KR101118107B1

KR101118107B1 - 세포 배양용 지지체 성형장치

Info

Publication number: KR101118107B1
Application number: KR1020110016700A
Authority: KR
Inventors: 홍국선
Original assignee: 홍국선
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-03-09

Abstract

본 발명은 지질이 제거된 인체 피부 대체용 또는 세포 배양용 지지체를 안정적으로 성형하는 세포 배양용 지지체의 성형장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이를 달성하기 위하여, 수평부와 수직부로 구성된 장치 본체; 상기 장치 본체의 수평부에 부설되며, 세포 배양용 지지체가 성형되는 작업대; 상기 작업대의 상부에 배치되며, 상기 장치 본체의 수직부에 부설되며, 하나 이상의 디스펜서를 구비하는 디스펜서 기구; 및 상기 작업대를 디스펜서 기구에 대하여 혹은 상기 디스펜서 기구를 상기 작업대에 대하여 이동시키는 이송수단;을 포함하며, 상기 디스펜서는 상부로 고상 원료를 투입하는 실린지, 상기 실린지의 상부에 장착되며 중심에 공기공급제어관이 연결되는 실린지 뚜껑, 상기 실린지의 하부에 결합되는 노즐 및 상기 실린지가 끼워지며 실린지를 가열하여 실린지 내부에 있는 고상의 원료를 용융시키는 가열부를 포함하여 구성되어, 상기 디스펜서 기구 혹은 상기 작업대의 이동과 함께, 상기 디스펜서 기구로 투입된 원료를 용융 배출시켜 세포 배양용 지지체를 성형하는 세포 배양용 지지체 성형장치를 제공한다.

Description

세포 배양용 지지체 성형장치{Forming Apparatus For Cell Culture Scaffold}

본 발명은 세포 배양용 지지체를 성형하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물에 녹는 생분해성 고체로 이루어진 원료를 실린지 내부에 투입한 후 가열하여 원료 용융물로 형성한 후 이를 공압 또는 모터를 이용한 압출로 밀어내어 지지체를 성형하는 세포 배양용 지지체 성형장치에 관한 것이다.

최근, 세포나 조직을 인비트로(생체 밖)에서 배양하여 다시 생체에 적용함으로써 치료를 실시하는 조직 공학이나 재생의료가 주목받고 있다. 특히 환자 본인이나 도너의 피부 또는 구강점막 등의 일부를 채취하여 시트형상으로 배양한 후 생체에 적용하는 기술에 관해서는 실용화 단계에 이르렀다,

예컨대, 피부의 경우 모반, 궤양, 열상, 문신 등의 치료나 이식용 피부를 채취한 피부 채취부에 배양상피(표피) 세포 시트의 이식이 시도되고 있다.

또한, 구강점막의 경우, 치주병이나 악성 종양 등의 구강내 질환에 의한 잇몸 및 점막조직의 창상, 결손에 대한 치료로서 구강점막 상피세포를 사용한 배양 세포 시트의 이식이 시도되고 있다. 이들 배양세포 시트는 조직공학의 수법을 사용하여 제작되고 상피(표피) 세포가 5~10 층으로 증층화된 얇은 시트 형상의 구조가 되도록 배양플라스크 내에서 배양한 후, 배양 플라스크로부터 박리하여 이식에 제공되고 있다.

그러나, 이와 같은 배양세포 시트의 제작은 배양조직이 번잡하여 보통의 의료 기관에서 용이하게 할 수 있는 것은 아니다. 그로 인해 충분한 배양설비가 갖추어지고 숙련된 배양기술을 가진 대학병원 등의 전문설비에서만 배양세포의 이식치료가 실시되고 있는 것에 불과하다.

한편, 인체 내 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 가져야 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 스펀지 타입, 매트릭스 형태의 나노섬유 또는 젤 타입의 세포 배양 지지체로 제조되며, 이러한 세포 배양 지지체는 특정 깊이 또는 높이를 갖는 3차원 형상의 조직을 만들기 위해 중요한 역할을 한다.

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 제조하는 방법이 제안된 바 있다.

그러나, 상기와 같이 알려진 전기 방사 장치를 이용하면 고전압을 번갈아 가면서 인가하여 전기 방사를 해야 하므로 공정이 번거로울 뿐만 이니라, 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 이러한 조직 재생물 제조장치를 이용하여 제조한 조직 재생물은 가공도가 낮아 세포 증식에 필요한 증식 공간이 부족하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,

지질이 제거된 인체 피부 대체용 또는 세포 배양용 지지체를 안정적으로 성형하는 세포 배양용 지지체의 성형장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 작은 세포 배양용 지지체를 정확하게 성형하는 것이 가능할 뿐만 아니라 사용이 쉬우면서도 생산성이 좋은 성형장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 다음과 같은 세포 배양용 지지체 성형장치를 제공한다.

본 발명은 수평부와 수직부로 구성된 장치 본체; 상기 장치 본체의 수평부에 부설되며, 세포 배양용 지지체가 성형되는 작업대; 상기 작업대의 상부에 배치되며, 상기 장치 본체의 수직부에 부설되며, 하나 이상의 디스펜서를 구비하는 디스펜서 기구; 및 상기 작업대를 디스펜서 기구에 대하여 혹은 상기 디스펜서 기구를 상기 작업대에 대하여 이동시키는 이송수단;을 포함하며, 상기 디스펜서는 상부로 고상 원료를 투입하는 실린지, 상기 실린지의 상부에 결합되며 중심에 공기공급제어관이 부설되어 있는 실린지 뚜껑, 상기 실린지의 하부에 결합되는 노즐 및 상기 실린지가 끼워지며 실린지를 가열하여 실린지 내부에 있는 고상의 원료를 용융시키는 가열부를 포함하여 구성되어, 상기 디스펜서 기구 혹은 상기 작업대의 이동과 함께, 상기 디스펜서 기구로 투입된 원료를 용융 배출시켜 세포 배양용 지지체를 성형하는 세포 배양용 지지체 성형장치를 제공한다.

이때, 상기 이송수단은 상기 작업대와 상기 디스펜서 기구가 서로에 대하여 X-Y-Z축 방향으로 상대 운동되도록 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 기구를 이동시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이송수단은 지지체의 성형이 안정적으로 이루어지도록, 상기 디스펜서 기구를 X축 방향으로 이동시키는 제1 구동부와; 상기 작업대를 Y축 방향으로 이동시키는 제2 구동부를 포함할 수 있다.

나아가, 상기 이송수단은 상기 디스펜서 기구를 Z축 방향으로 이동시키는 제3 구동부를 더 포함하며, 상기 제1 내지 제3 구동부는 모터, 상기 모터에 연결된 볼스크류 및 상기 볼스크류에 연결된 커플링을 포함하며, 상기 커플링에 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 기구가 연결되어 상기 모터의 회전에 따라서 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 기구가 이동될 수 있다.

본 발명에서 상기 디스펜서 기구는 성형 전 디스펜서의 Z축 방향 위치를 조절하도록 상기 디스펜서에 연결된 높이조절수단을 더 포함할 수 있으며, 이를 통하여 정밀한 디스펜서 위치 조절이 가능하다.

또한, 본 발명의 디스펜서에서 상기 가열부는 실린지가 삽입되는 중공부를 포함하여, 상기 가열부 내부로 삽입되는 실린지를 상기 가열부가 가열하며, 상기 디스펜서는 지지대를 통하여 상기 본체에 연결되며, 상기 지지대에서 디스펜서의 흔들림을 방지하도록 상기 지지대는 상기 디스펜서를 고정하는 고정부재를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 위와 같은 구성을 통하여, 3차원 세포 배양용 지지체를 안정적으로 성형하며 생산성이 뛰어난 세포 배양용 지지체 성형장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 다양한 크기의 세포 배양용 지지체를 정밀하게 성형하는 것이 가능하며, 본 발명에 따른 성형 장치는 초기 위치를 미세 조정하여 배출되는 용융 원료의 단면이 원형이 되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치의 저면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치의 디스펜서 기구의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치의 디스펜서 기구의 사용 사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치의 작업대의 분해사시도이다.
도 8a는 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치에 의해 성형된 세포 배양용 지지체의 가장자리부의 SEM 사진이다.
도 8b는 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치에 의해 성형된 세포 배양용 지지체의 중앙부의 SEM 사진이다.

이하, 본 발명의 일실시예에 의해 이루어진 구성 및 작동상태를 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하되, 첨부된 도면은 본 발명의 일실시예를 구체적으로 설명하는 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 도면 또는 상기 도면을 참조한 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 사시도가, 도 2에는 세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 측면도가, 도 3에는 세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 정면도가, 도 4에는 세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 저면도가 도시되어 있다.

도면에서 보이듯이, 본 발명의 성형장치(100)는 수평부(3)와 수직부(2)를 포함하는 장치 본체(1), 상기 장치 본체(1)의 수평부(3)에 부설되며, 세포 배양용 지지체가 성형되는 작업대(10); 상기 작업대(10)의 상부에 배치되며, 상기 장치 본체(1)의 수직부(2)에 부설되며, 하나 이상의 디스펜서(210)를 구비하는 디스펜서 기구(200); 및 상기 작업대(10)를 디스펜서 기구(200)에 대하여 혹은, 상기 디스펜서 기구(200)를 상기 작업대(10)에 대하여 이동시키는 이송수단(30, 40, 50);을 포함하여 구성된다.

상기 장치 본체(1)는 수평부(3)에 수직부(2)가 연결되어 있으며, 상기 수평부(3)의 아래에는 받침대(5)가 상기 수평부(3)의 각 모서리에 배치되어 있다. 이러한 상기 받침대(5)는 높이 조절이 가능하도록 구성되며, 따라서, 상기 수평부(3)의 수평위치를 조절할 수 있다.

상기 수평부(3)의 일측면에 수직부(2)가 연결되며, 상기 수직부(2)에는 디스펜서부(200)를 X축 방향으로 이동시키는 제1 구동부(30)가 배치되며, 상기 수평부(3)에는 작업대(10)를 Y축 방향으로 이동시키는 제2 구동부(40)가 배치된다. 상기 수직부(2)에는 상기 제1 구동부(30)와 함께 상기 디스펜서부(200)를 Z축 방향으로 이동시키는 제3 구동부(50)가 배치된다.

상기 제1 구동부(30)는 모터(31, 도 2 참조), 상기 모터(31)에 연결된 벨트(33), 상기 벨트(33)에 연결된 풀리(34) 및 상기 풀리(34)와 일체로 회전하며 X축 방향으로 연장된 볼스크류(36)를 포함하여 구성되며, 상기 볼스크류(36)에는 지지플레이트(35)가 연결되어, 상기 모터(31)의 회전으로 상기 볼스크류(36)가 회전됨에 따라서, 상기 지지플레이트(35)가 X축 방향으로 이동된다.

이때, 보다 안정적이고 확실한 이동을 위하여 상기 볼스크류(36)의 상하방향으로는 안내부(32)가 형성되며, 상기 안내부(32)는 돌기형으로 형성되어, 대응하는 상기 지지플레이트(35)의 홈에 삽입되며, 따라서 상기 지지플레이트(35)는 상기 안내부(32)를 따라서 상기 모터(31)의 구동에 따라서 이동할 수 있다.

상기 제2 구동부(40)는 모터(41, 도 2 참조), 모터(41)와 볼스크류(46, 도 4참조)를 연결하는 커플링(47) 및 Y축 방향으로 연장된 볼스크류(46)를 포함한다. 상기 볼스크류(46)에 지지플레이트(45)가 연결되어, 상기 모터(41)의 회전으로 상기 볼스크류(46)가 회전할 때, 그에 따라서 상기 지지플레이트(45)가 Y축 방향으로 이동된다.

상기 제2 구동부(40)의 경우에 상기 모터(41)와 볼스크류(46)가 동일 회전축을 가지고 회전하므로 별도의 벨트나 풀리를 필요로 하지 않으나, 공간활용을 위하여 상기 모터(41)의 위치를 변경하면서 벨트나 풀리 등 회전 전달 수단을 사용할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 제1 구동부(30)와 동일하게 상기 제2 구동부 역시 상기 지지플레이트(45)를 안정적으로 이동시키기 위하여 상기 볼스크류(46)와 평행하게 상기 볼스크류 좌우측으로 형성된 안내부(42)를 포함한다.

상기 제3 구동부(50)는 상기 제1 구동부(30)의 지지플레이트(35)에 형성되며, 따라서, 상기 제1 구동부(30)에 의해서 상기 지지플레이트(35)가 X축 방향으로 이동될 때, 상기 제3 구동부(50)는 함께 이동된다.

상기 제3 구동부(50)는 모터(51), 상기 모터(51)에 연결된 벨트 및 풀리(도면에는 미도시), 상기 풀리에 연결되어 풀리와 일체로 회전하며 Z축 방향으로 연장된 볼스크류(56)를 포함하여 구성되며, 상기 볼스크류(56)에는 지지플레이트(55)가 연결되어, 상기 모터(51)의 회전으로 상기 볼스크류(56)가 회전됨에 따라서, 상기 지지플레이트(55)가 Z축 방향으로 이동된다.

이때, 보다 안정적이고 확실한 이동을 위하여 상기 볼스크류(56)의 좌우방향으로는 안내부(52)가 형성되며, 상기 안내부(52)는 돌기형으로 형성되어, 돌기형의 상기 안내부(52)가 대응하는 상기 지지플레이트(55)의 홈에 삽입되며, 따라서 상기 지지플레이트(55)는 상기 안내부(52)를 따라서 상기 모터(51)의 구동에 따라서 이동할 수 있다.

상기 제3 구동부(50)의 풀리 및 벨트는 케이스(59) 내부에 배치되어, 먼지나 이물질의 유입이 차단될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 세포 배양용 지지체 성형장치(100)는 X축 방향으로는 상기 디스펜서부(200)가 이동되며, Y축 방향으로는 상기 작업대(10)가 이동된다. 즉, 상기 디스펜서부(200)와 작업대(10)의 상대운동이 발생할 때, X축 방향 구동부인 상기 제1 구동부(30)는 상기 디스펜서부(200)에, Y축 방향 구동부인 상기 제2 구동부(40)는 상기 작업대(10)에 연결된다.

따라서, 하나의 움직임이 다른 하나의 움직임에 영향을 주지 않으며, 그에 따라서, 본 발명의 세포 배양용 지지체 성형장치(100)는 지지체를 성형함에 있어서 흔들림 없이 정확한 지지체를 성형하는 것이 가능하다.

한편, 상대적으로 이동이 적은 상기 제3 구동부(50)의 경우에 상기 제1 구동부(30)와 함께 이동되더라도 함께 움직이는 구간이 없으므로 문제되지 않는다.

본 발명의 디스펜서 기구(200)는 상기 제3 구동부(50)의 지지플레이트(55)에 장착된다. 상기 디스펜서 기구(200)는 디스펜서(210)와 상기 디스펜서(210)를 지지하는 지지대(213), 상기 지지대(213)에 연결되어 상기 디스펜서(210)의 높이를 미세 조정하는 높이조절수단으로서의 마이크로미터(217) 및 상기 마이크로미터(217)와 상기 지지플레이트(55)를 연결하는 연결 플레이트(219)를 포함한다.

상기 지지대(213)는 상기 디스펜서(210)의 가열부(212)를 지지하며, 상기 가열부(212)의 위치를 고정시키는 고정부재(214)가 배치된다. 상기 고정부재(214)는 볼트로 구성될 수 있으며, 상기 가열부(212)를 가압하는 방식으로 정위치에 고정시킨다.

상기 디스펜서(210)의 가열부(212)에는 실린지(211)가 삽입되며, 상기 실린지(211)의 상부에는 실린지 뚜껑(216)이, 상기 실린지(211)의 하부에는 노즐(218)이 장착된다. 이에 대하여는 첨부한 도 4 및 도 5를 참조로 하여 이하에서 설명하도록 한다.

도 5에는 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 디스펜서 기구(200)의 분해사시도가 도시되어 있으며, 도 6에는 본 발명에 의한 세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 디스펜서 기구(200)의 사용 사시도가 도시되어 있다.

도 5에서 보이듯이, 가열부(212)가 지지대(213)에 장착되며, 지지대(213)의 고정부재(214)에 의해서 상기 가열부(212)가 고정된다. 가열부(212)는 내부에 중공(212a; 도 2 참조)이 형성되어 있으며, 상기 중공(212a) 내부로 상기 실린지(211)가 삽입된다. 상기 실린지(211)의 하단(211c)에는 노즐(218)이 연결된다.

상기 실린지(211)는 실린지 본체(211a)와 상부(211b) 및 하부(211c)로 구성되며, 상부(211b)에는 가장자리에 일정크기의 끼움돌기가 형성되어 있으며, 하부(211c)의 경우에 상기 본체(211a)와 연통하는 구멍이 형성되어 있으며, 상기 구멍에 노즐(218)이 연결되어, 실린지 내부의 용융 원료가 노즐로 배출된다.

한편, 실린지 뚜껑(216)은 상기 실린지(211)가 장착되는 장착부(216a)와, 상기 장착부(216a)에 형성된 끼움홈(216b)과, 상기 공기공급제어관(215)이 결합되는 연결통공(216c)으로 이루어진다.

상기 실린더 뚜껑(216)의 끼움홈(216b)에 상기 실린지 상부(211b)의 끼움돌기가 비틀림 끼워맞춤되며, 그에 따라서, 상기 실린지(211)는 실린지 뚜껑(216)에 대하여 비틀림 없이는 장탈되지 않는다.

상기 공기공급제어관(215)은 도시되지 않은 압축공기 공급부로부터 압축공기를 공급받아 상기 실린지 뚜껑(216)의 연결통공(216c)을 통하여 실린지(211) 내부로 공급하여, 실린지(211) 내부의 용융 원료를 노즐(218)로 밀어낸다. 이때, 상기 노즐(218)은 0.05 ~ 0.4 ㎜ 정도의 직경을 가지는 것이 바람직할 것이다.

다시, 도 2로 돌아가서, 도 2에는 가열부(212)의 내부가 점선으로 도시되어 있다. 가열부(212)는 중공부(212a) 와 중공부(212a)를 중심으로 매립되어 감겨있는 히터(212b)로 구성된다. 상기 히터(212b)는 열선으로 도시되지 않은 전원부에 연결되어 가열부(212) 내부에 삽입되는 실린지(211)를 가열하여, 내부 원료를 용융시킨다.

도 6에는 본 발명에 의한 디스펜서의 작동 상태도가 도시되어 있다. 도 6에서 보이듯이, 실린지 뚜껑(216)이 실린지(211)로부터 장탈되고, 실린지(211) 내부로 고체 원료(M)가 투입된다. 실린지(211) 내부로 투입된 고체 원료(M)는 가열부(212)의 히터(212b)에 의해서 가열되어 용융되며, 실린지 뚜껑(216)에 장착된 공기공급제어관(215)으로부터 공급되는 압축공기에 의해서 노즐(218)로 배출된다.

도 7에는 본 발명의 세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 작업대(10)의 분해사시도가 도시되어 있다.

도 7에서 보이듯이, 세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 작업대(10)는 상단에 세포 배양용 지지체가 성형되는 작업판(11)과, 상기 작업판(11)의 하부에 위치하는 고화조절기(20)로 형성된다.

이때, 상기 고화조절기(20)는 상기 작업판(11)의 하면에 직접 접촉하는 얇은 판 형상의 펠티어 소자(21)와, 상기 펠티어 소자의 하면에 위치하는 히트싱크(22)와, 상기 히트싱크의 하면에 위치하는 냉각팬(23)과, 상기 냉각팬의 하면에 위치하는 고정판(24)과, 상기 히트싱크와 상기 고정판의 길이 방향 일측면과 타측면에 결합하는 제1 측벽지지대(25) 및 제2 측벽지지대(26)로 구성된다.

판 형상의 상기 펠티어 소자(21)는 상면과 하면이 각각 발열과 흡열의 기능을 하는 장치로써, 전압이 인가되면 흡열단면은 주변의 열을 흡수하여 실온 이하로 냉각시키며, 반면에 발열단면은 흡열단면에서 흡수된 열과 손실된 전기에너지에 의한 열을 발산하여 고온으로 가열시키게 된다.

이때, 상기 펠티어 소자(21)의 발열단면에서 발산된 열을 해결하지 못하면 흡열단면과 발열단면을 막론하고 고온으로 치솟게 되는데, 이를 해결하기 위하여 상기 펠티어 소자의 하면에 위치하여 상기 펠티어 소자의 열을 흡수하도록 열전도률이 높은 금속으로 이루어진 히트싱크(22)와, 상기 히트싱크를 냉각시켜 주는 냉각팬(23)을 구비하는 것이다.

한편, 이와 같이 상기 작업대(10)에 상기 고화조절기(20)를 장착함으로써 상기 작업판(11)의 상면에서 상기 디스펜서(210)에서 배출된 용융 원료가 적절한 속도로 고화되며 필라멘트를 형성하여 세포 배양용 지지체의 구조를 이루어 나갈 수 있는 것이다.

다음으로 본 발명의 세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 동작에 대하여 설명하도록 한다.

세포 배양용 지지체 성형장치(100)의 작업대(10)의 작업판(11)에 지지체를 성형할 판을 세팅한다. 다음, 디스펜서(210)의 실린지 뚜껑(216)을 실린지(211)로부터 장탈한 후, 실린지 내부로 고체 원료(M)를 투입한다. 이때 고체 원료(M)로는 생분해성 물질이 바람직하다.

실린지 내부로 고체 원료(M)를 투입한 후 실린지 뚜껑(216)을 다시 실린지(211)에 장착한 후, 실린지(211)를 가열부(212)에 삽입한다. 가열부(212)에는 추가의 고정부재(도면에는 미도시)가 설치될 수 있으며, 이는 실린지(211)의 움직임을 막을 수 있다.

또한, 실린지(211) 하부의 노즐(218)과 작업대(10) 사이의 간격을 조절하여, 노즐(218)로부터 낙하되는 용융 원료의 단면이 원이 될 수 있도록 높이를 조절한다. 높이의 조절은 디스펜서 기구(200)에 장착되어 있는 높이조절수단으로서의 마이크로미터(217)를 사용하여 조절하여, 정밀한 조절이 가능하다.

그 후에, 압축공기가 공기공급제어관(215)으로부터 실린지(211)로 공급됨으로써, 노즐(218)로부터 용융 원료가 배출된다. 이때, 제1 구동부(30) 및 제2 구동부(40)가 미리 정해진 패턴으로 이동되며, 그에 따라서, 용융 원료는 지지체를 구성하는 필라멘트로 성형된다. 즉, 용융 원료가 배출됨으로써 용융 원료는 다시 고화되며, 그에 의해 지지체가 성형된 형상을 유지할 수 있다.

한편, 용융 원료의 배출 중단이 필요한 경우에, 배출 중단이 확실히 일어날 수 있도록 공기공급제어관(215)으로 공급되는 공기의 공급을 중단하는 것뿐만 아니라 진공을 유도하여, 즉 부압을 걸어서 확실하게 용융 원료의 배출을 막을 수 있으며, 이렇게 부압을 걸어서 안정되게 지지체를 성형할 수 있다.

지지체는 각 층별로 교차하는 격자형상으로 형성하는 것이 바람직하나, 제1 내지 제3 구동부(30, 40, 50)의 조합 이동으로 다양한 구조의 지지체를 형성하는 것도 가능하다.

도 8에는 본 발명에 따라서 성형된 지지체의 SEM 사진이 도시되어 있다.

본 발명에서, 지지체는 1층이 X축 방향으로 일정한 간격을 두고 평행하게 형성된 필라멘트로 구성되었다면, 2층은 Y축 방향으로 일정한 간격을 두고 평행하게 형성된 필라멘트로 구성되게 되며, 다시 3층은 X축 방향으로 일정한 간격을 두고 평행하게 형성된 필라멘트로 구성되어 다층으로 적층되면서 전체적으로 3차원의 격자체를 형성하게 된다(도 8b 참조).

이때, 각 층을 이루는 필라멘트는 격자를 형성시키기 위하여 일정한 간격을 두고 평행하게 다수 개가 배열되는데 각 층의 가장자리 부분은 서로 연결되도록 하거나 서로 단절되도록 구성할 수 있으나, 지지체의 견고성을 유지하기 위해서는 가장자리 부분이 서로 연결되도록 구성하는 것(도 8a 참조)이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에서는 고체원료를 공급하고, 이를 녹여서 압축공기로 밀어내는 방식으로 지지체를 성형하기 때문에, 원료의 공급이 용이할 뿐만 아니라, 지지체의 안정도 및 지지체 성형 정확도도 향상될 수 있다.

또한, X축 방향과 Y축 방향이 서로 다른 부재에 의해 이동되기 때문에, 안정적인 성형이 가능하다.

1: 장치 본체 2: 수직부
3: 수평부 5: 받침대
10: 작업대 20: 고화조절기
30: 제1 구동부 40: 제2 구동부
50: 제3 구동부 32, 42, 52: 안내부
35, 45, 55: 지지플레이트 36, 46, 56: 볼스크류
100: 성형장치 200: 디스펜서 기구
210: 디스펜서 211: 실린지
212: 가열부 213: 지지대
214: 고정수단 215: 공기공급제어관
216: 실린지 뚜껑 217: 마이크로미터
218: 노즐

Claims

수평부와 수직부로 구성된 장치 본체;
상기 장치 본체의 수평부에 부설되며, 세포 배양용 지지체가 성형되는 작업대;
상기 작업대의 상부에 배치되며, 상기 장치 본체의 수직부에 부설되며, 하나 이상의 디스펜서를 구비하는 디스펜서 기구; 및
상기 작업대를 디스펜서 기구에 대하여 혹은 상기 디스펜서 기구를 상기 작업대에 대하여 이동시키는 이송수단;을 포함하며,
상기 디스펜서는 상부로 고상 원료를 투입하는 실린지, 상기 실린지의 상부에 장착되며 중심에 공기공급제어관이 연결되는 실린지 뚜껑, 상기 실린지의 하부에 결합되는 노즐 및 상기 실린지가 끼워지며 실린지를 가열하여 실린지 내부에 있는 고상의 원료를 용융시키는 가열부를 포함하여 구성되며,
상기 이송수단은 지지체의 성형이 안정적으로 이루어지도록, 상기 디스펜서 기구를 X축 방향으로 이동시키는 제1 구동부와, 상기 작업대를 Y축 방향으로 이동시키는 제2 구동부와, 상기 디스펜서 기구를 Z축 방향으로 이동시키는 제3 구동부를 포함하여, 상기 작업대와 상기 디스펜서 기구가 서로에 대하여 X-Y-Z축 방향으로 상대운동되도록 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 기구를 이동시키도록 구성되고,
상기 디스펜서 기구 혹은 상기 작업대의 이동과 함께, 상기 디스펜서 기구로 투입된 원료를 용융 배출시켜 세포 배양용 지지체를 성형하는 것을 특징으로 하는 세포 배양용 지지체 성형장치.
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제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 구동부는 모터, 상기 모터에 연결된 볼스크류 및 상기 볼스크류에 연결된 커플링을 포함하며, 상기 커플링에 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 기구가 연결되어 상기 모터의 회전에 따라서 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 기구가 이동되는 것을 특징으로 하는 세포 배양용 지지체 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 작업대는 상단에 세포 배양용 지지체가 성형되는 작업판과, 상기 작업판의 하부에 위치하여 성형되는 세포 배양용 지지체의 고화 속도를 조절할 수 있도록 박판 형상의 펠티어 소자가 장착된 고화조절기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 배양용 지지체 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 디스펜서 기구는 성형 전 디스펜서의 Z축 방향 위치를 조절하도록 상기 디스펜서에 연결된 높이조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양용 지지체 성형장치.
제1항에 있어서,
상기 가열부는 실린지가 삽입되는 중공부를 포함하여, 상기 가열부 내부로 삽입되는 실린지를 상기 가열부가 가열하며,
상기 디스펜서는 지지대를 통하여 상기 본체에 연결되며,
상기 지지대에서 디스펜서의 흔들림을 방지하도록 상기 지지대는 상기 디스펜서를 고정하는 고정부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 배양용 지지체 성형장치.