KR101342090B1 - 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의물성 평가 방법 및 그 장치 - Google Patents

마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의물성 평가 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 일정한 속도로 변위를 발생하여 시험 대상으로 전달하기 위한 하중을 발생하는 구동부(10); 상기 시험 대상을 고정하며 상기 구동부(10)에서 발생한 하중을 상기 시험 대상으로 전달하는 고정부(20); 및 상기 변위로 발생하는 하중의 크기와 상기 시험 대상에서 실제로 발생하는 변위를 측정하는 측정부(30);를 포함하여 구성한다. 따라서 기존의 재료시험기로는 불가능한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 조사가 가능하기 때문에 새로운 생체 재료의 개발이나 의료 연구에 사용할 수 있다. 그리고 시험 대상에 직접 기계적 자극을 가하여 그에 따른 재료의 변위를 측정함으로써 정확하고 신속하게 결과를 얻어낼 수 있다. 또한, 생체 조직이나 재생 조직뿐만 아니라 폴리머(polymer)와 같은 합성수지의 물성 평가도 가능하다.
마이크로 스테이지, 생체 조직, 재생 조직, 물성 평가, 로드셀, 모터

Description

마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 방법 및 그 장치{Physical property evaluation method of bio tissue and regenerated tissue using micro stage, and apparatus thereof}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치의 구성을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명에서 시험 대상을 고정하는 고정대의 척(Chuk)을 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 척의 분해 사시도
도 4는 본 발명에서 사용한 턱(jaw)의 구성도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 방법을 나타낸 동작 흐름도
[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ]
10 : 구동부 11 : 서보모터
12 : 감속기 20 : 고정부
21 : 고정대 22 : 이송대
30 : 측정부 31 : 로드셀(Load cell)
32 : LVDT(Linear Variable Differential Transformer)
40 : 시험 대상
100 : 마이크로 스테이지 200a : 제 1 척
200b : 제 2 척 210 : 핀 스프링
220 : 턱 221 : 요철 형상부
222 : 커프(cuff)
본 발명은 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직(이하, '시험 대상'이라고도 함)의 물성 평가 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 기존의 재료시험기로는 불가능한 생체 조직 및 재생 조직의 물성을 조사할 수 있도록 함으로써 새로운 생체 재료의 개발이나 의료 연구에 사용할 수 있는 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
종래의 경우, 리액터(Reactor)를 이용해 시험재료의 온도 등 여러 작용 인자들을 측정하여 물성을 측정한다. 때문에 재료의 상변화에 따라 결과치가 다르게 나올 가능성이 있고, 또한 결과를 얻어내기까지 임의의 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제 1 목적은 기존의 재료시험기로는 불가능한 생체 조직 및 재생 조직의 물성을 조사할 수 있도록 함으로써 새로운 생체 재료의 개발이나 의료 연구에 사용할 수 있는 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 시험 대상(재료)에 직접 기계적 자극을 가하여 그에 따른 재료의 변위를 측정함으로써, 정확하고 신속하게 결과를 얻어낼 수 있는 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 3 목적은 생체 조직이나 재생 조직뿐만 아니라 폴리머(polymer)와 같은 합성수지의 물성 평가도 가능한 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치는, 일정한 속도로 변위를 발생하여 시험 대상으로 전달하기 위한 하중을 발생하는 구동부(10); 상기 시험 대상을 고정하며 상기 구동부(10)에서 발생한 하중을 상기 시험 대상으로 전달하는 고정부(20); 및 상기 변위로 발생하는 하중의 크기와 상기 시험 대상에서 실제로 발생하는 변위를 측정하는 측정부(30);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 구동부(10)는, 일정한 속도로 변위를 발생시키는 서보모터(11); 및 상기 서보모터의 회전수를 감속비에 의해 조절하여 원하는 하중을 얻게 하며 상기 서보모터의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 감속기(12);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 고정부(20)는, 상기 시험대상의 일 측을 고정하는 제 1 척(200a)을 구비한 고정대(21); 및 상기 시험대상의 타 측을 고정하는 제 2 척(200b)을 구비하며 상기 구동부에서 발생한 직선 운동에 의해 상기 시험대상으로 하중을 전달하는 이송대(22);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 척(200a)(200b)은, 핀 스프링(210)에 의해 체결되는 복수 개의 턱(jaw)(220)과; 외주면에 나사산이 형성된 제 1 몸체부(231)와, 상기 제 1 몸체부(231)의 일 측에 집게 모양으로 일체로 형성되되 상기 제 1 몸체부보다 직경이 작게 형성된 제 2 몸체부(232)와, 상기 제 1 및 제 2 몸체부에 상기 핀 스프링을 체결하여 고정하는 고정홈(233)이 일체로 형성된 그립 바디(grip body)(230); 및 상기 그립 바디의 나사산과 체결하는 나사산(241)이 내주면에 형성되고 상기 시험 대상을 삽입하도록 일 측에 삽입 구멍(242)이 형성된 그립 바디 셀(grip body shell)(240);을 포함하여 구성되며, 상기 그립 바디 셀을 회전시키면 나사산을 따라 직선 운동을 하면서 직경 변화를 통해 상기 시험 대상을 고정하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수 개의 턱(jaw)은 상기 시험 대상과의 슬립(slip) 현상을 줄이기 위해 요철 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 복수 개의 턱(jaw)은 상기 시험 대상의 파손을 줄이기 위해 커프(cuff)를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 측정부(30)는 상기 고정대에 설치되며, 상기 시험 대상에게 가해지는 하중과 발생하는 변위를 측정하는 로드 셀(Load cell)(31); 및 상기 고정대 및 상기 이송대 사이에 설치되며, 상기 시험 대상에게 가해지는 하중과 발생하는 변위를 측정하는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)(32)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 시험 대상은 생체 조직, 재생 조직, 합성수지를 포함한 시험 대상 중 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 방법은, (a) 시험 대상을 고정부에 고정하는 단계와; (b) 일정한 속도의 변위를 발생하여 시험 대상으로 전달하기 위한 하중을 발생하는 단계와; (c) 상기 시험 대상으로 하중을 전달하는 단계; 및 (d) 상기 변위로 발생하는 하중의 크기와 상기 시험 대상에서 실제로 발생하는 변위를 측정하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 시험 대상은 생체 조직, 재생 조직, 합성수지를 포함한 시험 대상 중 하나인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 기존의 재료시험기로는 불가능한 생체 조직 및 재생 조직 의 물성을 조사할 수 있기 때문에 새로운 생체 재료의 개발이나 의료 연구에 사용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다.
실시 예
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치의 구성을 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 2는 본 발명에서 시험 대상을 고정하는 고정대의 척(Chuk)을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 척의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명에서 사용한 턱(jaw)의 구성도이다.
본 발명에 의한 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 일정한 속도로 변위를 발생하는 구동부(10), 시험 대상을 고정하며 상기 구동부(10)에서 발생한 하중을 상기 시험 대상으로 전달하는 고정부(20), 상기 변위로 발생하는 하중의 크기와 시험 대상에서 실제로 발생하는 변위를 측정하는 측정부(30)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 구동부(10)는 서보모터(11)와 감속기(12)로 구성된다. 이때, 상기 서보모터(11)는 일정한 속도로 변위를 발생시키는 역할을 하며, 상기 감속기(12)는 감속비를 조절해서 상기 서보모터(11)의 회전수를 바꿔 원하는 하중을 얻게 한다. 상기 감속기(12)는 또한 상기 서보모터(11)의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 기능도 동시에 수행한다.
그 다음, 상기 고정부(20)는 상기 시험 대상을 고정하며 상기 구동부(10)에서 발생한 하중을 상기 시험 대상으로 전달하는 장치로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 시험대상의 일 측을 고정하는 제 1 척(200a)을 구비한 고정대(21)와, 상기 시험대상의 타 측을 고정하는 제 2 척(200b)을 구비하며 상기 구동부에서 발생한 직선 운동에 의해 상기 시험대상으로 하중을 전달하는 이송대(22);를 포함하여 구성한다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 척(200a)(200b)은 도 3에 도시된 바와 같이, 핀 스프링(210)에 의해 체결되는 복수 개의 턱(jaw)(220)과, 외주면에 나사산이 형성된 제 1 몸체부(231)와, 상기 제 1 몸체부(231)의 일 측에 집게 모양으로 일체로 형성되되 상기 제 1 몸체부보다 직경이 작게 형성된 제 2 몸체부(232)와, 상기 제 1 및 제 2 몸체부에 상기 핀 스프링을 체결하여 고정하는 고정홈(233)이 일체로 형성된 그립 바디(grip body)(230); 및 상기 그립 바디의 나사산과 체결하는 나사산(241)이 내주면에 형성되고 상기 시험 대상을 삽입하도록 일 측에 삽입 구멍(242)이 형성된 그립 바디 셀(grip body shell)(240);을 포함하여 구성한다. 이때, 상기 복수 개의 턱(jaw)(220)은 상기 시험 대상과의 슬립(slip) 현상을 줄이기 위해 요철 형상을 가지며, 상기 시험 대상의 파손을 줄이기 위해 커프(cuff)(222)를 구비한다.
상기 제 1 및 제 2 척(200a)(200b)은 복수 개(예를 들어, 두 개)의 턱(jaw)(220)이 핀 스프링(210)으로 맞물려 있고, 상기 그립 바디(230)가 상기 턱(220)을 둘러쌓고 있다. 그리고 상기 그립 바디(230)와 상기 턱(220)은 나사산으로 연결되어있어 상기 그립 바디 셀(240)을 회전시키게 되면 상기 턱(220)이 나사산을 따라 직선 운동을 하면서 직경 변화를 통해 시험 대상(40)을 고정한다.
상기 턱(220)에는 요철을 가공하여 턱(jaw)과 시험대상과의 슬립(slip) 현상을 줄이도록 하였고, 상기 턱(jaw)으로 인한 파손을 최소화로 하기 위해 익스펜더어블 커프(expenderable cuff)(222)를 부착하였다. 상기 익스펜더어블 커프(expenderable cuff)는 일종의 스펀지 같은 재료로서, 물 같은 액체를 흡수하여 팽창하는 성질을 가지고 있다.
상기 구성을 갖는 상기 제 1 및 제 2 척(200a)(200b)의 조립 방법은 다음과 같다.
먼저, 상기 턱(220)의 아래 부분에 뚫려 있는 구멍에 상기 핀 스프링(210)을 체결한다. 그 후, 상기 턱(220)에 체결된 상기 핀 스프링(210)을 상기 그립 바디(230)의 고정홈(233)에 체결하여 고정한 후 상기 그립 바디(230)에 있는 나사산과 상기 그립 바디 셀(240)의 내부의 나사산과 채결하여 조립을 완성한다.
따라서 상기 그립 바디 셀(240)을 회전하여 높이를 조절함으로써 상기 핀 스프링(210)에 고정되어 있는 두 개의 턱(220)을 이용하여 시험 대상(40)을 안정하게 고정하게 된다.
일반적으로, 생체 조직이나 재생 조직은 작은 하중에서도 쉽게 파손되는 문제가 있기 때문에, 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 생체 조직용 그립(grip)을 제작하였다.
끝으로, 상기 측정부(30)는 각각 시험과정에서 시험 대상에게 가해지는 하중과 발생하는 변위를 측정하는 로드셀(Load cell)(31)과 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)(32)로 구성된다. 상기 로드셀(31)은 상기 고정대(21)에 설치되며, 상기 LVDT(32)는 상기 고정대(21)와 상기 이송대(22) 사이에 설치된다.
한편, 상기 하중과 변위는 물성 평가에 있어서 대단히 중요한 요소이기 때문에 정확한 측정이 필요하다. 일반적인 생체조직이나 재생 조직은 금속 재료와 비교해 작은 하중에서도 파손이 일어나기 때문에 정밀한 측정이 가능한 제품을 사용한다. 특히 시험의 대상이나 규모가 크지 않기 때문에 작은 오차에도 크게 잘못된 결과가 나올 수 있기 때문이다.
상기 구동부(10), 상기 고정부(20) 및 상기 측정부(30)는 외부 환경에 의한 영향을 최소화하기 위해 모든 부품들을 고정할 수 있게 제작된 픽쳐(Fixture) 위에서 설치하고 시험한다.
다음은, 상기 구성을 갖는 본 발명에 의한 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치의 물성 평가 방법에 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 시험 대상(40)을 고정부(20)의 척에 고정한다(단계 S10).
그 다음, 상기 구동부(10)에서 일정한 속도의 변위를 발생하여 상기 시험 대상(40)으로 전달하기 위한 하중을 발생한다(단계 S20).
그 다음, 상기 구동부(10)에서 발생한 하중을 상기 고정부(20)를 통해 상기 시험 대상(40)으로 직접 전달한다(단계 S30).
그 다음, 상기 측정부(30)에서 상기 변위로 발생하는 하중의 크기와 상기 시험 대상(40)에서 실제로 발생하는 변위를 측정한다(단계 S40).
여기서, 상기 시험 대상(40)은 생체 조직, 재생 조직, 폴리머(polymer) 등의 합성수지를 모두 포함한다.
본 발명은 기존의 여러 작용 인자들의 전기적 신호를 통해 간접적으로 물성을 측정하는 방식이 아닌 재료에 직접 기계적 자극을 가하여 그에 따른 재료의 변위를 측정하는 방식으로 일정의 재료 시험기라고 볼 수 있다. 때문에 보다 정확한 평가가 가능하며 시험 대상도 생체 조직이나 재생 조직을 주목적으로 제작하였지만 폴리머(polymer) 등 합성수지의 물성 평가도 가능하다.
또한, 본 발명은 기존의 재료시험기로는 불가능한 생체 조직 및 재생 조직의 물성을 조사할 수 있는 기구이며, 이를 통해 새로운 생체 재료의 개발이나 의료 연구에 사용될 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 방법 및 그 장치에 의하면, 다양한 생체 조직 및 재생 조직의 재료 물성 평가를 위한 기구로써 구동부, 측정부, 고정부로 이루어져 있으며, 다양한 생체 조직 및 재생 조직의 재료시험이 가능할 뿐만 아니라 의료용 조직 연구 및 생체 재료 연구분야에 널리 활용될 수 있다.
또한, 기존의 재료시험기로는 불가능한 생체 조직 및 재생 조직의 물성을 조사할 수 있기 때문에 새로운 생체 재료의 개발이나 의료 연구에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 장비를 사용하여 생체 조직 및 재생 조직의 물성을 보다 정확히 측정하면 이를 이용하여 연구하는 바이오산업이나 그와 연계된 계측 기기나 계측 산업에 사용될 경우 획기적인 부가가치를 창출할 수 있다.
또한, 현재까지 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가가 가능한 고가의 장비를 대체 할 수 있어 본 발명을 통해 넓은 시장성을 확보할 수 있다.
또한, 향후 생체 조직 및 재생 조직에 특정 물성치가 요구되는 경우 평가 기구로써 전문화된 기업화가 가능하다.

Claims (10)

  1. 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치에 있어서,
    일정한 속도로 변위를 발생하여 시험 대상으로 전달하기 위한 하중을 발생하는 구동부(10);
    상기 시험 대상을 고정하며 상기 구동부(10)에서 발생한 하중을 상기 시험 대상으로 전달하는 고정부(20); 및
    상기 변위로 발생하는 하중의 크기와 상기 시험 대상에서 실제로 발생하는 변위를 측정하는 측정부(30);를 포함하여 구성되되,
    상기 고정부(20)는:
    상기 시험대상의 일 측을 고정하는 제 1 척(200a)을 구비한 고정대(21); 및
    상기 시험대상의 타 측을 고정하는 제 2 척(200b)을 구비하며 상기 구동부에서 발생한 직선 운동에 의해 상기 시험대상으로 하중을 전달하는 이송대(22);를 포함하여 구성되고,
    상기 제 1 및 제 2 척(200a)(200b)은:
    핀 스프링(210)에 의해 체결되는 복수 개의 턱(jaw)(220)과;
    외주면에 나사산이 형성된 제 1 몸체부(231)와, 상기 제 1 몸체부(231)의 일 측에 집게 모양으로 일체로 형성되되 상기 제 1 몸체부보다 직경이 작게 형성된 제 2 몸체부(232)와, 상기 제 1 및 제 2 몸체부에 상기 핀 스프링을 체결하여 고정하는 고정홈(233)이 일체로 형성된 그립 바디(grip body)(230); 및
    상기 그립 바디의 나사산과 체결하는 나사산(241)이 내주면에 형성되고 상기 시험 대상을 삽입하도록 일 측에 삽입 구멍(242)이 형성된 그립 바디 셀(grip body shell)(240);을 포함하여 구성되며,
    상기 그립 바디 셀을 회전시키면 나사산을 따라 직선 운동을 하면서 직경 변화를 통해 상기 시험 대상을 고정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부(10)는:
    일정한 속도로 변위를 발생시키는 서보모터(11); 및
    상기 서보모터의 회전수를 감속비에 의해 조절하여 원하는 하중을 얻게 하며 상기 서보모터의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 감속기(12);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 턱(jaw)은:
    상기 시험 대상과의 슬립(slip) 현상을 줄이기 위해 요철 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 복수 개의 턱(jaw)은:
    상기 시험 대상의 파손을 줄이기 위해 커프(cuff)를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 측정부(30)는:
    상기 고정대에 설치되며, 상기 시험 대상에게 가해지는 하중과 발생하는 변위를 측정하는 로드 셀(Load cell)(31); 및
    상기 고정대 및 상기 이송대 사이에 설치되며, 상기 시험 대상에게 가해지는 하중과 발생하는 변위를 측정하는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)(32)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 시험 대상은:
    생체 조직, 재생 조직, 합성수지를 포함한 시험 대상 중 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의 물성 평가 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020070017788A 2007-02-22 2007-02-22 마이크로 스테이지를 이용한 생체 조직 및 재생 조직의물성 평가 방법 및 그 장치 KR101342090B1 (ko)

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