KR20150142150A - 캡슐형 마이크로 로봇 및 사용방법 - Google Patents

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Abstract

캡슐형 마이크로로봇을 제공한다.
본 발명은 일측이 개방되어 내부공간을 갖는 수용부와, 상기 수용부에서 연장되어 외부면에 자성층을 형성한 몸체를 구비하는 작동체; 및 상기 수용부의 일측에 결합되어 내용물이 저장되도록 상기 내부공간을 밀폐하는 캡;을 포함하고, 상기 작동체는 외부에서 인가되는 회전자기장과 자성층 간의 상호작용에 의해서 상기 캡에 대하여 회전하여 상기 수용부로부터 상기 캡을 분리함으로써 상기 내용물을 배출한다.

Description

캡슐형 마이크로 로봇 및 사용방법{A Capsule type microrobot and method of use}
본 발명은 캡슐형 마이크로 로봇 및 사용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로로봇에 자성층을 구비함으로써 외부에서 인가되는 자기장에 따라 작동되어 약제를 배출할 수 있는 기능을 수행하여 캡슐형 마이크로 로봇 및 사용방법에 관한 것이다.
의학 및 과학 기술의 발달로 인간의 수명은 늘어났으나, 암을 비롯한 다양한 난치성 질병 및 사고로 인한 조직손상은 나날이 증가하고 있는 실정이다.
이러한 난치성 질병 및 조직손상을 치료하기 위해서 최근에는 로봇분야 중에서 지름이 1mm이하로 신체의 내부에 투입되어 현관 내부, 뇌조직, 국소부위를 관찰, 진단하고 조직의 치료 및 수술을 수행할 수 있는 마이크로로봇 분야가 발달하고 있다.
종래의 마이크로로봇은 임무를 수행하는 구동부, 목표지점을 감지하는 센싱부, 구동부에 동력을 제공하는 동력원부 및 외부의 신호와 신호를 주고 받는 무선송수신부 등으로 구성되어 암세포 위치를 찾거나 손상조직을 관찰하는 이동의 기능에 초점을 맞추어 계발되었다.
이에 따라, 종래에는 관찰된 암세포 및 손상조직의 치료를 위해서 수술적 방법 및 기계의 도움을 받아 이식 부위에 직접 삽입해야 하므로 국소부위나 혈관 및 뇌조직과 같은 부분을 외부에 노출해야 하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 한국공개특허 10-2010-0048728호(2010.05.11(공개일))에서는 '병변 치료용 박테리아 기반의 마이크로로봇 및 그 작동방법'을 개시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 박테리아용 마이크로로봇은 특정 약물이 저장된 캡슐형태의 마이크로 구조체(300)와 편모를 구비하여 암에서 분비하는 특정한 물질(예, 혈관형성 촉진인자)을 표적 삼아 암이 있는 곳을 찾아가도록 설계된 박테리아(200)로 구성된다.
그러나, 박테리아용 마이크로로봇은 암세포에서 분비하는 특정물질을 표적 삼아 목표지점을 찾아가기 때문에 특정물질이 나오지 않는 조직 또는 세포를 표적으로 설계하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 우수한 생체 적합성을 가지며, 외부에서 인가되는 자기장에 의해서 목표지점까지 정밀하게 마이크로로봇을 이동시킬 수 있는 캡슐형 마이크로로봇을 제공하려는 목적이 있다.
또한, 본 발명은 외부에서 인가되는 자기장에 의해서 작동체에 결합된 캡이 분리됨으로써 수용부에 저장된 내용물을 외부로 배출할 수 있는 캡슐형 마이크로로봇을 제공하려는 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 일측이 개방되어 내부공간을 갖는 수용부와, 상기 수용부에서 연장되어 외부면에 자성층을 형성한 몸체를 구비하는 작동체; 및 상기 수용부의 일측에 결합되어 내용물이 저장되도록 상기 내부공간을 밀폐하는 캡;을 포함하고, 상기 작동체는 외부에서 인가되는 회전자기장과 자성층 간의 상호작용에 의해서 상기 캡에 대하여 회전하여 상기 수용부로부터 상기 캡을 분리함으로써 상기 내용물을 배출하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇을 제공한다.
바람직하게 상기 자성층은 상기 몸체에 부분적으로 구비될 수 있다.
바람직하게 상기 캡은 수지소재로 이루어지는 수지체와, 상기 수지체를 덮는 생체 적합성 재료로 이루어지는 보호층을 구비할 수 있다.
바람직하게 상기 작동체는 수지소재로 이루어지고 나사산 또는 나선체를 구비하는 몸체의 외부면에 형성되는 자성층과, 상기 자성층을 덮는 생체적합성 재료로 이루어지는 보호층을 구비할 수 있다.
바람직하게 상기 작동체와 상기 수지체는 생체적합성 생분해성 재료 또는 생체비활성(Bio-inert) 재료 중 어느 하나로 구비될 수 있다.
또한 본 발명은 작동체와 결합한 상태로 캡을 인체 내에 투입하는 인체 투입단계; 상기 작동체에 회전자기장을 인가하여 상기 작동체가 회전자기장과의 상호작용에 의해 상기 캡과 결합된 상태로 회전하면서 사전에 설정된 목표지점으로 이동시키는 목표지점 도달단계; 및 상기 작동체에 상기 목표지점 도달단계에서 인가되는 회전자기장과 반대되는 회전자기장을 인가하여 상기 자성층을 갖는 상기 작동체로부터 캡을 분리함으로써 상기 작동체에 저장된 상기 내용물을 배출하는 내용물 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇 사용방법을 제공한다.
바람직하게는 상기 인체 투입단계 전 상기 내용물이 저장된 저장통에 작동체와 캡을 함침하는 준비단계; 및 상기 내부공간에 내용물을 저장하도록 상기 작동체에 회전자기장을 인가하여 상기 작동체의 일측에 캡을 결합하는 캡 결합단계;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 내용물 배출단계 후 상기 작동체에 회전 자기장을 인가하여 상기 작동체를 인체 외부로 배출하는 외부배출단계;를 더 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 내용물 배출단계 후 상기 작동체에 상기 캡의 회전력보다 더 큰 회전력을 갖는 회전자기장을 인가하여 상기 작동체와 상기 캡을 결합하는 캡 결합단계;와 상기 작동체에 상기 캡 결합단계의 회전 자기장보다 작은 크기의 회전 자기장을 인가하여 캡과 작동체를 결합한 상태로 인체 외부로 배출하는 외부배출단계;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 생체 적합성이 우수하기 때문에 인체 내부에 삽입하여 사용하는 과정에서 부작용의 발생을 방지할 수 있다.
(2) 외부에서 인가되는 회전 자기장에 의해 마이크로로봇의 이동을 제어하면서 내용물이 담긴 수용부로부터 캡을 분리함으로써 치료용 내용물을 배출할 수 있기 때문에 수술적 방법 및 기계의 도움없이 국소부위나 혈관 및 뇌조직 등에 내용물을 직접 배출할 수 있다.
도 1은 종래의 박테리아용 마이크로로봇을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇에 채용되는 작동체의 제 1실시예를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇에 채용되는 작동체의 제 2실시예를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇의 사용 상태도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇의 제 2작동 상태도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇의 제 1작동 상태도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇의 사용방법을 나타낸 블럭도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 구조 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇(10)은 인체 내부를 비롯한 혈관 내부, 뇌조직 및 안구 등과 같은 국소부위에 투입함으로써 표적지점에 세포 또는 약물을 배출하는 것으로, 광경화 폴리머를 이용하여 리소그래피(lithography)법으로 제조함에 따라 생체 내 이동이 용이한 마이크로 크기의 3차원 구조를 갖는 캡슐형 마이크로로봇(10)을 형성할 수 있다.
도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇(10)은 작동체(200)와 캡(100)을 포함한다.
도 2를 참고하면, 상기 작동체(200)는 일측이 개방되어 내용물(300)을 저장할 수 있도록 내부공간을 갖는 수용부(210)와 상기 수용부(210)로부터 일정길이 연장되고 외부면에 일정피치를 갖는 나사산이 형성된 몸체(220)를 포함한다.
상기 몸체(220)는 수지소재의 원통체로 이루어지며, 외부에서 제공되는 회전 자기장을 인가받아 회전될 수 있도록 상기 나사산을 포함하는 외부면 전체에 자성층(200b)을 구비한다.
하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 몸체(220)는 수지소재의 나선체로 이루어지며, 외부에서 제공되는 회전 자기장을 인가받아 회전될 수 있도록 나선체의 외부면 전체에 자성층(200b)이 구비될 수 있다.
상기 자성층(200b)은 자성을 띠고, 부식성(반응성)이 크지 않은 금속으로 구비한다. 보다 바람직하게는 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 또는 네오디뮴(Nd) 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있으며, 가장 바람직하게는 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 자성층(200b)은 상기 몸체의 외부면 전체에 형성되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 부분적으로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 자성층(200b)의 외부면에는 이를 덮도록 보호층(200a)을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
상기 캡(100)은 수용부(210)의 일측에 결합되어 상기 수용부에 저장된 내용물(300)이 배출되지 않도록 수용부(210)를 밀폐한다. 이러한 캡(100)은 작동체(200)의 상대회전이 용이하도록 작동체(200)의 중량보다 무겁게 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇의 사용 상태도이다.
상기 캡슐형 마이크로로봇(10)은 치료용 약제를 포함하는 내용물을 체내에 흡수할 수 있도록 미 도시된 내시경과 같은 도구를 이용하여 인체 내에 삽입되는 것으로, 부작용을 일으키지 않는 것이 중요하다.
이에 따라, 작동체(200)와 캡(100)은 생체 내에서 부작용이 없도록 외부면 전체를 덮는 보호층(100a,200a)을 구비한다.
여기서, 보호층(100a,200a)은 생체 적합성이 우수한 재료로 이루어지는 것이 바람직하며, 타이타늄(Ti), 의료용 스테인리스 스틸, 알루미나(Al2O3) 또는 금(Au) 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다. 바람직하게는 타이타늄(Ti)을 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 몸체(220) 및 수용부(210)를 포함하는 작동체(200)와 수지체(100c)는 생체적합성 생분해성 재료로 구비되어 인체 내에서 자연적으로 분해될 수 있다.
하지만 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 몸체(220) 및 수용부(210)를 포함하는 작동체(200)와 수지체(100c)는 생체 비활성(Bio-inert) 재료로 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇의 제 1작동 상태도이다.
상기 작동체(200)에 회전자기장을 인가하면, 자성층(200b)을 갖는 작동체(200)는 상기 캡(100)과 결합된 상태에서 외부의 회전자기장이 인가되는 방향으로 회전운동하게 됨에 따라 상기 자성층(200b)이 형성된 몸체의 회전에 기인하는 추진력에 의해 일 방향으로 수평이동하게 된다.
이에 따라, 상기 작동체(200)와 결합된 캡(100)은 회전 자기장의 제어에 의해서 사전에 설정된 표적지점에 도달할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇의 제 2작동 상태도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 수용부(210)에 저장된 내용물(300)을 외부로 배출하기 위하여, 상기 작동체(200)에는 상기 캡(100)의 회전력보다 상대적으로 큰 회전력을 갖도록 인가하는 회전자기장을 증대시키면, 상기 캡(100)의 회전력보다 상기 캡에 수용부(210)가 삽입된 작동체(200)의 회전력이 상대적으로 커지게 되므로 상기 수용부(210)로부터 캡(100)이 분리된다.
이에 따라, 상기 수용부(210)에 저장된 내용물(300)은 표적지점으로 배출되는 것이다.
상기와 같은 캡슐형 마이크로로봇을 이용하는 사용방법을 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 캡슐형 마이크로로봇의 사용방법을 나타낸 블럭도로써, 도 8을 참고하면 캡슐용 마이크로로봇 사용방법은 인체 투입단계(S100), 목표지점 도달단계(S200) 및 내용물 배출단계(S300)를 포함한다.
상기 인체 투입단계(S100)는 작동체(200)와 결합된 캡(100)으로 이루어진 캡슐용 마이크로로봇(10)을 미 도시된 내시경과 같은 도구를 이용하거나 알약 복용방법으로 인체 내에 투입한다.
이후, 목표지점 도달단계(S200)는 약제 또는 세포를 포함하는 내용물(300)을 투약하고자 하는 목표지점에 캡슐형 마이크로로봇(10)을 이동시키는 단계로 인체 내에 투입한 캡슐형 마이크로로봇(10)에 회전자기장을 인가함으로써, 상기 자성층(200b)을 갖는 작동체(200)가 회전자기장과의 상호작용에 의해서 상기 캡(100)과 더붙어 회전하면서 사전에 설정된 목표지점까지 이동하게 된다.
상기 내용물 배출단계(S300)는 목표지점에 도달한 캡슐형 마이크로로봇(10)에서 저장된 내용물(300)을 배출하는 것으로, 목표지점에 도달한 작동체(200)에 이동시 인가되는 외부자기장과 반대되는 회전자기장을 인가하게 되면, 회전가능하도록 나사산 또는 나선형태로 이루어지고 자성층(200b)을 갖는 작동체(200)가 자성층을 갖지 않는 캡(100)으로부터 분리됨으로써 상기 수용부(210)에 저장된 상기 내용물(300)이 외부로 배출된다.
이에 따라, 종래처럼 수술적 방법 및 기계의 도움을 받지 않으며, 국소부위나 혈관 및 뇌조직과 같은 외부에 노출되면 위험한 부분에도 외부에서 제공되는 회전자기장 제어를 통해 목표지점에 내용물(300)을 배출할 수 있다.
바람직하게 상기 인체투입단계(S100) 전 내용물(300)이 저장된 저장통에 작동체(200)와 캡(100)을 함침하는 준비단계를 실시하고, 상기 내부공간에 내용물(300)을 저장하도록 저장통 내에 함침된 상기 작동체(200)에 회전자기장을 인가하여 상기 작동체(200)의 일측에 캡(100)를 결합함으로써 상기 작동체 결합단계를 실시할 수 있다.
바람직하게 상기 내용물 배출단계(S300) 후 상기 작동체(200)에 회전자기장을 인가하여 상기 작동체(200)를 인체 외부로 배출하는 외부배출단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 캡(100)은 생분해성 재료로 구비되어 인체 내에서 분해될 수 있다.
이에 따라 본원발명의 캡슐형 마이크로로봇은 생체 적합성이 우수하기 때문에 인체 내부에 삽입하여 사용하는 과정에서 부작용의 발생을 방지할 수 있으며, 외부에서 인가되는 회전 자기장에 의해 마이크로로봇의 이동을 제어하면서 내용물이 담긴 수용부로부터 캡을 분리함으로써 치료용 내용물을 배출할 수 있기 때문에 수술적 방법 및 기계의 도움없이 국소부위나 혈관 및 뇌조직 등에 내용물을 직접 배출할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10 : 캡슐형 마이크로로봇
100 : 캡 100a,200a : 보호층
100C : 수지체 200 : 작동체
200b : 자성층 210 : 수용부
220 : 몸체 300 : 내용물

Claims (8)

  1. 일측이 개방되어 내부공간을 갖는 수용부와, 상기 수용부에서 연장되어 외부면에 자성층을 형성한 몸체를 구비하는 작동체; 및
    상기 수용부의 일측에 결합되어 내용물이 저장되도록 상기 내부공간을 밀폐하는 캡;을 포함하고,
    상기 작동체는 외부에서 인가되는 회전자기장과 자성층 간의 상호작용에 의해서 상기 캡에 대하여 회전하여 상기 수용부로부터 상기 캡을 분리함으로써 상기 내용물을 배출하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자성층은 상기 몸체에 부분적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캡은 수지소재로 이루어지는 수지체와, 상기 수지체를 덮는 생체 적합성 재료로 이루어지는 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 작동체는 수지소재로 이루어지고 나사산 또는 나선체를 구비하는 몸체의 외부면에 형성되는 자성층과, 상기 자성층을 덮는 생체적합성 재료로 이루어지는 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 작동체와 상기 수지체는 생체적합성 생분해성 재료 또는 생체비활성(Bio-inert) 재료 중 어느 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 캡슐형 마이크로로봇을 이용한 마이크로로봇 사용방법에 있어서,
    작동체와 결합한 상태로 캡을 인체 내에 투입하는 인체 투입단계;
    상기 작동체에 회전자기장을 인가하여 상기 작동체가 회전자기장과의 상호작용에 의해 상기 캡과 결합된 상태로 회전하면서 사전에 설정된 목표지점으로 이동시키는 목표지점 도달단계; 및
    상기 작동체에 상기 목표지점 도달단계에서 인가되는 회전자기장과 반대되는 회전자기장을 인가하여 상기 자성층을 갖는 상기 작동체로부터 캡을 분리함으로써 상기 작동체에 저장된 상기 내용물을 배출하는 내용물 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇 사용방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 인체 투입단계 전,
    상기 내용물이 저장된 저장통에 작동체와 캡을 함침하는 준비단계; 및 상기 내부공간에 내용물을 저장하도록 상기 작동체에 회전자기장을 인가하여 상기 작동체의 일측에 캡을 결합하는 캡 결합단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇 사용방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 내용물 배출단계 후,
    상기 작동체에 회전 자기장을 인가하여 상기 작동체를 인체 외부로 배출하는 외부배출단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로로봇 사용방법.
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