KR20020035694A - A micro syringe device and the manufacturing method - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은 질병의 진단과 치료에 사용되는 초소형 혈관내시경의 단부에 부착되어 내시경과 함께 신체내부로 진입됨으로써 소량의 약물을 혈관내의 필요부위에 주사할 수 있게 하는 초소형 주사기 및 그를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.Disclosed is an ultra-small syringe which is attached to the end of an ultra-small endoscope used for the diagnosis and treatment of a disease and enters the body together with the endoscope so that a small amount of drug can be injected into a necessary area in the blood vessel and a method for manufacturing the same. It is about.
이러한 본 발명의 초소형 주사기는 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 직경 1.5mm이하의 크기로 제작할 수 있어 내시경과 함께 체내삽입이 용이함은 물론, 혈관 내시경의 끝에 부착하여 수 마이크로리터 혹은 그 이하의 주사액을 정량적으로 손쉽게 인체내부의 환부에 직접 주사할 수 있다. 또한, 구동박막이 실리코온 러버막으로 제작되므로 구동이 안정적이고 구동성능이 향상될 뿐만 아니라, 인체내부에서 주사액을 분사하여 환부에 주사하는 분사력을 작동액을 전기분해하여 얻음으로써 주사시 열이 발생되지 않아 체내에서 안전하게 사용할 수 있다. 이에 본 발명은 의료기기에 있어 무엇보다도 중요한 안전성을 확보하는 동시에 사용자에게 기기의 신뢰성을 부여한다.The micro-injector of the present invention can be manufactured with a diameter of 1.5mm or less by using micromachining technology, so that it can be easily inserted into the body together with the endoscope, and attached to the end of the vascular endoscope to quantitatively dispense several microliters or less of the injection solution. Easy injection directly into the affected area inside the body. In addition, since the driving thin film is made of a silicon rubber membrane, the driving is not only stable and the driving performance is improved, but also the heat generated during the injection is obtained by electrolyzing the working fluid by spraying the injection liquid from the inside of the human body and injecting it into the affected area. It can not be used safely in the body. Accordingly, the present invention secures the most important safety in the medical device and at the same time gives the user the reliability of the device.
Description
본 발명은 신체내부로 진입되어 주사액을 해당 부위에 주사하는 주사기에 관한 것으로, 특히 질병의 진단과 치료에 사용되는 초소형 혈관내시경의 단부에 부착되어 내시경과 함께 신체내부로 진입됨으로써 소량의 약물을 혈관내의 필요부위에 주사할 수 있게 하는 초소형 주사기 및 그를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a syringe that enters the body and injects the injection solution to the corresponding site, and in particular, is attached to the end of the microscopic endoscope used for the diagnosis and treatment of the disease and enters the body together with the endoscope so that a small amount of the blood vessel It relates to an ultra-small syringe that can be injected into the required area in the inside and a method for manufacturing the same.
일반적으로, 병을 치료하는 데 있어 약물치료는 무엇보다도 중요한 치료방법중 하나이다. 이러한 약물치료는 크게 복용하는 방법과 주사기를 이용하여 피부를 통해 약물을 주입하는 방법이 있다. 특히, 주사기를 통해 약물을 주입하는 방법은 통상 외부에서 피부를 통해 주입되므로 정확한 환부에 약물을 투입할 수 없는 문제를 안고 있으며, 이 때문에 약효력이 제대로 발휘되지 못하는 문제에 봉착하고 있다. 따라서, 이러한 점을 개선하고자 미세한 내시경등을 이용하여 체내 환부에 직접적으로 약물을 주입하는 기술이 개발되고 있는 추세이다. 특히, 최근에는 마이크로머시닝 기술을 이용한 삼차원적인 마이크로소자의 제작이 가능해짐에 따라 미소유량제어를 위한 마이크로 유체장치에 대한 관심이 증폭되고 있으며, 그 연구 또한 증대되고 있는 실정이다. 이 연구의 일환으로 의공학분야에서는 초소형 내시경에 장착하여 사용할 수 있는 초소형의 액체주사기에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.In general, medication is one of the most important treatments for treating diseases. These medications can be taken in large doses or by injecting drugs through the skin using a syringe. In particular, the method of injecting the drug through the syringe is usually injected through the skin from the outside has the problem that the drug can not be injected into the correct affected area, and thus suffers from the problem that the drug efficacy is not properly exhibited. Therefore, in order to improve this point, a technique of injecting drugs directly into the affected part of the body using a microscopic endoscope is being developed. In particular, as the manufacture of three-dimensional microdevices using micromachining technology becomes possible, interest in microfluidic devices for microfluidic flow control has been amplified, and the research has been increasing. As a part of this research, the medical engineering field is actively researching the micro liquid syringe which can be attached to the micro endoscope.
본 발명의 목적은 종래 주사기가 갖는 문제점을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 초소형 혈관내시경의 단부에 부착되어 내시경과 함께 신체내부로 진입됨으로써 소량의 약물을 혈관내의 필요부위에 신속하고 정확하게 주사할 수 있는 카테터부착용 초소형 주사기를 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the conventional syringe, which is attached to the end of the microscopic endoscope to enter the body with the endoscope to quickly and accurately inject a small amount of the drug into the required area in the blood vessels An ultra-small syringe for catheter attachment is provided.
또한, 본 발명의 다른 목적은 마이크로 머시닝기술을 이용하여 상기 초소형 주사기를 보다 정밀하고 용이하게 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the micro-injector more precisely and easily using a micro machining technology.
도 1은 본 발명에 따른 카테터부착용 초소형 주사기의 구조를 보여주는 단면도,1 is a cross-sectional view showing the structure of a catheter attached ultra-small syringe according to the present invention,
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 A-A선, B-B선, C-C선에 따른 단면도들,2A to 2C are cross-sectional views taken along line A-A, line B-B, and line C-C of FIG. 1,
도 3은 본 발명에 따른 주사기중 상부기판의 구조를 상세히 보여주는 사시도,Figure 3 is a perspective view showing in detail the structure of the upper substrate of the syringe according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 주사기에서 중간기판을 위에서 본 평면도,4 is a plan view from above of the intermediate substrate in the syringe according to the present invention;
도 5a 및 도 5b는 본 발명에서 하부기판의 분리사시도 및 그 조립사시도,5a and 5b is an exploded perspective view and an assembled perspective view of the lower substrate in the present invention,
도 6a 및 도 6b는 본 주사기를 내시경에 고정하는 결합편의 사시도 및 그 결합구조를 보여주는 측면도,6a and 6b is a side view showing a perspective view and a coupling structure of the coupling piece for fixing the syringe to the endoscope,
도 7a 내지 도 7k는 본 발명에 따른 초소형 주사기의 제조방법을 설명하기 위한 도면들,7A to 7K are views for explaining a method of manufacturing a micro syringe according to the present invention;
도 8은 본 주사기의 작동을 혈압하에서 시험하기 위한 장치의 구성도,8 is a block diagram of an apparatus for testing the operation of the syringe under blood pressure;
도 9는 본 주사기를 대기압하에서 시험하는 주사량시험사진,9 is a dose test photograph of the syringe under atmospheric pressure;
도 10은 도 8과 도 9의 시험에서 얻은 대기압과 혈압하에서의 주사량비교표.10 is a comparison table of the injection amounts under atmospheric pressure and blood pressure obtained in the tests of FIGS. 8 and 9.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명* Code descriptions for the main parts of the drawings
10 : 상부기판11 : 주사액수용홈10: upper substrate 11: groove for receiving liquid
12 : 연결홈13 : 요홈12: connecting groove 13: groove
20 : 중간기판21 : 구동박막20: intermediate substrate 21: driving thin film
22 : 분사노즐30 : 하부기판22: injection nozzle 30: lower substrate
31 : 연결홈32 : 작동액충전구31: connecting groove 32: working liquid filling hole
33 : 전기저항체34 : 절연막33: electric resistor 34: insulating film
35 : 전극36 : 요홈35 electrode 36 recess
40 : 결합편41 : 삽입돌출부40: coupling piece 41: insertion protrusion
42 : 전선42: wires
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초소형 주사기는 내시경의 카테터에 부착되어 체내로 주입되어 환부에 약물을 주사하는 장치에 있어서, 상기 주사약물을 수용하는 주사액수용홈을 구비하며, 상기 내시경에 부착하기 위한 연결홈을 갖는 상부기판; 상기 상부기판의 저면부에 접합되며, 절손된 중심부위에 고정되어 신축가능한 탄성의 구동박막과 상면부에 요입형성된 분사노즐을 구비하고, 상기 구동박막이 수축/팽창함에 따라 상기 구동박막의 상면과 상기 주사액수용홈이 형성한 주사액실에 주사액을 주입하고 외부로 분사하는 중간기판; 및 상기 중간기판의 저면부에 접합되어 상기 구동박막의 하면과 작동액실을 이루며, 상기 상부기판의 연결홈과 대응되는 부위에 연결홈을 구비하는 한편, 그로부터 일정간격 이격한 내측에 작동액충전구를 구비하고 상기 작동액실에 작동액을 충전하여 작동액을 팽창수축시킴에 의하여 상기 구동박막을 구동하는 하부기판을 포함한다. 특히, 상기 하부기판은 외부에서 인가된 전압에 의해 상기 작동액을 가열하는 전기저항체와, 그 상부에 개재되는 절연막 및, 외부인가전압에 의해 작동액을 전기분해하는 전기분해용 전극이 차례로 적층되어 구성되는 것을 특징으로 한다.In the micro-injector according to the present invention for achieving the above object is attached to the catheter of the endoscope is injected into the body to inject the drug into the affected area, the injection syringe receiving groove for receiving the injection drug, the endoscope An upper substrate having a connection groove for attaching; It is bonded to the bottom surface of the upper substrate, and is fixed on the broken center portion is provided with a stretchable elastic drive thin film and the injection nozzle formed in the upper surface portion, and as the drive thin film shrinks / expands the top surface and the An intermediate substrate injecting the injection liquid into the injection liquid chamber formed by the injection liquid receiving groove and injecting the injection liquid to the outside; And a working groove formed at a portion corresponding to the bottom of the driving thin film to be connected to the bottom surface of the intermediate substrate, and having a connecting groove at a portion corresponding to the connecting groove of the upper substrate, and spaced at a predetermined interval therefrom. And a lower substrate for driving the driving thin film by expanding and contracting the working liquid by filling the working liquid in the working liquid chamber. In particular, the lower substrate is sequentially stacked with an electrical resistor for heating the working fluid by a voltage applied from the outside, an insulating film interposed thereon, and an electrode for electrolysis for electrolyzing the working fluid by an externally applied voltage. It is characterized in that the configuration.
또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초소형 주사기제조방법은 실리콘기판에 가열용 전기저항체를 형성하고, 절연막을 증착한 다음, 절연막 위에 전기분해용 전극을 형성하는 하부기판제작단계; 실리콘기판의 상하면을 마스크로 식각하여 중간부위를 절손시키고 분사노즐을 형성시킨 다음, 절손부위에 실리코온 러버를 도포하여 구동박막을 형성하는 중간기판제작단계; 상기 단계들에 의해 제작된 중간기판과 하부기판을 접착하여 경화하는 하부기판과 중간기판접합단계; 실리콘 기판의 저면부를 식각하여 소정공간을 갖는 주사액수용홈을 형성하는 상부기판제작단계; 및 상기 단계에서 제작된 상부기판을 접합된 하부기판과 중간기판 상부에 올려놓아 일체로 접합하는 단계를 포함한다.In addition, the micro-syringe manufacturing method according to the present invention for achieving the above another object is a lower substrate manufacturing step of forming a heating electrical resistor on a silicon substrate, depositing an insulating film, and forming an electrode for electrolysis on the insulating film; An intermediate substrate manufacturing step of forming a driving thin film by etching upper and lower surfaces of the silicon substrate with a mask to cut an intermediate portion and to form a spray nozzle, and then applying a silicon rubber to the broken portion; Bonding the lower substrate and the intermediate substrate to harden by bonding the intermediate substrate and the lower substrate prepared by the above steps; An upper substrate manufacturing step of forming a scanning liquid receiving groove having a predetermined space by etching the bottom portion of the silicon substrate; And placing the upper substrate manufactured in the above step on the bonded lower substrate and the intermediate substrate, and bonding them integrally.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 카테터부착용 초소형 주사기의 구조를 보여주는 단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선, B-B선, C-C선에 따른 단면도들이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 주사기중 상부기판의 구조를 상세히 보여주기 위해 뒤집어서 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 주사기에서 중간기판을 위에서 본 평면도이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에서 하부기판의 분리사시도 및 평면도이다.Figure 1 is a cross-sectional view showing the structure of the catheter attached ultra-small syringe according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A, B-B, C-C of FIG. In addition, Figure 3 is a perspective view inverted to show in detail the structure of the upper substrate of the syringe according to the invention, Figure 4 is a plan view from above of the intermediate substrate in the syringe according to the invention, Figures 5a and 5b In the invention is a perspective view and a separate perspective view of the lower substrate.
본 초소형 주사기는 상부기판(10)과 중간기판(20) 및, 하부기판(30)이 차례로 적층접합되어 구성된다. 여기서, 제일 윗층을 이루고 있는 상부기판(10)은 도 3에서 보는 바와 같이 저면부에 주사액을 수용하는 주사액수용홈(11)이 형성되어 있으며, 그와 인접하여 연결홈(12)이 구비되어 있다.The ultra-small syringe is configured by laminating and bonding an upper substrate 10, an intermediate substrate 20, and a lower substrate 30 in this order. Here, as shown in FIG. 3, the upper substrate 10 forming the uppermost layer has an injection solution receiving groove 11 for receiving an injection liquid at a bottom surface thereof, and a connection groove 12 is provided adjacent thereto. .
상부기판(10)과 하부기판(30) 사이에 개재되어 위치하고 있는 중간기판(20)은 도 4에 도시한 바와 같이 중앙부위가 절손되어 구동박막(21)이 고정되어 있으며, 그와 인접하여 상부면에는 주사액을 분사하는 분사노즐(22)이 형성되어 있다. 이 분사노즐(22)은 상부기판(10)에 의해 상부가 밀폐되어 도 2a와 같이 주사액이 외부로 주사되는 유로를 형성하며, 위의 구동박막(21)은 고신축성을 갖는 실리코운 러버(Shin Etsu KE1800)로 제작된다. 특히, 중간기판(20)의 구동박막(21)은 그 상부면쪽으로 주사액수용공간을 형성하여, 도 2b에 나타낸 바와 같이 그와 대면하고 있는 상부기판(10)의 주사액수용홈(11)과 더불어 주사액실(Ca)을 이룬다. 이 주사액실(Ca)에 채워지는 주사액의 부피는 약 1㎕ 정도가 바람직하다. 또한, 중간기판(20)의 구동박막(21) 하부면쪽으로는 하부기판(30)과의 공간이 형성되어작동액실(Cb)을 형성하게 된다. 여기에 충전되는 작동액으로는 기화 및 전기분해성이 양호한 액체가 사용된다.As illustrated in FIG. 4, the intermediate substrate 20 interposed between the upper substrate 10 and the lower substrate 30 is broken in the center portion, and the driving thin film 21 is fixed. The injection nozzle 22 which injects an injection liquid is formed in the surface. The injection nozzle 22 is closed by the upper substrate 10 to form a flow path through which the injection liquid is injected to the outside as shown in FIG. 2A, and the driving thin film 21 has a high elastic silicone rubber (Shin). Etsu KE1800). In particular, the driving thin film 21 of the intermediate substrate 20 forms an injection liquid receiving space toward the upper surface thereof, and together with the injection liquid receiving groove 11 of the upper substrate 10 facing it as shown in FIG. 2B. It forms an injection liquid chamber Ca. The volume of the injection solution filled in the injection solution chamber Ca is preferably about 1 μl. In addition, a space with the lower substrate 30 is formed on the lower surface of the driving thin film 21 of the intermediate substrate 20 to form the working liquid chamber Cb. As the working liquid to be filled therein, a liquid having good vaporization and electrolysis property is used.
하부기판(30)은 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이 상부기판(10)의 연결홈(12)과 대면하고 있는 부위에 연결홈(31)이 형성되어 있으며, 전술한 작동액실(Cb)에 작동액을 공급하기 위한 충전구(32)들이 하방을 관통하며 천공되어 있다. 이 충전구(32)들은 기판에 일정간격 이격하여 한쌍이 형성되어 있으며, 그 사이의 기판상에는 가열용 전기저항체(히터)(33)가 배설되어 있다. 그리고, 가열용 전기저항체(33)의 상부에는 절연막(34)이 형성되고, 그 위에 다시 전기분해용 전극(35)이 구비된다. 이와 같이 가열용 전기저항체(33), 절연막(34), 그리고 전기분해용 전극(35)이 차례로 적층되어 하부기판(30)을 이루며, 가열용 전기저항체(33)와 전기분해용 전극(35)은 연결홈(31)에 삽입되는 결합편(미도시)의 전선들과 접속되어 카테터(미도시)로부터 전기를 인가받아 작동하게 된다.As shown in FIGS. 5A and 5B, the lower substrate 30 has a connecting groove 31 formed at a portion facing the connecting groove 12 of the upper substrate 10, and is provided in the above-described working liquid chamber Cb. Filling holes 32 for supplying the working liquid are perforated through the lower portion. A pair of these charging holes 32 are formed on the substrate at regular intervals, and a heating electric resistor (heater) 33 is disposed on the substrate therebetween. Then, an insulating film 34 is formed on the heating electrical resistor 33, and the electrode 35 for electrolysis is again provided thereon. In this way, the heating electrical resistor 33, the insulating film 34, and the electrolysis electrode 35 are sequentially stacked to form a lower substrate 30, and the heating electrical resistor 33 and the electrode 35 for electrolysis are stacked. Is connected to the wires of the coupling piece (not shown) inserted into the connection groove 31 is operated by receiving electricity from the catheter (not shown).
이상의 구조를 갖는 상부기판(10), 중간기판(20) 및, 하부기판(30)은 접합되어 본 초소형 주사기를 구성하며, 그 전체크기는 대략 1.2 ×1.18 ×5.0 ㎣ 정도가 된다. 이렇게 구성된 주사기를 카테터에 연결하기 위해서 상부기판(10)과 하부기판(20)의 일단에는 기설명한 바와 같이 카테터와 연결하기 위한 결합편이 삽입고정되는 연결홈들(12,31)이 형성되어 있으며, 이 연결홈들(12,31)에는 도 2c에서 보는 바와 같이 길이방향을 따라 직선의 3개의 요홈들(13,36)이 형성되어 결합편을 감싸고 있는 전선들과 함께 결합편이 삽입되어 결합고정되게 된다. 이에 대해 상세한 설명은 도 6a 및 도 6b를 참조하며 후술하기로 한다.The upper substrate 10, the intermediate substrate 20, and the lower substrate 30 having the above structure are bonded to each other to constitute the present ultra-small syringe, and the total size thereof is about 1.2 x 1.18 x 5.0 mm 3. In order to connect the syringe thus configured to the catheter, one end of the upper substrate 10 and the lower substrate 20 is formed with connection grooves 12 and 31 into which a coupling piece for connecting the catheter is inserted and fixed. In the connecting grooves 12 and 31, three grooves 13 and 36 of a straight line are formed along the longitudinal direction as shown in FIG. 2C, and the coupling piece is inserted and fixed together with the wires surrounding the coupling piece. do. Detailed description thereof will be made below with reference to FIGS. 6A and 6B.
도 6a 및 도 6b는 본 주사기를 내시경에 고정하는 결합편의 사시도 및 그 결합구조를 보여주는 측면도이다.Figures 6a and 6b is a side view showing a perspective view and a coupling structure of the coupling piece for fixing the syringe to the endoscope.
본 주사기(1)를 카테터에 고정하기 위한 결합편(40)은 도 6a와 같이 단부에 삽입돌출부(41)를 형성하고 있으며, 그 외주면을 감싸고 3가닥의 전선(42)이 고정된다. 이렇게 전선(42)들이 고정된 결합편(40)의 삽입돌출부(41)를 도 6b에 도시한 바와 같이 상부기판(10)과 하부기판(30)의 단부에 형성된 연결홈들(12,31) 사이로 삽입시켜 결합하게 된다. 이때, 연결홈들(12,31)의 사이폭은 삽입돌출부(41)의 폭과 거의 동일하여 삽입고정되게 되고, 전선들(42)은 전술한 연결홈들(12,31)상에 형성된 3개의 요홈내로 위치하면서 하부기판(30)의 가열용 전기저항체(33) 및 전기분해용 전극(35)과 접속된다. 이로 인하여, 전기저항체(33)와 전극(35)에 외부에 위치한 제어기(미도시)로부터 전원이 공급제어되어 본 주사기(1)가 동작하게 된다. 이때, 사용되는 전기저항체(33)의 작동전압은 4V이고, 전기분해용 전극(35)의 작동전압은 10V이다. 이상과 같이 결합편(40)과 주사기(1)를 연결하여 본 주사기를 카테터에 고정한 후에는 그 표면을 생체적합성 물질인 파릴린(Parylene)(50)으로 코팅하여 주사기(1)의 기밀성을 유지하는 동시에, 이 파릴린(50)이 비다공성 폴리머로 표면이 미끄러워 본 주사기(1)가 혈관속을 자유롭게 미끄러지면서 이동할 수 있게 한다.The coupling piece 40 for fixing the syringe 1 to the catheter forms an insertion protrusion part 41 at the end as shown in FIG. 6A, and surrounds the outer circumferential surface thereof, and the three wires 42 are fixed. As shown in FIG. 6B, the insertion protrusions 41 of the coupling pieces 40 to which the wires 42 are fixed are connected to the grooves 12 and 31 formed at the ends of the upper substrate 10 and the lower substrate 30. Inserted in between to join. At this time, the width between the connecting grooves 12 and 31 is almost the same as the width of the insertion protrusion 41 is inserted and fixed, the wires 42 are formed on the above-described connecting grooves (12, 31) Located in the four grooves and connected to the heating electrical resistor 33 and the electrolysis electrode 35 of the lower substrate 30. As a result, power is supplied and controlled from a controller (not shown) located outside the electric resistor 33 and the electrode 35 so that the main syringe 1 operates. At this time, the operating voltage of the electric resistor 33 used is 4V, the operating voltage of the electrode 35 for electrolysis is 10V. After fixing the syringe to the catheter by connecting the coupling piece 40 and the syringe 1 as described above, the surface thereof is coated with a biocompatible material Parylene 50 to maintain the airtightness of the syringe 1. At the same time, this parylene 50 is non-porous polymer, the surface of which is slippery, allowing the syringe 1 to slide freely through the blood vessel.
도 7a 내지 도 7k는 본 발명에 따른 초소형 주사기의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 이 도면들을 참조하면서 본 초소형 주사기를 제조하는 공정에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.7A to 7K are views for explaining a method of manufacturing a micro syringe according to the present invention. Referring to these drawings will be described in detail with respect to the process for producing the ultra-small syringe as follows.
하부기판(30)은 두께 330㎛인 실리콘웨이퍼기판에 사진식각공정을 통하여 도 7(a)와 같이 외부와 전기적 연결을 위한 연결홈을 형성하는 한편 작동액을 충전할 수 있는 작동액충전구(32)를 먼저 형성한다. 그 다음으로, 실리콘웨이퍼기판상에 Cr/Au를 0.15㎛ 두께로 증착한 후, 사진식각공정을 통해 일정한 패턴으로 식각하여 약 20Ω의 전기저항체(히터)(33)를 제작한다. 그리고 나서, 전기저항체(33) 위에 ZnS와 SiO2의 화합물이나 TiO2를 0.3㎛ 두께로 증착하여 절연막(34)을 형성한다. 그리고, 절연막(34) 위에 다시 스퍼터링(Sputtering)과 패터닝(Patterning) 방법에 의해 0.5㎛의 두께로 전극(35)을 형성한다. 이때, 전극(35)과 저항체(33)는 한 단자를 공통으로 사용할 수 있게 단락시켜 형성하게 된다. 특히, 전술한 절연막(34)은 저항체(33)와 전극(35)을 전기적으로 분리함으로써 인가된 전류에 의해 개별적으로 구동이 가능하게 한다. 이상과 같은 공정들을 거쳐 도 7(b)와 같은 형태의 하부기판(30)이 제작된다.The lower substrate 30 has a working liquid filling tool for filling a working liquid while forming a connection groove for electrical connection with the outside as shown in FIG. 7 (a) through a photolithography process on a silicon wafer substrate having a thickness of 330 μm ( 32) first. Subsequently, Cr / Au is deposited to a thickness of 0.15 μm on the silicon wafer substrate and then etched in a predetermined pattern through a photolithography process to produce an electric resistor (heater) 33 of about 20 mW. Then, an insulating film 34 is formed by depositing a compound of ZnS and SiO 2 or TiO 2 to a thickness of 0.3 μm on the electrical resistor 33. Then, the electrode 35 is formed on the insulating film 34 again by a thickness of 0.5 μm by sputtering and patterning. At this time, the electrode 35 and the resistor 33 are short-circuited so that one terminal can be used in common. In particular, the insulating film 34 described above can be individually driven by an applied current by electrically separating the resistor 33 and the electrode 35. Through the processes described above, the lower substrate 30 having a shape as shown in FIG. 7B is manufactured.
하부기판(30)이 제작되면 그 다음으로 중간기판(20)을 제작하게 되는 데, 중간기판(20)에 사용되는 웨이퍼는 두께가 330 ±10㎛ 인 4inch n형 <100> 실리콘 웨이퍼로, 작동액이 주입되는 공간을 형성하기 위해 도 7(c)에서 보는 바와 같이 이 웨이퍼의 저면에 먼저 사진식각공정을 수행한다. 이 식각공정은 이방성 식각이며, EPW(Ethylendiamine : Pyrocathecol : DI Water = 250 ㎖ : 40 g : 80 ㎖)용액을 사용하여 115 ±2℃에서 120분간 식각하여 공간을 형성한다. 이와 같이 하여 제작된 작동액실의 공간은 130㎛의 깊이를 갖는다. 작동액실공간을 형성한 다음, 구동박막(21)을 제작하기 위해서는 먼저 p+박막(식각정지막(23))을 형성해야 한다. 이를 위해서는 고체확산원 BN1100을 이용하여 1100℃에서 10시간동안 선확산을 행한 다음, 900℃에서 30분간 저온산화공정(Low Temperature Oxidation)을 수행한다. 그리고 나서, 플루오르화수소(HF)로 붕규산유리(Boro Silicate Glass)를 제거하고, 1000℃에서 습식으로 60분간의 후확산 공정을 거쳐서 고농도 붕소층, 즉 식각정지층(23a)을 형성한다. 도 7(d)는 이러한 과정을 거쳐 실리콘기판에 붕소층이 형성된 상태를 보여주고 있다. 그런다음, 도 7(e)에서 보는 바와 같이 웨이퍼의 상면을 이방성 식각액으로 220분간 식각하여 두께 2㎛인 p+박막(식각정지막(23))을 제작완성하게 된다. 이 공정에 의해 중간기판(20)에는 분사노즐(22)도 형성되는 데, 이렇게 제작된 노즐(22)의 단면은 V자형의 홈으로 그 폭은 100㎛이 그리고 깊이는 70㎛이 되게 한다. 물론, 유로를 갖는 주사기의 경우에는 위의 식각공정에 의해 깊이가 200㎛인 유로가 동시에 제작된다. 위에서 제작된 p+박막, 즉 식각정지막(23) 위에 도 7(f)에서와 같이 실리코온 러버를 5700rpm으로 60초간 스핀코팅한다. 이렇게 코팅된 실리코온 러버는 고신축성의 구동박막(21)을 이루며, 30 ±5㎛의 균일한 두께를 갖는다.When the lower substrate 30 is fabricated, the intermediate substrate 20 is next manufactured. The wafer used for the intermediate substrate 20 is a 4 inch n-type silicon wafer having a thickness of 330 ± 10 µm. In order to form a space into which the liquid is injected, as shown in FIG. 7C, a photolithography process is first performed on the bottom of the wafer. This etching process is anisotropic etching, using a EPW (Ethylendiamine: Pyrocathecol: DI Water = 250 mL: 40 g: 80 mL) solution to etch 120 minutes at 115 ± 2 ℃ to form a space. The space of the working liquid chamber thus produced has a depth of 130 μm. After forming the working liquid chamber space, in order to manufacture the driving thin film 21, a p + thin film (etch stop film 23) must first be formed. To this end, using a solid diffusion source BN1100 is pre-diffusion for 10 hours at 1100 ℃, then performing a low temperature oxidation process (Low Temperature Oxidation) for 30 minutes at 900 ℃. Then, borosilicate glass is removed with hydrogen fluoride (HF), and a high concentration boron layer, that is, an etch stop layer 23a is formed through a 60-minute post-diffusion process at 1000 ° C. in a wet manner. 7 (d) shows a state in which a boron layer is formed on a silicon substrate through such a process. Then, as shown in FIG. 7E, the upper surface of the wafer is etched with an anisotropic etching solution for 220 minutes to produce and complete a p + thin film (etch stop film 23) having a thickness of 2 μm. In this process, an injection nozzle 22 is also formed on the intermediate substrate 20. The cross section of the nozzle 22 thus formed is a V-shaped groove, the width of which is 100 µm and the depth of 70 µm. Of course, in the case of a syringe having a flow path, a flow path having a depth of 200 μm is simultaneously produced by the above etching process. Spin coating the silicon silica rubber at 5700 rpm for 60 seconds on the p + thin film, ie, the etch stop layer 23, prepared as shown in FIG. The coated silicon rubber forms a highly elastic drive thin film 21, and has a uniform thickness of 30 ± 5㎛.
이상과 같이 제작된 중간기판(20)과 하부기판(30)을 도 7(g)와 같이 실리코온 러버의 접착력으로 접합하여 상온에서 6시간동안 경화시킨다. 그리고 나서, 완전히 접합된 중간기판(20)과 하부기판(30)을 도 7(h)에서 보는 바와 같이 3분간 등방성 식각액으로 처리하여 p+막의 식각정지막을 제거함에 의하여 30㎛ 두께의 실리코온 러버의 구동박막(21)을 완성하게 된다. 이때, 사용되는 등방성 식각액은 질산 : 초산 : 불산의 비율이 85㎖ : 10㎖ : 5㎖ 의 혼합액이다.The intermediate substrate 20 and the lower substrate 30 manufactured as described above are bonded by the adhesive force of the silicon rubber as shown in FIG. 7 (g) and cured at room temperature for 6 hours. Then, the fully bonded intermediate substrate 20 and the lower substrate 30 were treated with an isotropic etching solution for 3 minutes as shown in FIG. 7 (h) to remove the etch stop layer of the p + film. The driving thin film 21 is completed. At this time, the isotropic etching solution used is a mixture of nitric acid: acetic acid: hydrofluoric acid with a ratio of 85 ml: 10 ml: 5 ml.
다음에, 상부기판(10)은 도 7(i)에서와 같이 두께 525㎛의 실리콘을 200㎛깊이로 그 중앙부위를 식각하여 주사액수용홈(11)을 형성한다. 그리고, 상부기판(10)의 저면부에 도 7(j)와 같이 에폭시수지(CIBA-GEIGY)(14)를 롤러로 코팅한 후, 이미 위의 공정을 거쳐 하부기판(30)이 접합된 중간기판(20)의 상부에 상부기판(10)을 올려놓고 상부기판(10)을 에폭시수지(14)에 의해 접착되게 한다. 이렇게 하여 하부기판(30), 중간기판(20) 및, 상부기판(10)이 차례로 적층접합되어 도 7(k)와 같은 본 초소형 주사기가 완성되게 된다.Next, as shown in FIG. 7 (i), the upper substrate 10 etches the center portion of the silicon having a thickness of 525 mu m to a depth of 200 mu m to form the injection solution receiving groove 11. Then, after coating the epoxy resin (CIBA-GEIGY) 14 with a roller on the bottom of the upper substrate 10 as shown in Fig. 7 (j), the intermediate intermediate substrate 30 is already bonded through the above process. The upper substrate 10 is placed on the substrate 20 and the upper substrate 10 is bonded by the epoxy resin 14. In this way, the lower substrate 30, the intermediate substrate 20, and the upper substrate 10 are sequentially laminated and bonded together, thereby completing the present ultra-small syringe as shown in FIG. 7 (k).
이상의 공정과정을 거쳐 제조된 본 초소형 주사기의 동작방법에 대해 상세히 설명하고자 한다.It will be described in detail the operation method of the present ultra-small syringe manufactured through the above process.
본 주사기를 작동시키기 위해서는 먼저 작동액을 본 주사기의 작동액실(Cb)에 주입충전해야 하는 데, 이를 위해 하부기판(30)과 중간기판(20)의 구동박막(21) 사이에 구획형성된 작동액실(Cb)에 기화 및 전기분해가 용이한 작동액을 하부기판(30)의 작동액충전구(32)를 통해 주입시켜 충전하고, 충전이 완료되면 그 작동액충전구(32)를 봉쇄된다.In order to operate the syringe, the operating liquid must first be injected and filled into the working liquid chamber Cb of the syringe. For this purpose, the working liquid chamber partitioned between the lower substrate 30 and the driving thin film 21 of the intermediate substrate 20 is used. (Cb) is injected into the operating liquid filling port 32 of the lower substrate 30, which is easy to vaporize and electrolysis, and the filling is completed, the working liquid filling hole 32 is sealed.
이와 같이 작동액을 충전한 상태에서 가열용 전기저항체(33)에 전류를 인가하면 저항체(33)가 발열되면서 작동액이 기화하게 된다. 작동액의 기화에 따라서 작동액실(Cb)의 압력이 상승하고, 그로 인해 탄력성을 갖는 구동박막(21)은 주사액실(Ca) 쪽으로 팽창하면서 주사액실(Ca) 내에 만입된 공기를 분사노즐(22)을 통해 외부로 배출한다.In this way, when a current is applied to the heating electric resistor 33 while the working fluid is charged, the working fluid is evaporated while the resistor 33 is heated. As the working liquid vaporizes, the pressure in the working liquid chamber Cb increases, whereby the drive thin film 21 having elasticity expands toward the injection liquid chamber Ca and blows in the air filled in the injection liquid chamber Ca with the injection nozzle 22. To the outside through).
이때, 전원을 차단하면 저항체(33)의 온도가 하강하면서 작동액실(Cb)에 충전된 기체상태의 작동액이 액체로 환원된다. 따라서, 작동액실(Cb)의 압력이 감소하고 팽창했던 구동박막(21)이 원상태로 수축되면서 주사액실(Ca) 내로 외부의 약물(주사액)이 흡입충전되게 된다.At this time, when the power is cut off, the gaseous working liquid filled in the working liquid chamber Cb is reduced to liquid while the temperature of the resistor 33 decreases. Therefore, as the pressure in the working fluid chamber Cb decreases and the driving thin film 21 that has expanded expands to its original state, an external drug (injection liquid) is sucked and filled into the injection liquid chamber Ca.
이렇게 주사기의 주사액실(Ca)에 주사액을 충전한 후, 신체내의 해당부위로 내시경의 카테터 단부에 고정된 본 초소형 주사기를 이동시켜, 주사하고자 하는 부위에 위치하면 전기분해용 전극(35)에 전류를 인가하게 된다. 그러면, 전기분해용 전극(35)에 의해 작동액실(Cb)내의 작동액이 전기분해되면서 작동액실(Cb)내는 압력이 상승하고, 이것은 곧 실리코온 러버로 된 구동박막(21)을 주사액실(Ca) 쪽으로 팽창시킴으로써 주사액이 주사액실(Ca)로부터 분사노즐(22)을 통해 해당부위로 주사되게 된다.After filling the injection solution in the injection chamber (Ca) of the syringe in this way, the micro-injector fixed to the catheter end of the endoscope is moved to the corresponding part in the body, and when placed at the site to be injected, the current is applied to the electrode 35 for electrolysis. Will be applied. Then, as the working liquid in the working liquid chamber Cb is electrolyzed by the electrolysis electrode 35, the pressure in the working liquid chamber Cb increases, which causes the driving thin film 21 made of silicon rubber to be injected into the scanning liquid chamber ( By expanding toward Ca), the injection liquid is injected from the injection liquid chamber Ca through the injection nozzle 22 to the corresponding site.
이상에서 기술한 바와 같은 구조 및 동작에 의해 주사액을 주사하는 본 주사기의 안전성과 안정성을 입증하고, 그 특성을 보다 정밀하게 진단하기 위해서 다음과 같은 실험들을 하였다.The following experiments were conducted to prove the safety and stability of the present syringe for injecting the injection liquid by the structure and operation as described above, and to diagnose the characteristics more precisely.
실시예 1.Example 1.
도 8은 본 주사기의 작동을 혈압하에서 시험하기 위한 장치를 도시한 것으로, 유로를 갖는 주사기(1)의 단부에 혈압과 동일한 물기둥(60)을 연결한 후 유로(2)를 통하여 주사액의 유면이 진행해 나가는 것을 고속 카메라(70)로 녹화한 후, 재생하면서 유로(2) 옆의 눈금을 이용하여 주사량을 측정하였다.8 shows an apparatus for testing the operation of the present syringe under blood pressure, in which the oil level of the injection liquid through the flow path 2 is connected to the end of the syringe 1 having the flow path by connecting the same water column 60 as the blood pressure. The moving amount was recorded by the high speed camera 70, and then the scanning amount was measured using the scale beside the flow path 2 while reproducing.
또 한편으로는, 대기압하에서 인가전압 4V로 잉크를 충전한 후 인가전압 10V로 주사하였다. 이 실험에서 잉크를 사용한 이유는 촬영시 그 위치변화를 쉽게 확인할 수 있도록 하기 위함이다. 도 9는 본 주사기로 대기압하에서 잉크를 충전하고 주사시험한 주사량시험사진으로, 이 사진에서 보는 바와 같이 주사를 시작한 지 0.61초 후에 대략 0.23㎖의 잉크가 주사됨이 관찰되었다.On the other hand, the ink was charged at an applied voltage of 4V under atmospheric pressure, and then scanned at an applied voltage of 10V. The reason why the ink is used in this experiment is to make it easy to check the change of position when shooting. Fig. 9 is a scanning test photograph filled with the ink under the atmospheric pressure and subjected to an injection test. As shown in this photograph, it was observed that approximately 0.23 ml of ink was injected 0.61 seconds after the start of the injection.
이 실험들을 참고로 하여 도 10의 비교표가 작성되었다. 도 10은 도 8과 도 9의 시험에서 얻은 대기압과 혈압(1500mmH2O)하에서의 주사량비교표이다. 즉, 본 도표는 대기압과 혈압하에서 유로를 통하여 진행해 나가는 주사액면을 관찰하여 얻은 것으로, 시간에 따른 주사량의 변화를 보여주고 있다.With reference to these experiments, a comparison table of FIG. 10 was prepared. FIG. 10 is a comparison table of injection doses under atmospheric pressure and blood pressure (1500 mmH 2 O) obtained in the tests of FIGS. In other words, the chart is obtained by observing the injection liquid surface proceeding through the flow path under atmospheric pressure and blood pressure, and shows the change of the injection amount over time.
도표에서 알 수 있는 바와 같이, 대기압하 또는 혈압하에서 모두 주사를 시작한 지 0.1초까지는 주사되는 양이 거의 미미한 상태로 진행하다가, 이후 1초부터 2초까지 급격하여 주사하여 주사량이 급증하고 있다. 여기서, 주사량이 미미한 0.1초에서 1초동안 노즐에서 분사되는 주사액의 평균유속은 1.4㎕/s이었으며, 본 실시예에서는 혈압하에서의 주사량이 약 0.1초의 지연을 가질 뿐 전체유량은 대기압하의 유량과 비슷함을 알 수 있었다.As can be seen from the diagram, the injection amount proceeds to a state in which the injected amount is almost insignificant until 0.1 second since the injection was started under both atmospheric pressure and blood pressure, and then the injection amount is rapidly increased from 1 second to 2 seconds. Here, the average flow rate of the injection liquid injected from the nozzle for 0.1 seconds to 1 second with a small injection amount was 1.4 μl / s. In this embodiment, the injection volume under blood pressure has a delay of about 0.1 seconds, but the total flow rate is similar to the flow rate under atmospheric pressure. And it was found.
실시예 2.Example 2.
통상 초소형 주사기의 작동시 온도변화는 충전된 약물의 효능에 큰 영향을 줄 수 있다. 따라서, 본 출원인은 본 주사기가 작동할 때 발생하는 열이 주입된 약물에 어떠한 영향을 미치는 가를 알아보기 위해 비접촉식 레이저온도계(PAYNGER PM-RAYRPM3L3)를 사용하여 실험을 실시하였다.Normally, the temperature change during operation of a micro syringe can greatly affect the efficacy of the filled drug. Therefore, Applicants conducted an experiment using a non-contact laser thermometer (PAYNGER PM-RAYRPM3L3) to see how the heat generated when the syringe is operated affects the injected drug.
실험결과 상온(대략 28℃)에서 저항체가 형성된 하부기판의 온도는 약 10℃정도 상승을 보였지만, 실리코온 러버로 된 구동박막의 상부면, 즉 주사액실과 접촉하는 있는 면의 온도는 약 3℃정도의 상승을 보일 뿐이었다. 이로 인하여, 발생하는 열의 대부분은 저항체의 표면에서만 발생할 뿐 작동액과 열전도율이 낮은 실리코온 러버(열전도율 : 0.002W/cm-℃)로 된 구동박막으로 차단된 주사액실의 온도는 크게 상승하지 않음을 알 수 있었다. 따라서, 주사액실에 채워진 주사액이 본 주사기의 작동에 따라 발생된 열에 크게 노출되지 않음으로써 열에 의한 약물효능의 감소를 우려할 필요가 없다는 것을 실험을 통하여 인지할 수 있었다.Experimental results showed that the temperature of the lower substrate on which the resistor was formed increased to about 10 ℃ at room temperature (approximately 28 ℃), but the temperature of the upper surface of the driving thin film made of silicon rubber, that is, the surface in contact with the injection chamber was about 3 ℃. It just showed a rise. As a result, most of the heat generated is generated only at the surface of the resistor, and the temperature of the injection chamber blocked by the driving thin film made of the operating fluid and the silicon thermal rubber having low thermal conductivity (thermal conductivity: 0.002W / cm- ℃) does not increase significantly. Could know. Therefore, it was recognized through experiments that the injection solution filled in the injection chamber is not exposed to the heat generated by the operation of the syringe, so that there is no need to worry about the reduction of the drug efficacy due to the heat.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 초소형 주사기는 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 직경 1.5mm이하의 크기로 제작할 수 있어 내시경과 함께 체내삽입이 용이함은 물론, 혈관 내시경의 끝에 부착하여 수 마이크로리터 혹은 그 이하의 주사액을 손쉽게 인체내부의 환부에 정량적으로 직접 주사할 수 있어 약물의 효과를 상승시킬 수 있는 잇점을 가지고 있다. 또한, 구동박막이 실리코온 러버막으로 제작되므로 구동이 안정적이고 구동성능이 향상될 뿐만 아니라, 인체내부에서 주사액을 분사하여 환부에 주사하는 분사력을 작동액을 전기분해하여 얻음으로써 주사시 열이 발생되지 않아 체내에 안전하게 사용할 수 있는 효과도 있다. 이에 따라서, 본 발명은 의료기기에 있어 무엇보다도 중요한 안전성을 확보하는 동시에 사용자에게 기기의 신뢰성을 주는 장점을 갖는다.As described above, the micro-injector of the present invention can be manufactured with a diameter of 1.5 mm or less by using micromachining technology, so that it can be easily inserted into the body together with the endoscope, and attached to the end of the vascular endoscope to several microliters or less. Can be injected directly into the affected area quantitatively easily, which has the advantage of increasing the effect of the drug. In addition, since the driving thin film is made of a silicon rubber membrane, the driving is not only stable and the driving performance is improved, but also the heat generated during the injection is obtained by electrolyzing the working fluid by spraying the injection liquid from the inside of the human body and injecting it into the affected area. There is also an effect that can be safely used in the body. Accordingly, the present invention has the advantage of ensuring the safety of the device to the user at the same time to ensure the most important safety in the medical device.
Claims (15)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US5591139A (en) * | 1994-06-06 | 1997-01-07 | The Regents Of The University Of California | IC-processed microneedles |
| US5702384A (en) * | 1992-02-28 | 1997-12-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Apparatus for gene therapy |
| US5992769A (en) * | 1995-06-09 | 1999-11-30 | The Regents Of The University Of Michigan | Microchannel system for fluid delivery |
-
2000
- 2000-11-07 KR KR1020000065952A patent/KR20020035694A/en not_active Abandoned
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