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KR101800249B1 - 세포 프린팅 조성물의 혼합 장치 - Google Patents

세포 프린팅 조성물의 혼합 장치 Download PDF

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KR101800249B1
KR101800249B1 KR1020160177709A KR20160177709A KR101800249B1 KR 101800249 B1 KR101800249 B1 KR 101800249B1 KR 1020160177709 A KR1020160177709 A KR 1020160177709A KR 20160177709 A KR20160177709 A KR 20160177709A KR 101800249 B1 KR101800249 B1 KR 101800249B1
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KR
South Korea
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mixing
liquid
threaded guide
printing composition
rod
Prior art date
Application number
KR1020160177709A
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안근선
심진형
이정석
이인규
민경현
진송완
윤원수
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주식회사 티앤알바이오팹
한국산업기술대학교산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명에 의한 세포 프린팅 조성물의 혼합 장치는, 제1 액체가 수용되는 제1 수용부와, 제1 수용부에 수용되는 제1 액체를 토출시키는 제1 가동부를 포함하는 제1 시린지와; 제2 액체가 수용되는 제2 수용부와, 제2 수용부에 수용되는 제2 액체를 토출시키는 제2 가동부를 포함하는 제2 시린지와; 토출되는 제1 액체와, 토출되는 제2 액체가 진입하여 혼합되며 회전하는 혼합부를 포함하는 혼합 용기와; 제1 가동부와, 제2 가동부 및 혼합부를 가동시키는 동력 전달부를 포함한다.

Description

세포 프린팅 조성물의 혼합 장치{Mixing Device for Cell-printing Composition}
본 발명은 세포 프린팅 조성물의 혼합 장치에 관한 것으로서 좀 더 자세하게는 재료의 주입과 재료의 혼합이 한번에 가능한 혼합 장치에 관한 것이다.
3D 프린팅 기술을 이용하여 세포를 프린팅하여 생체 조직을 구현하려는 연구가 계속되어 오고 있다. 이를 "세포 프린팅"이라고 하는데 3D 프린터의 노즐을 통해서 세포가 포함된 콜라겐, 젤라틴(gelatin), 알지네이트(alginate)와 같은 하이드로겔 형태의 세포프린팅 조성물이 토출되어서 프린팅된다. 이러한 세포 프린팅 조성물은 바이오잉크로 지칭되기도 한다.
세포 프린팅 조성물을 만들기 위해서는, 프린팅이 가능한 점도를 가지는 하이드로겔과 세포 배양액을 혼합해야 하는데, 그러한 혼합 장치의 일례로 스웨덴 고텐부르크에 소재하는 CELLINK사의 상품명 "CELLMIXER"가 있다. 그런데 이 장치는 혼합하는 스크류가 정적인 상태를 유지하고 있기 때문에 효율적인 재료의 혼합이 어려운 단점이 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 단점을 해결함으로써, 재료의 동적 혼합이 가능하며, 더 나아가 재료의 주입 및 혼합이 한번에 수행될 수 있는 구조의, 세포 프린팅 조성물의 혼합 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 세포 프린팅 조성물의 혼합 장치는, 제1 액체가 수용되는 제1 수용부와, 제1 수용부에 수용되는 제1 액체를 토출시키는 제1 가동부를 포함하는 제1 시린지와; 제2 액체가 수용되는 제2 수용부와, 제2 수용부에 수용되는 제2 액체를 토출시키는 제2 가동부를 포함하는 제2 시린지와; 토출되는 제1 액체와, 토출되는 제2 액체가 진입하여 혼합되며 회전하는 혼합부를 포함하는 혼합 용기와; 제1 가동부와, 제2 가동부 및 혼합부를 가동시키는 동력 전달부를 포함한다.
본 발명에 의한 혼합 장치는, 제1 가동부가 이동 가능하게 연결되는 제1 나사선 가이드와; 제2 가동부가 이동 가능하게 연결되는 제2 나사선 가이드와; 혼합부를 회전시키는 로드부를 더 포함할 수 있다.
제1 가동부는 제1 나사선 가이드의 회전에 의해 이동할 수 있고, 제2 가동부는 제2 나사선 가이드의 회전에 의해 이동할 수 있다.
제1 나사선 가이드와, 제2 나사선 가이드와, 로드부는 동력 전달부에 의해서 회전할 수 있다.
동력 전달부는, 링기어와, 링기어의 회전에 의해 회전하도록 제공되는 선기어와, 선기어에 치합하는 제1 유성 기어와, 선기어에 치합하는 제2 유성 기어를 포함할 수 있다.
제1 나사선 가이드는 제1 유성 기어에 의해서 회전하며, 제2 나사선 가이드는 제2 유성 기어에 의해서 회전하며, 로드부는 선기어에 의해서 회전할 수 있다.
제1 가동부는 제1 나사선 가이드에 의해서 안내되는 제1 연결부에 의해서 제1 나사선 가이드에 연결될 수 있고, 제2 가동부는 제2 나사선 가이드에 의해서 안내되는 제2 연결부에 의해서 제2 나사선 가이드에 연결될 수 있다.
본 발명에 의한 혼합 장치는, 제1 연결부가 안내되는 제1 슬롯이 형성되어 있는 제1 가드부와, 제2 연결부가 안내되는 제2 슬롯이 형성되어 있는 제2 가드부를 더 포함할 수 있다.
혼합부는, 상하 방향으로 나선형 형태로 형성된 나선부를 포함하는 제2 혼합부를 포함할 수 있다.
혼합부는, 상하 방향으로 연장하는 봉를 더 포함할 수 있으며, 나선부은 봉의 길이 방향을 따라서 연장할 수 있다. 봉은 로드부에 연결되어, 로드부의 회전에 의해서 회전하도록 제공될 수 있다.
제1 가동부는 제1 수용부 내에서 슬라이딩 이동할 수 있으며, 제2 가동부는 제2 수용부 내에서 슬라이딩 이동할 수 있다.
제1 연결부는 제1 가드부가 끼워지는 제1 홈을 포함할 수 있고, 제2 연결부는 제2 가드부가 끼워지는 제2 홈을 포함할 수 있다.
제1 액체 및 제2 액체 중 어느 하나는 세포 배양액이며, 다른 하나는 세포 프린팅이 가능한 점도를 가지는 하이드로겔이 될 수 있다.
본 발명의 혼합 장치에 의하면, 동력 전달부(40)의 링기어(40)만 돌리면 제1 액체와 제2 액체를 혼합 용기로 공급할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 혼합 용기의 혼합부까지 한번에 회전시킴으로써 동적 혼합이 가능해진다. 결국, 종래 기술에서 정적 혼합에 의한 혼합의 미비점을 해결할 수 있으며, 혼합을 위한 별도의 동력 장치를 둘 필요도 없이 재료의 공급과 혼합을 한번에 해결할 수 있는 우수한 효과가 제공된다.
도 1은 본 발명에 의한 세포 프린팅 조성물의 혼합 장치의 사시도.
도2는 도 1에 도시된 장치의 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 장치의 단면도.
도 4는 도 1에 도시된 장치의 상부측을 아래에서 본 일부사시도.
도 5는 도 1에 도시된 장치의 동력전달부의 저면도.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 자세하게 설명한다. 본 명세서에서는 두 개의 재료를 혼합하는 혼합 장치에 대해서 설명하지만, 본 발명의 기술적 사상을 그대로 유지하면서 후술하는 동력 전달 장치를 적절하게 변경함으로써 더 많은 재료의 혼합이 가능한 혼합 장치를 구성할 수 있다. 본 명세서에서 "연결"이라 함은 두 구성요소가 직접 연결되는 경우 뿐만 아니라, 중간에 다른 매개체가 개재(介在)하여 연결되는 경우까지 모두 포함하는 의미로 정의된다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 세포 프린팅 조성물 혼합 장치는, 제1 시린지(10)와, 제2 시린지(20)와, 혼합 용기(30)와, 동력 전달부(40)를 포함한다.
제1 시린지(10)는, 제1 액체가 수용되는 제1 수용부(12)와, 제1 수용부(12)에 수용된 제1 액체를 혼합 용기(30)로 토출시키는 제1 가동부(14)를 포함한다. 제1 가동부(14)는 제1 수용부(12) 내에서 슬라이딩 이동할 수 있다.
제1 가동부(14)는, 제1 나사선 가이드(51)에 이동 가능하게 연결되는데, 제1 나사선 가이드(51)의 회전에 의해서 제1 수용부(12)에 대해서 이동한다. 제1 가동부(14)는 제1 나사선 가이드(51)에 의해서 안내되는 제1 연결부(145)에 의해서 제1 나사선 가이드(51)에 연결된다. 제1 연결부(145)에는 제1 홈(146)이 형성되어 있는데, 제1 연결부(145)가 제1 가드부(60)의 제1 슬롯(61) 사이에서 안내된다. 제1 가드부(60)는 제1 홈(146)에 끼워진다.
제2 시린지(20)는, 제2 액체가 수용되는 제2 수용부(22)와, 제2 수용부(22)에 수용된 제2 액체를 혼합 용기(30)로 토출시키는 제2 가동부(24)를 포함한다. 제2 가동부(24)는 제2 수용부(22) 내에서 슬라이딩 이동할 수 있다.
제2 가동부(24)는, 제2 나사선 가이드(52)에 이동 가능하게 연결되는데, 제2 나사선 가이드(52)의 회전에 의해서 제2 수용부(22)에 대해서 이동한다.
제2 가동부(24)는 제1 나사선 가이드(51)에 의해서 안내되는 제2 연결부(245)에 의해서 제2 나사선 가이드(52)에 연결된다. 제2 연결부(245)에는 제2 홈(246)이 형성되어 있는데, 제2 연결부(245)가 제2 가드부(70)의 제2 슬롯(71) 사이에서 안내된다. 제2 가드부(70)는 제2 홈(246)에 끼워진다.
제1 나사선 가이드(51)와 제2 나사선 가이드(52)는 후술하는 동력 전달부의 기어들에 연결되어서 회전한다. 제1 나사선 가이드(51)의 나사선 방향과 제2 나사선 가이드(52)의 나사선 방향은, 동력 전달부(40)의 링기어(41)를 돌려서 제1 가동부(14)와 제2 가동부(24)를 이동시킬 때, 두 개의 가동부가 같은 방향으로 움직일 수 있도록 형성될 수 있다.
제1 액체는 세포 배양액이 될 수 있고, 제2 액체는 하이드로겔이 될 수 있다. 본 명세서에 첨부되는 도면에는 제2 수용부(22)가 제1 수용부(12)보다 더 크게 도시되어 있는데, 이는 일반적으로 세포 프린팅 조성물에서 하이드로겔의 양이 세포 배양액의 양보다 많기 때문일 뿐이며, 수용부의 크기와 그 내부에 수용되는 액체의 종류는 실제 구현시에 필요에 따라서 결정할 수 있다.
혼합 용기(30)는 제1 연통부(34; 도 3 참조)와 제2 연통부(36; 도 3 참조)를 통해서 각각 제1 액체와 제2 액체를 제1 시린지(10)와 제2 시린지(20)로부터 공급받는다. 혼합 용기(30)는, 혼합부를 포함하는데, 혼합부는 봉(325)으로부터 방사 방향으로 연장하는 날개부(321)를 포함하는 제1 혼합부(322)와, 상하 방향으로 나선형 형태로 형성된 나선부(323)을 포함하는 제2 혼합부(324)를 포함한다. 나선부(323)는 상하 방향으로 봉(325)의 길이 방향을 따라서 형성될 수 있다. 봉(325)은 도 2에 도시된 바와 같이 로드부(53)에 연결되며, 로드부(53)는 동력 전달부(40)의 후술하는 선기어(42)의 회전에 의해서 회전한다. 로드부(53)가 회전하면 그에 연결된 봉(325)도 회전하여 혼합 용기(30) 내의 재료들이 혼합된다.
혼합 용기(30)의 몸통부의 단부에서 노즐부(35)로 갈수록 좁아지는 형태로 형성하는 것이 혼합의 효율성을 높이는데에 바람직하다.
도 4 및 도 5에는 동력 전달부(40)의 자세한 구성이 도시되어 있다.
동력 전달부(40)는, 유성 기어 형태로 구성될 수 있으며, 링기어(41)와, 선기어(42)와, 제1 유성 기어(43)와, 제2 유성 기어(44)를 포함한다.
선기어(42)는 로드부(53)을 회전하도록 서로 연결되어 있으며, 제1 유성 기어(43)은 제1 나사선 가이드(51)를 회전하도록 서로 연결되어 있으며, 제2 유성 기어(44)는 제2 나사선 가이드(52)를 회전하도록 서로 연결되어 있다. 제1 유성 기어(43)와 제2 유성 기어(44)는 선기어(42)와 치합(齒合)하고 있다. 선기어(42)는 링기어(41)의 회전에 의해서 회전하도록 제공된다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 세포 프린팅 조성물의 혼합 장치의 작동에 대해서 설명한다.
본 발명에 의한 세포 프린팅 조성물의 혼합 장치를 작동시키기 위해서는 동력 전달부(40)의 링기어(41)를 회전시키면 된다. 제1 나사선 가이드(51)와 제2 나사선 가이드(52)가 제1 유성 기어(43) 및 제2 유성 기어(44)에 의해서 회전하여, 결국 제1 가동부(14)와 제2 가동부(24)가 혼합 용기(30)를 향해 아래쪽으로 슬라이딩 운동하는 방향으로 링기어(41)를 회전시키면, 제1 수용부(12)에 수용되어 있는 제1 액체와, 제2 수용부(22)에 수용되어 있는 제2 액체가 각각 제1 연통부(34)와 제2 연통부(36)을 통해서 혼합 용기(30)로 진입한다. 링기어(41)가 회전하면 선기어(42) 역시 회전하면서, 로드부(53)가 회전하게 되며, 그에 따라서 혼합 용기(30)의 봉(325) 역시 회전한다. 봉(325)의 회전에 의해서 날개부(321)와 나선부(323) 역시 회전하게 되며, 그에 의해서 혼합 용기(30)에 진입한 재료들의 혼합이 원활하게 이루어진다. 혼합이 이루어진 다음에는, 혼합 용기(30)로 계속 밀려들어 오는 제1 액체와 제2 액체가 밀어내는 힘에 의해서 노즐(35)를 통해서 외부로 토출된다.
이러한 본 발명의 혼합 장치에 의하면, 동력 전달부(40)의 링기어(40)만 돌리면 제1 액체와 제2 액체를 혼합 용기로 공급할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 혼합 용기의 나선 스크류를 회전시킴으로써 동적 혼합이 가능해진다. 결국, 종래 기술에서 정적 혼합에 의한 혼합의 미비점을 해결할 수 있으며, 혼합을 위한 별도의 동력 장치를 둘 필요도 없이 재료의 공급과 혼합을 한번에 해결할 수 있는 우수한 효과가 제공된다.
이상 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및 수정도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.
10: 제1 시린지 12: 제1 수용부
14: 제1 가동부 20: 제2 시린지
22: 제2 수용부 24: 제2 가동부
30: 혼합 용기 35: 노즐
40: 동력 전달부 41: 링기어
42: 선기어 43: 제1 유성 기어
44: 제2 유성 기어 51: 제1 나사선 가이드
52: 제2 나사선 가이드 53: 로드부
60: 제1 가드부 61: 제1 슬롯
70: 제2 가드부 71: 제2 슬롯
145: 제1 연결부 146: 제1 홈
245: 제2 연결부 246: 제2 홈
321: 날개부 322: 제1 혼합부
323: 나선부 324: 제2 혼합부
325: 봉

Claims (10)

  1. 제1 액체가 수용되는 제1 수용부와, 제1 수용부에 수용되는 제1 액체를 토출시키는 제1 가동부를 포함하는 제1 시린지와,
    제2 액체가 수용되는 제2 수용부와, 제2 수용부에 수용되는 제2 액체를 토출시키는 제2 가동부를 포함하는 제2 시린지와,
    토출되는 제1 액체와, 토출되는 제2 액체가 진입하여 혼합되며 회전하는 혼합부를 포함하는 혼합 용기와,
    제1 가동부와, 제2 가동부 및 혼합부를 가동시키는 동력 전달부와,
    제1 가동부가 이동 가능하게 연결되는 제1 나사선 가이드와,
    제2 가동부가 이동 가능하게 연결되는 제2 나사선 가이드와,
    혼합부를 회전시키는 로드부를 포함하며,
    제1 가동부는 제1 나사선 가이드의 회전에 의해 이동하며,
    제2 가동부는 제2 나사선 가이드의 회전에 의해 이동하며,
    제1 나사선 가이드와, 제2 나사선 가이드와, 로드부는 동력 전달부에 의해서 회전하는,
    세포 프린팅 조성물의 혼합 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    동력 전달부는, 링기어와, 링기어의 회전에 의해 회전하도록 제공되는 선기어와, 선기어에 치합하는 제1 유성 기어와, 선기어에 치합하는 제2 유성 기어를 포함하며,
    제1 나사선 가이드는 제1 유성 기어에 의해서 회전하며, 제2 나사선 가이드는 제2 유성 기어에 의해서 회전하며, 로드부는 선기어에 의해서 회전하는,
    세포 프린팅 조성물의 혼합 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제1 가동부는 제1 나사선 가이드에 의해서 안내되는 제1 연결부에 의해서 제1 나사선 가이드에 연결되며,
    제2 가동부는 제2 나사선 가이드에 의해서 안내되는 제2 연결부에 의해서 제2 나사선 가이드에 연결되는,
    세포 프린팅 조성물의 혼합 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    제1 연결부가 안내되는 제1 슬롯이 형성되어 있는 제1 가드부와,
    제2 연결부가 안내되는 제2 슬롯이 형성되어 있는 제2 가드부를 더 포함하는,
    세포 프린팅 조성물의 혼합 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    혼합부는, 상하 방향으로 나선형 형태로 형성된 나선부를 포함하는 제2 혼합부를 포함하는,
    세포 프린팅 조성물의 혼합 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    혼합부는, 상하 방향으로 연장하는 봉를 더 포함하며,
    나선부은 봉의 길이 방향을 따라서 연장하며,
    봉은 로드부에 연결되어, 로드부의 회전에 의해서 회전하도록 제공되는,
    세포 프린팅 조성물의 혼합 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    제1 가동부는 제1 수용부 내에서 슬라이딩 이동하며,
    제2 가동부는 제2 수용부 내에서 슬라이딩 이동하는,
    세포 프린팅 조성물의 혼합 장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    제1 연결부는 제1 가드부가 끼워지는 제1 홈을 포함하며,
    제2 연결부는 제2 가드부가 끼워지는 제2 홈을 포함하는,
    세포 프린팅 조성물의 혼합 장치.
  10. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 9 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    제1 액체 및 제2 액체 중 어느 하나는 세포 배양액이며, 다른 하나는 세포 프린팅이 가능한 점도를 가지는 하이드로겔인,
    세포 프린팅 조성물의 혼합 장치.
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