본 논문은 바이오칩의 복잡한 제작 공정 단계로 인한 소요시간 증가, 미세한 조건 변화에 따른 정밀한 공정 제어 필요, 고가의 많은 화학 물질의 강한 독성이 있는 재료 필요하게 되어 고비용과 환경오염 문제 등을 해결하기 위하여 본 연구를 시작하였다. 바이오칩 제작에 많이 사용되어지는 글라스(glass)와 ...
본 논문은 바이오칩의 복잡한 제작 공정 단계로 인한 소요시간 증가, 미세한 조건 변화에 따른 정밀한 공정 제어 필요, 고가의 많은 화학 물질의 강한 독성이 있는 재료 필요하게 되어 고비용과 환경오염 문제 등을 해결하기 위하여 본 연구를 시작하였다. 바이오칩 제작에 많이 사용되어지는 글라스(glass)와 광섬유(optical fiber)를 재료로 사용하였다. 실험 공정 정립은 세포의 원활한 이동, 증식, 배양 등에 사용되는 글라스의 패턴 에칭을 위하여 포토리소그래피(photoli tho graphy)와 산화완충식각(buffered oxide etchant, BOE) 공정 조건, 세포 분석과 정보 전달에 사용되는 광섬유의 에칭을 위하여 산화완충식각 공정 조건, 세포나 유체를 칩과 외부의 전달 등에 사용되는 글라스의 홀을 위하여 전기화학방전(electro chemical discharge, ECD) 공정 조건, 글라스 접합을 위한 자외선반응접합(ultraviolet sensitive adhesives, UVSA) 공정 조건이다. 또한 유체나 세포의 흐름 제어를 위한 라미나 흐름 조건과 적혈구 세포에 대한 산란빔 출력 전압을 측정하였다. 모든 실험은 공정 조건에 따라 10회 반복 실험하였다. 또한 혼합액 비율과 온도 조건을 변화하여 평균 에칭 시간, 최대 표면 거칠기, 평균 표면 거칠기, 거칠기의 표준편차로 신뢰성을 검정하였다. 글라스 에칭은 불화암모늄과 불화수소의 비율이 6 : 1일 때 표면 거칠기의 표준편차는 0.29, 울트라소닉 배스내의 온도가 90℃일 때 표면 거칠기의 표준편차는 0.16로 도출되었다. 글라스 에칭의 가장 최적 조건임을 검증하였다. 이는 실리콘 웨이퍼나 글라스의 마이크로 에칭 제작의 기본적인 정보로 활용이 가능하다. 광섬유 글래딩 에칭은 불화암모늄과 불화수소의 비율 6 : 1과 울트라소닉 배스내의 온도가 90℃일 때 표면 거칠기의 표준편차는 0.19로 가장 낮게 도출되었다. 광섬유 글래딩 에칭의 가장 최적 조건임을 검증하였다. 글라스 미세 방전 홀(hole) 에칭은 수산화나트륨(35w%)과 과산화수소의 비율 1 : 1과 직류 전압이 35 V로 인가되었을 때 표면 거칠기 표준편차는 0.43로 가장 낮게 도출되었다. 글라스 미세 방전 홀(hole) 에칭의 가장 최적 조건임을 검증하였다. 글라스와 글라스 접합은 접합액을 균일하게 10 μm 두께로 코팅하고 자외선(365 nm, 20 mW/ cm2)을 10초 동안 노광하여 안정적으로 접합하였다. 안정화한 Bio-MEMS 공정 조건으로 마이크로 세포 분석 바이오칩을 제작하여 적혈구에 대한 광학적 특성을 실험하였다. 적혈구를 통과한 산란빔을 각도 0 o, 5 o, 10 o, 15 o 에서 출력 전압(Vpp)을 측정하였다. 0 o 일때 약 17 V, 5 o 일때 약 10 V, 10 o 일때 약 6 V, 15 o 일때 약 4 V로 측정되었다. 이는 광섬유 각도가 클수록 산란빔이 적게 방출되어 낮은 전압이 측정되었다. 레이저 빔의 투과율과 반사율의 차이로 출력 전압의 변화가 발생하였다. 따라서 마이크로 세포 분석 바이오칩 제작에 사용되는 글라스와 광섬유의 에칭 공정 조건을 검증하였고 광섬유의 각도에 대한 적혈구 산란빔의 차이를 측정하였다. 이는 의공(biomedical engineering), 반도체(semiconductor), 의료기기(medical devices), 태양전지(solar cells), 생체정보(bio informatics), 지노믹스(genomics), 프로테오믹스(proteomics) 분야 등 응용과학 분야에 적용이 가능할 것으로 기대된다.
본 논문은 바이오칩의 복잡한 제작 공정 단계로 인한 소요시간 증가, 미세한 조건 변화에 따른 정밀한 공정 제어 필요, 고가의 많은 화학 물질의 강한 독성이 있는 재료 필요하게 되어 고비용과 환경오염 문제 등을 해결하기 위하여 본 연구를 시작하였다. 바이오칩 제작에 많이 사용되어지는 글라스(glass)와 광섬유(optical fiber)를 재료로 사용하였다. 실험 공정 정립은 세포의 원활한 이동, 증식, 배양 등에 사용되는 글라스의 패턴 에칭을 위하여 포토리소그래피(photoli tho graphy)와 산화완충식각(buffered oxide etchant, BOE) 공정 조건, 세포 분석과 정보 전달에 사용되는 광섬유의 에칭을 위하여 산화완충식각 공정 조건, 세포나 유체를 칩과 외부의 전달 등에 사용되는 글라스의 홀을 위하여 전기화학방전(electro chemical discharge, ECD) 공정 조건, 글라스 접합을 위한 자외선반응접합(ultraviolet sensitive adhesives, UVSA) 공정 조건이다. 또한 유체나 세포의 흐름 제어를 위한 라미나 흐름 조건과 적혈구 세포에 대한 산란빔 출력 전압을 측정하였다. 모든 실험은 공정 조건에 따라 10회 반복 실험하였다. 또한 혼합액 비율과 온도 조건을 변화하여 평균 에칭 시간, 최대 표면 거칠기, 평균 표면 거칠기, 거칠기의 표준편차로 신뢰성을 검정하였다. 글라스 에칭은 불화암모늄과 불화수소의 비율이 6 : 1일 때 표면 거칠기의 표준편차는 0.29, 울트라소닉 배스내의 온도가 90℃일 때 표면 거칠기의 표준편차는 0.16로 도출되었다. 글라스 에칭의 가장 최적 조건임을 검증하였다. 이는 실리콘 웨이퍼나 글라스의 마이크로 에칭 제작의 기본적인 정보로 활용이 가능하다. 광섬유 글래딩 에칭은 불화암모늄과 불화수소의 비율 6 : 1과 울트라소닉 배스내의 온도가 90℃일 때 표면 거칠기의 표준편차는 0.19로 가장 낮게 도출되었다. 광섬유 글래딩 에칭의 가장 최적 조건임을 검증하였다. 글라스 미세 방전 홀(hole) 에칭은 수산화나트륨(35w%)과 과산화수소의 비율 1 : 1과 직류 전압이 35 V로 인가되었을 때 표면 거칠기 표준편차는 0.43로 가장 낮게 도출되었다. 글라스 미세 방전 홀(hole) 에칭의 가장 최적 조건임을 검증하였다. 글라스와 글라스 접합은 접합액을 균일하게 10 μm 두께로 코팅하고 자외선(365 nm, 20 mW/ cm2)을 10초 동안 노광하여 안정적으로 접합하였다. 안정화한 Bio-MEMS 공정 조건으로 마이크로 세포 분석 바이오칩을 제작하여 적혈구에 대한 광학적 특성을 실험하였다. 적혈구를 통과한 산란빔을 각도 0 o, 5 o, 10 o, 15 o 에서 출력 전압(Vpp)을 측정하였다. 0 o 일때 약 17 V, 5 o 일때 약 10 V, 10 o 일때 약 6 V, 15 o 일때 약 4 V로 측정되었다. 이는 광섬유 각도가 클수록 산란빔이 적게 방출되어 낮은 전압이 측정되었다. 레이저 빔의 투과율과 반사율의 차이로 출력 전압의 변화가 발생하였다. 따라서 마이크로 세포 분석 바이오칩 제작에 사용되는 글라스와 광섬유의 에칭 공정 조건을 검증하였고 광섬유의 각도에 대한 적혈구 산란빔의 차이를 측정하였다. 이는 의공(biomedical engineering), 반도체(semiconductor), 의료기기(medical devices), 태양전지(solar cells), 생체정보(bio informatics), 지노믹스(genomics), 프로테오믹스(proteomics) 분야 등 응용과학 분야에 적용이 가능할 것으로 기대된다.
This paper is an experimental paper regarding the Bio-MEMS(micro electro mechanical system) process technology standardization for the micro biochip fabrication. The Bio-MEMS process technology requires the micro pattern etching technology, micro bonding technology, micro fluidic technology, micro o...
This paper is an experimental paper regarding the Bio-MEMS(micro electro mechanical system) process technology standardization for the micro biochip fabrication. The Bio-MEMS process technology requires the micro pattern etching technology, micro bonding technology, micro fluidic technology, micro optical technology and electricity signal processing techniques. The paper was established the micro glass pattern etching standardization and the micro optical fiber cladding etching, micro glass hole etching standardization, micro glass bonding standardization and the micro fluid current and the cell control and the output voltage Vpp(peak to peak voltage ) waveform by scattering angles. The experimental materials used soda lime glass of low cost, good hydrophilic and single mode optical fiber of the good focusing on behalf of high cost polydimethyl siloxane(PDMS), polymethyl methacrylate(PMMA) and the optical lens. The Major process method of Bio-MEMS technology used the buffered oxide etchant(BOE), electro chemical discharge(ECD) and ultra violet sensitive adhesives(UVSA). All experiments were performed 10 times according to the process conditions. The first of experimental results, the stable conditions in the etching process of the glass etching and the optical fiber cladding etching is NH4F: HF ratio of the mixture to 6 : 1 and the ultrasonic agitation bath(UAB) temperature to 90℃. The glass and the optical fiber cladding was stable the surface roughness and the etching by time. Therefore, the glass etching and the optical fiber cladding etching was to establish stable etch rate conditions. The second of the experimental results, the stable conditions in the etching process of the glass hole etching is the sodium hydroxide(NaOH) concentration ratio of 35w% and the hydrogen peroxide(H2O2) ratio of the mixture to 1 : 1 and 35 V of the direct current(DC) voltage. The glass hole process used stable etching through change of the DC voltage. Therefore, the glass hole etching was to establish a stable etch rate condition. The third of the experimental results, the stable conditions in the bonding process of glass was coated uniformly Adhesive material with a thickness of 10 μm on the glass. The coated glass was aligned onto the pattern glass. The alignment glass was bonded by 10 sec of exposure using ultraviolet(365 nm, 20mW/cm2). The adhesive material is safe for the human body, mechanical characteristics, chemical characteristics, improved adhesive surface, low cost, time saving process, permeability of the adhesive surface, precision and shock. The ultraviolet sensitive adhesives method will be possible in the application of many industry fields. The fourth of experimental results, was a biochip fabricated by the standardized Bio-MEMS process technology. The cell experiment of the biochip used red blood cells. The transmitting and receiving of a laser beam used single mode optical fiber. The operating principles of the red blood cells measurement are as follows: as cells were injected into the micro channel, the red blood cells focused the He-Ne laser beam using a single mode optical fiber in the guide channel. The manufactured guide channel consists of the four inputs and the four outputs. The red blood cell was allowed through with the cylinder pump. The focusing of the fluid stream was injected into the middle channel 1 ㎕/min and the edge channel 2.5 ㎕/min. The output voltage Vpp waveforms of the scattering laser beam was measured with a photo detector. The receiving angle of the output optical fiber is 0 o, 5 o, 10 o, 15 o. The magnitude of the output voltage Vpp waveforms and the difference was measured according to the reception angle of the scattering laser beam. The magnitude of the output voltage Vpp waveforms was measured in the decrease according to increase of the reception angles. The difference of the Vpp waveforms is due to differences of the light transmittance of the red blood cells. The result of the Bio-MEMS process conditions paper was to establish standardization, simplification, quantification, low cost, short time. In addition, the paper will be expected to contribute to the application science fields of biomedical engineering, semiconductor engineering, solar cell engineering, bioinformatics engineering, genomics engineering and biochips engineering.
This paper is an experimental paper regarding the Bio-MEMS(micro electro mechanical system) process technology standardization for the micro biochip fabrication. The Bio-MEMS process technology requires the micro pattern etching technology, micro bonding technology, micro fluidic technology, micro optical technology and electricity signal processing techniques. The paper was established the micro glass pattern etching standardization and the micro optical fiber cladding etching, micro glass hole etching standardization, micro glass bonding standardization and the micro fluid current and the cell control and the output voltage Vpp(peak to peak voltage ) waveform by scattering angles. The experimental materials used soda lime glass of low cost, good hydrophilic and single mode optical fiber of the good focusing on behalf of high cost polydimethyl siloxane(PDMS), polymethyl methacrylate(PMMA) and the optical lens. The Major process method of Bio-MEMS technology used the buffered oxide etchant(BOE), electro chemical discharge(ECD) and ultra violet sensitive adhesives(UVSA). All experiments were performed 10 times according to the process conditions. The first of experimental results, the stable conditions in the etching process of the glass etching and the optical fiber cladding etching is NH4F: HF ratio of the mixture to 6 : 1 and the ultrasonic agitation bath(UAB) temperature to 90℃. The glass and the optical fiber cladding was stable the surface roughness and the etching by time. Therefore, the glass etching and the optical fiber cladding etching was to establish stable etch rate conditions. The second of the experimental results, the stable conditions in the etching process of the glass hole etching is the sodium hydroxide(NaOH) concentration ratio of 35w% and the hydrogen peroxide(H2O2) ratio of the mixture to 1 : 1 and 35 V of the direct current(DC) voltage. The glass hole process used stable etching through change of the DC voltage. Therefore, the glass hole etching was to establish a stable etch rate condition. The third of the experimental results, the stable conditions in the bonding process of glass was coated uniformly Adhesive material with a thickness of 10 μm on the glass. The coated glass was aligned onto the pattern glass. The alignment glass was bonded by 10 sec of exposure using ultraviolet(365 nm, 20mW/cm2). The adhesive material is safe for the human body, mechanical characteristics, chemical characteristics, improved adhesive surface, low cost, time saving process, permeability of the adhesive surface, precision and shock. The ultraviolet sensitive adhesives method will be possible in the application of many industry fields. The fourth of experimental results, was a biochip fabricated by the standardized Bio-MEMS process technology. The cell experiment of the biochip used red blood cells. The transmitting and receiving of a laser beam used single mode optical fiber. The operating principles of the red blood cells measurement are as follows: as cells were injected into the micro channel, the red blood cells focused the He-Ne laser beam using a single mode optical fiber in the guide channel. The manufactured guide channel consists of the four inputs and the four outputs. The red blood cell was allowed through with the cylinder pump. The focusing of the fluid stream was injected into the middle channel 1 ㎕/min and the edge channel 2.5 ㎕/min. The output voltage Vpp waveforms of the scattering laser beam was measured with a photo detector. The receiving angle of the output optical fiber is 0 o, 5 o, 10 o, 15 o. The magnitude of the output voltage Vpp waveforms and the difference was measured according to the reception angle of the scattering laser beam. The magnitude of the output voltage Vpp waveforms was measured in the decrease according to increase of the reception angles. The difference of the Vpp waveforms is due to differences of the light transmittance of the red blood cells. The result of the Bio-MEMS process conditions paper was to establish standardization, simplification, quantification, low cost, short time. In addition, the paper will be expected to contribute to the application science fields of biomedical engineering, semiconductor engineering, solar cell engineering, bioinformatics engineering, genomics engineering and biochips engineering.
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