본 본문은 Bio-MEMS 공정으로 제작한 마이크로 세포 분석 바이오칩을 사용하여 적혈구의 광학적 특성을 전압으로 측정한 실험이다. Bio-MEMS 공정을 이용하여 세포의 원활한 이동과 측정 분석에 사용되는 글라스에 채널 패턴 에칭을 위하여 포토리소그래피(photolithography)와 산화완충식각(BOE: buffered oxide etchant) 공정 조건, 세포 분석과 정보 전달에 사용되는 광섬유의 에칭을 위하여 산화완충식각 공정 조건, 세포나 유체를 칩과 외부의 전달 등에 사용되는 글라스의 홀을 위하여 전기화학방전(ECD: electro chemical discharge) 공정 조건, 글라스 접합을 위한 자외선반응접합(UVSA: ultraviolet sensitive adhesives) 공정 조건을 정립하였다. 또한 유체나 세포의 흐름 제어를 위한 라미나 흐름 조건, 적혈구세포에 대한 산란빔 파형을 측정하였다. 적혈구 실험을 통하여 출력 광섬유의 각도에 따른 산란빔이 출력측의 광섬유각도가 $0^{\circ}$일 때 약 17 V, 각도가 $5^{\circ}$일 때 약 10 V, 각도가 $10^{\circ}$일 때 약 6 V, 각도가 $15^{\circ}$일 때 약 4 V의 전압(Vpp)으로 측정되었다. 따라서 마이크로 세포 분석 바이오칩 제작의 소형화, 단순화, 공정신간 단축, 정량화하였고 적혈구의 광학적 특성을 측정을 측정함으로써 의공학(biomedical), 바이오칩공학(biochip), 반도체공학(semiconductor), 생물정보학(bioinformatics) 등의 응용과학 분야 발전에 기여할 것으로 기대한다.
본 본문은 Bio-MEMS 공정으로 제작한 마이크로 세포 분석 바이오칩을 사용하여 적혈구의 광학적 특성을 전압으로 측정한 실험이다. Bio-MEMS 공정을 이용하여 세포의 원활한 이동과 측정 분석에 사용되는 글라스에 채널 패턴 에칭을 위하여 포토리소그래피(photolithography)와 산화완충식각(BOE: buffered oxide etchant) 공정 조건, 세포 분석과 정보 전달에 사용되는 광섬유의 에칭을 위하여 산화완충식각 공정 조건, 세포나 유체를 칩과 외부의 전달 등에 사용되는 글라스의 홀을 위하여 전기화학방전(ECD: electro chemical discharge) 공정 조건, 글라스 접합을 위한 자외선반응접합(UVSA: ultraviolet sensitive adhesives) 공정 조건을 정립하였다. 또한 유체나 세포의 흐름 제어를 위한 라미나 흐름 조건, 적혈구세포에 대한 산란빔 파형을 측정하였다. 적혈구 실험을 통하여 출력 광섬유의 각도에 따른 산란빔이 출력측의 광섬유각도가 $0^{\circ}$일 때 약 17 V, 각도가 $5^{\circ}$일 때 약 10 V, 각도가 $10^{\circ}$일 때 약 6 V, 각도가 $15^{\circ}$일 때 약 4 V의 전압(Vpp)으로 측정되었다. 따라서 마이크로 세포 분석 바이오칩 제작의 소형화, 단순화, 공정신간 단축, 정량화하였고 적혈구의 광학적 특성을 측정을 측정함으로써 의공학(biomedical), 바이오칩공학(biochip), 반도체공학(semiconductor), 생물정보학(bioinformatics) 등의 응용과학 분야 발전에 기여할 것으로 기대한다.
Next future, The bio technology will be a rapidly developing. This paper is the scattering beam measurement of the red blood cell (RBC) and the fabrication of the micro cell biochip using the bio micro electro mechanical system (Bio-MEMS) process technology. The Major process method of Bio-MEMS tech...
Next future, The bio technology will be a rapidly developing. This paper is the scattering beam measurement of the red blood cell (RBC) and the fabrication of the micro cell biochip using the bio micro electro mechanical system (Bio-MEMS) process technology. The Major process method of Bio-MEMS technology was used the buffered oxide etchant (BOE), electro chemical discharge (ECD) and ultraviolet sensitive adhesives (UVSA). All experiments were the 10 times according to the process conditions. The experiment and research are required the ultraviolet expose, the micro fluid current, the cell control and the measurement of the output voltage Vpp (peak to peak) waveform by scattering angles. The transmitting and receiving of the laser beam was used the single mode optical fiber. The principles of the optical properties are as follows. The red blood cells were injected into the micro channel. The single mode optical fiber was inserting in the guide channel. The He-Ne laser beam was focusing in the single mode optical fiber. The transmission He-Ne laser beam is irradiating to the red blood cells. The manufactured guide channel consists of the four inputs and the four outputs. The red blood cell was allowed with the cylinder pump. The output voltage Vpp waveform of the scattering beam was measured with a photo detector. The receiving angle of the output optical fiber is $0^{\circ}$, $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$. The magnitude of the output voltage Vpp waveform was measured in the decrease according to increase of the reception angles. The difference of the output voltage Vpp waveform is due differences of the light transmittance of the red blood cells.
Next future, The bio technology will be a rapidly developing. This paper is the scattering beam measurement of the red blood cell (RBC) and the fabrication of the micro cell biochip using the bio micro electro mechanical system (Bio-MEMS) process technology. The Major process method of Bio-MEMS technology was used the buffered oxide etchant (BOE), electro chemical discharge (ECD) and ultraviolet sensitive adhesives (UVSA). All experiments were the 10 times according to the process conditions. The experiment and research are required the ultraviolet expose, the micro fluid current, the cell control and the measurement of the output voltage Vpp (peak to peak) waveform by scattering angles. The transmitting and receiving of the laser beam was used the single mode optical fiber. The principles of the optical properties are as follows. The red blood cells were injected into the micro channel. The single mode optical fiber was inserting in the guide channel. The He-Ne laser beam was focusing in the single mode optical fiber. The transmission He-Ne laser beam is irradiating to the red blood cells. The manufactured guide channel consists of the four inputs and the four outputs. The red blood cell was allowed with the cylinder pump. The output voltage Vpp waveform of the scattering beam was measured with a photo detector. The receiving angle of the output optical fiber is $0^{\circ}$, $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$. The magnitude of the output voltage Vpp waveform was measured in the decrease according to increase of the reception angles. The difference of the output voltage Vpp waveform is due differences of the light transmittance of the red blood cells.
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문제 정의
본 논문은 적혈구의 광학적 특성 분석과 마이크로 세포 분석 바이오칩 제작에 관한 논문이다. 바이오칩 제작은 Bio-MEMS 공정 기술로 제작하여 적혈구의 광학적 특성을 분석하였다.
가설 설정
11) 싱글모드 광섬유는 전체 지름이 50 μm, 코어 지름이 9 μm 이다.
제안 방법
Fig. 7(a)은 제작한 마이크로 세포 분석 바이오칩을 사용하여 적혈구에 대한 산란빔 특성 실험을 하였다. 칩의 전체 크기는 가로 15 mm, 세로 20 mm이며 광원으로는 헬륨 네온 레이저(658 nm, 9.
Bio-MEMS는 바이오와 멤즈의 합성어로서 체내외의 생체적인 신호를 분석할 수 있는 기술을 말하며 유전자 재조합과 세포분리 및 분석, 유전, 성장, 제어, 물질대사에 적용하는 바이오칩 기술로서 소형 및 휴대용으로 제작 시 언제 어디서나 진단하여 치료가 가능한 융합기술 분야이다.1) Bio-MEMS 공정 기술을 이용하여 글라스 패턴 에칭을 위한 포토리소그래피(photo lithography)와 산화완충식각(BOE: buffered oxide etchant),2) 광섬유 글래딩 에칭을 위한 산화완충식각,3) 글라스 홀을 위한 전기화학방전(ECD: electro chemical discharge),4) 글라스 접합을 위한 자외선반응접합(UVSA: ultraviolet sensitive adhesives)5) 공정으로 제작하였으며 이를 이용하여 유체와 세포의 흐름 제어를 위한 라미나 흐름 조절6,7)과 적혈구에 대한 광학적 산란빔 파형8,9) 측정이 가능하다.
Bio-MEMS 공정 기술로 제작한 마이크로 세포 바이오칩은 바이오칩 채널내의 감지 포인트에서 각도에 따른 산란빔을 출력전압 파형으로 간단하게 측정하였다. 이로 인하여 바이오칩 제작 공정 기술과 세포 분석 기술의 활성화가 기대된다.
글라스 미세 홀(hole) 가공은 전해 가공과 방전 가공 방법을 혼합한 전기화학방전 방법으로 가공하였다.10) 혼합액인 NaOH와 H2O2에 니들(needle)과 백금(Pt) 전극을 담그고 니들에 음극(cathode), 백금에 양극(anode)을 연결한다.
글라스와 싱글 모드 광섬유 글래딩의 안정적 에칭 조건은 산화완충식각 방법을 이용하여 NH4F：HF의 비율을 6：1, 울트라소닉 배스내의 온도를 90oC에서 제작하였다. 글라스 홀의 안정적 에칭 조건은 전기화학방전 방법을 이용하여 NaOH(35w%)：H2O2의 비율을 1：1, 직류 전압 35 V로 인가하여 제작하였다. 패턴 글라스와 커버 글라스 접합의 안정적 에칭 조건은 자외선 반응접합 방법을 이용하여 접합액 코팅 두께 10 μm에 자외선(365 nm, 20 mW/cm2)을 10초 동안 단시간 접합액에 노출시켜 접합하였다.
본 논문은 Bio-MEMS 공정 기술을 이용하여 마이크로 세포 분석 바이오칩을 제작하였으며 이를 사용하여 적혈구의 광학적 전압을 측정하였다. 글라스와 싱글 모드 광섬유 글래딩의 안정적 에칭 조건은 산화완충식각 방법을 이용하여 NH4F：HF의 비율을 6：1, 울트라소닉 배스내의 온도를 90oC에서 제작하였다. 글라스 홀의 안정적 에칭 조건은 전기화학방전 방법을 이용하여 NaOH(35w%)：H2O2의 비율을 1：1, 직류 전압 35 V로 인가하여 제작하였다.
마이크로 세포 분석 바이오칩의 세부 패턴을 제작하기 위하여 오토캐드(auto cad) 프로그램을 이용하여 설계하였다. 바이오칩의 마스크(mask) 패턴을 소프트 마스크인 필름 마스크로 제작하였다.
본 논문은 적혈구의 광학적 특성 분석과 마이크로 세포 분석 바이오칩 제작에 관한 논문이다. 바이오칩 제작은 Bio-MEMS 공정 기술로 제작하여 적혈구의 광학적 특성을 분석하였다. Bio-MEMS는 바이오와 멤즈의 합성어로서 체내외의 생체적인 신호를 분석할 수 있는 기술을 말하며 유전자 재조합과 세포분리 및 분석, 유전, 성장, 제어, 물질대사에 적용하는 바이오칩 기술로서 소형 및 휴대용으로 제작 시 언제 어디서나 진단하여 치료가 가능한 융합기술 분야이다.
마이크로 세포 분석 바이오칩의 세부 패턴을 제작하기 위하여 오토캐드(auto cad) 프로그램을 이용하여 설계하였다. 바이오칩의 마스크(mask) 패턴을 소프트 마스크인 필름 마스크로 제작하였다.
본 논문은 Bio-MEMS 공정 기술을 이용하여 마이크로 세포 분석 바이오칩을 제작하였으며 이를 사용하여 적혈구의 광학적 전압을 측정하였다. 글라스와 싱글 모드 광섬유 글래딩의 안정적 에칭 조건은 산화완충식각 방법을 이용하여 NH4F：HF의 비율을 6：1, 울트라소닉 배스내의 온도를 90oC에서 제작하였다.
본 실험으로 제작에 요구되는 재료들의 Bio-MEMS 공정 기술을 이용하여 안정적으로 제작하였다. 제작한 마이크로 세포 바이오칩을 사용하여 출력 광섬유의 각도에 따라서 적혈구의 산란빔 차이를 확인하였으며 광섬유의 각도에 따른 출력전압 파형을 측정하였다.
9는 싱글 모드 광섬유를 통과한 레이저 빔이 감지 포인트에서 적혈구를 조사하고 적혈구에 나온 산란빔을 포토다이오드 센서로 감지하게 된다. 오실로스코프(lecroy/wave runner)를 사용하여 출력 전압 Vpp (peak to peak voltage) 파형을 측정하였다.13) 측정한 전압 크기는 출력 측의 광섬유각도가 0o일 때 전압이 약 17 V, 각도가 5o일 때 전압이 약 10 V, 각도가 10o일 때 전압이 약 6 V, 각도가 15o일 때 전압이 약 4 V로 측정되었다.
제작 공정 조건으로 글라스에 깊이 50 μm, 폭 100 μm의 에칭을 위기 위하여 산화완충식각 용액 NH4F：HF 비율을 6：1로 하고 울트라소닉 배스(UAB: ultrasonic agitation bath)내의 온도를 90℃로 유지하고 39분 동안 글라스 미세 채널들을 안정적으로 에칭하였다.
제작 공정 조건으로 싱글 모드 광섬유(single mode optical fiber)의 글래딩 지름이 70 μm로 에칭하기 위하여 산화완충식각 혼합액 NH4F：HF 비율을 6：1과 울트라소닉 배스내의 고정 온도를 90℃로 유지하고 9분 동안 안정적으로 에칭하였다.
본 실험으로 제작에 요구되는 재료들의 Bio-MEMS 공정 기술을 이용하여 안정적으로 제작하였다. 제작한 마이크로 세포 바이오칩을 사용하여 출력 광섬유의 각도에 따라서 적혈구의 산란빔 차이를 확인하였으며 광섬유의 각도에 따른 출력전압 파형을 측정하였다. 또한 측정한 출력 전압 크기 비교에서 광섬유 각도가 커질수록 산란빔의 세기가 작게 측정된 것은 적혈구 내부의 레이저빔 투과율과 반사율 차이로 각도가 커질수록 광섬유로 감지되는 산람빔의 양이 적어 출력 전압이 작게 측정된다.
패턴 글라스와 커버 글라스 접합의 안정적 에칭 조건은 자외선 반응접합 방법을 이용하여 접합액 코팅 두께 10 μm에 자외선(365 nm, 20 mW/cm2)을 10초 동안 단시간 접합액에 노출시켜 접합하였다. 제작한 마이크로 세포 분석 바이오칩을 사용하여 적혈구의 산란빔 전압을 측정하여 적혈구의 특성을 분석하였다. 출력측 광섬유 각도가 0o일 때 전압이 약 17 V, 각도가 5o일 때 전압이 약 10 V, 각도가 10o일 때 전압이 약 6 V, 각도가 15o일 때 전압이 약 4 V로 측정되었다.
제작한 패턴 글라스와 커버 글라스는 자외선 반응접합 방법을 이용하여 접합하였다. 자외선 반응접합 원리는 접합액에 자외선을 노광하면 접합액의 화학적인 변화에 의하여 경화되는 원리이다.
7(b)는 레이저 빔을 싱글 모드 광섬유에 조사한 부분을 촬영한 사진이다. 출력측의 광섬유 각도를 0o , 5o, 10o, 15o 로 제작하여 각도에 따른 산란빔의 전압 크기를 측정하였다.11) 싱글모드 광섬유는 전체 지름이 50 μm, 코어 지름이 9 μm 이다.
패턴 글라스와 커버 글라스 접합의 안정적 에칭 조건은 자외선 반응접합 방법을 이용하여 접합액 코팅 두께 10 μm에 자외선(365 nm, 20 mW/cm2)을 10초 동안 단시간 접합액에 노출시켜 접합하였다.
포커싱 조건은 실리지 펌프(syringe pump)를 사용하여 중앙의 채널에 유체를 1 μl/min, 가장자리 채널에는 2.5 μl/min로 주입하여 유체의 흐름을 정렬하였다.
대상 데이터
포토리소그래피 방법은 특정한 감광액(PR: Photoresist)에 마스크 패턴을 사용하여 자외선(UV: ultraviolent)을 선택적으로 노광함으로써 마스크 패턴과 동일한 형상으로 제작되는 것이다. 감광액은 포지티브(positive)을 사용하였다.
전압은 직류(direct current, DC) 전압을 인가하여 가공하였다. 니들은 일본의 오리온(orion corporation) 회사에서 생산한 니들(steel, 0.25 mm)을 사용하였다.
제작 공정 조건으로 접합액을 10 μm 두께로 코팅한 커버 글라스와 패턴 글라스를 정렬시켜 자외선을 10초 동안 노광하여 안정적으로 접합한다. 자외선는 파장이 365 nm, 정격전력이 20 mW/cm2을 사용하였다.
7(a)은 제작한 마이크로 세포 분석 바이오칩을 사용하여 적혈구에 대한 산란빔 특성 실험을 하였다. 칩의 전체 크기는 가로 15 mm, 세로 20 mm이며 광원으로는 헬륨 네온 레이저(658 nm, 9.88 mW)를 사용하였다. Fig.
이론/모형
광섬유 글래딩(cladding) 에칭은 산화완충식각 방법으로 에칭하였다.
성능/효과
오실로스코프(lecroy/wave runner)를 사용하여 출력 전압 Vpp (peak to peak voltage) 파형을 측정하였다.13) 측정한 전압 크기는 출력 측의 광섬유각도가 0o일 때 전압이 약 17 V, 각도가 5o일 때 전압이 약 10 V, 각도가 10o일 때 전압이 약 6 V, 각도가 15o일 때 전압이 약 4 V로 측정되었다.14)
또한 측정한 출력 전압 크기 비교에서 광섬유 각도가 커질수록 산란빔의 세기가 작게 측정된 것은 적혈구 내부의 레이저빔 투과율과 반사율 차이로 각도가 커질수록 광섬유로 감지되는 산람빔의 양이 적어 출력 전압이 작게 측정된다. 이는 사용자가 원하는 세포나 입자의 광학적 현상을 전압으로 측정이 가능하고 기존의 세포 바이오칩보다 소형화, 단순화 하였고 적혈구의 광학적 산란빔을 확인하였다. 따라서 Bio-MEMS 기술을 향상시킴과 동시에 의공학(biomedical engineering), 반도체공학(semiconductor engineering), 생물정보학(bioinformatics), 바이오칩 공학(biochip engineering) 등의 응용과학 분야 활성화 발전에 기여할 것으로 기대한다.
오실로스코프(lecroy/wave runner)를 사용하여 출력 전압 Vpp (peak to peak voltage) 파형을 측정하였다.13) 측정한 전압 크기는 출력 측의 광섬유각도가 0o일 때 전압이 약 17 V, 각도가 5o일 때 전압이 약 10 V, 각도가 10o일 때 전압이 약 6 V, 각도가 15o일 때 전압이 약 4 V로 측정되었다.14)
후속연구
이는 사용자가 원하는 세포나 입자의 광학적 현상을 전압으로 측정이 가능하고 기존의 세포 바이오칩보다 소형화, 단순화 하였고 적혈구의 광학적 산란빔을 확인하였다. 따라서 Bio-MEMS 기술을 향상시킴과 동시에 의공학(biomedical engineering), 반도체공학(semiconductor engineering), 생물정보학(bioinformatics), 바이오칩 공학(biochip engineering) 등의 응용과학 분야 활성화 발전에 기여할 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
포토리소그래피 방법이란?
글라스 에칭은 Bio-MEMS 공정의 포토리소그래피와 산화완충식각 방법으로 에칭하였다. 포토리소그래피 방법은 특정한 감광액(PR: Photoresist)에 마스크 패턴을 사용하여 자외선(UV: ultraviolent)을 선택적으로 노광함으로써 마스크 패턴과 동일한 형상으로 제작되는 것이다. 감광액은 포지티브(positive)을 사용하였다.
자외선 반응접합 방법의 원리는?
제작한 패턴 글라스와 커버 글라스는 자외선 반응접합 방법을 이용하여 접합하였다. 자외선 반응접합 원리는 접합액에 자외선을 노광하면 접합액의 화학적인 변화에 의하여 경화되는 원리이다.
Bio-MEMS란?
바이오칩 제작은 Bio-MEMS 공정 기술로 제작하여 적혈구의 광학적 특성을 분석하였다. Bio-MEMS는 바이오와 멤즈의 합성어로서 체내외의 생체적인 신호를 분석할 수 있는 기술을 말하며 유전자 재조합과 세포분리 및 분석, 유전, 성장, 제어, 물질대사에 적용하는 바이오칩 기술로서 소형 및 휴대용으로 제작 시 언제 어디서나 진단하여 치료가 가능한 융합기술 분야이다.1) Bio-MEMS 공정 기술을 이용하여 글라스 패턴 에칭을 위한 포토리소그래피(photo lithography)와 산화완충식각(BOE: buffered oxide etchant),2) 광섬유 글래딩 에칭을 위한 산화완충식각,3) 글라스 홀을 위한 전기화학방전(ECD: electro chemical discharge),4) 글라스 접합을 위한 자외선반응접합(UVSA: ultraviolet sensitive adhesives)5) 공정으로 제작하였으며 이를 이용하여 유체와 세포의 흐름 제어를 위한 라미나 흐름 조절6,7)과 적혈구에 대한 광학적 산란빔 파형8,9) 측정이 가능하다.
참고문헌 (14)
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