KR102026635B1 - Scaffold and fabrication method by dragging technique - Google Patents

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원광대학교산학협력단
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Abstract

드래깅 기법으로 제작된 세포지지체 및 제작방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소정 내경을 갖는 분사노즐을 통해 용융된 생체적합성 고분자 재료를 토출하는 세포지지체 제작 장치를 이용한 세포지지체 제작 방법은, 세포지지체를 설계하는 단계; 상기 세포지지체를 분사노즐의 내경을 기준으로 하여 메인 프레임과 서브 프레임으로 구분하는 단계; 상기 메인 프레임에 대한 플로팅 기법 적용을 위한 제1 토출 조건과, 상기 서브프레임에 대한 드래깅 기법 적용을 위한 제2 토출 조건을 설정하는 단계; 및 상기 제1 토출 조건과 상기 제2 토출 조건을 반복 적용하는 제어를 수행하여 복수의 슬라이스층을 적층하는 단계를 포함할 수 있다. Disclosed are a cell support produced by a dragging technique and a manufacturing method. According to an embodiment of the present invention, a cell support manufacturing method using a cell support manufacturing apparatus for ejecting a molten biocompatible polymer material through an injection nozzle having a predetermined inner diameter includes the steps of: designing a cell support; Dividing the cell support into a main frame and a sub frame based on the inner diameter of the injection nozzle; Setting a first discharge condition for applying a floating technique to the main frame and a second discharge condition for applying a dragging technique to the subframe; And laminating a plurality of slice layers by performing control to repeatedly apply the first discharge condition and the second discharge condition.

Description

드래깅 기법으로 제작된 세포지지체 및 제작방법{Scaffold and fabrication method by dragging technique}Cell support fabricated by the dragging technique and fabrication method {Scaffold and fabrication method by dragging technique}

본 발명은 세포지지체 및 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드래깅 기법으로 제작된 세포지지체 및 제작방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cell support and a manufacturing method, and more particularly to a cell support and a manufacturing method produced by the dragging technique.

조직공학에서 세포지지체(scaffold)는 인체의 손상된 장기 및 조직을 대체하기 위해 사용되고 있다. In tissue engineering, scaffolds are used to replace damaged organs and tissues of the human body.

이러한 세포지지체는 재생하기 위한 특정 조직 세포를 체외에서 배양한 후 체내로 삽입하기 위한 운송수단의 역할을 가지고 있어, 생분해성 및 적절한 기계적 강성의 기능을 갖추고, 특정 조직 배양을 위한 환경을 제공할 필요가 있다. These cell supports have a role of a vehicle for incubating specific tissue cells for regeneration in vitro and then inserting them into the body, so that they have a function of biodegradability and appropriate mechanical rigidity, and provide an environment for culture of specific tissues. There is.

이렇게 세포지지체로써 갖추어야 할 다양한 기능 중에서 세포에 원활한 영양분 공급, 산소 공급 등을 위해 단위 부피 내에 최대의 기공성을 갖는 다공성 구조 세포지지체 제작 연구가 진행되어 왔다. Thus, research has been conducted on the fabrication of porous cell supporters having the maximum porosity in a unit volume for smooth nutrient supply and oxygen supply to cells among various functions to be provided as cell supports.

다공성 구조 세포지지체 제작을 위해 전기방사(electro spinning) 시스템, 3D 플로팅(3D plotting) 시스템 등이 이용되어 왔다. 전기방사의 경우 전극을 이용하여 수 마이크로, 나노 크기의 섬유(fiber)를 토출하여 적층 가능하지만, 3D 플로팅 방식의 경우 사용하는 노즐의 직경에 따라 섬유의 크기가 제한된다는 단점이 있다. 현재 사용가능한 노즐의 크기 중 25㎛가 가장 작은 크기인 바 25㎛ 이하의 섬유 제작은 어렵다. Electro spinning (electro spinning) system, 3D plotting (3D plotting) system and the like have been used for the production of porous cell support. In the case of electrospinning, several micro- and nano-sized fibers can be discharged and stacked using electrodes, but in the case of the 3D floating method, the size of the fibers is limited depending on the diameter of the nozzle used. It is difficult to produce fibers of 25 μm or less because 25 μm is the smallest size of the nozzles currently available.

한국공개특허 제10-2016-0125614호 (공개일 2016년 11월 1일) - 3D 프린터용 압출기의 온도조절장치Korean Patent Publication No. 10-2016-0125614 (published Nov. 1, 2016)-Temperature control device for extruder for 3D printer

본 발명은 생적합성 고분자의 점성과 3D 플로팅 시 적용되는 다양한 변수들을 제어하여 노즐 내경보다 작은 크기의 섬유를 갖는 세포지지체 및 그 제작방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a cell support having a fiber size smaller than the nozzle inner diameter and a method of manufacturing the same by controlling the viscosity of the biocompatible polymer and various variables applied during 3D plotting.

본 발명은 전기방사 시스템과 같은 별도의 장비 없이 수백 ㎛ 크기의 노즐을 이용하여 수 ㎛ 크기를 갖는 섬유를 제작할 수 있어, 공압, 스크류 타입의 3D 플로팅 시스템에서 제어 가능한 수 ㎛ 크기의 세포지지체 제작에 활용 가능한 드래깅 기법을 이용한 세포지지체 및 그 제작방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention can produce fibers having a size of several micrometers using nozzles of several hundred micrometers in size without additional equipment such as an electrospinning system. An object of the present invention is to provide a cell support using the dragging technique and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described below.

본 발명의 일 측면에 따르면, 소정 내경을 갖는 분사노즐을 통해 용융된 생체적합성 고분자 재료를 토출하는 세포지지체 제작 장치를 이용한 세포지지체 제작 방법으로, 세포지지체를 설계하는 단계; 상기 세포지지체를 분사노즐의 내경을 기준으로 하여 메인 프레임과 서브 프레임으로 구분하는 단계; 상기 메인 프레임에 대한 플로팅 기법 적용을 위한 제1 토출 조건과, 상기 서브프레임에 대한 드래깅 기법 적용을 위한 제2 토출 조건을 설정하는 단계; 및 상기 제1 토출 조건과 상기 제2 토출 조건을 반복 적용하는 제어를 수행하여 복수의 슬라이스층을 적층하는 단계를 포함하는 세포지지체 제작 방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, a cell support manufacturing method using a cell support manufacturing apparatus for discharging a molten biocompatible polymer material through a spray nozzle having a predetermined inner diameter, designing a cell support; Dividing the cell support into a main frame and a sub frame based on the inner diameter of the injection nozzle; Setting a first discharge condition for applying a floating technique to the main frame and a second discharge condition for applying a dragging technique to the subframe; And laminating a plurality of slice layers by performing control to repeatedly apply the first discharge condition and the second discharge condition.

상기 메인 프레임은 상기 분사노즐의 내경에 상응하는 크기를 갖는 섬유로 이루어지는 부분으로 복수의 메인 프레임 조각으로 구성되고, 상기 서브 프레임은 상기 분사노즐의 내경보다 작은 크기를 갖는 섬유로 이루어지는 부분으로 복수의 스트랜드로 구성될 수 있다.The main frame is a portion made of fibers having a size corresponding to the inner diameter of the injection nozzle and is composed of a plurality of main frame pieces, and the subframe is a part made of fibers having a size smaller than the inner diameter of the injection nozzle. It may consist of strands.

상기 드래깅 기법은 상기 메인 프레임 조각 사이에서 상기 분사노즐을 수평 이동시켜 상기 용융된 생체적합성 고분자 재료를 늘어지게 하여 상기 스트랜드를 만들 수 있다.The dragging technique may horizontally move the injection nozzle between the main frame pieces to stretch the molten biocompatible polymer material to create the strand.

상기 드래깅 기법은 상기 분사노즐의 토출압, 상기 분사노즐의 이동속도, 상기 메인 프레임 조각 사이의 거리, 상기 분사노즐의 이동경로 중 하나 이상의 토출 변수를 제어할 수 있다.The dragging technique may control one or more discharge variables among the discharge pressure of the injection nozzle, the moving speed of the injection nozzle, the distance between the main frame pieces, and the movement path of the injection nozzle.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 세포지지체 제작 방법으로 제작된 세포지지체가 제공된다. On the other hand, according to another aspect of the present invention, there is provided a cell support produced by the above-described cell support manufacturing method.

상기 복수의 스트랜드는 상기 분사노즐의 이동방향에 따라 직경이 점차 줄어드는 수평 바 형상을 가질 수 있다.The plurality of strands may have a horizontal bar shape in which the diameter gradually decreases according to the moving direction of the injection nozzle.

상기 분사노즐의 이동방향이 층마다 동일한 경우 상기 복수의 스트랜드에 의해 생성되는 마이크로 기공은 브릿지(bridge) 형태를 가질 수 있다.When the direction of movement of the injection nozzle is the same for each layer, the micropores generated by the plurality of strands may have a bridge shape.

또는 상기 분사노즐의 이동방향이 층마다 변동되는 경우 상기 복수의 스트랜드에 의해 생성되는 마이크로 기공은 메쉬(mesh) 형태를 가질 수 있다.Alternatively, when the moving direction of the injection nozzle varies from layer to layer, the micropores generated by the plurality of strands may have a mesh shape.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 생적합성 고분자의 점성과 3D 플로팅 시 적용되는 다양한 변수들을 제어하여 노즐 내경보다 작은 크기의 섬유를 갖는 세포지지체의 제작이 가능한 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a cell support having a fiber having a size smaller than the nozzle inner diameter by controlling the viscosity of the biocompatible polymer and various variables applied during 3D plotting.

또한, 전기방사 시스템과 같은 별도의 장비 없이 수백 ㎛ 크기의 노즐을 이용하여 수 ㎛ 크기를 갖는 섬유를 제작할 수 있어, 공압, 스크류 타입의 3D 플로팅 시스템에서 제어 가능한 수 ㎛ 크기의 세포지지체 제작에 활용 가능한 효과가 있다. In addition, it is possible to produce fibers having a size of several micrometers using nozzles of several hundred micrometers in size without additional equipment such as an electrospinning system, and to be used for the production of several micrometer-size cell supports that can be controlled in a pneumatic, screw-type 3D floating system. There is a possible effect.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포지지체 제작 장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 기존의 세포지지체 제작 과정을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드래깅 기법을 이용한 세포지지체 제작 과정을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드래깅 기법을 이용한 세포지지체 제작 방법의 순서도,
도 5는 드래깅 기법에 따라 제작된 브릿지 형태의 세포지지체를 나타낸 도면,
도 6은 드래깅 기법에 따라 제작된 메쉬 형태의 세포지지체를 나타낸 도면. 1 is a view schematically showing a cell support manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing a conventional cell support manufacturing process,
3 is a view showing a cell support manufacturing process using a dragging technique according to an embodiment of the present invention,
Figure 4 is a flow chart of a cell support manufacturing method using a dragging technique according to an embodiment of the present invention,
5 is a view showing the cell support of the bridge form produced by the dragging technique,
6 is a view showing the cell support of the mesh form produced by the dragging technique.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.In addition, the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the corresponding embodiments, and may be implemented to be included in other embodiments within the scope of the technical spirit of the present invention. Even if the description is omitted, it is obvious that a plurality of embodiments may be reimplemented into one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components regardless of reference numerals will be given the same or related reference numerals and redundant description thereof will be omitted. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포지지체 제작 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 기존의 세포지지체 제작 과정을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드래깅 기법을 이용한 세포지지체 제작 과정을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드래깅 기법을 이용한 세포지지체 제작 방법의 순서도이며, 도 5는 드래깅 기법에 따라 제작된 브릿지 형태의 세포지지체를 나타낸 도면이고, 도 6은 드래깅 기법에 따라 제작된 메쉬 형태의 세포지지체를 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing a cell support manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a conventional cell support manufacturing process, Figure 3 is a dragging technique according to an embodiment of the present invention Figure 4 is a view showing the manufacturing process using the cell support, Figure 4 is a flow chart of a method for manufacturing a cell support using a dragging technique according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a view showing a bridge-shaped cell support produced according to the dragging technique 6 is a view showing a cell support in the form of a mesh produced according to the dragging technique.

본 발명의 일 실시예에 따른 세포지지체 제작 장치는 3D 플로팅(3D plotting) 방식의 3D 프린터인 것을 가정한다. It is assumed that the apparatus for manufacturing cell support according to an embodiment of the present invention is a 3D printer of 3D plotting method.

도 1을 참조하면, 세포지지체 제작 장치(1)는 챔버(10), 공기 공급부(20), 분사노즐(30), 스테이지(40)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the cell support manufacturing apparatus 1 includes a chamber 10, an air supply unit 20, an injection nozzle 30, and a stage 40.

챔버(10)에는 생체조직에 적합한 고분자 재료가 수용된다. 고분자 재료를 별도의 저장탱크(미도시)로부터 필요한 양만큼 공급받을 수 있다. The chamber 10 contains a polymer material suitable for living tissue. The polymer material may be supplied in a required amount from a separate storage tank (not shown).

챔버(10)에는 히터(미도시)가 포함되어 있어, 내부에 수용된 고분자 재료의 토출이 용이하도록 용융시킬 수 있다.The chamber 10 includes a heater (not shown), and may be melted to facilitate discharge of the polymer material contained therein.

공기 공급부(20)는 챔버(10) 내에 공기를 공급하여 고분자 재료가 공압에 의해 분사노즐(30)을 통해 토출되도록 한다. The air supply unit 20 supplies air into the chamber 10 so that the polymer material is discharged through the injection nozzle 30 by pneumatic pressure.

분사노즐(30)은 챔버(10)의 하부에 설치되며, 챔버(10) 내에 수용된 고분자 재료가 스테이지(40) 상에 토출된다. 이 경우 하방으로 토출되는 고분자 재료는 분사노즐(30)의 내경에 종속되는 크기를 가지게 된다. The injection nozzle 30 is installed below the chamber 10, and the polymer material contained in the chamber 10 is discharged onto the stage 40. In this case, the polymer material discharged downward has a size dependent on the inner diameter of the injection nozzle 30.

분사노즐(30)이 장착된 챔버(10)는 XYZ 방향으로 자유롭게 이동 가능하게 형성될 수 있다. 또는 스테이지(40)가 XYZ 방향으로 자유롭게 이동 가능하게 형성될 수도 있다. 또는 분사노즐(30)이 장착된 챔버(10)가 XYZ 방향 중 n(n은 2 이하의 자연수)개의 방향으로 자유롭게 이동 가능하게 형성되고, 스테이지(40)는 나머지 방향으로 자유롭게 이동 가능하게 형성될 수도 있다. The chamber 10 equipped with the injection nozzle 30 may be formed to be freely movable in the XYZ direction. Alternatively, the stage 40 may be formed to be free to move in the XYZ direction. Alternatively, the chamber 10 in which the injection nozzle 30 is mounted may be freely moved in the direction of n (n is a natural number of 2 or less) in the XYZ direction, and the stage 40 may be freely moved in the remaining direction. It may be.

분사노즐(30)이 장착된 챔버(10)와 스테이지(40) 사이의 3차원 이동성으로 인해 3차원 형상의 세포지지체 제작이 가능하게 된다. Due to the three-dimensional mobility between the chamber 10 and the stage 40 on which the injection nozzle 30 is mounted, it is possible to manufacture a cell support having a three-dimensional shape.

세포지지체는 다수의 층으로 슬라이스된 구조를 가지도록 설계될 수 있다. 본 실시예에 따른 세포지지체 제작 장치(1)는 층 단위로 공압에 의해 챔버(10) 내의 고분자 재료를 분사노즐(30)을 통해 토출시키면서 경화시켜 층 단위로 구분된 세포지지체 조각들(세포지지체 슬라이스층)이 차례로 적층되어 완전한 세포지지체를 이루도록 한다. The cell support can be designed to have a structure sliced into multiple layers. The cell support manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment is cured while discharging the polymer material in the chamber 10 through the spray nozzle 30 by pneumatic pressure in units of layers. Slice layers) are stacked in order to form a complete cell support.

이 경우 플로팅 기법에 따르면 고분자 재료는 분사노즐(30)을 통해 하방으로 토출된다. 따라서, 분사노즐(30)을 통해 토출되는 섬유는 분사노즐(30)의 내경에 상응하는 크기를 가지게 된다. 예컨대, 분사노즐(30)이 150㎛ 라면 토출된 섬유 역시 150㎛ 정도의 크기를 가지게 된다. In this case, according to the floating technique, the polymer material is discharged downward through the injection nozzle 30. Therefore, the fiber discharged through the injection nozzle 30 has a size corresponding to the inner diameter of the injection nozzle 30. For example, if the injection nozzle 30 is 150㎛, the discharged fibers also have a size of about 150㎛.

본 실시예에서는 이러한 한계를 극복하고자 분사노즐(30)을 통한 고분자 재료의 토출 과정에서 토출 변수를 제어하는 드래깅 기법(dragging technique)을 통해 분사노즐(30)의 내경보다 작은 크기를 가지는 섬유가 토출될 수 있도록 하고자 한다. In this embodiment, in order to overcome this limitation, fibers having a size smaller than the inner diameter of the injection nozzle 30 are discharged through a dragging technique that controls the discharge variable during the discharge of the polymer material through the injection nozzle 30. I want to be.

도 2에는 세포지지체를 제작하기 위한 일반적인 플로팅 기법이 도시되어 있다. 일정 간격 이격된 두 개의 기둥(51a, 51b, 이하 '51'로 통칭하기도 함)을 가지는 세포지지체(50)를 제작할 경우를 가정한다. 2 illustrates a general floating technique for fabricating cell support. It is assumed that a cell support 50 having two pillars 51a and 51b spaced at regular intervals (hereinafter also referred to as '51') is manufactured.

제1 기둥(51a)에 대해 분사노즐(30)을 통한 플로팅으로 슬라이스층이 제작되도록 토출이 완료되면 분사노즐(30)을 상방으로 이동시킨다. 그리고 분사노즐(30)을 수평 이동시켜 제2 기둥(51b)의 상방에 놓이게 한 후, 분사노즐(30)을 하강시켜 제2 기둥(51b)에서 상응하는 슬라이스층을 제작하기 위한 플로팅이 이루어지도록 한다. 이 경우 플로팅되는 제1 기둥(51a)의 슬라이스층과 제2 기둥(51b)의 슬라이스층은 분사노즐(30)의 내경에 상응하는 크기(예. 직경)를 가지게 된다. When the discharge is completed to produce a slice layer by floating through the injection nozzle 30 with respect to the first pillar (51a) to move the injection nozzle 30 upward. Then, the spray nozzle 30 is horizontally moved to be placed above the second pillar 51b, and then the spray nozzle 30 is lowered so that the floating for producing a corresponding slice layer in the second pillar 51b is performed. do. In this case, the slice layer of the floating first pillar 51a and the slice layer of the second pillar 51b have a size (eg, diameter) corresponding to the inner diameter of the injection nozzle 30.

도 3에는 세포지지체를 제작하기 위한 본 실시예에 따른 드래깅 기법이 도시되어 있다. Figure 3 shows a dragging technique according to this embodiment for producing a cell support.

도 2와 마찬가지로 일정 간격 이격된 두 개의 기둥(51a, 51b)을 가지는 세포지지체(50)에 대해서 제1 기둥(51a)에 대한 분사노즐(30)을 통한 플로팅이 이루어진 후 분사노즐(30)의 상승, 수평 이동, 하강 과정이 생략되고, 분사노즐(30)을 직접 제2 기둥(51b)으로 수평 이동시킨다. As shown in FIG. 2, after the floating nozzle 30 is floated to the first pillar 51a with respect to the cell support 50 having the two pillars 51a and 51b spaced apart from each other, the injection nozzle 30 is formed. Ascending, horizontal movement, and descending processes are omitted, and the injection nozzle 30 is directly horizontally moved to the second pillar 51b.

즉, 본 실시예에서는 고분자 재료의 토출 방향에 교차하는 방향(즉, 수평 방향)으로 분사노즐(30)을 이동시켜 분사노즐(30)에서 토출 중이거나 토출이 완료되고 남은 재료가 수평 방향으로 길게 늘어져 직경이 줄어드는 수평 바 구조의 스트랜드(60)를 만들 수 있다. That is, in this embodiment, the injection nozzle 30 is moved in a direction intersecting with the discharge direction of the polymer material (that is, the horizontal direction) so that the discharge material is discharged from the injection nozzle 30 or the remaining material is extended in the horizontal direction. It is possible to make the strands 60 of the horizontal bar structure that sag and decrease in diameter.

이 때 분사노즐(30)을 통한 용융된 고분자 재료의 토출 변수를 제어하여 제1 기둥(51a)에서의 플로팅과 제2 기둥(51b)에서의 플로팅 사이에서 재료의 점성에 의해 수평으로 길게 늘어지는 형상의 스트랜드(60)가 만들어지게 할 수 있다. At this time, the discharge variable of the molten polymer material through the injection nozzle 30 is controlled to extend horizontally by the viscosity of the material between the floating in the first column 51a and the floating in the second column 51b. Shaped strands 60 can be made.

도면에서 기둥 구조물은 세포지지체를 이루는 메인 프레임이 되고, 기둥(51a, 51b) 사이에 만들어지는 스트랜드(60)는 서브 프레임이 된다. In the figure, the pillar structure becomes a main frame constituting the cell support, and the strands 60 formed between the pillars 51a and 51b become subframes.

메인 프레임은 플로팅 기법으로 제작되며, 서브 프레임은 플로팅 사이에서 드래깅 기법으로 제작된다. The main frame is produced by the floating technique, and the subframe is produced by the dragging technique between the floating.

드래깅 기법에서 제어 가능한 토출 변수로는 토출 압력(Q), 이동속도(V), 기둥 사이의 거리(d), 분사노즐(30)의 이동 경로(pathway), 공기압력, 재료의 점성 등이 있을 수 있다. Discharge variables that can be controlled in the dragging technique include discharge pressure (Q), movement speed (V), distance between pillars (d), pathway of injection nozzle 30, air pressure, and viscosity of material. Can be.

토출 압력(Q)은 스트랜드(60)의 크기 및 길이에 관계된다. 토출 압력(Q)이 클 경우에는 드래깅 기법에 의할 때 상대적으로 길이가 긴 스트랜드(60)의 제작이 가능하게 된다. 또한, 토출 압력(Q)이 작을 경우에는 스트랜드(60)의 크기(직경)를 작게 제작할 수 있다. The discharge pressure Q is related to the size and length of the strand 60. When the discharge pressure Q is large, it is possible to manufacture a relatively long strand 60 by the dragging technique. In addition, when the discharge pressure Q is small, the size (diameter) of the strand 60 can be made small.

이동속도(V)는 스트랜드(60)의 크기에 관계된다. 이동속도(V)가 빠를 경우에는 이동경로 상의 각 지점에서 토출 방향으로 하강되는 재료가 적어 스트랜드(60)의 크기가 작게 된다. 이동속도(V)가 느릴 경우에는 이동경로 상의 각 지점에서 토출 방향으로 하강되는 재료가 많아 스트랜드(60)의 크기가 크게 된다. The moving speed V is related to the size of the strand 60. When the moving speed V is high, the material is lowered in the discharge direction at each point on the moving path, so that the size of the strand 60 is small. When the moving speed V is slow, a large amount of material descends in the discharge direction at each point on the moving path, thereby increasing the size of the strand 60.

기둥 사이의 거리(d)는 스트랜드(60)의 최소 길이가 된다. 드래깅 기법에 의해 만들어지는 스트랜드(60)가 기둥 사이의 거리(d)보다 큰 길이를 가져야 최종 제작된 세포지지체에서 미세 기공을 만들어주는 역할이 가능할 수 있다. The distance d between the pillars is the minimum length of the strand 60. Strand 60 produced by the dragging technique should have a length greater than the distance (d) between the pillars may be able to play a role in making micropores in the final cell support.

분사노즐(30)의 이동 경로(pathway)는 스트랜드(60)의 배치와 관계된다. 분사노즐(30)의 이동 경로를 따라 스트랜드(60)의 두께가 점점 작아지면서 수평하게 만들어질 수 있다. 이러한 드래깅 기법으로 만들어지는 스트랜드(60)는 메인 프레임에 해당하는 기둥(51a, 51b)과 비교할 때 상당히 작은 크기(예. 직경)를 가질 수 있어, 세포지지체에서 기둥(51a, 51b) 사이에 형성되는 매크로 기공에 속하는 다수의 마이크로 기공을 구획하는 수단이 될 수 있다. The path of the injection nozzle 30 is related to the arrangement of the strands 60. Along the path of the injection nozzle 30, the thickness of the strands 60 may be made smaller and horizontally. The strand 60 made by this dragging technique can have a considerably smaller size (eg diameter) as compared to the pillars 51a and 51b corresponding to the main frame, forming between the pillars 51a and 51b in the cell support. It may be a means for partitioning a plurality of micro pores belonging to the macro pores.

도 4를 참조하면, 드래깅 기법을 이용한 세포지지체 제작방법이 도시되어 있다. Referring to Figure 4, a cell support manufacturing method using a dragging technique is shown.

우선 제작하고자 하는 세포지지체를 설계한다(단계 S100). First design the cell support to be produced (step S100).

설계된 세포지지체는 분사노즐(30)의 내경에 상응하는 크기를 가지는 섬유로 제작 가능한 메인 프레임과, 분사노즐(30)의 내경보다 작은 크기를 가지는 섬유로 제작해야 하는 서브 프레임으로 구분한다(단계 S102). The designed cell support is divided into a main frame that can be made of fibers having a size corresponding to the inner diameter of the spray nozzle 30 and a subframe that must be made of a fiber having a size smaller than the inner diameter of the spray nozzle 30 (step S102). ).

메인 프레임은 세포지지체의 기본 골격을 이루는 부분으로, 기둥(51)과 같은 메인 프레임 조각들로 구성된다. The main frame is a part of the basic skeleton of the cell support, and is composed of main frame pieces such as the column 51.

서브 프레임은 분사노즐(30)의 토출 방향과는 교차하는 수평 방향으로 놓여지는 스트랜드(60)로만 제작되는 부분이다. 스트랜드(60) 각각이 서브 프레임 조각이 될 수 있다. The sub-frame is a part made only of the strand 60 placed in the horizontal direction crossing the discharge direction of the injection nozzle 30. Each strand 60 may be a subframe piece.

메인 프레임은 다수의 슬라이스층으로 구분되며, 서브 프레임의 스트랜드(60)는 하나의 슬라이스층에 대응된다. The main frame is divided into a plurality of slice layers, and the strand 60 of the sub frame corresponds to one slice layer.

설계가 완료되면, 토출 조건을 설정한다(단계 S110). When the design is completed, the discharge condition is set (step S110).

메인 프레임에 대해서는 플로팅 기법에 따른 토출 조건을 설정한다(단계 S112). 플로팅 기법에 따른 토출 조건은 3D 프린팅 혹은 3D 플로팅에서 자명한 사항인 바 상세한 설명은 생략한다. For the main frame, the discharge condition according to the floating technique is set (step S112). The discharge condition according to the floating technique is obvious in 3D printing or 3D floating, and thus detailed description thereof will be omitted.

그리고 서브 프레임에 대해서는 드래깅 기법에 따른 토출 조건을 설정한다(단계 S114). 드래깅 기법에 의한 토출 조건 설정 시에 전술한 것과 같이 각종 토출 변수에 대한 제어가 포함될 수 있다. 제어 가능한 토출 변수로는 토출량(Q), 이동속도(V), 드래깅 전후에 플로팅이 이루어지는 메인 프레임 조각 사이의 거리(d), 분사노즐(30)의 이동경로 등이 있다. Then, the ejection condition according to the dragging technique is set for the subframe (step S114). When setting the discharge condition by the dragging technique, control of various discharge variables may be included as described above. The controllable discharge parameters include discharge amount Q, movement speed V, distance d between main frame pieces to be floated before and after dragging, movement path of injection nozzle 30, and the like.

세포지지체 제작 장치(1)를 제어하여 복수의 슬라이스층을 적층함으로써 세포지지체를 제작한다(단계 S120). The cell support manufacturing apparatus 1 is controlled to produce a cell support by stacking a plurality of slice layers (step S120).

하나의 슬라이스층은 메인 프레임에 해당하는 메인 프레임 조각과 서브 프레임에 해당하는 스트랜드로 구분될 수 있다. 스트랜드는 메인 프레임 조각 사이에 배치된다. One slice layer may be divided into a main frame fragment corresponding to a main frame and a strand corresponding to a subframe. The strands are placed between the main frame pieces.

메인 프레임 조각에 대해서는 플로팅 기법을 적용하고(단계 S122), 서브 프레임 조각인 스트랜드에 대해서는 드래깅 기법을 적용한다(단계 S124). A floating technique is applied to the main frame fragment (step S122), and a dragging technique is applied to the strand which is a subframe fragment (step S124).

제1 메인 프레임 조각에 대해 플로팅이 완료된 이후 이웃하는 제2 메인 프레임 조각에 대한 플로팅을 위해 분사노즐(30)을 수평 이동시킬 때 드래깅 기법에 의해 스트랜드를 만들어 준다. 이를 반복하면 하나의 슬라이스층이 완성된다. After the plotting is completed for the first main frame piece, the strand is made by a dragging technique when the spray nozzle 30 is horizontally moved for the floating of the neighboring second main frame piece. Repeating this completes one slice layer.

복수의 슬라이스층에 대한 제작이 완료되면, 세포지지체가 완성된다(단계 S130). 완성된 세포지지체의 경우 메인 프레임에 의한 매크로 기공과 서브 프레임에 의한 마이크로 기공이 존재하여 2중 기공 구조를 가지게 됨으로써 세포 배양에 유리한 형상을 가지는 장점이 있다. When the production of the plurality of slice layers is completed, the cell support is completed (step S130). In the case of the completed cell support, the macropores by the main frame and the micropores by the subframe are present to have a double pore structure, which has the advantage of having an advantageous shape for cell culture.

도 5에는 본 실시예에 따른 드래깅 기법이 적용된 브릿지(bridge) 형태의 마이크로 기공을 갖는 세포지지체가 도시되어 있다. FIG. 5 illustrates a cell support having a bridge-type micro pores to which a dragging technique according to the present embodiment is applied.

세포지지체(200)의 기둥(210) 사이에는 두께가 점차 얇아지는 스트랜드(220)가 형성되어 있어, 기둥(210) 사이의 매크로 기공 내에 스트랜드(220) 사이의 마이크로 기공이 복수 개 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 여기서는 스트랜드(220)가 우측에서 좌측으로의 일방향 드래깅에 의해서만 생성되어 있어 동일한 형상이 반복된 구조를 갖는다. Between the pillars 210 of the cell support 200 is formed a strand 220 is gradually thinner, a plurality of micropores between the strands 220 are formed in the macropores between the pillars 210 You can check it. In this case, the strand 220 is generated only by one-way dragging from the right side to the left side, so that the same shape is repeated.

도 6에는 본 실시예에 따른 드래깅 기법이 적용된 메쉬(mesh) 형태의 마이크로 기공을 갖는 세포지지체가 도시되어 있다. FIG. 6 illustrates a cell support having a mesh-type micro pores to which a dragging technique according to the present embodiment is applied.

세포지지체(300)의 기둥 사이에는 두께가 점차 얇아지는 스트랜드가 형성되어 있는데, 일정 높이마다 스트랜드의 방향이 변경된 구조를 갖는다. 에컨대, 하층에서는 우측에서 좌측으로의 드래깅에 의한 스트랜드(310)가 만들어지고, 중층에서는 좌측에서 우측으로의 드래깅에 의한 스트랜드(320)가 만들어지며, 상층에서는 우측에서 좌측으로의 드래깅에 의한 스트랜드(330)가 만들어져 도 5와는 차별화되게 미세 기공이 지그재그로 배치된다. Between the pillars of the cell support 300 is formed a strand that becomes thinner gradually, the structure of the strand is changed every predetermined height. For example, the lower layer is made of strand 310 by dragging from right to left, the middle layer is made of strand 320 by dragging from left to right, and the upper layer is made of strand by dragging from right to left. 330 is made, and the fine pores are arranged in a zigzag to differentiate from FIG. 5.

도 5 및 도 6에 도시된 마이크로 기공은 기존의 3D 플로팅 방식으로는 제작할 수 없는 크기를 가지고 있다. The micropores shown in FIGS. 5 and 6 have a size that cannot be manufactured by the existing 3D floating method.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.

1: 세포지지체 제작 장치 10: 챔버
20: 공기 공급부 30: 분사노즐
40: 스테이지 50: 세포지지체
51a, 51b: 기둥 60: 스트랜드1: Cell Support Fabrication Device 10: Chamber
20: air supply unit 30: injection nozzle
40: stage 50: cell support
51a, 51b: pillar 60: strand

Claims (8)

소정 내경을 갖는 분사노즐을 통해 용융된 생체적합성 고분자 재료를 토출하는 세포지지체 제작 장치를 이용한 세포지지체 제작 방법으로,
상기 세포지지체 제작 장치에서 다수의 층으로 슬라이스된 구조를 가지도록 설계된 세포지지체를 분사노즐의 내경을 기준으로 하여 메인 프레임과 서브 프레임으로 구분하는 단계;
상기 세포지지체 제작 장치에서 상기 메인 프레임에 대한 플로팅 기법 적용을 위한 제1 토출 조건과, 상기 서브프레임에 대한 드래깅 기법 적용을 위한 제2 토출 조건을 설정하는 단계;
상기 세포지지체 제작 장치에서 상기 제1 토출 조건과 상기 제2 토출 조건을 반복 적용하는 제어를 수행하여 복수의 슬라이스층을 적층하는 단계를 포함하되,
상기 메인 프레임은 상기 분사노즐의 내경에 상응하는 크기를 갖는 섬유로 이루어지는 부분으로 복수의 메인 프레임 조각으로 구성되고,
상기 서브 프레임은 상기 분사노즐의 내경보다 작은 크기를 갖는 섬유로 이루어지는 부분으로 복수의 스트랜드로 구성되며,
상기 드래깅 기법은 상기 메인 프레임 조각 사이에서 상기 분사노즐을 수평 이동시켜 상기 용융된 생체적합성 고분자 재료를 늘어지게 하여 상기 스트랜드를 만드는 것을 특징으로 하는 세포지지체 제작 방법.
In a cell support manufacturing method using a cell support manufacturing apparatus for ejecting the molten biocompatible polymer material through a spray nozzle having a predetermined inner diameter,
Dividing the cell support designed to have a structure sliced into a plurality of layers in the cell support manufacturing apparatus into a main frame and a sub frame based on the inner diameter of the injection nozzle;
Setting a first discharge condition for applying a floating technique to the main frame and a second discharge condition for applying a dragging technique to the subframe in the cell support manufacturing apparatus;
Stacking a plurality of slice layers by performing control to repeatedly apply the first discharge condition and the second discharge condition in the cell support manufacturing apparatus;
The main frame is composed of a plurality of main frame pieces made of a fiber having a size corresponding to the inner diameter of the injection nozzle,
The sub-frame is composed of a plurality of strands made of fibers having a size smaller than the inner diameter of the injection nozzle,
The dragging technique is a cell support manufacturing method, characterized in that the horizontal movement of the injection nozzle between the main frame pieces to stretch the molten biocompatible polymer material to make the strand.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 드래깅 기법은 상기 분사노즐의 토출압, 상기 분사노즐의 이동속도, 상기 메인 프레임 조각 사이의 거리, 상기 분사노즐의 이동경로 중 하나 이상의 토출 변수를 제어하는 것을 특징으로 하는 세포지지체 제작 방법.
The method of claim 1,
And the dragging technique controls one or more discharge variables among the discharge pressure of the injection nozzle, the moving speed of the injection nozzle, the distance between the main frame pieces, and the movement path of the injection nozzle.
제1항 및 제4항 중 어느 한 항에 기재된 세포지지체 제작 방법으로 제작된 세포지지체.
The cell support produced by the cell support manufacturing method of any one of Claims 1-4.
제5항에 있어서,
상기 복수의 스트랜드는 상기 분사노즐의 이동방향에 따라 직경이 점차 줄어드는 수평 바 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 세포지지체.
The method of claim 5,
The plurality of strands is a cell support, characterized in that having a horizontal bar shape gradually decreasing in diameter in accordance with the direction of movement of the injection nozzle.
제5항에 있어서,
상기 복수의 스트랜드에 의해 생성되는 마이크로 기공은 상기 분사노즐의 층마다의 이동방향에 따라 브릿지(bridge) 형태 혹은 메쉬(mesh) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 세포지지체.

The method of claim 5,
And the micro pores generated by the plurality of strands have a bridge shape or a mesh shape according to the moving direction of each layer of the spray nozzle.

삭제delete
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