KR100649126B1

KR100649126B1 - 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100649126B1
Application number: KR1020060000097A
Authority: KR
Inventors: 박석호; 김진석; 박정렬; 김병규; 이정훈
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2006-01-02
Filing date: 2006-01-02
Publication date: 2006-11-28
Anticipated expiration: 2026-01-02

Abstract

본 발명은 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법은, 중앙부에 중공이 형성되며, 상기 중공의 상부에 플렉서블한 막을 포함하는 펌핑 부재를 제작하는 단계와, 폴리머에 의해, 그 하면에 홈이 형성되는 이송 부재를 제작하는 단계와, 상기 펌핑 부재에 의해 상기 이송 부재의 하부에 형성된 홈을 밀폐하여 대상물이 이동하는 통로를 형성하도록, 상기 이송 부재의 하부에 상기 펌핑 부재를 결합하는 단계와, 상기 막의 하부에 근육 세포를 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 마이크로 펌프 제조 방법에 의하면 별도의 동력원을 필요로 하지 않으면서 효율적으로 대상물을 전달할 수 있게 된다.

마이크로, 펌프, 근육 세포, PDMS

Description

근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 및 그 제조 방법 {Micropump using Muscle Cell and Method of Manufacturing the same}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 펌프를 제작하는 과정을 나타내는 흐름도이고,

도 2는 펌핑 부재를 제작하는 과정을 나타내는 흐름도이고,

도 3은 이송 부재를 제작하는 과정을 나타내는 흐름도이고,

도 4 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펌핑 부재를 제작하는 각 단계를 나타내는 도면이고,

도 7 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이송 부재를 제작하는 각 단계를 나타내는 도면이고,

도 10은 이송 부재와 펌핑 부재가 결합된 상태를 나타내는 개략도이고,

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 마이크로 펌프의 사시도이고,

도 12는 도 11에서 이송 부재와 펌핑 부재가 분리된 상태를 나타내는 분해도이고,

도 13A는 도 11의 ⅩⅢ-ⅩⅢ' 선에 따른 단면도로서, 막이 하부로 처져있는 상태를 나타내며,

도 13B는 도 11의 ⅩⅢ-ⅩⅢ' 선에 따른 단면도로서, 막이 상부로 올라가 있는 상태를 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...펌핑 부재 19...중공부

20...이송 부재 30...노즐부

32...챔버부 34...디퓨져부

40...투입로 42...배출로

50...근육 세포

본 발명은 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 동력원을 구비하지 않고도 효율적으로 대상물을 전달할 수 있는 마이크로 펌프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

마이크로 펌프는 근래에 각광받고 있는 마이크로-나노(micro-nano) 공학의 결과물로서 마이크로 미터 단위의 매우 작은 크기를 갖도록 함으로써, 통상적으로 유체와 같은 대상물을 안전하게 전달하는 역할을 하게 된다. 즉, 상기 마이크로 펌프는 마이크로 플루이딕 칩(micro fluidic chip)상에서 구현되어 일반적으로 유체 대상물을 이송시키는데 사용된다.

그런데, 종래의 마이크로 펌프는 정전압, 전자기, 공압, 피에조(piezo) 엑츄에이터나 열변형 구동기 등에 의해 구동되며, 이러한 구동을 위해 별도의 동력원을 반드시 필요로 한다.

이러한 별도의 동력원을 사용하는 경우, 마이크로 플루이딕 칩 상에서 이송하고자 하는 유체 대상물을 오버히팅(overheating) 시키거나 전기적인 영향을 주어 대상물 중에 포함될 수 있는 세포 등에 좋지 않은 영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라 심각한 경우에는 이러한 세포를 사멸시키는 문제점도 수반한다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해서 개발된 것으로서, 종래의 마이크로 펌프에서 나타날 수 있는 문제점인 대상물의 오버히팅이나 전기적인 영향을 방지하면서 효율적으로 대상물을 전달할 수 있는 마이크로 펌프 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 중앙부에 중공이 형성되며, 상기 중공의 상부에 플렉서블한 막을 포함하는 펌핑 부재를 제작하는 단계와, 폴리머에 의해, 그 하면에 홈이 형성되는 이송 부재를 제작하는 단계와, 상기 펌핑 부재에 의해 상기 이송 부재의 하부에 형성된 홈을 밀폐하여 대상물이 이동하는 통로를 형성하며, 상 기 펌핑 부재의 막이 상기 이송 부재의 홈의 중앙부에 위치하도록, 상기 이송 부재의 하부에 상기 펌핑 부재를 결합하는 단계와, 상기 막의 하부에 근육 세포를 배양하는 단계를 포함하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 펌핑 부재를 제작하는 단계는 실리콘 웨이퍼 양면에 Si₃N₄를 증착하는 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼의 하면에 포토레지스터를 도포하여 소정시간동안 프리베이크(prebake)하는 단계와, 상기 포토레지스터가 도포된 상기 실리콘 웨이퍼 하면을 자외선에 소정시간동안 노출시키고, 현상하는 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼 하면을 에칭하여 상기 실리콘 웨이퍼에 중공을 형성시키는 단계와, 상기 포토레지스터를 제거하는 단계와, 상기 중공부의 상부에서 막을 형성하도록 상기 실리콘 웨이퍼 상면에 PDMS를 도포하는 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼 하면의 Si₃N₄를 제거하고, 크롬/금을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이송 부재를 제작하는 단계는 실리콘 웨이퍼 상부에 포토레지스터를 도포하고, 소정시간동안 프리베이크하는 단계와, 상기 포토레지스터가 도포된 상기 실리콘 웨이퍼를 자외선에 소정시간동안 노출시키고, 현상하여 상기 포토레지스터가 상기 홈에 대응하는 형상을 갖도록 하는 단계와, 상기 포토레지스터가 도포된 상기 실리콘 웨이퍼에 PDMS를 도포하는 단계와, 상기 PDMS를 응고하는 단계와, 원하는 부분만 패터닝함으로써, 상기 PDMS를 상기 실리콘 웨이퍼로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 펌핑 부재와 이송 부재를 결합하는 단계는 상기 이송 부재의 하부에 형성된 상기 홈이 상기 펌핑 부재에 의해 밀폐되며, 상기 펌핑 부재의 중공부 상부가 상기 이송 부재의 홈의 중앙에 위치하도록 상기 이송 부재와 펌핑 부재를 정열하는 단계와, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 이송 부재와 펌핑 부재를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 마이크로 펌프 제조 방법에서, 상기 펌핑 부재의 막에 근육 세포를 배양하는 단계는 상기 결합된 펌핑 부재의 막의 하부에 근육 세포가 결합되도록 SAM(Self Assembly Monolayer)처리를 하는 단계와, 근육 세포를 상기 SAM 처리된 막의 하부에 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 근육 세포를 상기 SAM 처리된 막의 하부에 결합하는 단계는 외부에서 배양된 근육 세포를 상기 막의 하부에 이식하는 것이 아니라, 상기 결합된 이송 부재와 펌핑 부재를 세포 배양용액에 담근 상태에서 상기 근육 세포를 상기 결합된 펌핑 부재의 막에 결합시키고 배양시킨 후, 상기 결합된 이송 부재와 펌핑 부재를 상기 세포 배양용액으로부터 꺼내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조 방법에서, 상기 근육 세포를 상기 SAM 처리된 막 상부에 결합하는 단계는 세포 배양용 용기에 상기 결합된 이송 부재와 펌핑 부재를 배치하는 단계와, 세포 배양 용액으로 채워진 세포 배양용 용기 내에서 상기 펌핑 부재의 막에 상기 근육 세포를 결합시킨 후, 배양시키는 단계와, 근육 세포 배양 후 세척하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 펌핑 부재의 막에 상기 근육 세포를 결합시킨 후, 배양시키는 단 계는 상기 세포 배양액 용기에 임의로 투입된 상기 근육 세포가 상기 근육 세포와 친화적인 파이브로넥틴이 코팅된 상기 펌핑 부재의 막에 결합될 수 있다.

본 발명에서 상기 세포 배양 용액은 포도당(glucose)으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프에서, 상기 이송 부재의 하부에 형성되는 홈은 대상물이 투입되는 투입로에 연결되는 노즐부와, 상기 노즐부에 연결되며 투입된 대상물이 모이게 되는 챔버부와, 상기 챔버부에서 이동된 대상물이 배출되는 배출로와 연결되는 디퓨져부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 펌핑 부재는 상기 이송 부재의 하부에 결합되어 상기 노즐부, 챔버부 및 디퓨져부를 밀폐하여 대상물의 통로를 형성하며, 상기 펌핑 부재의 상부에 형성된 상기 막은 상기 이송 부재의 챔버부의 중앙에 위치하여, 상기 막의 하부에 결합된 상기 근육 세포의 수축 또는 이완 운동에 의해 상기 막이 플렉서블하게 상하로 움직여서, 상기 챔버부의 체적 변화에 의해 생기는 압력 변화에 의해 대상물을 이동시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 먼저, 본 발명에 의한 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프의 제조 방법에 대해서 설명하고, 이어서, 상기 방법에 의해 제작된 마이크로 펌프에 의해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로 펌프 제조 방법은 크게, 중앙 부에 중공이 형성되며, 상기 중공의 상부에 플렉서블한 막을 포함하는 펌핑 부재를 제작하는 단계(S110)와, 폴리머에 의해, 그 하면에 홈이 형성되는 이송 부재를 제작하는 단계(S130)와, 상기 펌핑 부재에 의해 상기 이송 부재의 하부에 형성된 홈을 밀폐하여 대상물이 이동하는 통로를 형성하도록, 상기 이송 부재의 하부에 상기 펌핑 부재를 결합하는 단계(S150)와, 상기 막의 하부에 근육 세포를 배양하는 단계(S170)를 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 각 단계를 구체적으로 설명한다.

작업자는 우선 펌핑 부재(10)를 제작하게 된다(S110). 도 2는 펌핑 부재를 제작하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 펌핑 부재를 제작하는 과정은 실리콘 웨이퍼 양면에 Si₃N₄를 증착하는 단계(S210)와, 상기 실리콘 웨이퍼의 하면에 포토레지스터를 도포하여 소정시간동안 프리베이크(prebake)하는 단계(S220)와, 상기 포토레지스터가 도포된 상기 실리콘 웨이퍼 하면을 자외선에 소정시간동안 노출시키고, 현상하는 단계(S230)와, 상기 실리콘 웨이퍼 하면을 에칭하여 상기 실리콘 웨이퍼에 중공을 형성시키는 단계(S240)와, 상기 포토레지스터를 제거하는 단계(S250)와, 상기 중공부의 상부에서 막을 형성하도록 상기 실리콘 웨이퍼 상면에 PDMS를 도포하는 단계(S260)와, 상기 실리콘 웨이퍼 하면의 Si₃N₄를 제거하고, 크롬/금을 증착하는 단계(S270)를 포함한다.

도 4 내지 도 6은 상기 펌핑 부재(10)를 제작하는 각 단계를 나타내는 도면이다. 작업자는 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 펌핑 부재(10)의 몸체를 형성하는 실리콘 웨이퍼(12)의 상하 양면에 Si₃N₄(14)를 증착한다(S210). 이 경우, 후술하는 중공부(19)를 형성하는 하부의 소정 영역(16)에는 Si₃N₄(14)를 증착하지 않는다.

실리콘 웨이퍼(12)의 상하면에 Si₃N₄(14)를 증착한 다음, 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 작업자는 실리콘 웨이퍼(12)의 하면에 포토 레지스터를 도포하고, 소정시간동안 프리 베이크(prebake)한다(S220). 이어서, 상기 포토레지스터가 도포된 실리콘 웨이퍼(12)를 자외선에 노출시켜 현상하게 된다(S230).

실리콘 웨이퍼(12)를 현상한 다음, 작업자는 실리콘 웨이퍼(12)의 하면을 에칭하여 도 5에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(12)에 중공(19)을 형성시킨다(S240). 이러한 에칭 과정을 통하여 작업자는 실리콘 웨이퍼(12)의 하면에 원하는 형상을 형성하는 것이 가능하다. 후속하여, 실리콘 웨이퍼(12)의 하면에 도포된 포토 레지스터(미도시)를 제거하고(S250), 실리콘 웨이퍼(12)의 상부에 PDMS(PolydiMethylsiloxane)(15)를 도포한다(S260).

PDMS(15)를 도포한 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(12)의 하면에서 Si₃N₄(14)를 제거하고, 크롬/금(Cr/Au)(18)을 증착하게 된다(S270). 따라서, 중공부(19)의 상부에 위치하는 PDMS(11) 부분이 본 발명에서 플렉서블(flexible)하게 상하로 이동하는 막을 형성하게 된다.

한편, 막을 형성하는 PDMS(11) 부분에는 이후에 결합될 근육 세포와의 결합력을 더하기 위해, 후술하는 바와 같이 파이브로넥틴을 코팅하게 된다. 이러한 파이브로넥틴을 코팅하는 방법은 다양한 것들이 있는데, 예를 들어, PDMS(11)로 이루 어진 막의 하부에 O2 플라즈마를 이용하여, OH기를 형성한 후에 파이브로넥틴을 코팅하는 방법이 있다.

펌핑 부재(10)를 제작한 다음, 작업자는 이송 부재(20)를 제작하게 된다(S130).

도 3은 이송 부재(20)를 제작하는 과정을 나타내는 흐름도이다. 이송 부재(20)를 제작하는 과정은, 실리콘 웨이퍼 상부에 포토레지스터를 도포하고, 소정시간동안 프리베이크하는 단계(S310)와, 상기 포토레지스터가 도포된 상기 실리콘 웨이퍼를 자외선에 소정시간동안 노출시키고, 현상하여 상기 포토레지스터가 상기 홈에 대응하는 형상을 갖도록 하는 단계(S330)와, 상기 포토레지스터가 도포된 상기 실리콘 웨이퍼에 PDMS를 도포하는 단계(S350)와, 상기 PDMS를 응고하는 단계(S370)와, 원하는 부분만 패터닝함으로써, 상기 PDMS를 상기 실리콘 웨이퍼로부터 분리하는 단계(S390)를 포함한다.

이러한 이송 부재(20)를 제작하는 단계는 각각 도 7 내지 도 9에 도시된다. 먼저, 작업자는 도 7에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(22) 상부에 포토 레지스터(24)를 도포하고, 프리 베이크한다(S310). 이어서, 전술한 바와 같이, 포토 레지스터(24)가 도포된 실리콘 웨이퍼(22)를 자외선에 소정시간 동안 노출시키고 현상하여, 포토 레지스터(24)가 후술하는 홈(26)에 대응하는 형상을 갖도록 한다(S330).

이어서, 작업자는 도 7에 도시된 바와 같이, 포토 레지스터(24)가 도포된 실리콘 웨이퍼(22) 상부에 PDMS(26)를 도포하고(S350), 응고시킴(S370)으로써 응고된 PDMS(26)의 하부에 포토 레지스터(24)에 대응하는 홈(27)이 형성되도록 한다. 작업자는 이러한 과정을 통하여 이송 부재(20)의 몸체를 형성하는 PDMS(26)의 하부에 원하는 형상의 홈(27)을 형성할 수 있게 되며, PDMS(26)의 하부에 형성되는 홈(27)이 후술하는 대상물이 이동하는 통로를 형성하게 된다.

PDMS(26)를 응고시킨 다음, 작업자는 원하는 부분만 패터닝함으로써, 도 9에 도시된 바와 같이, PDMS(26)를 실리콘 웨이퍼(22)로부터 분리(S390)하여 이송 부재(20)를 완성하게 된다.

도 10은, 작업자가 펌핑 부재(10)와 이송 부재(20)를 완성한 다음, 서로 결합하는 단계(S150)를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 작업자는 우선, 이송 부재(20)의 하부에 형성된 홈(27)이 펌핑 부재(10)에 의해 밀폐될 수 있도록 이송 부재(20)와 펌핑 부재(10)를 정열한다. 또한, 펌핑 부재(10)의 막, 즉 중공부(19)의 상부에 위치하는 PDMS(11) 부분이 이송 부재(20)의 홈(27)의 중앙부에 위치하도록 정열한다. 이와 같이 정열을 하는 경우, 이송 부재(20)와 펌핑 부재(10)를 정열하기 위해, 도면에 도시되지 않은 별도의 정열 장치가 사용될 수 있다. 이러한 정열 장치는 이미 다수가 공지되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

이와 같이 이송 부재(20)와 펌핑 부재(10)를 정열한 다음, 산소 플라즈마(미도시)를 이용하여 이송 부재(20)와 펌핑 부재(20)를 서로 결합한다. 결합된 이송 부재(20)와 펌핑 부재(10)의 사이에는 이송 부재(20)의 하부에 형성된 홈(27)에 의해 대상물이 이동하는 통로가 형성된다.

이송 부재(20)와 펌핑 부재(10)를 결합한 다음, 작업자는 펌핑 부재(10)의 막, 구체적으로 펌핑 부재(10)의 중공부(19)의 상부에 위치하는 PDMS(11)의 하부에 근육 세포를 배양하게 된다(S170)).

펌핑 부재(10)에 근육 세포를 배양하는 단계는, 상기 막의 하부, 즉 펌핑 부재(10)의 중공부(19)의 상부에 위치하는 PDMS(11)의 하부에 근육 세포가 결합되도록 SAM(Self Assembly Monolayer)처리(17)를 한 다음, SAM 처리를 한 PDMS(11)의 하부에 근육세포를 결합시키게 된다.

구체적으로, PDMS(11)의 하부에 근육 세포를 결합시키는 단계는, 세포 배양액 용기에 결합된 이송 부재(20)와 펌핑 부재(10)를 배치하는 단계와, 결합된 이송 부재(20)와 펌핑 부재(10)에 근육 세포를 결합시키는 단계와, 및 근육 세포 배양 후 세척하는 단계로 구성된다.

세포 배양액 용기에 PDMS로 제조된 상기 이송 부재 및 펌핑 부재만을 넣어두고 근육 세포를 배양하는 경우에는, 상기 근육 세포를 펌핑 부재 중 원하는 영역에만 결합시키는 것이 어려워질 수 있는 우려가 있다. 따라서, 상기와 같은 우려를 해소하고자, 즉 펌핑 부재의 막을 형성하는 PDMS의 하부에만 상기 근육 세포가 결합하도록 하고자, 상기 펌핑 부재의 막을 형성하는 PDMS의 하부에는 파이브로넥틱을 코팅한다. 상기 근육 세포는 파이브로넥틴과 같은 세포체외곽 물질이 코팅되어 있지 않은 PDMS 자체에는 쉽게 결합하지 않는 성질을 갖는다.

이후, 상기 결합된 이송 부재 및 펌핑 부재가 배치된 세포 배양액 용기를 포도당(glucose)을 포함하는 세포 배양 용액으로 채우며, 원하는 근육 세포를 상기 세포 배양액 용기로 투입함으로써, 상기 이송 부재의 막을 형성하는 PDMS(11)의 하부에 상기 근육 세포가 결합하는 과정을 거친다. 이 경우, 상기 막을 형성하는 PDMS(11)의 하부에는 상기 근육 세포와 잘 결합하도록 파이브로넥틱이 코팅되어 있으므로, 파이브로넥틴이 코팅된 상기 부위에만 상기 근육 세포가 결합된다.

상기 근육 세포가 상기 막을 형성하는 PDMS(11)의 하부에 결합된 후에는, 상기 근육 세포를 배양시키고, 세척을 하게 된다. 상기 근육 세포는 배양되는 과정에서 상기 배양 용액 내의 포도당을 에너지원으로 하여 배양된다. 상기 근육 세포의 배양이 완성된 후에는, HBSS(Hanks' Balanced Salt Solution) 세척 솔루션을 이용하여, 상기 결합된 이송 부재 및 펌핑 부재를 세척함으로써, 파이브로넥틴이 코팅되어 있는 PDMS(11)에만 근육 세포가 결합되어 있도록 한다.

도 11은 전술한 과정을 거쳐 제작된 마이크로 펌프(100)를 나타내는 사시도이며, 도 12는 도 11의 분해도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명에 의한 마이크로 펌프(100)는 전술한 바와 같이, 이송 부재(20)와 펌핑 부재(10)를 포함한다.

이송 부재(20)의 하부에는 펌핑 부재(10)에 의해 밀폐되어 대상물의 이동 통로를 형성하는 홈(27)이 형성된다. 바람직하게 홈(27)의 양단부에는 대상물이 투입되는 투입로(40)와 대상물이 배출되는 배출로(42)가 형성된다. 투입로(40)에 의해 이송 부재(20)의 홈(27)의 내부로 대상물이 투입되고, 펌핑 부재(10)의 펌핑 작용에 의해 이동된 대상물이 배출로(42)를 통해 배출된다.

구체적으로, 홈(27)은 대상물이 투입되는 투입로(40)에 연결되는 노즐부 (nozzle portion)(30)와, 노즐부(30)에 연결되며 투입된 대상물이 모이게 되는 챔버부(32)와, 챔버부(34)에서 이동된 대상물이 배출로(42)를 통해 배출되는 디퓨져부(diffuser portion)(34)를 포함한다.

따라서, 투입로(40)롤 통해 투입된 대상물은 노즐부(30)를 통하여 챔버부(32)에 모이게 되며, 후술하는 바와 같이 펌핑 부재(10)의 구동에 의해 디퓨져부(34)를 통해 배출로(42)로 배출되어, 이동하게 된다.

한편, 펌핑 부재(10)의 중공(19) 상부에는 전술한 바와 같이, 막을 형성하는 PDMS(11)의 하부에 근육 세포(50)가 결합되어 있다. 펌핑 부재(10)는 이송 부재(20)의 하부에 결합되어, 이송 부재(20) 하부에 형성된 홈(27)을 밀폐하여, 대상물이 이동하는 통로를 형성하게 된다. 또한, 펌핑 부재(10)를 결함하는 경우, 펌핑 부재(10)의 상부에 형성된 중공부(19)가 이송 부재(20)의 챔버부(32)의 중앙에 위치하도록 한다. 따라서, 펌핑 부재(10) 상부의 막의 역할을 하는 PDMS(11)가 그 하부에 결합된 근육 세포(50)에 의해 상하로 운동을 하게 되면, 펌핑 부재(10)의 상부의 막의 역할을 하는 PDMS(11)도 상하로 운동을 하게 된다. 이러한 막의 상하 운동에 의해 이송 부재(20)의 챔버부(32)의 체적이 변하게 되고, 체적 변화에 의해 생긴 압력에 의해 챔버부(32)의 대상물이 이동되어 디퓨져부(34)로 향하게 된다.

도 13A 및 도 13B는 도 11의 ⅩⅢ-ⅩⅢ'선에 따른 단면도로서, 도 13A는 펌핑 부재(10) 상부의 막의 역할을 하는 PDMS(11)가 하부로 처져있는 상태를 나타내며, 도 13B는 펌핑 부재(10) 상부의 막의 역할을 하는 PDMS(11)가 상부로 올라가 있는 상태를 나타낸다.

도 13A에 도시된 바와 같이, 투입로(40) 및 노즐부(30)를 통해 투입된 대상물은, 펌핑 부재(10) 상부의 막의 역할을 하는 PDMS(11)가 하부로 처져있는 경우, 즉, 챔버부(32)의 체적이 최대로 커지는 경우에 챔버부(32)에 모이게 된다. 이어서, 도 13B에 도시된 바와 같이, 근육 세포(50)의 수축 운동에 의해 펌핑 부재(10) 상부의 막의 역할을 하는 PDMS(11)가 상부로 운동을 하는 경우, 즉, 챔버부(32)의 체적이 최소로 작아지는 경우, 체적 감소에 의한 압력에 의해 챔버부(32)의 대상물은 화살표를 따라 디퓨져부(34)로 이동하게 된다. 후속하여, 근육 세포(50)가 다시 이완 운동을 하여 펌핑 부재(10) 상부의 막의 역할을 하는 PDMS(11)가 하부로 운동을 하여, 챔버부(32)의 체적이 다시 도 13A와 같이 커지게 되면, 대상물이 다시 챔버부(32)의 내부로 들어오게 된다. 이와 같이, 근육 세포(50)의 반복적인 수축 및 이완 운동에 의해 펌핑 부재(10) 상부의 막의 역할을 하는 PDMS(11)가 상하로 운동을 하게 되고, 이에 의해 대상물이 이동을 하게 된다.

한편, 작업자는 이와 같은 근육 세포(50)의 수축 또는 이완 운동을 전기적인 자극 또는 화학적인 자극에 의해 조절하는 것이 가능하여, 본 발명의 마이크로 펌프에 의해 이송되는 대상물의 이송량을 조절하는 것이 가능해 진다.

상기와 같은 단계를 거쳐 제조된 마이크로 펌프는 사용하고자 하는 목적에 따라 다양한 형태로 제조될 수 있을 것이며, 인체 내에 투입된 후에는 포도당을 에너지원으로 하여 동작하므로 별도의 외부 에너지원을 필요로 하지 않는다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 근육 세포를 이용한 마이크로펌프 및 그 제조 방법에 의하면, 외부의 동력원을 필요로 하지 않고, 근육 세포에 의해 구동을 하게 되므로, 종래의 마이크로 펌프에서 문제시 되었던 대상물의 오버히팅이나 전기적인 영향으로 인한 대상물의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 동력원으로 사용되는 근육 세포를 전기적인 자극이나 화학적인 자극에 의해 제어하여, 전달되는 대상물의 이송량을 조절할 수 있게 된다.

Claims

중앙부에 중공이 형성되며, 상기 중공의 상부에 플렉서블한 막을 포함하는 펌핑 부재를 제작하는 단계와,

폴리머에 의해, 그 하면에 홈이 형성되는 이송 부재를 제작하는 단계와,

상기 펌핑 부재에 의해 상기 이송 부재의 하부에 형성된 홈을 밀폐하여 대상물이 이동하는 통로를 형성하며, 상기 펌핑 부재의 막이 상기 이송 부재의 홈의 중앙부에 위치하도록, 상기 이송 부재의 하부에 상기 펌핑 부재를 결합하는 단계와,

상기 막의 하부에 근육 세포를 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 폴리머는 PDMS(PolyDiMethylsiloxane)로 이루어진 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 펌핑 부재를 제작하는 단계는,

실리콘 웨이퍼 양면에 Si₃N₄를 증착하는 단계와,

상기 실리콘 웨이퍼의 하면에 포토레지스터를 도포하여 소정시간동안 프리베이크(prebake)하는 단계와,

상기 포토레지스터가 도포된 상기 실리콘 웨이퍼 하면을 자외선에 소정시간동안 노출시키고, 현상하는 단계와,

상기 실리콘 웨이퍼 하면을 에칭하여 상기 실리콘 웨이퍼에 중공을 형성시키는 단계와,

상기 포토레지스터를 제거하는 단계와,

상기 중공부의 상부에서 막을 형성하도록 상기 실리콘 웨이퍼 상면에 PDMS를 도포하는 단계와,

상기 실리콘 웨이퍼 하면의 Si₃N₄를 제거하고, 크롬/금을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 이송 부재를 제작하는 단계는,

실리콘 웨이퍼 상부에 포토레지스터를 도포하고, 소정시간동안 프리베이크하는 단계와,

상기 포토레지스터가 도포된 상기 실리콘 웨이퍼를 자외선에 소정시간동안 노출시키고, 현상하여 상기 포토레지스터가 상기 홈에 대응하는 형상을 갖도록 하는 단계와,

상기 포토레지스터가 도포된 상기 실리콘 웨이퍼에 PDMS를 도포하는 단계와,

상기 PDMS를 응고하는 단계와,

원하는 부분만 패터닝함으로써, 상기 PDMS를 상기 실리콘 웨이퍼로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 펌핑 부재와 이송 부재를 결합하는 단계는,

상기 이송 부재의 하부에 형성된 상기 홈이 상기 펌핑 부재에 의해 밀폐되며, 상기 펌핑 부재의 중공부 상부가 상기 이송 부재의 홈의 중앙에 위치하도록 상기 이송 부재와 펌핑 부재를 정열하는 단계와,

산소 플라즈마를 이용하여 상기 이송 부재와 펌핑 부재를 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 펌핑 부재의 막에 근육 세포를 배양하는 단계는,

상기 결합된 펌핑 부재의 막의 하부에 근육 세포가 결합되도록 SAM(Self Assembly Monolayer)처리를 하는 단계와,

근육 세포를 상기 SAM 처리된 막의 하부에 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 근육 세포를 상기 SAM 처리된 막의 하부에 결합하는 단계는,

외부에서 배양된 근육 세포를 상기 막의 하부에 이식하는 것이 아니라, 상기 결합된 이송 부재와 펌핑 부재를 세포 배양용액에 담근 상태에서 상기 근육 세포를 상기 결합된 펌핑 부재의 막에 결합시키고 배양시킨 후, 상기 결합된 이송 부재와 펌핑 부재를 상기 세포 배양용액으로부터 꺼내는 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 근육 세포를 상기 SAM 처리된 막 상부에 결합하는 단계는,

세포 배양용 용기에 상기 결합된 이송 부재와 펌핑 부재를 배치하는 단계; 및

세포 배양 용액으로 채워진 세포 배양용 용기 내에서 상기 펌핑 부재의 막에 상기 근육 세포를 결합시킨 후, 배양시키는 단계와,

근육 세포 배양 후 세척하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제8항에 있어서,

상기 펌핑 부재의 막에 상기 근육 세포를 결합시킨 후, 배양시키는 단계는,

상기 세포 배양액 용기에 임의로 투입된 상기 근육 세포가 상기 근육 세포와 친화적인 파이브로넥틴이 코팅된 상기 펌핑 부재의 막에 결합하는 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제8항에 있어서,

상기 세포 배양 용액은 포도당(glucose)으로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 근육 세포를 이용한 마이크로 펌프 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조되며,

상기 이송 부재의 하부에 형성되는 홈은,

대상물이 투입되는 투입로에 연결되는 노즐부와,

상기 노즐부에 연결되며 투입된 대상물이 모이게 되는 챔버부와,

상기 챔버부에서 이동된 대상물이 배출되는 배출로와 연결되는 디퓨져부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
제11항에 있어서,

상기 펌핑 부재는 상기 이송 부재의 하부에 결합되어 상기 노즐부, 챔버부 및 디퓨져부를 밀폐하여 대상물의 통로를 형성하며,

상기 펌핑 부재의 상부에 형성된 상기 막이 상기 이송 부재의 챔버부의 중앙에 위치하여,

상기 막의 하부에 결합된 상기 근육 세포의 수축 또는 이완 운동에 의해 상기 막이 플렉서블하게 상하로 움직여서, 상기 챔버부의 체적 변화에 의해 생기는 압력 변화에 의해 대상물을 이동시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.