KR20220065022A - 미세바늘의 생산 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생산 시간, 과정, 및 비용의 감소를 가져오는 마이크로렌즈 기법에 의한 미세바늘 제조를 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 조형기법의 탈형 단계에서 발생할 수 있는 미세바늘의 손상을 줄인다. 본 발명의 장치는 마이크로렌즈 용기, 투명 구체, 매질, 기질 시트, 광중합체, 및 용기를 포함한다. 또한, 본 발명은 마이크로렌즈의 초점거리를 조정하여 상이한 높이의 미세바늘을 생산할 수 있는 미세바늘 제조 공정을 개시한다. 본 발명에 따르면, 초점거리는 1) 마이크로렌즈와 기질시트 사이에 간격을 변경, 및 2) 매질로의 투명 구체의 굴절률비가 1.0 내지 1.5가 되도록 하는 상이한 굴절률의 매질을 선택하여 조정될 수 있다. 또한, 포토마스크를 사용하지 않고 투명 구체의 배치를 변경하여 상이한 패턴과 형상의 미세바늘이 확보될 수 있다.

Description

미세바늘의 생산 방법

본 발명은 미세바늘의 제조 공정의 기술분야에 관한 것이다.

바늘은 대체로 뾰족한 끝 부분에 미세하게 개방된 날카로운 말단이 있는 얇고 가는 관을 말한다. 흔하게는, 물질(예, 추출액, 미용의약품, 의약 용액, 또는 백신)을 체내에 주입시키기 위해 주사기와 함께 사용된다. 예로는, 정맥에서 혈액을 추출하는 등, 체액 표본을 추출하기 위해서도 사용된다. 바늘은 피부를 관통하도록 대체로 고체 금속으로 만들어진다. 일반적으로 바늘은 피부를 관통하고 신경조직까지 깊게 들어가는 경우에 바늘의 길이와 크기로 인해 고통을 유발한다. 최근에는 바늘 공포증을 인구의 최소 10% 에 해당하는 질병으로 정의하고 있다. “Needle phobia in USA”J Farm Pract, 1995.41 (2): 169-175. 바늘 공포증의 증상으로는 발한 현상, 창백함, 매스꺼움, 호흡 곤란, 다양한 수준의 불응증 등이 있다. 바늘 공포증은 유전적일 수 있으며, 의학 치료를 기피함으로 죽음까지 이르게 할 수 있다. 한편, 의료진은 이 문제에 크게 주의를 기울이지 않고 있다.

피하 바늘의 단점을 극복하기 위해, 미세 크기의 바늘이 개발되었다. 미세 크기 바늘은 신경섬유 접촉을 피함으로써 고통을 덜 유발하고, 사용하기에 의학적 기술을 요하지 않으며, 약물의 내용물과 투여 속도를 정교하게 조절할 수 있게 한다. 현재, 미세 크기 바늘은 쉽게 분해되는 천연 재료로부터 제조될 수 있기에, 오염성 폐기물의 양을 현저하게 줄인다.

'미세 크기 바늘' 이나 본문에서 지칭하는 '미세바늘'을 생산하기 위해, 미세바늘의 재료, 제조 공정, 성능 등의 다양한 양상이 성립되어야 한다. 미국 특허 제 2008/0200883 A1에 따르면, 키틴/키토산, 폴리 젖산 (PLA), 폴리락티드 글리코시드 (PLGA), 마그네슘, 티타늄, SU 8304를 포함한 생체 적합성과 생분해성을 가진 물질들로 구성된 미세 바늘에 영률(Young's modulus), 인장 강도, 자연 감쇠율 검사를 실시하였다. 그 결과, 키틴/키토산 으로 구성된 미세 바늘의 적은 감쇠 시간이 2주로 가장 짧은 것으로 나타났다. 또한, 미국 특허 제 2016/0129164 A1에 기재된 바와 같이, 제조 관점에서는, 미세바늘의 조형틀을 형성한 후에 조형 틀로부터 미세바늘을 주조하는 조형 방법이 흔하게 사용되는 기법들 중 하나다.

조형틀 방법은 시간 소모와 높은 비용이 주된 한계임에도 불구하고 반복가능성 때문에 통상의 미세 바늘 제조 방법 중의 하나다.

조형틀 방법의 프로세스는 다음과 같다;

(a) 조형틀 공정:

a-1 원본 미세바늘 생산. 바람직한 치수의 이 원본은 주로 금속 밀링 또는 3D 프린트 기술을 통해 경질재료로 만들어진다.

a-2 조형틀 형성. 조형틀은 폴리다이메틸실록산 등의 점성액을 원본 상에 주조하여 형성된다. 그 후에, 형상 모방을 유발하는 자외선 조사 혹은 경화제에 의해 중합이 유도된다. 원본은 그 후에 물질로부터 제거되어 조형틀이 얻어진다.

(b) 미세바늘 제조 공정:

b-1 미세바늘을 형성하기 위해 사용된 점성액을 조형틀에 붓는다. 일반적으로, 액체는 자외선 조사로 유도된 중합을 통해 경화되고 안정화된다.

b-2 점성액이 조형틀에 부어지면, 물질이 경화되고 안정화 될 때까지 자외선 조사로 중합한다.

b-3 조형틀에서 미세바늘을 제거하여, 바람직한 미세바늘이 확보된다.

조형 방법의 한계를 극복하기 위해, 본 발명은 조형을 이용하지 않는 미세바늘의 제조 공정을 개시한다. 이로써, 조형틀 생성의 높은 비용으로 인한 시간소모와 생산 비용을 줄인다. 개시된 방법은 광중합과 마이크로렌즈를 활용한 단일 단계 프로세스이다.

일반적으로 촬영기법에서 사용되듯, 마이크로렌즈는 입사하는 빛을 바람직한 위치로 집중시키도록 사용된다. 논문에 따르면, 작은 유리 구슬들이 형상을 본뜨는 렌즈로써 사용되었다. Procedia Engineering 47 (2012) 1133 - 1136. 유리구슬의 초점거리가 비교적 짧기에, 2개의 유리구슬을 수직으로 쌓아 초점거리를 연장하여 해결했다. 하지만, 초점 조정이 복잡하여, 기술의 반복가능성에 한계가 있다.

마이크로렌즈를 본 발명에 적용함에 있어서, 발명자는 다음과 같은 미세바늘 제조 방법을 개발하였다.

1. 조형틀을 사용하지 않아 생산 시간, 프로세스 단계, 생산 비용을 감소시킨다.

2. 흔하게 취득 가능한 작고 투명한 구체 형태의 마이크로 렌즈를 사용하며, 적절한 굴절률로 인해 초점거리 조정이 가능한 매질을 사용한다.

3. 포토마스크를 적용함으로써 미세 바늘의 형상과 기하를 조정하는 것이 가능하며, 포토마스크와 투명한 구체를 통해 빛 산란/회절을 가능하게 한다.

본 발명은 활성/약물 투여 용도의 미세 바늘의 제조 프로세스이다. 프로세스는 마이크로렌즈와 광중합 반응을 이용하여 미세바늘을 생성함으로써 프로세스의 복잡성, 생산비용을 낮추고 탈형 과정에서 발생할 수 있는 미세바늘의 손상을 방지한다.

본 발명은 광중합체를 담은 용기 제공 단계, 기저면으로부터 상승된 경계가 있는 마이크로렌즈 용기 안에 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들이 배치되어 있는 마이크로렌즈 제공 단계, 매질을 마이크로렌즈 용기 안에 채워 광중합체에 특정한 파장으로 투사되는 입사 광선의 초점거리를 조절하는 단계, 상부에 마이크로렌즈가 위치한 기질시트를 용기의 상부에 배치하는 단계, 및 매질로의 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들의 굴절률비가 1.0 내지 1.5인 매질의 굴절률보다 굴절률이 높은 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들을 조밀하게 배열하는 단계를 포함하는, 마이크로렌즈를 통해 인도된 광중합 유도광에 의해 미세바늘을 제조하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 집광 및 광 산란 구체들이 다층으로 배치되고, 상기 구체들은 하층의 구체들보다 더 작다.

다른 실시예에서, 집광 및 광 산란 구체들이 조밀하게 배치되어 제1층을 형성하고, 다른 세트의 집광 및 광 산란 구체들이 제1 층에 부분적으로 또는 전체적으로 제1층의 구체들 사이의 빈 위치에 배치된다.

다른 실시예에서, 집광 및 광 산란 구체들의 굴절률은 최소 1.0 이며, 지름은 100μm 내지 5000μm이다.

다른 실시예에서, 투명한 매질의 굴절률에 대한 집광 및 광 산란 구체들의 굴절률의 비는 1.0 내지 1.5이다. 구체가 유리 구슬인 경우, 유리구슬의 매질에 대한 굴절률 비는 1.30 내지 1.49이다.

다른 실시예에서, 투명한 매질은 에틸렌 글리콜 또는 폴리다이메틸실록산으로 한다.

다른 실시예에서, 미세 바늘의 높이를 제어하는 단계는 마이크로렌즈와 기질 사이의 거리, 노광 시간, 투명한 매질의 종류를 설정하여 수행된다.

다른 실시예에서, 본 발명의 미세 바늘 제조 공정은 집광 및 광 산란 구체 배치, 집광 및 광 산란 구체 크기, 노광 시간, 투명한 매질의 종류의 설정을 통해 미세바늘의 구조, 패턴, 형상을 제어하는 단계를 포함한다. 본 출원에 따른 발명은 마이크로렌즈 용기, 투명 구체, 투명 매질, 기질시트, 광중합체, 및 용기를 포함하는 미세바늘 제조를 위한 장치를 제시한다. 마이크로렌즈의 수용에 사용되는 마이크로렌즈 용기는 가장자리가 상승돼 있고 용매에 대한 내성이 있는 투명하고 매끈한 평평한 용기이다. 집광 및 광 산란 구체는 지름이 100 내지 5000μm인 투명한 구체 형상의 구이다. 투명 매질은 투명 매질에 대한 투명 구체의 굴절률비가 1.0 내지 1.5가 되도록 하는 굴절률을 가진 액체 또는 고체의 물질이다. 기질시트는 미세바늘이 시트의 표면에 붙을 수 있도록 하는 직물, 종이 등과 같은 통상의 물질일 수 있다. 광중합체는 265 내지 400nm의 자외선 범위와 400 내지 700nm의 가시광선 범위의 전자기 방사에 의해 중합반응이 유도되는 단량체, 저중합체, 또는 단쇄 폴리머이다. 용기는 용매에 대한 내성이 있는 용기로써 광중합체를 담는 데 사용된다.

또한, 본 특허 출원에 따른 발명에 개시된 미세바늘 제조 공정은 가장자리가 상승되어 있고 높이가 투명 구체들의 높이와 같은 마이크로렌즈 용기에 단순히 투명 구체들을 추가하는 마이크로렌즈 준비 단계를 포함하고, 이어서 투명 구체들이 모든 범위에 퍼지게 한 후에 상승된 가장자리로 둘러 쌓인 공간에 투명 매질이 부어지게 하고, 그 후에 전체 부피를 덮어서 투명 구체의 손실을 방지한다. 이러한 마이크로렌즈는 자외선, 고에너지 가시광선(보라색 빛, 청색 빛)과 같은 입사 전자기 방사가 광중합체에 집중되도록 하여 중합체간 교차결합으로 이어지는 중합반응을 유도하는 미세바늘 제조 공정에 사용된다. 이러한 마이크로렌즈 지원 광중합 방법은 종래의 미세바늘 제조 방식의 한계를 극복하도록 설계되어, 그 결과, 생산 시간, 과정, 비용을 현저하게 감소시킨다. 또한, 이러한 제조 방식은 조형 기법의 탈형 단계로 인해 발생하는 미세바늘의 손상을 피하는데 기여한다.

본 발명의 특징과 이점은 첨부된 도면 및 이하의 상세한 설명을 통해 더 완전히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 미세바늘 제조에 필요한 장비를 도시한 것이다
도 2는 투명 구체의 조밀한 배치의 단층을 도시한 것이다.
도 3은 투명 구체들이 조밀하게 배열된 단층에서 확보된 미세바늘 구조의 SEM 이미지를 도시한 것이다.
도 4는 제1층의 구체들 사이의 모든 빈 공간이 채워진 투명 구체들의 이중층 배치에서 확보된 미세바늘 구조의 SEM 이미지를 도시한 것이다.
도 5는 제 1층의 구체들 사이의 일부 빈 공간이 채워진 투명 구체들의 이중층 배치에서 확보된 미세바늘 구조의 SEM 이미지를 도시한 것이다.

본 발명의 이해를 돕기 위해, 여러 용어들을 다음과 같이 정의한다. 본원에서 정의된 단어들은 본 발명에 관계된 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 의미를 뜻한다. “하나의”, “상기”와 같은 용어들은 단수의 대상만을 지칭하기 위한 것만이 아니라 설명에 사용된 특정 예시의 일반적인 부류를 포함할 수 있다. 본원의 용어는 발명의 특정 실시예들을 설명하기 위해 사용되며, 그러한 용어의 사용은 청구항의 서술 외에는 발명의 범위를 한정하지 않는다.

미세바늘을 생산하는 방법에 관한 발명은 다음의 단계들로 구성된다.

광중합체(500)를 담은 용기(600)를 제공하는 단계.

기저면으로부터 경계가 상승되어 있는 마이크로렌즈 용기(100) 내에 배치된 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들(200)을 포함하는 마이크로렌즈(105)를 제공하는 단계.

마이크로렌즈 용기(100) 내부로 매질(300)을 투입하여 광중합체(500) 상으로 투사되는 특정 파장의 입사광선의 초점거리를 조정하는 단계.

상부에 마이크로렌즈가 있는 기질시트(400)를 용기(600) 상부에 배치하는 단계.

매질(300)로의 구체(200)의 굴절률비가 1.0 내지 1.5인 매질의 굴절률보다 굴절률이 높은 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들(200)을 조밀하게 배열하는 단계를 포함하는, 마이크로렌즈를 통해 인도된 광중합 유도광에 의해 미세바늘(700)을 제조하는 단계.

다른 실시예에서, 상층의 집광 및/또는 광 산란 투명 구체(200)는 다층으로 조밀 배치되고, 여기서 상층의 집광 및/또는 광 산란 투명 구체(200)의 사이즈는 그 아래 층의 집광 및/또는 광 산란 투명 구체(200)의 사이즈보다 크지 않다.

다른 실시예에서, 한 세트의 집광 및/또는 광 산란 투명 구체(200)가 상승된 가장자리 이내에 조밀하게 배치되어 제1층을 형성하고, 다른 세트의 집광 및/또는 광 산란 투명 구체(200)가 제1층의 조밀하게 배치된 구체들(200) 사이의 일부 또는 모든 빈 공간에 위치한다.

다른 실시예에서, 집광 및/또는 광 산란 투명 구체(200)의 굴절률은 1보다 크고 집광 및/또는 광 산란 투명 구체(200)의 지름은 100 내지 5000 μm의 범위이다.

다른 실시예에서, 매질(300)은 투명한 액체와 고체 중에서 선택된다.

다른 실시예에서, 매질(300)은 에틸렌 글리콜과 폴리다이메틸실록산에서 선택 된다.

다른 실시예에서, 기질 시트(400)를 배치하는 단계에서 마이크로렌즈와 기질 시트(400) 사이의 간격을 달리하여 미세바늘(700)의 높이를 조정한다.

다른 실시예에서, 마이크로렌즈(105)를 제공하는 단계에서 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들(200)의 배열 형태를 설정하여 미세바늘(700)의 구조, 패턴, 및 형상을 조정한다.

다른 실시예에서, 광중합에 의한 미세바늘(700)을 제조하는 단계에서 노광 시간으로 미세바늘(700)의 높이, 구조, 패턴, 및 형상을 조정한다.

다른 실시예에서, 노광 시간은 0.5 초이다.

다른 실시예에서, 본 발명은 미세바늘(700)을 제조하는 방법으로서, 광중합체를 포함하는 용기(600)를 제공하는 단계, 바닥 면과 바닥 면으로부터 상승된 가장자리로 이루어진 마이크로렌즈 용기(100)를 제공하는 단계, 마이크로렌즈 용기(100)의 상승된 가장자리 이내에 위치한 집광 및 광 산란 구체들(200)을 제공하는 단계, 광중합체에 특정한 파장으로 투사되는 전자기 방사선의 초점거리 조정을 지원하는 매질로서의 투명한 액체를 마이크로렌즈 용기(100)의 상승된 가장자리 내부로 채우는 단계, 미세바늘(700)이 부착되는 기질 시트(400)를 용기(600)의 상부에 제공하는 단계, 용기(600)의 상부에 위치한 기질 시트(400)의 상부에 마이크로렌즈(105)를 제공하는 단계, 및 마이크로렌즈(105)를 통해 노광을 하여 매질에 대한 구체의 굴절률비가 1.0 내지 1.5인 매질(300)의 굴절률보다 큰 굴절률을 가진 조밀하게 배치된 집광 및 광 산란 구체들(200)을 제공하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 투명한 구체 크기, 노광 시간, 및 매질의 유형을 설정하여 미세바늘들의 구조, 패턴, 및 형상을 조정하는 단계를 포함한다.

도 1 에 따라, 본 발명의 미세바늘 제조를 위한 장치는 다음으로 구성된다:

- 마이크로렌즈 용기(100)는 상부 크기에 맞게 가장자리가 상승되어 있는 평평하고 투명한 바닥 판이다. 이 가장자리는 투명 구체가 배치되는 바닥 판의 영역을 둘러싸고 높이는 투명 구체의 높이와 같다. 마이크로렌즈 용기(100)는 산성/염기성에 내성이 있어야 하며 용매(예: 아세톤, 톨루엔)에 대한 내성이 있어야 한다. 마이크로렌즈 용기(100)는 투명 구체들을 단단히 고정하고 빛이 투과될 수 있도록 한다.

- 집광 및/또는 광 산란 구체(200)는 집광 및 광 산란시키는 구체로 사용된다. 구체의 지름은 100-5000μm 범위이다.

- 매질(300)은 투명 구체와 무관하게 빛을 모으고 굴절시키는 것이 가능한 물질이다. 매질은 매질에 대한 구체의 굴절률비가 초점 거리 조절에 도움이 되는 1.0 내지 1.5인 투명 구체보다 작은 굴절률을 가진 투명한 액체 또는 고체일 수 있다.

- 기질 시트(400)는 미세바늘이 부착되는 기질로서 사용된다. 내용매성이 있으며 광중합체와 접촉했을 때 투명하거나 반투명하다. 기질 시트는 종이, 플라스틱, 아크릴 제와 같은 연성 또는 경성의 물질이다.

- 광중합체(500)는 미세바늘을 형성하기 위한 주요 성분이다. 광중합체는, 자외선, 보라색 또는 파란색 가시광선 등과 같은, 특정 파장의 전자기 방사선에 노출되는 경우에 중합을 하는 단량체, 저중합체 또는 단쇄 폴리머이다. 광중합체는 생체 적합성, 생분해성이어야 하며 인체의 신진대사에 의해 분해될 수 있다.

- 용기(600)는 특정 파장의 전자기 방사선에 노출되는 경우에 광교차결합/광중합 반응을 하는 광중합체(500)를 보관하기 위해 활용된다. 미세바늘 제조 공정에서 바람직하지 않은 빛의 간섭을 예방하기 위해 용기(600)는 불투명해야 한다. 또한, 용기(600)는 아세톤 또는 산/염기 같은 화학물들/용매들에 내성이 있어야 한다.

-미세바늘(700)은 경로가 이미 마이크로렌즈(105)를 통해 인도된 특정 파장의 빛에 광중합체(500)를 노출시킴으로써 형성된 미세규모 바늘이고, 광중합체는 구조가 경성이 되고 기질 시트(400)에 부착될 때까지 중합반응을 진행한다.

-마이크로렌즈(105)를 준비하는 단계는 마이크로렌즈 용기(100)의 상승된 가장자리 이내 전역에 투명 구체들(200)을 분포하여 수행된다. 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들(200)의 배치는 요구되는 미세바늘들의 구조, 패턴, 및 형상에 따라, 예를 들어 조밀하게 배치된 단층의 투명 구체 또는 제1층의 구체들보다 제2층의 구체들의 크기가 작은 복층 배열 등과 같이 다양하다. 투명 구체의 서로 상이한 배치는 확보된 미세바늘들의 특징을 조정하기 위해 사용된다. 투명 구체 배치가 완료된 후, 액체 또는 고체일 수 있는 매질(300)을 마이크로렌즈 용기(100)의 상승된 가장자리 안으로 투입/투여하여 광중합체(500) 상의 마이크로렌즈(105)의 초점 성질의 조정을 지원한다.

- 미세바늘의 제조 단계는 마이크로렌즈(105)를 사용하여 빛을 집중시켜 수행된다. 마이크로렌즈(105)는 용기(600)의 상부에 위치한 기질 시트(400)의 상부에 배치된다. 용기(600) 내부에는, 특정 파장의 빛에 노출하여 광중합이 가능한 광중합체(500)가 완전히 채워진다. 이후에 장치 전체가 전자기 광선에 노출되어 미세바늘이 제작된다.

미세바늘의 특징과 패턴은 마이크로렌즈 생성을 위한 집광 및/또는 광 산란 구체들(200)의 배치에 따라 다르며 또한 매질(300)에 따라 다르다. 구체의 배치를 다르게 하면 미세바늘들의 구조, 패턴, 및 형상이 다르게 되고, 굴절률이 상이한 매질의 유형은 미세바늘 높이와 형상을 다르게 한다.

마이크로렌즈(105) 기법을 통한 미세바늘들(700)의 제조는 제조 공정에 조형틀을 필요로 하지 않기 때문에 조형방법의 탈형 과정에서 생길 수 있는 손상을 피할 수 있다. 또한, 본 기법은 선택된 기질을 기질 시트(400)로 사용하고 용기(600)의 상부에 배치함으로써, 제조되는 미세바늘(700)이 부착되는 기질을 선택할 수 있도록 한다.

본 발명은 이하의 예시들을 통해 더 상세하게 이해될 수 있다.

예시 1

투명 구체들의 단층 배치를 이용한 미세바늘의 제조

1. 마이크로렌즈를 준비한다.

마이크로렌즈 용기(100)의 바닥 면으로부터 상승된 가장자리로 둘러싸인 공간에 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들(200)을 배치한다. 이러한 투명 구체들은 상승된 가장자리에 둘러싸인 영역 전체에 적층되지 않고 조밀한 배열로 분포된다. 이후에, 도 2에 도시된 바와 같이, 매질(300)로서 에틸렌 글리콜 또는 폴리다이메틸실록산을 투명 구체 사이의 공간에 채워서 모든 투명 구체와 마이크로렌즈(105)를 덮는다.

2. 미세바늘을 제조한다.

특정 파장 대역의 빛에 노출되면 광중합이 가능한 광중합체(500)로 용기(600)를 완전히 채운다. 이후에, 마이크로렌즈층 이전에, 투명한 플라스틱 시트를 기질 시트(400)로서 용기(600)의 상부 가장자리에 배치한다. 이 단계에서 마이크로렌즈(105)와 플라스틱 기질 시트 사이의 공간을 변경함으로써 미세바늘 높이를 조정할 수 있다. 이후에, 장치 전체가 특정 파장의 빛에 노출된다. 이 단계에서, 상이한 용량(즉, 강도 및 노출 시간)은 바늘의 성질(예, 높이 형상 계수 및 경도)을 다르게 하는 중대한 파라미터이다. 이후에 용기(600)의 상부에서 플라스틱 기질 시트를 제거하고 세척하여 잔여 광중합체를 제거한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 플라스틱 시트에 부착된 미세 바늘이 확보된다.

예시 2

제1층의 모든 빈 공간 채워진 투명 구체들의 복층 배치를 이용한 미세바늘의 제조

1. 마이크로렌즈를 준비한다.

마이크로렌즈 용기(100)의 바닥 면으로부터 상승된 가장자리로 둘러싸인 공간 내부로 집광 및/또는 광 산란 구체들(200)을 배치한다. 이러한 투명 구체들은 상승된 가장자리에 둘러싸인 영역 전체에 적층되지 않고 조밀한 배열로 제1층으로서 분포된다. 이후에, 제1층의 투명 구체들에 의해 둘러싸인 모든 빈 공간을 다른 세트의 더 작은 크기의 투명 구체들로 채워서 제1층 상에 제2층을 적층한다. 투명 구체 층의 위로 제 1층의 구체들 사이 모든 빈 공간에 채워 쌓인다. 이후에, 에틸렌 글리콜 또는 폴리다이메틸실록산을 투명 구체 사이의 공간에 매질(300)로서 채워서 모든 투명 구체들과 마이크로렌즈(105)를 덮는다.

2. 미세바늘을 제조한다.

특정 파장의 빛에 노출되는 경우에 광중합이 가능한 광중합체(500)로 용기(600)를 완전히 채운다. 이후에, 투명한 플라스틱 시트를 용기(600)의 상부 가장자리에 기질 시트(400)로서 배치한 후에 마이크로렌즈(105)를 플라스틱 시트 위에 배치한다. 이 단계에서 마이크로렌즈(105)와 플라스틱 기질 시트 사이 공간을 변경함으로써 미세바늘 높이가 조정될 수 있다. 이후에, 장치 전체가 특정 파장의 빛에 0.5초간 노출된다. 이후에, 플라스틱 기질 시트가 용기(600)의 상부에서 제거되고 세척되어 잔여 광중합체가 제거된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 플라스틱 시트에 부착된 미세 바늘이 확보된다.

예시 3

제1층의 일부 빈 공간이 채워진 복층 배열의 투명한 구체들을 이용한 미세바늘의 제조

1. 마이크로렌즈를 준비한다.

마이크로렌즈 용기(100)의 바닥 면으로부터 상승된 가장자리로 둘러싸인 공간 내부로 집광 및/또는 광 산란 구체들(200)을 배치한다. 이러한 투명 구체들은 상승된 가장자리에 둘러싸인 영역 전체에 적층되지 않고 조밀한 배열로 제1층으로서 분포된다. 이후에, 제1층의 구체들에 의해 둘러싸인 빈 공간의 일부를 다른 세트의 더 작은 크기의 투명 구체들로 채워서 제1층 상에 제2층을 적층한다. 7개 구체가 조밀하게 배열된 6각형 단위를 고려함으로써, “일부 빈 공간 채운다” 는 용어는 제1층의 구체들로 둘러싸인 6개의 빈 공간 상에 작은 투명 구체들을 번갈아 채우고 안 채워서 제2층을 형성하는 것을 의미한다. 그 결과, 3개의 빈 공간은 작은 투명 구체들로 채워지고, 3개의 빈 공간은 작은 투명 구체들로 채워지지 않게 된다. 이후에, 에틸렌 글리콜 또는 폴리다이메틸실록산을 매질(300)로서 투명 구체 사이의 공간에 채워서 모든 투명 구체들과 마이크로렌즈(105)를 덮는다.

2. 미세바늘을 제조한다:

특정 파장의 빛에 노출되는 경우에 광중합이 가능한 광중합체(500)로 용기(600)를 완전히 채운다. 이후에, 투명한 플라스틱 시트를 용기(600)의 상부 가장자리에 기질 시트(400)로서 배치한 후에 마이크로렌즈(105)를 플라스틱 시트 위에 배치한다. 이 단계에서 마이크로렌즈(105)와 플라스틱 기질 시트 사이의 공간을 변경함으로써 미세바늘 높이가 조정될 수 있다. 이후에, 장치 전체가 특정 파장의 빛에 0.5초간 노출된다. 이후에 플라스틱 기질 시트가 용기(600)의 상부에서 제거되고 세척되어 잔여 광중합체가 제거된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 플라스틱 시트에 부착된 미세 바늘이 확보된다.

마이크로렌즈(105) 방법을 이용한 미세바늘 제조에 관한 연구에 따르면, 마이크로렌즈(105)는 빛을 집중시키는 데에 효과적으로 사용될 수 있다. 하지만, 마이크로렌즈(105)의 초점 거리는 상당히 짧은 편이므로, 미세바늘 제조에 활용이 불가능 할 수 있다. 마이크로렌즈(105)의 초점거리를 증가시키거나 조절하기 위해, 투명 구체들을 둘레에 매질을 배치함으로써 렌즈의 초점거리를 증가시킬 수 있다. 이로써 본 방법은 높이가 연장되고 종횡비가 급격해진 미세바늘을 제조할 수 있다. 마이크로 렌즈의 초점거리는 적절한 굴절률을 가진 매질을 선택함으로써 조정이 가능하다. 또한, 미세바늘의 패턴 또는 형상은 투명 구체들의 복층 배열을 변경하여 빛의 패턴이 변화되게 하고 이에 따라 미세바늘의 패턴과 형상이 변화되게 함으로써 이루어질 수 있다.

본 발명이 앞서 도시되고 기재된 내용에 한정되지 않는 다는 것은 통상의 기술자에게 당연하다 할 것이다. 즉, 본 발명의 범위에는 앞서 기재된 다양한 특징의 조합 및 하위조합이 포함될 뿐만 아니라 통상의 기술자가 앞서 기재된 내용을 읽고 도출할 수 있는 종래 기술에 없는 변형 및 수정이 포함된다 할 것이다.

발명의 최적의 모드

발명의 상세한 설명에 기재.

Claims (10)

1. 광중합체(500)를 포함하는 용기(600)를 제공하는 단계;
   바닥으로부터 가장자리가 상승된 마이크로렌즈 용기(100) 이내에 배치된 집광 및/또는 빛 산란 투명 구체들(200)을 포함하는 마이크로렌즈(105)를 제공하는 단계;
   매질(300)을 상기 마이크로렌즈 용기(100) 내부로 채워서 상기 광중합체(500) 상으로 투사된 특정 파장의 입사광의 초점거리를 조정하는 단계;
   상부에 상기 마이크로렌즈(105)가 있는 기질 시트(400)를 상기 용기(600)의 상부에 배치하는 단계; 및
   상기 마이크로렌즈(105)를 통해 인도된 광중합 유도광에 의해 미세바늘(700)을 제조하는 단계를 포함하고,
   상기 미세바늘(700)을 제조하는 단계는 상기 집광 및/또는 빛 산란 투명 구체들(200)을 조밀하게 배열하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 집광 및/또는 빛 산란 투명 구체들(200)의 굴절률은 상기 매질(300)로의 상기 집광 및/또는 빛 산란 투명 구체들(200)의 굴절률비가 1.0 내지 1.5인 매질(300)의 굴절률보다 높은 것을 특징으로 하는, 미세바늘을 생산하는 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 집광 및/또는 빛 산란 투명 구체들(200)은 다층으로 배치되고, 상부 층의 상기 집광 및/또는 빛 산란 투명 구체들(200)의 크기는 그 하부 층의 상기 집광 및/또는 빛 산란 투명 구체들(200)의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 미세바늘을 생산하는 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   한 세트의 상기 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들(200)은 상기 상승된 가장자리 이내에 조밀하게 배치되어 제1층을 형성하고, 다른 세트의 상기 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들(200)은 상기 제1층의 조밀하게 배치된 상기 구체들 사이의 일부 또는 모든 빈 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 미세바늘을 생산하는 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 집광 및/또는 광 산란 투명 구체(200)의 굴절률은 1보다 크고, 상기 집광 및/또는 광 산란 투명 구체(200)의 지름은 100 내지 5000μm 범위인 것을 특징으로 하는 미세바늘을 생산하는 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 매질(300)은 투명 액체 및 고체 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 미세바늘을 생산하는 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 매질(300)은 에틸렌 글리콜 및 폴리다이메틸실록산 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 미세바늘을 생산하는 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 기질 시트(400)를 배치하는 단계는 상기 마이크로렌즈(105)와 상기 기질 시트(400) 사이의 간격을 달리 하여 상기 미세바늘(700)의 높이를 조정하는 것을 특징으로 하는 미세바늘을 생산하는 방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로렌즈(105)를 제공하는 단계는 상기 집광 및/또는 광 산란 투명 구체들(200)의 배열을 설정하여 상기 미세바늘(700)의 구조, 패턴, 및 형상을 조정하는 것을 특징으로 하는 미세바늘을 생산하는 방법.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 광중합 유도광에 의해 상기 미세바늘(700)을 제조하는 단계는 노광 시간으로 상기 미세바늘(700)의 높이, 구조, 패턴, 및 형상을 조정하는 것을 특징으로 하는 미세바늘을 생산하는 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 노광 시간은 0.5초인 것을 특징으로 하는 미세바늘을 생산하는 방법.
    

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