A Study on the Development of Submicrofilter for Medical Filtration System Using Nanoporous Silica

Abstract

기존 수액세트는 수액 주입부나 Y 분기관을 통해서 별도의 외부 약물을 수액백 본체 내의 수액에 혼수 하거나 수액 튜브를 통해 수액과 함께 환자에게 투입되는데, 별도의 약물을 환자에게 투여하는 경우에는 대부분의 투여되는 약물이 유리 앰플형의 주사제를 통해 투입되는 실정으로 유리 앰플형의 주사제를 투입하는 과정에서 미세한 유리 입자들이 수액과 함께 환자에 투여되어 정맥염 등의 2차적인 질병을 야기시키는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하고자 수액 내에 포함되어 있는 이물질을 제거하기 위해 약물투입부에 걸림망과 필터관을 포함하고 있는 필터부재를 형성한 수액세트가 제안되기도 하였지만 대부분 종이 재질이나 섬유질 및 금속재질을 이용하여 내구성이 저하되거나 내산성 및 내화학성의 문제로 인해 그 사용이 제한되었다. 또한, 수액세트 경우 필터에 의한 약액의 유량 흐름 변화 등이 성능을 위한 중요한 요소로 균일한 기공분포를 유지하지 못하여 약액 주사 시 압력 상승이나 약액의 흐름 자체가 일정하지 못하는 등의 문제점이 있었다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 본 연구에서는 Al2O3, SiO2 등의 세라믹 재료 및 소결조제로 구성된 세라믹 필터를 고안하였으며, 기존 필터의 여과성능, 내구성, 유량흐름 등 단점을 극복할 수 있는 소재 및 기술을 활용한 필터를 개발하여, 수액세트에 최대 효율을 나타낼 수 있는 형태의 모듈 형태를 적용하고자 하였다. 특히, 본 연구에서의 핵심 기술 중 하나 인 나노기공 실리카를 원재료로 적용하여 다공성 및 여과 효율을 최대화 118 - 하고자 하였다. 나노기공을 가진 실리카는 재료의 특성상 5um 이하의 입자크기로 분쇄 및 분급 하는 것이 불가능한 것으로 알려져 있으나 본 연구에서는 비 냉각형의 고온(152℃), 고압(6bar) 압축공기를 사용하는 Air Jet Milling system을 이용하여 초음속 노즐(513m/sec, 마하 1.5)로 압축 공기를 통과시켜 충격, 전단, 압축의 힘에 의해 2.6um (d50)의 입도분포를 가지는 나노기공 실리카의 물성을 제어하였다. 특히, 쌀겨를 이용한 Sol-Gel 중합법에 의해 나노기공 실리카를 합성하고 이를 기타 원료들과 함께 배합한 후 분쇄, 분급, 성형 및 소성 등의 과정을 통하여 다공성 세라믹 필터를 제조하였으며, 이를 별도의 필터 유닛에 장착한 수액세트의 약액 흐름성 및 여과효율을 검증하였다. 결과적으로 기존의 수액세트에 47% 기공률을 가진 다공성 세라믹 필터를 별도의 필터 유닛에 장착하여 시험하였을 때, 약액의 흐름성은 2.4ml min-1를 유지하였고, 5um 이상의 이물질에 대하여 96.2%의 여과효율을 가졌으며 이때 필터의 압력 손실은 0.02 MPa 이었다. 또한, 제품의 생물학적 안전성을 평가하기 위한 세포독성시험, 피내반응시험, 피부감작성시 험, 급성전신독성시험, 발열성물질시험 및 용혈성시험을 진행한 결과, 기준에 적합한 것으로 확인되었다.; Conventionally, a set of conventional liquids is injected into a patient together with a liquid through a sap tube or a liquid tube in a liquid bag in the body of the liquid bag through a fluid injection unit or a Y tube. When a separate drug is administered to a patient, In addition, since the drug is injected through a glass ampoule-type injecting agent, fine glass particles are injected into the patient along with the infusion of the glass ampoule-type injection agent, resulting in a secondary disease such a problem. To solve these problems, there has been proposed a set of liquids having a filter member including a trapping mesh and a filter tube in a drug input part in order to remove foreign substances contained in the liquid. However, most of them are made of paper, fiber and metal Their use was limited due to poor durability or problems of acid resistance and chemical resistance. In addition, in the case of the liquid set, the change of the flow rate of the chemical liquid by the filter is an important factor for the performance, and the uniform pore distribution can not be maintained. In order to overcome this disadvantage, this study devised a ceramic filter composed of ceramics materials such as Al2O3, SiO2, and sintering aids and utilized materials and technologies that can overcome disadvantages such as filtration performance, durability, Filter was developed to apply the module type that can maximize the efficiency of the fluid set. Particularly, we tried to maximize the porosity and filtration efficiency by applying nano pore silica, which is one of the key technologies in this study, as a raw material. In this study, it was found that silica with nano pores can not be pulverized and classified to a particle size of 5um or less due to the nature of the material. However, in this study, air jet milling system using high temperature (152 ℃) (D50) by the force of impact, shear, and compression through the supersonic nozzle (513m / sec, Mach 1.5). Particularly, a nano-porous silica was synthesized by sol-gel polymerization method using rice bran and blended with other raw materials, and a porous ceramic filter was manufactured through processes such as grinding, classification, molding and firing, The fluidity and the filtration efficiency of the liquid set attached to the unit were verified.