KR20230149425A - 노즐 유닛 및 이를 이용한 마이크로 구조체의 제조 방법 - Google Patents

노즐 유닛 및 이를 이용한 마이크로 구조체의 제조 방법 Download PDF

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KR20230149425A
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김용희
파크레이라히지샤얀
주승환
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

마이크로 구조체의 제조 방법이 개시된다. 마이크로 구조체의 제조 방법은 일 면에 니들 홈들이 형성된 몰드를 준비하는 몰드 준비 단계; 상기 몰드의 일 면에 조성물을 공급하는 조성물 공급 단계; 및 상기 몰드의 상부에 위치한 노즐 유닛에서 공기를 분사하고, 상기 조성물을 상기 니들 홈에 채워 마이크로 구조체를 형성하는 마이크로 구조체 형성 단계; 상기 마이크로 구조체를 건조하는 마이크로 구조체 건조 단계; 및 건조가 완료된 상기 마이크로 구조체를 상기 몰드로부터 분리하는 몰드 분리 단계를 포함할 수 있다.

Description

노즐 유닛 및 이를 이용한 마이크로 구조체의 제조 방법{Nozzle unit and micro-structure manufacturing method using the nozzle unit}
본 발명은 노즐 유닛 및 이를 이용한 마이크로 구조체의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기압을 이용하여 마이크로 구조체를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
약물을 신체에 전달하는 투여경로에는 경구형, 주사형, 경피형 등이 있다. 경구형 투여는 환자의 복약 순응도를 높일 수 있는 편리한 투여로 유효성분은 캡슐, 정제, 시럽 형태로 신체에 전달한다. 그러나 간에서의 초회통과대사(first-pass metabolism)등으로 인해 유효성분이 불활성화될 수도 있으며 실제로 바이오 의약품의 흡수율은 비교적 낮다. 때문에, 약물 및 치료제 등의 정확하고 빠른 약효를 발현시키기 위해 주사형으로 피부 장벽을 뚫어서 인체에 투여한다. 주사형으로 전달할 경우, 유효성분의 활성이 유지된다는 장점이 있으나 감염의 위험, 정확하지 않은 용량 투여, 공포증, 고통 등의 단점이 있다.
기존 경구형과 주사형 경로투여의 한계를 극복하기 위해서 최소 침투 마이크로 니들을 포함한 다양한 마이크로 구조체 경피형 약물전달 시스템이 개발되었다. 마이크로 구조체는 주로 생분해성(Biodegradable/dissolving), 솔리드(solid), 코팅(coating), 할로우(hollow)형태로 제작된다. 생분해성 마이크로 구조체는 고분자와 active ingredient(API/화장품 또는 의약품)를 포함한 다양한 물질을 미세 바늘 형태로 제형화하고, 피부 삽입 후 탑재된 물질이 체액에 의해 용해되어 통증 없이 약물을 전달할 수 있는 경피 전달시스템이다.
이러한 마이크로 구조체의 제조 방법은 조성물을 몰드에 로딩하는 단계, 원심력 또는 진공을 이용하여 조성물을 몰드에 채우는 단계, 조성물을 건조하는 단계, 그리고 건조된 조성물을 몰드로부터 분리하는 단계가 순차적으로 진행된다. 이러한 공정은 넓은 공간을 차지하는 복잡한 로봇 기반 자동화 시스템을 통해 진행되며, 각 공정들 간에 몰드를 이동시키는 과정을 필요로 한다. 이러한 몰드의 이동 과정은 공정 시간을 증가시켜 빠른 대량 생산을 저해하는 요인이 된다.
또한, 조성물을 건조하는 단계는 생분해성 고분자 매트릭스 구조에 따라 조성물이 액체 상태에서 고체 상태로 변화되는 응고(solidification) 과정을 거치는데, 이러한 응고 과정은 대부분 수 시간에서 하루 넘게 걸려 대량 생산 효율을 떨어뜨리는 요인이 된다. 건조시간을 줄이기 위해 가열, 급속 건조, UV 경화 등의 방법이 도입되고 있으나, 이러한 방법은 마이크로 구조체 탑재 약물의 활성에 영향을 미칠 위험성이 있다.
따라서, 마이크로 구조체 생산공정의 중간 이동단계와 건조시간을 최소화하는 합리적인 생산공정의 개발이 필요하다.
본 발명은 마이크로 구조체의 공정 단계에서 몰드의 이동을 최소화할 수 있는 마이크로 구조체의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 몰드의 니들 홈에 조성물이 채워지는 시간과 조성물의 건조 시간을 단축할 수 있는 마이크로 구조체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 마이크로 구조체의 제조 방법은 일 면에 니들 홈들이 형성된 몰드를 준비하는 몰드 준비 단계; 상기 몰드의 일 면에 조성물을 공급하는 조성물 공급 단계; 및 상기 몰드의 상부에 위치한 노즐 유닛에서 공기를 분사하고, 상기 조성물을 상기 니들 홈에 채워 마이크로 구조체를 형성하는 마이크로 구조체 형성 단계; 상기 마이크로 구조체를 건조하는 마이크로 구조체 건조 단계; 및 건조가 완료된 상기 마이크로 구조체를 상기 몰드로부터 분리하는 몰드 분리 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 구조체 형성 단계는 상기 노즐 유닛으로부터 상기 공기를 제1압력으로 분사하고, 상기 마이크로 구조체 건조 단계는 상기 노즐 유닛으로부터 상기 공기를 상기 제1압력보다 낮은 제2압력으로 분사할 수 있다.
또한, 상기 노즐 유닛은, 상기 몰드로부터 제1높이에 위치한 제1노즐; 및 상기 몰드로부터 상기 제1높이보다 낮은 제2높이에 위치하는 제2노즐을 포함하며, 상기 마이크로 구조체 형성 단계는 상기 제1노즐로부터 상기 몰드의 중앙 영역을 향해 공기를 분사하고, 상기 제2노즐로부터 상기 몰드의 가장 자리 영역을 향해 공기를 분사할 수 있다.
또한, 상기 제2노즐은 복수 개가 상기 몰드의 가장 자리 영역을 따라 기 설정된 간격으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1노즐은 상기 몰드의 일 면에 수직하게 공기를 분사하고, 상기 제2노즐은 상기 몰드의 일 면에 대해 기 설정된 각도로 기울어진 방향으로 공기를 분사할 수 있다.
또한, 상기 노즐 유닛은, 상기 조성물이 흐르는 제1유로와, 상기 공기가 흐르는 제2유로, 그리고 상기 제1유로와 상기 제2유로가 만나는 토출 유로가 형성된 노즐; 및 상기 제1유로와 상기 제2유로가 합류하는 지점에서 상기 노즐 내에 제공되며, 상기 제1유로와 상기 제2유로를 선택적으로 개폐하는 게이트 밸브를 포함하되, 상기 조성물 공급 단계에서 상기 게이트 밸브는 상기 제1유로를 개방하고, 상기 제2유로를 닫고, 상기 마이크로 구조체 형성 단계에서 상기 게이트 밸브는 상기 제1유로를 닫고, 상기 제2유로를 개방할 수 있다.
또한, 상기 노즐 유닛은, 저면이 개방되고, 내부에 상기 몰드가 수용되는 공간이 형성된 노즐 챔버; 및 상기 노즐 챔버와 결합하며, 상기 노즐 챔버 내부로 공기를 분사하는 공기 분사 유로가 형성된 노즐을 포함하되, 상기 마이크로 구조체 형성 단계는 상기 노즐 챔버 내에 상기 몰드가 위치한 상태에서 상기 공기 분사 유로를 통해 공기를 분사할 수 있다.
또한, 상기 노즐 챔버의 내부 공간은 하부에서 상부로 갈수록 너비가 점차 감소하는 깔때기 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 노즐에는 상기 조성물을 토출하는 조성물 토출 유로가 더 형성되고, 상기 조성물 공급 단계는 상기 조성물 토출 유로를 통해 상기 조성물을 공급할 수 있다.
또한, 상기 노즐 유닛에는 상기 조성물을 토출하는 조성물 토출 유로와, 상기 공기를 토출하는 제1공기 분사 유로가 형성되며, 상기 조성물 공급 단계는 상기 조성물 토출 유로를 통해 상기 조성물을 상기 몰드에 공급하고, 상기 마이크로 구조체 형성 단계는 상기 제1공기 분사 유로를 통해 상기 공기를 분사할 수 있다.
또한, 상기 노즐 유닛에는 상기 제1공기 분사 유로가 형성된 영역의 둘레를 따라 링 형상으로 제2공기 분사 유로가 형성되며, 상기 조성물 공급 단계는 상기 조성물 토출 유로를 통해 상기 조성물이 토출되는 동안 상기 제2공기 분사 유로를 통해 공기를 분사할 수 있다.
또한, 상기 제2공기 분사 유로에서 분사되는 공기는 상기 몰드의 가장자리영역을 따라 링 형상의 에어 커튼을 형성하고, 상기 조성물 토출 유로는 상기 에어 커튼의 내부로 상기 조성물을 토출할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 구조체 제조용 노즐 유닛은 조성물을 토출하는 조성물 토출 유로가 형성되고, 상기 조성물 토출 유로가 형성된 영역의 주변을 따라 공기를 분사하는 제1공기 분사 유로가 형성된 노즐을 포함한다.
또한, 상기 노즐에는 상기 제1공기 분사 유로가 형성된 영역의 주변을 따라 공기를 분사하는 제2공기 분사 유로들이 형성될 수 있다.
또한, 상기 노즐 바디와 결합하고, 저면이 개방되며 내부에 몰드가 위치하는 공간이 형성된 노즐 챔버를 더 포함하되, 상기 노즐 챔버의 내부 공간은 하부에서 상부로 갈수록 너비가 점차 감소하는 깔때기 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 조성물 공급 단계, 마이크로 구조체 형성 단계, 그리고 마이크로 구조체 건조 단계가 진행되는 동안 몰드가 이동하지 않으므로, 공정 시간이 단축되고 대량 생산 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 공기를 분사하여 몰드의 니들 홈에 조성물을 채우고 건조하므로, 조성물이 균일하게 니들 홈에 채워질 수 있고, 건조 시간이 단축될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 구조체의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 마이크로 구조체의 제조 방법의 공정 단계를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 노즐 유닛을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노즐 유닛을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 노즐 유닛을 아래에서 바라본 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 도면이다.
도 18은 도 17의 노즐의 저면을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노즐 유닛을 나타내는 도면이다.
도 21은 도 10에 도시한 노즐 유닛의 작동 과정을 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노즐 유닛의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
아래에서 설명되는 다양한 실시예들에 따른 마이크로 구조체의 제조 방법은 신체에 약물을 전달할 수 있는 마이크로 구조체를 제조할 수 있다. 마이크로 구조체는 두께가 얇은 베이스 레이어(Base layer)와 베이스 레이어의 일면에 형성된 복수의 니들(needle)이 결합된 구조로, 니들이 피부 조직에 삽입되어 약물을 전달할 수 있다. 이러한 마이크로 구조체는 마이크로 구조체 제조용 몰드의 일 면에 형성된 니들 홈들에 조성물을 채워 제조한다. 조성물은 생체적합성 또는 생분해성 물질일 수 있다. 생체적합성 또는 생분해성 물질은 실질적으로 인체에 독성이 없고 화학적으로 불활성이며 면역원성이 없는 물질로, 최종적으로 체내 침투 후 용해되는 이점을 가진다.
이러한 생체적합성 물질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 히알루론산, 폴리에스테르, 폴리하이드록시알카노에이트(PHAs), 폴리(α-하이드록시액시드), 폴리(β-하이드록시액시드), 폴리(3-하이드로식부티레이트-co-발러레이트; PHBV), 폴리(3-하이드록시프로프리오네이트; PHP), 폴리(3-하이드록시헥사노에이트; PHH), 폴리(4-하이드록시액시드), 폴리(4-하이드록시부티레이트), 폴리(4-하이드록시발러레이트), 폴리(4-하이드록시헥사노에이트), 폴리(에스테르아마이드), 폴리카프로락톤, 폴리락타이드, 폴리글리코라이드, 폴리(락타이드-co-글리코라이드; PLGA), 폴리디옥사논, 폴리오르토에스테르, 폴리에테르에스테르, 폴리언하이드라이드, 폴리(글리콜산-co-트리메틸렌 카보네이트), 폴리포스포에스테르, 폴리포스포에스테르 우레탄, 폴리(아미노산), 폴리사이아노아크릴레이트, 폴리(트리메틸렌 카보네이트), 폴리(이미노카보네이트), 폴리(타이로신 카보네이트), 폴리카보네이트, 폴리(타이로신 아릴레이트), 폴리알킬렌 옥살레이트, 폴리포스파젠스, PHA-PEG, 에틸렌 비닐 알코올 코폴리머(EVOH), 폴리우레탄, 실리콘, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리이소부틸렌과 에틸렌-알파올레핀 공중합체, 스틸렌-이소브틸렌-스틸렌 트리블록 공중합체, 아크릴 중합체 및 공중합체, 비닐 할라이드 중합체 및 공중합체, 폴리비닐 클 로라이드, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 메틸 에테르, 폴리비닐리덴 할라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리플루오로알켄, 폴리퍼플루오로알켄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 케톤, 폴리비닐아로마틱스, 폴리스틸렌, 폴리비닐 에스테르, 폴리비닐 아세테이트, 에틸렌-메틸 메타크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-스틸렌 공중합체, ABS 수지와 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리아마이드, 알키드 수지, 폴리옥시메틸렌, 폴리이미드, 폴리에테르, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴산-co-말레산, 키토산, 덱스트란, 셀룰로오스, 헤파린, 알기네이트, 이눌린, 녹말 또는 글리코겐을 사용할 수 있고, 히알루론산, 폴리에스테르, 폴리하이드록시알카노에이트(PHAs), 폴리(α-하이드록시액시드), 폴리(β-하이드록시액시드), 폴리(3-하이드로식부티레이트-co-발러레이트; PHBV), 폴리(3-하이드록시프로프리오네이트; PHP), 폴리(3-하이드록시헥사노에이트; PHH), 폴리(4-하이드록시액시드), 폴리(4-하이드록시부티레이트), 폴리(4-하이드록시발러레이트), 폴리(4-하이드록시헥사노에이트), 폴리(에스테르아마이드), 폴리카프로락톤, 폴리락타이드, 폴리글리코라이드, 폴리(락타이드-co-글리코라이드; PLGA), 폴리디옥사논, 폴리오르토에스테르, 폴리에테르에스테르, 폴리언하이드라이드, 폴리(글리콜산-co-트리메틸렌 카보네이트), 폴리포스포에스테르, 폴리포스포에스테르우레탄, 폴리(아미노산), 폴리사이아노아크릴레이트, 폴리(트리메틸렌 카보네이트), 폴리(이미노카보네이트), 폴리(타이로신 카보네이트), 폴리카보네이트, 폴리(타이로신 아릴레이트), 폴리알킬렌 옥살레이트, 폴리포스파젠스, PHAPEG, 키토산, 덱스트란, 셀룰로오스, 헤파린, 알기네이트, 이눌린, 녹말 및 글리코겐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 마이크로 구조체가 생체 적합성 또는 생분해성 물질이 탑재된 솔리드형 마이크로 니들인 경우, 약물을 추가적으로 탑재할 수 있다. 상기 약물은 광의의 개념을 의미하며, 협의의 치료 목적의 치료제뿐만 아니라, 에너지, 나노 성분, 미용 성분(예컨대, 주름개선제, 피부노화 억제제 및 피부 미백제), 세포 배양액 등을 모두 포함한다.
구체적으로, 상기 치료제로는 화학약물, 단백질/펩타이드의 약, 펩타이드의 약，유전자 치료용 핵산 분자 등을 포함한다.
예를 들어, 치료제는 항염증제, 진통제, 항관절염제, 진경제, 항우울증제, 항정신병약물, 신경안정제, 항불안제, 마약길항제, 항파킨스질환 약물, 콜린성 아고니스트, 항암제, 항혈관신생억제제, 면역억제제, 항바이러스제, 항생제, 식욕억제제, 진통제, 항콜린제, 항히스타민제, 항편두통제, 호르몬제, 관상혈관, 뇌혈관 또는 말초혈관 확장제, 피임약, 항혈전제, 이뇨제, 항고혈압제, 심혈관질환 치료제 등을 포함할 수 있다.
특히, 단백질/펩타이드 의약은 호르몬, 호르몬 유사체, 효소, 효소저해제, 신호전달단백질 또는 그 일부분, 항체 또는 그 일부분, 단쇄항체, 결합단백질 또는 그 결합도메인, 항원, 부착단백질, 구조단백질, 조절단백질, 독소단백질, 사이토카인, 전사조절 인자, 혈액 응고 인자 및 백신 등을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 단백질/펩타이드 의약은 인슐린, IGF-1(insulin-like growth factor 1), 성장호르몬, 에리쓰로포이에틴, G-CSFs (granulocyte-colony stimulating factors), GM-CSFs(granulocyte/macrophagecolony stimulating factors), 인터페론 알파, 인터페론 베타, 인터페론 감마, 인터루킨-1 알파 및 베타, 인터루킨-3, 인터루킨-4, 인터루킨-6, 인터루킨-2, EGFs (epidermal growth factors), 칼시토닌(calcitonin), ACTH(adrenocorticotropic hormone), TNF (tumor necrosis factor), 아토비스반(atobisban), 부세레린(buserelin), 세트로렉릭스(cetrorelix), 데스로레린(deslorelin), 데스모프레신(desmopressin), 디노르핀 A(dynorphin A) (1-13), 엘카토닌(elcatonin), 엘레이도신(eleidosin), 엡티피바타이드(eptifibatide), GHRHII(growth hormone releasing hormone-II), 고나도레린(gonadorelin), 고세레린(goserelin), 히스트레린(histrelin), 류프로레린(leuprorelin), 라이프레신(lypressin), 옥트레오타이드(octreotide), 옥시토신(oxytocin), 피트레신(pitressin), 세크레틴(secretin), 신칼라이드(sincalide), 테르리프레신(terlipressin), 티모펜틴(thymopentin), 티모신(thymosine) α1, 트리프토레린(triptorelin), 바이발리루딘(bivalirudin), 카르베토신(carbetocin), 사이클로스포린, 엑세딘(exedine), 란레오타이드(lanreotide), LHRH (luteinizing hormone-releasing hormone), 나파레린(nafarelin), 부갑상선 호르몬, 프람린타이드(pramlintide), T-20(enfuvirtide), 타이말파신(thymalfasin) 및 지코노타이드를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 마이크로 구조체의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 구조체의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 도 1의 마이크로 구조체의 제조 방법의 공정 단계를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 마이크로 구조체의 제조 방법은 몰드 준비 단계(S10), 조성물 공급 단계(S20), 마이크로 구조체 형성 단계(S30), 마이크로 구조체 건조 단계(S40), 그리고 몰드 분리 단계(S50)를 포함한다.
몰드 준비 단계(S10)는 마이크로 구조체 제조용 몰드(10)를 준비한다. 몰드(10)는 소정 두께를 가지며, 일 면에 니들 홈(11)들이 형성된다. 몰드(10)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 몰드(10)는 사각형, 원형, 그리고 다각형 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 사각형의 몰드(10)를 예를 들어 설명한다. 몰드(10)의 형상에 따라 마이크로 구조체(30)의 베이스 레이어(31)는 사각형, 원형, 그리고 다각형으로 제조될 수 있다.
조성물 공급 단계(S20)는 몰드(10)의 일 면에 조성물(20)을 공급한다. 조성물(20)은 앞서 설명한 물질들이 사용될 수 있다. 조성물(20)은 몰드(10)의 중심 영역에 공급될 수 있다. 조성물(20)은 노즐 유닛(100)을 통해 공급될 수 있다.
마이크로 구조체 형성 단계(S30)는 몰드(10)의 상부에 위치한 노즐 유닛(100)에서 공기(51)를 분사한다. 공기(51)의 분사로 몰드(10)의 중심 영역에 공급된 조성물(20)이 주변으로 얇게 펴지며, 니들 홈(11)을 채운다. 공기(51)는 제1압력으로 분사될 수 있다. 공기(51)의 분사는 조성물(20)들이 몰드(10)의 일 면에 균일한 두께로 도포될 때까지 지속된다. 일 예에 의하면, 노즐 유닛(100)은 몰드(10)의 상부에서 몰드(10)의 기 설정된 경로를 따라 이동하며 공기(51)를 분사할 수 있다. 이 과정에 의해, 베이스 레이어(31)와 니들(32)이 결합된 마이크로 구조체(30)가 형성된다.
마이크로 구조체 건조 단계(S40)는 몰드(10)의 일 면에 도포된 마이크로 구조체(30)를 건조한다.
일 실시 예에 의하면, 마이크로 구조체 건조 단계(S40)는 공기(51)를 분사하여 마이크로 구조체(30)를 건조할 수 있다. 마이크로 구조체 건조 단계(S40)는 노즐 유닛(100)을 이용하여 공기(51)를 분사할 수 있다. 공기(51)는 제1압력보다 낮은 제2압력으로 분사될 수 있다. 마이크로 구조체 건조 단계(S40)는 마이크로 구조체(30)가 일정 굳기로 굳어질 때까지 진행된다.
다른 실시 예에 의하면, 마이크로 구조체 건조 단계(S40)는 몰드(10)를 데시케이터 또는 챔버에 넣어 마이크로 구조체(30)를 건조할 수 있다. 이 경우, 가열에 의해 마이크로 구조체(30)를 건조할 수 있다.
몰드 분리 단계(S50)는 건조가 완료된 마이크로 구조체(30)를 몰드(10)로부터 분리한다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 노즐 유닛을 나타내는 도면이다.
먼저 도 3을 참조하면, 노즐 유닛(100)은 소장 형상을 가지며, 공기 분사 유로(111, 121)가 형성된 노즐 바디(110, 120)를 포함한다. 공기 분사 유로(111, 121)는 원형, 사각형, 삼각형, 오각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
공기 분사 유로(111, 121)는 1개 또는 복수 개가 형성될 수 있다.
(A)를 참조하면, 노즐 바디(110)는 몰드(10) 보다 작은 크기를 가질 수 있다. 이 경우, 노즐 바디(110)는 이동 유닛에 의해 몰드(10)의 각 영역을 따라 이동할 수 있다.
(B)를 참조하면, 노즐 바디(120)는 몰드(10)에 상응하는 크기를 가질 수 있다. 노즐 바디(120)에는 복수 개의 공기 분사 유로(112)가 니들 홈의 수와 배열에 대응하여 형성된다. 노즐 바디(120)는 몰드(10)의 상부에서 고정 위치하여 공기를 분사할 수 있다. 또한, 공기 분사 유로(121)는 복수 개가 상이한 직경의 링 형상으로 형성되고, 동일한 중심축 상에 배열될 수 있다. 또한, 공기 분사 유로(121)는 다각 형의 유로가 기 설정된 지점에 배열될 수 있다.
도 4를 참조하면, 노즐 유닛(100)은 연장 튜브(112, 122)를 더 포함할 수 있다. 연장 튜브(112, 122)는 소정 길이를 갖는 튜브로, 공기 분사 유로(111, 112)에 대응하는 개수로 제공되며, 공기 분사 유로(111, 121)들 각각과 연결된다. 연장 튜브(112, 122)는 몰드(10)의 일 면에 공기(51)를 근접 분사한다. 연장 튜브(112, 122)는 몰드(10)의 니들 홈(11)에 공기(51)를 집중 분사하여 조성물(20)이 니들 홈(11)에 채워지도록 돕는다.
도 5를 참조하면, 노즐 바디(130)는 몰드(10) 보다 큰 사이즈로 제공될 수 있다. 노즐 바디(130)에서 분사되는 공기(51)는 몰드(10)의 전체 영역으로 동시에 공급될 수 있다.
도 6을 참조하면, 노즐 바디(140)는 여러 개의 몰드(10)들 전체를 커버할 수 있는 사이즈로 제공될 수 있다. 노즐 바디(140)에서 분사되는 공기(51)는 복수 개의 몰드(10)들에 동시에 공급될 수 있으므로, 한 번의 공정으로 여러 개의 마이크로 구조체(30)가 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 노즐 바디(110)는 이동 유닛에 의해 상하 방향으로 높이가 조절될 수 있다. (A)와 같이, 노즐 바디(110)가 낮게 위치할 경우, 몰드(10)의 각 영역에 집중적으로 공기압을 제공할 수 있다. 노즐 바디(110)의 높이가 높아질수록 공기(51)의 제공 범위가 넓어지는데, (C)와 같이 노즐 바디(110)가 높게 위치할 경우, 분사된 공기가 주변으로 확산됨에 따라 몰드(10)의 넓은 영역으로 공기압이 제공될 수 있다.
도 8을 참조하면, 노즐 유닛(100)은 복수 개의 노즐(150, 160, 170)을 포함할 수 있다. 제1노즐(150)은 몰드(10)로부터 제1높이에 위치하고, 몰드(10)의 중앙 영역으로 공기를 분사한다. 제2노즐(160, 170)은 제1노즐(150)의 주변에서 제1높이보다 낮은 제2높이에 위치한다. 제2노즐(160, 170)은 몰드(10)의 가장자리영역으로 공기를 분사한다. 제1노즐(150)에서 분사된 공기(51)는 몰드(10)의 넓은 영역에 제공되고, 제2노즐(160, 170)에서 분사된 공기(52)는 몰드(10)의 좁은 영역에 제공된다.
도 9를 참조하면, 제2노즐(160, 170)은 몰드(10)의 일 면에 대해 기 설정된 각도로 기울어진 방향으로 공기(52)를 분사할 수 있다. 제2노즐(160, 170)은 제1노즐(150)로부터 소정 거리 이격된 지점에서 몰드(10)의 중앙 영역으로 소정 각도로 기울어진 방향에서 공기(52)를 분사할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1노즐(150)은 복수 개 제공될 수 있다. 제1노즐(150)은 몰드(10)의 크기에 따라 몰드(10)의 중앙 영역에 공기압이 균일하게 인가되도록 복수 개 제공되며, 기 설정된 간격으로 배치될 수 있다.
제1 및 제2 노즐(150, 160, 170)의 배치 및 공기 분사 방향은 니들 홈(11)에 조성물(20)이 채워지는 것을 용이하게 하며, 조성물(20)을 균일한 두께로 도포한다.
도 11을 참조하면, 노즐 유닛(100)은 노즐(210)과 노즐 챔버(220)를 포함한다. 노즐(210)은 내부에 공기 분사 유로가 형성된다. 노즐 챔버(220)는 저면이 개방되고 내부에 공간이 형성된다. 노즐 챔버(220)의 상단 중앙에는 노즐(210)이 결합된다. 내부 공간(221)은 몰드(10)를 수용할 수 있는 너비를 갖는다. 실시 예에 의하면, 내부 공간(221)은 하부로부터 상부로 갈수록 너비가 점차 감소하는 깔때기 형상을 갖는다.
노즐(210)에서 분사된 공기(51)는 노즐 챔버(220)의 내부 압력을 증가시킨다. 깔때기 형상의 내부 공간(221)은 증가된 내부 압력이 몰드(10)의 각 영역으로 균일하게 제공되도록 한다. 이로 인해, 조성물(20)이 니들 홈(11)에 균일하게 채워지고 균일한 두께로 도포될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노즐 유닛을 나타내는 도면이고, 도 13은 도 12의 노즐 유닛을 아래에서 바라본 사시도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 노즐 유닛(100)은 조성물(20)과 공기(51)를 공급할 수 있다. 노즐 유닛(100)은 조성물 토출 유로(231)와 제1공기 분사 유로(232)가 형성된 노즐(120)을 포함할 수 있다. 조성물 토출 유로(231)는 노즐(120)의 중앙 영역에 형성되고, 제1공기 분사 유로(232)는 조성물 토출 유로(231)의 둘레를 따라 복수 개가 서로 이격하여 형성될 수 있다. 제1공기 분사 유로(232)들은 조성물 토출 유로(231)를 중심으로 링 형상으로 배치될 수 있다.
상기 노즐(230)은 조성물 토출 유로(231)를 통해 조성물(20)을 토출하고, 제1공기 분사 유로(232)를 통해 공기(51)를 분사할 수 있다. 노즐(230)은 조성물 공급 단계(S20)에서 조성물(20)을 공급하고, 마이크로 구조체 형성 단계(S30)와 마이크로 구조체 건조 단계(S40)에서 공기(51)를 분사할 수 있다. 조성물(20)의 공급과 공기(51)의 분사는 순차적으로 진행될 수 있다. 또한, 조성물(20)의 공급과 공기(51)의 분사는 동시에 진행될 수 있다. 조성물(20)의 공급 시, 노즐(230)은 몰드(10)의 상부에 고정 위치하고, 공기(51)의 분사 시 노즐(230)는 몰드(10)의 상부에서 이동할 수 있다.
상술한 노즐(230)을 이용할 경우, 조성물 공급 단계(S20), 마이크로 구조체 형성 단계(S30), 그리고 마이크로 구조체 건조 단계(S40)가 하나의 노즐로 진행될 수 있다. 이는 조성물과 공기를 공급하는 노즐이 별도 제공되는 것보다 장치의 제조 비용이 절감되고, 노즐 교체로 인한 공정 시간 지연이 발생되지 않아 공정 시간을 단축할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 14를 참조하면, 조성물 토출 유로(231)의 토출구와 제1공기 분사 유로(232)의 분사구는 서로 상이한 높이에 위치할 수 있다. 실시 예에 의하면, 조성물 토출 유로(231)의 토출구가 제1공기 분사 유로(232)의 분사구보다 낮게 위치할 수 있다. 조성물(20)은 액상 또는 액적 상태이므로, 낮은 높이에서 토출하는 것이 안정적으로 몰드(10)에 안착될 수 있다. 반면, 공기(51)는 분사 높이에 따라 몰드(10)에 전달되는 공기압과 도달 범위가 달라지므로, 조성물 토출 유로(231)의 토출구보다 높게 위치하는 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 15를 참조하면, 제1공기 분사 유로(232)는 몰드(10)의 일 면에 대해 기 설정된 각도로 기울어진 방향으로 공기(51)를 분사할 수 있다. 제1공기 분사 유로(232)는 조성물 토출 유로(231)의 주변에서 몰드(10)의 중앙 영역을 향해 소정 각도로 기울어져 공기를 분사할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 단면도이다.
도 16을 참조하면, 노즐 유닛(100)은 노즐(230)과 노즐 챔버(240)를 포함한다. 노즐(230)에는 조성물 토출 유로(231)와 제1공기 분사 유로(232)가 형성된다. 노즐(230)은 노즐 챔버(240)와 결합한다. 노즐 챔버(240)는 도 10에서 설명한 구조와 동일하게 제공된다.
조성물 공급 단계(S20)에서, 몰드(10)가 노즐 챔버(240)의 내부 공간(241)에 놓이고, 노즐(230)의 조성물 토출 유로(231)를 통해 조성물(20)이 공급된다. 그리고 마이크로 구조체 형성 단계(S30) 및 건조 단계(S40)에서 제1공기 분사 유로(232)를 통해 공기가 공급된다.
노즐 챔버(240)는 조성물(20)의 공급 시 조성물(20)이 주변으로 튀는 것을 차단한다. 또한, 공기(51)의 분사 시 내부 압력을 높여 조성물(20)이 니들 홈(11)에 균일하게 채워지고 도포되도록 한다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 도면이고, 도 18은 도 17의 노즐의 저면을 나타내는 도면이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 노즐(250)은 몰드(10)에 대응하는 너비를 갖는다. 노즐(250)에는 조성물 토출 유로(251), 제1공기 분사 유로(252), 그리고 제2공기 분사 유로(253)가 형성된다. 조성물 토출 유로(251)와 제1공기 분사 유로(252)는 도 12 및 도 13에서 설명한 구조와 동일하게 형성된다. 제2공기 분사 유로(253)는 노즐(250)의 가장자리영역을 따라 링 형상으로 형성되며, 공기(52)를 토출한다.
실시 예에 의하면, 조성물 공급 단계(S20)에서 조성물 토출 유로(251)를 통해 조성물(20)이 토출되는 동안 제2공기 분사 유로(253)를 통해 공기(52)가 분사된다. 그리고 마이크로 구조체 형성 단계(S30) 및 마이크로 구조체 건조 단계(S40)에서, 제1공기 분사 유로(252)를 통해 공기(51)가 분사되는 동안, 제2공기 분사 유로(253)를 통해 공기(52)가 분사된다.
제2공기 분사 유로(253)에서 분사되는 공기(52)는 몰드(10)의 가장자리영역을 따라 몰드(10)의 상부 공간을 에워싸는 에어 커튼 역할을 한다. 에어 커튼(52)은 외부 공기 중에 떠다니는 이물질이 조성물(20)에 유입되는 것을 차단한다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노즐을 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 노즐(260)은 복수 개의 몰드(10) 전체를 커버할 수 있는 너비를 갖는다. 노즐(260)에는 몰드(10)에 대응하는 개수로 조성물 토출 유로(261a, 261b, 261c)가 형성된다. 그리고 각각의 조성물 토출 유로(261a, 261b, 261c)를 기준으로, 조성물 토출 유로(261a, 261b, 261c)의 주변에 제1공기 분사 유로(262a, 262b, 262c)와 제2공기 분사 유로(263a, 263b, 263c)가 형성될 수 있다. 노즐(260)은 동시에 여러 개의 몰드(10)에 조성물(20)을 토출할 수 있고, 공기(51, 52)를 토출할 수 있다. 제1공기 분사 유로(262a, 262b, 262c)에서 분사된 공기(51)는 니들 홈에 조성물(20)을 채우고, 조성물(20)을 얇게 펼친다. 제2공기 분사 유로(263a, 263b, 263c)에서 분사된 공기(52)는 에어 커튼을 형성하여 주변 이물질이 유입되는 것을 차단한다.
도 20은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노즐 유닛을 나타내는 도면이고, 도 21은 도 10에 도시한 노즐 유닛의 작동 과정을 나타내는 도면이다.
도 20을 참조하면, 노즐 유닛(100)은 노즐(270)과 게이트 밸브(280)를 포함한다.
노즐(270)은 그 내부에 제1유로(271), 제2유로(272), 그리고 토출 유로(273)가 형성된다. 제1유로(271)는 조성물(20)이 흐르는 유로이고, 제2유로(272)는 공기(51)가 흐르는 유로이다. 제1유로(271)와 제2유로(272)는 서로 분리되며, 일 지점에서 합류하여 토출 유로(273)와 연결된다. 토출 유로(273)는 제1유로(271)를 통해 공급된 조성물(20)과 제2유로(272)를 통해 공급된 공기(51)가 선택적으로 흐르며, 몰드(10) 측으로 조성물(20) 또는 공기(51)를 공급한다.
게이트 밸브(280)는 제1유로(271)와 제2유로(272)의 합류 지점에 제공되며, 조성물(20) 또는 공기(51)가 선택적으로 흐르도록 제1유로(271)와 제2유료(272)의 개폐를 제어한다. 조성물(20)이 토출되는 경우, 게이트 밸브(280)는 제1유로(271)를 열고, 제2유로(272)를 닫는다. 공기(51)가 분사되는 경우, 게이트 밸브(280)는 제2유로(272)를 열고 제1유로(271)를 닫는다.
도 21의 (A)를 참조하면, 조성물 공급 단계(S20)에서 게이트 밸브(280)는 제1유로(271)를 열고 제2유로(272)를 닫는다. 제1유로(271)를 통해 공급된 조성물(20)은 토출 유로(273)를 거쳐 몰드(10)에 공급된다.
도 21의 (B)를 참조하면, 마이크로 구조체 형성 단계(S30)와 마이크로 구조체 건조 단계(S40)에서 게이트 밸브(280)는 제1유로(271)를 닫고 제2유로(272)를 개방한다. 제2유로(272)를 통해 공급된 공기(51)는 토출 유로(273)를 거쳐 몰드(10)에 분사된다.
도 22는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노즐 유닛의 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 22를 참조하면, 게이트 밸브(280)는 중심 축을 축으로 회전 가능한 구조로, 회전 각도에 따라 제1유로(271)와 제2유로(272)를 선택적으로 개방한다. 게이트 밸브(280)는 내각이 180도보다 큰 부채꼴 형상을 가질 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 몰드
20: 조성물
30: 마이크로 구조체
51: 공기
100: 노즐 유닛
110, 120, 130, 140: 노즐 바디
150, 160, 170: 노즐
220: 노즐 챔버

Claims (15)

  1. 일 면에 니들 홈들이 형성된 몰드를 준비하는 몰드 준비 단계;
    상기 몰드의 일 면에 조성물을 공급하는 조성물 공급 단계; 및
    상기 몰드의 상부에 위치한 노즐 유닛에서 공기를 분사하고, 상기 조성물을 상기 니들 홈에 채워 마이크로 구조체를 형성하는 마이크로 구조체 형성 단계;
    상기 마이크로 구조체를 건조하는 마이크로 구조체 건조 단계; 및
    건조가 완료된 상기 마이크로 구조체를 상기 몰드로부터 분리하는 몰드 분리 단계를 포함하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 구조체 형성 단계는 상기 노즐 유닛으로부터 상기 공기를 제1압력으로 분사하고,
    상기 마이크로 구조체 건조 단계는 상기 노즐 유닛으로부터 상기 공기를 상기 제1압력보다 낮은 제2압력으로 분사하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 유닛은,
    상기 몰드로부터 제1높이에 위치한 제1노즐; 및
    상기 몰드로부터 상기 제1높이보다 낮은 제2높이에 위치하는 제2노즐을 포함하며,
    상기 마이크로 구조체 형성 단계는 상기 제1노즐로부터 상기 몰드의 중앙 영역을 향해 공기를 분사하고, 상기 제2노즐로부터 상기 몰드의 가장 자리 영역을 향해 공기를 분사하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2노즐은 복수 개가 상기 몰드의 가장 자리 영역을 따라 기 설정된 간격으로 배치되는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1노즐은 상기 몰드의 일 면에 수직하게 공기를 분사하고,
    상기 제2노즐은 상기 몰드의 일 면에 대해 기 설정된 각도로 기울어진 방향으로 공기를 분사하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 유닛은,
    상기 조성물이 흐르는 제1유로와, 상기 공기가 흐르는 제2유로, 그리고 상기 제1유로와 상기 제2유로가 만나는 토출 유로가 형성된 노즐; 및
    상기 제1유로와 상기 제2유로가 합류하는 지점에서 상기 노즐 내에 제공되며, 상기 제1유로와 상기 제2유로를 선택적으로 개폐하는 게이트 밸브를 포함하되,
    상기 조성물 공급 단계에서 상기 게이트 밸브는 상기 제1유로를 개방하고, 상기 제2유로를 닫고,
    상기 마이크로 구조체 형성 단계에서 상기 게이트 밸브는 상기 제1유로를 닫고, 상기 제2유로를 개방하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 유닛은,
    저면이 개방되고, 내부에 상기 몰드가 수용되는 공간이 형성된 노즐 챔버; 및
    상기 노즐 챔버와 결합하며, 상기 노즐 챔버 내부로 공기를 분사하는 공기 분사 유로가 형성된 노즐을 포함하되,
    상기 마이크로 구조체 형성 단계는 상기 노즐 챔버 내에 상기 몰드가 위치한 상태에서 상기 공기 분사 유로를 통해 공기를 분사하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 노즐 챔버의 내부 공간은 하부에서 상부로 갈수록 너비가 점차 감소하는 깔때기 형상을 갖는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 노즐에는 상기 조성물을 토출하는 조성물 토출 유로가 더 형성되고,
    상기 조성물 공급 단계는 상기 조성물 토출 유로를 통해 상기 조성물을 공급하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 유닛에는 상기 조성물을 토출하는 조성물 토출 유로와, 상기 공기를 토출하는 제1공기 분사 유로가 형성되며,
    상기 조성물 공급 단계는 상기 조성물 토출 유로를 통해 상기 조성물을 상기 몰드에 공급하고,
    상기 마이크로 구조체 형성 단계는 상기 제1공기 분사 유로를 통해 상기 공기를 분사하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노즐 유닛에는 상기 제1공기 분사 유로가 형성된 영역의 둘레를 따라 링 형상으로 제2공기 분사 유로가 형성되며,
    상기 조성물 공급 단계는 상기 조성물 토출 유로를 통해 상기 조성물이 토출되는 동안 상기 제2공기 분사 유로를 통해 공기를 분사하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2공기 분사 유로에서 분사되는 공기는 상기 몰드의 가장자리영역을 따라 링 형상의 에어 커튼을 형성하고,
    상기 조성물 토출 유로는 상기 에어 커튼의 내부로 상기 조성물을 토출하는 마이크로 구조체의 제조 방법.
  13. 마이크로 구조체 제조용 노즐 유닛에 있어서,
    조성물을 토출하는 조성물 토출 유로가 형성되고, 상기 조성물 토출 유로가 형성된 영역의 주변을 따라 공기를 분사하는 제1공기 분사 유로가 형성된 노즐을 포함하는 마이크로 구조체 제조용 노즐 유닛.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 노즐에는 상기 제1공기 분사 유로가 형성된 영역의 주변을 따라 공기를 분사하는 제2공기 분사 유로들이 형성된 마이크로 구조체 제조용 노즐 유닛.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 노즐 바디와 결합하고, 저면이 개방되며 내부에 몰드가 위치하는 공간이 형성된 노즐 챔버를 더 포함하되,
    상기 노즐 챔버의 내부 공간은 하부에서 상부로 갈수록 너비가 점차 감소하는 깔때기 형상을 갖는 마이크로 구조체 제조용 노즐 유닛.
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