KR20090052756A - A device for manufacturing regeneration of a three dimensional tissue - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2개의 주축을 동반 이송시키고, 더불어 2개의 주축 방향을 회전테이블에 의해 가변시켜 각 주축의 최단경로를 통해 보다 신속하게 3차원 조직 재생물을 제작할 수 있는 3차원 조직 재생물 제조장치에 관한 것으로, 이를 위해 상기 3차원 조직 재생물 제조장치는 X,Y,Z축으로 동반 이송되어 세포배양지지체를 생성하는 제 1주축과, 세포 배양 지지체의 사이에 나노섬유를 방사하는 제 2주축으로 구성되되, 상기 3차원 조직 재생물 제조장치는, 지면에 지지 되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임에 설치되어 표면에 세포배양지지체가 형성되는 수집테이블와, 상기 베이스프레임의 상부에 고정되는 2개의 X축 가이드레일과, 상기 각 X축 가이드레일에 배치되어 X축 방향으로 이송되는 단일의 Y축 가이드레일과, 상기 Y축 가이드레일의 상부에 동반 이송되게 상호 대칭적으로 직립되게 설치되되, 상호 대향 면으로는 Z축 가이드레일이 형성되는 한쌍의 브라켓과, 상기 각 브라켓에 형성된 Z축 가이드레일에 결합되어 Z축으로 이송되는 제 1주축 및 제 2주축으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a three-dimensional tissue reproducing apparatus that can convey two spindles together, and in addition, the two spindle directions by the rotary table to produce three-dimensional tissue reproduction more quickly through the shortest path of each spindle. To this end, the three-dimensional tissue reproducing apparatus is a first main axis for transporting along the X, Y, Z axis to produce a cell culture support and a second main axis for spinning the nanofibers between the cell culture support The three-dimensional tissue reproducing apparatus is configured, the base frame is supported on the ground, the collection table is installed on the base frame to form a cell culture support on the surface, and two X-axis fixed to the upper portion of the base frame A guide rail, a single Y-axis guide rail disposed on each of the X-axis guide rails and being conveyed in the X-axis direction, and an upper portion of the Y-axis guide rail. A pair of brackets having a Z-axis guide rail formed thereon, and a first main shaft and a first coupled shaft coupled to the Z-axis guide rails formed on the respective brackets and being transferred to the Z-axis. It is characterized by consisting of two spindles.
플로터, 세포 배양 지지체, 전기 방사, 나노 섬유, 뼈 Plotter, Cell Culture Support, Electrospinning, Nanofiber, Bone
Description
본 발명은 2개의 주축을 동반 이송시키고, 더불어 2개의 주축 방향을 회전테이블에 의해 가변시켜 각 주축의 최단경로를 통해 보다 신속하게 3차원 조직 재생물을 제작할 수 있는 3차원 조직 재생물 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체의 뼈와 같은 3차원 조직 재생물을 신속하게 제조할 수 있도록 세포배양지지체와, 상기 세포배양지지체의 사이에 집적되는 나노섬유를 단일의 기기를 이용하여 신속하게 구현할 수 있는 구조의 3차원 조직 재생물 제조장치에 관한 것이다. The present invention provides a three-dimensional tissue reproducing apparatus that can convey two spindles together, and in addition, the two spindle directions by the rotary table to produce three-dimensional tissue reproduction more quickly through the shortest path of each spindle. In more detail, the cell culture support and the nanofibers integrated between the cell culture support can be quickly implemented using a single device so as to quickly produce three-dimensional tissue reproduction such as bone of a human body. It relates to a three-dimensional tissue reproduction apparatus of the structure that can be.
일반적으로 인체내 기관이나 조직이 손상될 경우에 세포, 약물 지지체 등을 제공하여 효과적으로 조직을 재생하고 있는데, 조직 재생용 지지체는 임플란트 부위에서 물리적으로 안정하고 재생 효능을 조절할 수 있는 생리 활성을 갖아야 하며, 또한 새로운 조직을 형성한 후에는 생체 내에서 분해되어야 하고 이때, 분해산물이 독성을 갖지 않아야 한다. In general, when organs or tissues in the human body are damaged, cells, drug supports, etc. are provided to effectively regenerate tissues. The tissue regeneration supports must have a physiological activity that is physically stable at an implant site and controls regenerative efficacy. In addition, after forming new tissue, it must be degraded in vivo, and the degradation product must not be toxic.
이러한 조직 재생용 지지체는 종래 일정한 강도와 형태를 갖는 고분자를 이용한 스폰지 타입, 매트릭스 형태의 나노 섬유 또는 젤 타입의 세포 배양 지지체로 제조되며, 이러한 세포 배양 지지체(scaffold)는 특정 깊이 또는 높이를 갖는 3 차원 형상의 조직을 만들기 위해 중요한 역할을 한다. The scaffold for tissue regeneration is conventionally made of a cell culture scaffold of sponge type, matrix type nanofiber or gel type using a polymer having a constant strength and shape, and the cell culture scaffold has a specific depth or height. Plays an important role in creating a dimensional organization.
이러한 조직 재생의 뼈대로서 기능하는 지지체(scaffold)를 이식하고 자기치유능력(self-healing power)을 이용하여 생체 내에서 조직을 재생하는 기술은 재생의료 또는 조직 공학이라고 불린다. Techniques for implanting scaffolds that serve as a framework for tissue regeneration and for regenerating tissue in vivo using self-healing power are called regenerative medicine or tissue engineering.
조직 공학의 일례로 관절 연골을 재생하는 방법을 들 수 있으며, 상기 관절 연골 재생 방법은 연골 세포를 지지체로 하는 인공 보철물을 형성한 후 이 인공 보철물을 손상 부위에 이식함으로써, 손상 관절 부위에서 연골 세포가 재생되도록 하는 것이다. An example of tissue engineering is a method of regenerating articular cartilage, and the articular cartilage regeneration method forms an artificial prosthesis with support of cartilage cells, and then implants the artificial prosthesis at the site of injury, thereby inducing cartilage cells at the site of injury joint. Is to be played.
상기 인공 보철은 연골 세포 등을 시드(Seed)로 이용하여 3차원 형상으로 형성한 지지체로 이루어진다. The prosthetic prosthesis is composed of a support formed in a three-dimensional shape by using chondrocytes as seeds.
이러한 3차원 형상의 지지체를 형성하기 위한 방식으로 기존에는 급속 조형(Rapid Prototyping) 방식, 그중 적층형 급속 조형 방식이 이용되고 있다. As a method for forming a support having a three-dimensional shape, a rapid prototyping method and a stacked rapid prototyping method have been used.
상기 적층형 급속 조형 방식은 원하는 형상의 조형물을 얻기 위하여 다수의 층으로 분할 시트를 가공한 후에 이들을 순차로 적층해서 원하는 형상으로 제조하는 것으로, CAD 시스템으로 모델링한 3차원 형상을 일정한 두께를 갖는 다수의 시트로 분할하여 슬라이스 데이터로 변경한 후에 이를 토대로 판형태의 시트를 조형하고 이를 쌓아서 조형물을 제조하는 방법이다. The rapid build-up method is a process of dividing a sheet into a plurality of layers in order to obtain a molded object of a desired shape, and then laminating them sequentially to produce a desired shape, and a plurality of three-dimensional shapes modeled by a CAD system having a certain thickness. After dividing into sheets and changing them into slice data, a sheet-like sheet is formed on the basis of the sheet and stacked to form a sculpture.
이러한, 종래 기술에 의한 3차원 조직 재생물 제조 방법에 의하면, 3차원 형상을 일정하게 모델링하고 이를 일정 두께의 다수의 시트로 분할 제작하고, 분할 제작된 다수의 시트를 순차로 적층하여 형성하기 때문에, 시트 분할 제작 및 적층하는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.According to such a three-dimensional tissue reproduction method according to the prior art, since the three-dimensional shape is constantly modeled and divided into a plurality of sheets having a predetermined thickness, and the plurality of divided sheets are sequentially stacked to form However, there has been a disadvantage in that it takes a long time to manufacture and laminate sheets.
또한 종래의 3차원 조직 재생물을 모델링하기 위한 장치는 세포배양지지체만을 형성할 수 있기 때문에, 나노 섬유도 함께 집적할 수 있는 장치가 요구되는 실정이다.In addition, since the apparatus for modeling the conventional three-dimensional tissue regeneration can only form a cell culture support, there is a need for an apparatus capable of integrating nanofibers together.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 인체에 삽입되어 조직 재생에 이용되는 3차원 조직 재생물을 제조하는 3차원 조직 재생물 제조장치에 있어서, 상기 3차원 조직 재생물 제조장치는 X,Y,Z축으로 동반 이송되어 세포배양지지체를 생성하는 제 1주축과, 세포 배양 지지체의 사이에 나노섬유를 방사하는 제 2주축으로 구성되는 3차원 조직 재생물 제조장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made in view of the above problems, in the three-dimensional tissue reproduction production apparatus for manufacturing a three-dimensional tissue reproduction is inserted into the human body used for tissue regeneration, the three-dimensional tissue reproduction production apparatus The present invention provides a three-dimensional tissue regeneration apparatus comprising a first spindle for transporting along the X, Y, and Z axes to generate a cell culture support, and a second spindle for spinning nanofibers between the cell culture supports.
이 때 상기 3차원 조직 재생물 제조장치는, 지면에 지지 되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임에 설치되어 표면에 세포배양지지체가 형성되는 수집테이블와, 상기 베이스프레임의 상부에 고정되는 2개의 X축 가이드레일과, 상기 각 X축 가이드레일에 배치되어 X축 방향으로 이송되는 단일의 Y축 가이드레일과, 상기 Y축 가이드레일의 상부에 동반 이송되게 상호 대칭적으로 직립되게 설치되되, 상호 대향 면으로는 Z축 가이드레일이 형성되는 한쌍의 브라켓과, 상기 각 브라켓에 형성된 Z축 가이드레일에 결합되어 Z축으로 이송되는 제 1주축 및 제 2주축으로 구성되는 것을 특징으로 한다.At this time, the three-dimensional tissue reproducing apparatus, the base frame is supported on the ground, the collection table is installed on the base frame to form a cell culture support on the surface, and the two X-axis guide fixed to the upper portion of the base frame A rail, a single Y-axis guide rail disposed on each of the X-axis guide rail and conveyed in the X-axis direction, are installed to be mutually symmetrical upright to be conveyed to the upper portion of the Y-axis guide rail, to the opposite sides It is characterized in that it comprises a pair of brackets Z-shaped guide rails are formed, and the first and second spindles are coupled to the Z-axis guide rails formed on each bracket and transferred to the Z-axis.
본 발명에 따른 3차원 조직 재생물 제조장치에 따르면, 2개의 주축을 동반 이송시키고, 더불어 2개의 주축 방향을 회전테이블에 의해 가변시켜 각 주축의 최단경로를 통해 보다 신속하게 3차원 조직 재생물을 제작할 수 있는 특징이 있다. According to the apparatus for producing three-dimensional tissue reproduction according to the present invention, two main axes are conveyed together, and the two main axes are changed by a rotation table to more quickly produce three-dimensional tissue reproduction through the shortest path of each main axis. There are features that can be produced.
그리고, 세포배양지지체와, 상기 세포배양지지체의 사이에 집적되는 나노섬유를 단일의 기기를 이용하여 신속하게 구현할 수 있어 제작 시간을 단축할 뿐만 아니라 나노급의 세포 배양 지지체를 형성하여 세포 증식 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, since the cell culture support and the nanofibers accumulated between the cell culture support can be quickly implemented using a single device, the production time can be shortened, and the cell growth support can be formed by forming a nano-class cell culture support. There is an advantage that can be improved.
이하에서는 본 발명에 따른 3차원 조직 재생물 제조장치에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a three-dimensional tissue reproduction apparatus according to the present invention will be described in detail together with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 조직 재생물 제조장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 측면도이다.1 is a block diagram of a three-dimensional tissue reproduction apparatus according to the present invention, Figure 2 is a side view of FIG.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 조직 재생장치는 2개의 주축을 동반 이송시키고, 더불어 2개의 주축 방향을 회전테이블에 의해 가변시켜 각 주축의 최단경로를 통해 보다 신속하게 3차원 조직 재생물을 제작할 수 있는 구조의 3차원 조직 재생물 제조장치(10)에 관한 것이다.As shown in Figures 1 and 2, the three-dimensional tissue reproducing apparatus of the present invention is conveyed together with the two main axes, and the two main axis direction is changed by the rotary table to more quickly through the shortest path of each main axis It relates to a three-dimensional
이러한 3차원 조직 재생물 제조장치(10)는 크게 6개 부분으로 구성되는데, 이는 베이스프레임(11)과, 수집테이블(17)과, X축 가이드레일(12)과, Y축 가이드레일(13)과, 브라켓(14)과, 세포배양지지체를 생성하는 제 1주축(15) 및 세포배양지지체의 사이에 나노섬유를 방사하는 제 2주축(16)으로 구성된다.The three-dimensional
여기서 상기 베이스프레임(11)은 지면을 지지하고 있으며, 중앙부위에는 수집테이블(17)이 형성되어 있는 구조이다.Here, the
여기서 상기 수집테이블(17)은 표면에 세포배양지지체가 구축되는 부위로 저면에는 펠티어소자(171)가 장착되어 있어 표면에 형성되는 세포배양지지체와, 상기 세포배양지지체의 사이에 집적되는 나노섬유의 굳는 속도를 조절할 수 있도록 구성된다.Here, the collection table 17 is a site where the cell culture support is constructed on the surface, and the Peltier
여기서 상기 펠티어소자(171)는 P형 반도체와, N형 반도체가 혼재된 펠티어소자을 장착시켜 냉각면과 발열면이 바뀌게 하여 세포배양지지체 및 상기 세포배양 지지체의 사이에 집적되는 나노섬유의 굳는 속도를 더욱 더 빠르게 조절할 수 있게 구성할 수 있다.Here, the Peltier
상기의 펠티어소자(171)는 전압이 흐르는 방향에 따라 펠티어소자의 전자 및 정공의 흐름도 바뀌게 되어 결과적으로 열을 방출하고 흡수하는 냉각면과 가열면을 선택적으로 조절할 수 있다.The Peltier
아울러 펠티어소자 이외에, 일반적인 히터를 대체하여 사용할 수 있다.In addition to the Peltier element, a general heater may be used instead.
한편 상기 수집테이블(17)은 상기 베이스프레임(11)에 형성된 보조가이드레일(111)에 이송가능하게 결합되어 있어 제 1주축(15) 및 제 2주축(16)의 최단거리를 설정하여 보다 신속하게 3차원 조직 재생물을 생성할 수 있는 구조를 마련한다. 아울러 X축 가이드레일(12)은 상기 베이스프레임(11)의 상부에 양측에 고정되어 제 1주축(15) 및 제 2주축(16)이 X축으로 이동될 수 있는 구조를 마련한다.On the other hand, the collection table 17 is coupled to the
그리고 상기 Y축 가이드레일(13)은 상기 각 X축 가이드레일(12)의 상부에 Y축 방향으로 배치되어 있는 구조이다.And the Y-
이러한 Y축 가이드레일(13)의 상부에는 회전테이블(18)이 장착되고, 회전테이블(18)의 상부로는 제 1주축(15) 및 제 2주축(16)이 각각 결합된 2개의 브라켓(14)이 상호 대향되게 설치되어 구성된다.The upper portion of the Y-
여기서 상기 각 브라켓(14)은 상호 마주보는 면으로는 Z축 가이드레일(141)이 형성되고, 이러한 각각의 Z축 가이드레일(141)에는 제 1주축(15) 및 제 2주축(16)이 결합되어 있어 각 주축(15,16)은 Z축으로 이송될 수 있는 구조를 마련한다.Here, each of the
상기와 같은 구조는 X축 가이드레일(12)의 상부에 배치된 단일의 Y축 가이드레일(13)을 통해 2개의 주축(15,16)을 X,Y축으로 동반 이송하고, 상기 Y축 가이드레일(13)의 상부에 배치된 회전테이블(18)을 통해 2개의 주축(15,16) 위치를 가변시켜 각 주축(15,16)의 최단경로를 통해 보다 신속하게 3차원 조직 재생물을 제작할 수 있수 있는 구조를 마련한다.The structure as described above conveys two main shafts (15, 16) to the X, Y axis through a single Y-
한편 상기 제 1주축(15)에는 수집테이블(17)의 상부로 3차원 형상의 기초 뼈대인 세포배양지지체를 형성하는 플로터(151)가 장착되어 구성된다.On the other hand, the first spindle (15) is configured to be equipped with a
상기 플로터(151)는 생체중합체(폴리머) 용액이 저장된 용액저장탱크(151b)와, 플로터노즐(151a)로 구성되어 세포배양지지체를 송출할 수 있도록 구성된다.The
그리고, 상기 제 2주축(16)에는 수집테이블(17)의 상부로 상기 플로터(151)가 형성한 3차원 형상의 세포배양지지체 사이 및 그 표면에 섬유사 형태의 나노섬유를 방사하는 전기방사기(161)가 장착되어 구성된다.The
여기서 상기 전기방사기(161)는 생체중합체 용액이 저장된 용액저장탱크(161b)와, 상기 용액저장탱크(161b)로부터 공급되는 용액을 분사시키기 위한 전기방사노즐(161a)과, 상기 전기방사노즐(161a)과 수집테이블(17)에 전압을 걸어 노즐에서 방사되는 용액이 전기 방사에 의해 나노섬유 형태로 미세하게 방사되도록 상기 노즐과 수집테이블(17)에 접속되는 전압발생기(161c)를 포함하여 구성된다.Here, the
이하에서는 3차원 조직 재생물 제조장치의 작동에 관하여 간단히 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the 3D tissue reproducing apparatus will be briefly described.
도 4a.도 4b는 수집테이블의 상부에 구축된 세포배양지지체의 사진이고, 도 5는 도 4a 및 도 4b에서 세포배양지지체의 사이에 집적된 나노섬유 도시한 사진이다.Figure 4a. Figure 4b is a photograph of the cell culture support built on top of the collection table, Figure 5 is a photograph showing a nanofiber integrated between the cell culture support in Figures 4a and 4b.
본 발명을 설명하기에 앞서, 환자의 뼈를 촬영하고, 이를 3차원 좌표데이터로 변환하고, 이를 수신받아 제어부를 통해 2차원 조직 재생물 제조장치(10)를 제어하는 과정이 선행되어야 할 것이다.Prior to describing the present invention, a process of photographing a patient's bone, converting it into 3D coordinate data, receiving the control, and controlling the 2D
먼저 3차원 좌표 데이터에 따라 제 1주축(15)과 제 2주축은 X축 가이드레일(12) 및 Y축 가이드레일(13)을 따라 X,Y,Z으로 이동되어 수집테이블(17)의 상단에 위치한다. First, the first
이 후 제 1주축(15)은 플로터노즐(151a)이 수집테이블(17)의 상부 표면으로 근접되게 Z축으로 하강한다.The
그 후 용액저장탱크(151b)의 내부에 압력을 걸어 플로터노즐(151a)로부터 폴리머 용액이 송출되게 한다.Thereafter, pressure is applied to the inside of the
여기서 폴리머 용액이 송출되는 동시에 상기 제 1주축(15)은 X,Y,Z축으로 움직이면서 도 4a 및 도 4b와 같이, 세포배양지지체가 형성되도록 폴리머 용액을 쌓아 올려 뼈대를 구축한다.Here, the polymer solution is sent out and the
이 후 제 1주축(15)은 브라켓(14)의 Z축 가이드레일(141)을 따라 세포배양지지체의 상부로 이송되고, 회전테이블(18)이 180˚ 회전하여 제 2주축(16)이 세포배양지지체의 상부로 배치되게 위치를 변경한다. Thereafter, the
그리고 제 2주축(16)이 세포배양지지체로 급접하게 하강하여 전기방사 기(161)를 통해 상기 플로터(151)가 형성한 3차원 형상의 세포배양지지체 사이 및 그 표면에 도 5와 같이, 섬유사 형태의 나노섬유를 방사하여 나노섬유를 세포배양지지체에 집적시킨다.Then, the
그리고 상기의 과정을 반복하여 인체의 뼈 형상을 대체할 수 있는 3차원 조직 재생물을 구축한다.And repeating the above process to build a three-dimensional tissue reproduction that can replace the bone shape of the human body.
마지막으로 구축된 3차원 조직 재생물에 인체에서 추출된 세포를 이식하여 3차원 조직 재생물에 배양하여 완성한다. Finally, the cells extracted from the human body are transplanted to the constructed three-dimensional tissue regenerated and completed by incubating the three-dimensional tissue regenerated.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many different and obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, the scope of the invention should be construed by the claims described to include many such variations.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 조직 재생물 제조장치의 구성도,1 is a block diagram of a three-dimensional tissue reproduction apparatus according to the present invention,
도 2는 도 1의 측면도,2 is a side view of FIG. 1;
도 3은 도 1의 작동도,3 is an operation of FIG.
도 4a.도 4b는 수집테이블의 상부에 구축된 세포배양지지체의 사진Figure 4a. Figure 4b is a photograph of the cell culture support built on top of the collection table
도 5는 도 4a 및 도 4b에서 세포배양지지체의 사이에 집적된 나노섬유 도시한 사진Figure 5 is a photograph showing the nanofibers integrated between the cell culture support in Figures 4a and 4b
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 3차원 조직 재생물 제조장치10: three-dimensional tissue reproduction apparatus
11: 베이스프레임 111: 보조가이드레일11: base frame 111: auxiliary guide rail
12: X축 가이드레일12: X axis guide rail
13: Y축 가이드레일 14: 브라켓13: Y-axis guide rail 14: Bracket
141: Z축 가이드레일141: Z-axis guide rail
15: 제 1주축 151: 플로터15: first spindle 151: plotter
151a: 플로터노즐 151b: 용액저장탱크151a:
16: 제 2주축 161: 전기방사기16: 2nd spindle 161: electrospinning machine
161a: 전기방사기노즐 161b: 용액저장탱크161a:
161c: 전압발생기 161c: voltage generator
17: 수집테이블 171: 펠티어소자17: collection table 171: Peltier element
18: 회전테이블18: rotating table
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