KR20020046342A - 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치 및 그 사용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치는 헬리컬 형상의 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 전달하는 수송수단; 및 상기 수송수단이 전달된 체내의 국소적인 부분에 열이 발생될 수 있도록, 상기 수송수단에 소정 파장 영역의 전자기파를 조사하는 전자기파 조사수단을 포함한다.

여기서, 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 전달하는 수송수단은 나노크기의 미세 캡슐이 사용된다. 그리고 나노크기의 미세 캡슐은, 탄소나노튜브 미세 코일의 발열에 의하여 열리게 되어, 미세 캡슐에 의하여 운반된 내용물이 체내에 공급될 수 있도록 형성되며 또한, 나노크기의 미세 캡슐에는 항암제가 더 마련된다.

또한 전자기파 조사수단은, 탄소나노튜브 미세 코일에 공명 현상을 일으켜 열을 발생시킬 수 있는 파장 대역의 전자기파 및 탄소나노튜브 미세 코일에 유도 기전력을 발생시켜 열을 낼 수 있도록 하는 파장 대역의 전자기파를 방사한다.

또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치의 사용방법은, 수송수단에 탄소나노튜브 미세 코일을 삽입하는 단계와; 수송수단을 체내에 투입하고, 체내의 원하는 소정 부위에 탄소나노튜브가 도달되도록 하는 단계; 및 탄소나노튜브 미세 코일에 소정 대역의 전자기파를 조사하여, 탄소나노튜브 미세 코일에 열을 발생시킴으로써, 체내 국소적인 부위의 온도를 상승시키는 단계를 포함한다.

Description

탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치 및 그 사용방법{Part heating apparatus using a carbon nanotube and application method thereof}

본 발명은 탄소나노튜브(CNT: Carbon NanoTube)를 이용한 응용 분야에 관한 것으로서, 특히 헬리컬(helical) 형상의 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 삽입하고, 삽입된 탄소나노튜브 미세 코일에 공명 현상 또는 유도 기전력 현상을 발생시킬 수 있는 파장의 전자기파를 방사함으로써, 원하는 국소적인 부분에만 온도 상승을 일으킬 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치 및 그 사용방법에 관한 것이다.

오늘날, 암은 현대인에게 있어서 사망 원인 중의 큰 부분을 차지한다. 이에따라, 암에 대한 연구와 치료법은 계속 개발되어 지고 많은 부분이 정복되어지고 있으며, 2000년에 이르러 유전자에 대한 정보가 밝혀지고 연구가 진행됨에 따라, 유전에 의한 원인 및 치료방법들이 연구되어 지고 있다.

현재, 암의 3대 치료법은 수술, 방사선 치료 그리고 항암화학요법이며, 그외 면역요법, 호르몬요법, 혹은 생물학적 치료 등이 있다. 병에 따라 한 가지 방법을 사용하기도 하고 여러 방법을 복합적으로 이용하여 치료하기도 한다. 암의 종류, 그 발생된 위치, 전이 유무, 환자의 나이와 건강 상태, 그리고 기타 여러 요인을 종합해서 그 환자에 가장 적절한 방법을 택하여 치료한다.

암은 이러한 여러 요소를 고려해서 환자 개개인에 맞는 치료를 해야 하기 때문에 암 치료를 옷에 비유하면 맞춤복이라 할 수 있다. 이와 더불어 온열치료를 병행하기도 하는데 이 원리는 다음과 같다.

1. 악성 종양은 정상조직에 비하여 약산성 환경인데, 이러한 약산성 환경에서 열감수성이 높아 열에 의해 정상조직이 손상되는 것보다 종양조직이 손상되기가 쉽다.

2. 종양내부에는 혈류가 적어 열이 축적되는 경향이 있어 정상조직보다 온도상승이 용이하다.

3. 열은 방사선의 효과를 증강시키는 작용이 있다.

4. 열은 일부 항암제에서 그 효과를 높이는 작용이 있다.

한편, 이와 같은 온열치료 방식에는 전신온열요법과 국소온열요법이 있다. 전신온열요법은 전신온도를 42℃ 정도 상승시키기 때문에 합병증 우려가 높아 환자의 상태 관리가 어렵고, 국소온열요법이 환자가 큰 부담을 느끼지 않고 안전하게 사용할 수 있기 때문에 일반적으로 국소온열 치료를 사용한다.

또한, 국소온열요법은 전자파를 이용해 환부에 가온을 하는 방법으로 라디오파, 마이크로파, 초음파로 가온을 하고 방사선치료나 항암제 치료와 병행한다. 그리고, 온열치료를 할 때, 한번 열을 받은 조직은 열에 대한 내성을 가져 다음 열을 가할 때 그 효과를 반감시키는데 시간이 경과하면, 그 내성이 사라지기 때문에 보통 온열치료는 3일에 한번 꼴로 하여 주 2회 혹은 주 1회 치료한다.

그런데, 경우에 따라서는 부분적으로 이상 고온이 발생되어 화상과 같은 증상이 생길 수도 있는 단점이 있다. 또한, 이러한 온열치료 시에 전자파를 방사하게 되는데, 암세포 내에 가온이 충분히 되지 않고 국소 가열이 잘 이루어지지 않는 경우가 발생되기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 헬리컬 형상의 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 삽입하고, 삽입된 탄소나노튜브 미세 코일에 공명 현상 또는 유도 기전력 현상을 발생시킬 수 있는 파장의 전자기파를 방사함으로써, 원하는 국소적인 부분에만 온도 상승을 일으킬 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치 및 그 사용방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치의 개념적인 원리를 나타낸 도면.

도 2는 일반적인 촉매를 이용한 탄소나노튜브 합성의 예를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치에 사용되는 미세 코일 형태의 탄소나노튜브 합성 예를 나타낸 도면.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치는 헬리컬 형상의 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 전달하는 수송수단;및 상기 수송수단이 전달된 체내의 국소적인 부분에 열이 발생될 수 있도록, 상기 수송수단에 소정 파장 영역의 전자기파를 조사하는 전자기파 조사수단을 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 전달하는 수송수단은 나노크기의 미세 캡슐인 점에 그 특징이 있다.

또한 상기 나노크기의 미세 캡슐은, 상기 탄소나노튜브 미세 코일의 발열에 의하여 열리게 되어, 상기 미세 캡슐에 의하여 운반된 내용물이 체내에 공급될 수 있도록 형성되며 또한, 상기 나노크기의 미세 캡슐에는 항암제가 더 마련되는 점에 그 특징이 있다.

또한 상기 전자기파 조사수단은, 상기 탄소나노튜브 미세 코일에 공명 현상을 일으켜 열을 발생시킬 수 있는 파장 대역의 전자기파를 방사하며, 그 전자기파의 파장 대역은 X선, 자외선 영역의 파장인 점에 그 특징이 있다.

또한 상기 전자기파 조사수단은, 상기 탄소나노튜브 미세 코일에 유도 기전력을 발생시켜 열을 낼 수 있도록 하는 파장 대역의 전자기파를 방사하며, 그 전자기파의 파장 대역은 원적외선 영역, 마이크로파, 초음파 영역의 파장인 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기 수송수단에 의해 체내에 운반되는 헬리컬 형상의 탄소나노튜브 미세 코일은, 화학적 래디컬이 부착될 수 있도록 형성되며, 그 탄소나노튜브 미세 코일에 부착되는 화학적 래디컬은 항암제 또는 암세포에 흡착시켜주는 작용기인 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치의 사용방법은,

체내에 물질을 운반할 수 있는 수송수단에 탄소나노튜브 미세 코일을 삽입하는 단계와;

상기 수송수단을 체내에 투입하고, 체내의 원하는 소정 부위에 상기 탄소나노튜브가 도달되도록 하는 단계; 및

상기 탄소나노튜브 미세 코일에 소정 대역의 전자기파를 조사하여, 상기 탄소나노튜브 미세 코일에 열을 발생시킴으로써, 체내 국소적인 부위의 온도를 상승시키는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 헬리컬 형상의 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 삽입하고, 삽입된 탄소나노튜브 미세 코일에 공명 현상 또는 유도 기전력 현상을 발생시킬 수 있는 파장의 전자기파를 방사함으로써, 원하는 국소적인 부분에만 온도 상승을 일으킬 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

일반적으로, 탄소나노튜브는 가늘고 기다란 형태로 반경이 수십 나노미터이고 길이는 수백 나노미터에서 수 마이크로미터까지 변할 수 있다. 그리고, 탄소나노튜브는 보통 직선 형태의 모양을 가지지만 특별한 조건 하에서는 이 탄소나노튜브가 꼬여서 미세 코일 형태로 형성될 수 있다. 이 탄소나노튜브 미세 코일은 전도특성이 도체의 성질을 가지므로 아주 작은 헬리컬 안테나로서의 역할을 할 수 있다(이에 대해서는 아래의 미세 코일 형성방법에서 설명하기로 한다).

이러한 미세 코일 형태의 탄소나노튜브(또는 탄소나노화이버)를 체내에 주입할 수 있는 상태 예컨대, 혼합 액체의 형태로 만들어서 암세포 근처에 주입을 한 후, 코일에 공명이 잘 발생될 수 있는 파장의 전자기파를 환부에 방사하면 이 미세 코일이 감응을 해서 탄소나노튜브의 미세 코일 내에 전류가 흐르게 된다.

또한, 탄소나노튜브의 미세 코일 길이보다 긴 파장의 전자파가 들어올 경우에는 코일 내부에 자기장의 변화가 생기게 되고, 탄소나노튜브의 미세 코일은 이 변화에 반하는 방향으로 유도 기전력이 발생하여 전류가 흐르게 된다. 이를 자기장의 관점에서 보면, 미세 코일 내에 자기장의 플럭스(flux)가 변화하면 그에 반하는 전류가 흘러 자기장의 플럭스에 반하는 자기 플럭스가 생성되게 되는 것이다.

이러한 메커니즘은 필연적으로 발열을 수반하게 된다. 또한, 이렇게 공명 또는 반응하여 나온 또 다른 전자기파는 반사 또는 새로운 파장의 전자기파를 생성할 수도 있다. 도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치의 개념적인 원리를 나타낸 도면이다.

한편, 탄소나노튜브는 그 길이에 있어 수십 나노미터에서 수 마이크로미터까지 조절이 가능하고, 공정에 따라서 탄소나노튜브의 반경이나 길이의 조절이 가능하다. 대체적으로 탄소나노튜브의 길이에 있어서 공명이나 흡수가 좋은 파장대는 자외선 영역에서 X선 영역까지 될 수 있다. 그리고, X선의 경우에는 생체에 흡수가 거의 되지 않는다. 즉, 원하는 부위에 주사된 탄소나노튜브에 대하여 선택적으로 효과적인 X선의 방사가 이루어 짐으로써, 상기 탄소나노튜브의 미세 코일를 통하여 국부적인 온도 상승을 일으킬 수 있다.

또한, 인덕턴스처럼 진입하는 자장에 반하는 전류를 유도할 수 있기 때문에 실제로는 탄소나노튜브의 길이보다 더 긴 파장에 대해서는 유도전류에 의한 온도 상승의 효과가 나타난다. 즉, 파장이 Soft X선 보다 더 긴 파장의 전자기파에 대해서도 헬리컬 형상의 탄소나노튜브 미세 코일을 이용하여 가온효과를 유지할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 가시광선이나 적외선 마이크로 웨이브의 방사에 대해서도 유도전류에 의한 가온효과가 일어날 수 있다.

따라서, 이러한 폭 넓은 파장 대역의 전자기파 중에서 신체로 방사가 가능하고 국소 가온에 유리한 파장을 선택함으로써, 다른 치료와 병행하는 요법으로서 활용될 수 있다.

한편, 현재 탄소나노튜브를 합성하는 기술은 국내외에서 많은 연구가 진행되고 있다. 최초의 합성 성공은 아크방전법을 이용한 것이었으나 수율이 낮다는 단점이 있으며, 레이저를 이용한 합성 방법 또한 최근에 많은 연구가 이루어지고 있다.

그리고, 최근에 가장 많이 연구되고 있는 방법은 촉매를 이용하는 것으로서 대용량의 탄소나노튜브를 저가에 합성할 수 있다. 국소온열요법에 응용이 가능한 미세 코일 형태의 탄소나노튜브는 주로 촉매를 이용한 합성방법에서 많이 생성된다. 결함(defect)을 유도해서 직선이 아닌 나선 형태를 생성해 내는데, 이 결함 (defect)은 저온 합성공정에 의해 유도된다. 저온에서 합성된 탄소나노튜브는 대부분 도체의 성질을 가지게 된다. 즉, 도체 특성을 갖는 헬리컬 안테나 형태의 탄소나노튜브 미세 코일이 생성되는 것이다.

도 2는 일반적인 촉매를 이용한 탄소나노튜브 합성의 예를 나타낸 도면이고,도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치에 사용되는 미세 코일 형태의 탄소나노튜브 합성 예를 나타낸 도면이다.

이 탄소나노튜브 미세 코일의 길이 및 반경은 합성 조건과 시간에 따라 달라지게 되는데 같은 합성 조건에서 시간을 길게하면 미세 코일의 생성 길이가 길어지게 된다. 전자기파에 직접적으로 관여하는 것은 이 탄소나노튜브 미세 코일의 길이로써 비교적 손쉽게 그 제어가 가능하다.

한편, 탄소나노튜브는 기본적으로 흑연의 한 평면이 이 방향으로 말려져 있는 구조로써, 인체에 해가 없는 것으로 판단되고 있다. 그리고, 최근에는 탄소나노튜브의 끝부분에 화학적 래디칼을 첨가하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 이 화학적 래디칼은 또 다른 화학기와 적당한 완충기를 통해 원하는 화합물과 연결되어질 수 있다. 이러한 방법을 통하여 항암제나 암세포에 달라 붙는 기능기 등을 첨가하여 좀 더 복합적인 기능을 갖는 형태도 고려될 수 있다.

그리고 이러한 방안 중의 하나로서, 항암제 등과의 복합작용을 좀 더 일치시키기 위한 방법으로 탄소나노튜브와 항암제를 나노 크기의 미세 캡슐에 저장하는 방법을 사용할 수도 있다. 이와 같이, 탄소나노튜브와 항암제를 미세 캡슐에 저장시킨 후 인체에 투입하고, 투입된 미세 캡슐이 적정 위치에 도달하면 전자기파를 조사함으로써 탄소나노튜브 미세 코일의 가온 작용에 의해 미세 캡슐이 열리게 되고 가온 작용과 항암제의 작용이 동시에 일어나게 된다.

또한, 이러한 나노 크기의 미세 캡슐을 체내의 원하는 위치에 운반시키는 방법에 대해서는 생체 전지를 이용한 나노 헬리콥터 등을 통하여 그 연구가 활발하게진행되고 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치 및 그 사용방법에 의하면, 헬리컬 형상의 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 삽입하고, 삽입된 탄소나노튜브 미세 코일에 공명 현상 또는 유도 기전력 현상을 발생시킬 수 있는 파장의 전자기파를 방사함으로써, 원하는 국소적인 부분에만 온도 상승을 일으킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (11)

1. 헬리컬 형상의 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 전달하는 수송수단; 및

   상기 수송수단이 전달된 체내의 국소적인 부분에 열이 발생될 수 있도록, 상기 수송수단에 소정 파장 영역의 전자기파를 조사하는 전자기파 조사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 탄소나노튜브 미세 코일을 체내에 전달하는 수송수단은 나노크기의 미세 캡슐인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 나노크기의 미세 캡슐은, 상기 탄소나노튜브 미세 코일의 발열에 의하여 열리게 되어, 상기 미세 캡슐에 의하여 운반된 내용물이 체내에 공급될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 나노크기의 미세 캡슐에는 항암제가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전자기파 조사수단은, 상기 탄소나노튜브 미세 코일에 공명 현상을 일으켜 열을 발생시킬 수 있는 파장 대역의 전자기파를 방사하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 전자기파 조사수단이 방사하는 전자기파의 파장 대역은 X선, 자외선 영역의 파장인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 전자기파 조사수단은, 상기 탄소나노튜브 미세 코일에 유도 기전력을 발생시켜 열을 낼 수 있도록 하는 파장 대역의 전자기파를 방사하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 전자기파 조사수단이 방사하는 전자기파의 파장 대역은 원적외선 영역, 마이크로파, 초음파 영역의 파장인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 수송수단에 의해 체내에 운반되는 헬리컬 형상의 탄소나노튜브 미세 코일은, 화학적 래디컬이 부착될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 탄소나노튜브 미세 코일에 부착되는 화학적 래디컬은 항암제 또는 암세포에 흡착시켜주는 작용기인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치.
11. 체내에 물질을 운반할 수 있는 수송수단에 탄소나노튜브 미세 코일을 삽입하는 단계와;

    상기 수송수단을 체내에 투입하고, 체내의 원하는 소정 부위에 상기 탄소나노튜브가 도달되도록 하는 단계; 및

    상기 탄소나노튜브 미세 코일에 소정 대역의 전자기파를 조사하여, 상기 탄소나노튜브 미세 코일에 열을 발생시킴으로써, 체내 국소적인 부위의 온도를 상승시키는 단계를 포함하는 것을 탄소나노튜브를 이용한 국소가열장치의 사용방법.