KR20240024763A - 3d 바이오프린팅 시스템 - Google Patents

3d 바이오프린팅 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20240024763A
KR20240024763A KR1020230130984A KR20230130984A KR20240024763A KR 20240024763 A KR20240024763 A KR 20240024763A KR 1020230130984 A KR1020230130984 A KR 1020230130984A KR 20230130984 A KR20230130984 A KR 20230130984A KR 20240024763 A KR20240024763 A KR 20240024763A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bioprinting
head
printing
extrusion
screw
Prior art date
Application number
KR1020230130984A
Other languages
English (en)
Inventor
노인섭
바타차리야 아미타바
이성근
김홍균
Original Assignee
주식회사 매트릭셀바이오
서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 매트릭셀바이오, 서울과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 주식회사 매트릭셀바이오
Publication of KR20240024763A publication Critical patent/KR20240024763A/ko

Links

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
    • B29C64/20—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
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/285—Feeding the extrusion material to the extruder
    • 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
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/30—Extrusion nozzles or dies
    • 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
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
    • B29C48/40—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders
    • 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
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/68—Barrels or cylinders
    • B29C48/682—Barrels or cylinders for twin screws
    • 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
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/232—Driving means for motion along the axis orthogonal to the plane of a layer
    • 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
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/236—Driving means for motion in a direction within the plane of a layer
    • 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
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/241—Driving means for rotary motion
    • 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
    • B29C64/245—Platforms or substrates
    • 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
    • B29C64/25—Housings, e.g. machine housings
    • 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
    • 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
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • 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
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

개시된 3D 바이오프린팅 시스템은, 도어에 의해 개폐되는 프린팅 챔버; 상기 프린팅 챔버 내의 상측에 배치되고 X-Y 좌표 이동하는 래크를 포함하는 X-Y축 드라이브 장치; 상기 래크에 장착되어 X-Y 좌표 이동하는 바이오프린팅 헤드 장치; 및 상기 바이오프린팅 헤드 장치와 마주하도록 상기 프린팅 챔버 내 하측에 배치되어, 바이오프린팅 물질이 적층되는 장소를 제공하며, 바이오프린팅 물질이 적층되는 동안 이동하는, 프린팅 스테이지를 포함하며, 상기 바이오프린팅 헤드 장치는, 상기 래크에 장착되는 헤드 홀더와, 상기 헤드 홀더에 분리가능하게 장착되는 하나 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 포함한다.

Description

3D 바이오프린팅 시스템{3D BIO PRINTING SYSTEM}
본 발명은 다층의 복잡한 3D 조직 재생을 위한 3D 바이오프린팅 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 분리 및 교환 가능한 이동용 바이오프린팅 헤드를 구비한 다목적 3D 바이오프린팅 시스템에 관한 것이다.
조직공학재생의학 분야의 3D 바이오프린팅은 일반적인 3D 프린팅 기술과 크게 다르다. 이 분야에서는 생체활성물질이 봉입된 소재와 살아있는 세포가 함께 프린팅되어야 한다. 따라서 이러한 프로세스는 세포와 생체 활성 물질을 보호하고 그들의 기능을 유지하며 활성화시킬 수 있는 특수한 생체 재료와 적층 제조 공정이 필요하다. 또한, 바이오프린터를 선택할 때도 이러한 특수한 요구 사항을 고려해야 한다. 이러한 이유로 3D 바이오프린팅은 일반적인 3D 프린팅과 기술적으로나 응용 분야에서 차별화된 영역이다.
현재 바이오프린터 시장에서는 주로 압출 기반 3D 바이오프린터와 고정형 3D 바이오프린터가 주류를 이루고 있다. 이러한 3D 바이오프린터는 다양한 크기와 단일 또는 다중 압출 헤드를 갖추고 있으며, 프린터의 압출 메커니즘으로는 주로 공압식 또는 피스톤식 압출 헤드가 사용된다. 최근 호주에서는 이동형 바이오프린터로서 코어-쉘 구조의 피스톤식 방식을 개발하고 있고, 캐나다에서는 멀티 채널로 구성된 이동형 바이오프린터를 위해 공압식 방식을 개발 중에 있다.
그러나, 호주와 캐나다에서 개발 중인 이동형 바이오프린터는, 공압식 또는 피스톤식 압출형 바이오프린터로서, 바이오잉크의 균질한 혼합이 어려울 수 있으며, 챔버형 바이오프린터 노즐에 이동형 바이오프린터를 부착하여 사용하는 방법 또는 장치에 대한 보고는 아직 없는 것으로 알려져 있다. 또한, 4축 바이오프린터에 대한 고려도 전혀 없다.
KR 10-2023-0085102(2023년 6월 13일 공개)
본 발명자(들)은, 기존 바이오프린팅 시스템의 공압식, 피스톤 압출공정 문제를 극복하기 위해 스크루 기반 압출 기술을 사용하여 하이드로젤과 세포를 주입함과 동시에 혼합하고, 3D 바이오프린팅 및 다성분 바이오잉크 프린팅을 가능하게 하는 연속공정 기술을 개발하게 되었다. 이로써 압출 메커니즘에서 성능이 우수한 다목적의 3D 바이오프린터와 이에 탈부착 가능한 이동형 압출 프린팅 헤드를 구현할 수 있게 되었다.
본 발명의 목적은, 스크루 기반 압출 메커니즘을 적용한, 분리 가능하고, 이동 가능한, 바이오프린팅 헤드를 구비한 바이오프린팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 다양한 압출 메커니즘을 적용한, 분리 가능하고, 이동 가능한, 바이오프린팅 헤드들을 구비한 바이오프린팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 4축 프린팅 기능을 갖춘 바이오프린팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 3D 바이오프린팅 시스템은, 도어에 의해 개폐되는 프린팅 챔버; 상기 프린팅 챔버 내의 상측에 배치되고 X-Y 좌표 이동하는 래크를 포함하는 X-Y축 드라이브 장치; 상기 래크에 장착되어 X-Y 좌표 이동하는 바이오프린팅 헤드 장치; 및 상기 바이오프린팅 헤드 장치와 마주하도록 상기 프린팅 챔버 내 하측에 배치되어, 바이오프린팅 물질이 적층되는 장소를 제공하며, 상기 바이오 물질이 토출되는 동안 이동하는, 프린팅 스테이지를 포함하며, 상기 바이오프린팅 헤드 장치는, 상기 래크에 장착되는 헤드 홀더와, 상기 헤드 홀더에 분리가능하게 장착되는 하나 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 포함한다.
상기 프린팅 스테이지는 Z축 드라이브 장치에 의해 Z축으로 이동하는 Z축 이동플레이트를 포함한다.
상기 프린팅 스테이지는 샤프트 구동 모터에 의해 회전 구동되는 4축 회전 샤프트를 포함하며, 상기 4축 회전 샤프트는 상기 X-Y축 드라이브 장치에 의해 X-Y 좌표 이동하는 바이오프린팅 헤드 장치와 협력하여, 튜브 형태의 바이오프린팅 구조물을 형성한다.
상기 프린팅 스테이지는, Z축 드라이브 장치에 의해 Z축으로 이동하는 Z축 이동플레이트와, 샤프트 구동 모터에 의해 회전 구동되는 4축 회전 샤프트 중 하나가 선택되어, 이용된다.
상기 헤드 홀더는 상기 래크에 분리가능하게 장착 가능한 복수개의 다른 유형의 헤드 홀더 중 하나가 선택되어 상기 래크에 장착된다.
상기 하나 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드는 스크루에 의해 바이오프린팅 물질을 압출하는 압출 기반 프린팅 헤드를 포함한다.
상기 압출 기반 바이오프린팅 헤드는 상기 프린팅 챔버로부터 분리하여 외부에서 손으로 잡고 직접 3D 바이오프린팅이 가능한 이동형 바이오프린팅 펜을 포함한다.
상기 이동형 바이오프린팅 펜은 제1 스크루를 수용하는 제1 배럴과 상기 제1 스크루보다 길이가 길고 제1 스크루와 병렬 구조를 갖는 제2 스크루를 수용하며 상기 제1 배럴보다 길이가 긴 제2 배럴을 서로 통해 있도록 구비하는 하우징과, 상기 제1 스크루 및 제2 스크루를 구동시키는 모터 및 컨트롤러가 내장된 컨트롤러 블록과, 상기 제1 배럴 측에 형성되어 세포와 바이오잉크 또는 젤이 주입될 수 있는 제1 주입구 및 제2 주입구와, 상기 컨트롤러 블록의 반대편 쪽에 상기 제2 배럴의 말단부로부터 연장 형성되고 세포와 바이오잉크 또는 젤이 혼합되어 만들어진 바이오프린팅 물질을 토출하는 토출부를 포함하고, 상기 제1 스크루와 및 제2 스크루가 공간적으로 분리되지 않도록 상기 제1 배럴과 상기 제2 배럴은 서로 통해 있으면서 연장 형성된다.
상기 이동형 바이오프린팅 펜은 바이오프린팅 물질을 향해 UV를 조사하는 UV 램프를 포함한다.
상기 하나 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드는 공압 튜브를 통해 상기 프린팅 챔버의 외부에 있는 외부 공압장치와 연결된 공압 바이오프린팅 헤드를 포함한다.
상기 하나의 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드는 공급 튜브를 통해 시린지 펌프와 연결되어 바이오잉크 또는 젤 혹은 고분자 필라멘트의 용융침착을 일정 속도로 수급받아 바이오프린팅 물질을 토출하는 외부 수급 바이오프린팅 헤드를 포함한다.
상기 바이오프린팅 헤드 장치는, 상기 래크에 장착되고 제1 헤드 홀딩부와 하나 이상의 제2 헤드 홀딩부를 포함하는 헤드 홀더와, 상기 제1 헤드 홀딩부에 분리가능하게 장착되는 이동형 바이오프린팅 펜과, 상기 제2 헤드 홀딩부에 장착되는 시린지형 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 포함한다.
상기 래크는 양각부를 포함하고, 상기 헤드 홀더는 상기 양각부에 결합되는 홀 형태 또는 음각 형태의 결합부가 형성된 판 형태의 홀더 베이스와, 상기 홀더 베이스에 형성되어 상기 컨트롤러 블록을 감싸 상기 이동형 바이오프린팅 펜을 홀딩하는 홀딩부를 포함한다.
상기 래크는 상부면에 형성된 양각부를 포함하고, 상기 헤드 홀더는 상기 양각부에 결합하는 홀 형태 또는 음각 형태의 결합부가 형성된 판 형태의 홀더 베이스와, 상기 홀더 베이스에 연결되어 원통 형상 압출 기반 프린팅 헤드를 유지하는 하나 이상의 C형 홀딩부를 포함한다.
상기 헤드 홀더는 서로 다른 종류의 압출 기반 바이오프린팅 헤드들을 홀딩하는 복수개의 홀딩부들을 포함하고, 상기 헤드 홀더가 선형 이동 또는 회전 이동하여, 상기 복수개의 홀딩부들 중 하나의 홀딩부에 홀딩된 압출 기판 바이오프린팅 헤드가 선택되어 이용된다.
상기 바이오프린팅 시스템은 상기 압출 기판 바이오프린팅 헤드를 통과하는 재료의 온도를 ±1 ~ 0.01°C의 정확도로 제어하는 온도 컨트롤러를 더 포함한다.
상기 바이오프린팅 시스템은 상기 압출 기반 바이오프린팅 헤드와 유무선 통신으로 연결되어 상기 압출 기반 바이오프린팅 헤드의 구동 시간 및 정지 시간을 제어하는 타이머 컨트롤러를 더 포함한다.
상기 바이오프린팅 시스템은 상기 프린팅 챔버의 내부를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 설치된 멸균용 UV 스트랩을 더 포함한다.
상기 바이오프린팅 시스템은 상기 프린팅 챔버에 설치된 외부가 내부로 유입될 때 유입 공기 내 존재하는 미생물을 걸러내는 헤파필터를 더 포함한다.
상기 바이오프린팅 시스템은 상기 프린팅 챔버 내부의 온도를 제어하는 온도 컨트롤러를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 기존의 공압식/피스톤 메커니즘의 압출기반의 바이오프린팅 시스템의 성능 이외에도 추가적으로, 스크루 기반 압출 기술을 사용하여 하이드로젤과 세포(또는, 생체활성물질)를 주입함과 동시에 연속 혼합하고, 3D 바이오프린팅 및 다성분 바이오잉크 프린팅을 가능하게 한다. 이로써 압출 메커니즘에서 성능이 우수한 다목적의 3D 바이오프린터와 이에 탈부착 가능한 이동형 압출 프린팅 헤드를 구현할 수 있게 되었다.
또한 본 발명에 따른 바이오프린팅 시스템은 다양한 압출 메커니즘을 적용한, 분리 가능하고, 이동 가능한, 바이오프린팅 헤드를 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스크루 압출 기반의 이동형 바이오프린팅 펜을 개별적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 게다가 바이오프린팅 헤드는 UV 광 기기와 통합하여 광 가교 가능한 하이드로젤을 가교할 수 있는 기술을 추가적으로 제공할 수 있으며, 젤과 바이오잉크를 공급하면서 프린팅 헤드에 롤러와 같은 도구를 제공하여 넓은 면적을 바이오프린팅할 수 있고, 4축 프린팅할 수 있어서, 관(tube)과 같은 다양한 구조체를 프린팅 하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 하나의 바이오프린팅 기계(바이오프린터)에 압출 메커니즘에서 제공할 수 있는 모든 메커니즘(공압식, 피스톤, 스크루형)의 압출형 기술과 시스템(3D 바이오프린팅, 4축 3D 바이오프린팅)을 제공하여 바이오프린팅 사용자에 토탈 솔루션을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복잡한 다층 3D 조직공학 구조물을 개발하기 위해 낮은 점도에서 높은 점도 범위의 다성분 하이드로젤 혹은 고분자 물질을 압출 기반 3D 바이오프린팅에 적용되고, 다양한 압출 메커니즘들을 통합시키는 기능이 제공된다.
스크루 구동의 메커니즘으로 특수 설계된 바이오프린팅 헤드를 사용하여 in situ 공정으로 균질한 바이오잉크 혼합과 압출 및 3D 바이오프린팅을 할 수 있고, 동시에 나노 입자 및 살아있는 세포를 포함한 생체 활성 첨가제의 균질 혼합이 가능하다.
본 발명의 바이오프린팅 시스템은 공압(pneumatic) 또는 (피스톤) 공기압 구동 압출 및 스크루 압출을 선택하여 이용할 수 있다.
본 발명의 바이오프린팅 시스템은 고분자 필라멘트의 용융적층에 의한 3D 프린팅을 이용할 수 있다.
이동형 바이오프린팅 헤드의 기본 구조에 UV 원을 추가하여 제조된 프린팅 헤드, 즉, UV 광원을 포함하는 UV 이동형 바이오프린팅 펜은, UV와, 3D 프린팅 및 바이오프린팅 기술을 사용하여, 광가교성 하이드로젤 바이오잉크 구조체를 정밀하게 경화할 수 있다.
복잡한 조직 구조를 만들기 위해 여러 프린팅 헤드를 사용할 수 있도록 선형 또는 회전 헤드 홀더가 통합된다.
바이오프린팅 헤드는 분리, 교환이 가능하며, 손으로 직접 프린팅이 가능한 이동형 바이오프린팅 펜을 따로 분리하여 독립적으로 사용할 수 있다.
이동형 바이오프린팅 펜은 전장에서 군인들이 휴대형으로 사용할 수 있으며, 전장에서 부상당한 군인들이 직접 상처부위를 프린팅하여 상처를 응급처치 하는데 사용할 수 있다.
본 발명은 4축 3D 프린팅이 가능하다.
3D 프린팅 및 3D 바이오프린팅을 위해, 유사하거나 다른 형태의 헤드를 동시 및 순차적으로 사용이 가능하다.
1개, 2개 또는 그 이상의 세포주가 내장된 1개, 2개 또는 그 이상의 하이드로젤 혹은 다른 고분자 바이오잉크가 다층, 코어-쉘, 이중 구성 요소, 영역 특정 제어 증착을 통해 다층으로 제조되거나 3D 바이오프린팅 될 수 있다.
본 발명에 따른 3D 바이오프린팅 시스템은 챔버 온도조절이 가능하고, UV살균 수단이 장착될 수 있으며, 인큐베이터로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 첨단 3D 바이오프린팅 시스템은 기존의 어떤 3D 프린터나 바이오프린터보다 다양한 기능을 제공한다. 즉, 4축 3D 프린팅, 분리형 및 교환형 프린팅 헤드 옵션이 있으며, 프린팅 헤드를 분리하여 손으로 직접 프린팅하는 장치로도 사용할 수 있다.
기존 바이오프린팅 기계에서는 사용할 수 없었던, 공기압, 피스톤 및 스크루 기반의 압출 기술이 3D 바이오프린팅 및 4축 3D 바이오프린팅에 적합한 소프트웨어와 함께 단일 바이오프린팅 기계에 복합적으로 제공이 가능하다.
또한, 현재 제공되고 있는 3D 바이오프린팅과 관련된 모든 가능한 기술은 별도로 하이드로젤 혹은 바이오잉크를 혼합한 후, 준비된 바이오잉크를 압출기 헤드에 공급하여 바이오프린팅을 하고 있다. 이러한 방법은 세포와 약물을 다루는 과정에서 오염의 기회를 증가시킬 뿐만 아니라, 균질 혼합을 달성하기 위해서는 이를 다루는 연구자의 높은 숙련도가 요구되고 있다. 반면에, 스크루 기반 첨단 압출 프린팅 헤드는 다성분 하이드로젤 바이오잉크의 혼합 및 3D 바이오프린팅을 동시에 수행할 수 있으며, 기계적으로 수행하므로 바이오잉크/젤 혼합과 바이오프린팅에 대해 표준화를 이룰 수 있는 차이점이 있다.
본 발명에 따른 압출 기반 바이오프린팅 시스템은 공압 또는 피스톤 기반의 압출 시스템에 스크루 기반의 이동형 바이오프린터(즉, 바이오프린팅 펜)를 추가적으로 제공함으로써 이동형 바이오프린팅 시스템과 고정형 바이오프린팅 시스템의 복합 기능을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 압출 기반 바이오프린팅 시스템은 Fused diffused system과는 다르게, 프린팅 공정 중에 유해가스 등이 발생하지 않으므로, 교육용으로 활용이 가능하다.
기존의 고정형 바이오 3D 프린터에서 제공하기 어려웠던 in situ 바이오잉크 혼합과 프린팅 기능, 연속적인 바이오프린팅 공정, 대면적의 바이오프린팅과 복잡한 형상의 조직결손 부위에 직접 프린팅이 가능한 기능을 동시에 제공할 수 있는 복합 바이오프린팅 시스템을 제공함으로써, 바이오프린팅에서 공압, 피스톤, 스크루 압출이라는 방식과 (고정형+이동형) 바이오프린터의 기능을 제공하는 효과가 있다.
연구자가 손으로 바이오잉크, 젤을 혼합하지 않고, 바이오프린팅 기기를 이용하여 기계적으로 균질하게 혼합하고 연속공정으로 프린팅 함으로써, 바이오프린터 컨트롤러에 의해 조정 및 기계화 된 공정으로 진행되므로 바이오잉크/하이드로젤 혼합공정을 표준화 시킬 수 있는 장점을 제공하는 효과를 가진다.
기존 압출 기반의 바이오 프린팅 시스템에 추가적으로 이동형 바이오프린팅 펜과 연결된 작동시간 컨트롤러를 이용하여 혼합 및 프린팅 작동시간을 조절하여 일정한 양의 바이오잉크 혹은 하이드로젤을 적하시키는 시스템(dosing), 및 광 개시 가교결합 바이오 프린팅 시스템, 이동형 바이오 프린터, 4축 바이오 프린팅 시스템이 구축된 복합 바이오 프린팅 시스템을 제공하는 효과가 있다.
광 개시 가교 결합 바이오프린팅 시스템은 프린팅 구조체의 형상 유지 기능을 향상시킬 수 있으며, 4축 바이오프린팅 시스템은 고점성의 하이드로젤/바이오잉크를 이용하여 관(tube)형 구조체를 다양하게 제공하는 효과가 있다. 이는 혈관, 신경, 기도, 식도 등의 관 형태의 조직공학구조물의 제조기술을 제공하는 효과를 제공한다.
4축 바이오프린팅 구조물 제조는 로터(rotor)의 속도를 조절하여 튜브 구조의 두께, 기공 크기, 다공도 등을 조절하여 튜브의 물성을 다양하게 제공할 수 있다.
본 발명의 (광 가교/스크루/용융 침착 압출) 이동형 바이오프린터 - (공압/피스톤 압출) 고정형 바이오프린터 -4 축프린팅시스템이 복합된 바이오프린팅 시스템의 특성은 사용자의 요구 사항에 적합한 압출 프린팅 옵션을 다양하게 제공함으로써, 사용자를 만족시킬 수 있는 바이오프린팅 시스템을 제공하는 효과를 가진다.
장기를 포함하여 다층의 복잡한 조직을 프린팅할 수 있는 가능성은 3D 바이오프린팅 산업, 조직공학 재생의학 산업, 의료기기 산업 등의 분야에서 새로운 지평을 열 수 있는 새로운 바이오프린팅 기계와 바이오잉크/하이드로젤을 제공하는 효과가 있다. 게다가 바이오잉크의 균질한 혼합과프린팅은 조직공학 구조체 내부에 세포들을 균질하게 분산시켜 조직재생을 유도할 수 있으므로, 최종적으로 균질한 조직공학 제품을 제조하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 바이오프린팅 시스템을 전반적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 3D 바이오프린팅 시스템의 3D 바이오프린팅을 위한 바이오프린팅 헤드의 X-Y 이동 메커니즘과 및 Z축 이동플레이트의 Z축 이동 메커니즘과 4축 3D 바이오프린팅을 위한 X-Y 이동 메커니즘과 4축 회전 샤프트의 회전 메커니즘을 설명하기 위한 평면도이고,
도 3은 압출 기반 바이오프린팅 헤드로 UV 가교 결합 기능이 없는 바이오프린팅 펜을 이용하여 Z축 이동플레이트 상의 유리, 웰 플레이트 또는 페트리디시 상에 3D 바이오프린팅 구조물을 형성하는 응용을 나타내고,
도 4는 도 3에 압출 기반 바이오프린팅 헤드로 이용한 바이오프린팅 펜을 챔버 외부로 꺼내어 손으로 3D 바이오프린팅을 하는 응용을 나타내고,
도 5는 압출 기반 바이오프린팅 헤드로 UV 가교 결합 기능이 있는 바이오프린팅 펜을 이용하여 Z축 이동플레이트 상의 유리, 웰 플레이트 또는 페트리디시 상에 3D 바이오프린팅 구조물을 형성하는 응용을 나타내고,
도 6은 압출 기반 바이오프린팅 헤드로 프린팅 챔버 외부의 외부 공압장치와 연결된 외부 공압 시린지형 바이오프린팅 헤드를 이용하여 Z축 이동플레이트 상의 유리, 웰 플레이트 또는 페트리디시 상에 3D 바이오프린팅 구조물을 형성하는 용용을 나타내고,
도 7은 압출 기반 바이오프린팅 헤드로 프린팅 챔버 외부의 외부 공압장치와 연결된 외부 공압 시린지형 바이오프린팅 헤드를 이용하여 4축 회전 샤프트 상에 3D 바이오프린팅 구조물을 형성하는 용용을 나타내고,
도 8은 압출 기반 바이오프린팅 헤드로 외부 시린지 펌프와 연결된 외부 수급 바이오프린팅 헤드를 이용하는 응용을 나타내고,
도 9a 및 도 9b, 도 10a, 도 10b, 도 11 및 도 12 각각은 X-Y 좌표 이동하는 래크에 분리가능하게 장착되어 이용될 수 있는 다양한 압출 기반 바이오프린팅 헤드 장치를 설명하기 위한 도면들이고,
도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 바이오프린팅 시스템을 이용하여 제작된 바이오 구조물 샘플들을 보인 사진들이며,
도 16은 이동형 바이오프린팅 펜의 내부 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하는 것을 의미할 수 있다. 이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 바이오프린팅 시스템은 도어(22)에 의해 개폐되는 프린팅 챔버(20)와, 상기 프린팅 챔버(20) 내 상측에 배치되는 X-Y축 드라이브 장치(10)과, 상기 X-Y축 드라이브 장치(10)에 분리가능하게 장착되어 상기 프린팅 챔버(20)의 상측에서 X축 및 Y축으로 좌표 이동을 하는 바이오프린팅 헤드 장치(1)와, 상기 바이오프린팅 헤드 장치(1)와 마주하도록 상기 프린팅 챔버(20) 내 하측에 배치되며, 상기 바이오프린팅 헤드 장치(1)가 토출하는 바이오프린팅 물질이 적층되는(또는, 쌓이는) 장소를 제공하는 프린팅 스테이지의 하나로서 Z축 이동플레이트(30)와, Z축 이동플레이트(30)를 Z축으로 이동시켜, 상기 Z축 이동플레이트(30) 위에서 적층되는 바이오프린팅 물질의 층 위치를 정의하는 Z축 드라이브 장치(40)를 포함한다. Z축 이동플레이트(30)에는 유리판, 웰 플레이트 또는 페트리디시가 배치되며, 정확하게는 유리판, 웰 플레이트 또는 페트리디시 상에 바이오프린팅 물질이 적층되어 3D 바이오프린팅 구조물이 형성된다.
또한, 3D 바이오프린팅 시스템은, 상기 Z축 이동플레이트(30)를 대신하여, X-Y 좌표 이동하는 바이오프린팅 헤드 장치(1)가, 토출하는 바이오프린팅 물질이 적층되는 장소를 제공하는 다른 프린팅 스테이지으로서, 4축 회전 샤프트(50)와, 상기 4축 회전 샤프트(50)를 회전 가능하게 지지하는 4축 회전 샤프트 지지대(52)와, 상기 샤프트 지지대(52)에 설치되어 상기 4축 회전 샤프트(50)를 회전 구동시키는 샤프트 구동 모터(54)를 포함한다.
본 명세서에서, 용어 "프린팅 스테이지"는 바이오프린팅 물질이 적층되는 장소를 제공하여 3D 바이오 구조물의 제작이 실제 이루어지는 부분을 포괄하는 의미이며, 따라서, "프린팅 스테이지"는 Z축으로 이동하는 Z축 이동플레이트 또는 회전하는 4축 회전 샤프트를 모두 포괄하는 의미이다.
본 명세서에서, 용어 "바이오프린팅 물질"은 바이오잉크(또는, 하이드로젤, 생체활성물질이 포함된 바이오젤) 등 3D 바이오 프린팅을 위해 압출 기반 바이오 프린팅 헤드 장치가 토출하는 물질을 의미한다.
바이오프린팅 적층 구조물(또는 바이오프린팅 구조물)의 형상에 따라, 즉, 프린팅 방식이 3D 바이오프린팅 방식(즉, 일반적인 3D 바이오프린팅 방식)인지 혹은 4축 3D 바이오프린팅 방식인지에 따라, Z축 이동플레이트(30)와 4축 회전 샤프트(50) 증 하나가 선택되어 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 샤프트 지지대(52)와 그에 지지된 4축 회전 샤프트(50)를 사용 위치와 불사용 위치로 이동 가능하게 구성하여, 3D 바이오프린팅 방식을 이용하는 경우, 4축 회전 샤프트(50)를 프린팅 챔버 외부 또는 프린팅 챔버 내부의 불사용 위치로 이동하여 사용하지 않고, 3D 4축 바이오프린팅 방식으로 이용하는 경우에는 4축 회전 샤프트(50)를 사용 위치로 이동시켜 사용한다.
프린팅 챔버(20)는 챔버 하우징 내에 형성되고, 챔버 하우징의 길이, 너비 및 높이 각각은 50 ~ 2,000mm일 수 있고, 프린팅 챔버(20)의 길이, 너비 및 높이 각각은 대략 10 ~ 1500mm일 수 있다. Z축 이동플레이트(30)의 길이와 너비 각각은 대략 10 ~ 1,000mm일 수 있다. 바이오프린팅 결과물, 즉, 3D 바이오프린팅에 의해 얻어진 바이오프린팅 구조물의 높이는 프린팅 챔버(20)의 높이에 따라 다르지만, 0.1 - 1,000mm 가 될 수 있다.
X-Y축 드라이브 장치(10)는 바이오프린팅 헤드 장치(1)가 분리가능하게 장착되는 래크(11)와, 상기 래크(11) 및 그와 결합된 바이오프린팅 헤드 장치(1)를 X축 방향으로 이동시키는 X축 이동유닛과, 상기 래크(11) 및 그와 결합된 바이오프린팅 헤드 장치(1)를 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 이동유닛을 포함한다. 예시적인 일 예에 따라, 상기 X 축 이동유닛은 상기 래크(11)를 X축 방향을 따라 가이드하는 X축 가이드(12A)가 설치된 X축 가이드 블록(12)과, 상기 래크(11)를 X축 가이드(12A)를 따라 이동시키는 X축 구동부를 포함하며, 상기 X축 구동부는 상기 래크(11)에 결합된 제1 풀리 벨트(13)와 상기 제1 풀리 벨트(13)를 구동시켜, 상기 래크(11) 및 상기 래크(11)에 장착된 바이오프린팅 헤드 장치(1)를 X축 방향으로 이동시키는 제1 구동 모터(14)를 포함할 수 있다. 예시적인 일 예에 따라, 상기 Y 축 이동유닛은 래크(11)가 X 축 가이드에 설치되어 있는 상기 X 축 가이드 블록(12)을 Y축 방향을 따라 가이드하는 Y축 가이드(14)와, 상기 X축 가이드 블록(14) 및 그것의 가이드에 설치된 래크(11)를 Y축 가이드(14)를 따라 이동시키는 Y축 구동부를 포함하며, Y축 구동부는 X축 가이드 블록(112)에 결합된 제2 풀리 벨트(15)와 상기 제2 플리 벨트(15)를 구동시켜, 래크(11) 및 래크(11)와 결합된 바이오프린팅 헤드 장치(1)를 Y축 방향으로 이동시키는 제2 구동 모터(16)를 포함할 수 있다. 제1 구동 모터(14) 및 제2 구동 모터(16) 각각은 정밀하게 제어되는 스텝 모터일 수 있다. 또한, Z축 드라이브 장치는 정밀하게 제어되는 스텝 모터에 의해 Z축 이동플레이트(30)를 상하로 구동한다.
바이오프린팅 헤드 장치(1)는 X-Y축 드라이브 장치(10), 더 구체적으로는, 이에 속해 X-Y 좌표 이동하는 래크(11)에 결합되어, X-Y 좌표 이동하면서, Z축 이동플레이트(30) 또는 4축 회전 샤프트(50)에 바이오프린팅 물질을 토출하도록 구성된다. 본 실시예에서, 바이오프린팅 헤드 장치(1)는 래크(11)에 분리가능하게 장착되는 헤드 홀더(100)와, 상기 헤드 홀더(100)에 분리가능하게 장착되는 하나 이상의 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)을 포함한다. 상기 헤드 홀더(100)가 여러개의 여러개의 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)가 장착될 수 있는 구조를 포함하여, 이미 장착된 여러개의 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)를 선택하여 이용할 수 있고, 대안적으로, 여러개의 바이오프린팅 헤드(20. 300, 400, 500) 중 하나를 선택하여 헤드 홀더(100)에 장착하여 이용할 수도 있다.
상기 프린팅 챔버(20)를 내부에 한정하는 하우징의 상부는 투명 덮개를 포함하고, 사용자가 투명 덮개를 통해 프린팅 챔버(20)의 내부를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것이 유리하다.
헤드 홀더(100)가 미도시된 회전축과 그 회전축 주변에 배열된 복수개의 헤드 홀딩부를 포함하는 구조로 이루지는 것이 유리하며, 이 경우, 회전축에 대하여 복수개의 홀딩부를 회전시키는 것에 의해 바이오 여러개의 압출 기반 바이오프린팅 헤드 중 하나의 바이오프린팅 헤드를 선택하여, 바이오프린팅에 이용하는 것이 가능하다.
도 1에 헤드 홀더(100)와 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)가 모두 분리된 상태로 도시되어 있으나, 이는 도시의 편의를 위한 것으로서, 실제로는 헤드 홀더(100)에 구비된 홀딩부(들)에 의해 도 1에 도시된 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500) 중 하나 이상이 분리가능하게 장착될 수 있다.
적용 가능한 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)로는 예컨대, UV 가교 결합 기능이 없는 제1 이동형 바이오프린팅 펜(200)과, UV 가교 결합 기능이 있는 제2 이동형 바이오프린팅 펜(300)과, 공압 튜브(5A)를 통해 외부 챔버 내의 공압장치(또는, 컴프레서)(5)와 연결된 공압 바이오프린팅 헤드(400)와, 공급 튜브(6A)를 통해 외부 챔버 내의 시린지 펌프(6)와 연결되어 바이오잉크(젤) 또는 하이드로젤을 일정 속도로 수급받아 바이오프린팅 물질을 토출하는 외부 수급 바이오프린팅 헤드(500)가 있을 수 있다.
도 1에서 공압장치(5) 및 시린지 펌프(6) 등을 내부에 수용하는 외부 챔버가 프린팅 챔버를 내부에 한정하는 프린팅 챔버 하우징의 우측면에 결합된 것으로 보이지만, 프린팅 챔버 하우징에 외부 챔버가 결합되는 위치는 본 발명을 제하하는 것이 아니며, 프린팅 챔버 하우징의 후면, 좌측면, 상면 어느 곳에 결합하여 적용할 수 있다. 오히려, 챔버의 구조, 진동이나 소음 등 여러 측면을 고려해 볼 때, 외부 챔버를 챔버 하우징에 측면에 결합하는 것이 더 유리할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "바이오프린팅 펜"은 프린팅 챔버 내 헤드 홀더에 장착하여 사용할 수 있는 것은 물론이고, 프린팅 챔버외부에서 사용자가 손으로 또는 기구로 들거나 기계(예, 로봇 팔)에 장착하여 이동형으로 사용할 수 있는 압출 기반 프린팅 헤드의 한 종류를 의미한다.
시린지 펌프(6)는 하이드로젤(또는 바이오잉크(또는, 젤))이 채워진 시린지(62)와, 자체 내에 구비된 스크루를 구동하여 시린지(62)에 채워진 바이오잉크(젤)을 공급 튜브(6A)를 통해 일정 속도로 외부 수급 바이오프린팅 헤드(500)로 공급하는 액추에이터(64)를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이, 시린지 펌프(6)의 도움을 받아 바이오프린팅을 수행하는 외부 수급 바이오프린팅 헤드(200)는 바이오프린팅을 일정 속도로 하여 일정한 프린팅 해상도의 구현 및 바이오프린팅 물질 프린티에 의해 만들어지는 구조체를 일정하게 구현할 수 있도록 하는 장점을 제공하며, 이동형 바이오프린팅 펜(100) 또는 이동형 시린지와 달리, 소진 후 펜 또는 시린지 교체 과정을 없애, 교체 과정에 발생할 수 있는 여러 문제나 위험성을 막는데 유리한다. 다시 말해, 많은 양의 하이드로젤을 일정하게 공급해야 할 필요성이 있는 경우에 보다 유리하게 이용될 수 있다. 한편, 시린지 펌프(6)를 사용하는 대신에, 바이오잉크(또는 바이오젤) 또는 하이드로젤이 채워진 주사기를 외부 수급 바이오프린팅 헤드(6)에 접속시켜 사용할 수 있다. 이 경우, 공급 튜브(6A)가 접속되는 접속부에서 공급 튜브(6A)를 분리하는 대신에 접속부에 주사기를 직접 접속시켜 사용하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예의 3D 바이오프린팅 시스템은 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 통과하는 재료의 온도를 ±1 ~ 0.01°C의 정확도로 제어하는 온도 컨트롤러(3)를 더 포함한다. 상기 온도 컨트롤러(3)에 의해 압출 기판 바이오프린팅 헤드를 통과하는재료의 온도가 대략 15°C에서 55°C까지 제어될 수 있으며, 특히, 세포의 성장에 적합한 37°C 정도로 온도를 정밀하게 제어하는 가능하다. 상기 온도 컨트롤러(3)는 온도 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
한편, 이동형 바이오프린팅 펜(200, 300)은 프린팅 챔버(20) 내 헤드 홀더(100)에 장착하지 않고, 프린팅 챔버(20) 외부에서도, 예컨대 손으로 들고 사용 가능한 것이다. 프린팅 챔버(20) 내 헤드 홀더(100)에 장착하는 경우 전원선을 포함하는 배선(미도시됨)이 배선 투입구(26)을 통해 이동형 바이오프린팅 펜(200, 300)과 연결될 수 있다. 이동형 바이오프린팅 펜(200, 300)은 프린팅 챔버(20) 외측에 설치된 타이머 컨트롤러(7)와 유무선 통신으로 연결될 수 있으며, 타이머 컨트롤러(7)는 유무선으로 이동형 바이오프린팅 펜(200, 300)의 바이오프린팅 물질 토출 시간을 실시간 제어할 수 있다. 타이머 컨트롤러(7)는 이동형 바이오프린팅 펜(200, 300)의 타이밍 정보 등을 표시할 수 있는 디스플레이부를 포함할 수 있다. 타이머 컨트롤러(7)가 다른 바이오프린팅 헤드를 제어하는 것도 고려 가능하지만, 이동형이 아닌 고정형 바이오프린팅 헤드의 경우, 장치에 미리 내장/외장된 컨트롤러에 의해 전반적인 작동이 제어될 수 있다. 이동형 바이오프린팅 펜(200 또는 300)과 프린팅 챔버 외측의 타이머 컨트롤러(7) 사이는 챔버 하우징에 형성된 홀을 통과하는 배선에 의해 연결될 수 있다. 타이머 컨트롤러에 의해 바이오프린팅 펜의 작동시간을 조절하여 토출되는 바이오잉크/젤의 양을 조절할 수 있으며, 이는 세포, 약물 및 생체활성물질 등을 일정하게 웰플레이트의 웰에 적하할 수 있으며, 이들의 거동(예, 신약)을 테스트하는데 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3D바이오프린팅 시스템은 프린팅 챔버(20) 외측에 설치되어 시스템 전반의 정보를 외부로 표시하는 터치 스크린 방식의 디스플레이 패널(8)을 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 3D 바이오프린팅 시스템은 프린팅 챔버(20) 내부의 온도를 측정하기 위한 제1 온도 센서(9a)와 제2 온도 센서(9b)를 더 포함하며, 제1 온도 센서(9a)는 전술한 래크 또는 헤드 홀더에 설치되어, 이동형 바이오 펜 또는 고정형의 주사기 또는 바이오프린팅 헤드일 수 있는 압출 기반 바이오프린팅 헤드(들) 주변 온도를 측정하고, 제2 온도 센서(9b)는 Z축 이동플레이트(30)에 설치된다. 따라서, 제1 온도 센서(9a)는 3D 프린팅을 위해 토출되는 바이오프린팅 물질의 온도를 예측 또는 계산할 수 있도록 해주고, 제2 온도 센서(9b)는 3D 바이오프린팅 결과물의 온도를 예측 또는 계산할 수 있도록 해준다. 도시하지 않았지만, 상기 4축 회전 샤프트(50)에 온도 센서를 추가로 설치할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 바이오프린팅 시스템은 프린팅 챔버(20)의 내부를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 설치된 멸균용 UV 스트랩(21)를 더 포함한다 멸균용 UV 스트랩(21)은 프린팅 챔버(20)의 내부를 세포 생장에 적합한 무균 조건으로 만들도록 프린팅 챔버(20) 내부에 UV를 조사하여 멸균하도록 설치되며, 스트랩 부재와 스트랩 부재에 실장되는 다수의 UV 광원을 포함할 수 있다.
또한, 본 실시에에 따른 바이오프린팅 시스템은 프린팅 챔버(20) 내부에 프린팅 챔버(20) 내 프로세스를 실시간 기록하기 위한 영상 이미지 획득을 위해 카메라(16)를 더 포함할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)는 이동형 바이오 펜이거나 또는 고정형 주사기 또는 고정형 바이오프린트 헤드일 수 있고, 공기압, 피스톤, 스크루와 같은 다양한 압출 메커니즘 중 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따라 새롭게 개발된 특수 소프웨어에 의해 X-Y축 드라이브 장치(10)와 Z축 드라이브 장치(40)와, 4축 회전 샤프트(50) 구동을 위한 샤프트 구동 모터(54)를 제어하여, 3D 프린팅 제어와 3D 4축 프린팅 제어를 할 수 있다. 이 소프트웨어를 통해 프린팅 매개 변수 및 프린팅 챔버 조건의 조절이 가능하도록 할 수 있다. 또한, 본 발명은 동시 및 연속 혼합 및 3D 프린팅 또는 살아있는 세포를 봉입한 3D 바이오프린팅에 매우 유리하게 이용될 수 있다. 또한, 이 소프트웨어를 통해 프린팅 단계에서 높이 조정이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 3D 바이오프린팅 시스템은 4축 회전 샤프트(50)를 0 - 2,000rpm 으로 회전시키는 모터(52)를 포함하며, 컨트롤러는 모터(52)를 제어한다. 컨트롤러가 X-Y축 드라이브 장치(10)와 4축 회전 샤프트(50)를 함께 제어하여 4축 회전 샤프트(50) 상에 튜브 형태의 바이오 구조물을 형성하는 4축 3D 바이오프린팅을 할 수 있다. 컨트롤러가 X-Y축 드라이브 장치(10)를 제어하여 특정 바이오프린팅 헤드, 예컨대, 이동형 바이오 펜의 이동 방향 및 속도를 제어함과 동시에 그에 상응하게 4축 회전 샤프트(50)의 회전 속도를 제어하여 4축 회전 샤프트(50) 상에 형성되는 바이오 구조물의 형상은 물론이고 바이오 구조물의 기공 밀도 및 크기를 제어할 수 있다. 이때, 4축 회전 샤프트(50)를 Z축 이동플레이트(30)가 복합하여 사용하는 것이 유리하며, 필요에 따라, Z축 이동플레이트(30)만을 프린팅 스테이지로 이용하거나 또는 4축 회전 샤프트(50)를 Z축 이동플레이트(30)가 복합하여 프린팅 스테이지로 이용할 수 있다.
Z축 방향으로 이동하는 Z축 이동플레이트(30)를 이용하는 경우, 컨트롤러가 X-Y축 드라이브 장치(10)를 제어하여, 특정 바이오프린팅 헤드, 예컨대, 이동형 바이오 펜의 이동 방향 및 속도를 제어함과 동시에, Z축 드라이브 장치(40)를 제어하여 Z축 이동플레이트(30)의 높이를 제어함으로써, Z축 이동플레이트(30) 상에 형성되는 바이오프린팅 적층 구조물의 형상은 물론이고, 바이오프린팅 적층 구조물의 기공 밀도 및 크기를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오프린팅 헤드 장치(1)는 다양한 종류의 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500, ...)의 분리, 교환 및 동시 사용이 가능하며, UV 광 가교를 위해 집중된 UV 광 사용이 가능하다. 가교용 UV 램프가 바이오프린팅 헤드, 특히, UV 가교 기능을 갖는 이동형 바이오프린팅 펜(300)의 측면에 설치된 UV 램프에 의해 압출된 바이오 재료를 신속 경화시켜, 3D 바이오프린팅에 의해 구축되는 바이오 구조물의 형상을 보다 정밀하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오프린팅 시스템은 전술한 구성요소들이 유기적으로 결합하여, 3D 바이오프린팅 시스템을 형성하며, 다양한 바이오프린팅 작업에 적합한 다양한 기능을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 바이오프린팅 시스템은 다중 유형의 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 사용하여, 다층, 코어-쉘, 이중 구성 요소 등 다양한 3D 바이오프린팅 옵션을 제공할 수 있다
샤프트 구동 모터(54)에 부착된 4축 회전 샤프트(50)은, 도 1에 도시된 바와 같이, Z축 이동플레이트(30)의 전체 너비를 덮을 수도 있을 수 있고, 대안적으로, Z축 이동플레이트(30)의 너비 일부만을 부분적으로 덮도록 배치될 수 있다. 4축 회전 샤프트(50)는 길이 1~1,000mm, 직경 0.1mm~100mm인 것이 바람직하다. 4축 회전 샤프트(50)의 단면은 원형, 타원형, 사각형 또는 기타 규칙적이고 불규칙한 단면 형태를 가질 수 있다. 또한, 4축 회전 샤프트(50)는 중실(solid)형, 중공형 또는 천공형(perforated type) 일 수 있다.
4축 회전 샤프트(50)는 Z축 이동플레이트(30)와 평행하거나 Z축 이동플레이트(30)에 대해 0~89도 경사져 있을 수 있다. 4축 회전 샤프트(50)의 경사를 조절하는 경사 조절장치가 추가로 제공될 수도 있다. 모터에 부착된 4축 회전 샤프트(50)는 바이오프린팅 과정에서 프린팅 챔버(20)의 내부 바닥으로부터 1 - 1,000mm 높이에 있을 수 있다.
압출 기반 바이오프린팅 헤드 장치는 헤드 홀더(100)와 이에 장착되는 하나 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)일 수 있으며, 바이오프린팅 헤드는 프린팅 챔버에 고정형으로 이용되는 고정형 주사기 또는 프린팅 헤드이거나, 또는, 프린팅 챔버외부에서 이동식으로 사용할 수 있는 이동형 바이오프린팅 헤드, 즉, 이동형 바이오 펜일 수 있다.
바이오프린팅 헤드에는 살아있는 세포 또는 하이드로젤 또는 바이오잉크가 봉입된다.
압출 기반 바이오프린팅 헤드 중 적어도 하나는 3D 프린팅 또는 3D 바이오프린팅을 위한 생세포가 봉입된 바이오잉크를 위한 프린팅 가능한 재료의 동시 및 연속 혼합 및 압출에 적합한 공압 및 피스톤으로 구동되는 주사기 유형의 압출 기반 바이오프린팅 헤드(400)일 수 있다. 이에 적용되는 공압식 또는 공기압식 압출 시스템은 0 - 10000 kPa 범위의 압력에서, 인쇄 가능한 바이오프린팅 재료를 압출하기에 적합한 공압장치 또는 컴프레서(5)를 구비할 수 있다.
압출 프린팅 헤드 홀더(100)는 다양한 종류의 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 장착 상태로 수용할 수 있으며, 이와 같은 압출 기반 바이오프린팅 헤드의 종류에는 기존에 사용되고 있는 바이오프린터에 적용되는 공압/피스톤 방식의 압출 3D 프린팅 또는 바이오프린팅에 적합한 0.5 - 500ml의 기존 또는 새로운 유형의 주사기가 포함될 수 있다.
압출 프린팅 헤드 홀더(100)는 3D 프린팅 및 바이오프린팅을 위해 피스톤 구동 주사기 펌프에 연결된, 바이오프린팅 헤드(400)인 주사기 또는 프린팅 전달 노즐(400)을 장착 상태로 수용할 수 있다. 프린팅 노즐(400)은 10 - 40 게이지 범위의 3D 프린팅 또는 바이오프린팅에 적합한 바늘을 장착할 수 있다. 프린팅 노즐(400)에는 3D 프린팅 또는 3D 바이오프린팅을 위해, 압출 가능한 재료로 채워진 시린지(62)와 공급 튜브(6A)를 통해 연결되거나, 또는, 공급 튜브 없이 시린지(62)가 직접 접속되어 이용될 수 있다.
피스톤 구동 압출 시스템 또는 시린지 펌프(6)는 3D 프린팅 또는 바이오프린팅에 필요한 시간당 0.001 - 100ml의 속도로 프린팅 가능한 재료 또는 프린팅 잉크 또는 프린팅 가능한 바이오잉크를 압출 기반 바이오프린팅 헤드의 한 종류인 프린팅 노즐(400)에 전달할 수 있다. 상기 시린지 주사기 펌프(6)는 0.5 - 500ml의 기존 또는 새로운 유형의 시린지(62)를 포함할 수 있다.
예컨대, 이동형 바이오프린팅 펜(200, 300)과 같은 압출 기반 바이오프린팅 헤드(200, 300)은 세포와 하이드로젤의 동시 혼합 및 3D 프린팅 또는 바이오프린팅을 위해 특별히 설계된 스크루 기반 압출기 시스템을 포함할 수 있다.
헤드 홀더(100)에 압출 기반 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)를 분리, 교환하거나, 또는 동시 사용할 수 있다.
헤드 홀더(100)는 동일하거나 다른 압출 메커니즘을 가진 하나 이상의 압출 프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)를 수용할 수 있다.
또한, 압출 기반 바이오프린팅 헤드 중 적어도 하나는 3D 프린팅 가능 또는 바이오프린팅 가능 압출 재료의 광 가교결합에 적합한 하나 이상의 집중되고, 강렬한 자외선 또는 레이저 광원을 가질 수 있다.
이동형 바이오프린팅 펜(200, 300)과 같은 소정의 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)는 헤드 홀더(100)로부터 분리될 수 있고, 압출 프린팅 또는 바이오프린팅을 위해, 이동형 장치로서 사용할 수 있다.
헤드 홀더(100)는 선형 배열되거나 또는 축 중심에 대하여 회전 방향을 따라 배열된 복수개의 홀딩부를 포함할 수 있다. 전자의 경우, 헤드 홀더(100)를 직선 이동시켜, 특정 홀딩부에 장착된 특정 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)를 선택하여 이용할 수 있다. 후자의 경우, 헤드 홀더(100)를 축 중심에 대하여 회전 이동시켜 특정 홀딩부에 장착된 특정 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400 또는 500)를 선택하여 이용할 수 있다.
또한, 3D 바이오프린팅 시스템은 헤드 홀더(100)에 장착된 상이한 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)에 대한 프린팅 베이스라인 또는 시작 높이를 조정하도록 프로그래밍될 수 있다.
또한, 3D 바이오프린팅 시스템은 다층, 코어-쉘, 이중 구성요소 또는 기타 영역별 제어 증착을 위한 다양한 유형의 압출 기반 바이오프린팅 헤드(200, 300, 400, 500)를 사용하여 프린팅 가능한 재료의 동시 및 순차적 증착이 가능하다.
또한, 3D 바이오프린팅 시스템은, 위에서 언급한 바와 같이, 프린팅 챔버(20)에는 프린팅 챔버(20) 멸균을 위한 하나 이상의 자외선 조사를 위한 조명이 제공되며, 그 조명으로는 프린팅 챔버(20)의 내부 둘레의 전체 또는 일부를 따라 설치되는 멸균 UV 스트랩(15)일 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 3D 바이오프린팅이 이루어지는 프린팅 챔버(20) 내에는 바이오프린팅 프로세스를 실시간으로 기록하는데 이용되는 카메라(16)가 설치될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 상기 프린팅 챔버(20)에는 ±1 ~ 0.01°C의 정확도로 상기 프린팅 챔버온도를 15°C에서 55°C까지 제어하기 위한 온도 컨트롤러(3)가 제공된다.
한편, 상기 프린팅 챔버(20)를 인큐베이터로 사용하기 위해 프린팅 챔버(20) 분위기를 제어하기 위해서, 가스의 특정 조성을 조절하고 순환시키는 하나 이상의 가스 유량 컨트롤러가 제공될 수 있다.
배터리, 전원 어댑터, AC 입력을 포함한 모든 DC 전원 공급 장치 또는 모든 컴퓨터의 USB 포트를 통해 제공된, 마이크로컨트롤러(프로그래밍 가능 또는 프로그래밍 불가능)를 통하여 프린팅 가능한 소재의 압출 전달과 4축 프린팅을 위한 스테이지(Z축), 압출 헤드(X 및 Y축), 4축 회전 샤프트를 구동하기 위한 적절한 전원공급장치가 제공될 수 있다.
전술한 온도 컨트롤러(3) 및 가스 유량 컨트롤러는 위에서 언급한 전원공급장치로부터 전원을 공급받을 수 있다.
3D 바이오프린팅 시스템의 내외장을 구성하는 요소들과 압출 프린팅 헤드를 구성하는 요소들의 재료는 임의의 금속, 비금속 또는 플라스틱일 수 있다.
프린팅 가능한 재료 또는 프린팅 잉크 또는 프린팅 가능한 바이오잉크는 3D 프린팅, 3D 바이오프린팅 혹은 두가지 유형의 프린팅에 적합한 살아있는 세포, 젤, 나노 또는 마이크로 입자, 생체분자, 고분자, 가교결합제 및 이들의 혼합물을 포함하는 임의의 생물체 또는 비생물체 일 수 있다
전술한 압출 기반 바이오프린팅 헤드의 용량은 0.1ml 내지 500ml 일 수 있다.
전술한 압출 기반 바이오프린팅 헤드(200. 300, 400, 500)의 온도는 자체 부착된 가열 장치 및 온도 컨트롤러를 사용하여, -50에서 300까지 적절한 프로세서로 제어될 수 있다.
압출 기반 바이오프린팅 헤드는 고분자, 젤, 나노 및 마이크로 입자 및 살아있는 세포를 포함하는 다성분 재료를 균일하게 혼합하여 또 다른 압출 헤드 챔버에 공급하는데 사용될 수 있다.
압출 프린팅 헤드 및 프린팅 가능한 재료를 갖는 3D 바이오프린팅 기계의 전체 어셈블리는 실험실 인큐베이터 내부에서 진동 없는 작동을 위해 수용, 조립 및 고정될 수 있으며, 또한 의도되고 제어되고, 프로그래밍 된 3D 프린팅 또는 바이오프린팅 애플리케이션을 위하여 작동될 수 있다.
전술한 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 사용하여 고분자, 젤, 나노 및 마이크로 입자, 생체 분자 및 살아있는 세포를 포함하는 다성분 물질의 연속, 반연속 및 배치 혼합 및 전술한 바이오프린팅 시스템을 사용하여 3D 프린팅 또는 바이오프린팅을 하는 방법이 모두 본 발명의 범위 내에 있다.
재건 또는 재생 목적으로, 전술한 시스템 또는 바이오프린팅 헤드를 사용하여 고분자, 젤, 나노 및 마이크로 입자, 생체 분자, 약물 및 생세포를 포함하는 다성분 물질의 연속, 반연속 및 회분식(batch) 혼합 방법; 및 후속 과정에서 조직수복 및 재생을 위하여 무생물 및 생물체를 포함하여, 3D 바이오프린터를 사용하여 임의의 원하는 위치(매끄럽고 편평하거나 고르지 않고 불규칙한)에 모터가 적용된 방법이 본 발명의 범위 내에 있다.
전술한 시스템 또는 바이오프린팅 헤드를 이용하여 고분자, 젤, 나노 및 마이크로 입자, 생체 분자, 약물 및 생세포를 포함하는 다성분 물질의 연속, 반연속 및 회분식 혼합; 및 재건 또는 재생 목적을 위한 생체 또는 무생물체를 포함하는 원하는 모든 (부드럽고 편평하거나 고르지 않고 불규칙한) 임의의 부위에 대한 후속공정의 수동 적용 방법이 본 발명의 범위 내에 있다.
전술한 공정 이외의 목적을 위하여 전술한 시스템 또는 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 사용하여 고분자, 젤, 나노 및 마이크로 입자, 생체 분자 및 살아있는 세포를 포함하는 다성분 물질의 연속적, 반연속적 및 회분식 혼합 방법과 장치 또는 후속 압출 방법이 본 발명의 범위 내에 있다.
도 3은 이동형 바이오프린팅 펜(200)이 선택되어 적용된 바이오프린팅 시스템을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 프린팅 챔버(30) 내에서 래크(11)에 장착된 헤드 홀더(100)에 장착되어 유지됨을 알 수 있다. 래크(11)는 X 축 가이드와 Y 축 가이드를 포함하는 X-Y축 드라이브 장치(10)의 일부이며, 래크(11)가 X축과 Y축으로 좌표 이동하면서, 래크(11)에 장착된 헤드 홀더(100) 및 헤드 홀더(100)에 장착된 이동형 바이오프린팅 펜(200)이 X-Y 좌표 이동할 수 있다. 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 세포 주입구(제1 주입구)와 하이드로젤 주입구(제2 주입구)가 별도로 형성되고 서로 다른 길이를 가지며 내부가 서로 연결되어 있는 두 개의 배럴과 이 두 개의 배럴에 수용되어 서로 협력하여, 하이드로젤과 세포를 혼합하고, 혼합하여 만들어진 바이오프린팅 물질을 하부에 장착된 니들을 통해 토출하도록 구성된다. 이 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 UV 가교 결합 기능이 없지만, 이것을 헤드 홀더(100)에서 분리하고, UV 가교 결합 기능이 있는 이동형 바이오프린팅 펜(300; 도 1 참조)을 헤드 홀더(100)에 장착하여 사용할 수 있다. 헤드 홀더(100)와 바이오프린팅 펜(200)을 포함하는 바이오프린팅 헤드와 상하로 마주하도록 Z축 드라이브 장치에 의해 Z축로 이동하는 Z축 이동플레이트(30)가 설치되며, 이 Z축 이동플레이트(30) 상에는 이동형 바이오프린텡 펜(200)이 토출한 바이오프린팅 물질이 적층되어 3D 바이오 구조물이 형성되는 유리, 웰 플레이트 또는 페트리디시(G)가 배치된다. 챔버(20)를 둘러싸는 챔버 하우징 외측에 입력부와 디스플레이부를 포함하는 터치 스크린 형태의 디스플레이 패널(8)이 설치되어 있음을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 헤드 홀더(100)에서 분리된 이동형 바이오프린팅 펜(200)을 프린팅 챔버 외부에서 사용자가 손으로 쥐고 3D 바이오프린팅 작업을 하는 것을 나타낸다. 프린팅 챔버 내에서 사용될 때와 마찬가지로, 이동형 바이오프린팅 펜(200)와 타이머 컨트롤러(7)는 유/무선 통신으로 연결된다. 타이머 컨트롤러(7)는 이동형 바이오프린팅 펜(200)의 구동 및 정지 시간을 조절한다. 이동형 바이오프린팅 펜(200)이 프린팅 챔버 내에 적용되는 때에는, 상기 타이머 컨트롤러(7)가 프린팅 챔버를 내부에 한정하는 챔버 하우징에 장착되어 이용될 수 있다. 이동형 바이오프린팅 펜(200)의 젤 주입 배럴 포트 상부를 외부에 설치된 시린지 펌프와 연결하여 사용하는 것도 가능한데, 이 경우, 보다 균일한 속도로 하이드로젤을 제공하는 것이 가능해진다.
도 5는 UV 가교 결합 기능이 없는 이동형 바이오프린팅 펜(200) 대신에 가교용 UV 램프(302)가 토출되는 바이오프린팅 물질을 향해 경사지게 배향된 구조를 포함하여, UV 가교 결합 기능을 갖는 이동형 바이오프린팅 펜(300)이 챔버(20) 내에서 헤드 홀더에 결합된 응용을 잘 보여준다. 도 4에 나타낸 응용과 마찬가지로, Z축으로 상하 이동 가능한 Z축 이동플레이트(30) 상에 유리, 웰 플레이트 또는 페트리디시(G)가 배치되고, 유리 또는 웰 플레이트 또는 페트리디시(G)에 토출된 바이오프린팅 물질이 일정 입체 형상으로 적층됨과 동시에 UV 가교 결합에 의해 경화되어 정밀한 형상의 3D 바이오 구조물을 형성한다.
도 6은 외부 공압장치(즉, 외부의 컴프레서)로부터 연장된 공압 튜브(6A)와 연결되어 공압식으로 작동하는 공압 바이오프린팅 헤드(400)가 X-Y 좌표 이동하는 래크(11)에 결합된 헤드 홀더(200)에 장착 유지되고, 그 공압 바이오프린팅 헤드(400)가 자체 결합된 시린지를 통해 공압으로 바이오프린팅 물질을 Z축 이동플레이트(30) 상의 유리 또는 웰 플레이트 또는 페트리디시(G)에 토출하여, 3D 바이오 구조물을 형성하는 응용을 나타낸다.
도 7은 공압 바이오프린팅 헤드(400)가 X-Y 좌표 이동하는 래크(11)에 결합된 헤드 홀더(200)에 장착 유지되고, 그 공압 바이오프린팅 헤드(400)가 바이오프린팅 물질을 토출하고, 그 토출된 바이오프린팅 물질이 샤프트 구동 모터(54)에 의해 회전하는 4축 회전 샤프트(50) 상에 쌓여 튜브 형태의 3D 바이오 구조물을 형성하는 응용을 나타낸다. 4축 회전 샤프트(50)의 양단이 샤프트 지지대(52)에 회전 가능하게 설치되며, 샤프트 지지대(52)의 하단 기초부는 상부면이 프린팅 챔버의 내부 바닥에 세워지거나 또는 Z축 이동플레이트(30)의 하부면에 고정되어 지지될 수 있다. 위와 같은 4축 회전 샤프트(50)를 이용하는 경우에도, 이동형 바이오프린팅 펜을 포괄하는 다양한 종류의 바이오프린팅 헤드를 이용하여 튜브형 바이오 구조물을 형성할 수 있다.
도 8은 외부 수급 바이오프린트 헤드(400)가 프린팅 챔버 외부에 배치된 시린지 펌프(6)의 시린지(62)로부터 연장된 공급 튜브(6A)를 통해 바이오잉크(젤)을 공급받아, 프린팅 챔버 내에서 바이오프린팅 물질을 토출하도록 작동하는 응용을 나타낸다. 외부 수급 바이오프린트 헤드(400)는 헤드 홀더(100)에 장착되어 유지되고, 헤드 홀더(100)는 X-Y축 이동하는 래크(11)에 장착된다.
이제 X-Y축 드라이브 장치의 일부로서 X축과 Y축으로 좌표 이동하는 래크에 장착되는 다양한 형태의 바이오프린팅 헤드 장치를 예시적으로 설명한다.
도 9a와 도 9b에 도시된 예에 따른 바이오프린팅 헤드 장치(1)는 바이오프린팅 헤드로서 하나의 이동형 바이오프린팅 펜(200)과 그 이동형 바이오프린팅 펜(200)이 장착 유지되는 헤드 홀더(100)를 포함한다.
상기 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 두 개의 서로 연결된 배럴을 포함하고 배럴 내에는 길이가 다른 두 개의 스크루를 포함하는 하우징(210)과, 하우징(210)의 상단에 연결되고 스크루를 포함하는 구동수단과 제어부가 내장된 컨트롤러 블록(220)을 일체로 포함하며, 하우징(210)에는 세포가 주입되는 제1 주입구(211)와, 젤/나노입자/생체활성물질이 주입되는 제2 주입구(212)와, 내부에서 혼합되어 만들어진 최종 바이오프린팅 물질을 토출하는 바이오프린팅 물질 토출부(213)가 형성된다. 컨트롤러 블록(220)은 두 개의 직육면체 형상이 합집합을 이루어 중간에 단차(222)가 있는 외곽 형상을 포함하며 내부에는 구동수단과 제어부가 내장된다.
헤드 홀더(100)는 X-Y축 방향으로 좌표 이동하는 래크(11)의 상부면에 형성된 양각부(11A, 11B)에 결합하는 홀 형태 또는 음각 형태의 결합부(112)가 형성된 판 형태의 홀더 베이스(110)과, 상기 홀더 베이스(110)의 전방에서 이동형 바이오프린팅 펜(200)의 컨트롤러 블록(220)을 감싸 홀딩하는 블록 홀딩부(120)를 포함한다. 블록 홀딩부(120)는 상기 홀더 베이스(110)의 전방에 서로 마주하도록 형성된 한 쌍의 직선 홀딩암(122)와 상기 한 쌍의 직선 홀딩암(122)에 결합되는 ㄷ헝의 고정대(124)를 포함한다. 홀딩암(122) 및 고정대(124)가 컨트롤러 블록(220)의 외곽을 감싸는 한편, 컨트롤러 블록(220)에 형성된 단차(222)가 홀딩암(122) 및 고정대(124)에 걸려, 이동형 바이오프린팅 펜(200)이 블록 홀딩부(120)에 유지된다. 이와 같이 유지된 상태에서 볼트 등 체결구로 고정할 수 있다.
도 10a와 도 10b에 도시된 예에 따른 바이오프린팅 헤드 장치(1)는 바이오프린팅 헤드로서 하나의 이동형 바이오프린팅 펜(200)과 그 이동형 바이오프린팅 펜(200)이 장착 유지되는 헤드 홀더(100)를 포함한다.
상기 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 두 개의 서로 연결된 배럴을 포함하고 배럴 내에는 길이가 다른 두 개의 스크루를 포함하는 하우징(210)과, 하우징(210)의 상단에 연결되고 스크루를 포함하는 구동수단과 제어부가 내장된 컨트롤러 블록(220)을 일체로 포함하며, 하우징(210)에는 세포가 주입될 수 있는 제1 주입구(211)와, 젤/나노입자/생체활성물질이 주입될 수 있는 제2 주입구(212)와, 내부에서 혼합되어 만들어진 최종 바이오프린팅 물질을 토출하는 바이오프린팅 물질 토출부(213)가 형성된다. 컨트롤러 블록(220)은 두 개의 직육면체 형상이 합집합을 이루어 중간에 단차(222)가 있는 외곽 형상을 포함하며 내부에는 구동수단과 제어부가 내장된다.
헤드 홀더(100)는 X-Y축 방향으로 좌표 이동하는 래크(11)의 상부면에 형성된 양각부(11A, 11B)에 결합하는 홀 형태 또는 음각 형태의 결합부(112)가 형성된 판 형태의 홀더 베이스(110)과, 상기 홀더 베이스(110)의 전방에서 이동형 바이오프린팅 펜(200)의 컨트롤러 블록(220)을 감싸 홀딩하는 블록 홀딩부(120)를 포함한다. 블록 홀딩부(120)는 상기 홀더 베이스(110)의 전방에 서로 마주하도록 형성된 한 쌍의 직선 홀딩암(122)와 상기 한 쌍의 직선 홀딩암(122)에 결합되는 ㄷ헝의 고정대(124)를 포함한다. 홀딩암(122) 및 고정대(124)가 컨트롤러 블록(220)의 외곽을 감싸는 한편, 컨트롤러 블록(220)에 형성된 단차(222)가 홀딩암(122) 및 고정대(124)의 상면에 걸려, 이동형 바이오프린팅 펜(200)이 블록 홀딩부(120)에 유지된다.
또한, 상기 헤드 홀더(100)는 상기 홀더 베이스(110)의 측면에 장착되어 형성된 고정대(130)를 더 포함하며, 상기 고정대(130)는 서로 나란한 3개의 C형 홀딩부를 포함하는 홀딩 구조물(132)과 연결된다. 홀딩 구조물(132)은 하나 이상의 C형 홀딩부가 하나의 판에 일체로 형성된 구조일 수 있으며, 예컨대 시린지와 같이 원통형을 갖는 바이오프린팅 헤드를 장착하는데 유리하게 이용될 수 있다. 홀딩 구조물의 C형 홀딩부에 장착되는 바이오프린팅 헤드로는 피스톤 혹은 주사기 펌프 기반의 압출 시스템을 위한 프린팅 헤드 노즐(400)이 있을 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 예에 따른 바이오프린팅 헤드 장치(1')는 바이오프린팅 헤드로서 전술한 것과 같이 컨트롤러 블록과 스크류 구조를 내부에 포함하는 하우징을 포함하는 이동형 바이오프린팅 펜(200; 도 9a 및 도 9b 참조)이 없다.
동일한 구조의 레크(11)에 헤드 홀더와 바이오프린팅 헤드를 포함하는 여러 종류의 바이오프린팅 헤드 장치 중에서 선택된 바이오프린팅 헤드 장치(1')를 장착하여 이용할 수 있는데, 도 11에 도시된 응용예와 같은 선택된 프린팅 헤드 장치(1')에 있어서는, 헤드 홀더(100')가 이동형 바이오프린팅 펜(200; 도 9a 및 도 9b 참조)를 홀딩하는 구조를 포함하지 않는다. 그 대신, 헤드 홀더(100')는 시린지 또는 그와 유사한 원통형 바이오프린팅 헤드(400')를 하나 유지하기 위해 하나의 C형 홀딩부를 포함하는 홀딩 구조물(132') 및 이 홀딩 구조물(132')를 헤드 홀더(100')의 베이스부(110')에 고정하는 고정대(130') 포함한다. 하나의 C형 홀딩부를 포함하는 홀딩 구조물(132')를 장착하여 사용할 수 있고, 여러개의 C형 홀딩부를 포함하는 홀딩 구조물을 장착하여 사용할 수도 있다.
도 12에 도시된 예에 따른 바이오프린팅 헤드 장치(1)는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바이오프린팅 헤드 장치와 거의 동일한 구성을 갖되, 다만, 헤드 홀더(100)에 장착된 이동형 바이오프린팅 펜(300)이 도 9a 및 도 9에 도시된 이동형 바이오프린팅 펜(200)과 달리 두 개의 스크류 및 두 개가 배럴을 포함하는 하우징(310)의 외부에 UV 가교 결합용 UV 램프(302)가 토출되는 바이오프린팅 물질을 향해 경사지게 배향된 구조를 포함하는 점에서 차이가 있다.
도 13, 도 14 및 도 15은 전술한 바이오프린팅 시스템을 이용하여 제작된 바이오 구조물 샘플들은 나타낸다.
도 13은 UV 가교 결합 기능이 없는 바이오프린팅 펜을 압출 프린팅 헤드로 이용하여 UV 가교 없이 제작한 그리드 형태의 바이오 구조물 샘플이고, 도 14는 UV 가교 결합 기능이 있는 바이오프린팅 펜을 압출 프린팅 헤드로 이용하여 제작한 리드 형태의 바이오 구조물 샘플이고, 도 15는 공압 바이오프린팅 헤드, 즉, 외부 공압 장치와 연결된 시린지를 바이오프린팅 헤드로 이용하여 4축 회전 샤프트 상에 4축 3D 프린트로 제작한 튜브 형태의 바이오 구조물 샘플이다.
이제, 바이오프린팅 헤드의 한 예로 제1 이동형 바이오프린팅 펜의 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 제1 이동형 바이오프린팅 펜은 UV 가교 기능을 갖추지 않는 것을 제외하면 제2 이동형 바이오 펜과 실질적으로 같은 구성으로 이루어진다. 이하에서는 제1 이동형 바이오프린팅 펜을 "이동형 바이오프린팅 펜"을 지칭하여 설명할 것이다.
도 16을 참조하면, 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 제1 스크루(252)를 수용하는 제1 배럴(210a)과, 상기 제1 스크루(252)보다 길이가 길고 제1 스크루(252)와 병렬 구조를 갖는 제2 스크루(254)를 수용하며, 상기 제1 배럴(210a)보다 길이가 제2 배럴(210b)을 서로 통해 있도록 구비하는 하우징(210)과, 상기 제1 스크루(252)의 기어(262) 및 제2 스크루(254)의 기어(264) 및 인접하여 연결되어 제1 스크루(252) 및 제2 스크루(254)를 구동시키는 컨트롤러가 내장된 컨트롤러 블록(220)과, 상기 하우징(210)의 제1 배럴(210a) 측에 형성되어 세포가 주입될 수 있는 제1 주입구(212) 및 바이오잉크(젤)이 주입될 수 있는 제2 주입구(212)와, 상기 컨트롤러 블록(320)의 반대편 쪽에 제2 배럴(210b)의 말단부로부터 연장 형성되고 바이오잉크 또는 하이드로젤을 토출하는 바이오프린팅 물질(바이오잉크 또는 하이드로젤) 토출부(213)를 포함하고, 상기 제1 스크루(252) 및 제2 스크루(254)가 공간적으로 분리되지 않도록 상기 제1 배럴(210a)과 제2 배럴(210b)은 서로 연통하여 연장 형성되고, 상기 제1 스크루(252)는 3구간의 가변 피치를 갖고 상기 제2 스크루(254)는 4구간의 가변 피치를 갖도록 구성된다.
상기 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 생체활성물질, 나노입자와 같은 무생물 물질과 살아 있는 세포를 포함한 바이오잉크 또는 하이드로젤의 균일한 혼합 및 압출이 가능하다. 다른 측면에서, 상기 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 세포가 제외된 생체 활성물질, 성장인자, 유전자, 약물, 나노입자와 같은 무생물 물질의 균일한 혼합 및 압출이 가능하다.
상기 이동형 바이오프린팅 펜(20)의 조립 및 장착 과정을 설명하면 다음과 같다.
상기 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 제1 스크루(252)보다 길이가 긴 제2 스크루(254)가 모터 샤프트에 부착되고, 상기 제2 스크루(254)보다 길이가 짧은 제1 스크루(252)가 90° 위상차에 배치되고, 각 스크루(252, 254)를 제1 및 제2 배럴(210a, 210b)를 일체로 포함하는 하우징(210)에 수용하고, 바이오프린팅용 니들(스크루 또는 푸쉬 형태)이 바이오잉크 또는 하이드로젤 토출부(바이오프린팅 물질 토출부(213))에 부착되고, 캡으로 공급부를 닫는 단계를 포함하여 조립될 수 있다.
상기 이동형 바이오프린팅 펜(200)은 손으로 잡고 직접 프린팅하거나, 전술한 헤드 홀더에 장착하여 사용할 수 있다.
다른 실시예에 따른 이동형 바이오프린팅 펜(300)은, 도 16에 도시된 UV 가교 결합 기능이 없는 바이로 프린팅 펜(200)과 실질적으로 동일한 구성으로 이루어지되, 다만, 도 12에 나타낸 바와 같이, 바이오잉크 또는 하이드로젤 재료에 광 가교 (photo-crosslinking) 및/또는 광 조사(light irradiation)을 제공하기 위해 상기 하우징(310)에 장착된 하나 이상의 UV 광원, 즉, UV 램프(302)을 포함할 수 있다. 상기 UV 광원(302)은 컨트롤러의 전원 공급부로부터 전원을 공급받을 수 있다. UV 광원(302)의 도움을 받아 별도의 UV 장치의 도움 없이도 바이오잉크 또는 하이드로젤의 가교결합을 용이하게 진행할 수 있다.
본 발명에 따른 이동형 바이오 펜(200 또는 300)은 길이가 상이한 이중 스크루 압출 혼합 시스템을 이용하여 살아 있는 세포, 나노 또는 마이크로 입자, 생체활성분자, 고분자, 가교결합제 및 이들의 혼합물을 포함하는 다성분 물질을 연속 또는 반연속적으로 배치 혼합 및/또는 3D 프린팅할 수 있다. 또한, 처음 로딩된 바이오잉크를 모두 사용했을 경우, 공급부에 새로운 바이오잉크 주사기로 대체하여 연속적으로 프린팅이 가능하다.
상기 제1 및 제2 스크루(252, 254) 등의 부품 재질은 금속 재질, 비금속 재질 및 플라스틱 재질 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있으며, 비독성의 생체적합성 FDA 승인 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, FDA에 의해 승인된 의료용 강철, 플라스틱 및 고분자들이 사용될 수 있다. 또한, 이중 스크루 압출 혼합 시스템에 사용되는 부품들은 사용 전에 멸균해서 사용할 수 있다.
상기 제1 스크루 및 제2 스크루(252, 254)는 각각 제1 배럴 및 제2 배럴 내부에 배치되어 공급부를 통해 공급되는 재료를 혼합해준다.
상기 제1 배럴(210a 및 제2 배럴(210b) 내부가 통해 있도록 하나 하우징(210)에 일체로 통합된 구조일 수 있다.
스크루용 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 스크루(252, 254)에 구비되는 기어, 벨트 또는 스크루 각각의 모터와 연결될 수 있고, 상기 제1 및 제2 스크루(252, 254)를 동일 방향으로 회전시키거나, 반대 방향으로 회전시킬 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 기어, 벨트 또는 스크루 각각의 모터의 속도는 0 내지 200 rpm 또는 10 내지 200rpm으로 조절될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 및 제2 스크루(252, 254)의 속도는 기어, 벨트를 통해 또는 모터의 샤프트로부터 직접 달성될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 기어, 벨트 또는 스크루 각각의 모터는 상기 컨트롤러의 전원 공급 장치를 통해 구동될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 전원 공급 장치는 전원 어댑터, 직접 AC 공급 또는 컴퓨터의 USB 포트를 포함하는 DC 전원 공급 장치일 수 있다. 전원 어댑터, 직접 AC 입력 또는 컴퓨터의 USB 포트를 포함하는 DC 전원 공급장치를 통해 제공되는 마이크로컨트롤러 (프로그래밍 가능한 또는 프로그래밍이 불가능한)를 통해서 상기 제1 및 제2 스크루에 부착된 모터를 구동시킬 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 바이오잉크 재료는 살아 있는 세포, 줄기세포, 젤, 나노 또는 마이크로 입자(예, 골 이식재, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 등), 생체활성분자 (예, 골 성장인자, 연골성장인자, 혈관성장인자 등), 고분자, 가교결합제 및 이들의 혼합물을 포함하는 생체 또는 비생체 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252) 및 제2 스크루(254)는 축 직경이 0.4 mm 내지 10 mm 또는 2 mm 내지 6 mm이고, 외경이 0.5 mm 내지 20 mm 또는 6 mm 내지 12 mm인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252)의 축 직경과 축 길이는 1 : 4 내지 40 또는 1 : 6 내지 10인 것일 수 있다. 상기 축 길이는 스크루의 기어를 포함하지 않은 길이를 의미한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제2 스크루(254)의 축 직경과 축 길이는 1 : 4 내지 40 또는 1 : 8 내지 12인 것일 수 있다.
상기 축 길이는 스크루의 기어를 포함하지 않은 길이를 의미한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252)는 토출부(213) 방향의 말단부 단면 형상이 사각형인 반면, 상기 제2 스크루(254)는 토출부 방향의 말단부 단면 형상이 원뿔형인 것일 수 있다. 즉, 상기 제2 스크루(254)의 말단부는 중심 축의 직경이 점진적으로 작아지는 형상을 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252) 및 제2 스크루(254)는 리드각이 0.1° 내지 60°인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252) 및 제2 스크루(254)는 내용물을 앞으로 밀어낼 수 있도록 경사진 (0.1° - 60°) 구조를 갖는 스크루 플랜지 (Screw flange) 형상을 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252) 및 제2 스크루(254)는 피치가 2 mm 내지 50 mm인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252) 및 제2 스크루(254)는 피치의 위상차가 45° 내지 135°인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252)는 컨트롤러에서 바이오잉크 또는 하이드로젤 토출부 방향으로 순차적으로 a 구간, b 구간, c 구간을 갖고, 각 구간의 피치 크기가 b < a c이고, 상기 제2 스크루(254)는 컨트롤러에서 바이오잉크 또는 하이드로젤 토출부 방향으로 순차적으로 d 구간, e 구간, f 구간, g 구간을 갖고, 각 구간의 피치 크기가 e < d f이며, g 구간의 피치 크기는 하기 i) 및 ii) 조건을 만족하는 것일 수 있다. 이에 따라, 주입된 세포들의 손상을 최소화할 수 있다.
i) g < f
ii) e g 또는 e > g.
상기 제1 스크루(252)의 가변 피치는 스크루 기어에서부터 이송이 용이한 초기 피치 영역 (a), 높은 전단 속도에서 보다 우수하게 혼합할 수 있는 작은 피치 영역 (b), 낮은 전단 혼합을 위한 큰 피치 영역 (c)을 순차적으로 가지고, 요구 조건에 따라 각 영역의 길이는 변화될 수 있다. 상기 낮은 전단 혼합을 위한 큰 피치 영역에 세포 공급을 위한 공급부가 형성될 수 있다. 즉, 저 (low) 전단 공정이 필요한 재료는 구간 c에 있는 배럴을 통해서 제공되는 것이 바람직하다.
상기 제2 스크루(254)의 가변 피치는 스크루 기어에서부터 이송이 용이한 초기 피치 영역 (d), 높은 전단 속도에서 보다 우수하게 혼합할 수 있는 작은 피치 영역 (e), 낮은 전단 혼합을 위한 큰 피치 영역 (f), 균일한 압출과 전달을 위해 단일 스크루 배열에 있는 작은 피치 영역 (g)을 순차적으로 가지고, 요구 조건에 따라 각 영역의 길이는 변화될 수 있다.
상기 제1 스크루(252)는 가변 피치를 갖지만 나사산의 높이는 동일하다. 상기 제2 스크루(254)도 마찬가지로 가변 피치를 가지나 이는 동일하다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252)의 나사산과 제1 배럴(210a)의 내벽 사이는 0.005 mm 내지 0.30 mm 또는 0.05 mm 내지 0.30 mm 또는 0.10 mm 내지 0.20 mm의 거리를 갖고, 상기 제2 스크루(254)의 나사산과 제2 배럴(210b)의 내벽 사이는 0.005 mm 내지 0.30 mm 또는 0.05 mm 내지 0.30 mm 또는 0.10 mm 내지 0.20 mm의 거리를 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252)의 나사산과 제2 스크루(254)의 나사산은 서로 맞물리는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252)의 나사골과 제1 배럴(210a)의 내벽 사이는 0.01 mm 내지 6 mm 또는 1 mm 내지 5 mm 또는 2 mm 내지 4 mm의 거리를 갖고, 상기 제2 스크루(254)의 나사골과 제2 배럴(210b)의 내벽 사이는 0.01 mm 내지 6 mm 또는 1 mm 내지 5 mm 또는 2 mm 내지 4 mm의 거리를 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252)의 축 중심과 제2 스크루(254)의 축 중심 사이의 거리는 제1 스크루 또는 제2 스크루의 축 직경보다 길게 형성된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 스크루(252)의 축 중심과 제2 스크루(254)의 축 중심 사이의 거리는 0.5 mm 내지 20 mm 또는 0.5 mm 내지 12 mm 또는 1 mm 내지 10 mm 또는 3 mm 내지 8 mm 또는 0.6 mm 내지 2.5 mm인 것 일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 바이오프린팅 펜(200 또는 300)에 요구되는 젤 압출 압력을 유지하고 세포 등의 크기를 고려하여 피치 크기를 결정하기 위해 백플러시 (backflush)가 필요할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 또는 제2 배럴(210a 또는 210b)의 전달면에 적어도 하나 이상의 메시 타입의 브레이커 플레이트가 부착되어 재료의 균일한 전달을 제공할 수 있다.
제1 배럴(210a) 또는 제2 배럴(210b)의 상단부는 컨트롤러 방향, 제1 배럴(210a) 또는 제2 배럴(210b)의 하단부는 바이오프린팅 물질(예컨대, 바이오잉크 또는 하이드로젤) 토출부 방향을 의미한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 배럴(210a)의 하단부는 제1 스크루(252)의 축과 수직 방향으로 내벽을 갖고, 상기 내벽과 제1 스크루(252)의 말단 지점, 즉 말단면은 0.005 mm 내지 1 mm 또는 0.05 mm 내지 1 mm 또는 0.1 mm 내지 0.5 mm의 거리를 갖는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제2 스크루(254)는 제2 배럴(210b)의 하단부와 바이오프린팅 물질(즉, 바이오잉크 또는 하이드로젤) 토출부가 접하는 지점까지 도달되도록 형성된 것일 수 있다. 상기 바이오프린팅 펜(200 또는 300)은 종래의 공기압 또는 피스톤식 압출 시스템으로는 압출할 수 없는 고점도 젤을 정밀하고 포지티브하게 제어하여 압출할 수 있는 효과가 있다. 또한, 정밀한 제어로 바이오잉크 또는 하이드로젤의 균일하고 미세한 증착이 가능하고, 지속적이고 규칙적인 젤 및/또는 바이오잉크의 제공이 가능하다.
예시적인 일 구현예에서, 제1 또는 제2 주입구(211 또는 212)은 제1 배럴에 대해 10° 내지 90°의 공급 각도로 바이오잉크 또는 하이드로젤 재료를 공급하는 것일 수 있다. 이때, 상기 공급부는 제1 스크루(252)의 피치가 작은 영역과 제1 스크루(252)의 피치가 큰 영역에 각각 형성된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 또는 제2 주입구(211 또는 212)은 주사기 (스크루 형태 혹은 스크루가 없는 형태)에 연결된 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 또는 제2 주입구(211 또는 212)은 바이오잉크 또는 하이드로젤 토출부에 가까운 제1 주입구(211)를 통해 세포를 주입하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 제1 또는 제2 주입구(211, 212) 중에서 컨트롤러 블록(220) 및 그 안의 모터 등과 가까운 초기 영역은 하이드로젤 및 기타 첨가제 혼합을 위한 입구인 반면, 고 (high) 전단 영역 이후의 저 전단 영역의 후반부 입구는 세포 주입에 사용된다. 이러한 제1 주입구(211)는 고전단 압력과 작은 피치에 민감한 유전자, 단백질 등의 생체활성작용에 민감한 물질들의 주입에 사용되어 그 손상을 억제할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 바이오프린팅 펜(200 또는 300)은 주입된 세포들의 손상을 최소화하기 위해 역피치 (역회전)를 이용할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 제1 주입구(211)와 제2 주입구(212) 사이의 간격은 제2 배럴 길이의 1/3에 해당하는 길이를 초과하지 않는 것일 수 있다.
상기 바이오잉크 또는 하이드로젤 토출부(213)는 스크루 또는 푸시 형태 (screw or push type)의 바늘, 롤러 또는 브러시와 연결되도록 디자인될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 대면적의 3D 프린팅 또는 바이오프린팅을 위하여, 5 mm 내지 50 mm의 길이 그리고 2mm 내지 20 mm 직경을 갖는 롤러 형태의 압출 헤드 또는 5 mm 내지 50 mm의 길이 그리고 2 mm 내지 20 mm 넓이의 구멍을 갖는 스크린 형태의 압출 헤드가 상기 토출부와 연결될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 바이오프린팅 물질(바이오잉크 또는 하이드로젤 토출부)는 금속 재질, 비금속 재질 및 플라스틱 재질중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 바이오프린팅 물질(바이오잉크 또는 하이드로젤) 토출부의 토출량은 0.1 내지 300 mL인 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 바이오프린팅 물질 토출부(213)는 온도를 조절하는 온도 컨트롤러가 구비되고, 상기 온도 컨트롤러는 상기 바이오잉크 또는 하이드로젤 토출부의 온도를 -50 ℃ 내지 300 ℃로 조절할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 바이오프린팅 물질 토출부(213)는 롤러, 브러시 또는 니들 (needle)로부터 선택되는 압출 헤드를 탈부착 가능한 것일 수 있다. 이에 따라, 기존의 제한된 면적에만 프린팅할 수 있는 3D 프린팅 시스템을 대면적의 프린팅이 가능하도록 하는 효과가 있다.
예시적인 일 구현예에서, 바이오잉크, 세포, 생체활성입자, 또는 이들의 혼합물을 혼합한 다음, 혼합 용액을 주사기 또는 바이오프린팅 주사기에 옮겨서 사용할 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 바이오프린팅 물질 토출부(213)에 3D 프린팅 용도에 사용되는 주사바늘이 연결될 수 있다.
이동형 바이오프린팅 펜(200 또는 300)은 기존의 3D 바이오프린팅 시스템과는 달리, 세포 손상을 최소화하고, 압출 출력을 보다 균일하고 정밀하게 제어 가능하며, 바이오잉크가 균일하게 혼합되도록 하고, 압출기 말단에서 스크루가 1개로 단순화되어 구동 모터의 부하를 줄이고, 토출부의 노즐 직경을 조절하여 정밀도를 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.
다른 측면에 따라, 본 발명은 상기 바이오잉크 또는 하이드로젤을 혼합 및 토출하기 위한 이동형 바이오프린팅 펜을 이용하여 바이오잉크 또는 하이드로젤을 프린팅하는 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명은 살아 있는 세포, 젤, 나노/마이크로 입자, 생체활성물질, 고분자, 가교결합제 혹은 이들의 혼합물을 포함하는 다성분의 재료를 자동, 반자동 또는 배치 혼합한 이후에 수동 혹은 자동으로 근골격계, 치과, 안과, 순환기 등의 분야에서 다양한 조직재생을 위하여 생물체 혹은 무생물체의 부드럽고 평편하거나, 울퉁불퉁하고, 높이에 따른 넓이가 다른 구조 등 비규칙적인 부분에 적용하는 방법, 공정을 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명은 표적 부위에 봉입된 생체활성물질 또는 약물을 서방성 전달할 수 있는 고분자 또는 젤 매트릭스에 생체활성물질 또는 약물을 봉입하기 위하여, 고분자, 젤, 나노/마이크로 입자, 약물, 생체활성물질 혹은 이들의 혼합물을 포함하는 다성분의 재료를 자동, 반자동 또는 배치 혼합하는 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명은 생체활성물질 또는 약물이 봉입 또는 봉입되지 않은 고분자 나노 또는 마이크로 입자를 제조하기 위하여, 고분자, 젤, 나노/마이크로 입자, 약물, 생체활성물질 혹은 이들의 혼합물을 포함하는 다성분의 재료를 자동, 반자동 또는 배치 혼합하는 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 바이오잉크 또는 하이드로젤을 프린팅하는 방법은 스크루, 배럴 및 기타 구성요소를 고온-고압 멸균, 에탄올 및/또는 자외선으로 살균하는 단계; 상기 스크루, 배럴 및 기타 구성요소를 조립한 후 고분자 용액, 젤, 약물, 나노입자 등을 상단 공급부에 주입하는 단계; 주입되는 동안 스크루가 낮은 rpm으로 회전하는 단계; 주입 후 공급부를 닫는 단계; 세포를 하단 공급부를 사용하여 주입하는 단계; 압출을 시작하기 전에 상단 공급부 및 하단 공급부를 모두 닫는 단계; 스크루 rpm과 압출 시간을 원하는 수준으로 설정하여 바이오잉크 또는 하이드로젤이 압출되도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상단 공급부 및 하단 공급부를 모두 닫은 다음 필요한 경우 UV 광조사하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 바이오잉크 또는 하이드로젤이 압출되도록 하는 단계는 롤러, 브러시 등을 연결하여 대면적 프린팅 또는 적층하여 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 바이오잉크, 세포 또는 생체활성입자 등을 혼합한 후 이를 주사기 또는 바이오프린팅 노즐 등에 옮겨서 사용하는 방법을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들에 의해 제한되지 않고 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.
1: 바이오프린팅 헤드 장치 20: 챔버
11: 래크 10: X-Y축 드라이브 장치
100: 헤드 홀더
200, 300, 400, 500: 압출 기반 프린팅 헤드.

Claims (18)

  1. 3D 바이오프린팅 시스템에 있어서,
    도어에 의해 개폐되는 프린팅 챔버;
    상기 프린팅 챔버 내의 상측에 배치되고 X-Y 좌표 이동하는 래크를 포함하는 X-Y축 드라이브 장치;
    상기 래크에 장착되어 X-Y 좌표 이동하는 바이오프린팅 헤드 장치; 및
    상기 바이오프린팅 헤드 장치와 마주하도록 상기 프린팅 챔버 내 하측에 배치되어, 바이오프린팅 물질이 적층되는 장소를 제공하며, 바이오프린팅 물질이 적층되는 동안 이동하는, 프린팅 스테이지를 포함하며,
    상기 바이오프린팅 헤드 장치는,
    상기 래크에 장착되는 헤드 홀더와,
    상기 헤드 홀더에 분리가능하게 장착되는 하나 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프린팅 스테이지는 Z축 드라이브 장치에 의해 Z축으로 이동하는 Z축 이동플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프린팅 스테이지는 샤프트 구동 모터에 의해 회전 구동되는 4축 회전 샤프트를 포함하며, 상기 4축 회전 샤프트는 상기 X-Y축 드라이브 장치에 의해 X-Y 좌표 이동하는 바이오프린팅 헤드 장치와 협력하여, 튜브 형태의 바이오프린팅 구조물을 형성하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프린팅 스테이지는,
    Z축 드라이브 장치에 의해 Z축으로 이동하는 Z축 이동플레이트와,
    상기 Z 축 이동플레이트에 상기 4축 회전 샤프트를 복합한 것 중
    하나가 선택되어, 이용되는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 홀더는 상기 래크에 분리가능하게 장착 가능한 복수개의 다른 유형의 헤드 홀더 중 하나가 선택되어 상기 래크에 장착된 것임을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드는 스크루에 의해 바이오프린팅 물질을 압출하는 압출 기반 프린팅 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압출 기반 바이오프린팅 헤드는 상기 프린팅 챔버로부터 분리하여 상기 외부에서 손으로 잡고 직접 3D 바이오프린팅이 가능한 이동형 바이오프린팅 펜인 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이동형 바이오프린팅 펜은 제1 스크루를 수용하는 제1 배럴과 상기 제1 스크루보다 길이가 길고 제1 스크루와 병렬 구조를 갖는 제2 스크루를 수용하며 상기 제1 배럴보다 길이가 긴 제2 배럴을 서로 통해 있도록 구비하는 하우징과, 상기 제1 스크루 및 제2 스크루를 구동시키는 모터 및 컨트롤러가 내장된 컨트롤러 블록과, 상기 제1 배럴 측에 형성되어 세포와 바이오잉크 또는 젤이 주입될 수 있는 제1 주입구 및 제2 주입구와, 상기 컨트롤러 블록의 반대편 쪽에 상기 제2 배럴의 말단부로부터 연장 형성되고 세포와 바이오잉크 또는 젤이 혼합되어 만들어진 바이오프린팅 물질을 토출하는 토출부를 포함하고, 상기 제1 스크루와 및 제2 스크루가 공간적으로 분리되지 않도록 상기 제1 배럴과 상기 제2 배럴은 서로 통해 있으면서 연장 형성된 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이동형 바이오프린팅 펜은 바이오프린팅 물질을 향해 UV를 조사하는 UV 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드는 공압 튜브를 통해 상기 프린팅 챔버의 외부에 있는 외부 공압장치와 연결된 공압 바이오프린팅 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 이상의 압출 기반 바이오프린팅 헤드는 공급 튜브를 통해 시린지 펌프와 연결되어 바이오잉크 또는 젤 혹은 고분자 필라멘트의 용융침착을 일정 속도로 수급받아 바이오프린팅 물질을 토출하는 외부 수급 바이오프린팅 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 바이오프린팅 헤드 장치는,
    상기 래크에 장착되고 제1 헤드 홀딩부와 하나 이상의 제2 헤드 홀딩부를 포함하는 헤드 홀더와,
    상기 제1 헤드 홀딩부에 분리가능하게 장착되는 이동형 바이오프린팅 펜과,
    상기 제2 헤드 홀딩부에 장착되는 시린지형 압출 기반 바이오프린팅 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 래크는 양각부를 포함하고,
    상기 헤드 홀더는 상기 양각부에 결합하는 홀 형태 또는 음각 형태의 결합부가 형성된 판 형태의 홀더 베이스와, 상기 홀더 베이스에 형성되어 상기 컨트롤러 블록을 감싸 상기 이동형 바이오프린팅 펜을 홀딩하는 홀딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 래크는 상부면에 형성된 양각부를 포함하고,
    상기 헤드 홀더는 상기 양각부에 결합하는 홀 형태 또는 음각 형태의 결합부가 형성된 판 형태의 홀더 베이스와, 상기 홀더 베이스에 연결되어 원통 형상 압출 기반 프린팅 헤드를 유지하는 하나 이상의 C형 홀딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 홀더는 서로 다른 종류의 압출 기반 바이오프린팅 헤드들을 홀딩하는 복수개의 홀딩부들을 포함하고, 상기 헤드 홀더가 선형 이동 또는 회전 이동하여, 상기 복수개의 홀딩부들 중 하나의 홀딩부에 홀딩된 압출 기판 바이오프린팅 헤드가 선택되어 이용되는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 바이오프린팅 시스템은 상기 압출 기판 바이오프린팅 헤드를 통과하는 재료의 온도를 ±1 ~ 0.01°C의 정확도로 제어하는 온도 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 압출 기반 바이오프린팅 헤드와 유무선 통신으로 연결되어 상기 압출 기반 바이오프린팅 헤드의 구동 시간 및 정지 시간을 제어하는 타이머 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 프린팅 챔버의 내부를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 설치된 멸균용 UV 스트랩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 바이오프린팅 시스템.
KR1020230130984A 2022-08-16 2023-09-27 3d 바이오프린팅 시스템 KR20240024763A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220102240 2022-08-16
KR1020220102240 2022-08-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240024763A true KR20240024763A (ko) 2024-02-26

Family

ID=90058180

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230043062A KR20240024730A (ko) 2022-08-16 2023-03-31 바이오잉크 또는 하이드로젤 입자 크기 조절이 가능한 바이오 펜 구조와 그를 이용한 바이오 프린팅 방법
KR1020230130984A KR20240024763A (ko) 2022-08-16 2023-09-27 3d 바이오프린팅 시스템

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230043062A KR20240024730A (ko) 2022-08-16 2023-03-31 바이오잉크 또는 하이드로젤 입자 크기 조절이 가능한 바이오 펜 구조와 그를 이용한 바이오 프린팅 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR20240024730A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230085102A (ko) 2021-12-06 2023-06-13 주식회사 매트릭셀바이오 혼합균질성을 개선하기 위한 바이오 펜 구조와 그를 이용한 바이오 프린팅 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102286073B1 (ko) 2020-04-21 2021-08-06 서울과학기술대학교 산학협력단 이중 스크류 압출 혼합 시스템 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230085102A (ko) 2021-12-06 2023-06-13 주식회사 매트릭셀바이오 혼합균질성을 개선하기 위한 바이오 펜 구조와 그를 이용한 바이오 프린팅 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240024730A (ko) 2024-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104874027B (zh) 多药物可控负载梯度再生骨支架的制备方法
US20200247053A1 (en) A Method, System And Device For Three Dimensional Additive Manufacturing In A Liquid Phase
Gordeev et al. Widely accessible 3D printing technologies in chemistry, biochemistry and pharmaceutics: applications, materials and prospects
CN104840272B (zh) 一种具有内置营养通道的三维生物结构的打印方法
JP6723374B2 (ja) 断面パターンを有する印刷物の製造方法および装置
US20130089642A1 (en) Modular fabrication systems and methods
KR102083788B1 (ko) 인공 혈관 제조용 3d 프린팅 시스템 및 이를 이용한 인공 혈관의 제조 방법
US11872745B2 (en) Systems and methods for improved dispensing, layering, and deposition of cross-linkable hydrogels
KR20200128428A (ko) 전기 수력학적 바이오 프린터 시스템 및 방법
Banović et al. Development of an extruder for open source 3D bioprinting
CN109760311B (zh) 一种具有整合系统的3d生物打印机
KR102286073B1 (ko) 이중 스크류 압출 혼합 시스템 및 방법
KR20240024763A (ko) 3d 바이오프린팅 시스템
KR20230085102A (ko) 혼합균질성을 개선하기 위한 바이오 펜 구조와 그를 이용한 바이오 프린팅 방법
KR20160120031A (ko) 다종물질 혼합 용융압출기 및 이를 채택하는 3d 프린터
KR101118108B1 (ko) 세포배양용 지지체 조형용 디스펜서 체인저 및 이가 구비된 조형장치
CN113276249A (zh) 一种多螺旋挤出装置及3d打印机
JP7352994B2 (ja) バイオインク供給システム及びそれを用いた３ｄバイオプリンティング方法
CN218084188U (zh) 一种双喷头3d打印机
JP7303594B2 (ja) 人工血管製造用３ｄプリンティングシステム及びそれを用いた人工血管の製造方法
CN106085851B (zh) 基于3d打印的细胞共培养模型及制造方法
WO2023106789A1 (ko) 혼합균질성을 개선하기 위한 바이오 펜 구조와 그를 이용한 바이오 프린팅 방법
WO2019180749A4 (en) Automatic additive multi stage portable three dimensional device for manufacturing of hard and soft organs
Tianyuan et al. A novel handheld device: application to in situ bioprinting compound dressing for the treatment of wound
Vozzi et al. Rapid prototyping composite and complex scaffolds with PAM 2