BioMEM 기기 개요

낮은 시료 및 시약 볼륨뿐만 아니라 병렬 처리를 통해 분석 장치를 마이크로 스케일로 소형화하면 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 이 작은 계측기는 BioMEM으로도 알려진 바이오 마이크로 전기 기계 장치라고도 합니다. BioMEM은 생체 내 또는 체외에서 소형화된 진단 장치로 사용되며 샘플링, 여과 반응 또는 검출과 같은 다양한 기능을 수행할 수 있습니다. 또한, 그 치수는 분석 장치에서 향상된 감도와 선택성을 가능하게 합니다. 이 비디오는 연구에 사용되는 일반적인 BioMEM 장치, 눈에 띄는 제조 방법 및 현장의 주요 과제를 소개합니다.

BioMEM 장치는 일반적으로 클린 룸에서 미세 제조 기술을 사용하여 만들어지며 마이크로미터 규모에 적어도 하나의 차원을 가지고 있습니다. 제조 시 장치는 더 큰 계측에 통합됩니다. 일반적인 BioMEM 장치는 마이크로 토탈 분석 시스템이며 랩 온 어칩이라고도 합니다. 이러한 시스템은 특정 분석의 전부 또는 일부를 수행합니다. 예를 들어 미세 유체 장치는 가장 일반적인 유형의 Lab-on-a-chip 시스템 중 하나입니다. 미세 유체 장치는 칩에 마이크로 스케일 채널을 가지고 있어 작은 샘플 볼륨으로 분리, 반응 및 측정을 가능하게 합니다. 마이크로 스케일 치수 로 인해 이러한 장치는 압력 구동 흐름 또는 모세관 작용을 활용하여 채널을 통해 데이터 또는 시약을 운반합니다. 시스템은 라미나르 흐름을 사용하기 때문에 질량 전달 및 혼합은 확산 기반입니다. 이것은 혼합이 혼란스럽고 불규칙한 난류 흐름보다 선호됩니다. 또한, 치수는 표면 바운드 촉매 또는 효소를 활용하는 시스템에서 높은 표면 대 부피 비를 가능하게 한다. 이렇게 하면 유체 스트림의 분석자와 서비스 바인딩 구성 요소 간의 향상된 상호 작용을 촉진합니다. 마지막으로, 작은 크기로 인해 빠르고 균일 한 열 전달이 가능합니다. 이를 통해 시료 가열 시 제어 및 균일성이 향상됩니다. 따라서 이러한 시스템은 광범위한 진단 응용 분야에 사용되거나 미세 입자를 제조하는 데사용됩니다. 이제 BioMEM을 도입되었으므로 일반적으로 제작되는 방법을 살펴보겠습니다.

BioMEM, 특히 집적 회로 장치에 사용되는 가장 일반적인 재료는 실리콘입니다. 실리콘 웨이퍼는 모양과 패턴이 표면 위에 생성되거나 표면에 새겨진 기판 재료로 일반적으로 사용됩니다. 폴리머는 종종 덜 비싸고 때로는 조작하고 준비하기가 더 쉬울 뿐만 아니라 사용됩니다. 폴리머는 사출 성형, 엠보싱 또는 복제 성형을 통해 복잡한 구조를 간단하게 복제할 수 있습니다. 마지막으로 금속은 바이오멕스에 통합되어 마이크로 스케일 회로의 제조를 개선할 수 있습니다. 금, 은, 크롬과 같은 금속은 전기도금 또는 증발을 사용하여 층으로 증착됩니다. 복잡한 미세 구조의 대부분은 빛을 사용하여 기판을 패턴화하는 데 사용되는 기술인 포토리소그래피를 사용하여 제작됩니다. 기판, 일반적으로 실리콘 웨이퍼, 먼저 포토 레지스트라는 UV 반응성 물질로 코팅된다. 패턴은 다음 UV 빛을 사용하여 코팅 기판에 마스크에서 전송됩니다. 다양한 처리 단계 후이 패턴은 3 차원 구조를 떠나 실리콘 기판에 영구적으로 에칭된다. 포토리소그래피와 함께 자주 사용되는 또 다른 기술은 부드러운 리소그래피입니다. 소프트 리소그래피는 폴리머를 사용하여 3D 구조를 복제하는 기술입니다. 탄성 중합체 폴리머가 일반적으로 사용되기 때문에 부드러운 리소그래피라고합니다. 이것에 대 한 사용 되는 가장 일반적인 탄성체는 폴리디메틸실록산, 또는 PDMS. PDMS는 광학적으로 명확하고 독성이 없으며 불활성실리콘 실리콘 기반 의 엘라스토머입니다. PDMS는 마이크로 구조에 직접 부어, 다음 탈 가스 및 치료. 이 기술을 사용하면 복잡하거나 비용이 많이 드는 처리 단계 없이 복잡한 구조를 복제할 수 있습니다.

잘 확립된 제조 방법에도 불구하고 BioMEM 장치를 준비하고 사용하는 것과 관련된 과제가 있습니다. 첫째, BioMEM 장치는 매우 복잡하거나 여러 층이 필요할 때 제작하기 어려울 수 있는 하위 마이크로미터 기능을 활용합니다. 소형화는 또한 대규모로 발생하지 않을 물리적 인 도전을 소개합니다. 예를 들어, 장치 내의 표면 거칠기, 채널 직경 또는 조립된 분자의 결함은 작은 규모로 인해 증폭되고 장치 기능을 변경할 수 있습니다. 또 다른 과제는 오염입니다. BioMEM 장치는 환경과 접촉해야 하지만 동시에 보호해야 합니다. 먼지, 원치 않는 생체 분자 또는 기타 미립자는 장치 기능을 감소하거나 완전히 파괴하는 미세 규모의 구조를 쉽게 오염시킬 수 있습니다. 따라서, 오염을 최소화하기 위해 청소실에서 이러한 장치의 제조가 바람직하다. 이러한 소형화된 시스템은 대량 또는 분석물의 분석을 수용하기 위해 결국 확장되는 개념 장치의 증거로 사용되기도 합니다. 그러나 이것은 중요한 도전을 제시 할 수 있습니다. 예를 들어 미세 유체 장치를 더 큰 차원으로 확장하면 유체 흐름 및 질량 전달 동작이 크게 변경됩니다. 따라서 원하는 결과를 대규모로 복제할 수 없으므로 많은 소형 장치의 사용으로 확장할 수 있습니다.

BioMEM 장치는 생체 분석 연구에서 광범위한 응용 분야에서 사용됩니다. 예를 들어, 미세 유체 장치는 매우 작은 양의 생물 반응기로 사용될 수 있습니다. 이 연구에서피코 리터 바이오 반응기는 단일 세포 분석을 위해 활용되었다. 단일 세포는 챔버에 들어갔고 성장하고 나눌 수 있었습니다. 성장 중에 전체 세포 밀도가 증가함에 따라 개별 세포는 작은 채널을 통해 반응기를 빠져 나와 단일 세포 분석을 가능하게 했습니다. 이를 통해 단일 세포 수준에서 성장 속도, 형태학 및 현상이 있는 이질성의 직접 측정을 허용했습니다. 미세 유체는 또한 생체 분자 및 기타 미세 스케일 성분의 신속한 분리를 가능하게하는 데 사용됩니다. 이 예에서는 분기된 미세 유체 장치가 유사한 크기의 구슬과 세포를 분리하는 데 사용되었습니다. 구슬과 세포는 채널로 흘러 들어갔고 장치는 전기장을 유도하기 위해 전기 소스에 연결하였다. 적용된 전기장이 없으면 구슬이 모든 채널을 통해 흘러나오게 되었습니다. 그러나 필드가 켜지면 구슬은 하나만 전달되었습니다. 구슬과 세포의 혼합물은 이 기술을 사용하여 다른 채널로 분리될 수 있었습니다. 마지막으로 BioMEM 장치는 종종 소형 바이오 전자 공학으로 사용됩니다. 이 예에서, 필드 효과 트랜지스터, 또는 FET는 마이크로 스케일에 만들어졌다. FET는 전기장을 사용하여 장치에서 반도체 재료의 전기 전도도를 제어합니다. 이 FET는 환경 변화에 민감한 실리콘 나노 와이어 및 프로브 분자로 기능화되었습니다. 그것은 DNA 또는 biomarkers와 같은 생물학 표적을 감지하기 위하여 그 때 이용되었습니다.

당신은 바이오 MEM의 Jove의 개요를 보았다. 이제 BioMEM이 무엇인지, 그들을 조작하는 데 사용되는 몇 가지 일반적인 기술, 도전 과제 및 생명 공학 분야에서 사용되는 방법을 이해해야합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.