Fabrication of Bone Scaffolds with Complex Structures Using Advanced Extrusion-Based Printing Techniques

Abstract

골조직공학은 손상된 뼈의 재생과 기능 회복을 목표로 하며, 제작 방법, 생체 재료, 구조 설계가 주요 요소이다. 특히, 다공성 및 복잡한 구조를 갖춘 생체 모사 골 지지체 제작은 골조직공학에서 핵심적이며, 이를 구현하기 위한 3D 프린팅 기술은 맞춤형 설계와 재료 활용 측면에서 중요한 도구라고 할 수 있다. 그러나 기존 3D 프린팅 기술을 통해 제작된 골지지체는 구조적 안정성과 기계적 성능에서 한계를 보이며, 따라서 복합 구조 제작을 위한 기술적 발전이 필요하다. 본 연구에서는 첨단 압출기반 3D 프린팅 기술을 활용하여 복잡한 구조와 우수한 기계적 특성을 갖춘 골 지지체를 제작하였다. 폴리카프로락톤(PCL)과 하이드록시아파타이트(HA)를 기반으로 한 복합 잉크를 개발하고, 서스펜디드 프린팅과 기존 압출기법을 통해 다양한 생체 모사 구조를 구현하였다. 서스펜디드 프린팅은 광대뼈와 같은 복잡한 형상을 안정적으로 제작할 수 있는 가능성을 보였으며, 기존 압출기법은 뼈의 공극모양을 모사한 벌집 및 건의 모양을 모사한 재진입 구조를 융합한 하이브리드 패턴을 통해 기계적 성능을 극대화하였다. 개발된 골 지지체는 기계적 안정성과 생체 적합성을 갖추었으며, 설계된 구조는 골조직의 복잡한 미세 구조를 효과적으로 모사하였다. 또한, 제작된 구조물을 압축인장시험을 통해 안정적인 기계적 특성을 확인하였고 세포 생존률 평가를 통해 생체적합성을 입증하였다. 결론적으로, 본 연구는 첨단 압출기반 3D 프린팅과 복합 잉크를 활용하여 기능적이고 구조적으로 우수한 골 지지체 제작 가능성을 제시하며, 골조직공학 및 다양한 생체 조직 공학 응용 분야에서 새로운 대안을 제시한다.