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압출 적층 조형법과 입자 추출법을 결합한 이중 공극 BCP/Silica 인공지지체의 제작
Fabrication of BCP/Silica Scaffolds with Dual-Pore by Combining Fused Deposition Modeling and the Particle Leaching Method 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.40 no.10, 2016년, pp.865 - 871  

사민우 (안동대학교 기계공학과) ,  김종영 (안동대학교 기계공학과)

초록
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조직 공학에서는 전통적인 인공지지체 제작 방식인 가스 발포, 염 침출, 스폰지 복제 그리고 동결주조 법 등이 이용되고 있다. 하지만 다양한 공극 형태 및 크기를 가지고 있어서 세포 상호 작용 효과 및 충분한 기계적 특성에 한계가 있다. 그러나 열 용해 적층 법은 조직공학에서 폴리머 재료를 이용하여 다양한 3차원 인공지지체를 제작할 수 있는 가장 적절한 기술이다. 따라서 본 연구에서는 PCL 몰드를 제작하고 실리카와 알긴산 나트륨 염을 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하여 몰드에 주입시켰으며, 1일 동안 자연 건조를 시켰다. 제작된 3차원 슬러리 몰드는 PCL 몰드의 제거 및 슬러리를 경화시키기 위해 $100^{\circ}C$의 오븐에서 2시간 열처리 되었고, 열처리 후에 $1100^{\circ}C$에서 소결되었다. 제작된 인공지지체는 주사전자현미경을 통해 관찰되었고, 압축 시험을 통해 알긴산 나트륨 염의 혼합량에 따른 인공지지체의 기계적 특성은 평가되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In recent years, traditional scaffold fabrication techniques such as gas foaming, salt leaching, sponge replica, and freeze casting in tissue engineering have significantly limited sufficient mechanical property and cell interaction effect due to only random pores. Fused deposition modeling is the m...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • (1) 그래서 이러한 인공지지체를 제작하기 위해 다양한 재료 및 제작 기술을 바탕으로 장점을 부각시킬 수 있는 방안을 모색하고 해결해 나가려고 한다.
  • BCP/Silica 인공지지체의 기계적 특성을 알아보기 위해 압축 시험을 수행하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 새로운 방식으로 압출 적층 조형법과 입자 추출법을 결합하여 이중 공극 BCP/Silica 인공지지체를 제작하는데 성공하였다. 압출적층 조형법을 이용하여 PCL 몰드를 제작하였고, 혼합 슬러리를 제조하여 PCL 몰드에 넣은 후 혼합 슬러리는 경화시키고, PCL 몰드는 제거하는 공정을 수행하였다.
  • 따라서, 본 연구에서는 새로운 제작법인 압출적층 조형(Fused deposition modeling, FDM) 방식의 폴리머 적층 시스템을 이용하여 생분해성 및 생체 적합성의 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL) 몰드를 제작하였다. 추가적으로 BCP/Silica 세라믹 슬러리 속에 알긴산 나트륨 염(Alginic acid sodium salt, Sigma-Aldrich, USA)을 혼합하여 인공지지체 표면에 이중 공극을 만드는 연구를 수행하였다. 오븐에서 열치러 및 소결을 통해 제작된 BCP/Silica 인공지지체는 주사전자현미경을 통해 관찰되었고, 압축 시험기에 의해 기계적 특성을 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인공지지체란 무엇인가 골 조직 공학(Bone tissue engineering)에서 인공지지체(Scaffold)는 세포의 부착(Attachment), 증식(Proliferation) 및 분화(Differentiation)를 위해 적합한 환경을 제공하고 소실된 생체 골격 및 조직을 복원하는데 필요한 지지체로 일종의 거푸집이라고 할 수 있다.(1) 그래서 이러한 인공지지체를 제작하기 위해 다양한 재료 및 제작 기술을 바탕으로 장점을 부각시킬 수 있는 방안을 모색하고 해결해 나가려고 한다.
세라믹 재료에서 이상인산칼슘의 특징은 무엇인가 세라믹 재료에서 화학적으로 산화물 계에 속하는 이상인산칼슘(Biphasic calcium phosphate, BCP)은 베타 삼인산칼슘(β-tricalcium phosphate, TCP)과 수산화인회석(Hydroxyapatite, HA)이 합성된 바이오세라믹스다. BCP는 β-TCP의 빠른 생분해성 특성과 HA의 용해도가 낮은 특성을 포함하고 있어 각각의 재료에 대한 단점을 보완함으로써 골 조직 재생에 적합한 재료로 이용이 되고 있다.(2,3) 또한 뼈와 치아 무기질의 구성 성분과 화학적으로 가장 유사한 특성을 가지고 있어 골 조직 공학을 위한 인공지지체로서 널리 사용되고 있다. 그러나 BCP만으로는 기계적 강도와 저항성이 낮아서 많은 연구자들이 추가적인 세라믹을 혼합하여 사용하고 있는 추세이다.
현재 널리 알려진 생체 재료를 구분하시오 현재 널리 알려진 생체 재료는 크게 고분자, 금속, 세라믹 그리고 복합재료로 구분된다. 이 중에서 세라믹 재료는 골대체재와 골 시멘트 등과 같이 인체의 뼈와 가장 연관성이 깊다.
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참고문헌 (14)

  1. Liu, C. and Czernuszka, J. T., 2007, "Design and Development of Three-dimensional Scaffolds for Tissue Engineering," Institution of Chemical Engineers, Vol. 85 (A7), pp. 1051-1064. 

  2. Dorozhkin, S. V., 2010, "Bioceramics of Calcium Orthophosphates," Biomaterials, Vol. 31, pp. 1465-1485. 

  3. Gao, C., Yang, b., Hu, H., Liu, J., Shuai, C. and Peng, S., 2013, "Enhanced Sintering Ability of Biphasic Calcium Phosphate by Polymers used for Bone Scaffold Fabrication," Materials Science and Engineering C, Vol. 33, pp. 3802-3810. 

  4. Xu, J. L. and Khor, K. A., 2007, "Chemical Analysis of Silica Doped Hydroxyapatite Biomaterials Consolidated by a Spark Plasma Sintering Method," Journal of Inorganic Biochemistry, Vol. 101, pp. 187-195. 

  5. Feng, P., Wei, P., Li, P., Gao, C., Shuai, C. and Peng S., 2014, "Calcium Silicate Ceramic Scaffolds Toughened with Hydroxyapatite Whiskers for Bone Tissue Engineering," Materials Characterization, Vol. 97, pp. 47-56. 

  6. Seol, Y. J., Kim, J. Y., Lee, S. J., Park, E. K., Kim, S. Y. and Cho, D. W., 2008 "Fabrication of Hydroxyapatite Scaffold using Micro-stereolithography and Mold Technology," Proc. of the KSME Spring Annual Meeting, KSME 08BE044, pp. 102-103. 

  7. Sabree, I., Gough, J. E. and Derby, B., 2015 "Mechanical Properties of Porous Ceramic Scaffolds: Influence of Internal Dimensions," Ceramic International, Vol. 41, pp. 8425-8432. 

  8. Mohanty, S., Sanger, K., Heiskanen, A., Trifol, J., Szabo, P., Dufva, M., Emneus, J. and Wolff, A., 2016, "Fabrication of Scalable Tissue Engineering Scaffolds with Dual-pore Microarchitecture by Combining 3D Printing and Particle Leaching," Materials Science and Engineering C, Vol. 61, pp. 180-189. 

  9. Du, D., Asaoka, T., Shinohara, M., Kageyama, T., Ushida, T., and Furukawa, K. S., 2015, "Microstereolithography-Based Fabrication of Anatomically Shaped Beta-Tricalcium Phosphate Scaffolds for Bone Tissue Engineering," BioMed Research International, 859456(9pps). 

  10. Cho, Y. S., Hong, M. W., Kim, S. Y., Lee, S. J., Lee, J. H., Kim, Y. Y. and Cho, Y. S., 2014, "Fabrication of Dual-pore Scaffolds using SLUP (Salt Leaching using Powder) and WNM (Wire-network Molding) Techniques," Materials Science and Engineering C, Vol. 45, pp. 546-555. 

  11. Sa, M. W. and Kim, J. Y., 2013 "Effect of Various Blending Ratios on the Cell Characteristics of PCL and PLGA Scaffolds Fabricated by Polymer Deposition System," International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 14, No. 4, pp. 649-655. 

  12. An, J., Teoh, J. E. M., Suntornnond, R. and Chua, C. K., 2015, "Design and 3D Printing of Scaffolds and Tissues," Eng., Vol. 1, No. 2, pp. 261-268. 

  13. Doopedia, "Sodium Alginate," http://www.doopedia.co.kr/search/encyber/new_totalSearch.jsp (Accessed July 5, 2016) 

  14. Sa, M. W. and Kim, J. Y. 2014, "Characteristic Analysis and Fabrication of Bioceramic Scaffold using Mixing Ratios of TCP/HA by Fused Deposition Modeling," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A., Vol. 38, No. 11, pp. 1273-1281. 

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