KR101979746B1

KR101979746B1 - 전기 천공 장치

Info

Publication number: KR101979746B1
Application number: KR1020120101606A
Authority: KR
Inventors: 박진우; 장지혜; 김재관; 황정환; 박우람; 이지해; 배준호; 김건형
Original assignee: (주)아모레퍼시픽
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2019-05-17
Also published as: KR20140035133A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치는 피부와 접촉하여 상기 피부를 천공하기 위한 복수 개의 전극핀; 상기 복수 개의 전극핀에 전압을 전달하기 위한 배선패턴이 형성되어 있는 배선판; 상기 배선판의 배선패턴을 통하여 상기 복수 개의 전극핀에 전달되는 전압을 발생시키는 전압 발생부; 상기 복수 개의 전극핀 중 이웃하는 임의의 전극핀이 매 주기마다 서로 다른 극성을 가지도록 상기 복수 개의 전극핀에 전달되는 전압의 극성을 제어하는 제어부; 및 상기 복수 개의 전극핀이 접촉한 피부의 저항을 측정하고, 상기 저항의 크기에 따라 상기 복수 개의 전극핀으로 전달되는 전압의 크기를 보상하는 전압 보상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 천공 장치 및 전기 천공 방법{Device and Method for Electroporation}

본 발명의 실시예들은 전기 천공 장치 및 전기 천공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피부 내에 균일한 마이크로 채널을 형성하기 위하여 고주파 에너지를 이용하는 전기 천공 장치 및 전기 천공 방법에 관한 것이다.

인간의 피부 조직은 각질층, 표피층, 진피층 및 피하(hypodermis)층으로 이루어져 있다. 피부는 노화 및 자외선 작용에 의해 그 기능이 저하된다. 노화 및 자외선에 따른 피부의 대표적인 변화로는 진피 내에 있는 콜라겐 섬유의 감소 및 변형으로 인한 주름 생성과 엘라스틴으로 구성된 탄력 섬유의 변성으로 인한 피부 탄력 감소, 표피층에 존재하는 티로시나아제(Tyrosinase) 활성화에 따른 멜라닌 색소 침착이 있다. 이러한 주름 생성, 피부 탄력 감소와 색소 침착을 예방 및 개선하기 위해 피부 내 콜라겐과 엘라스틴의 합성 촉진 및 붕괴 방지와 멜라닌 색소 제거 및 티로시나아제 활성 저하를 위한 연구가 진행되고 있다.

피부의 노화와 탄력성을 유지 및 개선하기 위하여 효능 물질에 의한 생물학적 변화를 일으키도록 할 수 있으며, 이러한 방법에는 피부 표면에 물질 도포 및 마스크, 패치를 부착해 수동 확산을 일으키는 방법과 마이크로 니들(Microneedle), 전기이온영동법(Iontophoresis), 초음파영동법(Sonophoresis), 전기천공법 (Electroporation) 등을 적용해 능동 확산을 일으키는 방법이 있다.

수동 확산을 이용한 방법은 효능 성분이 피부 장벽인 각질층을 통과하여 표피 및 진피층에 도달하는 비율이 작기 때문에, 피부투과율을 향상 시키기 위해 피부 장벽의 통과가 용이한 제형이나 화학적 피부흡수 증진제를 사용하더라도, 피부 투과 시키고자 하는 물질이 친수성이거나 분자량이 300 Dalton 보다 클 경우 만족스럽지 못한 결과를 나타낼 수 있다.

이러한 수동확산의 한계를 극복하기 위하여 제시된 것이 물리적 피부투과 증진 기술을 이용하는 능동확산 방법이다.

마이크로 니들을 이용한 기술은 마이크로 니들을 직접 피부에 삽입하는 것으로서 롤러, 스탬프 그리고 효능성분 담지 패치 타입 방식으로 응용된다. 그러나, 마이크로 니들의 경우 단순히 물리적인 압력에 의한 천공으로 피부 표면에 마이크로 채널을 형성시키기 때문에 피부의 탄성으로 인하여 마이크로 니들이 피부를 뚫지 못하고 단순히 눌리기만 할 수 있다.

전기이온영동법은 양극 및 음극 사이에서 적당한 전류로 전압을 인가하여 발생된 전기장에서, 양으로 하전된 분자 및 음으로 하전된 분자의, 각각 양극으로부터 음극으로 및 음극으로부터 양극으로의 운동력을 근거로 하여 피부 장벽을 통한 약물 분자의 침투를 촉진시키는 시스템이다. 그러나, 단백질이나 펩티드와 같이 분자량이 5,000 Dalton 이상의 큰 물질을 피부투과 시키기에는 적합하지 않다.

초음파영동법은 초음파를 사용하여 유효성분 매개물과 피부 자체에 마이크로캐비테이션 (Microcavitation)으로 강한 진동에 의한 액체 내의 기포를 형성함으로써 피부의 지질층을 일시적으로 파괴시켜 유효 성분을 확산시킨다. 하지만 크고 무거운 대형 장치를 사용해야 하는 단점이 있다.

전기천공법은 직류 고전압의 펄스를 이용해 인지질 이중막을 교란시켜 세포막 표면에 일시적으로 마이크로 채널을 생성시키고, 전기적 펄스가 멈추는 순간 닫히면서 유효 성분이 채널을 통해 세포 내부로 들어갈 수 있게 되는 원리이다. 하지만 단백질이나 펩티드와 같이 분자량 40,000 Dalton 이상의 단백질이나 펩티드와 같은 물질을 피부투과 시키기에는 적합하지 않다.

한편, 전기천공법 중에서도 고주파를 이용하는 고주파 미세천공법은 100 kHz 이상의 고주파 고전압 에너지를 피부에 접촉한 전극을 통해 밀리세컨드 단위의 극초단 시간 동안 전달하는 것으로서, 고주파에 의해 생성된 마이크로 채널이 24 시간 가량 유지되어 친수성 및 거대 분자량을 가지는 유효 성분의 통로 역할이 가능하다는 면에서 다른 방법에 대해 큰 장점을 가진다. 뿐만 아니라, 처치에 따른 피부 자극 정도가 작아서 일상으로의 빠른 복귀가 가능하다.

그러나 종래의 고주파 전기천공장치는 고출력의 고주파를 생성하기 위해 고전압을 이용하기 때문에 적용되는 부품의 크기가 커지게 되어 피부와 접촉하는 전극이 장착되어 있는 핸드피스 부위와 에너지 출력부인 대형 본체가 별도로 구성되어 있었다. 따라서, 사용자 조작이 어렵고 불편하였으며, 기기의 크기가 커짐에 따라 공급가 또한 높았기 때문에 기기의 사용처가 한정되어 있다.

미국등록특허 제6,148,232호 명세서 미국등록특허 제6,615,079호 명세서 미국등록특허 제6,597,946호 명세서 미국등록특허 제6,611,706호 명세서 미국등록특허 제6,711,435호 명세서 미국등록특허 제7,395,111호 명세서 미국등록특허 제7,415,306호 명세서 미국특허공개 제2004-561933호 명세서

따라서 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예는 사용자 편의에 최적화된 고주파 전기천공장치를 제공하는 데에 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 균일한 마이크로 채널 형성을 위해 피부의 저항에 따라 보상된 전압을 출력하고, 이웃하는 전극핀의 극성을 서로 다르게 하는 데에 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명을 실시하기 위한 구체적 내용 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치는 피부와 접촉하여 상기 피부를 천공하기 위한 복수 개의 전극핀; 상기 복수 개의 전극핀에 전압을 전달하기 위한 배선패턴이 형성되어 있는 배선판; 상기 배선판의 배선패턴을 통하여 상기 복수 개의 전극핀에 전달되는 전압을 발생시키는 전압 발생부; 상기 복수 개의 전극핀 중 이웃하는 임의의 전극핀이 매 주기마다 서로 다른 극성을 가지도록 상기 복수 개의 전극핀에 전달되는 전압의 극성을 제어하는 제어부; 및 상기 복수 개의 전극핀이 접촉한 피부의 저항을 측정하고, 상기 저항의 크기에 따라 상기 복수 개의 전극핀으로 전달되는 전압의 크기를 보상하는 전압 보상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전압 보상부는 상기 복수 개의 전극핀과 접촉한 피부에 저항 측정 전압을 전송하여, 상기 저항 측정 전압에 의해 피부에 적용되는 전류와 상기 저항 측정 전압의 관계를 통해 상기 저항을 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저항 측정 전압은 제 1 시간 동안 피부에 전송되며, 상기 보상된 전압은 상기 제 1 시간보다 작은 제 2 시간 동안 피부에 전송되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 제 1 시간 또는 제 2 시간의 중간에 상기 피부와 상기 전극핀 간의 접촉이 원활하지 못하여 상기 저항 측정 전압 또는 상기 보상된 전압의 전송이 중단될 경우 비정상 동작임을 알리며, 상기 제 1 시간 및 제 2 시간 동안 상기 저항 측정 전압 및 상기 보상된 전압 전송이 완료된 경우 정상 동작임을 알리는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압 보상부는 기 저장된 내부 데이터를 통하여 측정된 저항에 대해 보상될 전압의 크기를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배선패턴은 같은 극성의 전극핀들끼리 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배선패턴은 지그재그 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압 발생부는 인덕터와 커패시터로 구성된 공진회로를 포함하여, 상기 공진회로의 공진특성에 의해 증폭된 교류 전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압 발생부, 제어부, 전압 보상부를 실장하는 커버 케이스를 추가로 포함하며, 상기 전극핀 및 배선판은 상기 커버 케이스의 외곽에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배선판은 상기 커버 케이스로부터 탈부착이 가능하도록 설계된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수 개의 전극핀이 상기 피부와 접촉하는 깊이가 일정하도록 상기 배선판의 가장자리에 상기 복수 개의 전극핀의 측면을 둘러싸며 형성된 핀 가이드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배선판과 상기 커버 케이스의 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 전극핀이 상기 피부에 접촉하는 압력에 반응하여 상기 복수 개의 전극핀으로 전압을 전달하는 압전 스위치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압전 스위치는 상기 접촉 압력이 임계 압력을 넘을 경우, 상기 전압을 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극핀은 도금된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압 발생부, 제어부, 전압 보상부에 전력을 공급하며, 외부 전력을 이용하는 외부 전력 모드와 상기 외부 전력을 내부 전력으로 충전하여 충전된 내부 전력을 이용하는 내부 전력 모드로의 전환이 가능한 전원부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수 개의 전극핀에 의해 생성된 천공에 유효성분을 주입하기 위한 주입부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유효성분이 주입된 영역에 갈바닉 전류 또는 초음파를 입력하기 위한 전기영동부 또는 초음파 발생부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 복수 개의 전극핀을 통해 피부를 천공하고 상기 피부에 저항 측정 전압을 전송하는 단계; 상기 저항 측정 전압에 의해 상기 피부에 적용되는 전류와 상기 전압의 관계를 통해 상기 피부의 저항을 측정하는 단계; 상기 측정된 저항의 크기에 따라 복수 개의 전극핀으로 전달하기 위한 전압의 크기를 보상하는 단계; 상기 보상된 전압을 피부에 전송하는 단계; 및 상기 보상된 전압의 매주기마다 이웃하는 전극핀들끼리 서로 다른 극성을 가지도록 상기 보상된 전압의 극성을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 저항 측정 전압을 전송하는 단계는 상기 복수 개의 전극핀이 피부와 접촉하는 압력이 임계 압력보다 높은 경우 상기 저항 측정 전압을 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전압의 크기를 보상하는 단계는 기 저장된 내부 데이터를 통하여 측정된 저항에 대해 보상될 전압의 크기를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저항 측정 전압을 전송하는 단계는 제 1 시간 동안 상기 전압을 전송하며, 상기 보상된 전압을 전송하는 단계는 상기 제 1 시간보다 적은 제 2 시간 동안 상기 보상된 전압을 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1 시간 중간에 상기 접촉 압력이 임계 압력보다 낮아져 상기 저항 측정 전압 전송이 중단되거나, 상기 제 2 시간 중간에 상기 접촉 압력이 임계 압력보다 낮아져 상기 보상된 전압 전송이 중단되는 경우 비정상 동작임을 알리는 단계; 및 상기 제 1 시간 및 제 2 시간 동안 상기 저항 측정 전압 및 상기 보상된 전압 전송이 완료된 경우 정상 동작임을 알리는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예는 핸드헬드 형태의 소형 전기천공장치를 제공함으로써 사용자 조작의 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 압전 스위치, 배선판의 탈부착 기능, 전원 모드 변환 기능 과 같은 다양한 편의 옵션을 제공함으로써 사용자 조작의 편의성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 피부의 저항에 따라 전압을 보상함으로써 균일한 마이크로 채널 형성에 적합한 세기의 출력을 조절하게 되어, 유효 성분 침투의 효율성과 안전성을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 이웃하는 전극핀들이 고주파 전류가 흐르는 동안 항상 반대의 극성을 갖도록 함으로써 접촉면 이하 특정한 깊이로만 고주파 전류가 흘러 다른 조직 및 장기에 대한 손상 및 자극을 최소화 시킬 수 있으며 상대적으로 낮은 출력과 짧은 시간 동안에 효율적으로 마이크로 채널을 형성시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치의 블록도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전압 발생부의 공진회로의 회로도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전압 발생부로부터 출력되는 전압 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전압을 보정하는 방법에 대한 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치의 배선패턴을 나타내기 위한 배선판의 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따르는 전기 천공 장치 및 전기 천공 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일 · 유사한 구성에 대해서는 동일 · 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 또한, 본 명세서에 첨부된 도면의 구성요소들은 설명의 편의를 위해 확대 또는 축소되어 도시될 수 있음이 고려되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있으나 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되므로 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치(100)에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치(100)는 본체(110)와 천공부(120)를 포함한다. 본체(110)는 사용자 편의를 위해 소형으로 형성되는 것을 특징으로 하며, 천공부(120)를 동작하기 위한 전압을 발생시킨다. 천공부(120)는 피부 조직 내에 마이크로 채널을 형성하기 위하여 피부 조직을 천공한다. 상기 본체(110)와 천공부(120)는 압전 스위치(130)를 통하여 연결되며, 압전 스위치(130)는 소정의 압력을 감지함에 따라 본체(110)에서 발생된 전압을 천공부(120)에 전달하는 역할을 한다.

본체(110)는 전원부(111), 전압 발생부(112), 제어부(113), 동작표시부(114), 전원표시부(115), 전압 보상부(116)를 포함하며, 상기 구성들은 커버 케이스(117)의 내부에 실장될 수 있다.

전원부(111)는 본체(110) 내의 타 구성들을 구동하기 위한 전력을 발생시킨다. 전원부(111)는 외부 전력 모드와 내부 전력 모드로 동작 할 수 있다. 외부 전력 모드는 전원부(111)가 상용화된 가정용 또는 공업용 전압을 수신하여, 외부 전력을 이용하는 모드이다. 전원부(111)는 본체(110)의 일 단에 배치된 DC 아답터(111b)를 통해 외부로부터 전압을 수신할 수 있다. 내부 전력 모드는 DC 아답터(111b)를 통해 수신한 외부 전력을 내부에 충전하여, 외부를 통한 연결 없이도 자체적으로 저장해둔 전력을 발생시키는 모드이다. 내부 전력 모드는 전선을 통한 외부와의 연결이 없기 때문에 사용자의 휴대를 가능하게 할 수 있다는 장점이 있다.

전원부(111)는 외부 전력 모드와 내부 전력 모드 간을 사용자 선택에 따라 변환할 수 있도록, 전원 변환 스위치(111a)를 포함한다. 전원 변환 스위치(111a)는 본체(110)의 일 단에 배치되어 있다.

전압 발생부(112)는 천공부(120)에 전달하기 위한 전압을 발생시킨다. 전압 발생부(112)는 고주파 고전압 출력을 필요로 하며, 이를 위해, 저전압을 고전압으로 증폭하고, 증폭된 고전압을 고주파로 변환하는 과정을 실행한다. 이를 위해 전압 발생부(112)는 증폭회로(미도시), 직류/교류 변환기(DC/AC inverter)(미도시), 공진회로(미도시)를 포함한다.

여기서 전원부(111)가 내부 전력 모드로 구동되는 경우, 전원부(111)가 출력하는 전압은 낮은 레벨이지만, 본체(110)의 출력으로 요구되는 전압은 수백 볼트 정도의 높은 레벨이다. 따라서, 부스트(Boost) 방식의 셋-업(set-up) 변환 기술을 이용하는 증폭회로를 통해 저전압을 고전압으로 증폭할 수 있다.

증폭된 고전압은 직류/교류 변환기로 입력되어 고주파수의 교류 고전압으로 출력된다.

더 높은 고전압이 요구되는 경우, 종래에는 대형 트랜스(trance)를 이용하여 전압을 증폭하였으나, 본 발명의 일 실시예는 공진회로를 이용하여 전압을 증폭한다. 본 발명의 일 실시예에 따르는 공진회로는 적어도 하나의 인덕터와 커패시터로 구성되어, 설치된 인덕터와 커패시터의 공진 주파수에서 입력된 전압을 증폭한다. 인덕터와 커패시터는 소형 소자이므로, 대형 트랜스를 사용하던 종래에 비해 전압 발생부(112)의 규모를 소형화하는데 기여할 수 있다. 공진회로의 구체적인 구성에 대해서는 후술하도록 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 증폭회로, 직류/교류 변환기, 공진회로 등이 포함된 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)을 중첩하는 위치에 다층으로, 예를 들어, 2층~4층으로 배치하여 전압 발생부(112)를 소형화 할 수 있다.

제어부(113)는 전압 발생부(112)에서 발생된 전압의 주파수, 크기, 극성 및 발생시간 등을 제어하여 천공부(120)에 적절한 전압이 전달되게 한다.

제어부(113)는 전압 발생부(112)에서 발생된 전압의 주파수가 100 kHz ~ 5 MHz가 되도록 제어하며, 바람직하게는 100 kHz ~ 2 MHz, 더욱 바람직하게는 300 kHz ~ 1 MHz의 범위를 가지도록 제어한다. 또한, 천공부(120)로 전달되는 전압의 출력이 10W ~ 60 W의 범위를 가지도록 제어한다. 위와 같은 출력과 주파수는 피부 조직 내에 마이크로 채널을 효과적으로 형성하는 데에 기여할 수 있다.

또한, 제어부(113)는 전압에 의해 흐르는 전류가 불연속적으로 천공부(120)에 전달되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 전류가 천공부(120)로 두 번 흐른다고 가정할 때, 제 1 회와 제 2 회는 일정한 시간 간격을 두고 실행될 수 있다. 상기 제어부(113)에 의해 발생하는 전류의 한 회 발생 시간은 0.1 msec ~ 1 sec 범위이며, 바람직하게는 0.5 msec ~ 100 msec, 더욱 바람직하게는 1 msec ~ 10 msec 범위가 될 수 있다. 이러한 전류 발생시간을 매우 짧은 시간 동안 불연속적으로 공급함에 따라, 피부와 접촉하여 발생된 고주파 전류에 의한 전기적 자극감, 불쾌감 및 통증을 최소화 시킬 수 있다.

또한, 제어부(113)는 후술하는 천공부(120) 내의 복수 개의 전극핀(122)이 이웃하는 전극핀(122)들과의 관계에서 전압의 한 주기 동안 다른 극성을 가지도록 전압을 제어할 수 있다. 예를 들어, 임의의 전극핀(122)에 인가되는 전압의 극성이 양(positive)이라면, 상기 임의의 전극핀(122)과 상, 하, 좌, 우로 이웃하는 다른 전극핀(122)의 극성은 음(negative)이 된다. 그리고 상기 음의 전극핀(122)과 이웃하는 또 다른 전극핀(122)의 극성은 양이 된다. 이 경우, 전극핀(122)을 통해 피부 조직 내로 전달된 전류가, 피부의 표피 및 진피층 내에서 바이폴라(bipolar) 형태의 고주파 전류 흐름을 형성하게 된다. 그에 따라, 적은 출력으로 짧은 시간 동안 효과적으로 원하는 깊이에 균일한 마이크로 채널을 형성시킬 수 있게 된다.

또한, 제어부(113)는 후술하는 동작표시부(114)와 전원표시부(115)를 제어하며, 반복적 고압 충전과 고주파 방출, 작동 시간 제어 및 전력 출력 부족 지시가 가능한 알고리즘을 내장할 수 있다.

동작표시부(114)는 제어부(113)에 의해 제어되며, 사용자에게 전기 천공 장치(100)의 오작동 여부를 알려준다. 전원표시부(115) 역시 제어부(113)에 의해 제어되며, 사용자에게 전원부(111)의 오작동 여부를 알려준다. 동작표시부(114)와 전원표시부(115)는 LED(Light Emitting Diode)와 같은 발광소자로 구성되어, 정상 동작을 할 때와 오 동작을 할 때 구별되어 동작될 수 있다. 예를 들어, 정상 동작 시와 오동작시에 발광소자의 발광 색상, 깜빡임 횟수, 점등 또는 소등 여부가 다르게 제어되어 동작될 수 있다.

전압 보상부(116)는 전극핀(122)과 접촉한 피부의 저항을 측정하여, 측정된 저항에 따라 출력되는 전압을 보상한다. 본 발명의 일 실시예는 인간의 신체 내에 마이크로 채널을 형성하기 위해 전류를 흘려주는 기능을 가진다. 상기 전류는 크기에 따라 인간에게 상해나 충격을 일으킬 수 있으며, 누구에게나 항상 동일한 수준의 효과를 발생시키기 위해서는 적정한 레벨의 전류를 항상성 있게 생성하는 것이 필요하다. 그런데, 인간의 피부의 저항은 사람마다 개인차가 있으며, 한 사람의 피부라도 수분량과 같은 요인에 따라 저항의 편차가 다르다. 따라서, 전압 보상부(116)는 전극핀(122)이 피부와 닿아 있는 동안 계속적으로 피부의 저항을 측정하고, 측정된 저항에 따라 보상된 전압을 출력한다. 그에 따라, 균일한 마이크로 채널을 형성할 수 있다.

전압 보상부(116)는 먼저, 피부의 저항을 측정하기 위해 일정한 레벨의 저항를 측정 전압을 피부로 전송하여 저항을 측정한다. 그리고 측정된 저항에 대해 내부 데이터를 이용하여 출력되어야 할 전압의 크기를 결정한다. 상기 내부 데이터는 저항과 상기 저항에 대응하는 전압에 대한 룩업테이블을 포함할 수 있다. 예를 들어, 1Ω의 저항이 측정된 경우, 1Ω에 대응하는 전압을 룩업테이블을 통해 찾을 수 있다. 이어서, 현재 출력되는 전압과 결정된 전압을 비교하여 현재 출력되는 전압을 보상한다. 이러한 보상된 전압에 따라, 피부에는 보상된 전류가 흐르게 된다.

커버 케이스(117)는 전술한 전원부(111), 전압 발생부(112), 제어부(113), 동작표시부(114), 전원표시부(115), 전압 보상부(116)를 내부에 실장한다. 커버 케이스(117)는 전기 천공 장치(100)의 소형화를 위해 작은 부피로 형성될 수 있으며, 사용자의 핸드헬드가 가능하도록 소정의 다면체 모양으로 형성될 수 있다. 커버 케이스(117)의 부피는 바람직하게, 45≤x≤65mm, 115≤y≤135mm, 20≤z≤40mm가 될 수 있다.

천공부(120)는 배선판(121), 전극핀(122), 핀 가이드(123)를 포함한다.

배선판(121)은 본체(110)의 제어부(113)로부터 전압을 전달받아 전극핀(122)에 전달하는 역할을 한다. 배선판(121)은 하면에 압전 스위치(130) 및 본체(110)와 연결되는 구조를 가지고 있으며, 상면에 전극핀(122)을 실장한다. 그리고 배선판(121)은 상면에 전극핀(122)에 전압을 전달하기 위한 인쇄회로기판을 포함하고 있으며, 인쇄회로기판은 소정의 배선패턴이 형성되어 있다.

또한 배선판(121)은 본체(110)로부터 탈부착 가능하도록 형성된다. 탈 부착의 형태는 벨크로(Velcro) 형태, 홈(chase)을 이용한 삽입 형태 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 탈부착이 가능하게 함으로써, 본 발명의 일 실시예는 배선판(121) 또는 전극핀(122)에 이상이 있거나 사용주기가 완료되었을 경우 교체가 용이하도록 할 수 있다.

전극핀(122)은 매우 작은 직경을 가지며 끝이 50^o의 예각으로 뾰족하게 형성된 니들 형상을 가진다. 전극핀(122)의 길이는 0.05mm ~ 3.0 mm이며, 바람직하게는 0.1mm ~ 2.0 mm, 더욱 바람직하게는 0.1mm ~ 1.0 mm가 될 수 있다. 그리고 천공부(120)가 접촉하는 면이 불규칙하거나 곡면인 경우에도 균일하게 접촉될 수 있도록 하나 이상의 전극핀(122)이 구성된다. 복수 개의 전극핀(122)은 배선판(121) 상에서 일정한 간격으로 이격하여 배치되어 있다. 마이크로 채널의 깊이는 전극핀(122)들 간의 간격에 의해 조절될 수 있으므로, 전극핀(122)들 간의 간격은 사용자에 의해 적정한 간격으로 설정될 수 있다. 다만, 전극핀(122)의 간격은 바람직하게, 1.2 ㎜의 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 전극핀(122)의 재질은 금으로 형성될 수 있으며, 도금의 방법이 사용될 수 있다.

핀 가이드(123)는 전극핀(122)의 측면을 가이드하며, 전극핀(122)이 외부로 노출되는 길이를 한정하는 배리어 역할을 한다. 핀 가이드(123)는 배선판(121) 상면의 가장자리에서 전극핀(122)의 방향으로 소정의 높이만큼 돌출되어 형성된다. 따라서, 전극핀(122)은 핀 가이드(123)의 높이만큼 피부에 삽입되는 깊이가 제한된다. 이때, 전극핀(122)이 피부와 접촉하는 길이, 즉, 전극핀(122)이 외부로 노출되는 길이는 약 0.5mm가 바람직하므로, 핀 가이드(123)의 높이는 약 0.5mm가 되는 것이 바람직하다.

압전 스위치(130)는 본체(110)와 천공부(120)를 연결하는 역할을 하며, 기 설정된 임계압력 이상의 압력이 감지될 경우, 본체(110)에서 천공부(120)로 향하는 전압통로를 단락하여 전류를 흐르게 한다. 예를 들면, 천공부(120)는 인간의 피부와 접촉하는 부분으로서, 전극핀(122)은 피부를 누르게 되어 소정의 접촉압력이 발생한다. 이때, 반작용으로 접촉 압력과 동일한 크기의 압력이 압전 스위치(130)로 가해지게 되며, 상기 반작용 압력이 임계압력 이상의 압력일 경우, 스위치가 단락되어 전류가 본체(110)에서 천공부(120)로 흐르게 된다.

종래에는 천공부(120)에 전류를 흐르게 하기 위해 버튼을 수동으로 온/오프 하여야 했기 때문에, 조작의 불편함과 오작동이 발생하기 쉬웠다. 그러나, 압전 스위치(130)의 형성으로 전기 천공 장치(100)의 동작이 스탬핑하는 방식으로 제어되므로, 본 발명의 일 실시예는 사용자 편의성을 향상시키고, 오작동을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치(100)는 천공부(120)를 피부에 접촉시키고 일정한 압력으로 압착시키는 순간 압전 스위치(130)가 단락되어 자동으로 본체(110)로부터 고주파 전압 및 전류가 전극핀(122)으로 흐르게 된다. 그에 따라, 고주파 전류는 전극핀(122)을 통해 피부 표면으로 전달 될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치(100)를 통해 형성된 피부 내의 마이크로 채널은 각질층 (stratum corneum), 표피층 (epidermis) 및 진피층 (dermis)에 0.03mm ~ 1.5mm 깊이에서 10㎛ ~ 200㎛ 의 직경을 가지도록 균일하게 형성된다. 이때, 마이크로 채널 내에 주변 조직으로부터 체액이 유입되어 친수성의 마이크로 채널이 형성되기 때문에 친수성 혹은 4,000,000 Dalton 이하의 분자량을 가지는 유효성분이 피부를 통해 효과적으로 흡수될 수 있다. 또한, 흡수효과가 좋기 때문에, 외부에서 유효성분을 지속적으로 공급하는 경우, 장시간 유효성분의 혈중 농도를 유효수준으로 유지시킬 수 있다. 또한, 유효성분의 피부 투과에 대한 장벽을 제거함으로써 더욱 신속한 효과를 발휘시킬 수 있다.

본 명세서에서, “유효성분”이라 함은 포유류의 피부를 통해 흡수되어 생물학적 반응을 촉진하거나 변형 등을 함으로써 그에 관여하거나 약리학적 활성을 나타내는 물질을 의미한다. 상기 “생물학적 반응”은 체내에서 일어나는 미백, 재생, 세포의 활성 혹은 억제, 세포로부터 물질의 생성 촉진 혹은 억제 등의 각종 생리 반응을 포함한다.

한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치(100)는 유효 성분을 주입하기 위한 주입부와 유효 성분의 흡수효과를 높이기 위한 전기영동부 또는 초음파 발생부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 주입부, 전기영동부 및 초음파 발생부는 본체(110)의 일 편에 탑재될 수 있다. 상기 주입부는 유효성분이 포함된 용액, 에멀젼, 앰플 등을 도포한다. 상기 유효성분이 마이크로 채널에 주입된 후, 전기영동부는 주입 영역에 갈바닉 전류를 흐르게 할 수 있으며, 초음파 발생부는 주입영역에 초음파를 주사할 수 있다. 그에 따라, 마이크로 채널을 통해 더욱 많은 양의 유효성분을 신속하게 흡수 및 투과시키거나 펄스 형태의 피부흡수 패턴을 유도할 수 있다. 또 한편, 본 발명의 일 실시예는 마이크로 채널을 형성시킨 후 원하는 시간 동안 유효성분을 피부에 서서히 흡수시키도록 유효성분이 포함된 패치를 추가로 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전압 발생부의 공진회로에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 공진회로는 인덕터와 커패시터로 구성된다.

구체적으로, 제 1 노드(N1)와 접지노드(G) 사이에 제 1 커패시터(C1)가 배치되어 있으며, 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2) 사이에는 제 2 커패시터(C2)와 인덕터(L1)가 직렬로 연결되어 배치되어 있으며, 제 2 노드(N2)와 접지노드(G) 사이에는 제 3 커패시터(C3)가 배치되어 있다. 여기서, 공진회로는 제 1 노드(N1)와 접지노드(G) 사이 단자를 통해 전압을 입력 받으며, 제 2 노드(N2)와 접지노드(G) 사이 단자를 통해 증폭된 전압을 출력한다. 제 1 커패시터(C1)와 제 3 커패시터(C3)는 입력된 전압(IN)과 출력된 전압(OUT)을 완충하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 공진회로의 증폭이득은 제 1 내지 제 3 커패시터(C1, C2, C3)와 인덕터(L1)의 크기에 따라 결정된다.

이러한 공진회로를 포함한 전압 보상부에서 출력하는 전압의 그래프를 보면 도 3b에 나타난 바와 같다.

전압 보상부는 증폭회로를 통해 전원부로부터 제공되는 직류 저전압을 직류고전압으로 승압한다. 이때 직류 전압은 첫번째 그래프로 나타나는 바와 같이 300V 레벨이 될 수 있다. 이어서, 두번째 그래프로 나타나는 바와 같이 직류/교류 변환기에 의해 직류 전압은 500kHz의 교류 전압으로 변환되며, 교류 전압은 구형파의 형태를 가진다. 그리고, 세번째 그래프로 나타나는 바와 같이 전술한 공진회로를 통해 구형파 형태의 교류 전압은 정현파 형태의 교류 전압으로 변형됨과 동시에, 전압의 크기가 350V로 증폭되어 출력된다. 다만, 도 3b를 통해 설명된 것은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 일 실시예에 따르는 공진회로 및 전압 발생부는 설계정도에 따라 다양한 레벨과 주파수로 전압을 증폭시킬 수 있다.

이하, 도 4a를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전압을 보정하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 피부에 천공을 형성하기 위하여 사용자에 의해 복수 개의 전극핀이 피부에 접촉하게 된다(S100).

이때, 복수 개의 전극핀이 피부를 압착함에 따라 발생하는 접촉 압력은 반작용의 형태로 압전 스위치에 감지된다. 그리고 압전 스위치는 접촉 압력이 압전 스위치가 단락되기 위한 임계 압력보다 높은지 판단한다(S101).

접촉 압력이 임계 압력보다 낮은 경우, 압전 스위치는 개방된 상태로 유지되어 재입력(복수 개의 전극핀을 다시 피부에 압착함)을 대기하게 된다.

접촉 압력이 임계 압력보다 높은 경우, 압전 스위치는 단락된다(S102). 압전 스위치의 단락에 따라, 전압 보정부와 복수 개의 전극핀, 피부는 하나의 회로를 구성하게 된다.

이어서, 전압 보정부는 저항 측정 전압을 전송한다(S103). 저항 측정 전압은 복수 개의 전극핀을 통해 피부로 전달된다.

그리고 전압 보정부 내에 포함된 타이머를 통하여 저항 측정 전압이 전송된 시점부터 시간을 카운트한다(S104).

그 후, 피부의 저항을 측정하고 그에 따라 전압의 크기를 보상한다(S105). 여기서 전압의 크기를 보상한다는 의미는 이전에 피부로 출력되었던 전압을 기준으로 하여 현재 출력될 전압의 크기를 조정한다는 것이다. 따라서, 복수 개의 전극핀이 처음으로 피부에 접촉한 때는 비교 대상이 되는 전압이 존재하지 않으므로, 측정된 저항에 따라 적절한 수준으로 결정된 전압이 출력하게 된다.

이때, 피부로 전송된 전압에 의해 피부에는 전류가 흐르게 되며, 저항은 전송된 전압과 전류와의 관계를 통해 측정된다. 그리고, 측정된 저항에 대해 내부 데이터를 이용하여 출력되어야 할 전압의 크기를 정한다. 상기 내부 데이터는 저항과 상기 저항에 대응하는 전압에 대한 룩업테이블을 포함할 수 있다.

이어서, 압전 스위치가 계속적으로 단락된 상태인지 체크한다(S106).

그리고 전압이 피부로 전송된 이후부터 타이머에 의해 카운트된 시간이 제 1 시간, 즉, 200msec가 되었는지 체크한다(S107). 200msec가 되지 않았다면 계속하여 압전 스위치의 단락 상태를 확인한다. 그러나, 200msec가 되지 않았는데도 압전 스위치가 개방된 경우는 제어부가 동작표시부를 통해 비정상 동작임을 알리게 된다(S111).

즉, S107과 S106 단계는 피부의 저항을 측정하기 위한 전압을 200msec 동안 전송한다는 것을 의미한다. 그리고 200msec가 되지 않았을 때, 압전 스위치가 개방된 경우는 저항을 측정하고 전압을 보상하기 위한 충분한 시간이 보장되지 않았기 때문에 비정상 동작임을 알린다는 것을 의미한다. 이때, 비정상 동작임을 알리는 수단은 동작표시부의 표시수단 외에 소리, 진동과 같은 여러 수단을 포함한다.

시간이 200msec로 카운트 된 경우, 보상된 전압을 피부로 전송하게 된다(S108). 이때, 보상된 전압을 피부로 전송하는 시간은 제 2 시간, 즉, 2msec가 될 수 있다. 그러나, 보상된 전압이 전송되는 동안 압전 스위치가 개방되는 경우는 보상된 전압 전송이 중단되게 된다. 이때도 역시, 동작표시부를 통해 비정상동작임을 알리게 된다.

그리고 시간이 210msec 이상으로 카운트되었는지 체크한다(S109).

시간이 제 3 시간, 즉, 210msec이상으로 체크된 경우, 저항을 측정하고, 보상된 전압을 전송하는 과정이 충분한 시간 내에 완료되었기 때문에 제어부가 동작표시부를 통해 정상 동작임을 알린다(S110).

그러나, 시간이 210msec 이하로 체크된 경우, 동작표시부를 통해 비정상 동작임을 알린다(S110).

그리고 순서도에는 도시되지 않았으나, 각 전극핀이 이웃하는 전극핀과의 관계에서 서로 다른 극성을 가지도록, 보상된 전압의 극성은 제어부에 의해 제어되어 전송된다.

또한, 제 1, 제 2, 제 3 시간으로 제시된 값들은 예시에 지나지 않으며, 다른 다양한 값들이 설정될 수 있다.

이와 같은 일련의 과정을 통해 본 발명의 일 실시예는 보상된 전압을 피부에 흘려줌으로써 균일한 마이크로 채널을 형성할 수 있다.

이어서, 본 발명의 일 실시예에 따르는 배선 패턴의 형상에 대하여 도 5a 내지 도 5c를 통해 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 배선 패턴은 동일한 극성을 가지는 전극핀들끼리 하나의 배선으로 연결되도록 형성될 수 있다.

도 5a를 참조하면, 배선판(121) 상에 어두운 점은 제 1 전극핀(122a)이 배치되는 영역이며, 밝은 점은 제 2 전극핀(122b)이 배치되는 영역이다. 이때, 제 1 전극핀(122a)과 제 2 전극핀(122b)은 서로 이웃하는 위치에 배치되도록 전압이 인가된다. 이때, 제 1 전극핀(122a)들은 제 1 배선(121a)에 의해 연결되어 있으며, 제 2 전극핀(122b)들은 제 2 배선(121b)에 의해 연결되어 있다. 따라서, 제 1 배선(121a)에 인가되는 전압과 제 2 배선(121b)에 인가되는 전압의 위상이 반대인 경우, 제 1 전극핀(122a)이 양의 극성을 가진다면 제 2 전극핀(122b)은 음의 극성을 가지게 되고, 이어서, 위상이 변화되어 제 1 전극핀(122a)이 음의 극성을 가진다면 제 2 전극핀(122b)은 양의 극성을 가지게 된다. 즉, 제 1 전극핀(122a)과 제 2 전극핀(122b)은 한 주기 내에서 서로 다른 극성을 가지도록 제어된다. 이때, 제 1 배선(121a)과 제 2 배선(121b)은 각각 지그재그 형태의 모양으로 형성되어 있다. 그러나, 각 배선은 각각 해당하는 전극핀(122)만을 연결하면 되므로 지그재그 모양이 항상 일률적이지 않게 형성될 수도 있다.

이하, 도 5b와 도 5c를 참조하여 다른 실시예에 따르는 배선패턴의 모양을 구체적으로 설명한다.

먼저 도 5b를 참조하면, 제 1 및 제 2 배선(121a, 121b)은 행을 지어 지그재그 모양으로 형성되어 있으며, 각각의 행을 연결하는 브리지 배선을 포함한다. 예를 들어, 제 1 배선(121a)은 ①행 배선, ②행 배선, ③행 배선, ④행 배선으로 구성되며, ①행 배선, ②행 배선을 연결하기 위한 제 1 브리지 배선(A1), ②행 배선, ③행 배선을 연결하기 위한 제 2 브리지 배선(A2), ③행 배선, ④행 배선을 연결하기 위한 제 3 브리지 배선(A3)으로 구성된다. 이와 같이 제 2 배선(121b) 역시 행으로 구분되고, 제 1, 제 2, 제 3 브리지 배선(B1, B2, B3)을 포함한다.

이하, 도 5c를 참조하면, 도 5c의 경우 도 5a 및 도 5b의 경우와 제 1 및 제 2 전극핀(122a, 122b)의 배치가 다르게 되어 있다. 즉, 상, 하 방향으로는 이웃하는 전극핀(122)들끼리의 극성이 서로 다르도록 배치되나, 좌, 우 방향으로는 서로 다른 극성의 전극핀(122)들의 개수비가 2:1이 되도록 배치된다. 예를 들어, 좌, 우 방향으로 두 개의 제 1 전극핀(122a)이 배치되고 하나의 제 2 전극핀(122b)이 배치되는 형태가 된다.

이때, 제 1 배선(121a)과 제 2 배선(121b)은 열을 지어 지그재그 모양으로 형성되어 있으며, 각 열을 연결하기 위한 브리지 배선을 포함한다. 예를 들어, 제 1 배선(121a)은 제 1 배선(121a)은 ①열 배선, ②열 배선, ③열 배선, ④열 배선으로 구성되며, ①열 배선, ②열 배선을 연결하기 위한 제 1 브리지 배선(A1), ②열 배선, ③열 배선을 연결하기 위한 제 2 브리지 배선(A2), ③열 배선, ④열 배선을 연결하기 위한 제 3 브리지 배선(A3)으로 구성된다. 이와 같이 제 2 배선(121b) 역시 열로 구분되고, 제 1, 제 2, 제 3 브리지 배선(B1, B2, B3)을 포함한다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르는 배선 패턴의 형상 및 전극핀(122)의 배치구조는 도면을 통해 설명된 예에 한하지 않으며, 다양한 형태의 구조가 채택될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치를 이용한 실험예를 구체적으로 설명한다.

[ 실험예 1] 거대분자 물질의 경피 투과도 평가

본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치의 전극핀을 통하여 헤어리스(hairless) 마우스 피부 조직의 표피층을 천공하고 전류를 흘려준 뒤 형광물질이 표지된 분자량이 서로 상이한 덱스트란, 히알루론산 및 콜라겐을 인산완충액에 용해시킨 용액을 도포하고 투과된 피부를 통해 투과된 물질의 양을 평가하였다.

구체적으로, 본 실험예에 적용된 전기 천공 장치의 조건은 100개의 전극핀을 통해 500 kHz, 300 V의 고주파 전류를 1회에 1msec 동안 5회 연속으로 흘려주는 것으로 하였다.

투과된 물질의 양을 평가하기 위해, 전기 천공한 이후 프란츠 경피 흡수 장치(Franz diffusion cell)의 수여부 (Receptor phase)에 5.5 mL의 pH 7.4 인산완충액을 채운다. 그 후, 상기 전기 천공된 피부 및 전기 천공되지 않은 피부의 표피층이 위쪽을 향하도록 수여부에 얹어놓고 그 위의 공여부(Donor phase)에 해당 셀을 고정시킨다. 이어서, 공여부 (Donor phase)에 5 mg/mL의 농도로 분자량이 4,000, 10,000, 20,000, 40,000인 형광물질 표지 된 덱스트란, 형광물질이 표지 된 히알루론산 (분자량: 1,400,000) 및 형광물질이 표지 된 콜라겐 (분자량: 4,000,000) 용액을 각각 0.2 mL 씩 투입하여 상기 전기 천공된 피부 및 전기 천공되지 않은 피부의 표피층과 접촉시킨다. 그리고 24 시간 후 수여부로 투과된 물질의 양을 분광 형광계를 이용한 형광 측정법으로 정량하였다. 단위 투과면적 및 시간당 헤어리스 마우스 피부 조직을 통해 투과된 물질 양은 아래 표 1에 나타난 바와 같다.

시험물질	전기 천공되지 않은 피부	본 발명의 일 실시예에 따라 전기 천공된 피부
FITC-덱스트란 4K (분자량: 4,000)	2.67±1.90μg/cm2/hr	21±0.63μg/cm2/hr
FITC-덱스트란 10K (분자량: 10,000)	0.41±0.38μg/cm2/hr	37±1.68μg/cm2/hr
FITC-덱스트란 20K (분자량: 20,000)	0.54±0.22μg/cm2/hr	90±0.04μg/cm2/hr
FITC-덱스트란 40K (분자량: 40,000)	0.00±0.00μg/cm2/hr	34±0.21μg/cm2/hr
FITC-히알루론산 (분자량: 1,400,000)	0.73±0.94μg/cm2/hr	89±0.91μg/cm2/hr
FITC-콜라겐 (분자량: 4,000,000)	0.04±0.01 μg/cm2/hr	18±0.02 μg/cm2/hr

상기 결과와 같이 전기 천공된 피부가 전기 천공되지 않은 피부보다 경피 투과도가 훨씬 높게 측정되었다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의해 피부 각질 및 표피층에 형성된 마이크로 채널에 의해 분자량이 크고 친수성인 덱스트란, 히알루론산 및 콜라겐의 경피 투과도가 급격히 증가됨을 알 수 있다.

[ 실험예 2] 본 발명의 일 실시예에 따른 효능 물질의 피부투과 비교

본 실험예는 본 발명의 일 실시예의 전기 천공 장치와 마이크로 니들이 부착된 메조롤러의 사용에 의한 친수성이고 분자량이 큰 물질의 피부흡수 향상 정도를 비교하기 위한 것이다. 이러한 비교를 위해, 인간 피부 조직을 이용한 알부틴(분자량: 272.25) 및 형광물질이 표지 된 덱스트란 (분자량: 10,000 및 20,000)의 피부 투과도를 평가하였다.

구체적으로, 본 실험예에 적용된 전기 천공 장치의 조건은 인간 피부 조직의 표피층 쪽에 64개의 고주파 마이크로 니들 전극으로 구성된 전극판을 접촉시킨 후 500 kHz, 330 V의 고주파 전류를 1회 1 msec 동안 5회 연속으로 흘려주는 것으로 하였다. 마이크로 니들 롤러의 조건은 100μm길이의 마이크로 니들이 장착된 롤러를 일정한 물리적인 힘으로 표피층을 5회씩 문질러 주는 것으로 하였다.

투과된 물질의 양을 평가하기 위해, 전기 천공 장치와 마이크로 니들을 사용한 이후 프란츠 경피 흡수 장치(Franz diffusion cell)의 수여부 (Receptor phase)에 5.5 mL의 pH 7.4 인산완충액을 채운다. 그 후 상기 전기 천공 장치와 마이크로 니들 롤러로 처리된 피부와 처리되지 않은 피부를 표피층이 위쪽을 향하도록 수여부에 얹어 놓고, 그 위의 공여부(Donor phase)에 해당 셀을 고정시킨다. 이어서, 공여부에 5 mg/mL의 알부틴 및 형광물질이 표지 된 덱스트란 용액을 각각 0.2 mL씩 투입하였다. 그리고 투입된 용액이 상기 전기 천공 장치와 마이크로 니들 롤러로 처리된 피부와 처리되지 않은 피부에 접촉한 후 1, 3, 6, 9, 12 및 24 시간째 수여부로 투과된 물질의 양을 HPLC 혹은 분광 형광계을 이용한 형광 측정법으로 정량하였다. 이러한 정량결과에 따라 각 시험 물질의 피부 투과도를 평가하였으며 24 시간 후 각 물질의 단위면적 및 시간 당 투과된 양을 표 2에 나타내었다.

시험물질	무처리된 피부	마이크로 니들 롤러로 처리된 피부	본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치로 처리된 피부
알부틴 (분자량: 272.25)	5.57±3.56μg/cm²/hr	9.60±3.94μg/cm²/hr	26.82±12.22μg/cm²/hr
FITC-덱스트란 10K (분자량: 10,000)	0.27±0.17μg/cm²/hr	0.24±0.05μg/cm²/hr	20.76±15.81μg/cm²/hr
FITC-덱스트란 20K (분자량: 20,000)	0.21±0.06μg/cm²/hr	0.33±0.28μg/cm²/hr	1.47±0.50μg/cm²/hr

상기 결과와 같이 인간의 피부에 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기 천공 장치를 이용한 경우에도 친수성 거대분자 물질의 피부 투과도가 급격히 증가됨을 확인할 수 있다. 반면, 마이크로 니들의 경우는, 단순히 마이크로 니들에 물리적인 힘을 가해 피부 각질 및 표피층 통과하여 마이크로 채널을 형성시키기 때문에 마이크로 니들에 전달되는 힘이 불규칙하다. 따라서, 상기 거대분자 물질의 피부 투과도 역시 처리하지 않은 경우와 비교하였을 때 큰 효과 상승이 일어나지 않았다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 전기 천공 장치 110 : 본체
111 : 전원부 112 : 전압 발생부
113 : 제어부 114 : 동작표시부
115 : 전원표시부 116 : 전압 보상부
120 : 천공부 121 : 배선판
122 : 전극핀 123 : 핀 가이드
130 : 압전 스위치

Claims

피부와 접촉하여 하나 이상의 주기 동안 100kHz 내지 5MHz의 고주파 전압을 전달함으로써 상기 피부를 천공하기 위한 복수 개의 전극핀;
상기 복수 개의 전극핀에 전압을 전달하기 위한 배선패턴이 형성되어 있는 배선판;
상기 배선판의 배선패턴을 통하여 상기 복수 개의 전극핀에 전달되는 전압을 발생시키는 전압 발생부;
상기 복수 개의 전극핀 중 이웃하는 임의의 전극핀이 상기 하나 이상의 주기의 매 주기마다 서로 다른 극성을 가지도록 상기 복수 개의 전극핀에 전달되는 전압의 극성을 제어하는 제어부;
상기 접촉 동안 상기 복수 개의 전극핀이 접촉한 피부의 저항을 측정하고, 상기 저항의 크기에 따라 상기 복수 개의 전극핀으로 전달되는 전압의 크기를 보상하는 전압 보상부; 및
상기 복수 개의 전극핀이 피부에 접촉하는 압력에 반응하여, 접촉 압력이 임계 압력 이상인 경우 단락되어 상기 복수 개의 전극핀으로 전압을 전달하는 압전 스위치;를 포함하고,
상기 복수 개의 전극핀은 상기 피부에 상기 전압 보상부에 의해 보상된 크기의 고주파 전압을 전달함으로써 상기 피부의 조직 내에 균일한 마이크로 채널을 형성하여 전기 천공(electroporation)하고,
상기 전압 보상부는, 상기 하나 이상의 주기의 매 주기마다 상기 복수 개의 전극핀과 접촉한 피부로 제 1 시간 동안 저항 측정 전압을 전송하고, 상기 제 1 시간보다 작은 제 2 시간 동안 피부에 상기 보상된 전압을 전달하고,
상기 제어부는, 상기 제 1 시간 및 상기 제 2 시간 동안 상기 압전 스위치의 단락 상태를 체크하고, 상기 제 1 시간 또는 제 2 시간의 중간에 상기 압전 스위치가 개방되어 상기 저항 측정 전압 또는 상기 보상된 전압의 전송이 중단될 경우 비정상 동작임을 알리는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 1 시간 및 제 2 시간 동안 상기 저항 측정 전압 및 상기 보상된 전압 전송이 완료된 경우 정상 동작임을 알리는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전압 보상부는, 기 저장된 내부 데이터를 통하여 측정된 저항에 대해 보상될 전압의 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 배선패턴은, 같은 극성의 전극핀들끼리 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 배선패턴은, 지그재그 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전압 발생부는, 인덕터와 커패시터가 직렬로 구성된 공진회로를 포함하여 상기 공진회로의 공진특성에 의해 증폭된 교류 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전압 발생부, 제어부, 전압 보상부를 실장하는 커버 케이스를 추가로 포함하며,
상기 전극핀 및 배선판은, 상기 커버 케이스의 외곽에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 배선판은, 상기 커버 케이스로부터 탈부착이 가능하도록 설계된 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 압전 스위치는 상기 배선판과 상기 커버 케이스의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 전극핀이 상기 피부와 접촉하는 깊이가 일정하도록 상기 배선판의 가장자리에 상기 복수 개의 전극핀의 측면을 둘러싸며 형성된 핀 가이드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전극핀은, 도금된 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전압 발생부, 제어부, 전압 보상부에 전력을 공급하며, 외부 전력을 이용하는 외부 전력 모드와 상기 외부 전력을 내부 전력으로 충전하여 충전된 내부 전력을 이용하는 내부 전력 모드로의 전환이 가능한 전원부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 전극핀에 의해 생성된 천공에 유효성분을 주입하기 위한 주입부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 유효성분이 주입된 영역에 갈바닉 전류 또는 초음파를 입력하기 위한 전기영동부 또는 초음파 발생부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 천공 장치.
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