KR101374715B1

KR101374715B1 - 인공혈관용 체외 바이오 리액터

Info

Publication number: KR101374715B1
Application number: KR1020120008912A
Authority: KR
Inventors: 김상헌; 김수현; 정영미; 이훈
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2014-03-18
Also published as: KR20130087780A

Abstract

실시간으로 인공혈관의 내압을 측정할 수 있는 인공혈관용 체외 바이오 리액터를 제공한다. 인공혈관용 체외 바이오 리액터는 i) 기판, ii) 기판 위에 위치하고, 일방향을 따라 뻗어서 유체가 그 내부를 따라 흐르도록 적용된 인공혈관의 양단을 고정하는 한 쌍의 커넥터들, iii) 한 쌍의 커넥터들이 각각 부착되고, 유체의 압력을 측정하도록 적용되며, 기판 위에 위치한 제1 압력계 및 제2 압력계, iv) 제1 압력계와 연결되어 제1 압력계를 통과한 유체의 유량을 측정하도록 적용되며, 기판 위에 위치한 유속계, v) 제2 압력계와 연결되어 제2 압력계에 유체를 이송하도록 적용되고, 기판 위에 위치한 원심펌프, vi) 원심펌프와 연결되어 원심펌프에 유체를 공급하고, 유속계를 통과한 유체가 회수되며, 유체를 저장하도록 적용되며, 기판 위에 위치한 저장조, vii) 기판 위에 위치하고, 일방향을 따라 인공혈관과 이웃하여 이동하면서 인공혈관의 두께를 측정하도록 적용된 마이크로미터, 및 viii) 기판 위에 위치하고, 제1 압력계, 제2 압력계, 유속계, 및 마이크로미터로부터 각각 계측 신호를 전송받아 계측 신호에 대응하는 계측량을 표시하도록 적용된 표시기를 포함한다.

Description

인공혈관용 체외 바이오 리액터 {INVITRO BIO REACTOR FOR A SCAFFOLD}

본 발명은 인공혈관용 체외 바이오 리액터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 실시간으로 인공혈관의 내압을 측정할 수 있는 인공혈관용 체외 바이오 리액터에 관한 것이다.

인공혈관은 혈관 이식을 위한 재료로서 사용된다. 인공혈관은 생체내에서 물리화학적으로 변성되지 않아야 하고, 생체 반응도 적어야 한다. 따라서 인공혈관의 소재로서 나일론, 올론, 데이크론 또는 테플론 등의 합성 고분자, 부직포, 소의 경동맥 또는 사람의 제대정맥 등을 이용한다.

한편, 사람의 혈관은 다양한 동적인 환경에 직면한다. 즉, 사람의 혈관에 높은 압력 또는 전단 응력이 가해지거나 주기적으로 충격이 가해질 수도 있다. 이러한 거친 환경을 극복하기 위하여 높은 순응성과 내파열 특성을 가진 인공혈관을 제조할 필요가 있다. 따라서 바이오 리액터에 이러한 환경과 유사한 환경을 적용함으로써 생체내에서 사용하기 전의 인공혈관의 변화 상태를 정밀하게 모니터링할 필요가 있다.

체외에서 생체내 혈관과 동일한 환경을 조성할 수 있는 인공혈관용 체외 바이오 리액터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관용 체외 바이오 리액터는, i) 기판, ii) 기판 위에 위치하고, 일방향을 따라 뻗어서 유체가 그 내부를 따라 흐르도록 적용된 인공혈관의 양단을 고정하는 한 쌍의 커넥터들, iii) 한 쌍의 커넥터들이 각각 부착되고, 유체의 압력을 측정하도록 적용되며, 기판 위에 위치한 제1 압력계 및 제2 압력계, iv) 제1 압력계와 연결되어 제1 압력계를 통과한 유체의 유량을 측정하도록 적용되며, 기판 위에 위치한 유속계, v) 제2 압력계와 연결되어 제2 압력계에 유체를 이송하도록 적용되고, 기판 위에 위치한 원심펌프, vi) 원심펌프와 연결되어 원심펌프에 유체를 공급하고, 유속계를 통과한 유체가 회수되며, 유체를 저장하도록 적용되며, 기판 위에 위치한 저장조, vii) 기판 위에 위치하고, 일방향을 따라 인공혈관과 이웃하여 이동하면서 인공혈관의 두께를 측정하도록 적용된 마이크로미터, 및 viii) 기판 위에 위치하고, 제1 압력계, 제2 압력계, 유속계, 및 마이크로미터로부터 각각 계측 신호를 전송받아 계측 신호에 대응하는 계측량을 표시하도록 적용된 표시기를 포함한다.

기판에는 제2 압력계를 수용하는 위치 조절용 홈이 형성되고, 제2 압력계는 관통공이 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관용 체외 바이오 리액터는 i) 일방향을 따라 뻗고, 관통공을 관통하여 위치 조절용 홈에 고정되는 길이 가변형 막대, 및 ii) 길이 가변형 막대에 끼워져서 제2 압력계의 전면 및 후면에 각각 접하는 한 쌍의 너트들을 더 포함할 수 있다. 길이 가변형 막대의 외면에는 나사선이 형성되어 한 쌍의 너트들이 나사선을 따라 이동 및 고정될 수 있다.

길이 가변형 막대는, i) 관통공에 삽입되고, 외면을 포함하는 제1 막대부, 및 ii) 제1 막대부의 일단을 덮어서 제1 막대부와 결합된 제2 막대부를 포함할 수 있다. 제2 막대부는 나사선을 따라 이동 및 고정될 수 있다. 제2 압력계의 높이는 제1 압력계의 높이보다 클 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관용 체외 바이오 리액터는 원심펌프와 저장조의 사이에 설치된 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관용 체외 바이오 리액터는 유랑계와 저장조를 연결하는 유체 회수관을 더 포함하고, 유체 회수관은 저장조 내부에 삽입된 단부를 포함할 수 있다. 단부의 단면적의 크기는 유체 회수관의 평균 단면적의 크기보다 클 수 있다. 유체 회수관의 평균 단면적에 대한 단부의 단면적의 비는 1.2 내지 2.0일 수 있다. 단부를 포함하는 가상 평면은 유체 회수관이 저장조 내부에서 뻗은 방향과 33.6° 내지 60.0°의 각도를 이룰 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관용 체외 바이오 리액터는 제1 압력계 및 제2 압력계 사이에 위치하고, 배양액을 수용하도록 적용된 배양조를 더 포함하고, 인공혈관이 배양액에 담지되도록 적용될 수 있다.

컴플라이언스(compliance), 압력 및 유속 등의 혈류동역학적 영향들을 고려하여 심장 박동을 시뮬레이션할 수 있는 인공혈관용 체외 바이오 리액터를 제공할 수 있다. 그 결과, 체외 생체조직 배양 및 인공혈관의 성능 평가시에 체외 미세 환경을 체내 환경에 적합하게 모사함으로써 인공혈관의 평가와 생체외 혈관 조직 재생을 원활하게 수행할 수 있다. 또한, 인공혈관용 바이오 리액터를 이용하여 인공혈관에서 생체 심장 박동 비트와 동일한 맥동의 흐름과 압력의 변화를 측정하거나 배양하고자 하는 인공혈관에 정확하게 전달할 수 있다. 따라서 인공혈관의 생체내 순응성을 사전에 파악할 수 있으므로, 인공혈관이 고혈압의 조건하에서도 혈액을 누출하지 않고 그 역할을 잘 수행하는지 관찰할 수 있다. 또한, 인공혈관에서의 세포의 파종 효율을 높이면서 기계적 강도를 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인공혈관용 체외 바이오 리액터의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 제1 압력계 및 제2 압력계의 개략적인 측면도이다.
도 3은 도 1의 저장조의 개략적인 내부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인공혈관용 체외 바이오 리액터의 개략적인 사시도이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일방향, 즉 x축을 따라 뻗은 인공혈관(s)을 고정하고, 인공혈관(s)의 내부를 따라 유체가 흐르도록 하여 인공혈관(s)의 내부 압력을 측정할 수 있다. 이를 위하여 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)를 이용한다. 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)에 사용되는 인공혈관(s)은 특이한 용해 성질을 나타내는 폴리L락트산co카프로락톤(poly lactideco caprolactone, PLCL) 등의 고분자를 녹인 용액에 담갔다가 꺼낸 후 동결 건조하여 제조할 수 있다. PLCL을 이용한 동결건조에 의해 기공을 형성할 수 있다. PLCL의 탄성력은 PGA(polyglicolide, 폴리글리콜릭산) 또는 PLLA(polyLlactic acid, 폴리락틱산)의 탄성력보다 훨씬 우수하고, 그 분해 속도를 쉽게 조절할 수 있는 이점이 있다. 한편, 유체로서 사람의 혈액 또는 이와 유사한 성분을 가지는 용액을 사용할 수 있다.

인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)에서는 인공혈관(s) 내에서의 유체 흐름에서 발생하는 압력 손실을 계산하는 유체역학이론과 입구영역(entrance region) 이론을 적용하여 인공혈관(s) 내부의 기계적 특성을 정확히 파악할 수 있다. 좀더 구체적으로, 유체가 인공혈관(s) 내에서 흐르는 경우, 입구영역(entrance region)과 완전발달 유동영역(fully developed region)이 발생한다. 인공혈관(s) 내에서의 유동은 유체 외부가 인공혈관(s)으로 제한되므로, 점성의 영향에 따라 전체적으로 퍼진다. 입구영역에서는 거의 비점성인 상류 유동이 모여서 들어온다. 유체가 하류로 가면서 점성 경계층이 성장하고 인공혈관(s)의 내벽에서의 축방향 속도가 저지되고, 인공혈관(s)의 중심에서의 유동은 비압축성 연속 조건을 만족하도록 점차 가속된다. 그리고 2개의 경계층은 하류의 한 점의 중심부에서 만나면서 비점성 부분은 없어진다. 인공혈관(s)의 이 영역에서 유체는 점성 유동으로 변하며, 더 이상의 유동 변화가 없는 완전발달 유동영역이 생성된다. 차원해석(dimensional analysis)에 의하면 입구영역의 길이는 단지 레이놀즈수에 의존한다. 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)는 인공혈관(s), 유속계(40) 및 저장조(60)를 유체 공급관(92) 및 유체 회수관(94)으로 상호 연결시 유체 공급관(92) 및 유체 회수관(94)의 휘어짐에 따른 압력 손실을 줄이기 위해 유체 공급관(92) 및 유체 회수관(94) 각각의 직경과 유체 공급관(92) 및 유체 회수관(94)의 휘어짐에 따른 압력 손실과의 관계를 고려하여 설계된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)는 기판(10), 한 쌍의 커넥터들(20), 한 쌍의 압력계들(manometers)(30, 32), 유속계(40), 원심펌프(50), 저장조(60), 마이크로미터(70) 및 표시기(80)를 포함한다. 이외에, 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)는 밸브(90), 유체 공급관(92) 및 유체 회수관(94)을 더 포함한다. 한편, 도 1에 점선으로 도시한 바와 같이, 표시기(80)는 한 쌍의 압력계들(30, 32), 유속계(40), 저장조(60) 및 마이크로미터(70)와 각각 연결되어 이들로부터 계측된 데이터를 외부 화면을 통해 디스플레이한다. 또한, 도 1에는 도시하지 않았지만 제어기가 각 장치들에 연결되어 각 장치들의 동작을 제어할 수 있다.

기판(10) 위에는 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)를 수납하는 부품들이 장착된다. 유체는 유체 공급관(92) 및 유체 회수관(94)을 통하여 화살표 방향으로 순환한다. 기판(10)은 유체 누설에 따른 기판(10)의 부식을 방지하기 위하여 플라스틱 등으로 제조할 수 있다.

한 쌍의 커넥터들(20)은 제1 압력계(30) 및 제2 압력계(32)와 각각 결합되어 기판(10) 위에 위치한다. 도 1에서는 제2 압력계(32)와 결합된 커넥터(20)가 제2 압력계(32)의 바로 뒤에 위치하여 보이지 않으므로, 편의상 그 도시를 생략한다. 한 쌍의 커넥터들(20)은 인공혈관(s)의 양단을 고정시킨다. 한 쌍의 커넥터들(20)은 각각 인공혈관(s)의 입구 및 출구와 접하고, 여기서 유체의 완전발달 유동영역(fully developed region)이 형성된다. 그 결과, 인공혈관(s) 내에서의 압력 및 컴플라이언스를 예를 들면 5% 오차 범위내에서 정확하게 측정할 수 있다. 한 쌍의 커넥터들(20)의 직경 및 굴절률을 최적화함으로써 급격한 직경 변화 및 굴절에 의한 압력 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 입구영역이론을 활용하여 인공혈관(s) 내부의 실제 압력을 계산할 수 있다. 한 쌍의 커넥터들(20)의 상세 구조는 후술하는 도 2에서 좀더 상세하게 설명한다.

제1 압력계(30)는 기판(10) 위에 위치하고, 유속계(40)와 연결된다. 제1 압력계(30)에는 인공혈관(s)을 고정시키는 커넥터(20)가 부착된다. 제1 압력계(30)를 이용하여 유체의 압력을 측정할 수 있다. 한편, 제2 압력계(32)는 기판(10) 위에 위치하고, 원심펌프(50)와 연결되어 원심펌프(50)로부터 유체를 공급받는다. 제2 압력계(32)를 이용하여 인공혈관(s)을 통과한 유체의 압력을 측정할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 유속계(40)는 제1 압력계(30)와 연결되어 유체를 공급받는다. 유속계(40)는 제1 압력계(30)를 통과한 유체의 유량을 측정하고, 그 측정 결과를 표시기(80)에 전송한다. 유속계(40)를 통하여 인공혈관(s)을 통과한 유체의 유량을 측정함으로써 인공혈관(s)의 내부 상태를 파악할 수 있다.

원심펌프(50)는 제2 압력계(32)와 연결되어 저장조(60)로부터 공급받은 유체를 제2 압력계(32)로 이송한다. 원심펌프(50)를 작동시켜서 저장조(60)에 저장된 유체를 인공혈관(s)에 지속적으로 공급할 수 있다. 그 결과, 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)을 안정적으로 운영할 수 있다. 생체와 유사한 박동을 전달하는 원심펌프(50)를 사용해 유체의 압력, 흐름 파형 및 운동을 정확하게 제어한다. 그 결과, 심장 박동과 유사한 펄스를 제공하여 인공혈관(s) 내부의 유체의 흐름을 층류(laminar flow)로 만들 수 있다. 따라서 원심펌프(50)로부터 인공혈관(s)까지의 거리 및 굴절 등을 최적화하여 인공혈관(s)내에서의 속도의 분포 및 압력의 손실을 균일하게 할 수 있다.

저장조(60)는 원심펌프(50)와 연결되어 원심펌프(50)에 유체를 공급한다. 저장조(60)는 기판(10) 위에 위치하여 유체를 저장한다. 유속계(40)를 통과한 유체는 저장조(60)로 회수되어 재사용된다. 유체는 유속계(40)와 저장조(60)를 상호 연결하는 유체 회수관(94)을 통하여 회수된다.

밸브(90)는 원심펌프(50)와 저장조(60)의 사이에 설치된다. 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)에서 유체를 더이상 사용하지 않는 경우, 밸브(90)를 잠가서 유체가 저장조(60)로부터 원심펌프(50)로 더 이상 흐르지 않게 할 수 있다. 또한, 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)를 작동시키는 경우, 먼저 밸브(90)를 열어서 유체를 원심펌프(50)로 공급하여 원심펌프(50)를 유체로 채운 후 원심펌프(50)를 작동시켜야 원심펌프(50)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

마이크로미터(70)는 기판(10) 위에 위치하여 화살표 방향, 즉 x축 방향을 따라 이동한다. 기판(10) 위에는 x축 방향을 따라 가이드 홈(72)이 길게 뻗어서 형성된다. 따라서 마이크로미터(70)가 인공혈관(s)과 이웃하여 x축 방향을 따라 이동하면서 인공혈관(s)의 두께를 측정한다. 마이크로미터(70)는 점선으로 도시한 바와 같이 레이저를 조사하여 인공혈관(s)의 두께를 측정한다. 마이크로미터(70)의 계측 원리는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 표시기(80)는 기판(10) 위에 위치한다. 표시기(80)는 제1 압력계(30), 제2 압력계(32), 유속계(40) 및 마이크로미터(70)로부터 계측 신호를 전송받는다. 표시기(80)는 계측 신호에 대응하는 계측량을 표시한다. 따라서 표시기(80)를 통하여 인공혈관(s)의 상태를 실시간으로 체크할 수 있다.

한편, 사용되는 인공혈관(s)의 길이가 경우에 따라 다를 수 있으므로, 상이한 길이의 인공혈관(s)도 시험할 수 있도록 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)를 변형할 필요가 있다. 이를 위하여 제2 압력계(32)를 x축 방향을 따라 가변 이동시킴으로써 상이한 길이를 가지는 인공혈관(s)을 채택하여 사용할 수 있다. 즉, 기판(10)에 위치 조절용 홈(101)을 형성하고, 제2 압력계(32)를 위치 조절용 홈(101)에 수용한다. 이를 도 2를 통하여 좀더 상세하게 설명한다.

도 2는 도 1의 제1 압력계(30) 및 제2 압력계(32)를 y축 방향에서 본 기판(10)의 측면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 제2 압력계(32)의 이동 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 제2 압력계(32)의 이동 구조를 다른 형태로 변형할 수도 있다. 한편, 유체 공급관(92)(도 1에 도시, 이하 동일)이 플렉서블한 소재로 제조되므로, 제2 압력계(32)의 위치가 변동되어도 유체 공급관(92)은 제2 압력계(32)에 견고하게 결합되어 유지된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제2 압력계(32)의 높이(h32)는 제1 압력계(30)의 높이(h30)보다 크다. 따라서 제2 압력계(32)가 위치 조절용 홈(101)에 수납되어도 기판 표면(107)으로부터의 높이에서는 제1 압력계(30)와 제2 압력계(32)가 상호 동일하다.

한편, 제2 압력계(32)에는 관통공(321)이 형성된다. 위치 조절용 홈(101)에 고정되는 길이 가변형 막대(103)는 x축 방향을 따라 길게 뻗어서 관통공(321)을 관통한다. 길이 가변형 막대(103)는 제1 막대부(1031) 및 제2 막대부(1033)를 포함한다. 제1 막대부(1031)는 관통공(321)에 삽입된다. 제1 막대부(1031)의 외면에는 나사선(1031a)이 형성된다. 제2 막대부(1033)는 제1 막대부(1031)의 일단을 덮어서 제1 막대부(1031)와 결합된다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 막대부(1031)의 외면에 형성된 나사선(1031a)을 통하여 제1 막대부(1031)와 제2 막대부(1033)가 상호 결합된다. 좀더 구체적으로, 도 2에 점선으로 도시한 바와 같이, 제2 막대부(1033)의 내면에 나사홈(1033a)이 형성되어 제1 막대부(1031)와 상호 결합된다. 그 결과, 제1 막대부(1031)와 제2 막대부(1033)의 결합 길이를 조절하여 길이 가변형 막대(1031)의 전체 길이를 조절할 수 있고, 한 쌍의 너트들(105)과 제2 압력계(32)를 길이 가변형 막대(1031)에 끼울 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 너트들(105)은 길이 가변형 막대(103)에 끼워진다. 한 쌍의 너트들(105)은 제2 압력계(32)의 전면 및 후면에 각각 접한다. 따라서 인공혈관(s)의 길이에 따라 제2 압력계(32)의 위치를 x축 방향을 따라 조절한 후, 한 쌍의 너트들(105)을 이용하여 제2 압력계(32)를 고정시킬 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 너트들(105)은 나사선(1031a)을 따라 이동 및 고정되므로, 한 쌍의 너트들(105)을 이용하여 제2 압력계(32)를 견고하게 고정시킬 수 있다.

한편, 제1 압력계(30) 및 제2 압력계(32)에 각각 부착되어 상호 대향하는 한 쌍의 고정부들(20)은 각각 돌출부(201)를 포함한다. 돌출부들(201)을 인공혈관(s)에 끼워서 인공혈관(s)을 고정하고, 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 도 1의 저장조(60)의 내부를 확대하여 개략적으로 나타낸다. 도 3의 확대원에는 저장조(60)의 내부를 향해 돌출한 유체 회수관(94)의 단부(941)를 확대하여 나타낸다.

도 3에 도시한 바와 같이, 유체 회수관(94)의 단부(941)는 저장조(60) 내부에 위치한다. 유체 회수관(94)이 관통하는 실링부(601)는 저장조(60)의 외부에서 유체 회수관(94)을 밀봉 고정시킨다.

도 3의 확대원에 도시한 바와 같이, 유체 회수관(94)을 통하여 회수된 유체가 저장조(60)로 잘 회수되도록 단부(941)는 하측으로 경사져서 형성된다. 즉, 단부(941)의 단면적(s941)의 크기는 유체 회수관(94)의 평균 단면적(s94)의 크기보다 크다. 예를 들면, 유체 회수관(94)의 평균 단면적(s94)에 대한 단부(941)의 단면적(s941)의 비는 1.2 내지 2.0일 수 있다. 전술한 비가 너무 작은 경우, 저장조(60)로 유체가 잘 회수되지 않는다. 반대로, 전술한 비가 너무 큰 경우, 저장조(60)의 내부에서 단부(941)가 길어져서 단부(941)가 차지하는 공간이 커지는 문제점이 있다. 따라서 전술한 범위로 비를 조절하는 것이 바람직하다. 한편, 단부(941)를 포함하는 가상 평면(p941)은 유체 회수관(94)이 저장조(60) 내부에서 뻗은 방향, 즉 y축 방향과 33.6° 내지 60.0°의 각도(θ)를 이룬다. 각도(θ)가 너무 작은 경우, 단부(941)가 길어져서 단부(941)가 차지하는 공간이 커진다. 반대로, 각도(θ)가 너무 큰 경우, 저장조(60)로 유체가 잘 회수되지 않는다. 따라서 각도(θ)를 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 그 결과, 유체 회수관(94)을 통하여 회수한 유체를 저장조(60)에 신속하게 회수할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인공혈관용 체외 바이오 리액터(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 인공혈관용 체외 바이오 리액터(200)의 구조는 도 1의 인공혈관용 체외 바이오 리액터(100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하여 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 인공혈관용 체외 바이오 리액터(200)는 배양조(22)를 더 포함한다. 배양조(22)는 제1 압력계(30) 및 제2 압력계(32) 사이에 위치한다. 배양조(22) 내에는 배양액(c)이 수용되고, 인공혈관(s)은 배양액(c)에 담지된다. 따라서 인공혈관용 체외 바이오 리액터(200)를 이용해 인공혈관(s)을 배양액(c)과 접촉시켜서 인공혈관(s)을 배양할 수 있다. 한편, 도 4에는 하나의 인공혈관(s)을 도시하였지만, 필요에 따라 다수의 인공혈관들(s)을 배양액(c)에 담지할 수 있다.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

실험예

도 1에 도시한 구조와 동일한 구조를 가지는 인공혈관용 체외 바이오 리액터를 제작하였다. 인공혈관용 체외 바이오 리액터에 사용되는 장치들은 일본의 케이언스(Keyence)에서 구입한 장치들로서, 압력계로는 AP12s, 마이크로미터로는 VG036T (최대출력 38㎼, 평균출력 19㎼, 펄스지속시간 641㎲), 유속계로는 FDP05, 표시기로는 VG300을 사용하였다. 원심펌프는 일본의 미쯔비시에서 구입한 MRJ2S70AU005를 사용하였다. 커넥터는 4mm의 내경을 가지는 스테인리스강으로 된 제품을 사용하였다. 인공혈관 제조용 PLCL은 100mmol의 L락티드, 100mmol의 ε카프로락톤, 0.5mmol의 1,6헥산디올 및 1mmol의 스태너스 옥토에이트(stannous octoate)를 포함하는 50ml의 유리 앰플에서 중합시켜 제조하였다. PLCL을 젤상태로 만들어 회전하는 실린더형 샤프트에 NaCl 입자와 함께 코팅하였다. PLCL에 대한 NaCl의 중량비는 50%이었다. 제조한 인공혈관을 실린더형 샤프트로부터 제거하여 공기중에 24시간 동안 건조하였다. 제조한 인공혈관의 내경은 6mm이었으며, 그 길이가 60mm가 되도록 잘라서 인공혈관용 체외 바이오 리액터에 설치하였다. 실험시 원심펌프를 작동시켜서 0mL/min 내지 700mL/min로 혈액과 동일한 성분을 가지는 유체를 이송하였다. 실험전에 폴리프로필렌으로 제조한 유체 회수관을 저장조에 삽입하였다. 저장조의 높이는 10cm이었고, 그 직경은 5cm이었다. 여기에, 1cm의 직경을 가지는 유체 회수관의 단부가 다양한 크기의 단면적을 가지도록 경사지게 잘라서 저장조 내부에 설치한 후 실험을 실시하였다. 유체 회수관의 단부의 단면은 타원형이었다. 그리고 저장조 내부로 유체 회수관을 통하여 유체를 공급하였다. 전술한 부분 이외의 나머지 부분은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

실험예 1

제공된 유체 회수관의 단부를 24.6˚ 로 경사지게 잘랐다. 이 경우, 타원형 형상을 가지는 단부의 단면적은 0.864cm²이었다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예와 동일하였다.

실험예 2

제공된 유체 회수관의 단부를 33.6˚ 로 경사지게 잘랐다. 이 경우, 타원형 형상을 가지는 단부의 단면적은 0.942cm²이었다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 3

제공된 유체 회수관의 단부를 39.7˚ 로 경사지게 잘랐다. 이 경우, 타원형 형상을 가지는 단부의 단면적은 1.021cm²이었다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 4

제공된 유체 회수관의 단부를 48.2˚ 로 경사지게 잘랐다. 이 경우, 타원형 형상을 가지는 단부의 단면적은 1.178cm²이었다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 5

제공된 유체 회수관의 단부를 56.3˚ 로 경사지게 잘랐다. 이 경우, 타원형 형상을 가지는 단부의 단면적은 1.413cm²이었다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 6

제공된 유체 회수관의 단부를 60.0˚ 로 경사지게 잘랐다. 유체 회수관의 설계 한계로 인해 더 이상의 각도로 유체 회수관의 단부를 절단할 수 없었다. 이 경우, 타원형 형상을 가지는 단부의 단면적은 1.570cm²이었다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험 결과

전술한 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 저장조로 회수되는 유체의 양을 실시간으로 측정하였다. 이러한 유체의 양의 측정 과정은 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다. 저장조에 저장된 유체의 양을 하기의 표 1에 나타낸다.

표 1에 기재한 바와 같이, 실험예 1 내지 실험예 6에서의 유체 회수량은 각각 2L, 2.25L, 2.5L, 2.5L, 2.5L 및 2.25L이었다. 따라서 실험예 1 내지 실험예 6에서 유체를 효율적으로 회수할 수 있었다. 좀더 구체적으로, 실험예 2 내지 실험예 6에서 비교적 많은 양의 유체를 효율적으로 회수할 수 있었다. 따라서 유체 회수관의 단부의 절단 각도 및 단면적을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

10. 기판
20. 커넥터
22. 배양조
30, 32. 압력계
40. 유속계
50. 원심펌프
60. 저장조
70. 마이크로미터
72. 가이드 홈
80. 표시기
90. 밸브
92. 유체 공급관
94. 유체 회수관
100, 200. 인공혈관용 체외 바이오 리액터
101. 홈
103. 길이 가변형 막대
1031, 1033. 막대부
105. 너트
107. 기판 표면
321. 관통공
601. 실링부
941. 단부
c. 배양액
f. 유체
p941. 가상 평면
s. 인공혈관
s94, s941. 단면적

Claims

기판,
상기 기판 위에 위치하고, 일방향을 따라 뻗어서 유체가 그 내부를 따라 흐르도록 적용된 인공혈관의 양단을 고정하는 한 쌍의 커넥터들,
상기 한 쌍의 커넥터들이 각각 부착되고, 상기 유체의 압력을 측정하도록 적용되며, 상기 기판 위에 위치한 제1 압력계 및 제2 압력계,
상기 제1 압력계와 연결되어 상기 제1 압력계를 통과한 상기 유체의 유량을 측정하도록 적용되며, 상기 기판 위에 위치한 유속계,
상기 제2 압력계와 연결되어 상기 제2 압력계에 유체를 이송하도록 적용되고, 상기 기판 위에 위치한 원심펌프,
상기 원심펌프와 연결되어 상기 원심펌프에 상기 유체를 공급하고, 상기 유속계를 통과한 유체가 회수되며, 상기 유체를 저장하도록 적용되며, 상기 기판 위에 위치한 저장조,
상기 기판 위에 위치하고, 상기 일방향을 따라 상기 인공혈관과 이웃하여 이동하면서 상기 인공혈관의 두께를 측정하도록 적용된 마이크로미터, 및
상기 기판 위에 위치하고, 상기 제1 압력계, 상기 제2 압력계, 상기 유속계, 및 상기 마이크로미터로부터 각각 계측 신호를 전송받아 상기 계측 신호에 대응하는 계측량을 표시하도록 적용된 표시기
를 포함하고
상기 기판에는 상기 제2 압력계를 수용하는 위치 조절용 홈이 형성되고, 상기 제2 압력계는 관통공이 형성되며,
상기 일방향을 따라 뻗고, 상기 관통공을 관통하여 상기 위치 조절용 홈에 고정되는 길이 가변형 막대, 및
상기 길이 가변형 막대에 끼워져서 상기 제2 압력계의 전면 및 후면에 각각 접하는 한 쌍의 너트들
을 더 포함하고,
상기 길이 가변형 막대의 외면에는 나사선이 형성되어 상기 한 쌍의 너트들이 상기 나사선을 따라 이동 및 고정되는 인공혈관용 체외 바이오 리액터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 길이 가변형 막대는,
상기 관통공에 삽입되고, 상기 외면을 포함하는 제1 막대부, 및
상기 제1 막대부의 일단을 덮어서 상기 제1 막대부와 결합된 제2 막대부
를 포함하고,
상기 제2 막대부는 상기 나사선을 따라 이동 및 고정되는 인공혈관용 체외 바이오 리액터.
제1항에 있어서,
상기 제2 압력계의 높이는 상기 제1 압력계의 높이보다 큰 인공혈관용 체외 바이오 리액터.
제1항에 있어서,
상기 원심펌프와 상기 저장조의 사이에 설치된 밸브를 더 포함하는 인공혈관용 체외 바이오 리액터.
제1항에 있어서,
상기 유속계와 상기 저장조를 연결하는 유체 회수관을 더 포함하고, 상기 유체 회수관은, 상기 저장조 내부에 삽입된 단부를 포함하고,
상기 단부의 단면적의 크기는 상기 유체 회수관의 평균 단면적의 크기보다 큰 인공혈관용 체외 바이오 리액터.
제6항에 있어서,
상기 유체 회수관의 평균 단면적에 대한 상기 단부의 단면적의 비는 1.2 내지 2.0인 인공혈관용 체외 바이오 리액터.
제7항에 있어서,
상기 단부를 포함하는 가상 평면은 상기 유체 회수관이 상기 저장조 내부에서 뻗은 방향과 33.6° 내지 60.0°의 각도를 이루는 인공혈관용 체외 바이오 리액터.
제1항에 있어서,
상기 제1 압력계 및 상기 제2 압력계 사이에 위치하고, 배양액을 수용하도록 적용된 배양조를 더 포함하고, 상기 인공혈관이 상기 배양액에 담지되도록 적용된 인공혈관용 체외 바이오 리액터.