KR20240040642A

KR20240040642A - 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치

Info

Publication number: KR20240040642A
Application number: KR1020230124162A
Authority: KR
Inventors: 조성윤; 김은욱; 곽용권
Original assignee: 랩앤피플주식회사
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2023-09-18
Publication date: 2024-03-28

Abstract

본 발명에 따른 자가 전류 발생 피부 적용 패치는, 사용자의 피부에 접촉되는 제1 영역과, 상기 제1 영역과는 이격되어 상기 제1 영역이 접촉된 인접 피부에 접촉되는 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역은 사용자의 피부에 접하거나 조직 내에서 수분과 반응하여 분해 및 흡수 가능한 생체분해성 금속을 포함하고, 사용자의 피부에 직접 접촉되는 박판의 시트 형태로 상기 제1 영역과 일체 구조로 제공되고, 상기 피부 접촉 반대측으로부터의 유체 전달이 가능한 적어도 하나 이상의 관통부가 구비된 제1 전극층과, 상기 제1 전극층을 이루는 물질과 표준환원전위가 다른 이종의 물질로 이루어지고 상기 제1 전극층과 절연된 상태로 상기 제1 전극층의 상기 피부 접촉 반대측에 위치하며 적어도 일부분이 연장되어 상기 제2 영역과 전기적으로 연결된 제2 전극층과, 두께를 가지는 시트 형태로 상기 제1 전극층의 상기 피부 접촉 반대측에 위치하며 이온성 용액이 담지될 수 있는 친수성 재질로 구성되는 담지층을 포함하여 구성되어, 배터리 등 별도 전원이 없는 구성으로도 자가 발생 미세전류로 인한 충분한 유효성분 이온영동 및 기타 미세전류 효과를 제공할 수 있다.

Description

생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치 {SELF-ELECTRIC CURRENT-GENERATING SKIN-ADHESIVE PATCHES WITH BIODEGRADABLE METAL}

본 발명은 화장용 또는 의약용 유효성분을 체내에 전달하기 위한 피부 적용 패치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 유효성분으로 이루어지거나 상기 유효성분이 혼합된 이온성 용액으로 인한 이종 금속 간의 산화-환원 전위차에 의해, 피부에 적용하는 것만으로 미세 전류가 발생하며, 접촉 부위에서의 생체분해성 금속의 분해 작용에 의해 이로운 효과를 부여할 수 있도록 구성된, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치에 관한 것이다.

일반적으로 피부를 통해 체내로 유효성분을 공급하는 경피적 방법에 있어, 피부 표면에 유효성분을 포함하여 제형화 된 형태의 크림이나 젤 타입의 제품을 바르는 것이 가장 일반적인 방법이나, 바르는 양에 비해 상당한 양의 유효성분이 조직 내로 침투하지 못하고 낭비되는 것이 일반적이며, 특히 고분자량 소재 등 유효성분의 입체적 크기가 큰 경우 대부분이 피부의 표피는 물론 각질층 조차 통과하지 못하는 문제점이 있다.

이를 해소하기 위한 가장 직접적인 경피적 방식은 주사를 통해 유효성분을 주입하는 것이나, 이러한 방법은 피부를 통해 바늘을 삽입하여 체내에 약물 등을 직접 주입하므로 조직 내 흡수가 신속하고 즉효성인 장점이 있지만, 전문가에 의해서만 투여해야 하는 번거로움이 있고(자가투여 곤란), 통상 길이가 십수 밀리미터에 달하고 직경 수밀리미터의 바늘을 이용하므로 주사 통증으로 인해 환자의 순응도가 좋지 않다.

상기한 부작용 및 결점을 최소화하기 위한 경피투여에 의한 약물 전달 시스템(drug delivery system)의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

전술한 바와 같이, 통상 피부를 통해 흡수시키는 유효성분은 액제, 크림제, 젤제 등의 형태로 제형화되어 있는데, 액제, 크림제, 젤제는 제제 특성상 용량 조절이 곤란하고, 끈적거리거나 피복이 오염되는 문제점이 있다.

따라서, 유효성분을 포함하는 패치를 피부에 붙여 피부를 통해 유효성분을 흡수시키는 방법이 이용되고 있다.

패치를 이용한 약물 등 유효성분 투여 방식은, 피부를 통하여 약물이 흡수되므로 경구용 약물 복용에 의한 부작용, 예컨대, 위장장애, 음식의 영향 등을 방지할 수 있고, 주사할 때의 통증과 불편을 없앨 수 있기 때문에 그 편리함으로 인하여 최근 사용이 점차 증가하고 있는 실정이다.

패치는 크게 구분할 경우 유효성분으로서의 약물이 통과하지 못하는 약물 불투과성의 백킹층(backing layer)과, 약물 투과성을 가지는 약물 투과막과, 패치를 피부에 밀착시키는 점착제층을 포함하여 구성될 수 있으며, 약물이 저장되는 저장 공간은 백킹층과 약물 투과막 사이에 마련된다.

이러한 패치의 큰 단점은 피부를 통한 유효성분의 흡수율이 낮기 때문에 피부의 투과장벽으로서의 기능을 감소시켜야 한다는 점인데, 일반적으로 패치를 통한 흡수율은 대략 20% 정도로 알려져 있다.

약물과 같은 유효성분의 피부 흡수율을 높이기 위하여 다양한 방법이 사용되고 있다. 예컨대, 피부흡수 촉진제 사용, 전구약물 이용 등의 화학적인 방법과, 이온삼투요법, 전기영동법 등의 물리적인 방법이 알려져 있다.

하지만, 이들 공지된 방법을 이용한다 하더라도 유효성분 흡수율을 만족할 만한 수준까지 향상시키는 데는 아직 한계가 있기 때문에, 효과를 기대하기 위해서는 흡수율을 고려하여 실제 필요량 보다 과량의 유효성분 사용이 불가피하다.

특히, 피부 흡수 촉진제는 사용하려는 제제의 설계형식이나 구성성분의 물리화학적 성질에 따라 그 종류가 결정되고, 효과를 나타내기 위해서는 일정 수준 이상의 농도가 필요한데, 피부 흡수 촉진제들을 첨가하는 경우 시간이 경과함에 따른 결정 생성의 방지가 용이하지 않고, 부착력 및 응집력 등의 점착물성이 사용에 부적합하게 변화하는 단점이 있다.

또한, 전기를 이용하는 기술은 패치가 전지, 전극, 회로 및 기타 부품을 지녀야 하기 때문에 제품 구성이 복잡해지고, 크기가 커져 가격이 고가일 뿐만 아니라 사용하고 난 뒤 폐기물이 다량으로 발생하는 문제점이 있다.

본 출원인은 경피적 유효성분 전달 시스템으로서, 생체분해성 금속으로 이루어진 마이크로 니들 패치에 대한 기술을 지속적으로 연구, 개발해 오고 있으며, 특허등록 제2114472호 "생체분해성 금속을 이용한 마이크로 니들", 특허등록 제2291392호 "멀티형 마이크로 니들" 등을 통해 경피적 유효성분 전달 효율을 높이고, 그 자체의 분해 과정에서 일어나는 이로운 효과들을 가지는 기술들을 개시한 바 있다.

이러한 기술들은 이미 인체의 통각 신경을 자극하지 않으면서도 각질층 및 표피를 효과적으로 침투하는 마이크로 니들과, 홀 주변에 다수의 마이크로 니들이 배치되는 등의 특징적 구조에 의해 매우 우수한 경피적 약물 전달 수단을 제공하고 있으나, 본 출원인은 이에 그치지 않고 피부 깊숙한 위치까지 빠른 시간 내에 유효성분이 전달될 수 있는 방법을 더욱 연구, 개발하여 본 발명에 이르게 되었다.

따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며,이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 등록특허 제10-1423241호 '미세전류 생성 패치', 대한민국 등록특허 제10-2390735호 '경피약물 전달용 미세전류 발생 패치 및 이의 제조방법' 등이 있으나, 제10-1423241호의 경우 서로 다른 재질의 금속과 겔상의 점착층에 의해 발생한 미세전류로 인한 환부 신진대사, 혈액순환 촉진의 구성 및 효과만을 기재하고 있고, 제10-2390735호의 경우 이온토포레시스 방식에 의한 약물 침투 구조를 개시하고는 있으나, 이온토포레시스 패치의 개념적인 구성 제시에만 그칠 뿐, 별도 전원이 없는 자체 발생 전력만으로 충분한 이온토포레시스 효과를 낼 수 있는지에 대한 구체적 대안을 제시하지 못하고, 체 내 분해 가능한 생체분해성 금속으로 이루어진 마이크로 니들 등의 최적화된 구성과 및 그로 인한 상승적 효과 등도 전혀 제시하지 못하고 있다.

KR

101423241

B1

KR

102390735

B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 등 별도의 전원 장치 없이도 미세전류를 발생시켜 이온영동에 의한 유효성분의 체 내 전달 효과를 극대화 시키고, 신경, 근육, 조직의 손상을 회복시키면서 통증도 완화는 것으로 알려진 미세전류 효과를 동시에 얻을 수 있는 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 전극 및 피부 접촉부를 본 발명에 따른 특정 조성의 생체분해성 금속으로 적용함으로써, 분해 시 방출되는 분해산물 및 수소가스 등으로 인한 피부 개선 효과 및 약물 전달 강화제 효과 등을 가지는 자가 전류 발생 피부 적용 패치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 사용자의 피부 접촉부의 마이크로 니들로 인한 각질 투과율을 높이는 것은 물론, 적용 부위의 피부 저항 수치를 하락시켜 이온영동에 의한 유효성분 체 내 전달 효과 역시 크게 높일 수 있는 자가 전류 발생 피부 적용 패치를 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 자가 전류 발생 피부 적용 패치는, 사용자의 피부에 접촉되는 제1 영역과, 상기 제1 영역과는 이격되어 상기 제1 영역이 접촉된 인접 피부에 접촉되는 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역은 사용자의 피부에 접하거나 조직 내에서 수분과 반응하여 분해 및 흡수 가능한 생체분해성 금속을 포함하고, 사용자의 피부에 직접 접촉되는 박판의 시트 형태로 상기 제1 영역과 일체 구조로 제공되고, 상기 피부 접촉 반대측으로부터의 유체 전달이 가능한 적어도 하나 이상의 관통부가 구비된 제1 전극층과, 상기 제1 전극층을 이루는 물질과 표준환원전위가 다른 이종의 물질로 이루어지고 상기 제1 전극층과 절연된 상태로 상기 제1 전극층의 상기 피부 접촉 반대측에 위치하며 적어도 일부분이 연장되어 상기 제2 영역과 전기적으로 연결된 제2 전극층과, 두께를 가지는 시트 형태로 상기 제1 전극층의 상기 피부 접촉 반대측에 위치하며 이온성 용액이 담지될 수 있는 친수성 재질로 구성되는 담지층을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역은 상기 사용자의 피부 접촉 방향으로 돌출된 적어도 하나 이상의 마이크로 니들을 포함할 수 있다.

이때, 상기 생체분해성 금속은 다음 화학식 1로 표시될 수 있다.

[화학식 1]

Mg_aZn_bCa_cX_d

(화학식 1에서 a, b, c 및 d는 각 성분의 중량%로서, a+b+c+d = 100중량%이고, a가 가장 크며, 0≤b≤5, 0≤c≤1, 0≤d≤1 이고, X는 Mg, Zn, Ca 외의 원소로 구성된 불순물 군 중 1종 이상임)

이때, 상기 제1 영역 및 상기 제1 전극층은 상기 화학식 1에 따른 생체분해성 금속이며, 상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층보다 표준환원전위가 높은 이종 물질을 포함할 수 있다.

한편, 상기 제2 전극층은 구리, 아연, 은, 염화은, 철, 스테인리스강 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 제2 영역은 화학식 1에 따른 생체분해성 금속이며, 상기 제2 전극층으로부터 연장된 부분과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 제2 전극층은 상기 화학식 1에 따른 생체분해성 금속이며, 상기 제1 전극층은 상기 제2 전극층보다 표준환원전위가 높은 이종 물질을 포함하도록 구성될 수도 있다.

이때, 상기 마이크로 니들은 0.02mm 이상의 길이를 가지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 담지층은 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 개재되어 적층 형태로 위치할 수 있거나,

상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층은 절연층에 의해 상호 절연된 상태로 적층되며, 상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층의 상기 관통부의 적어도 일부를 노출시키는 개구부를 구비하며, 상기 담지층은 상기 제1 전극층의 상기 피부 접촉 반대측에서 상기 개구부의 적어도 일부를 덮는 형태로 위치하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 제1 전극층에 형성된 관통부는 홀(hole) 형상이며, 상기 마이크로 니들은 상기 홀의 가장자리를 따라 적어도 한 개 이상이 사용자의 피부 접촉 방향으로 절곡 형성된 것일 수 있다.

한편, 상기 제2 전극층은 전도성 섬유를 포함하여 제조된 가요성 천 형태로 적용될 수 있다.

한편, 상기 이온성 용액은 인산완충생리식염수, 염화나트륨 수용액 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며, 기능성 화장품, 의약품의 유효성분 중 적어도 1종 이상을 더욱 포함할 수 있다.

이때, 상기 유효성분은 이온성인 것으로 구성될 수 있다.

한편, 상기 담지층은 건조된 원단 형태 자재인 순면 시트, 천연 펄프 시트, 레이온 시트 중 선택된 1종 이상일 수 있다.

더욱이, 사용자의 개시 동작에 의해 상기 담지층에 상기 이온성 용액을 토출시키는 캡슐을 더욱 포함할 수 있다.

한편, 상기 제1 영역의 면적은 상기 제2 영역 면적의 2배 이상인 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1 전극층과 일체로 형성된 상기 제1 영역은 박판의 시트 형상이고, 0.07 내지 0.7mm의 두께를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치는 전술한 바와 같은 구성에 의해 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 배터리 등 별도 전원이 없는 구성으로도 자가 발생 미세전류로 인한 충분한 유효성분 이온영동 및 기타 미세전류 효과를 제공할 수 있다.

둘째, 피부 접촉 또는 조직 내에서 분해될 수 있는 본 발명의 화학식 1에 따른 마그네슘 기반 생체분해성 금속을 피부 접촉 전극의 소재로 적용함으로써, 약물 전달 강화제 역할을 하는 분해 산물로 인한 유효성분 전달 효과를 더욱 높일 수 있다.

셋째, 분해 과정에서 발생하는 부산물 및 수소가스 등으로 인한 주름 개선 효과, 염증에 의한 피부 홍반 감소 효과, 태양으로 인해 야기되는 피부 손상 방지 효과 등을 부수적으로 제공할 수 있다.

넷째, 사용자 피부 접촉부에 마이크로 스케일의 마이크로 니들이 구비됨으로써, 각질층을 투과하여 유효성분의 조직 내 전달을 더욱 원활히 할 수 있는 것은 물론, 마이크로 니들로 인한 피부 저항 수치 하락이 전력을 높이게 되므로 이온영동에 의한 약물 전달의 효과를 보다 상승시킨다.

다섯째, 피부와 접촉되는 제1 및 제2 영역에 전기적으로 연결된, 상호 표준환원전위가 다른 이종의 금속 소재를 적절하게 배치함으로써, 유효성분의 음/양 이온성에 따라 적절한 제품을 사용할 수 있도록 제공될 수 있다.

여섯째, 피부와 접촉되거나 삽입되는 생분해성 금속이 전기화학적 반응을 일으켜 더 많은 생분해성 금속 이온을 방출하게 되어 손상된 피부장벽을 더욱 빠르게 회복시켜준다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 피부 적용 패치의 측면 모식도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 피부 적용 패치의 측면 모식도,
도 3은 도 1의 제1 실시예의 변형 예인 제3 실시예에 따른 피부 적용 패치의 측면 모식도,
도 4는 프리필드 캡슐이 내장된 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 피부 적용 패치의 측면 모식도,
도 5는 본 발명에 따른 피부 적용 패치가 접착시트에 의해 피부에 부착되는 전체 구성을 나타내는 측면 모식도,
도 6a 내지 6h는 본 발명에 적용될 수 있는 생체분해성 금속의 조성에 해당하는 시편들을 합금 상태도 상에 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실험에 사용된 전극들을 이용한 실험을 모식한 도면,
도 8은 PBS 용액에서 양극 전극으로서 각각 구리와 SUS 301을 사용하여 비교한 실험 상태를 도시한 도면,
도 9는 NaCl 용액에서 양극 전극으로서 각각 구리와 SUS 301을 사용하여 비교한 실험 상태를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 제1 영역에 적용될 수 있는 마이크로 니들 및 관통부의 형상을 도시한 사시도,
도 11의 (a) 내지 (c)는 각각 마이크로 니들이 없는 경우, 100㎛ 길이의 니들을 형성시킨 경우 및 230㎛ 길이의 니들을 형성시킨 경우의 본 발명에 따른 피부 적용 패치의 시제품의 사진,
도 12는 접착시트 및 이형지가 함께 제공되는 제품화된 형태의 본 발명에 따른 피부 적용 패치의 사시도,
도 13은 도 12 하단의 패치 제품을 확대한 도면,
도 14는 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따른 피부 적용 패치의 분해사시도,
도 15는 도 14의 실시예에 따른 피부 적용 패치를 구현한 시제품의 피부 부착 상태를 나타낸 사진,
도 16은 좌측으로부터 각각 제2 전극판으로서 구리 박판, PET 필름상 65㎛ 두께의 Ag/AgCl 코팅층, PET 필름상 130㎛ 두께의 Ag/AgCl 코팅층을 적용한 패치 시료들의 사진이다.

이하 전술한 본 발명의 구성에 따른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하여 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 발명은 기본적으로 사용자의 피부에 접촉되는 부위가 도전성 금속 소재 그 밖의 전도성 물질로 이루어지며, 이들이 상호 이격된 두 영역 이상으로 구성되므로, 두 영역 사이에 발생하는 전위차에 의한 미세전류가 발생하는 구조를 기반으로 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 패치는 가장 기본적인 전지의 구성인 볼타 전지의 구성을 가진다.

즉, 음극(-)으로는 이온화 경향이 크며 양이온이 되기 쉬운 금속 소재(표준환원전위가 낮은 소재)가 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 기본적으로 마그네슘 기반 소재로서, 그 상세한 내용은 이후에 상세히 기재한다.

한편, 양극(+)으로는 이온화 경향이 낮은 전도성 물질(표준환원전위가 높은 소재)가 사용될 수 있으며, 이들 사이에 이온 교환이 가능한 전해질이 개재될 수 있는 구조를 가진다.

상기 전해질의 역할을 하는 용액은, 본 발명에서는 '이온성 용액'이라 칭하며, 용액을 담지할 수 있는 순면 시트, 천연펄프 시트, 레이온 시트 등의 건조된 원단 형태의 자재로 이루어진 담지층에 담지되도록 제공될 수 있다.

즉, 담지층에 담지된 이온성 용액에 의해 음극 전극판의 금속이 양이온으로 이온화 되어 전자를 방출하게 되는 한편, 방출된 전자는 인체 조직을 경유하여 양극 전극판으로 이동하는 과정에 미세전류가 발생하며, 이때 발생된 전류가 전해질로서 작용하며 동시에 유효성분을 포함하고 있는 이온성 용액 내의 유효성분을 피하 조직 내로 신속하고 깊숙히 전달할 수 있게 한다.

유효성분은 이온성 용액의 침투, 확산 과정에서 함께 피하 조직 내로 침투, 확산하거나, 그 자체가 음, 또는 양의 이온성을 가져 직접적인 전기적 힘에 의한 이동 촉진이 일어날 수 있다.

즉, 음극 금속이 피부에 접촉된 상태에서 음의 이온성을 가진 유효성분이 공급되거나, 양극 금속이 피부에 접촉된 상태에서 양의 이온성을 가진 유효성분이 공급되는 경우 전기적 힘에 의한 유효성분의 전달, 확산 효과가 극대화 될 수 있으며, 이를 위해 본 발명은 크게 두 가지 형태의 실시예와 그에 따른 변형예들을 예시하며, 이와는 또 다른 추가 실시예들을 제안한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치의 측면 모식도로서, 사용자 피부에 접촉하는 제1 영역(10)을 구성하며, 음극 전극으로 역할을 하는 제1 전극층(11)은 후술할 본 발명에 따른 화학식 1로 표현되는 마그네슘 기반 조성을 가지고, 상기 제1 전극층(11)과의 사이에 담지층(30)를 개재하는 제2 전극층(22)은 상기 제1 전극층(11)보다 이온화 경향이 낮고 표준환원전위가 높은 물질, 예를 들어 구리, 아연, 은, 염화은, 철, 스테인리스 등으로 구성될 수 있다.

이러한 상태에서 제1 영역(10)과, 상기 제2 전극층(22)으로부터 연장된 제2 영역(20)이 사용자의 피부에 접촉하게 되고, 상기 담지층(30)에 의해 전기적으로 절연 상태이던 제1 전극층(11)과 제2 전극층(22)사이에 개재된 상기 담지층(30)에 전해질 역할을 하는 이온성 용액이 담지되면, 제1 전극층 금속의 이온화가 일어나 피부를 통한 전자의 이동, 즉 전류가 발생한다.

이때, 담지층(30)에 담지된 이온성 용액에 포함된 유효성분이 음의 이온성을 가지고 있다면, 관통부(16)를 통해 제1 영역(10) 하부의 피부로 공급되는 유효성분의 전달 및 확산이 이온영동 작용에 의한 보다 효과적으로 일어날 수 있는 것이다.

반대로, 이온성 용액에 포함된 유효성분이 양의 이온성을 가지고 있을 때에는, 상기 제1 실시예와는 제1 전극층(11)과 제2 전극층(22)의 표준환원전위의 차이가 서로 반대가 되도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치의 측면 모식도로서, 제1 실시예와는 다르게 사용자 피부에 접촉하는 제1 영역(10)을 구성하는 제1 전극층(11)은 양의 전극으로 역할을 하며, 후술할 본 발명에 따른 화학식 1로 표현되는 마그네슘 기반 조성을 가지는 제2 전극층(22)에 비해 이온화 경향이 낮고 표준환원전이가 높은 물질, 예를 들어 구리, 아연, 은, 염화은, 철, 스테인리스 등으로 구성될 수 있다.

이러한 상태에서 담지층(30)에 담지된 이온성 용액에 포함된 유효성분이 양의 이온성을 가지고 있다면, 관통부(16)를 통해 제1 영역(10) 하부의 피부로 공급되는 이온영동 작용에 의한 유효성분의 전달 및 확산이 전기적으로 중성이거나 음의 이온성을 가지는 유효성분일 경우에 비해 훨씬 효과적으로 일어날 수 있는 것이다.

이 두 가지 타입의 명확한 구분을 위해, 본 발명에서 제1 실시예를 기본 타입, 제2 실시예를 리버스 타입으로 명명한다.

제1 실시예의 변형된 형태로서, 도 3에 도시된 바와 같은 패치가 제공될 수도 있다.

기본 타입으로서 제1 실시예의 경우, 제2 영역(20)은 단순히 제2 전극층(22)으로부터 연장된 부분이 피부에 직접 접촉하는 구조로 되어 있기 때문에, 해당 실시예에서 제2 영역(20)은 단순히 이온영동 및 미세전류를 위한 전극으로서의 역할만 수행하게 된다.

그러나, 기본 타입이면서도 도 3에 도시된 제3 실시예에서와 같이 양극 역할을 하는 제2 전극층(22)의 피부 접촉 방향에 후술할 화학식 1에 따른 마그네슘 기반 조성을 가지는 생체분해성 금속이 제2 영역(20)을 구성하도록 접합할 경우, 금속의 분해 과정에서 얻을 수 있는 이로운 효과를 패치의 전 면적에 걸쳐 얻을 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 4에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치의 구조를 설명한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 담지층(30)에는 아무런 이온성 용액이 담지되지 않은 상태로, 제1 영역(10)의 관통부(16)나 측면부를 통해 유효성분이 포함된 이온성 용액을 공급하도록 제공될 수도 있다.

즉, 이 경우 본 발명에 따른 패치와, 유효성분이 담긴 앰플 등을 세트품 형태로 별도 제공하고, 사용자로 하여금 피부 적용 직전에 앰플 내의 용액을 담지층(30)에 흡수시키도록 할 수 있는 것이다.

그러나, 이러한 사용상의 번거로움을 제거하기 위해, 기본 타입인 제3 실시예의 변형예인 제4 실시예에 따른 패치는 담지층(30)의 부피 내에 포함되거나 인접하여 위치하는 별도의 캡슐(40)을 구비할 수 있고, 해당 캡슐(40) 내에 유효성분이 포함된 이온 용액이 저장되어 있는 구조를 가질 수 있다.

이와 같은 경우, 사용자는 상기 캡슐(40)에 연결된 손잡이(41)를 잡아 당김으로써, 캡슐(40) 내의 이온성 용액이 담지층(30) 내로 토출되도록 할 수 있는 것이다.

제1 내지 제4 실시예로 예시한 본 발명에 따른 패치는 도 5에 도시된 바와 같이 접착시트(50)에 의해 사용자의 피부에 밀착한 상태로 부착될 수 있으며, 도 12 및 도 13에서와 같이 접착시트(50) 및 이형지가 함께 제공되는 제품화된 형태로 제공될 수 있다.

도 13은 도 12의 하단의 패치 제품을 확대한 도면으로, 각 구성간의 위치관계를 확인할 수 있도록 투명한 상태로 표현된다. 다수의 관통부(16) 홀과 넓은 면적으로 형성된 제1 영역(10)이 제1 전극층(11)으로 형성되고, 제1 전극층(11)과의 사이에 담지층(30)을 개재한 상태로 배치되는 제2 전극층(22)의 일부가 상기 제1 영역(10)과 겹친 위치로부터 우측으로 연장되어, 제1 영역(10)보다 좁은 면적의 제2 영역(20)에 해당하는 마이크로 니들 박판에 상기 연장부가 접합된 형태로 구성된 구조임을 확인할 수 있다.

이쯤에서, 실시예 1에서 제1 전극층(11) 및 제1 영역(10), 실시예 2에서 제2 전극층(22) 및 제2 영역(10), 실시예 3에서 제1 전극층(11), 제1 영역(10) 및 제2 영역(20)으로 적용될 수 있는 본 발명에 따른 생체분해성 금속에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 생체분해성 금속은 다음 화학식 1에 의해 정의될 수 있다.

[화학식 1]

Mg_aZn_bCa_cX_d

상기 화학식 1에서 a, b, c 및 d는 각 성분의 중량%로서, a+b+c+d = 100중량%이고, a가 가장 크며, 따라서 0 초과의 값을 가지고 100 이하의 값을 가지는 한편, 0≤b≤5, 0≤c≤1, 0≤d≤1 이고, X는 Mg, Zn, Ca 외의 원소로 구성된 불순물 군 중 1종 이상으로 이루어질 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 생체분해성 금속은 생체 내에서 물과 반응하여 분해되는 금속을 포괄하지만, 특정적으로는 마그네슘을 주된 성분으로 하고, 여기에 아연 및 칼슘이 적절한 비율로 혼합되어 인체에 무해하고 이로운 효과를 주며, 다양한 합금상 및 분해속도를 가지는 조성 중에 선택될 수 있다.

도 6a 내지 도 6h는 특정온도에서 마그네슘과 아연, 칼슘의 함량에 따른 합금의 내부 상을 도시한 것으로서, 이들의 함량에 따라서, 알파 마그네슘상(HCP), 삼원계상(Ca₂Mg₆Zn₃), Mg₂Ca(C14_b), MgZn 등의 상태로 존재한다. 이중 Mg₂Ca 상은 합금의 강도는 높여주지만, 갈바닉 회로를 구성하여 분해 속도를 증가시키고, MgZn 상 역시 합금내에서 미세 갈바닉을 유도하여 분해 속도를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 즉, 분해 속도가 증가될 경우 순수 Mg에 비해 이온화도가 더 높아지는 것을 의미하므로, 양극 전극층과의 표준환원전위의 차이에 의한 기전력도 증가할 것이 기대된다.

도 6c의 시편 3을 예를 들어 설명하면, 주조온도 약 650℃ 이상에서 Liquid 상태로 존재하는 합금이 냉각됨에 따라 "알파 마그네슘 상(HCP)+Liquid 상이 공존하는 구역", "알파 마그네슘 상(HCP)"이 생성되는 구역, "알파 마그네슘 상(HCP)과 삼원계상(Ca₂Mg₆Zn₃) 상이 생성되는 구역"을 거치게 되는데, 이 때 생성되는 알파 마그네슘상(HCP)과 삼원계상(Ca₂Mg₆Zn₃)으로 합금의 구조가 확정되며, 그 하단에 있는 MgZn 상의 생성을 방지할 수 있다. 만일, 시편 3의 조성을 가지고 의도적으로 MgZn 상을 생성시키고자 할 경우, 약 120℃ 이하의 온도에서 제조 합금을 장시간 열처리해야 하는데, 일반적인 주조로에서는 MgZn 상이 생성되는 온도까지 냉각되기 전에 주조로에서 빼내어 급속 냉각시키기 때문에 MgZn 상이 생성되지 않는다.

한편, 상기 불순물로서는 Ce, Mn, Al, Pb, Fe, Ni, Zr, Cu, Th, Be, Cd, Sn, P, Si, La, Sr, Pr, Na 및 Y 등이 제조과정에서 도가니 등으로부터 유입되는 것으로서, 총량이 1중량% 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 생체분해성 금속은 통상적으로 알려진 바와 같이, 마그네슘, 칼슘 및 아연을 용융 혼합시킨 후, 성형하여 제조할 수 있다.

상기 용융은 마그네슘, 칼슘 및 아연과 반응하지 않는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스 분위기 또는 진공 분위기에서 수행할 수 있는데, 저항체에 전기를 가하여 열을 발생시키는 저항 가열 방식, 유도 코일에 전류를 흘려 유도 가열하는 방식, 또는 레이저나 집속 광에 의한 방법 등 다양한 방법을 이용할 수 있다.

상기 성형은 냉각방법, 압출방법, 금속가공방법 등을 예시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 냉각방법은, 마그네슘 합금의 기계적 강도를 향상시킬 목적으로 이용할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 용융된 마그네슘이 포함된 도가니를 물에 침지시키는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 상기 용융된 마그네슘을 아르곤 등 불활성 가스를 이용하여 분무하는 냉각방법을 이용할 수 있다. 상기 분무 냉각법은 훨씬 높은 속도로 냉각되어 매우 미세한 조직을 나타낼 수 있다. 하지만, 작은 크기로 마그네슘을 주조할 경우 내부에 다수의 기공이 형성될 수도 있으므로 주의해야 한다.

이와 같은 처리 방법을 이용하여, 원하는 수준의 기전력 발생에 적합한 조성 및 결정상을 포함하는 형태로 마그네슘 기반 합금을 제조할 수 있으며, 예를 들어 동일 전극을 사용하는 상태에서 기전력을 더 높이기 위한 방안으로 갈바닉 회로를 구성하여 분해 속도를 증가시키고 강도도 높은 Mg₂Ca 상 등이 포함된 합금이 형성되도록 할 수 있다.

[생체분해성 금속 시편의 제조]

하기 표 1의 조성으로 칼슘, 아연 및 마그네슘을 스텐레스강(SUS 410) (또는 카본으로 제작된 도가니)으로 제작된 내부직경 50㎜의 도가니에 장입하였다. 이어서, 도가니 속의 칼슘, 아연 및 마그네슘이 공기와 접촉되지 않도록, 도가니 주위에 아르곤 가스를 흘려주면서, 저항가열로를 이용하여 도가니 온도를 약 700℃에서 750℃ 범위로 올려 칼슘, 아연 및 마그네슘을 용융하였다. 용융된 칼슘, 아연 및 마그네슘이 서로 잘 섞일 수 있도록 도가니속의 소재를 저어서 교반시켰다. 완전히 용융된 마그네슘 합금을 냉각하여, 고체상태의 마그네슘 합금을 제조하였다. 또한, 냉각시킬 때에는, 마그네슘의 기계적 강도를 향상시킬 목적으로 도가니를 물에 침지시켜 용융된 마그네슘 합금이 급속히 냉각되도록 하였다.

상기 고체상태의 마그네슘 합금을 압출하여 시편을 제조하였고, 압출온도는 400℃이었으며, 압출 전후의 단면적 감소비율(압출비)을 40:1 설정하였다. 제조된 시편의 조성을 금속 성분 분석장치(SPECTRO MAXx)로 평가하고 그 결과를 도 6 (a) 내지 (h) 및 표 1에 나타내었다.

Mg alloy	계획		실제 투입량		측정결과
	Ca	Zn	Ca	Zn	Ca	Zn
	Conc	Conc	Conc	Conc	Conc	Conc
	%	%	%	%	%	%
1	0.00	1.60	0.00	1.60	<0.0001	1.84
2	0.05	1.60	0.06	1.60	0.040	1.73
3	0.10	1.60	0.11	1.60	0.097	1.64
4	0.15	1.60	0.17	1.60	0.13	1.74
5	0.20	1.60	0.22	1.60	0.15	1.69
6	0.25	1.60	0.28	1.60	0.22	1.75
7	0.30	1.60	0.33	1.60	0.26	1.71
8	0.35	1.60	0.39	1.60	0.26	1.76
9	0.01	0.15	0.01	0.15	0.009	0.013
10	0.00	1.00	0.00	1.00	0.001	1.04
11	0.02	0.25	0.02	0.25	0.007	0.20
12	0.05	1.00	0.06	1.00	0.080	1.17
13	0.05	3.00	0.06	3.00	0.035	3.08
14	0.10	1.00	0.11	1.00	0.071	1.14
15	0.10	3.00	0.11	3.00	0.079	3.23
16	0.15	1.00	0.17	1.00	0.13	1.12
17	0.15	3.00	0.17	3.00	0.11	3.13
18	0.00	3.00	0.00	3.00	0.0006	3.15
19	0.16	0.55	0.18	0.55	0.14	0.63

이후, 제조된 시편을 가열로에 장입한 후 450℃의 온도에서 24시간 추가적으로 열처리를 수행하여 열처리된 생분해성 금속 시편을 제조하였다.

[생체분해성 금속의 분해 특성 평가]

위와 같이 제조된 열처리된 생체분해성 금속 시편의 일부 시료를 발췌하여 분해 특성을 평가하였다. 분해 특성의 평가는 알카리 토금속이 분해될 때 수소가스를 방출하는 특성을 고려하여, 37℃로 설정된 PBS 용액 내에서 Eudiometer를 이용하여 분해 시 방출되는 수소가스 량을 측정하고 그 결과를 표 4에 나타내었다.

구분	측정주기(h)	0.5	1	2	4	8	24	48	72	96	120	144	168	시간당 수소가스 발생량
상용 생체분해성 합금 소재 5Ca-1Zn		0.23	0.38	0.51	0.79	1.30	2.24	3.90	5.41	6.22	7.43	7.88	8.52	0.27
2	#1	0.02	0.08	0.11	0.19	0.28	0.49	0.70	0.89	1.09	1.28	1.56	2.32	0.05
	#2	0.02	0.06	0.09	0.15	0.19	0.26	0.45	0.51	0.60	0.75	0.75	0.79	0.03
	#3	0.02	0.02	0.06	0.09	0.19	0.34	0.49	0.58	0.72	0.87	0.94	1.09	0.03
3	#1	0.08	0.13	0.17	0.23	0.32	0.58	0.89	1.15	1.39	1.79	2.04	2.32	0.07
	#2	0.08	0.13	0.19	0.28	0.38	0.45	0.53	0.58	0.68	0.90	1.13	1.36	0.04
	#3	0.04	0.09	0.13	0.21	0.28	0.51	0.70	0.90	1.23	1.66	2.00	2.32	0.06
4	#1	0.02	0.09	0.13	0.19	0.25	0.41	0.70	1.00	1.28	1.68	1.98	2.39	0.06
	#2	0.02	0.09	0.13	0.21	0.32	0.62	1.02	1.36	1.70	2.21	2.32	2.51	0.07
	#3	0.08	0.23	0.32	0.40	0.47	0.89	0.96	1.17	1.38	1.51	1.73	1.85	0.07
6	#1	0.06	0.13	0.19	0.30	0.51	1.09	1.68	2.04	2.26	2.71	2.92	3.30	0.10
	#2	0.06	0.09	0.17	0.26	0.38	0.81	1.24	1.41	1.51	1.66	1.83	2.17	0.07
	#3	0.09	0.08	0.09	0.15	0.23	0.34	0.60	0.79	1.00	1.19	1.24	1.43	0.04
12	#1	0.06	0.09	0.15	0.25	0.38	0.77	1.21	1.62	1.96	2.43	2.51	2.68	0.08
	#2	0.02	0.06	0.09	0.17	0.23	0.38	0.55	0.68	0.79	0.90	0.98	1.04	0.04
	#3	0.02	0.08	0.09	0.17	0.25	0.62	1.13	1.53	1.85	2.34	2.45	2.70	0.08
14	#1	0.06	0.13	0.19	0.25	0.30	0.38	0.51	0.64	0.83	1.21	1.28	1.39	0.04
	#2	0.06	0.09	0.15	0.21	0.30	0.58	0.89	1.19	1.39	1.85	1.92	2.04	0.06
	#3	0.06	0.11	0.17	0.21	0.34	1.15	1.51	2.37	2.77	3.28	3.34	3.43	0.11
16	#1	0.06	0.09	0.17	0.25	0.36	0.70	1.21	1.64	1.94	2.26	2.34	2.49	0.08
	#2	0.06	0.11	0.19	0.28	0.38	0.49	0.55	0.57	0.62	0.79	0.81	0.83	0.03
	#3	0.08	0.08	0.13	0.19	0.26	0.32	0.47	0.66	0.87	1.19	1.26	1.28	0.04
15	#1	5	9	15	22	26	38	50	55	62	62	67	70	2.86
	#2	1	3	6	10	66	209	399	400	403	405	408	411	16.20
	#3	3	5	10	14	16	28	100	112	124	131	142	147	4.95
17	#1	3	4	6	7	8	100	136	185	232	279	332	399	10.07
	#2	1	5	10	12	13	21	44	76	127	175	237	311	6.14
	#3	3	6	7	9	10	100	117	138	168	191	221	291	7.51

표 2로부터,비교예인 상용 생체분해성 합금 소재와 실시예에서 제조된 시편을 비교하여 상용 생체분해성 합금 소재를 기준으로 높은 분해속도와 낮은 분해속도를 가지는 시편이 다양한 스펙트럼으로 존재하는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 본 발명에 따라 제공되는 피부 적용 패치의 유효성분, 적용 기간 등에 따라 적절한 분해속도를 가지는 마그네슘 기반 합금 조성을 선택적으로 적용할 수 있다.

상기 화학식 1의 조성에 따른 생체분해성 금속으로 제조되기 때문에, 본 발명에 따른 사용자 피부 접촉부인 제1 영역(10) 또는 제2 영역(20)에 형성된 마이크로 니들(15)은 통상적인 마이크로 니들과는 달리 유효성분의 주입을 위해 피하 또는 상피에 삽입된 후, 전극으로서의 역할을 함과 동시에 흡수 및 분해되어 금속 이온 및 분해산물을 체내에 방출하는 것 또한 특징으로 한다.

본 발명의 마이크로 니들의 소재로 사용되는 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 아연(Zn) 등은 알카리토금속 계열의 생체분해성 금속으로서, 하기의 수식과 같이 물과 반응하여 수소가스를 방출하는 메커니즘을 갖는다. 따라서, 상기 금속을 소재로 한 마이크로 니들은 피하에서 흡수, 분해 시 이온 및 분해산물을 방출하며, 부산물로 인해 생성되는 수소 가스가 피하 내에서 팽윤효과를 주어 주름 개선 효과를 유도할 수 있고, 염증에 의한 피부 홍반을 감소시키는 효과와 태양으로 인해 야기되는 피부손상을 방지할 수 있다(YOON, K. S. et al., Histological study on the effect of electrolyzed reduced water-bathing on UVB radiation-induced skin injury in hairless mice, Biological and Pharmaceutical Bulletin 34, 1671-7, 2011; IGNACIO, R. M., et al., The balneotherapy effect of hydrogen reduced water on UVB-mediated skin injury in hairless mice, Molecular & Cellular Toxicology 9, 15-21, 2013).

Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂ (gas)

Zn + 2H₂O → Zn(OH)₂ + H₂ (gas)

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂ (gas)

또한, 마그네슘(Mg)과 아연(Zn)이 생체 내에 삽입되어 생성되는 부산물인 ZnO 및 MgCl은 피하에 침투하지 않고 피부 표면에만 있어도 약물 흡수를 향상시키는 약물 전달 강화제(Drug delivery enhancer)로서 역할이 가능하다. 따라서, 생체분해성 금속으로 구성된 니들은 본 발명에 따른 패치에 담지된 유효성분의 전달 효과를 더욱 상승시킬 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 피부 적용 패치의 피부 접촉 부위에 상기 생체분해성 금속을 적용함으로써, 분해산물로 인한 이로운 효과, 약물 전달 강화제로서의 효과 등의 상승적 효과를 얻을 수 있다.

[전해질의 종류 및 양극 전극의 금속 종류에 따른 기전력 생성 실험]

본 실험 이전에, 사전 실험으로서 PBS와 시중에 상용화된 여드름 앰플액에서의 기전력 생성을 비교하였으나, 여드름 앰플액의 경우 어떠한 양극 금속에서도 기준에 미달하는 기전력을 보였기 때문에, 본 발명에 적용될 수 있는 이온성 용액은, 전해질로서의 이온화도가 높은 용액과 유효성분이 혼합된 상태로 사용되거나, 그 자체의 이온화도가 높은 유효성분 수용액을 사용해야 함을 확인하였다.

도 7로 도시한 바와 같이, 음극 전극으로서는 불가피한 불순물을 포함하는 순수 Mg 전극을 사용하고, 여기에 본 발명의 이온성 용액으로 적용될 수 있는 전해질로서 상용화 제품으로 구입한 인산완충생리식염수(PBS) 및 인위적으로 제조한 0.9% NaCl 수용액을 각각 준비하고, 양극 금속으로서 스테인리스강의 일종인 SUS 301과 구리를 사용하여 실험을 실시했다.

이러한 실험은 도 8 내지 도 9로의 사진에서와 같이 진행하였다.

도 8은 PBS 용액에서 양극 전극으로서 각각 구리와 SUS 301을 사용하여 비교한 실험 상태를 도시하고,

도 9는 NaCl 용액에서 양극 전극으로서 각각 구리와 SUS 301을 사용하여 비교한 실험 상태를 도시한다.

이로 인한 결과를 아래 표 3에 표시하였다.

No.	Electrodes	Electrolyte	V_oc [V]	V_L [V]	I_L [mA]	P_L [mW]
1	Mg-Cu	PBS	1.482	0.201	0.402	0.081
2	Mg-Cu	NaCl	1.516	0.240	0.480	0.115
3	Mg-SUS	PBS	1.515	0.253	0.506	0.128
4	Mg-SUS	NaCl	1.327	0.316	0.632	0.200

개방회로전압 V_oc와 함께 작동전압 및 전류의 측정에는 500Ω의 저항을 사용하였으며, 그 결과 이온성 용액에 포함될 전해질로는 PBS보다는 인위적으로 제조한 0.9% NaCl 수용액이 더욱 유리한 것으로 확인되었는데, 수용액 내 이온 이동에 방해가 될 요소가 더 적기 때문인 것으로 추측된다.

한편, 양극 전극으로서의 매칭은 전반적으로 Mg-SUS 301 조합이 기전력 측면에서 더욱 유리한 것으로 나타났으나, Mg-Cu 조합도 본 발명의 패치에 적용하기에 충분할 것으로 예측되었으며, 후술할 인체 적용 실험에 있어 피부 밀착 및 부착성과 관련된 연성의 측면에서는 구리가 더욱 유리한 측면이 있으므로, 제조되는 패치의 구조 등에 따라 적절히 선택할 수 있다.

상기 실험으로부터, 본 발명에 따른 이온성 용액은 NaCl 수용액을 비롯하여 이와 이온화 정도가 유사한 다른 이온성 수용액을 포함하는 것이 바람직할 것으로 확인된 바, 이에 필적하는 자체 이온화도를 가진 유효성분 용액이나, 상기 양호한 전해질 용액과 유효성분을 혼합하여 사용하는 방식으로 본 발명에 따른 이온성 용액을 제공할 수 있다.

유효성분으로서는 기능성 화장품이나 의약품으로서의 효과를 낼 수 있는 성분이면 그 제한이 없으며, 이온성을 가지는 유효성분이면 더욱 바람직하다.

일예로, 기능성 화장품은 다음과 같이 정의된다.

- 피부의 미백에 도움을 주는 기능성화장품

- 피부의 주름개선에 도움을 주는 기능성화장품

- 자외선으로부터 피부를 보호하는데 도움을 주는 기능성화장품

- 모발의 색상을 변화(탈염(脫染)·탈색(脫色)을 포함한다)시키는 데 도움을 주는 기능성화장품

- 체모를 제거하는 데 도움을 주는 기능성화장품

- 여드름성 피부를 완화하는 데 도움을 주는 기능성화장품

특히, 피부의 미백(피부 톤을 밝게 해주는 것) 기능, 피부의 주름 개선 기능, 여드름성 피부를 완화하는 기능과 관련하여, 본 발명의 출원인은 이미 특허 등록 제2194089호 "항산화 활성 및 미백 효과를 갖는 플렉시블 금속 패치 및 그 사용방법", 특허등록 제2310566호 "여드름 완화 및 예방용 패치" 등의 공보를 통해, 본 발명에 따른 생체분해성 금속이 별도의 유효성분 없이도 그 자체로 상기 기능성 효과들을 나타냄을 개시한 바 있으므로, 이를 목적으로 한 유효성분과 함께 본 발명에 따른 생체분해성 금속 피부 적용 패치가 사용되는 경우 보다 높은 상승적 효과를 기대할 수 있다.

한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 제1 영역(10)에 적용되는 마이크로 니들(15) 및 관통부(16)는, 관통부(16)가 다각형이나 폐곡선 형태의 홀(hole) 형상으로 이루어지고, 관통부(16)의 가장자리에 적어도 한 개 이상의 마이크로 니들(15)이 배열된 형태를 가질 수 있다.

이와 같은 구조의 장점은, 마이크로 니들 패치의 제조에 있어 평면 상에서 마이크로 니들과 관통부를 동시에 성형한 후, 지그 등을 이용해 마이크로 니들을 절곡시킴으로써 쉽게 다수의 니들이 형성된 패치를 제공할 수 있다는 것과, 사용에 있어 넓은 관통부의 주변으로 니들이 배치된 구조로 형성되어, 관통부(16)의 위쪽에서 공급된 유효성분이 관통부(15)를 통해 아래쪽으로 쉽게 전달될 수 있으며, 더욱이 마이크로 니들의 삽입 경로를 따라 피부 내측으로 까지 동시에 전달될 수 있다는 것이다.

즉, 본 발명에 따른 패치의 경우 담지층에 담지된 이온성 용액 내의 유효성분이 상기한 바와 같은 과정을 거쳐 피부 내측으로 전달 후 전기적인 힘을 받아 신속히 확산될 수 있으므로, 상기 마이크로 니들(15)및 관통부(16)의 구조는 본 발명에 더욱 최적화 된 구조로 적용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 마이크로 니들(15)은 피부에 삽입되어 분해됨으로써 발생되는 전술한 이로운 효과 외에도, 본 발명의 주된 목적에 따라 더 높은 기전력을 발생시켜 유효성분의 이온영동을 개념에 그치지 않고 실용적인 형태의 제품으로 제공할 수 있는 데에 결정적인 역할을 수행한다.

[마이크로 니들의 유무 및 길이에 따른 피부 부착 상태에서의 기전력 실험]

도 11의 (a) 내지 (c)는 각각 마이크로 니들이 없는 경우, 100㎛ 길이의 니들을 형성시킨 경우 및 230㎛ 길이의 니들을 형성시킨 경우의 본 발명에 따른 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치의 시제품의 사진이다.

사진에 도시된 바와 같이, 전 면적이 피부에 접촉되는 제1 전극층은 홀 형상의 관통부가 다수 형성된 0.07mm 두께의 마그네슘 금속 박판, 일부 영역이 피부에 접촉되는 제2 전극층은 0.07mm의 구리 금속 박판, 그리고 이온성 용액의 담지층으로는 0.28mm의 순면 시트를 사용하였다.

제1 전극층과 제2 전극층은 순면 시트에 의해 직접적 전기적 연결이 없는 전기적 절연 이격 구조이며, 이온성 용액의 전해질로는 0.9% NaCl 수용액을 사용하였다.

이 상태에서, 사용자의 인체 피부에 도 11의 패치들을 각각 적용하고 그 작동전압 및 작동전류를 측정한 결과는 다음 표 4와 같다.

패치	V_L [V]	I_L[mA]	P_L[μW]
(a)	1.487	0.115	0.171
(b)	1.417	0.326	0.461
(c)	1.434	1.935	2.774

즉, 마이크로 니들이 없는 (a)에 비해, (b), (c)의 패치가 전류량의 증가에 따른 기전력의 유의미한 상승을 보이는 것을 확인할 수 있으며, 특히, (b)에 비해 (c)의 경우 6배에 가까운 기전력의 상승이 확인된다.

이를 통해, 니들의 길이가 100㎛ 이상이 되어 피부의 각질층 및 표피를 관통하여 진피에 도달할 경우 극적인 피부 저항 수치 하락 효과를 얻을 수 있는 것으로 추정되므로, 마이크로 니들의 두께는 적어도 통상적인 표피 두께인 50㎛ 이상인 것이 바람직하다.

더욱이, 본 실험의 패치 제조에 적용된 바와 같이, 제1 또는 제2 영역의 박판 두께는 얇을수록 피부와의 밀착성 및 부착성이 좋아지므로 그 두께가 적절한 범위인 것이 바람직한데, 특히 본 발명에 따른 생체분해성 금속의 경우 0.07mm 미만으로의 박판 가공이 쉽지 않고, 0.7mm 이상인 경우 그 연성에도 불구하고 피부에서의 들림 현상이 확인되어 그 범위는 0.07 ~ 0.7 mm가 바람직하다.

한편, 다양한 실험을 통해, 이온성 용액을 담지하는 담지층(30)의 체적이 클 수록, 즉 전해질 용액의 양이 많을 수록 전기적 물리량이 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 본 발명의 전술한 실시예들에 따라, 담지층이 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 개재되는 구조의 패치 제품의 경우 담지층의 두께를 증가시키는 것에는 한계가 있으므로, 그 면적을 최대한 넓게 하는 것이 바람직하며, 이에 따라 담지층(30)의 면적과 대응되는 제1 영역(10)의 면적이 제2 영역(20) 보다는 2배 이상이 되도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 관련하여, 기본 타입인 제3 실시예의 또 다른 변형예로서 도 14에 도시된 제6 실시예에 대해 설명한다.

도면은, 피부 접촉 측면인 제1 영역(10)과 제2 영역(20)을 도면 상부에 배치하고, 적층 순서에 따라 제2 전극층(22), 담지층(30) 등을 순차적으로 하부쪽에 배치한 구조를 도시한 분해사시도이다.

즉, 제1 영역(10)과 제2 영역(20)은 후술할 화학식 1에 따른 마그네슘 기반 조성을 가지는 생체분해성 금속으로 구성될 수 있는 한편, 제2 영역(20)은 제2 전극층(22)을 이루는 물질과 전기적으로 연결되도록 접합되는 반면, 제1 영역은 제2 전극층(22)과 전기적으로 직접 접촉되지 않도록 절연층(60)을 개재하여 결합되는 구조이다.

즉, 절연층(60)과 제2 전극층(22)의 이와 같은 일체화된 구조는, 절연 필름(PET 필름 등)의 일면 상에 전도성 물질을 코팅하여 제2 전극층(22)을 형성한 후 일부 영역의 절연 필름을 제거함으로써 제조하거나, 전도성 섬유(구리 섬유, 은 섬유 등)를 포함하여 제조됨으로써 전도성을 가지는 천의 일면 일부 영역에 절연 접합 수단을 결합하여 형성된 절연층(60) 상에 상기 제1 영역(10)을 적층 접합할 수 있도록 하는 형태로 제공될 수 있다.

다시 말해, 도 14에 도시된 구조는, 제2 전극층(22)의 재료로서 은 섬유를 제직한 은 천을 해당 형상으로 재단한 후, 천의 일면 상의 일부 영역에 절연 접착제를 도포하거나 절연 테이프를 결합하여 도 15의 흰색으로 표현된 절연층(60)을 형성하고, 제2 전극층(22) 물질 표면이 그대로 노출된 검정색 부분에는 제2 영역(20)에 해당하는 생체분해성 금속을, 제2 전극층(22)이 절연된 흰색 부분에는 제1 영역(10)에 해당하는 제1 전극층(11)으로서의 생체분해성 금속이 결합되는 방식으로 구현될 수 있는 것이다.

한편, 담지층(30)이 제1 전극층(11)과 제2 전극층(22) 사이에 개재되는 구조인 앞선 실시예들과는 달리 도 14로 예시된 실시예에는 담지층(30)이 제2 전극층(22)의 외측에 위치함으로써(도면 상 아래쪽, 피부 부착면의 반대쪽), 피부에 부착하여 사용하는 상태에서 가장 바깥면에 담지층(30)이 위치하는 구조가 될 수 있다.

이와 같은 구조의 이점은, 순면 시트, 천연 펄프 시트, 레이온 시트 등의 담지층(30)를 사이에 개재하는 구조에 비해 얇은 막 형태의 제1 전극층(11), 제2 전극층(22)을 먼저 적층한 후 담지층을 외측에 결합하는 방식이므로 제조가 용이해질 뿐 아니라, 담지층(30)의 면적 확보에 유리하고, 제품화된 상태에서의 견고성도 우수해진다.

더욱이, 해당 구조와 같이 제1 전극층(11)과 제2 전극층(22) 사이에 이온성 용액의 담지층이 아예 내재되지 않은 구조에서는, 이온성 용액의 사전 공급 없이 패치를 붙인 상태에서 자가 전류 발생을 개시시키기 위해 제2 전극층(22) 역시 개구부(65)등을 구비하여 상부 방향으로 개방된 구조여야 하는데, 이를 위해 제2 전극층(22)은 개구부(65)를 구비하는 것이 바람직하며, 이를 통해 제1 영역(10) 및 그 하부의 피부에 이온성 용액을 쉽고 지속적으로, 공급 양에 제한 없이 공급이 가능하다.

이때, 상기 개구부(65)의 적어도 일부(가급적 전부)를 덮는 형태로 담지층(30)이 더욱 결합됨으로써, 상부에서 공급된 이온성 용액이 담지층(30) 면적 전체로 순식간에 확산되어 전기 화학 반응이 보다 원활히 일어나고, 담지된 이온성 용액이 서서히, 그리고 일정하게 패치 내측으로 공급되도록 할 수 있으며, 이를 통해 전기적으로 절연되어 있던 제2 전극층(22)의 노출부위와 제1 전극층(11) 사이에도 이온성 용액의 전해 작용에 의해 이온의 교환이 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성됨으로써, 제1 내지 제 4 실시예와 같이 담지층(30)이 제1 전극층(11)과 제2 전극층(22)의 사이에 고정적으로 개재된 구조일 경우 담지층(30)의 면적이 제한되던 문제, 패치 내측에 담지층(30)이 위치함으로 인해 담지층에서 새어나온 수분에 의해 피부 접착력을 약화시킬 수 있는 문제, 제1 전극층(11) 전체 면에 걸쳐 이온성 용액이 쉽게 확산되지 않는 문제 등이 해소되고, 이온성 용액에 섞여 있는 이물질이 걸러질 수 있는 필터 역할 등의 추가적 이점을 기대할 수 있다.

제6 실시예의 패치를 실제 구현하여 피부에 부착한 상태가 도 15의 사진을 통해 도시되는데, 이와 같이 구성됨으로써 본 발명에 따른 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치가 피부 부착 상태에서도 최 상부의 담지층(30)을 통해 원활하고 지속적으로 유효성분을 포함한 이온성 용액을 공급할 수 있는 구조로도 구현 가능함을 확인할 수 있다.

[Ag/AgCl 혼합 전극 물질을 포함하는 패치의 특성 평가]

앞서 확인한 제1 전극층으로서의 마그네슘 금속과, 제2 전극층으로서의 Cu 또는 SUS301과의 조합에서의 기전력 실험 이후, 전술한 실시예 6과 같은 구조로 구현하기 용이한 패치 구조에서의 특성 평가를 겸하여, 제1 전극층으로는 불가피한 불순물을 포함하는 0.07mm 두께의 마그네슘 금속 박판, 제2 전극층으로는 0.05mm 두께의 PET 필름 상에 페이스트 성상의 Ag/AgCl의 혼합물을 코팅한 2종의 전극층을 준비하고, 비교 시료로서 0.03mm 두께의 Cu 박판을 준비하여, 제1 전극층과 제2 전극층이 절연된 상태로 적층 결합된 3종의 시료를 준비하였다. 해당 시료의 형태는 도 16을 통해 도시되며, 좌측부터 순서대로 아래의 표 5에 따른 특성을 가짐을 확인하였다.

시료	1	2	3
재료	Cu	Ag/AgCl	Ag/AgCl
성상	Foil	Printed Film	Printed Film
두께 [㎛]	30	65(코팅)+50(PET)	130(코팅)+50(PET)
전기저항 [Ω*cm]	0.15	0.40	0.29
비고	Reference	닥터블레이드 및 열처리

실험에 사용된 페이스트 성상의 Ag/AgCl의 혼합물은 ㈜케티에서 판매하는 SC 141 제품으로서 120℃에서 30분 가열하여 경화되는 조건을 가지고 있으며, 이에 따라, 50㎛의 PET 필름 상에 상기 Ag/AgCl의 혼합물을 아래와 같이 상호 다른 두께로 코팅하여 실험을 실시하였다.

부하저항 500Ω 하에 위 시료로 실험한 결과를 아래 표 6으로 정리하였다. 적용된 전해질 용액은 0.9% NaCl 수용액이다.

조건	시료	1	2	3
500 Ω	V_L [V]	0.694	1.225	1.365
	I_L [mA]	1.356	2.410	2.727
	P_L [mW]	0.941	2.952	3.722

Cu박판에 의한 실험 결과인 시료1에 비해 Ag/AgCl이 명확하게 더 상승된 결과를 보였으며, 시료2 및 3의 결과를 통해 Ag/AgCl 코팅층이 두꺼울수록 비례하여 작동전압, 작동전류 및 기전력이 증가하는 결과를 확인할 수 있으나, 필름상의 코팅층 형태로 제2 전극층+절연층 구조가 구현되는 경우 부스러짐이나 유연성 등의 측면에서 적절한 두께가 있음을 확인할 수 있었다.

결론적으로, Cu에 비하여 Ag를 제2 전극층의 소재로 사용함에 있어 전기적 측면에서의 유리함을 확인할 수 있었으며, 코팅 방식이 아닌 은 섬유로 제직된 은 천을 제2 전극층으로 사용하여, 패치의 유연성, 밀착성 등에서 유리한 제품을 제조할 수 있음을 확인하였다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 제1 영역 11: 제1 전극층
15: 마이크로 니들 16: 관통부
20: 제2 영역 22: 제2 전극층
30: 담지층 40: 캡슐
41: 손잡이 50: 접착시트
60: 절연층 65: 개구부

Claims

사용자의 피부에 접촉되는 제1 영역(10)과, 상기 제1 영역(10)과는 이격되어 상기 제1 영역(10)이 접촉된 인접 피부에 접촉되는 제2 영역(20)을 포함하며,
상기 제1 영역(10) 또는 상기 제2 영역(20)은 사용자의 피부에 접하거나 조직 내에서 수분과 반응하여 분해 및 흡수 가능한 생체분해성 금속을 포함하고,
사용자의 피부에 직접 접촉되는 박판의 시트 형태로 상기 제1 영역(10)과 일체 구조로 제공되고, 상기 피부 접촉 반대측으로부터의 유체 전달이 가능한 적어도 하나 이상의 관통부가 구비된 제1 전극층(11)과,
상기 제1 전극층(11)을 이루는 물질과 표준환원전위가 다른 이종의 물질로 이루어지고 상기 제1 전극층(11)과 절연된 상태로 상기 제1 전극층(11)의 상기 피부 접촉 반대측에 위치하며 적어도 일부분이 연장되어 상기 제2 영역(20)과 전기적으로 연결된 제2 전극층(22)과,
두께를 가지는 시트 형태로 상기 제1 전극층(11)의 상기 피부 접촉 반대측에 위치하며 이온성 용액이 담지될 수 있는 친수성 재질로 구성되는 담지층(30)을 포함하여 구성된, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제1항에 있어서, 상기 제1 영역(10) 또는 상기 제2 영역(20)은 상기 사용자의 피부 접촉 방향으로 돌출된 적어도 하나 이상의 마이크로 니들(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 생체분해성 금속은 다음 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
[화학식 1]
Mg_aZn_bCa_cX_d
화학식 1에서 a, b, c 및 d는 각 성분의 중량%로서, a+b+c+d = 100중량%이고, a가 가장 크며, 0≤b≤5, 0≤c≤1, 0≤d≤1 이고, X는 Mg, Zn, Ca 외의 원소로 구성된 불순물 군 중 1종 이상임.
제3항에 있어서, 상기 제1 영역(10) 및 상기 제1 전극층(11)은 상기 화학식 1에 따른 생체분해성 금속이며, 상기 제2 전극층(22)은 상기 제1 전극층(11)보다 표준환원전위가 높은 이종 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제4항에 있어서, 상기 제2 전극층(22)은 구리, 아연, 은, 염화은, 철, 스테인리스강 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제5항에 있어서, 상기 제2 영역(20)은 화학식 1에 따른 생체분해성 금속이며, 상기 제2 전극층(22)으로부터 연장된 부분과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제3항에 있어서, 상기 제2 전극층(22)은 상기 화학식 1에 따른 생체분해성 금속이며, 상기 제1 전극층(11)은 상기 제2 전극층(22)보다 표준환원전위가 높은 이종 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제2항에 있어서, 상기 마이크로 니들(15)은 0.02mm 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제1항에 있어서, 상기 담지층(30)은 상기 제1 전극층(11)과 상기 제2 전극층(22) 사이에 개재되어 적층 형태로 위치하는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제1항에 있어서, 상기 제1 전극층(11)과 상기 제2 전극층(22)은 절연층(60)에 의해 상호 절연된 상태로 적층되며,
상기 제2 전극층(22)은 상기 제1 전극층(11)의 상기 관통부의 적어도 일부를 노출시키는 개구부(65)를 구비하며,
상기 담지층(30)은 상기 제1 전극층(11)의 상기 피부 접촉 반대측에서 상기 개구부(65)의 적어도 일부를 덮는 형태로 위치하는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제2항에 있어서, 상기 제1 전극층(11)에 형성된 관통부는 홀(hole) 형상이며, 상기 마이크로 니들(15)은 상기 홀의 가장자리를 따라 적어도 한 개 이상이 사용자의 피부 접촉 방향으로 절곡 형성된 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제4항에 있어서, 상기 제2 전극층(22)은 전도성 섬유를 포함하여 제조된 가요성 천 형태로 적용되는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제1항에 있어서, 상기 이온성 용액은 인산완충생리식염수, 염화나트륨 수용액 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제1항 또는 제13항에 있어서, 상기 이온성 용액은 기능성 화장품, 의약품의 유효성분 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제14항에 있어서, 상기 유효성분은 이온성인 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제1항에 있어서, 상기 담지층(30)은 건조된 원단 형태 자재인 순면 시트, 천연 펄프 시트, 레이온 시트 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제1항 또는 제16항에 있어서, 사용자의 개시 동작에 의해 상기 담지층(30)에 상기 이온성 용액을 토출시키는 캡슐(40)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제9항에 있어서, 상기 제1 영역(10)의 면적은 상기 제2 영역(20) 면적의 2배 이상인 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.
제1항에 있어서, 상기 제1 전극층(11)과 일체로 형성된 상기 제1 영역(10)은 박판의 시트 형상이고, 0.07 내지 0.7mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 생체분해성 금속을 포함하는 자가 전류 발생 피부 적용 패치.