J. of the Korean Sensors Society Vol. 18 No. 2 (2009) pp. 122 127 j q j w w z z * **Á * ***Á * ***Á * ****Á ****Á * ***Á y * ** *** Micro-tissue collecting tool for diagnosis of micro-spike biopsy *** Hyo-young Jeong* ** Kyo-in Koo* *** Sangmin Lee* *** Jae-won Ban* *** Hosoo Park* *** Seoung-Min Bang**** Si-Young Song****S and Dong-Il Dan Cho* ** *** Abstract We have developed and reported several micro-spikes for minimally invasive biopsy. In this paper a micro-tissue collecting tool for tissue diagnosis extracted by micro-spike is presented. Using proposed polydimethy-siloxane (PDMS) micro-tissue collecting tool which has a negative micro-spike structure in a porous chamber the extracted tissue in a micro-spike is effectively detached. The gastro-intestinal tissue of a pig is extracted in an in vivo environment and then it is detached from a micro-spike using the PDMS micro-tissue collecting tool. A fine clinical picture of the detached tissue is acquired. Key Words : micro-spike micro-detaching tool micro-tissue collecting tool biopsy diagnosis 1. e w» œ x. y» ell j q j w y w w j q j ww [1].» ell l w. v w ü xk [2] q j (shank) œ š w šƒ w [3]. w. v w w w» ell w wš»(barb) w e ƒ w j q j j q j w ell w. w z q v [4-9]. w j q j el w y. l š w m»(barb)ƒ w w» w z (shank). j q j w w. w z Fig. 1 j q j j q j»(barb)ƒ (shank). j q j ƒ j q j * w y lœ / œ / l l(asri / ISRC / NB & SRC Seoul National University) ** w œ wx (Interdisciplinary Program of Bioengineering Seoul National University) *** w œ w»fulœw (School of Electrical Engineering and Computer Sciences Seoul National University) **** w w y»ü (Department of Internal Medicine College of Medicine Yonsei University) Corresponding author: dicho@snu.ac.kr (Received : January 15 2009 Accepted : February 17 2009) ü j q j l š û. z z f w z w. z ü ƒ w w. z 122
마이크로 스파이크로 채취한 조직의 진단을 위한 미세 조직회수도구 Fig. 1. 21 Tissue extracting mechanism with micro-spike. 수도구 파라핀 블록으로 만드는 것이 가능해 진다. 또 한 조직회수도구를 polydimethylsiloxane (PDMS)로 제 작하여 조직회수도구를 포함한 파라핀 블록의 슬라이싱 이 가능하도록 하였다. 본 연구에서는 상기 조직회수도 구를 조직분리 파라핀 블록 제작 파라핀 블록 슬라이 싱 및 염색에 적용함으로써 생체 내에서 마이크로 스파 이크로 채취한 돼지 위장 조직의 세포관찰에 성공하였 다. 2. 조직회수도구의 구조 조직회수도구는 채취된 조직을 분리하는 챔버와 분 리된 조직의 유실을 막는 커버로 구성된다. 조직회수도 구에는 세 개의 마이크로 스파이크 역상 구조가 배열되 어있어 세 개의 마이크로 스파이크로부터 채취조직을 분리 할 수 있다. 챔버의 크기는 가로 15 mm 세로 7.25 mm 높이는 1.7 mm이고 커버의 크기는 가로 15 mm 세로 4.5 mm 높이는 1 mm이다. Fig. 2는 본 논문에서 제시한 조직회수도구를 사용하 여 마이크로 스파이크로 채취한 조직을 마이크로 스파 이크로부터 분리하는 과정의 개념도이다. 채취된 조직 을 가진 마이크로 스파이크를 조직회수도구로 밀어 넣 고 마이크로 스파이크를 아래로 내리면서 마이크로 스 파이크와 조직을 분리한다. 그 후 조직이 분리된 마이 크로 스파이크를 조직회수도구에서 제거하고 분리된 조 직의 유실을 막기 위하여 챔버의 양 끝 음각 레일을 따 라서 커버를 끼우게 된다. Fig. 3에서 보는 것과 같이 조직회수도구의 챔버는 총 4개의 층으로 구성된다. 첫 번째와 네 번째 층에는 직경 0.7 mm의 구멍이 가로 세로로 배열되어 있어 파라핀 블록 제작 과정에서 챔버 안으로의 용액 침투를 원활하 게 해준다. 두 번째 층은 채취된 조직을 가진 마이크로 스파이크가 조직회수도구 내로 들어가기 위한 층이다. 입구의 폭은 마이크로 스파이크의 폭과 같은 크기로 센서학회지 제 권 제 호 18 2 2009 Fig. 2. Fig. 3. Schematic of operation of the proposed microtissue collecting tool (a) (b) Inserting the microspike into chamber (c) Detaching the tissue by pushing down the micro-spike (d) Inserting the cover (e) Retaining the tissue in the micro-tissue collecting tool. 4 layers composition of micro-tissue collecting tool (a) chamber- 1 layer 4 layer (b) chamber -2 layer (c) chamber -3 layer (d) cover. st th nd rd 마이크로 스파이크가 조직회수도구로 들어갈 때 마이 크로 스파이크를 인도해 주는 역할을 한다. 세 번째 층 은 마이크로 스파이크와 마이크로 스파이크로 채취된 조직을 분리하는 층이다. 두 번째 층에서 세 번째 층으 123
정효영 구교인 이상민 반재원 박호수 방승민 송시영 조동일 22 Fig. 4. Fabrication process for micro-tissue collection tool (a) Silicon wafer molding process (b) PDMS replica layer and bonding process. 로 마이크로 스파이크를 내리면서 조직은 마이크로 스 Fig. 4(b)는 PDMS layer를 만들고 각각의 PDMS layer를 파이크와 분리되고 역상의 상단 부에 놓여지게 된다. 접착하는 공정도이다. PDMS prepolymer (10:1 part A:B sylgard 184 Silicone Elastomer Kit Dow-corning)를 Si wafer 주형에 붓고 도포한다. PDMS가 도포된Si wafer 공정 과정 주형을 60 C의 가열판에서 3시간 동안 경화한 후 경화 조직회수도구를 제작하기 위하여 Si wafer를 주형으 된 각 PDMS 층을 떼어낸다. 각 PDMS 층의 접착은 다 로 사용하여 PDMS layer를 만든 후 각각의 PDMS 음과 같은 도장 접착 공법을 사용한다. 혼합한 PDMS layer를 접착하는 기법을 사용하였다. Fig. 4(a)는 Si prepolymer를 dummy Si wafer에 도포한 후 PDMS layer wafer 주형 제작 공정도이다. 1 mm Si wafer 에 silicon 를 찍어서 PDMS layer에 얇은 PDMS prepolymer 층이 dioxide 증착 및 패터닝 하였다. 그 후 감광막 제거 공정 생기게 한다. 그리고 각각의 PDMS layer를 접착한 후 을 거쳐서 deep RIE로 마이크로 스파이크의 두께만큼 60 C의 가열판에서 3시간 동안 경화한다. Fig. 5는 접착 Si wafer를 500 µm 식각하였다. Silicon dioxide 제거 후 된 조직회수도구를 보여준다. PDMS가 Si wafer 주형에서 잘 떨어지도록 Si wafer 위 에 C F 을 증착시켜 소수성으로 표면 처리하였다. 실험 결과 조직회수도구를 사용하여 마이크로 스파이크로부터 조직이 분리되는 것을 검증하기 위한 실험으로 돼지에서 추출한 소장에 마이크로 스파이크를 사용하여 조직을 채 취한 후 고정 및 염색하여 관찰하였다. 고정 및 관찰과정 은 다음과 같다. 채취 조직을 4 % paraformaldehyde에 24 시간 이상 넣어 고정한 후 30 분간 PBS용액에서 세척 (washing)을 2번 하였다. 그 후 Hematoxylin & Eosin 염색 방법(Hematoxylin 5 분 DI water 5 분 3번 Eosin 1 분 DI water 5 분 2번)으로 세포염색 후 조직회수도구를 사용하여 마이크로 스파이크로부터 조직을 분리하였다. Completely bonded micro-tissue collecting tool. Fig. 6에서 보이는 것처럼 조직회수도구에 의해 마이크로 3. o [11] o [10] 4 8 4. [12] Fig. 5. 124 J. Kor. Sensors Soc. Vol. 18 No. 2 2009
마이크로 스파이크로 채취한 조직의 진단을 위한 미세 조직회수도구 Fig 6. Extracting the tissue from micro-spike using microtissue collecting tool. 스파이크로부터 조직이 분리되었다. Fig. 7은 마이크로 스파이크로 조직을 채취하고 최종 적으로 채취된 조직의 세포사진을 얻는 과정을 보여준 다. 우선 돼지 위장까지 내시경을 삽입 후 마이크로 스 파이크가 장착된 카테터로 돼지 위장 조직을 채취하였 다. 그 후 카테터에서 마이크로 스파이크를 분리하고 4 % paraformaldehyde에 넣어서 채취된 조직을 고정한 다. 고정된 채취조직을 분리하기 위한 과정으로 조직회 수도구를 사용하여 마이크로 스파이크에서 채취 조직 을 분리한다. 이후 파라핀 침투과정을 거쳐 파라핀 블록 으로 제작하였다. 조직회수도구가 들어있는 파라핀 블록 을 5 µm로 슬라이싱 한 후 Hematoxylin & Eosin 염색 방 법으로 염색하였다. 염색된 조직의 사진을 Fig. 8에서 볼 수 있다. 기존 핀셋을 이용한 조직 분리 방식으로는 조 Fig 7. Fig 8. 23 Optical micrograph of gastro-intestine tissue of a pig using micro-tissue collecting tool X400. 직 사진 획득률이 약10 % 내외였다. 하지만 조직회수도 구를 사용할 경우 조직 세포 사진 획득률을 90 %이상 으로 올릴 수 있었다. 5. 결 론 이번 연구에서 제작된 조직회수도구는 마이크로 스 파이크로 채취한 조직의 분리와 후속 조직관찰을 가능 하게 한다. 개발된 조직회수도구는 마이크로 스파이크 를 사용한 생검 시 채취조직 분리 문제 조직의 유실 문 제 파라핀 블록 슬라이싱 문제에 대한 해결 방법을 제 시하였다. 동물 생체 내에서 채취한 조직으로 획득한 세포 사진은 조직회수도구의 임상 적용 가능성을 보여 주고 있다. 결과적으로 본 연구에서 제안한 조직회수도 Diagnosis process for micro-spike biopsy using micro-tissue collecting tool (a) extracting tissue using micro-spike catheter (b) tissue fixation (c) tissue detaching (d) paraffin embedding (e) sectioning (f) H&E staining. 센서학회지 제 권 제 호 18 2 2009 125
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