KR20210017077A - 템플릿을 가지는 패치 클램프, 및 상기 패치 클램프의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
템플릿을 가지는 패치 클램프 및 패치 클램프의 제조 방법이 개시된다. 패치 클램프는 기판 위에 형성된 탐침 영역에서 성장된 금속 구체를 제거함으로써 형성된 공백 영역인 템플릿이 포함될 수 있다.
Description
본 발명은 템플릿을 가지는 패치 클램프, 및 상기 패치 클램프의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 투명층에서 금속 구체가 제거된 공백 영역인 템플릿을 포함하는 패치 클램프 및 패치 클램프의 제조 방법에 관한 것이다.
외부 자극에 대한 살아있는 세포의 반응을 전기적으로 측정하는 것은 약물 개발과 질병 연구의 기본적인 방법 중 하나이다. 살아있는 세포의 반응을 전기적으로 측정하기 위한 하나의 방법으로 패치 클램프가 사용될 수 있다.
기존의 패치 클램프를 사용하는 방식은 유리로 만들어진 미세 관을 사람이 직접 세포에 흡착하는 것으로 숙련된 기술과 정교한 장비가 필요했다. 이 경우, 작업에 많은 시간이 소모되어, 하나의 세포 또는 매우 적은 수의 세포들에만 적용될 수 있었다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 많은 세포를 보다 신속하게 포획하고 정확한 세포의 반응을 측정할 수 있는 패치 클램프가 요구된다.
일실시예에 따르면, 패치 클램프는 기판 위에 형성된 탐침 영역에서 성장된 금속 구체를 제거함으로써 형성된 공백 영역인 템플릿이 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 패치 클램프는 기판; 상기 기판의 식각 영역에 배치되는 투명층; 상기 기판의 상단 표면에 배치된 절연층; 상기 투명층과 절연층 사이에 배치된 전극층을 포함하고, 상기 투명층에 공백 영역인 템플릿이 적어도 하나가 형성되고, 상기 절연층과 전극층의 일부가 상기 기판의 상단 표면에서 위로 돌출된 적어도 하나의 탐침 영역을 형성하며, 상기 절연층과 전극층에 형성된 탐침 영역의 끝부분은 템플릿에 대응되도록 절단되어 홀이 형성될 수 있다.
상기 탐침 영역의 하단은, 상기 기판의 관통 영역일 수 있다.
상기 템플릿과 관통 영역은 탐침 영역에 형성된 홀을 통해 연결될 수 있다.
상기 템플릿은, 상기 투명층에서 금속 구체가 제거됨에 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 패치 클램프의 제조 방법은 기판의 식각 영역에 전극층을 배치하는 제1 단계; 상기 전극층 위에 절연층을 배치하는 제2 단계; -상기 전극층과 절연층은 식각 영역에서 위로 돌출된 탐침 영역에 배치됨- 상기 기판의 전체 영역 중 탐침 영역의 하단에 대응하는 지점에 관통 영역을 형성하는 제3 단계; 상기 탐침 영역에서 금속 구체를 성장시키는 제4 단계; 상기 금속 구체가 모두 커버되도록 기판의 식각 영역에 투명층을 도포하는 제5 단계; 상기 커버된 금속 구체의 일부가 노출되도록 도포된 투명층의 상단을 식각하는 제6 단계; 상기 노출된 금속 구체의 전부를 제거함으로써 공백 영역인 템플릿을 형성하는 제7단계; 상기 제7 단계에서 형성된 템플릿에 대응되도록 템플릿에 대응되도록 절연층과 전극층의 일부를 제거하여 탐침 영역에 홀을 형성하는 제8 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 단계에서, 상기 절연층은 탐침 영역에서 절단되고, 상기 전극층은, 상기 절연층이 절단된 지점을 통해 외부로 노출될 수 있다.
상기 금속 구체는, 전기 도금을 통해 탐침 영역에서 성장하며, 전기 도금의 공정 시간에 따라 금속 구체의 크기가 결정될 수 있다.
상기 공백 영역과 관통 영역은 탐침 영역을 통해 서로 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 특정 형태의 공백 영역인 템플릿이 탐침 영역에 형성되어 있는 패치 클램프를 통해 특정 형태에 포함될 수 있는 다양한 종류의 세포에 대한 신호를 고속으로 탐지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 관통 영역을 통해 세포 내외부의 용액 교환이 가능하여 처리량이 향상될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 세포와 같은 오브젝트의 포착이 자동화될 수 있으며 오브젝트에 매칭되도록 템플릿이 형성되므로 오브젝트에 대한 움직임이 최소화될 수 있다.
도 1 내지 도 7은 템플릿을 가지는 패치 클램프에 대한 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 1은 일실시예에 따른, 기판 위에 배치된 전극층과 절연층의 일부분에 탐침 영역을 형성하는 과정을 도시한다.
도 2는 일실시예에 따른, 탐침 영역의 하부에 관통 영역을 생성하는 과정을 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른, 탐침 영역에 금속 구체를 형성하는 과정을 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른, 기판의 식각 영역에 투명층을 형성하는 과정을 도시한다.
도 5는 일실시예에 따른, 도 4에서 형성된 투명층의 상단 표면을 식각하는 과정을 도시한다.
도 6은 일실시예에 따른, 투명층에서 금속 구체를 제거하여 템플릿을 형성하는 과정을 도시한다.
도 7은 일실시예에 따른, 탐침 영역에서 제거된 템플릿에 대응되도록 절연층과 전극층의 일부를 제거하는 과정을 도시한다.
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도 2는 일실시예에 따른, 탐침 영역의 하부에 관통 영역을 생성하는 과정을 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른, 탐침 영역에 금속 구체를 형성하는 과정을 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른, 기판의 식각 영역에 투명층을 형성하는 과정을 도시한다.
도 5는 일실시예에 따른, 도 4에서 형성된 투명층의 상단 표면을 식각하는 과정을 도시한다.
도 6은 일실시예에 따른, 투명층에서 금속 구체를 제거하여 템플릿을 형성하는 과정을 도시한다.
도 7은 일실시예에 따른, 탐침 영역에서 제거된 템플릿에 대응되도록 절연층과 전극층의 일부를 제거하는 과정을 도시한다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 7은 템플릿을 가지는 패치 클램프에 대한 제조 방법을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 패치 클램프가 최종적으로 제조된 기구를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른, 기판 위에 배치된 전극층과 절연층의 일부분에 탐침 영역을 형성하는 과정을 도시한다.
본 발명에서 설명되는 패치 클램프는 세포의 이온 채널을 연구하기 위한 전기 생리학적 기기를 의미한다. 세포의 이온 채널에 대한 연구를 통해 세포 내에 이온을 선택적으로 통과시키면서 신진대사나 신경전달 등의 역할을 확인할 수 있다.
도 1을 참고하면, 기판(101) 상단 표면에 전극층(102)이 증착을 통해 배치될 수 있다. 그리고, 전극층(102) 위에 절연층(103)이 증착을 통해 배치될 수 있다.
이 때, 기판(101)은 식각 영역 a를 가질 수 있다. 기판(101)의 식각 영역 a에 마이크로 탐침에 해당하는 탐침 영역 b가 형성될 수 있다.
도 1에서 탐침 영역 b는 2개로 도시되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 기판(101)의 탐침 영역 b에 전극층(102)과 절연층(103)이 증착을 통해 배치될 수 있다. 이 때, 탐침 영역 b에서 절연층(103)의 일부가 제거되고, 전극층(102)의 일부가 외부로 노출되어 뾰족한 형태의 탐침 형태로 구성될 수 있다.
도 1에서의 기판(101)은 실리콘으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전극층(102)은 예를 들어 금과 같은 전기전도성을 갖는 층일 수 있으며, 절연층(103)은 전기전도성이 없는 층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일례로, 마이크로 탐침에 해당하는 탐침 영역 b는 DRIE(Deep Reactive-Ion Etching: 깊은 반응성 이온 에칭) 및 RIE (Reactive-Ion Etching: 반응성 이온 에칭) 공정을 통해 제작될 수 있다. 구체적으로, 마이크로 탐침에 해당하는 탐침 영역 b는 기판(101)을 딥 에칭(deep etching)하여 대략적인 기둥 형상들을 형성한 후 그들을 DRIE 또는 RIE을 통해 형성될 수 있다. RIE(Reactive Ion Etching)에 의해 기판(101)의 단부가 원뿔과 유사한 뾰족한 기둥이 형성되며, 기둥의 표면에 전극층(102)와 절연층(103)이 증착될 수 있다.
이후, 탐침 영역 b에서 절연층(103)의 일부가 부분적으로 제거되고, 절연층(103)이 제거된 위치에 전극층(102)의 일부가 노출될 수 있다. 이때, 마이크로 탐침에 대응하는 탐침 영역의 높이는 템플릿을 가지는 패치 클램프의 사용 형태에 따라 달라질 수 있다. 일례로, 마이크로 탐침의 높이는 45㎛ 일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 2는 일실시예에 따른, 탐침 영역의 하부에 관통 영역을 생성하는 과정을 도시한다.
도 2를 참고하면, 도 1에서 형성된 마이크로 탐침에 해당하는 탐침 영역 b의 하부에 위치한 기판(101)의 일부가 제거될 수 있다. 일례로, 탐침 영역 b의 하부에 위치한 기판(101)의 일부는 DRIE 공정을 통해 제거될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 도 2를 통해 탐침 영역 b의 하부에 관통 영역 c가 기판(101)에 형성될 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른, 탐침 영역에 금속 구체를 형성하는 과정을 도시한다.
도 3을 참고하면, 탐침 영역 b에 금속 구체(104)가 형성될 수 있다. 금속 구체(104)는 마이크로 탐침에 해당하는 탐침 영역 b의 외부를 둘러싸면서 형성될 수 있다. 일례로, 금속 구체(104)는 구리로 이루어진 구리볼 일 수 있다.
그리고, 금속 구체(104)는 전기 도금을 통해 형성될 수 있다. 이 때, 전기 도금은 황산구리 용액을 이용하여 진행될 수 있다. 절연층(103)이 ITO인 경우, 마이크로 탐침에 해당하는 탐침 영역 b의 노출된 뾰족한 부위에 핵 생성이 진행되며, 핵을 통해 금속 구체(104)가 형성될 수 있다.
이때, 전기 도금을 처리하기 위해 일정한 전류 하에서 공정 시간을 조절함으로써 탐침 영역 b에서 성장하는 금속 구체(104)의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들면, 전기 도금이 대략 8분 30초 정도 진행되면, 지름이 11㎛인 금속 구체가 형성될 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른, 기판의 식각 영역에 투명층을 형성하는 과정을 도시한다.
도 4를 참고하면, 기판(101)의 식각 영역 a에 투명층(105)이 형성되는 과정이 도시된다. 여기서, 투명층(105)은 금속 구체(104)가 완전히 잠기도록 형성될 수 있다. 이 때, 투명층(105)은 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 같은 고분자 물질이 도포됨으로써 형성될 수 있다.
일례로, 투명층(105)은 PDMS와 경화제를 10:1의 비율로 혼합한 용액을 일정한 RPM으로 코팅한 후, 80도에서 6시간 정도 열처리함으로써 생성될 수 있다. 본 발명은 위에서 언급된 혼합 비율이나 공정 조건 (온도, 시간)에 제한되지 않는다.
도 5는 일실시예에 따른, 도 4에서 형성된 투명층의 상단 표면을 식각하는 과정을 도시한다.
도 5는 도 4에서 형성된 투명층(105)의 상단을 식각하는 과정을 나타낸다. 이 때, 투명층(105)은 금속 구체(104)의 일부가 노출될 수 있도록 일정 깊이만큼 식각될 수 있다.
일례로, 투명층(105)을 식각하기 위해 습식 식각과 건식 식각이 적용될 수 있다. 이 때, 투명층(105)에 대해 TBAF : NMP를 1:3의 비율로 혼합한 용액을 이용하여 상온(25 ℃)에서 3분 동안 습식 식각이 진행될 수 있다. 그리고, O2 : CF4 가 1 : 3 (13 sccm : 37 sccm)의 비율로 혼합된 가스를 이용하여 20분 동안 건식 식각이 진행될 수 있다. 이를 통해 투명층(105)의 상단이 식각됨으로써 탐침 영역 b에 위치한 금속 구체(104)의 상단의 일부가 노될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른, 투명층에서 금속 구체를 제거하여 템플릿을 형성하는 과정을 도시한다.
도 6을 참고하면, 탐침 영역 b에 위치한 금속 구체(104)가 제거되는 과정을 나타낸다. 금속 구체(104)가 제거됨으로써 공백 영역인 템플릿이 형성될 수 있다.
일례로, 금속 구체(104)는 습식 식각을 통해 제거될 수 있다. 구체적으로, 금속 구체(104)는 해당 금속에 대한 식각 용액을 이용하여 습식 식각을 통해 제거될 수 있다.
식각 용액을 통해 금속 구체(104)가 전부 제거될 수 있으며, 투명층(105)의 내부에 금속 구체(104)가 존재했던 위치에 공백 영역 d인 템플릿이 형성될 수 있다. 즉, 공백 영역 d인 템플릿은 제거된 금속 구체(104)와 동일한 형상을 나타낸다. 그리고, 도 6을 참고하면, 템플릿이 형성된 위치에 전극층(102)과 절연층(103)으로 구성된 탐침 영역 b의 일부가 노출될 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른, 탐침 영역에서 제거된 템플릿에 대응되도록 절연층과 전극층의 일부를 제거하는 과정을 도시한다.
도 6에서 템플릿이 형성된 위치에 전극층(102)과 절연층(103)으로 구성된 탐침 영역 b의 일부가 노출되는데, 도 7은 템플릿에 노출된 탐침 영역 b에 해당하는 전극층(102)과 절연층(103)의 일부가 제거될 수 있다. 즉, 마이크로 탐침의 뾰족한 끝부분 중에서 템플릿과 오버랩되는 부분에 해당하는 전극층(102)의 일부와 절연층(103)의 일부가 제거될 수 있다. 즉, 공백 영역 d인 템플릿의 하단에 홀이 형성되어 패치 클램프가 형성될 수 있으며, 이를 템플릿을 가지는 패치 클램프로 정의할 수 있다.
템플릿을 가지는 패치 클램프에서 탐침 영역 b에 홀이 형성될 수 있다. 그리고, 형성된 홀을 통해 공백 영역 d인 템플릿과 관통 영역 c가 연결될 수 있다. 그러면, 공백 영역 b인 템플릿에 세포가 포획되면, 전극층(102)을 통해 전기장이 형성되어 세포에 순간적으로 천공이 발생되며, 관통 영역 c을 통해 세포외 용액이 세포 내로 주입될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
Claims (10)
- 기판;
상기 기판의 식각 영역에 배치되는 투명층;
상기 기판의 상단 표면에 배치된 절연층;
상기 투명층과 절연층 사이에 배치된 전극층
을 포함하고,
상기 투명층에 공백 영역인 템플릿이 적어도 하나가 형성되고,
상기 절연층과 전극층의 일부가 상기 기판의 상단 표면에서 위로 돌출된 적어도 하나의 탐침 영역을 형성하며,
상기 절연층과 전극층에 형성된 탐침 영역의 끝부분은 템플릿에 대응되도록 절단되어 홀이 형성되는 패치 클램프. - 제1항에 있어서,
상기 탐침 영역의 하단은, 상기 기판의 관통 영역인 패치 클램프. - 제2항에 있어서,
상기 템플릿과 관통 영역은 탐침 영역에 형성된 홀을 통해 서로 연결되는 패치 클램프. - 제1항에 있어서,
상기 템플릿은, 상기 투명층에서 금속 구체가 제거됨에 따라 형성되는 패치 클램프. - 기판의 식각 영역에 전극층을 배치하는 제1 단계;
상기 전극층 위에 절연층을 배치하는 제2 단계; -상기 전극층과 절연층은 식각 영역에서 위로 돌출된 탐침 영역에 배치됨-
상기 기판의 전체 영역 중 탐침 영역의 하단에 대응하는 지점에 관통 영역을 형성하는 제3 단계;
상기 탐침 영역에서 금속 구체를 성장시키는 제4 단계;
상기 금속 구체가 모두 커버되도록 기판의 식각 영역에 투명층을 도포하는 제5 단계;
상기 커버된 금속 구체의 일부가 노출되도록 도포된 투명층의 상단을 식각하는 제6 단계;
상기 노출된 금속 구체의 전부를 제거함으로써 공백 영역인 템플릿을 형성하는 제7단계;
상기 제7 단계에서 형성된 템플릿에 대응되도록 절연층과 전극층의 일부를 제거하여 탐침 영역에 홀을 형성하는 제8 단계
를 포함하는 패치 클램프의 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 제2 단계에서, 상기 절연층은 탐침 영역에서 절단되고, 상기 전극층은, 상기 절연층이 절단된 지점을 통해 외부로 노출되는 패치 클램프의 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 금속 구체는,
전기 도금을 통해 탐침 영역에서 성장하며, 전기 도금의 공정 시간에 따라 금속 구체의 크기가 결정되는, 패치 클램프의 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 템플릿과 관통 영역은 탐침 영역에 형성된 홀을 통해 서로 연결되는 패치 클램프의 제조 방법. - 기판;
상기 기판의 표면에서 위로 돌출된 적어도 하나의 탐침 영역
을 포함하며,
상기 탐침 영역의 끝부분은 템플릿에 대응되도록 제거된 패치 클램프. - 제9항에 있어서,
상기 탐침 영역은,
절연층과 전극층이 배치되고,
상기 템플릿에 의해 절단된 부분으로 홀이 형성되는 패치 클램프.
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| KR20140129561A (ko) * | 2013-04-30 | 2014-11-07 | 단국대학교 산학협력단 | 마이크로 팁 전극체 및 이의 제조방법 |
| KR20150071233A (ko) * | 2013-12-18 | 2015-06-26 | 단국대학교 산학협력단 | 마이크로 탐침 어레이 및 이의 제조방법 |
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2019
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