KR20220055433A - Strain gauge sensor and mehtod for manufacturing thereof - Google Patents

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KR20220055433A
KR20220055433A KR1020210143053A KR20210143053A KR20220055433A KR 20220055433 A KR20220055433 A KR 20220055433A KR 1020210143053 A KR1020210143053 A KR 1020210143053A KR 20210143053 A KR20210143053 A KR 20210143053A KR 20220055433 A KR20220055433 A KR 20220055433A
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Abstract

According to one embodiment, the present invention includes a substrate having a frame and an operating unit protruding from the frame; a piezoresistive sensor including a signal line located in the operating unit, and an electrode pad formed on one end of the signal line and located in the frame; and a pillar including a first pillar located in the frame and a second pillar located in the operating unit while having the piezoresistive sensor therebetween. According to the present invention, 3D artificial myocardial tissues can be cultivated and real-time contraction measurement is possible at the same time.

Description

수축력 측정 센서 및 그 제조 방법{STRAIN GAUGE SENSOR AND MEHTOD FOR MANUFACTURING THEREOF}Shrinkage force measuring sensor and manufacturing method thereof

본 발명은 수축력 측정을 위한 센서에 관한 것으로, 특히, 인공 심근 조직의 수축력 측정을 위한 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sensor for measuring contractile force, and more particularly, to a sensor for measuring contractile force of artificial myocardial tissue, and a manufacturing method thereof.

현재 심근 조직에 대한 연구를 행하기 위해서 생체 외(in vitro) 환경에 조직을 구현하는 모델이 제시되었다. 장기칩(organs-on-chips)으로도 잘 알려진 미세생리학적 시스템(microphysiological systems (MPS))은 인간의 세포를 토대로 구성되어 있으며 그 구조와 기능을 재현하고 있기 때문에 질병에 대한 분석이나 약물에 대한 반응성, 혹은 독성을 테스트하기에 적합하다. 심근 조직을 토대로 만든 MPS는 실제 심근 조직과 유사하게 수축하며, 이런 수축력은 인공 심근 조직의 성숙도를 평가하는 중요한 요소로 사용된다.Currently, in order to conduct a study on myocardial tissue, a model for implementing the tissue in an in vitro environment has been proposed. Microphysiological systems (MPS), also known as organs-on-chips, are based on human cells and reproduce their structure and function, so they It is suitable for testing reactivity or toxicity. MPS made based on myocardial tissue contracts similarly to real myocardial tissue, and this contractile force is used as an important factor in evaluating the maturity of artificial myocardial tissue.

이러한, 인공 심근 조직의 수축력을 측정하기 위해 다수의 측정 시스템이 제안되었다. A number of measurement systems have been proposed to measure the contractile force of the artificial myocardial tissue.

힘 변환기(force transducer)는 보통 뼈, 근육, 힘줄 등 다양한 신체 조직의 기계적 물성을 측정하는 데 사용된다. 작은 힘(인공 심근 조직 같은 경우 수십 μN)을 측정하기 위해 전자기식 변위센서(electromagnetic linear variable differential transformer)를 이용하여 가속도를 측정한 후 뉴턴의 운동 제 2법칙을 통해 힘을 측정할 수 있다. 하지만 이와 같은 과정은 이미 성숙된 인공 심근 조직을 힘 변환기에 직접 연결하는 과정이 필수적이며 이 과정에서 인공 심근 조직에 손상이 생길 수 있다는 한계가 있다.Force transducers are usually used to measure the mechanical properties of various body tissues, such as bones, muscles, and tendons. To measure a small force (tens of μN in the case of artificial myocardial tissue), an electromagnetic linear variable differential transformer is used to measure the acceleration, and then the force can be measured through Newton's second law of motion. However, in this process, the process of directly connecting the already mature artificial myocardial tissue to the force transducer is essential, and there is a limit that damage to the artificial myocardial tissue may occur during this process.

광학 판독 시스템(optical readout system)의 경우, 연성의 기둥(flexible post) 그리고 경성의 기둥(rigid post)으로 구성된 플랫폼 사이에 인공 심근 조직을 배양한 후, 인공 심근 조직이 수축할 때 flexible post의 변형을 광학 카메라를 이용하여 측정하는 방식이다. 이후 훅의 법칙(Hooke's law)를 이용하여 수축력을 계산한다. 광학 카메라를 통해 변형률을 측정하기 때문에 3차원 인공 심근 조직에 손상을 주지 않고 수축력을 측정할 수 있으나, 실시간 분석을 위해서는 방대한 양의 데이터가 필요하다는 한계가 있다.In the case of an optical readout system, after culturing artificial myocardial tissue between a platform composed of a flexible post and a rigid post, the flexible post deforms when the artificial myocardial tissue contracts is measured using an optical camera. Then, the contractile force is calculated using Hooke's law. Since the strain is measured through an optical camera, the contractile force can be measured without damaging the 3D artificial myocardial tissue, but there is a limitation in that a large amount of data is required for real-time analysis.

따라서, 본 발명은 앞서 언급한 기존 시스템들의 한계점들을 해결하기 위한 것으로, 3차원 인공 심근 조직의 배양 및 실시간 수축력 측정이 동시에 가능한 수축력 측정 센서 및 제조 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned limitations of the existing systems, and to provide a contractile force measuring sensor and manufacturing method capable of simultaneously culturing a three-dimensional artificial myocardial tissue and measuring the contractile force in real time.

본 발명의 일 실시예에 따른 프레임, 프레임으로부터 돌출한 동작부를 가지는 기판, 동작부에 위치하는 신호선, 신호선의 일단에 형성되며 프레임에 위치하는 전극 패드를 포함하는 압저항 센서, 압저항 센서를 사이에 두고, 프레임에 위치하는 제1 기둥, 동작부에 위치하는 제2 기둥을 포함하는 기둥을 포함한다.A piezoresistive sensor including a frame, a substrate having an operation part protruding from the frame, a signal line positioned in the operation part, an electrode pad formed at one end of the signal line and positioned in the frame, and the piezoresistive sensor according to an embodiment of the present invention It includes a column including a first column positioned on the frame, and a second column positioned on the operating unit.

상기 신호선은 기판에 매립되어 있을 수 있고, 동작부는 프레임에 형성된 절개부 내에 위치할 수 있다.The signal line may be embedded in the substrate, and the operation unit may be located in a cutout formed in the frame.

상기 제1 기둥과 일단이 연결되며 프레임에 위치하는 뼈대를 더 포함할 수 있다.The first pillar and one end are connected and may further include a skeleton located in the frame.

상기 절개부를 둘러싸며, 상기 기판의 상부 및 하부에 각각 부착되어 세포 배양 공간을 형성하는 상부틀 및 하부틀을 더 포함할 수 있다.Surrounding the cutout, it may further include an upper frame and a lower frame attached to the upper and lower portions of the substrate to form a cell culture space, respectively.

상기 전극 패드는 상기 세포 배양 공간 밖에 위치할 수 있다.The electrode pad may be located outside the cell culture space.

상기 하부틀은 상기 상부틀보다 넓은 폭을 가질 수 있다.The lower frame may have a wider width than the upper frame.

수축력을 측정하고자 하는 대상물을 제1 기둥과 제2 기둥 사이를 연결하도록 형성한 후, 대상물의 수축시 동작부가 굽어질 수 있다.After the object for measuring the contractile force is formed to connect between the first pillar and the second pillar, the operation unit may be bent when the object is contracted.

상기 대상물은 심근 세포를 포함할 수 있다.The subject may include cardiomyocytes.

상기 신호선은 대상물이 수축하는 방향으로 길이가 긴 지그재그 형태로 형성될 수 있다.The signal line may be formed in a zigzag shape having a length in a direction in which the object is contracted.

상기 기판, 압저항 센서, 기둥은 3D 프린터로 형성될 수 있다.The substrate, the piezoresistive sensor, and the pillar may be formed by a 3D printer.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 제조 방법은 슬라이딩 글라스 위에 경계선을 형성하는 단계, 경계선으로 둘러싸인 공간에 서로 이격된 제1 기둥과 제2 기둥을 형성하는 단계, 경계선으로 둘러싸인 공간을 채워 기판을 형성하는 단계, 기판에 압저항 센서를 형성하는 단계, 압저항 센서를 형성한 후, 경화하는 단계, 슬라딩 글라스로부터 기판을 분리하는 단계를 포함하고, 경계선, 제1 기둥, 제2 기둥, 기판, 압저항 센서는 3D 프린터로 형성한다.A method of manufacturing a contractile force measuring sensor according to another embodiment of the present invention comprises the steps of forming a boundary line on a sliding glass, forming a first pillar and a second pillar spaced apart from each other in a space surrounded by the boundary line, filling the space surrounded by the boundary line Forming a substrate, forming a piezoresistive sensor on the substrate, forming and curing the piezoresistive sensor, and separating the substrate from the sliding glass; , the substrate, and the piezoresistive sensor are formed with a 3D printer.

상기 경계선을 형성하는 단계 후, 공간에 뼈대를 형성하고, 뼈대의 일단과 연결된 제1 기둥을 형성할 수 있다.After the step of forming the boundary line, a skeleton may be formed in the space, and a first column connected to one end of the skeleton may be formed.

상기 제1 기둥과 뼈대는 제2 기둥보다 강성이 큰 물질로 이루어질 수 있다.The first pillar and the skeleton may be made of a material having greater rigidity than the second pillar.

상기 경화하는 단계는, 60℃의 진공 오븐에서 24시간 동안 진행할 수 있다.The curing may be performed in a vacuum oven at 60° C. for 24 hours.

상기 압저항 센서를 형성하는 단계에서, 기판 내에 압저항 센서용 물질을 주입하여 압저항 센서는 기판 내에 매립될 수 있다.In the forming of the piezoresistive sensor, the piezoresistive sensor may be embedded in the substrate by injecting a material for the piezoresistive sensor into the substrate.

본 발명에 따른 수축력 측정 센서는 3차원 인공 심근 조직을 배양하면서 배양에 따른 실시간으로 수축력 측정이 동시에 가능하다.The contractile force measuring sensor according to the present invention is capable of simultaneously measuring contractile force in real time according to the culture while culturing the three-dimensional artificial myocardial tissue.

또한, 본 발명에 따른 수축력 측정 센서는 투명한 PDMS로 제작됨으로써 3차원 인공 심근 조직을 배양하면서, 성숙 과정을 현미경으로 관찰할 수 있다.In addition, since the contractile force measuring sensor according to the present invention is made of transparent PDMS, the maturation process can be observed under a microscope while culturing the three-dimensional artificial myocardial tissue.

또한, 본 발명에 따른 수축력 측정 센서는 적층 방식을 이용하는 3차원 프린팅 기술로 제작함으로써, 비교적 소형(수백 μm 크기)의 복잡한 형태를 갖는 플랫폼을 반복적이고 정교하게 제작할 수 있다.In addition, the contractile force measuring sensor according to the present invention can be manufactured by 3D printing technology using a stacking method, thereby making it possible to repeatedly and precisely manufacture a platform having a relatively small (several hundred μm size) and complex shape.

또한, 다중의 프린팅 헤드를 이용하여 여러 재료로 구성되는 수축력 측정 센서를 용이하게 제조할 수 있다. In addition, it is possible to easily manufacture a contraction force measuring sensor composed of various materials by using multiple printing heads.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자를 때의 단면을 촬영한 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 뼈대 유무에 따른 동작을 설명하기 위한 사진이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서를 촬영한 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 장치의 배양 공간을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔부 내부의 심근 세포가 자가 정렬되는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 변화를 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서를 통해서 시간 변화에 따른 인공 심근 조직의 수축을 저항 변화값으로 측정한 그래프이며, 측정된 저항값에 대응되는 수축력을 힘의 단위로 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 저항변화값에 대한 수축력 값의 관계를 도출하기 위해 사용된 장치이다.
도 17은 도 16의 장치를 이용하여 측정한 수축력에 대응되는 전기 저항 변화값을 도시한 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a photograph of a cross-section taken along line II-II of FIG. 1 .
3A and 3B are photographs for explaining the operation of the contractile force measuring sensor according to the presence or absence of a skeleton according to an embodiment of the present invention.
4 to 9 are diagrams schematically illustrating a method of manufacturing a contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining the operation of the contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
11 is a photograph of a contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention that is actually manufactured.
12 is a view for explaining a culture space of the apparatus for measuring contractility according to an embodiment of the present invention.
13 is a photograph illustrating self-alignment of myocardial cells inside the hydrogel part according to an embodiment of the present invention.
14 is a photograph of a change in contractility according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph in which the contraction of artificial myocardial tissue according to time change is measured as a resistance change value through the contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention, and a graph showing the contractile force corresponding to the measured resistance value in units of force am.
16 is an apparatus used for deriving a relationship between a contractile force value and a resistance change value of the contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph illustrating a change in electrical resistance corresponding to a contractile force measured using the apparatus of FIG. 16 .

본 발명은 하기 실시예를 통해 더 자세히 설명될 것이나, 제시되는 특정한 재료, 구조 및 기능들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 기술된 것으로, 본 발명을 하기 실시예들로 한정하려는 의도는 아니다. 또한, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명의 기술 및 디자인 범위에 포함되는 모든 대체물, 등가물을 포함하는 것이다.The present invention will be illustrated in more detail through the following examples, but the specific materials, structures and functions presented are merely described for the purpose of illustrating the exemplary embodiments of the present invention, and are not intended to limit the present invention to the following examples. . In addition, the embodiments according to the present invention may be implemented in various forms, and include all substitutes and equivalents included in the technical and design scope of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하며 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서 및 그 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a contractile force measuring sensor and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 개략적인 도면이고, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자를 때의 단면을 촬영한 사진이다.1 is a schematic view of a contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a photograph taken when a cross-section is taken along line II-II of FIG. 1 .

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서(100)는 기판(102), 기판(102)에 형성되어 있는 압저항 센서(120) 및 기판(102)으로부터 돌출 형성된 기둥(200)을 포함한다. As shown in FIG. 1 , the contractile force measuring sensor 100 according to an embodiment of the present invention is formed to protrude from the substrate 102 , the piezoresistive sensor 120 formed on the substrate 102 , and the substrate 102 . and a pillar 200 .

기판(102)은 유연한 절연물질로 이루어지며, 배양액 내에서도 사용이 가능한 폴리머 기판일 수 있으며, 예를 들어, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)일 수 있다. The substrate 102 is made of a flexible insulating material, and may be a polymer substrate that can be used in a culture medium, for example, polydimethylsiloxane (PDMS).

기판(102)은 내부가 절개된 절개부(3)를 포함하는 프레임(11)과 프레임(11)으로부터 절개부(3)를 향해서 돌출된 동작부(13)를 포함한다. 절개부(11)는 평면 모양이 사각인 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 동작부(13)의 움직임에 영향을 미치지 않으면 원형 또는 다각형과 같이 어떠한 형태로도 상관이 없다. 동작부(13)는 후술하는 인공 심근 세포(cardiomyocyte)의 성장에 따라서 적은 힘에도 유연하게 굽어지며, 반복적인 구부림에도 형태를 유지할 수 있는 폭 및 길이를 가지도록 형성될 수 있다. The substrate 102 includes a frame 11 including a cutout 3 having an inside cut out, and an operation section 13 protruding from the frame 11 toward the cutout 3 . Although the cutout 11 has a rectangular planar shape, it is not limited thereto, and any shape such as a circle or a polygon does not matter as long as it does not affect the movement of the operation unit 13 . The operation unit 13 may be flexibly bent even with a small force according to the growth of an artificial cardiomyocyte, which will be described later, and may be formed to have a width and a length capable of maintaining its shape even with repeated bending.

동작부(13)에는 후술하는 제2 기둥(122) 및 압저항 센서(130)가 위치하고, 프레임(11)에는 제1 기둥(121)이 위치할 수 있다. A second pillar 122 and a piezoresistive sensor 130 to be described later may be located in the operation unit 13 , and a first pillar 121 may be located in the frame 11 .

압저항 센서(130)는 도전 물질로 이루어지는 신호선(103), 신호선(103)의 양단에 각각 형성되어 있는 전극 패드(104)를 포함한다. 신호선(103)은 동작부(13) 에 위치하며, 전극 패드(104)는 프레임(11)에 위치할 수 있다. 이때, 신호선(103)과 전극 패드(104)는 각각 동작부(13) 및 프레임(11)에 매립될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 전극 패드(104)는 외부 기기와 접촉하기 용이하도록 노출될 수 있다.The piezoresistive sensor 130 includes a signal line 103 made of a conductive material and an electrode pad 104 formed at both ends of the signal line 103 , respectively. The signal line 103 may be positioned in the operation unit 13 , and the electrode pad 104 may be positioned in the frame 11 . In this case, the signal line 103 and the electrode pad 104 may be embedded in the operation unit 13 and the frame 11, respectively, but the present invention is not limited thereto, and the electrode pad 104 may be exposed to facilitate contact with an external device. can

압저항 센서(130)는 전극 패드(104)에 측정기를 연결하여 동작부(13)의 굽힘 움직임에 따라 신호선(103)의 저항 변화를 측정하는 것으로, 일정한 공간에 긴 신호선(103)을 배치하여 3차원 인공 심근 조직의 수축력에 의한 전기 저항 변화가 극대화될 수 있도록 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 이때, 신호선(103)은 일방향, 즉 두 전극 패드(104) 사이를 연결하는 제1 방향(X1)에 대해서 수직한 제2 방향(X2)으로 길이가 긴 지그재그 형태를 가질 수 있다. 제2 방향(X2)은 동작부(13)가 돌출되며, 굽어지는 방향일 수 있다. The piezoresistive sensor 130 connects a measuring device to the electrode pad 104 to measure the change in resistance of the signal line 103 according to the bending movement of the operation unit 13. By disposing the long signal line 103 in a certain space, The three-dimensional artificial myocardial tissue may be formed in a zigzag shape to maximize the change in electrical resistance due to the contractile force. In this case, the signal line 103 may have a long zigzag shape in one direction, that is, a second direction X2 perpendicular to the first direction X1 connecting the two electrode pads 104 . The second direction X2 may be a direction in which the operation unit 13 protrudes and is bent.

압저항 센서(130)는 전기 저항 변화를 측정할 때, 하프 브릿지(Half Bridge) 또는 휘트스톤 브릿지(Wheatstone Bridge)를 구성하도록 연결될 수 있다.The piezoresistive sensor 130 may be connected to form a half bridge or a Wheatstone bridge when measuring a change in electrical resistance.

압저항 센서(130)의 신호선(103) 및 전극 패드(104)는 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 카본블랙(Carbon black) 입자가 혼합된 PDMS(Dow Corning, Sylgard 184)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이에 한정되는 것은 아니며 금(gold), 은(silver), 그래핀(graphene), 카본(carbon) 등을 기반으로 하는 재료를 포함할 수 있다.The signal line 103 and the electrode pad 104 of the piezoresistive sensor 130 may include a conductive material, and may be Dow Corning, Sylgard 184 (PDMS) mixed with carbon black particles, but limited thereto. It is not limited thereto, and may include materials based on gold, silver, graphene, carbon, and the like.

전극 패드(104)는 전기 저항 변화를 측정할 때 측정기의 전기 핀(Electrical pin)과 안정적으로 접촉되기 위해서 신호선(103)의 폭(Line width)보다 큰 지름을 가지는 원형(또는 큰 너비를 가지는 사각형)으로 형성될 수 있다. The electrode pad 104 is a circle having a larger diameter than the width of the signal line 103 (or a rectangle having a larger width) in order to stably contact the electrical pin of the measuring instrument when measuring the change in electrical resistance. ) can be formed.

본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서는 인공 조직을 배양하는 동안 배양액에 잠긴 상태로 수축력을 동시에 측정 가능하기 때문에, 전도성 물질인 압저항 센서(130)가 배양액에 노출되지 않도록 도 2에서와 같이, 기판(10) 내에 매립될 수 있다. Since the contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention can simultaneously measure the contractile force while immersed in the culture solution while culturing the artificial tissue, the piezoresistive sensor 130, which is a conductive material, is not exposed to the culture solution as shown in FIG. Likewise, it may be embedded in the substrate 10 .

기둥(120)은 제1 기둥(121) 및 제2 기둥(122)을 포함하고, 제1 기둥(121) 및 제2 기둥(122)은 압저항 센서(130)를 사이에 두고 반대편에 각각 위치하며, 제1 기둥(121)은 프레임(11)에 위치하고 제2 기둥(122)은 동작부(13)에 위치한다. 기판(10)에는 뼈대(123)가 더 형성될 수 있으며, 제1 기둥(121)은 뼈대(123)의 일단에 위치하며, 뼈대(123)에 연결되어 고정될 수 있다. The pole 120 includes a first pole 121 and a second pole 122, and the first pole 121 and the second pole 122 are respectively positioned on opposite sides with the piezoresistive sensor 130 interposed therebetween. and the first pillar 121 is located on the frame 11 and the second pillar 122 is located on the operation unit 13 . A skeleton 123 may be further formed on the substrate 10 , and the first pillar 121 may be positioned at one end of the skeleton 123 , and may be connected to and fixed to the skeleton 123 .

뼈대(123)는 중심축(21), 중심축(21)으로부터 양쪽으로 돌출한 복수의 가지(23)를 포함한다. 뼈대(123)는 동작부(13)의 동작시에 제1 기둥(121)이 움직이지 않고 고정되도록 한다. The skeleton 123 includes a central axis 21 and a plurality of branches 23 protruding to both sides from the central axis 21 . The skeleton 123 allows the first pillar 121 to be fixed without moving during the operation of the operation unit 13 .

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 뼈대 유무에 따른 동작을 설명하기 위한 사진이다.3A and 3B are photographs for explaining the operation of the contractile force measuring sensor according to the presence or absence of a skeleton according to an embodiment of the present invention.

도 3a에서와 같이, 뼈대(123)가 형성되지 않을 경우, 세포 배양시 수축력에 의해서 제1 기둥(121)이 들떠서 동작부(13)에 수축력이 제대로 전달되지 않아 굽어지지 않을 수 있다. 동작부가 굽어지지 않으면 저항 변화가 없어 수축력에 따른 저항 변화를 제대로 측정할 수 없다.As shown in FIG. 3A , when the skeleton 123 is not formed, the first pillar 121 is lifted by the contractile force during cell culture, and the contractile force is not properly transmitted to the operation unit 13 , so that it may not be bent. If the moving part is not bent, there is no change in resistance, so it is impossible to measure the resistance change according to the contractile force properly.

따라서, 도 3b에서와 같이 뼈대(123)에 제1 기둥(121)을 연결하여 고정시킴으로써 제1 기둥(121)이 들뜨지 않고 안정적으로 지지됨으로써, 동작부(13)가 수축력에 의해서 용이하게 굽어질 수 있도록 한다. 이때, 제1 기둥(121) 및 뼈대(123)는 기판을 지지하면 일정한 형태를 유지하기 위해서 제2 기둥(122)보다 강성이 큰 물질로 이루어질 수 있다.Therefore, by connecting and fixing the first pillar 121 to the skeleton 123 as shown in FIG. 3B , the first pillar 121 is stably supported without lifting, so that the operation unit 13 is easily bent by the contractile force. make it possible In this case, the first pillar 121 and the skeleton 123 may be made of a material having greater rigidity than the second pillar 122 in order to maintain a constant shape when the substrate is supported.

기둥(121, 122)의 단부는 평탄하게 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 후술하는 하이드로겔부(300)의 부착성을 증가시키기 위해서 단부의 상면에 요철(도시하지 않음)이 형성되거나, 상부 폭이 하부 폭보다 크게 형성될 수 있다. The ends of the pillars 121 and 122 may be formed flat, but are not limited thereto, and irregularities (not shown) are formed on the upper surface of the ends in order to increase the adhesion of the hydrogel unit 300 to be described later, or the upper The width may be formed to be larger than the lower width.

기둥(120) 및 뼈대(123)는 3차원 인공 심근 조직이 안정적으로 배양될 수 있도록 지지대 역할을 하는 것으로, 예를 들어 3D 프린팅이 가능한 PDMS를 사용하였으나, 그 외에도 PCL, PEVA 등 3D 프린팅이 가능하고 생체 적합할 뿐만 아니라 높은 기계적 물성을 갖는 재료가 사용될 수 있다.The pillar 120 and the skeleton 123 serve as a support so that the three-dimensional artificial myocardial tissue can be stably cultured. For example, PDMS capable of 3D printing was used, but in addition, 3D printing such as PCL, PEVA, etc. is possible and biocompatible materials with high mechanical properties can be used.

그럼 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서를 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 4 to 9 are diagrams schematically illustrating a method of manufacturing a contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 4를 참조하면, 슬라이드 글라스(slide glass)(도시하지 않음)를 준비하고, 슬라이드 글라스 위에 기판 형태를 유지시키는 경계선(101)을 3D 프린터로 형성한다. 경계선(101)은 형성하고자 하는 기판 형태의 윤곽선을 형성한다.First, referring to FIG. 4 , a slide glass (not shown) is prepared, and a boundary line 101 for maintaining the substrate shape on the slide glass is formed with a 3D printer. The boundary line 101 forms an outline of a substrate shape to be formed.

3D 프린터는 250μm의 내경을 갖는 금속 노즐이 장착된 금속 시린지를 포함한다. 금속 시린지에 PEVA(poly ethylene vinyl acetate)를 로딩(loading)한 후 시린지의 온도를 120℃로 가열한다. 가열된 PEVA를 500 kPa의 공압을 통해 슬라이드 글라스 표면 위에 토출한다. 이때, 프린터 헤드는 200mm/min의 속도로 이송하고, 한 레이어(Layer) 당 100μm 높이로 세 층을 쌓아 경계선(101)을 형성할 수 있다. 경계선(101)의 높이가 기판의 두께가 될 수 있다. The 3D printer contains a metal syringe equipped with a metal nozzle with an inner diameter of 250 μm. After loading PEVA (polyethylene vinyl acetate) into a metal syringe, the temperature of the syringe is heated to 120°C. The heated PEVA is discharged onto the slide glass surface through a pneumatic pressure of 500 kPa. In this case, the printer head may be fed at a speed of 200 mm/min, and the boundary line 101 may be formed by stacking three layers with a height of 100 μm per layer. The height of the boundary line 101 may be the thickness of the substrate.

경계선(101)은 PEVA를 사용하였으나, 이 외에도 PCL(Polycaprolactone)등 3D 프린팅이 가능하고 생체 적합한 열가소성 폴리머가 사용될 수 있다.Although PEVA is used for the boundary line 101, 3D printing is possible, such as PCL (Polycaprolactone), and a biocompatible thermoplastic polymer may be used.

이후, 도 5에서와 같이, 경계선(101)으로 둘러싸인 공간 내에 뼈대(123)를 형성하고 뼈대(123)의 일단에 제1 기둥(121)을 3D 프린터로 형성한다. 뼈대는 중심축(21), 중심축(21)으로부터 양쪽으로 돌출한 복수의 가지(23)를 포함한다. 중심축(21)의 일단에는 제1 기둥(121)이 형성될 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 5 , the skeleton 123 is formed in the space surrounded by the boundary line 101 , and the first pillar 121 is formed at one end of the skeleton 123 by a 3D printer. The skeleton includes a central axis 21 and a plurality of branches 23 protruding to both sides from the central axis 21 . A first pillar 121 may be formed at one end of the central axis 21 .

이때, 3D 프린터는 250μm의 내경을 갖는 플라스틱 테이퍼드 노즐(Tapered nozzle)이 장착된 플라스틱 시린지를 포함한다. At this time, the 3D printer includes a plastic syringe equipped with a plastic tapered nozzle having an inner diameter of 250 μm.

3D 프린터의 프린터 헤드는 4℃로 냉각될 수 있으며, 냉각된 3D 프린터의 플라스틱 시린지에 기둥용 혼합물이 로딩된다. 혼합물은 PDMS와 경화제(Dow Corning)를 10:1의 질량 비로 섞어 준비할 수 있다. The printer head of the 3D printer can be cooled to 4°C, and the mixture for the column is loaded into the cooled plastic syringe of the 3D printer. The mixture can be prepared by mixing PDMS and curing agent (Dow Corning) in a mass ratio of 10:1.

플라스틱 시린지에 로딩된 혼합물을 160kPa의 공압으로 슬라이드 글라스 표면 위에 토출한다. 이때, 프린터 헤드를 200 mm/min의 속도로 이송하고, 한 레이어 당 200 μm 높이로 8번 적층하여 3.6mm 높이의 기둥을 형성할 수 있다. The mixture loaded in a plastic syringe is discharged onto the slide glass surface with a pneumatic pressure of 160 kPa. At this time, the printer head may be transferred at a speed of 200 mm/min and stacked eight times at a height of 200 μm per layer to form a column with a height of 3.6 mm.

이후, 도 6에서와 같이, 제1 기둥(121)과 이격된 제2 기둥(122)을 3D 프린터로 형성한다. 제2 기둥(122)은 실리콘 엘라스토머(silicone elastomer)와 경화제가 혼합된 물질로 형성될 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 6 , the second pillar 122 spaced apart from the first pillar 121 is formed by a 3D printer. The second pillar 122 may be formed of a material in which a silicone elastomer and a curing agent are mixed.

다음, 도 7에서와 같이, 경계선(101)으로 둘러싸인 공간을 3D 프린터로 채워 기판(102)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 7 , the space surrounded by the boundary line 101 is filled with a 3D printer to form the substrate 102 .

기판(102)은 PDMS와 경화제(Dow Corning)를 10:1의 질량 비로 섞어 준비한다. 이후, 250μm의 내경을 갖는 플라스틱 노즐이 장착된 플라스틱 시린지에 로딩하고, 프린터 헤드를 4℃로 냉각한다. The substrate 102 is prepared by mixing PDMS and a curing agent (Dow Corning) in a mass ratio of 10:1. Then, it is loaded into a plastic syringe equipped with a plastic nozzle having an inner diameter of 250 μm, and the printer head is cooled to 4°C.

냉각된 PDMS를 180kPa의 공압으로 슬라이드 글라스 위에 토출한다. 이때 프린터 헤드를 120mm/min의 속도로 이송한다.The cooled PDMS is discharged on the slide glass with a pneumatic pressure of 180 kPa. At this time, the print head is transferred at a speed of 120 mm/min.

그리고, 도 8에서와 같이, 기판(102) 위에 압저항 센서(130)를 3D 프린터로 형성한다. Then, as shown in FIG. 8 , the piezoresistive sensor 130 is formed on the substrate 102 by a 3D printer.

기판(102)이 경화되기 전에 압저항 센서(130)를 형성하므로, 압저항 센서(130)용 물질은 기판(102) 내로 삽입되어, 압저항 센서(130)가 기판(102)에 매립된 형태(도 2 참조)를 이룬다. 이때, 압저항 센서(130)용 물질과 기판(102) 물질의 비중 차이에 의해서, 압저항 센서(130)용 물질이 기판(102) 내로 삽입될 수 있으며, 또는 노즐에서 토출되는 토출 압력으로 밀어 압저항 센서용 물질을 기판(102) 내로 삽입할 수 있다. Since the piezoresistive sensor 130 is formed before the substrate 102 is cured, the material for the piezoresistive sensor 130 is inserted into the substrate 102 so that the piezoresistive sensor 130 is embedded in the substrate 102 . (refer to FIG. 2). At this time, due to the difference in specific gravity between the material for the piezoresistive sensor 130 and the material for the substrate 102 , the material for the piezoresistive sensor 130 may be inserted into the substrate 102 or pushed by the discharge pressure discharged from the nozzle. A material for a piezoresistive sensor may be inserted into the substrate 102 .

압저항 센서(130)는 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 카본블랙(Carbon black) 입자가 혼합된 PDMS일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 금(gold), 은(silver), 그래핀(graphene), 카본(carbon) 등을 기반으로 하는 재료를 포함할 수 있다.The piezoresistive sensor 130 may include a conductive material, and may be PDMS in which carbon black particles are mixed, but is not limited thereto. Gold, silver, graphene , and may include a material based on carbon or the like.

압저항 센서(130)는 400μm의 내경을 갖는 플라스틱 테이퍼드 노즐이 장착된 플라스틱 시린지에 도전물질 혼합물을 로딩한 후 700kPa의 공압으로 기판(102) 위에 토출하여 형성한다. 이때, 프린터 헤드를 20 mm/min의 속도로 이송하며, 압저항 센서(130)를 형성한 후, 전극 패드(104)를 형성할 수 있다. The piezoresistive sensor 130 is formed by loading a conductive material mixture into a plastic syringe equipped with a plastic tapered nozzle having an inner diameter of 400 μm and then discharging it onto the substrate 102 with a pneumatic pressure of 700 kPa. In this case, after the printer head is transferred at a speed of 20 mm/min and the piezoresistive sensor 130 is formed, the electrode pad 104 may be formed.

전극 패드(104)는 압저항 센서(130)의 전기저항 변화를 측정할 때 전기 핀(electrical pin)과 안정적으로 접촉되기 위해서, 압저항 센서(130)의 신호선(103)의 폭보다 큰 지름을 가지는 원형, 또는 큰 너비를 가지는 다각형일 수 있다. The electrode pad 104 has a diameter larger than the width of the signal line 103 of the piezoresistive sensor 130 in order to stably contact an electrical pin when measuring the change in electrical resistance of the piezoresistive sensor 130 . The branches may be circular or polygonal having a large width.

입저항 센서(130)는 3차원 인공 심근 조직의 작은 수축력에도 전기 저항 변화가 극대화될 수 있도록, 3차원 인공 심근 조직이 수축되는 방향, 즉 제2 방향(X2)으로 길게 형성될 수 있다. The input resistance sensor 130 may be elongated in the direction in which the three-dimensional artificial myocardial tissue contracts, that is, the second direction X2, so that the change in electrical resistance can be maximized even with a small contractile force of the three-dimensional artificial myocardial tissue.

이후, 60℃ 내지 80℃의 진공 오븐에서 18시간 내지 24시간 동안 경화 공정을 진행한다.Thereafter, the curing process is performed in a vacuum oven at 60° C. to 80° C. for 18 hours to 24 hours.

다음, 도 9에서와 같이, 슬라이드 글라스로부터 기판(102)을 분리하여 수축력 측정 센서(100)를 완성(도 1 참조)한다. 이때, 슬라이드 글라스와 함께 경계선(101)도 함께 분리될 수 있다. Next, as shown in FIG. 9 , by separating the substrate 102 from the glass slide, the contraction force measuring sensor 100 is completed (see FIG. 1 ). At this time, the boundary line 101 may be separated together with the slide glass.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 장치를 이용하면, 용이하게 인공 심근 세포의 배양시 수축력 변화에 따른 전기저항 변화를 측정할 수 있다.As described above, by using the contractile force measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, it is possible to easily measure a change in electrical resistance according to a change in contractile force during culturing of artificial myocardial cells.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining the operation of the contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에에 따른 수축력 측정 센서는 제1 기둥(121) 및 제2 기둥(122) 사이에 인공 심근 세포를 포함하는 하이드로겔부(300)가 형성된다. 하이드로겔부(300)는 수축력 측정 센서(100)와 함께 배양액에 담겨 배양될 수 있으며, 심근 세포가 배양되면서 수축(붉은 화살표 참조)된다. 이때, 수축력에 의해서 동작부가 굽어지고, 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 장치를 이용하면 수축력이 변화됨과 동시에 동작부도 굽어져(검정, 파란 화살표 참조) 전기 저항이 변화되고, 전극 패드(104)에 연결되는 측정기를 통해서 실시간으로 전기 저항을 측정할 수 있다. Referring to FIG. 10 , in the contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention, a hydrogel part 300 including artificial myocardial cells is formed between the first pillar 121 and the second pillar 122 . The hydrogel part 300 may be immersed in a culture solution together with the contractility measuring sensor 100 and contracted while myocardial cells are cultured (refer to the red arrow). At this time, the operating part is bent by the contractile force, and when the contractile force measuring device according to an embodiment of the present invention is used, the contracting force is changed and the moving part is bent at the same time (see black and blue arrows) to change the electrical resistance, and the electrode pad 104 ) can measure the electrical resistance in real time through a measuring instrument connected to the

도 11은 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서를 촬영한 사진이다.11 is a photograph of a contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention that is actually manufactured.

도 11에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서(100)의 기둥(121, 122) 사이를 연결하도록 3D 프린터로 하이드로겔부(300)가 형성될 수 이다. 하이드로겔부(300)는 심근 세포를 포함할 수 있다. 11, the hydrogel part 300 may be formed by a 3D printer to connect between the pillars 121 and 122 of the contractile force measuring sensor 100 according to an embodiment of the present invention. The hydrogel unit 300 may include cardiomyocytes.

하이드로겔부(300)는 바이오 잉크를 이용한 3D 프린팅으로 형성할 수 있으며, 바이오 잉크는 탈세포화 된 세포외 기질 용액, 하이드로겔로 콜라겐(Collagen), 피브리노젠(Fibrinogen), 또는 이들을 혼합하여 제조될 수 있다. The hydrogel part 300 can be formed by 3D printing using bio-ink, and the bio-ink is a decellularized extracellular matrix solution, hydrogel, collagen (Collagen), fibrinogen (Fibrinogen), or a mixture thereof. can

하이드로겔부(300)는 배양액 내에서 기둥(121, 122)으로부터 부유될 수 있으므로, 하이드로겔부(300)가 형성된 기둥(121, 122) 위에 캡(cap)(400)이 형성되며, 하이드로겔부(300)가 기둥(121, 122)으로부터 분리되지 않도록 고정시킨다. Since the hydrogel part 300 can be suspended from the pillars 121 and 122 in the culture solution, a cap 400 is formed on the pillars 121 and 122 on which the hydrogel part 300 is formed, and the hydrogel part 300 ) is fixed so as not to be separated from the pillars (121, 122).

하이드로겔은 수축력 측정 센서와 함께 세포 배양액에서 배양될 수 있다. The hydrogel can be cultured in a cell culture solution together with a contractile force measuring sensor.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 장치의 배양 공간을 설명하기 위한 도면이다.12 is a view for explaining a culture space of the apparatus for measuring contractility according to an embodiment of the present invention.

도 12에서와 같이, 기판(102)의 상부 및 하부에는 세포 배양액을 담기 위한 공간을 형성하는 상부틀(61) 및 하부틀(62)을 기판(102)의 상부 및 하부에 각각 부착한다. 상부틀(61) 및 하부틀(62)은 절개부(3)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 하부틀(62)은 기판(102)을 지지하기 위해서, 상부틀(61)보다 폭이 넓을 수 있으며, 전극 패드(104)와 대응되는 부분까지 확장 형성될 수 있다. As shown in FIG. 12 , an upper frame 61 and a lower frame 62 , which form a space for containing the cell culture solution, are attached to the upper and lower portions of the substrate 102 on the upper and lower portions of the substrate 102 , respectively. The upper frame 61 and the lower frame 62 may be formed to surround the cutout 3 . The lower frame 62 may be wider than the upper frame 61 to support the substrate 102 , and may be formed to extend to a portion corresponding to the electrode pad 104 .

따라서, 상부틀(61)과 하부틀(62)은 절개부(3)를 통해서 연통되는 배양공간(S)을 형성하고, 배양 공간(S)에 세포 배양액이 채워지고, 동작부(13)는 세포 배양액에 잠긴다. 동작부(13)는 기판(102) 내에 매립되어 있으므로 세포 배양액에 노출되지 않고 안전하게 보호될 수 있다.Accordingly, the upper frame 61 and the lower frame 62 form a culture space (S) that communicates through the cutout (3), the cell culture solution is filled in the culture space (S), and the operation unit (13) is submerged in cell culture. Since the operation unit 13 is embedded in the substrate 102 , it can be safely protected without being exposed to the cell culture solution.

압저항 센서의 전극 패드(104)는 외부 기기와 연결하기 위해서 배양공간(S) 밖에 위치하며, 외부 기기와 연결을 위해서 노출될 수 있다. 전극 패드(104)가 기판에 매립되어 형성될 경우, 외부 기기와 연결을 위해서 상부 기판이 제거되거나, 접촉용 구멍을 형성하여 연결될 수 있다. The electrode pad 104 of the piezoresistive sensor is located outside the culture space S to connect with an external device, and may be exposed for connection with an external device. When the electrode pad 104 is formed to be embedded in the substrate, the upper substrate may be removed for connection with an external device, or a contact hole may be formed to connect the electrode pad 104 .

배양 후 일정 시간이 지나면, 하이드로겔부(300)에 포함된 심근 세포들은 길이 방향(longitudinal direction)으로 자가 정렬되며, 즉, 제1 기둥(121)과 제2 기둥(122) 사이를 연결하는 제2 방향(X2)으로 자가 정렬된다. After a certain period of time after culturing, the cardiomyocytes included in the hydrogel unit 300 self-align in the longitudinal direction, that is, the second column connecting between the first column 121 and the second column 122 . Self-aligns in direction (X2).

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔부 내부의 심근 세포가 자가 정렬되는 것을 설명하기 위한 사진이다. 13 is a photograph for explaining the self-alignment of myocardial cells inside the hydrogel part according to an embodiment of the present invention.

도 13은 세포 생존률 분석법(live/dead imaging)과 면역 형광법(immunofluorescence imaging)으로 촬영한 것으로, 세포를 배양하고 0일, 14일, 28일에 각각 촬영하였으며 시간이 지날수록 심근 세포가 일방향으로 정렬되는 것을 확인할 수 있다. 13 is a cell viability analysis method (live/dead imaging) and immunofluorescence imaging (immunofluorescence imaging) that was taken, cells were cultured and taken on days 0, 14, and 28, respectively, as time goes by, the cardiomyocytes are aligned in one direction. it can be confirmed that

자가 정렬 후, 심근 세포가 배양되면서 하이드로겔부는 수축되면서 수축력이 발생하고, 이에 따라서 동작부가 굽어질 수 있다.After self-alignment, as the myocardial cells are cultured, the hydrogel part contracts and contractile force is generated, and accordingly, the moving part may be bent.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축하는 현상을 촬영한 사진이다.14 is a photograph of a contraction phenomenon according to an embodiment of the present invention.

도 14a에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서에 하이드로겔부를 형성하면 이완기(diastole)에서 도 14b에서와 같이, 수축기(systole)로 갈수록 동작부가 굽어지는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 14A , when the hydrogel part is formed in the contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention, it can be seen that the operating part is bent from the diastole to the systole as shown in FIG. 14B .

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서를 통해서 시간 변화에 따른 인공 심근 조직의 수축을 저항 변화값으로 측정한 그래프이며, 측정된 저항값에 대응되는 수축력을 힘의 단위로 나타낸 그래프이다. 15 is a graph in which the contraction of artificial myocardial tissue according to time change is measured as a resistance change value through a contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention, and a graph showing the contractile force corresponding to the measured resistance value in units of force am.

도 15를 참고하면, 시간이 0s, 5s, 10s, 15s, 20s로 변하는 동안 수축력의 변화를 전기 저항값의 변화를 통해 실시간으로 측정할 수 있다.Referring to FIG. 15 , a change in the contractile force may be measured in real time through a change in an electrical resistance value while the time is changed to 0s, 5s, 10s, 15s, and 20s.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 저항변화값에 대한 수축력 값의 관계를 도출하기 위해 사용된 장치이고, 도 17은 도 16의 장치를 이용하여 측정한 수축력에 대응되는 전기 저항 변화값을 도시한 그래프이다.16 is a device used to derive the relationship between the value of the contractile force to the resistance change value of the contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 17 is an electrical corresponding to the contractile force measured using the device of FIG. It is a graph showing the resistance change value.

도 16에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수축력 측정 센서의 제1 기둥 및 제2 기둥에 하이드로겔 대신 힘변환기(force transducer)(60)와 연결된 봉합사(suture)(62)를 연결한다. 그리고, 수축력 측정 센서(100)는 모터가 장착된 스테이지 위에 위치하여 수축력 측정 센서를 수축 및 이완 방향으로 움직이면, 제1 기둥 및 제2 기둥에 연결된 봉합사에 장력이 작용하게 되고, 이에 의해서 하이드로겔이 수축 및 이완할 때 처럼 굽었다가 펴지게 된다. 이때, 봉합사에 작용하는 장력을 하이들겔을 이용하여 세포 배양시 발생되는 수축력에 대응시켰다. 16, a suture 62 connected to a force transducer 60 instead of a hydrogel is connected to the first column and the second column of the contractile force measuring sensor according to an embodiment of the present invention. . And, when the contractile force measuring sensor 100 is positioned on the stage on which the motor is mounted and moves the contracting force measuring sensor in the contracting and relaxing directions, tension is applied to the suture connected to the first post and the second post, whereby the hydrogel is It bends and unfolds as when contracting and relaxing. At this time, the tension acting on the suture was matched to the contractile force generated during cell culture using Heidelgel.

그리고, 봉합사에 걸리는 장력을 힘변환기를 이용하여 측정하였으며, 이때 발생하는 저항 변화값을 측정하였다.Then, the tension applied to the suture was measured using a force transducer, and the change in resistance occurring at this time was measured.

도 17을 참조하면, 수축력 변화에 따라서 전기 저항값이 변화하는 것을 확인할 수 있으며, 이차 곡선과 같이 일정한 관계를 가지는 것을 알 수 있다. 따라서, 세포 배양시 측정되는 전기 저항값 변화를 바탕으로 수축력을 측정하여 배양 정도를 용이하게 파악할 수 있다.Referring to FIG. 17 , it can be seen that the electrical resistance value changes according to the change in the contractile force, and it can be seen that there is a constant relationship like a quadratic curve. Therefore, the degree of culture can be easily determined by measuring the contractile force based on the change in electrical resistance measured during cell culture.

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 preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. It goes without saying that it falls within the scope of the invention.

100: 수축력 측정 센서 102: 기판
103: 압저항 센서 123: 뼈대
200: 기둥 300: 하이드로겔부
100: contraction force measuring sensor 102: substrate
103: piezoresistive sensor 123: skeleton
200: pillar 300: hydrogel part

Claims (16)

프레임, 상기 프레임으로부터 돌출한 동작부를 가지는 기판,
상기 동작부에 위치하는 신호선, 상기 신호선의 일단에 형성되며 상기 프레임에 위치하는 전극 패드를 포함하는 압저항 센서,
상기 압저항 센서를 사이에 두고, 상기 프레임에 위치하는 제1 기둥, 상기 동작부에 위치하는 제2 기둥을 포함하는 기둥
을 포함하는 수축력 측정 센서.
a frame, a substrate having an operation part protruding from the frame;
A piezoresistive sensor including a signal line positioned in the operation unit, an electrode pad formed at one end of the signal line and positioned in the frame;
A pole including a first pole positioned on the frame and a second pole positioned on the operation unit with the piezoresistive sensor interposed therebetween
A contractile force measuring sensor comprising a.
제1항에서,
상기 신호선은 상기 기판에 매립되어 있는 수축력 측정 센서.
In claim 1,
The signal line is a contractile force measuring sensor embedded in the substrate.
제1항에서,
상기 동작부는 상기 프레임에 형성된 절개부 내에 위치하는 수축력 측정 센서.
In claim 1,
The operation unit is a contractile force measuring sensor located in the cutout formed in the frame.
제1항에서,
상기 절개부를 둘러싸며, 상기 기판의 상부 및 하부에 각각 부착되어 세포 배양 공간을 형성하는 상부틀 및 하부틀을 더 포함하는 수축력 측정 센서.
In claim 1,
The contractile force measuring sensor further comprising an upper frame and a lower frame surrounding the cutout, respectively attached to the upper and lower portions of the substrate to form a cell culture space.
제4항에서,
상기 전극 패드는 상기 세포 배양 공간 밖에 위치하는 수축력 측정 센서.
In claim 4,
The electrode pad is a contractile force measuring sensor located outside the cell culture space.
제4항에서,
상기 하부틀은 상기 상부틀보다 넓은 폭을 가지는 수축력 측정 센서.
In claim 4,
The lower frame is a contractile force measuring sensor having a wider width than the upper frame.
제1항에서,
상기 제1 기둥과 일단이 연결되며 상기 프레임에 위치하는 뼈대
를 더 포함하는 수축력 측정 센서.
In claim 1,
A skeleton having one end connected to the first pillar and positioned in the frame
Contraction force measuring sensor further comprising a.
제1항에서,
수축력을 측정하고자 하는 대상물을 상기 제1 기둥과 상기 제2 기둥 사이를 연결하도록 형성한 후, 상기 대상물의 수축시 상기 동작부가 굽어지는 수축력 측정 센서.
In claim 1,
A contractile force measuring sensor in which an object for measuring a contractile force is formed to be connected between the first pillar and the second post, and then the operation unit is bent when the object is contracted.
제8항에서,
상기 대상물은 심근 세포를 포함하는 수축력 측정 센서.
In claim 8,
The object is a contractile force measuring sensor comprising myocardial cells.
제8항에서,
상기 신호선은 상기 대상물이 수축하는 방향으로 길이가 긴 지그재그 형태로 형성되어 있는 수축력 측정 센서.
In claim 8,
The signal line is a contractile force measuring sensor having a long zigzag shape in a direction in which the object contracts.
제1항에서,
상기 기판, 압저항 센서, 기둥은 3D 프린터로 형성된 수축력 측정 센서.
In claim 1,
The substrate, the piezoresistive sensor, and the pillar are a contractile force measuring sensor formed by a 3D printer.
슬라이딩 글라스 위에 경계선을 형성하는 단계,
상기 경계선으로 둘러싸인 공간에 서로 이격된 제1 기둥과 제2 기둥을 형성하는 단계,
상기 경계선으로 둘러싸인 공간을 채워 기판을 형성하는 단계,
상기 기판에 압저항 센서를 형성하는 단계,
상기 압저항 센서를 형성한 후, 경화하는 단계,
상기 슬라딩 글라스로부터 상기 기판을 분리하는 단계
를 포함하고,
상기 경계선, 제1 기둥, 제2 기둥, 압저항 센서 및 기판은 3D 프린터로 형성하는 수축력 측정 센서의 제조 방법.
Forming a boundary line on the sliding glass,
Forming a first column and a second column spaced apart from each other in the space surrounded by the boundary line,
forming a substrate by filling the space surrounded by the boundary line;
forming a piezoresistive sensor on the substrate;
After forming the piezoresistive sensor, curing;
Separating the substrate from the sliding glass
including,
The boundary line, the first pillar, the second pillar, the piezoresistive sensor and the substrate are formed by a 3D printer.
제12항에서,
상기 경계선을 형성하는 단계 후,
상기 공간에 뼈대를 형성하고, 상기 뼈대의 일단과 연결된 상기 제1 기둥을 형성하는 수축력 측정 센서의 제조 방법.
In claim 12,
After forming the boundary line,
A method of manufacturing a contractile force measuring sensor by forming a skeleton in the space and forming the first pillar connected to one end of the skeleton.
제13항에서,
상기 제1 기둥과 상기 뼈대는 상기 제2 기둥보다 강성이 큰 물질로 이루어지는 수축력 측정 센서의 제조 방법.
In claim 13,
The method of manufacturing a contractile force measuring sensor, wherein the first pillar and the skeleton are made of a material having greater rigidity than the second pillar.
제12항에서,
상기 경화하는 단계는,
60℃ 내지 80℃의 진공 오븐에서 18시간 내지 24시간 동안 진행하는 수축력 측정 센서의 제조 방법.
In claim 12,
The curing step is
Method of manufacturing a contraction force measuring sensor proceeding for 18 hours to 24 hours in a vacuum oven of 60 ℃ to 80 ℃.
제12항에서,
상기 압저항 센서를 형성하는 단계에서,
상기 기판 내에 상기 압저항 센서용 물질을 주입하여 상기 압저항 센서는 상기 기판 내에 매립되는 수축력 측정 센서의 제조 방법.
In claim 12,
In the step of forming the piezoresistive sensor,
A method of manufacturing a contractile force measuring sensor in which the piezoresistive sensor is embedded in the substrate by injecting the material for the piezoresistive sensor into the substrate.
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