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WO2025127861A1 - Hydrogel composition for human body ultrasonography simulation, preparation method therefor, and artificial organ comprising tissue formed therefrom - Google Patents

Hydrogel composition for human body ultrasonography simulation, preparation method therefor, and artificial organ comprising tissue formed therefrom Download PDF

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Publication number
WO2025127861A1
WO2025127861A1 PCT/KR2024/096920 KR2024096920W WO2025127861A1 WO 2025127861 A1 WO2025127861 A1 WO 2025127861A1 KR 2024096920 W KR2024096920 W KR 2024096920W WO 2025127861 A1 WO2025127861 A1 WO 2025127861A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
artificial
hydrogel
composition
simulation
hydrogel composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2024/096920
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
이예림
김진오
손려진
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aldaver Inc
Original Assignee
Aldaver Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aldaver Inc filed Critical Aldaver Inc
Publication of WO2025127861A1 publication Critical patent/WO2025127861A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/52Hydrogels or hydrocolloids
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/18Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogel composition for ultrasound examination simulation, a method for producing the same, and an artificial organ including a tissue formed from the hydrogel composition, and more particularly, to a hydrogel composition for human ultrasound examination simulation, a method for producing the same, and an artificial organ including a tissue formed from the hydrogel composition.
  • ultrasound examination is a method of examining abnormalities in body tissues using ultrasound. More specifically, it is an examination method that transmits ultrasound to the body part to be measured, and then acquires the reflected image as an image to determine the presence of abnormal tissues.
  • ultrasound examination is being used not only for diagnosing lesions such as tumors or fetuses, but also for most medical examinations.
  • the purpose is to provide a method for efficiently manufacturing a hydrogel composition for the ultrasound examination simulation.
  • the present invention provides a hydrogel composition for ultrasound inspection simulation, wherein the fibrous material is at least one selected from cellulose, cellulose nanofibers, glass fibers, and silicon oxide (SiO 2 ).
  • the above hydrogel monomer is one of the components constituting the hydrogel for ultrasound examination simulation, and is selected from the group consisting of acrylamide, agarose, methacrylamide, bis-acrylamide, N-N-dimethylacrylamide, N,N-methylenebisacrylamide, polyaniline, acrylic acid, methacrylic acid, vinylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, polyacrylic acid, allylamine, methyl methacrylate, poly(ethylene glycol) methacrylate, poly(ethylene glycol) diacrylate, sodium polyacrylate, N-vinylpyrrolidone, imide, amide, agarose, gelatin, gelatin methacrylate, collagen, fibrinogen, fibrin, methyl cellulose, chitosan, chitin, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol carrageenan, 2-acrylamido-2-methylpropane-sulfonic acid, alginate. It may be at least one selected from 2-hydroxyethyl methacrylate and
  • the acrylamide is included in an amount of 10 to 25 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, it may be 10 wt% or more, 11 wt% or more, 12 wt% or more, 13 wt% or more, 14 wt% or more, 15 wt% or more, 16 wt% or more, 17 wt% or more, or 25 wt% or less, 24 wt% or less, 23 wt% or less, 22 wt% or less, 21 wt% or less, or 20 wt% or less based on the total weight of the composition.
  • the N,N-methylenebisacrylamide (MBA) is included in an amount of 0.005 to 0.03 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, it may be 0.005 wt% or more, 0.007 wt% or more, 0.009 wt% or more, 0.01 wt% or more, or 0.03 wt% or less, 0.028 wt% or less, 0.026 wt% or less, 0.024 wt% or less, 0.022 wt% or less, or 0.02 wt% or less based on the total weight of the composition.
  • ammonium persulfate APS
  • APS ammonium persulfate
  • the ammonium persulfate (APS) is included in an amount of 0.05 to 0.10 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, it may be 0.05 wt% or more, 0.06 wt% or more, 0.07 wt% or more, or 0.1 wt% or less, 0.09 wt% or less, or 0.08 wt% or less based on the total weight of the composition.
  • the hydrogel may not be sufficiently hardened, or mechanical properties such as modulus and toughness may be significantly reduced, resulting in properties different from those of actual organs, making it difficult to use the hydrogel as an artificial organ or artificial tissue.
  • the water is included in an amount of 70 to 90 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, it may be 70 wt% or more, 71 wt% or more, 72 wt% or more, 73 wt% or more, 74 wt% or more, 75 wt% or more, 76 wt% or more, 77 wt% or more, 78 wt% or more, 79 wt% or more, 80 wt% or more, or 90 wt% or less, 89 wt% or less, 88 wt% or less, 87 wt% or less, 86 wt% or less, 85 wt% or less, 84 wt% or less, 83 wt% or less, 82 wt% or less, 81 wt% or less, or 80 wt% or less based on the total weight of the composition.
  • the hydrogel composition for ultrasound examination simulation can be used to form tissues such as an artificial kidney, an artificial liver, an artificial small intestine, an artificial large intestine, an artificial stomach, an artificial gallbladder, an artificial blood vessel, an artificial bladder, an artificial heart, an artificial lung, an artificial uterus, artificial skin, lymph nodes, and lesions.
  • a method for producing a hydrogel composition for ultrasound examination simulation comprises:
  • step (b) a step of adding and dispersing 0.001 to 5.0 wt% of cellulose into the dissolved solution of step (a);
  • the method for manufacturing the hydrogel composition for ultrasound examination simulation above has a problem in that, when ammonium persulfate, a thermosetting agent, is mixed all at once into the agarose solution at a high temperature, the reaction starts before other materials are mixed or the reaction occurs before all materials in the solution are uniformly mixed. Therefore, in order to solve this problem, the manufacturing method of the present invention is characterized in that the hydrogel composition for ultrasound examination simulation is manufactured by performing step (c) after steps (a) and (b).
  • Example 1 Preparation of hydrogel composition for ultrasound examination simulation
  • a cellulose dispersion was prepared by adding 0.01 g of cellulose to the above monomer solution and uniformly dispersing it.
  • N,N-methylenebisacrylamide (MBA) and ammonium persulfate (APS) were added to the above cellulose dispersion and dissolved to prepare a hydrogel composition.
  • Example 1 20 4.8 0.8 0.0046 0.0215 0.01
  • Example 2 20 4.8 0.8 0.0046 0.0215 0.05
  • Example 3 20 4.8 0.8 0.0046 0.0215 0.25
  • Example 4 20 4.8 0.8 0.0046 0.0215 1.0
  • Example 5 20 4.8 0.5 0.0038 0.0248 0.001
  • Example 6 20 4.8 0.5 0.0038 0.0248 0.01
  • Example 7 20 4.8 0.5 0.0038 0.0248 0.05
  • Example 8 20 4.8 0.5 0.0038 0.0248 0.1
  • Example 9 20 4.8 0.5 0.0038 0.0248 0.5
  • Example 10 20 4.8 0.5 0.0038 0.0248 1.0
  • a hydrogel composition for ultrasound examination simulation was prepared in the same manner as in Example 1 except that cellulose was not included.
  • hydrogel compositions for ultrasonic inspection simulation manufactured in Examples 1 to 4 and Comparative Examples were poured into a mold and cured at 70° C. for 20 minutes to manufacture a hydrogel for ultrasonic inspection simulation.
  • the ultrasonic image of the hydrogel is shown in Fig. 2.
  • hydrogel compositions for ultrasonic inspection simulation manufactured in Examples 1, 5, and 8 were each poured into a mold and cured at 70° C. for 20 minutes to manufacture a hydrogel for ultrasonic inspection simulation.
  • the ultrasonic image of the hydrogel is shown in Fig. 2.

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Abstract

The present invention relates to a hydrogel composition for an ultrasonography simulation, a preparation method therefor, and an artificial organ comprising tissue formed therefrom, and more specifically to a hydrogel composition for human body ultrasonography simulation, a preparation method therefor, and an artificial organ comprising tissue formed therefrom.

Description

인체 초음파 검사 시뮬레이션을 위한 하이드로겔 조성물, 상기 하이드로겔 조성물의 제조방법 및 상기 하이드로겔 조성물로 형성된 조직을 포함하는 인공 장기Hydrogel composition for simulating human ultrasound examination, method for producing said hydrogel composition, and artificial organ comprising tissue formed from said hydrogel composition

본 출원은 2023년 12월 14일자 대한민국 특허출원 제10-2023-0181430호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용을 본 명세서의 일부로서 포함한다.This application claims the benefit of priority from Republic of Korea Patent Application No. 10-2023-0181430, dated December 14, 2023, which is incorporated herein by reference in its entirety.

본 발명은 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물, 이의 제조방법 및 하이드로겔 조성물로 형성된 조직을 포함하는 인공 장기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체 초음파 검사 시뮬레이션을 위한 하이드로겔 조성물, 이의 제조방법 및 하이드로겔 조성물로 형성된 조직을 포함하는 인공 장기에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogel composition for ultrasound examination simulation, a method for producing the same, and an artificial organ including a tissue formed from the hydrogel composition, and more particularly, to a hydrogel composition for human ultrasound examination simulation, a method for producing the same, and an artificial organ including a tissue formed from the hydrogel composition.

꾸준히 늘어나는 장기 이식이 필요한 환자에 비하여 이식을 할 수 있는 장기의 공급은 한계가 있다. 이를 해결하기 위하여, 인공 장기 또는 인공 조직 개발에 필요성이 제기되고 있으며, 체내에 이식하였을 때 면역 거부 반응 및 이물감이 적은 하이드로겔 소재의 인공 장기 또는 조직의 제조에 관하여 활발한 연구가 진행되고 있다.Compared to the steadily increasing number of patients in need of organ transplantation, the supply of organs available for transplantation is limited. To solve this problem, the need for developing artificial organs or artificial tissues has been raised, and active research is being conducted on the production of artificial organs or tissues made of hydrogel materials that have less immune rejection and foreign body sensation when transplanted into the body.

또한, 초음파 검사는 초음파를 이용하여 신체 조직의 이상을 검사하는 방법으로서, 보다 구체적으로 초음파를 측정하고자 하는 신체 부위 내로 전달한 후, 그 반사상을 영상으로 획득하여 이상 조직의 존재 여부를 파악하는 검사 방법이다. 현재, 초음파 검사는 종양 따위의 병변 조직이나 태아의 진단뿐만 아니라, 대부분의 의료 검사에 전반적으로 이용되고 있다.Also, ultrasound examination is a method of examining abnormalities in body tissues using ultrasound. More specifically, it is an examination method that transmits ultrasound to the body part to be measured, and then acquires the reflected image as an image to determine the presence of abnormal tissues. Currently, ultrasound examination is being used not only for diagnosing lesions such as tumors or fetuses, but also for most medical examinations.

그러나, 종래의 하이드로겔 소재의 인공 장기 또는 조직은 초음파 측정시 색의 구분이 없이 검게 관측되어 인공 장기 또는 조직의 활용도가 떨어지는 문제가 있다. 이러한 문제를 개선할 수 있는 인체 초음파 검사 시뮬레이션을 위한 하이드로겔 소재의 개발이 요구되고 있다.However, conventional artificial organs or tissues made of hydrogel materials have a problem in that they are observed as black without color differentiation when measured by ultrasound, which reduces the usability of artificial organs or tissues. There is a need for the development of hydrogel materials for human ultrasound examination simulation that can improve this problem.

[선행기술문헌][Prior art literature]

[특허문헌][Patent Document]

(특허문헌 1) 대한민국 등록 특허 공보 제10-1725311호(2017.04.04.)(Patent Document 1) Republic of Korea Patent Publication No. 10-1725311 (April 4, 2017)

본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여,The present invention is to solve the above problems of the prior art,

체내에 이식하기 위한 인공 장기 또는 인공 조직의 제조에 유용하게 사용될 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose is to provide a hydrogel composition for ultrasound examination simulation, which is useful for the production of artificial organs or artificial tissues for transplantation into the body.

또한, 초음파 관측시 각 조직이 구분되게 구현되어 실제 인체 장기 또는 조직과 같이 관찰되는 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the purpose is to provide a hydrogel composition for ultrasound examination simulation in which each tissue is implemented separately during ultrasound observation and observed like an actual human organ or tissue.

또한, 상기 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물로 형성된 조직을 포함하는 인공 장기를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object to provide an artificial organ including a tissue formed from the hydrogel composition for ultrasound examination simulation.

또한, 상기 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the purpose is to provide a method for efficiently manufacturing a hydrogel composition for the ultrasound examination simulation.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,In order to achieve the above purpose, the present invention,

하이드로겔 단량체 및 수분산이 가능한 섬유상 물질을 포함하고, 상기 섬유상 물질의 함량은 조성물 총 중량 기준으로 0.001 중량% 내지 5.0 중량%인 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 제공한다.A hydrogel composition for ultrasound examination simulation is provided, comprising a hydrogel monomer and a water-dispersible fibrous material, wherein the content of the fibrous material is 0.001 wt% to 5.0 wt% based on the total weight of the composition.

또한, 본 발명은 상기 하이드로겔 단량체가 아크릴아마이드, 아가로스, 메타크릴아마이드, 비스-아크릴아마이드, N-N-디메틸아크릴아마이드, N,N-메틸렌비스아크릴아마이드, 폴리아닐린, 아크릴산, 메타크릴산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 폴리아크릴산, 알릴아민, 메틸 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 소듐 폴리아크릴레이트, N-비닐피롤리돈, 이미이드, 아미드, 아가로스, 젤라틴, 젤라틴 메타크릴레이트, 콜라겐, 피브리노겐, 피브린, 메틸 셀룰로오스, 키토산, 키틴, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐 알코올 카라기난, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판-술폰산, 알지네이트. 2-히드록시에틸메타크릴레이트 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나인 것인 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 제공한다.In addition, the present invention relates to a hydrogel monomer selected from the group consisting of acrylamide, agarose, methacrylamide, bis-acrylamide, N-N-dimethylacrylamide, N,N-methylenebisacrylamide, polyaniline, acrylic acid, methacrylic acid, vinylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, polyacrylic acid, allylamine, methyl methacrylate, poly(ethylene glycol) methacrylate, poly(ethylene glycol) diacrylate, sodium polyacrylate, N-vinylpyrrolidone, imide, amide, agarose, gelatin, gelatin methacrylate, collagen, fibrinogen, fibrin, methyl cellulose, chitosan, chitin, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol carrageenan, 2-acrylamido-2-methylpropane-sulfonic acid, alginate. A hydrogel composition for ultrasound examination simulation is provided, wherein the hydrogel composition comprises at least one selected from 2-hydroxyethyl methacrylate and mixtures thereof.

또한, 본 발명은 상기 섬유상 물질이 셀룰로오스, 셀룰로오스 나노섬유, 유리섬유 및 실리콘옥사이드(SiO2) 중에서 선택되는 적어도 하나인 것인 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a hydrogel composition for ultrasound inspection simulation, wherein the fibrous material is at least one selected from cellulose, cellulose nanofibers, glass fibers, and silicon oxide (SiO 2 ).

또한, 본 발명은 조성물 총 중량을 기준으로, 10 내지 25 중량%의 아크릴아마이드, 1 내지 4 중량% 아가로스, 0.001 내지 5.0 중량%의 셀룰로오스, 0.005 내지 0.03 중량%의 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA), 0.05 내지 0.10 중량%의 암모늄 퍼설페이트(APS) 및 70 내지 90 중량%의 물을 포함하는 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a hydrogel composition for ultrasound examination simulation, comprising 10 to 25 wt% of acrylamide, 1 to 4 wt% of agarose, 0.001 to 5.0 wt% of cellulose, 0.005 to 0.03 wt% of N,N-methylenebisacrylamide (MBA), 0.05 to 0.10 wt% of ammonium persulfate (APS), and 70 to 90 wt% of water, based on the total weight of the composition.

또한, 본 발명은 상기 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물로 형성된 조직을 포함하는 인공 장기를 제공한다.In addition, the present invention provides an artificial organ including a tissue formed from the hydrogel composition for ultrasound examination simulation.

상기 인공 장기는 인공 신장, 인공 간, 인공 소장, 인공 대장, 인공 위, 인공 담낭, 인공 혈관, 인공 방광, 인공 심장, 인공 폐, 인공 자궁, 인공 피부 또는 림프절일 수 있다.The above artificial organ may be an artificial kidney, an artificial liver, an artificial small intestine, an artificial large intestine, an artificial stomach, an artificial gallbladder, an artificial blood vessel, an artificial bladder, an artificial heart, an artificial lung, an artificial womb, artificial skin or a lymph node.

또한, 본 발명은 (a) 조성물 총 중량을 기준으로, 10 내지 25 중량%의 아크릴아마이드 및 1 내지 4 중량% 아가로스를 70 내지 90 중량%의 물에 용해하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 용해된 용액에 0.001 내지 5.0 중량%의 셀룰로오스를 넣고 분산시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 분산된 용액에 0.005 내지 0.03 중량%의 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA) 및 0.05 내지 0.10 중량%의 암모늄 퍼설페이트(APS)를 넣고 용해하는 단계;를 포함하는 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a hydrogel composition for ultrasound examination simulation, comprising: (a) a step of dissolving 10 to 25 wt% of acrylamide and 1 to 4 wt% of agarose, based on the total weight of the composition, in 70 to 90 wt% of water; (b) a step of adding and dispersing 0.001 to 5.0 wt% of cellulose into the dissolved solution of step (a); and (c) a step of adding and dissolving 0.005 to 0.03 wt% of N,N-methylenebisacrylamide (MBA) and 0.05 to 0.10 wt% of ammonium persulfate (APS) into the dispersed solution of step (b).

본 발명의 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물은 체내에 이식하기 위한 인공 조직 또는 인공 장기의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.The hydrogel composition for ultrasound examination simulation of the present invention can be usefully used in the manufacture of artificial tissues or artificial organs for transplantation into the body.

또한, 본 발명의 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물로 형성된 인공 조직은 초음파 관측시 각 조직이 구분되게 구현되어, 실제 인체 조직 또는 장기와 같이 관찰될 수 있다.In addition, an artificial tissue formed using the hydrogel composition for ultrasound examination simulation of the present invention can be observed like an actual human tissue or organ, since each tissue is implemented to be distinct when observed using ultrasound.

또한, 본 발명은 초음파 관측시 실제 인체 조직 또는 장기와 같이 관찰되는 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a hydrogel composition for ultrasound examination simulation that is observed like actual human tissue or organs during ultrasound observation.

도 1은 종래 기술에 따른 실제 인체 피부의 초음파 촬영 이미지를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a drawing showing an ultrasonic photographic image of actual human skin according to conventional technology.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 초음파 촬영 이미지를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a drawing showing an ultrasonic imaging image of a hydrogel according to one embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔의 초음파 촬영 이미지를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a drawing showing an ultrasonic imaging image of a hydrogel according to one embodiment of the present invention.

도 1은 종래 기술에 따른 실제 인체 피부의 초음파 촬영 이미지를 나타낸 도면이다. 도 1의 이미지와 같이, 실제 인체 피부는 각 조직마다 반사되는 양이 상이하여 초음파 촬영 결과, 육안상 하얗게 보이는 정도가 다름을 알 수 있다.Figure 1 is a drawing showing an ultrasound image of actual human skin according to a prior art technique. As shown in the image of Figure 1, actual human skin has different amounts of reflection for each tissue, and thus, as a result of ultrasound imaging, it can be seen that the degree to which it appears white to the naked eye varies.

그러나, 종래의 하이드로겔 소재의 인공 조직 또는 인공 장기는 초음파 측정시 색의 구분이 없이 검게 관측되어 인공 조직 또는 인공 장기의 활용도가 떨어지는 문제점이 있었다.However, conventional artificial tissues or organs made of hydrogel materials had a problem in that they were observed as black without color differentiation when measured by ultrasound, which reduced the usability of the artificial tissues or organs.

이에 본 발명자들은, 초음파로 관측시 각 조직이 구분되어 실제 인체 조직 또는 장기처럼 보이는 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔을 개발하였다. Accordingly, the inventors of the present invention developed a hydrogel for ultrasound examination simulation in which each tissue is distinguished and appears like actual human tissue or organs when observed with ultrasound.

특히, 본 발명은 림프절, 병변, 인공 신장, 인공 피부 등 모든 인공 장기 및 인공 조직을 초음파로 관측시 각 조직들이 구분될 수 있는 하이드로겔을 제공하고자 한다.In particular, the present invention seeks to provide a hydrogel that enables each tissue to be distinguished when observing all artificial organs and artificial tissues, such as lymph nodes, lesions, artificial kidneys, and artificial skin, using ultrasound.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물은 하이드로겔 단량체 및 수분산이 가능한 섬유상 물질을 포함하고, 상기 섬유상 물질의 함량은 조성물 총 중량 기준으로 0.001 중량% 내지 5.0 중량%일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a hydrogel composition for ultrasound examination simulation includes a hydrogel monomer and a fibrous material capable of being dispersed in water, and the content of the fibrous material may be 0.001 wt% to 5.0 wt% based on the total weight of the composition.

상기 하이드로겔 단량체는 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔을 구성하는 성분 중 하나로, 아크릴아마이드, 아가로스, 메타크릴아마이드, 비스-아크릴아마이드, N-N-디메틸아크릴아마이드, N,N-메틸렌비스아크릴아마이드, 폴리아닐린, 아크릴산, 메타크릴산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 폴리아크릴산, 알릴아민, 메틸 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 소듐 폴리아크릴레이트, N-비닐피롤리돈, 이미이드, 아미드, 아가로스, 젤라틴, 젤라틴 메타크릴레이트, 콜라겐, 피브리노겐, 피브린, 메틸 셀룰로오스, 키토산, 키틴, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐 알코올 카라기난, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판-술폰산, 알지네이트. 2-히드록시에틸메타크릴레이트 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있다.The above hydrogel monomer is one of the components constituting the hydrogel for ultrasound examination simulation, and is selected from the group consisting of acrylamide, agarose, methacrylamide, bis-acrylamide, N-N-dimethylacrylamide, N,N-methylenebisacrylamide, polyaniline, acrylic acid, methacrylic acid, vinylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, polyacrylic acid, allylamine, methyl methacrylate, poly(ethylene glycol) methacrylate, poly(ethylene glycol) diacrylate, sodium polyacrylate, N-vinylpyrrolidone, imide, amide, agarose, gelatin, gelatin methacrylate, collagen, fibrinogen, fibrin, methyl cellulose, chitosan, chitin, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol carrageenan, 2-acrylamido-2-methylpropane-sulfonic acid, alginate. It may be at least one selected from 2-hydroxyethyl methacrylate and mixtures thereof.

상기 섬유상 물질은 수분산이 가능한 물질인 것으로, 셀룰로오스, 셀룰로오스 나노섬유, 유리섬유 및 실리콘옥사이드(SiO2) 중에서 선택되는 적어도 하나인 것일 수 있다.The above fibrous material is a material that can be dispersed in water, and may be at least one selected from cellulose, cellulose nanofibers, glass fibers, and silicon oxide (SiO 2 ).

상기 섬유상 물질의 함량은 조성물 총 중량 기준으로 0.001 중량% 내지 5.0 중량%일 수 있다. 상기 섬유상 물질이 조성물 총 중량 기준으로 0.001 중량% 미만으로 포함되는 경우, 제조된 하이드로겔의 초음파 관측시 색의 구분이 없이 검게 관측되어 인공 장기 또는 조직으로의 활용도가 저하되는 문제가 있다. 또한, 섬유상 물질이 조성물 총 중량 기준으로 5.0 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 제조된 하이드로겔의 초음파 관측시 실제 조직과 같이 하얗게 관측될 수는 있으나, 색의 구분이 어려워 인공 장기 또는 조직으로의 활용도가 저하되는 문제가 있다.The content of the fibrous material may be from 0.001 wt% to 5.0 wt% based on the total weight of the composition. If the fibrous material is included in an amount of less than 0.001 wt% based on the total weight of the composition, there is a problem that the manufactured hydrogel is observed as black without color distinction when observed by ultrasonic waves, thereby reducing its usability as an artificial organ or tissue. In addition, if the fibrous material is included in an amount exceeding 5.0 wt% based on the total weight of the composition, the manufactured hydrogel may be observed as white like an actual tissue when observed by ultrasonic waves, but it is difficult to distinguish colors, thereby reducing its usability as an artificial organ or tissue.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로, 10 내지 25 중량%의 아크릴아마이드, 1 내지 4 중량% 아가로스, 0.01 내지 5.0 중량%의 셀룰로오스, 0.001 내지 0.03 중량%의 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA), 0.05 내지 0.10 중량%의 암모늄 퍼설페이트(APS) 및 70 내지 90 중량%의 물을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a hydrogel composition for ultrasound examination simulation may include 10 to 25 wt% of acrylamide, 1 to 4 wt% of agarose, 0.01 to 5.0 wt% of cellulose, 0.001 to 0.03 wt% of N,N-methylenebisacrylamide (MBA), 0.05 to 0.10 wt% of ammonium persulfate (APS), and 70 to 90 wt% of water, based on the total weight of the composition.

상기 아크릴아마이드가 10 중량% 미만으로 포함되는 경우, 하이드로겔이 충분히 경화되지 않는 문제가 있다. 또한, 상기 아크릴아마이드가 25 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 모듈러스가 너무 커져 실제 장기와 상이한 물성을 가져 인공 장기 또는 인공 조직으로의 사용이 어려운 문제가 있다.If the acrylamide is included in an amount less than 10 wt%, there is a problem that the hydrogel is not sufficiently hardened. In addition, if the acrylamide is included in an amount exceeding 25 wt%, there is a problem that the modulus becomes too large and has properties different from those of actual organs, making it difficult to use as an artificial organ or artificial tissue.

따라서, 상기 아크릴아마이드는 조성물 총 중량을 기준으로 10 내지 25 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 조성물 총 중량 기준으로, 10 중량% 이상, 11 중량% 이상, 12 중량% 이상, 13 중량% 이상, 14 중량% 이상, 15 중량% 이상, 16 중량% 이상, 17 중량% 이상이거나, 25 중량% 이하, 24 중량% 이하, 23 중량% 이하, 22 중량% 이하, 21 중량% 이하, 20 중량% 이하일 수 있다.Therefore, it is preferable that the acrylamide is included in an amount of 10 to 25 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, it may be 10 wt% or more, 11 wt% or more, 12 wt% or more, 13 wt% or more, 14 wt% or more, 15 wt% or more, 16 wt% or more, 17 wt% or more, or 25 wt% or less, 24 wt% or less, 23 wt% or less, 22 wt% or less, 21 wt% or less, or 20 wt% or less based on the total weight of the composition.

상기 아가로스가 1 중량% 미만으로 포함되는 경우, 하이드로겔의 기계적 물성이 너무 약해져 쉽게 찢어지고 파괴되는 문제가 있다. 또한, 상기 아가로스가 4 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 아가로스가 물에 잘 녹지 않아 하이드로겔 제조에 어려움이 있다.When the agarose is included in an amount of less than 1 wt%, there is a problem that the mechanical properties of the hydrogel become too weak and are easily torn and destroyed. In addition, when the agarose is included in an amount exceeding 4 wt%, the agarose does not dissolve well in water, making it difficult to manufacture the hydrogel.

따라서, 상기 아가로스는 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 4 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 조성물 총 중량 기준으로 1 중량% 이상, 1.2 중량% 이상, 1.4 중량% 이상, 1.6 중량% 이상이거나, 4 중량% 이하, 3.8 중량% 이하, 3.6 중량% 이하, 3.4 중량% 이하, 3.2 중량% 이하일 수 있다.Therefore, it is preferable that the agarose be included in an amount of 1 to 4 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, it may be 1 wt% or more, 1.2 wt% or more, 1.4 wt% or more, 1.6 wt% or more, or 4 wt% or less, 3.8 wt% or less, 3.6 wt% or less, 3.4 wt% or less, or 3.2 wt% or less based on the total weight of the composition.

상기 셀룰로오스가 0.001 중량% 미만으로 포함되는 경우, 제조된 하이드로겔의 초음파 관측시, 입자 초음파의 반사 및 산란 효과가 미미하여 색의 구분이 없이 검게 관측되어 인공 장기 또는 조직으로의 활용도가 저하되는 문제가 있다. 또한, 셀룰로오스가 5.0 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 제조된 하이드로겔의 초음파 관측시 실제 조직과 같이 하얗게 관측될 수는 있으나, 전체 조성 내 높은 함량으로 초음파의 과도한 반사 및 산란 효과에 의해 신호가 불규칙해지며, 색의 구분이 어려워 인공 장기 또는 조직으로의 활용도가 저하되는 문제가 있다.When the cellulose is included in an amount of less than 0.001 wt%, when the manufactured hydrogel is observed using ultrasonic waves, the reflection and scattering effect of the ultrasonic waves is minimal, so that the hydrogel is observed as black without color distinction, which reduces its usability as an artificial organ or tissue. In addition, when the cellulose is included in an amount exceeding 5.0 wt%, when the manufactured hydrogel is observed using ultrasonic waves, it may be observed as white like an actual tissue, but the signal becomes irregular due to the excessive reflection and scattering effect of the ultrasonic waves due to the high content in the entire composition, and it is difficult to distinguish colors, which reduces its usability as an artificial organ or tissue.

따라서, 상기 셀룰로오스는 조성물 총 중량을 기준으로 0.001 내지 5.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 조성물 총 중량을 기준으로 0.001 중량% 이상, 0.003 중량% 이상, 0.005 중량% 이상, 0.007 중량% 이상, 0.009 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.02 중량% 이상, 0.03 중량% 이상, 0.04 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.06 중량% 이상, 0.07 중량% 이상, 0.08 중량% 이상, 0.09 중량% 이상, 0.10 중량% 이상, 0.12 중량% 이상, 0.14 중량% 이상, 0.16 중량% 이상, 0.18 중량% 이상, 0.20 중량% 이상, 0.22 중량% 이상, 0.24 중량% 이상, 0.26 중량% 이상, 0.28 중량% 이상, 0.30 중량% 이상이거나, 5.0 중량% 이하, 4.8 중량% 이하, 4.6 중량% 이하, 4.4 중량% 이하, 4.2 중량% 이하, 4.0 중량% 이하, 3.8 중량% 이하, 3.6 중량% 이하, 3.4 중량% 이하, 3.2 중량% 이하 3.0 중량% 이하일 수 있다.Therefore, it is preferable that the cellulose is included in an amount of 0.001 to 5.0 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, 0.001 wt% or more, 0.003 wt% or more, 0.005 wt% or more, 0.007 wt% or more, 0.009 wt% or more, 0.01 wt% or more, 0.02 wt% or more, 0.03 wt% or more, 0.04 wt% or more, 0.05 wt% or more, 0.06 wt% or more, 0.07 wt% or more, 0.08 wt% or more, 0.09 wt% or more, 0.10 wt% or more, 0.12 wt% or more, 0.14 wt% or more, 0.16 wt% or more, 0.18 wt% or more, 0.20 wt% or more, 0.22 wt% or more, 0.24 wt% or more based on the total weight of the composition. Above, 0.26 wt% or more, 0.28 wt% or more, 0.30 wt% or more, or 5.0 wt% or less, 4.8 wt% or less, 4.6 wt% or less, 4.4 wt% or less, 4.2 wt% or less, 4.0 wt% or less, 3.8 wt% or less, 3.6 wt% or less, 3.4 wt% or less, 3.2 wt% or less, 3.0 wt% or less.

상기 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA)가 0.005 중량% 미만으로 포함되는 경우, 아크릴아마이드와의 가교가 충분히 이루어지지 않아 하이드로겔 제조에 어려움이 있다. 또한, 상기 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA)가 0.03 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 화학적 가교도가 증가하므로, 하이드로겔의 터프니스가 감소해 실제 장기와 물성이 상이해져 인공 조직으로 사용이 어려운 문제가 있다.When the above N,N-methylenebisacrylamide (MBA) is included in an amount of less than 0.005 wt%, crosslinking with acrylamide is not sufficiently achieved, making it difficult to manufacture a hydrogel. In addition, when the above N,N-methylenebisacrylamide (MBA) is included in an amount of more than 0.03 wt%, the degree of chemical crosslinking increases, so the toughness of the hydrogel decreases, resulting in properties that are different from those of actual organs, making it difficult to use as an artificial tissue.

따라서, 상기 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA)는 조성물 총 중량을 기준으로 0.005 내지 0.03 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 조성물 총 중량을 기준으로 0.005 중량% 이상, 0.007 중량% 이상, 0.009 중량% 이상, 0.01 중량% 이상이거나, 0.03 중량% 이하, 0.028 중량% 이하, 0.026 중량% 이하, 0.024 중량% 이하, 0.022 중량% 이하, 0.02 중량% 이하일 수 있다. Therefore, it is preferable that the N,N-methylenebisacrylamide (MBA) is included in an amount of 0.005 to 0.03 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, it may be 0.005 wt% or more, 0.007 wt% or more, 0.009 wt% or more, 0.01 wt% or more, or 0.03 wt% or less, 0.028 wt% or less, 0.026 wt% or less, 0.024 wt% or less, 0.022 wt% or less, or 0.02 wt% or less based on the total weight of the composition.

상기 암모늄 퍼설페이트(APS)는 0.05 중량% 미만으로 포함되는 경우, 하이드로겔 경화시간이 길어지는 문제가 있다. 또한, 상기 암모늄 퍼설페이트가 0.10 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 경화에 사용되지 않는 성분이 잔존해 표면 끈적임을 유발할 수 있으므로 바람직하지 않다.If the above ammonium persulfate (APS) is included in an amount less than 0.05 wt%, there is a problem that the hydrogel curing time becomes longer. In addition, if the above ammonium persulfate is included in an amount exceeding 0.10 wt%, components that are not used for curing may remain, causing surface stickiness, which is not preferable.

따라서, 상기 암모늄 퍼설페이트(APS)는 조성물 총 중량을 기준으로 0.05 내지 0.10 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 조성물 총 중량을 기준으로 0.05 중량% 이상, 0.06 중량% 이상, 0.07 중량% 이상이거나, 0.1 중량% 이하, 0.09 중량% 이하, 0.08 중량% 이하일 수 있다.Therefore, it is preferable that the ammonium persulfate (APS) is included in an amount of 0.05 to 0.10 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, it may be 0.05 wt% or more, 0.06 wt% or more, 0.07 wt% or more, or 0.1 wt% or less, 0.09 wt% or less, or 0.08 wt% or less based on the total weight of the composition.

상기 물이 70 중량% 미만으로 포함되는 경우, 셀룰로오스와 아가로스가 물에 잘 녹지 않아 하이드로겔 제조에 어려움이 있다. 또한, 상기 물이 90 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 하이드로겔이 충분히 경화되지 않거나, 모듈러스, 터프니스 등의 기계적 물성이 현저히 저하되어 실제 장기와 상이한 물성을 가져 인공 장기 또는 인공 조직으로의 사용이 어려운 문제가 있다.If the water content is less than 70 wt%, cellulose and agarose do not dissolve well in water, making it difficult to manufacture a hydrogel. In addition, if the water content exceeds 90 wt%, the hydrogel may not be sufficiently hardened, or mechanical properties such as modulus and toughness may be significantly reduced, resulting in properties different from those of actual organs, making it difficult to use the hydrogel as an artificial organ or artificial tissue.

따라서, 상기 물은 조성물 총 중량을 기준으로 70 내지 90 중량%로 포함로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 조성물 총 중량을 기준으로 70 중량% 이상, 71 중량% 이상, 72 중량% 이상, 73 중량% 이상, 74 중량% 이상, 75 중량% 이상, 76 중량% 이상, 77 중량% 이상, 78 중량% 이상, 79 중량% 이상, 80 중량% 이상이거나, 90 중량% 이하, 89 중량% 이하, 88 중량% 이하, 87 중량% 이하, 86 중량% 이하, 85 중량% 이하, 84 중량% 이하, 83 중량% 이하, 82 중량% 이하, 81 중량% 이하, 80 중량% 이하일 수 있다.Therefore, it is preferable that the water is included in an amount of 70 to 90 wt% based on the total weight of the composition, and more specifically, it may be 70 wt% or more, 71 wt% or more, 72 wt% or more, 73 wt% or more, 74 wt% or more, 75 wt% or more, 76 wt% or more, 77 wt% or more, 78 wt% or more, 79 wt% or more, 80 wt% or more, or 90 wt% or less, 89 wt% or less, 88 wt% or less, 87 wt% or less, 86 wt% or less, 85 wt% or less, 84 wt% or less, 83 wt% or less, 82 wt% or less, 81 wt% or less, or 80 wt% or less based on the total weight of the composition.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물은 인공 신장, 인공 간, 인공 소장, 인공 대장, 인공 위, 인공 담낭, 인공 혈관, 인공 방광, 인공 심장, 인공 폐, 인공 자궁, 인공 피부, 림프절, 병변 등의 조직을 구성하는데 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the hydrogel composition for ultrasound examination simulation can be used to form tissues such as an artificial kidney, an artificial liver, an artificial small intestine, an artificial large intestine, an artificial stomach, an artificial gallbladder, an artificial blood vessel, an artificial bladder, an artificial heart, an artificial lung, an artificial uterus, artificial skin, lymph nodes, and lesions.

특히, 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물은 인공 신장, 인공 피부, 림프절, 병변의 조직을 구성하는데 바람직하게 사용될 수 있다.In particular, the hydrogel composition for ultrasound examination simulation can be preferably used to construct artificial kidneys, artificial skin, lymph nodes, and lesion tissues.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 인공 장기는 상기 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물로 형성된 조직을 포함할 수 있다. 상기 인공 장기는 초음파 관측시 각 조직이 구분되게 구현되어 실제 인체 장기 또는 조직과 같이 관찰될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the artificial organ may include a tissue formed from the hydrogel composition for ultrasound examination simulation. The artificial organ may be observed like an actual human organ or tissue, with each tissue implemented to be distinct when observed by ultrasound.

상기 인공 장기는 인공 신장, 인공 간, 인공 소장, 인공 대장, 인공 위, 인공 담낭, 인공 혈관, 인공 방광, 인공 심장, 인공 폐, 인공 자궁, 인공 피부 또는 림프절일 수 있으나, 이들의 예로만 한정되는 것은 아니다.The above artificial organs may be, but are not limited to, examples of an artificial kidney, an artificial liver, an artificial small intestine, an artificial large intestine, an artificial stomach, an artificial gallbladder, an artificial blood vessel, an artificial bladder, an artificial heart, an artificial lung, an artificial womb, artificial skin or lymph nodes.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물의 제조방법은, According to one embodiment of the present invention, a method for producing a hydrogel composition for ultrasound examination simulation comprises:

(a) 조성물 총 중량을 기준으로, 10 내지 25 중량%의 아크릴아마이드 및 1 내지 4 중량% 아가로스를 70 내지 90 중량%의 물에 용해하는 단계;(a) a step of dissolving 10 to 25 wt% of acrylamide and 1 to 4 wt% of agarose in 70 to 90 wt% of water, based on the total weight of the composition;

(b) 상기 (a) 단계의 용해된 용액에 0.001 내지 5.0 중량%의 셀룰로오스를 넣고 분산시키는 단계; 및(b) a step of adding and dispersing 0.001 to 5.0 wt% of cellulose into the dissolved solution of step (a); and

(c) 상기 (b) 단계의 분산된 용액에 0.005 내지 0.03 중량%의 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA) 및 0.05 내지 0.10 중량%의 암모늄 퍼설페이트(APS)를 넣고 용해하는 단계;를 포함할 수 있다.(c) a step of adding and dissolving 0.005 to 0.03 wt% of N,N-methylenebisacrylamide (MBA) and 0.05 to 0.10 wt% of ammonium persulfate (APS) into the dispersed solution of step (b).

상기 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물의 제조방법은 열경화제인 암모늄 퍼설페이트가 고온상태의 아가로스 용액에 한꺼번에 혼합될 경우, 다른 재료들을 혼합하기 전에 반응을 시작하거나 용액 내 재료들이 모두 균일하게 혼합되기 전에 반응을 일으키는 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제를 해소하기 위하여 본 발명의 제조방법은 (a) 단계 및 (b) 단계 이후, (c) 단계를 수행하여 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 제조하는 것에 특징을 갖는다.The method for manufacturing the hydrogel composition for ultrasound examination simulation above has a problem in that, when ammonium persulfate, a thermosetting agent, is mixed all at once into the agarose solution at a high temperature, the reaction starts before other materials are mixed or the reaction occurs before all materials in the solution are uniformly mixed. Therefore, in order to solve this problem, the manufacturing method of the present invention is characterized in that the hydrogel composition for ultrasound examination simulation is manufactured by performing step (c) after steps (a) and (b).

상기 제조방법은 상기 언급된 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물에 관하여 기재된 내용이 동일하게 적용될 수 있으므로, 중복되는 내용은 생략한다.Since the above manufacturing method can be applied identically to the content described for the hydrogel composition for ultrasound examination simulation mentioned above, redundant content is omitted.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred examples are presented to help understand the present invention, but the following examples are only illustrative of the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and technical idea of the present invention, and it is also natural that such changes and modifications fall within the scope of the appended patent claims.

실시예 1: 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물의 제조Example 1: Preparation of hydrogel composition for ultrasound examination simulation

(1)모노머 용액의 제조(1) Preparation of monomer solution

4.8 g의 아크릴아마이드(AM) 및 0.8 g의 아가로스를 20 ml의 증류수(DI)에 넣고 충분히 녹여 모노머 용액을 제조하였다. 4.8 g of acrylamide (AM) and 0.8 g of agarose were sufficiently dissolved in 20 ml of distilled water (DI) to prepare a monomer solution.

(2)셀룰로오스 분산액의 제조(2) Preparation of cellulose dispersion

상기 모노머 용액에 0.01 g의 셀룰로오스를 넣고 균일하게 분산시켜 셀룰로오스 분산액을 제조하였다.A cellulose dispersion was prepared by adding 0.01 g of cellulose to the above monomer solution and uniformly dispersing it.

(3)하이드로겔 조성물의 제조(3) Preparation of hydrogel composition

상기 셀룰로오스 분산액에 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA) 및 암모늄 퍼설페이트(APS)를 넣고 용해시켜 하이드로겔 조성물을 제조하였다.N,N-methylenebisacrylamide (MBA) and ammonium persulfate (APS) were added to the above cellulose dispersion and dissolved to prepare a hydrogel composition.

실시예 2 내지 10: 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물의 제조Examples 2 to 10: Preparation of hydrogel compositions for ultrasound examination simulation

각 성분의 함량을 하기 표 1과 같이 포함하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 제조하였다.A hydrogel composition for ultrasound examination simulation was prepared in the same manner as in Example 1, except that the contents of each component were included as shown in Table 1 below.

DI (ml)DI (ml) AM (g)AM (g) 아가로스 (g)Agarose (g) MBA (g)MBA (g) APS (g)APS (g) 셀룰로오스(g)Cellulose (g) 실시예 1Example 1 2020 4.84.8 0.80.8 0.00460.0046 0.02150.0215 0.010.01 실시예 2Example 2 2020 4.84.8 0.80.8 0.00460.0046 0.02150.0215 0.050.05 실시예 3Example 3 2020 4.84.8 0.80.8 0.00460.0046 0.02150.0215 0.250.25 실시예 4Example 4 2020 4.84.8 0.80.8 0.00460.0046 0.02150.0215 1.01.0 실시예 5Example 5 2020 4.84.8 0.50.5 0.00380.0038 0.02480.0248 0.0010.001 실시예 6Example 6 2020 4.84.8 0.50.5 0.00380.0038 0.02480.0248 0.010.01 실시예 7Example 7 2020 4.84.8 0.50.5 0.00380.0038 0.02480.0248 0.050.05 실시예 8Example 8 2020 4.84.8 0.50.5 0.00380.0038 0.02480.0248 0.10.1 실시예 9Example 9 2020 4.84.8 0.50.5 0.00380.0038 0.02480.0248 0.50.5 실시예 10Example 10 2020 4.84.8 0.50.5 0.00380.0038 0.02480.0248 1.01.0

비교예Comparative example

셀룰로오스를 포함하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 제조하였다.A hydrogel composition for ultrasound examination simulation was prepared in the same manner as in Example 1 except that cellulose was not included.

실험예: 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔의 초음파 이미지Experimental example: Ultrasonic image of hydrogel for ultrasound inspection simulation

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예에서 제조된 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 몰드에 부어, 70 ℃에서 20분 동안 경화하여 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔을 제작하였다. 상기 하이드로겔의 초음파 이미지를 도 2에 나타내었다.The hydrogel compositions for ultrasonic inspection simulation manufactured in Examples 1 to 4 and Comparative Examples were poured into a mold and cured at 70° C. for 20 minutes to manufacture a hydrogel for ultrasonic inspection simulation. The ultrasonic image of the hydrogel is shown in Fig. 2.

도 2를 살펴보면, 셀룰로오스를 포함하지 않은 비교예의 하이드로겔 대비 셀룰로오스를 포함하는 실시예 1 내지 4의 하이드로겔이 초음파 이미지에서 반사음이 증가하여 더 하얗게 관측되는 것을 확인하였다. 또한, 셀룰로오스의 함량이 증가할수록 초음파 이미지에서 더 하얗게 관측됨을 알 수 있었다. Looking at Figure 2, it was confirmed that the hydrogels of Examples 1 to 4 including cellulose were observed as whiter due to increased reflection in the ultrasound image compared to the hydrogels of the comparative examples not including cellulose. In addition, it was found that as the cellulose content increased, the ultrasound image was observed as whiter.

또한, 상기 실시예 1, 5 및 8에서 제조된 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물을 각각 몰드에 부어, 70 ℃에서 20분 동안 경화하여 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔을 제작하였다. 상기 하이드로겔의 초음파 이미지를 도 2에 나타내었다.In addition, the hydrogel compositions for ultrasonic inspection simulation manufactured in Examples 1, 5, and 8 were each poured into a mold and cured at 70° C. for 20 minutes to manufacture a hydrogel for ultrasonic inspection simulation. The ultrasonic image of the hydrogel is shown in Fig. 2.

도 3을 살펴보면, 셀룰로오스의 함량이 서로 다른 실시예 1, 5 및 8에서 제조된 하이드로겔을 적층하여 초음파 이미지를 관측한 결과, 셀룰로오스의 함량이 증가할수록 초음파 이미지에서 더 하얗게 관측됨을 알 수 있었다.Looking at Figure 3, the hydrogels manufactured in Examples 1, 5, and 8 with different cellulose contents were laminated and the ultrasound images were observed. As the cellulose content increased, it was observed to be whiter in the ultrasound images.

Claims (7)

하이드로겔 단량체 및 수분산이 가능한 섬유상 물질을 포함하고, Containing a hydrogel monomer and a fibrous material capable of being dispersed in water, 상기 섬유상 물질의 함량은 조성물 총 중량 기준으로 0.001 중량% 내지 5.0 중량%인, 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물.A hydrogel composition for ultrasound inspection simulation, wherein the content of the fibrous material is 0.001 wt% to 5.0 wt% based on the total weight of the composition. 제1항에 있어서,In the first paragraph, 상기 하이드로겔 단량체는 아크릴아마이드, 아가로스, 메타크릴아마이드, 비스-아크릴아마이드, N-N-디메틸아크릴아마이드, N,N-메틸렌비스아크릴아마이드, 폴리아닐린, 아크릴산, 메타크릴산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 폴리아크릴산, 알릴아민, 메틸 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 소듐 폴리아크릴레이트, N-비닐피롤리돈, 이미이드, 아미드, 아가로스, 젤라틴, 젤라틴 메타크릴레이트, 콜라겐, 피브리노겐, 피브린, 메틸 셀룰로오스, 키토산, 키틴, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐 알코올 카라기난, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판-술폰산, 알지네이트. 2-히드록시에틸메타크릴레이트 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나인 것인, 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물.The above hydrogel monomers are acrylamide, agarose, methacrylamide, bis-acrylamide, N-N-dimethylacrylamide, N,N-methylenebisacrylamide, polyaniline, acrylic acid, methacrylic acid, vinylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, polyacrylic acid, allylamine, methyl methacrylate, poly(ethylene glycol) methacrylate, poly(ethylene glycol) diacrylate, sodium polyacrylate, N-vinylpyrrolidone, imide, amide, agarose, gelatin, gelatin methacrylate, collagen, fibrinogen, fibrin, methyl cellulose, chitosan, chitin, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol carrageenan, 2-acrylamido-2-methylpropane-sulfonic acid, alginate. A hydrogel composition for ultrasound examination simulation, comprising at least one selected from 2-hydroxyethyl methacrylate and mixtures thereof. 제1항에 있어서,In the first paragraph, 상기 섬유상 물질은 셀룰로오스, 셀룰로오스 나노섬유, 유리섬유 및 실리콘옥사이드(SiO2) 중에서 선택되는 적어도 하나인 것인, 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물.A hydrogel composition for ultrasound inspection simulation, wherein the fibrous material is at least one selected from cellulose, cellulose nanofibers, glass fibers, and silicon oxide (SiO 2 ). 조성물 총 중량을 기준으로, 10 내지 25 중량%의 아크릴아마이드, 1 내지 4 중량% 아가로스, 0.001 내지 5.0 중량%의 셀룰로오스, 0.005 내지 0.03 중량%의 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA), 0.05 내지 0.10 중량%의 암모늄 퍼설페이트(APS) 및 70 내지 90 중량%의 물을 포함하는, 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물.A hydrogel composition for ultrasound examination simulation, comprising 10 to 25 wt% of acrylamide, 1 to 4 wt% of agarose, 0.001 to 5.0 wt% of cellulose, 0.005 to 0.03 wt% of N,N-methylenebisacrylamide (MBA), 0.05 to 0.10 wt% of ammonium persulfate (APS), and 70 to 90 wt% of water, based on the total weight of the composition. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물로 형성된 조직을 포함하는, 인공 장기.An artificial organ comprising a tissue formed from a hydrogel composition for ultrasound examination simulation according to any one of claims 1 to 4. 제5항에 있어서,In paragraph 5, 상기 인공 장기는 인공 신장, 인공 간, 인공 소장, 인공 대장, 인공 위, 인공 담낭, 인공 혈관, 인공 방광, 인공 심장, 인공 폐, 인공 자궁, 인공 피부 또는 림프절인 것인, 인공 장기.The artificial organ is an artificial kidney, an artificial liver, an artificial small intestine, an artificial large intestine, an artificial stomach, an artificial gallbladder, an artificial blood vessel, an artificial bladder, an artificial heart, an artificial lung, an artificial womb, artificial skin or a lymph node. 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물의 제조방법에 있어서,A method for manufacturing a hydrogel composition for ultrasound examination simulation, (a) 조성물 총 중량을 기준으로, 10 내지 25 중량%의 아크릴아마이드 및 1 내지 4 중량% 아가로스를 70 내지 90 중량%의 물에 용해하는 단계;(a) a step of dissolving 10 to 25 wt% of acrylamide and 1 to 4 wt% of agarose in 70 to 90 wt% of water, based on the total weight of the composition; (b) 상기 (a) 단계의 용해된 용액에 0.001 내지 5.0 중량%의 셀룰로오스를 넣고 분산시키는 단계; 및(b) a step of adding and dispersing 0.001 to 5.0 wt% of cellulose into the dissolved solution of step (a); and (c) 상기 (b) 단계의 분산된 용액에 0.005 내지 0.03 중량%의 N,N-메틸렌비스아크릴아마이드(MBA) 및 0.05 내지 0.10 중량%의 암모늄 퍼설페이트(APS)를 넣고 용해하는 단계;를 포함하는 초음파 검사 시뮬레이션용 하이드로겔 조성물의 제조방법.(c) a step of adding 0.005 to 0.03 wt% of N,N-methylenebisacrylamide (MBA) and 0.05 to 0.10 wt% of ammonium persulfate (APS) to the dispersed solution of step (b) and dissolving them; a method for producing a hydrogel composition for ultrasound examination simulation.
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