WO2010107204A2 - 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치 - Google Patents

나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치 Download PDF

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WO2010107204A2
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chamber
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안강호
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(주)에이치시티
권용택
최정석
윤진욱
전기수
조재호
이재성
유일재
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    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors

Definitions

  • the present invention relates to an exposure chamber apparatus for evaluating nanoparticle inhalation toxicity. More specifically, the inlet and outlet of the exposure chamber device formed so that the experimental animal is exposed to the nanoparticles have a relatively large area, so that a uniform and uniform air flow is generated in the entire area inside the suction chamber. The concentration distribution of nanoparticles is uniformly formed in the entire space inside the suction chamber, so that the nanoparticles are evenly exposed to the experimental animals put in the suction chamber, thereby improving the reliability of the nanoparticle suction toxicity evaluation test. It is about.
  • the 21st century could be called the nano era, and these nano technologies can be broadly classified into nanomaterials, nanodevices, and environmental and biotechnology-based technologies according to their applications.
  • nanotechnology refers to a technology for creating and manipulating nanometer-level objects, where nanometer means 1 billionth of a meter, that is, about 80,000th of the thickness of hair. This corresponds to the extent of 10 hydrogen atoms side by side.
  • nanotechnology offers many benefits and benefits that can be recognized as a new technological revolution throughout the industry, it is also well known that there are potential risks. This is due to the nature of nanotechnology.
  • some nanoparticles such as titanium dioxide, carbon powder, diesel particles, etc. It has already been found in academic experiments that the smaller the size, the stronger the toxicity.
  • ultra-fine nanoparticles can be embedded in the alveoli or migrate to the brain without being trapped by the airways or mucous membranes.
  • recent studies have reported that the accumulation of nanoparticles in the body causes diseases or central nervous system disorders. .
  • nanoparticle inhalation toxicity evaluation tests that evaluate the toxicity generated when nanoparticles are inhaled and accumulated in the human body have various experiments. Animals are being studied. The human hazard data obtained through the nanoparticle inhalation toxicity assessment test is used as various basic data on nanoparticles throughout the industry such as nanofibers, cosmetics, semiconductors, and drug carriers.
  • nanoparticle inhalation toxicity evaluation tests are performed by placing an experimental animal in a certain laboratory space, supplying a certain amount of nanoparticles within the laboratory space, and evaluating the harmfulness of the nanoparticles to the laboratory animal.
  • the device that configures the test space to expose the test animal to the nanoparticles is called an exposure chamber device.
  • This exposure chamber device is a very important device for determining the accuracy of the basic data obtained through the nanoparticle inhalation toxicity evaluation test.
  • the exposure chamber device should be designed so that the exposure conditions to which the experimental animals are exposed to the nanoparticles are kept uniform at all times. That is, the air volume and the wind speed should be kept constant in the space into which the experimental animal is placed in the exposure chamber device, and in particular, the concentration distribution of the exposed nanoparticles should be uniformly formed in the entire space.
  • the conventional exposure chamber apparatus according to the prior art is configured by spraying nanoparticles in a space, so that the air flow is uneven and the nanoparticles are concentrated only in a specific area, so that the concentration distribution of the nanoparticles in the entire space cannot be uniformly formed. There was a problem, and accordingly there was a problem that the harmfulness evaluation of nanoparticles by the nanoparticle inhalation toxicity evaluation test was not accurate.
  • the present invention has been invented to solve the problems caused by the prior art, in which the same amount of air flow rate and wind speed are generated in the suction chamber inside the exposure chamber device formed so that the experimental animal is exposed to the nanoparticles, and also in the entire space of the suction chamber. It is an object of the present invention to provide an exposure chamber apparatus capable of improving the reliability of nanoparticle inhalation toxicity evaluation test by allowing nanoparticles to have an even concentration distribution.
  • the exposure chamber device for evaluating the inhalation toxicity of nanoparticles for exposing the injected experimental animals to the nanoparticles is provided with a suction chamber in the inner space for the experimental animals to be introduced and air is introduced into the suction chamber on one side.
  • Inlet is formed so that the other side is formed in the outlet so that the air flows out from the suction chamber
  • an air filter mounted on the inlet to filter the air flowing into the suction chamber through the inlet, and to supply the nanoparticles to the suction chamber
  • the inlet may be formed in a form in which the upper surface of the case is fully open
  • the outlet may be formed in a form in which the lower surface of the case is fully open.
  • the inlet may be formed in the form of a plurality of through holes evenly distributed on the upper surface of the case.
  • a plurality of particle supply nozzles may be formed in the particle supply pipe so that nano particles are diffused and discharged.
  • the particle supply pipe may be provided in plurality to be arranged in a line in a direction perpendicular to the direction of the air flow in the suction chamber.
  • a plurality of support rods may be arranged in a line at the outlet so that a test animal can be placed therein.
  • the support rod is a hollow cylindrical one side may be formed with a spray nozzle for injecting air or water toward the exhaust unit.
  • a diffusion plate may be disposed on the downstream side of the particle supply pipe along the air flow direction in the suction chamber so that the nanoparticles supplied from the particle supply pipe may be diffused and distributed in the suction chamber.
  • the exhaust unit is connected to the outlet and the exhaust pipe is formed in the form of the cross-sectional area of the inner space gradually decreases along the air flow direction in the suction chamber;
  • a dropping tank formed in communication with the exhaust box at an end of the exhaust box so that the excrement of the experimental animal accumulated in the exhaust box can be introduced;
  • An exhaust pipe mounted on one side of the dropping container in communication with the dropping container; And it may be configured to include an exhaust fan coupled to one end of the exhaust pipe to suck air.
  • the inlet and the outlet of the exposure chamber apparatus are formed to have a relatively large area so that uniform and uniform air flow is generated in the entire area inside the suction chamber, and the nanoparticles supplied into the suction chamber through the air flow. Is more smoothly diffused, so that the concentration distribution of nanoparticles is uniformly formed in the entire space inside the suction chamber.
  • the concentration distribution of nanoparticles is uniformly formed in the entire space inside the suction chamber, so that the degree of exposure of the experimental animal to the nanoparticles can be maintained accurately according to the conditions, thereby improving the reliability of the nanoparticle inhalation toxicity evaluation test. It works.
  • the point where the nanoparticles are supplied increases, so that the even diffusion of the nanoparticles is faster and more effective. There is an effect going on.
  • the exhaust unit is connected to the outlet of the exposure chamber apparatus and the exhaust unit is configured to allow the excretion of the experimental animal to be discharged, there is an effect of preventing contamination inside the suction chamber by the excreta of the experimental animal.
  • FIG. 1 is a flow chart conceptually showing a schematic configuration of a nanoparticle inhalation toxicity evaluation system using an exposure chamber apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view schematically showing the configuration of the exposure chamber apparatus for nanoparticle inhalation toxicity evaluation according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a perspective view schematically showing the configuration of the exposure chamber apparatus for nanoparticle inhalation toxicity evaluation according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of FIG. 2;
  • FIG. 5 and 6 are an exploded perspective view of Figure 2 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line “A-A” of FIG. 2.
  • FIG. 1 is a flow chart conceptually showing a schematic configuration of a nanoparticle inhalation toxicity evaluation system using an exposure chamber apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • an experimental animal is introduced into the exposure chamber apparatus 60, 60 ′, 60 ′′ and nanoparticles are added thereto.
  • the hazards of nanoparticles are assessed by feeding them over a period of time to determine the health of the experimental animals.
  • MFC mass flow controller
  • nanoparticles are produced in the form of an aerosol, and the nanoparticles are supplied to the exposure chamber apparatus 60, 60 ', 60 "with clean air passing through the filter 40.
  • the particle generator ( The aerosol-type nanoparticles produced in 20) are partially supplied to the first and second dilutors 30 and 30 ', which are separately provided in the first and second diluents 30 and 30', respectively.
  • a mass flow meter 10 Through a mass flow meter 10, a certain amount of clean air is introduced and the concentration of nanoparticles is diluted.
  • the high concentration nanoparticles generated by the particle generator 20 are supplied with clean air passing through the filter 40 to the high concentration exposure chamber device 60 ′′, and the medium concentration exposure is performed.
  • the chamber device 60 ′ is supplied with medium nanoparticles having passed through the first dilution device 30 together with the clean air that has passed through the filter 40, and the second dilution device is exposed to the low concentration exposure chamber device 60.
  • the low concentration of nanoparticles having passed through 30 ' is supplied together with the clean air that has passed through the filter 40.
  • the clean air that has passed through the filter 40 is exposed to the exposure chamber apparatus 50 to which no nanoparticles are supplied. Is supplied.
  • the exposure chamber device 50, 60, 60 ', 60 "is equipped with a separate exhaust device 70 is configured to continuously circulate the nanoparticles and air.
  • each of the exposure chamber device (50, 60, 60 ', 60 ") is connected to the particle measuring device 80 so that the concentration of nanoparticles can be monitored, each exposure chamber device measured by the particle measuring device 80
  • the nanoparticle concentration of (50, 60, 60 ', 60 ") is transmitted to the computer terminal 90 and output to the user.
  • the particle size measuring unit 80 may be a particle measuring device of various methods, in general, a scanning mobility particle size (SMPS) may be mainly used.
  • SMPS scanning mobility particle size
  • a test animal is introduced into each exposure chamber device 50, 60, 60 ', 60 ", and the nanoparticle concentration of the exposure chamber device 50, 60, 60', 60” is maintained and exposed.
  • Hazard assessment of nanoparticles may be performed in various ways by determining whether the laboratory animals 50, 60, 60 ', 60 "are toxic.
  • the exposure chamber apparatus is an exposure chamber apparatus used in the nanoparticle inhalation toxicity evaluation system, and the air volume and the wind speed are uniformly formed in the entire space into which the test animal is introduced, and the concentration distribution of the nanoparticles is The uniformly formed device further improves the reliability of nanoparticle inhalation toxicity assessment.
  • Figure 2 is a perspective view schematically showing the configuration of the exposure chamber apparatus for nanoparticle inhalation toxicity evaluation according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a nanoparticle inhalation toxicity evaluation according to another embodiment of the present invention
  • 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the chamber apparatus
  • Figure 4 is an exploded perspective view of Figure 2
  • Figures 5 and 6 is an exploded perspective view of Figure 2 according to another embodiment of the present invention
  • Figure 7 It is sectional drawing taken along the "AA" line of FIG.
  • the case 100 is formed with a suction chamber 110 so that the experimental animal is introduced, and the particle supply pipe for supplying nanoparticles to the suction chamber 110 200, an air filter 300 through which air introduced into the suction chamber 110 passes, and an exhaust unit 600 that sucks air.
  • the diffusion plate 400 may be further provided for diffusion of the nanoparticles supplied through the particle supply pipe 200.
  • the case 100 may be formed in a rectangular parallelepiped shape having a space formed therein, and the suction space 110 may be formed so that the experimental animal T may be injected and exposed to the nanoparticles.
  • the inlets 120 and the outlets 130 are formed on the upper and lower surfaces of the case 100, for example, on two opposite surfaces, respectively, based on FIGS. 2 and 4. That is, the inlet 120 is formed in the upper surface so that the air is introduced into the suction chamber 110, and the outlet 130 is formed in the lower surface so that the air flows out from the suction chamber 110, all four sides are closed It is formed in the form. As shown in FIGS.
  • the four side surfaces are preferably formed with a transparent window 140 at the center thereof so that the internal suction chamber 110 can be visually observed from the outside, and the transparent window 140 is visible.
  • Silver may be made of a material such as acrylic plate or glass.
  • the shape of the case 100 is illustrated as a rectangular parallelepiped in FIGS. 2 to 6, the shape of the case 100 may be formed in various forms having an internal space such as, but not limited to, a cylindrical shape.
  • the inlet 120 and the outlet 130 may be formed in a form in which the upper surface and the lower surface of the case 100, respectively, as shown in FIG. That is, the case 100 may be formed in the shape of a hollow square pillar with both ends in the longitudinal direction open. However, the inlet 120 and the outlet 130 are not formed in such a manner that the upper and lower surfaces of the case 100 are entirely open, and as shown in FIGS. 5 and 6, the upper part of the case 100 is provided.
  • the inlet 120 and outlet 130 may be formed in the form of a through hole penetrating a portion of the surface and the bottom surface, in this case inlet 120 and outlet 130 according to an embodiment of the present invention the upper surface and the lower surface of the case 100 Except only the edge portion of the is preferably formed as wide as possible in the remainder.
  • the outlet 130 may be formed in a form in which all of the case lower surface is open, the inlet 120 may be formed in the form of four through holes evenly, as shown in FIG.
  • the shape of the filter 300 may also be separated into four to correspond to the shape of the inlet.
  • the inlet 120 may be formed in the form of a plurality of through-holes evenly distributed over the entire area on the upper surface of the case 100. will be.
  • the inlet 120 and the outlet 130 According to the shape of the inlet 120 and the outlet 130, a more uniform distribution of the air flow can be induced in all sections of the suction chamber 110, and thus, the nanoparticles supplied to the suction chamber 110 ( The concentration distribution of P) may be kept more uniform.
  • Particle supply pipe 200 is formed in the form of a pipe connected to the particle generator 20 is formed to supply the nanoparticles (P) generated from the particle generator 20 into the suction chamber (110). Therefore, the particle supply pipe 200 is preferably disposed at a position adjacent to the inlet 120 so that the concentration distribution of the nanoparticles P in the suction chamber 110 can be uniformly formed. That is, the nanoparticles P supplied through the particle supply pipe 200 are adjacent to the inlet 120 so that the nanoparticles P are evenly distributed in the suction chamber 110 through the air flow in the suction chamber 110 from the inlet 120 side. It is preferable that the arrangement.
  • the particle supply pipe 200 may be mounted in such a way that both ends are coupled to both sides of the case 100 in the form of a pipe, and the particle supply nozzle 210 through which the nanoparticles P are discharged may be formed in the particle supply pipe 200.
  • a plurality may be formed at regular intervals along the longitudinal direction.
  • the particle supply pipe 200 formed as described above may be provided in plural so as to be arranged in a line perpendicular to the air flow direction of the suction chamber 110 as shown in FIG. 4.
  • each particle supply pipe 200 is formed with a plurality of particle supply nozzles 210, as shown in FIG. 4, a large area of the suction chamber 110 through the plurality of particle supply nozzles 210.
  • the nanoparticles (P) is evenly supplied to the more uniform concentration distribution of nanoparticles in the suction chamber 110 can be formed.
  • the particle supply nozzle 210 is formed to have a relatively low discharge pressure by a simple discharge method rather than a high-pressure injection of the nanoparticles (P) is formed so that there is no specific direction of movement in the nanoparticles (P) It is desirable to be.
  • the air filter 300 is mounted to the inlet 120 of the case 100 so that all air introduced into the suction chamber 110 through the inlet 120 is filtered. Therefore, all the air flowing into the suction chamber 110 is introduced into the filtered state through the air filter 300 and the nanoparticles in the suction chamber 110 only by the nanoparticles P supplied through the particle supply pipe 200.
  • the particle concentration is configured to be adjusted.
  • the air filter 300 may reduce the flow of air introduced into the suction chamber 110 to simultaneously perform a function of generating a more stable and uniform flow of air in the suction chamber 110. Therefore, as the area of the inlet 120 and the air filter 300 increases, the flow of air in the suction chamber 110 may be generated more stably and uniformly in a wider area.
  • the shape of the air filter 300 is structurally formed to correspond to the shape of the inlet 120, as shown in FIG. 2, when the inlet 120 is formed in one wide, the air filter 300 is also formed in one wide, As shown in FIG. 3, when the inlet 120 is separated into two, the air filter 300 may also be separately formed into two. Unlike this, the shape and quantity of the air filter 300 may be changed in various ways, and may be changed and applied in various ways according to the needs of the user or the conditions of the test environment. For example, even when the inlet 120 is formed in the form of a plurality of through holes as shown in FIG.
  • the air filter 300 may be applied as a single body that can cover all the upper surfaces of the case, or When the inlet 120 is formed in the form of four divided through holes as shown in FIG. 6, the air filter 300 may be applied in four separate types accordingly.
  • the air filter 300 according to an embodiment of the present invention is preferably applied as a type of excellent filtering performance, for example, it is preferable that a hepa filter that can filter the nanometer level particles.
  • Exhaust unit 600 is connected to the outlet 130 of the case 100 is configured to suck the air, accordingly, the flow of air from the inlet 120 to the outlet 130 in the suction chamber 110 Is generated.
  • the exhaust unit 600 may be configured in various forms such that the air flow is generated to the outlet 130 side of the case 100, the exhaust unit 600 according to an embodiment of the present invention is 2 to 6 As shown in the exhaust pipe 610, excrement tank 620, exhaust pipe 630 and the exhaust fan 640 is configured to include.
  • the exhaust pipe 610 is connected to the outlet 130 and is mounted to be inclined so that the cross-sectional area of the inner space gradually decreases toward the end along the air flow direction so that the air flows smoothly along the exhaust pipe 610 and the experimental animal Excretion E of (T) is formed to be smoothly discharged.
  • the excrement container 620 is formed in communication with the exhaust cylinder 610 at the end of the exhaust cylinder 610 is formed so that the excrement (E) of the experimental animal (T) can be introduced, the excrement (E) to the lower end
  • An outlet 621 may be formed to be discharged.
  • Exhaust pipe 630 is formed in communication with the excrement container 620 on one side of the excrement container 620, the exhaust fan 640 may be coupled to the end of the exhaust pipe 630 to suck the air. Therefore, as the exhaust fan 640 operates, the air flow of the suction chamber 110 is generated from the inlet 120 to the outlet 130, and the exhaust pipe 610 and the excrement container 620 through the outlet 130. It proceeds to the exhaust pipe 630 via.
  • the configuration of the exhaust unit 600 may be composed of only the exhaust pipe 630 and the exhaust fan 640 directly connected to the outlet 130, the exhaust pipe 610 and the excrement container 620 also variously It will be changeable.
  • the exhaust unit 600 operates, negative pressure is generated and air is supplied from the outside through the inlet port 120. Inflow and exit to the exhaust unit 600 through the outlet 130, the nanoparticles (P) is supplied into the suction chamber 110 through the particle supply pipe 200 is uniform in the suction chamber 110 along the air flow Will flow in a distribution.
  • the inlet 120 and the outlet 130 of the case 100 are formed to have a relatively large area, the entire area inside the suction chamber 110 is equally distributed from the inlet 120 to the outlet 130.
  • One air flow is generated, and the nanoparticles P discharged into the suction chamber 110 through the particle supply pipe 200 are not ejected to have a certain direction of movement unlike the prior art, and are simply discharged without a direction of movement. Discharged. Therefore, the nanoparticles P discharged as described above are uniformly spread and flowed along the uniform air flow in the entire region generated in the suction chamber 110.
  • the uniform air flow in the suction chamber 110 is more stably progressed by the flow buffering effect by the air filter 300 mounted on the inlet 120 of the case 100 to diffuse the nanoparticles P.
  • This is going to be more active.
  • a plurality of particle supply nozzles 210 through which the nanoparticles P are supplied are formed in the particle supply pipe 200, and a plurality of points at which the nanoparticles P are supplied are formed. Even diffusion can be more effective.
  • the concentration distribution of the nanoparticles P is uniformly formed in the entire space inside the suction chamber 110, and the air volume and the wind speed are uniformly formed in the entire space.
  • the exposure conditions of the nanoparticles P to the experimental animal T injected into the suction chamber 110 can be maintained accurately, thereby improving the reliability of the nanoparticle inhalation toxicity evaluation test.
  • the suction chamber 110 may have a separate diffusion plate (as shown in FIGS. 4, 5, and 6). 400 may be further provided.
  • the diffusion plate 400 is a form in which fine through-holes are formed evenly over the entire area.
  • the diffusion plate 400 may be applied in a form in which a plurality of meshes are stacked.
  • the downstream side of the particle supply pipe 200 along the air flow direction in the chamber 110 is preferably disposed adjacent to the particle supply pipe 200. Therefore, as shown in FIG. 7, the nanoparticles P supplied from the particle supply pipe 200 may be further diffused through the diffusion plate 400 to flow in a more even distribution inside the suction chamber 110. will be.
  • the outlet 130 of the case 100 is preferably formed in a wide shape in the lower surface of the case 100, as described above, the outlet 130, the experimental animal (T) in the suction chamber (
  • a plurality of support rods 500 may be arranged in a line so as to be spaced apart from each other so as to be seated in the 110.
  • the support rod 500 is preferably formed in the shape of a circular pipe so that resistance to air flow in the suction chamber 110 can be minimized.
  • the support rod 500 may be separately formed with a spray nozzle 510 for injecting air toward the exhaust unit 600 according to an embodiment of the present invention.
  • the injection nozzle 510 is formed to inject air toward the exhaust cylinder 610 of the exhaust unit 600, the excrement E of the experimental animal (T) accumulated in the exhaust cylinder 610 through this air injection is excrement May be discharged into the barrel 620. Therefore, it is more effective for cleaning the excrement E that the injection nozzle 510 is positioned so that air is injected along the inclined surface of the exhaust cylinder 610 at both ends of the support bar 500.
  • the excrement (E) discharged in this way is to be stored in the excrement container 620 connected to the end of the exhaust container 610 or to be discharged to the outside through the discharge port 621 formed at the lower end in the excrement container 620. Can be.

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Abstract

본 발명은 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치에 관한 것으로, 실험 동물이 나노 입자에 노출되도록 형성된 노출 챔버 장치의 유입구 및 유출구를 상대적으로 면적이 넓게 형성하여 흡입 챔버 내부의 전체 영역에서 균일하고 균등한 공기 흐름이 발생되고, 이러한 공기 흐름을 통해 흡입 챔버 내부로 공급되는 나노 입자가 더욱 원활하게 확산되어 흡입 챔버 내부의 전체 공간에 나노 입자의 농도 분포가 균등하게 형성되며, 이에 따라 실험 동물이 나노 입자에 노출되는 정도가 조건에 따라 정확하게 유지되어 나노 입자 흡입 독성 평가 시험의 신뢰도가 향상되는 노출 챔버 장치를 제공한다.

Description

나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치
본 발명은 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 실험 동물이 나노 입자에 노출되도록 형성된 노출 챔버 장치의 유입구 및 유출구를 상대적으로 면적이 넓게 형성하여 흡입 챔버 내부의 전체 영역에서 균일하고 균등한 공기 흐름이 발생되고, 이러한 공기 흐름을 통해 흡입 챔버 내부의 전체 공간에 나노 입자의 농도 분포가 균등하게 형성되며, 이에 따라 흡입 챔버 내부에 투입된 실험 동물에게 나노 입자가 균등하게 노출되어 나노 입자 흡입 독성 평가 시험의 신뢰도가 향상되는 노출 챔버 장치에 관한 것이다.
20세기가 마이크로로 대별되는 시대였다면 21세기는 나노시대라 할 수 있는 것으로, 이러한 나노기술은 그 응용분야에 따라 나노소재와 나노소자, 그리고 환경 및 생명공학 기반기술 등으로 크게 분류할 수 있다.
여기서, 나노기술은 나노미터 수준의 물체들을 만들고 조작하는 기술을 통칭하는 것으로, 이때, 나노미터라 함은 10억 분의 1m, 즉, 머리카락 굵기의 약 8만 분의 1 정도 크기를 의미하며, 이는 수소 원자 10개를 나란히 늘어놓은 정도에 해당된다.
이러한 나노기술은 원자나 분자단위의 극미세 물질을 인위적으로 조작하여 새로운 성질과 기능을 갖는 물질이나 장치를 만드는 것으로, 이는 오늘날 정보기술(Information Technology : IT) 및 기타 생명공학기술(bio technology : BT)을 실현시키기 위한 하나의 최첨단 기술로 추앙받고 있는 실정이다.
하지만, 나노기술은 산업분야 전반에 걸쳐 새로운 기술혁명이라 인식될 정도로 많은 이로움과 유익함을 제공하는 것이기는 하나, 그 반면에 잠재적 위험성을 지니고 있는 것 또한 주지의 사실인 바, 이러한 잠재적 위험성은 바로 나노기술의 특성에 기인한다고 볼 수 있다.
즉, 작은 입자일수록 비표면적비는 넓어지고, 이와 같이 비표면적비가 넓어진 작은 입자는 생체조직과 반응시 독성이 증가하게 되는데, 그 일 예로서 이산화티타늄, 탄소분말, 디젤입자 등과 같은 몇 가지 나노입자는 크기가 줄어들수록 염증을 유발하는 등 독성이 강해진다는 것이 그동안의 학문적 실험을 통해 이미 밝혀진 사실이다.
또한, 초미세 나노입자는 기도나 점막에 걸러지지 않고 폐포 깊숙이 박히거나 뇌로 이동할 수도 있고, 더욱이 최근 여러 연구에 의하면 나노입자가 체내에 축적될 경우 질병이나 중추신경 장애를 일으킨다는 이론들이 보고되고 있다.
따라서, 최근에는 나노 기술의 발전과 함께 나노 기술에 대한 안정성 평가 또한 활발히 진행되고 있는데, 대표적으로 나노 입자가 인체에 흡입 축적되는 경우에 발생하는 독성에 대해 평가하는 나노 입자 흡입 독성 평가 시험이 다양한 실험 동물들을 상대로 연구되고 있다. 이러한 나노 입자 흡입 독성 평가 시험을 통해 얻어진 인체 유해성 자료들은 나노 섬유, 화장품, 반도체, 약물 전달체 등 산업 전반에 걸쳐 나노 입자에 대한 다양한 기초 자료로 활용되고 있다.
나노 입자 흡입 독성 평가 시험은 일반적으로 일정한 실험 공간 내에 실험 동물을 투입하고, 이 실험 공간 내에 일정 기간 동안 일정량의 나노 입자를 공급해주며 실험 동물에 대한 나노 입자의 유해성을 평가하는 방식으로 진행되는데, 이와 같이 실험 동물이 나노 입자에 노출되도록 실험 공간을 구성하는 장치를 노출 챔버 장치라고 한다.
이러한 노출 챔버 장치는 나노 입자 흡입 독성 평가 시험을 통해 얻어진 기초 자료에 대한 정확성을 판가름하는 매우 중요한 장치로서, 실험 동물이 나노 입자에 노출되는 노출 조건이 항상 균일하게 유지되도록 설계되어야 한다. 즉, 노출 챔버 장치 내에 실험 동물이 투입되는 공간에는 풍량 및 풍속이 일정하게 유지되어야 하고, 특히 노출되는 나노 입자의 농도 분포가 전체 공간 내에서 모두 균일하게 형성되어야 한다. 그러나 종래 기술에 의한 일반적인 노출 챔버 장치는 공간 내에 나노 입자를 분사하는 방식으로 구성되어 공기 흐름이 불균일하고 또한 나노 입자가 특정 영역에만 집중되어 전체 공간 내에서 나노 입자의 농도 분포가 균일하게 형성되지 못하는 문제가 있었으며, 이에 따라 나노 입자 흡입 독성 평가 시험에 의한 나노 입자의 유해성 평가가 정확하지 못하다는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 실험 동물이 나노 입자에 노출되도록 형성된 노출 챔버 장치 내부의 흡입 챔버에 균등한 풍량 및 풍속이 발생되도록 하고 또한 흡입 챔버의 전체 공간에서 나노 입자가 균등한 농도 분포를 갖도록 하여 나노 입자 흡입 독성 평가 시험에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 노출 챔버 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른, 투입된 실험 동물이 나노 입자에 노출되도록 하는 나노 입자의 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치는 실험 동물이 투입될 수 있도록 내부 공간에 흡입 챔버가 형성되고 일측면에는 흡입 챔버로 공기가 유입되도록 유입구가 형성되고 타측면에는 흡입 챔버로부터 공기가 유출되도록 유출구가 형성되는 케이스와, 유입구에 장착되어 유입구를 통해 흡입 챔버로 유입되는 공기를 필터링하는 에어 필터와, 흡입 챔버에 나노 입자를 공급하는 입자 공급관과, 흡입 챔버 내에서 유입구로부터 유출구로 공기 흐름이 발생되도록 케이스의 유출구에 연결되게 장착되어 공기를 흡입하는 배기 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 유입구는 상기 케이스의 상부면이 전체 개방된 형태로 형성되고, 상기 유출구는 상기 케이스의 하부면이 전체 개방된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구는 상기 케이스의 상부면에 고르게 분포되는 다수개의 관통홀의 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 입자 공급관에는 나노 입자가 확산 배출되도록 입자 공급 노즐이 다수개 형성될 수 있다.
또한, 상기 입자 공급관은 상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향에 대한 직각 방향을 따라 일렬 배치되도록 다수개 구비될 수 있다.
또한, 상기 유출구에는 실험 동물이 투입되어 안착될 수 있도록 다수개의 지지봉이 일렬 배치될 수 있다.
또한, 상기 지지봉은 중공의 원통형으로 일측에는 상기 배기 유닛을 향해 공기 또는 물을 분사하는 분사 노즐이 형성될 수 있다.
또한, 상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향을 따라 상기 입자 공급관의 하류측에는 상기 입자 공급관으로부터 공급되는 나노 입자가 상기 흡입 챔버 내에 확산 분포될 수 있도록 확산판이 배치될 수 있다.
또한, 상기 배기 유닛은 상기 유출구에 연결 장착되며 상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향을 따라 내부 공간의 단면적이 점점 감소하는 형태로 형성되는 배기통; 상기 배기통에 축적된 실험 동물의 배설물이 유입될 수 있도록 상기 배기통의 끝단부에 상기 배기통과 연통되게 형성되는 배설물통; 상기 배설물통의 일측에 상기 배설물통과 연통되게 장착되는 배기 파이프; 및 상기 배기 파이프의 일단에 결합되어 공기를 흡입하는 배기팬을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 노출 챔버 장치의 유입구 및 유출구를 상대적으로 면적이 넓게 형성하여 흡입 챔버 내부의 전체 영역에서 균일하고 균등한 공기 흐름이 발생되고, 이러한 공기 흐름을 통해 흡입 챔버 내부로 공급되는 나노 입자가 더욱 원활하게 확산되어 흡입 챔버 내부의 전체 공간에 나노 입자의 농도 분포가 균등하게 형성되는 효과가 있다.
또한, 흡입 챔버 내부의 전체 공간에 나노 입자의 농도 분포가 균등하게 형성되어 실험 동물이 나노 입자에 노출되는 정도가 조건에 따라 정확하게 유지될 수 있고 이에 따라 나노 입자 흡입 독성 평가 시험의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 노출 챔버 장치의 유입구에 에어 필터를 장착하여 흡입 챔버 내부로 유입되는 공기를 필터링함과 동시에 공기의 유입 속도에 대한 완충 효과가 발생되도록 함으로써, 흡입 챔버 내부에서의 공기 흐름이 더욱 균등하게 형성되는 효과가 있다.
또한, 나노 입자를 흡입 챔버 내부에 공급하는 입자 공급관에 입자 공급 노즐을 다수개 형성함과 동시에 입자 공급관을 다수개 장착함으로써, 나노 입자를 공급하는 지점이 증가하여 나노 입자의 균등 확산이 더욱 빠르고 효과적으로 진행되는 효과가 있다.
또한, 노출 챔버 장치의 유출구에는 배기 유닛이 연결 장착되고 배기 유닛이 실험 동물의 배설물이 배출될 수 있도록 구성됨으로써, 실험 동물의 배설물에 의한 흡입 챔버 내부의 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 챔버 장치를 이용한 나노 입자 흡입 독성 평가 시스템의 개략적인 구성을 개념적으로 도시한 동작흐름도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 4는 도 2에 대한 분해사시도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 도 2에 대한 분해사시도,
도 7은 도 2의 "A-A"선을 따라 취한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 챔버 장치를 이용한 나노 입자 흡입 독성 평가 시스템의 개략적인 구성을 개념적으로 도시한 동작흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노출 챔버 장치를 이용한 나노 입자 흡입 독성 평가 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 노출 챔버 장치(60,60',60")에 실험 동물을 투입하고 여기에 나노 입자를 일정 기간 동안 공급하여 실험 동물의 건강 상태를 파악하는 방식으로 나노 입자의 유해성을 평가한다.
먼저, 노출 챔버 장치(50,60,60',60")는 4개 구비될 수 있는데, 그 중 하나는 비교를 위한 것으로 나노 입자가 공급되지 않는 정상 상태 조건을 유지하는 노출 챔버 장치(50)이고, 나머지 3개의 노출 챔버 장치(60,60',60")는 각각 공급되는 나노 입자의 농도가 저농도, 중농도 및 고농도로 3가지 유형으로 형성될 수 있다. 이러한 노출 챔버 장치에 나노 입자가 공급되는 구성을 살펴보면, 먼저 에어 컴퓨레셔(Air Compressor, 미도시) 및 헤파 필터(HEPA Filter, 미도시) 등을 통과한 깨끗한 공기가 질량 유량계(MFC:Mass Flow Controller, 10)를 통해 일정량 입자 발생기(Atomizer, 20)로 공급된다. 입자 발생기(20)에서는 에어로졸 형태로 나노 입자가 생성되어 이러한 나노 입자가 필터(40)를 통과한 깨끗한 공기와 함께 노출 챔버 장치(60,60',60")로 공급된다. 이때, 입자 발생기(20)에서 생성된 에어로졸 형태의 나노 입자는 일부가 순차적으로 제 1 및 제 2 희석장치(Dilutor, 30,30')로 공급되는데, 제 1 및 제 2 희석장치(30,30')에서는 각각 별도의 질량 유량계(10)를 통해 일정량의 깨끗한 공기가 유입되며 나노 입자의 농도가 희석된다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 고농도의 노출 챔버 장치(60")에는 입자 발생기(20)에서 생성된 고농도의 나노 입자가 필터(40)를 통과한 깨끗한 공기와 함께 공급되고, 중농도의 노출 챔버 장치(60')에는 제 1 희석장치(30)를 통과한 중농도의 나노 입자가 필터(40)를 통과한 깨끗한 공기와 함께 공급되며, 저농도의 노출 챔버 장치(60)에는 제 2 희석장치(30')를 통과한 저농도의 나노 입자가 필터(40)를 통과한 깨끗한 공기와 함께 공급된다. 또한, 나노 입자가 공급되지 않는 노출 챔버 장치(50)에는 필터(40)를 통과한 깨끗한 공기만 공급된다. 이러한 노출 챔버 장치(50,60,60',60")에는 별도의 배기 장치(70)가 장착되어 나노 입자 및 공기의 순환이 계속적으로 이루어지도록 구성된다.
이때, 각각의 노출 챔버 장치(50,60,60',60")에는 나노 입자의 농도가 모니터링될 수 있도록 입자 측정기(80)가 연결되고, 입자 측정기(80)에 의해 측정된 각 노출 챔버 장치(50,60,60',60")의 나노 입자 농도는 컴퓨터 단말기(90)로 전송되어 사용자에게 출력된다. 이때, 입자 측정기(80)는 다양한 방식의 입자 측정기가 사용될 수 있는데, 일반적으로 주사이동입자측정기(SMPS: Scanning Mobility Particle Sizer)가 주로 사용될 수 있을 것이다.
이러한 구성에 따라 각 노출 챔버 장치(50,60,60',60")에 실험 동물이 투입되고 노출 챔버 장치(50,60,60',60")의 나노 입자 농도가 유지 관리되어 이를 통해 노출 챔버 장치(50,60,60',60")에 투입된 실험 동물의 독성 상태 여부를 파악하는 방식으로 나노 입자에 대한 유해성 평가가 다양하게 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노출 챔버 장치는 이러한 나노 입자 흡입 독성 평가 시스템에 사용되는 노출 챔버 장치로서, 실험 동물이 투입되는 전체 공간에서 풍량 및 풍속이 균일하게 형성되고 또한 나노 입자의 농도 분포가 균일하게 형성되어 나노 입자 흡입 독성 평가에 대한 신뢰성을 더욱 향상시키는 장치이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 2에 대한 분해사시도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 도 2에 대한 분해사시도이고, 도 7은 도 2의 "A-A"선을 따라 취한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 노출 챔버 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 실험 동물이 투입되도록 흡입 챔버(110)가 형성된 케이스(100)와, 흡입 챔버(110)에 나노 입자를 공급하는 입자 공급관(200)과, 흡입 챔버(110)로 유입되는 공기가 통과하는 에어 필터(300)와, 공기를 흡입하는 배기 유닛(600)을 포함하여 구성된다. 또한, 입자 공급관(200)을 통해 공급되는 나노 입자의 확산을 위해 확산판(400)이 더 구비될 수 있다.
케이스(100)는 내부에 공간이 형성된 직육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 내부 공간은 실험 동물(T)이 투입되어 나노 입자에 노출될 수 있도록 흡입 챔버(110)가 형성된다. 이때, 케이스(100)의 서로 대향하는 2개의 면에는 예를 들어 도 2 및 도 4를 기준으로 상부면과 하부면에는 유입구(120) 및 유출구(130)가 각각 형성된다. 즉, 상부면에는 흡입 챔버(110)로 공기가 유입되도록 유입구(120)가 형성되고 하부면에는 흡입 챔버(110)로부터 공기가 유출되도록 유출구(130)가 형성되며, 4개의 측면은 모두 폐쇄된 형태로 형성된다. 이러한 4개의 측면은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 중앙부에 투명창(140)이 형성되어 외부로부터 내부 흡입 챔버(110)가 육안으로 관찰 가능하게 형성되는 것이 바람직하고, 투명창(140)은 아크릴판이나 유리 등의 재질로 제작 가능할 것이다. 한편, 케이스(100)의 형상은 도 2 내지 도 6에서 직육면체로 도시되었으나, 이에 한정될 필요는 없으며 원기둥 형태로 형성될 수도 있는 등 내부 공간을 갖는 다양한 형태로 형성될 수 있을 것이다.
또한, 유입구(120)와 유출구(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 각각 케이스(100)의 상부면과 하부면이 전체 개방된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 케이스(100)는 길이 방향의 양단부가 개방된 중공의 사각기둥 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이와 같이 케이스(100)의 상부면과 하부면이 모두 전체 개방된 형태로 유입구(120) 및 유출구(130)가 형성되지 않고, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 케이스(100)의 상부면과 하부면에 일부 면적이 관통되는 관통홀의 형태로 형성될 수도 있으며, 이 경우에는 본 발명의 일 실시예에 따라 유입구(120) 및 유출구(130)가 케이스(100)의 상부면과 하부면의 가장자리 부위만 제외하고 나머지 부분에서 최대한 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 유출구(130)는 케이스 하부면이 모두 전체 개방된 형태로 형성되고, 유입구(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 균등한 4개의 관통홀의 형태로 형성될 수 있으며, 이때, 에어 필터(300)의 형태 또한 유입구의 형태에 상응하도록 4개로 분리 형성될 수 있다. 또한, 유입구(120)에 대한 또 다른 실시예로서 도 5에 도시된 바와 같이 유입구(120)는 케이스(100)의 상부면에 전체 면적에 걸쳐 고르게 분포되는 다수개의 관통홀의 형태로 형성될 수도 있을 것이다.
이와 같은 유입구(120) 및 유출구(130)의 형태에 따라 흡입 챔버(110) 내의 전 구간에서 더욱 균일한 분포의 공기 흐름이 유도될 수 있으며, 이에 따라 흡입 챔버(110) 내에 공급되는 나노 입자(P)의 농도 분포가 더욱 균일하게 유지될 수 있을 것이다.
입자 공급관(200)은 입자 발생기(20)와 연결되는 파이프 형태로 형성되어 입자 발생기(20)로부터 생성된 나노 입자(P)를 흡입 챔버(110) 내에 공급할 수 있도록 형성된다. 따라서, 입자 공급관(200)은 흡입 챔버(110) 내에 나노 입자(P)의 농도 분포가 균일하게 형성될 수 있도록 유입구(120)에 인접한 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 입자 공급관(200)을 통해 공급된 나노 입자(P)가 유입구(120) 측으로부터 흡입 챔버(110) 내의 공기 흐름을 통해 흡입 챔버(110) 내에 고르게 분포될 수 있도록 유입구(120)에 인접하게 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 입자 공급관(200)은 파이프 형태로 양단부가 케이스(100)의 양측면에 결합되는 방식으로 장착될 수 있으며, 나노 입자(P)가 배출되는 입자 공급 노즐(210)이 입자 공급관(200)의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되게 다수개 형성될 수 있다. 또한, 이와 같이 형성된 입자 공급관(200)이 도 4에 도시된 바와 같이 흡입 챔버(110)의 공기 흐름 방향에 대한 직각 방향을 따라 일렬 배치되도록 다수개 구비될 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 방향을 기준으로 흡입 챔버(110) 내에서는 유입구(120)로부터 유출구(130)로 상하 방향의 공기 흐름이 발생되고, 이러한 공기 흐름에 대해 좀 더 넓은 영역에 균일하게 나노 입자(P)가 분포될 수 있도록 입자 공급관(200)이 수평 방향으로 일렬 배치되게 다수개 장착될 수 있다. 이때, 각각의 입자 공급관(200)에는 도 4에 도시된 바와 같이 각각 다수개의 입자 공급 노즐(210)이 형성되기 때문에, 이러한 다수개의 입자 공급 노즐(210)을 통해 흡입 챔버(110)의 넓은 영역에서 나노 입자(P)가 고르게 공급되어 흡입 챔버(110) 내에서 더욱 균일한 나노 입자의 농도 분포가 형성될 수 있다. 또한, 이러한 입자 공급 노즐(210)은 나노 입자(P)를 고압 분사하는 방식이 아니라 단순 배출하는 방식으로 그 배출 압력이 상대적으로 낮게 형성되어 나노 입자(P)에 특정한 운동 방향성이 존재하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
에어 필터(300)는 유입구(120)를 통해 흡입 챔버(110) 내로 유입되는 공기가 모두 통과되며 필터링되도록 케이스(100)의 유입구(120)에 장착된다. 따라서, 흡입 챔버(110) 내부로 유입되는 모든 공기는 에어 필터(300)를 통해 필터링된 상태로 유입되어 입자 공급관(200)을 통해 공급되는 나노 입자(P)에 의해서만 흡입 챔버(110) 내의 나노 입자 농도가 조절되도록 구성된다. 또한, 에어 필터(300)는 흡입 챔버(110) 내로 유입되는 공기의 흐름을 감속시켜 흡입 챔버(110) 내에서 공기의 흐름이 더욱 안정적이고 균일하게 발생되도록 하는 기능을 동시에 수행한다. 따라서, 유입구(120) 및 에어 필터(300)의 영역이 증가할수록 흡입 챔버(110) 내의 공기의 흐름은 더욱 넓은 영역에서 더욱 안정적이고 균일하게 발생될 수 있다.
이러한 에어 필터(300)의 형상은 구조상 유입구(120)의 형상과 상응하게 형성되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 유입구(120)가 하나로 넓게 형성되면 에어 필터(300) 또한 하나로 넓게 형성되고, 도 3에 도시된 바와 같이 유입구(120)가 2개로 분리되어 형성되면 에어 필터(300) 또한 이에 상응하게 2개로 분리 형성될 수 있다. 이와 달리 에어 필터(300)의 형태 및 수량은 다양하게 변경할 수 있는데, 사용자의 필요에 따라 또는 시험 환경의 조건에 따라 다양한 방식으로 변경 적용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 유입구(120)가 도 5에 도시된 바와 같이 다수개의 관통홀의 형태로 형성되는 경우에도 에어 필터(300)는 케이스 상부면을 모두 커버할 수 있는 하나의 일체형으로 적용될 수도 있고, 또는 유입구(120)가 도 6에 도시된 바와 같이 4개의 분할된 관통홀의 형태로 형성되는 경우 에어 필터(300)는 이에 상응하게 4개의 분리형으로 적용될 수도 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 필터(300)는 필터링 성능이 우수한 타입으로 적용되는 것이 바람직하며, 예를 들어 나노 미터 수준의 입자를 필터링할 수 있는 헤파 필터가 적용되는 것이 바람직하다.
배기 유닛(600)은 케이스(100)의 유출구(130)에 연결되게 장착되어 공기를 흡입하도록 구성되며, 이에 따라 흡입 챔버(110) 내에서는 유입구(120)로부터 유출구(130) 방향으로 공기의 흐름이 발생된다. 이러한 배기 유닛(600)은 케이스(100)의 유출구(130) 측으로 공기 흐름이 발생되도록 하는 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 유닛(600)은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 배기통(610), 배설물통(620), 배기 파이프(630) 및 배기팬(640)을 포함하여 구성된다.
배기통(610)은 유출구(130)에 연결되어 장착되며 공기 흐름 방향을 따라 끝단으로 갈수록 내부 공간의 단면적이 점점 감소하도록 경사지게 형성되어 배기통(610)을 따라 공기의 흐름이 원활하게 진행되고 또한 실험 동물(T)의 배설물(E)이 원활하게 배출될 수 있도록 형성된다. 배설물통(620)은 배기통(610)의 끝단부에 배기통(610)과 연통되게 형성되어 실험 동물(T)의 배설물(E)이 유입될 수 있도록 형성되며, 하단부에는 배설물(E)이 외부로 배출될 수 있도록 배출구(621)가 형성될 수도 있다. 배기 파이프(630)는 배설물통(620)의 일측에 배설물통(620)과 연통되게 형성되며, 배기팬(640)은 배기 파이프(630)의 끝단에 결합되어 공기를 흡입하도록 형성될 수 있다. 따라서, 배기팬(640)이 동작함에 따라 흡입 챔버(110)의 공기 흐름은 유입구(120)로부터 유출구(130) 방향으로 발생하고, 유출구(130)를 통해 배기통(610)과 배설물통(620)을 거쳐 배기 파이프(630)로 진행하게 된다. 이때, 배기 유닛(600)의 구성은 유출구(130)에 직접 연결되는 배기 파이프(630)와 배기팬(640) 만으로 구성될 수도 있으며, 배기통(610) 및 배설물통(620)의 형태 또한 다양하게 변경 가능할 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 챔버 장치의 동작 상태를 살펴보면, 도7에 도시된 바와 같이 배기 유닛(600)이 동작함에 따라 부압이 발생하여 외부로부터 유입구(120)를 통해 공기가 유입되고 유출구(130)를 통해 배기 유닛(600) 측으로 진행되며, 입자 공급관(200)을 통해 나노 입자(P)가 흡입 챔버(110) 내로 공급되어 공기 흐름을 따라 흡입 챔버(110) 내부에 균일한 분포로 유동하게 된다.
좀 더 자세히 살펴보면, 케이스(100)의 유입구(120) 및 유출구(130)가 상대적으로 면적이 넓게 형성되기 때문에 흡입 챔버(110) 내부의 전체 영역에서는 유입구(120)로부터 유출구(130) 방향으로 균등한 공기 흐름이 발생하게 되고, 입자 공급관(200)을 통해 흡입 챔버(110) 내부로 배출되는 나노 입자(P)는 종래 기술과 달리 일정한 운동 방향성을 갖도록 분사되지 않고 운동 방향성 없이 단순 배출되는 형태로 배출된다. 따라서, 이와 같이 배출되는 나노 입자(P)는 흡입 챔버(110) 내부에서 발생하는 전체 영역에서의 균등한 공기 흐름을 따라 전체적으로 균등하게 확산되어 유동하게 된다. 또한, 흡입 챔버(110) 내부의 균등한 공기 흐름은 케이스(100)의 유입구(120)에 장착된 에어 필터(300)에 의한 흐름 완충 효과에 의해 더욱 안정적으로 진행되어 나노 입자(P)의 확산이 더욱 활발하게 진행된다. 특히, 입자 공급관(200)에는 나노 입자(P)가 공급되는 입자 공급 노즐(210)이 다수개 형성되어 나노 입자(P)가 공급되는 지점이 다수개 형성되기 때문에, 이러한 나노 입자(P)의 균등 확산은 더욱 효과적으로 진행될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 노출 챔버 장치는 흡입 챔버(110) 내부의 전체 공간에서 나노 입자(P)의 농도 분포가 균일하게 형성되고, 풍량 및 풍속 또한 전체 공간에서 일정하게 형성되기 때문에, 흡입 챔버(110) 내에 투입된 실험 동물(T)에 대한 나노 입자(P)의 노출 조건을 정확하게 유지할 수 있고, 이에 따라 나노 입자 흡입 독성 평가 시험의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 입자 공급관(200)으로부터 공급되는 나노 입자(P)에 대한 확산 정도가 더욱 향상될 수 있도록 흡입 챔버(110) 내에는 도 4 및 도 5, 도 6에 도시된 바와 같이 별도의 확산판(400)이 더 구비될 수 있다. 이러한 확산판(400)은 미세한 관통홀이 전체 면적에 걸쳐 고르게 형성된 형태로서, 예를 들면 복수개의 메쉬(mesh)를 적층한 형태로 적용할 수 있으며, 확산판(400)이 배치되는 위치는 흡입 챔버(110) 내의 공기 흐름 방향을 따라 입자 공급관(200)의 하류측에 위치하여 입자 공급관(200)과 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 입자 공급관(200)으로부터 공급된 나노 입자(P)가 확산판(400)을 통과하며 더욱 확산되어 흡입 챔버(110) 내부에 더욱 균등한 분포로 유동할 수 있을 것이다.
한편, 케이스(100)의 유출구(130)는 전술한 바와 같이 케이스(100)의 하부면이 개방된 형태로 넓게 형성되는 것이 바람직한데, 이러한 유출구(130)에는 실험 동물(T)을 흡입 챔버(110)에 투입 안착할 수 있도록 다수개의 지지봉(500)이 일정 간격 이격되게 일렬 배치될 수 있다. 이러한 지지봉(500)은 흡입 챔버(110) 내의 공기 흐름에 대한 저항이 최소화될 수 있도록 원형 파이프와 같은 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 지지봉(500)에는 본 발명의 일 실시예에 따라 배기 유닛(600)을 향해 공기를 분사하는 분사 노즐(510)이 별도로 형성될 수 있다. 이러한 분사 노즐(510)은 배기 유닛(600)의 배기통(610)을 향해 공기를 분사하도록 형성되는데, 이러한 공기 분사를 통해 배기통(610)에 축적된 실험 동물(T)의 배설물(E)이 배설물통(620)으로 배출될 수 있다. 따라서, 지지봉(500)의 양단부에 배기통(610)의 경사면을 따라 공기가 분사되도록 분사 노즐(510)이 위치되는 것이 배설물(E)의 청소에 더욱 효과적일 것이다. 한편, 이와 같이 배출된 배설물(E)은 배기통(610)의 끝단부에 연결된 배설물통(620)에 저장되거나 또는 배설물통(620)에 하단부에 형성된 배출구(621)를 통해 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 투입된 실험 동물이 나노 입자에 노출되도록 하는 나노 입자의 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치에 있어서,
    실험 동물이 투입될 수 있도록 내부 공간에 흡입 챔버가 형성되고 일측면에는 상기 흡입 챔버로 공기가 유입되도록 유입구가 형성되고 타측면에는 상기 흡입 챔버로부터 공기가 유출되도록 유출구가 형성되는 케이스;
    상기 유입구에 장착되어 상기 유입구를 통해 상기 흡입 챔버로 유입되는 공기를 필터링하는 에어 필터;
    상기 흡입 챔버에 나노 입자를 공급하는 입자 공급관; 및
    상기 흡입 챔버 내에서 유입구로부터 유출구로 공기 흐름이 발생되도록 상기 케이스의 유출구에 연결되게 장착되어 공기를 흡입하는 배기 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입구는 상기 케이스의 상부면이 전체 개방된 형태로 형성되고, 상기 유출구는 상기 케이스의 하부면이 전체 개방된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입구는 상기 케이스의 상부면에 고르게 분포되는 다수개의 관통홀의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 공급관에는 나노 입자가 확산 배출되도록 입자 공급 노즐이 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 입자 공급관은 상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향에 대한 직각 방향을 따라 일렬 배치되도록 다수개 구비되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유출구에는 실험 동물이 투입되어 안착될 수 있도록 다수개의 지지봉이 일렬 배치되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지봉은 중공의 원통형으로 일측에는 상기 배기 유닛을 향해 공기 또는 물을 분사하는 분사 노즐이 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향을 따라 상기 입자 공급관의 하류측에는 상기 입자 공급관으로부터 공급되는 나노 입자가 상기 흡입 챔버 내에 확산 분포될 수 있도록 확산판이 배치되는 것을 특징으로 하는 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 유닛은
    상기 유출구에 연결 장착되며 상기 흡입 챔버 내의 공기 흐름 방향을 따라 내부 공간의 단면적이 점점 감소하는 형태로 형성되는 배기통;
    상기 배기통에 축적된 실험 동물의 배설물이 유입될 수 있도록 상기 배기통의 끝단부에 상기 배기통과 연통되게 형성되는 배설물통;
    상기 배설물통의 일측에 상기 배설물통과 연통되게 장착되는 배기 파이프; 및
    상기 배기 파이프의 일단에 결합되어 공기를 흡입하는 배기팬
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 흡입 독성 평가용 노출 챔버 장치.
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