KR20130137831A - 초상자성 콜로이드를 이용한 유도발열장치 - Google Patents

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Abstract

초상자성 나노입자를 이용한 온열치료용 유도발열장치에 관한 것이다.

Description

초상자성 콜로이드를 이용한 유도발열장치 {APPARATUS FOR HYPERTHERMIA USING SUPERPARAMAGNETIC COLLOIDS}
본원은, 초상자성 나노입자를 이용한 온열치료용 유도발열장치에 관한 것이다.
온열치료(hyperthermia)는 신체에 고온의 열을 가하여 질병을 치료하는 기술이며, 신체조직이 41℃에서 46℃ 정도의 열에 노출될 경우 종양과 같이 열에 민감한 조직은 쉽게 손상되는 것을 이용한 것이다. 온열치료에 의한 세포의 변화는 그 작용기전이 단백질의 변성에 의하므로 방사선에 따른 세포의 생존곡선과 유사하다. 열을 가할 경우 세포 생존율은 42℃ 내지 43℃의 온도에서 급격히 저하하므로 이는 인체에 적용가능한 온도영역이다. 또 pH가 낮은 저산소세포가 정상세포보다 열에 약하므로 저산소세포로 구성된 암조직을 치료하는 데 온열치료는 매우 유리하게 작용한다. 뿐만 아니라 온열을 가할 경우 정상조직은 혈관분포가 좋아 혈류에 의한 열발산이 있지만 암조직은 일반적으로 혈류가 나빠 열이 침체되므로 정상조직에는 영향을 주지 않고 암조직의 온도만 높일 수 있어 암조직만의 선택적 치료가 가능하다. 최근 종양 등의 치료를 위한 온열요법에 대한 내용은 대부분 체내 안테나(antennas), 카테터(catheter), 또는 고주파(radio frequency) 전극을 삽입하고 외부에서 인가되는 고주파를 이용하는 장치나, 마이크로 파장을 특정 부위에 직접적으로 조사하여 괴사 효과를 얻는 온열요법 장치에 관한 것이다. 물리적 방법으로 안테나, 카테터, 또는 고주파 전극을 삽입하는 등의 침습적 온열요법은 조사영역 조절이 용이하나, 이러한 기술들은 물리적 수술을 동반해야만 하는 난점으로 인해 대체 기술이 요구된다. 이에 따라 개발된 대체 기술 중 하나가 생체 조직 내에 열을 발산시키기 위한 매개체로써 자성 콜로이드를 사용하는 자성 콜로이드 온열요법(magnetic fluid hyperthermia)이다.
상기 방법은 조직에 안테나나 전극을 이식하지 않아도 되는 장점이 있다. 자성입자가 포함된 자성콜로이드를 이용한 자기적 온열치료는 자성 콜로이드가 직접적으로 발열하여 종양 조직에 손상을 줄 수 있으며, 체내외에서 자기장을 제어함으로써 발열을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어, "질병 조직을 치료하는 부위 지정 히스테리시스 온열 요법(대한민국 공개특허 제 2010-0005632호)" 등의 관련 연구가 있었다. 다만, 현재까지 자성 콜로이드를 이용한 온열치료는 강자성 물질을 자성 콜로이드로 사용하여 고농도로 사용시 인체에 부정적인 영향을 끼치는 점이 지적되어 왔다.
자성 콜로이드를 이용한 온열장치에서의 온열발생은 자성 콜로이드에 교류 자장을 인가하여 얻는 것이므로, 자속 밀도를 증가시키기 위하여 자기장을 배가시키는 것이 필요하다. 구리 도선 솔레노이드에 자기장을 발생시키는 가장 좋은 방법은 자석이 코일을 전체적으로 커버하면서 접촉한 후 멀어지는 것이다. 하지만 현실적으로 회전 운동으로 원통 속을 출입하는 것은 제조가 불가능하다. 따라서 자석이 코일의 중심부를 관통할 수 없기에 스쳐 지나가게 만들 수 밖에 없으며, 이 때 실제적인 효과는 매우 적다. 이 때 자속 밀도를 높이고, 누설 자속을 줄이기 위한 방법으로 전자석 코어가 사용된다.
전자석을 만들기 위해 코어의 단면적을 S, 코어 양 끝단이 샘플과 떨어져 있는 거리를 d, 코일의 감은 수를 N, 자속을 f, 공기의 투자율을 μ0, 코일에 흐르는 전류를 I라 할 때, N×I=f×2×d/(μ0×S)의 관계가 얻어지고, 이 식으로부터 자속 f는 N×I×μ0×S/2d 가 된다. 전자석과 샘플 사이의 힘 F는 전자석과 샘플 사이의 공간에 저장된 에너지를 거리에 대해 미분하여 구할 수 있다.
F=f2/(μ0×S)
여기에 앞에서 구한 자속 f를 F의 식에 대입하면,
F=(N×I×μ0×S/2d)2/(μ0×S)=μ0×S(N×I/2d)2
의 관계식을 최종적으로 구할 수 있다. 이 관계식을 통해 전자석의 세기는 코일의 권선 수의 제곱에 비례하고, 코일에 흐르는 전류의 제곱에 비례하고, 자석과의 거리의 제곱에 비례하고, 코어의 투자율이 높고 코어의 길이가 짧을수록 증가한다. 또한 코일의 길이가 너무 길어지는 경우 저항이 증가하여 전류의 세기가 감소되기 때문에 가능한 한 굵은 전선을 이용하여, 최대한 폭이 좁게, 코어에 최대한 밀착하여, 가능한 한 많이 감으면 전자석의 세기를 강하게 할 수 있다. 현재 코어의 재료는 퍼말로이나 순철과 같이 투자율이 높은 물질이 주로 사용된다. 그러나, 실제의 경우에는 코일의 권선 수가 증가하면 코어가 포화되어 더 이상 전자석의 세기를 강하게 할 수 없는 경우가 발생하며, 또한 코일에 사용되는 전선이 길어질수록 저항이 증가하여 코일에 흐르는 전류의 세기가 줄어들기 때문에 코일의 권선 수만을 조정하여 전자석의 세기를 강하게 하는 것은 한계가 있다.
이에, 본원은, 효과적인 자기적 발열제어와 자속 밀도 증가를 위하여 교류 자기장을 배가시키는, 교류 전류를 공급하는 전력 발생부, 상기 전력 발생부로부터 인가되는 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 전자기 유도부, 상기 전자기 유도부 내부에 배치되는 규소강 코어, 및 상기 규소강 코어 상에 배치되는 초상자성 콜로이드를 포함하는, 온열치료용 유도발열장치를 제공한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 교류 전류를 공급하는 전력 발생부, 상기 전력 발생부로부터 인가되는 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 전자기 유도부, 상기 전자기 유도부 내부에 배치되는 규소강 코어, 및 상기 규소강 코어 상에 배치되는 초상자성 콜로이드를 포함하는, 온열치료용 유도발열장치를 제공한다.
본원에 의하여, 자기적 발열을 효과적으로 제어하고 자속 밀도를 증가시킬 수 있는, 규소강 코어가 포함된 온열치료용 유도발열장치를 제조할 수 있다. 본원에 따라 제조된 온열치료용 유도발열장치는 규소강 코어가 교류자기장을 배가시켜 초상자성 콜로이드의 발열을 용이하게 하며, 상대적으로 낮은 전류로 큰 자기장을 얻을 수 있고 효과적으로 온열치료를 가능하게 한다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 유도발열장치에 포함된 전자기 유도부의 설계도면이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 유도발열장치의 투상적 모식도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따라 제작된 유도발열장치의 사진이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 유도발열장치에서 적층 규소강 코어를 사용할 경우 초상자성 산화철 콜로이드 입자의 크기 변화에 따른 발열 정도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 비교예에 따른 유도발열장치에서 적층 규소강 코어를 사용하지 않는 경우 초상자성 산화철 콜로이드 입자의 크기 변화에 따른 발열 정도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 유도발열장치에서 다양한 주파수의 교류 전류 인가시의 초상자성 산화철 콜로이드의 발열 정도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은 본원의 일 구현예에 따른 유도발열장치에서 다양한 농도를 가진 초상자성 산화철 콜로이드의 발열 정도를 그래프로 나타낸 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로서 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원의 제 1 측면은, 교류 전류를 공급하는 전력 발생부, 상기 전력 발생부로부터 인가되는 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 전자기 유도부, 상기 전자기 유도부 내부에 배치되는 규소강 코어, 및 상기 규소강 코어 상에 배치되는 초상자성 콜로이드를 포함하는, 온열치료용 유도발열장치를 제공한다.
도 1 및 도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 유도발열장치를 나타낸 것으로, 이하 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
본원의 일 구현예에 따른 온열치료용 유도발열장치는, 교류 전류를 공급하는 전력 발생부(430), 상기 전력 발생부로부터 인가되는 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 전자기 유도부, 상기 전자기 유도부 내부에 배치되는 규소강 코어(210), 및 상기 규소강 코어(210) 상에 배치되는 초상자성 산화철 콜로이드(350)를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 초상자성 콜로이드는 상기 규소강 코어 내부에 배치되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 초상자성 콜로이드는 초상자성 산화철 나노입자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일반적으로 자기적 코어로 사용되는 재료는 아멀퍼스나 망간-아연 계열(Mn-Zn ferrite) 또는 니켈-아연 계열(Ni-Zn ferrite) 페라이트 및 순철이 주로 사용된다. 그러나 각 자기적 코어는 히스테리시스 손실과 와류손실, 그리고 사용 주파수대 등에서 장단점이 있어 적용하고자 하는 분야에 맞는 선택이 필요하다. 가장 널리 사용되는 코어재료는 페라이트 코어이나 취급상 깨지기 쉽다는 단점이 있다. 규소강은 페라이트의 단점인 취성문제가 적고, 히스테리시스 손실과 와류손실의 합인 무부하손실이 낮아 주로 변압기 철심에 적용되어 왔다. 특히, 상기 전자기 유도부 내에 배치된 상기 규소강 코어(210)는 교류자기장을 배가시켜 상기 초상자성 콜로이드의 발열을 용이하게 하며, 상대적으로 낮은 전류로 큰 자기장을 얻을 수 있어 효과적인 온열치료를 가능하게 한다.
본원의 일 구현예에 있어, 상기 규소강 코어는 규소강판을 박층구조로 적층한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
자기적 코어는 단순히 모든 권선과 연결되므로 누설자속을 무시할 수 있다면 코일로 유기된 모든 자속이 코어 내부에 흐른다. 다시 말해 인가된 Volt/Turn과 동일한 전압이 코어 주변에 유기된다. 코어 재료 자체의 고유저항은 코어 주변에 구체적인 값을 가진 저항으로 나타낼 수 있으며, 코어 주변에 유기된 전압은 이러한 저항에 전류를 흐르게 하는데 이 전류를 와전류라 한다. 와류의 결과로서 나타나는 I2R 손실이 곧 와류손실이다. 일반적으로 합금 코어의 저항은 50-150 μΩ·cm에 불과해 박판구조가 아닐경우, 쇼트나 다를바 없게되어 큰 전류가 코어 표면에 흐르게 되고, 자기장은 코어를 관통할 수 없게 된다. 이러한 문제의 해결책으로 합금코어를 전기적으로 절연된 다수의 박편으로 분할하는 것이다. 박판 각각의 와류손실-등가저항은 코어가 박층구조가 아닌 경우에서의 전체 저항보다 수백배 이상 커진다. 박층구조로 적층한 후에는 원주방향이 아닌 원주에 직각방향으로 와이어 커팅하면 전류가 코어 표면에 흐르게 되는 것을 방지할 수 있다. 이때 규소강의 박층구조에서 자기소거 인자(demagnetization factor)를 줄이기 위해 규소강판 한층의 두께는 약 0.23 mm 내지 약 0.3 mm의 얇은 두께를 가진 것이 효율적이다. 상기 초상자성 콜로이드가 열의 형태로 에너지를 발생하기 위한 열발생 메커니즘 중 하나는 히스테리시스(hysteresis) 손실이다. 즉, 산화철의 마그네타이트(Fe3O4) 또는 마게마이트(γ-Fe2O3)와 같은 초상자성 재료는 서로 다른 방향의 자기 모멘트를 갖는 자구를 형성하는데, 이 자구들은 입계에서 자기모멘트의 두 가지 준안정상태(metastable state)가 있다고 간주되어 각 상태에 해당하는 에너지 레벨이 있으며, 시스템의 이방성에너지(anisotropy energy)에 해당하는 차이를 가진다. 이때 외부의 자기장이 없는 상태에서 하나의 상태에서 다른 하나로 전이될 확률이 존재하며, 이 때 열 형태로 에너지 손실의 증가를 가져온다.
또한, 상기 초상자성 콜로이드가 열의 형태로 에너지를 발생하기 위한 또다른 열발생 메커니즘은 브라우니안(Brownian relaxation)이다. 브라우니안은 점성의 매질을 갖는 자성 콜로이드에서 자성입자가 회전하는 브라운 운동에 관한 것으로 자기 모멘트의 방향이 강하게 입자와 결합되고 자기 모멘트의 이완에서 기인한 운동으로 주위의 매질이나 다른 나노입자들과 마찰을 만들어 냄으로써 열을 발생하는 것이다.
예를 들어, 상기 초상자성 콜로이드 입자의 크기는 약 5 nm 내지 약 19 nm, 약 5 nm 내지 15 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 5 nm 내지 약 7 nm, 약 7 nm 내지 약 19 nm, 약 10 nm 내지 약 19 nm, 또는 약 15 nm 내지 약 19 nm 인 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 초상자성 콜로이드 입자의 크기는 단자구 크기 및/또는 자기이력상 잔류자화와 보자력을 가지지 않는 크기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 초상자성 콜로이드의 농도는 약 0.1 mg/ml 내지 약 10 mg/ml, 약 0.5 mg/ml 내지 약 2.0 mg/ml, 약 0.5 mg/ml 내지 약 1.5 mg/ml, 약 1.0 mg/ml 내지 약 2.0 mg/ml, 약 1.5 mg/ml 내지 약 3.0 mg/ml, 약 1.0 mg/ml 내지 약 20 mg/ml, 또는 약 0.1 mg/ml 내지 약 1.0 mg/ml인 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 초상자성 콜로이드는 초상자성 나노입자로써 인가된 자기장을 제거할 경우 자성을 잃으므로 언제나 강한 자성을 지니는 강자성 물질에 비하여 상대적으로 인체에 해가 적다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 온열치료용 유도발열장치는 전자기 유도부 외부에 배치된 냉각 순환 장치(410)를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 냉각 순환 장치(410)는 냉각수를 순환시켜 전류공급으로 인한 상기 전자기 유도부 자체의 온도 상승을 억제함으로써 상기 전자기 유도부 내부의 상기 규소강 코어(210) 상에 배치된 상기 초상자성 콜로이드 자체에서만 발열을 일으키게 하고 외부로부터의 열 전달을 최소화하기 위한 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 냉각 순환 장치(410)는 공급된 냉각수의 순환공급 및 배출이 용이하도록 온도 조절이 가능한 저온순환 수조가 연결된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 온열치료용 유도발열장치의 상기 전자기 유도부는 단열재를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 상기 단열재는 상기 전자기 유도부 내부의 상기 규소강 코어(210) 상에 배치된 상기 초상자성 콜로이드의 온도가 상기 전자기 유도부 외부에 배치된 상기 냉각 순환 장치(410) 내부의 물의 대류에 의한 열평형으로 감온되지 않게 하기 위한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 단열재는 상기 전자기 유도부를 감싸는 단열 케이스(170)를 포함하는 것이 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 온열치료용 유도발열장치의 상기 전자기 유도부는 구리 도선(150)으로 권선(winding)되어 있는 솔레노이드를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 구리 도선(150)은 전류공급을 위한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 구리 도선(150)은 약 1Φ 내지 약 5Φ, 약 1Φ 내지 약 4Φ, 약 1Φ 내지 약 3Φ, 약 2Φ 내지 약 5Φ, 약 3Φ 내지 약 5Φ, 또는 약 2Φ 내지 약 4Φ의 크기를 가진 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 구리 도선은 벌크타입의 구리 도선, 또는 가는 도선을 여러 번 꼬아 만든 리쯔타입의 도선을 상기 크기로 만든 구리 도선을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 구리 도선(150)은 약 10번 내지 30번, 약 10번 내지 20번, 약 20번 내지 30번, 또는 약 15번 내지 25번 권선한 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 솔레노이드 내부는 상기 냉각 순환 장치(410)의 안쪽 내벽이 상기 솔레노이드를 감을 수 있는 보빈 역할을 하게 되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 온열치료용 유도발열장치의 상기 규소강 코어(210)는 상기 솔레노이드 내부에 배치되어 있는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 규소강 코어(210)는 상기 솔레노이드 내부에 길이방향으로 배치되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 규소강 코어는 규소 강판을 박층구조로 적층한 후 원주에 직각방향으로 커팅된 것일 수 있다. 특히, 상기 규소강 코어 (210)가 상기 솔레노이드 내부에 길이방향으로 배치된 결과 상기 전자기 유도부에서 발생되는 자기장이 집중 분포되어 자속밀도가 증가함으로써 저주파 범위에서도 발열이 용이하게 될 수 있다. 또한, 상기 규소강 코어(210)가 상기 솔레노이드와 단열재에 의하여 물리적으로 분리되어 그 내부에 배치되어 있음으로써 상기 솔레노이드 상에 배치된 초상자성 콜로이드가 상기 전자기 유도부 외부의 상기 냉각 순환 장치(410)에 포함된 물과 분리되어 존재할 수 있으며, 이에 따라 필요한 경우 상기 초상자성 콜로이드를 특수한 기체 하에 둘 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 특수한 기체는 질소, 아르곤 등을 포함하는 것이 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 규소강 코어(210)의 내부에 초상자성 콜로이드를 넣을 수 있는 샘플 홀더(190)를 넣는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전자기 유도부의 상기 단열재는 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 또는 테프론을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 단열재는 상기 자기장 유도부에 포함된 솔레노이드와 상기 규소강 코어(210) 사이에 존재하므로, 상기 자기장 유도부로부터 발생되는 자기장의 손실을 최소화하기 위하여 얇은 두께를 가지는 아크릴을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 아크릴은 강도를 증가시키기 위해 얇은 두께의 아크릴을 여러 겹 적층하여 압축한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 아크릴의 두께는 약 1 mm 내지 약 5 mm, 약 1 mm 내지 약 3 mm, 약 3 mm 내지 약 5 mm, 또는 약 2 mm 내지 약 4 mm인 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 온열치료용 유도발열장치는 상기 초상자성 콜로이드에 연결된 열 감지 센서(370)를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 열 감지 센서(370)는 초상자성 콜로이드의 온도변화를 실시간으로 확인할 수 있도록 상하좌우로 위치조절이 가능한 유동적인 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 온열치료용 유도발열장치에 포함된 상기 초상자성 콜로이드는 마그네타이트(Fe3O4), 마게마이트(γ-Fe2O3) 또는 마그네타이트와 마게마이트의 혼상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 마그네타이트 및/또는 마게마이트는 FDA 승인을 받은 초상자성 물질로서, 인가된 자기장이 제거되더라도 여전히 자성을 가지고 있는 강자성 물질과 달리 인가된 자기장 제거시 자성을 잃고 상자성체가 되어 인체에 상대적으로 영향을 덜 끼치는 성질을 가진다. 예를 들어, 상기 마그네타이트 또는 마게마이트는 마그네타이트 나노입자 또는 마게마이트 나노입자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 온열치료용 유도발열장치에 포함된 상기 초상자성 콜로이드는 그 표면에 특정 온도에서 방출되는 약물이 형성되어 있는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 약물이 형성된 초상자성 콜로이드는 상기 자기장 유도부에서 발생된 자기장에 의하여 발열됨으로써 특정 온도에 도달하여 약물을 방출시키는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 자기장 유도부에서 자기장이 인가되면 상기 초상자성 콜로이드가 발열하게 되고, 특정 온도에 이르렀을 때 자기장을 제거하면 초상자성입자 표면에 흡착되어 있던 구조체의 연결이 끊기면서 약물이 원하는 장소에서 방출되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 무분별한 약물의 방출을 막기 위해 자기장의 인가?제거 과정을 반복하게 되는 자기적 on-off 조절을 통해 효율적으로 약물을 방출시키는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 온열치료용 유도발열장치에 포함된 상기 전자기 유도부에 인가되는 전류의 주파수는 약 20 kHz 내지 약 1000 kHz인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전류의 주파수는 약 20 kHz 내지 약 1000 kHz, 약 20 kHz 내지 약 800 kHz, 약 20 kHz 내지 약 500 kHz, 약 20 kHz 내지 약 100 kHz, 약 50 kHz 내지 약 1000 kHz, 약 100 kHz 내지 약 1000 kHz, 약 500 kHz 내지 1000 kHz, 또는 약 800 kHz 내지 약 1000 kHz 인 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 상기 솔레노이드 내부에 길이방향으로 상기 규소강 코어(210)가 배치된 결과 상기 전자기 유도부에서 발생되는 자기장이 집중 분포되어 자속밀도가 증가함으로써 저주파 범위에서도 발열이 용이하게 되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 온열치료용 유도발열장치는 초상자성 콜로이드의 온도 데이터를 확인 및/또는 저장하기 위한 데이터 저장장치(450)를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 데이터 저장장치는 초상자성 콜로이드의 온도 데이터를 실시간으로 확인 및/또는 저장하기 위한 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 보다 더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
[실시예1]
본 실시예에 따른 초상자성 산화철 콜로이드를 이용한 유도발열장치에 포함된, 단열재를 포함하는 전자기 유도부를, 도 1에 나타낸 바와 같이 열감지센서 탐침, 센서 홀더, 구리 도선, 단열 케이스, 초상자성 산화철 콜로이드 샘플 홀더, 적층 규소강 코어, 단열 케이스 커버, 단열 케이스와 커버의 연결 프랜지, 유리관, 물 배출 순환부, 및 물 유입 순환부으로 구성 하였다.
[실시예2]
본 실시예에 따른 초상자성 콜로이드를 이용한 유도발열장치는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 초상자성 콜로이드, 열 감지 센서, 물 순환부, 단열 케이스, 구리 도선, 적층 규소강 코어, 냉각 순환 장치, 전력 발생부, 그리고 데이터 저장장치로 구성하였다. 구체적으로, 도 3에 나타난 바와 같이 제조할 수 있다.
[실시예 3]
초상자성 콜로이드로 사용된 마그네타이트의 입자 크기에 따른 발열 효과를 확인하기 위하여 마그네타이트의 입자 크기를 5 nm, 10 nm, 및 15 nm로 다양화하여 실험하였다. 규소강 코어를 포함하는 유도발열장치 내부에 0.5 mg/ml 농도의 마그네타이트를 배치하고 1 MHz의 주파수를 가진 교류 전류를 인가하여 마그네타이트의 온도 변화를 측정한 결과, 시간의 경과에 따른 마그네타이트의 발열에 의한 온도 상승이 관찰되었다. 구체적으로 도 4에 따르면, 마그네타이트의 입자 크기가 작을수록 인가된 자기장에 의한 발열 효율이 우수한 것으로 나타났다.
[실시예 4]
적층 규소강 코어를 포함하는 유도발열장치의 주파수 인가 범위에 따른 마그네타이트의 발열 정도를 확인하기 위하여 전자기 유도부에 인가되는 교류 전류의 주파수를 20 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 200 kHz, 400 kHz, 800 kHz, 및 1000 kHz로 다양화하여 10 nm 크기와 0.5 mg/ml 농도의 마그네타이트를 갖는 초상자성 콜로이드의 온도 상승을 관찰하였다. 구체적으로 도 6에 따르면, 20 kHz를 제외한 모든 주파수에서 시간의 경과에 따른 효율적인 초상자성 콜로이드의 온도 상승이 관찰되었는데, 상기 결과에 따르면 적층 규소강 코어를 포함하는 유도발열장치는 적층 규소강 코어에 의해 유도자기장이 집중 분포되어 자속밀도가 증가되므로 낮은 주파수 범위에서도 발열이 용이한 것으로 해석될 수 있다.
[실시예 5]
초상자성 콜로이드로 사용된 마그네타이트의 농도에 따른 발열 효과를 확인하기 위하여 마그네타이트의 농도를 0.5 mg/ml, 1 mg/ml, 및 2 mg/ml로 다양화하여 실험하였다. 적층 규소강 코어를 포함하는 유도발열장치 내부에 10 nm의 입자 크기의 마그네타이트를 포함하는 초상자성 콜로이드를 배치하고 1 MHz의 주파수를 인가하여 다양한 농도의 마그네타이트에 대한 온도 변화를 측정하였다. 구체적으로 도 7에 따르면, 가장 높은 2 mg/ml의 마그네타이트 농도에서 가장 발열 효과가 높았으나, 기본적으로 모든 조건에서 인가된 자기장에 의한 일정한 발열 효과를 확인할 수 있었다. 이에 따라, 초상자성 콜로이드에 의한 온열 치료시 마그네타이트를 고농도로 사용하지 않아도 온열치료의 효과를 얻을 수 있다는 것으로 해석될 수 있다.
[비교예 1]
유도발열장치 내부에 적층 규소강 코어를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 구체적으로 도 5에 따르면, 적층 규소강 코어를 포함하지 않는 유도발열장치의 경우 마그네타이트의 입자 크기와 상관 없이 1 MHz의 주파수를 가지는 교류 전류를 인가시 마그네타이트의 온도 변화가 전무하였다. 이에, 비교예 1과 실시예 3을 비교하였을 때, 실시예 3의 경우 유도발열장치 내부의 적층 규소강 코어는 교류 전류 인가에 따라 발생하는 자기장을 증폭하여 코어 내부의 초상자성 콜로이드의 발열 효과를 현저히 상승시키는 역할을 한다고 해석된다.
이상, 구현예 및 실시예를 들어 본원을 상세하게 설명하였으나, 본원은 상기 구현예 및 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본원의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다.
110 : 열 감지 탐침
130 : 탐침 홀더
150 : 구리 도선
170 : 단열 케이스
190 : 초상자성 콜로이드 샘플 홀더
210 : 적층 규소강 코어
230 : 구리 도선 홀더
250 : 단열 케이스 커버
270 : 단열 케이스와 커버의 연결 프랜지
290 : 유리관
310 : 물 배출 순환부
330 : 물 유입 순환부
350 : 초상자성 산화철 콜로이드
370 : 열 감지 센서
390 : 물 순환부
410 : 냉각 순환 장치
430 : 전력 발생부
450 : 데이터 저장 장치

Claims (11)

  1. 교류 전류를 공급하는 전력 발생부;
    상기 전력 발생부로부터 인가되는 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 전자기 유도부;
    상기 전자기 유도부 내부에 배치되는 규소강 코어; 및
    상기 규소강 코어 상에 배치되는 초상자성 콜로이드
    를 포함하는, 온열치료용 유도발열장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 유도부는 단열재를 포함하는 것인, 온열치료용 유도발열장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 유도부는 구리 도선으로 권선(winding)되어 있는 솔레노이드를 포함하는 것인, 온열치료용 유도발열장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 규소강 코어는 상기 솔레노이드 내부에 배치되어 있는 것인, 온열치료용 유도발열장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 단열재는 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 또는 테프론을 포함하는 것인, 온열치료용 유도발열장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 초상자성 콜로이드에 연결된 열 감지 센서를 추가 포함하는, 온열치료용 유도발열장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 유도부 외부에 배치된 냉각 순환 장치를 추가 포함하는, 온열치료용 유도발열장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 초상자성 콜로이드는 마그네타이트, 마게마이트, 또는 마그네타이트와 마게마이트의 혼상을 포함하는 것인, 온열치료용 유도발열장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 초상자성 콜로이드의 표면에 특정 온도에서 방출되는 약물이 형성되어 있는 것인, 온열치료용 유도발열장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 유도부에 인가되는 전류의 주파수는 20 kHz 내지 1,000 kHz인 것인, 온열치료용 유도발열장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 초상자성 콜로이드의 온도 데이터를 확인 및/또는 저장하기 위한 데이터 저장장치를 추가 포함하는, 온열치료용 유도발열장치.

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