WO2011115422A2

WO2011115422A2 - 마이크로젯 약물전달 시스템 및 마이크로젯 인젝터

Info

Publication number: WO2011115422A2
Application number: PCT/KR2011/001834
Authority: WO
Inventors: 여재익; 한태희
Original assignee: 서울대학교 산학협력단
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2011-09-22
Also published as: WO2011115422A3; US20130066263A1

Abstract

본 발명은 내부에 저장된 약물 용액을 마이크로젯(microjet) 형태로 고속 분사하여 피시술자의 신체조직 내에 주사하는 약물전달 시스템 및 마이크로젯 주사용 기구에 관한 것이다. 본 발명에서 제공하는 마이크로젯 약물 전달 시스템은, 일측이 개방된 수용 공간을 가지며 내부에 압력추진용 액체가 밀실하게 채워져 있는 압력 챔버와; 탄성 재질로 된 막 부재로서 상기 압력 챔버의 개방된 일측을 폐쇄하여 밀폐된 공간을 형성하도록 배치되는 탄성막과; 상기 탄성막을 사이에 두고 상기 압력 챔버와 인접하게 구비되며 일정한 내부 공간 내에 약물 용액을 수용하는 약물 챔버와; 상기 압력 챔버의 내부 공간과 연통되어 상기 압력 챔버의 내부에 저장된 약물 용액이 외부로 마이크로젯 분사되는 통로로 형성되는 마이크로젯 노즐; 을 포함하는 마이크로젯 인젝터; 상기 압력 챔버 내에 저장된 압력추진용 액체에 집중된 에너지를 가함으로써 상기 압력추진용 액체에 버블을 발생시키는 에너지 포커싱 장치; 및, 상기 마이크로젯 인젝터를 상기 에너지 포커싱 장치에 선택적으로 착탈이 가능하도록 결합시키는 커넥팅 어댑터;를 포함하여 구성된다.

Description

마이크로젯 약물전달 시스템 및 마이크로젯 인젝터

본 발명은 환자의 신체조직 내에 약물을 투여하기 위한 약물전달 시스템 및 이에 사용하는 마이크로젯 주사 장치(injector)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주사 바늘 등을 이용하여 조직 내로 약물을 주입하는 대신, 주사 약물을 고속 마이크로젯(microjet) 분사하여 피부 내로 침투시킴으로써 주사시의 통증을 경감시키면서 신체조직 내로 약물 용액을 신속하고 정확하게 침투시킬 수 있는 새로운 형태의 무주사바늘(needle-free) 약물전달 시스템 및 주사용 장치에 관한 것이다.

일반적으로 의료 분야에 있어 치료용 약물을 환자의 체내에 비경구 투여하기 위한 방법으로서 예로부터 다양한 약물 전달 시스템(Drug delivery system)들이 적용되고 있다. 이러한 약물 전달 시스템으로서 종래에 가장 보편적으로 사용되는 방식은 주사기를 이용하는 방식으로서, 이는 주지하는 바와 같이 끝이 뾰족한 바늘을 환자의 피부 조직으로 찔러 넣고 약물을 가압하여 상기 바늘을 통해 체내에 약물 등을 주입하는 방식이다.

상기와 같이 주사기를 사용하는 방식의 경우, 체내에 직접적으로 약물을 주입함으로써 매우 효과적으로 약물을 투여할 수 있으며, 시술이 비교적 간편하고 가격 부담도 매우 적다는 장점이 있는 반면, 피부 조직으로 바늘을 찔러 넣음에 따라 주사시의 통증으로 인한 환자들의 불편이 큰 단점으로 지적되고 있으며, 그 밖에도 주사 바늘 사용으로 인한 상처 발생 및 이를 통한 감염의 우려 등의 문제도 가지고 있었다. 또한, 상기와 같은 바늘형 주사기의 경우 대부분 위생상의 이유 등으로 재사용되지 못하고 일회용 제품으로 버려지게 되므로 자원의 낭비가 있으며, 시술자의 숙련도에 따라 실수의 우려가 있다는 점도 큰 문제점으로 지적되고 있었다.

상기와 같은 전통적인 주사기의 단점들로 인해 기존에도 이를 대체하기 위한 새로운 방식의 약물전달 시스템을 개발하려는 많은 연구가 있었으며, 이러한 연구 개발의 일환으로서 주사바늘을 통해 약물을 주입하는 대신 약물 용액을 마이크로젯 형태로 고속 분사하여 표피를 통해 직접 체내의 타겟 부위(target region)로 침투시키는 무 주사바늘(needle-less) 방식의 약물 전달 시스템이 제시된 바 있다.

이러한 마이크로젯 방식의 약물 전달 시스템에 관한 연구는 1930년대에 최초로 시도된 바 있는데, 상기 초기 마이크로젯 약물 전달 시스템은 단순한 마이크로젯 메커니즘을 이용한 매우 기초적인 방식이었는 바, 상기 방식에 따르면 상호 감염의 우려, 시술시의 스플래쉬-백(splash back) 현상, 정확한 침투 깊이의 조정의 어려움 등 많은 문제점이 있었으며, 특히 시술시에 상당한 통증이 수반되는 단점이 여전히 남아 있음으로써 기존의 바늘식 주사기를 대체하는 방식으로 널리 채용되지는 못하였다.

또한, 상기와 같은 마이크로젯 방식의 약물전달 시스템에서 나타난 통증 문제를 저감시키고 약물 투여를 안정화시키기 위한 방법으로서, Stachowiak 등은 압전 세라믹 소자를 이용한 마이크로젯 약물 전달 시스템을 개발하여 제안한 바 있다(J.C. Stachowiak et al, Journal of Controlled Release 135: 104 (2009)). 상기 Stachowiak에 의해 제안된 방식은 압전 세라믹 소자에 전기 신호를 가해 발생하는 진동을 이용하여 약물을 고속으로 마이크로젯 분사하는 방식으로서, 실시간 마이크로젯 분사 속도의 변화를 통해 신경 조직을 건드리지 않고 약물을 안정적으로 피부내로 주입시킬 수 있도록 함으로써 시술시의 통증을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 하고 있다. 하지만, 이와 같이 약물 분사의 실시간 변동(time-varying) 모니터링을 구현하기 위해서는 매우 미량의 약물 수준에 대한 마이크로젯 조절이 가능하여야 하는데, 상기 압전 세라믹 소자를 이용한 방식의 경우 조절 정밀도에 한계가 있어 실제적인 약물 전달 시스템의 구현에 큰 어려움이 있었다.

또한, 상기와 같은 전기적 소자 및 장치를 이용한 방식 외에도 최근 연구 결과에 따르면 레이저를 이용한 약물전달 시스템이 보고된 바 있다 (V.Menezes, S. Kumar, ans Takayama, Journal of Appl. Phys. 106, 086102 (2009)). 상기 방식은 알루미늄 호일(foil)에 레이저 빔을 가할 때 유발되는 충격파(shock wave)를 통해 약물액을 마이크로젯 분사하는 방식으로서, 레이저의 경우 매우 좁은 영역 내에 높은 에너지를 집중시킬 수 있는 장점이 있어 정밀한 수준의 무(無)주사바늘(needle-free) 약물전달 시스템이 가능하게 된다. 하지만, 상기와 같은 레이저-충격파를 이용한 방식의 경우 연속적으로 제어된 마이크로 젯의 분사가 불가능하다는 단점이 있으며, 특히 상기 방식의 경우 레이저 조사에 의해 알루미늄 호일이 손상되므로 한번 사용한 주사기의 재사용이 어렵다는 문제가 있었다.

이에 따라, 본 발명자는 상기와 같은 기존의 마이크로젯 방식의 약물전달 시스템들에서 나타난 문제점들을 해소하기 위하여, 액체 버블 및 탄성막을 이용하여 약물을 고속 마이크로젯 분사시킬 수 있는 새로운 방식의 마이크로젯 약물전달 시스템을 개발하였으며, 이는 대한민국 특허출원 제10-2010-0056637호로 출원된 바 있다. 상기 본 발명자에 의한 선출원 발명은 밀폐된 챔버 안의 액체에 레이저와 같은 강한 에너지를 집중시키면 액체 구조의 붕괴(breakdown)에 의해 버블이 발생한다는 현상을 이용한 것으로서, 상기와 같이 액체에 버블이 발생하면 전체 부피가 증가하고 이에 따라 챔버 일측면을 형성하는 탄성막이 급격히 외측으로 신장되어 약물 용액을 노즐 밖으로 밀어냄으로써 마이크로젯 분사가 일어날 수 있도록 한 것이다.

하지만, 상기와 같은 본 발명자의 선출원 발명에 따르면, 챔버 내의 추진용 액체에 집중 에너지를 가하여 버블을 발생시키기 위한 레이저 장치 등이 약물 전달 시스템의 주요 요소로서 포함되는바 이러한 레이저 발생용 유닛의 구비로 인해 제조 비용이 크게 상승하고 전체적인 부피가 커짐으로써 실용성에 문제가 있었다.

또한, 상기 선출원 발명에서 제시된 실시 형태의 경우 압력 챔버와 탄성막을 고무 재질로 하여 하나의 부품으로서 구현하였는바, 레이저 조사시의 열에 의해 챔버 벽면이 녹을 염려가 있어 강한 에너지를 사용하지 못하므로 충분한 마이크로젯 분사 속도를 얻기 어려웠다. 또한, 상기 선출원 발명의 경우 그 설계 형태상 고무 재질 챔버의 측면을 따라 약물의 일부가 접하게 되어있는 관계로 레이저 열에 의해 약물 내로 고무 성분이 혼입되어 인체에 유해한 영향을 줄 우려가 있다는 점도 문제점으로 지적되었다. 또한, 상기 선출원 발명의 경우 실제로 시제품을 제작하여 시험 실시해 본 결과 구조상 완벽한 실링이 되지 못하여 곳곳에서 물이 새어 나오는 문제도 발견되었다.

따라서, 본 발명은 기존의 바늘식 주사기를 대체할 수 있는 약물전달 시스템으로서, 약물 용액을 마이크로젯 형태로 고속 분사하여 주사 바늘을 통하지 않고 약물 용액을 피부 조직 내로 침투시킴으로써 주사시의 통증 없이 더욱 안전하고 간편하게 효과적으로 약물을 주입할 수 있는 마이크로젯 약물전달 시스템 및 마이크로젯 인젝터를 제공하는 것을 그 기본적인 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 마이크로젯 약물전달 시스템을 구현함에 있어, 레이저 빔과 같은 강한 에너지를 적어도 일면이 탄성막으로 구획된 밀폐된 챔버 안의 액체에 집중시켜 버블을 발생시키고, 이러한 버블 발생시 액체의 급격한 부피 팽창을 상기 탄성막으로 전달하여 탄성막의 확장에 의해 약물 용액을 고속으로 마이크로젯 분출시킴으로써, 레이저 조사량 등의 조절을 통해 피분사 약물 용액을 미량 단위로 조절이 가능하므로 원하는 주사 깊이 및 침투 분포를 용이하게 조절할 수 있고, 한번 주사 후에도 계속적인 약물 용액의 공급 및 반복적인 재사용이 가능하므로 자원의 낭비를 효과적으로 방지할 수 있는 새로운 방식의 마이크로젯 약물전달 시스템 및 인젝터를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 기존에 피부과 병원 등에서 널리 사용되고 있는 의료용 레이저 장비에 장착하여 사용할 수 있으므로 추가 장비를 구입하거나 레이저 유닛을 일체화하여 포함할 필요 없이 기존 장비를 활용하여 용이하게 구현할 수 있는 마이크로젯 약물전달 시스템 및 마이크로젯 인젝터를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 본 발명자에 의해 선출원된 마이크로젯 약물전달 시스템을 개선하기 위한 것으로서, 상기 선출원 발명에서 압력 챔버의 재질을 탄성막과 동일한 고무 재질로 함에 따라 레이저 조사시 녹을 염려가 있고 인체에 유해한 영향을 줄 수 있었던 점 및 구조상 효과적인 실링이 이루어지지 못하여 누수가 있었던 점 등 제반 문제점을 개선하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명은 내부에 저장된 약물 용액을 마이크로젯(microjet) 분사하여 인체 또는 동물의 체내에 침투시켜 주사하기 위한 약물전달 시스템으로서, 일측이 개방된 수용 공간을 가지며 내부에 압력추진용 액체가 밀실하게 채워져 있는 압력 챔버와; 탄성 재질로 된 막 부재로서 상기 압력 챔버의 개방된 일측을 폐쇄하여 밀폐된 공간을 형성하도록 배치되는 탄성막과; 상기 탄성막을 사이에 두고 상기 압력 챔버와 인접하게 구비되며 일정한 내부 공간 내에 약물 용액을 수용하는 약물 챔버와; 상기 압력 챔버의 내부 공간과 연통되어 상기 압력 챔버의 내부에 저장된 약물 용액이 외부로 마이크로젯 분사되는 통로로 형성되는 마이크로젯 노즐; 을 포함하는 마이크로젯 인젝터; 상기 압력 챔버 내에 저장된 압력추진용 액체에 집중된 에너지를 가함으로써 상기 압력추진용 액체에 버블을 발생시키는 에너지 포커싱 장치; 및, 상기 마이크로젯 인젝터를 상기 에너지 포커싱 장치에 선택적으로 착탈이 가능하도록 결합시키는 커넥팅 어댑터;를 포함하여 구성되는 마이크로젯 약물전달 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 마이크로젯 약물전달 시스템을 구현하기 위한 마이크로젯 인젝터로서, 내부가 비어 있고 양측이 개방된 실린더 형태로 구비되는 압력챔버 실린더와; 광선이 통과할 수 있는 투명 재질로 이루어지며, 상기 압력챔버 실린더의 개방된 일측을 막아 주도록 설치되는 투명 캡과; 탄성 재질로 이루어진 박막형 부재로서, 상기 압력챔버 실린더의 개방된 타측을 막아 상기 압력챔버 실린더 내부에 밀폐된 수용 공간을 형성하는 탄성막과; 상기 압력챔버 실린더의 밀폐된 수용 공간 내에 밀실하게 채워지는 압력추진용 액체 및; 상기 탄성막을 경계로 상기 압력챔버 실린더와 인접하게 배치되며, 내부에 약물 용액을 수용하기 위한 약물 챔버 및, 상기 약물 챔버와 연통되어 약물 용액이 외부로 마이크로젯 분사되는 노즐이 형성된 노즐 블럭;을 포함하여 구성된 마이크로젯 인젝터를 제공한다. 상기와 같은 마이크로젯 인젝터에서 상기 약물 챔버는 일 측면이 상기 탄성막에 의해 구획되어 상기 압력추진용 액체의 버블 형성에 의해 탄성막이 신장 변형하였을 때 상기 노즐을 통해 약물 용액이 마이크로젯 분사될 수 있도록 구성된다.

이상과 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 약물전달 시스템에 따르면, 약물 용액을 분사함에 있어 피분사 약물 용액에 직접적인 외력을 가하거나 다른 작용을 하는 대신, 별도의 압력추진용 액체에 레이저 빔 등으로 에너지를 집중시켜 순간적인 버블의 생성을 유도하고 이러한 버블의 발생 및 소멸시의 부피 팽창 및 충격파 발생으로 인한 탄성막의 변형을 이용하여 약물 용액을 마이크로젯 분사시킴으로써, 바늘식 주사기를 사용할 때의 통증 없이 약물을 체내에 효과적으로 침투시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서 제공하는 마이크로젯 인젝터에 따르면, 기존에 피부과 병원 등에서 널리 사용되고 있는 의료용 레이저 장비에 용이하게 장착하여 사용할 수 있으므로 마이크로젯 분사에 필요한 에너지의 공급 수단을 별도로 마련하지 않고 컴팩트한 기본 구성의 형태로 제조 및 유통이 가능하므로 적용 및 활용성이 매우 뛰어나며, 제조 단가도 매우 저렴할 것으로 기대된다.

또한, 본 발명에서 제공하는 마이크로젯 인젝터에 따르면, 압력 챔버를 구성함에 있어 실린더 형태로 형성하고 이 실린더형 압력 챔버의 일측에 별도의 부재로서 탄성막을 연결함으로써 압력추진 액체에 강한 레이저를 조사하는 것이 가능하여 효과적인 마이크로젯 분사가 가능하게 되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서 제공하는 마이크로젯 인젝터의 바람직한 실시 형태에 따르면, 각 구성 요소들을 파트별로 분리하여 조립함으로써 제작이 용이하면서도, 각 파트들의 결합에 있어 구조적으로 완벽한 실링이 가능하므로 누수 등의 하자를 방지할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명에 따르면, 한번 주사 후에도 계속적인 약물 용액의 공급 및 반복적인 재사용이 가능하므로 기존 일회용 주사기의 사용에 따른 자원의 낭비를 방지할 수 있으며, 또한, 본 발명에 따른 마이크로젯 인젝터의 경우 기존 바늘식 주사기와 같이 시술자가 직접 피부에 찔러 주사하는 것이 아니라 레이저 장비 등의 작동에 의해 자동적으로 주사가 이루어지므로 수작업 시술에 의한 실수의 우려 없이 정확한 주사가 가능하다는 장점이 있다.

이상에서 열거한 효과들 외에도 본 발명은 다양한 장점 및 유리한 효과를 가지고 있으며, 이러한 본 발명의 부가적인 효과 및 장점들은 아래에서 제공하는 바람직한 실시 형태들에 대한 설명을 통해 더욱 명확하게 밝혀질 것이다.

도1은 본 발명에 따른 마이크로젯 약물전달 시스템에서 약물 용액이 마이크로젯 분사되는 메커니즘을 도시한 도면이다.

도2는 발명의 구성에 따른 마이크로젯 인젝터를 시험 제작하고 실제로 작동한 뒤 마이크로젯 분사가 이루어지는 과정을 연속적으로 찍은 사진이다.

도3은 본 발명에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 분해 사시도이다.

도4는 도3에 도시된 마이크로젯 인젝터를 조립한 상태의 단면 구성을 도시한 도면이다.

도5는 본 발명의 마이크로젯 인젝터의 내부 공간 배치를 더욱 강조하여 보여주기 위해 도4에 도시된 단면 구성을 더욱 간략하게 도시한 도면이다.

도6은 본 발명의 마이크로젯 인젝터에 대한 바람직한 사용 형태로서 메디컬 레이저 치료기에 장착하여 사용하는 상태를 도시한 도면이다.

도7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제작된 마이크로젯 인젝터를 가지고 돼지고기 지방 조직에 시험 실시한 결과를 도시한 사진이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 본 발명의 마이크로젯 인젝터

2 : 에너지 포커싱 장치 3 : 레이저 핸드피스

10 : 압력 챔버 12 : 압력챔버 실린더

20 : 약물 챔버 22 : 노즐 블럭

25 : 마이크로젯 노즐 30 : 탄성막

40 : 투명 캡 35, 45 : 고무 패킹

50 : 캡 홀더 55 : 어댑터 연결부

56 : 걸림턱 60 : 탄성막 홀더

65 : 약물공급로 70 : 노즐 홀더

78 : 약물 튜브 홀 79 : 약물 공급용 튜브

80 : 커넥팅 어댑터 85 : 걸림 링

100 : 압력추진용 액체 200 : 약물 용액

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 메커니즘 및 기술적 개념을 설명하고, 이러한 본 발명의 기술적 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 마이크로젯 약물전달 시스템에서 약물 용액이 마이크로젯 분사되는 메커니즘을 도시한 도면이다. 도1의 각 도면에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로젯 약물전달 시스템은 전체적으로 소정 용량의 약물 용액을 저장하였다가 외부로 마이크로젯 분사하여 체내로 투여하는 주사 기기로서의 마이크로젯 인젝터(1)와, 상기 마이크로젯 인젝터(1)에서 약물이 마이크로젯 분사되기 위한 추진 에너지를 공급하는 수단으로서 에너지 포커싱 장치(2)를 포함하여 구성된다.

상기 마이크로젯 인젝터(1)는 도시된 바와 같이, 전체적으로 볼 때 하나의 하우징 내에 두개의 챔버가 연이어 형성된 것으로, 전면측에는 피분사 약물 용액을 저장하는 약물 챔버(20)가 배치되고, 그 후면측에는 상기 약물 챔버(20) 내의 약물 용액(200)에 추진력을 가하기 위한 압력실에 해당하는 것으로서 내부에 압력추진용 액체(100)가 채워진 압력 챔버(10)가 연속된 구조로 되어 있다. 그리고, 상기 약물 챔버(20)와 압력 챔버(10)를 구획하는 경계벽은 탄성 재질의 박막으로 되어 있음으로써 상기 압력 챔버(10) 내 압력추진용 액체(100)의 물리적 상태 변화에 따라 탄성적으로 신장·변형되어 약물 챔버(20) 내의 약물 용액(200)에 압력을 가할 수 있게 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 마이크로젯 인젝터(1)에 있어 약물 용액(200)을 마이크로젯 분사 추진시키는 원동력은 상기 압력 챔버(10)에 채워진 압력추진용 액체(100)로부터 발생하는 것으로서, 본 발명에서는 상기 밀실하게 채워진 압력추진용 액체(100) 내에 급격한 버블(150)을 발생시키고 이와 같은 버블 발생에 따른 전체적인 부피 증가 내지 충격파 전달에 의해 상기 탄성막(30)을 약물 챔버 쪽으로 순간적으로 강하게 밀어 줌으로써 약물 챔버(20) 내의 피분사 약물 용액(200)에 추진 압력을 가하도록 되어 있다.

즉, 도1에서와 같이 본 발명의 압력 챔버(10) 내에 밀실하게 채워진 압력추진용 액체(100)에 강한 에너지(예컨대 레이저 또는 전기 스파크)를 순간적으로 집중시키면, 집중된 에너지를 받은 압력추진용 액체의 분자 구조에 붕괴(breakdown)가 일어나 액체 내에 버블이 발생하게 된다. 상기 버블은 순간적으로 팽창하였다가 레이저 등의 조사를 중지하면 바로 소멸하는데, 이러한 버블의 급격한 팽창 및 버블의 생성·소멸시의 충격파에 의해 탄성막이 바깥쪽(즉 약물 챔버 방향)으로 신장 변형하게 되고, 이러한 탄성막의 변형은 인접한 약물 챔버(20) 내의 약물 용액(200)에 대한 외력으로 작용함으로써 약물 용액이 매우 작은 직경의 마이크로젯 노즐(25)을 통해 피부 조직을 뚫고 들어가기에 충분한 고속 마이크로젯의 형태로 분사되는 것이다.

도1을 참조하여 상기와 같은 본 발명의 마이크로젯 발생 메커니즘을 시간의 경과에 따라 순차적으로 더욱 세밀하게 살펴 보면 다음과 같다. 버블 발생에 필요한 에너지를 공급하는 에너지 포커싱 장치로서 레이저 조사장치를 사용한 경우를 예로 들어 설명하면, 먼저 도1의(a)에서와 같이, 레이저 유닛(2)으로부터 방출된 레이저 빔이 밀폐된 압력 챔버(10) 내의 압력추진용 액체(100)에 포커스되도록 조사되면 전술한 바와 같이 촛점 부위에서 레이저 빔의 집중된 에너지를 받은 일부 액체분자들의 구조에 붕괴(optical breakdown)가 일어난다. 상기와 같은 레이저 조사시의 optical breakdown에 의해 발생하는 충격파(shockwave)는 탄성막(30)으로 전달되어 미세한 진동을 일으키게 되고 이러한 탄성막(30)의 진동에 의해 약물 챔버(20) 내의 약물 용액(200)이 압력을 받아 비교적 낮은 속도(25m/s 정도)의 첫번째 마이크로젯 분사가 일어난다.

그리고, 상기와 같은 레이저 조사시 optical breakdown의 결과 도1의(b)에서 보는 바와 같이 압력추진용 액체(100)가 기화되어 기체 버블(150)이 발생하며, 이러한 버블은 발생 후 급속하게 팽창하였다가 소멸하게 된다. 이와 같은 버블의 급격한 팽창으로 인해 상기 탄성막(30)이 외측으로 밀려 탄력적으로 빠르게 신장되며, 이에 따라 인접한 약물 챔버(20) 내의 약물 용액(200)을 순간적으로 강하게 밀어 가압함으로써 2번째 마이크로젯 분사가 일어난다. 이러한 2차 마이크로젯은 전술한 1차 마이크로젯에 비해 매우 빠른 230m/s 정도의 속도를 나타내고 분출량도 1차 마이크로젯에 비해 많은 양으로 분사된다.

상기와 같이 2차 마이크로젯이 발생한 직후에 연이어 세번째 마이크로젯 분사가 일어나며, 이러한 3차 마이크로젯은 상기 버블이 소멸함에 따른 충격파에 의해 발생한다. 상기한 압력추진용 액체(100) 내의 버블(150)은 발생 직후 매우 짧은 시간 동안 유지되다가 바로 소멸하는데, 이와 같이 버블이 소멸함에 따라 압력추진용 액체(100)가 다시 원래 상태로 급속히 수축되면서 2차 충격파가 발생하고, 이로 인해 탄성막(30)이 빠르고 강하게 진동하여 약물 용액(200)을 밀어 분출하게 된다. 후술하는 실험 결과에서 보는 바와 같이 상기와 같이 버블 소멸(collapse)에 의해 생기는 두번째 충격파 전달로 인한 젯의 양이 가장 많으며 속도도 가장 빠른 것으로 나타났다.

도2는 전술한 본 발명의 구성에 따른 마이크로젯 인젝터를 시험 제작하고 실제로 작동한 뒤 마이크로젯 분사가 이루어지는 과정을 연속적으로 찍은 사진이다. 촬영 장비는 75000 fps 초고속 카메라로 촬영하였으며, 도2의 각 사진에 있어 시간 간격은 40 ms이다. 실험에 사용한 레이저 장비는 미국 루트로닉(Lutronic)사에서 제조 판매하는 큐스위치드 엔디야그(Q-Switched Nd:YAG) 메디컬 레이저 장비(모델명: Spectra Laser Platform)을 사용하여 파장 1064 nm, 314 mJ의 펄스 에너지와, 5 ~ 7 ns의 펄스 간격으로 조사하였다. 노즐 직경은 0.1 mm로 하였으며, 젯 지름도 약 0.1mm 정도로 관찰되었다.

실험 결과 도2에서 보는 바와 같이 세 개의 젯이 나오는 것을 확인할 수 있었다. 도2의 연속 사진 중 두번째 사진(도2의 (b))에서 느린 속도의 첫번째 젯이 나오는 것을 확인할 수 있으며, 속도는 25 m/s 이하인 것으로 나타났다. 도2의 (c) 사진을 보게 되면, 매우 빠른(230 m/s 이상) 두번째 젯이 발생한 것을 알 수 있으며 상기 두번째 젯이 앞서 발생한 첫번째 젯을 지나치고 나가는 것을 확인할 수 있다. 도2의 (h) 사진에서부터 세번째 젯이 나타나고 있으며, 이 세번째 젯의 분사량이 가장 많음을 알 수 있다.

정리하면, 본 발명에 따른 마이크로젯 인젝터에 레이저를 조사하였을 때 3개의 마이크로젯이 나오는 것을 알 수 있는바, 레이저 조사시 optical breakdown에 의해 생기는 충격파 전달에 의한 1차 마이크로젯과, 버블 팽창에 의한 2차 마이크로젯과, 버블 소멸에 의해 생기는 두번째 충격파 전달로 인한 3차 마이크로젯이 나오는 것을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 마이크로젯 인젝터를 실제의 인체 또는 동물에 사용할 경우, 느린 초기 1차 마이크로젯에 의해 피부에 비교적 약한 예비 충격이 가해짐으로써 신경을 교란시켜 통증 인지를 완화시킬 수 있으며, 이어 고속의 2차 마이크로젯에 의해 피부의 표피 조직에 상처를 발생시켜 주사 약물이 체내로 투여될 수 있도록 천공이 이루어진 다음, 3차 마이크로젯에 의해 많은 양의 약물이 분출되어 피부 조직 내로 투여되는 방식에 의해 약물 전달이 이루어질 것으로 예상된다.

이하에서는 상기와 같은 본 발명의 개념을 구현하여 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 제시하고 이를 상세하게 설명한다.

도3은 도1에 도시된 본 발명의 기본적 기술 구성을 실제로 실시 가능한 바람직한 형태로서 구현한 일 실시예를 도시한 도면이고, 도4 및 도5는 도3에 도시된 마이크로젯 인젝터를 조립한 상태의 단면 구성을 도시한 도면이다. 도3 내지 도5에 도시된 실시예에서 보는 것과 같이, 본 발명의 마이크로젯 약물전달 시스템에 사용되는 마이크로젯 인젝터(1)는 기본적으로, 밀폐된 수용 공간으로서 내부에 압력추진용 액체(100)를 저장하고 있는 압력 챔버(10)와; 상기 압력 챔버(10)에 인접하여 배치되며 일정한 수용 공간 내에 피분사 약물(200)을 수용하도록 구비되고 일측에 마이크로젯 노즐(25)이 형성된 마이크로 약물 챔버(20)와; 상기 압력 챔버(10)와 상기 마이크로 약물 챔버(20)를 구획하는 탄성막(30);을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

상기 도3 내지 도5에 도시된 실시예에 따르면, 전술한 본 발명의 기술적 개념을 구현하기 위한 주요 구성요소인 압력 챔버(10)와 약물 챔버(20), 탄성막(30) 및 마이크로젯 노즐(40) 등을 실제적으로 구성함에 있어, 투명 캡(40), 실린더 형의 압력챔버 실린더(12), 탄성막(30) 부재 및 노즐 블럭(22) 등의 부품들로 제작하고 이들 각 부품들을 차례로 연결하여 구성하고 있으며, 각 부품들 사이의 실링을 위해 고무 패킹(45)을 사이에 놓고 링 스크류(Ring screw) 형태의 캡 홀더(50)와 탄성막 홀더(60) 및 노즐 홀더(70)를 조여 마이크로젯 인젝터(1)의 조립이 이루어지도록 하고 있다.

한편, 도3 내지 도5에는 레이저 빔의 조사를 위한 레이저 장치는 구체적으로 도시되어 있지 않지만 이러한 레이저 발생 장치는 당업계(피부과 등)에 널리 알려져 사용되고 있는 엔디야그 레이저 장비 등을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 이러한 레이저 장비 등과의 연결 장착을 위해 커넥팅 어댑터(80)가 추가로 구비된다.

도3 내지 도5에 도시된 본 발명의 마이크로젯 인젝터(1)를 각 부분별로 더욱 상세하게 설명하면, 본 실시예에서 상기 압력 챔버(10)는 내부가 비어 있고 양측이 개방된 원통 실린더 형태의 압력챔버 실린더(12)를 이용하여 구현되며, 상기 압력챔버 실린더(12)의 일측 개방부는 투명 캡(40)에 의해 폐쇄되고 다른 쪽 개방부는 후술하는 탄성막(30)에 의해 막혀짐으로써 전체적으로 밀폐된 수용 공간을 형성하도록 되어 있다. 본 실시예에서 상기 압력챔버 실린더(12)는 열에 강한 스테인레스 스틸 재질을 사용하여 레이저 조사 시의 열에 대한 대응이 가능하도록 하였으며, 이외에도 다른 종류의 단일 금속이나 금속 합금, 합성수지 재질 등 본 발명의 기능을 달성함에 지장이 없는 한에서 당업자는 다양한 재질을 선택하여 제작할 수 있다.

상기 압력챔버 실린더(12)의 일측 개방부를 막아주는 투명 캡(40)은 외부에서 쏘아진 레이저 빔이 통과하여 내부의 압력추진용 액체(100) 내에 촛점이 맞추어질 수 있도록 투명한 재질로 제작된다. 상기 투명 캡(40)의 재질로는 바람직하게는 BK7 글래스로 실시될 수 있으며, 이외에도 다른 재질의 유리 또는 투명 플라스틱 소재 등도 사용이 가능하다. 또한, 상기 투명 캡(40)은 도시되지는 않았지만 이를 통과하는 레이저 빔을 모아 더욱 강한 에너지를 집중시킬 수 있도록 중앙부가 솟아오른 볼록 렌즈의 형태를 가질 수도 있다.

캡 홀더(50)는 상기한 투명 캡(40)을 압력챔버 실린더(10)에 결합시키기 위해 사용되는 고정용 부품이다. 상기 캡 홀더(50)는 도시된 바와 같이 전체적으로 중앙부가 비어 있고 내주면에 나사산이 형성된 링 스크류(ring screw) 부재로서, 그 하단 개구부의 내경은 전술한 압력챔버 실린더(10)의 외경에 대응하는 사이즈를 가지고, 상단 개구부는 캡 고정턱(52)이 형성되어 투명 캡(40)의 상부 가장자리를 눌러 고정할 수 있게 되어 있다. 따라서, 상기 투명 캡(40)을 압력챔버 실린더(10)에 올려놓은 상태에서 상기 캡 홀더(50)를 압력챔버 실린더(10)의 상단부에 끼워 돌리면 상기 캡 홀더(50)의 조임에 의해 투명 캡(40)이 압력챔버 실린더(10)에 압착되어 일체로 결합된다. 이때 상기 투명 캡(40)과 압력챔버 실린더(10) 사이에는 실링을 위해 링 형태의 고무 패킹(45)을 추가할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 측면에 따르면, 상기 캡 홀더(50)에는 어댑터 고정부(55)가 형성되어 후술하는 커넥팅 어댑터(80)를 연결할 수 있도록 구성된다. 상기 커넥팅 어댑터(80)는 본 발명의 마이크로젯 인젝터(1)를 기존 메디컬 레이저 장치의 표준형 핸드피스 팁(3)에 체결하기 위한 외부기기용 어댑터에 착탈 가능하게 연결하기 위한 부품으로서 이 커넥팅 어댑터(80)에 대해서는 이후에 더욱 상세하게 설명한다.

상기 압력챔버 실린더(10)의 개방된 타측 부분(도면상 하단부)에는 탄성막(30)이 배치되며, 이와 같이 압력챔버 실린더(12) 실린더의 양측이 각각 투명 캡(40) 및 탄성막(30)에 의해 폐쇄됨으로써 밀폐된 수용 공간으로서 압력 챔버(10)가 형성된다. 상기 탄성막(30)은 천연 또는 합성 고무 등의 탄성 재질로 이루어진 얇은 박막형 부재로서, 재질 특성상 팽팽하게 펴진 상태를 유지하다가 외부로부터 물리적 압력을 받으면 변형 및 탄성 회복이 가능하다. 상기 탄성막(30)에 사용되는 재질은 두께 200㎛, 경도 53, 극한강도 101.39㎏/㎠, 신장률 449.79%의 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 재질이 바람직하게 사용될 수 있으며, 상기 NBR 재질은 신축성이 우수할 뿐 아니라 낮은 열전도도를 가지므로 레이저 조사시의 열 전달에 의한 약물 손상도 방지할 수 있다.

상기 탄성막(30)을 압력챔버 실린더(12)에 결합함에 있어서는 전술한 투명 캡(40)의 설치와 유사하게 링 스크류 방식의 탄성막 홀더(60)를 사용하여 결합할 수 있다. 도3에 도시된 바와 같이, 압력챔버 실린더(12)의 하단부에 탄성막(30)을 배치한 상태에서 상기 탄성막 홀더(60)를 탄성막 외부로부터 덮어 압력챔버 실린더(12)의 하단 외측에 끼워 돌리면, 탄성막 홀더(60)가 조여 들어감에 따라 상기 탄성막 홀더(60)의 내측에 형성된 누름턱(62)이 탄성막(30)을 압착함으로써 탄성막(30)이 압력챔버 실린더(12)에 견고히 결합되게 된다. 이때, 상기 탄성막(30)과 압력챔버 실린더(12) 사이에는 실링을 위해 링형의 고무 패킹(35)을 더욱 개재할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.

이상과 같이 압력챔버 실린더(12)와 투명 캡(40) 및 탄성막(30)에 의해 형성된 압력 챔버(10)의 내부에는 압력추진용 액체(100)가 밀실하게 채워진다. 상기 압력추진용 액체(100)는 전술한 본 발명의 메커니즘 설명에서와 같이 레이저와 같은 매우 강한 집중 에너지를 받았을 때 구조 붕괴(breakdown)에 의해 버블이 발생됨으로써 약물 용액이 마이크로젯 분사되는 추진력을 제공하기 위한 것으로서, 이 압력추진용 액체(100)는 레이저 장치나 전기 스파크 등으로부터 에너지를 받아 흡수하여 버블이 발생될 수 있는 성질의 액체 물질, 졸 또는 젤 등 여러 액상 물질이 될 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서 상기 압력추진용 액체(100)는 물 또는 알코올과 같이 단일 액체 성분으로 이루어진 것, 두 개 이상의 액체 성분을 혼합한 것, 액체와 고형분을 혼합하여 졸(sol) 또는 젤(gel)의 형태를 갖는 것 등 모든 종류의 유동성 있는 액상 물질을 포함하는 개념이다.

본 실시예에서는 상기 압력추진용 액체(100)로서 레이저 조사 및 인젝션 전후로 잔여 버블을 최소화할 수 있도록 가스 제거된(degassed) 물을 사용하였으며, 기타 알코올이나 폴리에틸렌글리콜과 같은 고분자 졸(sol) 또는 젤(gel) 등 다양한 액상 물질을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 압력추진용 액체(100)로서 순수한 물에 수용성 전해질(예컨대 소금)을 첨가하게 되면 분자들이 이온화되는 효과로 액체의 breakdown에 필요한 에너지가 적어지므로 그만큼 더 효율이 더 좋아질 수 있다.

상기와 같이 구성된 압력 챔버(10)의 일측에는 상기한 탄성막(30)을 경계로 하여 본 발명의 약물전달 시스템을 구현하기 위한 또 다른 주요 구성요소인 약물 챔버(20)가 연이어 형성된다. 상기 약물 챔버(20)는 내부에 피분사 약물 용액(200)을 저장하는 일정한 공간부로서, 상기 약물 챔버(20)의 일측은 전술한 탄성막(30)으로 구획되고, 그 반대측에는 상기 약물 용액(200)이 외부로 분사되는 통로인 마이크로젯 노즐(25)이 마련됨으로써 상기 탄성막(30)의 탄성 변형에 의해 약물 용액(200)이 외부로 마이크로젯 분사될 수 있도록 구성된다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 약물 용액(200)은 본 발명의 마이크로젯 인젝터를 통해 체내로 투여될 수 있는 모든 종류의 주사액을 말하는 것으로서, 이러한 약물 용액은 각종 치료용 약물을 비롯하여 미용 유액(히아루론산(HA) 용액, HA 필러, 레티놀 등), 마취제, 호르몬제, 예방 백신, 메조테라피용 약물(지방분해제) 등 다양한 종류의 약물 용액이 모두 포함되는 개념이다.

상기 마이크로젯 노즐(25)은 약물 용액(200)을 가압하여 약물 챔버(20)에서 분출시킬 때 고속 고압의 마이크로젯(microjet) 형태로 분사될 수 있도록 상기 노즐 블럭(22)의 선단부에 마련된 매우 미세한 단면 직경을 갖는 구멍(opening)이다. 상기 마이크로젯 노즐(25)은 도시된 예에서와 같이 단일 공으로 형성될 수도 있으나 2개 이상 다수 개를 형성하여 다중 공(multi-pore) 형태로 할 수도 있다. 이와 같이 다중 공 형태로 구성할 경우 회당 약물 투여 면적을 증가시킬 수 있으며 피부 패치(patch)와 같은 효과를 낼 수 있다.

도3 내지 도5에 도시된 실시예에 있어서, 상기 약물 챔버(20)는 전술한 탄성막(30)과 탄성막 홀더(60)의 일부(하단측 내부 공간) 및 후술하는 노즐 블럭(22)에 의해 구현되는데, 본 실시예에 따르면 상기 노즐 블럭(22)은 일측에 마이크로젯 노즐(25)이 형성되고 일정한 용적의 개방 수용 공간을 갖는 단일 부품의 형태로 마련된다. 상기 노즐 블럭(22)에 마련된 약물 챔버(20) 형성을 위한 수용 공간의 형태는 도4 및 도5에서 보는 바와 같이 전체적으로 마이크로젯 노즐(25)을 향해 폭이 좁아지는 원뿔형의 공간으로 형성되어 있으며, 이러한 구성에 따라 탄성막(30)의 변형에 의해 약물 용액(200)이 가압되었을 때 압력의 분산 없이 효율적으로 마이크로젯 노즐(25)을 통해 약물 용액이 강하게 마이크로젯 분사될 수 있다.

이때, 더욱 바람직하게는 상기 마이크로젯 노즐(25)의 내측에 폴리테트라플루오르에틸렌(상표명: 테플론) 등으로 코팅 처리를 하게 되면, 노즐 표면과 약물 용액 사이의 마찰 계수 및 표면 장력이 낮아짐으로써 약물 용액의 분사가 더욱 원활하게 이루어질 수 있어 마이크로젯 인젝터의 효율 향상에 도움을 줄 수 있다.

상기 노즐 블럭(22)의 조립 설치는 내부 수용공간의 개방측이 탄성막(30)을 향하는 방향으로 하여 상기 탄성막 홀더(60)의 하단부에 연결하는데, 그 연결 방식은 앞서 설명한 부품간 결합 방식과 유사하게 링 스크류를 이용한 방식을 바람직하게 적용할 수 있다. 즉, 도3에 도시된 바와 같이, 노즐 블럭(22)을 고정하기 위한 노즐 홀더(70)는 전체적으로 내주면에 나사산이 형성된 실린더 형의 링 스크류 형태로 마련되며, 상기 노즐 홀더(70)의 깊이와 내경은 상기 노즐 블럭(22)이 완전히 내부에 삽입된 상태에서 상기 탄성막 홀더(60)의 단턱진 하단부 외측에 형성된 나사산(68)에 나사 결합할 수 있는 사이즈로 마련된다. 따라서, 상기 노즐 블럭(22)을 탄성막 홀더(60)의 하단부에 배치하고 상기 노즐 홀더(70)를 노즐 블럭(22)의 외측으로부터 덮어 탄성막 홀더(60)에 끼워 조이면 노즐 블럭(22)이 탄성막 홀더(60)에 압착되어 고정이 이루어질 수 있다.

한편, 도3 내지 도5에 도시된 실시예에 따르면, 상기 탄성막 홀더(60)의 측면에는 약물공급로(65)가 더욱 형성됨으로써 약물 챔버(20) 내부로 추가의 약물을 연속적으로 계속 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 약물공급로(65)는 외부에 다량의 약물을 저장하고 있는 별도의 약물 공급부(도시되지 않음)에 연결되어 상기 약물 챔버(20) 내의 약물 용액이 마이크로젯 분사되면 바로 추가의 약물을 공급할 수 있도록 한다. 상기 약물 공급부는 당업자의 설계에 따라 다양한 방식으로 실시될 수 있으며, 기본적으로는 소정의 압력 수단을 구비하여 상기 약물 챔버(20)가 비워졌을 때 적절한 압력을 통해 약물을 재공급할 수 있는 형태로 설계된다.

한편, 노즐 홀더(70)에는 상기한 탄성막 홀더(60)의 약물공급로(65)에 연결되어 약물 공급 통로를 형성할 수 있도록 측면에 약물튜브 홀(78)이 더욱 형성되며, 상기 약물튜브 홀(78)에 약물 공급부로부터 연결된 약물공급용 튜브(79)를 끼워 넣어 인젝션 후 약물 챔버(20) 내에 약물 용액을 추가로 공급한다. 도시된 실시예에서 상기 약물공급로(65)는 탄성막 홀더(60)에 형성된 형태로 예시되어 있으나 상기 약물공급로(65)는 노즐 홀더(22)의 측면이나 다른 부위에 약물 챔버(20)로 통하는 형태로 마련될 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 또 다른 구성상의 특징에 따르면, 본 발명의 마이크로젯 인젝터(1)에는 외부 기기에 연결할 수 있도록 커넥팅 어댑터(80)가 추가로 구비된다. 상기 커넥팅 어댑터(80)는 본 발명의 마이크로젯 약물전달 시스템을 구성하는 주요 구성요소의 하나인 에너지 포커싱 장치에 본 발명의 마이크로젯 인젝터(1)를 연결 장착하기 위한 것으로서, 본 발명에서 상기 커넥팅 어댑터(80)는 도5에서 보는 것과 같이 레이저 장비(2) 등의 핸드피스(3) 끝에 장착하여 사용하고 다시 분리할 수 있도록 구성된다.

따라서, 본 발명에 의하면 상기와 같은 커넥팅 어댑터(80)가 구비됨으로써 전술한 압력 챔버(10) 내의 압력추진용 액체(100)에 강한 에너지를 가할 수 있는 모듈을 일체로 구비하여 제작할 필요가 없으며, 단순히 마이크로젯 인젝터(1) 및 커넥팅 어댑터(80)만으로 제조, 유통 및 휴대하다가 병원 등에 비치되어 있는 의료용 레이저 장비 등에 장착하여 용이하게 사용할 수 있다. 도6은 이와 같은 본 발명의 마이크로젯 인젝터에 대한 바람직한 사용 형태로서 메디컬 레이저 치료기에 장착하여 사용하는 상태를 도시한 도면이다.

특히, 본 발명의 약물전달 시스템에 있어 사용되는 에너지 공급원으로는 본 발명자가 실험한 결과 레이저가 가장 적합하다고 판단되는데, 이러한 레이저 장비로는 현재 피부과, 치과 병원 등에서 큐스위치 엔디야그 레이저(Q-switched Nd:YAG laser)가 의료용 레이저 장비로서 널리 보급되어 사용되고 있다. 따라서, 본 발명의 마이크로젯 인젝터(1)의 커넥팅 어댑터(80)로서 상기와 같은 기존 메디칼 레이저 장비의 핸드피스(3) 끝에 장착할 수 있는 형태로 마련된다면 더욱 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 상기 커넥팅 어댑터(80)의 일측은 전술한 본 발명의 마이크로젯 인젝터(1)의 캡 홀더(50)에 연결되고, 다른 쪽은 레이저 치료기의 핸드피스 끝에 끼워져 고정될 수 있는 형태로 마련될 수 있다. 또한, 도시된 실시예에 따르면 캡 홀더(50)에는 상기 커넥팅 어댑터(80)에 착탈 가능하게 연결될 수 있도록 외향 걸림턱(56)이 세그먼트 형으로 돌출된 어댑터 연결부(55)가 형성되고, 이에 대응하여 커넥팅 어댑터(80)에는 상기 어댑터 연결부(55)의 걸림턱(56)을 끼워 넣을 수 있는 형태로 걸림 링(85)이 마련된다. 이에 따라, 상기 커넥팅 어댑터(80)의 걸림 링(85)에 비어있는 부분을 통해 상기 마이크로젯 인젝터(1)의 어댑터 연결부(55)에 돌출된 걸림턱(56)을 밀어넣은 후 소정 각도로 돌려 축 회전시키면 걸림 링(85)의 돌출된 부분 뒤로 어댑터 연결부(55)의 걸림턱(56)이 위치함으로써 쉽게 고정이 이루어지고, 반대로 용이하게 분리할 수도 있다.

그리고, 상기 커넥팅 어댑터(80)의 반대측은 메디컬 레이저 장치의 핸드피스 말단 형태에 맞게 가공하여 쉽게 결합 및 분리가 가능하게 제작된다. 상기 커넥팅 어댑터(80)는 레이저의 촛점이 약물 챔버(10) 내 압력추진용 액체(100)에 맞추어질 수 있도록 적절한 길이로 제작되며, 도시되어 있지는 않지만 필요에 따라 커넥팅 어댑터(80) 내에 촛점 거리 조절을 위해 별도의 대물렌즈를 추가로 구비하거나 전술한 바와 같이 투명 캡(40)이 대물렌즈의 역할을 할 수 있도록 볼록 렌즈의 형태로 가공하는 것도 가능하다.

도7은 도3 내지 도5에 도시된 실시예에 따라 제작된 마이크로젯 인젝터를 가지고 돼지고기 지방 조직에 시험 실시한 결과를 도시한 사진이다. 마이크로젯 인젝터의 노즐 지름은 100㎛로 하였으며, 사용된 레이저 장비는 미국 Lutronic사의 의료용 엔디야그 레이저 장비인 Spectra Laser Platform을 사용하여 파장 1064nm, 3J의 펄스 에너지, 5 ~ 10 ns의 펄스 간격으로 조사하였다. 피분사 액체로는 검은색의 수성 잉크를 사용하였다.

도7의 (a)는 돼지고기 지방 조직에 침투시킨 직후 위에서 찍은 사진이고, 도7의 (b)는 침투 후 냉동실에서 얼린 다음 침투 부위를 칼로 잘라서 측면에서 본 단면 사진이다. 도7의 결과에서 보는 바와 같이, 침투 구멍의 지름은 약 0.15 mm 정도였으며, 침투 깊이는 약 0.75 mm 정도로 나타났으며, 이로써 본 발명의 마이크로젯 인젝터에 의해 약물 용액이 피부 조직을 뚫고 체내로 투여될 수 있음을 실험적으로 확인하였다.

따라서, 상기와 같이 본 발명에서 제공하는 마이크로젯 인젝터 및 약물전달 시스템에 따르면, 각종 치료용 약물, 미용 유액, 마취제, 호르몬제, 백신 등 다양한 종류의 약물 용액을 주사시 통증 없이 사람 또는 동물의 신체 내로 신속히 투여할 수 있으므로 의료 분야, 미용 분야, 축산 분야 등 다양한 분야에서 바람직하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명에서 제공하는 마이크로젯 인젝터 및 약물전달 시스템에 따르면, 각종 치료용 약물, 미용 유액, 마취제, 호르몬제, 백신 등 다양한 종류의 약물 용액을 주사시 통증 없이 사람 또는 동물의 신체 내로 신속히 투여할 수 있으므로 의료 분야, 미용 분야, 축산 분야 등 다양한 분야에서 바람직하게 이용될 수 있다.

Claims

일정한 수용 공간을 가지며 내부에 압력추진용 액체가 밀실하게 채워져 있는 압력 챔버와; 탄성 재질로 된 막 부재로서 상기 압력 챔버의 일측을 막아 밀폐된 공간을 형성하도록 배치되는 탄성막과; 상기 탄성막을 사이에 두고 상기 압력 챔버와 인접하게 구비되며 일정한 내부 공간 내에 약물 용액을 수용하는 약물 챔버와; 상기 약물 챔버의 내부 공간과 연통되어 상기 약물 챔버 내에 저장된 약물 용액이 외부로 마이크로젯 분사되는 통로로 형성되는 마이크로젯 노즐;을 포함하는 마이크로젯 인젝터와;

상기 압력 챔버 내에 저장된 압력추진용 액체에 집중된 에너지를 가함으로써 상기 압력추진용 액체에 버블을 발생시키는 에너지 포커싱 장치; 및,

상기 마이크로젯 인젝터를 상기 에너지 포커싱 장치에 선택적으로 착탈이 가능하도록 결합시키는 커넥팅 어댑터;

를 포함하여 구성되는 마이크로젯 약물전달 시스템.
제1항에 있어서, 상기 에너지 포커싱 장치는 레이저 빔을 발생하여 상기 압력 챔버 내에 저장된 압력추진용 액체에 촛점이 맞추어지도록 조사하는 레이저 발생장치인 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물전달 시스템.
제2항에 있어서, 상기 에너지 포커싱 장치는 의료 용도로 사용되는 메디컬 레이저 장치이며, 상기 커넥팅 어댑터는 상기 메디컬 레이저 장치에 구비된 핸드피스의 선단 팁에 체결되는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물전달 시스템.
제3항에 있어서, 상기 메디컬 레이저 장치는 엔디야그(Nd:YAG) 레이저 장치인 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물전달 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력추진용 액체에는 전해질이 더욱 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물전달 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약물 챔버에는 약물 용액이 저장된 약물 저장부가 더욱 연결되어 있음으로써 상기 마이크로 약물 챔버에 저장된 약물 용액이 마이크로젯 분사된 후 상기 약물 저장부로부터 약물 용액을 공급받을 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물전달 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약물 챔버는 상기 마이크로젯 노즐 쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 원뿔형의 공간을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물전달 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로젯 노즐의 내주면에는 코팅층이 더욱 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물전달 시스템.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 챔버의 일측면은 레이저 빔이 통과할 수 있는 투명 재질의 플레이트로 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물전달 시스템.
제9항에 있어서, 상기 투명 재질은 BK7 글래스인 것을 특징으로 하는 마이크로젯 약물전달 시스템.
내부가 비어 있고 양측이 개방된 실린더 형태로 구비되는 압력챔버 실린더;

광선이 통과할 수 있는 투명 재질로 이루어지며, 상기 압력챔버 실린더의 개방된 일측을 막아 주도록 설치되는 투명 캡;

탄성 재질로 이루어진 박막형 부재로서, 상기 압력챔버 실린더의 개방된 타측을 막아 상기 압력챔버 실린더 내부에 밀폐된 수용 공간을 형성하는 탄성막;

상기 압력챔버 실린더의 밀폐된 수용 공간 내에 밀실하게 채워지는 압력추진용 액체; 및,

상기 탄성막을 경계로 상기 압력챔버 실린더와 인접하게 배치되며, 내부에 약물 용액을 수용하는 약물 챔버를 형성하는 공간과, 상기 약물 챔버의 일단과 연통되어 약물 용액이 외부로 마이크로젯 분사되는 마이크로젯 노즐이 형성된 노즐 블럭;을 포함하고,

상기 약물 챔버는 일 측면이 상기 탄성막에 의해 구획되어 상기 압력추진용 액체 내의 버블 발생에 의해 탄성막이 내측으로 신장 변형하였을 때 상기 마이크로젯 노즐을 통해 약물 용액이 마이크로젯 분사될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제11항에 있어서, 상기 마이크로젯 인젝터의 일측에는, 상기 압력추진용 액체에 레이저를 조사하여 버블을 발생시키는 외부 레이저 기기에 상기 마이크로젯 인젝터를 착탈 가능하게 장착시키기 위한 커넥팅 어댑터가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제11항에 있어서, 상기 압력챔버 실린더는 금속 또는 합성수지 재질이고, 상기 탄성막은 탄성 고무 재질인 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제12항에 있어서, 상기 커넥팅 어댑터는 메디컬 레이저 장치에 구비된 핸드피스의 선단 팁에 체결될 수 있는 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제11항에 있어서, 상기 투명 캡과 상기 압력챔버 실린더의 결합은,

상기 압력챔버 실린더의 개방된 일측에 상기 투명 캡을 배치하고, 상기 투명 캡을 감싸는 링 스크류 형태의 캡 홀더를 상기 압력챔버 실린더의 단부 외측에 체결하여 결합하는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제15항에 있어서, 상기 투명 캡과 상기 압력챔버 실린더 사이에는 링형의 고무 패킹이 더욱 개재되는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제11항에 있어서, 상기 탄성막과 상기 노즐 블럭 및 압력챔버 실린더 간의 결합은, 상기 노즐 블럭에서 마이크로젯 노즐이 형성된 반대측에 상기 탄성막 부재를 배치하고, 상기 탄성막 부재와 노즐 블럭의 외부를 감싸는 링 스크류 형태의 노즐 홀더를 상기 압력챔버 실린더의 외측에 체결하여 결합하는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제17항에 있어서, 상기 압력챔버 실린더와 상기 노즐 블럭의 사이에는 상기 탄성막을 고정하기 위한 탄성막 홀더가 더욱 구비되며,

상기 탄성막 홀더는 상기 탄성막의 외부를 감싸면서 내측에는 탄성막의 가장자리를 누르기 위한 고정턱이 형성된 링 스크류 형태의 부재로서, 상기 탄성막 홀더 내에 상기 탄성막을 삽입한 후 상기 압력챔버 실린더의 단부 외측에 체결하여 상기 탄성막을 압력챔버 실린더에 압착 결합하도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제18항에 있어서, 상기 탄성막과 상기 압력챔버 실린더 사이에는 링형의 고무 패킹이 더욱 개재되는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제11항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 홀더에 형성된 약물 챔버의 형성을 위한 공간부는 상기 마이크로 노즐을 향해 폭이 좁아지는 원뿔형의 공간을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제11항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약물 챔버에는 외부로부터 약물을 투입하기 위한 약물공급로가 더욱 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서 상기 투명 캡은 BK7 글래스 재질인 것을 특징으로 하는마이크로젯 인젝터.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 캡은 주변부에 비해 중앙부의 두께가 두껍게 솟아오른 볼록 렌즈의 형태로 된 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커넥팅 어댑터 내에는 레이저 빔의 촛점 위치를 조절하는 대물 렌즈가 더욱 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로젯 노즐은 2개 이상 다수개가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로젯 인젝터.