KR101490790B1 - 생체 삽입 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 생체 삽입 기기에는, 생체 작용을 보조하는 작동장치; 상기 작동장치에 에너지를 공급하는 에너지 저장장치; 상기 에너지 저장장치 및 상기 작동장치 중의 적어도 하나로는 에너지를 공급하기 위하여, 피부에 삽입되는 판상의 장치로서 상하로 관통하여 그 내부에 생체조직이 생착하는 열린부가 제공되는 광기전장치; 및 상기 에너지 저장장치 및 상기 작동장치 중의 적어도 하나와 상기 광기전장치를 연결하는 도전선이 포함된다. 본 발명에 따르면, 광기전장치가 인체에 장착될 수 있는 현실적인 방안을 제안하였다. 따라서, 생체 삽입 기기의 새로운 에너지원 제공장치가 구현이 가능하게 된다. 또한, 의료산업의 획기적인 발전을 기대할 수 있는 장점이 있다.

Description

생체 삽입 기기{IMPLANTATION APPARATUS FOR LIVING BODY}

본 발명은 생체 삽입 기기에 관한 것이다. 상세하게는, 생체에 삽입되는 작동장치에 에너지를 공급하는 방식에 일 특징이 있는 생체 삽입 기기에 관한 것이다.

종래 생체에 삽입되는 작동장치로는, 심장박동보조장치(PACE MAKER), 소뇌전기자극장치 등의 기기가 있다. 이들 작동장치는, 자체적으로 배터리를 내장하고 있고, 그 배터리로부터 에너지를 공급받는 것이 일반적이다. 생체 외부에 전원공급장치를 두는 경우도 있으나, 피부에 미치는 악영향, 활동의 부자유 등으로 인하여 환자들의 호평을 받지 못하는 문제점이 있다. 본 발명은 자체적으로 전원공급장치를 내장하는 작동장치를 주된 관심대상으로 한다.

상기 생체에 삽입되는 작동장치는, 배터리의 수명이 제한되기 때문에, 일정 수기, 예를 들어 3-5년을 그 주기로 배터리를 교체하는 수술을 받아야 하는 불편함이 있다. 이는 환자에게 큰 불편함을 주는 문제점이 있다.

상기되는 불편함을 개선하기 위한 일 아이디어로서, "척추자극기"로서 등록특허 10-1051026호가 소개된 바가 있다. 그러나 이 기계는 자극이 필요한 특정 위치에 삽입된 전극에, 자극이 필요한 때에만, 전기자극을 주도록 할 뿐이다. 아울러, 플랙시블하기는 하지만, 자유롭게 움직이는 인체에 사용할 수 있는 범위가 극히 제한되는 문제점이 있다. 또한, 충전할 수 있는 시스템이 아니므로 계속적으로 작동하여야 하는 심장박동보조장치 등에는 사용할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 신체에 고착이 되는 방식 등에 대해서는 전혀 고려가 되어 있지 아니하였다.

등록특허 10-1051026호 전문

본 발명은 상기되는 문제점 및 그 외에 생체에 삽입되는 작동장치의 에너지 공급에서 발생하는 다양한 부작용을 해결할 수 있는 생체 삽입 기기를 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 생체 삽입 기기에는, 생체 작용을 보조하는 작동장치; 상기 작동장치에 에너지를 공급하는 에너지 저장장치; 상기 에너지 저장장치 및 상기 작동장치 중의 적어도 하나로는 에너지를 공급하기 위하여, 피부에 삽입되는 판상의 장치로서 상하로 관통하여 그 내부에 생체조직이 생착하는 열린부가 제공되는 광기전장치; 및 상기 에너지 저장장치 및 상기 작동장치 중의 적어도 하나와 상기 광기전장치를 연결하는 도전선이 포함된다.

여기서, 상기 광기전장치로는, 판상의 유기태양전지가 채용될 수 있다.

또한, 상기 광기전장치에는, 기판; 상기 기판에 안착되는 적어도 두 개의 광기전소자; 상기 적어도 두 개의 광기전소자를 연결하는 인터커넥터; 및 상기 인터커넥터와 생체조직이 접촉하지 않도록, 적어도 상기 인터커넥터의 상측을 덮는 보호피복이 포함될 수 있다. 이때, 상기 기판은, 플랙시블 기판일 수 있고, 상기 인터커넥터는 직선형으로 제공될 수 있다. 또한, 상기 기판은 스트레처블 기판일 수 있고, 이때, 상기 인터커넥터는 적어도 하나의 벤딩부가 포함될 수 있다.

한편, 상기 기판이 스트레처블 기판인 경우에는, 상기 광기전소자가 안착되도록 베이스에서 상측으로 융기되는 아일랜드; 상기 아일랜드의 사이 간격으로서 상기 광기전소자를 연결하는 인터커넥터가 놓이는 트랜치; 및 상기 인터커넥터가 놓이는 공간을 외부와 격리시키는 벽이 포함될 수 있다. 이때, 상기 아일랜드의 측면에서, 상기 인터커넥터가 놓이는 부분에 제공되는 노치가 더 포함될 수 있다.

다른 측면에 따른 생체 삽입 기기에는, 생체 작용을 보조하는 작동장치; 적어도 상기 작동장치로 에너지를 공급하는 에너지 저장장치; 및 상기 에너지 저장장치로 저장용 에너지를 공급하도록 외부광을 이용하여 에너지를 발생시키도록 피부 내부에 장착되는 판상의 광기전장치가 포함되고, 상기 광기전장치에는, 그 내부에 생체조직이 생착하는 적어도 하나의 열린부가 제공될 수 있다. 또 다른 측면에 따른 생체 삽입 기기에는, 에너지 저장장치; 및 상기 에너지 저장장치로 에너지를 공급하도록 외부광을 이용하여 에너지를 발생시키도록 피부 내부에 장착되는 광기전장치가 포함되고, 상기 광기전장치에는, 그 내부에 세포가 채워지는 적어도 하나의 열린부가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 광기전장치에는, 적어도 두 개의 광기전소자 및 상기 광기전소자를 연결하는 적어도 하나의 인터커넥터가 포함되고, 상기 적어도 하나의 인터커넥터는 상기 열린부로부터 격리되도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 광기전장치는 스트레처블 특성을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면 배터리의 교체를 위하여 수술을 받는 등의 불편이 없고, 생체에 삽입되는 작동장치라면 제한이 없이 사용할 수 있고, 계속해서 작동해야 하는 장치의 경우에도 사용할 수 있고, 반영구적으로 사용할 수 있고, 생착이 가능하고, 무릎 등과 접히는 신축이 자유로운 부분과 같이 신체의 어느 부위라도 장착할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 생체 삽입 기기의 구성도.
도 2는 광기전장치의 모식도.
도 3은 광기전장치의 사시도.
도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도.
도 5는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도.
도 6은 스트레처블 기판이 신축되는 것을 보이는 사진.
도 7은 제 2 실시예에 따른 광기전장치의 일부의 사시도.
도 8은 제 3 실시예에 따른 광기전장치의 일부의 사시도.
도 9는 제 4 실시예에 따른 광기전장치의 일부의 사시도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 첨부되는 실시예로 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한, 본 발명의 사상에 포함된다고 할 것이다.

<제 1 실시예>

도 1은 제 1 실시예에 따른 생체 삽입 기기의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 생체의 작용을 보조하는 역할을 수행하는 작동장치(100)와, 상기 작동장치에 안정적으로 에너지를 공급하기 위하여 제공되는 에너지 저장장치(101)와, 생체의 피부에 삽입되는 판상의 광기전장치(103)와, 상기 광기전장치(103)와, 상기 에너지 저장장치(101)를 연결하는 도전선(102)이 포함된다.

상기 에너지 저장장치(101)로는 충전기를 예시할 수 있지만 그에 제한되지 아니한다. 상기 작동장치(100)로는 심장박동보조장치를 예시할 수 있지만 그에 제한되지 아니한다. 상기 광기전장치(103)는 생체의 피부 내에 삽입되는 태양광발전장치를 예시할 수 있으나 이에 제한되지 아니한다.

상기되는 구성에 따르면, 광기전장치(103)는 수광한 빛을 전기로 변환하여 도전선(102)을 통하여 에너지 저장장치(101)에 저장하고, 상기 에너지 저장장치(101)는 에너지를 공급하여 작동장치(100)가 동작할 수 있도록 한다. 이로써, 광기전장치(103)에서 발생되는 에너지를 계속해서 충전할 수 있고, 그 에너지는 작동장치의 동작에 언제든지 사용될 수 있다. 물론, 광기전장치(103)는 바로 작동장치(100)로 에너지를 공급할 수도 있다.

도 2는 광기전장치(103)의 모식도로서, 피부 내에 삽입된 상태에서 외부의 광을 받아서 전기를 발생시키는 것을 설명한다. 상기 광기전장치(103)는 피부 내에서 광이 수광되는 범위 내에 놓이기 때문에 가능한 한 피부 속 얕은 곳에 놓이는 것이 좋을 것이다, 이에 반하여 생체의 움직임에 영향을 받지 않도록 하기 위해서는 가능한 한 피부 속 깊은 곳에 놓이는 것이 좋을 것이다. 이러한 배경 하에서 제 1 실시예에서는 생체의 피부 속 얕은 곳에 놓이면서도, 생체의 움직임에 문제없이 광기전 동작을 수행할 수 있고, 생체의 움직임에 따라서 최대한 그 형상을 변형시킬 수 있는 광기전장치를 제안한다.

도 3은 광기전장치의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 광기전장치(103)는, 베이스(4)와 아일랜드(1)를 가지는 스트레처블 기판(5)과, 상기 아일랜드(1)에 놓이는 광기전소자(6), 상기 아일랜드(1)의 사이 간격을 제공하는 트랜치(2)에 놓이고 광기전소자(6)를 서로 연결하는 인터커넥터(7)와, 상기 인터커넥터(7)가 놓이는 내부 공간을 외부와 격리시켜서 금속재질의 인터커넥터(7)로 인하여 발생하는 병리적인 문제점을 방지하는 벽(10)과, 상기 벽(10)으로써 인터커넥터(7)가 놓이는 공간과 분리되는 영역에 제공되는 열린부(9)가 마련된다. 상기 광기전장치의 상면은 보호피복(8)에 의해서 피복된다.

상기 스트레처블 기판(5)과 상기 보호기판(8)은, 신축성 자재로서 생체에 병리적인 문제를 일으키지 않는 소재로서 PDMS를 예시적으로 사용할 수 있다. 상기 벽(10)과 상기 아일랜드(1)와 상기 베이스(4)와 상기 트랜치(2)와 노치(도 6의 3참조)는 상기 스트래처블 기판(5)을 제조하는 공정에 의해서 한꺼번에 얻을 수 있다. 또한, 상기 아일랜드(1)와 상기 베이스(4)와 상기 트랜치(2)와 상기 노치(3)는, 스트레처블 기판이 플랙시블에서 한 차원 더 나아가서 신축성이 뛰어나도록 함과 동시에 광기전소자의 안착 안정성에 문제를 일어나지 않도록 한다. 상기 광기전장치(103)의 스트레처블 한 특성에 대해서는 본 발명의 발명자가 선출원한 출원번호 10-2012-0136659 "스트레처블 기판, 스트레처블 광기전장치, 및 스트레처블 기기"를 참조할 수 있다. 상기 문헌에 있어서 스트레처블 특성에 대한 부분은 본 발명의 상세한 설명에 포함되는 것으로 한다.

상기 인터커넥터(7)가 놓이는 내부 공간은 비어있거나 인체에 무해한 유체가 채워질 수 있고, 상기 베이스(4), 상기 벽(10), 상기 보호피복(8)에 의해서 생체의 세포와는 직접 접촉을 배제한다. 이로써, 광기전장치(103)의 생체 삽입시에 알레르기 및 항원항체반응와 같은 다양한 문제점을 방지한다.

상기 열린부(9)의 내부에는, 광기전장치(103)가 삽입된 다음에 생체의 세포가 자라나서 자리 잡을 수 있다. 이로써, 생체 조직의 신축성과 같은 정도의 스트레처블 특성을 스트레처블 기판(5)이 가질 수 있고, 생체 조직과 일체화된 상태로 광기전장치(103)가 움직일 수 있다. 상기 열린부(9)는 벽(10)에 의해서 구분되는 사각형의 공간으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 아니하고 원형 및 다각형의 형상으로 제공될 수 있고, 벽(10)과 떨어지는 거리는 임의로 조정할 수 있다.

도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도로서, 인터커넥터(7)가 놓이는 내부 공간이 외부와는 밀폐되는 것을 알 수 있다. 도 5는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'의 단면도로서, 열린부(9)가 상하로 개방되어 있어서 생체조직이 자라나서 그 속을 채울 수 있는 것을 알 수 있다.

도 6은 스트레처블 기판이 신축되는 것을 보이는 사진으로서, 생체의 어느 부분에 삽입되더라도 생체의 움직임에 전혀 지장을 주지 않을 정도로 변형이 일어날 수 있는 정도의 특성을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

이상의 제 1 실시예에 따르면, 생체와 광기전장치의 생접착이 뛰어나서 피부 속의 얕은 곳에서도 장착될 수 있고, 광기전장치의 뛰어난 스트레처블 특성에 의해서 생체의 어느 곳(목 또는 관절)이라도 장착될 수 있고, 광기전장치가 생체에 미칠 수 있는 항원항체작용 등의 병리적인 문제점을 방지할 수 있다.

제 1 실시예의 구성에 있어서, 상기 스트레처블 기판(5)은 PDMS를 그 재질로 하여 스트레처블 특성이 있는 구성을 구현해 내고 있지만, 만약, 스트레처블 특성이 필요없는 부위의 경우에는 플랙시블 기판, 리지드 기판을 사용할 수도 있을 것이다. 그러나, 구성적인 특성으로 볼 때, 스트레처블 특성이 요구되는 경우에 제 1 실시예의 구성이 더욱 바람직하게 적용될 수 있을 것이다. 여기서 리지드 기판이 적용되는 경우에는 생체의 머리 부분에 적용될 수 있을 것이다.

상기 광기전소자(6)로는, 화합물 반도체, CIGS(thin-film), 실리콘계열, 및 유기태양전지와 같은 다양한 구조의 광기전소자가 사용될 수 있을 것이다.

<제 2 실시예>

제 2 실시예는, 제 1 실시예와 대부분이 동일하고 광기전장치의 일부 구성 등에 있어서만 차이가 있다. 따라서, 제 1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 그 외의 설명은 제 1 실시예의 설명이 적용되는 것으로 한다.

도 7은 제 2 실시예에 따른 광기전장치의 일 부분의 사시도이다.

도 7을 참조하면, 편평한 스트레처블 기판(20)에 광기전소자(26)를 안착시킨다. 안착된 상기 광기전소자(26)는, 구불구불한 형상으로 적어도 하나의 벤딩부가 제공되는 인터커넥터(26)에 의해서 서로 연결된다. 스트레처블 기판(20)에는 열린부(29)가 제공되어 있다. 상면에는 보호피복(28)이 마련되어 인터커넥터(27)로 인한 생체의 병리적인 문제점이 발생하지 않도록 한다. 상기 스트레처블 기판(20)은 PDMS를 재질로 할 수 있다. 상기 적어도 하나의 벤딩부가 제공되는 인터커넥터(26)는 PDMS에 놓여있을 수 있고, 스트레처블 기판(20)이 신축/변형되더라도 파손되지 않는 효과를 얻을 수 있다. 상기 인터커넥터(26)는 기판이 상면에서 좌우로만 벤딩되는 구성으로 제시되어 있으나, 이에 제한되지 않고, 상하로 벤딩되는 구조로 마련될 수도 있다.

제 2 실시예는, 스트레처블 성능은 제 1 실시예에 미치지 아니할 수 있다. 그러나, 간단하고 값싼 공정을 통하여 광기전장치를 제조할 수 있는 장점을 얻을 수 있다. 물론, 생체와 광기전장치의 뛰어난 생접착성, 피부속 얕은 곳의 장착가능, 일정 정도의 스트레처블 특성에 의해서 팔뚝 등과 같은 어느 정도의 스트레처블 특성이 요구되는 곳에 장착될 수 있고, 광기전장치가 생체에 미칠 수 있는 항원항체작용 등의 병리적인 문제점을 방지할 수 있다.

<제 3 실시예>

제 3 실시예는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 대부분이 동일하고 광기전장치의 일부분 구성에 있어서만 차이가 있다. 따라서, 제 1 및 2 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 그 외의 설명은 제 1 및 2 실시예의 설명이 적용되는 것으로 한다.

도 8은 제 3 실시예에 따른 광기전장치의 일부 사시도이다.

도 8을 참조하면, 광기전장치에는, 플랙시블 기판(30)과, 상기 플랙시블 기판(30)의 상면에 놓이는 광기전소자(36)와, 상기 광기전소자(36)를 연결하는 일자형 인터커넥터(37)와, 열린부(39)와 보호피복(38)이 포함된다. 여기서, 상기 플랙시블 기판(30)의 재질로는, 플랙시블 특성의 구현이 가능한 고분자 유기 화합물을 예시적으로 사용할 수 있을 것이다.

상기 플랙시블 기판(30)은 스트레처블 특성은 구현되지 않거나 약한 성능에 그친다. 따라서, 인터커넥터(37)가 벤딩부를 가지지 아니할 수도 있는 것에 그 특징이 있다.

제 3 실시예에 따른 광기전장치는, 스트레처블 특성이 구현되지 않지만, 동작안정성이 뛰어난 광기전장치를 얻을 수 있는 장점이 있다. 물론, 생체와 광기전장치의 뛰어난 생접착성을 얻을 수 있고, 스트레처블 특성이 요구되지 않지만 플랙시블 특성의 구현이 요구되는 생체의 등이나 이마와 같은 곳에 장착될 수 있고, 광기전장치가 생체에 미칠 수 있는 항원항체작용 등의 병리적인 문제점을 방지할 수 있다.

<제 4 실시예>

제 4 실시예는, 제 1 실시예, 제 2 실시예, 제 3 실시예와 대부분이 동일하고 광기전장치의 일부분 구성에 있어서만 차이가 있다. 따라서, 제 1, 2, 및 3 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 그 외의 설명은 제 1, 2, 및 3 실시예의 설명이 적용되는 것으로 한다.

도 9는 제 4 실시예에 따른 광기전장치의 일부의 사시도이다.

도 9를 참조하면, 유기태양전지(40)에 열린부(49)가 제공되어 있다. 상기 유기태양전지는 플랙시블 특성을 가질 수 있고, 스핀코팅 등의 방법으로 편리하게 간편하게 제조할 수 있는 장점이 있다. 상기 유기태양전지(40)는 기판으로서의 작용과 태양광발전으로서의 작용을 한꺼번에 수행할 수 있다. 상기 유기태양전지(40)의 상하면에는 생체에 영향을 미치지 않는 보호피복이 마련될 수도 있다.

제 4 실시예에 따르면, 스트레처블 특성이 구현되지 않지만, 동작안정성이 뛰어난 광기전장치를 얻을 수 있는 장점이 있다. 물론, 생체와 광기전장치의 뛰어난 생접착성을 얻을 수 있고, 스트레처블 특성이 요구되지 않지만 플랙시블 특성의 구현이 요구되는 생체의 등이나 이마와 같은 곳에 장착될 수 있고, 광기전장치가 생체에 미칠 수 있는 항원항체작용 등의 병리적인 문제점을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 광기전장치가 인체에 장착될 수 있는 현실적인 방안을 제안하였다. 따라서, 생체 삽입 기기의 새로운 에너지원 제공장치가 구현이 가능하게 된다. 또한, 의료산업의 획기적인 발전을 기대할 수 있는 장점이 있다.

103: 광기전장치

Claims (13)

1. 생체 작용을 보조하는 작동장치;
   상기 작동장치에 에너지를 공급하는 에너지 저장장치;
   상기 에너지 저장장치 및 상기 작동장치 중의 적어도 하나로는 에너지를 공급하기 위하여, 피부에 삽입되는 판상의 장치로서 상하로 관통하여 그 내부에 생체조직이 생착하는 열린부가 제공되는 광기전장치; 및
   상기 에너지 저장장치 및 상기 작동장치 중의 적어도 하나와 상기 광기전장치를 연결하는 도전선이 포함되고,
   상기 광기전장치는 기판과, 상기 기판에 안착되는 적어도 두 개의 광기전소자와, 상기 적어도 두 개의 광기전소자를 연결하는 인터커넥터와, 상기 인터커넥터가 놓이는 공간을 외부와 분리하는 벽을 포함하고,
   상기 열린부는 상기 벽으로 둘러싸여 형성되는 생체 삽입 기기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 광기전장치로는, 판상의 유기태양전지가 채용되는 생체 삽입 기기.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판은 플랙시블 기판인 생체 삽입 기기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 인터커넥터는 직선인 생체 삽입 기기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판은 스트레처블 기판인 생체 삽입 기기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 인터커넥터는 적어도 하나의 벤딩부가 포함되는 생체 삽입 기기.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 스트레처블 기판에는,
   상기 광기전소자가 안착되도록 베이스에서 상측으로 융기되는 아일랜드; 및
   상기 아일랜드의 사이 간격으로서 상기 광기전소자를 연결하는 인터커넥터가 놓이는 트랜치; 가 포함되는 생체 삽입 기기.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 아일랜드의 측면에서, 상기 인터커넥터가 놓이는 부분에 제공되는 노치가 더 포함되는 생체 삽입 기기.
10. 생체 작용을 보조하는 작동장치;
    적어도 상기 작동장치로 에너지를 공급하는 에너지 저장장치; 및
    상기 에너지 저장장치로 저장용 에너지를 공급하도록 외부광을 이용하여 에너지를 발생시키도록 피부 내부에 장착되는 판상의 광기전장치가 포함되고,
    상기 광기전장치에는, 상기 생체에 유해가 되는 물질을 외부와 격리하는 벽과,
    상기 벽으로부터 형성되고, 그 내부에 생체조직이 생착하는 적어도 하나의 열린부가 제공되는 생체 삽입 기기.
11. 에너지 저장장치; 및
    상기 에너지 저장장치로 에너지를 공급하도록 외부광을 이용하여 에너지를 발생시키도록 피부 내부에 장착되는 광기전장치가 포함되고,
    상기 광기전장치에는, 생체에 유해가 되는 물질을 외부와 격리하는 벽과,
    상기 벽으로부터 형성되고, 그 내부에 세포가 채워지는 적어도 하나의 열린부가 제공되는 생체 삽입 기기.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 광기전장치에는, 적어도 두 개의 광기전소자 및 상기 광기전소자를 연결하는 적어도 하나의 인터커넥터가 포함되고,
    상기 적어도 하나의 인터커넥터는 상기 열린부로부터 격리되도록 마련되는 생체 삽입 기기.
13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 광기전장치는 스트레처블 특성을 가지는 생체 삽입 기기.

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