WO2020116765A1 - 세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치 - Google Patents

세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치 Download PDF

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WO2020116765A1
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stimulation
ultrasonic
electrode
pmut
electrical stimulation
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PCT/KR2019/013104
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최홍수
신은정
여홍구
김은희
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재단법인대구경북과학기술원
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/04—Mechanical means, e.g. sonic waves, stretching forces, pressure or shear stimuli
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/46—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of cellular or enzymatic activity or functionality, e.g. cell viability

Definitions

  • the embodiments relate to a cell stimulation device, an ultrasound and an electrical stimulation device.
  • stem cells from stem cells into fully functional tissues in the case of replacement tissues for humans and animals, especially machine-reactive tissues, mechanical stimulation is performed on the cells being cultured during culturing the stem cells. It is necessary to authorize.
  • the degree of stimulation applied to the cell may vary depending on the type of cell and the type of tissue to be differentiated.
  • Patent Publication No. 10-2012-0139399 discloses an ultrasonic stimulation-type perfusion culture system for adult stem cells
  • Patent Publication No. 10-2009-0008784 discloses tissue and tissues using low intensity ultrasound. Disclosed is a method for efficiently separating and proliferating mesenchymal stem cells from cells.
  • An object according to an embodiment is to provide a cell stimulation device, an ultrasound device, and an electrical stimulation device capable of preventing attenuation of ultrasonic stimulation delivered to a stimulation object and accurately transmitting ultrasonic stimulation and electrical stimulation to the stimulation object.
  • the cell stimulation apparatus includes an electrode unit on which an electrode element is installed; A pMUT element that is spaced apart on the upper side of the electrode portion and generates ultrasonic waves by the applied voltage; And a well element installed between the electrode part and the pMUT element, and forming a cell chamber together with the electrode part and the pMUT element.
  • the biomaterial is disposed on the electrode element, and Ultrasound generated from the pMUT element is transmitted to the biomaterial, so that the biomaterial can be provided with ultrasonic stimulation.
  • the electrode element provides electrical stimulation to the biological material, and can detect signals generated by the biological material by the ultrasonic stimulation or the electrical stimulation.
  • a plurality of electrode elements may be provided, and a plurality of pMUT elements may be provided to correspond to the plurality of electrode elements.
  • the plurality of electrode elements and the plurality of pMUT elements may each be provided in an array form.
  • a plurality of biomaterials are respectively disposed on the plurality of electrode elements, so that ultrasonic stimulation or electrical stimulation may be separately provided to the plurality of biomaterials by the plurality of pMUT elements and the plurality of electrode elements.
  • the surface of the pMUT element can be applied with an insulating material.
  • the ultrasonic and electrical stimulation apparatus includes an ultrasonic stimulation unit that transmits ultrasonic stimulation to a stimulation object; Included; spaced apart from the ultrasonic stimulation unit, the electrical stimulation unit for transmitting electrical stimulation to the stimulation object; includes, the stimulation object is disposed between the ultrasonic stimulation unit and the electrical stimulation unit, the ultrasonic stimulation unit And it is disposed between the electrical stimulation unit, and the ultrasonic stimulation unit and the electrical stimulation unit may include a well element forming a cell chamber in which the stimulation object is accommodated.
  • the electrical stimulation unit may detect a signal generated in the stimulation target by the ultrasonic stimulation or the electrical stimulation.
  • the surface of the ultrasonic stimulation unit may be applied with an insulating material.
  • the ultrasonic stimulation unit may be provided as a pMUT element or a pMUT array, and the electrical stimulation unit may be provided as an electrode element or a multi-channel electrode (Multi-Electrode Array, MEA).
  • MEA Multi-Electrode Array
  • the cell stimulation apparatus, the ultrasound, and the electrical stimulation apparatus allow the ultrasound stimulation unit (pMUT element) and the electrical stimulation unit (electrode unit) to be spaced apart at predetermined intervals due to the well elements, and the ultrasound stimulation unit to the target The ultrasonic stimulation can be transmitted immediately.
  • ultrasonic stimulation is directly transmitted from the ultrasonic stimulation unit to the stimulation target, there is an effect of preventing ultrasonic attenuation and transmitting ultrasonic waves accurately to the stimulation target compared to ultrasonic waves transmitted through the electrical stimulation section and transmitted to the stimulation target.
  • an ultrasonic stimulus may be provided or received with respect to an object to be stimulated by an ultrasonic stimulator (pMUT element).
  • the ultrasonic stimulation unit (pMUT element) is provided in an array form, it is possible to quickly perform various experiments on at least one stimulation object.
  • the size (reduction or expansion) and design of the pMUT element (ultrasonic stimulation unit) can be variously manufactured using a MEMS process.
  • FIG. 1 is a front sectional view showing a cell stimulation apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which a well element and an electrode unit are coupled according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a front sectional view showing a cell stimulation apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional front view showing a state in which the cell stimulation apparatus is disassembled according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing a state of use of the cell stimulation apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a front sectional view showing an ultrasonic and electrical stimulation device according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a view showing a state of use of the ultrasonic and electrical stimulation device according to an embodiment.
  • the cell stimulation apparatus 100 may include an electrode unit 110, a pMUT element 130, and a well element 150.
  • the electrode part 110 is provided with an electrode element 111, and specifically, a plurality of electrode elements 111 may be installed on a substrate.
  • the plurality of electrode elements 111 may be provided in an array form.
  • the electrode element 111 in the form of an array may be provided as a multi-electrode array (MEA).
  • MEA multi-electrode array
  • the plurality of electrode elements 111 may be spaced apart from each other, and may correspond to positions of the plurality of pMUT elements 130 to be described later, and may be spaced apart from each other.
  • the plurality of electrode elements 111 may be provided in a planar shape to transmit electrical stimulation generated by the electrode elements 111 to a bio-sample.
  • the same biomaterial 5 or different biomaterials 5 may be disposed on the upper part of the electrode elements 111 (see FIG. 5 ). Due to this, any one of the biomaterials 5 disposed on the plurality of electrode elements 111 provides ultrasonic stimulation from the pMUT element 130 disposed on the upper side (refer to FIG.
  • Ultrasonic stimulation herein refers to ultrasonic waves (U) in FIGS. 1 to 7.
  • the electrode element 111 may be made of a metal thin film including gold, platinum, or the like, and may be provided in a flat shape.
  • a biomaterial 5 including cells may be disposed on the electrode part 110, specifically, the electrode element 111, and electrical stimulation of the biomaterial 5 by a voltage applied to the electrode element 111.
  • the electrode unit 110 is a biological material 5 by an ultrasonic stimulus transmitted from the pMUT element 130 to be described later to the biological material 5 or an electrical stimulation delivered to the biological material 5 through the electrode element 111. It can detect the signal generated from. In this case, a change generated in the biological material 5 by ultrasonic stimulation or electrical stimulation may be confirmed by the electrical signal detected from the biological material 5.
  • At least one voltage application device may be connected to the electrode unit 110.
  • the pMUT element 130 and the electrode unit 110 to be described later are all connected to one voltage application device, or the pMUT element 130 is connected to one voltage application device, and the electrode part ( Of course, various modifications such as 110) are possible.
  • the cell stimulation apparatus 100 may manufacture various sizes and designs of the electrode unit 110 using a MEMS process.
  • the pMUT element 130 is spaced apart from the upper side of the electrode unit 110 (refer to FIG. 1 ), and may generate ultrasonic waves by the applied voltage.
  • the pMUT element 130 is a type of ultrasonic transducer capable of generating ultrasonic waves by an applied voltage, and may be manufactured using micro-electro-mechanical systems (MEMS).
  • MEMS micro-electro-mechanical systems
  • the pMUT element 130 may include a mask 131, a substrate portion 132, silicon oxide 133, a lower electrode 134, a piezoelectric material 135, an upper electrode 136, and a cover portion 137. have.
  • the pMUT element 130 may be provided in a planar shape, and when a voltage is applied to the pMUT element 130, the biomaterial 5 in which the ultrasonic waves in the form of a plane wave is disposed below (refer to FIG. 5) the pMUT element 130 It can be delivered toward. Due to this, it is possible to provide ultrasonic stimulation, physical stimulation, or mechanical stimulation to the biological material 5 disposed on the electrode element 111, specifically, biological tissues and cells including nerve cells and brain slices.
  • the pMUT element 130 is combined with the well element 150 to be described later, and specifically, the pMUT element 130 has an upper side of the well element 150 where one side (lower in FIG. 3) is coupled to the electrode unit 110. 3 ), and may be fixedly coupled to the well element 150. Due to this, the pMUT element 130 is arranged to be spaced apart from the electrode portion 110, which will be described later, specifically, the electrode element 111, and the biological material 5 disposed on the upper portion (refer to FIG. 3) of the electrode element 111. Ultrasonic stimulation can be delivered directly.
  • ultrasonic stimulation generated by the pMUT element 130 is directly transmitted to the biological material 5 without going through the electrode unit 110, etc., it is possible to prevent ultrasonic attenuation and accurately transmit ultrasonic stimulation to the biological material 5 It has an effect.
  • a plurality of pMUT elements 130 may be provided, and a plurality of pMUT elements 130 may be provided in an array form.
  • the plurality of pMUT elements 130 are provided in a planar form, and the ultrasound waves generated by the pMUT elements 130 are transmitted to the biomaterial 5 disposed on the top of the plurality of electrode elements 111 (see FIG. 5) in a planar form. Can be.
  • the plurality of pMUT elements 130 is provided includes a plurality of combinations of a lower electrode 134, a piezoelectric material 135, and an upper electrode 136 coupled on the substrate portion 132, silicon oxide 133, and the like. It means that it is provided.
  • the substrate portion 132 is provided on the pMUT element 130, and the silicon oxide 133 is formed on the upper surface (refer to FIG. 3) of the substrate portion 132 to form, for example, a silicon silicon on insulator (SOI) wafer. do.
  • a mask 131 for etching may be combined to surround the outside of the substrate portion 132.
  • a plurality of combinations of the lower electrode 134, the piezoelectric material 135, and the upper electrode 136 may be provided on the upper surface of the substrate portion 132 to which the silicon oxide 133 is coupled to form a pMUT array.
  • the lower electrode 134 is deposited on the upper side of the silicon oxide 133, the piezoelectric material 135 is deposited on the upper surface of the lower electrode 134, and the upper electrode 136 is deposited on the upper surface of the piezoelectric material 135. .
  • pMUT element 130 specifically, the mask 131, the substrate portion 132, silicon oxide 133, the lower electrode 134, the piezoelectric material 135, pMUT element 130 to cover all of the upper electrode 136 ) May be applied with an insulating material 7.
  • the insulating material 7 may be formed of a waterproof material.
  • the cell stimulation apparatus 100 may manufacture various sizes and designs of the pMUT element 130 using a MEMS process.
  • the well element 150 is installed between the electrode part 110 and the pMUT element 130, and together with the electrode part 110 and the pMUT element 130, the cell chamber 3 can be formed.
  • the well element 150 may be formed in an upper and lower (refer to FIG. 1) open shape.
  • the well element 150 is formed in a cylindrical cylinder shape in which the upper and lower portions are opened, but is not limited thereto, and various modifications such as a rectangular parallelepiped, a regular cube and the like in which the upper and lower portions are opened are possible.
  • the lower end of the well element 150 (refer to FIG. 3) is positionally coupled to the electrode portion 110, and the upper end of the well element 150 (refer to FIG. 3) is pMUT element 130 to be fixedly coupled.
  • the biomaterial 5 may be injected through the upper portion of the well element 150 (refer to FIG. 4) to be opened.
  • the biological material 5 may be cultured inside the well element 150.
  • the pMUT element 130 specifically, the cover groove 138 formed in the cover portion 137 may be formed to correspond to the shape of the upper end of the well element 150. Because the pMUT element 130 covers the well element 150, the position may be fixed such that the pMUT element 130 and the electrode element 111 that are spaced apart from each other are disposed facing each other.
  • the well element 150 according to an embodiment of the present invention places the biomaterial 5 on the electrode element 111 and the electrode element so that ultrasonic stimulation or electrical stimulation is accurately transmitted to the biomaterial 5.
  • the biological material 5 may be stably maintained on the upper portion of (111).
  • the pMUT element 130 and the electrode element 111 may be spaced apart by a predetermined length, and ultrasonic stimulation from the pMUT element 130 through the electrode element 111 causes biomaterial 5 Rather than being transferred to, it has an effect that ultrasonic stimulation can be directly delivered toward the biological material 5 disposed on the electrode element 111.
  • ultrasonic stimulation from the pMUT element 130 can be prevented from being attenuated because the ultrasonic stimulus is not transmitted through the electrode element 111 but directly transmitted to the biological material 5.
  • the pMUT element 130 transmits ultrasonic stimulation toward the biomaterial 5 disposed on the electrode element 111, and the electrode element 111 is individually driven to transmit electrical stimulation. Can be.
  • the pMUT element 130 is arranged to be spaced apart from the electrode unit 110, specifically the electrode element 111, and the pMUT element 130 and the electrode element. In the structure in which 111 is continuously stacked, it is possible to accurately transmit ultrasonic stimulation to the biomaterial 5 from the pMUT element 130 without the need for an insulating material 7 required to reduce ultrasonic attenuation.
  • the cell stimulation apparatus 100 may include an electrode unit 110, a pMUT element 130, and a well element 150.
  • the well element 150 is installed between the electrode unit 110 and the pMUT element 130, and upper and lower portions (refer to FIG. 3) may be formed in an open shape.
  • the lower end of the well element 150 is coupled to the top surface of the electrode portion 110 (see FIG. 3 ), and the upper end of the well element 150 is covered by the pMUT element 130.
  • a plurality of electrode elements 111 are installed in the electrode portion 110, and a combination of pMUT elements 130, specifically, the lower electrode 134, the piezoelectric material 135, and the upper electrode 136 is the electrode element 111.
  • a plurality of face to face may be provided.
  • the pMUT element 130 is spaced apart from the electrode portion 110, and between the pMUT element 130 and the electrode portion 110, Specifically, the biomaterial 5 is disposed on the upper surface of the electrode element 111 installed on the electrode portion 110 and the lower side of the pMUT element 130, and the ultrasonic stimulation generated by the pMUT element 130 is a biomaterial (5). ). Due to this, the ultrasonic stimulation can be directly transferred to the biological material 5 without going through the electrode unit 110 and the like, and it is possible to prevent the ultrasonic waves from being attenuated.
  • the cell stimulation apparatus 100 is ultrasonically stimulated directly from the pMUT element 130 to the biological material 5 because the pMUT element 130 and the electrode portion 110 are spaced apart at predetermined intervals due to the well element 150. It is possible to deliver, and the electrode part 110 also has the effect of individually transmitting electrical stimulation to the biological material 5 because it is not in contact with the pMUT element 130. In other words, it is possible to independently provide the ultrasonic stimulation and the electrical stimulation for the biological material 5, and there is an effect of providing the ultrasonic stimulation and the electrical stimulation simultaneously or sequentially.
  • the electrode element 111 can detect signals generated from the biological material 5 by ultrasonic stimulation or electrical stimulation, and specifically, when ultrasonic stimulation is provided for the biological material 5, the biological material 5 When an electrical stimulation is provided for the biomaterial 5, a signal generated from the biomaterial 5 can be detected when an ultrasonic stimulation or an electrical stimulation is provided for the biological material 5.
  • the pMUT element 130 provides ultrasonic stimulation to the biomaterial 5, and the electrode unit 110, specifically, the electrode element 111, can detect signals generated from the biomaterial 5, thereby Ultrasonic stimulation and signal detection for the material 5 can be performed simultaneously.
  • the signal generated in the biological material 5 can be detected in the electrode element 111.
  • the ultrasonic and electrical stimulation apparatus 200 may include an electrical stimulation unit 210, an ultrasonic stimulation unit 230, and a well element 250.
  • the electrical stimulation unit 210 is disposed at a lower side of the supersonic stimulation unit and can transmit electrical stimulation to the stimulation object 5.
  • the ultrasonic stimulation unit 230 is disposed above the electrical stimulation unit 210 (refer to FIG. 6) to transmit ultrasonic stimulation to the stimulation object 5.
  • the stimulation object 5 may be any object that requires ultrasonic stimulation or electrical stimulation, and the ultrasonic and electrical stimulation device 200 may be configured as a medical device or the like.
  • the ultrasonic stimulation unit 230 may be provided as a pMUT element or a pigtail array, and the electrical stimulation unit 210 may be provided as an electrode element 211 or a multi-channel electrode (MEA).
  • MEA multi-channel electrode
  • the ultrasonic stimulation unit 230 may include a mask 231, a substrate unit 232, silicon oxide 233, a lower electrode 234, a piezoelectric material 235, an upper electrode 236, and a cover unit 237. Can be.
  • a cover groove 238 is formed in the cover portion 237 to correspond to the shape of the well element 250, and the ultrasonic stimulation portion 230 is well formed by fitting the well element 250 inside the cover groove 238.
  • the elements 250 are stably coupled.
  • an insulating material 7 formed of a waterproof material may be applied to the surface of the ultrasonic stimulation unit 230.
  • the well element 250 is disposed between the ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit and may form the cell chamber 3 together with the ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit 210.
  • the stimulation object 5 disposed in (reference to FIG. 6) can be accommodated.
  • the ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit 210 are arranged to be spaced apart at predetermined intervals, rather than in a stacked structure, and the ultrasonic stimulation generated by the ultrasonic stimulation unit 230 is electrical stimulation. There is an effect that is directly transmitted to the stimulation object (5) without going through the wealth 210 and the like. Since ultrasonic stimulation is directly transmitted to the stimulation object 5, ultrasonic attenuation is prevented and ultrasonic stimulation is accurately transmitted to the stimulation object 5.
  • the insulating material 7 does not need to be installed between the ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit 210, The ultrasonic stimulation unit 230 and the electrical stimulation unit 210 may be individually driven without the insulating material 7.
  • the ultrasonic stimulation generated by the ultrasonic stimulation unit 230 is transmitted to the stimulation object 5, and the electrical stimulation unit 210 provides electrical stimulation to the stimulation object 5 or is generated in the stimulation object 5 Electrical signals can be detected.

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Abstract

일 실시예에 따른 세포 자극 장치는 전극 요소가 설치되는 전극부; 상기 전극부의 상측에 이격 배치되고, 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시키는 pMUT 요소; 및 상기 전극부와 상기 pMUT 요소 사이에 설치되며, 상기 전극부 및 상기 pMUT 요소와 함께 셀 챔버(cell chamber)를 형성하는 웰 요소를 포함하고, 상기 전극 요소 상에 생체 물질이 배치되며, 상기 pMUT 요소에서 발생되는 초음파가 상기 생체 물질에 전달되어, 상기 생체 물질에 초음파 자극이 제공될 수 있다.

Description

세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치
이하, 실시예들은 세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치에 관한 것이다.
일반적으로 인간 및 도물의 기계 반응 조직에 포함된 세포의 경우 인장력, 전단력, 압축력 등과 같은 다양한 기계적 자극에 노출되어 있으며, 따라서 관절 연골 조직의 경우 반복적인 기계적 자극은 관절염과 같은 질병의 원인이 될 수 있다. 이에, 최근 들어 기계적 자극이 유발하는 세포 반응에 대한 연구가 주목받고 있다.
아울러, 줄기세포로부터 인간 및 동물에 대한 대체 조직(replacement tissue), 특히 기계-반응 조직의 경우, 완전한 기능을 가지는 조직으로 줄기세포를 분화시키기 위해서는 줄기세포를 배양하는 동안 배양 중인 세포에 기계적 자극을 인가하는 것이 필요하다. 이 경우 세포에 인가되는 자극의 정도는 세포의 유형 및 분화시키고자 하는 조직의 종류에 따라 다양할 수 있다.
세포 반응의 연구 및 줄기세포 분화를 위해 세포를 자극하는 연구가 수행되어 왔다. 예를 들면, 공개특허공보 제10-2012-0139399호는 성체 줄기세포를 위한 초음파 자극형 관류식 배양시스템을 개시하고, 공개특허공보 제10-2009-0008784호는 저강도 초음파를 이용하여 조직 및 세포에서 중간엽줄기세포를 효율적으로 분리 증식하는 방법을 개시한다.
일 실시예에 따른 목적은 자극 대상에 전달되는 초음파 자극의 감쇠를 방지하고, 자극 대상에 정확하게 초음파 자극 및 전기 자극을 전달할 수 있는 세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 세포 자극 장치는 전극 요소가 설치되는 전극부; 상기 전극부의 상측에 이격 배치되고, 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시키는 pMUT 요소; 및 상기 전극부와 상기 pMUT 요소 사이에 설치되며, 상기 전극부 및 상기 pMUT 요소와 함께 셀 챔버(cell chamber)를 형성하는 웰 요소;를 포함하고, 상기 전극 요소 상에 생체 물질이 배치되며, 상기 pMUT 요소에서 발생되는 초음파가 상기 생체 물질에 전달되어, 상기 생체 물질에 초음파 자극이 제공될 수 있다.
상기 전극 요소는 상기 생체 물질에 대하여 전기 자극을 제공하고, 상기 초음파 자극 또는 상기 전기 자극에 의해서 상기 생체 물질에서 발생되는 신호를 검출할 수 있다.
상기 전극 요소는 복수 개가 구비되고, 상기 pMUT 요소는 복수 개의 상기 전극 요소에 대응되도록 복수 개가 구비될 수 있다.
복수 개의 상기 전극 요소 및 복수 개의 상기 pMUT 요소는 각각 어레이 형태로 마련될 수 있다.
복수 개의 상기 전극 요소 상에 복수 개의 생체 물질이 각각 배치되어, 복수 개의 상기 pMUT 요소 및 복수 개의 상기 전극 요소에 의해서 복수 개의 상기 생체 물질에 대하여 개별적으로 초음파 자극 또는 전기 자극이 제공될 수 있다.
상기 pMUT 요소의 표면은 절연 물질로 도포될 수 있다.
일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치는 자극 대상에 대하여 초음파 자극을 전달하는 초음파 자극부; 상기 초음파 자극부의 하측에 이격 배치되고, 상기 자극 대상에 대하여 전기 자극을 전달하는 전기 자극부;를 포함하고, 상기 자극 대상은 상기 초음파 자극부와 상기 전기 자극부 사이에 배치되고, 상기 초음파 자극부와 상기 전기 자극부의 사이에 배치되며, 상기 초음파 자극부 및 상기 전기 자극부와 함께 상기 자극 대상이 수용되는 셀 쳄버를 형성하는 웰 요소를 포함할 수 있다.
상기 전기 자극부는 상기 초음파 자극 또는 상기 전기 자극에 의해서 상기 자극 대상에서 발생되는 신호를 검출할 수 있다.
상기 초음파 자극부의 표면은 절연 물질로 도포될 수 있다.
상기 초음파 자극부는 pMUT 요소 또는 pMUT 어레이로 마련되고, 상기 전기 자극부는 전극 요소 또는 다채널 전극(Multi-Electrode Array, MEA)으로 마련될 수 있다.
일 실시예에 따른 세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치는 웰 요소로 인하여 초음파 자극부(pMUT 요소)와 전기 자극부(전극부)가 미리 설정된 간격으로 이격되도록 하고, 초음파 자극부에서 자극 대상에 대하여 초음파 자극이 바로 전달될 수 있도록 한다.
또한, 초음파 자극부에서 자극 대상에 대하여 초음파 자극이 바로 전달됨으로 인하여 전기 자극부를 통과하여 자극 대상에 초음파가 전달되는 것에 비하여 초음파 감쇠를 방지하고, 자극 대상에 초음파가 정확하게 전달되도록 하는 효과가 있다.
또한, 초음파 자극부(pMUT 요소)로 자극 대상에 대하여 초음파 자극을 제공 또는 수신할 수 있다.
또한, 초음파 자극부(pMUT 요소)가 어레이 형태로 마련되는 경우, 적어도 하나의 자극 대상에 대하여 다양한 실험을 빠르게 수행할 수 있다.
또한, MEMS 공정을 이용하여 pMUT 요소(초음파 자극부)의 크기(축소 또는 확장) 및 디자인을 다양하게 제조할 수 있다.
일 실시예에 따른 세포 자극 장치, 초음파 및 전기 자극 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 세포 자극 장치를 도시한 정단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 웰 요소 및 전극부가 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 세포 자극 장치를 도시한 정단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 세포 자극 장치가 분해된 상태를 도시한 정단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 세포 자극 장치의 사용 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치를 도시한 정단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치의 사용 상태를 도시한 도면이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 세포 자극 장치(100)는 전극부(110), pMUT 요소(130), 웰 요소(150)를 포함할 수 있다.
전극부(110)는 전극 요소(111)가 설치되는 것으로, 구체적으로 기판 상에는 복수 개의 전극 요소(111)가 설치될 수 있다. 복수 개의 전극 요소(111)는 어레이(array) 형태로 마련될 수 있다. 어레이 형태의 전극 요소(111)는 다채널 전극(Multi-Electrode Array, MEA)으로 마련될 수 있다. 복수 개의 전극 요소(111)는 서로 이격 배치될 수 있고, 뒤에 설명할 복수 개의 pMUT 요소(130)의 위치에 대응되며 마주보며 이격 배치될 수 있다.
복수 개의 전극 요소(111)는 평면 형태로 마련되어 전극 요소(111)에서 발생되는 전기 자극을 생체 물질(5)(bio-sample)에 전달할 수 있다. 복수 개의 전극 요소(111)의 상부(도 5 기준)에는 서로 동일한 생체 물질(5) 또는 서로 다른 생체 물질(5)이 배치될 수 있다. 이로 인하여 복수 개의 전극 요소(111) 상부에 배치되는 생체 물질(5) 중 어느 하나에는 상측(도 5 기준)에 배치되는 pMUT 요소(130)에서 초음파 자극을 제공한 다음 생체 물질(5)로부터 전기 신호를 검출하고, 복수 개의 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5) 중 다른 하나에는 전기 자극을 제공한 다음 생체 물질(5)로부터 전기 신호를 검출하며, 복수 개의 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5) 중 또 다른 하나에는 pMUT 요소(130)로부터 초음파 자극을, 전극 요소(111)로부터 전기 자극을 함께 제공한 다음 생체 물질(5)로부터 전기 신호를 검출할 수 있다.
본원에서 초음파 자극은 도 1 내지 도 7에서의 초음파(U)를 의미한다.
세포 자극 장치(100)에서는 복수 개가 구비되는 pMUT 요소(130), 전극 요소(111)에서 동일하거나 서로 다른 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극 및 전기 자극을 이용하여 더욱 다양한 실험을 빠르게 수행할 수 있는 효과가 있다.
전극 요소(111)는 금, 백금 등을 포함한 금속 박막으로 제작될 수 있고, 평면 형태로 마련될 수 있다.
전극부(110), 구체적으로 전극 요소(111)의 상부에는 세포를 포함하는 생체 물질(5)이 배치될 수 있고, 전극 요소(111)에 인가되는 전압에 의해서 생체 물질(5)에 전기 자극을 제공할 수 있다. 전극부(110)는 뒤에 설명할 pMUT 요소(130)로부터 생체 물질(5)에 전달되는 초음파 자극 또는 전극 요소(111)를 통해 생체 물질(5)에 전달되는 전기 자극에 의해서 생체 물질(5)에서 발생되는 신호를 검출할 수 있다. 이 경우 생체 물질(5)로부터 검출되는 전기 신호에 의해서 초음파 자극 또는 전기 자극에 의해서 생체 물질(5)에서 발생되는 변화를 확인할 수 있다.
구체적으로 도시되지는 않았으나, 전극부(110)에는 적어도 하나의 전압 인가 장치(미도시)가 연결될 수 있다. 하나의 전압 인가 장치에 뒤에 설명할 pMUT 요소(130) 및 전극부(110)가 모두 연결되거나, 하나의 전압 인가 장치에는 pMUT 요소(130)가 연결되고, 다른 하나의 전압 인가 장치에는 전극부(110)가 연결되는 등 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
세포 자극 장치(100)는, MEMS 공정을 이용하여 전극부(110)의 크기 및 디자인을 다양하게 제조할 수 있다.
pMUT 요소(130)는 전극부(110)의 상측(도 1 기준)에 이격 배치되는 것으로, 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시킬 수 있다. pMUT 요소(130)는 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시킬 수 있는 초음파 트랜스듀서의 일종으로서, 초소형 정밀기계 기술(Micro-Electro Mechanical Systems, MEMS)을 이용하여 제작될 수 있다.
pMUT 요소(130)는 마스크(131), 기판부(132), 산화실리콘(133), 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136), 커버부(137)를 포함할 수 있다.
pMUT 요소(130)는 평면 형태로 마련될 수 있고, pMUT 요소(130)에 전압이 인가되는 경우 평면파 형태의 초음파가 pMUT 요소(130)의 하측(도 5 기준)에 배치되는 생체 물질(5)을 향하여 전달될 수 있다. 이로 인하여 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5), 구체적으로 신경세포와 뇌 절편 등을 포함하는 생체 조직 및 세포에 대하여 초음파 자극, 물리적 자극 또는 기계적 자극을 제공할 수 있다.
pMUT 요소(130)는 뒤에 설명할 웰 요소(150)와 결합되며, 구체적으로 pMUT 요소(130)는 일측(도 3 기준 하측)이 전극부(110)와 결합되는 웰 요소(150)의 상측(도 3 기준)을 커버하며, 웰 요소(150)에 위치 고정 결합될 수 있다. 이로 인하여 pMUT 요소(130)는 뒤에 설명할 전극부(110), 구체적으로 전극 요소(111)와 이격 배치되며, 전극 요소(111)의 상부(도 3 기준)에 배치되는 생체 물질(5)을 향해 초음파 자극을 바로 전달할 수 있다. 이에 더하여 pMUT 요소(130)에서 발생되는 초음파 자극이 전극부(110) 등을 거치지 않고 생체 물질(5)을 향해 바로 전달되므로 초음파 감쇠를 방지하며, 정확하게 생체 물질(5)로 초음파 자극을 전달할 수 있는 효과가 있다.
pMUT 요소(130)는 복수 개로 마련될 수 있고, 복수 개의 pMUT 요소(130)는 어레이 형태로 마련될 수 있다. 복수 개의 pMUT 요소(130)는 평면 형태로 마련되어, pMUT 요소(130)에서 발생된 초음파가 평면 형태로 복수 개의 전극 요소(111)의 상부(도 5 기준)에 배치되는 생체 물질(5)에 전달될 수 있다.
본원에서 pMUT 요소(130)가 복수 개가 구비된다는 것은 기판부(132), 산화실리콘(133) 상에 결합되는 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136)의 결합체가 복수 개 구비된다는 것을 의미한다.
pMUT 요소(130)에 기판부(132)가 제공되고, 기판부(132)의 상면(도 3 기준)에 산화실리콘(133)을 형성하여, 예를 들어 실리콘 SOI(Silicon on insulator) 웨이퍼를 형성한다. 기판부(132)의 외부를 둘러싸며 식각을 위한 마스크(131)가 결합될 수 있다. 산화실리콘(133)이 결합되는 기판부(132)의 상면에 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136)의 결합체가 복수 개 구비되어 pMUT 어레이가 형성될 수 있다.
산화실리콘(133)의 상측에 하부 전극(134)이 증착되고, 하부 전극(134)의 상면에 압전 물질(135)이 증착되며, 압전 물질(135)의 상면에 상부 전극(136)이 증착된다.
pMUT 요소(130), 구체적으로 마스크(131), 기판부(132), 산화실리콘(133), 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136)를 모두 덮도록 pMUT 요소(130)의 표면은 절연 물질(7)로 도포될 수 있다. 절연 물질(7)은 방수 재질로 형성될 수 있다.
세포 자극 장치(100)는, MEMS 공정을 이용하여 pMUT 요소(130)의 크기 및 디자인을 다양하게 제조할 수 있다.
웰 요소(150)는 전극부(110)와 pMUT 요소(130) 사이에 설치되는 것으로, 전극부(110) 및 pMUT 요소(130)와 함께 셀 챔버(3)를 형성할 수 있다.
웰 요소(150)는 상부 및 하부(도 1 기준)가 개방된 형상으로 형성될 수 있다. 본 발명에서는 웰 요소(150)가 상부, 하부가 개방되는 원통 실린더 형상으로 형성되나, 이에 한정하는 것은 아니고 상부, 하부가 개방되는 직육면체, 정육면체 등 다양한 변형실시가 가능하다.
웰 요소(150)의 하단부(도 3 기준)는 전극부(110)에 위치 고정 결합되고, 웰 요소(150)의 상단부(도 3 기준)는 pMUT 요소(130)가 위치 고정 결합될 수 있다. 웰 요소(150)의 하단부가 전극부(110)에 위치 고정 결합되면, 개방되는 웰 요소(150)의 상부(도 4 기준)를 통해서 생체 물질(5)이 주입될 수 있다. 이 경우 웰 요소(150)의 내부에서 생체 물질(5)이 배양될 수 있음은 물론이다.
pMUT 요소(130), 구체적으로 커버부(137)에 형성되는 커버홈(138)은 웰 요소(150)의 상단부의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. pMUT 요소(130)가 웰 요소(150)를 커버함으로 인하여, 서로 이격 배치되는 pMUT 요소(130)와 전극 요소(111)가 서로 마주 보며 배치되도록 위치가 고정될 수 있다. 이에 더하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(150)는 전극 요소(111)의 상부에 생체 물질(5)을 배치하고 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극 또는 전기 자극이 정확하게 전달되도록 전극 요소(111)의 상부에 생체 물질(5)이 안정적으로 유지하게 할 수 있다. 웰 요소(150)로 인하여 pMUT 요소(130)와 전극 요소(111)가 미리 설정된 길이만큼 이격 배치될 수 있으며, pMUT 요소(130)로부터 전극 요소(111)를 거쳐서 초음파 자극이 생체 물질(5)로 전달되는 것이 아니라, 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5)을 향해 초음파 자극이 바로 전달될 수 있는 효과가 있다. 이에 더하여 pMUT 요소(130)로부터 초음파 자극이 전극 요소(111)를 거쳐 전달되는 것이 아니라 직접 생체 물질(5)에 전달됨으로 인하여 초음파가 감쇠되는 것을 방지할 수 있다.
웰 요소(150)로 인하여 전극 요소(111)의 상부에 배치되는 생체 물질(5)을 향해 pMUT 요소(130)에서는 초음파 자극을 전달하고, 전극 요소(111)에서는 전기 자극을 전달하도록 개별적으로 구동될 수 있다. 이에 더하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웰 요소(150)로 인하여 pMUT 요소(130)가 전극부(110), 구체적으로 전극 요소(111)와 이격 배치되도록 하고, pMUT 요소(130)와 전극 요소(111)가 연속적으로 적층되는 구조에서 초음파 감쇠를 줄이기 위해 요구되는 절연 물질(7) 필요 없이 pMUT 요소(130)에서 생체 물질(5)에 대하여 정확하게 초음파 자극을 전달할 수 있는 효과가 있다.
세포 자극 장치(100)의 작동원리 및 효과에 관하여 설명한다.
세포 자극장치(100)는 전극부(110), pMUT 요소(130), 웰 요소(150)를 포함할 수 있다.
웰 요소(150)는 전극부(110)와 pMUT 요소(130) 사이에 설치되는 것으로, 상, 하부(도 3 기준)가 개방된 형상으로 형성될 수 있다. 웰 요소(150)의 하단부는 전극부(110)의 상면(도 3 기준)에 결합되고, 웰 요소(150)의 상단부는 pMUT 요소(130)에 의해 커버된다.
전극부(110)에는 전극 요소(111)가 복수 개 설치되고, pMUT 요소(130), 구체적으로 하부 전극(134), 압전 물질(135), 상부 전극(136)의 결합체가 전극 요소(111)와 마주보며 복수 개 구비될 수 있다.
웰 요소(150)가 전극부(110), pMUT 요소(130) 사이에 설치됨으로 인하여 pMUT 요소(130)가 전극부(110)와 이격되고, pMUT 요소(130)와 전극부(110) 사이, 구체적으로 전극부(110)에 설치되는 전극 요소(111)의 상면과 pMUT 요소(130)의 하측에 생체 물질(5)이 배치되고, pMUT 요소(130)에서 발생되는 초음파 자극이 생체 물질(5)로 바로 전달될 수 있는 효과가 있다. 이로 인하여 초음파 자극이 전극부(110) 등을 거치지 않고 바로 생체 물질(5)로 전달될 수 있고, 초음파가 감쇠되는 것을 방지할 수 있다. 이에 더하여 pMUT 요소(130)와 전극부(110)의 개별 구동을 위해 pMUT 요소(130)와 전극부(110)가 순서대로 적층되는 구조에서는 그 사이에 절연 물질(7)의 설치가 요구되는 것에 비하여 세포 자극 장치(100)는 웰 요소(150)로 인하여 pMUT 요소(130)와 전극부(110)가 미리 설정된 간격만큼 이격 배치됨으로 인하여 pMUT 요소(130)에서 생체 물질(5)로 바로 초음파 자극을 전달할 수 있고, 전극부(110) 또한 pMUT 요소(130)와 접촉되지 않음으로 인하여 전기 자극을 개별적으로 생체 물질(5)에 전달할 수 있는 효과가 있다. 다시 말하면 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극 및 전기 자극을 독립적으로 제공할 수 있고, 초음파 자극 및 전기 자극을 동시적으로 또는 순차적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.
이에 더하여 전극 요소(111)에서는 초음파 자극 또는 전기 자극에 의해서 생체 물질(5)에서 발생되는 신호를 검출할 수 있고, 구체적으로 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극이 제공된 경우, 생체 물질(5)에 대하여 전기 자극이 제공된 경우, 생체 물질(5)에 대하여 초음파 자극 또는 전기 자극이 제공된 경우에 생체 물질(5)로부터 발생되는 신호를 검출할 수 있다. 더 나아가 pMUT 요소(130)에서는 생체 물질(5)에 초음파 자극을 제공하고, 전극부(110), 구체적으로 전극 요소(111)에서는 생체 물질(5)에서 발생된 신호를 검출할 수 있어, 생체 물질(5)에 대한 초음파 자극 및 신호 검출이 동시적으로 수행될 수 있다. 또한, 전극 요소(111)에서 생체 물질(5)에 전기 자극을 제공한 후에, 전극 요소(111)에서 생체 물질(5)에서 발생된 신호를 검출할 수 있다.
이하, 일 실시예에 따른 초음파 및 전기 자극 장치(200)의 구성, 작동원리 및 효과에 관하여 설명한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 초음파 및 전기 자극 장치(200)는 전기 자극부(210), 초음파 자극부(230), 웰 요소(250)를 포함할 수 있다.
전기 자극부(210)는 초음부 자극부의 하측에 이격 배치되는 것으로 자극 대상(5)에 대하여 전기 자극을 전달할 수 있다. 초음파 자극부(230)는 전기 자극부(210)의 상측(도 6 기준)에 배치되어 자극 대상(5)에 대하여 초음파 자극을 전달할 수 있다. 여기서 자극 대상(5)은 초음파 자극 또는 전기 자극이 요구되는 대상체라면 어느 것이든지 가능하고, 초음파 및 전기 자극 장치(200)는 의료 기기 등으로 구성될 수 있다.
초음파 자극부(230)는 pMUT 요소 또는 피멋 어레이로 마련되고, 전기 자극부(210)는 전극 요소(211) 또는 다채널 전극(MEA)으로 마련될 수 있다.
초음파 자극부(230)는 마스크(231), 기판부(232), 산화실리콘(233), 하부 전극(234), 압전 물질(235), 상부 전극(236), 커버부(237)를 포함할 수 있다. 커버부(237)에는 웰 요소(250)의 형상에 대응되도록 커버홈(238)이 형성되고, 커버홈(238)의 내측에 웰 요소(250)가 끼워지도록 하여 초음파 자극부(230)가 웰 요소(250)를 안정적으로 결합되도록 한다. 이에 더하여 초음파 자극부(230)의 표면에는 방수 재질로 형성되는 절연 물질(7)이 도포될 수 있다.
웰 요소(250)는 초음파 자극부(230)와 전기자극부의 사이에 배치되며, 초음파 자극부(230) 및 전기 자극부(210)와 함께 셀 챔버(3)를 형성할 수 있다.
초음파 자극부(230), 전기 자극부(210), 웰 요소(250)로 둘러싸이며 형성되는 공간인 셀 챔버(3)의 내부에서 전기 자극부(210), 구체적으로 전극 요소(211)의 상부(도 6 기준)에 배치되는 자극 대상(5)이 수용될 수 있다.
웰 요소(250)로 인하여 초음파 자극부(230)와 전기 자극부(210)가 적층식 구조가 아닌 마주보며 미리 설정된 간격만큼 이격 배치되고, 초음파 자극부(230)에서 발생되는 초음파 자극이 전기 자극부(210) 등을 거치지 않고 바로 직접 자극 대상(5)에 전달되는 효과가 있다. 초음파 자극이 자극 대상(5)에 바로 전달됨으로 인하여 초음파 감쇠를 방지하고 자극 대상(5)에 초음파 자극이 정확하게 전달되는 효과가 있다. 또한, 초음파 자극부(230)와 전기 자극부(210)가 순서대로 적층되는 구조에 비하여 초음파 자극부(230)와 전기 자극부(210) 사이에 절연 물질(7)이 설치될 필요가 없으며, 절연 물질(7)이 없이도 초음파 자극부(230)와 전기 자극부(210)가 개별적으로 구동될 수 있다.
구체적으로 초음파 자극부(230)에서 발생된 초음파 자극이 자극 대상(5)에 전달되고, 전기 자극부(210)에서는 자극 대상(5)에 대하여 전기 자극을 제공하거나 자극 대상(5)에서 발생되는 전기 신호를 검출할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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)

  1. 전극 요소가 설치되는 전극부;
    상기 전극부의 상측에 이격 배치되고, 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시키는 pMUT 요소; 및
    상기 전극부와 상기 pMUT 요소 사이에 설치되며, 상기 전극부 및 상기 pMUT 요소와 함께 셀 챔버(cell chamber)를 형성하는 웰 요소;
    를 포함하고,
    상기 전극 요소 상에 생체 물질이 배치되며, 상기 pMUT 요소에서 발생되는 초음파가 상기 생체 물질에 전달되어, 상기 생체 물질에 초음파 자극이 제공되는 세포 자극 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 요소는 상기 생체 물질에 대하여 전기 자극을 제공하고, 상기 초음파 자극 또는 상기 전기 자극에 의해서 상기 생체 물질에서 발생되는 신호를 검출하는 세포 자극 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극 요소는 복수 개가 구비되고,
    상기 pMUT 요소는 복수 개의 상기 전극 요소에 대응되도록 복수 개가 구비되는 세포 자극 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    복수 개의 상기 전극 요소 및 복수 개의 상기 pMUT 요소는 각각 어레이 형태로 마련되는 세포 자극 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    복수 개의 상기 전극 요소 상에 복수 개의 생체 물질이 각각 배치되어, 복수 개의 상기 pMUT 요소 및 복수 개의 상기 전극 요소에 의해서 복수 개의 상기 생체 물질에 대하여 개별적으로 초음파 자극 또는 전기 자극이 제공되는 세포 자극 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 pMUT 요소의 표면은 절연 물질로 도포되는 세포 자극 장치.
  7. 자극 대상에 대하여 초음파 자극을 전달하는 초음파 자극부;
    상기 초음파 자극부의 하측에 이격 배치되고, 상기 자극 대상에 대하여 전기 자극을 전달하는 전기 자극부로서, 상기 자극 대상은 상기 초음파 자극부와 상기 전기 자극부 사이에 배치되는 전기 자극부; 및
    상기 초음파 자극부와 상기 전기 자극부의 사이에 배치되며, 상기 초음파 자극부 및 상기 전기 자극부와 함께 상기 자극 대상이 수용되는 셀 쳄버를 형성하는 웰 요소;
    를 포함하는 초음파 및 전기 자극 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기 자극부는 상기 초음파 자극 또는 상기 전기 자극에 의해서 상기 자극 대상에서 발생되는 신호를 검출하는 초음파 및 전기 자극 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 초음파 자극부의 표면은 절연 물질로 도포되는 초음파 및 전기 자극 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 초음파 자극부는 pMUT 요소 또는 pMUT 어레이로 마련되고, 상기 전기 자극부는 전극 요소 또는 다채널 전극으로 마련되는 초음파 및 전기 자극 장치.
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