KR100901734B1 - 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터에 관한 것으로, 더 상세하게는 3축이동하면서 공급받은 생체중합용액을 노즐을 통해 배출하여 3차원의 인공조직을 제조하는 바이오플로터에 있어서, 배출되는 생체중합용액이 점탄성에 의해 서로 뭉쳐 덩어리화되어 불규칙하게 배출되는 것을 방지하도록 노즐 내면에 굴곡면을 형성해 표면의 마찰력을 증가시킴으로 점탄성에 의해 수직방향으로 뭉치는 현상을 방지하도록 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터에 관한 것이다.

본 발명은 저장탱크로부터 생체중합체용액을 공급받아 배출하는 플로터본체의 노즐 내면을 굴곡면으로 형성하여 상기 굴곡면의 형태에 따라 배출되는 생체중합체용액의 외주면에 굴곡이 형성되도록 하였다. 이와같이 배출되는 생체중합체용액의 표면에는 노즐의 굴곡면과 동일한 굴곡이 형성되어 점탄성에 저항하도록 하며, 나선구조에 의해 점탄성의 변화를 수평방향으로 분산되도록 함으로써 점탄성에 의해 수직방향으로 뭉치는 현상을 방지하도록해 균일한 배출이 가능하게 하는 효과가 있다.

바이오플로터, 노즐, 굴곡면, 생체중합체, 인공조직

Description

굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터{Bio-plotter with Nozzle Formed Distorted Surface}

본 발명은 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터에 관한 것으로, 더 상세하게는 3축이동하면서 공급받은 생체중합용액을 노즐을 통해 배출하여 3차원의 인공조직을 제조하는 바이오플로터에 있어서, 배출되는 생체중합용액이 점탄성에 의해 서로 뭉쳐 덩어리화되어 불규칙하게 배출되는 것을 방지하도록 노즐 내면에 굴곡면을 형성해 표면의 마찰력을 증가시킴으로 점탄성에 의해 수직방향으로 뭉치는 현상을 방지하도록 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터에 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.

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

조직 공학의 일례로 관절 연골을 재생하는 방법을 들 수 있으며, 상기 관절 연골 재생 방법은 연골 세포를 지지체로 하는 인공 보철물을 형성한 후 이 인공 보철물을 손상 부위에 이식함으로써, 손상 관절 부위에서 연골 세포가 재생되도록 하는 것이다.

상기 인공 보철은 연골 세포 등을 시드(Seed)로 이용하여 3차원 형상으로 형성한 지지체로 이루어진다. 이러한 3차원 형상의 지지체를 형성하기 위한 방식으로 기존에는 급속 조형(Rapid Prototyping) 방식, 그중 적층형 급속조형 방식이 이용되고 있다.

상기 적층형 급속 조형 방식은 원하는 형상의 조형물을 얻기 위하여 다수의 층으로 분할 시트를 가공한 후에 이들을 순차로 적층해서 원하는 형상으로 제조하는 것으로, CAD 시스템으로 모델링한 3차원 형상을 일정한 두께를 갖는 다수의 시트로 분할하여 슬라이스 데이터로 변경한 후에 이를 토대로 판형태의 시트를 조형하고 이를 쌓아서 조형물을 제조하는 방법이다.

이러한, 종래 기술에 의한 3차원 조직 재생물 제조 방법에 의하면, 3차원 형상을 일정하게 모델링하고 이를 일정 두께의 다수의 시트로 분할 제작하고, 분할 제작된 다수의 시트를 순차로 적층하여 제조한다. 예컨대 특허등록번호 제0736840호(2007.07.02)에서는 3차원 형상의 기초뼈대를 형성하는 플로터와, 상기 기초뼈대의 표면에 나노섬유사 형태의 세포배양 지지체를 형성하는 전기방사장치를 일체로 형성된 장치를 제시하여 제조시간을 단축시키는 장치를 제공하고 있다.

이와같이 종래에는 다수의 적층에 의해 인공조직의 기초뼈대를 형성하는 방법에 대해 중점적으로 연구가 진행되었다. 이러한 장치는 도 10을 참조한 바와같이 제어부(3)에 의해 3차원이동되는 플로터본체(1)의 노즐(2)을 통해 생체중합체용액을 배출하게 되는데 상기 생체중합체용액은 점성이 커서 배출과정에 서로 뭉쳐지게 됨으로 균일한 배출이 이루어지기 힘들다. 즉, 생체중합체용액은 노즐을 통과하면서 어느정도 압축이 이루어지고 나오는 순간 탄성력에 부풀어져 뭉쳐지게 됨으로 정량의 배출이 어렵다. 따라서, 생체중합용액이 불규칙하게 배출되어 인쇄면의 두 께도 불규칙화됨으로 정교한 인조조직의 제조가 어려웠다.

이에 본 출원인은 특허출원 10-2007-107475(2007.10.24)에서 노즐에 회전수단을 구비한 바이오플로터를 제시하였다. 상기건은 회전수단(4)에 의해 노즐을 회전시킴으로써 노즐을 통해 생체중합체용액이 배출되는 과정에서 용액의 점탄성에 의해 수직방향으로 뭉치는 것을 수평방향으로 분산시켜 균일한 배출이 이루어지도록 하고 있다. 그러나 상기 방법도 플로터본체에 노즐을 회전시키기 위한 회전수단을 장착해야 하는 번거로움이 있어 추가 장착없이 생체중합체용액을 균일하게 배출할 수 있는 대안이 필요하다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터는,

3축으로 이동하면서 생체중합체용액이 저장된 저장탱크로부터 공급받은 용액을 노즐을 통해 스테이지에 배출하여 3차원 구조의 기초뼈대를 형성하는 플로터본체와, 상기 플로터본체의 이동을 제어하는 제어부로 이루어진 바이오플로터에 있어서, 상기 바이오플로터 본체의 노즐은 생체중합체용액이 배출되는 유로가 축방향으로 길게 형성된 형태이고, 유로를 형성하는 내면이 굴곡면으로 형성되어 배출되는 생체중합체용액의 표면에 굴곡을 형성시켜 배출시 생체중합체용액의 점탄성이 최소화되도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 굴곡면은 완만한 곡면으로 형성하거나 다양한 형태를 갖는 홈을 일정각으로 배열하는 방법으로 형성할 수 있으며, 노즐의 축방향에 나선으로 형성할 수 있다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터는,

저장탱크로부터 생체중합체용액을 공급받아 배출하는 플로터본체의 노즐 내면을 굴곡면으로 형성하여 상기 굴곡면의 형태에 따라 배출되는 생체중합체용액의 외주면에 굴곡이 형성되도록 하였다. 이와같이 배출되는 생체중합체용액의 표면에는 노즐의 굴곡면과 동일한 굴곡이 형성되어 점탄성에 저항하도록 하며, 나선구조에 의해 점탄성의 변화를 수평방향으로 분산되도록 함으로써 점탄성에 의해 수직방향으로 뭉치는 현상을 방지하도록해 균일한 배출이 가능하게 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오플로터를 도시한 개략도이다.

도시된 바와같이 본 발명에 따른 바이오플로터(10)는 노즐(50)이 형성된 플로터본체(20)와, 상기 플로터본체에 생체중합체용액을 공급하는 저장탱크(40)와, 상기 플로터본체의 3차원이동을 제어하는 제어부(30)로 구성되어 저장탱크(40)로부터 공급받은 생체중합체용액을 노즐을 통해 배출한다.

특히 상기 생체중합체용액은 점탄성을 갖고 있어 노즐을 통해 배출되는 과정에서 응집이 이루어져 뭉쳐지게 됨으로 일정한 배출을 위해서는 점탄성에 의한 응집을 최소화하여야 한다. 본 발명에서는 긴 유로를 갖는 바이오플로터 노즐(50)의 내면에 굴곡면(51)을 형성하여 배출되는 생체중합체용액의 점탄성을 최소화하도록 하였다.

예컨대, 도2를 참조한 바와같이 노즐(50) 내면에는 완만한 곡선이 연속적으로 형성된 스플라인 곡면으로 형성하도록 할 수 있다. 상기 노즐내면의 스플라인 곡면 형태의 굴곡면(51)은 배출되는 생체중합체용액의 표면인 외주면에 동일한 굴곡면을 형성하여 수직방향으로의 응집에 저항하도록 함으로써일정량의 배출이 이루어지도록 하고 있다.

상기 노즐(50)의 굴곡면(51)은 도 3a를 참조한 바와같이 반원홈이 연속적으로 형성된 물결무늬로 이루어지도록 할 수 있다. 상기 물결무늬도 생체중합체용액의 배출표면에 굴곡면을 형성하여 수직방향의 응집에 저항하도록 한 것이며, 도 3b에 도시된 바와같이 상기 반원홈은 노즐(50)내면에 불연속적으로 일정각을 갖게 다수 배열되는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 굴곡면(51)은 홈 이외에 도 4a를 참조한 바와같이 반원돌기가 연속적으로 돌출형성되도록 하거나, 도 4b를 참조한 바와같이 불연속적으로 반원돌기가 돌출형성 되도록 할 수 있다.

다음으로 도 5를 참조한 바와같이 굴곡면(51)을 "V"자 홈이 연속적으로 형성된 형태로 형성하거나, 도 6a에 도시된 바와같이 "V"자 홈이 불연속적으로 형성되게 할 수 있다. 아울러 도 6b에 도시된 바와같이 노즐(50) 내면의 굴곡면(51)은 "V"자 돌기를 불연속적으로 형성되도록 하여 배출되는 생체중합체용액의 배출표면 에 굴곡이 형성되도록 할 수 있다.

상기한 바와같이 형성된 홈 또는 돌기 형태를 갖는 굴곡면(51)은 노즐(50) 축방향으로 직선의 형태로 형성되거나, 도 7에 도시된 바와같이 나선으로 감기는 형태로 형성되도록 할 수 있다. 상기 나선으로 형성될 경우에는 생체중합체용액의 표면에 형성되는 굴곡과 더불어 배출되는 생체중합체용액이 나선으로 회전되어 배출됨으로 응집력이 원심력에 의해 일정량 분산되도록 함으로써 뭉침현상을 방지하도록 한다.

아울러 도 8a에 도시된 바와같이 상기 굴곡면(51)을 형성하는 각 형태의 홈은 수직상으로 다수의 돌출부(52)가 형성되도록 하여 이동되는 생체중합체용액의 내부 응집력을 분산시키도록 할 수 있으며, 굴곡면(51)을 돌기로 형성할 경우에는 도 8b에 도시된 바와같이 다수의 홈부(53)가 수직상으로 형성되도록 하여 상기한 바와같은 효과가 나타나도록 할 수 있다.

도 9를 참조한 바와같이 상기한 형태의 굴곡면(51)을 갖는 노즐(50)은 생체중합체용액(60)을 배출하면서 배출되는 생체중합체용액의 표면인 외주면에 굴곡면과 동일한 굴곡을 배출축방향인 수직방향으로 형성시킴으로써 수직응집력에 저항이 형성되어 뭉침현상을 방지할 수 있는 것이다. 또한, 배출되면서 생체중합체용액(60)의 폴리머고리를 정배열하게 함으로써 수직응집력을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오플로터를 도시한 개략도.

도 2 내지 도 6b는 본 발명에 따른 다양한 형태의 굴곡면을 갖는 노즐 단면을 도시한 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 굴곡면이 나선으로 형성된 노즐을 도시한 개략사시도.

도 8a와 도 8b는 수직방향으로 돌출부와 홈부가 각각 형성된 노즐을 도시한 수직단면도.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 노즐로 생체중합체용액이 배출되는 과정을 도시한 개략사시도.

도 10은 종래 바이오플로터를 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 바이오플로터 20 : 플로터본체

30 : 제어부 40 : 저장탱크

50 : 노즐 51 : 굴곡면

52 : 돌출부 53 : 홈부

60 : 생체중합체용액

Claims (13)

1. 3축으로 이동하면서 생체중합체용액이 저장된 저장탱크(40)로부터 공급받은 용액을 노즐(50)을 통해 스테이지에 배출하여 3차원 구조의 기초뼈대를 형성하는 플로터본체(20)와, 상기 플로터본체의 이동을 제어하는 제어부(30)로 이루어진 바이오플로터(10)에 있어서,

   상기 바이오플로터 본체의 노즐(50)은 생체중합체용액이 배출되는 유로가 축방향으로 길게 형성된 형태이고, 유로를 형성하는 내면이 굴곡면(51)으로 형성되어 배출되는 생체중합체용액의 표면에 굴곡을 형성시켜 배출시 생체중합체용액의 점탄성이 최소화되도록 한 것을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 굴곡면(51)은 완만한 곡면이 연속형성된 스플라인곡면으로 이루어짐을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 굴곡면(51)은 반원홈이 연속적으로 형성된 물결무늬로 이루어짐을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
4. 제1항에 있어서,

   상기 굴곡면(51)은 원형의 노즐(50)내면에 반원홈이 등각으로 다수 배열되어 이루어짐을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
5. 제1항에 있어서,

   상기 굴곡면(51)은 노즐(50)내면에 “V”자 홈이 연속적으로 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
6. 제1항에 있어서,

   상기 굴곡면(51)은 원형의 노즐(50)내면에 “V”자 홈이 등각으로 다수 배열되어 이루어짐을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
7. 제3항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 홈은 노즐(50) 축방향에 나선으로 형성됨을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
8. 제3항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 홈은 수직방향으로 돌출부(52)가 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
9. 제1항에 있어서,

   상기 굴곡면(51)은 반원돌기가 연속적으로 돌출된 형태로 이루어짐을 특징으 로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
10. 제1항에 있어서,

    상기 굴곡면(51)은 원형의 노즐(50)내면에 반원돌기가 불연속적으로 등각을 갖게 다수 배열되어 이루어짐을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
11. 제1항에 있어서,

    상기 굴곡면(51)은 원형의 노즐(50)내면에 “V”자 돌기가 등각으로 다수 배열되어 이루어짐을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
12. 제9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 돌기는 노즐(50) 축방향에 나선으로 형성됨을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.
13. 제9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 돌기는 수직방향으로 홈부(53)가 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 굴곡면이 형성된 노즐을 갖는 바이오플로터.

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