KR101088864B1 - 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 입자에 대한 인비보 방식의 독성 평가 시험이 가능한 인비보 시험 유닛과, 인비트로 방식의 독성 평가 시험이 가능한 인비트로 시험 유닛을 구비하고, 하나의 입자 발생기로부터 발생된 나노 입자를 인비보 시험 유닛 및 인비트로 시험 유닛에 동시에 또는 선택적으로 공급하도록 함으로써, 나노 입자를 공급하는 시험 조건을 동일하게 유지한 상태로 2가지 시험을 동시에 또는 선택적으로 수행할 수 있어 나노 입자에 대한 독성 평가 시험이 용이할 뿐만 아니라 2가지 시험 방식에 대한 비교 결과를 더욱 정확하게 산출할 수 있는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치를 제공한다.

Description

인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치{Nano-paticles Exposure Chamber for In-vivo and In-vitro Type Testing Toxicity of Nano-paticles}

본 발명은 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 나노 입자에 대한 인비보 방식의 독성 평가 시험이 가능한 인비보 시험 유닛과, 인비트로 방식의 독성 평가 시험이 가능한 인비트로 시험 유닛을 구비하고, 하나의 입자 발생기로부터 발생된 나노 입자를 인비보 시험 유닛 및 인비트로 시험 유닛에 동시에 또는 선택적으로 공급하도록 함으로써, 나노 입자를 공급하는 시험 조건을 동일하게 유지한 상태로 2가지 시험을 동시에 또는 선택적으로 수행할 수 있어 나노 입자에 대한 독성 평가 시험이 용이할 뿐만 아니라 2가지 시험 방식에 대한 비교 결과를 더욱 정확하게 산출할 수 있는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치에 관한 것이다.

20세기가 마이크로로 대별되는 시대였다면 21세기는 나노 시대라 할 수 있는데, 나노기술은 그 응용분야에 따라 나노소재와 나노소자, 그리고 환경 및 생명공학 기반기술 등으로 크게 분류할 수 있다.

이러한 나노기술은 원자나 분자단위의 극미세 물질을 인위적으로 조작하여 새로운 성질과 기능을 갖는 물질이나 장치를 만드는 것으로, 이는 오늘날 정보기술(Information Technology : IT) 및 기타 생명공학기술(bio technology : BT)을 실현시키기 위한 하나의 최첨단 기술로 추앙받고 있는 실정이다.

하지만, 나노기술은 산업분야 전반에 걸쳐 새로운 기술혁명이라 인식될 정도로 많은 이로움과 유익함을 제공하는 것이기는 하나, 그 반면에 잠재적 위험성을 지니고 있는 것 또한 주지의 사실인 바, 이러한 잠재적 위험성은 바로 나노기술의 특성에 기인한다고 볼 수 있다.

즉, 작은 입자일수록 비표면적비는 넓어지고, 이와 같이 비표면적비가 넓어진 작은 입자는 생체조직과 반응시 독성이 증가하게 되는데, 그 일 예로서 이산화티타늄, 탄소분말, 디젤입자 등과 같은 몇 가지 나노입자는 크기가 줄어들수록 염증을 유발하는 등 독성이 강해진다는 것이 그동안의 학문적 실험을 통해 이미 밝혀진 사실이다. 또한, 초미세 나노입자는 기도나 점막에 걸러지지 않고 폐포 깊숙이 박히거나 뇌로 이동할 수도 있고, 더욱이 최근 여러 연구에 의하면 나노입자가 체내에 축적될 경우 질병이나 중추신경 장애를 일으킨다는 이론들이 보고되고 있다.

따라서, 최근에는 나노 기술의 발전과 함께 나노 기술에 대한 안정성 평가 또한 활발히 진행되고 있는데, 대표적으로 나노 입자가 인체에 흡입 축적되는 경우에 발생하는 독성에 대해 평가하는 나노 입자 흡입 독성 평가 시험이 다양한 실험 동물들을 상대로 연구되고 있다. 이러한 나노 입자 흡입 독성 평가 시험을 통해 얻어진 인체 유해성 자료들은 나노 섬유, 화장품, 반도체, 약물 전달체 등 산업 전반에 걸쳐 나노 입자에 대한 다양한 기초 자료로 활용되고 있다.

이러한 나노 입자에 대한 흡입 독성 평가 시험은 일반적으로 나노 입자를 에어로졸 상태로 발생시켜 일정 크기의 흡입 챔버를 갖는 나노 입자 노출 장치에 공급하고, 나노 입자 노출 장치의 흡입 챔버 내부에 실험 동물을 투입시켜 실험 동물이 호흡기를 통해 나노 입자를 흡입하도록 노출시킨 후 실험 동물의 다양한 변화 상태를 측정하는 방식으로 진행되고 있다.

이와 같이 시험 대상체인 실험 동물의 체내에서 수행되는 시험을 인비보(in-vivo) 시험이라 하고, 시험 대상체의 일부 조직 세포를 절개하거나 세포를 배양하여 별도의 시험관에서 조건을 조절하여 행하는 시험을 인비트로(in-vitro) 시험이라 하는데, 최근 OECD 국가를 중심으로 살아있는 생명체에 대한 실험을 규제하는 법안이 강화되고 있을 뿐만 아니라 동물에 대한 보호 차원에서 인비보 방식의 시험보다는 인비트로 방식의 시험이 더욱 요구되고 있다.

이러한 추세에 따라 인비트로 방식으로 나노 입자에 대한 독성 평가 시험을 수행하기 위한 인비트로 방식 전용 나노 입자 노출 장치에 대한 개발의 필요성이 매우 높아지고 있는 상황이며, 이러한 인비트로 방식의 시험은 일종의 예비적인 시험의 성격을 갖는 것으로 인비트로 시험을 통해 얻은 결과를 기초로 다시 인비보 시험을 수행하는 방식으로 나노 입자에 대한 독성 평가 시험이 진행되거나 또는 인비트로 시험의 결과와 인비보 시험의 결과를 종합적으로 비교하는 방식으로 나노 입자에 대한 독성 평가 시험이 진행되고 있다.

이 경우 인비보 시험과 인비트로 시험은 동일한 시험 조건을 유지하며 수행되어야 하는데, 각각의 시험이 별도로 수행되는 경우 동일한 시험 조건을 유지하기가 어려워 2가지 시험 결과에 대해 동등한 조건에서 정확한 비교 작업이 어렵고, 각 시험을 별도로 진행해야 하므로 그 작업이 번거롭고 용이하지 않다는 문제가 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 나노 입자에 대한 인비보 방식의 독성 평가 시험이 가능한 인비보 시험 유닛과, 인비트로 방식의 독성 평가 시험이 가능한 인비트로 시험 유닛을 구비하고, 하나의 입자 발생기로부터 발생된 나노 입자를 인비보 시험 유닛 및 인비트로 시험 유닛에 동시에 또는 선택적으로 공급하도록 함으로써, 나노 입자를 공급하는 시험 조건을 동일하게 유지한 상태로 2가지 시험을 동시에 또는 선택적으로 수행할 수 있어 나노 입자에 대한 독성 평가 시험이 용이할 뿐만 아니라 2가지 시험 방식에 대한 비교 결과를 더욱 정확하게 산출할 수 있는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시험 대상체인 실험 동물이 나노 입자에 노출되도록 형성된 인비보 시험 케이스 내부의 흡입 챔버에 균등한 풍량 및 풍속이 발생되도록 하고 또한 흡입 챔버의 전체 공간에서 나노 입자가 균등한 농도 분포를 갖도록 구성함으로써, 인비보 방식의 나노 입자 독성 평가 시험에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 시험 대상체인 인체 또는 실험 동물의 피부 일부에 접촉하거나 실험 동물의 조직 세포를 감싸는 방식으로 케이스를 진공 압착시켜 밀폐된 상태로 시험 대상체에 나노 입자를 노출시킴으로써, 나노 입자를 시험 대상체의 피부나 조직 세포에 노출시키는 간단한 방식으로 인비트로 방식의 나노 입자 독성 평가 시험을 수행할 수 있고, 이에 따라 생명체에 대한 실험 규제 방안에 효율적으로 대응할 수 있는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 인비트로 시험 케이스를 시험 대상체에 진공 압착시킨 상태에서 입자 주입관을 통해 시험 대상체에 나노 입자를 외부 누출 없이 집중적으로 균일하게 노출시킴으로써, 더욱 정확한 인비트로 방식의 나노 입자 독성 평가 시험이 가능한 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 시험 대상체가 투입될 수 있도록 내부에 흡입 챔버가 형성되고, 나노 입자를 발생시키는 별도의 입자 발생기와 제 1 유입 배관을 통해 연결되어 상기 흡입 챔버에 나노 입자가 공급되도록 형성되는 인비보 시험 케이스를 포함하는 인비보 시험 유닛; 및 일면이 개방된 형태로 내부에 노출 챔버가 형성되고, 개방된 일면을 통해 시험 대상체가 상기 노출 챔버에 밀봉 상태로 노출되도록 시험 대상체 또는 시험 대상체가 안착되는 지지대에 진공 압착되는 인비트로 시험 케이스를 포함하는 인비트로 시험 유닛을 포함하고, 상기 인비트로 시험 케이스는 상기 노출 챔버로 나노 입자가 공급될 수 있도록 상기 제 1 유입 배관으로부터 분기된 제 2 유입 배관을 통해 상기 입자 발생기와 연결되고, 상기 제 1 유입 배관 및 제 2 유입 배관의 개폐를 통해 상기 흡입 챔버 및 노출 챔버에 동시에 또는 선택적으로 나노 입자가 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치를 제공한다.

이때, 상기 제 1 유입 배관과 제 2 유입 배관이 연결되는 부위에는 상기 입자 발생기로부터 발생한 나노 입자가 상기 제 1 유입 배관 및 제 2 유입 배관을 통해 동시에 또는 선택적으로 유동할 수 있도록 별도의 방향 전환 밸브가 장착될 수 있다.

또한, 상기 제 1 유입 배관과 제 2 유입 배관에는 각각의 배관 유로를 개폐할 수 있는 개폐 밸브가 각각 장착될 수 있다.

한편, 상기 인비보 시험 케이스에는 상기 흡입 챔버에 공기가 유출입되도록 상하부에 각각 유입구 및 유출구가 형성되고, 상기 인비보 시험 유닛은 상기 유입구에 장착되어 상기 흡입 챔버로 유입되는 공기를 필터링하는 에어 필터; 상기 유출구의 하부에 장착되어 상기 흡입 챔버에서 상기 유입구로부터 상기 유출구 방향으로 상하 방향의 공기 흐름이 발생하도록 공기를 흡입하는 배기 모듈; 및 상기 제 1 유입 배관에 연결되어 상기 흡입 챔버의 공기 흐름에 따라 상기 흡입 챔버에 나노 입자를 공급하도록 상기 흡입 챔버의 상단부에 배치되는 입자 공급관을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 유입구 및 유출구는 상기 흡입 챔버의 전 영역에서 균일한 공기 흐름이 발생하도록 형성되며, 상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향을 따라 상기 입자 공급관의 하류측에는 상기 입자 공급관으로부터 공급되는 나노 입자가 상기 흡입 챔버에 확산 공급될 수 있도록 확산판이 배치될 수 있다.

또한, 상기 배기 모듈은 상기 유출구에 연결 장착되며 상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향을 따라 내부 공간의 단면적이 점점 감소하는 형태로 형성되는 배기 덕트; 상기 배기 덕트에 축적된 시험 대상체의 배설물이 유입될 수 있도록 상기 배기 덕트의 끝단부에 상기 배기 덕트와 연통되게 형성되는 배설물통; 및 상기 배설물통의 일측에 상기 배설물통과 연통되게 장착되며 끝단에는 공기를 흡입할 수 있도록 배기팬이 장착되는 배기 파이프를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 인비트로 시험 유닛은 상기 제 2 유입 배관에 연결되어 상기 입자 발생기를 통해 발생된 나노 입자를 상기 노출 챔버에 주입할 수 있도록 상기 노출 챔버와 연통되게 상기 인비트로 시험 케이스에 결합되는 입자 주입 포트; 및 별도의 진공 펌프를 통해 상기 노출 챔버 공간을 흡입할 수 있도록 상기 노출 챔버와 연통되게 상기 인비트로 시험 케이스에 결합되는 흡입 배출 포트를 더 포함하고, 상기 진공 펌프를 통해 상기 노출 챔버에 진공 압력을 형성함에 따라 상기 인비트로 시험 케이스는 상기 노출 챔버가 밀폐되도록 시험 대상체 또는 상기 지지대에 진공 압착됨과 동시에 상기 노출 챔버에는 상기 입자 주입 포트를 통해 연속적으로 나노 입자가 주입되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 인비트로 시험 케이스의 개방된 일면 끝단에는 압착 가능한 별도의 러버 패킹이 결합될 수 있다.

또한, 상기 인비트로 시험 케이스의 일측에는 내부에 상기 노출 챔버와 연통되는 주입 유로와 배출 유로가 각각 독립적으로 관통 형성된 연결 블록이 밀봉 결합되고, 상기 입자 주입 포트는 상기 주입 유로의 일단에 연통 결합되고 상기 흡입 배출 포트는 상기 배출 유로의 일단에 연통 결합되며, 상기 주입 유로의 타단에는 나노 입자가 상기 노출 챔버로 유동할 수 있도록 별도의 입자 주입관이 상기 노출 챔버에 돌출되게 연통 결합될 수 있다.

또한, 상기 입자 주입관은 상기 연결 블록의 주입 유로에 결합되며 상기 인비트로 시험 케이스의 개방된 일면을 향해 동일한 직경으로 직선 배치되는 직관부; 및 상기 직관부의 일단에 연장 형성되며 상기 인비트로 시험 케이스의 개방된 일면에 근접할수록 직경이 확장되는 확관부를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 나노 입자에 대한 인비보 방식의 독성 평가 시험이 가능한 인비보 시험 유닛과, 인비트로 방식의 독성 평가 시험이 가능한 인비트로 시험 유닛을 구비하고, 하나의 입자 발생기로부터 발생된 나노 입자를 인비보 시험 유닛 및 인비트로 시험 유닛에 동시에 또는 선택적으로 공급하도록 함으로써, 나노 입자를 공급하는 시험 조건을 동일하게 유지한 상태로 2가지 시험을 동시에 또는 선택적으로 수행할 수 있어 나노 입자에 대한 독성 평가 시험이 용이할 뿐만 아니라 2가지 시험 방식에 대한 비교 결과를 더욱 정확하게 산출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 시험 대상체인 실험 동물이 나노 입자에 노출되도록 형성된 인비보 시험 케이스 내부의 흡입 챔버에 균등한 풍량 및 풍속이 발생되도록 하고 또한 흡입 챔버의 전체 공간에서 나노 입자가 균등한 농도 분포를 갖도록 구성함으로써, 인비보 방식의 나노 입자 독성 평가 시험에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 시험 대상체인 인체 또는 실험 동물의 피부 일부에 접촉하거나 실험 동물의 조직 세포를 감싸는 방식으로 케이스를 진공 압착시켜 밀폐된 상태로 시험 대상체에 나노 입자를 노출시킴으로써, 나노 입자를 시험 대상체의 피부나 조직 세포에 노출시키는 간단한 방식으로 인비트로 방식의 나노 입자 독성 평가 시험을 수행할 수 있고, 이에 따라 생명체에 대한 실험 규제 방안에 효율적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.

또한, 인비트로 시험 케이스를 시험 대상체에 진공 압착시킨 상태에서 입자 주입관을 통해 시험 대상체에 나노 입자를 외부 누출 없이 집중적으로 균일하게 노출시킴으로써, 더욱 정확한 인비트로 방식의 나노 입자 독성 평가 시험이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 시험 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛의 노출 챔버에 주입되는 나노 입자의 흐름을 실험적으로 분석하여 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛의 내부 구조 및 입자 주입관의 돌출 높이 변경 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치는 실험 동물과 같은 시험 대상체(T)의 호흡기를 통해 나노 입자를 주입하는 방식으로 나노 입자를 시험 대상체(T)에 노출시키는 인비보 시험 유닛(10)과, 실험 동물의 피부 일부나 조직 세포와 같은 시험 대상체(T)에 나노 입자를 노출시키는 방식의 인비트로 시험 유닛(20)을 포함하며, 하나의 입자 발생기(G)로부터 발생된 나노 입자를 별도의 밸브를 통해 인비보 시험 유닛(10) 및 인비트로 시험 유닛(20)에 동시에 또는 선택적으로 공급하여 2가지 시험을 모두 수행할 수 있는 장치이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 시험 유닛(10)은 시험 대상체(T)가 투입될 수 있도록 내부에 흡입 챔버(C1)가 형성되고, 나노 입자를 발생시키는 별도의 입자 발생기(G)와 제 1 유입 배관(P1)을 통해 연결되어 흡입 챔버(C1)에 나노 입자가 공급되도록 형성되는 인비보 시험 케이스(100)를 포함하여 구성된다. 나노 입자는 흡입 챔버(C1)의 전체 공간에 균등한 분포를 갖도록 공급되며, 실험 동물과 같은 시험 대상체(T)가 흡입 챔버(C1)에 투입되어 흡입 챔버(C1)에 공급되는 나노 입자를 자유롭게 흡입할 수 있도록 구성된다. 이와 같이 시험 대상체(T)가 호흡기를 통해 나노 입자를 흡입함에 따라 시험 대상체(T)의 건강 상태와 같은 특성 변화 상태를 검사하여 나노 입자의 독성 평가 시험을 수행하게 되는데, 이러한 인비보 시험 유닛(10)에 대한 구성은 나노 입자가 공급됨과 동시에 시험 대상체(T)로서 실험 동물이 투입될 수 있도록 흡입 챔버(C1)가 형성되는 인비보 시험 케이스(100)를 포함한 다양한 형태로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛(20)은, 일면이 개방된 형태로 내부에 노출 챔버(C)가 형성되고, 개방된 일면을 통해 시험 대상체(T)가 노출 챔버(C)에 밀봉 상태로 노출되도록 시험 대상체(T) 또는 시험 대상체(T)가 안착되는 지지대(T1)에 진공 압착되는 인비트로 시험 케이스(200)를 포함하여 구성된다. 이러한 인비트로 시험 케이스(200)는 시험 대상체(T)의 피부 일부 또는 조직 세포에 나노 입자가 노출되도록 구성되기 때문에, 인비보 시험 유닛(10)의 흡입 챔버(C1)보다 상대적으로 크기가 작은 노출 챔버(C)를 가질 수 있으며 나노 입자에 대한 인비트로 방식의 시험이 가능하다. 이러한 인비트로 시험 케이스(200)에는 전술한 입자 발생기(G)로부터 노출 챔버(C)로 나노 입자가 공급될 수 있도록 입자 발생기(G)와 인비보 시험 케이스(100)를 연결하는 제 1 유입 배관(P1)으로부터 분기된 제 2 유입 배관(P2)을 통해 인비트로 시험 케이스(200)와 입자 발생기(G)가 연결된다.

이와 같이 인비보 시험 케이스(100)와 인비트로 시험 케이스(200)는 하나의 입자 발생기(G)로부터 상호 분기된 제 1 유입 배관(P1) 및 제 2 유입 배관(P2)을 통해 동시에 나노 입자가 공급될 수 있도록 구성되는데, 이때, 제 1 유입 배관(P1) 및 제 2 유입 배관(P2)에 대한 각각의 개폐를 통해 인비보 시험 케이스(100)의 흡입 챔버(C1) 및 인비트로 시험 케이스(200)의 노출 챔버(C)에 동시에 또는 선택적으로 나노 입자가 공급되도록 구성될 수 있다.

이때, 제 1 유입 배관(P1)과 제 2 유입 배관(P2)이 서로 연결되는 부위에는 도 1에 도시된 바와 같이 별도의 방향 전환 밸브(300)가 장착될 수 있으며, 이러한 방향 전환 밸브(300)는 입자 발생기(G)로부터 발생한 나노 입자가 제 1 유입 배관(P1) 및 제 2 유입 배관(P2)을 통해 동시에 또는 선택적으로 유동할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 유입 배관(P1) 및 제 2 유입 배관(P2) 중 어느 하나로만 나노 입자가 유동하도록 어느 하나의 배관 유로만을 개방할 수 있고, 제 1 유입 배관(P1) 및 제 2 유입 배관(P2) 모두에 나노 입자가 유동하도록 2개의 배관 유로 모두 개방할 수도 있도록 구성된다.

한편, 도시되지는 않았으나, 이러한 하나의 방향 전환 밸브(300)와 달리 제 1 유입 배관(P1)과 제 2 유입 배관(P2)에는 각각 독립적인 개폐 밸브(미도시)가 장착될 수 있으며, 이를 통해 각각의 해당 배관 유로를 필요에 따라 개폐할 수 있도록 함으로써, 제 1 유입 배관(P1)과 제 2 유입 배관(P2)을 통해 동시에 나노 입자가 유동하도록 할 수도 있고, 그 중 어느 하나로만 나노 입자가 유동하도록 할 수도 있다.

이와 같이 제 1 유입 배관(P1) 및 제 2 유입 배관(P2)을 통해 동시에 또는 선택적으로 나노 입자가 공급됨에 따라 인비보 시험 케이스(100) 및 인비트로 시험 케이스(200)에 동시에 또는 선택적으로 나노 입자가 공급되며, 이에 따라 나노 입자의 독성 평가 시험에 대해 인비보 시험 및 인비트로 시험을 동시에 수행하거나 별도로 수행할 수 있다. 인비보 시험 및 인비트로 시험을 동시에 수행하는 경우, 2개 시험의 동시 수행에 따라 매우 간편하고 편리하게 시험을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 입자 발생기로부터 동일한 조건으로 인비보 시험 유닛(10)과 인비트로 시험 유닛(20)에 동시에 나노 입자를 공급할 수 있기 때문에, 상호 시험 결과를 동등한 조건에서 비교 분석할 수 있다는 점에서 나노 입자에 대한 독성 평가 시험을 더욱 정확하고 다양하게 수행할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 시험 유닛(10)과 인비트로 시험 유닛(20)의 세부 구성을 설명한다. 이하에서 설명하는 인비보 시험 유닛(10)과 인비트로 시험 유닛(20)의 세부 구성은 예시적인 것으로, 이와 달리 다양한 형태의 변경이 가능할 것이다. 특히, 인비보 시험 유닛(10)의 경우, 단순한 흡입 챔버에 일정량의 나노 입자가 공급되는 형태로 사용 조건에 따라서는 매우 단순하게 구성될 수도 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 시험 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 시험 유닛은 시험 대상체(T)인 실험 동물이 투입되어 호흡기를 통해 나노 입자가 흡입될 수 있도록 하는 인비보 시험을 가능하게 하는 장치로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 시험 대상체(T)인 실험 동물이 투입되도록 흡입 챔버(C1)가 형성된 인비보 시험 케이스(100)와, 흡입 챔버(C1)에 나노 입자를 공급하는 입자 공급관(120)과, 흡입 챔버(C1)로 유입되는 공기가 통과하는 에어 필터(130)와, 공기를 흡입하는 배기 모듈(160)을 포함하여 구성된다. 또한, 입자 공급관(120)을 통해 공급되는 나노 입자의 확산을 위해 확산판(140)이 더 구비될 수 있다.

인비보 시험 케이스(100)는 내부에 공간이 형성된 직육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 내부 공간은 시험 대상체(T)인 실험 동물이 투입되어 나노 입자에 노출될 수 있도록 흡입 챔버(C1)가 형성된다. 이때, 인비보 시험 케이스(100)의 서로 대향하는 2개의 면에는 예를 들어 상부면과 하부면에는 유입구(102) 및 유출구(103)가 각각 형성된다. 즉, 상부면에는 흡입 챔버(C1)로 공기가 유입되도록 유입구(102)가 형성되고 하부면에는 흡입 챔버(C1)로부터 공기가 유출되도록 유출구(103)가 형성되며, 4개의 측면은 모두 폐쇄된 형태로 형성된다. 이러한 4개의 측면은 도 2에 도시된 바와 같이 중앙부에 투명창(104)이 형성되어 외부로부터 내부 흡입 챔버(C1)가 육안으로 관찰 가능하게 형성되는 것이 바람직하고, 투명창(104)은 아크릴판이나 유리 등의 재질로 제작 가능할 것이다. 한편, 인비보 시험 케이스(100)의 형상은 도 1 및 도 2에서 직육면체로 도시되었으나, 이에 한정될 필요는 없으며 원기둥 형태로 형성될 수도 있는 등 내부 공간을 갖는 다양한 형태로 형성될 수 있을 것이다.

또한, 유입구(102)와 유출구(103)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 각각 인비보 시험 케이스(100)의 상부면과 하부면이 전체 개방된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 인비보 시험 케이스(100)는 길이 방향의 양단부가 개방된 중공의 사각기둥 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이와 같이 인비보 시험 케이스(100)의 상부면과 하부면이 모두 전체 개방된 형태로 유입구(102) 및 유출구(103)가 형성되지 않고, 인비보 시험 케이스(100)의 상부면과 하부면에 일부 면적이 관통되는 관통홀의 형태로 형성될 수도 있으며, 이 경우에는 본 발명의 일 실시예에 따라 유입구(102) 및 유출구(103)가 인비보 시험 케이스(100)의 상부면과 하부면의 가장자리 부위만 제외하고 나머지 부분에서 최대한 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 유출구(103)는 케이스 하부면이 모두 전체 개방된 형태로 형성되고, 유입구(102)는 균등한 4개의 관통홀의 형태로 형성될 수 있으며, 이때, 에어 필터(130)의 형태 또한 유입구의 형태에 상응하도록 4개로 분리 형성될 수 있다. 또한, 유입구(102)에 대한 또 다른 실시예로서 유입구(102)는 인비보 시험 케이스(100)의 상부면에 전체 면적에 걸쳐 고르게 분포되는 다수개의 관통홀의 형태로 형성될 수도 있을 것이다.

이와 같은 유입구(102) 및 유출구(103)의 형태에 따라 흡입 챔버(C1) 내의 전 구간에서 더욱 균일한 분포의 공기 흐름이 유도될 수 있으며, 이에 따라 흡입 챔버(C1) 내에 공급되는 나노 입자(M)의 농도 분포가 더욱 균일하게 유지될 수 있을 것이다.

입자 공급관(120)은 제 1 유입 배관(P1)과 연결되는 파이프 형태로 형성되어 입자 발생기(G)로부터 생성된 나노 입자(M)를 흡입 챔버(C1) 내에 공급할 수 있도록 형성된다. 따라서, 입자 공급관(120)은 흡입 챔버(C1) 내에 나노 입자(M)의 농도 분포가 균일하게 형성될 수 있도록 유입구(102)에 인접한 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 입자 공급관(120)을 통해 공급된 나노 입자(M)가 유입구(102) 측으로부터 흡입 챔버(C1) 내의 공기 흐름을 통해 흡입 챔버(C1) 내에 고르게 분포될 수 있도록 유입구(102)에 인접하게 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 입자 공급관(120)은 파이프 형태로 양단부가 인비보 시험 케이스(100)의 양측면에 결합되는 방식으로 장착될 수 있으며, 나노 입자(M)가 배출되는 입자 공급 노즐(121)이 입자 공급관(120)의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되게 다수개 형성될 수 있다. 또한, 이와 같이 형성된 입자 공급관(120)이 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 흡입 챔버(C1)의 공기 흐름 방향에 대한 직각 방향을 따라 일렬 배치되도록 다수개 구비될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 방향을 기준으로 흡입 챔버(C1) 내에서는 유입구(102)로부터 유출구(103)로 상하 방향의 공기 흐름이 발생되고, 이러한 공기 흐름에 대해 좀 더 넓은 영역에 균일하게 나노 입자(M)가 분포될 수 있도록 입자 공급관(120)이 수평 방향으로 일렬 배치되게 다수개 장착될 수 있다. 이때, 각각의 입자 공급관(120)에는 도 2에 도시된 바와 같이 각각 다수개의 입자 공급 노즐(121)이 형성되기 때문에, 이러한 다수개의 입자 공급 노즐(121)을 통해 흡입 챔버(C1)의 넓은 영역에서 나노 입자(M)가 고르게 공급되어 흡입 챔버(C1) 내에서 더욱 균일한 나노 입자의 농도 분포가 형성될 수 있다. 또한, 이러한 입자 공급 노즐(121)은 나노 입자(M)를 고압 분사하는 방식이 아니라 단순 배출하는 방식으로 그 배출 압력이 상대적으로 낮게 형성되어 나노 입자(M)에 특정한 운동 방향성이 존재하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.

에어 필터(130)는 유입구(102)를 통해 흡입 챔버(C1) 내로 유입되는 공기가 모두 통과되며 필터링되도록 인비보 시험 케이스(100)의 유입구(102)에 장착된다. 따라서, 흡입 챔버(C1) 내부로 유입되는 모든 공기는 에어 필터(130)를 통해 필터링된 상태로 유입되어 입자 공급관(120)을 통해 공급되는 나노 입자(M)에 의해서만 흡입 챔버(C1) 내의 나노 입자 농도가 조절되도록 구성된다. 또한, 에어 필터(130)는 흡입 챔버(C1) 내로 유입되는 공기의 흐름을 감속시켜 흡입 챔버(C1) 내에서 공기의 흐름이 더욱 안정적이고 균일하게 발생되도록 하는 기능을 동시에 수행한다. 따라서, 유입구(102) 및 에어 필터(130)의 영역이 증가할수록 흡입 챔버(C1) 내의 공기의 흐름은 더욱 넓은 영역에서 더욱 안정적이고 균일하게 발생될 수 있다.

배기 모듈(160)은 인비보 시험 케이스(100)의 유출구(103)에 연결되게 장착되어 공기를 흡입하도록 구성되며, 이에 따라 흡입 챔버(C1) 내에서는 유입구(102)로부터 유출구(103) 방향으로 공기의 흐름이 발생된다. 이러한 배기 모듈(160)은 인비보 시험 케이스(100)의 유출구(103) 측으로 공기 흐름이 발생되도록 하는 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 모듈(160)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 배기통(161), 배설물통(162), 배기 파이프(163) 및 배기팬(164)을 포함하여 구성된다. 배기통(161)은 유출구(103)에 연결되어 장착되며 공기 흐름 방향을 따라 끝단으로 갈수록 내부 공간의 단면적이 점점 감소하도록 경사지게 형성되어 배기통(161)을 따라 공기의 흐름이 원활하게 진행되고 또한 시험 대상체(T)인 실험 동물의 배설물(E)이 원활하게 배출될 수 있도록 형성된다. 배설물통(162)은 배기통(161)의 끝단부에 배기통(161)과 연통되게 형성되어 실험 동물의 배설물(E)이 유입될 수 있도록 형성되며, 하단부에는 배설물(E)이 외부로 배출될 수 있도록 배출구(165)가 형성될 수도 있다. 배기 파이프(163)는 배설물통(162)의 일측에 배설물통(162)과 연통되게 형성되며, 배기팬(164)은 배기 파이프(163)의 끝단에 결합되어 공기를 흡입하도록 형성될 수 있다. 따라서, 배기팬(164)이 동작함에 따라 흡입 챔버(C1)의 공기 흐름은 유입구(102)로부터 유출구(103) 방향으로 발생하고, 유출구(103)를 통해 배기통(161)과 배설물통(162)을 거쳐 배기 파이프(163)로 진행하게 된다. 이때, 배기 모듈(160)의 구성은 유출구(103)에 직접 연결되는 배기 파이프(163)와 배기팬(164) 만으로 구성될 수도 있으며, 배기통(161) 및 배설물통(162)의 형태 또한 다양하게 변경 가능할 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 시험 유닛의 동작 상태를 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 배기 모듈(160)이 동작함에 따라 흡입 챔버(C1)에 부압이 발생하여 외부로부터 유입구(102)를 통해 공기가 유입되고 유출구(103)를 통해 배기 모듈(160) 측으로 진행되며, 입자 공급관(120)을 통해 나노 입자(M)가 흡입 챔버(C1) 내로 공급되어 공기 흐름을 따라 흡입 챔버(C1) 내부에 균일한 분포로 유동하게 된다.

좀 더 자세히 살펴보면, 인비보 시험 케이스(100)의 유입구(102) 및 유출구(103)가 상대적으로 면적이 넓게 형성되기 때문에 흡입 챔버(C1) 내부의 전체 영역에서는 유입구(102)로부터 유출구(103) 방향으로 균등한 공기 흐름이 발생하게 되고, 입자 공급관(120)을 통해 흡입 챔버(C1) 내부로 배출되는 나노 입자(M)는 종래 기술과 달리 일정한 운동 방향성을 갖도록 분사되지 않고 운동 방향성 없이 단순 배출되는 형태로 배출된다. 따라서, 이와 같이 배출되는 나노 입자(M)는 흡입 챔버(C1) 내부에서 발생하는 전체 영역에서의 균등한 공기 흐름을 따라 전체적으로 균등하게 확산되어 유동하게 된다. 또한, 흡입 챔버(C1) 내부의 균등한 공기 흐름은 인비보 시험 케이스(100)의 유입구(102)에 장착된 에어 필터(130)에 의한 흐름 완충 효과에 의해 더욱 안정적으로 진행되어 나노 입자(M)의 확산이 더욱 활발하게 진행된다. 특히, 입자 공급관(120)에는 나노 입자(M)가 공급되는 입자 공급 노즐(121)이 다수개 형성되어 나노 입자(M)가 공급되는 지점이 다수개 형성되기 때문에, 이러한 나노 입자(M)의 균등 확산은 더욱 효과적으로 진행될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인비보 시험 유닛은 흡입 챔버(C1) 내부의 전체 공간에서 나노 입자(M)의 농도 분포가 균일하게 형성되고, 풍량 및 풍속 또한 전체 공간에서 일정하게 형성되기 때문에, 흡입 챔버(C1) 내에 투입된 실험 동물에 대한 나노 입자(M)의 노출 조건을 정확하게 유지할 수 있고, 이에 따라 나노 입자 흡입 독성 평가 시험의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 입자 공급관(120)으로부터 공급되는 나노 입자(M)에 대한 확산 정도가 더욱 향상될 수 있도록 흡입 챔버(C1) 내에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 확산판(140)이 더 구비될 수 있다. 이러한 확산판(140)은 미세한 관통홀이 전체 면적에 걸쳐 고르게 형성된 형태로서, 예를 들면 복수개의 메쉬(mesh)를 적층한 형태로 적용할 수 있으며, 확산판(140)이 배치되는 위치는 흡입 챔버(C1) 내의 공기 흐름 방향을 따라 입자 공급관(120)의 하류측에 위치하여 입자 공급관(120)과 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 입자 공급관(120)으로부터 공급된 나노 입자(M)가 확산판(140)을 통과하며 더욱 확산되어 흡입 챔버(C1) 내부에 더욱 균등한 분포로 유동할 수 있을 것이다.

한편, 인비보 시험 케이스(100)의 유출구(103)는 전술한 바와 같이 인비보 시험 케이스(100)의 하부면이 개방된 형태로 넓게 형성되는 것이 바람직한데, 이러한 유출구(103)에는 실험 동물을 흡입 챔버(C1)에 투입 안착할 수 있도록 다수개의 지지봉(150)이 일정 간격 이격되게 일렬 배치될 수 있다. 이러한 지지봉(150)은 흡입 챔버(C1) 내의 공기 흐름에 대한 저항이 최소화될 수 있도록 원형 파이프와 같은 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 지지봉(150)에는 본 발명의 일 실시예에 따라 배기 모듈(160)을 향해 공기를 분사하는 분사 노즐(151)이 별도로 형성될 수 있다. 이러한 분사 노즐(151)은 배기 모듈(160)의 배기통(161)을 향해 공기를 분사하도록 형성되는데, 이러한 공기 분사를 통해 배기통(161)에 축적된 실험 동물의 배설물(E)이 배설물통(162)으로 배출될 수 있다. 따라서, 지지봉(150)의 양단부에 배기통(161)의 경사면을 따라 공기가 분사되도록 분사 노즐(151)이 위치되는 것이 배설물(E)의 청소에 더욱 효과적일 것이다. 한편, 이와 같이 배출된 배설물(E)은 배기통(161)의 끝단부에 연결된 배설물통(162)에 저장되거나 또는 배설물통(162)에 하단부에 형성된 배출구(162)를 통해 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛은 나노 입자에 대한 독성 평가 시험을 위해 실험 동물과 같은 시험 대상체에 나노 입자를 노출시키는 장치로서, 나노 입자가 시험 대상체의 호흡기를 통해 흡입되도록 하는 방식이 아니라 동물이나 인간의 신체 피부 일부에 노출되도록 하거나 또는 동물이나 인간의 일부 조직 세포를 분리하여 분리된 조직 세포에 노출되도록 하는 방식의 인비트로 시험이 가능한 장치이며, 인비트로 시험 케이스(200)와, 인비트로 시험 케이스(200)에 결합되는 입자 주입 포트(210) 및 흡입 배출 포트(220)를 포함하여 구성된다.

인비트로 시험 케이스(200)는 내부 공간에 나노 입자가 노출될 수 있도록 노출 챔버(C)가 형성되며, 노출 챔버(C)가 외부와 연통되도록 일면이 개방되게 형성된다. 즉, 인비트로 시험 케이스(200)는 일면이 개방된 용기의 형태로 형성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 외주면이 원주면을 이루도록 중공의 원통 형상으로 형성될 수 있으나, 이와 달리 중공의 다각 기둥 형태로 형성될 수도 있는 등 그 형상은 다양하게 변경 가능하다. 이 경우 인비트로 시험 케이스(200) 내부의 노출 챔버(C)에서 원활한 나노 입자의 흐름을 위해서는 모서리 부분에 의한 정체 영역이 발생되지 않도록 중공의 원통 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 인비트로 시험 케이스(200)는 개방된 일면을 통해 시험 대상체(T)가 노출 챔버(C)에 개방 노출되도록 시험 대상체(T) 또는 시험 대상체(T)가 안착되는 지지대(T1)와 접촉한다. 예를 들어, 시험 대상체(T)가 인간의 팔이나 신체 일부의 피부인 경우, 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면이 시험 대상체(T)인 인간의 신체 피부에 직접 접촉 고정되며 개방된 일면을 통해 인간의 신체 피부 일부 영역이 노출 챔버(C)에 노출되도록 구성될 수 있다. 이와 달리 시험 대상체(T)가 도 3에 도시된 바와 같이 신체로부터 분리 절개된 별도의 조직 세포인 경우, 이러한 조직 세포는 샬레와 같은 용기에 놓인 상태에서 별도의 지지대(T1)에 안착되고, 인비트로 시험 케이스(200)는 시험 대상체(T)인 조직 세포가 개방된 일면을 통해 노출 챔버(C) 내부에 위치하여 노출되도록 조직 세포를 감싸는 형태로 지지대(T1)에 접촉 고정된다.

이와 같이 시험 대상체(T)에 직접 접촉 고정되거나 또는 시험 대상체(T)가 안착되는 지지대(T1)에 접촉 고정되는 인비트로 시험 케이스(200)는 노출 챔버(C)에 진공 압력이 형성됨에 따라 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)에 진공 압착되는 방식으로 고정되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

한편, 인비트로 시험 케이스(200)가 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)에 진공 압착되기 전에 인비트로 시험 케이스(200)가 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)와 접촉한 상태에서 위치 고정되도록 하기 위한 별도의 수단이 추가적으로 구비될 수 있는데, 이는 본 발명의 일 실시예에 따라 인비트로 시험 케이스(200)의 외주면에 결합되는 고정띠(미도시)의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 인비트로 시험 케이스(200)에 결합되는 고정띠가 인체의 팔에 착용되며, 고정띠 착용에 의해 인비트로 시험 케이스(200)가 팔의 일정 위치에 고정되도록 구성될 수 있다. 이때, 고정띠는 신축성 있는 밴드 형태로 형성되어 다양한 형상의 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)에 고정 결합될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하며, 도시되지는 않았으나 고정띠의 일측이 절개되고 절개된 일단이 고정띠의 외주면에 접착되도록 하는 방식으로 형성될 수도 있고, 그 외 별도의 바이스 장치를 통해 고정되도록 하는 방식으로 형성될 수도 있는 등 다양한 형태로 변경 가능할 것이다.

입자 주입 포트(210)는 전술한 입자 발생기(G)를 통해 발생된 나노 입자를 노출 챔버(C)에 주입할 수 있도록 노출 챔버(C)와 연통되게 인비트로 시험 케이스(200)에 결합된다. 즉, 입자 주입 포트(210)의 일단은 입자 발생기(G)로부터 노출 챔버(C)에 나노 입자가 공급될 수 있도록 전술한 제 2 유입 배관(P2)과 연결되며, 타단은 인비트로 시험 케이스(200)의 노출 챔버(C)에 연통되게 결합된다.

흡입 배출 포트(220)는 별도의 진공 펌프(R)를 통해 노출 챔버(C) 공간을 흡입할 수 있도록 노출 챔버(C)와 연통되게 인비트로 시험 케이스(200)에 결합된다. 즉, 흡입 배출 포트(220)의 일단은 별도의 흡입 배관(Q)을 통해 진공 펌프(R)와 연결되며, 타단은 인비트로 시험 케이스(200)의 노출 챔버(C)에 연통되게 결합된다.

이때, 입자 주입 포트(210)와 흡입 배출 포트(220)는 인비트로 시험 케이스(200)의 일측에 인비트로 시험 케이스(200)와 일체로 형성되도록 구성될 수도 있으나, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 독립적으로 형성되어 별도의 연결 블록(230)을 통해 인비트로 시험 케이스(200)에 결합되는 방식으로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 연결 블록(230)이 인비트로 시험 케이스(200)의 일측에 밀봉되게 관통 결합되고, 연결 블록(230)의 내부에는 인비트로 시험 케이스(200)의 노출 챔버(C)와 연통되도록 주입 유로(231)와 배출 유로(232)가 각각 독립적으로 형성되며, 주입 유로(231)의 일단에 입자 주입 포트(210)가 연통 결합되고 배출 유로(232)의 일단에 흡입 배출 포트(220)가 연통 결합되는 방식으로 구성될 수 있다. 한편, 이때 주입 유로(231)의 타단에는 나노 입자가 노출 챔버(C)로 유동할 수 있도록 별도의 입자 주입관(240)이 연통 결합될 수 있고, 입자 주입관(240)은 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면을 향해 노출 챔버(C)에 돌출되게 배치될 수 있다.

좀 더 자세히 살펴보면, 연결 블록(230)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 원기둥 형태로 형성되고, 내부에는 주입 유로(231)와 배출 유로(232)가 되는데, 주입 유로(231)는 연결 블록(230)의 측면으로부터 하단면까지 관통 형성되고, 배출 유로(232)는 연결 블록(230)의 길이 방향을 따라 상단면부터 하단면까지 관통 형성된다. 연결 블록(230)은 하단면이 노출 챔버(C)를 향하도록 인비트로 시험 케이스(200)에 결합되고, 따라서 연결 블록(230)의 측면에 형성된 주입 유로(231)의 일단에 입자 주입 포트(210)가 결합되고 연결 블록(230)의 상단면에 형성된 배출 유로(232)의 일단에 흡입 배출 포트(220)가 결합된다. 이때, 입자 주입 포트(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 주입 유로(231)에 밀봉 삽입되는 방식으로 결합될 수 있고, 흡입 배출 포트(220)는 연결 블록(230)의 상단부 외주면을 밀봉되게 감싸는 방식으로 결합될 수 있다. 입자 주입 포트(210)와 흡입 배출 포트(220)가 연결 블록(230)과 결합되는 부위에는 상호 밀봉 결합을 위해 별도의 실링재(S)가 삽입될 수 있다.

이와 같이 입자 주입 포트(210)와 흡입 배출 포트(220)가 연결 블록(230)에 결합된 상태에서 연결 블록(230)이 노출 챔버(C)에 노출되도록 인비트로 시험 케이스(200)에 관통 결합하며 입자 주입 포트(210)와 흡입 배출 포트(220)가 노출 챔버(C)와 연통되도록 구성될 수 있는데, 이와 달리 본 발명의 일 실시예에서는 노출 챔버(C) 내부에서 나노 입자의 더욱 효율적인 유동 흐름을 위해 흡입 유동홀(201)과 블록 결합부(202)를 통해 노출 챔버(C)에 연통되는 방식으로 인비트로 시험 케이스(200)에 결합될 수 있다.

즉, 인비트로 시험 케이스(200)에는 도 3에 도시된 바와 같이 개방된 일면과 대향되는 일측에 흡입 유동홀(201)이 관통 형성되고, 흡입 유동홀(201)의 가장자리 외측 둘레에는 연결 블록(230)이 밀봉 결합될 수 있도록 별도의 블록 결합부(202)가 인비트로 시험 케이스(200)의 외주면에 돌출되게 형성된다. 연결 블록(230)은 별도의 실링재(S)를 통해 블록 결합부(202)에 밀봉 결합된다. 이와 같이 연결 블록(230)이 블록 결합부(202)에 결합되면, 연결 블록(230)의 내부에 형성된 주입 유로(231)와 배출 유로(232)가 흡입 유동홀(201)을 통해 노출 챔버(C)와 연통되고, 아울러 주입 유로(231)와 배출 유로(232)에 각각 결합된 입자 주입 포트(210)와 흡입 배출 포트(220) 또한 마찬가지로 노출 챔버(C)와 연통된다.

이때, 연결 블록(230)에는 입자 주입 포트(210)를 통해 유입된 나노 입자가 주입 유로(231)를 통과한 후 노출 챔버(C)로 유동할 수 있도록 별도의 입자 주입관(240)이 주입 유로(231)의 하단에 연통 결합되고, 입자 주입관(240)은 끝단이 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면을 향하는 방향으로 노출 챔버(C)에 돌출되게 배치된다. 이러한 입자 주입관(240)은 흡입 유동홀(201)을 관통하여 노출 챔버(C)에 돌출되도록 결합된다.

입자 주입관(240)은 입자 주입 포트(210)를 통해 유입된 나노 입자가 연결 블록(230)의 주입 유로(231)를 통과한 후 노출 챔버(C)에 주입되도록 하기 위한 것으로, 중공의 원통형 파이프 형태로 형성될 수 있는데, 입자 주입관(240)을 통해 주입되는 나노 입자가 도 3에 도시된 바와 같이 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면에 접촉하는 시험 대상체(T)를 향해 집중적으로 유동할 수 있도록 입자 주입관(240)의 끝단이 개방된 일면에 근접하도록 노출 챔버(C)에 돌출되게 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 입자 주입관(240)은 돌출 높이(L)를 조절할 수 있도록 블록 결합부(202)에 직선 이동 가능하게 결합되는 것이 바람직한데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

또한, 입자 주입관(240)은 연결 블록(230)의 주입 유로(231)에 결합되며 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면을 향해 동일한 직경으로 직선 배치되는 직관부(241)와, 직관부(241)의 일단에 연장 형성되어 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면에 근접할수록 직경이 확장되는 확관부(242)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 구조에 따라 나노 입자는 입자 주입관(240)의 확관부(242)를 통해 확산 유동하며 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면에 배치되는 시험 대상체(T) 를 향해 상대적으로 균일한 분포로 집중된다.

다음으로 이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛의 동작 상태를 살펴본다.

먼저, 전술한 바와 같이 고정띠와 같은 고정 수단을 이용하여 인비트로 시험 케이스(200)를 시험 대상체(T)의 일부 또는 시험 대상체(T)가 안착되는 지지대(T1)에 접촉 고정시키는데, 이때, 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면을 통해 시험 대상체(T)가 노출 챔버(C)에 노출되도록 고정시킨다. 이와 같이 인비트로 시험 케이스(200)가 시험 대상체(T)에 가고정된 상태에서, 흡입 배출 포트(220)에 연결된 진공 펌프(R)를 통해 노출 챔버(C) 공간을 흡입한다. 노출 챔버(C) 공간이 진공 펌프(R)에 의해 흡입되면, 노출 챔버(C)에는 진공 압력이 형성되는데, 이에 따라 인비트로 시험 케이스(200)는 노출 챔버(C)가 밀폐되도록 개방된 일면이 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)에 진공 압착된다. 또한, 이와 같이 노출 챔버(C)에 진공 압력이 형성되면, 이러한 진공 압력의 보상을 위해 입자 발생기(G)로부터 발생된 나노 입자가 에어로졸 상태로 입자 주입 포트(210) 및 입자 주입관(240)을 통해 노출 챔버(C) 내부로 연속적으로 유입된다.

즉, 인비트로 시험 케이스(200)를 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)에 접촉 고정시킨 상태에서 진공 펌프(R)를 통해 노출 챔버(C) 공간을 흡입하면, 노출 챔버(C)에 진공 압력이 형성됨에 따라 인비트로 시험 케이스(200)가 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)에 진공 압착됨과 동시에 입자 주입관(240)을 통해 노출 챔버(C) 내부로 연속적으로 나노 입자가 유입된다. 따라서, 노출 챔버(C) 내부 공간은 인비트로 시험 케이스(200)의 진공 압착에 의해 외부와 차단되도록 밀폐되므로, 노출 챔버(C)에 연속적으로 공급되는 나노 입자는 외부 누출 없이 안정적으로 노출 챔버(C)에 공급된다. 이때, 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면 끝단에는 도 3에 도시된 바와 같이 압착 가능한 별도의 러버 패킹(250)이 결합되는 것이 바람직하며, 이를 통해 인비트로 시험 케이스(200)의 진공 압착 과정이 더욱 원활하게 수행될 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 인비트로 시험 유닛은 인비트로 시험 케이스(200) 내부에서 나노 입자에 대한 외부 누출이 발생하지 않기 때문에, 노출 챔버(C)에 공급되어 시험 대상체(T)에 노출되는 나노 입자에 대한 유동량 조건을 상대적으로 정확하게 조절할 수 있고, 이에 따라 나노 입자의 다양한 유동량 조건에서 시험 대상체(T)에 미치는 영향을 더욱 정확하게 측정할 수 있어 나노 입자에 대한 독성 평가 시험의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

특히, 전술한 바와 같이 입자 주입관(240)이 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면을 향하도록 노출 챔버(C)에 돌출되게 배치되기 때문에, 노출 챔버(C)로 주입되는 나노 입자가 외부 유실 없이 더욱 집중적으로 시험 대상체(T)에 노출되며, 이에 따라 나노 입자의 시험 대상체(T)에 미치는 영향을 더욱 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 입자 주입관(240)을 통해 노출 챔버(C)에 주입되는 나노 입자는 도 3에 도시된 바와 같이 입자 주입관(240)의 확관부(242)를 통해 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면에 노출되는 시험 대상체(T)에 더욱 균일하게 집중되어 시험 대상체(T)에 충분히 노출된 상태를 유지하게 된다. 이후, 나노 입자는 시험 대상체(T)의 표피에 접촉한 상태에서 일부가 흡입 배출 포트(220)를 통해 노출 챔버(C)로부터 외부로 배출되거나 또는 시험 대상체(T)의 표피에 박힌 상태로 유지될 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛은 입자 주입관(240)을 통해 대부분의 나노 입자가 시험 대상체(T)에 접촉하거나 박히는 등의 방식으로 시험 대상체(T)에 영향을 미치도록 구성되며, 노출 챔버(C)로 유입된 나노 입자가 시험 대상체(T)에 영향을 미치지 않고 곧바로 흡입 배출 포트(220)로 배출되는 것을 최소화할 수 있도록 구성된다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛의 노출 챔버에 주입되는 나노 입자의 흐름을 실험적으로 분석하여 도시한 도면이다.

도 4에는 입자 주입관(240)의 직관부(241) 내경이 4 mm인 상태에서 에어로졸 상태의 나노 입자 흐름을 분석하여 도식화한 상태가 도시되고, 도 5에는 입자 주입관(240)의 직관부(241) 내경이 2 mm인 상태에서 에어로졸 상태의 나노 입자 흐름을 분석하여 도식화한 상태가 도시된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 나노 입자의 흐름은 입자 주입관(240)의 직관부(241)로부터 확관부(242)를 통해 더욱 확산되며 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면에 집중되는 양상을 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이 직관부(241) 내경이 2 mm로 더 작아진 상태에서 나노 입자의 유속이 증가하여 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면에 더욱 집중되는 것을 알 수 있다. 특히, 입자 주입관(240)으로부터 노출 챔버(C)로 주입되는 나노 입자는 확관부(242)에 의해 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면의 전체 영역에 상대적으로 균등하게 분포되며, 개방된 일면의 가장자리 부분에서는 와류 흐름이 형성되며 다시 개방된 일면으로 나노 입자가 더욱 집중됨을 알 수 있다.

이와 같이 입자 주입관(240)을 통해 노출 챔버(C)로 주입되는 나노 입자의 흐름은 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면에 집중되고, 이에 따라 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면에 접촉되는 시험 대상체(T)에 집중되기 때문에, 전술한 바와 같이 더욱 정확한 나노 입자에 대한 독성 평가 시험을 인비트로 방식으로 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 인비트로 시험 유닛의 내부 구조 및 입자 주입관의 돌출 높이 변경 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 노출 챔버(C)에 돌출 배치되는 입자 주입관(240)의 돌출 높이가 조절될 수 있도록 입자 주입관(240)이 결합되는 연결 블록(230)은 블록 결합부(202)에 상하 직선 이동 가능하게 결합된다. 즉, 연결 블록(230)이 블록 결합부(202)에 상하 직선 이동 가능하게 결합됨으로써, 연결 블록(230)에 결합된 입자 주입관(240)의 노출 챔버(C)에 대한 돌출 높이가 일체로 조절되도록 구성될 수 있다. 물론, 이 경우 입자 주입관(240)의 돌출 높이 조절을 위해서는 단순히 연결 블록(230)과 입자 주입관(240)의 결합 상태를 조절하는 방식으로도 가능하지만, 연결 블록(230)을 인비트로 시험 케이스(200)로부터 분리하지 않고 연결 블록(230)과 인비트로 시험 케이스(200)의 결합 상태를 조절하는 방식으로 입자 주입관(240)의 돌출 높이를 조절하는 것이 더욱 용이하다 할 것이다.

이를 위해 블록 결합부(202)의 내측면에는 요철부(203)가 형성되고, 연결 블록(230)의 하단 외주면에는 요철부(203)에 맞물림될 수 있는 가이드 돌기(233)가 형성될 수 있다. 따라서, 연결 블록(230)은 가이드 돌기(233)가 요철부(203)에 맞물림되며 단계적으로 상하 이동할 수 있도록 구성될 수 있고, 이에 따라 입자 주입관(240)의 돌출 높이는 도 6에 도시된 바와 같이 예를 들면 L1 및 L2로 조절될 수 있다. 이러한 입자 주입관(240)의 돌출 높이 조절 구성은 이외에도 다양한 방식으로 변경 가능하며, 예를 들면, 연결 블록(230)의 외주면과 블록 결합부(202)의 내주면에 서로 대응되는 나사산이 형성되어 상호 나사 결합되도록 하는 방식으로 구성될 수도 있다.

이와 같이 입자 주입관(240)의 돌출 높이가 조절되면, 시험 대상체(T)에 노출되는 나노 입자의 흐름이 변경될 수 있는데, 즉, 입자 주입관(240)의 돌출 높이가 증가하여 시험 대상체(T)에 더 근접하게 되면, 나노 입자의 흐름은 더욱 강도 높은 상태로 시험 대상체(T)에 노출될 수 있으며, 이에 따라 더욱 다양한 조건에서 나노 입자에 대한 독성 평가 시험을 수행할 수 있다.

한편, 입자 주입관(240)은 도 3에 도시된 바와 같이 입구 및 출구 양단이 완전 개방된 파이프 형태로 형성될 수도 있지만, 도 6에 도시된 바와 같이 일단이 폐쇄된 상태에서 다수개의 입자 유동홀(243)이 형성된 방식으로 형성될 수도 있다. 즉, 연결 블록(230)의 주입 유로(231)에 결합되는 입자 주입관(240)의 입구는 완전 개방된 형태로 형성되고, 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면을 향하며 노출 챔버(C)에 노출되는 입자 주입관(240)의 출구는 폐쇄된 상태에서 다수개의 입자 유동홀(243)이 형성된 형태로 구성될 수 있다.

이러한 구조에 따라 입자 주입관(240)을 통해 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면을 향해 유동하는 나노 입자의 흐름은 다수개의 입자 유동홀(243)을 통해 더욱 넓은 영역으로 확산될 수 있으며, 이에 따라 인비트로 시험 케이스(200)의 개방된 일면에 배치되는 시험 대상체(T)의 더욱 넓은 영역에 더욱 균일하게 나노 입자를 노출시킬 수 있어 더욱 정확한 나노 입자에 대한 독성 평가 시험이 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 인비보 시험 유닛 20: 인비트로 시험 유닛
100: 인비보 시험 케이스 120: 입자 공급관
130: 에어 필터 140: 확산판
160: 배기 모듈 200: 인비트로 시험 케이스
210: 입자 주입 포트 220: 흡입 배출 포트
230: 연결 블록 240: 입자 주입관
300: 방향 전환 밸브

Claims (10)

1. 시험 대상체가 투입될 수 있도록 내부에 흡입 챔버가 형성되고, 나노 입자를 발생시키는 별도의 입자 발생기와 제 1 유입 배관을 통해 연결되어 상기 흡입 챔버에 나노 입자가 공급되도록 형성되는 인비보 시험 케이스를 포함하는 인비보 시험 유닛; 및
   일면이 개방된 형태로 내부에 노출 챔버가 형성되고, 개방된 일면을 통해 시험 대상체가 상기 노출 챔버에 밀봉 상태로 노출되도록 시험 대상체 또는 시험 대상체가 안착되는 지지대에 진공 압착되는 인비트로 시험 케이스를 포함하는 인비트로 시험 유닛
   을 포함하고, 상기 인비트로 시험 케이스는 상기 노출 챔버로 나노 입자가 공급될 수 있도록 상기 제 1 유입 배관으로부터 분기된 제 2 유입 배관을 통해 상기 입자 발생기와 연결되고, 상기 제 1 유입 배관 및 제 2 유입 배관의 개폐를 통해 상기 흡입 챔버 및 노출 챔버에 동시에 또는 선택적으로 나노 입자가 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 유입 배관과 제 2 유입 배관이 연결되는 부위에는 상기 입자 발생기로부터 발생한 나노 입자가 상기 제 1 유입 배관 및 제 2 유입 배관을 통해 동시에 또는 선택적으로 유동할 수 있도록 별도의 방향 전환 밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 유입 배관과 제 2 유입 배관에는 각각의 배관 유로를 개폐할 수 있는 개폐 밸브가 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인비보 시험 케이스에는 상기 흡입 챔버에 공기가 유출입되도록 상하부에 각각 유입구 및 유출구가 형성되고,
   상기 인비보 시험 유닛은
   상기 유입구에 장착되어 상기 흡입 챔버로 유입되는 공기를 필터링하는 에어 필터;
   상기 유출구의 하부에 장착되어 상기 흡입 챔버에서 상기 유입구로부터 상기 유출구 방향으로 상하 방향의 공기 흐름이 발생하도록 공기를 흡입하는 배기 모듈; 및
   상기 제 1 유입 배관에 연결되어 상기 흡입 챔버의 공기 흐름에 따라 상기 흡입 챔버에 나노 입자를 공급하도록 상기 흡입 챔버의 상단부에 배치되는 입자 공급관
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 유입구 및 유출구는 상기 흡입 챔버의 전 영역에서 균일한 공기 흐름이 발생하도록 형성되며, 상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향을 따라 상기 입자 공급관의 하류측에는 상기 입자 공급관으로부터 공급되는 나노 입자가 상기 흡입 챔버에 확산 공급될 수 있도록 확산판이 배치되는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 배기 모듈은
   상기 유출구에 연결 장착되며 상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향을 따라 내부 공간의 단면적이 점점 감소하는 형태로 형성되는 배기 덕트;
   상기 배기 덕트에 축적된 시험 대상체의 배설물이 유입될 수 있도록 상기 배기 덕트의 끝단부에 상기 배기 덕트와 연통되게 형성되는 배설물통; 및
   상기 배설물통의 일측에 상기 배설물통과 연통되게 장착되며 끝단에는 공기를 흡입할 수 있도록 배기팬이 장착되는 배기 파이프
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 인비트로 시험 유닛은
   상기 제 2 유입 배관에 연결되어 상기 입자 발생기를 통해 발생된 나노 입자를 상기 노출 챔버에 주입할 수 있도록 상기 노출 챔버와 연통되게 상기 인비트로 시험 케이스에 결합되는 입자 주입 포트; 및
   별도의 진공 펌프를 통해 상기 노출 챔버 공간을 흡입할 수 있도록 상기 노출 챔버와 연통되게 상기 인비트로 시험 케이스에 결합되는 흡입 배출 포트
   를 더 포함하고, 상기 진공 펌프를 통해 상기 노출 챔버에 진공 압력을 형성함에 따라 상기 인비트로 시험 케이스는 상기 노출 챔버가 밀폐되도록 시험 대상체 또는 상기 지지대에 진공 압착됨과 동시에 상기 노출 챔버에는 상기 입자 주입 포트를 통해 연속적으로 나노 입자가 주입되는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 인비트로 시험 케이스의 개방된 일면 끝단에는 압착 가능한 별도의 러버 패킹이 결합되는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 인비트로 시험 케이스의 일측에는 내부에 상기 노출 챔버와 연통되는 주입 유로와 배출 유로가 각각 독립적으로 관통 형성된 연결 블록이 밀봉 결합되고, 상기 입자 주입 포트는 상기 주입 유로의 일단에 연통 결합되고 상기 흡입 배출 포트는 상기 배출 유로의 일단에 연통 결합되며, 상기 주입 유로의 타단에는 나노 입자가 상기 노출 챔버로 유동할 수 있도록 별도의 입자 주입관이 상기 노출 챔버에 돌출되게 연통 결합되는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 입자 주입관은
    상기 연결 블록의 주입 유로에 결합되며 상기 인비트로 시험 케이스의 개방된 일면을 향해 동일한 직경으로 직선 배치되는 직관부; 및
    상기 직관부의 일단에 연장 형성되며 상기 인비트로 시험 케이스의 개방된 일면에 근접할수록 직경이 확장되는 확관부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인비보 인비트로 시험 겸용 나노 입자 노출 장치.
    
    

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