【생체재료】 3강. 생체역학 2부

3강. 생체역학 2부

 

추천글 : 【재료역학】 재료역학 목차 

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1. 생체재료 [본문]

2. 조직공학 [본문]

3. 기타 [본문]

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1. 생체재료 [목차]

⑴ 생체재료의 분류

① 포인트 1. 생체재료의 의미

○ 좁은 의미 : 생체 내에 이식되어 조직이나 장기의 기능을 대신하는 물질 

○ 넓은 의미 : 생체와 거부반응 없이 의도된 기능을 수행할 수 있는 재료. 이식재료뿐만 아니라 진단재료, 치료재료를 포함하는 개념 

② 포인트 2. 생체재료의 조건

○ 생체적합성 : 혈액적합성, 조직적합성

○ 생체기능성 : 의도된 기능 수행

○ 적절한 기계적 물성 및 성형가공성

○ 화학적 안정성

○ 독성 및 발암성이 없을 것  

③ 포인트 3. 생체재료의 분류별 장단점, 예시

 

	무게	강도	복원력	부식성	생체적합성	불활성	제조용이성	기타
고분자	↓	↓	↑	↓		↓	↑
금속	↑	↑	연성 ↑	↑	↓	↑	↓	내마모성
세라믹			↓	↓	↑	↑	↓	취성

Table. 1. 생체재료의 분류

 

	장점	단점	예시
고분자	가벼움 복원력 우수 내부식성 제조 용이	저강도 시간 지나면 분해	봉합사
금속	고강도 연성 우수 생체 내 불활성 내마모성	무거움 부식성 생체적합성 결여 성형하기 어려움	치주지지대 인공 뼈
세라믹	내부식성 생체적합성 생체 내 불활성	복원력 낮음 성형하기 어려움 취성	인공 관절
복합재료	강도가 높음	제조가 여려움	인공 관절

Table. 2. 고분자, 금속, 세라믹의 장단점

 

④ 포인트 4. 합성고분자의 생체 적합성을 높이기 위한 방법

○ 조직적합성을 높이기 위한 방법

○ 공중합체를 사용하거나 친수성/소수성을 가지고 있는 고분자 이용

○ 물 분자를 끌어들이는 PEO를 고분자 표면에 도입시킴으로써 단백질이나 세포의 표면흡착 억제

○ 혈액적합성을 높이기 위한 방법

○ 단기간 적용 시 혈액 응고 방지제인 헤파린을 생체재료와 물리적으로 결합 

○ 장기간 적용 시 혈액 응고 방지제인 헤파린을 생체재료와 화학적으로 결합

○ 프로스타글란딘을 사용

⑤ 세라믹 재료의 예시

○ 포인트 5. 알루미나

○ 생체 불활성 세라믹이다. 고강도이지만 가공이 힘들다. 골절 고정용 나사에 사용된다.

○ 포인트 6. 지르코니아

○ 생체 불활성 세라믹이다. 고강도이지만 탄성이 낮다. 인공 심장 판막에 사용된다.

○ 포인트 7. 수산화아파타이트 

○ 생체 활성 세라믹이다. 생체 내에서 열역학적으로 가장 안정한 인산화 칼슘이다. 생체적합성이 우수하여 자주 사용되지만 기계적 강도가 낮아 높은 하중을 받는 곳에 사용할 수 없다. 하악골 성형이나 일부 인공 뼈에 사용된다.

○ 포인트 8. 글라스-세라믹(바이오유리)

○ 생체 활성 세라믹이다. 유리에 결정성을 띠도록 제조된 세라믹. 뼈나 연조직에 결합한다. 

⑵ 생체재료의 특성 

① 포인트 9. 다음 용어를 정의하시오

○ roughness : 항복지점까지 필요한 에너지 

○ toughness : 최종 파단 지점까지 필요한 에너지

○ 크리프 현상 : 점탄성으로 인해 변형률-응력 곡선이 위로 볼록한 증가함수를 그리는 현상. 크리프라는 말은 그래프가 마치 기어가는 듯 하다고 해서 붙여짐

○ 중합도 : 분자쇄 당 반복단위체의 평균 수. 고분자의 분자량 ÷ 단량체의 분자량으로 계산한다.

○ 접촉각 : 접촉점에서의 접선과 고체면이 이루는 각. θ = 0°이면 완전 젖음, 0° ＜ θ ＜ 90°이면 부분 젖음, 90° ＜ θ이면 젖지 않음이다.

○ 임계 표면장력 : 접촉각이 0일 때 액체의 표면장력. 즉 재료가 고정돼 있을 때 액체의 표면장력의 최솟값

○ 유리전이온도 : 무정형 고분자는 열이 주어지면 불규칙한 분자쇄 운동에 의해 고무상으로 존재할 수 있다. 분자쇄 운동은 브라운 운동과 유사한 성격을 가진다. 이때 유리상으로부터 고무상으로 전이하는 온도를 유리전이온도라고 한다.

○ 압전성 : 압력에 따른 기계적 변형에 의해 전기적 분극이 생성되는 현상

○ 초전성 : 온도에 따라서 전기적 분극이 생성되는 현상

○ 스넬의 법칙 : 빛이 굴절할 때 이를 설명하는 법칙이다. 굴절률이 각각 n₁, n₂이고 입사각을 θ₁, 반사각을 θ₂라고 할 때 n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂가 성립한다. 

○ 다공도 : 고체가 차자하는 체적분율을 V_s라고 할 때 1 - V_s를 다공도로 정의한다.

② 포인트 10. 다공성 지지체 제조법

○ 미세분말 석출법, 봉합사를 이용한 방법, 상 분리법, 물·유기 용매 유화방법

③ 포인트 11. 고분자 제조방법 용어

○ 방사 : 실을 방사구를 통해 방출시키는 것

○ 연신 : 방사된 실이 패킹되면서 강해지는 것

○ 사출 : 모양대로 만드는 것

○ 압출 : 녹여서 빼내는 것

○ 제적 : 방사한 실로 면을 만드는 것

○ 미세립구법(microsphere method) : 미세한 공 모양의 분자 내에 약물을 넣는 것. 상분리법과 용매증발로 구분

○ 상분리법 : 수용성 약제인 경우. 고분자를 유기용매에 용해 후 실리콘 오일에 응집시킴 

○ 용매증발 : 난용성 약제인 경우. 고분자를 유기용매에 용해 후 계면활성제를 투여하고 유기용매를 증발시킴

○ 젤 주조법(gel casting) : 원하는 몰드에 용액을 넣고 겔 반응을 시켜 미세다공성 젤을 형성하는 방법

○ 용액 주조법(solution casting) : 형틀에 용액을 넣어서 침전시키는 방법

○ 미세분말 석출법(solvent-casting particulate leaching) : glucose 또는 salt를 채워 넣고 젤을 형성한 뒤 glucose 또는 염을 녹여내는 방법. 다공성 고분자를 제조할 때 사용한다.

③ 포인트 12. 멸균 종류

○ 고온 증기 멸균, 에틸렌 옥사이드 가스(EOG) 멸균, 방사선 멸균

④ 포인트 13. 살균, 멸균, 소독

○ 살균 : 유해한 미생물 제거 (즉, 미생물의 수를 감소시키는 것)

○ 멸균 : 유해한 미생물 제거 + 유익한 미생물 제거 (즉, 미생물 전부를 제거하는 것)

○ 소독 : 병원성 미생물 제거

⑶ 생체재료의 생체 내 변화 

① 포인트 14. 고분자의 생분해 방법 3가지

○ 폴리머 분해 기전

○ 제조 및 전처리 과정 : 감마선 조사를 하는 경우 자유기(라디칼)이 발생하고 이는 라디칼 반응을 하여 재료가 약해짐

○ 생체 내 흡착 이후 : 재료 내부로 단백질, 지질 등이 흡수되고 표면에 세포가 흡착되어 재료가 약해짐 

○ 수분 용해성 생분해 : 물과 반응하여 고분자가 가수분해함

○ 산화성 생분해 

○ 생체에 의한 직접 산화 : 주로 호중구와 대식세포가 분비하는 물질의 영향을 말한다. 체내 이식 초기에는 호중구가 먼저 반응하고 이후 대식세포에 의해 산화한다. 

○ 금속 이온 유발 산화 : 고분자 내 금속이 산화되는 것을 말한다. 에테르 함량이 많을수록 빠르다.

○ 외부 환경에 의한 산화 : 전자기, 방사선 등이 신체를 투과하여 폴리머를 산화

② 포인트 15. PLGA의 합성

○ 락타이드와 글라이콜라이드가 개환중합반응으로 랜덤 공중합체를 형성한다. 이 공중합체가 PLGA이다.

③ 포인트 16. 지방족 폴리에스테르의 분해

○ 지방족 폴리에스테르가 수화되면 물 분자에 의해 에스터 결합이 끊어진다. 이때 무정형 구조가 먼저 끊어지고 결정형 구조는 나중에 끊어진다.

④ 포인트 17. PLGA의 생분해 과정

○ PLGA는 수화에 의해 에스터 결합이 끊어지면서 젖산과 글리콜산으로 분해된다. 이후 TCA 회로를 거쳐 물과 CO₂로 최종 분해된다.

⑤ 포인트 18. 공중합체와 단 중합체의 비교

 

종류	PLGA 계통 공중합체	단 중합체(PLA)
분해수명	짧음	긺
구조	무정형	반결정
분자량	작음	높음

Table. 3. PLGA와 PLA의 비교

 

⑥ 포인트 19. PLGA의 수명을 조절하는 방법

○ PLGA에서 PLA와 PGA의 비율이 1:1에 가까울수록 수명이 짧아진다.

⑦ 포인트 20. PLA, PGA, PLGA의 비교

 

	PLA	PGA	PLGA
구조	나선	선형
고분자 특성	반결정형	반결정형	무정형
결정화도	낮음	높음	없음
용해도		낮음	높음
생분해성		낮음	높음
용융점	높음	낮음	없음

 

Table. 4. PLA, PGA, PLGA의 비교

 

⑧ 포인트 21. PGLA의 결정도에 따른 물성

 

Figure. 1. PGA의 함량과 결정화도의 관계

 

Figure. 2. PGA의 함량과 녹는점의 관계

 

○ PLGA에서 PGA의 몰비율이 30% ~ 60%일 때 PLGA는 무정형 구조를 띤다. 이때 용융온도가 유리 전이 온도보다 낮아지는 경우 용융 온도는 정의할 수 없고 유리 전이 온도만 존재한다. 유리전이온도 이상에서는 고무와 같은 성질을 띠고, 유리전이온도 이하에서는 유리와 같은 성질을 띤다. 

○ 건조한 조건에서는 유리전이온도가 50 ~ 60 ℃ 부근이다. 하지만 물에 수화된 경우 물 분자가 가소제 역할을 하여 유리전이온도가 37 ℃ 이하로 감소한다.

⑨ 포인트 22. 시간에 따른 PLGA의 중량 및 분자량의 변화

 

Figure. 3. 시간에 따른 디바이스의 중량 및 PLGA 분자량의 변화

 

○ 물 분자가 PLGA 내 에스터 결합을 공격하여 고분자가 절단되고 카르복실기 말단이 노출된다. 이때 생성된 카르복실기 말단은 자기촉매로 작용하여 고분자 절단을 촉진한다. 그 결과 분자량은 계속하여 감소한다. 고분자 사슬이 절단돼도 높은 분자량 상태에서 불용성이므로 임계 분자량에 접근해야 비로소 용해되기 시작하여 디바이스 질량이 감소한다.

⑩ 포인트 23. 지지체의 조건

○ 원활한 세포 부착, 적절한 다공성, 적절한 생분해성

⑪ 포인트 24. 다공성 지지체의 역할

○ 유착에 필요한 표면적 제공, 세포외 기질의 재생을 위한 공간 확보, 원활한 산소와 영양원 공급 

⑫ 포인트 25. 세포가 고분자 표면에 유착하는 과정

○ 혈청에 존재하는 단백질들의 확산에 의해 고분자 표면에 흡착

○ 흡착된 단백질의 단층 위에 세포가 유착 

⑬ 포인트 26. 세포가 고분자 표면에 잘 흡착하는 조건

○ 고분자 표면에 적절한 화학적 작용기가 있을 것 : 친수성, 소수성 등 고려

○ 표면이 매끄러운 것보다 거친 것이 더 선호됨

○ 흡착에 관여하는 단백질의 흡착 여부와 배열 구조가 중요함

⑭ 포인트 27. 재료 표면에 단백질 흡착을 증가시키는 방법  

○ 콜라겐을 PLA나 PLGA 표면에 코팅

○ 재료 표면에 RGD기를 갖는 올리고펩타이드를 고정화

○ 플라즈마나 오존 등에 의한 표면처리

⑷ 생체적합성 평가 방법 

① 생체기능성과 생체적합성

○ 포인트 28. 생체기능성

○ 정의 : 생체재료가 체내에 존재하는 동안 목표한 기능을 완전히 수행할 수 있는 특성

○ 적합한 모양, 적절한 기계적 강도, 적절한 피로강도, 화학적 안정성, 멸균 또는 소독 가능, 가공 용이성, 재현성

○ 포인트 29. 생체적합성 

○ 정의 : 생체재료가 생체에 접촉했을 때 거부반응이 나타나지 않는 특성

○ 암 유발 ×, 혈액 성분 변형 ×, 혈전 현상 ×, 생체조직 자극 ×, 염증 유발 ×, 알레르기 유발 ×,  독성 ×

② 세포독성실험 

○ 포인트 30. 세포독성실험 3가지

○ 직접접촉법 : 세포와 시험 물질이 직접 접촉하는 실험 방법. 재료의 형태 및 표면 특성에 의한 세포독성 확인 가능 

○ 간접접촉법 : 세포와 시험 물질이 간접적으로 접촉하는 실험 방법. 세포독성을 정성적으로 평가 

○ 용출물 희석법 : 재료로부터 유리되어 나온 물질의 농도에 따른 세포독성을 확인하는 방법

○ 포인트 31. 세포독성실험의 장단점

○ 장점 : 빠르고 저렴. 정량적. 표준화 가능. 다른 조건을 통제하여 특정 조건 시험 가능. 독성 재료에 대한 민감성 큼 

○ 단점 : 한 번에 한 종류의 세포에 대해서만 시험 가능. 숙주 세포와 시험 세포 간 불일치. 염증 반응 등의 조직방어 기전 부재 

○ 포인트 32. MTT 테스트와 XTT 테스트 설명 

○ MTT 테스트 : 노란색 수용성 tetrazolium →  보라색 불용성 formazan. DMSO에 녹이는 과정 필요

○ XTT 테스트 : 노란색 수용성 tetrazolium → 수용성 formazan. DMSO에 녹이는 과정 불요 

○ 포인트 33. 세포독성 테스트 과정  

○ 세포 접종 → 인큐베이션 → 독성물질 주입 → 인큐베이션 → MTT / XTT 시약 처리 → 인큐베이션 → 배지 제거 → DMSO 처리 → 흡광도 측정

③ 포인트 34. 피내반응

○ 생체재료의 용출물에 대한 조직의 국소반응을 알아보기 위한 시험

○ 동물의 피부나 점막에 대한 자극성 시험을 적용할 수 없는 경우(혈관 접촉) 또는 용출물이 소수성일 때 사용

④ 포인트 35. 독성 시험

○ 급성 독성 : 24시간 이내에 발생 가능한 잠재적 위해성을 알아보기 위한 시험

○ 아급성 독성 : 14일 ~ 18일 기간 동안 1회 이상 접촉시 잠재적 위해성을 알아보기 위한 시험 

○ 만성 독성 : 30일 ~ 수명의 10% 기간 동안 1회 이상 접촉 시 잠재적 위해성을 알아보기 위한 시험

○ 생식 또는 발생 독성 : 용출물이 생식 기능 전반뿐만 아니라 다음 세대의 발생, 성장, 번식 등에 미치는 영향을 관찰하는 시험

④ 혈액적합성 테스트

○ 포인트 36. 혈액적합성 테스트 3종류 

○ 용혈성 시험 : 적혈구의 용해 정도 및 헤모글로빈의 방출을 보기 위한 시험

○ 혈소판 응집 시험 : 혈소판의 점착량, 형태변화 방출인자 평가

○ 혈장단백질 응고 시험 : 재료 표면에서의 혈장단백질의 특성 시험 

○ 포인트 37. 면역학 시험

○ 말초혈액 백혈구(PBMC)가 이물질을 만나면 염증반응을 일으켜 여러 사이토카인을 생산한다. 이때 역전사-중합효소법이나 효소-면역측정법을 통해 사이토카인의 생산량을 평가한다.

○ 포인트 38. 사이토카인 

○ 신체의 면역체계를 제어하는 화학물질을 통틀어 이른다. 염증이나 쇼크를 유발한다. 

 

 

2. 조직공학 [목차]

⑴ 골 조직공학

① 포인트 39. 골 조직공학 용어

○ 건 : 뼈와 근육을 이어주는 역할 

○ 인대 : 뼈와 뼈를 이어주는 역할

○ osteoconductive : 골 세포가 인접 영역으로 전도되는 것 

○ osteoinductive : 자체적으로 골 조직을 형성시키는 것

○ 자가이식(autograft) : 자기 뼈를 이식받는 것

○ 동종이식(allograft) : 다른 사람의 뼈를 이식받는 것

○ 이종이식(xenograft) : 다른 종의 뼈를 이식받는 것
○ 돈난 삼투 부종압 : 압박 → 어그리칸스끼리 모여 음전하 밀도를 높임 → 물을 끌어당겨 부풀어 오름(부종)

○ 골수 자극을 통한 미세골절술 : 뼈에 의도적으로 작은 구멍을 뚫어 골수로부터 줄기세포가 방출되도록 하여 뼈를 치료하는 기법

② 포인트 40. 프로테오글리칸

○ 프로테오글리칸은 히알루론산과 어그리칸스로 구성된다.

○ 어그리칸스는 GAG와 core protein, HA 연결부위로 구성된다.

○ GAG는 다시 콘드로이틴 황산, 케라탄 황산 등으로 구성된다. 

⑵ 연골

① 포인트 41. 관절연골의 구조 

○ 위에서부터 천층, 중간층, 심층, 석회층이다.

○ 천층은 연골세포들이 타원형이고 콜라겐 섬유가 표면과 평행하다.

○ 중간층은 연골세포들이 구형이고 콜라겐 섬유가 표면과 평행하다.

○ 심층은 연골세포들이 구형이고 콜라겐 섬유가 표면과 수직하다.

○ 석회층은 H&E 염색법으로 진한 푸른색 선이 나타난다. 심층과 구별하게 해 준다.

② 포인트 42. 관절연골의 성분 

○ 관절연골은 크게 콜라겐과 프로테오글리칸으로 구성된다.

○ 콜라겐은 인체에서 가장 풍부한 단백질로 인장에 대한 저항력은 강하지만 압축에 대한 저항력은 약하다.

○ 프로테오글리칸은 압축에 대한 저항력이 강해서 콜라겐을 보완한다.

③ 포인트 43. 관절연골의 투과성 

○ 관절연골은 비압축성, 비혼합성인 간질액 형태와 다공성 투과성의 고형 형태로 이형의 물질로 취급할 수 있다. 이때 고형물질의 다공도는 약 80%이므로 활액들이 투과할 수 있다.

④ 포인트 44. 연골 재생 방법

○ 줄기세포 이식 후 분화

○ 골 연골조직 이식법

○ 관절표면성형술

○ 연골 세포 이식술

⑶ 치주 및 치아조직 

① 포인트 45. 치아조직의 구조

○ 치아조직은 크게 법랑질, 상아질, 치수로 구분된다.

○ 법랑질은 인체에서 가장 단단한 조직이다. 혈관이 없고 약 60 kg ~ 70 kg의 치악력을 받는다.

○ 상아질은 치아의 대부분을 구성하는 담황색의 단단한 조직이다. 법랑질에 가해지는 기계적 충격을 완화한다. 

○ 완전히 성숙된 치아는 치수가 없어도 된다. (신경치료가 가능한 이유) 치수는 중심부분과 주변부분으로 구성되며 중심부분은 영양 공급 및 자극 감지, 주변부분은 손상 시 회복 기능을 수행한다.

② 포인트 46. 치주의 구조

○ 치주는 크게 백악질, 치조골, 잇몸, 치주인대로 구성된다.

○ 백악질은 이뿌리를 둘러싼 조직이다.

○ 치조골은 치아를 고정하는 뼈이다.

○ 잇몸은 치아 바로 아래에 있는 분홍색 점막이다.

○ 치주인대는 백악질과 치조골을 연결해 주는 얇은 막이다. 쿠션 역할을 수행한다. 

③ 포인트 47. 치과 생체 조직공학에서 생체재료의 역할

○ 원하지 않는 세포는 차단하는 차폐막 역할 

○ 항생물질이나 세포 성장인자를 국부적 치아조직에 전달하는 매개체 역할 

○ 생체조직을 형성할 수 있도록 3차원적 공간 제공

④ 포인트 48. 충치의 원리

○ 1^st. 치아 혹은 치주조직에 세균 덩어리인 프라그가 발생 : 연쇄상구균은 프라그 형성에 필수적인 덱스트란 형성

○ 2^nd. 프라그는 탄수화물을 대사하여 산을 형성

○ 3^rd. 산은 무기질인 치아를 손상시킴

○ 4^th. 프라그는 이내 치석을 형성

⑤ 포인트 49. 올바른 칫솔질

○ 하루에 3번 이상

○ 잇몸에서 치아목쪽으로 닦음 : 안 그러면 치아가 주저앉음

⑥ 포인트 50. 치주 치료의 생체조직공학적 접근 3가지

○ 조직유도재생술 : 조직을 유도해서 재생시키는 기술. 다른 종류의 세포의 유입을 차단하고 특정 세포의 위치를 제한하기 위해 차폐막을 사용한다. 차폐막의 구멍은 10 ~ 15 ㎛ 정도여야 하고 ePTFE(extended polytetrafluoroethylene)가 주로 사용된다. 

○ 약물전달 : 고분자 물질과 같은 매개체를 이용하여 특정 위치에 약물을 전달하는 기술. 매개체의 생분해에 의한 약물전달과 확산에 의한 약물전달로 구분

○ 세포이식 : 정상 조직에서 채취한 세포를 대량으로 배양하여 손상된 조직에 직접 이식하는 기술

⑷ 소리의 생체역학 

① 포인트 51. 소리의 특징 4가지

○ 강도 : 음의 강약정도. 데시벨로 표시

○ 주파수 : 음의 고저정도. 청각범위는 16 ~ 20,000 Hz, 대화의 범위는 250 ~ 2,000 Hz이다.

○ 위상 : 각 음 간의 시간적 관계

○ 스펙트럼 : pure tone, complex tone 등 

② 포인트 52. binaural hearing의 장점

○ 소리의 방향성

○ head shadow effect 감소

○ loudness level 인식 증가

○ 대화의 이해도 증가 

○ 듣기의 편안함 증가 

○ 스테레오 효과 

③ 포인트 53. 소리의 전달 통로

○ 공기 → 외이도 → 고막 → 추골 → 침골 → 등골 → 난원창 → 코르티기관

 

 

3. 실습 [목차]

⑴ 포인트 54. in vitro, in vivo

① in vitro 실험의 정의, 목적

○ 정의 : 시험관 안에서, 생체 밖에서 실험하는 것

○ 목적 : 조작변인을 통제하는 게 가능하여 관찰이 용이하기 때문

② in vivo 실험의 정의, 목적

○ 정의 : 생체 내에서 실험하는 것

○ 목적 : in vitro에서 얻은 결과가 생체 내에서도 일어나는지 입증하기 위해

⑵ 전기방사법

① 포인트 55. 전기방사법의 정의

○ 고분자를 용해 또는 용융시켜서 방사구를 통해 압출하는 방사방법

② 포인트 56. 장점

○ 더 얇은 나노 섬유를 만들 수 있음

○ 단위 무게당 표면적이 큼

○ 생체적합성

○ 다공성이 높음

③ 포인트 57. 단점

○ 단일섬유 단위로 이용하기 어려움

○ 다공성을 정량화하기 어려움

○ 다양한 요인이 존재 

○ 새로운 연구의 여지가 적음

④ 포인트 58. 전기방사법의 구성요소

○ 전원장치, 주사기, syringe 펌프, 콜렉터

⑤ 포인트 59. 전기방사법의 원리

○ 1^st. syringe pump에 의해 고분자 용액이 일정한 속도로 방울을 생성한다.

○ 2^nd. 주사기에 고전압을 인가하면 방울 표면에 전하가 유도된다.

○ 3^rd. 고분자 용액 표면의 정전기에 의해 표면장력과 반대되는 힘이 발생한다.

○ 4^th. 전기장의 세기가 증가함에 따라 액체반구는 테일러콘이라는 원뿔 모양을 형성한다.

○ 5^th. 전하 반발력이 표면장력을 극복하면 콘의 말단에서 제트가 발생한다.

○ 6^th. 방출된 제트는 점성에 의해 앞서 간 제트와 연결되어 연속적인 제트를 형성한다. 

○ 7^th. 제트가 공기 중을 통해 나아갈 때 용매가 증발되어 섬유가 된다.

○ 8^th. 섬유는 접지와 연결된 콜렉터에 무작위로 쌓여 부직포를 형성한다.

⑥ 포인트 60. 전기방사법의 요인 

○ 농도 

○ 농도가 너무 낮은 경우 : 점성 감소 → 제트가 연결되지 않음 → 구슬(bead)이 달린 섬유가 관찰

○ 농도가 너무 높은경우 : 점성 증가 → 전기적 반발력이 점성을 이기지 못함 → 방사가 되지 않음

○ 농도가 진할수록 섬유 직경 증가

○ 점성 : 농도의 증가는 곧 점성의 증가와 같다.

○ 방사거리 : 노즐과 콜렉터 간 거리

○ 너무 가까운 경우 : 제트가 미처 다 증발되지 못하고 침적된다.

○ 너무 먼 경우 : 방사된 섬유들이 콜렉터 상에 넓게 분산된다.

○ 전압

○ 전압 증가 → 표면전하 증가 → 척력 증가 → 제트가 얇아짐 → 유량 감소

○ 12 ~ 15 kV가 적절

○ 전압이 높을수록 분사각이 커짐 : 섬유가 한 곳에 모이지 않음

○ 용매

○ 용매가 많을수록 섬유 직경 감소 (농도를 생각하면 됨)

○ 용매가 휘발되지 않으면 웅덩이 발생 

○ 용매 휘발 → 척력 증가 → 제트가 얇아짐 → 직경 감소 

⑦ 포인트 61. 빈칸 채우기 문제

 

Figure. 4. 빈칸 채우기 문제

 

○ ⒜ : Flow rate

○ ⒝ : Voltage

○ ⒞ : Solution concentration

 

입력 : 2019.11.30 13:40