KR102306011B1

KR102306011B1 - 이중 3차원 박막 구조체로 이루어진 조직공학용 스캐폴드 및 이를 포함한 생체반응기

Info

Publication number: KR102306011B1
Application number: KR1020190068968A
Authority: KR
Inventors: 강기주; 지아페이 구; 한승철
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2021-09-27
Also published as: KR20200141869A; WO2020251281A1

Abstract

본 발명은 조직공학용 스캐폴드, 이러한 스캐폴드를 응용한 생체반응기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스캐폴드는, 내부가 2개의 계면에 의해 분리 구획되어 서로 꼬인 형태의 3개의 부공간을 갖는 3차원 박막 구조체를 이용한 조직공학용 스캐폴드로서, 상기 3개의 부공간은 제1 공간, 제2 공간 및 제3 공간을 포함하고, 상기 2개의 계면은 선택적 투과성을 갖는 다공성 박막 재질로 구성되며 서로 접촉하지 않는 제1 계면 및 제2 계면을 포함하고, 상기 제1 계면은 상기 제1 공간과 제2 공간 사이를 분리 구획하고, 상기 제2 계면은 상기 제1 공간과 제3 공간 사이를 분리 구획하고, 상기 제1 공간은 세포가 배양되는 공간으로 제공되고, 상기 제2 공간은 상기 세포 배양시 사용되는 대사유입물을 위한 통로로 제공되며, 상기 제3 공간은 상기 세포를 배양하는 과정에서 배출되는 대사폐기물을 위한 통로로 각각 제공되는 것을 특징으로 하며, 이러한 스캐폴드를 그 내부에 수용하고 물질대사물의 입구 및 출구가 구비된 하우징을 포함하여 생체반응기를 구성할 수 있다.

Description

이중 3차원 박막 구조체로 이루어진 조직공학용 스캐폴드 및 이를 포함한 생체반응기{TISSUE ENGINEERING SCAFFOLD COMPOSED OF DUAL THREE-DIMENSIONAL SHELL STRUCTURE AND BIOREACTOR PROVIDED WITH THE SAME}

본 발명은 조직공학용 스캐폴드, 이러한 스캐폴드를 응용한 생체반응기에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 스캐폴드에 이용되는 3차원 박막 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 조직공학(tissue engineering)이란 생체조직의 성장원리를 이해하고 의료 목적으로 기능적인 대체 조직을 생산하기 위하여 이를 응용하는 기술을 의미한다. 스캐폴드(scaffold)는 생체조직이 3차원으로 형성되도록 지지하는 역할을 하는 인공적인 구조체로서 조직공학의 핵심적인 요소이다. 이러한 스캐폴드에 대해서는, 첫째로 세포의 성장과 영양분, 산소와 물질대사폐기물의 유동전달이 가능하도록 서로 연결된 내부공간을 갖는 3차원 다공질 구조를 가질 것, 둘째로 생체적합성(biocompatibility) 및 생체흡수성(bioresolbable)(구체적으로 체외 또는 체내에서 세포 및 조직성장에 맞추어 분해되거나 흡수되는 속도를 조절가능할 수 있는 생체흡수성)을 가질 것, 셋째로 표면이 세포의 부착, 증식, 분화에 적합한 화학적 특성을 가질 것, 넷째로 이식될 부분의 주변조직에 어울리도록 적절한 기계적 강도(strength)와 강성(stiffness)를 가질 것 등의 조건이 요구되며, 특히 상기 두번째에서 네번째의 조건은 연골 또는 뼈 조직용 스캐폴드에 독자적으로 요구되는 것으로 알려져 있다(D.W. Hutmacher. Scaffolds in tissue engineering bone and cartilage. Biomaterials Vol. 21, pp.2529-2543, 2000.).

종래 전통적인 스캐폴드로서 하드로겔, 전기방사 나노섬유, 발포 또는 염침출 법으로 제조되어 스폰지와 같은 다공질의 불규칙한 구조를 갖는 스캐폴드가 알려져 있으나, 이러한 스캐폴드는 내부 유동이 제한되고 국부적 결함으로 기계적 강도가 낮은 단점을 갖는다. 한편 최근에는 규칙적인 형태의 미세 구조(micro-architecture)가 주기적으로 존재하는 다공질 재료(periodic celluar materials)가 무게대비 강도가 높으며 유동 저항이 낮다는 사실이 알려지면서 이러한 규칙적인 형태의 미세 구조를 스캐폴드로 활용하는 다양한 시도가 최근 이루어지고 있으며, 그 일환으로 특히 TPMS(Triply Periodic Minimal Surface: 3-주기적 최소곡면)를 규칙적인 형태의 미세 구조로 하여 스캐폴드로 활용하는 방안이 시도되고 있다.

상기 TPMS는 3차원 공간상에 스스로 교차하지 않고(non-self intersecting) 주기적으로 반복되는 곡면 구조체로서, 특히 영의 평균곡률(zero mean curverture)을 갖는다(Gesammelte Mathematische Abhandlungen, Springer). 이러한 TPMS는 도 1에 나타낸 바와 같이 다양한 형태가 존재하며, 내부 공간이 계면을 경계로 각기 연속인 2 개의 부공간(subvolume)으로 나뉜다. 이 경우 양 부공간의 체적비가 1:1로 동일하지만 체적비가 다른 경우에도 양 부공간을 나누는 평균곡률이 균일(constant)한 최소 표면적(minimal surface)의 곡면을 정의할 수 있는데 이 곡면 또한 TPMS라고 한다(참고문헌: M. Maldovan and E. L. Thomas. Periodic Materials and Interference Lithography. 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ISBN: 978-3-527-31999-2). 한편 TPMS 형태의 박막 구조체를 제조하는 실용적인 공정으로서 광 리소그래피를 기반으로 박막의 다면 구조체를 제조하는 방법을 응용하여 도 1에 도시된 P-surface 와 유사한 형태로 제조하는 방법이 알려져 있다(S.C. Han, J.W. Lee, K. Kang. A new type of low density material; Shellular. Advanced Materials, Vol.27, pp.5506-5511, 2015.).

최근의 TPMS를 규칙적인 형태의 미세 구조로 하여 스캐폴드로 활용하는 방안의 일예로, 도 2의 (a)와 같이 TPMS로 분리되는 두 부공간 중 한쪽 부공간(subvolume)이 고체로 채워진 형태의 스캐폴드(S. Rajagopalan, R.A. Robb. Schwarz meets Schwann: design and fabrication of biomorphic and durataxic tissue engineering scaffolds. Med Image Anal., Vol.10, pp.693-712, 2006.), 도 2의 (b)와 같이 TPMS로 분리되는 두 부공간이 비어 있고 그 경계면이 고체(solid)인 형태의 스캐폴드(S.C. Kapfer, S.T. Hyde, K. Mecke, C.H. Arns, G.E. Schroder-Turk. Minimal surface scaffold designs for tissue engineering, Biomaterials. Vol. 32, pp.6875-6882, 2011.) 등이 알려져 있다.

도 2의 (a) 및 (b)에 따른 스캐폴드는 무게 대비 강도가 대체로 우수하고 빈공간에서 유체투과성이 우수하지만, 기본적으로 대사유입물 또는 대사폐기물 등의 이동 통로가 되는 공간이 세포가 배양되는 공간과 '동일'하기 때문에 세포 배양과정에서 증식되는 세포로 인해 시간이 지남에 따라 상기한 대사유입물 또는 대사폐기물의 이동이 제한되고 결과적으로 체외(in-vitro) 조직성장 깊이가 표면으로부터 대략 500㎛ 이하로 제한되는 한계가 있다(L.E. Freed, G. Vunjak-Novakovic. Culture of organized cell communities. Adv. Drug Deliver Rev., Vol.33, pp.15-30, 1998.). 또한 연골이나 뼈 조직용 스캐폴드로 활용하는 경우에 있어서는 필요한 강도를 갖기 위해 스캐폴드 내에 고체가 차지하는 부피가 많을 수 밖에 없으며, 따라서 체외 또는 체내에서 세포 및 조직성장에 맞추어 분해되거나 흡수되어야 하는 고체 물질의 양이 많아져서 물질의 선택이 제한되고 인체에 부담이 될 수 있고 또한 그만큼 기공이 차지하는 부피가 낮아 유체투과성이 나빠지기 쉽다.

한편 본 발명자 등은 대한민국 특허 제10-1840021호에서 상기 도 2의 (a) 및 (b) TPMS 형태의 스캐폴드가 갖는 문제점을 개선한 조직공학용 스캐폴드 및 이를 포함한 생체반응기에 대해 개시한 바 있다. 대한민국 특허 제10-1840021호에 따른 스캐폴드(10)는, 내부가 계면(14)에 의해 서로 꼬인 형태의 2개의 부공간(110, 120)으로 분리 구획되는 3차원 박막 구조체를 이용한 조직공학용 스캐폴드(10)로서, 특정 물질만을 선택적으로 통과시킬 수 있는 다공성 박막으로 상기 계면(14)을 구성하고, 상기 2개의 부공간(110, 120)을 모두 활용하되 그 중 제1 공간(110)은 세포가 배양되는 공간으로 제공되고 제2 공간(120)은 물질대사물의 이동 통로로 '분리' 제공되는 것을 특징으로 하며(도3), 이러한 스캐폴드를 그 내부에 수용하고 물질대사물의 입구 및 출구가 구비된 하우징을 포함하여 생체반응기를 구성할 것을 제안하였다. 또한 Shiyi 등은 대한민국 특허 제10-1840021호에 따라 실제 생체친화성 폴리머인 PLLA (Poly L-lactic acid)를 이용하여 다공성 박막으로 구성된 스캐폴드 시편을 제작하는 방법을 제시하고 그 특성을 보고하였으며(Shiyi Tan, Jiafei Gu, Seung Chul Han, Dong-Weon Lee, Kiju Kang, “Design and fabrication of a non-clogging scaffold composed of semi-permeable membrane”, Materials & Design, Vol. 142, pp. 229-239, 2018.), 공극율이 87% 이상 임에도 불구하고 뼈 및 연골용으로 개발되고 공극률 70~90%인 종래의 스캐폴드와 대등한 강도와 강성을 가진다고 보고 하였다.

그러나 상기 대한민국 특허 제10-1840021호는 물질대사물 통로용 제2 공간(120)을 세포배양용 제1 공간(110)과 분리되어 제공함으로써 상기 도 2의 (a) 및 (b) TPMS 형태의 스캐폴드가 갖는 문제점을 개선하고는 있지만, 제2 공간(120)이 세포 배양시 사용되는 대사유입물에 대한 통로와 세포를 배양하는 과정에서 배출되는 대사폐기물을 위한 통로로 동시에 사용되는 것에 따른 문제 내지 한계를 여전히 갖고 있다. 구체적으로 상기 대한민국 특허 제10-1840021호에 의하면 물질대사물의 이동 통로로 제공되는 제 2 공간(120)에서 다공성 박막(14)을 통하여 세포가 배양되는 제1 공간(110)으로 영양분이나 산소 등의 대사유입물이 공급되기 위해서는 제2 공간(120)의 압력이 제1 공간(110)보다 높아야 하지만, 이 경우 제1 공간(110)의 세포 대사 후 배출되어야 하는 대사폐기물(metabolic waste)을 제2 공간(120)으로 보낼 수가 없다. 따라서 실제 적용시 제1 공간(110)에서 발생된 대사폐기물을 제거하기 위해서는 제2 공간(120) 뿐만 아니라 제1 공간(110)의 물질도 순환되어야 하지만, 이렇게 되면 제 1 공간(110)에서 배양되는 세포도 함께 유출되는 문제가 있으며, 그렇다고 하여 이를 방지하기 위해 제1 공간(110)을 폐쇄하게 되면 대사폐기물에 의해 오염되어 세포의 배양을 저해하는 또 다른 문제가 발생한다.

- 대한민국 특허 제10-1840021호

- D.W. Hutmacher. Scaffolds in tissue engineering bone and cartilage. Biomaterials Vol. 21, pp.2529-2543, 2000. - Gesammelte Mathematische Abhandlungen, Springer - M. Maldovan and E. L. Thomas. Periodic Materials and Interference Lithography. 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ISBN: 978-3-527-31999-2 - S.C. Han, J.W. Lee, K. Kang. A new type of low density material; Shellular. Advanced Materials, Vol.27, pp.5506-5511, 2015. - S. Rajagopalan, R.A. Robb. Schwarz meets Schwann: design and fabrication of biomorphic and durataxic tissue engineering scaffolds. Med Image Anal., Vol.10, pp.693-712, 2006. - S.C. Kapfer, S.T. Hyde, K. Mecke, C.H. Arns, G.E. Schroder-Turk. Minimal surface scaffold designs for tissue engineering, Biomaterials. Vol. 32, pp.6875-6882, 2011. - L.E. Freed, G. Vunjak-Novakovic. Culture of organized cell communities. Adv. Drug Deliver Rev., Vol.33, pp.15-30, 1998. - Shiyi Tan, Jiafei Gu, Seung Chul Han, Dong-Weon Lee, Kiju Kang, "Design and fabrication of a non-clogging scaffold composed of semi-permeable membrane", Materials & Design, Vol. 142, pp. 229-239, 2018.

본 발명은 기본적으로 종래 대한민국 특허 제10-840021호의 개량에 관계되며, 증식되는 세포에 의해 유로의 막힘 현상을 최소화하면서도, 특히 대사폐기물을 원활히 배출하여 오염을 최소화함과 동시에 배양된 세포의 유출 내지 유실을 최소화할 수 있는 스캐폴드 및 이를 포함하는 생체반응기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 최소한의 고상 물질로 만들어져 조직 성장에 맞추어 분해되거나 흡수가 용이하면서도 유체투과성 및 외부 하중에 대한 강성이 우수하고, 임의의 3차원 형상으로의 외형 설계가 자유로운 스캐폴드 및 이를 포함하는 생체반응기를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 스캐폴드에 활용될 수 있는 3차원 박막 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상기 과제해결을 위해 TPMS와 같이 내부가 계면에 의해 서로 꼬인 형태의 복수의 부공간(subvome)으로 분리구획된 3차원 박막 구조체를 스캐폴드로 활용하는 방안을 집중적으로 연구하는 과정에서, 특히 종래 전통적인 TPMS와 같이 하나의 계면에 의해 2개의 부공간으로 분리구획된 구조를 변형 응용하여 서로 접촉하지 않는 2개의 계면에 의해 3개의 부공간으로 분리구획된 새로운 3차원 박막 구조체를 고안하여 이를 스캐폴드로 활용하는 방안에 착안하였다. 구체적으로, 2개의 계면은 다공성 박막으로 구성하고, 3개의 부공간 중 어느 하나의 공간을 세포가 배양되는 공간으로 할당하는 한편 다공성 박막을 사이에 두고 상기 세포배양 공간과 접하는 나머지 두개의 부공간을 대사유입물을 위한 통로와 대사폐기물을 위한 통로 각각으로 분리 할당함으로써, 종래 대한민국 특허 제10-1840021호에서와 같이 하나의 계면에 의해 2개의 부공간만을 구비한 스캐폴드와 대비할 때 대사폐기물을 보다 원활히 배출하여 오염이 없고 또한 배양된 세포의 유출이 없는 새로운 스캐폴드가 가능하고, 또한 상기 3차원 박막 구조체의 계면들이 특히 특히 TPMS 형태로 구현될 경우 우수한 투과성에 수반하여 소망하는 강성이 도모될 수 있음을 확인하고, 이러한 형태의 스캐폴드를 포함한 다종의 생체반응기를 고안함으로써 본 발명에 이르게 되었다. 또한 상기 3차원 박막 구조체에서 3개의 부공간을 구획하기 위한 2개의 계면을 형성하는 방법과 관련하여, 기본적으로 투과성 박막 형성을 위한 템플릿을 활용하고 해당 템플릿을 최종 제거함으로써 투과성 박막만을 잔존시키는 방식에 의하되, 템플릿 제조를 먼저 완료한 후 2개의 계면 박막을 동시에 형성하거나 또는 템플릿 제조 과정 중 2개의 계면 박막 중 하나를 먼저 형성시키고 나머지 계멱 박막은 템플릿을 구성하는 2차 고체물질을 형성한 이후에 형성하는 방식으로 구체화하여 본 발명에 이르게 되었다. 이상의 해결과제에 대한 인식 및 이에 기초한 본 발명의 요지는 청구범위에 기재된 것과 동일한 아래의 내용이다.

(1) 내부가 2개의 계면에 의해 분리 구획되어 서로 꼬인 형태의 3개의 부공간을 갖는 3차원 박막 구조체를 이용한 조직공학용 스캐폴드로서, 상기 3개의 부공간은 제1 공간, 제2 공간 및 제3 공간을 포함하고, 상기 2개의 계면은 선택적 투과성을 갖는 다공성 박막 재질로 구성되며 서로 접촉하지 않는 제1 계면 및 제2 계면을 포함하고, 상기 제1 계면은 상기 제1 공간과 제2 공간 사이를 분리 구획하고, 상기 제2 계면은 상기 제1 공간과 제3 공간 사이를 분리 구획하고, 상기 제1 공간은 세포가 배양되는 공간으로 제공되고, 상기 제2 공간은 상기 세포 배양시 사용되는 대사유입물을 위한 통로로 제공되며, 상기 제3 공간은 상기 세포를 배양하는 과정에서 배출되는 대사폐기물을 위한 통로로 각각 제공되는 것을 특징으로 하는, 조직공학용 스캐폴드.

(2) 상기 다공성 박막은 생체재료, 금속, 폴리머, 세라믹 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 조직공학용 스캐폴드.

(3) 상기 2개의 계면은 3주기적 최소곡면(TPMS; Triply Periodic Minimal Surface)인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 조직공학용 스캐폴드.

(4) 상기 제1 공간, 제2 공간 및 상기 제3 공간이 다공성 박막에 의해 분리된 단위 구조의 크기가 조절됨으로써 계면의 표면적 및 세포가 배양되는 공간이 조절되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 조직공학용 스캐폴드.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 스캐폴드; 및 상기 스캐폴드를 그 내부에 수용하고 물질대사물의 입구 및 출구가 구비된 하우징;을 포함하여 구성된 생체반응기.

(6) 상기 제1 공간, 제2 공간 및 제3 공간 각각에 독립된 입구 및 출구가 구비되고, 상기 생체반응기의 동작 중 3개의 부공간에서의 내부 압력이 제2 공간 > 제1 공간 > 제3 공간이 되도록 유지되는 것을 특징으로 하는 상기 (5)의 생체반응기.

(7) 상기 생체반응기의 동작 중, 상기 제2 공간의 입구와 상기 제3 공간의 출구가 개방된 상태이고, 상기 제2 공간의 출구와 상기 제3 공간의 입구는 폐쇄된 상태인 것을 특징으로 하는 상기 (6)의 생체반응기.

(8) 상기 생체반응기의 동작 중, 상기 제2 공간의 입구 및 출구와 제3 공간의 입구 및 출구가 모두 개방된 상태인 것을 특징으로 하는 상기 (6)의 생체반응기.

(9) 상기 생체반응기의 동작 중, 상기 제2 공간의 입구 및 출구와 상기 제3 공간의 출구가 개방된 상태이고, 상기 제3 공간의 입구가 폐쇄된 상태인 것을 특징으로 하는 상기 (6)의 생체반응기.

(10) 내부가 다공성 박막에 의해 서로 꼬인 형태의 3개의 부공간으로 분리 구획되는 3차원 박막 구조체를 제조하는 방법으로서, (a) 제1 고체물질로 이루어진 1차 템플릿을 제조하는 단계; (b) 상기 1차 템플릿의 표면에 제2 고체물질을 도포한 후 제1 고체물질을 제거함으로써 제2 고체물질로 이루어진 2차 템플릿을 제조하는 단계; (c) 상기 2차 템플릿의 표면에 다공성 박막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 제2 고체물질을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 박막 구조체 제조방법.

(11) 내부가 다공성 박막에 의해 서로 꼬인 형태의 3개의 부공간으로 분리 구획되는 3차원 박막 구조체를 제조하는 방법으로서, (a) 제1 고체물질로 이루어진 템플릿을 제조하는 단계; (b) 상기 템플릿의 표면에 제1 다공성 박막을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 다공성 박막의 표면에 제2 고체물질을 도포하는 단계; (d) 상기 제2 고체물질 표면에 제2 다공성 박막을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 제1 고체물질과 제2 고체물질을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 박막 구조체 제조방법.

본 발명에 따르면, 서로 접촉하지 않는 2개의 계면에 의해 3개의 부공간으로 분리구획된 새로운 3차원 박막 구조체를 활용하되, 2개의 계면은 다공성 박막으로 구성하고, 3개의 부공간 중 어느 하나의 공간을 세포가 배양되는 공간으로 할당하는 한편 다공성 박막을 사이에 두고 상기 세포배양 공간과 접하는 나머지 두개의 부공간을 대사유입물을 위한 통로와 대사폐기물을 위한 통로 각각으로 분리 할당함으로써, 증식되는 세포에 의해 영양분과 산소를 공급하는 유로의 막힘 현상이 없고, 세포 대사 후 발생하는 대사폐기물(metabolic waste)을 원활히 배출하면서도 세포의 유출이 없으며, 세포 배양에 사용되는 공간이 영양분과 산소를 공급받는 계면과 대사폐기물을 배출하는 계면으로 둘러 싸이고 두 계면이 완전히 분리되어 있어 상호접촉이 방지되어 오염의 소지가 적고(영양분과 폐기물의 혼합이 최소화), 또한 최소한의 고상 물질로 만들어져 조직 성장에 맞추어 분해되거나 흡수가 용이하면서도 유체투과성 및 외부 하중에 대한 강성이 우수하고, 임의의 3차원 형상으로의 외형 설계가 자유로운 스캐폴드 및 이를 포함하는 생체반응기를 제공할 수 있다.

도 1은 여러가지 형태의 TPMS(Triply Periodic Minimal Surface: 3-주기적 최소곡면)의 구조도.
도 2는 종래 TPMS를 활용한 스캐폴드의 구조도.
도 3은 대한민국 발명특허 10-1840021의 실시예에 따른 스캐폴드의 구조도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스캐폴드의 구조도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 생체반응기의 구조도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 박막을 구비한 3차원 박막 구조체의 제조 공정도.
도 8은 도 7의 3차원 박막 구조체 제조시 이용되는 템플릿의 제조 공정도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공성 박막을 구비한 3차원 박막 구조체의 제조 공정도.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하였으며, 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

스캐폴드

먼저 도 4 및 도 5을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캐폴드(10)의 구조에 대해 설명한다. 도 4 및 도 5의 스캐폴드(10)로 사용된 3차원 박막 구조체에서, 설명의 목적으로 계면 박막의 곡면 형태는 TPMS 중 P곡면과 G곡면으로 각각 예시되었다. 도 4(a)는 특정한 부피분율의 곡면에 수직한 방향으로 일정한 거리를 갖도록 2개의 다공성 박막(140, 150)이 형성된 경우이고, 도 4(b)는 0.5 보다 크고 작은 두 부피분율들 예컨데 0.3과 0.7를 갖는 P곡면 형태로 2개의 다공성 박막(140, 150)이 형성된 경우이다. 도 5(a)와 도 5(b)는 G곡면에 기반하여 유사하게 형성된 다공성 박막(140, 150)을 나타낸다.

도 4 및 도 5의 실시예에 따른 스캐폴드(10)는 3개의 부공간(110, 120, 130)이 서로 접촉하지 않는 2개의 계면(140, 150)에 의해 분리 구획된 구조이고, 3개의 부공간(110, 120, 130)들 사이의 계면(140, 150)은 다공성 박막 재질로 구성된다. 이러한 다공성 박막에는 특정 물질만을 선택적으로 통과시킬 수 있는 모든 형태의 막을 포함하며, 체내에 직접 사용되는 경우에는 chitosan, PLLA, PLGA 등의 생체재료로 구성하는 것이 바람직하나 생체반응기 등과 같이 체외에서 사용되는 경우에는 금속, 세라믹, 폴리머 등의 재질로 구성하는 것도 가능하다. 또한 2개의 계면(140, 150)은 재료, 기공률 또는 두께 등이 상이한 서로 다른 다공성 박막으로 구성할 수도 있다.

이 경우, 상기 2개 계면(140, 150)의 곡면은 서로 접촉하지 않으며, 그 형태는 후술하는 바와 같이 스캐폴드(10)의 투과성 및 강도 측면에서 상기 도 4 및 도 5에 예시된 P, G-surface를 포함한 다양한 TPMS가 바람직하지만 반드시 TPMS에 제한되는 것은 아니며 3개의 부공간(110, 120, 130)을 구획할 수 있는 기타의 부드러운 곡면 형태도 포함할 수 있다.

상기 3개의 부공간(110, 120, 130) 중 제1 공간(110)은 2개의 계면(140, 150) 중 어느 하나를 각각 사이에 두고 제2 공간(120) 및 제3 공간(140)에 각각 접하게 되며, 이러한 제1 공간(110)이 세포가 배양되는 공간으로 할당된다. 나머지 2개의 부공간 중 제2 공간(120)은 계면(140)을 사이에 두고 제1 공간(110)과 접하게 되며, 상기 세포 배양시 사용되는 영양분이나 산소 등과 같은 대사유입물을 물과 함께 공급하기 위한 통로로 제공된다. 또 다른 부공간인 제3 공간(130)은 또 다른 계면(150)을 사이에 두고 제1 공간(110)과 접하게 되며, 상기 세포를 배양하는 과정에서 배출되는 대사폐기물을 물과 함께 회수하는 통로로 제공된다.

이러한 스캐폴드(10) 구조에서는, 영양분, 산소, 물 및 물질대사폐기물 등의 물질대사물이 이동되는 공간인 제2 공간(120) 및 3 공간(130)과 세포가 배양되는 제1 공간(110)이 분리됨으로써 증식된 세포에 의해 유로가 막히는 종래 스캐폴드의 문제점을 해결함과 동시에 균일한 세포 배양을 유도할 수 있고 큰 조직을 얻기에 유리하다. 또한 물질대사물 중 영양분 또는 산소와 같은 대사유입물은 제2 공간(120)을 통해 공급되지만 세포 대사 후 발생하는 대사폐기물(metabolic waste)은 제3 공간(140)을 통해 별도로 분리되어 원활히 배출된다. 이에 따라 제1 공간(110)에서는 세포의 유출이 없으며, 또한 세포 배양에 사용되는 공간인 제1 공간(110)이 영양분과 산소 등과 같은 대사유입물을 공급받는 계면(140)과 대사폐기물을 배출하는 계면(150)으로 둘러 싸이고 두 계면(140, 150)이 완전히 분리되어 있어 상호 접촉되지 않기 때문에 대사유입물과 대사폐기물의 혼합에 따른 오염이 최소화될 수 있다.

또한 상기 3개의 부공간(110, 120, 130)은 서로 꼬인 형태이고 각각은 부드럽게 연속된 공간을 형성하기 때문에, 제2 공간(120) 및 3 공간(130)에서 물질대사물의 이동시 유동 저항이 현저히 감소함으로써 스캐폴드(10) 전체적으로 투과성(permeability)이 크게 향상될 수 있다. 특히, 계면(140, 150)의 곡면이 TPMS 형태인 경우, 외부 하중시 조기 국부좌굴이 억제되어 무게 대비 높은 가질 수 있어 종래 스캐폴드에서 양립이 어려웠던 투과성 및 강성에 대한 요구 조건을 동시에 충족시킬 수 있다.

또한 상기 3개의 부공간(110, 120, 130)을 구획하는 계면(140, 150)이 다공성 박막으로 구성됨으로써 넓은 표면적의 다공성 박막을 통해 물질대사물의 이동 효율이 향상될 수 있고, 다공성 박막의 곡면이 TPMS 형태인 경우에는 강도 유지에 필요한 고상 물질의 양을 최소화함으로써 조직성장에 맞추어 분해되거나 체내에 흡수되기에 유리하다.

또한 이러한 스캐폴드(10)는 3개의 부공간(110, 120, 130)이 계면(140, 150)에 의해 분리된 작은 크기의 단위 구조(unit sturucture)가 3차원 공간상에서 규칙적으로 반복되는 구조이기 때문에, 거시적인 관점에서 스캐폴드(10)를 원하는 형상으로 임의로 자유롭게 설계하는 것이 가능하다. 이 경우, 상기 단위 구조의 크기는 수 내지 수천 마이크로미터로 조절함으로써 다공성 박막 각각의 계면(140, 150)의 표면적을 조절하고 조직 배양에 적당한 공간을 제공할 수 있다.

생체반응기

다음으로, 도 4 또는 도 5의 실시예에 예시된 스캐폴드(10)를 구성요소로 포함하여 구현될 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 생체반응기(1)를 도 6를 참조하여 설명한다. 도 6에서 스캐폴드(10)는 3개의 부공간(110, 120, 130)이 2개의 다공성 박막(140, 150) 계면에 의해 분리 구획된 구조를 2차원적으로 단면 도식화하여 표현하였다. 생체반응기(bioreactor)(1)는 특정 물질이나 세포를 생산하기 위해 또는 특정의 생물학적 반응을 수행하기 위해 생물체를 조절된 환경하에서 배양할 수 있는 기기를 의미하며, 실시예에서는 생체조직을 체외에서 배양하기 위한 용도로 예시하였다.

도 6에 따른 생체반응기(1)는 기본적으로 스캐폴드(10)와, 스캐폴드(10)을 내부에 수용하는 하우징(20)으로 구성되며, 하우징(20)에는 세포 이식(seeding), 영양분, 산소, 물과 그 폐기물 등의 공급 및 배출을 위하여 3개의 부공간(110, 120, 130)에 각각 입구(110a, 120a, 130a) 및 출구(110b, 120b, 130c)가 구비된 구조이다. 구체적으로, 제1 공간(110)의 입출구(110a, 110b)에 밸브 A와 B, 제2 공간(120)의 입출구(120a, 120b)에 밸브 C와 D, 제3 공간(130)의 입출구(130a, 130b)에 밸브 E와 F를 구비하고 있어, 생체반응기(1)의 용도나 요구조건에 따라 각각 입구(110a, 120a, 130a) 및 출구(110b, 120b, 130c)에 구비된 밸브 A 내지 F를 선택적으로 개폐함에 따라 아래 예시된 실시예와 같이 변형 사용될 수 있다.

먼저, 도 6의 제1 공간(110)의 입출구(110a, 110b)에 밸브 A와 B는 열리고 제2 공간(120)의 입출구(120a, 120b)에 밸브 C와 D, 제3 공간(130)의 입출구(130a, 130b)에 밸브 E와 F가 닫힌 상태에서 배양하고자 하는 세포를 이식한 다음, 밸브 A와 B를 닫아 세포를 제1 공간(110)에 가둔다. 이 경우, 세포를 이식하는 과정에서 밸브 B도 열어 두는 것은 세포가 밸브 A를 통해 잘 들어가도록 하기 위함이다. 이러한 세포 이식 과정을 마친 후 그 다음의 세포 배양 과정은 상황에 따라 아래의 세가지 작동 방법이 가능하다.

첫째 방법은, 제2 공간(120)의 입구(120a)의 밸브 C와 제3 공간(130)의 출구(130b)의 밸브 F를 개방된 상태로 둠으로써, 제2 공간(120)을 통하여 물과 함께 들어온 영양분과 산소가 제1 공간(110)과의 계면(140) 기공을 통하여 세포에 공급되고 세포의 배양에 따라 생성되는 대사폐기물은 제3 공간(130)과의 계면(150) 기공을 통하여 제3 공간(130)으로 배출된다. 이 경우 제2 공간(120)의 압력이 제3 공간(130)의 압력보다 반드시 높아야 하고, 제1 공간(110)의 압력은 제2 공간(120)의 압력보다는 낮아야 하고 제3 공간(130)의 압력보다는 높아야 한다. 이러한 생체반응기(1)의 경우, 제2 공간(120)과 제3 공간(130) 각각이 마치 혈관의 동맥과 정맥과 같은 역할을 하여 그 구성이 단순하다. 한편 제2 공간(120)으로 들어온 유체는 반드시 제3 공간(130)으로 빠져나가야 하므로 미처 세포에 사용되지 않은 영양분과 산소가 대사폐기물과 함께 배출되므로 순환하여 재사용하고자 하는 경우 외부에 회수된 용액에 영양분과 산소를 추가하고 대사폐기물을 제거하는 별도의 처리장치가 필요할 수 있다.

두 번째 방법은, 제2 공간(120)의 입출구(120a, 120b)의 밸브 C, D와 제3 공간(130)의 입출구(130a, 130b)의 밸브 E, F등 4개의 밸브를 모두 개방된 상태로 둠으로써, 제2 공간(120)을 통하여 물과 함께 들어온 영양분과 산소의 일부는 제1 공간(110)과의 계면(140) 기공을 통하여 세포에 공급되지만 나머지는 그대로 제2 공간(120)에 머물다 출구(120b)를 통해 배출되고, 세포의 배양에 따라 생성되는 대사폐기물은 제3 공간(130)과의 계면(150) 기공을 통하여 제3 공간(130)으로 배출된 후 제3 공간(130)에 흐르는 별도의 유동을 따라서 출구(130b)를 통해 배출된다. 이 경우도 역시 제2 공간(120)의 압력이 제3 공간(130)의 압력보다 반드시 높아야 하고, 제1 공간(110)의 압력은 제2 공간(120)의 압력보다는 낮아야 하고 제3 공간(130)의 압력보다는 높아야 한다. 이러한 생체반응기(1)의 경우, 제2 공간(120)과 제3 공간(130) 내에 유체가 서로 독립하여 들어오고 나가므로 구성이 상대적으로 복잡하지만, 영양분과 산소가 대사폐기물과 섞일 가능성은 낮다. 또한 제2 공간(120)을 흐르는 유체를 순환하여 재사용하고자 하는 경우 외부에 회수된 용액에 영양분과 산소만을 추가하면 되고 제3 공간(130)을 흘러 회수된 유체는 대사폐기물을 포함하므로 그대로 버리면 된다.

세 번째 방법은, 제2 공간(120)의 입출구(120a, 120b)의 밸브 C, D와 제3 공간(130)의 출구(130b)의 밸브 F등 3개의 밸브를 개방된 상태로 둠으로써, 제2 공간(120)을 통하여 물과 함께 들어온 영양분과 산소의 일부는 제1 공간(110)과의 계면 (140) 기공을 통하여 세포에 공급되지만, 나머지는 그대로 제2 공간(120)에 머물다 출구(120b)를 통해 배출되고, 세포의 배양에 따라 생성되는 대사폐기물은 제3 공간(130)과의 계면(150) 기공을 통하여 제3 공간으로 배출된 후 출구(130b)를 통해 외부로 배출된다. 이 경우도 역시 제2 공간(120)의 압력이 제3 공간(130)의 압력보다 반드시 높아야 하고, 제1 공간(110)의 압력은 제2 공간(120)의 압력보다는 낮아야 하고 제3 공간(130)의 압력보다는 높아야 한다. 이러한 생체반응기(1)의 경우, 제2 공간(120)은 입출구(120a, 120b)가 있으나 제3 공간(130)은 출구(130b)만 있다. 제2 공간(120)의 압력을 조절하여 제3 공간(130)으로의 배출량을 조절할 수 있으며 제3 공간(130)으로 배출된 대사폐기물을 포함한 유체는 그대로 버리므로, 영양분과 산소가 대사폐기물과 섞일 가능성이 낮다. 제2 공간(120)을 흐르는 유체를 순환하여 재사용하고자 하는 경우 외부에 회수된 용액에 영양분과 산소만을 추가하면 된다.

한편 상기 세 번째 방법으로 동작하는 생체반응기(1)의 경우 대사폐기물이 제1 공간(110)에서 계면(150) 기공을 통해 함께 빠져나온 유체(물)에만 녹아 배출되기 때문에, 이러한 유체량이 충분하면 특별히 문제되지 않지만 대사폐기물이 소량이면 제3 공간(130)을 채우지 못하고 계면(150) 표면만을 적시는 수준에 불과하여 계면(150)에서의 필터 기능에 영향을 미칠 수 있다. 이에 대해 제3 공간(130)의 입구(130a) 밸브 E가 개방된 상태로 동작하는 상기 두 번째 방법의 생체반응기(1)의 경우 제3 공간(130)으로 별도 유체를 공급하기 위한 수고가 필요하지만 제1 공간(110)에서 제3 공간(130)으로 유입되는 대사폐기물이 소량인 경우라도 원활한 배출이 가능하고 계면(150)에서의 필터 기능이 문제되지는 않는다.

스캐폴드용 3차원 박막 구조체 제조

다음으로, 도 7 내지 도 9를 참조하여 상기 도 4에 따른 스캐폴드에 적용될 수 있는 3차원 박막 구조체의 제조방법에 대해 설명한다. 도 7과 도 9는 서로 다른 실시예에 따른 3차원 박막 구조체의 제조 공정도를 나타내며, 도 8은 도 7의 3차원 박막 구조체 제조시 이용되는 템플릿(40)의 제조 공정도를 나타낸다. 이 경우, 도 4에서 스캐폴드로 이용되는 3차원 박막 구조체(10)는 3개의 부공간(110, 120, 130)이 2개의 다공성 박막(140 or 140', 150) 계면에 의해 분리 구획된 구조로 표현하였고, 이에 대응하여 3차원 박막 구조체(10)의 몰드로 기능하는 템플릿(30, 40 or 40')도 2차원적으로 도식화하여 표현하였다.

도 7의 제조방법에서는 2개의 다공성 박막(140, 150) 계면이 동시에 형성되는 경우이며, 도면에서 비록 2개의 다공성 박막 계면이 서로 다른 식별자 140, 150로 표시되었지만 그 성상은 동일하다. 도 7를 참조할 때 상기 제조방법은 희생구조체인 템플릿(40)을 제조하는 단계(S10); 템플릿(40)의 표면에 다공성 박막(140, 150)을 형성하는 단계(S20); 다공성 박막(140, 150)의 일부를 제거하여 템플릿(40)을 노출시키는 단계(S30-1); 템플릿(40)을 제거하는 단계(S30-2)를 포함하여 수행되고, 이에 따라 서로 접촉하지 않는 2개의 다공성 박막(140, 150)에 의해 서로 꼬인 형태의 3개의 부공간(110, 120, 130)으로 내부가 분리 구획된 구조를 특징으로 하는 스캐폴드용 3차원 박막 구조체(10)가 얻어진다.

이러한 3차원 박막 구조체를 제조하는 전체적인 공정은 3차원 박막 구조체(10) 결과물의 제2 공간(120)으로 형성되는 공간이 고체물질로 채워진 형태의 템플릿(40)을 제조한 다음 양면을 다공성 박막(140, 150)으로 코팅한 후 일부 표면을 제거한 후 내부 템플릿(40)을 식각 등으로 제거하는 공정으로 요약될 수 있다. 이러한 템플릿(40)을 만드는 방법으로는 additive manufacturing 기술을 응용하여 제조될 수 있으며 양면은 TPMS와 같은 부드러운 곡면을 갖는 것이 내부 압력에 저항하기 위해서 바람직하다.

도 8은 도 7의 템플릿(40)을 제조하기 위한 별도의 공정으로서, 먼저 제1 고체물질(302)로 0.5이하의 부피분율을 갖는 1차 템플릿(30)을 제조한 후(S10A), 그 위로 두껍게 제2 고체물질(402)을 도포하고 건조한 후(S10B) 일부 표면을 제거하여 내부의 제1 고체물질(302)을 노출한 다음(S10C) 제1 고체물질(302)만을 선택적으로 식각하여 2차 템플릿(40)을 제조할 수 있다(S10D). 이러한 2차 템플릿(40)이 도 7의 S10단계에서 사용되는 템플릿(40)으로 기능한다. 이때 1차 템플릿(30)을 제조하는 방법으로는 additive manufacturing 기술 또는 광 리소그래피를 기반으로 한 제조방법(S.C. Han, J.W. Lee, K. Kang. A new type of low density material; Shellular. Advanced Materials, Vol. 27, pp.5506-5511, 2015.)이나 와이어 직조에 기반으로 한 제조방법 (S.C. Han, J.M. Choi, Gang Liu, Kiju Kang, “A Microscopic Shell Structure with Schwarz's D-Surface,” Scientific Reports, 7: 13405 | DOI:10.1038/s41598-017-13618-3, 2017.)이나 대한민국 특허 제10-1905483호에 따른 구슬로 배열된 3 차원 구조체의 제조방법 등을 응용할 수 있으며, 해당 논문 또는 특허의 내용은 본 발명의 일부로서 일체로 참조될 수 있다.

도 9는 앞의 도 7 및 도 8의 경우와는 달리 2개의 다공성 박막(140', 150)을 순차적으로 형성함으로써 그 재질이나 기공밀도나 크기를 다르게 제조할 수 있는 공정이다. 먼저 제1 고체물질(302)로 0.5이하의 부피분율을 갖는 1차 템플릿(30)을 제조한 후(S100), 표면에 제1 다공성 박막(150)을 코팅한 후(S200), 그 위로 두껍게 제2 고체물질(402)을 도포하고 건조하여 2차 템플릿(40')을 제조한 후(S300), 표면에 제2 다공성 박막(140')을 코팅한 후(S400), 일부 표면을 제거하여 제1 및 제2 고체물질(302, 402)을 노출한 다음(S500) 내부의 두 고체물질을 식각 등으로 제거하여 서로 접촉하지 않는 2개의 다공성 박막(140', 150)으로 구성된 3차원 박막 구조체 또는 스캐폴드(10)를 제조할 수 있다(S600). 이때 1차 템플릿을 제조하는 방법으로는, 앞서 도 7 및 8의 경우와 마찬가지로, additive manufacturing 기술 또는 광 리소그래피를 기반으로 한 제조방법 (S.C. Han, J.W. Lee, K. Kang. A new type of low density material; Shellular. Advanced Materials, Vol. 27, pp.5506-5511, 2015.)이나 와이어 직조에 기반으로 한 제조방법 (S.C. Han, J.M. Choi, Gang Liu, Kiju Kang, “A Microscopic Shell Structure with Schwarz's D-Surface,” Scientific Reports, 7: 13405 | DOI:10.1038/s41598-017-13618-3, 2017.)이나 대한민국 특허 제10-1905483호에 따른 구슬로 배열된 3 차원 구조체의 제조방법 등을 응용할 수 있으며, 해당 논문 또는 특허의 내용은 본 발명의 일부로서 일체로 참조될 수 있다.

이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 실시예는 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.

1: 생체반응기
10, 10': 스캐폴드, 3차원 박막 구조체
110: 제1 공간
120: 제2 공간
130: 제3 공간
110a, 120a, 130a: 입구
110b, 120b, 130b: 출구
140, 140', 150: 다공성 박막, 계면
20: 하우징
30: 1차 템플릿
302: 1차 고체물질
40, 40': 2차 템플릿
402: 2차 고체물질

Claims

내부가 2개의 계면에 의해 분리 구획되어 서로 꼬인 형태의 3개의 부공간을 갖는 3차원 박막 구조체를 이용한 조직공학용 스캐폴드로서,
상기 3개의 부공간은 제1 공간, 제2 공간 및 제3 공간을 포함하고,
상기 2개의 계면은 선택적 투과성을 갖는 다공성 박막 재질로 구성되며 서로 접촉하지 않는 제1 계면 및 제2 계면을 포함하고,
상기 제1 계면은 상기 제1 공간과 제2 공간 사이를 분리 구획하고,
상기 제2 계면은 상기 제1 공간과 제3 공간 사이를 분리 구획하고,
상기 제1 공간은 세포가 배양되는 공간으로 제공되고, 상기 제2 공간은 상기 세포 배양시 사용되는 대사유입물을 위한 통로로 제공되며, 상기 제3 공간은 상기 세포를 배양하는 과정에서 배출되는 대사폐기물을 위한 통로로 각각 제공되며, 내부 압력이 제2 공간 > 제1 공간 > 제3 공간의 순서로 유지된 상태에서의 압력차에 의해 상기 대사유입물은 제2 공간으로부터 제1 공간으로 상기 제1 계면을 통해 이동되고, 대사폐기물은 제1 공간으로부터 제3 공간으로 상기 제2 계면을 통해 이동되는 것을 특징으로 하는, 조직공학용 스캐폴드.
제1항에 있어서, 상기 다공성 박막은 생체재료, 금속, 폴리머, 세라믹 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 조직공학용 스캐폴드.
제1항에 있어서, 상기 2개의 계면은 3주기적 최소곡면(TPMS; Triply Periodic Minimal Surface)인 것을 특징으로 하는 조직공학용 스캐폴드.
제1항에 있어서, 상기 제1 공간, 제2 공간 및 상기 제3 공간이 다공성 박막에 의해 분리된 단위 구조의 크기가 조절됨으로써 계면의 표면적 및 세포가 배양되는 공간이 조절되는 것을 특징으로 하는 조직공학용 스캐폴드.
상기 제1항 내지 제4항 중 어느 하나에 따른 스캐폴드; 및 상기 스캐폴드를 그 내부에 수용하고 물질대사물의 입구 및 출구가 구비된 하우징;을 포함하여 구성된 생체반응기.
제5항에 있어서, 상기 제1 공간, 제2 공간 및 제3 공간 각각에 독립된 입구 및 출구가 구비되고, 상기 생체반응기의 동작 중 3개의 부공간에서의 내부 압력이 제2 공간 > 제1 공간 > 제3 공간이 되도록 유지되는 것을 특징으로 하는 생체반응기.
제6항에 있어서, 상기 생체반응기의 동작 중, 상기 제2 공간의 입구와 상기 제3 공간의 출구가 개방된 상태이고, 상기 제2 공간의 출구와 상기 제3 공간의 입구는 폐쇄된 상태인 것을 특징으로 하는 생체반응기.
제6항에 있어서, 상기 생체반응기의 동작 중, 상기 제2 공간의 입구 및 출구와 제3 공간의 입구 및 출구가 모두 개방된 상태인 것을 특징으로 하는 생체반응기.
제6항에 있어서, 상기 생체반응기의 동작 중, 상기 제2 공간의 입구 및 출구와 상기 제3 공간의 출구가 개방된 상태이고, 상기 제3 공간의 입구가 폐쇄된 상태인 것을 특징으로 하는 생체반응기.
내부가 다공성 박막에 의해 서로 꼬인 형태의 3개의 부공간으로 분리 구획되는 3차원 박막 구조체를 제조하는 방법으로서, (a) 제1 고체물질로 이루어진 1차 템플릿을 제조하는 단계; (b) 상기 1차 템플릿의 표면에 제2 고체물질을 도포한 후 제1 고체물질을 제거함으로써 제2 고체물질로 이루어진 2차 템플릿을 제조하는 단계; (c) 상기 2차 템플릿의 표면에 다공성 박막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 제2 고체물질을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 박막 구조체 제조방법.
내부가 다공성 박막에 의해 서로 꼬인 형태의 3개의 부공간으로 분리 구획되는 3차원 박막 구조체를 제조하는 방법으로서, (a) 제1 고체물질로 이루어진 템플릿을 제조하는 단계; (b) 상기 템플릿의 표면에 제1 다공성 박막을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 다공성 박막의 표면에 제2 고체물질을 도포하는 단계; (d) 상기 제2 고체물질 표면에 제2 다공성 박막을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 제1 고체물질과 제2 고체물질을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 박막 구조체 제조방법.