KR101772686B1 - 나노입자 약물 전달 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

나노입자 약물 전달 장치에 관한 것이며, 나노입자 약물 전달 장치는 회전 부재, 상기 회전 부재에 서로 이격하여 마주하여 배치되고, 자기장을 생성하는 한 쌍의 자기장 발생부, 상기 회전 부재에 결합되어, 상기 회전 부재를 회전시키는 모터, 및 상기 회전 부재의 회전 속성 및 상기 자기장의 속성을 제어하기 위해 상기 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 자기장 발생부는 생체 내의 유체 내로 유입된 약물을 포함하는 나노입자(nanoparticle)를 상기 자기장의 영역 내로 유도할 수 있다.

Description

나노입자 약물 전달 장치 및 그의 제어 방법 {NANOPARTICLE DRUG DELIVERY APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본원은 나노입자 약물 전달 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
암 치료 시 사용자의 인체에는, 인체의 혈액 순환으로 인해 암이 발생한 곳에서 필요로 하는 항암제의 양 보다 실제로 더 많은 양의 항암제가 투여되어야 한다. 이때 인체에 필요 이상의 항암제가 투여될 경우, 다른 조직과 기관에 악영향을 미쳐 수많은 부작용을 초래하게 되며, 부작용의 예로는 구역질, 구토, 탈모, 감염, 피로, 빈혈, 출혈, 설사, 피부 및 손톱의 변색, 열감 현상 등이 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 관련 분야에서는 필요 이상의 항암제 투여를 막기 위하여, 항암제의 타겟팅(targeting) 효율성을 증가시키고자 하는 약물 전달 시스템(Drug Delivery System, DDS)에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
약물 전달 시스템은 생체에 대한 약물의 안정성, 유효성 혹은 신뢰성을 높이기 위해 투여 기술과 제형(劑形)을 개선하고 약물의 생체 내 이동을 제어하는 시스템으로서, 이는 필요 최소량의 약물을 작용 부위에 선택적으로 또한 바람직한 농도가 유지될 수 있도록 투여하는 것이 요구된다.
약물 전달 시스템을 구현하는 다양한 방법들 중 하나로는 나노입자(Nanoparticle)를 이용하는 방법이 있으며, 이는 자석에 이끌리는 나노입자에 약물을 넣고, 하나의 자석을 이용하여 물질을 원하는 환부로 유도시키는 방법이다.
하지만, 이러한 방식은 피부 표면의 환부에서만 물질의 유도가 가능할 뿐, 인체 내 심부(深部)에 존재하는 장기로는 물질을 유도하지 못하는 문제가 있다. 따라서 피부 표면에 존재하는 피부암 등의 질병 치료에는 효과적이나, 인체 내 심부에서 발생한 질병의 치료에는 그 효과가 떨어지는 단점이 있다.
또한, 종래 기술에 따르면, 인체 내의 원하는 위치로 물질을 유도시키는 비율이 극히 낮아, 약물의 타겟팅 효율성이 떨어지는 단점이 있다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1406632호(등록일: 2014.06.03)에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 약물 전달 시스템에서 이용되는 나노입자를 인체 내 심부로 유도시킬 수 있는 나노입자 약물 전달 장치 및 그의 제어 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 나노입자가 인체 내의 희망하는 위치에 집중하여 유도되는 비율을 현저하게 증가시킬 수 있는 나노입자 약물 전달 장치 및 그의 제어 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 환부에 모인 나노입자에 기계적 힘(Mechanical force)을 유도하여 질병 세포의 사멸을 유도하는 나노입자 약물 전달 장치 및 그의 제어 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치는 회전 부재, 상기 회전 부재에 서로 이격하여 마주하여 배치되고, 자기장을 생성하는 한 쌍의 자기장 발생부, 상기 회전 부재에 결합되어, 상기 회전 부재를 회전시키는 모터, 및 상기 회전 부재의 회전 속성 및 상기 자기장의 속성을 제어하기 위해 상기 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 자기장 발생부는 생체 내의 유체 내로 유입된 약물을 포함하는 나노입자(nanoparticle)를 상기 자기장의 영역 내로 유도할 수 있다.
또한, 상기 자기장 발생부는, 상기 회전 부재가 미리 설정된 임계 속도 이상으로 회전하는 경우, 생체 내의 세포의 사멸(Apoptosis)을 일으키는 기계적 힘(Mechanical force)을 상기 자기장의 영역 내의 상기 나노입자에 유도할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치는, 상기 한 쌍의 자기장 발생부 간의 거리를 조절하는 거리 조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 거리 조절부는 상기 한 쌍의 자기장 발생부를 상기 회전 부재의 양 끝단에 결합시킬 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 상기 자기장의 속성을 조절하기 위해 상기 거리 조절부의 구동을 제어할 수 있다.
또한, 상기 거리 조절부는 상기 자기장의 영역 내에 유입되는 상기 나노입자의 수 및 상기 나노입자가 유입되는 상기 자기장의 영역의 크기에 따라 상기 한 쌍의 자기장 발생부 간의 거리를 조절할 수 있다.
또한, 상기 회전 부재의 회전 속성은, 회전 각도, 회전 속도 및 회전 방향 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 자기장의 속성은 상기 회전 부재의 회전 속성에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 자기장의 영역 내에 유도된 나노입자의 수가 미리 설정된 수를 초과하는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 나노입자에 기계적 힘을 유도하기 위해 상기 회전 부재가 상기 임계 속도 이상으로 회전하도록 상기 모터의 구동을 제어할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치는, 상기 회전 부재에 결합되고, 상기 자기장의 영역 내에 유도된 나노입자의 수를 검출하기 위한 센서부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 상기 회전 부재가 회전을 시작한 후 미리 설정된 시간이 경과하는 경우, 상기 나노입자에 기계적 힘을 유도하기 위해 상기 회전 부재가 상기 임계 속도 이상으로 회전하도록 상기 모터의 구동을 제어할 수 있다.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 회전 부재, 상기 회전 부재에 서로 이격하여 마주하여 배치되고 자기장을 생성하는 한 쌍의 자기장 발생부, 상기 회전 부재에 결합되어 상기 회전 부재를 회전시키는 모터 및 상기 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법은, 상기 모터에 전원을 인가하여 상기 모터에 결합된 회전 부재를 회전시키는 단계, 상기 회전 부재의 회전에 의하여 상기 한 쌍의 자기장 발생부의 사이에 자기장을 발생시키는 단계, 및 상기 발생된 자기장을 이용하여 생체 내의 유체 내로 유입된 약물을 포함하는 나노입자를 상기 자기장의 영역 내로 유도하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법은, 상기 회전 부재의 회전 속도를 미리 설정된 임계 속도 이상으로 제어하여 상기 생체 내의 세포의 사멸을 일으키는 기계적 힘을 상기 자기장의 영역 내의 상기 나노입자에 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법은, 상기 자기장의 속성을 조절하기 위하여 상기 한 쌍의 자기장 발생부 간의 거리를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전 부재를 회전시키는 단계는, 상기 자기장의 속성을 조절하기 위하여 상기 회전 부재의 회전 속성을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 회전 부재의 회전 속성은, 회전 각도, 회전 속도 및 회전 방향 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법은, 상기 자기장의 영역 내에 유도된 나노입자의 수가 미리 설정된 수를 초과하는지 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 자기장의 영역 내에 유도된 나노입자의 수가 상기 미리 설정된 수를 초과하는 경우, 상기 회전 부재의 회전 속도를 상기 미리 설정된 임계 속도 이상으로 제어할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법은, 상기 회전 부재가 회전을 시작한 후 미리 설정된 시간이 경과하였는지 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 회전 부재가 회전을 시작한 후 상기 미리 설정된 시간이 경과하면, 상기 회전 부재의 회전 속도를 상기 미리 설정된 임계 속도 이상으로 제어할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 나노입자 약물 전달 장치의 회전 부재의 회전 속성과 한 쌍의 자기장 발생부를 통해 생성되는 자기장의 속성을 제어함으로써, 나노입자를 인체 내 심부로 유도시킬 수 있는 효과가 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 회전 부재가 미리 설정된 임계 속도 이상으로 회전하는 경우, 자기장의 영역 내의 나노입자에 기계적 힘을 유도함으로써, 생체 내의 세포를 보다 효과적으로 사멸시킬 수 있는 효과가 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 한 쌍의 자기장 발생부 간의 거리를 조절하고, 회전 부재의 속성과 자기장의 속성을 제어함으로써, 나노입자가 인체 내의 필요한 영역으로 유도되는 비율을 현저하게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 본원의 일 실시예에 따른 도 1a의 일부 확대도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 한 쌍의 자기장 발생부 사이에 생성되는 자기장을 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치에서 나노입자의 유도 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치에서 한 쌍의 자기장 발생부 간의 거리 조절 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 단계S530 이후에 추가되는 제1 동작의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 단계S530 이후에 추가되는 제2 동작의 흐름을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연걸"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은, 약물을 포함하는 나노입자를 인체 내 심부로 보다 효과적으로 유도할 수 있는 나노입자 약물 전달 장치에 관한 것이다.
도 1a는 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 1b는 본원의 일 실시예에 따른 도 1a의 일부 확대도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치(100)는 회전 부재(10), 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22), 모터(30), 컨트롤러(40), 및 거리 조절부(51, 52)를 포함할 수 있다.
회전 부재(10)는 모터에 결합되고, 모터에 의하여 회전되는 부재일 수 있다. 본원의 일 실시예에 따른 회전 부재(10)는 'U' 자형 부재일 수 있으나, 반드시 이에 한정된 것은 아니고, 'ㄷ' 자형, 'V' 자형 등의 부재일 수도 있다. 예를 들어, 회전 부재(10)는 금속 재질로 만들어질 수 있다.
한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는 회전 부재(10)에 서로 이격하여 마주하여 배치될 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는 회전 부재(10)의 양 끝단에 일정 거리를 두고 마주하여 배치될 수 있다. 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는 제1 자기장 발생부(21)와 제2 자기장 발생부(22)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는 제1 자기장 발생부(21)와 제2 자기장 발생부(22)의 사이의 공간에 자기장을 생성할 수 있다. 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 사이의 공간이라 함은 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)의 서로 대향하는 면과 일직선 상의 영역뿐만 아니라 그 주변의 영역들까지 포함한다.
예를 들어, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는 자기장 발생이 가능한 자성체로서, 자석(magnet), 전자석(electromagnet), 코일(coil) 등일 수 있다. 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간에 형성되는 자기장의 예는 도 2를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 한 쌍의 자기장 발생부 사이에 생성되는 자기장을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는 제1 자기장 발생부(21)의 N극과 제2 자기장 발생부(22)의 S극이 서로 마주하도록 배치될 수 있다. 이때, 자기장은 제1 자기장 발생부(21)에서 제2 자기장 발생부(22)의 방향으로 형성될 수 있다. 제1 자기장 발생부(21)와 제2 자기장 발생부(22) 사이에 형성된 자기장의 세기는, 제1 자기장 발생부(21)와 제2 자기장 발생부(22) 사이의 주변 영역에 형성된 자기장의 세기보다 클 수 있다.
자기장이 생성된 전체 영역 중에서, 특히 자기장의 세기가 크게 작용하는 제1 자기장 발생부(21)와 제2 자기장 발생부(22) 사이의 영역(S)에는, 사용자 생체 내의 유체 내로 유입된 약물을 포함하는 나노입자가 유도되어 포집(collection)될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의상 나노입자가 유도되어 포집되는 영역을 유도 영역(S)이라 하기로 한다. 유도 영역(S)의 임계선은, 개략적으로 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다.
자기장의 세기는 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리, 자기장 발생부(21, 22)의 크기, 형상 또는 나노입자 약물 전달 장치(100)에 구비되어 있는 자기장 발생부(21, 22)의 개수 중 적어도 어느 하나에 따라 조절 및 결정될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치(100)는, 자기장의 속성 제어를 통해, 약물을 함유한 나노입자를 사용자가 원하는 위치로 유도할 수 있다. 모터(30)의 구동에 의하여, 계속적으로 회전하는 자기장은 회전 부재(10)의 회전 속도에 따라 자기장 영역의 특정 지점(예를 들어, 중심 영역)만 일정하게 유지될 수 있다. 이렇게 유지된 자기장에 의하여 나노입자가 원하는 위치에 포집될 수 있다. 이를 통해 나노입자 약물 전달 장치(100)는 사용자의 생체 내로 유입된 약물에 대한 보다 빠른 치료 효과를 제공할 수 있다. 회전하면서 생기는 자기장의 분포에 따라 나노입자가 유도(또는 포집)되는 최소자기장(유도임계자기장)의 넓이 및 형태가 달라질 수 있다.
한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는 생체 내의 유체 내로 유입된 약물을 포함하는 나노입자를 자기장의 영역 내로 유도할 수 있다. 또한, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는 회전 부재(10)가 미리 설정된 임계 속도 이상으로 회전하는 경우, 생체 내의 세포의 사멸을 일으키는 기계적 힘을 자기장의 영역 내의 나노입자에 유도할 수 있다. 이는 도 3을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.
또한, 나노입자 약물 전달 장치(100)는 회전 부재의 속성 제어 등을 통하여 기계적 힘을 나노입자에 유도하기 위한 AC(교류) 자기장을 발생시키고, AC 자기장에 의해 기계적 힘을 자기장 영역 내의 나노입자에 유도함으로써, 생체 내의 세포(예를 들어, 종양 세포, 암세포 등)를 보다 효과적으로 사멸시킬 수 있다. 모터(30)의 구동에 의하여 회전 부재(10)의 회전 속도가 임계 속도를 초과하여 빨라지면, 세포사멸을 일으키는 기계적 힘이 나노입자에 유도될 수 있다. 나노입자에 세포사멸을 일으키기에 충분한 기계적 힘을 유도하기 위하여, 나노입자 약물 전달 장치(100)는 모터(30)의 구동을 통해 AC 자기장을 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간에 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 나노입자 약물 전달 장치(100)는 약물의 세포사멸 효과 및 타겟팅 효율성을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 약물을 포함하는 나노입자는 자성 나노입자(magnetic nanoparticles)일 수 있다. 또한 나노입자는 형광 물질을 포함할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치(100)의 회전 부재(10)가 사용자의 환부(患部) 주위의 영역을 회전함에 따라, 혈관(2) 내에서 이동하는 나노입자(3)가 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간에 형성된 자기장 영역 중 유도 영역(S) 내에 포집될 수 있다. 예를 들어, 나노입자(3)가 회전부재(10)의 회전중심의 영역에 집중하여 유도될 수 있는 것이다. 본원의 일 실시예에서는, 사용자의 환부가 손(1) 부위인 것으로 예시하였으나, 이에 한정된 것은 아니며, 팔, 다리, 얼굴 등 다양한 신체 부위에 적용 가능하다.
모터(30)는 회전 부재(10)에 결합되어, 회전 부재(10)를 회전시킬 수 있다. 회전 부재(10)의 회전에 의하여, 나노입자가 유도 영역(S) 내로 유도될 수 있다. 회전 부재(10)의 회전이 미리 설정된 임계 속도 이상으로 회전하는 경우, 유도 영역(S) 내에서는 나노입자에 소정의 기계적 힘이 유도되고, 이러한 나노입자에 의하여 세포 사멸이 발생할 수 있다.
컨트롤러(40)는 회전 부재(10)의 회전 속성 및 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)로부터 생성되는 자기장의 속성을 제어하기 위해, 모터(30)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 회전 부재(10)의 회전 속성은 회전 각도, 회전 속도, 회전 주파수 및 회전 방향 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 자기장의 속성은 자기장의 세기, 자기장의 크기, 자기장의 분포 영역 및 회전하는 자기장의 회전 주파수 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 자기장의 속성은 회전 부재(10)의 회전 속성에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 나노입자를 통한 세포 사멸의 효율을 높이고 나노입자에 기계적 힘을 유도할 수 있는 교류 자기장을 생성하기 위하여, 컨트롤러(40)는 모터(30)의 회전 주파수, 회전 각도, 회전 방향, 회전 속도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 요소를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 컨트롤러(40)는 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)로부터 교류(AC) 자기장이 생성되도록, 모터(30)의 구동 속도 등을 제어할 수 있다. 컨트롤러(40)는 모터(30)에 인가되는 전원을 제어할 수 있다. 컨트롤러(40)는 모터(30)의 구동 제어를 통해, 회전 부재(10)의 회전 속성, 또는 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)로부터 생성되는 자기장의 속성을 제어할 수 있다. 본원의 일 실시예에서는, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)가 교류 자기장 만을 생성하는 것으로 예시하였으나, 직류 자기장을 생성할 수도 있다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치에서 나노입자의 유도 예를 나타낸 도면이다.
모터(30)의 구동에 의하여, 회전 부재(10)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있으며, 이에 따라 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)도 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 도 3에서는 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)가 시계 방향으로 회전하는 예를 개략적으로 도시하였다.
한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 사이에 형성되는 전체 자기장 영역 중에서 유도 영역(S) 내에는 나노입자(3)가 포집될 수 있다. 유도 영역(S) 내에 포집된 나노입자는, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)가 회전하더라도 유도 영역(S) 내에서 계속적으로 위치할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 자기장 발생부(21, 22)가 모터(30)의 구동에 의하여 회전하게 되면 유도 영역(S)의 중심 영역에 있던 나노입자(3)를 제외한 나머지 나노입자(3)들은 자기장 영역에서 이탈하여 혈관을 따라 이동하게 되고, 회전에 의하여 새롭게 생긴 자기장의 유도 영역(S)에는 새로운 나노입자(3)가 포집될 수 있다. 유도 영역(S)의 중심 영역에는 계속해서 자기장이 유지되기 때문에, 유도 영역(S)의 중심 영역에 있는 나노입자(3)는 다른 곳으로 이동하지 않고 계속해서 축적될 수 있다. 유체 내로 유입된 약물을 포함하는 나노입자는 유체의 흐름에 따라 이동하게 되고, 시간이 흐름에 따라 유도 영역(S) 내에는 나노입자의 포집량이 증가할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 자기장의 영역(예를 들어, 유도 영역(S)) 내에 유도된(포집된) 나노입자의 수가 미리 설정된 수(예를 들어, 세포의 사멸을 발생시키기 위해 충분한 세포의 수)를 초과하는 경우, 컨트롤러(40)는 회전 부재(10)가 미리 설정된 임계 속도 이상으로 회전하도록 모터(30)를 제어할 수 있다. 이를 통해, 나노입자에 세포사멸을 일으킬 수 있는 기계적 힘을 유도하기 위한 AC 자기장이 발생되고, 생체 내의 세포의 사멸을 일으키는 기계적 힘이 유도 영역(S) 내에 포집된 나노입자에 유도될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치(100)는, 회전 부재(10)에 결합되고, 자기장의 영역(특히, 유도 영역(S)) 내에 유도된 나노입자의 수를 검출하기 위한 센서부(미도시)를 포함할 수 있다.
센서부는 나노입자의 수를 카운팅할 수 있다. 일예로, 나노입자는 형광 물질일 수 있고, 센서부는 나노입자를 검출할 수 있는 형광 센서, 이미지 센서, 적외선 센서 등을 포함할 수 있으며, 이에 한정된 것은 아니다.
센서부를 통한 나노입자 수의 측정 값에 기초하여, 컨트롤러(40)는 모터(30)의 구동, 회전 부재(10)의 회전 속성, 자기장의 속성 등을 제어할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 컨트롤러(40)는 회전 부재(10)가 회전을 시작한 후 미리 설정된 시간이 경과하는 경우, 나노입자에 기계적 힘을 유도하기 위해 회전 부재(10)가 미리 설정된 임계 속도 이상으로 회전하고 AC 자기장이 발생하도록 모터(30)의 구동을 제어할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치(100)는, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리를 조절하는 거리 조절부(51, 52)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 거리 조절부(51, 52)는 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)를 회전 부재(10)의 양 끝단에 결합시키면서 회전 부재(10)와 결합될 수 있다. 거리 조절부(51, 52)는 제1 거리 조절부(51) 및 제2 거리 조절부(52)를 포함할 수 있다. 제1 거리 조절부(51)는 제1 자기장 발생부(21)를 회전 부재(10)의 일단에 결합시킬 수 있고, 제2 거리 조절부(52)는 제2 자기장 발생부(22)를 회전 부재(10)의 타단에 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 거리 조절부(51, 52)는 볼트와 너트를 포함할 수 있다.
컨트롤러(40)는 자기장의 속성을 조절하기 위해 거리 조절부(51, 52)의 구동을 제어할 수 있다. 거리 조절부(51, 52)는 자기장의 영역(특히, 유도 영역(S)) 내에 유입되는 나노입자의 수 및 나노입자가 유입되는 자기장의 영역의 크기에 따라 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리를 조절할 수 있다. 예를 들어, 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리가 멀 수록 자기장의 좁은 영역에 집중적으로 세밀하게 나노입자를 집중시킬 수 있고 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리가 가까울 수록 자기장의 넓은 영역에 걸쳐 나노입자를 집중시킬 수 있도록, 거리 조절부(51, 52)는 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리를 조절할 수 있다.
또한, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리는, 거리 조절부(51, 52)를 이용한 사용자 입력에 의하여 조절될 수 있다. 거리 조절부(51, 52)를 통해 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리를 조절함으로써, 자기장의 속성(예를 들어, 유도 영역의 범위, 자기장의 세기, 자기장의 크기 등)이 제어될 수 있다.
자기장의 속성은, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리 조절 뿐만 아니라, 자기장 발생부(21, 22)의 크기, 자기장 발생부(21, 22)의 형태(모양), 자기장 발생부(21, 22)의 개수 등에 의하여 제어될 수도 있다.
본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치(100)는 회전 부재(10)의 회전 속성 제어, 자성의 속성 제어 등을 통해 나노입자를 심부(深部)에 유도할 수 있다
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치에서 한 쌍의 자기장 발생부 간의 거리 조절 예를 나타낸 도면이다.
도 4(b)는, 도 4(a)를 기준으로, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리를 멀게 조절한 경우를 나타낸다. 도 4(c)는 도 4(a)를 기준으로, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리를 가깝게 조절한 경우를 나타낸다.
도 4(b)를 참조하면, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리가 멀수록, 유도 영역(S)이 좁은 범위에 더욱 세밀하게 집중됨을 확인할 수 있다. 이를 통해, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치(100)는 나노입자를 특정 부위에 집중시킬 수 있다.
도 4(c)를 참조하면, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리가 가까울수록, 유도 영역(S)이 넓은 범위에 형성됨을 확인할 수 있다. 이를 통해, 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치(100)는 나노입자를 광범위한 부위에 집중시킬 수 있다. 또한, 유도 영역(s)의 범위나 형태는, 나노입자를 운반하는 유체의 속도와 자기장의 변화 속도에 더 기초하여 결정될 수 있다.
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법에 대한 동작 흐름도이다. 도 5에 도시된 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법은 앞선 도 1a 내지 도 4를 통해 설명된 나노입자 약물 전달 장치(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1 내지 도 4를 통해 나노입자 약물 전달 장치(100)에 대하여 설명된 내용은 도 5에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 단계S510에서는, 컨트롤러(40)를 통해 모터(30)에 전원을 인가하여 모터(30)에 결합된 회전 부재(10)를 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전원은 교류 전원일 수 있다.
이때, 단계S510에서 컨트롤러(40)는, 자기장의 속성을 조절하기 위하여 회전 부재(10)의 회전 속성을 제어할 수 있다. 회전 부재의 회전 속성은 회전 각도, 회전 속도, 회전 주파수 및 회전 방향 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다음으로, 단계S520에서 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는, 회전 부재(10)의 회전에 의하여, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)의 사이에 자기장을 발생시킬 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 단계 S520에서, 자기장의 속성을 조절하기 위하여 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22) 간의 거리가 조절될 수 있다.
다음으로, 단계S530에서 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는, 단계S520에서 발생된 자기장을 이용하여, 생체 내의 유체 내로 유입된 약물을 포함하는 나노입자를 자기장의 영역 내로 유도할 수 있다.
다음으로, 단계S540에서는 컨트롤러(40)에 의하여, 회전 부재(10)의 회전 속도를 미리 설정된 임계 속도 이상으로 제어함으로써, 생체 내의 세포의 사멸을 일으키는 기계적 힘을 자기장의 영역 내의 나노입자에 유도할 수 있다.
단계S530과 단계 S540 사이에는 추가 단계가 포함될 수 있으며, 이는 도 6 및 도 7을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다. 도 6은 본원의 일 실시예에 따른 단계S530 이후에 추가되는 제1 동작의 흐름을 나타낸 도면이고, 도 7은 본원의 일 실시예에 따른 단계S530 이후에 추가되는 제2 동작의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 단계S530 이후에 센서부(미도시)는, 자기장의 영역 내에 유도된 나노입자의 수가 미리 설정된 수를 초과하는지의 여부를 판단할 수 있다(S531).
단계S531에서 자기장의 영역 내에 유도된 나노입자의 수가 미리 설정된 수를 초과하는 경우(S531-Y), 컨트롤러(40)는 회전 부재(10)의 회전 속도를 미리 설정된 임계 속도 이상으로 제어할 수 있다. 회전 부재(10)의 회전 속도가 임계 속도 이상으로 제어됨에 따라, 나노입자에 기계적 힘이 유도될 수 있다(S540). 이를 통해 나노입자에 의하여 세포 사멸이 유도될 수 있다.
단계S531에서 자기장의 영역 내에 유도된 나노입자의 수가 미리 설정된 수를 초과하지 않는 경우(S531-N), 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는, 약물을 포함하는 나노입자를 자기장의 영역 내로 계속 유도할 수 있다(S530).
도 7을 참조하면, 단계S530 이후에 컨트롤러(40)는, 회전 부재(10)가 회전을 시작한 후 미리 설정된 시간이 경과하였는지 판단할 수 있다(S532).
단계S532에서 회전 부재(10)가 회전을 시작한 후 미리 설정된 시간이 경과된 경우(S532-Y), 컨트롤러(40)는 회전 부재(10)의 회전 속도를 미리 설정된 임계 속도 이상으로 제어할 수 있다. 회전 부재(10)가 회전을 시작한 후 미리 설정된 시간이 경과하면, 컨트롤러(40)는 자기장의 영역 내에 세포 사멸을 유도하기에 충분한 소정의 개수를 초과하는 나노입자가 유도된 것으로 추정하고, 회전 부재(10)의 회전 속도를 미리 설정된 임계 속도 이상으로 제어할 수 있다. 회전 부재(10)의 회전 속도가 임계 속도 이상으로 제어됨에 따라, 나노입자에 기계적 힘이 유도될 수 있다(S540). 이를 통해 나노입자에 의하여 세포 사멸이 유도될 수 있다.
단계S532에서 회전 부재(10)가 회전을 시작한 후 미리 설정된 시간이 경과되지 않은 경우(S532-N), 컨트롤러(40)는 회전 부재(10)를 계속 회전시키면서 나노입자를 포집할 수 있다. 이를 통해, 한 쌍의 자기장 발생부(21, 22)는, 약물을 포함하는 나노입자를 자기장의 영역 내로 계속 유도할 수 있다(S530).
상술한 설명에서, 단계 S510 내지 S540 은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
본원의 일 실시 예에 따른 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
또한, 전술한 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 나노입자 약물 전달 장치
10: 회전 부재
21, 22: 자기장 발생부
30: 모터
40: 컨트롤러
51, 52: 거리 조절부

Claims (17)

  1. 회전 부재;
    상기 회전 부재에 서로 이격하여 마주하여 배치되고, 자기장을 생성하는 한 쌍의 자기장 발생부;
    상기 회전 부재에 결합되어, 상기 회전 부재를 회전시키는 모터; 및
    상기 회전 부재의 회전 속성 및 상기 자기장의 속성을 제어하기 위해 상기 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러,
    를 포함하되,
    상기 자기장 발생부는 생체 내의 유체 내로 유입된 약물을 포함하는 나노입자(nanoparticle)를 상기 자기장의 영역 내로 유도하는 것인, 나노입자 약물 전달 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는,
    상기 회전 부재가 미리 설정된 임계 속도 이상으로 회전하는 경우, 생체 내의 세포의 사멸을 일으키는 기계적 힘(Mechanical force)을 상기 자기장의 영역 내의 상기 나노입자에 유도하는 것인, 나노입자 약물 전달 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 자기장 발생부 간의 거리를 조절하는 거리 조절부,
    를 더 포함하는 나노입자 약물 전달 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 거리 조절부는 상기 한 쌍의 자기장 발생부를 상기 회전 부재의 양 끝단에 결합시키는 것인, 나노입자 약물 전달 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 자기장의 속성을 조절하기 위해 상기 거리 조절부의 구동을 제어하는 것인, 나노입자 약물 전달 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 거리 조절부는 상기 자기장의 영역 내에 유입되는 상기 나노입자의 수 및 상기 나노입자가 유입되는 상기 자기장의 영역의 크기에 따라 상기 한 쌍의 자기장 발생부 간의 거리를 조절하는 것인, 나노입자 약물 전달 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전 부재의 회전 속성은,
    회전 각도, 회전 속도 및 회전 방향 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 자기장의 속성은 상기 회전 부재의 회전 속성에 기초하여 결정되는 것인, 나노입자 약물 전달 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 자기장의 영역 내에 유도된 나노입자의 수가 미리 설정된 수를 초과하는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 나노입자에 기계적 힘을 유도하기 위해 상기 회전 부재가 상기 임계 속도 이상으로 회전하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 것인, 나노입자 약물 전달 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전 부재에 결합되고, 상기 자기장의 영역 내에 유도된 나노입자의 수를 검출하기 위한 센서부,
    를 더 포함하는 나노입자 약물 전달 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 회전 부재가 회전을 시작한 후 미리 설정된 시간이 경과하는 경우, 상기 나노입자에 기계적 힘을 유도하기 위해 상기 회전 부재가 상기 임계 속도 이상으로 회전하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 것인, 나노입자 약물 전달 장치.
  11. 회전 부재, 상기 회전 부재에 서로 이격하여 마주하여 배치되고 자기장을 생성하는 한 쌍의 자기장 발생부, 상기 회전 부재에 결합되어 상기 회전 부재를 회전시키는 모터 및 상기 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법으로서,
    상기 모터에 전원을 인가하여 상기 모터에 결합된 회전 부재를 회전시키는 단계;
    상기 회전 부재의 회전에 의하여 상기 한 쌍의 자기장 발생부의 사이에 자기장을 발생시키는 단계; 및
    상기 발생된 자기장을 이용하여 생체 내의 유체 내로 유입된 약물을 포함하는 나노입자(nanoparticle)를 상기 자기장의 영역 내로 유도하는 단계,
    를 포함하는 나노입자 약물 전달 장치의 제어 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
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