KR101253772B1 - 전극의 임피던스에 따라 약물의 주입량을 확인할 수 있는 약물주입장치 - Google Patents

전극의 임피던스에 따라 약물의 주입량을 확인할 수 있는 약물주입장치 Download PDF

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Abstract

약물 주입에 따른 불안감 및 통증을 줄임과 동시에 주입된 약물의 양을 정확하게 확인할 수 있는 약물전달장치가 제공된다. 본 발명의 일 양상에 따른 약물전달장치는 일부가 신체 내로 삽입되고, 약물을 신체 내로 주입하는 약물주입부, 일부가 신체 내로 삽입되고, 약물주입부의 주변에 형성되고, 약물의 주입에 따라 임피던스가 변하는 전극부, 전극부의 임피던스를 측정하고, 측정된 임피던스에 따라 주입된 약물의 농도를 계산하는 신호처리부, 및 신호처리부에 의해 계산된 약물의 농도 또는 계산된 약물의 농도에 대응되는 약물의 주입 정도를 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 포함한다.

Description

전극의 임피던스에 따라 약물의 주입량을 확인할 수 있는 약물주입장치{Drug delivery system capable of detecting the amount of drugs injected into a body based on an impedance of electrodes}
약물전달시스템(DDS, drug delivery system)과 관련된다.
먹는 약은 복용 후 일정시간이 지나야 약물의 효과가 나타난다. 반면에 주사제는 속도는 빠르지만 아프고 불편하다. 게다가 약물이 갑자기 투여되면서 약의 농도가 순간적으로 짙어져 제대로 약효를 발휘하지 못하는 일이 있다.
최근에는 기존 의약품의 부작용을 최소화하고 효능 및 효과를 극대화시키기 위하여 약물을 효율적으로 전달할 수 있도록 설계된 약물전달시스템(DDS)이 등장하게 되었다.
이러한 약물전달시스템으로는 마이크로 니들로 불리는 작은 바늘들에 약물을 담아 패치 형태로 피부에 투과시켜 약물을 전달하는 것이 대표적이다. 이러한 약물전달시스템에 의하면 환자의 아픔도 줄일 수 있고 또한 약물 효과도 높일 수 있는 장점이 있다.
그렇지만 기존의 약물전달시스템은 그 크기가 워낙 작기 때문에 약물이 원하는 만큼 적절하게 주입되었는지를 확인하기 위해서는 별도의 확인 과정이 필요하다는 단점이 있다.
미세 약물전달시스템에 있어서, 약물 주입의 정도를 정확하게 확인할 수 있는 약물전달시스템이 제공된다.
본 발명의 일 양상에 따른 약물전달장치는 일부가 신체 내로 삽입되고, 약물을 상기 신체 내로 주입하는 약물주입부, 일부가 상기 신체 내로 삽입되고, 상기 약물주입부의 주변에 형성되고, 상기 약물의 주입에 따라 임피던스가 변하는 전극부, 상기 전극부의 임피던스를 측정하고, 측정된 임피던스에 따라 주입된 약물의 농도를 계산하는 신호처리부, 및 상기 신호처리부에 의해 계산된 약물의 농도 또는 계산된 약물의 농도에 대응되는 약물의 주입 정도를 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 양상에 따라, 상기 신호처리부는 상기 임피던스와 상기 약물의 농도 간의 관계를 나타내는 룩업테이블을 참조하여 상기 측정된 임피던스에 따라 상기 주입된 약물의 농도를 계산하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 또 다른 양상에 따라, 상기 전극부는 100 내지 300 나노미터 크기의 세공이 형성된 금(macroporous Au)과 10 내지 20 나노미터 크기의 파티클 백금(nanoparticle Pt)이 융합된 융합전극에 기초하여 형성될 수 있다.
개시된 내용에 의하면, 미세바늘을 통해 약물을 주입하기 때문에 약물 주입에 따른 환자의 불안감 및 통증을 완화할 수 있다. 또한, 미세바늘 주변의 전극의 임피던스 변화에 따라 주입된 약물의 농도를 확인하기 때문에 체내로 주입된 약물의 농도 또는 양이 어느 정도인지 정확하게 검출하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약물전달장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테이블을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부의 표면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극부의 표면을 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약물전달장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 약물전달장치(100)는 환자의 불안감을 해소하기 위한 무통증 기반의 마이크로 니들 기반 약물 전달 시스템 또는 MEMS 기술을 적용한 패치형 약물 전달 시스템에 적용될 수 있다. 본 실시예에 따른 약물전달장치(100)는 약물주입부(101), 전극부(102), 신호처리부(103), 및 디스플레이부(104)를 포함할 수 있다.
약물주입부(101)는 그 일부가 신체로 삽입된다. 여기서 신체란 사람의 몸 또는 동물의 몸을 모두 통칭할 수 있다. 예를 들어, 약물주입부(101)는 미세바늘이 될 수 있으며, 한쪽 끝을 통해 사람의 피부 안쪽으로 삽입되는 것이 가능하다.
또한 약물주입부(101)는 약물을 신체 내로 주입한다. 예를 들어, 약물주입부(101)는 약물을 내부에 저장하고 신체의 내부로 삽입된 한쪽 끝을 통해 약물을 신체의 내부로 전달하는 것이 가능하다. 또한, 약물이 약물주입부(101)의 표면에 도포되는 경우, 약물주입부(101)가 신체의 내부로 삽입되면 표면의 약물이 신체의 내부로 전달되는 것도 가능하다.
전극부(102) 역시 그 일부가 신체로 삽입된다. 예컨대, 전극부(102)는 약물주입부(101)와 같이 바늘 또는 미세원뿔구조의 형상을 가질 수 있다.
또한 전극부(102)는 제 1 전극(102-1)과 제 2 전극(102-2)을 포함한다. 예컨대, 제 1 전극(102-1)은 작동 전극이, 제 2 전극(102-2)은 카운터 전극이 될 수 있다. 작동전극(102-1)에 일정전압이 인가되면 신체 내의 세포 또는 세포질에 분포하는 이온에 따라 작동전극(102-1) 표면에서 전기화학 반응이 일어나고 제 1 전극(102-1)과 제 2 전극(102-2) 사이에 전자 및 이온의 이동에 따른 전류가 발생될 수 있다.
또한 전극부(102)의 임피던스는 약물의 주입에 따라 변화된다. 약물주입부(101)에 의해 약물이 주입된 경우, 주입된 약물에 따라 체내의 이온분포가 변화된다. 따라서 작동전극(102-1)에 일정전압이 인가되고, 제 1 전극(102-1)과 제 2 전극(102-2) 사이에 전류가 발생한 경우, 이온분포 변화는 제 1 전극(102-1)과 제 2 전극(102-2) 사이의 전기전도도에 영향을 미치며 이것은 결국 전극부(102)의 임피던스 변화를 유발하게 된다. 변화되는 임피던스는 저항, 캐패시턴스 또는 인덕턴스 값이 될 수 있다.
또한 전극부(102)는 약물주입부(101)의 주변에 형성된다. 구체적인 전극부(102)의 형성 위치는 약물 주입에 따라 임피던스에 영향을 받을 수 있을 정도의 근접 위치가 될 수 있다. 전극부(102)는 도시된 것과 같이 제 1 전극(102-1) 및 제 2 전극(102-2)으로 두 개가 형성될 수도 있고, 다수의 전극 모듈이 어레이(array)로 약물주입부(101)를 중심으로 원형 배치될 수도 있다.
또한 전극부(102)는 수백 나노미터 크기의 세공이 형성된 금(macroporous Au)과 수십 나노미터 크기의 파티클 백금(nanoparticle Pt)이 융합된 융합전극에 기초하여 형성될 수 있다. 융합전극에 기초하여 전극부(102)가 형성된 경우, 서로 다른 크기의 세공을 통해 그 표면적이 극대화되기 때문에 무효소 환경에서도 본 실시예에 따른 약물전달장치(100)를 사용할 수 있다.
신호처리부(103)는 전극부(102)의 임피던스를 측정한다. 예컨대, 신호처리부(103)는 약물주입부(101)에 의해 약물이 체내로 주입되면 전극부(102)의 저항, 캐피시턴스 또는 인덕턴스를 측정하는 것이 가능하다.
또한 신호처리부(103)는 측정된 임피던스에 따라 주입된 약물의 농도(또는 약물의 양)를 계산한다. 예를 들어, 신호처리부(103)는 임피던스 별 약물의 농도가 매핑된 테이블을 참조하여 측정된 임피던스에 대응되는 약물의 농도를 계산하는 것이 가능하다.
또한, 다수의 전극 모듈이 어레이로 형성되는 경우, 신호처리부(103)는 각 전극 모듈의 임피던스 및 각 전극 모듈의 임피던스 차이를 측정하고, 측정된 임피던스 차이를 이용하여 약물 주입 위치를 계산하는 것도 가능하다.
디스플레이부(104)는 신호처리부(103)에 의해 계산된 약물의 농도에 대응되는 약물 주입의 정도를 사용자에게 표시한다. 디스플레이부(104)는 약물에 농도에 따른 색을 표시할 수 있다. 예컨대, 적정 농도가 주입되면 녹색, 기준 농도보다 고 농도가 주입되면 적색, 기준 농도보다 저 농도가 주입되면 무색 등을 표시하는 것이 가능하다. 또한, 디스플레이부(104)는 계산된 약물의 농도(또는 약물의 양)의 수치를 그대로 표시할 수도 있다.
또한, 다수의 전극 모듈이 어레이로 형성되어 신호처리부(103)가 약물 주입 위치를 계산한 경우, 디스플레이부(104)가 약물 주입 위치를 표시하는 것도 가능하다.
따라서, 이와 같은 약물전달장치(100)에 의하면, 환자의 불안감 및 통증을 유발하지 않으면서 약물을 전달할 수 있고 이와 동시에 체내로 주입된 약물의 농도 또는 양이 어느 정도가 되는지 정확하게 검출하는 것이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테이블을 도시한다. 이것은 도 1의 신호처리부(103)가 참조하는 테이블에 대한 일 예가 될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 테이블은 각각의 약물에 대응되는 다수의 페이지를 포함한다. 각각의 페이지는 특정한 약물 환경에서의 전극부(102)의 임피던스와 약물의 농도 간의 관계를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 사용자가 약물 #1의 농도를 변화시키면서 각 농도에서의 전극부(102)의 임피던스를 측정해서 페이지 #1을 생성하는 것이 가능하다.
테이블이 생성된 후, 신체 내로 약물 #1이 주입되면, 신호처리부(103)는 생성된 테이블 중에서 페이지 #1을 선택하고, 전극부(102)의 임피던스를 측정한다. 만약, 측정된 임피던스가 b1이라면 약물의 농도가 B1인 것으로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부의 단면을 도시한다. 이것은 도 1의 전극부(102)의 표면에 관한 일 예가 될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전극부(300)는 다수의 세공(3301)과 다수의 파티클(302)을 포함한다. 각각의 세공(301)은 수백 나노미터 크기의 직경을 갖는다. 각각의 파티클(302)은 수십 나노미터 크기를 갖는다. 따라서 전극층(300)의 표면을 살펴보면, 수백 나노미터 크기의 제 1 세공(301)과 수십 나노미터 크기의 제 2 세공(303)을 갖는 것을 알 수 있다.
수백 나노미터 크기의 제 1 세공(301)과 수십 나노미터 크기의 제 2 세공(303)을 갖는 전극부를 만들기 위한 구체적인 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 일반적인 금 파우더를 준비한다. 그리고 졸-겔 타입의 알루미늄 전구체와 계면활성제(stearic acid magnesium state)를 혼합하여 혼합액을 만든다. 혼합액 내에서 알루미늄 전구체는 계면활성제를 둘러싸게 된다. 이어서 준비된 금 파우더를 혼합액에 녹인다. 그리고 소성과정을 거친 후 알루미늄 전구체를 인산 용액을 이용하여 선택적으로 에칭(etching)한다. 이때, 알루미늄 전구체를 에칭하는 과정에서 계면활성제를 제거하지 않고 추가적으로 첨가하면, 금 입자들끼리 뭉쳐 덩어리가 되는 현상을 감소시킬 수 있으므로 잘게 분말화된 매크로포러스 금 파우더(macroporous-Au powder)를 얻을 수 있다. 본 실시예에 따라 매크로포러스 금 파우더란 수백 나노미터 크기의 새공을 갖는 금 분말이 될 수 있다.
매크로포러스 금 파우더가 형성되면, 형성된 매크로포러스 금 파우더를 2차원 구조체 또는 3차원 구조체에 코팅(coating) 또는 임프린팅(imprinting)하여 매크로포러스 금(microporous Au) 전극을 형성하는 것이 가능하다. 또 다른 예로, 마이크로 크기의 세공을 갖는 매크로포러스 금 파우더(Au-powder)를 형성하고, 형성된 매크로포러스 금 파우더를 주형(mold)에 넣고 압력을 가하여 매크로포러스 금(microporous Au) 전극을 형성할 수도 있다.
매크로포러스 금 전극이 형성되면, 여기에 나노파티클 백금(nanopartlcle-Pt)을 융합시킨다. 본 실시예에 따라 나노파티클 백금이란 수십 나노미터 크기의 백금이 될 수 있다. 예를 들어, 매크로포러스 금 전극의 표면에 매크로포러스 금 전극이 갖는 세공보다 크기가 작은 나노파티클 백금(nanoparticle Pt)을 도금하여 매크로포러스 금과 나노파티클 백금을 융합시키는 것이 가능하다.
구체적인 도금 방법은 다음과 같다. 예를 들어, 만들어진 매크로포러스 금 전극을 준비된 mixture에 넣고 가열한다. Mixture는 계면활성제 C16EO8(Octaethylene glycol monohexadecyl ether), HCPA(Hexachloroplatinic acid hybrate), 초순수(DI water) 등으로 구성될 수 있다. 가열 온도는 약 85도가 될 수 있다. 그리고 상온으로 온도를 낮추어주면 계면활성제의 자기조립 특성으로 인해 매크로포러스 금 전극 표면에 몰드가 형성된다. 그 후 적정 전압을 인가하면 mixture내에 있는 백금 이온들이 매크로포러스 금 전극 및 몰드 주변에 전해석출 되어 달라붙는다. 마지막으로 초순수(DI water)로 몰드를 없애주면 매크로포러스 금 전극 표면에 나노파티클 백금이 도금된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극부의 단면을 도시한다. 이것은 도 1의 전극부(102)의 표면에 관한 다른 예가 될 수 있다.
도 4를 참조하면, 산호초와 유사하게 수백 나노미터 크기의 세공을 갖는 매크로포러스 금이 얼길설기 엮여 있고 그 사이사이에 수십 나노미터 크기의 나노파티클 백금이 융합되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서 전극의 표면 거칠기가 극대화되기 때문에 전극에 부가되는 촉매 또는 효소 없이도 산화/환원 반응이 효과적으로 이루어질 수 있음을 알 수 있다.
도 3 및 도 4에서는 전극부(102)의 표면과 관련하여 그 표면적 또는 거칠기가 증가된 표면을 설명하였으나 본 실시예에 따른 전극부(102)가 반드시 여기에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 3 및 도 4와 달리, 매끄러운 표면을 갖는 전극부(102)를 사용할 수도 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
나아가 전술한 실시 예들은 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 특정 실시 예에 한정되지 아니할 것이다.

Claims (4)

  1. 일부가 신체 내로 삽입되고, 약물을 상기 신체 내로 주입하는 약물주입부;
    일부가 상기 신체 내로 삽입되고, 상기 약물주입부의 주변에 형성되고, 상기 약물의 주입에 따라 임피던스가 변하는 전극부;
    상기 전극부의 임피던스를 측정하고, 측정된 임피던스에 따라 주입된 약물의 농도를 계산하는 신호처리부; 및
    상기 신호처리부에 의해 계산된 약물의 농도 또는 계산된 약물의 농도에 대응되는 약물의 주입 정도를 사용자에게 표시하는 디스플레이부; 를 포함하며,
    상기 전극부는 전극의 표면 거칠기를 최대화하여 임피던스 변화 감지도를 높일 수 있도록 다수의 세공이 형성된 금과 상기 다수의 세공 사이에 파티클 백금이 융합된 융합전극이고, 상기 다수의 세공은 표면적을 극대화하기 위해 서로 다른 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 약물전달장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호처리부는
    약물 별로 임피던스 값과 그에 대응되는 약물농도가 매칭된 테이블에서 상기 측정된 임피던스 값에 해당하는 임피던스 값을 검색하고 검색된 임피던스 값에 대응되는 약물농도를 최종 약물 농도로 결정하는 것을 특징으로 하는 약물전달장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 세공은 100 내지 300 나노미터 크기를 갖고, 상기 파티클 백금은 10 내지 20 나노미터 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 약물전달장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이부는
    약물의 주입 정도에 따라 서로 다른 색으로 표시하는 것을 특징으로 하는 약물전달장치.
KR1020100114016A 2010-11-16 2010-11-16 전극의 임피던스에 따라 약물의 주입량을 확인할 수 있는 약물주입장치 KR101253772B1 (ko)

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