KR102115249B1 - 생체 세포의 공압 프린팅 시스템 및 이를 이용한 프린팅 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 생체 세포가 분산된 용액을 공급하는 용액공급부(100); 상기 용액공급부(100)와 연통되며 액적을 토출하는 프린팅 헤드부(200); 및 상기 용액챔버(231)에 음압과 양압을 가하는 구동부(300); 를 포함하되,
상기 프린팅 헤드부(200)는 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압이 유연막(220)에 가해지도록 관통홀(211)이 형성된 상판(210), 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압에 의해 변형되어 주입구(231A)를 개방하거나 폐쇄하는 유연막(220), 상기 용액공급부(100)에서 공급된 생체 세포가 포함된 용액을 주입구(231A)를 통해 공급받는 용액챔버(231), 상기 용액챔버(231)에서 채널(232)을 통해 용액을 공급받아 액적을 토출하는 노즐(233)이 형성된 하판(230)을 포함하고,
상기 구동부(300)는 상기 용액 챔버(231)에 음압과 양압을 가하도록 솔레노이드 밸브(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어서,
상기 용액 챔버(231)에 공급되는 용액의 표면장력의 크기를 조절하기 위해 상기 용액 공급부(100)에 계면활성제가 포함된 용액을 공급하고,
상기 용액의 표면장력은 30 내지 45 mN/m 인 것을 특징으로 하고,
상기 노즐(233)의 입구에서 모세관력에 의해 밸브 기능을 하도록 상기 용액의 최대 입구 압력을 조절하고,
상기 용액의 최대 입구 압력은 0.5 내지 1.5 kPa인 것을 특징으로 하고,
상기 액적 토출 후 분주된 표면에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포증식을 위해 상기 용액챔버(231)에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
상기 프린팅 헤드부(200)는 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압이 유연막(220)에 가해지도록 관통홀(211)이 형성된 상판(210), 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압에 의해 변형되어 주입구(231A)를 개방하거나 폐쇄하는 유연막(220), 상기 용액공급부(100)에서 공급된 생체 세포가 포함된 용액을 주입구(231A)를 통해 공급받는 용액챔버(231), 상기 용액챔버(231)에서 채널(232)을 통해 용액을 공급받아 액적을 토출하는 노즐(233)이 형성된 하판(230)을 포함하고,
상기 구동부(300)는 상기 용액 챔버(231)에 음압과 양압을 가하도록 솔레노이드 밸브(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어서,
상기 용액 챔버(231)에 공급되는 용액의 표면장력의 크기를 조절하기 위해 상기 용액 공급부(100)에 계면활성제가 포함된 용액을 공급하고,
상기 용액의 표면장력은 30 내지 45 mN/m 인 것을 특징으로 하고,
상기 노즐(233)의 입구에서 모세관력에 의해 밸브 기능을 하도록 상기 용액의 최대 입구 압력을 조절하고,
상기 용액의 최대 입구 압력은 0.5 내지 1.5 kPa인 것을 특징으로 하고,
상기 액적 토출 후 분주된 표면에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포증식을 위해 상기 용액챔버(231)에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 생체 세포의 공압 프린팅 시스템 및 이를 이용한 프린팅 방법에 관한 것이다.
생체 세포(living cell)를 조작하는 기술이 생물 및 조직 공학 분야에 활발히 응용되고 있다. 예컨대, 특정 위치에 생체 세포를 설계 형성하는 것은 세포 거동(예: 증식(proliferation), 분화(differentiation), 이동(migration))이 주위 환경(예: 세포외 기질 및 주변 세포)과 어떻게 관련이 있는지를 이해하는 데 유용하게 사용된다.
특히, 부상당하거나 병든 장기를 복구하는 연구를 하는 조직공학 산업에서는 인공 조직이나 장기의 안정적 생산을 위해 3차원 스캐폴드 상에 정확한 위치에 생체 세포를 형성하는 것이 필요하다.
이미 3차원 세포 구조체를 제작하기 위해 연성(soft) 리소그라피를 이용한 마이크로 컨택트 인쇄와 미세유체 기술을 포함한 많은 종류의 세포 패턴 기술이 개발되어 왔다. 이러한 기술은 고해상도 패턴을 만들 수 있지만 3차원 구조를 형성하기가 비교적 간단하지 않고 패턴 변경에도 비용이 많이 들어 산업상 걸림돌이 되고 있다.
최근, 분사(예: 잉크젯 프린팅) 기술은 다양한 형태의 세포 구조체를 만드는 방법으로 많은 관심을 받고 있다.
분사 기술은 생체 세포를 포함한 생물학적 물질의 작은 방울을 액적 형태로 분사하여 직접 정밀한 세포 패턴을 만들 수 있기 때문에 복잡한 세포 구조를 제작하기 위해 유용한 장점이 있다. 또한 분사 기술은 노즐에서 방울로 살아있는 세포를 분사하는 위치를 제어함으로써 다양한 설계의 패턴을 만들 수 있다.
더욱이, 분사 기술은 컴퓨터를 이용한 제조 시스템과 쉽게 통합될 수 있기 때문에, 솔리드 자유형 제작(solid free-form fabrication)을 사용하여 복잡한 3차원 세포 구조체를 정밀하게 제작할 수 있다. 또한 여러 개의 노즐을 사용하고 제어함으로써 서로 다른 유형의 세포로 구성된 세포 구조체를 형성할 수 있다.
이로 인해 조직 공학 분야에서, 인공조직 또는 인공장기를 만들기 위해 분사 기술을 확장하는데 상당한 연구가 진행되었다.
그러나, 생체세포는 분사시 열과 기계적 스트레스에 의해 쉽게 손상되기 문제가 발생되었다.
이에, 분사 시스템에 있어 생체 적합성은 매우 중요한 문제로 대두되었고, 특히 공압을 이용한 분사 시스템 사용시 쉽게 세포가 사멸하는 문제가 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 생체 적합성을 향상시키기 위한 공압 프린팅 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 기존 공압 프린팅 시스템에서 발생하는 용액의 젖음 현상에 의한 액적의 직진성, 미토출 등을 해결하기 위한 공압 프린팅 시스템을 제공함에 있다.
또한 본 발명은 상기 공압 프린팅 시스템을 이용한 프린팅 방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 용액 공급부; 생체 세포가 분산된 용액을 공급하는 용액공급부(100); 상기 용액공급부(100)와 연통되며 액적을 토출하는 프린팅 헤드부(200); 및 상기 용액챔버(231)에 음압과 양압을 가하는 구동부(300); 를 포함하되,
상기 프린팅 헤드부(200)는 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압이 유연막(220)에 가해지도록 관통홀(211)이 형성된 상판(210), 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압에 의해 변형되어 주입구(231A)를 개방하거나 폐쇄하는 유연막(220), 상기 용액공급부(100)에서 공급된 생체 세포가 포함된 용액을 주입구(231A)를 통해 공급받는 용액챔버(231), 상기 용액챔버(231)에서 채널(232)을 통해 용액을 공급받아 액적을 토출하는 노즐(233)이 형성된 하판(230)을 포함하고,
상기 구동부(300)는 상기 용액 챔버(231)에 음압과 양압을 가하도록 솔레노이드 밸브(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어서,
상기 용액 챔버(231)에 공급되는 용액의 표면장력의 크기를 조절하기 위해 상기 용액 공급부(100)에 계면활성제가 포함된 용액을 공급하고,
상기 용액의 표면장력은 30 내지 45 mN/m 인 것을 특징으로 하고,
상기 노즐(233)의 입구에서 모세관력에 의해 밸브 기능을 하도록 상기 용액의 최대 입구 압력을 조절하고,
상기 용액의 최대 입구 압력은 0.5 내지 1.5 kPa인 것을 특징으로 하고,
상기 액적 토출 후 분주된 표면에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포증식을 위해 상기 용액챔버(231)에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
상기 프린팅 헤드부(200)는 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압이 유연막(220)에 가해지도록 관통홀(211)이 형성된 상판(210), 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압에 의해 변형되어 주입구(231A)를 개방하거나 폐쇄하는 유연막(220), 상기 용액공급부(100)에서 공급된 생체 세포가 포함된 용액을 주입구(231A)를 통해 공급받는 용액챔버(231), 상기 용액챔버(231)에서 채널(232)을 통해 용액을 공급받아 액적을 토출하는 노즐(233)이 형성된 하판(230)을 포함하고,
상기 구동부(300)는 상기 용액 챔버(231)에 음압과 양압을 가하도록 솔레노이드 밸브(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어서,
상기 용액 챔버(231)에 공급되는 용액의 표면장력의 크기를 조절하기 위해 상기 용액 공급부(100)에 계면활성제가 포함된 용액을 공급하고,
상기 용액의 표면장력은 30 내지 45 mN/m 인 것을 특징으로 하고,
상기 노즐(233)의 입구에서 모세관력에 의해 밸브 기능을 하도록 상기 용액의 최대 입구 압력을 조절하고,
상기 용액의 최대 입구 압력은 0.5 내지 1.5 kPa인 것을 특징으로 하고,
상기 액적 토출 후 분주된 표면에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포증식을 위해 상기 용액챔버(231)에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
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또한 본 발명은 상술한 생체 세포의 공압 프린팅 시스템을 이용한 프린팅 방법을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템을 이용한 프린팅 방법은, 제 1항에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템을 이용한 프린팅 방법으로서,
상기 용액 공급부에 생체 세포가 포함된 용액을 공급하는 단계; 상기 용액의 표면장력의 크기를 조절하는 단계; 및 토출된 액적 내에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포증식을 위해 상기 용액 챔버에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 용액 공급부에 생체 세포가 포함된 용액을 공급하는 단계; 상기 용액의 표면장력의 크기를 조절하는 단계; 및 토출된 액적 내에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포증식을 위해 상기 용액 챔버에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 세포 생존과 세포 증식의 향상을 도모할 수 있다.
또한 본 발명은 용액을 토출하는 기능과 동시에 용액이 노즐 밖으로 흐르지 못하게 모세관 밸브(Capillary Valve)와 같은 기능을 할 수 있다.
상세히 설명하면, 용액의 표면장력과 최대 입구 압력을 조절함으로써, 프린팅 헤드부에서 토출되는 액적의 부피변화량을 최소화 할 수 있는 장점을 가진다.
따라서, 3차원 세포 프린팅을 위한 시스템에서 잉크의 표면장력 특성을 확인하고 이를 반영하여 토출 액적의 부피를 정밀하게 제어하는데 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템을 도시한 투과 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 도 1의 프린팅 헤드부를 확대하여 도시한 투과 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I'단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 노즐의 모세관 밸브의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 노즐에서 용액이 접하는 표면 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 최대 입구 압력에 따른 용액의 계면의 위치 변화를 탈이온수를 이용하여 관찰한 광학 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 토출 과정에서 PDMS 막에 전달되는 압력의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 양압의 크기 증가와 입구 압력 증가에 따라 토출되는 액적의 부피가 증가하는 경향을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 높은 토출 주기(약 33 Hz) 조건과, 계면활성제 농도 별 최대 입구 압력 조건(0.5 kPa~1.5 kPa)에서 토출된 액적의 부피를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 토출 주기에 의한 영향을 확인하기 위해서, 높은 주기(약 33 Hz)와 낮은 주기(약 5 Hz)조건에서 측정한 액적의 부피를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 세포 생존력의 측정방법을 도시한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 생존/사멸 어세이 키트를 사용하여 측정한 광학 이미지이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어,평균 세포 생존율과 표준편차(SD)를 도시한 그래프이다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 세포 증식에 관한 측정 방법을 도시한 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 셀 계수 키트를 사용하여 대사 활동을 측정하기 위해 450nm에서 광학 밀도(OD)를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 도 1의 프린팅 헤드부를 확대하여 도시한 투과 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I'단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 노즐의 모세관 밸브의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 노즐에서 용액이 접하는 표면 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 최대 입구 압력에 따른 용액의 계면의 위치 변화를 탈이온수를 이용하여 관찰한 광학 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 토출 과정에서 PDMS 막에 전달되는 압력의 시간에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 양압의 크기 증가와 입구 압력 증가에 따라 토출되는 액적의 부피가 증가하는 경향을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 높은 토출 주기(약 33 Hz) 조건과, 계면활성제 농도 별 최대 입구 압력 조건(0.5 kPa~1.5 kPa)에서 토출된 액적의 부피를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 토출 주기에 의한 영향을 확인하기 위해서, 높은 주기(약 33 Hz)와 낮은 주기(약 5 Hz)조건에서 측정한 액적의 부피를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 세포 생존력의 측정방법을 도시한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 생존/사멸 어세이 키트를 사용하여 측정한 광학 이미지이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어,평균 세포 생존율과 표준편차(SD)를 도시한 그래프이다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 세포 증식에 관한 측정 방법을 도시한 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 셀 계수 키트를 사용하여 대사 활동을 측정하기 위해 450nm에서 광학 밀도(OD)를 도시한 그래프이다.
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 용액공급부(100); 상기 용액공급부(100)와 연통되며 용액챔버(231)와 노즐(233)을 포함하고 액적을 토출하는 프린팅 헤드부(200); 및 상기 용액 챔버(231)에 음압과 양압을 가하는 구동부(300);를 포함하며, 상기 용액공급부(100)에 생체 세포가 포함된 용액(L)을 공급하고, 토출 후 분주된 표면에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포 증식을 위해 상기 용액 챔버(231)에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 상기 노즐(233)의 입구에서 모세관력에 의해 밸브 기능을 하도록 상기 용액챔버(231)로 공급되는 상기 용액(L)의 최대 입구 압력을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 용액(L)의 최대 입구 압력은 상기 프린팅 헤드부(200)에서 상기 노즐(233)을 통해 액적을 연속적으로 토출할 때, 상기 용액(L)이 상기 노즐(233)의 출구 방향으로 흘러 넘치지 않게 하는 수치를 의미한다. 예컨대, 상기 노즐(233)이 사각 채널 형상으로 이루어지는 경우, 상기 용액(L)의 최대 입구 압력은 상기 노즐(233)의 폭(w)과 높이(h)가 각각 100 ㎛일 때 측정한 값을 의미할 수 있다.
예컨대, 상기 용액(L)의 최대 입구 압력은 이론값(Estimated value)과 측정값(Meassured value)을 사용할 수 있는데, 이론값의 경우 약 0.1 내지 1 kPa이고, 측정값의 경우 약 0.5 내지 1.5 kPa의 범위에 있다. 상기 용액(L)의 최대 입구 압력과 관련한 이론값과 측정값에 관해서는 후술하기로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 상기 용액 챔버(231)에 공급되는 용액(L)의 표면장력의 크기를 조절하기 위해 상기 용액 공급부(100)에 계면활성제가 포함된 용액을 공급할 수 있다. 일 실시예에 있어, 상기 생체 세포가 포함된 용액(L)의 표면장력은 30 내지 45 mN/m 일 수 있다. 상기 용액(L)의 표면장력이 30 mN/m 미만이면 프린팅 노즐에서 용액의 젖음 현상이 발생하게 되며, 노즐이 젖어 있거나 노즐에 용액이 맺히게 되면 토출된 액적의 직진성, 미토출 등에 영향을 준다. 또한 상기 용액(L)의 표면장력이 45 mN/m 초과이면 토출된 액적의 표면장력이 너무 상승하게 되어 피코팅체 상에 프린팅하는데 어려움이 있어 바람직하지 못하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 상기 프린팅 헤드부(200)에서 토출되는 액적의 부피변화량을 최소하기 위하여, 상기 계면활성제의 농도와 상기 용액(L)의 최대 입구 압력을 조절할 수 있다.
상세히 설명하면, 본 발명에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 상기 용액(L)에 포함된 계면활성제의 농도를 0.04 내지 0.2 mM로 조절하고, 상기 생체 세포의 개수를 400,000 내지 600,000 셀/mL 으로 조절하며, 상기 용액챔버(231)에 공급되는 용액(L)의 최대 입구 압력을 0.5 내지 1.5 kPa로 조절함으로써, 토출된 액적의 부피변화량을 최소화 할 수 있는 장점을 가진다.
여기서, 상기 액적의 부피변화량은 상기 용액(L)의 최대 입구 압력의 범주내에서 토출된 액적의 부피변화량을 의미하며, 하기 식 1과 같이 계산된다.
[식 1]
{(토출된 액적의 최대부피 - 토출된 액적의 최소부피)/토출된 액적의 최소부피)} Х 100
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액적의 부피변화량은 약 10% 이하, 바람직하게는 8% 이하, 보다 바람직하게는 7% 이하일 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 공압 프린팅 시스템을 이용한 프린팅 방법을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 방법에 있어, 상기 용액 공급부(100)에 생체 세포가 포함된 용액(L)을 공급하는 단계; 및 토출된 액적 내에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포증식을 위해 상기 용액 챔버(231)에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 단계;를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 방법은, 상기 양압을 가하는 단계 이전에 상기 용액(L)의 표면장력의 크기를 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 생체 세포가 포함된 용액(L)의 표면장력은 30 내지 45 mN/m 일 수 있다.
예컨대, 상기 용액 챔버(231)에 공급되는 상기 용액(L)의 표면장력의 크기를 조절하기 위해 상기 용액 공급부(100)에 계면활성제가 포함된 용액을 공급할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 방법은, 상기 양압을 가하는 단계 이전에 상기 용액챔버(231)에 공급되는 용액(L)의 최대 입구 압력을 0.5 내지 1.5 kPa로 조절하는 단계를 포함함으로써, 토출된 액적의 부피변화량을 최소화 할 수 있는 장점을 가진다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템과 모세관 밸브 기능에 관하여 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공압 프린팅 시스템은 기본적으로 용액공급부(100), 프린팅 헤드부(200) 및 구동부(300)를 포함하되, 상기 구동부(300)는 상기 프린팅 헤드부(200)에 음압 및 양압을 가하도록 솔레노이드 밸브(310)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 프린팅 헤드부(200)를 보다 상세히 설명하면, 상기 프린팅 헤드부(200)는 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압이 유연막(220)에 가해지도록 관통홀(211)이 형성된 상판(210); 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압에 의해 변형되어 주입구(231A)를 개방하거나 폐쇄하는 유연막(220); 및 상기 용액공급부(100)에서 공급된 생체 세포가 포함된 용액(L)을 주입구(231A)를 통해 공급받는 용액챔버(231)와, 상기 용액챔버(231)에서 채널(232)를 통해 용액(L)을 공급받아 액적을 토출하는 노즐(233)이 형성된 하판(230)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 상판(210)은 유리(glass)로 이루어질 수 있고, 상기 유연막(220)은 소수성 재질인 PDMS로 이루어질 수 있으며, 상기 하판(230)은 실리콘(Si) 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 상기 하판(230)은 상기 용액챔버(231) 내부에 상기 유연막(220)을 향해 돌출된 범프(231B)를 포함할 수 있다. 상기 범프(231B)는 양압에 의해 상기 유연막(220)이 변형될 때 상기 유연막(220)과 밀착하게 되므로, 상기 용액챔버(231)에 갖힌 상기 용액(L)이 상기 주입구(231A)를 통해 용액공급부(100)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템의 작동원리에 대해 보다 상세히 설명한다.
상기 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 초기에 상기 유연막(320)에 가해진 음압에 의해서 상기 주입구(331A)가 개방되고, 개방된 주입구(331A)를 통해 상기 생체 세포가 포함된 용액(L)이 상기 용액챔버(331)로 공급된다. 이때, 상기 용액(L)에 가해지고 있는 입구 압력(Inlet Pressure)에 의해 상기 용액(L)은 상기 노즐(233)로 흐르게 되며, 상기 노즐(233)의 입구 부분(233A)에서 용액(L)의 표면장력과 접촉각에 의한 모세관 힘(Fc)과 용액 내부 압력(Pi)이 평형을 이루며 멈추게 된다(도 4 참조).
한편, 상기 노즐(233)의 입구 부분에서 모세관 힘(Fc)의 방향이 상기 용액(L)이 흐르는 방향과 반대가 되기 위해서는 노즐(233)의 내부 표면과의 접촉각이 90도 이상이 되어야 한다.
예컨대, 상기 노즐(233)이 사각 형태의 채널인 경우, 사각 채널에서 평형 상태의 액체 내부와 외부의 압력 차이(ΔP=Pi-Po)는 Young-Laplace 방정식에 의해서 하기 식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[식 2]
상기 식 1에서, γ는 상기 용액(L)의 표면장력, θ는 상기 용액(L)이 사각 형태의 채널 벽면에서 이루는 접촉각을 나타내며, h와 w는 각각 채널의 높이와 폭을 나타낸다. 일반적으로 접촉각은 움직이지 않는 평형상태의 정적 접촉각(Static contact Angle)을 의미하며, 채널 내의 용액의 계면(즉 고체-액체-기체가 이루는 삼중선 움직이기 위해서는 정적 접촉각 보다 더 큰 접촉각을 이루게 되는데, 이를 전진 접촉각(Advancing Contact Angle)이라고 한다. 따라서, 본 실시예에 따른 접촉각은 모두 전진 접촉각을 측정하여 사용하였다.
한편, 상기 용액공급부(100)에 저장된 용액(L)은 정수압(Hydrostatic Pressure)을 받으며 프린팅 헤드부(200) 내부로 공급되므로, 상기 식 2의 압력 차이는 하기 식 3과 같이 표현할 수 있다.
[식 3]
여기서, ρ는 상기 용액(L)의 밀도, g는 중력 가속도, H는 상기 용액(L)의 중력 방향으로의 높이를 나타낸다. 추가적으로, 상기 노즐(233)의 내부 벽면은 실리콘과 PDMS로 이루어져 있기 때문에, 각각의 재료 표면에서의 용액의 접촉각을 θ1(실리콘)과 θ2(PDMS)으로 구분하여 나타내었다. 용액(L)의 높이(H)는 상기 용액공급부(100)에서의 높이(H1)와 상기 프린팅 헤드부(200) 내부에서의 높이(H2)의 합으로 나타낼 수 있으며, 본 발명에서는 헤드 내부 높이(H2)는 1 cm으로 고정하였다. (도 2 및 도 5 참조)
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 용액의 표면장력과 최대 입구 압력에 관하여 보다 상세히 설명한다.
상기 용액(L)의 표면 장력에 따른 노즐(233)의 기능과 토출되는 액적의 부피 변화를 확인하기 위해, 탈이온수(Deionized Water)에 계면활성제를 이용하여 용액(L)의 표면장력의 크기를 조절하였다. 계면활성제는 주로 친수성(Hydrophilic) 부분과 소수성(Hydrophobic) 부분을 가지고 있는 화합물로, 용액의 표면 혹은 두 용액의 계면의 장력(Tension)을 낮춰주는 역할을 하며, 서로 다른 특성의 두 용액을 혼합 하기 위해 많이 사용된다.
본 발명의 일 실시예에서는 비이온성 계면활성제인 Triton X-100(TX-100)을 0.04 mM 에서 0.2 mM까지 첨가하여 용액(L)의 표면장력을 조절하여 준비하였다. 준비한 용액(L)은 링 방식(Ring Method)의 표면장력 측정기(LAUDA, Ring/Plate-Tensiometer TD2)를 이용하여 상온에서 표면장력의 크기를 측정하였다. 채널 벽면 표면에서의 전진 접촉각을 측정하기 위해 실리콘과 PDMS 재료의 평판(Plate) 샘플을 준비하였으며, 일정량(Volume-6 μL)의 액적을 표면에 올려 놓고 천천히 표면을 기울이면서 액적이 움직이기 시작할 때 이미지를 분석하여 전진 접촉각을 측정하였다. 실제 프린팅 노즐은 Teflon 용액(0.1%, v/v)을 이용하여 소수성 코팅 후에 사용하였기 때문에, 측정 실리콘 샘플도 동일한 방법으로 Teflon 코팅된 샘플에서의 전진 접촉각을 측정하였다. 계면활성제 농도별 용액의 표면장력 및 전진 접촉각 측정 결과는 하기 표 1에 수록하였다.
| 계면활성제 농도 (TX-100) |
표면장력 | 전진접촉각 | |
| Teflon 코팅된 샘플 | PDMS | ||
| 0 mM | 71.1 mN/m | 136° | 123° |
| 0.04 mM | 44.6 mN/m | 125° | 121° |
| 0.06 mM | 41.5 mN/m | 118° | 110° |
| 0.1 mM | 37.6 mN/m | 103° | 102° |
| 0.2 mM | 31.8 mN/m | 96° | 93° |
한편, 계면활성제의 농도별 노즐에서 모세관 밸브 기능을 할 수 있는 최대 입구 압력(Inlet Pressure)의 크기를 측정하여 표 2에 수록하였다. 이때, 입구 압력은 용액 공급부(100)의 수두 높이(H1)를 통하여 조절하였다. 최대 입구 압력은 용액의 연속 토출 전후에 노즐에 용액이 흘러 넘치지 않는 것을 기준으로 판단하였다.
| 계면활성제 농도 (TX-100) |
최대 입구 압력 | |
| 이론값 (Estimated alue) |
측정값 (Meassured value) |
|
| 0 mM | 1.97 kPa | 1.80 kPa |
| 0.04 mM | 1.02 kPa | 1.50 kPa |
| 0.06 mM | 0.74 kPa | 1.20 kPa |
| 0.1 mM | 0.34 kPa | 0.75 kPa |
| 0.2 mM | 0.12 kPa | 0.50 kPa |
표 2에 보는 바와 같이, 농도별 최대 입구 압력은 0.5 kPa에서 1.8 kPa 범위에 있었다.
도 6은 최대 입구 압력에 따른 용액의 계면의 위치 변화를 탈이온수를 이용하여 관찰한 광학 이미지들이며, 최대 입구 압력이 증가할 수록 계면의 위치가 노즐 방향으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다.
또한 상기 식 2를 이용하여 이론적인 최대 입구 압력을 계산하였으며, 그 결과 탈이온수를 제외하고 계면활성제가 포함된 용액의 경우 실험적으로 측정된 값보다 다소 낮게 계산되었다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 입구 압력이 토출되는 액적에 미치는 영향에 관하여 보다 상세히 설명한다.
입구 압력이 토출되는 액적에 미치는 영향을 확인하기 위해서, 먼저 탈이온수를 이용하여 입구 압력을 0.5 kPa에서 1.5 kPa까지 증가시키면서 액적의 부피를 측정하였다. 토출되는 액적의 부피는 정밀 저울을 이용하여 측정하였으며, 측정 과정에서 용액의 증발로 인한 오차를 줄이기 위해서 실리콘 오일을 포함한 용기에 토출하여 전체 무게 변화를 측정하여 액적의 부피를 계산하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 연속 토출 시 시간에 따른 압력의 변화를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이, 상기 압력은 상기 유연막(220)에 전달되며, 이는 상기 용액챔버(231) 내 용액(L)에 전달된다. 상기 용액(L)을 밀어내는 압력인 양압(Positive Pressure)의 크기는 20 kPa 내지 100 kPa 이었으며, 음압(Negative Pressure)의 크기는 약 -5 kPa의 크기로 일정하게 하되 -1 내지 -10 kPa 범주에서 선택할 수 있다. 또한, 생체 세포의 공압 프린팅 시스템은 제어부를 통해 양압 및 음압의 크기, 토출 주기, 유지 시간 및 지연 시간은 일정하게 유지할 수 있으며, 토출 주기는 1 내지 50 Hz 범주내에서 선택될 수 있고, 유지 시간 1 내지 100 ms 범주내에서 선택될 수 있고, 지연 시간 10 내지 100 ms 범주내에서 선택될 수 있다.
도 8에 보는 바와 같이, 양압의 크기가 증가할수록, 그리고 입구 압력이 증가 할수록 토출되는 액적의 부피가 증가하는 경향을 확인 하였다. 또한, 전체 압력 범위에서 토출된 부피는 299 nL에서 715 nL로 측정되었으며, 각 측정값은 10회 이상 반복 측정하였으며, 이때 변동 계수(Coefficient of Variation, CV)는 1.04% 이내로 계산되었다.
입구 압력은 저장된 용액(L)을 프린팅 헤드부(200) 내 용액 챔버(231)로 공급하는 역할을 하기 때문에, 입구 압력이 클수록 정해진 시간(Delay Time) 내에 용액의 공급이 원활하게 이루어지며, 반대로 입구 압력이 작을 수록 공급 유량이 줄어들어 공급이 원활하지 못해, 동일한 양압 조건에도 토출 부피가 감소하는 것으로 보인다.
양얍의 크기가 20 kPa일 때, 입구 압력이 0.5 kPa일 때와 1.5 kPa일 때의 부피 차이는 약 50 nL이지만, 양압이 100 kPa일 때, 부피 차이는 약 255 nL로, 입구 압력의 영향은 양압의 크기가 클수록 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어, 용액(L)의 표면장력이 토출 부피에 미치는 영향에 관하여 보다 상세히 설명한다.
용액(L)의 표면장력이 토출 부피에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 계면활성제 농도를 조절하여 용액의 표면장력을 71 mN/m에서 32 mN/m까지 변화시켰으며, 각 용액의 토출 부피를 측정하였다.
또한 토출 주기에 의한 영향을 확인하기 위해서, 지연 시간(Delay Time)을 20 ms(~33 Hz)과 200 ms(~5 Hz)으로 조절하였으며, 입구 압력은 계면활성제 농도에 따라 노즐에서 용액 계면의 위치가 달라지기 때문에 용액 계면의 위치를 동일하게 하기 위해서 용액에 가해줄 수 있는 최대 입구 압력 조건으로 설정하였다.
먼저 도 9를 참조하면, 높은 토출 주기(약 33 Hz) 조건에서, 계면활성제 농도 별 최대 입구 압력 조건(0.5 kPa~1.5 kPa)에서 토출된 액적의 부피는 703 nL에서 748 nL로 45 nL의 변화량을 보였으나, 계면활성제가 없는 탈이온수의 경우 동일한 입구 압력 조건에서 445 nL에서 700 nL으로 255 nL의 변화량을 보였다.
입구 압력의 크기에 따른 부피 차이는 계면활성제가 없는 탈이온수의 경우의 비해 계면활성제가 포함된 용액들의 경우 부피 변화량이 약 1/5 수준으로 줄어든 것을 확인 할 수 있었다. 이는 계면활성제 첨가로 인하여 용액의 표면장력이 30 내지 45 mN/m 로 제어되고 접촉각이 감소함에 따라 용액 계면이 이동할 때의 저항이 줄어든 효과로 예상된다.
도 10을 참조하면, 토출 주기에 의한 영향을 확인하기 위해서, 높은 주기(약 33 Hz)에서 최대 입구 압력 조건에서 계면활성제 농도별(0 mM의 탈이온수 포함) 토출 부피는 703 nL에서 754 nL로 51 nL의 부피 변화를 보였다. 동일한 조건에서 낮은 주기(약 5 Hz)의 경우 토출 부피는 777 nL에서 834 nL로 57 nL의 부피 변화를 보이는 것으로 확인 되었으며, 따라서 주기에 따른 계면활성제 농도별 부피 변화량의 차이는 크지 않은 것을 확인할 수 있었다.
또한 전체 토출 주기에서, 계면활성제의 농도가 증가 할수록 토출부피가 51~57 nL 정도 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이는 계면활성제 농도가 증가 할수록 가해줄 줄 수 있는 최대 입구 압력의 크기가 감소하게 되며, 줄어든 입구 압력의 영향으로 토출 부피가 줄어든 것으로 예상된다. 도 10에서 측정된 모든 액적의 부피는 최소 703 nL에서 최대 834 nL 범위로, 모든 측정값들의 변동계수(CV)는 6.8% 이내로 계산되었다.
마지막으로, 상술한 생체 세포의 공압 프린팅 시스템을 이용한 세포 생존력 실험 결과와 세포 증식 실험 결과에 대하여 설명한다.
우선, 생체 세포를 포함한 용액(L)을 제조하는 방법부터 설명한다.
생체 세포는 마우스 유래 3T3 세포를 사용하였다. 상세하게, American type culture collection(ATCC, USA)에서 분양 받은 3T3-J2 세포는 10% bovine calf serum(BCS, Hyclone, USA), 1% penicillin/streptomycin(Sigma, USA)을 첨가한 DMEM(Gibco, Germany) 배지를 사용하여 37 ℃, 10% CO2 분위기 하에서 배양하였다. 이후 배양 플라스크 내 배양된 세포를 트립신 처리한 후 세포 펠렛으로 회수하였고, PBS 용액에서 재부유(resuspended)하여 생체 세포를 포함한 용액(L)을 얻었다.
다음으로, 생체 세포를 포함한 용액(L)을 이용한 세포 생존력의 측정방법 및 실험결과를 설명한다.
콜라겐 침착은 섬유증에서 최종적으로 세포의 사멸을 유도하므로, 이러한 특성이 마우스 유래의 세포집합체에서도 나타나는지 확인하기 위해 어세이 및 생존/사멸 어세이(live/dead assay)를 수행하였다.
어세이 및 생존/사멸 어세이 키트는 세포 간 에스테라아제 활성을 제시하여 살아있는 세포를 구분하는 녹색 형광(green-fluorescent) calcein-AM 염색과 세포막의 손실 여부를 통해 죽은 세포를 구분하는 적색 형광(red-fluorescent) ethidium homodimer-1 염색을 동시에 실시하며, 민감도가 높다.
우선, 도 11의 (a)에 보는 바와 같이, 96-well plate로 이루어진 기판 표면에 콜라겐 겔층을 형성하였다. 다음으로, 도 11의 (b)에 보는 바와 같이, 2 μM calcein AM 과 4 μM ethidium homodimer-1 solution의 혼합액 시약을 각 30 μL씩 각 well에 첨가하였다. 그런 다음, 도 11의 (c)에 보는 바와 같이, 상기에서 제조된 액적을 약 250nL 씩 각 웰에 첨가한 후 30분 동안 배양시킨 후 형광현미경(IX71 microscope, Olympus)을 이용하여 각 세포의 생존/사멸 여부를 판단하였다. 이와 함께, 대조군으로서 상기에서 제조된 액적을 (125,000 cells mL-1)로 희석하여 각 플레이트 상에 첨가하였다.
또한, 생체 세포의 공압 프린팅 시스템을 이용한 세포 생존력 실험 결과와 세포 증식 실험 결과에 대하여, 통계적으로 유의한 차이를 확인하기 위해 상기 실험결과에 대해 상용 소프트웨어인 Minitab을 이용하여 ANOVA(Analysis of Variance, 변량분석)를 행하였다.
도 12에 보는 바와 같이, 생존/사멸 어세이 키트를 사용하여 광학 이미지에서 분배 공정 중 물리적 힘(즉, 전단 응력)에 의한 세포막 손상이 관찰되었다. 생체 세포가 포함된 용액(L)은 25에서 100 kPa의 크기를 갖는 양압에 의해 분배되었고, 액적 부피는 182 내지 274 nL (변동계수(CV) <1.2 %)로 확인되었다. 또한 양압의 크기가 증가함에 따라 액적 내 생체 세포의 분산성이 향상되는 것을 확인하였다. (단, 도 12에서 (a)는 양압의 크기가 25 kPa, (b)는 50 kPa, (c)는 75 kPa, (d)는 100 kPa, (e)는 대조군이다.)
도 12에 나타낸 생체 세포에 대하여 생존 또는 사멸 세포의 개수를 계산함으로써 평균 세포 생존율과 표준편차(SD)를 도 13에 도시하였다. 상기 액적 내 세포의 생존율은 81 내지 83% 이었고, P값이 0.05 미만이었다. 이는 양압의 크기에 따라 생체 세포의 생존율이 크게 영향을 받지 않는 것을 알 수 있다.
또한 대조군의 생존율(94%)과 비교하여 조금 낮은 것으로 확인되었다. 이러한 차이는 높은 액적 속도에 연관이 있다. 본 발명에서 액적속도는 1.6 내지 5.4 m/s 로 확인되었다. 이 수치는 압전 방식 또는 열적 버블(thermal bubble) 방식 보다 높은 수치이다.
다음으로, 상술한 생체 세포의 공압 프린팅 시스템을 이용한 세포 증식에 관한 측정 방법 및 실험 결과를 설명한다.
액적 내 생체 세포의 증식을 확인하기 위해, 셀 계수 키트를 사용하여 대사 활동을 측정하였다. 도 14의 (a)에 보는 바와 같이, 100 μL의 배양 배지로 보충된 96웰 플레이트의 각 웰에 셀 용액 20방울을 분배하였다. 이후, 도 14의 (b)에 보는 바와 같이, CCK-8 용액의 10 μL를 각 웰에 첨가하였고, 도 14의 (c)에 보는 바와 같이 96-well 플레이트는 10%의 CO2를 포함하는 분위기에서 37℃에서 2시간 동안 배양하였다.
배양된 샘플을 마이크로 플레이트 리더(UVM 340, Biochrom, 영국 캠브리지)를 사용하여 450 nm 에서 방출 형광을 측정하였다. 동일한 샘플을 지속적으로 모니터링하기 위해 각 시점(4, 24, 48, 72시간)에서 반복적으로 측정하였다.
비록 세포 막은 손상이 되지 않더라도, 그 기능은 공압 시스템 중에 영향을 받을 수 있다. 그래서 분사 후에, CCK-8 assay를 이용하여 세포 대사 활동을 측정하였다. 각 측정은 분사 후에 4시간이 지나서 측정하였다. 도 15에서 보는 바와 같이, 450nm 에서 광학 밀도(OD)는 양압의 크기가 증가함에 따라 동반 증가하며, 이는 세포 증식률이 증가되는 것을 의미한다.
이와같이 다양한 표면장력을 가지는 용액(L)의 분사시 생체적합성, 프린팅 노즐과 토출 부피에 대한 영향을 확인할 수 있었으며, 다양한 기능성 잉크를 개발하고 사용하는 프린팅 시스템에서 잉크의 표면장력 특성을 확인하고 이를 반영하여 토출 액적의 부피를 정밀하게 제어하는데 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 용액공급부
200: 프린팅 헤드부
210: 상판
211: 관통홀
220: 유연막
230: 하판
231: 용액챔버
231A: 주입구
231B: 범프
232: 채널
233: 노즐
233A: 노즐의 입구
300: 구동부
310: 솔레노이드 밸브
200: 프린팅 헤드부
210: 상판
211: 관통홀
220: 유연막
230: 하판
231: 용액챔버
231A: 주입구
231B: 범프
232: 채널
233: 노즐
233A: 노즐의 입구
300: 구동부
310: 솔레노이드 밸브
Claims (6)
- 생체 세포가 분산된 용액을 공급하는 용액공급부(100); 상기 용액공급부(100)와 연통되며 액적을 토출하는 프린팅 헤드부(200); 및 용액챔버(231)에 음압과 양압을 가하는 구동부(300); 를 포함하되,
상기 프린팅 헤드부(200)는 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압이 유연막(220)에 가해지도록 관통홀(211)이 형성된 상판(210), 상기 구동부(300)로부터 발생된 음압 및 양압에 의해 변형되어 주입구(231A)를 개방하거나 폐쇄하는 유연막(220), 상기 용액공급부(100)에서 공급된 생체 세포가 포함된 용액을 주입구(231A)를 통해 공급받는 용액챔버(231), 상기 용액챔버(231)에서 채널(232)을 통해 용액을 공급받아 액적을 토출하는 노즐(233)이 형성된 하판(230)을 포함하고,
상기 구동부(300)는 상기 용액 챔버(231)에 음압과 양압을 가하도록 솔레노이드 밸브(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 세포의 공압 프린팅 시스템에 있어서,
상기 용액 챔버(231)에 공급되는 용액의 표면장력의 크기를 조절하기 위해 상기 용액 공급부(100)에 계면활성제가 포함된 용액을 공급하고,
상기 용액의 표면장력은 30 내지 45 mN/m 인 것을 특징으로 하고,
상기 노즐(233)의 입구에서 모세관력에 의해 밸브 기능을 하도록 상기 용액의 최대 입구 압력을 조절하고,
상기 용액의 최대 입구 압력은 0.5 내지 1.5 kPa인 것을 특징으로 하고,
상기 액적 토출 후 분주된 표면에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포증식을 위해 상기 용액챔버(231)에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 것을 특징으로 하는 생체 세포의 공압 프린팅 시스템.
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- 제 1항에 따른 생체 세포의 공압 프린팅 시스템을 이용한 프린팅 방법으로서,
상기 용액 공급부에 생체 세포가 포함된 용액을 공급하는 단계;
상기 용액의 표면장력의 크기를 조절하는 단계; 및
토출된 액적 내에 존재하는 상기 생체 세포의 분산성 향상과 세포증식을 위해 상기 용액 챔버에 25 내지 100 kPa의 양압을 가하는 단계;를 포함하는 생체 세포의 공압 프린팅 시스템을 이용한 프린팅 방법.
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| KR1020180145447A KR102115249B1 (ko) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | 생체 세포의 공압 프린팅 시스템 및 이를 이용한 프린팅 방법 |
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| KR102410587B1 (ko) | 2021-03-19 | 2022-06-17 | 동의대학교 산학협력단 | 플렉시블 멤브레인을 이용한 충격력 측정방법 |
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2018
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