KR102357267B1

KR102357267B1 - 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서를 포함하는 약물 주입 장치

Info

Publication number: KR102357267B1
Application number: KR1020200074866A
Authority: KR
Inventors: 조경일
Original assignee: (주)무티
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2022-02-03
Also published as: KR20210157051A

Abstract

마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서를 포함하는 약물 주입 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 주입 장치는 반도체 칩에 형성되는 초음파 트랜스듀서; 상기 반도체 칩의 후면에 약물을 주입하는 약물 주입부; 상기 약물을 상기 반도체 칩의 후면에 형성된 전달 통로를 통해 전달하는 전달부; 및 상기 반도체 칩에 형성되며, 상기 전달 통로로 전달되는 약물을 펌핑하여 상기 반도체의 후면에서 전면으로 관통하는 약물 배출부를 통해 배출시키는 펌핑부를 포함하며, 상기 초음파 트랜스듀서는 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서(micro-machined untrasonic transducer)를 포함하고, 상기 반도체 칩의 전면에 초음파 발생 셀들이 형성되며, 상기 반도체 칩의 후면에 상기 초음파 발생 셀들을 위한 공간이 형성될 수 있다.

Description

마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서를 포함하는 약물 주입 장치 {DRUG INJECTION APPARATUS including Micro-machined Ultrasonic Transducer}

본 발명은 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서를 포함하는 약물 주입 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 트랜스듀서 예를 들어, 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서를 이용하여 약물을 주입시킬 수 있는 약물 주입 장치에 관한 것이다.

유가물을 사람의 체내에 투여하는 수법으로서, 경구적 투여법과 경피적 투여법이 있다. 주사는 대표적인 경피적 투여법이다. 그러나, 주사는 의사나 간호사의 손을 거쳐야만 하고, 고통이 따르며, 게다가 에이즈나 B형 간염 등의 감염의 가능성도 있어 많은 사람들에게 환영받지 못하는 수법이다. 이에 반해, 최근 마이크로니들 어레이를 이용한, 고통을 수반하지 않는 경피적 투여법이 주목받고 있다. 여기서, 유가물이란 약물이나 화장품과 같이 인체에 투여되어 바람직한 효과를 나타내는 것을 말한다.

피부 각질층은 유가물 투과의 배리어로서 기능하여, 단순히 피부 표면에 유가물을 도포하는 것만으로는 유가물이 충분히 투과되지 않는다. 이에 반해 미소한 바늘, 즉 마이크로니들을 이용하여 각질층을 천공함으로써, 도포법보다 유가물 투과 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 이 마이크로니들을 기판 위에 다수 집적한 것이 마이크로니들 어레이이다. 또한, 마이크로니들 어레이에, 마이크로니들 어레이를 피부에 부착시키기 위한 점착 테이프 등을 부가하여 사용하기 쉬운 제품으로 만든 것을 마이크로니들 패치라 한다. 여기서 테이프란, 필름, 또는 천 또는 종이에 점착제를 도포한 것을 말한다.

수용성 고분자 등 체내에서 용해되어 대사에 의해 소실되는 물질을 소재로 하여 마이크로니들을 제조하면, 마이크로니들이 꺾여 피부 내에 잔존한다고 해도 문제가 발생하지는 않는다. 그뿐만 아니라, 수용성 고분자 중에 유가물을 포함시켜 두면, 찔러 넣은 마이크로니들이 체내에서 용해됨으로써, 용이하게 유가물을 피내나 피하에 투여할 수 있다.

하지만, 기존의 마이크로니들은 주사보다는 덜하지만 환자가 따끔거리고 아플 수 있으며, 약물 일체형 마이크로니들의 경우 약물이 녹음에 따라 마이크로니들 형태의 변형에 따라 침투효과가 감소할 수 있다. 또한, 진피까지 피부 깊숙하게 침투하기 어렵고, 약물 침투 및 확산에 오랜 시간이 걸리며, 개인에 따라 적용량과 주기 등을 적용할 수 없다는 문제점이 있다.

따라서, 새로운 약물주입 장치의 필요성이 대두된다.

한국공개특허공보 10-2017-0137471호는 이러한 초음파를 이용한 약물 및 화장품 주입 장치에 관한 것으로, 초음파 에너지를 이용하여 환부에 도포된 약물을 비침습적으로 투약시키는 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.

본 발명의 실시예들은, 초음파 트랜스듀서 예를 들어, 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서를 이용하여 약물을 주입시킬 수 있는 약물 주입 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 약물 주입 장치는 반도체 칩에 형성되는 초음파 트랜스듀서; 상기 반도체 칩의 후면에 약물을 주입하는 약물 주입부; 상기 약물을 상기 반도체 칩의 후면에 형성된 전달 통로를 통해 전달하는 전달부; 및 상기 반도체 칩에 형성되며, 상기 전달 통로로 전달되는 약물을 펌핑하여 상기 반도체 칩의 후면에서 전면으로 관통하는 약물 배출부를 통해 배출시키는 펌핑부를 포함한다.

상기 초음파 트랜스듀서는 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서(micro-machined untrasonic transducer)를 포함하고, 상기 반도체 칩의 전면에 초음파 발생 셀들이 형성되며, 상기 반도체 칩의 후면에 상기 초음파 발생 셀들을 위한 공간이 형성될 수 있다.

상기 약물 주입 장치는 상기 초음파 발생 셀들을 위한 공간(cavity), 상기 약물 주입부를 위한 공간, 상기 전달 통로를 위한 공간, 상기 약물을 펌핑하기 위한 공간 및 상기 약물을 배출하기 위한 공간을 동일 레이어로 형성할 수 있다.

상기 약물 배출부는 상기 반도체 칩의 중앙 영역에 형성되거나 상기 반도체 칩의 적어도 하나의 측면 영역에 형성될 수 있다.

상기 전달부는 상기 전달 통로에 배치된 윅(wick)에 의한 표면장력을 이용하여 상기 주입된 약물을 전달하며, 상기 윅은 상기 약물 주입부에서 상기 약물 배출부로 갈수록 점차적으로 조밀하게 배치될 수 있다.

상기 펌핑부는 압전소자를 이용하여 구동하고, 상기 약물을 펌핑하기 위한 공간의 유입통로에 대한 폭보다 배출통로에 대한 폭이 크게 형성되는 밸브리스 펌프로 구현될 수 있다.

상기 펌핑부는 상기 반도체 칩의 전면에 형성된 전기배선의 전기저항 열히터를 배치시켜 상기 전달 통로로 전달되는 약물을 펌핑할 수 있다.

상기 초음파 트랜스듀서는 상기 약물 배출부를 통해 배출되는 약물을 피부의 제1 깊이까지 침투시키기 위한 제1 주파수의 초음파 발생 셀들; 및 상기 약물 배출부를 통해 배출되는 약물을 피부의 제2 깊이까지 침투시키기 위한 제2 주파수의 초음파 발생 셀들을 포함할 수 있다.

상기 초음파 트랜스듀서는 상기 초음파 발생 셀들을 멀티 채널로 구성하고, 상기 약물의 흡수를 향상시키기 위하여 상기 멀티 채널의 초음파 발생 셀들을 이용하여 피부의 내부 깊이별 빔을 집속시킬 수 있다.

상기 초음파 트랜스듀서는 300KHz 보다 낮은 주파수의 초음파를 발생시키는 제1 초음파 발생 셀들; 및 1MHz 보다 높은 주파수의 초음파를 발생시키는 제2 초음파 발생 셀들을 포함할 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 주입 장치는 상기 약물 배출부 전면에 형성되는 마이크로니들을 더 포함할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 주입 장치는 상기 주입된 약물을 상기 약물 배출부로 배출시키고, 피부의 내부로 초음파 빔을 집속시켜 상기 약물이 상기 피부의 내부로 주입되도록, 상기 초음파 트랜스듀서와 상기 펌핑부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 약물을 주입시키기 위한 환자의 정보와 상기 환자의 모니터링을 통해, 상기 초음파 트랜스듀서와 상기 펌핑부를 제어함으로써, 상기 약물을 상기 환자에게 주입하는 시점과 주기를 제어할 수 있다.

상기 약물 주입 장치는 배터리 구동 패치 타입 또는 펜(pen) 타입으로 구현될 수 있다.

상기 약물 주입 장치는 상기 약물 주입부의 약물 자체 중력을 이용하여 상기 약물을 상기 약물 배출부로 이송할 수 있다.

상기 초음파 트랜스듀서는 전기배선을 포함하고, 상기 약물 주입 장치는 상기 전기배선을 포함한 초음파 트랜스듀서를 이용하여 미세전류를 발생시켜 피부에 인가함으로써, 상기 약물 배출부를 통해 배출되는 약물의 침투를 향상시킬 수 있다.

상기 약물 주입 장치는 상기 약물 주입 장치와 통합된 통신 모듈과 휴대 단말 간의 통신을 통해 상기 환자의 모니터링에 대한 정보를 수신할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 초음파 트랜스듀서 예를 들어, 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서를 이용하여 약물을 주입시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 환자 정보와 환자의 모니터링을 통해 약물 주입 시점과 주기를 제어할 수 있는 약물 주입 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 고주파의 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서와 저주파의 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서를 이용하여 고주파의 초음파 빔과 저주파의 초음파 빔을 피부에 집속시킴으로써, 약물의 흡수를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 주입 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 약물 주입 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 약물 주입 장치를 이용하여 피부에 약물을 주입하는 개념을 나타낸 일 예시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 약물 주입 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.

본 발명의 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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

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 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예들은, 초음파 트랜스듀서 예를 들어, 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서(MUT; micro-machined ultrasonic transducer), 피에조 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서(pMUT; piezo micro-machined ultrasonic transducer) 등을 이용하여 피부에 약물을 투입시킬 수 있는 반도체형 약물 주입 장치를 제공하는 것을 그 요지로 한다.

이 때, 본 발명은 랩온어칩(Lab-on-a-Chip)으로 약물 주입 장치를 구현할 수 있으며, 저주파 예를 들어, 300KHz 보다 낮은 저주파의 초음파를 발생시키기 위한 초음파 발생 셀들과 고주파 예를 들어, 1MHz 보다 높은 고주파의 초음파를 발생시키기 위한 초음파 발생 셀들을 포함하도록 초음파 트랜스듀서를 형성할 수 있다.

나아가, 본 발명은 반도체 칩의 일면 예를 들어, 반도체 칩의 후면에 초음파 발생 셀들을 위한 공간(cavity), 약물을 주입하기 위한 수단 예를 들어, 약물 카트리지로부터 반도체 칩으로 약물이 주입되는 약물 주입부를 위한 공간, 주입된 약물이 전달되는 전달 통로를 위한 공간, 전달 통로로 전달되는 약물을 펌핑하기 위한 공간 및 펌핑에 의하여 약물을 외부로 배출하기 위한 공간을 동일 레이어로 형성할 수 있다.

이러한 본 발명의 약물 주입 장치는 마이크로니들이 없이 배터리 구동 패치 타입이나 펜(pen) 타입으로 구현될 수 있으며, 상황에 따라 이렇게 구현된 약물 주입 장치의 반도체 칩 전면 즉, 피부와 접촉하는 전면의 약물 배출구 또는 약물 배출부에 마이크로니들이 형성될 수도 있다. 물론, 이런 마이크로니들의 형성 여부는 본 발명의 기술을 제공하는 사업자 또는 개인에 의해 결정될 수 있다.

더 나아가, 본 발명은 약물을 배출하는 약물 배출구 또는 약물 배출부가 반도체 칩의 중앙 영역에 형성될 수도 있고, 반도체 칩의 측면 영역의 일부에 하나 이상 형성될 수도 있다.

이러한 본 발명의 약물 주입 장치에 대해 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약물 주입 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.

도 2을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 약물 주입 장치는 초음파 발생 셀들을 포함하는 초음파 트랜스듀서(110), 약물 카트리지 등과 같은 약물 주입 수단을 통해 주입되는 약물을 약물 주입 장치로 주입하는 약물 주입부(120), 윅 구조를 포함하며 약물 주입부(120)를 통해 주입되는 약물을 전달하기 위한 전달 통로가 형성되는 전달부(130), 전달부의 전달 통로로 전달되는 약물을 펌핑하여 약물을 배출하는 약물 배출부(150)를 통해 배출시키는 펌핑부(140)를 포함한다.

초음파 트랜스듀서(110)는 반도체 칩의 전면에 형성되는 초음파 상부 전극과 초음파 하부 전극 그리고 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성되는 박막 압전층(예를 들어, 1um의 두께로 형성되는 박막 압전층)이 멀티 채널로 형성하고, 반도체 칩의 후면에 초음파 발생 셀들을 위한 공간(cavity)을 형성함으로써, 초음파 발생 미소진동자를 형성하고, 이를 통해 미리 설정된 주파수의 초음파 트랜스듀서를 구성한다. 즉, 반도체 칩의 전면에 형성된 전극의 위치에 대응되게 반도체 칩의 후면에 초음파 발생 셀들을 위한 공간이 형성됨으로써, 초음파 트랜스듀서를 형성할 수 있다.

여기서, 초음파 트랜스듀서(110)는 피에조 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 원형의 멀티 채널로 형성할 수 있다.

즉, 초음파 트랜스듀서(110)는 저주파 예를 들어, 300KHz 보다 낮은 저주파의 초음파 발생 셀들과 고주파 예를 들어, 1MHz 보다 높은 고주파의 초음파 발생 셀들을 미리 설정된 형상과 위치에 형성함으로써, 저주파와 고주파의 멀티 채널을 형성하고, 이렇게 형성된 저주파의 초음파 발생 셀들과 고주파의 초음파 발생 셀들을 이용한 초음파 빔 집속을 통해 침투 깊이가 짧은 고주파에 의한 피부 겉면과 침투 깊이가 깊은 저주파에 의한 약물 침투 향상을 이룰 수 있다.

이 때, 초음파 트랜스듀서(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 칩의 전면에 원형 형상으로 전극이 형성되었지만, 이에 한정하지 않으며 저주파와 고주파의 초음파에 의해 피부로의 약물 침투 향상을 위한 다양한 형상으로 전극이 배치될 수도 있다.

물론, 초음파 트랜스듀서(110)는 제어부(MCU)(160)에 의해 제어를 통해 저주파의 초음파 발생 셀들과 고주파의 초음파 발생 셀들이 제어될 수 있으며, 제어부(MCU)는 초음파 트랜스듀서의 구동 시점과 구동 주기 등을 제어할 수 있고, 상황에 따라 저주파의 초음파 발생 셀들과 고주파의 초음파 발생 셀들을 순차적으로 구동되도록 제어하거나 동시에 구동되도록 제어할 수도 있으며, 교번하여 구동되도록 제어할 수도 있다.

여기서, 제어부(160)는 환자에 대한 정보나 환자를 모니터링한 결과를 수신할 수 있는 경우, 환자 정보와 환자의 모니터링 결과를 통해 초음파 트랜스듀서를 제어함으로써, 약물을 환자에게 주입하는 시점과 주기를 제어할 수도 있다. 물론, 약물을 환자에게 주입하는 시점과 주기는 본 발명의 기술을 제공하는 사업자나 개인에 의해 결정될 수 있으며, 이러한 데이터는 다양한 실험 데이터를 통해 미리 결정될 수도 있다.

예를 들어, 제어부(160)는 약물 주입 장치와 통합된 통신 모듈과 환자에 대한 정보나 환자에 대한 모니터링 결과 등을 제공할 수 있는 휴대 단말 간의 통신을 통해 환장에 대한 정보와 환자의 모니터링에 대한 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다.

나아가, 초음파 트랜스듀서(110)는 저주파용 초음파 발생 셀들과 고주파용 초음파 발생 셀들의 배치를 다양하게 적용할 수 있으며, 중앙 영역에 저주파용 초음파 발생 셀들을 배치시키고 외부에 고주파용 초음파 발생 셀들을 배치시킬 수도 있고, 저주파용 초음파 발생 셀들과 고주파용 초음파 발생 셀들을 순차적으로 배치시킬 수도 있다.

이러한 약물 주입 장치는 반도체 칩의 후면을 지지하는 지지대 또는 미세유로 칩의 후면 상에 다양한 구성 수단 예를 들어, 약물 주입 수단(약물 카트리지), 제어 수단(MCU), 약물 주입 장치를 구동하기 위한 구동 보드와 약물 주입 장치에 전원을 인가하기 위한 배터리 등이 구현될 수 있다. 물론, 약물 주입 장치의 구성 수단은 상술한 구성으로 한정되지 않으며, 본 발명에 필요한 모든 구성 수단이 포함될 수 있다.

약물 배출부 또는 약물 배출구(150)는 반도체 칩의 전면과 후면을 관통하도록 형성되며, 펌핑부에 의해 반도체 칩의 후면에서 전달되는 약물를 배출시킴으로써, 초음파 발생 셀들에 의해 피부에 형성된 약물 투입 통로로 약물을 배출시킨다. 즉, 약물 배출부는 전달 통로를 포함하는 전달부의 종단에 배치되어 전달 통로 예컨대, 약물 통로와 연결되는 공간으로 형성될 수 있다.

비록, 도 1에서 약물 배출부(150)가 반도체 칩의 중앙 영역에 형성되는 것으로 도시되었지만, 본 발명의 약물 주입 장치에서 약물 배출부가 이에 제한되거나 한정되지 않으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 칩의 외곽 영역 또는 측면 영역에 적어도 하나 이상 형성될 수도 있다. 물론, 도 4의 경우, 약물 주입부로 주입된 약물을 펌핑부에 의한 펌핑에 의해 약물 배출부로 배출시키기 위한 통로가 약물 배출부 각각에 대하여 형성된다. 이 때, 도 4의 경우, 약물 배출부가 반도체 칩을 관통하도록 형성되지 않고, 외부 영역의 지지대를 통해 형성되는 것으로 도시하였지만, 이에 제한되거나 한정되지 않으며, 반도체 칩의 외곽 영역의 일부를 관통시킴으로써, 반도체 칩의 후면과 전면이 관통되는 약물 배출부가 형성될 수도 있다.

약물 주입부(120)는 약물 카트리지를 통해 주입되는 약물을 반도체 칩의 후면으로 주입하기 위한 공간(cavity)을 의미하는 것으로, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 지지대를 관통시킨 공간으로 형성될 수 있다.

이 때, 약물 주입부(120)는 약물 카트리지로부터 주입되는 약물을 반도체 칩의 후면으로 주입시키기 위한 형상과 그 크기 등이 결정될 수 있다.

전달부(130)는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 약물 주입부를 통해 주입된 약물을 전달하기 위하여, 전달 통로가 형성되고, 이러한 전달 통로를 위한 공간을 이용하여 약물을 약물 배출부로 전달한다.

이 때, 전달부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 칩 내에 이러한 전달 통로를 위한 공간을 형성하거나 도 2에 도시된 바와 같이, 지지대에 전달 통로를 위한 공간을 형성함으로써, 형성될 수 있으며, 전달 통로에 윅(wick) 구조를 포함하여 형성함으로써, 윅에 의한 표면 장력을 이용하여 전달 통로로 주입된 약물을 전달할 수 있다. 윅 구조는 약물 주입부에서 약물 배출부로 갈수록 점차적으로 조밀하게 배치됨으로써, 표면 장력을 극대화하고 유체 저항을 최소화할 수 있다. 물론, 윅과 윅 구조는 본 발명의 기술 분야에 종사하는 당업자라면 알 수 있기에 그 상세한 설명은 생략한다.

펌핑부(140)는 전달부(130)의 전달 통로로 주입된 약물을 약물 배출부(150)로 펌핑하는 수단으로, 펌프 기능을 수행한다. 즉, 펌핑부는 반도체 칩의 전면에 상부 전극과 하부 전극 그리고 상부 전극과 하부 전극 사이에 압전 소자를 포함할 수 있으며, 반도체 칩의 후면에 약물을 펌핑하기 위한 공간이 형성될 수 있다.

이러한 펌핑부(140)는 전달 통로가 위치하는 공간에 대응하는 반도체 칩의 전면 일부 영역에 형성될 수 있으며, 펌핑부의 전극과 이에 대한 공간은 대응되는 위치에 형성되고, 이러한 위치는 펌핑 기능을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다.

그리고, 펌핑부(140)의 전극과 초음파 트랜스듀서(110)의 전극은 PCB 기판 상에 형성된 전극 패드와 전기적으로 연결됨으로써, 제어부에 의한 제어에 의해 전력이 인가될 수 있다.

나아가, 펌핑부(140)는 압전소자를 펌프로 구동하고, 약물을 펌핑하기 위한 공간의 유입통로에 대한 폭보다 배출통로에 대한 폭이 크게 형성되는 밸브리스 펌프로 구현될 수도 있으며, 반도체 칩의 전면에 형성된 전기배선의 전기저항 열히터를 배치시켜 전달 통로로 전달되는 약물을 펌핑할 수도 있다. 물론, 펌핑부가 상술한 구성으로 제한되거나 한정되지 않으며, 약물 주입 장치에 적용 가능한 모든 펌핑 수단이 구현될 수도 있다.

상황에 따라, 약물 주입 장치는 약물 주입부를 높게 배치시킴으로써, 약물을 중력의 힘으로 주입되도록 할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 약물 주입 장치는 반도체 칩에 구현된 초음파 트랜스듀서 예를 들어, pMUT를 포함하는 것으로, 이러한 약물 주입 장치는 수천개의 미소 진동소자와 별도로 칩의 후면에 약물을 피부에 투여하기 위한 전달 장치 즉, 약물 주입부, 전달부, 약물 배출부 및 펌핑을 위한 공간을 조성할 수 있다.

이러한 전달 장치는 약물 주입부, 약물 주입부에서 약물 배출부까지의 전달 통로, 펌핑부 그리고 약물 배출부의 기능을 포함하는데, 이러한 기능을 수행하기 위한 각각의 공간(cavity)를 한 개의 레이어로 형성할 수 있다.

상술한 구성을 통해 형성된 약물 주입 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 고주파의 초음파 발생 셀들에 의한 피부 겉면의 빔 집속과 저주파의 초음파 발생 셀들에 의한 피부 깊숙히 빔을 집속시킴으로써, 피부 깊이 별로 에너지를 집속시켜 초음파 파워와 열 집중에 의해 약물 투입 통로가 확장되고, 따라서 약물 배출부를 통해 배출되는 약물이 약물 투입 통로를 통해 피부 깊숙히 투입될 수 있다.

나아가, 본 발명의 약물 주입 장치는 마이크로니들이 없이 배터리 구동 패치 타입이나 펜(pen) 타입으로 구현될 수 있으며, 상황에 따라 이렇게 구현된 약물 주입 장치의 반도체 칩 전면 즉, 피부와 접촉하는 전면의 약물 배출구 또는 약물 배출부에 마이크로니들이 형성될 수도 있다. 물론, 이런 마이크로니들의 형성 여부와 그 크기와 형상 등은 본 발명의 기술을 제공하는 사업자 또는 개인에 의해 결정될 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 약물 주입 장치는 약물 펌핑력에서 약물 주입부의 약물 자체 중력을 이용하여 약물을 약물 배출부로 이송할 수도 있으며, 초음파 트랜스듀서는 전기배선을 포함하고, 전기배선을 포함한 초음파 트랜스듀서를 이용하여 미세전류를 발생시켜 피부에 인가함으로써, 약물 배출부를 통해 배출되는 약물의 침투를 향상시킬 수도 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, 산술논리연산장치(ALU, arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, 설계가능논리소자(FPGA, field programmable gate array), 프로그래밍가능논리장치(PLU, programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시 예에 따른 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 실시 예를 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.

이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

반도체 칩에 형성되는 초음파 트랜스듀서;
상기 반도체 칩의 후면에 약물을 주입하는 약물 주입부;
상기 약물을 상기 반도체 칩의 후면에 형성된 전달 통로를 통해 전달하는 전달부; 및
상기 반도체 칩에 형성되며, 상기 전달 통로로 전달되는 약물을 펌핑하여 상기 반도체 칩의 후면에서 전면으로 관통하는 약물 배출부를 통해 배출시키는 펌핑부
를 포함하는 약물 주입 장치.
제1항에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서는
마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서(micro-machined ultrasonic transducer)를 포함하고,
상기 반도체 칩의 전면에 초음파 발생 셀들이 형성되며, 상기 반도체 칩의 후면에 상기 초음파 발생 셀들을 위한 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제2항에 있어서,
상기 약물 주입 장치는
상기 초음파 발생 셀들을 위한 공간(cavity), 상기 약물 주입부를 위한 공간, 상기 전달 통로를 위한 공간, 상기 약물을 펌핑하기 위한 공간 및 상기 약물을 배출하기 위한 공간을 동일 레이어로 형성하는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 약물 배출부는
상기 반도체 칩의 중앙 영역에 형성되거나 상기 반도체 칩의 적어도 하나의 측면 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전달부는
상기 전달 통로에 배치된 윅(wick)에 의한 표면장력을 이용하여 상기 주입된 약물을 전달하며,
상기 윅은
상기 약물 주입부에서 상기 약물 배출부로 갈수록 점차적으로 조밀하게 배치되는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 펌핑부는
압전소자를 이용하여 구동하고, 상기 약물을 펌핑하기 위한 공간의 유입통로에 대한 폭보다 배출통로에 대한 폭이 크게 형성되는 밸브리스 펌프로 구현되는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 펌핑부는
상기 반도체 칩의 전면에 형성된 전기배선의 전기저항 열히터를 배치시켜 상기 전달 통로로 전달되는 약물을 펌핑하는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제2항에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서는
상기 약물 배출부를 통해 배출되는 약물을 피부의 제1 깊이까지 침투시키기 위한 제1 주파수의 초음파 발생 셀들; 및
상기 약물 배출부를 통해 배출되는 약물을 피부의 제2 깊이까지 침투시키기 위한 제2 주파수의 초음파 발생 셀들
을 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제2항에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서는
상기 초음파 발생 셀들을 멀티 채널로 구성하고, 상기 약물의 흡수를 향상시키기 위하여 상기 멀티 채널의 초음파 발생 셀들을 이용하여 피부의 내부 깊이별 빔을 집속시키는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제2항에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서는
300KHz 보다 낮은 주파수의 초음파를 발생시키는 제1 초음파 발생 셀들; 및
1MHz 보다 높은 주파수의 초음파를 발생시키는 제2 초음파 발생 셀들
을 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 약물 배출부 전면에 형성되는 마이크로니들
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 주입된 약물을 상기 약물 배출부로 배출시키고, 피부의 내부로 초음파 빔을 집속시켜 상기 약물이 상기 피부의 내부로 주입되도록, 상기 초음파 트랜스듀서와 상기 펌핑부를 제어하는 제어부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제12항에 있어서,
상기 제어부는
상기 약물을 주입시키기 위한 환자의 정보와 상기 환자의 모니터링을 통해, 상기 초음파 트랜스듀서와 상기 펌핑부를 제어함으로써, 상기 약물을 상기 환자에게 주입하는 시점과 주기를 제어하는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 약물 주입 장치는
배터리 구동 패치 타입 또는 펜(pen) 타입으로 구현되는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 약물 주입 장치는
상기 약물 주입부를 상기 약물 배출부보다 높게 배치시킴에 따라, 상기 약물 주입부의 약물 자체 중력을 추가로 이용하여 상기 약물을 상기 약물 배출부로 이송하는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.
삭제
제13항에 있어서,
상기 약물 주입 장치는
상기 약물 주입 장치와 통합된 통신 모듈과 휴대 단말 간의 통신을 통해 상기 환자의 모니터링에 대한 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 약물 주입 장치.