KR100739198B1

KR100739198B1 - 조직 재생물 제조 방법

Info

Publication number: KR100739198B1
Application number: KR1020060048895A
Authority: KR
Inventors: 김근형; 김완두
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-07-13

Abstract

본 발명은 물에 녹는 생분해성 물질과 물에 녹지 않는 생분해성 물질을 전기 방사에 의해 나노 섬유사 형태로 분사하는 각각의 분사 노즐 각각을 일체 결합하여, 공정 단순화를 도모하며 적층형 조직 재생물을 제조하여 수용성 물질이 몸속 수분에 의해 녹도록 함으로써, 조직 재생 공간을 증가시킬 수 있도록 하는 조직 재생물 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 조직 재생물 제조 방법은, 수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 물이 공급되는 제 1 노즐과 폴리머 용액에 비수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 폴리머 용액이 공급되는 제 2 노즐로 이루어지는 분사 수단과 수집기 및 상기 각 노즐과 수집기에 선택적으로 고전압을 인가하는 고전압 발생 장치를 포함하는 조직 재생물 제조 장치를 이용하여 상기 수집기 상으로 분사 수단을 위치시키는 제 1 단계와, 상기 분사 수단의 제 1 노즐에 고전압을 인가하여 수용성 생분해성 나노 섬유사층을 형성하는 제 2 단계와, 상기 분사 수단의 제 2 노즐에 고전압을 인가하여 비수용성 생분해성 나노 섬유사층을 형성하는 제 3 단계 및 상기 제 2 단계와 제 3 단계를 교호로 반복 실시하는 단계로 이루어진다.

수용성, 비수용성, 적층, 노즐, 일체

Description

조직 재생물 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURE OF REGENERATION MATTER}

도 1은 본 발명에 따른 조직 재생물 제조 장치의 구성도.

도 2는 도 1의 분사 수단의 다른 실시예를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명의 조직 재생물 제조 장치에 의해 제조된 조직 재생물의 개략적인 단면도.

도 4는 종래 기술에 따른 조직 재생물 제조 장치를 나타낸 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 용액 저장 수단

11 : 제 1 용액 저장부, 12 : 제 2 용액 저장부

2 : 분사 수단

21 : 제 1 노즐, 22 : 제 2 노즐

3 : 수집기

31 : 스테이지

4 : 고전압 발생 장치

5 : 제어 컴퓨터

10 : 수용성 생분해성 나노 섬유사층

20 : 비수용성 생분해성 나노 섬유사층

본 발명은 조직 재생물을 제조 하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물에 녹는 생분해성 물질과 물에 녹지 않는 생분해성 물질을 전기 방사에 의해 나노 섬유사 형태로 분사하는 각각의 분사 노즐 각각을 일체 결합하여, 공정 단순화를 도모하며 적층형 조직 재생물을 제조하여 수용성 물질이 몸속 수분에 의해 녹도록 함으로써, 조직 재생 공간을 증가시킬 수 있도록 하는 조직 재생물 제조 방법에 관한 것이다.

인체내 기관이나 조직이 손상될 경우에 세포, 약물 지지체 등을 제공하여 효과적으로 조직을 재생하고 있는데, 조직 재생용 지지체는 임플란트 부위에서 물리적으로 안정하고 재생 효능을 조절할 수 있는 생리 활성을 갖아야 하며, 또한 새로운 조직을 형성한 후에는 생체 내에서 분해되어야 하고 이때, 분해산물이 독성을 갖지 않아야 한다.

이러한 조직 재생용 지지체는 종래 일정한 강도와 형태를 갖는 고분자를 이용한 스폰지 타입, 매트릭스 형태의 나노 섬유 또는 젤 타입의 세포 배양 지지체로 제조되며, 이러한 세포 배양 지지체(scaffold)는 특정 깊이 또는 높이를 갖는 3 차원 형상의 조직을 만들기 위해 중요한 역할을 한다.

조직 재생의 지지체(scaffold)를 이식하고 자기치유능력(self-healing power)을 이용하여 생체 내에서 조직을 재생하는 기술은 재생의료 또는 조직 공학이라고 불린다.

이러한 조직 재생에 이용되는 지지체는 피부나 인공 장기에 이식되어 세포 증식의 구조체가 되는데, 이를 제조하는 방법의 대표적인 예로 전기 방사 장치를 이용하여 나노 섬유사의 형태로 제조 하는 방법이 제안된 바 있다.

상기 전기 방사에 의한 나노 섬유 제조 방법은 전극의 한극을 고분자의 용액 내에 즉 노즐에, 다른 한극을 수집기(collector)에 위치하도록 하고, 서로 반대 극성을 가지는 두 전극 사이에 고전압을 인가함으로써 노즐을 통해 액체 분사물(jet)이 방출되도록 하여 방출된 용액이 수집기 표면에 섬유사 형태로 직접 방사되도록 하는 것이다.

도 4는 종래 기술에 따른 조직 재생물 제조 장치를 나타낸 구성도로, 도면을 참조하면 물에 녹는 수용성 고분자인 폴리에틸렌옥사이드(poly-ethyl-oxide: PEO)가 용해된 제 1 용액 저장부(100)와, PCL[poly (ε-caprolactone)] 용액에 물에 잘 녹지 않은 BMF가 용해된 제 2 용액 저장부(200), 상기 제 1 용액 저장부(100)와 제 2 용액 저장부(200)로부터 저장된 용액을 각각 공급받아 전기 방사에 의해 분사시키기 위한 제 1 노즐(300), 제 2 노즐(400)과, 상기 제 1 노즐(300) 또는 제 2 노즐(400)에서 방사되는 용액이 섬유사 형태로 그 표면에 집적되도록 상기 노즐 하부에 구비되는 수집기(500)와, 상기 제 1 노즐(300) 또는 제 2 노즐(400)과 수집기(500)에 전압을 걸어주기 위해 상기 제 1 노즐(300)과 수집기(500) 사이 및 제 2 노즐(400)과 수집기(500) 사이에 접속되는 전압 발생 장치(600)를 포함하여 구성된다.

이러한 종래의 조직 재생물 제조 장치에 따르면 용액을 제 1 노즐(300)과 제 2 노즐(400)을 수집기(500) 상으로 교호로 이동시키면서 전기 방사시켜 조직 재생물을 제조한다.

그런데, 이러한 종래의 조직 재생물 제조 장치를 이용하면 제 1 노즐과 제 2 노즐을 별도로 구비하고, 각 노즐을 번갈아가면서 수집기 상에 위치시키고 고전압을 번갈아가면서 인가하여 전기 방사를 해야 하므로 공정이 번거로울 뿐만 아니라, 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 조직 재생물 제조 장치를 이용하여 제조한 조직 재생물은 기공도가 낮아 세포 증식에 필요한 증식 공간이 부족한 단점이 있었다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 물에 녹는 생분해성 고분자 물질이 용해된 수용성 용액이 공급되는 수용성 공급 노즐과 비수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 합성 고분자 용액이 공급되는 합성 고분자 용액 공급 노즐을 별도로 구비하고, 각 노즐을 일체로 결합시켜, 각각의 노즐의 전기 방사를 교호로 실시할 수 있도록 함으로써 적층형 조직 재생물을 용이하게 제조할 수 있도록 하는 조직 재생물 제조 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 물에 녹는 생분해성 고분자 물질이 용해된 수용성 용액으로부터 전기 방사된 수용성 생분해성 나노 섬유사층과 물에 녹지 않는 생분해성 고분자 물질이 용해된 합성 고분자 용액으로부터 전기 방사된 비수용성 생분해성 나노 섬유사층이 교호로 적층된 조직 재생물을 제조함으로써, 수용성의 나노 섬유사가 몸 속 수분에 의해 녹게 하여 세포 증식 공간을 증대시킬 수 있는 조직 재생물 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 조직 재생물 제조 방법은, 수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 물이 공급되는 제 1 노즐과 비수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 폴리머 용액이 공급되는 제 2 노즐로 이루어지는 분사 수단과 수집기 및 상기 각 노즐과 수집기에 선택적으로 고전압을 인가하는 고전압 발생 장치를 포함하는 조직 재생물 제조 장치를 이용하여 상기 수집기 상으로 분사 수단을 위치시키는 제 1 단계와, 상기 분사 수단의 제 1 노즐에 고전압을 인가하여 수용성 생분해성 나노 섬유사층을 형성하는 제 2 단계와, 상기 분사 수단의 제 2 노즐에 고전압을 인가하여 비수용성 생분해성 나노 섬유사층을 형성하는 제 3 단계 및 상기 제 2 단계와 제 3 단계를 교호로 반복 실시하는 단계로 이루어진다.

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본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

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도 1은 본 발명에 따른 조직 재생물 제조 장치의 구성도로, 본 발명은 용액 저장 수단(1)과, 분사 수단(2)과, 수집기(3) 및 고전압 발생 장치(4)를 포함하여 이루어진다.

상기 용액 저장 수단(1)은 제 1 용액 저장부(11)와 제 2 용액 저장부(12)로 구성되며, 상기 제 1 용액 저장부(11)에는 물에 녹는 수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 용액이 저장되는 것으로, 예를 들어 폴리에틸렌옥사이드(poly-ethyl-oxide: PEO)과 같은 수용성 고분자 물질이 물에 용해되어 있다.

또한, 상기 제 2 용액 저장부(12)에는 비수용성 고분자 물질이 용해된 용액이 저장되는 것으로, 예를 들어 BMF와 같은 성장 인자가 PCL[poly (ε-caprolactone)] 폴리머 용액에 용해되어 있다.

상기 분사 수단(2)은 용액을 공급받아 전기 방사에 의해 용액을 하부로 토출시키는 것으로, 상기 제 1 용액 저장부(11)로부터의 용액이 공급되는 제 1 노즐(21)과 제 2 용액 저장부(12)로부터의 용액이 공급되는 제 2 노즐(22)이 일체로 결합되어 구성된다.

이때, 상기 분사 수단(2)은 도 2에 도시된 바와 같이 일정 간격을 두고 다수로 배치되는 멀티 노즐 어레이 형태로 구성하여, 조직 재생물을 신속하게 제조할 수 있다.

상기 수집기(3)는 분사 수단(2)으로부터 방사되는 용액이 섬유사 형태로 집적되는 것으로, X-Y 방향으로 이동가능하게 2축 스테이지(31)로 구성하여 수집기(3)를 X방향 또는 Y 방향으로 이동시킴으로써 수집기(3) 상에 집적되는 섬유사가 어느 한곳에 밀집되지 않고 균일하게 형성될 수 있도록 하거나, 임의로 특정 영역에만 밀집시킬 수 있다.

한편, 상기 고전압 발생 장치(4)는 상기 수집기(3)와 상기 분사 수단(2)의 상기 제 1 노즐(21)과 상기 제 2 노즐(22)에 선택적으로 고전압을 인가하도록 구성되며, 고전압 발생 장치(4)의 선택적인 구동을 위하여 제어 컴퓨터(5)를 더 구성하여, 제어 컴퓨터(5)에서 고전압 발생 장치(4)를 제어하도록 한다.

이러한 본 발명의 조직 재생물 제조 장치를 이용한 조직 재생물 제조 방법을 간략하게 설명하면, 제 1 노즐(21)과 제 2 노즐(22)이 일체로 결합된 분사 수단(2)을 수집기(3) 상에 위치시키고 제어 컴퓨터()에서 고전압 발생 장치(4)로 제어 신호를 출력하여 상기 수집기(3)와 제 1 노즐(21) 및 제 2 노즐(22)에 선택적으로 고전압을 인가하도록 하되, 고전압을 교호로 인가하도록 한다.

이에 따라, 제 1 노즐(21)과 제 2 노즐(22)의 전기 방사가 교호로 이루어져 수집기(3) 상에 나노 섬유사 형태의 고분자 물질이 교호로 적층된다.

이와 같이 발명의 조직 재생물 제조 장치는, 수용성 고분자 물질이 공급되는 제 1 노즐(21)과 비수용성 고분자 물질이 공급되는 제 2 노즐(22)을 각각 구비하고, 이를 일체로 결합시킨 후 제어 컴퓨터(5)에서 상기 고전압 발생 장치(4)로 제어 신호를 출력하여 제 1 노즐(21)과 제 2 노즐(22)의 전기 방사가 교호로 이루어지도록 하는 것이다.

이에 따라, 본 발명에 따르면 종래의 각 노즐을 번갈아가면서 수집기 상으로 이동시켜 전기 방사를 진행하는 경우 공정상의 번거로움으로 인해 생산성이 저하되는 문제점을 해결하여, 공정의 단순화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

도 3은 본 발명의 조직 재생물 제조 장치에 의해 제조된 조직 재생물의 개략적인 단면도로, 본 발명의 피부나 인공 장기 조직 재생물은 조직 재생의 지지체를 나노 섬유사 형태로 제조하는 전기 방사 장치 및 그를 이용한 제조 방법에 의해 제조된 조직 재생물에 있어서, 수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 수용성 용액으로부터 전기 방사된 수용성 생분해성 나노 섬유사층(10)과 물에 녹지 않는 생분해성 고분자 물질이 용해된 합성 고분자 용액으로부터 전기 방사된 비수용성 생분해성 나노 섬유사층(20)이 교호로 다수의 층이 적층된 구조로 이루어진다.

이와 같은 본 발명의 조직 재생물은 물에 녹는 생분해성 고분자 물질의 나노 섬유사층과 물에 녹지 않는 생분해성 고분자 물질의 나노 섬유사층이 교호로 다수 적층된 구조로 이루어지기 때문에, 수용성의 나노 섬유사가 몸 속 수분에 의해 녹아 세포 증식 공간이 증대된다.

다시 말해, 상기 수용성 나노 섬유사층과 비수용성 나노 섬유사층이 적층되기 때문에, 몸속에 이식될 경우 몸속 수분에 의해 수용성 나노 섬유사층이 녹아 그 공간만큼이 다공성층으로 되어, 조직 재생 공간이 더 증가함에 따라 조직 재생이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 조직 재생물 제조 방법은 수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 물이 공급되는 수용성 공급 노즐과 비수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 합성 고분자 용액이 공급되는 합성 고분자 용액 공급 노즐을 별도로 구비하고, 각 노즐을 일체로 결합시켜, 각각의 노즐의 고전압을 선택적으로 교호로 인가하여 전기 방사가 교호로 이루어지도록 함으로써 공정 번거로움을 해소하여 제조 효율성 향상을 통해 생산성을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

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본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims

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수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 물이 공급되는 제 1 노즐과 비수용성 생분해성 고분자 물질이 용해된 폴리머 용액이 공급되는 제 2 노즐로 이루어지는 분사 수단과 수집기 및 상기 각 노즐과 수집기에 선택적으로 고전압을 인가하는 고전압 발생 장치를 포함하는 조직 재생물 제조 장치를 이용하여 상기 수집기 상으로 분사 수단을 위치시키는 제 1 단계와,

상기 분사 수단의 제 1 노즐에 고전압을 인가하여 수용성 생분해성 나노 섬유사층을 형성하는 제 2 단계와,

상기 분사 수단의 제 2 노즐에 고전압을 인가하여 비수용성 생분해성 나노섬유사층을 형성하는 제 3 단계, 및

상기 제 2 단계와 제 3 단계를 교호로 반복 실시하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조직 재생물 제조 방법.
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