎛. 제18항에 있어서,
상기 제2 미소전극 각각은 8~12㎛의 선폭으로 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.19. The method of claim 18,
Each of the second microelectrodes may be formed with a line width of 8 to 12 μm. 제18항에 있어서,
상기 제1 및 제2 챔버는 각각 55~65㎛의 높이로 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.19. The method of claim 18,
The first and the second chamber is a bio-device manufacturing method, characterized in that formed in a height of 55 ~ 65㎛ each. 제18항에 있어서,
상기 미소채널은 각각 8~12㎛의 선폭, 2.8~3.2㎛의 높이, 850~950㎛의 길이로 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.19. The method of claim 18,
Each of the microchannels has a line width of 8 to 12 μm, a height of 2.8 to 3.2 μm, and a length of 850 to 950 μm. 제18항에 있어서,
상기 PDMS 칩을 상기 미소전극 쌍 어레이 플랫폼의 상부면에 집적시키는 단계 후,
상기 PDMS 칩이 집적된 상기 지지기판을 상부 양측에 복수 개의 동판이 형성된 PCB(Printed Circuit Board) 기판 상에 집적시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.19. The method of claim 18,
After integrating the PDMS chip on the top surface of the microelectrode pair array platform,
And integrating the support substrate on which the PDMS chip is integrated onto a printed circuit board (PCB) substrate having a plurality of copper plates formed on both sides thereof. 제26항에 있어서,
상기 동판과 상기 제1 및 제2 미소전극의 종단을 각각 와이어 본딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.The method of claim 26,
And wire-bonding ends of the copper plate and the ends of the first and second microelectrodes, respectively. 제18항에 있어서,
상기 제1 미소전극은 1개, 상기 제2 미소전극은 5개의 전극 쌍으로 이루어진 것을 특징으로 하는 바이오 장치의 제조방법.19. The method of claim 18,
The first microelectrode is one, the second microelectrode is a manufacturing method of a bio device, characterized in that consisting of five electrode pairs. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항의 바이오 장치를 이용한 신경세포 성장 및 감지방법에 있어서,
세포체를 상기 제1 챔버 내에 주입시키는 단계;
상기 제1 미소전극을 이용하여 상기 세포체에 전기자극을 가하는 단계;
상기 제2 미소전극을 이용하여 상기 축삭돌기의 성장을 감지하는 단계;
상기 제2 미소전극을 이용하여 상기 축삭돌기의 말단에 전기자극을 가하는 단계;
상기 제2 미소전극의 전기자극을 통해 성장된 상기 축삭돌기에 면역 염색법을 이용하여 상기 제2 미소전극으로부터 상기 축삭돌기의 생물학적 반응을 감지하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경세포 성장 및 감지방법.

In the method of growing and detecting neurons using the bio-device of any one of claims 1 or 2,
Injecting a cell body into said first chamber;
Applying electrical stimulation to the cell body using the first microelectrode;
Sensing the growth of the axon projection using the second microelectrode;
Applying an electrical stimulus to an end of the axon projection using the second microelectrode;
Sensing a biological response of the axons from the second microelectrode by using an immunostaining method on the axons grown through the electrical stimulation of the second microelectrode;
Neuronal cell growth and detection method comprising a.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150042316A (en) * 2013-10-10 2015-04-21 재단법인대구경북과학기술원 Monitering and control system for cultivating cell in sample using microfluidic channel device
CN105147280A (en) * 2015-06-13 2015-12-16 深圳市前海安测信息技术有限公司 Flexible neural microelectrode array with hollow projection structure and manufacturing method thereof
RU2621841C1 (en) * 2016-06-08 2017-06-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Method for stimulation of electrovibrary neuronal cells
KR20230037900A (en) * 2021-09-10 2023-03-17 서강대학교산학협력단 Microelectrode chip for efficient differentiation of neural stem cells and nerve regeneration method using the same

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