KR20200138842A - 바이오 프린팅 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 살아 있는 생명체의 호흡으로 인한 환부의 변위와 무관하게, 생명체의 환부에 바이오잉크를 정확한 위치와 정확한 용량으로 신속하게 프린팅할 수 있는 바이오 프린팅 장치 및 방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 신체 일부분에 존재하는 환부의 형상을 감지하는 형상감지부; 상기 환부를 향해 바이오잉크를 분사하는 노즐이 마련되는 분사유닛; 상기 형상감지부로부터 획득된 상기 환부의 형상정보를 바탕으로, 설정된 이송경로를 따라 상기 분사유닛을 수평 또는 높이 방향으로 이송시키는 분사유닛 이송부; 상기 분사유닛을 통하여 상기 환부에 바이오잉크를 분사하는 중, 환자의 호흡으로 인한 상기 노즐이 향하는 분사목표지점의 변위를 감지하는 변위감지부; 및 상기 변위감지부로부터 획득된 상기 분사목표지점의 변위에 대한 변위정보를 바탕으로, 상기 분사목표지점과 상기 노즐 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 상기 노즐을 이송시키는 노즐 이송부를 포함하는 특징을 개시한다.

Description

바이오 프린팅 장치 및 방법{BIO PRINTING APPARATUS AND METHOD OF USING THE SAME}
본 발명은 바이오 프린팅 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동물이나 사람의 신체 일부분에 존재하는 환부에 직접 바이오잉크를 분사하여 인공 조직을 형성시킬 수 있는 바이오 프린팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
바이오 프린팅은 3D 프린팅 기술과 생명공학이 융합된 개념으로, 이를 이용하여 살아있는 세포를 원하는 형상으로 쌓아 올려 인공 조직이나 인공 장기를 제작할 수 있다. 기본적인 출력 방식은 일반 3D 프린팅과 유지하지만 바이오 프린팅은 살아있는 세포를 출력하기 위해 생체 적합성을 갖는 고분자, 생체재료, 하이드로젤(Hydrogel) 등을 기본 소재로 한 바이오잉크를 사용한다는 차이점이 있다
최근에는 성능 향상된 바이오잉크의 개발 연구와 더불어 동물이나 사람 신체의 환부에 직접 바이오잉크를 분사하여 인공 조직을 형성하는 바이오 프린팅 기술에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다.
하지만 살아 있는 생명체에 직접 바이오잉크를 프린팅 하는 경우, 살아 있는 생명체의 위치가 불안전하기 때문에, 바이오잉크의 특성과 무관하게 우수한 품질의 인공조직을 형성하기가 곤란한 문제가 있다.
예를 들어 환부의 위치를 안정적으로 고정하였다 하더라도 살아 있는 생명체의 호흡으로 인하여 미세한 변위가 발생된다.
이러한 변위는 수십에서 수백 마이크로미터 단위의 미세 제어가 요구되는 바이오 프린팅 과정에서 큰 오차를 발생시키고, 이로 인하여 바이오잉크가 정확한 위치에 정확한 용량으로 프린팅되지 못하고, 이로 인하여 환부에 채워지는 인공조직의 품질을 떨어트리는 문제점이 있었다.
대한민국등록특허공보 제10-1805774호(2018.01.10.공고)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 살아 있는 생명체의 호흡으로 인한 환부의 변위와 무관하게, 생명체의 환부에 바이오잉크를 정확한 위치와 정확한 용량으로 신속하게 프린팅할 수 있는 바이오 프린팅 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치는, 신체 일부분에 존재하는 환부의 형상을 감지하는 형상감지부; 상기 환부를 향해 바이오잉크를 분사하는 노즐이 마련되는 분사유닛; 상기 형상감지부로부터 획득된 상기 환부의 형상정보를 바탕으로, 설정된 이송경로를 따라 상기 분사유닛을 수평 또는 높이 방향으로 이송시키는 분사유닛 이송부; 상기 분사유닛을 통하여 상기 환부에 바이오잉크를 분사하는 중, 환자의 호흡으로 인한 상기 노즐이 향하는 분사목표지점의 변위를 감지하는 변위감지부; 및 상기 변위감지부로부터 획득된 상기 분사목표지점의 변위에 대한 변위정보를 바탕으로, 상기 분사목표지점과 상기 노즐 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 상기 노즐을 이송시키는 노즐 이송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 분사목표지점의 변위는, 상기 분사목표지점의 높이 방향 변위이고, 상기 노즐 이송부는, 상기 분사목표지점을 향하여 상기 노즐을 근접시키거나 이격시키며, 상기 분사목표지점과 상기 노즐 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 것일 수 있다.
한편 본 발명에 따른 바이오 프린팅 방법은, 신체 일부분에 존재하는 환부의 형상을 감지하는 환부형상 감지단계; 상기 환부형상 감지단계에서 획득된 상기 환부의 형상정보를 바탕으로, 바이오잉크를 분사하는 노즐이 마련된 분사유닛의 이송경로를 설정하는 분사경로 생성단계; 및 상기 분사경로 생성단계에서 설정된 이송경로를 따라 상기 분사유닛을 이송시키며, 상기 환부에 바이오잉크를 분사하여 인공조직을 형성하는 인공조직 프린팅단계를 포함하고, 상기 인공조직 프린팅단계는, 환자의 호흡으로 인한 상기 노즐이 향하는 분사목표지점의 변위를 감지하는 환부변위 감지단계; 및 상기 환부변위 감지단계에서 획득된 상기 분사목표지점의 변위에 대한 변위정보를 바탕으로, 상기 분사목표지점과 상기 노즐 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 상기 노즐의 이송경로를 보정하는 분사경로 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치 및 방법은, 동물이나 환자의 환부를 향해 바이오잉크를 직접 프린팅하는 과정에서, 호흡에 따른 환부의 변위를 실시간으로 감지 및 피드백하여, 분사목표지점과 상기 분사목표지점을 향하는 노즐 사이의 거리를 항상 일정하게 유지함으로써, 프린팅 위치선정의 정확도를 향상시킬 수 있고, 이를 통하여 환부에 채워지는 인공조직의 품질을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치 및 방법은, 환부를 스캐닝하여 3차원 모델의 형상정보를 생성한 다음 프린팅 과정에서 바이오잉크의 전달 위치를 실시간으로 보정하여 줌으로써, 전체 프린팅 공정속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 바이오 프린팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치는 스테이지(110), 형상감지부(120), 분사유닛(130), 분사유닛 이송부(140), 변위감지부(150), 노즐 이송부(160)를 포함한다.
본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치는, 동물이나 사람과 같이 살아 있는 생명체의 신체(10) 일부분에 존재하는 결손부위 즉, 환부(11)에 바이오잉크(BI)를 직접 프린팅하여 환부(11)에 인공조직을 형성함으로써 치료할 수 있도록 하는 것이다.
상기 스테이지(110)는 치료를 필요로 하는 환부(11)를 갖는 동물이나 환자가 놓이는 부분이며, 치료 대상에 따라 베드(Bed) 구조를 이룰 수 있고, 소형 동물이나 신체(10)의 일부분이 놓일 수 있도록 테이블 구조를 이룰 수 있다.
상기 형상감지부(120)는 스테이지(110)에 놓인 환자의 신체(10) 일부분에 존재하는 환부(11)의 형상을 감지한다.
상기 형상감지부(120)는 비접촉식 스캔 방식이 적용될 수 있다.
상기 비접촉식 스캔 방식은 광을 이용하여 대상물을 스캐닝 하는 방식으로, 레이저나 백색광으로 대상물에 광을 조사하고 반사된 광의 시간을 측정하여 거리를 수치화함으로써, 대상물의 3차원 형상을 모델링할 수 있다. 예를 들면 스테레오(Stereo) 카메라 방식이 적용될 수 있다.
즉, 상기 형상감지부(120)는 음각 형태인 환부(11)의 결손부분에 상응하는 3차원 형상의 모델링된 형상정보를 생성할 수 있다.
상기 형상감지부(120)는 스테이지(110)의 상측에 고정 배치될 수 있고, 스테이지(110)의 상측에서 이송 가능하도록 별도의 이송부 상에 설치 구성될 수 있다.
예를 들어, 스테이지(110) 상부 전체를 영역을 감지영역으로 하는 경우에는 스테이지(110)의 상측에 고정된 상태에서 환부(11)의 전체 형상을 감지할 수 있고, 스테이지(110) 상부의 일부분을 감지영역으로 하는 경우에는 스테이지(110)의 상측을 이동하면서 환부(11)의 전체 형상을 감지할 수 있다.
형상감지부(120)를 이송시키기 위한 상기 이송부는 후술되는 분사유닛 이송부(140)일 수 있다.
상기 분사유닛(130)은 스테이지(110) 상측에 배치되며, 스테이지(110) 상에 놓인 신체(10)의 환부(11)를 향해 바이오잉크(BI)를 분사하는 것으로, 바이오잉크(BI)를 토출시키는 노즐(131)을 포함한다.
상기 바이오잉크(BI)는 생체재료 또는 세포액을 포함할 수 있다.
상기 생체재료는 생체적합 폴리머 또는 하이드로젤일 수 있다. 상기 세포액은 세포와 세포배지 및 하이드로젤을 포함하는 세포용액일 수 있다.
상기 분사유닛(130)은 생체재료를 분사하는 제1 노즐이 마련된 제1 분사유닛과 세포액을 분사하는 제2 노즐이 마련된 제2 분사유닛을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 분사유닛에는 생체재료가 수용되는 공간이 마련될 수 있고, 수용된 생체재료를 가열하여 용융시킬 수 있는 히터가 설치될 수 있다. 수용된 생체재료가 히터에 의해 용융되어 액체 상태가 되면, 가압수단을 작동시켜 용융된 생체재료가 제1 노즐을 통하여 환부(11)에 직접 분사될 수 있다.
또한 제1 분사유닛에 수용되는 생체재료가 하이드로젤인 경우에는 냉각하거나 일정 온도를 유지하기 위한 소자(예를 들면 펠리어 소자)가 설치될 수 있다. 일반적으로 하이드로젤은 종류에 따라 특정 온도 조건에서 젤 상태가 유지될 수 있는데, 만약 제1 분사유닛에 수용된 하이드로젤이 일정 온도에 도달하여 젤 상태가 되면, 가압수단을 작동시켜 젤 상태의 하이드로젤이 제1 노즐을 통하여 환부(11)에 직접 분사될 수 있다.
상기 제2 분사유닛에는 세포액이 수용되는 공간이 마련되고, 가압수단을 작동시켜 세포액이 제2 노즐을 통하여 환부(11)에 직접 분사될 수 있다.
또한 상기 제2 분사유닛은 서로 다른 세포액을 분사하도록 복수개가 구비될 수 있다.
예를 들어, 피부조직은 크게 표피와 진피, 그리고 그 하부에 피하조직으로 구분되는데, 환부(11)의 위치나 깊이 등에 따른 손상 여부에 따라 요구되는 세포액의 수량이 달라진다.
즉, 환부(11)의 결손 정도에 따라, 세포액의 수가 결정되면, 그에 대응하여 제2 분사유닛의 수량은 변경될 수 있다.
또한 상기 바이오잉크(BI) 역시 제작되는 인공조직의 위치나 종류에 따라 다양한 특성의 재료들이 적용될 수 있으며, 이에 대해 특별히 제한하지는 않는다.
상기 분사유닛 이송부(140)는 형상감지부(120)로부터 획득된 환부(11)의 형상정보를 바탕으로, 설정된 이송경로를 따라 분사유닛(130)을 이송시킨다.
즉, 형상감지부(120)를 통하여 획득된 형상정보 즉, 환부(11)의 결손부분에 상응하는 형상으로 모델링된 형상정보가 획득되면, 분사유닛(130)의 이송경로를 생성 및 설정할 수 있다.
설정되는 이송경로로는, 예를 들어, 환부(11) 상에서 분사목표지점(TS)으로 바이오잉크(BI)를 분사하여 점(Spot) 또는 선(Line) 형상을 패터닝하게 되는데, 분사유닛(130)의 노즐(131)을 가로(X축) 또는 세로(Y축) 방향으로 수평 이송시키며 점(Spot) 또는 선(Line) 형상의 패턴을 모아 2차원의 평면 패턴을 먼저 형성하고, 이어서 분사유닛(130)의 노즐(131)을 높이(Z축) 방향으로 이송시킨 후, 다시 2차원의 평면 패턴을 쌓아 올리는 적층과정을 거치면서 필요로 하는 3차원 구조물을 형성할 수 있다.
즉, 분사유닛(130)의 이송경로는 바이오잉크(BI)가 분사되는 최초 분사시점에서 환부(11)의 결손부위가 바이오잉크(BI)로 완전히 채워지는 분사종점까지 연속하는 노즐(131)의 이송경로가 설정될 수 있고, 이때 분사시점에서 분사종점까지 이송 중인 노즐(131)은 환부(11) 내에 위치하는 분사목표지점(TS)으로부터 일정한 높이를 유지하도록 설정된다.
상기 노즐(131)과 분사목표지점(TS)까지의 거리(D)는 사용되는 바이오잉크(BI)의 종류에 따라 달리 설정될 수 있다. 예를 들어, 생체재료를 분사하는 제1 분사유닛의 제1 노즐과 세포액을 분사하는 제2 분사유닛의 제2 노즐의 높이는 서로 다르게 설정될 수 있다.
상기 분사유닛 이송부(140)는 스테이지(110)와 나란한 수평 방향으로 분사유닛(130)을 이송시키는 수평이송부와, 스테이지(110)를 향하여 분사유닛(130)을 근접시키거나 이격시키는 수직이송부를 포함할 수 있다.
결국 분사유닛(130)의 출력단에 마련되는 노즐(131)은, 수평이송부를 통하여 스테이지(110)와 나란한 가로(X축) 또는 세로(Y축) 방향으로 수평 이송되고, 수직이송부를 통하여 스테이지(110)의 높이(Z축) 방향으로 수직 이송된다.
분사유닛 이송부(140)로는 리니어 모터, 회전 모터와 볼스크류를 조합한 구조 등 일반적인 직선이송 구조체가 적용될 수 있고, 이러한 직선이송 구조체의 구성은 통상의 기술자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.
스테이지(110) 놓인 동물이나 환자는 호흡으로 인하여 환부(11) 영역에서 상하 높이 방향으로 변위가 발생되고, 이는 노즐(131)에서 토출된 바이오잉크(BI)가 도달하는 분사목표지점(TS)의 변위를 발생시킨다.
동물이나 환자의 호흡으로 인하여 분사목표지점(TS)에서 발생되는 변위는 스테이지(110)를 기준으로 높이(Z축) 방향의 변위일 수 있다.
예를 들어, 도 2 (a)를 참조하면 숨을 내실 경우에는 분사목표지점(TS)의 위치가 상대적으로 하강하게 되고, 도 2 (b)를 참조하면 숨을 들어 마실 경우에는 분사목표지점(TS)의 위치가 상대적으로 상승(h1<h2)하게 된다.
이와 같이 호흡에 따른 환부(11)의 높이(Z축) 방향의 변위를 고려하지 않고, 앞서 미리 설정된 이송경로만을 따라 분사유닛(130)을 이송시키면서 바이오잉크(BI)를 분사하게 되면, 높이 방향을 따라 분사목표지점(TS)과 노즐(131) 사이의 거리가 변화되기 때문에, 노즐(131)에서 토출된 바이오잉크(BI)가 분사목표지점(TS)에 정확하게 분사되지 못하는 문제가 발생된다.
만약 분사목표지점(TS)과 노즐(131) 사이의 거리(D)가 좁아지면, 분사목표지점(TS) 보다 작은 크기의 인공조직 패턴이 형성될 수 있고, 분사목표지점(TS)과 노즐(131) 사이의 거리(D)가 커지면, 바이오잉크(BI)가 확산되어 분사목표지점(TS) 보다 큰 크기의 인공조직 패턴이 형성될 수 있다.
나아가 분사목표지점(TS)과 노즐(131) 사이의 거리(D)가 좁아지거나 커지면, 인공조직의 균일하지 못한 형성 조건으로 인하여, 인공조직의 재생 과정에서 품질이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
이를 해소하기 위한 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치는 동물이나 환자의 호흡으로 인한 분사목표지점(TS)의 변위를 실시간으로 감지하고, 이를 기반으로 노즐(131)을 이송시켜 분사목표지점(TS)과 노즐(131) 사이의 거리(D)를 항상 일정하게 유지할 수 있다.
상기 변위감지부(150)는 분사유닛(130)을 통하여 환부(11)에 바이오잉크(BI)를 분사하는 중, 노즐(131)이 향하는 분사목표지점(TS)의 변위를 감지한다.
상기 분사목표지점(TS)은 노즐(131)을 통하여 토출되는 바이오잉크(BI)가 도달하는 지점을 의미하며, 이는 수십 마이크로미터 내지 수 밀리미터 영역을 가질 수 있다.
상기 변위감지부(150)는 분사목표지점(TS)을 포함하는 감지영역을 가질 수 있으며, 이러한 변위감지부(150)로는 레이저(L) 변위센서가 적용될 수 있다.
상기 변위감지부(150)는 분사유닛 이송부(140)의 수직이송부 상에 배치될 수 있고, 노즐(131) 상에 배치될 수도 있다.
상기 노즐 이송부(160)는 변위감지부(150)로부터 획득된 분사목표지점(TS)의 변위에 대한 변위정보를 바탕으로, 분사목표지점(TS)과 노즐(131) 사이의 거리(D)가 항상 일정하게 유지되도록 노즐(131)을 이송시킨다.
상기 노즐 이송부(160)는 전술한 분사유닛 이송부(140) 상에 배치되는 것으로, 분사유닛 이송부(140)의 수직이송부 상에서 상기 수직이송부와 나란하게, 스테이지(110)의 높이(Z축) 방향으로 노즐(131)을 이송시킬 수 있다.
노즐 이송부(160)로는 리니어 모터, 회전 모터와 볼스크류를 조합한 구조 등 일반적인 직선이송 구조체가 이용될 수 있고, 이러한 직선이송 구조체의 구성은 통상의 기술자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명에 따른 바이오 프린팅 방법에 대하여 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 바이오 프린팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 바이오 프린팅 방법은, 환부형상 감지단계(S110), 분사경로 생성단계(S120), 인공조직 프린팅단계(S130)를 포함한다.
상기 환부형상 감지단계(S110)는 스테이지(110)에 준비된 신체(10) 일부분에 존재하는 환부(11)의 형상을 감지하는 단계이다.
즉, 상기 형상감지부(120)를 이용하여 음각 형태인 환부(11)의 결손부분에 상응하는 3차원 형상의 모델링된 형상정보를 생성하여 모델링할 수 있다.
상기 분사경로 생성단계(S120)는 환부형상 감지단계(S110)에서 획득된 환부(11)의 형상정보를 바탕으로, 분사유닛(130)의 이송경로를 생성 및 설정한다.
이렇게 설정된 이송경로는 환부(11)를 향해 바이오잉크(BI)가 분사되는 최초 분사시점에서 환부(11)의 결손부위가 바이오잉크(BI)로 완전히 채워지는 분사종점까지 연속되는 노즐(131)의 이송경로가 설정된다.
이때 상기 분사시점에서 상기 분사종점까지 이송 중인 노즐(131)은 형상감지부(120)를 통하여 획득된 형상정보를 바탕으로 환부(11) 내에 위치하는 분사목표지점(TS)으로부터 일정한 거리(D)를 유지하도록 설정된다.
상기 노즐(131)과 분사목표지점(TS)까지의 거리(D)는, 환부(11)의 결손 정도에 따라 사용되는 바이오잉크(BI)의 종류에 따라 달리 설정될 수 있다.
상기 인공조직 프린팅단계(S130)는 분사경로 생성단계(S120)에서 설정된 이송경로를 따라 분사유닛(130)의 노즐(131)을 이송시키며, 환부(11)에 바이오잉크(BI)를 분사하여 인공조직을 형성하는 단계이다.
즉, 분사유닛 이송부(140)를 작동시켜 분사유닛(130)의 노즐(131)을 가로(X축) 또는 세로(Y축) 방향으로 수평 이송시키거나, 높이(Z축) 방향으로 수직 이송시키며, 설정된 이송경로를 따라 분사유닛(130)의 노즐(131)을 이송시킨다.
이와 동시에 분사유닛(130)을 작동시켜 환부(11)를 향하여 바이오잉크(BI)를 분사한다.
이렇게 환부(11)를 향해 바이오잉크(BI)를 분사하는 중, 본 발명에 따른 바이오 프린팅 방법은 호흡으로 인한 환부(11)의 변위를 고려하여, 미리 설정된 분사유닛(130)의 이송경로를 보상하는 과정을 포함한다.
즉, 상기 인공조직 프린팅단계(S130)는 환부변위 감지단계(S131) 및 분사경로 보정단계(S132)를 포함할 수 있다.
상기 환부변위 감지단계(S131)는 환자의 호흡으로 인하여 노즐(131)이 향하는 분사목표지점(TS)의 변위를 감지하는 단계이다.
즉, 변위감지부(150)를 이용하여 노즐(131)로부터 토출되는 바이오잉크(BI)가 도달하는 분사목표지점(TS)의 변위를 실시간 감지한다. 예를 들어, 환자의 호흡 시 분사목표지점(TS)이 높이 방향으로 얼마나 상승 또는 하강하는지에 대한 변위 값을 측정하고, 그에 따른 변위정보를 생성한다.
상기 분사경로 보정단계(S132)는 환부변위 감지단계(S131)에서 획득된 분사목표지점(TS)의 변위에 대한 변위정보를 바탕으로, 분사목표지점(TS)과 노즐(131) 사이의 거리(D)가 일정하게 유지되도록 보정하는 단계이다.
즉, 노즐 이송부(160)를 작동시켜 분사목표지점(TS)을 향해 분사유닛(130)의 노즐(131)을 근접시키거나 이격시키며, 앞서 분사경로 생성단계(S120)에서 생성되었던 분사목표지점(TS)과 노즐(131) 사이의 설정 거리(D)가 일정하게 유지되도록 보정시킨다.
이상의 과정을 거치면서 환부(11)의 결손부분을 바이오잉크(BI)로 완전히 커버하는 것으로, 환부(11) 치료를 완료할 수 있다.
이렇게 바이오 프린팅 완료 후 일정 시간이 경과되면, 바이오잉크(BI)에 포함된 세포들은 대부분의 조직이나 장기의 경우 신생 혈관이 형성될 때까지는 체액의 확산에 의해 산소와 영양분을 공급받다가 생체 내의 혈관이 들어와 혈액 공급이 이루어지면서 세포들이 증식 분화하여 새로운 조직을 형성하고, 생체재료는 그동안 분해되어 사라지게 된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치 및 방법은 동물이나 환자의 환부(11)를 향해 바이오잉크(BI)를 직접 프린팅하는 과정에서, 호흡에 따른 환부(11)의 변위를 실시간으로 감지 및 피드백하여, 분사목표지점(TS)과 상기 분사목표지점(TS)을 향하는 노즐(131) 사이의 거리(D)를 항상 일정하게 유지함으로써, 프린팅 위치선정의 정확도를 향상시킬 수 있고, 이를 통하여 환부(11)에 채워지는 인공조직의 품질을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 바이오 프린팅 장치 및 방법은 환부를 스캐닝하여 3차원 모델의 형상정보를 생성한 다음, 프린팅 과정에서 바이오잉크(BI)의 전달 위치를 실시간으로 보정하여 줌으로써, 전체 프린팅 공정속도를 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
11: 환부
110: 스테이지
120: 형상감지부
130: 분사유닛
131: 노즐
140: 분사유닛 이송부
150: 변위감지부
160: 노즐 이송부

Claims (4)

  1. 신체 일부분에 존재하는 환부의 형상을 감지하는 형상감지부;
    상기 환부를 향해 바이오잉크를 분사하는 노즐이 마련되는 분사유닛;
    상기 형상감지부로부터 획득된 상기 환부의 형상정보를 바탕으로, 설정된 이송경로를 따라 상기 분사유닛을 수평 또는 높이 방향으로 이송시키는 분사유닛 이송부;
    상기 분사유닛을 통하여 상기 환부에 바이오잉크를 분사하는 중, 환자의 호흡으로 인한 상기 노즐이 향하는 분사목표지점의 변위를 감지하는 변위감지부; 및
    상기 변위감지부로부터 획득된 상기 분사목표지점의 변위에 대한 변위정보를 바탕으로, 상기 분사목표지점과 상기 노즐 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 상기 노즐을 이송시키는 노즐 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 프린팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분사목표지점의 변위는, 상기 분사목표지점의 높이 방향 변위이고,
    상기 노즐 이송부는, 상기 분사목표지점을 향하여 상기 노즐을 근접시키거나 이격시키며, 상기 분사목표지점과 상기 노즐 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 바이오 프린팅 장치.
  3. 신체 일부분에 존재하는 환부의 형상을 감지하는 환부형상 감지단계;
    상기 환부형상 감지단계에서 획득된 상기 환부의 형상정보를 바탕으로, 바이오잉크를 분사하는 노즐이 마련된 분사유닛의 이송경로를 설정하는 분사경로 생성단계; 및
    상기 분사경로 생성단계에서 설정된 이송경로를 따라 상기 분사유닛을 이송시키며, 상기 환부에 바이오잉크를 분사하여 인공조직을 형성하는 인공조직 프린팅단계;를 포함하고,
    상기 인공조직 프린팅단계는,
    환자의 호흡으로 인한 상기 노즐이 향하는 분사목표지점의 변위를 감지하는 환부변위 감지단계; 및
    상기 환부변위 감지단계에서 획득된 상기 분사목표지점의 변위에 대한 변위정보를 바탕으로, 상기 분사목표지점과 상기 노즐 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 상기 노즐의 이송경로를 보정하는 분사경로 보정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 프린팅 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분사경로 보정단계는,
    상기 분사목표지점의 변위와 나란하게 상기 분사목표지점을 향해 상기 노즐을 근접시키거나 이격시키며, 상기 분사목표지점과 상기 노즐 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 바이오 프린팅 방법.
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