KR101215843B1 - 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세포배양용 지지체 성형장치에 관한 것으로써, 특히 고상의 생분해성 고분자 원료를 용융하여 액상으로 만든 후 이를 공압 또는 모터를 이용하여 압출로 밀어내어 3차원의 격자형 지지체를 성형함과 동시에 방사원액을 방사할 수 있는 방사부를 구비한 세포배양용 지지체 성형장치에 관한 것이다.
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; 상기 작업대를 디스펜서 기구에 대하여 혹은 상기 디스펜서 기구를 상기 작업대에 대하여 이동시키는 이송수단; 및 상기 장치 본체의 일측면 또는 전면에 배치되며, 방사원액을 상기 작업대 상부에서 성형 중인 세포 배양용 지지체로 방사하는 방사부를 포함하며, 상기 방사부는 베이스 프레임에 부설되어 있는 높이조절장치와, 상기 높이조절장치의 상단에 부설되는 피스톤 제어장치와, 상기 피스톤 제어장치에 의하여 전후진이 가능한 피스톤이 장착되어 있는 방사노즐장치를 포함하여 구성되어, 상기 디스펜서 기구 혹은 상기 작업대의 이동과 함께 상기 디스펜서 기구로 투입된 원료를 용융 배출시키고, 상기 방사부에 의해 방사원액을 방사하여 세포 배양용 지지체를 성형하는 것을 특징으로 한다.

Description

방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치{Cell Culture Scaffold Forming Apparatus With Spraying Equipment}

본 발명은 세포배양용 지지체 성형장치에 관한 것으로써, 특히 고상의 생분해성 고분자 원료를 용융하여 액상으로 만든 후 이를 공압 또는 모터를 이용하여 압출로 밀어내어 3차원의 격자형 지지체를 성형함과 동시에 방사원액을 방사할 수 있는 방사부를 구비한 세포배양용 지지체 성형장치에 관한 것이다.

근래에 들어서 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 시트 형상으로 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 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 적층 조형하는 방식이다. 따라서 일반적으로는 가는 노즐을 이용하여 필라멘트를 압출하여 면상에 주사시킴으로써 적층 조형을 하여 3차원 지지체를 만든 후에 배양시킬 세포를 별도의 주사장치를 이용하여 지지체의 내부에 안착시키는 방식을 채택하고 있다.

그러나, 이와 같이 적층 조형만을 이용하여 세포 배양용 지지체를 성형하는 경우에는 성형된 지지체의 공극에 의하여 주입된 세포가 유출될 가능성이 높았고 세포의 생장 속도가 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 기술적 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조직 재생에 이용되는 세포 배양용 지지체를 성형함에 있어서 고상의 생분해성 고분자 원료를 용융하여 액상으로 만든 후 이를 압출로 밀어내어 3차원 형태의 격자형 지지체를 적층함과 동시에 방사원액을 방사함으로써 세포 유출의 가능성이 낮고 생장 속도가 우수한 지지체를 생산할 수 있는 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치를 제공함에 목적이 있다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치는, 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; 상기 작업대를 디스펜서 기구에 대하여 혹은 상기 디스펜서 기구를 상기 작업대에 대하여 이동시키는 이송수단; 및 상기 장치 본체의 일측면 또는 전면에 배치되며, 방사원액을 상기 작업대 상부에서 성형 중인 세포 배양용 지지체로 방사하는 방사부를 포함하며, 상기 방사부는 베이스 프레임에 부설되어 있는 높이조절장치와, 상기 높이조절장치의 상단에 부설되는 피스톤 제어장치와, 상기 피스톤 제어장치에 의하여 전후진이 가능한 피스톤이 장착되어 있는 방사노즐장치를 포함하여 구성되어, 상기 디스펜서 기구 혹은 상기 작업대의 이동과 함께 상기 디스펜서 기구로 투입된 원료를 용융 배출시키고, 상기 방사부에 의해 방사원액을 방사하여 세포 배양용 지지체를 성형하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 이송수단은 상기 작업대와 상기 디스펜서 기구가 서로에 대하여 X-Y-Z축 방향으로 상대운동하도록 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 기구를 이동시키도록 구성하는 것이 바람직하며, 지지체의 성형이 보다 안정적으로 이루어지도록 하기 위해서는 구체적으로 상기 작업대를 X축 방향으로 이동시키는 제1 구동부와, 상기 제1 구동부와 작업대 일체를 Y축 방향으로 함께 이동시키는 제2 구동부와, 상기 디스펜서 기구를 Z축 방향으로 이동시키는 제3 구동부로 구성하도록 한다.

아울러, 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, 제1 구동부와 작업대 일체, 또는 상기 디스펜서 기구가 이동할 수 있도록 구성한다.

한편, 상기 피스톤 제어장치는 모터, 상기 모터에 연결된 볼스크류, 상기 볼스크류에 연결된 커플링, 및 상기 커플링에 연결된 피스톤 이송대를 포함하며, 상기 피스톤 이송대에 상기 방사노즐장치의 피스톤이 연결되어 상기 모터의 회전에 따라서 상기 피스톤이 전후로 이동할 수 있도록 구성한다.

그리고, 상기 작업대는 회동 모터와, 상기 회동 모터에 연결된 회동커플링과, 상기 회동커플링에 연결된 회동 테이블을 포함하며, 상기 회동 모터에 의하여 상기 회동 테이블이 상기 방사노즐장치의 분사 방향에 대하여 전후 일정 각도로 반복적으로 회동할 수 있도록 한다.

이때, 상기 회동 테이블은 절연 테이블과 상기 절연 테이블의 상면에 부설되는 대전패드를 포함하며, 상기 방사노즐장치의 노즐과 상기 대전패드 상호간에 전기장을 형성시켜 방사원액이 전기 방사를 통해 세포 배양용 지지체로 분사될 수 있도록 하는 것이 좋다.

본 발명은 조직 재생에 이용되는 세포 배양용 지지체를 성형함에 있어서 디스펜서를 이용하여 고상의 생분해성 고분자 원료를 용융하여 액상으로 만든 후 이를 압출로 밀어내어 3차원 형태의 격자형 지지체를 적층함과 동시에 별도로 구비된 방사부를 이용하여 방사원액을 방사하여 세포 배양용 지지체를 성형함으로써 격자형 지지체 내에 주입된 세포의 유출을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라 세포의 생장 속도를 높일 수 있는 세포 배양용 지지체를 생산할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 작업대의 회동 테이블을 방사부의 방사노즐장치에 대하여 일정 각도로 전후로 회동하도록 구성하고 압출 적층과 방사를 교대로 시행함으로써 격자 자체에 공극이 형성되는 것을 최대한 방지할 수 있는 다른 장점이 있다.

또한, 본 발명은 방사노즐장치의 노즐과 대전패드 사이에 고전압의 전기장을 형성한 후 방사원액을 방사함으로써 확산 효과를 최대화하여 거미줄 형태로 방사할 수 있을 뿐만 아니라 노즐에 맺히는 물방울 자체가 전기장 대전 효과를 높여 주어 수적 현상을 방지할 수 있는 또 다른 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치의 우측면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치의 좌측면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 이송수단의 저면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 디스펜서의 분해사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치의 정면도이며, 도 3과 도 4는 각각 본 발명에 의한 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치의 우측면도와 좌측면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 이송수단의 저면도이다.

도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치는 수평부(3)와 수직부(2)를 포함하는 장치 본체(1), 상기 장치 본체(1)의 수평부(3)에 부설되는 작업대(10); 상기 작업대(10)의 상부에 배치되며, 상기 장치 본체(1)의 수직부(2)에 부설되며, 하나 이상의 디스펜서(110)를 구비하는 디스펜서 기구(100); 상기 작업대(10)를 디스펜서 기구(100)에 대하여 혹은, 상기 디스펜서 기구(100)를 상기 작업대(10)에 대하여 이동시키는 이송수단(30, 40, 50); 및 상기 장치 본체의 일측면에 배치되며, 방사원액을 상기 작업대 상에서 성형 중인 세포 배양용 지지체로 방사하는 방사부를 포함하여 구성된다.

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

상기 수평부(3)의 일측면에 상기 수직부(2)가 연결되며, 상기 수평부(3)에는 상기 작업대(10)와 제1 구동부(30) 일체를 Y축 방향으로 이동시키는 제2 구동부(40)가 배치되며, 상기 제2 구동부(40)의 상단에는 상기 작업대(10)를 X축 방향으로 이동시키는 제1 구동부(30)가 배치된다. 그리고, 상기 수직부(2)에는 디스펜서 기구(100)를 Z축 방향으로 이동시키는 제3 구동부(50)가 배치된다.

상기 제1 구동부(30)는 모터(31)와, 상기 모터(31)에 연결된 커플링(37) 및 상기 커플링(37)과 연결되어 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 제1 구동부의 좌우 측면 상단에는 길이 방향으로 가이드홈(33)이 각각 형성되며, 상기 제1 구동부의 내부에는 상기 볼스크류(36)의 좌우측에 길이 방향으로 안내부(32)가 형성되며, 상기 안내부(32)는 레일형으로 형성되어 대응하는 상기 지지플레이트(35)의 하단부가 안착되며, 따라서 상기 지지플레이트(35)는 상기 안내부(32)를 따라서 상기 모터(31)의 구동에 의해 이동할 수 있다.

상기 제2 구동부(40)는 모터(41), 상기 모터(41)에 연결된 커플링(47) 및 상기 커플링(47)에 연결되어 Y축 방향으로 연장된 볼스크류(46)를 포함하여 구성된다. 상기 볼스크류(46)에는 지지플레이트(45)가 연결되어, 상기 모터(41)의 회전으로 상기 볼스크류(46)가 회전할 때, 그에 따라서 상기 지지플레이트(45)가 Y축 방향으로 이동된다.

이때, 상기 제1 구동부(30)와 동일하게 상기 제2 구동부(40) 역시 상기 지지플레이트(45)를 안정적으로 이동시키기 위하여 가이드홈(43)과 상기 볼스크류(46)와 평행하게 좌우측으로 안내부(42)를 형성한다.

한편, 상기 제1 구동부(30)는 상기 제2 구동부(40)의 지지플레이트(45) 상면에 형성되어 제2 구동부(40)에 의해서 상기 지지플레이트(45)가 Y축 방향으로 이동할 때 함께 이동하게 된다.

상기 제3 구동부(50)는 상기 디스펜서 기구(100)에 대응되어 설치되는데, 상기 제3 구동부(50)는 모터(51), 상기 모터(51) 각각에 연결된 커플링(57) 및 상기 커플링(57)과 연결되어 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 이동하게 된다.

이때, 보다 안정적이고 확실한 이동을 위하여 제3 구동부(50) 역시 상기 지지플레이트(45)를 안정적으로 이동시키기 위하여 가이드홈(53)과 상기 볼스크류(46)와 평행하게 좌우측으로 안내부(42)를 형성한다.

상기 제1 구동부(30), 제2 구동부(40), 제3 구동부(50)에서 각각 볼스크류(36, 46, 56)를 채택한 것은 상기 디스펜서 기구(100) 및 작업대(10)가 각각 이동할 때 안정적이면서도 쾌속으로 이동할 수 있도록 하기 위함이다.

이와 같이, 본 발명의 세포 배양용 지지체 성형장치는 X축 방향으로는 상기 작업대(10)가 이동하며, Y축 방향으로는 상기 제1 구동부(30)와 함께 상기 작업대(10)가 일체로 동시에 이동하게 되며, Z축 방향으로는 상기 디스펜서 기구(100)가 이동하게 된다.

상기 디스펜서 기구(100)는 상기 제3 구동부(50)의 지지플레이트(55)에 장착되며, 상기 디스펜서 기구(100)는 디스펜서(110)와 상기 디스펜서(110)를 지지하는 지지대(113), 상기 지지대(113)에 연결되어 상기 디스펜서(110)의 높이를 미세 조정하는 높이조절수단으로서의 마이크로미터(117) 및 상기 마이크로미터(117)와 상기 지지플레이트(55)를 연결하는 연결 플레이트(119)를 포함하여 구성된다.

상기 지지대(113)는 상기 디스펜서(110)의 가열부(112)를 지지하며, 상기 가열부(112)의 위치를 고정시키는 고정부재(114)가 배치된다. 상기 고정부재(114)는 볼트로 구성될 수 있으며, 상기 가열부(112)를 가압하는 방식으로 정위치에 고정시킨다.

상기 디스펜서(110)의 가열부(112)에는 실린지(111)가 삽입되며, 상기 실린지(111)의 상부에는 실린지 뚜껑(116)이, 상기 실린지(111)의 하부에는 노즐(118)이 장착된다. 이에 대하여는 첨부한 도 6을 참조로 하여 이하에서 설명하도록 한다.

도 6에는 본 발명에 의한 디스펜서(110)의 일실시예가 도시되어 있다.

도 6에서 보이듯이, 상기 가열부(112)가 상기 지지대(113)에 장착되며, 상기 지지대(113)의 상기 고정부재(114)에 의해서 상기 가열부(112)가 고정된다. 가열부(112)는 내부에 중공이 형성되어 있으며, 상기 중공 내부로 상기 실린지(111)가 삽입된다. 상기 실린지(111)의 하단에는 노즐(118)이 연결된다.

상기 실린지(111)는 실린지 본체(111a)와 상부(111b) 및 하부(111c)로 구성되며, 상부(111b)에는 가장자리에 일정크기의 끼움돌기가 형성되어 있으며, 하부(111c)의 경우에 상기 본체(111a)와 연통하는 구멍이 형성되어 있으며, 상기 구멍에 상기 노즐(118)이 연결되어, 실린지 내부의 용융 원료가 노즐로 배출된다.

한편, 상기 실린지 뚜껑(116)은 상기 실린지(111)가 장착되는 장착부(116a)와, 상기 장착부(116a)에 형성된 끼움홈(116b)과, 상기 공기공급제어관(115)이 결합되는 연결통공(116c)으로 이루어진다.

상기 실린더 뚜껑(116)의 끼움홈(116b)에 상기 실린지 상부(111b)의 끼움돌기가 비틀림으로 밀봉 결합되며, 그에 따라서 상기 실린지(111)는 상기 실린지 뚜껑(116)에 대하여 비틀림 없이는 장탈되지 않는다.

상기 공기공급제어관(115)은 도시되지 않은 압축공기 공급부로부터 압축공기를 공급받아 상기 실린지 뚜껑(116)의 연결통공(116c)을 통하여 실린지(111) 내부로 공급하여, 상기 실린지(111) 내부에서 가열부에 의하여 용융되어 액상으로 바뀐 지지체 조형 원료를 노즐(118) 밖으로 압출하여 필라멘트 형태로 밀어낸다. 이때, 상기 노즐(118)은 0.1 ~ 0.5mm 정도의 직경을 가지는 것이 바람직할 것이다.

한편, 상기 방사부(4)의 베이스 프레임(200) 하단의 각 모서리에는 받침대(5)가 배치되어 있는데, 이러한 상기 받침대(5)는 높이 조절이 가능하도록 구성되어, 상기 베이스 프레임(200)의 수평 위치를 조절할 수 있게 된다.

상기 베이스 프레임(200)의 상면에는 상기 높이조절장치(210)가 형성되어 있는데, 상기 높이조절장치(210)는 접철식 구조(211)를 이루고 있으며 부설된 나사(212)를 회전시킴으로써 피스톤 제어장치(230)와 방사노즐장치(220)의 높이를 일체로 조절할 수 있도록 구성된다.

상기 방사노즐장치(220)는 용융된 방사원액을 분사하는 방사노즐(221)과 상기 방사노즐(221)에서 방사원액을 분사할 수 있도록 압력을 가하는 피스톤(222)을 포함하여 구성되며, 이때, 상기 피스톤(222)은 상기 피스톤 제어장치(230)에 의하여 전후진하여 상기 방사노즐(221)로 압력을 전달할 수 있다.

상기 피스톤 제어장치(230)의 구조는 앞서 설명한 제1 구동부(30) 등의 이송수단과 매우 유사한 구조이다. 즉, 상기 피스톤 제어장치는 모터(61), 상기 모터(61)에 연결된 커플링(67) 및 상기 커플링(67)에 연결된 볼스크류(66)를 포함하여 구성되며, 상기 볼스크류(66)에 피스톤 이송대(231)가 연결되어 상기 모터(61)의 회전으로 상기 볼스크류(66)가 회전할 때, 그에 따라서 상기 피스톤 이송대(231)가 전진 또는 후진하여 이동하게 된다. 또한, 상기 피스톤 이송대(231)를 안정적으로 이동시키기 위하여 가이드홈(63)과 상기 볼스크류와 평행하게 좌우측으로 안내부(62)를 형성하도록 한다.

한편, 단순히 상기 피스톤(222)의 압력에 의하여 방사원액이 세포 배양용 지지체로 분사되도록 구성할 수도 있지만, 상기 방사노즐(221)과 상기 작업대(10) 상호간에 고전압을 대전시켜 분사된 방사원액이 형성된 전기장을 따라 고르게 방사되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 전기장을 이용한 전기 방사를 하는 경우에는 상기 방사노즐(221)의 끝에 물방울이 맺히더라도 수적 현상이 발생하지 않고 오히려 물방울 자체가 전기 대전시 확산 효과를 부여하여 거미줄과 같은 망 형태의 방사가 가능하게 된다.

그리고, 보다 효율적으로 세포 배양용 지지체 상으로 방사원액이 골고루 분사되어 성형될 수 있도록 하기 위하여, 상기 작업대(10)가 반복적으로 자체 회동할 수 있도록 구성하도록 한다. 즉, 상기 작업대(10)는 회동 모터(23)와, 상기 회동 모터(23)에 연결된 회동커플링(24)과, 상기 회동커플링(24)에 연결된 회동 테이블(20)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 회동 모터(23)는 일정 각도를 기준으로 반복적으로 회전 방향이 바뀌도록 구성되며, 상기 회동커플링(24)은 상기 방사노즐장치(220)의 분사방향에 대하여 수평면 상으로 수직을 이루도록 형성하여 상기 회동 테이블(20)이 상기 방사노즐장치(220) 측으로 반복적으로 회동하도록 한다.

상기 방사노즐(221)과 상기 작업대(10) 사이를 대전시켜 전기 방사를 하는 경우에, 상기 회동 테이블(20)은 공급되는 전기가 장치 본체(1)에 누전되지 않도록 차단하는 절연 테이블(21)과 상기 절연 테이블(21) 상면에 부설되어 상기 방사노즐(221)과 함께 전기장을 형성하는 대전 패드(22)를 포함하여 구성하도록 한다.

한편, 본 일실시예에서는 상기 방사부(4)가 상기 장치 본체(1)의 우측에 위치하는 것으로 되어 있지만, 상기 장치 본체(1)의 좌측에 위치할 수 있는 것을 물론이고 상기 장치 본체(1)의 정면에 위치하도록 구성할 수도 있다.

다음으로 본 발명에 따른 방사부가 구비된 세포 배양용 지지체 성형장치의 동작에 대하여 설명하도록 한다.

세포 배양용 지지체 성형장치의 상기 회동 테이블(20)의 대전 패드(22) 상면에 지지체를 성형할 판을 세팅한다. 다음, 상기 디스펜서 기구(100)에 구비된 상기 디스펜서(110)의 실린지 뚜껑(116)을 실린지(111)로부터 장탈한 후, 각각의 상기 실린지(111) 내부로 고체 원료를 투입한다. 고체 원료로는 생분해성 고분자 물질로서 PEG, PLGA, PCL, PLA, TCP 중 어느 하나를 사용함이 바람직하며, 또한 생분해성 고분자 물질 뿐만 아니라 어떠한 재료도 사용할 수 있음은 물론이다.

상기 실린지(111) 내부로 고체 원료를 투입한 후 상기 실린지 뚜껑(116)을 다시 상기 실린지(111)에 장착한 후, 각각의 실린지(111)를 상기 가열부(112)에 삽입한다. 상기 가열부(112)에는 추가의 고정부재가 설치될 수 있으며, 이는 상기 실린지(111)의 움직임을 막을 수 있다.

또한, 상기 실린지(111) 하부의 노즐(118)과 상기 회동 테이블(20) 사이의 간격을 조절하여, 상기 노즐(118)로부터 낙하되는 용융 원료의 단면이 원이 될 수 있도록 높이를 조절한다. 높이의 조절은 디스펜서 기구(100)에 장착되어 있는 높이조절수단으로서의 마이크로미터(117)를 사용하여 정밀하게 조절할 수 있다.

다음으로, 상기 방사노즐장치(220)에 PLA 등과 같은 방사원액을 투입한 후 상기 방사부(4)에 장착하고 상기 높이조절장치(210)를 조절하여 상기 회동 테이블(20)의 높이에 대응되도록 한다.

이와 같이 상기 장치 본체(1)와 방사부(4)를 세팅한 후에, 압축공기가 각각의 상기 공기공급제어관(115)으로부터 상기 실린지(111)로 공급됨으로써, 상기 노즐(118)로부터 용융 원료가 배출된다. 이때, 상기 제1 구동부(30) 및 제2 구동부(40)가 미리 정해진 패턴으로 상기 작업대(10)를 일체로 하여 이동되며, 그에 따라서 용융 원료는 지지체를 구성하는 필라멘트로 동시에 성형되며, 한 층의 지지체가 성형된 후에 상기 방사부(4)에서 상기 회동 테이블(20)을 회동시키면서 방사원액을 분사하여 마무리를 하고, 상기 제3 구동부(50)에 의하여 상기 디스펜서 기구(100)를 수직 이동시킨 후 다음 층의 지지체를 성형하고 다시 상기 방사부(4)로 방사원액을 분사하여 마무리하는 것을 반복하여 행하도록 한다. 한편, 각 층의 지지체를 성형한 후 용융 원료의 배출 중단이 필요한 경우에, 배출 중단이 확실히 일어날 수 있도록 해당 상기 공기공급제어관(115)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 격자 형상으로 형성하는 것이 바람직하나, 제1 내지 제3 구동부(30, 40, 50)의 조합 이동으로 다양한 구조의 격자 형태를 가지고 있는 3차원 세포배양용 지지체를 조형하는 것도 가능하다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

1 - 장치 본체 2 - 수직부
3 수평부 4 - 방사부
5 - 받침대
10 - 작업대 20 - 회동 테이블
21 - 절연 테이블 22 - 대전 패드
23 - 회동 모터 24 - 회동커플링
30 - 제1 구동부 40 - 제2 구동부
50 - 제3 구동부 31, 41, 51, 61 - 모터
32, 42, 52, 62 안내부 33, 43, 53, 63 - 가이드홈
35, 45, 55 지지플레이트 36, 46, 56, 66 - 볼스크류
37, 47, 57, 67 - 커플링
100 - 디스펜서 기구 110 - 디스펜서
111 실린지 112 - 가열부
113 지지대 114 - 고정수단
115 공기공급제어관 116 - 실린지 뚜껑
117 마이크로미터 118 - 노즐
119 - 연결플레이트
200 - 베이스 프레임 210 - 높이조절장치
211 - 접철식 구조 212 - 나사
220 방사노즐장치 221 - 방사노즐
222 피스톤 230 - 피스톤 제어장치
231 - 피스톤 이송대

Claims (7)

1. 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;
   상기 작업대를 디스펜서 기구에 대하여 혹은 상기 디스펜서 기구를 상기 작업대에 대하여 이동시키는 이송수단; 및
   상기 장치 본체의 일측면 또는 전면에 배치되며, 방사원액을 상기 작업대 상부에서 성형 중인 세포 배양용 지지체로 방사하는 방사부를 포함하며,
   상기 방사부는 베이스 프레임에 부설되어 있는 높이조절장치와, 상기 높이조절장치의 상단에 부설되는 피스톤 제어장치와, 상기 피스톤 제어장치에 의하여 전후진이 가능한 피스톤이 장착되어 있는 방사노즐장치를 포함하여 구성되어,
   상기 디스펜서 기구 혹은 상기 작업대의 이동과 함께 상기 디스펜서 기구로 투입된 원료를 용융 배출시키고, 상기 방사부에 의해 방사원액을 방사하여 세포 배양용 지지체를 성형하는 것을 특징으로 하는 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 이송수단은 상기 작업대와 상기 디스펜서 기구가 서로에 대하여 X-Y-Z축 방향으로 상대운동하도록 상기 작업대 또는 상기 디스펜서 기구를 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 이송수단은 지지체의 성형이 안정적으로 이루어지도록, 상기 작업대를 X축 방향으로 이동시키는 제1 구동부와, 상기 제1 구동부와 작업대 일체를 Y축 방향으로 함께 이동시키는 제2 구동부와, 상기 디스펜서 기구를 Z축 방향으로 이동시키는 제3 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치.
4. 제3항에 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, 제1 구동부와 작업대 일체, 또는 상기 디스펜서 기구가 이동되는 것을 특징으로 하는 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤 제어장치는 모터, 상기 모터에 연결된 볼스크류, 상기 볼스크류에 연결된 커플링, 및 상기 커플링에 연결된 피스톤 이송대를 포함하며,
   상기 피스톤 이송대에 상기 방사노즐장치의 피스톤이 연결되어 상기 모터의 회전에 따라서 상기 피스톤이 전후로 이동되는 것을 특징으로 하는 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 작업대는 회동 모터와, 상기 회동 모터에 연결된 회동커플링과, 상기 회동커플링에 연결된 회동 테이블을 포함하며,
   상기 회동 모터에 의하여 상기 회동 테이블이 상기 방사노즐장치의 분사 방향에 대하여 전후 일정 각도로 반복적으로 회동하는 것을 특징으로 하는 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 회동 테이블은 절연 테이블과 상기 절연 테이블의 상면에 부설되는 대전패드를 포함하며,
   상기 방사노즐장치의 노즐과 상기 대전패드 상호간에 전기장을 형성시켜 방사원액이 전기 방사를 통해 세포 배양용 지지체로 분사되는 것을 특징으로 하는 방사부를 구비한 세포 배양용 지지체 성형장치.

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