KR102406923B1 - 약물 투입 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 약물 투입 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체의 몸상태에 맞춰 투입되는 약물의 양을 조절하여 마이크로젯으로 분사시키는 약물 투입 장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 약물 투입 장치는 하우징과, 탄성막과, 한 쌍의 전극과, 절연파괴부와, 충전수단과, 생체전자센서와, 제어수단을 포함한다. 상기 하우징은 내부에 약물을 수용하기 위한 수용부가 형성되고, 상기 약물을 분사시키기 위한 노즐을 구비한다. 상기 탄성막은 상기 비압축성유체를 상기 약물과 분리되게 상기 수용부에 수용할 수 있도록 상기 수용부를 분리시킨다. 상기 한 쌍의 전극은 절연되도록 일정간격 이격되게 상기 비압축성유체가 수용된 수용부에 장착된다. 상기 절연파괴부는 상기 한 쌍의 전극의 절연이 파괴되어 통전되도록 상기 전극에 고전압을 가한다. 상기 충전수단은 고에너지를 충전하며, 상기 전극이 통전시 상기 약물을 상기 노즐로 분사시켜 피하지방으로 투입시키도록 상기 약물을 가압할 수 있게 상기 비압축성유체를 팽창시키기 위하여 상기 전극에 상기 고에너지를 제공한다. 상기 생체전자센서는 상기 약물이 투입되는 인체의 몸 상태를 측정한다. 상기 제어수단은 상기 생체전자센서로부터 측정된 값에 따라 상기 피하지방으로 투입되는 상기 약물의 양이 달라지도록 상기 비압축성유체를 팽창시키는 크기를 조절할 수 있게 상기 충전수단에 충전되는 에너지의 양을 제어한다.
본 발명에 의하면, 한 쌍의 전극은 절연파괴부에서 공급되는 전압 이상의 전압에서만 통전되도록 이격된다. 이 경우, 절연파괴부를 구비하면 전극을 통전시키기 위하여 별도의 연결부재를 구비하지 않더라도 전극의 절연을 파괴하여 통전시킬 수 있다. 그래서 재사용을 할 수 있어서 교체비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 온도 및 습도에 관계없이 시술자가 원하는 시점에 전극의 절연을 파괴하여 통전시켜 피시술자에게 약물을 투입할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 한 쌍의 전극은 충전수단에서 공급되는 전압 이하의 전압에서는 절연되도록 이격된다. 그래서 충전수단에 충분한 에너지가 충전되어 있더라도 절연상태를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 한 쌍의 전극을 통전시키는 절연파괴부와, 비압축성유체를 팽창시키기 위하여 한 쌍의 전극에 에너지를 가하는 충전수단이 분리되어 있다. 그래서 충전수단은 한 쌍의 전극의 절연을 파괴하는 전압에 상관없이 에너지를 충전할 수 있다. 따라서, 생체전자센서에서 측정된 값에 따라 제어수단이 충전수단에 충전되는 에너지 양을 달리하면 피시술자의 몸의 상태에 맞게 투입되는 약물의 양을 조절하여 분사시킬 수 있다.

Description

약물 투입 장치{Medication injection device}

본 발명은 약물 투입 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체의 몸상태에 맞춰 투입되는 약물의 양을 조절하여 마이크로젯으로 분사시키는 약물 투입 장치에 대한 것이다.

체내에 약물을 주입하는 약물 전달 시스템(Drug Delivery System)으로는, 전통적으로 바늘을 가진 주사기를 사용하여 왔다. 그러나, 이러한 전통적인 주사기는 주사 시의 통증으로 인해 환자들에게 공포의 대상이 되어 왔으며, 상처로 인한 감염 우려 등의 피할 수 없는 문제점을 안고 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 바늘없는 주사기(Needle-free injector)와 같은 약물 전달 시스템의 개발이 진행되고 있으며, 이러한 연구의 일환으로 약물을 마이크로젯 방식으로 고속 분사하여 피부의 표피를 통해 직접 체내에 침투시키는 방식의 약물 전달 시스템이 제시되고 있다.

이와 같은 마이크로젯 방식의 고속 분사를 일으키기 위해서는 약물을 정밀하고 강력하게 외부(즉, 피부)로 분사할 필요가 있다. 이러한 분사 방식은 1930년대 이래로 다양하게 개발되어 왔는데, 최근 들어 압전 세라믹 소자를 이용한 분사 방식, 알루미늄 포일에 레이저 빔을 가함으로써 유발되는 충격파를 통한 분사방식, 로렌츠 힘(Lorentz force)을 이용한 분사방식, 레이저-버블(Laser-Bubble)을 이용한 분사방식 등의 다양한 분사방식이 개발되었다. 또한 최근에는 구조를 간단하게 하여 저비용으로 만들 수 있으며 마이크로젯의 압력이나 속도 등을 원하는 대로 용이하게 제어할 수 있는 액중 방전 방식의 마이크로젯 분사 방식이 개발되었다.

도 4에 도시된 액중 방전 방식은 약액전달몸체(20)의 접지단자(23)가 방전몸체(10)의 접지단자(13)와 접점되면 전원공급부(11)로부터 전극(23)측으로 전기 에너지가 공급된다. 그러면 전극(23) 사이를 연결하는 방전체(24)에 전기 에너지에 의한 고온 스파크가 발생되고 이를 통해 발생되는 플라즈마 압력이 압력발생공간(21)내에 확산되어 압력발생액(21a)을 팽창시킨다. 그러면 압력발생액(21a)이 팽창되면서 탄성분리막(23)을 가압하여 약액수용공간(22) 내의 약액(22a)을 노즐(26)로 분사시킨다.

공개특허 제10-2019-0117919호 (공개일 2019.10.17) 등록특허 제10-1207977호 (등록일 2012.11.28) 공개특허 제10-2014-0021383 (공개일 2014.02.20) 등록특허 제10-1549966호 (등록일 2015.08.28) 등록특허 제10-1834773호 (등록일 2018.02.27)

도 4에 도시된 종래의 약물 투입 장치의 경우, 방전체(24)는 전기 에너지에 의해 폭발하여 기화되므로 재사용하기 위해서는 약액전달몸체(20) 전체를 교체해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 방전체(24)로 전기 에너지가 공급되어 통전될 때, 온도 및 습도의 영향을 받게되는데 이로 인하여 통전시 필요한 최소전압이 변하므로 원하는 시점에 통전이 이루어지지 않게 되는 경우도 있었다. 또한, 전원공급부(11)는 방전체(24)를 통전시킬 수 있는 높은 전압에서 에너지를 방전체(24)에 전기 에너지를 공급해야 한다. 이 경우, 약물의 양을 조절하여 인체에 투입할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 구조가 간단하고 재사용을 할 수 있으며, 고에너지를 비압축성유체로 방전시켜 비압축성유체가 급격히 팽창되면 그 힘으로 내부에 저장된 약물을 피하조직 내에 투입할 수 있게 마이크로젯으로 분사시킬 수 있는 약물 투입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 인체의 몸 상태에 맞춰 투입되는 약물의 양을 조절할 수 있는 약물 투입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 약물 투입 장치는 하우징과, 탄성막과, 한 쌍의 전극과, 절연파괴부와, 충전수단과, 생체전자센서와, 제어수단을 포함한다. 상기 하우징은 내부에 약물을 수용하기 위한 수용부가 형성되고, 상기 약물을 분사시키기 위한 노즐을 구비한다. 상기 탄성막은 상기 비압축성유체를 상기 약물과 분리되게 상기 수용부에 수용할 수 있도록 상기 수용부를 분리시킨다. 상기 한 쌍의 전극은 절연되도록 일정간격 이격되게 상기 비압축성유체가 수용된 수용부에 장착된다. 상기 절연파괴부는 상기 한 쌍의 전극의 절연이 파괴되어 통전되도록 상기 전극에 고전압을 가한다. 상기 충전수단은 고에너지를 충전하며, 상기 전극이 통전시 상기 약물을 상기 노즐로 분사시켜 피하지방으로 투입시키도록 상기 약물을 가압할 수 있게 상기 비압축성유체를 팽창시키기 위하여 상기 전극에 상기 고에너지를 제공한다. 상기 생체전자센서는 상기 약물이 투입되는 인체의 몸 상태를 측정한다. 상기 제어수단은 상기 생체전자센서로부터 측정된 값에 따라 상기 피하지방으로 투입되는 상기 약물의 양이 달라지도록 상기 비압축성유체를 팽창시키는 크기를 조절할 수 있게 상기 충전수단에 충전되는 에너지의 양을 제어한다.

또한, 상기의 약물 투입 장치에 있어서, 상기 절연파괴부는 상기 전극에 상기 고전압을 전달하는 것을 제어하기 위한 스위치를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 약물 투입 장치에 있어서, 상기 한 쌍의 전극은 상기 절연파괴부에서 공급되는 전압 이상의 전압에서는 통전되고, 상기 충전수단에서 공급되는 전압 이하의 전압에서는 절연되도록 이격된 것이 바람직하다.

또한, 상기의 약물 투입 장치에 있어서, 상기 충전수단은 상기 절연파괴부에서 상기 충전수단으로 전류가 흐르지 않게 다이오드를 구비하는 것이 바람직하다.

또는, 상기의 약물 투입 장치에 있어서, 상기 충전수단은 캐패시터인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 한 쌍의 전극은 절연파괴부에서 공급되는 전압 이상의 전압에서만 통전되도록 이격된다. 이 경우, 절연파괴부를 구비하면 전극을 통전시키기 위하여 별도의 연결부재를 구비하지 않더라도 전극의 절연을 파괴하여 통전시킬 수 있다. 그래서 재사용을 할 수 있어서 교체비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 온도 및 습도에 관계없이 시술자가 원하는 시점에 전극의 절연을 파괴하여 통전시켜 피시술자에게 약물을 투입할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 한 쌍의 전극은 충전수단에서 공급되는 전압 이하의 전압에서는 절연되도록 이격된다. 그래서 충전수단에 충분한 에너지가 충전되어 있더라도 절연상태를 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 한 쌍의 전극을 통전시키는 절연파괴부와, 비압축성유체를 팽창시키기 위하여 한 쌍의 전극에 에너지를 가하는 충전수단이 분리되어 있다. 그래서 충전수단은 한 쌍의 전극의 절연을 파괴하는 전압에 상관없이 에너지를 충전할 수 있다. 따라서, 생체전자센서에서 측정된 값에 따라 제어수단이 충전수단에 충전되는 에너지 양을 달리하면 피시술자의 몸의 상태에 맞게 투입되는 약물의 양을 조절하여 분사시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 약물 투입 장치의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 충전상태도이고,
도 3의 도 1에 도시된 실시예의 작동상태도이고,
도 4는 종래의 약물 전단 장치의 개념도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 약물 투입 장치의 일 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 약물 투입 장치는 하우징(10)과, 탄성막(20)과, 한 쌍의 전극(30)과, 절연파괴부(40)와, 충전수단(50)과, 생체전자센서(60)와, 제어수단(70)을 포함한다.

하우징(10)은 내부에 약물(1)을 수용하기 위한 수용부(11)가 형성되고, 노즐(13)을 구비한다. 여기서 노즐(13)은 약물(1)을 분사시키는 역할을 하며, 이를 위하여 하우징(10)의 일단에 위치한다. 이때, 노즐(13)을 통해 외부로 유출되는 약물(1)은 마이크로젯 형태로 분사된다.

탄성막(20)은 비압축성유체(3)를 약물(1)과 분리하여 수용부(11)에 수용할 수 있도록 수용부(11)를 분리시키는 역할을 한다. 그래서 수용부(11)는 탄성막(20)에 의하여 상측에는 비압축성유체(3)가 수용되고, 하측에는 약물(1)이 수용된다.

한 쌍의 전극(30)은 절연되도록 일정간격 이격되게 비압축성유체(3)가 수용된 수용부(11)에 장착된다. 여기서 한 쌍의 전극(30)은 절연파괴부(40)에서 공급되는 전압 이상의 전압에서는 통전되고, 충전수단(50)에서 공급되는 전압 이하의 전압에서는 절연되도록 이격되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 한 쌍의 전극(30)은 서로 10mm ~ 20mm 이격되게 수용부(11)에 장착된다.

절연파괴부(40)는 한 쌍의 전극(30)의 절연이 파괴되어 통전되도록 전극(30)에 고전압을 가하는 역할을 한다. 이를 위하여 절연파괴부(40)는 하우징(10)의 타단에 위치하여 전극(30)에 고전압을 전달하는 것을 제어하는 스위치(41)를 구비한다. 본 실시예에서 절연파괴부(40)는 전극(30)에 10,000V 이상의 전압에서 전기 에너지를 제공한다. 이때, 제공된 에너지는 전극(30)의 이격된 간격이 늘어나면 더 높은 접압이 제공되어야 하고, 전극(30)의 이격된 간격이 줄어들면 전압이 낮아질 수 있다.

충전수단(50)은 고에너지를 충전하며, 전극(30)이 통전시 약물(1)을 노즐(13)로 분사시켜 피하지방으로 투입시키도록 약물(1)을 가압할 수 있게 비압축성유체(3)를 팽창시키기 위하여 전극(30)에 고에너지를 제공하는 역할을 한다. 이를 위하여 충전수단(50)은 전원공급수단(80)을 통해 충전시킬 수 있으며, 절연파괴부(40)에서 충전수단(50)으로 전류가 흐르지 않게 다이오드(51)를 구비한다. 본 실시예에서 충전수단(50)은 캐패시터로 구현되며, 전극(30)에 5,000V ~ 8,000V의 전압에서 전기 에너지를 제공한다. 본 실시예의 경우, 10,000V 이상이면 절연이 파괴되므로 측정수단(50)에서 공급되는 전원은 절연이 파괴되지 않도록 10,000V 보다 작아야 한다.

생체전자센서(60)는 약물이 투입되는 인체의 몸상태를 측정하는 역할을 한다. 이때, 생체전자센서(60)는 인체의 상태 정보 즉, 피시술자가 약물 투입을 위해 고려되어야 할 체내 성분 정보인 혈액 정보, 생체 전류 정보등을 측정한다.

제어수단(70)은 생체전자센서(60)로부터 측정된 값에 따라 피하지방으로 투입되는 약물(1)의 양이 달라지도록 비압축성유체(3)를 팽칭시키는 크기를 조절할 수 있게 충전수단(50)에 충전되는 에너지의 양을 제어하는 역할을 한다. 여기서, 피하지방으로 투입되는 약물(1)의 양은 비압축성유체(3)를 팽창시키는 크기에 따라 달라지며, 비압축성유체(3)를 팽창시키는 크기는 충전수단(50)에서 전극(30)으로 제공되는 에너지의 양에 따라 달라진다. 그래서 제어수단(70)는 생체전자센서(60)에 측정된 값으로 피시술자가 현재 앓고 있는 질환의 중증도를 판단하여 약물 투입량을 추정한다. 그리고 피시술자에게 필요한 약물(1)의 적정 투입량이 추정되면 추정된 약물 투입량만큼 피하지방으로 약물(1)이 투입되도록 충전수단(50)에 충전되는 에너지의 양을 제어한다.

본 실시예의 경우, 먼저, 생체전자센서(60)를 사용하여 인체의 상태 정보를 측정한다. 피시술자의 현재 상태가 측정되면, 제어수단(70)이 피시술자에게 필요한 약물(1)의 적정 투입량을 추정하여 충전수단(50)에 충전되는 에너지의 양을 설정한다. 예를 들어, 당뇨병을 앓고 있는 피시술자의 혈액 정보가 생체전자센서(60)를 통해 측정되면, 제어수단(70)을 통해 피시술자의 혈당 수치 및 그에 따른 인슐린 투입량이 추정될 수 있다. 그래서 인슐린 투입량이 많으면 비압축성유체(3)가 크게 팽창되도록 충전수단(50)에 충전되는 에너지의 양을 크게하고, 인슐린 투입량이 적으면 비압축성유체(3)가 작게 팽창되도록 충전수단(50)에 충전되는 에너지의 양을 작게한다.

충전수단(50)에 충전되는 에너지의 양이 설정되면 도 2에 도시된 바와 같이, 충전수단(50)을 전원공급수단(80)에 연결하여 충전시킨다. 그러면 충전수단(50)에는 제어수단(70)에 의하여 설정된 에너지의 양만큼 충전된다. 충전수단(50)의 충전이 완료되면 약물 전달 장치의 사용준비가 완료된다. 그리고 피시술자에게 약물을 투입할 수 있게 노즐(13)을 피시술자의 피부 중 약물을 투입할 지점에 위치시킨 후 절연파괴부(40)의 스위치(41)를 온시킨다. 절연파괴부(40)의 스위치(41)가 온되면 한 쌍의 전극(30)으로 10,000V 이상의 고전압의 전기 에너지가 공급된다. 그러면 전극(30)의 절연이 파괴되어 통전된다. 절연파괴부(40)에 의해 한 쌍의 전극(30)이 통전되면 충전수단(50)에서 전극(30)으로 제어수단(70)에 의하여 설정된 5,000V ~ 8,000V의 전기 에너지가 공급된다. 전극(30)이 통전되어 충전수단(50)에서 전극(30)으로 전기 에너지가 공급되면 전극(30) 사이로 전기 에너지에 의한 스파크(5)가 발생하게 되고, 이로 인하여 수용부(11)내의 압력이 순간적으로 상승하여 비압축성유체(3)를 팽창시킨다. 그러면, 도 3에 도시된 바와 같이 비압축성유체(3)의 팽창에 의해 탄성막(20)이 약물(1)을 가압하게 된다. 그러면 약물(1)이 노즐(13)을 통해 급속히 분사된다. 이때, 노즐(13)은 피부와 접촉한 상태이기 때문에 분사되는 약물(1)이 피부를 통해 피하지방으로 투입되는 것이 가능하다. 고전압의 전기 에너지의 공급이 완료된 충전수단(50)은 전원공급수단(60)을 통해 충전하여 다시 사용할 수 있다.

종래의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 약액전달몸체(20)의 접지단자(23)가 방전몸체(10)의 접지단자(13)와 접점되면 전원공급부(11)로부터 전극(23)측으로 전기 에너지가 공급되었다. 그러면 전극(23) 사이를 연결하는 방전체(24)에 전기 에너지에 의한 고온 스파크가 발생되고 이를 통해 발생되는 플라즈마 압력이 압력발생공간(21)내에 확산되어 압력발생액(21a)을 팽창시켰다. 그러면 압력발생액(21a)이 팽창되면서 탄성분리막(23)을 가압하여 약액수용공간(22) 내의 약액(22a)을 노즐(26)로 분사시켰다. 이때, 방전체(24)는 전기 에너지에 의해 폭발하여 기화되므로 재사용하기 위해서는 약액전달몸체(20) 전체를 교체해야 하는 문제점이 있다. 또한, 방전체(24)로 전기 에너지가 공급되어 통전될 때, 온도 및 습도의 영향을 받게되는데 이로 인하여 통전시 필요한 최소전압이 변하므로 원하는 시점에 통전이 이루어지지 않게 되는 경우도 있었다. 또한, 전원공급부(11)는 방전체(24)를 통전시킬 수 있는 높은 전압에서 에너지를 방전체(24)에 전기 에너지를 공급해야 한다. 이 경우, 약물의 양을 조절하여 인체에 투입할 수 없다는 문제점이 있었다.

반면, 본 발명에 의하면, 한 쌍의 전극(30)은 절연파괴부(40)에서 공급되는 전압 이상의 전압에서만 통전되도록 이격된다. 이 경우, 절연파괴부(40)를 구비하면 전극(30)을 통전시키기 위하여 별도의 연결부재를 구비하지 않더라도 전극(30)의 절연을 파괴하여 통전시킬 수 있다. 그래서 재사용이 용이하여 교체비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 온도 및 습도에 관계없이 시술자가 원하는 시점에 전극(30)의 절연을 파괴하여 통전시켜 피시술자에게 약물을 투입할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 한 쌍의 전극(30)은 충전수단(50)에서 공급되는 전압 이하의 전압에서는 절연되도록 이격된다. 그래서 충전수단(50)에 충분한 에너지가 충전되어 있더라도 절연상태를 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 한 쌍의 전극(30)을 통전시키는 절연파괴부(40)와, 비압축성유체(1)를 팽창시키기 위하여 한 쌍의 전극(30)에 에너지를 가하는 충전수단(50)이 분리되어 있다. 그래서 충전수단(50)은 한 쌍의 전극(30)의 절연을 파괴하는 전압에 상관없이 에너지를 충전할 수 있다. 따라서, 생체전자센서(60)에서 측정된 값에 따라 제어수단(70)이 충전수단(50)에 충전되는 에너지 양을 달리하면 피시술자의 몸의 상태에 맞게 투입되는 약물(1)의 양을 조절하여 분사시킬 수 있다.

1 : 약물 3 : 비압축성유체
5 : 스파크 10 : 하우징
11 : 수용부 13 : 노즐
20 : 탄성막 30 : 전극
40 : 절연파괴부 41 : 스위치
50 : 충전수단 51 : 다이오드
60 : 생체전자센서 70 : 제어수단
80 : 전원공급수단

Claims (5)

1. 내부에 약물을 수용하기 위한 수용부가 형성되고, 상기 약물을 분사시키기 위한 노즐을 구비한 하우징과,
   비압축성유체를 상기 약물과 분리되게 상기 수용부에 수용할 수 있도록 상기 수용부를 분리시키는 탄성막과,
   절연되도록 일정간격 이격되게 상기 비압축성유체가 수용된 수용부에 장착된 한 쌍의 전극과,
   상기 한 쌍의 전극의 절연이 파괴되어 통전되도록 상기 전극에 고전압을 가하는 절연파괴부와,
   고에너지를 충전하며, 상기 전극이 통전시 상기 약물을 상기 노즐로 분사시켜 피하지방으로 투입시키도록 상기 약물을 가압할 수 있게 상기 비압축성유체를 팽창시키기 위하여 상기 전극에 상기 고에너지를 제공하는 충전수단과,
   상기 약물이 투입되는 인체의 몸 상태를 측정하기 위한 생체전자센서와,
   상기 생체전자센서로부터 측정된 값에 따라 상기 피하지방으로 투입되는 상기 약물의 양이 달라지도록 상기 비압축성유체를 팽창시키는 크기를 조절할 수 있게 상기 충전수단에 충전되는 에너지의 양을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 투입 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 절연파괴부는 상기 전극에 상기 고전압을 전달하는 것을 제어하기 위한 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 약물 투입 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 한 쌍의 전극은 상기 절연파괴부에서 공급되는 전압 이상의 전압에서는 통전되고, 상기 충전수단에서 공급되는 전압 이하의 전압에서는 절연되도록 이격된 것을 특징으로 하는 약물 투입 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 충전수단은 상기 절연파괴부에서 상기 충전수단으로 전류가 흐르지 않게 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 약물 투입 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 충전수단은 캐패시터인 것을 특징으로 하는 약물 투입 장치.

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