KR101118108B1 - 세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저 및 이가 구비된 조형장치 - Google Patents

세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저 및 이가 구비된 조형장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세포배양용 지지체를 조형하기 위한 디스펜서 체인저 및 이를 포함한 조형장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 고상의 생분해성 고분자 원료를 실린지 내부에 투입한 후 가열시켜 용융시켜 액상으로 만든 후 이를 공압으로 밀어내어 3차원의 격자형 지지체를 조형시키는데 사용되는 디스펜서 체인저 및 이가 구비된 조형장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 디스펜서 체인저 및 이가 구비된 조형장치는 세포의 안착률 및 생존율이 좋은 세포배양용 지지체 또는 세포-지지체 복합체를 쾌속으로 정확하게 조형할 수 있다는 장점이 있다.

Description

세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저 및 이가 구비된 조형장치{Dispenser Changer for Forming Cell Culture Scafford and Forming Apparatus having The Same}
본 발명은 세포배양용 지지체를 조형하기 위한 디스펜서 체인저 및 이를 포함한 조형장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 고상의 생분해성 고분자 원료를 실린지 내부에 투입한 후 가열시켜 용융시켜 액상으로 만든 후 이를 공압으로 밀어내어 3차원의 격자형 지지체를 조형시키는데 사용되는 디스펜서 체인저 및 이가 구비된 조형장치에 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 510 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 되는 것으로서, 이를 제조하는 방법의 대표적인 예로 융착조형법(FDM : Fused Deposition Modelling)이 많이 사용되고 있다. FDM 방식은 가는 노즐로 필라멘트를 압출하여 가는 선 모양으로 면상에 주사시킴으로써 적층조형하는 방식이다. 따라서 일반적으로는 가는 노즐을 이용하여 필라멘트를 압출하여 면상에 주사시킴으로써 적층조형을 하여 3차원 지지체를 만든 후에 배양시킬 세포를 별도의 주사장치를 이용하여 지지체의 내부에 안착시키는 방식을 채택하고 있다.
그러나, 하나의 디스펜서를 이용하여 필라멘트를 압출시켜 3차원 지지체를 미리 만든 후에 나중에 세포를 주입 안착시키는 방식으로는 지지체 내부에 균일하게 세포를 안착시키기 어렵기 때문에 세포의 안착률 및 생존율이 떨어지며 균일한 분포를 가지는 양질의 세포-지지체 복합물을 만들기 어렵다는 문제점이 남아 있었다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
본 발명은 세포의 안착률 및 생존율이 좋은 3차원 형태의 격자구조를 가지는 세포배양용 지지체를 조형할 수 있으며, 세포가 균일하게 지지체에 접합되어 양질의 세포-지지체 복합체를 형성시킬 수 있도록 2개 이상의 디스펜서를 구비하여 지지체 형성과 동시에 세포를 주사하여 안착시킬 수 있는 세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저를 구비함으로써 세포의 안착률 및 생존율이 좋은 세포배양용 지지체를 쾌속으로 정확하게 조형할 수 있는 조형장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 원료의 공급이 용이하며, 다양한 원료 혹은 세포를 각각의 디스펜서에 공급하여 지지체를 조형할 수 있도록 함으로써 배양하여야 하는 세포의 특성에 따라 지지체를 형성하는 원료를 다양하게 채택할 수 있는 세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저 및 이를 포함하는 조형장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 다음과 같은 세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저 및 이를 구비한 조형장치를 제공한다.
본 발명에 의한 세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저는, 실린지, 실린지의 상부에 결합되며 중심에 공기공급제어관이 삽입되어 있는 실린지 뚜껑, 상기 실린지를 가열하는 가열부 및 상기 실린지의 하부에 부설되는 노즐을 포함하여 구성되는 2이상의 디스펜서; 상기 디스펜서들을 지지하는 지지대; 상기 지지대에 연결된 샤프트; 및 상기 샤프트에 연결되며, 지지대를 회전시킴으로써 각 디스펜서의 배치 위치를 변경하는 구동수단을 포함하여 구성되고 상기 지지대에서 상기 복수의 디스펜서는 상기 샤프트를 중심으로 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 지지대에서 샤프트의 회동에 따른 각 디스펜서의 흔들림을 방지하도록 하기 위하여, 상기 지지대는 상기 디스펜서 각각을 고정하는 복수의 고정부재를 포함할 수 있다. 한편 상기 실린지 상부에 비틀림 결합을 통해 밀봉되며 중심에 공기공급제어관이 삽입되어 있는 실린지 뚜껑은 상기 실린지의 상부에 돌출되어 형성된 결합용 돌기에 끼워져 비틀림 결함되도록 가장자리를 따라 상기 결합용 돌기에 대응되어 결합되도록“ㄷ”자 형태의 끼움용 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 한편 실린지 뚜껑에 삽입되어 있는 공기공급제어관은 외부에서 공급되는 공기를 필터를 거쳐 실린지 내부로 투입하거나 혹은 실린지 내부의 공기를 흡입함으로써 상기 실린지의 하부에 부설된 노즐로부터 배출되는 용융되어 액상인 상태의 생분해성 고분자 원료 또는 어느 디스펜서에 내장된 세포의 배출을 조절할 수 있다.
한편 본 발명의 다른 관점은 상기 디스펜서 체인저를 포함하는 세포배양용 지지체 조형기인데, 이는 수평부와 수직부로 구성된 장치 본체; 상기 장치 본체의 수평부에 연결되며, 세포 배양용 지지체가 성형되는 작업대; 상기 작업대 상부에 배치되며, 상기 장치 본체의 수직부에 연결되는 상기 디스펜서 체인저; 및 상기 작업대를 디스펜서 체인저에 대하여 혹은 상기 디스펜서 체인저를 상기 작업대에 대하여 이동시키는 이송수단;을 포함하여 구성되며, 상기 디스펜서 체인저 혹은 상기 작업대의 이동과 함께, 상기 디스펜서 체인저를 구성하고 있는 각 디스펜서로부터 용융되어 액상인 지지체 원료 또는 세포가 배출되어 세포배양용 지지체 또는 세포-지지체 복합체를 조형할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이송수단은 상기 작업대와 상기 디스펜서 체인저가 서로에 대하여 X-Y-Z축 방향으로 상대운동되도록 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 체인저를 이동시키도록 구성되며, 지지체의 성형이 안정적으로 이루어지도록, 상기 디스펜서 체인저를 X축 방향으로 이동시키는 제 1 구동부와 상기 작업대를 Y축 방향으로 이동시키는 제2구동부 및 디스펜서 체인저를 Z축 방향으로 이동시키는 제3구동부를 포함하여 구성된다.
본 발명은 2개 이상의 디스펜서를 구비한 디스펜서 체인저를 통해 지지체의 조형과 동시에 세포를 안착시키도록 함으로써 지지체에 대한 세포의 안착률 및 생존율이 좋으며, 세포가 균일하게 지지체에 접합되어 양질의 세포-지지체 복합체를 형성시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 조형장치는 상기와 같은 세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저를 구비함으로써 세포의 안착률 및 생존율이 좋은 세포배양용 지지체를 쾌속으로 정확하게 조형할 수 있다는 다른 장점이 있다.
또한, 본 발명은 원료의 공급이 용이하며, 다양한 원료 혹은 세포를 각각의 디스펜서에 공급하여 지지체를 조형할 수 있도록 함으로써 배양하여야 하는 세포의 특성에 따라 지지체를 형성하는 원료를 다양하게 선택적으로 채택할 수 있다는 또 다른 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 디스펜서 체인저가 결합되어 구성된 세포배양용 지지체 조형장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 디스펜서 체인저가 결합되어 구성된 세포배양용 지지체 조형장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 디스펜서 체인저가 결합되어 구성된 세포배양용 지지체 조형장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 디스펜서 체인저가 결합되어 구성된 세포배양용 지지체 조형장치의 저면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 디스펜서 체인저의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 디스펜서 체인저의 분해사시도이다.
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 1은 본 발명에 의한 디스펜서 체인저가 결합되어 구성된 세포배양용 지지체 조형장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명에 의한 디스펜서 체인저가 결합되어 구성된 세포배양용 지지체 조형장치의 측면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 디스펜서 체인저가 결합되어 구성된 세포배양용 지지체 조형장치의 정면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 디스펜서 체인저가 결합되어 구성된 세포배양용 지지체 조형장치의 저면도이다.
도 1, 도 2, 도 3, 및 도 4에서 보듯이, 본 발명에 의한 디스펜서 체인저를 포함하고 있는 세포배양용 지지체 조형장치(100)는 수평부(3)와 수직부(2)를 포함하는 장치 본체(1), 상기 장치 본체(1)의 수평부(3)에 부설되며, 세포배양용 지지체가 성형되는 작업대(10); 상기 작업대(10)의 상부에 배치되며, 상기 장치 본체(1)의 수직부(2)에 부설되며, 하나 이상의 디스펜서(310, 320, 330)를 구비하는 디스펜서 체인저(300); 및 상기 작업대(10)를 디스펜서 체인저(300)에 대하여 혹은, 상기 디스펜서 체인저(300)를 상기 작업대(10)에 대하여 이동시키는 이송수단(30, 40, 50);을 포함하여 구성된다.
장치 본체(1)는 수평부(3)에 수직부(2)가 연결되어 있으며, 수평부(3)의 아래에는 받침대(5)가 수평부(3)의 각 모서리에 배치되어 있다. 이러한 받침대는 높이 조절이 가능하도록 구성되며, 따라서, 수평부(3)의 수평위치를 조절할 수 있다.
상기 수평부(3)의 일측면에 수직부(2)가 연결되며, 수직부(2)에는 디스펜서 체인저(300)를 X축 방향으로 이동시키는 제 1 구동부(30)가 배치되며, 수평부(3)에는 작업대(10)를 Y축 방향으로 이동시키는 제 2 구동부(40)가 배치된다. 수직부(2)에는 제 1 구동부(30)와 함께 디스펜서 체인저(300)를 Z축 방향으로 이동시키는 제 3 구동부(50)가 배치된다.
제 1 구동부(30)는 모터(31), 상기 모터(31)에 연결된 벨트(33), 상기 벨트(33)에 연결된 풀리(34) 및 상기 풀리(34)와 일체로 회전하며 X 방향으로 연장된 볼스크류(36)를 포함하여 구성되며, 상기 볼스크류(36)에는 지지플레이트(35)가 연결되어, 상기 모터(31)의 회전으로 볼스크류(36)가 회전됨에 따라서, 지지플레이트(35)가 X축 방향으로 이동된다.
이때, 보다 안정적이고 확실한 이동을 위하여 볼스크류(36)의 상하방향으로는 안내부(32)가 형성되며, 상기 안내부(32)는 돌기형으로 형성되어, 대응하는 지지플레이트(35)의 홈에 삽입되며, 따라서 지지플레이트(35)는 안내부(32)를 따라서 모터(31)의 구동에 따라서 이동할 수 있다.
제 2 구동부(40)는 모터(41), 모터(41)와 볼스크류(46, 도 4 참조)를 연결하는 커플링(47) 및 Y축 방향으로 연장된 볼스크류(46)를 포함한다. 상기 볼스크류(46)에 지지플레이트(45)가 연결되어, 모터(41)의 회전으로 볼스크류(46)가 회전할 때, 그에 따라서 지지플레이트(45)가 Y축 방향으로 이동된다.
제 2 구동부(40)의 경우에 모터(41)와 볼스크류(46)가 동일 회전축을 가지고 회전하므로 별도의 벨트나 풀리를 필요로 하지 않으나, 공간활용을 위하여 모터(41)의 위치를 변경하면서 벨트나 풀리 등 회전 전달 수단을 사용할 수 있음은 물론이다.
또한, 제 1 구동부(30)와 동일하게 제 2 구동부 역시 지지플레이트(45)를 안정적으로 이동시키기 위하여 상기 볼스크류(46)와 평행하게 볼스크류 좌우측으로 형성된 안내부(42)를 포함한다.
제 3 구동부(50)는 상기 제 1 구동부(30)의 지지플레이트(35)에 형성되며, 따라서, 제 1 구동부(30)에 의해서 지지플레이트(35)가 X축 방향으로 이동될 때, 제 3 구동부(50)는 함께 이동된다.
제 3 구동부(50)는 모터(51), 상기 모터(51)에 연결된 벨트 및 풀리(도면에는 도시되어 있지 않음), 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 볼스크류(56)가 회전됨에 따라서, 지지플레이트(55)가 Z축 방향으로 이동된다.
이때, 보다 안정적이고 확실한 이동을 위하여 볼스크류(56)의 좌우방향으로는 안내부(52)가 형성되며, 상기 안내부(52)는 돌기형으로 형성되어, 돌기형의 안내부(52)가 대응하는 지지플레이트(55)의 홈에 삽입되며, 따라서 지지플레이트(55)는 안내부(52)를 따라서 모터(51)의 구동에 따라서 이동할 수 있다.
제 3 구동부(50)의 풀리 및 벨트는 케이스(59) 내부에 배치되어, 먼지나 이물질의 유입이 차단될 수 있다.
한편 상기 제 1 구동부, 제 2 구동부, 제 3 구동부에서 각각 볼스크류(36, 46, 56)를 채택한 것은 디스펜서 체인저(300)와 작업대(10)가 각각 이동할 때 안정적이면서도 쾌속으로 이동할 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같이, 본 발명의 세포 배양용 지지체 성형장치(100)는 X축 방향으로는 디스펜서 체인저(300)가 이동되며, Y축 방향으로는 작업대(10)가 이동된다. 즉, 디스펜서 체인저(300)와 작업대(10)의 상대운동이 발생할 때, X축 방향 구동부인 제 1 구동부(30)는 디스펜서 체인저(300)에, Y축 방향 구동부인 제 2 구동부(40)는 작업대(10)에 연결된다.
따라서, 하나의 움직임이 다른 하나의 움직임에 영향을 주지 않으며, 그에 따라서, 본 발명의 세포배양용 지지체 조형장치(100)는 지지체를 성형함에 있어서 흔들림 없이 정확하게 지지체를 조형하는 것이 가능하다.
한편, 상대적으로 이동이 적은 제 3 구동부(50)의 경우에 제 1 구동부(30)와 함께 이동되더라도 함께 움직이는 구간이 없으므로 문제되지 않는다.
도 5에는 본 발명에 의한 디스펜서 체인저의 사시도가, 도 6에는 본 발명에 의한 디스펜서 체인저의 분해사시도가 각각 도시되어 있다.
본 발명의 디스펜서 체인저(300)는 상기 제 3 구동부(50)의 지지플레이트(55)에 장착된다. 도 2와 도 3에서 각각 도시한 디스펜서 체인저(300)에는 3개의 디스펜서(310, 320, 330)가 각각 삼각형의 배열로 형성되어 있는 것을 도시하였다.
디스펜서 기구(300)는 복수의 디스펜서(310, 320, 330)와 상기 복수의 디스펜서(310, 320, 330)를 지지하는 지지대(313) 및 회전 플레이트(316), 지지대(313)를 관통하여 회전 플레이트(316)에 연결되는 회전 샤프트(352) 및 상기 회전 샤프트(352)의 단부에 연결되는 구동부(350)를 포함한다.
상기 구동부(350)는 모터일 수 있으며, 상기 구동부(350)는 구동부 브라켓(355)에 고정된다. 또한, 구동부 브라켓(355)은 마이크로미터(317)가 연결되며, 따라서, 마이크로미터(317)를 조작함으로써, 디스펜서(310, 320, 330)의 높이를 조절할 수 있다. 마이크로미터(317)에서 구동부 브라켓(355)과 연결되지 않는 부분이 지지플레이트(55)에 장착된다.
각 디스펜서(310, 320, 330)의 구성은, 지지대(313)는 디스펜서(310, 320, 330)의 가열부(312, 322, 332)를 지지하며, 가열부(312)의 위치를 각각 고정시키는 복수의 고정부재(314)가 배치된다. 상기 고정부재(314)는 볼트로 구성될 수 있으며, 가열부(312, 322, 332)를 가압하는 방식으로 정 위치에 고정시킨다.
상기 디스펜서(310, 320, 330)의 가열부(312, 322, 332)에는 실린지(311, 321, 331)가 삽입되며, 상기 실린지(311, 321, 331)의 상부에는 각각 공기공급제어관(315, 325, 335)이 삽입되어 있는 실린지 뚜껑(319, 329, 339)이 비틀림 결합되며, 실린지(311, 321, 331)의 하부에는 각각 노즐(318, 328, 338)이 장착된다. 이때 노즐의 크기는 0.05 ~ 0.4 ㎜로 하는 것이 바람직한데, 이는 압출되는 필라멘트의 직경을 0.05 ~ 0.4 ㎜로 미세하게 조절할 수 있기 때문이다.
한편, 구동부(350)는 구동부 브라켓(355)에 고정되며, 구동부(350)의 축은 커플링(351)에 연결되어 구동부 브라켓(355)의 구멍(355a)을 통과하여 회전 샤프트(352)에 연결된다.
구동부 브라켓(355)은 대략 'ㄱ'자 형상으로 구성되며, 상부측으로는 구동부(350)가 연결되고, 측부에는 마이크로미터(317)에 연결된다.
회전 샤프트(352)는 샤프트 중간에 디스펜서(310, 320, 330)의 지지를 위한 돌기부(352a)가 구비되며, 상기 돌기부(352a)에 지지대(313) 및 회전 플레이트(316)가 지지된다.
구동부(350)의 동작에 의해서, 회전 샤프트(352)가 회전되며, 그에 따라서, 회전 샤프트(352)에 연결된 디스펜서(310, 320, 330)가 회전한다. 이렇게 복수 개의 디스펜서(310, 320, 330)를 사용함으로써, 층마다 다른 지지체 원료를 사용하여 복합적인 기능을 가지는 격자형 지지체를 조형할 수도 있고, 상기 복수 개의 디스펜서 중 어느 하나에는 지지체 원료를, 다른 디스펜서에는 배양하여야 할 세포를 액상 상태로 만들어 투입한 후 먼저 지지체를 조형한 다음에 필요에 따라 바로 세포를 주입하여 세포-지지체 복합체를 형성시킬 수도 있다.
한편, 본 발명에서는 각 디스펜서(310, 320, 330)가 가열부를 각각 가지는 것이 바람직하나, 각 디스펜서마다 투입되는 원료의 종류에 따라서는 일부의 디스펜서만 가열부를 작동시키며 다른 디스펜서는 가열부를 작동시키지 않은 상태로 사용하는 것도 가능하다.
한편, 디스펜서를 구성하는 요소 중 실린지(311, 321, 331)는 실린지 본체와 상부 및 하부로 구성되며, 하부의 경우에 상기 본체와 연통되는 구멍이 형성되어 있으며, 상기 구멍에 노즐(318, 328, 338)이 결합되어, 실린지 내부에서 용융된 원료가 노즐로 공기압에 의해 배출된다.
한편, 실린지 상부는 가장자리에 일정한 크기의 결합돌기가 형성되어 있으며, 실린지 뚜껑(319, 329, 339)의 가장자리에 형성된 “ㄷ” 자 형태의 끼움홈에 끼워 맞춰짐으로써, 실린지(311, 321, 331)에 공기공급제어관(315, 325, 335)이 삽입된 실린지 뚜껑(319, 329, 339)이 비틀림 결합에 의해 장착된다.
실린지 뚜껑(319, 329, 339)은 도시되지 않은 압축공기 공급부와 연결되는 공기공급제어관(315, 325, 335)과 상기 실린지의 상부에 형성된 결합돌기에 대응되어 비틀림 결합되도록 가장자리에 형성된 결합홈으로 이루어진다.
상기 결합홈에 상기 실린지의 상부에 돌출되어 형성된 결합돌기가 비틀림으로 밀봉결합되며, 그에 따라서, 실린지 뚜껑(319, 329, 339)은 실린지(311, 321, 331)에 대하여 비틀림 없이는 장탈되지 않는다. 상기 공기공급제어관(315, 325, 335)은 압축공기를 실린지(311, 321, 331) 내부로 공급하여, 실린지 내부에서 가열부에 의하여 용융되어 액상으로 바뀐 지지체 원료를 노즐(318, 328, 338) 밖으로 압출하여 필라멘트 형태로 밀어낸다.
한편, 가열부(312, 322, 332)는 중공부와 중공부를 중심으로 매립되어 감겨있는 히터로 구성된다. 상기 히터는 열선으로 도시되지 않은 전원부에 연결되어 가열부(312, 322, 332) 내부에 삽입되는 실린지(311, 321, 331)를 외부에서 가열하여, 내부에 내장된 고상의 고분자 원료를 용융시킨다.
다음으로 본 발명의 세포배양용 지지체 조형장치의 작동은 다음과 같다.
세포 배양용 지지체 조형장치(100)의 작업대(10)의 상부 지지판(11)에 지지체를 성형할 판을 세팅한다. 다음, 실린지 뚜껑(319, 329, 339)을 실린지(311, 321, 331)로부터 장탈한 후, 실린지 내부로 고체 원료 또는 세포를 각 디스펜서마다 선택적으로 투입한다. 이때 고체 원료로는 생분해성 고분자 물질로서 PEG, PLGA, PCL, PLA, TCP 중 어느 하나를 사용함이 바람직하다.
각 디스펜서의 실린지 내부로 고상의 지지체 원료(M) 또는 세포를 투입한 후 실린지 뚜껑(319, 329, 339)을 다시 실린지(311, 321, 331)에 비틀림 결합시켜 장착한 후, 실린지(311, 321, 331)를 가열부(312, 322, 332)에 삽입한다. 가열부(312, 322, 332)에는 추가의 고정부재가 설치될 수 있으며, 이는 실린지(311, 321, 331)의 움직임을 막을 수 있다.
또한, 실린지(311, 321, 331) 하부의 노즐(318, 328, 338)과 작업대(10) 사이의 간격을 조절하여, 노즐로부터 낙하되는 용융 원료 또는 세포의 단면이 원이 될 수 있도록 높이를 조절한다. 높이의 조절은 디스펜서 체인저(300)에 장착되어 있는 높이조절수단으로서의 마이크로미터(317)를 사용하여 조절하는데 높이를 매우 정밀하게 조절할 수 있다.
그 후에, 압축공기가 공기공급제어관(315, 325, 335)을 통하여 실린지(311, 321, 331) 내부로 각각 공급됨으로써, 노즐(318, 328, 338)로부터 용융된 액상의 지지체 원료가 필라멘트 형태로 압출되어 배출된다. 한편 선택적으로 세포를 넣은 디스펜서의 경우에는 세포가 상기 지지체에 압출되어 배출되며 세포-지지체 복합체를 형성하게 된다.
이때, 제 1 구동부(30) 및 제 2 구동부(40)가 미리 정해진 패턴으로 이동되며, 그에 따라서, 용융 원료는 지지체를 구성하는 필라멘트로 압출된다. 즉, 용융 원료가 배출됨과 동시에 용융된 원료는 상온에서 다시 고화되며, 그에 의해 지지체가 격자형태로 입체적으로 적층조형된 세포배양용 지지체를 형성시킬 수 있다.
한편, 용융 원료의 배출 중단이 필요한 경우에, 배출 중단이 확실히 일어날 수 있도록 공기공급제어관(315, 325, 335)으로 공급되는 공기의 공급을 중단하는 것뿐만 아니라 진공을 유도하여, 즉 부압을 걸어서 확실하게 용융 원료의 배출을 막을 수 있으며, 이렇게 부압을 걸어서 정밀하고 안정적으로 지지체를 조형할 수 있다.
지지체는 각 층별로 교차하는 격자형상으로 형성하는 것이 바람직하나, 제 1 내지 제 3 구동부(30, 40, 50)의 조합 이동으로 다양한 구조의 격자형태를 가지고 있는 3차원 세포배양용 지지체를 조형하는 것도 가능하다.
1: 장치 본체 2: 수직부
3: 수평부 5: 받침대
10: 작업대
30: 제 1 구동부 40: 제 2 구동부
50: 제 3 구동부 32, 42, 52: 안내부
35, 45, 55: 지지플레이트 36, 46, 56: 볼스크류
100: 성형장치 300: 디스펜서 체인저
310, 320, 330: 디스펜서 311, 321, 331: 실린지
312, 322, 332: 가열부 313: 지지대
314: 고정수단 315, 325, 335: 공기공급제어관
317: 마이크로미터 318, 328, 338: 노즐
319, 329, 339 : 실린지 뚜껑

Claims (5)

  1. 세포 배양용 지지체 원료와 세포를 배출하는 디스펜서 체인저로서,
    실린지, 실린지의 상부에 결합되며 중심에 공기공급제어관이 삽입되어 있는 실린지 뚜껑, 상기 실린지를 가열하는 가열부 및 상기 실린지의 하부에 부설되는 노즐로 구성되는 2 이상의 디스펜서;
    상기 디스펜서들을 지지하는 지지대;
    상기 지지대에 연결된 샤프트; 및
    상기 샤프트에 연결되며, 지지대를 회전시킴으로써 각 디스펜서의 배치 위치를 변경하는 구동수단을 포함하여 구성되고,
    상기 지지대에서 상기 2 이상의 디스펜서는 상기 샤프트를 중심으로 대칭적으로 배치되어 있으며,
    상기 2 이상의 디스펜서는 지지체 원료용 디스펜서와 세포용 디스펜서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스펜서 체인저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지대에서 디스펜서의 흔들림을 방지하도록 상기 지지대는 상기 디스펜서 각각을 고정하는 복수의 고정부재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디스펜서 체인저.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실린지의 상부에는 결합용 돌기가 돌출되어 형성되어 있으며,
    상기 실린지 뚜껑은 상기 실린지의 상부에 비틀림 결함되도록 가장자리를 따라 상기 결합용 돌기에 대응되는“ㄷ”자 형태의 끼움용 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스펜서 체인저.
  4. 수평부와 수직부로 구성된 장치 본체;
    상기 장치 본체의 수평부에 연결되며, 세포-지지체 복합체가 성형되는 작업대;
    상기 작업대 상부에 배치되며, 상기 장치 본체의 수직부에 연결되는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 디스펜서 체인저; 및
    상기 작업대를 디스펜서 체인저에 대하여 혹은 상기 디스펜서 체인저를 상기 작업대에 대하여 이동시키는 이송수단;을 포함하여 구성되며,
    상기 디스펜서 체인저 혹은 상기 작업대의 이동과 함께, 상기 디스펜서 체인저를 구성하고 있는 지지체 원료용 디스펜서와 세포용 디스펜서로부터, 용융되어 액상인 지지체 원료 및 세포가 필라멘트 형태로 압출되어 세포-지지체 복합체를 조형할 수 있는 것을 특징으로 하는 디스펜서 체인저를 구비한 세포-지지체 복합체 조형장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이송수단은 상기 작업대와 상기 디스펜서 체인저가 서로에 대하여 X-Y-Z축 방향으로 상대운동되도록 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 기구를 이동시키도록 구성되며,
    세포-지지체 복합체의 성형이 안정적으로 이루어지도록, 상기 디스펜서 체인저를 X축 방향으로 이동시키는 제 1 구동부와; 상기 작업대를 Y축 방향으로 이동시키는 제2구동부 및 상기 디스펜서 체인지를 Z축 방향으로 이동시키는 제3구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디스펜서 체인저를 구비한 세포-지지체 복합체 조형장치.
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