WO2018159865A1 - 무 바늘 용액 주입 장치 및 이를 이용한 무 바늘 용액 주입 방법 - Google Patents
무 바늘 용액 주입 장치 및 이를 이용한 무 바늘 용액 주입 방법 Download PDFInfo
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Definitions
- Insulin infusions which are widely used for diabetic response, offer many advantages, but patients still feel the discomfort and pain associated with several daily administrations by needle injection.
- Insulin injection method that does not use a needle developed so far is to inject insulin into the oral cavity or inhaled through the nose.
- pancreas transplantation is also actively developed as a method for diabetes.
- these methods do not yet provide sufficient effect and are not widely used.
- One proposed method of needleless insulin injection is jet injection, which allows liquid flow to the subcutaneous layer at high speed to allow insulin solution to diffuse through the skin, but this method requires expensive and complex devices, and In principle, not much different.
- Needleless solution injection device for achieving the above technical problem, the body; A solution receiving member exposed to contact the skin of the living body on one side of the body and accommodating a solution; A heating lamp which emits light to heat the solution receiving member and is positioned in the body opposite the solution receiving member; A power source located in the body and supplying power to the heating lamp; And a control unit positioned in the body and electrically connected to and controlling the power supply and the heating lamp, wherein the solution receiving member is heated by the heating lamp so that the solution contacts the solution receiving member. It is injected into the living body through.
- the solution may comprise insulin.
- the solution receiving member has a porosity of 65% to 75% and a pore size distribution of 40 ⁇ m to 900 ⁇ m, and may have an average pore size of 130 ⁇ m to 170 ⁇ m.
- the heating lamp 130 may emit light to heat the solution accommodating member 120, and may be positioned in the body 110 to face the solution accommodating member 120.
- the heat lamp 130 may emit light for heating the solution receiving member 120, and may emit infrared light having a wavelength in a range of about 880 nm to about 1200 nm, for example.
- the heating lamp 130 may include various light sources and may include, for example, a light emitting diode (LED).
- the heating lamp 130 may include, for example, an infrared light emitting diode. Light emitting diodes for such infrared radiation preferably provide small size and high light emission. Infrared emission can be easily controlled by selecting the level of current required for power of the light emitting diodes. Such current control may be performed by the controller 150 described below.
- the power source 140 may be located in the body 110 and may be electrically connected to the heating lamp 130 to supply power.
- the power source 140 may have a structure connected to an external power source or may have a battery structure separated from the outside.
- the power source 140 may include a primary battery that is replaced, for example, a battery, or may include a rechargeable secondary battery.
- the power source 140 may be, for example, a lithium ion battery or a lithium polymer battery.
- FIG. 3 is a photograph showing a solution receiving member 120 included in the needleless solution injection device 100 of FIG. 1, according to an embodiment of the present invention.
- the diffusion process from the porous TiNi base depends on many factors, such as viscosity, specific gravity, density, TiNi permeability, pore size, pore length, surface area in contact with the external environment, and temperature of the porous body.
- the dependence between the rate of change of the fluid volume of the TiNi porous structure and the basic parameters of solution diffusion is expressed by Equation 1 below. :
- the temperature gradient of the contact area between insulin and the skin a temperature gradient occurs in the insulin solution contained in the pores in the solution receiving member as heat (or infrared) is provided by the heating lamp.
- This temperature gradient can be activated by radiating heat provided at the pore walls and intersections.
- heating due to partial absorption of infrared radiation by the surface of the solution receiving member may produce the required temperature gradient. have.
- Patient E age 53 years; Case number # A1263; Diabetes diagnosed 6 years ago during defined determination of blood glucose levels by thirst, polyuria, and family history; And patients have been treated with various combinations of metformin and sulfonylurea over the long term.
- a needleless injector was applied to patient E.
- the clinical cases clearly demonstrate the efficiency of the needleless device for the implementation and efficiency of the administration of insulin through the transdermal. Therefore, it is considered that the medical effect of the needleless solution injection device and method according to the present invention is verified.
- the needleless solution injection device and method according to the technical concept of the present invention can be extended for bioinfusion into other drugs, and thus can be widely applied to medical practice.
- Needle-free solution injection device and method according to the technical concept of the present invention is to accelerate the in vivo injection and absorption of insulin by locally heating the skin corresponding to the insulin injection portion without using a needle, the existing research The results were reviewed.
- 42 insulin patients were clinically verified the efficiency of insulin supply. Specifically, by locally heating the skin by a needleless device, it was effective for infusion and absorption of insulin without increasing the risk of hypoglycemia. This local skin heating can cause the loop to close and increase the overall insulin supply. It is also analyzed that increasing the temperature of the skin at the infusion site does not cause other side effects in the patient and is therefore sufficient to increase the infusion of insulin.
- the needleless injection device and method according to the technical concept of the present invention do not cause skin irritation or lesions and are safe to use.
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Abstract
본 발명은 바늘을 사용하지 않고 생체 내에 용액을 주입시킬 수 있는 무바늘 용액 주입 장치를 제공한다. 본 발명의 무바늘 용액 주입 장치는, 몸체; 상기 몸체의 일측에 생체의 피부에 접촉하도록 노출되어 위치하고 용액을 수용하는 용액 수용 부재; 상기 용액 수용 부재를 가열하도록 광을 방출하고, 상기 몸체 내에 상기 용액 수용 부재에 대향하여 위치하는 가열 램프; 상기 몸체 내에 위치하고, 상기 가열 램프에 전력을 공급하는 전원; 및 상기 몸체 내에 위치하고, 상기 전원과 상기 가열 램프와 전기적으로 연결되어 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 가열 램프에 의하여 상기 용액 수용 부재가 가열되어, 상기 용액이 상기 용액 수용 부재와 접촉된 상기 피부를 통하여 상기 생체 내로 주입된다.
Description
본 발명의 기술적 사상은 생체 내 용액 주입에 관한 것으로서, 무 바늘 용액 주입 장치 및 이를 이용한 무 바늘 용액 주입 방법에 관한 것이다.
건강한 사람들의 일일 인슐린 분비는 췌장으로부터 기초대사를 위한 인슐린 기초 분비 및 음식 섭취 등에 따른 혈당 증가에 대응한 인슐린 추가 분비로 구성된다. 당뇨병은 췌장으로부터 인슐린이 전혀 형성되지 않는 제1형 당뇨병과 인슐린이 제 기능을 제대로 수행하지 못하는 제2형 당뇨병으로 구분된다. 최근의 연구 결과들로부터, 당뇨병은 나이, 성별, 및 민족성과 관계없이 높은 출현율을 보이고 있고, 발생 정도 또한 꾸준한 증가를 나타내고 있다.
당뇨병에 대한 대응 방법은 고혈당을 정상 수준의 혈당으로 감소시키기 위하여 혈액 내의 인슐린 농도를 제어하는 것이다. 현재까지 인슐린 제어를 위한 일반적인 방법은 주사에 의한 인슐린 주입이다. 장기 작용을 위한 인슐린 주입은 인슐린 기초 분비를 자극시킨다. 단기 작용을 위한, 예를 들어 음식 섭취 30분 전의 인슐린 주입은 음식 섭취 후의 과혈당증에 대응하도록 혈액 내의 인슐린 농도를 증가시키게 된다. 그러나, 단기 작용을 위한 인슐린의 주입은 하루에 3회 내지 4회 정도로 잦으며, 환자들은 이에 대하여 불편함을 느끼고 있다. 이러한 주사 방식은 바늘을 이용하게 되므로 당뇨병 환자들에 기계적인 외상, 고통, 감염, 및 심리적 불편을 야기시킬 수 있고, 또한, 주입 위치에서 인슐린 약제의 고농도에 의한 알러지 반응을 발생시키거나, 저혈당증(hypoglycaemia)의 위험이 발생할 우려가 있다.
당뇨병 대응에 광범위하게 사용되는 인슐린 주입은 많은 이점을 제공하고 있으나, 환자들은 바늘을 이용한 인슐린 주입에 의하여 매일 수 차례의 투여에 관련된 불편함과 고통을 여전히 느끼고 있다. 이에 대한 대응으로서, 바늘을 이용하지 않는 인슐린 주입 방법들의 개발이 요구된다. 현재까지 개발된 바늘을 이용하지 않는 인슐린 주입 방법은 인슐린을 구강으로 주입하거나 코로 흡입하여 공급하는 방식이다. 또는, 췌장 이식도 당뇨병에 대한 하나의 방법으로서 활발하게 개발되고 있다. 그러나 이러한 방법들은 아직 충분한 효과를 제공하지 못하고 있고 또한 광범위하게 사용되지 않는다. 무 바늘 인슐린 주입 방법으로 제시된 하나는 인슐린 용액은 피부를 통하여 확산하도록 액체 유동을 고속으로 피하층으로 허용하는 제트 주입 방식이다, 그러나 이러한 방법은 비싸고 복잡한 장치들을 요구하고, 바늘을 이용하는 통상적인 주입 방법과 원리적으로 크게 다르지 않다.
따라서, 당뇨병 환자들에 대하여 인슐린 주입에 대한 편리함과 안전한 효과를 제공하는 새로운 방법들이 요구되며, 특히 바늘을 사용하지 않고 생체 내에 용액을 주입할 수 있는 무바늘 용액 주입에 대한 연구가 요구되고 있다.
[선행기술문헌]
[비특허문헌]
Watkins, P.J. ABC of Diabetes. 5th ed. London: Blackwell Publishing. 2003.
Holt, T.; Kumar, S. ABC of diabetes. 6th ed. Oxford: Wiley-Blackwell. 2010.
Owens, D.R.; Nat Rev Drug Discov., 2002, 1, 529.
Brook, C.G.; Dattani, M.T. Handbook of Clinical Pediatric Endocrinology. 2nd ed. Wiley Blackwel. 2012.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 바늘을 사용하지 않고 생체 내에 용액을 주입시킬 수 있는 무바늘 용액 주입 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 바늘을 사용하지 않고 생체 내에 용액을 주입시킬 수 있는 무바늘 용액 주입 방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 무바늘 용액 주입 장치는, 몸체; 상기 몸체의 일측에 생체의 피부에 접촉하도록 노출되어 위치하고 용액을 수용하는 용액 수용 부재; 상기 용액 수용 부재를 가열하도록 광을 방출하고, 상기 몸체 내에 상기 용액 수용 부재에 대향하여 위치하는 가열 램프; 상기 몸체 내에 위치하고, 상기 가열 램프에 전력을 공급하는 전원; 및 상기 몸체 내에 위치하고, 상기 전원과 상기 가열 램프와 전기적으로 연결되어 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 가열 램프에 의하여 상기 용액 수용 부재가 가열되어, 상기 용액이 상기 용액 수용 부재와 접촉된 상기 피부를 통하여 상기 생체 내로 주입된다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 가열 램프에 의하여 가열된 상기 용액 수용 부재와 상기 피부 사이에 발생하는 온도 구배에 따라 상기 용액이 상기 생체 내로 주입될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 용액은 인슐린을 포함할 수 있다.
상기 용액 수용 부재는 기공을 포함하는 다공성 구조를 가지고, 상기 용액은 상기 기공 내에 수용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 용액 수용 부재는 TiNi을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 용액 수용 부재는, 상기 가열 램프에 의하여 방출된 광이 상기 피부를 직접적으로 가열하도록, 상기 광이 투과되는 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 용액 수용 부재는 65% 내지 75%의 기공률 및 40 μm 내지 900 μm의 기공 크기 분포를 가지고, 130 μm 내지 170 μm 의 평균 기공 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 용액 수용 부재는 상기 본체로부터 분리가능한 탈착 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 가열 램프는 적외선 발광다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 가열 램프에 의한 가열 온도는 20℃ 내지 45℃ 범위일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전원은 1차 전지 또는 2차 전지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 무 바늘 용액 주입 장치는 손발목 착용형 또는 패치형일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 무바늘 용액 주입 방법은, 용액을 수용하는 용액 수용 부재를 생체의 피부에 접촉하도록 위치시키는 단계; 상기 용액 수용 부재를 가열 램프를 이용하여 가열하는 단계; 및 상기 가열 램프에 의하여 상기 용액 수용 부재가 가열되어, 상기 용액이 상기 용액 수용 부재와 접촉된 상기 피부를 통하여 상기 생체 내로 주입되는 단계;를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 무바늘 용액 주입 장치는 다공성 TiNi 계 합금을 포함하는 용액 수용 부재를 이용함으로써, 상기 다공성 TiNi 계 합금이 인슐린 용액들을 함유하는 고밀도 물질들로서 기능할 수 있다. 또한, 상기 용액 수용 부재에 적외선을 조사함에 의하여, 상기 용액 수용 부재로부터 생체의 피부 내부로 인슐린의 방향성 확산을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 무바늘 용액 주입 장치를 42명의 인슐린 환자들에게 임상적으로 실험한 결과, 환자들의 인슐린 제어를 효과적으로 수행하는 것을 발견하였고, 상기 장치에 의한 피부 자극이나 병변들(lesions)을 발생시키지 않았으며, 또한 사용에 있어서의 안전성을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무바늘 용액 주입 장치는 생체 내에 바늘을 사용하지 않고 인슐린 또는 액상 약제를 공급하는 새로운 기술로서 전망이 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무바늘 용액 주입 장치는 용이하고 간단한 사용 방식을 제공할 수 있으므로, 외래 치료 방식 또는 가택 치료 방식으로 사용될 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액 주입방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 도 1의 무 바늘 용액주입장치에 포함되는 용액 수용 부재를 도시하는 사진들이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 작동한 경우의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 패치형 무 바늘 용액주입장치를 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 착용한 환자들의 혈당을 착용 시간에 따른 혈당 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 착용한 환자 M의 혈당을 착용 시간에 따른 혈당 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 착용한 환자 E의 혈당을 착용 시간에 따른 혈당 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 기술적 사상은 당뇨병 대응을 위한 바늘을 사용하지 않는 인슐린 생체 주입에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 기술적 사상은 인슐린에 한정되는 것이 아니며, 생체에 바늘을 이용하지 않고 약제 등의 용액을 주입하는 장치 및 방법을 포함할 수 있다.
무 바늘 인슐린 주입 방식은 인슐린 주입 동안에 환자가 편리함과 편안함을 느낄 수 있으므로, 활발하게 연구되는 분야이다. 무 바늘 인슐린 주입 방식 중 하나는 피부를 통한 인슐린 용액의 확산을 원리로 하고 있다. 인슐린 용액과 같은 액체의 확산은 접촉 부위의 큰 표면 영역을 통하여 발생하고, 일반적으로 수십 제곱 센티미터의 피부의 넓이이며, 주사에 의한 상처를 발생시키지 않을 수 있다. 다만, 주입시의 주된 방해물은 각질층(stratum corneum)으로서, 상기 각질층은 6000개 이상의 원자들로 구성된 인슐린과 같은 큰 분자들에 대한 투과성이 낮다. 따라서, 이러한 각질층 내에 통로 또는 미세 기공들을 형성하기 위하여, 초음파 처리, 레이저 방사 및 전기 및 라디오 주파수 처리와 같은 다양한 물리적 방법들이 적용되어 왔다. 반면, 인슐린의 확산을 용이하게 하도록, 인슐린 분자들은 리포솜 캡슐로 포장되어 투과력을 증가시키는 방법이 제안되고 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치(100)를 도시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 무 바늘 용액주입장치(100)는 몸체(110), 용액 수용 부재(120), 가열 램프(130), 전원(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
몸체(110)는 용액 수용 부재(120), 가열 램프(130), 전원(140) 및 제어부(150)를 내부에 수용할 수 있다. 몸체(110)는 금속, 세라믹, 또는 폴리머로 구성될 수 있다.
용액 수용 부재(120)는 몸체(110)의 일측에 생체의 피부에 접촉하도록 노출되어 위치할 수 있다. 용액 수용 부재(120)는 몸체(110)로부터 분리가능한 탈착 구조를 가질 수 있다. 상기 탈착 구조는 접착제를 이용하는 접착 방식, 몸체에 형성된 홈에 끼워지는 끼움 방식, 몸체에 형성된 결착 요소에 결착되는 결착 방식, 등 다양한 방식으로 이루어 질 수 있다.
용액 수용 부재(120)는 가열 램프(130)에서 방출한 광이 생체의 피부를 직접적으로 가열하도록 상기 광이 투과되는 두께를 가질 수 있다. 용액 수용 부재(120)는 예를 들어 약 0.2 mm 내지 약 1 mm의 두께를 가질 수 있다.
용액 수용 부재(120)는 용액을 수용할 수 있는 구조를 가질 수 있고, 예를 들어 기공을 포함하는 다공성 구조를 가질 수 있다. 용액 수용 부재(120) 내에 형성된 상기 기공 내에 상기 용액이 수용될 수 있다. 또한, 용액 수용 부재(120)는, 예를 들어 약 10 μm 내지 약 900 μm, 예를 들어 약 40 μm 내지 약 500 μm의 기공 크기를 가질 수 있다. 그러나, 상기 용액 수용 부재(120)의 두께 및 기공 크기는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
용액 수용 부재(120)는, 예를 들어 다공성 TiNi을 포함할 수 있다. 그러나, 용액 수용 부재(120)를 구성하는 물질은 예시적이며, 다공성 구조를 형성할 수 있는 모든 종류의 물질을 포함하는 경우도 본 발명 기술적 사상에 포함된다. 용액 수용 부재(120)는 인슐린 용액을 재충전함으로써 반복적으로 사용될 수 있다. 용액 수용 부재(120)에 대하여는 도 3을 참조하여 하기에 상세하게 설명하기로 한다.
가열 램프(130)는, 용액 수용 부재(120)를 가열하도록 광을 방출하고, 몸체(110) 내에 용액 수용 부재(120)에 대향하여 위치할 수 있다. 가열 램프(130)는 용액 수용 부재(120)를 가열하는 광을 방출할 수 있고, 예를 들어 약 880 nm 내지 약 1200 nm 범위의 파장을 가지는 적외선을 방출할 수 있다. 가열 램프(130)는 다양한 광원을 포함할 수 있고, 예를 들어 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 가열 램프(130)는, 예를 들어 적외선 발광다이오드를 포함할 수 있다. 이러한 적외선 방사를 위한 발광다이오드들은 작은 크기 및 높은 광방출을 제공하는 것이 바람직하다. 상기 발광다이오드들의 전력에 요구되는 전류의 수준을 선택함으로써 적외선 방출을 용이하게 제어할 수 있다. 이러한 전류 제어는 하기의 제어부(150)에 의하여 이루어질 수 있다.
가열 램프(130)에 의하여 용액 수용 부재(120)가 가열되어, 용액 수용 부재(120)와 접촉된 상기 피부를 통하여 상기 용액이 상기 생체 내로 주입될 수 있다. 가열 램프(130)에 의한 가열 온도는 상기 생체의 피부를 손상하지 않는 범위에서의 다양한 범위의 온도일 수 있고, 예를 들어 약 20℃ 내지 약 45℃ 범위의 온도일 수 있다.
상기 용액은 생체 내에 주입하기 위한 다양한 액체를 포함할 수 있고, 예를 들어 식염수 또는 포도당 등과 같은 생체 등가액체, 항생제 등과 같은 약제, 인슐린 등과 같은 호르몬일 수 있다. 본 발명은 상기 용액으로서 인슐린을 사용한 경우에 대하여 예시적으로 설명하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
전원(140)은 몸체(110) 내에 위치할 수 있고, 가열 램프(130)와 전기적으로 연결되어 전력을 공급할 수 있다. 전원(140)는 외부 전원과 연결되는 구조를 가지거나, 외부와 분리된 전지 구조를 가질 수 있다. 전원(140)은 예를 들어 건전지와 같이 교체되는 1차 전지를 포함하거나 재충전이 가능한 2차 전지를 포함할 수 있다. 전원(140)은 예를 들어 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지일 수 있다.
제어부(150)는 몸체(110) 내에 위치할 수 있고, 가열 램프(130) 및 전원(140)과 전기적으로 연결되어 제어할 수 있다. 제어부(150)는 가열 램프(130)에 의한 가열 온도를 소정 범위에서, 예를 들어 약 20℃ 내지 약 45℃ 범위로 제어하도록 가열 램프(130)에 공급되는 전원(140)의 전력을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 몸체(110) 내부의 온도를 측정하는 온도 측정 요소(152) 및 전원(140)으로부터 가열 램프(130)로의 공급되는 전력을 제어하는 전력 제어 요소(154)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에서는 제어부(150)가 전원(140)의 일측에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적이며 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 제어부(150)는 무 바늘 용액주입장치(100) 내에 다양한 위치에 위치할 수 있다. 제어부(150)는 집적회로 등 다양한 형태로 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액 주입방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 무 바늘 용액 주입방법(S100)은, 용액을 수용하는 용액 수용 부재를 생체의 피부에 접촉하도록 위치시키는 단계(S110); 상기 용액 수용 부재를 가열 램프를 이용하여 가열하는 단계(S120); 및 상기 가열 램프에 의하여 상기 용액 수용 부재가 가열되어, 상기 용액이 상기 용액 수용 부재와 접촉된 상기 피부를 통하여 상기 생체 내로 주입되는 단계(S130);를 포함한다. 상기 무 바늘 용액 주입방법(S100)은 도 1을 참조하여 상술한 무 바늘 용액주입장치(100)를 이용하여 수행될 수 있고, 또는 다른 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
도 1의 용액 수용 부재(120)는 다양한 다공성 물질을 포함할 수 있다. 용액 수용 부재(120)에 적용될 수 있는 일예로서, 상기 다공성 TiNi 계 물질을 제안한다.
상기 다공성 TiNi 계 물질은 연소 모드에서의 분말 야금 기술 및 자기 전달 고온 합성(selfpropagating high temperature synthesis, SHS) 기술을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 자기 전달 고온 합성 기술의 발달은 셀 세포 조직 공학 및 임상 적용을 위하여 복잡한 구조와 높은 투과성을 갖는 다공성의 새로운 바이오 물질들을 제공할 수 있다. 자기 전달 고온 합성 기술에 대하여 설명하면, 액상을 인입하여 물질 전달의 동역학을 촉진시키고, 이에 따라 고체를 용해시킨다. 채워진 충진물의 일측으로부터 Ni과 Ti의 발열 반응이 발생하고, 이에 따라 열 팽창이 진행되고, 자기 유지(self-sustaining) 방식으로 상기 충진물을 통하여 열이 전달된다. 본 발명에서는, 다공성 TiNi 계 합금이 하기의 분말들을 사용한 자기 전달 고온 합성 방법에 의하여 제조할 수 있다. 상기 분말은 러시아 상품명 또는 러시아 분류로서 Ti-PTM 또는 PTOM 및 Ni-PNK-10T2 또는 PNK-1L5을 사용할 수 있다. 아르곤 가스 분위기 하에서 400℃ 내지 500℃ 범위의 초기 자기 전달 고온 합성 온도에서 수행할 수 있다. 이때에, 연소 파동 전달(combustion wave propagation)의 거동, 상의 형성 및 기공구조에의 시작 분말들, 발화 온도 및 예열 스케쥴과 같은 공정 변수들의 효과가 고려될 수 있다. 이러한 자기 전달 고온 합성의 성공 여부는 충진물을 수용하는 수용체(canister)의 형상에 크게 의존할 수 있다. 본 발명에서는, 55 mm의 내부 직경을 가지고 일단부가 폐쇄된 석영 실린더 슬리브(sleeve)를 사용하였다. 상술한 요소들에 의존하여, 형성된 다공성 몸체는 최소 기공 크기, 최대 기공 크기, 기공 크기 분포 및 기공 벽들, 상, 및 화학 구조의 기공 공간 표면 토폴로지의 표면 조건을 각각 다르게 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 도 1의 무 바늘 용액주입장치(100)에 포함되는 용액 수용 부재(120)를 도시하는 사진들이다.
도 3을 참조하면, 용액 수용 부재의 일예로서 TiNi 계 물질을 나타낸다. 도 3에서 (a)는 상기 용액 수용 부재의 외형 사진이고, (b)는 상기 용액 수용 부재의 주사전자 현미경 사진이다.
형성된 다공성의 TiNi계 물질의 거시적인 구조는, 공정(eutectic) 반응을 통하여 얻은 높은 다공성 물질들에 대하여 모폴로지가 일반적인, 3D 기공 클러스터를 나타낸다. 상기 TiNi계 물질은 큰 개방형 기공들 및 연결된 기공들을 포함하고, 이에 따라 높은 비표면을 가짐을 알 수 있다. 형성한 TiNi계 물질은 기공률은, 예를 들어 약 65% 내지 약 75%이고, 기공 크기 분포는, 예를 들어 약 40 μm 내지 약 900 μm를 가지는 무질서한 다공성 구조를 가지고, 평균 기공 크기는, 예를 들어 약 130 μm 내지 약 170 μm, 예를 들어 약 150 μm이었다. 이러한 다공성 TiNi 계 물질들은 인슐린 용액과 같은 액체 매질을 다공성 공간에 유지시킬 수 있다.
이러한 TiNi 계 물질들과 다양한 생체 유체들과의 상호 작용에 대한 연구로부터, 이러한 TiNi 계 물질들이 효과적이고 용량성의 의학 물질로서 적용될 수 있다.
이러한 TiNi 계 합금들의 전도성 물리적 및 기계적 특성들, 높은 수준의 열이동과 낮은 열전도에 의한 다공성 구조 형성 가능성은 생체 내로 바늘을 사용하지 않고 인슐린을 공급하기 위하여 인슐린의 함유를 효과적으로 가능하게 하는 함유 물질을 제공할 수 있다. 예를 들어, 약 60% 내지 약 70 %의 기공률을 가지면, 전체 용량의 절반 이상의 부피를 인슐린 용액으로 채울 수 있다. 이러한 장치들의 발달은 용액의 확산을 제어하기 위한 적외선 방사의 광원에 의존한다.
다공성 TiNi 기저로부터의 확산 과정은, 점성, 비중, 밀도, TiNi 투과력, 기공 크기, 기공 길이, 외부 환경과 접촉하는 표면적, 및 다공성 몸체의 온도 등과 같은, 많은 요소들에 의존한다. TiNi 다공성 구조의 유체 부피의 변화율과 용액 확산의 기초 파라미터들 사이의 의존성은 하기의 수학식 1과 같다. :
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, ΔQ는 다공성 TiNi계 물질로부터의 액체 확산 속도; k는 확산 계수; ΔT는 다공성 물질의 온도 구배; μ는 액체 점성; ρ는 액체 밀도; V0는 다공성 물질 내의 액체의 초기 부피; S는 샘플의 표면 기공과 세포 조직들 사이의 접촉 면적; Δh는 다공성 물질 내의 액체의 높이; L은 기공들의 평균 길이; P는 기공률; 및 g는 중력 가속도이다. 상기 수학식1에서, 온도 구배를 나타내는 ΔT 는 적외선을 이용하여 변화될 수 있고, 또한 전력량과 적외선의 파장에 의존하여 변화되고, 이러한 변수들에 의하여 용액의 확산율을 조정할 수 있다.
인슐린과 같은 액체의 생체 내의 주입은 용액 수용 부재에 구성된 기공에 의한 모세관 작용과 적외선 방사의 영향으로 인하여 발생되는 것으로 분석되고, 이에 따라 기공 내에 포함된 액체가 생체의 세포 조직 내로 주입될 수 있다. 즉, 열확산(Thermophoresis)은 환자의 피하층(subcutaneous layer) 내로 인슐린 용액의 확산을 자극하는 주요한 물리적 요소가 된다. 즉, 용액 수용 부재가 가열되고, 접촉하는 피부가 가열됨에 따라 상기 피부가 팽윤될 수 있고, 이에 따라 세포 조직 내로 인슐린 용액의 확산을 촉진될 수 있다.
생체 내로의 인슐린의 효과적인 주입, 즉 확산을 위한 주요한 세가지 요소는 인슐린과 피부 사이의 접촉 영역의 온도 구배, 접촉하는 피부의 가열, 적외선에 의한 피부 내부층에의 직접적인 효과이다. 상기 세가지 요소들은 인슐린의 피부를 통한 확산을 유도할 수 있고, 우수한 당뇨병 대응 효과를 나타낼 수 있다.
첫번째 요소인 인슐린과 피부 사이의 접촉 영역의 온도 구배에 대하여 설명하면, 가열 램프에 의한 열(또는 적외선) 제공에 따라 용액 수용 부재 내에 기공에 수용된 인슐린 용액에서 온도 구배가 발생한다. 이러한 온도 구배는 기공 벽들 및 교차지점에서 제공된 열이 방사되어 활성화될 수 있다. 생체의 피부와 접촉하는 용액 수용 부재의 표면으로부터 열이동을 혈류에 의하여 생체가 스스로 제어함에 따라, 상기 용액 수용 부재의 표면에 의한 적외선 방사의 부분적인 흡수에 따른 가열은 필요한 온도 구배를 생성할 수 있다. 즉, 상기 용액 수용 부재가 고온 영역이 되고 상기 생체의 피부가 저온 영역이 되므로 온도 구배가 발생하고, 따라서 고온 영역인 상기 용액 수용 부재로부터 저온 영역인 상기 생체의 피부로 인슐린이 이동되는 구동력이 발생할 수 있다. 이러한 온도 구배의 구동력에 의하여, 상기 생체의 피부 내부로 인슐린을 이동시키게 되고, 이러한 인슐린의 이동성은 상기 용액 수용 부재 및 상기 생체의 피부 사이의 접촉 표면 영역에 분포된 초과 압력의 존재에 의하여 특정될 수 있다. 중요하게는, 인슐린을 포함하는 용액 수용 부재의 "약간 증가된 온도"는 접촉한 생체의 피부 내의 세포조직으로 인슐린을 확산하고 전달하는 활성화에 충분할 수 있다. 무 바늘 용액 주입장치를 동작하는 도중의 열 동력학의 시간 의존성은 "약간 증가된 온도"의 의미를 명확하게 나타내며, 이는 생체의 피부, 예를 들어 손목의 온도와 상기 무 바늘 용액 주입장치의 온도 차이를 고려하는 용어이다.
두번째 요소인 접촉하는 생체의 피부의 가열에 대하여 설명하면, 피부에 접촉 또는 인접하게 위치하는 상기 용액 수용 부재가 가열 램프의 적외선 등에 의하여 가열됨에 따라 이루어질 수 있다. 또한, 상기 용액 수용 부재에 채워진 인슐린이 상기 생체의 피부에 접촉하므로 상기 피부의 온도를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 상기 피부를 팽윤시킬 수 있고, 또한 내부의 세포 조직의 투과성을 증가시킬 수 있다. 상기 용액 수용 부재로부터 상기 생체의 피부 내부의 세포 조직으로 인슐린이 확산되므로, 상기 용액 수용 부재를 가로질러 농도 구배를 발생시키게 되고, 이어서 피부 표면에 대한 젖음 현상과 모세관 현상에 의하여 상기 용액 수용 부재의 내부 기공들로부터 인슐린이 계속하여 보충될 수 있다. 상기 용액 수용 부재로부터 인슐린이 제거되는 비율은 피부의 표면 및 내부 계면에서의 액체 농도와 피부의 흡수력에 의하여 결정될 수 있다. 또한, 일부 연구에서 고려된 바와 같이, 인슐린을 가열하여 피부를 국부 가열함에 의하여 인슐린 흡수를 더 촉진할 수 있다.
세번째 요소인 적외선에 의한 피부 내부층에의 직접적인 효과를 설명하면, 예를 들어 약 920 nm 파장을 가지는 적외선의 경우 피부 내의 약 3 mm 내지 약 4 mm의 깊이로 세포 조직 내로 투과될 수 있다. 예를 들어, 약 880 nm 내지 약 1200 nm 범위의 파장을 가지는 적외선은 강한 열 효과를 가지며, 피부, 점막(mucous membranes), 또는 각막(cornea) 내에서 및 중추 신경계의 시상하부(hypothalamus) 및 척수(spinal cord) 내에서 열 수용체를 방출할 수 있다. 상기 광은 생체 세포 조직의 약 2 cm 내지 약 4 cm의 깊이까지도 침투할 수 있다. 이러한 적외선의 투과 깊이는 파장, 피부의 수분, 혈액 공급, 색소 정도, 및 개인적인 요소들에 의존할 수 있다. 이와 같이, 활성화된 열수용체들에서의 신호들은 시상하부 또는 척수에 위치한 체온조절 중추에 입력되고, 결과적으로 체온조절반응들은 피부의 혈관확장, 혈액 부피의 국부적인 증가 및 땀의 증가를 나타낼 수 있다. 신경반사반응들은 내부 기관들과 직접적으로 관련된 피부 부분들의 반사 영역 상에 적외선의 결과로서 발생할 수 있다. 예를 들어, 국부적이고 조직적인 순환의 체액 조절에서 중요한 역할을 하는 브래디키닌(bradykinin) 및 칼리딘(kallidin)과 같은 생활성화 물질의 형성을 나타낼 수 있다. 상기 브래디키닌은 강한 혈관 확장 효과를 가지고, 국부적으로 및 조직적으로 관찰될 수 있다. 적절한 양의 적외선은 재생 프로세스를 증가시킬 수 있고, 또한 신진대사 증진, 세포 증식, 및 효소작용 강화의 효과를 제공할 수 있다. 이러한 적외선 방사는 다공성 TiNi계 물질인 용액 수용 부재로부터 피부 내의 세포 조직으로의 액체 이동을 급격히 가속할 수 있다. 젖은 피부 표면 상으로의 열 유동은 경계층에서 온도 구배를 형성할 수 있다. 이어서, 상기 용액 수용 부재의 내부 기공을 통하여 적외선 방사가 통과하여 피부에 도달하게 되면, 혈관 확장이 발생하게 되고, 인접한 세포 조직 내로도 인슐린 확산을 가속시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치(100)를 도시하는 개략도이다.
도 4를 참조하면, (a)는 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치의 외관을 나타내고, (b)는 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치의 착용예를 나타낸다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 무 바늘 용액주입장치는 인슐린의 용이한 주입을 위하여 가장 얇은 피부 영역에 적용될 수 있고, 예를 들어 팔꿈치 또는 손목, 발목 등일 수 있다.
상기 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치(100)의 크기는 45mm x 30mm x 16mm이다. 내부에 설치된 전원(140, 도 1 참조)은 840 mA 및 5V의 리튬이차전지를 사용할 수 있다. 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치(100)의 크기는 착용하는 환자의 평균 손목 크기와 리튬 이차전지의 크기에 의하여 결정될 수 있다. 도 4의 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치(100)의 총 무게는 51 g이다.
손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치(100)의 일측에는, 전원 단추(160), LED 표시등(170), 및 충전을 위한 미니 USB 포트(180) 등이 설치된다. 또한, 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치(100)를 손목 또는 발목에 부착할 수 있는 가죽 등의 재질의 스트랩(190)을 더 포함할 수 있다.
용액 수용 부재(120)는 착용하는 환자의 피부에 접촉하도록 노출되어 있다. 용액 수용 부재(120)는 상술한 다공성 TiNi계 물질을 이용한다. 상기 다공성 TiNi계 물질은 전기 방전 와이어 절단으로 형성할 수 있고, 본 예에서는 45mm x 30mm x 0.7mm의 크기를 가진다. 용액 수용 부재(120)는 인슐린 용액을 함유할 수 있다.
가열 램프(130)는 920 nm 의 파장을 가지는 적외선을 방출하고, 120 mW의 전력 소비를 가질 수 있다. 이러한 가열 램프(130)는, 예를 들어 "Kingbrig" 형 L-53SF6C LED들을 사용할 수 있고, 이를 6 개를 설치할 수 있다.
이하에서는, 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치의 동작방법에 대하여 설명하기로 한다.
손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치는 착용하는 환자가 간단하게 사용할 수 있는 장점을 가진다. 무 바늘 용액주입장치의 동작 원리는, 전원(140, 도 1 참조)의 전기 에너지를 가열 램프(130, 도 1 참조)에 제공하여 용액 수용 부재를 가열하는 열 유동에 의한다. 먼저, 전원으로서 상기 리튬이차전지를 완전히 충전한다. 인슐린이 완전히 충전된 용액 수용 부재를 설치한다. 상기 용액 수용 부재는 하우진 그루브를 가질 수 있다. 이어서, 상기 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치를 손목이나 발목 상에 위치시키고, 상기 스트랩을 이용하여 고정시킨다. 이어서, 전원 단추(160)를 켜서 손발목 착용형 무 바늘 용액주입장치를 작동시킨다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 작동한 경우의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 작동 시작에서 약 20℃로부터 증가되며 약 4분 내지 약 5분 후에 약 45℃에 도달하여 유지된다. 약 45℃에 도달하게 되면, 착용하는 환자의 체내로 인슐린 주입이 시작될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 패치형 무 바늘 용액주입장치를 도시하는 개략도이다.
도 6을 참조하면, 상기 패치형 무 바늘 용액주입장치는 상술한 무 바늘 용액 주입장치(100)를 덮는 접착 부재(195)를 더 포함한다. 접착 부재(195)는 생체의 피부에 접착되는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 도 6에서는 접착 부재(195)가 무 바늘 용액 주입장치(100)를 전체적으로 덮도록 도시되어 있으나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니고, 무 바늘 용액 주입장치(100)를 고정하는 수준으로 접착 부재(195)가 제공되는 다양한 방식을 포함할 수 있다.
실험예
이하에서는 본 발명의 무 바늘 용액주입장치의 효율을 검증하기 위하여, 임상적으로 적용한 실험예를 설명하기로 한다.
상기 실험예에서는 42명의 당뇨병 환자들에게 적용하였다. 상기 실험예는 시베리안 스테이트 의과 대학의 윤리 의원회의 승인을 받은 헬싱키 선언을 준수하여 수행되었고, 수행 전에 모든 환자들에게 동의를 받았다. 다양한 초기 고혈당 수준을 가지는 환자들이 참여하였다.
실험 참여를 위한 기준은 (1) 18세 내지 80세의 연령, (2) 제1형 당뇨병 또는 제2형 당뇨병, (3) 130 mg/dl 내지 190 mg/dl 범위의 LDL-콜레스테롤 수치, (4) 25 kg/m2 내지 30 kg/m2 범위의 체질량 지수, (5) 150 mg/dl 내지 400 mg/dl 범위의 트리글리세라이드(Triglycerides) 수치, 및 (6) 125 mg/dl 이하의 공복혈당(Fasting plasma glucose) 수치이었다.
실험 배제를 위한 기준은, (1) 암환자, (2) 지방 또는 당 신진대사에 간섭할 수 있는 약제들을 불규칙적 또는 비안정적으로 복용하는 경우, (3) 만성 위장질환자 및 치료를 위한 약제를 복용하는 경우, (4) 갑상샘, 간, 신장, 또는 근육 환자, (5) 인슐린에 대한 알러지 또는 거부 반응을 갖는 경우, 및 (6) 본 실험에 대해 불규칙한 영향을 줄 수 있는 의학적 수술적 조건을 갖는 경우이다.
각각의 실험대상환자들의 개인 데이터, 이력, 및 약제 병력을 시작 시점에서 문진하였다. 환자들은 실험 전에 일반적인 음식 섭취와 작업 활동은 계속하고, 환자들은 이전의 혈당감소 치료, 예를 들어 인슐린 또는 약제들을 투여하는 것 등을 중단할 것을 요청하였다. 인체 측정학 파라미터들, 혈류역학 파라미터들 및 생화학 파라미터들을 시작 시점에서 수집하었다. 기립성(orthostatic) 및 크리노스테트(clinostatic) 심장 수축(systolic) 및 심장 확장(diastolic) 혈압을 측정하여 혈류역학 파라미터들을 수집하였다. 또한, 기립성 및 크리노스테트 손목 혈압 및 심장 주파수를 측정하였다. 상기 환자들의 혈당은 393 및 436의 테스트 스트립으로 아큐첵 액티브 글루코스미터(Accu-Chek Active glucose meter)를 이용하여 측정하였다.
무 바늘 용액주입장치를 환자들의 손목에 부착한 후에, 초기 시점(0분 후로 지칭함), 30분 후, 60분 후에 혈당을 각각 측정하였다. 참고로, 무 바늘 용액주입장치에는 단기 작용 인슐린(2 가지의 인슐린 Actrapid® HM 및 Rinosulin® NPH)의 10 유니트들이 장치의 표면의 용액 수용 부재에 투입되어 균일하게 분포시켰다. 측정한 혈당 데이터는 데이터는 윈도우용 Statistical 5.0을 이용하여 해석하였다.
표 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 착용한 환자들의 혈당을 착용 시간에 따른 혈당 변화를 나타내는 표이다. 기재된 수치의 단위는 mmol/L이다.
| 환자번호 | 0분 | 30분 | 60분 | 환자번호 | 0분 | 30분 | 60분 |
| 1 | 17.3 | 12.8 | 9.9 | 22 | 14.7 | 10.9 | 7.7 |
| 2 | 19.6 | 11.7 | 9.2 | 23 | 15.6 | 11.0 | 7.4 |
| 3 | 16.7 | 12.6 | 9.1 | 24 | 18.2 | 13.2 | 8.5 |
| 4 | 18.6 | 11.2 | 8.8 | 25 | 17.9 | 12.6 | 7.6 |
| 5 | 16.1 | 10.6 | 7.9 | 26 | 14.7 | 10.9 | 7.7 |
| 6 | 16.3 | 11.0 | 8.7 | 27 | 17.5 | 12.5 | 8.4 |
| 7 | 17.4 | 10.8 | 8.6 | 28 | 14.8 | 8.4 | 6.6 |
| 8 | 15.2 | 9.5 | 7.2 | 29 | 18.1 | 13.2 | 8.9 |
| 9 | 16.2 | 11.9 | 8.0 | 30 | 16.0 | 11.1 | 7.3 |
| 10 | 19.4 | 13.9 | 9.5 | 31 | 17.7 | 12.5 | 7.8 |
| 11 | 15.2 | 10.5 | 6.9 | 32 | 15.9 | 9.4 | 6.5 |
| 12 | 18.1 | 12.3 | 7.6 | 33 | 18.4 | 12.9 | 8.7 |
| 13 | 16.4 | 11.6 | 7.4 | 34 | 20.8 | 14.7 | 9.9 |
| 14 | 15.5 | 10.2 | 6.3 | 35 | 18.3 | 12.2 | 7.3 |
| 15 | 17.7 | 12.0 | 8.8 | 36 | 14.9 | 9.8 | 6.8 |
| 16 | 19.8 | 14.9 | 10.4 | 37 | 19.1 | 14.1 | 10.2 |
| 17 | 14.7 | 8.6 | 6.7 | 38 | 17.5 | 12.0 | 7.4 |
| 18 | 17.5 | 13.1 | 8.4 | 39 | 15.7 | 11.5 | 7.1 |
| 19 | 14.3 | 10.7 | 7.9 | 40 | 18.3 | 13.4 | 8.4 |
| 20 | 18.0 | 14.6 | 9.5 | 41 | 15.8 | 10.2 | 6.5 |
| 21 | 16.4 | 12.8 | 8.6 | 42 | 17.2 | 12.8 | 7.9 |
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 착용한 환자들의 혈당을 착용 시간에 따른 혈당 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7은 표 1의 결과를 통계 처리하여 작성한 그래프이다.
표 1 및 도 7을 참조하면, 평균 혈당은 0분 후 약 17.11 mmol/L이고, 30분 후 약 11.92 mmol/L이고, 60분 후 약 8.16 mmol/L이었다. 착용 후 30분 중에 혈당이 상대적으로 급격하게 감소되었고, 이후 혈당의 감소 정도가 완만하게 변하면서 계속 감소되는 경향을 나타내었다. 약 120분 후에는 혈당의 안정 상태가 도달됨을 확인할 수 있다. 혈당의 평균 감소는 약 56%이고, 모든 환자들에게 부작용이 발견되지 않았다. 따라서, 혈당 감소의 중요한 효과는 착용 후 30분 이후 내지 120분 이전의 범위에서 발생되는 것으로 분석된다.
임상 케이스 #1
환자 M: 연령 70세; 케이스 번호 #A1016; 제2형 당뇨병; 인슐린을 필요로 함; 심각한 대상부전(decompensation)을 나타냄; 및 당뇨병 수족 증후군으로 좌측 발의 넷째 발가락에서 영양장애성궤양(trophic ulcer)이 나타남; 및 기본 치료로서 Siofor 850- b.i.d., NovoMix 20U-16U를 수행하였다. 환자 E에 대하여 무 바늘 용액주입장치를 적용하였다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 착용한 환자 M의 혈당을 착용 시간에 따른 혈당 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 환자 M의 혈당은 0분 후 약 17.3 mmol/L, 30분 후 약 12.8 mmol/L, 및 60분 후 약 9.9 mmol/L로 나타났다. 혈당이 정상화된 후에, 일반적이고 국부적인 치료를 계속 진행하였고, 발병된 영양장애성 궤양이 치료되었으며, 퇴원 시 환자 M의 혈당 수준은 약 5.3 mmol/L로 나타나 정상 수준에 도달하였다.
임상 케이스 #2
환자 E: 연령 53세; 케이스 번호 #A1263; 갈증, 다뇨증, 및 가족 병력에 의하여 혈당 수준의 정해진 결정 동안 6년 전에 당뇨병 진단받음; 및 환자는 장기적으로 메트포르민(metformin) 및 설포닐유레아(sulfonylurea)의 다양한 조합을 의료처리 받았다. 환자 E에 대하여 무 바늘 용액주입장치를 적용하였다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무 바늘 용액주입장치를 착용한 환자 E의 혈당을 착용 시간에 따른 혈당 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 환자 E의 혈당은 0분 후 약 19.6 mmol/L, 30분 후 약 11.7 mmol/L, 및 60분 후 약 9.2 mmol/L로 나타났다. 환자 E의 상기 장치를 이용한 혈당의 점진적인 감소 및 이에 관련된 부수 효과들과 같은 긍정적인 결과들이 명확하게 관찰되었다. 이어서 혈당 제어를 위한 선택된 치료를 계속하기로 결정하였다. 환자 E의 혈당 수준은 약 6.5 mmol/L로 나타나 정상 수준에 도달하였다.
상기 임상 케이스들은 경피를 통한 인슐린 투여의 효율성 및 실행을 위한 무 바늘 장치의 효율성을 명확하게 나타냄을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무 바늘 용액주입장치 및 방법의 의학적 효과가 검증된 것으로 사료된다. 또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무 바늘 용액주입장치 및 방법은 다른 약제들에의 생체 주입에 대하여 확장될 수 있고, 따라서 의료 행위에 광범위하게 응용될 수 있다.
결론
본 발명의 기술적 사상에 따른 무 바늘 용액주입장치 및 방법은 당뇨병 치료를 주요한 목적으로 하며, 구체적으로 고혈당을 정상 수준의 혈당으로 감소시키는 것이다. 현재까지의 인슐린 주입은 생체 내에 인슐린을 공급하거나 또는 생체 내로부터 자연적인 인슐린 분비를 자극하는 것으로서, 다양한 방식의 인슐린 주입 방식이 제안되어왔다. 장기 작용을 위한 인슐린 주입은 인슐린의 기초 분비를 자극하기 위한 것이고, 음식 섭취 30분 전과 같은 단기 작용을 위한 인슐린 주입은 음식 섭취 후의 과혈당증에 상응하도록 혈액 내의 인슐린 수준을 추가적으로 증가시키는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 무 바늘 용액주입장치 및 방법은 바늘을 사용하지 않고, 인슐린 주입부분에 해당되는 피부를 국부적으로 가열하여 인슐린의 생체 내 주입 및 흡수를 가속시키는 것이며, 이에 대한 기존의 연구 결과들을 검토하였다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 무 바늘 용액주입장치 및 방법을 이용하여, 42명의 인슐린 환자들을 대상으로 임상적으로 인슐린 공급의 효율성을 검증하였다. 구체적으로, 무 바늘 장치에 의하여 피부에 국부적으로 가열함으로써, 저혈당증의 위험 증가 없이 인슐린의 체내 주입 및 흡수에 효과적이었다. 이러한 국부적 피부 가열은 루프를 폐쇄하도록 하고, 전체적인 인슐린 공급이 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 주입 위치의 피부의 온도 증가는 환자에 다른 부작용을 발생시키지 않으므로, 인슐린의 주입을 증가시키기에 충분하다고 분석된다. 또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무 바늘 용액주입장치 및 방법은 피부 자극 또는 병변들(lesions)을 발생시키지 않으며, 사용에 안전함을 알 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 무 바늘 용액주입장치 및 방법은 환자들에게 일상 생활에서의 당뇨병 치료에 대한 통상적인 제약을 완화 또는 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 무 바늘 용액주입장치 및 방법은 인슐린과 액상 약제를 공급하는 신 기술로서 전망이 있음을 보여준다. 따라서, 적외선과 다공성 투과성 자기 전달 고온 합성 TiNi 합금의 이용은 새로운 무 바늘 용액주입장치 및 방법을 발전시키는 기회를 제공할 수 있다. 향후, 당뇨병 환자에 대한 음식 구성, 및 투입 시간과 같은 개인 요소들의 중요성 및 기능은 미래의 연구 과제로 제안할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (13)
- 몸체;상기 몸체의 일측에 생체의 피부에 접촉하도록 노출되어 위치하고 용액을 수용하는 용액 수용 부재;상기 용액 수용 부재를 가열하도록 광을 방출하고, 상기 몸체 내에 상기 용액 수용 부재에 대향하여 위치하는 가열 램프;상기 몸체 내에 위치하고, 상기 가열 램프에 전력을 공급하는 전원; 및상기 몸체 내에 위치하고, 상기 전원과 상기 가열 램프와 전기적으로 연결되어 제어하는 제어부;를 포함하고,상기 가열 램프에 의하여 상기 용액 수용 부재가 가열되어, 상기 용액이 상기 용액 수용 부재와 접촉된 상기 피부를 통하여 상기 생체 내로 주입되는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가열 램프에 의하여 가열된 상기 용액 수용 부재와 상기 피부 사이에 발생하는 온도 구배에 따라 상기 용액이 상기 생체 내로 주입되는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 용액은 인슐린을 포함하는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 용액 수용 부재는 기공을 포함하는 다공성 구조를 가지고, 상기 용액은 상기 기공 내에 수용되는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 용액 수용 부재는 TiNi을 포함하는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 용액 수용 부재는, 상기 가열 램프에 의하여 방출된 광이 상기 피부를 직접적으로 가열하도록, 상기 광이 투과되는 두께를 가지는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 용액 수용 부재는 65% 내지 75%의 기공률 및 40 μm 내지 900 μm의 기공 크기 분포를 가지고, 130 μm 내지 170 μm 의 평균 기공 크기를 가지는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 용액 수용 부재는 상기 몸체로부터 분리가능한 탈착 구조를 가지는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가열 램프는 적외선 발광다이오드를 포함하는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가열 램프에 의한 가열 온도는 20℃ 내지 45℃ 범위인, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 전원은 1차 전지 또는 2차 전지를 포함하는, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 무 바늘 용액 주입 장치는 손발목 착용형 또는 패치형인, 무 바늘 용액 주입 장치.
- 용액을 수용하는 용액 수용 부재를 생체의 피부에 접촉하도록 위치시키는 단계;상기 용액 수용 부재를 가열 램프를 이용하여 가열하는 단계; 및상기 가열 램프에 의하여 상기 용액 수용 부재가 가열되어, 상기 용액이 상기 용액 수용 부재와 접촉된 상기 피부를 통하여 상기 생체 내로 주입되는 단계;를 포함하는, 무 바늘 용액 주입 방법.
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