KR102158012B1 - Dual Fluidic Channel with Porosity and Method for Preparing the Same - Google Patents

Dual Fluidic Channel with Porosity and Method for Preparing the Same Download PDF

Info

Publication number
KR102158012B1
KR102158012B1 KR1020180119838A KR20180119838A KR102158012B1 KR 102158012 B1 KR102158012 B1 KR 102158012B1 KR 1020180119838 A KR1020180119838 A KR 1020180119838A KR 20180119838 A KR20180119838 A KR 20180119838A KR 102158012 B1 KR102158012 B1 KR 102158012B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow channel
poly
porous
polymer
acid
Prior art date
Application number
KR1020180119838A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200044190A (en
Inventor
이형석
조동우
Original Assignee
주식회사 에드믹바이오
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에드믹바이오 filed Critical 주식회사 에드믹바이오
Priority to KR1020180119838A priority Critical patent/KR102158012B1/en
Priority to PCT/KR2019/004791 priority patent/WO2020075938A1/en
Publication of KR20200044190A publication Critical patent/KR20200044190A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102158012B1 publication Critical patent/KR102158012B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0819Microarrays; Biochips
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/088Channel loops
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/12Specific details about materials

Abstract

본 발명은 3차원 바이오 프린팅 기술을 이용한 제조된 다공성 이중 유동 채널 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 다공성 이중 유동 채널은 생체 유체 물성 및 유동 연구, 마이크로 유체 시스템 설계 및 응용기술 개발, 진료용 의료기기 및 바이오 칩의 설계 등의 다양한 연구에 적용이 가능하다. 본 발명의 방법은 폴리머 또는 하이드로젤 재료를 사용하는 3차원 프린팅 기술을 이용하므로, 다공성 이중 유동 채널의 제조 공정이 매우 간단하며 비용 및 제조 시간의 면에서 매우 유리하다. The present invention relates to a porous dual flow channel manufactured using 3D bioprinting technology and a manufacturing method thereof. The porous dual flow channel of the present invention can be applied to various studies such as biofluid properties and flow studies, microfluidic system design and application technology development, medical device for medical treatment and biochip design. Since the method of the present invention uses a three-dimensional printing technique using a polymer or hydrogel material, the manufacturing process of the porous dual flow channel is very simple, and it is very advantageous in terms of cost and manufacturing time.

Description

다공성 이중 유동 채널 및 이의 제조방법{Dual Fluidic Channel with Porosity and Method for Preparing the Same} Dual Fluidic Channel with Porosity and Method for Preparing the Same}

본 발명은 3차원 바이오 프린팅 기술을 이용하여 제조한 다공성 이중 유동 채널 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a porous dual flow channel manufactured using a 3D bioprinting technology and a method for manufacturing the same.

바이오 미세 유체 공학은 최근 대두 되고 있는 기술 분야 중 하나이다. 바이오 미세 유체 공학을 이용하면 다양한 분야의 연구가 가능한데, 예를 들어, 생체 유체 물성 및 유동 연구, 마이크로 유체 시스템 설계 및 응용기술 개발, 진료용 의료기기 및 바이오칩의 설계 등에 적용이 가능하다. 미세 유체를 이용하기 위해서는 수십 내지 수백 마이크로 사이즈를 가지는 유동 채널을 제작하여야 하는데, 이러한 크기의 유동 채널을 제작하기 위한 다양한 플랫폼 기술들이 연구되고 있다. 예를 들어, 미세 유동 채널은 주로 멤스 (Microelectromechanical systems, MEMS) 및 Polydimethylsiloxane (PDMS) 몰딩 과정 통하여 제작되고 있다. Bio-microfluidic engineering is one of the emerging technologies. Bio-microfluidic engineering enables research in various fields, for example, biofluid properties and flow research, microfluidic system design and application technology development, medical device for medical treatment and biochip design. In order to use a microfluid, a flow channel having a size of tens to hundreds of microns must be manufactured, and various platform technologies for manufacturing a flow channel of this size are being studied. For example, microfluidic channels are mainly manufactured through microelectromechanical systems (MEMS) and polydimethylsiloxane (PDMS) molding processes.

단일 층을 가지는 유동 채널 뿐만 아니라, 다양한 분석 및 생물학적 모방을 위해서는 다공성 이중 유동 채널이 필요한 경우들이 존재한다. 그러나, 현재 까지 개발된 방법으로는 이중 유동 채널을 제작하는 데에 있어 몇몇 한계점들이 존재한다. 다공성 이중 유동 채널을 만드는데 있어 여러 공정 과정들이 필요하다. 실제로 바이오 멤스(Bio MEMS) 기술을 이용하여 다공성 이중 유동 채널을 제작하기 위해서는 다공성 멤브레인 제작, 멤스(MEMS)를 통한 유동 채널의 제작 및 이들의 결합 공정들이 필요하다. As well as flow channels having a single layer, there are cases where porous dual flow channels are required for various assays and biological imitations. However, with the method developed so far, there are some limitations in fabricating a dual flow channel. Several process steps are required to create a porous double flow channel. In fact, in order to fabricate a porous dual flow channel using the Bio MEMS technology, it is necessary to fabricate a porous membrane, fabricate a flow channel through MEMS, and combine them.

3차원 바이오 프린팅 기술은 최근 바이오 엔지니어링 분야에서 대두되고 있는 혁신적인 기술 중 하나이다. 3차원 바이오 프린팅 기술은 폴리머(polymer), 다양한 세포외기질 성분(Extracellular matrix, ECM) 및 세포들을 원하는 위치에 분사시켜 복잡한 3차원 구조물을 만들 수 있다는 점에서 큰 이점을 가진다. 3D bioprinting technology is one of the innovative technologies emerging in the field of bioengineering. 3D bioprinting technology has a great advantage in that it can make complex 3D structures by spraying polymers, various extracellular matrix (ECM) and cells at a desired location.

본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다. The patent documents and references mentioned in this specification are incorporated herein by reference to the same extent as if each document was individually and clearly specified by reference.

대한민국 공개특허 제10-2017-0113253호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0113253

본 발명자들은 바이오 미세 유체 공학에 유용하게 사용될 수 있는 이중 유동 채널(dual fluidic channel)을 개발하고자 연구 노력하였다. 그 결과, 폴리머 및 하이드로젤를 사용한 3차원 프린팅 기술을 이용하여, 원하는 기능을 갖는 다공성 이중 유동 채널을 간편한 공정을 통해 저비용으로 제작할 수 있음을 실험적으로 확인함으로써 본 발명을 완성하였다. The present inventors have made efforts to develop a dual fluidic channel that can be usefully used in bio-microfluidic engineering. As a result, the present invention was completed by experimentally confirming that a porous dual flow channel having a desired function can be manufactured at low cost through a simple process using a 3D printing technology using a polymer and a hydrogel.

따라서, 본 발명의 목적은 3차원 프린터를 이용하여 다공성 이중 유동 채널을 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a porous dual flow channel using a three-dimensional printer.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 다공성 이중 유동 채널을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a porous dual flow channel manufactured by the above method.

본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다. Other objects and technical features of the present invention are presented in more detail by the following detailed description, claims, and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 다음의 단계를 포함하는 3차원 프린터를 이용하여 다공성 이중 유동 채널을 제조하는 방법을 제공한다: According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a porous dual flow channel using a three-dimensional printer comprising the following steps:

(a) 폴리머를 사용하여 제1 유동 채널을 3차원 프린팅하는 단계; (a) three-dimensional printing of the first flow channel using a polymer;

(b) 상기 제1 유동 채널 상부에 폴리머를 사용하여 미세기공 구조(micro porous structure)를 3차원 프린팅하는 단계; (b) 3D printing a micro porous structure using a polymer over the first flow channel;

(c) 상기 미세기공 구조 상부에 다공성 하이드로젤을 3차원 프린팅하는 단계; 및 (c) 3D printing a porous hydrogel on the microporous structure; And

(d) 상기 다공성 하이드로젤 상부에 폴리머를 사용하여 제2 유동 채널을 3차원 프린팅하는 단계. (d) 3D printing a second flow channel using a polymer on top of the porous hydrogel.

이하에서, 본 발명의 방법을 각 단계에 따라 상세히 설명한다. Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail according to each step.

단계 (a): 폴리머를 사용하여 제1 유동 채널을 3차원 프린팅하는 단계 Step (a): three-dimensional printing of the first flow channel using a polymer

본 발명에서 제1 유동 채널은 3차원 프린터를 사용한 3차원 프린팅(3D printing) 기술을 이용하여 제조된다. In the present invention, the first flow channel is manufactured using a 3D printing technique using a 3D printer.

본 명세서에서 용어 "3차원 프린터"는 밀링 또는 절삭이 아닌, 기존 잉크젯 프린터에서 쓰이는 것과 유사한 적층 방식으로 입체물을 제작하는 장치를 말하며, 일반적으로 컴퓨터로 제어되기 때문에 만들 수 있는 형태가 다양하고, 다른 제조 기술에 비해 사용하기 쉬운 이점이 있다. In the present specification, the term "three-dimensional printer" refers to a device that produces three-dimensional objects in a lamination method similar to that used in conventional inkjet printers, rather than milling or cutting. Since it is generally controlled by a computer, there are various forms that can be made, and It has the advantage of being easy to use compared to manufacturing technology.

본 명세서에서 용어 "3차원 프린팅"은 상기 3차원 프린터를 사용하여 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 제조 기술을 의미한다. 3차원 프린팅 기술은 가루나 액체 형태의 재료를 굳혀가며 한 층씩 쌓는 방식의 "적층제조"방식과, 재료를 공구로 깎아가며 모양을 만드는 "절삭제조"방식으로 나누어진다. In the present specification, the term "three-dimensional printing" refers to a manufacturing technology for creating a three-dimensional object by spraying a continuous layer of material using the three-dimensional printer. The 3D printing technology is divided into a "stacking manufacturing" method in which a powder or liquid material is hardened and stacked one by one, and a "cutting-off" method in which a shape is formed by cutting the material with a tool.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용되는 3차원 프린팅 방식은 적층제조 방식이다. According to one embodiment of the present invention, the 3D printing method used in the present invention is an additive manufacturing method.

본 명세서에서 용어 "유동 채널(fluidic channel)" 은 유체가 흐를 수 있는 구조를 갖는 채널을 의미한다. In this specification, the term "fluidic channel" refers to a channel having a structure through which a fluid can flow.

상기 제1 유동 채널의 모양이나 크기는 특별히 한정되지 않으나, 수 ㎛ 내지 수십 ㎝의 크기의 범위를 가질 수 있으며, 유체가 흐를 수 있는 관(tube) 형상을 포함할 수 있다. The shape or size of the first flow channel is not particularly limited, but may have a size range of several µm to several tens of cm, and may include a tube shape through which a fluid can flow.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 유동 채널의 너비는 2 mm 이하이며, 구체적으로는 0.01 mm 이상 ~ 2 mm 이하이고, 보다 구체적으로는 0.1 mm 이상 ~ 2 mm 이하이다. 상기 제1의 유동 채널의 너비가 2 mm를 초과할 경우, 미세 유동 채널의 형상이 유지되기 어렵고, 제1 유동 채널 상부에 미세기공 구조를 3차원 프린팅 하는 것이 어렵게 된다. According to an embodiment of the present invention, the width of the first flow channel is 2 mm or less, specifically 0.01 mm or more and 2 mm or less, and more specifically 0.1 mm or more and 2 mm or less. When the width of the first flow channel exceeds 2 mm, it is difficult to maintain the shape of the microfluidic channel, and it is difficult to 3D print the microporous structure on the top of the first flow channel.

본 발명에서 3차원 프린팅 기술을 이용한 제1 유동 채널 제조시에 사용되는 재료 물질은 폴리머 물질이다. In the present invention, the material material used in manufacturing the first flow channel using the 3D printing technology is a polymer material.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 유동 채널 제조에 사용되는 폴리머 물질은 폴리(에틸렌/비닐아세테이트)(Poly(ethylene-co-vinyl acetate), PEVA), 폴리락틱-co-글리콜산(PLGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에테르설폰(PES), 폴리우레탄(PU), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA) 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS), 폴리아닐린(PAN), 폴리 [(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)](PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)]으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. According to one embodiment of the present invention, the polymer material used for manufacturing the first flow channel is poly(ethylene-co-vinyl acetate) (Poly(ethylene-co-vinyl acetate), PEVA), polylactic-co-glycolic acid ( PLGA), polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polyglycolic acid (PGA), polyethersulfone (PES), poly Urethane (PU), polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA) polyvinylpyrrolidone (PVP), polystyrene (PS), polyaniline (PAN), poly [(3-hydroxybutyrate)-co-(3) -Hydroxyvalerate)](PHBV), polydioxanone (PDO), poly[(L-lactide)-co-(caprolactone)], poly(ester urethane)(PEUU), poly[(L-lac) Tide)-co-(D-lactide)], poly[ethylene-co-(vinyl alcohol)] may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

단계 (b): 상기 제1 유동 채널 상부에 폴리머를 사용하여 미세기공 구조를 3차원 프린팅하는 단계 Step (b): 3D printing the microporous structure by using a polymer on the top of the first flow channel

제1 유동채널을 3차원 프린팅한 후, 상기 제1 유동채널의 상부에 폴리머를 이용한 3차원 프린팅 기술에 의해 미세기공을 갖는 구조(microporous structure)를 형성한다. After 3D printing the first flow channel, a microporous structure is formed on the first flow channel by a 3D printing technique using a polymer.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명에서 상기 미세 기공의 길이 방향의 크기는 700 ㎛ 이하이고, 구체적으로는 0.1 ㎛ 이상 ~ 700 ㎛ 이하, 보다 구체적으로는 1 ㎛ 이상 ~ 700 ㎛ 이하, 보다 더 구체적으로는 10 ㎛ 이상 ~ 700 ㎛ 이하이다. According to another embodiment of the present invention, in the present invention, the size of the micropores in the longitudinal direction is 700 μm or less, specifically 0.1 μm or more to 700 μm or less, more specifically 1 μm or more to 700 μm or less, more More specifically, it is 10 μm or more and 700 μm or less.

또한, 상기 미세 기공의 두께(폭)은 700 ㎛ 이하이고, 구체적으로는 0.1 ㎛ 이상 ~ 700 ㎛ 이하, 보다 구체적으로는 0.1 ㎛ 이상 ~ 500 ㎛ 이하, 0.1 ㎛ 이상 ~ 400 ㎛ 이하, 0.1 ㎛ 이상 ~ 200 ㎛ 이하, 보다 더 구체적으로는 1 ㎛ 이상 ~ 200 ㎛ 이하, 가장 구체적으로는 5 ㎛ 이상 ~ 200 ㎛ 이하이다. In addition, the thickness (width) of the micropores is 700 μm or less, specifically 0.1 μm or more to 700 μm or less, more specifically 0.1 μm or more to 500 μm or less, 0.1 μm or more to 400 μm or less, 0.1 μm or more It is ~ 200 μm or less, more specifically 1 μm or more to 200 μm or less, and most specifically 5 μm or more to 200 μm or less.

상기 미세기공은 미세기공을 갖는 구조 상부에, 후술하는 바와 같이 하이드로젤을 프린팅하는 경우, 하이드로젤을 지지할 수 있은 지지대 역할을 한다. The micropores serve as a support capable of supporting the hydrogel in the case of printing the hydrogel above the structure having micropores as described below.

상기 미세기공은 3차원 프린팅 기술을 통해 형성하고자 하는 미세기공의 모양과 크기 등을 먼저 디자인한 후, 상기 디자인한 미세기공을 3차원 프린팅 기술을 통해 제조한다. 상기 미세기공의 모양과 크기는 3차원 프린팅 조건, 예컨대 노즐 사이즈 또는 프린팅 속도를 조절하거나 변경하여 결정할 수 있다. For the micropores, the shape and size of the micropores to be formed through 3D printing technology are first designed, and then the designed micropores are manufactured through 3D printing technology. The shape and size of the micropores may be determined by adjusting or changing a 3D printing condition, such as a nozzle size or a printing speed.

본 발명에서 미세기공을 갖는 구조를 3차원 프린팅 기술을 이용하여 제조할 때에 프린팅에 사용되는 재료 물질은 폴리머 물질이다. In the present invention, when a structure having micropores is manufactured using a 3D printing technology, the material material used for printing is a polymer material.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 미세기공 구조 제조에 사용되는 폴리머는 폴리(에틸렌/비닐아세테이트)(Poly(ethylene-co-vinyl acetate), PEVA), 폴리락틱-co-글리콜산(PLGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에테르설폰(PES), 폴리우레탄(PU), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA) 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS), 폴리아닐린(PAN), 폴리 [(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)](PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)]으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. According to an embodiment of the present invention, the polymer used for preparing the microporous structure is poly(ethylene/vinyl acetate) (Poly(ethylene-co-vinyl acetate), PEVA), polylactic-co-glycolic acid (PLGA) , Polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polyglycolic acid (PGA), polyethersulfone (PES), polyurethane ( PU), polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA) polyvinylpyrrolidone (PVP), polystyrene (PS), polyaniline (PAN), poly [(3-hydroxybutyrate)-co-(3-hydride) Roxyvalerate)](PHBV), polydioxanone (PDO), poly[(L-lactide)-co-(caprolactone)], poly(ester urethane) (PEUU), poly[(L-lactide) -co-(D-lactide)], poly[ethylene-co-(vinyl alcohol)] may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

단계 (c): 상기 미세기공 구조 상부에 다공성 하이드로젤을 3차원 프린팅하는 단계 Step (c): 3D printing a porous hydrogel on the microporous structure

상기 단계 (b)에서 제조한 미세기공을 갖는 구조의 상부에 다공성 하이드로젤을 3차원 프린팅한다. The porous hydrogel is 3D printed on top of the structure having micropores prepared in step (b).

본 발명에서 사용되는 용어 "하이드로젤(hydrogel)"은 폴리머 재료로서 이의 가교된 3차원적 네트워크 구조내에 다량의 물을 보유할 수 있는 친수성 구조를 갖는 물질을 의미한다. The term "hydrogel" as used herein refers to a material having a hydrophilic structure capable of holding a large amount of water in a crosslinked three-dimensional network structure thereof as a polymer material.

본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 하이드로젤 물질은 그 유래 원천상 천연의 물질이거나 합성 물질일 수 있다. The hydrogel material that can be used in the method of the present invention may be a natural material or a synthetic material in its origin.

본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 하이드로젤 물질은 예를 들어 폴리비닐알코올, 녹말, 셀룰로오스, 젤라틴, 폴리에틸렌, 아가로즈, 키토산, 구아검(guar gum), 젤란검(gellan gum), 글리콜키토산, 알지네이트(Alginate), 히드록삼산 알지네이트(Hydroxamated alginates), 알지네이트 비드(Allginate bead), 피브린(fibrin), 스크렐로글루칸(Scleroglucan), 폴리(아크릴릭-co-비닐술폰닉)산, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴아미드/구아검 그래프트 코폴리머, 세포 및 세포외기질(Extracellular matrix, ECM)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The hydrogel material that can be used in the method of the present invention is, for example, polyvinyl alcohol, starch, cellulose, gelatin, polyethylene, agarose, chitosan, guar gum, gellan gum, glycol chitosan, alginate. (Alginate), hydroxamic acid alginates, alginate beads, fibrin, scleroglucan, poly(acrylic-co-vinylsulfonic) acid, polyacrylamide, poly It may be one or more materials selected from the group consisting of acrylamide/guar gum graft copolymer, cells and extracellular matrix (ECM), but is not limited thereto.

상기 세포외기질(ECM)은 히알루론산(Hyaluronic acid), 콜라젠(Collagen), 젤라틴(Gelatin), 엘라스틴(Elastin), 피브로넥틴(Fibronectin), 라미닌(Laminin), 글리코사미노글리칸(Glycosaminoglycans), 헤파란설페이트(Heparan sulfate), 콘드로이틴설페이트(Chondroitin sulfate), 케라탄설페이트(Keratan sulfate)을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. The extracellular matrix (ECM) is hyaluronic acid, collagen, gelatin, elastin, fibronectin, laminin, glycosaminoglycans, hepa Lansulfate (Heparan sulfate), chondroitin sulfate (Chondroitin sulfate), including, but not limited to, keratan sulfate (Keratan sulfate).

상기 세포는 뼈세포, 연골세포, 신경세포, 피부세포, 상피세포, 내피세포, 근육세포, 분비세포, 지방세포, 혈구세포, 간세포, 또는 혈관세포 등을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. The cells include, but are not limited to, bone cells, chondrocytes, nerve cells, skin cells, epithelial cells, endothelial cells, muscle cells, secretory cells, adipocytes, blood cells, hepatocytes, or vascular cells.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 하이드로젤 물질은 세포, 콜라젠, 글리코사미노클리칸, 라미닌, 히알루론산, 피브로넥틴, 알지네이트, 피브린 또는 젤라틴일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the hydrogel material that can be used in the method of the present invention may be a cell, collagen, glycosaminoclycan, laminin, hyaluronic acid, fibronectin, alginate, fibrin, or gelatin.

본 발명에서 상기 다공성 하이드로젤의 강도는 다공성 이중 유동 채널에서 안정한 이중 유동 흐름 유지를 위해서 매우 중요하다. In the present invention, the strength of the porous hydrogel is very important for maintaining a stable double flow flow in a porous double flow channel.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 3차원 프린팅된 하이드로젤의 강도는 가교 이후 평균 저장 탄성율(storage modulus)이 106.9±6.3 Pa 값 이상일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the strength of the 3D printed hydrogel may have an average storage modulus after crosslinking of 106.9±6.3 Pa or more.

상기 다공성 하이드로젤의 강도가 가교 이후 평균 저장 탄성율(storage modulus)이 106.9±6.3 Pa 값 미만인 경우 다공성 이중 유동 채널에서 이중 유동 흐름이 안정하게 유지되기 어렵다. When the strength of the porous hydrogel is less than a value of 106.9±6.3 Pa after crosslinking, the double flow flow is difficult to stably maintain in the porous double flow channel.

단계 (d): 상기 다공성 하이드로젤 상부에 폴리머를 사용하여 제2 유동 채널을 3차원 프린팅하는 단계 Step (d): 3D printing a second flow channel using a polymer on the porous hydrogel

상기 단계 (c)에서 프린팅한 다공성 하이드로젤 상부에 폴리머를 사용한 3차원 프린팅에 의해 제2 유동 채널을 제조한다. A second flow channel is prepared by three-dimensional printing using a polymer on top of the porous hydrogel printed in step (c).

상기 제2 유동 채널의 모양이나 크기는 특별히 한정되지 않으나, 수 ㎛ 내지 수십 ㎝의 크기의 범위를 가질 수 있으며, 유체가 흐를 수 있는 관(tube) 형상을 포함할 수 있다. The shape or size of the second flow channel is not particularly limited, but may have a size ranging from several µm to several tens of cm, and may include a tube shape through which fluid can flow.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2 유동 채널의 너비는 2 mm 이하이며, 구체적으로는 0.01 mm 이상 ~ 2 mm 이하이고, 보다 구체적으로는 0.1 mm 이상 ~ 2 mm 이하이다. 상기 제1의 유동 채널의 너비가 2 mm를 초과할 경우, 미세 유동 채널의 형상이 유지되기 어렵고, 제1 유동 채널 상부에 미세기공 구조를 3차원 프린팅 하는 것이 어렵게 된다. According to one embodiment of the present invention, the width of the second flow channel is 2 mm or less, specifically 0.01 mm or more and 2 mm or less, and more specifically 0.1 mm or more and 2 mm or less. When the width of the first flow channel exceeds 2 mm, it is difficult to maintain the shape of the microfluidic channel, and it is difficult to 3D print the microporous structure on the top of the first flow channel.

본 발명에서 3차원 프린팅 기술을 이용한 제2 유동 채널 제조시에 사용되는 재료 물질은 폴리머 물질이다. In the present invention, the material material used in manufacturing the second flow channel using the 3D printing technology is a polymer material.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제2 유동 채널 제조에 사용되는 폴리머 물질은 폴리(에틸렌/비닐아세테이트)(Poly(ethylene-co-vinyl acetate), PEVA), 폴리락틱-co-글리콜산(PLGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에테르설폰(PES), 폴리우레탄(PU), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA) 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS), 폴리아닐린(PAN), 폴리 [(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)](PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)]으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. According to one embodiment of the present invention, the polymer material used for manufacturing the second flow channel is poly(ethylene-co-vinyl acetate) (Poly(ethylene-co-vinyl acetate), PEVA), polylactic-co-glycolic acid ( PLGA), polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polyglycolic acid (PGA), polyethersulfone (PES), poly Urethane (PU), polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA) polyvinylpyrrolidone (PVP), polystyrene (PS), polyaniline (PAN), poly [(3-hydroxybutyrate)-co-(3) -Hydroxyvalerate)](PHBV), polydioxanone (PDO), poly[(L-lactide)-co-(caprolactone)], poly(ester urethane)(PEUU), poly[(L-lac) Tide)-co-(D-lactide)], poly[ethylene-co-(vinyl alcohol)] may be one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 다음의 구조를 포함하는 3차원 프린터를 이용하여 제작된 다공성 이중 유동 채널을 제공한다: According to another aspect of the present invention, there is provided a porous dual flow channel fabricated by using a three-dimensional printer comprising the following structure:

(a′) 폴리머를 사용하여 3차원 프린팅된 제1 유동 채널; (a') a first flow channel three-dimensionally printed using a polymer;

(b′) 상기 제1 유동 채널 상부에, 폴리머를 사용하여 3차원 프린팅된 미세 기공 구조(micro porous structure); (b') on the first flow channel, a micro porous structure 3D printed using a polymer;

(c′) 상기 미세기공 구조 상부에 3차원 프린팅된 다공성 하이드로젤; 및 (c') 3D printed porous hydrogel on the microporous structure; And

(d′) 상기 다공성 하이드로젤 상부에 폴리머를 사용하여 3차원 프린팅된 제2 유동 채널. (d') A second flow channel 3D printed on the porous hydrogel using a polymer.

본 발명의 다공성 이중 유동채널에서 상기 "다공성"은 상기 미세 기공 구조에서의 "다공성"과, 다공성 하이드로젤의 "다공성"을 모두 포함하는 의미이다. In the porous dual flow channel of the present invention, the "porosity" means including both the "porosity" in the microporous structure and the "porosity" of the porous hydrogel.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 제1 유동 채널의 너비는 2 mm 이하이다. According to one embodiment of the present invention, the width of the first flow channel is 2 mm or less.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 미세기공 구조에서 미세기공의 크기는 길이 방향으로 700 ㎛ 이하이고, 상기 미세 기공의 두께는 700 ㎛ 이하이다. According to another embodiment of the present invention, the size of the micropores in the micropore structure is 700 μm or less in the longitudinal direction, and the thickness of the micropores is 700 μm or less.

상기 미세기공의 길이 방향의 크기는 700 ㎛ 이하이고, 보다 구체적으로는 0.1 ㎛ 이상 ~ 700 ㎛ 이하, 보다 구체적으로는 1 ㎛ 이상 ~ 700 ㎛ 이하, 보다 더 구체적으로는 10 ㎛ 이상 ~ 700 ㎛ 이하이다. 또한, 상기 미세기공의 두께(폭)은 700 ㎛ 이하이고, 구체적으로는 0.1 ㎛ 이상 ~ 700 ㎛ 이하, 보다 구체적으로는 0.1 ㎛ 이상 ~ 500 ㎛ 이하, 0.1 ㎛ 이상 ~ 400 ㎛ 이하, 0.1 ㎛ 이상 ~ 200 ㎛ 이하, 보다 더 구체적으로는 1 ㎛ 이상 ~ 200 ㎛ 이하, 가장 구체적으로는 5 ㎛ 이상 ~ 200 ㎛ 이하이다. The size of the micropores in the longitudinal direction is 700 μm or less, more specifically 0.1 μm or more to 700 μm or less, more specifically 1 μm or more to 700 μm or less, even more specifically 10 μm or more to 700 μm or less to be. In addition, the thickness (width) of the micropores is 700 μm or less, specifically 0.1 μm or more to 700 μm or less, more specifically 0.1 μm or more to 500 μm or less, 0.1 μm or more to 400 μm or less, 0.1 μm or more It is ~ 200 μm or less, more specifically 1 μm or more to 200 μm or less, and most specifically 5 μm or more to 200 μm or less.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 폴리머는 폴리(에틸렌/비닐아세테이트)(PEVA), 폴리락틱-co-글리콜산(PLGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에테르설폰(PES), 폴리우레탄(PU), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA) 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS), 폴리아닐린(PAN), 폴리 [(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)](PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)]으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이다. According to another embodiment of the present invention, the polymer is poly(ethylene/vinyl acetate) (PEVA), polylactic-co-glycolic acid (PLGA), polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid. (PGA), polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polyglycolic acid (PGA), polyethersulfone (PES), polyurethane (PU), polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA) polyvinyl Pyrrolidone (PVP), polystyrene (PS), polyaniline (PAN), poly [(3-hydroxybutyrate)-co-(3-hydroxyvalerate)] (PHBV), polydioxanone (PDO), poly [(L-lactide)-co-(caprolactone)], poly(ester urethane) (PEUU), poly[(L-lactide)-co-(D-lactide)], poly[ethylene-co- (Vinyl alcohol)] is one or more selected from the group consisting of.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 3차원 프린팅된 하이드로젤의 강도는 가교 이후 평균 저장 탄성율(storage modulus)가 106.9±6.3 Pa 값 이상이다. According to another embodiment of the present invention, the strength of the 3D printed hydrogel has an average storage modulus after crosslinking of 106.9±6.3 Pa or more.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 하이드로젤은 폴리비닐알코올, 녹말, 셀룰로오스, 젤라틴, 폴리에틸렌, 아가로즈, 키토산, 구아검(guar gum), 젤란검(gellan gum), 글리콜키토산, 알지네이트(Alginate), 히드록삼산 알지네이트(Hydroxamated alginates), 알지네이트 비드(Allginate bead), 피브린(fibrin), 스크렐로글루칸(Scleroglucan), 폴리(아크릴릭-co-비닐술폰닉)산, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴아미드/구아검 그래프트 코폴리머, 세포 및 세포외기질으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 물질이며, 상기 세포외기질은 히알루론산, 콜라젠, 젤라틴, 엘라스틴, 피브로넥틴, 라미닌, 글리코사미노글리칸, 헤파란설페이트, 콘드로이틴설페이트, 케라탄설페이트을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. According to another embodiment of the present invention, the hydrogel is polyvinyl alcohol, starch, cellulose, gelatin, polyethylene, agarose, chitosan, guar gum, gellan gum, glycol chitosan, alginate ), Hydroxamated alginates, Alginate bead, Fibrin, Scleroglucan, poly(acrylic-co-vinylsulfonic) acid, polyacrylamide, polyacrylamide / Guar gum graft copolymer, is one or more materials selected from the group consisting of cells and extracellular matrix, the extracellular matrix is hyaluronic acid, collagen, gelatin, elastin, fibronectin, laminin, glycosaminoglycan, heparan sulfate , Chondroitin sulfate, and keratin sulfate may be included, but are not limited thereto.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 하이드로젤은 세포, 콜라젠, 글리코사미노클리칸, 라미닌, 히알루론산, 피브로넥틴, 알지네이트, 피브린 또는 젤라틴일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the hydrogel may be a cell, collagen, glycosaminoclycan, laminin, hyaluronic acid, fibronectin, alginate, fibrin or gelatin.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다: The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(i) 본 발명은 3차원 프린팅 기술을 이용하여 제조된 다공성 이중 유동 채널 및 이의 제조방법에 관한 것이다. (i) The present invention relates to a porous dual flow channel manufactured using a three-dimensional printing technology and a method for manufacturing the same.

(ⅱ) 본 발명에 의해 제조된 다공성 이중 유동 채널은 생체 유체 물성 및 유동 연구, 마이크로 유체 시스템 설계 및 응용기술 개발, 진료용 의료기기 및 바이오 칩의 설계 등의 다양한 연구에 적용이 가능하다. (Ii) The porous dual flow channel manufactured by the present invention can be applied to various studies such as biofluid properties and flow research, microfluidic system design and application technology development, medical device for medical treatment and biochip design.

(ⅲ) 3차원 프린팅 기술을 이용하여 이중 유동 채널을 제조하는 방법은 지금 까지 시도된 바 없는 신규한 제조 방법이다. (Iii) A method of manufacturing a dual flow channel using a three-dimensional printing technology is a novel manufacturing method that has not been tried so far.

(ⅳ) 본 발명의 방법은 폴리머 또는 하이드로젤 재료를 사용하는 3차원 프린팅 기술을 이용하므로, 다공성 이중 유동 채널의 제조 공정이 매우 간단하며 비용 및 제조 시간의 면에서 매우 유리하다. (Iv) Since the method of the present invention uses a three-dimensional printing technique using a polymer or hydrogel material, the manufacturing process of the porous double flow channel is very simple, and it is very advantageous in terms of cost and manufacturing time.

(v) 본 발명의 방법은 제조 공정 환경이나 조건에 구속되지 않고 다공성 이중 유동 채널의 미세 기공의 구조 및 하이드로젤을 조절함으로써, 제조되는 다공성 이중 유동 채널에서의 이중 유동성을 손쉽게 제어할 수 있다. (v) The method of the present invention can easily control the double flowability in the produced porous double flow channel by adjusting the micropore structure and the hydrogel of the porous double flow channel without being restricted by the manufacturing process environment or conditions.

도 1a는 본 발명의 방법을 통해 제조된 다공성 이중 유동채널의 수직 단면 구조의 모식도이다.
도 1b는 다공성 이중 유동채널 중간에서의 3차원 단면도를 나타낸다.
도 1c는 본 발명의 방법을 통해 3차원 프린팅 기술로 제조된 다공성 이중 유동 채널을 외부에서 본 사진이다.
도 2a는 본 발명의 방법을 통해 제조된 다공성 이중 유동채널의 구조에서 미세기공을 갖는 구조의 수평 단면을 보다 상세히 보여준다.
도 2b는 본 발명의 방법을 통해 제조된 다공성 이중 유동채널의 구조의 상부에 프린팅된 하이드로젤의 구조를 보여준다.
도 2c는 미세기공을 갖는 구조를 제조하기 위한 3차원 프린팅 경로와 이 경로에 따라 제조된 미세기공 구조를 보여준다.
도 3a는 본 발명의 방법을 통해 제조된 다공성 이중 유동 채널을 이용하여 유체의 흐름을 측정한 결과를 보여준다.
도 3b는 본 발명의 방법을 통해 제조된 다공성 이중 유동 채널을 이용하여 고농도의 유체와 저농도의 유체를 흘려주는 경우의 유체의 흐름을 측정한 결과를 보여준다.
도 4는 콜라젠-기반 하이드로젤을 사용하여 이중 유동 채널을 제조하는 경우 안전한 이중 유동 유지를 위한 적합한 하이드로젤의 강도를 점탄성 측정 방법(Rheology test)로 측정한 결과이다.
1A is a schematic diagram of a vertical cross-sectional structure of a porous dual flow channel manufactured through the method of the present invention.
1B shows a three-dimensional cross-sectional view in the middle of a porous dual flow channel.
1C is a photograph of a porous dual flow channel manufactured by 3D printing technology as seen from the outside through the method of the present invention.
2A shows in more detail a horizontal cross section of a structure having micropores in the structure of a porous dual flow channel manufactured by the method of the present invention.
Figure 2b shows the structure of the hydrogel printed on top of the structure of the porous dual flow channel manufactured by the method of the present invention.
2C shows a 3D printing path for manufacturing a structure having micropores and a microporous structure manufactured according to this path.
3A shows a result of measuring the flow of a fluid using a porous dual flow channel manufactured by the method of the present invention.
3B shows a result of measuring the flow of a fluid when a high-concentration fluid and a low-concentration fluid are flowed using a porous dual flow channel manufactured by the method of the present invention.
4 is a result of measuring the strength of a suitable hydrogel for maintaining a safe double flow when a double flow channel is manufactured using a collagen-based hydrogel by a viscoelastic measurement method (Rheology test).

실시예 Example

실시예 1: 3차원 프린팅 기술을 이용한 다공성 이중 유동 채널의 제조 Example 1: Fabrication of porous dual flow channels using 3D printing technology

3차원 프린팅 기술을 이용하여 이중 유동 채널을 제작하기 위해서는 다음과 같은 다양한 공정들이 고려되어야 한다: 즉 (i) 순차적인 3차원 프린팅 과정, (ⅱ) 다공성 이중 유동 채널을 위한 하이드로젤, 및 (ⅲ) 상기 하이드로젤을 위치시킬 수 있는 지지대 역할을 하는 미세 기공(micro pore)을 갖는 구조가 유동 채널 위에 프린팅되어야 한다. In order to fabricate a dual flow channel using 3D printing technology, various processes must be considered: (i) a sequential 3D printing process, (ii) a hydrogel for a porous dual flow channel, and (iii) ) A structure having micro pores serving as a support on which the hydrogel can be placed should be printed on the flow channel.

(1) 제1 유동채널의 제작 (1) Fabrication of the first flow channel

폴리(에틸렌/비닐아세테이트) (PEVA, Polysciences Inc., Warrington, PA, USA)를 재료로 사용한 3차원 프린팅 방법을 이용하여 투명한 살균된 폴리(메틸메타크릴레이트(PMMA) 플레이트상에 유동 채널의 너비가 2 mm 미만이 되도록 제1 유동채널(유동채널 1)을 제작하였다. The width of the flow channel on a transparent sterile poly(methylmethacrylate (PMMA) plate using a three-dimensional printing method using poly(ethylene/vinyl acetate) (PEVA, Polysciences Inc., Warrington, PA, USA) as the material. A first flow channel (flow channel 1) was fabricated so that it was less than 2 mm.

(2) 미세기공(micro pore)을 갖는 구조의 제작 (2) Fabrication of structures with micro pores

상기 PMMA 플레이트상에 3차원 프린팅한 제1 유동채널 상부 쪽에 폴리(에틸렌/비닐아세테이트)(PEVA, Polysciences Inc., Warrington, PA, USA)를 재료로 사용한 3차원 프린팅 방법을 이용하여 미세기공을 갖는 구조를 제작하였다. 상기 구조에서 미세 기공의 크기는 길이 방향으로 700 ㎛ 이하가 되도록 제작하였으며, 미세 기공의 두께(폭)는 200 ㎛ 이하가 되도록 제작하였다. 상기 미세기공의 형성은 도 2c에 왼쪽 패널 그림에 도시된 바와 같이, 초록색으로 표시한 3차원 프린팅 경로를 설정한 후, 설정된 경로에 따라 적합한 프린팅 조건(노즐 사이즈, 프린팅 속도)을 설정하여 프린팅하여 완성하였다. Using a three-dimensional printing method using poly(ethylene/vinyl acetate) (PEVA, Polysciences Inc., Warrington, PA, USA) as a material on the upper side of the first flow channel 3D printed on the PMMA plate, having micropores The structure was built. In the above structure, the size of the fine pores was manufactured to be 700 μm or less in the length direction, and the thickness (width) of the fine pores was manufactured to be 200 μm or less. The formation of the micropores is performed by setting a 3D printing path marked in green as shown in the left panel figure in FIG. 2C, and then setting suitable printing conditions (nozzle size, printing speed) according to the set path and printing. Completed.

(3) 다공성 하이드로젤의 제작 (3) Fabrication of porous hydrogel

상기 제작한 미세기공을 갖는 구조의 상부에 콜라젠-기반 바이오잉크를 사용한 3차원 프린팅에 의해 다공성 하이드로젤을 프린팅하였다. 또한, 콜라젠-기반 바이오 잉크 이외에, 알지네이트-기반 바이오 잉크 또는 피브린-기반 바이오 잉크를 사용한 3차원 프린팅에 의해 다공성 하이드로젤을 프린팅하였다. 다공성 이중 유동 채널을 이용한 이중 유동 흐름에서, 이중 유동 흐름이 유지될 수 있도록 지지해야한다는 점에서 미세 기공을 갖는 구조 위에 프린팅되는 하이드로젤의 강도는 매우 중요하다. 이중 유동 채널에서 안전한 이중 유동 유지를 위한 적합한 하이드로젤의 강도는 1.5%의 콜라젠 기반의 하이드로젤을 사용하는 경우 가교 이후 적어도 평균 저장 탄성율(storage modulus)가 106.9±6.3 Pa 값 이상을 가져야 함을 확인하였다(도 4 참조). A porous hydrogel was printed on top of the structure having micropores prepared above by 3D printing using a collagen-based bio-ink. In addition, in addition to collagen-based bio-ink, the porous hydrogel was printed by three-dimensional printing using alginate-based bio-ink or fibrin-based bio-ink. In a dual flow flow using a porous dual flow channel, the strength of a hydrogel printed on a structure having micropores is very important in that it must be supported so that the dual flow flow can be maintained. It was confirmed that the strength of a hydrogel suitable for maintaining a safe double flow in a double flow channel should have an average storage modulus of at least 106.9±6.3 Pa after crosslinking when using a 1.5% collagen-based hydrogel. (See Fig. 4).

(4) 제2 유동채널의 제작 (4) Fabrication of the second flow channel

상기 3차원 프린팅한 하이드로젤의 상부에 폴리(에틸렌/비닐아세테이트) (PEVA, Polysciences Inc., Warrington, PA, USA)을 재료로 사용한 3차원 프린팅 방법을 이용하여 제2 유동채널(유동채널 2)을 제작하였다. A second flow channel (flow channel 2) using a three-dimensional printing method using poly(ethylene/vinyl acetate) (PEVA, Polysciences Inc., Warrington, PA, USA) on the top of the three-dimensional printed hydrogel as a material Was produced.

상기 방법을 통해 제조된 다공성 이중 유동채널의 구조를 도 1a 내지 도 1c에 나타내었다. The structure of the porous dual flow channel manufactured through the above method is shown in FIGS. 1A to 1C.

도 1a는 상기 방법을 통해 제조된 다공성 이중 유동채널의 구조의 모식도이며, 도 1b는 다공성 이중 유동채널 중간에서의 3차원 단면도를 나타내며, 도 1c는 실제 제조된 3차원 바이오프린팅된 다공성 이중 유동채널을 보여준다. 1A is a schematic diagram of the structure of a porous dual flow channel manufactured through the above method, FIG. 1B is a three-dimensional cross-sectional view in the middle of a porous dual flow channel, and FIG. 1C is an actual manufactured 3D bioprinted porous dual flow channel Shows.

도 2a는 상기 방법을 통해 제조된 다공성 이중 유동채널의 구조에서 미세기공을 갖는 구조를 보다 상세히 보여준다. 도 2b는 상기 방법을 통해 제조된 다공성 이중 유동채널의 구조의 상부에 프린팅된 하이드로젤의 구조를 보여준다. 도 2c는 미세기공을 갖는 구조를 제조하기 위한 3차원 프린팅 경로와 이 경로에 따라 제조된 미세기공 구조를 보여준다. 2A shows in more detail the structure having micropores in the structure of the porous dual flow channel manufactured through the above method. 2B shows the structure of the hydrogel printed on top of the structure of the porous dual flow channel manufactured through the above method. 2C shows a 3D printing path for manufacturing a structure having micropores and a microporous structure manufactured according to this path.

실시예 2: 이중 유동 채널에서 유체의 흐름 측정 Example 2: Measurement of fluid flow in dual flow channels

상기 실시예 1에서 제작한 다공성 이중 유동 채널을 이용하여, 유체의 흐름을 측정하였다. 서로 다른 색을 가지는 유체를 흘려주어 다공성 이중 유동 채널에서 유체의 흐름을 측정한 결과, 이중 유동 채널에서 유체가 서로 섞이지 않고 이중 유동의 흐름을 가지는 것을 확인할 수 있었다(도 3a). Using the porous dual flow channel prepared in Example 1, the flow of the fluid was measured. As a result of measuring the fluid flow in the porous dual flow channel by flowing fluids having different colors, it was confirmed that the fluid did not mix with each other in the dual flow channel and had a dual flow flow (FIG. 3A).

또한, 고농도의 유체(파란색)와 일반 증류수을 흘려주는 경우에 대해서 유체가 서로 섞이는지 여부를 확인하였다. 이중 유동 채널 중 상부 유동 채널에서 고농도의 용액을 흐르게 하고, 하부 유동 채널에서 저농도의 용액을 흐르게 한 경우, 상부 유동 채널에서 흐르는 고농도의 용액이 하부 유동 채널에서 흐르는 저농도 용액으로 다공성 이중 유동 채널의 효과로 인하여 흐르지 않았으며, 2종류의 유체가 서로 혼합되어 섞이지 않음을 확인할 수 있었다(도 3b). In addition, in the case of flowing a high concentration fluid (blue) and general distilled water, it was confirmed whether the fluids were mixed with each other. Among the dual flow channels, when a high concentration solution flows in the upper flow channel and a low concentration solution flows in the lower flow channel, the high concentration solution flowing in the upper flow channel becomes a low concentration solution flowing in the lower flow channel. Due to the flow did not flow, it was confirmed that the two types of fluids mixed with each other did not mix (Fig. 3b).

상기 실험 결과로부터, 고농도 및 저농도의 용액 사용 여부와 관계없이, 농도가 서로 다른 용액들에 대해서도, 다공성 이중 유동 채널이 2종류의 서로 다른 유체를 분리하여 사용하는 데에 있어 충분히 이용될 수 있음을 확인하였다. From the above experimental results, regardless of whether or not a solution of high concentration and low concentration is used, it was found that even for solutions having different concentrations, the porous dual flow channel can be sufficiently used to separate and use two types of different fluids. Confirmed.

본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다. The specific embodiments described herein are meant to represent preferred embodiments or examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby. It will be apparent to those skilled in the art that variations and other uses of the invention do not depart from the scope of the invention described in the claims of this specification.

Claims (12)

(a) 폴리머를 사용하여 제1 유동 채널을 3차원 프린팅하는 단계;
(b) 상기 제1 유동 채널 상부에 폴리머를 사용하여 미세기공 구조(micro porous structure)를 3차원 프린팅하는 단계;
(c) 상기 미세기공 구조 상부에 다공성 하이드로젤을 3차원 프린팅하는 단계; 및
(d) 상기 다공성 하이드로젤 상부에 폴리머를 사용하여 제2 유동 채널을 3차원 프린팅하는 단계;를 포함하되,
상기 미세기공 구조의 모양 및 크기는 3차원 프린팅의 노즐 사이즈 또는 프린팅 속도를 조절하여 형성하며,
상기 다공성 하이드로젤은 세포 외에도, 폴리비닐알코올, 녹말, 셀룰로오스, 젤라틴, 폴리에틸렌, 아가로즈, 키토산, 구아검(guar gum), 젤란검(gellan gum), 글리콜키토산, 알지네이트(Alginate), 히드록삼산 알지네이트(Hydroxamated alginates), 알지네이트 비드(Allginate bead), 피브린(fibrin), 스크렐로글루칸(Scleroglucan), 폴리(아크릴릭-co-비닐술폰닉)산, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴아미드/구아검 그래프트 코폴리머, 히알루론산, 콜라젠, 엘라스틴, 피브로넥틴, 라미닌, 글리코사미노글리칸, 헤파란설페이트, 콘드로이틴설페이트, 및 케라탄설페이트으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 물질을 더 포함하는 바이오 잉크를 이용한 3차원 프리팅에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는,
3차원 프린터를 이용하여 생체 유체 연구용 다공성 이중 유동 채널을 제조하는 방법.
(a) three-dimensional printing of the first flow channel using a polymer;
(b) 3D printing a micro porous structure using a polymer over the first flow channel;
(c) 3D printing a porous hydrogel on the microporous structure; And
(D) 3D printing a second flow channel using a polymer on the porous hydrogel; Including,
The shape and size of the microporous structure is formed by adjusting the nozzle size or printing speed of 3D printing,
In addition to cells, the porous hydrogel is polyvinyl alcohol, starch, cellulose, gelatin, polyethylene, agarose, chitosan, guar gum, gellan gum, glycol chitosan, alginate, hydroxamic acid. Alginate (Hydroxamated alginates), Alginate bead (Allginate bead), fibrin (fibrin), Scleroglucan (Scleroglucan), poly(acrylic-co-vinylsulfonic) acid, polyacrylamide, polyacrylamide/gua gum graft 3D free using bio-ink further comprising at least one material selected from the group consisting of polymer, hyaluronic acid, collagen, elastin, fibronectin, laminin, glycosaminoglycan, heparan sulfate, chondroitin sulfate, and keratin sulfate Characterized in that produced by Ting,
A method of manufacturing a porous dual flow channel for biofluid research using a 3D printer.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a)의 제1 유동 채널의 너비는 2 mm 이하인 것을 특징으로 하는 다공성 이중 유동 채널을 제조하는 방법.
The method of claim 1, wherein the width of the first flow channel in step (a) is 2 mm or less.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)의 미세기공의 크기는 길이 방향으로 700 ㎛ 이하이고, 미세 기공의 두께는 700 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 다공성 이중 유동 채널을 제조하는 방법.
The method of claim 1, wherein the size of the micropores in the step (b) is 700 µm or less in the length direction, and the thickness of the micropores is 700 µm or less.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리(에틸렌/비닐아세테이트)(PEVA), 폴리락틱-co-글리콜산(PLGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에테르설폰(PES), 폴리우레탄(PU), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA) 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS), 폴리아닐린(PAN), 폴리 [(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)](PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)]으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 이중 유동 채널을 제조하는 방법.
The method of claim 1, wherein the polymer is poly(ethylene/vinyl acetate) (PEVA), polylactic-co-glycolic acid (PLGA), polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), and polyglycolic acid (PGA). , Polyethylene glycol (PEG), Polyethylene oxide (PEO), Polyglycolic acid (PGA), Polyethersulfone (PES), Polyurethane (PU), Polyacrylic acid (PAA), Polyvinyl alcohol (PVA) Polyvinylpyrrolidone (PVP), polystyrene (PS), polyaniline (PAN), poly[(3-hydroxybutyrate)-co-(3-hydroxyvalerate)](PHBV), polydioxanone (PDO), poly[(L -Lactide)-co-(caprolactone)], poly(ester urethane) (PEUU), poly[(L-lactide)-co-(D-lactide)], poly[ethylene-co-(vinyl alcohol) )] Method for producing a porous dual flow channel, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 3차원 프린팅된 다공성 하이드로젤의 강도는 가교 이후 평균 저장 탄성율(storage modulus)이 106.9±6.3 Pa 값 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 이중 유동 채널을 제조하는 방법.
The method of claim 1, wherein the strength of the three-dimensionally printed porous hydrogel in step (c) has an average storage modulus after crosslinking of 106.9±6.3 Pa or more. .
(a′) 폴리머를 사용하여 3차원 프린팅된 제1 유동 채널;
(b′) 상기 제1 유동 채널 상부에, 폴리머를 사용하여 3차원 프린팅된 미세 기공 구조(micro porous structure);
(c′) 상기 미세기공 구조 상부에 3차원 프린팅된 다공성 하이드로젤; 및
(d′) 상기 다공성 하이드로젤 상부에 폴리머를 사용하여 3차원 프린팅된 제2 유동 채널;을 포함하되,
상기 미세기공 구조의 모양 및 크기는 3차원 프린팅의 노즐 사이즈 또는 프린팅 속도를 조절하여 형성하며,
상기 다공성 하이드로젤은 세포 외에도, 폴리비닐알코올, 녹말, 셀룰로오스, 젤라틴, 폴리에틸렌, 아가로즈, 키토산, 구아검(guar gum), 젤란검(gellan gum), 글리콜키토산, 알지네이트(Alginate), 히드록삼산 알지네이트(Hydroxamated alginates), 알지네이트 비드(Allginate bead), 피브린(fibrin), 스크렐로글루칸(Scleroglucan), 폴리(아크릴릭-co-비닐술폰닉)산, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴아미드/구아검 그래프트 코폴리머, 히알루론산, 콜라젠, 엘라스틴, 피브로넥틴, 라미닌, 글리코사미노글리칸, 헤파란설페이트, 콘드로이틴설페이트, 및 케라탄설페이트으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 물질을 포함하는 바이오 잉크를 이용한 3차원 프리팅에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는,
3차원 프린터를 이용하여 제작된 생체 유체 연구용 다공성 이중 유동 채널.
(a') a first flow channel three-dimensionally printed using a polymer;
(b') on the first flow channel, a micro porous structure 3D printed using a polymer;
(c') 3D printed porous hydrogel on the microporous structure; And
(d′) a second flow channel 3D printed using a polymer on top of the porous hydrogel; including,
The shape and size of the microporous structure is formed by adjusting the nozzle size or printing speed of 3D printing,
In addition to cells, the porous hydrogel is polyvinyl alcohol, starch, cellulose, gelatin, polyethylene, agarose, chitosan, guar gum, gellan gum, glycol chitosan, alginate, hydroxamic acid. Alginate (Hydroxamated alginates), Alginate bead (Allginate bead), fibrin (fibrin), Scleroglucan (Scleroglucan), poly(acrylic-co-vinylsulfonic) acid, polyacrylamide, polyacrylamide/gua gum graft Three-dimensional printing using bio-ink containing at least one material selected from the group consisting of polymer, hyaluronic acid, collagen, elastin, fibronectin, laminin, glycosaminoglycan, heparan sulfate, chondroitin sulfate, and keratin sulfate Characterized in that produced by,
Porous dual flow channel for biofluid research made using a 3D printer.
제 7 항에 있어서, 상기 제1 유동 채널의 너비는 2 mm 이하인 것을 특징으로 하는 다공성 이중 유동 채널.
8. The porous dual flow channel of claim 7, wherein the width of the first flow channel is 2 mm or less.
제 7 항에 있어서, 상기 미세기공의 크기는 길이 방향으로 700 ㎛ 이하이고, 미세 기공의 두께는 700 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 다공성 이중 유동 채널.
8. The porous dual flow channel according to claim 7, wherein the size of the micropores is 700 µm or less in the length direction, and the thickness of the micropores is 700 µm or less.
제 7 항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리(에틸렌/비닐아세테이트)(PEVA), 폴리락틱-co-글리콜산(PLGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리글리콜산(PGA), 폴리에테르설폰(PES), 폴리우레탄(PU), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA) 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS), 폴리아닐린(PAN), 폴리 [(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트)](PHBV), 폴리다이옥산온(PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄)(PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)]으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 이중 유동 채널.
The method of claim 7, wherein the polymer is poly(ethylene/vinyl acetate) (PEVA), polylactic-co-glycolic acid (PLGA), polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA). , Polyethylene glycol (PEG), Polyethylene oxide (PEO), Polyglycolic acid (PGA), Polyethersulfone (PES), Polyurethane (PU), Polyacrylic acid (PAA), Polyvinyl alcohol (PVA) Polyvinylpyrrolidone (PVP), polystyrene (PS), polyaniline (PAN), poly[(3-hydroxybutyrate)-co-(3-hydroxyvalerate)](PHBV), polydioxanone (PDO), poly[(L -Lactide)-co-(caprolactone)], poly(ester urethane) (PEUU), poly[(L-lactide)-co-(D-lactide)], poly[ethylene-co-(vinyl alcohol) )] Porous dual flow channel, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
삭제delete 제 7 항에 있어서, 상기 3차원 프린팅된 다공성 하이드로젤의 강도는 가교 이후 평균 저장 탄성율(storage modulus)가 106.9±6.3 Pa 값 이상인 것을 특징으로 하는 다공성 이중 유동 채널.
The porous dual flow channel of claim 7, wherein the three-dimensional printed porous hydrogel has an average storage modulus after crosslinking of 106.9±6.3 Pa or more.
KR1020180119838A 2018-10-08 2018-10-08 Dual Fluidic Channel with Porosity and Method for Preparing the Same KR102158012B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180119838A KR102158012B1 (en) 2018-10-08 2018-10-08 Dual Fluidic Channel with Porosity and Method for Preparing the Same
PCT/KR2019/004791 WO2020075938A1 (en) 2018-10-08 2019-04-19 Three-dimensional in vitro liver model including porous dual flow channel and bile duct system, and method for producing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180119838A KR102158012B1 (en) 2018-10-08 2018-10-08 Dual Fluidic Channel with Porosity and Method for Preparing the Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200044190A KR20200044190A (en) 2020-04-29
KR102158012B1 true KR102158012B1 (en) 2020-09-21

Family

ID=70466905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180119838A KR102158012B1 (en) 2018-10-08 2018-10-08 Dual Fluidic Channel with Porosity and Method for Preparing the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102158012B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017070542A1 (en) 2015-10-22 2017-04-27 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Systems and methods for producing micro-engineered models of the human cervix
US20170158997A1 (en) * 2015-12-04 2017-06-08 President And Fellows Of Harvard College Devices for simulating a function of a liver tissue and methods of use and manufacturing thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170113253A (en) 2016-03-25 2017-10-12 포항공과대학교 산학협력단 Method for 3D printing of cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017070542A1 (en) 2015-10-22 2017-04-27 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Systems and methods for producing micro-engineered models of the human cervix
US20170158997A1 (en) * 2015-12-04 2017-06-08 President And Fellows Of Harvard College Devices for simulating a function of a liver tissue and methods of use and manufacturing thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200044190A (en) 2020-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Review of 3D printable hydrogels and constructs
AU2021200410B2 (en) Cell encapsulation devices containing structural spacers
Yeh et al. 3D printing of photocurable poly (glycerol sebacate) elastomers
Ryu et al. The construction of three-dimensional micro-fluidic scaffolds of biodegradable polymers by solvent vapor based bonding of micro-molded layers
JP6320276B2 (en) 3D printing technology for creating scaffolds for regenerative medicine
US20200247053A1 (en) A Method, System And Device For Three Dimensional Additive Manufacturing In A Liquid Phase
Park et al. Indirect three-dimensional printing of synthetic polymer scaffold based on thermal molding process
US8715436B2 (en) Microfabricated biopolymer scaffolds and method of making same
US10544036B2 (en) Microfluidic devices and methods for the extrusion of tubular structures
US20070036844A1 (en) Porous materials having multi-size geometries
WO2010096469A2 (en) Fabrication of interconnected model vasculature
KR102464882B1 (en) Method for manufacturing of hollow porous microsphere
EP2782866A1 (en) Devices and methods for producing planar polymeric materials using microfluidics
AU2018342581A1 (en) Cell housing device
Salerno et al. Modular polylactic acid microparticle‐based scaffolds prepared via microfluidic emulsion/solvent displacement process: Fabrication, characterization, and in vitro mesenchymal stem cells interaction study
Chimerad et al. Tissue engineered scaffold fabrication methods for medical applications
WO2017035332A1 (en) Biocompatible smart biomaterials with tunable shape changing and enhanced cytocompatibility properties
KR102158012B1 (en) Dual Fluidic Channel with Porosity and Method for Preparing the Same
Petrak et al. Automated, spatio‐temporally controlled cell microprinting with polymeric aqueous biphasic system
KR102026635B1 (en) Scaffold and fabrication method by dragging technique
EP2826814A1 (en) Method of Manufacturing A Porous Polymer Component Involving Use of A Dissolvable, Sacrificial Material
KR101484996B1 (en) Microfluidic chip with microchannels filled with nanofibers and its fabrication method
KR102043027B1 (en) Microchip Containing Perpendicularly Bonded Functional Nano-porous Membrane and Manufacturing Method Thereof
McAllister Continuous Extrusion of Homogeneous and Heterogeneous Hydrogel Tubes
Albalawi et al. 3D Printed Triaxial Nozzles Fabricated by Stereolithography to Prevent Backflow in Soft Matter Biofabrication

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant