KR101852069B1 - 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체 내에 이식되어 약물 유출 현상 없이 소량의 약물을 체내에 정확하게 주입하기 위한 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것으로, 약물이 충전되고, 탄성을 갖는 마이크로 격막 챔버; 전압을 인가받아 자속을 형성하는 제1 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 약물이 유입되는 제1 유입구와 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제1 유출구 간 제1 경로를 개폐하는 제1 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유입 밸브; 전압을 인가받아 자속을 형성하는 제2 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제2 유입구와 약물이 유출되는 제2 유출구 간 제2 경로를 개폐하는 제2 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유출 밸브; 및 미리 저장된 순서에 따라 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 전압을 인가하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 유입구는, 상기 제1 플런저의 회동 방향과 상이한 방향으로 약물이 유입되도록 형성된 홀이다.

Description

체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템{IMPLANTABLE DRUG INFUSION PUMP AND SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체 내에 이식되어 약물 유출 현상 없이 소량의 약물을 체내에 정확하게 주입하기 위한 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 체내 이식형 약물 주입 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 약물 저장고(20) 내에 약물을 보충하기 위한 저장용 주입구(11), 약물을 유출하기 위한 카데터 포트(Catheter Port)(12) 및 약물 유출 시 공기 혼입을 방지하는 카데터 접근 포트(Catheter Access Port)를 구비한 시스템 하우징, 약물을 저장하는 약물 저장고(20), 약물 저장고(20) 내 약물을 카데터 포트(12)로 이송하기 위한 펌프(30), 펌프(30)를 제어하는 제어 보드(40), 및 펌프(30) 및 제어 보드(40)에 전원을 공급하는 배터리(50)로 구성된다.

이 중, 가장 중요한 구성요소는 약물을 체내에 정량으로 주입하기 위한 펌프(30)로써 종래의 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에서는 전기식이나 기계식의 여러 가지 형태를 갖는 펌프(30)가 사용되어 왔으며, 가장 일반적인 형태의 펌프(30)는, 롤러(Roller)가 약물을 밀어내는 연동(Peristaltic) 방식의 펌프이다. 이 때, 약물 이송용 펌프(30)는 소량의 약물을 매우 정확한 양으로 오랜 시간 동안 서서히 체내에 주입하여야 하며, 이와 아울러 약물이 약물 펌프 방향으로 역류되는 역류 현상 및 의도하지 않게 약물 펌프로부터 약물이 유출되는 유출 현상이 발생하는 것이 방지할 수 있어야 한다.

그러나, 앞서 기술한 바와 같은 연동 펌프의 경우에는, 롤러가 약물을 밀어내고 난 이후에 약물 전달의 경로인 튜브의 수축 후 원상 복귀되는 시점에서의 튜브 체적의 변화에 의한 약물 역류 현상이 발생하는 문제점이 있고, 이와 같은 역류 현상을 방지하기 위한 상시폐쇄형 솔레노이드 펌프의 경우에는 저장고로부터 약물이 유입되는 경우 밸브에 힘이 가해져 약물 유출 현상이 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0867271호

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 약물 토출양의 제어 시 역류 현상이 발생할 우려가 있는 튜브를 사용하지 않고 솔레노이드 밸브를 사용하며, 펌프의 약물 유입구를 솔레노이드 밸브의 개폐에 영향이 미치지 않는 적소에 배치함으로써, 약물 역류 현상 및 약물 유출 현상의 발생을 방지하는 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 솔레노이드 밸브 작동 시 약물의 압력에 의한 힘을 밸브의 개폐에 사용함으로써 밸브 작동을 위해 코일에 인가되는 전압의 크기를 감소시키고, 이를 통하여 전력 소모를 줄일 수 있는 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 약물 주입 펌프는, 약물이 충전되고, 탄성을 갖는 마이크로 격막 챔버; 전압을 인가받아 자속을 형성하는 제1 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 약물이 유입되는 제1 유입구와 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제1 유출구 간 제1 경로를 개폐하는 제1 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유입 밸브; 전압을 인가받아 자속을 형성하는 제2 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제2 유입구와 약물이 유출되는 제2 유출구 간 제2 경로를 개폐하는 제2 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유출 밸브; 및 미리 저장된 순서에 따라 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 전압을 인가하는 제어부를 포함하고, 상기 제1 유입구는, 상기 제1 플런저의 회동 방향과 상이한 방향으로 약물이 유입되도록 형성된 홀이다.

여기서, 상기 마이크로 솔레노이드 유입 밸브는, 상기 제1 코일의 내측에 구비되어 상기 제1 플런저의 회동 공간을 정의하는 제1 코어; 및 상기 제1 플런저에 연결되어 회동방향으로 복원력을 가하는 제1 스프링을 더 포함하고, 상기 제1 플런저는 상기 제1 경로 개방 시 하면이 상기 제1 코어의 상면과 접하고, 상기 제1 경로 폐쇄 시 하면이 상기 제1 코어의 상면과 이격되어 제1 이격 공간을 형성하며, 상기 제1 이격 공간은 상기 제1 경로로부터 약물 유입이 가능한 공간일 수 있다.

한편, 상기 제1 코어는 외주면에 링이 결합되기 위한 제1 홈을 구비하고, 상기 제1 홈에 결합되어 상기 제1 이격 공간을 밀봉하는 제1 오링을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 마이크로 솔레노이드 유출 밸브는, 상기 제2 코일의 내측에 구비되어 상기 제2 플런저의 회동 공간을 정의하는 제2 코어; 및 상기 제2 플런저에 연결되어 회동방향으로 복원력을 가하는 제2 스프링을 더 포함하고, 상기 제2 플런저는 상기 제2 경로 개방 시 하면이 상기 제2 코어의 상면과 접하고, 상기 제2 경로 폐쇄 시 하면이 상기 제2 코어의 상면과 이격되어 제2 이격 공간을 형성하며, 상기 제2 이격 공간은 상기 제2 경로로부터 약물 유입이 가능한 공간일 수 있다.

한편, 상기 제2 코어는 외주면에 링이 결합되기 위한 제2 홈을 구비하고, 상기 제2 홈에 결합되어 상기 제2 이격 공간을 밀봉하는 제2 오링을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 약물 주입 시스템은, 약물을 저장하는 약물 저장부; 약물이 충전되고, 탄성을 갖는 마이크로 격막 챔버; 전압을 인가받아 자속을 형성하는 제1 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 상기 약물 저장부로부터 약물이 유입되는 제1 유입구와 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제1 유출구 간 제1 경로를 개폐하는 제1 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유입 밸브; 전압을 인가받아 자속을 형성하는 제2 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제2 유입구와 약물이 유출되는 제2 유출구 간 제2 경로를 개폐하는 제2 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유출 밸브; 미리 저장된 순서에 따라 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 전압을 인가하는 제어부; 및 상기 제2 유출구와 연결되어 약물을 체내로 방출하는 방출 포트를 포함하고, 상기 제1 유입구는, 상기 제1 플런저의 회동 방향과 상이한 방향으로 약물이 유입되도록 형성된 홀이다.

여기서, 상기 마이크로 솔레노이드 유입 밸브는, 상기 제1 코일의 내측에 구비되어 상기 제1 플런저의 회동 공간을 정의하는 제1 코어; 및 상기 제1 플런저에 연결되어 회동방향으로 복원력을 가하는 제1 스프링을 더 포함하고, 상기 제1 플런저는 상기 제1 경로 개방 시 하면이 상기 제1 코어의 상면과 접하고, 상기 제1 경로 폐쇄 시 하면이 상기 제1 코어의 상면과 이격되어 제1 이격 공간을 형성하며, 상기 제1 이격 공간은 상기 제1 경로로부터 약물 유입이 가능한 공간일 수 있다.

한편, 상기 제1 코어는 외주면에 링이 결합되기 위한 제1 홈을 구비하고, 상기 제1 홈에 결합되어 상기 제1 이격 공간을 밀봉하는 제1 오링을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 마이크로 솔레노이드 유출 밸브는, 상기 제2 코일의 내측에 구비되어 상기 제2 플런저의 회동 공간을 정의하는 제2 코어; 및 상기 제2 플런저에 연결되어 회동방향으로 복원력을 가하는 제2 스프링을 더 포함하고, 상기 제2 플런저는 상기 제2 경로 개방 시 하면이 상기 제2 코어의 상면과 접하고, 상기 제2 경로 폐쇄 시 하면이 상기 제2 코어의 상면과 이격되어 제2 이격 공간을 형성하며, 상기 제2 이격 공간은 상기 제2 경로로부터 약물 유입이 가능한 공간일 수 있다.

한편, 상기 제2 코어는 외주면에 링이 결합되기 위한 제2 홈을 구비하고, 상기 제2 홈에 결합되어 상기 제2 이격 공간을 밀봉하는 제2 오링을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 종래의 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템과 달리 약물 토출양의 제어 시 역류 현상이 발생할 우려가 있는 튜브를 사용하지 않으므로, 튜브의 체적 변화에 따라 약물이 역류하는 현상을 방지하고, 약물 유입구의 위치 조정을 통하여 유입되는 약물에 의하여 밸브가 개방되는 것을 방지함으로써 약물이 유출되는 현상을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 솔레노이드 밸브 작동 시 약물의 압력에 의한 힘을 밸브의 개폐에 사용함으로써 밸브 작동을 위해 코일에 인가되는 전압의 크기를 감소시키고, 이를 통하여 체내 이식용 기기에 필수적인 저전력 기능을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 체내 이식형 약물 주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 체내 이식형 약물 주입 펌프의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프의 동작을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프 시스템을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별이 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.

또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템을 나타낸 도면으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템은, 마이크로 격막 챔버(110), 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120), 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130), 약물 저장부(300), 제어부(600), 방출 포트(710) 및 전원부(800)를 포함한다.

본 발명의 체내 이식형 약물 주입 펌프는, 약물 저장부(300)에 저장된 약물, 예를 들면, 몰핀과 같이 극소량으로 체내에 주입되어야 하는 약물을 체내로 주입하기 위한 동력을 제공한다. 이 때, 펌프는, 상술한 동작을 수행하기 위하여, 마이크로 격막 챔버(110), 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120) 및 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)를 포함한다.

여기서, 마이크로 격막 챔버(110)는, 제1 유입구(121) 및 제2 유출구(125)를 통하여 환자의 체내에 주입하기 위한 약물을 충전받고, 챔버 자체의 탄성에 의해 충전된 약물을 제2 유입구(135) 및 제2 유출구(131)를 통하여 토출시킨다. 여기서, 마이크로 격막 챔버(110)는, 복원력이 우수한 실리콘 재질의 링형 챔버일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)는, 제어부(600)로부터 활성화를 위한 전압, 예를 들면, 직류 전압을 인가받고, 인가된 전압에 의하여 자속을 형성하는 제1 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 약물 저장부(300)로부터 약물이 유입되는 제1 유입구와 마이크로 격막 챔버(110)에 연결된 제1 유출구 간 제1 경로를 개폐하는 제1 플런저를 포함한다. 여기서, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)는, 상시 폐쇄형(NC, Normally Closed) 밸브로, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)를 구성하는 제1 유입구(121)와 마이크로 격막 챔버(110) 간 경로 등의 소재는 과불화탄성체(Perfluoroelastomer), PEEK(PolyEther Ether Ketone) 등과 같은 액체에 대한 내화학성이 뛰어난 소재인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 한편, 제1 유입구(121)는, 약 400㎛의 지름을 갖는 원통형 경로인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

한편, 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)는, 제어부(600)로부터 활성화를 위한 전압, 예를 들면, 직류 전압을 인가받아 자속을 형성하는 제2 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 마이크로 격막 챔버(110)에 연결된 제2 유입구와 방출 포트(710)로 약물이 유출되는 제2 유출구 간 제2 경로를 개폐하는 제2 플런저를 포함한다. 여기서, 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)는, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)와 같이, 상시 폐쇄형 밸브로, 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)를 구성하는 유출구(131)와 마이크로 격막 챔버(110) 간 경로 등의 소재는 과불화탄성체, PEEK 등과 같은 액체에 대한 내화학성이 뛰어난 소재인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 한편, 제2 유출구(131)는, 약 400㎛의 지름을 갖는 원통형 경로인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

또한, 약물 저장부(300)는, 약물을 저장하고, 제어부(600)로부터 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)로 전압이 인가되면, 저장된 약물을 제1 유입구(121)를 통하여 마이크로 격막 챔버(110)에 주입하게 된다. 이때, 약물 저장부(300)는, 약 6개월 동안 환자에게 투여될 수 있는 약물의 양을 저장할 할 수 있을 정도의 용량인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 한편, 약물 저장부(300)는, 저장용 유입구를 구비하고 사용자가 주사기를 통하여 약물을 보충할 수 있는 구조일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 약물 저장부(300)는, 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

한편, 제어부(600)는, 미리 저장된 순서에 따라 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)의 제1 코일 및 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)의 제2 코일에 전압을 인가하는데, 마이크로 격막 챔버(110) 내 약물 충전을 위하여 제1 코일에 전압을 인가하고, 마이크로 격막 챔버(110) 내 충전된 약물의 토출을 위하여 제2 코일에 전압을 인가할 수 있다. 이 때, 제어부(600)는, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120) 및 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)에 전압이 인가되는 시간 및 인가되지 않는 시간을 조정하여 약물이 체내에 안전하게 공급되도록 할 수 있다. 아울러, 제어부(600)는, MICS(Medical Implant Communication Service)의 통신 규격에 따른 약 402 내지 405 MHz의 주파수 통신 또는 블루투스(Bluetooth) 통신을 지원하는 통신 모듈(도시되지 않음)을 구비하고, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120) 및 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)에 전압이 인가되는 시간 및 인가되지 않는 시간의 길이에 대한 설정을 위한 신호를 외부의 제어 장치로부터 수신할 수 있다.

또한, 방출 포트(710)는, 제2 유출구(131)를 통하여 토출된 약물을 체내에 주입하는 경로가 된다. 이 때, 최초 약물 주입 시 방출 포트(710) 내 경로에 공기가 채워져 있는 경우 체내에 공기가 주입될 수 있으므로, 방출 접근 포트를 통하여 식염수를 경로 내에 채운 후, 약물을 주입함으로써 체내에 공기가 주입되는 위험을 방지할 수 있다.

한편, 전원부(800)는, 제어부(600)로 전원을 공급한다. 여기서, 전원부(800)는, 체내 이식에 적합한 하이브리드 음극(Hybrid cathode)을 갖는 리튬(Lithium) 배터리일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프(100)를 도시한 도면이고, 도 4a는 본 발명의 도 3에 도시된 체내 이식형 약물 주입 펌프(100)를 제1 방향(A~A')으로 절단한 단면을 도시한 단면도이며, 도 4b 및 도 4c는 도 3에 도시된 체내 이식형 약물 주입 펌프(100)를 제2 방향(B~B')으로 절단한 단면을 도시한 단면도로, 이에 관하여 상술하면 아래와 같다.

마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)는, 제1 유입구(121), 제1 코어(122), 제1 플런저(123), 제1 유출구(125) 및 제1 코일(126)를 포함할 수 있다.

제1 유입구(121)는, 도 4b에 도시된 바와 같이 약물 저장부(300)로부터 유입되는 약물이 제1 플런저(123)의 회동 방향과는 상이한 방향으로 들어올 수 있도록 형성된 홀로서, 제1 플런저(123)의 회동 방향에 수직인 방향으로 형성된 홀인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

제1 코어(122)는, 제1 코일(126)의 내측에 형성되는 관형 공간에 구비되고, 제1 플런저(123)의 회동 공간을 정의할 수 있다. 즉, 제1 코어(122)는, 제1 코일(126)의 내측에 형성되는 관형 공간 중 제1 유입구(121) 및 제1 유출구(125)로부터 이격된 부분(이하, 하부라고 함.)에 고정되어, 제1 코일(126)의 내측에 형성되는 관형 공간 중 제1 유입구(121) 및 제1 유출구(125)에 근접한 부분(이하, 상부라고 함.)에 제1 플런저(123)의 회동 시 그 이동 하한선을 결정하게 된다.

제1 플런저(123)는, 제1 코일(126)에 형성된 자속에 의하여 제1 코일(126)의 내측 하부로 당겨지는 힘이 가해지면 도 4c에 도시된 바와 같이 제1 유출구(125)에 접해있던 부분이 제1 유출구(125)로부터 떨어지면서 제1 경로를 개방하게 된다. 또한, 제1 플런저(123)는, 제1 코일(126)에 형성된 자속에 의하여 제1 코일(126)의 내측 하부로 당겨지는 힘이 완화되면, 제1 플런저(123)에 연결된 제1 스프링(123a)의 복원력에 의하여 도 4b에 도시된 바와 같이 제1 유출구(125)에 접하게 되고, 이를 통하여 제1 경로를 폐쇄하게 된다.

이때, 제1 플런저(123)는, 제1 경로 개방 시 하면이 제1 코어(122)의 상면과 접하고, 제1 경로 폐쇄 시 하면이 제1 코어(122)의 상면과 이격되어 제1 이격 공간(124b)을 형성하게 되는데, 제1 이격 공간(124b)은 제1 유입구(121)로부터 약물이 유입되는 공간(124a)과 제1 코일(126)의 내측 및 제1 플런저(123) 사이의 틈을 통하여 연결되고, 이에 따라 제1 이격 공간(124b)에 제1 경로로부터 약물이 유입될 수 있다.

여기서, 제1 코어(122)의 외주면에 나사산을 구비하고, 제1 코일(126)의 내측 하부에도 이에 대응하는 나사산을 구비하여, 제1 코어(122)를 회전시키면서 제1 이격 공간(124b)의 크기를 조절할 수 있다. 제1 이격 공간(124b)의 크기가 작아질수록 제1 플런저(123)의 회동 거리가 짧아지는 바, 제1 이격 공간(124b)의 크기를 최소화하면 제1 코일(126)에 인가하는 전압의 레벨을 낮게 가져가면서도 제1 경로를 개폐할 수 있게 된다.

또한, 제1 이격 공간(124b) 내 약물이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여, 제1 코어(122)는 외주면에 링이 결합되기 위한 제1 홈을 구비하고, 제1 오링(122a)은 제1 홈에 결합되어 제1 이격 공간(124b)을 밀봉할 수 있다.

마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)는, 제2 유출구(131), 제2 코어(132), 제2 플런저(133), 제2 유입구(135) 및 제2 코일(136)를 포함할 수 있다.

제2 유입구(135)는, 도 4b에 도시된 바와 같이 약물 저장부(300)로부터 유입되는 약물이 제2 플런저(133)의 회동 방향과 동일한 방향으로 들어올 수 있도록 형성된 홀일 수 있으나, 제2 플런저(133)의 회동 방향과 상이한 방향으로 형성된 홀일 수도 있고 이에 한정되지 않는다. 즉, 제2 유입구(135)는, 상대적으로 소량의 약물을 저장하는 마이크로 격막 챔버(110)로부터 약물이 유입되는 홀이므로, 약물 유입 시에도 제2 플런저(133)의 회동에 영향을 거의 주지 않는 바, 제1 유입구(121)와 비교하여 그 형성 방향을 다양하게 가져갈 수 있다.

제2 코어(132)는, 제2 코일(136)의 내측에 형성되는 관형 공간에 구비되고, 제2 플런저(133)의 회동 공간을 정의할 수 있다. 즉, 제2 코어(132)는, 제2 코일(136)의 내측에 형성되는 관형 공간 중 제2 유입구(135) 및 제2 유출구(131)로부터 이격된 부분(이하, 하부라고 함.)에 고정되어, 제2 코일(136)의 내측에 형성되는 관형 공간 중 제2 유입구(135) 및 제2 유출구(131)에 근접한 부분(이하, 상부라고 함.)에 제2 플런저(133)의 회동 시 그 이동 하한선을 결정하게 된다.

제2 플런저(133)는, 제2 코일(136)에 형성된 자속에 의하여 제2 코일(136)의 내측 하부로 당겨지는 힘이 가해지면 제2 유출구(131)에 접해있던 부분이 제2 유출구(131)로부터 떨어지면서 제2 경로를 개방하게 된다. 또한, 제2 플런저(133)는, 제2 코일(136)에 형성된 자속에 의하여 제2 코일(136)의 내측 하부로 당겨지는 힘이 완화되면, 제2 플런저(133)에 연결된 제2 스프링(133a)의 복원력에 의하여 제2 유출구(131)에 접하게 되고, 이를 통하여 제2 경로를 폐쇄하게 된다.

이때, 제2 플런저(133)는, 제2 경로 개방 시 하면이 제2 코어(132)의 상면과 접하고, 제2 경로 폐쇄 시 하면이 제2 코어(132)의 상면과 이격되어 제2 이격 공간(134b)을 형성하게 되는데, 제2 이격 공간(134b)은 제2 유입구(135)로부터 약물이 유입되는 공간(134a)과 제2 코일(136)의 내측 및 제2 플런저(133) 사이의 틈을 통하여 연결되고, 이에 따라 제2 이격 공간(134b)에 제2 경로로부터 약물이 유입될 수 있다.

여기서, 제2 코어(132)의 외주면에 나사산을 구비하고, 제2 코일(136)의 내측 하부에도 이에 대응하는 나사산을 구비하여, 제2 코어(132)를 회전시키면서 제2 이격 공간(134b)의 크기를 조절할 수 있다. 제2 이격 공간(134b)의 크기가 작아질수록 제2 플런저(133)의 회동 거리가 짧아지는 바, 제2 이격 공간(134b)의 크기를 최소화하면 제2 코일(136)에 인가하는 전압의 레벨을 낮게 가져가면서도 제2 경로를 개폐할 수 있게 된다.

또한, 제2 이격 공간(134b) 내 약물이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여, 제2 코어(132)는 외주면에 링이 결합되기 위한 제2 홈을 구비하고, 제2 오링(132a)은 제2 홈에 결합되어 제2 이격 공간(134b)을 밀봉할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프의 동작을 설명하기 위한 동작흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프의 동작을 설명하기 위한 단면도로, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 체내 이식형 약물 주입 펌프의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제어부(600)는, 미리 설정된 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)의 개방 시간(Inlet solenoid opening time) 동안 소정의 전압을 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120) 내 제1 코일(126)에 인가하여, 약물 저장부(300) 내 약물이 마이크로 격막 챔버(110) 내에 충전되도록 제어한다(S100).

이 때, 최초에 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)에 제1 플런저(123)를 하부로 당기기 위한 전압이 인가되기 전에는 도 4b에 도시된 바와 같이 마이크로 격막 챔버(110)에 연결된 제1 유출구(125)가 폐쇄되어 마이크로 격막 챔버(110) 내에 약물이 충전되지 않는다. 이후에, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)에 제1 플런저(123)를 하부로 당기기 위한 전압이 인가되면, 도 4c에 도시된 바와 같이 마이크로 격막 챔버(110)에 연결된 제1 유출구(125)가 개방되어 약물이 마이크로 격막 챔버(110) 내에 충전된다. 이때, 제어부(600)는, 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)에는 제2 플런저(133)를 하부로 당기기 위한 전압을 인가하지 않았으므로, 약물을 방출 포트(710)로 내보내는 홀인 제2 유출구(131)가 폐쇄되어 마이크로 격막 챔버(110) 내 약물이 충전될 수 있다. 한편, 마이크로 격막 챔버(110) 내 약물의 충전을 위하여 제어부(600)가 전압을 인가하는 시간은 약 1초 내지 3초 정도로, 마이크로 격막 챔버(110) 내 약물의 잔류량에 따라 전압을 인가하는 시간이 조정될 수 있으며, 제어부(600)는 이와 같은 인가 시간 조정을 통하여 마이크로 격막 챔버(110) 내에 항상 정량의 약물이 충전될 수 있도록 한다.

이후에, 제어부(600)는, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)에 제1 플런저(123)를 하부로 당기기 위한 전압을 인가하는 것을 종료하고, 미리 설정된 중간 지연 시간(Middle delay time) 동안 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)에 전압을 인가하지 않음으로써 마이크로 격막 챔버(110) 내에 충전된 약물이 안정화될 수 있도록 한다(S200).

즉, 도 4a에 도시된 바와 같이 마이크로 격막 챔버(110)에 연결된 제1 유출구(125) 및 방출 포트(710)에 연결된 제2 유출구(131)가 폐쇄되어 펌프(100)는 마이크로 격막 챔버(110) 내에 약물이 충전된 채로 대기하게 된다.

다음에, 제어부(600)는, 미리 설정된 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)의 개방 시간(Outlet solenoid opening time) 동안 제2 플런저(133)를 하부로 당기기 위한 전압을 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130) 내 제2 코일(136)에 인가하여, 마이크로 격막 챔버(110) 내에 충전된 약물이 제2 유출구(131)를 통하여 토출되도록 제어한다(S300).

즉, 마이크로 격막 챔버(110)에 연결된 제1 유출구(125)가 폐쇄되어 마이크로 격막 챔버(110) 내에 약물이 충전되지 않고, 방출 포트(710)에 연결된 제2 유출구(131)가 개방되어 마이크로 격막 챔버(110)의 복원 탄성력에 의하여 마이크로 격막 챔버(110) 내에 충전된 약물이 제2 유출구(131)를 통하여 토출된다.

한편, 마이크로 격막 챔버(110) 내 약물의 토출을 위하여 제어부(600)가 전압을 인가하는 시간은 약 수십 μ초 정도로, 1회에 투여해야 하는 약물의 양에 따라 전압을 인가하는 시간이 조정될 수 있으며, 제어부(600)는 이와 같은 인가 시간 조정을 통하여 체내에 항상 정량의 약물이 주입될 수 있도록 한다. 다시 말하면, 마이크로 격막 챔버(110) 내 약물의 잔량이 변함에 따라 약물 토출 속도의 변화가 있을 수 있으므로, 마이크로 격막 챔버(110) 내 약물 중 일부만 토출될 수 있도록 전압을 인가하는 시간을 조정하는 것이 바람직하다.

이후에, 제어부(600)는, 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)에 전압을 인가하는 것을 종료하고, 미리 설정된 휴지 시간(Idle time) 동안 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)에 전압을 인가하지 않으며, 휴지 시간 이후에 전압을 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)에 인가하는 단계(S100)로 진행함으로써 마이크로 격막 챔버(110) 내에 충전된 약물을 일정한 주기로 체내에 주입하게 된다(S400).

즉, 하루에 3회 체내에 주입되어야 하는 약물의 경우에는 앞서 기술한 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)의 개방 시간, 중간 지연 시간, 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)의 개방 시간 및 휴지 시간을 더한 값이 8시간이 되도록 제어할 수 있으며, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)의 개방 시간, 중간 지연 시간 및 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)의 개방 시간이 각각 길어야 수초 내외인 것을 감안하면 휴지 시간은 8시간에 가까운 긴 시간이 될 수 있다.

마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)의 개방 단계(S100) 및 마이크로 솔레노이드 유출 밸브(130)의 개방 단계(S200)가 실질적으로 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120) 및 솔레노이드 유출 밸브(130)를 동작시키는 구간이며, 이 구간 중에 포화 시간(Saturation time)을 경과하면 약물이 정량으로 토출된다. 이와 같은 포화 시간의 최소값을 구하고 이를 이용하여 제어부(600)의 제1 코일(126) 및 제2 코일(136)에 전압을 인가하는 시간을 조정하면, 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120) 및 솔레노이드 유출 밸브(130)의 동작 시간을 단축시키는 것이 가능하다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 이격 공간(124b)에 채워진 약물 등에 의해서 제1 플런저(122)를 제1 경로 폐쇄 방향으로 미는 힘(F_약물1, F_약물2) 이 형성되는데, 이는 제1 스프링(123a)에 의해 형성되는 복원력(F_스프링)에 더해져, 제어부(600)가 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120) 폐쇄시 제1 플런저(123)를 상부로 밀기 위한 자속 형성을 위하여 전압을 인가할 필요가 있는 경우에 인가할 전압 레벨을 감소시킬 수 있다.

한편, 제어부(600)가 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)를 개방하는 경우에는 제1 코일(126)에 의해 형성된 자속에 의하여 제1 플런저(123)를 하부로 당기는 힘(F_솔레노이드)이 형성되는데, 제1 유출구(125)를 소정의 형태로 형성하고, 제1 유입구(121)를 통하여 유입된 약물이 제1 플런저(123)를 하부로 미는 힘(F_약물3)을 형성하도록 함으로써, 제어부(600)가 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120) 개방시 제1 플런저(123)를 하부로 당기기 위한 자속 형성을 위하여 전압을 인가할 필요가 있는 경우에 인가할 전압 레벨을 감소시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 힘의 균형 관계를 통하여 인가 전압 레벨을 감소시킬 수 있는 바, 이를 통하여 전력 소모를 줄이는 것이 가능하다. 또한, 도 6에서는 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(120)에 대해서만 도시하고 있으나, 유사한 원리의 힘의 균형 관계가 마이크로 솔레노이드 유입 밸브(130)에 대해서도 적용될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 약물 주입 펌프 시스템을 나타낸 도면으로, 이에 대하여 설명하면 아래와 같으며, 이전의 체내 이식형 약물 주입 펌프에 대한 설명과 중복되는 구성요소는 편의상 생략한다.

약물 주입 펌프(100)는, 상부 커버(400) 및 중간 커버(500) 사이에 형성된 제2 수납 공간에 배치되며, 약물 저장부(300)에 저장된 약물, 예를 들면, 몰핀과 같이 극소량으로 체내에 주입되어야 하는 약물을 체내로 주입하기 위한 동력을 제공한다.

하부 커버(200)는, 바닥면과 측면을 구비하고 상면이 개방되어 제1 수납 공간을 정의하는 형태로, 제1 수납 공간 내부에 약물 저장부(300)가 안착될 수 있다. 또한, 하부 커버(200)는, 약물 주입 펌프(100)와 방출 포트(710) 사이를 연결하기 위한 경로를 형성하는 모듈형 관(511)이 지나갈 수 있는 홀(210)이 형성될 수 있다. 이때, 하부 커버(200)는, 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

상부 커버(400)는, 상면과 측면을 구비하고 하면이 개방되어 제2 수납 공간을 정의하는 형태로, 제2 수납 공간에 펌프(100), 제어부(600) 및 전원부(800) 등이 배치될 수 있다. 이때, 상부 커버(400)는, 약물 저장부(300)의 저장용 주입구(310)를 통하여 약물을 공급받을 수 있도록 제2홀(410)을 구비하고, 혼입 방지용 액체를 공급받을 수 있도록 프라이밍 홀(420)을 구비할 수 있다. 상부 커버(400)는, 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

중간 커버(500)는, 하부 커버(200) 및 상부 커버(400) 사이에 배치되어 제1 수납 공간과 제2 수납 공간을 구분하고, 약물 저장부(300)와 펌프(100) 간의 제1 경로 및 펌프(100)와 방출 포트(710) 간 제2 경로를 포함하는 연결 모듈(510)이 형성된다. 이때, 중간 커버(500)에는, 상부 커버(400)의 제2홀(410) 및 약물 저장부(300)의 저장용 주입구(310)를 연결하기 위한 주입 경로(520)가 형성될 수 있다. 중간 커버(500)는, 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

여기서, 연결 모듈(510)은, 제1 수납 공간에 배치된 약물 저장부(300)의 제1홀(320)에 정합되는 입구를 가지고 펌프(100)의 제1 유입구(121)에 정합되는 출구를 갖는 경로가 형성된다. 또한, 연결 모듈(510)은, 펌프(100)의 제2 유출구(131)에 정합되는 입구를 가지고 방출 포트(710)의 약물 방출 경로에 정합되는 출구를 가지는 경로가 형성된다.

또한, 연결 모듈(510)은, 프라이밍 홀(420)을 통하여 공급된 액체가 투입될 수 있도록 형성된 프라이밍 포트(512)를 포함할 수 있다.

케이스(700)는, 하부 커버(200)가 안착되고 상부 커버(400)는 노출되는 형태의 상부 개방형 하우징으로, 측면 하부에는 체내 조직에 밀착되는 앵커(720)가 형성된다. 또한, 케이스(700)는, 측면에 방출 포트(710)를 포함하는데, 방출 포트(710)는 유출구(131)를 통하여 토출된 약물을 체내에 주입하는 경로가 된다. 이때, 최초 약물 주입 시 방출 포트(710)에 연결된 경로에 공기가 채워져 있는 경우 체내에 공기가 주입될 수 있으므로, 프라이밍 포트(512)를 통하여 식염수 등 액체를 방출 포트(710)에 연결된 경로 내에 채운 후, 약물을 주입함으로써 체내에 공기가 주입되는 위험을 방지할 수 있다.

이때, 케이스(700) 중 방출 포트(710)를 제외한 부분은 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 등으로 이루어지는 것이 앵커(720)의 형성에 유리하며, 약물이 도통하는 방출 포트(710)는 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지, 치환, 변경 및 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100: 약물 주입 펌프
110: 마이크로 격막 챔버
120: 마이크로 솔레노이드 유입 밸브
130: 마이크로 솔레노이드 유출 밸브
300: 약물 저장부
600: 제어부
710: 방출 포트
800: 전원부

Claims (12)

1. 약물이 충전되고, 탄성을 갖는 마이크로 격막 챔버;
   전압을 인가받아 자속을 형성하는 제1 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 약물이 유입되는 제1 유입구와 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제1 유출구 간 제1 경로를 개폐하는 제1 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유입 밸브;
   전압을 인가받아 자속을 형성하는 제2 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제2 유입구와 약물이 유출되는 제2 유출구 간 제2 경로를 개폐하는 제2 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유출 밸브; 및
   미리 저장된 순서에 따라 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 전압을 인가하는 제어부를 포함하고,
   상기 제1 유입구는, 상기 제1 플런저의 회동 방향과 상이한 방향으로 약물이 유입되도록 형성된 홀인 체내 이식형 약물 주입 펌프.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 마이크로 솔레노이드 유입 밸브는,
   상기 제1 코일의 내측에 구비되어 상기 제1 플런저의 회동 공간을 정의하는 제1 코어; 및
   상기 제1 플런저에 연결되어 회동방향으로 복원력을 가하는 제1 스프링을 더 포함하고,
   상기 제1 플런저는 상기 제1 경로 개방 시 하면이 상기 제1 코어의 상면과 접하고, 상기 제1 경로 폐쇄 시 하면이 상기 제1 코어의 상면과 이격되어 제1 이격 공간을 형성하며,
   상기 제1 이격 공간은 상기 제1 경로로부터 약물 유입이 가능한 공간인 체내 이식형 약물 주입 펌프.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 코어는 외주면에 링이 결합되기 위한 제1 홈을 구비하고,
   상기 제1 홈에 결합되어 상기 제1 이격 공간을 밀봉하는 제1 오링을 더 포함하는 체내 이식형 약물 주입 펌프.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 마이크로 격막 챔버는 복원력을 가지는 실리콘 소재인 체내 이식형 약물 주입 펌프.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 마이크로 솔레노이드 유출 밸브는,
   상기 제2 코일의 내측에 구비되어 상기 제2 플런저의 회동 공간을 정의하는 제2 코어; 및
   상기 제2 플런저에 연결되어 회동방향으로 복원력을 가하는 제2 스프링을 더 포함하고,
   상기 제2 플런저는 상기 제2 경로 개방 시 하면이 상기 제2 코어의 상면과 접하고, 상기 제2 경로 폐쇄 시 하면이 상기 제2 코어의 상면과 이격되어 제2 이격 공간을 형성하며,
   상기 제2 이격 공간은 상기 제2 경로로부터 약물 유입이 가능한 공간인 체내 이식형 약물 주입 펌프.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제2 코어는 외주면에 링이 결합되기 위한 제2 홈을 구비하고,
   상기 제2 홈에 결합되어 상기 제2 이격 공간을 밀봉하는 제2 오링을 더 포함하는 체내 이식형 약물 주입 펌프.
   
7. 약물을 저장하는 약물 저장부;
   약물이 충전되고, 탄성을 갖는 마이크로 격막 챔버;
   전압을 인가받아 자속을 형성하는 제1 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 상기 약물 저장부로부터 약물이 유입되는 제1 유입구와 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제1 유출구 간 제1 경로를 개폐하는 제1 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유입 밸브;
   전압을 인가받아 자속을 형성하는 제2 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 상기 마이크로 격막 챔버에 연결된 제2 유입구와 약물이 유출되는 제2 유출구 간 제2 경로를 개폐하는 제2 플런저를 포함하는 마이크로 솔레노이드 유출 밸브;
   미리 저장된 순서에 따라 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 전압을 인가하는 제어부; 및
   상기 제2 유출구와 연결되어 약물을 체내로 방출하는 방출 포트를 포함하고,
   상기 제1 유입구는, 상기 제1 플런저의 회동 방향과 상이한 방향으로 약물이 유입되도록 형성된 홀인 체내 이식형 약물 주입 시스템.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 마이크로 솔레노이드 유입 밸브는,
   상기 제1 코일의 내측에 구비되어 상기 제1 플런저의 회동 공간을 정의하는 제1 코어; 및
   상기 제1 플런저에 연결되어 회동방향으로 복원력을 가하는 제1 스프링을 더 포함하고,
   상기 제1 플런저는 상기 제1 경로 개방 시 하면이 상기 제1 코어의 상면과 접하고, 상기 제1 경로 폐쇄 시 하면이 상기 제1 코어의 상면과 이격되어 제1 이격 공간을 형성하며,
   상기 제1 이격 공간은 상기 제1 경로로부터 약물 유입이 가능한 공간인 체내 이식형 약물 주입 시스템.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제1 코어는 외주면에 링이 결합되기 위한 제1 홈을 구비하고,
   상기 제1 홈에 결합되어 상기 제1 이격 공간을 밀봉하는 제1 오링을 더 포함하는 체내 이식형 약물 주입 시스템.
   
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 마이크로 격막 챔버는 복원력을 가지는 실리콘 소재인 체내 이식형 약물 주입 시스템.
    
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 마이크로 솔레노이드 유출 밸브는,
    상기 제2 코일의 내측에 구비되어 상기 제2 플런저의 회동 공간을 정의하는 제2 코어; 및
    상기 제2 플런저에 연결되어 회동방향으로 복원력을 가하는 제2 스프링을 더 포함하고,
    상기 제2 플런저는 상기 제2 경로 개방 시 하면이 상기 제2 코어의 상면과 접하고, 상기 제2 경로 폐쇄 시 하면이 상기 제2 코어의 상면과 이격되어 제2 이격 공간을 형성하며,
    상기 제2 이격 공간은 상기 제2 경로로부터 약물 유입이 가능한 공간인 체내 이식형 약물 주입 시스템.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 코어는 외주면에 링이 결합되기 위한 제2 홈을 구비하고,
    상기 제2 홈에 결합되어 상기 제2 이격 공간을 밀봉하는 제2 오링을 더 포함하는 체내 이식형 약물 주입 시스템.

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