KR101512514B1 - 체내삽입형 약물방출장치 및 이를 이용한 약물방출제어시스템 - Google Patents

체내삽입형 약물방출장치 및 이를 이용한 약물방출제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 체내삽입형 약물방출장치 및 이를 이용한 약물방출 제어시스템에 관한 것으로, 상면에 안착홈이 형성되며, 전체적인 몸체를 이루는 케이스와, 상기 케이스의 안착홈에 삽입 안착되며, 상기 특정 약물을 저장하는 약물저장모듈과, 상기 케이스 및 약물저장모듈의 일측면을 관통하여 삽입 결합되며, 특정 제어신호에 따라 개폐 동작되어 상기 약물저장모듈에 저장된 특정 약물을 체내로 방출시키는 약물방출밸브와, 상기 케이스에 내장 설치되며, 외부 제어장치로부터 동작제어신호를 무선으로 제공받아 상기 약물방출밸브를 동작시키기 위한 특정 제어신호를 출력하는 방출제어모듈과, 상기 약물방출밸브 및 방출제어모듈을 동작시키기 위한 전원을 공급하는 전원공급모듈을 포함함으로써, 인체에 안전하고 간편하게 삽입할 수 있으며, 특정 약물의 반복적인 리필(refill)이 가능하여 장기간의 약물방출을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 비접촉식 충전방식으로 공급 전원을 충전하여 장기간으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
약물방출장치, 약물방출밸브, 자가치유 고분자, 비접촉식 충전, 피부, 이온 전도성 폴리머 필름

Description

체내삽입형 약물방출장치 및 이를 이용한 약물방출 제어시스템{IMPLANTABLE DRUG RELEASE APPARATUS AND DRUG DELIVERY CONTROL SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 체내삽입형 약물방출장치 및 이를 이용한 약물방출 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체에 안전하고 간편하게 삽입하고, 특정 약물의 반복적인 리필(refill)이 가능하여 장기간의 약물방출을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 비접촉식 충전방식으로 공급 전원을 충전하여 장기간으로 사용할 수 있도록 한 체내삽입형 약물방출장치 및 이를 이용한 약물방출 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 특정 질병(예컨대, 당뇨병, 암, 고혈압 등)이나 대사물질(예컨대, 호르몬 등) 결핍을 가진 환자에 대한 치료법에 있어서는 환자 또는 보호자가 특정 약물(예컨대, 인슐린, 성장호르몬 등)을 매일 또는 1일 2-3회 정도 환자에게 주사 또는 투여 하게 된다.
이때, 환자가 필요로 하는 특정 약물의 양은 환자의 상태, 환경 등 여러 영향에 따라서 차이가 있다. 예를 들어, 인슐린의 경우 식사가 평상시보다 과량 이루어진 경우에는 이를 반영하여 일반적인 용량보다 다량의 약물이 투여되어야 한다.
또한, 항고혈압제의 경우도 주변 환경 변화에 따른 혈압의 모니터링을 통해 혈압이 일정 수치 이상으로 올라갈 경우 정상 혈압으로의 유도를 위한 즉각적인 항고혈압제의 투여가 요구된다. 성장 호르몬제 역시 매일 투여해야 하는 대표적인 약물이다.
그러나, 종래의 수동 주사 방식으로는 항시 정확한 기준량의 특정 약물을 환자에게 공급할 수가 없었고, 평상시보다 많은 양의 특정 약물을 투여하기 위해서는 병원을 찾아가야 하는 불편함이 있었다.
이를 개선하기 위해 주사 바늘을 복부의 체지방 층에 상시 삽입시켜 두고 피스톤을 구동시켜 정해진 시간마다 정해진 인슐린 량을 자동으로 주사하는 인슐린 약액 자동 주입기(일반적으로 "인슐린 펌프"(insulin pump)라 한다)가 국내특허 제290253호에서 제안된 바 있다.
그러나, 종래의 인슐린 약액 자동 주입기 즉, 특정 약물을 방출하기 위한 장치는 주사 바늘이 체내에 삽입된 채로 인체의 외측 부분에 장착된 구동장치를 항시 착용하고 있어야 하기 때문에, 이동하거나 활동시 거추장스러울 뿐만 아니라 주사 바늘이 쉽게 빠질 수 있는 문제점이 있다.
미국특허 제5474552호(Implantable drug delivery pump)에서는 당뇨병에 대한 센싱 및 글루코스, 인슐린 등의 주입이 가능하도록 구성된 약물전달체를 제시하였으나, 삽입된 상태에서의 약물의 리필이 불가능하여 상용하기 힘든 문제점이 있다.
또한, 미국특허 제2007-0255233호 (Implantable therapeutic substance delivery system with catheter access port control and method of use)에서는 리필이 가능한 이식 가능 능동형 약물전달시스템으로서, 혈관에 직접 연결되어 약물을 투여하는 방식의 장치를 개시하고 있으나, 환자 상태의 즉각적인 모니터링을 통한 방출의 조절은 이루어질 수 없다는 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 연구 노력한 끝에, 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명의 목적은 인체에 안전하고 간편하게 삽입하고, 특정 약물의 반복적인 리필(refill)이 가능하여 장기간의 약물방출을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 비접촉식 충전방식으로 공급 전원을 충전하여 장기간으로 사용할 수 있도록 한 체내삽입형 약물방출장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 사용자가 휴대 가능한 외부 제어장치를 통해 체내에 삽입된 약물방출장치의 동작을 무선 통신으로 제어함으로써, 보다 정확하고 신속하게 약물방출을 수행할 수 있는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 체내에 삽입되어 특 정 약물을 방출하기 위한 장치로서, 상면에 안착홈이 형성되며, 전체적인 몸체를 이루는 케이스; 상기 케이스의 안착홈에 삽입 안착되며, 상기 특정 약물을 저장하는 약물저장모듈; 상기 케이스 및 약물저장모듈의 일측면을 관통하여 삽입 결합되며, 특정 제어신호에 따라 개폐 동작되어 상기 약물저장모듈에 저장된 특정 약물을 체내로 방출시키는 약물방출밸브; 상기 케이스에 내장 설치되며, 외부 제어장치로부터 동작제어신호를 무선으로 제공받아 상기 약물방출밸브를 동작시키기 위한 특정 제어신호를 출력하는 방출제어모듈; 및 상기 약물방출밸브 및 방출제어모듈을 동작시키기 위한 전원을 공급하는 전원공급모듈을 포함하는 체내삽입형 약물방출장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 케이스는 고분자 물질로 이루어짐이 바람직하다.
바람직하게, 상기 고분자 물질은 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methylmethacrylate, PMMA), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 에틸렌-아세트산비닐공중합체 메디컬 그레이드(medical grade) ABS (ABSi) 수지(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Resin) 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 케이스는 필요에 따라 고분자 물질 외에도 바이오세라믹(예컨대, 알루미나 등)으로 이루어질 수 있으며, 금속에 생체 친화 고분자 물질을 코팅하여 구성될 수도 있다.
바람직하게, 상기 약물저장모듈은, 상기 특정 약물을 저장하기 위한 공간부 가 형성된 하우징으로 이루어지며, 피부 내측에 접촉하는 상기 하우징의 일면은 자가치유(Self Healing) 고분자 물질 또는 실리콘 고무로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 약물방출밸브는, 이온 전도성 폴리머 필름(Ion Conductive Polymer Film, ICPF)을 이용하여 특정 구동전압에 따른 형태 변형에 의해 상기 특정 약물이 체내로 방출됨과 아울러 체액의 투입을 방지할 수 있도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 약물방출밸브는, 압전소자(예컨대, PZT 등)를 이용한 압전구동 방식으로 상기 특정 약물이 체내로 방출될 수 있도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 약물방출밸브의 내부에 설치되며, 적어도 하나의 이온 전도성 폴리머 필름(ICPF)을 이용하여 특정 구동전압에 따른 형태 변형에 의한 챔버 내의 체적 변화에 따른 압력을 통해 상기 특정 약물의 방출을 제어하는 마이크로 펌프모듈이 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 약물방출밸브의 출구측 말단부에 고정 결합되며, 상기 출구측으로부터 방출된 특정 약물이 체내로 원활히 방출되도록 지지체 형태의 다공성 노즐모듈이 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 다공성 노즐모듈은 다수개의 원기둥형의 지지부재가 일렬로 일정간격 이격되어 배열된 복수개의 지지판에 방사형으로 결합 구성되되, 상기 지지판은 복수개의 관통홀이 각각의 지지부재 사이에 형성되어, 상기 지지부재 사이의 빈 공간을 통하여 특정 약물이 확산 및 방출될 수 있다.
바람직하게, 상기 케이스에 내장 설치되며, 상기 방출제어모듈과 전기적으로 연결되어 상기 특정 약물의 방출 시 필요 이상의 전압 또는 전원이 필요할 경우, 저장되어 있는 에너지를 순간적으로 방전할 수 있도록 슈퍼 캐패시터가 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 전원공급모듈은 적어도 하나의 배터리로 이루어지며, 외부의 자기장 또는 전기장을 이용한 비접촉식 충전방식으로 상기 배터리의 충전이 가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 체내에 삽입되어 특정 약물을 방출하기 위한 체내삽입형 약물방출장치; 및 사용자가 휴대 가능하도록 구비되며, 상기 약물방출장치와 무선 통신하여 기 설정된 특정 약물의 방출제어 명령에 따라 상기 약물방출장치의 동작을 제어하기 위한 동작제어신호를 출력하는 휴대용 외부 제어장치를 포함하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 약물방출장치는, 상면에 안착홈이 형성되며, 전체적인 몸체를 이루는 케이스; 상기 케이스의 안착홈에 삽입 안착되며, 상기 특정 약물을 저장하는 약물저장모듈; 상기 케이스 및 약물저장모듈의 일측면을 관통하여 삽입 결합되며, 특정 제어신호에 따라 개폐 동작되어 상기 약물저장모듈에 저장된 특정 약물을 체내로 방출시키는 약물방출밸브; 상기 케이스에 내장 설치되며, 상기 외부 제어장치로부터 동작제어신호를 제공받아 상기 약물방출밸브를 동작시키기 위한 특정 제어신호를 출력하는 방출제어모듈; 및 상기 약물방출밸브 및 방출제어모듈을 동작시키기 위한 전원을 공급하는 전원공급모듈을 포함함이 바람직하다.
바람직하게, 사용자의 병명 내용에 따라 유/무선 통신을 통해 상기 특정 약물의 방출제어 명령을 상기 외부 제어장치에 설정되도록 관리하기 위한 특정 의료기관 단말기가 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 약물방출장치는 상기 외부 제어장치로부터 출력된 동작제어신호에 의해 약물방출 동작을 수행 완료한 후, 그 결과 정보데이터를 상기 외부 제어장치를 통해 특정 의료기관 단말기로 전송되도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 외부 제어장치는 상기 약물방출장치로부터 전송된 결과 정보데이터의 미응답 시 오류 메시지를 상기 특정 의료기관 단말기로 전송되도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 외부 제어장치는 응급 상황발생 시 사용자에 의해 수동으로 상기 특정 약물의 방출제어 명령을 출력할 수 있도록 약물방출버튼이 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 약물방출장치는 상기 외부 제어장치의 약물방출버튼을 통해 출력된 동작제어신호에 의해 약물방출 동작을 수행 완료한 후, 그 결과 정보데이터를 상기 외부 제어장치를 통해 특정 의료기관 단말기로 전송되도록 제어하며, 상기 외부 제어장치는 상기 약물방출장치로부터 전송된 결과 정보데이터의 미응답 시 오류 메시지 및 현재 위치 정보데이터를 상기 특정 의료기관 단말기로 전송되도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 약물방출장치와 외부 제어장치간의 통신은 블루투스(Bluetooth) 통신을 이용하여 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 약물방출장치와 외부 제어장치간의 통신은 인체를 매질로 이용하여 채내외의 데이터를 송수신하는 방식으로 이루어질 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 체내삽입형 약물방출장치 및 이를 이용한 약물방출 제어시스템에 따르면, 인체에 안전하고 간편하게 삽입할 수 있으며, 특정 약물의 반복적인 리필(refill)이 가능하여 장기간의 약물방출을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 비접촉식 충전방식으로 공급 전원을 충전하여 장기간으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내삽입형 약물방출장치를 설명하기 위한 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내삽입형 약물방출장치를 설명하기 위한 분리 사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 약물방출밸브의 구조 및 동작원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 체내삽입형 약물방출장치(Drug Release Apparatus, DRA)는 체내에 삽입되어 특정 약물을 방출하기 위한 장치로서, 크게 케이스(100), 약물저장모듈(200), 약물방출밸브(300), 방출제어모듈(400) 및 전원공급모듈(500)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 케이스(case)(100)는 예컨대, 납작한 원형의 판 형상으로 전체적인 몸체를 이루는 바, 그 상면에는 소정 깊이의 안착홈(110)이 형성되어 있으며, 일측면에는 약물방출밸브(300)를 삽입 결합하기 위한 적어도 하나의 관통홀(120a 및 120b)이 형성되어 있다.
이러한 케이스(100)는 체내에 직접 닿게 되므로 FDA(Food and Drug Administration) 승인을 받은 고분자 물질을 이용하여 3차원 형상으로 제작됨이 바람직하다.
이때, 상기 고분자 물질은 예컨대, 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methylmethacrylate, PMMA) 또는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 등을 사용함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 통상의 고분자 재료 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스트레르, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 에틸렌-아세트산비닐공중합체 메디컬 그레이드(medical grade) ABS (ABSi) 수지(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Resin) 등을 사용할 수도 있다.
또한, 케이스(100)는 필요에 따라 고분자 물질 외에도 바이오세라믹(예컨대, 알루미나 등)으로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 알루니늄, 철 등과 같은 금속 또는 비철 금속류로 케이스(100)를 제작할 경우, 상기 고분자 물질 또는 생체 친화형 고분자 물질을 코팅하여 구성될 수도 있다.
약물저장모듈(200)은 케이스(100)의 안착홈(110)에 삽입 안착되며, 특정 약물을 저장하는 기능을 수행하는 바, 내측에 상기 특정 약물을 저장하기 위한 공간부(210)가 형성되도록 하우징(220)과 덮개부(230)의 고정 결합으로 이루어진다.
여기서, 하우징(220)의 일측면에는 약물방출밸브(300)의 입구측을 삽입 결합하여 공간부(210)에 저장된 특정 약물을 외부로 방출하기 위한 적어도 하나의 관통홀(225a 및 225b)이 형성되어 있다.
덮개부(230)는 상기 특정 약물을 보충하기 위해 피부 내측에 직접적으로 접촉하게 되는데, 상기 특정 약물의 보충 시 통상의 주사기 등을 이용하여 주입하고, 상기 주사기를 제거하는 순간 원래의 형태로 복원되면서 상기 특정 약물이 외부로 흘러나가지 않도록 자가치유(Self Healing) 고분자 물질로 형성됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 의료용 고무(링거액 캡 등) 또는 실리콘 고무 등으로 형성될 수도 있다.
이때, 상기 자가치유 고분자 물질은 통상적으로 원래 크기의 몇 배까지 늘어났다가 원래의 크기로 돌아가는 기존 고무의 화학구조를 응용한 것으로, 지방산과 요소를 이용하여 파손된 후에도 실온에서 파손 부위끼리 대고 누르면 몇 분내에 원래 형태로 돌아가는 물질이다.
즉, 두 개의 다른 분자들과 결합하는 다이토픽성 분자들과 세 개의 다른 분자들과 결합하는 트라이토픽성 분자들을 보다 약한 결합력을 갖는 수소 연결고리로 결합함으로써, '자가치유(Self Healing)'의 핵심인 수소 고리는 고무가 파손됐을 때 함께 파손되지만 접착제 역할을 하게 된다.
이와 같이 각기 성질이 다른 작은 분자들이 혼합된 물질은 약 8℃에서 투명한 플라스틱 같은 성질을 갖게 되며 고무처럼 원래 크기의 약 5배까지 늘어난다. 그러나, 이러한 자가치유 고분자 물질은 파손돼도 원래의 짝과 다시 결합하려는 분자들의 움직임 때문에 가열하거나 강한 압력을 가할 필요 없이 약 20℃의 상온에서 다시 결합해 재사용할 수 있다.
약물방출밸브(300)는 케이스(100) 및 약물저장모듈(200)의 하우징(220)에 형성된 관통홀(120a 및 120b)(225a 및 225b)에 삽입 결합되며, 방출제어모듈(400)로부터 출력된 특정 제어신호에 따라 입구측 및/또는 출구측이 개폐 동작되어 약물저장모듈(200)의 공간부(210)에 저장된 특정 약물을 체내로 방출시키는 기능을 수행한다.
이러한 약물방출밸브(300)는 예컨대, 이온 전도성 폴리머 필름(Ion Conductive Polymer Film, ICPF)을 이용하여 특정 구동전압에 따른 형태 변형에 의해 상기 특정 약물이 체내로 방출될 수 있도록 함과 아울러 체액이 약물방출장치(DRA)로 투입됨을 방지할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 도 3a의 (a) 및 (b)는 각각 구조도 및 동작원리를 나타낸 개념도로서, 상기 이온 전도성 폴리머 필름(ICPF)의 양면에 구비된 금속 전극층(Metal Electrode Layer)(M) 사이에 가해지는 구동전압(Vd)에 의해 필름 내부에 양 전하(이온 교환 과정을 통해 술폰산기의 H+ 이온이 치환된 Na+ 이온이나 Li+ 이온)는 음극 쪽으로 이동하게 되고, 이에 따라 음극 쪽으로 이동한 물분자에 의한 음극 쪽의 밀도의 증가와 상대적인 양극 쪽의 줄어든 밀도에 의해 결과적으로 ICPF 액츄에이터(Actuator)(A)의 구부러짐(bending)이 일어나게 된다.
그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 도 3b의 (a) 및 (b)는 각각 상기 특정 약물 흐름의 정방향 및 역방향 상태를 나타낸 도면으로서, 약물방출밸브(300)의 입구측 및/또는 출구측의 단부(E)에 전술한 도 3a에 도시된 ICPF 액츄에이터(A)를 설치하고, 상기 특정 약물의 방출 시 출구측으로 구부러지도록 구동전압을 인가함으로써, 상기 특정 약물의 역류를 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 약물방출밸브(300)는 이온 전도성 폴리머 필름(ICPF)을 이용하여 특정 구동전압에 따른 형태 변형에 의해 상기 특정 약물이 체내로 방출될 수 있도록 구현하였지만, 이에 국한하지 않으며, 약물방출밸브(300)는 상기 특정 약물을 체내로 원활히 방출할 수 있도록 예컨대, PZT(Plumbum－Zirconate－Titanate) 등과 같은 압전소자(Piezoelectric element)를 이용한 압전구동 방식 즉, 강유전체(ferroelectric) 박막이 형성되고 그 위와 아래에 전극이 부착된 압전구동기(Piezo-Actuator)가 마련되어 기계적 에너지와 전기적 에너지가 상호 변환하는 방식으로 구현할 수도 있다.
추가적으로, 도 4a 내지 도 4c는 도 3의 약물방출밸브에 구비된 마이크로 펌프모듈의 구조 및 동작원리를 개념적으로 설명하기 위한 단면도, 분리 및 결합 사시도로서, 약물방출밸브(300)의 내부 또는 외측에 상기 특정 약물의 방출을 제어하 기 위한 마이크로 펌프모듈(350)이 더 포함될 수 있다.
이러한 마이크로 펌프모듈(350)은 적어도 하나의 이온 전도성 폴리머 필름(ICPF)을 이용하여 특정 구동전압에 따른 형태 변형에 의한 챔버(Chamber)(C) 내의 체적 변화에 따른 압력을 통해 상기 특정 약물의 방출을 제어하는 기능을 수행한다.
즉, 마이크로 펌프모듈(350)은 내측에 복수개의 챔버(C)가 형성되도록 베이스 플레이트(Base Plate)(BP)를 기준으로 적어도 하나의 ICPF 액츄에이터(A) 및 지지 플레이트(Supporter Plate)(SP)를 순차적으로 적층하여 맴브레인(Membrane) 형태로 구성됨으로써, ICPF 액츄에이터(A)의 변형에 의한 챔버(C) 내의 체적 변화에 따른 압력에 따라 상기 특정 약물의 방출을 효과적으로 제어할 수 있다.
더욱이, 도 5a 및 도 5b는 도 1 및 도 2의 다공성 노즐모듈을 확대한 사시도 및 정면도로서, 약물방출밸브(300)의 출구측 말단부에 고정 결합되어 있으며, 약물방출밸브(300)의 출구측으로부터 방출된 특정 약물이 체내로 원활히 방출될 수 있도록 지지체(scaffold) 형태의 다공성 노즐모듈(600)이 더 포함될 수 있다.
이러한 다공성 노즐모듈(600)은 약물방출밸브(300)의 바깥쪽에 위치하여 상기 특정 약물의 방출 시 인체의 항원ㆍ항체 반응을 억제하는 기능을 수행하는 바, 다수개의 원기둥형의 지지부재(610)가 일렬로 일정간격 이격되어 배열된 복수개의 지지판(620)에 방사형으로 결합 구성됨이 바람직하다.
또한, 지지판(620)은 예컨대, 벌집 형태로서 복수개의 관통홀(625)이 각각의 지지부재(610) 사이에 형성됨으로써, 지지부재(610) 사이의 빈 공간을 통하여 특정 약물은 확산되어 방출될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 지지부재(610)는 원기둥 형태로 형성하였지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 삼각기둥, 사각기둥 또는 다각기둥 형태 등 다양한 형태로 형성할 수도 있다.
방출제어모듈(400)은 장치의 전체적인 제어를 담당하는 바, 케이스(100) 내에 설치 즉, 케이스(100)의 안착홈(110)과 약물저장모듈(200) 사이에 설치되어 있으며, 외부 제어장치(도 6 참조, 800)로부터 동작제어신호를 무선으로 제공받아 약물방출밸브(300)를 일정 시간마다 주기적으로 동작시키기 위한 특정 제어신호를 출력하는 기능을 수행한다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 도면부호 350은 통신모듈(Communication Module)로서 방출제어모듈(400)과 전기적으로 연결되어 있으며, 외부 제어장치(700)와 예컨대, 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 무선 통신을 통해 송/수신하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서는 통신모듈(350)을 별도로 구비하였지만, 이에 국한하지 않으며, 방출제어모듈(400)에 포함되도록 구현할 수도 있다.
그리고, 전원공급모듈(500)은 케이스(100)에 내장 설치되어 있으며, 약물방출밸브(300) 및 방출제어모듈(400)을 동작시키기 위한 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
이러한 전원공급모듈(500)은 적어도 하나의 배터리(Battery)(B)로 이루어지며, 외부의 자기장 또는 전기장을 이용한 비접촉식 충전방식으로 배터리(B)의 충전이 가능하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 비접촉식 충전방식은 예컨대, 전기제품의 전력 충전기와 전파 변환 기계장치가 같은 주파수로 진동하면서 전기장 및 자기장을 형성시키는 공진(resonance) 현상을 이용하여 무선으로 전력을 전송하는 '와이 트리시티(WiTricity)' 기술로 구현할 수 있다.
또한, 전자기유도(電磁氣誘導) 현상 즉, 구리선이 감긴 코일에 전류가 흐르면 코일이 자석이 되고, 반대로 코일 안에서 자석이 움직이면 반대로 코일에 전류가 흐르는 현상을 이용한 '스플래시패드(Splashpad)'와 같은 시스템으로 구현할 수도 있다.
즉, 상기 스플래시패드에 전류가 흐르면 내부 코일에서 자기장이 발생하고, 자석이 된 패드의 코일은 휴대폰과 같은 전자제품에 있는 또 다른 코일에 전류를 유도시켜 배터리를 충전시키는 방식이다.
추가적으로, 케이스(100)에 내장 설치되어 있으며, 방출제어모듈(400)과 전기적으로 연결되어 상기 특정 약물의 방출 시 필요 이상의 전압 또는 전원이 필요할 경우, 저장되어 있는 에너지를 순간적으로 방전할 수 있도록 슈퍼 캐패시터(Supper Capacitor)(700)가 더 포함될 수 있다.
이러한 슈퍼 캐패시터(700)는 케이스(100)의 안착홈(110) 내주면에 둘러싸여 설치됨으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 약물방출장치의 형상을 그대로 유지할 수 있다. 한편, 슈퍼 캐패시터(700)를 별도로 구비하였지만, 이에 국한하지 않으며, 방출제어모듈(400)에 일체로 포함될 수도 있다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 체내삽입형 약물방출 장치(DRA)는 체내 예컨대, 왼쪽 가슴 또는 오른쪽 가슴 위 쇄골 아랫부분에 삽입됨이 바람직하며, 삽입 깊이는 피부 밑 약 1㎝ 내외로 삽입됨이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 약물방출 제어시스템은, 크게 체내삽입형 약물방출장치(Drug Release Apparatus, DRA), 외부 제어장치(800) 및 특정 의료기관 단말기(900) 등을 포함한다.
여기서, 체내삽입형 약물방출장치(DRA)는 체내에 삽입되어 특정 약물을 방출하기 위한 장치로서, 이에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 5를 참조하기로 한다.
이러한 약물방출장치(DRA)의 방출제어모듈(400)은 외부 제어장치(800)로부터 출력된 동작제어신호에 의해 약물방출 동작을 수행 완료한 후, 그 결과 정보데이터를 외부 제어장치(800)를 통해 특정 의료기관 단말기(900)로 전송되도록 제어할 수 있다.
외부 제어장치(800)는 사용자가 휴대 가능하도록 구비되어 있으며, 약물방출장치(DRA)와 무선 통신(예컨대, 블루투스(Bluetooth) 등)하여 기 설정된 특정 약물의 방출제어 명령에 따라 약물방출장치(DRA)의 동작을 제어하기 위한 동작제어신호를 출력하는 기능을 수행한다.
한편, 약물방출장치(DRA)와 외부 제어장치(800)간의 통신은 예컨대, 블루투스(Bluetooth) 통신을 이용하여 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 인체를 매질로 이용하여 체내외의 데이터를 송수신하는 방식 즉, E-field propagation 방식을 통한 통신이 적용될 수도 있다.
이러한 외부 제어장치(800)는 약물방출장치(DRA)로부터 전송된 결과 정보데이터를 적어도 한 번 이상 미응답 시 오류 메시지를 특정 의료기관 단말기(900) 또는 특정 관리자의 휴대폰(H)으로 무선 전송되도록 제어할 수 있다.
추가적으로, 외부 제어장치(800)에는 응급 상황발생 시 사용자에 의해 수동으로 상기 특정 약물의 방출제어 명령을 출력할 수 있도록 약물방출버튼(850)이 더 포함될 수 있다.
이러한 약물방출버튼(850)을 통해 출력된 동작제어신호에 의해 약물방출장치(DRA)는 약물방출 동작을 수행 완료한 후, 그 결과 정보데이터를 외부 제어장치(800)를 통해 특정 의료기관 단말기(900)로 전송되도록 제어할 수 있다.
이때, 외부 제어장치(800)는 약물방출장치(DRA)로부터 전송된 결과 정보데이터를 적어도 한 번 이상 미응답 시, 오류 메시지 및 통상의 GPS(Grobal Positioning System) 방식을 이용한 현재 위치 정보데이터를 특정 의료기관 단말기(900) 또는 특정 관리자의 휴대폰(H)으로 전송되도록 제어할 수 있다.
즉, 외부 제어장치(800)는 GPS 수신기가 탑재되어 GPS 안테나를 통해 GPS 위성으로부터 전송되는 위치정보를 수신하여 현재 위치정보를 생성하고, 이를 해당 이동통신사(미도시)를 거쳐 특정 의료기관 단말기(900)로 전송할 수 있다.
그리고, 특정 의료기관 단말기(900)는 사용자의 병명 내용에 따라 유/무선 통신을 통해 상기 특정 약물의 방출제어 명령을 외부 제어장치(800)에 설정되도록 관리하는 기능을 수행한다.
전술한 본 발명에 따른 체내삽입형 약물방출장치 및 이를 이용한 약물방출 제어시스템에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내삽입형 약물방출장치를 설명하기 위한 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내삽입형 약물방출장치를 설명하기 위한 분리 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 약물방출밸브의 구조 및 동작원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 약물방출밸브에 구비된 마이크로 펌프모듈의 구조 및 동작원리를 설명하기 위한 단면도, 분리 및 결합 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1 및 도 2의 다공성 노즐모듈을 확대한 사시도 및 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.

Claims (23)

  1. 체내에 삽입되어 특정 약물을 방출하기 위한 장치로서,
    상면에 안착홈이 형성되며, 전체적인 몸체를 이루는 케이스;
    상기 케이스의 안착홈에 삽입 안착되며, 상기 특정 약물을 저장하는 약물저장모듈;
    상기 케이스 및 약물저장모듈의 일측면을 관통하여 삽입 결합되며, 특정 제어신호에 따라 개폐 동작되어 상기 약물저장모듈에 저장된 특정 약물을 체내로 방출시키는 이온 전도성 폴리머 필름(Ion Conductive Polymer Film, ICPF)을 포함하는 액츄에이터(Actuator)인 약물방출밸브;
    상기 케이스에 내장 설치되며, 외부 제어장치로부터 동작제어신호를 무선으로 제공받아 상기 약물방출밸브를 동작시키기 위한 특정 제어신호를 출력하는 방출제어모듈; 및
    상기 약물방출밸브 및 방출제어모듈을 동작시키기 위한 전원을 공급하는 전원공급모듈을 포함하는 체내삽입형 약물방출장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스는 고분자 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스는 금속 또는 비철 금속류를 고분자 물질로 코팅하여 이루어진 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methylmethacrylate, PMMA), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스트레르, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 또는 에틸렌-아세트산비닐공중합체 메디컬 그레이드(medical grade) ABS (ABSi) 수지(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Resin) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 약물저장모듈은,
    상기 특정 약물을 저장하기 위한 공간부가 형성된 하우징으로 이루어지며, 피부 내측에 접촉하는 상기 하우징의 일면은 자가치유(Self Healing) 고분자 물질 또는 실리콘 고무로 이루어진 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 약물방출밸브의 내부에 설치되며, 적어도 하나의 이온 전도성 폴리머 필름(ICPF)을 이용하여 특정 구동전압에 따른 형태 변형에 의한 챔버 내의 체적 변화에 따른 압력을 통해 상기 특정 약물의 방출을 제어하는 마이크로 펌프모듈이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 약물방출밸브의 출구측 말단부에 고정 결합되며, 상기 출구측으로부터 방출된 특정 약물이 체내로 원활히 방출되도록 지지체 형태의 다공성 노즐모듈이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 다공성 노즐모듈은 다수개의 원기둥형의 지지부재가 일렬로 일정간격 이격되어 배열된 복수개의 지지판에 방사형으로 결합 구성되되,
    상기 지지판은 복수개의 관통홀이 각각의 지지부재 사이에 형성되어, 상기 지지부재 사이의 빈 공간을 통하여 특정 약물이 확산 및 방출되는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 케이스에 내장 설치되며, 상기 방출제어모듈과 전기적으로 연결되어 상기 특정 약물의 방출 시 필요 이상의 전압 또는 전원이 필요할 경우, 저장되어 있 는 에너지를 순간적으로 방전할 수 있도록 슈퍼 캐패시터가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 전원공급모듈은 적어도 하나의 배터리로 이루어지며, 외부의 자기장 또는 전기장을 이용한 비접촉식 충전방식으로 상기 배터리의 충전이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치.
  13. 체내에 삽입되어 특정 약물을 방출하기 위한 체내삽입형 약물방출장치; 및
    사용자가 휴대 가능하도록 구비되며, 상기 약물방출장치와 무선 통신하여 기 설정된 특정 약물의 방출제어 명령에 따라 상기 약물방출장치의 동작을 제어하기 위한 동작제어신호를 출력하는 휴대용 외부 제어장치를 포함하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템으로서,
    상기 체내삽입형 약물방출장치는
    상면에 안착홈이 형성되며, 전체적인 몸체를 이루는 케이스;
    상기 케이스의 안착홈에 삽입 안착되며, 상기 특정 약물을 저장하는 약물저장모듈;
    상기 케이스 및 약물저장모듈의 일측면을 관통하여 삽입 결합되며, 특정 제어신호에 따라 개폐 동작되어 상기 약물저장모듈에 저장된 특정 약물을 체내로 방출시키는 이온 전도성 폴리머 필름(Ion Conductive Polymer Film, ICPF)을 포함하는 액츄에이터(Actuator)인 약물방출밸브;
    상기 케이스에 내장 설치되며, 외부 제어장치로부터 동작제어신호를 무선으로 제공받아 상기 약물방출밸브를 동작시키기 위한 특정 제어신호를 출력하는 방출제어모듈; 및
    상기 약물방출밸브 및 방출제어모듈을 동작시키기 위한 전원을 공급하는 전원공급모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템.
  14. 삭제
  15. 제13 항에 있어서,
    사용자의 병명 내용에 따라 유/무선 통신을 통해 상기 특정 약물의 방출제어 명령을 상기 외부 제어장치에 설정되도록 관리하기 위한 특정 의료기관 단말기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 약물방출장치는 상기 외부 제어장치로부터 출력된 동작제어신호에 의해 약물방출 동작을 수행 완료한 후, 그 결과 정보데이터를 상기 외부 제어장치를 통해 특정 의료기관 단말기로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 외부 제어장치는 상기 약물방출장치로부터 전송된 결과 정보데이터의 미응답 시 오류 메시지를 상기 특정 의료기관 단말기로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 외부 제어장치는 응급 상황발생 시 사용자에 의해 수동으로 상기 특정 약물의 방출제어 명령을 출력할 수 있도록 약물방출버튼이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 약물방출장치는 상기 외부 제어장치의 약물방출버튼을 통해 출력된 동작제어신호에 의해 약물방출 동작을 수행 완료한 후, 그 결과 정보데이터를 상기 외부 제어장치를 통해 특정 의료기관 단말기로 전송되도록 제어하며,
    상기 외부 제어장치는 상기 약물방출장치로부터 전송된 결과 정보데이터의 미응답 시 오류 메시지 및 현재 위치 정보데이터를 상기 특정 의료기관 단말기로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 약물방출장치와 외부 제어장치간의 통신은 블루투스(Bluetooth) 통신을 이용하여 이루어진 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템.
  21. 제13 항에 있어서,
    상기 약물방출장치와 외부 제어장치간의 통신은 인체를 매질로 이용하여 체내외의 데이터를 송수신하는 방식으로 이루어진 것을 특징으로 하는 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템.
  22. 제1 항에 있어서, 상기 약물방출밸브는 금속 전극층(Metal Electrode Layer)이 양면에 구비된 이온 전도성 폴리머 필름(Ion Conductive Polymer Film, ICPF)을 포함하는 액츄에이터(Actuator)인 체내삽입형 약물방출장치.
  23. 제13 항에 있어서,
    상기 약물방출밸브는 금속 전극층(Metal Electrode Layer)이 양면에 구비된 이온 전도성 폴리머 필름(Ion Conductive Polymer Film, ICPF)을 포함하는 액츄에이터(Actuator)인 체내삽입형 약물방출장치를 이용한 약물방출 제어시스템.
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