KR20170087096A - Manufacturing method of invasive bio device for diagnosis and therapy, and thereof bio device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법 및 그 방법으로 제조된 생체소자에 관한 것으로, 일상 생활에서 피부에 부착한 상태로 실시간 체내에 존재하는 이온 및 생물학적 인자 모니터링, 그리고 특정 질병 인자가 감지 되었을때, 그 질병에 맞는 약물 방출이 가능한 침습형 생체소자의 제조방법을 제공하고, 체내 조직 및 기관을 구성하는 세포의 사멸을 일으키지 않은 상태로 침습이 가능한 수직형의 마이크로 니들, 나노선 및 마이크로 기둥 및 나노선의 이중 구조를 기반으로 하는 생체소자의 제조방법과 그 방법으로 제조되는 생체 소자를 제공한다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing an invasive biological device for diagnosing and treating a probe and a biomedical device fabricated by the method. In particular, the present invention relates to a method for monitoring an ion and a biological factor present in a real- A method of manufacturing an invasive bioelement capable of releasing a drug suitable for the disease when the factor is detected, and a vertical type micro needle which can invade into a state without causing the death of cells constituting the internal organs and organs, And a biomedical device manufactured by the method. The present invention also provides a method of manufacturing a biomedical device based on a double structure of a micropillar and a nanowire.

Description

진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법 및 그 방법으로 제조된 생체소자{MANUFACTURING METHOD OF INVASIVE BIO DEVICE FOR DIAGNOSIS AND THERAPY, AND THEREOF BIO DEVICE} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of manufacturing an invasive type biosensor for a diagnosis and a treatment probe, and a biosensor manufactured by the method.

본 발명은 생체 소자 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우리 몸의 질병을 야기 시키는 인자 감지 및 그 질병의 치료를 위한 약물 방출이 가능한 탐침 구조를 기반으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법 및 그 방법으로 제조된 생체소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a biomedical device, and more particularly, to a method of manufacturing a biomedical device, which is capable of detecting a factor causing disease of the body and capable of releasing a drug for the treatment of the disease, Device manufacturing method and a biomedical device manufactured by the method.

최근 고령화되고 있는 사회에서 국민 건강복지 증진을 위해서는 지속적인 건강 모니터링 기술의 중요성이 그 어느 때보다 더 커지고 있으며, 치료뿐만 아니라 실시간 또는 조기 진단을 통해 예방하는 방법을 강구하는 것은 사회적으로도 매우 중요한 과제이다.In an aging society, the importance of continuous health monitoring technology is growing more important than ever in order to promote the public health welfare, and it is very important for society to take measures to prevent it through real-time or early diagnosis as well as treatment .

이와 같은 과제를 해결하기 위한 방법 중 하나로, 생체 소자(bio device)를 이용하는 방법이 주목받고 있으며, 이러한 방법이 의학적으로 보다 더 활발하게 채택되고 있다.As a method for solving such a problem, a method of using a bio device has been attracting attention, and such a method has been actively adopted more medically.

상술한 생체 소자를 이용한 조기 진단 및 치료를 통한 예방이라 함은 일반적으로 절개술 이후 조직의 막(membrane) 부위에 부착하여 생체 소자에 결합 또는 담지한 약물을 방출하여 질병을 치료하거나, 그 부분 또는 세포외 기질(extracellular matrix)를 통해 세포 신호(cell signaling)를 감지하여 진단하는 것을 말한다.The term " prevention through early diagnosis and treatment using a biomedical device " refers generally to a method of treating a disease by releasing a drug bound or supported on a biomolecule by attaching to a membrane part of a tissue after an incision, It refers to the detection and diagnosis of cell signaling through an extracellular matrix.

지금까지 일반인들에게 널리 알려진 생체 소자는 체외에 부착 및 밴드형태로 둘러 온도나 압력 등의 물리적 변화만을 감지하는 기능을 보유하고 있으며, 실제 체내에서 발생하는 이온 및 생물학적 인자를 감지하는 생체 소자는 널리 알려지지 않은 실정이다.Until now, biomolecules, widely known to the general public, have the function of attaching to the outside of the body and detecting only physical changes such as temperature and pressure in a band form, and biomolecules that detect ions and biological factors occurring in the body are widely It is unknown.

한편, 상기 제시한 세포 신호를 미세하게 감지하기 위한 생체 소자들이 개발되고 있는데, 대표적인 것은 하나의 현미침(microneedle)을 인체조직 또는 미세하게는 세포외 기질에 삽입하고 나머지 하나는 같은 부위의 인체조직 또는 미세한 측정을 원할 때에는 세포 내부에 삽입하여 그 속에 존재하는 이온 및 생물학적 인자에 의한 감지된 세포 신호를 통하여 진단을 하는 것이다.On the other hand, biomedical devices have been developed for the fine detection of the above-described cell signals. Typically, one microneedle is inserted into a human tissue or a micro-extracellular matrix, and the other one is a human tissue Or when it is desired to perform microscopic measurement, it is inserted into a cell and diagnosed through a cell signal detected by ions and biological factors present therein.

그러나, 이러한 생체 소자는 마이크로 스케일 때문에 정밀 분석을 통한 조기 진단이 어려우며, 현미침에 의한 인체조직의 손상 및 좀 더 미세하게는 그 부위의 세포 사멸을 발생시킴으로써 염증에 의한 질병을 악화시키는 문제점을 안고 있다.However, such a biomolecule is difficult to perform early diagnosis through precise analysis because of microscale, and it causes a problem of tissue damage due to the micro-needle, and more finely cell death of the site, thereby exacerbating diseases caused by inflammation have.

또한, 어느 부위의 인체조직이냐에 따라 절개술을 필요로 하는 경우가 있기 때문에 치료의 단계가 늘어나 수술 담당자들의 노동시간 증가는 물론이고, 절개술에 의한 환자의 고통 및 그로 인한 상처가 남아서, 육체적인 고통뿐만 아니라 정신적인 고통도 느껴야 하며, 경제적인 손실도 큰 이유로 아직까지 대중화되지 못하고 있는 상황에 있다.In addition, since the incision is required depending on the part of the human body tissue, the number of treatment steps is increased, and not only the working time of the operation staff increases but also the patient's pain due to the incision and the wound caused thereby, In addition, there is a feeling of mental suffering and economic losses that are not yet popularized for a reason.

그리고 특정 질병의 조기 진단 및 치료를 위한 이온 및 생물학적 인자 감지용 생체 소자에는 화학적 방법인 항원항체반응(antigen-antibody reaction)법뿐만 아니라 다양한 결합 방법을 이용하여 펩타이드 및 약물 등을 생체 소자에 결합하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 이러한 펩타이드 등은 생체 소자를 구성하고 있는 회로 및 전극에 불규칙적으로 결합해 덮고 있어 인체 조직 및 그것을 구성하고 있는 세포 및 생물학적 인자의 전기신호를 감지하기 어렵다는 단점이 있다.Biological devices for detecting ion and biological factors for early diagnosis and treatment of a specific disease include a method of binding a peptide and a drug to a biomolecule using various chemical bonding methods such as an antigen-antibody reaction method Research is actively underway. However, such peptides and the like are irregularly bound to the circuit and the electrodes constituting the bioelectronic element, and thus they are disadvantageous in that it is difficult to detect the electrical signals of the human tissue and the cells and biological factors constituting it.

따라서, 인체 조직의 부위에 상관없이 환자의 치료를 위해 절개술 과정을 거치지 않을 뿐만 아니라 건강인의 조기 진단을 위하여 체외에서 인체 조직을 구성하는 세포 및 생물학적 인자를 감지할 수 있는 생체 소자가 필요하다.Accordingly, there is a need for a biomolecule capable of detecting cells and biological factors constituting human tissue in vitro for early diagnosis of a healthy person, as well as not performing an incision process for treatment of a patient regardless of a site of a human body tissue.

또한 절개술을 필요로 하는 단계에 접하더라도 목표 부위를 구성하는 세포가 살아있는 상태에서 세포외 기질뿐만 아니라, 세포 내부와 혈액에 존재하는 세포 및 이온, 생물학적 인자에 의해 비롯되는 미세한 전기신호를 감지하는 방법이 개발되어야 하고, 치료를 필요로 하는 체내 조직과 접하는 부위에 생체 소자 표면에 코팅되어 있는 약물의 방출 속도를 조절함으로써 치료 및 조기 진단에 필요한 펩타이드 및 약물 등을 원하는 곳에 결합시키는 기술도 개발되어야 한다.In addition, the method of detecting minute electrical signals caused by cells, ions, and biological factors existing in the inside of the cell and blood as well as the extracellular matrix in the state where the cells constituting the target site live, Should be developed and techniques for binding the peptides and drugs necessary for treatment and early diagnosis to the desired site should be developed by controlling the release rate of the drug coated on the surface of the biomolecule at a site in contact with the body tissue requiring treatment .

대한민국 공개특허공보 제10-2007-0086221호(공개일자: 2007년08월27일)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-0086221 (public date: August 27, 2007) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0094214호(공개일자: 2013년08월23일)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0094214 (public date: Aug. 23, 2013)

본 발명에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법 및 그 방법으로 제조된 생체소자는 다음과 같은 해결 과제를 가진다.A method for manufacturing an invasive biological element for a diagnostic and treatment probe according to the present invention and a bioelement manufactured by the method have the following problems.

첫째, 본 발명은 일상 생활에서 피부에 부착한 상태로 실시간 체내에 존재하는 이온 및 생물학적 인자 모니터링, 그리고 특정 질병 인자가 감지되었을 때, 그 질병에 맞는 약물 방출이 가능한 침습형 생체 소자의 제조방법을 제공하고자 함이다.First, the present invention relates to a method for monitoring an ion and a biological factor existing in the living body in a state of being attached to the skin in daily life, and a method for producing an invasive biological device capable of releasing a drug suitable for the disease when a specific disease factor is detected To provide.

둘째, 본 발명은 체내 조직 및 기관을 구성하는 세포의 사멸을 일으키지 않은 상태로 침습이 가능한 수직형의 나노선을 기반으로 하는 생체 소자의 제조방법과 그 방법으로 제조되는 생체 소자를 제공하고자 함이다.Secondly, the present invention provides a method of manufacturing a biodegradable element based on a vertical nanowire capable of invading into a state without causing death of cells constituting body tissues and organs, and a biodegradable element manufactured by the method .

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and method for controlling the same.

상술한 과제를 해결하고자 하는 본 발명의 제1 특징은 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법으로, (a) 기판에 마이크로 또는 나노 구조물을 형성하는 단계; (b) 기판 및 구조물 상부에 제1 절연막을 형성하는 단계; (c) 구조물에 도전성 재질을 코팅하고, 전극라인 패턴을 형성하는 단계; (d) 기판 및 구조물 상부에 제2 절연막을 형성하는 단계; (e) 구조물 상부에 제2 절연막을 식각하여 도전성 재질을 노출시키고 탐침부를 형성하는 단계; 및 (f) 탐침부에 질병원을 탐지하고 투약 가능한 생화학 물질로 구성된 선택적 투약부를 형성하는 단계를 포함한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an invasive biological device for diagnosing and treating a probe, comprising the steps of: (a) forming a micro or nano structure on a substrate; (b) forming a first insulating layer on the substrate and the structure; (c) coating the structure with a conductive material to form an electrode line pattern; (d) forming a second insulating film on the substrate and the structure; (e) etching a second insulating layer over the structure to expose the conductive material and form a probe; And (f) detecting a source of disease in the probe and forming an optional dosage unit comprised of a biochemical that can be dosed.

여기서, 상기 (a) 단계는, 기판에 적어도 두 개의 나노 탐침 구조물을 형성하는 단계인 것이 바람직하고, 상기 (a) 단계는, 기판에 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)를 증착하고, 액체 금속(liquid metal)을 증착하는 단계; 및 증착된 기판에 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 기법으로 적어도 2개의 나노선을 성장시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 (a) 단계는, 기판 상부에 Cr을 코팅하는 단계; 코팅된 기판에 집속 이온 빔(FIB: Focused Ion Beam) 기법을 이용하여 100 nm 내지 200 nm의 홀을 적어도 2개 형성하는 단계; 및 상기 홀에 VLS 법 또는 FIB 법을 이용하여 나노선을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the step (a) is a step of forming at least two nanoproblem structures on a substrate, and the step (a) is a step of depositing 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) Depositing a liquid metal; And growing at least two nanowires on a vapor-deposited substrate by a Vapor-Liquid-Solid (VLS) technique, wherein the step (a) comprises: coating Cr on the substrate; Forming at least two holes of 100 nm to 200 nm on a coated substrate using a focused ion beam (FIB) technique; And forming a nanowire in the hole using a VLS method or a FIB method.

또한, 상기 (a) 단계는, 기판에 일부를 식각하여 적어도 2개의 마이크로 구조물을 형성하는 단계인 것이 바람직하고, 상기 (a) 단계는, 기판에 Al 및 Si의 그룹에 속하는 재질 중 어느 하나를 증착하고, 고종횡비 반응성 이온 식각(DIRE) 공정을 통해 선택적으로 식각하여 적어도 두 개의 마이크로 기둥을 형성하는 단계; 및 마이크로 기둥 상단을 습식식각 공정 또는 이방성-등방성 다중 루프 식각 공정으로 마이크로 니들 구조로 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the step (a) is a step of forming at least two microstructures by etching a part of the substrate, and the step (a) is a step of forming any one of materials belonging to the group of Al and Si Depositing and selectively etching at least two micro pillars through a high aspect ratio reactive ion etching (DIRE) process; And forming the top of the micropillar into a microneedle structure by a wet etching process or an anisotropic multiple loop etching process.

더하여, 상기 (b) 단계에서, 구조물이 형성된 기판에 화학기상증착법으로 SiO2 또는 Al2O3를 재질로 하는 제1 절연막을 형성하는 단계인 것이 바람직하고, 상기 (c) 단계는, 스퍼터링법으로 구조물을 Au, Ag, Cu 및 Pt의 그룹에 속하는 재질 중 어느 하나를 코팅하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the step (b), it is preferable to form a first insulating film made of SiO 2 or Al 2 O 3 by chemical vapor deposition on the substrate on which the structure is formed, and the step (c) It is preferable that the structure includes a step of coating any one material belonging to the group of Au, Ag, Cu and Pt.

상기 (d) 단계는, 상기 기판 및 구조물 상부에 화학기상증착법으로 SiO2 또는 Al2O3를 재질로 하는 제2 절연막을 형성하는 단계인 것이 바람직하고, 상기 (a) 단계는, 지름이 100 nm 내지 300 nm 이고, 높이가 3 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 나노 구조물을 기판에 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 (a) 단계는, 지름이 20 ㎛ 내지 400 ㎛ 이고, 높이가 50 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 인 마이크로 구조물을 기판에 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In the step (d), a second insulating layer made of SiO 2 or Al 2 O 3 is formed on the substrate and the structure by chemical vapor deposition, and the step (a) nm to 300 nm and a height of 3 占 퐉 to 10 占 퐉 on a substrate, and the step (a) preferably includes a step of forming a nanostructure having a diameter of 20 占 퐉 to 400 占 퐉 and a height of 50 占 퐉 And forming a microstructure having a thickness of 1,000 占 퐉 on the substrate.

또한, 상기 (f) 단계에서, 상기 선택적 투약부는, 마이크로 구조물 최상단 또는 나노 구조물 측면에 결합되는 것으로, 질병원을 탐지하기 위한 스페이서와 표적 잔기(targeting residue)로 구성된 탐지부; 및 스페이서와 약물로 구성된 약물 전달부를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 스페이서는 생분해성 고분자를 재질로 하는 것이 바람직하다.In addition, in the step (f), the selective administration part may be coupled to a top surface of the micro structure or a side surface of the nanostructure, the detection part comprising a spacer for detecting a disease source and a targeting residue. And a drug delivery portion composed of a spacer and a drug, and the spacer is preferably made of a biodegradable polymer.

그리고, 본 발명의 제2 특징은 (a) 기판을 식각하여 마이크로 기둥을 형성하는 단계; (b) 상기 마이크로 기둥 상단에 나노 구조물을 형성하는 단계; (c) 기판, 마이크로 기둥 및 나노 구조물 상부에 제1 절연막을 형성하는 단계; (d) 마이크로 기둥 및 나노 구조물에 도전성 재질을 코팅하고, 전극라인 패턴을 형성하는 단계; (e) 기판, 마이크로 기둥 및 나노 구조물 상부에 제2 절연막을 형성하는 단계; (f) 구조물 상부에 제2 절연막을 식각하여 도전성 재질을 노출시키고 탐침부를 형성하는 단계; 및 (g) 탐침부에 질병원을 탐지하고 투약 가능한 생화학 물질로 구성된 선택적 투약부를 형성하는 단계를 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (a) etching a substrate to form a micropillar; (b) forming a nanostructure on top of the micropillar; (c) forming a first insulating layer on the substrate, the micropillar, and the nanostructure; (d) coating a conductive material on the micro-pillars and the nanostructures and forming an electrode line pattern; (e) forming a second insulating film on the substrate, the micropillar, and the nanostructure; (f) etching a second insulating layer over the structure to expose the conductive material and form a probe; And (g) detecting a source of disease in the probe and forming an optional dosage unit comprised of a biochemical that can be dosed.

여기서, 상기 (a) 단계는, 기판에 Al 및 Si의 그룹에 속하는 재질 중 어느 하나를 증착하고, 고종횡비 반응성 이온 식각(DIRE) 공정을 통해 선택적으로 식각하여 적어도 두 개의 마이크로 기둥을 형성하는 단계; 및 마이크로 기둥 상단을 습식식각 공정 또는 이방성-등방성 다중 루프 식각 고정으로 마이크로 니들 구조로 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In the step (a), at least two micro pillars are formed by depositing any one material belonging to the group of Al and Si on the substrate and selectively etching through a high aspect ratio reactive ion etching (DIRE) process ; And forming a micro-needle structure by a wet etching process or an anisotropic-isotropic multi-loop etching process.

또한, 상기 (b) 단계는, 기판에 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)를 증착하고, 액체 금속(liquid metal)을 증착하는 단계; 및 증착된 기판에 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 기법으로 적어도 2개의 나노선을 성장시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 (b) 단계는, 기판 상부에 Cr을 코팅하는 단계; 코팅된 기판에 집속 이온 빔(FIB: Focused Ion Beam) 기법을 이용하여 100 nm 내지 200 nm의 홀을 적어도 2개 형성하는 단계; 및 상기 홀에 VLS 법 또는 FIB 법을 이용하여 나노선을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The step (b) may further include: depositing 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) on the substrate and depositing a liquid metal; And growing at least two nanowires on a vapor-deposited substrate by a Vapor-Liquid-Solid (VLS) technique, wherein the step (b) comprises: coating Cr on the substrate; Forming at least two holes of 100 nm to 200 nm on a coated substrate using a focused ion beam (FIB) technique; And forming a nanowire in the hole using a VLS method or a FIB method.

더하여, 상기 (a) 단계는, 지름이 20 ㎛ 내지 400 ㎛ 이고, 높이가 50 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 인 마이크로 기둥을 기판에 형성하는 단계인 것이 바람직하고, 상기 (b) 단계는, 지름이 100 nm 내지 300 nm 이고, 높이가 3 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 나노 구조물을 기판에 형성하는 단계인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the step (a) is a step of forming a micropillar having a diameter of 20 탆 to 400 탆 and a height of 50 탆 to 1,000 탆 on a substrate, and the step (b) To 300 nm, and a height of 3 탆 to 10 탆, on the substrate.

상기 선택적 투약부는, 마이크로 기둥 또는 나노 구조물 측면에 결합되는 것으로, 질병원을 탐지하기 위한 스페이서와 표적 잔기(targeting residue)로 구성된 탐지부; 및 스페이서와 약물로 구성된 약물 전달부를 포함하는 것이 바람직하다.The selective dosing unit may include a detection unit coupled to a micropillar or a nanostructure side and configured with a spacer and a targeting residue for detecting a disease source; And a drug delivery portion composed of a spacer and a drug.

그리고, 본 발명의 제3 특징은 상술한 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자를 그 특징으로 한다.A third aspect of the present invention is directed to an invasive biodegradable element for a diagnostic and treatment probe, which is manufactured by the above-described method.

본 발명에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법 및 그 방법으로 제조된 생체소자는 다음과 같은 효과를 가진다.A method for manufacturing an invasive biological device for a diagnostic and treatment probe according to the present invention and a bioelement manufactured by the method have the following effects.

첫째, 본 발명은 간단한 제조방법으로, 진피층에 존재하는 세포 및 혈관에 접촉할 수 있어서 절개술 없이 체내에 존재하는 요소들을 감지할 수 있으며, 불가피하게 절개술 과정을 거쳐야 할 때, 체내에 존재하는 조직 및 기관을 구성하는 세포 및 혈관에 접할 수 있고, 나노 및 피코 단위의 범위까지 감지할 수 있는 침습형 생체 소자 제조방법 및 그 생체 소자를 제공한다.First, the present invention is a simple manufacturing method, which can contact cells and blood vessels existing in the dermal layer and thus can detect elements existing in the body without an incision, and inevitably, when an incision process is required, Provided is a method for manufacturing an invasive biological device capable of contacting cells and blood vessels constituting an organ, and capable of detecting nano and pico units.

둘째, 본 발명은 침습형 생체 소자 제조방법에 있어서, 센서 소자로서 전도성을 갖는 나노선 및 마이크로 기둥에 대한 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있는 제조방법을 제공한다.Secondly, the present invention provides a manufacturing method capable of widening selection of materials for nanowires and micro pillars having conductivity as a sensor element in the method of manufacturing an invasive type biodegradable element.

셋째, 본 발명은 체외뿐만 아니라 체내에 사용되었을 때, 거부반응 등 부작용을 일으키지 않는 생체 적합성을 고려하여 피부 및 체내 조직 및 기관 그리고 그들을 구성하는 세포에 무리 없이 사용 가능한 침습형 생체 소자 제조방법 및 그 생체 소자를 제공한다.Thirdly, the present invention relates to a method for manufacturing an invasive type biodegradable device which can be used without difficulty in the skin and tissues and organs and the cells constituting them, taking into account the biocompatibility that does not cause side effects such as rejection when used in the body as well as outside the body. Thereby providing a living body element.

넷째, 본 발명은 생체 소자의 형태를 갖추고 있는 마이크로 기둥 및 나노선에 질병의 조기 진단 및 예방을 위한 고분자 물질 및 치료를 위한 약물을 결합시키는 방법을 사용하여 환자뿐만 아니라 건강인에게도 적용 가능한 침습형 생체 소자 제조 방법 및 그 생체 소자를 제공한다.Fourthly, the present invention relates to a method for binding a polymer substance and a drug for treatment for early diagnosis and prevention of diseases to micro pillars and nanowires having a form of a biodegradable element, A method of manufacturing a living body element and a living body element thereof are provided.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2는 나노선 탐침 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법의 공정 모식도이다.
도 3은 마이크로 기둥 탐침 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법의 공정 모식도이다.
도 4는 마이크로 기둥 및 나노선 탐침 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법의 공정 모식도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart of a method for manufacturing an invasive biological device for a diagnostic and treatment probe according to an embodiment of the present invention.
2 is a process schematic diagram of a method for manufacturing an invasive biodegradable element for a diagnostic and treatment probe according to an embodiment of the present invention having a nanowire probe structure.
FIG. 3 is a process schematic diagram of a method for manufacturing an invasive biological device for a diagnostic and treatment probe according to an embodiment of the present invention having a micropillar probe structure.
4 is a process schematic diagram of a method for manufacturing an invasive biological device for a diagnostic and treatment probe according to an embodiment of the present invention having a micropillar and a nanowire probe structure.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / It does not exclude the existence or addition of a group.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법은, (a) 기판에 마이크로 또는 나노 구조물을 형성하는 단계; (b) 기판 및 구조물 상부에 제1 절연막을 형성하는 단계; (c) 구조물에 도전성 재질을 코팅하고, 전극라인 패턴을 형성하는 단계; (d) 기판 및 구조물 상부에 제2 절연막을 형성하는 단계; (e) 구조물 상부에 제2 절연막을 식각하여 도전성 재질을 노출 시키고 탐침부를 형성하는 단계; 및 (f) 탐침부에 질병원을 탐지하고 투약 가능한 생화학 물질로 구성된 선택적 투약부를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart of a method for manufacturing an invasive biological device for a diagnostic and treatment probe according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a method for manufacturing an invasive biological device for a diagnostic and treatment probe according to an embodiment of the present invention includes the steps of: (a) forming a micro or nano structure on a substrate; (b) forming a first insulating layer on the substrate and the structure; (c) coating the structure with a conductive material to form an electrode line pattern; (d) forming a second insulating film on the substrate and the structure; (e) etching a second insulating layer over the structure to expose the conductive material and form a probe; And (f) detecting a source of disease at the probe and forming an optional dosage unit comprised of a biochemical that can be dosed.

이와 같이, 본 발명의 실시예는 일상 생활에서 피부에 부착한 상태로 실시간 체내에 존재하는 이온 및 생물학적 인자 모니터링, 그리고 특정 질병 인자가 감지 되었을 때, 그 질병에 맞는 약물 방출이 가능한 침습형 생체소자의 제조방법을 제안하고, 체내 조직 및 기관을 구성하는 세포의 사멸을 일으키지 않은 상태로 침습이 가능한 수직형의 마이크로 기둥, 나노선 및 이 두 가지 형태에 의한 이중 구조를 기반으로 하는 생체소자의 제조방법과 그 방법으로 제조되는 생체 소자를 제안한다.As described above, the embodiment of the present invention provides a method for monitoring ions and biological factors present in the living body in a state of being attached to the skin in daily life, and a method for monitoring the presence of a specific disease factor, And manufacturing a biomolecule based on a vertical micropillar, a nanowire, and a dual structure by these two types, which can invade into a state without causing the death of cells constituting the internal organs and organs, And a biomedical device manufactured by the method are proposed.

이하의 본 발명의 실시예는 마이크로 탐침 구조물을 갖는 침습형 생체소자, 나노 탐침 구조물을 갖는 침습형 생체소자 및 마이크로 기둥 및 나노선의 이중 구조의 침습형 생체소자의 제조방법을 예시한다.The embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein: FIG. 1 is a perspective view of a biosensor according to a first embodiment of the present invention;

도 2는 나노선 탐침 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법의 공정 모식도이고, 도 3은 마이크로 기둥 탐침 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법의 공정 모식도이고, 도 4는 마이크로 기둥 및 나노선 탐침 구조의 이중 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법의 공정 모식도이다.FIG. 2 is a schematic diagram of a process for manufacturing an invasive bioelement for a diagnostic and treatment probe according to an embodiment of the present invention having a nanowire probe structure. FIG. And FIG. 4 is a schematic view illustrating a method of manufacturing an invasive biological device for a diagnostic and therapeutic probe according to an embodiment of the present invention having a dual structure of a micropillar and a nanowire probe structure Fig.

여기서, 본 발명의 실시예에서 탐침 구조물로 형성하는 나노구조체인 나노선(nanowire)은 머리카락 모양의 나노물질로 직경은 20 ~ 100 nm 급이나, 길이는 수 μm 정도 되어 높은 고종횡비를 갖는 것이 특징이다. 일반적으로 나노선은 양자효과에 근거한 새로운 물리적, 화학적 성질 및 우수한 전기적, 광학적, 자기적 특성이 나타나기 때문에 바텀업(bottom-up) 방식의 반도체 나노 소재 소자 구현에 있어 가장 유망한 기본단위(building blocks)로 널리 인정받고 있다는 점에서 생체소자의 탐침 구조물로 적합하다.In the embodiment of the present invention, a nanowire as a nanostructure formed of a probe structure is a hair-like nanomaterial having a diameter of 20 to 100 nm, but has a high aspect ratio of about several micrometers in length to be. In general, nanowires are the most promising building blocks in the implementation of bottom-up semiconductor nanomaterial devices because they exhibit new physical and chemical properties based on quantum effects and excellent electrical, optical and magnetic properties. Which is suitable for probe structures of biomedical devices.

또한, 나노선은 결함이 없는 완벽한 단결정성 기판의 영향을 받지 않는 독립된(free-standing) 특성이 용이한 소자 구성으로 인해 재료가 갖고 있는 원천 특성을 이해하는데 가장 이상적인 재료 시스템이다. 특히, 나노선은 그 직경이 수십 nm 급이며, 길이가 수 μm의 종횡비가 큰 구조를 갖기 때문에, 세포의 전극으로 이용될 경우, 기존의 μm나 mm 크기의 생체 소자가 갖는 단점을 극복할 수 있다.In addition, nanowires are the ideal material system for understanding the source properties of materials due to their free-standing characteristics, which are free from defect-free, monocrystalline substrates. Particularly, since nanowires have a diameter of several tens nm and a length of several microns, they can overcome disadvantages of conventional micrometer or millimeter size biomolecules when used as a cell electrode have.

더하여, 이러한 형태 및 크기를 갖는 수직형 나노선이 있는 생체 소자는 일반적으로 알려져 있는 우리 몸과 약물이 교류하는 방법 세 가지, 1) 체내 기관 및 세포, 조직 사이의 공간 순환에 의한 약물 전달 및 2) 세포 표면에 존재하는 막 수용체와 약물의 결합, 3) 세포내에 존재하는 기질 부위로의 약물 전달 방법에 모두 적용할 수 있는 큰 장점이 있다.In addition, biomaterials with vertical nanowires of this type and size have three common ways of interacting with our bodies: 1) drug delivery by spatial circulation between body organs and cells, and 2) ) Binding of a membrane receptor and a drug present on the surface of a cell, and 3) drug delivery to a substrate part existing in a cell.

이하에서 보다 구체적으로 도면을 참조하여 제조 공정의 실시예를 살펴보면, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법은, (a) 기판에 나노 구조물을 형성하는 단계; (b) 기판 및 구조물 상부에 제1 절연막을 형성하는 단계; (c) 구조물에 도전성 재질을 코팅하고, 전극라인 패턴을 형성하는 단계; (d) 기판 및 구조물 상부에 제2 절연막을 형성하는 단계; (e) 구조물 상부에 제2 절연막을 식각하여 도전성 재질을 노출시키고 탐침부를 형성하는 단계; 및 (f) 탐침부에 질병원을 탐지하고 투약 가능한 생화학 물질로 구성된 선택적 투약부를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.1 and 2, a method for fabricating an invasive biological device for a diagnostic and treatment probe according to an embodiment of the present invention includes the steps of (a ) Forming a nanostructure on a substrate; (b) forming a first insulating layer on the substrate and the structure; (c) coating the structure with a conductive material to form an electrode line pattern; (d) forming a second insulating film on the substrate and the structure; (e) etching a second insulating layer over the structure to expose the conductive material and form a probe; And (f) detecting a source of disease at the probe and forming an optional dosage unit comprised of a biochemical that can be dosed.

여기서, (a) 단계는 기판에 적어도 두 개의 나노 탐침 구조물을 형성하는 단계인 것이 바람직한데, 이는 적어도 하나의 쌍으로 나노 탐침 구조물을 형성함으로써, 외부의 전원 또는 회로와 연결하여 하나의 전극의 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 한 쌍의 전극 사이에 다양한 생체신호를 형성하는 생체회로와의 연결 전극으로도 기능할 수 있기 때문이다.In this case, it is preferable that step (a) is a step of forming at least two nanostructured structures on a substrate. By forming at least one pair of nanostructured structures, the nanostructured structure can be connected to an external power source or circuit, And also functions as a connection electrode to a living body circuit that forms various biological signals between a pair of electrodes.

보다 구체적인 실시예로서, (a) 단계는, 기판에 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES: 3-aminopropyl triethoxysilane)을 증착하고, 골드 나노클러스터(gold nanoclusters)와 같은 액체 금속(liquid metal)을 증착하고, 증착된 기판에 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 기법으로 적어도 2개의 나노선을 성장시키는 공정을 수행하여 나노 탐침 구조물을 형성할 수 있다.In a more specific embodiment, step (a) comprises depositing 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES) on a substrate and depositing a liquid metal such as gold nanoclusters And a process of growing at least two nanowires on a deposited substrate using a Vapor-Liquid-Solid (VLS) technique to form a nano probe structure.

여기서 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)을 증착하는 것은, 양(+) 전하를 띠는 친수성 분자막(APTES)을 코팅 또는 증착함으로써, 실리콘 나노선이 잘 분산된 용액을 만들기 용이하고, 분산된 나노선 용액을 이용하여 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 기법 등으로 실리콘 나노선을 기판의 원하는 위치에 형성하기가 용이해 지기 때문이다.The deposition of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) is performed by coating or depositing a hydrophilic molecular film (APTES) having a positive electric charge on the surface, This is because it is easy to form a silicon nanowire at a desired position on a substrate by using a dispersed nanowire solution and a Vapor-Liquid-Solid (VLS) technique.

또한, 액체 금속(liquid metal)을 사용하는 것은 VLS 기법의 단순한 공정으로서, 나노선(nanowire) 성장에 용이하기 때문이다.In addition, the use of liquid metal is a simple process of the VLS technique because it is easy to grow nanowires.

또 다른 실시예로서, (a) 단계는, 기판 상부에 Cr을 코팅하는 단계와, 코팅된 기판에 집속 이온 빔(FIB: Focused Ion Beam) 기법을 이용하여 지름이 100 nm 내지 200 nm의 홀을 적어도 2개 형성하는 단계와, 액체 금속(liquid metal)을 사용하는 경우 상기 홀에 VLS 법 또는 Si, Au 및 Pt의 그룹에 속하는 재질을 사용하는 경우 FIB 법을 이용하여 나노선을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In another embodiment, step (a) includes: coating Cr on the substrate; forming a hole having a diameter of 100 nm to 200 nm on the coated substrate using a focused ion beam (FIB) technique; Forming a nanowire using a FIB method when a VLC method or a material belonging to a group of Si, Au, and Pt is used in the hole when a liquid metal is used; And the like.

즉, VLS 기법으로 직접 나노선을 성장시키는 실시예와 달리, 보다 정밀한 나노선을 형성하기 위해 집속 이온빔 방법으로 홀을 형성하고, 이 홀에 VLS 법 또는 FIB 법을 이용하여 나노선을 형성하는 방법을 제안한다.That is, unlike the embodiment in which a direct nanowire is grown by the VLS technique, a hole is formed by a focused ion beam method to form a more precise nanowire, and a nanowire is formed by using the VLS method or the FIB method in the hole .

그리고, 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 마이크로 기둥 탐침 구조물을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법은, (a) 기판에 마이크로 구조물을 형성하는 단계; (b) 기판 및 구조물 상부에 제1 절연막을 형성하는 단계; (c) 구조물에 도전성 재질을 코팅하고, 전극라인 패턴을 형성하는 단계; (d) 기판 및 구조물 상부에 제2 절연막을 형성하는 단계; (e) 구조물 상부에 제2 절연막을 식각하여 도전성 재질을 노출시키고 탐침부를 형성하는 단계; 및 (f) 탐침부에 질병원을 탐지하고 투약 가능한 생화학 물질로 구성된 선택적 투약부를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.As shown in FIGS. 1 and 3, a method for manufacturing an immersion type biodechanical device for a diagnostic and treatment probe according to an embodiment of the present invention having a micropillar probe structure includes the steps of: (a) forming a microstructure on a substrate; ; (b) forming a first insulating layer on the substrate and the structure; (c) coating the structure with a conductive material to form an electrode line pattern; (d) forming a second insulating film on the substrate and the structure; (e) etching a second insulating layer over the structure to expose the conductive material and form a probe; And (f) detecting a source of disease at the probe and forming an optional dosage unit comprised of a biochemical that can be dosed.

보편적으로 마이크로 단위에서는 마크로 단위에서 현상을 지배하던 체적(중력 및 관성력)에 작용하는 힘은 상대적으로 작아지고, 매크로 단위에서 무시할 수 있었던 표면적에 작용하는 힘(마찰력 및 표면장력)은 크게 현상을 지배한다. 이때 영향을 주는 구조로서 마이크로 기둥(micropillar)이 다양한 분야에 많이 사용하고 있는데, 이에 본 발명의 실시예에서는 탑다운(top-down) 방식 중 고종횡비 반응성 이온 식각(DRIE; deep reactive ion etching) 공정으로 마이크로 구조물 또는 마이크로 기둥을 형성하는 것을 제안한다.In general, the force acting on the volume (gravity and inertia force) that dominated the phenomenon in macro units is relatively small, and the force (friction force and surface tension) acting on the surface area that can be ignored in macro units is largely dominant do. Micro pillars are widely used in various fields as a structure that affects at this time. Accordingly, in the embodiment of the present invention, the top-down type high reactive ion etching (DRIE) process To form microstructures or micro pillars.

즉 본 발명의 실시예에서는 상술한 공정 방법으로 20 ~ 400 μm의 지름 또는 한 변의 길이로 약 50 ~ 1,000 μm의 높이를 갖는 마이크로 기둥을 제조하고, 이 마이크로 탐침구조를 통해 절개술 과정을 거치지 않고, 체내의 살아있는 세포 및 혈액이 존재하는 진피층까지 침습이 필요한 생체소자에 적용할 수 있다. 또한 체내 특정 기관에 적용해야 할 경우에는 절개술 과정을 거치고 공기 중에 드러나는 기관 외벽이 아닌 기관 내부에 존재하는 세포 및 혈액이 존재하는 층까지 침습이 필요한 생체소자에 적용할 수 있게 된다.That is, in the embodiment of the present invention, a micropillar having a diameter of 20 to 400 μm or a height of about 50 to 1,000 μm with a length of one side is manufactured by the above-described process method, The present invention can be applied to a living body cell in which live cells and a dermal layer in which blood exists. In addition, when it is applied to a specific organ in the body, it can be applied to a biomedical device that requires an invasion to a cell existing in the inside of the organ and a layer in which blood exists, rather than an outer wall of the organ exposed in the air through an incision process.

그리고, 우리 몸의 어떠한 부위 또는 성별, 나이에 따라서 피부의 두께 및 인장력이 다르기 때문에, DRIE 공정으로 준비된 마이크로 기둥으로는 침습이 불가능한 부위는 습식식각(wet etching) 공정 단계를 추가로 진행하여 끝이 뾰족한 형태로 제작하여 침습을 용이하게 할 수 있다.Since the thickness and tensile strength of skin are different depending on any part or sex or age of the body, the micro pillars prepared by the DRIE process can not be invaded by the wet etching process. It can be made into a pointed shape to facilitate invasion.

보다 구체적인 실시예로서, (a) 단계는, 기판에 일부를 식각하여 적어도 2개의 마이크로 구조물을 형성하는 단계인 것이 바람직하다. 즉, 기판에 Al 및 Si의 그룹에 속하는 재질 중 어느 하나를 증착하고, 고종횡비 반응성 이온 식각(DIRE: Deep Reactive Ion Etching) 공정을 통해 선택적으로 식각하여 적어도 두 개의 마이크로 기둥을 형성하고, 마이크로 기둥 상단을 습식식각 공정 또는 이방성-등방성 다중 루프 식각 공정으로 마이크로 니들 구조로 형성하는 것이 바람직하다.As a more specific embodiment, it is preferable that step (a) is a step of forming at least two microstructures by partially etching the substrate. That is, any one of materials belonging to the group of Al and Si is deposited on the substrate and selectively etched through a high aspect ratio reactive ion etching (DIRE) process to form at least two micro pillars, It is preferable that the top is formed into a micro needle structure by a wet etching process or an anisotropic-isotropic multiple loop etching process.

이처럼 마이크로 기둥 구조의 상단을 이방성-등방성 다중 루프 식각 공정으로 마이크로 니들 구조를 형성하는 것은, 체외뿐만 아니라 체내에 사용되었을 때, 거부반응 등 부작용을 일으키지 않는 생체 적합성을 고려하여 피부 및 체내 조직 및 기관 그리고 그들을 구성하는 세포에 무리 없이 사용 가능한 침습형 생체소자로서의 기능을 수행하기 위함이다.The formation of the microneedle structure by the anisotropic-isotropic multi-loop etching process at the upper end of the micropillar structure can be achieved not only in vitro but also in the body, considering the biocompatibility that does not cause side effects such as rejection reaction, And functions as an invasive biosensor that can be used without difficulty in the cells constituting them.

그리고, 도 2 및 도 3에 예시된 실시예에 공통적으로 적용되는 제1 절연막 및 제2 절연막을 형성하는 단계((b)단계 및 (d) 단계)는 구조물이 형성된 기판에 화학기상증착법으로 SiO2 또는 Al2O3를 재질로 하는 절연막을 형성하는 것이 바람직하고, 전극 및 전극라인 패턴을 형성하는 단계((c) 단계)는 스퍼터링법으로 구조물 및 전극라인 패턴을 Au, Ag, Cu 및 Pt의 그룹에 속하는 재질 중 어느 하나를 재질로 하여 코팅하는 것이 바람직하다.The steps (b) and (d) of forming the first insulating layer and the second insulating layer, which are commonly applied to the embodiments illustrated in FIGS. 2 and 3, 2, or Al 2 O 3. In the step (c) of forming the electrode and the electrode line pattern, the structure and the electrode line pattern are formed by sputtering using Au, Ag, Cu, and Pt It is preferable that one of the materials belonging to the group of < RTI ID = 0.0 >

이처럼, 도전성 물질로 전극 및 전극라인 패턴을 형성하는 것은, 침습형 생체소자의 마이크로 또는 나노 탐침 구조물이 하나의 전극으로 기능을 수행하고, 다양한 소자로서의 기능을 수행하기 위한 외부회로 또는 외부장치와의 연결을 용이하게 하고, 생체신호의 모니터, 진단 및 치료를 위한 생체소자 등 다양한 바이오 소자로 활용하기 위함이다.The electrode and the electrode line pattern are formed of a conductive material as described above. That is, when the micro or nano probe structure of the biosensor of the invasive type functions as one electrode and functions as an external circuit or an external device Facilitates connection, and is utilized as a variety of bio-devices such as biomedical devices for monitoring, diagnosis, and treatment of biological signals.

그리고, 도 2에서 예시한 나노 구조물은 지름이 100 nm 내지 300 nm 이고, 높이가 3 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 나노 구조물인 것이 바람직하고, 마이크로 구조물은 지름이 20 ㎛ 내지 400 ㎛ 이고, 높이가 50 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 인 마이크로 구조물인 것이 바람직하다.The nanostructure illustrated in FIG. 2 is preferably a nanostructure having a diameter of 100 nm to 300 nm and a height of 3 占 퐉 to 10 占 퐉. The microstructure has a diameter of 20 占 퐉 to 400 占 퐉 and a height of 50 占 퐉 Lt; RTI ID = 0.0 > um. ≪ / RTI >

이는 환자의 치료 및 건강인의 질병 조기 진단을 위해 절개술 과정 없이 생체 소자를 적용하기 위해서는 체외 감지가 가능한 구조가 필요한데, 우리 인체의 피부 구조는 각질층 10 ~ 20 μm 그리고 표피층 7 ~ 120 μm, 진피층 500 ~ 3,000 μm의 두께를 가지고 있어서 우리 몸을 구성하고 있는 세포 및 혈액 내 세포 및 이온, 생물학적 인자의 감지, 그리고 혈관을 통하여 약물을 전달시키기 위해서는 최소 500 μm 깊이로 진피층 침습이 가능한 구조의 소자가 필요하기 때문이다.In order to apply the biomedical device without the incision process for the patient's treatment and the early diagnosis of the disease, the body structure of the human body is required to be 10 ~ 20 μm in the stratum corneum, 7 ~ 120 μm in the skin layer, ~ 3,000 μm thickness, it is necessary to have a device capable of invading the dermis to a depth of at least 500 μm to deliver the drug through cells, ions, biological factors, and blood vessels constituting our body .

또한, 불가피한 질병 진단을 위해 절개술이 포함되더라도 체내 기관이 공기 중에 노출되었을 때, 체내 기관 외벽 50 μm 두께는 정상적인 기능을 수행하지 못하여, 기관을 구성하고 있는 세포 및 생물학적 인자의 감지, 그리고 혈관을 통하여 약물을 전달시키기 위해서는 최소 약 50 μm 깊이로 침습이 가능한 구조의 소자가 필요하다.In addition, even if the incision is included for the diagnosis of an unavoidable disease, when the internal organs are exposed to the air, the thickness of the internal organs 50 μm can not perform the normal function, and the detection of the cells and biological factors constituting the organ, In order to deliver the drug, a device with a structure capable of invasion to a depth of at least about 50 μm is required.

도 2 및 도 3의 실시예에서, (e) 단계는 구조물 상부에 제2 절연막을 식각하여 도전성 재질을 노출시키고 탐침부를 형성하는 단계이고, (f) 단계는 탐침부에 질병원을 탐지하고 투약 가능한 생화학 물질로 구성된 선택적 투약부를 형성하는 단계이다.In the embodiment of FIGS. 2 and 3, step (e) is a step of etching the second insulating film on the structure to expose the conductive material and forming the probe, and step (f) Lt; RTI ID = 0.0 > biochemical < / RTI >

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 선택적 투약부는, 마이크로 구조물 최상단 또는 나노 구조물 측면에 결합되는 것으로, 질병원을 탐지하기 위한 스페이서와 표적 잔기(targeting residue)로 구성된 탐지부; 및 스페이서와 약물로 구성된 약물 전달부를 포함하여 구성되고, 스페이서는 생분해성 고분자를 재질로 하는 것이 바람직하다.As shown in FIGS. 2 and 3, the selective administration part is a detection part which is coupled to the top of the micro structure or the side of the nanostructure and is composed of a spacer and a targeting residue for detecting a disease source. And a drug delivery portion composed of a spacer and a drug, and the spacer is preferably made of a biodegradable polymer.

즉, 나노 구조물의 경우 측면부에 선택적 투약부를 형성하고, 마이크로 구조물의 경우 상단부에 선택적 투약부를 형성한다. 선택적 투약부의 탐지부는, 인체내의 질병원으로 각종 바이러스나 암세포 등을 탐지할 수 있도록, 생화학적으로 표적 잔기(targeting residue)의 펩타이드를 스페이서를 통해 구조물에 결합시킨다.That is, in the case of a nanostructure, a selective dosage unit is formed on the side surface and a selective dosage unit is formed on the upper end of the microstructure. The detection part of the selective administration part biochemically binds the peptide of the targeting residue to the structure through the spacer so that it can detect various viruses and cancer cells as a disease source in the human body.

그리고, 탐지부와 일정 거리로 이격시켜 구조물에 천연 또는 합성 생화학 물질로 특정 질병의 약물이거나 약물이 수납되어 투약할 수 있는 투약부를 스페이서를 통해 결합시킨다.Then, it is spaced a certain distance from the detection part, and a natural or synthetic biochemical material is bound to the structure through a spacer, which is a drug of a specific disease or a drug is contained and can be administered.

이와 같은 선택적 투약부가 탐침 구조물에 형성된 침습형 생체소자를 제공하게 되면, 인체 내부에서 특정의 질병원을 조기에 발견하고, 이에 대응되는 약물을 적시 및 적소에 선택적으로 투약하여 진단 및 치료에 획기적인 소자를 제공할 수 있게 된다.When such an optional dosage unit provides an invasive bioelectronic element formed in a probe structure, it is possible to detect a specific disease source early in the human body and to selectively and timely and appropriately respond to the corresponding drug, . ≪ / RTI >

즉, 특정 질병의 조기 진단 및 치료를 위한 이온 및 생물학적 인자 감지용 생체 소자에는 화학적 방법인 항원항체반응(antigen-antibody reaction)법뿐만 아니라 다양한 결합 방법을 이용하여 펩타이드 및 약물 등을 본 발명의 실시예에 따른 생체소자 탐침 구조물에 결합하여, 종래의 불규칙적으로 결합해 덮고 있어 인체 조직 및 그것을 구성하고 있는 세포 및 생물학적 인자의 전기신호를 감지하기 어렵다는 단점을 개선할 수 있게 된다.In other words, biomolecules for ion and biological factor detection for early diagnosis and treatment of a specific disease are not limited to the antigen-antibody reaction, which is a chemical method, but also various methods such as peptides and drugs, It is possible to improve the disadvantage that it is difficult to detect the electrical signals of the human tissue and the cells and biological factors constituting the biological tissue.

그리고, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 4의 실시예는, (a) 기판을 식각하여 마이크로 기둥을 형성하는 단계; (b) 상기 마이크로 기둥 상단에 나노 구조물을 형성하는 단계; (c) 기판, 마이크로 기둥 및 나노 구조물 상부에 제1 절연막을 형성하는 단계; (d) 마이크로 기둥 및 나노 구조물에 도전성 재질을 코팅하고, 전극라인 패턴을 형성하는 단계; (e) 기판, 마이크로 기둥 및 나노 구조물 상부에 제2 절연막을 형성하는 단계; (f) 구조물 상부에 제2 절연막을 식각하여 도전성 재질을 노출시키고 탐침부를 형성하는 단계; 및 (g) 탐침부에 질병원을 탐지하고 투약 가능한 생화학 물질로 구성된 선택적 투약부를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.As another embodiment of the present invention, the embodiment of FIG. 4 includes the steps of: (a) etching a substrate to form a micropillar; (b) forming a nanostructure on top of the micropillar; (c) forming a first insulating layer on the substrate, the micropillar, and the nanostructure; (d) coating a conductive material on the micro-pillars and the nanostructures and forming an electrode line pattern; (e) forming a second insulating film on the substrate, the micropillar, and the nanostructure; (f) etching a second insulating layer over the structure to expose the conductive material and form a probe; And (g) detecting a source of disease in the probe and forming an optional dosage unit comprised of a biochemical that can be dosed.

도 4에 예시된 본 발명의 실시예에 따른 침습형 생체소자는 도 2 및 도 3의 실시예와 달리, 탐침 구조물이 마이크로 기둥 및 마이크로 기둥 상단에 나노선 구조의 이중 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.4, the probe structure according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 4 is different from the embodiment of FIGS. 2 and 3 in that the probe structure forms a double structure of a micro- do.

이와 같은 본 발명의 실시예는, 마이크로 탐침 구조물 상단에 나노선 등의 나노 구조물을 성장시켜 이중 구조를 갖는 탐침 구조물을 형성함으로써, 체내 조직 및 세포 또는 피부에 침습시켜 우리 몸을 구성하는 이온 및 생물학적 인자를 부위와 상관없이 기반으로 신체 어느 부위든 부착하여 실시간으로 특정 생체신호를 획득하거나, 질병원의 진단 및 치료를 위한 투약 기능을 수행하는 침습형 생체소자를 제공한다.In the embodiment of the present invention as described above, nanostructures such as nanowires are grown on the top of a microprobe structure to form a probe structure having a dual structure, whereby ions and biological The present invention provides an invasive biosensor capable of acquiring a specific biological signal in real time by attaching any part of the body based on the factor regardless of the site, or performing a medicament function for diagnosis and treatment of a disease source.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments and the accompanying drawings described in the present specification are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed herein are for the purpose of describing rather than limiting the technical spirit of the present invention, and it is apparent that the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (21)

(a) 기판에 마이크로 또는 나노 구조물을 형성하는 단계;
(b) 기판 및 구조물 상부에 제1 절연막을 형성하는 단계;
(c) 구조물에 도전성 재질을 코팅하고, 전극라인 패턴을 형성하는 단계;
(d) 기판 및 구조물 상부에 제2 절연막을 형성하는 단계;
(e) 구조물 상부에 제2 절연막을 식각하여 도전성 재질을 노출시키고 탐침부를 형성하는 단계; 및
(f) 탐침부에 질병원을 탐지하고 투약 가능한 생화학 물질로 구성된 선택적 투약부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
(a) forming a micro or nanostructure on a substrate;
(b) forming a first insulating layer on the substrate and the structure;
(c) coating the structure with a conductive material to form an electrode line pattern;
(d) forming a second insulating film on the substrate and the structure;
(e) etching a second insulating layer over the structure to expose the conductive material and form a probe; And
(f) detecting a source of disease in the probe and forming an optional dosage unit comprised of a biochemical material that can be dosed.
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 단계는,
기판에 적어도 두 개의 나노 탐침 구조물을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
And forming at least two nanostructured structures on the substrate. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
청구항 2에 있어서,
상기 (a) 단계는,
기판에 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)를 증착하고, 액체 금속(liquid metal)을 증착하는 단계; 및
증착된 기판에 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 기법으로 적어도 2개의 나노선을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method of claim 2,
The step (a)
Depositing 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) on a substrate and depositing a liquid metal; And
Growing at least two nanowires on a deposited substrate using a Vapor-Liquid-Solid (VLS) technique.
청구항 2에 있어서,
상기 (a) 단계는,
기판 상부에 Cr을 코팅하는 단계;
코팅된 기판에 집속 이온 빔(FIB: Focused Ion Beam) 기법을 이용하여 100 nm 내지 200 nm의 홀을 적어도 2개 형성하는 단계; 및
상기 홀에 VLS 법 또는 FIB 법을 이용하여 나노선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method of claim 2,
The step (a)
Coating Cr on the substrate;
Forming at least two holes of 100 nm to 200 nm on a coated substrate using a focused ion beam (FIB) technique; And
And forming a nanowire in the hole using a VLS method or an FIB method.
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 단계는,
기판에 일부를 식각하여 적어도 2개의 마이크로 구조물을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
And etching at least a portion of the substrate to form at least two microstructures. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
청구항 5에 있어서,
상기 (a) 단계는,
기판에 Al 및 Si의 그룹에 속하는 재질 중 어느 하나를 증착하고, 고종횡비 반응성 이온 식각(DIRE) 공정을 통해 선택적으로 식각하여 적어도 두 개의 마이크로 기둥을 형성하는 단계; 및
마이크로 기둥 상단을 습식식각 공정 또는 이방성-등방성 다중 루프 식각 공정으로 마이크로 니들 구조로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method of claim 5,
The step (a)
Depositing at least one material belonging to the group of Al and Si on the substrate and selectively etching at least two micro-pillars through a high aspect ratio reactive ion etching (DIRE) process; And
And forming a top of the micro-column by a wet etching process or an anisotropic-isotropic multi-loop etching process into a microneedle structure.
청구항 1에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
구조물이 형성된 기판에 화학기상증착법으로 SiO2 또는 Al2O3를 재질로 하는 제1 절연막을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (b)
And forming a first insulating film made of SiO 2 or Al 2 O 3 on the substrate on which the structure is formed by a chemical vapor deposition method.
청구항 1에 있어서,
상기 (c) 단계는,
스퍼터링법으로 구조물을 Au, Ag, Cu 및 Pt의 그룹에 속하는 재질 중 어느 하나를 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (c)
And coating the structure with one of materials belonging to the group of Au, Ag, Cu and Pt by a sputtering method.
청구항 1에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 기판 및 구조물 상부에 화학기상증착법으로 SiO2 또는 Al2O3를 재질로 하는 제2 절연막을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (d)
And forming a second insulating layer made of SiO 2 or Al 2 O 3 by chemical vapor deposition on the substrate and the structure.
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 단계는,
지름이 100 nm 내지 300 nm 이고, 높이가 3 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 나노 구조물을 기판에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
And forming a nanostructure having a diameter of 100 nm to 300 nm and a height of 3 to 10 탆 on a substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 단계는,
지름이 20 ㎛ 내지 400 ㎛ 이고, 높이가 50 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 인 마이크로 구조물을 기판에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
Forming a microstructure having a diameter of 20 탆 to 400 탆 and a height of 50 탆 to 1,000 탆 on a substrate.
청구항 1에 있어서,
상기 (f) 단계에서,
상기 선택적 투약부는,
마이크로 구조물 최상단 또는 나노 구조물 측면에 결합되는 것으로,
질병원을 탐지하기 위한 스페이서와 표적 잔기(targeting residue)로 구성된 탐지부; 및
스페이서와 약물로 구성된 약물 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (f)
Wherein the selective administration portion comprises:
Which is bonded to the top of the microstructure or to the side of the nanostructure,
A detection unit configured with a spacer and a targeting residue for detecting a disease source; And
And a drug delivery portion composed of a spacer and a drug.
청구항 12에 있어서,
상기 스페이서는 생분해성 고분자를 재질로 하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
The method of claim 12,
Wherein the spacer is made of a biodegradable polymer. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
(a) 기판을 식각하여 마이크로 기둥을 형성하는 단계;
(b) 상기 마이크로 기둥 상단에 나노 구조물을 형성하는 단계;
(c) 기판, 마이크로 기둥 및 나노 구조물 상부에 제1 절연막을 형성하는 단계;
(d) 마이크로 기둥 및 나노 구조물에 도전성 재질을 코팅하고, 전극라인 패턴을 형성하는 단계;
(e) 기판, 마이크로 기둥 및 나노 구조물 상부에 제2 절연막을 형성하는 단계;
(f) 구조물 상부에 제2 절연막을 식각하여 도전성 재질을 노출시키고 탐침부를 형성하는 단계; 및
(g) 탐침부에 질병원을 탐지하고 투약 가능한 생화학 물질로 구성된 선택적 투약부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
(a) etching a substrate to form micro pillars;
(b) forming a nanostructure on top of the micropillar;
(c) forming a first insulating layer on the substrate, the micropillar, and the nanostructure;
(d) coating a conductive material on the micro-pillars and the nanostructures and forming an electrode line pattern;
(e) forming a second insulating film on the substrate, the micropillar, and the nanostructure;
(f) etching a second insulating layer over the structure to expose the conductive material and form a probe; And
(g) detecting the source of disease in the probe and forming an optional dosage unit comprised of a biochemical substance that can be dosed.
청구항 14에 있어서,
상기 (a) 단계는,
기판에 Al 및 Si의 그룹에 속하는 재질 중 어느 하나를 증착하고, 고종횡비 반응성 이온 식각(DIRE) 공정을 통해 선택적으로 식각하여 적어도 두 개의 마이크로 기둥을 형성하는 단계; 및
마이크로 기둥 상단을 습식식각 공정 또는 이방성-등방성 다중 루프 식각 고정으로 마이크로 니들 구조로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
15. The method of claim 14,
The step (a)
Depositing at least one material belonging to the group of Al and Si on the substrate and selectively etching at least two micro-pillars through a high aspect ratio reactive ion etching (DIRE) process; And
And forming a micro-needle structure by wet etching or anisotropic-isotropic multi-loop etch-fixation of the top of the micro-pillars.
청구항 14에 있어서,
상기 (b) 단계는,
기판에 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)를 증착하고, 액체 금속(liquid metal)을 증착하는 단계; 및
증착된 기판에 VLS(Vapor-Liquid-Solid) 기법으로 적어도 2개의 나노선을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
15. The method of claim 14,
The step (b)
Depositing 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) on a substrate and depositing a liquid metal; And
Growing at least two nanowires on a deposited substrate using a Vapor-Liquid-Solid (VLS) technique.
청구항 14에 있어서
상기 (b) 단계는,
기판 상부에 Cr을 코팅하는 단계;
코팅된 기판에 집속 이온 빔(FIB: Focused Ion Beam) 기법을 이용하여 100 nm 내지 200 nm의 홀을 적어도 2개 형성하는 단계; 및
상기 홀에 VLS 법 또는 FIB 법을 이용하여 나노선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
Claim 14
The step (b)
Coating Cr on the substrate;
Forming at least two holes of 100 nm to 200 nm on a coated substrate using a focused ion beam (FIB) technique; And
And forming a nanowire in the hole using a VLS method or an FIB method.
청구항 14에 있어서,
상기 (a) 단계는,
지름이 20 ㎛ 내지 400 ㎛ 이고, 높이가 50 ㎛ 내지 1,000 ㎛ 인 마이크로 기둥을 기판에 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
15. The method of claim 14,
The step (a)
Wherein the step of forming a micropillar having a diameter of 20 to 400 占 퐉 and a height of 50 to 1,000 占 퐉 on a substrate is carried out.
청구항 14에 있어서,
상기 (b) 단계는,
지름이 100 nm 내지 300 nm 이고, 높이가 3 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 나노 구조물을 기판에 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
15. The method of claim 14,
The step (b)
Forming a nanostructure having a diameter of 100 nm to 300 nm and a height of 3 탆 to 10 탆 on a substrate.
청구항 14에 있어서,
상기 선택적 투약부는,
마이크로 기둥 또는 나노 구조물 측면에 결합되는 것으로,
질병원을 탐지하기 위한 스페이서와 표적 잔기(targeting residue)로 구성된 탐지부; 및
스페이서와 약물로 구성된 약물 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자 제조방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the selective administration portion comprises:
Micro-pillar or nanostructure side,
A detection unit configured with a spacer and a targeting residue for detecting a disease source; And
And a drug delivery portion composed of a spacer and a drug.
청구항 1 또는 청구항 14의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 진단 및 치료 탐침을 위한 침습형 생체소자.
An invasive biodegradable element for a diagnostic and therapeutic probe, which is manufactured by the method of claim 1 or claim 14.
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