KR20160017305A - 경사형 멤브레인 제작 장치 - Google Patents

Abstract

경사형 멤브레인 제작 장치가 개시된다. 콜렉터 베이스는 원통 형상을 가지며, 고정된 위치에서 원통의 장축을 기준으로 자체 회전한다. 방사 노즐 블록부는 콜렉터 베이스의 장축과 수직인 방향을 기준으로 앞, 뒤로 이동하면서 콜렉터 베이스 외주면으로 노즐을 통해 코팅액을 방사한다. 이때, 방사 노즐 블록부의 노즐은 각도가 조절된다. 구동부는 방사 노즐 블록부와 결합되어, 방사 노즐 블록부를 고정된 콜렉터 베이스 방향으로 이동시킨다. 이때, 콜렉터 베이스의 외주면에 방사된 코팅액이 누적되어 코팅층을 형성함으로써 두께가 서로 다른 경사형 멤브레인이 생성된다. 본 발명에 따르면, 다양한 두께의 나노 파이버가 코팅된 멤브레인을 한번에 제작할 수 있도록 한다.

Description

경사형 멤브레인 제작 장치{Apparatus for manufacturing functional graded membrane}

본 발명은 경사형 멤브레인 제작 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는,노즐의 각도를 조절하여 다양한 두께의 나노 파이버가 코팅된 멤브레인을 제작할 수 있는 경사형 멤브레인 제작 장치에 관한 것이다.

의료용 스텐트는 질병이나 외상, 수술 등으로 인하여 협착된 인체 내강의 환부를 원래의 상태로 확장하기 위한 목적으로 사용되고 있다. 이러한 스텐트는 다양한 구조의 것들이 알려져 있으며 일반적으로 와이어를 특정한 방법으로 감아서 둘레를 따라 피크부와 밸리부를 갖도록 형성한 원통 형상의 와이어 구조체와 와이어 구조체를 감싸는 상태로 형성되는 커버 막을 포함하여 구성된다. 커버막은 인체 내강에 스텐트를 설치한 상태에서 외부면을 통하여 암 조직이나 섬유 조직 등이 내부로 침투하는 것을 차단하는 역할을 한다.

비혈관 스텐트의 경우 실리콘과 같은 폴리머를 코팅한 스텐트가 주로 사용되고 있으며, 코팅 방법으로는 디핑(dipping)이 주로 사용되고 있다. 수작업을 통한 이러한 방법은 실리콘 필름의 두께를 불균일하게 하여 크랙과 찢어짐의 원인으로 작용하고 있다.

따라서 이러한 낭비를 줄이기 위해 시린지 펌프와 에어 컴프레셔(air-compressor), 로봇(robot), 고압발생장치인 파워서플라이(power supply)로 구성되는 자동전기분사장치의 사용이 필요하며, 또한, 코팅층을 FGM(Functional Graded Membrane) 층으로 구성하여 pressure drop이 없고 약물 방출 및 cepp growing 효과를 높이기 위한 새로운 연구가 필요한 실정이다.

한국공개공보 제2011-0135712호에는 전기방사장치용 노즐 유니트 및 그를 포함하는 전기방사장치가 개시되어 있다. 한국공개공보 제2011-0079254호에는 전기방사용 노즐블럭 및 이를 구비하는 전기방사장치가 개시되어 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노즐의 각도를 조절하여 다양한 두께의 나노 파이버가 코팅된 멤브레인을 한번에 제작할 수 있는 경사형 멤브레인 제작 장치을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치는, 원통 형상을 가지며, 고정된 위치에서 상기 원통의 장축을 기준으로 자체 회전하는 콜렉터 베이스; 상기 콜렉터 베이스의 장축과 수직인 방향을 기준으로 앞, 뒤로 이동하면서 상기 콜렉터 베이스 외주면으로 노즐을 통해 코팅액을 방사하는 방사 노즐 블록부; 및 상기 방사 노즐 블록부와 결합되어, 상기 방사 노즐 블록부를 상기 고정된 콜렉터 베이스 방향으로 이동시키는 구동부;를 포함하며, 상기 방사 노즐 블록부의 노즐은 각도가 조절되며, 상기 콜렉터 베이스의 외주면에 방사된 코팅액이 누적되어 코팅층을 형성함으로써 두께가 서로 다른 경사형 멤브레인이 생성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치에 의하면, 노즐의 각도를 조절하여 다양한 두께의 나노 파이버가 코팅된 멤브레인을 한번에 제작할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치를 개략적으로 나타낸 단면도, 그리고,
도 3은 본 발명에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치에 의해 생성된 경사형 멤브레인의 단면을 도시한 도면이다.

이하에서 첨부의 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

일반적으로, 고분자 소재를 이용한 나노 파이버가 코팅된 멤브레인을 제작하는 방법으로 스프레이 방식이나, 전기방사 시스템(electrospinning system) 방식이 주로 사용되고 있다. 이러한 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 익히 알려져 있는 사항이므로 상세한 설명은 생략한다. 그러나 기존 방식으로 한가지 크기의 나노 파이버만을 생산할 수밖에 없고, 한가지 크기의 나노 파이버만을 코팅한 멤브레인을 약물을 탐지하는 피막제조용으로 사용시 약물이 짧은 시간에 다량 방출되는 문제점이 발생한다.

따라서 약물 방출(drug release) 시간과 속도를 제어하기 위해 본 발명에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치는 노즐의 각도를 조절할 수 있는 다축 노즐 방사 장치에 코팅되는 콜렉터를 방사 동안 앞뒤로 움직이는 2축 구동 로봇 시스템을 개발하여 마이크로 구조와 나노 구조를 하나의 필름으로 경사형 멤브레인을 제작할 수 있는 새로운 방식을 제안하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치는 콜렉터 베이스(100), 방사 노즐 블록부(200), 구동부(300) 및 전원공급부(400)를 포함한다.

콜렉터 베이스(100)는 원통 형상을 가지며, 고정된 위치에서 원통의 장축을 기준으로 자체 회전한다. 콜렉터 베이스(100)의 자체 회전 속도는 적응적으로 조절되며, 이때, 콜렉터 베이스(100)와 결합되어 있는 회전 모터(110)와 연동 되어 조절된다. 회전 모터(110)는 콜렉터 베이스(100) 내부에 결합되어 콜렉터 베이스(100)를 회전시킨다. 콜렉터 베이스(100)는 회전 모터(110)에 의해 회전함으로써, 콜렉터 베이스(100)의 외주면에 코팅층을 형성할 수 있다. 즉, 콜렉터 베이스(100)의 외주면에 방사된 코팅액이 누적되어 코팅층을 형성함으로써 두께가 서로 다른 경사형 멤브레인이 생성된다. 도 3을 참조하면, 콜렉터 베이스(100)의 외주면에 생성된 경사형 멤브레인의 단면이 도시되어 있다.

따라서 콜렉터 베이스(100)의 자체 회전 속도는 회전 모터(110)의 회전 속도를 제어함으로써 콜렉터 베이스(100)의 속도를 제어하게 된다. 회전 모터(110)의 회전 속도는 사용자가 초기에 한번 설정하여 사용하게 되며, 일반적으로 1,000 rpm을 사용할 수 있다. 이때, 회전 모터(110)의 회전 속도는 방사 노즐 블록부(200)와 콜렉터 베이스(100) 사이의 거리와는 무관하다.

방사 노즐 블록부(200)는 콜렉터 베이스(100)의 장축과 수직인 방향을 기준으로 앞, 뒤로 이동하면서 콜렉터 베이스(100) 외주면으로 노즐(250)을 통해 코팅액을 방사한다. 노즐(250)은 콜렉터 베이스(100) 방향으로 코팅액을 방사한다. 이때, 노즐(250)의 각도는 상하좌우 방향으로 조절될 수 있다. 즉, 콜렉터 베이스(100)의 외주면에 형성되는 코팅층을 실시간 모니터링 또는 추후 모니터링하여 방사된 코팅액을 조절할 필요가 있는 경우 노즐(250)의 각도를 조절하여 원하는 지점으로 코팅액을 방사할 수 있도록 한다. 이는 사용자가 수동으로 조절할 수 있고, 사전에 원하는 환경을 설정하여 적응적으로 노즐(250)의 각도를 조절하여 코팅액이 방사될 수 있도록 진행할 수 있다.

또한, 방사되는 코팅액의 양은 사용자가 조절할 수 있는데, 방사되는 시간으로 코팅액의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 5시간 동안 방사 노즐 블록부(200)가 상술한 바와 같이 앞, 뒤로 100 mm를 이동하면서 코팅액을 방사한다고 하면, 100 mm/5시간= 20 mm/시간이므로, 이를 조절하면서 경사형 멤브레인의 특성을 조절하게 된다.

이때, 노즐(250)은 복수 개로 이루어질 수 있으며, 노즐(250) 각각은 앞서 말한바와 같이 상호 서로 다른 각도로 조절될 수 있다. 또한, 노즐(250) 각각에 전압을 인가하는 전원 공급부(400)가 위치한다. 즉, 다양한 두께를 가진 경사형 나노 파이버를 만드는 데 있어, 방사 노즐 블록부(200)와 콜렉터 베이스(100)간의 거리가 매우 중요하지만, 각 노즐(250)에 인가되는 전압의 크기도 중요하다. 즉, 전원 공급부(400)는 방사 노즐 블록부(200)에 의해 전기 방사되는 동안 인가되는 전압의 크기를 적응적으로 가변시킨다.

즉, 전압의 크기를 작게 하면 마이크로 크기의 파이버가 생성되며, 전압의 크기를 크게 하면 나노 크기의 파이버가 생성된다. 즉, 경사형 멤브레인을 제작하기 위해서는 파이버의 크기를 제어해야 하는데, 파이버의 크기는 전압의 크기를 조절함으로써 제어할 수 있게 된다.

전원 공급부(400)는 인가되는 전압과 콜렉터 베이스(100) 및 방사 노즐 블록부(200)의 거리가 비례하도록 전압을 인가한다. 즉, 코팅액이 방사 노즐 블록부(200)의 노즐(250)을 통해 방사되는 동안 인가되는 전압의 크기는 컴퓨터에 부착된 아날로그 출력 보드(analog output board)를 이용하여 콜렉터 베이스(100)와 노즐(250)이 가까운 거리에서는 낮은 전압을 인가하고, 점점 거리가 멀어지면 전압의 크기를 크게 하는 방식으로 제어한다.

예를 들어, 방사 노즐 블록부(200)와 콜렉터 베이스(100)의 거리가 최소 50 mm일 때 5 kV가 인가되도록 하고, 방사 노즐 블록부(200)와 콜렉터 베이스(100)의 거리가 최대 200 mm일 때 30 kV 또는 60 kV가 인가되도록 하여 나노 파이버의 크기를 제어할 수 있다.

기존에는 노즐에 15 kV ~ 30 kV 의 전압을 인가하는데, 모든 출력 전압을 사용자가 직접 수동으로 노브를 조절하여 전압을 고정한 상태에서 실험을 수행하였기 때문에, 실험 중에는 전압을 자동으로 변경하기 어려웠다. 그러나 본 발명에서는 상술한 바와 같이 컴퓨터에 부착된 아날로그 출력 보드(analog output board)를 이용하여 컴퓨터에서 자동으로 출력 전압을 조절할 수 있도록 하였다. 따라서 방사 노즐 블록부(200)의 노즐(250)과 콜렉터 베이스(100) 간의 거리를 조절하는 것 이외에 노즐(250)에 인가되는 전압을 자동 조절할 수 있도록 하였다는 것이 본 발명의 큰 장점이다.

구동부(300)는 방사 노즐 블록부(200)와 결합되어, 방사 노즐 블록부(200)를 고정된 콜렉터 베이스(100)의 장축과 수직인 방향을 기준으로 앞, 뒤로 이동시킨다. 나아가, 구동부(300)는 방사 노즐 블록부(200)를 콜렉터 베이스(100)의 장축과 평행한 방향으로 좌, 우로 이동시킨다.

즉, 도 2를 참조하면, 구동부(300)는 콜렉터 베이스(100)의 장축과 수직인 방향으로 길게 형성되어 방사 노즐 블록부(200)를 장축과 수직인 방향을 기준으로 앞, 뒤로 이동시키는 제1가이드부(310), 콜렉터 베이스(100)의 장축과 평행한 방향으로 형성되어 방사 노즐 블록부(200)를 장축과 평행한 방향을 기준으로 좌, 우로 이동시키는 제2가이드부(320) 및 제1가이드부(310)와 제2가이드부(320)를 연결하며 방사 노즐 블록부(200)를 지지하는 지지대(330)로 이루어진다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 방사 노즐 블록부(200)가 콜렉터 베이스(100)를 향해 앞, 뒤로 이동할 수 있고, 앞, 뒤로 이동하면서 방사 노즐 블록부(200)가 자체적으로 좌, 우로 이동할 수 있는 구동부(300)를 가지면 된다.

또한, 구동부(300)는 지지대(330)의 일단이 제1가이드부(310)에 이동 가능하게 결합될 수 있다. 지지대(330)의 일단에는 롤러(350)가 장착될 수 있다. 따라서 지지대(330)는 하단에 룰러(350)가 장착되어 제1가이드부(310)에 이동 가능하게 결합되며, 롤러(350)는 제1가이드부(310) 내부의 가이드 레일에 삽입되어 가이드 레인을 따라 전, 후 방향으로 이동할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 따른 경사형 멤브레인 제작 장치는 상술한 바를 통해서 다양한 두께의 나노 파이버가 코팅된 멤브레인을 한번에 제작할 수 있도록 한다.

현재 약물 방출형 스텐트(stent)의 개당 판매가가 오백 여 만원에서 수천 만원 대이며, 세계 소비 시장이 수천 억원 대의 미국, 유럽 등의 세계 소비 시장이 구축되어 있고, 음식 문화에 따른 혈관 질환과 식도암 환자가 많은 중국의 잠재적 시장을 고려할 때, 향후에는 수조 원대의 스텐트 시장이 형성될 것으로 의료 업계는 예측하고 있다. 따라서 본 발명이 상용화될 경우, 새로운 방식의 약물 방출형 스텐트 개발이 가시화될 수 있으며, 세계 시장 선점도 가능할 것으로 보인다.

이상의 설명에서 '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용되었지만, 각각의 구성요소들은 이러한 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 즉, '제1', '제2' 등의 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 목적으로 사용되었다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, '및/또는'이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미로 사용되었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (5)

1. 원통 형상을 가지며, 고정된 위치에서 상기 원통의 장축을 기준으로 자체 회전하는 콜렉터 베이스;
   상기 콜렉터 베이스의 장축과 수직인 방향을 기준으로 앞, 뒤로 이동하면서 상기 콜렉터 베이스 외주면으로 노즐을 통해 코팅액을 방사하는 방사 노즐 블록부; 및
   상기 방사 노즐 블록부와 결합되어, 상기 방사 노즐 블록부를 상기 고정된 콜렉터 베이스 방향으로 이동시키는 구동부;를 포함하며,
   상기 방사 노즐 블록부의 노즐은 각도가 조절되며,
   상기 콜렉터 베이스의 외주면에 방사된 코팅액이 누적되어 코팅층을 형성함으로써 두께가 서로 다른 경사형 멤브레인이 생성되는 것을 특징으로 하는 경사형 멤브레인 제작 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는 상기 방사 노즐 블록부를 상기 콜렉터 베이스의 장축과 수직인 방향을 기준으로 앞, 뒤로 이동시키면서 동시에 상기 고정된 콜렉터 베이스의 장축과 평행한 방향으로 좌, 우로 이동시키는 것을 특징으로 하는 경사형 멤브레인 제작 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 콜렉터 베이스의 자체 회전 속도는 상기 콜렉터 베이스의 내부에 결합되어 있는 회전 모터의 회전 속도를 제어함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 경사형 멤브레인 제작 장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 노즐은 복수 개로 이루어지며, 상기 노즐 각각이 각도가 조절되며,
   상기 노즐 각각에 전압을 인가하는 전원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경사형 멤브레인 제작 장치.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 콜렉터 베이스의 장축과 수직인 방향으로 형성되어 상기 방사 노즐 블록부를 상기 장축과 수직인 방향을 기준으로 앞, 뒤로 이동시키는 제1가이드부;
   상기 콜렉터 베이스의 장축과 평행한 방향으로 형성되어 상기 방사 노즐 블록부를 상기 장축과 평행한 방향을 기준으로 좌, 우로 이동시키는 제2가이드부; 및
   상기 제1가이드부와 상기 제2가이드부를 연결하며 상기 방사 노즐 블록부를 지지하는 지지대;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경사형 멤브레인 제작 장치.

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