KR102198398B1 - Non-solvent induced phase separation (NIPS)-based 3D plotting for porous scaffolds with core-shell structure - Google Patents

Non-solvent induced phase separation (NIPS)-based 3D plotting for porous scaffolds with core-shell structure Download PDF

Info

Publication number
KR102198398B1
KR102198398B1 KR1020180113965A KR20180113965A KR102198398B1 KR 102198398 B1 KR102198398 B1 KR 102198398B1 KR 1020180113965 A KR1020180113965 A KR 1020180113965A KR 20180113965 A KR20180113965 A KR 20180113965A KR 102198398 B1 KR102198398 B1 KR 102198398B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
precipitation solution
solution
porous support
porous
filaments
Prior art date
Application number
KR1020180113965A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190034123A (en
Inventor
고영학
최재원
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
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 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Publication of KR20190034123A publication Critical patent/KR20190034123A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102198398B1 publication Critical patent/KR102198398B1/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
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/18Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • 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
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205Means for applying layers
    • B29C64/209Heads; Nozzles
    • 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
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/314Preparation
    • 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
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • 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
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • 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
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • 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
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2240/00Manufacturing or designing of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2240/001Designing or manufacturing processes
    • A61F2240/002Designing or making customized prostheses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2067/00Use of polyesters or derivatives thereof, as moulding material
    • B29K2067/04Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids
    • B29K2067/046PLA, i.e. polylactic acid or polylactide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037Other properties
    • B29K2995/0059Degradable
    • B29K2995/006Bio-degradable, e.g. bioabsorbable, bioresorbable or bioerodible
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/731Filamentary material, i.e. comprised of a single element, e.g. filaments, strands, threads, fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/753Medical equipment; Accessories therefor
    • B29L2031/7532Artificial members, protheses

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

본 발명은 비용매상분리법을 이용한 다공성 지지체의 제조 기술에 관한 것으로, 생체적합성과 기계강도가 우수한 생분해성 고분자를 사용하여 다공성 코어-치밀성 쉘 구조를 가지는 3차원 다공성 지지체를 제조할 수 있다. The present invention relates to a technology for manufacturing a porous support using a non-solvent separation method, and a three-dimensional porous support having a porous core-dense shell structure can be manufactured using a biodegradable polymer having excellent biocompatibility and mechanical strength.

Description

비용매상분리법을 이용한 다공성 코어-치밀성 쉘 구조형 스캐폴드 제조 기술{Non-solvent induced phase separation (NIPS)-based 3D plotting for porous scaffolds with core-shell structure}Non-solvent induced phase separation (NIPS)-based 3D plotting for porous scaffolds with core-shell structure}

본 발명은 비용매상분리법을 이용한 다공성 코어-치밀성 쉘 구조형 스캐폴드 제조 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for manufacturing a porous core-dense shell structure scaffold using a non-solvent separation method.

3D 프린터를 이용해 만든 스케폴드는 환자에 개개인에게 맞춤형으로 그 형태를 제공할 수 있다는 강점을 갖는다. 또한, 3D 프린터를 통해 부여된 스케폴드의 3차원적인 매크로 기공구조는 조직의 재생속도를 증진시킨다는 이점이 있다. 한편, 스케폴드 내부에 형성된 3차원적으로 연결된 마이크로 단위의 기공구조는 그것이 생체의 기공구조와 유사할 경유 조직 재생 능뿐만 아니라 세포의 부착, 증식 및 분화의 유도/자극 면에서도 유리하다. Scaffolds made using 3D printers have the advantage of being able to provide personalized shapes to patients. In addition, the three-dimensional macro pore structure of the scaffold provided through the 3D printer has the advantage of increasing the regeneration speed of the tissue. On the other hand, the three-dimensionally connected microscopic pore structure formed inside the scaffold is advantageous in terms of inducing/stimulating cell adhesion, proliferation, and differentiation, as well as the ability to regenerate via tissue, which is similar to that of a living body.

1. 한국공개특허 제10-2018-0001191호1. Korean Patent Publication No. 10-2018-0001191

본 발명은 생체적합성과 기계강도가 우수한 생분해성 고분자를 사용하여 3차원적인 매크로 사이즈의 기공을 지닌 다공성 지지체(스케폴드)를 제조하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to prepare a porous scaffold (scaffold) having three-dimensional macro-size pores using a biodegradable polymer having excellent biocompatibility and mechanical strength.

본 발명은 생분해성 고분자 용액을 3D 프린터를 사용하여 침전용액에 압출시키는 단계를 포함하며, The present invention includes the step of extruding a biodegradable polymer solution into a precipitation solution using a 3D printer,

상기 침전용액은 물 및 알코올의 혼합용액인 다공성 지지체의 제조 방법을 제공한다. The precipitation solution provides a method of preparing a porous support that is a mixed solution of water and alcohol.

또한, 본 발명은 전술한 다공성 지지체의 제조 방법에 의해 제조되며, In addition, the present invention is manufactured by the method for manufacturing the porous support described above,

상기 다공성 지지체를 구성하는 필라멘트는 다공성 구조의 코어 및 치밀한 구조의 쉘의 구조를 가지는 다공성 지지체를 제공한다.The filaments constituting the porous support provide a porous support having a structure of a core having a porous structure and a shell having a dense structure.

본 발명에 따른 다공성 지지체는 생체적합성이 우수한 생분해성 고분자를 이용함으로써 생체 내에서의 안정성을 제공할 수 있으며, 또한, 상기 생분해성 고분자는 기계강도가 우수하므로 생체 내에서 우수한 기계강도를 제공할 수 있다.The porous support according to the present invention can provide stability in vivo by using a biodegradable polymer with excellent biocompatibility, and since the biodegradable polymer has excellent mechanical strength, it can provide excellent mechanical strength in vivo. have.

본 발명에 따른 다공성 지지체는 상기 다공성 지지체를 구성하는 필라멘트가 다공성 구조의 코어 및 치밀형 구조의 쉘의 구조를 가지며, 이러한 구조는 생체 뼈와 유사한 내부구조를 띄고 있으므로, 생체 내 결손부위에 매식할 경우 우수한 기계강도뿐 아니라 세포의 부착, 증식 및 분화를 유도/자극 할 수 있다.In the porous support according to the present invention, the filaments constituting the porous support have a structure of a core having a porous structure and a shell having a dense structure, and this structure has an internal structure similar to that of a living body, so that the filaments constituting the porous support have a structure similar to that of a living body. In this case, it can induce/stimulate adhesion, proliferation and differentiation of cells as well as excellent mechanical strength.

본 발명에 따른 다공성 지지체는 기존의 다른 기술들과는 달리 필라멘트의 쉘(바깥) 부분이 치밀한 구조를 가지므로, 지지체의 바깥 부분 역시 기공이 없는 치밀한 구조를 가질 수 있다. Unlike other conventional techniques, the porous support according to the present invention has a dense structure in the shell (outer) portion of the filament, and thus the outer portion of the support may also have a dense structure without pores.

또한, 본 발명에서는 침전용액의 구성 및 비율을 조절하여 필라멘트의 쉘 부분의 두께를 조절할 수 있으며, 이를 통해 인위적으로 지지체의 강도를 제어할 수 있다. In addition, in the present invention, it is possible to control the thickness of the shell portion of the filament by adjusting the composition and ratio of the precipitation solution, through which the strength of the support can be artificially controlled.

도 1은 본 발명에 따른 다공성 지지체를 제조하는 방법을 나타내는 모식도로, 폴리카프로락톤 용액을 피스톤에 옮긴 후, 3D 프린터를 이용해 미리 설정된 디자인을 따라 침전용액 안에서 스케폴드를 제조한다.
도 2는 피스톤에서 압출된 폴리카프로락톤 용액이 침전용액에 들어갔을 때의 상태를 나타내는 모식도이다. 폴리카프로락톤 용액이 침전용액에 노출되면 미리 설정된 디자인을 따라 적층되면서, 필라멘트 표면은 상분리 현상을 통해 고화 및 기공구조의 형태를 띠게 된다.
도 3은 침전용액의 구성에 따른 폴리카프로락톤 필라멘트의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 4는 침전용액의 구성에 따른 폴리카프로락톤 필라멘트의 구조체, 즉 폴리카프로락톤 지지체(스캐폴드)를 나타낸 모식도이다.
도 5는 침전용액의 구성에 따른 폴리카프로락톤 필라멘트의 구조체, 즉 폴리카프로락톤 지지체(스캐폴드)를 나타내는 이미지이다.
도 6은 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따라 제조된 폴리카프로락톤 지지체(스캐폴드)의 이미지이다.
도 7은 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따른 제조된 폴리카프로락톤 필라멘트의 기공구조 변화를 보여주는 현미경 사진이다.
도 8은 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따른 제조된 폴리카프로락톤 필라멘트의 기공구조 변화를 보여주는 확대된 현미경 사진이다.
도 9는 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따른 제조된 폴리카프로락톤 필라멘트의 코어 기공구조를 보여주는 현미경 사진이다.
도 10은 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따른 제조된 폴리카프로락톤 스케폴드(지지체)의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a porous support according to the present invention, after transferring a polycaprolactone solution to a piston, a scaffold is manufactured in a precipitation solution according to a preset design using a 3D printer.
2 is a schematic diagram showing a state when a polycaprolactone solution extruded from a piston enters a precipitation solution. When the polycaprolactone solution is exposed to the precipitation solution, it is laminated according to a preset design, and the surface of the filament is solidified and has a pore structure through phase separation.
3 is a schematic diagram showing a cross section of a polycaprolactone filament according to the composition of a precipitation solution.
4 is a schematic diagram showing a structure of a polycaprolactone filament, that is, a polycaprolactone support (scaffold) according to the composition of a precipitation solution.
5 is an image showing a structure of a polycaprolactone filament, that is, a polycaprolactone support (scaffold) according to the composition of a precipitation solution.
6 is an image of a polycaprolactone support (scaffold) prepared according to the ratio of water and ethanol in a precipitation solution.
7 is a photomicrograph showing a change in the pore structure of the prepared polycaprolactone filaments according to the ratio of water and ethanol in the precipitation solution.
8 is an enlarged micrograph showing the change in the pore structure of the prepared polycaprolactone filaments according to the ratio of water and ethanol in the precipitation solution.
9 is a micrograph showing the core pore structure of the prepared polycaprolactone filaments according to the ratio of water and ethanol in the precipitation solution.
10 is a graph showing the tensile strength of the prepared polycaprolactone scaffold (support) according to the ratio of water and ethanol in the precipitation solution.

본 발명은 생분해성 고분자 용액을 3D 프린터를 사용하여 침전용액에 압출시키는 단계를 포함하며,The present invention includes the step of extruding a biodegradable polymer solution into a precipitation solution using a 3D printer,

상기 침전용액은 물 및 알코올의 혼합용액인 다공성 지지체의 제조 방법에 관한 것이다. The precipitation solution relates to a method of manufacturing a porous support that is a mixed solution of water and alcohol.

이하, 본 발명에 따른 다공성 지지체를 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the porous support according to the present invention will be described in more detail.

본 발명에서는 3D 프린터를 사용하여 침전용액에 압출되는 생분해성 고분자 용액을 필라멘트라 표현할 수 있으며, 상기 필라멘트들의 적층물(구조체, 적층체)을 지지체 또는 스케폴드라 표현할 수 있다. In the present invention, a biodegradable polymer solution extruded into a precipitation solution using a 3D printer may be expressed as a filament, and a stack (structure, laminate) of the filaments may be expressed as a support or scaffold.

본 발명에 따른 다공성 지지체의 제조 방법은 생분해성 고분자 용액을 3D 프린터를 사용하여 침전용액에 압출시키는 단계를 포함한다. The method for preparing a porous support according to the present invention includes extruding a biodegradable polymer solution into a precipitation solution using a 3D printer.

일 구체예에서, 본 발명의 제조 방법은 생분해성 고분자 용액을 제조하는 단계;In one embodiment, the manufacturing method of the present invention comprises the steps of preparing a biodegradable polymer solution;

3차원 적층 시스템이 가능한 3D 프린터에서 생분해성 고분자 용액을 압출하여 침전용액에서 적층하는 단계; Extruding a biodegradable polymer solution in a 3D printer capable of a 3D lamination system and laminating it in a precipitation solution;

적층된 필라멘트, 즉 다공성 지지체를 상기 침전용액에 정치시키는 단계; 및 Placing the stacked filaments, that is, the porous support, in the precipitation solution; And

다공성 지지체로부터 잔존 용매 및 침전용액을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. It may include; removing the residual solvent and the precipitation solution from the porous support.

먼저, 생분해성 고분자를 용매에 녹여 생분해성 고분자 용액을 제조한다.First, a biodegradable polymer solution is prepared by dissolving a biodegradable polymer in a solvent.

상기 생분해성 고분자의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락타이드(polylactide, PLA), 폴리락타이드글리콜라이드 랜덤 공중합체(polylactide glycolide, PLGA), 폴리글리콜라이드(polyglycolide, PGA) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. The kind of the biodegradable polymer is not particularly limited, and polycaprolactone (PCL), polylactide (PLA), polylactide glycolide random copolymer (polylactide glycolide, PLGA), polyglycolide , PGA) or mixtures thereof.

상기 생분해성 고분자 용액의 용매는 생분해성 고분자가 용해될 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 다이클로로에탄(dichloroethane, DCE), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 클로로포름(choloroform), 아세톤(acetone), 메틸에틸케톤(methylethylketone, MEK) 및 헥사플루오르-2-프로판올(hexafluoro-2-propano, HFP)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. The solvent of the biodegradable polymer solution is not particularly limited as long as the biodegradable polymer can be dissolved, for example, dichloroethane (DCE), tetrahydrofuran (THF), chloroform, and acetone ( acetone), methylethylketone (MEK), and hexafluoro-2-propanol (hexafluoro-2-propano, HFP).

상기 생분해성 고분자 용액에서 생분해성 고분자의 농도는 12 내지 25 wt%일 수 있다. 상기 범위에서 3D 프린터를 이용하여 필라멘트를 적층하기 위한 적당한 점도를 가질 수 있다. 12 wt% 미만이면 압출되는 필라멘트가 균일한 형상을 가지기 어렵고 수직 방향으로 붕괴되는 문제가 발생할 우려가 있으며, 25 wt%를 초과하면 생분해성 고분자가 용매에 완전히 용해되기 어렵고 점도가 급격히 증가하여 용액을 주사기의 노즐 팁으로부터 압출시키기 어려울 우려가 있다. The concentration of the biodegradable polymer in the biodegradable polymer solution may be 12 to 25 wt%. It may have an appropriate viscosity for laminating the filament using a 3D printer in the above range. If it is less than 12 wt%, it is difficult for the extruded filament to have a uniform shape and there is a concern that it may collapse in the vertical direction.If it exceeds 25 wt%, it is difficult for the biodegradable polymer to be completely dissolved in the solvent, and the viscosity increases rapidly, resulting in a solution. There is a fear that it is difficult to extrude from the nozzle tip of the syringe.

본 발명에서는 생분해성 고분자의 용해도를 높이기 위하여, 40 내지 70℃ 또는 50 내지 60℃에서 생분해성 고분자 및 용매를 교반하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 교반은 당업계에서 일반적으로 사용하는 교반법인 자석 교반법, 기계적 교반법 또는 보어텍싱(vortex)법 등을 사용할 수 있다. 상기 교반이 완료된 후 상온으로 냉각시켜 다음 단계에서 사용할 수 있다. In the present invention, in order to increase the solubility of the biodegradable polymer, a step of stirring the biodegradable polymer and a solvent at 40 to 70°C or 50 to 60°C may be further included. Stirring may be performed using a magnetic stirring method, a mechanical stirring method, or a vortex method, which is a stirring method generally used in the art. After the stirring is completed, it can be cooled to room temperature and used in the next step.

다음 단계에서는 3차원 적층 시스템이 가능한 3D 프린터에서 생분해성 고분자 용액을 압출하여 침전용액에서 적층한다. In the next step, the biodegradable polymer solution is extruded in a 3D printer capable of a three-dimensional lamination system and laminated in a precipitation solution.

상기 단계에서는 생분해성 고분자 용액을 침전용액에 3차원으로 적층함으로써 다공성 구조를 이루는 고분자 골격 내 다양한 크기의 기공 및 기공구조가 제어된 다공성 지지체를 제조할 수 있다. In the above step, by laminating the biodegradable polymer solution in the precipitation solution in three dimensions, a porous support having various sizes of pores and pore structures in the polymer skeleton constituting the porous structure can be prepared.

이때, 침전용액은 비용매이며, 구체적으로 물 및 알코올의 혼합용액이다. 상기 알코올로는 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 부탄올, 프로판올 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 침전용액에서 물 및 알코올의 비율은 100 : 10 내지 500, 100 : 10 내지 300 또는 100 : 10 내지 100일 수 있다. 상기 범위에서 제조되는 필라멘트의 쉘 부분이 치밀한 구조를 가질 수 있다. At this time, the precipitation solution is a non-solvent, specifically, a mixed solution of water and alcohol. As the alcohol, ethanol, methanol, butanol, propanol, or a mixture thereof may be used. The ratio of water and alcohol in the precipitation solution may be 100:10 to 500, 100:10 to 300, or 100:10 to 100. The shell portion of the filament manufactured in the above range may have a dense structure.

본 발명에서는 생분해성 고분자 용액의 용매와 침전용액의 비용매간의 상 교환에 의해 상 분리가 되어 생분해성 고분자 용액이 응고됨과 동시에 적층되고, 또한, 필라멘트에 기공 구조가 형성된다(도 2 참조). 상기 기공은 마이크로 사이즈를 가질 수 있다. In the present invention, the phase is separated by phase exchange between the solvent of the biodegradable polymer solution and the non-solvent of the precipitation solution, so that the biodegradable polymer solution is coagulated and laminated, and a pore structure is formed in the filament (see FIG. 2). The pores may have a micro size.

일 구체예에서, 생분해성 고분자 용액의 압출 및 적층은 3D 프린터를 사용하여 수행하는데, 상기 3D 프린터를 사용함으로써 사용자가 원하는 구조로 프로그램 또는 다자인하여 적층할 수 있다. 미리 디자인된 3D 프린터의 좌표를 따라 생분해성 고분자 용액이 침전용액 내로 압출될 수 있으며, 복잡한 구조의 지지체를 용이하게 제조할 수 있다. 적층 시 프린터의 속도는 압출 속도에 따라 제어될 수 있다. 상기 3D 프린터는 필라멘트를 압출하는 압출 시스템(압출기)과 연결 설치되어, 압출 시스템에서 압출된 필라멘트를 프로그램된 디자인에 따라 적층할 수 있다. 구체적으로 압출된 필라멘트를 원하는 방향에 따라 적층할 수 있으며 수회 적층할 수 있다.In one embodiment, the extrusion and lamination of the biodegradable polymer solution is performed using a 3D printer. By using the 3D printer, the user can program or design the layer in a desired structure. A biodegradable polymer solution can be extruded into the precipitation solution along the coordinates of a pre-designed 3D printer, and a support having a complex structure can be easily prepared. During lamination, the speed of the printer can be controlled according to the extrusion speed. The 3D printer is installed in connection with an extrusion system (extruder) for extruding filaments, and the filaments extruded from the extrusion system can be laminated according to a programmed design. Specifically, the extruded filaments may be laminated according to a desired direction and may be laminated several times.

이러한 적층은 3차원으로 적층될 수 있으며, 일 구체예에서는 필라멘트가 일 방향성을 가지도록 적층할 수 있다. 상기 일 방향성이란 필라멘트가 다층으로 형성된 필라멘트 지지체에서 필라멘트들이 일정 간격으로 적층된 하나의 층을 기준으로 한 쪽 방향으로 향함을 의미한다. 즉, 필라멘트가 다층으로 형성될 경우, 하나의 층은 필라멘트들이 한 방향으로 일정 간격을 가지도록 형성되며, 상기 하나의 층과 접하는 다른 층은 필라멘트들이 하나의 층과 수직하는 방향으로 일정 간격을 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 필라멘트 사이의 간격은 10 내지 1000 ㎛일 수 있다.Such a lamination may be laminated in three dimensions, and in one embodiment, the filaments may be laminated to have unidirectionality. The unidirectionality means that the filaments are directed in one direction based on one layer in which the filaments are stacked at regular intervals in the filament support in which the filaments are formed in multiple layers. That is, when the filaments are formed in multiple layers, one layer is formed so that the filaments have a certain distance in one direction, and the other layer in contact with the one layer has a certain distance in the direction perpendicular to the one layer. Can be formed to At this time, the interval between the filaments may be 10 to 1000 ㎛.

3차원 적층시 생분해성 고분자 용액의 적당한 고형화를 유도하기 위하여 압출 속도는 1 내지 5 mm/s로 실시하는 것이 좋다. 상기 압출 속도는 필라멘트의 적층 속도 및 용매와 비용매 간의 상 교환 속도를 의미한다. 예를들어 압출 속도가 1mm/s 속도 미만이면 3차원 적층 시 이미 적층된 필라멘트와 필라멘트 사이로 상부의 필라멘트가 중력 방향으로 붕괴되거나 형상 제어가 어려운 문제가 발생할 우려가 있으며, 5 mm/s를 초과하면 고분자 용액이 고형화되는 속도에 비해 적층 속도가 빠르게 되어 수직방향으로의 기공구조 붕괴현상이 일어날 우려가 있다.In order to induce proper solidification of the biodegradable polymer solution during three-dimensional lamination, the extrusion speed is preferably 1 to 5 mm/s. The extrusion rate refers to the rate of lamination of the filaments and the rate of phase exchange between the solvent and the non-solvent. For example, if the extrusion speed is less than 1mm/s, there is a risk that the upper filament collapses in the gravitational direction between the already stacked filaments and the filaments during 3D lamination, or a problem with difficult shape control may occur.If it exceeds 5 mm/s, The lamination speed is faster than the rate at which the polymer solution solidifies, and there is a concern that the collapse of the pore structure in the vertical direction may occur.

상기 적층 시 압축공기는 10 내지 35 kPa로 처리할 수 있다. 생분해성 고분자 용액의 농도가 증진됨에 따라 상기 점도도 증가하므로, 정확한 적층을 위해서는 압축공기를 제시된 바와 같은 범위로 조절하는 것이 좋다. During the lamination, compressed air can be treated with 10 to 35 kPa. Since the viscosity also increases as the concentration of the biodegradable polymer solution increases, it is good to adjust the compressed air in the range as suggested for accurate lamination.

또한, 압출시 노즐의 직경은 1,000 ㎛, 800 ㎛ 이하 또는 600 ㎛ 이하일 수 있다.In addition, the diameter of the nozzle during extrusion may be 1,000 μm, 800 μm or less, or 600 μm or less.

다음 단계는, 적층된 필라멘트, 즉 다공성 지지체를 상기 침전용액에서 정치시키는 단계이다. The next step is to settle the stacked filaments, that is, the porous support in the precipitation solution.

상기 단계를 통해 생분해성 고분자 용액의 용매와 침전용액의 비용매 간의 완전한 상분리가 가능하다. Through the above step, complete phase separation between the solvent of the biodegradable polymer solution and the non-solvent of the precipitation solution is possible.

상기 단계에서 정치 시간은 1 내지 30 분일 수 있다. In this step, the settling time may be 1 to 30 minutes.

본 발명에서는 추가적으로 제조된 다공성 지지체로부터 용매, 침전용액 및 불순물 등을 제거하는 단계를 수행한다. In the present invention, a step of removing a solvent, a precipitation solution, and impurities from the additionally prepared porous support is performed.

용매 등을 제거하는 방법으로는 동결 건조, 진공 건조, 자연 건조 등을 사용할 수 있으며, 추가의 세척 단계를 포함할 수 있다. As a method of removing the solvent, freeze drying, vacuum drying, natural drying, etc. may be used, and an additional washing step may be included.

동결 건조의 경우 -80 내지 -10 ℃, 구체적으로 -50 내지 -20 ℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 상기 온도 범위에서 성형체의 적층물의 손상 없이 동결매체가 용이하게 제거될 수 있다.In the case of freeze drying, it may be carried out at a temperature of -80 to -10°C, specifically -50 to -20°C, and in the above temperature range, the freezing medium can be easily removed without damaging the laminate of the molded body.

본 발명에 따른 제조 방법에 의해 필라멘트가 일방향으로 정렬된 다공성 지지체가 형성된다. 상기 일방향성은 필라멘트가 다층으로 형성된 다공성 지지체에서 필라멘트가 일정 간격으로 적층된 하나의 층을 기준으로 한 쪽 방향으로 향함을 의미한다.A porous support in which the filaments are aligned in one direction is formed by the manufacturing method according to the present invention. The unidirectionality means that the filaments are directed in one direction based on one layer in which the filaments are stacked at regular intervals in the porous support in which the filaments are formed in multiple layers.

또한, 본 발명은 전술한 제조 방법에 의해 제조된 다공성 지지체에 관한 것이다. In addition, the present invention relates to a porous support manufactured by the above-described manufacturing method.

일 구체예에서, 다공성 지지체는 평균 직경(지름)이 300 내지 1000 ㎛, 400 내지 900 ㎛ 또는 500 내지 800 ㎛인 필라멘트가 하나의 층마다 일방향으로 형성된 구조를 가진다. In one embodiment, the porous support has a structure in which filaments having an average diameter (diameter) of 300 to 1000 μm, 400 to 900 μm, or 500 to 800 μm are formed in one direction per layer.

상기 다공성 지지체는 필라멘트들 사이에 평균 직경(지름)이 10 내지 1000 ㎛ 또는 100 내지 900 ㎛ 또는 200 내지 800 ㎛인 매크로 기공이 형성된다. The porous support has macropores having an average diameter (diameter) of 10 to 1000 µm or 100 to 900 µm or 200 to 800 µm between the filaments.

특히, 다공성 지지체에서 상기 지지체를 구성하는 필라멘트는 다공성 구조의 코어 및 치밀한 구조의 쉘의 구조를 가진다. 여기서 코어 및 쉘은 팔라멘트가 압출되는 방향과 수직하는 방향의 단면을 기준으로 하여, 기공이 형성된 내부를 코어로 기공이 형성된 내부를 감싸는 부분을 쉘로 표현한 것이다. 상기 필라멘트에서 쉘의 비율은 1 내지 50%일 수 있다. Particularly, in the porous support, the filaments constituting the support have a structure of a porous core and a dense shell. Here, the core and the shell are based on a cross section in a direction perpendicular to the direction in which the parliament is extruded, and the inside where the pores are formed is expressed as the core and the portion surrounding the inside where the pores are formed is expressed as a shell. The percentage of shell in the filament may be 1 to 50%.

이는 제조 방법에서 침전용액의 구성에 의한 것이다. 침전용액으로 알코올을 사용할 경우 마이크로 또는 나노 기공을 가지는 필라멘트가 형성된다. 그러나, 본 발명과 같이 물 및 알코올의 혼합용액을 사용할 경우, 코어에는 기공이 형성되고 쉘 부분은 치밀한 구조를 가지는, 즉 2개의 구조를 가지는 필라멘트가 제조될 수 있다. This is due to the composition of the precipitation solution in the manufacturing method. When alcohol is used as the precipitation solution, filaments having micro or nano pores are formed. However, in the case of using a mixed solution of water and alcohol as in the present invention, pores are formed in the core and a filament having a dense structure in the shell portion, that is, having two structures can be produced.

본 발명에서 코어는 10 내지 500 nm, 20 내지 100 nm 또는 30 내지 50 nm의 기공을 갖는다.In the present invention, the core has pores of 10 to 500 nm, 20 to 100 nm, or 30 to 50 nm.

즉, 본 발명에 따른 다공성 지지체는 마이크로 기공 및 매크로 기공의 이중 기공 구조를 지닌다.That is, the porous support according to the present invention has a double pore structure of micro pores and macro pores.

또한, 본 발명은 상기 다공성 지지체를 포함하는 제품에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a product comprising the porous support.

본 발명에 따른 다공성 지지체는 마이크로 기공/매크로 기공의 이중 기공구조 및 우수한 물성을 가지므로, 인체의 뼈나 치아 등의 경조직 재생뿐만 아니라, 연골, 피부, 인대, 근육 등의 다양한 연조직 재생에도 사용될 수 있다.Since the porous scaffold according to the present invention has a dual pore structure of micro pores/macro pores and excellent physical properties, it can be used not only to regenerate hard tissues such as bones or teeth of the human body, but also to regenerate various soft tissues such as cartilage, skin, ligaments, and muscles. .

본 발명에서는 다공성 지지체의 제조를 위해 비용매상분리법을 이용하며, 이에 의해, 용매와 비용매의 교환을 통해 높은 기공도를 가짐과 동시에 3차원적으로 연결된 기공구조를 가지는 다공성 지지체를 제조하였다. 비용매상분리법을 통해 제조된 다공성 지지체는 생체뼈와 유사한 구조를 갖는 기공구조를 가질 수 있다.In the present invention, a non-solvent separation method is used to prepare a porous support, whereby a porous support having a three-dimensionally connected pore structure while having a high porosity through exchange of a solvent and a non-solvent was prepared. The porous scaffold prepared through a non-solvent separation method may have a pore structure having a structure similar to that of a living body bone.

또한, 본 발명은 침전용액의 종류 및 함량비를 조절하여 기공구조가 없이 치밀화된 쉘 부분을 인위적으로 부여할 수 있다는 점에서, 종래의 기술과 차별화된 특징을 갖는다. 이러한 치밀화된 쉘은 침전용액의 조성을 바꿔줌으로써 손쉽게 쉘의 두께를 조절할 수 있으며, 쉘 두께의 조절을 통해 지지체의 기계강도를 조절할 수 있다.In addition, the present invention has a distinctive feature from the prior art in that it is possible to artificially impart a densified shell portion without a pore structure by controlling the type and content ratio of the precipitation solution. Such a densified shell can easily control the thickness of the shell by changing the composition of the precipitation solution, and the mechanical strength of the support can be controlled through the control of the shell thickness.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments described below in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have it, and the invention is only defined by the scope of the claims.

실시예Example

실시예Example 1. 코어-쉘 1.Core-shell 스캐폴드Scaffold 제조 Produce

(1) (One) 스캐폴드Scaffold 제작을 위한 용액 제조 Preparation of solution for fabrication

100 ml의 밀폐 가능한 유리병에 10 g 폴리카프로락톤(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, US)과 57.4 ml 아세톤을 넣은 후, 교반기에서 50℃에서 2시간 동안 섞어주어 폴리카프로락톤이 아세톤에 완전히 용해된 폴리카프로락톤 용액을 제조하였다. 상기 폴리카프로락톤 용액을 상온에서 2시간 동안 냉각시켰다. After adding 10 g polycaprolactone (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, US) and 57.4 ml acetone in a 100 ml sealable glass bottle, mix it with a stirrer at 50° C. for 2 hours to make the polycaprolactone in acetone. A completely dissolved polycaprolactone solution was prepared. The polycaprolactone solution was cooled at room temperature for 2 hours.

(2) 비용매상분리법을 통한 (2) Through the cost sales separation method 스캐폴드Scaffold 제작 making

미리 설정된 기공형태를 제작하기 위하여, 설정된 양의 에탄올과 물을 혼합하여 침전용액을 제조하였다.In order to prepare a preset pore shape, a precipitation solution was prepared by mixing a set amount of ethanol and water.

상기 (1)에서 제조된 폴리카프로락톤 용액을 노즐의 직경이 0.5 mm인 15 ml의 압출용 피스톤에 충전하였다. The polycaprolactone solution prepared in (1) was filled in a 15 ml extrusion piston having a nozzle diameter of 0.5 mm.

상기 압출용 피스톤 내에 담긴 폴리카프로락톤 용액을 3D 프린터(Ez-Robo5)에 연결한 다음, 적층속도 초당 3 mm, 25 kPa의 압력을 가해 미리 설정된(디자인된) 스케폴드(11.6mm x 11.6mm x 1.3mm)를 침전용액 안에서 제작하였다(도 1 참조). After connecting the polycaprolactone solution contained in the extrusion piston to a 3D printer (Ez-Robo5), a pre-set (designed) scaffold (11.6 mm x 11.6 mm x) by applying a pressure of 3 mm per second and 25 kPa at a lamination rate 1.3mm) was prepared in the precipitation solution (see Fig. 1).

폴리카프로락톤 스케폴드가 침전용액에서 완성된 후, 완전한 상분리를 위하여 상기 스케폴드를 침전용액에서 5분 동안 노출 시켰다. After the polycaprolactone scaffold was completed in the precipitation solution, the scaffold was exposed in the precipitation solution for 5 minutes for complete phase separation.

(3) (3) 스케폴드의Scaffold 용매 및 Solvent and 비용매Non-sale 제거 remove

상기 (2)의 공정에 의해 상분리가 완전히 완료된 스케폴드를 200 ml 증류수로 5분 동안 세척하고, 24 시간 동안 동결건조하여 구형 지지체에 남아있는 에탄올과 증류수를 완전히 제거하였다. The scaffold, completely phase-separated by the step (2), was washed with 200 ml distilled water for 5 minutes, and lyophilized for 24 hours to completely remove ethanol and distilled water remaining on the spherical support.

실험예Experimental example 1. 침전용액의 구성에 따른 필라멘트의 구성 변화 1. Changes in the composition of the filament according to the composition of the precipitation solution

본 발명에서 도 2는 피스톤에서 압출된 폴리카프로락톤 용액이 침전용액에 들어갔을 때의 상태를 나타내는 모식도이다. 폴리카프로락톤 용액이 침전용액에 노출되면 미리 설정된 디자인을 따라 필라멘트가 적층되면서, 상기 필라멘트의 표면은 상분리 현상을 통해 고화 및 기공구조의 형태를 띠게 된다.In the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing a state when the polycaprolactone solution extruded from the piston enters the precipitation solution. When the polycaprolactone solution is exposed to the precipitation solution, the filaments are stacked according to a preset design, and the surface of the filament is solidified and has a pore structure through phase separation.

본 발명에서는 침전용액의 구성에 따른 필라멘트의 구성 변화를 확인하기 위하여, 침전용액을 구성하는 물 및 에탄올의 비율을 변화시키면서 상기 침전용액에 필라멘트를 압출시켰다.In the present invention, in order to confirm the change in the composition of the filaments according to the composition of the precipitation solution, the filaments were extruded into the precipitation solution while changing the ratio of water and ethanol constituting the precipitation solution.

도 3은 침전용액의 구성에 따른 폴리카프로락톤 필라멘트의 단면을 나타내는 모식도이다. 3 is a schematic diagram showing a cross section of a polycaprolactone filament according to the composition of a precipitation solution.

상기 도 3에 나타난 바와 같이, 에탄올 100%인 침전용액에서는 필라멘트는 치밀한 구조의 쉘이 없는 구조를 나타낸다. 물의 함량이 증가할수록 다공성의 구조를 가지는 코어 및 치밀한 구조의 쉘을 가지는 필라멘트가 제조되었다. As shown in FIG. 3, in the precipitation solution of 100% ethanol, the filaments exhibit a dense structure without shells. As the content of water increased, filaments having a core having a porous structure and a shell having a dense structure were prepared.

즉, 침전용액에서 물의 함량이 증가함에 따라 쉘 부분이 두꺼워지는 것을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the shell portion thickens as the water content in the precipitation solution increases.

도 4는 침전용액의 구성에 따른 폴리카프로락톤 필라멘트의 구조체, 즉 스케폴드를 나타낸 모식도이며, 도 5는 상기 스케폴드의 이미지이다. 4 is a schematic diagram showing a structure of polycaprolactone filaments, that is, a scaffold according to the composition of the precipitation solution, and FIG. 5 is an image of the scaffold.

상기 도 4에 나타난 바와 같이, 에탄올 100%인 침전용액에서는 쉘이 없는 기공구조만 생기며, 물 100%인 침전용액에서는 다공성 구조의 코어 및 치밀한 구조의 쉘의 구조가 생기는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that in the precipitation solution of 100% ethanol, only a pore structure without a shell is generated, and in the precipitation solution of 100% water, a structure of a porous core and a densely structured shell is formed.

또한, 도 5의 이미지에서와 같이, 침전용액에 상관없이 폴리카프로락톤 필라멘트가 적층되어 스케폴드를 제작할 수 있음을 확인할 수 있다. 본 발명에 의해 제조되는 스캐폴드는 도 4의 모식도에서와 동일하게, 에탄올 100%인 침전용액에서는 쉘이 없는 기공구조만 생기며, 물 100%인 침전용액에서는 다공성 구조의 코어 및 치밀한 구조의 쉘의 구조를 나타낸다. In addition, as shown in the image of FIG. 5, it can be seen that polycaprolactone filaments are stacked regardless of the precipitation solution to prepare a scaffold. The scaffold prepared according to the present invention is the same as in the schematic diagram of Fig. 4, in the precipitation solution of 100% ethanol, only a pore structure without a shell is generated, and in the precipitation solution of 100% water, the core of a porous structure and the shell of a dense structure are Shows the structure.

실험예Experimental example 2. 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따른 필라멘트의 구성 변화 2. Changes in the composition of filaments according to the ratio of water and ethanol in the precipitation solution

침전용액에서 물 및 에탄올의 비율을 하기 표 1과 같이 변화시켜 스캐폴드를 제조하였다. 스캐폴드의 제조는 실시예의 방법으로 제조하였다. A scaffold was prepared by changing the ratio of water and ethanol in the precipitation solution as shown in Table 1 below. The preparation of the scaffold was prepared by the method of the examples.

침전용액에서 물과 에탄올의 비율The ratio of water and ethanol in the precipitation solution AA 0(물) : 100(에탄올)0 (water): 100 (ethanol) BB 25 : 7525: 75 CC 50: 5050: 50 DD 75 : 2575: 25 EE 100 : 0100: 0

도 6은 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따라 제조된 폴리카프로락톤 스캐폴드의 이미지이다. 6 is an image of a polycaprolactone scaffold prepared according to the ratio of water and ethanol in a precipitation solution.

스캐폴드의 크기는 11.6mm x 11.6mm x 1.3mm에 맞춰 제작되었으며, 침전용액의 구성 및 비율에 관계없이 스케폴드를 제작할 수 있음을 확인할 수 있다.The size of the scaffold is 11.6mm x 11.6mm x 1.3mm, and it can be seen that the scaffold can be manufactured regardless of the composition and ratio of the precipitation solution.

또한, 도 7은 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따른 제조된 폴리카프로락톤의 기공구조 변화를 보여주는 현미경 사진이며, 도 8은 이를 더욱 확대한 현미경 사진이다. 또한, 치밀한 구조의 쉘의 두께를 하기 표 2에 기재하였다. In addition, FIG. 7 is a photomicrograph showing a change in the pore structure of the prepared polycaprolactone according to the ratio of water and ethanol in the precipitation solution, and FIG. 8 is a microscopic photo further enlarged. In addition, the thickness of the shell having a dense structure is shown in Table 2 below.

침전용액에서 물과 에탄올의 비율The ratio of water and ethanol in the precipitation solution 쉘 부분의 두께 (μm)Shell thickness (μm) AA 0(물) : 100(에탄올)0 (water): 100 (ethanol) 00 BB 25 : 7525: 75 9.79.7 CC 50: 5050: 50 15.315.3 DD 75 : 2575: 25 24.924.9 EE 100 : 0100: 0 34.034.0

상기 도 7, 8에 나타난 바와 같이, 침전용액에서 물의 비율이 증가할수록 치밀한 구조의 쉘 부분이 증가하며, 이는 표 2와 같이 쉘 부분의 두께가 증가하는 것으로부터 확인할 수 있다. As shown in Figs. 7 and 8, as the proportion of water in the precipitation solution increases, the shell portion of the dense structure increases, which can be confirmed from the increase in the thickness of the shell portion as shown in Table 2.

또한, 도 9는 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따른 제조된 폴리카프로락톤의 코어 기공구조를 보여주는 현미경 사진이다. In addition, FIG. 9 is a micrograph showing the core pore structure of the prepared polycaprolactone according to the ratio of water and ethanol in the precipitation solution.

상기 도 9에 나타난 바와 같이, 코어 부분의 기공구조는 침전용액의 구성과는 관계 없이 일정한 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 9, it can be seen that the pore structure of the core portion has a constant structure regardless of the composition of the precipitation solution.

실험예Experimental example 3. 침전용액에서 물 및 에탄올의 비율에 따른 3. According to the ratio of water and ethanol in the precipitation solution 스케폴드의Scaffold 인장 강도 측정 Tensile strength measurement

전술한 실험예 2에서 사용한 스케폴드의 인장강도를 측정하여, 도 10 및 하기 표 3에 나타내었다. The tensile strength of the scaffold used in Experimental Example 2 was measured, and is shown in FIG. 10 and Table 3 below.

침전용액에서 물과 에탄올의 비율The ratio of water and ethanol in the precipitation solution 인장강도(MPa)Tensile strength (MPa) AA 0(물) : 100(에탄올)0 (water): 100 (ethanol) 0.830.83 BB 25 : 7525: 75 1.041.04 CC 50: 5050: 50 1.171.17 DD 75 : 2575: 25 1.251.25 EE 100 : 0100: 0 1.391.39

상기 도 10 및 표 3에 나타난 바와 같이, 침전용액에서 물의 함량이 증가할 수록, 즉, 치밀한 구조의 쉘 부분의 두께가 증가할 수록, 인장강도가 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있다. As shown in Fig. 10 and Table 3, it can be seen that as the content of water in the precipitation solution increases, that is, as the thickness of the densely structured shell portion increases, the tensile strength increases in proportion.

Claims (8)

생분해성 고분자 용액을 3D 프린터를 사용하여 침전용액에 압출시키는 단계를 포함하며,
상기 침전용액은 물 및 알코올의 혼합용액이고, 침전용액에서 물 및 알코올의 비율은 100 : 10 내지 500인
다공성 구조의 코어 및 치밀한 구조의 쉘의 구조를 가지는 필라멘트를 포함하는 다공성 지지체의 제조 방법.
Extruding the biodegradable polymer solution into a precipitation solution using a 3D printer,
The precipitation solution is a mixed solution of water and alcohol, and the ratio of water and alcohol in the precipitation solution is 100:10 to 500
A method for producing a porous support comprising a filament having a porous core and a dense shell structure.
제 1 항에 있어서,
생분해성 고분자는 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), 폴리락타이드(polylactide, PLA), 폴리락타이드글리콜라이드 랜덤 공중합체(polylactide glycolide, PLGA), 폴리글리콜라이드(polyglycolide, PGA) 또는 이들의 혼합물인 다공성 지지체의 제조 방법.
The method of claim 1,
Biodegradable polymers include polycaprolactone (PCL), polylactide (PLA), polylactide glycolide (PLGA), polyglycolide (PGA), or a mixture thereof. Method for producing a porous support.
제 1 항에 있어서,
생분해성 고분자 용액의 용매는 다이클로로에탄(dichloroethane, DCE), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 클로로포름(choloroform), 아세톤(acetone), 메틸에틸케톤(methylethylketone, MEK) 및 헥사플루오르-2-프로판올(hexafluoro-2-propano, HFP)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 다공성 지지체의 제조 방법.
The method of claim 1,
The solvent of the biodegradable polymer solution is dichloroethane (DCE), tetrahydrofuran (THF), chloroform, acetone, methylethylketone (MEK), and hexafluoro-2-propanol. (hexafluoro-2-propano, HFP) a method for producing a porous support that is at least one selected from the group consisting of.
제 1 항에 있어서,
침전용액에서 알코올은 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 부탄올, 프로판 또는 이들의 혼합물인 다공성 지지체의 제조 방법.
The method of claim 1,
Alcohol in the precipitation solution is ethanol (Ethanol), methanol (Methanol), butanol, propane, or a method for producing a porous support of a mixture thereof.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
침전용액에 압출된 지지체를 1 내지 30 분 동안 상기 침전용액 내에서 정치시키는 단계를 추가로 포함하는 다공성 지지체의 제조 방법.
The method of claim 1,
A method for producing a porous support, further comprising the step of allowing the support extruded to the precipitation solution to stand in the precipitation solution for 1 to 30 minutes.
제 1 항에 따른 제조 방법에 의해 제조되며,
다공성 지지체를 구성하는 필라멘트는 다공성 구조의 코어 및 치밀한 구조의 쉘의 구조를 가지는 다공성 지지체.
It is manufactured by the manufacturing method according to claim 1,
The filament constituting the porous support is a porous support having a structure of a core having a porous structure and a shell having a dense structure.
제 7 항에 있어서,
필라멘트에서 쉘의 비율은 1 내지 50%인 다공성 지지체.
The method of claim 7,
The proportion of the shell in the filament is 1 to 50% of the porous support.
KR1020180113965A 2017-09-22 2018-09-21 Non-solvent induced phase separation (NIPS)-based 3D plotting for porous scaffolds with core-shell structure KR102198398B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170122629 2017-09-22
KR20170122629 2017-09-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190034123A KR20190034123A (en) 2019-04-01
KR102198398B1 true KR102198398B1 (en) 2021-01-05

Family

ID=66104590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180113965A KR102198398B1 (en) 2017-09-22 2018-09-21 Non-solvent induced phase separation (NIPS)-based 3D plotting for porous scaffolds with core-shell structure

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102198398B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220036541A (en) * 2020-09-16 2022-03-23 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Three-dimensional scaffold with microchannels and manufacturing method thereof

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021006820A1 (en) * 2019-07-09 2021-01-14 Singapore University Of Technology And Design Immersion precipitation three-dimensional printing
KR102293058B1 (en) 2019-08-28 2021-08-26 김경민 Method for producing three-dimensional crystalline porous structure and filter medium produced by the method
CN111113889B (en) * 2019-12-22 2021-06-04 同济大学 Fused deposition molding method using cored wire
US11986993B2 (en) 2020-07-02 2024-05-21 The Regents Of The University Of Michigan Methods for forming three-dimensional polymeric articles

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100664772B1 (en) 1997-11-14 2007-01-04 본텍 코포레이션 Biodegradable polymer scaffold

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101627184B1 (en) * 2013-11-08 2016-06-07 한국기계연구원 The preparing method of core-shell structured scaffold for hard tissue regeneration and the scaffold for hard tissue regeneration thereby
KR101655888B1 (en) * 2014-07-17 2016-09-08 고려대학교 산학협력단 Method for producing three-dimensional porous scaffolds with controlled macro/micro-porous structure and three-dimensional porous scaffolds manufactured thereby
KR102316548B1 (en) * 2014-09-16 2021-10-22 고려대학교 산학협력단 Two-step phase separation-based 3D bioplotting for macro/nanoporous collagen scaffolds comprised of nanofibrous collagen filaments
KR20180001191A (en) 2016-06-27 2018-01-04 코오롱플라스틱 주식회사 Filament for 3D Printing And Composition of the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100664772B1 (en) 1997-11-14 2007-01-04 본텍 코포레이션 Biodegradable polymer scaffold

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220036541A (en) * 2020-09-16 2022-03-23 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Three-dimensional scaffold with microchannels and manufacturing method thereof
KR102510662B1 (en) 2020-09-16 2023-03-16 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 Three-dimensional scaffold with microchannels and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190034123A (en) 2019-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102198398B1 (en) Non-solvent induced phase separation (NIPS)-based 3D plotting for porous scaffolds with core-shell structure
Fereshteh Freeze-drying technologies for 3D scaffold engineering
Chevalier et al. Fabrication of porous substrates: a review of processes using pore forming agents in the biomaterial field
KR101655888B1 (en) Method for producing three-dimensional porous scaffolds with controlled macro/micro-porous structure and three-dimensional porous scaffolds manufactured thereby
KR102316548B1 (en) Two-step phase separation-based 3D bioplotting for macro/nanoporous collagen scaffolds comprised of nanofibrous collagen filaments
US20070036844A1 (en) Porous materials having multi-size geometries
WO2013058547A1 (en) Membrane-type artificial scaffold and method for fabricating same
Ghosh et al. The double porogen approach as a new technique for the fabrication of interconnected poly (L-lactic acid) and starch based biodegradable scaffolds
WO2017022750A1 (en) Artificial blood vessel, method for producing artificial blood vessel, and method for producing porous tissue regeneration substrate
KR20170006909A (en) Bio tubular scaffold for fabricating artificial vascular and the fabricating method thereof
CN108465130B (en) Guided tissue regeneration membrane and preparation method thereof
CN106726010B (en) Three-dimensional bone repairing support with very low power and its preparation method and application
KR20180054503A (en) Method for preparation of dual-pore scaffold for medical use by using FDM 3D printing
Munir et al. Fabrication of 3D cryo-printed scaffolds using low-temperature deposition manufacturing for cartilage tissue engineering
CN108498872A (en) A kind of guide tissue regeneration film and preparation method thereof
WO2020174468A1 (en) 3d printed biodegradable implants
Stolz et al. Cryo‐3D Printing of Hierarchically Porous Polyhydroxymethylene Scaffolds for Hard Tissue Regeneration
KR102316833B1 (en) Method for producing three-dimensional open porous scaffolds with controlled macro/micro-porous structure and three-dimensional porous scaffolds manufactured thereby
EP2455113A2 (en) Process for forming a porous pva scaffold using a pore-forming agent
JP2008272453A (en) Process for production of porous body and uses thereof
KR101494071B1 (en) Method for producing porous scaffolds with unidirectionally macro-channel and porous scaffolds with unidirectionally macro-channel manufactured thereby
Choi et al. Novel poly (ε-caprolactone) scaffolds comprised of tailored core/shell-structured filaments using 3D plotting technique
KR101395533B1 (en) Method for producing porous bioceramics and porous bioceramics manufactured thereby
KR102353476B1 (en) Ceramic-based 3D extrusion technique for producing biomimetic gradient porous ceramics
KR101873223B1 (en) System for manufacturing three-dimensional porous scaffolds and method for manufacturing initial feed rod

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant