면적 제어형 고효율 휴대용 전기방사 창상 도포 장치 개발

면적 제어형 고효율 휴대용 전기방사 창상 도포 장치 개발

다양한 크기의 창상 부위에 나노섬유를 빠르고 정밀하게 도포할 수 있는 휴대용 전기방사 장치를 개발할 수 없을까?

전기방사 기반 창상피복은 나노섬유를 상처 부위에 직접 도포할 수 있어 치료 효과가 우수함.

상용 Single Needle 전기방사 장치는 방사 속도가 느려 신속한 처치가 어려움.

EBS 방식은 방사 속도는 빠르나 방사 면적 제어가 어려워 용액 낭비 문제가 발생함.

다양한 상처 크기에 대응할 수 있는 고효율·휴대형 면적 제어 기술이 필요함.

기존 방식의 문제점

Single Needle 방식은 방사 속도가 느려 신속한 창상 처치가 어려움.

기존 EBS 장치는 방사 면적 제어 정밀도가 낮아 용액 낭비가 발생함.

사이펀 노즐 방식은 노즐 막힘이 빈번하고 섬유 직경 편차가 큼.

보조 전극 기반 면적 제어 장치는 크기와 무게가 커 휴대성이 떨어짐.

핵심 아이디어

동축(Coaxial) 노즐 기반 EBS 방식을 적용하여 방사량을 향상하고 노즐 막힘을 최소화함.

유전체 기반 면적 제어 모듈을 적용해 창상 크기에 따른 단계별 방사 면적 제어를 구현함.

아두이노 기반 시린지 펌프로 용액 유량을 정밀 제어함.

소형 고전압 증폭기와 에어 컴프레서를 적용해 휴대형 시스템으로 설계함.

활용된 핵심 기술 또는 이론

Electro-Blow Spinning(EBS) 기반 전기방사 기술 및 동축 노즐 설계

CFD·전기장 시뮬레이션(COMSOL)을 활용한 공기 유동 및 전기장 최적화

기존 방식과의 차별성

방사 면적을 24~191 cm² 범위에서 단계적으로 제어 가능함.

Single Needle 방식 대비 4~6배 이상 높은 방사량(0.5 mL/min) 을 구현함.

면적 제어 시에도 섬유 직경 0.43 μm, CV 7% 수준의 균일한 섬유 특성을 유지함.

소형화 설계를 통해 한 손으로 사용 가능한 휴대형 장치를 구현함.

문제 해결 과정

기존 전기방사 장치의 방사량 및 면적 제어 한계를 분석함.

CFD·전기장 해석을 통해 동축 노즐과 면적 제어 모듈을 설계함.

시린지 펌프와 소형 고전압 시스템을 적용한 휴대형 장치를 제작함.

방사 성능 및 단계별 면적 제어 실험을 통해 성능을 검증함.

최종 사용자

응급의료 종사자 및 의료기관

화상·외상 환자 및 만성 창상 환자

재난·응급 현장 의료 지원 인력

향후 카테터·내시경 기반 국소 치료 분야 사용자

기대효과

창상 부위에 맞춘 정밀 도포로 치료 효율 향상

신속한 나노섬유 도포를 통해 응급처치 시간 단축

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)

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충남대학교 산학연교육연구관 2층 C룸, 캡스톤디자인 운영지원실

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