KR101585328B1

KR101585328B1 - 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치 및 이를 이용한 제조 방법

Info

Publication number: KR101585328B1
Application number: KR1020140064573A
Authority: KR
Inventors: 김철생; 박찬희
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2016-01-14
Also published as: KR20150136892A

Abstract

본 발명에 따른 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치는 중공의 프레임(1) 내에서 X-Y-Z축 방향으로 이동하는 제1 노즐 어셈블리(10); 상기 제1 노즐 어셈블리(10)에 연결된 상태에서 상기 제1 노즐 어셈블리(10)의 Z축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 수직이동모듈(20); 상기 제1 수직이동모듈(20)의 X축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 가로이동모듈(30); 및 상기 제1 가로이동모듈(30)의 Y축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 세로이동모듈(40)을 포함하고, 상기 제1 노즐 어셈블리(10)는 노즐 바디(13), 상기 노즐 바디(13)의 일측에 장착되는 3D 스캐폴드 노즐(16), 및 상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 소정 각도를 유지한채 배치되는 셀 노즐(17)을 포함하며, 상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 셀 노즐(17)을 통해 상기 프레임(1) 내부에 배치된 베이스(2) 상으로 공급되는 스캐폴드 고분자 및 셀을 통해 고분자 나노 파이버 복합체(5)를 제조한다.

Description

스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치 및 이를 이용한 제조 방법{Hybrid Bio Print Apparatus for manufacturing Scaffold Supporter and Method for manufacturing using the same}

본 발명은 골 재생 유도(Guided Bone Regeneration)용 어플리케이션을 위한 3D 생체 재료로 사용되는 스캐폴드 지지체를 제조하는 장치 및 방법에 대한 것이다.

생체조직공학(tissue engineering)이란 생명과학, 의학, 공학의 기본 개념과 기술을 바탕으로 하여 생체조직의 대용품을 만들어 생체에 이식함으로써 생체 기능의 유지, 향상, 복원을 가능하게 하고자 하는 기술을 통틀어 일컫는 것이다. 1980년대 처음으로 인공피부가 제작되면서 새로운 학문 분야로 인정받기 시작하여 현재까지 다양하고 활발한 연구가 이루어져 오고 있다. 매우 복잡한 조직인 장기의 경우에는 아직까지는 연구 단계에서 크게 벗어나지 못했으나, 상대적으로 단순한 조직인 피부나 뼈 등의 경우에는 널리 사용되는 단계까지 발전되어 있다.

생체조직공학의 실제 구현은, 환자의 몸에서 필요한 조직을 채취하고 그 조직편으로부터 세포를 분리한 다음 분리된 세포를 배양을 통하여 필요한 양만큼 증식시키고 다공성을 가지는 생분해성 고분자 지지체에 심어 일정기간 체외 배양함으로써 형성되는 스캐폴드(scaffold, '세포 배양 지지체'라고도 함)를 다시 인체 내에 이식하는 방식으로 이루어진다. 이식 후 세포들은 대부분의 조직이나 장기의 경우 신생 혈관이 형성될 때까지는 체액의 확산에 의해 산소와 영양분을 공급받다가 인체 내의 혈관이 들어와 혈액의 공급이 이루어지면 세포들이 증식 분화하여 새로운 조직 및 장기를 형성하고 생분해성 고분자 지지체는 그동안 분해되어 사라지게 된다.

인체 조직의 재생을 위해 사용되는 지지체의 재료의 주된 요건은 다음과 같다. 먼저 가장 기본적으로는 조직세포가 그 위에 잘 유착되어야 하며, 또한 조직세포가 재료 표면에 유착하여 3차원적 구조를 가진 조직을 형성할 수 있도록 기질 또는 지지체의 역할을 충분히 할 수 있는 기계적 강도를 가져야 한다. 또한 이식된 세포와 숙주 세포 사이에 위치하는 중간 장벽으로서의 역할도 해야 하는데 이를 위해서는 이식 후 혈액응고나 염증반응이 일어나지 않는 무독성의 생체적합성이 있어야 한다. 또한 이식된 세포가 새로운 체내 조직으로서 기능과 역할을 하게 되면 원하는 시간 안에 생체 내에서 완전히 분해되어 사라질 수 있는 생분해성을 지녀야 한다.

스캐폴드는 다공성, 생체 적합성 및 골전도도를 구비해야 하며, 반드시 흡수되어야 하고 새로 형성된 뼈 조직으로 점진적으로 대체될 수 있어야 한다.

최근 가장 많이 연구되고 있는 전기 방사법을 이용한 3D 스캐폴드 제조는 기존의 전기 방사법을 약간 개조한 정도의 수준에 머무르고 있으며, 완벽한 3D 스캐폴드로 보기에는 다소 무리가 있다는 문제점이 있다.

세포배양지지체 제조 장치와 관련된 종래기술로서 등록특허 제10-1118128호를 들 수 있는데, 구체적으로 원통형 수집부를 이용하여 원통형을 포함하는 다양한 형태의 세포배양지지체를 용이하게 제조할 수 있는 세포배양지지체 제조 장치를 제공한다.

그러나, 상기 종래기술은 원통형 수집부를 이용함으로써 제조가 어려웠던 원통형, 반원형 등과 같은 다양한 형태의 세포배양지지체를 제조할 수 있다는 내용을 개시하고 있으나, 고분자 나노 파이버 복합체를 공급하는 것과 동시에 3D 스캐폴드 구조체를 형성할 수 있는 구체적 방안에 대해서는 마련되어 있지 않다는 점에서 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다축 로봇이 지원되는 전기방사 및 가스 유도 방식의 방사 노즐을 구비한 상태에서 솜 타입의 고분자 나노 파이버 복합체를 공급하여 3D 형태의 바이오 구조체를 제조할 수 있는 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치 및 이를 이용한 제조 방법을 제공하기 위한 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 관점에 따른 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치는 중공의 프레임(1) 내에서 X-Y-Z축 방향으로 이동하는 제1 노즐 어셈블리(10); 상기 제1 노즐 어셈블리(10)에 연결된 상태에서 상기 제1 노즐 어셈블리(10)의 Z축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 수직이동모듈(20); 상기 제1 수직이동모듈(20)의 X축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 가로이동모듈(30); 및 상기 제1 가로이동모듈(30)의 Y축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 세로이동모듈(40)을 포함하고, 상기 제1 노즐 어셈블리(10)는 노즐 바디(13), 상기 노즐 바디(13)의 일측에 장착되는 3D 스캐폴드 노즐(16), 및 상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 소정 각도를 유지한채 배치되는 셀 노즐(17)을 포함하며, 상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 셀 노즐(17)을 통해 상기 프레임(1) 내부에 배치된 베이스(2) 상으로 공급되는 스캐폴드 고분자 및 셀을 통해 고분자 나노 파이버 복합체(5)를 제조한다.

상기 바이오 프린트 장치는, 상기 프레임(1) 내에서 X-Y-Z축 방향으로의 위치 변경이 가능한 제2 노즐 어셈블리(50); 상기 제2 노즐 어셈블리(50)의 X축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제2 가로이동모듈(60); 및 상기 제2 가로이동모듈(60)의 Y축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제2 세로이동모듈(70);을 더 포함한다.

상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 상기 셀 노즐(17)은 직교하는 형태로 배치된다.

상기 제1 노즐 어셈블리(10)는 노즐 어셈블리 지지대(11), 상기 노즐 어셈블리 지지대(11)에 회전 가능하게 결합되며 노즐 바디(13)에 고정되는 노즐 회전축(12) 및 상기 노즐 회전축(12)과 결합된 상태에서 상기 노즐 바디(13)에 회전력을 제공하는 제1 노즐 구동 모터(18)를 더 포함한다.

본 발명의 다른 관점에 따른 하이브리드 바이오 프린트 장치를 이용한 스캐폴드 지지체 제조 방법은 상기 제1 수직이동모듈(20), 제1 가로이동모듈(30), 제1 세로이동모듈(40)을 이용하여 상기 제1 노즐 어셈블리(10)를 제어부에 기설정된 위치로 이동시키는 단계; 상기 제1 노즐 어셈블리(10)의 구동 모터를 통해 상기 노즐 바디(13)를 회전 구동하여 상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 상기 셀 노즐(17)을 상기 프레임(1) 내부에 배치된 베이스(2)의 기설정된 위치 상에 배치시키는 단계; 및 상기 노즐 바디(13)의 위치를 교대로 변경함으로써 상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 상기 셀 노즐(17)을 통하여 공급되는 재료로 나노 파이버 복합체(5)를 형성하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치는 다축 로봇이 지원되는 전기방사 및 가스 유도 방식의 방사 노즐을 구비한 상태에서 솜 타입의 고분자 나노 파이버 복합체를 공급하여 3D 형태의 바이오 구조체를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치의 전체적인 구조를 보이는 개념도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치의 전체적인 구조를 보이는 개념도,
도 3은 나노 파이버 노즐을 통해 나노 파이버를 형성하는 것을 나타낸 도면,
도 4는 3D 스캐폴드 노즐을 통해 나노 파이버 상에 스캐폴드를 3차원으로 형성하는 것을 나타낸 도면,
도 5는 셀 노즐을 통해 3차원 형성된 스캐폴드 상에 셀 타원체를 형성하는 것을 나타낸 도면, 및
도 6은 솜 타입의 나노 파이버를 제조하는 과정을 보이는 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에서 사용되는 용어인 스캐폴드는 필요한 조직을 채취하고 그 조직편으로부터 세포를 분리한 다음 분리된 세포를 배양을 통하여 필요한 양만큼 증식시키고 다공성을 가지는 생분해성 고분자 지지체에 심어 일정기간 체외 배양함으로써 형성되는 것으로 정의할 수 있고, 세포 배양 지지체로도 칭할 수 있다.

생분해성 고분자 지지체는 PLA(poly(lactic acid)), PGA(poly(glycolic acid)), PCL(polycaprolactone), PLGA(poly(lactic-co-glycolic acid)), PU(polyurethane) 중 선택되는 적어도 어느 하나인 합성 고분자 재료에서 얻어지거나, 또는 콜라겐(collagen), 알부민(albumin), 아미노산(poly(amino acid))을 포함하는 단백질 및 단백질을 기초로 하는 고분자, 셀룰로오스(cellulose), 아가로스(agarose), 알지네이트(alginate), 헤파린(heparin), 히아루론산(hyaluronic acid), 키토산(chitosan) 중 선택되는 적어도 어느 하나인 천연 고분자 재료로부터 얻어질 수 있다.

본 장치를 통하여 제작할 수 있는 스캐폴드는 세포 배양(Cell culturing)을 위한 지지체인 스케폴드로서 크기가 수십 마이크로(㎛)에서 수백 밀리미터(mm)급의 스캐폴드를 제작할 수 있다. 사용할 수 있는 재료로서는 크게 제한이 없으며, 세포 배양을 위한 스캐폴드이므로 생분해성 바이오 고분자인 PCL, PLGA, PLLA 등과 같은 고분자가 주로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에서 주로 사용되는 세포(cell)의 종류로서는 조골 세포(Osteoblast cell)와 같은 인체 Cell과 그 외로서는 Bone growth 촉진과 같은 cell 을 주로 사용할 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치(100)를 설명한다.

본 명세서 상에서는 X-Y-Z 좌표계가 사용되는데, X축 방향을 가로 방향으로 설정하고, Y축 방향을 세로 방향으로 설정하고, 그리고 Y축 방향을 수직 방향으로 설정할 수 있다.

본 발명의 바이오 프린트 장치(100)는 내부에 공간이 형성된 프레임(1) 내에서 X-Y-Z축 방향으로 위치 변경이 가능한 제1 노즐 어셈블리(10), 제1 노즐 어셈블리(10)에 연결된 상태에서 상기 제1 노즐 어셈블리(10)의 Z축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 수직이동모듈(20), 제1 수직이동모듈(20)의 X축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 가로이동모듈(30), 및 제1 가로이동모듈(30)의 Y축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 세로이동모듈(40)을 포함한다.

제1 노즐 어셈블리(10)는 3D 스캐폴드 노즐(16) 및 셀 노즐(17)을 포함하는 것으로서, 프레임(1) 내부 저면에 배치된 베이스(2) 상으로 공급되는 나노 파이버 상에 고분자 나노 파이버 복합체(5)를 제조한다.

구체적으로, 제1 노즐 어셈블리(10)는 노즐 어셈블리 지지대(11), 노즐 어셈블리 지지대(11)에 회전 가능하게 결합되는 노즐 회전축(12), 노즐 회전축(12)에 고정되는 노즐 바디(13), 노즐 바디(13)의 일측면에 장착되는 3D 스캐폴드 노즐(16), 노즐 바디(13)의 다른 측면에 장착되는 셀 노즐(17), 및 노즐 회전축(12)과 결합된 상태에서 노즐 바디(13)에 회전력을 제공하는 제1 노즐 구동 모터(18)를 포함한다. 3D 스캐폴드 노즐(16)과 셀 노즐(17)은 노즐 바디(13) 상에서 소정 각도를 유지하는 형태로 배치될 수 있는데, 구체적으로 상기의 소정 각도는 90도로서 3D 스캐폴드 노즐(16)과 셀 노즐(17)은 직교하는 형태로 배치된다.

제1 수직이동모듈(20)은 Z축 방향으로 배치되는 이동모듈 바디(21), 이동모듈 바디(21)의 상단에 X-Y 평면 상에 수평하게 결합되는 거치 플레이트(22), 거치 플레이트(22)를 관통하여 노즐 어셈블리 지지대(11)의 상단에 스크류 결합하는 승강 스크류(23), 거치 플레이트(22)의 하단에 결합하는 구동 모터(24), 거치 플레이트(22) 상에서 구동 모터(24)에 직접 결합하는 구동 풀리(25), 거치 플레이트(22) 상에서 구동 풀리(25)와 소정거리 이격 배치되는 종동 풀리(26), 및 구동 풀리(25)와 종동 풀리(26)를 상호 연결하는 구동 벨트(27)를 포함한다.

제1 가로이동모듈(30)은 X축 방향을 따라 배치되며 이동모듈 바디(21)가 슬라이딩 가능하게 결합되는 가로 슬라이딩바(31), 가로 슬라이딩바(31)의 일단에 배치되는 구동 모터(32), 구동 모터(32)에 결합되는 구동 풀리(33), 구동 풀리(33)와 소정거리 이격 배치되는 종동 풀리(34), 구동 풀리(33)와 종동 풀리(34)를 상호 연결하는 제1 가로구동벨트(35), 및 가로 슬라이딩바(31)의 양단에 형성되는 슬라이딩바 가이드(36)를 포함한다.

제1 세로이동모듈(40)은 슬라이딩바 가이드(36)에 결합되는 제1 세로구동벨트(41), 제1 세로구동벨트(41)의 양측에 결합되는 한 쌍의 풀리(42,43), 한 쌍의 풀리(42,43) 중 어느 하나의 풀리의 축 방향을 따라 결합되는 구동축(44), 구동축(44)에 회전력을 전달하는 동력 전달체(45) 및 동력 전달체(45)에 결합되는 구동 모터(46)를 포함한다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치(200)를 설명한다.

이하에서는 제1 실시예(100)와 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략하고 차별적인 구조에 대해서만 설명하는 것으로 한다.

바이오 프린트 장치(200)는 내부에 공간이 형성된 프레임(1) 내에서 X-Y-Z 방향으로 위치 변경이 가능한 제1 노즐 어셈블리(10), 제1 노즐 어셈블리(10)에 연결된 상태에서 상기 제1 노즐 어셈블리(10)의 수직 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 수직이동모듈(20), 제1 수직이동모듈(20)의 X축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 가로이동모듈(30), 제1 가로이동모듈(30)의 Y축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 세로이동모듈(40), 프레임(1) 내에서 X-Y-Z축 방향으로의 위치 변경이 가능한 제2 노즐 어셈블리(50), 제2 노즐 어셈블리(50)의 X축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제2 가로이동모듈(60) 및 제2 가로이동모듈(60)의 Y축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제2 세로이동모듈(70)을 포함한다. 여기에서, 제2 노즐 어셈블리(50)의 수직 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제2 수직이동모듈은 그 구성을 제1 수직이동모듈(20)과 동일 내지 유사하게 구성할 수 있다.

다음으로는 도 2 내지 도 5를 참조하여 바이오 프린트 장치(200)의 작동 과정을 설명한다.

먼저, 제2 노즐 어셈블리(50)의 이동은 제2 가로이동모듈(60) 및 제2 세로이동모듈(70)을 통해 이루어지며, 상기 이동모듈(60,70)에 의해 제2 노즐 어셈블리(50)가 베이스(2) 상의 적정 위치로 이동된다. 이후, 나노 파이버(nano fiber)를 공급할 수 있는 제2 노즐 어셈블리(50)를 통해 프레임(1) 내부의 저면에 배치된 베이스(2) 상으로 나노 파이버를 공급한다.

본 바이오 프린트 장치를 통하여 제작할 수 있는 나노 파이버는 기존의 전기방사식 시스템에서 제작할 수 있는 나노 파이버와 같이 수십 나노에서 수백 나노(100∼900nm) 급의 고분자 파이버를 제작할 수 있다.

이후, 제어부에 의해 제2 노즐 어셈블리(50)를 통해 기설정된 위치에서 기설정된 양만큼 나노 파이버가 공급되었다고 판단되면, 제1 노즐 어셈블리(10)를 통해 스캐폴드 재료 및 셀 재료를 공급한다.

제1 노즐 어셈블리(10)의 X,Y,Z축 방향으로의 이동은 제1 수직이동모듈(20), 제1 가로이동모듈(30), 제1 세로이동모듈(40)을 이용하여 진행된다. 제1 수직,가로,세로이동모듈(20,30,40)을 통해 제1 노즐 어셈블리(10)가 나노 파이버가 공급된 베이스(2) 상의 특정 위치로 이동된다.

이후 제어부는 제1 노즐 어셈블리(10)의 제1 노즐 구동 모터(18)를 구동하여 노즐 바디(13)의 회전을 가능하게 하여 3D 스캐폴드 노즐(16)이 나노 파이버 복합체(5) 상에 위치하게 한다(제1위치, 도 4 참조). 다음으로, 제1 노즐 구동 모터(18)를 다시 구동하여 노즐 바디(13)를 회전시킴으로써 셀 노즐(17)이 나노 파이버 복합체(5) 상에 위치하게 한다(제2위치, 도 5 참조).

상기와 같이, 제어부는 제1 노즐 구동 모터(18)를 이용하여 노즐 바디(13)의 위치를 제1,2위치 사이에서 교대로 변경 가능하게 함으로써 3D 스캐폴드 노즐(16)과 셀 노즐(17)을 통하여 재료를 공급한다. 이를 통해 나노 파이버, 생분해성 고분자 재료 및 셀(cell)을 순서대로 공급할 수 있다.

본 장치에서 제조할 수 있는 제품의 크기가 작으므로 나노 파이버를 집중해서 방사해야 하는 필요성이 있게 된다. 이를 위해서 기존의 노즐과는 달리 나노 파이버가 흩어지지 않도록 일반적인 공기나 질소(Nitrogen)와 같은 가스를 공급할 수 있는 가스공급장치를 더 포함한 상태에서, 나노 파이버를 방사시에 상기 가스공급장치를 통해 공기 등을 동시에 유도해주면 나노 파이버를 원하는 포인트에 집중시킬 수 있는 장점이 있다.

즉, Core-shell 과 같은 방식으로 core에서는 나노 파이버가 방사되고, shell에서는 공기가 방출되면서 나노 파이버의 guiding 역할을 해주게 된다.

한편, 도 6을 참조하면 본 발명에 따른 장치를 사용하는 과정에서 고분자를 특정하고 특정된 고분자의 점도를 달리하면서 방사를 하게 되면 솜 타입의 나노 파이버도 제조할 수 있다. 솜 타입의 나노 파이버는 기존 나노 파이버가 직조형태가 아닌 형태의 mat 형상의 nonwooven 형태로 제조되는데 반하여, 본 발명에 따른 장치를 이용하게 되면 cotton type의 솜 타입과 같은 나노 파이버도 제조할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스캐폴드 지지체 제조용 하이브리드 바이오 프린트 장치는 다축 로봇이 지원되는 전기방사 및 가스 유도 방식의 방사 노즐을 구비한 상태에서 솜 타입의 고분자 나노 파이버 복합체를 공급하여 3D 형태의 바이오 구조체를 제조할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

1 : 프레임
2 : 베이스
10 : 제1 노즐 어셈블리
20 : 제1 수직이동모듈
30 : 제1 가로이동모듈
40 : 제1 세로이동모듈
50 : 제2 노즐 어셈블리
60 : 제2 가로이동모듈
70 : 제2 세로이동모듈
100, 200 : 바이오 프린트 장치

Claims

중공의 프레임(1) 내에서 X-Y-Z축 방향으로 이동하는 제1 노즐 어셈블리(10);
상기 제1 노즐 어셈블리(10)에 연결된 상태에서 상기 제1 노즐 어셈블리(10)의 Z축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 수직이동모듈(20);
상기 제1 수직이동모듈(20)의 X축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 가로이동모듈(30);
상기 제1 가로이동모듈(30)의 Y축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제1 세로이동모듈(40);
상기 프레임(1) 내에서 X-Y-Z축 방향으로의 위치 변경이 가능한 제2 노즐 어셈블리(50);
상기 제2 노즐 어셈블리(50)의 X축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제2 가로이동모듈(60); 및
상기 제2 가로이동모듈(60)의 Y축 방향으로의 이동을 가능하게 하는 제2 세로이동모듈(70);을 포함하고,
상기 제1 노즐 어셈블리(10)는 노즐 바디(13), 상기 노즐 바디(13)의 일측에 장착되는 3D 스캐폴드 노즐(16), 및 상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 소정 각도를 유지한채 배치되는 셀 노즐(17)을 포함하며,
상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 셀 노즐(17)을 통해 상기 프레임(1) 내부에 배치된 베이스(2) 상으로 공급되는 스캐폴드 고분자 및 셀을 통해 고분자 나노 파이버 복합체(5)를 제조하고, 상기 제2 노즐 어셈블리(50)는 전기 방사를 통해 고분자 나노 파이버를 공급하고,
상기 고분자 나노 파이버 공급시에, 공기 또는 질소 가스를 공급할 수 있는 가스공급장치는 공기 또는 질소 가스를 동시에 유도하게 함으로써 상기 나노 파이버를 원하는 포인트에 집중시키고,
이를 통해 마이크로 레벨의 스캐폴드 제조 및 고분자 나노 파이버 제조를 일체적으로 수행하는,
바이오 프린트 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 상기 셀 노즐(17)은 직교하는 형태로 배치되는,
바이오 프린트 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 노즐 어셈블리(10)는 노즐 어셈블리 지지대(11), 상기 노즐 어셈블리 지지대(11)에 회전 가능하게 결합되며 노즐 바디(13)에 고정되는 노즐 회전축(12) 및 상기 노즐 회전축(12)과 결합된 상태에서 상기 노즐 바디(13)에 회전력을 제공하는 제1 노즐 구동 모터(18)를 더 포함하는,
바이오 프린트 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 노즐 어셈블리(50)는 수십 나노(nm) 내지 수백 나노(nm) 급의 고분자 나노 파이버를 공급하는,
바이오 프린트 장치.
제 5 항에 있어서,
공기 또는 질소 가스를 공급할 수 있는 가스공급장치를 더 포함하고, 상기 가스공급장치는 상기 제2 노즐 어셈블리(50)를 통해 나노 파이버를 방사시에 상기 공기 또는 질소 가스를 동시에 유도함으로써 상기 나노 파이버를 원하는 포인트에 집중시키는,
바이오 프린트 장치.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 바이오 프린트 장치를 이용한 제조 방법에 있어서,
제2 가로이동모듈(60) 및 제2 세로이동모듈(70)을 통해 제2 노즐어셈블리(50)를 프레임(1) 내부에 배치된 베이스(2) 상의 적정 위치로 이동시키는 단계;
상기 제2 노즐 어셈블리(50)를 통해 상기 베이스(2) 상으로 나노 파이버를 공급하는 단계;
제어부에 의해 상기 제2 노즐 어셈블리(50)를 통해 기설정된 위치에서 기설정된 양만큼 나노 파이버가 공급되었는지 판단하는 단계;
제1 수직이동모듈(20), 제1 가로이동모듈(30), 제1 세로이동모듈(40)을 이용하여 제1 노즐 어셈블리(10)를 제어부에 기설정된 위치로 이동시키는 단계;
상기 제1 노즐 어셈블리(10)의 구동 모터를 통해 노즐 바디(13)를 회전 구동하여 3D 스캐폴드 노즐(16)과 셀 노즐(17)을 상기 프레임(1) 내부에 배치된 베이스(2)의 기설정된 위치 상에 배치시키는 단계; 및
상기 노즐 바디(13)의 위치를 교대로 변경함으로써 상기 3D 스캐폴드 노즐(16)과 상기 셀 노즐(17)을 통하여 공급되는 재료로 나노 파이버 복합체(5)를 형성하는 단계;를 포함하는,
제조 방법.