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세포 성장 및 세포 약물 반응을 실시간 모니터링을 하기 위해 반도체 공정을 이용하여 임피던스 바이오센서를 제작하였다. 임피던스 전극 패턴은 생체적합성을 위해 증착 시스템을 이용하여 백금 (Pt) 80 nm 를 증착하였으며 [1], Pt 전극 형성 이후, 세포 배양에 용이한 PDMS(Polydimethylsiloxane) 웰을부착하였다. Poly-L-lysine으로 웰 내 멸균 및 코팅을 진행한 다음, 웰 내 NIH 3T3 세포를 첨가하여 43 시간 동안 배양하였다. 임피던스 신호는 500 Hz – 150 kHz 사이에 주어진 주파수의 변화로 43 시간동안 매 10 분 간격을 두고 지속적으로 모니터링 하였으며, 커패시턴스 값은 NIH 3T3 세포의 수가증가함에 따라 점진적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 43 시간 동안의 성장 이후, 10 g/mL 퓨로마이신 (Puromycin, Gibco. A11138-03) 을 주입하여 세포 약물 반응 모니터링을 진행한 결과, 퓨로마이신을 주입한 시점에서 커패시턴스는 10 시간 동안 거의 일정하게 유지되었고 이후 10시간 내에급격히 감소하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 임피던스 바이오센서 소자를 제작하고 전기적 셀- 기판 임피던스 분석법(Electric Cell-substrate Impedance Sensing, ECIS)을 이용하여 세포의 상태와세포 약물 반응을 실시간 모니터링 할 수 있었다. 제조된 임피던스 바이오센서는 광범위한 생물학적, 의료학적 영역에서 비파괴 실시간 세포 증가/세포 약물 반응 모니터링 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.
An impedance biosensor to monitor cell growth and cell-drug reactions in real time was manufactured on slide glass by using a semiconductor process. The impedance pattern was deposited by using 80-nm-thick platinum for biocompatibility and a sputtering system. After the formation of a Pt electrode, a PDMS well was attached for the cell culture. After sterilization and coating the inside of the well with Poly-L-lysine, NIH 3T3 cells (– 10K cells/well) were added to the wells and cultured for 43 hours. Impedance signals with the variations of frequency from 500 Hz to 150 KHz were continuously monitored for each 10 minutes during 43 hours. The capacitance showed a gradual increase with increasing number of NIH 3T3 cells. After a 43-hour growth, 10 g/mL puromycin (Gibco, A11138-03) was injected for the monitoring the cell-drug reaction. After the injection of puromycin, the capacitance was almost fixed for about 10 hours. After 10 hours, the capacitance rapidly decreased within the next 10 hours. In this study, we could monitor the state of cells and the cell-drug reactions by using a impedance biosensor chip developed using the electrical cell-substrate impedance sensing (ECIS) technique. The developed impedance biosensor could be applied in the wide area of bio-medicine, for example, non-destructive real-time cell growth and cell-drug reaction monitoring.
