KR102498363B1 - 바늘형 마이크로로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타겟의 정확한 위치에 배치되어 고유 기능을 수행하는 마이크로로봇에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 마이크로로봇은 베이스부, 베이스부를 기준으로 형성되는 블레이드를 포함하는 스크류부 및 베이스부의 일단에 배치되어 타겟에 침투하는 니들부를 포함한다.

Description

바늘형 마이크로로봇{NEEDLE-TYPE MICROROBOT}

본 발명은 바늘형 마이크로로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타겟의 정확한 위치에 배치되어 고유 기능을 수행하는 바늘형 마이크로로봇에 관한 것이다.

마이크로로봇은 미세혈관, 뇌척수액, 안구 등 신체 내부에서 약물 또는 세포를 원하는 위치로 전달하기 위하여 사용되고 있다.

그런데, 이러한 마이크로로봇은 인체 특정 부위에 도달한 후, 고유 기능(약물 또는 세포 전달)을 수행하는 과정에서 정확한 위치에 고정되어야 하는데, 종래 기술에 따르면 유체 환경에서 혈액 유속에 따라 정확한 위치에 마이크로로봇을 유지하기 위하여는 지속적인 자기장 제어가 수행되어야만 한다.

이러한 점에 의하여, 변동되는 혈액 유속과 방향을 지속적으로 모니터링하고, 마이크로로봇이 해당 위치에 포지셔닝하도록 자기장 제어를 지속 적으로 수행하여야 함에 따른 로드가 발생하여 마이크로로봇 제어의 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

(특허문헌 1) KR 10-2005-0095639 A
(특허문헌 2) KR 10-1554696 B
(특허문헌 3) US US20100001592 A

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 일단에 니들부가 배치되고, 해당 니들부가 타겟에 고정되어 유속에 의해 떠내려가지 않도록 방지함으로써, 마이크로로봇의 타겟에 대한 고유 기능 수행의 안정성을 확보하고, 자기장 제어의 지속 수행에 따른 로드를 해소하는 것이 가능한 바늘형 마이크로로봇을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일면에 따른 바늘형 마이크로로봇은 베이스부, 베이스부를 기준으로 형성되는 블레이드를 포함하는 스크류부 및 베이스부의 일단에 배치되어 타겟에 침투하는 니들부를 포함한다.

본 발명에 따른 바늘형 마이크로로봇은 니들 구조에 의해 특정 타겟에 고정됨으로써, 유속이 존재하는 환경에서 자기장 제어를 지속하지 않고서도 안정적으로 자세를 유지하여 목표한 기능(약물 또는 세포 전달)이 안정적으로 수행되는 것이 가능한 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 바늘형 마이크로로봇의 니들부와 스크류부에 약물 또는 세포를 부착하여 이를 특정 타겟에 정확히 전달하는 것이 가능하여, 부작용을 최소화하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 니들부와 스크류부의 길이를 조절하여, 타겟의 종류 또는 타겟의 고유 형상에 따라 다양한 양태로 약물 또는 세포 전달이 가능한 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 니들부 또는 스크류부를 스캐폴드 타입으로 구성하여 약물 또는 세포의 탑재량을 늘림으로써, 약물 또는 세포 전달의 효율성을 증대하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 바늘형 마이크로로봇의 본체를 생분해성 재료와 약물의 화합물로 구성함으로써, 바늘형 마이크로로봇 내부에 약물을 선적함과 더불어 그 본체 자체를 일종의 약물 수용공간으로 사용함으로써, 약물 전달량을 증가시키는 것이 가능한 효과가 있다.

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

도 1은 종래 기술에 따른 마이크로로봇의 지지체를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바늘형 마이크로로봇을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 바늘형 마이크로로봇의 스크류부와 니들부의 설계 적용에 따른 변형례를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 바늘형 마이크로로봇의 블레이드의 개수와 관련한 변형례를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스캐폴드 타입 바늘형 마이크로로봇을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바늘형 마이크로로봇의 고정 특성 향상 효과를 확인한 실험 사진을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 실시예에 따른 바늘형 마이크로로봇의 니들부 길이 조절 및 약물/세포 전달 과정을 나타내는 도면이다.

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.

본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 당업자의 이해를 돕기 위하여 종래 기술에 따른 마이크로로봇의 생체 지지체 형상을 도시한 도 1을 참조하여, 종래 기술의 문제점을 서술한다.

종래 기술에 따른 마이크로로봇은 세포 또는 약물의 선적량을 증대하기 위해, 스캐폴드 타입으로 형성되는 기술이 제안되었다.

종래 기술에 따른 마이크로로봇은 외부에서 인가되는 자기장에 의해 체내에서 이동되어, 타겟으로 향한다.

종래 기술에 따르면, 마이크로로봇을 타겟으로 이동하기 위한 자기장 제어와, 타겟 주변에 도달한 경우 타겟의 정확한 위치로 정밀 제어하기 위한 자기장 제어와, 타겟의 정확한 위치로 배치한 후 그 포지션을 유지하기 위한 자기장 제어가 모두 수행되어야 한다.

즉, 유체 환경에서 혈액 흐름에 따라, 타겟의 정확한 위치로 마이크로로봇을 위치한 이후에도, 지속적으로 유속을 체크하고 마이크로로봇이 정확한 위치로부터 벗어나지 않도록 자기장 제어를 지속적으로 수행하여야 하여, 제어 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 서술하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 바늘형 마이크로로봇(100)은 베이스부(110), 베이스부(110)를 기준으로 외방으로 형성되는 블레이드를 포함하는 스크류부(120) 및 베이스부(110)의 일단에 배치되어 타겟에 고정되는 니들부(130)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 스크류부(120)는 외부에서 인가되는 자기장에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전하여 바늘형 마이크로로봇(100)에 대한 추진력 또는 역추진력을 발생시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 니들부(130)는 베이스부(110)의 일단에서 멀어질수록 그 단면이 감소하는 바늘 형상으로 형성되며, 타겟의 종류와 약물(세포 포함) 깊이에 따라 그 길이에 대한 다양한 설계 변경이 가능하다.

예컨대, 니들부(130)의 길이를 50um로, 스크류부(120)의 길이를 250um로 구성할 수 있으며,

도 3에 도시한 바와 같이, 좌측에서부터 우측으로 갈수록 니들부의 길이와 스크류부의 길이가 100um와 400um, 100um와 200um, 50um와 250um로 설계 가능하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 각각의 목적에 따른 약물 전달 깊이에 따라 니들부(130)의 길이가 변경되는 것 외에, 블레이드의 단면 지름, 즉 스크류부(120)의 너비 역시 목적에 따라 그 변경이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 블레이드는 도 4의 좌측에 도시한 바와 같이 1개 또는 도 4의 우측에 도시한 바와 같이 4개로 제작될 수 있다.

블레이드의 개수는 구동 영역에 따라 추진 효율성을 컨트롤 하기 위한 사항으로, 회전 자기장에 의해 코르크스크류 모션으로 높은 효율성을 가진 구동이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 바늘형 마이크로로봇은 이광자 중합법(two photon polymerization) 기술로 폴리머 물질을 노광하여 제작할 수 있다.

또한, 다양한 증착 방식(sputter, e-beam evaporation system)에 따라 자화물질(예: 니켈)과 생체 적합성 물질(예: Ti)를 증착할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 바늘형 마이크로로봇은 생체 적합성 물질, 생분해성 물질, 생체 비활성 물질로 제작될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 니들부, 베이스부 및 스크류부는 생분해성 재료와 약물의 혼합물로 형성되어, 그 구조체 자체가 약물을 선적하는 공간이 된다. 즉, 구조체의 크기와 형상을 추가로 변경하지 않고서도, 구조체 자체에 약물이 포함되도록 형성하는 바, 바늘형 마이크로로봇에 의해 전달되는 약물의 양을 증대시킬 수 있다.

다른 예로서, 바늘형 마이크로로봇 구조체를 형성하는 재료는 자성 나노 물질을 포함하고, 특정 주파수의 외부 자기장 인가 시 자성 나노 물질의 열 발생 기작으로 마이크로로봇 구조체가 녹으며, 선적된 약물과 구조체를 이루는 약물이 타겟으로 전달되어 치료 기능을 수행하는 것이 가능하다. 또는, 생분해성 재료는 기설정된 범위의 온도(체온) 및 시간이 지난 후 분해되도록 하는 고유 성질을 가지는 재료가 되도록 설계할 수 있다.

본 발명에 따르면, 니들부를 이용하여 타겟에 마이크로로봇을 정확히 고정시킬 수 있을 뿐 아니라, 마이크로로봇 구조체 자체에 약물을 포함시킴으로써, 생분해성 물질이 분해됨에 따라 그 약물을 타겟에 전달할 수 있으며, 이는 마이크로로봇의 내부 수용 공간에 선적되는 약물과 더불어 총 전달되는 약물의 양을 증가시키는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 바늘형 마이크로로봇은 베이스부(110) 또는 스크류부(120)가 격자를 형성하여, 표면적을 증가시켜 세포 또는 약물의 탑재량을 다량으로 탑재하는 것이 가능하며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 베이스부(110)와 스크류부(120)가 모두 격자로 형성된 예를 도시한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바늘형 마이크로로봇의 고정 특성 향상 효과를 확인한 실험 사진을 나타내는 도면이다.

도 6의 좌측 도면을 참조하면, 마이크로 채널 상에서, 타겟에 고정되지 않은 마이크로로봇은 30uL/min의 플로우 레이트(flow rate)에서 떠내려가는 것을 확인할 수 있다.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 니들부를 구비한 바늘형 마이크로로봇이 타겟에 고정되는 경우, 전술한 예보다 훨씬 큰 플로우 레이트인 300uL/min에서도 안정적으로 고정됨을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따르면 외부 회전 자기장을 인가하여 바늘형 마이크로로봇을 타겟에 정확히 배치함에 부가적으로, 바늘형 마이크로로봇의 일단에 구비된 니들부(130)를 타겟에 침투시켜 유속의 흐름에도 안정적으로 타겟의 정확한 위치에 고정되도록 함으로써, 바늘형 마이크로로봇을 배치한 이후 고정을 위한 용도로서 자기장 제어를 지속적으로 수행하여야 하는 불편함을 해소한다.

본 발명의 실시예에 따른 바늘형 마이크로로봇은, 타겟으로 이동하는 과정에서 니들부(130)에 의해 의도치 않은 부위에 고정될 가능성 또는 니들부(130)에 의해 조직이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 니들부(130)가 베이스부(110) 내부에 인서트된 상태로 이동한다.

바늘형 마이크로로봇이 타겟의 영역에 도달하면 니들부(130)는 돌출되며, 이 때 약물 전달 깊이 설정값에 따라서 베이스부(110) 외부로 돌출되는 니들부(130)의 길이 조절이 가능하다.

도 7a에 도시한 바와 같이, 베이스부(110) 내부에는 니들부(130)와 연결되는 자석(140)을 구비하여 외부 자기장 인가로부터 니들부(130)의 돌출 또는 삽입 동작이 제어될 수 있다.

도 7b에 도시한 바와 같이, 베이스부(110)는 내면에 기설정 간격의 홈(111)이 형성되어 있고, 니들부(130)는 몸체 기준 외주 방향으로 돌기(131)가 형성되어 있어, 타겟 영역 도달 시 베이스부(110)의 내부로부터 외부로 돌출되는 니들부(130)의 길이가 조절될 수 있다.

도 7c에 도시한 바와 같이, 바늘형 마이크로로봇이 타겟 영역에 도달하고, 니들부(130)가 타겟에 고정되면, 니들부(130)의 내부에 형성된 유로(132)를 통해 베이스부(110) 내부에 선적된 약물 또는 세포가 전달될 수 있다. 이 때, 니들부(130) 내부에 형성되는 유로(132)는 타겟 영역까지 이동할 시에는 폐쇄되어 있다가, 타겟 영역 도달에 따른 제어 신호에 의해 개방된다. 이 때, 유로의 개폐는 밸브에 의해 이루어진다.

또는, 바늘형 마이크로로봇이 타겟 영역에 토달하고, 니들부(130)가 타겟에 고정되면, 모세관 현상 또는 삼투압 현상에 의해 선적된 약물 또는 세포가 전달되도록 하는 것이 가능하다.

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.

110: 베이스부 120: 스크류부
130: 니들부 140: 자석

Claims (9)

1. 베이스부;
   상기 베이스부의 몸체 옆면에 배치되고 상기 베이스부의 외방으로 형성되는 블레이드를 포함하는 스크류부; 및
   상기 베이스부의 일단에 배치되어 타겟의 영역으로 이동되면, 상기 타겟에 침투하는 니들부를 포함하고,
   상기 베이스부의 내면에는 홈이 배치되고, 상기 홈은 상기 니들부에 배치된 돌기와 함께 상기 니들부의 돌출 길이를 조정하는 것
   인 바늘형 마이크로로봇.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 니들부는 탑재된 약물 또는 세포의 전달 깊이에 따라 그 길이가 조절되는 것
   인 바늘형 마이크로로봇.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 니들부는 상기 베이스부의 몸체 내부에 실장되고, 타겟 영역으로 접근함에 따라 슬라이딩 방식으로 상기 베이스부의 외부로 돌출되는 것
   인 바늘형 마이크로로봇.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 베이스부 및 스크류부 중 적어도 어느 하나는 격자로 형성되어 세포 또는 약물을 탑재하는 것
   인 바늘형 마이크로로봇.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 베이스부의 내부에 배치되는 자석을 더 포함하고, 상기 자석은 타겟의 영역으로 이동된 후 외부로부터 인가되는 자기장에 의해 상기 베이스부 내부에 인서트된 상기 니들부를 상기 베이스부의 외부로 돌출시키는 것
   인 바늘형 마이크로로봇.
   
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 니들부, 베이스부 및 스크류부는 생분해성 재료 및 약물의 혼합물로 구성되어, 상기 타겟의 영역에서 생분해성 재료가 분해됨에 따라 약물을 전달하는 것
   인 바늘형 마이크로로봇.

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