KR100907227B1 - 진동구조를 갖는 바이오플로터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동구조를 갖는 바이오플로터에 관한 것으로, 더 상세하게는 3차원의 인공조직을 제조하는 바이오플로터에서 인공조직이 인쇄되는 스테이지에 x축, y축, z축 상으로 미세한 진동을 부여하여 x축, y축, z축 상에 마이크로단위의 섬세한 홈이 형성되도록 함으로써 제조되는 인공조직인 지지체의 표면적을 증가시켜 세포의 접착 및 정착이 용이하게 이루어지도록 하는 진동구조를 갖는 바이오플로터에 관한 것이다.

본 발명의 바이오플로터는, x축, y축, z축으로 이동하면서 저장탱크로부터 공급받은 생체중합체용액을 스테이지상에 배출하여 3차원 구조의 지지체를 구성하는 플로터본체와, 상기 플로터본체를 제어하는 제어부로 이루어진 바이오플로터에 있어서, 상기 지지체가 형성되는 스테이지에는 제어부와 연결된 압전세라믹을 장착하여 압전세라믹에서 발생된 진동이 스테이지에 전달되어 지지체 표면에 다수의 요철이 형성되도록 한다.

바이오플로터, 요철, 진동, 압전세라믹, 버퍼플레이트

Description

진동구조를 갖는 바이오플로터{Bio-plotter with Vibration structure}

본 발명은 진동구조를 갖는 바이오플로터에 관한 것으로, 더 상세하게는 3차원의 인공조직을 제조하는 바이오플로터에서 인공조직이 인쇄되는 스테이지에 x축, y축, z축 상으로 미세한 진동을 부여하여 x축, y축, z축 상에 마이크로단위의 섬세한 홈이 형성되도록 함으로써 제조되는 인공조직인 지지체의 표면적을 증가시켜 세포의 접착 및 정착이 용이하게 이루어지도록 하는 진동구조를 갖는 바이오플로터에 관한 것이다.

인체내 기관이나 조직이 손상될 경우에 세포, 약물 지지체 등을 제공하여 효과적으로 조직을 재생하고 있는데, 조직 재생용 지지체는 임플란트 부위에서 물리적으로 안정하고 재생 효능을 조절할 수 있는 생리 활성을 갖아야 하며, 또한 새로운 조직을 형성한 후에는 생체 내에서 분해되어야 하고 이때, 분해산물이 독성을 갖지 않아야 한다.

이러한 조직 재생용 지지체는 종래 일정한 강도와 형태를 갖는 고분자를 이용한 스폰지 타입, 매트릭스 형태의 나노 섬유 또는 젤 타입의 세포 배양 지지체로 제조되며, 이러한 세포 배양 지지체(scaffold)는 특정 깊이 또는 높이를 갖는 3차원 형상의 조직을 만들기 위해 중요한 역할을 한다.

이러한 조직 재생의 뼈대로서 기능하는 지지체(scaffold)를 이식하고 자기치유능력(self-healing power)을 이용하여 생체 내에서 조직을 재생하는 기술은 재생의료 또는 조직 공학이라고 불린다.

조직 공학의 일례로 관절 연골을 재생하는 방법을 들 수 있으며, 상기 관절 연골 재생 방법은 연골 세포를 지지체로 하는 인공 보철물을 형성한 후 이 인공 보철물을 손상 부위에 이식함으로써, 손상 관절 부위에서 연골 세포가 재생되도록 하는 것이다.

상기 인공 보철은 연골 세포 등을 시드(Seed)로 이용하여 3차원 형상으로 형성한 지지체로 이루어진다. 이러한 3차원 형상의 지지체를 형성하기 위한 방식으로 기존에는 급속 조형(Rapid Prototyping) 방식, 그중 적층형 급속조형 방식이 이용되고 있다.

상기 적층형 급속 조형 방식은 원하는 형상의 조형물을 얻기 위하여 다수의 층으로 분할 시트를 가공한 후에 이들을 순차로 적층해서 원하는 형상으로 제조하는 것으로, CAD 시스템으로 모델링한 3차원 형상을 일정한 두께를 갖는 다수의 시트로 분할하여 슬라이스 데이터로 변경한 후에 이를 토대로 판형태의 시트를 조형하고 이를 쌓아서 조형물을 제조하는 방법이다.

이러한, 종래 기술에 의한 3차원 조직 재생물 제조 방법에 의하면, 3차원 형상을 일정하게 모델링하고 이를 일정 두께의 다수의 시트로 분할 제작하고, 분할 제작된 다수의 시트를 순차로 적층하여 형성하기 때문에, 시트 분할 제작 및 적층하는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.

상기 단점을 해소하기 위해 특허등록번호 제0736840호(2007.07.02)에서는 3차원 형상의 지지체를 형성하는 플로터와, 상기 지지체의 표면에 나노섬유사 형태의 세포배양 지지체를 형성하는 전기방사장치가 일체로 형성된 장치를 제시하였다.

그러나 상기 장치로 지지체와 세포배양지지체를 별도로 형성함에 따라 두 부위의 물성차에 의해 들뜨는 현상이 발생될 수 있으므로, 생체조직과의 밀착성이 떨어지는 단점이 있어 생체조직과의 접촉면적을 증대시키면서 제조시간을 단축시킬 수 있는 새로운 방식의 플로터 연구가 필요하다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 진동구조를 갖는 바이오플로터는,

x축, y축, z축으로 이동하면서 저장탱크로부터 공급받은 생체중합체용액을 스테이지상에 배출하여 3차원 구조의 지지체를 구성하는 플로터본체와, 상기 플로터본체를 제어하는 제어부로 이루어진 바이오플로터에 있어서, 상기 지지체가 형성되는 스테이지에는 제어부와 연결된 압전세라믹을 장착하여 압전세라믹에서 발생된 진동이 스테이지에 전달되어 지지체 표면에 다수의 요철이 형성되도록 한다.

또한, 상기 스테이지의 저면에는 버퍼플레이트를 장착하고, 상기 버퍼플레이트에 압전세라믹을 설치하여 스테이지가 버퍼플레이트를 통해 압전세라믹의 진동을 전달받도록 할 수 있다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 진동구조를 갖는 바이오플로터는,

플로터본체의 노즐로부터 스테이지 상부에 생체중합체를 배출하여 지지체를 형성하는 과정에서 압전세라믹으로 스테이지에 x축, y축, z축 방향의 진동을 전달하고, 상기 스테이지에 전달된 진동으로 지지체의 표면적을 증기시킴으로써 생체조식과의 접촉면적증대에 의해 보다 견고한 결합이 이루어지도록 하는 유용한 장치의 제공이 가능하게 된 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 진동구조를 갖는 바이오플로터를 도시한 개략도이다.

도시된 바와같이 본 발명에 따른 진동구조를 갖는 바이오플로터(10)는 플로터본체(20)와, 상기 플로터본체에서 배출되는 생체중합체가 적층되는 스테이지(30)와, 상기 스테이지에 진동을 부여하기 위한 압전세라믹(40)과, 상기 플로터본체와 압전세라믹을 제어하기 위한 제어부(50)로 구성된다.

상기 플로터본체(20)는 노즐이 구비되어 있어 저장탱크로부터 생체중합체를 공급받아 스테이지(30)에 배출하도록 하며, 일반 또는 고정밀의 3축이동수단이 설치되어 제어부(50)에 의해 입체적인 지지체를 제조하도록 한다. 이 때 상기 3축이동수단은 x, y, z축으로 이동하여 제어부에 설정되어 있는 3차원의 지지체를 순차적인 적층에 의해 제조하도록 한다.

상기 스테이지(30)는 판체로 형성되어 상부면에 플로터본체(20)로부터의 플로팅으로 지지체가 형성되도록 한다. 이러한 스테이지의 일측에는 압전세라믹(PZT ; 40)이 설치되어 제어부로부터 전원을 공급받아 내부 진동에 따른 위치변동이 이루어지도록하고 상기 위치변동으로 스테이지(30)에 진동이 전달된다. 즉, 플로터본체(20)가 스테이지(30)상에 플로팅하여 3차원의 지지체를 형성하는 과정에서 상기 압전세라믹(40)이 마이크로단위로 위치변동이 이루어져 상기 압전세라믹의 위치변동에 의한 스테이지의 위치변화에 따라 바이오플로터에서 배출되는 생체중합체의 면에 다수의 요철이 발생되도록 하는 것이다.

도 2를 참조한 바와같이 상기 표면에 형성된 다수의 요철(80)은 인공조직의 표면적을 증가시켜 추후 안착되는 부위의 세포 접착 및 정착이 용이하게 이루어지도록 함으로써 생체조직과의 견고한 결합이 이루어지게 한다.

다음으로 상기 압전세라믹(40)의 진동에 의한 마이크로 위치변동에 변화를 주어 더 많은 이동범위를 갖도록 할 수 있다. 예컨대 도 3에 도시된 바와같이 버퍼플레이트(60)를 사용하여 진동발생원과 플로터본체(20)와의 거리를 증가시키고, 그 사이에 지지대(90)를 형성하는 지렛대의 원리를 이용해 상대적으로 압전세라믹의 작은 포지셔닝으로 큰 진동을 플로터본체에 전달하여 큰 요철을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 버퍼플레이트(60)는 스테이지(30)의 하부면에 고정설치되고, 압전세라믹(40)은 버퍼플레이트에 설치되고, 플로터본체와 압전세라믹 사이에는 지렛대원리를 이용하기 위한 지지대를 설치하되 압전세라믹 측으로 편향되도록 설치하여 압전세라믹의 진동에 의한 위치변동이 1차적으로 버퍼플레이트에 전달되어 버퍼플레이트가 요동하고 이는 지지대를 중심으로 회동되어 더 큰 진동으로 스테이지(30)에 전달되게 한 것이다. 따라서, 압전세라믹의 진동 폭보다 스테이지의 이동폭이 더 크게 이루어짐으로 스테이지상에 인쇄되는 지지체에 더욱 큰 요철이 형성되도록 할 수 있다.

또한, 상기 지지대(90)의 위치를 플로터본체 방향으로 편향되도록 설치하여 압전세라믹의 진동보다 작은 진동이 스테이지에 전달되도록 하여 요철의 굴곡을 마이크로 또는 나노단위로 형성하는 것이 가능하다. 아울러 상기 지지대 없이 압전세라믹만 설치하여 순수 압전세라믹의 진동에 의해 스테이지를 진동되도록 하여 미세한 요철이 형성되도록 할 수 있다.

이러한 스테이지(30)와 버퍼플레이트(60)의 결합은 볼트에 의한 결합 또는 접하는 스테이지의 일면과 버퍼플레이트의 일면에 각각 서로 대응되는 결합돌기와 결합홈을 형성하여 착탈가능한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 4와 도 5에 도시된 바와같이 상기 바이오플로터(10)에는 측면의 x축과 y축 방향에 압전세라믹(40‘, 40“)를 더 설치하여 기존의 수직방향 이외에 x축과 y축에서도 진동을 발생시켜 최종적으로는 3축으로 진동이 발생되도록 할 수 있다.

상기 각 축에 진동을 발생시키기 위한 압전세라믹(40,40‘,40“)은 각각 제어부(50)와 연결되어 있어 제어부에 의해 각 축에 설치된 압전세라믹을 개별적으로 진동되도록 하거나, 둘 또는 3개를 동시에 작동되도록 하여 진동발생이 이루어지도록 할 수 있다.

이와같이 각 축마다 설치된 압전세라믹을 동시에 작동시키면 예컨대 z축으로는 큰 진동이 발생되도록 하고, x축 또는 y축으로는 작은 진동이 발생되도록 하면 도 5와 같이 상하로 굴곡된 요철(80)면에 미세요철(81)이 더 형성되도록 할 수 있어 생체중합체에 의해 제조되는 지지체의 표면적을 증가시켜 세포의 접착 또는 정착이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 진동구조를 갖는 바이오플로터를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 바이오플로터를 이용한 인쇄물의 적층단면도.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 진동구조를 갖는 바이오플로터를 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 진동구조를 갖는 바이오플로터를 도시한 사시도.

도 5는 제3실시예의 바이오플로터를 이용한 인쇄물의 적층단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 바이오플로터 20 : 플로터본체

30 : 스테이지 40, 40‘, 40“ : 압전세라믹

50 : 제어부 60 : 버퍼플레이트

70 : 지지체 80 : 요철

81 : 미세요철 90 : 지지대

Claims (3)

1. x축, y축, z축으로 이동하면서 저장탱크로부터 공급받은 생체중합체용액을 스테이지(30)상에 배출하여 3차원 구조의 지지체를 구성하는 플로터본체(20)와, 상기 플로터본체를 제어하는 제어부(50)로 이루어진 바이오플로터(10)에 있어서,

   상기 지지체가 형성되는 스테이지(30)에는 제어부(50)와 연결된 압전세라믹(PZT ; 40)을 장착하여 압전세라믹에서 발생된 진동이 스테이지에 전달되어 지지체 표면에 다수의 요철(80)이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 진동구조를 갖는 바이오플로터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스테이지(30)의 저면에는 버퍼플레이트(60)를 장착하고, 상기 버퍼플레이트에는 압전세라믹(40)을 설치하여 스테이지가 버퍼플레이트를 통해 압전세라믹의 진동을 전달받도록 한 것을 특징으로 하는 진동구조를 갖는 바이오플로터.
3. 제1항에 있어서,

   상기 스테이지(30)의 측면에는 x축과 y축 각각에 압전세라믹(40‘, 40“)을 장착하여 x축과 y축 방향으로 진동이 더 발생되도록 한 것을 특징으로 하는 진동구조를 갖는 바이오플로터.

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