PDMS 블레이드 코팅법을 이용한 종이-기반 바이오센서칩 제작

정헌호 ( Heon-ho Jeong ),박차미 ( Chami Park ) 한국화학공학회 2021 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.59 No.1

본 연구는 적은 비용으로 분석 장치 없이 질병 진단 및 경과를 모니터링할 수 있는 종이-기반 분석 장치(paper-based analytical device, PAD)를 제작하기 위해 polydimethylsiloxane (PDMS) 블레이드 코팅 방법을 제안하였다. PAD 디자인은 레이저 커팅 기술로 쉽게 몰드에 적용할 수 있으며, 제작된 몰드로 블레이드 코팅을 수행하여 완전한 소수성 장벽 형성에 필요한 조건을 확립하였다. 코팅 조건인 잉크의 두께와 종이와의 접촉시간에 따라 PDMS 소수성 장벽의 구조와 친수성 채널의 크기 변화를 분석하여 안정적으로 소수성 장벽을 형성할 수 있는 조건을 최적화하였다. 최적화된 방법을 바탕으로 PAD를 제작하여 특별한 분석기기 없이 단백질, 당, 메탈이온을 검출하여 바이오센서에 응용가능함을 증명하였다. This paper proposes the polydimethylsiloxane (PDMS) blade coating method for fabrication of paperbased analytical device (PAD) that is able to monitor the disease diagnosis and progress without special analytical equipment. The mold that has PAD design is easily modified by using laser cutting technique. And the fabricated mold is used for hydrophobic barrier formation by blade coating. We have optimized the stable formation of PDMS hydrophobic barrier as blade coating condition, which is established by analyzing the structure of the PDMS hydrophobic barrier and change of hydrophilic channel size as thickness of the ink and contact time with the chromatography paper. Based on optimal condition, we demonstrate that PAD as biosensor can apply to detect protein, glucose, and metal ion without special analysis equipment.

전해질 고분자 코팅 표면을 이용한 세포칩 제작

정헌호(Heon-Ho Jeong),송환문(Hwan-Moon Song),이창수(Chang-Soo Lee) 한국청정기술학회 2011 청정기술 Vol.17 No.1

본 연구 논문은 수용액 기반의 청정 표면 개질 기술을 이용하여 세포칩을 제작하는 방법에 관한 것이다. 세포칩의 활용범위는 유전학, 의생물학, 세포생물학등과 같은 기초학문과 더불어 암 진단 및 치료에 대한 유용한 도구로 응용 가능성을 가지게 된다. 기존의 세포 칩 제작을 위해서는 다량의 유기용매의 사용, 반도체 공정의 복잡성, 고가의 장비등을 사용함으로 인해 경제적 손실과 환경적 악영향을 주었다. 본 연구에서는 수용액 기반의 청정 표면 개질 기술과 마이크로컨택트프린팅 방법을 이용한 세포패터닝 기술을 융합하여 매우 손쉬운 세포칩 구현을 하는 기반 기술을 제시하였다. 이 세포칩을 이용하여 암세포와 정상 세포간의 세포표면에서 발현되는 다양한 탄수화물 및 그의 유도체의 발현양의 차이를 분석할 수 있었다. 이를 바탕으로 새로운 암진단 기술 및 기초 의공학 기술에 활용하고자 한다. This study presents a fabrication method of cell-chip using aqueous solution based surface modification. The applications of cell-chip have potential for fundamental study of genetics, cell biology as well as cancer diagnostics and treatment. Conventional methods for fabrication of cell-chip have been limited in economic loss and environmental pollution because of the use of harsh organic solvent, complex process of silicon technology, and expensive equipment. In order to fabricate cell chip, we have proposed simple and eco-friendly process combined polyelectrolyte multilayer coating with microcontact printing. For the proof of concept, the cell chip can be applied to analyze the different expression of cell surface glycans and derivatives between cancer and normal cells. Our proposed method is useful technique for the application of novel cancer diagnostics and basic medical engineering.

PDMS와 고분자 전해질 표면을 이용한 간편한 세포 패터닝 방법

정헌호(Heon-Ho Jeong),송환문(Hwan-Moon Song),황예진(Ye-jin Hwang),황택성(Taek-Sung Hwang),이창수(Chang-Soo Lee) 한국생물공학회 2009 KSBB Journal Vol.24 No.6

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.

유동-집속 생성기의 병렬화를 통한 에멀젼 생산속도 향상

정헌호 ( Heon-ho Jeong ) 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.5

액적-기반 미세유체장치는 물질 합성 및 초고속 대용량 스크리닝 등 다양한 응용분야에서 변형 가능한 새로운 접근법을 이끌어 냈다. 그러나 단일의 액적생성기를 이용한 액적의 생성 속도가 매우 낮기 때문에 이를 상용화 하기 위해서는 생산속도를 높이기 위한 노력이 필요하다. 본 연구는 단일의 유동-집속 생성기를 병렬로 연결하여 단분산성 액적의 생성 속도를 높이는 방법에 관한 것이다. 이러한 액적생성기를 갖는 미세유체장치를 제작하기 위해 본 연구에서는 양면 임프린팅 방법을 이용하여 단층 엘라스토머 조각에3차원의 마이크로 채널을 갖는 3D 모놀리식 탄성중합체 장치(monolithic elastomer device, 3D MED)를 제작 할 수 있다. 이렇게 제작된 8개의 액적생성기가 연결된 3D MED를 이용하여 연속상과 분산상의 유체를 조절하여 단분산성 액적의 형성속도가 향상되었음을 증명하였다. 따라서 본 미세유체시스템을 사용하여 다양한 재료 또는 세포들을 함유하는 단분산성 액적을 형성하여 마이크로입자 제조 및 스크리닝 시스템과 같은 넓은 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Droplet-based microfluidic device has led to transformational new approaches in various applications including materials synthesis and high-throughput screening. However, efforts are required to enhance the production rate to industrial scale because of low production rate in a single droplet generator. In here, we present a method for enhancing production rate of monodisperse droplets via parallelization of flow-focusing generators. For this, we fabricated a three-dimensional monolithic elastomer device (3D MED) that has the 3D channel structures in a single layer, using a double-sided imprinting method. We demonstrated that the production rate of monodisperse droplet is increased by controlling the flow rate of continuous and dispersed phases in 3D MED with 8 droplet generators. Thus, we anticipate that this microfluidic system will be used in wide area including microparticle synthesis and screening system via encapsulation of various materials and cells in monodisperse droplets.

온도 구배가 있는 미세유체 장치를 이용한 극지 미생물의 형태 변화 분석

정성근(Seong-Geun Jeong),박애리(Aeri Park),정헌호(Heon-Ho Jeong),홍순규(Soon Gyu Hong),이창수(Chang-Soo Lee) 한국생물공학회 2014 KSBB Journal Vol.29 No.4

We present microfluidic method to rapidly analyze the effect of temperature on the change of morphologies of Antarctic bacteria (Pseudoalteromonas sp., Shewanella vesiculosa, Shewanella sp., and Cellulophaga sp.). The microfluidic device is able to generate stable temperature gradient from 7 to 40℃ and dramatically reduce the number of experiments, experimental cost and labor, and amount of sample. Based on this approach, we found that specific bacteria transforming morphology into filament or elongated body strongly depends on cultivation temperature. Interestingly, we found that the morphologies of Pseudoalteromonas sp., Shewanella vesiculosa, Shewanella sp., and Cellulophaga sp. are elongated at below 25℃, above 20℃, above 15℃ and above 35℃, respectively. We envision the microfluidic device is a useful approach to analyze biological events with a high throughput manner.

액적 기반의 미세유체 시스템을 이용한 초고속 대용량 스크리닝

이창수 ( Chang Soo Lee ),정헌호 ( Heon Ho Jeong ),노영무 ( Young Moo Noh ),장성찬 ( Sung Chan Jang ) 한국화학공학회 2014 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.52 No.2

액적기반의 미세유체 시스템은 마이크로 시험관으로서 화학, 생물학 연구에 적용하기 위해 개발되었다. 미세유체 시스템에서 피코부피(picoliter)의 매우 작은 액적은 소형화된 시스템 내에서 잘 정형화 되고 구획화된 반응기로 제공되어 진다. 매우 작은 액적에서의 반응은 자동화된 초고속 대용량 스크리닝 시스템을 통하여 저가이면서 고효율적으로 수행될 수 있다. 본 총설에서는 액적 기반의 미세유체시스템의 기능들인 액적 형성, 정교한 액적 제어, 다양한 응용분야에 대해 소개하고자 한다. 또한 화학적, 생물학적 새로운 응용분야에 관해 알아보고, 기존의 방법과 비교하여 액적 기반의 미세유체 시스템이 갖는 장점에 관해 논의하고자 한다. Droplet based microfluidic systems have been developed for the application of biological and chemical research field. A picoliter droplet in microfluidic device provides a compartmentalized and well-defined reactor in miniaturized system. The microfluidic system with small droplets can reduce reagent cost and enhance efficiency through automated high-throughput screening system. In this review, we summarize the functionality of droplet based micro fluidic system including droplet generation, precise droplet control, and various applications. In addition, this articlere views current applications in chemistry and biology, and discuss advantages of droplet based microfluidics compared with conventional manner.

미세접촉인쇄법을 이용한 지방세포 칩 제작

김지용 ( Gi Yong Kim ),정헌호 ( Heon-ho Jeong ),이창수 ( Chang-soo Lee ),노창현 ( Changhyun Roh ) 한국화학공학회 2016 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.54 No.2

본 논문은 PDMS을 기반으로 한 미세접촉인쇄법을 사용하여 보다 효율적으로 지방세포를 선택적으로 배양접시에 부착시켰으며 패터닝 된 배양접시에서 지방세포가 빠르게 지방분화를 가능하게 하였다. PDMS을 이용한 선택적 표면처리 방법은 기존의 세포칩 제작과 달리 소량의 유기용매사용, 저가의 장비 사용, 또한 효율적으로 특정 지역 안에서 지방세포를 고정화하고 성장시킬 수 있으며 이를 통해 지방세포의 생리학적 상태를 손쉽게 관찰할 수 있는 분석 기술로 활용된다. 이렇게 구성된 지방세포칩 위에 대표적인 비만 억제제 약물인 Orlistat을 0.2 μM~5.0 μM 농도로 처리하였을 때 대조군에 비하여 최대 26.5%의 억제 효과가 나타남을 확인하였다. 따라서, 본 논문에서 제안하는 방법을 통하여 다양한 비만 억제제 약물 탐색을 위한 세포칩으로 활용이 가능할 것으로 기대된다. In this study, we described a simple and facile method to generate uniform microwells poly(dimethyl siloxane) (PDMS) microstamps through micro-molding for efficient, rapid and reliable cell patterning of adipocyte differentiation. In contrast to the conventional methods, the microstamp technologies are low expensive, non-toxic, and using a small amount of solution. Recently, Orlistat known as tetrahydrolipstatin is a prescription drug designed to treat obesity which is used to aid in weight loss and help to reduce overweight obesity. Here, 3T3-L1 cells were treated under various concentration manners of Orlistat 0.2 μM~5.0 μM. and it was confirmed maximum 26.5% inhibition activity compared to control. Thus, we elucidated this platform can be used for the real-time analyzing of cell proliferation, adipocyte differentiation for evaluation of anti-obesity agents on cell chip. Furthermore, we except that this platform technology designed here might be readily be expanded to discover a wider variety of anti-obesity agents.