다양한 크기의 창상 부위에 나노섬유를 빠르고 정밀하게 도포할 수 있는 휴대용 전기방사 장치를 개발할 수 없을까?
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전기방사 기반 창상피복은 나노섬유를 상처 부위에 직접 도포할 수 있어 치료 효과가 우수함.
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상용 Single Needle 전기방사 장치는 방사 속도가 느려 신속한 처치가 어려움.
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EBS 방식은 방사 속도는 빠르나 방사 면적 제어가 어려워 용액 낭비 문제가 발생함.
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다양한 상처 크기에 대응할 수 있는 고효율·휴대형 면적 제어 기술이 필요함.
기존 방식의 문제점
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Single Needle 방식은 방사 속도가 느려 신속한 창상 처치가 어려움.
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기존 EBS 장치는 방사 면적 제어 정밀도가 낮아 용액 낭비가 발생함.
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사이펀 노즐 방식은 노즐 막힘이 빈번하고 섬유 직경 편차가 큼.
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보조 전극 기반 면적 제어 장치는 크기와 무게가 커 휴대성이 떨어짐.
핵심 아이디어
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동축(Coaxial) 노즐 기반 EBS 방식을 적용하여 방사량을 향상하고 노즐 막힘을 최소화함.
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유전체 기반 면적 제어 모듈을 적용해 창상 크기에 따른 단계별 방사 면적 제어를 구현함.
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아두이노 기반 시린지 펌프로 용액 유량을 정밀 제어함.
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소형 고전압 증폭기와 에어 컴프레서를 적용해 휴대형 시스템으로 설계함.
활용된 핵심 기술 또는 이론
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Electro-Blow Spinning(EBS) 기반 전기방사 기술 및 동축 노즐 설계
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CFD·전기장 시뮬레이션(COMSOL)을 활용한 공기 유동 및 전기장 최적화
기존 방식과의 차별성
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방사 면적을 24~191 cm² 범위에서 단계적으로 제어 가능함.
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Single Needle 방식 대비 4~6배 이상 높은 방사량(0.5 mL/min) 을 구현함.
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면적 제어 시에도 섬유 직경 0.43 μm, CV 7% 수준의 균일한 섬유 특성을 유지함.
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소형화 설계를 통해 한 손으로 사용 가능한 휴대형 장치를 구현함.
문제 해결 과정
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기존 전기방사 장치의 방사량 및 면적 제어 한계를 분석함.
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CFD·전기장 해석을 통해 동축 노즐과 면적 제어 모듈을 설계함.
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시린지 펌프와 소형 고전압 시스템을 적용한 휴대형 장치를 제작함.
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방사 성능 및 단계별 면적 제어 실험을 통해 성능을 검증함.
최종 사용자
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응급의료 종사자 및 의료기관
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화상·외상 환자 및 만성 창상 환자
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재난·응급 현장 의료 지원 인력
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향후 카테터·내시경 기반 국소 치료 분야 사용자
기대효과
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창상 부위에 맞춘 정밀 도포로 치료 효율 향상
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신속한 나노섬유 도포를 통해 응급처치 시간 단축
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불필요한 용액 사용 감소로 의료비 절감
참여 정보
팀명
Fiber guys
수강 교과목
심화종합설계
지도 교수
조성진
참여 개발자
김도현(기계공학부 (반도체 소재, 부품, 장비 융합전공)), 이원동(기계공학부), 박정현(기계공학부), 장태건(기계공학부), 전주하(기계공학부)
