KR20120065161A - 인비트로 시험이 가능한 나노 입자 노출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 입자 노출 장치에 관한 것으로, 인체 또는 실험 동물의 피부 일부에 접촉하거나 실험 동물의 조직 세포를 감싸는 방식으로 케이스를 진공 압착시켜 내부 밀폐된 상태로 시험 대상체에 나노 입자를 노출시킴으로써, 나노 입자를 시험 대상체의 호흡기를 통해 주입하는 방식이 아니라 피부나 조직 세포에 노출시키는 간단한 방식으로 나노 입자에 대한 독성 평가 시험을 수행할 수 있고, 이에 따라 생명체에 대한 실험 규제 방안에 효율적으로 대응할 수 있으며, 또한 케이스를 시험 대상체에 진공 압착시킨 상태에서 입자 주입관을 통해 시험 대상체에 나노 입자를 외부 누출 없이 집중적으로 균일하게 노출시킴으로써, 더욱 정확하고 다양한 방식의 나노 입자 독성 평가 시험이 가능한 나노 입자 노출 장치를 제공한다.

Description

인비트로 시험이 가능한 나노 입자 노출 장치{Nano-paticles Exposure Chamber for In-vitro Type Testing Toxicity of Nano-paticles}

본 발명은 나노 입자 노출 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 인체 또는 실험 동물의 피부 일부에 접촉하거나 실험 동물의 조직 세포를 감싸는 방식으로 케이스를 진공 압착시켜 내부 밀폐된 상태로 시험 대상체에 나노 입자를 노출시킴으로써, 나노 입자를 시험 대상체의 호흡기를 통해 주입하는 방식이 아니라 피부나 조직 세포에 노출시키는 간단한 방식으로 나노 입자에 대한 독성 평가 시험을 수행할 수 있고, 이에 따라 생명체에 대한 실험 규제 방안에 효율적으로 대응할 수 있으며, 또한 케이스를 시험 대상체에 진공 압착시킨 상태에서 입자 주입관을 통해 시험 대상체에 나노 입자를 외부 누출 없이 집중적으로 균일하게 노출시킴으로써, 더욱 정확하고 다양한 방식의 나노 입자 독성 평가 시험이 가능한 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.

그러나, 종래 기술에 의한 일반적인 나노 입자 노출 장치는 전술한 바와 같이 실험 동물의 호흡기를 통해 나노 입자가 직접 주입되도록 하는 방식으로 구성되어 있으므로, 실험이 완료되면 실험에 투입되었던 동물은 모두 폐사되어야 하는데, 그에 따른 도덕적인 문제 이외에도 실험 동물을 구입하거나 폐사시키는 비용 또한 추가로 발생하여 전체적으로 실험 비용이 크게 증가하게 되고, 이에 따라 나노 입자에 대한 독성 평가 시험이 대규모 연구기관에서만 수행되고 소규모 연구실 등에서 널리 수행되지 못하는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 인체 또는 실험 동물의 피부 일부에 접촉하거나 실험 동물의 조직 세포를 감싸는 방식으로 케이스를 진공 압착시켜 내부 밀폐된 상태로 시험 대상체에 나노 입자를 노출시킴으로써, 나노 입자를 시험 대상체의 호흡기를 통해 주입하는 방식이 아니라 피부나 조직 세포에 노출시키는 간단한 방식으로 나노 입자에 대한 독성 평가 시험을 수행할 수 있고, 이에 따라 생명체에 대한 실험 규제 방안에 효율적으로 대응할 수 있는 나노 입자 노출 장치를 제공하는 것이다.

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

본 발명은, 나노 입자의 독성 평가 시험을 위해 시험 대상체에 나노 입자를 노출시키는 나노 입자 노출 장치에 있어서, 내부 공간에 노출 챔버가 형성되고 상기 노출 챔버가 외부와 연통되도록 일면이 개방되며, 개방된 일면을 통해 시험 대상체가 상기 노출 챔버에 노출되도록 시험 대상체 또는 시험 대상체가 안착되는 지지대와 접촉하는 케이스; 별도의 입자 발생기를 통해 발생된 나노 입자를 상기 노출 챔버에 주입할 수 있도록 상기 노출 챔버와 연통되게 상기 케이스에 결합되는 입자 주입 포트; 및 별도의 진공 펌프를 통해 상기 노출 챔버 공간을 흡입할 수 있도록 상기 노출 챔버와 연통되게 상기 케이스에 결합되는 흡입 배출 포트를 포함하고, 상기 진공 펌프를 통해 상기 노출 챔버에 진공 압력을 형성함에 따라 상기 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 나노 입자 노출 장치를 제공한다.

이때, 상기 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 결합될 수 있다.

또한, 상기 주입 유로의 타단에는 나노 입자가 상기 노출 챔버로 유동할 수 있도록 별도의 입자 주입관이 연통 결합되고, 상기 입자 주입관은 상기 케이스의 개방된 일면을 향해 상기 노출 챔버에 돌출되게 배치될 수 있다.

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

또한, 상기 연결 블록의 주입 유로에 결합되는 상기 입자 주입관의 입구는 완전 개방된 형태로 형성되고, 상기 케이스의 개방된 일면을 향하는 상기 입자 주입관의 출구는 입자 유동홀이 다수개 형성된 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 케이스에는 상기 입자 주입관이 중앙부를 관통하여 배치되도록 흡입 유동홀이 관통 형성되고, 상기 흡입 유동홀의 가장자리 외측에는 상기 연결 블록이 밀봉 결합될 수 있도록 별도의 블록 결합부가 상기 케이스의 외주면에 돌출 형성될 수 있다.

또한, 상기 연결 블록은 상기 입자 주입관의 상기 노출 챔버에 대한 돌출 높이가 조절될 수 있도록 상기 블록 결합부에 직선 이동 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 상기 케이스의 개방된 일면 끝단에는 압착 가능한 별도의 러버 패킹이 결합될 수 있다.

또한, 상기 케이스에는 상기 케이스가 시험 대상체 또는 상기 지지대와 접촉한 상태로 고정될 수 있도록 별도의 고정띠가 장착될 수 있다.

본 발명에 의하면, 인체 또는 실험 동물의 피부 일부에 접촉하거나 실험 동물의 조직 세포를 감싸는 방식으로 케이스를 진공 압착시켜 내부 밀폐된 상태로 시험 대상체에 나노 입자를 노출시킴으로써, 나노 입자를 시험 대상체의 호흡기를 통해 주입하는 방식이 아니라 피부나 조직 세포에 노출시키는 간단한 방식으로 나노 입자에 대한 독성 평가 시험을 수행할 수 있고, 이에 따라 생명체에 대한 실험 규제 방안에 효율적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.

또한, 케이스를 시험 대상체에 진공 압착시킨 상태에서 입자 주입관을 통해 시험 대상체에 나노 입자를 집중적으로 균일하게 노출시킴으로써, 더욱 정확하고 다양한 방식의 나노 입자 독성 평가 시험을 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 케이스가 시험 대상체에 진공 압착되도록 하여 나노 입자의 외부 유실을 방지함으로써, 시험 대상체에 노출되는 나노 입자의 유동량을 정확하게 제어할 수 있고, 입자 주입관을 통해 대부분의 나노 입자가 시험 대상체에 노출되도록 함으로써, 나노 입자의 노출량에 대한 시험 대상체의 영향을 더욱 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자 노출 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자 노출 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자 노출 장치의 노출 챔버에 주입되는 나노 입자의 흐름을 실험적으로 분석하여 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 나노 입자 노출 장치의 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 나노 입자 노출 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자 노출 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자 노출 장치는 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, 케이스(100)와, 케이스(100)에 결합되는 입자 주입 포트(110) 및 흡입 배출 포트(120)를 포함하여 구성된다.

케이스(100)는 내부 공간에 나노 입자가 노출될 수 있도록 노출 챔버(C)가 형성되며, 노출 챔버(C)가 외부와 연통되도록 일면이 개방되게 형성된다. 즉, 케이스(100)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 케이스(100) 내부의 노출 챔버(C)에서 원활한 나노 입자의 흐름을 위해서는 모서리 부분에 의한 정체 영역이 발생되지 않도록 중공의 원통 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 케이스(100)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 도 1에 도시된 바와 같이 인간의 팔이나 신체 일부의 피부인 경우, 케이스(100)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 2에 도시된 바와 같이 신체로부터 분리 절개된 별도의 조직 세포인 경우, 이러한 조직 세포는 샬레와 같은 용기에 놓인 상태에서 별도의 지지대(T1)에 안착되고, 케이스(100)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 케이스(100)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, 케이스(100)가 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)에 진공 압착되기 전에 케이스(100)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 케이스(100)의 외주면에 결합되는 고정띠(160)의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 케이스(100)에 결합되는 고정띠(160)가 인체의 팔에 착용되며, 고정띠(160) 착용에 의해 케이스(100)가 팔의 일정 위치에 고정되도록 구성될 수 있다. 이때, 고정띠(160)는 신축성 있는 밴드 형태로 형성되어 다양한 형상의 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)에 고정 결합될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하며, 도시되지는 않았으나 고정띠(160)의 일측이 절개되고 절개된 일단이 고정띠(160)의 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(110)는 별도의 입자 발생기(G)를 통해 발생된 나노 입자를 노출 챔버(C)에 주입할 수 있도록 노출 챔버(C)와 연통되게 케이스(100)에 결합된다. 즉, 입자 주입 포트(110)의 일단은 별도의 유입 배관(P)을 통해 입자 발생기(G)와 연결되며, 타단은 케이스(100)의 노출 챔버(C)에 연통되게 결합된다.

흡입 배출 포트(120)는 별도의 진공 펌프(R)를 통해 노출 챔버(C) 공간을 흡입할 수 있도록 노출 챔버(C)와 연통되게 케이스(100)에 결합된다. 즉, 흡입 배출 포트(120)의 일단은 별도의 흡입 배관(Q)을 통해 진공 펌프(R)와 연결되며, 타단은 케이스(100)의 노출 챔버(C)에 연통되게 결합된다.

이때, 입자 주입 포트(110)와 흡입 배출 포트(120)는 케이스(100)의 일측에 케이스(100)와 일체로 형성되도록 구성될 수도 있으나, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 독립적으로 형성되어 별도의 연결 블록(130)을 통해 케이스(100)에 결합되는 방식으로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 연결 블록(130)이 케이스(100)의 일측에 밀봉되게 관통 결합되고, 연결 블록(130)의 내부에는 케이스(100)의 노출 챔버(C)와 연통되도록 주입 유로(131)와 배출 유로(132)가 각각 독립적으로 형성되며, 주입 유로(131)의 일단에 입자 주입 포트(110)가 연통 결합되고 배출 유로(132)의 일단에 흡입 배출 포트(120)가 연통 결합되는 방식으로 구성될 수 있다. 한편, 이때 주입 유로(131)의 타단에는 나노 입자가 노출 챔버(C)로 유동할 수 있도록 별도의 입자 주입관(140)이 연통 결합될 수 있고, 입자 주입관(140)은 케이스(100)의 개방된 일면을 향해 노출 챔버(C)에 돌출되게 배치될 수 있다.

좀 더 자세히 살펴보면, 연결 블록(130)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 원기둥 형태로 형성되고, 내부에는 주입 유로(131)와 배출 유로(132)가 되는데, 주입 유로(131)는 연결 블록(130)의 측면으로부터 하단면까지 관통 형성되고, 배출 유로(132)는 연결 블록(130)의 길이 방향을 따라 상단면부터 하단면까지 관통 형성된다. 연결 블록(130)은 하단면이 노출 챔버(C)를 향하도록 케이스(100)에 결합되고, 따라서 연결 블록(130)의 측면에 형성된 주입 유로(131)의 일단에 입자 주입 포트(110)가 결합되고 연결 블록(130)의 상단면에 형성된 배출 유로(132)의 일단에 흡입 배출 포트(120)가 결합된다. 이때, 입자 주입 포트(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 주입 유로(131)에 밀봉 삽입되는 방식으로 결합될 수 있고, 흡입 배출 포트(120)는 연결 블록(130)의 상단부 외주면을 밀봉되게 감싸는 방식으로 결합될 수 있다. 입자 주입 포트(110)와 흡입 배출 포트(120)가 연결 블록(130)과 결합되는 부위에는 상호 밀봉 결합을 위해 별도의 실링재(S)가 삽입될 수 있다.

이와 같이 입자 주입 포트(110)와 흡입 배출 포트(120)가 연결 블록(130)에 결합된 상태에서 연결 블록(130)이 노출 챔버(C)에 노출되도록 케이스(100)에 관통 결합하며 입자 주입 포트(110)와 흡입 배출 포트(120)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(101)과 블록 결합부(102)를 통해 노출 챔버(C)에 연통되는 방식으로 케이스(100)에 결합될 수 있다.

즉, 케이스(100)에는 도 2에 도시된 바와 같이 개방된 일면과 대향되는 일측에 흡입 유동홀(101)이 관통 형성되고, 흡입 유동홀(101)의 가장자리 외측 둘레에는 연결 블록(130)이 밀봉 결합될 수 있도록 별도의 블록 결합부(102)가 케이스(100)의 외주면에 돌출되게 형성된다. 연결 블록(130)은 별도의 실링재(S)를 통해 블록 결합부(102)에 밀봉 결합된다. 이와 같이 연결 블록(130)이 블록 결합부(102)에 결합되면, 연결 블록(130)의 내부에 형성된 주입 유로(131)와 배출 유로(132)가 흡입 유동홀(101)을 통해 노출 챔버(C)와 연통되고, 아울러 주입 유로(131)와 배출 유로(132)에 각각 결합된 입자 주입 포트(110)와 흡입 배출 포트(120) 또한 마찬가지로 노출 챔버(C)와 연통된다.

이때, 연결 블록(130)에는 입자 주입 포트(110)를 통해 유입된 나노 입자가 주입 유로(131)를 통과한 후 노출 챔버(C)로 유동할 수 있도록 별도의 입자 주입관(140)이 주입 유로(131)의 하단에 연통 결합되고, 입자 주입관(140)은 끝단이 케이스(100)의 개방된 일면을 향하는 방향으로 노출 챔버(C)에 돌출되게 배치된다. 이러한 입자 주입관(140)은 흡입 유동홀(101)을 관통하여 노출 챔버(C)에 돌출되도록 결합된다.

입자 주입관(140)은 입자 주입 포트(110)를 통해 유입된 나노 입자가 연결 블록(130)의 주입 유로(131)를 통과한 후 노출 챔버(C)에 주입되도록 하기 위한 것으로, 중공의 원통형 파이프 형태로 형성될 수 있는데, 입자 주입관(140)을 통해 주입되는 나노 입자가 도 2에 도시된 바와 같이 케이스(100)의 개방된 일면에 접촉하는 시험 대상체(T)를 향해 집중적으로 유동할 수 있도록 입자 주입관(140)의 끝단이 개방된 일면에 근접하도록 노출 챔버(C)에 돌출되게 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 입자 주입관(140)은 돌출 높이(L)를 조절할 수 있도록 블록 결합부(102)에 직선 이동 가능하게 결합되는 것이 바람직한데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

또한, 입자 주입관(140)은 연결 블록(130)의 주입 유로(131)에 결합되며 케이스(100)의 개방된 일면을 향해 동일한 직경으로 직선 배치되는 직관부(141)와, 직관부(141)의 일단에 연장 형성되어 케이스(100)의 개방된 일면에 근접할수록 직경이 확장되는 확관부(142)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 구조에 따라 나노 입자는 입자 주입관(140)의 확관부(142)를 통해 확산 유동하며 케이스(100)의 개방된 일면에 배치되는 시험 대상체(T) 를 향해 상대적으로 균일한 분포로 집중된다.

다음으로 이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자 노출 장치의 동작 상태를 살펴본다.

먼저, 고정띠(160)를 이용하여 케이스(100)를 시험 대상체(T)의 일부 또는 시험 대상체(T)가 안착되는 지지대(T1)에 접촉 고정시키는데, 이때, 케이스(100)의 개방된 일면을 통해 시험 대상체(T)가 노출 챔버(C)에 노출되도록 고정시킨다. 이와 같이 케이스(100)가 고정띠(160)를 통해 가고정된 상태에서, 흡입 배출 포트(120)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 케이스(100)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(110) 및 입자 주입관(140)을 통해 노출 챔버(C) 내부로 연속적으로 유입된다.

즉, 케이스(100)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 케이스(100)가 시험 대상체(T) 또는 지지대(T1)에 진공 압착됨과 동시에 입자 주입관(140)을 통해 노출 챔버(C) 내부로 연속적으로 나노 입자가 유입된다. 따라서, 노출 챔버(C) 내부 공간은 케이스(100)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, 케이스(100)의 개방된 일면 끝단에는 도 2에 도시된 바와 같이 압착 가능한 별도의 러버 패킹(150)이 결합되는 것이 바람직하며, 이를 통해 케이스(100)의 진공 압착 과정이 더욱 원활하게 수행될 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 나노 입자 노출 장치는 케이스(100) 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(140)이 케이스(100)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(140)을 통해 노출 챔버(C)에 주입되는 나노 입자는 도 2에 도시된 바와 같이 입자 주입관(140)의 확관부(142)를 통해 케이스(100)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(120)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 나노 입자 노출 장치는 입자 주입관(140)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(120)로 배출되는 것을 최소화할 수 있도록 구성된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자 노출 장치의 노출 챔버에 주입되는 나노 입자의 흐름을 실험적으로 분석하여 도시한 도면이다.

도 3에는 입자 주입관(140)의 직관부(141) 내경이 4 mm인 상태에서 에어로졸 상태의 나노 입자 흐름을 분석하여 도식화한 상태가 도시되고, 도 4에는 입자 주입관(140)의 직관부(141) 내경이 2 mm인 상태에서 에어로졸 상태의 나노 입자 흐름을 분석하여 도식화한 상태가 도시된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 나노 입자의 흐름은 입자 주입관(140)의 직관부(141)로부터 확관부(142)를 통해 더욱 확산되며 케이스(100)의 개방된 일면에 집중되는 양상을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이 직관부(141) 내경이 2 mm로 더 작아진 상태에서 나노 입자의 유속이 증가하여 케이스(100)의 개방된 일면에 더욱 집중되는 것을 알 수 있다. 특히, 입자 주입관(140)으로부터 노출 챔버(C)로 주입되는 나노 입자는 확관부(142)에 의해 케이스(100)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(140)을 통해 노출 챔버(C)로 주입되는 나노 입자의 흐름은 케이스(100)의 개방된 일면에 집중되고, 이에 따라 케이스(100)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 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 나노 입자 노출 장치의 내부 구조 및 입자 주입관의 돌출 높이 변경 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 노출 챔버(C)에 돌출 배치되는 입자 주입관(140)의 돌출 높이가 조절될 수 있도록 입자 주입관(140)이 결합되는 연결 블록(130)은 블록 결합부(102)에 상하 직선 이동 가능하게 결합된다. 즉, 연결 블록(130)이 블록 결합부(102)에 상하 직선 이동 가능하게 결합됨으로써, 연결 블록(130)에 결합된 입자 주입관(140)의 노출 챔버(C)에 대한 돌출 높이가 일체로 조절되도록 구성될 수 있다. 물론, 이 경우 입자 주입관(140)의 돌출 높이 조절을 위해서는 단순히 연결 블록(130)과 입자 주입관(140)의 결합 상태를 조절하는 방식으로도 가능하지만, 연결 블록(130)을 케이스(100)로부터 분리하지 않고 연결 블록(130)과 케이스(100)의 결합 상태를 조절하는 방식으로 입자 주입관(140)의 돌출 높이를 조절하는 것이 더욱 용이하다 할 것이다.

이를 위해 블록 결합부(102)의 내측면에는 요철부(103)가 형성되고, 연결 블록(130)의 하단 외주면에는 요철부(103)에 맞물림될 수 있는 가이드 돌기(133)가 형성될 수 있다. 따라서, 연결 블록(130)은 가이드 돌기(133)가 요철부(103)에 맞물림되며 단계적으로 상하 이동할 수 있도록 구성될 수 있고, 이에 따라 입자 주입관(140)의 돌출 높이는 도 5에 도시된 바와 같이 예를 들면 L1 및 L2로 조절될 수 있다. 이러한 입자 주입관(140)의 돌출 높이 조절 구성은 이외에도 다양한 방식으로 변경 가능하며, 예를 들면, 연결 블록(130)의 외주면과 블록 결합부(102)의 내주면에 서로 대응되는 나사산이 형성되어 상호 나사 결합되도록 하는 방식으로 구성될 수도 있다.

이와 같이 입자 주입관(140)의 돌출 높이가 조절되면, 시험 대상체(T)에 노출되는 나노 입자의 흐름이 변경될 수 있는데, 즉, 입자 주입관(140)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(140)은 도 2에 도시된 바와 같이 입구 및 출구 양단이 완전 개방된 파이프 형태로 형성될 수도 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이 일단이 폐쇄된 상태에서 다수개의 입자 유동홀(143)이 형성된 방식으로 형성될 수도 있다. 즉, 연결 블록(130)의 주입 유로(131)에 결합되는 입자 주입관(140)의 입구는 완전 개방된 형태로 형성되고, 케이스(100)의 개방된 일면을 향하며 노출 챔버(C)에 노출되는 입자 주입관(140)의 출구는 폐쇄된 상태에서 다수개의 입자 유동홀(143)이 형성된 형태로 구성될 수 있다.

이러한 구조에 따라 입자 주입관(140)을 통해 케이스(100)의 개방된 일면을 향해 유동하는 나노 입자의 흐름은 다수개의 입자 유동홀(143)을 통해 더욱 넓은 영역으로 확산될 수 있으며, 이에 따라 케이스(100)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.

100: 케이스 110: 입자 주입 포트
120: 흡입 배출 포트 130: 연결 블록
140: 입자 주입관 150: 러버 패킹
160: 고정띠

Claims (9)

1. 나노 입자의 독성 평가 시험을 위해 시험 대상체에 나노 입자를 노출시키는 나노 입자 노출 장치에 있어서,
   내부 공간에 노출 챔버가 형성되고 상기 노출 챔버가 외부와 연통되도록 일면이 개방되며, 개방된 일면을 통해 시험 대상체가 상기 노출 챔버에 노출되도록 시험 대상체 또는 시험 대상체가 안착되는 지지대와 접촉하는 케이스;
   별도의 입자 발생기를 통해 발생된 나노 입자를 상기 노출 챔버에 주입할 수 있도록 상기 노출 챔버와 연통되게 상기 케이스에 결합되는 입자 주입 포트; 및
   별도의 진공 펌프를 통해 상기 노출 챔버 공간을 흡입할 수 있도록 상기 노출 챔버와 연통되게 상기 케이스에 결합되는 흡입 배출 포트
   를 포함하고, 상기 진공 펌프를 통해 상기 노출 챔버에 진공 압력을 형성함에 따라 상기 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 나노 입자 노출 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 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 결합되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 노출 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 주입 유로의 타단에는 나노 입자가 상기 노출 챔버로 유동할 수 있도록 별도의 입자 주입관이 연통 결합되고, 상기 입자 주입관은 상기 케이스의 개방된 일면을 향해 상기 노출 챔버에 돌출되게 배치되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 노출 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 입자 주입관은
   상기 연결 블록의 주입 유로에 결합되며 상기 케이스의 개방된 일면을 향해 동일한 직경으로 직선 배치되는 직관부; 및
   상기 직관부의 일단에 연장 형성되며 상기 케이스의 개방된 일면에 근접할수록 직경이 확장되는 확관부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 노출 장치.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 연결 블록의 주입 유로에 결합되는 상기 입자 주입관의 입구는 완전 개방된 형태로 형성되고, 상기 케이스의 개방된 일면을 향하는 상기 입자 주입관의 출구는 입자 유동홀이 다수개 형성된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 노출 장치.
   
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 케이스에는 상기 입자 주입관이 중앙부를 관통하여 배치되도록 흡입 유동홀이 관통 형성되고, 상기 흡입 유동홀의 가장자리 외측에는 상기 연결 블록이 밀봉 결합될 수 있도록 별도의 블록 결합부가 상기 케이스의 외주면에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 노출 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 연결 블록은 상기 입자 주입관의 상기 노출 챔버에 대한 돌출 높이가 조절될 수 있도록 상기 블록 결합부에 직선 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 노출 장치.
   
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 케이스의 개방된 일면 끝단에는 압착 가능한 별도의 러버 패킹이 결합되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 노출 장치.
   
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 케이스에는 상기 케이스가 시험 대상체 또는 상기 지지대와 접촉한 상태로 고정될 수 있도록 별도의 고정띠가 장착되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 노출 장치.
   
   

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