KR20220021048A - 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 - Google Patents
마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220021048A KR20220021048A KR1020200100903A KR20200100903A KR20220021048A KR 20220021048 A KR20220021048 A KR 20220021048A KR 1020200100903 A KR1020200100903 A KR 1020200100903A KR 20200100903 A KR20200100903 A KR 20200100903A KR 20220021048 A KR20220021048 A KR 20220021048A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- bioprinting
- bio
- printing
- guar gum
- ink composition
- Prior art date
Links
- 238000007639 printing Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 229920002907 Guar gum Polymers 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000665 guar gum Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 235000010417 guar gum Nutrition 0.000 title claims abstract description 24
- 229960002154 guar gum Drugs 0.000 title claims abstract description 24
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 title claims abstract description 12
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000012620 biological material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 18
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 claims description 18
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 18
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 7
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 7
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 33
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 21
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 19
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 14
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 10
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 8
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 8
- 239000000783 alginic acid Substances 0.000 description 6
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 6
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 6
- 229960001126 alginic acid Drugs 0.000 description 6
- 150000004781 alginic acids Chemical class 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000002473 artificial blood Substances 0.000 description 2
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000249 biocompatible polymer Polymers 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003937 drug carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000033667 organ regeneration Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
- B29C64/112—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
- A61L27/20—Polysaccharides
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
- B29C64/205—Means for applying layers
- B29C64/209—Heads; Nozzles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
- B29C64/314—Preparation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
- B29C64/321—Feeding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D11/00—Inks
- C09D11/02—Printing inks
- C09D11/14—Printing inks based on carbohydrates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2001/00—Use of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives, e.g. viscose, as moulding material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2995/00—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
- B29K2995/0037—Other properties
- B29K2995/0056—Biocompatible, e.g. biopolymers or bioelastomers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2031/00—Other particular articles
- B29L2031/753—Medical equipment; Accessories therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3D 프린팅 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물은 인쇄 적합성이 우수하고, 원하는 모양으로 인쇄가 용이하며, 빠른 가교결합의 형성 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 나타내며, 우수한 생체적합성 및 생체친화성으로 인해 생체 소재, 약물전달체 및 조직공학용 지지체로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3D 프린팅 방법에 관한 것이다.
3D 프린팅 기술이 점차 발전함에 따라 좀 더 정밀하고 세밀한 3D 형상을 제조할 수 있게 되면서, 이를 의료·바이오 분야에 접목시켜 의료기기 부품이나 실제 인간의 조직을 거의 그대로 모방한 미세 및 거대 조직 구조체인 인체모형, 피부조직 및 신체 장기 재생을 제조하는데 활용되고 있다.
초반에는 고체 필라멘트를 녹여서 한층 한층 적층시키면서 3D 프린팅하는 방식인 FDM 기술에 열가소성 생체적합 고분자를 적용하여 조직공학용 인공지지체를 제조하였으나, 최근에는 조직공학용 지지체 이외에도 수술시뮬레이션 및 수술 임플란트 제작, 개인별 맞춤형 보형물 제작, 인공 혈관, 인공 장기 등 의학·바이오 분야에서 다양하게 적용될 수 있도록 연구개발이 진행되고 있다.
특히, 조직공학용 지지체는 구성재료의 선택과 구조제어 기술이 매우 중요하다. 즉, 지지체는 자가복구기능을 통해 손실된 조직을 재생시키기 위하여 조직과 조직을 이어주는 다리와 같은 역할을 하며, 이를 위하여 조직재생이 원활이 이루어지도록 세포친화성이 뛰어나야 한다. 또한, 세포가 3차원적으로 성장할 수 있도록 영양분 및 배설물 등의 교환이 잘 이루어질 수 있도록 일정한 크기 영역에서 3차원적으로 연결되어 있는 기공구조를 가져야 하며, 조직의 재생속도에 맞추어 분해되어 없어지는 생분해성과 조직이 재생되는 동안 형태를 유지시켜줄 수 있는 기계적 강도를 가져야하며, 생체안정성 또한 뛰어나야 한다. 특히, 뼈와 치아와 같은 경조직 재생에 있어서는 재생부위에 따른 기계적 물성확보가 중요하다.
따라서, 이러한 조직공학용 지지체 뿐만 아니라 나아가서는 수술시뮬레이션 및 수술 임플란트 제작, 개인별 맞춤형 보형물 제작, 인공 혈관, 인공 장기 등의 바이오 구조체를 제조할 수 있는 재료인 바이오 잉크는 앞서 언급한 조건을 만족하기에는 아직까지 많은 한계점을 나타내고 있다.
3D 바이오 프린팅에 사용되기 위해 요구되는 바이오 잉크의 특성으로는 먼저, 우수한 생체적합성이 요구되고, 노즐을 통하여 프린팅되는 3D 프린터를 사용시 미세구경의 디스펜싱 노즐(dispensing nozzle)을 원활히 통과하여 원하는 패턴으로 프린팅 될 수 있는 물리적 성질을 가져야 한다. 또한, 3D 프린팅 후 세포-특이적 신호를 제공하면서 기계적인 지지체 역할을 유지할 수 있어야 한다.
이에 본 발명자들은 MFC 및 구아검을 포함하는 바이오 잉크 조성물로 3D 프린팅하여 가교결합하는 경우, 인쇄 적합성이 우수하고, 원하는 모양으로 인쇄가 용이하며, 빠른 가교결합의 형성 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 나타내며, 생체적합성 및 생체친화성을 띄어 생체소재, 약물전달체 및 조직공학용 지지체료 유용한 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 3D 바이오 프린팅 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 3D 바이오 프린팅 방법에 따라 제조된 3D 생체 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 약물 전달체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 조직공학용 지지체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물; 및
상기 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 경화시키는 가교제; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅용 키트를 제공하는 것이다.
상기 목적을 해결하기 위하여,
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스(Microfibrillated Cellulose) 및 구아검(Guar Gum)을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터에 충전하고, 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅하는 단계(단계1); 및
상기 단계 1의 3D 구조체를 가교제를 사용하여 경화시키는 단계(단계 2); 를 포함하는 3D 바이오 프린팅 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 3D 바이오 프린팅 방법에 따라 제조된 3D 생체 소재를 제공한다.
나아가 본 발명은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 약물 전달체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 조직공학용 지지체를 제공한다.
나아가 본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물; 및
상기 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 경화시키는 가교제; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅용 키트를 제공한다.
본 발명에 따른 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물은 인쇄 적합성이 우수하고, 원하는 모양으로 인쇄가 용이하며, 빠른 가교결합의 형성 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 나타내며, 우수한 생체적합성 및 생체친화성으로 인해 생체 소재, 약물전달체 및 조직공학용 지지체로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용한 3D 구조체의 진폭 스윕 테스트 결과이다.
도 2는 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용한 3D 구조체의 시간 스윕 테스트 결과이다.
도 3은 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용한 3D 구조체의 주파수 스윕 테스트 결과이다.
도 4는 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용한 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 5는 충전 밀도에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 6은 인쇄 속도에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 7은 노즐 직경에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 8은 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용한 다양한 모양의 3D 구조체 인쇄 결과이다.
도 2는 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용한 3D 구조체의 시간 스윕 테스트 결과이다.
도 3은 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용한 3D 구조체의 주파수 스윕 테스트 결과이다.
도 4는 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용한 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 5는 충전 밀도에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 6은 인쇄 속도에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 7은 노즐 직경에 따른 3D 구조체의 치수 오차를 확인한 결과이다.
도 8은 본 발명의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용한 다양한 모양의 3D 구조체 인쇄 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
3D 바이오 프린팅 방법
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스(Microfibrillated Cellulose) 및 구아검(Guar Gum)을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터에 충전하고, 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅하는 단계(단계1); 및
상기 단계 1의 3D 구조체를 가교제를 사용하여 경화시키는 단계(단계 2); 를 포함하는 3D 바이오 프린팅 방법을 제공한다.
본 발명의 3D 바이오 프린팅 방법에 있어서, 상기 단계 1은 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.47 내지 1.43 중량부 및 구아검 2.3 내지 7.2 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.7 내지 1.2 중량부 및 구아검 3.5 내지 4.8 중량부 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 조성의 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 사용할 경우, 강한 전단 감소 경향을 지니고, 높은 점성을 지니며, 치수 오차가 적어 3D 프린팅이 용이한 장점이 있다.
본 발명의 3D 바이오 프린팅 방법에 있어서, 상기 단계 2는 0.05 내지 1M 농도의 가교제에 상기 단계 2의 3D 구조체를 20 내지 60분간 침지하여 경화시킬 수 있으며, 바람직하게 0.07 내지 0.5M 농도의 가교제에 상기 단계 2의 3D 구조체를 25 내지 50분간 침지하여 경화시킬 수 있으며, 보다 바람직하게 30분 이상 침지하여 경화시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가교제는 붕사(borax)를 사용할 수 있으며, 가교제로 붕사를 사용할 경우, 경화시간이 단축되고, 3D 구조체의 강도가 증가하는 장점이 있다.
본 발명의 3D 바이오 프린팅 방법에 있어서, 상기 단계 1은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 충전밀도 40 내지 60%, 충전속도 5 내지 12mm/s 및 노즐직경 0.6 내지 1.5mm의 조건으로 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅할 수 있으며, 바람직하게 충전밀도 45 내지 55%, 충전속도 8 내지 11mm/s 및 노즐직경 0.6 내지 1.0mm의 조건으로 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅할 수 있다.
3D 생체 소재
본 발명은 상기 3D 바이오 프린팅 방법에 따라 제조된 3D 생체 소재를 제공한다.
약물 전달체
본 발명은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 약물 전달체를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 3D 생체 소재에 약물을 주입시켜 체내에 안정적으로 전달하는 용도로 사용될 수 있다.
조직공학용 지지체
본 발명은 상기 3D 생체 소재를 포함하는 조직공학용 지지체를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 3D 생체 소재를 생체 조직의 형태로 만들어 이식함으로써 신체의 기능을 유지, 향상 또는 복원하는 것을 목적으로 하는 조직 공학(tissue engineering) 분야에서 사용될 수 있는 모든 지지체를 포함하는 의미로 조직공학용 지지체로 사용될 수 있다.
3D 바이오 프린팅용 키트
본 발명은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물; 및
상기 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 경화시키는 가교제; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅용 키트를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 3D 바이오 프린팅용 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.47 내지 1.43 중량부 및 구아검 2.3 내지 7.2 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.7 내지 1.2 중량부 및 구아검 3.5 내지 4.8 중량부 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가교제는 붕사(borax)를 사용할 수 있으며, 0.05 내지 1M 농도의 가교제에 20 내지 60분간 침지하여 경화시킬 수 있으며, 바람직하게 0.07 내지 0.5M 농도의 가교제에 25 내지 50분간 침지하여 경화시킬 수 있으며, 보다 바람직하게 30분 이상 침지하여 경화시킬 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물의 제조 및 3D 프린팅
<1-1> 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물의 제조
3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 제조하기 위하여 마이크로피브릴화 셀룰로오스(microfibrillated cellulose; MFC)가 1% 되도록 10g의 마이크로피브릴화 셀룰로오스와 990㎖의 증류수를 넣은 다음 32,000rpm에서 120분 이상 블렌딩하였다. 그 후, 구아 검(Guar gum; GG)을 각각 1, 3, 5, 7%를 첨가하여 혼합한 뒤, 호모게나이저로 8,000 rpm에서 2분씩 3번 수행하였다. 주사기에 샘플을 넣은 뒤 90 ℃에서 20분간 워터배스에 넣은 뒤, 냉장보관 하였고, 사용하기 1시간 전에 꺼내 실온에 놔둔 뒤 실험을 진행하였다.
| 구분 | MFC (중량%) |
구아검 (중량%) |
| 실시예 1-1-1 | 1 | 1 |
| 실시예 1-1-2 | 1 | 3 |
| 실시예 1-1-3 | 1 | 5 |
| 실시예 1-1-4 | 1 | 7 |
<1-2> 3D 바이오 프린팅
상기 실시예 1에서 제조한 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 하기 표 2의 3D 프린팅 조건으로 주사기(10㎖) 압출 모드가 장착된 3D-바이오 프린터(Invivo, Rokit healthcare, Korea)를 사용하여, 3D 구조체를 프린팅하였다. 보다 구체적으로, 노즐의 직경은 800 μm, 3D 물체의 밀도는 50%, 프린팅 속도는 첫 레이어 5mm/s, 그 외의 레이어 5mm/s, layer height는 400 μm, 프린팅 온도는 30 ℃로 맞추어 실험을 진행하였다.
| 프린팅 매개변수 | 값 |
| 노즐 직경(nozzle diameter) | 800μm |
| 충전밀도(infill density) | 50% |
| 충전타입(infill type) | Line |
| 프린팅 속도(printing speed) | First layer : 5mm/s |
| infill : 5mm/s | |
| 층 높이(layer height)) | 400μm |
| 프린팅 온도(printing temperature) | 30℃ |
<1-3> 가교결합
상기 실시예 1-2에서 3D 바이오 프린팅하여 제조한 3D 구조체를 0.1M의 붕사(borax, Sigma-Aldrich, USA) 현탁액에 30분간 가교결합을 진행하여 경화시켰다.
<실험예 1> 유변물성 확인
상기 실시예 1-2에서 제조한 3D 구조체의 유변물성 확인 실험은 다음과 같은 조건에서 진행하였다. 샘플의 동적 점탄성은 25mm 직경의 사포 평행 플레이트 (PP25 / S) 형상 및 1mm의 갭으로 작동하는 control-stress rheometer (AR2000, TA 기기)를 사용하여 관찰하였다. 약 1.5㎖의 샘플을 평행판에 로딩한 후, 잔류힘을 제거하기 위해, 모든 샘플을 10 분 동안 정치시켰다.
<1-1> 진폭 스윕 테스트(Amplitude sweep test)
동적 점탄성 측정은 Stress sweep mode를 사용하여, 0.01-100Pa 범위의 선형 비스커스(linear viscous) 영역에서 10 rad/s의 속도로 선형 영역을 수득하고 측정하였다.
그 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 입력 응력(input stress)에 의해 파괴되지 않고 특성을 유지하는 것을 확인하였으며, G’및 G”값의 평탄영역(plateau region)은 0.01 내지 10Pa의 범위에서 관찰되었다. 따라서, 후속의 진동 테스트(oscillatory test)는 0.4Pa에서 수행하였다.
<1-2> 시간 스윕 테스트(Time sweep test)
측정동안 샘플이 증발하는지 확인하기 위해 시간 스윕 테스트를 수행하였다. 시간 스윕 테스트는 저장 모듈러스 (G’) 및 손실 모듈러스(G”)의 변화는 10분에 걸쳐 10rad/s의 속도로 측정되었다.
그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 초기 지점 0.14 초에서 57.01Pa의 G’, 12.27Pa의 G”는 512.9초의 진동 후에 11.41Pa의 59.41Pa의 G’, 11.41Pa의 G”로 거의 유지되었다. 따라서, 10%의 허용범위 내의 값으로 인해 증발에 따른 구조적 재배열이 없는 것으로 확인되었다.
<1-3> 주파수 스윕 테스트(Frequency sweep test)
진폭 테스트에 나타난 선형 영역에서 Pa에서 측정된 신호를 유지하기 위해 주파수 스윕 테스트가 수행되었다. 저장 모듈러스, 손실 모듈러스 및 복합 점도는 0.1-100rad/s의 범위에서 측정되었다.
그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 진동이 증가함에 따라 MFC의 복합 점도는 지속적으로 감소하여 MFC가 비 뉴턴 운동, 전단 박화 및 유사 소성 거동을 나타냈다. 구아검의 양이 증가함에 따라 모든 응력 범위에서 점도가 0.1rad/s에서 100rad/s로 감소하였다. 또한, G”/G’로 정의되는 탄젠트 델타를 보게 되면 3% 구아검을 첨가하는 실시예 1-1-2 부터 주파수에 따라 감소하는 영향을 보이는데 이는 겔형 구조를 가질 수 있다는 것을 의미한다.
<실험예 2> 3D 바이오 프린팅 결과 확인
상기 실시예 1-1에서 제조한 바이오 잉크 조성물을 이용하여, 3D 프린팅으로 2D 물체를 뽑아, 확인한 결과, 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-1-1은 액체의 성질이 띄는 것을 볼 수 있다. 또한 길이를 재었을 때 서로 붙어있으려는 성질이 강하다보니 원했던 총 길이 보다는 작게 프린팅 된 것을 볼 수 있었다. 또한 실시예 1-1-2와 실시예 1-1-3의 경우는 설정했던 모양과 비슷하면서 길이와 폭도 비슷하게 나온 것을 볼 수 있었고, 실시예 1-1-4의 경우는 이 잉크의 점탄성이 높아 3D 프린팅으로 모양이 나오지 않는 것을 확인하였다. 또한, 상기 실시예 1-1-2 내지 1-1-4의 바이오 잉크 조성물을 사용하여 3D 물체를 뽑아, 치수 오차를 확인한 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-1-3이 가장 치수 오차가 적어 이후 실험에 사용하였다.
| Designed shape | 실시예 1-1-1 | 실시예 1-1-2 | 실시예 1-1-3 | 실시예 1-1-4 | |
 |
 |
 |
 |
 |
|
| Width (cm) | 3.2 | 3.11±0.011)b2) | 3.21±0.01a | 3.21±0.01a | N.E.3) |
| Length (cm) | 0.6 | 0.57±0.04a | 0.61±0.03a | 0.58±0.01a | N.E. |
| 1) Data are expressed as mean±standard deviation (n=3) 2) a-b means with different letters with in a same row are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test 3) N.E. : Not extruded |
|||||
<실험예 3> 프린팅 조건 테스트
압출 형태에 대한 프린팅 효과를 평가하기 위해, 3D 큐브 테스트(1.6cm×1.6cm×1.0cm)를 사용하여 샘플 밀도, 인쇄 속도 및 노즐 직경에 대한 실험을 수행 하였다. 길이, 너비 및 높이는 버니어 캘리퍼(PITA20, Kanon, Japan)로 분류되고 부피 치수 오차로 표시되었다.
<3-1> 충전 밀도
30, 40, 50 및 60%에서 충전 밀도 차이를 확인하기 위해 테스트를 수행하였다. 다른 조건은 상기 표 2의 조건과 동일하게 수행하였다.
그 결과, 표 4에 나타낸 바와 같이, 폭과 길이는 충전 밀도에 크게 영향을 받지 않았다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 30%의 충전 밀도에서 제품의 오차는 설계된 형상과 비교하여 약 20%였으며, 충전 밀도를 30%에서 50%로 증가시키면 제품의 정확도가 약 70%에서 90%로 증가하였다. 충전 밀도의 증가는 폭과 길이 모두 더 큰 편차를 나타내었다. 따라서, 부피 및 치수 오차를 고려하면 50%의 충전 밀도가 가장 적합한 것을 확인하였다.
| Infill density (%) | Designed shape | 30 | 40 | 50 | 60 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
| Width (cm) | 1.6 | 1.45±0.041) | 1.42±0.00 | 1.56±0.01 | 1.73±0.01 |
| Length (cm) | 1.6 | 1.51±0.03 | 1.49±0.02 | 1.48±0.02 | 1.73±0.00 |
| Height (cm) | 1.0 | 0.80±0.05 | 0.96±0.02 | 0.99±0.01 | 0.96±0.00 |
| Volume (cm3) | 2.56 | 1.79±0.01d2) | 2.02±0.03c | 2.33±0.02b | 2.85±0.03a |
| 1) Data are expressed as mean±standard deviation (n=3) 2) a-d means with different letters with in a same row are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test |
|||||
<3-2> 인쇄 속도
1, 5 및 10mm/s의 인쇄 속도에 따른 모양 차이를 확인하기 위해 실험을 수행하였다. 속도가 특정 값을 초과하면 모터가 손상될 수 있으므로 최대 10mm/s의 속도로 수행하였다. 다른 조건은 상기 표 2의 조건과 동일하게 수행하였다.
그 결과, 하기 표 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 폭, 길이, 높이 및 부피는 인쇄 속도에 따른 차이가 없는 것을 확인하였다. 따라서 효율성을 고려하여 가장 빠른 10mm/s의 인쇄 속도를 선택하였다.
| Printing speed (mm/s) | Designed shape | 1 | 5 | 10 |
 |
 |
 |
 |
|
| Width (cm) | 1.6 | 1.50±0.021) | 1.56±0.01 | 1.60±0.03 |
| Length (cm) | 1.6 | 1.54±0.01 | 1.48±0.02 | 1.55±0.03 |
| Height (cm) | 1.0 | 0.98±0.01 | 0.99±0.01 | 0.96±0.01 |
| Volume (cm3) | 2.56 | 2.25±0.03b2) | 2.33±0.02a | 2.39±0.02a |
| 1) Data are expressed as mean±standard deviation (n=3) 2) a-b means with different letters with in a same row are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test |
||||
<3-3> 노즐 직경
0.4, 0.8, 1.0 및 1.5mm 노즐 직경 차이에 따른 효과를 확인하였다. 다른 조건은 상기 표 2의 조건과 동일하게 수행하였다.
그 결과, 하기 표 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 노즐 직경 0.8, 1.0 및 1.5mm에서 인쇄된 제품은 큰 차이를 보이지 않았으나, 0.4mm 노즐에서 인쇄된 제품의 경우 치수오차가 큰 것을 확인하였다. 또한, 0.8mm의 노즐 직경에서 인쇄할 경우 치수 오차가 가장 적은 것을 확인하였다.
| Nozzle diameter (mm) | Designed shape | 0.4 | 0.8 | 1.0 | 1.5 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
 |
 |
 |
|
| Width (cm) | 1.6 | 1.83±0.021) | 1.56±0.01 | 1.66±0.02 | 1.51±0.04 |
| Length (cm) | 1.6 | 1.81±0.03 | 1.48±0.02 | 1.65±0.01 | 1.52±0.03 |
| Height (cm) | 1.0 | 1.00±0.01 | 0.99±0.01 | 1.02±0.02 | 1.04±0.02 |
| Volume (cm3) | 2.56 | 3.28±0.08a2) | 2.33±0.02b | 2.34±0.02b | 2.50±0.05b |
| 1) Data are expressed as mean±standard deviation (n=3) 2) a-b means with different letters with in a same row are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test |
|||||
<실험예 4> 텍스쳐 특성 확인
상기 실시예 1-2의 방법으로 제조한 3D 구조체를 붕사에 0분, 15분, 30분, 45분 및 60분간 침지하여 가교결합 하였다. 그 후, 텍스처 분석기(실제 사용 기기 이름)를 이용하여 TPA(Texture Profile Analysis)를 구하였다. 구한 TPA 곡선으로부터 강도(Hardness), 점착성(Adhesiveness), 탄력성(Springness) 및 응집성(Cohesiveness)의 특성치를 비교하였다.
강도(Hardness)는 주어진 강도에서 시편을 수축시키는데 필요한 최대 힘으로 정의되며, 텍스처 프로파일 분석 (TPA)을 측정 할 때, 물리적 특성을 나타내는 대표적인 값으로 강도(Hardness)가 일반적으로 사용된다. 점착성(Adhesiveness)은 샘플에 점성이 있는 경우 샘플이 프로브에 달라붙고 초기 수축 과정에서 프로브가 수축하여 프로브가 아래쪽으로 이동하는 것을 의미한다. 탄력성(Springness)은 샘플이 형성된 후 샘플이 원래 모양으로 돌아갈 수 있는 능력을 나타내며, 응집성(Cohesiveness)은 샘플 부분의 점착성 및 응집력의 지표로서 사용될 수 있다(J Hurler et al., 2012, KS Sandhu et al., 2010).
그 결과, 하기 표 7에 나타낸 바와 같이, 붕사(borax)로 가교결합하는 경우, 강도가 높아지는 것을 확인하였으며, 특히 붕사로 30분 및 45분간 침지하여 가교결합하는 경우, 가장 높은 강도를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 붕사로 15분 또는 60분간 침지하여 가교결합하는 경우, 30분 또는 45분에 비해 강도가 떨어지는 것을 확인하였으며, 따라서, 30분간 가교결합하는 것이 가장 바람직한 것을 확인하였다.
| 시간 | 강도(N) | 점착성(mJ) | 탄력성(N) | 응집성(N) |
| 0분 | 1.52±0.55 | 1.34±0.02 | 0.17±0.42 | 0.30±0.02 |
| 15분 | 52.04±3.72 | 0.15±0.01 | 0.32±0.42 | 0.07±0.01 |
| 30분 | 73.05±4.60 | 0.30±0.71 | 0.53±0.02 | 0.07±0.02 |
| 45분 | 73.05±4.88 | 0.32±0.18 | 0.47±0.75 | 0.04±0.03 |
| 60분 | 57.45±5.87 | 0.27±0.11 | 0.43±0.01 | 0.03±0.03 |
<실험예 5> 저장시간 동안 모양의 변화 확인
하기 표 8과 같이 바이오 잉크 조성물을 제조하고, 이를 상기 실시예 1-2의 방법으로 3D 바이오 프린팅 하여, 제조한 3D 구조체를 하기 표 8의 가교제를 사용하여 30분간 침지하여 가교한 후, 저장시간 동안 모양 변화를 확인하기 위해 24시간 동안 70% 습도와 실온에서 실험을 진행하였다. 큐브 테스트로 가로, 세로 1.6cm 높이 1.0cm의 직육면체를 만들어서 저장시간 동안의 모양 변화를 관찰하였다.
| 구분 | 바이오 잉크 조성물 | 가교제 | |
| 구성 1 (1 중량%) |
구성 2 (5 중량%) |
||
| 실시예 1-3 | MFC | 구아검 | 붕사 |
| 비교예 1 | MFC | 구아검 | CaCl2 |
| 비교예 2 | MFC | 알긴산 | - |
| 비교예 3 | MFC | 알긴산 | 붕사 |
| 비교예 4 | MFC | 알긴산 | CaCl2 |
| 비교예 5 | MFC | 옥살산 | - |
| 비교예 6 | MFC | 옥살산 | 붕사 |
| 비교예 7 | MFC | 옥살산 | CaCl2 |
| 비교예 8 | NFC | 구아검 | - |
| 비교예 9 | NFC | 구아검 | 붕사 |
| 비교예 10 | NFC | 구아검 | CaCl2 |
| 비교예 11 | NFC | 알긴산 | - |
| 비교예 12 | NFC | 알긴산 | 붕사 |
| 비교예 13 | NFC | 알긴산 | CaCl2 |
| 비교예 14 | NFC | 옥살산 | - |
| 비교예 15 | NFC | 옥살산 | 붕사 |
| 비교예 16 | NFC | 옥살산 | CaCl2 |
그 결과, 하기 표 9에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-3의 MFC 및 구아검을 포함하는 바이오 잉크 조성물로 3D 프린팅을 하여 3D 구조체를 제조하고, 이를 붕사로 가교결합하는 경우, 3D 프린팅 후 모양이 원하는 사이즈로 만들어지고, 유지시간이 증가하여도 모양이 변화가 없는 것을 확인하였다. 비교예 1 내지 16의 경우, 3D 프린팅을 하였을때 모양이 제대로 만들어 지지 않거나, 또는 모양은 제대로 만들어 지나, 모양이 장시간 유지되지 않아, 가로, 세로의 길이가 늘어나고, 높이가 줄어드는 것을 확인하였으며, 또한, 수분이 빠져나가면서, 가로, 세로 및 높이의 길이가 줄어들다가 모양이 유지되지 않고, 가로, 세로의 길이가 늘어나는 것을 확인하였다.
| 0H | 3H | 6H | 12H | 24H | ||
| 실시예 2 | 가로(cm) | 1.59±0.03 | 1.60±0.02 | 1.58±0.04 | 1.57±0.01 | 1.57±0.02 |
| 세로(cm) | 1.60±0.01 | 1.59±0.03 | 1.58±0.02 | 1.58±0.02 | 1.57±0.01 | |
| 높이(cm) | 1.00±0.02 | 1.00±0.04 | 0.99±0.02 | 0.97±0.02 | 0.96±0.04 | |
| 비교예 1 | 가로(cm) | 1.57±0.01 | 1.59±0.02 | 1.61±0.03 | 1.54±0.01 | 1.43±0.02 |
| 세로(cm) | 1.61±0.03 | 1.66±0.01 | 1.61±0.04 | 1.57±0.02 | 1.46±0.01 | |
| 높이(cm) | 0.99±0.02 | 1.04±0.01 | 1.10±0.01 | 0.95±0.02 | 0.88±0.01 | |
| 비교예 2 | 가로(cm) | 1.56±0.02 | 1.59±0.01 | 1.62±0.04 | 1.68±0.01 | 1.71±0.04 |
| 세로(cm) | 1.56±0.04 | 1.58±0.01 | 1.64±0.02 | 1.66±0.02 | 1.69±0.01 | |
| 높이(cm) | 1.01±0.01 | 0.96±0.02 | 0.84±0.04 | 0.80±0.01 | 0.75±0.02 | |
| 비교예 3 | 가로(cm) | 1.54±0.01 | 1.37±0.01 | 1.21±0.04 | 1.20±0.01 | 1.20±0.04 |
| 세로(cm) | 1.54±0.03 | 1.38±0.04 | 1.33±0.01 | 1.24±0.02 | 1.04±0.01 | |
| 높이(cm) | 0.99±0.02 | 0.87±0.02 | 0.76±0.03 | 0.62±0.02 | 0.55±0.05 | |
| 비교예 4 | 가로(cm) | 1.56±0.02 | 1.52±0.04 | 1.47±0.02 | 1.58±0.04 | 1.68±0.04 |
| 세로(cm) | 1.57±0.01 | 1.50±0.02 | 1.42±0.01 | 1.57±0.03 | 1.66±0.03 | |
| 높이(cm) | 0.97±0.04 | 0.96±0.01 | 0.94±0.02 | 0.84±0.02 | 0.75±0.01 | |
| 비교예 5 | 가로(cm) | 1.54±0.02 | 1.59±0.02 | 1.64±0.02 | 1.69±0.04 | 1.74±0.01 |
| 세로(cm) | 1.59±0.01 | 1.64±0.02 | 1.69±0.01 | 1.72±0.02 | 1.78±0.02 | |
| 높이(cm) | 1.01±0.01 | 0.89±0.02 | 0.82±0.04 | 0.77±0.01 | 0.65±0.01 | |
| 비교예 6 | 가로(cm) | 1.52±0.02 | 1.41±0.02 | 1.35±0.02 | 1.25±0.02 | 1.17±0.04 |
| 세로(cm) | 1.50±0.01 | 1.44±0.01 | 1.33±0.04 | 1.26±0.03 | 1.21±0.04 | |
| 높이(cm) | 0.97±0.04 | 0.91±0.02 | 0.86±0.03 | 0.74±0.03 | 0.66±0.01 | |
| 비교예 7 | 가로(cm) | 1.55±0.01 | 1.48±0.04 | 1.56±0.02 | 1.59±0.04 | 1.68±0.04 |
| 세로(cm) | 1.54±0.01 | 1.50±0.02 | 1.57±0.01 | 1.60±0.03 | 1.71±0.03 | |
| 높이(cm) | 0.94±0.02 | 0.95±0.01 | 0.96±0.02 | 1.02±0.02 | 1.09±0.01 | |
| 비교예 8 | 가로(cm) | 1.50±0.01 | 1.64±0.02 | 1.68±0.04 | 1.72±0.01 | 1.78±0.02 |
| 세로(cm) | 1.49±0.01 | 1.58±0.04 | 1.62±0.05 | 1.74±0.02 | 1.77±0.02 | |
| 높이(cm) | 0.92±0.01 | 0.78±0.01 | 0.75±0.02 | 0.74±0.01 | 0.71±0.01 | |
| 비교예 9 | 가로(cm) | 1.51±0.01 | 1.47±0.02 | 1.34±0.04 | 1.30±0.03 | 1.23±0.03 |
| 세로(cm) | 1.51±0.01 | 1.46±0.01 | 1.42±0.01 | 1.47±0.04 | 1.35±0.03 | |
| 높이(cm) | 0.95±0.01 | 0.94±0.02 | 0.91±0.03 | 0.85±0.02 | 0.78±0.04 | |
| 비교예 10 | 가로(cm) | 1.53±0.01 | 1.50±0.02 | 1.62±0.04 | 1.67±0.01 | 1.71±0.04 |
| 세로(cm) | 1.47±0.01 | 1.45±0.01 | 1.59±0.01 | 1.70±0.02 | 1.73±0.02 | |
| 높이(cm) | 0.94±0.01 | 0.91±0.05 | 0.81±0.02 | 0.75±0.01 | 0.68±0.04 | |
| 비교예 11 | 가로(cm) | 1.51±0.02 | 1.67±0.02 | 1.76±0.04 | 1.89±0.01 | 2.02±0.04 |
| 세로(cm) | 1.54±0.02 | 1.70±0.01 | 1.82±0.01 | 1.86±0.02 | 1.99±0.02 | |
| 높이(cm) | 1.03±0.03 | 0.91±0.05 | 0.81±0.02 | 0.75±0.01 | 0.68±0.04 | |
| 비교예 12 | 가로(cm) | 1.52±0.01 | 1.41±0.01 | 1.35±0.04 | 1.22±0.01 | 1.12±0.04 |
| 세로(cm) | 1.52±0.03 | 1.39±0.04 | 1.31±0.01 | 1.27±0.02 | 1.25±0.01 | |
| 높이(cm) | 0.96±0.02 | 0.91±0.02 | 0.83±0.03 | 0.81±0.02 | 0.74±0.05 | |
| 비교예 13 | 가로(cm) | 1.51±0.02 | 1.49±0.04 | 1.41±0.02 | 1.52±0.01 | 1.66±0.02 |
| 세로(cm) | 1.49±0.01 | 1.41±0.02 | 1.34±0.04 | 1.47±0.03 | 1.71±0.03 | |
| 높이(cm) | 0.89±0.03 | 0.81±0.01 | 0.76±0.02 | 0.71±0.02 | 0.69±0.01 | |
| 비교예 14 | 가로(cm) | 1.52±0.01 | 1.60±0.02 | 1.67±0.02 | 1.74±0.04 | 1.81±0.01 |
| 세로(cm) | 1.57±0.01 | 1.71±0.02 | 1.75±0.01 | 1.79±0.02 | 1.84±0.02 | |
| 높이(cm) | 1.04±0.01 | 0.75±0.02 | 0.61±0.03 | 0.59±0.01 | 0.55±0.01 | |
| 비교예 15 | 가로(cm) | 1.50±0.01 | 1.40±0.02 | 1.36±0.02 | 1.26±0.02 | 1.21±0.03 |
| 세로(cm) | 1.50±0.04 | 1.42±0.01 | 1.37±0.04 | 1.29±0.01 | 1.27±0.03 | |
| 높이(cm) | 0.94±0.04 | 0.86±0.02 | 0.82±0.03 | 0.76±0.01 | 0.71±0.01 | |
| 비교예 16 | 가로(cm) | 1.51±0.01 | 1.42±0.04 | 1.56±0.02 | 1.72±0.04 | 1.88±0.03 |
| 세로(cm) | 1.53±0.01 | 1.41±0.02 | 1.57±0.01 | 1.74±0.03 | 1.91±0.02 | |
| 높이(cm) | 0.91±0.02 | 0.88±0.01 | 0.85±0.01 | 0.71±0.02 | 0.62±0.01 | |
<실험예 6> 다양한 모양의 3D 구조체 인쇄
상기 실험예 3에서 확인한 프린팅 조건으로 3D 구조체 샘플을 인쇄하였다. 그 결과, 도8에 나타낸 바와 같이, 우수한 해상도와 매끄러운 표면을 가진 샘플을 얻을 수 있었다.
따라서, 본 발명의 MFC 및 구아검을 포함하는 바이오 잉크 조성물로 3D 프린팅하여 3D 구조체를 제조하고, 이를 붕사로 가교결합하는 경우, 인쇄 적합성이 우수하고, 원하는 모양으로 인쇄가 용이하며, 빠른 가교결합의 형성 및 프린팅 후 적절한 기계적 특성을 나타내며, 생체적합성 및 생체친화성을 띄어 생체소재, 약물전달체 및 조직공학용 지지체로 유용한 것을 확인하였다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 마이크로피브릴화 셀룰로오스(Microfibrillated Cellulose) 및 구아검(Guar Gum)을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 3D 프린터에 충전하고, 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅하는 단계(단계1); 및
상기 단계 1의 3D 구조체를 가교제를 사용하여 경화시키는 단계(단계 2); 를 포함하는 3D 바이오 프린팅 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 1은 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물 100 중량부 기준 마이크로피브릴화 셀룰로오스 0.47 내지 1.43 중량부 및 구아검 2.3 내지 7.2 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오 프린팅 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 2는 0.05 내지 1M 농도의 가교제에 상기 단계 2의 3D 구조체를 20 내지 60분간 침지하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 3D 바이오 프린팅 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 2의 가교제는 붕사(borax)인 것을 특징으로 하는 3D 바이오 프린팅 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 1은 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 충전밀도 40 내지 60%, 충전속도 5 내지 12mm/s 및 노즐직경 0.6 내지 1.5mm의 조건으로 3D 프린팅을 수행하여 3D 구조체를 프린팅하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오 프린팅 방법. - 제1항의 방법에 따라 제조된 3D 생체 소재.
- 제6항의 3D 생체 소재를 포함하는 약물 전달체.
- 제6항의 3D 생체 소재를 포함하는 조직공학용 지지체.
- 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물; 및
상기 3D 바이오 프린팅용 바이오 잉크 조성물을 경화시키는 가교제; 를 포함하는 3D 바이오 프린팅용 키트.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200100903A KR102378122B1 (ko) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200100903A KR102378122B1 (ko) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220021048A true KR20220021048A (ko) | 2022-02-22 |
| KR102378122B1 KR102378122B1 (ko) | 2022-03-25 |
| KR102378122B9 KR102378122B9 (ko) | 2024-02-08 |
Family
ID=80493956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200100903A KR102378122B1 (ko) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102378122B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003515465A (ja) * | 1999-11-05 | 2003-05-07 | ズィー コーポレイション | 材料システム及び３次元印刷法 |
| KR20200029656A (ko) | 2018-09-05 | 2020-03-19 | 서울대학교산학협력단 | 3d 프린팅을 위한 가시광선 경화용 바이오잉크 조성물 및 이의 제조방법 |
| WO2020086941A1 (en) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | Cellink Ab | Biogum and botanical gum hydrogel bioinks for the physiological 3d bioprinting of tissue constructs for in vitro culture and transplantation |
-
2020
- 2020-08-12 KR KR1020200100903A patent/KR102378122B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003515465A (ja) * | 1999-11-05 | 2003-05-07 | ズィー コーポレイション | 材料システム及び３次元印刷法 |
| KR20200029656A (ko) | 2018-09-05 | 2020-03-19 | 서울대학교산학협력단 | 3d 프린팅을 위한 가시광선 경화용 바이오잉크 조성물 및 이의 제조방법 |
| WO2020086941A1 (en) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | Cellink Ab | Biogum and botanical gum hydrogel bioinks for the physiological 3d bioprinting of tissue constructs for in vitro culture and transplantation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102378122B9 (ko) | 2024-02-08 |
| KR102378122B1 (ko) | 2022-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Faramarzi et al. | Patient‐specific bioinks for 3D bioprinting of tissue engineering scaffolds | |
| Forte et al. | A composite hydrogel for brain tissue phantoms | |
| Billiet et al. | The 3D printing of gelatin methacrylamide cell-laden tissue-engineered constructs with high cell viability | |
| Scionti et al. | Effect of the hydration on the biomechanical properties in a fibrin‐agarose tissue‐like model | |
| Schmocker et al. | A photopolymerized composite hydrogel and surgical implanting tool for a nucleus pulposus replacement | |
| Mohan et al. | Generic method for designing self-standing and dual porous 3D bioscaffolds from cellulosic nanomaterials for tissue engineering applications | |
| Pankajakshan et al. | Injectable highly tunable oligomeric collagen matrices for dental tissue regeneration | |
| CA3075578A1 (en) | A multi-component non-biodegradable implant, a method of making and a method of implantation | |
| Ning et al. | Noninvasive three-dimensional in situ and in vivo characterization of bioprinted hydrogel scaffolds using the X-ray propagation-based imaging technique | |
| KR102168094B1 (ko) | 하이드로겔 조성물 및 그를 포함하는 바이오 잉크 조성물 | |
| Wang et al. | On the determination of Darcy permeability coefficients for a microporous tissue scaffold | |
| Massimino et al. | Use of collagen and auricular cartilage in bioengineering: Scaffolds for tissue regeneration | |
| Mathews et al. | Mechanical and morphological characteristics of poly (vinyl alcohol)/chitosan hydrogels | |
| Barnett et al. | Poly (ethylene glycol) hydrogel scaffolds with multiscale porosity for culture of human adipose-derived stem cells | |
| Sohutskay et al. | Design and biofabrication of dermal regeneration scaffolds: role of oligomeric collagen fibril density and architecture | |
| JP6048858B2 (ja) | 接着性骨補填剤及び接着性骨補填剤キット | |
| KR102378122B1 (ko) | 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 구아검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 | |
| KR102566751B1 (ko) | 마이크로피브릴화 셀룰로오스 및 로커스트콩검을 포함하는 3d 바이오 프린팅용 바이오 잉크 및 3d 프린팅 방법 | |
| Wang et al. | 3D Contour Printing of Anatomically Mimetic Cartilage Grafts with Microfiber‐Reinforced Double‐Network Bioink | |
| Kim et al. | The effects of fibrinogen concentration on fibrin/atelocollagen composite gel: an in vitro and in vivo study in rabbit calvarial bone defect | |
| Jung et al. | Fibrin–Dextran Hydrogels with Tunable Porosity and Mechanical Properties | |
| Watson et al. | Biodegradable, in situ-forming cell-laden hydrogel composites of hydroxyapatite nanoparticles for bone regeneration | |
| Cui et al. | Preparation and characterization of foamy poly (γ-benzyl-L-glutamate-co-L-phenylalanine)/bioglass composite scaffolds for bone tissue engineering | |
| Al-Namnam et al. | An injectable poly (caprolactone trifumarate-gelatin microparticles)(PCLTF-GMPs) scaffold for irregular bone defects: Physical and mechanical characteristics | |
| Fujita et al. | Characterizing and modulating the mechanical properties of hydrogels from ventricular extracellular matrix |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |