KR20200127489A - Artificial vascular model including lubricating layer and elastic layer, and fabricating method thereof - Google Patents

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Abstract

According to one embodiment of the present invention, a method for fabricating an artificial vascular model comprises the steps of: fabricating a vascular mold; coating the vascular mold with a coating film by an immersion coating method; forming an elastic layer by removing the vascular mold inside the coating film; immersing the artificial vascular model formed of the elastic layer into a pretreatment solution; plasma-treating the pre-treated artificial blood vessel model; coating the plasma-treated artificial blood vessel model with hydrogel; and curing the hydrogel coating film and forming a lubricating layer by irradiating ultraviolet rays.

Description

윤활층과 탄력층을 포함하는 인공혈관 모델 및 이의 제조방법{ARTIFICIAL VASCULAR MODEL INCLUDING LUBRICATING LAYER AND ELASTIC LAYER, AND FABRICATING METHOD THEREOF}Artificial blood vessel model including lubricating layer and elastic layer, and manufacturing method thereof {ARTIFICIAL VASCULAR MODEL INCLUDING LUBRICATING LAYER AND ELASTIC LAYER, AND FABRICATING METHOD THEREOF}

본 발명은 실제 혈관의 구조와 특성을 모사하여 제작된 인공혈관 모델과 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial blood vessel model manufactured by simulating the structure and characteristics of an actual blood vessel and a manufacturing method thereof.

혈관의 폐색(occlusion)과 협착(stenosis), 동맥류(aneurysm), 신생종양(neoplasm) 등과 같이 다양한 심뇌혈관 질환은 암과 함께 한국인의 2대 질환이다. 이는 노령화, 비만 인구의 증가 등 다양한 원인에 의해 발병률이 꾸준히 증가하고 있으며 2015년 한국인 사망자 전체의 약 33%를 차지하고 있다.Various cardio-cerebrovascular diseases such as occlusion and stenosis of blood vessels, aneurysms, and neoplasms are two major diseases of Koreans along with cancer. The incidence rate is steadily increasing due to various causes such as aging and an increase in the obese population, accounting for about 33% of the total number of Korean deaths in 2015.

과거에는 외과적 수술(open surgery)이 심뇌혈관 질환의 주요 치료방법이었지만, 염증과 흉터 등의 부작용이 발생하여 환자들에게 부담을 줄 수 있다. 이에 따른 대안으로 신경 중재적 시술이 빠르게 보급되고 있는데, 이 시술은 2차원 X선 영상을 모니터링(monitoring) 하면서 대퇴부나 팔의 동맥에 미세도관(microcatheter)을 삽입하여 혈관 내의 환부를 치료하는 '비침습적인 경피적 혈관성형술(noninvasive percutaneous angioplasty)'이다. 이는 염증과 흉터 등의 부작용이 적다는 장점이 있다.In the past, open surgery was the main treatment method for cardio-cerebrovascular disease, but side effects such as inflammation and scars may occur and burden patients. As an alternative to this, neuro-interventional procedures are rapidly spreading, and this procedure is a'non-invasive treatment' in which a microcatheter is inserted into an artery of the thigh or arm while monitoring 2D X-ray images. It is an invasive percutaneous angioplasty (noninvasive percutaneous angioplasty). This has the advantage of having fewer side effects such as inflammation and scars.

이러한 이유로 신경 중재적 시술이 빠른 속도로 보급되고 있지만, 이 시술에 대한 한계도 드러나고 있다. 일례로 환자마다 혈관 구조나 환부의 양태 등이 크게 상이하기 때문에, 지식과 경험이 풍부한 집도의도 시술마다 적절한 의료기기와 절차를 선정하는데 어려움을 겪는 경우가 많다. 특히, 혈관이 급격히 꺾이는 곳에 위치한 환부(일례로, 상생돌기(paraclinoid) 뇌동맥류)의 경우 2차원 X선 영상만으로는 환자마다 상이한 혈관구조의 파악이 어렵다. 이로 인한 정보의 부족은 미세도관의 부정확한 사전 성형(pre-shaping), 삽입의 반복을 야기한다. 이는 혈관 내벽의 손상을 초래하고 혈전에 의한 혈관의 폐색, 천공에 의한 출혈 등의 부작용을 발생시킬 가능성을 높일 수 있다.For this reason, neuro-interventional procedures are spreading at a rapid pace, but limitations to this procedure are also being revealed. For example, since the vascular structure and the pattern of the affected area differ greatly from patient to patient, the surgeon with extensive knowledge and experience often has difficulty in selecting appropriate medical devices and procedures for each procedure. In particular, in the case of an affected area (eg, a paraclinoid cerebral aneurysm) located in a place where blood vessels are rapidly bent, it is difficult to grasp different vascular structures for each patient using only 2D X-ray images. This lack of information leads to inaccurate pre-shaping and repetition of insertion of the microconduit. This may cause damage to the inner wall of blood vessels and increase the possibility of causing side effects such as blockage of blood vessels due to blood clots and bleeding due to perforation.

미세도관의 정밀한 사전 성형은 미세도관이 환부로 정확히 도달하기 위해 필수적이다. 이에 따라, 인체 내 환경과 동일한 조건을 갖는 인공혈관 모델을 제작하고 이를 활용해 미세도관을 사전 성형하려는 시도가 많았다.Precise preforming of the microconduit is essential for the microconduit to reach the affected area accurately. Accordingly, there have been many attempts to produce an artificial blood vessel model having the same conditions as the human body's environment and use it to pre-shape a microconduit.

실제 혈관에는 내막과 중막이 존재하는데, 내막의 표면은 윤활성을 띄고 중막은 탄력성을 가진다. 그러나 기존 인공혈관 모델은 높은 마찰력과 부정확한 기계적 특성(탄성계수, 최대인장강도)으로 인해 실제 혈관의 특성을 정확히 구현해내지 못하는 한계가 있다. In actual blood vessels, the inner membrane and the middle membrane exist, and the surface of the inner membrane has lubricity and the media has elasticity. However, the existing artificial blood vessel model has limitations in not accurately realizing the characteristics of actual blood vessels due to high frictional force and inaccurate mechanical properties (elastic coefficient, maximum tensile strength).

인공혈관 모델은 실제 혈관의 형상과 특성 외에도 투명성이 요구된다. 이 중 혈관의 형상은 역상몰딩, 3D 프린팅 등을 이용해 구현되었고, 그 종류도 뇌/대동맥류(cerebral/aortic aneurysm), 대퇴부동맥(femoral artery) 등으로 다양하다. 하지만, 실제 혈관과 유사한 특성(일례로, 탄성계수 1~4 MPa, 최대인장강도 1~4 MPa, 마찰계수 0.04 이하) 모사에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다.The artificial blood vessel model requires transparency in addition to the shape and characteristics of actual blood vessels. Among them, the shape of blood vessels was implemented using reversed molding and 3D printing, and the types of blood vessels are also diverse, such as cerebral/aortic aneurysm and femoral artery. However, studies on the simulation of properties similar to real blood vessels (for example, elastic modulus 1-4 MPa, maximum tensile strength 1-4 MPa, friction coefficient 0.04 or less) are still insufficient.

기존 인공혈관 모델은 미세도관을 삽입하기에는 높은 마찰력을 갖고 있다. 이에 따라, 혈관과 유사한 마찰력을 갖도록 표면을 개선하는 연구가 요구된다. 윤활제(e.g., 액체 실리콘 고무, 돼지 혈청)를 흘려주는 방법으로 마찰력을 낮추려는 시도들이 있었고, 그중 일본 나고야 대학의 Seiih Ikeda 그룹에서 나온 EVE 모델이 실제 혈관과 유사한 마찰력 값을 가진다. 하지만, 윤활제를 흘려주는 방식으로 인해 발생하는 고르지 못한 마찰력과 짧은 지속성 등의 한계로 인해 임상에서 사용이 제한되고 있다.Existing artificial blood vessel models have a high frictional force to insert microconductors. Accordingly, there is a need for research on improving the surface to have a frictional force similar to that of blood vessels. There have been attempts to lower the friction force by flowing lubricant (e.g., liquid silicone rubber, pig serum), among which the EVE model from the Seiih Ikeda group of Nagoya University in Japan has a frictional force value similar to that of a real blood vessel. However, due to limitations such as uneven friction and short persistence caused by the method of spilling the lubricant, its use in the clinic is limited.

또한, 대부분의 연구는 단일구조로 혈관 모델을 제작하였으며, 이 경우에는 다양한 탄성계수, 최대인장강도를 갖는 혈관들을 모사하는 것에 제한이 생긴다. 이로 인해, 실제 혈관보다 낮은 유연성(flexibility), 인성(toughness) 등을 갖는 모델을 제작하여 미세도관의 이동을 방해할 가능성이 크다.In addition, most of the studies have produced a blood vessel model with a single structure, and in this case, there is a limitation in simulating blood vessels having various modulus of elasticity and maximum tensile strength. For this reason, there is a high possibility that a model having lower flexibility, toughness, etc. than an actual blood vessel may be produced to hinder the movement of the microconduit.

본 발명의 일 측면은 실제 혈관과 유사한 마찰 특성과 기계적 특성(일례로, 최대인장강도 및 탄성계수)을 구현하기 위해, 실제 혈관의 내막과 중막을 각각 모사한 윤활층과 탄력층의 이중구조를 가진 인공혈관 모델을 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is a dual structure of a lubricating layer and an elastic layer that simulates the inner and middle membranes of an actual blood vessel, respectively, in order to implement frictional properties and mechanical properties similar to those of an actual blood vessel (for example, maximum tensile strength and elastic modulus). We would like to provide a model of artificial blood vessels.

본 발명의 다른 일 측면은 지지 유체를 이용한 침지 코팅 방법을 활용하여 탄력층을 형성하고 탄력층 내표면에 하이드로젤을 박막으로 코팅하여 윤활층을 형성하는 인공혈관 모델 제조방법을 제공하고자 한다.Another aspect of the present invention is to provide a method for manufacturing an artificial blood vessel model in which an elastic layer is formed using an immersion coating method using a support fluid and a lubricating layer is formed by coating a hydrogel on the inner surface of the elastic layer with a thin film.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델 제조방법에 의하면, 혈관 몰드를 제작하는 단계, 침지 코팅 방법으로 상기 혈관 몰드에 코팅 막을 코팅하는 단계, 상기 코팅 막 내부의 혈관 몰드를 제거하여 탄력층을 형성하는 단계, 상기 탄력층으로 형성된 인공혈관 모델을 플라즈마 처리하는 단계, 상기 플라즈마 처리된 인공혈관 모델을 전처리액에 담그는 단계, 상기 전처리된 인공혈관 모델을 하이드로젤로 코팅하는 단계, 및 상기 하이드로젤 코팅 막에 자외선을 조사하여 경화시켜 윤활층을 형성하는 단계를 포함한다.According to a method for manufacturing an artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention, the steps of producing a blood vessel mold, coating a coating film on the blood vessel mold by an immersion coating method, and removing the blood vessel mold inside the coating film to form an elastic layer Forming, plasma-processing the artificial blood vessel model formed of the elastic layer, immersing the plasma-treated artificial blood vessel model in a pretreatment solution, coating the pretreated artificial blood vessel model with a hydrogel, and the hydrogel It includes the step of forming a lubricating layer by irradiating the coating film with ultraviolet rays and curing.

상기 탄력층을 형성하는 단계는 단일 층을 구성하거나, 또는 서로 다른 물질로 복수의 층을 구성하는 것을 포함할 수 있다.Forming the elastic layer may include configuring a single layer or forming a plurality of layers of different materials.

상기 탄력층은 실리콘 중합체 (silicone polymer) 또는 폴리우레탄 (polyurethane) 중합체를 포함할 수 있다.The elastic layer may include a silicone polymer or a polyurethane polymer.

상기 전처리액은 벤조페논 (benzophenone) 용액을 포함할 수 있다.The pretreatment solution may include a benzophenone solution.

상기 하이드로젤은 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)와 알지네이트(alginate)를 포함할 수 있다.The hydrogel may include polyacrylamide and alginate.

상기 하이드로젤은 계면활성제를 포함할 수 있다.The hydrogel may contain a surfactant.

본 발명의 다른 실시예에 따른 인공혈관 모델은, 유연한 재료로 이루어지는 튜브 형상의 탄력층; 및 상기 탄력층의 내부면을 따라 하이드로젤 박막으로 코팅된 윤활층을 포함할 수 있다.An artificial blood vessel model according to another embodiment of the present invention includes a tubular elastic layer made of a flexible material; And it may include a lubricating layer coated with a hydrogel thin film along the inner surface of the elastic layer.

상기 탄력층은 실리콘 중합체 (silicone polymer) 또는 폴리우레탄 (polyurethane) 중합체를 포함할 수 있다.The elastic layer may include a silicone polymer or a polyurethane polymer.

상기 탄력층은 단일 층 또는 서로 다른 물질로 구성된 복수의 층으로 이루어지며, 최대 인장강도는 1 MPa 이상 4 MPa 이하, 탄성계수는 1 MPa 이상 3 MPa 이하의 범위에 속할 수 있다.The elastic layer is made of a single layer or a plurality of layers composed of different materials, and the maximum tensile strength may be in the range of 1 MPa or more and 4 MPa or less, and the elastic modulus may be in the range of 1 MPa or more and 3 MPa or less.

상기 하이드로젤은 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)와 알지네이트(alginate)를 포함할 수 있다.The hydrogel may include polyacrylamide and alginate.

상기 하이드로젤의 마찰계수는 0.02 이상 0.03 이하의 범위에 속할 수 있다.The coefficient of friction of the hydrogel may fall within a range of 0.02 or more and 0.03 or less.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델에 의하면, 실제 혈관의 내막과 중막을 모사하여 윤활층과 탄력층의 이중 구조를 가지도록 함으로써 실제 혈관의 형상과 마찰 및 기계적 특성을 모방할 수 있다.According to the artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention, the shape, friction, and mechanical properties of the actual blood vessel can be imitated by having a dual structure of a lubricating layer and an elastic layer by simulating the inner and middle membranes of an actual blood vessel.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공혈관 모델 제조방법에 의하면, 실제 혈관의 형상과 특성에 가깝게 구현한 윤활층과 탄력층의 이중 구조를 갖는 인공혈관 모델을 제작할 수 있다.According to the method of manufacturing an artificial blood vessel model according to another embodiment of the present invention, an artificial blood vessel model having a dual structure of a lubricating layer and an elastic layer implemented close to the shape and characteristics of an actual blood vessel can be manufactured.

제작된 인공혈관 모델은 신경 중재적 시술(neuro-interventional procedure) 전 시뮬레이션 (pre-surgical simulation)으로 활용이 가능하여 높은 시술 성공률과 부작용 발생 최소화 등의 파급효과를 가진다. 또한, 수련의 교보재로의 사용으로 동물 모델 대체와 우수한 교육 효과 등의 장점을 가진다.The produced artificial blood vessel model can be used as a pre-surgical simulation before a neuro-interventional procedure, so it has ripple effects such as a high procedure success rate and minimization of side effects. In addition, it has advantages such as replacement of animal models and excellent educational effects by using it as a textbook for training.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델을 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델의 탄력층을 형성하는 방법을 도시한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델의 윤활층을 형성하는 방법을 도시한 공정도이다.1 is a partial cut-away perspective view showing an artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart showing a method of manufacturing an artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention.
3 is a process diagram showing a method of forming an elastic layer of an artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention.
4 is a process chart showing a method of forming a lubricating layer of an artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델을 도시한 부분 절개 사시도이다.1 is a partial cut-away perspective view showing an artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 인공혈관 모델(40)은 이중 구조의 인공혈관으로 이루어진다. 즉, 외부에 탄력층(43)을 형성하고 이 탄력층(43)의 내표면에 윤활층(45)이 형성된다(도 1의 (b) 참조). As shown in Figure 1, the artificial blood vessel model 40 according to the present embodiment is made of a dual-structure artificial blood vessel. That is, the elastic layer 43 is formed on the outside, and the lubricating layer 45 is formed on the inner surface of the elastic layer 43 (see Fig. 1(b)).

탄력층(43)은 유연한 재료, 일례로 실리콘 중합체(silicone polymer) 또는 폴리우레탄(polyurethane) 중합체를 포함할 수 있고, 실리콘 또는 폴리우레탄 중합체의 종류, 주제와 경화제의 혼합비, 두께, 및 첨가 재료 등에 따라 다양한 물성을 가진다. 또한 서로 다른 물질로 구성된 다층으로 구성함으로써 실제 혈관의 기계적 특성(최대인장강도 1 MPa 이상 4 MPa 이하, 탄성계수 1 MPa 이상 4 MPa 이하)을 재현할 수 있다. 최대인장강도와 탄성계수의 값이 각각 1 MPa 미만이면, 실제 혈관보다 기계적 강도가 약하고, 4 MPa 초과일 경우, 실제 혈관보다 기계적 강도가 강한 문제가 있어 실제혈관과 유사한 특성을 구현하기 어렵다.The elastic layer 43 may include a flexible material, such as a silicone polymer or a polyurethane polymer, and the type of silicone or polyurethane polymer, the mixing ratio of the main material and the curing agent, the thickness, and the additive material, etc. It has various properties according to it. In addition, it is possible to reproduce the actual mechanical properties of blood vessels (maximum tensile strength of 1 MPa or more and 4 MPa or less, and elastic modulus of 1 MPa or more and 4 MPa or less) by configuring multiple layers of different materials. If the values of the maximum tensile strength and modulus of elasticity are each less than 1 MPa, the mechanical strength is weaker than that of the actual blood vessel, and if it exceeds 4 MPa, there is a problem that the mechanical strength is stronger than that of the actual blood vessel.

윤활층(45)은 하이드로젤(hydrogel)로 이루어질 수 있다. 하이드로젤은 다량의 물을 함유하고 있는 고분자 젤로서, 탄력층(43)의 내표면에 윤활층(45)으로 형성되면서 미세도관의 재질인 스테인레스, 폴리우레탄 등에 대해 실제 혈관과 유사한 마찰계수(0.04 이하)를 갖는다. 이를 통해, 기존 인공혈관 모델이 갖는 높은 마찰력의 한계를 극복할 수 있다. 일례로, 아크릴아미드와 알지네이트를 질량비 3:1~20:1로 혼합하여 실제 혈관과 유사한 마찰계수(0.02 이상 0.04 이하)와 강인성을 갖는 하이드로젤로 구성된 윤활층(45)을 형성할 수 있다. 하이드로젤의 마찰계수의 값이 0.02 미만이면, 실제 혈관보다 더 미끄러운 문제가 있고, 0.04 초과일 경우, 실제 혈관보다 덜 미끄러워져서 실제혈관과 유사한 특성을 구현하기 어렵다. 하이드로젤에 외력이 작용하면, 공유결합을 하는 아크릴아미드는 초기 상태를 기억하고 이온결합을 하는 알지네이트는 에너지를 분산하는 역할을 한다. 이외에도 탄력층(43)의 내표면에 윤활층(45) 박막을 형성할 때, 알지네이트는 박막의 형상을 유지해주고 아크릴아미드는 탄력층과 강인한 결합을 형성하는 역할을 한다. 알지네이트의 농도는 경화 속도와 점도에 영향을 준다. 2 % (w/w)를 초과하면 높은 점도로 인해 침지 코팅을 통해서 탄력층의 내표면에 하이드로젤의 박막 형성이 어렵다. 따라서, 알지네이트는 2% (w/w) 이하의 농도를 사용한다.The lubricating layer 45 may be formed of hydrogel. Hydrogel is a polymer gel containing a large amount of water, formed as a lubricating layer 45 on the inner surface of the elastic layer 43, and has a friction coefficient similar to that of an actual blood vessel (0.04) for stainless steel, polyurethane, etc. Below). Through this, it is possible to overcome the limitation of the high friction force of the existing artificial blood vessel model. For example, by mixing acrylamide and alginate in a mass ratio of 3:1 to 20:1, a lubricating layer 45 composed of a hydrogel having a friction coefficient similar to that of an actual blood vessel (0.02 or more and 0.04 or less) and toughness may be formed. If the value of the coefficient of friction of the hydrogel is less than 0.02, there is a problem that is more slippery than the actual blood vessel, and if it exceeds 0.04, it becomes less slippery than the actual blood vessel and it is difficult to realize similar characteristics to the actual blood vessel. When an external force acts on the hydrogel, acrylamide, which is covalently bonded, remembers the initial state, and alginate, which is ionic, plays a role of dispersing energy. In addition, when forming a thin film of the lubricating layer 45 on the inner surface of the elastic layer 43, alginate maintains the shape of the thin film and acrylamide serves to form a strong bond with the elastic layer. The concentration of alginate affects the cure rate and viscosity. If it exceeds 2% (w/w), it is difficult to form a thin film of hydrogel on the inner surface of the elastic layer through immersion coating due to high viscosity. Therefore, alginate uses a concentration of 2% (w/w) or less.

하이드로젤로 구성된 윤활층(45)이 탄력층(45)의 내표면에 박막으로 형성될 수 있도록 탄력층을 전처리 하거나 하이드로젤에 계면활성제를 첨가할 수 있다. 일례로, 탄력층(43)의 내표면에 플라즈마를 처리하여 표면에너지를 높일 수 있다. 또한, 하이드로젤에 계면활성제, 일례로 Silwet® L-77을 0~2% (v/v) 첨가하여 표면장력을 낮출 수 있다. Silwet® L-77의 농도가 2% (v/v) 이상이 되면 혼합과정에서 하이드로젤 내부에 다량의 공기방울이 발생하여 사용에 어려움이 생긴다.The elastic layer may be pretreated or a surfactant may be added to the hydrogel so that the lubricating layer 45 composed of the hydrogel can be formed as a thin film on the inner surface of the elastic layer 45. For example, the surface energy may be increased by treating the plasma on the inner surface of the elastic layer 43. In addition, surface tension can be lowered by adding 0 to 2% (v/v) of a surfactant such as Silwet ® L-77 to the hydrogel. When the concentration of Silwet ® L-77 exceeds 2% (v/v), a large amount of air bubbles are generated inside the hydrogel during the mixing process, making it difficult to use.

탄력층(43)의 내표면에 윤활층(45)이 강인하게 결합될 수 있도록 탄력층은 전처리가 될 수 있다(도 1의 (a) 참조). 일례로, 탄력층(43)의 내표면에 벤조페논(benzophenone)을 전처리액으로 사용하여 전처리할 수 있다.The elastic layer may be pretreated so that the lubricating layer 45 can be strongly coupled to the inner surface of the elastic layer 43 (see FIG. 1(a)). For example, the inner surface of the elastic layer 43 may be pretreated using benzophenone as a pretreatment solution.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델을 제조하는 방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델의 탄력층을 형성하는 방법을 도시한 공정도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공혈관 모델의 윤활층을 형성하는 방법을 도시한 공정도이다.Figure 2 is a flow chart showing a method of manufacturing an artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a flow chart showing a method of forming an elastic layer of the artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention , Figure 4 is a process diagram showing a method of forming a lubricating layer of the artificial blood vessel model according to an embodiment of the present invention.

먼저, 인공혈관 모델 몰드(30)를 제작한다(S110). 인공혈관 모델 몰드(30)는 다음과 같은 과정을 거쳐 준비될 수 있다.First, an artificial blood vessel model mold 30 is manufactured (S110). The artificial blood vessel model mold 30 may be prepared through the following process.

즉, 2차원 CT (Computed Tomography) 또는 MRI (Magnetic Resonance Imaging) 등의 이미지로부터 3차원 이미지를 복원하고, 상기 3차원 이미지로부터 뇌혈관 이미지를 선택적으로 추출한다. 예를 들어, 확보된 영상을 Mimics 라는 3D 의료 영상 소프트웨어를 사용하여 영상을 불러들이고(도 3의 (a) 참조), 상기 소프트웨어 상에서 음영의 차이를 이용하여 뇌동맥류 환부가 포함된 혈관 부분을 추출할 수 있다(도 3의 (b) 및 (c) 참조). 다음으로, 상기 추출된 뇌혈관 이미지를 원하는 형상으로 수정하고 3차원 CAD (Computer Aided Design) 파일, 일례로 STL (stereolithography) 확장자로 변환한다(도 3의 (d) 참조). 그리고 변환된 상기 3차원 CAD 파일로부터 3차원 프린터를 이용하여 상기 인공혈관 모델 몰드(30)를 제작한다(도 3의 (e) 참조). 일례로 몰드(30)는 아크로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)와 폴리락트산(polylactic acid, PLA) 등으로 제작될 수 있다.That is, a 3D image is restored from an image such as 2D CT (Computed Tomography) or MRI (Magnetic Resonance Imaging), and a cerebrovascular image is selectively extracted from the 3D image. For example, the acquired image is imported using a 3D medical imaging software called Mimics (see Fig. 3 (a)), and the part of the blood vessel including the cerebral aneurysm affected area is extracted using the difference in shadows on the software. It can be done (see Fig. 3(b) and (c)). Next, the extracted cerebrovascular image is modified into a desired shape and converted into a 3D CAD (Computer Aided Design) file, for example, a stereolithography (STL) extension (see (d) of FIG. 3). Then, from the converted 3D CAD file, the artificial blood vessel model mold 30 is fabricated using a 3D printer (see FIG. 3E). For example, the mold 30 may be made of acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and polylactic acid (PLA).

다음으로, 침지 코팅 방법으로 상기 인공혈관 모델 몰드(30)에 코팅 막을 코팅한다(S120, 도 3의 (f) 참조).Next, a coating film is coated on the artificial blood vessel model mold 30 by an immersion coating method (S120, see FIG. 3(f)).

유연한 재료, 일례로 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane, PDMS)을 침지 코팅 방법으로 인공혈관 모델 몰드(30)에 코팅할 수 있다. 이러한 침지 코팅 방법은 몰드의 형상에 관계없이 코팅이 가능하다. A flexible material, for example, polydimethylsiloxane (PDMS), may be coated on the artificial blood vessel model mold 30 by an immersion coating method. This immersion coating method can be coated regardless of the shape of the mold.

다음으로, 상기 코팅 막 내부의 인공혈관 모델 몰드(30)를 제거하여 탄력층을 형성한다(S130, 도 3의 (g) 참조).Next, an elastic layer is formed by removing the artificial blood vessel model mold 30 inside the coating film (S130, see FIG. 3(g)).

대상 몰드가 아크로니트릴 부타디엔 스티렌일 경우에는 아세톤을 사용하고 폴리락트산의 경우에는 클로로포름, 벤젠 및 기타 염소화 유기 용매를 통해 제거한다.If the target mold is acronitrile butadiene styrene, acetone is used, and in the case of polylactic acid, it is removed through chloroform, benzene and other chlorinated organic solvents.

다음으로, 상기 탄력층으로 형성된 인공혈관 모델(40)을 전처리액에 담근다(S140, 도 4의 (a) 참조). 탄력층(43)의 내표면에 윤활층(45)이 강인하게 결합될 수 있도록 전처리가 될 수 있으며, 일례로, 탄력층(43)의 내표면에 벤조페논(benzophenone)을 전처리액으로 사용하여 전처리할 수 있다.Next, the artificial blood vessel model 40 formed of the elastic layer is immersed in the pretreatment solution (S140, see FIG. 4A). Pretreatment may be performed so that the lubricating layer 45 can be strongly bonded to the inner surface of the elastic layer 43, for example, using benzophenone as a pretreatment solution on the inner surface of the elastic layer 43 Can be pretreated.

다음으로, 상기 전처리 된 인공혈관 모델(40)을 플라즈마 처리한다(S150, 도 4의 (b) 참조).Next, the pre-processed artificial blood vessel model 40 is plasma-treated (S150, see FIG. 4(b)).

이러한 플라즈마 처리를 통해 탄력층(43) 내표면의 표면 에너지를 높여서 하이드로젤이 얇은막을 형성할 수 있도록 한다.Through this plasma treatment, the surface energy of the inner surface of the elastic layer 43 is increased so that the hydrogel can form a thin film.

다음으로, 상기 플라즈마 처리된 인공혈관 모델(40)을 하이드로젤로 코팅한다(S160, 도 4의 (c) 참조).Next, the plasma-treated artificial blood vessel model 40 is coated with hydrogel (S160, see FIG. 4(c)).

침지 코팅을 통해서 탄력층의 내표면에 하이드로젤 박막을 형성 할 수 있다. 하이드로젤에 계면활성제, 일례로 Silwet® L-77을 첨가하여 탄력층과 하이드로젤 사이의 계면장력을 낮추어 하이드로젤 박막을 형성할 수 있다. 하이드로젤은, 일례로 아크릴아미드와 알지네이트를 혼합하여 사용할 수 있다. 알지네이트는 이온결합을 통해 수 초 안에 경화가 되어 박막의 형상을 유지해주고 아크릴아미드는 자외선이 조사되면 탄력층과 강인한 결합을 형성하는 역할을 한다. The hydrogel thin film can be formed on the inner surface of the elastic layer through immersion coating. A hydrogel thin film can be formed by lowering the interfacial tension between the elastic layer and the hydrogel by adding a surfactant such as Silwet ® L-77 to the hydrogel. The hydrogel may be used by mixing acrylamide and alginate, for example. Alginate cures within seconds through ionic bonds to maintain the shape of the thin film, and acrylamide plays a role in forming a strong bond with the elastic layer when irradiated with ultraviolet rays.

다음으로, 상기 하이드로젤 코팅 막에 자외선을 조사하여 경화시켜 윤활층(45)을 형성한다(S170, 도 4의 (d) 참조).Next, the hydrogel coating film is irradiated with ultraviolet rays to cure to form a lubricating layer 45 (S170, see (d) of FIG. 4).

이와 같이 윤활층(45)까지 경화시키면 탄력층(43)과 윤활층(45)의 이중 구조를 갖는 인공혈관 모델(40)이 완성된다.When the lubricating layer 45 is cured in this way, the artificial blood vessel model 40 having a dual structure of the elastic layer 43 and the lubricating layer 45 is completed.

이와 같이 제작된 인공혈관 모델(40)은 실제 혈관의 형상과 특성을 모방해 놓은 장치로서 3차원 혈관 구조를 시각적으로 확인할 수 있는 효과적인 수단이다. 이를 이용한 시술 전 시뮬레이션은 미세도관의 정밀한 사전 성형과 최적 경로 설정을 가능하게 한다. 이를 통해, 신경 중재적 시술의 한계인 미세도관의 부정확한 사전 성형, 삽입의 반복에 의한 부작용을 극복할 수 있다.The artificial blood vessel model 40 manufactured as described above is a device that mimics the shape and characteristics of an actual blood vessel and is an effective means for visually confirming a three-dimensional blood vessel structure. Pre-procedural simulation using this enables precise pre-shaping of microconduit and optimal path setting. Through this, it is possible to overcome the side effects caused by repetition of inaccurate pre-shaping and insertion of microtubules, which are limitations of neuro-interventional procedures.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although a preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to implement various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. It is natural to fall within the scope of the invention.

30: 인공혈관 모델 몰드
40: 인공혈관 모델
43: 탄력층
45: 윤활층30: artificial blood vessel model mold
40: artificial blood vessel model
43: elastic layer
45: lubricating layer

Claims (11)

혈관 몰드를 제작하는 단계;
침지 코팅 방법으로 상기 혈관 몰드에 코팅 막을 코팅하는 단계;
상기 코팅 막 내부의 혈관 몰드를 제거하여 탄력층을 형성하는 단계;
상기 인공혈관 모델을 플라즈마 처리하는 단계;
상기 플라즈마 처리된 인공혈관 모델을 전처리액에 담그는 단계;'
상기 전처리된 인공혈관 모델 내표면을 하이드로젤로 코팅하는 단계; 및
상기 하이드로젤 코팅 막에 자외선을 조사하여 경화시켜 윤활층을 형성하는 단계
를 포함하는 인공혈관 모델 제조방법.Manufacturing a blood vessel mold;
Coating a coating film on the blood vessel mold by an immersion coating method;
Forming an elastic layer by removing the vascular mold inside the coating film;
Plasma processing the artificial blood vessel model;
Immersing the plasma-treated artificial blood vessel model in a pretreatment solution;'
Coating the inner surface of the pretreated artificial blood vessel model with hydrogel; And
Forming a lubricating layer by irradiating and curing the hydrogel coating film with ultraviolet rays
Artificial blood vessel model manufacturing method comprising a. 제 1 항에 있어서,
상기 탄력층을 형성하는 단계는 단일 층을 구성하거나, 또는 서로 다른 물질로 복수의 층을 구성하는 것을 포함하는, 인공혈관 모델 제조방법.The method of claim 1,
Forming the elastic layer comprises configuring a single layer, or configuring a plurality of layers of different materials, artificial blood vessel model manufacturing method. 제 1 항에 있어서,
상기 탄력층은 실리콘 중합체 (silicone polymer) 또는 폴리우레탄 (polyurethane) 중합체를 포함하는, 인공혈관 모델 제조방법.The method of claim 1,
The elastic layer comprises a silicone polymer or polyurethane (polyurethane) polymer, artificial blood vessel model manufacturing method. 제 1 항에 있어서,
상기 전처리액은 벤조페논 (benzophenone) 용액을 포함하는, 인공혈관 모델 제조방법.The method of claim 1,
The pretreatment solution includes a benzophenone solution, artificial blood vessel model manufacturing method. 제 1 항에 있어서,
상기 하이드로젤은 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)와 알지네이트(alginate)를 포함하는, 인공혈관 모델 제조방법.The method of claim 1,
The hydrogel is polyacrylamide (polyacrylamide) and alginate (alginate) containing, artificial blood vessel model manufacturing method. 제 1 항에 있어서,
상기 하이드로젤은 계면활성제를 포함하는, 인공혈관 모델 제조방법.The method of claim 1,
The hydrogel comprises a surfactant, artificial blood vessel model manufacturing method. 유연한 재료로 이루어지는 튜브 형상의 탄력층; 및
상기 탄력층의 내부면을 따라 하이드로젤 박막으로 코팅된 윤활층
을 포함하는 인공혈관 모델.A tubular elastic layer made of a flexible material; And
Lubricating layer coated with a thin hydrogel along the inner surface of the elastic layer
Artificial blood vessel model comprising a. 제 7 항에 있어서,
상기 탄력층은 실리콘 중합체 (silicone polymer) 또는 폴리우레탄 (polyurethane) 중합체를 포함하는, 인공혈관 모델.The method of claim 7,
The elastic layer is a silicone polymer (silicone polymer) or polyurethane (polyurethane) containing a polymer, artificial blood vessel model. 제 7 항에 있어서,
상기 탄력층은 단일 층 또는 서로 다른 물질로 구성된 복수의 층으로 이루어지며, 최대 인장강도는 1 MPa 이상 4 MPa 이하, 탄성계수는 1 MPa 이상 4 MPa 이하의 범위에 속하는, 인공혈관 모델.The method of claim 7,
The elastic layer is made of a single layer or a plurality of layers composed of different materials, and the maximum tensile strength is 1 MPa or more and 4 MPa or less, and the elastic modulus is 1 MPa or more and 4 MPa or less. 제 7 항에 있어서,
상기 하이드로젤은 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)와 알지네이트(alginate)를 포함하는, 인공혈관 모델.The method of claim 7,
The hydrogel includes polyacrylamide and alginate, an artificial blood vessel model. 제 7 항에 있어서,
상기 하이드로젤의 마찰계수는 0.02 이상 0.04 이하의 범위에 속하는, 인공혈관 모델.The method of claim 7,
The coefficient of friction of the hydrogel belongs to the range of 0.02 or more and 0.04 or less, artificial blood vessel model.
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