KR101805774B1 - Three-demensional bio printing apparatus based on optical coherence tomography and method of three-demensional bio printing using the same - Google Patents

Three-demensional bio printing apparatus based on optical coherence tomography and method of three-demensional bio printing using the same Download PDF

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강현욱
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Abstract

The present invention provides a three-dimensional bio printing apparatus comprising: an integrated printing head module including a diagnosis scanner for sensing images of the body surface by scanning a surface and a damaged inner part of the body, and a printing device for printing a bio ink comprised of living cells or bio-materials as a three-dimensional body tissue on the body surface; a moving part which is coupled to the integrated printing head module to move the printing head module; and a control part which is connected to the diagnosis scanner to receive image information of the body surface, is connected to the printing device to control the printing device such that the printing device prints the three-dimensional body tissue corresponding to the image information, and controls driving of the moving part such that the moving part moves the printing head module. Therefore, the three-dimensional bio printing apparatus according to the present invention can improve accuracy of printing positional selection and can improve performance and reliability of bio printing by integrally including the diagnosis scanner and the printing device.

Description

3차원 바이오 프린트 장치 및 이를 이용한 3차원 바이오 프린트 방법 {Three-demensional bio printing apparatus based on optical coherence tomography and method of three-demensional bio printing using the same}[0001] The present invention relates to a three-dimensional bio-printing device and a three-dimensional bio-printing method using the same,

본 발명은 3차원 바이오 프린트장치 및 이를 이용한 3차원 바이오 프린트방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 간섭성 단층 촬영기술을 기반으로 하여 임의 형상을 가지는 표면에 3차원 바이오 프린팅의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 생체의 손상 정도를 빠르게 측정 및 분석 할 수 있을 뿐만 아니라 신속한 프린팅이 가능한 3차원 바이오 프린트장치 및 이를 이용한 3차원 바이오 프린팅 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional bioprint device and a three-dimensional bioprint method using the same, and more particularly, to a three-dimensional bioprint device capable of improving accuracy of three-dimensional bioprinting on a surface having an arbitrary shape based on optical coherence tomography The present invention relates to a three-dimensional bioprint device capable of rapidly measuring and analyzing the degree of damage of a living body and capable of rapid printing, and a three-dimensional bioprinting method using the same.

일반적으로 3차원 바이오 프린팅(Bioprinting)기술은 살아있는 세포, 생체 단백질 및 생체 재료 등으로 이루어진 마이크로 패턴을 적층하여, 3차원 인공 조직이나 장기를 제작하는 미래형 의료기술이다.Generally, 3D bioprinting technology is a future medical technology for forming a three-dimensional artificial tissue or organ by laminating a micropattern composed of a living cell, a bioprotein, and a biomaterial.

이에, 3차원 바이오 프린팅 기술로서 레이저와 광경화성 재료를 이용하여 필요한 세포 구조체의 정확한 형태를 만들어 내는 레이저 프린팅 기술과, 잉크젯 프린터를 응용한 것으로 보호 젤에 둘러싸인 세포를 젯팅하는 잉크젯 프린팅 기술과 압축 상태에서 연속성 있는 필라멘트를 토출하여 원하는 세포가 생체물질로 이루어진 구조물 안에 싸여 생성되게 하는 기술 등이 적용되고 있다.In this paper, we propose three-dimensional bio-printing technology, which is a laser printing technique that uses laser and photocurable materials to produce precise shapes of necessary cell structures, and inkjet printing technology that uses inkjet printers to jet cells surrounded by protective gels. And a technique for discharging continuous filaments to produce a desired cell in a structure made of a biomaterial.

그런데, 종래의 3차원 바이오 프린트장치는 스캐너와 프린팅헤드가 분리되어 있기 때문에 프린팅 위치의 변동이 생기면서 프린팅 위치선정에 있어서 정확도가 떨어지는 문제점이 있었으며, 이미지데이터를 수신한 뒤 스캐닝을 실시하고, 이 후 프린팅을 실시하는 일련의 과정들로 이루어져 전체적인 바이오 프린팅에 소요되는 시간이 높은 문제점이 있었다. However, since the scanner and the printing head are separated from each other in the conventional three-dimensional bioprint device, there is a problem that the printing position is changed and the accuracy in selecting the printing position is lowered. After the image data is received, And then performing a post-printing process. Thus, there is a problem that the time required for the whole bioprinting is high.

또한, 종래의 3차원 바이오 프린트장치는 표면의 정보만을 측정하였기 때문에 인체 손상의 정도를 파악할 수 없었으며, 프린팅 되는 구조물 내부에 포한된 세포의 거동을 정확하게 측정할 수 없었음.In addition, since the conventional three-dimensional bio-print device only measures information on the surface, the degree of damage to the human body could not be grasped, and the behavior of the cells inside the printed structure could not be accurately measured.

대한민국 공개특허 제10-2014-0034113호Korean Patent Publication No. 10-2014-0034113

본 발명은, 광 간섭성 단층 촬영기술 기반의 진단스캐너와 프린팅헤드가 통합형으로 이루어져 프린팅 위치선정의 정확도를 향상시키고, 인체 손상 정도 및 프린팅된 세포 거동의 정확한 측정과 신속한 바이오 프린팅을 할 수 있는 3차원 바이오 프린트장치 및 이를 이용한 3차원 바이오 프린트방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention relates to a method and apparatus for integrating a diagnostic scanner and a printing head based on an optical coherence tomography technique to improve the accuracy of selecting a printing position and to accurately measure the degree of human injury and printed cell behavior and quickly perform bio- Dimensional bio-print device and a three-dimensional bio-print method using the same.

본 발명은 생체 표면을 스캐닝하여 상기 생체 표면의 이미지를 센싱하는 광 간섭성 단층 촬영기술 기반 진단스캐닝장치와, 상기 생체 표면으로 살아 있는 세포 또는 생체 재료로 이루어진 바이오잉크를 상기 생체 표면에 3차원 생체조직으로 프린팅하는 프린트장치를 포함하는 통합형 프린팅 헤드모듈, 상기 통합형 프린팅 헤드모듈과 결합되고, 상기 프린팅 헤드모듈을 이동시키는 이동부 및 상기 진단스캐닝장치와 연결되어 상기 생체 표면의 이미지정보를 수신하고, 상기 프린트장치와 연결되어 상기 이미지정보에 대응하는 상기 3차원 생체조직으로 프린팅하도록 제어하고, 상기 프린팅 헤드모듈을 이동시키도록 상기 이동부를 구동 제어하여 상기 3차원 생체조직이 프린팅되도록 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 바이오 프린트장치를 제공한다. The present invention relates to a diagnostic scanning apparatus based on an optical coherence tomography technique for scanning an image of a living body surface by scanning a living body surface, and a bio-ink comprising living cells or biomaterials on the living body surface, A moving unit coupled to the integrated printing head module and configured to move the printing head module; and a control unit connected to the diagnostic scanning unit to receive image information of the living body surface, And a control unit connected to the printing apparatus to control printing to the three-dimensional tissue corresponding to the image information, and to drive the controlling unit to move the printing head module to control the printing of the three-dimensional tissue Dimensional bio-print device.

본 발명에 따른 3차원 바이오 프린트장치 및 이를 이용한 3차원 바이오 프린트방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.The three-dimensional bio-print device and the three-dimensional bio-print method using the same according to the present invention provide the following effects.

첫째, 진단스캐너와 프린트장치의 좌표축이 동기화되어 있고, 진단스캐너와 프린트장치가 통합형으로 이루어진 통합형 프린팅 헤드모듈을 통하여 프린팅 위치선정의 정확도를 향상시킬 수 있어, 이를 통해 바이오 프린트의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.First, the coordinate axes of the diagnostic scanner and the printing device are synchronized, and the integration of the diagnostic scanner and the printing device enables the integrated printing head module to improve the accuracy of the printing position selection, thereby improving the performance and reliability of the bioprint. .

둘째, 스캐닝 후 3차원 모델을 생성하고, 그런 다음 바이오 프린팅을 실시하기 때문에 전체 공정속도를 향상시킬 수 있다. Second, after scanning, a three-dimensional model is created, and then bioprinting is performed, thereby improving the overall process speed.

셋째, 기존의 바이오잉크의 경우 온도, pH, 이온 등으로 쉽게 가교되는 천연고분자 기반의 간단한 형태로 되어 있어 특정 바이오 장비에 특화된 반면, 본 발명의 바이오잉크는 이러한 기존 바이오잉크의 단점을 보완하여 생체고분자들의 생체적합성 가교를 유도하고, 세포 및 조직 특성화를 위한 바이오잉크의 특성을 조절할 수 있다.Third, the conventional bio-ink is a simple form based on a natural polymer which is easily crosslinked with temperature, pH, ion, etc., and is specialized in a specific bio-equipment. On the other hand, the bio-ink of the present invention complements the disadvantages of the conventional bio- Biocompatibility crosslinking of the polymers can be induced, and the characteristics of the bio-ink for cell and tissue characterization can be controlled.

넷째, 광 간섭성 단층 촬영기술 기반 스캐닝 기술의 장점을 활용하여 인체의 표면 손상 부위뿐만 아니라 내부 손상의 정도까지 정확하게 파악할 수 있다.Fourth, by utilizing the advantages of optical coherence tomography based scanning technology, it is possible to grasp not only the surface damage area of the human body but also the degree of internal damage.

다섯째, 광 간섭성 단층 촬영기술 기반 스캐닝 기술은 생체 재료에 둘러싸인 세포의 거동을 프린팅과 동시에 측정 및 분석할 수 있어 프린팅 공정의 신뢰성을 향상 시킬 수 있으며, 제작되는 세포 구조체의 질을 정밀하게 컨트롤 할 수 있다.Fifth, optical coherence tomography based scanning technology can measure and analyze the behavior of cells surrounded by biomaterials at the same time as printing, thereby improving the reliability of the printing process and precisely controlling the quality of the cell structure .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 바이오 프린트장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 통합형 프린팅 헤드모듈과 이동부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 통합형 헤드모듈의 진단스캐닝장치를 나타내는 저면사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 바이오 프린트방법을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a three-dimensional bioprinting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing the integrated printing head module and the moving unit of FIG. 1;
3 is a bottom perspective view showing the diagnostic scanning apparatus of the integrated head module of FIG.
4 is a diagram illustrating a three-dimensional bioprint method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 바이오 프린트장치(400)(120)는, 통합형 프린팅 헤드모듈(100)과, 이동부(200)와, 제어부(300)를 포함한다. 1 to 3, a 3D bioprint device 400 (120) according to an embodiment of the present invention includes an integrated printing head module 100, a moving unit 200, a controller 300 ).

상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)은, 진단스캐닝장치(110)와, 프린트장치(120)가 통합된 구조를 갖고 있으며, 생체 표면을 스캐닝하여 상기 생체 표면으로 3차원 생체조직을 프린팅하는 역할을 한다. The integrated printing head module 100 has a structure in which the diagnostic scanning device 110 and the printing device 120 are integrated and scans the living body surface and prints the three dimensional living tissue on the living body surface .

상기 진단스캐닝장치(110)는, 생체 조직을 스캐닝하여 생체 조직의 결손부위에 대한 생체 표면 및 생체 조직 내부의 이미지를 센싱하는 역할을 한다. 여기서, 상기 진단스캐닝장치(110)는, 광 간섭성 단층 촬영기술 기반으로 하는 OCT(Optical coherence tomography)장치를 적용하는 것이 바람직하며, 이러한 OCT장치는 빛을 상기 생체 표면에 주사하여 상기 생체 표면의 주사 영역의 빛 간섭 단층 영상을 취득하는 것으로서, 공지의 형광 물질 또는 빛 반사 증폭물질의 파장에 부합하는 특정 파장의 빛을 피검사체의 주사 영역에 주사하고, 상기 주사 영역의 빛 간섭 단층 영상을 취득하는 OCT장치로서 상세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 도면에서 111은 상기한 진단스캐닝장치(100)가 OCT장치인 경우 상기 진단스캐닝장치(110)와 상기 제어부(300)에 각각 연결되는 OCT 시스템을 나타낸다. The diagnostic scanning device 110 scans the living tissue to sense the images of the living body surface and the inside of the living tissue with respect to the defective portion of the living tissue. Here, the diagnostic scanning apparatus 110 preferably applies an optical coherence tomography (OCT) apparatus based on an optical coherence tomography technique. The OCT apparatus scans light onto the living body surface, A light interference interference tomographic image of a scanning region is obtained by scanning light of a specific wavelength matching the wavelength of a known fluorescent substance or a light reflection amplifying substance into a scanning region of a subject and obtaining a light interference tomographic image of the scanning region And the detailed description thereof will be omitted. In the drawing, reference numeral 111 denotes an OCT system connected to the diagnostic scanning device 110 and the controller 300 when the diagnostic scanning device 100 is an OCT device.

상기 프린트장치(120)는, 상기 생체 표면으로 살아 있는 세포 또는 생체 재료로 이루어진 바이오잉크를 상기 생체 표면의 결손부위에 3차원 생체조직을 프린팅하는 역할을 한다. The printing apparatus 120 prints a bio-ink composed of a living cell or a biomaterial on the living body surface, and prints a three-dimensional biomolecule on a defective portion of the living body surface.

우선, 상기 바이오잉크는, 다양한 세포의 생명활동 유지 및 생체조직 구성을 위한 생체 외 기질(Extracellular Matrix,ECM)을 모사하는 것으로서, 고분자 가교밀도를 위한 물리적 특성과, 고분자 성분비에 따른 화학적 특성과, 성장인자 첨가에 따른 생물학적특성을 조절하여 형성된다. First, the bio-ink simulates an extracellular matrix (ECM) for maintaining vital activity of various cells and a biotissue structure. The bio-ink has physical properties for polymer crosslinking density, chemical properties according to the ratio of polymer components, It is formed by regulating the biological properties of the growth factors.

이에, 상기 바이오잉크는, 섬유아세포(Fibroblast), 케라틴세포(Keratinocyte), 멜라닌세포(Melanocyte), 내피 세포 (Endothelial cell)를 포함하는 4종세포와, 젤라틴과 히알루론산을 포함하는 고분자가교제와, EGF(Epidermal Growth Factor) 또는 KGF(Keratinocyte growth factor) 또는 FGF(Fibroblast growth factor) 또는 VEGF(Vascular endothelial growth factor)를 포함하는 성장인자로 형성되어 있다. The bio-ink may be prepared by mixing four kinds of cells including fibroblast, keratinocyte, melanocyte and endothelial cell, a polymeric crosslinking agent including gelatin and hyaluronic acid, And is formed of growth factors including EGF (Epidermal Growth Factor) or KGF (Keratinocyte growth factor), FGF (Fibroblast growth factor) or VEGF (Vascular endothelial growth factor).

상기한 바이오 잉크는 다층 구조로 이루어진 생체 피부의 구조를 모사할 수 있으며, 상기 섬유아세포는 진피층을, 케라틴세포는 표피층을, 그리고 멜라닌세포는 피부의 색깔을 결정지으며, 내피세포는 혈관 조직을 형성하는 역할을 수행한다. 이때 사용되는 각 성장인자들은 프린팅된 세포들의 증식을 향상 시키며, 각 조직으로의 분화 및 성숙을 크게 촉진 시켜 준다.The bio-ink described above can simulate the structure of a living body skin composed of a multi-layer structure. The fibroblasts determine the color of the skin, the keratinocytes determine the color of the skin, and the melanin cells determine the color of the skin. . Each growth factor used improves the proliferation of the printed cells and greatly promotes differentiation and maturation into each tissue.

상기 프린트장치(120)는, 상기 바이오잉크를 분사하는 분사부(121)와, 상기 분사부(121)와 연결되어 상기 바이오잉크의 분사압을 공급하고 상기 제어부(300)와 연결되어 상기 분사압을 조절하는 압력공급부(122)를 포함한다.The printing apparatus 120 includes a jetting unit 121 for jetting the bio ink and a jetting unit 121 connected to the jetting unit 121 to supply the jetting pressure of the bio ink, And a pressure supply part 122 for adjusting the pressure of the fluid.

여기서, 상기 분사부(121)는, 상기한 바이오잉크의 성분에 대응하여 서로 다른 바이오잉크를 분사하는 복수개의 분사노즐을 포함하고 있으며, 고속 고정밀 제팅 모듈(Jetting module)을 적용한다.Here, the jetting unit 121 includes a plurality of jetting nozzles for jetting different bio-inks corresponding to the components of the bio ink, and a high-speed and high-precision jetting module is applied.

한편, 상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)은 상기 진단스캐닝장치(110)와 상기 프린트장치(120)가 통합된 구조로서 상기 진단스캐닝장치(110)의 스캐닝 좌표축과, 상기 프린트장치(120)의 프린트 좌표축은 서로 동기화되어 있어, 컴팩트한 구조를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 이미징과 프린팅을 정확하고 신속하게 수행할 수 있다.The integrated printing head module 100 has a structure in which the diagnostic scanning device 110 and the printing device 120 are integrated and the scanning coordinate axis of the diagnostic scanning device 110 and the printing coordinate system of the printing device 120 The coordinate axes are synchronized with each other, so that a compact structure can be obtained, and imaging and printing can be performed accurately and quickly.

상기 이동부(200)는, 상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)과 결합되고, 상기 제어부(300)에 의하여 구동 제어되어 상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)을 이동시키는 역할을 하며, X축스테이지(210)와, Y축스테이지(220)와, Z축스테이지(230)와, 이동제어부(240)를 포함한다.The moving unit 200 is coupled to the integrated printing head module 100 and is driven and controlled by the controller 300 to move the integrated printing head module 100. The X-axis stage 210 A Y-axis stage 220, a Z-axis stage 230, and a movement controller 240.

상기 X축스테이지(210)는, 상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)이 X축의 좌우방향으로 슬라이딩 가능하게 결합하여, 상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)을 상기 X축 방향으로 이동시키는 역할을 한다.The X-axis stage 210 is slidably coupled to the integrated printing head module 100 in the X-axis direction to move the integrated printing head module 100 in the X-axis direction.

상기 Y축스테이지(220)는, 상기 X축스테이지(210)가 Y축의 전후방향으로 슬라이딩 가능하게 결합하여 상기 X축스테이지(210)를 상기 Y축 방향으로 이동시키는 역할을 한다.The Y-axis stage 220 is slidably coupled with the X-axis stage 210 in the Y-axis direction to move the X-axis stage 210 in the Y-axis direction.

상기 Z축스테이지(230)는, 상기 Y축스테이지(220)가 Z축의 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 결합하여 상기 Y축스테이지(220)를 상기 Z축 방향으로 이동시키는 역할을 한다.The Z-axis stage 230 serves to move the Y-axis stage 220 in the Z-axis direction by being slidably coupled with the Y-axis stage 220 in the vertical direction of the Z-axis.

한편, 상기 X축스테이지(210)와 상기 Y축 스테이지는, 축레일과, 상기 축레일을 따라 슬라이딩 이동하는 슬라이더를 포함하고 있으며, 이러한 구성은 공지의 X축스테이지(210)와 Y축스테이지(220)를 포함하여, LM가이드 등을 적용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 Z축스테이지(230)는 도시된 바와 같이 상하방향으로 슬라이딩 이동할 수 있도록 모션제너레이터(242) 등을 적용할 수 있으며, 모터방식 또는 유압방식 등 상기한 상하방향으로의 이동을 할 수 있는 구성이라면 모두 가능하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. The X-axis stage 210 and the Y-axis stage include an axial rail and a slider that slides along the axial rail. The X-axis stage 210 and the Y- 220, an LM guide or the like can be applied, so that a detailed description thereof will be omitted. In addition, the Z-axis stage 230 may be a motion generator 242 or the like that can be slidably moved in the vertical direction as shown in the drawing, and may be a motor type or a hydraulic type, And the detailed description thereof will be omitted.

상기 이동제어부(240)는, 상기 제어부(300)와 연결되고 상기 X축스테이지(210)와, 상기 Y축스테이지(220)와, 상기 모션제너레이션에 의한 상기 Z축스테이지(230)를 각각 구동 제어하는 역할을 하며, 한다. The movement controller 240 is connected to the controller 300 and controls the X-axis stage 210, the Y-axis stage 220 and the Z-axis stage 230 based on the motion generation, And to do.

상기 제어부(300)는, 상기 진단스캐닝장치(110)와 연결되어 상기 생체 표면의 이미지정보를 수신하고, 상기 프린트장치(120)와 연결되어 상기 생체 표면에 상기 이미지정보에 대응하는 상기 3차원 생체조직으로 프린팅하도록 제어한다.The control unit 300 is connected to the diagnostic scanning device 110 to receive image information of the living body surface, and is connected to the printing device 120 to display on the living body surface the three- And controls printing to the tissue.

상세하게, 상기 제어부(300)는, 상기 진단스캐닝장치(110)와 연결되어 수신된 상기 이미지정보를 통하여 3차원 모델을 생성하고, 이에 상기한 3차원 모델에 대응하는 프린팅경로를 생성한다. 그리고 상기 제어부(300)는 상기한 바에 의하여 프린팅경로가 생성되면 상기 이동제어부(240)로 상기 프린팅경로에 대한 이동정보를 송신하여 상기 프린팅경로로 상기 이동부(200)가 구동되도록 한다. 이렇게 상기 이동부(200)가 상기 프린팅경로에 대응하여 이동하면 상기 제어부(300)는 상기 압력공급부(122)를 제어하여 상기 분사부(121)로 분사되는 상기 바이오잉크의 분사량을 조절함으로써 3차원 생체조직이 프린팅되도록 한다. 이때, 상기 제어부(300)는 상기 분사부(121)의 복수개의 분사노즐 각각을 제어하여, 상기 생체조직이 프린팅되도록 한다.In detail, the control unit 300 generates a three-dimensional model through the received image information in connection with the diagnostic scanning apparatus 110, and generates a printing path corresponding to the three-dimensional model. When the printing path is generated according to the above, the control unit 300 transmits the movement information about the printing path to the movement control unit 240 so that the moving unit 200 is driven by the printing path. When the moving unit 200 moves in correspondence with the printing path, the controller 300 controls the pressure supply unit 122 to adjust the injection amount of the bio ink injected to the jetting unit 121, Allowing the biotissue to be printed. At this time, the control unit 300 controls each of the plurality of injection nozzles of the jetting unit 121 to print the biomedical tissue.

상기한 바와 같이, 상기 3차원 바이오 프린트장치(400)는 진단스캐닝장치(110)와 상기 프린트장치(120)가 통합형으로 이루어져 있고, 상기 진단스캐너와 프린트장치(120)의 좌표축이 동기화된 상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)을 통하여, 시스템의 단순화 및 구조의 컴팩트화를 이룰 수 있음은 물론 프린팅 위치선정의 정확도를 향상시킬 수 있어 바이오 프린트의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the three-dimensional bioprint device 400 includes the diagnostic scanning device 110 and the printing device 120 in an integrated manner, and the integrated scanner 300 and the printing device 120, Simplification of the system and compactness of the structure can be achieved through the printing head module 100 as well as the accuracy of the printing position selection can be improved and the performance and reliability of the bioprint can be improved.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 바이오 프린트방법을 나타내는 도면으로, 도면을 참조하여 상기 3차원 바이오 프린트방법에 대하여 살펴보기로 한다. FIG. 4 is a view showing a three-dimensional bioprint method according to an embodiment of the present invention, and the three-dimensional bioprint method will be described with reference to the drawings.

먼저, 상기 이동부(200)를 구동제어하여 상기 통합형 프린트 헤드모듈(100)을 상기 생체조직을 따라 이동시키고, 상기 진단스캐닝장치(110)를 통하여 상기 생체조직의 표면과 손상된 내부의 결손부위를 스캐닝하고 상기 생체 표면과 내부의 이미지를 센싱하는 3차원 조직 스캐닝 단계를 거친다(S10). First, the moving unit 200 is driven and controlled to move the integrated printhead module 100 along the living tissue, and the surface of the living tissue and the damaged internal defective portion are detected through the diagnostic scanning device 110 And a three-dimensional tissue scanning step of sensing an image of the inside surface and the inside surface is performed (S10).

이렇게 상기 진단스캐닝장치(110)를 통하여 상기 생체 조직의 3차원 조직 스캐닝을 실시한 후에는 영상처리를 이용한 3차원 조직 구획화 및 정량화를 실시한다(S20).After the three-dimensional tissue scanning of the living tissue is performed through the diagnostic scanning device 110, three-dimensional tissue segmentation and quantification using image processing are performed (S20).

상기한 3차원 조직 구획화 및 정량화가 완료되면, 상기 제어부(300)는 상기 진단스캐닝장치(110)로부터 스캐닝 된 상기 생체 표면 및 내부의 이미지정보를 수신하여 상기 이미지정보에 대응하는 3차원 모델을 생성한다(S30). 이때, 상기 3차원 모델은 공지의 CAD와 같은 소프트웨어를 적용할 수 있지만 이에 한정하지는 않는다. Upon completion of the three-dimensional tissue segmentation and quantification, the controller 300 receives the image information of the living body surface and the interior scanned from the diagnostic scanning device 110 and generates a three-dimensional model corresponding to the image information (S30). At this time, software such as a known CAD can be applied to the three-dimensional model, but the present invention is not limited thereto.

한편, 이때 상기 제어부(300)는 상기 진단스캐닝장치(110)로부터 스캐닝 된 상기 생체 표면 및 조직 내부의 이미지정보를 바탕으로 생체 표면의 손상 정도를 분석할 수 있다.At this time, the controller 300 can analyze the degree of damage of the living body surface based on the image information of the living body surface and the inside of the tissue scanned from the diagnostic scanning device 110.

상기 3차원 모델을 생성한 다음 상기 제어부(300)는 상기 3차원 모델에 대응하여 상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)과 상기 프린트장치(120)의 프린팅 경로를 생성한다(S40).After generating the three-dimensional model, the controller 300 generates a printing path of the integrated printing head module 100 and the printing device 120 according to the three-dimensional model (S40).

그런 다음, 상기 제어부(300)는 생성된 상기 프린팅 경로에 따라 상기 이동제어부(240)를 제어하여 상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)을 상기 프린틴 경로에 대응하여 이동시킨다(S50). In step S50, the controller 300 controls the movement controller 240 according to the printing path to move the integrated printing head module 100 corresponding to the print path.

이때, 상기한 프린팅 경로에 따라 상기 통합형 프린팅 헤드모듈(100)이 이동하면 이에 대응하여 상기 제어부(300)는 상기 프린트장치(120)를 제어하여 상기 바이오잉크를 통하여 상기 생체 표면으로 3차원 생체조직을 프린팅한다(S60).At this time, when the integrated printing head module 100 moves according to the printing path, the controller 300 controls the printing device 120 so that three-dimensional biometric tissue is formed on the living body surface through the bio ink, (S60).

한편, 상기 3차원 바이오 프린트방법은, 상기 이미지를 센싱하는 단계에서 상기 진단스캐닝장치(110)의 스캐닝 좌표축과, 상기 프린팅하는 단계에서 상기 프린트장치(120)의 프린트 좌표축이 서로 동기화되어 있어, 프린트 위치선정의 정확도를 향상시킬 수 있다. In the 3D bio-print method, the scanning coordinate axes of the diagnostic scanning device 110 and the printing coordinate axes of the printing device 120 are synchronized with each other in the step of sensing the image, The accuracy of positioning can be improved.

이에 대하여 상세하게 살펴보면, 상기한 바와 같이 스캐닝 좌표축과 프린트 좌표축의 동기화는 프린팅 정밀도의 향상에 매우 중요하다. 이에, 스캐닝을 통하여 얻어지는 정보를 바탕으로 생성된 프린팅 정보를 정확한 위치에서 실시하기 위하여, 두 좌표축에 대한 정밀한 동기화가 필요하며 이를 위하여 프린팅 좌표축과 스캐닝 좌표축이 가지는 상대적인 위치의 정밀 측정 후 소프트웨어를 통한 좌표축의 이동 및 회전을 통하여 동기화를 실시한다.In detail, synchronization of the scanning coordinate axes and the printing coordinate axes is very important for improving the printing precision as described above. Therefore, precise synchronization of the two coordinate axes is required in order to perform the printing information generated based on the information obtained through the scanning at the precise position. For this purpose, precise measurement of the relative positions of the printing coordinate axes and the scanning coordinate axes, So that the synchronization is performed through the movement and the rotation.

또한, 상기한 스캐닝 좌표축과 프린트 좌표축의 동기화는, 소프트웨어를 통한 좌표축의 이동 및 회전을 실시한 후 프린팅과 측정의 반복을 통하여 구현된다. 한편, 상기한 동기화 작업은 프린터로 정해진 위치에 특정 구조물을 제작한 후 이를 스캐닝 한 후 두 좌표축이 가지는 상대적인 위치를 측정하고, 반복적인 작업을 통하여 스캐닝 좌표축과 프린트 좌표축의 두 좌표축 동기화의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the synchronization between the scanning coordinate axes and the printing coordinate axes is realized through repetition of printing and measurement after moving and rotating coordinate axes through software. Meanwhile, the above-mentioned synchronization operation is performed by preparing a specific structure at a predetermined position by the printer, scanning the same, measuring the relative positions of the two coordinate axes, and improving the reliability of synchronizing the two coordinate axes of the scanning coordinate axes and the printing coordinate axes through repetitive operations. .

상기한 바와 같이, 상기 3차원 바이오 프린트방법은, 상기 진단스캐너와 프린트장치(120)의 좌표축이 동기화된 상기 통합형 헤드모듈(100)을 통하여 상기 생체 표면을 스캐닝 후 3차원 모델 및 프린팅 경로를 생성하고, 바이오 프린팅을 실시하기 때문에 전체 프로세싱이 간단하여 전체 공정속도를 향상시킬 수 있다. As described above, the three-dimensional bioprint method includes generating a three-dimensional model and a printing path after scanning the living body surface through the integrated head module 100 in which the coordinate axes of the diagnostic scanner and the printing apparatus 120 are synchronized Since bioprinting is carried out, the whole processing is simple and the whole process speed can be improved.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100... 통합형 프린팅 헤드모듈 110... 진단스캐닝장치
111... 진단스캐닝장치 시스템 120... 프린트장치
121... 분사부 122... 압력공급부
200... 이동부 210... X축스테이지
220... Y축스테이지 230... Z축스테이지
240... 이동제어부 242... 모션제너레이터
300... 제어부 400... 3차원 바이오 프린트장치100 ... integrated printing head module 110 ... diagnostic scanning device
111 ... diagnostic scanning device system 120 ... printing device
121 ... jetting section 122 ... pressure supply section
200 ... moving part 210 ... X-axis stage
220 ... Y-axis stage 230 ... Z-axis stage
240 ... movement control section 242 ... motion generator
300 ... controller 400 ... three-dimensional bio-print device

Claims (9)

생체 조직을 스캐닝하여 상기 생체 조직의 이미지를 센싱하는 진단스캐닝장치와, 상기 생체 조직으로 살아 있는 세포 또는 생체 재료로 이루어진 바이오잉크를 생체 표면에 3차원 생체조직으로 프린팅하는 프린트장치를 포함하는 통합형 프린팅 헤드모듈;
상기 통합형 프린팅 헤드모듈과 결합되어, 상기 프린팅 헤드모듈을 이동시키는 이동부; 및
상기 진단스캐닝장치와 연결되어 상기 생체 표면의 이미지정보를 수신하고, 상기 프린트장치와 연결되어 상기 이미지정보에 대응하는 상기 3차원 생체조직을 프린팅하도록 제어하고, 상기 프린팅 헤드모듈을 이동시키도록 상기 이동부를 구동 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 진단스캐닝장치는, 빛을 상기 생체 표면에 주사하여 상기 생체 조직의 주사 영역의 빛 간섭 단층 영상을 취득하는 OCT(Optical Coherence Tomography)장치이고,
상기 프린트장치는,
상기 바이오잉크를 분사하는 분사부와, 상기 분사부와 연결되어 상기 바이오잉크의 분사압을 공급하고, 상기 제어부에 의하여 제어되어 상기 분사압을 조절하는 압력공급부를 포함하고,
상기 분사부는, 상기 바이오잉크의 성분에 대응하여 서로 다른 바이오잉크를 분사하는 복수개의 분사노즐을 포함하고,
상기 통합형 프린팅 헤드모듈의 하면에 상기 진단스캐닝장치 및 상기 복수개의 분사노즐이 배치되어, 상기 생체 표면을 직접 대향하도록 하며,
상기 제어부는, 상기 진단스캐닝장치의 스캐닝 좌표축과 상기 프린트장치의 프린트 좌표축을 동기화시키기 위하여, 상기 프린트장치로 정해진 위치에 특정 구조물을 제작하고, 상기 프린트 장치 및 상기 진단스캐닝장치로 상기 특정 구조물을 각각 스캐닝하여, 상기 프린트장치에 의하여 스캔된 좌표와 상기 진단스캐닝장치에 의하여 스캔된 좌표를 이용하여 상기 진단스캐닝장치의 스캐닝 좌표축과 상기 프린트장치의 프린트 좌표축이 가지는 상대적인 위치를 측정하여 상기 스캐닝 좌표축과 상기 프린트 좌표축 사이의 동기화를 수행하는 3차원 바이오 프린트장치.A diagnostic scanning device for scanning the living tissue to sense an image of the living tissue, and a printing device for printing bio-ink, which is living cells or biomaterials, on the living body surface with a three- Head module;
A moving unit coupled to the integrated printing head module to move the printing head module; And
A control unit connected to the diagnostic scanning device to receive image information of the living body surface, to control the printing of the three-dimensional tissue corresponding to the image information in connection with the printing device, And a control unit for controlling the driving of the unit,
The diagnostic scanning apparatus is an OCT (Optical Coherence Tomography) apparatus that scans light onto the living body surface to acquire a light interference tomographic image of the scanning region of the living tissue,
The printing apparatus includes:
And a pressure supply unit connected to the ejection unit to supply the ejection pressure of the bio ink and to control the ejection pressure under the control of the control unit,
Wherein the jetting unit includes a plurality of jetting nozzles for jetting different bio-inks corresponding to the components of the bio-ink,
Wherein the diagnostic scanning device and the plurality of injection nozzles are disposed on a lower surface of the integrated printing head module so that the biosurfacing surface is directly opposed,
The control unit may be configured to produce a specific structure at a position determined by the printing apparatus so as to synchronize the scanning coordinate axis of the diagnostic scanning apparatus and the printing coordinate axis of the printing apparatus and to transmit the specific structure to the printing apparatus and the diagnostic scanning apparatus, Wherein the scanning coordinate axis of the diagnostic scanning device and the printing coordinate axis of the printing device are measured by using the coordinates scanned by the printing device and the coordinates scanned by the diagnostic scanning device, A three-dimensional bioprint device for performing synchronization between print coordinate axes. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 이동부는,
상기 통합형 프린팅 헤드모듈이 X축의 좌우방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되어, 상기 통합형 프린팅 헤드모듈을 상기 X축 방향으로 이동시키는 X축스테이지와,
상기 X축스테이지가 Y축의 전후방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되어 상기 X축스테이지를 상기 Y축 방향으로 이동시키는 Y축스테이지와,
상기 Y축스테이지가 Z축의 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되어 상기 Y축스테이지를 상기 Z축 방향으로 이동시키는 Z축스테이지와,
상기 제어부와 연결되고 X축스테이지와, Y축스테이지와, Z축스테이지를 각각 구동 제어하는 이동제어부를 포함하는3차원 바이오 프린트장치.The method according to claim 1,
The moving unit includes:
An X-axis stage for moving the integrated printing head module in the X-axis direction, the integrated printing head module being slidably coupled to the X-
A Y-axis stage in which the X-axis stage is slidably engaged in the front-rear direction of the Y-axis to move the X-axis stage in the Y-
The Y-axis stage being slidably coupled to the Z-axis in the vertical direction to move the Y-axis stage in the Z-axis direction,
And a movement controller connected to the controller for driving and controlling the X-axis stage, the Y-axis stage, and the Z-axis stage, respectively. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 바이오잉크는,
섬유아세포(Fibroblast), 케라틴세포(Keratinocyte), 멜라닌세포(Melanocyte), 내피세포(Endothelial cell)를 포함하는 4종세포와, 젤라틴과 히알루론산을 포함하는 고분자가교제와, EGF(Epidermal Growth Factor) 또는 KGF(Keratinocyte growth factor) 또는 FGF(Fibroblast growth factor) 또는 VEGF(Vascular endothelial growth factor)를 포함하는 성장인자를 포함하는 3차원 바이오 프린트장치.The method according to claim 1,
The bio-
(EGF), or a mixture of four kinds of cells including a fibroblast, a keratinocyte, a melanocyte, and an endothelial cell, a polymer cross-linking agent including gelatin and hyaluronic acid, A three-dimensional bioprint device comprising a growth factor comprising KGF (Keratinocyte growth factor), FGF (Fibroblast growth factor) or VEGF (Vascular endothelial growth factor). 삭제delete 생체 조직을 스캐닝하여 상기 생체 조직의 이미지를 센싱하는 진단스캐닝장치와, 상기 생체 조직으로 살아 있는 세포 또는 생체 재료로 이루어진 바이오잉크를 생체 표면에 3차원 생체조직으로 프린팅하는 프린트장치를 포함하는 통합형 프린팅 헤드모듈과, 상기 통합형 프린팅 헤드모듈과 결합되어 상기 프린팅 헤드모듈을 이동시키는 이동부와, 상기 진단스캐닝장치와 연결되어 상기 생체 조직의 이미지정보를 수신하고, 상기 프린트장치와 연결되어 상기 이미지정보에 대응하는 상기 3차원 생체조직을 프린팅하도록 제어하고, 상기 프린팅 헤드모듈을 이동시키도록 상기 이동부를 구동 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 바이오 프린트장치를 이용하되, 상기 진단스캐닝장치를 통하여 상기 생체 조직을 스캐닝하고 상기 생체 조직의 이미지를 센싱하는 3차원 조직 스캐닝 단계;
상기 진단스캐닝장치를 통하여 스캐닝 된 상기 생체 조직의 이미지정보에 대응하는 3차원 모델을 생성하는 단계;
상기 3차원 모델에 대응하여 상기 통합형 프린팅 헤드모듈과 상기 프린트장치의 프린팅 경로를 생성하는 단계;
상기 프린팅 경로에 따라 상기 이동부를 제어하여 상기 통합형 프린팅 헤드모듈을 이동시키는 단계;
상기 통합형 프린팅 헤드모듈이 이동하면 상기 프린트장치를 통하여 상기 생체 조직으로 상기 바이오잉크를 프린팅하여 상기 생체 조직으로 3차원 생체조직을 프린팅하는 단계를 포함하고,
상기 진단스캐닝장치는, 빛을 상기 생체 표면에 주사하여 상기 생체 조직의 주사 영역의 빛 간섭 단층 영상을 취득하는 OCT(Optical Coherence Tomography)장치이고,
상기 프린트장치는,
상기 바이오잉크를 분사하는 분사부와, 상기 분사부와 연결되어 상기 바이오잉크의 분사압을 공급하고, 상기 제어부에 의하여 제어되어 상기 분사압을 조절하는 압력공급부를 포함하고,
상기 분사부는, 상기 바이오잉크의 성분에 대응하여 서로 다른 바이오잉크를 분사하는 복수개의 분사노즐을 포함하고,
상기 통합형 프린팅 헤드모듈의 하면에 상기 진단스캐닝장치 및 상기 복수개의 분사노즐이 배치되어, 상기 생체 표면을 직접 대향하도록 하며,
상기 3차원 조직 스캐닝 단계 이전에, 상기 진단스캐닝장치의 스캐닝 좌표축과 상기 프린트장치의 프린트 좌표축을 동기화시키기 위하여, 상기 프린트장치로 정해진 위치에 특정 구조물을 제작하고, 상기 프린트 장치 및 상기 진단스캐닝장치로 상기 특정 구조물을 각각 스캐닝하여, 상기 프린트장치에 의하여 스캔된 좌표와 상기 진단스캐닝장치에 의하여 스캔된 좌표를 이용하여 상기 진단스캐닝장치의 스캐닝 좌표축과 상기 프린트장치의 프린트 좌표축이 가지는 상대적인 위치를 측정하여 상기 스캐닝 좌표축과 상기 프린트 좌표축 사이의 동기화를 수행하는 단계를 더 포함하는 3차원 바이오 프린트방법.A diagnostic scanning device for scanning the living tissue to sense an image of the living tissue, and a printing device for printing bio-ink, which is living cells or biomaterials, on the living body surface with a three- A moving unit coupled to the integrated printing head module to move the printing head module; a display unit coupled to the diagnostic scanning unit to receive image information of the living tissue, Dimensional bio-print device, wherein the control unit controls the printing unit to print the corresponding three-dimensional biometric tissue, and controls the moving unit to move the printing head module, wherein the bi- Scanning and sensing the image of the biomedical tissue The scanning step 3D tissue;
Generating a three-dimensional model corresponding to image information of the biomedical tissue scanned through the diagnostic scanning device;
Generating a printing path of the integrated printing head module and the printing apparatus corresponding to the three-dimensional model;
Controlling the moving unit according to the printing path to move the integrated printing head module;
And printing the bio-ink onto the living tissue through the printing device when the integrated printing head module moves, thereby printing the bio-tissue on the living tissue,
The diagnostic scanning apparatus is an OCT (Optical Coherence Tomography) apparatus that scans light onto the living body surface to acquire a light interference tomographic image of the scanning region of the living tissue,
The printing apparatus includes:
And a pressure supply unit connected to the ejection unit to supply the ejection pressure of the bio ink and to control the ejection pressure under the control of the control unit,
Wherein the jetting unit includes a plurality of jetting nozzles for jetting different bio-inks corresponding to the components of the bio-ink,
Wherein the diagnostic scanning device and the plurality of injection nozzles are disposed on a lower surface of the integrated printing head module so that the biosurfacing surface is directly opposed,
Dimensional structure scanning step, in order to synchronize the scanning coordinate axes of the diagnostic scanning device with the printing coordinate axes of the printing device, a specific structure is made at a position determined by the printing device, and the printing device and the diagnostic scanning device The relative position of the scanning coordinate axis of the diagnostic scanning device and the printing coordinate axis of the printing device is measured using the coordinates scanned by the printing device and the coordinates scanned by the diagnostic scanning device, And performing synchronization between the scanning coordinate axes and the print coordinate axes. 삭제delete
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