KR101175326B1 - 생리 활성 물질의 경피 전달을 위한 마이크로 니들 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

생리 활성 물질의 경피 전달을 위한 마이크로 니들 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생리 활성 물질의 전기 역학적 경피 전달이 가능한 마이크로 니들 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 니들 장치는 지지부; 피부와 접촉하는 상기 지지부의 표면 상에 배열된 비도전성 마이크로 니들들; 및 상기 마이크로 니들들 표면의 적어도 일부 상에 형성된 전극층을 포함한다.

Description

생리 활성 물질의 경피 전달을 위한 마이크로 니들 장치 및 그 제조 방법{Micro-needle device for transdermal delivery of physiological active substances and the method of manufacturing the same}
본 발명은 마이크로 니들 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 생리 활성 물질의 전기 역학적 경피 전달이 가능한 마이크로 니들 장치에 관한 것이다.
인체에 적용되는 의약들은 주로 경구 투입이 가능하도록 알약 또는 캡슐의 형태로 처방된다. 그러나, 대부분의 의약들은 소화 작용에 의한 열화되거나 간에 의해 분해 손실될 수 있기 때문에, 경구 투입이 바람직하지 않은 경우가 많다. 효과적인 약물 전달을 위한 다른 대안으로서, 피하 주사 바늘을 통해 의약을 액상 형태로 주입하는 방식이 널리 적용되고 있다. 그러나, 수 mm 내외의 직경을 갖는 피하 주사 바늘은 피부에 존재하는 다수의 통점을 자극하여 환자에게 통증을 줄 수 있으며, 이의 사용을 위해서는 고도의 숙련을 요구하는 문제점이 있다.
최근에는, 피하 주사 바늘이 갖는 상기 단점들을 극복하기 위해 직경이 수십 ㎛에 불과한 마이크로 니들 장치를 이용한 약물의 경피 전달 방법이 활발하게 연구되고 있다. 마이크로 니들 장치는 표면에 형성된 마이크로 니들들에 의해 경피 약물 전달의 주요 장벽층인 피부의 각질층(stratum corneum layer)을 뚫는 수많은 마 이크로 채널들을 한꺼번에 형성한다. 피부에 형성된 상기 마이크로 채널들을 통하여, 충분한 양의 약물이 표피층(epidermis layer) 또는 진피층(dermis layer)에 도달될 수 있으며, 이후, 약물은 혈관과 임파선을 통해 흡수되어 인체의 순환 시스템 내로 인입된다.
지속적인 투여가 필요한 인슐린 및 호르몬 제재와 같은 의약이나 비타민 제재와 같은 미용을 위한 활성 성분들은 마이크로 니들 장치를 이용한 경피 전달 방법이 바람직하다. 그러나, 상기 인슐린 및 호르몬 제재와 같은 의약이나 비타민 제재와 같은 미용을 위한 활성 성분들은, 일반적으로 분자량이 500 이상으로 매우 커서, 피부층에 형성된 마이크로 채널들만으로는 체내로 충분히 전달되기 어려우며, 그 전달 유량(dosage)도 조절하기 어려운 점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 분자량이 크거나 피부에 의해 경피 전달이 어려운 생리 활성 물질의 피부로의 전달을 용이하게 하고, 생리 활성 물질의 전달 유량을 제어할 수 있는 마이크로 니들 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 니들 장치는, 지지부; 피부와 접촉하는 상기 지지부의 표면 상에 배열된 비도전성 마이크로 니들들; 및 상기 마이크로 니들들 표면의 적어도 일부 상에 형성된 전극층을 포함할 수 있다.
상기 마이크로 니들 장치는 상기 지지부의 상기 표면 상으로 연장되어 상기 전극층을 전기적으로 연결시키는 배선부를 더 포함할 수 있다. 경피 전달되는 생리 활성 물질은 상기 지지부의 상기 표면 상에 제공될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 니들 장치는, 약물 저장 공간과 접하는 제 1 표면, 피부와 접하는 제 2 표면 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이를 관통하는 복수의 관통홀들을 포함하는 지지부; 상기 지지부의 상기 제 2 표면 상에 배열된 비도전성 마이크로 니들들; 및 상기 마이크로 니들들의 표면의 적어도 일부 상에 형성된 전극층을 포함할 수 있다.
상기 마이크로 니들 장치는 상기 지지부의 상기 제 2 표면 상으로 연장되어 상기 전극층을 전기적으로 연결시키는 배선부를 더 포함할 수 있다. 상기 배선부 는 상기 전극층들 중 적어도 일부의 제 1 전극층들을 연속적으로 연결하여, 상기 제 1 전극층들에 제 1 전압 신호를 인가하기 위한 제 1 전극 배선 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 배선부는 상기 전극층들 중 다른 일부의 제 2 전극층들을 연속적으로 연결하여, 상기 제 2 전극층들에 상기 제 1 전압 신호와 다른 제 2 전압 신호를 인가하는 제 2 전극 배선 패턴을 포함할 수도 있다.
전술한 마이크로 니들 장치의 상기 지지판은 패치형 또는 드럼형일 수 있다. 특히, 패치형 마이크로 니들 장치인 경우, 상기 마이크로 니들 장치는 벨트 타입 구성을 가질 수도 있다.
일부 실시예에서, 전술한 상기 마이크로 니들 장치는 상기 전극층이 연결된 배선부와 전기적으로 분리되어, 상기 마이크로 니들들이 접촉하는 피부 영역과 이격된 다른 피부 영역에 접촉하는 반대 전극을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 마이크로 니들 장치는, 마이크로 니들들 상에 전극층을 포함함으로써, 경피 전달이 요구되는 생리 활성 물질의 전기 역학적 전달을 가능하게 하여, 분자량이 크거나 전달 유량의 제어가 요구되는 생리 활성 물질에 대해서도 신뢰성 있는 피부 내 투입 처리를 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전극층과 마이크로 니들들을 독립적인 공정으로 형성할 수 있어, 마이크로 니들들을 소정의 규격으로 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하 기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/ 또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 명세서에서 사용되는 생리 활성 물질(S)은 숙주, 동물 및 인간에 적용되어 생물학적 반응을 유도하는 화합물, 분자 또는 처리를 지칭하며, 예를 들면, 백신, 항체, 항종양, 인슐린, 진통제 및 발모제와 같은 치료적 물질(therapeutic substances), 노화 방지 및 미백 효과가 있는 레티놀과 같은 미용용 물질(cosmetic substances)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 생리 활성 물질(S)는 다이어트를 위한 리포라이시스(lypolysis) 물질 또는 마취제와 같은 비치료적 물질을 포함할 수도 있다. 이들 물질들은 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 생리 활성 물질(S)에는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 니들 장치에 의해 전달 유량이 향상되거나 제어될 수 있는 전기 역학적 이동도를 갖는 임의의 유효 물질을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 니들 장치(100)를 도시하는 단면도 및 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 마이크로 니들 장치(100)는 지지부(10), 지지부(10) 상에 배열된 마이크로 니들들(20) 및 마이크로 니들들(20) 표면 상에 형성된 전극층(30)을 포함한다. 지지부(10)는 패치(patch) 타입의 마이크로 니들 장치(100)를 구현하기 위해 도시된 바와 같이 마이크로 니들들(20)이 배열되는 평면을 제공할 수 있다.
지지부(10)는 비도전성 재료로 형성될 수 있다. 또한, 지지부(10)는 피부(1)의 굴곡을 따라 마이크로 니들들(20)이 균일하게 피부(1)에 밀착하여, 대부분의 마이크로 니들들(20)이 각질층(2)을 지나 표피층(3) 또는 진피층(4)에 도달할 수 있도록 가요성(filexibility)을 가질 수 있다. 가요성(filexibility)을 갖는 비도전성 재료에는, 셀룰로오스계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN)과 같은 폴리에스테르계 수지; 폴리에틸렌 수지; 염화 폴리비닐 수지; 폴리카보네이트(PC); 폴리에틸렌 술폰(PES); 폴리에테르 에테르케톤(PEEK); 및 황화 폴리페닐렌(PPS) 중 어느 하나 또는 이들의 조합이 포함될 수 있다.
그러나, 전술한 예들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 지지부(10)는 유리 섬유 또는 폴리우레탄 등으로 형성될 수 있다. 또한, 지지부(10)는 원적외선 방출 효능이 있는 맥반석, 황토, 옥, 규산염 광물, 세 라믹 재료로 형성될 수도 있다. 또한, 지지부(10)는 전술한 예들이 혼합된 재료로 형성될 수도 있다.
지지부(10) 상에 형성된 마이크로 니들들(20)은 비도전성 재료로 형성될 수 있다. 상기 비도전성 재료들은, 예를 들면, 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에스터(polyester) 및 폴리메틸아크릴레이트(polymethylacrylate)와 같은 열가소성 수지 또는 에폭시, 폴리우레탄 및 실리콘과 같은 열경화성 수지 또는 이들의 조합일 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명이 전술한 폴리머계 재료에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 마이크로 니들들(20)은 금속 산화물과 같은 세라믹으로 형성될 수도 있다. 이와 같이, 마이크로 니들들(20)을 제조하기 위해 금속이 아닌 비도전성 재료로 형성함으로써 마이크로 니들들(20)의 가공성을 증가시킬 수 있다.
마이크로 니들들(20)의 밀도는 1-1000 개/cm2일 수 있다. 마이크로 니들들(20)은 도시된 바와 같이 원뿔의 형태를 가질 수 있다. 또는, 마이크로 니들들(20)은 피라미드 형태를 갖거나 기저부로부터 대체로 일정한 직경을 가지면서 말단부가 표족한 일반적인 니들 형태를 가질 수도 있다. 마이크로 니들들(20)의 높이(h)는 각질층(2) 아래의 표피층(3)에 도달하거나 진피층(4)에 도달하도록 50 ㎛ 내지 800 ㎛의 범위내에서 적절히 선택될 수 있다. 마이크로 니들들(20)의 기저부 직경(d)은 종횡비(h/d)가 1 내지 20이 되도록 선택될 수 있다. 전술한 마이크로 니들들(20)의 밀도, 형상 및 종횡비는 예시적이며, 가공성 및 기계적 강도 등을 고 려하여 적절히 선택될 수 있다.
마이크로 니들들(20)의 표면 상에는 도전성을 제공하기 위한 전극층(30)이 형성된다. 전극층(30)은 지지부(10)의 표면 상에 형성된 배선부(30a)를 통하여 전원부(50)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전극층(30)과 배선부(30a)는 금속, 예를 들면, 백금, 금 및 은과 같은 귀금속으로 형성되거나, 이들을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 특히, 백금과 은의 경우, 촉매 작용에 의한 살균 효과가 있으므로 위생적으로 유리하다.
전극층(30)과 배선부(30a)는 무전해질 도금법, 증발법 또는 스퍼터링법 등에 의해 마이크로 니들들(20)의 표면과 지지부(10)의 표면 상에 금속 재료를 적층함으로써 동시에 형성될 수 있다. 배선부(30a)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지부(10)의 표면 상에 전면적으로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 배선부(30a)는 지지부(10)의 표면 상에 부분적으로 형성될 수 있으며, 이는 금속 재료를 지지부(10)의 표면 상에 적층한 후, 감광성 수지와 식각 반응을 이용한 통상의 패터닝 공정에 의해 달성될 수 있다. 또는, 스퍼터링 또는 증발법에 의해 전극층(30) 및 배선부(30a)를 형성시 금속 재료가 증착될 영역을 노출시키는 마스크를 사용하여, 배선부(30a)를 지지부(10)의 표면 상에 부분적으로 형성할 수 있다.
전극층(30)은 피부(1)에 접촉하여 활성 전극(active electrode)으로서 기능한다. 도시된 바와 같이, 배선부(30a)의 면적이 큰 경우, 배선부(30a)도 전극층(30)과 함께 등전위를 가지며, 활성 전극으로서 기능할 수 있다. 마이크로 니들 장치(100)는 상기 활성 전극에 대한 반대 전극(counter electrode; 40)을 더 포함할 수 있다. 반대 전극(40)은, 예를 들면, 전극층(30)과 반대 극성을 갖거나, 접지 전위를 가진다.
반대 전극(40)은 전극층(30)이 연결된 배선부(30a)와 전기적으로 분리되어, 마이크로 니들들(20)이 접촉하는 피부 영역과 이격된 다른 피부 영역에 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 반대 전극(40)도 각질층(2)의 높은 전기적 저항을 극복하기 위해 각질층(2)을 뚫을 수 있는 마이크로 니들들을 가질 수 있다. 이 경우, 반대 전극(40)의 마이크로 니들들의 표면 상에도 전극층을 형성할 수 있다. 선택적으로는, 반대 전극(40)의 경우, 마이크로 니들들의 규격 조건이 엄격하지 않으므로, 반대 전극(40)의 마이크로 니들들은 도전성을 갖는 금속으로도 형성할 수도 있다.
마이크로 니들 장치(100)의 사용시, 지지부(10)의 마이크로 니들들(20)이 형성된 표면 상에 생리 활성 물질(S)이 제공된다. 생리 활성 물질(S)은 분무 방식 또는 브러쉬를 이용하여 지지부(10)의 표면 상에 도포될 수 있다. 또는, 도시하지는 않았으나, 생리 활성 물질(S)을 내포한 다공질 매질, 스폰지 또는 부직포를 마이크로 니들들(20) 상에 붙임으로써 생리 활성 물질(S)이 제공될 수 있다.
생리 활성 물질(S)은 전술한 적용 방식에 따라 적합한 용매 내에 용해된 액체 상태(L)로 제공될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니며, 생리 활성 물질(S)은 겔 상태로 제공될 수도 있다. 이 경우, 지지부(10)에 열선 등을 이용하여 열을 인가함으로써, 겔 상태의 생리 활성 물질(S)을 연화시킬 수도 있다.
생리 활성 물질(S)은 양이온 또는 음이온일 수 있으며, 전기적 중성일 수도 있다. 생리 활성 물질(S)이 전기적으로 중성인 경우, 생리 활성 물질(S)은 극성 용매에 용해되어 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이 생리 활성 물질(S)을 지지부(10)의 표면 상에 도포한 후, 마이크로 니들 장치(100)를 피부(1)에 밀착시켜, 전극층(30)이 각질층(2)을 뚫고 표피층(3) 및/또는 진피층(4)에 도달하도록 한다. 피부(1)에는 마이크로 니들들(20)에 의해 복수의 마이크로 채널들이 형성된다. 상기 마이크로 채널들을 통해 생리 활성 물질(S)이 마이크로 니들들(20) 상의 전극층(30)의 표면을 따라 피부(1)의 표피층(3) 및/또는 진피층(4)에 도달할 수 있는 여건이 조성된다.
이와 같이, 마이크로 니들 장치(100)가 피부(1)에 밀착되면, 전극층(30), 표피층(3) 및/또는 진피층(4), 반대 전극(40) 및 전원부(50)로 구성된 전기적 회로가 형성될 수 있다. 상기 전기적 회로가 On 상태가 되면, 전극층(30)에 직류 또는 교류 신호가 인가되거나, 펄스파, 램프파, 싸인파 또는 삼각파와 같은 파형 신호가 인가될 수 있다.
전원부(50)의 극성은 생리 활성 물질(S)의 극성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 국소 마취 성분인 리도카인(lidocaine)은 용액 내에서 양이온 상태로 존재한다. 이 경우, 배선(W)을 통하여 배선부(30a)와 전극층(30)에 양의 전압이 인가될 수 있다. 전극층(30)과 배선부(30a)는 양전하를 갖는 리도카인에 대하여 피부(1)를 향하는 전기적 척력을 인가할 수 있다. 상기 전기적 척력에 의해 또는 피부(1)에 형성된 전기적 회로의 전류 성분으로서, 전하를 갖는 생리 활성 물질(S)은 전기 역학적(electro-kinetic)으로 표피층(3) 또는 진피층(4)에 전달될 수 있다.
생리 활성 물질(S)이 전하를 갖지 않더라 하더라도, 생리 활성 물질(S)을 극성 용매에 용해하는 경우, 극성 용매의 전기 역학적 전달에 의해 용해된 생리 활성 물질(S)이 피부(1)로 전달될 수 있다. 상기 전기적 회로의 전류 밀도는 피부(1)의 손상을 방지하기 위해 일정한 값, 예를 들면 400 μA/cm2로 제한될 수 있다.
이와 같이, 생리 활성 물질(S)의 전달량은 전원부(50)로부터 공급되는 전기 에너지에 의해 증가될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전극층(30)의 형상, 즉, 기저부로부터 팁 부분으로 점차 직경이 감소되기 때문에, 피부 내부로 갈수록 전기장의 세기는 점차 증가하여 전극층의 팁 부분에서 생리 활성 물질(S)의 전기 역학적 전달 효과는 극대화될 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시예에 따르면, 생리 활성 물질(S)의 분자량이 크더라도 피부 내부로 이를 용이하게 전달할 수 있다.
일부 실시예에서는, 후술하는 바와 같이, 전원부(50)로부터 공급되는 전기 에너지를 제어하기 위해, 마이크로 니들 장치(100)는 제어 회로(도 3의 55 참조)를 갖는 제어부(도 3의 60)를 더 포함할 수 있다. 제어부(60)는 피부(1)에 형성된 전기적 회로의 전류 밀도를 제어함으로써 피부(1)에 전달되는 생리 활성 물질(S)의 전달 유량을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(60)는 전극층(30)에 주기적 전압 신호를 인가하거나, 타이머 기능에 의해 생리 활성 물질(S)의 주입 주기를 제어함으로써, 생리 활성 물질의 투약 시기를 준수하도록 할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 니들 장치(200)를 도시하는 단면도이다. 하기의 실시예들은 특별한 한정이 없는 한, 도 1 및 도 2를 참조하여 개시한 실시예의 특징들을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 마이크로 니들 장치(200)는 약물 저장 공간(R)과 접하는 제 1 표면(15a) 및 피부(1)와 접하는 제 2 표면(15b)을 갖는 지지부(15)를 포함한다. 지지부(15)의 내부에는 제 1 표면(15a)과 제 2 표면(15b) 사이를 관통하는 관통홀들(H)이 형성된다.
약물 저장 공간(R)은 지지부(15)의 제 1 표면(15a)과 하우징 부재(70)에 의해 한정될 수 있다. 약물 저장 공간(R)의 부피는, 예를 들면, 약 0.01 ml 내지 약 40 ml가 될 수 있으며, 환자의 신장, 연령 및 생리 활성 물질(S)의 종류에 따라 결정될 수 있다.
생리 활성 물질(S)은, 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 약물 저장 공간(R) 내에서 액체 상태 또는 겔 상태로 존재할 수 있다. 또는, 생리 활성 물질(S)은 다공질 매질, 스폰지, 라텍스 또는 부직포와 같은 저장 매질(U) 내에 내포되어, 약물 저장 공간(R) 내에 저장될 수도 있다.
생리 활성 물질(S)은 약물 저장 공간(R)으로부터 관통홀들(H)을 통과하여 지지부(15)의 제 2 표면(15b) 상으로 공급된다. 관통홀들(h)은 모세관 현상에 의해 생리 활성 물질(S)이 공급될 수 있도록, 예를 들면, 약 40 ㎛ 내지 500 ㎛의 직경을 가질 수 있다.
지지부(15)의 제 2 표면(15b) 상에는 마이크로 니들들(20)이 배열된다. 마이크로 니들들(20)은 폴리머계 또는 세라믹계 재료와 같은 비도전성 재료로 형성될 수 있다. 마이크로 니들들(20)의 밀도는 1-1000 개/cm2일 수 있으며, 원뿔 또는 피라미드 형태를 가질 수 있다.
마이크로 니들들(20)의 표면 상에는 도전성을 제공하기 위한 전극층(30)이 형성된다. 전극층(30)은 지지부(15)의 제 2 표면(15b) 상에 형성된 배선부(30a)를 통하여 전원부(50)에 전기적으로 연결된다. 전극층(30)과 배선부(30a)는 백금, 금 및 은과 같은 귀금속으로 형성되거나, 이들을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.
마이크로 니들들(20) 상에 형성된 전극층(30)은 지지부(15)의 제 2 표면(15b) 상에 형성된 배선부(30a)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 배선부(30a)는 도 3에 도시된 바와 같이, 지지부(15)의 제 2 표면(15b)에 형성된 트렌치 내에 매립될 수 있다. 그에 따라, 배선부(30a)의 상부 표면은 지지부(15)의 제 2 표면(15b)과 동일 평면 상에 있거나 그 보다 아래에 존재할 수 있다.
도 3에 도시된 마이크로 니들 장치(200)의 마이크로 니들들(20)과 배선부(30a)의 배열에 관한 다양한 실시예들을 도 4a 및 도 4b에 도시하였다. 도 4a 및 도 4b는 지지부(15)의 제 2 표면(15b)을 도시하는 평면도들이다. 이들 도면에서, 마이크로 니들들(20)은 전극층(30)에 의해 피복되어 보이지 않으며, 전극층(30)만이 도시되어 있다.
마이크로 니들들(20)은, 도 4a에 도시된 바와 같이, x 방향으로 나란히 정렬 된 행 배열을 가질 수 있다. 도 4a에서, 이웃하는 마이크로 니들들(20)의 행들은 y 방향으로는 엇갈려 배열되어 있지만, 이는 예시적일 뿐, 마이크로 니들들(20)은 y 방향으로도 나란히 정렬되어, 행 및 열로 정의되는 매트릭스 형태로 배열될 수도 있다. 다른 실시예에서, 마이크로 니들들(20)은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 방사형으로 배열될 수 있다.
배선부(30a)는 마이크로 니들들(20)의 배열 방식에 따라 행 배열(도 4a)을 갖거나 방사형(도 4b)으로 배열될 수 있다. 관통홀들(h)은 전극층(30)과 배선부(30a)가 없는 부분에 적절히 분포될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 배선부(30a)는 행 형태 또는 방사형으로 배열된 일련의 전극층들(31, 32; 30)을 교번하면서 전기적으로 연결하는 제 1 전극 배선 패턴(30b)과 제 2 전극 배선 패턴(30c)을 포함할 수 있다. 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 제 1 전극 배선 패턴(30b)과 제 2 전극 배선 패턴(30c)은 매립될 수 있다. 이 경우, 노출된 제 1 전극 배선 패턴(30b)과 제 2 전극 배선 패턴(30c)의 상부 표면은 지지부(15)의 제 2 표면(15b)과 동일 평면 상에 있거나, 그 아래에 있을 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제 1 전극 배선 패턴(30b)과 제 2 전극 배선 패턴(30c)에 인가되는 전압 신호는 교류 및 직류 신호 또는 펄스파, 램프파, 싸인파 또는 삼각파와 같은 파형 신호를 포함할 수 있다. 마이크로 니들 장치(200)는 제 1 전극 배선 패턴(30b)과 제 2 전극 배선 패턴(30c)에 인가되는 전압 신호의 생성과 제어를 위해 제어부(60)를 더 포함할 수 있으며, 제어부(60)는 전원부(50)와 이 의 제어를 위한 제어 회로(55)를 포함할 수 있다.
제 1 전극 배선 패턴(30b)과 제 2 전극 배선 패턴(30c)에는 동일한 신호가 인가될 수 있다. 선택적으로는, 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 전극 배선 패턴(30b)과 제 2 전극 배선 패턴(30c)에는 각각 서로 다른 전압(V1, V2)이 인가될 수도 있다. 또는, 제 1 전극 배선 패턴(30b)과 제 2 전극 배선 패턴(30c)에 서로 다른 전압 파형, 예를 들면, 서로 반대 극성을 갖는 전압 파가 인가될 수도 있다.
제 1 전극 배선 패턴(30b)에 연결된 제 1 전극층들(31)과 제 2 전극 배선 패턴(30c)에 연결된 제 2 전극층들(32)에 인가되는 전압이 다른 경우, 이들 전극층들(31, 32)은 각각 활성 전극 및 반대 전극으로 기능할 수 있다. 이 경우, 도 3에 접지된 반대 전극(40)은 사용되지 않거나, 기준 전압의 제공을 위해 사용될 수도 있다.
제 1 및 제 2 전극층들(31, 32)이 각각 활성 전극 및 반대 전극으로 기능하는 경우, 마이크로 니들 장치(200)가 피부(1)에 밀착되면, 제 1 전극층들(31), 표피층(3) 및/또는 진피층(4), 제 2 전극층들(32) 및 전원부(50)로 구성된 전기적 회로가 형성될 수 있다. 전기적 회로가 On 상태가 되면, 전하를 갖는 생리 활성 물질(S)은 전류 성분으로서 전기 역학적(electro-kinetic)으로 표피층(3) 또는 진피층(4)에 전달될 수 있다. 이 경우, 전기적 회로의 전류 밀도는 피부(1)의 손상을 방지하기 위해 일정한 값, 예를 들면 400 μA/cm2로 제한될 수 있다.
제 1 및 제 2 전극층들(31, 32)이 각각 활성 전극 및 반대 전극으로 기능하는 전술한 실시예에서, 인접하는 제 1 전극 배선 패턴(30b)과 제 2 전극 배선 패턴(30c) 사이에 존재하는 생리 활성 물질(S)이 이들 전극 배선 패턴들(30b, 30c)을 단락시키는 것을 방지하기 위해 배선부(30a)가 형성되지 않는 지지부(15)의 노출된 제 2 표면(15b)을 적절히 표면처리할 수 있다. 예를 들면, 제 2 표면(15b)을 소수성(hydrophobic) 처리함으로써, 관통홀들(h)로부터 유입되는 생리 활성 물질(h)이 제 2 표면(15b) 상에 잔류하기 보다는 마이크로 니들들(20)에 의해 형성된 마이크로 채널들에 적극적으로 유입되도록 할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 전술한 실시예에서는 배선부(30a)가 일련의 전극층들(30)을 서로 연결하도록 형성되었으나, 이는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 배선부(30a)는 도 1 및 도 2를 참조하여 개시한 것과 같이, 제 2 표면 상의 관통홀들(h)을 제외한 일부 또는 전체 영역 상으로 연장되어 전극층들(30)과 함께 단일한 등전위면을 형성할 수 있다. 이 경우, 전극층들(30)과 배선부(30a)는 하나의 활성 전극으로서 기능하며, 마이크로 니들 장치(200)는 상기 활성 전극에 대한 반대 전극(40)을 필요로 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 니들 장치(300)를 도시하는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 마이크로 니들 장치(400)의 지지부(16)는 마이크로 니들들이 형성되는 곡면을 제공하는 드럼 형태를 갖는다. 그에 따라, 본 실시예에 따른 마이크로 니들 장치(300)는 도 1 내지 도 4a에 도시된 패치(patch) 타입의 마이크 로 니들 장치(100, 200)와 달리, 롤러 동작에 의한 생리 활성 물질의 주입이 가능하다. 마이크로 니들 장치(400)는 지지부(16)의 회전이 가능하도록 하는 고정 부재(81)와 이에 연결된 손잡이부(82)를 더 포함할 수 있다.
지지부(16)에 관통홀들(H)이 없는 경우, 도 1을 참조하여 개시한 바와 같이, 마이크로 니들 장치(300)의 지지부(16) 표면 상에 생리 활성 물질을 도포하여 사용할 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 지지부(16)의 표면 상에 관통홀들(H)이 형성될 수 있으며, 이 경우, 지지부(16)의 내부에 약물 저장 공간(미도시)을 마련하여, 관통홀들(H)을 통하여 지지부(16)의 외부 표면으로 유출되도록 할 수 있다.
마이크로 니들 장치(300)는 전극층(30)에 인가되는 전기적 신호의 공급과 제어를 위해 전원부(50)와 제어 회로(55)로 이루어진 제어부(60)를 더 포함할 수 있다. 제어부(60)는 도시된 바와 같이, 손잡이부(82)의 내부에 매립될 수 있다. 도 5에 도시된 전극층(30), 배선부(30a)를 구성하는 전극 배선 패턴들(30b, 30c)의 배열 및 형상에 관하여는, 도 1 내지 도 4a를 참조하여 상술한 개시 사항이 참조될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 니들 장치(500)를 도시하는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 마이크로 니들 장치(500)는, 예를 들면, 도 1에 도시된 패치 타입의 마이크로 니들 장치들(100)을 벨트(91)의 피부 접촉면에 부착하여, 인체의 복부 또는 다리 등에 착용할 수 있는 벨트 타입 구성을 갖는다. 도 1에 도시된 마이크로 니들 장치(100) 대신에 도 3에 도시된 약물 저장 공간을 갖는 마이크로 니들 장치(200)를 이용할 수도 있다.
마이크로 니들 장치(500)는 다이어트를 위한 지방 분해 효과를 갖는 리포라이시스(lypolysis) 물질, 당뇨병 치료를 위한 인슐린 또는 허리 통증 완화를 위한 진통제와 갖는 비치료적 물질의 적용시 타이머 동작을 활용할 수도 있다. 벨트(91)의 양단부에는 고정 수단으로서 벨크로(VelcroTM; 92a, 92b)가 제공될 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 고정 수단으로서 단추, 지퍼, 똑딱이 및 자석과 같은 공지의 고정 수단이 적용될 수 있을 것이다.
이상에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 개시된 특징들은 단독으로, 대체하여 또는 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 이상 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 니들 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 니들 장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 니들 장치를 도시하는 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 마이크로 니들들과 배선부의 배열에 관한 다양한 실시예들을 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 니들 장치를 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 니들 장치를 도시하는 사시도이다.

Claims (14)

  1. 비도전성 지지부;
    피부와 접촉하는 상기 비도전성 지지부의 표면 상에 배열되고, 비도전성 수지 또는 세라믹 재료를 포함하는 비도전성 재료로 형성된 마이크로 니들들;
    상기 마이크로 니들들 표면의 적어도 일부 상에 형성된 금속 전극층; 및
    상기 금속 전극층과 동일한 금속으로 일체로 형성되고, 상기 비도전성 지지부의 상기 표면 상으로 연장되고 상기 마이크로 니들들 중 적어도 일부의 마이크로 니들들을 연속적으로 연결하면서 상기 비도전성 지지부의 상기 표면의 일부를 노출시키도록 패턴화된 전극 배선 패턴을 갖는 배선부를 포함하며,
    상기 금속 전극층은 상기 배선부에 의해 전원부에 전기적으로 연결되어 활성 전극으로 기능하고,
    상기 배선부의 상기 전극 배선 패턴은, 상기 전극층들 중 적어도 일부의 제 1 전극층들을 연속적으로 연결하여 상기 제 1 전극층들에 제 1 전압 신호를 인가하기 위한 제 1 전극 배선 패턴, 및 상기 전극층들 중 다른 일부의 제 2 전극층들을 연속적으로 연결하여 상기 제 2 전극층들에 상기 제 1 전압 신호와 다른 제 2 전압 신호를 인가하는 제 2 전극 배선 패턴을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극 배선 패턴은 매립되거나 상기 비도전성 지지부의 상기 표면보다 아래에 존재하며, 상기 제 1 전극 배선 패턴과 상기 제 2 전극 배선 패턴에 인가되는 전압 신호에 의한 전류 밀도는 0 보다는 크고 400 μA/cm2 이하로 제한되는 마이크로 니들 장치. .
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    생리 활성 물질은 상기 지지부의 상기 표면 상에 제공되는 마이크로 니들 장치.
  4. 약물 저장 공간과 접하는 제 1 표면, 피부와 접하는 제 2 표면 및 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이를 관통하는 복수의 관통홀들을 포함하는 비도전성 지지부;
    상기 비도전성 지지부의 상기 제 2 표면 상에 비도전성 수지 또는 세라믹 재료를 포함하는 비도전성 재료로 형성된 마이크로 니들들;
    상기 마이크로 니들들 표면의 적어도 일부 상에 형성된 금속 전극층; 및
    상기 금속 전극층과 동일한 금속으로 일체로 형성되고, 상기 비도전성 지지부의 상기 제 2 표면 상으로 연장되고 상기 마이크로 니들들 중 적어도 일부의 마이크로 니들들을 연속적으로 연결하면서 상기 비도전성 지지부의 상기 제 2 표면의 일부를 노출시키도록 패턴화된 전극 배선 패턴을 갖는 배선부를 포함하며,
    상기 금속 전극층은 상기 배선부에 의해 전원부에 전기적으로 연결되어 활성 전극으로 기능하고,
    상기 배선부의 상기 전극 배선 패턴은, 상기 전극층들 중 적어도 일부의 제 1 전극층들을 연속적으로 연결하여 상기 제 1 전극층들에 제 1 전압 신호를 인가하기 위한 제 1 전극 배선 패턴, 및 상기 전극층들 중 다른 일부의 제 2 전극층들을 연속적으로 연결하여 상기 제 2 전극층들에 상기 제 1 전압 신호와 다른 제 2 전압 신호를 인가하는 제 2 전극 배선 패턴을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전극 배선 패턴은 매립되거나 상기 비도전성 지지부의 상기 제 2 표면보다 아래에 존재하며, 상기 제 1 전극 배선 패턴과 상기 제 2 전극 배선 패턴에 인가되는 전압 신호에 의한 전류 밀도는 0 보다는 크고 400 μA/cm2 이하로 제한되는 마이크로 니들 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극 배선 패턴은 상기 비도전성 지지부의 상기 제 2 표면 내에 형성된 트렌치 영역 내에 매립되는 마이크로 니들 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 마이크로 니들들은 나란히 정렬된 행 및 열 들 중 적어도 어느 하나의 형태로 배열되는 마이크로 니들 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 마이크로 니들들은 방사형으로 배열되는 마이크로 니들 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 비도전성 지지부는 패치형 또는 드럼형인 마이크로 니들 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 비도전성 지지부는 가요성을 갖는 마이크로 니들 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 마이크로 니들 장치는 상기 전극층이 연결된 상기 배선부와 전기적으로 분리되어, 상기 마이크로 니들들이 접촉하는 피부 영역과 이격된 다른 피부 영역에 접촉하는 반대 전극을 더 포함하는 마이크로 니들 장치.
  14. 삭제
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