KR101947154B1 - Fabrication method and device for three-dimensional electrospun scaffold - Google Patents
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Abstract
3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법과 제조 장치를 제공한다. 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 장치는, 세포가 들어 있는 배지를 담는 챔버와, 배지에 적어도 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 적어도 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으키는 적어도 두 개의 구동원과, 챔버의 상측에 위치하며 스캐폴드 물질을 수용하고 실린지 펌프로부터 토출 압력을 공급받는 실린지와, 실린지에 전기적으로 연결된 고전압 전원과, 배지를 접지시키기 위한 접지 전극을 포함한다.A method and an apparatus for manufacturing a three-dimensional electrospinning scaffold are provided. A three-dimensional electrospinning scaffold manufacturing apparatus comprises a chamber for containing a medium containing cells, at least two driving sources for applying at least two kinds of physical forces to the medium to cause at least two kinds of mixed flow, A syringe positioned above the chamber and containing the scaffold material and supplied with a discharge pressure from the syringe pump, a high voltage power source electrically connected to the syringe, and a ground electrode for grounding the medium.
Description
본 발명은 3차원 전기방사 스캐폴드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세포의 고른 분포와 내부 침투가 향상된 3차원 전기방사 스캐폴드의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional electrospinning scaffold, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing a three-dimensional electrospinning scaffold in which uniform distribution and intrusion of cells are improved.
전기방사는 전기장을 이용하여 마이크로미터 또는 나노미터 스케일의 섬유를 제작하는 간단하고 널리 사용되는 방법이다. 특히 전기방사로 얻은 미세 섬유는 세포외기질과 유사한 크기와 분포를 가지기 때문에 조직 공학에서 조직을 구축하고 세포 성장을 도우며 세포의 기능을 제어하는 인공 지지대인 스캐폴드로 사용될 수 있다.Electrospinning is a simple and widely used method of fabricating micrometer or nanometer scale fibers using electric fields. Especially, microfibers obtained by electrospinning have a size and distribution similar to those of extracellular matrix, so they can be used as a scaffold, which is an artificial support for controlling tissue functions, tissue growth, cell growth and tissue function in tissue engineering.
대부분의 미세 섬유 스캐폴드는 섬유를 적층시켜 3차원 구조를 형성하므로 제조에 많은 시간이 소요되며, 기공 크기가 제한적이다. 스캐폴드의 기공 구조는 세포의 접종과 부착 및 배양에 큰 영향을 미치므로 이러한 문제를 극복하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.Most microfibrous scaffolds require a lot of time to fabricate and have limited pore size because they form a three-dimensional structure by laminating the fibers. Since the pore structure of the scaffold greatly affects the inoculation, attachment and cultivation of cells, various studies are being conducted to overcome this problem.
본 출원의 발명자는 이전 연구(하기 선행기술문헌의 비특허문헌)에서 세포가 담긴 배지를 편심 회전시키고, 전기장을 가하여 스캐폴드를 제조하는 방법을 제시하였다. 이 방법에 따르면, 제작과 세포 배양까지 걸리는 절차를 단축할 수 있고, 추가 공정이 필요 없어 스캐폴드의 오염을 줄일 수 있다.The inventors of the present application proposed a method of manufacturing a scaffold by eccentrically rotating a medium containing cells in an earlier study (non-patent reference of the following prior art document) and applying an electric field. According to this method, the procedure from preparation to cell culture can be shortened, and scaffold contamination can be reduced because no additional process is required.
본 발명은 요구 특성에 맞는 다양한 기계적 물성, 다공성, 생분해성, 및 세포친화적인 표면 특성 등을 가지는 발전된 스캐폴드를 제작할 수 있는 3차원 전기방사 스캐폴드의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하고자 한다.The present invention provides a method and apparatus for manufacturing a three-dimensional electrospinning scaffold capable of producing an improved scaffold having various mechanical properties, porosity, biodegradability, and cell-friendly surface characteristics suitable for the required characteristics.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법은 준비 단계와 유동 발생 단계 및 전기방사 단계를 포함한다. 준비 단계는 세포가 들어 있는 배지를 챔버에 담고, 스캐폴드 물질이 저장된 실린지를 배지의 상부에 배치하는 것으로 이루어진다. 유동 발생 단계는 배지에 적어도 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 구동원이 상이한 적어도 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으키는 것으로 이루어진다. 전기방사 단계는 배지와 실린지 사이에 전압 차를 발생시키고, 실린지 펌프를 가동하여 실린지로부터 복합 유동이 일어나는 배지의 표면을 향해 스캐폴드 물질을 섬유 형태로 방사하는 것으로 이루어진다. 전기방사 단계에서, 스캐폴드 물질이 3차원으로 얽히면서 섬유 구조물을 형성하고, 섬유 구조물 내부에 세포들이 침투하여 스캐폴드가 형성된다.A method of manufacturing a three dimensional electrospinning scaffold according to an embodiment of the present invention includes a preparation step, a flow generation step, and an electrospinning step. The preparation step consists of placing the medium containing the cells in a chamber and placing the syringe with the scaffold material on top of the medium. The flow generating step consists in applying at least two kinds of physical forces to the medium to cause a non-uniform compound flow in which at least two kinds of flows are mixed in which the driving source is different. The electrospinning step consists of generating a voltage difference between the medium and the syringe and activating the syringe pump to emit the scaffold material in the form of fibers toward the surface of the medium where complex flow occurs from the syringe. In the electrospinning step, the scaffold material is entangled three-dimensionally to form a fibrous structure, and cells penetrate into the fibrous structure to form a scaffold.
준비 단계에서 챔버에 와류 발생기와 초음파 장치가 설치될 수 있다. 유동 발생 단계에서 배지에 와류 발생기에 의한 유동이 일어남과 동시에 초음파가 인가될 수 있다. 배지에 인가되는 초음파는 1MHz 내지 3MHz의 주파수와, 0.1W/㎠ 내지 2.0W/㎠의 강도를 가지는 치료용 초음파일 수 있다.In the preparation stage, a vortex generator and an ultrasonic device may be installed in the chamber. In the flow generating step, ultrasonic waves can be applied at the same time that the flow is generated by the vortex generator in the medium. The ultrasonic waves applied to the medium may be ultrasonic waves for treatment having a frequency of 1 MHz to 3 MHz and an intensity of 0.1 W / cm 2 to 2.0 W / cm 2.
다른 한편으로, 준비 단계에서 챔버에 와류 발생기와 기포 발생기가 설치될 수 있다. 유동 발생 단계에서 배지에 와류 발생기에 의한 유동과 기포 확산에 의한 유동이 동시에 일어날 수 있으며, 배지의 산소 포화도가 상승할 수 있다. On the other hand, a vortex generator and a bubble generator may be installed in the chamber during the preparation step. The flow caused by the vortex generator and the flow caused by the bubble diffusion can occur at the same time in the flow generating step and the oxygen saturation of the medium can be increased.
다른 한편으로, 준비 단계에서 챔버에 와류 발생기와 자석 회전장치가 설치될 수 있다. 자석 회전장치는 배지에 담긴 막대 자석과, 챔버의 외측에 위치하는 자기장 인가부를 포함할 수 있다. 유동 발생 단계에서 배지에 와류 발생기에 의한 유동과 막대 자석의 회전에 의한 소용돌이 유동이 동시에 일어날 수 있다.On the other hand, a vortex generator and a magnet rotating device may be installed in the chamber during the preparation step. The magnet rotating device may include a bar magnet contained in the medium and a magnetic field applying section located outside the chamber. In the flow generating step, a flow caused by the vortex generator in the medium and a vortex flow caused by the rotation of the bar magnet can occur at the same time.
전기방사 단계 이후, 배지를 다른 종류의 세포가 들어 있는 다른 종류의 배지로 교체하고, 유동 발생 단계와 전기방사 단계가 반복될 수 있다. 두 번째의 전기방사 단계에서 섬유 구조물은 제1 세포들이 위치하는 중심부와, 제2 세포들이 위치하는 외곽부로 구분될 수 있다.After the electrospinning step, the medium can be replaced with another kind of medium containing different kinds of cells, and the flow generation step and the electrospinning step can be repeated. In the second electrospinning step, the fibrous structure can be divided into a central portion where the first cells are located and an outer portion where the second cells are located.
준비 단계에서 배지에 성장 도움 알갱이들이 추가될 수 있다.In the preparation step, growth aid granules may be added to the medium.
준비 단계에서 실린지는 서로 다른 스캐폴드 물질이 수용된 복수의 실린지로 구성될 수 있다. 전기방사 단계에서 복수의 실린지는 고전압을 동시에 인가받을 수 있고, 실린지 펌프로부터 동시에 토출 압력을 제공받아 배지를 향해 스캐폴드 물질을 동시에 방사할 수 있으며, 두 종류 이상의 스캐폴드 물질이 얽히면서 섬유 구조물을 형성할 수 있다.The preparation in the preparation step may consist of a plurality of syringes containing different scaffold materials. In the electrospinning step, a plurality of syringes can be simultaneously applied with a high voltage, and simultaneously, a discharge pressure can be supplied from a syringe pump to simultaneously radiate the scaffold material toward the medium, and two or more kinds of scaffold materials are entangled, .
다른 한편으로, 전기방사 단계에서 복수의 실린지는 고전압을 순차적으로 인가받음과 동시에 실린지 펌프로부터 순차적으로 토출 압력을 제공받아 배지를 향해 스캐폴드 물질을 순차적으로 방사할 수 있으며, 두 종류 이상의 스캐폴드 물질이 각자의 층을 이루면서 섬유 구조물을 형성할 수 있다.On the other hand, in the electrospinning step, a plurality of syringes are sequentially applied with a high voltage, and at the same time, the discharge pressure is sequentially supplied from the syringe pump, and the scaffold material can be sequentially radiated toward the medium. The material can form a fibrous structure while forming its own layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 장치는, 세포가 들어 있는 배지를 담는 챔버와, 배지에 적어도 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 적어도 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으키는 적어도 두 개의 구동원과, 챔버의 상측에 위치하며 스캐폴드 물질을 수용하고 실린지 펌프로부터 토출 압력을 공급받는 실린지와, 실린지에 전기적으로 연결된 고전압 전원과, 배지를 접지시키기 위한 접지 전극을 포함한다. 적어도 두 개의 구동원은 와류 발생기를 포함하고, 초음파 장치와 기포 발생기 및 자석 회전장치 중 하나 이상을 더 포함한다.The apparatus for manufacturing a three-dimensional electrospinning scaffold according to an embodiment of the present invention includes a chamber for containing a medium containing cells, and a non-uniform compounded mixture in which at least two types of flows are mixed by applying at least two kinds of physical forces to the medium. A high voltage power source electrically connected to the syringe, a ground electrode for grounding the medium, at least two drive sources for generating a flow, a syringe positioned above the chamber and containing a scaffold material and supplied with a discharge pressure from the syringe pump, . The at least two driving sources include a vortex generator, and further include at least one of an ultrasonic device, a bubble generator, and a magnet rotating device.
초음파 장치는 초음파 구동부와, 초음파 구동부와 연결되며 배지와 접촉하는 초음파 변환기를 포함할 수 있고, 배지에 1MHz 내지 3MHz의 주파수 및 0.1W/㎠ 내지 2.0W/㎠의 강도를 가지는 치료용 초음파를 인가할 수 있다.The ultrasonic apparatus may include an ultrasonic driving unit and an ultrasonic transducer connected to the ultrasonic driving unit and in contact with the medium. The ultrasonic transducer may be provided with a treatment ultrasonic wave having a frequency of 1 MHz to 3 MHz and a strength of 0.1 W / can do.
자석 회전장치는 배지에 담긴 막대 자석과, 챔버의 외측에 위치하는 자기장 인가부를 포함할 수 있으며, 막대 자석을 회전시켜 배지에 소용돌이 유동을 일으킬 수 있다.The magnet rotating device may include a bar magnet contained in the medium and a magnetic field applying portion located outside the chamber, and may cause a swirl flow in the medium by rotating the bar magnet.
실린지는 서로 다른 스캐폴드 물질이 수용된 복수의 실린지로 구성될 수 있다. 복수의 실린지는 배지를 향해 스캐폴드 물질을 동시에 방사하거나 소정의 시간 차를 두고 스캐폴드 물질을 순차적으로 방사할 수 있다.The syringes may comprise a plurality of syringes containing different scaffold materials. The plurality of syringes may simultaneously spin the scaffold material toward the medium or sequentially spin the scaffold material for a predetermined time difference.
실시예들에 따르면, 스캐폴드 내부까지 세포가 고르게 침투할 수 있고, 전체 스캐폴드에 고른 세포 분포가 가능하여 스캐폴드의 기능성을 극대화할 수 있다. 또한, 스캐폴드 제작과 세포 파종(seeding)이 별개로 진행되는 기존 방법 대비 스캐폴드 제작과 세포 파종을 동시에 진행할 수 있어 제조를 단순화하며, 대량 생산에 용이하다.According to the embodiments, the cells can evenly penetrate into the scaffold, and even distribution of cells to the entire scaffold is possible, maximizing the functionality of the scaffold. In addition, scaffold fabrication and cell seeding can be performed at the same time as conventional scaffold fabrication and cell seeding processes, simplifying manufacturing and facilitating mass production.
도 1과 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캐폴드 제조 장치의 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시한 스캐폴드 제조 장치 중 와류 발생기에 포함된 회전축의 이동 경로를 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시한 스캐폴드 제조 장치 중 실린지의 전압 인가 전과 후의 상태를 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시한 스캐폴드 제조 장치를 이용한 제1 실시예의 스캐폴드 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캐폴드 제조 장치의 구성도이다.
도 7은 도 6의 부분 확대도이다.
도 8은 산소 포화도를 올리지 않은 비교예의 경우와, 산소 포화도를 올린 제2 실시예의 경우, 세포의 증식을 비교한 구성도이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캐폴드 제조 장치의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 12는 제5 실시예의 방법으로 제조된 스캐폴드의 개략적인 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 14와 도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 스캐폴드 제조 장치의 구성도이다.
도 16a 내지 도 16d는 제7 실시예의 스캐폴드 제조 장치를 이용한 제8 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법을 나타낸 구성도이다.
도 17은 제8 실시예의 방법으로 제조된 스캐폴드를 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 and 2 are block diagrams of a scaffold manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a movement path of a rotating shaft included in the vortex generator in the scaffold manufacturing apparatus shown in FIG. 1. FIG.
Fig. 4 is a block diagram showing the state before and after voltage application of a syringe in the scaffold manufacturing apparatus shown in Fig. 1. Fig.
5 is a flowchart showing a method of manufacturing a scaffold of the first embodiment using the apparatus for producing scaffolds shown in Fig.
6 is a configuration diagram of a scaffold manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
7 is a partial enlarged view of Fig.
Fig. 8 is a diagram showing the comparison of the cell proliferation in the case of the comparative example in which the oxygen saturation is not raised and in the case of the second embodiment in which the oxygen saturation degree is raised.
FIG. 9 and FIG. 10 are block diagrams of a scaffold manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram for explaining a scaffold manufacturing method according to a fifth embodiment of the present invention.
12 is a schematic configuration diagram of a scaffold fabricated by the method of the fifth embodiment.
FIG. 13 is a structural view for explaining a scaffold manufacturing method according to a sixth embodiment of the present invention.
14 and 15 are block diagrams of a scaffold manufacturing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
16A to 16D are block diagrams showing a method for manufacturing a scaffold according to an eighth embodiment using the apparatus for manufacturing a scaffold of the seventh embodiment.
17 is a schematic view showing a scaffold manufactured by the method of the eighth embodiment.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1과 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 전기방사 스캐폴드 제작을 위한 장치(이하, '스캐폴드 제조 장치'라 한다)의 구성도이다.FIG. 1 and FIG. 2 are block diagrams of an apparatus for fabricating a three-dimensional electrospinning scaffold according to a first embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a "scaffold manufacturing apparatus").
도 1과 도 2를 참고하면, 제1 실시예의 스캐폴드 제조 장치(100)는 세포(11)가 들어 있는 배지(12)를 수용하는 챔버(10)와, 챔버(10)에 설치된 와류 발생기(20) 및 초음파 장치(30)와, 챔버(10)의 상부에 설치된 실린지(40)와, 배지(12)와 실린지(40)에 전기방사에 필요한 전압 차를 발생시키기 위한 고전압 전원(51) 및 접지 전극(52)을 포함한다.1 and 2, the
배지(12)는 세포 배양액으로서 스캐폴드에 침투시키고자 하는 세포(11)가 선택되어 배지(12)에 투입된다. 배지(12)에서 소의 태아혈청(Fetal bovine serum)의 경우, 세포(11)의 배양 중에만 추가되고, 스캐폴드 제작 시에는 유동으로 인한 거품 발생을 피하기 위해 추가되지 않을 수 있다.와류 발생기(20)는 챔버(10)의 하측에 결합된 회전축(21)과, 회전축(21)을 구동하는 구동부(22)를 포함할 수 있다. 회전축(21)이 구동부(22)의 작동에 의해 회전하면 회전축(21)에 결합된 챔버(10)가 같이 회전하면서 챔버(10)에 수용된 배지(12)에 유동이 일어난다. 이때 와류 발생기(20)의 회전축(21)은 소정의 경로를 그리며 이동할 수 있다.The
도 3은 도 1에 도시한 스캐폴드 제조 장치 중 와류 발생기에 포함된 회전축의 이동 경로를 나타낸 구성도이다. 도 3을 참고하면, 와류 발생기의 회전축은 회전과 동시에 소정의 원형 경로를 그리며 이동할 수 있다. 이 경우 와류 발생기는 챔버에 강한 편심 회전을 유발하여 배지에 불균일한 유동을 발생시킨다.FIG. 3 is a block diagram showing a movement path of a rotating shaft included in the vortex generator in the scaffold manufacturing apparatus shown in FIG. 1. FIG. Referring to FIG. 3, the rotating shaft of the vortex generator can move along a predetermined circular path at the same time as rotating. In this case, the vortex generators cause a strong eccentric rotation in the chamber, resulting in non-uniform flow in the medium.
다시 도 1과 도 2를 참고하면, 불균일한 유동이 일어나는 배지(12)의 표면에서 세포(11)와 많은 물방울들의 산란이 발생한다. 배지(12)의 불균일한 유동은 후술하는 섬유 방사 과정에서 3차원으로 복잡하게 얽힌 섬유 구조물(13)의 형성을 촉진시키며, 세포(11)와 섬유 구조물(13) 사이의 복잡한 혼합을 유발한다.Referring again to FIGS. 1 and 2, scattering of the
초음파 장치(30)는 와류 발생기(20)와 더불어 배지(12)에 유동을 일으키는 추가의 유동원으로 기능한다. 즉 와류 발생기(20)와 초음파 장치(30)는 챔버(10)에 담긴 배지(12)에 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 구동원이 상이한 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으킨다.The
초음파 장치(30)는 초음파 구동부(31)와, 초음파 구동부(31)와 연결되며 배지(12)와 접촉하는 초음파 변환기(32)를 포함할 수 있다. 초음파 변환기(32)는 와류 발생기(20)에 의해 불균일한 유동이 일어나는 배지(12)에 초음파를 인가한다.The
초음파는 인간의 청각 범위를 벗어난 주파수를 가진 에너지 형태로서 배지(12)에 포함된 세포(11)에 기계적 에너지를 전달한다. 초음파는 주파수와 강도에 따라 진단용, 세척용, 치료용으로 구분될 수 있다. 이 중 치료용 초음파는 대략 1 내지 3MHz의 주파수와 0.1 내지 2.0W/㎠의 강도를 가지며, 열적 및 비열적(non-thermal) 기전에 의해 세포와 조직에 물리적 효과가 일어나도록 한다.The ultrasound transmits mechanical energy to the
초음파 장치(30)는 치료용 초음파에 해당하는 대략 1 내지 3MHz의 주파수와 0.1 내지 2.0W/㎠의 강도의 초음파를 배지(12)에 전달할 수 있다. 이 경우 초음파 장치(30)는 배지(12)에 초음파에 의한 유동을 일으키는 것과 동시에 배지(12)에 포함된 세포(11)에 물리적 효과를 유발할 수 있다.The
특히 저강도의 초음파 에너지 영역과 특수 파장의 전자장은 세포의 성장을 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 물리적인 자극에 민감한 골 형성 세포는 낮은 전류 및 저강도 초음파 에너지 영역과 특수 파장의 전자장에서 골 형성이 촉진될 수 있다.Especially, the low intensity ultrasound energy field and the electromagnetic field of special wavelength are known to promote cell growth. For example, osteogenic cells that are sensitive to physical stimuli can promote bone formation in low current and low intensity ultrasound energy fields and electromagnetic fields of special wavelengths.
실린지(40)는 내부에 스캐폴드 물질(고분자 용액)을 수용하며, 스캐폴드 물질에 압력을 가하여 스캐폴드 물질을 밀어내기 위한 실린지 펌프(41)와 연결된다. 고전압 전원(51)은 실린지(40)에 수 kV의 전압을 인가하고, 접지 전극(52)은 챔버(10)의 바닥판 위에 배치되어 배지(12)에 잠길 수 있다. 고전압 전원(51)과 접지 전극(52)에 의해 배지(12)와 실린지(40)에 전기방사에 필요한 전압 차가 발생한다.The
도 4는 실린지의 전압 인가 전과 후의 상태를 나타낸 구성도이다. 도 4를 참고하면, 고분자 용액을 실린지(40)의 팁으로 토출시키면 표면 장력에 의해 고분자 용액이 팁의 하단에 둥근 형태로 맺힌다. 이때 실린지(40)에 고전압을 인가하면 고분자 용액 내에 고도의 양전하가 쌓이기 시작한다.4 is a configuration diagram showing states before and after voltage application of a syringe. Referring to FIG. 4, when the polymer solution is discharged to the tip of the
양전하가 한계치 이상으로 쌓이면 고분자 용액 내 전하끼리의 반발력이 서서히 증가하고, 증가된 반발력이 표면 장력을 초과할 때 실린지(40)의 팁으로부터 고분자 용액이 대략적인 테일러 콘(Taylor cone)의 형태를 띠며 방사된다.When the positive charge builds up above the limit, the repulsive force between the charges in the polymer solution gradually increases, and when the increased repulsive force exceeds the surface tension, the polymer solution from the tip of the
다시 도 2를 참고하면, 방사된 고분자 용액은 용매가 마르면서 섬유의 형태를 띠며, 방사된 섬유는 불균일한 유동이 일어나고 있는 배지(12)의 표면에 떨어져 세포(11)와 혼합된다.Referring again to FIG. 2, the radiated polymer solution is in the form of fibers as the solvent dries, and the spun fibers fall on the surface of the medium 12 where uneven flow is occurring and are mixed with the
실린지(40)에서 방사된 섬유는 배지(12)의 불균일한 복합 유동에 의해 3차원으로 복잡하게 얽힌 섬유 구조물(13)이 되며, 또한 섬유 구조물(13)이 만들어지는 과정에서 섬유 구조물(13) 내부에 배지(12)의 세포(11)가 균일하게 침투한다.The fibers radiated from the
만일 유동이 없거나 한 종류의 단순한 구동원에 의해 유동이 발생하고 있는 배지에 스캐폴드 물질을 방사하는 경우를 가정하면, 방사된 스캐폴드 물질이 섬유 구조물을 구성할 때 내부에 공극이 고르게 생성되지 않을 수 있다. 이 경우 배지의 세포가 섬유 구조물 내부로 고르게 침투할 수 없으며, 스캐폴드 전체에 세포가 고르게 분포하지 않게 되어 스캐폴드로의 기능성이 저하된다.Assuming that the scaffold material is spun on a medium that is free of flow or that is being flowed by a single simple drive source, voids may not be uniformly generated inside the spindle material when the spunbond material forms a fiber structure have. In this case, cells of the medium can not penetrate evenly into the fibrous structure, cells are not evenly distributed throughout the scaffold, and the functionality as a scaffold is lowered.
그러나 제1 실시예에서는 배지(12)에 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 구동원이 상이한 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으킨다. 그 결과, 방사된 스캐폴드 물질이 배지(12)에 떨어지면, 복합 유동에 의해 스캐폴드 물질이 3차원으로 복잡하게 얽인 섬유 구조물(13)을 구성하면서 그 내부에 공극이 균일하게 형성되고, 이러한 공극에 배지(12)의 세포(11)가 고르게 분포할 수 있다. However, in the first embodiment, two kinds of physical forces are applied to the medium 12 to cause a non-uniform composite flow in which two different kinds of flows are mixed in the driving source. As a result, when the radiated scaffold material falls to the medium 12, the scaffold material forms a three-dimensionally complex
즉 배지(12)에 떨어진 스캐폴드 물질은 복합 유동에 의해 3차원으로 복잡하게 얽이면서 실질적으로 균일한 공극을 가지며 부피가 성장하고, 섬유 구조물(13)의 부피가 성장하는 과정에서 배지(12)의 복합 유동에 의해 섬유 구조물(13)의 공극에 세포(11)가 고르게 침투할 수 있다.That is, the scaffold material falling into the medium 12 is entangled in three dimensions by the complex flow and has a substantially uniform pore size and a volume, and the volume of the
도 5는 도 1에 도시한 스캐폴드 제조 장치를 이용한 제1 실시예의 스캐폴드 제조 방법을 나타낸 순서도이다.5 is a flowchart showing a method of manufacturing a scaffold of the first embodiment using the apparatus for producing scaffolds shown in Fig.
도 5를 참고하면, 제1 단계(S10)는 세포가 들어 있는 배지를 챔버에 담고, 스캐폴드 물질이 저장된 실린지를 챔버의 상부에 배치하는 준비 단계이다. 제2 단계(S20)는 챔버에 담긴 배지에 적어도 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 구동원이 상이한 적어도 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으키는 유동 발생 단계이다.Referring to FIG. 5, a first step (S10) is a preparation step of placing a medium containing cells in a chamber and disposing a syringe containing the scaffold material in the upper part of the chamber. The second step S20 is a flow generating step in which at least two kinds of physical forces are applied to the medium contained in the chamber to cause a non-uniform compound flow in which the drive source is mixed with at least two kinds of flows.
제3 단계(S30)는 배지와 실린지 사이에 전기방사를 위한 전압 차를 발생시키고, 실린지 펌프를 가동하여 실린지로부터 복합 유동이 일어나는 배지의 표면을 향해 스캐폴드 물질을 섬유 형태로 방사하는 전기방사 단계이다.The third step (S30) is to generate a voltage difference for electrospinning between the medium and the syringe and to operate the syringe pump to emit the scaffold material in the form of fibers from the syringe towards the surface of the medium where the compound flow occurs It is an electrospinning step.
제2 단계(S20)에서, 두 종류의 물리적인 힘은 와류 발생기와 초음파 장치에 의한 두 가지 기계적인 힘의 조합으로 이루어질 수 있다. 제3 단계(S30)에서, 섬유 형태로 방사된 스캐폴드 물질은 배지의 불균일한 복합 유동에 의해 3차원으로 복잡하게 얽힌 섬유 구조물을 형성하면서 섬유 구조물 내부에 세포들이 균일하게 침투하여 3차원 전기방사 스캐폴드를 구성한다.In the second step S20, the two types of physical forces can be made by a combination of two mechanical forces by a vortex generator and an ultrasonic device. In the third step S30, the scaffold material radiated in the form of fibers is uniformly penetrated into the fibrous structure while forming a fibrous structure entangled intricately in three dimensions by the nonuniform composite flow of the medium, Constitute a scaffold.
제1 실시예의 스캐폴드 제조 방법은 스캐폴드 내부까지 세포가 고르게 침투할 수 있고, 전체 스캐폴드에 고른 세포 분포가 가능하여 스캐폴드의 기능성을 극대화할 수 있으며, 다양한 분야에 적용 가능하다. 또한, 스캐폴드 제작과 세포 파종(seeding)이 별개로 진행되는 기존 방법 대비 스캐폴드 제작과 세포 파종을 동시에 진행할 수 있어 제조를 단순화하며, 대량 생산에 용이하다.The method of manufacturing the scaffold of the first embodiment can uniformly penetrate the cells into the scaffold and uniform distribution of the cells to the entire scaffold, maximizing the functionality of the scaffold, and applicable to various fields. In addition, scaffold fabrication and cell seeding can be performed at the same time as conventional scaffold fabrication and cell seeding processes, simplifying manufacturing and facilitating mass production.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캐폴드 제조 장치의 구성도이고, 도 7은 도 6의 부분 확대도이다. FIG. 6 is a configuration diagram of a scaffold manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG.
도 6과 도 7을 참고하면, 제2 실시예의 스캐폴드 제조 장치(200)는 제1 실시예의 초음파 장치(30)를 기포 발생기(60)로 대체한 구성으로 이루어진다. 기포 발생기(60)는 공기 펌프(61)와, 공기 펌프(61)와 연결되며 배지(12)와 접촉하는 기포 주입 노즐(62)을 포함할 수 있다. 기포 주입 노즐(62)은 공기 펌프(61)로부터 제공받은 소정 압력의 공기를 배지(12) 내부를 향해 기포 형태로 방출한다. 6 and 7, the
배지(12)로 방출된 다량의 기포(14)는 와류 발생기(20)에 의한 유동과 더불어 배지(12)에 또 다른 종류의 유동을 일으킨다. 즉 배지(12)에는 와류 발생기(20)에 의한 불균일한 유동에 더하여 기포(14) 확산에 의한 내부 유동이 일어나며, 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동이 발생한다.A large amount of
제2 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법은 도 5에 도시한 제1 실시예의 방법과 유사하며, 다만 제2 단계(S20)에서 두 종류의 물리적인 힘이 와류 발생기(20)와 기포 발생기(60)에 의한 두 가지 기계적인 힘의 조합인 것에서 차이가 있다.The method of manufacturing a scaffold according to the second embodiment is similar to the method of the first embodiment shown in Fig. 5 except that in the second step S20, two kinds of physical forces are applied to the
기포 주입 노즐(62)로부터 방출된 다량의 기포(14)는 와류 발생기(20)에 의한 유동과 더불어 배지(12)에 떨어진 스캐폴드 물질이 3차원으로 뭉치는 것을 더욱 빠르게 돕는다. 또한, 다량의 기포(14)는 섬유 구조물(13) 사이에 끼어들어 공간을 형성하며, 섬유 구조물(13) 내부에 배지(12)와 세포들(11)이 더 많이 들어갈 수 있는 추가적인 공간을 제공한다.The large amount of
제2 실시예의 방법으로 제작된 스캐폴드에는 전기방사에 의해 생성된 공극과, 와류 발생기(20)에 의한 배지(12)의 불균일한 유동에 의해 생성된 공극과, 다량의 기포(14) 확산으로 인한 유동에 의해 생성된 공극이 혼재한다.The scaffolds produced by the method of the second embodiment include the voids created by electrospinning, the voids created by the uneven flow of the
예를 들어, 제2 실시예의 방법으로 제작된 스캐폴드에는 수 내지 수백 마이크로미터(㎛) 사이즈의 다양한 공극이 혼재되어 위치한다. 스캐폴드 내부에 형성된 다양한 사이즈의 공극은 스캐폴드 안에서 세포의 이동과 부착을 용이하게 하며, 세포의 성장을 돕는다.For example, the scaffold fabricated by the method of the second embodiment is mixed with various voids of several to several hundred micrometers (占 퐉) in size. The various sizes of voids formed within the scaffold facilitate cell migration and attachment within the scaffold and aid cell growth.
더욱이 배지(12)에 주입된 공기로 인해 배지(12)의 산소 포화도가 상승한다. 배지(12)의 산소 포화도 상승은 세포(11)의 증식을 돕고, 세포(11)의 생존율(viability)을 높인다.Furthermore, the air injected into the medium 12 increases the oxygen saturation of the medium 12. The increase in oxygen saturation of the medium 12 aids in the proliferation of the
도 8은 산소 포화도를 올리지 않은 비교예의 경우와, 산소 포화도를 올린 제2 실시예의 경우, 세포의 증식을 비교한 구성도이다. 도 8을 참고하면, 배지의 산소 포화도를 올린 제2 실시예의 경우가 그렇지 않은 비교예의 경우보다 세포 증식에 효과적이다.Fig. 8 is a diagram showing the comparison of the cell proliferation in the case of the comparative example in which the oxygen saturation is not raised and in the case of the second embodiment in which the oxygen saturation degree is raised. 8, the case of the second embodiment in which the oxygen saturation degree of the culture medium is increased is more effective for cell proliferation than the comparative example which does not.
도 9와 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캐폴드 제조 장치의 구성도이다. FIG. 9 and FIG. 10 are block diagrams of a scaffold manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도 9와 도 10을 참고하면, 제3 실시예의 스캐폴드 제조 장치(300)는 제1 실시예의 초음파 장치(30)를 자석 회전장치(70)로 대체한 구성으로 이루어진다. 자석 회전장치(70)는 배지에 잠긴 막대 자석(71)과, 챔버(10) 외측에 위치하는 자기장 인가부(72)를 포함할 수 있다. 자기장 인가부(72)는 와류 발생기(20)의 구동부(22)에 내장될 수 있다.9 and 10, the
막대 자석(71)은 소독 후 챔버(10)에 투입되어 배지(12)에 잠길 수 있으며, 자기장 인가부(72)에 의해 배지(12) 내부에서 회전하면서 배지(12)에 소용돌이를 일으킨다. 막대 자석(71)의 회전은 와류 발생기(20)에 의한 유동과 더불어 배지(12)에 또 다른 종류의 유동을 일으킨다.The
즉 배지(12)에는 와류 발생기(20)에 의한 불균일한 유동과 더불어 막대 자석(71)의 회전에 의한 소용돌이 유동이 동시에 일어나며, 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동이 발생한다.In other words, in the
제3 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법은 도 5에 도시한 제1 실시예의 방법과 유사하며, 다만 제2 단계(S20)에서 두 종류의 물리적인 힘이 와류 발생기(20)와 자석 회전장치(70)에 의한 두 가지 기계적인 힘의 조합인 것에서 차이가 있다.The method of manufacturing a scaffold according to the third embodiment is similar to the method of the first embodiment shown in Fig. 5 except that in the second step S20, two kinds of physical forces are applied to the
막대 자석(71)의 회전에 의한 배지(12)의 소용돌이 유동은 와류 발생기(20)에 의한 유동과 더불어 배지(12)에 떨어진 스캐폴드 물질이 3차원으로 뭉치는 것을 빠르게 도우며, 섬유 구조물(13) 내부에 공극이 고르게 생성되도록 하여 세포(11)의 내부 침투를 향상시킨다.The swirling flow of the medium 12 due to the rotation of the
제4 실시예의 스캐폴드 제조 장치(도시하지 않음)는 와류 발생기(20)와 더불어 전술한 초음파 장치(30)와 기포 발생기(60) 및 자석 회전장치(70) 중 두 개 이상을 포함할 수 있다. 제4 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법에서는 배지(12)에 최대 네 종류의 물리적인 힘을 동시에 가하여 구동원이 상이한 최대 네 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 발생시킬 수 있다.The scaffold manufacturing apparatus (not shown) of the fourth embodiment may include at least two of the above-described
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법을 설명하기 위한 구성도이고, 도 12는 제5 실시예의 방법으로 제조된 스캐폴드의 개략적인 구성도이다.FIG. 11 is a structural view for explaining a scaffold manufacturing method according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a schematic structural view of a scaffold manufactured by the method of the fifth embodiment.
도 11과 도 12를 참고하면, 제5 실시예의 스캐폴드 제조 방법은 챔버(10)에 담긴 배지(12a)를 다른 종류의 배지(12b)로 바꾸어 전기방사를 한번 더 수행하는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예의 방법 중 어느 한 방법과 동일한 과정으로 이루어진다. 도 11에서는 챔버(10)에 와류 발생기(20)와 초음파 장치(30)가 설치된 제1 실시예를 기본 구성으로 도시하였다.11 and 12, the scaffold manufacturing method of the fifth embodiment is similar to that of the above-described embodiment except that the medium 12a contained in the
제1 세포(11a)가 들어 있는 제1 배지(12a)를 챔버(10)에 담고, 제1 배지(12a)에 적어도 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 구동원이 상이한 적어도 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으킨다. 그리고 제1 배지(12a)와 실린지(40) 사이에 전압 차를 발생시키고, 실린지 펌프(41)를 작동하여 제1 배지(12a)를 향해 스캐폴드 물질을 방사한다.The first medium 12a containing the
그러면 제1 배지(12a) 내부에서 3차원으로 복잡하게 얽힌 섬유 구조물(13)과, 섬유 구조물(13) 내부에 침투한 제1 세포들(11a)로 이루어진 제1 스캐폴드가 제작된다.Then, a first scaffold made up of the
이어서 챔버(10)로부터 제1 배지(12a)를 제거하고, 제2 세포(11b)가 들어 있는 제2 배지(12b)를 챔버(10)에 담는다. 그리고 제2 배지(12b)에 적어도 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 구동원이 상이한 적어도 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으킨다. 그리고 제2 배지(12b)와 실린지(40) 사이에 전압 차를 발생시키고, 실린지 펌프(41)를 작동하여 제2 배지(12b)를 향해 스캐폴드 물질을 방사한다.The first medium 12a is then removed from the
그러면 제1 스캐폴드의 바깥으로 섬유들이 복잡하게 얽히면서 섬유 구조물(13)을 형성하며, 섬유 구조물(13) 내부로 제2 세포들(11b)이 침투하여 제2 스캐폴드를 구성한다. 전술한 방법으로 완성된 스캐폴드는 제1 세포들(11a)이 위치하는 중심부(제1 스캐폴드 부분)와, 제2 세포들(11b)이 위치하는 외곽부(제2 스캐폴드 부분)로 구분될 수 있다.Then, the fibers are intricately entangled outside the first scaffold to form the
생체 조직은 다양한 세포들로 구성되어 있다. 제5 실시예의 방법을 이용하면 하나의 스캐폴드에 다양한 종류의 세포들을 침투시킬 수 있고, 원하는 위치에 원하는 종류의 세포들을 위치시킬 수 있으므로, 생체 적합성이 우수한 스캐폴드를 제조할 수 있다.Biological tissue is composed of various cells. By using the method of the fifth embodiment, various kinds of cells can be infiltrated into one scaffold, and a desired kind of cells can be positioned at desired positions, so that a scaffold having excellent biocompatibility can be produced.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법을 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 13 is a structural view for explaining a scaffold manufacturing method according to a sixth embodiment of the present invention.
도 13을 참고하면, 제6 실시예의 스캐폴드 제조 방법은 배지(12)에 성장 도움 알갱이들(15)이 추가되는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제5 실시예의 방법 중 어느 한 방법과 동일한 과정으로 이루어진다. 도 13에서는 제1 실시예의 구성을 기본 구성으로 도시하였다.13, the method of manufacturing a scaffold of the sixth embodiment is the same as the method of any of the first to fifth embodiments described above except that the
성장 도움 알갱이들(15)은 언 상태로 배지(12)에 추가될 수 있으며, 배지(12)의 불균일한 복합 유동에 의해 움직이면서 3차원의 섬유 구조물(13)이 보다 빨리 생성되도록 돕는다. 성장 도움 알갱이들(15)은 예를 들어 상피 세포 성장 인자(Epidermal Growth Factor, EGF)로 구성될 수 있으며, 이 경우 성장 도움 알갱이들(15)이 녹으면서 세포(11)의 성장을 촉진시킬 수 있다.The
도 14와 도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 스캐폴드 제조 장치의 구성도이다.14 and 15 are block diagrams of a scaffold manufacturing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
도 14와 도 15를 참고하면, 제7 실시예의 스캐폴드 제조 장치(700)는 서로 다른 스캐폴드 물질(고분자 용액)이 수용된 복수의 실린지(40)를 포함하는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예의 장치 중 어느 하나와 동일한 구성으로 이루어진다. 도 14와 도 15에서는 제1 실시예의 구성을 기본 구성으로 도시하였다.14 and 15, the
복수의 실린지(40)는 실린지 펌프(41)와 연결되고, 고전압 전원(51)과 전기적으로 연결된다. 도 14와 도 15에서는 네 종류의 실린지(40)를 도시하였으나, 실린지(40)의 개수는 도시한 예시로 한정되지 않는다.A plurality of
제7 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법에서는 배지(12)와 복수의 실린지(40) 사이에 전압 차를 발생시키고, 실린지 펌프(41)를 작동하여 배지(12)를 향해 복수의 스캐폴드 물질을 동시에 방사한다. 그러면 두 가지 이상의 스캐폴드 물질이 3차원으로 복잡하게 얽히면서 섬유 구조물(13)을 형성하고, 섬유 구조물(13) 내부에 세포들(11)이 침투하여 스캐폴드를 구성한다.In the scaffold manufacturing method according to the seventh embodiment, a voltage difference is generated between the medium 12 and the plurality of
제7 실시예의 방법으로 제조된 스캐폴드의 섬유 구조물(13)은 다양한 고분자 성분을 포함할 수 있으며, 재료 각각의 장단점을 보완하여 우수한 특성을 구현할 수 있다.The
도 16a 내지 도 16d는 제7 실시예의 스캐폴드 제조 장치를 이용한 제8 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법을 나타낸 구성도이다.16A to 16D are block diagrams showing a method for manufacturing a scaffold according to an eighth embodiment using the apparatus for manufacturing a scaffold of the seventh embodiment.
도 16a 내지 도 16d를 참고하면, 제8 실시예에 따른 스캐폴드 제조 방법에서는 배지(12)를 향해 복수의 스캐폴드 물질을 순차적으로 방사한다. 복수의 실린지(40)는 제1 실린지(401), 제2 실린지(402), 제3 실린지(403), 및 제4 실린지(404)를 포함할 수 있다.Referring to Figs. 16A to 16D, in the method of manufacturing a scaffold according to the eighth embodiment, a plurality of scaffold materials are sequentially emitted toward the medium 12. The plurality of
고전압 전원(51)은 소정의 시간 차를 두고 제1 실린지(401), 제2 실린지(402), 제3 실린지(403), 및 제4 실린지(404)의 순서로 고전압을 인가할 수 있다. 그리고 실린지 펌프(41)는 고전압 전원(51)과 동기되어 소정의 시간 차를 두고 제1 실린지(401), 제2 실린지(402), 제3 실린지(403), 및 제4 실린지(404)의 순서로 토출 압력을 제공할 수 있다. The high
그러면 네 개의 고분자 물질이 순차적으로 얽히면서 네 개의 층으로 이루어진 섬유 구조물(13)을 형성하고, 섬유 구조물 내부에 세포들이 침투하여 스캐폴드를 구성한다.Then, the four polymer materials are sequentially entangled to form a four-layered
도 17은 제8 실시예의 방법으로 제조된 스캐폴드를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 17을 참고하면, 제8 실시예의 방법으로 제조된 스캐폴드는 실린지의 개수와 동일한 적층 수를 가지는 다층 구조로 이루어진다.17 is a schematic view showing a scaffold manufactured by the method of the eighth embodiment. Referring to FIG. 17, the scaffold manufactured by the method of the eighth embodiment has a multi-layer structure having the same number of stacked layers as the number of sliver.
구체적으로, 스캐폴드는 중심에 위치하는 제1층(13a)과, 제1층(13a)을 둘러싸는 제2층(13b)과, 제2층(13b)을 둘러싸는 제3층(13c)과, 제3층(13c)을 둘러싸는 제4층(13d)을 포함할 수 있다. 제1층(13a), 제2층(13b), 제3층(13c), 및 제4층(13d) 각각은 제1 실린지(401), 제2 실린지(402), 제3 실린지(403), 및 제4 실린지(404) 각각에서 방사된 고분자 물질로 이루어진다.Specifically, the scaffold includes a
제1층 내지 제4층(13a, 13b, 13c, 13d)은 분해능(degradation)이 서로 다른 고분자 물질로 이루어질 수 있으며, 내부에서 분해능 차이를 가지는 다층 스캐폴드를 제조할 수 있다.The first to
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.
100, 200, 300, 700: 스캐폴드 제조 장치
10: 챔버 11: 세포
12: 배지 13: 섬유 구조물
20: 와류 발생기 30: 초음파 장치
40: 실린지 41: 실린지 펌프
51: 고전압 전원 52: 접지 전극
60: 기포 발생기 70: 자석 회전장치100, 200, 300, 700: Scaffold manufacturing apparatus
10: chamber 11: cell
12: Medium 13: Fiber structure
20: vortex generator 30: ultrasonic device
40: Syringe 41: Syringe pump
51: high voltage power source 52: ground electrode
60: Bubble generator 70: Magnetic rotating device
Claims (14)
상기 배지에 적어도 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 구동원이 상이한 적어도 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으키는 유동 발생 단계; 및
상기 배지와 상기 실린지 사이에 전압 차를 발생시키고, 실린지 펌프를 가동하여 상기 실린지로부터 복합 유동이 일어나는 상기 배지의 표면을 향해 스캐폴드 물질을 섬유 형태로 방사하는 전기방사 단계
를 포함하며,
상기 전기방사 단계에서, 상기 스캐폴드 물질이 3차원으로 얽히면서 섬유 구조물을 형성하고, 상기 섬유 구조물 내부에 상기 세포들이 침투하여 스캐폴드가 형성되는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.Preparing a medium containing the cells in a chamber and placing a syringe containing the scaffold material on top of the medium;
A flow generating step of applying at least two types of physical forces to the medium to cause a non-uniform compound flow in which at least two kinds of flows different from each other are mixed; And
An electrospinning step of generating a voltage difference between the medium and the syringe and activating the syringe pump to spin the scaffold material into a fiber form toward the surface of the medium from which the compound flow occurs,
/ RTI >
Wherein in the electrospinning step, the scaffold material is entangled in three dimensions to form a fibrous structure, and the cells penetrate into the fibrous structure to form a scaffold.
상기 준비 단계에서, 상기 챔버에 와류 발생기와 초음파 장치가 설치되고,
상기 유동 발생 단계에서, 상기 배지에 상기 와류 발생기에 의한 유동이 일어남과 동시에 초음파가 인가되는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.The method according to claim 1,
In the preparation step, the vortex generator and the ultrasonic device are installed in the chamber,
Wherein in the flow generating step, flow is generated in the medium by the vortex generator and ultrasonic waves are applied to the medium.
상기 배지에 인가되는 초음파는 1MHz 내지 3MHz의 주파수와, 0.1W/㎠ 내지 2.0W/㎠의 강도를 가지는 치료용 초음파인 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the ultrasound applied to the culture medium has a frequency of 1 MHz to 3 MHz and an intensity of 0.1 W / cm 2 to 2.0 W / cm 2.
상기 준비 단계에서, 상기 챔버에 와류 발생기와 기포 발생기가 설치되고,
상기 유동 발생 단계에서, 상기 배지에 상기 와류 발생기에 의한 유동과 기포 확산에 의한 유동이 동시에 일어나며, 상기 배지의 산소 포화도가 상승하는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.The method according to claim 1,
In the preparing step, a vortex generator and a bubble generator are installed in the chamber,
Wherein said flow generating step simultaneously causes flow in said medium by said vortex generator and flow by bubble diffusion to increase oxygen saturation of said medium.
상기 준비 단계에서, 상기 챔버에 와류 발생기와 자석 회전장치가 설치되고,
상기 자석 회전장치는 상기 배지에 담긴 막대 자석과, 상기 챔버의 외측에 위치하는 자기장 인가부를 포함하며,
상기 유동 발생 단계에서, 상기 배지에 상기 와류 발생기에 의한 유동과 상기 막대 자석의 회전에 의한 소용돌이 유동이 동시에 일어나는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.The method according to claim 1,
In the preparing step, a vortex generator and a magnet rotating device are installed in the chamber,
Wherein the magnet rotating device includes a bar magnet contained in the medium and a magnetic field applying part located outside the chamber,
Wherein in the flow generating step, a flow by the vortex generator and a vortex flow by the rotation of the bar magnet occur simultaneously in the culture medium.
상기 전기방사 단계 이후, 상기 배지를 다른 종류의 세포가 들어 있는 다른 종류의 배지로 교체하고, 상기 유동 발생 단계와 상기 전기방사 단계를 반복하며,
두 번째의 상기 전기방사 단계에서, 상기 섬유 구조물은 제1 세포들이 위치하는 중심부와, 제2 세포들이 위치하는 외곽부로 구분되는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
After the electrospinning step, the medium is replaced with another kind of medium containing different kinds of cells, the flow generation step and the electrospinning step are repeated,
In the second electrospinning step, the fiber structure is divided into a central portion where first cells are located and an outer portion where second cells are located.
상기 준비 단계에서, 상기 배지에 성장 도움 알갱이들이 추가되는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein in said preparation step growth aid particles are added to said medium.
상기 준비 단계에서, 상기 실린지는 서로 다른 스캐폴드 물질이 수용된 복수의 실린지로 구성되는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein in the preparing step, the syringe is comprised of a plurality of syringes containing different scaffold materials.
상기 전기방사 단계에서, 상기 복수의 실린지는 고전압을 동시에 인가받고, 상기 실린지 펌프로부터 동시에 토출 압력을 제공받아 상기 배지를 향해 스캐폴드 물질을 동시에 방사하며, 두 종류 이상의 스캐폴드 물질이 얽히면서 상기 섬유 구조물을 형성하는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.9. The method of claim 8,
In the electrospinning step, the plurality of syringes are simultaneously applied with a high voltage, simultaneously receive a discharge pressure from the syringe pump and simultaneously radiate the scaffold material toward the medium, and two or more types of scaffold materials are entangled, A method of manufacturing a three dimensional electrospinning scaffold for forming a structure.
상기 전기방사 단계에서, 상기 복수의 실린지는 고전압을 순차적으로 인가받음과 동시에 상기 실린지 펌프로부터 순차적으로 토출 압력을 제공받아 상기 배지를 향해 스캐폴드 물질을 순차적으로 방사하며, 두 종류 이상의 스캐폴드 물질이 각자의 층을 이루면서 상기 섬유 구조물을 형성하는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 방법.9. The method of claim 8,
In the electrospinning step, the plurality of syringes are sequentially applied with a high voltage, and sequentially receive the discharge pressure from the syringe pump, sequentially radiating the scaffold material toward the medium, And forming the fibrous structure while forming layers of each of the three-dimensional electrospinning scaffolds.
상기 배지에 적어도 두 종류의 물리적인 힘을 가하여 적어도 두 종류의 유동이 혼합된 불균일한 복합 유동을 일으키는 적어도 두 개의 구동원;
상기 챔버의 상측에 위치하며, 스캐폴드 물질을 수용하고, 실린지 펌프로부터 토출 압력을 공급받는 실린지;
상기 실린지에 전기적으로 연결된 고전압 전원; 및
상기 배지를 접지시키기 위한 접지 전극을 포함하며,
상기 적어도 두 개의 구동원은 와류 발생기를 포함하고, 초음파 장치와 기포 발생기 및 자석 회전장치 중 하나 이상을 더 포함하는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 장치.A chamber for containing the medium containing the cells;
At least two drive sources applying at least two types of physical forces to the medium to cause a non-uniform composite flow of at least two streams mixed;
A syringe positioned above the chamber and containing a scaffold material and supplied with a discharge pressure from a syringe pump;
A high voltage power source electrically connected to the syringe; And
And a ground electrode for grounding the medium,
Wherein the at least two driving sources include an eddy current generator, and further comprising at least one of an ultrasonic device, a bubble generator, and a magnet rotating device.
상기 초음파 장치는 초음파 구동부와, 상기 초음파 구동부와 연결되며 상기 배지와 접촉하는 초음파 변환기를 포함하고, 상기 배지에 1MHz 내지 3MHz의 주파수 및 0.1W/㎠ 내지 2.0W/㎠의 강도를 가지는 치료용 초음파를 인가하는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 장치.12. The method of claim 11,
The ultrasonic apparatus includes an ultrasonic driving unit and an ultrasonic transducer connected to the ultrasonic driving unit and contacting the medium. The ultrasonic transducer has a frequency of 1 MHz to 3 MHz and a strength of 0.1 W / cm2 to 2.0 W / Dimensional electrostatic radiation scaffold.
상기 자석 회전장치는 상기 배지에 담긴 막대 자석과, 상기 챔버의 외측에 위치하는 자기장 인가부를 포함하며, 상기 막대 자석을 회전시켜 상기 배지에 소용돌이 유동을 일으키는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the magnet rotating device includes a bar magnet contained in the medium and a magnetic field applying part located on the outer side of the chamber and rotating the bar magnet to cause a swirl flow in the medium.
상기 실린지는 서로 다른 스캐폴드 물질이 수용된 복수의 실린지로 구성되고,
상기 복수의 실린지는 상기 배지를 향해 스캐폴드 물질을 동시에 방사하거나 소정의 시간 차를 두고 스캐폴드 물질을 순차적으로 방사하는 3차원 전기방사 스캐폴드 제조 장치.14. The method according to any one of claims 11 to 13,
Wherein the syringe is comprised of a plurality of syringes containing different scaffold materials,
Wherein the plurality of syringes simultaneously spin the scaffold material toward the medium or sequentially spin the scaffold material for a predetermined period of time.
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