KR20160036141A - Polymer cantilever structure integrated with a Graphene/PDMS composite sensor for detecting contractile force of cardiomyocyte, and manufacturing of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 심장근육 세포의 수축력을 실시간으로 정밀하게 측정할 수 있는 그래핀/PDMS 복합체 센서가 집적화된 폴리머 캔틸레버 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a polymer cantilever structure integrated with a graphene / PDMS complex sensor capable of precisely measuring the contraction force of cardiac muscle cells in real time, and a method of manufacturing the same.
줄기세포(stem cell)는 각종 세포로 분화할 수 있는 능력을 갖추고 있으며, 자가증식 능력을 갖추고 있는 세포로서, 초기 배아에서 분리한 배아 줄기세포(embryonic stem cell, ES 세포), 배아기의 원시 생식세포에서 분리한 배아 생식세포(embryonic germ cell. EG 세포), 및 성체의 골수에서 분리한 다능성 성체줄기세포(multipotent adult progenitor cell, MAPC 세포)의 3종이 가장 잘 알려져 있다. 줄기세포는 각종 장기에 대한 기능회복을 위한 세포자원으로서 연구의 대상이 되고 있다. 줄기세포에서 원하는 세포로 분화를 유도하는 과정은 다양할 수 있으며, 그 과정에서 특정의 세포로 분화되도록 유도하기 위하여 사이토카인, 생리활성단백 및 단순화합물 등이 나타내는 효과를 알아내고자 하는 연구가 많이 이루어지고 있다.Stem cells have the ability to differentiate into various cells and have autoproliferative capacity. Embryonic stem cells (ES cells) isolated from early embryos, primordial germ cells of embryonic stem cells And embryonic germ cells (EG cells) isolated from adult bone marrow, and multipotent adult progenitor cells (MAPC cells) isolated from adult bone marrow. Stem cells have become the subject of research as a cellular resource for functional recovery of various organs. There are many studies that try to find out the effects of cytokines, physiologically active proteins and simple compounds to induce the differentiation of stem cells into specific cells. ought.
한편, 심장근육 세포(cardiomyocyte)는 출생 전에는 자율 박동하면서 활발하게 세포 분열을 하지만, 출생 직후부터 분열 기능을 상실하게 되며, 또한 미분화된 전구 세포를 가지지 않기 때문에, 심근경색이나 심근염 등의 각종 스트레스에 노출되어 심장근육 세포가 사멸하더라고 소실된 심장근육 세포는 보충되지 않는다. 그 결과, 남아있는 심장근육 세포는 대상성 비대에 의해 심장 기능을 유지하려고 하지만, 각종 스트레스가 지속되어 그 허용범위를 넘어서게 되면 새로운 심장근육 세포의 쇠퇴 및 사멸을 유발하여 심근 기능이 저하되는 심부전이 유발된다.On the other hand, cardiomyocyte is autonomic and cell division before birth. However, since it does not have undifferentiated progenitor cells, it does not have any effect on myocardial infarction or myocarditis. Although cardiac muscle cells are exposed, they are not replenished with lost heart muscle cells. As a result, the remaining cardiac muscle cells try to maintain the cardiac function by hyperactivity, but when various stresses are sustained beyond the allowable range, new cardiac muscle cells decline and die, leading to heart failure do.
한편 심부전의 치료를 위한 약제의 연구 개발 또는 개인별 약물 적합성 등의 영향 평가가 필요하게 되며, 이때 약물 투여 시에 심장근육 세포의 수축력을 측정하여 약품 적합성을 평가할 수 있다.On the other hand, it is necessary to evaluate the effects of drugs on the development of drugs for the treatment of heart failure or the suitability of individual drugs. In this case, the drug compliance can be evaluated by measuring the contractility of cardiac muscle cells at the time of drug administration.
기존에 심장근육 세포에 의해 발생하는 수축력을 측정하기 위한 방법으로는, 두 개의 마이크로 피펫을 사용하는 방법, 마이크로 기둥 어레이를 사용하는 방법, 캔틸레버를 사용하여 측정하는 방법 등이 사용되고 있다. Conventionally, two micropipettes, a micropillar array, and a cantilever are used to measure the contractive force generated by cardiac muscle cells.
그러나 이러한 방법들은 현미경을 사용하여 센서로 사용된 구조물들의 변위를 측정하여 세포의 수축력을 측정하는 방법이기 때문에 측정 분해능이 낮고 실시간으로 수축력을 분석할 수 없다는 단점을 가지고 있다. However, these methods have disadvantages in that the measurement resolution is low and the shrinkage force can not be analyzed in real time because it is a method of measuring the shrinkage force of the cell by measuring the displacement of the structures used as the sensor by using a microscope.
또한 CCD 카메라가 설치된 현미경을 사용하여 세포의 수축력을 분석하는 경우에는 측정 분해능에 의한 단점 이외에도 촬영된 동영상 파일을 사진 파일로 변환한 후에 그 사진을 분석하기 때문에 데이터 분석에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
In addition, when analyzing the contractile force of a cell using a microscope equipped with a CCD camera, in addition to the disadvantages due to the measurement resolution, it also takes a long time to analyze the data since the captured video file is converted into a photo file and then analyzed have.
미국 특허공보 US7,302,856(특허일자: 2007.12.04)U.S. Patent No. 7,302,856 (patent date: December 04, 2007)
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0078439호(공개일자: 2011.07.07)Korean Patent Publication No. 10-2011-0078439 (Published Date: July 7, 2011)
미국 특허공개공보 US2008/0068000(공개일자: 2008.03.20)US Patent Publication No. US2008 / 0068000 (published date: March 20, 2008)
대한민국 등록특허공보 제10-1406085호(공고일자: 2014.06.11)
Korean Registered Patent No. 10-1406085 (Publication Date: Apr. 20, 2014)
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그래핀/PDMS 복합체 센서를 이용하여 심장근육 세포의 수축력을 실시간으로 정밀하게 측정할 수 있는 폴리머 캔틸레버 구조체를 제공하고자 하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a polymer cantilever structure capable of precisely measuring the contractile force of cardiac muscle cells in real time using a graphene / PDMS composite sensor.
또한 본 발명은 그래핀/PDMS 복합체 센서가 집적화되어 심장근육 세포의 수축력 측정용 폴리머 캔틸레버 구조체를 효율적으로 제조하기 위한 방법을 제공하고자 한다.
The present invention also provides a method for efficiently manufacturing a polymer cantilever structure for measuring contractility of heart muscle cells by integrating a graphene / PDMS complex sensor.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 심장근육 세포의 수축력 측정을 위한 그래핀/PDMS 복합체 센서가 집적화된 폴리머 캔틸레버 구조체(이하, "폴리머 캔틸레버 구조체"로도 약칭함)는, 일단에 돌출 형성된 캔틸레버가 일체로 마련되되, 캔틸레버 상면에 길이 방향으로 심장근육 세포가 수용되어 배양 가능한 다수의 미세그루브 패턴이 형성된 PMDS 재질의 몸체부와; 상기 캔틸레버의 일면에 형성되는 그래핀/PDMS 복합체로 이루어진 압저항 센서;를 포함한다.To achieve this object, a polymer cantilever structure (hereinafter abbreviated as a "polymer cantilever structure") in which a graphene / PDMS composite sensor for measuring the contractile force of cardiac muscle cells according to the present invention is integrated has a cantilever A body portion of a PMDS material integrally formed on the upper surface of the cantilever and having a plurality of microgroove patterns formed therein in which cardiomyocytes are accommodated in a longitudinal direction and cultured; And a piezoresistive sensor composed of a graphene / PDMS composite formed on one surface of the cantilever.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 캔틸레버는 몸체부의 수평 방향에 대해 하방으로 처짐을 갖는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the cantilever is deflected downward with respect to the horizontal direction of the body part.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 압저항 센서는 전기 저항의 변화를 검출하기 위한 브릿지 회로를 구성하는 그래핀/PDMS 복합체의 도전선 패턴인 것을 특징으로 한다.Preferably, in the present invention, the piezoresistive sensor is a conductive line pattern of a graphene / PDMS composite constituting a bridge circuit for detecting a change in electrical resistance.
다음으로 본 발명의 폴리머 캔틸레버 구조체의 제조방법은, 기판에 포토레지스트를 코팅하고 미세그루브 패턴을 형성하여 몰드 구조체를 제작하는 제1단계와; 상기 몰드 구조체에 희생층을 증착하는 제2단계와; 상기 희생층 상부에 그래핀/PDMS 복합체의 도전층을 형성하여 도전선 패턴을 형성하는 제3단계와; 상기 도전선 패턴 상부에 PDMS를 코팅하고 그 일부를 커팅하여 미세그루브 패턴을 갖는 캔틸레버와 이를 일체로 지지하는 몸체부를 형성하는 제4단계와; 리프트 오프 공정에 의해 희생층을 제거하여 몰드 구조체와 분리하는 제5단계;를 포함한다.Next, a method of manufacturing a polymer cantilever structure according to the present invention includes: a first step of coating a photoresist on a substrate and forming a fine groove pattern to produce a mold structure; A second step of depositing a sacrificial layer on the mold structure; A third step of forming a conductive line pattern by forming a conductive layer of a graphene / PDMS composite on the sacrificial layer; A fourth step of forming a cantilever having a fine groove pattern and a body part integrally supporting the cantilever by coating the PDMS on the conductive line pattern and cutting a part thereof; And a fifth step of removing the sacrificial layer by a lift-off process and separating the sacrificial layer from the mold structure.
또한 본 발명의 폴리머 캔틸레버 구조체의 제조방법은, 기판에 포토레지스트를 코팅하고 미세그루브 패턴을 형성하여 몰드 구조체를 제작하는 제1단계와; 상기 몰드 구조체에 코팅된 포토레지스트를 덮도록 PDMS를 코팅하는 제2단계와; 상기 PDMS 상부에 그래핀/PDMS 복합체의 도전층을 형성하여 도전선 패턴을 형성하는 제3단계와; 상기 PDMS를 커팅하여 상기 미세그루브 패턴을 포함하도록 캔틸레버 형상을 제작하고 이를 일체로 지지하게 되는 몸체부를 형성하는 제4단계와; 상기 포토레지스트를 제거하여 몰드 구조체와 분리하는 제5단계;를 포함한다.
A method of manufacturing a polymer cantilever structure according to an embodiment of the present invention includes: a first step of forming a mold structure by coating a photoresist on a substrate and forming a fine groove pattern; A second step of coating PDMS to cover the photoresist coated on the mold structure; A third step of forming a conductive line pattern by forming a conductive layer of a graphene / PDMS composite on the PDMS; A fourth step of cutting the PDMS to form a cantilever shape including the fine groove pattern and forming a body part to be integrally supported; And removing the photoresist and separating the photoresist from the mold structure.
본 발명에 따른 폴리머 캔틸레버 구조체는, 심장근육 세포의 수축력이 작용하게 되는 캔틸레버에 고감도의 그래핀/PDMS 복합체의 압저항 센서가 집적화되어 실시간으로 정확하게 심장근육 세포의 수축력을 분석할 수 있는 효과가 있다.The polymer cantilever structure according to the present invention has the effect of accurately analyzing the contraction force of cardiac muscle cells in real time by integrating a high-sensitivity piezoresistive sensor of a graphene / PDMS complex into a cantilever to which a contractile force of cardiac muscle cells acts, .
또한 본 발명은 심장을 생체 모사하여 미세그루브 패턴이 캔틸레버에 형성됨으로써, 보다 정확한 심장근육 세포의 수축력을 측정할 수가 있다.
Further, according to the present invention, a microgroove pattern is formed on a cantilever by simulating a heart biometrics, thereby more accurately measuring the contraction force of cardiac muscle cells.
도 1은 본 발명에 따른 폴리머 캔틸레버 구조체의 사시도,
도 2는 그래핀/PDMS 복합체의 변형량(strain)에 대한 게이지 팩터(gauge factor)의 관계를 보여주는 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 폴리머 캔틸레버 구조체의 측면도,
도 4의 (a) 내지 (k)는 본 발명에 따른 폴리머 캔틸레버 구조체의 제조과정을 간략히 보여주는 도면,
도 5의 (a) 내지 (i)는 본 발명에 따른 폴리머 캔틸레버 구조체의 다른 실시예에 따른 제조과정을 간략히 보여주는 도면.1 is a perspective view of a polymer cantilever structure according to the present invention,
Figure 2 is a graph showing the relationship of the gauge factor to the strain of the graphene / PDMS composite,
3 is a side view of a polymer cantilever structure according to the present invention,
4 (a) to 4 (k) are schematic views illustrating a process of manufacturing a polymer cantilever structure according to the present invention,
5 (a) to 5 (i) schematically show a manufacturing process according to another embodiment of the polymer cantilever structure according to the present invention.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The specific structure or functional description presented in the embodiment of the present invention is merely illustrative for the purpose of illustrating an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention can be implemented in various forms. And should not be construed as limited to the embodiments described herein, but should be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 발명의 실시예에서, 도전막, 반도체막, 또는 절연막 등의 어떤 물질막이 다른 물질막 또는 기판"상"에 있다고 언급되는 경우에, 그 어떤 물질막은 다른 물질막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 또 다른 물질막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 물질막 또는 공정 단계를 기술하기 위해서 사용되었지만, 이는 단지 어느 특정 물질막 또는 공정 단계를 다른 물질막 또는 다른 공정 단계와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이며, 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다.In an embodiment of the present invention, when a material film such as a conductive film, a semiconductor film, or an insulating film is referred to as being on another material film or substrate, that material film may be formed directly on another material film or substrate Or another material film may be interposed therebetween. Also, while the terms first, second, third, etc. have been used in the various embodiments herein to describe a material film or process step, it should be understood that it is merely intended to refer to a particular material film or process step, , And should not be limited by these terms.
한편, 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
It is to be understood, however, that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. It will be further understood that the terms " comprises ", or "having ", and the like in the specification are intended to specify the presence of stated features, integers, But do not preclude the presence or addition of steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 예시된 것과 같이, 본 발명의 폴리머 캔틸레버 구조체는, 일단에 돌출 형성된 캔틸레버(110)가 일체로 마련되되, 캔틸레버(110) 상면에 길이 방향으로 심장근육 세포가 수용되어 배양 가능한 다수의 미세그루브 패턴(111)이 형성된 PDMS 재질의 몸체부(100)와; 캔틸레버(110)의 일면에 형성되는 그래핀/PDMS 복합체로 이루어진 압저항 센서(200);를 포함한다.
As shown in FIG. 1, the polymer cantilever structure of the present invention includes a
몸체부(100)는 생체에 적합한 PDMS(Poly Dimethyl Siloxane)가 사용되며, 몸체부(100) 일단에서 캔틸레버(110)가 일체로 연장되어 돌출 형성된다. 캔틸레버(110)의 길이 방향으로 형성되는 미세그루브(fine groove) 패턴은 그 방향을 따라서 심장근육 세포들이 잘 정렬되어 배양이 이루어져 심장근육 세포에서 발생된 수축력을 보다 감도 높게 검출할 수 있으며, 바람직하게는, 미세그루브는 수 ㎛에서 수백 nm 사이에서 결정되며, 보다 바람직하게는, 대략 10㎛를 넘지 않는 것이 바람직하다. PDMS (Poly Dimethyl Siloxane) suitable for a living body is used for the
캔틸레버(110)의 일면에는 압저항 센서(200)가 마련되며, 바람직하게는, 본 발명에서 압저항 센서(200)는 전기 저항의 변화를 검출하기 위하여 휘트스톤 브릿지 또는 하프 브릿지 등과 같은 브릿지 회로를 구성하는 도전선 패턴에 의해 제공된다.A
특히 본 발명에서 압저항 센서(200)는 그래핀/PDMS 복합체로 이루어진 도전선 패턴에 의해 제공된다.In particular, in the present invention, the
그래핀/PDMS 복합체는 변형율에 따라서 저항값의 큰 변화를 보여주며, 이때 복합체의 그래핀 파우더의 비율에 따라서 달라진다. 이와 관련하여 본 출원인의 등록특허공보 제10-1406085호(공고일자: 2014.06.11)에서 그래핀/PDMS 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 그래핀/PDMS 복합체를 보여주고 있다.The graphene / PDMS composite shows a large change in resistance depending on the strain, depending on the ratio of graphene powder in the composite. In this regard, the present applicant's registered patent publication No. 10-1406085 (Publication date: 2014.06.11) shows a method of producing a graphene / PDMS composite and a graphene / PDMS composite produced thereby.
도 2는 그래핀/PDMS 복합체의 변형량(strain)에 대한 게이지 팩터(gauge factor)의 관계를 보여주는 그래프로써, 그래핀 파우더의 비율이 다른 3개의 그래핀/PDMS 복합체의 변형량에 대한 저항 변화를 측정하여 게이지 팩터로 계산하여 나타낸 것이다.FIG. 2 is a graph showing the relationship of the gauge factor with respect to the strain of the graphene / PDMS composite. The graph of FIG. 2 is a graph showing a change in resistance to the deformation amount of three graphene / PDMS composites having different graphene powder ratios And calculated as a gauge factor.
도 2를 참고하면, 복합체의 변형량이 대략 4 % 이상에서는 게이지 팩터가 현저히 증가하는 것을 알 수가 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the gage factor is significantly increased when the deformation amount of the composite is about 4% or more.
따라서 본 발명은 그래핀/PDMS 복합체 센서를 기반으로 하는 압저항 센서가 가장 큰 게이지 팩터를 보여주는 변형량을 갖게 하기 위하여 캔틸레버를 자중에 의해 처지게 하여 센서의 분해능을 개선할 수 있다.Therefore, the present invention can improve the resolution of the sensor by causing the cantilever to sag with its own weight so that the piezoresistive sensor based on the graphene / PDMS composite sensor has a deformation amount showing the largest gauge factor.
구체적으로, 도 3에 예시된 것과 같이, 본 발명에서 캔틸레버(110)는 자중에 의해 수평 상태가 아닌 끝단이 수평 상태에서 아래로 일정 길이(d)만큼 처짐이 있도록 함으로써 캔틸레버(110) 상면에 형성된 그래핀/PDMS 복합체의 압저항 센서(200)가 초기 스트레인을 갖도록 할 수 있다.3, the
예를 들어, 캔틸레버(110)의 처짐 정도는 캔틸레버의 두께를 적절히 결정함으로써 자중에 의해 처짐을 갖도록 할 수 있을 것이다.
For example, the degree of sagging of the
도 4의 (a) 내지 (k)는 본 발명에 따른 폴리머 캔틸레버 구조체의 제조과정을 간략히 보여주는 도면이다.4 (a) to 4 (k) are schematic views showing a process of manufacturing a polymer cantilever structure according to the present invention.
도 4를 참고하면, 본 발명은 기판에 포토레지스트를 코팅하고 미세그루브 패턴을 형성하여 몰드 구조체를 제작하는 제1단계(a)(b)(c)(d)와; 상기 몰드 구조체에 희생층을 증착하는 제2단계(e)와; 상기 희생층 상부에 그래핀/PDMS 복합체의 도전층을 형성하여 도전선 패턴을 형성하는 제3단계(f)와; 상기 도전선 패턴 상부에 PDMS를 코팅하고 그 일부를 커팅하여 미세그루브 패턴을 갖는 캔틸레버와 이를 일체로 지지하는 몸체부를 형성하는 제4단계(g)(h)(i)와; 리프트 오프 공정에 의해 희생층을 제거하여 몰드 구조체와 분리하는 제5단계(j)(k);를 포함한다.
Referring to FIG. 4, the present invention comprises a first step (a), (b), (c) and (d) of forming a mold structure by coating a photoresist on a substrate and forming a fine groove pattern; A second step (e) of depositing a sacrificial layer on the mold structure; A third step (f) of forming a conductive line pattern by forming a conductive layer of a graphene / PDMS composite on the sacrificial layer; A fourth step (g) (h) (i) of forming a cantilever having a fine groove pattern and a body part integrally supporting the conductive line pattern by coating PDMS on the conductive line pattern and cutting a part thereof; And a fifth step (j) (k) of removing the sacrificial layer by a lift-off process and separating the sacrificial layer from the mold structure.
구체적으로, 제1단계는 몰드 구조체를 제작하는 과정으로써, 실리콘 기판(300)에 포토레지스트 SU-8(311)을 코팅(b)한 후에 그 상부면에 SU-8(312)을 다시 코팅(c)하여 레이어(layer)를 형성하며, 이때 SU-8 코팅은 스핀 코팅에 의해 이루어질 수 있다.Specifically, in the first step, the photoresist SU-8 311 is coated on the
실리콘 기판에 SU-8 미세그루브 패턴을 제작하는 경우에 구조체의 길이에 비해 작은 접촉 면적으로 인하여 실리콘 기판과 SU-8 구조체 사이의 접착성이 약하여 길이가 긴 패턴의 미세그루브 구조체가 실리콘 기판에서 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 실리콘 기판에 SU-8 코팅을 하여 SU-8 미세그루브 구조체와 SU-8 표면과의 접촉성을 개선하였으며, SU-8 구조체와 SU-8 표면은 동일 재료이므로 접착성이 구조체와 실리콘 기판에 비해 월등히 우수하다.When the SU-8 fine groove pattern is formed on the silicon substrate, the adhesion between the silicon substrate and the SU-8 structure is weak due to the contact area smaller than the length of the structure, and thus the fine groove structure having a long pattern is separated from the silicon substrate there is a problem. Therefore, in the present invention, the contact between the SU-8 microgroove structure and the SU-8 surface is improved by coating the silicon substrate with SU-8, and since the SU-8 structure and the SU-8 surface are the same material, And silicon substrates.
다음으로 포토레지스트(SU-8) 상부면에 소정의 미세그루브 패턴(111)을 형성하여 몰드 조립체를 제작한다(d).Next, a predetermined
미세그루브 패턴(111)은 레이저 리소그래피 장비를 사용하여 노광하고 현상액에서 현상을 통하여 SU-8 미세그루브 구조체를 제작한다.The
제2단계(e)는 몰드 조립체에 희생층(320)을 증착하는 과정(e)으로써, 본 실시예에서는 알루미늄(Al)이 희생층으로 증착되며, 스퍼터 장비를 사용하여 대략 500nm 두께로 증착이 이루어진다.The second step (e) is a step (e) of depositing a
제3단계(f)는 희생층(320) 상부에 그래핀/PDMS 복합체의 도전층(210)을 형성하여 압저항 센서를 형성하는 과정으로써, 희생층(320) 상부에 브릿지 회로를 구성하게 되는 도전층(210)을 형성한다. In the third step (f), a
그래핀/PDMS 복합체로 제작된 센서를 형성하기 위해 아세톤과 같은 유기용액에 녹는 PR을 알루미늄 희생층(320) 위에 코팅하고 마스크얼라이너를 사용한 노광 공정 및 현상액을 사용한 현상을 통해 센서 형상의 패턴을 만든다. 센서 형상의 패턴된 포토레지스트 안에 그래핀/PDMS 복합체를 놓고 수평한 플라스틱 블레드를 사용하여 밀어 포토레지스트 안에 그래핀/PDMS 복합체를 채워 넣는다. 그 후에 포토레지스트를 아세톤에 제거하여 그래핀/PDMS 복합체 센서를 제작한다.In order to form a sensor made of a graphene / PDMS composite, a PR that is dissolved in an organic solution such as acetone is coated on an aluminum
한편 그래핀/PDMS 복합체의 제조는 본 출원인의 등록특허공보 제10-1406085호(공고일자: 2014.06.11)에서 자세히 설명하고 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.On the other hand, the preparation of the graphene / PDMS composite is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-1406085 (Publication date: 2014.06.11) of the present applicant, and a detailed description thereof will be omitted.
제4단계(g)(h)(i)는 도전선 패턴 상부를 덮도록 PDMS(101)를 코팅하고, 블레이들을 사용하여 그 일부를 커팅하여 미세그루브 패턴을 갖는 캔틸레버와 이를 일체로 지지하는 몸체부를 형성하는 공정(h)(i)이다. 이때 캔틸레버가 공중에 떠 있는 구조로 만들기 위하여 캔틸레버 바디를 PDMS로 제작하여 캔틸레버 구조체에 붙이게 되며, PDMS 바디와 캔틸레버 구조체 표면에 O2 플라즈마 처리를 하여 둘 사이의 접착성을 개선할 수 있다.In the fourth step (g) (h) (i), the
제5단계(j)(k)는 Al 에천트(etchant)를 사용하여 Al 희생층(320)을 제거하는 리프트 오프(lift-off) 공정에 의해 몰드 조립체를 분리하여 폴리머 캔틸레버 구조체의 제작이 완료된다.
In the fifth step (j) (k), the mold assembly is separated by a lift-off process for removing the Al
도 5의 (a) 내지 (i)는 본 발명의 폴리머 캔틸레버 구조체의 다른 실시예에 따른 제조과정을 간략히 보여주는 도면으로써, 본 발명에 따른 폴리머 캔틸레버 구조체의 제작 공정을 빠르고 용이하게 수행할 수 있다.5 (a) to 5 (i) are schematic views showing a manufacturing process according to another embodiment of the polymer cantilever structure of the present invention, and the manufacturing process of the polymer cantilever structure according to the present invention can be performed quickly and easily.
본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리머 캔틸레버 구조체의 제작방법은, 기판에 포토레지스트를 코팅하고 미세그루브 패턴을 형성하여 몰드 구조체를 제작하는 제1단계(a)(b)(c)와; 상기 몰드 구조체에 코팅된 포토레지스트를 덮도록 PDMS를 코팅하는 제2단계(d)와; 상기 PDMS 상부에 그래핀/PDMS 복합체의 도전층을 형성하여 도전선 패턴을 형성하는 제3단계(e)와; 상기 PDMS를 커팅하여 상기 미세그루브 패턴을 포함하도록 캔틸레버 형상을 제작하고 이를 일체로 지지하게 되는 몸체부를 형성하는 제4단계(f)(g)와; 상기 포토레지스트를 제거하여 몰드 구조체와 분리하는 제5단계(h)(i);를 포함한다.
A method of fabricating a polymer cantilever structure according to another embodiment of the present invention includes: a first step (a), (b), and (c) of forming a mold structure by coating a photoresist on a substrate and forming a fine groove pattern; A second step (d) of coating PDMS to cover the photoresist coated on the mold structure; A third step (e) of forming a conductive line pattern by forming a conductive layer of a graphene / PDMS composite on the PDMS; A fourth step (f) (g) of forming the cantilever shape including the fine groove pattern by cutting the PDMS and forming a body part to be integrally supported; And a fifth step (h) (i) of removing the photoresist and separating the photoresist from the mold structure.
구체적으로, 제1단계(a)(b)(c)는 몰드 구조체를 제작하는 과정으로써, 실리콘 기판(400)에 몰드 구조물이면서 희생층으로써 포토레지스트(PR)(411)를 코팅한 후에 미세그루브 패턴(111)을 형성하며, 이때 포토레지스트는 아세톤과 같은 유기용액에 녹는 포토레지스트이면 족하다.Specifically, the first step (a), (b) and (c) is a process of fabricating a mold structure, in which a photoresist (PR) 411 is coated on the
본 실시예에서는 PR을 몰드 구조물이면서 희생층으로 사용함에 따라서 Al을 희생층으로 사용하는 것과 비교하여 소자를 분리하는 공정 시간을 대폭 축소할 수 있다. 소자 분리를 위한 공정시간으로 Al 희생층은 대략 24시간 내지 48시간이 소요되는 반면에 PR을 희생층으로 사용하는 경우에는 10분 내지 20분이면 분리가 완료될 수 있다.In this embodiment, since PR is used as a mold structure and a sacrifice layer, the process time for separating elements can be greatly reduced as compared with the case where Al is used as a sacrifice layer. The Al sacrificial layer takes about 24 hours to 48 hours as a process time for element isolation, whereas when PR is used as a sacrificial layer, the separation can be completed in 10 to 20 minutes.
미세그루브 패턴(111)은 레이저 리소그래피 장비를 사용하여 노광하고 현상액에서 현상을 통하여 미세그루브 구조체를 제작한다.The
제2단계(d)는 몰드 구조체에 코팅된 PR를 덮도록 PDMS(421)를 코팅하여 캔틸레버를 제작하게 되는 단계이다. 한편 앞서 설명한 것과 같이, 본 발명에서 캔틸레버는 자중에 의해 일정한 처짐을 갖도록 하기 위하여 캔틸레버의 두께는 적절히 결정될 필요가 있으며, 이는 제2단계에서 코팅되는 PDMS 두께에 의해 결정된다.The second step (d) is a step of fabricating the cantilever by coating the
제3단계(e)는 PDMS(421) 상부에 그래핀/PDMS 복합체의 도전층(210)을 형성하여 브릿지 회로인 압저항 센서를 구성하는 도전선 패턴을 형성하는 과정이다.In the third step (e), a
제4단계(f)(g)는 PDMS(421)를 커팅하여 미세그루브 패턴을 포함하도록 캔틸레버(110) 형상을 제작하고 이를 일체로 지지하게 되는 몸체부(100)를 형성한다.In the fourth step (f) and (g), the
캔틸레버(110)가 공중에 떠 있는 구조로 만들기 위하여 몸체부(100)를 PDMS로 제작하여 캔틸레버 구조체에 붙이게 되며, PDMS 몸체부(100)와 캔틸레버 구조체 표면에 O2 플라즈마 처리를 하여 둘 사이의 접착성을 개선할 수 있다.In order to make the structure of the
제5단계(g)(i)는 아세톤을 사용하여 PR(411)을 제거함으로써 몰드 조립체를 분리하여 폴리머 캔틸레버 구조체의 제작이 완료된다.
In the fifth step (g) (i), the mold assembly is separated by removing the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
100 : 몸체부
110 : 캔틸레버
111 : 미세그루브 패턴
200 : 압저항 센서
210 : 도전층
100: body part 110: cantilever
111: fine groove pattern 200: piezoresistive sensor
210: conductive layer
Claims (5)
상기 캔틸레버의 일면에 형성되는 그래핀/PDMS 복합체로 이루어진 압저항 센서;를 포함하는 심장근육 세포의 수축력 측정을 위한 그래핀/PDMS 복합체 센서가 집적화된 폴리머 캔틸레버 구조체.A body portion of a PDMS material having a cantilever integrally formed at one end thereof and having a plurality of microgroove patterns formed on the upper surface of the cantilever,
And a piezoresistive sensor comprising a graphene / PDMS composite formed on one surface of the cantilever, wherein the graphene / PDMS composite sensor is integrated into a polymer cantilever structure for measurement of contractile force of cardiac muscle cells.
상기 몰드 구조체에 희생층을 증착하는 제2단계와;
상기 희생층 상부에 그래핀/PDMS 복합체의 도전층을 형성하여 도전선 패턴을 형성하는 제3단계와;
상기 도전선 패턴 상부에 PDMS를 코팅하고 그 일부를 커팅하여 미세그루브 패턴을 갖는 캔틸레버와 이를 일체로 지지하는 몸체부를 형성하는 제4단계와;
리프트 오프 공정에 의해 희생층을 제거하여 몰드 구조체와 분리하는 제5단계;를 포함하는 폴리머 캔틸레버 구조체의 제조방법.A first step of forming a mold structure by coating a photoresist on a substrate and forming a fine groove pattern;
A second step of depositing a sacrificial layer on the mold structure;
A third step of forming a conductive line pattern by forming a conductive layer of a graphene / PDMS composite on the sacrificial layer;
A fourth step of forming a cantilever having a fine groove pattern and a body part integrally supporting the cantilever by coating the PDMS on the conductive line pattern and cutting a part thereof;
And a fifth step of removing the sacrificial layer by a lift-off process and separating the sacrificial layer from the mold structure.
상기 몰드 구조체에 코팅된 포토레지스트를 덮도록 PDMS를 코팅하는 제2단계와;
상기 PDMS 상부에 그래핀/PDMS 복합체의 도전층을 형성하여 도전선 패턴을 형성하는 제3단계와;
상기 PDMS를 커팅하여 상기 미세그루브 패턴을 포함하도록 캔틸레버 형상을 제작하고 이를 일체로 지지하게 되는 몸체부를 형성하는 제4단계와;
상기 포토레지스트를 제거하여 몰드 구조체와 분리하는 제5단계;를 포함하는 폴리머 캔틸레버 구조체의 제조방법.A first step of forming a mold structure by coating a photoresist on a substrate and forming a fine groove pattern;
A second step of coating PDMS to cover the photoresist coated on the mold structure;
A third step of forming a conductive line pattern by forming a conductive layer of a graphene / PDMS composite on the PDMS;
A fourth step of cutting the PDMS to form a cantilever shape including the fine groove pattern and forming a body part to be integrally supported;
And removing the photoresist and separating the photoresist from the mold structure.
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