earticle

영어

This study presented facile method of cell patterning using fabricated PDMS patterns on polyelectrolyte coated surface. This basic principle is the fabrication of functional surface presenting two orthogonal surfaces such as cell adhesive and repellent properties. Cell adhesive surface was firstly fabricated with simple coating of polyelectrolyte multilayer. And then, the desired patterns of PDMS for the prevention of nonspecific binding of cells were transferred onto the previously formed thin film of polyelectrolyte multilayer. Thus, we could prepare novel functional surface simultaneously containing PDMS and polyelectrolyte region. As expected, the PDMS regions showed effective prevention of nonspecific binding of cell and the other region, exposed polyelectrolyte area, provided cell adhesive environment. The height of formed PDMS structure was about 100 nm. Based on this method, cell patterning can be successfully obtained with various pattern shapes and sizes. Therefore, we expect that this simple method will be useful platform technology for the development of cell chip, cell based assay system, and biochip.

한국어

마이크로 수준의 특정 영역에 선택적으로 세포를 고정화 시키는 패터닝 (patterning) 기술은 바이오 센서 (Biosensor) 및 바이오칩 (Biochip) 개발에 있어 필수불가결한 기반 기술 로 간주되고 있다 [1-2]. 현재까지 단백질, 유전자, 탄수화 물, 세포 등과 같은 생체물질의 패터닝 기술은 대부분 전통적 인 반도체 공정 기술을 이용한 방법과 달리 고분자를 이용 한 softlithography 방법으로 이루어진다 [3-4]. 이러한 패 터닝 기술을 기반으로 구현된 바이오센서 및 바이오칩은 기존의 분석 방법과 비교하였을 때 적은 양의 시료로 짧은 시간에 높은 작업처리량을 나타낼 수 있어 많은 사람들로 부터 각광을 받고 있다 [5-6]. 최근 특정한 지역에 고정화 된 세포를 통하여 구현된 세포칩은 세포의 대사작용, 생존 능력, 세포의 생리학적 반응 및 세포 자연사 등의 결과를 이용하여 바이오마커 (bio-maker), 신약개발, 병원균과 독성 물질 검출 및 순수생물학 연구에 활용가치가 매우 높은 중요 한 기술로 판단되고 있다. 지금까지 보고된 세포패터닝 방법은 마이크로컨택트프린 팅 (microcontact printing; μCP) 방법, 모세관 현상을 이용 한 micromolding in capillaries (MIMIC) 방법, 그리고 반도 체 공정기술을 이용한 photolithography 방법이 있다 [7-8]. MIMIC 방법은 물이 좁은 유리관을 따라 움직이는 모세 관 힘을 이용하는 방법으로 대표적인 방법은 먼저, 미세채 널을 가진 PDMS를 표면 위에 접촉시킨 후 고분자 용액을 주입하여 스탬프의 채널부분을 채워 준다. 이 고분자를 경 화시킨 후 PDMS 스탬프를 제거하여 원하는 패턴을 형성 할 수 있다. 본 그룹에서는 최근 MIMIC 방법으로 형성된 polyethyleneglycol (PEG) 구조체를 이용하여 단백질, 박테 리아, 동물세포의 패터닝을 제시하였다 [9]. 한편, 마이크로컨택트프린팅 (microcontact printing) 방법 은 softlithography 공정으로 제작된 PDMS 마이크로스탬프 위에 구현하고자 하는 표면물질을 잉크로 사용하여 원하는 표면위에 손쉽게 프린팅 방법을 통하여 특정영역을 표면 개질 시킬 수 있다. 상기의 방법을 이용하여 다양한 세포의 비특이적 결합 방지를 할 수 있는 화학물질을 이용하게 되 면 손쉽게 세포 패터닝을 구현할 수 있다 [10-11]. 세포의 비특이적인 결합을 방지하기 위해 이용되는 가장 널리 사용 되는 화학물질은 다가의 하이드록실기를 가지는 PEG 구조 체가 유용하게 이용된다 [12-14]. 하지만, 이 방법은 세포 의 방지 표면을 구현할 수 있으나 세포의 부착력을 높일 수 있는 표면을 동시에 처리하기가 매우 어렵다. 전통적인 반도체 기술을 이용한 Photolithography 공정을 이용하여 PEG 패턴을 마이크로 수준에서 정확하고 정밀하 게 제작할 수 있다 [15-16]. 하지만 이 방법은 제작 공정이 복잡하고 높은 공정비용과 고가의 장비를 필요로 한다. 또한 포토레지스트를 이용하게 되면 단백질 또는 세포의 고유의 생물학적인 성질에 영향을 주어 활성이 감소될 수 있다. 상기의 문제점을 해결하기 위해, 본 연구에서는 이중전사 방법을 이용하여 세포칩 표면을 세포의 부착력을 높일 수 있는 영역과 세포의 비특이적 결합을 방지할 수 있는 영역을 동시에 가질 수 있도록 구현하는 방법을 통하여 손쉽게 세포 를 원하는 크기와 모양을 손쉽게 구현할 수 있도록 하고자 한다. 즉, 이 기술에 의해 구현된 2차원 가능성 표면에서 고분자 전해질은 세포가 부착하여 성장할 수 있는 환경을 제공하고 PDMS는 세포의 비특이적인 결합을 방지한다.