KR102566751B1 - 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 - Google Patents
마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3D 프린팅 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물은 인쇄 적합성이 우수하고, 원하는 모양으로 인쇄가 용이하며, 빠른 가교결합의 형성 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 나타내며, 우수한 생체적합성 및 생체친화성으로 인해 생체 소재, 약물전달체 및 조직공학용 지지체로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.
3D 프린팅 기술이 점차 발전함에 따라 좀 더 정밀하고 세밀한 3D 형상을 제조할 수 있게 되면서, 이를 의료·바이오 분야에 접목시켜 의료기기 부품이나 실제 인간의 조직을 거의 그대로 모방한 미세 및 거대 조직 구조체인 인체모형, 피부조직 및 신체 장기 재생을 제조하는데 활용되고 있다.
초반에는 고체 필라멘트를 녹여서 한층 한층 적층시키면서 3D 프린팅하는 방식인 FDM 기술에 열가소성 생체적합 고분자를 적용하여 조직공학용 인공지지체를 제조하였으나, 최근에는 조직공학용 지지체 이외에도 수술시뮬레이션 및 수술 임플란트 제작, 개인별 맞춤형 보형물 제작, 인공 혈관, 인공 장기 등 의학·바이오 분야에서 다양하게 적용될 수 있도록 연구개발이 진행되고 있다.
특히, 조직공학용 지지체는 구성재료의 선택과 구조제어 기술이 매우 중요하다. 즉, 지지체는 자가복구기능을 통해 손실된 조직을 재생시키기 위하여 조직과 조직을 이어주는 다리와 같은 역할을 하며, 이를 위하여 조직재생이 원활이 이루어지도록 세포친화성이 뛰어나야 한다. 또한, 세포가 3차원적으로 성장할 수 있도록 영양분 및 배설물 등의 교환이 잘 이루어질 수 있도록 일정한 크기 영역에서 3차원적으로 연결되어 있는 기공구조를 가져야 하며, 조직의 재생속도에 맞추어 분해되어 없어지는 생분해성과 조직이 재생되는 동안 형태를 유지시켜줄 수 있는 기계적 강도를 가져야하며, 생체안정성 또한 뛰어나야 한다. 특히, 뼈와 치아와 같은 경조직 재생에 있어서는 재생부위에 따른 기계적 물성확보가 중요하다.
따라서, 이러한 조직공학용 지지체 뿐만 아니라 나아가서는 수술시뮬레이션 및 수술 임플란트 제작, 개인별 맞춤형 보형물 제작, 인공 혈관, 인공 장기 등의 바이오 구조체를 제조할 수 있는 재료인 바이오 잉크는 앞서 언급한 조건을 만족하기에는 아직까지 많은 한계점을 나타내고 있다.
3D 바이오 프린팅에 사용되기 위해 요구되는 바이오 잉크의 특성으로는 먼저, 우수한 생체적합성이 요구되고, 노즐을 통하여 프린팅되는 3D 프린터를 사용시 미세구경의 디스펜싱 노즐(dispensing nozzle)을 원활히 통과하여 원하는 패턴으로 프린팅 될 수 있는 물리적 성질을 가져야 한다.
이에 본 발명자들은 MFC 및 로커스트콩검을 포함하는 바이오 잉크 조성물로 3D 프린팅하여 가교결합하는 경우, 인쇄 적합성이 우수하고, 원하는 모양으로 인쇄가 용이하며, 빠른 가교결합의 형성 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 나타내며, 생체적합성 및 생체친화성을 띄어 생체소재, 약물전달체 및 조직공학용 지지체료 유용한 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 3D 바이오 프린팅 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 3D 바이오 프린팅 방법에 따라 제조된 3D 생체 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 약물 전달체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 조직공학용 지지체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 3D 바이오 프린팅용 키트를 제공하는 것이다.
상기 목적을 해결하기 위하여,
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스(Microfibrillated Cellulose) 및 로커스트콩검(Locust bean gum)을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터에 충전하고, 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅하는 단계; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 3D 바이오 프린팅 방법에 따라 제조된 3D 생체 소재를 제공한다.
나아가 본 발명은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 약물 전달체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 조직공학용 지지체를 제공한다.
나아가 본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물; 및
상기 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 경화시키는 가교제; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅용 키트를 제공한다.
본 발명에 따른 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물은 인쇄 적합성이 우수하고, 원하는 모양으로 인쇄가 용이하며, 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 나타내며, 우수한 생체적합성 및 생체친화성으로 인해 생체 소재, 약물전달체 및 조직공학용 지지체로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물의 유변물성을 확인한 결과이다(a) 복합 점도, b)저장 계수, c)손실 계수, 및 d) Tan delta).
도 2는 충전 밀도에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 3은 인쇄 속도에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 4는 인쇄 속도에 따른 인쇄 시간을 확인한 결과이다.
도 2는 충전 밀도에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 3은 인쇄 속도에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 4는 인쇄 속도에 따른 인쇄 시간을 확인한 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
3D 바이오 프린팅 방법
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스(Microfibrillated Cellulose) 및 로커스트콩검(Locust bean gum)을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터에 충전하고, 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅하는 단계; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅 방법을 제공한다.
본 발명의 3D 바이오 프린팅 방법에 있어서, 상기 단계 1은 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.46 내지 1.42 중량부 및 로커스트콩검 1.3 내지 6.3 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.6 내지 1.2 중량부 및 로커스트콩검 2.3 내지 5.2 중량부 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.92 내지 1.0 중량부 및 로커스트콩검 3.3 내지 4.3 중량부 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용할 경우, 강한 전단 감소 경향을 지니고, 높은 점성을 지니며, 치수 오차가 적어 3D 프린팅이 용이한 장점이 있다.
본 발명의 3D 바이오 프린팅 방법에 있어서, 상기 3D 구조체를 가교제를 사용하여 경화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가교제는 0.05 내지 1M 농도의 가교제에 3D 구조체를 20 내지 60분간 침지하여 경화시킬 수 있으며, 바람직하게 0.07 내지 0.5M 농도의 가교제에 상기 단계 2의 3D 구조체를 25 내지 50분간 침지하여 경화시킬 수 있으며, 보다 바람직하게 30분 이상 침지하여 경화시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가교제는 붕사(borax)를 사용할 수 있으며, 가교제로 붕사를 사용할 경우, 경화시간이 단축되고, 3D 구조체의 강도가 증가하는 장점이 있다.
본 발명의 3D 바이오 프린팅 방법에 있어서, 상기 단계 1은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 충전밀도 40 내지 60%, 인쇄속도 5 내지 12mm/s 및 노즐직경 0.6 내지 2.0mm의 조건으로 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅할 수 있으며, 바람직하게 충전밀도 45 내지 55%, 인쇄속도 8 내지 11mm/s 및 노즐직경 1.0 내지 2.0mm의 조건으로 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅할 수 있다.
3D 생체 소재
본 발명은 상기 3D 바이오 프린팅 방법에 따라 제조된 3D 생체 소재를 제공한다.
약물 전달체
본 발명은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 약물 전달체를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 3D 생체 소재에 약물을 주입시켜 체내에 안정적으로 전달하는 용도로 사용될 수 있다.
조직공학용 지지체
본 발명은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 조직공학용 지지체를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 3D 생체 소재를 생체 조직의 형태로 만들어 이식함으로써 신체의 기능을 유지, 향상 또는 복원하는 것을 목적으로 하는 조직 공학(tissue engineering) 분야에서 사용될 수 있는 모든 지지체를 포함하는 의미로 조직공학용 지지체로 사용될 수 있다.
3D 바이오 프린팅용 키트
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물; 및
상기 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 경화시키는 가교제; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅용 키트를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 단계 1은 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.46 내지 1.42 중량부 및 로커스트콩검 1.3 내지 6.3 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.6 내지 1.2 중량부 및 로커스트콩검 2.3 내지 5.2 중량부 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.92 내지 1.0 중량부 및 로커스트콩검 3.3 내지 4.3 중량부 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가교제는 붕사(borax)를 사용할 수 있으며, 0.05 내지 1M 농도의 가교제에 20 내지 60분간 침지하여 경화시킬 수 있으며, 바람직하게 0.07 내지 0.5M 농도의 가교제에 25 내지 50분간 침지하여 경화시킬 수 있으며, 보다 바람직하게 30분 이상 침지하여 경화시킬 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물의 제조 및 3D 프린팅
<1-1> 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물의 제조
3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 제조하기 위하여 마이크로피브릴화 셀룰로오스(microfibrillated cellulose; MFC)가 1% 되도록 10g의 마이크로피브릴화 셀룰로오스와 990㎖의 증류수를 넣은 다음 32,000rpm에서 120분 이상 블렌딩하였다. 그 후, 로커스트콩검(Locust bean gum) (ES food, Korea)을 각각 1, 3, 5, 7%를 첨가하여 혼합한 뒤, 호모게나이저로 8,000 rpm에서 2분씩 3번 수행하였다. 주사기에 샘플을 넣은 뒤 90 ℃에서 20분간 워터배스에 넣은 뒤, 냉장보관 하였고, 사용하기 1시간 전에 꺼내 실온에 놔둔 뒤 실험을 진행하였다.
| 구분 | MFC (중량%) |
로커스트콩검 (중량%) |
| 실시예 1-1-1 | 1 | 1 |
| 실시예 1-1-2 | 1 | 3 |
| 실시예 1-1-3 | 1 | 5 |
| 실시예 1-1-4 | 1 | 7 |
<1-2> 3D 바이오 프린팅
상기 실시예 1-1에서 제조한 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 하기 표 2의 3D 프린팅 조건으로 주사기(10㎖) 압출 모드가 장착된 3D-바이오 프린터(Invivo, Rokit healthcare, Korea)를 사용하여, 3D 구조체를 프린팅하였다. 보다 구체적으로, 노즐의 직경은 800 μm, 3D 물체의 밀도는 50%, 프린팅 속도는 첫 레이어 5mm/s, 그 외의 레이어 5mm/s, layer height는 400 μm, 프린팅 온도는 30 ℃로 맞추어 실험을 진행하였다.
인쇄조건을 설정하기 위해 프로그램에 NewcreatorK 소프트웨어를 사용했으며, 인쇄조건은 로커스트콩검 농도에 따라 아래 표 2의 조건으로 수행하였다.
| 프린팅 매개변수 | 값 |
| 노즐 직경(nozzle diameter) | 800μm |
| 충전밀도(infill density) | 50% |
| 충전타입(infill type) | Line |
| 프린팅 속도(printing speed) | First layer : 5mm/s |
| infill : 5mm/s | |
| 층 높이(layer height)) | 400μm |
| 프린팅 온도(printing temperature) | 30℃ |
<실험예 1> 유변물성 확인
상기 실시예 1에서 제조한 3D 구조체의 유변물성 확인 실험은 다음과 같은 조건에서 진행하였다. 샘플의 동적 점탄성은 25mm 직경의 사포 평행 플레이트 (PP25 / S) 형상 및 1mm의 갭으로 작동하는 control-stress rheometer (AR2000, TA 기기)를 사용하여 관찰하였다. 약 1.5㎖의 샘플을 평행판에 로딩한 후, 잔류힘을 제거하기 위해, 모든 샘플을 10 분 동안 정치시켰다.
진폭 스윕 테스트(Amplitude sweep test)는 Stress sweep mode를 사용하여, 0.01-100Pa 범위의 선형 비스커스(linear viscous) 영역에서 10 rad/s의 속도로 선형 영역을 수득하고 측정하였다.
복합 점도는 유동성에 대한 객관적인 유변학적 지표로써, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1의 추가된 로커스트콩검 샘플의 경우, 진동이 증가함에 따라 복합 점도가 감소하는 경향을 나타냈다. 따라서 모든 샘플은 비뉴턴 유동, 전단 박하 및 가소성 유체 특성을 나타냈다. 유변물성 확인에서 MFC에 1%로 첨가된 로커스트콩검(LBG)는 슬러리가 노즐 팁에서 흘러나와 인쇄 후, 모양을 유지하기 위한 점성을 얻는 것을 확인하였다. 또한, 로커스트콩검 농도가 증가하면 점도가 전반적으로 감소하는 것을 확인하였다.
또한, 도 1(b) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 주파수가 저분자 범위에서 고분자 범위로 이동할 때 저장 모듈러스 (G’)와 손실 모듈러스(G”)를 보여주며, G’및 G” 의 값이 증가하는 것으로 나타났다. G’ 는 탄성을 의미하고, G”는 점도를 의미하는데, 즉, 농도가 증가하고 점도가 증가한 것을 확인할 수 있었다. 상기 결과로 인해 본 발명의 샘플의 경우, 겔과 같은 구조 또는 탄성 겔을 형성하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 1(d)의 Tan delta는 G”/G’로 정의되는데, MFC와 1%의 LBG를 첨가한 결과, 주파수가 증가하고 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있으며, 점도와 특성이 전단 속도에 비례하여 증가하는 것을 확인하였다.
<실험예 2> 인쇄성 테스트
<2-1> 2D 인쇄성 테스트
샘플을 2D 직사각형 모양으로 인쇄한 후 최적 농도의 샘플을 찾아 3D Cube 테스트를 진행했다. 길이는 버니어 캘리퍼 (Kanon, Japan)로 측정 한 후 바이오 잉크 샘플의 크기와 부피의 치수 오차를 사용했다.
[식 1]
부피의 치수 오차(%)=100-(디자인된 부피/인쇄된 부피*100)
MFC에 1%로 LBG를 첨가한 상기 실시예 1-1-1 샘플을 평가한 결과, 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 2D 모양으로 인쇄되고 구조가 유지되는 것을 확인하였다. 다른 실시예 1-1-2 내지 1-1-3에 비해 총 길이는 짧았으며, 7% LBG의 경우 점도와 탄성이 너무 높아 2D 모양을 유지하기 어려운 것을 확인하였다. 따라서, 하기 표 3의 결과에 나타낸 바와 같이, 3% 또는 5%의 LBG를 포함하는 실시예 1-1-2 또는 1-1-3이 최적 농도인 것을 확인하고 3D 구조체를 제조하였다.
| Designed shape | 1% MFC+1% LBG | 1% MFC+3% LBG | 1% MFC+5% LBG | |
| Total length(cm) | 3.2 | 3.61±0.04 | 3.23±0.03 | 3.26±0.02 |
| Width(cm) | 0.6 | 0.69±0.04 | 0.58±0.02 | 0.62±0.03 |
<2-2> 3D 인쇄성 테스트
로커스트콩검(LBG) 농도에 따른 3D 형상을 비교하기 위해 상기 실험예 2-2에서 확인한 결과를 바탕으로 로커스트콩검 3%, 4% 및 5%의 비율로 첨가하여 실험하였다.
그 결과, 하기 표 4와 같이, 3 %의 LBG의 경우 설계한 형상보다 길이와 폭이 짧다는 것을 알 수 있었으며, 높이는 0.71cm로 설계 높이보다 낮았다. 반면, 4% LBG 또는 5 % LBG의 경우, 설계된 길이와 폭보다 약간 짧았지만 비슷한 높이인 것을 확인하였다. 4 % LBG를 첨가 한 샘플은 설계 형상의 오차 및 치수 오차가 가장 적은 것을 확인하였다.
| A | Designed shape | 1% MFC + 3% LBG |
1% MFC + 4% LBG |
1% MFC + 5% LBG |
| Width (cm) | 1.6 | 1.56±0.02 | 1.59±0.03 | 1.57±0.00 |
| Length (cm) | 1.6 | 1.55±0.00 | 1.56±0.00 | 1.54±0.02 |
| Height (cm) | 1.0 | 0.71±0.04 | 1.04±0.02 | 1.01±0.04 |
| Volume (cm3) | 2.56 | 1.71 | 2.57 | 2.44 |
<실험예 3> 인쇄 매개 변수
압출 형태에 대한 프린팅 효과를 평가하기 위해, 3D 큐브 테스트(1.6cm×1.6cm×1.0cm)를 사용하여, 충전밀도, 인쇄 속도 및 노즐 직경에 대한 실험을 수행하였다. 길이, 너비 및 높이는 버니어 캘리퍼(PITA20, Kanon, Japan)로 분류되고 부피 치수 오차로 표시되었다.
<3-1> 충전 밀도
30, 40, 50 및 60%에서 충전 밀도 차이를 확인하기 위해 테스트를 수행하였다. 다른 조건은 상기 표 2의 조건과 동일하게 수행하였다.
그 결과, 하기 표 5 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 30%의 충전 밀도의 경우 설계된 형상과 비교하여 높이에서 차이를 나타내는 것을 확인하였으며, 60%의 충전 밀도의 경우, 설계된 형상 보다 길이 및 너비에서 차이를 나타내어, 치수 오차가 더 커지는 것을 확인하였다. 따라서, 부피 및 치수 오차를 고려하면 50%의 충전 밀도가 가장 적합한 것을 확인하였다.
| 충전밀도 (%) |
Designed shape |
30 | 40 | 50 | 60 |
| Width (cm) |
1.6 | 1.52±0.00 | 1.55±0.01 | 1.54±0.03 | 1.72±0.03 |
| Length (cm) |
1.6 | 1.54±0.03 | 1.56±0.02 | 1.54±0.02 | 1.76±0.04 |
| Height (cm) |
1.0 | 0.71±0.06 | 0.76±0.00 | 1.04±0.02 | 0.97±0.02 |
| Volume (cm3) |
2.56 | 1.75±0.06 | 1.83±0.01 | 2.38±0.06 | 2.96±0.16 |
<3-2> 인쇄 속도
1, 5 및 10mm/s의 인쇄 속도에 따른 모양 차이를 확인하기 위해 실험을 수행하였다. 속도가 특정 값을 초과하면 모터가 손상될 수 있으므로 최대 10mm/s의 속도로 수행하였다. 다른 조건은 상기 표 2의 조건과 동일하게 수행하였다.
그 결과, 하기 표 6 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 폭, 길이, 높이 및 부피는 인쇄 속도에 따른 차이가 없는 것을 확인하였으며, 1mm/s의 인쇄 속도로 인쇄할 때 약 70분이 걸렸으며, 5mm/s 또는 10mm/s의 인쇄속도에서 각각 약 20분 또는 15분이 걸린것을 확인(도 4참조)하였다. 따라서 효율성을 고려하여 가장 인쇄 시간이 빠르고, 치수오차가 가장 적은 10mm/s의 인쇄 속도를 선택하였다.
| 인쇄속도 (mm/s) |
Designed shape |
1 | 5 | 10 | |
| Width (cm) |
1.6 | 1.50±0.07 | 1.54±0.03 | 1.66±0.00 | |
| Length (cm) |
1.6 | 1.55±0.00 | 1.54±0.00 | 1.60±0.00 | |
| Height (cm) |
1.0 | 0.99±0.02 | 1.04±0.02 | 0.94±0.02 | |
| Volume (cm3) |
2.56 | 2.29±0.20 | 2.38±0.06 | 2.51±0.02 | |
<3-3> 노즐 직경
0.4, 0.8, 1.0 및 1.5mm 노즐 직경 차이에 따른 효과를 확인하였다. 다른 조건은 상기 표 2의 조건과 동일하게 수행하였다.
그 결과, 하기 표 7에 나타낸 바와 같이, 0.4mm 노즐에서 인쇄된 제품의 경우 치수오차가 큰 것을 확인하였으며, 1.5mm의 노즐 직경에서 인쇄할 경우 치수 오차가 가장 적은 것을 확인하였다.
| 노즐직경 (mm) |
Designed shape |
0.4 | 0.8 | 1.0 | 1.5 |
| Width (cm) |
1.6 | 1.73±0.00 | 1.54±0.03 | 1.51±0.01 | 1.47±0.06 |
| Length (cm) |
1.6 | 1.72±0.00 | 1.54±0.00 | 1.51±0.01 | 1.45±0.06 |
| Height (cm) |
1.0 | 1.02±0.02 | 1.04±0.02 | 1.00±0.02 | 1.21±0.04 |
| Volume (cm3) |
2.56 | 3.04±0.10 | 2.38±0.06 | 2.28±0.04 | 2.56±0.11 |
<실시예 2>
상기 실시예 1-2의 방법과 동일하게 MFC에 4% 농도로 로커스트콩검을 첨가하고, 충전밀도 50%, 인쇄 속도 10mm/s, 노즐직경 1.5mm 조건을 제외하고 나머지는 표 2와 동일하게 하여, 3D 바이오 프린팅하였다.
<실험예 4> 텍스쳐 특성 확인
상기 실시예 2의 방법으로 제조한 3D 구조체를 범용 시험기 (Zwick Z010TN, Zwick GmbH & Co. KG, ULM, Germany)를 이용하여 TPA(Texture Profile Analysis)를 확인하였다. 적재 전 속도는 30mm / min, 적재 속도는 50mm / min, 적재 후 속도는 7mm / min으로 설정되었다. Pre-load는 1g의 힘을 주어 시료가 힘을 견디는 순간부터 측정을 시작하고 2주기를 반복하고 2주기를 수행할 때 시료의 50 % 높이로 압축되었다. 강도, 점착성, 탄력성 및 응집성이 표시되었다.
강도(Hardness)는 주어진 강도에서 시편을 수축시키는데 필요한 최대 힘으로 정의되며, 텍스처 프로파일 분석 (TPA)을 측정 할 때, 물리적 특성을 나타내는 대표적인 값으로 강도(Hardness)가 일반적으로 사용된다. 점착성(Adhesiveness)은 샘플에 점성이 있는 경우 샘플이 프로브에 달라붙고 초기 수축 과정에서 프로브가 수축하여 프로브가 아래쪽으로 이동하는 것을 의미한다. 탄력성(Springness)은 샘플이 형성된 후 샘플이 원래 모양으로 돌아갈 수 있는 능력을 나타내며, 응집성(Cohesiveness)은 샘플 부분의 점착성 및 응집력의 지표로서 사용될 수 있다(J Hurler et al., 2012, KS Sandhu et al., 2010).
그 결과, 표 8에 나타낸 바와 같이, 강도 0.60±0.31, 점착성 0.79±0.10 , 탄력성 0.66±0.16, 검성 0.12±0.14, 씹힘성 0.07±0.07 및 응집성 0.27±0.18의 값을 확인하였다.
| 강도(N) (Hardness) |
점착성(mj) (Adhesiveness) |
탄력성(N) (Springiness) |
검성(N) (Gumminess) |
씹힘성(N) (Chewiness) |
응집성(N) (Cohesiveness) |
|
| 실시예 2 | 0.60±0.31 | 0.79±0.10 | 0.66±0.16 | 0.12±0.14 | 0.07±0.07 | 0.27±0.18 |
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (10)
- 마이크로피브릴화 셀룰로오스(Microfibrillated Cellulose) 1 중량부 기준, 로커스트콩검(Locust bean gum) 3.8-4.2 중량부를 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터에 충전하고, 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅하는 단계; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅 방법에서,
상기 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 충전밀도 45 내지 55%, 인쇄속도 8 내지 11mm/s 및 노즐직경 1.0 내지 2.0mm의 조건으로 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오 프린팅 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 3D 구조체를 가교제를 사용하여 경화시키는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오 프린팅 방법. - 제5항에 있어서,
상기 가교제는 0.05 내지 1M 농도의 가교제에 3D 구조체를 25 내지 50분간 침지하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 3D 바이오 프린팅 방법. - 제1항의 방법에 따라 제조된 3D 생체 소재.
- 제7항의 3D 생체 소재를 포함하는 약물 전달체.
- 제7항의 3D 생체 소재를 포함하는 조직공학용 지지체.
- 마이크로피브릴화 셀룰로오스 1 중량부 기준, 로커스트콩검 3.8-4.2 중량부를 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물; 및
상기 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 경화시키는 가교제; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅용 키트에서,
상기 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 충전밀도 45 내지 55%, 인쇄속도 8 내지 11mm/s 및 노즐직경 1.0 내지 2.0mm의 조건으로 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오 프린팅용 키트.
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| KR1020200189126A KR102566751B1 (ko) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 |
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| KR1020200189126A KR102566751B1 (ko) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 |
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| KR20220096560A KR20220096560A (ko) | 2022-07-07 |
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| KR1020200189126A KR102566751B1 (ko) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20190057907A (ko) * | 2017-11-21 | 2019-05-29 | 동국대학교 산학협력단 | 물성이 개선된 점증제 및 이를 포함하는 유체 기도흡인 방지용 조성물 |
| KR102138060B1 (ko) * | 2018-08-13 | 2020-07-28 | 한국원자력연구원 | 마이크로니들형 하이드로겔 제조용 조성물 및 마이크로니들형 하이드로겔의 제조방법 |
| KR102145594B1 (ko) | 2018-09-05 | 2020-08-18 | 서울대학교 산학협력단 | 3d 프린팅을 위한 가시광선 경화용 바이오잉크 조성물 및 이의 제조방법 |
| KR102471982B1 (ko) * | 2020-05-28 | 2022-11-30 | 주식회사 에이엔폴리 | 3d 바이오프린팅용 나노셀룰로오스, 3d 바이오프린팅용 나노셀룰로오스의 제조방법 및 그 활용 |
-
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- 2020-12-31 KR KR1020200189126A patent/KR102566751B1/ko active IP Right Grant
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Yukai Lv et al., "Locust bean gum/gellan gum double-network hydrogels with superior self-healing and pH-driven shape-memory properties." Soft Matter (2019), Vol. 15, pp. 6171-6179* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102566751B9 (ko) | 2024-02-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |