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KR101138536B1 - Cell fixation method using microfluidic channel and plasma - Google Patents

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KR101138536B1
KR101138536B1 KR1020090125013A KR20090125013A KR101138536B1 KR 101138536 B1 KR101138536 B1 KR 101138536B1 KR 1020090125013 A KR1020090125013 A KR 1020090125013A KR 20090125013 A KR20090125013 A KR 20090125013A KR 101138536 B1 KR101138536 B1 KR 101138536B1
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Abstract

본 발명은 미세유체 채널 내부에 플라즈마를 가하여 제 1 기판의 패턴부를 친수성화하여 여기에 세포를 고정하는 미세유체 채널과 플라즈마를 이용한 세포 고정방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 세포 고정방법은 기존의 SAMs기술보다 공정을 단순화시켰으며, 플라즈마를 이용하여 세포 고정 부위를 빠른 시간 안에 친수성으로 변화시켜, 표면의 친수성 작용기에 의한 세포 부착시간이 단축되었다. 더 나아가 MEMS 공정을 이용하여 구조체를 제작함에 따라 경제성과 상용화의 가능성을 높였다. The present invention relates to a microfluidic channel that fixes cells by hydrophilizing a pattern portion of a first substrate by applying a plasma inside the microfluidic channel and a cell fixation method using plasma. The cell fixation method according to the present invention has simplified the process than the conventional SAMs technology, and the cell fixation site was rapidly changed to hydrophilicity by using plasma, thereby shortening the cell attachment time by the hydrophilic functional group on the surface. Furthermore, as the structure was fabricated using the MEMS process, the economics and the possibility of commercialization were increased.

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Description

미세유체 채널과 플라즈마를 이용한 세포 고정방법{Method of preparing Cell attachment using Micro-fluidics channel and Plasma} Method of preparing cell attachment using micro-fluidics channel and plasma

본 발명은 미세유체 채널과 플라즈마를 이용한 세포 고정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세유체 채널 내부에 플라즈마를 가하여 제 1 기판의 패턴부를 친수성화하여 여기에 세포를 고정하는 미세유체 채널과 플라즈마를 이용한 세포 고정방법에 관한 것이다.  The present invention relates to a method for fixing a cell using a microfluidic channel and a plasma, and more specifically, to apply a plasma inside the microfluidic channel to hydrophilize the pattern portion of the first substrate to fix the microfluidic channel and the plasma. It relates to the method of fixing the cells used.

세포 관련 연구들의 궁극적 목적은 생체 내(in vivo)에서 일어나는 세포의 모든 작용들을 시험관 내(in vitro)에서 조절하는 것이다. 매크로 사이즈(Macro size)의 기관(organ)으로부터 마이크로 사이즈(micro size)의 세포까지 생체 내 환경을 살펴보면, 생체 내에서는 모든 기초 작용들이 분자 단위에서 이루어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 시험관 내 세포 연구의 경우, 미세환경(microenvironment)에서의 세포 조절이 핵심적이라 할 수 있다. The ultimate purpose of the cell-related research in vivo (in In vivo , all the actions of the cells occurring in vitro ( in in vitro ). Looking at the in vivo environment from the macro-sized organ to the micro-sized cell, it can be seen that all the basic actions in vivo are performed at the molecular level. Therefore, in the case of cell research in vitro, cell regulation in a microenvironment can be said to be essential.

인체를 구성하는 세포는 대부분 상피세포(epithelial cell)이다. 상피 세포 의 기본적인 배양 메커니즘은 고정(부착)(fixation/attaching/adhering) 및 성장/증식 (growth/proliferation)으로 이루어진다. 특히, 단백질 칩이나 DNA 칩과 같이 세포를 직접 기판에 부착시키는 것을 기반으로 하는 세포 칩(Cell chip) 역시 기판에 세포를 고정화하는 기술이 중요하다. Most of the cells that make up the human body are epithelial cells. The basic culture mechanism of epithelial cells consists of fixation/attaching/adhering and growth/proliferation. In particular, a cell chip based on attaching cells directly to a substrate, such as a protein chip or a DNA chip, is also important for immobilizing cells on the substrate.

이러한 세포고정화 기술은 기초 생물학, 바이오센서, 약물검사, 조직공학등의 분야에서 이용되어지고 있으며, 효과적으로 세포를 고정시키기 위한 연구가 계속되고 있다. 특히, 오랜 시간 동안 산업적으로 사용되어질 기술에 대한 연구가 진행되어져 오면서, 세포고정화 기술은 주로 소프트리소그래피 방식을 이용한 SAMs(self-assembled monolayers)의 기법 중심으로 발전되어 왔으며, 이러한 방식은 ECM protein이나 BSA, 항체, 화학물질 등을 표면에 국소적으로 코팅을 가능하게 함으로써 세포를 효과적으로 표면에 원하는 위치에 고정화 시킬 수 있었다. 하지만 SAMs방식은 복잡한 공정으로 인하여 산업생산 측면에서는 효율이 떨어지는 한계를 가지고 있다.These cell immobilization technologies are used in fields such as basic biology, biosensors, drug testing, and tissue engineering, and research is being conducted to effectively fix cells. In particular, as research on technology to be used industrially for a long time has been conducted, cell immobilization technology has been mainly developed based on the technique of self-assembled monolayers (SAMs) using a soft lithography method, and this method is ECM protein or BSA. , By coating the surface with antibodies, chemicals, etc. locally, it was possible to effectively immobilize the cells at the desired location on the surface. However, the SAMs method has a limitation in that it is less efficient in terms of industrial production due to complicated processes.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 세포를 기판에 고정화하는 방법은 여러 가지가 있음이 알려져 있는데, 크게 바이오 물질을 이용한 방법에 의한 고정화와 기판 자체의 물리적, 화학적 특성을 이용하여 고정화시키는 방법으로 나눌 수 있다. 바이오 물질을 이용한 방법으로는 펩타이드나 단백질을 먼저 기판 위에 고정화한 뒤 이들 바이오물질이 가지고 있는 세포수용체를 이용하여 세포를 고정화하는 방법이 있다[Mann BK, Tsai AT, Scott-Burden T, West JL. Modification of surfaces with cell adhesion peptides alters extracellular matrix deposition. Biomaterials 1999;20(23-.24):2281-6].In more detail, it is known that there are various methods for immobilizing cells on a substrate, which can be largely divided into immobilization by a method using biomaterials and immobilization by using physical and chemical properties of the substrate itself. As a method using biomaterials, there is a method of first immobilizing peptides or proteins on a substrate, and then immobilizing cells using the cell receptors of these biomaterials [Mann BK, Tsai AT, Scott-Burden T, West JL. Modification of surfaces with cell adhesion peptides alters extracellular matrix deposition. Biomaterials 1999;20(23-.24):2281-6].

그리고 기판의 물리적, 화학적 특성을 이용한 방법으로는 기판의 소수성 성질을 이용하는 방법, 전기적 성질을 이용하는 방법, 표면 구조를 이용한 방법[Curtis AS, Wilkinson CD. Reactions of cells to topography. J Biomater SciPolym Ed 1998;9(12):1313 -.29], 콜라겐을 이용하여 세포를 고정화시키는 방법[On-chip transfection of PC12 cells based on the rational understanding ofthe role of ECM molecules: efficient, non-viral transfection of PC12 cells using collagen IV, Neuroscience Letters 378 (2005) 40 -43] 등이 있다.And as a method using the physical and chemical properties of the substrate, a method using a hydrophobic property of a substrate, a method using an electrical property, a method using a surface structure [Curtis AS, Wilkinson CD. Reactions of cells to topography. J Biomater SciPolym Ed 1998;9(12):1313 -.29], Method of immobilizing cells using collagen [On-chip transfection of PC12 cells based on the rational understanding of the role of ECM molecules: efficient, non-viral transfection of PC12 cells using collagen IV, Neuroscience Letters 378 (2005) 40 -43.

하지만, 이러한 세포 고정 방법은 공정이 복잡하며 많은 시간이 소요되는 문제점이 있고, 더 나아가 생산성이 낮아 곧바로 상용화하기에는 어려운 실정이다.However, such a cell fixing method has a problem that the process is complicated and takes a lot of time, and furthermore, it is difficult to commercialize immediately due to low productivity.

본 발명은 공정을 보다 단순화하고, 빠른 시간 안에 세포를 고정할 수 있어 경제적이며 상용화의 가능성이 높은 세포고정 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to simplify the process, and to provide a method for fixing the cell, which is economical and has high potential for commercialization, because it can fix cells in a short time.

본 발명의 하나의 양상은 제 1 기판에 미세유체 채널이 형성된 구조체를 합지한 후 상기 미세유체 채널내로 플라즈마를 발생시키는 단계 ; 상기 구조체가 분리된 상기 제 1 기판 상에 세포를 착상(seeding) 한 후 세척(washing)하는 고정 단 계를 포함하는 세포 고정방법에 관계한다.One aspect of the present invention is a step of generating a plasma into the microfluidic channel after laminating a structure having a microfluidic channel formed on a first substrate; It relates to a cell fixing method comprising a fixing step of washing the cells after seeding the cells on the separated first substrate.

본 발명에 의한 세포 고정방법은 기존의 SAMs기술보다 공정을 단순화시켰으며, 플라즈마를 이용하여 세포 고정 부위를 빠른 시간 안에 친수성으로 변화시켜, 표면의 친수성 작용기에 의한 세포 부착시간이 단축되었다. 더 나아가 MEMS 공정을 이용하여 구조체를 제작함에 따라 경제성과 상용화의 가능성을 높였다. The cell fixation method according to the present invention has simplified the process compared to the conventional SAMs technology, and the cell fixation site was rapidly changed to hydrophilicity by using plasma, thereby shortening the cell attachment time due to the hydrophilic functional groups on the surface. Furthermore, as the structure was fabricated using the MEMS process, the economics and the possibility of commercialization were increased.

본 발명에 의한 세포고정 방법은 미세유체 채널 내부에 플라즈마를 가하여 제 1 기판의 패턴부를 친수성화 한 후에 세포를 고정하는 미세유체 채널과 플라즈마를 이용한 세포 고정방법에 관한 것이다. The cell fixation method according to the present invention relates to a cell fixation method using a microfluidic channel and plasma to fix cells after hydrophilizing the pattern portion of the first substrate by applying plasma inside the microfluidic channel.

본 발명에 의한 세포고정 방법은 플라즈마 발생단계 및 세포고정 단계를 포함한다.Cell fixing method according to the present invention includes a plasma generation step and a cell fixing step.

이하에서 각 단계에 대해 도면을 참고하여 상술한다.Hereinafter, each step will be described in detail with reference to the drawings.

플라즈마plasma 발생단계 Stage of occurrence

상기 플라즈마 발생단계는 제 1 기판과 미세유체 채널이 형성된 구조체를 합지한 후 미세유체 채널 내부로 (공기) 산소를 주입하며 플라즈마를 발생시키는 단 계이다.The plasma generating step is a step of generating plasma by injecting (air) oxygen into the microfluidic channel after laminating the structure on which the first substrate and the microfluidic channel are formed.

도 1은 본 발명에 사용가능한 구조체(100)들의 일예이다. 도 1을 참조하면, 상기 구조체(100)는 제 2 기판(20), 전극층(30) 및 미세유체 채널(10)을 포함한다. 1 is an example of structures 100 usable in the present invention. Referring to FIG. 1, the structure 100 includes a second substrate 20, an electrode layer 30 and a microfluidic channel 10.

상기 구조체(100)는 제 2 기판 상에 형성된 전극층 및 상기 전극층상에 형성된 미세유체 채널(10)을 포함할 수 있다.The structure 100 may include an electrode layer formed on a second substrate and a microfluidic channel 10 formed on the electrode layer.

상기 미세유체 채널(10)은 소정 폭(W)과 깊이(H)를 가지는 오목 내지 함몰부를 나타낸다. 상기 미세유체 채널을 따라 산소, 공기 등의 유체가 흐를 수 있다. The microfluidic channel 10 represents a concave to recessed portion having a predetermined width W and depth H. A fluid such as oxygen or air may flow along the microfluidic channel.

상기 미세유체 채널(10)의 형상에 대한 제한은 없으며, 그 일예로서, 도 2의 a와 같이 직선 라인 형태, b와 같이 크로스 형태, c와 같이 함몰된 원기둥 형상이 있을 수 있다.There is no limitation on the shape of the microfluidic channel 10, and as an example, there may be a straight line shape as shown in FIG. 2 a, a cross shape as b, and a recessed cylindrical shape as c.

상기 제 2 기판(20)은 실리콘 웨이퍼를 비롯하여, 글래스, 플라스틱류를 사용할 수 있으며 이에 대한 특별한 제한이 있는 것은 아니다.The second substrate 20 may be made of silicon wafer, glass or plastic, and is not particularly limited.

상기 전극층(30)은 플라즈마 발생을 위하여 필요하다. 따라서 상기 전극층(30)은 플라즈마 발생기(40)와 전기적으로 연결되어 있다. The electrode layer 30 is required for plasma generation. Therefore, the electrode layer 30 is electrically connected to the plasma generator 40.

상기 전극층(30)은 전도성이 있는 것이면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 인듐틴산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylene vinylene), PEDOT(polyethylenedioxythiophene)/PSS(polystyrenesulfonate) 등을 사용할 수 있다. The electrode layer 30 can be used without limitation as long as it is conductive. For example, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), molybdenum (Mo), tungsten (W), indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide ( IZO), polythiophene, polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, polyphenylene vinylene, PEDOT (polyethylenedioxythiophene)/PSS (polystyrenesulfonate) can be used. .

상기 전극층(30)은 상기 금속재질인 경우에는 화학기상증착 등의 증착법에 의해 형성할 수 있으며 전도성 고분자인 경우에는 스핀코팅 방법을 사용하여 형성할 수 있으며 이에 대한 제한이 있는 것은 아니다. The electrode layer 30 may be formed by a vapor deposition method such as chemical vapor deposition in the case of the metal material, and may be formed using a spin coating method in the case of a conductive polymer, but is not limited thereto.

상기 전극층(30)의 표면접착력을 높이기 위해 상기 제 2 기판(20)상에 Cr, Ni,Ti,Zr,Pt 등을 먼저 증착한 후 상기 전극층(30)을 형성시킬 수 있다. To increase the surface adhesion of the electrode layer 30, Cr, Ni, Ti, Zr, Pt, etc. may be first deposited on the second substrate 20, and then the electrode layer 30 may be formed.

상기 전극층(30) 상에 미세유체 채널(10)을 형성하는 방법은 공지된 포토리소그래피, 에칭, 박막 증착(thin film deposition), 열산화 및 세정(cleaning)과 같은 단계에 의하여 수행될 수 있다. The method of forming the microfluidic channel 10 on the electrode layer 30 may be performed by steps such as known photolithography, etching, thin film deposition, thermal oxidation, and cleaning.

또한, 소프트 리소그래피(soft lithography) 기술로도 제조할 수 있는데, 그 대표적인 예로서, PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 탄성체 몰드를 이용하여 표면을 개질하고 패터닝할 수 있다.In addition, it can also be produced by soft lithography (soft lithography) technology, as a typical example, by using an elastic mold such as PDMS (polydimethylsiloxane) can be modified and patterned surface.

일 구현예로서, 상기 전극층 상에 미세유체 채널을 형성하는 방법은 상기 전극층상에 포토레지스트 조성물을 코팅하는 단계 ; 마스크를 이용하여 선택적으로 노광하는 단계 ; 및 에칭하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, a method of forming a microfluidic channel on the electrode layer includes coating a photoresist composition on the electrode layer; Selectively exposing using a mask; And etching.

상기 포토레지스트 조성물은 감광성 물질로서, 포지티브 포토레지스트나 네거티브 포토레지스트를 모두 사용할 수 있다. 일 구현예로서, 해상도 및 생체 적합성(biocompatibility)이 좋은 SU-8(에폭시계 네거티브 포토레지스트의 일종)을 사용할 수 있다.The photoresist composition is a photosensitive material, and both a positive photoresist or a negative photoresist can be used. As an embodiment, SU-8 (a type of epoch negative photoresist) having good resolution and biocompatibility may be used.

상기 전극층상에 네거티브 포토레지스트 조성물을 코팅하는 경우, 원하는 미세유체 채널의 패턴 형상의 마스크를 사용하여 선택적으로 노광하고, 노광되지 않은 부분을 에칭하여 미세유체 채널을 형성할 수 있다.When the negative photoresist composition is coated on the electrode layer, a microfluidic channel can be formed by selectively exposing the desired microfluidic channel using a patterned mask and etching the unexposed portion.

이때, 포토레지스트 조성물은 통상의 고분자 코팅법, 예를 들면 스핀 코팅법에 의하여 전극층(30) 상에 도포되어 포토레지스트층(11)을 형성한다. At this time, the photoresist composition is applied on the electrode layer 30 by a conventional polymer coating method, for example, spin coating, to form a photoresist layer 11.

도 1을 참조하면, 상기 미세유체 채널(10)은 도포된 포토레지스트 층(11) 중 선택적으로 제거된 부분이다.Referring to FIG. 1, the microfluidic channel 10 is a portion selectively removed from the applied photoresist layer 11.

도 2는 구조체(100)와 제 1 기판(200)을 합지 한 후, 여기에 미세유체 채널(10)로 산소를 주입하여 플라즈마를 발생시키는 단계를 나타낸다. 2 shows the step of generating plasma by injecting oxygen into the microfluidic channel 10 after laminating the structure 100 and the first substrate 200.

도 2를 참조하면, 상기 제 1 기판(200)은 상기 미세유체 채널(10)과 대향하고 이를 커버하는 패턴부(210)와 포토레지스트층(11)과 접촉하는 영역(211)으로 구분될 수 있다. 제 1 기판(200)과 구조체(100)를 합지하는 경우, 상기 패턴부(210)는 미세유체 채널(10)(음각부)과 대응되고 이를 커버(cover)하는 제 1 기판의 일부 영역이다. 상기 패턴부(210)의 형상은 미세유체 채널(10)의 형상에 의해 결정된다. 상기 패턴부(210)는 추후 플라즈마 발생에 의해 표면성질이 개질되어 세포가 고정되어질 부분이다. Referring to FIG. 2, the first substrate 200 may be divided into a pattern portion 210 facing the microfluidic channel 10 and covering the microfluidic channel 10 and an area 211 in contact with the photoresist layer 11. have. When laminating the first substrate 200 and the structure 100, the pattern portion 210 is a partial region of the first substrate corresponding to and covering the microfluidic channel 10 (engraved portion). The shape of the pattern portion 210 is determined by the shape of the microfluidic channel 10. The pattern portion 210 is a portion where the surface properties are modified by plasma generation to fix the cells.

좀 더 자세하게 살펴보면, 상기 제 1 기판(200)과 미세유체 채널이 형성된 구조체(100)를 서로 대향하여 합지한 후 미세유체 채널 내에 산소를 주입하면 산소가 포토레지스트층(11)과 접촉하는 영역(211)에는 존재하지 않고, 패턴부(210)에만 존재하므로, 플라즈마를 가하면 산소가 존재하는 제 1 기판(200)의 패턴부(210)만 표면성질이 친수성으로 개질될 수 있다.In more detail, when the first substrate 200 and the structure 100 having the microfluidic channel formed are opposed to each other and then injected with oxygen into the microfluidic channel, the region where oxygen contacts the photoresist layer 11 ( 211), but only in the pattern portion 210, when plasma is applied, only the pattern portion 210 of the first substrate 200 in which oxygen is present can be modified with hydrophilicity.

일반적으로 소수성 물질의 표면을 플라즈마 처리하면 그 표면이 산화되어 친수성으로 표면 특성이 변화됨이 알려져 있다.In general, it is known that when a surface of a hydrophobic material is plasma treated, the surface thereof is oxidized to change the surface properties to hydrophilicity.

상기 미세유체 채널은 그 폭(W)이 10~400㎛, 바람직하게는 10~100㎛일 수 있으며, 10㎛미만이면 미세유체 채널과 대응하는 패턴부(210)의 영역이 좁아 지게 되고, 그 결과 세포를 패턴부에 쉽게 고정시킬수 없게 된다. The microfluidic channel may have a width (W) of 10 to 400 μm, preferably 10 to 100 μm, and if less than 10 μm, the area of the pattern portion 210 corresponding to the microfluidic channel is narrowed. As a result, the cells cannot be easily fixed to the pattern portion.

상기 미세유체 채널은 그 깊이(H)가 20~50㎛, 바람직하게는 20~30㎛일 수 있으며, 20㎛미만이면 세포를 미세유체 채널과 대응하는 제 1 기판의 패턴부에 고정시키기 어렵다. The microfluidic channel may have a depth (H) of 20 to 50 μm, preferably 20 to 30 μm, and if it is less than 20 μm, it is difficult to fix the cells to the pattern portion of the first substrate corresponding to the microfluidic channel.

상기 구조체(100)는 산소를 상기 미세유체 채널로 이송하는 폭 10㎛ 미만의 유로부(12)를 포함할 수 있다. 상기 미세유체 채널과 유로부의 구분은 채널 폭(W)에 의한다. 즉 폭이 10㎛미만이면 유로부, 10㎛ 이상이면 미세유체 채널로 구분할 수 있다. 상기 유로부(12)는 채널 폭이 작아 이와 대응되는 제 1 기판의 패턴부에 세포를 고정시킬 수 없다. The structure 100 may include a flow path portion 12 having a width of less than 10 μm to transfer oxygen to the microfluidic channel. The separation between the microfluidic channel and the flow path is based on the channel width (W). That is, if the width is less than 10 μm, it can be divided into a flow path portion and a microfluidic channel if more than 10 μm. The channel portion 12 has a small channel width and cannot fix cells to the pattern portion of the first substrate.

상기 도 1의 c의 구조체(100)를 참고하면, 직선 채널을 유로부(12)로 형성하고 함몰된 원기둥으로 미세유체 채널(10)로 형성하면 제 1 기판 상에 세포 고정 패턴을 독립적인 섬(island) 구조로 형성시킬 수 있다. Referring to the structure 100 of FIG. 1C, when a straight channel is formed as a flow path portion 12 and a microfluidic channel 10 is formed as a recessed cylinder, the cell fixing pattern is independent islands on the first substrate. (island) structure.

본 발명에서는 세포를 원하는 위치나 형상으로 제 1 기판에 고정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 제 1 기판과 대향하고 접촉하는 구조체에 원하는 세포 고정 패턴을 음각으로(미세유체 채널) 형성하고 여기에 플라즈 마를 발생시켜 구조체에 대향하는 제 1 기판을 국부적으로 친수성시켜 세포를 고정함에 따라 기존의 SAMs기술보다 공정을 단순화시켰으며, 플라즈마를 이용하여 세포 고정 부위를 빠른 시간 안에 친수성으로 변화시켜, 표면의 친수성 작용기에 의한 세포 부착시간이 단축되었다. 더 나아가 MEMS 공정을 이용하여 구조체를 제작함에 따라 경제성과 상용화의 가능성을 높였다. The present invention relates to a method for fixing cells to a first substrate in a desired position or shape. To this end, in the present invention, a desired cell anchoring pattern is formed in an intaglio (microfluidic channel) on a structure facing and contacting the first substrate, and a plasma is generated thereon to locally fix the cell by hydrophilizing the first substrate facing the structure. As a result, the process was simplified compared to the existing SAMs technology, and the cell fixation site was rapidly changed to hydrophilicity using plasma, thereby shortening the cell adhesion time due to the hydrophilic functional groups on the surface. Furthermore, as the structure was fabricated using the MEMS process, the economics and the possibility of commercialization were increased.

세포고정 단계Cell fixation step

세포고정 단계는 구조체(100)가 분리된 상기 제 1 기판(200) 상에 세포를 착상(seeding)시킨 후 세척(washing)하는 단계이다. The cell fixing step is a step of washing the cells after seeding the cells on the first substrate 200 from which the structure 100 is separated.

도 3은 세포를 제 1 기판(200) 상에 착상 및 세척하는 것을 보여주는 개략도이다. 상기 착상은 바람직하게는 약 3시간 이내, 보다 바람직하게는 약 30분 내지 3시간에 걸쳐 수행할 수 있다. 3 is a schematic diagram showing implantation and washing of cells on the first substrate 200. The implantation is preferably performed within about 3 hours, more preferably about 30 minutes to 3 hours.

상기 고정단계는 상기 제 1 기판 상에 세포를 착상(seeding) 한 후 세척(washing)하면 상기 패턴부(210) 상에만 세포가 고정된다.In the fixing step, when the cells are seeded on the first substrate and then washed, the cells are fixed only on the pattern part 210.

도 4는 1cm X 1cm의 표면 위에 2X105cell/ml의 AGS cell(adenocarcinoma cell human stomach cancer cell)을 seeding한 후 2시간 4시간 6시간 8시간 24시간 마다 표면에 부착된 세포를 측정한 그래프이다. 파란색으로 나타내어진 데이터는 배양용기(Culture dish) 상에 부착된 세포의 수를 나타내며, 빨간색은 산소 플라즈 마 발생기를 이용하여 PDMS를 2분 30초간 산소 플라즈마를 생성시켜 PDMS 표면을 소수성에서 친수성으로 변화시킨 후 세포를 착상(seeding) 하여 측정한 세포 수이다(플라즈마 처리한 PDMS). 녹색의 데이터는 플라즈마 처리를 하지 않은 PDMS 소수성 표면 위에서 세포를 착상(seeding) 한 후 측정한 세포 수이다. 4 is a graph measuring cells attached to the surface every 2 hours, 4 hours, 6 hours, 8 hours, 24 hours after seeding 2X10 5 cell/ml AGS cells (adenocarcinoma cell human stomach cancer cells) on the surface of 1 cm X 1 cm. . The data shown in blue represents the number of cells attached to the culture dish, and the red color changes the PDMS surface from hydrophobic to hydrophilic by generating oxygen plasma for 2 minutes and 30 seconds using an oxygen plasma generator. It is the number of cells measured by seeding after seeding (PDMS subjected to plasma treatment). The green data is the number of cells measured after seeding cells on the PDMS hydrophobic surface without plasma treatment.

도 4를 참고하면, 시간이 흐름에 따라 세포의 표면에 부착되어지는 세포의 수는 3개의 서로 다른 표면 모두 증가함을 볼 수 있다. 플라즈마 처리된 PDMS에서 가장 빠른 시간 안에 많은 수의 세포가 부착되어진 것을 확인 할 수 있으며, 표면처리를 하지 않은 PDMS보다 2시간 만에 50배 가량 더 많은 세포가 부착되었다. 또한 기존의 세포배양에 주로 이용되어지고 있는 배양용기보다도 1.5 배정도 더 많은 세포가 부착된 것을 확인 할 수 있다. 6시간 후에는 배양용기와 플라즈마 처리된 PDMS에 부착된 세포의 양이 비슷해지는 것을 볼 수 있는데, 이것은 표면에 세포가 부착 될 공간이 없기 때문이다. 그에 반해 PDMS는 24시간 지난 후에도 2시간의 배양용기와 플라즈마 처리된 PDMS 보다 더 적은 수의 세포가 부착 된 것을 볼 수 있는데, 소수성 성질의 PDMS 표면은 세포 부착에 적합하지 않음을 볼 수 있다. 또한, 친수성 표면의 PDMS는 배양용기 보다 짧은 시간 안에 세포를 부착시킬 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that as time passes, the number of cells attached to the surface of cells increases in all three different surfaces. It can be seen that a large number of cells were attached in the fastest time in the plasma-treated PDMS, and about 50 times more cells were attached in 2 hours than PDMS without surface treatment. In addition, it can be seen that about 1.5 times more cells are attached than the culture vessel that is mainly used for existing cell culture. After 6 hours, the amount of cells attached to the culture vessel and plasma-treated PDMS can be seen to be similar, because there is no space for cells to adhere to the surface. On the other hand, PDMS shows that after 24 hours, a smaller number of cells were attached to the culture vessel and plasma-treated PDMS for 2 hours, and the hydrophobic property of the PDMS surface was not suitable for cell adhesion. In addition, it can be seen that the PDMS on the hydrophilic surface can attach cells within a shorter time than the culture vessel.

도 5는 (a)플라즈마 처리된 PDMS 표면과 (b)(플라즈마 처리되지 않은)PDMS 표면에서 24시간 세포 배양 후 SEM을 이용하여 확인한 AGS cell Morphology이다. AGS cell은 상피세포로써 표면에 부착되어서 배양되며, 일반적인 형태는 표면에서 다면체의 형태를 띄게 된다. 다면체의 형태는 세포의 세포질이 표면에 단단히 부착되면서 형성된다. 도 5의 a를 참조하면, AGS cell이 플라즈마 처리를 통한 친수성 표면에서 다면체의 형태를 보여주지만, 도 5의 b가 나타내는 바와 같이, 소수성 표면에서는 둥근 원형의 형태를 보여준다.5 is AGS cell morphology confirmed by SEM after 24 hours cell culture on (a) plasma treated PDMS surface and (b) (plasma untreated) PDMS surface. AGS cells are epithelial cells, which are attached to the surface and cultured. The shape of the polyhedron is formed when the cytoplasm of the cell is firmly attached to the surface. Referring to FIG. 5A, the AGS cell shows the shape of a polyhedron on the hydrophilic surface through plasma treatment, but as shown in FIG. 5B, the hydrophobic surface shows the shape of a round circle.

도 4와 도 5를 통하여 플라즈마 처리된 PDMS가 더 세포배양에 적합함을 확인 할 수 있다.4 and 5, it can be confirmed that the plasma-treated PDMS is more suitable for cell culture.

이하에서 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이러한 실시예들은 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples should not be interpreted as limiting the protection scope of the present invention.

실시예Example 1 One

슬라이드 글래스 위에 Cr과 Cu를 열증착기를 이용하여 순차적으로 증착한다. Cr은 600Å을 증착하였으며, Cu는 1200Å을 증착하였다. 증착된 Cu 표면위에 네가티브 포토레지스트 SU-8(Micro-Chem, SU-8 2025)를 스핀코터를 이용하여 2500rpm에서 3초간 코팅한 뒤 핫플레이트에서 95℃에서 10분간 베이킹(Baking) 과정을 거친다. 베이킹을 마친 후 UV 마스크 얼라이너를 이용하여 크롬 마스크를 통하여 원하는 형태의 패턴을 180 mJ/㎠ 에너지를 가하여 노광한다. 노광 후 핫플레이트를 이용하여 95℃에서 5분간 베이킹 과정을 거친다. 베이킹을 마친후 PGMEA(Micro-Chem, SU-8 developer)용액에 담궈 노광되지 않은 부위를 선택적으로 제거함으로써 원하는 패턴을 얻을 수 있다. Cr and Cu are sequentially deposited on a slide glass using a thermal evaporator. Cr deposited 600 Pa, Cu deposited 1200 Pa. On the deposited Cu surface, a negative photoresist SU-8 (Micro-Chem, SU-8 2025) was coated with a spin coater at 2500 rpm for 3 seconds, and then subjected to a baking process at 95° C. for 10 minutes. After baking, the desired pattern is exposed through a chrome mask using a UV mask aligner by applying 180 mJ/cm 2 energy. After exposure, a baking process is performed at 95°C for 5 minutes using a hot plate. After baking, the desired pattern can be obtained by selectively removing unexposed areas by immersing it in a PGMEA (Micro-Chem, SU-8 developer) solution.

미세유체 채널이 형성된 구조체를 플라즈마 발생기(Femto-Sicence, CUTE B) 의 제너레이터(generator)에 연결한다. 연결된 미세유체 채널을 PDMS와 접착시킨다. 미세유체 채널과 접착된 PDMS를 그라운드판 위에 올린 후, O2(99.9%)를 1000 cc/min로 주입하면서 플라즈마를 발생시킨다. 주파수 40 KHz로 40분간 플라즈마를 지속하였으며, 플라즈마 인가 전압을 100W로 하였다. The structure in which the microfluidic channel is formed is connected to the generator of the plasma generator (Femto-Sicence, CUTE B). The connected microfluidic channels are adhered to the PDMS. After placing the PDMS bonded to the microfluidic channel on the ground plate, plasma is generated while injecting O2 (99.9%) at 1000 cc/min. Plasma was continued for 40 minutes at a frequency of 40 KHz, and the plasma applied voltage was set to 100 W.

플라즈마 처리가 완료된 후 구조체를 분리한 후 PDMS 표면 위에 30분~3시간 동안 세포를 seeding시킨 후 부착되지 않은 세포는 세척하여 제거하였다.After the plasma treatment was completed, the structure was separated, and the cells were seeded on the PDMS surface for 30 minutes to 3 hours, and then the unattached cells were washed and removed.

도 6은 실시예 1의 전체공정을 나타낸 개략도이다.6 is a schematic view showing the entire process of Example 1.

도 7은 실시예 1에서 제조된 미세유체 채널이 형성된 구조체의 일예이다. 7 is an example of a structure in which the microfluidic channel prepared in Example 1 is formed.

도 8은 실시예 1에서 제조된 미세유체 채널의 형상에 따른 제 1 기판(PDMS)에 고정된 세포 패턴을 보여주는 사진이다. 도 8의 a는 도 1의 a, 도 8의 b는 도 1의 b 형태의 구조체를 사용하여 제 1 기판(PDMS)에 세포를 고정하였다. 도 8의 a, b를 참고하면, 세포가 PDMS상에 구조체의 미세유체 형상과 같이 직선 라인 형태, 크로스 형태로 고정되어 있음을 확인할 수 있다.8 is a photograph showing a cell pattern fixed to the first substrate (PDMS) according to the shape of the microfluidic channel prepared in Example 1. FIG. 8A is a cell of FIG. 1, and FIG. 8B is a cell fixed to the first substrate (PDMS) using the structure of FIG. 1B. Referring to a, b of FIG. 8, it can be confirmed that the cells are fixed in a straight line shape or a cross shape like the microfluidic shape of the structure on the PDMS.

실시예Example 2 2

실시예 2에서는 구조체를 도 1의 a 형태로서, 채널 폭(W)을 400㎛, 300㎛, 200㎛, 100㎛, 50㎛, 30㎛로 하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In Example 2, the structure was the same as in Example 1 except that the structure was formed in the form of a in FIG. 1 and the channel width (W) was 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 50 μm, and 30 μm. It was carried out.

도 9는 실시예 2에 따른 PDMS상에 세포가 고정된 패턴을 촬영한 사진이다. 도 9를 참조하면, 미세유체 채널 폭이 줄어듦에 따라 플라즈마 발생기에서 노출되어지는 PDMS 표면 역시 줄어들기 때문에 고정화되는 세포가 줄어드는것을 확인할 수 있다. 또한, 채널 폭(W)이 30㎛가 되었을 때에는 세포가 일렬로 고정되었음을 확인할 수 있다.9 is a photograph of a pattern in which cells are fixed on the PDMS according to Example 2. Referring to FIG. 9, it can be seen that as the width of the microfluidic channel decreases, the surface of the PDMS exposed from the plasma generator decreases, so that the immobilized cells decrease. In addition, when the channel width (W) is 30㎛, it can be confirmed that the cells were fixed in a line.

실시예Example 3 3

실시예 3에서는 구조체를 도 1의 c 형태로서, 미세유체 채널(섬 구조)의 직경을 200㎛, 깊이를 30㎛로 일정하게 하고, 직선채널의 폭(W)을 50㎛, 30㎛, 10㎛로 각각 달리한 3 개의 구조체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In Example 3, the structure is in the form of c in FIG. 1, the diameter of the microfluidic channel (island structure) is 200 μm, the depth is constant to 30 μm, and the width (W) of the straight channel is 50 μm, 30 μm, 10 It was carried out in the same manner as in Example 1, except that three structures each having a different µm was used.

도 10은 실시예 3에서 제조한 미세유체 채널(섬 구조)의 직경이 200㎛, 직선채널의 폭이 50㎛인 구조체의 모습을 SEM으로서 얻은 이미지이다.FIG. 10 is an image obtained by SEM of a structure in which the diameter of the microfluidic channel (island structure) prepared in Example 3 is 200 μm and the width of the straight channel is 50 μm.

도 11은 실시예 3에서 제조된 구조체와 PDMS를 플라즈마에 노출시킨 후 세포를 고정화한 모습이며 고정화된 세포의 생존유무를 확인하기 위해서 생존 염색(Live and Dead staining)을 통해서 공초점 현미경(confocal microscope)를 이용하여 얻은 이미지이다. FIG. 11 shows the structure of Example 3 after the structure and PDMS are exposed to plasma, and the cells are immobilized and confocal microscope through live and dead staining to confirm the existence of the immobilized cells. ).

도 11의 a는 직선채널의 폭이 50㎛, b는 30㎛, c는 10㎛인 경우이다. 도 11을 참조하면, 생존염색에서 초록색으로 염색되어진 세포는 생존 세포이며, 붉은색 으로 염색되어진 세포는 죽은 세포이므로, 실시예 3에서 고정화된 세포는 모두 생존하고 있음을 확인 할 수 있다.11A is a case where the width of a straight channel is 50 μm, b is 30 μm, and c is 10 μm. Referring to FIG. 11, since cells stained in green from viable staining are viable cells and cells stained in red are dead cells, it can be confirmed that all the cells immobilized in Example 3 survive.

도 11의 a, b의 경우에는 둥근 섬 구조 사이의 직선 채널에도 세포가 고정되어 있으나, 도 11의 c의 경우에는 직선채널에는 거의 세포가 고정되지 않았음을 확인할 수 있다. 즉, 대략 폭이 10㎛ 이상의 미세유체 채널은 제 1 기판에 세포를 고정시킬 수 있으나, 10㎛ 미만의 폭으로 형성된 미세유체 채널은 단지 산소를 공급하는 유로부의 기능만을 할 수 있다.In the case of a, b of FIG. 11, it is confirmed that the cells are fixed in the straight channel between the round island structures, but in the case of FIG. 11 c, almost no cells are fixed in the straight channel. That is, the microfluidic channel having a width of approximately 10 μm or more can fix cells on the first substrate, but the microfluidic channel formed with a width of less than 10 μm can only function as a flow path for supplying oxygen.

도 1은 본 발명에 사용가능한 구조체(100)들의 일예이다1 is an example of structures 100 usable in the present invention.

도 2는 구조체(100)와 제 1 기판(200)을 합지 한 후, 여기에 미세유체 채널(10)로 산소를 주입하여 플라즈마를 발생시키는 단계를 나타낸다. 2 shows the step of generating plasma by injecting oxygen into the microfluidic channel 10 after laminating the structure 100 and the first substrate 200.

도 3은 세포를 제 1 기판(200) 상에 착상 및 세척하는 것을 보여주는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing implantation and washing of cells on the first substrate 200.

도 4는 1cm X 1cm의 표면 위에 2X105cell/ml의 AGS cell(adenocarcinoma cell human stomach cancer cell)을 착상(seeding)한 후 2시간 4시간 6시간 8시간 24시간 마다 표면에 부착된 세포를 측정한 그래프이다.FIG. 4 measures cells attached to the surface every 2 hours, 4 hours, 6 hours, 8 hours, 24 hours after seeding 2X10 5 cell/ml AGS cells (adenocarcinoma cell human stomach cancer cells) on the surface of 1 cm X 1 cm. It is a graph.

도 5는 (a)플라즈마 처리된 PDMS 표면과 (b)(플라즈마 처리되지 않은) PDMS 표면에서 24시간 세포 배양 후 SEM을 이용하여 확인한 AGS cell Morphology이다.5 is AGS cell morphology confirmed by SEM after 24 hours cell culture on (a) plasma-treated PDMS surface and (b) (non-plasma-treated) PDMS surface.

도 6은 실시예 1의 전체공정을 나타낸 개략도이다.6 is a schematic view showing the entire process of Example 1.

도 7은 실시예 1에서 제조된 미세유체 채널이 형성된 구조체의 일예이다. 7 is an example of a structure in which the microfluidic channel prepared in Example 1 is formed.

도 8은 실시예 1에서 제조된 미세유체 채널의 형상에 따른 제 1 기판(PDMS)에 고정된 세포 패턴을 보여주는 사진이다8 is a photograph showing the cell pattern fixed to the first substrate (PDMS) according to the shape of the microfluidic channel prepared in Example 1

도 9는 실시예 2에 따른 PDMS상에 세포가 고정된 패턴을 촬영한 사진이다. 9 is a photograph of a pattern in which cells are fixed on the PDMS according to Example 2.

도 10은 실시예 3에서 제조한 미세유체 채널(섬 구조)의 직경이 200㎛, 직선채널의 폭이 50㎛인 구조체의 모습을 SEM으로서 얻은 이미지이다.FIG. 10 is an image obtained by SEM of a structure in which the diameter of the microfluidic channel (island structure) prepared in Example 3 is 200 μm and the width of the straight channel is 50 μm.

도 11은 실시예 3에서 제조된 구조체와 PDMS를 플라즈마에 노출시킨 후 세포 를 고정화하여 얻은 이미지이다. 11 is an image obtained by immobilizing cells after exposing the structure and PDMS prepared in Example 3 to plasma.

[도면의 주요부분에 대한 설명][Description of the main parts of the drawing]

10 : 미세유체 채널 20 : 제 2 기판
30 : 전극층 40 : 플라즈마 발생기
10: microfluidic channel 20: second substrate
30: electrode layer 40: plasma generator

삭제delete

100 : 구조체 200 : 제 1 기판100: structure 200: first substrate

Claims (8)

제 1 기판에 미세유체 채널이 형성된 구조체를 합지한 후 상기 미세유체 채널 내에 플라즈마를 발생시켜, 상기 미세유체 채널과 대향하고 이를 커버하는 제 1 기판의 패턴부를 친수성으로 개질시키는 단계 ; 및 Generating a plasma in the microfluidic channel after laminating a structure on which a microfluidic channel is formed on a first substrate, thereby hydrophilically modifying the pattern portion of the first substrate facing and covering the microfluidic channel; And 상기 제 1 기판과 상기 구조체를 분리하고, 상기 제 1 기판상에 세포를 착상(seeding)시킨 후 세척(washing)하는 고정단계를 포함하되, 상기 고정단계는 상기 제 1 기판의 패턴부 상에만 세포가 고정되어 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 세포 고정방법. And a fixing step of separating the first substrate and the structure, washing the cells after seeding the cells on the first substrate, wherein the fixing step includes cells only on the pattern portion of the first substrate. Cell fixing method characterized in that the fixed to form a pattern. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체 채널은 그 폭(W)이 10~400㎛인 것을 특징으로 하는 세포 고정방법. The method of claim 1, wherein the microfluidic channel has a width (W) of 10 to 400 μm. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유체 채널은 그 깊이(H)가 20~50㎛인 것을 특징으로 하는 세포 고정방법. The method of claim 1, wherein the microfluidic channel has a depth (H) of 20-50 μm. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판은 폴리다이메칠실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타클릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭올레핀(polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides), 폴리우레탄(polyurethans) 및 폴리에스테르(polyester)로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 세포 고정방법. The method of claim 1, wherein the first substrate is polydimethylsiloxane (polydimethylsiloxane, PDMS), polymethyl methacrylate (polymethylmethacrylate, PMMA), polyacrylates (polyacrylates), polycarbonates (polycarbonates), polysilicon olefins ( Cell fixation method characterized in that it is selected from the group consisting of polycyclic olefins, polyimides, polyurethanes, and polyesters. 제 1 항에 있어서, 상기 구조체는 제 2 기판 상에 형성된 전극층 및 상기 전극층상에 형성된 미세유체 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 고정방법. The method of claim 1, wherein the structure comprises an electrode layer formed on a second substrate and a microfluidic channel formed on the electrode layer. 제 1 항에 있어서, 상기 구조체는 제 2 기판과 전극층 사이에 Cr, Ni,Ti,Zr 및 Pt의 군에서 선택된 물질로 형성된 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 고정방법. The method of claim 1, wherein the structure further comprises a layer formed of a material selected from the group of Cr, Ni, Ti, Zr and Pt between the second substrate and the electrode layer.
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