울트라 개발

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22532(2022) 이 기사 인용

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의료기관에서 방사선 차폐는 의료진과 환자를 노출로부터 보호하는 효과적인 전략입니다. 방사선 발생 구역에서 의료진이 착용하는 보호대 무게를 줄이는 것은 생산성과 이동성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 본 연구에서는 고분자-텅스텐 복합재료를 전기방사하여 모르포나비의 날개와 유사한 다층박막 구조의 나노섬유를 생성함으로써 새로운 경량 방사선 차폐체를 개발하였다. 제작된 쉴드는 0.1mm 두께의 유연한 차폐지 형태였다. 얇은 차폐지의 다층 구조는 텅스텐 입자 분산액을 전기방사하여 나노섬유 패턴을 형성함으로써 얻어졌다. 0.1mm 두께에서 종이의 차폐율은 60keV에서 64.88%였습니다. 또한 두께 0.3mm로 적층구조로 배열한 경우 차폐율은 90.10%, 납당량은 0.296mmPb로 나타났다. 앞치마 소재로 사용 시 기존 납제품 대비 45% 무게를 줄일 수 있습니다. 또한 가공성이 뛰어나 의료기관에서 사용하는 모자, 장갑, 속옷, 스카프 등 다양한 유연성을 갖춘 제품 제조에 활용될 수 있다.

방사선촬영은 인체를 통해 X선을 투과시키는 의료기술로, 인체 내 물질의 밀도 차이를 이용하여 해부학적 구조를 영상화하는 기술입니다1. 조직의 밀도가 높으면 X선의 투과가 제한되는 반면, 상대적으로 밀도가 낮은 조직은 쉽게 투과할 수 있습니다2. 따라서 차폐물의 밀도가 높을수록 방사선 방호에 유리할 수 있다.

엑스레이와 같은 인공 방사선은 의료 및 산업 기술을 위해 개발되었습니다. 그러나 의료기기 사용이 증가함에 따라 일반 대중과 의료 및 산업 종사자들의 방사선 노출도 증가하고 있습니다3. 따라서 피폭을 줄이기 위해서는 능동방사선 기술이 필요하다. 또한, 최근 코로나19 팬데믹으로 인해 이동식 엑스레이 장비의 사용이 증가하고 있습니다4. 국제방사선방호위원회(ICRP)는 의료 분야에서 사용되는 방사선은 환자의 이익을 위해 사용되어야 하며 최적화되어야 한다고 명시하고 있습니다5.

의료기관에서 사용되는 방사선 차폐 기술은 시간과 거리와 연관되어 있다6. 일반적으로 X선 차폐재로는 납 분말과 고무 등의 폴리머로 만든 납판 또는 시트가 사용됩니다. 그러나 납은 독성으로 인해 납 중독 및 폐기에 문제가 있습니다. 따라서 의료기관에서 사용되는 차폐물은 무연 재료로 제조되는 경우가 점차 늘어나고 있습니다8. 그러나 방사선을 사용하는 대부분의 의료기기, 의료용품, 시설에서는 여전히 납을 차폐재로 사용하고 있습니다. 따라서 이를 극복하기 위해서는 납과 동등한 차폐 성능을 갖춘 저렴하고 친환경적인 무연 소재의 사용이 확대되어야 한다.

텅스텐, 산화비스무트, 황산바륨, 붕소와 같은 물질은 일반적으로 납의 대체 물질로 사용됩니다9. 차폐 성능을 고려하면 가장 유용한 친환경 차폐재는 텅스텐이다. 일반적으로 납대체 차폐재는 무독성이어야 하며 유연성과 가공성을 갖추어야 한다. 또한, 혼합되는 고분자와의 친화력이 우수한 소재 또는 차폐물 제조 시 경량화가 가능한 소재로 제시되어야 한다. 이러한 차폐재로 생산할 수 있는 차폐의 종류에는 판, 섬유, 시트 등이 있으며, 공정기술에 따라 원하는 형상으로 프레스 또는 사출성형이 가능하다.

섬유 형태의 쉴드는 차폐재를 함침시킨 원사로 직조됩니다. 그러나 직조 과정에서 원사 사이에 핀홀이 발생하여 차폐 성능이 제한됩니다. 따라서 섬유 기반 차폐는 주로 2차(또는 산란) 방사선으로부터 보호하는 데 사용됩니다10. 시트형 차폐재는 폴리머와 차폐재를 혼합하여 필요한 두께로 압축하여 제작됩니다. 이 공정의 가장 중요한 요소는 차폐재의 균일한 분산입니다. 차폐재 분산 공정은 차폐 성능의 재현성에 영향을 미치며 생산 공정의 표준화 없이는 대량 생산에 적용하기 어렵습니다11.