KR20190050010A - Method for controlling microfilament alignment in structure by pre-strain combination and physical properties - Google Patents

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KR20190050010A
KR20190050010A KR1020170145075A KR20170145075A KR20190050010A KR 20190050010 A KR20190050010 A KR 20190050010A KR 1020170145075 A KR1020170145075 A KR 1020170145075A KR 20170145075 A KR20170145075 A KR 20170145075A KR 20190050010 A KR20190050010 A KR 20190050010A
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Abstract

The present specification relates to a method of aligning microfilaments and a structure therefor. According to an elastic substrate, device, or method of one aspect of the present invention, microfilaments can be aligned in various directions by stretching or compressing and restoring the elastic substrate, and accordingly, cells can be arranged in various and uniform orientations or patterns. By using one aspect of the present invention, a cell culture model used in various studies can be mass-produced more easily.

Description

선 스트레인의 조합 및 물성에 따른 구조체 내 미세섬유 정렬 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING MICROFILAMENT ALIGNMENT IN STRUCTURE BY PRE-STRAIN COMBINATION AND PHYSICAL PROPERTIES}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for controlling alignment of microfibers in a structure according to the combination of line strain and physical properties of the microfibers.

본 명세서는 미세섬유의 정렬을 위한 구조체 및 미세섬유의 정렬 방법에 관한 것이다.The present specification relates to a structure for aligning fine fibers and a method for aligning the fine fibers.

체내의 모든 장기와 조직은 배아상태에서 발달 단계를 거쳐 생성되면서 세포와 세포 외 기질이 특징적인 모습으로 정렬된다. 이러한 구조적 특징에 의해 각 장기와 조직 내에 위치한 세포는 주변의 다른 세포 또는 세포 외 기질과 특징적인 상호작용을 하게 되며, 이러한 상호작용은 각각의 장기가 기능을 수행하는데 있어서 결정적인 역할을 한다. 대표적인 예로서 뇌, 심장, 중추 및 말단 신경 다발, 각종 근육들은 매우 특징적인 구조를 보이며, 이러한 구조가 와해되면 심각한 발달장애를 초래한다. All the organs and tissues in the body are produced through the developmental stage in the embryonic state, and the cells and extracellular matrix are arranged in a characteristic pattern. These structural features enable the cells located within each organ and tissue to interact with other cells or extracellular matrix in the periphery, and these interactions play a crucial role in the functioning of each organ. As a representative example, the brain, heart, central and distal nerve bundles, and various muscles show a very characteristic structure, and when such a structure breaks down, it causes severe developmental disorders.

이러한 세포 및 조직의 특징을 보다 면밀하게 연구하기 위해, 생체 하이드로젤 내에 세포를 심고 배양하여 특정 조직과 유사하게 성장하도록 유도하여 개체에 이식하는 조직공학이라는 기술적 개념이 1993년 Science 저널에 처음으로 발표되었고, 이후 여러 가지 합성 혹은 천연 고분자 생체재료를 활용하여 그 안에 세포를 배양하는 방법인, 동물세포 3차원 배양 기술이 선진국을 중심으로 계속해서 발전하고 있다. In order to study these cell and tissue characteristics more closely, the technical concept of tissue engineering in which cells are planted and cultured in a living body hydrogel to induce them to grow in a similar manner to a specific tissue, is introduced for the first time in Science journal in 1993 , And then animal cell three-dimensional culture technology, which is a method of culturing cells in various synthetic or natural polymer biomaterials, continues to be developed in advanced countries.

간, 연골, 신장 등 장기에 관해서는 기존의 2차원 세포배양 방식에 비해 생체 내 (in vivo)와 보다 유사한 환경에서 생리학적 모델을 만들고자 하는 시도가 어느 정도 성공을 거두고 있다. 정상적인 장기 모델뿐만 아니라 암 조직 내 세포 주위 미세환경을 모사하는 등 병리학적 모델을 구축하는 데에도 3차원 배양 기술이 도입되어 기존의 2차원 세포 배양에서는 간과되었던 세포-세포, 세포-세포 외 기질 상호 작용에 관해서도 깊이 있는 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 2000년대 중반부터는 응용분야가 더욱 확장되어 줄기세포의 3차원 배양도 시도되고 있으며, 특히 2011년 9월 미국국립보건원(NIH: National Institute of Health)에서 국방첨단연구원(DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency), 식품약물관리원(FDA: Food and Drug Administration)과 공동으로 5년 동안 7,000만 달러 규모의 조직 칩 프로젝트(Tissue Chip Project)를 시작한다고 계획을 밝힌 바 있다.For the organs such as liver, cartilage, and kidney, attempts to create a physiological model in a more similar environment than in vivo (in vivo) are somewhat successful. In addition to the normal long-term model, the three-dimensional culture technique was introduced to construct a pathological model such as simulating the intracellular microenvironment in cancer tissues, and the cell-cell, cell-extracellular matrix In-depth research is also proceeding steadily. In the mid-2000s, the application field expanded further, and three-dimensional culture of stem cells was attempted. In particular, in September 2011, the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) at the National Institute of Health (NIH) And the Food and Drug Administration (FDA) have announced plans to begin a $ 70 million Tissue Chip Project for five years.

그에 따라, 기존에 개발된 세포/조직 칩 기술들과 더불어 관련 분야의 활성화 및 발전이 기대되고 있기는 하나, 세포나 조직의 정렬 및 방향성을 조절하는 기술은 여전히 미흡한 실정이다.As a result, along with the previously developed cell / tissue chip technologies, the related fields are expected to be activated and developed, but the technology for controlling alignment and orientation of cells and tissues is still insufficient.

PCT 공개공보 WO2009/073548 A1(2009.06.11)PCT Open Publication WO2009 / 073548 A1 (2009.06.11)

본 명세서는 미세섬유의 정렬을 가능하게 하는 탄성 구조체 및 미세섬유의 정렬 방법을 제공하고, 그에 따른 세포의 정렬 및 배양 방법을 제공하기 위한 것이다.The present specification is intended to provide a method of aligning an elastic structure and microfibers that enable alignment of fine fibers, and to provide a method of aligning and culturing cells accordingly.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 일 측면에서 미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 로딩하는 마이크로채널 및 하나 이상의 공동(void)을 포함하는 미세섬유 정렬용 탄성기판을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention relates to an elastic substrate for microfibre alignment comprising microchannels and one or more voids containing raw materials capable of microfibrillating capability or loading a composition comprising microfibers in one aspect to provide.

본 발명은 다른 측면에서, 미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 로딩하는 마이크로채널 및 탄성계수가 다른 둘 이상의 기판을 포함하는 미세섬유 정렬용 탄성기판을 제공한다.In another aspect, the present invention provides an elastic substrate for microfibre alignment comprising a microchannel containing a raw material capable of microfibrillating capability or loading a composition comprising microfibers and two or more substrates having different elastic moduli.

본 발명은 또 다른 측면에서, 상기 미세섬유 정렬용 탄성기판 및 상기 탄성기판을 신장 또는 압축시키기 위한 장치를 포함하는, 미세섬유 정렬 장치일 수 있다.In yet another aspect, the present invention can be a microfiber alignment apparatus comprising an elastic substrate for aligning the microfibers and an apparatus for stretching or compressing the elastic substrate.

본 발명은 또 다른 측면에서, (1) 미세섬유 정렬용 탄성기판에 대하여 일정 방향의 스트레인을 가한 상태로 유지시키는 단계; (2) 미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 상기 탄성 기판 내의 마이크로채널에 로딩하는 단계; 및 (3) 상기 일정 방향의 스트레인을 배제하는 단계를 포함하는, 미세섬유 정렬 방법일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for fabricating a microfibre fiber, comprising: (1) holding an elastic substrate for aligning microfibers with a strain in a predetermined direction; (2) loading a microchannel in the elastic substrate with a composition containing microfibers or containing a raw material capable of microfibrillating; And (3) excluding the strain in the constant direction.

본 발명은 또 다른 측면에서, 상기 미세섬유 정렬용 탄성기판 또는 미세섬유 정렬 방법을 이용하는 세포 배양 방법일 수 있다. In another aspect, the present invention may be a cell culture method using an elastic substrate for microfiber alignment or a microfibre alignment method.

본 발명의 일 측면에 따른 탄성기판, 장치, 또는 방법에 의할 때, 탄성기판을 신장 또는 압축시켰다가 회복시키는 방법으로 다양한 방향으로 미세섬유를 정렬시킬 수 있으며, 그에 따라 세포를 다양하고 일정한 방향이나 무늬로 정렬 시킬 수 있으므로, 본 발명의 일 측면을 활용하여 각종 연구에 있어서 요구되는 다양한 세포배양 모델을 쉽게 양산하여 제공할 수 있다. In accordance with one aspect of the present invention, microfibers can be aligned in various directions by stretching or compressing and restoring the elastic substrate, thereby allowing the cells to be aligned in various and constant orientations It is possible to easily mass produce various cell culture models required in various studies by utilizing one aspect of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 탄성 기판 내의 공동(201, 202)과 마이크로채널(100, 101)의 세 가지 예를 도시한 것이다(맨 위 그림에서 원형 또는 타원형은 공동이고 굵은 직선은 마이크로채널, 가운데 그림에서 사각형은 공동이고 굵은 직선은 마이크로 채널, 맨 아래 그림에서 두 원은 공동이고 가운데 아령형 모양은 마이크로 채널).
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 공동(201, 202)과 마이크로채널(100, 101)의 세가지 예에 따른 각각의 탄성 기판(10)에 대한 평면도 및 사시도를 예시한 것이다.
도 3은 도 2의 맨 위 탄성기판(10)과 이를 신장시키는 장치(40)를 나타낸 것으로서, 좌측은 탄성기판을 신장시키기 전의 모습을 나타낸 것이고, 우측은 탄성기판을 종방향으로 신장시킨 모습을 나타낸 것이다.
도 4는 도 2의 가운데 탄성기판(10)과 이를 신장시키는 장치(40)를 나타낸 것으로서, 좌측은 탄성기판을 신장시키기 전의 모습을 나타낸 것이고, 우측은 탄성기판을 종방향으로 신장시킨 모습을 나타낸 것이다.
도 5는 도 2의 맨 아래 탄성기판(10)과 이를 신장시키는 장치(50)를 나타낸 것으로서, 좌측은 탄성기판을 신장시키기 전의 모습을 나타낸 것이고, 우측은 탄성기판을 횡방향으로 신장시킨 모습을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 탄성기판을 도 3과 같이 종방향으로 신장의 스트레인을 가할 경우, 원형 공동 부분에 미치는 스트레인 방향(회색 화살표)과 마이크로채널 부분에 미치는 스트레인 방향(적색 화살표)을 나타낸 것으로, 도면의 하단은 본 발명의 일 측면에 의한 방법에 의해 미세섬유가 정렬된 모습을 형광 염색하고 시각화한 것을 나타낸 것이다(실선 화살표의 방향은 스트레인의 방향을 나타낸 것이고, 실선 화살표의 길이는 스트레인의 크기를 나타낸 것이며, d는 공동의 직경, 각도는 미세섬유가 정렬된 방향을 변형 전 마이크로채널의 길이방향을 기준으로 잰 각도를 뜻함).
도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 탄성기판을 도 4와 같이 종방향으로 신장의 스트레인을 가할 경우, 다각형 공동 부분에 미치는 스트레인 방향(회색 화살표)과 마이크로채널 부분에 미치는 스트레인 방향(적색 화살표)을 나타낸 것으로, 도면의 하단은 본 발명의 일 측면에 의한 방법에 의해 미세섬유가 정렬된 모습을 형광 염색하고 시각화한 것을 나타낸 것이다(실선 화살표의 방향은 스트레인의 방향을 나타낸 것이고, 실선 화살표의 길이는 스트레인의 크기를 나타낸 것이며, 각도는 미세섬유가 정렬된 방향을 마이크로채널의 길이방향을 기준으로 잰 각도를 뜻함).
도 8은 오그제틱 구조의 예를 나타낸 것으로서, 위는 신장시키기 전의 구조이고, 아래는 신장시킬 경우의 구조를 나타낸 것이며, 아래 그림에서 검정 화살표는 신장 스트레인의 방향을 나타낸 것이고, 적색 화살표는 팽창하는 방향과 힘을 나타낸 것이다.
도 9는 도 2의 탄성기판 중 예시적으로 맨 아래 기판을 사용하여 횡으로 신장하였을 때를 나타낸 것이고, 하단은 본 발명의 일 측면에 의한 방법에 의해 마이크로채널(101)의 미세섬유가 정렬된 모습을 형광염색으로 확인한 것이다(상단 도면의 독립된 두 원 또는 타원은 공동(201)이고, 공동 사이의 아령형 구조(101)는 마이크로채널임).
도 10은 탄성계수가 다른 두 탄성 기판부(20, 30)를 결합하고 압축하는 경우에 관하여 도시한 것으로서, 좌측 도면의 검정색 사각형은 마이크로채널(10)이고, 우측 도면의 굵은 화살표는 압축 스트레인의 방향을 나타낸 것이다.
도 11은 상기 도 10과 방법으로 탄성계수가 다른 두 탄성 기판부를 결합한 뒤 압축 스트레인을 가하는 방식으로 본 발명의 일 측면에 의한 방법에 의해 미세섬유를 정렬시킨 모습을 확인한 것이고 하단은 이를 형광 염색으로 확인한 것이다(상단 도면의 적색 화살표의 방향은 마이크로채널에서 힘을 받는 부분을 나타낸 것이고, 적색 화살표의 길이는 힘의 크기를 나타낸 것임).
도 12는 본 발명의 일 측면에 따른 선 신장(pre-stretching)에 의한 정렬 방향을 3D 매트릭스로 분석한 것으로서, 좌측 도면에서 굵은 화살표는 신장시킨 후 회복하는 방향이고, 굵고 연한 회색선은 미세섬유와 그 방향이며, 우측 도면은 신장 후 회복된 상태의 미세섬유 방향을 도시한 것이다.
도 13은 상기 도 12를 XY 평면으로 도시한 것이고, 좌측 도면은 선 신장 상태를 나타낸 것이며, 가운데 도면은 신장 후 회복 상태를 나타낸 것이고, 우측 도면은 △L/L에 따른 θ의 양상을 나타낸 것이다(좌측 및 가운데 도면에서 주황색 실선이 미세섬유 및 그 방향을 나타냄).
도 14는 상기 도 12를 YZ 평면으로 도시한 것이고, 좌측 도면은 선 신장 상태를 나타낸 것이며, 가운데 도면은 신장 후 회복 상태를 나타낸 것이고, 우측 도면은 △L/L에 따른 φ의 양상을 나타낸 것이다(좌측 및 가운데 도면에서 녹색 실선이 미세섬유 및 그 방향을 나타냄).
도 15는 상기 도 12를 XZ 평면으로 도시한 것이고, 좌측 도면은 선 신장 상태를 나타낸 것이며, 가운데 도면은 신장 후 회복 상태를 나타낸 것이고, 우측 도면은 △L/L에 따른 φ의 양상을 나타낸 것이다(좌측 및 가운데 도면에서 청색 실선이 미세섬유 및 그 방향을 나타냄).
도 16은 본 발명의 일 측면에 의한 선 압축(pre-compressing)에 의한 정렬 방향을 3D 매트릭스로 분석한 것으로서, 좌측 도면에서 굵은 화살표는 압축시킨 후 회복하는 방향이고, 굵고 연한 회색선은 미세섬유와 그 방향이며, 우측 도면은 신장 후 회복된 상태의 미세섬유 방향을 도시한 것이다.
도 17은 상기 도 16을 XY 평면으로 도시한 것이고, 좌측 도면은 선 압축 상태를 나타낸 것이며, 가운데 도면은 압축 후 회복 상태를 나타낸 것이고, 우측 도면은 △L/L에 따른 θ의 양상을 나타낸 것이다(좌측 및 가운데 도면에서 주황색 실선이 미세섬유 및 그 방향을 나타냄).
도 18은 상기 도 16을 YZ 평면으로 도시한 것이고, 좌측 도면은 선 압축 상태를 나타낸 것이며, 가운데 도면은 압축 후 회복 상태를 나타낸 것이고, 우측 도면은 △L/L에 따른 φ의 양상을 나타낸 것이다(좌측 및 가운데 도면에서 녹색 실선이 미세섬유 및 그 방향을 나타냄).
도 19는 상기 도 16을 XZ 평면으로 도시한 것이고, 좌측 도면은 선 압축 상태를 나타낸 것이며, 가운데 도면은 압축 후 회복 상태를 나타낸 것이고, 우측 도면은 △L/L에 따른 φ의 양상을 나타낸 것이다(좌측 및 가운데 도면에서 청색 실선이 미세섬유 및 그 방향을 나타냄).
1 illustrates three examples of cavities 201, 202 and microchannels 100, 101 in an elastic substrate according to an aspect of the present invention (the circular or oval in the top view is a cavity, In the center, the rectangle is the cavity, the bold line is the microchannel, the bottom circle is the joint of the two circles, and the middle dumbbell shape is the microchannel).
2 illustrates a plan view and a perspective view of respective elastic substrates 10 according to three examples of cavities 201 and 202 and microchannels 100 and 101 according to an aspect of the present invention.
FIG. 3 shows a top elastic substrate 10 and an apparatus 40 for stretching the top elastic substrate 10 of FIG. 2. The left side shows a state before the elastic substrate is stretched, and the right side shows a state in which the elastic substrate is stretched in the longitudinal direction .
FIG. 4 shows a middle elastic substrate 10 and an apparatus 40 for stretching the middle elastic substrate 10 of FIG. 2. The left side shows a state before the elastic substrate is stretched, and the right side shows a state in which the elastic substrate is stretched in the longitudinal direction will be.
FIG. 5 shows the lower elastic substrate 10 and the device 50 for stretching the lower elastic substrate 10 of FIG. 2. The left side shows a state before stretching the elastic substrate, and the right side shows a state in which the elastic substrate is stretched in the lateral direction .
6 is a cross-sectional view of an elastic substrate according to one aspect of the present invention, (Gray arrow) on the circular cavity portion and a strain direction (red arrow) on the microchannel portion when the strain of the elongation in the longitudinal direction is applied, and the lower side of the drawing shows the method according to one aspect of the present invention (The direction of the solid line arrow indicates the direction of the strain, the solid line arrow indicates the length of the strain, and d indicates the diameter and angle of the cavity) The direction in which the fibers are aligned refers to the angle measured with respect to the longitudinal direction of the microchannel before deformation).
7 is a cross-sectional view of an elastic substrate according to one aspect of the present invention, (Gray arrows) on the polygonal cavity and strain directions (red arrows) on the microchannel portion when the strain of the elongation in the longitudinal direction is applied. The bottom of the drawing shows the method according to one aspect of the present invention (The direction of the solid line arrow indicates the direction of the strain, the length of the solid line arrow indicates the size of the strain, and the angle indicates the direction in which the microfibers are aligned) Refers to the angle measured with respect to the longitudinal direction of the microchannel).
FIG. 8 shows an example of an oggic structure, wherein the stomach is a structure before stretching, and the bottom shows a structure when stretched. In the drawing, a black arrow indicates the direction of elongation strain, Direction and force.
FIG. 9 shows a case where the elastic substrate of FIG. 2 is stretched transversely by using the lower substrate as an example, and the lower end shows a state in which fine fibers of the microchannel 101 are aligned by the method according to one aspect of the present invention (The two independent circles or ovals in the top drawing are the cavity 201 and the dumbbell structure 101 between the cavities is the microchannel).
FIG. 10 shows a case where two elastic substrate portions 20 and 30 having different elastic moduli are joined and compressed. The black square in the left drawing is a microchannel 10, and the thick arrows in the right drawing indicate compression strains Direction.
11 is a view showing a state in which fine fibers are aligned by a method according to one aspect of the present invention in which a compressive strain is applied after joining two elastic substrate portions having different elastic moduli by the method of FIG. 10, (The direction of the red arrow in the upper drawing shows the portion of the microchannel being subjected to the force, and the length of the red arrow indicates the magnitude of the force).
12 is an analysis of the alignment direction by pre-stretching according to one aspect of the present invention by a 3D matrix. In the left drawing, a bold arrow indicates a recovery direction after stretching, and a thick, And the right figure shows the directions of the fine fibers recovered after elongation.
Fig. 13 shows the XY plane in Fig. 12, the left drawing shows the state of linear expansion, the middle drawing shows the recovery state after elongation, and the right figure shows the state of? According to? L / L (The orange solid lines in the left and middle figures indicate the microfibers and their orientation).
FIG. 14 is a diagram showing the YZ plane of FIG. 12, the left drawing shows the state of line extension, the middle drawing shows the state of recovery after extension, and the right side shows the state of φ according to ΔL / L (Green solid lines in the left and middle drawings indicate microfibers and their orientation).
FIG. 15 shows the XZ plane of FIG. 12, the left drawing shows the state of linear expansion, the middle drawing shows the recovery state after extension, and the right side shows the state of φ according to ΔL / L (Blue solid lines in the left and middle drawings indicate the microfibers and their orientation).
16 is an analysis of the alignment direction by pre-compressing according to one aspect of the present invention with a 3D matrix. In FIG. 16, a bold arrow in the left drawing indicates the direction of recovery after compression, And the right figure shows the directions of the fine fibers recovered after elongation.
FIG. 17 shows the XY plane of FIG. 16, the left-hand drawing shows the linear compression state, the middle drawing shows the recovery state after compression, and the right-hand side diagram shows an aspect of? According to? L / L (The orange solid lines in the left and middle figures indicate the microfibers and their orientation).
Fig. 18 is a diagram showing the YZ plane of Fig. 16, the left drawing shows the state of linear compression, the middle drawing shows the recovery state after compression, and the right figure shows the state of phi according to DELTA L / L (Green solid lines in the left and middle drawings indicate microfibers and their orientation).
FIG. 19 shows the XZ plane of FIG. 16, the left-hand drawing shows the linear compression state, the middle drawing shows the recovery state after compression, and the right-hand drawing shows the phase of φ according to ΔL / L (Blue solid lines in the left and middle drawings indicate the microfibers and their orientation).

본 명세서에서 "탄성"은 외부 힘에 의하여 구조가 변형 된 뒤, 다시 원상태의 구조로 돌아오는 힘이나 성질을 의미하는 것이며 통상의 기술자가 자명하게 인식할 수 있는 용어에 해당한다. 구체적으로, 특정 구조체(예를 들어, 탄성기판)의 폭이나 길이의 5%이상, 10%이상, 15%이상, 20%이상, 30%이상, 35%이상, 40%이상, 45%이상, 50%이상, 55%이상, 60%이상, 70%이상 또는 80%이상을 압축한 뒤에 다시 압축 전 원래 폭이나 길이의 80%이상, 85%이상, 90%이상, 95%이상, 또는 99% 이상으로 회복되는 성질을 가지는 것을 의미할 수 있다.In the present specification, the term " elasticity " refers to a force or a property which returns to the original state after the structure is deformed by an external force, and corresponds to a term that can be easily recognized by an ordinary technician. More specifically, the width or length of a specific structure (for example, an elastic substrate) is 5% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 30% or more, 35% or more, 40% At least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, or at least 99% of the original width or length after compression after compression of at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 70% Or more.

본 명세서에서 "기판"은 탄성을 가지는 물질로 제조된 구조체라면 제한 없이 사용 가능하다. 탄성을 가지는 물질의 예시로는 PDMS(polydimethylsiloane)를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 당업계에 알려진 탄성을 가지는 물질로 알려진 소재라면 제한 없이 사용하여 제작할 수 있다. As used herein, the term " substrate " is not limited as long as it is a structure made of a material having elasticity. Examples of materials having elasticity include PDMS (polydimethylsiloane), but are not limited thereto, and any material known as a material having elasticity known in the art can be used without limitation.

본 명세서에서 “기판부”는 상기 기판을 포함하는 부분으로서, 기판의 일부를 구성하는 구조체를 포함한다. As used herein, the term " substrate portion " includes a portion that includes the substrate, and includes a structure that constitutes a part of the substrate.

본 명세서에서 "미세섬유"는 마이크로미터 이하의 미세단위에서 선상 구조를 가지는 섬유를 의미하는 것으로서, 길고 가늘며 연하게 굽혀질 수 있는 미세 물질을 의미할 수 있다. 이러한 미세섬유는 합성 또는 천연 고분자 섬유에 해당할 수 있으며, 예를 들어 콜라겐 섬유 또는 액틴 섬유와 같은 생체섬유에 해당할 수 있다.As used herein, " microfibers " refers to fibers having a linear structure in submicrometer units, which may refer to microfine materials that can be elongated, thin, and softly curved. Such microfibers may correspond to synthetic or natural polymer fibers, and may be, for example, biofibers such as collagen fibers or actin fibers.

본 명세서에서 “미세섬유 정렬용 탄성기판”이란, 미세섬유를 특정 방향으로 정렬하기 위한 기판으로서 탄성이 있는 기판을 의미하고, 상기 특정 방향은 목적과 의도에 따라 어떠한 방향도 될 수 있고, 한 방향 또는 다수의 방향일 수도 있으며, 일정한 무늬를 이루는 방향도 포함한다. As used herein, the term " elastic substrate for aligning fine fibers " means a substrate having elasticity as a substrate for aligning fine fibers in a specific direction, and the specific direction may be any direction according to purposes and intentions, Or a plurality of directions, and also includes a direction in which a certain pattern is formed.

본 명세서에서 “스트레인(Strain)”이란, 물체에 외력이 작용하면 물체가 저항력이 생겨 변형하는데, 그때의 외력 또는 변형의 정도를 말한다. 즉, 스트레인은 압력, 압박, 인장력 등을 포함하고, 어느 물체가 인장 또는 압축을 받을 때 원래의 길이에 대하여 늘어나거나 줄어든 길이를 비율로 표시한 값을 포함한다. In the present specification, " strain " refers to the degree of external force or deformation when an external force acts on an object. That is, the strain includes pressure, compression, tensile force, and the like, and includes a ratio of a length that is elongated or reduced with respect to the original length when an object is stretched or compressed.

본 명세서에서 “공동”이란, 본 명세서의 기판 내에 형성된 빈 공간, 빈 구멍 등을 뜻하고, 그 모양에는 한정이 없으며, 기판에 스트레인이 가해질 때 변형될 수 있는 구조를 포함한다. 기판에 스트레인이 가해질 경우 그에 따라 공동 주변에 일정한 방향 또는 다양한 방향의 스트레인이 가감(加減)될 수 있다. As used herein, the term " cavity " means voids, voids, and the like formed in the substrate of the present specification, and the shape is not limited thereto and includes a structure that can be deformed when strain is applied to the substrate. When a strain is applied to the substrate, a strain in a certain direction or in various directions can be adjusted around the cavity.

본 명세서에서 “마이크로채널”이란, 마이크로 단위의 폭 또는 깊이를 가지는 통로로서, 미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 로딩하는 통로를 포함한다. 본 명세서에서 마이크로채널은 탄성 기판 내에 위치하며, 모양이나 길이의 제한은 없다. As used herein, the term " microchannel " refers to a passage having a width or depth of micrometers, and includes a passage containing a raw material capable of forming microfibers or loading a composition containing microfibers. In the present specification, the microchannel is located within the elastic substrate, and there is no limitation in shape or length.

본 명세서에서 “오그제틱 구조(Auxetic structures)”란, 내부구조를 적절히 설계한 격자 구조로서 인장시 팽창하고 압축시 수축함으로써 음의 프와송비(Poissons ratio)를 갖는데 이러한 특성을 갖는 구조를 말한다. 변형 전후 체적이 일정한 일반적인 재료의 경우,양의 프와송비(Poissons ratio)를 갖는다. 즉,수직방향으로 인장될 경우,체적이 일정하므로 수평방향으로는 수축하게 된다. 그러나, 오그제틱 구조의 경우 음의 프와송비를 가지므로 수직 방향으로 인장시 수평 방향으로도 팽창하고, 수직 방향으로 압축시 수평 방향으로도 수축하며, 수평 방향으로 인장 또는 압축할 경우에 수직 방향에 대해서 각각 팽창 또는 수축하게 된다.As used herein, the term " Auxetic structures " refers to a structure having such properties as a lattice structure in which an internal structure is appropriately designed, and has a negative pitch and a poisson ratio by expanding when stretched and shrinking upon compression. For typical materials with constant volume before and after deformation, they have a positive prong and a poisson ratio. That is, when stretched in the vertical direction, the volume shrinks in the horizontal direction because the volume is constant. However, in the case of the oggic structure, since it has a negative pitch and a ratio, it expands in the horizontal direction when stretched in the vertical direction, contracts in the horizontal direction when compressed in the vertical direction, Respectively.

본 명세서에서 “접착제”란, 미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물이 기판이나 마이크로채널 내에서 잘 부착되어 움직이거나 흘러내리지 않도록 해주는 성분이나 원료를 뜻한다. As used herein, the term " adhesive " refers to a component or raw material that contains a raw material having fine fiber forming ability or prevents a composition containing fine fibers from adhering to a substrate or a microchannel to move or flow down.

본 명세서에서 “겔화(gelation)”란, 졸(sol)을 겔로 변화시키는 것을 말한다. 겔화의 일반적 특징으로서는 계(系)의 뚜렷한 탄성 증가, 급격한 점성도 상승 등을 들 수 있다. As used herein, the term " gelation " refers to the conversion of a sol into a gel. General characteristics of gelation include a pronounced increase in elasticity of the system and a rapid increase in viscosity.

의료계나 세포 연구계 등에서 세포나 생체조직의 배양 기술 등에 관한 관심이 증가하고 있는데, 특히 복잡하면서도 매우 특징적으로 정렬된 조직(예를 들어, 뇌, 신경 조직, 근육 조직 등)의 구조적 특징은 해당 조직의 기능에 결정적인 영향을 미친다. 일 예로, 배아상태에서 뇌신경회로망의 정렬 및 조직화가 정상적으로 이루어지지 않으면 자폐 등 각종 정신 장애를 일으키는 것으로 알려져 있다. In particular, the structural characteristics of complex and highly characteristically arranged tissues (eg, brain, nervous tissue, muscle tissue, etc.) are related to the tissue This has a decisive influence on the function. For example, if the neural network is not properly aligned and organized in the embryo, it is known to cause various mental disorders such as autism.

현재까지의 세포 및 조직 배양 기술에 대해 여러 가지 문제가 대두되면서, 3차원 체외 환경에서 세포 및 조직 배양을 구현하려는 노력도 활발해지기 시작했다. 정렬된 생체 재료 구조체 내에서 세포의 배양이 가능하도록 하는 기술 개발은 앞으로도 그 수요가 지속적으로 증가할 것이다. As the problems of cell and tissue culture techniques have been raised up to now, efforts to realize cell and tissue culture in 3-dimensional in vitro environment have begun to become active. The development of technologies that enable the cultivation of cells in an aligned biomaterial structure will continue to increase in demand in the future.

세포 배양에 쓰이는 대표적인 생체 재료로 우리 몸의 세포 외 기질 구성 중에 가장 큰 비율을 차지하고 있는 섬유질인 콜라겐이 있다. 콜라겐 섬유를 정렬하기 위한 기존 기술로 1) 전기장 또는 2) 자기장을 외부 장치에서 걸거나, 3) 콜라겐 안에 심어진 세포가 콜라겐을 수축하는 성질을 이용하거나, 4) 콜라겐 용액을 좁은 관을 통해 흘려보내면서 유체 흐름에 의한 힘 (전단력)을 이용하는 방법들이 알려져 있다. 외부 장치를 통해 전기, 자기장을 주는 것은 재현성과 실용성이 떨어질 수 있으며 전기, 자기장에 의해 자극을 받은 세포는 생리적 활성이 변하고 상당한 독성이 나타날 수 있다. 또한, 상기 언급한 방법들로는 여러 가지 서로 다른 종류의 콜라겐을 원하는 모양과 크기로 일체형 3차원 구조체를 제작하면서 동시에 섬유를 정렬하기가 어렵다.As a representative biomaterial used for cell culture, there is collagen which is the fibrous material which constitutes the largest proportion of extracellular matrix constitution of our body. Conventional techniques for aligning collagen fibers include 1) applying an electric field or 2) applying a magnetic field to an external device, 3) using the property that cells implanted in the collagen contract collagen, or 4) flowing the collagen solution through a narrow tube (Shear force) due to fluid flow are known. Applying electricity or magnetic field through an external device may deteriorate reproducibility and practicality. Cells stimulated by electricity or magnetic field may change physiological activity and cause considerable toxicity. In addition, with the above-mentioned methods, it is difficult to arrange the fibers at the same time while fabricating an integrated three-dimensional structure in various shapes and sizes of different kinds of collagen.

본 발명은 일 측면에서, 상기 수요를 충족시킬 수 있고 위와 같은 문제를 해결할 수 있는 미세섬유 정렬용 탄성 기판으로서, 상기 기판은 미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 로딩하는 마이크로채널; 및 하나 이상의 공동(void)을 포함하는, 미세섬유 정렬용 탄성기판일 수 있다. In one aspect, the present invention is an elastic substrate for microfiber alignment capable of meeting the above-mentioned demand and capable of solving the above problems, wherein the substrate comprises a raw material capable of microfibrillating ability or a composition comprising microfibers Microchannel; And one or more voids. ≪ / RTI >

상기 기판을 신장시키거나 압축시킨 후 회복시키는 것만으로도 마이크로 채널에 여러 부분에 다양한 방향으로 스트레인을 가할 수 있고, 그러한 스트레인의 방향을 고려하여 마이크로 채널 각 부분에서의 미세섬유의 정렬 방향, 무늬 등을 조절할 수 있는 특징이 있다. 그에 따라, 함께 배양하는 세포도 그 방향 및 무늬에 따라 배양 및 증식시킬 수 있는 것이다. By simply stretching or compressing the substrate and then recovering the substrate, strain can be applied to various portions of the microchannel in various directions, and in consideration of the direction of the strain, alignment directions, patterns, etc. of the microfibers Can be adjusted. Accordingly, the cells to be co-cultured can be cultured and proliferated according to their orientation and pattern.

일 구현 예로서, 상기 공동은 마이크로채널과 평행한 방향으로 배열된 것일 수 있다. 일 측면에서 상기 공동은 마이크로채널과 연결되어 있지 않은, 분리된 것일 수 있다.In one embodiment, the cavity may be arranged in a direction parallel to the microchannel. In one aspect, the cavity may be separate, not connected to the microchannel.

다른 구현 예로서, 상기 공동은 상기 마이크로채널을 경계로 좌우 또는 상하에 대칭적 또는 비대칭적으로 형성된 것일 수 있다.In another embodiment, the cavity may be formed symmetrically or asymmetrically to the left or right or up and down the boundary of the microchannel.

다른 구현 예로서, 상기 공동은 원형, 타원형, 및 삼각형 이상의 다각형 중 하나 이상일 수 있다. In other embodiments, the cavity may be at least one of circular, elliptical, and polygonal with more than triangles.

또 다른 구현 예로서, 상기 마이크로채널은 선형, 양 말단의 모양이 원형 또는 타원형인 선형, 또는 양 말단의 모양이 삼각형 이상의 다각형인 선형일 수 있다.In another embodiment, the microchannel may be linear, linear in shape with both ends rounded or elliptical, or linear with both ends polygonal in shape.

일 구현 예로서, 상기 공동과 마이크로채널은 오그제틱 구조(Auxetic structure)를 이루는 것일 수 있다. 일 측면에서 상기 오그제틱 구조는 프와송비가 음수일 수 있다.In one embodiment, the cavity and the microchannel may be of an Auxetic structure. In one aspect, the euggetic structure may have a negative feed ratio.

본 발명은 다른 측면에서, 미세섬유 정렬용 탄성 기판으로서, 상기 기판은 미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 로딩하는 마이크로채널; 제1기판부; 및 제1기판부와 탄성계수가 다른 제2기판부를 포함하는, 미세섬유 정렬용 탄성기판일 수 있다.In another aspect, the present invention provides an elastic substrate for microfiber alignment, the microchannel comprising a microfibre-forming raw material or loading a composition comprising microfibers; A first substrate portion; And a second substrate portion having a modulus of elasticity different from that of the first substrate portion.

일 구현 예로서, 상기 두 기판부는 서로 접촉되도록 배치된 것일 수 있다.In one embodiment, the two substrate portions may be arranged to be in contact with each other.

다른 구현 예로서, 상기 마이크로채널은 상기 탄성계수가 다른 두 기판부에 걸쳐서 형성된 것일 수 있다. 또한 상기 기판부는 둘 이상일 수 있다. In another embodiment, the microchannel may be formed over two substrate portions having different elastic moduli. The substrate portion may be more than two.

다른 구현 예로서, 상기 탄성기판의 재질은 탄성 고분자일 수 있다.In another embodiment, the material of the elastic substrate may be an elastic polymer.

또 다른 구현 예로서, 상기 탄성 고분자는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리메틸메타클릴레이드(polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리아크리레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭올레핀(polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides), 폴리스티렌(polystyrene), 셀룰로스아세테이트(cellulose acetate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly(ethyleneterephthalate; PETP), 천연 폴리이소프렌, 합성 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 클로로프렌 고무, 부틸고무, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무, 에피클로로하이드린 고무, 폴리아크릴 고무, 실리콘 고무, 플루오로실리콘 고무, 플루오로 탄성중합체, 폴리에테르 블록 아미드, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트 및 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In another embodiment, the elastic polymer is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyacrylates, polycarbonates, polycyclic olefins ), Polyimides, polystyrene, cellulose acetate, polyethyleneterephthalate (PETP), natural polyisoprene, synthetic polyisoprene, polybutadiene, chloroprene rubber, butyl rubber, styrene- Butadiene rubber, nitrile rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber, epichlorohydrin rubber, polyacryl rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, fluoroelastomer, polyether block amide, chlorosulfonated polyethylene, ethylene - in the group consisting of vinyl acetate and polyurethane It may be more than one selected.

일 측면에서, 상기 제1기판부는, 상기 탄성고분자 및 상기 탄성고분자를 경화시키는 경화제의 중량비를 11이상:1, 12이상:1, 13이상:1, 14이상:1, 15이상:1, 16이상:1, 17이상:1, 19이상:1, 20이상:1, 21이상:1, 22이상:1, 23이상:1, 24이상:1, 25이상:1, 26이상:1, 28이상:1, 30이상:1, 32이상:1, 34이상:1, 36이상:1 또는 38이상:1로 하여 경화시킨 것일 수 있다. 다른 측면에서, 상기 제1기판부는, 상기 탄성고분자 및 상기 탄성고분자를 경화시키는 경화제의 중량비를 40이하:1, 38이하:1, 36이하:1, 34이하:1, 32이하:1, 30이하:1, 28이하:1, 27이하:1, 26이하:1, 25이하:1, 24이하:1, 23이하:1, 22이하:1, 21이하:1, 20이하:1, 18이하:1, 16이하:1, 14이하:1, 12이하:1 또는 11이하:1로 하여 경화시킨 것일 수 있다.In one aspect, the first substrate portion has a weight ratio of the elastic polymer and the curing agent for curing the elastic polymer of 11 or more: 1, 12 or more: 1, 13 or more: 1 or more, 14 or more: 1 or more than 20: 1 or more than 20: 1 or more than 21: 1 or more than 22: 1 or more than 23: 1 or more than 24: 1 or more than 25: 1 or more than 26: Or more: 1 or more than 30: 1 or more than 32: 1 or more than 34: 1 or more than 36: 1 or more than 38: The weight ratio of the elastic polymer and the curing agent for curing the elastic polymer is 40 or less: 1, 38 or less: 1, 36 or less: 1, 34 or less: 1, 32 or less: 1, 30 1 or less: 1 or less: 1 or less: 1 or less: 1 or less: 2 or less: 1 or less: 1 or less: 1 or less: 1 or less than 16: 1 or less than 14: 1 or less than 12: 1 or less than 11: 1.

일 측면에서 상기 제2기판부는, 상기 탄성고분자 및 상기 탄성고분자를 경화시키는 경화제의 중량비를 5이상:1, 6이상:1, 7이상:1, 8이상:1, 9이상:1, 10이상:1, 11이상:1, 12이상:1, 13이상:1, 14이상:1, 15이상:1, 16이상:1, 17이상:1, 18이상:1 또는 19이상:1으로 하여 경화시킨 것일 수 있다. 다른 측면에서 상기 제2기판부는 20이하:1, 19이하:1, 18이하:1, 17이하:1, 16이하:1, 15이하:1, 14이하:1, 13이하:1, 12이하:1, 11이하:1, 10이하:1, 9이하:1, 8이하:1, 7이하:1 또는 6이하:1로 하여 경화시킨 것일 수 있다.In one aspect, the second substrate portion has a weight ratio of the elastic polymer and the curing agent for curing the elastic polymer of 5 or more: 1, 6 or more: 1, 7 or more: 1 or 8 or more: 1 or 9 or more: 1 or more than 11: 1 or more than 12: 1 or more than 13: 1 or more than 14: 1 or more than 15: 1 or more than 16: It can be done. The second substrate portion may have a thickness of 20 or less: 1 or less than 19: 1 or less than 18: 1 or less than 17: 1 or less than 16: 1 or less than 15: 1 or less than 14: : 1, 11 or less: 1, 10 or less: 1, 9 or less: 1, 8 or less: 1, 7 or less: 1 or 6 or less:

일 측면에서 상기 제1기판부의 탄성계수(또는 Young’s modulus)는 0.1MPa 이상, 0.2MPa 이상, 0.3MPa 이상, 0.4MPa 이상, 0.42MPa 이상, 0.44MPa 이상, 0.46MPa 이상, 0.47MPa 이상, 0.49MPa 이상, 0.5MPa 이상, 0.6MPa 이상, 0.7MPa 이상, 0.8MPa 이상 또는 0.9MPa 이상일 수 있다. 다른 측면에서 상기 제1기판부의 탄성계수(또는 Young’s modulus)는 2.0 MPa 이하, 1MPa 이하, 0.9MPa 이하, 0.8MPa 이하, 0.7MPa 이하, 0.6MPa 이하, 0.5MPa 이하, 0.49MPa 이하, 0.48MPa 이하, 0.47MPa 이하, 0.46MPa 이하, 0.45MPa 이하, 0.44MPa 이하, 0.43MPa 이하, 0.42MPa 이하, 0.4MPa 이하, 0.35MPa 이하, 0.3MPa 이하, 0.25MPa 이하, 0.2MPa 이하 또는 0.15MPa 이하일 수 있다.In one aspect, the elastic modulus (or Young's modulus) of the first substrate portion is 0.1 MPa or more, 0.2 MPa or more, 0.3 MPa or more, 0.4 MPa or more, 0.42 MPa or more, 0.44 MPa or more, 0.46 MPa or more, 0.47 MPa or more, Or more, 0.5 MPa or more, 0.6 MPa or more, 0.7 MPa or more, 0.8 MPa or more, or 0.9 MPa or more. (Or Young's modulus) of the first substrate portion is 2.0 MPa or less, 1 MPa or less, 0.9 MPa or less, 0.8 MPa or less, 0.7 MPa or less, 0.6 MPa or less, 0.5 MPa or less, 0.49 MPa or less, 0.48 MPa or less , 0.47 MPa or less, 0.46 MPa or less, 0.45 MPa or less, 0.44 MPa or less, 0.43 MPa or less, 0.42 MPa or less, 0.4 MPa or less, 0.35 MPa or less, 0.3 MPa or less, 0.25 MPa or less, 0.2 MPa or less or 0.15 MPa or less .

일 측면에서 상기 제2기판부의 탄성계수(또는 Young’s modulus)는 1MPa 이상, 1.5MPa 이상, 1.8MPa 이상, 2MPa 이상, 2.2MPa 이상, 2.4MPa 이상, 2.6MPa 이상, 2.8MPa 이상, 3MPa 이상, 3.2MPa 이상, 3.4MPa 이상, 3.6MPa 이상, 3.8MPa 이상, 4.0MPa 이상, 4.5MPa 이상, 5MPa 이상, 5.5MPa 이상, 6MPa 이상, 6.5MPa 이상, 7MPa 이상, 8MPa 이상 또는 9MPa 이상일 수 있다. In one aspect, the Young's modulus of the second substrate portion is 1 MPa or more, 1.5 MPa or more, 1.8 MPa or more, 2 MPa or more, 2.2 MPa or more, 2.4 MPa or more, 2.6 MPa or more, 2.8 MPa or more, MPa, 3.4 MPa, 3.6 MPa, 3.8 MPa, 4.0 MPa, 4.5 MPa, 5 MPa, 5.5 MPa, 6 MPa, 6.5 MPa, 7 MPa, 8 MPa or 9 MPa.

다른 측면에서 상기 제2기판부의 탄성계수(또는 Young’s modulus)는 10MPa 이하, 9MPa 이하, 8MPa 이하, 7MPa 이하, 6MPa 이하, 5MPa 이하, 4MPa 이하, 3MPa 이하, 2MPa 이하, 1.8MPa 이하 또는 1.5MPa 이하일 수 있다.(Or Young's modulus) of the second substrate portion is 10 MPa or less, 9 MPa or less, 8 MPa or less, 7 MPa or less, 6 MPa or less, 5 MPa or less, 4 MPa or less, 3 MPa or less, 2 MPa or less, 1.8 MPa or 1.5 MPa or less .

일 구현 예로서, 상기 제1기판부의 탄성고분자 및 경화제의 비율은 제2기판부의 그것과 다른 것일 수 있다. 다른 구현예로서, 상기 제1기판부의 탄성계수(또는 Young’s modulus)는 제2기판부의 그것과 다른 것일 수 있다.In one embodiment, the ratio of the elastic polymer and the curing agent of the first substrate portion may be different from that of the second substrate portion. In another embodiment, the modulus of elasticity (or Young's modulus) of the first substrate portion may be different from that of the second substrate portion.

또 다른 구현 예로서, 상기 마이크로채널은 접착제로 코팅된 것일 수 있다.In another embodiment, the microchannel may be coated with an adhesive.

다른 구현 예로서, 상기 접착제는 글루타르 알데히드, 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리-L-라이신, 폴리-D-라이신, 및 폴리도파민으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In another embodiment, the adhesive may be at least one selected from the group consisting of glutaraldehyde, polyethyleneimine, poly-L-lysine, poly-D-lysine, and polydodamine.

본 발명은 또 다른 측면에서, 상기 미세섬유 정렬용 탄성기판 및 상기 탄성기판을 신장 또는 압축시키기 위한 장치를 포함하는, 미세섬유 정렬 장치일 수 있다.In yet another aspect, the present invention can be a microfiber alignment apparatus comprising an elastic substrate for aligning the microfibers and an apparatus for stretching or compressing the elastic substrate.

본 발명은 일 측면에서, (1) 상기 미세섬유 정렬용 탄성기판에 대하여 일정 방향의 스트레인을 가한 상태로 유지시키는 단계; (2) 미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 상기 탄성 기판 내의 마이크로채널에 로딩하는 단계; 및 (3) 상기 일정 방향의 스트레인을 배제하는 단계를 포함하는, 미세섬유 정렬 방법일 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for fabricating a microfibre fiber, comprising: (1) holding an elastic substrate for aligning microfibers with a strain in a predetermined direction; (2) loading a microchannel in the elastic substrate with a composition containing microfibers or containing a raw material capable of microfibrillating; And (3) excluding the strain in the constant direction.

일 구현 예로서, 상기 (1) 단계의 상기 탄성 기판에 대하여 일정 방향의 스트레인을 가하는 것은, 상기 탄성 기판을 신장하거나 압축하는 것일 수 있다.In one embodiment, applying a strain in a predetermined direction to the elastic substrate in the step (1) may be to stretch or compress the elastic substrate.

다른 구현 예로서, 상기 (1) 단계의 상기 탄성 기판에 대하여 일정 방향의 스트레인을 가하는 것은, 상기 탄성 기판 내의 공동의 모양, 배치 및 탄성 기판의 탄성계수 중 하나 이상에 따라 마이크로채널의 특정 부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것일 수 있다. 일 구현 예에서, 상기 마이크로채널의 특정 부분은 마이크로채널의 전부 또는 일부분일 수 있다. In another embodiment, applying the strain in the predetermined direction to the elastic substrate in the step (1) may be performed at a specific portion of the microchannel in accordance with at least one of the shape, arrangement and elastic modulus of the elastic substrate in the elastic substrate The strain may be applied in a constant direction with respect to the substrate. In one embodiment, a particular portion of the microchannel may be all or a portion of the microchannel.

일 측면에서 상기 일정 방향 또는 특정 방향은 종방향 또는 횡방향일 수 있고, 스트레인을 가하기 전의 마이크로채널과 평행한 방향 또는 직교하는 방향일 수 있다.In one aspect, the constant direction or specific direction may be longitudinal or transverse, and may be a direction parallel or orthogonal to the microchannel before applying strain.

다른 구현 예로서, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것이, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 신장(stretching)에 의한 스트레인(선 신장에 의한 스트레인, pre-stretched strain)을 일정한 방향으로 가하는 것일 경우, 상기 특정 부분에서는 스트레인의 방향과 수직이 되는 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것일 수 있다.In another embodiment, applying a strain in a certain direction to a specific portion of the microchannel may cause a strain (strain caused by stretching) to be applied to a specific portion of the microchannel in a certain direction It may be to align and propagate the microfibers in a direction perpendicular to the direction of the strain at the specific portion.

다른 구현 예로서, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것이, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 압축(compressing)에 의한 스트레인(선 압축에 의한 스트레인, pre-compressed strain)을 일정한 방향으로 가하는 것일 경우, 상기 특정 부분에서는 스트레인의 방향과 평행한 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것일 수 있다.In another embodiment, applying a strain in a certain direction to a specific portion of the microchannel may cause a strain (compressive strain, pre-compressed strain) to be applied to a specific portion of the microchannel in a certain direction It may be to align and propagate the microfibers in a direction parallel to the direction of the strain at the specific portion.

다른 구현 예로서, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것이, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대해 신장에 의한 스트레인과 압축에 의한 스트레인을 둘다 가하는 것일 경우, 더 큰 스트레인이 신장에 의한 스트레인이면 상기 특정 부분에서는 스트레인의 방향과 수직이 되는 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것일 수 있다.In another embodiment, when applying a strain in a certain direction to a specific portion of the microchannel is to apply both stretch by compression and strain by compression to a specific portion of the microchannel, The microfibers may be aligned and propagated in a direction perpendicular to the direction of the strain at the specific portion.

또 다른 구현 예로서, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것이, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대해 신장에 의한 스트레인과 압축에 의한 스트레인을 둘다 가하는 것일 경우, 더 큰 스트레인이 압축에 의한 스트레인이면 상기 특정 부분에서는 스트레인의 방향과 평행한 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것일 수 있다.In yet another embodiment, when applying a strain in a certain direction to a specific portion of the microchannel is to apply both strain due to stretching and strain due to compression to a specific portion of the microchannel, It is possible to align and propagate the fine fibers in the direction parallel to the direction of the strain at the specific portion.

일 측면에서 상기 특정 부분은, 마이크로채널 전체, 마이크로채널 중 스트레인이 가해지는 부분 전체, 또는 마이크로채널 중 스트레인이 가해지는 부분 일부를 의미하는 것일 수 있다.In one aspect, the specific portion may refer to the entirety of the microchannel, the whole of the microchannel to which the strain is applied, or a portion of the microchannel to which the strain is applied.

다른 구현 예로서, 상기 (1) 단계의 스트레인은 상기 탄성기판의 폭 또는 길이에 대해, 스트레인을 가하기 전을 기준으로 5% 내지 80%까지 변형되도록 가하는 것일 수 있다. 5% 미만일 경우 스트레인에 의한 영향이 미미하고, 80%를 초과하면 탄성기판에 회복 불가한 변형이 생길 우려가 있어 스트레인에 의한 영향을 알 수 없게 될 가능성이 있다. 일 측면에서 상기 변형은 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 또는 75% 이상일 수 있다. 다른 측면에서, 상기 변형은 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 또는 10% 이하일 수 있다.In another embodiment, the strain of step (1) may be applied to the width or length of the elastic substrate so as to be deformed by 5% to 80% based on a value before the strain is applied. If it is less than 5%, the influence by the strain is insignificant. If it exceeds 80%, the elastic substrate may be deformed irrecoverably, and the influence of the strain may be unknown. In one aspect, the strain is at least 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% 60% or more, 65% or more, 70% or more, or 75% or more. In another aspect, the strain is less than 80%, less than 75%, less than 70%, less than 65%, less than 60%, less than 55%, less than 50%, less than 45%, less than 40%, less than 35% , 25% or less, 20% or less, 15% or less, or 10% or less.

또 다른 구현 예로서, 상기 (1) 단계의 스트레인은 △L/L의 절대값이 0.001 내지 0.8이 되도록 가하는 것일 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 상기 L은 상기 스트레인을 가하기 전 상기 탄성기판의 폭 또는 길이이고, 상기 △L은 상기 스트레인을 가한 후 변화된 만큼의 폭 또는 길이일 수 있다. △L/L의 절대값이 0.001 미만일 경우 스트레인에 의한 영향이 미미하고, 0.8를 초과하면 탄성기판에 회복 불가한 변형이 생길 우려가 있어 스트레인에 의한 영향을 알 수 없게 될 가능성이 있다. 일 측면에서 상기 △L/L의 절대값은 0.001이상, 0.005이상, 0.01이상, 0.05이상, 0.1이상, 0.2이상, 0.3이상, 0.4이상, 0.5이상, 0.6이상, 또는 0.7이상일 수 있다. 다른 측면에서 상기 △L/L의 절대값은 0.8이하, 0.75이하, 0.7이하, 0.6이하, 0.5이하, 0.4이하, 0.3이하, 0.2이하, 0.1이하, 0.05이하, 0.01이하, 0.005이하, 또는 0.001이하일 수 있다.In another embodiment, the strain in the step (1) may be such that the absolute value of DELTA L / L is 0.001 to 0.8. In this case, for example, L may be the width or length of the elastic substrate before applying the strain, and the DELTA L may be a width or a length as long as the strain is applied. If the absolute value of DELTA L / L is less than 0.001, the effect of strain is insignificant. If the absolute value of DELTA L / L is more than 0.8, there is a possibility that unrecoverable deformation may occur in the elastic substrate, and the influence of strain may be unknown. In one aspect, the absolute value of DELTA L / L may be 0.001 or more, 0.005 or more, 0.01 or more, 0.05 or more, 0.1 or more, 0.2 or more, 0.3 or more, 0.4 or more, 0.5 or more, 0.6 or more, or 0.7 or more. In another aspect, the absolute value of DELTA L / L is not more than 0.8, less than 0.75, less than 0.7, less than 0.6, less than 0.5, less than 0.4, less than 0.3, less than 0.2, less than 0.1, less than 0.05, less than 0.005, ≪ / RTI >

다른 구현 예로서, 상기 (2) 단계의 미세섬유 형성능이 있는 원료는 콜라겐, 라미닌(laminin), 파이브로넥틴(fibronectin), 엔탁틴(entactin), 히알루론산(hyaluronic acid), 나일론, 폴리아크릴산, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트), 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌 옥사이드, 엘라스틴, 젤라틴, 피브리노겐, 피브린, 알지네이트, 셀룰로오스, 실크 피브로인, 키토산, 및 액틴으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In another embodiment, the microfibrillating raw material of step (2) is selected from the group consisting of collagen, laminin, fibronectin, entactin, hyaluronic acid, nylon, polyacrylic acid, One selected from the group consisting of polycarbonate, polyurethane, poly (ethylene vinyl acetate), polystyrene, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, polyethylene oxide, elastin, gelatin, fibrinogen, fibrin, alginate, cellulose, silk fibroin, chitosan, Or more.

일 구현 예로서, 상기 (1) 단계 이전에, 미세섬유 정렬용 탄성 기판을 접착제로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment, before the step (1), the step of coating the elastic substrate for fine fiber alignment with an adhesive may be further included.

다른 구현 예로서, 상기 (2) 단계 이후에 상기 원료를 집적시켜 미세섬유 핵(nucleate) 또는 집적체(aggregate)를 형성시키는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. In another embodiment, the step (2) may further include the step of aggregating the raw material to form a fine fiber nucleate or an aggregate.

다른 구현 예로서, 상기 미세섬유 핵(nucleate) 또는 집적체(aggregate, 예를 들어 피브릴)를 형성시키는 단계에서 상기 형성을 위한 시간은 5분 내지 15분일 수 있다. 일 측면에서 상기 시간은 5분 이상, 6분 이상, 7분 이상, 8분 이상, 9분 이상, 10분 이상, 11분 이상, 12분 이상, 13분 이상, 또는 14분 이상일 수 있다. 다른 측면에서 상기 시간은 15분 이하, 14분 이하, 13분 이하, 12분 이하, 11분 이하, 10분 이하, 9분 이하, 8분 이하, 7분 이하, 또는 6분 이하일 수 있다. 상기와 같이, 조성물을 로딩 후 5분 내지 15분간(유도기, Lag phase) 부분적인 겔화(gelation) 과정을 거치게 되는데, 이때 미세섬유 단백질이 자기 조립(self-assembly)을 통해 짧은 피브릴을 생성하게 된다. 상기 유도기가 5분 미만일 경우 자기 조립이 미흡하여 피브릴이 잘 형성되기 전에 힘(strain)이 가해지게 되므로 원하는 패턴이나 방향으로 정렬시킬 수 없게 되고, 15분을 초과할 경우 힘(strain)을 가하기도 전에 섬유가 급격하게 형성되므로 원하는 패턴이나 방향으로 정렬시킬 수 없게 된다. In another embodiment, the time for forming the microfiber nucleate or aggregate (e.g., fibril) may be from 5 minutes to 15 minutes. In one aspect, the time may be at least 5 minutes, at least 6 minutes, at least 7 minutes, at least 8 minutes, at least 9 minutes, at least 10 minutes, at least 11 minutes, at least 12 minutes, at least 13 minutes, or at least 14 minutes. In other aspects, the time may be less than 15 minutes, less than 14 minutes, less than 13 minutes, less than 12 minutes, less than 11 minutes, less than 10 minutes, less than 9 minutes, less than 8 minutes, less than 7 minutes, or less than 6 minutes. As described above, the composition is subjected to a partial gelation process for 5 to 15 minutes (inductive phase, Lag phase) after loading, wherein the microfibre protein is self-assembled to generate short fibrils do. If the induction unit is less than 5 minutes, self-assembly is insufficient and strain is applied before the fibrils are well formed, so that it can not be aligned in a desired pattern or direction. When the induction unit is less than 5 minutes, The fibers are rapidly formed before they are formed, so that they can not be aligned in a desired pattern or direction.

또 다른 구현 예로서, 상기 미세섬유 핵(nucleate) 또는 집적체(aggregate)를 형성시키는 단계는 상기 조성물을 부분적으로 겔(gel)상태로 경화시키는 단계일 수 있다.In yet another embodiment, the step of forming the microfine nucleate or aggregate may be a step of partially curing the composition into a gel state.

다른 구현 예로서, 상기 (3) 단계는 특정 방향의 스트레인을 배제함과 동시에 조성물을 완전히 겔로 경화시키는 단계일 수 있다.In another embodiment, step (3) may be a step of completely curing the composition into gel while excluding strain in a specific direction.

다른 구현 예로서, 상기 경화시키는 시간은 15분 내지 2시간일 수 있다. 일 측면에서 상기 경화시키는 시간은 15분 이상, 20분 이상, 25분 이상, 30분 이상, 40분 이상, 45분 이상, 50분 이상, 55분 이상, 60분 이상, 70분 이상, 80분 이상, 90분 이상, 100분 이상, 또는 110분 이상일 수 있다. 다른 측면에서 상기 경화시키는 시간은 2시간 이하, 110분 이하, 100분 이하, 90분 이하, 80분 이하, 70분 이하, 60분 이하, 50분 이하, 45분 이하, 40분 이하, 30분 이하, 25분 이하, 또는 20분 이하일 수 있다. 경화시키는 시간이 15분 미만이면 완전한 경화가 이루어지지 않아 미세섬유가 정렬된 상태로 유지되지 않고, 2시간을 초과하면 과도한 경화 등으로 인해 세포 증식 및 성장이 원활하지 않을 우려가 있다.In another embodiment, the curing time can be from 15 minutes to 2 hours. In one aspect, the curing time is at least 15 minutes, at least 20 minutes, at least 25 minutes, at least 30 minutes, at least 40 minutes, at least 45 minutes, at least 50 minutes, at least 55 minutes, at least 60 minutes, at least 70 minutes, at least 80 minutes Or more, 90 minutes or more, 100 minutes or more, or 110 minutes or more. In another aspect, the curing time is less than 2 hours, less than 110 minutes, less than 100 minutes, less than 90 minutes, less than 80 minutes, less than 70 minutes, less than 60 minutes, less than 50 minutes, less than 45 minutes, less than 40 minutes, Less than 25 minutes, or less than 20 minutes. When the curing time is less than 15 minutes, complete curing is not performed and the fine fibers are not maintained in an aligned state. If the curing time is longer than 2 hours, there is a fear that cell growth and growth are not smooth due to excessive curing.

본 발명은 다른 측면에서, 상기 조성물에 1종 이상의 세포 및 줄기세포 중 하나 이상을 더 포함시키는 것인, 세포 배양 방법일 수 있다. In another aspect, the present invention may be a cell culture method, wherein the composition further comprises at least one of a cell and a stem cell.

본 발명은 또 다른 측면에서, 상기 (3) 단계 이후에 정렬된 미세섬유를 포함하는 탄성기판을 1종 이상의 세포 및 줄기세포 중 하나 이상이 포함된 세포 배양 배지 내에 배치하여 상기 세포 및 줄기세포 중 하나 이상을 배양하는 단계를 더 포함하는, 세포 배양 방법일 수 있다. In another aspect of the present invention, an elastic substrate comprising microfibers aligned after step (3) is placed in a cell culture medium containing at least one of cell and stem cells, The method further comprising the step of culturing one or more cells.

일 구현 예로서, 상기 방법은, 배양시키는 세포를 미세섬유의 정렬 방향이나 무늬로 정렬 및 증식시키는 것일 수 있다. In one embodiment, the method may be to align and propagate the cells to be cultured in the direction or pattern of alignment of the microfibers.

다른 구현 예로서, 상기 세포는 상피세포, 신경세포, 교세포, 근세포, 섬유아세포, 및 고형암세포로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. In another embodiment, the cell may be at least one selected from the group consisting of epithelial cells, nerve cells, glioma cells, muscle cells, fibroblasts, and solid cancer cells.

다른 구현 예로서, 상기 줄기세포는 배아줄기세포, 성체줄기세포 및 유도만능줄기세포로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In another embodiment, the stem cells may be at least one selected from the group consisting of embryonic stem cells, adult stem cells, and induced pluripotent stem cells.

본원발명은 특히 환경 변화에 매우 민감한 뇌의 신경세포 및 교세포 뿐만 아니라 상피세포, 근육세포, 줄기세포 등 증식할 수 있는 모든 세포의 정렬 및 배양에 적용할 수 있어, 활용분야가 매우 넓다.The present invention can be applied to the alignment and culture of all the cells capable of proliferating not only neurons and glia, but also epithelial cells, muscle cells, stem cells, etc., which are very sensitive to environmental changes, and thus are widely used.

본 발명의 일 측면에 따른 탄성기판 내 공동(void)의 크기(예를 들어, 직경), 모양(원, 사각형, 삼각형, 오각형, 육각형 등), 공동간의 거리, 공동의 개수, 기판의 탄성계수 등에 따라서도 정렬을 조절할 수 있음을 확인하였다. 공동의 모양을 원, 삼각형 이상의 다각형으로 하여 상기와 같은 방법으로 미세섬유를 정렬, 증식, 또는 세포를 증식시킬 경우 그 모양에 따라 마이크로채널의 각 부분에 미치는 영향이 상이하여 그에 따른 특징적인 결과를 얻을 수 있음을 확인하였고, 공동의 크기(예를 들어, 직경), 공동간의 거리, 공동의 개수, 및 기판의 탄성 계수 중 하나 이상을 다르게 하여 상기와 같은 방법으로 미세섬유를 정렬, 증식, 또는 세포를 증식시킬 경우 마이크로채널의 각 부분에 미치는 영향이 상이하여 그에 따른 특징적인 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다(도 6, 도 7, 도 9, 및 도 11 참조). (E.g., diameter), shape (circle, square, triangle, pentagon, hexagon, etc.) in the elastic substrate according to one aspect of the present invention, distance between cavities, number of cavities, It is confirmed that the alignment can be controlled also according to, When the microfibers are aligned, propagated, or proliferated in the same manner as the polygons of a circle or a triangle, the microfibrils are affected in various ways depending on their shapes, And that the microfibers are aligned, multiplied, or separated in such a manner that at least one of the size of the cavity (e.g., diameter), the distance between the cavities, the number of cavities, (Fig. 6, Fig. 7, Fig. 9, and Fig. 11). The results are shown in Fig.

일 구현 예로서, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것이, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대해 신장에 의한 스트레인과 압축에 의한 스트레인을 둘다 가하는 것일 경우, 더 큰 스트레인이 신장에 의한 스트레인이면 상기 특정 부분에서는 더 큰 스트레인의 방향과 수직이 되는 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것일 수 있다In one embodiment, when applying a strain in a certain direction to a specific portion of the microchannel is to apply both stretch by compression and strain by compression to a specific portion of the microchannel, , And aligning and propagating the microfibers in a direction perpendicular to the direction of the larger strain in the specific portion

다른 구현 예로서, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것이, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대해 신장에 의한 스트레인과 압축에 의한 스트레인을 둘다 가하는 것일 경우, 더 큰 스트레인이 압축에 의한 스트레인이면 상기 특정 부분에서는 더 큰 스트레인의 방향과 평행한 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것일 수 있다.In another embodiment, when applying a strain in a certain direction to a specific portion of the microchannel is to apply both strain due to stretching and strain due to compression to a specific portion of the microchannel, It is possible to align and propagate the fine fibers in a direction parallel to the direction of a larger strain in the specific portion.

다른 구현 예로서, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것이, 상기 마이크로채널의 특정 부분에 대해 신장에 의한 스트레인과 압축에 의한 스트레인을 둘다 가하는 것일 경우, 두 스트레인의 합력의 크기 및 방향에 따라 상기 특정 부분에서의 미세섬유의 정렬 및 증식 방향이 정해질 수 있다.In another embodiment, when applying a strain in a certain direction to a specific portion of the microchannel applies both stretching by strain and compressing strain to a specific portion of the microchannel, the magnitude of the resultant force of the two strains And the alignment and propagation directions of the microfibers in the specific portion can be determined according to the direction and the direction.

다른 구현 예로서, 상기 합력이 상기 특정 부분에 대한 신장 스트레인일 경우 상기 특정 부분에서는 그 합력의 방향과 수직이 되는 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것일 수 있다.In another embodiment, when the resultant is an elongation strain for the particular portion, it may be to align and propagate the microfibers in a direction perpendicular to the direction of the resultant force at the particular portion.

또 다른 구현 예로서, 상기 합력이 상기 특정 부분에 대한 압축 스트레인일 경우 상기 특정 부분에서는 그 합력의 방향과 평행한 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것일 수 있다. In another embodiment, when the resultant is a compressive strain for the specific portion, the specific portion may be to align and propagate the microfibers in a direction parallel to the direction of the resultant force.

상기 탄성 구조체 및 방법에 따른 미세섬유 및 세포의 정렬을 실제 형광 염색을 통해 확인하였고, 정렬 방향 및 정렬 정도를 계산하였다. 3D 매트릭스에서 미세섬유의 정렬 방향 및 정렬 정도를 분석하여 도 12 내지 도 19와 같이 나타내었다. 도 12 내지 도 19는 상기의 방법으로 마이크로채널에 스트레인을 가한 상태에서 상기 조성물을 로딩한 후 일정시간 동안 겔화시킨 다음, 상기 스트레인을 배제시키고 겔화를 완료시켰을 때의 미세섬유 및 세포의 정렬 방향을 분석한 것이다. The alignment of the microfibres and cells according to the elastic structure and method was confirmed through actual fluorescent staining, and the alignment direction and the degree of alignment were calculated. The alignment direction and degree of alignment of the fine fibers in the 3D matrix were analyzed and shown in FIG. 12 to FIG. FIGS. 12 to 19 are graphs showing the relationship between the microfibers and the alignment directions of the microfibers and the cells when the gelatinization is completed after the microfluidic channels are loaded with the microfluidic channels, "He said.

도 12는 상기 스트레인이 신장(pre-stretched)에 의한 스트레인일 경우를 나타낸 것이고, 3D 매트릭스의 굵은 회색 선은 미세섬유이며, 검정 화살표는 y축 방향으로 선 신장(pre-stretched) 시킨 후 스트레인을 배제시켰을 때 원래 형상으로의 회복 방향이고, l0는 미세섬유의 길이이며, θ는 xy평면에서 x축을 기준으로 미세섬유까지 잰 각도(또는 호도)이고, φ(그리스어 소문자 피)는 xy평면에서 z축 방향으로 미세섬유까지 잰 각도(또는 호도)이다. λ는 1+εpre로 표시되는 탄성 변형의 크기이고, 여기서 εpre는 스트레인의 크기 즉 △L/L이다(L은 탄성기판의 y축 방향으로 잰 탄성기판의 본래 길이이고, △L은 상기 탄성기판에 스트레인을 가했을 때 변형된 탄성기판의 y축 방향 길이의 변화값임. 스트레인이 신장이면 △L는 양수이고 스트레인이 압축이면 △L는 음수). 0rs는 각각 스트레인에 의한 변형 전 및 회복 상태를 뜻하고, yzxz는 각각 yz평면과 xz평면에서 투사했을 때를 나타낸다(예를 들어, “φ0 , yz”는 스트레인에 의한 변형 전에 yz평면에서 투사했을 때의 φ값). 도 13 내지 도 15는 미세섬유를 xy평면에서 투사한 도면(도 13, 미세섬유는 오렌지색선), yz평면에서 투사한 도면(도 14, 미세섬유는 녹색선), xz평면에서 투사한 도면(도 15, 미세섬유는 파란색선)을 각각 나타낸다. 도 13 내지 도 15의 우측 그래프는 스트레인을 가하기 전과 후에 θ와 φ가 △L/L에 따라 변동하는 것을 각각 좌측 및 가운데 그림에 대응하도록 그래프화하고, θ와 φ를 산출하는 수학식을 도출하여 나타낸 것이다. 12 shows a case where the strain is a strain due to pre-stretching, a thick gray line of the 3D matrix is fine fiber, a black arrow is pre-stretched in the y-axis direction, Is the direction of recovery to the original shape when excluded, l 0 is the length of the microfibers, and θ is the angle (or ellipse) relative to the x-axis relative to the x axis and φ (lowercase Greek) The angle (or hori- zosity) at which the fine fibers are measured in the z-axis direction. ? is the magnitude of the elastic strain represented by 1 +? pre , where? pre is the magnitude of the strain,? L / L, where L is the original length of the elastic substrate measured in the y axis direction of the elastic substrate, ΔL is a positive number if the strain is stretched and ΔL is negative if the strain is compressed). 0 and rs represent the strain before and after the strain, respectively, and yz and xz represent the projections from the yz plane and the xz plane, respectively (for example, "φ 0 , yz " the value of φ when projected from the yz plane). Figs. 13 to 15 are views (Fig. 13, an orange line) projected from the xy plane of the fine fiber, a diagram projected from the yz plane (Fig. 14, green line) 15, and the fine fibers are blue lines). The graphs on the right side of FIGS. 13 to 15 show graphs of how the θ and φ fluctuate with ΔL / L before and after applying strain, respectively, corresponding to the left and middle drawings, and a mathematical expression for calculating θ and φ is derived .

도 16은 상기 스트레인이 압축(pre-compressed)에 의한 스트레인일 경우를 나타낸 것이고, 3D 매트릭스의 굵은 회색 선은 미세섬유이며, 검정 화살표는 y축 방향으로 선 압축(pre-compressed) 시킨 후 스트레인을 배제시켰을 때 원래 형상으로의 회복 방향이고, l0는 미세섬유의 길이이며, θ, φ, λ, εpre, △L/L, 0, rs, yz, 및 xz는 도 12 내지 도 15에서의 그것과 같다. 도 17 내지 도 19는 미세섬유를 xy평면에서 투사한 도면(도 17, 미세섬유는 오렌지색선), yz평면에서 투사한 도면(도 18, 미세섬유는 녹색선), xz평면에서 투사한 도면(도 19, 미세섬유는 파란색선)을 각각 나타낸다. 도 17 내지 도 19의 우측 그래프는 스트레인을 가하기 전과 후에 θ와 φ가 △L/L에 따라 변동하는 것을 각각 좌측 및 가운데 그림에 대응하도록 그래프화하고, θ와 φ를 산출하는 수학식을 도출하여 나타낸 것이다. FIG. 16 shows a case where the strain is a strain due to pre-compression. The thick gray line of the 3D matrix is fine fiber, the black arrow is pre-compressed in the y-axis direction, and when sikyeoteul preclude the restoration of the original shape orientation, l 0 is the length of the fine fibers, on the θ, φ, λ, ε pre, △ l / l, 0, rs, yz, and xz are 12 to 15 It is like that. 17 to 19 are diagrams showing a state in which fine fibers are projected from the xy plane (Fig. 17, fine lines are orange lines), planes projected from the yz plane (Fig. 18, fine lines are green lines) 19, and the fine fibers are blue lines). 17 to 19, graphs are plotted so that? And? Vary in accordance with? L / L before and after strain is applied to correspond to left and middle drawings, respectively, and mathematical equations for calculating? And? Are derived .

상기와 같이 정립한 정렬 방향 및 정도에 대해 실제 형광 염색을 통해 확인한 결과, 상기 계산에 따른 정렬 방향 예측이 적중했음을 알 수 있었다(도 6, 도 7, 도 9, 및 도 11 참조). As a result of confirming the sorting direction and degree as described above through actual fluorescent staining, it was found that the alignment direction prediction according to the calculation was successful (see FIGS. 6, 7, 9, and 11).

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

[실시예 1] 탄성 기판의 제조[Example 1] Production of elastic substrate

본원발명의 일 측면에 따른 탄성 기판을 제조하기 위하여 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리메틸메타클릴레이드(polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리아크리레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭올레핀(polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides), 폴리스티렌(polystyrene), 셀룰로스아세테이트(cellulose acetate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly(ethyleneterephthalate; PETP), 천연 폴리이소프렌, 합성 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 클로로프렌 고무, 부틸고무, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무, 에피클로로하이드린 고무, 폴리아크릴 고무, 실리콘 고무, 플루오로실리콘 고무, 플루오로 탄성중합체, 폴리에테르 블록 아미드, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트 및 폴리우레탄(polyurethanes) 중 하나 이상을 원료로 사용할 수 있다. 이러한 원료들의 특징은 기판으로 제작하였을 때, 세포배양용 하이드로젤 용액을 로딩 전, 중, 후에 적당한 길이 및 다양한 방향으로 신장이나 압축이 가능하다는 점이다. 본원발명은 일 측면에서 그러한 신장이나 압축 또는 이들의 조합과 관계가 있으므로 상기 원료들을 가지고 실시할 수 있는 것이다. 상기 원료의 일 예로 PDMS를 들 수 있다. In order to produce an elastic substrate according to one aspect of the present invention, a polydimethylsiloxane (PDMS), a polymethylmethacrylate (PMMA), a polyacrylate, a polycarbonate, a polycylic olefin polycyclic olefins, polyimides, polystyrene, cellulose acetate, polyethyleneterephthalate (PETP), natural polyisoprene, synthetic polyisoprene, polybutadiene, chloroprene rubber, butyl rubber , Styrene-butadiene rubber, nitrile rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber, epichlorohydrin rubber, polyacryl rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, fluoroelastomer, polyether block amide, Polyethylene, ethylene-vinyl acetate and polyurethane hanes can be used as a raw material. The feature of these raw materials is that when the substrate is made, the hydrogel solution for cell culture can be stretched or compressed in a proper length and in various directions before, during, and after loading The present invention can be carried out with the raw materials because it relates to such elongation, compression or a combination thereof in one aspect. One example of the raw material is PDMS.

PDMS 및 PDMS 경화제(Sylgard 184, Dow Corning사)를 중량비 10:1로 하여 혼합하고, 가스를 제거한 후 주형(master mold)에 투입하였다. 80 ℃에서 1시간 동안 경화시킨 후 PDMS 기판(PDMS 칩)을 주형에서 분리하였다. 가로, 세로 및 두께의 길이는 하기 실시예 및 실험예를 모두 포함할 수 있도록 다양하게 제조할 수 있다. PDMS and PDMS curing agent (Sylgard 184, Dow Corning) were mixed at a weight ratio of 10: 1, and after removing the gas, they were put into a master mold. After curing at 80 ° C for 1 hour, the PDMS substrate (PDMS chip) was separated from the mold. The lengths of the width, length, and thickness can be variously formed to include both the following examples and experimental examples.

한편, 마이크로채널과 비대칭의 원형 공동/대칭의 직사각형 공동을 패턴화할 수 있는 주형을 이용하여, 기판에 비대칭의 원형(또는 타원형) 공동(void, 도 1 및 도 2의 201), 대칭의 직사각 공동(202)을 여러 개 형성시켜 PDMS 기판(10)을 제조하였고, 세포를 포함하는 하이드로젤 용액을 로딩하기 위하여 1 x 20 x 0.4 mm의 마이크로 채널(microchannel)을 형성시켰다(도 1 및 도 2의 상단 및 가운데 도면, 100, 101). 원형(또는 타원형) 공동(201)의 직경은 1 내지 10mm가 되도록 다양하게 제조하였고 공동 간의 간격과 공동의 수에도 변화를 주어 제조하였다. 직사각 공동의 한 변의 길이는 2 내지 10mm가 되도록 다양하게 제조하였다.On the other hand, using a mold capable of patterning an asymmetric circular cavity / symmetrical rectangular cavity with the microchannel, a circular (or elliptical) void (201 in FIGS. 1 and 2), a symmetrical rectangular cavity A PDMS substrate 10 was fabricated by forming a plurality of microchannels 202 and a microchannel of 1 x 20 x 0.4 mm was formed to load the hydrogel solution containing cells (see FIGS. 1 and 2) Top and center drawings, 100, 101). The diameter of the circular (or elliptical) cavity 201 was variously made to be 1 to 10 mm, and the gap and the number of cavities were also varied. The length of one side of the rectangular cavity was varied from 2 to 10 mm.

또한, PDMS 기판(10)에 도 1 내지 도 2의 하단 도면과 같은 모양으로 어그제틱 구조(Auxetic structure)를 이루는 공동(void, 201)과 마이크로채널(101)을 형성시켜, 아령형 모양의 마이크로 채널(101)에 세포를 포함하는 하이드로젤이 로딩될 수 있도록 하였다.The voids 201 and the microchannel 101 forming the Auxetic structure are formed on the PDMS substrate 10 in the same manner as the bottom views of FIGS. 1 and 2, So that the hydrogel containing the cells can be loaded into the channel 101.

이후, PDMS 기판(특히, 마이크로채널)에 콜라겐이 잘 접착될 수 있도록 글루타르 알데히드, 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리-L-라이신, 폴리-D-라이신, 및 폴리도파민으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 접착제로 사용하였다. 일 예로, 폴리도파민을 PDMS 기판에 코팅하였다. 구체적으로, 에탄올을 탈이온수와 섞어 20%(v/v) 에탄올 용액을 제조하였다. 상기 20%(v/v) 에탄올로 100 mM의 Trizma® HCl 용액(Tris-HCl, (Sigma, T5941)을 제조하였다. 5 N NaOH를 첨가하여 pH를 8.5로 조정하여 100 mM Tris-HCl 버퍼(완충액)을 제조한 뒤, 4℃에 보관하였다. Thereafter, at least one selected from the group consisting of glutaraldehyde, polyethyleneimine, poly-L-lysine, poly-D-lysine, and polydodamine is added to the PDMS substrate Was used as an adhesive. As an example, PDMS substrates were coated with polydodamine. Specifically, ethanol was mixed with deionized water to prepare a 20% (v / v) ethanol solution. (Tris-HCl, (Sigma, T5941) was prepared with 20% (v / v) ethanol in 100 mM Tris-HCl buffer Buffer solution) was prepared and stored at 4 캜.

또한, 2 mg/mL의 도파민 염산염(dopamine hydrochloride)를 제조하였다. 구체적으로, 20mg의 도파민 염산염(Sigma, H8505)을 9ml의 탈이온수에 첨가하고 도파민 염산염이 용해될 수 있도록 충분한 시간 동안 휘저어 주었다. 이후 상기 100 mM의 Tris-HCl 버퍼 1ml을 첨가하였다. 첨가 이후 도파민이 폴리도파민으로 더 빨리 중합된다. 충분히 휘저어서 2 mg/mL의 도파민 염산염 용액을 완성하였다. In addition, 2 mg / mL of dopamine hydrochloride was prepared. Specifically, 20 mg of dopamine hydrochloride (Sigma, H8505) was added to 9 ml of deionized water and stirred for a sufficient time to allow the dopamine hydrochloride to dissolve. Then, 1 ml of the above 100 mM Tris-HCl buffer was added. After addition, dopamine polymerizes more rapidly with polypodamine. The solution was thoroughly stirred to complete a 2 mg / mL solution of dopamine hydrochloride.

상기 2 mg/mL의 도파민 염산염 용액으로 PDMS 기판을 3시간 동안 암실에서 코팅하였다. 이후 탈이온수로 20분 동안 세척하였다. 상기 세척을 3회 실시하였다. The PDMS substrate was coated with the 2 mg / mL dopamine hydrochloride solution in a dark room for 3 hours. And then washed with deionized water for 20 minutes. The above washing was carried out three times.

위와 같이 제조한, 다중모듈 3D 배양 기판을 페트리 디쉬와 같은 세포배양용 용기에 위치시킬 수 있도록 적절히 다듬고 보관하였다. The multi-module 3D culture substrate prepared as described above was appropriately trimmed and stored so as to be placed in a cell culture container such as a Petri dish.

[실시예 2] 하이드로젤 용액 및 스캐폴드 제조[Example 2] Production of hydrogel solution and scaffold

PDMS 기판에 적용할 하이드로젤 용액(500μL, 0.25 %(w/v), 2.5 mg/ml)을 제조하였다.A hydrogel solution (500 μL, 0.25% (w / v), 2.5 mg / ml) was applied to the PDMS substrate.

구체적으로, 콜라겐 용액(0.9%(w/v), Corning사, 354249) 139μL (139 mg)를 1mL의 마이크로튜브에 투입하였다. 50 μL의 10x DMEM(Dulbecco Modified Eagle Medium, Sigma-Aldrich사, D2429)와 308 μL의 1x DMEM(Lonza사, 12-604F)를 마이크로튜브에 추가하였다. 1ml 피펫 팁으로 천천히 저어주었다. 그 후 0.5N NaOH 3 μL를 투입하고 같은 피펫 팁으로 천천히 저어주었다. 여기까지는 콜라겐의 겔화를 방지하기 위해 얼음 내에서 실시하였다. 상기 하이드로젤 용액의 원료로 콜라겐 이외에도 콜라겐과 같은 섬유성 하이드로젤(예를 들어, 피브린(fibrin)) 및 전기방사 (electrospinning)을 통해 생산한 섬유성 재료(예를 들어, 전기방사를 통해 생산된 라미닌(laminin), 파이브로넥틴(fibronectin), 엔탁틴(entactin), 히알루론산(hyaluronic acid), 나일론, 폴리아크릴산, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트), 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌 옥사이드, 엘라스틴, 젤라틴, 피브리노겐, 피브린, 아가로즈, 알지네이트, 셀룰로오스, 실크 피브로인, 키토산 및 액틴)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고 이들 중 둘 이상의 혼합물을 사용할 수도 있음을 확인하였고, 실험 설계, 대상 세포의 종류 등 특성에 맞게 적절한 것을 선택할 수 있다.Specifically, 139 μL (139 mg) of a collagen solution (0.9% (w / v), Corning Company, 354249) was added to a 1 mL microtube. 50 μL of 10 × DMEM (Dulbecco Modified Eagle Medium, Sigma-Aldrich, D2429) and 308 μL of 1 × DMEM (Lonza, 12-604F) were added to the microtube. Slowly stir with a 1ml pipette tip. Then, 3 μL of 0.5 N NaOH was added and slowly poured into the same pipette tip. Up to this point, it was carried out in ice to prevent gelation of collagen. In addition to collagen as a raw material of the hydrogel solution, a fibrous material such as collagen (for example, fibrin) and a fibrous material produced through electrospinning (for example, Polyacrylic acid, polycarbonate, polyurethane, poly (ethylenevinylacetate), polystyrene, polyvinyl alcohol, cellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone, laminin, fibronectin, entactin, hyaluronic acid, nylon, It is possible to use at least one selected from the group consisting of acetate, polyethylene oxide, elastin, gelatin, fibrinogen, fibrin, agarose, alginate, cellulose, silk fibroin, chitosan and actin, , The design of the experiment, the type of the target cell, and the like.

상기 방법으로 제조된 하이드로젤 용액 또는 상기 용액에 섬유아세포를 포함시킨 것(cell-seeded collagen)을 PDMS 기판에 로딩한 후, 37℃에서 30분 내지 1시간 동안 겔화(gelation)시켰다. 하이드로젤의 탈수를 방지하기 위해 습한 환경을 유지하는 것이 바람직하므로, 페트리디쉬 내의 PDMS 기판 주위에 젖은 티슈를 배치하고 뚜껑을 닫았다. 또한, 하이드로젤 내에 도입된 세포의 3D 배양을 위해 겔화는 세포 배양용 인큐베이터 내(37℃, 이산화탄소 5%)에서 실시하였다.The hydrogel solution prepared by the above method or the cell-seeded collagen containing the solution was loaded on a PDMS substrate and then gelated at 37 ° C for 30 minutes to 1 hour. Since it is desirable to maintain a humid environment to prevent dehydration of the hydrogel, a wet tissue is placed around the PDMS substrate in the Petri dish and the lid is closed. For the 3D culture of the cells introduced into the hydrogel, gelation was carried out in a cell culture incubator (37 ° C, carbon dioxide 5%).

이렇게 제조된 하이드로젤 스캐폴드를 PBS(phosphate buffer saline) 또는 세포배양용 배지 내에 보관하였다.The hydrogel scaffolds thus prepared were stored in phosphate buffered saline (PBS) or a cell culture medium.

[실시예 3] 형광 분석을 위한 염색[Example 3] Dyeing for fluorescence analysis

공초점 형광 현미경(inverted confocal laser scanning microscope, LSM 700, Carl Zeiss사, 독일)을 통한 콜라겐 섬유의 시각적 확인을 위하여 라벨링을 실시하였다. 구체적으로, tetramethylrhodamine(TRITC; Life Technologies)를 이용하여 0.1 M 소듐바이카보네이트 완충액(sodium bicarbonate buffer, pH 9) 내의 하이드로젤 용액(예를 들어, 2 mg /ml의 콜라겐)을 dimethyl sulfoxide(DMSO)내의 10 mg/ml의 TRITC와 혼합하였다. 이후, 이 혼합물을 4℃ 암실에서 24시간 동안 교반하였다. 4℃의 0.1% [w/v] 아세트산을 이용한 투석을 통해 결합되지 않은 TRITC 분자를 제거하였다. 이렇게 라벨링된 하이드로젤 용액을 상기 실시예 2에 적용하였다.Labeling was performed for visual confirmation of collagen fibers via confocal fluorescence microscopy (inverted confocal laser scanning microscope, LSM 700, Carl Zeiss, Germany). Specifically, a hydrogel solution (for example, 2 mg / ml of collagen) in 0.1 M sodium bicarbonate buffer (pH 9) was dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO) using tetramethylrhodamine (TRITC; Life Technologies) And mixed with 10 mg / ml TRITC. The mixture was then stirred in a dark room at 4 [deg.] C for 24 hours. Unbound TRITC molecules were removed by dialysis with 0.1% [w / v] acetic acid at 4 ° C. The hydrogel solution labeled in this way was applied to Example 2 above.

상기 라벨링은 5-(and-6)-Carboxytetramethylrhodamine succinimidyl ester를 이용하여 실시할 수도 있다. 구체적으로, 5-(and-6)-Carboxytetramethylrhodamine succinimidyl ester (5(6)-TAMRA, SE, mixed isomers; TAMRA, SE; Invitrogen, C1171) 용액을 DMSO와 혼합하여 100mM의 TAMRA를 준비한 후 -20℃에 보관하였다. PBS로 희석하여 50μM의 TAMRA를 만들었다. 상기 50μM의 TAMRA 용액을 상기 실시예 2에서 겔화가 끝난 하이드로젤 스캐폴드에 적용한 후 암실에서 1시간 동안 염색하였다. 그 후 PBS로 3회(회당 20분씩) 세척하였다.The labeling may be performed using 5- (and-6) -Carboxytetramethylrhodamine succinimidyl ester. Specifically, a solution of 5- (and-6) -Carboxytetramethylrhodamine succinimidyl ester (5 (6) -TAMRA, SE, mixed isomers; TAMRA, SE; Invitrogen, C1171) was mixed with DMSO to prepare 100 mM TAMRA. Lt; / RTI > And diluted with PBS to make 50 [mu] M TAMRA. The 50 μM TAMRA solution was applied to the gelled hydrogel scaffold in Example 2 and stained in the dark for 1 hour. It was then washed three times with PBS (20 min per cycle).

[실시예 4] 선 신장(pre-stretching)에 의한 정렬 여부 확인[Example 4] Confirmation of alignment by pre-stretching

PDMS 기판을 신장시키기 위한 장치(도 3 내지 도 5에서 40, 50. 클램핑 바와 같이, 상기 PDMS 기판을 신장시키기 위해 일정한 힘을 부여할 수 있는 기구는 어떤 것이든 사용 가능함)를 이용하여 PDMS 기판을 신장 및 원상회복시켜 하이드로젠 피브릴(fibril)이 정렬되는 방향을 확인하였다. A device for stretching the PDMS substrate (40, 50 in Figures 3 to 5. Any device that can apply a constant force to stretch the PDMS substrate, such as a clamping bar, may be used) The growth and restoration were performed to confirm the orientation of the hydrogen fibrils.

구체적으로, PDMS 기판(10, 두께 1 내지 10 mm)을 원하는 길이(△L, △L>0)까지 신장(즉, 기판의 Y축 길이 L에서 L+△L까지 신장)시킨 후(선신장, pre-stretching), 상기 하이드로젤 용액 또는 상기 용액에 섬유아세포를 포함시켜(cell-seeded collagen) 마이크로 채널에 로딩하였다. 상온에서 5분 내지 15분간 부분적인 겔화(산성의 콜라겐 원료는 단일 단백질 및 짧은 피브릴 조각으로 구성되어 있고 0.5N NaOH에 의해 중화되면, 상기 시간 동안 콜라겐 단백질의 자기 조립(self-assembly)에 의해 집적체(aggregate) 또는 미세섬유 핵(nucleate)이 생기게 됨)를 일으킨 후, 힘(스트레인)을 제거하고 졸 상태의 콜라겐을 포함하는 PDMS 기판을 37℃, 5% 이산화탄소 하에서 완전히 겔화(30분 내지 1시간) 시켰다. Specifically, the PDMS substrate 10 (having a thickness of 1 to 10 mm) is stretched (i.e., stretched from the Y-axis length L to L + DELTA L of the substrate) to a desired length (DELTA L, DELTA L> pre-stretching), the hydrogel solution or the solution was loaded with cell-seeded collagen into the microchannel. Partial gelation for 5 to 15 minutes at room temperature (the acidic collagen material consists of a single protein and a short fibril fragment and neutralized by 0.5 N NaOH, by self-assembly of the collagen protein during this time After the PDMS substrate containing the collagen in the sol state is completely gelated (30 minutes to 30 minutes) under 5% carbon dioxide at 37 < 0 > C, 1 hour).

위와 같이 제조한, 이방성/불균질(치밀)/다중모듈 3D 배양 기판을 페트리 디쉬에 위치시켰다. 이후, 공초점 마이크로 현미경을 이용해 젤 섬유의 이미지을 확인한 결과, △L/L이 커질수록, 콜라겐 섬유가 특정 방향으로 단일하게 정렬되는 것을 확인할 수 있었고, 특히 분석 결과에 의할 때 PDMS 기판의 신장 방향에 대해 90 °, 270 ° 방향으로 콜라겐 섬유가 정렬됨을 확인하여, 콜라젠 섬유가 PDMS 기판(10)의 신장 방향에 대해 수직 방향으로 일정하게 정렬되었음을 알 수 있었다.An anisotropic / heterogeneous (compact) / multi-module 3D culture substrate prepared as above was placed in a Petri dish. As a result of confirming the image of the gel fiber using a confocal microscope, it was confirmed that the collagen fiber was uniformly aligned in a specific direction as ΔL / L was larger. In particular, according to the analysis results, It was confirmed that the collagen fibers were aligned in the direction perpendicular to the stretching direction of the PDMS substrate 10 by confirming that the collagen fibers were aligned in the 90 ° and 270 ° directions.

[실시예 5] 선 압축(pre-compressing)에 의한 정렬 여부 확인[Example 5] Confirmation of alignment by pre-compressing

PDMS 기판(10)을 압축시키기 위한 장치(도 3 내지 도 5에서 40, 50. 상기 PDMS 기판을 압축시키기 위해 일정한 힘을 부여할 수 있는 기구는 어떤 것이든 사용 가능함)를 이용하여 PDMS 기판을 압축 및 원상회복시켜 하이드로젠 피브릴(fibril)이 정렬되는 방향을 확인하였다. The apparatus for compressing the PDMS substrate 10 (40, 50 in Figs. 3 to 5, compressing the PDMS substrate using any mechanism that can apply a constant force to compress the PDMS substrate) And the direction of orientation of the hydrogen fibrils was confirmed by restoration.

구체적으로, PDMS 기판(10, 두께 1 내지 10mm)을 원하는 길이(△L, △L<0)까지 압축(즉, 기판의 Y축 길이 L에서 L+△L까지 압축)시킨 후(선압축, pre-compression), 상기 하이드로젤 용액 또는 상기 용액에 섬유아세포를 포함시킨 것을 마이크로 채널에 로딩하였다. 상온에서 5분 내지 15분간 부분적인 겔화(산성의 콜라겐 원료는 단일 단백질 및 짧은 피브릴 조각으로 구성되어 있고 0.5N NaOH에 의해 중화되면, 상기 시간 동안 콜라겐 단백질의 자기 조립(self-assembly) 및 짧은 피브릴이 생기게 됨)를 일으킨 후, 힘(스트레인)을 제거하고 졸 상태의 콜라겐을 포함하는 PDMS 기판을 37℃, 5% 이산화탄소 하에서 완전히 겔화(30분 내지 1시간) 시켰다. Specifically, after compressing the PDMS substrate 10 (thickness of 1 to 10 mm) to a desired length (DELTA L, DELTA L <0) (i.e., compressing the substrate from the length L of the Y axis to L + DELTA L) -compression), the hydrogel solution or the solution containing fibroblasts was loaded onto the microchannel. Partial gelation at room temperature for 5 to 15 minutes (the acidic collagen material is composed of a single protein and short fibril fragment and neutralized by 0.5 N NaOH, self-assembly of the collagen protein during this time and short The PDMS substrate containing the collagen in a sol state was completely gelated (30 minutes to 1 hour) at 37 ° C under 5% carbon dioxide.

위와 같이 제조한, 이방성/불균질(치밀)/다중모듈 3D 배양 기판을 페트리 디쉬에 위치시켰다. 이후, 공초점 형광 현미경을 이용해 젤 섬유의 이미지을 확인한 결과(3D reconstruction은 ZEN 2012 소프트웨어(Carl Zeiss)를 이용하였다), 기판을 많이 압축할수록 즉 △L/L의 절대값이 커질수록, 콜라겐 섬유가 특정 방향으로 단일하게 정렬되는 것을 확인할 수 있었고, 특히 분석 결과에 의할 때 PDMS 기판의 압축 방향에 대해 0 °, 360 ° 방향으로 콜라겐 섬유가 정렬됨을 확인하여, 콜라젠 섬유가 PDMS 기판의 압축 방향에 대해 평행하게 정렬되었음을 알 수 있었다.An anisotropic / heterogeneous (compact) / multi-module 3D culture substrate prepared as above was placed in a Petri dish. Then, the image of the gel fibers was observed using a confocal fluorescence microscope (3D reconstruction was performed using ZEN 2012 software (Carl Zeiss)). As the substrate was compressed more and the absolute value of ΔL / L became larger, It was confirmed that the collagen fibers were aligned in the 0 ° and 360 ° directions with respect to the compression direction of the PDMS substrate. As a result, it was confirmed that the collagen fibers were aligned in the compression direction of the PDMS substrate And that they are aligned in parallel with each other.

[실험예 1] 원형(또는 타원형) 공동 및 마이크로채널이 포함된 탄성 구조체 실험[Experimental Example 1] Elastic structure experiment including circular (or oval) cavity and microchannel

도 2의 상단 도면과 같이 비대칭 원형(또는 타원형) 공동(void, 201) 패턴과 마이크로채널(1 X 20 X 0.4 mm, 100)을 포함하는 PDMS 기판(10)을 제조하였다. 구체적인 제조방법은 상기와 같고, 원형(또는 타원형) 공동은 3 내지 7mm로 다양하게 변경하여 제조하였다(도 6). 공동 간의 간격 및 개수도 도 6과 같이 다양하게 변화시켰다. A PDMS substrate 10 including an asymmetric circular (or elliptical) void 201 pattern and a microchannel (1 × 20 × 0.4 mm, 100) was manufactured as shown in the upper diagram of FIG. The specific manufacturing method is as described above, and circular (or elliptical) cavities are prepared by variously changing from 3 to 7 mm (FIG. 6). The spacing and number of cavities were varied as shown in Fig.

이후, 실시예 4와 같이 실시하되, △L/L을 0.3으로 하여 선 신장(pre-stretched) 시켰다. 선 신장 상태에서 마이크로채널의 모양은 도 6와 같이 변형되고, 이 상태에서 마이크로채널의 모양도 변형된다. 마이크로채널의 각 부분에서의 힘(strain)의 방향은 도 6의 적색 화살표와 같이 도식화된다.Thereafter, the same procedure as in Example 4 was carried out, and pre-stretched by setting? L / L to 0.3. The shape of the microchannel in the linear expansion state is deformed as shown in Fig. 6, and the shape of the microchannel is also deformed in this state. The direction of the strain in each part of the microchannel is schematically illustrated by the red arrow in Fig.

즉, 콜라겐 섬유의 정렬 방향은 그 부분에서 받는 스트레인(힘)의 방향의 90도 또는 270도 방향이므로, 신장하기 이전의 마이크로채널의 길이 방향을 0도라고 할 때, 마이크로채널 중 A 영역에서의 콜라겐 섬유의 정렬 방향은 45도 방향이 됨을 알 수 있었다. 또한, 마이크로채널 중 B 영역에서의 콜라겐 섬유의 정렬 방향은 -45도 방향이 됨을 알 수 있었다. That is, when the direction of alignment of the collagen fibers is 90 degrees or 270 degrees with respect to the direction of the strain (force) received at the portion, when the length direction of the microchannel before stretching is 0 degree, The alignment direction of the fibers was found to be 45 degrees. It was also found that the alignment direction of the collagen fibers in the B region of the microchannels was -45 degrees.

이를 응용하면, 원형(또는 타원형) 공동의 직경, 간격, 개수에 따라 마이크로채널의 각 부분에 미치는 힘의 방향과 크기를 조절할 수 있고, 그에 따라 콜라겐 섬유의 정렬을 원하는 방향으로 조절할 수 있게 되어, 세포를 배양할 때 정렬 및 증식에 대한 방향성을 조절할 수 있게 되는 것이다. By applying this, it is possible to adjust the direction and size of the force applied to each part of the microchannel according to the diameter, spacing, and number of the circular (or elliptical) cavities, and accordingly, the alignment of the collagen fibers can be adjusted in a desired direction, When cells are cultured, they can control the direction of alignment and proliferation.

[실험예 2] 다각형 공동 및 마이크로채널이 포함된 탄성 구조체 실험[Experimental Example 2] Elastic structure test including polygonal cavity and microchannel

도 2의 중간 그림과 같이 대칭 사각형 공동(void, 202) 패턴과 마이크로채널(1 X 20 X 0.4 mm, 100)을 포함하는 PDMS 기판(10)을 제조하였다. 구체적인 제조방법은 상기와 같고, 사각형 공동은 정사각형 형태로 한 변의 길이를 3 내지 7mm로 다양하게 변경하여 제조하였다. A PDMS substrate 10 including a symmetrical rectangular void pattern 202 and microchannels (1 × 20 × 0.4 mm, 100) was manufactured as shown in the middle diagram of FIG. The specific manufacturing method is the same as described above, and the square cavity is formed in a square shape with various lengths of one side of 3 to 7 mm.

이후, 실시예 4와 같이 실시하되, △L/L을 0.3 내지 0.5로 하여 선 신장(pre-stretched) 시켰다(도 4). 선 신장 상태에서 마이크로채널의 모양은 도 7과 같이 변형되고, 이 상태에서 힘(strain)의 방향과 크기는 화살표의 방향과 크기와 같이 도식화될 수 있다. 선 신장되는 길이가 길어지면, 즉 당기는 힘이 커지면 마이크로 채널 중 각 영역에 대한 스트레인(힘)의 방향과 크기가 변화됨을 알 수 있었다(도 7의 적색 화살표 참조). Thereafter, the same procedure as in Example 4 was carried out, and ΔL / L was pre-stretched at 0.3 to 0.5 (FIG. 4). The shape of the microchannel in the linear expansion state is deformed as shown in FIG. 7, and the direction and magnitude of the strain can be schematically expressed by the direction and the size of the arrow in this state. It can be seen that the direction and size of the strain (force) with respect to each region of the microchannels are changed when the preheated length becomes long, that is, when the pulling force becomes large (see a red arrow in FIG. 7).

특정 위치(영역)에서 콜라겐 섬유의 정렬 방향은 그 특정 위치(영역)에서의 선 신장 방향의 90도 또는 270도 방향이므로, △L/L이 0.3일 때 마이크로채널의 길이 방향을 0도라고 할 경우, 도 7의 C영역에서의 콜라겐 섬유의 정렬 방향은 신장 방향에 대하여 90도 또는 270도가 되어, 마이크로채널의 길이 방향에 대해서는 0도가 됨을 알 수 있었다. 즉, 도 7의 C영역에서는 선 신장의 힘의 방향이 지배적으로 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한, 도 7에서 마이크로채널의 D영역에서는 선 신장에 의한 영향이 거의 미치지 않아 불규칙하게 정렬(random)됨을 알 수 있었다.Since the alignment direction of the collagen fibers in a specific position (area) is 90 degrees or 270 degrees in the line extension direction at the specific position (area), when the DELTA L / L is 0.3, , It was found that the alignment direction of the collagen fibers in the C region of FIG. 7 was 90 degrees or 270 degrees with respect to the elongation direction, and 0 degrees with respect to the longitudinal direction of the microchannel. That is, in the region C in FIG. 7, the direction of the force of the linear elongation dominantly influenced. Also, in FIG. 7, it is found that the D region of the microchannel has almost no influence due to the linear elongation and is randomly random.

한편, △L/L을 0.5로 크게 하였을 때 마이크로채널의 길이 방향을 0도라고 할 경우, C1영역에서의 콜라겐 섬유의 정렬 방향은 신장 방향에 대하여 90도 또는 270도가 되어, 마이크로채널의 길이 방향에 대해서는 0도가 됨을 알 수 있었고, 선 신장의 힘의 방향이 지배적으로 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한, C2영역에서의 콜라겐 섬유의 정렬 방향은 마이크로채널의 길이 방향에 대해 70도가 되어 힘(합력)의 방향인 적색 화살표 방향에 대해 직각 방향으로 정렬됨을 알 수 있었고, C3영역에서의 콜라겐 섬유의 정렬 방향은 마이크로채널의 길이 방향에 대해 -70도가 되어 힘(합력)의 방향인 적색 화살표 방향에 대해 직각 방향으로 정렬됨을 알 수 있었다. △L/L을 0.5로 크게 하였을 때 D 영역의 경우, 도 7의 우측 그림과 같이 선 신장으로 오히려 선 압축(Pre-compressed)된 효과가 발생하여 신장의 방향인 흰색 화살표 방향과 평행(즉 마이크로채널의 길이 방향에 대해 90도)하게 정렬됨을 확인하였다. On the other hand, when? L / L is increased to 0.5, when the longitudinal direction of the microchannel is 0 degree, the alignment direction of the collagen fibers in the C1 region is 90 degrees or 270 degrees with respect to the elongation direction, And it was found that the direction of the force of the linear elongation was dominantly influenced. It was also found that the alignment direction of the collagen fibers in the C2 region was 70 degrees with respect to the longitudinal direction of the microchannel and aligned in the direction perpendicular to the red arrow direction of the force (resultant force), and the collagen fibers in the C3 region It can be seen that the alignment direction is -70 degrees with respect to the longitudinal direction of the microchannel and aligned in the direction perpendicular to the red arrow direction of the force (resultant force). When ΔL / L is increased to 0.5, in the case of the D region, a pre-compressed effect occurs rather than a linear extension as shown in the right-hand side of FIG. 7, 90 degrees to the longitudinal direction of the channel).

이를 응용하면, 공동의 크기, 힘의 크기, 마이크로채널과 공동과의 위치 관계에 따라 마이크로채널에 미치는 힘의 방향을 조절할 수 있고, 그에 따라 콜라겐 섬유의 정렬을 원하는 방향으로 조절할 수 있게 되어, 세포를 배양할 때 정렬 및 증식에 대한 방향성을 조절할 수 있게 되는 것이다. By applying this, it is possible to control the direction of the force acting on the microchannel according to the size of the cavity, the magnitude of the force, and the positional relationship between the microchannel and the cavity, and thereby the alignment of the collagen fiber can be adjusted to a desired direction, It is possible to control the direction of alignment and proliferation.

[실험예 3] 오그제틱 구조의 탄성 구조체 실험[Experimental Example 3] Elasto-structure test of an oggetic structure

변형 전후 체적이 일정한 일반적인 재료의 경우, 양의 프와송비(Poissons ratio)를 갖는다. 수평 방향으로 인장될 경우, 체적이 일정하므로 수직 방향으로는 수축하게 된다. 그러나, 내부 구조를 적절히 설계한 격자 구조의 경우 수평 방향으로 인장시 수직 방향으로 팽창하고,수평 방향으로 압축시 수직 방향으로 수축함으로써 음의 프와송비를 갖는데, 이러한 특성을 갖는 구조를 오그제틱 구조체(Auxetic structure)라고 한다. 도 8, 도 1 및 도 2의 하단 그림의 구조를 갖는 구조체가 그 예가 될 수 있다. For typical materials with constant volume before and after deformation, they have a positive prong and a poisson ratio. When stretched in the horizontal direction, the volume shrinks in the vertical direction because the volume is constant. However, in the case of the lattice structure in which the internal structure is appropriately designed, the structure is expanded in the vertical direction when stretched in the horizontal direction and contracted in the vertical direction when compressed in the horizontal direction. (Auxetic structure). An example of the structure having the structure shown in the bottom view of Fig. 8, Fig. 1 and Fig. 2 may be mentioned.

본원발명의 일 측면에 따른 탄성기판(10)에도 이러한 오크제틱 구조의 공동을 형성시켜 섬유 정렬 방향을 확인하였다. 구체적으로, 도 2의 하단 그림과 같이 공동(void, 201)과 마이크로채널(101)을 포함하는 PDMS 기판(10)을 제조하였다. 구체적인 제조방법은 상기와 같고(단, 음의 프와송비를 갖도록 하기 위해 탄성기판의 원료 대 경화제의 중량 비율을 10:1로 조정), 위쪽 공동과 아래쪽 공동(검정 테두리의 흰색 원)은 마이크로채널(아령 모양의 도형 부분)을 기준으로 대칭적으로 배치하고 직경은 3 내지 7mm로 다양하게 변경하여 제조하였다. 마이크로채널은 채널 자체(1 X 20 X 0.4 mm)와 양 말단의 원형(또는 타원형) 웰(well)(직경은 공동과 같고 깊이는 채널 부분과 같음)을 포함하도록 하였다.In the elastic substrate 10 according to one aspect of the present invention, the cavity of the oak-like structure is formed to confirm the fiber alignment direction. Specifically, a PDMS substrate 10 including a void 201 and a microchannel 101 was manufactured as shown in the bottom view of FIG. The upper and lower cavities (the white circles of the black rim) are made of microcrystalline silicon, which is made of microcrystalline silicon, (Dumbbell shape portion) as a reference and diameters varying from 3 to 7 mm. The microchannel included a channel itself (1 x 20 x 0.4 mm) and a circular (or elliptical) well at both ends (diameter equal to cavity and depth equal to channel section).

이후, 실시예 4와 같이 실시하되, △L/L을 0.3으로 하여 선 신장(pre-stretched) 시켰다. 선 신장 상태에서 마이크로채널의 모양은 도 9의 상단 그림과 같이 변형되고, 이 상태에서 힘(strain)의 방향과 크기는 화살표의 방향과 크기와 같이 도식화될 수 있다. 즉, 마이크로채널 중 양 말단의 원형(또는 타원형) 웰 영역은 선 신장 방향에 대해 90도로 정렬됨을 확인하였고, 양 말당의 원형(또는 타원형) 웰이 아닌 가운데 영역은 (오그제틱 구조이기 때문에)가로 방향으로 선 신장했음에도 세로 방향으로 수축하지 않고 세로 방향으로 선 신장하므로 화살표 방향에 대해 직각으로 정렬됨(즉, 마이크로채널 길이 방향에 대해 0도로 정렬됨)을 확인하였다. Thereafter, the same procedure as in Example 4 was carried out, and pre-stretched by setting? L / L to 0.3. The shape of the microchannel in the linear expansion state is deformed as shown in the upper part of FIG. 9, and the direction and magnitude of the strain can be schematically represented by the direction and the size of the arrow in this state. That is, it was confirmed that the circular (or elliptical) well region at both ends of the microchannel was aligned at 90 degrees with respect to the line stretching direction, and the middle region instead of the circular (or elliptical) (That is, aligned at zero degrees with respect to the microchannel length direction) because they extend in the longitudinal direction without contraction in the longitudinal direction.

이를 응용하면, 공동을 오그제틱 구조로 배치함에 따라 마이크로채널에 미치는 힘의 방향을 조절할 수 있고, 그에 따라 콜라겐 섬유의 정렬을 원하는 방향으로 조절할 수 있게 되어, 세포를 배양할 때 정렬 및 증식에 대한 방향성을 조절할 수 있게 되는 것이다. By applying this structure, it is possible to control the direction of the force acting on the microchannels by arranging the cavities in the oggetic structure, thereby adjusting the alignment of the collagen fibers in a desired direction, It is possible to control the directionality.

[실험예 4] 탄성계수가 다른 탄성 구조체의 실험[Experimental Example 4] Experiments of elastic structures having different elastic moduli

탄성기판의 물성을 변화시켜 섬유 정렬 방향을 확인해 보았다. 원료 및 경화제 등의 혼합 비율이 달라 탄성 계수가 다른 두 조성으로 칩을 제작하게 되면, PDMS 기판에 동일한 스트레인을 인가하더라도 각 부분(soft, stiff)에 인가되는 스트레인을 다르게 할 수 있기 때문이다. 즉, 탄성기판의 원료의 종류를 변화시키거나, 원료 대 경화제의 중량 비율을 변경하여 탄성계수(modulus)를 변화시켜 섬유 정렬에 미치는 영향을 규명하였다.We changed the physical properties of the elastic substrate and confirmed the alignment direction of the fibers. If the chip is fabricated with two compositions with different elastic modulus due to the different mixing ratios of the raw material and the hardener, the strain applied to each part (soft, stiff) may be different even if the same strain is applied to the PDMS substrate. That is, the effect of the modulus of elasticity on the fiber alignment was determined by changing the kind of the raw material of the elastic substrate or changing the weight ratio of the raw material to the curing agent.

구체적으로, 도 10과 같이 탄성계수(특히, Young’s modulus)가 다른 두 개의 탄성 기판부(제1기판부(20) 및 제2기판부(30))을 접합시킨 후 양 기판을 가로지르는 마이크로채널(10)을 형성시켰다. 하나의 탄성 기판부는 탄성기판의 원료 대 경화제의 비율을 10:1로 하였고(stiff 기판, Young’s modulus는 3 MPa), 다른 하나의 탄성 기판부는 탄성기판의 원료 대 경화제의 비율을 달리(25:1) 하였다(soft 기판, Young’s modulus는 0.45 MPa). 또한, 원료 대 경화제의 비율이 아니라, 탄성기판의 원료 자체를 다르게 하거나 경화 조건을 달리하여 탄성계수를 변화시킬 수도 있다. 예를 들어, soft 기판은 PDMS를 원료로 제조한 기판, stiff 기판은 자외선 경화 고분자(예를 들어, SU-8, 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA), 폴리에스테르 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 등이 있을 수 있으나 이에 한정되지는 않으며, 라디칼 중합 타입이나 카티온 중합 타입 중 어느 것도 사용 가능하다)를 사용할 수 있음을 확인하였다. Specifically, two elastic substrate portions (first substrate portion 20 and second substrate portion 30) having different elastic modulus (particularly, Young's modulus) are bonded as shown in FIG. 10, (10). The ratio of the raw substrate to the curing agent of the elastic substrate was set to 10: 1 (stiff substrate, Young's modulus: 3 MPa), and the other elastic substrate portion had the ratio of the raw substrate to the curing agent ) (Soft substrate, Young's modulus is 0.45 MPa). In addition, the elastic modulus may be changed by changing the raw material of the elastic substrate itself or by changing the curing conditions, instead of the ratio of the raw material to the curing agent. For example, the soft substrate may be a substrate made of PDMS as a raw material, and the stiff substrate may be an ultraviolet hardening polymer (for example, SU-8, polyurethane acrylate (PUA), polyester acrylate, But it is not limited thereto, and either a radical polymerization type or a cationic polymerization type can be used).

이후, 접합된 두 개의 기판을 하나의 기판으로 보고, 실시예 4 및 실시예 5와 같이 선 신장 또는 선 압축 실험을 실시하였고, 선 압축의 경우 가로 방향으로 실시하였으며, △L/L의 절대값을 0.3으로 하였다. 그 결과, soft 기판의 경우 마이크로채널 부분에 선 압력의 효과가 영향을 미쳐 압축 방향과 평행한 방향, 즉 마이크로채널의 길이 방향에 대해 0도로 정렬됨을 확인하였다. 반면, stiff 기판의 경우 선 압축의 영향을 거의 받지 않았음을 확인하였다. 다만, △L/L의 절대값을 달리할 경우 stiff 기판에도 영향이 어느 정도 미칠 수 있고 soft 부분은 더 크게 영향을 받을 것임을 알 수 있고, 그에 따라 정렬의 방향성이나 경향을 조절할 수 있음을 알 수 있었다(도 11). Then, the two bonded substrates were regarded as one substrate, and the linear stretching or the linear compression test was carried out as in the case of Example 4 and Example 5. In the case of the linear compressing, the horizontal direction was performed, and the absolute value of DELTA L / Was set to 0.3. As a result, it was confirmed that the effect of the linear pressure on the microchannel part in the case of the soft substrate was aligned to 0 parallel to the compression direction, that is, the longitudinal direction of the microchannel. On the other hand, it was confirmed that the stiff substrate was hardly affected by line compression. However, it can be seen that when the absolute value of DELTA L / L is varied, the effect on the stiff substrate can be affected to some degree, and the soft portion will be more influenced, and thus the direction or tendency of alignment can be controlled (Fig. 11).

선 신장의 경우 가로 방향으로 실시하였고, △L/L의 절대값을 0.3으로 하였다. 그 결과, soft 기판의 경우 마이크로채널 부분에 선 신장의 효과가 영향을 미쳐 신장 방향과 직교하는 방향, 즉 마이크로채널의 길이 방향에 대해 90도로 정렬됨을 확인하였다. 반면, stiff 기판의 경우 선 신장의 영향을 거의 받지 않았음을 확인하였다. 다만, △L/L를 달리할 경우 stiff 기판에도 영향이 어느 정도 미칠 수 있고 soft 부분은 더 크게 영향을 받을 것임을 알 수 있고, 그에 따라 정렬의 방향성이나 경향을 조절할 수 있음을 알 수 있었다. The linear extension was performed in the transverse direction, and the absolute value of ΔL / L was set to 0.3. As a result, it was confirmed that the effect of the linear stretch on the microchannel part of the soft substrate was aligned 90 degrees with respect to the direction orthogonal to the stretching direction, that is, the microchannel length direction. On the other hand, it was confirmed that the stiff substrate was hardly affected by the line extension. However, it can be seen that when ΔL / L is different, the effect on the stiff substrate can be affected to some degree, and the soft part will be more influenced, and accordingly, the alignment direction or the tendency of alignment can be controlled.

상기 실시예 및 실험예들은 콜라겐과 섬유아세포(예를 들어, fibroblast 3T3 cell line)를 대상으로 하여 수행하였으나, 콜라겐과 같이 미세단위에서 선상 구조를 가지는 섬유로서 길고 가늘며 연하게 굽혀질 수 있는 합성 또는 천연 고분자 섬유를 이용하여도 마찬가지로 미세섬유가 정렬되는 결과를 얻을 수 있을 것이며, 세포도 섬유아세포 외에 생체 내외에서 배양될 수 있는 세포라면 그 종류의 제한 없이 동일한 결과로서 세포가 함께 정렬되는 결과를 얻을 수 있을 것이다.The above Examples and Experiments were carried out on collagen and fibroblasts (for example, fibroblast 3T3 cell line), but it is also possible to use fibers having a linear structure in a fine unit such as collagen, which are long, thin and softly bendable Even if the natural polymer fibers are used, the result is that the fine fibers are aligned. If the cells can be cultured in vitro or in addition to the fibroblasts, the same result can be obtained that the cells are aligned together It will be possible.

10: 기판
20: 제1기판부
30: 제2기판부
40, 50: 신장 장치 또는 압축 장치
100, 101: 마이크로채널
201, 202: 공동
10: substrate
20: first substrate portion
30: second substrate portion
40, 50: Extension device or compression device
100, 101: Microchannel
201, 202: joint

Claims (27)

미세섬유 정렬용 탄성 기판으로서, 상기 기판은
미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 로딩하는 마이크로채널; 및
하나 이상의 공동(void)을 포함하는, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
An elastic substrate for fine fiber alignment,
A microchannel containing a raw material capable of microfibril forming ability or loading a composition comprising microfibers; And
An elastic substrate for microfiber alignment, comprising at least one void.
제1항에 있어서, 상기 공동은 마이크로채널과 분리된 것이고, 마이크로채널과 평행한 방향으로 배열된 것인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
The elastic substrate of claim 1, wherein the cavity is separate from the microchannels and is arranged in a direction parallel to the microchannels.
제1항에 있어서, 상기 공동은 상기 마이크로채널을 경계로 좌우 또는 상하에 대칭적 또는 비대칭적으로 형성된 것인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
The elastic substrate for microfiber alignment according to claim 1, wherein the cavity is formed symmetrically or asymmetrically to the left or right or top and bottom of the microchannel.
제1항에 있어서, 상기 공동은 원형, 타원형 및 삼각형 이상의 다각형 중 하나 이상인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
The elastic substrate of claim 1, wherein the cavity is at least one of a circular, elliptical, and polygonal triangle or greater.
제1항에 있어서, 상기 마이크로채널은 선형, 양 말단의 모양이 원형 또는 타원형인 선형, 또는 양 말단의 모양이 삼각형 이상의 다각형인 선형인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
2. The elastic substrate according to claim 1, wherein the microchannel is linear, the shape of both ends being circular or elliptical, or the shape of both ends being a polygonal shape of triangular or more.
제5항에 있어서, 상기 공동과 상기 마이크로채널은 오그제틱 구조(Auxetic structure)를 이루는 것인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
6. The elastic substrate of claim 5, wherein the cavity and the microchannel form an Auxetic structure.
미세섬유 정렬용 탄성 기판으로서, 상기 기판은
미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 로딩하는 마이크로채널;
제1기판부; 및
제1기판부와 탄성계수가 다른 제2기판부를 포함하는, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
An elastic substrate for fine fiber alignment,
A microchannel containing a raw material capable of microfibril forming ability or loading a composition comprising microfibers;
A first substrate portion; And
And a second substrate portion having a different elastic modulus from the first substrate portion.
제7항에 있어서, 상기 제1기판부 및 제2기판부는 서로 접촉되도록 배치된 것이고, 상기 마이크로채널은 상기 두 기판부에 걸쳐서 형성된 것인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
8. The elastic substrate according to claim 7, wherein the first substrate portion and the second substrate portion are arranged to be in contact with each other, and the microchannel is formed across the two substrate portions.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 기판부의 재질은 탄성 고분자인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
The elastic substrate according to any one of claims 1 to 8, wherein the material of the two substrate portions is an elastic polymer.
제9항에 있어서, 상기 탄성 고분자는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리메틸메타클릴레이드(polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리아크리레이트(polyacrylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리실릭올레핀(polycyclic olefins), 폴리이미드(polyimides), 폴리스티렌(polystyrene), 셀룰로스아세테이트(cellulose acetate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(poly(ethyleneterephthalate; PETP), 천연 폴리이소프렌, 합성 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 클로로프렌 고무, 부틸고무, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무, 에피클로로하이드린 고무, 폴리아크릴 고무, 실리콘 고무, 플루오로실리콘 고무, 플루오로 탄성중합체, 폴리에테르 블록 아미드, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트 및 폴리우레탄으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
The method of claim 9, wherein the elastic polymer is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyacrylates, polycarbonates, polycyclic olefins ), Polyimides, polystyrene, cellulose acetate, polyethyleneterephthalate (PETP), natural polyisoprene, synthetic polyisoprene, polybutadiene, chloroprene rubber, butyl rubber, styrene- Butadiene rubber, nitrile rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber, epichlorohydrin rubber, polyacryl rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, fluoroelastomer, polyether block amide, chlorosulfonated polyethylene, ethylene - selected from the group consisting of vinyl acetate and polyurethane At least one elastic substrate for microfiber alignment.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로채널은 접착제로 코팅된 것인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
9. The elastic substrate according to any one of claims 1 to 8, wherein the microchannel is coated with an adhesive.
제11항에 있어서, 상기 접착제는 글루타르 알데히드, 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리-L-라이신, 폴리-D-라이신, 및 폴리도파민으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 미세섬유 정렬용 탄성기판.
12. The elastic substrate according to claim 11, wherein the adhesive is at least one selected from the group consisting of glutaraldehyde, polyethyleneimine, poly-L-lysine, poly-D-lysine and polydodamine.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 미세섬유 정렬용 탄성기판 및 상기 탄성기판을 신장 또는 압축시키기 위한 장치를 포함하는, 미세섬유 정렬 장치.
9. An apparatus for aligning fine fibers, comprising an elastic substrate for aligning microfibers according to any one of claims 1 to 8 and an apparatus for stretching or compressing said elastic substrate.
(1) 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 미세섬유 정렬용 탄성기판에 대하여 일정 방향의 스트레인을 가한 상태로 유지시키는 단계;
(2) 미세섬유 형성능이 있는 원료를 포함하거나 미세섬유를 포함하는 조성물을 상기 탄성 기판 내의 마이크로채널에 로딩하는 단계; 및
(3) 상기 스트레인을 배제하는 단계
를 포함하는, 미세섬유 정렬 방법.
(1) holding the elastic substrate for aligning microfibers according to any one of claims 1 to 8 in a state in which strain is applied in a predetermined direction;
(2) loading a microchannel in the elastic substrate with a composition containing microfibers or containing a raw material capable of microfibrillating; And
(3) excluding the strain
&Lt; / RTI &gt;
제14항에 있어서, 상기 (1) 단계의 상기 탄성 기판에 대하여 일정 방향의 스트레인을 가하는 것은, 상기 탄성 기판을 일정 길이 만큼 신장하거나 압축하는 것인, 미세섬유 정렬 방법.
15. The method according to claim 14, wherein applying a strain in a predetermined direction to the elastic substrate in step (1) stretches or compresses the elastic substrate by a predetermined length.
제14항에 있어서, 상기 (1) 단계의 상기 탄성 기판에 대하여 일정 방향의 스트레인을 가하는 것은, 상기 탄성 기판 내의 공동의 모양, 배치 및 탄성 기판의 탄성계수 중 하나 이상에 따라 마이크로채널의 전부 또는 일부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것인, 미세섬유 정렬 방법.
15. The method of claim 14, wherein applying the strain in the predetermined direction to the elastic substrate in the step (1) is performed in accordance with at least one of the shape and arrangement of cavities in the elastic substrate and the elastic modulus of the elastic substrate. And applying a strain in a certain direction to the portion.
제16항에 있어서, 상기 마이크로채널의 전부 또는 일부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것이, 상기 마이크로채널의 전부 또는 일부분에 신장(stretching)에 의한 스트레인을 일정한 방향으로 가하는 것일 경우, 상기 전부 또는 일부분에서는 스트레인의 방향과 수직이 되는 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것인, 미세섬유 정렬 방법.
The method according to claim 16, wherein, when applying a strain in a certain direction to all or a part of the microchannel is to apply a strain caused by stretching to all or a part of the microchannel in a predetermined direction, Wherein the microfibers are aligned and propagated in a direction perpendicular to the direction of the strain.
제16항에 있어서, 상기 마이크로채널의 전부 또는 일부분에 대하여 일정한 방향의 스트레인을 가하는 것이, 상기 마이크로채널의 전부 또는 일부분에 압축(compressing)에 의한 스트레인을 일정한 방향으로 가하는 것일 경우, 상기 전부 또는 일부분에서는 스트레인의 방향과 평행한 방향으로 미세섬유를 정렬 및 증식시키는 것인, 미세섬유 정렬 방법.
17. The method according to claim 16, wherein, when applying a strain in a certain direction to all or a part of the microchannel is to apply a strain due to compressing to all or a part of the microchannel in a predetermined direction, Wherein the microfibers are aligned and propagated in a direction parallel to the direction of the strain.
제14항에 있어서, 상기 (1) 단계의 스트레인은 상기 탄성기판의 폭 또는 길이에 대해, 스트레인을 가하기 전을 기준으로 5% 내지 80%까지 변형되도록 가하는 것인, 미세섬유 정렬 방법.
15. The method of claim 14, wherein the strain of step (1) is applied to the width or length of the elastic substrate such that it is deformed by 5% to 80% based on the amount before the strain is applied.
제14항에 있어서, 상기 (1) 단계의 스트레인은 △L/L의 절대값이 0.001 내지 0.8이 되도록 가하는 것인, 미세섬유 정렬 방법.
(상기 L은 상기 스트레인을 가하기 전 상기 탄성기판의 폭 또는 길이이고, 상기 △L은 상기 스트레인을 가한 후 변화된 만큼의 폭 또는 길이임)
15. The method of claim 14, wherein the strain of step (1) is applied so that the absolute value of DELTA L / L is 0.001 to 0.8.
(L is the width or length of the elastic substrate before applying the strain, and DELTA L is the width or length as changed after applying the strain)
제14항에 있어서, 상기 (2) 단계의 미세섬유 형성능이 있는 원료는 콜라겐, 라미닌(laminin), 파이브로넥틴(fibronectin), 엔탁틴(entactin), 히알루론산(hyaluronic acid), 나일론, 폴리아크릴산, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트), 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에틸렌 옥사이드, 엘라스틴, 젤라틴, 피브리노겐, 피브린, 알지네이트, 셀룰로오스, 실크 피브로인, 키토산, 및 액틴으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 미세섬유 정렬 방법.
The method according to claim 14, wherein the fine fiber forming raw material in step (2) is selected from the group consisting of collagen, laminin, fibronectin, entactin, hyaluronic acid, nylon, polyacrylic acid Selected from the group consisting of polyvinyl chloride, polycarbonate, polyurethane, poly (ethylene vinyl acetate), polystyrene, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, polyethylene oxide, elastin, gelatin, fibrinogen, fibrin, alginate, cellulose, silk fibroin, chitosan, At least one microfiber array.
제14항에 있어서 상기 (2) 단계 이후에 상기 조성물을 부분적으로 겔화(gelation)시키며 원료를 집적시켜 미세섬유 핵(nucleate) 또는 집적체(aggregate)를 형성시키는 단계를 더 포함하는, 미세섬유 정렬 방법.
15. The method of claim 14, further comprising, after step (2), partially gelating the composition and integrating the raw material to form a microfiber nucleate or aggregate. Way.
제22항에 있어서 상기 미세섬유 핵(nucleate) 또는 집적체(aggregate)를 형성시키는 단계에서 형성 시간은 5분 내지 15분인, 미세섬유 정렬 방법.
The fine fiber sorting method according to claim 22, wherein the forming time is 5 minutes to 15 minutes in the step of forming the fine fiber nucleate or aggregate.
제14항에 있어서, 상기 (3) 단계는 일정 방향의 스트레인을 배제함과 동시에 조성물을 완전히 겔로 경화시키는 단계인, 미세섬유 정렬 방법.
15. The method of claim 14, wherein step (3) is a step of completely curing the composition to gel while excluding strain in a certain direction.
제24항에 있어서, 상기 경화에 소요되는 시간은 15분 내지 2시간인, 미세섬유 정렬 방법.
25. The method of claim 24, wherein the time required for curing is from 15 minutes to 2 hours.
제14항의 상기 조성물에 1종 이상의 세포 및 줄기세포 중 하나 이상이 더 포함된 것인, 세포 배양 방법.
14. The cell culture method according to claim 14, wherein said composition further comprises at least one of a cell and a stem cell.
제14항의 상기 (3) 단계 이후에 정렬된 미세섬유를 포함하는 탄성기판을 1종 이상의 세포 및 줄기세포 중 하나 이상이 포함된 세포 배양 배지 내에 배치하여 상기 세포 및 줄기세포 중 하나 이상을 배양하는 단계를 더 포함하는, 세포 배양 방법.
An elastic substrate comprising microfibers arranged after step (3) of claim 14 is placed in a cell culture medium containing at least one of cells and stem cells to culture at least one of the cells and stem cells &Lt; / RTI &gt;
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