KR20240064429A - 3d printing ink composition for artificial organ and hydrogel for artificial organ prepared therefrom - Google Patents

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Abstract

물 100중량부에 대하여, 아가로스 0.5~6중량부, 아크릴아마이드 6~42.5중량부, N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드) 0.007~0.03중량부 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트 0.1~3중량부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 가교제, 및 2-하이드록시-6'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논 0.1~0.6중량부 및 수용성 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드0.1~0.25중량부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 광개시제를 포함하는 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물과, 그로부터 제조된 인공 장기용 하이드로겔이 제공된다.Based on 100 parts by weight of water, 0.5 to 6 parts by weight of agarose, 6 to 42.5 parts by weight of acrylamide, 0.007 to 0.03 parts by weight of N,N'-methylenebis(acrylamide), and 0.1 to 0.1 parts by weight of poly(ethylene glycol) diacrylate. 3 parts by weight of at least one crosslinking agent selected from the group consisting of 0.1 to 0.6 parts by weight of 2-hydroxy-6'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone and water-soluble diphenyl (2,4, A 3D printing ink composition for artificial organs containing at least one photoinitiator selected from the group consisting of 0.1 to 0.25 parts by weight of 6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, and a hydrogel for artificial organs manufactured therefrom are provided.

Description

인공 장기용 3D프린팅 잉크 조성물 및 그로부터 제조된 인공 장기용 하이드로겔{3D PRINTING INK COMPOSITION FOR ARTIFICIAL ORGAN AND HYDROGEL FOR ARTIFICIAL ORGAN PREPARED THEREFROM}3D printing ink composition for artificial organs and hydrogel for artificial organs manufactured therefrom {3D PRINTING INK COMPOSITION FOR ARTIFICIAL ORGAN AND HYDROGEL FOR ARTIFICIAL ORGAN PREPARED THEREFROM}

본 발명은 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물 및 그로부터 제조된 인공 장기용 하이드로겔에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D printing ink composition for artificial organs and a hydrogel for artificial organs produced therefrom.

대표적인 3D 프린팅 방법으로는 노즐에서 프린팅 재료가 압출되면서 프린팅되는 DIW(Direct Ink Writing) 타입 프린팅, 노즐에서 재료가 나와 자외선(Ultraviolet, UV) 등의 광원에 의해 층마다 광가교가 이루어지는 폴리젯(Polyjet) 타입 프린팅, 잉크 수조에서 기판을 들어올리며 실시간으로 광원을 조사하여 프린팅하는 DLP(Digital Light Processing) 타입 프린팅 등이 있다. Representative 3D printing methods include DIW (Direct Ink Writing) type printing, in which printing material is extruded from a nozzle and printed, and Polyjet, in which material comes out from a nozzle and photocrosslinks each layer by a light source such as ultraviolet (UV) light. ) type printing, and DLP (Digital Light Processing) type printing, which prints by lifting a substrate from an ink tank and irradiating a light source in real time.

3D 프린팅에 있어서, 노즐을 원활히 통과하여 원하는 모형으로 프린팅이 될 수 있는 점도를 가지는 잉크 제작이 중요한 요인으로 꼽힌다. In 3D printing, the production of ink with a viscosity that can pass through the nozzle smoothly and print the desired model is considered an important factor.

또한, 3D 프린팅에 사용되는 잉크는 프린팅 후에도 3D 구조를 유지할 수 있는 유변학적 특성(rheological characteristics)을 가지고 있어야 한다.Additionally, ink used in 3D printing must have rheological characteristics that can maintain the 3D structure even after printing.

한편, 인공 장기 소재로서 높은 친수성과 생체적합성을 지닌 하이드로겔이 주목을 받고 있다. 1980년경 칼슘알지네이트 하이드로겔이 개발된 이후 천연 또는 합성고분자를 이용한 다양한 생체재료용 하이드로겔이 개발되었으며, 하이드로겔의 물리화학적 특성에 관한 많은 연구결과로 다양한 종류의 하이드로겔이 개발되고 있다. 하이드로겔은 전체 중량의 적어도 20% 이상의 수분을 흡수할 수 있으며, 이 중에서도 95% 이상의 물을 흡수하는 것을 고흡수성 하이드로겔이라고 부른다.Meanwhile, hydrogels with high hydrophilicity and biocompatibility are attracting attention as artificial organ materials. Since the development of calcium alginate hydrogel around 1980, various hydrogels for biomaterials using natural or synthetic polymers have been developed, and various types of hydrogels are being developed as a result of many studies on the physicochemical properties of hydrogels. Hydrogels can absorb at least 20% of moisture of the total weight, and those that absorb more than 95% of water are called highly absorbent hydrogels.

그런데, 천연유래 또는 합성 하이드로겔 기반 인공장기에 대한 다양한 연구에도 불구하고, 하이드로겔로 얻어진 3차원 구조체 인공장기는 조성과 환경에 따라 물성이 다르게 발현될 수 있어 생체적합성, 프린팅 적합성, 전기소작 적합성, 유변학적 특성과 같은 생물학적 및 물리적 측면에서 상당한 한계점을 보이고 있다.However, despite various studies on artificial organs based on natural or synthetic hydrogels, three-dimensional artificial organs obtained from hydrogels may exhibit different physical properties depending on the composition and environment, leading to biocompatibility, printing suitability, and electrocautery suitability. , it shows significant limitations in biological and physical aspects such as rheological properties.

그 중에서도, 신체 내부의 높은 인성과 인장강도를 가지는 장기 및 신체부위의 경우, 물이 조성물의 대부분을 차지하는 하이드로겔 재료 특성상 하이드로겔을 이용한 인공 장기 조직은 실제와 비슷하게 모사하기에 어려움이 있다.Among them, in the case of organs and body parts with high toughness and tensile strength inside the body, it is difficult to simulate artificial organ tissue using hydrogel as close to the real thing due to the nature of the hydrogel material in which water accounts for most of the composition.

본 발명은 실제 인체 장기와 질감 및 물성이 유사한 인공 장기를 구현할 수 있는 3D 프린팅 잉크 조성물 및 그로부터 제조된 인공 장기용 하이드로겔을 제공하는 것이다.The present invention provides a 3D printing ink composition capable of producing artificial organs with texture and physical properties similar to actual human organs, and a hydrogel for artificial organs manufactured therefrom.

본 발명의 일 측면에 따르면, 물 100중량부에 대하여, 아가로스 0.5~6중량부, 아크릴아마이드 6~48중량부, N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드) 0.007~0.03중량부 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트 0.01~3중량부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 가교제, 및 2-하이드록시-6'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논 0.1~0.6중량부 및 수용성 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드0.1~0.25중량부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 광개시제를 포함하는 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물이 제공된다.According to one aspect of the present invention, based on 100 parts by weight of water, 0.5 to 6 parts by weight of agarose, 6 to 48 parts by weight of acrylamide, 0.007 to 0.03 parts by weight of N,N'-methylenebis(acrylamide), and poly( 0.01 to 3 parts by weight of ethylene glycol) diacrylate, at least one crosslinking agent selected from the group consisting of 0.1 to 0.6 parts by weight of 2-hydroxy-6'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone, and A 3D printing ink composition for artificial organs containing at least one photoinitiator selected from the group consisting of 0.1 to 0.25 parts by weight of water-soluble diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide is provided.

일 실시예에 있어서, 물 100중량부에 대하여 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트 2.5~7.5중량부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, it may further include 2.5 to 7.5 parts by weight of lithium sodium magnesium silicate based on 100 parts by weight of water.

일 실시예에 있어서, 상기 3D 프린팅 조성물의 물 함량이 60~90중량부일 수 있다.In one embodiment, the water content of the 3D printing composition may be 60 to 90 parts by weight.

일 실시예에 있어서, 상기 아가로스에 대한 상기 아크릴아마이드의 중량비가 1~35일 수 있다.In one embodiment, the weight ratio of the acrylamide to the agarose may be 1 to 35.

일 실시예에 있어서, 상기 3D 프린팅 잉크 조성물이 CaCl2, NaCl, FeCl3, 및 ZrOCl2로 이루어진 군으로부터 선택되는 이온성 물질을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the 3D printing ink composition may further include an ionic material selected from the group consisting of CaCl 2 , NaCl, FeCl 3 , and ZrOCl 2 .

일 실시예에 있어서, 상기 이온성 물질의 몰 농도는 0.25~6M일 수 있다.In one embodiment, the molar concentration of the ionic material may be 0.25 to 6 M.

일 실시예에 있어서, 상기 잉크 조성물은 DLP(Digital Light Processing) 타입 3D 프린팅에 이용될 수 있다.In one embodiment, the ink composition can be used in DLP (Digital Light Processing) type 3D printing.

일 실시예에 있어서, 상기 잉크 조성물은 DIW(Direct Ink Writing) 타입 또는 폴리젯(Polyjet) 타입 3D 프린팅에 이용될 수 있다.In one embodiment, the ink composition can be used for DIW (Direct Ink Writing) type or Polyjet type 3D printing.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 잉크 조성물을 3D 프린팅하여 얻어지는 인공 장기용 하이드로겔로서, 상기 아크릴아마이드의 중합에 의해 얻어진 폴리아크릴아마이드를 포함하고, 상기 아가로스와 상기 폴리아크릴아마이드가 IPN 구조 또는 semi-IPN 구조를 형성하는, 인공 장기용 하이드로겔이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a hydrogel for artificial organs obtained by 3D printing an ink composition, comprising polyacrylamide obtained by polymerization of the acrylamide, and the agarose and the polyacrylamide have an IPN structure or a semi- A hydrogel for artificial organs forming an IPN structure is provided.

일 실시예에 있어서, 상기 인공 장기용 하이드로겔은 탄성 계수가 40~500 kPa이고, 인장강도가 20~200 kPa이고, 인성이 3~1600KJ/m3 일 수 있다.In one embodiment, the hydrogel for artificial organs may have an elastic modulus of 40 to 500 kPa, a tensile strength of 20 to 200 kPa, and a toughness of 3 to 1600 KJ/m 3 .

본 발명의 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물은 UV 경화가 가능하고 경화 시간이 3D 프린팅에 적합하므로, DLP 타입 프린팅을 통한 인공 장기 제조에 유용하게 사용될 수 있다.The 3D printing ink composition for artificial organs of the present invention is UV curable and has a curing time suitable for 3D printing, so it can be usefully used in the manufacture of artificial organs through DLP type printing.

본 발명의 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물은 프린팅에 적합한 유변학적 성질을 가지므로, DIW 타입 또는 폴리젯 타입 프린팅에 유용하게 사용될 수 있다. Since the 3D printing ink composition for artificial organs of the present invention has rheological properties suitable for printing, it can be usefully used in DIW type or polyjet type printing.

본 발명의 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물에 의해 제조되는 인공 장기용 하이드로겔은 인체 장기와 매우 유사한 물성과 복잡한 구조를 갖는 인공 장기를 제조할 수 있다.The hydrogel for artificial organs produced using the 3D printing ink composition for artificial organs of the present invention can produce artificial organs with complex structures and properties very similar to human organs.

본 발명의 인공 장기용 프린팅 잉크 조성물을 이용하여 3D 프린터로 제작한 인공 장기는 환자의 다양성과 의료기술의 발전에 따른 개별적 수요에 따른 맞춤형 수술 연습 모델 제작에 유용하게 사용될 수 있다.Artificial organs produced with a 3D printer using the printing ink composition for artificial organs of the present invention can be usefully used to produce customized surgical practice models according to individual needs according to the diversity of patients and the advancement of medical technology.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 장기용 3D프린팅 잉크 조성물의 겔화(Gelation) 특성을 보여주는 사진이다.Figures 1 and 2 are photographs showing the gelation characteristics of the 3D printing ink composition for artificial organs according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 명세서의 일 측면을 설명하기로 한다. 그러나 본 명세서의 기재사항은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 명세서의 일 측면을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Below, one aspect of the present specification will be described. However, the description in this specification may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain one aspect of the present specification, parts unrelated to the description have been omitted.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when it is said that a part “includes” a certain element, this means that other elements may be further included rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

인체의 조직은 크게 상피조직와 결합조직으로 나눌 수 있는데, 명세서 전체에서 인공 장기란, 인공 장기 결합조직을 의미하는 것일 수 있다.Tissues of the human body can be largely divided into epithelial tissue and connective tissue. Throughout the specification, artificial organs may refer to artificial organ connective tissue.

본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.When a range of numerical values is described herein, unless the specific range is stated otherwise, the value has the precision of significant figures given in accordance with the standard rules in chemistry for significant figures. For example, the number 10 includes the range 5.0 to 14.9, and the number 10.0 includes the range 9.50 to 10.49.

인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물3D printing ink composition for artificial organs

본 발명의 일 측면인 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물은, 아가로스; 아크릴아마이드; N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드) 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 가교제; 2-하이드록시-6'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논 및 수용성 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 광개시제; 및 용매로서의 물을 포함한다.One aspect of the present invention, a 3D printing ink composition for artificial organs, includes agarose; acrylamide; At least one crosslinking agent selected from the group consisting of N,N'-methylenebis(acrylamide) and poly(ethylene glycol)diacrylate; At least one photoinitiator selected from the group consisting of 2-hydroxy-6'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone and water-soluble diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide; and water as a solvent.

아가로스는 수소 결합에 의해 가교되는 친수성 고분자로서, 경화에 의해 후술할 아크릴아마이드와 상호침투복합체(interpenetrating polymer network; IPN) 또는 반상호침투복합체(semi-interpenetrating polymer network; semi-IPN) 구조를 형성한다. 이처럼 아가로스와 아크릴아마이드에 의해 상호침투복합체 구조가 형성된 하이드로겔은 세포 독성을 나타내지 않아 생체 적합성이 우수한 장점이 있다.Agarose is a hydrophilic polymer that is cross-linked by hydrogen bonds, and upon curing forms an interpenetrating polymer network (IPN) or semi-interpenetrating polymer network (semi-IPN) structure with acrylamide, which will be described later. do. In this way, the hydrogel, which has an interpenetrating complex structure formed by agarose and acrylamide, has the advantage of excellent biocompatibility as it does not exhibit cytotoxicity.

아가로스의 함량은, 물 100중량부에 대하여, 0.5 내지 6중량부일 수 있고, 바람직하게는 0.6내지 4.8중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.2 내지 3.6중량부일 수 있다. 만약 아가로스의 함량이 지나치게 낮을 경우, 하이드로겔이 충분히 경화되지 않거나, 전기 소작 기능이 약해질 수 있으며, 반대로 그 함량이 지나치게 높을 경우, 용매 중에 아가로스를 균일하게 용해시키기 어려울 수 있다.The content of agarose may be 0.5 to 6 parts by weight, preferably 0.6 to 4.8 parts by weight, and more preferably 1.2 to 3.6 parts by weight, based on 100 parts by weight of water. If the agarose content is too low, the hydrogel may not harden sufficiently or the electrocautery function may be weakened, and conversely, if the content is too high, it may be difficult to uniformly dissolve the agarose in the solvent.

아크릴아마이드는 수팽윤성 단량체로서, 경화에 의해 중합되어 아가로스와 상호침투복합체(interpenetrating polymer network; IPN) 또는 반상호침투복합체(semi-interpenetrating polymer network; semi-IPN) 구조를 형성한다.Acrylamide is a water-swellable monomer that polymerizes by curing to form an interpenetrating polymer network (IPN) or semi-interpenetrating polymer network (semi-IPN) structure with agarose.

아크릴아마이드의 함량은 물 100중량부에 대하여, 6 내지 48중량부일 수 있고, 바람직하게는 9내지48중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 12 내지 48중량부일 수 있다. 만약 아크릴아마이드의 함량이 지나치게 낮을 경우, 하이드로겔이 충분히 경화되지 않거나, 물성이 다소 미흡할 수 있으며, 반대로 그 함량이 지나치게 높을 경우, 모듈러스의 지나친 상승으로 실제 장기와 물성이 상이해질 수 있다.The content of acrylamide may be 6 to 48 parts by weight, preferably 9 to 48 parts by weight, and more preferably 12 to 48 parts by weight, based on 100 parts by weight of water. If the content of acrylamide is too low, the hydrogel may not harden sufficiently or the physical properties may be somewhat insufficient, and conversely, if the content is too high, the physical properties may be different from the actual organs due to excessive increase in modulus.

일 예에 따르면, 아가로스에 대한 아크릴아마이드의 중량비는 1 이상 35 이하일 수 있고, 바람직하게는 3 이상 32이하일 수 있다. 아가로스에 대한 아크릴아마이드의 중량비가 상기 범위를 만족할 경우, 실제 장기와 유사한 물성을 확보하는데 보다 유리할 수 있다.According to one example, the weight ratio of acrylamide to agarose may be 1 or more and 35 or less, and preferably 3 or more and 32 or less. When the weight ratio of acrylamide to agarose satisfies the above range, it may be more advantageous to secure physical properties similar to actual organs.

N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드) 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트는 가교제로서 첨가되는 성분이다.N,N'-methylenebis(acrylamide) and poly(ethylene glycol) diacrylate are components added as crosslinking agents.

N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드)의 함량은, 물 100중량부에 대하여, 0.007 내지 0.03중량부일 수 있고, 바람직하게는 0.0072 내지 0.029중량부일 수 있다. 만약 N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드)의 함량이 지나치게 낮을 경우, 가교가 충분히 이뤄지지 않을 수 있으며, 반대로 그 함량이 지나치게 높을 경우, 화학적 가교도가 지나치게 커져 하이드로겔의 인성 등의 물성이 저하될 수 있다.The content of N,N'-methylenebis(acrylamide) may be 0.007 to 0.03 parts by weight, preferably 0.0072 to 0.029 parts by weight, based on 100 parts by weight of water. If the content of N,N'-methylenebis(acrylamide) is too low, crosslinking may not be sufficiently achieved, and conversely, if the content is too high, the degree of chemical crosslinking will become too large, which will lead to a decrease in the physical properties such as toughness of the hydrogel. You can.

폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트의 함량은 물 100중량부에 대하여, 0.01 내지 3중량부일 수 있고, 바람직하게는 0.05 내지 0.5중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.05 내지 0.3중량부일 수 있다. 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트의 함량이 지나치게 낮을 경우, 가교가 충분히 이뤄지지 않을 수 있으며, 바대로 그 함량이 지나치게 높을 경우, 화학적 가교도가 지나치게 커져 하이드로겔의 인성 등의 물성이 저하될 수 있다.The content of poly(ethylene glycol) diacrylate may be 0.01 to 3 parts by weight, preferably 0.05 to 0.5 parts by weight, and more preferably 0.05 to 0.3 parts by weight, based on 100 parts by weight of water. If the content of poly(ethylene glycol) diacrylate is too low, crosslinking may not be sufficiently achieved, and if the content is too high, the degree of chemical crosslinking may become too large and physical properties such as toughness of the hydrogel may be reduced.

2-하이드록시-6'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논 및 수용성 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드는 광개시제로서 첨가되는 성분으로, 빛(uv)에 의해 라디칼을 형성하여 중합을 개시한다.2-Hydroxy-6'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone and water-soluble diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide are components added as photoinitiators, and are exposed to light ( Polymerization is initiated by forming radicals by uv).

2-하이드록시-4'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논의 함량은 0.1 내지 0.6중량부일 수 있고, 바람직하게는 0.15 내지 0.55중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.18 내지 0.52중량부일 수 있다. 만약 2-하이드록시-4'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논의 함량이 지나치게 낮을 경우 광경화성이 낮고 경화 시간이 길어지며, 반대로 그 함량이 지나치게 높을 경우 가교 후 잔여 성분이 존재하며, 라디칼 반응속도가 급격히 빨라질 수 있다.The content of 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone may be 0.1 to 0.6 parts by weight, preferably 0.15 to 0.55 parts by weight, and more preferably 0.18 to 0.55 parts by weight. It may be 0.52 parts by weight. If the content of 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone is too low, photocurability will be low and curing time will be long. Conversely, if the content is too high, residual components after crosslinking will occur. exists, and the radical reaction rate can rapidly accelerate.

수용성 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드의 함량은 물 100중량부에 대하여 0.1 내지 0.25중량부일 수 있다. 만약 수용성 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드의 함량이 지나치게 낮을 경우 광경화성이 낮고 경화 시간이 길어지며, 반대로 그 함량이 지나치게 높을 경우 가교 후 잔여 성분이 존재하며, 라디칼 반응속도가 급격히 빨라질 수 있다.The content of water-soluble diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide may be 0.1 to 0.25 parts by weight based on 100 parts by weight of water. If the content of water-soluble diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide is too low, photocurability will be low and curing time will be long. Conversely, if the content is too high, residual components will exist after crosslinking and radical reaction will occur. The speed can increase dramatically.

일 예에 따르면, 3D 프린팅 잉크 조성물의 물 함량은 60 내지 90중량부일 수 있다. 물 함량이 상기 범위를 만족하면, 고분자의 농도 조절 용이하고 경화성에 따른 강도가 향상되어, 인성 및 인장 강도가 실제 장기와 유사한 하이드로겔을 제조하는데 유리할 수 있다. 또한 수용액 상에서 팽윤된 후에 열역학적으로 안정하게 존재하여 액체와 고체의 중간 형태에 해당하는 기계적·물리화학적 특성을 나타낼 수 있다.According to one example, the water content of the 3D printing ink composition may be 60 to 90 parts by weight. When the water content satisfies the above range, it is easy to control the concentration of the polymer and the strength according to curability is improved, which can be advantageous for producing a hydrogel whose toughness and tensile strength are similar to those of actual organs. In addition, after swelling in an aqueous solution, it remains thermodynamically stable and can exhibit mechanical and physicochemical properties corresponding to an intermediate form between a liquid and a solid.

일 예에 따르면, 3D 프린팅 잉크 조성물은 이온성 물질을 더 포함할 수 있다. 이온성 물질은 CaCl2, NaCl, FeCl3, 및 ZrOCl2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이온성 물질에 포함된 양이온은 하이드로겔 네트워크 상에서 유기 리간드(organic ligand)와 배위 결합 복합체(coordination complex)를 형성하여, 하이드로겔의 물성, 특히 탄성계수(modulus)를 개선할 수 있다.According to one example, the 3D printing ink composition may further include an ionic material. The ionic material may be one or more selected from the group consisting of CaCl 2 , NaCl, FeCl 3 , and ZrOCl 2 , but is not limited thereto. Cations contained in ionic materials can form a coordination complex with an organic ligand on the hydrogel network, improving the physical properties of the hydrogel, especially the elastic modulus.

이온성 물질의 몰농도는 0.25~6M일 수 있고, 바람직하게는 0.5~4M일 수 있다. 이온성 물질의 함량이 상기 범위를 만족하면, 하이드로겔의 물성이 개선됨과 더불어, 전기전도도가 적절히 제어되어, 전기소작성이 향상되며, 그 결과 수술 트레이닝용 인공장기로서 적합하게 사용될 수 있다.The molar concentration of the ionic material may be 0.25 to 6M, preferably 0.5 to 4M. When the content of the ionic material satisfies the above range, the physical properties of the hydrogel are improved, electrical conductivity is appropriately controlled, and electrocautery is improved, and as a result, it can be suitably used as an artificial organ for surgical training.

본 발명의 3D 프린팅 잉크 조성물은 UV 경화가 가능하고 경화 시간이 3D 프린팅에 적합할 뿐만 아니라, 3D 프린팅에 의해 제조된 하이드로겔은 실제 인체 장기와 매우 유사한 질감 및 물성을 나타내므로, DLP 타입의 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물로서 적합하게 사용될 수 있다..Not only is the 3D printing ink composition of the present invention capable of UV curing and its curing time is suitable for 3D printing, but the hydrogel produced by 3D printing exhibits texture and physical properties very similar to actual human organs, making it a DLP-type artificial It can be suitably used as a long-term 3D printing ink composition.

일 예에 따르면, 3D 프린팅 잉크 조성물은 물 100중량부에 대하여 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트 2.5~7.5중량부를 더 포함할 수 있다.According to one example, the 3D printing ink composition may further include 2.5 to 7.5 parts by weight of lithium sodium magnesium silicate based on 100 parts by weight of water.

만약 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트의 함량이 2.5중량부 미만일 경우 잉크의 겔화(gelation)가 진행되지 않아, 저장 탄성률(storage modulus, G')보다 손실 탄성률(loss modulus, G'')이 커져 압출을 위한 유변학적 특성을 나타내지 않을 수 있고, 반대로, 7.5중량부를 초과할 경우, 저장 탄성률(storage modulus. G')이 지나치게 커져 재료의 균일한 혼합이 어려워질 수 있다.If the content of lithium sodium magnesium silicate is less than 2.5 parts by weight, gelation of the ink does not proceed, and the loss modulus (G'') becomes larger than the storage modulus (G'), which affects the rheology for extrusion. On the other hand, if it exceeds 7.5 parts by weight, the storage modulus (G') may become too large, making it difficult to mix the materials uniformly.

이처럼 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트를 포함하는 3D 프린팅 잉크 조성물은 프린팅에 적합한 유변학적 성질을 가지므로, DIW 타입 또는 폴리젯 타입의 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물로서 적합하게 사용될 수 있다.Since the 3D printing ink composition containing lithium sodium magnesium silicate has rheological properties suitable for printing, it can be suitably used as a DIW type or polyjet type 3D printing ink composition for artificial organs.

본 발명의 3D 프린팅 잉크 조성물은 인공 신장, 인공 간, 인공 소장, 인공 대장, 인공 위, 인공 담낭, 인공 혈관, 인공 방광, 인공 심장, 인공 폐, 인공 자궁, 인공 결장, 인공 갑상선 등의 인공 장기의 결합 조직이나 인공 골격근 또는 피부를 구성하는데 사용될 수 있다.The 3D printing ink composition of the present invention is used for artificial organs such as artificial kidney, artificial liver, artificial small intestine, artificial large intestine, artificial stomach, artificial gallbladder, artificial blood vessel, artificial bladder, artificial heart, artificial lung, artificial uterus, artificial colon, artificial thyroid, etc. It can be used to construct connective tissue, artificial skeletal muscle, or skin.

예컨대, 물 100중량부에 대하여 아크릴아마이드 30 내지 40 중량부, 아가로스 1.5내지 3.5중량부 및 N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드) 0.007~0.03중량부를 포함하는 경우, 경화시 탄성 계수가 90~200kPa 으로서 인공 신장의 결합 조직을 제작하는데 사용될 수 있다.For example, when 30 to 40 parts by weight of acrylamide, 1.5 to 3.5 parts by weight of agarose, and 0.007 to 0.03 parts by weight of N,N'-methylenebis(acrylamide) are included per 100 parts by weight of water, the elastic modulus upon curing is 90. It is ~200kPa and can be used to fabricate connective tissue for artificial kidneys.

예컨대, 물 100중량부에 대하여 아크릴아마이드 12 내지 24 중량부, 아가로스 1 내지 2 중량부 및 N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드) 0.007~0.03중량부를 포함하는 경우, 경화시 탄성 계수가 40~100kPa으로서 인공 담낭의 결합 조직을 제작하는데 사용될 수 있다.For example, when 12 to 24 parts by weight of acrylamide, 1 to 2 parts by weight of agarose, and 0.007 to 0.03 parts by weight of N,N'-methylenebis(acrylamide) are included per 100 parts by weight of water, the elastic modulus upon curing is 40. At ~100 kPa, it can be used to fabricate connective tissue for artificial gallbladders.

예컨대, 물 100중량부에 대하여 아크릴아마이드 24 내지 36 중량부, 아가로스 2 내지 3 중량부 및 N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드) 0.007~0.03중량부를 포함하는 경우, 경화시 탄성 계수가 5~200kPa 으로서 인공 골격근을 제작하는데 사용될 수 있다.For example, when 24 to 36 parts by weight of acrylamide, 2 to 3 parts by weight of agarose, and 0.007 to 0.03 parts by weight of N,N'-methylenebis(acrylamide) are included per 100 parts by weight of water, the elastic modulus upon curing is 5. It is ~200kPa and can be used to fabricate artificial skeletal muscles.

예컨대, 물 100중량부에 대하여 아크릴아마이드 42 내지 48 중량부, 아가로스 2 내지 3 중량부 및 및 N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드) 0.007~0.03중량부를 포함하는 경우, 경화시 탄성 계수가 394~476kPa 으로서 인공 결장, 특히 상행 결장의 결합 조직을 제작하는데 사용될 수 있다.For example, when 42 to 48 parts by weight of acrylamide, 2 to 3 parts by weight of agarose, and 0.007 to 0.03 parts by weight of N,N'-methylenebis(acrylamide) are included per 100 parts by weight of water, the elastic modulus during curing is It is 394~476kPa and can be used to manufacture the connective tissue of the artificial colon, especially the ascending colon.

예컨대, 물 100중량부에 대하여 아크릴아마이드 24내지36 중량부, 아가로스 2.5 내지 3.5중량부 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트 0.1~3중량부를 포함하는 경우, 경화시 탄성 계수가 90~200kPa 으로서 인공 신장의 결합 조직을 제작하는데 사용될 수 있다.For example, when 24 to 36 parts by weight of acrylamide, 2.5 to 3.5 parts by weight of agarose, and 0.1 to 3 parts by weight of poly(ethylene glycol) diacrylate are included per 100 parts by weight of water, the elastic modulus upon curing is 90 to 200 kPa. It can be used to fabricate connective tissue for artificial kidneys.

예컨대, 물 100중량부에 대하여 아크릴아마이드 12 내지 36 중량부, 아가로스 1 내지 2 중량부 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트 0.1~3중량부를 포함하는 경우, 경화시 탄성 계수가 40~100kPa으로서 인공 담낭의 결합 조직을 제작하는데 사용될 수 있다.For example, when 12 to 36 parts by weight of acrylamide, 1 to 2 parts by weight of agarose and 0.1 to 3 parts by weight of poly(ethylene glycol) diacrylate are included per 100 parts by weight of water, the elastic modulus upon curing is 40 to 100 kPa. It can be used to fabricate connective tissue for an artificial gallbladder.

예컨대, 물 100중량부에 대하여 아크릴아마이드 24 내지 36 중량부, 아가로스 2 내지 3 중량부 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트 0.1~3중량부를 포함하는 경우, 경화시 탄성 계수가 5~200kPa으로서 인공 골격근을 제작하는데 사용될 수 있다.For example, when 24 to 36 parts by weight of acrylamide, 2 to 3 parts by weight of agarose, and 0.1 to 3 parts by weight of poly(ethylene glycol) diacrylate are included per 100 parts by weight of water, the elastic modulus upon curing is 5 to 200 kPa. It can be used to manufacture artificial skeletal muscles.

예컨대, 물 100중량부에 대하여 아크릴아마이드 24 내지 36중량부, 아가로스 1 내지 2 중량부 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트 0.1~3중량부를 포함하는 경우, 경화시 탄성 계수가 9~50kPa 으로서 인공 갑상선의 결합 조직을 제작하는데 사용될 수 있다.For example, when 24 to 36 parts by weight of acrylamide, 1 to 2 parts by weight of agarose and 0.1 to 3 parts by weight of poly(ethylene glycol) diacrylate are included per 100 parts by weight of water, the elastic modulus upon curing is 9 to 50 kPa. It can be used to fabricate connective tissue for an artificial thyroid gland.

예컨대, 물 100중량부에 대하여 아크릴아마이드 6 내지 18중량부, 아가로스 3 내지 4 중량부 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트 0.1~3중량부를 포함하는 경우, 경화시 탄성 계수가 394~476kPa 으로서 인공 결장, 특히 상행 결장의 결합 조직을 제작하는데 사용될 수 있다.For example, when 6 to 18 parts by weight of acrylamide, 3 to 4 parts by weight of agarose, and 0.1 to 3 parts by weight of poly(ethylene glycol) diacrylate are included per 100 parts by weight of water, the elastic modulus upon curing is 394 to 476 kPa. It can be used to fabricate the connective tissue of an artificial colon, especially the ascending colon.

인공 장기용 하이드로겔Hydrogels for artificial organs

본 발명의 다른 측면은, 전술한 3D 프린팅 잉크 조성물을 3D 프린팅하여 형성되는 인공 장기용 하이드로겔을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a hydrogel for artificial organs formed by 3D printing the above-described 3D printing ink composition.

본 발명의 인공 장기용 하이드로겔은 아크릴아마이드의 중합에 의해 얻어진 폴리아크릴아마이드를 포함할 수 있으며, 아가로스와 폴리아크릴아마이드는 IPN 구조 또는 semi-IPN 구조를 형성할 수 있다. 이 경우, 외력에 의한 유동성이 거의 없는 구조적으로 안정한 삼차원 네트워크 구조물을 제공할 수 있다.The hydrogel for artificial organs of the present invention may contain polyacrylamide obtained by polymerization of acrylamide, and agarose and polyacrylamide may form an IPN structure or a semi-IPN structure. In this case, it is possible to provide a structurally stable three-dimensional network structure with little fluidity due to external forces.

일 예에 따르면, 인공 장기용 하이드로겔의 탄성 계수(Young's modulus)는 40~500 kPa일 수 있다. 인공 장기용 하이드로겔의 탄성 계수가 상기 범위를 충족하는 경우, 실제 장기와 매우 유사한 탄성, 인성, 봉합성, 색상 및 질감을 제공할 수 있다.According to one example, the elastic modulus (Young's modulus) of the hydrogel for artificial organs may be 40 to 500 kPa. When the elastic modulus of the hydrogel for artificial organs satisfies the above range, it can provide elasticity, toughness, sealability, color, and texture very similar to real organs.

일 예에 따르면, 인공 장기용 하이드로겔의 인장강도(tensile strength)는 20~200kPa일 수 있다. 인공 장기용 하이드로겔의 인장 강도가 상기 범위를 충족하는 경우, 수술 트레이닝시 쉽게 찢어지지 않고, 봉합이 가능하다는 점에서 실제 장기와 유사한 성질을 제공할 수 있다. According to one example, the tensile strength of the hydrogel for artificial organs may be 20 to 200 kPa. When the tensile strength of the hydrogel for artificial organs satisfies the above range, it can provide properties similar to actual organs in that it is not easily torn during surgical training and can be sutured.

일 예에 따르면, 인공 장기용 하이드로겔의 인성(toughness)은 3~1600KJ/m3 일 수 있다. 인공 장기용 하이드로겔의 인성이 상기 범위를 충족하는 경우, 수술 트레이닝시 쉽게 찢어지지 않고, 봉합이 가능하다는 점에서 실제 장기와 유사한 성질을 제공할 수 있다. According to one example, the toughness of the hydrogel for artificial organs may be 3 to 1600 KJ/m 3 . If the toughness of the hydrogel for artificial organs meets the above range, it can provide properties similar to real organs in that it is not easily torn during surgical training and can be sutured.

인공 장기용 하이드로겔은 인공 장기로서 바람직하게 적용될 수 있다.Hydrogels for artificial organs can be preferably applied as artificial organs.

본 발명에서는 3D 프린팅에 의해 인공 장기를 제조하는 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어 다음 (a) 내지 (d) 단계를 포함하여 제조할 수 있다.In the present invention, there is no particular limitation on the method of manufacturing an artificial organ by 3D printing, but for example, it can be manufactured including the following steps (a) to (d).

(a) 인체 장기를 CT 또는 MRI로 촬영하여 DICOM 데이터를 얻는 단계(a) Obtaining DICOM data by imaging human organs with CT or MRI

(b) 상기 DICOM 데이터를 3D 슬라이서(slicer)를 이용하여 3D 모델링하는 단계(b) 3D modeling the DICOM data using a 3D slicer

(c) 상기 3D 모델링된 데이터를 gcode 형태로 변환하여 3D 프린터에 적용하는 단계(c) converting the 3D modeled data into gcode format and applying it to a 3D printer

(d) 상기 gcode가 적용된 3D 프린터를 이용하여 3D 프틴팅 잉크를 인쇄하는 단계(d) Printing 3D printing ink using a 3D printer to which the gcode is applied.

상기 (a), (b) 및 (c) 단계는 이 분야에 공지된 방법으로 수행될 수 있다. Steps (a), (b), and (c) may be performed by methods known in the art.

일 예에 따르면, 상기 (d) 단계의 프린팅 속도는 5 내지 80mm/s일 수 있고, 바람직하게는 7 내지 70mm/s일 수 있으며, 보다 바람직하게는 10 내지 60mm/s일 수 있다. 만약 프린팅 속도가 지나치게 낮을 경우, 잉크의 압출 과정에서 잉크의 안정성이 저하될 수 있으며, 반대로 지나치게 높을 경우, 기판 내지 아래 층과의 접착력이 감소할 수 있다.According to one example, the printing speed in step (d) may be 5 to 80 mm/s, preferably 7 to 70 mm/s, and more preferably 10 to 60 mm/s. If the printing speed is too low, the stability of the ink may decrease during the ink extrusion process, and conversely, if the printing speed is too high, the adhesion to the substrate or the underlying layer may decrease.

일 예에 따르면, 상기 (d) 단계의 공압은 20 내지 100Pa일 수 있다. 만약 공압이 지나치게 낮을 경우 잉크가 토출되지 않거나, 불균일하게 토출될 우려가 있으며, 반대로 지나치게 높을 경우 노즐에 강한 압력이 걸려 토출량이 지나치게 많아질 수 있다. 한편, 프린팅 속도와 공압은 서로 밀접한 관계가 있으므로 유기적인 설정이 필요하며, 예컨대 프린팅 속도를 높일 경우에는 그에 맞춰 공압도 높여줄 필요가 있다.According to one example, the pneumatic pressure in step (d) may be 20 to 100 Pa. If the pneumatic pressure is too low, ink may not be discharged or may be discharged unevenly. Conversely, if it is too high, strong pressure may be applied to the nozzle, resulting in an excessively large discharge amount. On the other hand, since printing speed and pneumatic pressure are closely related to each other, an organic setting is necessary. For example, when increasing the printing speed, the pneumatic pressure also needs to be increased accordingly.

이하, 본 명세서의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 명세서의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 명세서의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present specification will be described in more detail. However, the following experimental results describe only representative experimental results among the above examples, and the scope and content of the present specification cannot be interpreted as being reduced or limited by the examples. Each effect of various implementations of the present specification that are not explicitly presented below will be described in detail in the corresponding section.

실시예 1Example 1

90℃로 가온한 증류수 20g에 아가로스 0.3g과 아크릴아마이드 2.4g과 N,N′-메틸렌비스(아크릴아마이드)(MBA) 0.00144g과 2-하이드록시-4'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논(이가큐어 2959) 0.030g을 용해한 후, 40℃로 냉각하였다.In 20g of distilled water heated to 90℃, 0.3g of agarose, 2.4g of acrylamide, 0.00144g of N,N'-methylenebis(acrylamide) (MBA), and 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy )-2-Methylpropiophenone (Igacure 2959) 0.030 g was dissolved and cooled to 40°C.

상기 냉각된 혼합물에 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트(Laponite RD) 0.5g을 혼합하여 3D 프린팅 잉크 조성물을 제조하였다.A 3D printing ink composition was prepared by mixing 0.5 g of lithium sodium magnesium silicate (Laponite RD) with the cooled mixture.

실시예 2 내지 12Examples 2 to 12

3D 프린팅 잉크 조성물에 함유된 각 성분의 사용량을 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 3D 프린팅 잉크 조성물 및 하이드로겔을 제조하였다. 각 실시예에서 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트(Laponite RD)의 함량은 0.5g으로 일정하게 하였다.A 3D printing ink composition and hydrogel were prepared in the same manner as Example 1, except that the amounts of each component contained in the 3D printing ink composition were changed as shown in Table 1 below. In each example, the content of lithium sodium magnesium silicate (Laponite RD) was kept constant at 0.5 g.

실시예 13Example 13

90℃로 가온한 증류수 20g에 아가로스 0.5g과 아크릴아마이드 4.8g과 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트(PEGDA) 0.22g과 2-하이드록시-4'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논(이가큐어 2959) 0.03g을 용해한 후, 40℃로 냉각하였다.In 20g of distilled water heated to 90℃, 0.5g of agarose, 4.8g of acrylamide, 0.22g of poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA), and 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2 -0.03 g of methylpropiophenone (Igacure 2959) was dissolved and cooled to 40°C.

상기 냉각된 혼합물에 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트(Laponite RD) 0.5g을 혼합하여 3D 프린팅 잉크 조성물을 제조하였다. A 3D printing ink composition was prepared by mixing 0.5 g of lithium sodium magnesium silicate (Laponite RD) with the cooled mixture.

실시예 14 내지 24Examples 14 to 24

3D 프린팅 잉크 조성물에 함유된 각 성분의 사용량을 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 13과 동일한 방법으로 3D 프린팅 잉크 조성물 및 하이드로겔을 제조하였다. 각 실시예에서 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트(Laponite RD)의 함량은 0.5g으로 일정하게 하였다.A 3D printing ink composition and hydrogel were prepared in the same manner as in Example 13, except that the amounts of each component contained in the 3D printing ink composition were changed as shown in Table 2 below. In each example, the content of lithium sodium magnesium silicate (Laponite RD) was kept constant at 0.5 g.

실험예 1Experimental Example 1

각 실시예의 3D 프린팅 잉크 조성물을 이용하여 DIW 타입의 3D 프린터로 하이드로겔을 제조한 후, 가로 X 세로 X 높이가 10mm X 30mm X 3mm의 샘플을 마련하였다. 그 후, 아래와 같은 방법으로 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다.After producing a hydrogel with a DIW type 3D printer using the 3D printing ink composition of each example, a sample of 10 mm x 30 mm x 3 mm in width x length x height was prepared. Afterwards, the physical properties were measured using the method below, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.

(1) 인성(Toughness)(1) Toughness

인장시험기 장치(Mark 사 제조)를 사용하여 상기 샘플을 200mm/min의 속도로 샘플이 절단될 때까지 신장시키면서, stress-strain 관계를 그래프로 그린 후 stress-strain 그래프의 면적을 계산하는 방법으로 인성을 측정하였다.Using a tensile tester (manufactured by Mark), the sample is stretched at a speed of 200 mm/min until the sample is cut, the stress-strain relationship is drawn on a graph, and the area of the stress-strain graph is calculated to determine the toughness. was measured.

(2) 인장강도(Tensile strength)(2) Tensile strength

인장시험기 장치(Mark 사 제조)를 사용하여 상기 샘플을 200mm/min의 속도로 샘플이 절단될 때까지 신장시키면서, stress-strain 관계를 그래프로 그린 후 stress-strain 그래프에서 최대 stress 값을 추출하는 방법으로 인장강도를 측정하였다.A method of stretching the sample at a speed of 200 mm/min until the sample is cut using a tensile tester device (manufactured by Mark), drawing the stress-strain relationship on a graph, and then extracting the maximum stress value from the stress-strain graph. The tensile strength was measured.

(3) 탄성계수(Young's modulus)(3) Young's modulus

인장시험기 장치(Mark 사 제조)를 사용하여 상기 샘플을 200mm/min의 속도로 샘플이 절단될 때까지 신장시키면서, stress-strain 관계를 그래프로 그린 후 stress-strain 그래프 내 탄성 영역에서 그래프의 초기 기울기를 계산하는 방법으로 영률을 측정하였다.Using a tensile tester device (manufactured by Mark), stretch the sample at a speed of 200 mm/min until the sample is cut, draw the stress-strain relationship as a graph, and then calculate the initial slope of the graph in the elastic region within the stress-strain graph. Young's modulus was measured by calculating .

로부터 가로 X 세로 X 높이가 10mm X 30mm X 3mm의 샘플을 마련한 후, 아래와 같은 방법으로 물성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1내지 4에 나타내었다.After preparing a sample of 10 mm x 30 mm x 3 mm in width x length x height, the physical properties were measured in the following manner. The results are shown in Tables 1 to 4 below.

(1) 인성(Toughness)(1) Toughness

인장시험기 장치(Mark 사 제조)를 사용하여 상기 샘플을 200mm/min의 속도로 샘플이 절단될 때까지 신장시키면서, stress-strain 관계를 그래프로 그린 후 stress-strain 그래프의 면적을 계산하는 방법으로 인성을 측정하였다.Using a tensile tester (manufactured by Mark), the sample is stretched at a speed of 200 mm/min until the sample is cut, the stress-strain relationship is drawn on a graph, and the area of the stress-strain graph is calculated to determine the toughness. was measured.

(2) 인장강도(Tensile strength)(2) Tensile strength

인장시험기 장치(Mark 사 제조)를 사용하여 상기 샘플을 200mm/min의 속도로 샘플이 절단될 때까지 신장시키면서, stress-strain 관계를 그래프로 그린 후 stress-strain 그래프에서 최대 stress 값을 추출하는 방법으로 인장강도를 측정하였다.A method of stretching the sample at a speed of 200 mm/min until the sample is cut using a tensile tester device (manufactured by Mark), drawing the stress-strain relationship on a graph, and then extracting the maximum stress value from the stress-strain graph. The tensile strength was measured.

(3) 탄성계수(Young's modulus)(3) Young's modulus

인장시험기 장치(Mark 사 제조)를 사용하여 상기 샘플을 200mm/min의 속도로 샘플이 절단될 때까지 신장시키면서, stress-strain 관계를 그래프로 그린 후 stress-strain 그래프 내 탄성 영역에서 그래프의 초기 기울기를 계산하는 방법으로 영률을 측정하였다.Using a tensile tester device (manufactured by Mark), stretch the sample at a speed of 200 mm/min until the sample is cut, draw the stress-strain relationship as a graph, and then calculate the initial slope of the graph in the elastic region within the stress-strain graph. Young's modulus was measured by calculating .

아크릴
아마이드 (g)
acryl
Amides (g)
아가로스
(g)
agarose
(g)
MBA
(g)
MBA
(g)
이가큐어 2959
(g)
Igacure 2959
(g)
인성
(KJ/m3)
tenacity
(KJ/ m3 )
인장강도
(kPa)
tensile strength
(kPa)
탄성계수
(kPa)
elastic modulus
(kPa)
실시예 1Example 1 2.42.4 0.30.3 0.001440.00144 0.0300.030 3.53.5 21.221.2 69.169.1 실시예 2Example 2 4.84.8 0.002880.00288 0.0300.030 149.5149.5 70.270.2 82.082.0 실시예 3Example 3 7.27.2 0.004320.00432 0.0300.030 703.2703.2 82.882.8 103.5103.5 실시예 4Example 4 9.69.6 0.005760.00576 0.0300.030 712.2712.2 101.8101.8 258.0258.0 실시예 5Example 5 2.42.4 0.50.5 0.001440.00144 0.0300.030 13.213.2 63.463.4 291.3291.3 실시예 6Example 6 4.84.8 0.002880.00288 0.0300.030 27.727.7 76.176.1 142.1142.1 실시예 7Example 7 7.27.2 0.004320.00432 0.0300.030 1556.91556.9 145.3145.3 115.6115.6 실시예 8Example 8 9.69.6 0.005760.00576 0.0300.030 1161.51161.5 145.8145.8 409.9409.9 실시예 9Example 9 2.42.4 0.70.7 0.001440.00144 0.0300.030 12.912.9 83.083.0 533.1533.1 실시예 10Example 10 4.84.8 0.002880.00288 0.0300.030 43.143.1 99.699.6 255.3255.3 실시예 11Example 11 7.27.2 0.004320.00432 0.0300.030 1212.51212.5 156.7156.7 197.5197.5 실시예 12Example 12 9.69.6 0.005760.00576 0.0300.030 1012.31012.3 186.6186.6 311.1311.1

아크릴
아마이드
(g)
acryl
Amide
(g)
아가로스
(g)
agarose
(g)
PEGDA
(g)
PEGDA
(g)
이가큐어 2959
(g)
Igacure 2959
(g)
인성
(KJ/m3)
tenacity
(KJ/ m3 )
인장강도
(kPa)
tensile strength
(kPa)
탄성계수
(kPa)
elastic modulus
(kPa)
실시예 13Example 13 2.42.4 0.30.3 0.01120.0112 0.0300.030 76.776.7 50.050.0 52.552.5 실시예 14Example 14 4.84.8 0.02240.0224 0.0300.030 155.7155.7 57.457.4 47.947.9 실시예 15Example 15 7.27.2 0.03360.0336 0.0300.030 598.5598.5 95.895.8 46.546.5 실시예 16Example 16 9.69.6 0.04480.0448 0.0300.030 783.9783.9 132.5132.5 107.3107.3 실시예 17Example 17 2.42.4 0.50.5 0.01120.0112 0.0300.030 103.4103.4 135.6135.6 236.4236.4 실시예 18Example 18 4.84.8 0.02240.0224 0.0300.030 293.2293.2 105.8105.8 106.9106.9 실시예 19Example 19 7.27.2 0.03360.0336 0.0300.030 375.0375.0 123.5123.5 104.7104.7 실시예 20Example 20 9.69.6 0.04480.0448 0.0300.030 717.7717.7 119.2119.2 79.479.4 실시예 21Example 21 2.42.4 0.70.7 0.01120.0112 0.0300.030 131.8131.8 211.8211.8 473.8473.8 실시예 22Example 22 4.84.8 0.02240.0224 0.0300.030 314.4314.4 146.8146.8 156.6156.6 실시예 23Example 23 7.27.2 0.03360.0336 0.0300.030 348.9348.9 143.7143.7 94.094.0 실시예 24Example 24 9.69.6 0.04480.0448 0.0300.030 690.8690.8 175.8175.8 260.1260.1

표1 및 표 2로부터, 실시예 1 내지 24에 따라 제조된 하이드로겔은 실제 장기와 유사한 물성을 가져, 절개 수술 및 전기 소작 수술 트레이닝이 가능한 인공 장기로서 바람직하게 적용될 수 있음을 확인할 수 있다.From Tables 1 and 2, it can be seen that the hydrogels prepared according to Examples 1 to 24 have physical properties similar to real organs and can be preferably applied as artificial organs capable of incision surgery and electrocautery surgery training.

실험예 2Experimental Example 2

리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트 함량에 따른 DIW 타입의 3D 프린팅 인쇄 적성을 확인하기 위하여, 실시예 2, 6, 10, 14, 18 및 22의 3D 프린팅 잉크 조성물을 대상으로 라포나이트 함량을 각각 0g, 0.25g, 0.5g 및 0.75g으로 조절한 후, 30mL 바이알(vial)에 투입하였다. 바이알을 뒤집어 본래 형상을 유지하는지 흘러내리는지 관찰하였다. 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.In order to confirm the DIW type 3D printing printing suitability according to the lithium sodium magnesium silicate content, the laponite contents of the 3D printing ink compositions of Examples 2, 6, 10, 14, 18, and 22 were 0g, 0.25g, respectively. After adjusting to 0.5g and 0.75g, it was added to a 30mL vial. The vial was turned over to observe whether it maintained its original shape or flowed. The results are shown in Figures 1 and 2.

도 1 및 도 2로부터 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트 함량이 물 100중량부에 대하여 2.5중량부 이상일 경우, DIW 타입의 3D 프린팅 잉크 조성물로서 적합하게 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.From Figures 1 and 2, it can be confirmed that when the lithium sodium magnesium silicate content is 2.5 parts by weight or more based on 100 parts by weight of water, it can be suitably used as a DIW type 3D printing ink composition.

전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 일 측면이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present specification described above is for illustrative purposes, and a person skilled in the art to which an aspect of the present specification pertains can easily transform it into another specific form without changing the technical idea or essential features described in the present specification. You will be able to understand it. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 명세서의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present specification is indicated by the claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present specification.

Claims (10)

물 100중량부에 대하여,
아가로스 0.5~6중량부;
아크릴아마이드 6~48중량부;
N,N'-메틸렌비스(아크릴아마이드) 0.007~0.03중량부 및 폴리(에틸렌글리콜)디아크릴레이트 0.01~3중량부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 가교제; 및
2-하이드록시-6'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논 0.1~0.6중량부 및 수용성 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드 0.1~0.25중량부로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 광개시제;
를 포함하는, 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물.
For 100 parts by weight of water,
0.5 to 6 parts by weight of agarose;
6 to 48 parts by weight of acrylamide;
At least one crosslinking agent selected from the group consisting of 0.007 to 0.03 parts by weight of N,N'-methylenebis(acrylamide) and 0.01 to 3 parts by weight of poly(ethylene glycol) diacrylate; and
0.1 to 0.6 parts by weight of 2-hydroxy-6'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone and 0.1 to 0.25 parts by weight of water-soluble diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide. At least one photoinitiator selected from the group consisting of;
A 3D printing ink composition for artificial organs, comprising:
제1항에 있어서,
물 100중량부에 대하여 리튬 나트륨 마그네슘 실리케이트 2.5~7.5중량부를 더 포함하는, 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물.
According to paragraph 1,
A 3D printing ink composition for artificial organs, further comprising 2.5 to 7.5 parts by weight of lithium sodium magnesium silicate based on 100 parts by weight of water.
제1항에 있어서,
상기 3D 프린팅 조성물의 물 함량이 60~90중량부인, 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물.
According to paragraph 1,
A 3D printing ink composition for artificial organs, wherein the water content of the 3D printing composition is 60 to 90 parts by weight.
제1항에 있어서,
상기 아가로스에 대한 상기 아크릴아마이드의 중량비가 1~35인, 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물.
According to paragraph 1,
A 3D printing ink composition for artificial organs, wherein the weight ratio of the acrylamide to the agarose is 1 to 35.
제1항에 있어서,
상기 3D 프린팅 잉크 조성물이 CaCl2, NaCl, FeCl3, 및 ZrOCl2로 이루어진 군으로부터 선택되는 이온성 물질을 더 포함하는, 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물.
According to paragraph 1,
The 3D printing ink composition for an artificial organ further comprises an ionic material selected from the group consisting of CaCl 2 , NaCl, FeCl 3 , and ZrOCl 2 .
제5항에 있어서,
상기 이온성 물질의 몰 농도는 0.25~6M인, 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물.
According to clause 5,
A 3D printing ink composition for artificial organs, wherein the molar concentration of the ionic material is 0.25 to 6M.
제1항에 있어서,
상기 잉크 조성물은 DLP(Digital Light Processing) 타입 3D 프린팅에 이용되는, 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물.
According to paragraph 1,
The ink composition is a 3D printing ink composition for artificial organs used in DLP (Digital Light Processing) type 3D printing.
제2항에 있어서,
상기 잉크 조성물은 DIW(Direct Ink Writing) 타입 또는 폴리젯(Polyjet) 타입 3D 프린팅에 이용되는, 인공 장기용 3D 프린팅 잉크 조성물.
According to paragraph 2,
The ink composition is a 3D printing ink composition for artificial organs used in DIW (Direct Ink Writing) type or Polyjet type 3D printing.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 잉크 조성물을 3D 프린팅하여 얻어지는 인공 장기용 하이드로겔로서,
상기 아크릴아마이드의 중합에 의해 얻어진 폴리아크릴아마이드를 포함하고,
상기 아가로스와 상기 폴리아크릴아마이드가 IPN 구조 또는 semi-IPN 구조를 형성하는, 인공 장기용 하이드로겔.
A hydrogel for artificial organs obtained by 3D printing the ink composition of any one of claims 1 to 8,
Including polyacrylamide obtained by polymerization of the above acrylamide,
A hydrogel for artificial organs in which the agarose and the polyacrylamide form an IPN structure or a semi-IPN structure.
제9항에 있어서,
상기 인공 장기용 하이드로겔은 탄성 계수가 40~500 kPa이고, 인장강도가 20~200 kPa이고, 인성이 3~1600KJ/m3 인, 인공 장기용 하이드로겔.
According to clause 9,
The hydrogel for artificial organs has an elastic modulus of 40 to 500 kPa, a tensile strength of 20 to 200 kPa, and a toughness of 3 to 1600KJ/m 3 .
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