KR20160052491A - 다중 액적 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다종의 액적 원료 물질을 이용하여 원하는 질량, 크기 및 조성비의 액적을 균일하면서, 재현성 있게 생성하는 다중 액적 생성 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치는, 액적을 형성하는 원료 물질이 유입되는 2 이상의 액적 원료 물질 공급 유로, 상기 액적 원료 물질 공급 유로를 통해 유입된 액적 원료 물질들을 결합하여 액적을 생성하는 액적 생성 유도부, 상기 액적 생성 유도부에서 생성된 액적이 이동하는 통로인 중심 유로, 및 상기 중심 유로를 통해 전달되는 액적을 배출하는 액적 출구를 포함하며, 상기 액적 원료 물질 공급 유로, 액적 생성 유도부, 중심 유로 및 액적 출구는 공간적으로 서로 연결된다.

Description

다중 액적 생성 장치 {MULTI-MATERIAL DROPLET GENERATOR}

본 발명은 다종의 액적 원료 물질을 이용하여 원하는 질량, 크기 및 조성비의 액적을 균일하면서, 재현성 있게 생성하는 다중 액적 생성 장치에 관한 것이다.

균일한 크기의 액적은 환경 분야, 화학 분야, 생명 공학 분야 및 제약 관련 분야 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히, 생분해성 고분자 물질을 이용한 액적은 치료를 위한 약물 전달 장치(drug delivery system) 연구분야에서 주목받는 기술 중 하나이다.

기존의 액적 발생 장치는 한 종의 물질만을 원료로 하여 액적을 생성하거나, 세포나 박테리아 등을 한 종의 물질로만 감싸는(encapsulate) 액적을 생성하였다. 이에 생성되는 단일 물질 액적은 하나의 기능만을 수행하며, 그 적용 범위가 제한적이었다.

생분해성 고분자 액적을 기반으로 한 약물 전달 장치는 다종의 약물을 포함하며, 약물을 일정하게 분비하는 기능을 가져야 한다. 최근에는 표적 지향(object targeting) 약물 전달 장치 개념이 도입되면서, 다종의 약물을 감싸는 생분해성 고분자도 다종의 물질로 구성되도록 요구되고 있다.

또한, 약물 전달 장치에의 응용뿐만 아니라 다른 액적 응용 분야에서도 다종의 물질로 구성된 액적에 대한 수요가 높아지고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 다종의 액적 원료 물질을 이용하여 질량, 크기 및 조성비 별로 다양한 액적을 균일하면서 재현 가능하게 생성할 수 있는 다중 액적 생성 장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치는, 액적을 형성하는 원료 물질이 유입되는 2 이상의 액적 원료 물질 공급 유로; 상기 액적 원료 물질 공급 유로를 통해 유입된 액적 원료 물질들을 결합하여 액적을 생성하는 액적 생성 유도부; 상기 액적 생성 유도부에서 생성된 액적이 이동하는 통로인 중심 유로; 및 상기 중심 유로를 통해 전달되는 액적을 배출하는 액적 출구를 포함하며, 상기 액적 원료 물질 공급 유로, 액적 생성 유도부, 중심 유로 및 액적 출구는 공간적으로 서로 연결된다.

상기 액적 원료 물질은 아세톤, 클로로폼 또는 에스테르류 용액에 융해된 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)을 포함하는 고분자 또는 생분해성 고분자 물질로 이루어질 수 있다.

상기 액적 원료 물질 공급 유로에서의 유체 흐름 및 유로 구조에 따라 다종 액적 원료 물질을 포함하는 질량별, 크기별 또는 조성비별 액적이 생성될 수 있다.

상기 액적 생성 유도부의 출구의 단면적은 상기 중심 유로의 단면적과 동일하거나 크게 구성될 수 있다.

상기 액적 생성 유도부의 출구의 단면적은 점진적으로 증가할 수 있다.

상기 다중 액적 생성 장치는, 상기 액적 생성 유도부로 연결되며, 상기 액적 원료 물질의 액적 형성을 유도하는 액적 유도 유체가 유입되는 액적 유도 유체 공급 유로를 더 포함할 수 있다.

상기 액적 원료 물질은, 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)의 분비(release) 속도 조절을 위해 생분해성 고분자 물질의 분해 속도를 촉진 또는 감쇠시키는 첨가제를 더 포함할 수 있다.

상기 액적 유도 물질은 액적 안정화 물질을 포함하는 물, 오일, 고분자 물질 또는 공기로 구성되는 혼합 유체일 수 있다.

상기 다중 액적 생성 장치는, 액적의 분류, 저장 또는 캡슐화를 위해 상기 액적 출구에서 분기되는 형태의 유로 또는 저장소를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 다중 액적 생성 장치는 다종의 액적 원료 물질을 질량, 크기 및 조성비 별로 액적을 균일하면서, 재현가능하게 생성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 다중 액적 생성 장치는 다종의 치료 약물과 다종의 생분해성 고분자 물질들을 액적 원료로 사용하여, 다기능성 다중의 액적을 생성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치를 도시한 개략도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 다중 액적 생성 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치는 마이크로 단위의 크기를 갖는 미세유체기술을 이용하여 구현된다. 상기 다중 액적 생성 장치는 최종적으로 다종의 액적 원료 물질을 이용하여, 원하는 질량, 크기 및 조성의 액적을 균일하면서, 재현가능하게 생성하는 장치로, 액적 원료 물질 공급, 액적 생성, 액적 배출 등의 과정을 수행한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치를 도시한 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치는 크게 액적 원료를 공급하는 액적 원료 물질 공급부(110, 111, 120, 121), 액적을 질량, 크기 또는 액적 원료 물질의 조성비별 액적을 형성하는 액적 생성 유도부(160), 액적을 배출하는 액적 출구(151)로 이루어지며, 이들의 기능적인 면, 미세유체장치의 배치, 구조 및 유체 흐름의 관계에 의해 정의된다.

다중 액적 생성 장치는 복수의 미세 유로의 조합으로 이루어지며, 각각의 미세 유로들은 중심 유로(100), 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120), 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140) 등을 포함한다.

2 이상의 액적 원료 물질 주입구(111, 121)를 통해 액적 원료 물질이 유입되면, 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120)를 따라 이동하여, 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140)가 합류하는 중심 유로(100)로 이동하면서, 액적 생성 유도부(160)에서 액적이 생성되며, 액적 출구(151)를 통해 상기 액적 생성 유도부(160)에서 생성된 액적을 배출한다.

구체적으로, 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120)과 연결된 2 이상의 액적 원료 물질 주입구(111, 121)를 통해 액적 원료 물질이 유입되어 중심 유로(100)에서 합류된다. 여기서, 상기 액적 원료 물질은, 제한됨이 없이, 예를 들어, 아세톤, 클로로폼 또는 에스테르류 용액에 용해된 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)을 포함하는 고분자 또는 생분해성 고분자 물질이 될 수 있다. 또한, 상기 액적 원료 물질에는 액적 내부에 포함되는 약물, 단백질, 치료용 물질 등의 분비(release) 속도 조절을 위해 생분해성 고분자 물질의 분해 속도를 촉진 또는 감쇠시키는 첨가제가 더 포함될 수 있다.

한편, 액적 유도 유체 주입구(131, 141)를 통해 액적 유도 유체(연속 유체 또는 파동 유체)가 유입되고, 2 이상의 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140)로 전달되어, 중심 유로(100)를 향해 진행하면, 상기 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120)를 통해 전달되는 액적 원료 물질과 만나게 된다.

하나 이상의 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140)가 액적 생성 유도부(160)에 연결되도록 설계될 수 있으며, 액적 유도 유체(연속, 파동 또는 맥동 유체) 흐름 및 유로 구조에 의해, 원하는 질량, 크기 및 조성비를 갖는 액적을 균일하면서, 재현가능하게 생성할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 액적 유도 유체 공급 유로(130, 140)는 형성되는 액적의 고형화를 위한 약품 및 첨가제가 공급되는 부분을 포함할 수 있다.

상기 액적 유도 물질은, 제한됨이 없이, 예를 들어, 액적의 고형화를 위한 약품 및 생분해율 조절용 첨가제가 융해되거나, 고분자 물질이나 키토산 등의 액적 안정화 물질이 포함된 물, 오일, 고분자 물질 또는 공기 등의 혼합 유체가 될 수 있다.

액적 원료 물질과 액적 유도 유체가 유입되면, 액적 생성 유도부(200)에서 레일리-플라투 불안정성(Rayleigh-Plateau instability)에 따른 유체의 섭동(pertubation)에 의해 액적이 생성된다.

여기서, 액적 생성 유도부(200)의 출구의 단면적은 중심 유로(100)의 단면적과 동일하거나, 크게 구성될 수 있다. 또한, 액적 생성 유도부(200)의 단면적의 크기가 점진적으로 증가하는 형태로 설계되면, 액적 정체 및 결합 현상을 방지할 수 있다.

또한, 액적 원료 물질이 합류되는 중심 유로(100)의 단면적은 액적 원료 물질 공급 유로(110, 120)의 단면적과 동일하거나 크게 설계되어, 유속을 감소시킬 수 있다.

2 이상의 액적 원료 물질 주입구(111, 121) 및 액적 유도 유체 주입구(131, 141)를 통해 유입된 유체 흐름(연속, 파동 또는 맥동 유체) 또는 유로 구조에 따라 다종의 액적 원료 물질의 질량별, 크기별 액적이 생성될 수 있으며, 액적 원료 물질들의 조성비가 다른 다기능성 다종 액적이 생성될 수 있다.

액적 출구(151)는 상기 액적 중심 유로(100)와 연결되는 출구로서, 액적을 배출시키는 기능을 한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 액적의 분류, 저장 또는 캡슐화를 위해 상기 액적 출구(151) 하단에는 분기된 형태의 유로(미도시) 또는 저장소(미도시)가 더 결합될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 액적 생성 장치를 도시한 개략도이다. 도 2를 참조하면, 액적 원료 물질 주입구(171)와 액적 원료 물질 공급 유로(170)가 도 1에 비해 추가된 것으로, 그 구성 및 기능은 도 1에서 설명한 바와 동일하다.

또한, 본 발명의 액적 원료 물질 공급 유로는 3 이상의 개수로 구성될 수 있으며, 액적 유도 유체 공급 유로의 개수도 도면에 도시된 바에 한정되지 않고, 하나로 구성되거나 3 이상의 개수로 구성될 수 있다.

나아가, 본 발명의 다중 액적 생성 장치는 탄성 재질로 이루어질 수 있고, 복수의 다중 액적 생성 장치가 직렬 또는 병렬로 연결되어 액적을 생성하도록 구성될 수도 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100 : 중심 유로
110, 120, 170 : 액적 원료 물질 공급 유로
111, 121, 171 : 액적원료 물질 주입구
130, 140 : 액적 유도 유체 공급 유로
131, 141 : 액적 유도 유체 주입구
151 : 액적 출구
160 : 액적 생성 유도부

Claims (9)

1. 액적을 형성하는 원료 물질이 유입되는 2 이상의 액적 원료 물질 공급 유로;
   상기 액적 원료 물질 공급 유로를 통해 유입된 액적 원료 물질들을 결합하여 액적을 생성하는 액적 생성 유도부;
   상기 액적 생성 유도부에서 생성된 액적이 이동하는 통로인 중심 유로; 및
   상기 중심 유로를 통해 전달되는 액적을 배출하는 액적 출구를 포함하며,
   상기 액적 원료 물질 공급 유로, 액적 생성 유도부, 중심 유로 및 액적 출구는 공간적으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 액적 원료 물질은 아세톤, 클로로폼 또는 에스테르류 용액에 융해된 약물, 단백질, 치료용 물질(therapeutic material)을 포함하는 고분자 또는 생분해성 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 액적 원료 물질 공급 유로에서의 유체 흐름 및 유로 구조에 따라 다종 액적 원료 물질을 포함하는 질량별, 크기별 또는 조성비별 액적이 생성되는 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 액적 생성 유도부의 출구의 단면적은 상기 중심 유로의 단면적과 동일하거나 큰 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 액적 생성 유도부의 출구의 단면적은 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 액적 생성 유도부로 연결되며, 상기 액적 원료 물질의 액적 형성을 유도하는 액적 유도 유체가 유입되는 액적 유도 유체 공급 유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 액적 원료 물질은, 약물, 단백질, 치료용 물질의 분비(release) 속도 조절을 위해 생분해성 고분자 물질의 분해 속도를 촉진 또는 감쇠시키는 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 액적 유도 유체는 액적 안정화 물질을 포함하는 물, 오일, 고분자 물질 또는 공기로 구성되는 혼합 유체인 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 액적의 분류, 저장 또는 캡슐화를 위해 상기 액적 출구에서 분기되는 형태의 유로 또는 저장소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 액적 생성 장치.

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