KR20190122726A - 2차원 비-정질 탄소 코팅 및 줄기세포의 성장 및 분화 방법 - Google Patents

2차원 비-정질 탄소 코팅 및 줄기세포의 성장 및 분화 방법 Download PDF

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헨릭 앤더슨
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Abstract

기판(금속, 유리, 산화물)의 상부에 배치된 원자적으로 얇은(단일층) 비-정질 탄소로 구성된 복합 물질 및 줄기세포의 성장 및 분화 방법이 기재되어 있다.

Description

2차원 비-정질 탄소 코팅 및 줄기세포의 성장 및 분화 방법
본 발명은 2차원 비-정질 탄소(two-dimensional amorphous carbon, 2DAC) 코팅 및 기기 및 줄기세포의 성장 및 분화 방법에 관한 것이다.
생체 의학적 응용과 같은 특정 목적을 위하여, 의도된 코팅을 위한 적절한 적용을 개발하고 제공하는 것이 당업계에서 요구된다.
제1 광범위한 양태에 따르면, 본 발명은 2차원(2D) 비-정질 탄소 필름(two-dimensional (2D) amorphous carbon film)을 제공하며, 상기 2D 비-정질 탄소 필름은 결정도(crystallinity, C) ≤ 0.8을 갖는다.
제2 광범위한 양태에 따르면, 본 발명은 2차원(2D) 비-정질 탄소 필름을 제공하며, 상기 2D 비-정질 탄소 필름은 결정도(C) < 1을 가지며, sp3/sp2 결합비가 0.2 이하이다.
제3 광범위한 양태에 따르면, 본 발명은 기판; 및 상기 기판의 표면에 배치된 2차원(2D) 비-정질 필름을 포함하는 기기(article)를 제공하며, 상기 2D 비-정질 탄소 필름은 결정도(crystallinity, C) ≤ 0.8을 갖는다.
제4 광범위한 양태에 따르면, 본 발명은 2차원(2D) 비-정질 탄소 필름을 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 전구체 가스를 분해하여 적어도 하나 이상의 종을 분해하는 단계; 및 상기 기판의 표면상에 상기 분해된 종으로부터 2D 비-정질 탄소 필름을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전구체 가스는 탄소-함유 가스를 포함한다.
제5 광범위한 양태에 따르면, 본 발명은 비-육각형 탄소 고리 및 육각형 탄소 고리로 구성되는 원자 구조를 갖는 2차 비-정질 탄소(two-dimensional amorphous carbon, 2DAC) 코팅을 제공하며, 상기 육각형 고리 대 비-육각형 고리의 비는 1.0 미만이다.
제6 광범위한 양태에 따르면, 본 발명은 특수화된 세포로 줄기세포 분화 방법을 제공하며, 이는 2차원 비-정질 탄소(2DAC)로 기판의 표면을 코팅하는 단계; 2DAC로 코팅된 기판의 표면상에 시드 층(seed layer)을 배치하는 단계; 및 줄기세포 배지에서 2DAC로 코팅된 기판의 표면상에 성장 인자를 흡착시키는 단계를 포함한다.
정의(Definitions)
용어의 정의가 일반적으로 사용되는 용어의 의미에서 벗어나는 경우에, 구체적으로 지시되지 않는 한, 출원인은 하기에 제공된 정의를 이용하려 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 청구된 주제가 속하는 것으로 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 용어에 대해 복수의 정의가 있는 경우에, 이 섹션에서 우세하다. 본원에 언급된 모든 특허, 특허 명세서, 공개문헌 및 공개된 뉴클레오티드 및 아미노산 서열(예를 들어, GenBank 또는 다른 데이터베이스에서 사용 가능한 서열)이 참조로 포함된다. URL 또는 다른 그러한 식별자 또는 주소를 참조하는 경우, 그러한 식별자는 변경될 수 있고 인터넷상에서 특정 정보가 오고 갈 수 있지만, 인터넷을 검색함으로써 동등한 정보가 발견될 수 있는 것으로 이해된다. 이에 대한 참고는 그러한 정보의 가용성 및 공개 보급을 입증한다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명은 단지 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 임의의 주제를 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다. 본 명세서에서 단수형의 사용은 구체적으로 다르게 언급되지 않는 한 복수형을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구 범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 “a”, “an” 및 “the”는 문맥상 명백하게 달리 언급되지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함하는 점에 유의해야 한다. 본 명세서에서 “또는(or)”의 사용은 달린 언급되지 않는 한 “및/또는(and/or)”을 의미한다. 게다가, “포함하다(include)”, “포함하다(includes)” 및 “포함된(included)”과 같은 다른 형태뿐만 아니라, 용어 “포함하는(including)”의 사용은 제한되지 않는다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “포함하는(comprising)”, 용어 “갖는(having)”, 용어 “포함하는(including)” 및 이러한 단어의 변형은 제약을 두지 않은(open-ended) 것으로 의도되고 열거된 요소들 이외의 추가 요소가 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
본원의 목적에 대하여, “상부(top)”, “하부(bottom)”, “상단(upper)” “하단(lower)”, “위(above)”, “아래(below)”, “왼쪽(left)”, “오른쪽(right)”, “수평적(horizontal)”, “수직적(vertical)”, “업(up)”, “다운(down)” 등과 같은 방향 용어는 본 발명의 다양한 실시양태를 설명하는데 편의를 위해 사용된다. 본 발명의 실시양태는 다양한 방식으로 지향될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 다이어그램, 장치 등은 뒤집어지고, 임의의 방향으로 90°만큼 회전되거나 반대로 될 수 있다.
본원의 목적에 대하여, 그 값이 값, 속성 또는 다른 요인을 사용하여 수학적 계산 또는 논리적 결정을 수용함으로서 유도되는 경우에, 값(value) 또는 속성(property)은 특정 값, 속성, 조건의 만족도 또는 다른 요인에 “기초(based)”한다.
본원의 목적에 대하여, 보다 간결한 설명을 제공하기 위해 본원에 주어진 정량적 표현은 용어 “약(about)”으로 규정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 이는 용어 “약(about)”이 명시적으로 사용되는지 아닌지에 관계없이, 본원에 주어진 모든 정량은 실제 주어진 값을 의미하는 것으로 이해되며, 또한 그러한 주어진 값에 대한 실험 및/또는 측정 조건으로 인한 근사치를 포함하여 당업자에게 합리적으로 추론되는 그러한 주어진 값에 대한 근사치를 의미하는 것으로 이해된다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “접착 강도(adhesion strength)”는 상기 기재된 2DAC 필름과 이의 성장 기판 사이의 결합 강도를 의미한다. 이는 J/m2로 측정될 수 있는 이러한 두 물질 사이에서 접착 에너지에 직접적으로 의존한다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “비-정질(amorphous)”은 명확한 형태가 부복하거나 특정 모양을 갖지 않거나 형태가 없는(formless) 것을 의미한다. 비-결정질 고체로서, 비-정질은 결정의 특징인 긴-범위 차수(long-range order)가 부족한 고체를 의미한다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “비-정질 탄소(amorphous carbon)”는 임의의 긴 범위 결정 구조를 갖지 않는 탄소를 의미한다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “원자적으로 얇은 비-정질 탄소(atomically thin amorphous carbon)”는 평면에서 대략적으로 탄소 원자의 1 내지 5개 층으로 구성되며, 주로 탄소 원자들 사이에서 sp2 결합하고 층을 형성하는 비-정질 탄소를 의미한다. 층들은 적층될 수 있으며, 이러한 층들의 적층은 본 발명의 범위 내에서 고려된다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “탄소 코팅(carbon coating)”은 기판 상에 침전된 탄소의 층을 의미한다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “접촉각 측정(contact angle measurement)”은 표면의 소수성을 측정하는 기술을 의미한다. 물방울의 예시적으로 기재된 실시양태에서, 이러한 각도는 표면으로부터 물-공기 계면(water-air interface)까지 측정될 수 있다. 작은 각도는 표면이 순조롭게 물을 끌어당기는 것을 의미하고, 큰 각도는 표면이 물에 반발하는 것을 제시한다. 이는 특정 세포가 성장을 위한 친수성(작은 접촉각) 표면을 선호하기 때문에 특허에서 중요하다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “다이아몬드-유사 탄소(diamond-like carbon)” 탄소 원자들 사이에서 주로 sp3 결합으로 구성되는 비-정질 탄소를 의미한다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “분화 줄기세포(differentiating stem cells)”는 비특이적 줄기세포를 기능적 특성을 갖는 특정 유형의 세포로 향하게 하는 공정을 의미한다. 기재된 실시양태에서, 상기 분화는 화학적 및 기판 유도 인자의 조합으로 인해 발생한다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “D/G 비(D/G ratio)”는 라만 스펙트럼에서 D 및 G 피크의 강도의 비를 의미한다.
본원의 목적에 대하여, 용어 “그래핀(graphene)”은 6각형 격자(hexagonal lattice)로 배열된 탄소 원자의 단일층으로 구성된 탄소의 동소체(allotrope)(형태)를 의미한다. 이는 흑연(graphite), 목탄(charcoal), 탄소 나노튜브(carbon nanotube) 및 풀러렌(fullerene)과 같은 탄소의 많은 다른 동소체의 기본 구조 요소이다. 이는 편평 다환식 방향족 탄화수소(flat polycyclic aromatic hydrocarbons) 패밀리의 궁극적인 케이스인, 무한하게 큰 방향족 분자로 고려될 수 있다. 그래핀은 강한 물질 특성, 열과 전기를 효율적으로 전도하는 능력을 포함하여 많은 특이한 특성을 가지고 있고, 또한 거의 투명하다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “임플란트 코팅(implant coating)”은 생체 의학적 임플란트의 표면의 전체 또는 부분을 덮는 추가적인 층을 의미한다. 임플란트는 또한 심혈관 스텐트 또는 정형외과 임플란트를 의미하나 이러한 예시적인 임플란트로 제한되지 않는다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED)”는 방사성 전자발광(emissive electroluminescent) 층이 전류에 반응하녀 빛을 방출하는 유리 화합물의 필름인 발광 다이오드(light-emitting diode, LED)이다. 이런 유기 반도체(organic semiconductor)의 층은 2개 전극 사이에 위치하며; 전형적으로, 이들 전극 중 적어도 하나 이상은 투명하다. OLED는 예를 들어, 텔레비전 스크린, 컴퓨터 모니터, 휴대전화 같은 휴대용 시스템, 포켓용 게임 콘솔(handheld game consoles), 개인 정보 단말기(personal digital assistant, PDA) 및 휴대용 개인 컴퓨터와 같은 장치에서 디지털 디스플레이를 생성하는데 사용된다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “광분해성 분해(photolytic decomposition)”는 더 단순한 입자로 분해하기 위하여 분자의 화학반응을 유도하여 하나 이상의 광자(photon)의 사용을 의미한다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “양성자 이동(proton transport)”은 전기 절연성 막을 가로지르는 양성자의 이동을 의미한다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “라만 분광법(Raman spectroscopy)”은 시스템에서 진동, 회선 및 다른 저-주파 모드로 사용된 분광 기술을 의미한다. 라만 분광법은 분자를 식별할 수 있는 구조적 지문을 제공하도록 화학에서 사용된다. 이는 가시광선(visible), 근적외선(near infrared), 또는 근자외선(near ultraviolet) 범위에서 레이저로부터 단색광의 비탄성산란(inelastic scattering) 또는 라만 산란(Raman scattering)에 의존한다. 상기 레이저 광은 시스템에서 분자 진동, 포논(phonone) 또는 다른 자극(excitations)과 상호작용하여, 상기 레이저 광자의 에너지가 위 또는 아래로 이동되는 것을 야기한다. 상기 에너지에서 이동은 상기 시스템에서 진동 모드에 대한 정보를 제공한다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “라만 스펙트럼(Raman spectrum)”은 분자의 회전 진동 상태(rovibronic state)에 따른 주파수 이동의 함수로서 산란 강도 현상을 의미한다. 분자가 라만 효과를 나타내기 위해, 회전 진동 상태에 상응하는 진동 좌표에 대한 전기 쌍극자-전기 쌍극자 분극성(electric dipole-electric dipole polarizability)에서 변화가 있어야만 한다. 라만 산란의 강도는 이 분극성 변화에 비례한다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “sp3/sp2의 비(ratio of sp3/sp2)”는 2DAC에서 발견되는 탄소 결합의 유형을 의미한다. 상기 sp2 결합은 더 높은 성장 인자 결합을 가능하게 한다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “기판(substrate)”은 상기 기재된 2차원(2D) 비-정질 탄소 필름에 대한 구조적 지지체를 의미한다. 선택된 응용에서, 기재된 실시양태는 예를 들어, 상기 2DAC 필름을 기계적으로 지지하기 위한 기판을 제공하며, 상기 2DAC 필름은 손상되지 않고 기능을 수행하기에는 너무 얇을 수 있다. 상기 기판은 기판의 표면상에 상기 기재된 2DAC 또는 2DAC 필름의 성장을 위해 사용된 물질로 여겨질 수 있다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “혈전증(thrombosis)”은 순환계를 통한 혈액의 흐름을 방해하는 혈관 내부에서 혈전의 형성을 의미한다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “2차원(2D) 비-정질 탄소 필름(two-dimensional (2D) amorphous carbon film)”은 기판 상에서, 원자적으로 얇은 비-정질 탄소 내지 직접적으로 성장될 수 있는 것이 가능한 가장 얇은 비-정질 탄소(예를 들어, 단일 원자 두께)를 의미하며, 예를 들면, 낮은 용융점을 갖는 것을 포함하는 기판이 비-촉매이고, 또한 이들 기판은 금속, 유리 및 산화물 표면을 포함한다. 다른 기판에서의 성장은 상기 기재된 2DAC 필름이 성장되는 저온으로 인해 가능해진다. 2DAC 필름의 기재된 실시양태는 본원에 기재된 바와 같이 독립형 필름 또는 기판상의 코팅으로 제공될 수 있다. 상기 기재된 2DAC 필름이 비-정질임에도 불구하고, 상기 탄소 원자는 평면에서 다중 인접한 탄소 원자에 결합하여 강한 네트워크를 형성하며, 이는 성장 기판(독립형)으로부터 방출될 때에도 매우 안정적이다. 상기 탄소 물질은 또한 금속 표면에 부착되는 특성을 가지므로, 기판을 가로질러 전체를 덮을 수 있다. 상기 기재된 2DAC 얇은 필름의 고유한 두께 및 높은 강도는 또한 파손 없이 금속 기판의 구부러짐을 견딜 수 있게 한다.
본 발명의 목적에 대하여, 용어 “2차(2D) 비-정질 탄소 코팅(two-dimensional (2D) amorphous carbon coating)”은 기판상에서 직접적으로 성장 및/또는 위치한 2DAC 필름을 의미한다. 기재된 실시양태는 또한 2DAC 코팅이 기판상 또는 기판으로 전달되는 케이스를 포함할 수 있다.
설명(Description)
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태가 가능하나, 본 발명의 특정 실시양태는 도면에 예로서 도시되어 있으며 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 개시된 특정 형태로 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 대조적으로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 동등물 및 대안을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
기재된 실시양태는 기판(금속, 유리, 산화물)의 상부에 원자적으로 얇은(단일 층) 비-정질 탄소로 구성된 새로운 복합 물질에 관한 것이다. 상기 비-정질 탄소는 이것이 성장하는 기판상에 매우 잘 접착한다. 따라서, 상기 비-정질 탄소 물질은 독특한 특성을 제공한다. 예를 들어, 상기 기재된 비-정질 탄소 물질은 특정 목적(들)을 위한 코팅을 요구하는 기판을 사용하는 응용에 적절하다. 예시적인 응용은, 이에 제한되지는 않으나, 생체 의학적 응용을 포함할 수 있다.
본 발명은 2차원(2D) 비-정질 탄소(2DAC)를 의미하는 탄소의 새로운 형태를 제공한다. 개시된 실시양태는 예를 들어, 낮은 용융점을 갖는 것을 포함하는 금속 기판 상에서 직접적으로 성장될 수 있는 2DAC 내에서 가능한 가장 얇은 비-정질 탄소(예를 들어, 대략적으로 단일 원자 두께)를 제공하며, 비-촉매성이고, 또한 유리 및 산화물 표면을 포함한다. 하나의 선택적 실시양태에서, 단일 원자 두께를 가지는 것은 바람직한 물질이며, 2DAC에 대하여 더 낮은 두께 제한을 확립할 수 있다. 개시된 실시양태는 최대 원자 두께(예를 들어, 10 원자 두께 또는 약 3+ nm)까지의 두께를 포함할 수 있다. 상기 기재된 2DAC는 2차원(2D) 비-정질 탄소 필름으로 제공될 수 있다. 그러나, 상기 기재된 2DAC의 두께가 증가함에 따라, 본원에 기재된 바와 같이, 임의의 다른 가능하게 존재하는 비-정질 탄소 물질 두께로부터 구조적으로 상이하게(예를 들어, sp3 대 sp2 비율) 유지된다는 점에 유의해야 한다.
다른 기판에서 성장은 상기 기재된 2DAC 필름이 성장되는 저온으로 인해 가능해진다. 상기 기재된 2DAC 필름이 비-정질임에도 불구하고, 탄소 원자는 평면에서 다중 인접한 탄소 원자에 결합하여 강한 네트워크를 형성하며, 이는 성장 기판(독립형)으로부터 방출되는 경우에도 매우 안정적이다. 따라서, 각 탄소 원자는 다중 탄소 원자에 결합되어 고밀도의 결합(연결)이 존재한다. 상기 기재된 2DAC는 또한 금속 표면에 잘 접착하여 전체를 덮는 것을 보장하는 특성을 갖는다. 상기 기재된 2DAC 얇은 필름의 고유 두께 및 높은 강도와 같은 물질 특성(예를 들어, 하기 기재됨)은 또한 파손 없이 금속 기판의 굽힘을 견딜 수 있게 한다.
개시된 실시양태에 따르면, 비-정질 탄소는 장-거리 구조적 순서(long-range structual order)가 없는 탄소의 형태로서 정의될 수 있다. 이는 여러 형태로 존재하고, 그 형태에 따라, 다이아몬드-유사 탄소, 유리 탄소, 그을음 등과 같은 상이한 명칭으로 불린다. 비-정질 탄소는 예를 들어, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition), 스퍼터 증착(sputter deposition), 및 음극성 아크 증착(cathodic arc deposition)을 포함하는 몇몇 기술에 의해 생성될 수 있다. 기존의 응용에서, 비-정질 탄소는 항상 3차원 형태(또는 벌크(bulk))로 존재하였다. 상기 탄소의 2차원 동등물 형태는 그래핀(graphene)이나, 그래핀은 결정질 물질(단일 결정(single crystal) 또는 다결정질(polycrystalline))로만 존재한다. 그래핀을 합성하기 위해, 고온이 요구되며 대부분 구리에서 성장한다. 본 기재에 따라, 기재된 실시양태는 비-정질 탄소의 지속적인 2차원 형태를 생성하도록 관리하였으며, 훨씬 더 낮은 온도 및 임의의 기판 상에서 성장된다. 상기 기재된 2DAC 필름 및 기판의 복합 물질은 벌크 비-정질 탄소 및 단일 층 그래핀과는 크게 상이한 특성을 갖는다.
도 1은 기판의 상부 표면상에 탄소 물질의 TEM 이미지를 갖는 상기 기재된 복합 물질의 개략도(100)를 나타낸다. 상기 기재된 재료의 조성물은 기판(104)(예를 들어, 금속 또는 유리, 산화물)의 상부에서 원자적으로 얇은 비-정질 탄소(102)의 새로운 복합 물질이다.
상기 기재된 복합 물질은 임의의 기판의 상부에 얇은 2D 비-정질 탄소(2DAC)를 의미할 수 있다. 기재된 실시양태에 따르면, 상기 기재된 기판의 상부에 기재된 2DAC 필름은 이의 원자 구조 및 이의 특성의 용어로 정의될 수 있다.
원자 구조에 대한 엄밀한 검사 및 정의는 다음과 같다: 도 2는 본 발명의 하나의 실시양태에 따라서, 육각형 및 비-육각형을 나타내는 비-정질 필름의 TEM 이미지를 나타낸다. 도 2의 왼쪽 상단 이미지는 육각형 및 비-육각형을 포함하는 상기 개시된 2DAC 필름의 고해상도 TEM 이미지를 나타낸다. 왼쪽 상단 이미지의 TEM 이미지의 왼쪽 하단 도면은 관찰을 돕기 위해 제공된다. 육각형은 녹색으로 표시되는 반면, 비-육각형은 빨간색 또는 파란색으로 표시된다. 오른쪽 상단 디스플레이는 명확한 회절 패턴이 없는 링 구조를 나타내는 FFT이다.
도 2의 TEM 이미지를 참조하여, 2DAC 필름은 이의 구조에서 육각형 및 비-육각형 링의 혼합물을 갖는 단일-원자 두께의 탄소 필름이다. 상기 링은 서로 완전하게 연결되어, 스케일이 적어도 하나 이상의 미크론(micron)인 큰 면적 필름에서 다각형의 네트워크를 형성한다. 육각형 대 비-육각형의 비는 결정도(또는 비-정질). C의 측정이다. 비-육각형은 4-, 5-, 7-, 8-, 9-원 고리의 형태이다. 2D 비-정질 필름은 대략적으로 8.0nm2의 최소 이미지 영역에서 촬영한 C ≤0.8을 갖는다. 도 2의 C 값은 대략적으로 0.65이다. 기재된 실시양태는 0.5 내지 0.8의 C 값 범위를 지지할 수 있다. 이는 순수한 육각형 네트워크에 대하여 C=1인 그래핀과 상이하다. 상기 비-육각형은 육각형 매트릭스 내에 랜덤하게 분포될 수 있거나 육각형 도메인의 경계를 따라 형성될 수 있다. 상기 도메인은 5nm 보다 크지 않아야 한다. 이미지의 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)은 회절 스팟을 나타내지 않는다(도 2, 오른쪽 상단). 상기 2DAC는 독립형 기판으로부터 방출될 수 있거나, 다른 기판으로 전달될 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서, 상기 기재된 2DAC는 기판의 표면으로부터 분리되어 독립형 2DAC 필름을 얻을 수 있다. 도 3은 AFM에 의한 질화붕소(BN) 상의 분리된 2DAC 필름의 측정된 두께(즉, 높이)를 나타낸다. 상기 기재된 발명을 기반으로, 다음 특성이 적용된다: 도 3은 상기 기재된 전달된 2DAC 필름의 질화붕소(BN)로의 AFM을 나타낸다. 상기 2DAC의 기재된 두께는 단 하나의 원자 두께인 그래핀과 비교하여, 대략적으로 6Å이다(BN에서 측정될 때, 두께 범위는 3.3Å 내지 10Å임). 상기 두께는 또한 도 1의 TEM 이미지에 의해 입증되었다. 게다가, 상기 필름은 균질한 것으로 밝혀졌다. 도 4는 비-정질 필름의 라만 스펙트럼(400) 및 SiO2에서 비-결정질 그래핀을 나타낸다. 상기 분리된 필름의 라만 분광법은 2D 피크(~2700 cm-1)를 나타내지 않았으나, 대신 넓은 G(~1600 cm-1) 및 D 피크(~1350 cm-1)를 나타내었다. D 및 G 피크의 확대는 일반적으로 이전에 보고된 바와 같이 나노결정질 그래핀에서 비-정질 필름으로 전달을 나타낸다1. D 및 G 피크의 강도 비로부터, 상기 도메인 크기는 1-5 nm 정도인 것으로 추정된다1. 라만 분광법은 넓은 영역에서 도 2의 TEM 이미지를 나타내는 특성화 도구로서 제공한다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시양태에 따라, 원자적으로 얇은 비-정질 탄소(왼쪽) 및 그래핀(오른쪽)의 TEM 회절의 비교(500)를 제공한다. 기재된 분리된 필름의 비-정질 성질에 대한 추가적인 증거는 TEM 회절에 의해 입증되며, 회절 스팟(diffraction spot)이 결정성(crystallinity)을 명확하게 나타내는 그래핀과 대조적으로 명확한 회절 스팟이 검출되지 않는다. 도 7(상단)의 회절 링은 < 5nm의 도메인 크기를 나타낸다. 상기 비-정질 필름의 회절 링은 도 2에서 FFT 이미지와 일치한다. 이 경우에, 상기 2DAC 필름은 독립형이다.
도 6에 의하면, 그래프(600)는 본 발명의 하나의 실시양태에 따라, 기재된 탄소 필름의 투명도를 나타낸다. 광학 투명도는 550nm 광 파장에서 ~98%이며, 파장이 증가함에 따라 투명도가 증가한다. 따라서, 선택된 실시양태는 550nm 이상의 파장에서 98% 이상의 광학 투명도를 제공한다. 또한, 상기 기재된 탄소 필름은 단일층에서 그래핀의 투명도가 가시 파장(400nm-700nm, 포함됨)에 걸쳐 최대 97.7%이고, 층의 수가 증가함에 따라 감소하기 때문에 그래핀과 상이하다. 특히, 2DAC 필름의 투명도는 그래핀에서 볼 수 있는 바와 같이, 짧은 파장(<400nm)에서 빠르게 감소하지 않는다.
현탁된 필름의 탄성 계수(E)는 벌크 유리질 탄소(bulk glassy carbon)보다 높은 200 GPa 초과이다(E=60 GPa)2. 기계적 고장 전의 궁극적인 변형은 10%로, 보고된 다른 비-정질 탄소보다 훨씬 높다. 도 7은 원자력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM) (예를 들어, Bruker 모델 번호: MPP-11120) 팁으로 궁극적인 스트레스를 가한 후 현탁된 탄소 필름 및 현탁된 탄소 필름 상의 비-자국(non-indentation)을 나타낸다. 상기 기재된 2DAC 필름의 비-정질 특성은 도 7(하단)에서 상기 현탁된 필름의 무너짐을 방지한다. 대신에, 상기 필름은 궁극적인 스트레스 레벨에 대하여 연성 반응을 나타낸다.
본 발명의 2DAC 얇은 필름은 성장 조건에 의해 조정된 C 값에 따라, 0.01 내지 1000 Ω-cm의 전기 저항률로 높은 저항성을 갖는다. 도 8은 2D 비-정질 탄소의 전기적 특성의 개략도(800)이며, 2D 비-정질 필름의 I-V 곡선(802) 및 특정 C 값에 대한 측정된 저항 값의 히스토그램(histogram)(804)을 나타낸다. 저항률 값을 생성하기 위해 측정 기술/방법이 사용된다. 비(ratio)는 히스토그램(804)에서 각 저항률 데이터 포인트를 얻기 위해 I-V 곡선(802)의 데이터로부터의 계산 내에서 사용된다. 따라서, 도 8에서 2D 비-정질 탄소에 대한 길이 : 폭 비, 왼쪽은 1:100이다. 비교하여, 그래핀은 ~10-6 Ω-cm의 저항률 값을 갖는 반면, 벌크 유리질 탄소(또한 100% C-C sp2)는 0.01 내지 0.0001Ω-cm의 값을 갖는다.
6> n-원 고리로 구성된 단일층 필름은 가스, 이온, 액체 또는 7-, 8-, 9-원 고리를 통과하는데 충분이 작은 크기인 다른 종을 선택적으로 통과할 수 있는 천연적인 막이다. 특히, 상기 기재된 2DAC 필름은 실온에서 결정질 단일층 질화붕소보다 10배 더 높은 양성자를 효과적으로 통과할 수 있다3. 상기 기재된 2DAC 필름의 경우, 상기 막을 가로지르는 양성자 유동에 대한 저항은 실온에서 1-10 Ω-cm2이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시양태에 따라 상이한 기판에서 성장된 복합 물질을 나타낸다. 원자적으로 얇은 비-정질 탄소로 코팅된 티타늄, 유리 및 구리의 사진을 왼쪽에 나타낸다. 오른쪽 상단에서, 상기 기판과 무관하게 유사한 반응을 나타내는 코팅된 영역으로부터 라만 스펙트럼을 나타낸다. 마지막으로, 오른쪽 하단에서 티타늄의 상부에 2DAC 필름의 G/D 피크 비율의 라만 맵(Raman map)을 나타낸다. 상기 기재된 복합 물질(즉, 상기 기재된 2DAC 및 상기 기판)은 임의의 금속(결정질 또는 비-결정질) 또는 유리 또는 산화물로부터 생성될 수 있다. 그러므로, 기재된 실시양태는 상기 2DAC가 임의의 기재된 교구하는 기판 물질 상에서 직접적으로 성장할 수 있다는 것을 제공한다. 이것은 결정질 기판, 예를 들어 구리에서만 성장할 수 있고, 모든 다른 기판으로 이동하는 것을 요구하는 그래핀과 상이하다. 따라서, 두께가 1nm보다 얇으면 여전히 연속적인 것으로 간주될 수 없는 비-정질 또는 다이아몬드-유사 탄소의 증착 방법과 비교하여, 상기 기재된 복합 물질은 호스트 기판에 강하게 결합된 2차원 비-정질 탄소의 원자적으로 얇고(< 1nm) 연속적인 층을 포함한다.
일반적으로, 기판 상의 필름이 접착력이 약한 경우, 필름의 영역이 기판으로부터 떨어질 수 있으므로, 기판의 약하거나 불량한 보호를 제공할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시양태는 기판의 표면에 전체 적용된 균일하고 강한 접착력을 제공하는 것으로 향상된 필름을 제공한다. 따라서, 상기 기재된 2DAC 필름은 바람직하게는, 실질적으로 전체 기판 표면 또는 적어도 상기 적용된 표면에 걸쳐 연속적인 필름으로 형성된다. 예를 들어, 쉽게 분리될 수 있는(예를 들어, 접착력이 10-100 J/m2임) 구리에서 그래핀과 같은 종래의 디자인과 달리, 상기 기재된 원자적으로 얇은 2DAC 필름은, 예를 들어 구리 상에 접착 에너지 >200 J/m2로 기판에 잘 부착한다4. 이 실시예는 그래핀으로부터 상기 기재된 2DAC 필름을 구별하기 위한 추가 증거를 제공한다. (Cu 기판의 예시적인 실시양태가 기재된 반면, 임의의 기판에 상기 기재된 2DAC를 적용하는 것의 실시양태는 본 발명의 기재된 실시양태에 따라 적용될 수 있다.) 게다가, 상기 접착 에너지는 예를 들어, 스테인레스 강철, 티타늄, 유리, 니켈 및 알루미늄 기판을 포함하여 상기 기재된 2DAC 필름이 성장되는 모든 기판 물질에 명백하다. 상기 기판은 예시적이며 본 기재의 교시는 원하는 임의의 기판에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
일반적으로, 기존의 물질 및 공정에 의한 물질로 임의의 2D 물질을 이동시키기 위한 임의의 시도는, 예를 들어 상기 이동된 물질(들)에서 결함 및 균열과 또한 상기 기판 상에서 커버영역(coverage)의 감소를 야기하였다. 이것은, 적어도 부분적으로, 이동 공정이 일반적으로 많은 기계적 단계를 사용하고 기존의 필름 적용에서 균열 및 결합을 유도하는 화학물질을 사용할 수 있다는 사실 때문이다. 그러나, 상기 기재된 2DAC 필름은 예를 들어, 성장 기판에서 표적 기판(target substrate)까지 이동될 필요는 없다. 상기 기재된 2DAC 필름의 개선된 접착 능력에 더하여, 상기 기재된 2DAC 필름의 향상된 특성은 직접적으로 상기 기판까지/기판에 걸쳐 일관되고 완전한 커버영역을 제공하고 보장한다. 호스트 기판에서 일관적이고 성공적으로 직접 완전히 성장할 수 있기 때문에, 적어도 상기 기재된 2DAC 필름을 이동시킬 필요가 없기 때문에 일관되고 완전한 커버영역을 얻는다.
기판(탄소와 같음)에 접착하기 위한 우수한 기계적 특성과 함께 신뢰할 수 있는 커버영역을 제공하도록 디자인된, 상기 기재된 2DAC 필름은 상기 2DAC 필름 및 복합물의 추가적인 물리적 특성/요구사항을 요구하는 응용에 매우 적절하고 신뢰할 수 있다. 그러한 물리적 특성은 상기 기재된 2DAC 필름 및/또는 복합물이 구부러지거나/스트레칭되는 능력을 포함할 수 있다. 기판에 대한 상기 기재된 2DAC 필름의 접착 특성 및 능력은 그 케이스인 것을 확신한다. 이동된 필름과 같이 기판에 비-규칙적인 접착력이 있는 경우, 필름에서 균열은 부족한 접착의 영역에서 형성될 것이고 파손이 발생하기 쉽다.
따라서, 본 발명의 실시양태는 이것이 성장하는 전체 기판(104)을 커버하는 상부 비-정질 탄소 필름(102)을 제공하고(도 9에서 라만 맵), 예를 들어 탄소 코팅을 요구하는 응용에 매우 유용하다. 상기 상부 비-정질 탄소 필름(102)은 또한 결합 없이 확산 장벽으로서 작용하여 산화 및 부식으로부터 하부 기판을 예방한다. 전기 절연 특성으로 인하여, 상기 기재된 비-정질 탄소 필름(102)은 기판(104)의 임의의 갈바닉 부식(galvanic corrosion)을 예방한다. 상기 기재된 2DAC의 낮은 전기 전도성은 최근 보고서에서 관찰된 바와 같이 세포 부착 및 증식에 유리하다17. 전도성 기판의 세포는 초점 접착력(focal adhesions)을 생성하지 않고 정전기 상호작용을 통해 표면에 접착한다. 초점 접착력은 세포 증식 및 성장에 중요하고, 낮은 전기 전도성은 초점 접착력 개발 및 세포 증식에 바람직하다. 낮은 전기 전도성은 라만 분광법 D/G 피크 강도 및 상기 sp3/sp2 비를 통해 관찰된 바와 같이 상기 기재된 2DAC의 비-정질 성질의 결과이다,
대조적으로, 그래핀은 장기 부식을 악화시키는 것으로 알려져 있다5. 그래핀의 이동은 표면을 따라 균열 및 결함을 생성하지 않고 평평하고 연속적인 필름을 생성하는 것을 거의 불가능하게 한다. 상기 기재된 비-정질 탄소 필름(102) 물질은 기판(104)의 복합물이며, 상기 필름(102)에서 균열의 위험을 제거할 뿐만 아니라 이동의 필요를 제거한다.
상기 기재된 2DAC 필름은 유리질 탄소와 유사한 sp2-결합된 탄소로 구성되나; 두께는 임의의 기존에 보고된 비-정질 탄소 구조보다 더 얇은 대략적으로 하나 원자 층 두께(6Å)이다. 도 10은 구리 상에서 2D 비-정질 탄소의 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 측정을 나타내며, 피크 위치는 sp2 또는 sp3 결합 유형을 나타내는 반면, 피크 강도는 결합의 각 유형의 분율(fraction)을 나타낸다. 최대 C-C sp3 함량이 20%로 설정됨에도 불구하고, C-C sp2 및 sp3 결합의 혼합 농도는 또한 두께를 희생하지 않고 가능하다. 상기 기재된 2DAC의 얇은 구조 및 강한 접착력은 박리 가능성이 명확한 두꺼운 필름과 달리 항상 하부 기판을 본질적으로 보호한다.
기재된 실시양태에 따르면, 전구체로서 탄화수소(CH4, C2H2 등과 같음)를 사용하는 레이저-기반 성장 공정은 상기 기재된 복합 필름을 생성한다. 수소 가스(H2) 및 아르곤 가스(Ar)는 또한 전구체화 혼합될 수 있다. 이 공정에서, 상기 레이저는 2 가지 역할을 한다: (1) 광분해성 분해라 불리는 공정에서 전구체 가스를 분해하는 에너지원; 및 (2) 국소 열원(local heat source). 상기 언급된 역할 중 하나 또는 모두가 상기 기재된 2DAC 필름릉 생산한다고 가정하면: 첫 번째 경우에, 상기 기판(104)은 성장 전반에 걸쳐 실온에 있고, 두 번째 경우에, 상기 레이저는 상기 기판(104)을 500℃까지 가열할 수 있다. 전형적으로, 펄스형 엑시머 UV 레이저(예를 들어, 193, 248 또는 308nm)는, 사용된 기판에 따라 상이한 성장 시간에서 약 50-1000 mJ/cm2의 플루언스로 기판 상 또는 기판에서 평행하게 유도될 수 있다. 상기 기재된 복합물을 생산하기 위한 다른 가능한 조합을 레이저, 플라즈마 및/또는 기판 히터의 임의의 조합을 이용하는 것을 포함할 수 있다. 히터는 상기 기판(104)을 500℃까지 가열하기 위해 사용될 수 있다. 플라즈마 전력은 1-100W의 범위에서 사용될 수 있다. 전구체로서 탄화수소를 사용하는 전형적인 조합은 다음과 같다: (i) 레이저만; (ii) 레이저+저전력 플라즈마(5W); (iii) 레이저+저전력 플라즈마(5W)+히터(300℃-500℃); (iv) 저전력 플라즈마(5W)+500℃ 히터; (v) 고전력 플라즈마(100W)만.
기재된 실시양태에 따르면, 기재된 2DAC 및 2DAC 복합물의 전체 성장/침적은 챔버 내에서 수행될 수 있다. 가열, 플라즈마, 가스 유동 및 압력 조절을 위한 모듈은 조절된 성장 환경을 위해 상기 챔버 내에 모두 설정 및 설치될 수 있다. 하나의 실시양태에 따르면, 상기 챔버의 공정 압력은 10 내지 1E-4 mbar를 포함하는 범위로 설정될 수 있다.
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은, 본 발명의 예시적인 실시양태를 도시하고, 상기 제공된 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명과 함께 본 발명의 특징의 설명을 제공한다.
도 1은 본원의 하나의 실시양태에 따라, 연속성 및 차수(그래핀(graphene) 아님)를 나타내는 랜덤 육각형 고리를 나타내는 원자적 얇은 필름(atomically thin film)의 기재된 복합 물질을 나타낸다.
도 2는 본원의 하나의 실시양태에 따라, 육각형 및 비-육각형을 나타내는 비-정질 필름의 TEM 이미지를 나타낸다.
도 3은 본원의 하나의 실시양태에 따라, 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM)에 의해 질화 붕소(boron nitride)상의 기재된 탄소 필름의 측정된 두께를 나타낸다.
도 4는 본원의 하나의 실시양태에 따라, SiO2 상의 비-정질 필름 및 나노-결정성 그래핀(nano-crystalline graphene)의 라만 스펙트럼(Raman spectra)를 나타낸다.
도 5는 본원의 하나의 실시양태에 따라, 원자적으로 얇은 비-정질 탄소(왼쪽) 및 그래핀(오른쪽)의 TEM 회절(TEM diffraction)을 나타낸다.
도 6은 본원의 하나의 실시양태에 따라, 기재된 탄소 필름의 투과율을 나타낸다.
도 7은 본원의 하나의 실시양태에 따라, 2D 비-정질 필름의 기계적 특성 및 현탁된 탄소 필름의 시연(demonstration)을 나타낸다.
도 8은 본원의 하나의 실시양태에 따라, 2D 비-정질 탄소의 전기적 특성을 나타낸다.
도 9는 본원의 하나의 실시양태에 따라, 상이한 기판상에서 성장한 복합 물질을 나타낸다.
도 10은 본원의 하나의 실시양태에 따라, Cu 상의 2D 비-정질 탄소의 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)을 나타낸다.
도 11은 본원의 하나의 실시양태에 따라, 물방울 접촉각 및 2DAC에 대한 XPS를 나타낸다.
도 12는 본원의 하나의 실시양태에 따라, 비-코팅된 유리 및 2DAC 코팅된 유리 사이에서 나노-토포그래피 차이점(nano-topographical difference), 및 2DAC 코팅의 라만 스펙트럼을 나타낸다.
도 13은 본원의 하나의 실시양태에 따라, 2DAC 코팅된 기판 상의 줄기세포에서 성장 인자의 증가된 흡수 메커니즘을 나타낸다.
도 14는 본원의 하나의 실시양태에 따라, 2DAC 코팅된 기판 및 비-코팅된 기판 상에서 단백질 흡수의 비교를 나타낸다.
도 15는 본원의 하나의 실시양태를 따라, 2DAC 코팅된 스텐트(stent) 및 비-코팅된 스텐트 기판 상에서 혈액 응고 방지의 비교를 나타낸다.
도 16은 본원의 하나의 실시양태에 따라, 뼈 조직-대-임플란트 통합(bone tissue-to-implant integration)의 비교를 나타낸다. 상기 2DAC 코팅된 임플란트는 비-코팅된 임플란트와 비교하여 호스트 조직과 더 잘 통합된다.
도 17은 본원의 하나의 실시양태에 따라, 베어 유리(bare glass) 상의 세포와 비교하여 2DAC 코팅된 유리상의 LPS(리포폴리사카라이드(Lipopolysaccharides))에 의해 스트레스를 받은 세포에서 산화질소(NO) 및 TNFα 생성에 대한 비교를 나타낸다.
실시예 1
주제 실시예
상기 기재된 2DAC에 대한 제조 파라미터는 다음을 포함할 수 있다: (i) 제조 가스(process gas): CH4 (ii) 챔버 압력(chamber pressure): 2.0 E-2 mbar; (iii) 레이저 플루언스(laser fluence): 70 mJ/cm2; (iv) 성장 시간(growth time): 1 분; (v) 플라즈마 전력(plasma power): 5W; (vi) 기판(substrate): Cu 호일(Cu foil).
실시예 1의 개시된 2DAC 필름을 생성하기 위한 공정은 성장 공정을 위한 성장 챔버(growth chamber) 내에서 메탄(CH4)을 사용한다. 성장 동안 상기 챔버 내에서 가스 압력은 전체적으로 2 E-2 mbar로 조절된다. 이 가스는 5W 전력에서 작동하는 플라즈마 발생기(plasma generator)에서 존재한다. 248nm 엑시머 레이저(eximer laser)가 50Hz의 펄스 주파수(pulse frequency)에서 70 mJ/cm2의 플루언스를 갖는 구리 호일 기판의 표면 상에서 노출될 때 성장이 시작된다. 상기 레이저 노출 시간(즉, 성장 지속 시간)은 상기 기잘 상에서 연속적인 2DAC 코팅을 얻기 위해 1분으로 설정된다. 이 성장에서, 상기 단계 히터(stage heater)는 사용되지 않는다. 본원에 기재된 다중 파라미터(multiple parameter)는, 이에 제한되지는 않으나, 전구체로서 탄화수소, 전구체 혼합물, 광분해성 분해 공정 및 장비에 조정, 온도 조절, 기판 온도 조정, C 값의 변화, 원자 층 수의 변화, sp2 대 sp3 비율의 변화 및 기판에 대한 접착성의 변화를 포함하는 상기 기재된 2DAC의 특성을 조절하고/하거나 변경하기 위해 조정될 수 있다.
상기 기재된 실시양태의 장점은 광범위한 응용에서 구현될 수 있다. 하나의 응용에서, 생물학적 임플란트는 예를 들어 관상동맥 심장 질환(coronary heart disease), 신체적 외상(physical trauma) 및 충치(dental decay)를 포함하는 몇몇 질환을 치료하는데 사용할 수 있다. 기능적인 생물학적 임플란트의 핵심 파트는 주변 조직과의 호환성이다. 임플란트의 일반적인 문제는 호스트 조직에 의한 거부, 염증 및 혈전증을 포함할 수 있다. 탄소 코팅으로 금속 임플란트를 코팅하는 것은 그런 장치가 생체 적합성을 제공함으로써 상기 언급된 합병증의 효과를 감소시키는 것으로 나타났다. 선행 기술의 코팅을 제공하려는 시도는 코팅의 분리 및/또는 코팅 자체의 기계적 파손을 포함하는 다양한 이유로 인한 장기간의 분해로 악화되었다. 심장 스텐트의 혈전 발생7 뿐만 아니라 스텐트 및 뼈 임플란트의 부식 및 기계적 고장과 같은 몇몇 의학적 문제가 발생할 수 있다8. 본원에 기재된 복합재(composite)는 금속, 유리, 세라믹 및/또는 플라스틱(104) 및 원자적 얇은 탄소 필름(102)으로 구성될 수 있으며, 이로 인해 상기 기판 물질이 생체 적합성이 되고 몇몇 생체 의학적 응용을 위한 준비를 한다. 이러한 생체 의학적 응용에는 스텐트, 나사, 심장 판막(heart valves), 치과 임플란트 등과 같은 응용을 포함할 수 있다. 선행 기술 코팅의 두께는 스텐트의 벤딩(bending) 동안과 같이 특정 생체 의학적 응용에서 스트레스-미스매치(stress-mismatch)를 야기한다. 상기 언급된 스트레스-미스매치는 예를 들어, 생체 의학적 장치의 코팅에서 균열(crack)을 유발할 수 있으며, 동일한 것의 표면에 불완전한 커버를 생성할 수 있다.
상기 기재된 탄소 필름은 최소 두께로 구성될 수 있으며, 이로 인해, 기판의 상기 기재된 금속 표면이 적용되는 용법의 수명동안 일관되고 완전하게 커버되도록 보장할 수 있다. 하나의 예시적인 실시양태에서, 상기 기재된 2DAC 두께는 대략적으로 하나의 원자 층 두께(atomic layer thick)로 설계될 수 있다. 상기 기재된 탄소 필름(102)은 예를 들어, 스테인리스 강철 및 티타늄 물질과 같은 생체 의학적 응용에서 이미 사용된 것과 같은 몇몇 기판(104) 상에서 직접적으로 성장할 수 있다. 상기 성장은 예를 들어 그래핀 합성보다 훨씬 낮은 온도에서 수행되므로, 상기 기재된 2DAC는 유리 및 하드 디스크와 같이 고온을 견딜 수 없는 다른 기판(104)으로 직접 성장될 수 있다9. 상기 기재된 2DAC 필름(102)은 매우 강하고(ultra-strong) 상기 기판(104)에 강하게 결합되어 벤딩 및 스트레칭(stretching)과 같은 변형을 요구할 수 있는 응용에 적절하다. 상기 기재된 2DAC 필름의 강한 기계적 성질은 결정입계(grain boundaries)가 부족하기 때문이다. 상기 기재된 탄소 필름(102)의 절연성은 부식을 향상시키는 그래핀과 달리 상기 기판(104)의 갈바닉 부식(galvanic corrosion)을 방지한다. TEM 이미지에 보이는 바와 같이, 상기 탄소 필름의 7-, 8- 및 9-원 고리는 가스 또는 양자 수송에 효율적인 막으로서 유용하다3.
기재된 실시양태의 상기 탄소 필름(102) 및 기판(104)은, 이에 제한되지는 않으나, 생체 의학적 기술, 예를 들어 생체 적합성을 위한 탄소 코팅을 요구하는 금속의 용도로 작동하는 것을 포함하는 다른 응용에 사용될 수 있다. 예시적인 실시양태는 스텐트, 치과 임플란트(예를 들어, 치아), 정형외과 임플란트 등으로 사용되는 것을 포함할 수 있다. 임플란트 외에, 기재된 실시양태는 줄기세포 및 근육 성장을 위한 배양 기판으로서 사용될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 상기 기재된 탄소 필름 및 기판 물질은 고농도 하드 디스크를 위한 매우 얇은 부식 방지 코팅(ultra-thin anti-corrosion coating)으로서 유용할 수 있다. 다른 응용에서, 상기 기재된 탄소 필름 및 기판 물질은 효율적인 가스 막으로서 또는 양자 수송을 위해 사용될 수 있다. 상기 기재된 코팅의 임의의 제한은 상기 응용 자체의 분리된 성질, 즉 상기 금속이 탄소 코팅되거나 코팅되지 않은 것이다.
상기 기재된 발명의 선택된 실시양태에 따르면, 상기 기재된 2DAC는 예를 들어, 기판이 성장하기에 적절하지 않은 경우에 독립된 케이스로서 생성될 수 있으며, 그러므로 상기 기재된 2DAC는 이동될 필요가 있다. 그러나, 본 기재의 장점은 상기 기재된 2DAC가 기판상에서 직접적으로 성장하는 것을 제공한다. 상기 기재된 2DAC 필름의 이러한 이점은 예를 들어, 이동 공정을 위한 그래핀과 비교하여, 상기 기재된 2DAC 필름이 이동(그래핀과 달리)을 위하여 희생적인 지지층을 필요로 하지 않는다는 것이다. 그래핀의 경우, 상기 필름 층은 상기 이동하는 동안 균열 및 결함을 방지하기 위해 필요하며, 상기 필름 층은 이후에 제거될 필요가 있다. 제거해도, 상기 희생적인 층으로부터 완전하게 제거될 수 없는 잔류물이 남아 있다. 상기 기재된 2DAC로, 상기 이동은 상기 희생적인 층 없이, 결함을 유도하지 않고, 잔류물을 다루거나 상기 구조를 손상시키지 않고 수행될 수 있다.
경쟁 방법은 약물 용출 폴리머 코팅(drug eluting polymer coatings)을 포함하며, 이는 생체 적합성을 증가시키고 국소 부위에 투약하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 기재된 2DAC에 의해 이러한 폴리머의 증가된 코팅은 증가된 양의 약물을 운반할 수 있고 탄소 코팅 이상의 장점을 갖는다.
앞에 언급된 바와 같이, 상기 기재된 탄소 필름 및 기판의 중요한 응용은 줄기세포 및 근육 성장에서의 응용을 포함한다. 조직 공학에서 줄기세포의 사용은 최근에 이러한 세포의 치료 및 재생 잠재력으로 인해 큰 관심을 받고 있다. 이러한 잠재력은 미분화된 상태에서 연장된 자가-재생(self-renewal) 및 세포의 전분화능, 즉 몇몇 상이한 계통으로 분화되는 능력의 조합으로부터 발생한다. 상기 줄기세포는 신체에서 모든 체세포(somatic cells)로 분화할 수 있다. 그러므로 환자의 골수로부터 수확된 세포는 손상된 조직 및 기관을 치료 및 재생하는데 사용될 수 있다.
미분화된 상태에서 줄기세포를 성장시키고 유지시키는 것은 현재 상태의 당업계 방법으로는 어렵고 느린 절차이다. 또한, 현재 기술은 마우스 종양 세포(Matrigel)에 의해 분비된 마우스 섬유아세포 층 또는 젤라틴성 단백질 혼합물을 이용함으로서, 이종 단백질(xenogeneic proteins)을 도입한다. 그러므로, 상기 기술은 이종 오염의 위험으로 인하여 치료 노력에 적절하지 않다.
피더 세포(feeder cell)에서 줄기세포의 성장은 복잡한 절차이고 임상 용도에 적합하지 않다. 합병증은 결과적으로 힘든 준비 절차, 고비용 및 배치-대-배치 변동으로부터 발생한다. 상기 줄기세포는 피더 층으로부터 이종 또는 바이러스 오염 가능성으로 인해 임상 용도에 적절하지 않다.
특정 계통에 대한 헌신은 세포외 매트릭스(extracellular matrix, ECM)의 기계적 강도, 화학적 성장 인자 및 인접 세포와 같은 국소 환경으로부터 발생하는 몇몇 요인에 의존한다 10, 11. 줄기세포의 운명을 조절하는 것은 임상 설정에서 줄기세포를 사용하기 위해 도달하는 중요한 목표이다.
생화학적 유도제는 세포의 계통을 지시하는 경로를 활성화시킬 수 있는 것으로 나타난 반면, 최근의 연구는 단순하게 세포의 기계적 환경을 수정함으로써, 세포가 특정 계통에 투입되도록 단서를 활성화함으로써 가능성을 보여주었다 13, 14, 15.
또한, 줄기세포의 분화 및 성장은 종종 생활성 기판(bioactive substrates)의 결핍으로 인해 억제된다.
마지막으로, BMP-2와 같은 화학적 요인은 세포 배양 동안 3일 마다 투여되는 것이 요구되기 때문에 노동 집약적(labor intensive)이므로, 물질 비용, 세포간 상호작용 및 노동 비용을 증가시킨다.
기재된 본 발명의 예시적인 실시양태는 2차원 비-정질 탄소(2DAC) 생활성 기판 코팅 및 줄기세포의 성장 및 분화 방법을 제공한다.
기재된 본 발명의 예시적인 실시양태는 비-육각형 탄소 고리 및 육각형 탄소 고리로 이루어진 원자 구조를 갖는 2DAC 코팅을 제공하며, 육각형 고리 대 비-육각형 고리의 비는 0.8 이하이다.
기재된 본 발명의 예시적인 실시양태에 따라, 상기 2DAC로 임플란트의 코팅은 생체 적합성을 향상시킬 수 있고 호스트 조직의 염증을 감소시킬 수 있다.
기재된 본 발명의 예시적인 실시양태에 따라, 상기 2DAC로 기판의 코팅은 박테리아 성장을 예방할 수 있고 임플란트의 부위에서 박테리아 감염을 감소시킬 수 있다.
기재된 본 발명의 예시적인 실시양태는 2DAC로 기판의 표면을 코팅하는 단계, 2DAC로 코팅한 상기 기판의 표면상에 줄기세포의 초기 농도를 시딩(seeding)하는 단계, 및 상기 줄기세포의 요구된 농도에 도달할 때까지 상기 시딩된 줄기세포로부터 추가 줄기세포를 성장시키는 단계를 포함하는 줄기세포 성장 방법을 제공한다.
하나의 실시예에서, 10% FBS, 1% 페니실린(penicillin), 1% 비-필수 아미노산 및 1% 소듐 피루베이트(sodium pyruvate)를 가진 저농도-포도당 둘베코 변형 이글 배지(low-glucose Dulbecco’s modified eagle medium)내에 상기 줄기세포를 10,000 cells/cm2 농도로, 상기 기재된 2DAC 코팅된 표면에 시딩하였다. 상기 세포는 37℃ 및 5% CO2에서 배양되었다. 상기 코팅은 2DAC 상에서 직접 성장하는 것을 의미할 수 있다. 그러므로, 상기 기재된 2DAC 코팅된 표면상에 임플란트 코팅이 설립된다. 상기 배지는 요구된 농도에 도달할 때까지 3일마다 교체한다. 일부 기재된 실시양태에서, 상기 임플란트는 관상 동맥 스텐트(coronary stent), 치과 임플란트, 정형외과 임플란트 등일 수 있다.
상기 시딩된 세포는 다른 세포 배양 표면과 비교하여 상기 기재된 2DAC 표면에서 더 우수한 회수율을 갖는다. 상기 세포는 다른 기판 또는 표주 조직 배양 기판과 비교하여 상기 기재된 2DAC에 더 빠른 부착 속도를 나타내므로, 고정원의 결핍(lack of anchorage)으로 발생하는 세포 사멸을 감소시킨다. 상기 임플란트 코팅은 상기 임플란트의 표면과 접촉각을 형성할 수 있다. 일부 개시된 실시양태에서, 2DAC 표면의 접촉각은 약 30 내지 65°이고, 세포 성장에 대해 최적이다.
기재된 본 발명의 예시적인 실시양태는 2DAC로 기판의 표면을 코팅하는 단계, 상기 2DAC로 코팅된 기판의 표면에 줄기세포의 초기 농도로 시딩하는 단계, 및 상기 기재된 2DAC로 코팅된 기판의 표면상의 줄기세포 배지에서 성장 요인을 흡수하는 단계를 포함하는 줄기세포 분화 방법을 제공한다. 따라서, 성장 요인은 세포를 배양하는 동안 상기 기재된 2DAC의 표면상에 자동으로 흡착된다. 기재된 실시양태는 성장 요인이 비-코팅된 표면과 비교하여 더 높은 속도로 상기 기재된 2DAC 표면상에 자동으로 흡착되는 것을 제공한다.
하나의 실시예에서, 상기 줄기세포는 배지에 덱사메타손(dexamethasone), L 글루타민(L glutamine), 아스코르브산(ascorbic acid) 및 β-글리세로포스페이트(β-glycerophosphate)를 첨가함으로서 골 형성 계통(osteogenic lineage)으로 분화된다. 상기 세포는 37℃ 및 5% CO2에서 배양되었다. 상기 배지는 3일마다 교체한다.
성장 인자는 비-코팅된 표면과 비교하여 더 높은 속도로 상기 기재된 2DAC 표면상에 흡착된다. 상기 기재된 2DAC에서 상기 sp2 결합된 탄소 원자의 프리 pi-오비탈(free pi-orbital)은 골 형성 인자 덱사메타손 및 β-글리세로포페이트와 결합을 생성한다. 이 흡착은 줄기세포의 골 분화 유도를 유도하는 인자의 이용가능성을 증가시키며, 상기 세포에서 흡수 및 분화를 증가시키는 것을 야기한다.
상기 기재된 발명의 예시적인 실시양태를 따르면, 상기 기판은 시험관 내(in vitro) 또는 생체 내(in vivo) 줄기세포 성장 및 분화를 위한 물질일 수 있다.
상기 기재된 발명의 예시적인 실시양태를 따르면, 상기 기재된 2DAC는 상기 기판의 생활성을 향상시키고 줄기세포의 분화를 가속화시킨다.
상기 기재된 본 발명의 예시적인 실시양태는 호스트 조직 및 임플란트 사이의 생체 적합성을 향상시키고/시키거나, 상기 호스트 조직의 염증을 감소시키는 2DAC 생활성 기판 코팅을 제공한다.
상기 기재된 본 발명의 예시적인 실시양태는 박테리아 부착 및 증식을 감소시키는 2DAC 항-박테리아 코팅을 제공한다.
상기 기재된 본 발명의 예시적인 실시양태는 줄기세포의 이종 이식-프리 성장 및 증식을 유지하고, 특정 계통으로의 분화를 가속화하는 줄기세포의 성장 방법을 제공한다.
상기 기재된 본 발명의 예시적인 실시양태는 미-분화된 상태로 줄기세포를 유지하는 방법 및 기기, 특정 계통을 향한 줄기세포의 분화를 유도하는 방법 및 기기, 및 생체 의학적 임플란트를 위한 코팅에 관한 것이다.
상기 기기(article)는 Orofeo et al.의 “Layered composite material consisting atomically thin amorphous carbon on top of the substrate”(이 특허 문헌의 전체 내용 및 개시 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함됨)라는 명칭으로 특허 문헌에 기재된 바와 같이, 임의의 기판(금속, 유리, 플라스틱) 상에 상기 기재된 2DAC의 코팅으로 구성되며, 상기 표면의 전체를 코팅한다. 상기 기재된 2DAC는 0.8 이하의 C-값(C-value)을 갖는 비-결정성 구조에서 탄소 원자의 단일 층이다. 상기 C-값은 육각형 고리 대 비-육각형 고리의 비율이다.
도 11은 2DAC에 대한 접촉각 및 XPS를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 2DAC에 대한 접촉각은 약 60°이며, 이는 그래핀에 대해 보고된 90° 접촉각보다 낮다.
상기 sp3/sp2의 비는 상기 기재된 2DAC에서 발견된 탄소 결합의 유형을 의미한다. 상기 sp2 결합은 더 높은 성장 인자 결합을 가능하게 한다. 도 11에서 2DAC에 대한 XPS는 sp3/sp2 결합비가 0.2 이하인 것을 확인한다.
도 12는 비-코팅된 유리 및 2DAC 코팅된 유리 사이의 나노-토포그래픽 차이점(nano-topographical difference)을 나타낸다. 도 12를 참조하면, 상기 기재된 코팅은 상기 기판상에 약 1nm의 거칠기(roughness)를 생성하며, 세포-대-기판 상호작용을 향상시킨다. 라만 스펙트럼은 약 0.5-1의 D/G 비율을 나타내고 2D-피크(2D-peak)의 부재를 나타낸다. 2D-피크의 부재와 함께 결합된 상기 기재된 코팅에 기인한 이러한 비율은 상기 기재된 2DAC를 그래핀 및 다이아몬드 코팅의 구조와 상이하게 구별한다.
예시적인 실시양태는 다음과 같이 중성 상태에서 줄기세포를 성장 및 증식시키는 방법을 제공한다.
줄기세포를 2DAC 코팅된 표면에 시딩하였고, 원하는 농도에 도달할 때까지 표준 줄기세포 배지에서 배양하였다. 상기 세포는 상기 표면으로부터 분리될 수 있고 세포 확장을 위해 다중 표면상으로 희석될 수 있다. 세포 성장의 속도는 섬유아세포 피더 층(fibroblast feeder layer) 또는 Matrigel의 속도와 동일하거나 더 크다.
상기 세포는 분화의 임의의 형태도 나타내지 않으나 중성 미-분화 상태로 남아있다. 상기 2DAC의 나노 규모 거칠기 및 친수성은 상기 세포가 나노결정 그래핀(nanocrystalline graphene)에서 관찰된 것과 유사하게 접착되고 퍼지게 한다.
예시적인 실시양태는 다음과 같이 줄기세포 분화를 요구된 계통으로 조절하고 촉진시키는 방법을 제공한다.
분화는 상기 줄기세포 배지에 첨가된 성장 인자에 의해 유도된다. 상기 성장 인자는 계통을 결정한다. 예를 들어, 골 형성 분화를 위해, 상기 성장 인자는 덱사메타손 및 β-글리세로포스페이트로 구성될 것이다. 상기 성장 인자는 상기 표면에 쉽게 흡착되고 표준 조직 배양 플레이트, 유리 또는 금속 기판과 비교하여 증가된 속도로 상기 세포에 전달된다. 상기 비-정질 탄소의 기계적 특성은 세포-대-기판 상호작용을 향상시키고 이에 따라 상기 분화를 향상시킨다.
상기 개략된 바와 같이, 성장 인자는 세포 배양 동안 상기 기재된 2DAC의 표면상에 자동적으로 흡착된다. 따라서, 기재된 실시양태는 성장 인자가 비-코팅된 표면과 비교하여 더 높은 속도로 상기 기재된 2DAC 표면상에 자동으로 흡착되는 것을 제공한다. 도 13은 2DAC 코팅된 기판상의 줄기세포에서 성장 인자의 증가된 흡수 메커니즘을 나타낸다.
도 14는 2DAC 코팅된 기판 및 비-코팅된 기판상에서 단백질 흡수의 비교를 나타낸다. 도 14는 단백질-작용화된 비-코팅된 티타늄(왼쪽 상단) 및 2DAC 코팅된 티타늄(오른쪽 상단)의 AFM 위상 스캔(AFM phase scan)을 도시한다. 성장 인자의 흡착은 다른 기판(더 낮음)과 비교하여 상기 기재된 2DAC 상에서 향상되고, 즉, 상기 기재된 2DAC 코팅된 표면 상에서 단백질 흡수는 비-코팅된 기판과 비교하여 상당히 향상된다.
도 4에서 AFM 위상 스캔은 왼쪽의 비-코팅된 티타늄상에 단백질의 결핍을 나타내는 반면, 오른쪽의 2DAC-코팅된 티타늄이 단백질을 쉽게 흡수한다. 티타늄이 도시되어 있는 동안, 티타늄 합금(titanium alloys), 스테인리스 철강(stainless steel), 금, 은, 코발트-크롬 합금(cobalt-chromium alloys), 나이오븀 탄탈럼(niobium tantalum)과 같은 다른 금속; 알루미늄 산화물(aluminum oxide), 티나늄 산화물(titanium oxide), 지르코늄 산화물(zirconium oxide), 실리케이트(silicates), 히드록시아파타이트(hydroxyapatites), 칼슘 포스페이트(calcium phosphates)와 같은 세라믹(ceramic); 및 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아마이드(polyamide), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리테트라플루오에틸렌(polytetrafluroethylene)과 같은 폴리머(polymer), 다른 물질 중에서, 본 발명의 교시로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
임플란트는 생체 적합성은 높이고 국소 호스트 조직과의 통합을 위해 2DAC로 코팅될 수 있다. 이러한 생체 적합성은 호스트 조직으로부터 감소된 염증 반응, 노출된 혈관에서 혈소판의 감소된 혈전 및 활성화, 및/또는 코팅된 임플란트 상에서 세포의 향상된 성장으로 나타나므로, 조직과 임플란트 사이에 강한 결합을 형성한다.
도 15는 심혈관 스텐트 임플란트의 비-코팅된 표면과 2DAC 코팅된 표면을 나타낸다. 상기 비-코팅된 심혈관 임플란트는 혈소판 부착 및 활성을 야기할 수 있다. 활성화된 혈소판은 응고 인자를 퍼뜨려서 혈전 형성을 야기한다. 상기 2DAC 코팅은 혈소판의 부착 및 활성을 감소시키고, 이에 혈전증(thrombosis)의 위험을 감소시킨다.
도 16은 상기 2DAC 코팅이 임플란트와 뼈 조직 사이의 통합을 개선시킬 수 있는지를 나타낸다. 상기 2DAC 코팅은 세포 부착을 개선시키고, 염증을 감소시키고 인근 세포의 골 형성 분화를 향상시킨다. 이러한 요인들은 임플란트와 뼈 조직 사이에 더 강하고 지속적인 결합을 야기한다.
도 17은 배어 유리상의 세포와 비교하여 2DAC 코팅된 유리상의 LPS(리포폴리사카라이드(Lipopolysaccharides))에 의해 스트레스 받은 세포에서 질산(nitric oxide, NO) 및 TNF-α 생성에 대한 비교를 나타낸다.
NO 및 TNF-α는 둘 다 전신성 염증(systemic inflammation)의 지표이다. 도 5에 나타난 결과는 상기 염증이 감소될 것임을 나타낸다.
성장 기판으로서 2DAC를 사용함으로써, 실질적일 어려움과 노동 시간 및 비용이 감소하였고, 오염 문제가 제거된다.
상기 기재된 2DAC는 상기 개략된 바와 같이 기판상에서 직접적으로 성장될 수 있다. 상기 비-정질 탄소의 직접 성장은 기판에 대한 높은 접착 강도의 이점(> 200 J/m2의 접착 에너지)을 갖는다. 대조적으로, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 그래핀은 성장 기판으로 이동될 필요가 있고 약 10 J/m2의 매우 열악한 접착성을 갖는다.
2DAC의 생산은 임의의 기판상에서 직접적으로 넓은 면적으로 확장될 수 있다. 상기 기재된 2DAC의 성장은 500℃ 미만에서 수행될 수 있으며 많은 생체 의학적 임플란트 및 응용과 호환될 수 있다.
상기 기재된 비-정질 탄소는 생물학적 조직에 대한 임의의 독성 문제도 제기하지 않으며 FDA에 의해 생체 의학적 임플란트에 대해 이미 승인되었다. 게다가, 몇몇 탄소 코팅된 스텐트는 유럽에서 임상 사용을 위해 홍보되었다: BioDiamond®(Plasma Chem), Carbostent®(Sorin), Diamond Flex®(Phytis) 및 Dylyn®(Bekaert). 그러므로, 2DAC는 상기 기재된 바와 같이, 상기 2DAC가 단순한 탄소 코팅과 상이함에도 불구하고 임상 세팅에서 사용되기에 적절하다.
본원의 많은 실시양태들을 상세하게 설명하였으나, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 수정 및 변형이 가능하다는 것이 명백할 것이다. 게다가, 본 발명에서 많은 실시양태를 도시하는 동안, 본 발명에서 모든 실시예는 비-제한적인 실시예로서 제공되므로, 도시된 다양한 사태를 제한하는 것을 간주되어서는 안된다는 것으로 이해되어야 한다.
[참고문헌]
다음의 참고 문헌은 상기에 기재되어 있으며, 본원에서 참조로 포함된다:
1. Ferrari, A.C. et al. “Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon.” Physical Review B 61, 14095-14107 (2000).
2. Robertson, J. “Ultrathin carbon coatings for magnetic storage technology.” Thin Solid Films 383, 81-88 (2001).
3. Hu, S. et al. “Proton transport through one-atom-thick crystals.” Nature 516, 227-230 (2014).
4. Das, S. et al. “Measurements of adhesion energy of graphene to metallic substrates.” Carbon 59, 121-129 (2013).
5. Schriver, M. et al. “Graphene as a Long-Term Metal Oxidation Barrier: Worse Than Nothing” ACS Nano 7, 5763-5768 (2013).
6. Wang, J. S. et al. “The mechanical performance of DLC films on steel substrates.” Thin Solid Films 325, 163-174 (1998).
7. Leng, Y. X. et al. “Mechanical properties and platelet adhesion behavior of diamond-like carbon films synthesized by pulsed vacuum arc plasma deposition.” Surface Science 531, 177-184 (2003).
8. Maguire, P. D. et al. “Mechanical stability, corrosion performance and bioresponse of amorphous diamond-like carbon for medical stents and guidewires.” Diamond and Related Materials 14, 1277-1288 (2005).
9. Marcon, et. al. “The head-disk interface roadmap to an areal density of 4 Tbit/in2.”Advances in Tribology 2013, 1-8 (2013).
10. Discher, D. E., Mooney, D. J. & Zandstra, P. W. “Growth Factors, Matrices, and Forces Combine and Control Stem Cells.” Science 324, 1673-1677 (2009).
11. Spradling, A., Drummond-Barbosa, D. & Kai, T. “Stem cells find their niche.” Nature 414, 98-104 (2001).
12. Murry, C. E. & Keller, G. “Differentiation of Embryonic Stem Cells to Clinically Relevant Populations: Lessons from Embryonic Development.” Cell 132, 661-680 (2008).
13. Engler, A. J., Sen, S., Sweeney, H. L. & Discher, D. E. “Matrix Elasticity Directs Stem Cell Lineage Specification.” Cell 126, 677-689 (2006).
14. Dalby, M. J. et al. “The control of human mesenchymal cell differentiation using nanoscale symmetry and disorder.” Nature Materials 6, 997-1003 (2007).
15. Trappmann, B. et al. “Extracellular-matrix tethering regulates stem-cell fate.” Nature Materials 11, 642-649 (2012).
16. Lee, H. et al. “Establishment of feeder-free culture system for human induced pluripotent stem cell on DAS nanocrystalline graphene.” Scientific Reports 6, 20708 (2016).
17. Choi, W. J. et al. ”Effects of substrate conductivity on cell morphogenesis and proliferation using tailored, atomic layer deposition-grown ZnO thin films.” Scientific Reports 5, 9974 (2015).
본원에 인용된 모든 문헌, 특허, 저널 논문 및 기타 자료는 본원에 참조로서 포함된다.
본원은 여러 실시양태들을 구체적으로 기재하고 있으며, 첨부된 청구범위에 정의된 범위를 벗어나지 않고, 수정 및 변형이 가능하다는 것이 명백하다. 또한, 본원의 모든 실시예들은 본 발명의 여러 양태를 나타내며 비-제한적인 예로서 기재된 것이므로, 예시된 양태로 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 결정화도(crystallinity, C)≤0.8를 갖는 2차원(2D) 비-정질 탄소 필름(two-dimensional amorphous carbon film).
  2. 제1항에 있어서, 상기 2D 비-정질 탄소필름은 0.01 내지 1000Ω-cm의 저항률을 갖는 것을 특징으로 하는 2차원(2D) 비-정질 탄소 필름.
  3. 결정화도(C)<1를 가지며 sp3/sp2 결합비가 0.2 이하인 2차원(2D) 비-정질 탄소 필름.
  4. 기판(substrate); 및
    상기 기판의 표면상에 배치되어 있으며 결정화도(C)≤0.8를 갖는 2차원(2D) 비-정질 탄소 필름을 포함하는 기기(article).
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판은 촉매성 금속, 비-촉매성 금속, 유리, 플라스틱, 생활성 물질(bioactive material), 조직 배양 플레이트 및 물질의 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 2D 비-정질 탄소 필름이 배치된 기판의 표면 및 상기 2D 비-정질 탄소 필름 사이의 접착력이 ≥ 200 J/m2인 것을 특징으로 하는 기기.
  7. 제4항의 기기를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
    전구체 가스(precursor gas)를 분해하여 적어도 하나 이상의 분해된 종을 생성하는 단계; 및
    상기 기판의 표면상에 상기 분해된 종으로부터 2D 비-결정질 탄소 필름을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 전구체 가스는 탄소-함유 가스를 포함하는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 필름 형성 단계 이전에 상기 기판을 ≤500℃의 온도로 가열시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 2D 비-정질 탄소 필름은 실질적으로 상기 전체 기판 표면에 걸쳐 연속적인 필름으로 형성된 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 기판의 표면으로부터 상기 2D 비-정질 탄소 필름을 분리하여 독립된 2D 비-정질 탄소 필름(free-standing 2D amorphous carbon film)을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 다른 기판의 표면상으로 독립형 2D 비-정질 탄소 필름을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 비-육각형 탄소 고리(non-hexagonal carbon rings) 및 육각형 탄소 고리(hexagonal carbon rings)로 이루어진 원자 구조를 가지고,
    상기 비-육각형 탄소 고리에 대한 육각형 탄소 고리의 비율이 1.0 미만인 2차원 비-정질 탄소(two-dimensional amorphous carbon, 2DAC) 코팅.
  13. 제12항에 있어서, 상기 코팅은 임플란트 코팅(implant coating)인 것을 특징으로 하는 코팅.
  14. 제13항에 있어서, 상기 임플란트 코팅은 임플란트의 표면과 약 60°의 접촉각을 형성하는 것을 특징으로 하는 코팅.
  15. 제13항에 있어서, 상기 임플란트 코팅은 200J/m2 이상의 접착 에너지로 임플란트에 접착하는 것을 특징으로 하는 코팅.
  16. 제12항에 있어서, 상기 비-육각형 탄소 고리는 4-원 탄소 고리(4-membered carbon rings), 5-원 탄소 고리, 7-원 탄소 고리, 8-원 탄소 고리 및 9-원 탄소 고리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 코팅.
  17. 제12항에 있어서, 550nm 이상의 파장에서 98% 이상의 광학 투과도를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅.
  18. 줄기세포를 특수 세포로 분화시키는 방법으로서,
    2차원 비-정질 탄소(2DAC)로 기판의 표면을 코팅하는 단계;
    상기 2DAC로 코팅된 기판의 표면상에 시드 층(seed layer)을 배치하는 단계; 및
    줄기세포 배지에서 상기 2DAC로 코팅된 기판의 표면상으로 성장 인자를 흡착시키는 단계를 포함하는, 줄기세포를 특수 세포로 분화시키는 방법
  19. 제18항에 있어서, 목적하는 농도의 줄기세포에 도달할 때까지 상기 시드 층으로부터 추가적인 줄기세포를 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 성장 인자는 표준 조직 배양 기판과 비교하여 더 빠른 속도로 2DAC로 코팅된 기판의 표면에 흡착되는 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102632873B1 (ko) 2023-05-02 2024-02-06 호서대학교 산학협력단 세포 배양 성능이 향상된 세포 배양 용기

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10984830B2 (en) * 2017-02-24 2021-04-20 The National University Of Singapore Two dimensional amorphous carbon as overcoat for heat assisted magnetic recording media
WO2020027728A1 (en) * 2018-07-30 2020-02-06 National University Of Singapore Proton conductive two-dimensional amorphous carbon film for gas membrane and fuel cell applications
US11858812B2 (en) 2019-05-23 2024-01-02 National University Of Singapore Monolithic and fractal carbon foams and methods of preparing and using same
US11145875B2 (en) * 2019-08-19 2021-10-12 Robert Bosch Gmbh Fuel cell electrode catalyst layer coating
EP4031691A4 (en) * 2019-09-20 2022-11-09 National University of Singapore ELECTRONIC DEVICE WITH ONE OR MORE SINGLE-LAYER AMORPHOUS FILMS AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF
CN114503310A (zh) * 2019-09-30 2022-05-13 新加坡国立大学 电极、电化学电池及其形成方法
US11670790B2 (en) 2019-11-25 2023-06-06 Robert Bosch Gmbh Fuel cell membrane electrode assemblies
US11631863B2 (en) 2020-03-27 2023-04-18 Robert Bosch Gmbh Fuel cell catalyst material with defective, carbon-based coating

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011148686A (ja) * 2009-12-25 2011-08-04 Toyota Central R&D Labs Inc 配向性非晶質炭素膜およびその形成方法
KR20160044977A (ko) * 2014-10-16 2016-04-26 삼성전자주식회사 비정질 탄소원자층의 형성방법 및 비정질 탄소원자층을 포함하는 전자소자

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4725345A (en) 1985-04-22 1988-02-16 Kabushiki Kaisha Kenwood Method for forming a hard carbon thin film on article and applications thereof
US5266409A (en) 1989-04-28 1993-11-30 Digital Equipment Corporation Hydrogenated carbon compositions
US5045165A (en) 1990-02-01 1991-09-03 Komag, Inc. Method for sputtering a hydrogen-doped carbon protective film on a magnetic disk
US5637373A (en) 1992-11-19 1997-06-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Magnetic recording medium
JPH0991686A (ja) 1995-09-26 1997-04-04 Kao Corp 磁気記録媒体
US6780388B2 (en) 2000-05-31 2004-08-24 Showa Denko K.K. Electrically conducting fine carbon composite powder, catalyst for polymer electrolyte fuel battery and fuel battery
JP4669120B2 (ja) 2000-11-13 2011-04-13 株式会社ユーテック 歯科用インプラント及びその製造方法
JP2002312923A (ja) 2001-04-12 2002-10-25 Fujitsu Ltd 磁気記録媒体
WO2003065881A2 (en) 2002-02-06 2003-08-14 Orbus Medical Technologies Inc. Medical device with coating that promotes endothelial cell adherence and differentiation
JP2004045144A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Unitika Ltd 生化学物質固定用アモルファスカーボン基板
JP5217243B2 (ja) * 2006-05-22 2013-06-19 株式会社豊田中央研究所 非晶質炭素膜、非晶質炭素膜の形成方法、非晶質炭素膜を備えた導電性部材および燃料電池用セパレータ
US8497050B2 (en) 2008-07-29 2013-07-30 GM Global Technology Operations LLC Amorphous carbon coatings for fuel cell bipolar plates
JP5628916B2 (ja) 2009-08-04 2014-11-19 ジェンテックス コーポレイション 電気化学センサ及び関連装置で使用するための陰極材料及びその製造方法
US9306099B2 (en) 2009-12-01 2016-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Material including graphene and an inorganic material and method of manufacturing the material
US9305571B2 (en) 2009-12-23 2016-04-05 HGST Netherlands B.V. Magnetic devices and magnetic media with graphene overcoat
US8951401B2 (en) * 2010-05-28 2015-02-10 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Method for electrochemically depositing carbon film on a substrate
CN102509694B (zh) * 2011-10-25 2015-04-01 上海华力微电子有限公司 保留部分无定形碳层的方法
US20130214875A1 (en) 2012-02-16 2013-08-22 Elwha Llc Graphene sheet and nanomechanical resonator
US8941950B2 (en) 2012-05-23 2015-01-27 WD Media, LLC Underlayers for heat assisted magnetic recording (HAMR) media
JP2014170601A (ja) 2013-03-01 2014-09-18 Toshiba Corp 磁気記録媒体、その製造方法、及びスタンパーの製造方法
US9363256B2 (en) 2013-04-11 2016-06-07 Mx Technologies, Inc. User authentication in separate authentication channels
US20150093684A1 (en) 2013-09-30 2015-04-02 Nissan North America, Inc. Fuel cell membrane with crossover barrier
US10683586B2 (en) * 2014-02-04 2020-06-16 National University Of Singapore Method of pulsed laser-based large area graphene synthesis on metallic and crystalline substrates
WO2015156736A1 (en) 2014-04-07 2015-10-15 National University Of Singapore Graphene as a protective overcoat for magnetic media without the use of a nucleation layer
GB201416527D0 (en) 2014-09-18 2014-11-05 Univ Manchester Graphene membrane
EP3224044A4 (en) 2014-11-26 2018-07-18 William Marsh Rice University Laser induced graphene hybrid materials for electronic devices
MY191207A (en) 2015-07-29 2022-06-08 Nat Univ Singapore A method of protecting a magnetic layer of a magnetic recording medium
US10984830B2 (en) 2017-02-24 2021-04-20 The National University Of Singapore Two dimensional amorphous carbon as overcoat for heat assisted magnetic recording media
JP2019010013A (ja) * 2017-06-29 2019-01-24 株式会社ニコン 細胞選別用物品及び細胞選別方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011148686A (ja) * 2009-12-25 2011-08-04 Toyota Central R&D Labs Inc 配向性非晶質炭素膜およびその形成方法
KR20160044977A (ko) * 2014-10-16 2016-04-26 삼성전자주식회사 비정질 탄소원자층의 형성방법 및 비정질 탄소원자층을 포함하는 전자소자

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102632873B1 (ko) 2023-05-02 2024-02-06 호서대학교 산학협력단 세포 배양 성능이 향상된 세포 배양 용기

Also Published As

Publication number Publication date
US20180337411A1 (en) 2018-11-22
US11114674B2 (en) 2021-09-07
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US20180244524A1 (en) 2018-08-30
JP2020510590A (ja) 2020-04-09
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SG11201907148SA (en) 2019-09-27
JP7118474B2 (ja) 2022-08-16
US11192788B2 (en) 2021-12-07
WO2018156082A1 (en) 2018-08-30

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