KR101453206B1 - 치아근관세척용 나노기포발생장치 - Google Patents

치아근관세척용 나노기포발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 치아근관세척용 나노기포발생장치에 관한 것으로서, 유체 내에 나노스케일의 기포를 생성하는 생성부; 상기 생성부와 연결되며 상기 생성부로부터 유입되는 기포를 포함하는 유체를 유동시켜 단부에서 분사하는 노즐부; 상기 노즐부에 설치되며 기포가 분산된 상태를 유지하도록 기포를 포함하는 유체에 초음파를 가하는 초음파부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 나노스케일의 기포를 분사할 수 있는 치아근관세척용 나노기포발생장치가 제공된다.

Description

치아근관세척용 나노기포발생장치{NANO BUBBLE GENERATOR FOR CLAENNIG ROOT CANAL OF TOOEH}
본 발명은 치아근관세척용 나노기포발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노스케일의 기포를 분사할 수 있는 치아근관세척용 나노기포발생장치에 관한 것이다.
치아 내부에 치수가 충치의 세균에 의해 감염되거나 유해한 자극에 의해 염증을 일으킨 경우 치아 근관 내에 오염된 조직 및 치수를 온전히 제거하고 세척 후 충전재를 채워 넣어 세균들이 치아 근관으로 침입하는 것을 막아 자생적으로 치아가 건강하게 치유되도록 하는 방법을 신경치료라 한다.
이러한 치과의 신경치료 기술은 최근에 매우 중요하게 다루어지고 있으며, 근관 내부 이물질의 완전한 제거가 치료의 성공에 있어 필수적이다. 특히, 치근 근체의 근관 내부는 크기가 마이크로 단위로 작을 뿐만 아니라 잇몸의 조직세포와 닿아 있어 이물질의 제거가 매우 어려운 것으로 여겨진다.
이러한 근관 내부의 이물질을 세척하는 기구들은 여러 가지가 있으며, 방식에 따라, 주사바늘세정(syringe-needle irrigation), 수동세정(manual dynamic irrigation), 칫솔(brush), 음파세정(sonic irrigation), 초음파세정(ultrasonic irrigation), 레이저세정(laser-activated irrigation) 등으로 나뉜다. 이 중 마이크로 근관 내부까지 세척할 수 있는 최신 기술은 초음파세정(ultrasonic irrigation)과 레이저세정(laser-activated irrigation)이다.
레이저세정(laser-activated irrigation)은 고가이면서 아직 그 안정성에 대한 충분한 검증이 되지 않아 실제 치료에는 초음파세정(ultrasonic irrigation)이 가장 선호된다.
초음파세정(ultrasonic irrigation)은 휘어질 수 있는 매우 가는 바늘(needle)을 통해 치아염소산나트륨(NaOCl) 세정액을 근관 내부로 주입하면서 초음파로 음향류(acoustic streaming)와 기포를 만들어 세정효과를 높이도록 설계되어 있다.
그러나 현재 사용되는 기구에서 발생되는 기포의 크기는 100 마이크로미터 내지 1 밀리미터로 상당히 큰 편이어서 세정효과가 떨어진다.
영-라플라스(Young-Laplace) 방정식에 따르면 기포 내 압력은 기포 크기에 반비례하므로 기포가 작을수록 기포의 폭발 압력이 커서 벽에 달라붙어 있는 마이크로 이물질의 제거가 용이하다. 따라서 완전한 이물질의 제거를 위해서는 1 마이크로미터 이하의 나노기포를 생성하는 기술이 필요하다.
한편, 지금까지 마이크로나 나노크기의 기포를 생성하는 장치가 개발되어 왔으며, 가장 널리 사용되는 장치는 감압 또는 난류 와류에 의한 기포 발생장치이다.
이러한 감압장치에 의한 기포 발생은 304kPa ~ 405kPa의 고압에서 과포화 상태의 액체를 감압하는 과정에서 기포가 형성되도록 하는 것을 말하며, 난류 와류에 의한 기포 발생기술은 고속으로 선회하는 와류 유동에 의해 유체 내 압력이 포화증기압 이하로 떨어지도록 하여 기포를 형성하는 것이다.
그러나 이러한 기존의 기술들은 하수처리장이나 수조 등 대용량의 기포를 생성하고 용존 산소량을 높이기 위해 주로 사용되기 때문에, 장치의 크기가 상대적으로 커서 치과용 의료기기에 직접적으로 적용하기는 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체 내에 나노스케일의 기포를 생성하는 생성부와 유체에 초음파를 가하는 초음파부를 이용하여, 나노스케일의 기포를 분사할 수 있는 치아근관세척용 나노기포발생장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 유체 내에 나노스케일의 기포를 생성하는 생성부; 상기 생성부와 연결되며 상기 생성부로부터 유입되는 기포를 포함하는 유체를 유동시켜 단부에서 분사하는 노즐부; 상기 노즐부에 설치되며 기포가 분산된 상태를 유지하도록 기포를 포함하는 유체에 초음파를 가하는 초음파부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아근관세척용 나노기포발생장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 생성부는, 다공성 물질일 수 있다.
또한, 상기 노즐부는, 상기 생성부와 연결되며 상기 생성부로부터 유입되는 기포를 포함하는 유체가 가속되도록 유체의 유동방향을 따라 단면적이 감소하는 수렴부; 상기 수렴부에서 연장되며 상기 수렴부로부터 유입되는 기포를 포함하는 유체가 감속되도록 유동방향을 따라 단면적이 증가하는 확산부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 초음파부는, 전압이 인가되면 진동하여 초음파를 발생시키는 압전소자; 상기 압전소자에 전압을 인가하는 전원;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유체 내에 나노스케일의 기포를 생성하는 생성부와 기포를 포함하는 유체를 유동시켜 단부에서 분사하는 노즐부와 유체에 초음파를 가하는 초음파부를 이용하여, 나노스케일의 기포를 분사할 수 있는 치아근관세척용 나노기포발생장치가 제공된다.
또한, 다공성 물질의 생성부를 이용하여 유체 내에 나노스케일의 기포를 생성할 수 있다.
또한, 기포를 포함하는 유체가 유동방향을 따라 가속되도록 유체의 유동방향을 따라 단면적이 감소하는 수렴부와 기포를 포함하는 유체가 감속되도록 유체의 유동방향을 따라 단면적이 증가하는 확산부를 이용하여 기포를 안정적으로 분사할 수 있다.
또한, 압전소자와 전원을 이용하여 초음파를 가함으로써 기포가 분산된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 치아근관세척용 나노기포발생장치의 사시도이고,
도 2는 도 1의 치아근관세척용 나노기포발생장치의 분해 사시도이고,
도 3은 도 1의 치아근관세척용 나노기포발생장치의 단면도이고,
도 4는 도 1의 치아근관세척용 나노기포발생장치를 이용한 나노기포 발생의 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
설명에 앞서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일실시예에서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 치아근관세척용 나노기포발생장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 치아근관세척용 나노기포발생장치의 사시도이며, 도 2는 도 1의 치아근관세척용 나노기포발생장치의 분해 사시도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 치아근관세척용 나노기포발생장치(100)는 유체를 공급하는 공급부(110)와 유체내에 기포를 생성하는 생성부(120)와 유체를 단부에서 분사하는 노즐부(130)와 유체에 초음파를 가하는 초음파부(140)를 포함한다.
상기 공급부(110)는 유체를 후술하는 생성부(120)로 공급한다. 유체는 일반적으로 치아 세정용으로 사용되는 치아염소산나트륨(NaOCl) 세정액이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 공급부(110)는 후술하는 생성부(120)에서 유체에 기포를 생성하도록 포화상태의 가압된 유체를 공급해야 한다. 따라서 유체를 포화상태로 만드는 별도과정을 거쳐야 하며, 공급부(110)는 이러한 과정을 통해 만들어진 포화상태의 유체를 펌프 등을 이용해서 가압하여 생성부(120)로 공급한다.
상기 생성부(120)는 공급부(110)와 연결되어 공급부(110)로부터 공급받은 유체에 기포를 발생시킨다.
또한, 생성부(120)는 멤브레인 형태의 외형과 실린더 형태의 구멍을 가지는 다공성 물질로 구비될 수 있다.
또한, 재료로써 알루미늄 또는 실리콘이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 나노스케일의 기포의 생성을 위해서 다공성 물질의 구멍의 크기는 1 나노미터 내지 5 마이크로미터 정도인 것이 바람직하다.
이러한 다공성 물질은 전기화학적 양극산화(electrochemiacal anodization) 방법에 의해 제작될 수 있다. 전기화학적 양극산화(electrochemiacal anodization) 방법은 전원 공급장치, 전기화학적 셀, 전압(전류)조절 장치를 이용하여 다공성 물질을 제작하는 방법이며, 비교적 간단한 구성으로 제작하는 방법임에도 불구하고 구멍의 크기가 높은 반복 재현성으로 제어되기 때문에 다공성 물질의 제조에 매우 유용하다.
상술한 공급부(110)에서 포화상태의 가압된 유체가 생성부(120)에 도달하여 생성부(120)를 통과하게 되면, 베르누이 방정식에 의해 유체의 속도는 빨라지고 압력은 급격하게 떨어진다. 압력이 포화증기압까지 떨어지면 유체 내에 녹아 있던 기체가 모이면서 기포를 형성하게 되며, 다공성 물질의 구멍의 크기가 나노스케일이므로 생성되는 기포의 크기도 나노스케일이 된다.
따라서, 이와 같은 생성부(120)를 이용하여 유체 내에 나노스케일의 기포를 생성할 수 있다.
상기 노즐부(130)는 생성부(120)와 연결되며 생성부(120)로부터 유입되는 기포를 포함하는 유체를 유동시켜 단부에서 분사한다.
또한, 노즐부(130)는 유체가 이동하는 방향으로 단면적이 작아지는 수렴부(131)와 유체가 이동하는 방향으로 단면적이 커지는 확산부(132)를 포함하며, 상세한 설명은 후술한다.
상기 초음파부(140)는 압전소자(141)와 전원(142)을 포함하며, 전원(142)은 압전소자(141)에 전압을 인가하며, 전압을 인가받은 압전소자(141)는 후술하는 노즐부(130)의 수렴부(131)를 감싸는 형태로 설치되어 기포가 분산된 상태를 유지하도록 수렴부(131) 내부의 기포를 포함하는 유체에 초음파를 가한다.
압전현상이란, 압전소자(141)의 결정의 비대칭성에 의해 생긴 영구 쌍극자(Permanent Dipole)을 매개로한 에너지의 변환(기계적 에너지와 전기적 에너지의 변환)을 말한다. 즉, 압전소자(141)에 기계적 에너지를 가하면 전기적에너지가 발생하며, 반대로 압전소자(141)에 전기적 에너지를 가하면 기계적 에너지가 발생하는 현상이다.
압전소자(141)로써 일반적으로 초음파 진동자에 사용되는 다결정 소재인 지르콘산 티탄산납(PZT, lead zirconate titante)계, 지르콘산 티탄산납 복합 페로브스카이트(PZT-Complex Perovskite)계, 티탄산바륨(BaTiO3) 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 압전소자(141)와 전원(142)을 이용하여, 압전소자(141)에 전압(전기적에너지)을 인가하여 압전소자(141)가 진동(기계적에너지)함으로써 초음파가 발생한다.
상기 살펴본 피에조방식 이외에도 금속이 자화할 때 찌그러지는 현상을 이용한 자기변형발진방식 등을 이용하여 초음파를 생성할 수 있다.
따라서, 이와 같은 초음파부(140)에 의해, 유체 내에 기포가 병합되지 않으며 분산된다.
도 3은 도 1의 치아근관세척용 나노기포발생장치의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 노즐부(130)는 유체가 가속되도록 유체의 유동방향을 따라 단면적이 감소하는 수렴부(131)와 유체가 감속되도록 유체의 유동방향을 따라 단면적이 증가하는 확산부(132)를 포함한다.
상기 수렴부(131)는 생성부(120)와 연결되어 생성부(120)를 통과한 기포를 포함한 유체가 이동하는 공간을 제공하며, 생성부(120)를 통과한 유체 내의 기포가 병합되는 것을 방지하기 위해 유체가 가속되도록 유체의 유동방향으로 단면적이 증가하는 유로를 형성한다.
상기 확산부(132)는 수렴부(131)에서 연장되어 수렴부(131)를 통과한 기포를 포함한 유체가 이동하여 단부에서 유체가 분사되는 공간을 제공하며, 수렴부(131)를 통과한 유체 내의 기포를 안정화시키기 위해 유체가 감속되도록 유체의 유동방향으로 단면적이 감소하는 유로를 형성한다.
따라서, 이와 같은 노즐부(130)에 의해, 유체 내의 기포가 병합되지 않으며 안정적으로 분사된다.
이와 같이, 생성부(120)와 노즐부(130)와 초음파부(140)를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 치아근관세척용 나노기포발생장치(100)를 이용하면, 안정적으로 나노기포를 생성하여, 치아근관에 나노기포를 분사하는 것이 가능하다.
지금부터는 첨부한 도면을 참조하여, 상술한 치아근관세척용 나노기포발생장치의 작동에 의한 나노기포의 발생 과정에 대해서 상세히 설명한다.
도 4는 도 1의 치아근관세척용 나노기포발생장치를 이용한 나노기포 발생의 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 공급부(110)로부터 공급된 포화상태의 가압된 유체가 생성부(120)를 통과한다.
이러한 유체가 생성부(120)를 통과하는 과정에서, 베르누이 방정식에 의해 유체의 속도는 빨라지고 압력이 급격하게 떨어지게 되며, 압력이 포화증기압까지 떨어지면 유체에 녹아 있던 기체가 모이면서 기포를 형성하는 케비테이션(cavitation) 현상이 발생한다.
이러한 케비테이션(cavitation) 현상에 의해 생성되는 기포는 생성부(120)의 구멍의 크기가 나노스케일이기 때문에 나노스케일의 크기를 가진다.
한편, 이렇게 생성된 기포는 매우 불안정하기 때문에, 기포가 생성부(120)를 통과하여 수렴부(131)로 나오면 기포들 간의 병합으로 커지거나 압력 상승에 따라 소멸할 가능성이 크다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 이후, 유체는 수렴부(131)를 지나가게 되는데, 수렴부(131)를 감싸면서 설치된 압전소자(141)가 전원(142)에 의해 전압이 인가되면서 유체에 초음파를 가하여 기포들이 병합되는 것을 방지한다.
또한, 수렴부(131)는 유체가 이동하는 방향을 따라서 단면적이 작아지는 형상이기 때문에, 유체가 수렴부(131)를 지나면서 압력이 낮아지게 되므로 기포가 병합 되거나 소멸되지 않고 확산부(132)에 도달할 수 있다.
도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 이후, 유체는 확산부(132)에 도달하게 되며, 확산부(132)는 유체가 이동하는 방향을 따라서 단면적이 커지는 형상이기 때문에, 유체가 확산부(132)를 지나면서 압력이 서서히 높아져 분산된 기포가 더욱 작아지며 안정화된다.
이후, 이렇게 안정적으로 생성된 나노기포는 유체와 함께 노즐부(130)의 단부에서 분사된다.
즉, 공급부(110)에서 포화상태의 가압된 유체가 생성부(120)로 공급되며, 공급된 유체가 생성부(120)를 통과하여 유체 내에 기포가 발생되고, 기포를 포함하는 유체가 수렴부(131)를 지나면서 가속됨과 동시에 압력이 낮아져 기포가 병합되는 것이 방지되며, 동시에 수렴부(131)에 설치된 초음파부(140)에서 유체에 초음파를 가하여 기포를 분산시킴으로써 기포가 병합되는 것을 방지하며, 수렴부(131)를 통과한 유체는 확산부(132)를 지나면서 감속됨과 동시에 압력이 높아져 기포가 안정적으로 확산부(132)의 단부를 통해 분사되는 본 발명의 일실시예에 따른 치아근관세척용 나노발생장치(100)의 작동에 의해여, 나노기포가 안정적으로 생성되어 분사된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 치아근관세척용 나노발생장치에 의하면, 유체 내에 나노스케일의 기포를 생성하는 생성부와 기포를 포함하는 유체를 유동시켜 단부에서 분사하는 노즐부와 유체에 초음파를 가하는 초음파부를 이용하여, 나노스케일의 기포를 분사할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 본 발명의 일실시예에 따른 치아근관세척용 나노기포발생장치
110 : 공급부 120 : 생성부
130 : 노즐부 131 : 수렴부
132 : 확산부 140 : 초음파부
141 : 압전소자 142 : 전원

Claims (4)

  1. 유체 내에 나노스케일의 기포를 생성하는 생성부;
    상기 생성부와 연결되며 상기 생성부로부터 유입되는 기포를 포함하는 유체를 유동시켜 단부에서 분사하는 노즐부;
    상기 노즐부에 설치되며 기포가 분산된 상태를 유지하도록 기포를 포함하는 유체에 초음파를 가하는 초음파부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아근관세척용 나노기포발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생성부는,
    다공성 물질인 것을 특징으로 하는 치아근관세척용 나노기포발생장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노즐부는,
    상기 생성부와 연결되며 상기 생성부로부터 유입되는 기포를 포함하는 유체가 가속되도록 유체의 유동방향을 따라 단면적이 감소하는 수렴부; 상기 수렴부에서 연장되며 상기 수렴부로부터 유입되는 기포를 포함하는 유체가 감속되도록 유동방향을 따라 단면적이 증가하는 확산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아근관세척용 나노기포발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 초음파부는,
    전압이 인가되면 진동하여 초음파를 발생시키는 압전소자; 상기 압전소자에 전압을 인가하는 전원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 치아근관세척용 나노기포발생장치.
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