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문제 정의
- 본 연구에서는 기존 대형기기와 일부 보급되어 있는 개인용 피부미용기기와 차별화된 경쟁력을 갖는 개인용 피부미용 복합자극기를 개발하고자 하였다. 복합자극의 종류로는 피부미용 한약재 추출액의 생화학 자극, 피부 신진대사를 촉진시키는 온열 자극, 다양한 피부미용 효과가 보고되고 있는 광 자극을 선택하였으며, 이들이 동시에 제공 가능하도록 그림 1과 같은 복합자극부 구조를 설계하였다.
- 본 연구에서는 기존 피부미용기기와 차별화된 경쟁력을 갖도록, 피부미용에 효능이 있는 것으로 알려진 한약재 추출액의 생화학 자극, 피부 신진대사를 촉진시키는 온열 자극, 안전성 및 피부미용 효과가 우수한 광 자극이 동시에 가능한 개인용 피부미용 복합자극기를 개발하였다.
- 본 연구에서는 이러한 온열 자극이 적절히 제공될 수 있도록 면상발열체를 발열원으로 하고 피부미용에 적합한 37℃∼43℃를 사용시간 10분 동안 안정적으로 제공할 수 있는 온열 자극부를 개발하였다.
- 개발된 피부미용 복합자극기의 유효성을 평가하는 방법으로 다양한 방법이 있겠으나, 제품승인 전 단계이므로 세포 수준의 실험을 선택하였다. 세포 실험에서는 한약재 추출액을 공급하면서 배양하는 하는 것이 어렵기 때문에 온열 자극과 광 자극에 의한 효과만을 관찰하고자 하였다. 실험의 목적은 C2C12 murine myoblast에 주어진 온열 자극 및 광 자극이 피부 미용과 관련있는 collagen mRNA 발현에 미치는 영향을 확인하는 것으로 하였다.
- 세포 실험에서는 한약재 추출액을 공급하면서 배양하는 하는 것이 어렵기 때문에 온열 자극과 광 자극에 의한 효과만을 관찰하고자 하였다. 실험의 목적은 C2C12 murine myoblast에 주어진 온열 자극 및 광 자극이 피부 미용과 관련있는 collagen mRNA 발현에 미치는 영향을 확인하는 것으로 하였다. 이를 위해 C2C12 세포를 37℃, 5% CO2 조건으로 Dulbecco's Modified Eagle's Medium(DMEM) 배지에서 10% fetal bovine serum(FBS), 1% penicillin/streptomycin을 3일마다 혼합 공급하면서 배양하였다.
제안 방법
- 때문에 본 연구에서는 발열체, 한약재 패드, 피부자극부에 각각 온도센서를 설치한 뒤 다수의 반복 실험을 통해 피부자극부 온도를 피부미용 적합한 37℃∼43℃로 유지하는 제어 메커니즘을 경험적으로 개발하였다. 그림 4(b)~4(d)에는 이 메커니즘을 통해 피부자극부 온도(Ts)를 37℃, 40℃, 43℃로 제어한 예를 나타낸 것이며, 보다 상세히는 목표 피부자극부 온도를 최대한 빨리 도달하기 위해 발열체의 온도를 각각 최대 66℃(Ts= 37℃), 68℃(Ts=40℃), 72℃(Ts=43℃)까지 올렸다가 48.5℃까지 자연냉각시킨 뒤 발열체를 48.5℃로 유지하는 메커니즘을 사용하였다. 그림 4(b)~4(d)의 굵은 실선은 마이크로프로세서를 통해 직접 제어한 발열체 온도, 점선은 한약재 패드 온도, 가는 실선은 피부자극부 온도를 의미한다.
- 광 자극부는 그림 3의 고출력 LED 구동회로로 인해 동작 안정성은 확보되었기 때문에 설정된 동작시간 10분 동안의 LED 광원 온도를 측정 및 평가해 보았다. LED의 전구(bulb) 내 중심 온도를 측정하기 위해 비접촉 온도측정 장비인 Fluke 561(Fluke Co., USA)를 사용하였으며, 근적외선 LED를 단독으로 구동하였을 때는 최고 상승온도가 38.3℃로 측정되었다. 그러나 실제와 같이 발열체에 결합된 경우, 단독 사용할 때와 달리 발열체 제어온도에 따라 그림 6의 실선 그래프와 같이 최대 90.
- 실험 그룹은 약 30% subculture한 세포에 3가지 온열 자극(37℃, 40℃, 43℃) 및 광 자극 여부(O,X)를 조합한 6가지 복합자극을 각각 인가한 6개 그룹으로 하였으며, 이 중 광 자극 없이 37℃ 온열 자극만 인가한 그룹을 대조군으로 삼았다. 각 그룹의 자극은 1일차, 3일차, 5일차에 동일시간 대에 20분간 인가하였으며, 7일차에는 Tri-Reagent를 이용하여 mRNA를 추출한 뒤 RT-PCR 분석을 실시하였다[9]. 온열 자극은 세포배양 인큐베이터를 37℃로 유지하다가 자극시점에 해당 온도로 변경함으로써 구현하였으며, 광 자극은 개발된 광 자극부를 인큐베이터 내에 미리 설치하고 외부에 스위치를 두어 자극시점에 인큐베이터 개폐없이 동작시킬 수 있도록 하였다.
- 개발된 피부미용 복합자극기의 유효성을 평가하는 방법으로 다양한 방법이 있겠으나, 제품승인 전 단계이므로 세포 수준의 실험을 선택하였다. 세포 실험에서는 한약재 추출액을 공급하면서 배양하는 하는 것이 어렵기 때문에 온열 자극과 광 자극에 의한 효과만을 관찰하고자 하였다.
- 광 자극부는 그림 3의 고출력 LED 구동회로로 인해 동작 안정성은 확보되었기 때문에 설정된 동작시간 10분 동안의 LED 광원 온도를 측정 및 평가해 보았다. LED의 전구(bulb) 내 중심 온도를 측정하기 위해 비접촉 온도측정 장비인 Fluke 561(Fluke Co.
- 9°C로 전체적으로 발열체의 온도가 적절히 제어되고 있음을 확인할 수 있다. 그러나 복합자극기 사용시간이 10분인 것을 고려하면 목표 온도 도달시간을 보다 단축시킬 필요가 있어 발열체 공급전원을 34V로 변경하였다. 그 결과 70°C 도달시간은 79초로 단축되었고, 온도상승 기울기는 약 0.
- 생화학 자극은 탈지면 패드에 함유된 한약재 혼합추출물이 온열자극에 의해 기화되어 피부에 공급되도록 하였으며, 온열자극은 탄소섬유 면상 발열체를 통해 제공할 수 있도록 하였다. 그리고 광 자극은 피부에 최대로 깊이 투과할 수 있는 850nm 파장을 갖는 고출력 근적외선 LED를 통해 공급하였다. 최종적으로 이러한 복합자극부를 포함하면서 사용자 편의성과 심미성을 확보한 그림 4와 같은 기구물을 설계하였다.
- 복합자극기는 동작 버튼이 눌리면 면상 발열체에 공급하는 전류를 제어하여 사용자가 설정한 온도에 도달한 뒤 이를 유지하도록 개발하였으며, 이때의 온열에 의해 면상 발열체에 인접한 한약재 추출액 패드의 훈증기가 피부로 공급되도록 하였다. 그리고 동시에 LED 광원이 일정한 세기로 피부에 조사될 수 있도록 개발하였다. 복합자극기의 전체적인 제어에는 마이크로프로세서 PIC18F242를 사용하였으며, 동작 버튼 및 온도조절 상하버튼의 사용자 입력과 동작여부 및 설정온도를 표시하는 bar LED의 사용자 출력을 갖도록 하였다.
- 때문에 본 연구에서는 발열체, 한약재 패드, 피부자극부에 각각 온도센서를 설치한 뒤 다수의 반복 실험을 통해 피부자극부 온도를 피부미용 적합한 37℃∼43℃로 유지하는 제어 메커니즘을 경험적으로 개발하였다.
- 이후 디자인된 형상 내부에 PCB 및 부품들이 들어 갈 수 있도록 PCB 및 부품의 크기와 위치를 결정하였으며, PCB는 유선형 형상 내부에 들어가도록 메인 PCB와 서브 PCB의 2개로 제작하였다. 마지막으로 (재)원주의료기기테크노밸리 기술지원실에서 3차원 기구설계 툴을 이용하여 각 PCB와 부품의 최적 위치를 결정하고 이들을 고정할 수 있는 기구부를 설계하였다. 그림 4(b)에는 제작된 워킹 목업(working mock-up) 내에 2개의 PCB와 그 외 부품들을 조립한 결과를 나타내었다.
- 광 자극부는 당초 설계로 동작시켰을 때 온열자극부와 결합되어 있기 때문에 LED 중심 온도가 정상동작범위를 초과하는 경우가 발생하였으며, 방열 구조물을 제작하여 결합함으로써 이 문제를 해결하였다. 마지막으로, C2C12 mouse myoblast을 대상으로 복합자극의 유효성을 평가하는 실험을 실시하였다. 이때 한약재 추출액을 투여하면서 세포를 배양하는 것이 어렵기 때문에 온열 자극(37℃, 40℃, 43℃)과 광 자극(O, X)만을 대상으로 실험하였다.
- 먼저 본 연구에서는 한약재 추출액의 생화학 자극, 온열 자극, 광 자극이 동시에 가능하도록 그림 1과 같은 형상으로 복합자극부를 설계하였다. 그림 1의 각 부분은 피부미용에 효능이 있는 것으로 알려진 한약재 추출액을 함유하고 있는 한약재 추출액 패드(①), 한약재 추출액을 훈증하고 피부에 온열자극을 공급하는 면상발열체(②), 피부세포에 광-생화학작용을 유도하는 LED 광원(③)을 의미한다.
- 면상발열체의 ON/OFF를 제어하기 위해서는 그림 2와 같은 제어 회로를 설계하였다. 면상발열체 ON/OFF는 발열체에 흐르는 전류를 제어함으로써 구현하였으며, 이는 마이크로프로세서 출력에 의해 제어되는 트랜지스터 스위칭회로로 구현하였다. 이때 마이크로프로세서는 사용자가 설정한 목표온도와 발열체 뒷면에서 측정된 발열체 온도를 참고하여 발열체 ON/OFF 시점을 결정하도록 하였는데, 사용자에게 공급되는 온도는 발열체의 온도가 아닌 발열체 위의 한약재 패드로부터 일정거리 떨어진 즉, 피부가 위치할 것으로 예상되는 곳의 온도이므로 여러 차례의 실험을 통하여 최적의 발열체 ON/OFF 제어 메커니즘을 실험적으로 도출하였다.
- 그림 1의 각 부분은 피부미용에 효능이 있는 것으로 알려진 한약재 추출액을 함유하고 있는 한약재 추출액 패드(①), 한약재 추출액을 훈증하고 피부에 온열자극을 공급하는 면상발열체(②), 피부세포에 광-생화학작용을 유도하는 LED 광원(③)을 의미한다. 복합자극기는 동작 버튼이 눌리면 면상 발열체에 공급하는 전류를 제어하여 사용자가 설정한 온도에 도달한 뒤 이를 유지하도록 개발하였으며, 이때의 온열에 의해 면상 발열체에 인접한 한약재 추출액 패드의 훈증기가 피부로 공급되도록 하였다. 그리고 동시에 LED 광원이 일정한 세기로 피부에 조사될 수 있도록 개발하였다.
- 그리고 동시에 LED 광원이 일정한 세기로 피부에 조사될 수 있도록 개발하였다. 복합자극기의 전체적인 제어에는 마이크로프로세서 PIC18F242를 사용하였으며, 동작 버튼 및 온도조절 상하버튼의 사용자 입력과 동작여부 및 설정온도를 표시하는 bar LED의 사용자 출력을 갖도록 하였다.
- 본 연구에서는 기존 대형기기와 일부 보급되어 있는 개인용 피부미용기기와 차별화된 경쟁력을 갖는 개인용 피부미용 복합자극기를 개발하고자 하였다. 복합자극의 종류로는 피부미용 한약재 추출액의 생화학 자극, 피부 신진대사를 촉진시키는 온열 자극, 다양한 피부미용 효과가 보고되고 있는 광 자극을 선택하였으며, 이들이 동시에 제공 가능하도록 그림 1과 같은 복합자극부 구조를 설계하였다. 생화학 자극은 탈지면 패드에 함유된 한약재 혼합추출물이 온열자극에 의해 기화되어 피부에 공급되도록 하였으며, 온열자극은 탄소섬유 면상 발열체를 통해 제공할 수 있도록 하였다.
- 복합자극의 종류로는 피부미용 한약재 추출액의 생화학 자극, 피부 신진대사를 촉진시키는 온열 자극, 다양한 피부미용 효과가 보고되고 있는 광 자극을 선택하였으며, 이들이 동시에 제공 가능하도록 그림 1과 같은 복합자극부 구조를 설계하였다. 생화학 자극은 탈지면 패드에 함유된 한약재 혼합추출물이 온열자극에 의해 기화되어 피부에 공급되도록 하였으며, 온열자극은 탄소섬유 면상 발열체를 통해 제공할 수 있도록 하였다. 그리고 광 자극은 피부에 최대로 깊이 투과할 수 있는 850nm 파장을 갖는 고출력 근적외선 LED를 통해 공급하였다.
- 이를 위해 C2C12 세포를 37℃, 5% CO2 조건으로 Dulbecco's Modified Eagle's Medium(DMEM) 배지에서 10% fetal bovine serum(FBS), 1% penicillin/streptomycin을 3일마다 혼합 공급하면서 배양하였다. 실험 그룹은 약 30% subculture한 세포에 3가지 온열 자극(37℃, 40℃, 43℃) 및 광 자극 여부(O,X)를 조합한 6가지 복합자극을 각각 인가한 6개 그룹으로 하였으며, 이 중 광 자극 없이 37℃ 온열 자극만 인가한 그룹을 대조군으로 삼았다. 각 그룹의 자극은 1일차, 3일차, 5일차에 동일시간 대에 20분간 인가하였으며, 7일차에는 Tri-Reagent를 이용하여 mRNA를 추출한 뒤 RT-PCR 분석을 실시하였다[9].
- 온열 자극부를 테스트하기 위해 먼저 본 연구에서 발열체의 동작범위로 설정한 30℃~70℃ 범위 내에 임의의 목표온도를 설정한 뒤 발열체 공급전원이 22V의 상태에서 발열체 가열특성과 온도제어 성능을 평가해 보았다.
- 각 그룹의 자극은 1일차, 3일차, 5일차에 동일시간 대에 20분간 인가하였으며, 7일차에는 Tri-Reagent를 이용하여 mRNA를 추출한 뒤 RT-PCR 분석을 실시하였다[9]. 온열 자극은 세포배양 인큐베이터를 37℃로 유지하다가 자극시점에 해당 온도로 변경함으로써 구현하였으며, 광 자극은 개발된 광 자극부를 인큐베이터 내에 미리 설치하고 외부에 스위치를 두어 자극시점에 인큐베이터 개폐없이 동작시킬 수 있도록 하였다. 그림 7에는 RT-PCR을 통해 분석된 복합자극에 의한 collagen I과 collagen III의 mRNA 발현량을 정리하여 나타냈다.
- )를 개발에 사용하였다. 이 근적외선 LED가 안정적으로 최대 출력을 내기 위해서는 LED에 300mA가 안정적으로 공급되어야 하며, 이를 위해서 고출력 LED 드라이버 MBI1802를 사용하여 그림 3과 같이 구동회로를 설계하였다.
- 면상발열체 ON/OFF는 발열체에 흐르는 전류를 제어함으로써 구현하였으며, 이는 마이크로프로세서 출력에 의해 제어되는 트랜지스터 스위칭회로로 구현하였다. 이때 마이크로프로세서는 사용자가 설정한 목표온도와 발열체 뒷면에서 측정된 발열체 온도를 참고하여 발열체 ON/OFF 시점을 결정하도록 하였는데, 사용자에게 공급되는 온도는 발열체의 온도가 아닌 발열체 위의 한약재 패드로부터 일정거리 떨어진 즉, 피부가 위치할 것으로 예상되는 곳의 온도이므로 여러 차례의 실험을 통하여 최적의 발열체 ON/OFF 제어 메커니즘을 실험적으로 도출하였다. 한편, 발열체의 온도는 발열체 뒷면에 부착한 LM35DZ 온도센서를 통해 측정하였는데, 이는 0∼100℃ 범위를 측정가능하며 10.
- 마지막으로, C2C12 mouse myoblast을 대상으로 복합자극의 유효성을 평가하는 실험을 실시하였다. 이때 한약재 추출액을 투여하면서 세포를 배양하는 것이 어렵기 때문에 온열 자극(37℃, 40℃, 43℃)과 광 자극(O, X)만을 대상으로 실험하였다. 그 결과, 37℃ 온열 자극과 광 자극의 복합자극을 인가한 그룹에서 대조군에 비해 피부 미용 효과와 관련이 깊은 collagen I mRNA 발현량이 4.
- 이를 위해 C2C12 세포를 37℃, 5% CO2 조건으로 Dulbecco's Modified Eagle's Medium(DMEM) 배지에서 10% fetal bovine serum(FBS), 1% penicillin/streptomycin을 3일마다 혼합 공급하면서 배양하였다.
- 해당 근적외선 LED의 정상동작 범위가 최대 85℃(점선 그래프)이므로, 발열체의 온도를 60℃ 이상으로 제어한 경우에는 안정적인 근적외선 광 자극을 기대할 수 없다. 이에 직경이 20.0mm이고, 높이가 10.0mm인 원통형 알루미늄에 근적외선 LED와 결합할 수 있도록 지름 약 10.0mm의 나선 홈을 깍은 방열구조물(heat sink)를 그림 6의 삽입그림과 같이 제작하여 LED에 결합시켰다[8]. 이후 재측정 실험을 실시한 결과, 그림 6의 쇄선 그래프와 같이 최대 온도가 61.
- 사용자가 복합자극기를 얼굴, 더 나아가서는 목과 어깨에 적용가능하고 피부미용기기의 특성상 심미성을 강조한 외형을 갖도록 강원대학교 지식정보디자인혁신센터에서 심미성, 안전성, 휴대성 등을 고려한 11가지 디자인 안을 도출하였으며 최종적으로는 유선형의 손잡이를 갖고 피부자극부를 돌출시킨 그림 4(a)와 같은 디자인을 최종 선택하였다. 이후 디자인된 형상 내부에 PCB 및 부품들이 들어 갈 수 있도록 PCB 및 부품의 크기와 위치를 결정하였으며, PCB는 유선형 형상 내부에 들어가도록 메인 PCB와 서브 PCB의 2개로 제작하였다. 마지막으로 (재)원주의료기기테크노밸리 기술지원실에서 3차원 기구설계 툴을 이용하여 각 PCB와 부품의 최적 위치를 결정하고 이들을 고정할 수 있는 기구부를 설계하였다.
- 최종적으로 이러한 복합자극부를 포함하면서 사용자 편의성과 심미성을 확보한 그림 4와 같은 기구물을 설계하였다. 제작된 시제품의 보완 및 성능평가를 위하여 온열 자극부 테스트, 광 자극부 테스트, 유효성 평가 실험을 실시하였다. 그 결과, 온열 자극부 테스트 결과, 한약재 패드에 함유된 추출액 양이 감소하는 상황임에도 불구하고 피부자극부의 목표온도를 그림 4(b)~4(d)의 실선과 같이 안정적으로 제어할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이때 피부자극부 목표 온도 도달 시간은 모든 경우 2분 내외로 적절하였다.
- 최종 제작된 피부미용 복합자극기 시제품의 보완 및 성능평가를 위하여 온열 자극부와 광 자극부 테스트 및 유효성 평가 실험을 실시하였다.
- 한약재 추출액 패드는 미국 FDA와 일본 JIS를 만족하는 3종의 탈지면을 가공한 패드에 한의전문가가 추천한 어성초, 인진쑥, 싸주아리쑥, 당귀 등의 혼합추출물 10ml를 함유하도록 제작하였으며, 온열 자극부와 광 자극부의 개발내용은 다음 절에 상세히 설명하였다.
대상 데이터
- 25W (@ 자극부위 반경 20mm, 자극시간 10분)의 출력을 갖는 광원이 필요한 것으로 판단되었다. 그러나 해당 스펙을 정확히 만족하며 개인용 복합자극기에 사용가능한 광원을 조달하기 어려운 관계로 대신에 850nm 파장을 가지며 750mW의 출력이 가능한 근적외선 LED(YIL-T1085A, Yoosol Electronic Co.)를 개발에 사용하였다. 이 근적외선 LED가 안정적으로 최대 출력을 내기 위해서는 LED에 300mA가 안정적으로 공급되어야 하며, 이를 위해서 고출력 LED 드라이버 MBI1802를 사용하여 그림 3과 같이 구동회로를 설계하였다.
- 본 연구에서는 이러한 온열 자극이 적절히 제공될 수 있도록 면상발열체를 발열원으로 하고 피부미용에 적합한 37℃∼43℃를 사용시간 10분 동안 안정적으로 제공할 수 있는 온열 자극부를 개발하였다. 발열부는 그림 1에 나타낸 바와 같이 외경이 40mm, 내경이 12mm인 원판형태로 제작하였으며, 발열원으로 탄소섬유 면상발열체를 선택하였고, 온도상승 시에도 발열체 형태를 유지하기 위하여 윗면과 아랫면에 각각 테플론 원판을 추가한 3층 구조로 제작하였다. 면상발열체의 ON/OFF를 제어하기 위해서는 그림 2와 같은 제어 회로를 설계하였다.
- 이에 본 연구에서는 광 자극원의 파장으로 4mm이상의 피부 투과가 가능하고 피부미용효과가 뛰어날 것으로 예상되는 850nm를 선정하였다. 한편, 근적외선을 사용하는 병원용 해외 대표제품인 iClearXL(CureLight Ltd.
성능/효과
- 3배 크게 나타났다. 40℃ 온열자극과 광자극을 동시에 인가한 그룹의 collagen mRNA 발현량이 40℃ 온열자극만 인가한 그룹에 비해 크게 나타났지만, 대조군(37℃, 무 광자극)에 비해 현저한 발현량 감소가 관찰되었다. 43℃ 하에서는 mRNA 추출이 불가능하였으며, 이는 온도에 민감한 세포가 죽거나 기능저하가 발생하였기 때문으로 판단된다.
- 43℃ 하에서는 mRNA 추출이 불가능하였으며, 이는 온도에 민감한 세포가 죽거나 기능저하가 발생하였기 때문으로 판단된다. 결과적으로 37℃ 온열 자극과 근적외선 광 자극을 동시에 인가한 복합자극의 경우 피부미용에 긍정적 영향을 미치는 collage I과 collage III 단백질 생성의 촉진을 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 본 실험설계로서는 40℃, 43℃ 온열 자극 및 광 자극에 의한 collagen 단백질의 생성 여부를 판단할 수 없었다.
- 최근에는 근적외선이 산화질소(NO)방출을 촉진하여 항산화 및 항염 역할을 하고, 유전자 생산과 관련된 ROS 및 에너지 대사와 관련된 ATP 합성을 증가시킨다는 보고가 있다. 결과적으로 근적외선의 세포 대사활동 증가 및 세포 재생 효과로부터 콜라겐 및 엘라스틴의 생성 촉진과 그에 따른 주름발생 억제 및 피부 탄력 유지의 효과를 기대할 수 있다. 한편 파장에 따른 피부 투과 깊이는 400nm에는 1mm 이하, 514nm에는 0.
- 그 결과 70°C 도달시간은 79초로 단축되었고, 온도상승 기울기는 약 0.56°C/sec로 증가하였다.
- 이때 한약재 추출액을 투여하면서 세포를 배양하는 것이 어렵기 때문에 온열 자극(37℃, 40℃, 43℃)과 광 자극(O, X)만을 대상으로 실험하였다. 그 결과, 37℃ 온열 자극과 광 자극의 복합자극을 인가한 그룹에서 대조군에 비해 피부 미용 효과와 관련이 깊은 collagen I mRNA 발현량이 4.9배, collagen III mRNA 발현량이 1.3배 증가하는 것을 확인하였다. 향후 온열 자극 목표 온도를 보다 빨리 도달할 수 있는 발열체 및 제어 메커니즘을 연구하고, 이어 사람 피부를 대상으로 한약재 추출액, 온열 자극, 광 자극의 복합자극이 피부탄력, 주름개선 등에 미치는 효과를 평가할 계획이다.
- 제작된 시제품의 보완 및 성능평가를 위하여 온열 자극부 테스트, 광 자극부 테스트, 유효성 평가 실험을 실시하였다. 그 결과, 온열 자극부 테스트 결과, 한약재 패드에 함유된 추출액 양이 감소하는 상황임에도 불구하고 피부자극부의 목표온도를 그림 4(b)~4(d)의 실선과 같이 안정적으로 제어할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이때 피부자극부 목표 온도 도달 시간은 모든 경우 2분 내외로 적절하였다. 광 자극부는 당초 설계로 동작시켰을 때 온열자극부와 결합되어 있기 때문에 LED 중심 온도가 정상동작범위를 초과하는 경우가 발생하였으며, 방열 구조물을 제작하여 결합함으로써 이 문제를 해결하였다.
- 또한, 목표 온도 도달 후 온도 변동 폭은 약 0.5∼0.9°C로 전체적으로 발열체의 온도가 적절히 제어되고 있음을 확인할 수 있다.
- 먼저, 목표 온도 도달시간은 목표온도가 30°C일 때 33초이고 70°C일 때 199초로 목표 온도가 증가할수록 더 많은 시간이 소요되는 것을 확인할 수 있었으며, 모든 목표온도에서 온도상승 기울기가 약 0.27°C/sec로 거의 일정한 것을 알 수 있다.
- 0mm의 나선 홈을 깍은 방열구조물(heat sink)를 그림 6의 삽입그림과 같이 제작하여 LED에 결합시켰다[8]. 이후 재측정 실험을 실시한 결과, 그림 6의 쇄선 그래프와 같이 최대 온도가 61.1℃로 감소되었으며, 결과적으로 발열체 온도를 사용자에 적합한 온열자극이 가능한 약 70℃ 전후로 제어하더라도 LED가 정상동작할 것으로 예상된다.
- 그림 4(b)~4(d)의 굵은 실선은 마이크로프로세서를 통해 직접 제어한 발열체 온도, 점선은 한약재 패드 온도, 가는 실선은 피부자극부 온도를 의미한다. 피부자극부 목표 온도별 제어 결과를 살펴보면, 세 경우 모두 약 2분 시점에 목표온도에 도달하며, 한약재 패드 내 추출액이 지속적으로 변화함에도 설정한 사용시간 10분 동안에 각 피부자극부 목표 온도를 비교적 안정적으로 유지할 수 있음을 확인할 수 있다. 이때 피부자극부 목표 온도별 제어 오차범위는 각 ±0.
후속연구
- 그러나 본 실험설계로서는 40℃, 43℃ 온열 자극 및 광 자극에 의한 collagen 단백질의 생성 여부를 판단할 수 없었다. 하지만, 피부미용을 위해 최대 47℃까지 인가하는 기기가 있다는 사실을 고려하였을 때 향후 계획하고 있는 동물실험에서는 복합자극의 유효성이 더 밝혀질 것으로 기대된다.
- 3배 증가하는 것을 확인하였다. 향후 온열 자극 목표 온도를 보다 빨리 도달할 수 있는 발열체 및 제어 메커니즘을 연구하고, 이어 사람 피부를 대상으로 한약재 추출액, 온열 자극, 광 자극의 복합자극이 피부탄력, 주름개선 등에 미치는 효과를 평가할 계획이다.
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