KR100679714B1 - 3차원 구조의 마이크로 스파이크 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조직 채취에 이용되는 생체 검사 기구인 마이크로 스파이크에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 단결정 실리콘으로 제작한 3차원 구조의 마이크로 스파이크로서, 조직 채취 시 최소 침습으로 수검자의 통증을 최소화 하면서도 검사에 필요한 충분한 양의 조직을 채취할 수 있는 마이크로 스파이크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서는, 조직 채취 시 조직에 삽입하였다가 빼내는 단순한 과정만으로 검사하기에 충분한 양의 조직표본을 채취할 수 있는 마이크로 스파이크의 구조를 제시하는 한편, 단결정 실리콘 기판에 희생층 몸체 마이크로머시닝(SBM; Sacrificial Bulk Micromachining) 미세 가공 방법을 적용하여 3차원 구조의 마이크로 스파이크를 제작하는 방법을 제공한다.

본 발명에서 제공하는 3차원 구조의 마이크로 스파이크는, 조직 채취 시 최소 침습으로 수검자의 통증 및 위험성을 최소화 할 수 있으며, 기존의 생체검사에 이용되는 내시경 등과 같은 시술기구 및 집게 등의 장착 기구와 용이하게 결합하거나 분리시킬 수 있다.

3차원 마이크로 스파이크, SBM미세 가공 방법, 돌출부, 조직채취

Description

3차원 구조의 마이크로 스파이크 및 그 제조 방법{Microspikes structured of three dimensions and method of manufacturing the same}

도 1은 종래 조직표본의 채취에 이용된 마이크로 니들(micro needle)을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로 스파이크(microspikes)의 외관 구성을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 연장부 및 돌출부를 상세히 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 날개형 돌출부가 형성된 마이크로 스파이크의 전자현미경 사진이다.

도 5는 본 발명의 사각형 돌출부가 형성된 마이크로 스파이크를 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 사각형 돌출부가 형성된 마이크로 스파이크의 전자현미경 사진이다.

도 7a는 본 발명에 따라 반원형 돌출부가 형성된 마이크로 스파이크를 나타낸 것이다.

도 7b는 본 발명에 따라 삼각형 돌출부가 형성된 마이크로 스파이크를 나타낸 것이다.

도 8a와 도 8b는 본 발명의 마이크로 스파이크를 이용하여 조직표본을 채취하는 모습을 나타낸 것이다.

도 9는 조직 표본을 채취한 본 발명의 마이크로 스파이크의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 제조 공정을 나타낸 것이다.

본 발명은 조직 채취에 이용되는 생체 검사 기구인 마이크로 스파이크에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 단결정 실리콘으로 제작한 3차원 구조의 마이크로 스파이크로서, 조직 채취 시 최소 침습으로 수검자의 통증을 최소화 하면서도 검사에 필요한 충분한 양의 조직을 채취할 수 있는 마이크로 스파이크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

질병의 진단을 위해 환자로부터 조직을 떼어내어 실시하는 병리검사는 질병의 진단 및 치료에 있어서 매우 중요한 과정이다. 하지만 종래의 생체 검사 기구는 비교적 커다란 크기를 가지기 때문에, 조직을 채취하는 경우 채취되는 조직의 양이 불필요하게 많으며, 이렇게 표본된 조직을 분석하기 위해서는 많은 양의 시약이 필요하게 되고, 환자는 시술에 따른 고통과 위험을 감수해야 한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 미세공정 및 정밀공정을 응용하여 비교적 크기가 작은 미세생체 검사/정밀절단 기구들이 제안되고 있다. 하지만 이러한 크기가 작은 생체 검사 기구 또는 정밀절단 기구들은 대부분 복잡한 구성을 가지고 있기 때문에, 생체 검사를 할 때 기구를 조작하는 것이 까다로워서 시술자의 숙련된 기술을 필요로 한다.

도 1은, 종래 조직표본의 채취에 이용된 카테터를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 포셉 턱(202), 마이크로 니들(204), 몸체(201)등을 포함하여 구성된다.

도 1의 카테터(200)는, 요철 구조를 가진 마이크로 니들(204)을 중앙에 장착하고, 그 양측에 포셉 턱(202)을 장착시킨 구성이다. 도 1의 카테터(200)는, 마이크로 니들(204)로 조직(500)을 찔러서 당기면 조직의 표면이 늘어난 상태가 되고, 이를 포셉 턱(202)이 집어서 떼어내는 방식으로 조직을 채취하는 것이다. 이는 조직 채취 시 정확한 채취량을 확보할 수 있는 장점이 있다.

그러나 도 1의 카테터(200)를 이용하여 조직을 채취하는 경우, 마이크로 니들(204)을 조직에 찔러 넣는 과정과 포셉 턱(202)이 조직을 집어서 떼어내는 두 번의 과정을 거치기 때문에, 수검자의 고통을 가중시킨다는 단점이 있다. 또한 마이크로 니들(204)로 조직을 잡아당긴 상태에서 다시 이를 떼어내기 위해 포셉 턱(202)의 움직임을 조작해야 한다는 번거로움이 있다.

또한 도 1의 카테터(200)에서는 몸체부분(201)과 마이크로 니들(204), 포셉 구조(202)가 일체형으로 제작되기 때문에 조직채취에 한 번 사용된 후에는 마이크로 니들(204), 포셉 구조(202) 뿐만 아니라 몸체부분(201)도 함께 폐기시켜야만 하였다. 즉, 종래의 카테터는 일회용으로만 사용할 수 밖에 없기 때문에 자원의 효율적 활용 측면에서 바람직하지 못하였다.

한편 3차원 미세 도구를 제작하기 위한 방법으로서, 기판 본딩, LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung) 공정, 레이져 미세가공 등을 이용하는 방법들이 알려져 있다. 각각에 대해 간단히 살펴보면 다음과 같다.

먼저 기판 본딩 방법은, 두 기판에 구조물을 각각 형성한 다음 마지막 단계에서 두 개의 기판을 결합(bonding)하여 3차원 구조물을 제작하는 방법이다. 이 방법은 결합 과정이 복잡하여 까다롭고, 두 기판 사이의 스트레스에 의해 구조물에 변형이 올 가능성이 크다.

LIGA 공정 방법은, 입자가속기로부터 나오는 자외선 또는 X-선(X-ray)와 같은 이온빔을 이용하여 두꺼운 사진감광제에 사진공정을 수행하고, 현상한 후 남아 있는 사진 감광제 사이의 틈을 전기 도금법으로 메워준 후, 몰딩을 위한 금속 주형틀을 만드는 방법이다.

3차원 LIGA 공정은 이온빔을 여러 방향으로 회전시키면서 노광함으로써 3차원 구조물을 제작하는 방법이다. 이 방법은 이온빔을 노광 시켜줄 수 있는 입자가속기가 아주 고가의 장비이기 때문에 쉽게 입수하기가 어렵다는 단점이 있다. 또한 LIGA 공정으로 만들어지는 3차원 구조물은 노광 후 사진감광제 구조물을 도금하기 가 어렵기 때문에 주형틀을 만들기가 불가능해지고, 사진감광제 물질만으로 이루어진 3차원 구조의 생체 검사 기구는 내구성이 아주 낮기 때문에 실제 생체 검사 등에 사용하는 것이 불가능하다.

레이져 미세 가공 방법은 임의의 형상을 만들기 위해 임의의 형상을 모두 레이져로 각각 스캔하는 방식으로 가공해야 하기 때문에 제작 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 또 제작 비용도 고가이기 때문에 대량생산에 어려움이 있는 방법이다.

이와 같이 종래에 사용되어 오는 미세 도구의 제작 방법들은, 제작 과정의 복잡함, 고가의 제작 장비 요구, 미세 도구의 낮은 내구성 등과 같은 제작상의 어려움이 있다. 따라서 제작이 용이하면서 견고한 구성을 갖는 3차원 구조의 생체 검사 기구를 제작할 수 있는 방법이 요청되고 있는 실정이다. 또한, 앞서 살펴 본 바와 같이, 조직 채취에 따르는 위험성 및 수검자의 통증을 최소화하고, 조작이 간편한 생체 검사 기구가 필요한 실정이다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 조직에 삽입하였다가 빼내는 간단한 과정만으로 검사에 필요한 만큼의 충분한 양의 조직을 채취함으로써 조직 채취 시 최소 침습으로 수검자의 통증을 최소화 할 수 있는 마이크로 스파이크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 단결정 실리콘 기판에 희생층 몸체 마이크로머시닝 (SBM; Sacrificial Bulk Micromachining) 가공 방법을 적용함으로써 제작이 용이하면서 견고한 구성을 갖는 3차원 구조의 마이크로 스파이크를 제작하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 스파이크는, 단결정 실리콘의 재질로 이루어지는 몸체부; 조직 표본의 채취시 조직에 삽입되는 부분으로서 상기 몸체부의 한 측면의 상부 및 하부에 각각 상기 몸체부와 일체형으로 연장 형성된 연장부; 및 상기 연장부의 하나 이상의 측면에 일체형으로 돌출 형성되어 상기 생체조직 표본의 채취 시 상기 연장부와 함께 조직에 삽입되어 조직표본을 채취하는 돌출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 스파이크의 제조 방법은, 마이크로 스파이크의 형상을 정의하기 위해 단결정 실리콘 기판의 양면에 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층구조로 이루어진 절연막을 형성한 후 상기 절연막 상에 사진공정을 수행하여 절연막의 패턴을 형성하는 단계; 마이크로 스파이크 연장부의 두께를 결정하기 위해 상기 단결정 실리콘 기판의 양면에 제1 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 공정을 수행하여 상기 연장부의 두께 만큼 상기 실리콘 기판을 식각하는 단계; 상기 반응성 이온 식각 공정을 통해 상기 식각된 부분의 각 측면에 보호막을 증착시키는 단계; 희생층을 정의하기 위해 상기 보호막을 증착시킨 부분 외의 영역에 제2 반응성 이온 식각 공정을 수행하는 단계; 상기 제2 반응성 이온 식각 공정을 통해 식각된 실리콘 기판에 대해 염기성 수용액을 이용하 여 비등방성 습식 식각시키는 단계; 및 상기 습식 식각된 실리콘 기판으로부터 마이크로 스파이크를 분리시키기 위해 다이싱(dicing) 공정을 수행하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 구성 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 외관 구성을 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 마이크로 스파이크(100)는 몸체부(110), 연장부(120) 및 돌출부(130)로 구성될 수 있다. 또한 본 발명에 의한 마이크로 스파이크는, 상기 몸체부(110), 연장부(120) 및 돌출부(130) 전체가 하나의 재질로 형성된 일체형의 단결정 실리콘의 재질로 구성할 수 있다.

상기 몸체부(110)는 기존의 내시경 등과 같은 시술기구 및 집게 등의 장착 기구와 용이하게 결합할 수 있도록 구성되어 있다 예컨대, 기존의 시술기구에 상기 몸체부(110)를 끼워 넣을 수 있는 홈을 형성하는 것만으로 기존의 시술기구와 본 발명의 마이크로 스파이크(100)를 용이하게 결합하거나 분리시킬 수 있다.

상기 연장부(120)는 상기 몸체부(110)의 일측면의 상부 및 하부에 각각 하나 이상씩 형성된다. 연장부(120)의 개수와 관련하여, 도 2의 실시예에서는, 몸체부(110) 일측면의 상부 및 하부에 각각 2개의 연장부가 형성되어 있으나, 상기 연장부는 필요에 따라 그 개수를 다양하게 조절할 수 있다. 예컨대, 보다 많은 양의 조직표본이 필요한 경우에는 연장부의 개수를 3개 또는 그 이상으로 구현할 수 있 다. 바람직하게는, 상기 연장부의 개수는 몸체부(110) 일측면의 상부 및 하부에 각각 1개 이상 10개 이하로 구성할 수 있다.

본 발명의 마이크로 스파이크를 이용하여 생체검사를 하는 경우, 상기 연장부(120)는 조직에 삽입되는 부분이다. 따라서, 상기 연장부(120)의 선단부(121)는 생체 조직에 쉽게 삽입될 수 있는 형태, 예컨대 뾰족한 형태로 구성하는 것이 바람직하다.

한편 생체 내에 삽입되어지는 기구의 특성상, 그 크기는 일정 범위 이내로 제한됨이 바람직하다. 이와 같은 관점에서 볼 때, 상기 연장부(120)의 길이(L)는 10㎛보다 길고 10mm보다 짧은 범위에서 결정되는 것이 바람직하며, 상기 연장부(120)의 좌우 간격(d)은 5㎛보다 길고 5mm보다 짧은 범위에서 결정되는 것이 바람직하다.

상기 돌출부(130)는, 조직 채취 시 조직의 분리를 유도하고 분리된 조직을 고정시키는 기능을 수행한다. 상기 돌출부(130)는 상기 연장부(120)들의 측면에, 임의의 간격을 두고 돌출하여 형성될 수 있다. 돌출부(130)의 개수와 관련하여, 도 2에서는 각 연장부(120)마다 3개의 돌출부가 형성되어 있으나, 필요에 따라 그 이하 또는 그 이상의 개수로 형성시킬 수 있음은 당연히 가능하다. 또한, 도 2에서는, 각 연장부(120)들의 서로 마주보는 한쪽 측면에만 돌출부가 형성되어 있으나, 필요에 따라 각 연장부(120)의 양쪽 측면 또는 모든 측면에 돌출부를 형성하는 것 역시 가능하다.

돌출부(130)의 형상과 관련하여, 도 2에 도시된 돌출부(130)는, 선단부(121) 를 향하는 연장부의 길이 방향에 대해 순방향 경사진 날개 형상을 이루고 있다. 이와 같은 날개형 돌출부(130)를 가진 마이크로 스파이크(100)를 통해 조직표본을 채취하는 경우, 목표조직에 연장부(120)를 삽입하였다가 빼내는 경우, 상기 날개형 돌출부(130)에 조직이 걸려서 함께 빠져나오게 되므로 조직표본을 용이하게 채취할 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 연장부(120) 및 돌출부(130)를 상세히 나타낸 것이다. 돌출부의 크기와 관련하여, 생체 내에 삽입되어지는 기구의 특성상 상기 돌출부(130)의 폭(W), 각 돌출부 사이의 간격(D), 각 돌출부의 높이(H)는 각각 5㎛보다 높고 5mm보다 낮은 범위에서 결정되는 것이 바람직하다.

도 4는, 본 발명에 따라 날개형 돌출부(130)가 형성된 마이크로 스파이크의 전자현미경 사진이다. 도 4의 사진에는, 연장부가 몸체의 상부 및 하부에 각각 2개씩 형성되어 있고, 돌출부는 각 연장부들의 좌우방향으로 서로 마주 보는 측면에 각각 4개씩 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.

도 5는 본 발명에 따라 사각 형상의 돌출부를 갖는 마이크로 스파이크를 나타낸 것이다. 도 5의 사각 형상의 돌출부(131)의 경우에도, 필요에 따라 돌출부의 개수를 다양하게 형성시킬 수 있는 점, 돌출부를 연장부의 양쪽 측면 또는 모든 측면에 형성시킬 수 있는 점, 돌출부의 폭(W), 각 돌출부 사이의 간격(D), 각 돌출부의 높이(H)의 범위 등은 앞서 설명한 날개형상 돌출부(130)와 동일하다.

도 6은 본 발명에 따라 사각형 돌출부(131)가 형성된 마이크로 스파이크의 전자현미경 사진이다. 도 6의 사진에는, 연장부가 몸체의 상부 및 하부에 각각 2개 씩 형성되어 있고, 사각형 돌출부는 각 연장부들의 좌우방향으로 서로 마주 보는 측면에 각각 3개씩 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.

돌출부의 형상으로서, 상기한 날개 형상, 사각 형상 외에도 다양한 형상을 채택할 수 있다. 예컨대, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 반원 형상의 돌출부(132), 삼각 형상의 돌출부(133)를 형성시킬 수 있다. 돌출부의 크기, 간격 및 개수 등에 관한 특징은 앞서 설명한 날개 형상 또는 사각 형상과 동일하다. 도 7a는 본 발명에 따라 반원형 돌출부가 형성된 마이크로 스파이크를 나타낸 것이고, 도 7b는 본 발명에 따라 삼각형 돌출부가 형성된 마이크로 스파이크를 나타낸 것이다.

도 8a와 도 8b는 본 발명의 마이크로 스파이크를 이용하여 조직표본을 채취하는 모습을 나타낸 것이다. 본 발명에 의하면, 표본을 채취하고자 하는 조직 부위에 단지 마이크로 스파이크의 연장부(120)를 삽입하였다가 빼내는 과정만으로 간단히 조직을 채취할 수 있다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

조직 채취를 위해 우선, 본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 연장부(120)를 해당 조직 부위(500)에 삽입한다. 연장부(120)를 삽입한 후, 다시 마이크로 스파이크를 당겨서 조직부위(200)로부터 빼내면, 이 과정에서 상기 연장부(120)의 측면에 형성된 돌출부(130)에 조직표본(501)이 걸려서 함께 빠져 나오게 된다. 또한, 본 발명에 의한 마이크로 스파이크는 몸체부(110) 측면의 상부 및 하부에 모두 연장부(120)가 형성되어 있기 때문에, 삽입된 연장부(120)를 조직으로부터 빼내는 경우 수평측 연장부 사이뿐만 아니라, 상하측 연장부 사이에도 조직이 걸려서 함께 빠져 나오게 된다. 따라서 조직 부위에 단지 마이크로 스파이크의 연장부(120)를 삽입하였다가 빼내는 과정만으로 검사하는 데 충분한 양의 조직표본을 채취하는 것이 가능하다.

도 8b는 본 발명에 의한 3차원 마이크로 스파이크를 조직으로부터 제거하였을 때 조직 표본(501)이 상부 연장부와 하부 연장부 사이에 고정되어 획득된 모습을 나타낸 것이다. 이와 같이 본 발명에 의한 마이크로 스파이크는 좌우측 연장부(120, 120‘) 및 상하측 연장부(120, 120“) 사이에 모두 조직이 걸려서 빠져 나오게 되므로, 검사하는 데 충분한 양의 조직표본을 채취하는 것이 가능하다.

도 9는 조직 표본을 채취한 본 발명의 마이크로 스파이크의 전자현미경 사진을 나타낸 것이다. 도 9의 사진에서, 마이크로 스파이크의 좌우 연장부 사이 또는 상하 연장부 사이에 조직표본들이 골고루 부착되어 있음을 볼 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 마이크로 스파이크는, 필요에 따라 페릴린(parylene) 박막과 같은 생체 호환성 유기박막, 또는, 실린콘산화막, 실리콘질화막, 금, 알루미늄 중 어느 하나의 물질을 이용하여 표면을 코팅 처리할 수 있다. 상기한 물질로 마이크로 스파이크의 표면을 코팅처리 함으로써 마이크로 스파이크의 생체 적합성 및 강도를 향상시킬 수 있다.

이상 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 3차원 마이크로 스파이크를 이용하여 생체 검사하는 경우 3차원 마이크로 스파이크를 조직에 삽입하고, 다시 조직으로부터 3차원 마이크로 스파이크를 빼내는 간단한 과정만으로 조직의 채취가 가능하다. 또한, 종래 마이크로 니들을 이용하는 것에 비해 수검자의 통증을 경감시키면서도 보 다 많은 양의 조직을 채취할 수 있다.

이하에서 본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 제조방법을 설명한다.

본 발명에 의한 마이크로 스파이크는, 단결정 실리콘 기판의 양면에 마이크로 스파이크 형상을 정의한 후, 희생층 몸체 마이크로머시닝(SBM; Sacrificial Bulk Micromachining) 미세 가공 방법을 적용하여 제작할 수 있다. 상기 실리콘 기판은, 반도체 집적회로 또는 미세 전기기계 시스템 (micro electromechanical systems, MEMS) 의 제작에 많이 사용되는 물질이며, 용이하게 입수할 수 있는 것이다. 그리고 양면 SBM 미세가공 기술은, 임의의 형상을 갖는 3차원 구조물을 임의의 두께로 제작할 수 있는 기술로서, 접합 공정이나 특수한 사진공정 없이 간단한 공정만으로도 3차원 미세 구조물을 제작할 수 있는 기술이다.

본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 형상 및 두께는 반응성 이온 식각 기법을 이용하여 정의할 수 있고, 마이크로 스파이크 3차원 구조물을 부유하기 위해서는 염기성 수용액을 이용한 비등방성 습식 식각 기법을 이용할 수 있다.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 제조 공정을 나타낸 것이다. 설명의 편의상 도 2의 마이크로 스파이크에서 A-A선을 절단한 몸체부(110)의 단면 부분과, B-B선을 절단한 연장부(120)의 단면 부분을 함께 연관하여 설명하기로 한다.

도 10a는 본 발명에 의한 마이크로 스파이크의 몸체부와 연장부(120)의 형상을 정의하기 위한 공정을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 감광제, 절연막(3) 등을 이용하여 구조물의 형상을 실리콘 기판 양면에 정의한다. 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 단결정 실리콘 기판의 양면에 식각 마스킹층으로 사용하기 위한 절연막(3)을 형성한다. 예컨대 열 산화법에 의해 실리콘산화막(도시 안됨)을 성장시킨 다음, 상기 실리콘산화막 상에, 예컨대 저압 화학 기상 증착법을 이용하여 저응력의 실리콘질화막(도시 안됨)을 적층함으로써 상기 실리콘산화막과 실리콘질화막의 적층 구조로 이루어진 절연막(3)을 형성한다. 이와 같이 절연막(3)을 형성한 후, 사진공정을 이용하여 마이크로 스파이크의 양면 형상을 정의한다. 즉, 상기 절연막(3) 상에 상기 절연막의 식각 마스킹층으로서 감광막(도시 안됨)을 코팅하고 나서 상기 식각하고자 하는 영역 상의 감광막을 그 아래의 절연막이 노출될 때까지 선택적으로 제거함으로써 상기 식각하고자 하는 영역 이외의 절연막 영역 상에 감광막의 패턴을 형성시킨다. 그런 다음, 상기 감광막의 패턴을 식각 마스크층으로 이용하여 상기 절연막(3)의 노출된 부분을 그 아래의 실리콘 기판(1)이노출될 때까지 식각함으로써 상기 절연막(3)의 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 절연막(3)의 패턴 상의 감광막의 패턴을 완전히 제거함으로써, 도 10a에 도시된 바와 같이, 마이크로 스파이크의 형상을 정의한다.

마이크로 스파이크의 형상을 정의한 후에, 도10b에 도시된 바와 같이, 상기 절연막의 패턴을 식각 마스킹층으로 하여 반응성 이온 식각 기법(Reactive Ion Etching)을 통해 원하는 두께만큼 실리콘 기판(10)을 식각함으로써 마이크로 스파이크의 각 연장부의 두께(d)를 결정한다. 이 때 실리콘 기판(10)은 도10b에 도시된 바와 같이, 수직으로 식각되며, 식각되는 깊이는 반응성 이온 식각 기법에 의하 여 용이하게 조절될 수 있다. 도 10b에서, 식각된 실리콘 기판(10)의 깊이는 완성된 마이크로 스파이크에서 각 연장부의 두께가 된다.

마이크로 스파이크의 두께를 결정하고 난 후, 도 10c에 도시된 바와 같이, 보호막(5)을 씌우는 증착 공정을 수행한다. 상기 보호막(5)은, 후속하는 실리콘 기판(10)의 식각단계에서 마이크로 스파이크의 각 연장부의 외측면부와 내측면부가 식각되지 않도록 보호하기 위함이다. 여기서 보호막(5)의 재료로는, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 절연막이 사용될 수 있다. 그 후 반응성 이온 식각을 추가 수행하여 습식 식각될 희생층을 지정한다.

상기한 바와 같이 희생층을 지정한 후, 도 10d에 도시된 바와 같이 염기성 수용액을 이용한 비등방성 습식 식각을 수행한 후, 다이싱(dicing) 공정을 수행함으로써 3차원 마이크로 스파이크를 실리콘 기판(10)으로부터 분리시킨다.

이와 같이 본 발명에 의한 마이크로 스파이크는, 단결정 실리콘을 구성물질로 하기 때문에 다른 방법에 의한 구조물보다 내구성이 우수하며, 양면 희생층 마이크로머시닝(SBM) 공정 방법을 적용하여 제작하기 때문에 정밀한 형상을 갖는 마이크로 스파이크를 제조할 수 있다. 한편, 상기한 바와 같이 제작된 마이크로 스파이크의 생체 적합성 및 강도를 향상시키기 위해, 상기 마이크로 스파이크의 표면을 페릴린(parylene) 박막과 같은 생체호환성 유기박막, 폴리머막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 금 또는 알루미늄 등을 사용하여 코팅 처리할 수 있다.

이렇게 제작된 3차원 마이크로 스파이크는 종래의 마이크로 니들과 같은 2차원 생체 검사 기구 보다 많은 양의 조직을 채취 할 수 있으며, 3차원 구조 자체가 채취된 조직의 저장고의 역할을 할 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발명의 마이크로 스파이크는 실리콘 미세 공정에 의해 미세화될 수 있으므로 생체 검사 기구의 미세화가 가능하고, 조직의 미세 생체 검사가 가능하며, 환자에 대한 상기 생체 검사 기구의 침습을 최소화할 수가 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

이상 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 의한 3차원 마이크로 스파이크는, 조직에 삽입하였다가 빼내는 간단한 과정만으로 검사에 필요한 충분한 양의 조직을 채취함으로써 조직 채취 시 최소 침습으로 천공을 방지하고 수검자의 통증을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명에서는, 단결정 실리콘 기판에 희생층 몸체 마이크로머시닝 (SBM; Sacrificial Bulk Micromachining) 가공 방법을 적용함으로써, 제작이 용이한 동시에 견고한 구성을 갖는 3차원 구조의 마이크로 스파이크를 제작하는 것이 가능하다.

Claims (10)

1. 생체 조직표본을 채취하기 위한 시술도구와 결합될 수 있는 몸체부(110);

   상기 몸체부(110)의 하나 이상의 측면에 상기 몸체부(110)와 일체형으로 연장 형성된 둘 이상의 연장부(120); 및

   상기 각 연장부(120)의 서로 마주보는 측면에 상기 각 연장부(120)와 일체형으로 돌출 형성된 돌출부(130)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스파이크.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌출부(130)의 형상으로는 날개형상, 반원형상, 사각형상, 삼각형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스파이크.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌출부(130)는, 그 폭(W)이 5 μm 이상 5 mm 이하이거나, 그 간격(D)이 5 μm 이상 5 mm 이하이거나, 또는 그 높이(H)가 5 μm 이상 5 mm 이하인 것을 특징으로 하는 마이크로 스파이크.
5. 제 1 항에 있어서,

   페릴린, 폴리머막, 실린콘산화막, 실리콘질화막, 금, 알루미늄 중 어느 하나의 물질을 포함하여 표면을 코팅처리한 것을 특징으로 하는 마이크로 스파이크.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 연장부(120)는, 몸체부(110)의 한 측면의 상부 및 하부에 각각 1개 이상 10개 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 스파이크.
7. 마이크로 스파이크의 형상을 정의하기 위해 단결정 실리콘 기판의 양면에 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층구조로 이루어진 절연막을 형성한 후 상기 절연막 상에 사진공정을 수행하여 상기 마이크로 스파이크의 형상에 대응하는 절연막의 패턴을 형성하는 단계;

   마이크로 스파이크 연장부(120)의 두께를 결정하기 위해 상기 절연막 패턴이 형성된 상기 단결정 실리콘 기판의 양면에 제1 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 공정을 수행하여 상기 연장부(120)의 두께 만큼 상기 실리콘 기판을 식각하는 단계;

   상기 식각된 부분의 각 측면에 보호막을 증착시키는 단계;

   상기 보호막을 증착시킨 부분 외의 영역에 제2 반응성 이온 식각 공정을 수행하여 희생층을 정의하는 단계;

   상기 실리콘 기판의 희생층에 대해 비등방성 습식 식각을 수행하여 상기 각 연장부를 형성시키는 단계; 및

   상기 습식 식각된 실리콘 기판으로부터 마이크로 스파이크를 분리시키기 위해 다이싱(dicing) 공정을 수행하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 마이크로 스파이크 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 보호막은 페릴린, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 금 또는 알루미늄 중 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 마이크로 스파이크 제조방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 다이싱 공정에 의해 분리된 마이크로 스파이크의 표면을, 페릴린막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 금 또는 알루미늄 중 어느 하나를 포함하여 코팅 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 마이크로 스파이크 제조방법.
10. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 시술도구에 형성된 홈에 상기 몸체부(110)를 삽입시키거나, 삽입 후 상기 홈으로부터 상기 몸체부(110)를 빼냄으로써, 상기 시술도구와 분리 또는 결합하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 스파이크.

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