KR20190088337A

KR20190088337A - 나노 섬유 기저 막을 생체 모사 조직 표면에 형성시키는 방법

Info

Publication number: KR20190088337A
Application number: KR1020180006761A
Authority: KR
Inventors: 김동성; 박상민; 엄성수
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2019-07-26

Abstract

본 발명은 전기 방사를 통하여 형성된 나노 섬유 기저 막이 결합된 생체 모사 조직을 제작하는 방법과, 이러한 방법으로 기저 막이 형성된 다수의 생체 모사 조직으로 이루어진 생체 모사 칩을 포함하는 미세유체 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 나노 섬유로 이루어진 인공 기저 막을 전기 방사를 통하여 생체 조직 표면에 형성시키는 방법과 이러한 방법으로 제작되는 혈관 내벽 모사 생체 조직이 다수 형성된 생체 모사 칩에 대한 것이다.

Description

나노 섬유 기저 막을 생체 모사 조직 표면에 형성시키는 방법{PROCESS FOR FORMATION OF NANO-FIBR BASILAR MEMBRANE ON SURFACE OF BIO-MIMETIC TISSUE}

본 발명은 전기 방사 방법을 사용하여 나노 섬유 기저 막을 생체 모사 조직 표면에 형성시키는 것을 특징으로 하는 방법과, 이러한 방법을 통하여 제작되는 나노 섬유 기저 막이 형성된 다수의 생체 모사 조직과 그리고 이러한 생체 모사 조직을 포함하는 다수의 생체 모사 칩과 도관들을 포함하는 미세 유체 장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명은 전기 방사를 통하여 직경이 수 10㎚ 내지 수 100㎚ 범위의 나노 섬유로 이루어진 0.1㎛ 내지 3㎛ 두께의 인공 기저 막을 생성시키고, 이러한 기저 막 표면에서 모사하고자 하는 생체 조직의 세포를 배양하여 생체 모사 조직의 표면에 인공 기저 막을 형성시키는 방법과 이러한 방법으로 제작되는 생체 모사 조직을 포함하는 다수의 생체 모사 칩과 도관들이 포함된 미세 유체 장치에 대한 것이다.

생체 조직 모사(bio-mimetic) 연구는 자연의 특별한 능력의 원천이 되는 생물학적 기능이나 구조 및 형태를 모방하여 인공 조직이나 구조물 제조에 대하여 연구하는 것이다. 이러한 공학적 연구 개발을 위하여 사용되는 생체모사 칩은, 인체 내의 기관을 모사한 다양한 생물공학 조직 모델을 포함하며, 생리나 병리적 메커니즘 연구나 신약 개발 등에 활용 되는 장치이다.

일반적으로, 생체 모사 칩은 외부 환경 변화에 반응하여 생체내의 생리적 반응과 유사한 반응을 보이도록 제조된 장치로서, 신약, 식품, 화장품 등의 효능 또는 독성 평가 플랫폼으로 활용된다.

현재 동물 실험은 많은 비용이 소요됨에도 불구하고 동물과 사람 간의 여러 가지 차이점으로 인하여 동물 실험을 통해 개발된 신약이나 화장품의 인체 독성 문제가 자주 문제가 되고 있다.

이러한 이유로 인하여 세계 여러 나라에서 신약 개발 과정에서의 독성과 효과 평가를 위한 동물 실험을 단계적으로 축소하는 추세이며, 이러한 동물 실험을 대체하기 위한 생체모사 칩의 개발이 요구되고 있는 것이다.

따라서, 관련 업계에서는 의약 활성이나 새로운 기능성 식품, 화장품 등의 개발 과정에서 요구되는 동물 실험 대체용 플랫폼으로서 생체모사 칩의 개발 요구 증가하고 있다.

또한, 환자 맞춤형 체외 동반진단 시스템 개발의 필요성과 특정 약물 치료에 대한 환자의 반응성 예측 시스템의 필요성 대두되고 있어서, 다양한 기능의 생체모사 칩의 개발이 요구되고 있다.

그런데, 이러한 생체 모사 칩들이 모방하고자 하는 인간이나 동물의 생체 조직에는, 외부 환경 또는 생체 내의 또 다른 조직이나 기관과의 사이에서 내부와 외부간 물질의 교환에 관여하고, 물리적 장벽 역할을 하는 기저 막이 존재한다. 대표적인 예를 들면, 인체의 폐와 피부, 신장, 혈관 등 대부분의 기관에서 기저 막이 관찰 된다.

일반적으로 기저 막이란, 상피 세포, 근육 세포, 내피 세포 등의 바닥 면과 결합 조직 사이에 형태가 없는 세포 외 물질로 이루어진 박막을 지칭한다.

따라서, 생체 조직 모사를 위하여 인체 기저 막의 기능과 구조와 유사하게, 물질이동이 가능하면서도 물리적 장벽 역할을 할 수 있는 다공성 인공 기저 막을 생체모사 칩에 결합하는 기술들이 개발되고 있다.

현재까지 다수의 인공 기저 막 기반 세포 배양 플랫폼이 개발되었으며, 그 중 가장 많이 활용되는 인공 기저 막 기반 세포 배양 플랫폼은, 미국의 에뮬레이트사가 개발한 마이크로 크기 범위의 구멍을 가진 멤브레인이 결합된 제품이다.

이 제품에서는 멤브레인 기저 막을 통한 물질의 이동이 가능하고 물리적 장벽 역할도 구현되었으나, 인체 내 기저 막의 구조와 기능을 완전하게 모사하지 못하였고 혈액 유동 환경 구현은 불가능하였다. 이러한 에뮬레이트사 제품에 사용되는 인공 기저 막은 인체 내의 기저 막과 근본적인 구조적 차이가 존재한다.

네덜란드의 마이크로니트사가 개발한 생체모사 칩에서는, 세포 배양용 PET 멤브레인이 생체모사 칩에 결합되어 있고, 두 개의 유체 채널을 갖추어 혈액의 흐름을 모사하였으나, 이 제품 역시 여전히 인공 기저 막의 한계점을 여전히 노출하고 있다.

또한, 미국 코닝사가 개발한 트랜스웰 인서트 제품 역시 생체 내의 혈액 유동 모사에 있어서, 생체 내 기저 막의 완전한 모사에 이르지 못하는 한계점을 드러내고 있다.

현재까지는 다공성 고분자 멤브레인을 기저 막으로 활용하는 생체모사 칩이 주류를 이루고 있지만, 이러한 생체모사 칩에 사용되는 다공성 멤브레인 인공 막은 생체 내 기저 막과 그 구조나 형상에 있어서 근본적인 차이가 있기 때문에 생체 조직을 제대로 모사하지 못하는 큰 한계점을 드러내고 있다.

대한민국 특허 출원 제10-2014-0042655호에서는 인체 조직 모사용 에세이 칩 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법을 공개하고 있다. 이러한 인체 조직 모사용 어레이칩에 대한 선행기술은 마이크로 채널 사이에 나노 섬유 매트를 위치시켜 나노 섬유 매트 상 하부에 혈관 세포 또는 조직 세포를 배양하여 인체 조직 모사 모델을 개발하는 데 활용 될 수 있다. 그러나 이 선행기술에서는 나노 섬유 매트 하부에만 채널이 있어 위 아래 채널에서 동시에 유동이 있는 경우를 반영할 수 없고, 나노 섬유 매트를 사전에 제작한 다음 생체 모사 조직에 결합시키기 때문에 나노 섬유 매트의 두께가 너무 얇거나 기계적으로 약한 경우는 생체 모사 조직 어레이 칩의 제작에 어려움이 있었다. 또한 대한민국 특허출원 제 10-2013-0046750호에서는 콜라겐 젤을 채울 수 있고 그 양단에 유체가 흐를 수 있는 마이크로 채널을 가지고 있는 세포배양 에세이 장치를 공개하고 있다. 이 장치는 양단의 유체가 흐르는 채널에 혈관세포 또는 조직 세포를 배양하여 인체 조직 모사 모델을 개발하는데 활용 될 수 있다. 그러나, 이 장치에서는 콜라겐 젤을 채우는 채널이 넓어서 혈관 층과 조직 층이 근접하는 폐, 신장 등을 모사하는 생체 조직의 개발에 적용할 수 없다. 미국 특허 제8647861 B2 는 인체 조직 모사용 어레이 칩에 대한 내용으로 마이크로 채널 사이에 다공성 멤브레인을 위치시켜 나노 섬유 매트 상 하부에 혈관세포 또는 조직 세포를 배양하여 인체 조직 모사 모델을 개발하는 데 활용 될 수 있다. 그러나 이 선행기술에 기재된 다공성 멤브레인은 인위적인 구멍이 있는 반면에 인체 내의 기관은 나노 섬유로 멤브레인이 구성되어 있어 인체 내의 실제 기저 막과는 그 물리적 구조와 기능 특성상 커다란 차이점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 현재까지 개발된 생체 모사 칩에 탑재된 인공 기저 막은 나노(㎚) 크기 내지 마이크로(㎛) 크기 범위의 구멍이 있는 멤브레인이 사용되지만, 생체 내에 존재하는 기저 막은 콜라겐 나노 섬유로 구성된 것이라는 점에서 재료 및 구조의 차이가 명백하게 존재한다.

따라서, 본 발명은, 이러한 선행기술들의 문제점들을 극복하고자, 0.1㎛ 내지 3㎛ 두께의 인공 기저 막을 생체 모사 조직에 표면에 직접 형성시키고 결합시키는 새로운 생체 모사 조직을 제작하는 방법을 제공하고자 한다.

이러한 선행기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전기 방사 기술을 활용한 나노(㎚) 섬유 인공 기저 막을 제작함에 있어서, 전해질 용액을 접지 전극으로 사용하여 나노 섬유상 인공 기저 막을 제작하고 이러한 인공 기저 막에서 생체 조직을 배양함으로써, 나노 섬유상 인공 기저 막이 표면에 결합된 생체 모사 조직을 제공하는 하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기의 방법을 통하여, 인체 내의 혈액이나 체액의 유동 환경을 반영한 미세 유체 칩을 설계하고 제작하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 기본적인 목적은, 수십㎚ 내지 수백㎚ 직경의 나노 섬유, 바람직하게는 200㎚ 내지 600㎚ 직경의 나노 섬유를 전기 방사를 통하여 방사하여 0.1㎛ 내지 3㎛ 두께의 나노 섬유상 기저 막을 생성하고, 이러한 기저 막 표면에서 모사하고자 하는 생체 조직의 세포를 배양함으로써, 생체 모사 조직 표면에 0.1㎛ 내지 3㎛ 두께의 나노 섬유상 기저 막이 형성된 것을 특징으로 하는 생체 모사 조직 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전기 방사를 통하여 나노 섬유 기저 막을 직접 생체 조직 표면에 형성시키는 것을 특징으로 하는 방법을 통하여 제조되는 생체 모사 칩을 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 300㎚ 내외의 나노 섬유로 이루어진 인공 기저 막을 전기 방사를 통하여 생체 조직 표면에 직접 형성시키는 방법과 이러한 방법으로 제작되는 생체 모사 조직이 형성된 생체 모사 칩을 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 200㎚ 내지 600㎚의 나노 섬유로 이루어진 인공 기저 막을 전기 방사를 통하여 생체 조직 표면에 직접 형성시키는 방법과 이러한 방법으로 제작되는 생체 모사 조직이 형성된 생체 모사용 미세유체 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

전기 방사법(electrospinning)이란, 나노 크기 직경의 섬유를 제조할 수 있는 기술이다. 낮은 점도 상태의 고분자 물질을 순간적으로 전기장이 형성된 공간에 방사하여 직경 10nm 내지 600nm의 나노 섬유 형태를 제조하기에 적합한 방법이다.

일반적인 전기방사 방법에서, 섬유 형성 물질을 방사하는 방사부 전극과 형성된 섬유를 수집하는 접지 전극 사이에 전기장이 형성되고, 형성된 섬유가 수집 전극에 포집 된다.

본 발명에서는 전해질 용액을 나노 섬유 포집 전극으로 활용하는 전기 방사 방법을 활용하여 생체 모사 조직에 나노 섬유 기저 막을 결합시킨 생체 모사 칩을 제작함으로써, 인체 내 기저 막과 거의 유사한 (1)나노 섬유상 구조이면서, (2)0.1 내지 3㎛ 수준의 두께를 나타내는 기저 막을 제작하였다.

현재까지 일반에 공지된 전기방사 방법에서는 나노 섬유 기저 막의 집적을 위해 통상적으로 금속 판이 포집 전극으로 활용되었지만, 본 발명에서는 액체 전해질 용액을 포집 전극으로 대체함으로써, 전해질 용액 중에 형성되는 나노 섬유 박막이 생체 모사 조직에 결합될 수 있도록 하였다.

따라서, 본 발명은 방사 전극과 전해질 용액 간에 형성된 1K Volt 내지 30K volt 전기장을 사용하는 전기 방사를 통하여 직경 10㎚ 내지 600㎚ 범위의 나노 섬유로 이루어진 인공 기저 막을 생성시키고, 이러한 인공 기저 막 표면에서 생체 조직을 배양하여 생체 모사 조직의 표면에 인공 기저 막을 형성시키는 방법을 제공한다.

또한 본 발명의 또 다른 방법으로는, 생체모사 조직을 전해질 용액에 침지시키고 전기 방사되는 나노 섬유를 생체 모사 조직 표면에 존재하는 전해질 용액에 기저 막 형태로 집적시켜서, 집적되는 기저 막과 생체모사 조직 간의 결합이 동시에 이루어 지도록 한다.

본 발명에서는, 본 발명의 나노 섬유상 인공 기저 막이, 생체 기저 막의 특징인 0.1㎛ 내지 2㎛ 수준의 얇은 두께의 박막 구조를 가지는 지 여부와 생체 모사 조직내의 현상 관찰을 위한 적정 투명도를 가질 수 있는지 확인하였다.

본 발명에 따른 나노 섬유상 기저 막이 결합된 생체 모사 칩에서는, 생체 모사 조직이 만곡진 면을 포함하는 복잡한 형태 또는 3차원 형상으로 이루어진 경우에도, 나노 섬유 인공 기저 막을 미세 유체 장치의 생체 모사 칩에 쉽게 결합시키고 기저 막을 결합시키는 작업의 정확성을 향상시킬 수 있었고, 생체 조직 모사 칩의 불량 비율을 낮출 수 있었다.

특히, 본 발명에 따른 나노 섬유상 기저 막이 결합된 생체모사 칩에서는 환자 유래 세포를 활용하여 혈관 모사 칩을 구현함으로써, 환자 특이적 약물 반응을 확인할 수 있는 환자 맞춤형 혈관모사 칩 제작이 가능하였다.

따라서, 본 발명에 따른 나노 섬유상 기저 막이 결합된 생체모사 칩은, 향후 다양한 인체 내의 기관 모사 모델 개발에 활용될 수 있어 질병 모델 구현 및 면역반응 관찰, 약물 스크리닝 등에 적용 가능할 것으로 기대된다.

본 발명의 생체모사 칩은 인체 내 조직을 모사하는 생물 공학적 조직 모델을 포함하는 칩으로서, 체외에서 인체 내 다양한 조직의 기능 변화에 관한 메커니즘 규명을 위한 생리-병리학적 모델 구축에 활용될 수 있다.

특히 본 발명의 생체 모사 칩은, 전임상 단계에서 동물실험을 대체하여 윤리적 문제를 배제한 효율적인 약물 스크리닝 등에 활용 될 것으로 기대된다.

따라서, 본 발명의 생체 모사 조직은 나노 섬유상 기저 막이 존재하는 장점 덕분에 혈관 질환 및 염증 관련 면역성 질환 (암, 자가면역질환 등)에 대한 심도 깊은 연구를 가능하게 하고, 약물 효능 검증 및 환자맞춤형 생체모사 칩 제작 등 다양한 분야로의 적용 가능성이 기대된다.

본 발명에서는 생체모사 조직 모델 구현 가능 여부를 검증하기 위해 혈관 내피 세포와 혈관 밖 세포가 나노 섬유 멤브레인 상에서 공배양 된 혈관 모사 칩을 제작하였다.

이하, 도면을 참조 하여 본 발명의 여러 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들의 범위로 한정되지 아니한다.
도 1은 본 발명의 하나의 대표적인 실시 예에 따른 나노 섬유 기저 막이 결합된 생체 모사 조직을 나타낸 이미지이다.
도 2는 도 1의 나노 섬유 기저 막의 나노 섬유 배열을 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 나노 섬유 기저 막이 결합된 생체 모사 칩 제작 방법 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 나노 섬유 기저 막이 결합된 미세유체장치 제조 장치를 나타낸 개략도 이다.
도 5는 본 발명의 방법으로 제작된 나노 섬유상 기저 막의 사진이다.
도 6은 본 발명의 방법에 사용된 나노 섬유 포집용 전해질 용액 특성을 나타낸다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용한다. 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 내용을 한정되는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1의 (a) 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩 개략도 (b) 본 발명의 방법에 따라 실제 제작된 생체모사 칩.
도 1은 본 발명에 따른 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩이다. 나노 섬유 인공 기저 막이 생체모사 칩에 결합되어 생체모사 칩 내부에 존재하는 유체가 흐를 수 있는 통로에 나노 섬유 인공 기저 막이 위치한다. 상기 나노 섬유 인공 기저 막은 통로를 나누고 있기 때문에 상층부와 하층부 각각에 유체가 흐를 수 있는 통로가 생긴다. 상기 채널들은 혈액의 유동처럼 유체가 내부에 흐를 수 있게 구성되어 있다.
도 2. 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩 제작 방법
사각 또는 임의의 형태를 가진 구멍이 존재하는 고분자 플레이트 상에 선택적 표면 계질(플라스마 처리 등)을 통해 전해질 용액을 구멍 양단에 위치시킨다. 이후 고분자 용액을 금속 니들을 통해 공급해 주는 것과 동시에 금속 니들과 전해질 용액 사이에 고전압을 인가하여 주어 독립지지 정렬 나노 섬유 인공 기저 막을 사각 구멍 상에 제작하였다.
도 3. (a) 제작된 독립지지 정렬 나노 섬유 인공 기저 막 (b) 본 발명의 방법으로 제작된 기저 막의 확대 이미지
도 4. 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩 제작 방법(2)
두 개의 금속판을 평행하게 위치시키고, 고분자 용액을 금속 니들을 통해 공급해 주는 것과 동시에 금속 니들과 금속판 사이에 고전압을 인가하여 주어 독립지지 정렬 나노 섬유 인공 기저 막을 제작하였다.
접착제가 붙어 있고, 채널 형상의 구멍을 갖는 PMMA 플레이트를 나노 섬유 인공 기저 막을 아래에서 위치시키고 천천히 들어올리면, 나노 섬유 인공 기저 막이 PMMA 플레이트로 전사된다. 이를 유리 또는 고분자 상층부와 하층부를 결합하여 생체모사 칩으로 제작하였다.
도 5. 본 발명의 방법으로 제작된 나노 섬유상 기저 막의 사진
도 6. 본 발명의 방법에 사용된 나노 섬유 포집용 전해질 용액 특성

폐, 피부, 혈관과 같은 인체 내의 많은 기관들은 외부 환경 또는 다른 기관과 맞닿아 영양분 공급, 단백질 이동, 노폐물 배출 등의 물질 이동에 관여하고 물리적 장벽 역할을 하는 기저 막을 포함하고 있다.

이러한 기저 막을 통하여 조직 내부와 외부간 물질 이동이 가능하고, 물리적 장벽 역할을 할 수 있는 나노 섬유 인공 기저 막을 생체모사 칩에 결합하면 체외에서 인체 내의 기저 막에 근접하게 모사한 칩을 개발 할 수 있다.

그러나, 생체 내에는 콜라겐 나노 섬유로 구성된 기저 막이 있는 반면에, 현재까지 상업화된 인공 기저 막은 나노 내지 마이크로 크기 범위의 구멍이 있는 다공성 멤브레인이 사용되고 있다.

이러한 기저 막의 구조와 재료의 차이로 인하여 현재까지 상업화된 생체모사 조직은 상당한 문제점을 노출하고 있는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 구조나 재료의 차이점을 제거하기 위하여 수십㎚ 내지 수 마이크로미터(㎛) 직경의 나노 섬유가 서로 얽혀서 기저 막을 형성하는 생체모사 조직을 제작하는 것을 시도하였다.

본 발명의 나노 섬유상 기저 막은 나노 섬유가 하나의 방향으로 일정하게 배열하여 정렬 될 수 있고, 이렇게 배열된 나노 섬유가 여러 층이 겹쳐지면서 하나의 박막을 형성할 수 있다.

또한 본 발명의 나노 섬유상 기저 막은 나노 섬유가 다수의 무차별적인 방향으로 집적되어 다수의 나노 섬유가 겹쳐지면서 하나의 단일한 다공성 박막을 형성할 수 있다.

본 발명의 나노 섬유상 기저 막은 열가소성 수지, 열경화성 수지, 천연 중합체 및 생체 고분자 중에서 선택되는 하나 이상으로 이루어지는 나노 크기 직경의 섬유로 제작된다.

본 발명의 하나의 대표적인 실시 예에서는, 공지된 리쏘그래피(Soft lithography) 방법과 사출성형(Injection molding)을 통하여 미세 유체 채널을 가공한 다음, 상기 미세 유체 채널에 전해질 용액을 채우고, 상부의 방사 노즐로부터 하부의 미세 유체 채널의 전해질 용액 간에 걸리는 전기장을 사용하여 전기 방사를 수행하여 미세 유체 채널에 나노 섬유상 인공 기저 막을 형성시키고, 인공 기저 막이 상기 미세 유체 채널을 가로 질러 덮어지도록 미세 유채 채널에 결합된다.

이렇게 제작된 나노 섬유상 인공 기저 막이 결합된 미세 유체 채널에 동일한 구조와 형상으로 제작된 또 다른 미세 유체 채널을 덮어서 결합시키면, 이렇게 결합된 두 개의 미세 유체 채널에 사이에 본 발명의 나노 섬유상 인공 기저 막이 위치하게 된다.

이렇게 두 개의 미세 유체 채널 사이에 위치한 본 발명의 인공 기저 막에서 세포를 배양함으로써, 인공 기저 막에 결합된 생체 모사 조직을 제작할 수 있었다.

본 발명의 하나의 실시 예에 해당하는 생체 모사 칩에 사용될 수 있는 상피 조직(Epithelial tissue)은, 생체 내의 4가지 기본조직(basic tissues)들 중의 하나로서, 전신에 걸쳐 분포하며 다양한 기능을 한다.

상피조직은 밖으로 노출되어 표면을 덮는 세포(cell)들의 막(sheets)을 구성하여 물질을 통과시키는 소화 기능, 기체를 통과시키는 호흡 기능, 심 혈관이나 비뇨 생식 (genitourinary)기의 내강을 구성한다.

상피 조직은 표면을 따라 한 방향 또는 양 방향으로 물질을 운반하는 선택적 장벽(selective barrier)으로 작용하여 다른 조직을 보호한다. 합성(synthesis), 분비(secretion), 흡수(absorption)기능 등이 있고 감각수용(sensory reception)을 할 수 있다.

상피조직 (Epithelial tissue)은 연속된 세포들로 구성, 세포간 연접에 의해 연결되고, 세포외기질 (extracellular matrix)의 양이 적다. 극성이 있어 세포에 자유표면, 외측면 및 기저 막(basement membrane)과 닿아 있는 기저 면이 있다. 기저 막은 직접 혈액의 공급을 받지 아니하고 하부 조직으로부터 확산에 의해 영양 물질을 공급 받는다.

상피 조직은 다른 조직과는 달리 물리적 스트레스와 외상을 많이 받으므로 세포분열 이 활발하며 세포재생이 이루어진다. 내피 조직은 편평한 세포가 평면적으로 연결되어 엷은 막을 형성하며 물질의 확산이 나타나기에 적절한 구조이므로 물질 교환 막의 역할을 하기도 하는 조직이다. 심막, 흉막, 복막, 혈관의 내면을 덮는 내피, 폐포 상피 등이 있다.

실시예 1. 나노 섬유 방사용 폴리카프로락톤 용액 제조

나노 섬유 전기 방사를 위하여, 클로로포름과 메탄올을 3:1로 혼합한 용액에 폴리카프로락톤 펠렛을 용해시켜서 3% 내지 25% 농도의 용액을 만들기 위해 마그네틱 바를 활용하여 3시간 이상 교반 하였다.

실시예 2. 전기 방사되는 나노 섬유 포집용 전해질 용액의 제조

포타슘클로라이드(KCl) 또는 칼슘클로라이드(CaCl₂)를 탈이온수에 0.01 M 이상으로 용해시켜서 나노 섬유 포집용 전해질 용액을 제조하였다. 이들 전해질의 특성을 도 6에 나타내었다.

100: 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체 모사 칩
101: 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체 모사 칩 제조장치

Claims

1) 염화칼륨 또는 염화칼슘을 탈이온수에 용해시킨 전해질 용액과 방사 전극 사이에 전기장을 가하여 섬유 형성 고분자 물질을 나노 섬유 형상으로 전기 방사하는 단계;
2) 전기 방사되는 상기 나노 섬유를 포집하여 미세 유체 채널에 나노 섬유상 인공 기저 막을 생성시키는 단계; 그리고
3) 상기 인공 기저 막 표면에서 모사하고자 하는 생체 조직 세포를 배양하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제1항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 10㎚ 이상 900㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제2항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 100㎚ 이상 600㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제3항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 250㎚ 이상 350㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제1항의 방법에 있어서, 전기 방사를 위하여 방사 전극과 전해질 간에 가해지는 전위차가 직류 1,000 볼트 내지 30,000볼트인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제5항의 방법에 있어서, 전기 방사를 위하여 방사 전극과 전해질 간에 가해지는 전위차가 직류 5,000볼트 내지 20,000볼트인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제1항의 방법에 있어서, 상기 인공 기저 막의 두께가 0.1㎛ 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제7항의 방법에 있어서, 상기 인공 기저 막의 두께가 1㎛ 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

1) 염화칼륨 또는 염화칼슘을 탈이온수에 용해시킨 전해질 용액에 생체 모사 조직을 침지시키고 전해질 용액과 방시 전극간에 전기장을 가하여 섬유 형성 고분자 물질을 나노 섬유 형상으로 전기 방사하는 단계;
2) 전기 방사되는 상기 나노 섬유를 포집하여 상기 전해질 용액으로 침지된 생체 모사 조직 표면에 나노 섬유상 인공 기저 막을 생성시키는 단계; 그리고
3) 상기 인공 기저 막이 형성된 전해질에 침지된 생체 모사 조직에서 전해질을 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제9항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 10㎚ 이상 900㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제10항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 100㎚ 이상 600㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제11항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 250㎚ 이상 350㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제9항의 방법에 있어서, 전기 방사를 위하여 방사 전극과 전해질 간에 가해지는 전위차가 직류 1,000 볼트 내지 30,000볼트인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제13항의 방법에 있어서, 전기 방사를 위하여 방사 전극과 전해질 간에 가해지는 전위차가 직류 5,000볼트 내지 20,000볼트인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제9항의 방법에 있어서, 상기 인공 기저 막의 두께가 0.1㎛ 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

제15항의 방법에 있어서, 상기 인공 기저 막의 두께가 1㎛ 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.

1) 방사 전극과 전해질 용액 사이에 전기장을 가하여 섬유 형성 고분자 물질을 나노 섬유 형상으로 전기 방사하는 단계;
2) 전기 방사되는 상기 나노 섬유를 포집하여 미세 유체 채널에 나노 섬유상 인공 기저 막을 생성시키는 단계; 그리고
3) 상기 인공 기저 막에서 모사하고자 하는 생체 조직 세포를 배양하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법으로 제작된, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직.

1) 방사 전극과 전해질 용액 사이에 전기장을 가하여 섬유 형성 고분자 물질을 나노 섬유 형상으로 전기 방사하는 단계;
2) 전기 방사되는 상기 나노 섬유를 포집하여 미세 유체 채널에 나노 섬유상 인공 기저 막을 생성시키는 단계; 그리고
3) 상기 인공 기저 막에서 모사하고자 하는 생체 조직 세포를 배양하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법으로 제작된, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직을 포함하는 다수의 생체 모사 칩과 연결 수단을 포함하는 미세유체 장치.

1) 방사 전극과 생체 모사 조직이 침지된 전해질 용액 사이에 전기장을 가하여 섬유 형성 고분자 물질을 나노 섬유 형상으로 전기 방사하는 단계;
2) 전기 방사되는 상기 나노 섬유를 포집하여 상기 전해질 용액으로 침지된 생체 모사 조직에 나노 섬유상 인공 기저 막을 생성시키는 단계; 그리고
3) 상기 인공 기저 막이 형성된 전해질에 침지된 생체 모사 조직에서 전해질을 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법으로 제작된, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직.

1) 방사 전극과 생체 모사 조직이 침지된 전해질 용액 사이에 전기장을 가하여 섬유 형성 고분자 물질을 나노 섬유 형상으로 전기 방사하는 단계;
2) 전기 방사되는 상기 나노 섬유를 포집하여 상기 전해질 용액으로 침지된 생체 모사 조직에 나노 섬유상 인공 기저 막을 생성시키는 단계; 그리고
3) 상기 인공 기저 막이 형성된 전해질에 침지된 생체 모사 조직에서 전해질을 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법으로 제작된, 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직을 포함하는 다수의 생체 모사 칩과 연결 수단을 포함하는 미세 유체 장치.