KR102293725B1 - Method for preparing bioink comprising collagen for 3d printing and method for 3d printing using bioink prepared the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 콜라겐 산성 용액을 혼합하여 콜라겐 산성 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 콜라겐 산성 용액을 농축하여 농축된 콜라겐 산성 용액을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 농축된 콜라겐 산성 용액에 산성 용액을 첨가함으로써 0.01 N 농도의 산성 용액을 기준으로, 1.5 내지 3.0 %(w/v) 농도의 콜라겐을 포함하는 콜라겐 산성 용액인 3D 프린팅용 바이오 잉크를 제조하는 단계; 를 포함하는 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법 및 이에 따라 제조된 3D 프린팅용 바이오 잉크를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것이다. 이에 의하여 제조된 3D 패턴은 재생의학에 유용하게 사용될 수 있고, 그 자체로 강한 기계적 물성을 가지므로 물성 강화용 보조제, 화학적 가교 처리, 지지체 등이 필요없는 장점이 있다.The present invention comprises the steps of (a) mixing a collagen acid solution to prepare an acid collagen solution; (b) concentrating the collagen acid solution to prepare a concentrated collagen acid solution; And (c) by adding the acidic solution to the concentrated collagen acid solution, based on the acidic solution of 0.01 N concentration, the collagen acid solution containing collagen at a concentration of 1.5 to 3.0% (w / v) 3D printing bio-ink preparing a; It relates to a method of manufacturing a bio-ink for 3D printing, comprising: and a 3D printing method using the bio-ink for 3D printing prepared accordingly. The 3D pattern prepared by this can be usefully used in regenerative medicine, and since it has strong mechanical properties by itself, there is an advantage in that there is no need for an auxiliary agent for strengthening physical properties, chemical crosslinking treatment, a support, and the like.

Description

콜라겐을 포함하는 3D 프린팅용 바이오잉크의 제조방법 및 그에 따라 제조된 바이오잉크를 이용한 3D 프린팅 방법{METHOD FOR PREPARING BIOINK COMPRISING COLLAGEN FOR 3D PRINTING AND METHOD FOR 3D PRINTING USING BIOINK PREPARED THE SAME}A method for manufacturing a bio-ink for 3D printing containing collagen and a 3D printing method using the bio-ink prepared accordingly

본 발명은 콜라겐을 포함하는 3D 프린팅용 바이오잉크의 제조방법 및 그에 따라 제조된 바이오잉크를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화학적 가교나 지지체 없이 사용될 수 있는 콜라겐을 포함하는 3D 프린팅용 바이오잉크의 제조방법 및 그에 따라 제조된 바이오잉크를 이용한 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a bio-ink for 3D printing containing collagen and a 3D printing method using the bio-ink prepared accordingly, and more particularly, to a 3D printing method containing collagen that can be used without chemical crosslinking or support. It relates to a method of manufacturing bio-ink and a 3D printing method using the bio-ink prepared accordingly.

국내외 3D 프린팅 시장은 가파르게 성장하고 있으며, 글로벌 시장 규모는 매년 급격하게 성장하고 있다. 3D 프린팅 시장의 산업 활용분야에서 의료분야도 상당한 비중을 차지하고 있으며, 향후 환자 맞춤형 기술이 가능하다는 점에서 의료분야에서의 3D 프린팅 비중이 점차 증가할 전망이다. The domestic and overseas 3D printing market is growing rapidly, and the global market is growing rapidly every year. The medical field also occupies a significant portion of the industrial application of the 3D printing market, and the proportion of 3D printing in the medical field is expected to gradually increase in the future as patient-tailored technology is possible.

3D 바이오프린팅 기술은 잉크젯(inkjet), 토출형(extrusion), 레이저를 (laser) 이용하는 방법 등으로 구분되며, 토출 방법이 빈번하게 이용되고 있다. 토출형 바이오프린팅은 미세 노즐의 x, y, z축 움직임을 제어함으로써 정확한 위치에 바이오잉크를 연속적인 필라멘트 형태로 토출하여 순차적 적층(layer-by-layer)됨으로써 3차원 구조의 형상을 완성한다. 3D 바이오프린팅에 사용되는 바이오잉크는 세포 독성이 없어야 하는 것은 물론이며, 세포의 성장과 분화에 적합한 환경을 제공하는 동시에 인쇄적합성을 가져야 한다.3D bioprinting technology is divided into inkjet, extrusion, and a method using a laser, and the ejection method is frequently used. In ejection-type bioprinting, by controlling the x, y, and z-axis movement of the micro nozzle, the bio-ink is discharged in the form of continuous filaments at the correct position, and the shape of the three-dimensional structure is completed by sequential stacking (layer-by-layer). Bio-ink used for 3D bioprinting should not only be non-cytotoxic, but also provide an environment suitable for cell growth and differentiation and should have printability.

콜라겐은 세포 외 기질(extracellular matrix)에서 가장 많은 부분을 차지하는 단백질로 생체 조직 내에서 필수적인 세포의 주변 환경과 세포의 기능을 제어한다. 따라서 콜라겐을 이용한 3D 프린팅 기술의 확보가 반드시 요구되지만, 현재까지 알려진 3D 프린팅에 사용되는 콜라겐 바이오잉크는 각기 고유한 한계를 갖고 있다. 일례로 물성 증가를 위해 화학적 가교제를 넣어 천연 재료인 콜라겐을 가교하여 사용한 경우 생체 내 환경을 모사했다고 보기 어렵다. 또한, 기존의 선행연구에서 콜라겐을 이용한 3D 프린팅은 지지체(supporting material)나 지지를 위한 수조 (supporting bath)의 존재 하에서만 콜라겐 3D 프린팅이 가능한 문제점이 있었다.Collagen is a protein that occupies the largest portion of the extracellular matrix, and controls the surrounding environment of cells and the functions of cells, which are essential in living tissues. Therefore, it is essential to secure 3D printing technology using collagen, but collagen bioinks used for 3D printing known to date each have their own limitations. For example, if a chemical cross-linking agent is added to increase physical properties to cross-link collagen, which is a natural material, it is difficult to say that the in vivo environment is imitated. In addition, in previous studies, 3D printing using collagen had a problem in that collagen 3D printing was possible only in the presence of a supporting material or a supporting bath.

한국등록특허공보 제10-2010560호Korean Patent Publication No. 10-2010560

본 발명의 콜라겐 바이오잉크는 종래 물성이 약한 바이오잉크와 같이 형상을 유지하기 위하여 지지대 역할을 하는 합성고분자를 동시에 프린팅하여 물성 강화용 보조제로 사용하거나, 또는 화학적 가교나 자외선 광가교를 이용하여 천연재료인 콜라겐의 화학적 변성을 유도하는 방법, 지지 수조 (supporting bath)나 응고욕 안에서 습식 3D 프린팅을 이용하는 등의 번거로움 없이 콜라겐 바이오잉크만으로 원하는 패턴으로 3D 프린팅을 할 수 있는 콜라겐 바이오잉크를 제공하는 데 있다.The collagen bio-ink of the present invention is used as an auxiliary for strengthening physical properties by simultaneously printing a synthetic polymer that serves as a support to maintain its shape like the conventional bio-ink with weak physical properties, or a natural material using chemical cross-linking or UV light cross-linking. To provide a collagen bio-ink that can 3D print a desired pattern with only the collagen bio-ink without the hassle of inducing chemical denaturation of phosphorus collagen and using wet 3D printing in a supporting bath or coagulation bath. have.

본 발명의 일 측면에 따르면,According to one aspect of the present invention,

(a) 콜라겐 산성 용액을 혼합하여 콜라겐 산성 용액을 제조하는 단계;(a) mixing the collagen acid solution to prepare a collagen acid solution;

(b) 상기 콜라겐 산성 용액을 농축하여 농축된 콜라겐 산성 용액을 제조하는 단계; 및(b) concentrating the collagen acid solution to prepare a concentrated collagen acid solution; and

(c) 상기 농축된 콜라겐 산성 용액에 산성 용액을 첨가함으로써 0.02 N 농도의 산성 용액을 기준으로, 1.5 내지 3.0 %(w/v) 농도의 콜라겐을 포함하는 콜라겐 산성 용액인 3D 프린팅용 바이오 잉크를 제조하는 단계; 를 포함하는 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법이 제공된다.(c) By adding an acidic solution to the concentrated collagen acidic solution, based on an acidic solution having a concentration of 0.02 N, a bio-ink for 3D printing that is a collagen acid solution containing collagen at a concentration of 1.5 to 3.0% (w/v) manufacturing; There is provided a method of manufacturing a bio-ink for 3D printing comprising a.

상기 콜라겐은 동물의 피부, 연골, 장기, 혈관벽, 근육 및 어류의 비늘 중에서 선택된 1종 이상에서 추출된 것일 수 있다.The collagen may be extracted from one or more selected from animal skin, cartilage, organs, blood vessel walls, muscles, and fish scales.

상기 산성 용액은 아세트산 수용액, 인산 수용액, 묽은 염산 수용액, 붕산 수용액, 및 포름산 수용액 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The acidic solution may be any one selected from acetic acid aqueous solution, phosphoric acid aqueous solution, dilute hydrochloric acid aqueous solution, boric acid aqueous solution, and formic acid aqueous solution.

상기 산성 용액은 0.001 내지 0.05 N 농도일 수 있다.The acidic solution may have a concentration of 0.001 to 0.05 N.

단계 (b)에서 상기 농축은 투과막식 농축으로 수행할 수 있다.In step (b), the concentration may be performed by permeation membrane concentration.

상기 투과막식 농축은 2 내지 200 kDa 제한 필터에 의해 수행될 수 있다.The permeable membrane concentration may be performed by a 2 to 200 kDa limiting filter.

상기 투과막식 농축은 4000 내지 8000 rpm 으로 원심분리하여 수행될 수 있다.The permeable membrane concentration may be performed by centrifugation at 4000 to 8000 rpm.

상기 원심분리는 10 내지 30분간 수행될 수 있다.The centrifugation may be performed for 10 to 30 minutes.

단계 (c)이후,After step (c),

(d) 상기 3D 프린팅용 바이오 잉크에 생리활성인자를 포함시키는 단계;를 추가로 수행할 수 있다.(d) including a physiologically active factor in the bio-ink for 3D printing; may be additionally performed.

가장 바람직하게는, Most preferably,

단계 (a) 및 (c)에서, 상기 산성 용액은 0.001 내지 0.05 N 농도의 아세트산 수용액을 사용하고, 단계 (b)에서, 상기 농축은 2800 내지 3200 Da 제한 필터에 의한 투과막식 농축이고, 상기 투과막식 농축은 4800 내지 5200 rpm 으로 18 내지 22분 동안 원심분리하여 수행할 수 있다.In steps (a) and (c), the acidic solution uses an aqueous acetic acid solution having a concentration of 0.001 to 0.05 N, and in step (b), the concentration is a permeation membrane concentration using a 2800 to 3200 Da limiting filter, and the permeation Membrane concentration can be performed by centrifugation at 4800 to 5200 rpm for 18 to 22 minutes.

상기 생리활성인자는 신경재생인자 (Nerve growth factor, NGF), 혈관재생인자 (Vascular endothelial growth factor, VEGF), 및 피부재생인자 (Epidermal growth factor, EGF) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The physiologically active factor may be any one selected from nerve regeneration factor (Nerve growth factor, NGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), and skin regeneration factor (Epidermal growth factor, EGF).

본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법에 따라 제조된 3D 프린팅용 바이오 잉크가 제공된다.There is provided a bio-ink for 3D printing manufactured according to the manufacturing method of the bio-ink for 3D printing.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

(1) 상기 3D 프린팅용 바이오 잉크를 3D 프린터를 이용하여 분사 노즐을 구동시켜 토출시킴으로써 3D 콜라겐 패턴을 형성하는 단계;(1) forming a 3D collagen pattern by discharging the bio-ink for 3D printing by driving a jetting nozzle using a 3D printer;

(2) 상기 3D 콜라겐 패턴을 염기성 용액 증기에 노출시켜 중화된 3D 콜라겐 패턴을 제조하는 단계; 및(2) exposing the 3D collagen pattern to a basic solution vapor to prepare a neutralized 3D collagen pattern; and

(3) 상기 중화된 3D 콜라겐 패턴을 겔화(gelation) 시켜 겔화된 3D 콜라겐 패턴을 제조하는 단계;를 포함하는 3D 프린팅 방법이 제공된다.(3) gelation of the neutralized 3D collagen pattern to prepare a gelled 3D collagen pattern; a 3D printing method comprising the is provided.

단계 (3) 이후,After step (3),

(4) 상기 겔화된 3D 콜라겐 패턴을 PBS 완충용액으로 세척하고, 담지하는 단계;를 추가로 수행할 수 있다.(4) washing the gelled 3D collagen pattern with PBS buffer, and carrying it; may be additionally performed.

단계 (1)의 상기 토출은 5 내지 10 mm/s 의 속도 범위, 및 10 내지 500 kPa 피스톤 압출량 범위에서 수행될 수 있다.The discharging in step (1) may be performed in a speed range of 5 to 10 mm/s, and a piston extrusion amount of 10 to 500 kPa.

단계 (2)의 상기 염기성 용액은 암모니아 수용액, 메틸아민 수용액, 수산화마그네슘 수용액, 및 수산화알루미늄 수용액 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The basic solution of step (2) may be any one selected from an aqueous ammonia solution, an aqueous methylamine solution, an aqueous magnesium hydroxide solution, and an aqueous aluminum hydroxide solution.

단계 (2)에서 상기 염기성 용액 증기의 노출은 2 내지 20분 동안 수행될 수 있다.The exposure of the basic solution vapor in step (2) may be performed for 2 to 20 minutes.

단계 (c)에서 상기 겔화는 30 내지 40℃에서 수행될 수 있다.The gelation in step (c) may be performed at 30 to 40 ℃.

단계 (c)에서 상기 겔화는 2 내지 10분 동안 수행될 수 있다.In step (c), the gelation may be performed for 2 to 10 minutes.

가장 바람직하게는,Most preferably,

단계 (1)에서 상기 토출은 5 내지 10 mm/s 의 속도 범위, 및 200 내지 300 kPa 피스톤 압출량 범위에서 수행하고, 단계 (2)에서 상기 염기성 용액은 암모니아 수용액이고, 암모니아 증기에 8 내지 12분 동안 노출시키고, 단계 (3)에서 상기 겔화는 34 내지 37℃에서 3 내지 7분 동안 수행될 수 있다.In step (1), the discharge is performed in a speed range of 5 to 10 mm/s, and in a range of 200 to 300 kPa piston extrusion, and in step (2), the basic solution is an aqueous ammonia solution, and 8 to 12 in ammonia vapor min, and the gelation in step (3) may be performed at 34 to 37° C. for 3 to 7 minutes.

본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 3D 프린팅 방법에 따라 3D 프린팅된 3D 패턴이 제공된다.According to the 3D printing method, a 3D printed 3D pattern is provided.

본 발명의 콜라겐 바이오잉크를 이용하여 3D 프린팅한 3D 프린팅 패턴은 생체 내 물질인 콜라겐으로 이루어져 있으므로 생체 적합성이 우수하고, 여기에 다양한 생리활성인자를 함유시켜 재생의학에 유용하게 사용될 수 있고, 그 자체로 강한 기계적 물성을 가지므로 물성 강화용 보조제, 화학적 가교 처리, 지지체 등이 필요없는 장점이 있다.The 3D printing pattern 3D-printed using the collagen bio-ink of the present invention is made of collagen, which is an in vivo material, so it has excellent biocompatibility and can be usefully used in regenerative medicine by containing various physiologically active factors therein. As it has strong mechanical properties, it has the advantage that it does not require an auxiliary for strengthening physical properties, chemical crosslinking treatment, and a support.

도 1은 본 발명의 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 3D 프린팅 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 실시예 1 내지 3의 공정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 실시예 3에 따른 3D 프린팅의 모습을 촬영한 사진이다.
도 5는 실시예 3에 따라 3D 프린팅된 콜라겐의 모습을 나타낸 것이다.
1 is a flowchart sequentially illustrating a method of manufacturing a bio-ink for 3D printing of the present invention.
2 is a flowchart sequentially showing the 3D printing method of the present invention.
3 is a schematic diagram showing the process of Examples 1 to 3;
4 is a photograph taken of the state of 3D printing according to Example 3.
5 shows the appearance of 3D printed collagen according to Example 3.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily carry out the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, the detailed description thereof will be omitted. .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is only used to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, element, or combination thereof described in the specification exists, but is one or more other features or It should be understood that the existence or addition of numbers, steps, acts, elements, or combinations thereof, is not precluded in advance.

도 1은 본 발명의 3D 프린팅용 바이오잉크의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 3D 프린팅용 바이오잉크의 제조방법을 설명하도록 한다.1 is a flowchart sequentially illustrating a method of manufacturing a bio-ink for 3D printing of the present invention. Hereinafter, a method of manufacturing the bio-ink for 3D printing of the present invention will be described with reference to FIG. 1 .

먼저, 콜라겐 산성 용액을 혼합하여 콜라겐 산성 용액을 제조한다(단계 a).First, the collagen acid solution is mixed to prepare the collagen acid solution (step a).

상기 콜라겐은 동물의 피부, 연골, 장기, 혈관벽, 근육 및 어류의 비늘 중에서 선택된 1종 이상에서 추출된 것이 바람직하다.The collagen is preferably extracted from at least one selected from animal skin, cartilage, organs, blood vessel walls, muscles, and fish scales.

콜라겐이란 단백질의 일종으로 길고 가는 섬유형태이고, 체내에서 세포와 세포 사이를 연결하는 역할을 한다. 따라서 다세포가 다수 집합되어 있는 부위에는 반드시 콜라겐이 존재한다. 이에 따라, 콜라겐은 단세포의 동물에는 존재하지 않으며, 다세포 동물의 피부, 뼈, 연골, 혈관벽 등에 다량 존재한다. 또한, 콜라겐은 우리 몸을 구성하는 단백질 중, 무려 1/3을 차지하는 중요한 성분이며, 소장에서 흡수된 영양소는 콜라겐을 매개체로 각 세포에 전해진다. 노폐물도 콜라겐을 통해 혈관으로 운반되어 몸 밖으로 배출될 수 있으며, 안구의 투명한 수정체도 콜라겐으로 구성되며, 치아의 상아질의 일부, 잇몸이나 치근막도 콜라겐을 포함하고 있다.Collagen is a type of protein in the form of long and thin fibers and plays a role in connecting cells to cells in the body. Therefore, collagen is always present in a site where a large number of multi-cells are gathered. Accordingly, collagen is not present in unicellular animals, but is present in large amounts in skin, bones, cartilage, and blood vessel walls of multicellular animals. In addition, collagen is an important component that accounts for a whopping 1/3 of the proteins that make up our body, and nutrients absorbed from the small intestine are delivered to each cell through collagen as a medium. Wastes can also be transported to blood vessels through collagen and discharged out of the body, and the transparent lens of the eye is also composed of collagen, and a part of the dentin of teeth, gums and periodontal fascia also contains collagen.

상기 산성 용액은 아세트산 수용액, 인산 수용액, 묽은 염산 수용액, 붕산 수용액, 및 포름산 수용액 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 인체에 무해한 아세트산 수용액을 사용할 수 있다. As the acidic solution, an aqueous acetic acid solution, an aqueous phosphoric acid solution, a dilute aqueous hydrochloric acid solution, an aqueous boric acid solution, an aqueous formic acid solution, etc. may be used, and preferably an acetic acid aqueous solution harmless to the human body may be used.

상기 산성 용액은 0.001 내지 0.05 N 농도인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 0.03 N, 더욱 더 바람직하게는 0.01 내지 0.02 N 농도일 수 있다. 0.001 N 보다 농도가 낮으면 산성화 콜라겐의 일부가 중화되어 겔화되는 문제가 발생할 수 있고, 0.05 N 보다 농도가 높으면 산에 의해 콜라겐 자체의 구조가 변형되는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.The acidic solution may have a concentration of 0.001 to 0.05 N, more preferably 0.005 to 0.03 N, and even more preferably 0.01 to 0.02 N concentration. If the concentration is lower than 0.001 N, a part of the acidified collagen may be neutralized and gelation may occur, and if the concentration is higher than 0.05 N, the structure of the collagen itself may be modified by acid, which is not preferable.

다음으로, 상기 콜라겐 산성 용액을 농축하여 농축된 콜라겐 산성 용액을 제조한다(단계 b).Next, the collagen acid solution is concentrated to prepare a concentrated collagen acid solution (step b).

상기 농축은 투과막식 농축으로 수행하는 것이 바람직하며, 이와 같은 투과막식 농축은 2 내지 200 kDa의 제한 필터에 의해 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 100 kDa, 더욱 더 바람직하게는 3 내지 10 kDa의 제한 필터에 의해 수행될 수 있다. 2 kDa 보다 작은 크기로 필터링하는 경우 콜라겐 응축시 원심분리기의 rpm을 높여야 하므로 튜브가 그 속도를 견디지 못할 수 있고, 200 kDa 보다 큰 크기로 필터링하는 경우 콜라겐이 투과막 안에 농축되지 않고 바깥으로 빠져나갈 수 있어 바람직하지 않다. The concentration is preferably carried out by a permeation membrane concentration, and such a permeation membrane concentration is preferably carried out by a limiting filter of 2 to 200 kDa, more preferably 2.5 to 100 kDa, even more preferably 3 to This can be done by a limiting filter of 10 kDa. When filtering with a size smaller than 2 kDa, the tube may not be able to withstand the speed because the rpm of the centrifuge must be increased to condense collagen. may not be preferable.

한편, 상기 투과막식 농축은 4000 내지 8000 rpm 으로 원심분리함으로써 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 4500 내지 6000 rpm, 더욱 더 바람직하게는 4800 내지 5200 rpm으로 원심분리할 수 있다. 4000 rpm 보다 작은 회전수로 원심분리하는 경우에는 농축이 충분히 일어나기 어렵고, 8000rpm 보다 높은 회전수로 원심분리하는 경우에는 튜브가 원심력을 견디지 못하는 문제가 발생할 수 있다.Meanwhile, the permeable membrane concentration is preferably performed by centrifugation at 4000 to 8000 rpm, more preferably 4500 to 6000 rpm, even more preferably 4800 to 5200 rpm. In the case of centrifugation at a rotation speed lower than 4000 rpm, it is difficult to sufficiently concentrate, and in the case of centrifugation at a rotation speed higher than 8000 rpm, a problem may occur that the tube cannot withstand centrifugal force.

상기 원심분리는 10 내지 30분간 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 내지 25분, 더욱 더 바람직하게는 18 내지 22분 동안 수행될 수 있다.The centrifugation is preferably performed for 10 to 30 minutes, more preferably 15 to 25 minutes, even more preferably 18 to 22 minutes.

이후, 상기 농축된 콜라겐 산성 용액에 산성 용액을 첨가함으로써 0.02 N 농도의 산성 용액을 기준으로, 1.5 내지 3.0 %(w/v) 농도의 콜라겐을 포함하는 콜라겐 산성 용액인 3D Then, by adding an acidic solution to the concentrated collagen acidic solution, 3D collagen acidic solution containing collagen at a concentration of 1.5 to 3.0% (w/v) based on an acidic solution having a concentration of 0.02 N 프린팅용for printing 바이오잉크를 제조한다(단계 c). Prepare the bio-ink (step c).

상기 산성 용액은 단계 (a)에서 사용한 산성 용액과 동일한 것을 사용할 수 있다. The acidic solution may be the same as the acidic solution used in step (a).

최종 제조된 3D 프린팅용 바이오잉크의 콜라겐 농도는 0.02 N 농도의 산성 용액을 기준으로, 1.5 내지 3.0 %(w/v)인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.8 내지 2.7 %(w/v), 더욱 더 바람직하게는 2.0 내지 2.5 %(w/v) 일 수 있다. 최종 콜라겐 농도가 1.5 %(w/v) 보다 낮으면 기계적 물성이 약해 형상 유지가 어려울 수 있고, 3.0 %(w/v) 보다 높으면 프린터로부터 토출이 원활하지 않고 세밀한 패턴 형성이 어려울 수 있다.The collagen concentration of the finally prepared bio-ink for 3D printing is preferably 1.5 to 3.0% (w/v), more preferably 1.8 to 2.7% (w/v), based on an acidic solution having a concentration of 0.02 N, Even more preferably, it may be 2.0 to 2.5% (w/v). If the final collagen concentration is lower than 1.5% (w/v), mechanical properties may be weak and it may be difficult to maintain the shape, and if it is higher than 3.0% (w/v), ejection from the printer may not be smooth and it may be difficult to form a detailed pattern.

필요한 경우, 상기 3D If necessary, the 3D 프린팅용for printing 바이오잉크에 in bio ink 생리활성인자를bioactive factors 포함시킬to include 수 있다(단계 d). can (step d).

상기 생리활성인자는 신경재생인자 (Nerve growth factor, NGF), 혈관재생인자 (Vascular endothelial growth factor, VEGF), 피부재생인자 (Epidermal growth factor, EGF) 등일 수 있다.The physiologically active factor may be nerve regeneration factor (Nerve growth factor, NGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), skin regeneration factor (Epidermal growth factor, EGF), and the like.

상기 생리활성인자는 세포의 거동을 조절할 수 있으며, 하나 또는 복수 개로 포함될 수 있다.The physiologically active factors may control the behavior of cells, and may be included in one or a plurality of pieces.

특히, 하기 실시예에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 3D 프린팅용 바이오잉크의 제조방법에 있어서, 단계 (a) 및 (c)에서, 산성 용액의 종류 및 노르말 농도, 단계 (b)에서, 농축 방법, 투과막식 농축에서 필터의 필러링 조건, 원심분리의 회전수 및 시간 조건을 달리하면서 3D 프린팅용 바이오잉크를 제조하였다.In particular, although not explicitly described in the following examples, in the method for manufacturing the bio-ink for 3D printing according to the present invention, in steps (a) and (c), the type and normal concentration of the acidic solution, step (b) In, bio-ink for 3D printing was prepared while varying the concentration method, the filtering conditions of the filter in the permeable membrane concentration, the rotation speed and time conditions of centrifugation.

이와 같이 제조된 3D 프린팅용 바이오잉크의 품질을 확인한 결과, 다른 조건과는 달리 아래의 조건을 모두 만족하는 경우에만, 3D 프린팅용 바이오잉크를 프린팅 하였을 때 토출이 원활하며 패턴의 해상도가 높게 형성되었으며 기계적 물성 또한 매우 우수할 뿐 아니라, 단계 (d)에서 생리활성인자의 첨가가 용이하며 균일하게 분포시킬 수 있고, 이에 따라 제조된 바이오 잉크로 이후 설명할 본 발명의 3D 프린팅 방법에 따라 3D 패턴을 제조하고 이를 인체에 적용하였을 때 생리활성인자의 방출 속도가 가장 적합한 상태로 이루어져 인체에 적용시 생리활성인자 활성에 따른 세포 거동 효과가 매우 높게 나타났다. 이와 같은 효과를 현저히 증가시키는 조건은 아래와 같다.As a result of checking the quality of the bio-ink for 3D printing produced in this way, unlike other conditions, only when all of the following conditions are satisfied, the ejection is smooth and the pattern resolution is high when printing the bio-ink for 3D printing. The mechanical properties are also very excellent, and the addition of the physiologically active factor in step (d) can be easily and uniformly distributed, and the bio-ink prepared according to the 3D printing method of the present invention, which will be described later, produces a 3D pattern. When it was manufactured and applied to the human body, the release rate of the physiologically active factor was the most suitable, and when applied to the human body, the cell behavior effect according to the physiologically active factor activity was very high. The conditions for remarkably increasing this effect are as follows.

단계 (a) 및 (c)에서, 상기 산성 용액은 0.01 내지 0.02 N 농도의 아세트산 수용액을 사용하고, 단계 (b)에서, 상기 농축은 2800 내지 3200 Da 제한 필터에 의한 투과막식 농축이고, 상기 투과막식 농축은 4800 내지 5200 rpm 으로 18 내지 22분 동안 원심분리하여 수행하는 것이다.
In steps (a) and (c), the acidic solution uses an aqueous acetic acid solution having a concentration of 0.01 to 0.02 N, and in step (b), the concentration is a permeation membrane concentration by a 2800 to 3200 Da limiting filter, and the permeation Membrane concentration is performed by centrifugation at 4800 to 5200 rpm for 18 to 22 minutes.

본 발명은 상기 3D 프린팅용 바이오잉크의 제조방법에 따라 제조된 3D 프린팅용 바이오잉크를 제공한다.The present invention provides a bio-ink for 3D printing manufactured according to the manufacturing method of the bio-ink for 3D printing.

도 2는 본 발명의 3D 프린팅 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 3D 프린팅 방법을 설명하도록 한다.2 is a flowchart sequentially showing the 3D printing method of the present invention. The 3D printing method of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .

먼저, 상기 3D First, the 3D 프린팅용for printing 바이오잉크를 3D 프린터를 이용하여 분사 노즐을 구동시켜 Bio-ink using a 3D printer to drive a spray nozzle 토출시킴으로써by discharging 3D 콜라겐 패턴을 형성한다(단계 1). Form a 3D collagen pattern (step 1).

상기 토출은 5 내지 10 mm/s 속도 범위와 10 내지 500 kPa 피스톤 압력 범위에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100 내지 400 kPa, 더욱 더 바람직하게는 200 내지 300 kPa 피스톤 압력으로 수행될 수 있다.The discharging is preferably performed in a speed range of 5 to 10 mm/s and a piston pressure of 10 to 500 kPa, more preferably 100 to 400 kPa, even more preferably 200 to 300 kPa piston pressure. have.

상기 속도 범위의 하한에 미치지 못하는 경우, 생산성이 낮아지고 상기 속도 범위의 상한을 넘어설 경우 형성된 패턴이 일그러질 수 있다. 또한 상기 압력 범위의 상한을 넘어설 경우, 콜라겐이 부드럽게 선 형태로 배출되지 못하고 덩어리 형태로 불균형한 형상으로 배출될 수 있으며, 상기 압력 범위의 하한에 미치지 못하는 경우 콜라겐의 점성에 의한 저항으로 인해 노즐로부터 원활한 배출이 이루어지지 않을 수 있다.If it does not reach the lower limit of the speed range, productivity is lowered, and when the upper limit of the speed range is exceeded, the formed pattern may be distorted. In addition, when the upper limit of the pressure range is exceeded, the collagen cannot be smoothly discharged in a linear form and may be discharged in an unbalanced shape in the form of a lump. It may not be able to be discharged smoothly from the

다음으로, 상기 3D 콜라겐 패턴을 염기성 용액 증기에 노출시켜 중화된 3D 콜라겐 패턴을 제조한다(단계 2).Next, a neutralized 3D collagen pattern is prepared by exposing the 3D collagen pattern to a basic solution vapor (step 2).

상기 염기성 용액은 암모니아 수용액, 메틸아민 수용액, 수산화마그네슘 수용액, 및 수산화알루미늄 수용액 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 암모니아 수용액을 사용할 수 있다.The basic solution is preferably any one selected from an aqueous ammonia solution, an aqueous methylamine solution, an aqueous magnesium hydroxide solution, and an aqueous aluminum hydroxide solution, and more preferably, an aqueous ammonia solution may be used.

염기성 수용액은 25 내지 30 %(v/v) 농도인 것을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use a basic aqueous solution having a concentration of 25 to 30% (v/v).

상기 염기성 용액 증기의 노출은 2 내지 20분 동안 이루어지는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5 내지 15분 동안, 더욱 더 바람직하게는 8 내지 12분 동안 이루어질 수 있다. 2분보다 짧은 시간 노출은 3D 콜라겐 패턴의 중화가 충분히 이루어질 수 없고, 20분보다 더 많은 시간의 노출은 중화가 완료되어 불필요한 공정일 뿐만 아니라 콜라겐 분자의 변형을 초래할 수 있다.The exposure of the basic solution vapor is preferably made for 2 to 20 minutes, more preferably for 5 to 15 minutes, even more preferably for 8 to 12 minutes. A time exposure shorter than 2 minutes may not sufficiently neutralize the 3D collagen pattern, and exposure for a time longer than 20 minutes may result in complete neutralization, which is not only an unnecessary process, but also may lead to deformation of collagen molecules.

다음으로, 상기 중화된 3D 콜라겐 패턴을 Next, the neutralized 3D collagen pattern 겔화gelation (( gelationgelation ) 시켜 ) let 겔화된gelled 3D 콜라겐 패턴을 제조한다(단계 3). Prepare a 3D collagen pattern (step 3).

30 내지 40℃에서 2 내지 10분 동안 수행하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 34 내지 37℃에서 3 내지 7분 동안 수행할 수 있다.It is preferably carried out at 30 to 40° C. for 2 to 10 minutes, and more preferably, it may be carried out at 34 to 37° C. for 3 to 7 minutes.

마지막으로, 상기 Finally, the above 겔화된gelled 3D 콜라겐 패턴을 3D Collagen Pattern PBSPBS 완충용액으로 세척하고, washed with buffer, 담지한다carry (단계 4).(Step 4).

특히, 하기 실시예에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 3D 프린팅 방법에 있어서, 단계 (1)에서 토출 속도 및 압력, 단계 (2)에서 염기성 용액의 종류 및 증기 노출 시간, 단계 (3)에서 겔화 온도 및 시간 조건을 달리하면서 3D 프린팅을 수행하였다. In particular, although not explicitly described in the following examples, in the 3D printing method according to the present invention, the discharge rate and pressure in step (1), the type and vapor exposure time of the basic solution in step (2), step (3) ), 3D printing was performed while varying the gelation temperature and time conditions.

이와 같이 형성된 3D 콜라겐 패턴의 품질을 확인한 결과, 다른 조건과는 달리 아래의 조건을 모두 만족하는 경우에만, 3D 콜라겐 패턴의 기계적 물성 및 패턴의 정확도 즉 해상도가 매우 높게 형성될 뿐 아니라, 인체 내 적용시 조직 내에서 안정적으로 형태를 유지할 수 있다. 또한, PBS 완충용액 세척 후 잔여 불순물이 거의 없어 불순물 침착에 따른 인체 부작용도 나타나지 않았다. 이와 같은 효과를 나타내는 제조 조건은 아래와 같다.As a result of checking the quality of the 3D collagen pattern formed in this way, unlike other conditions, only when all of the following conditions are satisfied, the mechanical properties of the 3D collagen pattern and the accuracy of the pattern, i.e., resolution, are formed with very high resolution and can be applied to the human body. It can maintain its shape stably within the city organization. In addition, there were almost no residual impurities after washing with PBS buffer, so there were no adverse effects on the human body due to impurity deposition. The manufacturing conditions exhibiting such an effect are as follows.

단계 (1)에서 상기 토출은 5 내지 10 mm/s 의 속도 범위, 및 200 내지 300 kPa 피스톤 압력 범위에서 수행하고, 단계 (2)에서 상기 염기성 용액은 암모니아 수용액이고, 암모니아 증기에 8 내지 12분 동안 노출시키고, 단계 (3)에서 상기 겔화는 34 내지 37℃에서 3 내지 7분 동안 수행되는 것이다.In step (1), the discharging is performed in a speed range of 5 to 10 mm/s, and a piston pressure range of 200 to 300 kPa, and in step (2), the basic solution is an aqueous ammonia solution, and ammonia vapor for 8 to 12 minutes and the gelation in step (3) is carried out at 34 to 37° C. for 3 to 7 minutes.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 들어 구체적으로 설명하도록 한다.
Hereinafter, examples according to the present invention will be described in detail.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1: 바이오잉크의 제조 1: Preparation of bio-ink

8 mg/㎖ 농도의 콜라겐 산성 용액(Corning® Collagen I, High Concentration, Rat Tail, 0.02 N 아세트산에 용해됨)을 3000 달튼(Da) 제한 필터막이 포함된 투과막식 농축기(Amicon)에 넣었다. 5000 rpm 조건으로 20 분간 원심분리를 시킨 후, 농축된 콜라겐 용액을 취하였다. 농축된 콜라겐 용액에 0.01 N 아세트산 용액으로 농도를 맞추어 22 mg/㎖ 농도의 콜라겐 용액인 바이오잉크를 완성하였다.
An acidic solution of collagen at a concentration of 8 mg/ml (Corning® Collagen I, High Concentration, Rat Tail, dissolved in 0.02 N acetic acid) was placed in a permeable membrane concentrator (Amicon) with a 3000 Dalton (Da) limiting filter membrane. After centrifugation at 5000 rpm for 20 minutes, a concentrated collagen solution was taken. The concentration of the concentrated collagen solution was adjusted with 0.01 N acetic acid solution to complete the bio-ink, which is a collagen solution with a concentration of 22 mg/ml.

실시예Example 2: 생리활성 인자가 함유된 바이오잉크의 제조 2: Preparation of bio-ink containing bioactive factors

실시예 1의 바이오잉크에 0.5 ㎍/㎖ 농도로 신경재생인자(Neural Growth Factor, NGF)를 포함시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 바이오잉크를 완성하였다. 신경재생인자는 0.02 N 아세트산에 녹인 후, 콜라겐 산성용액과 혼합하는 방법으로 함유시키고 Amicon을 이용하여 농축시켰다.
A bio-ink was completed in the same manner as in Example 1, except that Neural Growth Factor (NGF) was included in the bio-ink of Example 1 at a concentration of 0.5 μg/ml. The nerve regeneration factor was dissolved in 0.02 N acetic acid, mixed with an acidic collagen solution, and concentrated using Amicon.

실시예Example 3: 3D 3: 3D 프린팅printing

실시예 1에서 제조한 바이오잉크를 3D 프린터를 이용하여 분사 노즐을 x, y, z 축으로 구동시키며 7 mm/s의 속도, 250 kPa의 압력으로 토출하였다. 반복적인 적층을 통해 콜라겐 겔로 이루어진 3D 패턴을 구현하였다. 프린팅된 콜라겐 패턴의 중화를 위하여 25 %(v/v) 농도의 암모니아 수용액이 담긴 닫힌 계 안에서 10분간 암모니아 증기에 노출시켰다. 10분 후에 암모니아 챔버로부터 패턴을 꺼내 37℃ 오븐에서 5분간 겔화(gelation)를 유도하였다. 마지막으로, PBS 완충 용액을 이용하여 충분히 세척하고, 2시간 동안 PBS 완충 용액에 담지하였다. 이는 패턴에 남아있는 유해한 암모니아 증기가 세포에 좋지 않은 영향을 미칠 수도 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다. The bio-ink prepared in Example 1 was ejected at a speed of 7 mm/s and a pressure of 250 kPa while driving the injection nozzle in the x, y, and z axes using a 3D printer. A 3D pattern made of collagen gel was realized through repeated lamination. In order to neutralize the printed collagen pattern, it was exposed to ammonia vapor for 10 minutes in a closed system containing a 25% (v/v) aqueous ammonia solution. After 10 minutes, the pattern was removed from the ammonia chamber and gelation was induced in an oven at 37° C. for 5 minutes. Finally, it was thoroughly washed using PBS buffer solution, and immersed in PBS buffer solution for 2 hours. This is to prevent the harmful ammonia vapor remaining in the pattern, as it may adversely affect the cells.

도 3은 실시예 1 내지 3의 공정을 나타낸 개략도이고, 도 4는 실시예 3에 따른 3D 프린팅의 모습을 촬영한 사진이며, 도 5는 실시예 3에 따라 3D 프린팅된 콜라겐의 모습을 나타낸 것이다.
3 is a schematic diagram showing the process of Examples 1 to 3, FIG. 4 is a photograph taken of the 3D printing according to Example 3, and FIG. 5 is a 3D printed collagen according to Example 3. .

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
In the above, although embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by, etc., and this will also be included within the scope of the present invention.

Claims (21)

(a) 콜라겐과 산성 용액을 혼합하여 콜라겐 산성 용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 콜라겐 산성 용액을 농축하여 농축된 콜라겐 산성 용액을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 농축된 콜라겐 산성 용액에 산성 용액을 첨가함으로써 0.02 N 농도의 산성 용액을 기준으로, 1.5 내지 3.0 %(w/v) 농도의 콜라겐을 포함하는 콜라겐 산성 용액인 3D 프린팅용 바이오 잉크를 제조하는 단계; 및
(d) 상기 3D 프린팅용 바이오 잉크에 세포의 거동을 조절하는 생리활성인자를 포함시키는 단계;를 포함하고,
상기 산성 용액은 0.001 내지 0.05 N 농도이고,
상기 농축은 투과막식 농축으로 수행하여 투과막 안에 콜라겐이 농축되도록 하고,
상기 생리활성인자는 신경재생인자 (Nerve growth factor, NGF), 혈관재생인자 (Vascular endothelial growth factor, VEGF), 및 피부재생인자 (Epidermal growth factor, EGF) 중에서 선택된 어느 하나이고,
상기 3D 프린팅용 바이오 잉크는 상기 생리활성인자 방출용인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법.
(a) mixing collagen and an acidic solution to prepare an acidic solution of collagen;
(b) concentrating the collagen acid solution to prepare a concentrated collagen acid solution; and
(c) By adding an acidic solution to the concentrated collagen acidic solution, based on an acidic solution having a concentration of 0.02 N, a bio-ink for 3D printing, which is a collagen acid solution containing collagen at a concentration of 1.5 to 3.0% (w/v) manufacturing; and
(d) including a physiologically active factor that controls the behavior of cells in the bio-ink for 3D printing;
The acidic solution has a concentration of 0.001 to 0.05 N,
The concentration is carried out by permeable membrane concentration so that collagen is concentrated in the permeable membrane,
The physiologically active factor is any one selected from nerve regeneration factor (Nerve growth factor, NGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), and skin regeneration factor (Epidermal growth factor, EGF),
The bio-ink for 3D printing is a method of manufacturing a bio-ink for 3D printing, characterized in that it is for releasing the physiologically active factor.
제1항에 있어서,
상기 콜라겐은 동물의 피부, 연골, 장기, 혈관벽, 근육 및 어류의 비늘 중에서 선택된 1종 이상에서 추출된 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법.
According to claim 1,
The collagen is a method of manufacturing a bio-ink for 3D printing, characterized in that it is extracted from at least one selected from animal skin, cartilage, organs, blood vessel walls, muscles, and fish scales.
제1항에 있어서,
상기 산성 용액은 아세트산 수용액, 인산 수용액, 묽은 염산 수용액, 붕산 수용액, 및 포름산 수용액 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법.
According to claim 1,
The acidic solution is an aqueous solution of acetic acid, an aqueous phosphoric acid solution, a dilute aqueous hydrochloric acid solution, an aqueous boric acid solution, and an aqueous formic acid solution.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 투과막식 농축은 2 내지 200 kDa 제한 필터에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법.
According to claim 1,
The permeable membrane concentration is a method for producing a bio-ink for 3D printing, characterized in that performed by a 2 to 200 kDa limiting filter.
제1항에 있어서,
상기 투과막식 농축은 4000 내지 8000 rpm 으로 원심분리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법.
According to claim 1,
The permeable membrane concentration is a method for producing a bio-ink for 3D printing, characterized in that performed by centrifugation at 4000 to 8000 rpm.
제7항에 있어서,
상기 원심분리는 10 내지 30분간 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The centrifugation is a method for producing a bio-ink for 3D printing, characterized in that it is performed for 10 to 30 minutes.
삭제delete 제1항에 있어서,
단계 (a) 및 (c)에서, 상기 산성 용액은 아세트산 수용액을 사용하고,
단계 (b)에서, 상기 농축은 2800 내지 3200 Da 제한 필터에 의한 투과막식 농축이고, 상기 투과막식 농축은 4800 내지 5200 rpm 으로 18 내지 22분 동안 원심분리하여 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅용 바이오 잉크의 제조방법.
According to claim 1,
In steps (a) and (c), the acidic solution uses an aqueous acetic acid solution,
In step (b), the concentration is a permeation membrane concentration by a 2800 to 3200 Da limiting filter, and the permeation membrane concentration is performed by centrifugation at 4800 to 5200 rpm for 18 to 22 minutes for 3D printing bio A method for producing ink.
삭제delete 제1항 내지 제3항, 제6항 내지 제8항, 및 제10항 중에서 선택된 어느 한 항에 따라 제조된 3D 프린팅용 바이오 잉크.Claims 1 to 3, claims 6 to 8, and claim 10, bio-ink for 3D printing manufactured according to any one selected from. (1) 제12항의 3D 프린팅용 바이오 잉크를 3D 프린터를 이용하여 분사 노즐을 구동시켜 토출시킴으로써 3D 콜라겐 패턴을 형성하는 단계;
(2) 상기 3D 콜라겐 패턴을 염기성 용액 증기에 노출시켜 중화된 3D 콜라겐 패턴을 제조하는 단계; 및
(3) 상기 중화된 3D 콜라겐 패턴을 겔화(gelation) 시켜 겔화된 3D 콜라겐 패턴을 제조하는 단계;를 포함하는 3D 프린팅 방법.
(1) forming a 3D collagen pattern by discharging the bio-ink for 3D printing of claim 12 by driving a jetting nozzle using a 3D printer;
(2) exposing the 3D collagen pattern to a basic solution vapor to prepare a neutralized 3D collagen pattern; and
(3) gelation of the neutralized 3D collagen pattern to prepare a gelled 3D collagen pattern; 3D printing method comprising a.
제13항에 있어서,
단계 (3) 이후,
(4) 상기 겔화된 3D 콜라겐 패턴을 PBS 완충용액으로 세척하고, 담지하는 단계;를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
14. The method of claim 13,
After step (3),
(4) Washing the gelled 3D collagen pattern with a PBS buffer solution, and supporting the 3D printing method, characterized in that performing additionally.
제13항에 있어서,
단계 (1)의 상기 토출은 5 내지 10 mm/s 의 속도 범위, 및 10 내지 500 kPa 피스톤 압력범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
14. The method of claim 13,
3D printing method, characterized in that the ejection of step (1) is performed in a speed range of 5 to 10 mm/s, and a piston pressure range of 10 to 500 kPa.
제13항에 있어서,
단계 (2)의 상기 염기성 용액은 암모니아 수용액, 메틸아민 수용액, 수산화마그네슘 수용액, 및 수산화알루미늄 수용액 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
14. The method of claim 13,
The basic solution of step (2) is a 3D printing method, characterized in that any one selected from ammonia aqueous solution, methylamine aqueous solution, magnesium hydroxide aqueous solution, and aluminum hydroxide aqueous solution.
제13항에 있어서,
단계 (2)에서 상기 염기성 용액 증기의 노출은 2 내지 20분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
14. The method of claim 13,
3D printing method, characterized in that the exposure of the basic solution vapor in step (2) is performed for 2 to 20 minutes.
제13항에 있어서,
단계 (3)에서 상기 겔화는 30 내지 40℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
14. The method of claim 13,
3D printing method, characterized in that the gelation in step (3) is carried out at 30 to 40 ℃.
제18항에 있어서,
단계 (3)에서 상기 겔화는 2 내지 10분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
19. The method of claim 18,
3D printing method, characterized in that the gelation in step (3) is performed for 2 to 10 minutes.
제13항에 있어서,
단계 (1)에서 상기 토출은 5 내지 10 mm/s 의 속도 범위, 및 200 내지 300 kPa 피스톤 압출량 범위 에서 수행하고,
단계 (2)에서 상기 염기성 용액은 암모니아 수용액이고, 암모니아 증기에 8 내지 12분 동안 노출시키고,
단계 (3)에서 상기 겔화는 34 내지 37℃에서 3 내지 7분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 방법.
14. The method of claim 13,
The discharging in step (1) is performed in a speed range of 5 to 10 mm/s, and in a range of 200 to 300 kPa piston extrusion amount,
In step (2), the basic solution is an aqueous ammonia solution, exposed to ammonia vapor for 8 to 12 minutes,
3D printing method, characterized in that the gelation in step (3) is carried out at 34 to 37 ℃ for 3 to 7 minutes.
제13항의 3D 프린팅 방법에 따라 3D 프린팅된 3D 패턴.
A 3D pattern 3D printed according to the 3D printing method of claim 13 .
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009508596A (en) * 2005-09-19 2009-03-05 ヒストジェニックス コーポレイション Cell support substrate and preparation method thereof
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KR102556540B1 (en) * 2016-10-12 2023-07-18 어드밴스드 바이오매트릭스, 인코포레이티드 Three-dimensional (3-D) printing inks made from natural extracellular matrix molecules

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009508596A (en) * 2005-09-19 2009-03-05 ヒストジェニックス コーポレイション Cell support substrate and preparation method thereof
JP2019518078A (en) * 2016-05-26 2019-06-27 ティーディービーティー アイピー インコーポレイティド 3D printable biogel and method of use
KR102010560B1 (en) 2017-10-16 2019-08-13 성균관대학교산학협력단 Scaffold for hard tissue regeneration comprising collagen and biologically active substance crosslinked by tannic acid, and preparing method thereof

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