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KR20130080785A - 고 전단의 의학적 치료에의 응용 - Google Patents

고 전단의 의학적 치료에의 응용 Download PDF

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KR20130080785A
KR20130080785A KR1020127028673A KR20127028673A KR20130080785A KR 20130080785 A KR20130080785 A KR 20130080785A KR 1020127028673 A KR1020127028673 A KR 1020127028673A KR 20127028673 A KR20127028673 A KR 20127028673A KR 20130080785 A KR20130080785 A KR 20130080785A
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아지즈 핫산
레이포드 지. 안소니
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에이치 알 디 코포레이션
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Abstract

본 개시에서는 분산액을 생산하기 위해 치료기체 또는 치료액체 또는 이들의 조합과 액체 운반체를 고전단 장치 내에서 혼합하는 단계; 및 상기 생산된 분산액을 환자의 정맥내에 투여하는 단계를 포함하고, 상기 생산된 분산액은 약 1.5㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 상기 치료기체의 나노기포(nanobubbles) 또는 상기 치료액체의 액적(droplet)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 기술되어 있다. 본 개시에서, 치료기체 소스 또는 치료액체 소스 또는 이들의 조합; 액체 운반체 소스; 주입구, 배출구, 하나 이상의 회전자, 전단 간극에 의해 분리되는 하나 이상의 고정자로 구성되며, 상기 전단 간극은 하나 이상의 회전자와 하나 이상의 고정자 사이의 최단 거리며, 상기 주입구는 치료기체 소스 또는 치료액체 소스 또는 양쪽 모두 및 상기 액체 운반체 소스와 유체 연통되는 고전단 장치(HSD); 및 상기 고전단 장치를 통과하는 유체의 유속 및 체류시간을 조절하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템이 기술되어 있다.

Description

고 전단의 의학적 치료에의 응용{HIGH SHEAR APPLICATION IN MEDICAL THERAPY}
본 발명은 개괄적으로 다양한 질병의 치료에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 다양한 질병을 치료하기 위한 전단 장치(shear device)의 이용에 관한 것이다.
심장 질환 또는 심장 혈관병은 미국에서 사망원인의 첫 번째를 차지하는 심장 또는 혈관(동맥 및 정맥)과 관련되는 질병들이다. 전 세계 대부분의 나라들에 있어서, 사람들은 높은 비율로 점점 증가하는 심장혈관병에 직면하고 있다.
미국에서 사망원인의 두번 째를 차지하는 암(즉, 악성 종양)은, 일군의 세포들이 조절되지 않는 성장(정상적인 한계를 넘은 분할), 침투(인접한 조직 상으로의침입 및 그 조직의 파괴), 때로는 전이(림프 또는 혈액을 통해 신체의 다른 부분으로의 확산)을 나타내는 질환의 종류이다. 암은 대부분의 유형이 나이에 따라 증가하는 위험인자를 가진 모든 연령대의 사람들에게 영향을 준다. 나이가 증가함에 따라, 암은 2007년에 모든 인간 사망의 약 13%(7,600,000명)를 야기하였다. 대부분의 암은 수술, 방사선, 호르몬, 화학 요법, 면역 요법에 의해 치료된다. 혈액 산소처리(oxygenation) 분야에 있어서, 헤모글로빈 계 산소 운반체(hemoglobin-based oxygen carriers;HBOCs)와 과불화탄소 유액(perfluorocarbon emulsions;PFCs)이라는 두 가지 종류의 중요한 혈액 대체재가 개발 중이다.
산화 스트레스는 활성 산소 종(reactive oxygen species;ROS)의 생산과 반응 중간체를 즉시 해독하거나 손상 결과를 쉽게 복구하는 생물학적 시스템의 능력 사이의 불균형에 의해 나타난다. 활성 산소 종(ROS)은 산소 원자를 포함하고 있는 활성 분자들이다. 이들은 산소 이온과 과산화물을 포함하는 것으로서 유기물 또는 무기물 중 어느 하나가 될 수 있는 매우 작은 분자들이다. 그것들은 홀 원자가 외곽 전자(unpaired valence shell electrons)들의 존재 때문에 높은 반응성을 가진다. 활성 산소 종은 면역 체계에 의해 병원균을 공격하거나 죽이는 방법으로 사용되므로, 유익할 수 있다. 게다가, 활성 산소 종(ROS)은 정상적인 산소 신진대사의 자연적인 부산물로서 생성되어 세포의 신호발생에 있어서 중요한 역할들을 한다. 그러나, 환경 스트레스(예를 들어 자외선 또는 열에 노출)를 받는 동안에 활성 산소 종의 수치는, 세포 구조에 상당한 손상이 생길 수 있을 만큼 급격하게 증가할 수 있다. 이것은 산화 스트레스 상태를 축적한다. 활성 산소 종은 전리 방사선(ionizing radiation)과 같은 외부적인 요인에 의해 발생되기도 한다.
활성 산소 종은 심장 혈관병을 포함하는 다양한 염증성 반응에 대한 세포 활동과 관련이 있다. 이들은 높은 소음도에 의해 야기된 달팽이관의 손상으로 인한 청각 장애, 시스플라틴(cisplatin)과 같은 약물의 내이독성 그리고 동물과 인간 모두의 선천적인 난청과 관계있을 수 있다. 산화 환원 신호전달 또한 세포자멸사 또는 학습된 세포사의 조정 그리고 허혈성 손상과 관련이 있다. 구체적인 예는 뇌졸증과 심장 마비를 포함한다. 일반적으로, 세포에 대한 활성 산소 종의 유해한 영향은 DNA 및 RNA 손상, 다가 불포화 지방산의 지질(예를 들어, 과산화지질)로의 산화, 아미노산의 단백질로의 산화, 보조인자의 산화에 의한 특정 효소의 산화 불활성화를 포함한다.
모든 형태의 생명체들은 세포 내에 환원환경을 유지한다. 이러한 환원환경은 대사 에너지의 지속적인 투입을 통해 환원된 상태를 유지하는 효소들에 의해 보전된다. 이러한 정상적인 산화환원(환원-산화 반응) 상태가 교란되면 단백질, 지질 그리고 DNA를 포함하는 세포의 모든 구성요소들을 파괴하는 자유 라디칼(free radical)과 과산화물들이 만들어져 독성효과가 나타날 수 있다. 인간의 경우, 산화 스트레스는 아테로마성 동맥경화증, 파킨슨병, 심부전, 심근경색, 알츠하이머병, 취약 X 염색체 증후군, 만성 피로 증후군 같은 많은 질병과 관련이 있으나, 단기간의 산화 스트레스는 미토호메시스(mitohormesis)라고 불리는 과정의 유도에 의한 노화방지에 있어 중요할 수 있다. 자유-라디칼(free-radical) 이론에 의하면, 활성 산소 종에 의해 시작된 산화 손상은 노화의 특징인 기능 감퇴의 중요한 기여자이다.
다양한 질병들의 치료(예를 들어, 의학적 치료)는 산업, 의학, 연구, 과학 및 공학 분야에서 가장 복잡하고, 흥미롭고, 도전적인 분야의 하나로 남아 있다. 따라서 다양한 관점에서 질병의 치료/관리를 향상시키기 위한 새로운 방법과 시스템을 개발하기 위한 지속적인 필요성과 관심이 있다.
발명의 요약
본 개시에서는 분산액을 생산하기 위해 치료기체 또는 치료액체 또는 이들의 조합과 액체 운반체를 고 전단 장치 내에서 혼합하는 단계; 및 상기 생산된 분산액을 환자의 정맥내에 투여하는 단계를 포함하며, 상기 생산된 분산액이 약 1.5㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 상기 치료액체의 액적(droplet) 또는 상기 치료기체의 나노기포(nanobubbles)를 포함하는 방법이 기술된다.
일부 실시형태에서, 상기 치료기체는 오존, 황산계 기체, 일산화탄소, 산소, 수소, 질소, 마취가스, 불활성 가스, 및 이들의 혼합으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 일부 실시형태에서, 상기 치료액체는 황, 황산염, 유기금속, 항생물질, 스테로이드, 비타민, 유기황 화합물, 알릴 프로필 디설파이드(allyl propyl disulfide), 디알릴 디설파이드(DADS 또는 4,5-디티아(dithia)-1,7-옥타디엔(octadiene)), 디알릴 트리설파이드(DATS), S-알릴 시스테인(SAC), 비닐리디티인(vinyldithiine), 설포닐(sulfonyl) 화합물, 항산화제, 지질, 킬레이트제 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 일부의 경우, 상기 항산화제는 커큐민(심황)을 포함하고; 상기 킬레이트제는 디에틸렌 트리아민 펜타아세트산(diethylene triamine pentaacetic acid;DTPA)를 포함하고; 상기 비닐리디티인은 2-비닐(vinly)-[4H]-1,3-디티인(dithiine) 또는 3-비닐(vinly)-[4H]-1,2-디티인(dithiine)을 포함하고; 유기황 화합물은 알리신(allicin)을 포함하고; 상기 설포닐 화합물은 아존(ajoene)을 포함한다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 방법은 고전단 장치의 전단률을 제어하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 방법은 고전단 장치 내에서 치료기체와 액체 운반체의 체류시간을 제어하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 치료기체는 수소이며 생산된 분산액은 환자의 산화 스트레스를 감소시킨다. 일부 실시형태에 있어서, 치료기체는 황화수소이며 생산된 분산액은 환자의 혈관작용을 조절한다. 일부 실시형태에 있어서, 치료기체는 산소이며 생산된 분산액은 환자의 혈액 산화를 개선시킨다. 일부 실시형태에 있어서, 치료기체는 산소이며 생산된 분산액은 혈액 대체재와 결합하는데 이용된다. 일부 실시형태에 있어서, 생산된 분산액은 암환자에게 투여되며 그 안에 포함된 치료기체 나노기포 또는 분산된 나노크기의 불혼화성 치료액체는 환자의 암세포를 파괴한다. 일부 실시형태에서, 생산된 분산액은 환자에게 투여되며 그 안에 포함된 치료기체 나노기포 또는 분산된 나노크기의 불혼화성 치료액체는 환자에게 마취효과를 일으킨다.
일부 실시형태에 있어서, 치료기체의 조합이 이용된다. 다른 일부 실시형태에 있어서, 액체 운반체는 초 비경구 영양(TPN) 용액을 포함한다. 또 다른 실시형태에 있어서, 액체 운반체는 치료기체 또는 치료액체를 이동시키기 위한 인핸서를 포함한다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 불혼화성 치료액체는 황 또는 알리신 ;디알릴 디설파이드(DADS 또는 4,5-디티아(dithia)-1,7-옥타디엔(octadiene)) ;알릴 프로필 디설파이드(allyl propyl disulfide) ;디알릴 트리설파이드(DATS); S-알릴 시스테인(SAC) ;비닐리디티인(2-비닐(vinly)-[4H]-1,3-디티인(dithiine) 및 3-비닐(vinly)-[4H]-1,2-디티인(dithiine)) 및 아존(ajoene)과 같은 다양한 설포닐 화합물을 포함하는 유기황 화합물이다.
일부 실시형태에 있어서, 치료기체와 불혼화성 액체의 조합이 이용된다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 방법은 분산액을 환자에게 투여하기 전에 상기 생산된 분산액에 약물을 혼입하는 것을 더 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 본 발명에 개시된 방법은 질병을 치료하기 위해 현존하는 치료방법과 결합된다.
또한 본 발명에서 개시된 방법은 분산액을 생산하기 위해 치료제, 나노다이아몬드 및 액체 운반체를 고전단 장치 내에서 혼합하는 단계; 및 상기 생산된 분산액을 환자의 정맥내에 투여하는 단계;를 포함한다.
본 개시에서, 치료기체 소스 또는 치료액체 소스 또는 이들의 조합; 액체 운반체 소스; 주입구, 배출구, 하나 이상의 회전자, 전단 간극에 의해 분리되는 하나 이상의 고정자로 구성되며, 상기 전단 간극은 하나 이상의 회전자와 하나 이상의 고정자 사이의 최단 거리며, 상기 주입구는 치료기체 소스 또는 치료액체 소스 또는 양쪽 모두 및 상기 액체 운반체 소스와 유체 연통되는 고전단 장치(HSD); 및 상기 고전단 장치를 통과하는 유체의 유속 및 체류시간을 조절하기 위해 구성되는 펌프;를 포함하는 시스템이 기술된다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 시스템은 유체를 환자의 정맥내에 투여하기 위한 주입구를 갖는 장치를 더 포함하되, 상기 장치의 주입구는 상기 고전단 장치의 배출구와 유체 연통되어 있다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 시스템은 상기 고전단 장치와 유체 연통되는 저장 용기를 더 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 시스템은 저장 용기의 온도를 제어하도록 구성된 온도 제어부를 더 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 저장 용기는 환자의 정맥내 주사를 하기 위해 구성된 기구와 유체 연통된다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 시스템은 고전단 장치(HSD)의 온도를 제어하도록 구성된 온도 제어부를 더 포함한다. 다양한 실시형태에 있어서, 유체의 통로는 멸균상태이다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 고전단 장치는 평균직경이 약 1.5㎛ 이하인 치료기체의 나노기포을 포함하는 분산액을 생산하기 위해 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 고전단 장치는 적어도 하나의 회전자의 팁 속도가 22.9m/s(4,500 ft/min)보다 더 크도록 할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 치료기체 소스는 오존, 황산계 기체, 일산화탄소, 산소, 수소, 질소, 마취가스, 불활성 가스, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 기체를 제공하기 위해 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 치료액체 소스는 황, 황산염, 유기금속, 항생물질, 스테로이드, 비타민, 유기황 화합물, 알릴 프로필 디설파이드(allyl propyl disulfide), 디알릴 디설파이드(DADS 또는 4,5-디티아(dithia)-1,7-옥타디엔(octadiene)), 디알릴 트리설파이드(DATS), S-알릴 시스테인(SAC), 비닐리디티인(vinyldithiine), 설포닐(sulfonyl) 화합물, 항산화제, 지질, 킬레이트제 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 치료액체를 제공하기 위해 구성된다.
상술한 내용은 후술할 본 발명의 상세한 설명을 더욱 용이하게 이해하기 위하여 본 발명의 특징 및 기술적 이점들을 다소 광범위하게 개시하고 있다. 본 발명의 특허청구범위의 청구 주제를 형성하는 본 발명의 부가적인 특징 및 이점은 후술될 것이다. 당해 기술분야의 숙련자라면, 본 발명에 개시된 개념 및 특정 실시형태들이 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위한 기타 구조를 변형하거나 설계하기 위한 기반으로서 용이하게 이용될 수 있는 것으로 인식되어야 한다. 또한 당해 기술분야의 숙련자라면, 이 같은 균등한 구성이 첨부된 특허청구범위에 개시된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 바람직한 구현예의 보다 상세한 설명을 위하여, 첨부된 도면을 참조한다.
도 1a는 1단 전단 장치의 종단면도이다.
도 1b는 3단 전단 장치의 종단면도이다.
도 2a는 고 전단 장치를 의학적 치료에 사용하는 방법을 도시한 것이다.
도 2b는 의학적 치료를 위한 전단 압력의 적용을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 3은 액체 매질 속에서 기체를 운반하기 위한 인핸서 분자(enhancer molecule)를 도시한 것이다.
표기 및 명명법
본 발명에서 사용된 바와 같이, "분산액"이란 용어는 서로 용이하게 혼합되고 용해되거나, 서로 용이하게 혼합되고 용해되지 않을 2개 이상의 구별 가능한 물질(또는, "상(phase)")을 함유한 액화된 혼합물을 지칭한다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, "분산액"은 "연속"상(또는, "매트릭스")을 포함하며, 이때 상기 "연속"상은 그 내부에 불연속 액적(droplet), 기포 및/또는 다른 상(other phase) 또는 물질의 입자를 함유한다. 따라서 분산액이란 용어는 액체 연속상에 부유하는 기체 기포, 제 1 액체와 혼화되거나 혼화되지 않는 제 2 액체를 포함하는 연속상 전반에 걸쳐 분산되어 있는 유제, 및 고체 입자가 전반에 걸쳐 분포되어 있는 액체 연속상을 포함하는 형태를 지칭할 수 있다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, "분산액"이란 용어는 기체 기포가 전반에 걸쳐 분포되어 있는 액체 연속상, 고체 입자가 전반에 걸쳐 분포되어 있는 액체 연속상, 연속상에서 가용성이거나 불용성인 제 2 액체의 액적이 전반에 걸쳐 분포되어 있는 제 1 액체의 연속상, 및 고체 입자, 혼화성/불혼화성 액체 액적 및 기체 기포 중 임의의 하나 또는 이들의 조합이 전반에 걸쳐 분포되어 있는 액체 상을 포함한다. 따라서 분산액은 몇몇 경우에 균질한 혼합물(예를 들어, 액체/액체 상)로서 존재할 수 있거나, 조합용으로 선택된 재료의 특성에 따라 불균질한 혼합물(예를 들어, 기체/액체, 고체/액체, 또는 기체/고체/액체)로서 존재할 수 있다.
본 발명에서 사용된 바와 같이, "치료기체"란 특정 질병에 대해 치료효과를 가지는 가스 또는 가스들의 조합을 지칭한다. 치료기체의 몇 가지 예로 오존, 황산계 기체, 일산화탄소, 산소, 수소가 있다. 다른 치료기체로는 아르곤, 제논을 포함하는 불활성 가스(noble gas)와 같은 불활성 가스(inert gas)가 있다. 이러한 기체들의 치료성질은 혈전, 콜레스테롤 증가 및 다른 성분들과 같은 체내의 바람직하지 않은 성분들을 용해시킬 수 있는 능력; 압력을 적용해서 순환계 내에서 이동성을 제한할 수 있는 능력; 및 산화 및/또는 환원 기체로부터 치료 효과를 전달하는 능력으로부터 유도된다. 용해된 가스의 치료효과는 종양 또는 다른 돌연변이 세포가 존재하는 인체의 격리된 부분으로 전달된 독성기체의 이용으로부터 유도될 수도 있다. 순환계를 통해 격리된 부분으로 독성 치료기체의 전달은 바람직하지 못한 세포들을 파괴한다. 치료기체는 분산된 유체로서 용해되고 더 안전하며 쉽게 전달되는 실온에서 기체상인 마취가스 또는 약물을 포함할 수 있다. 다양한 치료방법이 사용되는 경우 다양한 기체들의 조합 뿐만 아니라 순차적인 이용이 고려될 수 있다. 그러한 기술 중 하나는 치료기체들의 조합의 방법에 의해 부분적으로 용해시키고 혈전 또는 제한부위로 이동시키는 것이다. 이러한 치료기체들은 효과적이고 최소한의 부작용을 가지도록 농축/단계적으로 이용되어진다.
본 발명에 사용된 바와 같이 불혼화성 치료액체는 특정한 질병에 대해 치료효과가 있는 액체 또는 액체들의 조합을 말한다. 불혼화성 치료액체의 몇 가지 예로 다양한 황산염, 유기금속, 항생물질, 스테로이드 및 특정 비타민이 있다. 불혼화성 성질이란 혈전과 함께 용액을 형성하는 능력을 의미한다. 몇몇 경우에 있어서, 불혼화성 용액은 유기화합물과 금속의 결합에 의한 유기금속 화합물의 형성과 같이 고체와 액체의 결합 또는 반응에 의해 형성될 수도 있다. 참조의 용이성을 위해, 치료기체는 치료기체 또는 치료액체 또는 이들의 조합을 의미하는 것으로 본 개시에서 때때로 언급된다. 본 개시의 범위내에서 치료기체 또는 치료액체 또는 이들의 조합은 치료기체가 명시적으로 설명된 경우에 이용될 것이다.
본 발명에서 사용된 바와 같이, "질병"은 인체에 영향을 미치는 비정상적인 상태를 의미한다.
특정한 용어들은 특정한 시스템의 구성성분을 지칭하기 위해 하기 상세한 설명 및 특허청구범위 전반에 걸쳐 사용된다. 이러한 문헌은 명칭은 다르지만 기능은 다르지 않은 구성성분들 구별하도록 의도된 것이 아니다.
하기 상세한 설명 및 특허청구범위에서, "구비하는" 및 "포함하는"이란 용어는 개방형 용어로 사용되며, 따라서 "포함하지만 이에 한정되지 않는"이란 의미를 갖는 것으로 해석되어야 한다.
전단 장치
전단 장치는 회전자/고정자 조합을 포함하는 하나 이상의 발전기를 이용하는 기계 장치로서, 이들 각각에는 고정자와 회전자 사이에 간극이 구비되어 있다. 각 발전기 세트에서 회전자와 고정자 사이의 간극은 고정될 수 있거나, 조절 가능하다. 전단 장치는 고전단 장치를 통해 유동하는 혼합물 중의 마이크로 이하 및 마이크로 크기의 기포 또는 나노크기의 입자를 생산할 수 있는 방식으로 구성된다. 고전단 장치는 혼합물의 압력 및 온도를 제어할 수 있도록 동봉체(enclosure) 또는 하우징을 포함한다.
고전단 혼합 장치는 일반적으로 이들의 혼합/분산 능력에 기초하여 3개의 일반적인 부류로 분류된다. 혼합은 유체 내의 입자 또는 균질하지 않은 종의 크기를 줄이는 공정이다. 혼합 정도 또는 혼합 완전성(thoroughness)에 대한 하나의 측정기준(metric)은 유체 입자를 분쇄하기 위해 혼합 장치에 의해 생성되는 단위 부피당 에너지 밀도이다. 상기 부류는 전달된 에너지 밀도에 기초하여 구별된다. 마이크로 이하 내지 50㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 혼합물 또는 유제를 일관되게 생산하기에 충분한 에너지 밀도를 갖는 3개의 부류의 산업용 혼합기로는 균질화 밸브 시스템, 콜로이드 밀(mill) 및 고속 혼합기를 들 수 있다. 균질화 밸브 시스템으로 지칭되는 고에너지 장치의 제 1 부류에서, 가공될 유체는 매우 높은 압력 하에 간극이 좁은 밸브를 통해 더욱 낮은 압력 환경으로 펌핑된다. 밸브를 통한 압력 구배, 및 그 결과 얻어진 난류 및 캐비테이션(cavitation)은 유체 중의 임의의 입자를 분쇄하도록 작용한다. 이들 밸브 시스템은 우유 균질화에 가장 일반적으로 사용되고 있으며, 마이크로 이하 내지 약 1㎛ 범위의 평균 입자 크기를 수득할 수 있다.
에너지 밀도 스펙트럼의 맞은편 단부에는 낮은 에너지 장치로서 지칭되는 장치의 제 3 부류가 있다. 일반적으로 이들 시스템에는 가공될 유체의 저장소에서 고속으로 회전하는 패들(paddle) 또는 유체 회전자가 구비되어 있으며, 더욱 일반적인 응용 중 많은 응용에서, 가공될 유체는 음식 제품이다. 이들 낮은 에너지 시스템은 통상적으로 20㎛ 초과의 평균 입자 크기가 가공된 유체 내에서 허용 가능한 경우에 사용된다.
유체로 전달된 혼합 에너지 밀도의 측면에서 낮은 에너지 장치와 균질화 밸브 시스템 사이에는 콜로이드 밀 및 기타 고속 회전자-고정자 장치가 존재하며, 이들 장치는 중간 에너지 장치로서 분류된다. 전형적인 콜로이드 밀의 구성으로는 밀접하게 제어된 회전자-고정자 간극에 의해 상보적인 액체 냉각형 고정자로부터 분리된 원뿔형 또는 디스크형 회전자가 포함되며, 상기 회전자-고정자 간극은 일반적으로 0.0254㎜ 내지 10.16㎜(0.001 내지 0.40인치)이다. 회전자는 일반적으로 직접 구동 또는 벨트 기작을 통해 전기 모터에 의해 구동된다. 회전자가 고속으로 회전함에 따라 회전자는 회전자의 외부 표면과 회전자의 내부 표면 사이로 유체를 펌핑하고, 간극에서 생성된 전단력으로 인해 유체가 가공된다. 적절한 조절부가 구비된 다수의 콜로이드 밀은 가공된 유체의 경우에 0.1 내지 25㎛의 평균 입자 크기를 달성한다. 이들 성능은 콜로이드 밀이 화장품, 마요네즈, 또는 실리콘/은 아말감 형성에 필요한 것과 같은 콜로이드 및 오일/수계 유제 가공 내지 지붕-타르 혼합을 포함한 다양한 응용에 적절하도록 한다.
팁 속도(tip speed)는 단위 시간당 회전자의 팁에 의해 이동하는 원주 거리이다. 따라서 팁 속도는 회전자 직경 및 회전 주파수의 함수이다. 팁 속도(예를 들어, 분당 거리(m))는 회전자 팁에 의해 전사된 원주 거리인 2πR을 곱함으로써 산정될 수 있으며, 여기서 R은 회전자의 반경(예를 들어, 거리(m)) 곱하기 회전 주파수(예를 들어, 분단 회전수(rpm))이다. 예를 들어, 콜로이드 밀은 초당 22.9m(분당4,500ft) 초과의 팁 속도를 가질 수 있고, 초당 40m(분당 7,900ft)를 초과할 수 있다. 이러한 개시내용에 있어서, '높은 전단'이란 용어는 초당 5.1m(분당 1,000ft) 초과의 팁 속도를 가질 수 있고 가공될 공급 스트림으로 에너지를 공급하기 위해 외부의 기계적 동력 구동 장치를 요구하는 회전자-고정자 기계 장치(예를 들어, 콜로이드 밀 또는 회전자-고정자 분산 장치)를 지칭한다. 예를 들어, 전단 장치에서는 초당 22.9m(분당 4,500ft) 초과의 팁 속도가 달성 가능하며, 초당 40m(분당 7,900ft)를 초과할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전단 장치는 적어도 초당 22.9m(분당 4,500ft)의 팁 속도로 적어도 시간당 300ℓ를 전달할 수 있다. 동력 소비는 점도, 작동 온도 및 작동 압력에 따라 달라질 것이다. 전단 장치는 높은 팁 속도를 매우 작은 전단 간극과 조합하여 가공되는 재료에 대해 상당한 전단을 생성한다. 전단량은 유체의 점도에 의존할 것이다. 따라서 고전단 장치의 작동 도중에 증가된 압력 및 온도의 국부적인 영역이 회전자의 팁에서 생성된다. 몇몇 경우에, 국부적으로 증가된 압력은 약 1,034.2MPa(150,000psi)이다. 몇몇 경우에, 국부적으로 증가된 온도는 약 500℃이다. 몇몇 경우에, 이들 국부적인 압력 및 온도 증가는 나노(nano) 초 또는 피코(pico) 초 동안 지속할 수 있다.
특별한 이론에 제한되는 것을 원하지 않는 한, 높은 전단 혼합 수준 또는 정도는 이상적이지 못한 국부적인 조건을 생성하기에 충분한 것으로 여겨진다. 이상적이지 못한 국부적인 조건은 고전단 장치 내에서 발생하는 것으로 여겨지며, 이는 온도 및 압력의 증가를 초래하며, 가장 상당한 증가는 국부적인 압력에서 이루어지는 것으로 여겨진다. 고전단 장치 내에서 압력 및 온도의 증가는 일시적이고 국부적인 것이며, 일단 고전단 장치에서 유출되면 벌크(bulk) 또는 평균 시스템 조건으로 신속하게 되돌아간다. 몇몇 경우에, 고전단 혼합 장치는 공급 스트림 구성성분들 중 하나 이상을 자유 라디칼로 분리하기에 충분한 강도의 캐비테이션을 유도하며, 이어 상기 자유 라디칼은 상호작용(예를 들어, 화학적 반응)을 증강시킬 수 있으며, 그렇지 않는 경우에 요구될 수 있는 것보다 덜 엄격한 조건에서 상호작용이 일어나도록 할 수 있다. 또한 캐비테이션은 국부적인 난류 및 액체 미세 순환(음향 스트리밍)을 생성함으로써 수송 공정의 속도를 증가시킬 수 있다. 화학적/물리적 가공 응용 중에서 캐비테이션 현상의 응용에 대한 개요는 문헌[Gogate et al., "Cavitation: A technology on the horizon," Current Science 91 (No. 1): 35-46(2006)]에서 제공된다.
유체 내로의 에너지 입력의 근사치(분당 ㎾/ℓ)는 모터 에너지(㎾) 및 유체 출력(분당 ℓ)을 측정함으로써 추정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 팁 속도는 공급 스트림 구성성분에 인가되는 기계적인 힘을 생성하는 하나 이상의 회전 요소의 단부와 연관된 속도(분당 ft 또는 초당 거리(m))이다. 실시형태에서, 전단 장치의 에너지 소비는 1,000W/㎥ 초과이다. 실시형태에서, 전단 장치의 에너지 소비는 약 3,000W/㎥ 내지 약 7,500W/㎥의 범위이다.
전단률은 전단 간극 너비(회전자와 고정자 사이의 최소 공극(clearance))로 나눈 팁 속도이다. 전단 장치에서 생성된 전단률은 20,000s-1 초과일 수 있다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 40,000s-1이다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 100,000s-1이다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 500,000s-1이다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 1,000,000s-1이다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 1,600,000s-1이다. 실시형태에서, 전단 장치에 의해 생성된 전단률은 20,000s-1 내지 100,000s-1 범위이다. 예를 들어, 하나의 응용에서 회전자의 팁 속도는 초당 약 40m(분당 7,900ft)이고, 전단 간극 너비는 0.0254㎜(0.001인치)이며, 따라서 1,600,000s-1의 전단률을 생성한다. 다른 응용에서, 회전자의 팁 속도는 초당 약 22.9m(분당 4,500ft)이고 전단 간극 너비는 0.0254㎜(0.001인치)이며, 따라서 약 901,600s-1의 전단률을 생성한다. 일부 실시형태에서, 전단 장치는 콜로이드 밀을 포함한다. 적당한 콜로이드 밀은, 예를 들어 IKA® Works, Inc.(노스캐롤라이나주 윌밍턴 소재) 및 APV North America, Inc.(메사추세츠주 윌밍턴 소재)에 의해 제조된다. 몇몇의 경우에, 전단 장치는 IKA® Works, Inc.의 Dispax Reactor®을 포함한다.
고전단 장치는 이를 통과하는 스트림에 인가되는 기계적인 힘을 생성하는 하나 이상의 회전 요소를 포함한다. 고전단 장치는 공극에 의해 분리되어 있는 하나 이상의 고정자 및 하나 이상의 회전자를 포함한다. 예를 들어, 회전자는 원뿔형 또는 디스크 형상일 수 있으며, 상보적 형상의 고정자로부터 분리될 수 있다. 실시형태에서, 회전자 및 고정자 둘 모두는 원주 방향으로 이격된 복수의 티스(teeth)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 고정자(들)는 각 발전기(회전자/고정자 세트)의 회전자와 고정자 사이에서 목적하는 전단 간극을 얻기 위해 조절 가능하다. 회전자 및/또는 고정자의 티스 사이의 홈은 증가된 난류에 대해 교호 단계에서 방향을 교호적으로 나타낼 수 있다. 각각의 발전기는 필요한 회전을 제공하기 위해 구성된 임의의 적당한 구동 시스템에 의해 구동될 수 있다.
일부 실시형태에서, 고정자와 회전자 사이의 최소 공극(전단 간극 너비)은 약 0.0254㎜(0.001인치) 내지 약 3.175㎜(0.125인치) 범위이다. 특정 실시형태에서, 고정자와 회전자 사이의 최소 공극(전단 간극 너비)은 약 1.52㎜(0.060인치)이다. 특정한 구성에서, 고정자와 회전자 사이의 최소 공극(전단 간극)은 적어도 1.78㎜(0.07인치)이다. 고전단 장치에 의해 생성된 전단률은 유동 경로에 따른 종방향 위치에 따라 변할 수 있다. 일부 실시형태에서, 회전자는 회전자의 직경 및 목적하는 팁 속도에 상당하는 속도로 회전하도록 설정된다. 일부 실시형태에서, 고전단 장치는 고정자와 회전자 사이에 고정된 공극(전단 간극 너비)을 갖는다. 대안적으로는, 고전단 장치는 조절 가능한 공극(전단 간극 너비)을 갖는다.
일부 실시형태에서, 전단 장치는 일단 분산 챔버(즉, 단일 회전자/고정자 조합인 단일 발전기)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전단 장치는 다단 인라인 분산 장치이고, 복수의 발전기를 포함한다. 특정 실시형태에서, 전단 장치는 적어도 2개의 발전기를 포함한다. 기타 실시형태에서, 전단 장치는 적어도 3개의 고전단 발전기를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전단 장치는 다단 혼합기이며, 이로 인해 전단률(상술한 바와 같이, 팁 속도에 비례하게 변하고 회전자/고정자 간극 너비에 반비례하게 변하는 전단률)은 본 발명에서 더욱 상세하게 후술한 바와 같이 유동 경로에 따른 종방향 위치에 따라 변한다.
일부 실시형태에서, 전단 장치의 각 단에는 상호 교환 가능한 혼합 기구가 구비되어 있으며, 따라서 유연성을 제공한다. 예를 들어, IKA® Works, Inc.(노스캐롤라이나주 윌밍턴 소재) 및 APV North America, Inc.(메사추세츠주 윌밍턴 소재)의 DR 2000/4 Dispax Reactor®은 3단 분산 모듈을 포함한다. 이러한 모듈은 최대 3개의 회전자/고정자 조합(발전기)를 포함할 수 있으며, 여기에는 각 단에 대해 미세, 중간, 굵은, 및 초미세 발전기가 선택된다. 이는 목적하는 기포 크기 및 입자 크기의 분포가 좁은 분산액의 생성을 허용한다. 일부 실시형태에서, 각각의 단은 초미세 발전기에 의해 작동된다. 일부 실시형태에서, 발전기 세트 중 하나 이상은 약 5.0㎜(0.20인치) 초과의 회전자/고정자 최소 공극(전단 간극 너비)을 갖는다. 대안적인 실시형태에서, 발전기 세트 중 하나 이상은 약 1.78㎜(0.07인치) 초과의 최소 회전자/고정자 공극을 갖는다.
도 1a는 적당한 전단 장치(200)의 종단면을 나타낸다. 도 1a의 전단 장치(200)는 회전자(222)와 고정자(227)의 조합(220)을 포함하는 분산 장치이다. 회전자-고정자 조합은 임의의 제한 없이 발전기(220)또는 단으로서 공지될 수 있다. 회전자(222) 및 고정자(227)는 구동축(250)을 따라 설치되어 있다.
발전기(220)에 있어서, 회전자(222)는 입력부(250)에 의해 회전 가능하게 구동되고, 화살표(265)로 표시된 바와 같이 축(260) 둘레를 회전한다. 회전 방향은 화살표(265)로 나타낸 방향(예를 들어, 회전축(260) 둘레의 시계 방향 또는 반시계 방향)에 대해 반대 방향일 수 있다. 고정자(227)는 전단 장치(200)의 벽부(255)에 고정 가능하게 결합된다. 발전기(220)는 회전자와 고정자 사이의 최소 거리인 전단 간극 너비를 갖는다. 도 1a의 실시형태에서, 발전기(220)는 전단 간극(225)을 포함한다.
발전기(220)는 굵은, 중간, 미세 및 초미세 특징부(characterization)를 포함할 수 있다. 회전자(222) 및 고정자(227)는 톱니 모양 설계일 수 있다. 발전기(220)는 2세트 이상의 회전자-고정자 티스를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 회전자(222)는 회전자의 원주 둘레에서 원주 방향으로 이격되어 있는 회전자 티스를 포함한다. 실시형태에서, 고정자(227)는 고정자의 원주 둘레에서 원주 방향으로 이격되어 있는 고정자 티스를 포함한다.
전단 장치(200)는 유체 혼합물을 수용하기 위해 유입구(205)에 구성된다. 유입구(205)로 들어가는 유체 혼합물은 발전기(220)를 통해 연속적으로 펌핑되어, 분산액 생성물을 형성한다. 생성물 분산액은 유출구(210)를 경유하여 전단 장치(200)에서 유출된다. 발전기(220)의 회전자(222)는 고정된 고정자(227)에 비례하는 속도로 회전하여, 조절 가능한 전단률을 제공한다. 회전자의 회전은 유입구(205)로 들어가는 유체 혼합물과 같은 유체를 전단 간극(그리고, 존재하는 경우에 회전자 티스 사이의 공간 및 고정자 티스 사이의 공간)을 통해 외부로 펌핑하여, 국부적인 전단 조건을 생성한다. 유체가 흐르는 전단 간극(225)(그리고, 존재하는 경우에 회전자 티스 사이의 간극 및 고정자 티스 사이의 간극)에서 유체에 작용하는 전단력은 상기 유체를 가공하고, 생성물 분산액을 생성한다. 생성물 분산액은 전단 유출구(210)를 경유하여 전단 장치(200)에서 유출된다.
특정한 예에서, 전단 장치(200)는 IKA® Works, Inc.(노스캐롤라이나주 윌밍턴 소재)의 ULTRA-TURRAX®을 포함한다. 가변 크기, 부피 용량, 유속, 팁 속도, 유입구/유출구 연결부, 마력, 출력 rpm, 및 작동 가능한 온도 범위를 갖는 몇몇 모델이 이용 가능하다. 예를 들어, T10 basic ULTRA-TURRAX® 균질기는 1/8,000 내지 30,000분의 속도 범위로의 속도의 스텝리스 제어(stepless control)를 제공하며, 조절 가능한 분산 요소들을 제공한다.
특정 실시형태에서, 회전자 및 고정자의 하나 이상의 단 또는 조합이 이용될 수 있다. 예를 들어, 회전자-고정자 조합의 2 또는 3개의 단은 유연성으로 인해 가변형 전단 응력을 제공하도록 할 수 있도록 동일한 구동축을 따라 직렬로 연결된다. 유체 혼합물은 목적하는 분산액 생성물이 형성될 때까지 연속적으로 가공될 회전자-고정자 조합의 상이한 단을 통과한다. 조절 가능한 작동 매개변수의 예로는 회전자 크기, 고정자 크기, 전단 간극, 회전자 속도, 팁 속도, 전단률, 유속, 체류 시간 등이 있다.
도 1b는 분산 장치로서 3개의 단 또는 회전자-고정자 조합(220, 230 및 240)을 포함하는 3단 전단 장치(200)의 종단면을 나타낸다. 회전자-고정자 조합은 특별한 제한 없이 발전기(220, 230 및 240) 또는 단으로서 공지될 수 있다. 3개의 회전자/고정자 세트 또는 발전기(220, 230 및 240)는 구동축(250)을 따라 직렬로 배열된다.
제 1 발전기(220)는 회전자(222) 및 고정자(227)를 포함한다. 제 2 발전기(230)는 회전자(223) 및 고정자(228)를 포함한다. 제 3 발전기(240)는 회전자(224) 및 고정자(229)를 포함한다. 각각의 발전기에 있어서, 회전자는 입력부(250)에 의해 회전 가능하게 구동하고, 화살표(265)로 표시된 바와 같이 축(260) 둘레를 회전한다. 회전 방향은 화살표(265)로 표시된 방향(예를 들어, 회전축(260) 둘레에서의 시계 방향 또는 반시계 방향)에 대해 반대 방향일 수 있다. 고정자(227, 228 및 229)는 고전단 장치(200)의 벽부(255)에 고정 가능하게 결합된다.
본 발명에서 상술한 바와 같이, 각각의 발전기는 회전자와 고정자 사이의 최소 거리인 전단 간극 너비를 갖는다. 도 1b의 실시형태에서, 제 1 발전기(220)는 제 1 전단 간극(225)을 포함하고, 제 2 발전기(230)는 제 2 전단 간극(235)을 포함하고, 제 3 발전기(240)는 제 3 전단 간극(245)을 포함한다. 실시형태에서, 전단 간극(225, 235, 245)은 약 0.025㎜ 내지 약 10.0㎜ 범위의 너비를 갖는다. 대안적으로는, 상기 공정은 고전단 장치(200)의 이용을 포함하며, 여기서 상기 간극(225, 235, 245)은 약 0.5㎜ 내지 약 2.5㎜ 범위의 너비를 갖는다. 특정한 예에서, 전단 간극 너비는 약 1.5㎜로 유지된다. 대안적으로는, 발전기(220, 230, 240)에 있어서 전단 간극(225, 235, 245)의 너비는 서로 상이하다. 특정한 예에서, 제 1 발전기(220)의 전단 간극(225)의 너비는 제 2 발전기(230)의 전단 간극(235)의 너비보다 크며, 이는 이어 제 3 발전기(240)의 전단 간극(245)의 너비보다 크다. 상술한 바와 같이, 각 단의 발전기들은 상호 교환 가능할 수 있으며, 따라서 유연성을 제공한다. 고전단 장치(200)는 전단률이 유동 방향(260)을 따라 종방향으로 단계적으로 증가하도록 구성될 수 있다.
발전기(220, 230 및 240)는 굵은, 중간, 미세 및 초미세 특징부를 포함할 수 있다. 회전자(222, 223 및 224) 및 고정자(227, 228 및 229)는 톱니 모양 설계일 수 있다. 각각의 발전기는 2개 이상의 세트의 회전자-고정자 티스를 포함할 수 있다. 실시형태에서, 회전자(222, 223 및 224)는 각 회전자의 원주 둘레에서 원주 방향으로 이격된 10개 이상의 회전자 티스를 포함한다. 실시형태에서, 고정자(227, 228 및 229)는 각 고정자의 원주 둘레에서 원주 방향으로 이격된 10개 이상의 고정자 티스를 포함한다. 실시형태에서, 회전자의 내경은 약 12㎝이다. 실시형태에서, 회전자의 직경은 약 6㎝이다. 실시형태에서, 고정자의 외경은 약 15㎝이다. 실시형태에서, 고정자의 직경 약 6.4㎝이다. 일부 실시형태에서, 회전자는 직경이 60㎜이고, 고정자는 직경이 64㎜이며, 따라서 약 4㎜의 공극을 제공한다. 특정 실시형태에서, 3개의 단 각각은 약 0.025㎜ 내지 약 4㎜의 전단 간극을 포함하는 초미세 발전기에 의해 작동된다. 고체 입자가 고전단 장치(40)를 통해 전송되어야 하는 응용의 경우, 적절한 전단 간극 너비(회전자와 고정자 사이의 최소 공극)는 입자 크기의 적절한 감소 및 입자 표면적의 증가를 위해 선택될 수 있다. 실시형태에서, 이는 입자를 전단하고 분산함으로써 고체 약물의 표면적을 증가시키는데 유리할 수 있다.
고전단 장치(200)는 공급 스트림을 수용하기 위해 유입구(205)에 구성된다. 유입구(205)로 들어가는 공급 스트림은 분산액을 형성하도록 발전기(220, 230)를 통해, 이어서는 발전기(240)를 통해 연속적으로 펌핑된다. 분산액은 유출구(210)를 경유하여 고전단 장치(200)에서 유출된다. 각 발전기의 회전자(222, 223, 224)는 고정된 고정자(227, 228, 229)에 비례하여 고속으로 회전하여, 높은 전단률을 제공한다. 회전자의 회전은 유입구(205)로 들어가는 공급 스트림과 같은 유체를 전단 간극(그리고, 존재하는 경우에 회전자 티스 사이의 공간 및 고정자 티스 사이의 공간)을 통해 외부로 펌핑하여, 국부적인 높은 전단 조건을 생성한다. 유체가 흐르는 전단 간극(225, 235 및 245)(그리고, 존재하는 경우에 회전자 티스 사이의 간극 및 고정자 티스 사이의 간극)에서 유체에 작용하는 높은 전단력으로 인해 상기 유체가 가공되고, 분산액이 생성된다. 분산액 생성물은 고전단 유출구(210)를 경유하여 고전단 장치(200)에서 유출된다.
생성된 분산액은 약 5㎛ 미만의 평균 기체 기포 크기를 갖는다. 실시형태에서, 전단 장치(200)는 약 1.5㎛ 미만의 평균 기체 기포 크기를 갖는 분산액을 생산한다. 실시형태에서, 전단 장치(200)는 1㎛ 미만의 평균 기포 크기를 갖는 분산액을 생산하고, 바람직하게는 상기 기포는 마이크로미터 이하의 직경을 갖는다. 특정한 예에서, 평균 기포 크기는 약 0.1㎛ 내지 약 1.0㎛ 범위이다. 실시형태에서, 전단 장치(200)는 400㎚ 미만의 평균 기포 크기를 갖는 분산액을 생산한다. 실시형태에서, 전단 장치(200)는 100㎚ 미만의 평균 기포 크기를 갖는 분산액을 생산한다. 전단 장치(200)는 적어도 약 15분 동안 대기압에서 분산 상태로 유지될 수 있는 분산된 기체 기포를 포함하는 분산액을 생산한다.
특정한 예에서, 고전단 장치(200)는 IKA® Works, Inc.(노스캐롤라이나주 윌밍턴 소재) 및 APV North America, Inc.(메사추세츠주 윌밍턴 소재)의 DR 2000/4 Dispax Reactor®을 포함한다. 다양한 유입구/유출구 연결부, 마력, 팁 속도, 출력 rpm, 및 유속을 구비한 몇몇 모델이 이용 가능하다. 고전단 장치의 선택은 처리량 요건, 및 고전단 장치(200)의 유출구(210)로 유출되는 분산액에서 목적하는 입자 또는 기포 크기에 의존할 것이다. IKA® 모델 DR 2000/4는, 예를 들어 벨트 구동부, 4M 발전기, PTFE 밀봉 고리, 유입구 플랜지 25.4㎜(1인치) 위생 클램프, 유출구 플랜지 19㎜([3/4]인치) 위생 클램프, 2HP 출력, 7,900rpm의 출력 속도, 시간당 약 300 내지 700ℓ의 유동 용량(물)(발전기에 따름), 및 초당 9.4 내지 41m(분당 1,850ft 내지 8,070ft)의 팁 속도를 포함한다.
의학적 치료에의 전단의 응용
도 2a에 도시된 바와 같이 일 실시형태는 본 발명에서 기술된 분산액을 생산하기 위해 치료기체 또는 불혼화성 치료액체 또는 이들의 조합과 액체 운반체를 본 발명에 기술된 전단장치를 통해 통과시키는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 분산액은 상기 기체의 나노기포 또는 상기 치료액체의 나노입자/나노소구립(nanoglobule)을 포함한다. 본 발명에서 사용된 바와 같이 "나노기포" 또는 "나노입자" 또는 "나노소구립"은 나노미터 미만부터 1000 나노미터 크기의 직경을 가지는 기체기포 또는 액체 액적을 말한다. 일부 실시형태에 있어서, 전단장치는 평균 기포 또는 액적의 크기가 직경 약 5㎛ 이하인 분산액을 생산한다. 일부 실시형태에 있어서, 생산된 분산액의 기포 또는 액적은 직경이 미크론 이하이다. 일부 실시형태에 있어서, 기포 또는 액적의 평균 크기는 직경이 약 0.1㎛ 에서 약 5㎛ 사이이다. 다른 실시형태에 있어서, 전단장치는 평균 기포 또는 액적의 크기가 400nm 이하의 직경을 가지는 분산액을 생산한다. 일부 실시형태에서, 전단장치는 평균 기포 또는 액적의 크기가 100nm 이하의 직경을 가지는 분산액을 생산한다. 일 실시형태에 있어서, 전단의 적용은 환자의 정맥내로 분산된 나노크기의 불혼화성 치료액체 또는 기체 나노기포를 포함하는 분산액을 투여(예를 들어, 정맥내 주입, 정맥내 주사)하는 단계를 더 포함한다. 액체 운반체는 예를 들어, 식염수, 젖산염 링거액, 아세트산염 링거액처럼 당해 기술분야에서 숙련된 기술을 가진자에게 알려져 있는 적당한 액체일 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 액체 운반체는 종합 비경구 영양(TPN)을 포함한다. TPN은 환자에게 매일 필요한 모든 영양분을 공급할 수 있다. 일 예로, TPN은 병원에서 사용된다. 다른 예로, TPN은 가정에서 사용된다. TPN 용액은 농축되어 있고 말초 혈관에서 혈전증을 유발할 수 있기 때문에 그와 같은 실시형태에 있어서, 투여를 위해 중심정맥카테터가 사용된다. TPN의 사용은 환자의 상태에 달려 있다. 예를 들어, TPN은 크론병의 일부 기(stage) 또는 궤양성 대장염, 장폐색, 특정 소아성 소화관 장애(예를 들어, 선천성 소화관 이상, 원인과 관계없는 장기간의 설사), 수술에 의한 단장증후군과 같이 소화관 기능이 없거나 완전장휴식(complete bowel rest)이 필요한 장애를 가진 환자에게 실현가능한 유일한 선택사항이다. TPN을 포함하는 액체 운반체의 조제 또는 투여는 살균 기술을 사용하여 수행 되어진다. 액체 유제의 다른 유형 역시 상기 액체 운반체에 결합될 수 있다.
전단장치에서 유출된 생산된 분산액이 기체의 나노기포 또는 치료액체의 나노-액적을 포함하도록 치료기체 또는 불혼화성 치료액체에 임의의 기간동안 적당한 전단률이 적용된다.
고전단 장치(HSD)에서 생성된 전단률은 20,000s-1 초과일 수 있다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 40,000s-1이다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 100,000s-1이다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 500,000s-1이다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 1,000,000s-1이다. 일부 실시형태에서, 전단률은 적어도 1,600,000s-1이다. 실시형태에서, HSD에 의해 생성된 전단률은 20,000s-1 내지 100,000s-1의 범위이다. 예를 들어, 하나의 응용에서 회전자 팁 속도는 초당 약 40m(분당 7,900ft)이고, 전단 간극 너비는 0.0254㎜(0.001인치)이며, 그 결과 1,600,000s-1의 전단률을 생성한다. 다른 응용에서, 회전자 팁 속도는 초당 약 22.9m(분당 4,500ft)이고, 전단 간극 너비는 0.0254㎜(0.001인치)이며, 그 결과 901,600s-1의 전단률을 생성한다. 일부 실시형태에서 생산된 분산액(또는 치료유체)은 즉시 환자의 정맥내로 투여된다. 상기 분산액은 대기압 하에서 적어도 15분 동안 안정하다.
전단 장치, 전단률, 전단 응력, 및 전단 장치에 인가된 체류 시간의 선택은 필요한 치료유체의 양, 그 안에 포함되어 있는 치료액체 또는 기체의 농도, 및 원하는 분산된 나노크기의 불혼화성 치료액체 또는 기체 나노기포의 크기에 의존한다. 예를 들어, 더 높은 기체 농도 및 더 작은 기체 기포는 더 긴 체류 시간을 필요로 할 것이다.
도 2b에 의하면, 액체 운반체(5) 및 치료기체 또는 불혼화성 치료액체 또는 이들의 조합(8)은 전단장치(40)내로(도 1a 및 1b의 유입구(205)로) 유입된다. 치료기체 또는 불혼화성 치료액체는 액체 운반체에서 나노기포 또는 나노-액적으로 분산된다. 일부 실시형태에서, 펌프(10)는 전단장치(40)로 유입되는 액체 운반체의 유량을 제어하기 위해 포함된다. 펌프(10)는 연속 또는 반 연속적인 동작을 위해 구성되며, 임의의 적당한 펌핑 장치일 수 있다. 일부 실시형태에서, 펌프는 전단장치(40, 도 2b에서는 도시되지 않음)내로 유입되는 치료기체의 유량을 제어하기 위해 사용된다.
일부 실시형태에서, 전단장치(40)의 온도는 온도 제어부(30)에 의해 유지되며, 여기서 상기 온도 제어부(30)는 당해 기술분야의 숙련자에게 공지된 임의의 장치이며, 0 내지 100℃의 온도를 ±2℃ 변화량 이내로 유지하는 능력을 갖는다. 전단장치(40)는 용기(50)와 유체연결(도 1a 및 1b의 배출구(210)로)되며, 여기서 상기 유체연결은 당해 기술분야의 숙련자에게 공지된 임의의 연결일 수 있다. 용기(50)의 온도는 온도 제어부(30)에 의해 유지되며, 여기서 상기 온도 제어부(30)는 당해 기술분야의 숙련자에게 공지된 임의의 장치이며, 0 내지 100℃의 온도를 ±2℃ 변화량 이내로 유지하는 능력을 갖는다. 일부 실시형태에서, 펌프(45)는 용기(50)로 들어가는 생산된 분산액(예를 들어, 치료유체)의 유량을 제어하기 위해 포함된다. 펌프(45)는 연속 또는 반 연속적인 동작을 위해 구성되며, 임의의 적당한 펌핑 장치일 수 있다. 일부 실시형태에서, 기체 나노기포 또는 분산된 나노크기의 불혼화성 치료액체를 포함하는 생산된 분산액 또는 치료유체(60)는 환자의 정맥내로 투여된다.
일부 실시형태에서, 분산의 응용은 분산 유체를 생산하는데 특별히 유용하다. 예를 들어, 치료기체로서의 오존은 식염수내에서 나노 또는 나노 이하의 크기인 기체 내로 분산된다. 이와 같은 분산액이 환자에 주사되거나 주입되는 경우, 오존 기체는 혈류에서 순환하여, 다양한 기관 및 조직으로 수송된다. 생산된 기체 기포의 크기가 작기 때문(나노크기 또는 나노 이하의 크기)에, 오존 기체는 혈뇌 장벽(blood brain barrier, BBB)을 극복하여 뇌로의 접근을 달성할 잠재성을 가지며, 따라서 치료학적으로 효과적이게 된다.
일부 실시형태에 있어서, 액체 운반체는 치료기체 또는 불혼화성 치료액체를 운반하기 위한 인핸서(enhancer)를 포함한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 분자(300)가 사용될 수 있다. 분자(300)는 지방으로부터 얻어진 트리글리세리드, 스테아르산의 글리세릴 에스테르인 트리스테아린(또는 1,3-디(옥타데카노일옥시)프로판-2-일 옥타데카노아테 또는 트리스테아린 또는 트리옥타데카오인 또는 글리세롤 트리스테아레이트 또는 글리세릴 트리스테아레이트)이다. 분자(300)는 골격(301), 가지(302), 비어있는 포트(303)을 가진다. 게다가, 분자(300)는 Y축 또는 z축 주위를 자유롭게 회전할 수 있다. 기체 분자는 특히 고전단의 작용 아래에서 비어있는 포트(303)을 통해 그러한 인핸서(분자(300))와 결합 되어진다. 그러한 인핸서의 사용은 치료기체 또는 불혼화성 치료액체의 목표지점으로의 이동을 촉진시키며 따라서 치료의 효율이 증가한다.
고전단의 영향 아래에서 자유 라디칼의 대응물의 생산에 의해, 본 발명에서 개시된 방법은 자유 라디칼에 의해 야기된 해로운 효과를 반대로 만들 수 있다. 본 발명에서 사용되는 용어 "자유 라디칼의 대응물"은 자유 라디칼에 의한 해로운 효과를 중화 또는 교정하는 것을 야기하는 자유 라디칼을 의미한다. 예를 들어, 산소는 일부 공정에서 해로운 자유 라디칼일 수 있으며, 이 경우 수소는 자유 라디칼 대응물이며, 산소 라디칼(예를 들어, 산화 스트레스, 유전자 돌연변이, 암)에 의해 야기된 해로운 효과를 반대로 만들 수 있다. 다른 예로 자유 라디칼은 치료기체 또는 액체 화합물에 이온 전하를 만든다. 대전된 치료 화합물은 특정 종양 세포의 표면으로 우선적으로 유인되며 이는 악성 세포의 더 표적화된 치료가 되는 결과를 가져온다.
실시예
산화 스트레스 감소. 일 실시형태에 있어서, 치료 기체로서의 수소(H2)는 환자의 산화 스트레스 수준을 감소시키기 위해 본 발명에서 기술된 전단 장치에서 처리된다. 어떤 이론에 의해 제한되기를 원하지는 않지만, 생산된 분산액(또는 치료유체)이 환자에게 주입되는 경우, 그 안에 포함된 수소 나노기포는 ROS의 양을 감소시키고 환자의 필요한 산화환원 균형을 회복시킨다. 따라서, 산화 스트레스에 의한 세포 손상은 감소되고 산화 스트레스와 관련된 다양한 조건들(예를 들어, 노화, 뇌졸중)을 완화된다. 분산액(또는 액체 운반체)내에 있는 치료기체의 수준은 인체로의 주사 비율과 기체 농도가 더 이상 치료성이 아니라 독성이 되는 문턱치 레벨을 넘어서는 것과 관련이 있다. 기체 농도는 원하는 치료 효과가 유지되는 정도에 의해 결정된다.
혈액 산화. 일 실시형태에 있어서, 치료기체로서의 산소(3/4)는 환자의 혈액 산화를 촉진하기 위해 본 발명에서 기술된 전단 장치에서 처리된다. 어떤 이론에 의해 제한되지는 않지만, 생산된 분산액(또는 치료유체)이 환자에게 주입되는 경우, 그 안에 포함된 산소 나노기포는 환자의 혈액 산성 수준을 증가시킨다. 분산액 내(또는 액체 운반체 내)에 있는 치료기체의 수준은 인체로의 주사 비율과 기체 농도가 더 이상 치료성이 아니라 독성이 되는 문턱지 레벨을 넘어서는 것과 관련이 있다. 기체 농도는 원하는 치료 효과가 유지되는 정도에 의해 결정된다. 다른 경우에 있어서, 생산된 분산액은 혈액 대체재, 헤모글로빈 기반 산소 운반체(HBOCs) 또는 과불화탄소 유제(PFCs)과 결합하는데 사용된다.
혈관작용의 조절. 일 실시형태에 있어서, 치료 기체로서의 황화수소(3/4 황)는 환자의 혈관작용을 조절하기 위해 본 발명에서 기술된 전단장치에서 처리된다. 황화수소(H2S)는 내생적인 심장예방 혈관 세포 신호발생 분자로 알려져 있다(확인하라, 예를 들어, Benavides 등, proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 104, No. 46, 17977-17982). 생체 내외에서 3/4 황의 심장혈관 효과는 감소된 혈압, 빈혈 재관류 손상에 대응한 심장보호 및 Ch-의존 혈관긴장저하를 포함한다. 어떤 이론에 의해 제한되진 않지만, 생산된 분산액(또는 치료유체)이 환자에게 주입되는 경우, 그 안에 포함된 황화수소 나노기포는 환자의 혈관작용의 조절을 촉진한다. 다른 예에서, 환자 내로 주입된 황화수소 나노기포는 활성 산소 종의 증가, 고혈압, 고 콜레스테롤, 혈소판 응집 및 혈액 응고와 같은 심장혈관 병과 관련된 다양한 위험 인자를 감소시킨다. 분산액 내에 있는 치료기체의 수준은 인체로의 주사 비율과 기체 농도가 더 이상 치료성이 아니라 독성이 되는 문턱지 레벨을 넘어서는 것과 관련이 있다. 황화수소와 같은 기체에 대하여, 인체 내의 독성 수준은 평군 약 300-350 ppm 이라고 믿어진다. 기체 농도는 치료 효과가 최소한의 부작용과 함께 유지되는 수준에 의해 결정된다.
암 치료. 일 실시형태에서, 치료기체 또는 치료 액체는 환자의 암을 치료하기 위해 본 발명에서 기술된 전단장치에서 처리된다. 어떤 이론에 의해 제한되지는 않지만, 생산된 분산액(또는 치료유체)이 환자에 주입되는 경우, 그 안에 포함된 기체 나노기포 또는 나노크기의 불혼화성 치료액체는 암세포가 정상세포와 비교하여 더 약하기 때문에 환자의 건강하고 정상적인 세포는 남아있는 반면에 암세포를 파괴할 수 있다. 이와 같은 치료는 백혈병, 림프종 및 다발성 골수종과 같은 혈액 악성종양을 치료하는데 특히 유용하다. 적절한 치료기체는 상온에서 기체상인 오존, 황산계 기체, 일산화탄소, 산소, 수소, 질소, 마취가스(예를 들어, 아산화질소), 불활성 기체, 약물 및 그들의 조합을 포함한다. 암세포 치료에 사용되는 불혼화성 치료기체는 커큐민(심황)과 같은 항산화 화합물 또는 수계에서 불용성인 지질 기반의 치료뿐만 아니라 붕소 중성자 포획 치료법(BNCT)과 같은 암을 치료하기 위한 더 새로운 기술을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 전단장치는 평균 기포 크기가 5㎛ 이하의 직경을 가지는 분산액을 생산한다. 일부 실시형태에 있어서, 생산된 분산액의 기포는 직경이 5 마이크로 이하이다. 일부 실시형태에 있어서, 평균 기포 크기는 직경이 0.1㎛ 에서 5㎛ 사이이다. 일부 실시형태에 있어서, 전단장치는 평균 기포 크기가 400nm 이하의 직경을 가지는 분산액을 생산한다. 일부 실시형태에 있어서, 전단장치는 평균 기포 크기가 100nm 이하의 직경을 가지는 분산액을 생산한다.
또 다른 실시형태에서는, 산소와 액체 운반체는 고전단 장치에서 가공되고, 존재하는 항암화학요법 또는 방사선요법과 결합되어 암 환자에게 투여된다. 약간 증가하는 산소 공급은 암세포의 혈관을 강화하고, 항암화학요법 또는 방사선요법을 더 효율적으로 만들기 때문에 암 종양에 산소를 전달하는 것은 환자의 회복가능성을 상당히 촉진시킨다.(손상된 또는 약한 세포는 산소 공급을 방해하며 현재의 치료에 대해 덜 민감하다.) 일부 실시형태에 있어서, 본 발명에서 개시된 방법은 전이된 암 또는 말기 암을 치료하는데 사용된다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 방법은 치료기체 및/또는 불혼화성 치료액체를 결정형으로 변형시키는 것에 의해 암 치료를 촉진하며 그것으로 인하여 변형된 결정형이 암세포로 이동될 수 있으며 암세포와 반응하여 암세포를 파괴한다. 유기 화합물을 고전단 장치를 통해 통과시키는 것은 자유 라디칼 전하를 생산하며 그것은 암 종양과 암 세포를 선택적으로 공격하는 암 치료를 가능하게 한다. 암을 치료할 수 있는 임의의 기체 또는 액체는 전단장치를 통해 넣어지며 이는 자유라디칼을 형성하고 암을 선택적으로 공격하는 검증된 치료를 수행하는 결과를 낳는다.
나노다이아몬드의 혼입. 다른 일부 실시형태에 있어서, 치료제, 나노다이아몬드 및 액체 운반체는 분산액을 생산하기 위해 본 발명에서 기술된 고전단 장치에서 처리되고 분산액은 환자의 정맥내에 투여된다. 일부 실시형태에서, 나노다이아몬드는 치료제(예를 들어, 독소루비신)가 일반적으로 화학요법 내성 종양 세포 내부로 들어가서 그와 같은 종양 세포를 파괴하도록 돕는다.
마취. 일 실시형태에 있어서, 기체상의 마취 화합물(마취 가스)은 환자를 마취하기 위해 본 발명에서 기술된 전단장치에서 처리된다. 어떤 이론에 의해 제한되지는 않지만, 생산된 분산액(또는 치료 유체)이 환자에게 주입되는 경우, 그 안에 포함된 마취 화합물의 기체 나노기포 또는 분산된 나노크기의 불혼화성 치료액체는 환자에게 원하는 마취 효과를 야기할 수 있다. 이와 같은 방법은 기체상의 마취제를 혼입하는 것에 대해 특히 유용하며, 그것은 분산액을 형성하기 위해 액체상에서 불용성 또는 낮은 용해도를 가지며 환자에게 투여된다. 적당한 마취가스는 에틸렌(20℃의 물에서 0.015g/ml의 용해도), 시클로프로판(21℃의 물에서 537ppm의 용해도), 디비닐 에테르(37℃ 물에서 0.0749 mole/L), 에틸클로라이드(21℃ 물에서 0.678% 중량 용해도) 및 트리클로로에틸렌(20℃의 물에서 0.1g/100ml의 용해도) 및 클로로에테인(20℃의 물에서 0.0078 mole/L의 용해도)를 포함한다.
유전자 돌연변이 치료. 일 실시형태에서, 치료기체 또는 불혼화성 치료 액체는 유전자 돌연변이를 가진 세포와 반응하고 활성적인 돌연변위 부위를 차단하는 것에 의해 돌연변이를 불활성적으로 되게 하기 위해 본 발명에서 기술된 전단장치에서 처리된다. 일부의 경우에서, 유전자 돌연변이는 산화에 의해 야기되고 수소는 그와 같은 효과를 반대로 하기 위해 이용된다. 또 다른 일부의 경우, 치료기체의 조합이 사용된다. 일부 예에서 상기 효과는 본질적인 전환 또는 억제로부터 나온 결과인 반 돌연변이로 기술된다. 세포 수준에의 전환 또는 억제 메카니즘을 통해, 본 발명에 개시된 상기 방법은, 예를 들어 암과 같은 다양한 질병들을 치료할 수 있게 한다. 게다가, 이와 같은 방법은 노화과정을 예방하거나 늦출 수 있게 한다.
핵 방사선 치료. 일 실시형태에서, 치료기체 또는 불혼화성 치료액체는 환자의 핵 방사선 치료를 위해 본 발명에서 기술된 전단장치에서 처리된다. 일부의 경우에서, 사용되는 치료기체는 수소이다. 예를 들어, 우주복사는 증가된 산화 스트레스와 관련있는 DNA 및 지질 손상을 야기한다고 알려져 있다. 강력한 항산화 및 항염증 기능을 가지는 수소는, 방사선에 의해 야기되는 이상반응에 대해 예방적 및/또는 치료적인 효과를 제공할 수 있다. 다른 일부 경우에는, 사용되는 치료기체는 황화수소이다. 수소 기체(H2)는 히드록실기와 과산화질소 라디칼을 선택적으로 감소시키는 것에 의한 허혈성 재관류 손상 및 뇌졸중으로부터 뇌를 보호하는 항산화 및 항세포자멸 기능을 가진다. 전리 방사선에 의해 유도되는 세포손상의 반 이상은 히드록실기 라디칼에 의해 야기된다고 잘 알려져 있다. 히드록실기 라디칼을 감소시키는 것은 방사선 손상으로부터 세포의 보호를 현저하게 향상시킬 수 있다. 마찬가지로, 수소 치료법은 급성방사선 증후군에 대해 효과적이고, 정확하며 유일한 치료법일 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 산소와 수소의 조합은 고전단 장치에서 먼저 산소를 처리하고 산소 나노기포를 포함하는 분산액을 환자에게 전달하고 난 후 수소를 처리하고 전달하는 것에 의해 이용 되어진다. 일부 실시형태에서, 액체 운반체는 고전단 작용에 의해 생산된 많은 양의 자유 라디칼을 이동 및 전송할 수 있는 TPN을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 불혼화성 액체는 킬레이트제이며, 방사성 원소인 킬레이트는 신장에서 배출되거나 다른 기술에 의해 신장을 통과할 수 있다. 알려진 킬레이트제는 디에틸렌 트리아민 펜타아세트산(DTPA)을 포함한다.
치매. 일부 실시형태에 있어서, 치료기체는 환자의 치매를 치료하기 위해 본 발명에서 기술된 전단장치에서 처리된다. 일부 실시형태에서, 황화수소는 알츠하이머병(AD)을 치료하기 위해 이용된다. 아밀로이드(불용성 및 가용성 모두)는 다양한 신경변성 질환을 야기한다고 믿어진다. 어떤 이론에 의해 제한되지는 않지만, 고전단 작용하에서 생산된 분산액에 있는 H2S 자유 라디칼은 특히 작고, 뇌척수액(CSF)에서 자유롭게 부유하는 단백질(가용성 아밀로이드)의 조각인 아밀로이드를 파괴할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 본 발명에서 기술된 상기 방법은 BBB를 가로질러 치료기체를 전달할 수 있다. 일부 다른 실시형태에서는, 상기 개시된 방법은 AD와 관계있는 뇌 반점을 나중에 야기할 수 있는, 간에 있는 아밀로이드를 파괴할 수 있다.
다른 질병들. 일부 실시형태에서, 본 발명에서 개시된 방법은 직장기능을 회복시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명에서 개시된 방법은 심장병을 치료할 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명에서 개시된 방법은, 뇌졸중을 치료할 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명에서 개시된 방법은, 혼수상태를 치료할 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명에서 개시된 방법은, 당뇨병을 치료할 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명에서 개시된 방법은, 파킨슨병(PD)을 치료할 수 있다. 본 발명에서 개시된 방법은 넓은 범위의 장애를 치료할 수 있다고 믿어진다.
조합 치료법. 본 발명에서 논의된 바와 같이 치료기체 및/또는 치료액체의 조합은 고전단장치 내에서 동시에 기체 및/또는 액체의 조합(예를 들어, 수소와 황화수소)을 가공하고 생산된 분산액을 환자에게 투여하는 것에 의해 응용될 수 있다. 본 발명에서 논의된 바와 같이 치료기체 및/또는 치료액체의 조합은 고전단장치 내에서 동시에 상기 조합의 하나의 기체 또는 액체를 가공하고 상기 기체의 분산액을 환자에게 투여하고 적당한 다른 시간에 두번째 기체 또는 액체에 대해 이 과정을 반복하는 것에 의해 응용될 수 있다. 다양한 실시형태에 있어서, 액체 운반체는 총 비구경 영양(TPN) 용액을 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, 액체 운반체는 상기 치료기체 또는 치료액체의 운반을 위한 인핸서를 포함한다. TPN 및/또는 인핸서는 조합 치료법의 치료효과를 강화시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 나타나고 개시되었을 지라도, 본 발명의 사상 및 시사에서 벗어나지 않는 한, 당해 기술분야의 숙련자에 의해 이들의 변형이 이루어 질 수 있다. 본 발명에 개시된 실시형태는 단지 일부이며, 제한을 목적으로 의도된 것은 아니다. 본 발명에 개시된 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다. 수치 범위 또는 제한이 특별히 규정되어 있는 경우, 이 같이 명확한 범위 또는 제한은 특별히 규정된 범위 또는 제한(예를 들어, 약 1 내지 약 10은 2, 3, 4 등을 포함하고, 0.10 초과는 0.11, 0.12, 0.13 등을 포함함) 범위 내에 있는 동일한 크기의 반복적인 범위 또는 제한을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 특허청구범위의 임의의 요소에 대해 "임의적으로"란 용어의 사용은 청구 요소가 요구되거나, 대안적으로는 청구 요소가 요구되지 않는다는 것을 의미하도록 의도된다. 2가지 대안 모두는 특허청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다. 포함하기, 함유하기, 구비하기 등과 같은 더욱 광의적인 용어의 사용은 이루어진, 본질적으로 이루어진, 실질적으로 구성된, 등과 같은 더욱 협의의 용어에 대한 지원을 제공하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서 본 발명의 보호 범위는 상술한 상세한 설명에 의해 제한되지 않지만, 하기 특허청구범위에 의해서만 제한되며, 이러한 범위에는 특허청구범위의 청구주제의 모든 등가물을 포함한다. 각각의 특허청구범위 및 모든 특허청구범위는 본 발명의 실시형태로서 명세서에 혼입된다. 따라서 특허청구범위는 또 다른 설명이며, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 부가물이다. 본 발명에서 인용된 모든 특허, 특허 출원서 및 공개공보의 개시내용은 본 발명에서 참고로 인용되며, 그 범위에는 상기 개시내용이 본 발명에 개시된 것에 대해 보충해서 몇몇 절차상 또는 기타 세부사항을 제공한다.

Claims (20)

  1. 분산액을 생산하기 위해 치료기체 또는 치료액체 또는 이들의 조합과 액체 운반체를 고전단 장치 내에서 혼합하는 단계; 및
    상기 생산된 분산액을 환자의 정맥내에 투여하는 단계;
    를 포함하고, 상기 생산된 분산액은 약 1.5㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 상기 치료기체의 나노기포(nanobubbles) 또는 상기 치료액체의 액적(droplet)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 치료기체는 오존, 황산계 기체, 일산화탄소, 산소, 수소, 질소, 마취가스, 불활성 가스, 및 이들의 혼합들로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 치료액체는 황, 황산염, 유기금속, 항생물질, 스테로이드, 비타민, 유기황 화합물, 알릴 프로필 디설파이드(allyl propyl disulfide), 디알릴 디설파이드(DADS 또는 4,5-디티아(dithia)-1,7-옥타디엔(octadiene)), 디알릴 트리설파이드(DATS), S-알릴 시스테인(SAC), 비닐리디티인(vinyldithiine), 설포닐(sulfonyl) 화합물, 항산화제, 지질, 킬레이트제 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 항산화제는 커큐민(심황)을 포함하고; 상기 킬레이트제는 디에틸렌 트리아민 펜타아세트산(diethylene triamine pentaacetic acid;DTPA)를 포함하고; 상기 비닐리디티인은 2-비닐(vinly)-[4H]-1,3-디티인(dithiine) 또는 3-비닐(vinly)-[4H]-1,2-디티인(dithiine)을 포함하고; 유기황 화합물은 알리신(allicin)을 포함하고; 상기 설포닐 화합물은 아존(ajoene)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 치료기체는 수소 또는 황화수소 또는 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 치료기체는 산소이며 상기 생산된 분산액은 혈액 대체재와의 결합에 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    치료기체의 조합 또는 치료액체의 조합 또는 치료기체 및 치료액체의 조합이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 액체 운반체는 총 비경구 영양(total parenteral nutirtion;TPN) 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 액체 운반체는 상기 치료가스 또는 상기 치료기체을 운반하기 위해 인핸서(enhancer)를 포함하는 것을 특징으로 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    분산액을 환자에게 투여하기 전에 상기 생산된 분산액에 약물을 혼입하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항의 방법을 사용하는 것과 현존하는 치료방법을 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 질병 치료방법.
  12. 분산액을 생산하기 위해 치료제, 나노다이아몬드 및 액체 운반체를 고전단 장치 내에서 혼합하는 단계; 및
    상기 생산된 분산액을 환자의 정맥내에 투여하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 치료기체 소스 또는 치료액체 소스 또는 이들의 조합;
    액체 운반체 소스;
    주입구, 배출구, 하나 이상의 회전자, 전단 간극에 의해 분리되는 하나 이상의 고정자를 가지며, 상기 전단 간극은 하나 이상의 회전자와 하나 이상의 고정자 사이의 최단 거리며, 상기 주입구는 치료기체 소스 또는 치료액체 소스 또는 양쪽 모두 및 상기 액체 운반체 소스와 유체 연통되는 고전단 장치(HSD); 및
    상기 고전단 장치를 통과하는 유체의 유속 및 체류시간을 조절하는 펌프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    유체를 환자의 정맥내에 투여하기 위한 주입구를 갖는 장치를 더 포함하되, 상기 장치의 주입구는 상기 고전단 장치의 배출구와 유체 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 고전단 장치와 유체 연통되는 저장 용기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 저장 용기의 온도를 제어하도록 구성된 온도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 저장 용기는 환자의 정맥내 주사를 하기 위해 구성된 기구와 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 고전단 장치(HSD)의 온도를 제어하도록 구성된 온도 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 치료기체 소스는 오존, 황산계 기체, 일산화탄소, 산소, 수소, 질소, 마취가스, 불활성 가스, 및 이들의 혼합들로 구성되는 군으로부터 선택되는 기체를 제공하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 치료액체 소스는 황, 황산염, 유기금속, 항생물질, 스테로이드, 비타민, 유기황 화합물, 알릴 프로필 디설파이드(allyl propyl disulfide), 디알릴 디설파이드(DADS 또는 4,5-디티아(dithia)-1,7-옥타디엔(octadiene)), 디알릴 트리설파이드(DATS), S-알릴 시스테인(SAC), 비닐리디티인(vinyldithiine), 설포닐(sulfonyl) 화합물, 항산화제, 지질, 킬레이트제 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 치료액체를 제공하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
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