KR101882612B1 - Method for forming micro-nano pattern with concentration gradient using polymer resin and the chip prepared by the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로-나노 패턴의 형성 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로-나노 패턴이 음각으로 형성된 주형의 가장자리에 제1 고분자 수지를 스핀코팅하여 제1 구획막을 형성하는 단계(S1); 상기 제1 구획막의 일측면에 제2 고분자 수지를 스핀코팅하여 제2 구획막을 형성하는 단계(S2); 및 상기 S1 및 S2 단계에서 형성된 막을 주형으로부터 분리하는 단계(S3)를 포함하는 방법에 관한 것이다. 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지는 농도의 차이가 존재하여, 경화된 후 표면 강도가 상이하게 되며, 상기 상이한 표면 강도에 의해서, 일반 세포의 특성인 경도 주성, 견인력을 관찰할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 기판에서 상기 경도 주성 성질을 이용하여 일반 세포와 암세포를 구분할 수 있으며, 이에 분석하고자 하는 암세포를 일반 세포로부터 용이하게 분리할 수 있는 스크리닝 방법을 제시할 수 있다.The present invention relates to a method of forming a micro-nano pattern and a substrate produced by the method, and more particularly, to a method of forming a micro-nano pattern by spin coating a first polymer resin on the edge of a mold, (S1); (S2) spin-coating a second polymeric resin on one side of the first diaphragm to form a second diaphragm; And separating the film formed in steps S1 and S2 from the mold (S3). The first polymer resin and the second polymer resin differ in the concentration and have different surface intensities after being cured, and it is possible to observe the hardness and traction of the general cell characteristics by the different surface strengths . Accordingly, it is possible to distinguish a normal cell from a cancer cell using the hardness-based property of the substrate of the present invention, and a screening method capable of easily separating cancer cells to be analyzed from general cells can be presented.

Description

고분자 수지를 이용하여 강도구배를 갖는 마이크로-나노 패턴 형성방법 및 상기 방법으로 제조된 기판 {METHOD FOR FORMING MICRO-NANO PATTERN WITH CONCENTRATION GRADIENT USING POLYMER RESIN AND THE CHIP PREPARED BY THE SAME}METHOD FOR FORMING MICRO-NANO PATTERN WITH CONCENTRATION GRADIENT USING POLYMER RESIN AND CHIP PREPARED BY THE SAME Technical Field [1] The present invention relates to a method of forming a micro-nano pattern having a strength gradient using a polymer resin,

본 발명은 고분자 수지를 이용하여 강도구배를 갖는 마이크로-나노 패턴 형성방법 및 상기 방법으로 제조된 기판에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a micro-nano pattern having an intensity gradient using a polymer resin and a substrate produced by the method.

종양 세포를 대상으로 한 연구를 진행함에 있어, 암환자로부터 수득한 조직샘플에서 종양 세포와 비종양 세포를 분리해내는 암세포의 스크리닝 방법은 매우 중요하다. 그러나 현재 상용화된 스크리닝 기술은 주로 화학물질을 이용한 구분법을 이용하며, 상기와 같은 방법은 암세포에 화학 물질을 이용한 표지(label) 과정과 컬럼(column) 혹은 기계를 이용한 스크리닝(screening) 과정을 거치는 것으로 상당한 시간과 화학물질에 의해 세포가 손상되는 등의 문제점을 보인다.In conducting a study on tumor cells, screening of cancer cells that separate tumor cells from non-tumor cells in tissue samples obtained from cancer patients is very important. However, currently commercially available screening technology uses a chemical-based discrimination method, and the above-mentioned method is a method of labeling cancer cells using a chemical substance and screening using a column or a machine And the cells are damaged by a considerable amount of time and chemicals.

한편, 마이크로 단위의 미세제조 기술의 발전은 세포역학 신호변환(Mechanotransduction) 연구의 발전을 가져왔다. 이러한 미세유체 기술은 미세환경 인자의 정밀한 조절, 세포 이동성 또는 세포 대 세포 상호작용의 고해상도 이미징 조절에 있어, 종래 방법에 비해 다양한 장점을 갖는다. 현재 많은 세포역학 연구들은 미세유체 기술을 이용하여 이루어지고 있으며(Biophycal Journal, Volume 79, Issue 1, 2000, Pages 144-152), 세포의 경도주성 및 표면 강도에 따른 세포의 반응을 관찰하기 위해서, 필라 패턴이 프린팅된 세포 관찰용 기판이 사용되었다.On the other hand, the development of micro-fabrication technology has led to the development of the mechanism of cell dynamics signal transduction. These microfluidic techniques have a variety of advantages over conventional methods for precise regulation of microenvironmental factors, cell migration or high resolution imaging control of cell-cell interactions. In order to observe the response of the cells according to the hardness and surface strength of the cells, many cell epidemiological studies have been conducted using microfluidic technology (Biophycal Journal, Volume 79, Issue 1, 2000, Pages 144-152) A cell observation substrate printed with a pillar pattern was used.

종래 기술상의 세포 관찰을 위한 필라 패턴이 형성된 기판은 구획 별 필라의 강도를 조절하기 위하여, 주로 몰드로 쓰이는 웨이퍼의 홀 구조를 DRIE 에칭(deep reactive ion etching) 공정을 통해 필라의 길이와 직경을 조절하는 방식을 이용하여 제조되었다. The substrate on which the pillar pattern for the cell observation of the prior art is formed has a structure in which the hole structure of the wafer used mainly as a mold is adjusted by a deep reactive ion etching process to adjust the length and diameter of the pillar . ≪ / RTI >

그러나 상기 방법을 이용하여 필라의 길이에 변화를 줄 경우, 강도가 반지름의 3제곱에 반비례 하는 성질에 의해 강도의 미세한 조절이 불가능한 한계점이 존재하였다. 또한 상기 방법을 이용하여 필라의 직경에 변화를 줄 경우, 직경의 4제곱에 비례하는 성질에 의해 강도의 미세한 조절이 불가능할 뿐만 아니라, 세포가 필라의 상단에 붙는 부분인 focal adhesion site의 면적에 영향을 주어 정량적인 데이터 분석이 불가능한 단점이 존재하였다.However, when the length of the pillar is changed by using the above method, there is a limit in which the intensity can not be finely adjusted due to the property that the intensity is inversely proportional to the third power of the radius. In addition, when the diameter of the pillar is changed by using the above method, it is not possible to finely adjust the strength due to the property proportional to the square of the diameter, and it is also possible to influence the area of the focal adhesion site There is a disadvantage that quantitative data analysis is impossible.

이에 세포가 표면 강도에 따라 반응하는 움직임을 관찰하기 위해서, 미세한 강도 조절이 가능한 디바이스의 개발이 필요성이 대두되고 있다.Therefore, it is necessary to develop a device capable of controlling the intensity of light in order to observe the movement of the cell in response to the surface intensity.

본 발명자들은 패턴의 크기 변화 없이 국부적으로 강도가 조절되는 마이크로-나노 패턴이 형성된 기판을 개발하고자 예의 연구한 결과, 실리콘 웨이퍼의 가장자리에서 고분자 수지를 스핀코팅 후, 안쪽에서 다른 농도를 가진 고분자 수지를 스핀코팅함으로써, 다른 강도를 가지는 필라 패턴을 제조하는 방법을 개발함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present inventors have made intensive studies to develop a micro-nano-patterned substrate having a locally controlled intensity without changing the size of a pattern. As a result, they have found that a polymer resin having a different concentration from the inside is spin- The present inventors completed the present invention by developing a method for producing a pillar pattern having different strength by spin coating.

이에, 본 발명의 목적은 동일한 크기를 가지면서 다른 강도를 가지는 폴리머 필라 패턴을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a polymer pillar pattern having the same size and different strength.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마이크로-나노 패턴이 음각으로 형성된 주형의 가장자리에 제1 고분자 수지를 스핀코팅하여 제1 구획막을 형성하는 단계(S1);In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for manufacturing a micro-nano pattern, comprising: S1) forming a first partition film by spin coating a first polymer resin on an edge of a mold having a micro-nano pattern formed at an obtuse angle;

상기 제1 구획막의 일측면에 제2 고분자 수지를 스핀코팅하여 제2 구획막을 형성하는 단계(S2); 및(S2) spin-coating a second polymeric resin on one side of the first diaphragm to form a second diaphragm; And

상기 S1 및 S2 단계에서 형성된 막을 주형으로부터 분리하는 단계를 포함하고,Separating the film formed in steps S1 and S2 from the mold,

상기 제1 구획막과 제2 구획막의 표면 강도가 상이한 것을 특징으로 하는 마이크로-나노 패턴의 형성 방법을 제공한다.Wherein the first and second partition films have different surface intensities. The present invention also provides a method of forming a micro-nano pattern.

본 발명의 일구현예로서, 상기 제1고분자 수지 및 제2고분자 수지는 열경화성 중합체를 서로 상이한 비율로 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the first polymer resin and the second polymer resin include thermosetting polymers at different ratios.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 열경화성 중합체는 폴리디메틸실록산(PDMS)인 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the thermosetting polymer is polydimethylsiloxane (PDMS).

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 주형은 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the mold is a silicon wafer.

본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 스핀코팅은 500 rpm 내지 4000 rpm으로 수행하는 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the spin coating is performed at 500 rpm to 4000 rpm.

또한 본 발명은 제1 구획막; 및 The present invention also relates to a semiconductor device comprising: a first compartment film; And

제1 구획막의 일측에 형성된 제2 구획막을 포함하는 마이크로-나노 패턴이 형성된 기판으로, A substrate having a micro-nano pattern formed thereon, and a second partition film formed on one side of the first partition film,

상기 제1 구획막의 표면강도와 제2 구획막의 표면강도가 상이한 것을 특징으로 하는, 마이크로-나노 패턴이 형성된 기판을 제공한다.Wherein the surface of the first partition membrane is different from the surface strength of the second partition membrane.

아울러, 기판을 이용한 암세포의 스크리닝 방법으로,In addition, as a method of screening cancer cells using a substrate,

(a) 조직 샘플을 상기 기판 위에서 배양하는 단계;(a) culturing a tissue sample on the substrate;

(b) 상기 (a)의 배양 후, 제2 구획막 상부의 암세포를 수득하는 단계를 포함하고, (b) after the cultivation of (a), obtaining cancer cells on the second compartment membrane,

상기 기판에서 제1 구획막의 표면강도는 제2 구획막의 표면강도보다 작은 것을 특징으로 하는, 스크리닝 방법을 제공한다.And the surface strength of the first partition membrane in the substrate is smaller than the surface strength of the second partition membrane.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 제2 구획막의 표면강도는 40 내지 60 nN/μm인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the second partition membrane has a surface strength of 40 to 60 nN / m.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 제1 구획막의 표면강도는 15 내지 35 nN/μm인 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the first partition membrane has a surface strength of 15 to 35 nN / m.

본 발명에 따른 마이크로-나노 패턴의 형성 방법은, 사용되는 고분자 수지의 상이한 농도에 의해 제1 구획막 및 제2 구획막의 경계면에서 표면강도의 차이를 가지도록 하는 것이다. 즉, 패턴이 모두 동일한 지름 및 길이를 가지면서도, 패턴 강도의 차이만을 가질 수 있도록 함으로써, 표면 강도의 변화 외에 다른 변수 없이 동일한 조건으로 세포 관찰을 가능하게 한다.The method of forming a micro-nano pattern according to the present invention has a difference in surface strength at the interface between the first partition film and the second partition film due to the different concentration of the polymer resin used. That is, all of the patterns having the same diameter and length can have only the difference in the pattern intensity, thereby enabling observation of the cells under the same conditions without any other variables except the change of the surface intensity.

상기 방법에 의해 제조된 본 발명의 기판은 구획 별 강도를 조절하여 세포의 특성인 경도주성, 견인력에 관한 연구를 진행할 수 있는 장점이 있으며, 본 발명에 따르면 정상세포의 경우 경도주성 성질을 가지나, 암세포는 경도주성 성질을 가지지 않는 바, 상기 성질의 차이를 이용하여 정상세포와 암세포를 분리해낼 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the substrate of the present invention produced by the above method has an advantage of being able to conduct studies on the hardness, traction, Since cancer cells do not have a mild diapause property, they have an effect of separating normal cells and cancer cells from each other by using the difference in properties.

또한 상기 고분자 수지로는 경화성 수지 이외에도 여러 고분자 중합체가 이용될 수 있으며, 본 발명의 방법에 의해 제조된 기판은 세포의 경도주성 연구 이외에, 반도체 공정 등 여러 산업 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.In addition, various polymeric polymers other than the curable resin may be used as the polymer resin, and the substrate produced by the method of the present invention is expected to be applicable to various industrial fields such as semiconductor processing in addition to the study of the hardness of cells.

도 1은 본 발명의 응용 중 하나인 필라패턴 형성 방법을 도식화하여 나타낸 것으로, A는 코팅의 길이를, M은 주형을, P1은 제1 고분자 수지를, P2는 제2 고분자 수지를 의미하는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에서 제조한 기판의 제조 단계를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 기술상의 세포 관찰용 기판을 나타낸 도면으로, (a)는 필라의 직경을 변경하는 방식으로 제조된 세포 관찰용 기판을 나타낸 도면이고, (b)는 필라의 길이를 변경하는 방식으로 제조된 세포 관찰용 기판을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 기판의 단면을 나타낸 도면으로, 좌측은 표면 강도가 상대적으로 높은 구획막(Hard pillar)이고, 우측은 표면 강도가 상대적으로 낮은 구획막(Soft pillar)을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 기판의 경계면을 광학 이미지 방법(a) 및 형광 이미지 방법(b)에 의해 확인한 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 기판의 경계면의 균일성을 주사전자 현미경(SEM image)으로 확인한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 기판에서 제조된 필라 패턴의 강도를 확인한 결과와 상기 강도의 측정 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 기판에서 섬유아세포(MEF)를 배양하여, 표면강도에 따라서 세포가 이동하는 것을 확인한 결과를 나타낸 도면이다.1 shows schematically a method of forming a pillar pattern, which is one of the applications of the present invention, wherein A denotes the length of the coating, M denotes a template, P1 denotes a first polymer resin, and P2 denotes a second polymer resin .
FIG. 2 is a view showing steps of manufacturing a substrate manufactured in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a substrate for cell observation according to the prior art, wherein (a) is a view of a cell observation substrate manufactured by a method of changing the diameter of a pillar, (b) And shows a manufactured cell observation substrate.
4 is a cross-sectional view of a substrate manufactured by the manufacturing method of the present invention. The left side is a hard pillar having a relatively high surface strength and the right side is a soft pillar having a relatively low surface strength. Fig.
Fig. 5 is a diagram showing the result of confirming the interface of the substrate of the present invention by the optical image method (a) and the fluorescent image method (b).
6 is a view showing a result of checking the uniformity of the interface of the substrate of the present invention with a scanning electron microscope (SEM image).
7 is a view showing a result of confirming the strength of the pillar pattern produced in the substrate of the present invention and a method of measuring the strength.
FIG. 8 is a graph showing the results of confirming cell migration according to the surface strength of a fibroblast (MEF) cultured on the substrate of the present invention. FIG.

본 발명자들은 동일한 마이크로-나노 패턴을 가지되, 상이한 표면강도를 가진 구획을 포함하는 마이크로-나노 패턴이 형성된 기판을 제조하고자 예의 연구한 결과, 상이한 농도를 가진 고분자 수지를 이용하여 필라 패턴을 형성할 경우, 미세한 강도 차이가 유도된 기판이 제조된다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have made intensive studies to produce a micro-nano-patterned substrate having the same micro-nano pattern and a partition having different surface strength. As a result, it has been found that a pillar pattern is formed using a polymer resin having a different concentration , The present inventors completed the present invention by confirming that a substrate with a slight difference in strength is produced.

상기 마이크로-나노 패턴은 마이크로미터(μm) 단위 또는 나노미터(nm) 단위로 형성되는 패턴을 의미하는 것으로, 패턴의 형태로는 본 발명의 실시예와 같이 필라 패턴이 사용될 수 있으나, 상기 패턴의 형태는 필라 패턴에 제한되지 않는다.The micro-nano pattern means a pattern formed in units of micrometers (μm) or nanometers (nm). As a pattern, a pillar pattern may be used as in the embodiment of the present invention. However, The shape is not limited to a pillar pattern.

도 3에 나타낸 것과 같이, 종래 세포의 경도주성을 연구하기 위한 관찰용 기판은, 필라의 직경을 변경시키거나(a), 필라의 길이를 변경하는 방법(b)이 이용되었다. 그러나 상기 필라의 직경을 변경시키거나, 필라의 길이를 변경시키면, 세포가 부착되는 focal adhesion site의 면적에 영향을 주게 되어, 표면 강도 외에 다른 독립변수가 세포 실험의 결과에 영향을 미치게 된다.As shown in Fig. 3, the observation substrate for studying the hardness of conventional cells was a method (b) of changing the diameter of the pillars (a) and changing the length of the pillars. However, changing the diameter of the pillars or changing the length of the pillars affects the area of the focal adhesion site where the cells are attached, and other independent variables besides the surface strength affect the results of the cell experiments.

따라서, 본 발명은 마이크로-나노 패턴이 음각으로 형성된 주형의 가장자리에 제1 고분자 수지를 스핀코팅하여 제1 구획막을 형성하는 단계(S1);Accordingly, the present invention provides a method for fabricating a micro-nano pattern, comprising: S1) forming a first partition membrane by spin-coating a first polymeric resin on an edge of a mold in which a micro-nano pattern is embossed;

상기 제1 구획막의 일측면에 제2 고분자 수지를 스핀코팅하여 제2 구획막을 형성하는 단계(S2); 및(S2) spin-coating a second polymeric resin on one side of the first diaphragm to form a second diaphragm; And

상기 S1 및 S2 단계에서 형성된 막을 주형으로부터 분리하는 단계를 포함하고,Separating the film formed in steps S1 and S2 from the mold,

상기 제1 구획막과 제2 구획막의 표면 강도가 상이한 것을 특징으로 하는 마이크로-나노 패턴의 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention also provides a method of forming a micro-nano pattern, wherein the first and second partition films have different surface intensities.

또한, 본 발명은 제1 구획막; 및 Further, the present invention provides a semiconductor device comprising: a first compartment film; And

제1 구획막의 일측에 형성된 제2 구획막을 포함하는 마이크로-나노 패턴이 형성된 기판으로,A substrate having a micro-nano pattern formed thereon, and a second partition film formed on one side of the first partition film,

상기 제1 구획막과 제2 구획막의 표면 강도가 상이한 것을 특징으로 하는 마이크로-나노 패턴이 형성된 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.Wherein the first and second partition films have different surface intensities. The present invention also provides a substrate having micro-nano patterns formed thereon.

하기 수학식 1에 따른 표면강도의 차이값(△S)이 0 초과인 것을 특징으로 하는, 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.Wherein a difference value (? S) of surface strength according to the following formula (1) is greater than zero.

[수학식 1][Equation 1]

|S2-S1|=△S| S 2 -S 1 | = ΔS

상기 수학식 1에서, S2는 제2 구획막의 표면강도이고, S1은 제1 구획막의 표면강도이다.In the above equation (1), S 2 is the surface strength of the second partition film, and S 1 is the surface strength of the first partition film.

상기 표면강도의 차이값(△S)은 바람직하게는 0.01 내지 500nN/μm일 수 있고, 더 바람직하게는 1 내지 50nN/μm일 때, 세포를 관찰하기에 적절한 강도구배를 가질 수 있으나 0 을 초과한다면 상기 범위에 제한되지는 않는다.The difference value? S of the surface strength may preferably be 0.01 to 500 nN / μm, more preferably 1 to 50 nN / μm, but it may have an intensity gradient suitable for observing the cells, It is not limited to the above range.

즉 상기 마이크로-나노 패턴이 형성된 기판은 주형의 가장자리, 즉 바깥쪽에 제1 고분자 수지를 스핀코팅한 후, 열 또는 자외선을 처리하여 경화시켜 제1 구획막을 형성하고, 주형의 안쪽에 제2 고분자 수지를 상기 제1 구획막의 상부까지 덮도록 스핀 코팅한 후, 열 또는 자외선을 처리하여 경화시켜 제2 구획막을 형성하여 제조되는 것이다.That is, the substrate on which the micro-nano pattern is formed is formed by spin-coating a first polymer resin on the edge of the mold, that is, on the outer side of the mold, and then curing by heat or ultraviolet rays to form a first partition film, Is spin-coated so as to cover the upper portion of the first partition film, and then heat or ultraviolet rays are treated and cured to form a second partition film.

본 발명의 일 구현예로, 상기 기판은 제1 구획막 및 제2 구획막에 더하여, 추가의 구획막을 더 포함할 수 있다. 상기 추가의 구획막은 제1 구획막 및 제2 구획막과는 표면 강도를 상이하게 하여 형성되는 것이며, 추가의 구획막의 개수에는 제한이 없다.In one embodiment of the present invention, the substrate may further include an additional partition membrane in addition to the first partition membrane and the second partition membrane. The additional partition film is formed by differentiating the surface strength from the first partition film and the second partition film, and the number of additional partition films is not limited.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지는 경화성 중합체를 서로 상이한 비율로 포함한다. 상기 경화성 중합체는 열, 자외선, 또는 방사선 등을 처리하여 경화되는 중합체라면 제한없이 사용될 수 있고, 더 상세하게는 열경화성 중합체 또는 자외선 경화성 중합체 일 수 있으며, 상기 열경화성 중합체는 열을 처리하여 경화될 수 있는 물질이라면 제한 없이 이용될 수 있고, 자외선 경화성 중합체 역시 자외선을 처리하여 경화될 수 있는 물질이라면 제한 없이 이용될 수 있다. 바람직하게는 실리콘 중합체가 사용될 수 있고, 더 바람직하게는 본 발명의 실시예와 같이 폴리디메틸실록산(PDMS)가 사용되고, 상기 고분자 수지들은 경화제를 더 포함하며, 상기 경화제의 종류에는 제한이 없다.In another embodiment of the present invention, the first polymer resin and the second polymer resin contain the curable polymer at a different ratio from each other. The curable polymer can be used without restriction as long as it is cured by treating heat, ultraviolet rays, radiation, or the like, and more specifically, it can be a thermosetting polymer or an ultraviolet ray curable polymer, and the thermosetting polymer can be cured Materials can be used without limitation, and ultraviolet curable polymers can be used without limitation as long as they can be cured by treating ultraviolet rays. Preferably, a silicone polymer can be used, more preferably polydimethylsiloxane (PDMS) is used as in the embodiment of the present invention, and the polymer resins further include a curing agent, and there is no limitation on the kind of the curing agent.

상기 고분자 수지의 경화성 중합체 함량을 조절함으로써, 각 구획막에서 표면의 경도를 달라지도록 조작할 수 있는 것으로, 상기 열경화성 중합체의 함량은, 세포 관찰을 위해 소망하는 표면강도 차이에 따라서 자유롭게 조절될 수 있다.The content of the thermosetting polymer can be freely adjusted according to a desired difference in surface strength for cell observation by adjusting the hardenable polymer content of the polymer resin so as to change the hardness of the surface in each partition film .

본 발명의 또다른 구현예로, 본 발명에서 사용되는 주형은 원하는 마이크로-나노 패턴이 음각으로 형성된 것을 사용하는 것이다. 상기 패턴은 필라 패턴이 이용되는 것이 바람직하며, 상기 주형은 실리콘 웨이퍼를 사용하는 것이 바람직하다.In another embodiment of the present invention, the mold used in the present invention is one using a micro-nano pattern having a desired shape formed therein. Preferably, the pattern is a pillar pattern, and the mold is preferably a silicon wafer.

상기 주형에 의해 형성된 필라 패턴에 의한 필라는 그 종단면이 원형, 타원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 및 오각형 이상의 다각형 중에서 선택되는 어느 하나의 형상일 수 있고, 도 1을 참고할 때, 상기 종단면의 형태는 모두 동일한 지름 또는 직경(PW)을 가진다. 또한 상기 필라의 횡단면은 모두 동일한 높이(PH)를 가진다.The pillars formed by the pillar pattern formed by the mold may have any one shape in which the vertical cross section has a shape selected from a circle, an ellipse, a triangle, a square, a rectangle, and a polygon not less than a pentagon. Referring to FIG. 1, And have the same diameter or diameter (PW). Also, the cross-sections of the pillars all have the same height PH.

상기와 같이 동일한 높이 및 동일한 형상을 가진 필라가 패턴을 이룸으로써, 본 발명의 기판은, 세포 관찰 시에 표면 강도 외에 다른 변수의 영향을 완전히 배제할 수 있다.By forming the pillar having the same height and the same shape as described above, the substrate of the present invention can completely eliminate influences of other variables besides the surface strength at the time of cell observation.

본 발명의 필라패턴의 형성방법에서 스핀코팅은 500 rpm 내지 4000 rpm 으로 수행되는 것을 특징으로 한다. 상기 스핀코팅에 의해 형성되는 코팅의 두께(A)는 10 내지 60 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다In the pillar pattern forming method of the present invention, the spin coating is performed at 500 rpm to 4000 rpm. The thickness (A) of the coating formed by the spin coating may be 10 to 60 [mu] m, but is not limited thereto

또한 본 발명자들은 제조된 기판에서 정상세포의 표면강도에 따른 이동을 측정하였으며, 그 결과 정상세포는 표면강도가 높은(딱딱한) 쪽으로 이동하는 경도주성이 있다는 것을 확인하였으며, 이에 정상세포와 암세포를 비교하여 암세포에는 경도주성이 없다는 것을 확인하였는 바(실시예 4), 이로부터 본 발명의 방법으로 제조된 강도구배가 형성된 기판을 이용하면, 암세포를 분리할 수 있는 방법을 제시할 수 있다는 것을 확인하였다. In addition, the present inventors measured movement of the normal cells according to their surface intensities on the prepared substrate. As a result, it was confirmed that normal cells had a mild nature in which the surface of the cells migrated to a high (hard) side. (Example 4), and it was confirmed from this that a method capable of separating cancer cells can be proposed by using a substrate having an intensity gradient produced by the method of the present invention .

이에, 본 발명은 상기 기판을 이용한 암세포의 스크리닝 방법으로,Accordingly, the present invention provides a method for screening cancer cells using the substrate,

(a) 조직 샘플을 상기 기판 위에서 배양하는 단계;(a) culturing a tissue sample on the substrate;

(b) 상기 (a)의 배양 후, 제2 구획막 상부의 암세포를 수득하는 단계를 포함하고, (b) after the cultivation of (a), obtaining cancer cells on the second compartment membrane,

상기 기판에서 제1 구획막의 표면강도는 제2 구획막의 표면강도보다 작은 것을 특징으로 하는, 스크리닝 방법을 제공한다.And the surface strength of the first partition membrane in the substrate is smaller than the surface strength of the second partition membrane.

본 발명에서 제2 구획막의 표면강도는 40 내지 60 nN/μm인 것일 수 있고, 제1 구획막의 표면강도는 15 내지 35 nN/μm인 것일 수 있으나, 표면강도는 제2 구획막이 제1 구획막보다 높은 표면강도를 가지고 있다면 상기 수치에 제한되지 않는다.In the present invention, the second partition membrane may have a surface strength of 40 to 60 nN / m, and the first partition membrane may have a surface strength of 15 to 35 nN / m, It is not limited to the above-mentioned numerical value if it has a higher surface strength.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the examples.

[[ 실시예Example 1.  One. 필라패턴이Pillar pattern 형성된 기판의 제조] Manufacture of the formed substrate]

필라패턴이 형성된 기판을 도 2에 따라 제조하였다.The substrate on which the pillar pattern was formed was produced according to Fig.

필라 패턴이 음각으로 형성된 실리콘 웨이퍼를 준비하였다. 상기 필라 패턴에서 필라는 원기둥 형태로, 모두 동일한 높이 밑 동일한 지름을 가지는 것으로 제조하였다. 상기 실리콘 웨이퍼의 가장자리에 표 1의 조성을 가진 제1 고분자 수지 용액을 붓고, spin coater를 이용하여 3000 rpm으로 30초간 처리하여 30μm의 두께로 스핀코팅하였다. A silicon wafer having a pillared pattern formed at an obtuse angle was prepared. In the pillar pattern, the pillar was formed in a cylindrical shape, all having the same diameter under the same height. The first polymeric resin solution having the composition shown in Table 1 was poured into the edge of the silicon wafer and spin-coated at a thickness of 30 탆 for 30 seconds at 3000 rpm using a spin coater.

스핀코팅 후에 80 ℃에서 열을 가하여 열경화시킴으로써, 제1 구획막을 형성하였다.After spin coating, heat was applied at 80 캜 to thermoset, thereby forming a first partition film.

상기 실리콘 웨이퍼의 안쪽에 표 1의 조성을 가진 제2 고분자 수지 용액을 부어, 제1 구획막의 상부를 덮을 수 있도록 30 μm의 두께로 스핀코팅하였다. 스핀코팅 후에 80℃에서 열을 가하여 열경화시켜, 제2 구획막을 형성하였다.A second polymer resin solution having the composition shown in Table 1 was poured into the inside of the silicon wafer and spin-coated to a thickness of 30 탆 so as to cover the top of the first partition film. After spin coating, heat was applied at 80 DEG C to thermally cure to form a second partition film.

이때, 제1 구획막의 안쪽에 고분자 수지를 도포한 뒤 스핀코팅을 수행하면 경화된 제 1 구획막을 경화되지 않은 제 2 고분자 수지가 타고 올라가게 되며, 그 후, 실리콘 웨이퍼와 수지 사이의 기포가 제거되면서 고분자 수지가 알맞게 퍼져 최종적인 코팅 두께는 30 μm로 형성되었다.At this time, if the polymer resin is coated on the inner side of the first partition film and then the spin coating is performed, the uncured second polymer resin rises on the cured first compartment film, and then the air bubbles between the silicon wafer and the resin are removed , The polymeric resin was properly spread and the final coating thickness was formed to be 30 μm.

제1 고분자 수지The first polymer resin 제2 고분자 수지Second polymeric resin PDMS
(중량%)PDMS
(weight%) 90.9190.91 83.3383.33 경화제
(중량%)Hardener
(weight%) 9.099.09 16.6716.67 합계Sum 100100 100100

PDMS : Dow corning社 Sylgard 184(base)PDMS: Dow corning Sylgard 184 (base)

경화제 : Dow corning社 Sylgard 184 curing agentHardener: Dow corning Sylgard 184 curing agent

제조된 기판의 필라 패턴을 도 4에 나타내었다.The pillar pattern of the manufactured substrate is shown in Fig.

[[ 실시예Example 2. 기판의 표면 관찰] 2. Observation of substrate surface]

2.1. 광학 이미지 관찰2.1. Optical image observation

본 실시예 2.1.에서는 경계면을 확인하기 위해서, 광학현미경으로 Deltavision(제조사GE healthcare)를 사용하여 관찰하였다.In this Example 2.1., An optical microscope was used to observe the interface using Deltavision (manufacturer GE healthcare).

그 결과를 도 5a, 5b에 나타내었다. 도 5를 구현하기 위하여 PDMS base, PDMS curing agent의 혼합물에 Pelikan ink를 섞어 경계를 확인하고자 하였다. Ink를 섞지 않을 시, 막의 경계면이 광학적인 방법으론 절대 확인할 수 없이 단일막이 구현되므로, Pelikan ink를 섞어 ink 입자의 fluorescence를 이용하여 경계를 확인하였다. 이를 위해 제 1 구획막에 ink를 섞어, 광학 현미경의 형광 필터를 이용하여 경계면을 확인하였다. 그 결과 경계면을 기준으로 membrane이 양분된 결과를 보여, 제1 구획막 및 제2 구획막 사이의 표면 강도 차이가 잘 구현됐음을 확인할 수 있다.The results are shown in Figs. 5A and 5B. In order to implement FIG. 5, a mixture of PDMS base and PDMS curing agent was mixed with Pelikan ink to confirm the boundaries. When the ink is not mixed, since the film has a single film that can not be confirmed by the optical method, the boundary is confirmed using the fluorescence of the ink particles by mixing Pelikan ink. For this purpose, ink was mixed with the first compartment membrane, and the interface was confirmed using a fluorescent filter of an optical microscope. As a result, the membrane is divided into two parts based on the interface, and it can be confirmed that the difference in surface strength between the first and second compartments is well implemented.

2.2. 형광 이미지 관찰2.2. Fluorescence image observation

본 실시예 2.2.에서는 형광현미경으로 Deltavision(제조사GE Healthcare)를 사용하여 관찰하였다.In Example 2.2., It was observed using a fluorescence microscope using Deltavision (manufacturer GE Healthcare).

그 결과를 도 5b에 나타내었는데, 잉크가 섞인 5:1 구획막(제 1 구획막)에만 형광 입자들이 보이는 결과를 보여, 제1 구획막 및 제2 구획막 사이의 표면 강도 차이가 잘 구현됐음을 확인할 수 있다.The result is shown in FIG. 5B. The result shows that the fluorescent particles are seen only in the 5: 1 partition film (first partition film) mixed with ink, and the difference in surface strength between the first partition film and the second partition film is well implemented can confirm.

2.3. 주사전자현미경(2.3. Scanning Electron Microscope ( SEMSEM ) 관찰) observe

본 실시예 2.3.에서는 주사전자현미경 FESEMⅢ/EDS (제조사 : JEOL)를 사용하여 관찰하였다.In this Example 2.3, observation was made using a scanning electron microscope FESEMIII / EDS (manufacturer: JEOL).

그 결과를 도 6에 나타내었는데, 경계면에 어떠한 형태학적 변화나 경계면에 의한 패턴의 유실이 관측되지 않는 결과를 보여, 제1 구획막 및 제2 구획막 사이의 표면 강도 차이가 잘 구현됐음을 확인할 수 있다.The results are shown in Fig. 6, which shows that no morphological change or loss of pattern due to the interface is observed at the interface, and that the difference in surface strength between the first and second compartments is well realized .

[[ 실시예Example 3. 제작된 기판의 강도 확인] 3. Check strength of fabricated substrate]

제작된 기판의 강도를 원자현미경 (Atomic force microscope, AFM)으로 측정하여 Bernoulli beam theory에 의거한 이론적인 계산 값과 비교한 결과를 도 7에 나타내었다. 적색 선(Theoretical stiffness, -●-)은 PDMS base와 경화제 조성에 따른 이론적 강도 예상 값으로 나타낸 것이며, 흑색 선(AFM measurement, -■-)은 원자힘현미경(AFM, Atomic force microscopy)를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 것이다.The strength of the fabricated substrate was measured by an atomic force microscope (AFM) and compared with a theoretical calculation based on Bernoulli beam theory. The result is shown in FIG. The theoretical stiffness (- ● -) is the predicted value of the theoretical strength according to the composition of the PDMS base and the hardener, and the black line (AFM measurement, - ■ -) is obtained by atomic force microscopy The results are shown in Fig.

도 7에 나타낸 것과 같이, 본 발명에서 제시하는 '고분자 수지의 기계적 물성에 따른 필라 패턴의 강도 조절'이 확인되었으며, AFM을 이용한 필라의 강도 측정은 필라의 자유 말단을 AFM의 cantilever로 눌러 얻게 되는 force-distance 그래프를 통해 계산된 것이다.As shown in FIG. 7, the 'intensity control of the pillar pattern according to the mechanical properties of the polymer resin' proposed in the present invention was confirmed, and the intensity of the pillar using the AFM was measured by pressing the free end of the filament with the cantilever of the AFM It is calculated from the force-distance graph.

[[ 실시예Example 4. 기판을 이용한 암세포의 선별 분리 확인] 4. Confirmation of Separation of Cancer Cells Using Substrate]

본 실시예 4에서는 기판에 형성된 구획막의 표면강도가 세포가 이동하는 것에 영향을 미치는지 확인하기 위해서, 실시예 1에서 제작된 기판에 쥐배아줄기 섬유아세포(Mouse embryonic fibroblast, MEF)를 배양하여 경도주성을 측정하였다.In Example 4, in order to confirm whether the surface strength of the partition membrane formed on the substrate affects the migration of cells, mouse embryonic fibroblast (MEF) was cultured on the substrate prepared in Example 1, Were measured.

그 결과, 도 8에 나타낸 바와 같이, 좌측에서는, 더 딱딱한 필라로 구성된 제2 구획막(43 nN/μm)에서 말랑한 필라로 구성된 제1 구획막(28.9 nN/μm)로 이동하다가, 시간이 지남에 따라 다시 딱딱한 필라로 구성된 제2 구획막으로 이동하는 것을 확인하였고, 우측에서는, 말랑한 필라로 구성된 제1 구획막에서 딱딱한 필라로 구성된 제2 구획막으로 바로 이동하는 것을 확인하였다.As a result, as shown in Fig. 8, on the left side, the first partition membrane (28.9 nN / m) composed of a wool pillar was moved from the second partition membrane (43 nN / m) composed of a harder pillar, And then moved to the second compartment consisting of a hard pillar. On the right side, it was confirmed that the first compartment made of a soft pillar moved directly to a second compartment made of a hard pillar.

즉, 섬유아세포와 같은 일반적인 세포에는, 경도주성(Durotaxis) 성질이 있어, 표면의 강도가 높은 쪽(딱딱한 쪽)으로 일반 세포 및 정상 세포들이 이동한다는 것을 알 수 있다.That is, general cells such as fibroblasts have durotaxis properties, and it can be seen that normal cells and normal cells migrate to the side having a higher surface strength (hard side).

그러나 암세포를 대상으로 동일한 실험을 수행한 결과, 하기 표 2에 나타낸 것과 같이 암세포는 상기와 같은 성질을 가지지 않고, 강도구배에서 무분별하게 이동하는 것을 확인하였다. 암세포로는 뇌암 세포주(U-87 MG)와 유방암 세포주(MDA-MB231)을 사용하였다.However, as a result of performing the same experiment on cancer cells, as shown in Table 2, it was confirmed that the cancer cells do not have the above-mentioned properties and move indiscriminately in the intensity gradient. The tumor cell line (U-87 MG) and the breast cancer cell line (MDA-MB231) were used as cancer cells.

Cell lineCell line Stiffness difference
(nN/μm)Stiffness difference
(nN / m) Soft → Hard
(number of cell)Soft → Hard
(number of cells) Hard → Soft
(number of cell)Hard → Soft
(number of cells) RatioRatio wild type MEFwild type MEF 43 :: 28.943 :: 28.9 2929 22 14.5(=29/2)14.5 (= 29/2) U-87 MG
(brain cancer)U-87 MG
(brain cancer) 22 22 1(=2/2)1 (= 2/2) MDA-MB231
(breast cancer)MDA-MB231
(breast cancer) 44 22 2(=4/2)2 (= 4/2)

상기 표 2는 세포가 강도구배에 위치하였을 때, 딱딱한 쪽으로 이동하는 세포와 부드러운 쪽으로 이동하는 세포의 숫자를 센 결과를 나타낸 것으로, Soft→Hard는 부드러운 곳에 위치한 세포가 이동 중 딱딱한 곳을 만났을 때, 딱딱한 쪽으로 이동하는 세포의 수를 나타낸 것이고, Hard→Soft는 딱딱한 곳에 위치한 세포가 부드러운 곳을 만났을 때, 부드러운 쪽으로 이동하는 세포의 수를 나타낸 것이다. 상기 표 2에서 Ratio는 Soft→Hard에서 집계된 세포의 수를 Hard→Soft에서 집계된 세포의 수로 나눈 값을 나타낸 것으로, 이를 통해 Ratio의 값이 1에 가까우면 경도주성을 따르지 않는 세포(암세포)이고, Ratio의 값이 1보다 클수록 경도주성을 따르는 세포(정상세포)라는 것을 확인한 것이다.Table 2 above shows the results of counting the number of cells moving to the hard side and the cells moving to the soft side when the cells are positioned in the intensity gradient. Soft → Hard indicates that when a cell located in a soft place meets a hard place while moving, Hard → Soft is the number of cells that migrate to the soft side when a cell in a hard location meets a soft spot. In Table 2, Ratio represents the number of cells counted from Soft to Hard divided by the number of cells counted from Hard to Soft. Thus, when the Ratio value is close to 1, cells (cancer cells) , And it is confirmed that the larger the value of Ratio is 1, the more the cells follow the mildness (normal cells).

즉 본 발명의 방법으로 제작된 강도구배를 갖는 필라 패턴을 가진 기판을 이용하면 암세포와 일반 세포(정상 세포)를 스크리닝 할 수 있다는 것을 확인한 것으로, 환자의 환부에서 얻은 조직 샘플을 상기 기판 위에 배양한 후, 배양 후 강도구배의 경계면에서 세포의 이동을 통해 암세포와 일반세포를 구분할 수 있다. 구체적으로 딱딱한 필라쪽으로 이동한 세포를 암세포와 일반세포로 구분하고, 부드러운 필라쪽으로 이동한 세포를 암세포로 구분할 수 있으며, 이에 딱딱한 필라 패턴 위에 존재하는 세포들을 제거하고 부드러운 필라 패턴이 형성된 구획막에 위치한 세포를 수득하여, 높은 수율로 암세포를 분리해낼 수 있다.That is, it has been confirmed that cancer cells and normal cells (normal cells) can be screened by using a substrate having a pillar pattern having an intensity gradient produced by the method of the present invention. When a tissue sample obtained from a diseased part of a patient is cultured on the substrate After the incubation, the cancer cells can be distinguished from the normal cells through the movement of the cells at the boundary of the intensity gradient. Specifically, the cells migrating to the rigid pillar can be divided into cancer cells and normal cells, and the cells migrated to the soft pillar can be divided into cancer cells. The cells located on the rigid pillar pattern are removed, Cells can be obtained, and cancer cells can be isolated with high yield.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (9)

균일한 마이크로-나노 패턴이 음각으로 형성된 주형의 가장자리에 제1 고분자 수지를 스핀코팅하여 제1 구획막을 형성하는 단계(S1);
상기 제1 구획막의 일측면에 제2 고분자 수지를 스핀코팅하여 제2 구획막을 형성하는 단계(S2); 및
상기 S1 및 S2 단계에서 형성된 막을 주형으로부터 분리하는 단계를 포함하고,
상기 제1 구획막과 제2 구획막의 표면 강도가 상이한 것을 특징으로 하는 마이크로-나노 패턴의 형성 방법.
(S1) forming a first partition film by spin-coating a first polymer resin on an edge of a mold having a uniform micro-nano pattern formed therein;
(S2) spin-coating a second polymeric resin on one side of the first diaphragm to form a second diaphragm; And
Separating the film formed in steps S1 and S2 from the mold,
Wherein the first and second partition films have different surface intensities.
제1항에 있어서,
상기 제1 고분자 수지 및 제2 고분자 수지는 경화성 중합체를 서로 상이한 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로-나노 패턴의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first polymer resin and the second polymer resin comprise curable polymers in different ratios from each other.
제2항에 있어서,
상기 경화성 중합체는 폴리디메틸실록산(PDMS)인 것을 특징으로 하는, 마이크로-나노 패턴의 형성 방법.
3. The method of claim 2,
Characterized in that the curable polymer is polydimethylsiloxane (PDMS).
제1항에 있어서,
상기 주형은 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는, 마이크로-나노 패턴의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the mold is a silicon wafer.
제1항에 있어서,
상기 스핀코팅은 500 rpm 내지 4000 rpm으로 수행하는 것을 특징으로 하는, 마이크로-나노 패턴의 형성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the spin coating is performed at 500 rpm to 4000 rpm.
삭제delete 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법에 의해 마이크로-나노 패턴이 형성된 기판을 이용한 암세포의 스크리닝 방법으로,
(a) 조직 샘플을 상기 기판 위에서 배양하는 단계;
(b) 상기 (a)의 배양 후, 제2 구획막 상부의 암세포를 수득하는 단계를 포함하고,
상기 기판에서 상기 제1 구획막의 표면강도는 상기 제2 구획막의 표면강도보다 작은 것을 특징으로 하는, 스크리닝 방법.
A method of screening cancer cells using a substrate on which a micro-nano pattern is formed by the method according to any one of claims 1 to 5,
(a) culturing a tissue sample on the substrate;
(b) after the cultivation of (a), obtaining cancer cells on the second compartment membrane,
Wherein a surface strength of the first partition membrane in the substrate is smaller than a surface strength of the second partition membrane.
제7항에 있어서,
상기 기판에서 상기 제2 구획막의 표면강도는 40 내지 60 nN/um인 것을 특징으로 하는, 스크리닝 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the surface strength of the second partition membrane in the substrate is 40 to 60 nN / m.
제7항에 있어서,
상기 기판에서 상기 제1 구획막의 표면강도는 15 내지 35 nN/μm인 것을 특징으로 하는, 스크리닝 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein a surface strength of the first partition membrane in the substrate is 15 to 35 nN / m.
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