KR101549966B1 - 마이크로젯 약물 전달 장치 및 이를 이용한 약물 전달 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 마이크로젯 약물 전달 장치 및 이를 이용한 약물 전달 방법에 관한 것으로, 내부에 저장된 약물을 마이크로젯 형태로 분사하는 마이크로젯 약물 분사 기기와 상기 마이크로젯 약물 분사 기기를 통해 약물이 투입되는 피부로 레이저를 조사하는 레이저 발생기를 포함하여 피부의 약물 투입부분에 레이저를 조사하여 표피를 제거한 후 제거된 부분에 약물을 마이크로젯 형태로 분사하여 투입함으로써, 마이크로젯 분사를 통해 더 효율적으로 약물을 피부 내의 진피로 투입시킬 수 있고, 각질층이 있는 부분에서도 마이크로젯 형태의 분사를 통해 약물을 피부 내 진피로 효율적으로 투입할 수 있도록 한다.

Description

마이크로젯 약물 전달 장치 및 이를 이용한 약물 전달 방법{Microjet Drug Delivery Apparatus and Drug Delivery Method Therewith}

본 발명은 마이크로젯 약물 전달 장치 및 이를 이용한 약물 전달 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 마이크로젯 분사를 통해 더 효율적으로 약물을 피부 내의 진피로 투입시킬 수 있고, 각질이 있는 부분에서도 약물을 피부 내 진피로 투입시킬 수 있도록 한 마이크로젯 약물 전달 장치 및 이를 이용한 약물 전달 방법에 관한 것이다.

일반적으로 의료 분야에 있어 치료용 약물을 환자의 체내에 비경구 투여하기 위한 방법으로서 예로부터 다양한 약물 전달 시스템(Drug delivery system)들이 적용되고 있으며, 이들 중 가장 보편적으로 사용되는 방식은 전통적인 주사기를 사용하는 방식이라 할 수 있다. 그러나, 상기와 같이 주사기를 사용하는 방식의 경우 약물 투여 부위에 직접적인 주입을 통한 매우 효과적인 방식이라 할 수 있는 반면, 주사시의 통증으로 인한 환자들의 불편이 큰 단점으로 지적되고 있으며, 그 밖에도 주사 바늘 사용으로 인한 상처 및 이를 통한 감염의 우려 및 숙련된 시술자가 필요하다는 점, 주사기의 재사용이 어려우므로 자원의 낭비가 있다는 점 등 많은 단점들이 있었다.

상기와 같은 전통적인 주사기의 단점들로 인해 기존에도 이를 대체하기 위한 무 주사바늘(needle-less) 약물 전달 시스템을 개발하려는 많은 연구가 있었으며, 이러한 연구의 일환으로서 약물을 마이크로젯 방식으로 고속 분사하여 피부 표피를 통해 직접 체내의 타겟 부위(target region)로 침투시키는 방식의 약물 전달 시스템이 제시된 바 있다.

이러한 마이크로젯 방식의 약물 전달 시스템에 관한 연구는 1930년대에 최초로 시도된 바 있다. 상기 초기 마이크로젯 약물 전달 시스템은 단순한 마이크로젯 메커니즘을 이용한 매우 기초적인 방식으로서, 상기 방식에 따르면 상호 감염의 우려, 시술시의 스플래쉬-백(splash back) 현상, 정확한 침투 깊이의 조정이 어려워 신뢰성이 떨어지는 문제 등 많은 문제점이 있었으며, 특히 시술시에 상당한 통증이 수반되는 단점이 여전히 남아 있음으로써 기존의 주사기를 대체하는 방식으로 널리 채용되지는 못하였다.

또한, 상기와 같은 마이크로젯 방식의 약물전달 시스템에서 나타난 통증 문제를 저감시키고 약물 투여를 안정화시키기 위한 방법으로서, Stachowiak 등은 압전 세라믹 소자를 이용한 마이크로젯 약물 전달 시스템을 개발하여 제안한?바 있다(J.C. Stachowiak et al, Journal of Controlled Release 135: 104 (02009)). 상기 Stachowiak에 의해 제안된 방식은 압전 세라믹 소자에 전기 신호를 가해 발생하는 진동을 이용하여 약물을 고속으로 마이크로젯 분사하는 방식으로서, 실시간 마이크로젯 분사 속도의 변화를 통해 신경 조직을 건드리지 않고 약물을 안정적으로 피부내로 주입시킬 수 있도록 함으로써 시술시의 통증을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 하고 있다.

하지만, 이와 같이 약물 분사의 실시간 변동(time-varying) 모니터링을 구현하기 위해서는 매우 미량의 약물 수준에 대한 마이크로젯 조절이 가능하여야 하는데, 상기 압전 세라믹 소자를 이용한 방식의 경우 조절 정밀도에 한계가 있어 실제적인 약물 전달 시스템의 구현에 큰 어려움이 있었다.

한편, 상기와 같은 전기적 소자 및 장치를 이용한 방식 외에도 최근 연구 결과에 따르면 레이저를 이용한 약물 전달 시스템이 보고된 바 있다 (V.Menezes, S. Kumar, ans Takayama, Journal of Appl. Phys. 106, 086102(2009)). 상기 방식은 알루미늄 호일(foil)에 레이저을 가함으로써 유발되는 충격파(shock wave)를 통해 약물액을 마이크로젯 분사하는 방식으로서, 레이저의 경우 매우 좁은 영역 내에 높은 에너지를 집중시킬 수 있는 장점이 있는바 정밀한 수준의 무(無)주사바늘(needle-free) 약물전달 시스템이 가능하게 된다. 하지만, 상기와 같은 레이저-충격파를 이용한 방식의 경우 연속적으로 제어된 마이크로 젯의 분사가 불가능하다는 단점이 있으며, 특히 상기 방식의 경우 한번 사용한 주사기의 재사용이 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 피부 내 진피로 약물을 효율적으로 투입할 수 있는 마이크로젯 약물 전달 장치 및 이를 이용한 약물 전달 방법을 제공하는 데 있다.

이러한 본 발명의 과제는, 내부에 저장된 약물을 마이크로젯 형태로 분사하는 마이크로젯 약물 분사 기기로서, 일측이 개방된 수용 공간이 형성되고, 상기 수용 공간 내에 압력 발생용 액체가 채워지는 추진용액 저장부재, 상기 추진용액 저장부재의 개방된 일측에 구비되며, 개방된 일측과 연통되며 내부에 약물이 채워지는 약물 저장 공간이 구비된 약물 저장부재; 상기 추진용액 저장부재와 상기 약물 저장부재 사이에 구비되어 상기 수용 공간과 상기 약물 저장 공간을 구획하며 탄성 재질로 형성된 탄성막 부재; 및 상기 약물 저장부재의 일측에 구비되며 상기 약물 저장공간 내에 채워진 약물을 마이크로젯(microjet) 형태로 분사시키는 마이크로 노즐을 포함하는 마이크로젯 약물 분사기기와, 상기 마이크로젯 약물 분사 기기를 통해 약물이 투입되는 피부로 레이저를 조사하는 레이저 발생기와, 상기 레이저 발생기에서 조사된 레이저를 분할하여 상기 레이저 중 일부를 상기 수용 공간 내에 저장된 압력 발생용 액체로 조사시키고, 상기 레이저 중 다른 일부를 약물이 투입되는 피부로 조사시키는 빔스플리터부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치에 의해 달성된다.

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본 발명에 따른 상기 빔스플리터부재는, 상기 레이저 발생기에서 조사된 레이저 중 일부를 투과시켜 상기 수용 공간 내에 저장된 압력 발생용 액체로 조사시키고, 상기 레이저 발생기에서 조사된 레이저 중 나머지 일부를 굴절시켜 약물이 투입되는 피부로 조사시키도록 한다.

바람직하게는, 조사된 레이저 중 상기 일부가 조사된 레이저 중 상기 나머지 일부보다 그 비율이 높도록 하고, 더욱 바람직하게는 70% ~ 90%를 투과시켜 상기 수용 공간 내에 저장된 압력 발생용 액체로 조사시키고, 상기 레이저 발생기에서 조사된 레이저 중 나머지 10% ~ 30%의 레이저를 굴절시켜 약물이 투입되는 피부로 조사시키도록 한다.

본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 레이저를 집중시켜 상기 압력 발생용 액체로 조사시키는 제1렌즈부재를 더 포함한다.

본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 상기 빔스플리터부재에서 분할된 레이저를 반사시켜 약물이 투입되는 피부로 조사하는 반사부재를 더 포함한다.

본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 피부로 조사되는 레이저를 집중시키는 제2렌즈부재를 더 포함한다.

본 발명에 따른 상기 반사부재는, 상기 빔스플리터부재에서 분할된 레이저를 반사하는 제1미러부; 상기 제1미러부에서 반사된 레이저를 반사시키는 제2미러부; 및 상기 제2미러부에서 반사된 레이저를 반사시켜 피부로 조사시키는 제3미러부를 포함한다.

본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 피부로 조사되는 레이저를 집중시키는 제2렌즈부재를 더 포함하며, 상기 제2렌즈부재는 상기 제2미러부와 상기 제3미러부 사이에 배치되어 집중된 레이저가 상기 제3미러부를 통해 약물이 투입되는 정확한 위치로 조사될 수 있도록 하고, 약물이 투입되는 위치의 표피 표면에 초점이 맺어지도록 한다.

본 발명에 따른 상기 레이저 발생기는 발진 파장이 2.8㎛ ~ 3.0㎛의 레이저 빔을 조사한다.

본 발명에 따른 상기 레이저 발생기는 펄스당 지속 시간이 100㎲ ~ 250㎲이다.

더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 상기 레이저 발생기는 펄스당 지속 시간이 120㎲ ~ 180㎲이다.

본 발명에 따른 상기 레이저 발생기는 어븀야그 레이저이다.

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본 발명은, 주사 바늘로 직접 피부를 찔러 약물을 피부 내부로 투입시키는 대신, 약물을 마이크로 젯 형태의 분사를 통해 피부 내부로 간접적으로 투입시키므로 약물의 손상 및 변질의 우려가 없고, 약물을 고통없이 안전하게 사람의 피부 내로 투입할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 약물 투여 시 세균의 감염 위험이 없고, 폐기물이 발생되지 않고 반영구적으로 반복 사용할 수 있는 경제적인 효과가 매우 크다.

본 발명은 마이크로젯 분사를 통해 더 효율적으로 약물을 피부 내의 진피로 투입시킬 수 있고, 각질층이 있는 부분에서도 마이크로젯 형태의 분사를 통해 약물을 피부 내 진피로 효율적으로 투입할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 마이크로 젯 형태로 분사되는 약물의 분사량 및 강도를 정밀 제어할 수 있어 약물 투여 시 안정성이 우수하고, 약물 투입 시 상처 및 사고 없이 안전한 약물 투입이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로젯 약물 분사 기기를 도시한 개략도
도 2는 본 발명에 따른 마이크로젯 약물 분사 방법을 도시한 블럭도
도 3은 본 발명에 따른 약물 전달 방법의 일 예를 도시한 도면

본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는 마이크로젯 약물 분사 기기(100)를 포함하고, 상기 마이크로젯 약물 분사 기기(100)는, 일측이 개방된 수용 공간(10a)이 형성되고, 상기 수용 공간(10a) 내에 압력 발생용 액체(1)가 채워지는 추진용액 저장부재(10); 상기 추진용액 저장부재(10)의 개방된 일측에 구비되며, 개방된 일측과 연통되며 내부에 약물(2)이 채워지는 약물 저장공간(20a)이 구비된 약물 저장부재(20); 상기 추진용액 저장부재(10)와 상기 약물 저장부재(20) 사이에 구비되어 상기 수용 공간(10a)과 상기 약물 저장공간(20a)을 구획하며 탄성 재질로 형성된 탄성막부재(30); 상기 약물 저장부재(20)의 일측에 구비되며 상기 약물 저장공간(20a) 내에 채워진 약물(2)을 마이크로젯(microjet) 형태로 분사시키는 마이크로 노즐(40)을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 상기 마이크로젯 약물 분사 기기(100)에 의해 분사되는 약물(2)이 투입되는 피부에 레이저를 조사하는 레이저 발생기(200)를 포함한다. 상기 레이저 발생기(200)는 피부에서 약물(2)이 투입되는 부분에 레이저를 조사하여 표피를 제거하는 역할을 한다.

또한, 상기 레이저 발생기(200)는 상기 수용 공간(10a) 내에 저장된 압력 발생용 액체(1)에 레이저를 조사하여 에너지를 가해 버블(3)을 발생시킨다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 상기 레이저 발생기(200)에서 발생된 빛을 분할하는 빔스플리터부재(300)를 더 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 상기 빔스플리터부재(300)에서 분할된 레이저를 반사시켜 약물(2)이 투입되는 피부로 조사하는 반사부재(400)를 더 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 상기 레이저 발생기(200)에서 조사된 레이저를 분할하여 상기 레이저 중 일부를 상기 수용 공간(10a) 내에 저장된 압력 발생용 액체(1)로 조사시키고, 상기 레이저 중 다른 일부를 약물(2)이 투입되는 피부로 조사시키는 빔스플리터부재(300)를 더 포함한다.

상기 빔스플리터부재(300)는, 바람직하게는 상기 레이저 발생기(200)에서 조사된 레이저 중 70% ~ 90%를 투과시켜 상기 수용 공간(10a) 내에 저장된 압력 발생용 액체(1)로 조사시키고, 나머지 레이저를 즉, 10% ~ 30%의 레이저를 굴절시켜 약물(2)이 투입되는 피부로 조사시키도록 한다. 이는, 상기 마이크로젯 분사를 위해 상기 압력 발생용 액체(1)에 버블(3)을 원활하게 발생시킴은 물론 레이저를 통한 피부의 표피를 안전하고 안정적으로 제거할 수 있도록 하는 분할 비율이다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 레이저를 집중시켜 압력 발생용 액체(1)로 조사시키는 제1렌즈부재(500)를 더 포함한다. 상기 제1렌즈부재(500)는 압력 발생용 액체(1)로 조사되는 레이저를 집중시킬 수 있도록 볼록 렌즈의 형태를 가지는 것을 일 예로 하며, 레이저를 집중시켜 압력 발생용 액체(1)로 조사시켜 상기 압력 발생용 액체(1)에 버블(3)이 원활하게 발생되도록 한다.

상기 반사부재(400)는 복수의 미러부를 포함하며, 상기 빔스플리터부재(300)에서 분할된 레이저를 반사하는 제1미러부(410), 상기 제1미러부(410)에서 반사된 레이저를 반사시키는 제2미러부(420), 상기 제2미러부(420)에서 반사된 레이저를 반사시켜 피부로 조사시키는 제3미러부(430)를 포함한다. 이러한 복수의 미러부의 구성은 이에 한정되지 않고, 레이저 조사 위치 등에 따라서 적절하게 변경될 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로젯 약물 전달 장치는, 피부로 조사되는 레이저를 집중시키는 제2렌즈부재(600)를 더 포함한다. 상기 제2렌즈부재(600)는 상기 제2미러부(420)와 상기 제3미러부(430) 사이에 배치되어 집중된 레이저가 상기 제3미러부(430)를 통해 약물(2)이 투입되는 정확한 위치로 조사될 수 있도록 하고, 약물(2)이 투입되는 위치의 표피 표면에 초점이 맺어지도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 레이저 발생기(200)는, 큐스위치 엔디야그 레이저(Q-switched Nd:YAG laser) 또는 어븀야그 레이저인 것이 바람직하며, 어븀야그 레이저인 것이 더 바람직하다.

상기 어븀야그 레이저는 물에 대한 흡수도가 매우 높아 압력 발생용 액체(1)로 물을 사용하는 경우 레이저 에너지의 흡수에 의한 버블(3)을 매우 효과적으로 발생시킨다. 상기 어븀야그 레이저는 2.9㎛ 파장대의 레이저를 바람직하게는 2.94㎛ 파장을 발생시켜 큐스위치 엔디야그 레이저(Q-switched Nd:YAG laser)에 비해 버블(3) 발생을 더 월등히 효과적으로 발생시킨다. 상기 레이저 발생기(200)는, 발진 파장이 2.8㎛ ~ 3.0㎛의 레이저을 발생시키는 것이 바람직하며, 각 펄스당 지속 시간은 100㎲ ~ 250㎲로 유지되는 것이 바람직하다. 각 펄스당 지속 시간은 120㎲ ~ 180㎲로 유지되는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 추진용액 저장부재(10)는, 길이 방향으로 양?단부 측이 관통된 수용 공간(10a)이 형성되고, 관통된 일측이 상기 탄성막부재(30)가 장착되어 막혀지는 저장 몸체부(11); 상기 저장 몸체부(11)의 관통된 타측을 막아 밀폐시키며 빛을 투과시키는 투명 커버부(12)를 포함한다.

상기 저장 몸체부(11)는 열에 강한 스테인레스 스틸 재질을 사용하여 레이저 조사 시의 열에 대한 대응이 가능하도록 하였으며, 이외에도 다른 종류의 단일 금속이나 금속 합금, 합성수지 재질 등 본 발명의 기능을 달성함에 지장이 없는 한에서 당업자는 다양한 재질을 선택하여 제작할 수 있다.

상기 투명 커버부(12)는, 재질로는 바람직하게는 BK7 글래스로 실시될 수 있으며, 이외에도 다른 재질의 유리 또는 투명 플라스틱 소재 등도 사용이 가능하다. 또한, 상기 투명 커버부(12)는, 도시되지는 않았지만 이를 통과하는 레이저를 모아 더?욱 강한 에너지를 집중시킬 수 있도록 중앙부가 솟아오른 볼록 렌즈의 형태를 가질 수도 있다.

상기 수용 공간(10a) 내에는 압력 발생용 액체(1)가 채워지며, 일측이 개방된 형태로 형성되며, 개방된 일측이 상기 탄성막부재(30)에 의해 막혀져 밀폐된 내부를 가진다.

상기 압력 발생용 액체(1)는 밀폐된 상기 수용 공간(10a) 내에 채워지며, 상기 압력 발생용 액체(1)는 레이저와 같은 매우 강한 집중 에너지를 받았을 때 구조 붕괴(breakdown)에 의해 버블(3)이 발생되는 액체이며, 약물(2)을 마이크로젯 형태로 분사시키기 위한 추진력을 제공하는 액체이다. 상기 압력 발생용 액체(1)는 레이저 장치나 전기 스파크 등으로부터 에너지를 받아 흡수하여 버블(3)이 발생될 수 있는 성질의 액체 물질, 졸 또는 젤 등 여러 액상 물질이 될 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서 상기 압력 발생용 액체(1)는 물 또는 알코올과 같이 단일 액체 성분으로 이루어진 것, 두 개 이상의 액체 성분을 혼합한 것, 액체와 고형분을 혼합하여 졸(sol) 또는 젤(gel)의 형태를 갖는 것 등 모든 종류의 유동성 있는 액상 물질을 포함한다.

본 실시예에서는 상기 압력 발생용 액체(1)로서 레이저 조사 및 인젝션 전후로 잔여 버블(3)을 최소화할 수 있도록 가스 제거된(degassed) 물을 사용하였으며, 기타 알코올이나 폴리에틸렌글리콜과 같은 고분자 졸(sol) 또는 젤(gel) 등 다양한 액상 물질을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 압력 발생용 액체(1)로서 순수한 물에 수용성 전해질(예컨대 소금)을 첨가하게 되면 분자들이 이온화되는 효과로 액체의 breakdown에 필요한 에너지가 적어지므로 그만큼 더 효율이 더 좋아질 수 있다.

상기 추진용액 저장부재(10)의 개방된 일측 즉, 상기 탄성막부재(30)에 의해 막혀진 측에는 약물 저장부재(20)가 구비된다. 상기 약물 저장부재(20)는, 내부에 상기 수용 공간(10a)의 개방된 일측과 연통되는 약물 저장공간(20a)이 형성되고, 상기 약물 저장공간(20a)은 상기 수용 공간(10a)의 개방된 일측과 연통되기 위해 상기 수용 공간(10a)의 개방된 부분과 적어도 일부분 겹쳐지는 개방부분이 형성되고, 상기 약물 저장공간(20a)의 상기 개방부분은 상기 탄성막부재(30)에 의해 막혀진다.

즉, 상기 탄성막부재(30)는, 탄성 재질로 형성되며, 상기 추진용액 저장부재(10)와 상기 약물 저장부재(20) 사이에 구비되어 상기 수용 공간(10a)과 상기 약물 저장공간(20a)을 구획한다. 상기 탄성막부재(30)는, 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 재질은 신축성이 우수할 뿐만 아니라 낮은 열 전도도를 가지므로 레이저 조사 시의 열전달에 의한 약물 손상도 방지할 수 있다.

상기 약물 저장부재(20)의 일측에는, 상기 약물 저장공간(20a) 내에 채워진 약물(2)을 마이크로젯(microjet) 형태로 분사시키는 마이크로 노즐(40)이 구비되고, 상기 약물 저장부재(20)의 일측은 상기 탄성막부재(30)에 밀착되어 밀폐된다.

상기 약물 저장공간(20a)은 상기 마이크로 노즐(40)과 연결되는 선단측으로 갈수록 직경이 좁아지는 테이퍼 형태로 형성되어 있으며, 이와 같은 형태는 후술하는 탄성막부재(30)에 의해 압력이 작용하였을 때 마이크로 노즐(40)의 출구(42)로 약물(2)이 원활하게 집중되어 외부로 토출될 수 있도록 고려한 것이다.

상기 약물 저장공간(20a) 내에는 약물(2)이 저장되며, 약물(2)로 사용할 수 있는 어떠한 액체도 저장 가능하며, 문신 잉크 등 미용을 위한 약물(2)도 포함하고, 치료 및 미용 등을 위해 피부의 진피 내로 투입하는 어떠한 액체도 포함됨을 밝혀둔다.

상기 약물 저장공간(20a)의 일측에는 외부의 약물 저장부(미도시)와 연결된 약물 공급로(미도시)가 더욱 형성됨으로써 연속적인 약물 공급을 받을 수 있도록 구성할 수 있다. 상기 외부 약물 저장부는 충분한 양의 피분사 약물을 저장하고 있다가 상기 약물 저장공간(20a) 내의 약물(2)이 마이크로젯 분사되어 비워지면 바로 약물(2)을 약물 공급로를 통해 공급하여 재장전할 수 있도록 한다. 상기 약물 저장부는 바람직하게는 압력 탱크로 하여 마이크로젯 분사후 상기 약물 저장공간(20a)가 일부 비워졌을 때 후술하는 탄성막부재(30)의 회복과 함께 자동적으로 약물(2)이 밀려 공급되게 할 수 있으며, 기타 마이크로 펌프와 같은 가압 수단을 별도로 구비하는 것도 가능하다.

상기 마이크로 노즐(40)은, 상기 약물(2)을 고속 고압의 마이크로젯(microjet) 형태로 분사될 수 있도록 미세한 단면 직경을 가지는 약물 분사구멍(40a)을 포함한다.

상기 약물 분사구멍(40a)은 100㎛ 또는 125㎛의 내경을 가지는 것을 일 예로 하고, 마이크로젯 형태의 분사를 가능하게 하는 미세한 내경을 가지는 것임을 확인한다.

상기 약물 분사구멍(40a)의 내측에 폴리테트라플루오르에틸렌(상표명: 테플론) 등으로 코팅 처리를 하게 되면, 노즐 표면과 약물(2) 사이의 마찰 계수 및 표면 장력이 낮아짐으로써 약물(2)의 분사가 더욱 원활하게 이루어질 수 있어 마이크로젯 인젝터의 효율 향상에 도움을 줄 수 있다.

상기 레이저 발생기(200)에서 발생된 레이저는 상기 투명 커버부(12)를 통과하여 상기 압력 발생용 액체(1)를 일시적으로 기화시킨다. 그리고, 상기 압력 발생용 액체(1)가 일시적으로 기화하면서 버블(3)이 발생하고, 버블(3)의 발생 및 소멸 시 부피 팽창 및 충격파 발생으로 상기 탄성막부재(30)가 팽창되면서 상기 약물 저장공간(20a) 내의 약물(2)을 가압하여 상기 약물(2) 마이크로 젯 형태로 분사시킴으로써 상기 고속 마이크로젯 분사된 약물(2)이 피부 조직을 통과하여 투입될 수 있게 된다.

이는 하기의 본 발명에 따른 약물 전달 방법에서 더 상세하게 설명한다.

한편, 본 발명에 따른 약물 전달 방법은, 마이크로젯 형태로 약물(2)을 분사하여 사람의 피부 내에 투입시키는 것이다.

피부 조직은 크게 표피(epidermis)와 진피(dermis)로 이루어진다. 표피는 피부의 가장 바끝쪽에 위치한 층으로, 외부로부터 유해한 병원균이 내부로 침입하는 것을 막는 일차적인 보호막이고, 신체로부터 수분이 증발하는 것을 차단하는 역할 등을 한다. 상기 표피의 두께는 대략 500㎛ 정도이다. 또한, 상기 표피의 표면에는 두께가 50 ~ 100㎛인 각질층이 존재하며, 이러한 각질층은 강도가 세기 때문에 마이크로젯 분사를 통한 피부 내 약물(2) 전달을 방해한다.

본 발명에 따른 약물 전달 방법은, 피부의 약물 투입부분에 레이저를 조사하여 표피를 제거하는 단계; 및 레이저가 조사된 부분에 약물을 마이크로젯 형태로 분사하여 투입하는 단계를 포함하여 상기 각질층이 형성된 피부부분에도 마이크로젯 분사된 약물을 용이하게 투입할 수 있도록 한다.

상기 약물을 마이크로젯 형태로 분사하여 투입하는 단계는, 밀폐된 수용 공간(10a) 내에 채워진 압력 발생용 액체(1)에 레이저를 조사하여 상기 압력 발생용 액체(1)에 버블(3)을 발생시켜 상기 수용 공간(10a)의 일측을 팽창시키는 단계; 및

상기 수용 공간(10a)의 일측이 팽창되어 약물이 저장된 약물 저장공간(20a)을 압축하여 상기 약물을 마이크로젯 형태로 분사시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 약물 전달 방법은, 상기 압력 발생용 액체(1)에 조사되는 레이저와 피부의 약물 투입부분에 조사되는 레이저로 레이저 발생기(200)에서 방출된 레이저를 분할하는 단계를 더 포함한다.

상기 레이저를 분할하는 단계는, 상기 레이저 발생기에서 조사된 레이저 중 70% ~ 90%를 투과시켜 상기 수용 공간(10a) 내에 저장된 압력 발생용 액체(1)로 조사시키고, 나머지 레이저를 즉, 10% ~ 30%의 레이저를 굴절시켜 약물(2)이 투입되는 피부로 조사시키도록 하는 것이 바람직하다. 이는, 상기 마이크로젯 분사를 위해 상기 압력 발생용 액체(1)에 버블(3)을 원활하게 발생시킴은 물론 레이저를 통한 피부의 표피를 안전하고 안정적으로 제거할 수 있도록 하는 분할 비율이다.

상기 표피를 제거하는 단계는 레이저를 렌즈를 통과시킨 후 미러를 통해 반사시켜 피부조직에 초점이 맺혀지도록 레이저를 조사한다. 이?때 초점이 맞춰진 부분에서 어블레이션 현상이 발생하게 되고, 이로 인해서 피부조직에는 마이크로젯 분사 지름과 비슷한 크기의 구멍이 형성된다.

상기 약물(2)을 마이크로젯 형태로 분사하여 투입하는 단계는, 상기 약물(2)을 마이크로젯 형태로 분사하여 상기 표피를 제거하는 단계에서 표피에 형성된 마이크로 구멍을 통해 피부의 진피로 약물(2)을 투입한다.

이?때, 레이저가 조사된 상기 압력 발생용 액체(1)에 버블(3)이 발생되어 약물(2)의 마이크로젯 분사가 이루어지는 것보다, 분할된 레이저가 먼저 표피의 각질층에 도달하여 상기 표피의 각질층에 마이크로 구멍을 형성한 후 마이크로로젯 분사를 통해 약품이 진피 내부로 투입되는 것이다.

상기 수용 공간(10a) 내에 밀실하게 채워진 상기 압력 발생용 액체(1)에 레이저로 강한 에너지를 순간적으로 집중시켜 가하면 집중된 에너지를 받은 압력발생용 액체의 분자 구조에 붕괴(breakdown)가 일어나 액체 내에 버블(3)이 발생하게 된다. 상기 버블(3)은 순간적으로 팽창하였다가 가해졌던 에너지 즉, 레이저 등의 조사를 중지하면 바로 소멸하는데, 이러한 버블(3)의 급격한 팽창 및 버블(3)의 생성과 소멸시의 충격파에 의해 상기 탄성막부재(30)가 바깥쪽(즉, 약물 저장공간 방향)으로 신장 변형하게 되고, 이러한 탄성막부재(30)의 변형은 인접한 상기 약물 저장공간(20a) 내의 약물(2)을 가압하고, 상기 약물(2)이 마이크로 노즐(40)의 미세한 약물 분사구멍(40a)을 통해 마이크로젯 형태로 분사되어 사람의 피부 즉, 표피를 뚫고 진피의 상부로 침투하게 된다.

또한, 도 3을 참고하여, 본 발명에 따른 약물 전달 방법을 순차적으로 설명하면 하기와 같다. 상기 수용 공간(10a)의 일측을 팽창시키는 단계는, 상기 압력 발생용 액체(1)에 레이저를 포커스되도록 조사하여 상기 압력 발생용 액체(1)를 기화시켜 버블(3)을 발생시키는 과정을 포함한다.

상기 압력 발생용 액체(1)에 레이저가 포커스되도록 조사되면 전술한 바와 같이 촛점 부위에서 레이저의 집중된 에너지를 받은 일부 액체분자들의 구조에 붕괴(optical breakdown)가 일어난다.

상기 버블(3)을 발생시키는 과정은, 레이저 조사 시의 옵티컬 브레이크 다운(optical breakdown)에 의한 충격파로 진동을 발생시키고, 발생된 진동을 상기 약물 저장공간(20a)으로 전달하며, 상기 압력 발생용 액체(1)가 기화하여 압력 발생용 액체(1)에 버블(3)이 팽창, 소멸하고, 상기 버블(3)이 소멸하는 충격파에 의해 진동을 발생시키고, 발생된 진동을 상기 약물 저장공간(20a)으로 전달한다.

또한, 상기 약물(2)을 마이크로젯 형태로 분사시키는 단계는, 엔디야그 레이저의 경우에는 레이저 조사 시의 옵티컬 브레이크 다운(optical breakdown)에 의한 충격파에 의해 발생된 진동을 전달받아 약물(2)을 1차 마이크로젯 분사하는 과정, 상기 버블(3)의 팽창에 의해 상기 약물(2)을 가압하여 2차 마이크로젯 분사하는 과정, 상기 버블(3)의 소멸에 의한 충격파에 의해 발생된 진동을 전달받아 약물(2)을 3차 마이크로젯 분사하는 과정을 포함한다.

일 예로, 상기 탄성막부재(30)는 상기 버블(3)의 발생 시 발생하는 미세한 진동을 전달받아 그 진동을 상기 약물 저장공간(20a) 내의 약물(2)로 전달하고, 상기 약물(2)은 진동에 의한 비교적 낮은 압력을 전달받아 비교적 낮은 속도(25m/s 정도)의 첫번째 마이크로젯 분사가 이루어진다.

또한, 상기 탄성막부재(30)는 상기 버블(3)의 팽창에 의해 함께 팽창되어 상기 약물 저장공간(20a) 내 약물(2)을 강하게 가압하며, 상기 약물(2)은 상기 탄성막부재(30)에 의해 가압되어 230m/s 정도의 빠른 속도로 두번째 마이크로젯 분사가 이루어진다.

또한, 상기 탄성막부재(30)는 상기 버블(3)의 소멸 시 발생하는 미세한 진동을 전달받아 그 진동을 상기 약물 저장공간(20a) 내의 약물(2)로 전달하고, 상기 약물(2)은 진동에 의한 비교적 낮은 압력을 전달받아 세번째 마이크로젯 분사가 이루어진다.

정리하면, 본 발명에 따른 약물 전달 방법은, 엔디야그 레이저의 경우에는 레이저를 상기 압력 발생용 액체(1)에 조사하였을 때 3차에 걸쳐 마이크로젯 형태의 분사가 이루어지는 것을 확인할 수 있다. 1차 마이크로 젯은 레이저 조사시 optical breakdown에 의해 생기는 충격파 전달에 의해 발생하며, 2차 마이크로 젯은 버블(3)의 팽창에 의해 발생하며, 3차 마이크로 젯은 버블(3)의 소멸에 의해 발생한다.

즉, 1차 마이크로 젯으로, 피부에 비교적 약한 예비 충격을 가해 신경을 교란시켜 통증 인지를 완화시키고, 고속의 2차 마이크로젯에 의해 피부의 표피 조직에 상처를 발생시켜 약물(2)이 표피를 통과하여 진피 내로 투입될 수 있도록 표피에 천공을 형성하고, 3차 마이크로젯에 의해 약물(2)이 상기 천공을 통해 진피 내로 투여되는 방법이다.

한편, 본 발명에 따른 약물 전달 방법에서 상기 레이저는 어븀야그 레이저를 사용하는 경우, 상기 버블(3)을 발생시키는 과정은, 레이저로 상기 압력 발생용 액체(1)를 끓는 점 이상으로 상승시켜 기화에 의해 수증기 형태의 기체 버블(3)이 발생시키는 것이 바람직하며, 이는 어븀야그 레이저를 사용함으로써 가능한다. 이 경우 마이크로젯이 1회로 효과적으로 분사된다.

상기 어븀야그 레이저는, 상대적으로 물에 흡수가 잘 일어나는 파장대를 가지는 레이저로써, 초점 부위를 중심으로 레이저의 경로에서 에너지를 흡수한 액체의 온도가 끓는 점 이상으로 상승함으로써 기화에 의해 수증기 형태의 기체 버블(3)이 발생하는 메커니즘을 가지게 된다.

비교예로, 엔디 야그 레이저는, 레이저의 촛점이 맞춰진 부분에 강한 에너지가 집중되면 그 지점에서 국부적으로 물 분자 사이의 결합이 붕괴(optical breakdown)되어 응집력이 약화되고, 이로 인해 액체의 포화 증기압 이하로 액압이 저하됨으로써 기체 버블(3)이 발생하게 된다.

상기 엔디 야그 레이저로 상기 압력 발생용 액체(1)에 버블(3)을 발생시키는 경우, 상기 버블(3)이 캐비테이션(cavitation)에 의해 발생하고, 압력 구배의 영향으로 버블(3)이 성장하는 반면, 상기 어븀야그 레이저로 상기 압력 발생용 액체(1)에 버블(3)을 발생시키는 경우에는 상기 버블(3)이 액체의 보일링(boiling)에 의해 발생하여 온도 구배에 의해 버블(3) 성장이 영향을 받는다.

또한, 상기 버블(3)을 발생시키는 과정은 상기 압력 발생용 액체(1)가 레이저 에너지를 흡수하여 보일링에 의해 버블(3)을 발생시키 것이 바람직하다.

이는, 상기 엔디 야그 레이저 및 상기 어븀야그 레이저가 버블(3)의 발생 작용이 캐비테이션과 보일링으로서 각각 기본적인 메커니즘의 면에서 근본적인 차이가 있고, 이에 따라 생성되는 버블(3)의 모양, 크기, 성장 속도, 유지 시간 등에서 차이가 있고, 상기 엔디 야그 레이저에 비해 상기 어븀야그 레인저가 마이크로젯 형태의 분사를 통한 약물 전달 방법에 더 효과적인 것에 있어 확인할 수 있다.

케비테이션에 의한 버블(3)은 기본적으로 버블(3) 유지시간이 짧고, 상기 엔디 야그 레이저가 상기 어븀야그 레이저에 비해 상대적으로 펄스주기가 짧아 버블(3)의 발생과 소멸이 매우 짧은 시간에 이루어진다.

이에 비해, 어븀야그 레이저는 보일링에 의해 버블(3)을 발생하고, 버블(3)의 발생 이후 확장 속도는 느리지만 버블(3)의 크기가 케비테이션에 의한 버블(3)에 비해 크고, 유지시간도 길다.

또한, 버블(3) 확장 시 충격파가 발생하지 않고, 버블(3)의 부피 팽창에 따라 상기 탄성막부재(30)가 팽창되면서 상기 약물(2)을 가압하는 단일 작용에 의한 마이크로 젯 분사가 이루어진다.

즉, 상기 약물(2)을 마이크로젯 형태로 분사시키는 단계는, 상기 버블(3)의 부피 팽창에 따라 상기 수용 공간(10a)이 팽창되는 단일 작용으로 상기 약물(2)을 마이크로젯 형태로 분사시킨다.

본 발명은, 주사 바늘로 직접 피부를 찔러 약물(2)을 피부 내부로 투입시키는 대신, 약물(2)을 마이크로 젯 형태의 분사를 통해 피부 내부로 간접적으로 투입시키므로 약물(2)의 손상 및 변질의 우려가 없고, 약물(2)을 고통없이 안전하게 사람의 피부 내로 투입할 수 있다.

본 발명은 약물(2) 투여 시 세균의 감염 위험이 없고, 폐기물이 발생되지 않고 반영구적으로 반복 사용할 수 있는 경제적인 효과가 매우 크다.

본 발명은 마이크로젯 분사를 통해 더 효율적으로 약물(2)을 피부 내의 진피로 투입시킬 수 있고, 각질이 있는 부분에서도 마이크로젯 형태의 분사를 통해 약물(2)을 피부 내 진피로 효율적으로 투입할 수 있다.

본 발명은 마이크로 젯 형태로 분사되는 약물(2)의 분사량 및 강도를 정밀 제어할 수 있어 약물(2) 투여 시 안정성이 우수하고, 약물(2) 투입 시 상처 및 사고 없이 안전한 약물(2) 투입이 가능하다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

1 : 압력 발생용 액체 2 : 약물
3 : 버블 10 : 추진용액 저장부재
10a : 수용 공간 11 : 저장 몸체부
12 : 투명 커버부 20 : 약물 저장부재
20a : 약물 저장공간 30 : 탄성막부재
40 : 마이크로 노즐 40a : 약물 분사구멍
100 : 마이크로젯 약물 분사 기기 200 : 레이저 발생기
300 : 빔스플리터부재 400 : 반사부재
410 : 제1미러부 420 : 제2미러부
430 : 제3미러부 500 : 제1렌즈부재
600 : 제2렌즈부재

Claims (22)

1. 내부에 저장된 약물을 마이크로젯 형태로 분사하는 마이크로젯 약물 분사 기기로서, 일측이 개방된 수용 공간이 형성되고, 상기 수용 공간 내에 압력 발생용 액체가 채워지는 추진용액 저장부재, 상기 추진용액 저장부재의 개방된 일측에 구비되며, 개방된 일측과 연통되며 내부에 약물이 채워지는 약물 저장 공간이 구비된 약물 저장부재; 상기 추진용액 저장부재와 상기 약물 저장부재 사이에 구비되어 상기 수용 공간과 상기 약물 저장 공간을 구획하며 탄성 재질로 형성된 탄성막 부재; 및 상기 약물 저장부재의 일측에 구비되며 상기 약물 저장공간 내에 채워진 약물을 마이크로젯(microjet) 형태로 분사시키는 마이크로 노즐을 포함하는 마이크로젯 약물 분사기기와,
   상기 마이크로젯 약물 분사 기기를 통해 약물이 투입되는 피부로 레이저를 조사하는 레이저 발생기와,
   상기 레이저 발생기에서 조사된 레이저를 분할하여 상기 레이저 중 일부를 상기 수용 공간 내에 저장된 압력 발생용 액체로 조사시키고, 상기 레이저 중 다른 일부를 약물이 투입되는 피부로 조사시키는 빔스플리터부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔스플리터부재는, 상기 레이저 발생기에서 조사된 레이저 중 70% ~ 90%를 투과시켜 상기 수용 공간 내에 저장된 압력 발생용 액체로 조사시키고, 상기 레이저 발생기에서 조사된 레이저 중 나머지 10% ~ 30%의 레이저를 굴절시켜 약물이 투입되는 피부로 조사시키도록 한 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   레이저를 집중시켜 상기 압력 발생용 액체로 조사시키는 제1렌즈부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔스플리터부재에서 분할된 레이저를 반사시켜 약물이 투입되는 피부로 조사하는 반사부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   피부로 조사되는 레이저를 집중시키는 제2렌즈부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 반사부재는,
   상기 빔스플리터부재에서 분할된 레이저를 반사하는 제1미러부;
   상기 제1미러부에서 반사된 레이저를 반사시키는 제2미러부; 및
   상기 제2미러부에서 반사된 레이저를 반사시켜 피부로 조사시키는 제3미러부를 포함한 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   피부로 조사되는 레이저를 집중시키는 제2렌즈부재를 더 포함하며,
   상기 제2렌즈부재는 상기 제2미러부와 상기 제3미러부 사이에 배치되어 집중된 레이저가 상기 제3미러부를 통해 약물이 투입되는 정확한 위치로 조사될 수 있도록 하고, 약물이 투입되는 위치의 표피 표면에 초점이 맺어지도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 레이저 발생기는 발진 파장이 2.8㎛ ~ 3.0㎛의 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 레이저 발생기는 펄스당 지속 시간이 100㎲ ~ 250㎲인 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 레이저 발생기는 펄스당 지속 시간이 120㎲ ~ 180㎲인 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
11. 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 발생기는 어븀야그 레이저인 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물 전달 장치.
    
    
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