KR20110121244A - 대량생산이 용이한 중공형 미세바늘 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출성형 및 이형이 용이하며 불량률이 낮으며 대량 생산이 가능한 반쪽미세바늘편 및 이에 의해 제조되는 중공형 미세바늘에 관한 것이다. 보다 상세하게는 (A) 반쪽기판부(110); 및 (B) 상기 반쪽기판부(110)의 일말단 혹은 마주보는 양말단에 기판과 수직으로 돌출되고 뾰족한 첨단(121)을 가지며 상기 첨단(121)으로부터 반쪽기판부(110) 저면까지 유로용홈(122)이 형성된 하나 또는 복수개의 반쪽미세바늘부(120);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 미세바늘용 반쪽미세바늘편(片)(100) 및 이들의 결합에 의해 제조되는 중공형 미세바늘에 관한 것이다.

Description

대량생산이 용이한 중공형 미세바늘 및 그 제작 방법{Hollow Type Microneedle for Easy Mass Production and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 사출성형 및 이형이 용이하며 불량률이 낮으며 대량 생산이 가능한 반쪽미세바늘편 및 이에 의해 제조되는 중공형 미세바늘에 관한 것이다.

피부미용 성분 또는 약물을 피부에 도포하거나, 약물이 포함되어 있는 팩이나 패치 등을 붙여 유효성분을 피부 조직을 투과시켜서 체내에 전달하는 방식은 지속적인 약물 전달이 가능하고 고통이 없으며 이용이 간편하다는 장점이 있다. 그러나 피부 최외각의 10~60㎛ 두께의 각질층이 외부 물질의 체내 침투를 막기 때문에 피부에 바르기만 해서는 유효성분의 체내 흡수율이 매우 낮다. 특히 유효성분이 친수성이거나 분자량이 크면 그 흡수율은 더욱 낮아진다.

이에, 사람의 피부로부터 혈액을 추출하거나 약품을 체내로 주입하기 위하여 주사바늘을 이용한 투여 방법이 이용되어 왔다. 그러나 종래의 주사바늘은 직경이 밀리미터 단위이고, 길이는 센티미터 단위로, 피부에 존재하는 통점을 다수 자극하여 사용 시 대상자에게 상당한 고통을 준다. 이를 해결하기 위하여, 직경이 수십~수백㎛, 길이가 수십~수천㎛ 크기의 미세바늘(microneedle)이 개발되었는데, 미세바늘은 기존의 주사 바늘에 비해 직경이 작고 길이가 짧아서 자극하는 통점의 수를 줄여주기 때문에 대상자의 고통을 크게 줄여준다. 또한 이러한 미세바늘은 피부층에 약물을 전달할 때 표피층을 비롯한 피부에 집중적으로 분포되어 있는 랑게르한스 세포를 비롯한 여러 면역반응 기관을 자극하여 보다 효율적인 백신 투여도 가능하게 한다.

미세바늘은 침과 같이 바늘 내부에 구멍이 없는 솔리드 미세바늘과 일반 주사 바늘처럼 바늘 내부에 약물이나 체액을 전달할 수 있는 유로가 있는 중공형 미세바늘로 분류된다. 솔리드 미세바늘은 구조가 간단하기 때문에 제작이 비교적 용이하나 약물을 바늘 표면에 코팅해서 사용하거나 미세바늘을 적용하기 전후에 피부에 약물을 처리해야 하므로 사용이 번거로울 뿐 아니라, 적용 약물의 종류 및 투여량에 따라 적용에 제한이 따를 수 있다는 단점이 있다. 그에 비하여 중공형 미세바늘은 액상의 약물을 정량 투여하기 용이하며 미세바늘과 약물을 동시에 적용할 수 있으므로 보다 편리하게 사용할 수 있다.

또한, 유로가 있는 미세 바늘을 모세혈관이 있는 진피층까지 침투시키면 혈액을 추출할 수 있는데, 미세 바늘은 그 크기가 작기 때문에 신경을 최소한으로 자극하여 그 고통이 덜하고 미세 바늘의 길이를 모세혈관만 자극할 수 있는 길이로 제작하면 그 깊이 이상으로 침투될 염려가 없으므로 사용 시 전문적인 기술이 요구되지 않는다. 따라서 향후 소량의 혈액을 이용하여 여러 증상을 진단할 수 있는 미세화학진단시스템에 적용이 가능하며, 소량의 혈액을 추출하여 바로 진달할 수 있는 휴대용 의료진단시스템의 실현을 가능하게 하기도 한다.

그러나 직경이 수십~수백㎛에 불과한 미세바늘에 유로를 형성한 중공형 미세바늘은 솔리드 미세바늘에 비해 제조과정이 복잡하고 대량 생산이 용이하지 않다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 다양하게 변형된 구조의 중공형 미세바늘과 그 제조방법들이 개발된 바 있다.

미국특허 6187210호에서는 실리콘 웨이퍼를 에칭하여 유로가 있는 면내형 미세바늘을 제작하는 방법을 제안하였다. 이 방법에 의하면 가늘고 긴 형태의 바늘을 구현할 수 있으며, 바늘의 2차원 형상을 비교적 자유로이 설계할 수 있으나, 3차원 형상은 조절하기 어려워서 예리한 바늘 끝을 구현하기 어렵다. 또한, 실리콘이 깨지기 쉬운 물질이기 때문에 취급 시 많은 주의가 요구되며, 재료에 대한 생체 적합성 역시 아직까지 검증되지 않은 상태이다.

미국특허 6256533호에서는 미세바늘의 내부에 유로를 형성하기 위하여, 이에 해당하는 원기둥 형태의 코어가 있는 몰드와 미세바늘의 외형을 정의하는 몰드를 이용하거나, 미세바늘의 외형을 정의하는 몰드에 원기둥 형태의 코어가 일체로 형성된 몰드를 이용하여 고분자 성형을 하는 중공형 미세바늘 제작 방법을 개발하였다. 이러한 공정방법은 생체적합성 고분자를 이용할 수 있기 때문에 생물학적 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 미세바늘의 3차원 배열이 가능하여 다수의 미세바늘을 배열함으로써 약물의 체내 삽입 및 체액의 추출 속도를 빠르게 할 수 있다. 하지만 유로를 형성하기 위한 코어의 직경이 작은데 비해 그 길이는 매우 긴 고종횡비의 양각 구조물이기 때문에, 공정 중에 발생하는 고분자 수지에 의한 유압이나 몰드를 폐쇄할 때에 가해지는 힘에 의해 쉽게 변형될 수 있는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 911488호에서는 상기와 같은 문제를 해결하고자 도 10과 같이 개방형 유로가 있는 2개의 면내형(in-plane) 미세바늘(제1미세바늘과 제2미세바늘)을 결합하여 중공형 미세바늘을 제작하는 방법을 고안하였다. 도 11에는 상기와 같은 면내형 미세바늘을 사출성형에 의해 제조하는 공정의 단면도를 도시하였다. 사출성형 공정에서는 이젝팅 핀을 사용하여 금형으로부터 성형품을 밀어내는데, 미세바늘이 형성된 영역은 유로로 인하여 성형품의 두께가 기판에 비해 얇기 때문에 이젝팅 핀으로 미세바늘 영역에 힘을 가할 경우 부러지기가 쉽다. 또한 통상 이젝팅 핀에 의해 이형하는 과정에서 이젝팅 핀에 의한 자국이 남기 때문에 비교적 중요도가 낮은 부분에 이젝팅 핀을 배치하는 것이 바람직하다. 따라서, 미세바늘의 경우에는 도 11에 도시된 바와 같이 기판부분을 이젝팅 핀이 밀도록 하는 것이 바람직하다. 그러나 이 경우 이젝팅 핀에서 미세바늘의 첨단부까지의 거리가 멀기 때문에 첨단부를 이형하기 위해서는 큰 힘이 요구되며, 미세바늘의 두께가 통상 수십~수백㎛에 불과하기 때문에 이형과정에서 가이드부가 그 힘을 지탱하지 못하여 쉽게 부러질 수 있다. 이와같이 종래기술에 의한 면내형 미세바늘은 성형품을 금형에서 이형할 때에 성형품이 쉽게 부러지는 특성이 있으며, 면내형 미세바늘이 매우 얇아서 취급이 용이하지 않아 구현이 용이하지 않다는 문제가 있다.

미국특허 6187210호 미국특허 6256533호 대한민국 등록특허 911488호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 사출성형 및 이형이 용이하며 불량률이 낮아 중공형 미세바늘을 경제적으로 대량 생산할 수 있도록 하는 반쪽미세바늘편과 상기 반쪽미세바늘편의 결합에 의한 중공형 미세바늘을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 본 발명의 반쪽미세바늘편을 사출성형에 의해 용이하게 제작할 수 있는 사출성형용 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 반쪽미세바늘편이 결합에 의한 중공형 미세바늘의 제조 시 두 반쪽미세바늘편을 정밀하게 정렬시킬 수 있는 정렬지그를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 (A) 반쪽기판부(110); 및 (B) 상기 반쪽기판부(110)의 일말단 혹은 마주보는 양말단에 기판과 수직으로 돌출되고 뾰족한 첨단(121)을 가지며 상기 첨단(121)으로부터 반쪽기판부(110) 저면까지 유로용홈(122)이 형성된 하나 또는 복수개의 반쪽미세바늘부(120);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 미세바늘용 반쪽미세바늘편(片)(100)에 관한 것이다.

상기 반쪽미세바늘편(100)은 금속 또는 고분자재질인 것이 바람직하며, 특히 상기 고분자는 생체적합성 고분자인 것이 더욱 바람직하다.

상기 반쪽미세바늘부(120)는, 상기 반쪽기판부(110)에서 첨단(121) 방향으로 폭이 점차 좁아지는 것이 사출성형 시 이형이 용이하다. 마찬가지로, 상기 유로용홈(122)은 폭이 일정하거나 상기 반쪽기판부(110)에서 첨단(121) 방향으로 폭이 점차 넓어지도록 하는 것이 유리하다.

상기 반쪽미세바늘편(100)을 대칭되도록 결합하는 것에 의해 중공형 미세바늘(200)을 제작할 수 있다.

이때, 반쪽미세바늘편(100)을 대칭되도록 결합한다는 것은 결합에 의해 중공형 미세바늘(200)이 형성될 수 있도록 반쪽기판부(110)와 반쪽미세바늘부(120)의 결합면의 외곽 형상이 대칭된다는 것으로, 결합하는 반쪽미세바늘편(100)의 세부 형상이 대칭이라는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 상기 반쪽미세바늘편(100)의 반쪽기판부(110) 및 반쪽미세바늘부(120) 위치와 결합면 형상이 동일하면서 유로용홈(122)이 없는 반쪽미세바늘편(100)을 유로용홈(122)이 있는 반쪽미세바늘편(100)과 반쪽미세바늘부(120)가 대향되도록 결합하는 것에 의해 중공형 미세바늘(200)을 제작할 수도 있다.

상기 반쪽미세바늘편(100)에 복수개의 반쪽미세바늘부(120)가 형성되어 있다면, 반쪽미세바늘편(100)의 결합에 의해 반쪽기판부(110)상에 복수개의 중공형 미세바늘(200)이 형성된 중공형 미세바늘어레이의 형태로 중공형 미세바늘(200)을 얻을 수 있다. 또한, 상기 반쪽미세바늘편(100)에 반쪽기판부(110)의 양말단에 반쪽미세바늘부(120)가 형성되어 있다면, 이들의 말단부를 연속하여 결합시키는 것에 의해 다열의 중공형미세바늘 어레이를 얻을 수 있다.

상기 반쪽미세바늘편(100)의 결합은 대향면을 열융착 또는 초음파융착에 의해 접합하는 것으로 이루어 질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 반쪽미세바늘편(100)은 본 발명자가 출원한 대한민국 특허출원 2008-129332호와 같은 MEMS 공정에 의해 제작할 수 있으나, MEMS 공정에서는 감광재에 패턴을 정의하는 광원이 감광재의 두께가 증가함에 따라 투과량이 현저히 줄기 때문에 본 발명의 반쪽미세바늘편(100)에서 반쪽미세바늘부(120)에 대하여 수직으로 구성되는 비교적 넓은 면적의 기판을 일체로 가공하는 데 어려움이 있다. 한편, 정밀 기계 가공의 경우에는 절삭 공구의 직경이 작아지면 공구의 강도가 약해지므로 종횡비가 높은 미세 절삭 공구는 쉽게 변형될 수 있다. 따라서 정밀 기계 가공에 의해 본 발명의 반쪽미세바늘편(100)을 제조하더라도 유로용홈(122)이나 반쪽미세바늘부(120)와 같은 미세한 부분은 별도로 가공하는 것이 바람직하다. 이러한 문제들로 인하여 본 발명의 반쪽미세바늘편(100)은 사출성형에 의해 제조하는 것이 보다 바람직하다.

이에, 본 발명의 다른 일양태는 상기 반쪽미세바늘편(100)의 사출성형을 위한 금형(300)에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 반쪽미세바늘편(100)의 사출성형을 위한 금형(300)은 일 말단면에 반쪽기판부(110)와, 상기 반쪽기판부(110)와 동일 평면상에 돌출형성되는 뾰족한 첨단(121)을 갖는 반쪽미세바늘부(120)로 이루어지는 면내형 미세바늘의 형상이 반쪽미세바늘부(120)의 두께만큼 음각으로 형성되고, 상기 첨단(121)으로부터 반쪽기판부(110)가 형성된 말단까지 상기 음각보다 낮은 높이의 유로용돌기(311)가 형성된 제1금형부(310); 상기 제1금형부(310)에 정의된 반쪽기판부의 두께와 동일하도록 반쪽기판부(110)의 두께와 형상을 정의하는 음각이 상부 말단에 형성되며, 제1금형부(310)와 반쪽기판부(110)의 기판의 두께를 정의하는 면이 상호 대향되는 제2금형부(320); 및 반쪽기판부(110)의 밑면을 정의하는 제3금형부(330);를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 반쪽미세바늘편(100)의 사출성형을 위한 금형(300)에 관한 것이다. 이때, 반쪽미세바늘부(120)의 미세한 부분을 보다 정밀하게 가공할 수 있도록 상기 제1금형부(310)는 반쪽미세바늘부(120)의 형상을 정의하는 스탬퍼(312)를 포함하여 구성하도록 할 수 있다. 즉, 상기 제1금형부(310)는 일 말단면에 반쪽기판부(110)와, 상기 반쪽기판부(110)와 동일 평면상에 돌출형성되는 뾰족한 첨단(121)을 갖는 반쪽미세바늘부(120)의 형상이 상기 반쪽미세바늘부(120)의 두께만큼 음각으로 형성되고, 상기 첨단(121)으로부터 반쪽기판부(110)가 형성된 말단까지 상기 음각보다 낮은 높이의 유로용돌기(311)가 형성된 스탬퍼(312)와, 상기 스템퍼(312)의 음각이 형성된 면이 외부를 향하고, 반쪽기판부(110)에 해당하는 면이 상부 말단에 장착되도록 일말단면에 스탬퍼 형상의 음각이 형성되는 제4금형(313)으로 이루어지도록 할 수 있다.

상기 금형에 고분자수지가 충전되어 성형된 후 이형을 하기 위해서는 금형에 이젝팅핀(314)이 장착되어 있는 것이 편리하다. 상기 이젝팅핀(314)이 반쪽미세바늘부(120)를 밀어내도록 장착되는 경우, 이형과정에서 두께가 얇은 반쪽미세바늘부(120)가 부러질 우려가 있으며 부러지지 않더라도 이젝팅핀(314)으로 인한 흠집이 남게된다. 따라서 상기 이젝팅핀(314)이 상대적으로 두껍고 형상의 중요도가 낮은 반쪽기판부(110)를 밀어내도록 상기 제1금형부(310)에는 기판과 수직한 방향으로 이젝팅핀(314)이 장착되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 일양태는 반쪽미세바늘편(100)의 결합에 의한 중공형 미세바늘(200)의 제조 시 두 반쪽미세바늘편(100)을 정밀하게 정렬시킬 수 있도록 하는 정렬지그(400)에 관한 것이다. 본 발명의 정렬지그(400)는 본 발명에 의한 두 개의 반쪽미세바늘편(100)(이하, '제1반쪽미세바늘편(100)'과 '제2반쪽미세바늘편(100)'이라 한다)을 대칭적으로 결합할 때, 대향되어 결합하는 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)의 반쪽기판부(110)의 저면이 장착되는 제1지그(410); 상기 제1반쪽미세바늘편(100)의 반쪽기판부(110)를 사이에 두고 상기 제1지그(410)와 결합되며, 제1반쪽미세바늘편(100)의 반쪽미세바늘부(120)를 지지하는 걸림턱(422)이 형성되어 있는 제2지그(420); 및 상기 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)이 대향된 상태에서 상기 제2반쪽미세바늘편(100)의 반쪽기판부(110)를 사이에 두고 상기 제1지그(410)와 결합되는 한편, 미세바늘가압부(432)가 제2반쪽미세바늘편(100)의 미세바늘부를 제1반쪽미세바늘편(100)과의 대향면 방향으로 가압할 수있도록 제2지그(420)와 결합하는 제3지그(430);로 구성된다. 상기 제2지그(420)와 제3지그(430)는 반쪽미세바늘편(100)을 사이에 두고 제1지그(410)와 결합하기 때문에 제1지그(410)와의 사이에 반쪽미세바늘편(100)의 두께에 해당하는 공간이 생긴다. 따라서, 반쪽미세바늘편(100)이 정렬지그(400)에 의해 보다 안정되게 정렬되기 위해서는 상기 제1지그(410)에, 또는 상기 제2지그(420)와 제3지그(430)에 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100)의 장착면에 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100)의 반쪽기판부(110)의 두께에 해당하는 안착홈(421, 431)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)의 반쪽미세바늘부(120)를 보다 정밀하게 대향시키기 위해서 상기 제2지그(420)에는, 기판부의 미세바늘부가 형성된 말단에 2~4개의 정렬용돌기(123)가 미세바늘부가 돌출된 방향으로 미세바늘부와 평행하게 돌출 형성되어 있는 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100)의 정렬용돌기(123)에 의해 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100)의 위치를 고정시키는 정렬가이드(423)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 약물을 정량적으로 피부를 통해 주입할 수 있는 중공형 미세바늘의 대량생산이 용이하여 보다 저렴한 가격으로 제공할 수 있으므로 중공형 미세바늘의 상업적 이용 가능성이 향상 된다.

또한 본 발명에 의하여, 상용화된 중공형 미세바늘을 이용한 약물전달이 가능하므로 환자의 고통을 줄이면서도 시술자의 전문성은 덜 요구되며 약물의 전달 효율은 높일 수 있다.

또한 본 발명의 중공형 미세바늘을 이용한 체액 추출에 응용하면 환자의 고통을 최소화하면서 체액을 추출할 수 있고, 초소형 의료진단 기기에도 적용이 용이하다.

도 1은 본 발명에 의한 반쪽미세바늘편의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 중공형 미세바늘의 개념도.
도 3a 및 도 3b는 미세바늘어레이 형태로 제작된 본 발명의 일실시예에 의한 중공형 미세바늘의 개념도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 의한 사출성형을 위한 금형의 예시도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 의한 정렬지그의 구성도 및 일부 조립도.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 정렬지그가 조립된 상태의 정면도와 평면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 중공형 미세바늘 커넥터 구성의 예시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 중공형 미세바늘 어레이 커넥터 구성의 예시도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 중공형 미세바늘이 적용된 미세유체소자의 예시도.
도 10은 종래기술에 의한 중공형 미세바늘의 사시도.
도 11은 종래기술에 의한 중공형 미세바늘의 성형 공정 단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 중공형 미세바늘(200)용 반쪽미세바늘편(100)을 도시한 것이다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 상기 반쪽미세바늘편(100)은 반쪽기판부(110)와 반쪽미세바늘부(120)를 포함하여 구성되며, 반쪽미세바늘부(120)는 뾰족한 첨단(121)을 가지며 반쪽기판부(110)의 말단에 기판과 수직으로 돌출된다. 상기 반쪽기판부의 두께는 0.2~2.0mm인 것이 바람직하며, 반쪽미세바늘부의 직경은 수십~수백㎛, 길이는 수십~수천㎛ 범위인 것이 바람직하다. 상기 첨단(121)은 2차원 형상이거나 3차원 형상일 수 있다. 도 1에는 상기 반쪽미세바늘부(120)가 반쪽기판부의 일말단에 하나만 형성된 예만을 도시하였으나 일말단에 복수개가 형성될 수도 있으며, 마주보는 양말단에 형성될 수도 있다. 한편, 상기 반쪽미세바늘부(120)의 중앙에는 첨단(121)으로부터 반쪽기판부(110)의 저면까지 유로용홈(122)이 형성되어 있다.

상기 반쪽미세바늘편(100)은 금속 또는 고분자 재질일 수 있으며, 고분자의 경우에는 생체적합성 고분자인 것이 바람직하다.

도 2는 반쪽미세바늘편(100)의 조립에 의해 제조되는 본 발명의 중공형 미세바늘(200)의 일 실시예를 보여주는 개념도이다. 두 개의 반쪽미세바늘편(100)(제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100))을 대칭되도록 결합하는 것에 의해, 유로용홈(122)이 폐쇄형 유로(230)를 형성하게 되므로 기판부(210)와 미세바늘부(220)를 갖는 중공형 미세바늘(200)을 제작할 수 있다. 이때, 반쪽미세바늘편(100)을 대칭되도록 결합한다는 것은 결합에 의해 중공형 미세바늘(200)이 형성될 수 있도록 반쪽기판부(110)와 반쪽미세바늘부(120)의 위치와 최소한의 결합면의 외곽 형상이 대칭임을 의미한다. 결합면의 외곽 형상이 대칭이라면, 세부적인 미세바늘의 구조나 기판의 형상은 대칭적인 형상이 아니어도 무방하다. 예를 들어, 제1반쪽미세바늘편(100)의 첨단(121)은 2차원의 예리한 형상을 갖고, 제2반쪽미세바늘편(100)의 첨단(121)은 3차원의 예리한 형상을 갖도록 하거나, 제1미세바늘편의 반쪽미세바늘부(120)의 길이가 제2반쪽미세바늘편(100)의 반쪽미세바늘부(120)보다 길어, 유로의 일부가 개방형 유로를 형성하도록 할 수 있다. 유로용홈(122)의 형상 역시 한쪽은 유로용홈(122)이 오목하게 형성되어 있으나, 한쪽은 직각기둥 형상으로 형성될 수도 있다. 또는, 본 발명에 의한 반쪽미세바늘편(100)과 상기 반쪽미세바늘편(100)과 반쪽기판부(110) 및 반쪽미세바늘부(120)의 위치가 대칭적이면서 유로용홈(122)이 없는 반쪽미세바늘편(100)을 결합하여 중공형 미세바늘(200)을 제작할 수도 있다.

반쪽미세바늘편(100)에 복수개의 반쪽미세바늘부(120)가 형성되어 있는 경우에는, 반쪽미세바늘편(100)의 결합에 의해 도 3a와 같은 중공형 미세바늘(200)어레이를 얻을 수 있다. 또한, 제1반쪽미세바늘편(100) 반쪽기판부(110)의 양말단에 반쪽미세바늘부(120)가 형성되어 있는 경우에는, 양말단에 각각 다른 반쪽미세바늘편(100)을 결합시키는 것에 의해 도 3b와 같이 다열의 중공형 미세바늘(200)어레이를 제작할 수 있다. 도 3b에서는 세 개의 반쪽미세바늘편(100)을 결합하는 것에 의해 2열의 미세바늘어레이를 제작한 예만을 도시하였으나, 양말단에 반쪽미세바늘부(120)가 형성된 반쪽미세바늘편(100)을 연속 결합하면 원하는 수만큼의 미세바늘열을 형성할 수 있음은 자명하다.

상기 반쪽미세바늘편(100)의 결합은 대향면을 열융착 또는 초음파융착에 의해 접합하는 것으로 이루어 질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 접착제를 사용하여 접합시킬 수도 있다.

본 발명의 반쪽미세바늘편(100)은 도 4와 같은 금형 구성을 통해서 사출성형에 의해 제작이 가능하다. 도 4a를 참조하면, 반쪽미세바늘부(120)의 형상은 스탬퍼(312)에 의해 정의된다. 즉, 스탬퍼에는 일 말단면에 반쪽기판부(110)의 두께와 반쪽기판부(110)와 동일 평면상에 돌출형성되는 뾰족한 첨단(121)을 갖는 반쪽미세바늘부(120)의 형상이 음각으로 형성되어 있다. 상기 스탬퍼는 이때 형성된 음각의 깊이가 반쪽미세바늘부(120)의 두께를 결정한다. 상기 스템퍼(312)는 음각이 형성된 면이 외부를 향하고, 반쪽기판부(110)에 해당하는 면이 상부를 향하도록 제4금형(313)에 장착되어 제2금형부(320)와 결합한다. 이를 위하여, 상기 제4금형(313)은 일면의 말단면에 스템퍼(312) 형상의 음각이 형성되어 있다.

도 4a에서는 제1금형부(310)가 스템퍼(312)와 제4금형(313)으로 분리되어 있는 경우를 예로 도시하였으나, 제1금형부(310)가 스템퍼(312)와 제4금형(313)이 일체형으로 결합된 상태의 형상으로 구성되어 있어도 무방하다. 다만, 미세바늘부의 형상을 보다 정밀하게 가공하기 위해서는 정밀한 패턴이 형성된 스템퍼(312)를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

제2금형부(320)에는 상부 말단에 반쪽기판부(110)의 두께와 형상을 정의하는 음각이 형성되는 한편, 스탬퍼가 장착된 제1금형부(310)와 반쪽기판부(110)의 기판의 두께를 정의하는 면이 서로 대향되도록 결합한다(도 4b). 이때, 상기 음각은 상부의 일말단에 형성될 수도 있으며, 양말단에 형성될 수도 있다. 양말단에 음각이 형성된 경우에는 양쪽의 반쪽기판부(110)의 두께를 정의하는 면에 제1금형부(310)의 반쪽기판부(110)의 두께를 정의하는 부분이 대향되도록 결합시켜 한 번에 두 개의 반쪽미세바늘부(120)를 성형할 수 있다(도 4c). 또한, 상기 양말단에 형성된 음각이 연통되어 있는 경우에는 양말단에 반쪽미세바늘부(120)가 형성된 반쪽미세바늘편(100)을 제작할 수 있다(도 4d).

도 4에서는 반쪽기판부(110)의 형상을 사각형으로 도시하였으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들어 제2금형부(320)에 음각으로 형성된 반쪽기판부(110)의 형상을 반원형이나, 타원형 혹은 다각형으로 할 수 있음은 당연하다.

또한 제2금형부(320)에는 도 4a에 도시된 것과 같이 고분자수지를 공급하는 게이트(321)부가 형성될 수 있다. 생성되는 반쪽미세바늘편(100)에는 게이트(321)부에 의한 흔적이 남을 수 있으므로, 반쪽미세바늘편(100) 중 상대적으로 형상의 정밀도가 필요없으며 수지의 충진 면적이 넓은 반쪽기판부(110)에 해당하는 제2금형부(320)의 음각에 연결하여 게이트(321)를 형성하는 것이 바람직하다.

제3금형부(330)는 반쪽기판부(110)의 밑면을 정의하며, 제1금형부(310)와 제2금형부(320)가 결합된 상태에서 제1금형부(310)와 제2금형부(320)의 상면과 결합한다. 기판의 하면에 패턴이 필요한 경우, 이에 해당하는 양각 또는 음각을 형성할 수 있으나, 본 발명은 반쪽미세바늘편(100)의 형상 중 반쪽기판부(110)와 반쪽미세바늘부(120)의 형상에 초첨이 있는 것으로 기판의 하면 형상은 주된 구성이 아니므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이러한 금형 구성에서 고분자 수지가 금형에 채워진 후에 이형을 하기 위해서는 성형품이 하부금형에서 상부금형 방향으로 이탈되어야 한다. 이를 위하여 상기 반쪽미세바늘부(120)의 유로용홈(122)은 폭이 일정하거나 상기 반쪽기판부(110)에서 첨단(121)방향으로 폭이 점차 넓어지도록 하는 것이 유리하다. 마찬가지로 상기 반쪽미세바늘부(120)는 폭이 동일하거나 반쪽기판부(110)에서 첨단(121) 방향으로 폭이 점차 좁아지는 것이 유리하다. 한편 반쪽기판부(110) 상에 돌출 형성된 반쪽미세바늘부(120)는 반쪽기판부(110)와의 접촉면적이 넓을수록 미세바늘부가 잘 부러지지 않으므로 상기 반쪽미세바늘부(120)는 반쪽기판부(110)에서 첨단(121) 방향으로 폭이 점차 좁아지도록 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 반쪽미세바늘편(100)의 사출 성형 시 이형을 보다 용이하게 하기 위해서는 상기 금형에 이젝팅핀(314)을 추가로 장착하는 것이 좋다. 도 4e는 이젝팅핀(314)이 장착된 금형의 단면도이다. 도 4e에서 볼 수 있듯이, 이젝팅핀(314)은 상대적으로 두껍고 형상의 중요도가 낮아 이젝팅핀(314)의 자국이 남아도 기능에 영향을 미치지 않는 반쪽기판부(110)를 밀어내도록 제2금형부(320)에 기판과 수직한 방향으로 장착하는 것이 바람직하다. 종래기술의 면내형 중공형 미세바늘(200)에서는 기판의 두께와 미세바늘의 두께가 동일하므로 수십~수백㎛ 정도로 매우 얇고 이젝팅핀(314)으로 기판부분을 밀어내기 위해서는 미세바늘부의 첨단(121)과의 거리가 멀어서 큰 힘이 요구되므로 이형시 쉽게 부러지기 때문에 불량이 발생할 소지가 높다. 반면 본 발명의 면외형 반쪽 미세바늘은 도 4e에서 확인할 수 있듯이, 이젝팅핀(314)에서 첨단(121)까지의 거리가 가까우며, 힘이 가해지는 기판의 두께가 상대적으로 두껍고, 힘의 작용 방향도 가이드부에 횡방향이 아닌 종방향이므로 종래 기술의 면내형 반쪽 미세바늘에 비하여 이형과정에서 성형품이 손상되는 불량을 감소시킬 수 있다.

반쪽미세바늘편(100)의 결합에 의해 중공형 미세바늘(200)을 제조할 때 두 개의 반쪽미세바늘편(100)이 정밀하게 정렬될 수 있도록 본 발명에 의한 정렬지그(400)를 사용할 수 있다. 정렬지그(400)는 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)의 결합 시, 서로 대칭적으로 대향하도록 위치를 고정시킨 상태에서 미세바늘부를 가압하여 미세바늘부가 보다 정밀하게 정렬하고 단단하게 결합할 수 있도록 한다.

이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 정렬지그(400)는 도 5a에 도시된 것과 같이 제1지그(410), 제2지그(420) 및 제3지그(430)로 구성된다. 도 6은 상기 정렬지그(400)가 조립된 상태의 정면도와 평면도를 나타낸다.

제1지그(410)에는 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)의 반쪽기판부(110)의 저면이 장착되며, 제2지그(420)는 상기 제1반쪽미세바늘편(100)의 반쪽기판부(110)를 사이에 두고 상기 제1지그(410)와 결합한다. 이때, 제1반쪽미세바늘편(100)의 반쪽미세바늘부(120)는 제2지그(410)의 걸림턱(422)에 안착된다. 상기 걸림턱(422)은 제2지그(420)에 별도의 홈이나 돌기로 형성될 수도 있으나, 제2지그(420)의 일단면 자체가 걸림턱(422)으로 작용할 수도 있다. 도 5b는 본 발명의 일실시예에 의한 정렬지그(400) 중 제1지그(410)와 제2지그(420)가 결합한 상태를 보여주는 도면이다. 도 5b와 같이 제1지그(410)와 제2지그(420)가 결합한 상태에서 제3지그(430)는 제2반쪽미세바늘편(100)의 반쪽기판부(110)를 사이에 두고 제1지그(410)와 결합하는 한편, 미세바늘가압부(432)가 제2반쪽미세바늘편(100)의 반쪽미세바늘부(120)를 제1반쪽미세바늘편(100)과의 대향면 방향으로 가압할 수 있도록 제2지그(420)와 결합한다. 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)은 상기와 같이 정렬지그(400)에 의해 정렬된 상태에서 열융착이나 초음파융착 또는 접착제 등에 의해 접합되는 것과 동시에 반쪽미세바늘부(120)의 접합면을 밀착시킬 수 있으므로 보다 정밀하게 형상을 제어할 수 있으며, 보다 강력하게 접합되게 된다.

이때, 상기 제2지그(420)와 제3지그(430)가 반쪽미세바늘편(100)을 사이에 두고 제1지그(410)와 결합하므로, 반쪽미세바늘편(100)을 정렬지그(400)에 의해 보다 정확한 위치로 정렬하기 위해서는 도 5a에 도시된 것과 같이 제2지그(420)와 제3지그(430)의 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘이 장착되는 해당면에 반쪽기판부(110)의 두께에 해당하는 안착홈(421, 431)이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또는 제2지그(420) 및 제3지그(430) 대신 제1지그(410)에 안착홈을 형성하여도 무방하다. 제1지그(420)에 안착홈을 형성하는 경우, 상기 안착홈의 일부 위치에 관통공을 형성하여 중공형 미세바늘(200)의 제조 후 정렬지그(400)로부터 중공형 미세바늘(200)의 분리가 보다 용이하도록 할 수도 있다.

또한, 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)의 반쪽미세바늘부(120)를 보다 정밀하게 대향시키기 위해서 상기 제2지그(420)에는 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100)의 위치를 고정시키는 정렬가이드(423)를 형성하는 것이 바람직하다. 상기 정렬가이드(423)는 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 조립되는 반쪽미세바늘편(100)에 반쪽미세바늘부(120)가 다수개 형성되어 있다면, 제2지그(420)의 걸림턱(422)이 있는 면에 상기 반쪽미세바늘부(120)의 간격에 해당하는 돌기(혹은 벽체)의 형상으로 이루어지는 정렬가이드(423)를 장착되는 반쪽미세바늘부(120)와 수직한 면으로 형성하는 것에 의해 반쪽미세바늘부(120)의 위치를 고정시켜 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)의 위치를 보다 정밀하게 제어할 수 있다. 반쪽미세바늘편(100)에 반쪽미세바늘부(120)가 하나만 형성되어 있다면, 반쪽미세바늘편(100)에 반쪽미세바늘부(120)의 좌우 양쪽으로 정렬용돌기(123)를 추가로 형성하면 복수개의 반쪽미세바늘부(120)가 형성되었을 때와 동일한 방법으로 반쪽미세바늘편(100)의 위치를 고정시킬 수 있다. 상기 정렬용 돌기는 중공형 미세바늘(200)의 제작이 완료되면 부러뜨리거나 정렬용돌기(123)가 있는 기판부위를 잘라내어 제거할 수도 있으며, 별도로 제거하지 않고 정렬용 돌기 자체가 솔리드 미세바늘로 작용하도록 할 수도 있다. 반면, 정렬가이드(423)를 반쪽미세바늘편(100)을 향하는 돌기의 형태로 제작하고, 반쪽미세바늘편(100)에 해당 부위에 정렬용홈을 형성할 수도 있다. 이 경우 중공형 미세바늘(200)의 제조 후 정렬용 돌기를 제거하지 않아도 된다는 장점이 있으나, 미세바늘들은 조립 공정을 한번 거치지만 정렬 지그는 반복 사용되어야 하기 때문에 정렬가이드(423)가 얇은 돌기의 형상으로 되어 있는 경우 반복사용에 따라 파손될 우려가 있으므로 정렬용가이드는 보다 내구성 있는 형상으로 제조되는 것이 바람직하다.

두 반쪽미세바늘편의 정렬을 정밀하게 하기 위해서는 반쪽미세바늘편에 형성된 정렬용돌기(123)의 위치 역시 정밀하게 제작되어야 하므로, 상기 정렬용돌기(123)는 반쪽미세바늘편의 정밀 스탬퍼 가공 시 함께 가공되는 것이 바람직하다. 상기 정렬용돌기(123)의 두께가 너무 얇으면 쉽게 휘어질 수 있으므로 정렬가이드(423)에 의해 위치가 정렬될 때 걸림현상이 일어나지 않거나 정렬이 틀어지기 쉽다. 따라서, 보다 효율적인 정렬을 위해서는 정렬용돌기(123)의 두께는 반쪽미세바늘편의 반쪽미세바늘부 두께의 0.5~2배인 것이 바람직하며, 사출성형 시 가공의 편의성을 고려하면 반쪽미세바늘부의 두께와 일치하는 것이 더욱 바람직하다.

도 6은 상기 정렬지그(400)가 조립된 상태의 정면도와 평면도를 나타낸다.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 의해 제작된 중공형 미세바늘(200)을 약물 저장 및 주입시스템에 결합한 적용예를 나타낸다.

도 7은 주사기나 바이알 등 튜브형 입구가 있는 용기에 적용할 수 있는 중공형 미세바늘 커넥터이다. 상기 커넥터는 상면에 관통공이 형성되어 있어 주사기나 바이알 등의 액체가 흘러나오는 유로의 역할을 한다. 또한 미세바늘 크기에 맞는 안착홈이 형성되어 본 발명에 의해 조립된 중공형 미세바늘을 억지끼움이나 접합에 의해 결합시키게 된다. 커넥터의 하단은 용기와 억지끼움 방식이나 나사결합에 의해 결합한다. 도 7에서는 미세바늘이 하나만 형성된 중공형 미세바늘을 예시하였으나, 중공형 미세바늘어레이를 사용할 수 있음은 당연하다.

도 8은 중공형 미세바늘어레이를 형성할 수 있는 커넥터에 관한 예시이다. 중공형 미세바늘어레이는 도 3b에 도시된 것과 같이 제조될 수도 있으나 도 8의 커넥터에 의해 구성될 수도 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 중공형 미세바늘어레이는 유로가 형성되어 있으며 용기와 결합하는 하부 커넥터와, 중공형 미세바늘이 안착되는 안착홈과 안착홈의 하부에 유로와 연통되는 관통홈이 형성된 상부 커넥터로 이루어진다.

도 9는 최근에 많은 개발이 이루어지고 있는 미세 유체 소자의 입구에 본 발명의 중공형 미세바늘을 접합한 예시이다. 도 9에 도시된 바와 같이 미세 유체 소자에 중공형 미세바늘 또는 중공형 미세바늘 어레이를 접합하면 체액을 바로 추출하여 진단하는 시스템을 구현할 수 있으므로, 체액추출이 별도로 이루어지던 종래의 방법에 비하여 편의성이 더욱 증진될 수 있다.

100 : 반쪽미세바늘편
110 : 반쪽기판부
120 : 반쪽미세바늘부
121 : 첨단 122 : 유로용홈
123 : 정렬용돌기
200 : 중공형 미세바늘
210 : 기판부 220 : 미세바늘부
230 : 유로
300 : 금형
310 : 제1금형부 311 : 유로용돌기
312 : 스템퍼 313 : 제4금형
314 : 이젝팅핀
320 : 제2금형부 321 : 게이트
330 : 제3금형부
400 : 정렬지그
410 : 제1지그
420 : 제2지그 421, 431 : 안착홈
422 : 걸림턱
423 : 정렬가이드
430 : 제3지그 432 : 미세바늘가압부

Claims (11)

1. (A) 반쪽기판부(110); 및
   (B) 상기 반쪽기판부(110)의 일말단 또는 마주보는 양말단에 기판과 수직으로 돌출되고 뾰족한 첨단(121)을 가지며 상기 첨단(121)으로부터 반쪽기판부(110) 저면까지 유로용홈(122)이 형성된 하나 또는 복수개의 반쪽미세바늘부(120);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 미세바늘(200)용 반쪽미세바늘편(片)(100).
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 반쪽미세바늘부(120)는, 상기 기판부에서 첨단(121) 방향으로 폭이 점차 좁아지는 것을 특징으로 하는 중공형 미세바늘(200)용 반쪽미세바늘편(100).
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 유로용홈(122)은 폭이 일정하거나 상기 기판부에서 첨단(121) 방향으로 폭이 넓어 지는 것을 특징으로 하는 중공형 미세바늘(200)용 반쪽미세바늘편(100).
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 의한 반쪽미세바늘편(100)을 대칭되도록 결합시킨 것을 특징으로 하는 중공형 미세바늘(200).
   
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 의한 반쪽미세바늘편(100)과, 상기 미세바늘편과 동일하면서 유로용홈(122)이 없는 반쪽미세바늘편(100)을 대칭되도록 결합시킨 것을 특징으로 하는 중공형 미세바늘(200).
   
6. 일 말단면에 기판부와, 상기 기판부와 동일 평면상에 돌출형성되는 뾰족한 첨단(121)을 갖는 미세바늘부로 이루어지는 면내형 미세바늘의 형상이 반쪽미세바늘부(120)의 두께만큼 음각으로 형성되고, 상기 첨단(121)으로부터 기판부가 형성된 말단까지 상기 음각보다 낮은 높이의 유로형 돌기가 형성된 제1금형부(310);
   상기 제1금형부(310)에 정의된 기판의 두께와 동일하도록 기판의 두께와 기판의 형상을 정의하는 음각이 상부 말단에 형성되며, 제1금형부(310)와 기판의 두께를 정의하는 면이 상호 대향되는 제2금형부(320); 및
   기판의 밑면을 정의하는 제3금형부(330);
   를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 반쪽미세바늘편(100)의 사출성형을 위한 금형.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1금형부(310)는,
   일 말단면에 기판부와, 상기 기판부와 동일 평면상에 돌출형성되는 뾰족한 첨단(121)을 갖는 미세바늘부로 이루어지는 면내형 미세바늘의 형상이 반쪽미세바늘부(120)의 두께만큼 음각으로 형성되고, 상기 첨단(121)으로부터 기판부가 형성된 말단까지 상기 음각보다 낮은 높이의 유로형 돌기가 형성된 스탬퍼와,
   상기 스템퍼(312)의 음각이 형성된 면이 외부를 향하고, 기판에 해당하는 면이 상부를 향하여 장착되도록 일말단면에 음각이 형성되는 제4금형(313)부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 반쪽미세바늘편(100)의 사출성형을 위한 금형.
   
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 제2금형부(310)에는 기판과 수직한 방향으로 이젝팅 핀이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 반쪽미세바늘편(100)의 사출성형을 위한 금형.
   
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 의한 반쪽미세바늘편(100)을 이용한 중공형 미세바늘(200)의 제조를 위한 정렬 지그로서,
   대향되어 결합하는 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)의 기판부의 저면이 장착되는 제1지그(410);
   상기 제1반쪽미세바늘현의 기판부를 사이에 두고 상기 제1지그(410)와 결합되며, 제1반쪽미세바늘편(100)의 반쪽미세바늘부(120)를 지지하는 걸림턱(422)이 형성되어 있는 제2지그(420); 및
   상기 제1반쪽미세바늘편(100)과 제2반쪽미세바늘편(100)이 대향된 상태에서 상기 제2반쪽미세바늘편(100)의 기판부를 사이에 두고 상기 제1지그(410)와 결합되는 한편, 미세바늘가압부(432)가 제2반쪽미세바늘편(100)의 미세바늘부를 제1반쪽미세바늘편(100)과의 대향면 방향으로 가압할 수있도록 제2지그(420)와 결합하는 제3지그(430);
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 중공형 미세바늘(200)의 제조를 위한 정렬 지그.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1지그(410)에는 또는 상기 제2지그(420)와 제3지그(430)에는 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100)의 장착면에 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100)의 기판부의 두께에 해당하는 안착홈(421, 431)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정렬지그(400).
    
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제2지그(420)에는, 기판부의 미세바늘부가 형성된 말단에 2~4개의 정렬용돌기(123)가 미세바늘부가 돌출된 방향으로 미세바늘부와 평행하게 돌출 형성되어 있는 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100)의 정렬용돌기(123)에 의해 제1반쪽미세바늘편(100) 및 제2반쪽미세바늘편(100)의 위치를 고정시키는 정렬가이드(423)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정렬지그(400).

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