KR101840865B1 - 인간 신체 모사 칩 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인간 신체 모사 칩 내부에 자기장을 형성하는 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 인간 신체 모사 칩 제어 시스템은 생체 장기 모델을 구성하는 마이크로 장기를 연결하는 네트워크 및 네트워크 주변에 배치되어 전체 또는 국부 영역에 대하여 외부 자기장을 인가하여, 네트워크 내의 마이크로로봇을 구동하는 자기장 코일 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인간 신체 모사 칩 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING HUMAN ON A CHIP}

본 발명은 인간 신체 모사 칩 내부에 자기장을 형성하는 제어 시스템에 관한 것이다.

인체 신체 모사 시스템 칩은 세포 배양 및 미세 유체 기술을 적용하여 실제 인간의 몸에 최대한 가까운 체외 시스템을 작은 칩 상에서 구현하는 것이다.

기존의 인간 신체 모사 시스템 칩은 전 채널에 걸쳐 외부 펌프를 이용하여 대부분 일정한 방향의 유동만을 구현하고 마이크로 장기를 칩 내의 구조에 의해 위치를 제어하는 방식으로, 특정 부분에 마이크로 장기를 도킹시키는 것이 용이하지 않은 문제점 등이 있어, 유체 제어와 마이크로 장기 위치의 효율적인 제어가 제한적이고, 실제 인간과 비슷한 환경을 구현하지 못하는 한계점이 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 인간 신체 모사 칩 내부에 전 영역 또는 국부적인 영역에 자기장 형성이 가능한 제어 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일면에 따른 인간 신체 모사 칩 제어 시스템은 생체 장기 모델을 구성하는 마이크로 장기를 연결하는 네트워크 및 네트워크 주변에 배치되어 전체 또는 국부 영역에 대하여 외부 자기장을 인가하여, 네트워크 내의 마이크로로봇을 구동하는 자기장 코일 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 인간 신체 모사 칩 제어 시스템은 마이크로 장기가 배치되고, 그 사이를 연결하는 채널 아래에 다수의 코일을 배치하여, 코일에 의하여 자기장을 형성함으로써 인간 신체 모사 칩 내부에 전 영역 또는 국부적인 영역에 자기장 형성이 가능한 효과가 있다.

본 발명에 따르면 독립적으로 이격 배치된 자기장 코일 시스템에 의하여 국부적으로 특정 부분에 대한 자기장 제어 및 세기 구현이 가능하여, 마이크로로봇의 구동 및 그 구동에 따른 유체의 흐름을 다양하게 제어하는 것이 가능한 효과가 있다.

본 발명에 따르면 자기장 코일 시스템을 이용하여 인공 장기들을 채널 구조에 상관 없이 목표한 위치에 정확히 도킹시키는 것이 가능하여, 인간 신체 모사 칩을 이용한 시험 시 향상된 시험 결과를 기대할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인간 신체 모사 칩 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템에 의한 마이크로로봇 펌프의 구동을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인간 신체 모사 칩 제어 시스템을 이용한 인공 장기의 도킹을 나타내는 개념도이다.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인간 신체 모사 칩 제어 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템에 의한 마이크로로봇 펌프의 구동을 나타내는 개념도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인간 신체 모사 칩 제어 시스템을 이용한 인공 장기의 도킹을 나타내는 개념도이다.

도 1에서 도시하는 마이크로 장기는 종양(200a), 간(200b), 뇌(200c), 심장(200d) 등이며, 자기장 코일 장치(400)는 일 실시예에 따라 국부적으로 독립된 자기장 형성 영역을 가진다.

본 발명의 실시예에 따른 인간 신체 모사 칩 제어 시스템은 생체 장기 모델을 구성하는 마이크로 장기(200)를 연결하는 네트워크(300) 및 네트워크(300) 주변에 배치되어 외부 자기장을 인가하여, 네트워크(300) 내의 마이크로로봇(100)을 구동하는 자기장 코일 장치(400)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 자기장 코일 장치(400)는 도 1에 도시한 바와 같이 국부적인 영역에 배치되며, 다수 개의 코일을 포함하여 구성되어 그 코일들에 의해서 국부적으로 자기장을 형성한다.

자기장 코일 장치(400)가 국부적으로 개별 자기장을 형성하는 경우, 마이크로로봇(100)의 위치를 정밀 제어하여, 기설정된 마이크로 장기(200)의 위치에 마이크로로봇(100)을 개별적으로 제어하여 배치시킨다.

일례로서, 도 1에 도시한 바에 따르면, 자기장 코일 장치(400)는 복수 개 구비되어, 생체 장기 모델(200) 또는 네트워크(300)의 영역에 대하여 국부적으로(독립적으로) 외부 자기장을 인가한다.

또한, 자기장 코일 장치(400)가 국부적으로 개별 자기장을 형성하는 경우, 기설정된 네트워크 위치에 따라 이동되어, 네트워크 간 이동 시 마이크로로봇의 위치를 정밀 제어하는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따르면 도 1에 도시한 국부적인 영역에 대한 자기장 코일 장치에 제한되지 아니하고, 인간 신체 모사 칩의 전 영역에 걸쳐 자기장을 형성하는 자기장 코일 장치를 포함하는 것 역시 가능하다.

인간 신체 모사 칩의 전 영역에 걸쳐 자기장을 형성하는 자기장 코일 장치는 복수의 코일 간의 위치 및 각도 제어를 통하여 목표하는 영역에 대하여 자기장을 형성시키는 것이 가능하다.

칩 전 영역에 걸쳐 자기장을 형성하는 자기장 코일 장치(400)의 경우, 복수 개의 마이크로로봇(100)의 위치를 동시에 정밀 제어하여, 기설정된 마이크로 장기(200)의 위치에 마이크로로봇(100)을 개별 또는 일괄적으로 제어하여 배치시키는 것이 가능하다.

자기장 코일 장치(400)는 특정 부분에 대하여 3축(x, y, z), 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)에 대한 자기장 조향 및 자기장 세기를 가변하여 외부 자기장을 인가하게 된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 자기장 코일 장치(400)가 펌프 기능을 수행하는 마이크로로봇(100a)을 제어하는 경우, 네트워크(300) 내의 기설정 위치에 고정 배치되는 마이크로로봇(100a)은 자기장 코일 장치(400)에 의하여 인가되는 외부 자기장에 의하여 그 회전 속도 및 회전 방향이 결정된다.

즉, 국부적으로 자기장 형성 영역을 결정하는 자기장 코일 장치(400)에 의하여, 각 위치의 마이크로로봇(100a) 펌프가 구동되며, 그 구동에 따른 유동이 다양하게 제어 가능하다.

도 2는 나사선(Screw) 형태의 마이크로로봇(100a)을 도시하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 자기장 코일 장치(400)는 회전 자기장을 인가하여 이러한 나사선 형태 뿐 아니라 바람개비(Windmill) 또는 프로펠러 형태의 마이크로로봇을 제어하는 것 역시 가능하다.

도 2의 점선 화살표는 유체(Fluid)의 흐름 방향을, 실선 화살표는 외부 자기장의 방향을 개략적으로 도시하고 있는데, 자기장 코일 장치(400)에 의한 외부 자기장 인가의 변화에 따라 마이크로로봇(100a)의 회전 방향 또는 회전 속도가 변경된다.

이를 통해 네트워크(300) 내에서의 다양한 유체 흐름 및 생리작용의 구현을 모사하는 것이 가능한 효과가 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇(100a)은 기설정된 설정값에 따라 유체의 구현 속도를 고려하여 그 회전 속도가 결정된다.

예를 들어 실제로 유체 이동 속도가 현저히 낮은 뇌 마이크로 장기(200c) 부분에서 자기장을 형성하는 자기장 코일 장치(400c)는 마이크로로봇(100a)의 회전 속도가 느리도록 제어하여 낮은 유동 속도를 유지하고, 그 외 다른 마이크로 장기 모델들에 배치되는 자기장 코일 장치는 상대적으로 빠른 마이크로로봇(100a)의 회전 속도를 유지한다.

또한, 자기장 코일 장치(400)는 마이크로로봇(100a)의 회전 속도를 마이크로 장기의 상태 모니터링 결과에 따라 가변시켜 유체 속도에 반영한다.

예를 들어 심장 모델(200d)의 심박수가 낮아지면 심장 모델의 영역에 자기장을 형성하는 자기장 코일 장치(400d)는 마이크로로봇(100a)의 회전 속도를 느리게 제어하며, 심박수가 빨라지면 마이크로로봇(100a)의 회전 속도를 상대적으로 빠르게 제어함으로써, 실제 신체 내에서의 심장 상태에 따른 혈류 속도 변화를 모사한다.

본 발명에 따른 자기장 코일 장치(400)는 전술한 심장 박동 등에 대한 탐지 결과에 따라 다수개의 코일을 이용한 자기장 조향 또는 세기를 가변시키고, 해당되는 구동 영역에 대한 독립적이고 국부적인 자기장 형성 및 제어가 가능한 효과가 있으며, 이는 비단 국부적인 자기장 형성의 예에 한정되지 아니하고, 칩 전체 영역에 대하여 자기장 형성이 가능하여, 개별적 또는 전체 마이크로로봇에 대한 동시에 동일한 조건으로 제어하는 것 역시 가능하다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자기장 코일 장치(400)는 마이크로로봇(100d)의 위치를 정밀 제어하여 기설정된 마이크로 장기의 위치에 마이크로로봇(100d)을 배치시키는 것이 가능하다.

마이크로로봇(100d)은 그 지지체 사이에 다수 개의 간극이 형성되어, 그 내부에 목표하는 장기와 관련한 세포를 포함하여 마이크로 장기를 형성하고, 네트워크(300) 내에 투입되어 자기장 코일 장치(400)가 형성하는 외부 자기장에 의하여 이동하여, 기설정 위치에 도킹(docking)되어 마이크로 장기 네트워크를 형성한다.

마이크로로봇(100d)의 지지체(100c)는 그 일부 또는 전체가 자성층으로 코팅되거나 형성되어, 도 3에 도시한 바와 같이 자기장 코일 장치(400)에 의하여 국부적으로(또는 칩 전체 영역에 대하여 구동이 가능하나, 필요에 따라 그 일부에 대하여) 정밀 인가되는 회전 자기장인 외부 자기장에 의하여 구름 이동하여, 목표된 기설정 위치(인공 장기의 위치)에 배치된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 인간 신체 모사 칩의 제작을 위하여 미세 조직을 인공 장기 챔버까지 인도하는 별도의 입구 및 채널을 구현하지 아니하고도, 마이크로로봇(100d)의 자성 및 회전 자기장의 상호 작용에 의하여 마이크로로봇(100d)을 회전시킴으로써, 구름 이동을 통해 기설정 위치에 정확히 도킹시킴에 있어서, 국부적으로 독립된 자기장 형성 영역을 가지는 자기장 코일 장치(400)를 이용하여 이러한 도킹 과정을 정밀 제어하는 것이 가능한 효과가 있다.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 마이크로로봇 200: 마이크로 장기
300: 네트워크 400: 자기장 코일 장치

Claims (7)

1. 생체 장기 모델을 구성하는 마이크로 장기를 연결하는 네트워크; 및
   상기 네트워크 주변에 배치되어 칩 전체 영역 및 국부적으로 독립된 영역에 대하여 외부 자기장을 인가하여, 상기 네트워크 내의 제1 마이크로로봇을 구동하여 상기 네트워크 내의 유체를 제어하고 상기 네트워크 내의 제2 마이크로로봇의 위치를 제어하여 기설정된 위치에 도킹시키는 자기장 코일 장치를 포함하되,
   상기 자기장 코일 장치는 칩 전체 영역에 걸쳐 외부 자기장을 인가시키는 전체 영역 자기장 코일부와, 상기 생체 장기 모델 및 네트워크의 영역에 대하여 국부적으로 외부 자기장을 인가하는 국부 영역 자기장 코일부를 포함하고,
   상기 국부 영역 자기장 코일부는 상기 네트워크 내의 제1 마이크로로봇을 구동하여 혈류 속도 변화를 모사하도록 자기장을 인가하고, 상기 마이크로 장기가 배치되는 챔버의 영역에 대해 상기 제2 마이크로로봇의 위치를 정밀 제어하며, 기설정된 상기 마이크로 장기의 위치에 상기 제2 마이크로로봇을 개별적으로 제어, 배치시키고,
   상기 칩 전체 영역 자기장 코일부는 복수 개의 마이크로로봇의 위치를 동시에 제어하여 기설정된 마이크로 장기의 위치에 일괄적으로 배치시키는 것
   인 인간 신체 모사 칩 제어 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 자기장 코일 장치는 특정 부분에 대하여 3축, 롤, 피치, 요에 대한 자기장 조향 및 자기장 세기를 가변하여 상기 외부 자기장을 인가하는 것
   인 인간 신체 모사 칩 제어 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 자기장 코일 장치는 펌프 기능을 수행하는 상기 제1 마이크로로봇의 회전 방향 또는 회전 속도를 제어하는 것
   인 인간 신체 모사 칩 제어 시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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