마이크로 니들 및 해당 금형의 경사 관찰·3D 측정
의료 분야뿐만 아니라 미용 화장품 분야에서도 폭넓게 이용되는 마이크로 니들은 통증을 주지 않고 표피에 약액을 간단하게 투여할 수 있습니다. 또한, 바늘 자체가 체내에서 용해되는 타입은 새로운 드러그 딜리버리 시스템(DDS: Drug Delivery System)으로 주목받고 있습니다. 이러한 이점을 바탕으로 마이크로 니들에 대한 수요가 높아져 대량 생산의 높은 품질과 신뢰성이 요구되게 되었습니다. 여기서는 마이크로 니들의 종류 및 용도 등의 기초 지식부터 제조에 사용되는 금형의 관찰 및 마이크로 니들의 극소 바늘에 대한 비접촉 3D 형상·치수 측정 사례까지 소개합니다.
- 마이크로 니들이란
- 마이크로 니들의 종류와 용도
- 마이크로 니들 및 해당 금형의 경사 관찰·3D 측정 사례
- 마이크로 니들의 품질 유지 및 연구 개발을 강력하게 지원하는 4K 디지털 마이크로스코프
마이크로 니들이란
마이크로 니들이란 직경 및 길이가 1 mm 미만인 극소 사이즈 바늘을 말합니다. 일반적으로 시트에 수직으로 다수의 마이크로 니들이 좁은 피치의 그리드 형상으로 배열됩니다. 경피 투약 시 일반적인 도포제나 패치와는 달리 극소 사이즈 바늘로 찔러 피부 표면의 각질층을 통과하여 표피에 직접 투약할 수 있습니다.
마이크로 니들의 용도
마취 및 인슐린, 백신, 히알루론산 등의 의약품을 이용하는 의료 목적 외에도 미용 목적의 약제 투여 등에 폭넓게 사용됩니다.
마이크로 니들의 이점
진피나 그보다 깊은 피하 조직에 1점으로 투약하는 일반 주사기의 바늘과는 달리 피부가 얕은 부위(표피)에 다점으로 투약할 수 있습니다. 통점이 많은 진피까지 바늘이 도달하지 않게 할 수 있으므로 통증을 주지 않고 간단하게 약제를 투여할 수 있는 것도 이점입니다.
마이크로 니들의 종류와 용도
기존에는 금속 바늘이 주류였으나 현재는 바이오매스 플라스틱 및 생분해성 플라스틱, 수용성 고분자 등 다양한 재질과 형태, 제조 방법의 마이크로 니들이 보급되었습니다. 마이크로 니들의 대표적인 분류는 다음과 같습니다.
- 비용해형(생분해성) 마이크로 니들
- 의료 기기에 이용되는 폴리머인 폴리글리콜산(PGA) 및 폴리유산(PLA) 등이 재료인 극소 바늘의 선단부에 약제를 도포한 마이크로 니들입니다. 비용이 많이 들지만 미량을 투여해야 하는 약제 및 백신에 가장 적합한 마이크로 니들로 이용되고 있습니다. 대표적인 용도로는 인플루엔자 백신 및 C형 간염 치료약, 당뇨병 치료약, 골다공증 치료약 등을 들 수 있습니다.
- 용해형 마이크로 니들
- 수용성 고분자(히알루론산 등) 및 펩타이드, 단백약으로 이루어진 극소 바늘을 지닌 마이크로 니들입니다. 대부분의 경우 시트 형상 마이크로 니들을 피부에 부착하면 피부의 수분이 바늘 자체를 용해하여 표피에 약제가 투여됩니다. 대표적인 용도로 국부 마취약 외에 최근에는 발모제 및 기미, 주름 개선 등 미용 목적인 마이크로 니들 화장품도 많이 유통되고 있습니다.
마이크로 니들 및 해당 금형의 경사 관찰·3D 측정 사례
마이크로 니들은 그 종류 및 재질에 따라 제조 방법이 다릅니다. 금형을 사용해 성형할 경우 높은 정도가 요구되므로, 일정한 샷마다 금형에 마모 및 결함의 발생 여부를 확인하는 것이 불량 발생을 방지하고 불량 발생 시 원인을 특정하는 데 있어서 중요하게 작용합니다.
마이크로 니들의 제조 방법에는 금형을 이용한 성형 외에 디스펜서로 시트 위에 바늘을 만드는 방법, 레이저 가공, 3D 프린팅 등 다양한 종류가 있으며 새로운 기술에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다. 마이크로 니들의 품질 관리 및 품질 보증, 연구 개발과 관련하여 어떤 제조 방법을 이용하더라도 공통적으로 중요한 것이 성형된 바늘의 3D 형상 관찰·측정과 이를 통한 평가입니다.
하지만 기존 현미경이나 측정 기기로는 세밀하게 배치된 극소 바늘과 해당 금형의 관찰 및 각 바늘의 3D 형상과 3D 치수를 측정하는 것이 매우 어렵다는 점이 과제였습니다.
KEYENCE는 현장의 의견을 활용하여 과제를 해결하기 위해 30년 이상 완전히 새로운 디지털 마이크로스코프를 계속 개발해 왔습니다. 그리고 최신 기술과 오랜 기간 축적된 노하우를 활용하여 탄생한 차세대 마이크로스코프가 고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」입니다.
여기서는 「VHX 시리즈」로 간단하게 실현하는 마이크로 니들 금형의 경사 관찰 및 마이크로 니들의 3D 화상화·측정 사례를 소개합니다.
마이크로 니들 금형의 경사 관찰
금형을 사용한 성형은 마이크로 니들의 대표적인 제조 방법 중 하나입니다. 다수를 배열하는 극소 바늘을 하나하나 이상 및 불량 없이 제조하기 위해서는 금형의 관리가 중요합니다.
하지만 금형은 세밀하고 복잡한 입체 형상이기 때문에 기존 현미경으로는 스테이지 위에서 소형 대상 물체를 지그로 고정하고 기울이거나, 금속 소재 특유의 빛 난반사로 인해 조명 조건 설정에 많은 공정 수와 시간이 필요한 것이 과제였습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「프리 앵글 관찰 시스템」과 「고정도 X·Y·Z 전동 스테이지」를 활용하여 시야·회전축·경사축의 3가지 축을 간단하게 맞추면서 경사 관찰을 실시할 수 있습니다. 렌즈 측을 기울이거나 회전시켜도 시야 범위에서 벗어나지 않습니다. 따라서 간단하고 원활하게 경사 관찰을 실시할 수 있습니다.
「VHX 시리즈」는 일반 광학 현미경의 20배 이상 깊은 피사계 심도와 고해상도를 동시에 실현한 광학계와 4K CMOS, 간단한 조작으로 다양한 기능을 활용할 수 있는 독자적인 관찰 시스템을 탑재. 깊은 피사계 심도를 통해 입체적인 대상 물체 전체에 초점을 맞출 수 있습니다. 이와 더불어 「심도 합성」 기능을 활용하면 입체적인 대상 물체를 고배율로 관찰할 때도 시야 전체의 풀 포커스 화상을 간단하게 취득할 수 있습니다. 물론 경사 관찰 시에도 심도 합성을 활용할 수 있습니다.
또한, 버튼을 누르기만 하면 모든 방향에서 조명을 조사하여 촬상한 복수의 화상 데이터를 자동으로 취득하는 「멀티 라이팅」 기능을 탑재하여 목적에 적합한 화상을 선택하기만 하면 바로 관찰을 시작할 수 있습니다. 따라서 지금까지 조건 설정에 소요됐던 시간을 비약적으로 단축할 수 있습니다.
이러한 우수한 성능과 다양한 기능을 통해 입체 형상인 마이크로 니들 금형의 경사 관찰도 고해상도 4K 화상을 이용하여 간단하고 신속하게 실현합니다.
마이크로 니들의 3D 측정
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고해상도 4K 화상을 관찰할 뿐만 아니라 그대로 3D 측정도 실행할 수 있습니다.
초점 위치가 다른 여러 화상을 순식간에 합성하여 텍스처 및 표면의 거칠기까지 포착한 3D 화상을 표시할 수 있습니다. 따라서 스테이지 위 대상 물체 또는 렌즈의 각도를 변경하지 않고도 화면상에 3D로 표시된 화상을 회전시켜 자유로운 각도에서 관찰할 수 있습니다.
또한 취득한 고정도 3D 정보를 바탕으로 3D 치수를 측정할 수 있으며, 화면을 보면서 마우스를 조작하여 임의의 단면을 선택하는 것만으로 프로파일을 측정할 수 있습니다. 이에 따라 미세하고 손상되기 쉬운 마이크로 니들 극소 바늘의 3D 치수 및 단면 형상, 요철 측정값을 비파괴·비접촉으로 서브미크론 단위로 취득할 수 있습니다.
마이크로 니들의 품질 유지 및 연구 개발을 강력하게 지원하는 4K 디지털 마이크로스코프
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 마이크로 니들 및 그 제조에 사용되는 금형과 같은 미세 형상인 대상 물체도 간단한 조작으로 선명한 4K 화상을 이용한 관찰 및 2D·3D 측정, 프로파일 측정 등을 신속하게 실시할 수 있습니다.
또한, 여기서 소개한 내용 외에도 관찰·해석을 효율화하는 다양한 기능을 간단한 조작으로 활용할 수 있어 1대로 리포트 자동 작성까지 완료할 수 있습니다.
높은 신뢰성 및 안전성과 더불어 개발 연구를 통한 경쟁력도 요구되는 마이크로 니들 제조 분야에서 「VHX 시리즈」의 우수한 성능과 기능, 그리고 사용 편의성이 업무 효율을 비약적으로 개선합니다.
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