KR20190088354A - 세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유상 기저 막과 제조 방법 - Google Patents

세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유상 기저 막과 제조 방법 Download PDF

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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직과 연결 수단들을 포함하는 미세 유체 장치에 대한 것이다. 보다 상세하게는 전기 방사를 통하여 형성된 나노 섬유에 생체적합성 물질이나 세포친화성 물질로 피복하고 이를 수집하여 인공 기저 막을 제작하고 이들이 결합된 생체 모사 조직을 제작하는 방법과, 이러한 방법으로 기저 막이 형성된 다수의 생체 모사 조직으로 이루어진 생체 모사 칩을 포함하는 미세유체 장치에 관한 것이다.

Description

세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유상 기저 막과 제조 방법{Membrane made by Nano-fiber coated with Cytophilic Material and process for the same}
본 발명은 세포친화성(cytophilic) 물질로 피복된 나노 섬유상 인공 기저 막과 그것의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 전기 방사를 통하여 나노 크기 직경을 갖는 섬유(이하, 나노 섬유라고 약칭함)를 제조하고, 이러한 나노 섬유에 세포친화성 물질을 피복시킨 다음, 이렇게 피복된 나노 섬유를 박막의 형태로 포집시켜 제작한, 생체조직 모사용 인공 기저 막에 대한 것이다
생체 조직 모방(bio-mimetic) 연구는, 특별한 능력을 나타내는 동물이나 식물들의 조직 구조 또는 형태를 모방하여 그러한 생체모사 조직을 인공 조직이나 구조물에 도입하여, 생체 조직이 보여주는 특별한 능력이 모조된 인공 조직이나 구조물에서도 발현되도록 하는 기술에 대한 연구이다.
이러한 생체 조직 모방 연구를 위하여 사용되는 생체 모사 칩은, 인체 내의 특정 기관을 모사한 다양한 생체 조직 모델을 포함하며, 생리학이나 병리학적 메커니즘 연구나 신약 개발 등에 활용되는 도구이다.
일반적으로, 생체 조직 모사 칩은, 다양한 외부 환경 변화에 반응하여 생체내의 생리적 반응과 유사한 반응을 보이도록 제조된 장치로서, 신약, 식품, 화장품 등의 개발을 위한 효능 또는 독성 평가용 도구로서 사용된다.
그러나, 신약, 식품과 화장품 등의 독성과 효능 평가를 위한 동물 실험은 많은 비용이 소요됨에도 불구하고, 동물 조직과 사람 조직간의 생리적 특성 등 여러 가지 차이점으로 인하여 동물 실험을 통해 안전성이 인정되었던 신약이나 화장품이 인체에 대해서는 독성을 나타내는 문제가 자주 발생하고 있다.
이러한 이유로 세계 여러 나라에서 신약 개발 과정에서의 독성과 효과 평가를 위한 동물 실험을 단계적으로 축소하는 추세이며, 이러한 동물 실험을 대체하기 위한 생체 모사 칩의 개발이 요구되고 있는 것이다.
따라서, 이러한 업계의 현실에서, 의약 활성이나 새로운 기능성 식품, 화장품 등의 개발 과정에서 요구되는 동물 실험 대체용 플랫폼으로서 생체 모사 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 생체 모사 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 생체 모사 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 멤브레인을 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 생체 모사 칩에서는, 세포 배양용 PET 멤브레인이 생체 모사 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 생체 모사 칩이 주류를 이루고 있지만, 이러한 생체 모사 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.
한국 특허출원 제10-2014-0042655호에서는, 인체 조직 모사용 어세이 칩 및 이를 이용한 세포 반응 측정 방법을 제시하고 있다. 이 출원은 인체 조직 모사용 어레이 칩에 대한 것으로서 마이크로 채널 사이에 나노섬유 매트를 위치시켜 나노섬유 매트 상 하부에 혈관세포 또는 조직 세포를 배양하여 인체 조직 모사 모델을 개발하는 내용이다. 그러나 이 선행기술에서는 나노섬유 매트의 하부에만 채널이 있어 기저 막의 양면 즉 위 아래 채널에 동시에 혈액이나 림프액 등의 체액이 유동하는 경우를 모사할 수 없다. 또한, 나노섬유 매트를 제작 후 결합하기 때문에 나노섬유 매트의 두께가 너무 얇거나 기계적으로 약한 경우는 결합 공정에서 불량품이 발생하는 문제점이 많이 있다. 한국특허 출원 제10-2013-0046750호에서는 세포배양 어세이 방법을 공개하고 있다. 이 선행기술에서는 가운데를 콜라겐 젤로 채울 수 있고 그 양단에 유체가 흐를 수 있는 마이크로 채널을 가지고 있는 세포배양 어세이 방법을 제시한다. 이 선행기술에서는 양단에 유체가 흐르는 채널에 혈관세포 또는 조직 세포를 배양하여 인체 조직 모사 모델을 개발을 시도하고 있지만, 이 방법에서는 콜라겐 젤을 채우는 채널이 넓어서 혈관 층과 조직 층 간에 거리가 가까운 폐, 신장 등의 모사 조직의 제작이 매우 어렵다. 한편, 미합중국 특허 제8,647,861 B2호에서는 마이크로 채널을 포함하는 모사 조직을 공개하고 있다. 이 미국 특허는 인체 조직 모사용 어레이칩에 대한 것으로서 마이크로 채널 사이에 다공성 멤브레인을 위치시켜 나노섬유 매트 상 하부에 혈관 세포 또는 조직 세포를 배양하여 인체 조직 모사 모델을 개발하는 데 활용 될 수 있음을 보여주고 있다. 그러나 이러한 미국 특허가 제시하는 다공성 멤브레인은 인위적인 구멍이 있는 반면에, 인체 내의 기저 막은 나노 섬유상 박막으로 구성되어 있다는 점 때문에 그 기능상 상당한 차이점을 보여주고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 현재까지 개발된 생체 모사 칩에 탑재된 인공 기저 막은 나노 내지 마이크로 범위 크기의 구멍이 있는 멤브레인이 사용되지만, 생체 내에 존재하는 기저 막은 콜라겐 나노 섬유로 구성된 것이라는 점에서 재료 및 구조에 있어서 상당한 차이가 존재한다. 따라서, 본 발명자들은 기존의 다공성 구조의 멤브레인으로 제작되는 인공 기저 막의 문제점들과 한계점을 극복하고자, 수십 나노 내지 수백 나노 미터 직경의 나노 섬유를 박막의 형태로 집적하여 제작하는 인공 기저 막을 제조하는 방법을 발명하여 이를 대한민국 특허 출원 제10-2015-0068105호로 출원한 사실이 있다. 또한 본 발명자들은 전해질 용액을 사용하여 제작한 나노 섬유상 인공 기저 막을 생체 모사 조직에 보다 효율적으로 결합시키는 새로운 생체 모사 칩 제작 방법을 대한민국 특허 출원 제10-2018-0006761호로 출원한 바도 있다. 그러나, 이러한 선행 기술들의 축적에도 불구하고, 전기 방사법을 통하여 콜라겐을 수십 나노 내지 수백 나노 직경의 나노 섬유로 방사하는 방법을 사용하는 선행기술들은, 나노 섬유 방사 공정의 작업성과 생산성이 낮을 뿐만 아니라, 콜라겐의 높은 단가로 인하여 경제성도 낮다는 문제점이 있었다.
이러한 선행기술의 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 전기 방사 기술을 활용한 나노 섬유상 인공 기저 막을 제작함에 있어서, 콜라겐을 나노 섬유로 방사하는 경우보다 섬유 형성 능력에 있어서 작업성과 생산성이 크게 향상되고, 천연물질인 콜라겐 보다 공급과 가격 면에서 경쟁력이 있는 인공 합성 소재를 섬유 형성 물질로 사용하는 새로운 방법을 연구하게 되었다.
또한 본 발명자들은, 콜라겐과 같은 생체친화성 물질이 아니라 인공 합성 소재를 나노 섬유 형성 물질로 사용하여 나노 섬유상 인공 기저 막을 제작하는 경우에 이렇게 제조된 인공 기저 막과 생체 모사 조직간의 결합이 실제 생체 조직을 완전하게 모사하지 못한다는 문제점을 해결하기 위한 연구가 필요하게 되었다.
따라서, 본 발명은, 콜라겐과 같은 천연소재가 아닌 인공 합성소재를 섬유 형성 물질로 사용하여 전기 방사를 통하여 나노 섬유로 제작한 다음 이를 박막의 형태로 집적시켜 인공 기저 막을 제작하여 생체 모사 조직에 결합시키는 경우에 발생하는 문제점을 해결하는 것을 기본적인 목적으로 한다.
이러한 본 발명의 기본적인 목적을 해결하기 위하여 즉, 나노 섬유상 기저 막과 생체 조직간의 적합성 확보를 위하여, 본 발명은 나노 섬유상 기저 막을 세포친화성 물질로 피복하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명의 목적은, 전기 방사를 통한 나노 섬유 형성 능력이 콜라겐과 같은 천연물질 보다는 뛰어나고, 원료 가격과 조달이 콜라겐과 같은 천연 물질 보다는 좀 더 유리한 인공 합성 소재를 사용하여 인공 기저 막 제작에 적합한 규격의 나노 섬유로 방사한 다음에, 이러한 인공 합성 소재의 나노 섬유를 다시 세포친화성 물질로 피복한 다음 이렇게 피복된 나노 섬유를 박막의 형대로 집적시켜서, 생체조직 친화성 인공 기저 막을 제작하여 생체 모사 조직에 결합시키는 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전기 방사를 통하여 나노 섬유를 방사하고 이를 생체친화성 물질로 피복시킨 다음 이를 박막의 형태로 집적시킨 인공 기저 막이 결합된 생체모사 조직을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전기 방사를 통하여 방사되는 나노 섬유를 집적시켜 제작되는 나노 섬유 상 인공 기저 막을 생체친화성 또는 세포친화성 물질로 피복시킨 다음, 이렇게 세포친화성 물질로 피복된 인공 기저 막에서 세포를 배양하여, 나노 섬유상 인공 기저 막이 결합된 생체모사 조직을 제작하는 방법을 제공함으로써, 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전기 방사를 통하여 방사되는 나노 섬유를 집적시켜 제작되는 나노 섬유 상 인공 기저 막을 생체친화성 또는 세포친화성 물질로 피복시킨 다음, 이렇게 세포친화성 물질로 피복된 인공 기저 막에서 세포를 배양하여 제작되는, 나노 섬유상 인공 기저 막이 결합된 생체모사 조직을 제공함으로써, 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 생체적합성 또는 세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유를 박막의 형태로 집적시켜 제작한 인공 기저 막에 결합된 생체모사 조직을 포함하는 다수의 생체모사 칩과 그들의 연결 수단을 포함하는 미세 유체 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전기 방사되는 나노 섬유를 박막의 형태로 집적 시켜 인공 기저 막을 제작한 다음에, 이렇게 제작된 인공 기저 막을 생체적합성 물질 또는 세포친화성 물질로 피복시킨 다음, 이렇게 피복된 인공 기저 막 표면에서 모사하고자 하는 생체 조직을 구성하는 세포를 배양하여 제작하는, 생체모사 조직을 포함하는 다수의 생체 모사 칩과 그들간의 연결 수단을 포함하는 미세 유체 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
전기 방사법(electrospinning)은, 나노 크기 직경의 섬유를 제조할 수 있는 기술이다. 낮은 점도 상태의 고분자 물질을 순간적으로 전기장이 형성된 공간에 방사하여 직경 20nm 내지 1㎛ 크기의 나노 섬유를 제조하기에 적합한 방법이다.
일반적인 전기방사 방법에서, 섬유 형성 물질을 방사하는 방사 전극과 접지 전극 사이에 전기장이 형성되고, 전기장 방향으로 방사되는 나노 섬유를 수집하게 된다.
본 발명에서는, 전기 방사를 통한 나노 섬유 형성 능력이 콜라겐과 같은 천연물질 보다 좀 더 뛰어나고 소재의 조달과 가격 측면에서 콜라겐과 같은 천연 물질 보다는 좀 더 유리한 인공 합성 소재를 사용하여, 인공 기저 막 제작에 적합한 규격의 나노 섬유로 방사하였다.
이렇게 방사된 인공 합성 소재의 나노 섬유를 다시 세포친화성 물질로 피복한 다음 이렇게 피복된 나노 섬유를 박막의 형대로 집적시켜서, 생체조직 친화성 인공 기저 막을 제작하고 이러한 생체조직 적합성 또는 세포친화성 인공 기저 막 표면에서 세포를 배양하여 생체 모사 조직을 제작하였다.본 발명의 전기 방사 공정에서 나노 섬유를 형성하는 소재로 사용될 수 있는 물질은, 전기 방사를 통하여 나노 섬유를 형성할 수 있는 것으로 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 모든 소재가 사용 가능하다.
본 발명의 전기 방사를 통한 나노 섬유 제작에 특히 적합한 소재는 폴리카프로락톤이다. 본 발명에서 나노 섬유 형성을 위하여 사용한 폴리카프로락톤 용액은 폴리카프로락톤을 20 ~ 25중량% 농도로 클로로폼(chloroform)과 메탄올(methanol) 혼합 용매에 용해시킨 것이다.
본 발명의 전기 방사 공정을 통하여 제작되는 나노 섬유는 그 직경이 수십 나노 내지 수백 나노 크기 범위를 나타낸다. 본 발명의 나노 섬유상 기저 막과 결합된 생체 모사 조직을 제작하기에 특히 적합한 나노 섬유의 직경은 10㎚ 내지 900㎚의 범위 이다.
이러한 본 발명의 전기 방사 공정을 통하여 10㎚ 내지 900㎚ 직경의 나노 섬유를 제작하기 위하여 방사 전극과 접지 전극간에 형성되는 전기장은 1K 볼트 내지 30K볼트이다.
이상과 같은 본 발명의 전기 방사 공정을 통하여 제작된 나노 섬유는 생체에 존재하는 세포간 고분자 물질(extra cellular material)등으로 이루어진 세포친화성 물질이나 생체적합성 물질로 피복된다.
본 발명의 전기 방사된 나노 섬유를 피복시키기 위하여 사용될 수 있는 세포친화성 또는 생체적합성 물질은, 이 기술 분야에서 통상을 지식을 가진 자에게 세포친화성 또는 생체적합성이 있다고 알려진 물질이라면 모두 사용 가능하다. 본 발명에서 나노 섬유 피복 물질로 사용하기에 특히 적합한 물질은 메트리겔이라는 상표로 시판 중인 물질 또는 희알루론산 중합체, 콜라겐 등등과 같은 세포간 물질이다.
이렇게 본 발명의 공정에 따라 생체적합성 또는 세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유를 0.1㎛ 내지 3㎛ 두께 의 박막으로 집적하여 본 발명의 나노 섬유 상 인공 기저 막을 제작하였다.
본 발명의 또 다른 실시 예로서, 전기 방사를 통한 섬유 형성 능력이 있는 다양한 소재를 나노 섬유로 방사하고 이를 0.05㎛ 내지 2.5㎛ 두께의 박막으로 집적시킨 다음에, 이렇게 제작된 박막을 생체적합성 소재 또는 세포친화성 소재로 피복하여 0.1㎛ 내지 3㎛ 두께의 박막으로 제작하였다.
이렇게 제작된 본 발명의 생체적합성 또는 세포친화성 표면을 갖는 나노 섬유상 인공 기저 막 표면에, 모사하고자 하는 생체 조직을 구성하는 주요 세포를 고정시키고 이를 통상의 기술자에게 알려진 각 세포 별 배양 조건에 따라 배양함으로써, 나노 섬유상 인공 기저 막과 생체 모사 조직이 결합된 생체 모사 칩을 제작하였다.
본 발명의 나노 섬유상 인공 기저 막은, 생체 기저 막의 특징인 0.1㎛ 내지 3㎛ 범위의 얇은 두께의 박막 구조를 가지는 지 여부와 생체모사 칩 내의 현상 관찰을 위한 적정 투명도를 가질 수 있는지 확인하였다.
본 발명의 나노 섬유 인공 기저 막은, 현재까지 상용화된 생체모사 칩보다 인체 내의 기저 막의 기능을 보다 정확하게 모사하고 있다. 현재까지 상용화된 제품 대비 본 발명의 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩은 뛰어난 기능적 우월성 및 가격 경쟁력을 갖추고 있기 때문에 실용화 가능성이 높다.
본 발명의 나노 섬유 인공 기저 막 제작에 활용되는 전기 방사 공정은, 그 구성이 비교적 간단하고 저렴한 합성 재료를 활용하기 때문에 제작 단가 역시 상당히 저렴하다.
본 발명의 나노 섬유 인공 기저 막은, 선행기술을 통해서는 그 동안 구현하기 힘들었던 인체 내 기저 막의 구조적 그리고 생화학적 특징을 생체모사 칩 상에서 구현할 수 있게 하여, 다양한 생체 모사 모델을 제작할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 나노 섬유상 인공 기저 막을 갖는 생체 모사 조직 칩을 활용하여 신약 및 화장품의 효능이나 독성 평가를 수행할 수 있어, 향후 동물실험을 대체할 수 있다.
본 발명의 생체 모사 칩은 나노 섬유 기저 막이 나타내는 장점 덕분에 혈관 질환 및 염증 관련 면역성 질환에 대한 심도 깊은 연구를 가능하게 하는 장치로 사용될 수 있고, 아울러 신규 약물의 효능 검증 및 환자 맞춤형 생체모사 칩 제작 등 다양한 분야로의 적용 가능성이 기대된다.
도 1은 본 발명의 생체적합성 물질이나 세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유상 인공 기저 막이 결합된 생체 모사 조직을 나타낸 이미지이다.
도 2는 도 1의 본 발명의 생체적합성 물질이나 세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유상 인공 기저 막의 나노 섬유 배열을 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 생체적합성 물질이나 세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유상 인공 기저 막이 결합된 생체 모사 칩 제작 방법 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 생체적합성 물질이나 세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유상 인공 기저 막이 결합된 미세유체장치 제조 장치를 나타낸 개략도 이다.
도 5는 본 발명의 방법으로 제작된 생체적합성 물질이나 세포친화성 물질로 피복된 나노 섬유상 인공 기저 막의 확대 사진이다.
도 6은 본 발명의 방법에 사용된 나노 섬유 포집용 전해질 용액 특성을 나타낸다.
본 발명에서는 인체 내의 기저 막 형성 물질을 나노 섬유에 코팅하여,인체 내와 구조적 유사성뿐만 아니라 화학적 조성도 유사한 나노 섬유 인공 기저 막을 제작하였다.
본 발명에서는 매트리겔이라는 상표로 시판중인 Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) 마우스 육종 세포가 분비하는 단백질을 사용하여, 전기 방사되는 나노 섬유를 피복하였다. 매트리겔의 주성분은 라미닌(laminin), 콜라겐(collagen IV), 헤파란 설페이트 프로토글리칸(heparan sulfate proteoglycans), 엔탁틴(entactin) 그리고 니도겐(nidogen)으로 이루어진다.
생체 조직에서 기저 막의 주성분을 이루는 콜라겐은 동물의 뼈와 피부에 주로 존재하며 연골, 장기 막, 머리카락 등에도 분포되어 있는 경단백질로서, 섬유 상태의 고체이다. 콜라겐은 복잡한 가로무늬 구조로 되어 있으며 상온에서는 물에 용해되지 아니하지만 비등 수에서는 젤라틴이 되어 용해된다.
콜라겐분자는 분자량이 약 30만이며 분자량 10만의 단백질 주쇄 3가닥이 묶여 헬릭스를 형성하고 길이 3000ÅÅ, 직경15ÅÅ의 가늘고 길며 딱딱한 막대 상이다. 콜라겐은 세개의 단백질 사슬이 꼬여 있는 삼중 나선형 구조를 나타낸다.
이러한 형태를 이루는 콜라겐 주쇄는 수소 결합을 통해 안정적인 구조를 유지한다. 트립신과 같은 단백질 분해효소에 의해서도 분해되기 어렵다. 또한, 본 발명의 기저 막을 형성하는 나노 섬유는 생체 유래 하이드로 젤, 인공 하이드로 젤로 코팅이 가능하며, 이를 통해 생체 내와 유사한 화학적 조성을 가질 수 있다.
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 나노미터(㎚) 내지 수 마이크로미터(㎛) 직경의 나노 섬유가 서로 얽혀서 기저 막을 형성하면서, 그 표면은 세포 친화형 물질이나 셍체 적합성 물질로 피복된 인공 기저 막을 제작하였다.
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 10㎚ 내지 900㎚ 나노 크기 직경의 섬유로 제작된다. 본 발명의 전기 방사를 통하여 제작되는 나노 섬유로 특히 적합한 소재는 폴리카프로락톤이다.
이렇게 제작된 본 발명의 폴리카프로락톤 나노 섬유를, 모사하고자 하는 생체 조직을 주로 구성하는 세포들의 세포간 물질로 피복하였다. 본 발명의 피복을 위하여 사용되는 물질은 이 기술분야의 통상의 기술을 가진 자에게 세포 친화성 또는 생체적합성 물질인 것으로 이미 알려진 다양한 물질이 사용 가능하다.
본 발명에서 폴리카프로락톤 나노 섬유를 피복하여 세포친화성을 부여하는 물질로는 식물 세포의 경우에는 다당류나 펙틴성 물질이며 이들에 무기 염이나 리그닌이 함유되기도 한다. 동물 세포와의 세포친화성을 부여하기 위하여는 동물의 세포 막에 해당하는 키틴·엘라스틴·젤라틴·케라틴 등이 있다.
본 발명에서 피복 물질로 사용 가능한 소재는 세포 친화성 또는 생체 적합성을 나타내는 물질이라면, 천연 또는 인공의 모든 소재가 사용될 수 있지만, 그들 중에서도 메트리겔이라는 상표로 시판 중인 물질, 합성 또는 천연산 히알루론산 중합체, 콜라겐 또는 엘라스틴 등이 특히 적합하다.
본 발명의 하나의 실시 예에서는, 이미 일반에 알려진 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 수행한다.
이렇게 방사된 나노 섬유를 생체적합성 물질이나 세포친화성 물질에 통과시켜 피복시키고, 이렇게 피복된 나노 섬유를 0.1㎛ 내지 3㎛의 박막으로 집적시켜서 상기 미세 유체 채널을 가로 질러 덮어지도록 박막을 형성시켰다. .
이렇게 생체적합성 물질이나 세포친화성 물질로 피복된 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.
내피조직은 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.
실시예 3. 본 발명의 나노 섬유 피복용 콜라겐 피복액의 제조
본 발명에서 전기 방사된 나노 섬유를 피복하거나, 전기 방사된 나노 섬유를 집적시켜 제작되는 나노 섬유상 기저 막을 콜라겐으로 피복하기 위한 과정은 다음과 같다.
우선, 미합중국의 코닝 사가 시판하는 Corning® Collagen I, Rat Tail, 100mg (3 mg/ml ~ 4 mg/ml 농도)을 사용하여, 최종 필요한 Collagen gel의 양을 산정하였다. 12 transwell insert는 well 당 55 ul, 24 transwell insert는 well 당 17 ul으로 계산하였으며, 생체 모사 칩에는 55 ul을 피복하였다.
피복용 콜라겐 겔의 농도를 2 mg/ml로 조정하고, 이렇게 준비된 콜라겐 겔에 1 M NaOH를 첨가하여 pH를 7로 조정하였다. 이렇게 중화된 Collagen 혼합물에 탈 이온수를 첨가하여 최종 필요한 피복 액의 전체 양을 조절하였다.
실시예 4. 본 발명의 나노 섬유를 메트리겔(Metrigel®)로 피복하는 과정
본 발명에서 전기 방사된 나노 섬유를 피복하거나, 전기 방사된 나노 섬유를 집적시켜 제작되는 나노 섬유상 기저 막을 메트리겔(Metrigel®)로 피복하기 위한 과정은 다음과 같다. 본 명세서에서 메트리겔(Metrigel®)은 Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) 마우스 육종 세포가 분비하는 단백질을 포함한다. 본 발명의 나노 섬유상 인공 기저 막을 공기 플라즈마(100 W)로 12초간 처리 후, 미국 코닝(Corning)사가 시판하는 메트리겔(Metrigel®)에 침지한 후 37°C 조건에서 30분 간 인큐베이션 시켰다.
도 1. (a) 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩 개략도 (b) 본 발명의 방법에 따라 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩의 실제 사진
도 1은 본 발명에 따른 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩이다. 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 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. 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 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 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 나노 섬유 인공 기저 막의 확대 이미지
도 4. 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 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.
본 발명을 도면과 바람직한 실시 예를 통해 구체적으로 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이들에 한정되지는 아니한다. 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 본 발명에 대한 다양한 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
도 5. 본 발명의 방법으로 제작된 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 나노 섬유 인공 기저 막의 사진
도 6. 본 발명의 방법에 사용된 나노 섬유 포집용 전해질 용액 특성
100: 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩
101: 생체적합성 또는 세포친화성 물질이 피복된 나노 섬유 인공 기저 막이 결합된 생체모사 칩 제조장비

Claims (24)

1) 방사 전극과 전해질 용액 사이에 전기장을 가하여 섬유 형성 고분자 물질을 나노 섬유 형상으로 전기 방사하는 단계;
2) 전기 방사되는 상기 나노 섬유를 생체적합성 또는 세포친화성 물질로 피복시키는 단계;
3) 이렇게 피복된 나노 섬유를 포집하여 미세 유체 채널에 나노 섬유상 인공 기저 막을 생성시키는 단계; 그리고
4) 상기 인공 기저 막에서 모사하고자 하는 생체 조직 세포를 배양하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제1항의 방법에 있어서, 상기 생체적합성 또는 세포친화성 물질이, 히알루론산 중합체, 콜라겐, 엘라스틴 그리고 메트리겔(Metrigel®)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제2항의 방법에 있어서, 상기 섬유 형성 고분자 물질이 폴리카프로락톤인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제3항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 10㎚ 이상 900㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제4항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 100㎚ 이상 600㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제5항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 250㎚ 이상 350㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 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, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제7항의 방법에 있어서, 전기 방사를 위하여 방사 전극과 전해질 간에 가해지는 전위차가 직류 5,000볼트 내지 20,000볼트인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 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, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제9항의 방법에 있어서, 상기 인공 기저 막의 두께가 1㎛ 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 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;
3) 이렇게 미세 유체 채널에 형성되는 나노 섬유상 인공 기저 막을 생체 적합성 물질 또는 세포친화성 물질로 피복시키는 단계; 그리고
4) 이렇게 피복된 인공 기저 막 표면에서 모사하고자 하는 생체 조직 세포를 배양하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제11항의 방법에 있어서, 상기 생체적합성 또는 세포친화성 물질이, 히알루론산 중합체, 콜라겐, 엘라스틴 그리고 메트리겔(Metrigel®)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제12항의 방법에 있어서, 상기 섬유 형성 고분자 물질이 폴리카프로락톤인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제13항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 10㎚ 이상 900㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제14항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 100㎚ 이상 600㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제15항의 방법에 있어서, 전기 방사된 상기 나노 섬유의 직경이 250㎚ 이상 350㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제11항의 방법에 있어서, 전기 방사를 위하여 방사 전극과 전해질 간에 가해지는 전위차가 직류 1,000 볼트 내지 30,000볼트인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제11항의 방법에 있어서, 전기 방사를 위하여 방사 전극과 전해질 간에 가해지는 전위차가 직류 5,000볼트 내지 20,000볼트인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제11항의 방법에 있어서, 상기 인공 기저 막의 두께가 0.1㎛ 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직 제작 방법.
제11항의 방법에 있어서, 상기 인공 기저 막의 두께가 1㎛ 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는, 생체적합성 또는 세포친화성 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 생체적합성 또는 세포친화성 물질로 피복시키는 단계;
3) 이렇게 피복된 나노 섬유를 포집하여 미세 유체 채널에 나노 섬유상 인공 기저 막을 생성시키는 단계; 그리고
4) 상기 인공 기저 막에서 모사하고자 하는 생체 조직 세포를 배양하는 단계;
를 포함하는 방법으로 제작된, 생체적합성 또는 세포친화성 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 생체적합성 또는 세포친화성 물질로 피복시키는 단계;
3) 이렇게 피복된 나노 섬유를 포집하여 미세 유체 채널에 나노 섬유상 인공 기저 막을 생성시키는 단계; 그리고
4) 상기 인공 기저 막에서 모사하고자 하는 생체 조직 세포를 배양하는 단계;
를 포함하는 방법으로 제작된, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직과 연결 수단들을 포함하는 미세 유체 장치.
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;
3) 이렇게 미세 유체 채널에 형성되는 나노 섬유상 인공 기저 막을 생체 적합성 물질 또는 세포친화성 물질로 피복시키는 단계; 그리고
4) 이렇게 피복된 인공 기저 막 표면에서 모사하고자 하는 생체 조직 세포를 배양하는 단계;
를 포함하는 방법으로 제작된, 생체적합성 또는 세포친화성 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;
3) 이렇게 미세 유체 채널에 형성되는 나노 섬유상 인공 기저 막을 생체 적합성 물질 또는 세포친화성 물질로 피복시키는 단계; 그리고
4) 이렇게 피복된 인공 기저 막 표면에서 모사하고자 하는 생체 조직 세포를 배양하는 단계;
를 포함하는 방법으로 제작된, 생체적합성 또는 세포친화성 나노 섬유상 기저 막이 형성된 생체 모사 조직과 연결 수단들을 포함하는 미세 유체 장치.



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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110812533A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 南京工业大学 一种构建皮肤组织的纳米纤维凝胶复合基质的制备方法
KR20210056682A (ko) * 2019-11-11 2021-05-20 포항공과대학교 산학협력단 3차원 나노섬유 멤브레인의 제조 방법 및 장치, 그리고 이에 의해 제조된 3차원 나노섬유 멤브레인

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130046750A (ko) 2011-10-28 2013-05-08 고려대학교 산학협력단 세포배양 어세이
US8647861B2 (en) 2008-07-16 2014-02-11 Children's Medical Center Corporation Organ mimic device with microchannels and methods of use and manufacturing thereof
KR20140042655A (ko) 2012-09-28 2014-04-07 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8647861B2 (en) 2008-07-16 2014-02-11 Children's Medical Center Corporation Organ mimic device with microchannels and methods of use and manufacturing thereof
KR20130046750A (ko) 2011-10-28 2013-05-08 고려대학교 산학협력단 세포배양 어세이
KR20140042655A (ko) 2012-09-28 2014-04-07 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 수정 발진식 막 두께 모니터용 센서 헤드

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
그러나, 이러한 선행 기술들의 축적에도 불구하고, 전기 방사법을 통하여 콜라겐을 수십 나노 내지 수백 나노 직경의 나노 섬유로 방사하는 방법을 사용하는 선행기술들은, 나노 섬유 방사 공정의 작업성과 생산성이 낮을 뿐만 아니라, 콜라겐의 높은 단가로 인하여 경제성도 낮다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명자들은 기존의 다공성 구조의 멤브레인으로 제작되는 인공 기저 막의 문제점들과 한계점을 극복하고자, 수십 나노 내지 수백 나노 미터 직경의 나노 섬유를 박막의 형태로 집적하여 제작하는 인공 기저 막을 제조하는 방법을 발명하여 이를 대한민국 특허 출원 제10-2015-0068105호로 출원한 사실이 있다.
또한 본 발명자들은 전해질 용액을 사용하여 제작한 나노 섬유상 인공 기저 막을 생체 모사 조직에 보다 효율적으로 결합시키는 새로운 생체 모사 칩 제작 방법을 대한민국 특허 출원 제10-2018-0006761호로 출원한 바도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 현재까지 개발된 생체 모사 칩에 탑재된 인공 기저 막은 나노 내지 마이크로 범위 크기의 구멍이 있는 멤브레인이 사용되지만, 생체 내에 존재하는 기저 막은 콜라겐 나노 섬유로 구성된 것이라는 점에서 재료 및 구조에 있어서 상당한 차이가 존재한다.

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210056682A (ko) * 2019-11-11 2021-05-20 포항공과대학교 산학협력단 3차원 나노섬유 멤브레인의 제조 방법 및 장치, 그리고 이에 의해 제조된 3차원 나노섬유 멤브레인
CN110812533A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 南京工业大学 一种构建皮肤组织的纳米纤维凝胶复合基质的制备方法
CN110812533B (zh) * 2019-11-18 2021-10-29 南京工业大学 一种构建皮肤组织的纳米纤维凝胶复合基质的制备方法

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