KR102357181B1 - 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유의 피복을 제거하는 피복제거단계, 상기 피복제거단계를 통해 피복이 제거된 광섬유 코어층의 단면부에 광촉매를 도포하는 광촉매도포단계 및 상기 광촉매도포단계를 통해 광촉매가 도포된 광섬유 코어층에 레이저를 인가하여 코어층 단면부를 곡면으로 성형하는 성형단계로 이루어진다.
상기의 과정으로 이루어지는 광섬유의 제조방법은 인가되는 레이저 광을 플라즈마 광으로 변환하여 플라즈마감압술(PDCT, Plasma Disc Coagulation Therapy)과 같은 치료에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF OPTICAL FIBER EMITTING PLASMA LIGHT}

본 발명은 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인가되는 레이저 광을 플라즈마 광으로 변환하여 플라즈마감압술(PDCT, Plasma Disc Coagulation Therapy)과 같은 치료에 유용하게 사용될 수 있는 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법에 관한 것이다.

최근, 신체에 부담을 주지 않는 레이저에 의한 요통치료(PLDD）가 저침습치료로써 주목 받고 있는데, PLDD라는 것은「Percutaneous Laser Disk Decompression」의 약자로, 피부를 주사바늘로 구멍을 뚫어 가느다란 레이저 섬유의 끝 단을 추간 연골 쪽에 삽입하고 레이저를 조사해 추간 연골의 내용물을 소작하고 공간을 만들어 튀어나온 헤르니아를 원래의 모습으로 되돌리자고 하는 치료법이다.

추간판 헤르니아의 레이저 치료로써 PLDD는 1986년 오스트리아의 그라츠의과대학에서 시작하여 그 후 유럽 각 국, 미국 등지로 넓게 보급되었고, 일본에서는 1990년대부터 민간시설을 중심으로 행해지고 있으나, 그 효과가 부족하여 학회 등에서 그다지 주목 받지 못하고 있다.

PLDD는 국소마취 하에 직경이 약1.2mm인 Needle을 찔러 그 안에 0.4mm의 레이저 광섬유를 진입시키고, 도광(導光)하여 레이저광을 추간판의 안에 조사하는 과정으로 이루어지는데, 레이저광이 조사된 부분은 고열이 발생하여 증산하게 되어 그 주변은 응고된다. 상기의 과정을 통해 추간판의 압력이 내려가게 되어 헤르니아가 환납(還納)하여 신경압박이 해결되는 것으로, 레이저의 조사시간은 약 3 내지 5분 정도이며, 수술전체로 봐도 10 내지 15분 정도, 수술 후에는 2 내지 3시간 정도 후에는 귀가가 가능할 정도로 회복이 빠르다.

그러나, 상기의 PLDD는 레이저광을 사용하는데, 보통의 빛은 광원으로부터 멀어짐에 따라서 확산현상이 발생하는 반면, 레이저광은 확산이 잘 되지 않는 직진광으로 타겟으로 하는 치료부위 뿐만 아니라, 타겟을 통과하여 타겟을 제외한 부위에도 영향을 주기 때문에 적용부위에 따라 부작용이 발생할 수 있다.

또한, 일반적인 레이저광의 에너지 전달장치는 보통 반사경이 달린 관절구조의 광 전달장치인 ARM을 이용하는데, 일반적인 의료용 레이저 화이버는 레이저광의 특징인 직진성이 강하고, 단일파장의 레이저광이 출력되기 때문에, 에너지의 밀도가 높고 직진성으로 인해 인체 내부 조직을 손상시킬 수 있어 인체 내부로 삽입하여 행하는 시술에는 적합하지 못한 문제점이 있었다.

한국특허등록 제10-2020119호(2019.09.03) 한국특허등록 제10-1862047호(2018.05.23)

본 발명의 목적은 인가되는 레이저 광을 플라즈마 광으로 변환하여 플라즈마감압술(PDCT, Plasma Disc Coagulation Therapy)과 같은 치료에 유용하게 사용될 수 있는 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 광섬유의 피복을 제거하는 피복제거단계, 상기 피복제거단계를 통해 피복이 제거된 광섬유 코어층의 단면부에 광촉매를 도포하는 광촉매도포단계 및 상기 광촉매도포단계를 통해 광촉매가 도포된 광섬유 코어층에 레이저를 인가하여 코어층 단면부를 곡면으로 성형하는 성형단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 광섬유 코어층은 실리카로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 광촉매도포단계는 광섬유 코어층에 레이저를 인가한 상태에서 광섬유 코어층의 단면부를 광촉매에 0.4 내지 0.6 밀리미터 깊이로 침지하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 광촉매는 산화티타늄 100 중량부, 이산화망간 400 내지 500 중량부, 에폭시 350 내지 450 중량부 및 카본 45 내지 55 중량부로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 성형단계는 상기 광촉매도포단계를 통해 광촉매가 도포된 광섬유 코어층의 단면부가 상부면에 위치하도록 광섬유를 직립시킨 상태에서 레이저를 인가하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 레이저는 8 내지 10W, 펄스폭 50ms 및 off time 50ms의 조건으로 인가되는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 레이저는 1.5 내지 2.5초 동안 조사되는 것으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법은 인가되는 레이저 광을 플라즈마 광으로 변환하여 플라즈마감압술(PDCT, Plasma Disc Coagulation Therapy)과 같은 치료에 유용하게 사용될 수 있는 플라즈마 광을 방출하는 광섬유를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조된 광섬유 코어층의 단면부를 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 광섬유에 980nm 파장 레이저를 인가(보라색으로 표시)하고, 비교예 1을 통해 제조된 광섬유에 980nm 파장 레이저를 인가(초록색으로 표시)하고, 비교예 2를 통해 제조된 광섬유에 1064nm 파장 Nd-Yag를 인가(붉은색으로 표시)한 후에 광파장 측정기로 파장을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 플라즈마 광을 방출하는 광섬유에 980nm 파장 레이저를 인가한 후에 광섬유 코어층의 단면부를 촬영하여 나타낸 사진이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법은 광섬유의 피복을 제거하는 피복제거단계(S101), 상기 피복제거단계(S101)를 통해 피복이 제거된 광섬유 코어층의 단면부에 광촉매를 도포하는 광촉매도포단계(S103) 및 상기 광촉매도포단계(S103)를 통해 광촉매가 도포된 광섬유 코어층에 레이저를 인가하여 코어층 단면부를 곡면으로 성형하는 성형단계(S105)로 이루어진다.

상기 피복제거단계(S101)는 광섬유의 피복을 제거하는 단계로, 탈피 공구 등을 이용하여 광섬유에 형성된 피복을 제거하는 과정으로 이루어진다.

광섬유의 피복은 통상적으로 테프론 재질의 외피, 상기 외피와 코어층 사이에 개재되며 hard polymer로 이루어진 내피로 이루어진다.

또한, 상기 코어층을 통해 레이저광이 전달되는데, 이때, 상기 코어층은 실리카 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 광촉매도포단계(S103)는 상기 피복제거단계(S101)를 통해 피복이 제거된 광섬유 코어층의 단면부에 광촉매를 도포하는 단계로, 상기 피복제거단계(S101)를 통해 피복이 제거된 광섬유 코어층에 레이저를 인가한 상태에서 광섬유 코어층의 단면부를 광촉매에 0.4 내지 0.6 밀리미터 깊이로 침지하여 이루어진다.

더욱 상세하게는 상기 피복제거단계(S101)를 통해 피복이 제거된 광섬유 코어층에 800 내지 1064nm 파장, 더욱 바람직하게는 980nm 파장의 레이저를 5 내지 8W, 펄스폭 50ms으로 인가한 상태에서 광섬유 코어층의 단면부를 광촉매에 침지하여 광섬유의 단면부에 광촉매 성분이 도포되도록 한다.

광섬유 코어층에 레이저를 인가하지 않으면 광섬유의 단면부에 광촉매 성분이 도포되지 못하는데, 그 이유는 광섬유 코어층에 레이저가 인가되면 광섬유 코어층의 온도가 상승하여 광촉매 성분이 미량 용융되면서 광섬유 코어층의 단면부에 도포되기 때문이다.

또한, 상기 광섬유 코어층의 단면부가 광촉매에 0.4 밀리미터 깊이 미만으로 침지되면 광촉매 성분이 충분히 도포되지 못하며, 상기 광섬유 코어층의 단면부가 광촉매에 0.6 밀리미터 깊이를 초과하여 침지되면 광촉매 성분이 광섬유 코어층의 단면부가 지나치게 많이 도포되어 상기 성형단계(S105)에서 진행되는 성형공정시 광섬유 코어층의 단면부를 곡선으로 성형하기가 곤란해질 수 있다.

이때, 상기 광촉매는 산화티타늄 100 중량부, 이산화망간 400 내지 500 중량부, 에폭시 350 내지 450 중량부 및 카본 45 내지 55 중량부로 이루어지며, 산화티타늄 100 중량부, 이산화망간 450 중량부, 에폭시 400 중량부 및 카본 50 중량부로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 에폭시를 제외한 산화티타늄, 이산화망간 및 카본 성분은 분말화한 후에 상기 에폭시 성분과 혼합하여 사용한다.

상기 성형단계(S105)는 상기 광촉매도포단계(S103)를 통해 광촉매가 도포된 광섬유 코어층에 레이저를 인가하여 코어층 단면부를 곡면으로 성형하는 단계로, 상기 광촉매도포단계(S103)를 통해 광촉매가 도포된 광섬유 코어층의 단면부가 상부면에 위치하도록 광섬유를 직립시킨 상태에서 레이저를 인가하여 이루어지는데, 직립된 광섬유에 레이저를 인가하게 되면 광섬유 코어층의 단면부는 광 흡수도가 매우 높은 광촉매 성분이 도포된 상태기 때문에, 레이저광이 투과되거나 손실이 거의 없이 반응하여 광섬유 코어층의 단면부에서 순간적으로 높은 열이 발생하여 광섬유 코어층의 단면부가 용융되면서 곡면이 형성되게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 광섬유 코어층의 단면부에 형성된 곡면부분은 투명하고 깨끗한 상태로, 상기와 같이 단면부가 곡면으로 형성된 광섬유에 레이저광을 인가하게 되면 상기 곡면으로 형성된 단면부로 인해 레이저광이 플라즈마 광으로 변환되게 된다.

상기의 과정을 거치지 않고, 단순히 광섬유 코어층의 단면부를 가열하여 곡면부를 형성하게 되면 가열로 인한 찌거기가 발생하거나, 곡면부분이 탄화 또는 변생되어 광투과도가 저하된다.

또한, 물리적 가공을 통해 광섬유 코어층의 단면부를 곡면의 형태로 가공하게 되면 표면에 미세한 스크래치 등으로 인해 광투과도거 현저하게 저하될 수 있으며, 레이저 광이 플라즈마광으로 전환되지 못하게 된다.

이때, 상기 상기 레이저는 8 내지 10W, 펄스폭 50ms 및 off time 50ms의 조건으로 인가되며, 1.5 내지 2.5초 동안 조사되는 것이 바람직한데, 상기 레이저의 조사시간이 1.5초 미만이면 광섬유 코어층의 단면부가 곡면으로 형성되지 못하며, 상기 레이저의 조사시간이 2.5초를 초과하게 되면 광섬유 코어층의 단면부가 지나치게 용융되어 흘러내림 현상으로 인해 곡면의 형성이 어렵고 탄화현상이 발생하게 된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 광섬유의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<제조예 1>

산화티타늄 100 중량부, 이산화망간 450 중량부 및 카본 50 중량부를 혼합하고 분쇄하여 분쇄물을 제조한 후에, 상기 분쇄물에 함유된 산화티타늄 100 중량부 대비 에폭시 400 중량부를 혼합하고 교반하여 광촉매를 제조하였다.

<실시예 1>

광섬유의 피복을 제거하여 광섬유 코어층(실리카)을 준비한 후에, 광섬유 코어층의 단면부를 상기 제조예 1을 통해 제조된 광촉매에 0.5mm 깊이로 침지한 상태에서 상기 광촉매에 980nm의 다이오드 레이저(출력 6.5W, 펄스폭 50ms)를 1샷 인가하여 광섬유의 단면부에 광촉매를 도포하고, 광촉매가 도포된 광섬유의 단면부가 상부면에 위치하도록 광섬유를 직립시킨 상태에서 광섬유에 980nm의 다이오드 레이져(출력 9W, 펄스폭 50ms, off time 50ms)를 2초 동안 인가하여 광섬유의 단부를 용융시켜 곡선으로 성형하는 과정을 통해 플라즈마 광을 방출하는 광섬유를 제조하였다.

<비교예 1>

피복이 제거된 광섬유 코어층(실리카).

<비교예 2>

피복이 제거된 광섬유 코어층의 단면부를 원주형으로 물리적 가공하여 제조된 광섬유 코어층(실리카).

상기 실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조된 광섬유 코어층을 촬영하여 아래 도 2에 나타내었다.

아래 도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 광섬유는 단면부가 곡선으로 성형된 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시예 1을 통해 제조된 광섬유에 980nm 파장 레이저를 인가(보라색으로 표시)하고, 상기 비교예 1을 통해 제조된 광섬유에 980nm 파장 레이저를 인가(초록색으로 표시)하고, 상기 비교예 2를 통해 제조된 광섬유에 1064nm 파장 Nd-Yag를 인가(붉은색으로 표시)한 후에 광파장 측정기로 파장을 측정하여 아래 도 3에 나타내었다.

아래 도 3에 나타낸 것처럼, 녹색선은 가공하지 않은 비교예 1의 광섬유로, 본래 레이저 성격이 강하게 잔재해있는 것을 알 수 있으며, 보라색선은 실시예 1을 통해 단면부가 가공된 광섬유를 이용하여 Plasma광으로 레이저 출력은 3W에서 실험한 결과로, 750 내지 1100nm정도까지 FLAT한 피크를 가진 BROADBAND한 광선이라는 것이 판별 되었다. (원래의 980nm의 레이저광선은 검출되지 않았는데 이는 곧 한 개의 파장이 FIBER 끝단에서 다파장으로 바뀌었다는 것을 의미하며, 이것은 레이저광이 플라즈마광으로 변환된 것을 증명한다.)

또한, 빨간색선은 Nd-Yag로 조사하였는데 비교예 2를 통해 원주형 제조된 ㄱ광섬유 코어층으로 레이저출력은 6W로 시험하였다. 확실히 Plasma광은 나오고 있지만 본래의 Nd:YAG Laser 광도 강하게 존재하는 것을 알 수 있다.

또한, 상기의 시험에서는 Plasma광의 중심온도는 3000℃에 달하고 있다는 것이 확인되었는데, 실제의 PDCT시술은 25W정도에서 행해지기 때문에 Plasma 중심온도가 상당히 고온이지만 중심부터 3mm떨어진 곳에서는 35℃정도로 중심부를 제외한 부분의 온도는 안정적인 것이 확인되었다.

또한, 상기 실시예 1을 통해 제조된 플라즈마 광을 방출하는 광섬유에 980nm 파장 레이저를 인가한 후에 광섬유 코어층의 단면부를 촬영하여 아래 도 4에 나타내었다.

아래 도 4에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 광섬유에서는 플라즈마 광이 동심원을 그리면서 확산되는 것을 알 수 있는데, 이는 좁은 추간판 내에서 시술시 플라즈마광의 확산이 진행되어 시술의 편의성을 도모할 수 있으며, 단면부가 곡선으로 성형된 광섬유 코어층은 시술중에 추간판 조직을 손상시키거나 광섬유 코어층이 손상될 가능성을 낮춰주기 때문에 시술후에 신체조직 내에 광섬유가 잔존할 가능성을 크게 낮춰주는 효과를 나타낸다.

따라서, 본 발명에 따른 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법은 인가되는 레이저 광을 플라즈마 광으로 변환하여 플라즈마감압술(PDCT, Plasma Disc Coagulation Therapy)과 같은 치료에 유용하게 사용될 수 있는 플라즈마 광을 방출하는 광섬유를 제공한다.

S101 ; 피복제거단계
S103 ; 광촉매도포단계
S105 ; 성형단계

Claims (7)

1. 광섬유의 피복을 제거하는 피복제거단계;
   상기 피복제거단계를 통해 피복이 제거된 광섬유 코어층의 단면부에 광촉매를 도포하는 광촉매도포단계; 및
   상기 광촉매도포단계를 통해 광촉매가 도포된 광섬유 코어층에 레이저를 인가하여 코어층 단면부를 곡면으로 성형하는 성형단계;로 이루어지며,
   상기 성형단계는 상기 광촉매도포단계를 통해 광촉매가 도포된 광섬유 코어층의 단면부가 상부면에 위치하도록 광섬유를 직립시킨 상태에서 레이저를 인가하여 이루어지고,
   상기 레이저는 8 내지 10W, 펄스폭 50ms 및 off time 50ms의 조건으로 인가되며,
   상기 레이저는 1.5 내지 2.5초 동안 조사되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광섬유 코어층은 실리카로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 광촉매도포단계는 광섬유 코어층에 레이저를 인가한 상태에서 광섬유 코어층의 단면부를 광촉매에 0.4 내지 0.6 밀리미터 깊이로 침지하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법.
   
4. 청구항 1 또는 3에 있어서,
   상기 광촉매는 산화티타늄 100 중량부, 이산화망간 400 내지 500 중량부, 에폭시 350 내지 450 중량부 및 카본 45 내지 55 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 광을 방출하는 광섬유의 제조방법.
   
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6. 삭제
7. 삭제

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