KR101953970B1 - 미세분무용 다공성 필터의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 다공성 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세분무용 다공성 필터의 제조방법 및 상기 제조방법으로 제조된 다공성 필터에 관한 것으로서, 본 발명에 따라 제조된 니켈-팔라듐 합금소재 다공성 필터는 우수한 내식성 및 금속 이온 용출 완화 효과를 나타내며, 약물입자 크기 조절이 가능한바, 원하는 부위까지 약물이 도달될 수 있는 장점이 있다. 이에 더하여, 특정 조성을 갖는 본 발명의 도금액은 팔라듐 (Pd)이 갖는 응력을 효과적으로 낮추어 원하는 두께의 다공성 필터의 제조가 가능하기 때문에, 호흡기 질환 치료를 위한 미세분무장치에 있어서, 약물 및 장치의 진동 등으로 인한 금속원소의 용출을 효과적으로 막으면서, 폐포 주위까지 약물의 전달이 가능한 미세기공 필터 및 상기 미세기공 필터를 이용한 미세분무 장치의 제조를 가능하게 한다.
Description
본 발명은 미세분무용 다공성 필터의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 니켈-팔라듐 (Ni-Pd) 합금 도금액을 이용하여 내구성 및 생물학적 안전성이 확보된 미세분무용 다공성 필터의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 다공성 필터에 관한 것이다.
최근, 기관지천식 및 만성폐쇄성폐질환 (Chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 등의 호흡기 질환을 치료함에 있어서, 약물을 환부까지 효율적으로 전달시키기 위한 네블라이져 (Nebulizer)가 시판되어 널리 사용되고 있다. 보다 구체적으로, 상기 네블라이져는 일상 호흡 상태에서 흡기 내 질병 특이적 약물 전달을 위한 에어로졸을 효과적으로 분무하여 약물 전달 효과를 최대화 할 수 있는 다공성 막 기반의 미세분무발생 장치이다. 한편, 상기와 같은 장치를 이용하여, 약물이 폐에 전달되는 데에는 약물의 입자 크기 및 흡입용기 등의 영향을 받게 된다. 특히, 약물의 입자가 폐포 주위까지 전달되기 위해서는 1 ~ 5 ㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 약물의 입자를 제어하기 위해서, 새로운 다공성 필터의 개발이 중요하다.
종래의 다공성 필터를 제작하는 방법으로는 전주법 (Electroforming Method)을 이용한 도금 방법이 주로 이용되고 있다. 상기 방법은 전기주조 도금법이라고도 부르며, 전착에 의한 금속제품의 제조 혹은 복제품을 만드는 방법으로서, 보다 구체적으로, 평면 또는 소정의 음각부 또는 양각부를 갖는 기판 상에 금속염용액의 전해에 의해 일정 두께로 금속을 전착시킨 뒤, 이 전착층을 기판에서 박리하여 금속제품의 제조 혹은 복제품을 얻는 방법이다.
이러한 도금을 진행함에 있어서, 사용되는 전기 주조용 금속으로는 그 자체로서의 광택이 유려하고, 내식성이 강한 니켈 (Ni)이 많이 이용되고 있다. 하지만, 상기 니켈은 염수나 땀, 화장품 등에 접촉될 경우 화학 반응을 일으키는 등 니켈 이온의 용출로 인한 문제를 야기하고 있어, 의료용으로 사용될 수도 있으나, 독성을 나타내는 니켈 이온의 용출을 막는 기술 개발을 필요로 하고 있다.
따라서, 의료용으로 사용될 수 있는 내식성이 뛰어난 미세분무형 금속 소재 (예컨대 합금 등)의 다공성 필터를 제조하는 방법 및 장치의 개발이 주요한 과제의 대상이 되고 있고, 이에 대한 연구가 이루어지고 있으나(일본공개특허 2005-296737), 아직은 미비한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명자들은 특정 범위내의 조성을 갖는 니켈-팔라듐 (Ni-Pd) 도금액을 이용하여 전기주조 도금을 진행하여 제조된 다공성 필터의 우수한 내식성을 확인하였고, 이에 기초하여 본 발명을 완성하게 되었다.
이에, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는, 다공성 필터 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
(a) 패턴이 형성된 전기주조용 음극판을 준비하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈 20 중량% 내지 80 중량% 및 팔라듐 15 중량% 내지 80 중량%를 포함하는 다공성 필터 도금액에 침지시킨 뒤, 전류를 인가하여 도금막을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 형성된 도금막을 상기 음극판으로부터 박리하는 단계.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 형성되는 다공성 필터를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
더욱이, 본 발명은 상기 다공성 필터를 포함하는 미세분무 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
하기 단계를 포함하는, 다공성 필터 제조 방법:
(a) 패턴이 형성된 전기주조용 음극판을 준비하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈 20 중량% 내지 80 중량% 및 팔라듐 15 중량% 내지 80 중량%를 포함하는 다공성 필터 도금액에 침지시킨 뒤, 전류를 인가하여 도금막을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 형성된 도금막을 상기 음극판으로부터 박리하는 단계를 제공한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계는, 상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈 27 중량% 내지 60 중량% 및 팔라듐 40 중량% 내지 73 중량%를 포함하는 다공성 필터 도금액에 침지시킨 뒤, 전류를 인가하여 도금막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계는, 도금액 온도 35 ℃ 내지 65 ℃의 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계는, 인가 전류 0.05 A 내지 15 A의 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계는, 도금 시간 0.5 분 내지 65 분의 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계는, 도금액 온도 39 ℃ 내지 48 ℃의 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계는, 인가 전류 0.5 A 내지 4.5 A의 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계는, 도금 시간 40 분 내지 65 분의 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계의 다공성 필터 도금액은 디아민팔라듐디클로라이드 (Pd(NH3)2Cl2), 및 설파민산니켈 4수화물 (Ni(NH2SO3)2·4H2O)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계의 다공성 필터 도금액은 염화니켈 (NiCl2)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계의 다공성 필터 도금액은, 1차 광택제 1 중량% 내지 20 중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계의 다공성 필터 도금액은, 2차 광택제 1 중량% 내지 20 중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계의 다공성 필터 도금액은, 완충제 1 중량% 내지 20 중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 (b) 단계의 다공성 필터 도금액은, 계면활성제 1 중량% 내지 20 중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 1차 광택제는 탄닌산 (C28H22O11)일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 2차 광택제는 1,4-부탄티올 (OH(CH2)4OH)일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 완충제는 붕산 (H3BO3)일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 계면활성제는 라우릴황산나트륨 (Sodium lauryl sulfate)일 수 있다.
본 발명은 상기 제조방법에 의하여 형성되는 다공성 필터를 제공한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 다공성 필터는 14 ㎛ 내지 60 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 다공성 필터는 복수개의 기공을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 기공은 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 기공은 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 직경을 가질 수 있다.
본 발명은 상기 다공성 필터를 포함하는, 미세분무 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 특정 범위내의 조성을 갖는 니켈-팔라듐 (Ni-Pd) 도금액을 이용하여 전기주조 도금을 진행하여 제조된 니켈-팔라듐 합금소재의 다공성 필터를 미세분무 필터로서 사용하였을 때, 내구성이 우수하여 부식 및 진동에너지 등의 외부적인 요인으로 인한 금속원소의 용출이 완화되었음을 확인하였다.
또한, 본 발명에 따르면, 특정 조성을 갖는 상기 도금액을 통해서 팔라듐 (Pd)이 갖는 응력을 효과적으로 낮추어 원하는 두께의 다공성 필터의 제조가 가능하며, 다공성 필터에 형성된 기공으로 인해, 약물입자 크기의 조절이 가능한바, 인체의 폐내 심부까지 약물이 도달될 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 다공성 필터는 호흡기 질환 치료를 위한 미세분무장치에 있어서, 약물 및 장치의 진동 등으로 인한 금속원소의 용출을 효과적으로 막으면서, 폐포 주위까지 효과적으로 약물의 전달이 가능한 미세기공 필터로서 적용될 수 있다.
도 1은 인가 전류 2 A 및 10 분의 조건에서 도금을 진행하여 제조한 다공성 필터의 기공 크기 및 두께를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 인가 전류 1.5 A 및 20 분의 조건에서 도금을 진행하여 제조한 다공성 필터의 기공 크기 및 두께를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 인가 전류 1.5 A 및 90 분의 조건에서 도금을 진행하여 제조한 다공성 필터의 기공 크기 및 두께를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 인가 전류 1.5 A에서 13 분 도금하고, 추가로 2.5 A에서 32 분의 조건에서 도금을 진행하여 제조한 다공성 필터의 기공 크기 및 두께를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 최적의 도금 조건에서 제조된 다공성 필터의 직경을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 필터의 도식도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 필터의 생물학적 안전성 검사를 위한 실험 모식도를 나타낸 것이다.
도 8은 니켈 도금을 진행한 다공성 필터의 생물학적 안정성을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 니켈-팔라듐 다공성 필터의 생물학적 안정성을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 인가 전류 1.5 A 및 20 분의 조건에서 도금을 진행하여 제조한 다공성 필터의 기공 크기 및 두께를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 인가 전류 1.5 A 및 90 분의 조건에서 도금을 진행하여 제조한 다공성 필터의 기공 크기 및 두께를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 인가 전류 1.5 A에서 13 분 도금하고, 추가로 2.5 A에서 32 분의 조건에서 도금을 진행하여 제조한 다공성 필터의 기공 크기 및 두께를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 최적의 도금 조건에서 제조된 다공성 필터의 직경을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 필터의 도식도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 필터의 생물학적 안전성 검사를 위한 실험 모식도를 나타낸 것이다.
도 8은 니켈 도금을 진행한 다공성 필터의 생물학적 안정성을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 니켈-팔라듐 다공성 필터의 생물학적 안정성을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 하기 단계를 포함하는, 다공성 필터 제조 방법을 제공한다:
(a) 패턴이 형성된 전기주조용 음극판을 준비하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈 20 중량% 내지 80중량% 및 팔라듐 15 중량% 내지 80 중량%를 포함하는 다공성 필터 도금액에 침지시킨 뒤, 전류를 인가하여 도금막을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 형성된 도금막을 상기 음극판으로부터 박리하는 단계.
본 발명에서 (a) 단계는, 전기주조용 음극판을 준비하는 단계이다. 이 때, 상기 음극판의 표면은 얻고자하는 후술할 도금막의 형상에 따라서 다양한 미세 패턴으로 형성될 수 있으며, 상기 미세 패턴을 형성하기 위한 방법으로는 리소그래피 또는 임프린트 등의 방법을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 리소그래피 방법을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 미세분무장치를 이용한 약물 전달에 있어서, 약물입자의 크기는 약물을 목적하는 부위에 전달함에 있어서 중요하다. 보다 구체적으로, 약물입자의 크기가 5 ㎛ 이상일 경우에는 대부분 구강 인후부에 침착하게 되고, 1 내지 5 ㎛ 크기를 가질 경우에는, 대기도에서 말초기관지까지 전달하게 되며, 약물입자의 크기가 1 ㎛ 이하일 경우에는 폐포 주위까지 약물의 전달이 가능할 수 있다. 이 때, 상기 미세분무장치의 약물입자 크기 조절은 다공성 필터를 통해서 조절될 수 있으며, 이에, 폐포 주위까지 약물이 보다 효율적으로 전달되기 위해서 다공성 필터의 기공의 직경은 1 내지 5 ㎛의 크기가 바람직하다.
이에, 상기 리소그래피 방법을 이용하여 상기 음극판상에 패턴을 형성할 때, 상기 다공성 필터의 바람직한 기공의 크기에 대항하여 패턴을 형성하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 음극판 표면에 포토레지스트 (Photoresist)를 스핀코팅 (Spin Coating)하여 100℃의 열판에 올려 1분간 건조시킨다. 이 후, 미리 제작된 바람직한 기공 크기를 갖는 미세 패턴 포토마스크를 상기 포토레지스트 상에 위치시키고, 리소그래피를 사용하여 미세 패턴에 따라 포토레지스트를 녹여 상기 음극판 상에 패턴을 형성시킨다. 다음으로 패턴이 형성된 음극판을 현상액에서 인화한 뒤, 100℃의 열판에 올려 2분간 건조시킨다.
한편, 종래의 미세분무장치에 적용되는 금속 소재 (예컨대, 니켈 (Ni))로 이루어진 다공성 막의 경우 장기간 사용에 따른 부식 및 진동에너지에 의해서 구성 금속 원소의 용출이 발생하여, 의료용 목적으로 사용되기 어려운 문제가 있었다. 이를 위해 본 발명에서는 구성 금속 원소의 용출을 막기 위해서, 상기 니켈 및 팔라듐 합금을 도금하는 단계를 포함한다. 이를 통해 인체에 해가 될 수 있는 금속 성분의 용출을 효과적으로 막을 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에서 (b) 단계는, 상기 (a) 단계에서 패터닝된 음극판을 특정 범위의 다공성 필터 도금액에 침지시킨 뒤, 전류를 인가하여 도금막을 형성시키는 단계이다. 이 때, 상기 다공성 필터 도금액은 니켈 20 내지 80 중량% 및 팔라듐 15 내지 80 중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 니켈 27 내지 60 중량% 및 팔라듐 40 내지 73 중량%를 포함할 수 있고, 가장 바람직하게는 니켈 40 중량% 및 팔라듐 60 중량%를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 다공성 필터 도금액은 디아민팔라듐디클로라이드 (Pd(NH3)2Cl2) 및 설파민산니켈 4수화물 (Ni(NH2SO3)2·4H2O)을 주성분으로 하되, 염화니켈 (NiCl2)을 더 포함할 수 있으며, 부가적으로 도금에 필요한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 첨가제는 1차 광택제, 2차 광택제, 완충제 및/또는 계면활성제를 포함할 수 있으며, 이 때, 1차 광택제는 1 내지 20 중량%, 2차 광택제는 1 내지 20 중량%, 완충제는 1 내지 20 중량% 및 계면활성제는 1 내지 20 중량%를 포함하여 상기 다공성 필터 도금액으로 첨가될 수 있다.
이 때, 1차 광택제는 탄닌산 (C28H22O11), 2차 광택제는 1,4-부탄티올 (OH(CH2)4OH), 완충제는 붕산 (H3BO3) 및 계면활성제는 라우릴황산나트륨 (Sodium lauryl sulfate)을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 광택제를 첨가함에 있어서, 상기 1차 광택제 및 2차 광택제의 첨가 비율을 2 : 1로 하여 도금을 시작하고, 이 후, 비율을 1 : 3 내지 4로 보충하여 도금을 진행하는 것이 바람직하다.
다음으로 도금조에 상기 다공성 필터 도금액을 넣고, 패터닝된 음극판을 침지시킨 뒤, 전류를 인가하면 전기 주조가 진행된다.
이 때, 전기 주조를 진행함에 있어서, 바람직한 도금 조건으로는, 도금액 온도 35 내지 65 ℃, 인가 전류 0.05 내지 15 A 및 도금 시간 0.5 내지 65 분이며, 보다 바람직하게는 도금액 온도 35 내지 60 ℃, 인가 전류 0.1 내지 10 A 및 도금 시간 20 내지 65 분일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 도금액 온도 35 내지 55 ℃, 인가 전류 0.15 내지 5 A 및 도금 시간 30 내지 65 분일 수 있고, 가장 바람직하게는 도금액 온도 39 내지 48 ℃, 인가 전류 0.5 내지 4.5 A 및 도금 시간 40 내지 65 분일 수 있으나, 이에 제한없이 원하는 수준의 도금 두께 및 기공의 크기에 따라 도금 조건을 변경할 수 있다.
한편, 상기 전기 주조 도금을 진행함에 있어서, 원하는 도금의 두께를 형성하는데 있어서, 내부응력을 해결하는 것은 중요하다. 종래 어떠한 도금에서도 내부응력이 존재할 수 있으며, 이는, 도금 종류, 도금액 조성, 첨가제의 종류 등에 의해서 응력이 생성될 수 있다. 이러한 응력은 밀착성 등에 영향을 주어 도금 피막의 박리를 조장할 수 있다. 예컨대, 두께가 얇은 막을 형성하는 도금을 진행하여 형성된 도금막의 경우에는 내부 응력이 적을 수 있으나, 두께가 두꺼운 막을 형성하는 도금을 진행하여 형성된 도금막의 경우에는 응력이 점차 증대되어, 이에 따른 변형, 박리 및 기타 문제를 발생시킬 수 있다.
이와 함께, 본 발명의 일실시예에서 사용되는 다공성 필터 도금액에 포함된 팔라듐 (Pd)의 경우에는, 금속 자체가 가지고 있는 응력이 높아 도금이 진행됨에 따라 원하는 두께가 형성되기 전에 상기와 같은 변형, 박리 및 기타 문제가 발생되어 도금하는데 있어서 어려움을 가지고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일실시예에서는 특정 범위의 조성비를 갖는 니켈-팔라듐 (Ni-Pd) 합금 도금액을 제공하고 있으며, 이로 인해, 팔라듐 (Pd)이 가지고 있는 응력을 낮추어 바람직한 도금막의 두께가 형성될 때까지 변형, 박리 및 기타 문제의 발생 없이 도금의 진행이 가능할 수 있다. 이 때, 본 발명의 상기 (b) 단계에서 형성되는 도금막의 바람직한 두께는 14 내지 60 ㎛일 수 있으며, 보다 바람직한 두께로는 30 내지 40 ㎛일 수 있고, 가장 바람직하게는 35 내지 40 ㎛일 수 있다. 이로 인해, 원하는 내구성 (인장강도, 경도 또는 탄성률 등)을 갖는 두께의 도금막의 획득이 가능할 수 있다.
본 발명에서 (c) 단계는, 상기 (b) 단계에서 형성된 도금막을 음극판으로부터 박리하는 단계이다. 이 때, 박리된 도금막은 기공이 형성되고, 니켈-팔라듐 합금으로 이루어져 있어 내구성 및 내식성이 강화되어 약물입자 크기를 조절하면서 안정성이 높은 다공성 필터를 획득할 수 있다. 또한, 상기 (c) 단계를 진행함에 있어서, 도금막의 손상없이 음극판으로부터 분리시키기 위해서, 표면에 산화물, 수산화물, 금속염 등과 같은 다양한 이형제를 이용한 화학적 처리를 진행할 수 있으며, 이를 통해 표면 접착력을 낮추어 상기 도금막의 원활한 박리가 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 양태로서, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 형성되는, 다공성 필터를 제공한다.
아울러, 본 발명의 또 다른 양태로서, 본 발명은 상기 다공성 필터를 포함하는 미세분무 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예
1. 본 발명에 따른 다공성 필터의 제조를 위한 최적 조건 선정
본 발명에 따른 최적의 두께 및 기공 크기를 갖는 다공성 필터를 제조하기 위한 실험을 하기와 같이 진행하였다.
구체적으로, 도금 온도, 인가 전류 및 도금 시간을 달리하면서, 원하는 두께 및 기공 크기를 갖는지를 확인하고자 하였으며, 도금 조건은 하기 표 1에 나타내었다.
| No |
Temp
(℃) |
pH | Current (A) | Time (min) | Total Time(min) | pore size Outlet (μm) | thickness (μm) |
| 1 | 27 | 6.7 | 2 | 10 | 10 | 40 ~ 43 | 9.0 |
| 2 | 27 | 6.7 | 1.5 | 20 | 20 | 34 ~ 50 | 10 |
| 3 | 40 | 7.1 | 1.5 | 90 | 90 | 9 ~ 10 | 39 ~ 41 |
| 4 | 40 | 7.1 | 1.5 2.5 |
13 32 |
45 | 23 | 35 ~ 40 |
보다 구체적으로, 먼저 도금 온도 27 ℃, 인가 전류 2 A, 도금 시간 10 분의 짧은 도금을 진행한 경우에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기공 크기 40 μm 내지 43 μm 및 두께 9.0 μm를 나타내어 두께는 얇고, 기공 크기 또한 크게 생성되는 것을 확인하였으며, 다음으로 도금 온도 27 ℃, 인가 전류 1.5 A, 도금 시간 20 분의 짧은 도금을 진행한 경우에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기공 크기 34 μm 내지 50 μm 및 두께 10 μm를 나타내어 두께는 얇고 기공 크기 또한 크게 생성되는 것을 확인하였다.
이에, 본 발명자들은 원하는 두께를 형성하기 위해서, 도금 조건을 변경하였다. 먼저 도금 온도 40 ℃, 인가 전류 1.5 A, 도금 시간 90 분의 조건으로 하여 도금을 진행한 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 기공 크기 9 μm 내지 10 μm 및 두께 39 μm 내지 41 μm를 나타내어 원하는 두께는 형성하였으나, 원하는 기공의 크기를 형성하지 못하였다.
다음으로, 도금 시간을 단축하고 전류 세기를 증가시켜 도금을 진행하였다. 구체적으로, 도금 온도 40 ℃, 인가 전류 1.5 A에서 13 분간 도금을 진행한 뒤, 2.5 A에서 32 분간 추가 도금을 진행하였다.
그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기공 크기 23 μm 및 두께 35 μm 내지 40 μm를 나타내어 목표 두께를 형성하였으나, 여전히 기공의 크기를 줄이지는 못하였으나, 도금 조건에서 시간에 따른 전류 조건을 조정함으로써, 목표 두께 및 기공 크기를 형성시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
상기 연구 결과에 따라, 도금 온도 39 ℃ 내지 48 ℃, 인가 전류 0.5 A 내지 4.5 A, 및 도금 시간 40 분 내지 65 분을 도금 조건으로 하고, 도금액에 포함되는 팔라듐 및 니켈의 비율을 달리하여 최적의 두께 및 기공 크기를 갖는 조건을 선정하는 실험을 진행하였다.
| No |
Temp
(℃) |
Current (A) | Time (min) | Total Time(min) | pore size Outlet (μm) | thickness (μm) | Pd Weight (%) | Ni Weight (%) |
| 1 | 41.2 | 1.0 3.0 0.5 |
15 20 5 |
40 | 5.0 | 14.7 | 71.3 | 28.7 |
| 2 | 41.4 | 4.5 2.0 0.7 |
40 3 1 |
44 | 11.6 | 39.1 | 40.9 | 59.1 |
| 3 | 41.4 | 4.5 2.0 0.7 |
40 3 1 |
44 | 13.2 | 36.0 | 59.6 | 40.4 |
| 4 | 47.1 | 1.0 3.0 0.5 |
15 25 5 |
45 | 7.4 | 15.0 | 72.8 | 27.2 |
| 5 | 39.8 | 4.5 2.0 0.7 |
45 5 2 |
52 | 3.4 | 56.5 | 53.9 | 46.1 |
| 6 | 39.7 | 4.5 2.0 0.7 |
45 5 2 |
52 | 1.0 | 42.2 | 63.1 | 36.9 |
| 7 | 40.5 | 4.5 3.0 1.5 0.5 |
40 10 10 2 |
62 | 2.9 | 43.3 | 63.6 | 36.4 |
상기 표 2에 나타낸 조건에 따라 다공성 필터를 제조한 결과, 14 μm 내지 60 μm의 두께를 나타내면서, 기공 크기도 1 μm 내지 5 μm까지 조정된 것을 확인하였다 (도 5 참조).
한편, 미세분무장치의 작동은 진동소자에 의해서 발생하는 진동 에너지를 통해 액체의 분무를 유도하게 되는데, 이 때, 상기 진동 에너지에 의해서, 다공성 필터에 균열 (crack)이 생기거나, 파손을 발생시킬 수 있다. 따라서, 다공성 필터가 진동 에너지에 의한 파손을 막기 위해서는 경도가 높을수록 유리하다.
이에, 본 발명에서는 도금액에 포함되는 팔라듐 및 니켈 중량비에 따른 비커스 경도를 확인하는 실험을 진행하여 높은 경도를 갖는 도금액의 중량비를 확인하고자 하였다. 이 때, 비커스 경도를 측정하기 위한 비커스 경도 측정법은 매우 단단한 표면 물질의 경도 측정 표준 방법으로서, 표면을 피라미드형의 다이아몬드를 써서 기준 압력을 기준으로 하여 길이 및 시간으로 측정하고, 상기 피라미드형의 다이아몬드 인덴터로부터 새겨진 크기를 계산함으로써, 경도를 측정하게 된다.
이에, 상기 방법에 따라 도금액에 포함되는 팔라듐 및 니켈 중량비에 따른 다공성 필터의 비커스 경도를 확인하는 실험을 진행하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| Electroplating Condition |
Pd (weight ) : Ni (weight)
(%) |
Vickers hardness
(HV0.2) |
||
| 0.5 ~ 4.5A, 65min | 64.0 | 36.0 | 532.5 |
 |
| 0.5 ~ 3.0A, 45min | 72.8 | 27.2 | 417.7 |
 |
| 0.7 ~ 4.5A, 44min | 45.3 | 54.7 | 472.2 |
 |
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 도금액의 포함된 팔라듐 및 니켈 중량% 비율이 64 : 36일 때, 비커스 경도가 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
상기 결과에 따라, 원하는 두께 및 기공 크기를 갖는 다공성 필터를 제조를 위한 최적의 조건을 확인하였으며, 제조된 다공성 필터는 도 6에 나타내었다.
실시예
2.
미세분무에
따른 독성 물질 용출 확인
본 발명에 따른 다공성 필터는 전술한 바와 같이, 금속 성분의 용출을 효과적으로 막기 위해서, 니켈 및 팔라듐 합금을 도금을 제공하였는바, 이에 대한 금속 성분의 용출 방지 효과를 확인하는 생물학적 안전성 평가 실험을 진행하였으며, 상기 생물학적 안전성 평가 실험은 국제 표준인 ISO 10993-5 Tests for in vitro cytotoxicity의 실험방법 중 direct diffusion 법을 적용하여 실시하였다.
구체적으로, 세포독성 실험에 사용한 세포주는 L-929 (섬유아세포)를 사용하였으며, 이미징을 위하여 GFP-transfected L-929 세포를 사용하였다. 다공성 필터는 실험 전에 세척 및 멸균 과정을 거친 후, 24 시간 동안 사전에 배양된 상기 세포 표면에 올려놓고, 다공성 막으로부터 방출되는 물질에 대한 세포독성 여부를 평가하였다. 이 때, 상기 세포독성 실험 모식도는 도 7에 나타내었다.
그 결과, 도 8에 나타낸 바와 같이, 니켈 도금을 진행한 다공성 필터의 경우, 다공성 필터에서 방출되는 물질에 대한 세포독성 여부 평가 (24 h)를 진행한 결과, 니켈 다공성 필터에서 방출되는 독성으로 인해 세포가 모두 죽는 것을 확인할 수 있었다.
반면에, 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 니켈 및 팔라듐 도금을 진행한 다공성 필터의 경우, 다공성 필터에서 방출되는 물질에 대한 세포독성 여부 평가 (24 h)를 진행한 결과, 세포 독성이 나타나지 않는 것을 구체적으로 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (24)
- 하기 단계를 포함하는, 기공의 크기가 1 내지 5 ㎛ 및 다공성 막 두께가 14 내지 60 ㎛인 다공성 필터 제조 방법:
(a) 다공성 필터의 기공 크기에 대항하여 패턴이 형성된 전기주조용 음극판을 준비하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈 27 내지 60 중량% 및 팔라듐 40 내지 73 중량%를 포함하는 니켈-팔라듐 합금 도금액에 침지시킨 뒤, 0.5 내지 4.5A의 전류를 인가하여, 도금액 온도 35 ℃ 내지 65 ℃에서 도금 시간 0.5 분 내지 65 분 동안 도금막을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 형성된 도금막을 상기 음극판으로부터 박리하는 단계.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는, 상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈 40 중량% 및 팔라듐 60 중량%를 포함하는 니켈-팔라듐 합금 도금액에 침지시킨 뒤, 전류를 인가하여 도금막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는, 도금액 온도 35 ℃ 내지 55 ℃의 조건에서 진행되는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는, 도금 시간 40 분 내지 65 분의 조건에서 진행되는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 (b) 단계는, 도금액 온도 39 ℃ 내지 48 ℃의 조건에서 진행되는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 니켈-팔라듐 합금 도금액은 디아민팔라듐디클로라이드 (Pd(NH3)2Cl2), 및 설파민산니켈 4수화물 (Ni(NH2SO3)2·4H2O)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 (b) 단계의 니켈-팔라듐 합금 도금액은 염화니켈 (NiCl2)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈-팔라듐 합금 도금액과 1차 광택제에 침지하는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈-팔라듐 합금 도금액과 2차 광택제에 침지하는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈-팔라듐 합금 도금액과 완충제에 침지하는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
상기 단계 (a)에서 준비된 음극판을 니켈-팔라듐 합금 도금액과 계면활성제에 침지하는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 1차 광택제는 탄닌산 (C28H22O11)인 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 2차 광택제는 1,4-부탄티올 (OH(CH2)4OH)인 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 완충제는 붕산 (H3BO3)인 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 계면활성제는 라우릴황산나트륨 (Sodium lauryl sulfate)인 것을 특징으로 하는, 다공성 필터 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항 및 제9항 내지 제18항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 형성되는 기공의 크기가 1 내지 5 ㎛ 및 다공성 막 두께가 14 내지 60 ㎛인 다공성 필터.
- 삭제
- 제19항에 있어서, 상기 다공성 필터는 복수개의 기공을 갖는 것을 특징으로 하는, 다공성 필터.
- 삭제
- 삭제
- 제19항의 다공성 필터를 포함하는 미세분무 장치.
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