KR100740730B1 - 중합체 섬유 조성물 및 방법 - Google Patents

중합체 섬유 조성물 및 방법 Download PDF

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홀로파이버, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 일반적으로, 수지와 같은 캐리어 물질과 배합되어 텍스타일, 필름, 코팅물, 및(또는) 보호 또는 절연 물질용 섬유 또는 필라멘트를 형성할 수 있는 분말 형성 활성 입자의 특정 조합에 관한 것이다. 입자와 물질의 특정 혼합물을 최종 생성물에 광학 에너지, 열 및 다른 전자기 에너지와의 융합을 비롯한 독특하고 중요한 특성을 부여하도록 주의깊게 설계할 수 있다. 생성된 조성물은 가시 스펙트럼, 및 가시 스펙트럼 이외의 광학 및 전자기 에너지 영역의 광과 상호작용할 수 있다.
분말 형성, 활성 입자, 광학 에너지, 전자기 에너지, 수지 필라멘트, 결정성 입자

Description

중합체 섬유 조성물 및 방법 {Polymeric Fiber Composition and Method}
<관련 출원에 대한 상호 참조>
본 출원은 2002년 3월 22일자 미국 가특허 출원 제60/366,237호 및 2002년 10월 2일자 미국 가특허 출원 제60/415,532호를 우선권 주장한다.
본 발명은 일반적으로, 수지와 같은 캐리어 물질과 배합되어 텍스타일, 필름, 코팅물, 및(또는) 보호 또는 절연 물질용 섬유 또는 필라멘트를 형성할 수 있는 분말 형성 활성 입자의 특정 조합에 관한 것이다. 입자와 물질의 특정 혼합물을 최종 생성물에 광학 에너지, 열 및 다른 전자기 에너지와의 융합을 비롯한 독특하고 중요한 특성을 부여하도록 설계할 수 있다. 생성된 조성물은 가시 스펙트럼 뿐만 아니라 가시 스펙트럼 이외의 광학 및 전자기 에너지 영역의 광과 상호작용할 수 있다.
예를 들어 중합체와 같은 캐리어 물질에 분말을 첨가한 후 압출하여 섬유 또는 필라멘트를 형성하거나 또는 멤브레인 또는 필름으로 성형할 수 있고, 이들을 각종 응용물에 유용한 직물 또는 코팅물 제조에 사용할 수 있다. 이러한 응용물에는 양말류, 신발류, 운동복, 스포츠 웨어, 스포츠 랩, 베이스 레이어, 글러브 및 붕대가 포함될 수 있다. 또한, 이들 품목은 냄새 조절, 열 조절, 화염으로부터의 보호 제공, 유해광으로부터의 보호 제공, 절연, 상처 치유 및 식품 보존 등의 특정 특성을 가질 수 있다. 분말이 인간 신체, 그의 필요물, 요건 및 항상성 안정화와 양성 방식으로 상호작용하도록 고안할 수 있다.
인간 신체 뿐만 아니라 다른 기관 및 물질은, 예를 들어 열 또는 적외선 형태로 전자기선을 방출한다. 특정 상황에서, 예를 들어 신체 열 또는 식품 온도 유지가 요구되는 응용물의 경우 상기 복사선을 보유하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 식품을 조리하면 특정 온도에 도달할 수 있으나, 이러한 열은 흔히 주변 공기와 같은 저온으로의 노출에 의해 손실된다. 또다른 예로, 인간 신체는 저온에 노출될 수 있어, 적외선이 표피를 통해 손실될 수 있다. 이러한 적외선의 보유는 특정 온도를 유지하고, 적외선 센서, 절연 파이프 및 열 전달을 막는 다른 구조재에 의한 검출을 막으며, 관절 경직을 막는 열을 제공하는 것을 비롯한 특정 유리한 특성을 가질 수 있다. 공지된 섬유는 수분 또는 다른 바람직하지 않은 부작용을 발생시키지 않고서는 열 방출체로부터의 복사선 방출을 완전히 해결하지 못한다.
<발명의 요약>
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하고 산업적으로의 요구 사항을 만족시키고자 한다. 따라서, 본 발명의 일 특정 목적은 광학적으로 반응성인 생물학적으로 양성인 (biologically benign) 조성물을 제공하는 방법 및 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시양태는 이산화티타늄, 석영, 산화알루미늄 및 수지를 포함 하는 조성물에 관한 것이다. 수지 조성물은 중합체이다. 산화알루미늄, 이산화티타늄 및 석영은 수지 내에 분산될 수 있다. 또한, 이산화티타늄, 석영 및 산화알루미늄은 각각 10:10:2의 건조 중량비로 존재할 수 있다. 본 실시양태에서, 이산화티타늄, 석영 및 산화알루미늄은 조성물 총 중량의 약 1 내지 약 2 ％로 포함될 수 있고, 조성물은 생물학적으로 양성일 수 있다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 조성물 내의 이산화티타늄은 평균 입도가 약 2.0 ㎛ 이하일 수 있고, 입자는 실질적으로 삼각형일 수 있다. 조성물 내의 산화알루미늄은 평균 입도가 약 1.4 ㎛ 이하일 수 있으며, 입자는 부채꼴 형상일 수 있다. 또한, 조성물 내의 석영은 평균 입도가 약 1.5 ㎛ 이하일 수 있으며, 입자는 형상이 원형일 수 있다. 이산화티타늄, 산화알루미늄 및 석영 조성물은 본 발명의 본 실시양태 내에서 균질화될 수 있다. 또한, 조성물은 조성물에 노출되는 입사광의 파장을 짧게 하고 길게 함으로써 입자광의 파장을 이동시킬 수 있다.
본원의 발명은 또한 상기한 실시양태의 조성물을 다수의 섬유로 압출하고, 이 섬유를 얀 (yarn)으로 방적하는 단계를 포함하는, 광학적으로 반응성인 얀의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 상기한 조성물을 포함하는 제직 섬유로 이루어질 수 있다. 또다른 실시양태에서, 조성물은 또한 모, 면, 견, 아마, 대마, 저마 및 황마와 같은 1종 이상의 천연 섬유를 더 포함하는 섬유와 함께 제직될 수 있다. 또다른 실시양태에서, 조성물은 아크릴, 아세테이트, 라이크라, 스판덱스, 폴리에스테르, 나일론 및 레이온과 같은 1종 이상의 합성 섬유를 포함하는 제직 섬유를 또한 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 상기한 조성물을 포함하는 부직 섬유로 이루어질 수 있다. 부직 섬유는 모, 면, 견, 아마, 대마, 저마 및 황마와 같은 제직 천연 섬유, 또는 아크릴, 아세테이트, 라이크라, 스판덱스, 폴리에스테르, 나일론 및 레이온과 같은 합성 섬유와 함께 방적될 수 있다. 광학적으로 반응성인 얀은 이러한 방법에 의해 제조되어, 다수의 천연 섬유, 합성 섬유 또는 천연 섬유와 합성 섬유 모두와 함게 방적된, 상기한 조성물의 제직 또는 부직 섬유를 포함하는 직물을 생성할 수 있다.
본원의 발명의 또다른 실시양태는 또한 상기한 직물 중 하나로 대상체 신체 부위를 덮거나 또는 둘러싸는 것을 포함하는, 대상체 또는 물체로부터 방출되는 복사선원을 보유하는 방법에 관한 것이다. 본 실시양태에서, 직물은 상기한 조성물로 이루어진 제직 섬유로 이루어질 수 있다. 제직 섬유로 방적된 조성물은 천연이거나 또는 합성된 것일 수 있다. 복사선은 또한 적외선일 수 있다.
본 발명은 또한 물체로부터 방출되는 복사선원을 보유하는 방법에 관한 것으로, 이는 상기한 직물 중 하나로 대상체를 덮거나 또는 둘러쌈으로써 달성될 수 있다.
도 1은 경피 산소 측정으로부터의 손 데이터를 나타낸 그래프이다
도 2는 경피 산소 측정으로부터의 발 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 3은 알루미나의 스펙트럼 분포 패턴의 그래프이다.
도 4는 이산화티타늄의 스펙트럼 분포 패턴의 그래프이다.
도 5는 미립자가 첨가된 필라멘트를 제조하는 공정의 흐름도이다.
<바람직한 실시양태의 설명>
본 발명은 본 명세서에 기재된 특정 방법론, 프로토콜 및 시약 (이들은 다양할 수 있음) 등에 제한되지 않는다는 것을 이해한다. 또한 본 명세서에 사용된 용어는 특정 실시양태만을 기재하기 위한 목적으로 사용된 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의도하지 않는다는 것을 이해한다. 본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 단수 형태는 문맥에서 달리 명확하게 지시되지 않는다면 복수 형태를 포함한다는 것을 인지해야 한다.
달리 정의되지 않는다면, 본 명세서에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기재된 것과 유사한 또는 동일한 임의의 방법 및 물질이 본 발명의 실시 또는 테스트에 사용될 수 있지만, 바람직한 방법, 장비 및 물질은 기재되어 있다. 본 명세서에 인용된 모든 참고 문헌은 참고를 위해 그의 전문이 도입된다.
본 발명은 적외선원을 보유하고 분말에 의해 반사된 광의 파장을 변경시키거나, 분말을 통해 통과하는 것과 같은 특정 이점을 갖는 수지에서 생물학적으로 양성인 분말의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다. 이 분말은 수지, 구체적으로 중합체와 같은 캐리어 물질과 배합되고(거나) 텍스타일 섬유, 부직포 멤브레인 또는 유사 제품으로 제공될 수 있다. 이러한 분말을 도입한 제품은 광과 상호작용하는 인간계에서 및 주변에서 광학 특성을 변경시키고, 전자기 스펙트럼에서 파장을 변경시키 고, 광을 반사 또는 흡수함으로써, 예를 들어 상처 치유, 피부 섬유모세포 자극, 섬유모세포 성장 및 증식, 증가된 DNA 합성, 증가된 단백질 합성, 증가된 세포 증식과 같은, 이러한 제품을 착용하는 대상체에게 추가의 이점을 제공할 수 있다. 본 발명의 조성물 및 섬유는 전자기선과 함께 작용하여 이러한 이점을 제공하는 물질의 조합을 나타낸다.
또한, 본 발명의 조성물을 다양한 설정으로 사용하여 적외선원을 트랩핑하여 물체에 열을 제공하거나, 적외선 광의 방출을 방지할 수 있다. 몇가지 용도로는 가열 및 냉각계의 절연, 실외 레크리에이션을 위한 단열, 발각되는 것을 방지하기 위한 군사력에 의한 적외선 광의 보유 및 부패하기 쉬운 제품의 격리를 들 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 이러한 조성물로부터 제조된 직물의 다른 용도로는 양말류, 신발류, 운동복, 스포츠 웨어, 스포츠 랩, 베이스 레이어, 글러브 및 붕대를 들 수 있다. 이러한 제품은 또한 냄새 조절, 열 조절, 화염으로부터의 보호 제공, 유해광으로부터의 보호 제공, 절연, 상처 치유 및 식품 보존과 같은 특정 특징을 가질 수 있다.
전자기 광은 파장 10 nm 내지 1060 nm의 매우 넓은 범위에 이르며, 자외선 광, 가시광 및 적외선 광에 이른다. 자외선 ("UV") 광은 파장이 10 nm 내지 390 nm이며, 근 (390 내지 300 nm), 중간 (300 내지 200 nm) 및 원 (200 내지 10 nm) 스펙트럼 범위로 나뉜다. 가시광은 파장 390 내지 770 nm를 갖는 전자기 스펙트럼에서의 작은 밴드이고, 보라색, 청색, 녹색, 황색, 오렌지색 및 적색 광으로 나뉜다. 적외선 ("IR") 광은 770 nm 내지 1060 nm에 이르고, 근 (770 내지 1.5 x 103), 중간 (1.5 x 103 내지 6 x 103) 및 원 (6 x 103 내지 106) 범위를 포함한다. 굴절률 ("RI")은 광을 휘게하는 물질의 능력의 측정치이다. 신체가 노출되는 광 및 광학 에너지는 전자기 스펙트럼 전체에 이른다. 성인 신체는 휴식시 약 100 와트의 IR을 중간 및 원파장에서 방출한다. 운동하는 동안 이 수준이 급격하게 상승하고 파장의 분포가 변한다.
흡수, 반사, 굴절 및(또는) 파장의 변화에 의해 광학 에너지와 상호작용하는 많은 종류의 물질이 있다. 광이 흡수될 때, 이는 분자 운동 또는 열, 또는 보다 긴 파장의 광학 에너지로 변한다. 일 실시양태에서, 본 발명은 예를 들어 광 및 전자기 스펙트럼에 광학적으로 반응성인 수지, 필름, 중합체 또는 섬유와 같은 물질에 관한 것이다. 생성된 최종 물질은 생물계 또는 무생물계와 상호작용하는데 사용될 수 있다. 최종 물질은 다양한 활성 물질을 함께 첨가하여 분말을 형성함으로써 생성될 수 있다. 그 후, 분말을 자신의 독특한 광학 특성을 가질 수 있고 또한 분말 및 그의 입자에 대한 매트릭스로서 작용할 수 있는 캐리어 물질과 배합하거나 혼합할 수 있다.
분말을 형성하기 위해 선택된 활성 물질은 몇 가지 특징에 기초하여 선택된다. 한 가지 특징은 입자 형태의 활성 물질이 생물학적으로 양성 또는 불활성일 수 있는 것이다. 상기 물질은 바람직하게는 두 가지 광학 특성, 즉 투명한 것 및 캐리어 물질과 상이한 굴절률을 갖는 것 중 하나를 나타낸다. 본 발명에 사용될 수 있 는 특정 활성 물질의 예로는 규소, 탄소, 및 알루미늄, 티타늄, 규소, 붕소, 칼슘, 나트륨 및 리튬의 산화물을 비롯한 다양한 유리질 유리를 들 수 있다. 특정 실시양태에서, 활성 물질은 이산화티타늄, 석영 및 산화알루미늄이다.
예를 들어, 물질 및 그의 광학 특성의 선택은 예를 들어 1.015 ㎛ 내지 0.601 ㎛ (601 nm)의 파장 범위에서의 생물학적 여기와 같은 특정 결과를 수행하기 위해 선택될 수 있다. 이러한 광의 영역을 표적화하기 위해, 목적하는 파장을 일괄하는 범위에서 여기 및 방출을 촉진하는 통과 밴드 (pass band)의 중첩 계열이 물질에 의해 생성될 수 있다. 상기 통과 밴드는 호스트 (host)에 대해 엇갈린 (staggered) 굴절률의 입자를 사용하고, 공지된 투명도를 생성하며, 가능할 경우 높은 투명도 및 적절한 굴절률을 갖는 입자를 사용하여 정상적으로 차단되거나 약화된 파장을 집중시킴으로써 생성될 수 있다. 또한, 광범위한 여기를 보장하기 위해, 단파, 또는 유해한 UV 영역에서 투과되지 않는 높은 굴절률을 갖는 UV 광에 대해 투명한 물질이 사용될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 특정 캐리어 물질의 예로는 레이온, 폴리에스테르 (PET), 나일론, 아크릴, 폴리아미드 및 폴리이미드와 같은 수지를 들 수 있다. 적외광에 관한 적용을 위해, 예를 들어 폴리에틸렌 및 많은 그의 유도체, 폴리프로필렌 및 많은 그의 유도체, 폴리메틸펜텐, 및 폴리스티렌 및 많은 그의 유도체와 같은, 약 0.5 내지 약 11 ㎛ 범위의 투과율을 갖는 고형 투명 물질이 바람직하다. 상기 물질은 또한 자외선에서 유용한 투명도를 나타낸다. 다양한 굴절률을 갖는 활성 입자의 첨가는 IR 및 UV 범위에서 폭넓은 범위의 필터링 (filtering) 효과를 가져올 수 있다. 특히, 수지는 케이싱 매질로서 기능하고 활성 물질을 위한 렌즈 매질로서 작용할 수 있다.
물질이 선택되면, 이들은 다양한 특성을 포함하기 위해 분쇄되거나 가공될 수 있다. 분쇄 또는 가공은 활성 물질의 입도, 각 종류의 활성 물질의 농도, 및 활성 물질의 물리적 특징을 측정하는 것을 돕고, 이는 당업계에 공지되어 있다. 물리적 특징의 예로는 입자의 평활도 또는 형상을 들 수 있다. 예를 들어, 입자는 평활하거나, 원형이거나, 삼각형이거나 부채꼴일 수 있다.
최종 물질은 파장에 대해 두 가지 결과 중 하나를 달성할 수 있으며, 즉 목적하는 효과에 따라 파장을 짧게 하거나 길게 할 수 있다. 어느 용도에서도 IR 광은 원자 및(또는) 분자 구조를 여기시킨다. 여기는 대개 원자 또는 분자 수준에 대한 응력을 유발할 수 있다. 응력이 방출될 경우, 전자 에너지 수준은 변화하고, 광자로서 에너지를 방출할 수 있다.
캐리어 및 활성 입자 물질의 일부 조합에서, 특정 파장은 주어진 파장을 흡수 및(또는) 방출할 수 있는 용이성에 의해 선택될 수 있다. 활성 입자가 필터링 작용을 수행하는, 즉, 광학 에너지를 통과시키는 매트릭스 중에 현탁되어 있는 경우, 활성 입자는 캐리어 물질의 파장에 더욱 가까울 수 있다. 반대로, 보다 짧거나 긴 파장을 통과시키는 경우, 활성 입자는 통과된 광의 파장 크기에 더욱 가까울 수 있다. 예를 들어, 목적하는 파장이 1 ㎛인 경우, 입도는 동일, 즉 1 ㎛일 수 있다. 예를 들어 수지와 같은 캐리어 물질이 14 ㎛ 내지 4 ㎛을 통과시킬 수 있는 경우, 이 파장보다 약간 크거나 또는 그와 동일한 일부 입자를 갖는 것이 바람직할 수 있 다. 목적하는 입도는 약 2 ㎛ 내지 약 0.5 ㎛의 범위일 수 있고, 바람직하게는 표적 파장과 관련이 있다.
특정한 실시양태에서, 분말은 산화알루미늄 (Al2O3), 석영 (SiO2) 및 이산화티타늄 (TiO2 - 금홍석 형태)을 포함할 수 있다. 이산화티타늄은 밀레니엄 케미컬즈, 인크. (Millennium Chemicals, Inc., 메릴랜드주 헌트 밸리 소재)와 같은 임의의 시판원으로부터 입수할 수 있다. 석영은 바베라 코. (Barbera Co., 캘리포니아주 알라메다 소재)와 같은 임의의 시판원으로부터 입수할 수 있다. 산화알루미늄은 인더스트리얼 서플라이 (Industrial Supply, 콜로라도주 러브랜드 소재)와 같은 임의의 시판원으로부터 입수할 수 있다.
산화알루미늄은 특정 조건하에 적외선 밴드변위를 촉진시키는 독특한 특성을 갖는다. 산화알루미늄을 본 명세서에 기재된 것과 같은 다른 물질과 조합하면, 적외선과의 상호작용이 일어난다. 예를 들어, 인체로부터 방출된 적외선은 본 발명의 조성물에 있는 성분들의 원자 및 분자에서 흡수되어 전자 에너지 수준을 여기시킨다. 전자가 이전의 에너지 수준으로 되돌아 감에 따라, 이들 전자는 적외선 범위이나 다른 파장, 즉, 더 긴 파장의 에너지를 방출한다. 본 발명의 조성물은 압축 랩 또는 슬리브와 같은 신체 커버로 사용될 때, 산화알루미늄의 이러한 밴드변위 특성을 이용하여 보다 긴 적외 파장을 인체로 반사시킨다. 예를 들어, 보다 긴 적외 파장은 모세관을 이완시키고 덜 수축시켜, 필요할 때 혈류를 증가시켜 신체 순환을 개선시킨다.
석영 또는 이산화규소는 고체 벌크 형태로 캐리어 물질에 도입될 때 생물학적으로 양성이다. 석영은 또한 비선형 주파수 배가를 일으킬 수 있고, 특정 파장 및 캐리어와 적절하게 조합되어 자외선 (UV) 광을 방출할 수 있다. 자외선은 박테리아 성장을 억제하고 오존을 생성하는 것으로 공지되어 있다. 너무 짧을 파장을 갖는 UV는 인간계에 해로울 수 있다. 석영은 그의 물리적 입도가 제외되어야 하는 광 파장에 가까운 경우 보다 짧은 파장의 자외선을 흡수하는 데 이용될 수 있다. 본 발명에서, 석영은 주파수를 높이고 파장을 짧게 하는 데 이용될 수 있다.
석영은 광학적으로 활성일 뿐만 아니라, 압전 특성을 나타낼 수 있다. 석영이 응력을 받으면, 전하 분포가 불균등해 질 수 있고, 한 전계는 한 면을 따라 수립될 수 있으며, 반대 전계는 다른 면을 따라 수립될 수 있다. 예를 들어 압력과 같은 응력 효과가 일정한 경우, 전하는 균등한 중립 방식으로 스스로 재분포될 수 있다. 전하가 재분포되었을 때 응력이 제거되면, 초기 전하와 크기는 동일하나 반대 극성인 전하가 수립될 수 있다. 이러한 전하 재분포에 의해 비선형 거동이 발생하며, 이는 주파수 배가로서 나타내어 질 수 있다.
이산화티타늄은 높은 굴절율을 가지며 스펙트럼의 가시 영역에서 고도의 투명성을 갖기 때문에 특이적이다. 이산화티타늄은 광을 반사, 흡수 및 산란시키고 피부를 자극하지 않기 때문에 선스크린에서 선블록으로서 사용된다. 다이아몬드만이 이산화티타늄보다 더 높은 굴절률을 갖는다. 이러한 이유로, 이산화티타늄은 피부 표면에 더 가깝게 적용하는데 있어서 이상적이다.
티타늄의 광학 특성이 석영 및 적절한 캐리어 물질, 예를 들어 PET 등과 함 께 사용되는 경우, 온실 효과가 발생될 수 있다. 한가지 크기의 적외선 파장은 수지를 통해 역방향으로 통과할 수 있으며, 반사될 수 있다. 이러한 반사에 의해 PET를 통한 역방향 통과를 방지하는 더 긴 파장을 생성시킨다. 본 발명의 특정 실시양태에서, 이러한 특성을 이용해서 더 긴 파장을 인간계로 반사시킬 수 있으며, 더 짧고 보다 해로운 파장을 인간계의 외부로 지시할 수 있다.
또한, 분말 중 활성 물질의 입도 및 형상은 입자를 통과할 수 있는 광의 파장을 조절함으로써 최종 생성물에 영향을 줄 수도 있다. 특정 실시양태에서, 산화알루미늄의 경우에 약 1.4 ㎛ 이하의 입도를 사용한다. 입자 형상은 부채꼴 형상일 수 있다. 석영의 입도는 약 1.5 ㎛ 이하일 수 있다. 석영 입자는 구형이거나 실질적으로 구형일 수 있다. 이산화티타늄 입자는 약 2 ㎛ 이하이며 원형 단부를 갖는 삼각형 형상일 수 있다.
활성 입자 및 캐리어 물질의 구체적인 특성 및 특징을 조합함으로써 인간계 내부 및 인간계 주변에서 광학 특성을 변화시켜 특이적 효과, 예를 들어 상처 치유, 피부 섬유모세포 자극, 섬유모세포 성장 및 증식, DNA 합성 증가, 단백질 합성 증가 및 세포 증식 증가를 나타낼 수 있다. 이러한 특성은 특정 파장의 광 및 이러한 광과 본 발명의 조성물과의 상호작용과 관련이 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 약 15 nm에서 발생하는 파장을 선택해서 멜라닌 여기를 유발할 수 있다. 이러한 여기를 달성하기 위해, 인간 대사 작용에서 약 10 nm 내지 약 2.5 ㎛의 밴드의 에너지 범위를 사용할 수 있다. 실외 넓은 밴드 또는 실내 램프로부터의 일광은 약 1.1 ㎛ 범위로 900 nm 부근에서 "봉우리 (hump)" 및 700 내지 800 nm 부근에서 넓은 일반적인 피크를 가지며, 400 내지 700 nm와 같은 더 작은 파장을 또한 포함한다. 일반적인 특성 및 바람직한 필터링 및 변화의 일부는 600 내지 900 nm 밴드 범위에서 밴드 패스(band pass)를 갖는 것을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 200 내지 900 nm의 투명도를 갖는 캐리어 물질을 선택할 수 있다. 수지는 8 내지 14 ㎛ 범위에서 공지된 투명도를 갖는다. 또한, 약 950 내지 550 nm의 파장을 갖는 활성 입자를 선택할 수도 있다. 이는 2 ㎛ 이하의 전체 입도 분포를 갖는 입자를 사용함으로써 달성할 수 있다.
근육 및 골 위축증은 우주비행사들의 경우에서 문서에 잘 기술되어 있는데, 우주에서 일어나는 다양한 작은 손상들이 지구에 착륙할 때까지 치유되지 않는 것으로 보고되었다. 인간 전박 (forearm)의 손목 굽힘 근육 및 송아지 다리 근육으로부터 얻은 스펙트럼은 630 내지 800 nm의 파장에서 광의 광자 대부분이 광자 검출기에서 표면 조직 및 근육을 통해 유입 및 배출 사이에서 23 cm 이동함을 입증한다. 광은 미토콘드리아에 의해 흡수되며, 여기서 광은 근육 및 골, 및 피부 및 피하 조직에서 에너지 대사를 자극한다. 증거는 680, 730 및 880 nm에서의 LED 광 요법을 고압 산소 요법과 동시에 사용함으로써 그렇지 않다면 마이크로중력에 장기간 노출되어 치유가 지연될 수 있는 우주정거장 임무 수행시 치유 과정을 촉진시킨다는 것을 시사한다. 조직은 각 세포의 미토콘드리아 (에너지 구획)에서, 특히 근-적외선을 사용해서 각 세포 내부의 색 민감성 화학물질 (발색단, 시토크롬계)을 활성화하는 경우에 기본적인 에너지 프로세스를 자극한다. 최적 LED 파장은 680, 730 및 880 nm를 포함할 수 있다 (문헌 [Whelan et al., 552 SPACE TECH. & APP. INT'L FORUM 35-35 (2001), [Whelan et al., 458 SPACE TECH. & APP. INT'L FORUM 3-15 (1999)] 및 [Whelan et al., 504 SPACE TECH. & APP. INT'L FORUM 37-43 (2000)] 참조). 680, 730 및 880 nm의 파장에서 근-적외선은 실험 동물에서 상처 치유를 자극하며, 근-적외선은 조직 배양에서 섬유모세포 및 근육 세포의 성장을 5배 증가시키는 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명의 조성물의 입도는 광 반사를 제공하거나 또는 유용한 파장의 광이 통과하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 활성 입자는 약 0.5 내지 약 2.0 ㎛의 대략적인 입도에 도달하도록 분쇄할 수 있다. 예를 들어, 이산화티타늄은 1 내지 2 ㎛의 입도로 분쇄할 수 있으며, 원형 단부를 갖는 삼각형 형상일 수 있다. 산화알루미늄은 1.4 내지 1 ㎛의 입도로 분쇄할 수 있으며, 부채꼴 형상일 수 있다. 석영은 바람직하게는 약 1.5 내지 1 ㎛의 입도로 분쇄되며, 일반적으로 원형이다. 모든 입자는 예를 들어 분쇄, 연마 또는 텀블링 (tumbling)과 같은 당업계에 공지된 방법에 의해 크기를 감소시키고 성형한다. 바람직한 실시양태에서, 분말 중에서 활성 물질인 이산화티타늄, 석영 및 산화알루미늄의 건조 중량비는 각각 10:10:2이다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 조성물은 필름 또는 섬유로 제조된 중합체와 같은 수지를 추가로 포함할 수 있다. 중합체를 먼저 펠렛 형태로 만들고, 예를 들어 건조제 건조기를 사용함으로써 수분을 제거할 수 있다. 이어서, 당업계에 공지된 방법에 의해, 예를 들어 패들형 혼합기를 구비한 회전 드럼에서 분말을 수지로 분산시킬 수 있다. 본 발명의 한 실시양태에서, 중합체는 폴리에스테르일 수 있다. 분말은 혼합물의 약 0.5 내지 약 20 ％로 포함될 수 있다. 다른 실시양태에서, 분말은 혼합물의 약 1 내지 약 10 ％로 포함될 수 있다. 특정 실시양태에서, 분말은 수지/분말 혼합물의 총 중량의 약 1 내지 약 2 ％로 포함될 수 있다. 섬유 1/2 톤을 생산하기 위해, 분말 약 100 파운드를 PET 약 1000 파운드와 배합할 수 있다. 다른 실시양태에서, 분말은 예를 들어 혼합과 같은 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 수지내로 도입할 수 있다. 이 실시양태에서, 분말 100 파운드를 PET 약 250 내지 약 300 파운드와 배합할 수 있다.
수지 및 분말을 배합한 다음, 생성된 액체를, 다양한 길이의 스테이플(staple) 섬유로 연신될 수 있는 섬유로 압출시킬 수 있다. 이러한 분쇄, 배합 및 압출 공정은 예를 들어 미국 특허 제6,204,317호; 동 제6,214,264호; 및 동 제6,218,007호 (이들 문헌은 그 개시 내용이 명시적으로 본원에 참고로 포함됨)에 기술된 바와 같이 당업계에 공지되어 있다.
시판되는 원료 물질로부터의 압출에 의해 폴리에스테르 섬유를 제조하는 기본적인 기술은 당업계의 통상의 숙련자에게 잘 알려져 있으며, 그와 다르지 않다면 본원에 반복하여 기재하지 않는다. 이러한 통상의 기술은 본 발명의 섬유를 제조하는데 꽤 적합하며, 전체 내용이 명시적으로 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,067,785호에 기재되어 있다.
압출 후, 섬유를 바람직하게는 회전 방적 기계를 사용하는 방적 공정에 의해 함께 배합하여 얀을 얻을 수 있다. 회전 방적 기계내 개구 크기 범위는 약 6 ㎛ 내지 약 30 ㎛일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명의 섬유를 얀으로 방적하는 단계는 섬유당 약 1 내지 약 3 데니어를 갖는 방적 스테이플을 포함하며, 따라서 용융된 폴리에스테르를 섬유로 방적하는 선행 단계는 유사하게 그러한 치수의 섬유를 형성시키는 것을 포함한다. 전형적으로 섬유는 스테이플로 절단하기에 앞서 통상의 기술로 열처리한다. 압출된 섬유가 고화되는 동안, 당업계에 공지된 방법에 의해 상기 섬유를 연신시켜 강성을 부여할 수 있다.
유사하게, 본 발명의 방법은 직물, 통상적으로 방적된 얀으로부터의 직물 또는 편물을 천연 섬유 및 합성 섬유 둘 다와 조합하여 형성시키는 것을 추가로 포함할 수 있다. 전형적인 천연 섬유로는 면, 모, 대마, 견, 저마 및 황마를 들 수 있다. 또는, 전형적인 합성 섬유로는 아크릴, 아세테이트, 라이크라, 스판덱스, 폴리에스테르, 나일론 및 레이온을 들 수 있다.
폴리에스테르는 흔히 면 및 기타 섬유와 혼합하는 것이 유리하기 때문에, 본 발명은 면 혼합물을 회전 방적 기계에서 얀 (여기서, 폴리에스테르는 얀내에 약 0.5 내지 4 중량％의 폴리에틸렌글리콜을 포함할 수 있음)으로 방적하는 것을 또한 포함한다.
본 발명의 방법은 본 발명의 섬유를 방적하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 유사하게, 본 발명의 섬유는 혼합된 얀으로부터의 직물 또는 편물을 포함할 수 있으며, 얀은 방적된 얀으로서 염색하거나 또는 섬유로 혼입시킨 후에 직물로서 염색한다.
면 및 폴리에스테르는 임의의 적절한 비율로 혼합할 수 있지만, 특정 실시양태에서 혼합물은 약 35 내지 65 중량％의 면을 포함하며 나머지로는 폴리에스테르를 포함한다. 또한, 면 50 ％와 폴리에스테르 50 ％의 혼합물 ("50/50")을 사용한다.
상기 실시양태에 따라 형성된 얀은 유사하게 면과 함께 혼합물로 도입할 수 있으며 이러한 혼합 공정을 잘 알고 있는 당업자에게 공지되어 있고, 면은 혼합물을 얀으로 방적하기에 앞서 폴리에스테르 스테이플 섬유와 혼합하는 것이 전형적이다. 상기 기술된 바와 같이, 혼합물은 약 35 중량％ 내지 65 중량％의 면을 함유할 수 있으며, 50/50 혼합이 전형적이다. 섬유를 제조하는 다른 방법은 미국 특허 제3,341,512호; 동 제3,377,129호; 동 제4,666,454호; 동 제4,975,233호; 동 제5,008,230호; 동 제5,091,504호; 동 제5,135,697호; 동 제5,272,246호; 동 제4,270,913호; 동 제4,384,450호; 동 제4,466,237호; 동 제4,113,794호; 및 동 제5,694,754호에 기술된 것 등이 동등하게 적합하며, 상기 문헌들은 모두 그 개시 내용이 명시적으로 본원에 참고로 포함된다.
본 발명의 한 실시양태에서, 폴리에스테르 혼합물을 사용해서 스테이플 섬유를 생성시킬 수 있다. 이어서, 스테이플 섬유를 사용해서 부직 멤브레인을 생성시킨다. 이 멤브레인을 다른 직물, 멤브레인 또는 물질에 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 부직 멤브레인은 당업자에게 공지된 방법에 의해 한쌍의 가죽 글러브의 내부에 결합시키거나 또는, 예를 들어 3M사 제조의 씬술레이트 (Thinsulate, 상표명) 등의 다른 직물에 결합시킴으로써 라이닝 (lining)으로 사용할 수 있다.
당업자라면 다른 노력 없이도 상기 기술내용을 이용해서 본 발명을 완전한 정도로 이용할 수 있을 것으로 믿어진다. 하기 실시예는 설명을 위한 것일 뿐이지, 어떤 식으로든 본 발명의 다른 개시 내용을 한정하려는 것은 아니다.
<실시예 1: 열 항상성>
손목 밴드의 2개의 배치를 제조하였다: WB1 (본 발명의 분말 조성물을 포함하는 섬유로 직조함) 및 WB2 (본 발명의 분말 조성물을 포함하지 않는 섬유로 직조함).
일반 집단으로부터 20 명의 패널리스트를 선택하였으며, 이들 패널리스트를 모집하는데 있어서 특정의 인구 통계학적 파라미터는 사용하지 않았다. 패널리스트들을 표준 실온, 표준 습도 및 해수면 대기압의 기후-조절된 영역내에 배치하였다. 패널리스트가 임의의 밴드를 착용하기 전에 각 패널리스트의 중지 온도를 측정하였다. 패널리스트에게 WB2로부터의 밴드를 착용하도록 요청하였다. 5 분 후, 각 패널리스트의 중지 온도를 측정하였다. 이어서, 패널리스트들에게 WB2로부터의 밴드를 제거하고, 5 분 동안 대기하고, WB1으로부터의 밴드를 사용하도록 요청하였다. 5 분 후, 각 패널리스트의 중지 온도를 측정하였다. 온도기록 장치를 사용해서 실험을 통해 패널리스트들의 중지의 온도를 기록하였다. 모든 온도 측정치를 평균하였다.
패널리스트가 WB1로부터의 밴드를 착용한 후 그들의 평균 중지 온도와 임의의 밴드를 착용하기 전 그들의 평균 중지 온도 사이에는 통계학적 유의차가 있었다. 또한, 패널리스트가 WB2로부터의 밴드를 착용한 후 그들의 평균 중지 온도와 임의의 밴드를 착용하기 전 그들의 평균 중지 온도 사이에는 통계학적 유의차가 없었다. 본 발명의 분말 조성물을 포함하는 섬유로 직조한 밴드의 열 항상성 제제로서 작용 하는 능력이 입증되었다.
<실시예 2: 근육 강도>
손목 밴드의 2개의 배치를 제조하였다: WB1 (본 발명의 분말 조성물을 포함하는 섬유로 직조함) 및 WB2 (본 발명의 분말 조성물을 포함하지 않는 섬유로 직조함)
패널리스트를 일반 모집단으로부터 선택하였으며, 패널리스트를 모집하는데 있어서 특정한 인구 통계학적 파라미터는 사용하지 않았다. 패널리스트를 표준 실온, 표준 습도, 및 해수면 대기압의 기후-조절된 영역에 배치하였다. 패널리스트가 임의의 밴드를 착용하기 전에 각 패널리스트의 악력 강도를 측정하였다. 패널리스트가 WB2로부터의 밴드를 착용하도록 하였다. 5 분 후, 각 패널리스트의 악력 강도를 측정하였다. 이어서, 패널리스트가 WB2로부터의 밴드를 제거하고, 5분을 기다린 뒤, WB1로부터의 밴드를 착용하도록 하였다. 5 분 후, 각 패널리스트의 악력 강도를 측정하였다. 악력 강도 측정기를 이용하여 테스트를 통한 패널리스트의 악력 강도를 기록하였다. 모든 악력 강도 측정값의 평균을 구하였다.
패널리스트가 WB1로부터의 밴드를 착용한 후 그들의 평균 악력 강도와 임의의 밴드를 착용하기 전 그들의 평균 악력 강도 사이에는 통계학적 유의차가 있었다. 또한, 패널리스트가 WB2로부터의 밴드를 착용한 후 그들의 평균 악력 강도와 임의의 밴드를 착용하기 전 그들의 평균 악력 강도 사이에는 통계학적 유의차가 없었다. 본 발명의 분말 조성물을 포함하는 섬유로 직조한 밴드의 근육 강도 증가 능력이 입증되었다.
<실시예 3: 안창>
본 발명의 분말 조성물을 본 발명의 방법에 의해 제조하였다. 안창의 2개의 배치를 제조하였다: IN1 (본 발명의 분말 조성물을 포함하는 섬유로 직조함) 및 IN2 (본 발명의 분말 조성물을 포함하지 않는 섬유로 직조함)
패널리스트를 일반 모집단으로부터 선택하였으며, 패널리스트를 모집하는데 있어서 특정한 인구 통계학적 파라미터를 활용하지는 않았다. 샘플을 맹검 방식 (샘플을 랜덤한 숫자 라벨로만 식별함)으로 패널리스트에게 제공하였다. 각 패널리스트에게 각각의 신발 내에 1 개씩 착용할 수 있는 2개의 안창을 제공하고, 패널리스트에게 각각의 신발내에 1 개의 안창을 랜덤하게 넣도록 지시하였다. 이와 같이, 그 속에 각각의 안창이 착용된 신발 (오른쪽 또는 왼쪽)은 완전히 랜덤하였다. 안창의 각각의 쌍에 있어서, 하나의 샘플은 IN1이고, 하나의 샘플은 IN2였다. 8 시간의 기간 동안 안창을 착용한 후에 패널리스트가 인지한 2개의 안창 사이에서의 임의의 차이를 기록하도록 그들에게 요구하였다.
다수의 패널리스트들이 안창간의 차이를 인지하였다. 2개의 안창간의 차이를 인지한 통계학적으로 유효한 수의 패널리스트는 본 발명의 분말 조성물을 포함하는 안창이 본 발명의 분말 조성물을 포함하지 않는 안창보다 훨씬 편안함을 제공하는 것으로 여겼다. 본 발명의 분말 조성물을 포함하는 섬유로 직조한 안창의 편안함을 제공하는 능력이 입증되었다.
하기의 실시예에서는 또한 본원에서 기재한 바와 같은 물질의 사용이 혈류를 증가시키고 근육 강도를 향상시킬 수 있는 것으로 입증되었다. 본원에서 사용한 용 어 "근접한"은 실시예에서 사용된 물질에 가까운, 인접한, 이웃한, 또는 바로 아래쪽에 위치하는 것을 의미한다. "근접한"의 예는 손에 대한 손목, 손에 대한 팔꿈치, 손가락에 대한 손목, 발에 대한 발목, 및 발가락에 대한 발목을 포함한다.
<실시예 4>
말초혈 관류에서의 변화를 평가하는 연구를 수행하였다. 본 발명의 물질을 혼입한 글러브 및 스타킹을 착용한 경우에 이를 당뇨병 환자의 손 및 발에서의 말초 혈류의 변화로써 모니터링하였다. 각 대상체는 당뇨병 및 혈관 손상의 경력을 가졌었다. 본 연구는 이중맹검법이며, 경피 산소 및 레이저 도플러 (Doppler) 유속측정을 모니터링하였다. 1 시간의 경과에 걸쳐 데이타 점을 얻었다. 대상체들은 본 발명의 물질 (테스트 물질)을 혼입한 가먼트 또는 플라시보 가먼트를 착용하였다. 결과를 비맹검화한 후에 분석하였다.
대상체들을 기준선 혈류 상태에 대해 평가하였다. 대상체들은 이어서 경피 산소 (오하이오주 노쓰 로얄톤 소재의 페리메드 인크 (Perimed Inc.), PF5040 경피 모듈) 및 레이저 도플러 유속측정기 (PF5010 레이저 도플러 퍼퓨젼 모듈)를 테스트 물질을 사용하거나 또는 사용하지 않고 제조한 스타킹 및 글러브와 함께 착용하였다. 가먼트를 착용하기 이전 및 가먼트를 착용한 1 시간에 걸쳐 연속적으로 측정하였다. 데이타를 10 분 간격으로 분석하였다. 시험자 및 대상자를 연구 가먼트에 대해 맹검하였다. 가먼트를 랜덤하게 선택하며, 컴퓨터 작성 랜덤화 목록으로부터 테스트하였다. 테스트 물질 대 표준 섬유 글러브 및 스타킹을 착용한 연구 대상의 손 및 발을 측정하였다.
진성 당뇨병의 진단은 세계 보건 기구 기준을 기준으로 하였다. 이 연구의 목적을 위해, 말초 혈관 질환의 진단에서는 경피 산소가 기록 개시일의 족근중족 수준에서 얻은 30 mmHg보다 초과로 측정되었다. 환자는 연령 18세 내지 80세로 다양하였다.
하기 특징을 갖는 환자를 제외하였다: 당시 투석에 의해 치료받거나, 또는 혈청 크레아티닌이 3.0 mg/dl 이상인 환자; 연구 개시 6개월 전 이후에 활성 알콜 또는 물질 남용자로 알려진 환자; 당시 1 일 당 프레드니손 10 mg 이상에 동등한 투여량으로 코르티코스테로이드를 전신적으로 투여받는 환자; 당시에 면역억제제를 투여받는 환자; 당시에 방사선 요법을 받는 환자; 당시에 세포독성제를 투여받는 환자; 당시에 항바이러스제를 투여받는 환자; 만연된 악성 또는 전신 면역타협 질환의 경력이 있는 환자; 수유하거나, 임신 중이거나, 또는 임신을 시도하는 여성인 환자; 조사자에 의해 실격 사유로 간주되는 기타 상태 (예컨대, 급성 질병 또는 만성 질병의 악화, 동기부여 부족, 및 빈약한 순응도의 경력)를 갖는 환자; 리스프랑 (족근중족) 관절에 근접하는 절단술 또는 족저궁의 정맥총을 파괴하는 절단술/외과 괴사조직제거술인 경우; 급성 심부 정맥 혈전증; 활성 울혈성 심부전; 비조절 골수염; 지난 4 주 동안의 혈관 수술; 전층 피부 궤양을 앓는 환자.
동적 비-침습성 혈관 평가는 경피 산소 압력 (TcPO2) 측정, 및 레이저 도플러 유속측정으로 이루어졌다. 페리플룩스 (PeriFlux) 5000 시스템을 사용하였다. 상기 시스템은 경피 산소 및 레이저 도플러 기능 단위들을 합하는 4 기능 단위를 도입 하는 다기능성 시스템이다.
경피 산소 전극을 44 ℃로 가온하고, 5 분 동안 (안정한 값이 달성될 때까지) 피부 상에서 평형화시켰다. 생성된 값을 mmHg로 측정하였다. 조직 혈액 관류를 연속적으로 측정하기 위해 레이저 도플러 모니터링하였다 (PF5010 레이저 도플러 퍼퓨젼 모듈). 비-침습성을 사용하였다. 표준 EKG 프로브와 유사한 2 개의 스틱-온 프로브를 피부에 사용하였다. 조직에서, 레이저 광을 산란시키고, 공지된 도플러 원리에 따른 이동 혈세포와의 상호작용에 의해 도플러가 변위되었다. 샘플링 깊이는 약 200-500 ㎛였다. 후방산란 광의 부분을 원거리 광 검출기로 검출하였다.
본 발명자들은 1 시간 평가 기간 동안 연속적으로 경피 산소 및 레이저 도플러 유속을 측정하고, 발등 및 손등 상에서 10 분 간격으로 60 초 동안의 값을 기록하였다. 또한, 본 발명자들은 플라시보 및 테스트 치료 군에서의 혈류 파라미터 변화를 비교하기 위해 데이타 수집 기간 각각의 종국에 2 분 간격으로 측정하였다.
결과:
본 발명자들은 손 및 발에 대한 경피 산소 (TCOM) 및 레이저 도플러 (LD) 값을 비교하기 위해 한 쌍의 t-테스트를 이용하였다. 경피 산소는 피부 표면에서의 산소 분압의 척도이다. 데이터의 서술적인 평가의 일부로서, 본 발명자들은 TCOM 및 LD를, 테스트 물질을 플라시보에 비교하였을 때 증가, 변화 없음, 또는 테스트 물질을 플라시보에 비교하였을 때 감소의 세 단계로 나누었다. 플라시보 대 사용된 테스트 물질에 있어서 변화가 4 ％ 미만인 경우는 "변화 없음"으로 결정하였다. 손 에서의 TCOM은 플라시보 가먼트와 비교하여 테스트 물질을 사용하는 경우 10 명의 대상체에 있어서 증가, 4 명의 대상체에 있어서 변화 없음 및 6명의 대상체에 있어서 감소를 나타내었다. 발에서의 TCOM도 역시 홀로파이버 (Holofiber)를 사용하는 경우 10명의 대상체에 있어서 증가, 4명의 대상체에 있어서 변화 없음 및 6명의 대상체에 있어서 감소를 나타내었다.
테스트 개시 40 분 후 및 50 분 후 기간 동안 수집한 데이터와 비교하기 위하여 한 쌍의 t-테스트를 사용하는 경우 손 및 발에서 경피 산소 또는 산소의 피부로의 전달에는 통계학적으로 유의한 변화가 있었다. 레이저 도플러 연구는 손 또는 발의 어느 것도 테스트 물질에 대한 플라시보의 혈류 차이를 나타내지 않았다.
도 1 및 도 2에 데이터를 나타내었다. 도 1은 테스트 물질을 포함하는 글러브를 사용하는 경우, 플라시보 글러브를 사용하는 경우에 비해 환자의 손에서 경피 산소가 12배 초과로 증가한 것을 나타낸다. 마찬가지로, 도 2는 테스트 물질을 포함하는 삭스 (socks)를 착용한 발의 경피 산소가 플라시보 양말을 착용한 발보다 약 8 ％ 높다는 것을 나타낸다. 이러한 상당한 변화는 피부 산소화의 8 내지 12 ％ 증가가 다리의 허혈성 통증을 치유하거나 제거하기에 충분히 가장자리 순환을 증가시킬 수 있으므로 매우 탁월한 것이다.
<실시예 5>
인접 근육의 강도에 대한 본 발명의 물질 (테스트 물질)의 효과에 대해 대상체를 분석하였다. 테스트 물질을 포함하거나 포함하지 않는 손목 밴드를 사용하였다. 대상체의 연령은 20 내지 80세였다. 각각의 대상체에게 편안한 자세로 서서 원하는 손으로 아날로그 판독기를 구비한 힘 측정계를 꽉 쥐도록 하였다. 사용된 장치는 손목굴 증후군을 앓는 테스트 환자에게도 사용된다.
대상체는 최대한 세게 장치를 3회 쥐고 매회 사이에는 쉬었다. 가해진 압력의 양을 힘 측정계로 측정하고, 각 대상체에서의 가장 큰 값을 대조 수준으로 사용하였다. 이어서 대조 수준을 확립하는 데 사용된 손목에 손목 밴드를 장착했다. 임의로, 다른 손목에 두 번째 손목 밴드를 장착했다. 그 후, 대상체를 2 내지 10 분간 손목과 손을 쉬게 한 후 힘 측정계로 다시 강도를 측정하였다.
테스트 물질을 포함하는 손목 밴드를 착용한 대상체의 경우, 테스트 물질을 포함하지 않는 손목 밴드를 착용한 대상체와 비교하여 강도의 증가가 기록되었다. 천 명을 훨씬 넘는 대상체에 대한 연구에서, 75 내지 80 ％의 대상체가 상응하는 플라시보의 경우에 대해 5 내지 20 ％의 강도 증가를 나타내었다. 따라서, 테스트 물질은 성공적으로 테스트 물질을 포함하는 손목 밴드 위치에 인접한 근육에 있어서의 강도 증가를 유발하였다. 이러한 강도 증가는 테스트 물질의 존재에 기인한 근육으로의 혈류의 증가에 의해 유발된 것으로 생각된다.
<실시예 6>
피부 및 피하 조직에 대한 테스트 물질의 온도 효과에 대해 대상체를 분석하였다. 아게마 (Agema) 5500 써모비전 (thermovision) 카메라를 사용하였다. 한 위치의 온도는 카메라상의 수치 기록뿐만 아니라 색상 변화로도 판독할 수 있다. 카메라를 주기적으로 보정하여 정밀도를 유지하였다. 테스트 물질을 포함하거나 포함하지 않는 손목 밴드를 사용하였다. 표준 실온, 표준 습도 및 해수면 대기압의 기 후-조절된 영역에서 모든 연구를 수행하였다.
휴식하는 자세로 테이블 위에 손을 올려놓은 상태로 대략 허리 높이의 테이블에 대상체를 앉게 하였다. 카메라를 사용하여 손가락을 비롯한 손을 대략 10 분간 스캔하여 가장 저온인 부위를 찾았다. 이 부위의 온도를 기준으로 사용하였다. 이어서 대상체가 모니터링되는 손 옆에 손목 밴드를 착용하였다. 그 손의 온도를 계속하여 모니터링하고, 0 분, 3 분, 8 분 및 10 분이 되었을 때 데이터를 기록하였다.
사용된 손목 밴드가 테스트 물질을 함유하지 않는 경우, 미소한 온도 변화가 기록되었다. 그러나, 사용된 손목 밴드가 테스트 물질을 함유하는 경우의 예시적인 결과는 다음과 같다:
t=0분 t=3분 t=8분 t=10분 총 변화
높은 결과의 예 A 19 ℃ 20 ℃ 26 ℃ 29 ℃ 10 ℃
중간 결과의 예 B 14℃ 18 ℃ 21 ℃ 22 ℃ 8 ℃
낮은 결과의 예 C 14.9 ℃ 16 ℃ 19 ℃ 21 ℃ 6.1 ℃

실시예 A의 경우, 대상체의 손의 가장 저온인 부위의 온도는 처음 3 분 내에 1 ℃ 증가하였고 다음 5분간 6 ℃ 더 증가하였으며, 그 후 2분간 3 ℃ 더 증가하여 총 10 ℃가 증가하였다. 중간 실시예의 경우, 총 8 ℃의 증가가 관찰되었다. 낮은 실시예의 경우, 6 ℃ 초과의 증가가 일어났다.
상기 데이터는 테스트 물질을 손목에 적용한 후 3분만에, 심지어는 대상체의 손의 가장 저온인 부위에서도 현저하게 온도가 상승하였음을 나타낸다. 이는 테스 트 물질의 존재에 기인한 손으로의 혈류 증가에 의해 유발된 것으로 생각된다.
바람직한 실시양태에서, 착용성 직물 또는 물질은 중합체 등의 수지 필라멘트, 및 바람직하게는 이산화티타늄, 알루미나 및 산화규소의 0.5 내지 1.5 ㎛의 균일하게 분포된 생물학적 양성 입자를 포함하는 수지 필라멘트 또는 섬유로부터 직조된다. 상기 물질은 부직 필라멘트로부터도 형성될 수 있다. 착용성 직물 외에, 상기 물질은 또한 사용자 및 광원 사이에 사용될 수 있고, 예를 들어 침구류, 텐트, 우산, 쉐이드 (shade) 및 차양에 사용될 수 있다. 실질적으로 완전한 결정 격자 구조를 갖고 최소로 오염된 입자는 수지 필라멘트에 균일하게 분산된 경우 실질적으로 또는 부분적으로 무정형인 입자로 달성할 수 있는 것을 초과하는 개선된 광학적 성능을 달성할 수 있으므로 바람직하다. 입자는 PET 적재량의 0.25 ％ 내지 15 ％의 실질적으로 동일한 중량으로 첨가될 수 있다. 본원에서는 1 ％ 내지 2 ％의 수지 적재량 범위가 바람직하다.
바람직한 성질을 지닌 이산화티타늄, 알루미나 및 산화규소의 결정성 입자는 하기 공급자들로부터 수득할 수 있다.
산화규소: Alibab.com., 39899 Balentine Dr., Ste 325, Newark, CA 94560
알루미나: PACE Technologies, 200 Larkin Dr., Wheeling, IL 60090
이산화티타늄: Goodfellow Corporation, 800 Lancaster Ave, Berwyn, PA 19312
제직물 상에 입사되는 주변 광에는 전형적으로 일부 적외선 (IR) 및 자외선 (UV) 뿐만 아니라 가시광선도 포함된다. 수지 필라멘트 내의 결정성 입자는 가시 스펙트럼 내의 통과 밴드 또는 가시 스펙트럼과 중첩되는 통과 밴드를 가지며, 또한 UV광 및 IR광의 일부를, IR 부근을 포함하여 가시광선 스펙트럼 내에 또는 가시광선 스펙트럼과 중첩되는 부분에 있는 특정 통과 밴드의 광으로 변환 또는 전환시킨다. 따라서, 제직물 착용자의 피부에 조사된 광은, 가시 스펙트럼 내에서 또는 가시 스펙트럼과 중첩되는 부분에서 통과 밴드가 실질적으로 변형된 광 분포를 갖게 된다.
수지 내 입자의 실질적으로 균일한 분포에 의해 이와 같은 효과들이 상호작용하여 향상됨으로써, 착용자에게 조사된 광의 스펙트럼 분포가, 동일하지만 PET 내에 당해 입자가 존재하지 않는 조건하에서 조사된 광의 스펙트럼 분포와 실질적으로 달라지게 된다. 예를 들어, 물질에 조사된 주변 광이 비교적 편평하거나 목적 밴드와 동등한 스펙트럼을 갖는 경우, 섞이지않은 수지를 통과한 광도 또한, 섞이지않은 PET의 통과 밴드가 전반적으로 크기는 감소되었으나 강도가 다소 강한 비교적 편평한 스펙트럼을 갖게 된다.
수지는 대체로 오염물을 포함하는 재활용 물질로부터 제조된다. 전형적으로, 오염된 수지를 통과한 광도 또한, 물질에 조사된 광의 스펙트럼 분포가 비교적 단조롭거나 편평할 것이다. 그러나, 오염 여부와 무관하게, 입자를 포함하는 수지를 통과한 광은 실질적으로 변경된 스펙트럼 (변경된 스펙트럼 분포 패턴으로 하기 설명됨)을 나타낼 것이다.
도 3을 참조하면, 상기 논의된 변경된 스펙트럼 분포에 대한 이해를 돕기 위해 알루미나 입자 상의 광 입사 효과에 대한 예가 제공된다. 이 도면은, 수지 캐리어와 유사한 굴절률 1.51의 유체 중에서 약 0.25 내지 1.75 ㎛ 범위에 대해 알루미 나 입자의 현탁액으로부터 발생하는 광의 강도를 나타낸 그래프이다. 이 유체는 아가-아가, 물, 프로필렌 글리콜 및 아밀 알콜을 혼합하여 입자를 현탁시키는 겔을 형성함으로써 제조할 수 있다. 전반적으로 넓은 밴드이며 비교적 편평한 스펙트럼의 광을 겔 현탁액에 조사하고, 주사 분광계 (scanning spectrophotometer)를 사용하여, 입자가 현탁된 겔로부터 발생하는 광을 검출하고 측정한다. 이 그래프는 파장 약 300 nm에서의 피크 강도를 1.00으로 표준화시킨 결과를 나타낸다. 그래프의 형태에서 알 수 있는 바와 같이, 발생하는 광은 실질적인 피크와 골 (valley)을 가지며, 예컨대 골 "A"는 약 400 nm 바로 아래에 나타나고 1쌍의 피크 "B"는 약 400 nm 바로 위에 나타난다.
도 4를 참조하면, 유사한 겔 중의 이산화티타늄 입자 현탁액으로부터 발생하는 광에 대한 유사한 그래프가, 유사하게 편평한 스펙트럼 투입에 대해 나타나 있다. 이 그래프는 파장 약 425 nm에서의 피크 강도를 1.00으로 표준화시킨 결과를 나타낸다. 그래프의 형태에서 알 수 있는 바와 같이, 발생하는 광은 실질적인 피크와 골을 가지며, 예컨대 골 "C"는 약 400 nm 바로 아래에 나타나고 피크 "D"는 약 425 nm 바로 위에 나타난다.
또한, 석영 입자로부터 발생하는 광의 스펙트럼 분포도 특정 파장에서 피크 크기를 나타내며, 다른 파장에서 최소치 또는 골을 나타낸다.
이산화티타늄, 알루미나 및 석영이 수지 필라멘트에 적재되었을 때, 도 1 및 2에 각각 이산화티타늄 및 알루미나에 대해 나타낸 입자의 스펙트럼 변경 특징은, 서로 상호작용하여 필라멘트 물질로부터 발생하는 광의 스펙트럼 분포, 즉 스펙트럼 분포 패턴을 추가로 변경시킨다. 결과의 패턴은 매우 복잡해져서, 다수의 다른 스펙트럼 라인에 넓고 좁은 피크와 골을 나타낸다. PET의 특징, 및 온도, 입도 분포 및 기타 효과는 스펙트럼 밀도 패턴을 변화시키거나 추가로 달라지게 할 수 있다.
주변으로부터의 스펙트럼 밀도 패턴 (즉, 피크와 밸리의 패턴)의 변화는 랜덤하지 않고, 오히려 계획적이며, 다른 특정 파장 및 파장 범위에서 보다 낮은 강도의 광에 의해 둘러싸인 몇몇 특정 파장 및 파장 범위에서 보다 높은 강도의 광으로 착용자 피부의 선택적인 조사를 허용한다는 지적은 중요한 것이다. 조사된 선택적인 스펙트럼 분포 패턴은 인체의 몇몇 성분 (예를 들어, 미토콘드리아)에 선택적으로 에너지를 제공함으로써 착용자에서 다양한 유리한 효과를 유발시킬 수 있다.
주변 광으로부터 적용된 여기 (예를 들어, 210 nm 내지 75 ㎛ 및(또는) 300 내지 1,500 nm 및(또는) 350 내지 1,100 nm 및(또는) 390 내지 750 nm)와 함께, 이산화티타늄, 알루미나 및 석영 입자를 갖는 착용성 섬유의 스펙트럼 분포 패턴은 하기 스펙트럼 세트 및 스펙트럼의 범위 양측에 35 nm 너비의 스펙트럼 선을 포함할 수 있다:
400, 420, 443, 458, 462, 474, 490, 512, 540 내지 550, 550 내지 565, 570 내지 595, 598, 602, 620, 590 내지 630, 625 내지 648, 633 내지 670, 665 내지 680, 686 내지 703, 710 내지 770, 700 내지 740, 708 내지 734, 737 내지 770, 750 내지 790, 800, 880, 870 내지 910, 920 내지 940, 933 내지 960, 905 내지 950, 940 내지 970 (모두 nm 단위임).
분포된 조화 방출 또한 950, 975, 1050, 1070, 1100, 1150, 1190, 1205, 1250, 1285, 1290, 1310, 1350, 1370 및 1390 (모두 nm 단위임)의 양측에 45 nm 너비로 존재할 수 있다.
생성된 스펙트럼 분포 패턴은 착용자에 대한 선택적인 조사를 제공하며, 이는 착용자에게 유익한 것으로 밝혀졌다.
인체는 열을 방출하고, 또한 매우 낮은 수준에서 다양한 통과 밴드로 광을 방출한다고 공지되어 있다. 따라서, 착용성 섬유 물질은 또한 착용자의 신체로부터 광과 열을 수용할 것이며, 이는 또한 PET에서의 입자의 효과에 대한 대상체이고, 생성된 방출은 착용자의 피부에도 적용될 수 있다.
섬유의 편광 현상은 입자 뿐만 아니라 수지 물질에 의해서도 유발될 수 있으며, 또한 수지 및 미립자 시스템이 착용자에게 적용되는 가시광 및 근-IR광의 파장 분포를 변형시키는 능력을 증가시킨다.
섬유 및 미립자 시스템으로부터 제조된 착용성 물질을 이용하여, 적용되는 가시광 및 근-IR광 조사량을 약 0.01 내지 0.03 ％ 증가시킬 수 있다.
도 5에서, 단일 흐름도는 착용성 물질을 제조할 수 있는 수지의 필라멘트를 생성하는 과정을 제공한다. 단계 10에서, 입자의 크기가 원하는 범위에 포함되지 않는 경우에는 1종 이상의 입자의 크기를 미리 가공하여 조절할 수 있다. 단계 20에서, 입자는 기계적인 혼합 방식에 의해 물리적으로 배합되어 분말 또는 다른 입자 혼합물을 생성할 수 있다.
단계 30에서, 입자 혼합물은 배합법 또는 유체 현탁법 또는 다른 공지된 메커니즘에 의해 제조되어 단계 40의 필라멘트 형성 과정으로 도입되는 것을 허용할 수 있다. 통상적인 배합 기술로는 펠렛, 통상적으로는 약 1/8 인치 직경의 막대 (약 1" 길이) 형태로 고농도의 입자를 형성시키는 기술이 있다. 필라멘트 형성 단계 40에서, 이들 펠렛은 최종 필라멘트에서 원하는 입자 적재율 또는 입자 농도를 달성하기 위해 수지의 펠렛 또는 조각과 추가로 배합된다. 통상적인 유체 현탁 기술로는 입자를 필라멘트 형성 단계 40에서 사용된 수지와 상용성인 프로필렌 글리콜과 같은 액체에 현탁하는 방법이 있다.
단계 50의 필라멘트 형성 방법은 통상적 열 압출법이다. 따라서, 필라멘트의 최종 용도에 따라, 마감 공정 단계 60을 적용할 수 있다.
상기 기재된 본 발명의 방법 및 시스템의 다양한 변형 및 변화가 본 발명의 범위와 취지를 벗어나지 않고 당업자에게 명백해질 것이다. 본 발명이 특정 바람직한 실시양태와 관련하여 기재되어 있지만, 청구된 본 발명은 상기 특정 실시양태로 부당하게 제한되지 않는 것으로 이해해야 한다. 실제로, 재료 공학 또는 관련된 분야의 업자에게 명백한, 기재된 본 발명의 수행 방법에 대한 다양한 변형은 하기 청구의 범위에 속하는 것으로 간주한다.

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  31. 주변 광 및 사용자로부터 방출되는 복사선 모두에 반응성인 다수의 상이한 종류의 광학적으로 활성인 입자; 및
    입자를 보유하고 최종 물질을 형성하는, 광학적으로 활성인 입자와 배합된 캐리어 물질을 포함하며,
    다수의 상이한 종류의 광학적으로 활성인 입자는, 최종 물질이 주변 광 및 사용자로부터 방출되는 복사선을 흡수하여 0.5 내지 2 ㎛의 파장을 갖는 광을 사용자에게 재방출시킬 수 있게 하는 0.5 내지 2 ㎛의 목적하는 파장 분포를 포함하는 통과 밴드의 중첩 계열을 생성하도록 캐리어 물질의 굴절률에 따라 선택되고, 서로에 대해 엇갈린 굴절률을 갖는 것인,
    에너지를 흡수하고, 변경시키고, 사용자에게 광의 형태로 재방출시키는 착용성 활성 물질.
  32. 제31항에 있어서, 상이한 입자 종류 각각이 특정 파장의 통과 밴드를 생성하도록 특정 입도 및 형상으로 감소된 착용성 활성 물질.
  33. 제32항에 있어서, 상이한 입자 종류 중 1종 이상이 수용된 광의 파장을 밴드변위시키기 위해 실질적으로 부채꼴 형상인 입자로 크기가 감소된 착용성 활성 물질.
  34. 제32항에 있어서, 상이한 입자 종류 중 1종 이상이 수용된 광의 파장을 감소시키기 위해 실질적으로 구형인 입자로 크기가 감소된 착용성 활성 물질.
  35. 제32항에 있어서, 상이한 입자 종류 중 1종 이상이 수용된 광을 반사, 흡수 및 산란시키기 위해 원형 단부를 갖는 실질적으로 삼각형 형상인 입자로 크기가 감소된 착용성 활성 물질.
  36. 제31항에 있어서, 다수의 상이한 종류의 광학적으로 활성인 입자가, 최종 물질이 사용자로부터 방출되는 복사선을 흡수하여 사용자로부터 방출된 복사선의 파장보다 긴 파장을 갖는 광을 사용자에게 재방출시킬 수 있도록 캐리어 물질의 굴절률에 따라 추가로 선택되는 착용성 활성 물질.
  37. 제31항에 있어서, 다수의 상이한 종류의 광학적으로 활성인 입자가, 최종 물질이 보다 짧은 파장을 갖는 주변 광을 흡수하여 사용자 외부로 반사시킬 수 있도록 캐리어 물질의 굴절률에 따라 추가로 선택되는 착용성 활성 물질.
  38. 주변 광 및 사용자로부터 방출되는 복사선 모두에 반응성인 다수의 상이한 종류의 광학적으로 활성인 입자를 선택하는 단계; 및
    선택된 다수의 상이한 종류의 광학적으로 활성인 입자를 캐리어 물질에 현탁시켜 최종 물질을 형성하는 단계를 포함하며,
    다수의 상이한 종류의 광학적으로 활성인 입자는, 최종 물질이 주변 광 및 사용자로부터 방출되는 복사선을 흡수하여 0.5 내지 2 ㎛의 파장을 갖는 광을 사용자에게 재방출시킬 수 있게 하는 0.5 내지 2 ㎛의 목적하는 파장 분포를 포함하는 통과 밴드의 중첩 계열을 생성하도록 캐리어 물질의 굴절률에 따라 선택되고, 서로에 대해 엇갈린 굴절률을 갖는 것인,
    에너지를 흡수하고, 변경시키고, 사용자에게 광의 형태로 재방출시키는 착용성 활성 물질의 제조 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상이한 입자 종류 각각을 특정 파장의 통과 밴드를 생성하도록 특정 입도 및 형상으로 감소시키는 단계를 더 포함하는 착용성 활성 물질의 제조 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상이한 입자 종류 중 1종 이상을 수용된 광의 파장을 밴드변위시키기 위해 실질적으로 부채꼴 형상인 입자로 감소시키는 단계를 더 포함하는 착용성 활성 물질의 제조 방법.
  41. 제39항에 있어서, 상이한 입자 종류 중 1종 이상을 수용된 광의 파장을 감소시키기 위해 실질적으로 구형인 입자로 감소시키는 단계를 더 포함하는 착용성 활성 물질의 제조 방법.
  42. 제39항에 있어서, 상이한 입자 종류 중 1종 이상을 수용된 광을 반사, 흡수 및 산란시키기 위해 원형 단부를 갖는 실질적으로 삼각형 형상인 입자로 감소시키는 단계를 더 포함하는 착용성 활성 물질의 제조 방법.
  43. 제38항에 있어서, 다수의 상이한 종류의 광학적으로 활성인 입자를, 최종 물질이 사용자로부터 방출되는 복사선을 흡수하여 사용자로부터 방출된 복사선의 파장보다 긴 파장을 갖는 광을 사용자에게 재방출시킬 수 있도록 캐리어 물질의 굴절률에 따라 선택하는 단계를 더 포함하는 착용성 활성 물질의 제조 방법.
  44. 제38항에 있어서, 다수의 상이한 종류의 광학적으로 활성인 입자를, 최종 물질이 보다 짧은 파장을 갖는 주변 광을 흡수하여 사용자 외부로 반사시킬 수 있도록 캐리어 물질의 굴절률에 따라 선택하는 단계를 더 포함하는 착용성 활성 물질의 제조 방법.
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