KR100818494B1 - Injection device of cell solution, 3-dimensional artificial biological tissue microfabrication device using therewith and fabrication method thereof - Google Patents

Injection device of cell solution, 3-dimensional artificial biological tissue microfabrication device using therewith and fabrication method thereof Download PDF

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Abstract

A device for microfabricating a 3-dimensional artificial biological tissue using a device for injecting a cell solution is provided to increase cell survival rate of fabricated tissues, fabricate the tissues with various shapes, prevent the cell solution injection device from clogging, manage volume of injected droplets, inject a plurality of cell solution through a plurality of the injection devices and mass-fabricate a tissue with a desired form. A device for injecting a cell solution comprises: a solution tank(100) which receives the cell solution(104), a cell culture solution including bio-cells, inside; a pneumatic means which is connected to the solution tank to apply predetermined pressure to the solution tank; an injection pipe(220), of which one end is connected to a lower portion of the solution tank, allowing the cell solution to flow down; a switching valve(240) which is installed on the injection pipe to control the flow of the cell solution; and a control portion(260) controlling operation of the switching valve. The device further comprises a nozzle(230) at the end of the injection pipe, a washing pipe(280) branched between the solution tank and the switching valve, a washing valve(285) installed on the washing pipe to control the flow of a washing solution, and a washing solution tank(270) connected to the washing valve to receive the washing solution. A device for microfabricating a 3-dimensional artificial biological tissue using the injection device comprises: an injection cartridge including a plurality of the injection devices of the cell solution; a stage where solution droplets(290) injected by the injection cartridge are layered; and a transfer means which transfers the stage relatively toward the injection cartridge.

Description

세포용액의 분사장치, 이를 이용한 3차원 인공 생체조직 성형장치 및 그 성형방법{Injection device of cell solution, 3-dimensional artificial biological tissue microfabrication device using therewith and fabrication method thereof}Injection device for cell solution, 3D artificial tissue forming apparatus and forming method using same {Injection device of cell solution, 3-dimensional artificial biological tissue microfabrication device using therewith and fabrication method

도 1은 세포용액이 분사되어 조직을 형성하는 과정을 순차적으로 나타낸 개념도,1 is a conceptual diagram sequentially illustrating a process of forming a tissue by spraying the cell solution,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예로서, 세포용액의 분사장치에 대한 구성도,2 is a configuration diagram of a device for injecting a cell solution as a first embodiment of the present invention;

도 3은 도 2중 개폐밸브가 분사관을 차단하였을 때의 상태를 나타내는 부분 단면도,3 is a partial cross-sectional view showing a state when the on-off valve in FIG. 2 blocks the injection pipe;

도 4는 본 발명의 제 2 실시예로서, 세포용액의 분사장치의 분해 사시도,4 is an exploded perspective view of a device for injecting a cell solution, as a second embodiment of the present invention;

도 5는 도 4에 도시된 분사장치의 사시도,5 is a perspective view of the injector shown in FIG. 4;

도 6은 본 발명의 제 3 실시예로서, 분사 카트리지(400)의 사시도,6 is a perspective view of a jet cartridge 400 as a third embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제 4 실시예로서, 분사장치(200)와 압력센서(445)를 이용한 체적제어수단의 블럭도,7 is a block diagram of a volume control means using the injector 200 and the pressure sensor 445 as a fourth embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제 5 실시예로서, 분사장치(200)와 카메라(460)를 이용한 체적제어수단의 블럭도,8 is a block diagram of a volume control means using the injector 200 and the camera 460 as a fifth embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제 6 실시예로서, 분사 카트리지(400)를 갖는 인공 생체조 직 성형장치의 개략적인 사시도이다.9 is a schematic perspective view of an artificial biofabrication apparatus having an injection cartridge 400 as a sixth embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 비계 평면, 20 : 세포,10: scaffold plane, 20: cell,

30 : 조직, 100 : 용액탱크,30: tissue, 100: solution tank,

102 : 공압포트, 104 : 세포용액,102: pneumatic port, 104: cell solution,

200 : 용액 분사장치, 210 : 분사외관,200: solution injector, 210: injection appearance,

220 : 분사관, 230 : 노즐,220: injection pipe, 230: nozzle,

240 : 개폐밸브, 260 : 제어부,240: on-off valve, 260: control unit,

270 : 세정액 탱크, 280 : 세정관,270: washing liquid tank, 280: washing tube,

285 : 세정밸브, 290 : 용액방울,285: cleaning valve, 290: solution drop,

300, 300a, 300b, 300c, 300d : 분사장치,300, 300a, 300b, 300c, 300d: injector,

310 : 펠티어 냉각기, 320 : 자석 교반기,310: Peltier cooler, 320: magnetic stirrer,

330 : 진동교반기, 400 : 분사 카트리지,330: vibration stirrer, 400: injection cartridge,

420 : 스테이지, 430 : 대상 조직,420: stage, 430: target organization,

440 : 압력조절부, 445 : 압력센서,440: pressure regulator, 445: pressure sensor,

450 : 체적추론부, 460 : 카메라,450: volume inference unit, 460: camera,

470 : 조명, 480 : 면적 산출부,470: lighting, 480: area calculating unit,

490 : 초음파 세정부, 500 : 이송로봇,490: ultrasonic cleaning unit, 500: transfer robot,

510 : X축 이송장치, 520 : Y축 이송장치,510: X axis feeder, 520: Y axis feeder,

530 : Z축 이송장치, 600 : 밀폐수단,530: Z-axis feeder, 600: sealing means,

610 : 항온항습수단, 620 : 공기정화수단.610: constant temperature and humidity means, 620: air purification means.

본 발명은 세포용액의 분사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세포용액의 분사장치, 이를 이용한 인공 생체조직 성형장치 및 그 성형방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cell solution injector, and more particularly, to a cell solution injector, an artificial biological tissue forming apparatus using the same, and a molding method thereof.

일반적으로, 인체나 동물은 여러 가지의 장기가 유기적으로 결합되어 구성된다. 이들 구성 장기들은 여러 종류의 세포들로 구성되어 있고, 세포들을 기본 단위로 다양한 세포환경이 개개인의 세포의 신진대사, 세포분열, 세포성장, 세포 사망 (Apoptosis)을 도울 수 있게 한다. 최근 재생의학의 발전과 줄기세포의 발견으로, 질병에 걸린 특정 신체조직/장기를 건강한 신체조직으로 바꾸어주는 소위, 재생의학이 대두 되었다. 여기서 중요한 사항은, 세포(줄기세포 포함)가 수용액이나, 평면에서 배양되면, 대부분 본질의 구실을 못하게 되는 경우가 많으므로. 개개의 세포들을 생체조직과 같이 3차원으로 조합하는 것이 이상적이다. 이를 위해서는 세포의 정상적 성장에 필요한 성장 호르몬(cytokine 과 chemokine), 혈관생성물질 및 조혈관세포, 세포 사이에 분포되는 ECM(extra cellular matrix)도 세포와 아울러 3차원으로 구성해야 한다. In general, a human body or an animal is composed of various organic organs combined. These organs are made up of different types of cells, and the cells are the basic units, and the diverse cellular environment can help the individual's metabolism, cell division, cell growth, and apoptosis. Recent developments in regenerative medicine and the discovery of stem cells have led to the emergence of so-called regenerative medicine, which transforms specific diseased organs / organs into healthy body tissues. It is important to note that if cells (including stem cells) are cultured in aqueous solution or in a flat surface, most of them will lose their role. Ideally, individual cells would be combined in three dimensions, like living tissue. To this end, growth hormones (cytokine and chemokine), angiogenesis and hematopoietic cells necessary for normal growth of cells, and extracellular matrix (ECM) distributed between cells should be configured in three dimensions with the cells.

그러나, 이와 같은 이상적인 조건들은 정밀하게 구현하기 어렵고 매우 까다로운 조건을 필요로 하기 때문에 이 분야에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 종전의 방법으로는 생체적으로 호환 가능한 폴리머로 구성된 비계(scaffold, 뼈대)를 세포들이 잘 부착되도록 표면처리를 한 후, 성장호르몬과 함께 심어주는 방식이 이용되었다. However, since these ideal conditions are difficult to precisely implement and require very demanding conditions, much research is being conducted in this field. As a conventional method for solving this problem, a scaffold (skeleton) composed of biocompatible polymers is surface treated to attach cells well, and then planted with growth hormone.

이들 세포-비계는 인공적이나 생리적 배양환경에서 성장/분열하여 이식된 생체조직에 융합하게 되어, 정상적인 생리활동을 도와주거나, 질병/파괴된 조직/장기의 역할을 교체하게 된다. 그리고, 비계는 시간이 지남에 따라 자연적으로 인체에 흡수되거나 제거된다.These cell-scaffolds are grown / divided in artificial or physiological cultures and fused to the implanted biological tissues to help normal physiological activity or to replace the role of disease / destructive tissue / organs. And, the scaffold is naturally absorbed or removed by the human body over time.

최근 3차원 조형(3D Rapid prototyping) 기술은, 평면의 조형물을 순차적으로 수직으로 조합하여 복잡한 3차원 구조물을 모형으로 조형하게 하는데, 이는 생체물질로된 비계 제작에 사용되게 되었다. 도 1은 세포용액이 분사되어 조직을 형성하는 과정을 순차적으로 나타낸 개념도이다.  Recently, 3D rapid prototyping technology combines planar sculptures vertically and vertically to model a complex three-dimensional structure into a model, which is used to construct a biomaterial scaffold. 1 is a conceptual diagram sequentially illustrating a process of forming a tissue by spraying the cell solution.

도 1에 도시된 3차원 조형은 먼저 3차원 조형물을, 3차원 CAD등의 방식을 이용하여, 수십 내지 수백 개의 평단면으로 나눈 후, (1) 한 비계 평면(10)마다 세포(20)를 순차적으로 쌓아 올리거나 (2) 완성된 조형물의 기초를 내리는 방법으로 조직(30)을 제작하게 된다. 여기서 평면 조형 기술은 잉크젯 프린트에서의 인쇄기술과 유사하다.The three-dimensional molding shown in FIG. 1 first divides the three-dimensional sculpture into tens or hundreds of flat sections using a method such as three-dimensional CAD, and then (1) cells 20 per scaffold plane 10. Stacking sequentially or (2) to produce a tissue 30 by laying down the base of the completed sculpture. The planar shaping technique here is similar to the printing technique in inkjet printing.

그러나, 이와 같은 3차원 조형기술은 다음과 같은 문제점이 있다. 세포(20)가 담긴 용액을 잉크젯 분사와 같이 분사하기 때문에 분사 충격에 의해 세포가 파괴되거나 조직상에서 괴사하는 등 세포의 생존율이 극히 낮은 단점이 있었다. However, this three-dimensional molding technology has the following problems. Since the solution containing the cells 20 are sprayed like ink jet spraying, there is a disadvantage in that the survival rate of the cells is extremely low, such as cell destruction or necrosis on the tissue due to the jetting impact.

또한, 세포가 담겨진 탱크 내부에서 시간이 지남에 따라 세포의 가라앉음 현상이 발생하여 분사관이 막히거나 조직의 품질이 일정하지 않는 등의 문제가 있었 다.In addition, there is a problem that the sinking of the cells occurs over time in the tank containing the cells, clogging the injection tube or the quality of the tissue is not constant.

그리고, 미세한 분사관이 자주 막히며, 다른 용액이나 세포를 분사하기 위해 세척해야 할 경우, 세척이 매우 번거롭다는 단점이 있었다.And, the fine injection tube is often clogged, there is a disadvantage that the washing is very cumbersome when you need to wash to spray other solutions or cells.

그리고, 이러한 세포용액과 조직 등이 온도에 매운 민감한 반응을 보이는데 이에 관한 해결책이 아직 제시되지 않고 있다. In addition, these cell solutions and tissues exhibit a very sensitive response to temperature, and a solution for this has not been suggested.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 성형된 조직의 세포 생존율을 획기적으로 높일 수 있는 세포용액의 분사장치, 이를 이용한 인공 생체조직 성형장치 및 그 성형방법을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the first object of the present invention, the injection device of the cell solution that can significantly increase the cell survival rate of the molded tissue, artificial tissue forming apparatus using the same And a molding method thereof.

본 발명의 제 2 목적은, 다양한 형상의 조직 성형이 가능하고, 분사시 막힘 방지, 자동 세정 및 분사되는 용액방울의 체적관리가 가능한 세포용액의 분사장치, 이를 이용한 인공 생체조직 성형장치 및 그 성형방법을 제공하는 것이다.A second object of the present invention, the injection of the cell solution capable of forming the tissue of various shapes, preventing clogging during spraying, automatic cleaning and volume management of the sprayed solution droplets, artificial biological tissue forming apparatus using the same and its molding To provide a way.

본 발명의 제 3 목적은, 복수의 세포용액이나, 용액 등을 복수의 분사장치로 분사 가능하고, 개개로 관리가 가능한 세포용액의 분사장치, 이를 이용한 인공 생체조직 성형장치 및 그 성형방법을 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a cell solution injection device capable of injecting a plurality of cell solutions, solutions and the like into a plurality of injection devices, which can be individually managed, an artificial living tissue forming device using the same, and a molding method thereof. It is.

상기와 같은 본 발명의 목적들은, 생체세포를 포함하는 세포배양액인 세포용액(104)이 내부에 수용되는 용액탱크(100);Objects of the present invention as described above, the solution tank 100 is a cell culture solution 104 containing a living cell contained therein;

용액탱크(100)에 연결되어 용액탱크(100)를 소정 압력으로 가압하는 공압수단;Pneumatic means connected to the solution tank 100 to pressurize the solution tank 100 to a predetermined pressure;

일단이 용액탱크(100)의 하부에 연결되고, 세포용액(104)이 흘러내리도록 구성된 분사관(220);One end is connected to the lower portion of the solution tank 100, the injection tube 220 configured to flow the cell solution 104;

분사관(220) 상에 설치되어 세포용액(104)의 흐름을 제어하는 개폐밸브(240);An opening / closing valve 240 installed on the injection tube 220 to control the flow of the cell solution 104;

개폐밸브(240)의 동작을 제어하는 제어부(260)로 구성되는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치에 의해 달성될 수 있다.It can be achieved by the injection device of the cell solution, characterized in that consisting of a control unit 260 for controlling the operation of the on-off valve 240.

그리고, 세포용액(104)은 세포, 줄기세포, 세포주, 줄기세포주, 단백질, 유전자시료, ECM(Extra Cell Matrix)중 적어도 하나를 포함하는 버퍼나 세포 배양액, 그 밖의 세포환경물질(Cytokine, Chemokine)이나 또는 비계(Scaffold)용액으로 구성될 수 있다. 또한, 비계용액으로는 열감응성 폴리머 혹은 섭씨 37도에서 겔-젤 전이성(transition)을 갖는 열감응성 폴리펩타이드 혼합물을 포함하는 열감응성 물질이 가장 바람직하다.The cell solution 104 is a buffer or cell culture medium containing at least one of a cell, a stem cell, a cell line, a stem cell line, a protein, a gene sample, an extra cell matrix (ECM), and other cell environment substances (Cytokine, Chemokine). It may consist of or scaffold solutions. Further, the scaffold solution is most preferably a thermosensitive material comprising a thermosensitive polymer or a thermosensitive polypeptide mixture having a gel-gel transition at 37 degrees Celsius.

아울러, 열감응성 폴리머는 PLGA-g-PEG 공중합체, PEG-PLGA-PEG 트리블럭 공중합체, 소수성 PLGA(Poly-lactic-glycolic-acid) 및 친수성 PEG(Polyethylene glycol)중 적어도 하나이거나 그 혼합물일 수 있다.In addition, the thermosensitive polymer may be at least one or a mixture of PLGA-g-PEG copolymer, PEG-PLGA-PEG triblock copolymer, hydrophobic poly-lactic-glycolic-acid (PLGA), and hydrophilic polyethylene glycol (PEG). have.

또한, 공압수단의 소정압력은 5 ~ 15 psi 일 수 있고, 제어부(260)는 개폐밸브(240)가 100 ㎲ ~ 1 ms 범위의 시간주기로 개폐되도록 펄스 신호를 인가할 수 있다.In addition, the predetermined pressure of the pneumatic means may be 5 ~ 15 psi, the control unit 260 may apply a pulse signal so that the opening and closing valve 240 is opened and closed at a time period of 100 ~ 1 ms range.

그리고, 분사관(220)의 끝단에는 노즐(230)이 더 구비되며, 노즐(230)의 내경은 세포가 통과될 수 있도록 50 ㎛ ~ 100 ㎛인 것이 바람직하다.And, the end of the injection pipe 220 is further provided with a nozzle 230, the inner diameter of the nozzle 230 is preferably 50 ㎛ ~ 100 ㎛ so that the cells can pass through.

또한, 용액탱크(100)에는 세포용액(104)이 액상을 유지하도록 10℃ ~ 20℃ 범위로 유지하기 위한 냉각수단을 더 포함하며, 냉각수단은 펠티어 냉각기 및 이 펠티어 냉각기의 과열을 방지하기 위한 수냉식 열교환기를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the solution tank 100 further includes a cooling means for maintaining the cell solution 104 in the range of 10 ℃ ~ 20 ℃ to maintain the liquid phase, the cooling means for preventing the overheating of the Peltier cooler and the Peltier cooler It is preferable to include a water-cooled heat exchanger.

뿐만 아니라, 용액탱크(100)의 내부에는 세포용액(104)의 침전을 방지하기 위한 교반수단이 더 설치되고, 교반수단은 상기 용액탱크(100)의 하부에 위치하는 자석 교반기(320) 및 진동교반기(330)를 포함한다.In addition, a stirring means for preventing the precipitation of the cell solution 104 is further installed in the solution tank 100, and the stirring means is a magnetic stirrer 320 and a vibration located at the bottom of the solution tank 100. Agitator 330.

그리고, 용액탱크(100)와 개폐밸브(240) 사이에서 분지되는 세정관(280); 세정관(280) 상에 설치되어 세정액을 흐름을 제어하는 세정밸브(285); 및 세정밸브(285)에 연결되고 세정액이 수용되는 세정액탱크(270)를 더 포함할 수 있다.And, the cleaning pipe 280 branched between the solution tank 100 and the on-off valve 240; A cleaning valve 285 installed on the cleaning pipe 280 to control the flow of the cleaning liquid; And a cleaning liquid tank 270 connected to the cleaning valve 285 and containing the cleaning liquid.

또한, 분사관(220)에 의해 분사된 용액방울(290)의 체적을 제어하는 체적제어수단을 더 포함하고, 체적제어수단은, 제어부(260)의 촬영 명령에 의해 분사된 용액방울(290)을 촬영하고, 촬영된 영상을 전기적 신호로 출력하는 카메라(460); 및 카메라(460)에 의해 촬영된 영상 상에서 용액방울(290)의 면적을 산출하는 면적산출수단(480);을 포함하고, 그리고 제어부(260)는 면적산출수단(480)에 의해 산출된 용액방울(290)의 면적에 기초하여 개폐밸브(240)의 개폐주기를 제어할 수 있다. In addition, the volume control means for controlling the volume of the droplet 290 injected by the injection pipe 220, the volume control means, the droplet 290 injected by the shooting command of the control unit 260 A camera 460 for outputting the photographed image as an electrical signal; And area calculating means 480 for calculating the area of the solution droplets 290 on the image photographed by the camera 460, and the control unit 260 includes the solution droplets calculated by the area calculating means 480. An opening / closing period of the on / off valve 240 may be controlled based on the area of 290.

선택적으로, 체적제어수단은 분사관(220) 상에 설치되어 용액방울(290)의 분사에 따른 반작용에 의한 압력변화를 측정하는 압력센서(445); 압력센서(445)에 의해 측정된 압력에 기초하여 용액방울(290)의 체적을 추론하는 체적추론부(450); 및 체적추론부(450)에 의해 추론된 체적에 기초하여 공압수단의 압력을 제어하는 압력조절부(440)를 포함할 수 있다.Optionally, the volume control means includes a pressure sensor 445 installed on the injection pipe 220 to measure the pressure change due to the reaction caused by the injection of the droplet 290; A volume inference unit 450 that infers the volume of the solution droplet 290 based on the pressure measured by the pressure sensor 445; And it may include a pressure adjusting unit 440 for controlling the pressure of the pneumatic means based on the volume inferred by the volume inference unit 450.

그리고, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 전술한 세포용액의 분사장치(200)를 복수개 포함하는 분사카트리지(400);And, the object of the present invention as described above, the injection cartridge 400 comprising a plurality of the above-described injection device of the cell solution 200;

분사 카트리지(400)에 의해 분사된 용액방울(290)이 적층되는 스테이지(420); A stage 420 on which the droplets 290 sprayed by the injection cartridge 400 are stacked;

스테이지(420)를 분사 카트리지(400)에 대해 상대적으로 이송시키기 위한 이송수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치를 이용한 인공 생체조직 성형장치에 의해 달성될 수 있다.It can be achieved by an artificial tissue forming apparatus using the injection device of the cell solution, characterized in that it comprises a transfer means for transferring the stage 420 relative to the injection cartridge 400.

그리고, 이송수단은, 분사 카트리지(400)를 직교하는 X축 및 Y축 방향으로 이송시키는 이송로봇(500); 및And, the transfer means, the transfer robot 500 for transferring the injection cartridge 400 in the orthogonal X-axis and Y-axis direction; And

스테이지(420)를 X축 및 Y축에 각각 직교하는 Z축 방향으로 이송시키는 Z축 이송장치(530)로 구성될 수 있다.The stage 420 may be configured as a Z-axis feeder 530 for feeding in the Z-axis direction orthogonal to the X-axis and the Y-axis, respectively.

뿐만 아니라, 스테이지(420)상의 대상조직(430)이 겔화되도록 35℃ ~ 40℃ 범위로 유지하기 위한 항온수단을 더 포함하는 것이 가능하다.In addition, it is possible to further include a constant temperature means for maintaining the range of 35 ℃ ~ 40 ℃ so that the target tissue 430 on the stage 420 gelling.

또한, 분사카트리지(400)와 스테이지(420)를 밀폐하기 위한 밀폐수단(600); In addition, the sealing means 600 for sealing the injection cartridge 400 and the stage 420;

밀폐수단(600) 상에 설치된 항온항습수단(610); 및Constant temperature and humidity means 610 installed on the sealing means 600; And

밀폐수단(600) 상에 설치된 공기정화수단(620)을 더 포함하는 것이 가장 바람직하다.Most preferably, the air purifying means 620 is installed on the sealing means 600.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 또 다른 카테고리로서, 열감응성 물질, 세포성장 호르몬과 생체세포를 포함하는 세포배양액인 세포용액(104)이 내부에 수용된 용액탱크(100)를 소정 압력으로 가압하는 단계(S100);An object of the present invention as described above, as another category, pressurizing the solution tank 100, the cell solution 104 is a cell culture solution containing a thermosensitive material, cell growth hormone and living cells to a predetermined pressure Step S100;

세포배양액인 세포용액(104)이 흘러내리는 분사관(220)를 소정위치로 이송시키는 이송단계(S200);A transfer step (S200) of transferring the injection tube 220 through which the cell solution 104 which is the cell culture solution flows down to a predetermined position;

분사관(220) 상에 설치된 개폐밸브(240)를 제어하여 세포용액(104)이 분사되도록 하는 분사단계(S300);An injection step S300 of controlling the on / off valve 240 installed on the injection pipe 220 to inject the cell solution 104;

이송단계(S200)와 분사단계(S300)를 내정된 순서에 따라 반복하는 단계(S400);Repeating the transfer step (S200) and the injection step (S300) in a predetermined order (S400);

완성된 대상조직(430)을 소정기간 동안 배양하는 배양단계(S500); 및
배양이 완료된 대상조직(430)에 온도변화를 가해 상기 대상조직(430)속에 분포한 상기 열감응성 물질을 제거하는 단계(S600);를 포함하며,Culturing the completed target tissue 430 for a predetermined period (S500); And
Removing the thermally sensitive material distributed in the target tissue 430 by applying a temperature change to the target tissue 430 in which the culture is completed (S600);

상기 열감응성 물질은 섭씨 37도에서 겔-젤 전이성(transition)을 갖는 폴리펩타이드 혼합물, PLGA-g-PEG 공중합체, PEG-PLGA-PEG 트리블럭 공중합체, PEG-PCL(Poly-Caprolactone)-PEG 트리블럭 공중합체, 소수성 PLGA(Poly-lactic-glycolic-acid) 및 친수성 PEG(Polyethylene glycol)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사를 이용한 인공 생체조직 성형방법에 의해서도 달성될 수 있다.The thermosensitive material is a polypeptide mixture having a gel-gel transition at 37 degrees Celsius, a PLGA-g-PEG copolymer, a PEG-PLGA-PEG triblock copolymer, a PEG-PCL (Poly-Caprolactone) -PEG It can also be achieved by an artificial body tissue shaping method using the injection of a cell solution, characterized in that it comprises at least one of a triblock copolymer, hydrophobic polylactic-glycolic-acid (PLGA) and hydrophilic polyethylene glycol (PEG). .

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments described in conjunction with the accompanying drawings.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments are shown.

(제 1 실시예)(First embodiment)

이하에서는 본 발명의 제 1 실시예의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예로서, 세포용액의 분사장치에 대한 구성도이 고, 도 3은 도 2중 개폐밸브가 분사관을 차단하였을 때의 상태를 나타내는 부분 단면도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분사장치는 대략 용액탱크(100), 용액 분사장치(200), 제어부(260) 및 세정액 탱크(270)로 구성된다. FIG. 2 is a configuration diagram of a cell solution injector as a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a state when the on / off valve in FIG. 2 blocks the injector. As shown in Figure 2 and 3, the injection device of the present invention is roughly composed of a solution tank 100, a solution injection device 200, the control unit 260 and the cleaning liquid tank 270.

용액탱크(100)는 내부에 세포용액(104)이 보관되며, 상부로는 공압포트(102)가 구비되어 있고, 하부로는 용액분사장치(200)가 연결된다. The solution tank 100 is stored in the cell solution 104 therein, the upper portion is provided with a pneumatic port 102, the lower portion is connected to the solution injection device 200.

공압포트(102)는 용액탱크(100)내의 상부를 5 ~ 15 psi 정도의 압력이 되도록 구성되어 있다. 이를 위해 공압포트(102)는 공압 콤프레셔, 공압제어밸브, 어큐뮬레이터등과 연결되나 이러한 구성은 당업자에게 모두 용이한 사항이므로 도시와 설명을 생략하기로 한다.The pneumatic port 102 is configured to be a pressure of about 5 to 15 psi in the upper portion of the solution tank (100). For this purpose, the pneumatic port 102 is connected to a pneumatic compressor, a pneumatic control valve, an accumulator and the like, but this configuration will be omitted for ease of illustration by those skilled in the art.

세포용액(104)은 크게 세포, 세포환경물질 및 열감응성 물질 등으로 이루어져 있다. 세포는 조직을 이루는 세포, 줄기세포, 세포주, 줄기세포주 등이 될 수 있고, 세포환경물질로는 단백질, 유전자시료, ECM(Extra Cell Matrix) 등이 될 수 있다. 그리고, 열감응성 물질은 열감응성 펩타이드 혼합물이나 열감응성 폴리머로 구성되는데, 열감응성 폴리머는 PLGA-g-PEG 공중합체, PEG-PLGA-PEG 트리블럭 공중합체, 소수성 PLGA(Poly-lactic-glycolic-acid) 및 친수성 PEG(Polyethylene glycol), poly[N-isopropylacrylamide-co-2(N,N-dimethylaminod)-rthyl acrylate]copolymer 등이 되거나 이들의 혼합물이나 화합물이 될 수 있다. 이들 열감응성 물질은 10℃ ~ 20℃ 범위의 저온에서 액체상태를 유지하지만, 체온과 유사한 35℃ ~ 40℃ 범위에서는 순간적으로 젤(Gel)화되는 특성이 있다. 이는 세포환경에 존재하는 여러 가지 물질과 혼합되어, 세포배양에 이상적인 환경(유동적 젤 상 태)을 제공할 뿐만 아니라, 세포보관에 알맞은 15℃의 온도에서 액체, 그리고 체온에서 고체화 되므로, 세포배양에 최적의 환경을 제공한다. 또한 이는 인체에 무해한 물질로 분해되어 흡수되게 된다.Cell solution 104 is largely composed of a cell, a cell environmental material and a thermosensitive material. The cell may be a cell constituting a tissue, stem cells, cell lines, stem cell lines and the like, and the cell environment may be a protein, a gene sample, an extra cell matrix (ECM), or the like. The thermosensitive material is composed of a thermosensitive peptide mixture or a thermosensitive polymer, wherein the thermosensitive polymer is a PLGA-g-PEG copolymer, a PEG-PLGA-PEG triblock copolymer, or a hydrophobic polylactic-glycolic-acid. ) And hydrophilic PEG (polyethylene glycol), poly [N-isopropylacrylamide-co-2 (N, N-dimethylaminod) -rthyl acrylate] copolymer, or a mixture or compound thereof. These thermosensitive materials remain liquid at low temperatures in the range of 10 ° C. to 20 ° C., but are gelled instantaneously in the range of 35 ° C. to 40 ° C., similar to body temperature. It is mixed with various substances present in the cellular environment, providing not only an ideal environment for cell culture (fluid gel state), but also solidified at liquid and body temperature at a temperature of 15 ° C suitable for cell storage. Provide an optimal environment. It is also broken down into substances that are harmless to the human body and absorbed.

특히, 세포용액(104)은 세포용액 1 ml당 106 ~ 107개 정도의 세포가 분포하게 되며, 세포 한개의 부피는 대략 10 nl 정도이며, 세포 한개의 직경은 40 ㎛ ~ 50 ㎛이고, 줄기세포의 경우에는 특별히 100 ㎛ 정도이다.And in particular, cell solution 104 cell solution 1 is 10 6 to 10 7 degrees of cells are distributed per ml, the volume of the cell one is approximately 10 nl degree, one of the diameter of the cell 40 ㎛ ~ 50 ㎛, In the case of stem cells, it is particularly about 100 μm.

용액 분사장치(200)는 분사관(220), 분사외관(210), 노즐(230), 개폐밸브(240) 등으로 구성된다. 분사관(220)의 일단은 용액탱크(100)에 연결되고, 중간영역에는 개폐밸브(240)가 설치되며, 하단은 수직하게 세워져 노즐(230)이 끼워져 있다. 노즐(230)의 직경은 50 ㎛ ~ 100 ㎛ 이다. 분사외관(210)은 분사관(220)과 개폐밸브(240)를 외부에서 둘러싸서 보호하는 구성을 갖는다.The solution injector 200 is composed of a spray tube 220, an injection appearance 210, a nozzle 230, an open / close valve 240, and the like. One end of the injection pipe 220 is connected to the solution tank 100, the opening and closing valve 240 is installed in the middle region, the lower end is vertically erected, the nozzle 230 is fitted. The diameter of the nozzle 230 is 50 μm to 100 μm. The injection exterior 210 has a configuration in which the injection tube 220 and the open / close valve 240 are enclosed and protected from the outside.

개폐밸브(240)는 도 3에 도시된 바와 같이 외부에서 인가되는 펄스신호에 따라 분사관(220)을 연통시키거나 차단하는 구성을 갖는다. 대략 100 us ~ 1 ms 범위의 개폐 주기를 갖는다.As shown in FIG. 3, the on / off valve 240 communicates or blocks the injection pipe 220 according to a pulse signal applied from the outside. Opening and closing periods range from approximately 100 us to 1 ms.

제어부(260)는 미리 정해진 동작 순서에 따라 개폐밸브(240)의 동작을 제어하는 펄스신호를 생성하여 출력한다. 이러한 제어부(260)는 CPU 또는 마이컴이 될 수 있다. The controller 260 generates and outputs a pulse signal for controlling the operation of the on / off valve 240 according to a predetermined operation order. The controller 260 may be a CPU or a microcomputer.

세정액 탱크(270)는 필요한 경우 분사관(220) 내부의 세정을 위한 세정액을 보관하는 탱크이다. 그리고, 세정관(280)의 일단은 분사관(220)으로부터 분지되고, 타단은 세정액 탱크(270)에 연결된다. 세정관(280)의 분지 영역에는 세정밸브(285)가 설치되어 있다. 세정밸브(285)는 제어부(260)의 지시에 따라 세정액의 분사 또는 차단을 수행하게 된다. 분사관(220) 내부의 불필요한 데드영역(dead space)을 되도록 최소화하여 약 50 ul의 공간정도로 제공된다.The cleaning liquid tank 270 is a tank for storing the cleaning liquid for cleaning inside the injection pipe 220 when necessary. One end of the cleaning tube 280 is branched from the injection tube 220, and the other end thereof is connected to the cleaning liquid tank 270. A washing valve 285 is provided in the branching region of the washing tube 280. The washing valve 285 may spray or shut off the washing liquid according to the instructions of the controller 260. Minimizing unnecessary dead area (dead space) inside the injection tube 220 is provided in a space of about 50 ul.

(제 2 실시예)(Second embodiment)

이하에서는 본 발명의 제 2 실시예의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration of a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예로서, 세포용액의 분사장치의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 분사장치의 사시도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 용액탱크(100)에는 열감응성 폴리머가 10℃ ~ 20℃ 범위의 저온에서 액체상태를 유지하도록 하기 위해 펠티어 냉각기(310)가 설치되어 있다. 이러한 펠티어 냉각기(310)는 직육면체 형상의 용액탱크(100) 좌우 대면적에 각각 부착될 수 있고, 타면은 단열처리될 수 있다. 냉각을 위한 펠티어 냉각기(310) 대신에 수냉식 열교환기 또는 공랭식 열교환기를 대체할 수 있다.FIG. 4 is an exploded perspective view of the injector for cell solution as a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a perspective view of the injector shown in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the solution tank 100 is equipped with a Peltier cooler 310 in order to keep the thermosensitive polymer in a liquid state at a low temperature ranging from 10 ° C. to 20 ° C. The Peltier cooler 310 may be attached to the right and left large areas of the rectangular parallelepiped solution tank 100, and the other surface may be insulated. Instead of the Peltier cooler 310 for cooling, a water-cooled heat exchanger or an air-cooled heat exchanger may be substituted.

용액탱크(100) 내부의 세포용액(104)에서 세포가 시간이 지남에 따라 가라앉는 현상을 방지하기 위하여 교반수단이 설치되어 있다. 교반수단으로는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 하부에 자석교반기(320)를 설치하고 용액 내부에 자력에 감응하는 회전체를 둘 수도 있다. 그 밖에 2 Hz 정도로 가진하는 진동교반기(330), 회전교반기중 하나를 설치하거나 이들의 조합을 설치할 수 있다. 참고로, 도 4와 도 5에서는 자석 교반기(320)와 2대의 진동교반기(330)가 함께 설치되어 있는 상태 를 나타내고 있다.Stirring means is installed to prevent the cells from sinking in the cell solution 104 inside the solution tank 100 over time. As a stirring means, as shown in Figures 4 and 5, the magnetic stirrer 320 may be installed at the lower portion, and a rotating body may be placed in the solution. In addition, one of the vibration stirrer 330, the rotary stirrer having about 2 Hz, or a combination thereof may be installed. For reference, FIGS. 4 and 5 illustrate a state in which the magnetic stirrer 320 and two vibration stirrers 330 are installed together.

(제 3 실시예)(Third embodiment)

이하에서는 본 발명의 제 3 실시예의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration of a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예로서, 분사 카트리지(400)의 사시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도 4 또는 도 5에 도시된 분사장치(300)를 병렬로 여러개(3개 또는 4개) 설치하여 분사 카트리지(400)를 구성한다. 이 때, 분사 카트리지(400)의 각 분사장치(300a, 300b, 300c, 300d)는 제어부(260)에 의해 독립적으로 분사가 제어되고, 온도가 제어될 수 있으며, 내부에 서로 다른 성분의 화합물을 포함할 수 있다. 6 is a perspective view of a jet cartridge 400 as a third embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 6, a plurality of injection apparatuses 300 shown in FIG. 4 or 5 are installed in parallel (three or four) to configure the injection cartridge 400. At this time, each injection device (300a, 300b, 300c, 300d) of the injection cartridge 400 can be controlled independently by the control unit 260, the temperature can be controlled, the compound of different components therein It may include.

스테이지(420)는 분사 카트리지(400)의 하부에 위치하며, 분사 카트리지(400)에 대해 상대 운동할 수 있도록 구성된다. 분사 카트리지(400)에서 분사된 용액 방울(290)은 스테이지(420) 상에서 축적되면서 조직을 형성하게 된다. The stage 420 is positioned below the injection cartridge 400 and is configured to be relative to the injection cartridge 400. The droplet of solution 290 injected from the injection cartridge 400 accumulates on the stage 420 to form tissue.

(제 4 실시예)(Example 4)

이하에서는 본 발명의 제 4 실시예의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration of a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명의 제 4 실시예로서, 분사장치(200)와 압력센서(445)를 이용한 체적제어수단의 블럭도이다. 체적제어수단은 세포용액 분사장치(200)로부터 분사되는 용액방울(290)의 체적을 제어하는 수단이다. 이는 수용액의 점성이 다르고, 세포를 포함한 수용액의 세포밀도가 다르기 때문이며, 원하는 위치에 원하는 분량 만큼의 세포가 안착될 수 있도록 하는데 매우 필요한 사항이다.7 is a block diagram of a volume control means using the injection device 200 and the pressure sensor 445 as a fourth embodiment of the present invention. The volume control means is a means for controlling the volume of the solution droplets 290 injected from the cell solution injector 200. This is because the viscosity of the aqueous solution is different, and the cell density of the aqueous solution including the cells is different, it is very necessary to ensure that the desired amount of cells can be seated in the desired position.

압력센서(445)는 분사관(220) 상에 설치되어 개폐밸브(240)에 의해 용액방울(290)의 분사될 때, 분사관(220) 내에서 발생하는 반작용에 의한 압력변화를 측정한다. 즉, 용액방울(290)의 체적이 크면 반작용에 의한 압력변화가 크고, 용액방울(290)의 체적이 작으면 상대적으로 반작용에 의한 압력변화도 작다는 원리에 기인한 것이다. The pressure sensor 445 is installed on the injection pipe 220 to measure the pressure change due to the reaction occurring in the injection pipe 220 when the droplet 290 is injected by the on-off valve 240. That is, it is due to the principle that the larger the volume of the solution droplets 290, the larger the pressure change due to reaction, and the smaller the volume of the solution droplets 290, the smaller the pressure change due to the reaction.

체적추론부(450)는 압력센서(445)와 연결되어 있으며, 압력센서(445)에 의해 측정된 압력신호에 기초하여 용액방울(290)의 체적을 추론하게 된다. 이를 위해 체적추론부(450)에서는 압력신호와 용액방울의 체적에 관한 선형적 비율이나 추론표를 내장할 수 있다. The volume inference unit 450 is connected to the pressure sensor 445 and infers the volume of the solution droplet 290 based on the pressure signal measured by the pressure sensor 445. To this end, the volume inference unit 450 may incorporate a linear ratio or inference table regarding the volume of the pressure signal and the droplet.

체적추론부(450)에서 추론된 출력은 제어부(260)와 압력조절부(440)에 각각 입력된다. 제어부(260)는 추론된 출력에 기초하여 개폐밸브(240)의 개폐 사이클이나 기간을 조절할 수 있고, 압력조절부(440)는 공압포트(102)에 가해지는 압력을 가감할 수 있다. 즉, 개폐밸브(240)의 동작제어와 가해지는 공압의 압력제어를 통해 용액방울(290)의 체적을 피드백 제어할 수 있다.The output inferred by the volume inference unit 450 is input to the control unit 260 and the pressure control unit 440, respectively. The controller 260 may adjust an opening / closing cycle or a period of the on / off valve 240 based on the inferred output, and the pressure adjusting unit 440 may adjust the pressure applied to the pneumatic port 102. That is, the volume of the solution droplet 290 may be feedback controlled through the operation control of the on / off valve 240 and the pressure control of the applied pneumatic pressure.

(제 5 실시예)(Example 5)

이하에서는 본 발명의 제 5 실시예의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration of a fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 8은 본 발명의 제 5 실시예로서, 분사장치(200)와 카메라(460)를 이용한 체적제어수단의 블럭도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 카메라(460)와 조명(470)은 제어부(260)의 연동 신호에 따라 동작되어 용액방울(290)을 촬영하게 된다.8 is a block diagram of a volume control means using the injector 200 and the camera 460 as a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the camera 460 and the lighting 470 are operated according to the interlocking signal of the controller 260 to photograph the droplet 290.

카메라(460)에 의해 촬영된 영상은 디지털 영상로서 출력되어 면적산출수단(480)으로 전송된다. 이를 위해 카메라(460)은 고속 디지털 카메라일 수 있고, 조명(470)은 10 ns의 순간 발광이 가능한 LED 조명이나 스트로보가 될 수 있다.The image photographed by the camera 460 is output as a digital image and transmitted to the area calculating means 480. To this end, the camera 460 may be a high speed digital camera, and the illumination 470 may be an LED light or strobe capable of instantaneous light emission of 10 ns.

면적산출수단(480)은 전송된 영상 이미지로부터 용액방울(290)의 면적을 산출하게 된다. 이러한 면적산출수단(480)은 DSP(디지털 시그널 프로세서)가 될 수 있다. 제어부(260)는 면적산출수단(480)에 의해 산출된 용액방울(290)의 면적에 기초하여 개폐밸브(240)의 개폐주기를 피드백 제어한다. 이는 용액방울(290)이 거의 일정한 구형 형상이고, 그 면적과 체적이 널리 알려진 기하학적 관계에 있다는 사실로부터 기인한다. The area calculating means 480 calculates the area of the droplet 290 from the transmitted image. The area calculating means 480 may be a digital signal processor (DSP). The controller 260 feedback-controls the opening / closing period of the on / off valve 240 based on the area of the solution droplet 290 calculated by the area calculating means 480. This is due to the fact that the droplet 290 has a nearly constant spherical shape and its area and volume are in well-known geometric relationships.

(제 6 실시예)(Example 6)

이하에서는 본 발명의 제 6 실시예의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration of a sixth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 9는 본 발명의 제 6 실시예로서, 분사 카트리지(400)를 갖는 인공 생체조직 성형장치의 개략적인 사시도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 분사 카트리지(400)는 X축 이송장치(510) 및 Y축 이송장치(520)를 갖는 이송로봇(500)에 설치된다. 분사 카트리지(400)는 4개 이상의 독립적인 분사장치(300a ~ 300d)로 구성되어, 분사되는 용액의 평면적 분포를 독립적으로 구동/제어할 수 있다.9 is a schematic perspective view of an artificial living tissue forming apparatus having an injection cartridge 400 as a sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the injection cartridge 400 is installed in the transfer robot 500 having the X-axis feeder 510 and the Y-axis feeder 520. Injection cartridge 400 is composed of four or more independent injection devices (300a ~ 300d), it is possible to independently drive / control the planar distribution of the solution to be injected.

스테이지(420)는 상면에 대상조직(430)이 적층되며, 하면에는 Z축 이송장치(530)가 연결된다. 이와 같은 구조를 통해 스테이지(420)와 분사 카트리지(400)는 상대적인 X-Y-Z축 운동을 할 수 있게 된다. 이송로봇(500)는 10 마이크론의 반복실현성을 갖는 정밀 로봇일 수 있다. 특히 분사된 용액방울(290)의 최소 크기(지름 79 ㎛ 정도)를 고려하여, ± 20 ㎛의 정확도와, ± 3 ㎛의 재생도를 가지며, 10 ㎛의 인코더 스텝을 가진다. 기본 X-Y 수평운동은 10 cm x 10 cm 정도의 분사 지역을 4 cm/s 의 속도로 움직인다.The stage 420 is a target tissue 430 is stacked on the upper surface, the Z-axis feeder 530 is connected to the lower surface. Through this structure, the stage 420 and the injection cartridge 400 can perform relative X-Y-Z axis movements. The transfer robot 500 may be a precision robot having a repeatability of 10 microns. In particular, in consideration of the minimum size of the sprayed solution 290 (about 79 μm in diameter), it has an accuracy of ± 20 μm, a reproducibility of ± 3 μm, and an encoder step of 10 μm. The basic X-Y horizontal movement moves a 10 cm x 10 cm spray area at a speed of 4 cm / s.

초음파 세정부(490)는 분사 전 및 완료후 분사관(220)과 노즐(230)을 자동으로 세척하기 위한 부재이다. 즉, 이송로봇(500)을 통해 노즐(230) 부분이 초음파 세정부(490)로 이동하여 담궈짐으로서 자동으로 세척이 이루어질 수 있다. 이 때, 세정액 탱크(270)를 통해 세정액이 분사될 수 있다. 이는 분사장치(200)의 막힘을 방지하고, 장비를 다음 작업시에 유효하게 사용하기 위함이다.The ultrasonic cleaner 490 is a member for automatically cleaning the injection pipe 220 and the nozzle 230 before and after injection. That is, the nozzle 230 may be moved to the ultrasonic cleaner 490 through the transfer robot 500 to be immersed in the washing machine, thereby automatically cleaning. At this time, the cleaning liquid may be injected through the cleaning liquid tank 270. This is to prevent clogging of the injector 200 and to effectively use the equipment in the next work.

밀폐수단(600)은 분사 카트리지(400), 이송로봇(500) 등 전체 시스템을 일괄 밀폐하여 외부와 차단하는 구성이다. 이는 외부 변화에 민감한 세포를 보호하고 일정한 품질의 조직을 얻기 위함이다. Sealing means 600 is configured to block the entire system by sealing the entire system, such as the injection cartridge 400, the transfer robot 500. This is to protect cells sensitive to external changes and to obtain tissue of a certain quality.

공기정화수단(620)은 밀폐수단(600)의 일측에 설치되고, 적절한 공기 여과와 순환을 담당한다. 이러한 공기정화수단(620)은 HEPA 필터를 포함할 수 있다.Air purifying means 620 is installed on one side of the sealing means 600, and is responsible for proper air filtration and circulation. The air purifying means 620 may include a HEPA filter.

항온항습수단(610)은 밀폐수단(600) 내부를 35℃ ~ 40℃ 범위로 유지하도록 구성되어 있다. 이는 대상조직(430)이 분사후 겔화되어 형상을 유지하도록 하기 위함이다. Constant temperature and humidity means 610 is configured to maintain the interior of the sealing means 600 in the range of 35 ℃ ~ 40 ℃. This is to maintain the shape is gelated after the target tissue 430 is sprayed.

(동작)(action)

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 세포용액의 분사장치를 이용한 인공 생 체조직 성형장치의 동작에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter will be described the operation of the artificial tissue forming apparatus using the injection device of the cell solution having the above configuration.

우선, 세포용액이나 열감응성 물질 또는 이를 혼합한 세포용액(104)을 용액탱크(100) 내부에 적절한 수위만큼 채우고, 공압포트(102)에는 5 ~ 15 psi의 공압을 가해 세포용액(104)을 전체적으로 균일하게 누르게 한다. 이와 동시에 펠티어 냉각기(310)를 동작시켜 용액탱크(100)가 10℃ ~ 20℃(바람직하게는 15℃)가 되도록 하며, 진동 교반기(330)를 동작시켜 세포의 침전을 방지한다. First, a cell solution, a thermosensitive material, or a cell solution 104 containing the same is filled into the solution tank 100 by an appropriate level, and the pneumatic port 102 is subjected to pneumatic pressure of 5 to 15 psi to apply the cell solution 104 to the cell solution 104. Press evenly throughout. At the same time, the Peltier cooler 310 is operated so that the solution tank 100 is 10 ° C. to 20 ° C. (preferably 15 ° C.), and the vibration stirrer 330 is operated to prevent the precipitation of cells.

그 다음, 이송로봇(500)을 스테이지(420)상의 소정위치로 이동시킨 다음, 제어부(260)가 펄스 신호를 출력하게 한다. 그러면, 개폐밸브(240)가 일련의 펄스신호에 따라 개폐동작을 반복하게 되고, 용액방울(290)이 노즐(230)에서 각 순간마다 분사된다. 이러한 용액방울(290)에는 세포와 열감응성 폴리머가 함께 혼재되어 있을 수도 있고, 세포를 포함하는 세포환경물질(PBS 버퍼 또는 세포매체)일 수 있다.Then, the transfer robot 500 is moved to a predetermined position on the stage 420, and then the control unit 260 outputs a pulse signal. Then, the opening and closing valve 240 repeats the opening and closing operation according to a series of pulse signals, the solution droplet 290 is injected from the nozzle 230 at each instant. The droplet 290 may be mixed with the cell and the thermosensitive polymer, or may be a cell environment material (PBS buffer or cell medium) containing the cell.

스테이지(420)에 떨어진 용액방울(290)은 항온수단(610)에 의해 체온과 같이 약 37℃ 로 유지되는 분위기이기 때문에 열감응성 폴리머가 순간 겔화되어 버린다. 따라서, 세포는 겔속에 갖혀 일정한 위치를 유지하게 된다. 따로 분사되는 경우, 열감응성 물질이 순간 젤화된 후, 세포가 그 위에 분사되어 젤 표면에 위치하게 된다. 이 경우, 젤은 유동적이기 때문에 세포는 젤에 묻히게 된다. 여러가지 세포환경물질도 세포가 분사된 위에 분사되어 사용자가 원하는 세포 환경을 인위적으로 구성하게 한다.Since the droplet 290 dropped to the stage 420 is an atmosphere maintained at about 37 ° C. by the constant temperature means 610 as the body temperature, the thermosensitive polymer gels instantaneously. Thus, the cells are held in a gel to maintain a constant position. When sprayed separately, the thermosensitive material is gelled instantaneously, and then the cells are sprayed on and placed on the gel surface. In this case, the gel is fluid, so the cells are buried in the gel. Various cellular environment materials are also sprayed on the cells to be sprayed to artificially configure the cell environment desired by the user.

그리고, 분사되는 용액방울(290)에 대해 도 7과 같이 압력을 측정하여 용액방울(290)의 체적을 제어할 수 있고, 도 8과 같이 카메라 촬영을 통해 용액방울 (290)의 체적을 제어할 수 있다. Then, the volume of the solution droplets 290 can be controlled by measuring the pressure with respect to the sprayed solution droplets 290 as shown in FIG. 7, and the volume of the solution droplets 290 can be controlled through camera shooting as shown in FIG. 8. Can be.

독립적으로 구동되는 복수의 용액분사 카트리지(300a ~ 300d)에는 최소한 세포를 포함하는 용액과 비계로 사용되는 열감응성 물질이 탑재되고, 나머지 분사 카트리지에는 세포 환경물질, 즉 호르몬이나 ECM(Extracellular matrix) 물질을 인위적으로 탑재하여, 세포를 원하는 위치에 사용자가 원하는 농도와 종류의 세포환경물질과 조합할 수 있게 된다. 이는 4개 이상의 많은 용액 분사 카트리지도 사용될 수 있다는 의미로 해석되어야 할 것이다.Independently driven solution injection cartridges 300a to 300d are equipped with a solution containing at least cells and a thermosensitive material used as a scaffold, and the remaining injection cartridges contain a cellular environment, ie, a hormone or extracellular matrix (ECM) material. By artificially mounting the cell, the cell can be combined with the cell environment material of the desired concentration and type at the desired location. This should be interpreted to mean that more than four solution injection cartridges may also be used.

이와 같은 과정을 반복하면서 스테이지(420) 상에는 3차원 형상의 인공 생체조직이 형성된다. 실험을 통해 본 발명에 따른 분사장치를 사용할 경우 세포의 생존율이 약 86%로서 매우 높음을 알 수 있었다. 이와 같은 과정을 통해 완성된 인공 생체 조직은 별도의 배양기로 옮겨져 3 ~ 4일 정도 배양된다. 이 때, 세포는 배양과정에서 겔을 뚫고 세포간의 연관관계를 만든다. 그 다음, 온도를 37℃ 로부터 약 25 ℃ ~ 32 ℃로 낮추면 겔이 액체로 변환되어 빠져버리고 인공 생체조직만 남게 된다. 배양된 생체조직은 인체에 이식되어 사용된다. 이 때, 온도변화가 너무 크면 인공 생체조직이 변성되거나 괴사할 수 있으므로 가하는 온도변화가 최소가 되도록 한다.While repeating the above process, a three-dimensional artificial biological tissue is formed on the stage 420. Through experiments it was found that the survival rate of the cell when using the injector according to the present invention is very high as about 86%. Artificial biological tissue completed through this process is transferred to a separate incubator is incubated for 3 to 4 days. At this time, the cells penetrate the gel during the culturing process and make an association between the cells. Then, lowering the temperature from 37 ° C. to about 25 ° C. to 32 ° C. converts the gel into a liquid and leaves it out, leaving only artificial biological tissue. Cultured living tissue is used after transplanted into the human body. At this time, if the temperature change is too large, artificial tissue may denature or necrotic, so that the temperature change to be applied is minimized.

(변형예)(Variation)

본 발명의 일실시예에서 설명한 분사방식 이외에도 버블젯 분사방식(히터를 순간 가열하여, 발생하는 기포의 압력에 의해 분사), 전자기장 가속 방식(분사된 액체를 전기적으로 충전한 후 전자기장으로 가속하여 분사), 피에조 방식(piezo- element에 일정한 크기의 펄스 전압을 인가함으로서 충격파에 의하여 분사) 등이 대체되어 사용될 수 있다. In addition to the spraying method described in the embodiment of the present invention, the bubble jet spraying method (heating the heater at a moment and spraying by the pressure of bubbles generated) and the electromagnetic field acceleration method (electrically filling the sprayed liquid and then accelerating with the electromagnetic field for spraying ), The piezo method (injection by a shock wave by applying a pulse voltage of a certain magnitude to the piezo-element) and the like may be used in place of.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 성형된 조직의 세포 생존율을 획기적으로 높일 수 있다. 이는 경제성, 생산성이 높아지는 효과가 있다.Therefore, according to one embodiment of the present invention as described above, it is possible to significantly increase the cell survival rate of the molded tissue. This has the effect of increasing economics and productivity.

그리고, 다양한 형상의 조직 성형이 가능하고, 분사시 막힘 방지, 자동 세정 및 분사되는 용액방울의 체적관리가 가능하다. 이로 인해, 성형되는 조직의 품질이 일정하고, 원하는 형태의 조직을 대량 성형할 수 있다.In addition, it is possible to form tissues of various shapes, to prevent clogging during spraying, and to automatically manage the volume of sprayed solution droplets. As a result, the quality of the tissue to be molded is constant, and the tissue of a desired shape can be mass-molded.

뿐만 아니라, 복수의 세포용액이나, 용액 등을 복수의 분사장치로 분사 가능하고, 개개로 관리가 가능하다. 이로 인해, 다양한 조건의 조직을 성형할 수 있다. In addition, a plurality of cell solutions, solutions and the like can be sprayed with a plurality of injectors, and can be individually managed. For this reason, the structure | tissue of various conditions can be shape | molded.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is obvious that all modifications fall within the scope of the appended claims.

Claims (20)

생체세포를 포함하는 세포배양액인 세포용액(104)이 내부에 수용되는 용액탱크(100);A solution tank 100 in which a cell solution 104 which is a cell culture solution containing living cells is received therein; 상기 용액탱크(100)에 연결되어 상기 용액탱크(100)를 소정 압력으로 가압하는 공압수단;Pneumatic means connected to the solution tank 100 to pressurize the solution tank 100 to a predetermined pressure; 일단이 상기 용액탱크(100)의 하부에 연결되고, 상기 세포용액(104)이 흘러내리도록 구성된 분사관(220);An injection tube 220 having one end connected to a lower portion of the solution tank 100 and configured to allow the cell solution 104 to flow down; 상기 분사관(220) 상에 설치되어 상기 세포용액(104)의 흐름을 제어하는 개폐밸브(240);An opening / closing valve 240 installed on the injection pipe 220 to control the flow of the cell solution 104; 상기 개폐밸브(240)의 동작을 제어하는 제어부(260)로 구성되는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.Cell solution injector, characterized in that consisting of a control unit 260 for controlling the operation of the opening and closing valve 240. 제 1 항에 있어서, 상기 세포용액(104)은,The method of claim 1, wherein the cell solution 104, 세포, 줄기세포, 세포주, 줄기세포주, 단백질, 유전자시료, ECM(Extra Cell Matrix)중 적어도 하나를 포함하고, 그리고 열감응성 물질을 포함하며,At least one of a cell, stem cell, cell line, stem cell line, protein, genetic sample, extra cell matrix (ECM), and includes a thermosensitive material, 상기 열감응성 물질은 섭씨 37도에서 겔-젤 전이성(transition)을 갖는 폴리펩타이드 혼합물, PLGA-g-PEG 공중합체, PEG-PLGA-PEG 트리블럭 공중합체, PEG-PCL(Poly-Caprolactone)-PEG 트리블럭 공중합체, 소수성 PLGA(Poly-lactic-glycolic-acid) 및 친수성 PEG(Polyethylene glycol)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.The thermosensitive material is a polypeptide mixture having a gel-gel transition at 37 degrees Celsius, a PLGA-g-PEG copolymer, a PEG-PLGA-PEG triblock copolymer, a PEG-PCL (Poly-Caprolactone) -PEG Injecting device of a cell solution, characterized in that it comprises at least one of a triblock copolymer, hydrophobic polylactic-glycolic-acid (PLGA) and hydrophilic PEG (polyethylene glycol). 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공압수단의 소정압력은 5 ~ 15 psi 인 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.The predetermined pressure of the pneumatic means is a cell solution injector, characterized in that 5 ~ 15 psi. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어부(260)는 상기 개폐밸브(240)가 100 ㎲ ~ 1 ms 범위의 시간주기로 개폐되도록 펄스 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.The control unit 260 is a cell solution injector, characterized in that for applying a pulse signal to open and close the valve 240 in a time period of 100 ~ 1 ms range. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분사관(220)의 끝단에는 노즐(230)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.Injector of the cell solution, characterized in that the nozzle 230 is further provided at the end of the injection tube 220. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 노즐(230)의 내경은 50 ㎛ ~ 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.Injector of the cell solution, characterized in that the inner diameter of the nozzle 230 is 50 ㎛ ~ 100 ㎛. 제 1 항에 있어서, 상기 용액탱크(100)에는 상기 세포용액(104)이 액상을 유 지하도록 10℃ ~ 20℃ 범위로 유지하기 위한 냉각수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.The method of claim 1, wherein the solution tank 100, the cell solution injection device further comprises a cooling means for maintaining the cell solution 104 in the range of 10 ℃ ~ 20 ℃ to maintain the liquid phase . 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 냉각수단은 펠티어 냉각기 및 이 펠티어 냉각기의 과열을 방지하기 위한 수냉식 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.And said cooling means comprises a Peltier cooler and a water-cooled heat exchanger for preventing overheating of said Peltier cooler. 제 1 항에 있어서, 상기 용액탱크(100)의 내부에는 상기 세포용액(104)의 침전을 방지하기 위한 교반수단이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.According to claim 1, wherein the solution tank 100, the cell solution injector, characterized in that the stirring means for preventing the precipitation of the cell solution 104 is further provided. 제 10 항에 있어서, 상기 교반수단은 상기 용액탱크(100)의 하부에 위치하는 자석 교반기(320) 및 진동교반기(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.11. The method of claim 10, wherein the stirring means is a cell solution injector, characterized in that it comprises a magnetic stirrer (320) and a vibrating stirrer (330) located below the solution tank (100). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 용액탱크(100)와 상기 개폐밸브(240) 사이에서 분지되는 세정관(280);A washing tube 280 branched between the solution tank 100 and the on / off valve 240; 상기 세정관(280) 상에 설치되어 세정액을 흐름을 제어하는 세정밸브(285); 및A washing valve 285 installed on the washing tube 280 to control a flow of the washing liquid; And 상기 세정밸브(285)에 연결되고 상기 세정액이 수용되는 세정액탱크(270)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.Injecting device for cell solution, characterized in that it further comprises a cleaning liquid tank (270) connected to the cleaning valve (285) and the cleaning liquid is accommodated. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분사관(220)에 의해 분사된 용액방울(290)의 체적을 제어하는 체적제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.Injecting device of the cell solution, characterized in that it further comprises a volume control means for controlling the volume of the solution droplets 290 injected by the injection tube (220). 제 13 항에 있어서, 상기 체적제어수단은,The method of claim 13, wherein the volume control means, 상기 제어부(260)의 촬영 명령에 의해 분사된 용액방울(290)을 촬영하고, 촬영된 영상을 전기적 신호로 출력하는 카메라(460);A camera 460 for photographing the droplets 290 injected by the photographing command of the controller 260 and outputting the photographed image as an electrical signal; 상기 카메라(460)에 의해 촬영된 영상 상에서 상기 용액방울(290)의 면적을 산출하는 면적산출수단(480);을 포함하고, And area calculating means 480 for calculating an area of the solution droplet 290 on the image photographed by the camera 460. 상기 제어부(260)는 상기 면적산출수단(480)에 의해 산출된 상기 용액방울(290)의 면적에 기초하여 상기 개폐밸브(240)의 개폐주기를 제어하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.The control unit 260 is a cell solution injector, characterized in that for controlling the opening and closing period of the on-off valve 240 based on the area of the solution droplets 290 calculated by the area calculating means (480). 제 13 항에 있어서, 상기 체적제어수단은,The method of claim 13, wherein the volume control means, 상기 분사관(220) 상에 설치되어 상기 용액방울(290)의 분사에 따른 반작용에 의한 압력변화를 측정하는 압력센서(445);A pressure sensor 445 installed on the injection pipe 220 to measure a pressure change due to a reaction caused by the injection of the droplet 290; 상기 압력센서(445)에 의해 측정된 압력에 기초하여 상기 용액방울(290)의 체적을 추론하는 체적추론부(450); 및A volume inference unit 450 that infers the volume of the droplet 290 based on the pressure measured by the pressure sensor 445; And 상기 체적추론부(450)에 의해 추론된 체적에 기초하여 상기 공압수단의 압력을 제어하는 압력조절부(440)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치.And a pressure adjusting unit (440) for controlling the pressure of the pneumatic means based on the volume inferred by the volume inference unit (450). 제 1 항 내지 제 2항, 제 4 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 의한 세포용액의 분사장치(200)를 복수개 포함하는 분사카트리지(400);Claims 1 to 2, 4 to 15, the injection cartridge 400 comprising a plurality of injection device 200 of the cell solution according to any one of claims; 상기 분사 카트리지(400)에 의해 분사된 용액방울(290)이 적층되는 스테이지(420); A stage 420 in which droplets 290 sprayed by the injection cartridge 400 are stacked; 상기 스테이지(420)를 상기 분사 카트리지(400)에 대해 상대적으로 이송시키기 위한 이송수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치를 이용한 인공 생체조직 성형장치.Apparatus for forming artificial tissue using the injection device for the cell solution, characterized in that it comprises a; transfer means for transferring the stage (420) relative to the injection cartridge 400. 제 16 항에 있어서, 상기 이송수단은, The method of claim 16, wherein the transfer means, 상기 분사 카트리지(400)를 직교하는 X축 및 Y축 방향으로 이송시키는 이송로봇(500); 및A transfer robot 500 for transferring the injection cartridge 400 in an orthogonal X-axis and Y-axis direction; And 상기 스테이지(420)를 상기 X축 및 Y축에 각각 직교하는 Z축 방향으로 이송시키는 Z축 이송장치(530)로 구성되는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치를 이용한 인공 생체조직 성형장치.An apparatus for forming an artificial tissue using a cell solution injector, characterized in that the stage 420 comprises a Z-axis feeder 530 for transferring the Z-axis perpendicular to the X and Y axes, respectively. 제 16 항에 있어서, The method of claim 16, 상기 스테이지(420)상의 대상조직(430)이 겔화되도록 35℃ ~ 40℃ 범위로 유지하기 위한 항온수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치를 이용한 인공 생체조직 성형장치.Artificial tissue forming apparatus using the injection device of the cell solution, characterized in that it further comprises a constant temperature means for maintaining in the range of 35 ℃ ~ 40 ℃ so that the target tissue (430) on the stage (420). 제 16 항에 있어서, The method of claim 16, 상기 분사카트리지(400)와 스테이지(420)를 밀폐하기 위한 밀폐수단(600); Sealing means 600 for sealing the injection cartridge 400 and the stage 420; 상기 밀폐수단(600) 상에 설치된 항온항습수단(610); 및Constant temperature and humidity means 610 installed on the sealing means 600; And 상기 밀폐수단(600) 상에 설치된 공기정화수단(620)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사장치를 이용한 인공 생체조직 성형장치.Artificial tissue forming apparatus using the injection device of the cell solution, characterized in that it further comprises air purifying means (620) installed on the sealing means (600). 열감응성 물질, 세포성장 호르몬과 생체세포를 포함하는 세포배양액인 세포용액(104)이 내부에 수용된 용액탱크(100)를 소정 압력으로 가압하는 단계(S100);Pressurizing the solution tank 100 in which the cell solution 104, which is a cell culture solution containing a thermosensitive material, cell growth hormone and living cells, to a predetermined pressure (S100); 상기 세포용액(104)이 흘러내리는 분사관(220)를 소정위치로 이송시키는 이송단계(S200);A transfer step (S200) of transferring the injection tube 220 through which the cell solution 104 flows down to a predetermined position; 상기 분사관(220) 상에 설치된 개폐밸브(240)를 제어하여 상기 세포용액(104)이 분사되도록 하는 분사단계(S300);An injection step (S300) of controlling the opening / closing valve 240 installed on the injection pipe 220 to inject the cell solution 104; 상기 이송단계(S200)와 상기 분사단계(S300)를 내정된 순서에 따라 반복하는 단계(S400);Repeating the transfer step (S200) and the injection step (S300) in a predetermined order (S400); 완성된 대상조직(430)을 소정기간 동안 배양하는 배양단계(S500); 및Culturing the completed target tissue 430 for a predetermined period (S500); And 배양이 완료된 대상조직(430)에 온도변화를 가해 상기 대상조직(430)속에 분포한 상기 열감응성 물질을 제거하는 단계(S600);를 포함하며,Removing the thermally sensitive material distributed in the target tissue 430 by applying a temperature change to the target tissue 430 in which the culture is completed (S600); 상기 열감응성 물질은 섭씨 37도에서 겔-젤 전이성(transition)을 갖는 폴리펩타이드 혼합물, PLGA-g-PEG 공중합체, PEG-PLGA-PEG 트리블럭 공중합체, PEG-PCL(Poly-Caprolactone)-PEG 트리블럭 공중합체, 소수성 PLGA(Poly-lactic-glycolic-acid) 및 친수성 PEG(Polyethylene glycol)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포용액의 분사를 이용한 인공 생체조직 성형방법.The thermosensitive material is a polypeptide mixture having a gel-gel transition at 37 degrees Celsius, a PLGA-g-PEG copolymer, a PEG-PLGA-PEG triblock copolymer, a PEG-PCL (Poly-Caprolactone) -PEG A method of forming artificial tissue using a spray of a cell solution, comprising at least one of a triblock copolymer, a hydrophobic polylactic-glycolic-acid (PLGA), and a hydrophilic polyethylene glycol (PEG).
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