KR20220074962A

KR20220074962A - 전기 침식 밀봉층을 갖는 마이크로셀들을 포함하는 유익제 전달 시스템

Info

Publication number: KR20220074962A
Application number: KR1020227015275A
Authority: KR
Inventors: 레이 리우
Original assignee: 이 잉크 캘리포니아 엘엘씨
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2022-06-03
Also published as: EP4065209A4; US20210154133A1; JP7438346B2; JP2022554397A; WO2021108210A1; TW202135780A; US11938214B2; JP2023171951A; EP4065209A1; US20230165787A1; US11938215B2; TWI766452B; CN114728155A

Abstract

유익제 전달 시스템은, 유익제들이 온 디맨드로 전달될 수 있고 및/또는 상이한 농도들에서의 다양한 상이한 유익제들이 동일한 시스템으로부터 전달될 수 있다. 유익제 전달 시스템은 복수의 마이크로셀들을 포함하는 마이크로셀층을 포함하고, 여기서 마이크로셀은 담체 및 유익제로 충전된다. 마이크로셀들은 개구를 포함하고, 여기서 개구는 중합체 및 금속 재료를 포함하는 밀봉층에 의해 걸쳐 있다. 마이크로셀층 및 밀봉층에 걸친 전기장의 인가는, 상기 밀봉층으로부터 금속 재료의 이동 및 다공성 밀봉층의 생성을 초래하여, 유익제가 유익제 전달 시스템으로부터 방출될 수 있게 한다.

Description

전기 침식 밀봉층을 갖는 마이크로셀들을 포함하는 유익제 전달 시스템

관련 출원들

본 출원은 2019 년 11 월 27 일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/941,216호에 대해 우선권을 주장하고, 이 출원은 본원에 개시된 모든 다른 특허들 및 특허 출원들과 함께 그 전체가 참조에 의해 통합된다.

유익제의 제어 및 연장된 방출를 위한 방법론의 개발은 지난 수십년 동안 상당한 관심을 끌었다. 이는 약제, 영양제, 농업 영양소 및 관련 물질, 미용제, 향료, 공기 관리제, 및 다양한 분야의 많은 다른 유익제를 포함하는 매우 다양한 유익제에 대해 사실이다. 약제의 경피 전달은 피부 장벽을 가로질러 이동할 수 있는 약물들에 효과적인 것으로 입증되었다. 예를 들어, 소량의 니코틴은 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) 공중합체에서 니코틴을 현탁시키는 경피 패치들에 의해 장기간에 걸쳐 전달될 수 있다. 예를 들어, GlaxoSmithKline (Brentford, UK) 의 Nicoderm-CQ® 를 참조하라. 다른 예는 생활 공간 및 자동차의 공기 품질을 개선하기 위한 향료 및 악취 제거제의 연장된 방출, 보다 효율적인 식품 생산을 위한 토양 내의 비료, 및 미생물 성장을 완화하기 위한 표면 상의 살생물제를 포함한다. 제어 및 연장 방출 전달 시스템은 고체, 액체 및 기체와 같은 상이한 형태로, 상이한 위치들로, 및 상이한 조건 하에서 다양한 유익제의 전달을 수반할 수도 있다.

유익제의 온 디맨드 전달을 제공하는 다양한 전달 시스템이 지난 수십 년 동안 개발되었다. 예를 들어, Chrono Therapeutics (Hayward, CA) 는 현재 니코틴을 전달하기 위한 마이크로 펌프-가능 스마트 경피 패치를 테스트하고 있다. 그럼에도 불구하고, 해당 디바이스는 크기가 크고, 옷을 통해 큰 범프로 보일 수 있다.

따라서, 온 디맨드로 유익제들을 전달하기 위한 소형의, 단순한, 저렴한, 다용성의 및 안전한 전달 시스템에 대한 필요성이 여전히 존재한다.

본 발명은, 유익제 또는 유익제들의 혼합물이 온 디맨드로 방출될 수 있는, 저전력 전달 시스템을 제공함으로써 이러한 필요성을 해결한다. 추가로, 아래에 기술된 바와 같이, 본 발명은 상이한 시간에 동일한 전달 시스템으로부터 다양한 양의 유익제를 전달하고, 동일한 유익제 전달 시스템으로부터 동일한 또는 상이한 시간에 다수의 유익제를 전달하기 위한 시스템을 제공한다.

일 양태에서, 본 발명은 전도층, 복수의 마이크로셀들을 포함하는 마이크로셀층 - 각각의 마이크로셀은 개구를 포함함 -, 각각의 마이크로셀의 개구에 걸쳐 있는 밀봉층, 및 전극층을 포함하는 유익제 전달 시스템이다. 담체 및 유익제를 포함하는 배지가 복수의 마이크로셀들에 함유된다.

밀봉층은 중합체 재료 및 금속 재료를 포함한다. 전도층, 마이크로셀층, 밀봉층 및 전극층은 서로 수직으로 적층된다. 전도층, 마이크로셀층, 밀봉층 및 전극층은 상기의 순서로 서로의 위에 수직으로 적층될 수도 있다. 복수의 마이크로셀들 및 밀봉층은 전도층과 전극층 사이에 배치된다. 유익제 전달 시스템은 전도층 및 전극층에 결합되는 전압 소스를 더 포함할 수도 있다. 전도층 및 전극층에 결합된 전압 소스로부터 전압이 인가되면, 발생된 전류가 배지를 통해 흐를 수도 있다. 전도층 및 전극층에 결합된 전압 소스로부터 전압이 인가되면, 금속 재료는 밀봉층으로부터 제거되어 다공성 밀봉층을 생성한다. 전극층은 다공성일 수도 있다.

일 실시형태에서, 밀봉층의 중합체 재료는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알코올, 셀룰로오스, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) (PNIPAAm), 폴리(락틱-코-글리콜산) (PLGA), 폴리비닐리덴 클로라이드, 아크릴로니트릴, 비정질 나일론, 배향 폴리에스테르, 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 알기네이트, 및 폴리스티렌을 포함할 수도 있다. 밀봉층의 금속 재료는 금속 입자, 금속 와이어, 금속 섬유, 금속 플레이크, 금속 로드, 금속 응집체 또는 금속 디스크일 수도 있다. 금속 입자, 금속 와이어, 금속 섬유, 금속 로드, 및 금속 응집체의 최소 치수는 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛ 일 수도 있다. 금속 플레이크 및 금속 디스크는 약 1 nm 내지 약 200 nm 의 평균 두께, 및 100 nm 내지 약 500 ㎛ 의 평균 직경을 가질 수도 있다. 밀봉층의 금속 재료는 또한 금속 나노입자, 금속 나노와이어, 금속 나노섬유 또는 이들의 조합일 수도 있다. 금속 나노입자, 금속 나노와이어 및 금속 나노섬유의 최소 치수는 20 nm 내지 1 ㎛ 일 수도 있다. 밀봉층의 금속 재료는 은, 구리, 백금, 금, 아연, 니켈, 크롬 또는 이들의 조합과 같은 금속 원소를 포함할 수도 있다.

일 실시형태에서, 마이크로셀들은 다양한 유익제를 포함할 수도 있다. 유익제는 약제, 백신, 항체, 호르몬, 단백질, 핵산, 영양제, 영양소, 미용제, 향료, 악취 제거제, 농약, 공기 관리제, 방부제, 항균제 및 기타 유익제일 수도 있다.

일 실시형태에서, 유익제는 담체에 용해되거나 분산될 수도 있다. 담체는 물, 유기 화합물, 실리콘 화합물 또는 이들의 조합일 수도 있다. 유기 화합물은 알코올, 에스테르, 아미드, 에테르, 카르복실산, 탄화수소 또는 다른 유기 화합물일 수도 있다. 유기 화합물은 DMSO, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세린, 옥탄, 노난, 트리에틸 시트레이트, 에틸렌 카보네이트 또는 디메틸 카보네이트와 같은 유기 용매일 수도 있다.

복수의 마이크로셀에 포함되는 배지는 배지의 중량 기준으로 0.01 중량% 초과, 또는 0.1 중량% 초과, 또는 1 중량% 초과의 유익제를 포함할 수도 있다. 배지는 배지의 중량 기준으로 0.001 중량% 내지 99.99 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 99 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 95 중량%, 또는 5 중량% 내지 60 중량% 의 유익제를 포함할 수도 있다.

유익제 전달 시스템의 다른 실시형태에서, 마이크로셀은 유익제 또는 유익제들의 혼합물을 함유할 수도 있다. 본 발명이 복수의 마이크로셀들을 포함하기 때문에, 유익제들의 상이한 조합 및 상이한 농도를 갖는 유사한 조합을 함유하는 동일한 전달 시스템 내의 상이한 마이크로셀을 가질 수 있다. 예를 들어, 시스템은 제 1 유익제를 함유하는 제 1 마이크로셀 및 제 2 유익제를 함유하는 제 2 마이크로셀을 포함할 수도 있거나, 또는 시스템은 제 1 농도에서 유익제를 함유하는 제 1 마이크로셀 및 제 2 농도에서 동일한 유익제를 함유하는 제 2 마이크로셀을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 시스템은 유익제를 함유하는 제 1 마이크로셀 및 보조제를 함유하는 제 2 마이크로셀을 포함할 수도 있다. 유익제, 첨가제 및 농도의 다른 조합은 당업자에게 명백할 것이다.

다른 양태에서, 본 발명은 (1) (a) 전도층, (b) 복수의 마이크로셀들을 포함하는 마이크로셀층 - 각각의 마이크로셀은 개구를 포함하고 담체 및 유익제를 함유함 -, (c) 각각의 마이크로셀의 개구에 걸쳐 있고 중합체 재료 및 금속 재료를 포함하는 밀봉층, (d) 전극층; 및 (e) 전압 소스를 포함하는 유익제 전달 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 전도층, 마이크로셀층, 밀봉층 및 전극층은 서로의 위에 수직으로 적층되고; 상기 마이크로셀층 및 밀봉층은 전도층과 전극층 사이에 배치되고; 전압 소스는 전도층 및 전극층에 결합되며; (2) 전도층에 인접한 마이크로셀의 표면 상에 금속 재료의 이동을 야기하는 극성을 갖는 전기장을 생성하기 위해 전도층과 전극층 사이에 전압 전위 차이를 인가하는 단계를 포함하는 유익제 전달 시스템의 동작 방법이다. 전압이 인가될 때, 결과적인 전류는 배지를 통해 흐른다. 유익제의 전달 속도는 인가된 전압 전위의 선택에 의해 제어될 수도 있다.

도 1a 는 전도층, 유익제를 포함하는 복수의 마이크로셀들, 금속 재료를 갖는 밀봉층, 및 전극층을 포함하는 유익제 전달 시스템의 일 실시형태를 도시한다.
도 1b 는 연속 전도층, 유익제를 포함하는 복수의 마이크로셀들, 다공성 밀봉층, 및 전압 소스를 포함하는 유익제 전달 시스템의 일 실시형태를 도시한다. 도 1b 에 도시된 시스템에서, 유익제는 원하는 곳에 전달될 마이크로셀들 중 하나의 다공성 밀봉층을 통과할 수도 있다.
도 2 는 전도층, 유익제를 포함하는 복수의 마이크로셀들, 금속 재료를 갖는 밀봉층, 및 연속하는 전극층을 포함하는 유익제 전달 시스템의 다른 실시형태를 도시한다.
도 3a 및 도 3b 는 밀봉층의 금속 재료의 이동을 위한 잠재적 메커니즘을 도시한다.
도 4 는 동일한 전달 시스템에서 복수의 상이한 유형의 유익제 및/또는 복수의 농도의 유익제를 포함하는 유익제 전달 시스템을 도시한다.
도 5 는 롤 투 롤 프로세스를 사용하여 본 발명을 위한 마이크로셀을 제조하는 방법을 도시한다.
도 6a 및 도 6b 는 열경화성 전구체로 코팅된 전도체 막의 포토마스크를 통한 포토리소그래피 노출을 사용하는 활성 분자 전달 시스템을 위한 마이크로셀의 제조를 상세한다.
도 6c 및 도 6d 는 유익제 전달 시스템을 위한 마이크로셀들이 포토리소그래피를 사용하여 제조되는 대안적인 실시형태를 상세한다. 도 6c 및 도 6d 에서 상부 및 하부 노출의 조합이 사용되며, 일 측면 방향의 벽이 상부 포토마스크 노출에 의해 경화되게 하고, 다른 측면 방향의 벽이 불투명한 베이스 전도체 막을 통해 하부 노출에 의해 경화되게 한다. 이 프로세스는 마이크로셀 벽이 측면 운동 실시형태와 함께 사용하기 위해 다양한 다공성으로 제조되게 한다.
도 7a 내지 도 7d 는 유익제 전달 시스템에 사용될 마이크로셀의 어레이를 충전 및 밀봉하는 단계들을 도시한다.
도 8 은 인가된 전기장에 의해 활성화될 수 있는, 복수의 마이크로셀들 및 금속 재료를 포함하는 밀봉층을 포함하는 유익제 전달 시스템의 일 실시형태를 도시한다. 마이크로셀은 피부 (또는 다른 전도성 기질) 의 전도도가 접지 전극을 제공하는 동안 전극에 의해 활성화된다.
도 9 는 복수의 마이크로셀들 및 금속 재료를 포함하는 밀봉층을 포함하는 유익제 전달 시스템의 일 실시형태를 도시한다. 도 9 에서, 모바일 폰 또는 다른 무선 디바이스 상의 애플리케이션으로 유익제의 전달을 트리거하기 위해 스위치는 사용자가 마이크로셀을 활성화하게 하는 무선 수신기에 결합된다.
도 10 은 복수의 마이크로셀들 및 금속 재료를 포함하는 밀봉층을 포함하는 유익제 전달 시스템의 일 실시형태를 도시한다. 도 10 에서, 복수의 전극들은 무선 수신기에 결합된 매트릭스 드라이버에 결합되어, 애플리케이션이 원하는 유익제의 전달을 활성화하게 한다.
도 11 및 도 12 는 유익제가 마이크로셀 내로 로딩될 뿐만 아니라 접착층 및/또는 유익제 로딩층과 같은 다른 층들에 로딩되는 유익제 전달 시스템의 일 실시형태를 예시한다. 유익제의 상이한 조합들이 전달 시스템의 상이한 영역들에 포함될 수 있다.
도 13 은 유익제 전달 시스템의 밀봉층의 외부 표면의 현미경 이미지이다. 밀봉층은 금속 나노섬유를 포함한다.
도 14a 는 시스템에 걸친 전기장의 인가 전에 유익제 전달 시스템의 복수의 마이크로셀들의 외부 표면의 사진 이미지이고; 이미지는 밀봉층으로부터 대향하는 복수의 마이크로셀의 외부 표면을 나타낸다.
도 14b 는 시스템에 걸친 전기장의 인가 후의 유익제 전달 시스템의 복수의 마이크로셀의 외부 표면의 사진 이미지이고; 이미지는 밀봉층으로부터 대향하는 복수의 마이크로셀들의 외부 표면을 나타내고; 전기장은 유익제 전달 시스템의 좌측에 인가되고; 우측에는 전기장이 인가되지 않았다.
도 15a 는 시스템에 걸친 전기장의 인가 전에 유익제 전달 시스템의 복수의 마이크로셀들의 내부 표면의 현미경 이미지이고; 이미지는 밀봉층의 제거 후에 포착되었다.
도 15b 는 시스템에 걸친 전기장의 인가 후에 유익제 전달 시스템의 복수의 마이크로셀들의 내부 표면의 현미경 이미지이고; 이미지는 밀봉층의 제거 후에 포착되었다.

본 발명은, 유익제가 온 디맨드로 방출될 수 있고 및/또는 다양한 상이한 유익제들이 동일한 시스템으로부터 전달될 수 있고 및/또는 상이한 농도의 유익제가 동일한 시스템으로부터 전달될 수 있는, 유익제 전달 시스템을 제공한다. 본 발명은 약제, 백신, 항체, 호르몬, 단백질, 핵산, 영양제, 영양소, 미용제, 향료, 악취 제거제, 공기 관리제, 농약제, 공기 관리제, 항균제, 보존제 및 기타 유익제를 전달하는데 사용될 수 있다. 약제 및 미용제는 경피적으로 환자에게 전달될 수도 있다. 그러나, 본 발명은 일반적으로 동물에게 유익제를 전달하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명은 수송 동안 진정제를 말에게 전달할 수 있다. 또한, 본 발명은 다른 표면 또는 공간으로 유익제를 전달하는데 사용될 수도 있다.

유익제 전달 시스템의 "접착층" 은 시스템의 2 개의 다른 층들 사이에 접착제 연결을 확립하는 층이다. 접착층은 200 nm 내지 5 mm, 또는 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 두께를 가질 수도 있다.

"다공성 확산층" 은 0.2 nm 보다 큰 평균 기공 크기를 갖는 유익제 전달 시스템의 층이다. "속도 제어층" 은 0.2 nm 또는 그보다 작은 평균 기공 크기를 갖는 유익제 전달 시스템의 층이다.

본 발명의 일 실시형태에서, 유익제 전달 시스템은 전도층, 마이크로셀층, 밀봉층, 및 전극층을 포함한다. 전도층, 마이크로셀층, 밀봉층 및 전극층은 서로의 위에 수직으로 적층된다. 바람직한 실시형태에서, 전도층, 마이크로셀층, 밀봉층 및 전극층은 상기의 순서로 서로의 위에 수직으로 적층된다. 유익제 전달 시스템은 또한, 전도층을 전극층과 연결하는 전압 소스를 포함할 수도 있다.

마이크로셀층은 배지를 함유하는 복수의 마이크로셀들을 포함한다. 복수의 마이크로셀들의 각각은 0.01 nL 초과, 0.05 nL 초과, 0.1 nL 초과, 1 nL 초과, 10 nL 초과, 또는 100 nL 초과의 부피를 가질 수도 있다. 배지는 유익제 제형으로서, 담체 및 유익제를 포함한다. 배지는 배지의 중량 기준으로 0.01 중량% 초과, 또는 0.1 중량% 초과, 또는 1 중량% 초과의 유익제를 포함할 수도 있다. 배지는 배지의 중량 기준으로 0.001 중량% 내지 99.99 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 99 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 95 중량%, 또는 5 중량% 내지 60 중량% 의 유익제를 포함할 수도 있다.

담체는 액체, 반고체, 하이드로겔과 같은 겔, 또는 이들의 조합일 수도 있다. 담체는 물, 유기 화합물, 실리콘 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 유기 화합물은 알코올, 에스테르, 아미드, 에테르, 카르복실산, 탄화수소 및 다른 유기 화합물일 수도 있다. 유기 화합물은 DMSO, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세린, 옥탄, 노난, 트리에틸 시트레이트, 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트 및 다른 유기 용매들과 같은 유기 용매일 수도 있다. 유기 화합물은 생체적합성의 비극성 액체일 수도 있다. 유기 화합물은 식물성 오일, 과실 오일, 견과류 오일과 같은 천연 오일일 수도 있다. 실리콘 화합물은 실리콘 오일일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 담체는 물 또는 수성 완충액과 같은 수용성 액체일 수도 있다. 배지 중 담체의 함량은 배지의 중량 기준으로 약 1 중량% 내지 약 99 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 95 중량%, 더욱 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 90 중량% 일 수도 있다. 배지는 또한 중합체 재료를 포함할 수도 있다. 일 예에서, 유익제는 마이크로셀에 첨가되기 전에 중합체 재료에 분산될 수도 있다.

배지는 또한 전하 조절제, 레올로지 개질제, 및 킬레이트제와 같은 첨가제를 포함할 수도 있다. 전하 조절제는 전형적으로, 바람직하게는 비극성 사슬 (전형적으로 탄화수소 사슬) 에 부착되는, 예를 들어, 양성 또는 음성 이온성 기와 같은, 이온성 또는 다른 극성 기를 포함하는 분자이다. 레올로지 개질제는, 매질의 점도를 원하는 값으로 조정하는 화합물, 전형적으로 중합체 재료들이다. 킬레이트제는 금속 양이온을 킬레이트할 수 있는 화합물이다. 킬레이트제의 존재는 밀봉층으로부터 금속 재료의 이동을 용이하게 할 수도 있다. 킬레이트제의 비제한적인 예는 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 에틸렌 디아민 디숙신산 (EDDS), 아미노트리(메틸렌포스폰산) (ATMP), 1,3-디아미노-2-프로판테트라아세트산 (DTPA), 디피콜린산 (DPA), 및 에틸렌디아민-N,N'-비스(2-히드록시페닐아세트산) (EDDHA) 을 포함한다. 배지는 배지의 중량 기준으로 0.001 중량% 내지 5 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 3 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 1 중량% 의 킬레이트제를 포함할 수도 있다.

마이크로셀들은 개구를 포함한다. 마이크로셀 개구의 최대 치수는 30 ㎛ 내지 300 ㎛, 또는 30 ㎛ 내지 180 ㎛, 또는 약 80 ㎛ 내지 150 ㎛ 일 수도 있다. 밀봉층은 각 마이크로셀의 개구에 걸쳐 있다. 밀봉층은 중합체 재료 및 금속 재료를 포함한다. 금속 재료는 금속 입자, 금속 와이어, 금속 섬유, 금속 플레이크, 금속 로드, 금속 응집체, 금속 디스크 및 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 금속 재료는 금속 나노입자, 금속 나노와이어, 금속 나노섬유 및 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 금속 재료는 금속 코팅된 실리카 입자, 금속 코팅된 반도체 입자, 금속 코팅된 유리 비드, 또는 금속 코팅된 플라스틱 비드로서 밀봉층 내에 존재할 수도 있다. 밀봉층의 금속 재료는 은, 구리, 백금, 금, 아연, 니켈, 크롬 또는 이들의 조합과 같은 금속 원소를 포함할 수도 있다. 또한, 밀봉층은 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 전도성 중합체와 같은 전도성 재료를 포함할 수도 있다. 금속 재료의 최소 치수는 1 nm 내지 1 mm, 또는 20 nm 내지 500 ㎛, 또는 30 nm 내지 100 ㎛ 일 수도 있다. 금속 와이어, 금속 섬유, 금속 막대 및 금속 응집체의 경우, 최소 치수는 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 5 ㎛ 내지 20 ㎛ 일 수도 있다. 금속 플레이크 및 금속 디스크는 1 nm 내지 200 nm, 또는 5 nm 내지 100 nm 의 평균 두께 및 100 nm 내지 500 nm, 또는 150 nm 내지 300 nm의 평균 직경을 가질 수도 있다. 밀봉층의 금속 재료는 금속 나노입자, 금속 나노와이어 및 금속 나노섬유의 형태일 수도 있다. 이들 경우에, 나노구조체의 최소 치수는 20 nm 내지 1 ㎛, 또는 50 nm 내지 500 nm, 또는 75 nm 내지 250 nm 일 수도 있다. 금속 재료의 함량은 배지의 활성화되지 않은 밀봉층 기준으로 약 1 중량% 내지 약 90 중량%, 바람직하게는 약 3 중량% 내지 약 70 중량%, 더욱 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 40 중량% 일 수도 있다. 밀봉층은 500 nm 내지 3 mm, 또는 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 두께를 가질 수도 있다.

복수의 마이크로셀들 및 밀봉층은 전도층과 전극층 사이에 배치된다. 전극층은 단일 전극을 포함할 수도 있다. 전극층은 행과 열을 갖는 금속 재료의 메쉬일 수도 있다. 전극층은 또한 독립적으로 어드레싱될 수도 있는 복수의 전극들 (또한 픽셀 전극이라고도 함) 을 포함할 수도 있다. 픽셀 전극의 최대 평균 치수는 약 4 ㎛ 내지 약 4 mm, 바람직하게는 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 200 ㎛ 일 수도 있다. 전극층은 또한 연속적인 전도성 재료를 포함할 수도 있다. 연속적인 전도성 재료는 ITO (indium tin oxide) 전도체 라인들과 같은 미리 형성된 전도체 필름일 수도 있다. 은 또는 알루미늄과 같은 다른 전도성 재료가 또한 사용될 수도 있다. 전극층의 두께는 500 nm 내지 5 mm, 또는 1 ㎛ 내지 500 ㎛ 일 수도 있다. ITO 와 같은 연속적인 전도성 재료의 경우, 전극층의 두께는 0.1 nm 내지 1 ㎛, 또는 1 nm 내지 100 nm 일 수도 있다. 전극층은 0.2 nm 초과, 또는 10 nm 초과, 또는 100 nm 초과, 또는 1 ㎛ 초과, 또는 10 ㎛ 초과, 또는 100 ㎛ 초과의 평균 기공 크기를 갖는 다공성일 수도 있다. 전극층은 또한 0.2 nm 미만의 평균 기공 크기를 가질 수도 있고, 일반적으로, 평균 기공 크기가 작을수록, 전달 시스템으로부터 유익제의 전달 속도가 더 낮다.

전도층은 연속적인 전도성 재료를 포함할 수도 있다. 연속적인 전도성 재료는 ITO (indium tin oxide) 전도체 라인들과 같은 미리 형성된 전도체 필름일 수도 있다. 은 또는 알루미늄과 같은 다른 전도성 재료가 또한 사용될 수도 있다. 이 경우에, 전극층의 두께는 0.1 nm 내지 1 ㎛, 또는 1 nm 내지 100 nm 일 수도 있다. 전극층은 또한 행과 열을 갖는 금속 재료의 메쉬를 포함할 수도 있다. 또한 독립적으로 어드레싱될 수도 있는, 픽셀 전극들과 같은 복수의 전극들을 포함할 수도 있다. 이 경우들에서, 전도층의 두께는 500 nm 내지 5 mm, 또는 1 ㎛ 내지 500 ㎛ 일 수도 있다.

유익제 전달 시스템은 도 1a 에 도시된 바와 같이 유익제에 대해 초기에 불투과성인 (또는 낮은 투과성을 갖는) 밀봉층을 갖는 복수의 마이크로셀들을 포함한다. 전도층과 전극층의 전극 사이에 전압이 인가되면, 상기 밀봉층의 금속 재료는 밀봉층으로부터 제거된다. 이는 마이크로셀을 통해 이동하여 전도층에 인접한 마이크로셀의 내부 표면 상에 디포짓될 수도 있다. 인가된 전압은 약 1 내지 약 240 V, 바람직하게는 약 5 내지 약 130 V, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 80 V 일 수도 있다. 전압의 인가 기간은 약 1 초 내지 약 120 분, 바람직하게는 약 10 초 내지 약 60 분, 더욱 바람직하게는 약 1 분 내지 약 30 분일 수도 있다. 전도층 및 전극층 사이의 전압 소스로부터 전압이 인가되면, 발생된 전류가 배지를 통해 흐를 수도 있다. 밀봉층의 금속 재료는 전기장의 인가에 의해 애노드 근처의 대응하는 금속염으로 산화될 가능성이 있다. 금속염은 마이크로 셀 내의 배지에 용해될 수도 있고, 캐소드 근처에서 금속 형태로 환원되고 전도층에 인접한 마이크로셀의 내부 표면에 디포짓될 수도 있다. 프로세스는 도 1b 에 도시된 바와 같이 밀봉층에 다공성을 생성하여, 마이크로셀을 활성화시킨다. 그 결과, 마이크로셀의 유익제는, 도 1b 의 화살표가 도시하는 바와 같이, 밀봉층에 인접한 표면으로부터 대응하는 마이크로셀을 빠져나와 원하는 표면 또는 공간 상에 전달될 수도 있다. 활성화된 마이크로셀의 밀봉층의 다공성은 대응하는 밀봉층의 총 부피당 기공의 총 부피로서 결정된 약 0.01% 내지 약 80%, 바람직하게는 약 0.5% 내지 약 50%, 더욱 바람직하게는 약 1% 내지 약 20% 일 수도 있다. 금속의 이동 및 마이크로셀의 활성화를 트리거하는 전압의 극성은 전극층의 전극이 양의 전위 (애노드) 를 갖도록 한다. 전압의 인가에 의해 밀봉층에서 다공성을 생성하는 능력은 온 디맨드로 유익제의 전달을 가능하게 한다. 유익제 전달 시스템은 온 디맨드로 독립적으로 활성화될 수 있는 복수의 마이크로셀을 포함할 수도 있기 때문에, 시스템은 상이한 시간에 다양한 양의 유익제를 전달하는 유연성을 갖는다. 추가로, 마이크로셀 어레이에는 상이한 유익제들이 로딩될 수도 있으며, 이에 따라 온 디맨드로 상이한 또는 무료의 유익제를 전달하는 메커니즘을 제공한다.

제약 화합물의 경피 전달과 같은 더 통상적인 적용들에 부가하여, 유익제 전달 시스템은 농산물 영양소를 전달하기 위한 기반일 수도 있다. 마이크로셀 어레이는 수경 재배 시스템과 함께 사용될 수 있는 대형 시트로 제조될 수 있거나, 또는 Mebiol, Inc. (Kanagawa, Japan) 에 의해 입증된 바와 같은 하이드로겔 필름 농업에 통합될 수 있다. 유익제 전달 시스템은 또한, 스마트 패킹의 구조적 벽 내로 통합될 수 있다. 전달 시스템은 예를 들어, 신선한 야채 또는 다른 품목을 함유한 패키지 내로 항산화제의 장기간 방출을 가능하게 한다. 이러한 패키징이 특정 식품 및 다른 품목의 저장 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 패키지가 개봉될 때까지 오직 신선도를 유지하는데 필수적인 항산화제의 양을 필요로 할 것이다.

유익제 전달 시스템의 개요가 도 1a 에 도시된다. 시스템은 복수의 마이크로셀들 (130A, 130B, 130C) 을 포함하는 마이크로셀층을 포함하고, 각각의 마이크로셀은 담체 (140) 및 유익제 (150) 를 포함하는 배지 (유익제 제제) 를 포함한다. 도 1a (및 또한 도 1b, 도 2, 도 3, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 및 도 12) 가 담체와는 상이한 상을 암시할 수도 있는 별개의 거시적 실체로서 유익제 (150) 를 나타내는 경우에도, 이러한 표현은 담체에서의 용액의 형태로 또는 임의의 다른 형태로 분자 상태로 존재하는 유익제의 옵션을 포함하는 것으로 가정되어야 하며, 여기서 유익제의 존재는 별개의 상으로서 명백하게 보이지 않는다. 이러한 예는 마이크로에멀젼, 나노에멀젼, 콜로이드성 분산액 등을 포함한다. 각 마이크로셀은 아래에서 더 상세히 설명되는 중합체 매트릭스로 형성된 어레이의 부분이다. 유익제 전달 시스템은 통상적으로 수분 유입 및 물리적 상호작용에 대한 구조적 지지 및 보호를 제공하기 위한 지지층 (110) 을 포함할 것이다. 백킹층은 1 ㎛ 내지 5 mm, 또는 25 ㎛ 내지 300 ㎛ 의 두께를 가질 수도 있다. 마이크로셀의 일부는 밀봉층 (160) 이 걸쳐있는 개구를 가질 것이다. 밀봉층은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알코올, 셀룰로오스, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) (PNIPAAm), 폴리(락틱-코-글리콜산) (PLGA), 폴리비닐리덴 클로라이드, 아크릴로니트릴, 비정질 나일론, 배향 폴리에스테르, 테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리우레탄 또는 알기네이트와 같은 다양한 천연 또는 비천연 중합체로 구성될 수도 있다. 밀봉층은 또한 금속 입자, 금속 와이어, 금속 섬유, 금속 플레이크, 금속 로드, 금속 응집체, 금속 디스크, 또는 이들의 조합의 형태의 금속 재료를 포함한다. 밀봉층은 나노입자, 금속 나노와이어 또는 금속 나노섬유 (170) 형태의 금속 재료를 포함할 수도 있다. 밀봉층은 또한, 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그래핀 또는 전도성 중합체와 같은 추가의 전도성 재료들을 포함할 수도 있다. 밀봉층에 사용될 수 있는 전도성 중합체의 비제한적인 예로는, PEDOT-PSS, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 비닐렌 또는 이들의 조합들을 포함한다. 밀봉층은 또한 마이크로셀의 배지에 포함된 유익제와 동일하거나 상이한 유익제를 포함할 수도 있다. 유익제는 밀봉층 조성물이 제조될 때 및 유익제 전달 시스템의 제조 동안 밀봉층이 사용되기 전에 밀봉층에 포함될 수도 있다. 마이크로셀의 수평 단면은 서로 다른 형상, 예를 들어, 정사각형, 원형, 또는 다각형, 예컨대 벌집 구조일 수도 있다.

복수의 마이크로셀 (130A, 130B, 130C) 및 밀봉층 (160) 은 전도층 (120) 과 전극층 (190) 사이에 배치된다. 전극층 (190) 은 행과 열을 갖는 금속 재료의 메쉬일 수도 있다. 전극층은 또한 복수의 전극들을 포함할 수도 있다. 전극층은 복수의 전극들 (195) 을 포함할 수도 있다. 종종 시스템은 접착층 (180) 을 추가로 포함할 것이다. 전극층과 밀봉층은 하나의 층으로 통합될 수도 있다. 도 1a 에서, 접착층은 밀봉층과 전극층 사이에 있다. 접착층 및 전극층은 유익제에 다공성일 수도 있다. 접착층은 200 nm 내지 5 mm, 또는 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 두께를 가질 수도 있다.

도 1b 는 마이크로셀의 활성화 후의 유익제 전달 시스템의 예를 도시한다. 전술한 바와 같이, 활성화는 마이크로셀에 걸친 전압 (210) 의 인가를 통해 발생되어, 금속 재료 (170) 의 이동을 초래한다. 금속 재료 (170) 의 이동은 개방 채널 (175) 을 갖는 층을 생성한다. 따라서, 활성화된 마이크로셀에 인접한 밀봉층은 다공성이 된다. 보다 구체적으로, 도 1b 에서, 최좌측 마이크로셀 (130A) 의 개구에 걸쳐 있는 밀봉층 부분은 다공성인데, 그 이유는 초기에 존재하는 금속 재료 (170) 가 이동하여 개방 채널 (175) 을 생성하기 때문이다. 이러한 이동은 전도층 (120) 에 인접한 마이크로셀 (130A) 의 표면 상에 금속 재료 (178) 의 디포지션을 초래한다. 도 1b 에 도시된 바와 같이, 마이크로셀 (130A) 에 존재하는 유익제는 (화살표가 나타내는 바와 같이) 이제 다공성 밀봉층을 통해 마이크로셀을 빠져나갈 수도 있고, 원하는 표면 또는 공간 상에 전달될 수 있다. 유익제의 전달 속도는 다양한 방법에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 밀봉층 내의 금속 재료의 함량 및 밀봉층 내에 분산된 금속 재료의 최소 치수의 크기를 포함한다. 이들 파라미터는 밀봉층의 다공성에 영향을 미친다. 전형적으로, 밀봉층 내의 금속 재료의 함량이 더 크고 금속 재료의 최소 치수가 더 클수록, 밀봉층이 더 다공성일 것이고 전달 속도가 더 높을 것이다. 전달 속도에 영향을 미칠 수도 있는 다른 파라미터는 유익제 및 담체의 성질 및 담체 조성물 내의 유익제의 농도를 포함한다. 유익제 전달 시스템에서 속도 제어층의 포함은 또한, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전달 속도를 제어할 수도 있다. 유익제는 분자 형태로, 즉, 담체 내의 용액으로서 및/또는 분산액 또는 에멀젼으로서 상이한 상의 실체로서 마이크로셀 내에 존재할 수도 있다. 후자의 경우 (상이한 상) 에서, 분산액 또는 에멀젼의 입자 또는 액적 크기는 또한 전달 속도에 영향을 미칠 것이다. 유익제의 전달 기간은 또한 인가된 전압의 크기에 의해 제어될 수 있으며, 이는 밀봉층의 금속 재료의 이동 속도 및 밀봉층에서 다공성의 생성 속도에 영향을 줄 것이다. 더 높은 전압의 인가는 전형적으로 유익제의 더 높은 전달 속도를 초래한다. 유익제의 유용한 물리적 형태는 유익제 전달 시스템을 빠져나가는 실제 물리적 형태와 독립적으로 기체일 수도 있다. 예를 들어, 향기 분자는 검출되기 전에 사용자의 코 냄새 센서에 도달하도록 기화된다. 따라서, 이러한 종류의 유익제는 액체 또는 기체로서 전달 시스템을 빠져나갈 수도 있다.

마이크로셀의 활성화는 도 3a 및 도3b 에 도시된 바와 같이, 전도층 (120) 과 대응 전극 (195) 사이에 인가된 전압에 의해 달성된다. 전압의 인가는 마이크로셀의 배지를 통해 흐르는 전류를 초래한다. 도 3a 및 도 3b 에 도시된 실시형태에서, 마이크로셀의 밀봉층 (160) 은 중합체 재료를 포함하고, 여기서 은 나노섬유 (170) 는 도 3a 에 도시된 바와 같이, 분산된다. 인가된 전압 (210) 은 전극 (195) 이 양의 극성을 갖도록 한다. 밀봉층의 은 나노섬유가 이동하여 마이크로셀의 내부 표면에 재증착된다 (178). 이는 은 나노섬유를 은 양이온 (Ag+) 을 포함하는 은염으로 산화시킨 결과일 가능성이 높으며, 이는 마이크로셀의 배지에서 용해되어 전도층 (120) 쪽으로 이동할 수도 있다. 금속 재료 산화에 의해 생성된 전자들은 전도층 (120) 과 전극 (195) 사이의 전기적 커플링을 통해 전도층 (120) 쪽으로 이동할 수도 있다. 도 3b 는 이러한 프로세스의 결과를 나타낸다. 상기 은 양이온은 전달된 전자에 의해 전도층에 인접한 마이크로 셀의 내부 표면에서 은 금속으로 환원될 수도 있다. 그 후, 금속 은은 마이크로셀의 내부 표면에 증착된다 (178). 밀봉층으로부터의 은 나노섬유 (170) 의 이동은 밀봉층 (160) 상에 개방 채널 (175) 을 생성하여, 마이크로셀을 활성화시키고 마이크로셀에 존재하는 유익제의 전달을 가능하게 한다.

유익제의 전달 속도를 조절하는 것 외에도, 본 발명의 마이크로셀 구성은 도 4 에 도시된 바와 같이, 상이한 유익제의 어레이 또는 상이한 농도의 어레이를 형성하는데 적합하다. 마이크로셀은 전극들의 능동 매트릭스로 개별적으로 활성화될 수 있기 때문에, 온 디맨드로 다양한 유익제를 제공하고 복잡한 투여 프로파일을 생성할 수 있다. 잉크젯 또는 다른 유체 시스템에 의한 주입을 사용하여, 개별 마이크로셀을 충전하여 다양한 상이한 이익제들이 이익전달 시스템에 포함되게 할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 시스템은 4 가지 상이한 농도의 니코틴을 포함할 수도 있어서, 하루 동안 상이한 투여량이 상이한 시간에 전달되게 한다. 예를 들어, 기상 직후, 가장 집중된 투여량이 전달될 수 있고 (짙은 회색), 다음에 사용자가 다른 더 집중된 투여량을 필요로 할 때까지 낮 동안 훨씬 낮은 테이퍼 투여량이 이어질 수도 있다 (반점 형태). 동일한 마이크로셀에 상이한 유익제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4 에 도시된 시스템은 또한 전달 시스템과 접촉하는 피부 영역에서의 부기 및 가려움을 감소시키기 위한 진통제 (줄무늬) 를 포함할 수도 있다. 물론, 다양한 조합이 가능하며, 다양한 마이크로셀들은, 약제, 영양제, 영양소, 보조제, 비타민, 백신, 호르몬, 미용제, 향료, 보존제 등을 포함할 수도 있다. 또한, 마이크로셀들의 배열은 분배되지 않을 수도 있다. 오히려, 마이크로셀은 클러스터로 충전될 수도 있어서, 이는 충전 및 활성화가 보다 간단해지게 한다. 다른 실시형태들에서, 더 작은 마이크로셀 어레이가 동일한 매질로 충전될 수도 있으며, 즉 동일한 농도에서 동일한 유익제를 가지며, 그 후에 더 작은 어레이가 더 큰 어레이로 조립되어 본 발명의 전달 시스템을 형성한다.

도 2 에 도시된 다른 실시형태에서, 유익제 전달 시스템은 전도층 (290), 복수의 전극들 (130A, 130B, 130C) 을 포함하는 마이크로셀층, 금속 재료 (170) 를 포함하는 밀봉층 (160), 및 전극층 (220) 을 포함한다. 전도층 (290), 마이크로셀층, 밀봉층 (160) 및 전극층 (220) 은 서로의 위에 수직으로 적층된다. 이 실시형태에서, 전도층 (290) 은 (픽셀 전극들과 같은) 다수의 전극들 (295) 을 포함할 수도 있거나, 행들 및 열들을 갖는 금속 재료로부터의 메시를 포함할 수도 있다. 유익제 전달 시스템은 또한 백킹층 (211) 뿐만 아니라 전극층을 다공성 전도층 (도 2 에 도시되지 않음) 과 연결하는 전압 소스를 포함할 수도 있다. 복수의 마이크로셀들은 유익제 (150) 를 포함한다. 본 실시형태에서, 전극층은 (ITO 와 같은) 연속적인 전도성 재료일 수도 있다. 전극층과 밀봉층은 하나의 층에서 통합될 수도 있다.

마이크로셀을 구성하는 기술. 마이크로셀은 미국 특허 제 6,933,098 호에 개시된 바와 같이 배치식 (batchwise) 프로세스 또는 연속 롤-투-롤 프로세서로 형성될 수도 있다. 후자는 유익제 전달 및 전기영동 디스플레이를 포함한 다양한 애플리케이션들에서 사용하기 위한 구획 (compartment) 의 생산을 위한 연속적이고, 저렴하고, 고 스루풋의 제조 기술을 제공한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 마이크로셀 어레이는 도 5 에 도시된 바와 같이 마이크로 엠보싱으로 생성될 수 있다. 수 금형 (500) 은 웹 (504) 위에, 또는 웹 (504) (도시되지 않음) 아래에 배치될 수도 있지만, 대안적인 배열들이 가능하다. 예를 들어, 그 전체가 본원에 참조에 의해 통합되는 미국 특허 제 7,715,088 호를 참조한다. 전도성 기판은 디바이스용의 백킹이 되는 중합체 기판 상에 전도체 막 (501) 을 형성함으로써 구성될 수도 있다. 다음으로, 열가소성, 열경화성, 또는 그 전구체를 포함하는 조성물 (502) 이 전도체 막 상에 코팅된다. 열가소성 또는 열경화성 전구체 층은 롤러, 판 또는 벨트 형태의 수 금형에 의해 열가소성 또는 열경화성 전구체 층의 유리 천이 온도보다 높은 온도에서 엠보싱된다.

마이크로셀의 제조를 위한 열가소성 또는 열경화성 전구체는 다기능 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 비닐 에테르, 에폭사이드 및 이들의 올리고머 또는 중합체 등일 수도 있다. 다기능 에폭사이드 및 다기능 아크릴레이트의 조합은 또한, 바람직한 물리-기계적 특성을 달성하는데 매우 유용하다. 또한, 엠보싱된 마이크로셀의 굴곡 저항성을 향상시키기 위해 우레탄 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트와 같은, 가요성을 부여하는 가교성 올리고머가 추가될 수도 있다. 조성물은 중합체, 올리고머, 단량체 및 첨가제를 함유하거나 또는 올리고머, 단량체 및 첨가제만을 함유할 수도 있다. 이러한 종류의 재료에 대한 유리 천이 온도 (또는 T_g) 는 일반적으로, 약 -70 ℃ 내지 150 ℃, 바람직하게는 약 -20 ℃ 내지 약 50 ℃범위이다. 마이크로엠보싱 프로세스는 통상적으로 T_g 보다 높은 온도에서 수행된다. 마이크로엠보싱 온도 및 압력을 제어하기 위해 몰드 프레스가 사용되는, 가열된 수 금형 또는 가열된 하우징 기판.

도 5 에 도시된 것과 같이, 전구체 층이 경화되는 동안 또는 그 후에 금형이 방출되어 마이크로셀 (503) 의 어레이를 드러낸다. 전구체 층의 경화는 냉각, 용매 증발, 방사에 의한 가교, 열 또는 수분에 의해 달성될 수도 있다. 열경화성 전구체의 큐어링이 UV 방사에 의해 달성되는 경우, UV 는 2 개의 도면에서 보여지는 것과 같이, 웹의 하단 또는 상단으로부터 투명 전도체 막 상으로 방사할 수도 있다. 대안적으로, UV 램프는 금형 내부에 배치될 수도 있다. 이 경우, 금형은 UV 광이 사전 패터닝된 수 금형을 통해 열경화성 전구체 층 상으로 방사하도록 하기 위하여 투명해야 한다. 수 금형은 다이아몬드 턴 프로세스 또는 포토레지스트 프로세스와 같은 임의의 적절한 방법에 의해 제조될 수도 있으며, 이어서 에칭 또는 전기 도금이 뒤따른다. 수 금형용 마스터 템플릿은 전기 도금과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 제조될 수도 있다. 전기 도금으로, 유리 베이스가 크롬 인코넬과 같은 시드 재료의 얇은 층 (일반적으로 3000 Å) 으로 스퍼터링된다. 그 후에, 금형은 포토레지스트 층으로 코팅되고 UV 에 노출된다. UV 와 포토레지스트 층 사이에 마스크가 배치된다. 포토레지스트의 노출된 영역이 경화된다. 그 후에 노출되지 않은 영역은 적절한 용매로 세척함으로써 제거된다. 나머지 경화된 포토레지스트는 건조되고, 얇은 시드 금속 층으로 다시 스퍼터링된다. 그 후에 마스터는 전기 주조를 위해 준비된다. 전기 주조에 사용되는 전형적인 재료는 니켈 코발트이다. 대안적으로, 마스터는 전기 주조 또는 무전해 니켈 증착에 의해 니켈로 제조될 수 있다. 금형의 플로어는 전형적으로 약 50 내지 400 마이크론 사이이다. 마스터는 또한 "Replication techniques for micro-optics", SPIE Proc. Vol. 3099, pp. 76-82 (1997) 에 설명된 것과 같은, 전자빔 기록, 건식 에칭, 화학 에칭, 레이저 기록 또는 레이저 간섭을 포함한 다른 마이크로엔지니어링 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 금형은 플라스틱, 세라믹 또는 금속을 이용한 포토머시닝에 의해 제조될 수 있다.

UV 경화 레진 조성물을 적용하기 전에, 금형은 탈형 (demolding) 프로세스를 보조하기 위해 이형제로 처리될 수도 있다. UV 경화 레진은 분배 전에 탈기 (degas) 될 수도 있고, 옵션으로 용매를 함유할 수도 있다. 존재하는 경우, 용매는 쉽게 증발한다. UV 경화 레진은 수 금형 위에 코팅, 침지, 붓기 등과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 분배된다. 디스펜서가 움직이거나 고정될 수도 있다. 전도체 막은 UV 경화 레진 위에 오버레이된다. 필요한 경우, 레진과 플라스틱 사이의 적절한 결합을 보장하고 마이크로셀의 플로어 두께를 제어하기 위해 압력이 인가될 수도 있다. 압력은 라미네이팅 롤러, 진공 성형, 프레스 디바이스 또는 다른 유사한 수단을 사용하여 적용될 수도 있다. 수 금형이 금속이고 불투명한 경우, 플라스틱 기질은 전형적으로 레진을 큐어링하는데 사용되는 화학 방사선에 대해 투명하다. 반대로, 수 금형은 투명할 수 있고, 플라스틱 기판은 화학 방사선에 대해 불투명할 수 있다. 성형된 특징부들의 전사 시트 상으로의 양호한 전사를 획득하기 위해, 전도체 막은 UV 경화 레진에 대해 양호한 접착성을 가져야 하며, 이는 금형 표면에 대해 양호한 방출 특성을 가져야 한다.

본 발명의 마이크로셀 어레이는 전형적으로 ITO (indium tin oxide) 전도체 라인과 같은 미리 형성된 도체 필름을 포함하지만, 은 또는 알루미늄과 같은 다른 전도성 재료가 사용될 수도 있다. 전도층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리아라미드, 폴리이미드, 폴리사이클로올레핀, 폴리설폰, 에폭시 및 이들의 복합물과 같은 기판에 의해 백킹되거나 통합될 수도 있다. 전도체 필름은 방사선 경화성 중합체 전구체 층으로 코팅될 수도 있다. 이어서, 필름 및 전구체 층은 이미지 방식으로 방사선에 노출되어 마이크로셀 벽 구조를 형성한다. 노출 후에, 전구체 재료는 노출되지 않은 영역으로부터 제거되어 경화된 마이크로셀 벽이 전도체 필름/지지 웹에 결합되게 한다. 이미지 방식 노출은 전도체 필름 상에 코팅된 방사선 경화성 재료의 노출의 미리 결정된 패턴 또는 이미지를 생성하기 위해 포토마스크를 통한 UV 또는 다른 형태의 방사선에 의해 달성될 수도 있다. 일반적으로 필요하지는 않지만, 마스크는 전도체 필름, 즉 ITO 라인에 대해 위치되고 정렬될 수도 있어서, 투명 마스크 부분은 ITO 라인 사이의 공간과 정렬되고, 불투명 마스크 부분은 ITO 재료와 정렬된다 (마이크로셀 셀 플로어 영역을 위해 의도됨).

포토리소그래피. 마이크로셀은 또한 포토리소그래피를 사용하여 생성될 수 있다. 마이크로셀 어레이를 제조하기 위한 포토리소그래피 프로세스들이 도 6a 및 도 5b 에 도시된다. 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와 같이, 마이크로셀 어레이 (600) 는 공지된 방법에 의해 전도체 전극 필름 (602) 상에 코팅된 방사선 경화성 재료 (601a) 를 마스크 (606) 를 통해 UV 광 (또는 대안적으로 다른 형태의 방사선, 전자 빔 등) 에 노출시킴으로써 제조되며, 마스크 (606) 를 통해 투영된 이미지에 대응하는 벽 (601b) 을 형성할 수도 있다. 베이스 전도체 필름 (602) 은 바람직하게는 플라스틱 재료를 포함할 수도 있는 지지 기질 베이스 웹 (603) 상에 장착된다.

도 6a 의 포토 마스크 (606) 에서, 어두운 사각형 (604) 은 불투명한 영역을 나타내고, 어두운 사각형들 사이의 공간은 마스크 (606) 의 투명 영역 (605) 을 나타낸다. UV 는 투명 영역 (605) 을 통해 방사선 경화성 재료 (601a) 상으로 방사한다. 노출은 바람직하게, 방사선 경화성 재료 (601a) 상에 직접 수행되며, 즉 UV 는 기판 (603) 또는 베이스 전도체 (602) 를 통과하지 않는다 (상부 노출). 이러한 이유로, 기판 (603) 또는 도체 (602) 중 어느 것도 채용된 UV 또는 다른 방사선 파장에 대해 투명할 필요는 없다.

도 6b 에 도시된 바와 같이, 노출 영역 (601b) 은 경화되고, (마스크 (606) 의 불투명 영역 (604) 에 의해 보호된) 노출되지 않은 영역은 그 후에, 적절한 용매 또는 현상액에 의해 제거되어 마이크로셀 (607) 을 형성한다. 용매 또는 현상액은 메틸에틸케톤 (MEK), 톨루엔, 아세톤, 이소프로판올 등과 같은 방사선 경화성 재료의 점도를 용해 또는 감소시키기 위해 일반적으로 사용되는 것들로부터 선택된다. 마이크로셀의 제조는 도체 필름/기질 지지 웹 아래에 포토마스크를 배치함으로써 유사하게 달성될 수도 있고, 이 경우 UV 광은 하부로부터 포토마스크를 통해 방사되며 기질은 방사선에 투명해야 한다.

이미지 노출. 이미지 노출에 의한 본 발명의 마이크로셀 어레이의 제조를 위한 또 다른 대안적인 방법이 도 6c 및 도 6d 에 도시된다. 불투명한 전도체 라인이 사용될 때, 전도체 라인은 하부로부터의 노출을 위한 포토마스크로서 사용될 수 있다. 내구성이 있는 마이크로셀 벽들은 전도체 라인에 수직인 불투명 라인을 갖는 제 2 포토마스크를 통해 상부로부터 추가 노출에 의해 형성된다. 도 6c 는 본 발명의 마이크로셀 어레이 (610) 를 생성하기 위해 상부 및 하부 노출 원리 양자의 사용을 도시한다. 베이스 전도체 필름 (612) 은 불투명하고 라인 패터닝된다. 베이스 전도체 (612) 및 기판 (613) 상에 코팅된 방사선 경화성 재료 (611a) 는 제 1 포토마스크로서 기능하는 전도체 라인 패턴 (612) 을 통해 하부로부터 노출된다. 전도체 라인 (612) 에 수직인 라인 패턴을 갖는 제 2 포토마스크 (616) 를 통해 "상부" 측으로부터 제 2 노출이 수행된다. 라인 (614) 사이의 공간 (615) 은 UV 광에 실질적으로 투명하다. 이 프로세스에서, 벽 재료 (611b) 는 일 측면 배향에서 하부에서 위로 경화되고, 수직 방향에서 상부에서 아래로 경화되어, 일체형 마이크로셀 (617) 을 형성하도록 결합된다. 도 6d 에 도시된 바와 같이, 노출되지 않은 영역은 마이크로셀 (617) 을 나타내기 위해 전술한 바와 같이 용매 또는 현상액에 의해 제거된다.

마이크로셀은 열가소성 엘라스토머로 구성될 수도 있으며, 이는 마이크로셀과 우수한 호환가능성을 가지고 배지와 상호작용하지 않는다. 유용한 열가소성 엘라스토머의 예는 ABA, 및 (AB)n 유형의 이중 블록, 삼중 블록 및 다중 블록 공중합체를 포함하고, 여기서 A 는 스티렌, α-메틸스티렌, 에틸렌, 프로필렌 또는 노르보르넨이고; B 는 부타디엔, 이소프렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 디메틸실록산 또는 프로필렌 설파이드이고; A 와 B 는 화학식이 동일하지 않을 수 있다. 숫자 n 은

1, 바람직하게는 1-10 이다. SB (poly(styrene-b-butadiene)), SBS (poly(styrene-b-butadiene-b-styrene)), SIS (poly(styrene-b-isoprene-b-styrene)), SEBS (poly(styrene-b-ethylene/butylenes-b-stylene)) poly(styrene-b-dimethylsiloxane-b-styrene), poly((α-methylstyrene-b-isoprene), poly(α-methylstyrene-b-isoprene-b-α-methylstyrene), poly(α-methylstyrene-b-propylene sulfide-b-α-methylstyrene), poly(α-methylstyrene-b-dimethylsiloxane-b-α-methylstyrene) 와 같은 스티렌 또는 옥시 메틸스티렌의 이중 블록 또는 삼중 블록 공중합체가 특히 유용하다. (Kraton Polymer, Houston, Tex. 로부터의) 크라톤 D 및 G 시리즈와 같은 상업적으로 입수가능한 스티렌 블록 공중합체가 특히 유용하다. poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbomene) 와 같은 결정질 고무 및 Vistalon 6505 (from Exxon Mobil, Houston, Tex.) 과 같은 EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer) 고무 및 그들의 접합된 (grafted) 공중합체도 또한, 매우 유용한 것으로 밝혀졌다.

열가소성 엘라스토머는 마이크로셀에서 담체와 혼합되지 않고 담체의 비중보다 작은 비중을 나타내는 용매 또는 용매 혼합물에 용해될 수도 있다. 마이크로셀 벽 및 유체보다 우수한 습윤 특성으로 인해, 오버코팅 조성물에 대해 낮은 표면 장력 용매가 바람직하다. 표면 장력이 35 dyne/cm 미만인 용매 또는 용매 혼합물이 바람직하다. 30 dyne/cm 미만의 표면 장력이 더 바람직하다. 적합한 용매는 알칸 (바람직하게는 C6-12 알칸, 예컨대 Exxon 케미칼 컴퍼니로부터의 헵탄, 옥탄 또는 이소파르 용매, 노난, 데칸 및 이들의 이성질체), 시클로알칸 (바람직하게는 C_6-12 시클로 알칸, 예컨대 시클로헥산 및 데칼린 등), 알킬벤젠 (바람직하게는 모노- 또는 디-C_1-6 알킬벤젠, 예컨대 톨루엔, 크실렌 등), 알킬 에스테르 (바람직하게는 C_2-5 알킬 에스테르, 예컨대 에틸 아세테이트, 이소부틸 아세테이트 등) 및 C_3-5 알킬 알코올 (예컨대 이소프로판올 등 및 이의 이성질체) 를 포함한다. 알킬벤젠 및 알칸의 혼합물이 특히 유용하다.

중합체 첨가제 이외에, 중합체 혼합물은 또한 습윤제 (계면활성제) 를 포함할 수도 있다. 습윤제 (예컨대 3M Company 의 FC 계면활성제, DuPont 의 Zonyl 플루오로계면활성제, 플루오로아크릴레이트, 플루오로메타아크릴레이트, 플루오로-치환된 긴사슬 알코올, 퍼플루오로-치환된 긴사슬 카르복실산 및 이들의 유도체, 및 OSi, Greenwich, Conn. 의 Silwet 실리콘 계면활성제) 는 또한 밀봉재의 마이크로셀에 대한 접착을 개선시키고 보다 유연한 코팅 프로세스를 제공하기 위해 조성물에 포함될 수도 있다. 가교제들 (예를 들어, 4,4'-디아지도디페닐메탄 및 2,6-디-(4'-아지도벤잘)-4-메틸시클로헥사논) 와 같은 비스아자이드), 가황제들 (예를 들어, 2-벤조티아졸릴 디설파이드 및 테트라메틸티우람 디설파이드), 다기능 모노머 또는 올리고머 (예를 들어, 헥산디올, 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판, 트리아크릴레이트, 디비닐벤젠, 디알프탈렌), 열 개시제 (예를 들어, 딜라 우로릴 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드) 및 광개시제 (예를 들어, Ciba-Geigy 의 이소프로필 티오크산톤 (ITX), Irgacure 651 및 Irgacure 369) 는 또한 오버코팅 프로세스 동안 또는 그 후에 가교 또는 중합 반응에 의해 밀봉층의 물리-기계적 특성을 향상시키는데 매우 유용하다.

마이크로셀들이 생성된 후에, 이들은 유익제 및 담체의 적절한 조합으로 충전된다. 마이크로셀 어레이 (70) 는 전술한 임의의 방법에 의해 제조될 수도 있다. 도 7a 내지 도 7d 의 단면도에 도시된 바와 같이, 마이크로셀 벽 (71) 은 백킹층 (73) 및 전도층 (72) 으로부터 위쪽으로 연장하여 개방 셀을 형성한다. 일 실시형태에서, 전도층 (72) 은 백킹층 (73) 상에 또는 백킹층 (73) 에 형성된다. 도 7a 내지 도 7d 는 전도층 (72) 이 연속적이며 백킹층 (73) 위로 진행하는 것을 보여주지만, 전도층 (72) 이 연속적이고 백킹층 (73) 아래 또는 내부에서 진행하거나 마이크로셀 벽 (71) 에 의해 차단되는 것도 가능하다. 충전 전에, 마이크로셀 어레이 (70) 는 사용 전에 유익제가 손상되지 않도록 보장하기 위해 세정 및 멸균될 수도 있다.

이어서, 마이크로셀들은 담체 (74) 와 유익제 (75) 의 조합으로 충전된다. 전술한 바와 같이, 상이한 마이크로셀들은 상이한 유익제들을 포함할 수도 있다. 소수성 유익제를 전달하기 위한 시스템에서, 조합은 생체 적합성 오일 또는 일부 다른 생체 적합성 소수성 담체를 기초로 할 수도 있다. 예를 들어, 조합물은 야채, 과일 또는 너트 오일을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 실리콘 오일이 사용될 수도 있다. 소수성 유익제를 전달하기 위한 시스템에서, 조합은 물, 포스페이트 완충액 또는 극성 유기 용매와 같은 다른 수성 매질을 기초로 할 수도 있다. 조합은 그러나, 하이드로겔 및 다른 매트릭스와 같은 겔과 같은 액체일 필요는 없으며, 반-고체 재료는 유익제를 전달하기에 적합할 수도 있다.

마이크로셀은 다양한 기법들을 이용하여 충전될 수도 있다. 다수의 이웃하는 마이크로셀이 동일한 조성물에 충전될 일부 실시형태들에서, 블레이드 코팅은 마이크로셀을 마이크로셀 벽 (71) 의 깊이까지 충전하기 위해 사용될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 다양한 상이한 조성물에 다양한 인근 마이크로셀에 충전되는 경우, 잉크젯 타입 마이크로인젝션을 사용하여 마이크로셀을 충전할 수 있다. 또 다른 실시형태들에서, 마이크로니들 어레이는 정확한 조성물에 마이크로셀 어레이를 충전하는데 사용될 수도 있다. 충전은 1 단계 또는 다단계 프로세스로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 모든 셀은 일정량의 담체로 부분적으로 충전될 수도 있다. 이어서, 부분적으로 충전된 마이크로셀은 담체 및 전달될 하나 이상의 유익제를 포함하는 조성물로 충전된다.

도 7c 에 도시된 바와 같이, 충전 후에, 금속 나노입자, 금속 나노와이어, 또는 금속 나노섬유와 같은 금속 재료를 포함하는 중합체 조성물 (76) 을 적용함으로써 마이크로셀을 밀봉한다. 일부 실시형태들에서, 밀봉 프로세스는 열, 건조한 열풍, 또는 UV 방사선으로의 노출을 수반할 수도 있다. 대부분의 실시형태들에서, 중합체는 불용성이거나 또는 담체 (74) 및 유익제 (75) 에 대해 낮은 용해도를 가져야 한다. 밀봉층 (76) 의 중합체 조성물은 또한 생체적합성이며, 마이크로셀 벽 (71) 의 측면 또는 상부에 접착되도록 선택될 수 있다. 접착제가 또한 전극층을 밀봉층 상에 부착하는데 사용될 수 있다. 접착제는 또한 전기 전도성일 수도 있다. 밀봉층에 대한 적합한 생체적합성 접착제는 2016 년 10 월 30 일자로 출원되고 제목이 "Method for Sealing Microcell Containers with Phenethylamine Mixtures" 인 미국 특허 출원 번호 15/336,841 에 기재된 바와 같은 펜에틸아민 혼합물이며, 이 출원은 그 전체가 본원에 참조에 의해 통합된다. 따라서, 최종 마이크로셀 구조는 대부분 누출에 대해 불투과성이며, 밀봉층 또는 전극층의 확산 또는 박리 없이 굴곡을 견딜 수 있다.

대안적인 실시형태들에서, 반복적인 포토리소그래피를 사용하여 다양한 개별 마이크로셀이 원하는 혼합물로 충전될 수도 있다. 상기 프로세스는 전형적으로 포지티브하게 작동하는 포토레지스트의 층으로 빈 마이크로셀 어레이를 코팅하고, 포지티브 포토레지스트를 이미지 방식으로 노출시킴으로써 특정 수의 마이크로셀을 선택적으로 개방한 다음, 포토레지스트를 현상하고, 개방된 마이크로셀을 원하는 혼합물로 충전하고, 충전된 마이크로셀을 밀봉 프로세스에 의해 밀봉하는 것을 포함한다. 이들 단계들은 다른 혼합물로 충전된 밀봉된 마이크로셀을 생성하기 위해 반복될 수도 있다. 이 절차는 원하는 비율의 혼합물 또는 농도를 갖는 마이크로셀의 큰 시트를 형성하게 한다.

마이크로셀들 (70) 이 충전된 후, 밀봉된 어레이는 복수의 전극들 (77) 을 포함하는 전극층으로 적층될 수도 있다. 전극층은 바람직하게는 감압 접착제, 핫 멜트 접착제, 또는 열, 수분, 또는 방사선 경화성 접착제일 수 있는 접착층으로 전극층 (77) 을 프리코팅함으로써 유익제에 다공성일 수 있다. 라미네이트 접착제는 UV 와 같은 방사선에 의해 상부 전도층 통해 후자가 방사선에 투명하다면 사후-경화될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 복수의 전극들은 마이크로셀의 밀봉된 어레이에 직접 결합될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생체적합성 접착제는 그 후에 어셈블리에 적층된다. 생체적합성 접착제는 디바이스가 사용자에게 이동가능한 것을 유지하면서 유익제가 통과하게 할 것이다. 적합한 생체적합성 접착제는 3M (Minneapolis, MN) 으로부터 입수가능하다.

일단 전달 시스템이 구성되면, 그것은 보호를 제공하기 위해 릴리스 시트로 덮일 수도 있다. 릴리스 시트는 또한 접착제를 포함할 수도 있다. 유익제 전달 시스템은 유연할 수도 있다. 이는 얇은 고무 시트와 유사한 특성인 부러지지 않고 특정 길이까지 접을 수 있다는 것을 의미한다. 유익제 전달시스템은 핸드백과 같은 작은 공간에서 용이하게 운반될 수 있고, 동작하기 위해 작은 배터리일 수 있는 전력만을 필요로 하는 자율 시스템일 수 있다.

일부 실시형태들에서, 시스템의 대향 측면들 상에 전도층 및 전극층을 제공할 필요가 없을 것이다. 예를 들어, 도 8 에 도시된 바와 같이, 유익제 전달 시스템 (80) 은 전달 시스템이 부착되는 표면 (82) 내로 접지되는 전압 소스 (81) 를 포함할 수도 있다. 이것은 피부의 자연 컨덕턴스가 접지 전위를 제공하기에 충분한, 약물의 경피 전달에 특히 유용할 수도 있다. 따라서, 금속 재료는 밀봉층으로부터 제거될 것이다. 배지를 통해 이동할 수도 있고, 이는 금속으로서 마이크로셀의 대향하는 내부 표면 상에 디포짓될 수도 있다. 이는 도 8 에 도시된 바와 같이 전극들 (77) 중 적어도 하나에 전압을 인가함으로써 달성된다. 전극층은 복수의 전극들을 포함하여, 개별적인 "픽셀" 전극들이, 예를 들어, 전기-광학 디스플레이에서와 같이 행-열 드라이버들로 어드레싱될 수 있다는 것이 인식된다.

유익제 전달 시스템의 개선된 실시형태들은 유익제 전달 시스템이 스마트 폰 또는 스마트 워치와 같은 2 차 디바이스 (92) 로 무선으로 활성화되도록 하기 위한 회로를 포함할 것이다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 간단한 시스템은 사용자가 전자/디지털 스위치 (94) 를 활성화하게 할 것이며, 이는 전기장이 전자/디지털 스위치 (94) 를 개방하게 할 것이며, 이는 전기장이 전달되게 할 것이며, 이에 의해 밀봉층의 금속 재료의 이동을 야기하고, 유익제가 원하는 표면 또는 공간에서 전달될 수 있는 다공성 밀봉층을 생성하고, 사용자에게 유익제의 용량을 제공할 것이다. 다른 실시형태에서, 즉, 도 10 에 도시된 바와 같이, 유익제 전달 시스템은 전극층의 복수의 전극을 독립적으로 제어하는 제어기 (104) 를 포함한다. 제어기 (104) 는 또한 2 차 디바이스 (102) 로부터 무선 신호들을 수신할 수 있다. 도 10 의 실시형태는 사용자가 예를 들어 전달되는 유익제의 유형 및 원하는 시간에서의 양을 제어하게 할 것이다. 2 차 디바이스 (102) 상의 애플리케이션을 사용하여 하루 중 시간에 기초하여 유익제의 양을 변경하도록 유익제 전달 시스템을 프로그래밍하는 것이 가능할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 애플리케이션은 생체인식 센서, 예를 들어, 피트니스 추적기에 동작가능하게 접속될 수도 있고, 이에 따라 애플리케이션은 예를 들면, 사용자의 맥박이 미리 설정된 임계치를 초과하는 경우에 투여가 턴 오프되게 한다.

도 9 및 도 10 의 유익제 전달 시스템을 구동할 때, NFC, 블루투스, WIFI, 또는 다른 무선 통신 기능이 턴 온되어, 사용자가 원하는 마이크로셀들을 활성화하기 위해 마이크로셀들에 걸쳐 인가된 전압을 조작하게 한다. 활성화는 유익제 전달 시스템이 원하는 표면 또는 위치에 적용되기 전 또는 후에 개시될 수 있다. 또한, 필요에 따라 언제든지 유익제 방출 조절이 달성될 수 있다. 마이크로셀 활성화는 스마트 워치 또는 스마트 폰으로 제어되기 때문에, 상이한 활성화 상태에서 모든 마이크로셀에 대한 퍼센티지와 면적이 알려져 있으며, 이는 시스템 활성화의 시간 및 투여되는 유익제(들)의 양을 포함하여 모든 사용 데이터가 사용자 또는 제공자에게 사용가능할 것임을 의미한다. 따라서, 시스템은 사용자 또는 다른 사람 (즉, 의사 또는 의료서비스 제공자) 에게 정확한 제어를 제공하여 유익제 전달을 조절할 수 있다. 모든 마이크로셀이 독립적으로 활성화될 수 있기 때문에, 시스템은 프로그래밍가능하다. 즉, 전체 유익제 전달은 원하는 경우 복수의 마이크로셀 각각을 활성화시킴으로써 프로그래밍될 수 있다. 유익제를 경피적으로 전달하도록 설계된 유익제 전달 시스템의 경우, 유익제가 일정 시간 주기에 걸쳐 방출되도록 제어될 수 있기 때문에 피부 자극이 완화될 수 있다. 또한, 약물 전달 애플리케이션에서, 시스템을 활성화하는데 사용되는 스마트 디바이스가 데이터 공유를 위해 의사와 원격으로 통신할 수 있기 때문에, 환자의 준수가 효과적으로 수행될 수 있다.

유익제 전달 시스템의 추가 층에 이들 유익제들을 추가함으로써 상이한 유익제들이 전달될 수 있기 때문에, 본 발명은 마이크로셀 내의 유익제의 조합에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 도 11 은 백킹층 (110), 전도층 (120), 복수의 마이크로셀층 (135), 금속 재료를 포함하는 밀봉층, 접착층 (180), 전극층, 및 이형 시트 (115) 를 순서대로 포함하는 유익제 전달 시스템을 예시한다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 유익제는, 예를 들어, 접착층 내에 존재할 수도 있다.

도 11 의 영역 A 는 복수의 마이크로셀층 (135) 및 접착층 (180) 내로 로딩되는 2 개의 상이한 유익제를 예시하였다. 일부 실시형태들에서, 2 개의 유익제는 동시에 전달될 수도 있다. 이들은 또한 상이한 전달 프로파일을 가질 수도 있다. 시스템은 또한 상이한 소수성과 같은 상이한 물리적 특성을 갖는 상이한 유익제를 전달하는 방식을 제공한다. 예를 들어, 마이크로셀의 담체가 극성인 경우, 소수성 유익제는 높은 로딩에서 마이크로셀에 로딩될 수 있다. 이 실시형태에서, 접착층은 소수성 유익제를 포함할 수 있다. 따라서, 2 개의 유익제의 방출 프로파일은 또한 거의 독립적으로 조정될 수 있다. 이 시스템은 예컨대 계면 활성제, 캡슐 등과 같은 불리한 용해도로 유익제를 안정화시키는 문제를 극복한다.

도 11 의 영역 B 는 마이크로셀과 접착층 (180) 모두에 동일한 유익제가 로딩되는 실시형태를 도시한다. 유익제의 특성에 따라, 이 방법은 더 많은 양의 유익제를 유익제 전달 시스템에 로딩하는 것을 도울 수 있고, 이는 유익제 방출 양을 증가시키고 방출 프로파일을 제어하는 것을 도울 수 있다.

도 11 의 영역 C 는 유익제의 조합이 마이크로셀 내로, 또는 접착층 (180) 내로, 또는 양자의 층 내로 로딩되는 실시형태를 도시한다. 마이크로셀 조성물 및 접착층 내의 유익제는 동일하거나 상이할 수 있다. 마이크로셀 제형에서의 유익제의 수 및 접착층에서의 유익제의 수는 또한 동일하거나 상이할 수 있다.

유익제-로딩층 (185) 은 도 12 에 도시된 바와 같이 이형 시트 (115) 에 인접한 유익제 전달 시스템 내에 포함될 수 있다. 유익제-로딩층 (185) 내의 유익제의 양 및 유형은 마이크로셀 및/또는 접착층에서의 로딩에 독립적일 수 있다. 유익제는 접착층의 일부 부분에만 도입될 수 있거나, 접착제 (180) 및 유익제-로딩층 (185) 양자에 존재할 수 있다. 유익제-로딩층 (185) 은 다공성일 수도 있다. 다른 예에서, 유익제-로딩층은 밀봉층 (160) 과 접착층 (180) 사이에 위치할 수도 있다.

유익제 전달 시스템은 또한 밀봉층과 전극층 사이에 배치되는 다공성 확산층 또는 속도 제어층을 포함할 수도 있다. 밀봉층에 인접한 접착층이 있는 경우, 다공성 확산층 또는 상기 속도 제어층은 접착층과 전극층 사이에 배치될 수도 있다. 다공성 확산층 또는 속도 제어층과 접착층은 하나의 층 내로 통합될 수도 있으며, 이는 10^-10 Ohm*cm 미만, 또는 10^-9 Ohm*cm 미만의 체적 저항률을 가질 수도 있다. 즉, 다공성 확산층 또는 속도 제어층은 접착층의 역할도 수행할 수 있으며, 밀봉층과 전극층 사이에 접착 연결을 확립할 수 있다. 다공성 확산층 또는 속도 제어층과 전극층은 하나의 층 내로 통합될 수도 있다.

다공성 확산층의 평균 기공 크기는 0.2 nm 보다 클 수도 있다. 속도 제어층의 평균 기공 크기는 0.2 nm 이하일 수도 있다. 다공성 확산층 및 속도 제어층은 그의 다공성, 기공 크기, 층 두께, 화학적 구조, 및 이것이 구성되는 재료의 극성에 의해 유익제의 전달 속도를 제어할 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 밀봉층에 인접하게 또는 전극층에 인접하게 위치되고, 일부 다공성 레벨을 갖는 폴리에틸렌과 같은 비극성 중합체로 제조된 속도 제어층은 예를 들어 물에 용해성이거나 분산성인 유익제와 같은 비교적 극성인 유익제의 전달 속도를 감소시킬 수도 있다. 또한, 낮은 다공성 또는 더 높은 두께를 갖는 속도 제어층은 유익제의 전달을 느리게 할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 유익제 전달 시스템의 다양한 층들은 단일 층으로 조합되거나 통합될 수도 있다. 예를 들어, 접착층 및 인접한 전극층이 또한 하나의 층 내로 통합될 수도 있다. 다공성 확산층 또는 속도 제어층과 전극층의 조합, 밀봉층과 유익제-로딩층의 조합, 유익제-로딩층과 속도 제어층의 조합 등에 대해서도 마찬가지일 수도 있다.

일 실시형태에서, 본 발명은 유익제 전달 시스템을 동작시키는 방법이다. 유익제 전달 시스템은 (a) 전도층, (b) 복수의 마이크로셀 - 각각의 마이크로셀은 개구를 포함하고 담체 및 유익제를 함유함 -, (c) 각각의 마이크로셀의 개구에 걸쳐 있고 중합체 재료 및 금속 재료를 포함하는 밀봉층, (d) 전극층, 및 (c) 전압 소스를 포함한다. 전압 소스는 전도층 및 전극층에 결합된다. 전도층, 마이크로셀층, 밀봉층 및 전극층은 서로의 위에 수직으로 적층된다. 마이크로셀 및 밀봉층은 전도층과 전극층 사이에 배치된다. 전도층, 마이크로셀층, 밀봉층 및 전극층은 상기의 순서로 서로의 위에 수직으로 적층될 수도 있다. 대안적으로, 전극층, 마이크로셀층, 밀봉층 및 전도층은 상기의 순서로 서로의 위에 수직으로 적층될 수도 있다. 유익제 전달 시스템을 동작시키는 방법은 유익제 전달 시스템을 제공하는 단계 및 전기장을 생성하기 위해 전도층과 전극층 사이에 전압 전위 차이를 인가하는 단계를 포함하고, 상기 전기장은 전도층에 인접한 마이크로셀의 표면 상으로 금속 재료의 이동을 야기하는 극성을 갖는다. 밀봉층의 금속 재료의 이러한 제거는 밀봉층에 다공성을 생성하여, 유익제의 전달을 가능하게 한다. 유익제 전달 시스템을 동작시키는 방법은 인가된 전압 전위의 선택에 의해 혜택 에이전트의 전달 속도를 제어하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 전압 전위가 더 높을수록, 밀봉층으로부터 금속 재료의 제거 속도를 증가시킴으로써 유익제의 방출 속도를 더 높이는 것이 가능하여, 그의 다공성의 생성 시간을 감소시킨다.

실시예 - 향료의 온 디맨드 전달

도 1a 에 의해 표현될 수 있는 유익제 전달 시스템이 구성되었다. 시스템은 백킹층, 전도층, 복수의 마이크로셀들, 밀봉층, 접착층, 및 전극층을 순서대로 포함하였다. 전도층은 인듐-주석 산화물 조합을 포함하였다. 복수의 마이크로셀은 80 중량% 의 트리에틸 시트레이트 용매 중 20 중량% 의 메틸 살리실레이트 향료를 포함하는 배지 조성물 (또는 내부상) 을 포함하였다. 밀봉층의 중량에 대하여 10 중량% 의 은 금속 나노섬유를 포함하는 중합체 조성물을 사용하여 마이크로셀을 밀봉하였다. 은 나노섬유는 평균 직경이 40 nm 이고 평균 길이가 15 ㎛ 이다. 도 13 은 마이크로셀을 밀봉한 후에 얻어진 은 나노 섬유를 포함하는 밀봉층의 현미경 사진이다. 복수의 전극들을 포함하는 다공성 전극층을 먼저 접착제 조성물로 코팅하고, 밀봉층 상에 적층하였다. 전도층은 전극층 및 전압 소스에 전기적으로 연결되었다. 40 V의 전압을 유익제 전달 시스템의 좌측 절반부에 4 분 동안 인가하였다. 전압을 인가하여 전극층이 애노드 (포지티브 극성) 가 되고 전도층이 캐소드 (네거티브 극성) 가 되게 하였다. 7 명의 패널리스트들은 전압의 인가 전후에 30 cm 의 거리에서 시스템의 냄새를 맡음으로써 시스템을 평가하였다. 이들은 다음과 같이 4 포인트 스케일을 사용하여 유익제 전달 시스템의 순위를 지정하였다:

3: 활성화 후 강한 향료 냄새를 활성화 전 냄새와 비교하여 감지하였다.

2: 활성화 후 적당한 냄새를 활성화 전 냄새와 비교하여 감지하였다.

1: 활성화 후 매우 약한 냄새를 활성화 전 냄새와 비교하여 감지하였다.

0: 활성화 후 냄새 차이가 없는 것을 활성화 전 냄새와 비교하여 감지하였다.

7 명의 패널리스트의 평균 점수는 2.6 이었다. 따라서, 패널리스트는 활성화 전 냄새와 비교하여 시스템의 활성화 후에 향료에 상당한 냄새가 있음을 감지하였다.

구성된 유익제 전달 시스템의 사진 이미지는 전기장의 인가 전 (도 14a) 및 후 (도 14b) 에 백킹층의 측면으로부터 획득되었다. 도 14b 에서, 전달 시스템의 좌측만이 활성화되었다. 전달 시스템의 우측에 전압이 인가되지 않았다. 도 14a 의 이미지 및 도 14b 의 이미지의 우측 양자는 백킹층이 밝은 황색 컬러를 갖는다는 것을 보여준다. 반대로, 활성화된 시스템의 부분에 대응하는 도 14b 의 좌측은 어두운 금색이다. 더 어두운 컬러는 활성화된 마이크로셀들의 전도층에 인접한 마이크로셀들의 내부 표면 상에 디포짓된 금속 은 층에 기인하였다. 이는 활성화 전에 밀봉층에 존재했던 은 나노섬유가 밀봉층으로부터 이동하여 캐소드 부근에 금속층으로서 디포짓되었다는 증거이다.

도 15a 및 도 15b 는 각각 비활성화 및 활성화된 마이크로셀들의 현미경 사진이다. 보다 구체적으로, 전술한 바와 같이 유익제 전달 시스템에 전압을 인가한 후, 밀봉층을 제거하고 마이크로셀의 개구로부터 마이크로셀층의 현미경 사진을 획득하였다. 도 15a 의 이미지는 비활성 마이크로셀들의 내부 표면에 대응하고, 도 15b 의 이미지는 활성화된 마이크로셀들의 내부 표면에 대응한다. 비활성 부분의 경우 마이크로셀들의 육각형 형상은 거의 보이지 않는다. 반대로, 활성화된 부분의 경우에서의 마이크로셀의 육각형 형상은 명백하게 가시적인데, 이는 마이크로셀의 표면 상의 은의 디포지션이 전도층에 인접한 마이크로셀의 표면과 마이크로셀의 벽들 사이의 콘트라스트를 증가시키기 때문이다. 이는 활성화 전에 밀봉층에 존재했던 은 나노섬유가 밀봉층으로부터 이동하여 전도층에 인접한 마이크로셀의 내부 표면 상에 디포짓된다는 다른 강한 표시이다. 이 프로세스는 향료 재료가 유익제 전달 시스템 부근에서 전달되었고 패널리스트들에 의해 향료 냄새로서 검출된 다공성 밀봉층을 생성하였다.

따라서, 본 발명은 담체 및 유익제를 포함하는 복수의 마이크로셀, 및 중합체 내에 금속 재료를 포함하는 밀봉층을 포함하는 유익제 전달 시스템을 제공한다. 시스템 상의 전압의 인가는 밀봉의 금속 재료의 이동 및 다공성 밀봉층의 생성을 초래한다. 밀봉층의 다공성은 유익제가 유익제 전달 시스템으로부터 전달될 수 있게 한다. 본 개시는 제한적이지 않으며, 기술되지 않았지만 당업자에게 자명한 본 발명에 대한 다른 변형들은 본 발명의 범위에 포함되어야 한다.

Claims

유익제 전달 시스템으로서,
전도층;
복수의 마이크로셀들을 포함하는 마이크로셀층으로서, 각각의 마이크로셀은 개구를 포함하고, 담체 및 유익제를 포함하는 배지가 상기 복수의 마이크로셀들에 함유되는, 상기 마이크로셀층;
상기 각각의 마이크로셀의 개구에 걸쳐 있고 중합체 재료 및 금속 재료를 포함하는 밀봉층; 및
전극층을 포함하며,
상기 전도층, 상기 마이크로셀층, 상기 밀봉층 및 상기 전극층은 서로의 위에 수직으로 적층되고, 그리고
상기 마이크로셀층 및 상기 밀봉층은 상기 전도층과 상기 전극층 사이에 배치되는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전도층 및 상기 전극층에 결합되는 전압 소스를 더 포함하는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전도층과 상기 전극층 사이의 전압 소스로부터 전압이 인가될 때, 상기 금속 재료는 상기 밀봉층으로부터 제거되어, 상기 밀봉층에 다공성을 생성하는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전도층, 상기 마이크로셀층, 상기 밀봉층 및 상기 전극층은 이 순서로 서로의 위에 수직으로 적층되고, 상기 전극층은 다공성인, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 밀봉층의 상기 중합체 재료는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리비닐 알코올, 셀룰로오스, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) (PNIPAAm), 폴리(락틱-코-글리콜산) (PLGA), 폴리비닐리덴 클로라이드, 아크릴로니트릴, 비정질 나일론, 배향 폴리에스테르, 테레프탈레이트, 폴리비닐 크로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 및 알기네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 밀봉층의 상기 금속 재료는 금속 입자들, 금속 와이어들, 금속 섬유들, 금속 플레이크들, 금속 로드들, 금속 응집체들 및 금속 디스크들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 밀봉층의 상기 금속 재료는 은, 구리, 금, 백금, 아연, 크롬, 니켈 또는 이들의 조합을 포함하는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 밀봉층은 카본 블랙, 카본 나노튜브, 그래핀, 도펀트 및 전도성 중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전도성 재료를 더 포함하는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 담체는 액체, 반고체, 겔 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 담체는 물, 유기 화합물, 실리콘 화합물, 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 마이크로셀들은 약제, 백신, 항체, 호르몬, 단백질, 핵산, 영양제, 영양소, 미용제, 향료, 악취 제거제, 농약, 공기 관리제, 항균제 및 보존제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 유익제를 포함하는, 유익제 전달 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 밀봉층은 유익제를 더 포함하는, 유익제 전달 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 밀봉층과 상기 전극층은 하나의 층 내로 통합되는, 유익제 전달 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 밀봉층과 상기 전극층 사이에 다공성 확산층 또는 속도 제어층을 더 포함하는, 유익제 전달 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 전극층과 상기 다공성 확산층은 하나의 층 내로 통합되는, 유익제 전달 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 밀봉층과 상기 전극층 사이에 배치된 접착층을 더 포함하는, 유익제 전달 시스템.
제 16 항에 있어서,
상기 접착층과 상기 전극층 사이에 배치된 다공성 확산층을 더 포함하는, 유익제 전달 시스템.
제 17 항에 있어서,
상기 다공성 확산층 및 상기 접착층은 하나의 층에서 통합되고, 통합된 상기 층은 10^-10 Ohm*cm 미만의 체적 저항률을 갖는, 유익제 전달 시스템.
유익제 전달 시스템을 동작시키는 방법으로서,
(a) 전도층, (b) 복수의 마이크로셀들로서, 각각의 마이크로셀이 개구를 포함하고 담체 및 유익제를 함유하는, 상기 복수의 마이크로셀들, (c) 상기 각각의 마이크로셀의 개구에 걸쳐 있고 중합체 재료 및 금속 재료를 포함하는 밀봉층, (d) 전극층, 및 (e) 전압 소스를 포함하는 유익제 전달 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 전도층, 마이크로셀층, 상기 밀봉층 및 상기 전극층은 서로의 위에 수직으로 적층되고, 상기 마이크로셀층 및 상기 밀봉층은 상기 전도층과 상기 전극층 사이에 배치되고, 그리고 상기 전압 소스는 상기 전도층 및 상기 전극층에 결합되는, 상기 유익제 전달 시스템을 제공하는 단계;
상기 전도층에 인접한 상기 마이크로셀의 표면 상에 상기 금속 재료의 이동을 야기하는 극성을 갖는 전기장을 생성하기 위해 상기 전도층과 상기 전극층 사이에 전압 전위 차이를 인가하는 단계를 포함하는, 유익제 전달 시스템을 동작시키는 방법.
제 19 항에 있어서,
인가된 전압 전위의 선택에 의해 상기 유익제의 전달 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는, 유익제 전달 시스템을 동작시키는 방법.