WO2024225793A1

WO2024225793A1 - 미세 구멍 형성 후 조성물과 냉각제를 분사하는 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: WO2024225793A1
Application number: PCT/KR2024/005643
Authority: WO
Inventors: 김건호; 노경관; 김대현
Original assignee: Recensmedical Inc
Current assignee: Recensmedical Inc
Priority date: 2023-04-25
Filing date: 2024-04-25
Publication date: 2024-10-31
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: US20250256079A1; CN120957773A; TW202444315A; WO2024225794A1; KR20250137146A

Abstract

본 개시는 미세 구멍 형성 후 조성물과 냉각제를 분사하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 피부에 대해 조성물이 효과적으로 침투하도록 피부 표면에 마이크로 수준의 구멍을 형성한 후 조성물과 냉각제를 함께 분사하는 니들링 후 혼합 분사 방법에 관한 것이다. 또한, 니들링 후 혼합 분사 방법을 수행하기 위한 니들링 장치, 냉각제 분사 장치, 및 조성물 제공 장치에 대해서도 서술하고자 한다.

Description

미세 구멍 형성 후 조성물과 냉각제를 분사하는 방법 및 이를 위한 장치

본 개시는 미세 구멍 형성 후 조성물과 냉각제를 분사하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 피부에 대해 조성물이 효과적으로 침투하도록 피부 표면에 마이크로 수준의 구멍을 형성한 후 조성물과 냉각제를 함께 분사하는 니들링 후 혼합 분사 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

조성물을 피부에 전달함에 있어서, 피부에 대한 조성물의 침투 정도는 조성물에 의한 효과의 발현 정도에 지대한 영향을 미친다. 이에 따라 피부에 대한 조성물의 침투력을 향상시키기 위해 다양한 연구가 개발되어 왔다.

조성물을 피부에 전달하는 방법으로는 피부에 조성물을 도포하는 방법, 피부에 조성물을 주사하는 방법, 또는 피부에 조성물을 분사하는 방법 등이 있다.

이 중, 피부에 조성물을 도포하는 방법은 조성물의 입자 크기가 상대적으로 커서 피부의 각질층을 통과하기 어렵고, 그에 따라 극소량만 피부에 흡수되는 것으로 알려져 있다.

주사를 이용하는 경우 조성물을 피부 깊숙이 침투시키는 것은 가능하나 주사에 의한 강한 통증이 필연적으로 수반되고, 피부에 손상을 가하게 되어 피부 트러블이 발생할 수 있다. 나아가, 조성물을 피부에 주사하는 과정은 시술자의 숙련도가 요구되어, 시술자에 따라 침투 효과가 일관되지 않을 수 있는 것도 단점이다.

이에 따라, 피부에 대한 조성물의 침투력이 담보되고 피부에 유발될 수 있는 통증이나 손상을 최소화하고 일관된 침투 효과를 유도하는 조성물 전달 방법이 필요한 실정이다.

해결하고자 하는 일 과제는, 조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 도달시키는 것이다.

해결하고자 하는 일 과제는, 조성물을 피부의 각질층 아래의 깊이에 도달시키는 것이다.

해결하고자 하는 일 과제는, 조성물을 피부의 진피에 도달시키는 것이다.

해결하고자 하는 일 과제는, 피부 표면에 조성물을 분사하기 전에 피부 표면에 일정 직경 및 일정 깊이를 가지는 구멍을 형성하는 것이다.

해결하고자 하는 일 과제는, 피부 표면에 구멍을 형성하고 냉각제와 조성물을 함께 분사하는 것이다.

해결하고자 하는 일 과제는, 피부 표면에 구멍을 형성하고 조성물을 동결시켜 분사하는 것이다.

해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예에 따르면, 조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법으로, 대상 영역에 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴, - 이때, 상기 복수의 마이크로니들 각각은 미리 설정된 니들 너비를 가지고, 0.1mm 이상 3.0mm 이하의 니들 길이를 가지며, 상기 복수의 마이크로니들과 상기 대상 영역의 접촉은 상기 대상 영역에 복수의 구멍(hole)을 형성함 -; 및 상기 복수의 구멍이 형성된 상기 대상 영역에, 유효물질을 포함하는 액상 또는 에멀젼(emulsion) 타입의 조성물을 냉각제와 함께 분사(spray)하여, 상기 대상 영역의 온도를 체온 보다 낮은 온도로 만들면서 동시에 상기 조성물을 상기 대상 영역에 충돌시킴;을 포함하는 조성물을 피부의 각질층 아래의 깊이에 침투시키는 방법이 제공된다.

일 실시예에 따르면, 냉각제가 수용되는 냉각제 용기; 상기 냉각제 용기로부터 냉각제를 공급받는 냉각제 수용부; 상기 냉각제 수용부와 유체적으로 연결되는 밸브 -상기 냉각제 수용부에서 출력되는 냉각제는 상기 밸브로 유입됨-; 상기 밸브와 유체적으로 연결되고 미리 설정된 직경의 오리피스(orifice)를 가지는 노즐 -상기 밸브에서 출력되는 냉각제는 상기 노즐로 유입되고, 냉각제가 상기 노즐을 통과하면서 냉각제 분사 스트림이 형성됨-; 조성물이 수용되는 조성물 용기; 상기 조성물 용기와 유체적으로 연결되고, 조성물이 이동하는 유로를 제공하는 조성물 가이드 -상기 조성물 가이드의 말단은 상기 노즐에 인접하게 배치되어 상기 노즐에 의해 상기 냉각제 분사 스트림이 형성될 때 조성물이 상기 조성물 가이드를 통해 상기 냉각제 분사 스트림에 유입됨-; 및 몸체 부분 및 상기 몸체 부분으로부터 돌출되는 복수의 니들(needle)을 포함하는 니들링 구조체;를 포함하고, 상기 니들링 구조체는 상기 노즐의 오리피스로부터 일정 거리 이격되어 배치되되, 상기 노즐의 중심축이 상기 니들링 구조체를 지나지 않도록 배치되는 니들링 및 혼합 분사 시스템이 제공된다.

과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예에 의하면, 조성물이 피부의 표피 아래의 깊이에 도달할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 조성물이 피부의 각질층 아래의 깊이에 도달할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 피부 표면에 형성된 구멍을 통해 조성물이 침투될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 피부 표면에 구멍이 형성되는 과정에서 통증이 경감될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 피부 표면에 제공된 조성물 양 대비 피부에 침투된 조성물 양이 많아질 수 있다.

발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 혼합 분사 시스템을 나타내는 모식도이다.

도 2는 일 실시예에 따른 니들링 장치 및 그 사용 태양을 나타내는 도면이다.

도 3은 일 실시예에 따른 니들링 후 혼합 분사 방법이 수행되는 것을 나타내는 도면이다.

도 4는 일 실시예에 따른 니들링 후 혼합 분사 방법을 나타내는 순서도이다.

도 5는 일 실시예에 따른 대상 영역을 구분된 상태에서 니들링 후 혼합 분사 방법이 수행되는 것을 나타내는 도면이다.

도 6 내지 도 8은 피부에 조성물을 제공함에 있어서 도포 방법과 혼합 분사 방법의 침투 효과를 확인하는 제1 실험의 결과를 나타내는 도면이다.

도 9 내지 도 11은 피부에 조성물을 제공함에 있어서 도포 방법, 혼합 분사 방법, 니들링 방법, 니들링 후 혼합 분사 방법의 침투 효과를 확인하는 제2 실험의 결과를 나타내는 도면이다.

도 12 내지 도 14은 피부에 조성물을 제공함에 있어서 도포 방법, 혼합 분사 방법, 니들링 방법, 니들링 후 혼합 분사 방법의 침투 효과를 확인하는 제3 실험의 결과를 나타내는 도면이다.

도 15는 일 실시예에 따른 조성물이 동결되어 분사되는 양상을 도식화한 도면이다.

도 16은 일 실시예에 따른 관찰 영역을 이용하여 조성물의 동결 비율이 확인되는 방식을 나타내는 도면이다.

도 17 및 도 18은 일 실시예에 따른 액체 상태의 조성물과 고체 상태의 조성물이 분사되는 장면을 촬영한 이미지이다.

도 19는 일 실시예에 따른 고체 조성물 입자를 카운팅하기 위한 이미지 처리 과정을 나타내는 도면이다.

도 20은 일 실시예에 따른 관찰 라인을 이용하여 동결 비율이 산출되는 방식을 나타내는 도면이다.

도 21은 일 실시예에 따른 혼합 분사 시스템을 나타내는 도면이다.

도 22는 일 실시예에 따른 냉각제 분사 장치의 구성들을 나타내는 도면이다.

도 23은 일 실시예에 따른 조성물 제공 장치를 나타내는 도면이다.

도 24는 다른 실시예에 따른 조성물 제공 장치를 나타내는 도면이다.

도 25는 일 실시예에 따른 동결 분사 방법을 나타내는 순서도이다.

도 26 및 도 27은 동결 여부에 따른 침투 효과를 확인하고 동결 비율에 따른 침투 효과를 확인하는 제1 실험의 결과를 나타내는 도면이다.

도 28은 동결 비율에 따른 침투 효과를 확인하는 제2 실험의 결과를 나타내는 도면이다.

도 29는 제2 실험의 시험군1과 시험군5의 침투 효과를 나타내는 도면이다.

도 30은 일 실시예에 따른 입자 크기와 분사 속도 사이의 관계를 나타내는 도면이다.

도 31은 일 실시예에 따른 니들링 및 혼합 분사 시스템을 나타내는 도면이다.

도 32는 일 실시예에 따른 니들링 및 혼합 분사 시스템이 구현된 형태 및 사용 태양을 나타내는 도면이다.

상기 대상 영역의 온도를 체온 보다 낮은 온도로 만들면서 동시에 상기 조성물을 상기 대상 영역에 충돌시킴은 상기 대상 영역에 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴 후 미리 설정된 시간 이내에 수행된다.

상기 미리 설정된 시간은 10초 내지 20초 사이의 값을 가진다.

상기 대상 영역에 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴은, 상기 대상 영역을 적어도 제1 영역 및 제2 영역으로 구분함, 및 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 순차적으로 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴을 포함하고, 상기 제2 영역에 대해 상기 복수의 마이크로니들이 접촉되는 동안 상기 제1 영역에 대해 조성물 및 냉각제가 분사되지 않는다.

상기 대상 영역에 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴에는 외면에 상기 복수의 마이크로니들이 돌출된 롤러(roller)를 포함하는 니들링 장치가 이용되고, 상기 롤러가 상기 대상 영역에 굴려지면서 상기 복수의 마이크로니들이 상기 대상 영역에 접촉하여 상기 복수의 구멍을 형성한다.

상기 니들 길이는 1.5mm이다.

상기 니들 길이는 0.5mm이다.

상기 대상 영역에 조성물을 냉각제와 함께 분사함에는 혼합 분사 시스템이 이용되고, 상기 혼합 분사 시스템은 냉각제를 분사하기 위한 노즐을 포함하는 냉각제 분사 장치 및 상기 노즐에 의해 형성된 냉각제 분사 스트림에 조성물을 유입시키도록 구성되는 조성물 제공 장치를 포함한다.

상기 대상 영역에 분사되는 조성물의 일부는 냉각제에 의해 동결되어 고체 상태로 상기 대상 영역에 도달하는 것을 특징으로 한다.

상기 대상 영역에 도달하는 조성물의 동결 비율은 5% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 노즐의 정면을 바라볼 때 상기 노즐에 대응되는 영역과 상기 니들링 구조체에 대응되는 영역은 서로 중첩되지 않는다.

상기 니들링 구조체는 상기 노즐의 오리피스로부터 상기 노즐의 중심축에 평행한 방향으로 제1 거리만큼, 상기 노즐의 중심축으로부터 제2 거리만큼 이격되어 배치된다.

상기 제1 거리는 3mm 내지 100mm 사이의 값을 가진다.

상기 니들링 및 혼합 분사 시스템은 추가 니들링 구조체;를 더 포함하고, 상기 추가 니들링 구조체는 상기 노즐의 중심축이 상기 추가 니들링 구조체를 지나지 않도록 배치되되, 상기 니들링 구조체 및 상기 추가 니들링 구조체 사이에 상기 노즐의 상기 중심축이 위치한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예들이 있을 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.

도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명하며, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 이하의 실시예에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것으로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우 뿐만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.

예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 유체적으로 연결되었다는 의미는, 막, 영역, 구성 요소 등이 각각 유체가 유동하는 유로의 적어도 일부를 형성한다는 의미로 해석될 수 있다.

예컨대, 본 명세서에서 구성 A가 구성 B와 유체적으로 연결되었다 함은 구성 A가 형성하는 유로를 통과한 유체가 구성 B가 형성하는 유로에 도달하거나 그 역이 성립할 수 있음을 의미할 수 있다. 구체적으로, 구성 A와 구성 B가 결합되어 구성 A가 형성하는 유로와 구성 B가 형성하는 유로가 직접적으로 연결된 경우 구성 A와 구성 B가 유체적으로 연결되었다고 볼 수 있다. 또는, 구성 A와 구성 B가 도관 등의 구성 C를 통해 연결되어 구성 A가 형성하는 유로와 구성 B가 형성하는 유로가 구성 C가 형성하는 유로를 통해 간접적으로 연결되는 경우 구성 A와 구성 B가 유체적으로 연결되었다고 볼 수 있다. 이 때, 구성 C가 구성 A 및 구성 B를 유체적으로 연결한 것으로 해석할 수 있다. 또한, 구성 A 및 구성 B가 복수의 구성을 통해 유체적으로 연결될 수 있음은 물론이다.

구체적으로 언급되거나 문맥상 명백하지 않는 한, 수치와 관련하여 "약"이라는 용어는 언급된 수치 및 그 수치의 +/-10%까지를 의미하는 것으로 이해될 수 있고, 수치범위와 관련하여 "약"이라는 용어는 수치범위의 하한 값보다 10% 낮은 수치부터 수치범위의 상한 값보다 10% 높은 수치까지의 범위를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

본 개시는 미세 구멍 형성 후 조성물과 냉각제를 분사하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 피부에 대해 조성물이 효과적으로 침투하도록 대상 영역에 마이크로 수준의 구멍을 형성한 후 조성물과 냉각제를 함께 분사하는 니들링 후 혼합 분사 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

조성물은, 의료효과를 유도하거나 발생시키는 유효 물질을 포함할 수 있다. 또는, 조성물은 미용 효과를 유도하거나 발생시키는 유효 물질을 포함할 수 있다.

나아가, 본 개시에서 조성물은 특히 경피 전달(transdermal delivery)되는 것을 특징으로 하는 바, 조성물은 경피 전달 시 미용 효과 또는 의료 효과가 발생되는 물질을 의미할 수 있다.

조성물은 예시적으로, 미네랄, 핵산, 아미노산, 조효소, 비타민, 나이아신아마이드(Niacinamide), 유용성 감초추출물, 알부틴(Arbutin) 히알루론산(Hyaluronic acid), 포타슘 하이알루로네이트(Potassium Hyaluronate), 하이드롤라이즈드 하이알루로닉 애씨드(Hydrolyzed Hyaluronic acid), 하이드롤라이즈드 소듐 하이알루로네이트(Hydrolyzed Sodium Hyaluronate), 하이드록시프로필트라이모늄 하이알루로네이트(Hydroxypropyltrimonium Hyaluronate), 소듐 아세틸레이티드 하이알루로네이트(Sodium Acetylated Hyaluronate), 소듐 하이알루로네이트 크로스폴리머(Sodium Hyaluronate Crosspolymer), 소듐 하이알루로네이트(Sodium Hyaluronate), 레티놀(Retinol), 레티닐 팔미테이트(Retinyl palmitate), 아데노신(Adenosine), 펩타이드(Peptide), 코엔자임 Q10(Coenzyme Q10), 성체줄기세포(Adult stem cell), 안티옥시던트(Antioxidant), PDLA(Poly-d-lactic acid), 폴리뉴클레오타이드(polynucleotide), PDRN (Polydeoxyribonucleotide), PDLLA (Poly-d,l-lactic acid), 리도카인(Lidocaine), 보툴리눔 독소(Botulinum toxin), 엑소좀 (exosome), 프로파라케인 (proparacaine), 테트라케인 (tetracaine), 인체호르몬인자 (human growth hormone), 성장인자 (growth factor), 세포치료제 (cell therapy products) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

나아가, 조성물은 정제수, 글리세린, 부틸렌글라이콜, 프로판다이올, 실리콘 오일 성분 등의 베이스 성분, 유화제, 계면활성제, 점도 조절제 등의 제형을 만들어주는 성분, 파라벤, 페녹시에탄올, 벤조익애씨드, 트리클로산, 벤질알코올, 메칠이소치아졸리논, 1,2-헥산다이올 등의 방부제 성분 등을 더 포함할 수 있다.

본 개시에서는, 조성물을 분사하는 방법으로 전달 매체를 이용하는 것을 서술하고자 한다. 예를 들어, 조성물은 상대적으로 빠른 속력으로 분사되는 냉각제에 의해 운반되어 대상 영역에 분사될 수 있다. 이 때, 조성물은 상대적으로 낮은 온도로 분사되는 냉각제에 의해 온도가 낮아질 수 있다.

여기서, 냉각제는 액화 이산화탄소(CO2), 이산화탄소, 액화 질소, 액화 산소, 이산화질소(NO2), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), HFC(Hydrofluorocarbon) 계열의 물질, 메탄(CH4), PFC(Perfluorocarbon), SF6(Sulfur hexafluoride), 또는 이들의 조합일 수 있고, 냉각수, 냉각 가스 등 목표 영역에 냉각 에너지를 인가할 수 있는 물질이 이용될 수 있다. 한편, 냉각제 외에도 압축 공기 등이 이용될 수도 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 조성물이 냉각제에 의해 운반되며, 냉각제로는 액화 이산화탄소가 사용되는 것으로 서술하나, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 개시에서 니들링의 의미는 특정 영역에 복수의 구멍을 형성하는 것을 의미한다. 예를 들어, 니들링은 대상 영역에 복수의 니들을 접촉시켜 대상 영역에 복수의 구멍을 형성하는 것을 의미할 수 있다.

본 개시에서 대상 영역은 조성물이 분사되어야 하는 영역을 의미한다. 구체적으로, 대상 영역은 사람의 신체 중 일부의 피부 표면을 의미할 수 있다. 또는, 대상 영역은 사람을 제외한 동물의 몸 중 일부의 피부 표면을 의미할 수 있다. 조성물을 제공하고자 하는 신체 부위에 따라 대상 영역이 결정될 수 있다.

본 개시에서 서술하는 니들링 후 혼합 분사 방법은 아래와 같이 다양한 사용 태양을 가진다.

니들링 후 혼합 분사 방법은 치료 방법(treatment method) 또는 의료 시술(medical procedure)로 이용될 수 있다. 이 때, 조성물은 약물(drug) 또는 의약품을 의미하며 질병이나 질환의 진단, 치유, 완화, 치료 또는 예방, 피부 재생, 리프팅(lifting), 여드름, 염증 등의 트러블 치료 등을 위해 사용되는 물질을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

의사 등(의료 전문지식을 가진 자로 국가 마다 의료법에서 정의하고 있는 의료인)는 니들링 후 혼합 분사 방법을 이용하여 피시술자의 대상 영역을 니들링한 후 특정 질환이나 질병에 대해 치료 효과를 가지는 조성물을 냉각제와 함께 분사할 수 있다.

니들링 후 혼합 분사 방법은 미용 방법(cosmetic method), 미용 시술(cosmetic method), 또는 피부 미용(skin care)으로 이용될 수 있다. 이 때, 조성물은 미용 제품으로, 피부에 적용될 때 미백 효과, 피부 진정 효과, 영양 공급 효과, 보습 효과 주름 개선, 또는 탄력 개선 효과 등의 미용 효과를 유도하는 물질을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 나아가, 조성물은 인체에 대한 작용이 거의 없거나 경미한 물질들로 구성될 수 있다.

피부 미용사(Esthetician) 또는 피부 관리사 등은 니들링 후 혼합 분사 방법을 이용하여 피시술자의 대상 영역을 니들링한 후 미용 효과를 가지는 조성물을 냉각제와 함께 분사할 수 있다.

한편, 개인도 니들링 후 혼합 분사 방법을 이용하여 자신의 피부에 대해 미용 효과를 유도할 수 있다. 이 때, 개인이 사용하는 니들링 장치는 후술하는 바와 같이 니들의 길이가 제한 길이(ex. 0.25mm) 이하일 수 있다.

니들링 후 혼합 분사 방법은 사람을 제외한 동물에 대한 치료 방법 또는 미용 방법으로 이용될 수 있다. 이 때, 조성물은 약물, 의약품, 또는 미용 제품으로, 치료 효과 또는 미용 효과를 가지는 유효물질을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

1. 조성물 침투에 대하여

본 개시에서 서술하고자 하는 동결 분사 방법은 피부에 조성물을 침투시키는 것을 주된 목적으로 한다.

1.1 조성물 침투의 의미 및 의의

조성물의 침투는 피부 표면을 기준으로 특정 깊이에 조성물이 도달하는 것을 의미한다. 보다 구체적으로, 조성물의 침투는 피부의 표피 아래의 깊이에 조성물이 도달하는 것을 의미한다.

표피는 다시 각질층(stratum corneum), 투명층(transparent stratum), 과립층(stratum granulosum), 유극층(stratum spinosum), 및 기저층(stratum basale)로 구성되며, 특히 각질층이 피부 장벽 기능을 수행하여 조성물의 흡수를 방해하는 주된 요인이다.

따라서, 조성물의 침투는 적어도 각질층 아래에 조성물이 도달하는 것을 의미한다. 각질층의 두께가 약 10㎛ 내지 약 20㎛이므로, 조성물의 침투는 피부 표면을 기준으로 약 0.01mm 이상의 깊이에 도달하는 것을 의미한다.

일 예로, 조성물을 제공하고자 하는 대상이 한국 성인의 얼굴인 경우, 피부 표면을 기준으로 표피는 약 0.1mm의 깊이까지이고, 피부 표면을 기준으로 진피는 약 0.1mm 내지 약 2mm 깊이까지 분포한다.

얼굴에 대한 조성물의 침투는 피부 표면을 기준으로 약 0.01mm 이상 2mm 이하의 깊이, 약 0.02mm 이상 2mm 이하의 깊이, 약 0.1mm 이상 2mm 이하의 깊이, 약 0.2mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 0.3mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 0.4mm 이상 약 2mm이하의 깊이, 약 0.5mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 0.6mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 0.7mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 0.8mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 0.9mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 1mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 1.1mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 1.2mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 1.3mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 1.4mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 1.5mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 1.6mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 1.7mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 약 1.8mm 이상 약 2mm 이하의 깊이, 또는 약 1.9mm 이상 약 2mm 이하의 깊이에 조성물이 도달하는 것을 의미한다. 얼굴 내 부위에 따라 표피와 진피의 두께가 달라질 수 있으므로, 조성물의 침투를 정의하는 기준 깊이가 전술한 수치들로 한정되는 것은 아니다.

한편, 조성물을 분사하는 대상이 얼굴에 한정되는 것은 아니며, 얼굴 외의 다른 신체 부위, 예를 들어 두피, 목, 팔, 다리, 손, 발 등 신체 부위라면 대상이 될 수 있다. 이 때에도 조성물의 침투는 각 부위에서 각질층 아래 또는 표피 아래에 도달하는 것을 의미한다.

조성물이 그 목적(ex. 치료 효과 또는 미용 효과 유도)을 달성하기 위해서는 피부에 흡수되는 것이 중요하다. 조성물이 피부에 흡수되기 위해서는 피부의 각질층을 넘어 기저층 또는 진피까지 조성물이 도달하여 확산되어야 한다. 다시 말해, 조성물이 높은 효과를 가지는 유효 물질을 포함하고 있다 하더라도 피부의 각질층에 머문다면 그 효과가 미미해질 수밖에 없다.

조성물이 피부의 표피를 지나 진피까지 침투하는 방식은 크게 3가지로 구분된다. 그들은 표피의 각질층(stratum corneum)을 직접 통과하는 세포통과 경로(transcellular route), 각질 세포 사이의 비극성 지방층을 통과하는 세포사이 경로(intercellular route), 및 모공과 같은 부속기관을 통과하는 부속기관 통과 경로(trans-appendageal route)이다.

다만, 부속기관의 경우 피부 표면적의 0.1%를 차지하고 있어 부속기관을 통한 침투는 그 양에 한계가 있다. 따라서, 부속기관 통과 경로 보다는 세포통과 경로 또는 세포사이 경로를 통한 침투가 중요하다.

1.2 종래 조성물 침투 방법 및 문제점

피부에 조성물을 침투시키는 종래 방법으로, 조성물을 도포하는 방법, 주사기를 이용하여 주입하는 방법, 조성물 도포 후 마이크로니들(microneedle)로 피부에 공극을 형성하는 니들링 방법, 조성물을 미세 입자(microparticle)로 만들어 분무하는 방법이 있다.

피부 표면에 조성물을 도포하는 방법은 조성물이 세포통과 경로 또는 세포사이 경로로 침투하는 것을 목적으로 한다. 다만, 도포된 조성물이 세포통과 경로를 통해 각질층을 통과하더라도 표피의 과립층에 막혀 유극층 또는 기저층까지 통과하기는 어려워 결과적으로 진피에 도달하기 어렵고, 조성물이 세포사이 경로를 통해 각질층을 통과하는 경우에도 그 양이 미미하여 진피까지 도달하는 조성물의 양이 충분하지 않다.

주사기를 이용한 주입 방법은 진피 또는 피하에 주사기를 삽입하여 침습적으로 조성물을 전달하는 방법이다. 주사기를 이용한 주입 방법은 다른 침투 방법에 비해 상대적으로 강한 통증이 수반되고 조성물이 피부의 일 지점에 집중적으로 유입되어 피부에 고르게 퍼지지 않는 문제점이 있다. 또한, 주사기의 경우 피부에 대해 주사기가 삽입된 정도에 따라 피부 내 조성물의 유입 위치가 달라지는데, 표피와 진피의 전체 두께가 약 2mm인 점에서 주사기를 정확히 진피까지 삽입하는 것은 시술자의 숙련도에 의존적일 수밖에 없으며, 그에 따라 일관된 시술효과가 담보되지 않을 수 있다.

니들링 방법은 피부에 조성물을 도포하고 마이크로 수준의 길이를 가지는 마이크로니들(microneedle)이 복수 개 형성된 니들링 장치를 이용하여 피부에 구멍(hole)을 형성하고, 형성된 구멍을 통해 조성물이 침투되는 방법이다.

니들링 방법의 경우 마이크로니들에 조성물이 묻혀져 피부에 넣어지거나 조성물이 마이크로니들에 의해 형성된 구멍으로 피부에 침투하는 것인데, 마이크로니들의 얇은 두께로 인하여 피부에 형성되는 구멍 역시 두께가 얇고, 그에 따라 조성물이 구멍을 통해 유입되는 데에 한계가 있다.

또한, 니들링 방법의 경우 니들링 장치의 니들 크기에 따라 통증이 수반될 수 있으며, 니들링 장치가 피부에 공극을 형성함에 따라 피부가 손상을 입게 되므로 조성물을 침투시킨 후 피부 손상을 회복시키는 관리가 부가적으로 필요하다. 또한, 니들링 장치의 니들에 의한 감염 예방을 위해 사용 전 멸균 작업이 필수적으로 수반되어야 한다.

에어 브러시 방법은 압축 공기를 전달 매체로 하고 미세 노즐(1500)을 이용하여 조성물을 상대적으로 작은 미세 입자로 만들어 피부에 분사하는 것이다. 에어 브러시 방법은 비침습적 조성물 제공 방법으로 통증이 없고 사용이 간편하다. 다만, 에어 브러시 방법의 경우 조성물은 액체 상태로 피부 표면에 충돌되어 표피를 물리적으로 뚫을 정도로 강한 충격을 주기는 어렵다. 결국 에어 브러시 방법에서 조성물은 세포통과 경로 또는 세포사이 경로를 통해 각질층을 통과하되, 도포 방법과 마찬가지로 조성물이 표피의 유극층 또는 기저층을 통과하는 것은 어렵다.

1.3 냉각제를 이용한 조성물 전달 방법

조성물을 피부에 침투시키는 방법으로, 본 개시에서는 혼합 분사 시스템(100)을 이용하는 방법에 대해 서술하고자 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 혼합 분사 시스템(100)을 나타내는 모식도이다.

혼합 분사 시스템(100)은 냉각제를 이용하여 조성물을 분사하는 방식을 채택하였다. 도 1을 참고하면, 혼합 분사 시스템(100)은 냉각제 분사 장치(1000)와 조성물 제공 장치(2000)를 포함할 수 있다.

냉각제 분사 장치(1000)는 냉각제를 분사하는 장치를 의미한다. 냉각제 분사 장치(1000)는 적어도 냉각제가 저장되는 냉각제 용기(RC, refrigerant container), 냉각제 분사 장치(1000)로부터 냉각제가 분사되거나 분사되지 않도록 냉각제의 이동을 제어하는 유량 조절부(flow regulator)(1200), 냉각제가 분사되는 노즐(1500)을 포함한다. 냉각제 분사 장치(1000)는 전술한 구성들 외에도 동작에 필요한 다른 구성들을 더 포함할 수 있다. 냉각제 분사 장치(1000)의 추가 구성들에 대해서는 후술하도록 한다.

조성물 제공 장치(2000)는 조성물을 제공하는 장치를 의미한다. 조성물 제공 장치(2000)는 조성물이 저장되는 조성물 용기(CC, composition container) 및 조성물을 토출하는 조성물 가이드(2100)를 포함할 수 있다. 조성물 가이드(2100)는 조성물 용기(CC)에 저장된 조성물이 유입되는 입력단 및 조성물이 빠져나가는 출력단을 포함할 수 있다. 조성물 제공 장치(2000)는 전술한 구성들 외에도 동작에 필요한 다른 구성들을 더 포함할 수 있다. 조성물 제공 장치(2000)의 추가 구성들에 대해서는 후술하도록 한다.

조성물 제공 장치(2000)는 냉각제 분사 장치(1000)에 연결되어, 냉각제 분사 장치(1000)에서 분사되는 냉각제에 조성물을 제공할 수 있다. 구체적으로, 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500)에 의해 냉각제 분사 스트림이 형성되고, 조성물 제공 장치(2000)의 조성물 가이드(2100)가 노즐(1500)에 인접하게 배치될 수 있다.

여기서, 냉각제 분사 스트림은 노즐(1500)에서 분사된 냉각제 입자들을 포함하는 냉각제 흐름(refrigerant flow)을 의미한다. 노즐(1500)에 의해 형성된 냉각제 분사 스트림은 조성물 가이드(2100)의 출력단에 부압(negative pressure)을 형성하고 부압에 의해 조성물이 조성물 가이드(2100)를 따라 이동하여 냉각제 분사 스트림에 유입될 수 있다. 또는, 조성물 제공 장치(2000)는 조성물 용기(CC)와 유체적으로 연결되는 액츄에이터(actuator)(2200)를 포함하고, 액츄에이터(2200)에 의해 조성물이 일정한 유량 또는 일정 범위의 유량으로 조성물 가이드(2100)에 공급되어 냉각제 분사 스트림에 유입될 수도 있다.

냉각제 분사 스트림에 유입된 조성물은 냉각제 분사 스트림 내 냉각제 입자와 충돌하여 함께 분사될 수 있다. 냉각제 분사 스트림 내에서 조성물은 냉각제 분사 스트림의 높은 속도에 의해 작은 미세 입자로 쪼개지고, 상대적으로 낮은 온도를 가지는 냉각제 분사 스트림과 열 교환하여 냉각될 수 있다. 이처럼, 혼합 분사 시스템(100)에서 조성물과 냉각제가 혼합되어 분사될 수 있다.

한편, 냉각제가 저장되는 냉각제 용기(RC)의 내부 압력은 상온에서 약 10bar 내지 1000bar일 수 있다. 또는, 냉각제 용기(RC)의 내부 압력은 상온에서 약 30bar 내지 200bar일 수 있다. 또는, 냉각제 용기(RC)의 내부 압력은 상온에서 약 50bar일 수 있다. 냉각제 용기(RC)의 내부 압력은 냉각제가 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500)로부터 유출될 때 팽창하는 속도와 관련될 수 있다. 다시 말해, 냉각제 용기(RC)의 내부 압력이 높을수록 냉각제 분사 스트림 내 냉각제 입자의 속도가 높아질 수 있다. 전술한 에어 브러시 방법에서 이용되는 압축 공기의 압력이 약 1bar 내지 5bar인 점을 고려할 때, 고압의 냉각제를 전달 매체로 이용하면 조성물의 분사 속도를 현저히 높임으로써 조성물의 침투 효과를 향상시킬 수 있다.

다만, 현존하는 여러 문헌들을 검토해보아도 혼합 분사 시스템(100)을 이용하여 피부 표면에 도달하는 조성물의 상태를 제어하는 경우 피부에 대해 조성물이 효과적으로 침투할 수 있다는 사실을 알 수 없었다. 특히, 조성물이 '동결'된 상태로 피부 표면에 도달하는 경우 조성물이 피부에 효과적으로 침투할 수 있다는 사실은 알 수 없었다.

이산화탄소와 조성물을 함께 분사하는 경우 셀룰라이트(cellulite)가 감소되는 효과가 있음을 암시하는 실험이 진행된 이력이 발견되기도 하나, 이는 이산화탄소에 따른 냉각의 효과로 해석되고 있으며, 조성물이 지방세포에 더 많이 '도달'하였음을 밝히지는 못한 것이기 때문에, 조성물이 상대적으로 더 많이 피부에 침투되었거나 이를 암시하는 지표를 제시될 수는 없다.

본 출원의 출원인은 혼합 분사 시스템(100)에 대한 연구를 진행하는 과정에서, 혼합 분사 시스템(100)의 조성물의 흡수 원리가 “빠른 속도로 조성물이 분사되어 표피에 구멍을 만들면서 침투”되는 것인 점을 밝혀내게 되었다.

이에, 출원인은 니들링 방법과 혼합 분사 시스템(100)을 이용한 혼합 분사 방법이 함께 수행되는 경우 피부에 대한 조성물의 침투력이 높아질 수 있다는 가설을 세웠다. 이유는, 니들링 방법은 피부 표면부터 표피, 표피와 진피 사이 또는 진피까지 조성물이 이동하는 채널(channel)을 형성하는 것이고, 혼합 분사 역시 피부에 구멍을 만드는 것이기 때문이다.

다시 말해, 출원인은 두 방법이 모두 물리적으로 피부의 표피를 관통하는 통로를 만드는 것이므로, 함께 수행되었을 때 그 효과가 현저히 향상될 수 있을 것으로 추론하였다.

다만, 출원인은 혼합 분사는 냉각제와 함께 조성물이 분사되는 것으로, 조성물만 분사되는 것에 비하여 냉각제가 조성물의 침투를 방해할 가능성이 있고, 냉각제가 피부 표면의 온도를 낮추게 되는 것이 조성물의 침투에 영향을 미칠 가능성이 있어 니들링 방법과 혼합 분사 방법을 함께 수행했을 때 오히려 침투력이 저해될 가능성도 배제할 수 없다고 판단하였다. 이에 따라, 출원인은 니들링 방법과 혼합 분사를 함께 수행하는 것과 니들링 방법 및 혼합 분사를 각각 따로 수행하는 것의 차이를 확인하기 위한 실험을 설계하여 진행하였다.

2. 니들링 후 혼합 분사

이하에서는, 도 2를 참고하여 니들링 장치에 대해 서술하고, 도 3 내지 도 5를 참고하여 니들링 후 혼합 분사 방법에 대해 서술한다.

도 2는 일 실시예에 따른 니들링 장치(3000) 및 그 사용 태양을 나타내는 도면이다. 도 2의 (a)는 니들링 장치(3000)가 대상 영역에 대해 사용되는 것을 나타내며, 도 2의 (b)는 니들링 장치(3000)에 의해 니들링되는 피부의 단면을 나타낸다.

2.1 니들링 장치(needling device) 및 사용 방법

니들링 장치(3000)는 대상 영역에 구멍을 형성하기 위한 장치이다. 니들링 장치(3000)는 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 시술자는 대상 영역에 대해 니들링 장치(3000)를 롤링(rolling)할 수 있다. 다른 예를 들어, 시술자는 대상 영역에 대해 니들링 장치(3000)를 스탬핑(stamping)할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 시술자는 대상 영역에 니들링 장치(3000)를 위치시킨 상태에서 트리거 버튼을 입력하여 니들링 장치(3000)가 자동으로 대상 영역을 자동으로 펀칭(punching)하여 구멍을 생성할 수도 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 니들링 장치(3000)가 롤링 방식으로 사용되는 경우에 대해 서술하나, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며 니들링 장치(3000)는 전술한 스탬핑 방식, 또는 자동 펀칭 방식으로 사용될 수도 있다.

도 2를 참고하면, 니들링 장치(3000)는 니들링 구조체(3100), 연결 프레임(3200), 및 그립 부재(3300)를 포함할 수 있다.

니들링 구조체(3100)는 대상 영역에 니들링 장치(3000)가 사용될 때, 대상 영역에 구멍을 형성한다. 니들링 구조체(3100)는 몸체 부분(3110)과 니들 어레이(3120)로 구분될 수 있다.

몸체 부분(3110)은 니들링 장치(3000)를 이용하여 대상 영역에 구멍을 형성할 때 대상 영역과 접촉하는 접촉면을 포함할 수 있다.

몸체 부분(3110)은 롤링되기 위한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 몸체 부분(3110)은 중심축을 가지고 회전되는 원기둥 형상을 가질 수 있다. 다른 예를 들어, 몸체 부분(3110)은 다각 기둥 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 니들링 구조체(3100)는 롤러(roller)로 지칭될 수 있다.

몸체 부분(3110)은 몸체 너비 및 몸체 길이를 가질 수 있다. 몸체 부분(3110)이 원기둥 또는 다각 기둥 형상을 가지는 경우 몸체 너비는 기둥의 직경 또는 너비를 의미하고, 몸체 길이는 기둥의 높이를 의미한다.

니들 어레이(3120)는 복수의 니들들을 포함하며, 각 니들은 구멍을 형성하기 위해 날카로운 형상을 가진다. 니들 어레이(3120)는 몸체 부분(3110)으로부터 돌출될 수 있다.

니들 어레이(3120)에 포함된 각 니들은 몸체 부분(3110)을 기준으로 니들 길이(NL)와 니들 너비(NW)를 가진다. 니들 길이(NL)는 예시적으로 약 0.1mm 내지 약 3mm이다. 니들 너비(NW)는 예시적으로 약 10㎛ 내지 300㎛이다. 이에 따라, 니들링 장치(3000)를 이용하여 대상 영역에 형성되는 구멍은 너비가 약 10㎛ 내지 약 300㎛이고, 깊이가 약 0.1mm 내지 약 3mm일 수 있다.

한편, 니들 길이(NL)는 개인이 가정에서 사용할 수 있는 가정용과 치료 또는 미용 시술을 수행하는 병원용으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 니들링 장치(3000)가 가정용인 경우 니들 길이(NL)는 0mm 이상 약 0.25mm 이하이고, 니들링 장치(3000)가 병원용인 경우 니들 길이(NL)는 0.25mm 이상 3mm 이하이다.

니들 어레이(3120)의 니들들 각각은 서로 다른 니들 길이(NL) 또는 니들 너비(NW)를 가질 수도 있다. 니들 어레이(3120)의 니들 길이(NL) 및 니들 너비(NW)의 값에 따라 니들 어레이(3120)는 마이크로니들 어레이 또는 나노니들 어레이 등으로 명명될 수 있고, 나아가 니들링 장치(3000)가 마이크로니들 장치 또는 나노니들 장치 등으로 명명될 수 있다.

연결 프레임(3200)은 니들링 구조체(3100) 및 그립 부재(3300)를 연결하는 구성을 의미한다.

그립 부재(3300)는 사용자가 니들링 장치(3000)를 사용함에 있어서 파지하는 부분을 의미한다.

니들링 장치(3000)는 대상 영역에 대해 롤링되는 형태로 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 사용자는 니들링 장치(3000)의 그립 부재(3300)를 파지한 상태로 대상 영역에 니들링 장치(3000)를 위치시키고, 니들링 구조체(3100)를 롤링시킬 수 있다.

니들링 구조체(3100)가 대상 영역에 대해 롤링됨에 따라 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 니들 어레이(3120)가 대상 영역을 뚫고 들어갈 수 있다. 이 때, 니들 길이(NL)에 따라 피부 내 진피까지 구멍이 형성될 수 있다.

니들링 장치(3000)는 자동으로 니들링을 수행하는 형태로 구현될 수 있다.

구체적으로, 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)는 몸체 부분(3110)이 대상 영역과 접촉하기 위한 접촉면을 포함하고, 접촉면에 복수의 구멍이 형성되어 있으며, 트리거 입력에 따라 복수의 구멍으로 복수의 니들이 돌출될 수 있다. 보다 구체적으로, 사용자에 의해 니들링 장치(3000)의 몸체 부분(3110)이 대상 영역에 접촉한 상태에서 니들링 장치(3000)가 트리거 입력을 수신하면 몸체 부분(3110)의 구멍으로 복수의 니들이 미리 설정된 주기로 나왔다가 들어갔다를 반복하여 대상 영역을 니들링할 수 있다. 니들링 장치(3000)는 복수의 니들을 움직이는 동력 모듈과 이를 제어하는 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.

2.2 니들링 후 혼합 분사 방법

도 3은 일 실시예에 따른 니들링 후 혼합 분사 방법이 수행되는 것을 나타내는 도면이다. 도 3은 설명의 편의를 위해 혼합 분사 시스템(100) 중 일부 구성들만을 도시하였다.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 사용자는 니들링 장치(3000)를 이용하여 대상 영역에 복수의 구멍을 생성하고, 혼합 분사 시스템(100)을 이용하여 조성물과 냉각제를 분사할 수 있다.

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 니들링 장치(3000)에 의해 피부에 복수의 구멍이 형성될 수 있고, 복수의 구멍에 조성물이 분사되어 조성물이 피부 표피 이하의 깊이에 도달할 수 있다.

도 4를 참고하면, 니들링 후 혼합 분사 방법은 니들링 장치(3000) 및 혼합 분사 시스템(100)을 준비하는 단계(S1100), 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)를 대상 영역에 접촉시켜 복수의 구멍을 형성하는 단계(S1300), 및 대상 영역에 조성물 및 냉각제를 분사하는 단계(S1500)를 포함할 수 있다.

이하에서 각 단계에 대해 서술한다.

먼저, 사용자는 니들링 장치(3000) 및 혼합 분사 시스템(100)을 준비할 수 있다(S1100).

니들링 장치(3000)는 전술한 바와 같이 구멍 형성을 위한 니들을 포함하는 장치로, 롤러 형태, 스탬프 형태, 또는 펀칭(자동으로 니들링) 형태가 이용될 수 있다.

니들링 구조체(3100)의 니들 길이(NL)는 약 0.1mm 내지 약 3mm 이내일 수 있다. 바람직하게는, 니들 길이(NL)는 0.25mm, 0.5mm, 또는 1.5mm일 수 있다. 대상 영역에 침투시키고자 하는 조성물이 의약품이 아닌 경우, 니들링 장치(3000)는 니들 길이(NL)가 0.5mm 이하 또는 0.25mm 이하를 가지는 것으로 선택될 수 있다.

니들링 구조체(3100)의 니들 너비(NW)는 예시적으로 약 10㎛ 내지 300㎛이다.

혼합 분사 시스템(100)은 냉각제와 조성물을 함께 분사하는 장치를 의미한다. 혼합 분사 시스템(100)으로 전술한 구성들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합 분사 시스템(100)은 적어도 냉각제 용기(RC), 유량 조절부(1200), 노즐(1500), 제어부(1900), 조성물 용기(CC), 및 조성물 가이드(2100)를 포함하고, 유량 조절부(1200)가 개방되면 노즐(1500)로부터 냉각제가 분사되고, 노즐(1500)에서 형성된 냉각제 분사 스트림(RSS)에 조성물이 유입되어 분사될 수 있다.

사용자는 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)를 대상 영역에 접촉시켜 복수의 구멍을 형성할 수 있다(S1300). 예를 들어, 롤러 형태의 니들링 장치(3000)가 이용되는 경우 사용자는 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)를 대상 영역에 접촉시킨 상태에서 롤링하여 피부에 복수의 구멍을 형성할 수 있다. 다른 예를 들어, 스탬프 형태의 니들링 장치(3000)가 이용되는 경우 사용자는 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)를 대상 영역에 접촉시킨 상태에서 접촉시킨 방향으로 가압하여 피부에 복수의 구멍을 형성할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 펀칭 형태의 니들링 장치(3000)가 이용되는 경우, 사용자는 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)를 대상 영역에 접촉시킨 상태에서 니들링 장치(3000)를 동작시켜 피부에 복수의 구멍을 형성할 수 있다.

대상 영역에 형성되는 복수의 구멍은 니들링 장치(3000)의 니들 길이(NL)에 대응하는 깊이를 가지고, 니들 너비(NW)에 대응하는 너비를 가질 수 있다.

사용자는 대상 영역에 조성물 및 냉각제를 분사할 수 있다(S1500). 도 3의 (a)를 참고하면, 사용자는 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500)을 대상 영역에 지향시킨 상태에서 냉각제와 조성물을 분사할 수 있다.

조성물 및 냉각제의 혼합 분사는 대상 영역에 복수의 구멍을 형성한 후 미리 설정된 시간 이내에 수행될 수 있다. 여기서, 미리 설정된 시간은 약 10초 이내에서 결정될 수 있다. 예시적으로, 미리 설정된 시간은 0.5초, 1초, 2초, 3초, 4초, 5초, 6초, 7초, 8초, 9초, 또는 10초일 수 있다.

대상 영역 중 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)가 접촉한 니들링 영역과 조성물 및 냉각제가 분사된 혼합 분사 영역이 상이할 수 있다. 예를 들어, 니들링 영역 내에 혼합 분사 영역이 포함될 수 있다. 다른 예를 들어, 혼합 분사 영역 내에 니들링 영역이 포함될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 니들링 영역의 일부와 혼합 분사 영역의 일부가 중첩될 수 있다.

한편, 니들링 후 혼합 분사 방법에 있어서 상대적으로 넓은 면적을 가지는 대상 영역에 대해서는, 대상 영역 전체에 대해 니들링이 수행된 후 혼합 분사가 수행될 수 있다.

먼저, 니들링 후 혼합 분사 방법에 있어서 단위 니들링 면적과 단위 혼합 분사 면적이 정의될 수 있다.

여기서, 단위 니들링 면적은 니들링 구조체(3100)의 형상에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 니들링 장치(3000)가 롤링 방식이고 니들링 구조체(3100)의 몸체 부분(3110)이 원기둥 형태라면 단위 니들링 면적은 몸체 부분(3110)의 옆면의 면적을 가진다. 즉, 대상 영역에 대해 몸체 부분(3110)이 접촉한 상태로 한 바퀴 회전되는 경우 대상 영역 중 단위 니들링 면적만큼 니들링이 된다. 다른 예를 들어, 니들링 장치(3000)가 스탬프 방식 또는 자동 펀칭 방식이면, 니들링 구조체(3100)의 몸체 부분(3110) 중 대상 영역에 접촉하는 부분이 단위 니들링 면적으로 결정될 수 있다.

또 여기서, 단위 혼합 분사 면적은 혼합 분사 시스템(100)이 대상 영역으로부터 일정 거리 이격되어 배치되고 노즐(1500)이 대상 영역을 지향한 상태에서 냉각제 및 조성물이 분사되는 면적으로 정의될 수 있다.

대상 영역은 단위 니들링 면적 또는 단위 혼합 분사 면적에 비하여 상대적으로 넓게 설정될 수 있다. 예를 들어, 국소 부위가 아닌 얼굴 전체, 손바닥 전체, 발바닥 전체, 또는 목 전체 등이 대상 영역이 될 수 있다.

대상 영역이 상대적으로 넓은 경우, 대상 영역을 단위 니들링 면적 또는 단위 혼합 분사 면적을 가지는 복수의 영역으로 구분하여 니들링 후 혼합 분사 방법이 수행될 수 있다.

다만, 대상 영역 전체에 대해 니들링이 수행된 후 혼합 분사가 수행되는 것도 가능하다.

대상 영역은 복수의 부분 영역으로 구분될 수 있다. 복수의 부분 영역은 단위 니들링 면적 또는 단위 혼합 분사 면적에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 부분 영역의 면적은 단위 니들링 면적 또는 단위 혼합 분사 면적 보다 크도록 결정될 수 있다. 복수의 부분 영역은 나란히 배치되도록 결정될 수 있다. 복수의 부분 영역은 서로 중첩되도록 결정될 수 있다.

도 5를 참고하면, 대상 영역은 나란히 배치되는 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)로 구분될 수 있다. 또한, 제1 영역(R1)의 면적 또는 제2 영역(R2)의 면적은 단위 니들링 면적 또는 단위 혼합 분사 면적 보다 크다.

제1 영역(R1)에 대해 니들링이 수행된 후, 제2 영역(R2)에 대해 니들링이 수행되며, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)에 대해 니들링이 수행된 후 비로소 제1 영역(R1)에 대해 혼합 분사가 수행될 수 있다.

이 때, 혼합 분사가 수행되는 시점은 제1 영역(R1)에 대해 니들링이 수행되기 시작한 시점을 기준으로 미리 설정된 시간 이내일 수 있다. 다시 말해, 노즐(1500)이 제1 영역(R1)을 지향한 상태에서 유량 조절부(1200)가 개방되는 시점은 제1 영역(R1)에 니들 구조체(3100)가 접촉한 시점을 기준으로 미리 설정된 시간 이내일 수 있다.

이 때, 미리 설정된 시간은 대상 영역의 면적에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 대상 영역이 손바닥인 경우, 미리 설정된 시간은 1분 이내, 또는 30초 이내에서 결정될 수 있다.

한편, 제2 영역(R2)에 대해 니들링되는 도중 제1 영역(R1)에 대해 혼합 분사가 수행될 수도 있다.

위와 같이 대상 영역 전체에 대해 니들링이 수행된 후 혼합 분사가 수행되는 것은, 니들링 장치(3000)에 의해 피부 표면에 형성된 구멍이 일정 시간 동안 닫히지 않고 유지될 수 있고, 복수의 단위 영역(ex. 단위 니들링 면적 또는 단위 혼합 분사 면적에 대응되는 영역) 마다 니들링 수행 후 혼합 분사를 수행하는 것에 비해 전체 영역에 대해 니들링 수행 후 혼합 분사를 수행하는 경우 시술 시간이 현저히 감소되기 때문이다.

다만, 시술 효과를 극대화하기 위해서는 대상 영역을 복수의 단위 영역으로 구분하여 단위 영역 마다 니들링 수행 후 혼합 분사를 수행하는 것이 바람직하다.

한편, 혼합 분사는 니들링과 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 적어도 한 명의 사용자는 혼합 분사 시스템(100)을 이용하여 대상 영역을 향해 조성물 및 냉각제를 분사하면서 동시에 니들링 장치(3000)를 이용하여 대상 영역에 구멍을 형성할 수도 있다. 다만, 이 경우 니들링 장치(3000)가 대상 영역을 니들링하는 순간에는 냉각제와 조성물이 대상 영역에 도달하지 못하는 문제가 있다. 따라서, 니들링 후에 혼합 분사가 수행되는 것이 바람직하다.

니들링 후 혼합 분사 방법은 사전 냉각 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)를 대상 영역에 접촉시켜 복수의 구멍을 형성하는 단계(S1300) 이전에 사용자는 냉각제 분사 장치(1000)를 이용하여 대상 영역에 냉각제를 분사하여 대상 영역의 온도를 낮출 수 있다. 대상 영역의 온도를 낮춤으로써 니들링 장치(3000)에 의해 발생할 수 있는 통증이 줄어들 수 있다. 사전 냉각의 경우 대상 영역의 온도가 약 -5℃ 내지 약 20℃로 제어될 수 있다. 사전 냉각 단계에서 냉각제와 함께 조성물이 분사될 수 있으나, 조성물은 분사되지 않는 것이 바람직하다.

니들링 후 혼합 분사 방법은 사후 냉각 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상 영역에 조성물 및 냉각제를 분사하는 단계(S1500) 이후에 사용자는 냉각제 분사 장치(1000)를 이용하여 대상 영역에 냉각제를 분사하여 대상 영역의 온도를 낮출 수 있다. 대상 영역의 온도를 낮춤으로써 니들링 장치(3000)에 의해 발생한 통증이 완화될 수 있다. 사후 냉각의 경우 대상 영역의 온도가 약 -5℃ 내지 약 20℃로 제어될 수 있다. 사후 냉각 단계에서 냉각제와 함께 조성물이 분사될 수 있으나, 조성물은 분사되지 않는 것이 바람직하다.

2.3 니들링 후 혼합 분사의 침투 효과

이하에서는, 도 6 내지 도 14를 참고하여 니들링 후 혼합 분사의 침투 효과에 대해 서술한다.

2.3.1 도포 vs. 혼합 분사

도 6 내지 도 8은 피부에 조성물을 제공함에 있어서 도포 방법과 혼합 분사 방법의 침투 효과를 확인하는 제1 실험의 결과를 나타내는 도면이다. 도 6은 조성물의 침투량을 비교하기 위한 그래프 및 표를 나타내는 도면이고, 도 7은 해당 실험에서 조성물의 침투 깊이를 비교하기 위한 그래프 및 표를 나타내는 도면이며, 도 8은 실험에 사용된 인체유래 피부조직의 단면을 나태는 도면이다.

제1 실험의 목적은 피부 표면에 조성물을 도포하는 방식의 침투 효과와 피부 표면에 조성물과 냉각제를 함께 분사하는 방식의 침투 효과를 비교하는 것이었다.

제1 실험은 식염수가 피부 표면에 도포된 경우(무처리군), 조성물이 피부 표면에 도포된 경우(대조군), 및 피부 표면에 조성물과 냉각제가 함께 분사된 경우(시험군) 침투 효과를 비교하는 형태로 진행되었다.

조성물이 도포되거나 분사되는 대상으로는 인체유래 피부조직이 이용되었다.

무처리군에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기(3cm * 3cm)로 자른 후 식염수(saline)를 도포하였다.

이후, 24시간이 경과된 후 인체유래 피부조직에 대해 DAPI 염색 및 H&E(Hematoxylin and Eosin) 염색을 진행하였고, 형광현미경으로 인체유래 피부조직의 단면에 대해 형광 투과 이미지를 촬영하고 형광 세기 및 투과 깊이를 확인하였다.

대조군에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 조성물을 도포하였다. 조성물은 필러(TEOXANE 사의 non-crosslinking HA 필러 제품)에 침투 효과 확인을 위한 형광물질(FITC, Fluorescein isothiocyanate)이 결합된 물질이 사용되었다.

이후, 24시간이 경과된 후 인체유래 피부조직에 대해 DAPI 염색 및 H&E 염색을 진행하였고, 형광현미경으로 인체유래 피부조직의 단면에 대해 형광 투과 이미지를 촬영하고 형광 세기 및 투과 깊이를 확인하였다.

시험군에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 조성물을 냉각제와 함께 분사하였다. 조성물을 냉각제와 함께 분사함에 있어서 전술한 혼합 분사 시스템(100)이 사용되었다. 조성물은 필러에 침투 효과 확인을 위한 형광물질이 결합된 물질이 사용되었다. 냉각제는 액화 이산화탄소 가스가 사용되었다.

제1 실험 결과, 혼합 분사 시스템(100)을 이용하여 조성물을 냉각제와 함께 분사한 경우(시험군)의 침투 효과가 조성물을 도포한 경우(대조군)의 침투 효과보다 현저하게 높았다.

도 6을 참고하면, 조성물을 도포한 경우 형광 세기가 99.00인 반면, 조성물을 냉각제와 함께 분사한 경우 형광 세기가 322.00으로, 침투 효과가 약 3배 향상된 것으로 이해된다.

또한, 도 7을 참고하면, 조성물을 도포한 경우 형광 투과 깊이가 289.11㎛인 반면, 조성물을 냉각제와 함께 분사한 경우 형광 투과 깊이가 442.82㎛로, 침투 깊이가 약 0.15mm 차이를 보인다. 피부의 표피의 두께가 0.1mm 내지 0.3mm 정도인 점을 고려할 때, 0.15mm의 깊이 차이는 조성물이 진피에 도달하는지 여부에 지대한 영향을 미칠 것으로 예상된다.

제1 실험의 형광 세기 비교 데이터와 형광 투과 깊이 비교 데이터를 참고할 때, 조성물을 도포한 경우 보다 조성물을 냉각제와 함께 분사한 경우 침투 효과가 현저히 높음을 알 수 있다.

이는 육안으로도 관찰이 가능한데, 도 8을 참고하면 대조군에 비해 시험군에서 진피에 도달한 조성물이 더 많은 것이 확인된다.

2.3.2 도포 vs. 니들링 vs. 혼합 분사 vs. 니들링 후 혼합 분사

도 9 내지 도 11은 피부에 조성물을 제공함에 있어서 도포 방법, 혼합 분사 방법, 니들링 방법, 니들링 후 혼합 분사 방법의 침투 효과를 확인하는 제2 실험의 결과를 나타내는 도면이다. 도 9는 조성물의 침투량을 비교하기 위한 그래프 및 표를 나타내는 도면이고, 도 10은 해당 실험에서 조성물의 침투 깊이를 비교하기 위한 그래프 및 표를 나타내는 도면이며, 도 11은 실험에 사용된 인체유래 피부조직의 단면을 나태는 도면이다.

제2 실험의 목적은 피부 표면에 조성물을 도포하는 방식의 침투 효과, 피부 표면에 조성물을 도포하고 마이크로니들을 이용하여 니들링하는 방식의 침투 효과, 피부에 구멍을 형성하고 조성물을 냉각제와 함께 분사하는 방식의 침투 효과, 및 피부 표면에 조성물과 냉각제를 함께 분사하는 방식의 침투 효과를 비교하는 것이었다.

제2 실험은 조성물이 피부 표면에 도포된 경우(무처리군), 조성물이 피부 표면에 도포된 상태에서 니들링 장치(3000)가 사용된 경우(대조군1), 피부 표면에 니들링 장치(3000)가 사용된 후 조성물이 냉각제와 함께 분사된 경우(대조군2), 및 피부 표면에 조성물과 냉각제가 함께 분사된 경우(시험군)의 침투 효과를 비교하는 형태로 진행되었다.

시험 대상으로 인체유래 피부조직으로 수술 후 폐기되어지는 얼굴 피부조직이 이용되었으며, 조성물로는 히알루론산(HA)에 형광물질을 결합한 HA-FITC가 이용되었고, 냉각제로는 액화 이산화탄소 가스가 이용되었다.

무처리군에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기(2cm * 2cm)로 자른 후 500uL의 조성물을 도포하였다.

대조군1에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 500uL의 조성물을 도포하고, 피부조직에 구멍을 생성하였다.

피부조직에 구멍을 생성함에 있어서 도 2에 도시된 롤링 방식의 니들링 장치(3000)가 사용되었고, 니들 길이(NL)는 1.5mm이었다.

대조군2에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 구멍을 생성하였고, 500uL의 조성물을 냉각제와 함께 분사하였다.

피부조직에 구멍을 생성함에 있어서 도 2에 도시된 롤링 방식의 니들링 장치(3000)가 사용되었고, 니들 길이(NL)는 1.5mm이었다. 조성물을 냉각제와 함께 분사함에 있어서 전술한 혼합 분사 시스템(100)이 사용되었다.

시험군에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 500uL의 조성물을 냉각제와 함께 분사하였다.

조성물을 냉각제와 함께 분사함에 있어서 전술한 혼합 분사 시스템(100)이 사용되었다.

무처리군, 대조군1, 대조군2, 및 시험군에 대한 실험을 각각 3회씩 진행하여 실험 데이터를 정리하였다.

제2 실험 결과, 피부조직에 구멍을 생성하고 조성물을 냉각제와 함께 분사한 경우(대조군2)의 침투 효과가 조성물을 도포한 경우(무처리군)의 침투 효과, 조성물을 도포하고 구멍을 생성한 경우(대조군1)의 침투 효과, 조성물을 냉각제와 함께 분사한 경우(시험군)의 침투 효과보다 현저하게 높았다.

도 9를 참고하면, 무처리군에서 형광 세기의 평균이 106.67이고, 대조군1에서 형광 세기의 평균이 404.33이고, 시험군에서 형광 세기의 평균이 375.33인 반면, 대조군2에서 형광 세기의 평균은 623.33이었다. 피부조직에 대해 구멍을 생성하고 조성물을 냉각제와 함께 분사하는 경우의 침투 효과가 조성물을 도포하고 구멍을 생성한 경우보다 약 1.56배, 조성물과 함께 냉각제를 분사한 경우보다 약 1.68배 높은 것으로 이해될 수 있다. 이는, 피부에 치료 또는 미용 목적으로 특정양의 조성물을 침투시키고자 할 때 사용되는 조성물 양이 적어도 1.5배 이상 차이나는 것을 의미하며, 그에 따라 치료 또는 미용 목적으로 판매되는 조성물의 가격을 고려할 때 의료 서비스 또는 미용 서비스의 비용이 줄어드는 효과가 있다.

한편, 도 10을 참고하면, 무처리군에서 형광 투과 깊이가 234.81㎛이고, 대조군1에서 형광 투과 깊이가 356.91㎛이고, 시험군에서 형광 투과 깊이가 321.68㎛인 반면, 대조군2에서 형광 투과 깊이가 375.84㎛이었다.

나아가, 도 11을 참고하면, 무처리군, 대조군1, 및 시험군에 비해 대조군2에서 진피에 도달한 조성물이 더 많은 것이 확인된다.

결과적으로, 니들링 장치(3000)를 단독으로 사용하는 경우 또는 혼합 분사 시스템(100)을 단독으로 사용하는 경우보다 니들링 장치(3000)와 혼합 분사 시스템(100)을 함께 사용하는 경우 피부에 조성물이 더 많이 침투되었으며, 조성물이 도달하는 깊이도 증가하였다.

다시 말해, 제2 실험을 통해 피부 표피를 물리적으로 관통하는 개념을 공통적으로 가지는 니들링 방법과 혼합 분사 방법 두 가지가 함께 수행되는 경우 서로의 작용을 저해하지 않으며, 침투 효과가 현저히 증가함이 확인되었다.

2.3.3 도포 vs. 니들링 vs. 혼합 분사 vs. 니들링 후 혼합 분사

도 12 내지 도 14는 피부에 조성물을 제공함에 있어서 도포 방법, 혼합 분사 방법, 니들링 방법, 니들링 후 혼합 분사 방법의 침투 효과를 확인하는 제3 실험의 결과를 나타내는 도면이다. 도 12는 조성물의 침투량을 비교하기 위한 그래프 및 표를 나타내는 도면이고, 도 13은 해당 실험에서 조성물의 침투 깊이를 비교하기 위한 그래프 및 표를 나타내는 도면이며, 도 14는 실험에 사용된 인체유래 피부조직의 단면을 나태는 도면이다.

제3 실험의 목적은 피부 표면에 조성물을 도포하는 방식의 침투 효과, 피부 표면에 조성물을 도포하고 마이크로니들을 이용하여 니들링하는 방식의 침투 효과, 피부에 구멍을 형성하고 조성물을 냉각제와 함께 분사하는 방식의 침투 효과, 및 피부 표면에 조성물과 냉각제를 함께 분사하는 방식의 침투 효과를 비교하는 것이었다. 더하여, 니들 길이(NL)가 다른 경우 침투 효과를 확인하는 것이었다.

제3 실험은 조성물이 피부 표면에 도포된 경우(대조군), 조성물이 피부 표면에 도포된 상태에서 0.5mm의 니들 길이(NL)를 가지는 제1 니들링 장치가 사용된 경우(시험군1), 조성물이 피부 표면에 도포된 상태에서 1.5mm의 니들 길이(NL)를 가지는 제2 니들링 장치가 사용된 경우(시험군2), 피부 표면에 제1 니들링 장치가 사용된 후 조성물이 냉각제와 함께 분사된 경우(시험군3), 피부 표면에 제2 니들링 장치가 사용된 후 조성물이 냉각제와 함께 분사된 경우(시험군4), 및 피부 표면에 조성물과 냉각제가 함께 분사된 경우(시험군5)의 침투 효과를 비교하는 형태로 진행되었다.

시험 대상으로 인체유래 피부조직으로 수술 후 폐기되어지는 얼굴 피부조직이 이용되었으며, 조성물로는 cross-linked HA에 아세틸헥사펩타이드-8(Acetyl Hexapeptide-8)에 형광물질을 결합한 아세틸헥스펩타이드-8-FITC를 결합한 물질이 이용되었고, 냉각제로는 액화 이산화탄소 가스가 이용되었다.

대조군에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기(2cm * 2cm)로 자른 후 500uL의 조성물을 도포하였다.

시험군1에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 500uL의 조성물을 도포하고, 피부조직에 구멍을 생성하였다.

피부조직에 구멍을 생성함에 있어서 도 2에서 서술한 롤링 방식의 제1 니들링 장치가 사용되었고, 니들 길이(NL)는 0.5mm이었다.

시험군2에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 500uL의 조성물을 도포하고, 피부조직에 구멍을 생성하였다.

피부조직에 구멍을 생성함에 있어서 도 2에서 서술한 롤링 방식의 제2 니들링 장치가 사용되었고, 니들 길이(NL)는 1.5mm이었다.

시험군3에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 구멍을 생성하였고, 500uL의 조성물을 냉각제와 함께 분사하였다.

피부조직에 구멍을 생성함에 있어서 전술한 제1 니들링 장치가 사용되었다. 조성물을 냉각제와 함께 분사함에 있어서 전술한 혼합 분사 시스템(100)이 사용되었다.

시험군4에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 구멍을 생성하였고, 500uL의 조성물을 냉각제와 함께 분사하였다.

피부조직에 구멍을 생성함에 있어서 전술한 제2 니들링 장치가 사용되었다. 조성물을 냉각제와 함께 분사함에 있어서 전술한 혼합 분사 시스템(100)이 사용되었다.

시험군5에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 500uL의 조성물을 냉각제와 함께 분사하였다.

제3 실험 결과, 피부조직에 구멍을 생성하고 조성물을 냉각제와 함께 분사한 경우(시험군3, 시험군4)의 침투 효과가 조성물을 도포한 경우(대조군)의 침투 효과, 조성물을 도포하고 구멍을 생성한 경우(시험군1, 시험군2)의 침투 효과, 또는 조성물을 냉각제와 함께 분사한 경우(시험군5)의 침투 효과보다 현저하게 높았다.

도 12를 참고하면, 대조군에서 형광 세기가 25.00이고, 시험군1에서 형광 세기가 151.00이고, 시험군5에서 형광 세기가 148.00인 반면, 시험군3에서 형광 세기가 343.00이었다. 0.5mm의 니들 길이(NL)를 가지는 제1 니들링 장치를 이용하여 피부조직에 대해 구멍을 생성하고 조성물을 냉각제와 함께 분사하는 경우의 침투 효과가 조성물을 도포하고 제1 니들링 장치를 이용하여 구멍을 생성한 경우보다 약 2.27배 높은 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도 12를 참고하면, 대조군에서 형광 세기가 25.00이고, 시험군2에서 형광 세기가 200.00이고, 시험군5에서 형광 세기가 148.00인 반면, 시험군4에서 형광 세기가 275.00이었다. 1.5mm의 니들 길이(NL)를 가지는 제2 니들링 장치를 이용하여 피부조직에 대해 구멍을 생성하고 조성물을 냉각제와 함께 분사하는 경우의 침투 효과가 조성물을 도포하고 제2 니들링 장치를 이용하여 구멍을 생성한 경우보다 약 1.37배 높은 것으로 이해될 수 있다.

이는, 앞서 제2 실험과 마찬가지로 니들링 장치(3000)만을 이용하여 조성물을 제공하거나 혼합 분사 시스템(100)만을 이용하여 조성물을 제공하는 경우에 비하여, 니들링 장치(3000)와 혼합 분사 시스템(100)을 같이 이용하여 조성물을 제공하는 경우에 의료 서비스 또는 미용 서비스의 비용이 줄어든다고 볼 수 있다.

나아가, 도 14를 참고하면, 대조군, 시험군1, 시험군2, 및 시험군5에 비해 시험군3 및 시험군4에서 진피에 도달한 조성물이 더 많은 것이 확인된다.

한편, 도 13을 참고하면, 대조군에서 형광 투과 깊이가 280.27㎛이고, 시험군1에서 형광 투과 깊이가 333.55㎛이고, 시험군2에서 형광 투과 깊이가 373.05㎛이고, 시험군3에서 형광 투과 깊이가 383.65㎛n이고, 시험군4에서 형광 투과 깊이가 414.09㎛이고, 시험군5에서 형광 투과 깊이가 380.78㎛이었다.

시험군1, 시험군3, 및 시험군5를 고려할 때, 0.5mm의 니들 길이(NL)를 가지는 제1 니들링 장치만 이용된 경우보다 혼합 분사 시스템(100)만 이용된 경우의 형광 투과 깊이가 큰 값을 가졌고, 제1 니들링 장치와 혼합 분사 시스템(100)이 함께 이용된 경우에도 혼합 분사 시스템(100)만 이용된 경우에 비해 형광 투과 깊이가 크게 향상되지 않음이 확인되었다.

반면, 시험군2, 시험군4, 및 시험군5를 고려할 때, 1.5mm의 니들 길이(NL)를 가지는 제2 니들링 장치만 이용된 경우 또는 혼합 분사 시스템(100)만 이용된 경우 보다 제2 니들링 장치와 혼합 분사 시스템(100)이 함께 이용된 경우 형광 투과 깊이가 크게 향상되는 것이 확인되었다.

위와 같은 결과를 고려할 때, 침투 깊이의 관점에서 혼합 분사 시스템(100)을 이용하는 경우가 0.5mm의 니들 길이(NL)를 가지는 니들링 장치(3000)를 이용하는 경우와 유사한 효과를 가지는 것으로 이해될 수 있다.

제3 실험을 통해서도, 니들링 장치(3000)를 단독으로 사용하는 경우 또는 혼합 분사 시스템(100)을 단독으로 사용하는 경우보다 니들링 장치(3000)와 혼합 분사 시스템(100)을 함께 사용하는 경우 피부에 조성물이 더 많이 침투되었으며, 조성물이 도달하는 깊이도 증가되는 것이 확인되었다.

2.3.4 실험 결과 분석

제2 실험과 제3 실험의 경우 조성물로 사용된 물질의 종류가 서로 상이하였고, 제3 실험에서 서로 다른 니들 길이(NL)를 가지는 니들링 장치(3000)가 사용되었음에도 일관된 결과(ex. 침투 효과가 약 1.5배 이상 향상)가 나온 것을 고려할 때, 니들링 방법과 혼합 분사 방법은 상호 보완적인 관계로 함께 사용되었을 때 피부에 대한 조성물의 침투 효과가 증대되며, 특히 대상 영역에 구멍을 형성하고 조성물과 냉각제를 분사하는 니들링 후 혼합 분사 방법은 조성물의 현저한 침투 효과를 기대할 수 있다.

3. 니들링 후 동결 분사

이상에서는 니들링 후 혼합 분사 방법에 대해 서술하면서 조성물이 냉각제와 함께 분사되어 낮은 온도의 조성물이 피부 표면에 도달하는 것을 설명하였다.

조성물과 냉각제를 함께 분사함에 있어서, 조성물은 액체 상태로 냉각제 분사 스트림에 유입되고, 대부분 액체 상태로 피부 표면에 도달한다. 이 때, 냉각제 분사 스트림의 온도를 정밀하게 제어한다면 액체로 유입된 조성물이 동결되어 고체 상태로 피부 표면에 도달할 수 있다.

조성물이 고체 상태로 동결되어 피부 표면에 도달하는 경우 액체 상태로 도달하는 경우보다 침투 효과가 향상될 수 있다.

이하에서는, 조성물을 동결시켜 피부 표면에 도달시키는 동결 분사 방법에 대해 서술하고, 나아가 니들링 방법과 동결 분사 방법을 조합한 니들링 후 동결 분사 방법에 대해 서술하고자 한다.

이하에서는 도 15 내지 도 30을 참고하여 동결 분사에 대해 먼저 서술하도록 한다.

본 출원의 출원인은, 혼합 분사 시스템(100)을 개발하는 과정에서 조성물과 냉각제를 함께 분사할 때 조성물이 피부에 침투하는 정도를 확인하는 실험을 진행하였고, 종래 대비 피부에 대해 조성물이 효과적으로 침투하는 것을 확인하였다. 그 이유에 대해 연구를 진행한 결과, 단순히 조성물을 냉각제와 함께 분사하였기 때문은 아니고, 조성물이 동결되어 분사됨으로써 침투효과가 향상되는 것을 확인하였다.

보다 구체적으로, 출원인은 혼합 분사 시스템(100)에서 조성물과 냉각제가 함께 분사되는 과정을 관찰하다가 분사 전 액체 상태로 존재하던 조성물의 일부가 냉각제에 의해 동결되어 고체 상태로 피부 표면에 충돌하는 것을 확인하였다.

도 15는 일 실시예에 따른 조성물이 동결되어 분사되는 양상을 도식화한 도면이다. 도 15를 참고하면, 노즐(1500)에 의해 냉각제 분사 스트림(RSS, refrigerant spray stream)이 형성될 때, 조성물 가이드(2100)로부터 조성물이 액체 상태로 토출되어 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입되고, 액체 상태의 조성물이 냉각제 분사 스트림(RSS)을 따라 분사되면서 고체 상태로 변화하여 동결 입자가 되며, 동결 입자가 피부 표면에 도달될 수 있다.

출원인은 조성물이 냉각제에 의해 동결되어 동결 입자가 되는 것을 조성물의 침투력에 향상에 영향을 주는 요인으로 가정하고 후술하는 바와 같이 동결 분사에 관한 실험을 진행하면서 동결 분사를 위한 혼합 분사 시스템(100)을 개선하였다.

3.1 동결 분사에 대하여

동결 분사는 피부에 대해 조성물의 침투 효과가 유의미하도록 피부 표면에 조성물을 동결된 상태로 충돌시키는 것을 의미한다.

침투 효과가 유의미한 것은 피부에 침투한 조성물이 일정 수준 이상인 것을 의미한다. 더하여, 침투 효과가 유의미한 것은 피부에 조성물이 침투하는 깊이가 깊은 것을 의미한다.

보다 구체적으로, 침투 효과가 유의미한 것은 피부 표면에 조성물을 동결시켜 분사하였을 때 분사된 조성물의 양 대비 피부의 표피 아래에 도달한 조성물의 양이 일정 수준 이상인 것을 의미한다.

또는, 동일한 속도로 분사된 냉각제에 동일한 양의 조성물을 혼합하여 피부 표면에 분사할 때, 조성물이 동결되지 않은 상태로 피부 표면에 분사된 경우에 비해 조성물 침투량이 많은 경우 침투 효과가 유의미할 수 있다.

또는, 침투 효과가 유의미한 것은 피부 표면에 조성물을 동결시켜 분사하였을 때 피부에 조성물의 적어도 일부가 피부의 표피 아래까지 도달하는 것을 의미한다.

조성물을 동결 분사 방법으로 피부 표면에 제공하는 경우 조성물이 보다 용이하게 표피를 관통할 것으로 기대된다. 이는, 조성물이 동결되어 고체 조성물이 된 상태로 피부 표면에 충돌하는 경우 액체 조성물에 비해 충격력이 커질 것으로 기대되기 때문이다.

구체적으로, 동일한 운동량(질량*속도)을 가진 액체 조성물 입자와 고체 조성물 입자가 각각 피부 표면에 충돌하는 경우, 보다 단단한 고체 조성물 입자가 충돌 시간이 더 짧아져 충격력이 커지고, 결과적으로 각질층을 보다 용이하게 관통할 수 있다.

또한, 고체 조성물 입자의 경우 결정형 고체이고, 그에 따라 액체 조성물 입자에 비해 피부 표면에 충돌하는 면적이 작을 수 있으며, 그에 따라 고체 조성물 입자의 면적 당 충격력이 커져 액체 조성물 입자 보다 각질층을 용이하게 관통할 수 있다.

동결된 조성물이 각질층을 관통하는 것은, 조성물의 동결 입자가 자체적으로 피부 표면에 구멍(hole)을 형성하고 표피의 기저층 또는 그 아래 진피까지 침투되는 것으로 이해될 수 있다. 동결된 조성물이 니들 역할까지 수행하는 점에서 동결 분사 방법은 곧 아이스 니들링(ice needling) 방법으로 명명될 수도 있다.

3.2 침투효가 향상되는 동결 분사

전술한 바와 같이 동결 분사는 피부에 대해 조성물의 침투 효과가 유의미하도록 피부 표면에 조성물을 동결된 상태로 충돌시키는 것을 의미한다.

한편, 출원인은 후술하는 바와 같이 동결 분사에 관한 실험을 진행하였고, 그 결과 조성물의 동결되는 정도가 일정 수준이 되면 조성물을 동결시키지 않고 분사하는 경우에 비해 조성물의 침투 효과가 향상되는 것을 확인하였다.

보다 구체적으로, 피부 표면에 도달할 때까지 조성물이 동결된 상태로 이동하도록 냉각제 분사 스트림의 온도를 조절할 때 조성물의 침투가 향상되는지 여부를 확인하였고, 결과적으로 조성물의 침투 효과가 향상됨을 확인하였다. 이와 관련된 제1 실험에 대해서는 추후 서술한다.

더하여, 조성물이 피부 표면에 도달할 때 조성물이 동결된 정도에 따라 조성물의 침투 효과가 어떻게 달라지는 지에 대해서도 확인이 필요했다. 출원인은 이를 확인하기 위한 실험을 후술하는 제2 실험과 같이 진행하였으며, 그 전에 동결 분사에서 조성물이 동결된 정도에 대한 객관적 기준을 마련하였다.

여기서, 조성물이 동결된 정도를 확인하는 방법으로, 혼합 분사 시스템(100)을 옆(side)(ex. 좌측 또는 우측)에서 관찰하였을 때의 동결 비율을 산출하여 평가하는 방법이 사용되었다. 여기서, 혼합 분사 시스템(100)을 옆에서 바라본 상태의 의미는 혼합 분사 시스템(100)의 정상적으로 동작할 때 좌측 또는 우측에서 바라본 상태를 의미한다. 예를 들어, 도 17에 도시된 이미지는 혼합 분사 시스템(100)을 우측에서 바라본 상태에서 촬영한 이미지이다. 동결 비율을 산출하는 방법과 동결 비율을 조절하기 위한 혼합 분사 시스템(100)의 설계 방법에 대해서는 후술하도록 한다.

먼저, 동결 분사를 수행하는 혼합 분사 시스템(100)을 옆에서 관찰하였을 때, 동결 비율이 17%(측정 오차 5% 이내로, 약 12% 내지 약 22%)인 경우 동결 비율이 실질적으로 0%인 경우 보다 높은 침투 효과를 가진다. 따라서, 조성물이 피부 표면에 분사될 때 동결 비율이 17%인 경우 조성물의 침투 효과가 유의미하여 동결 분사로 볼 수 있다.

또한, 동결 분사를 수행하는 혼합 분사 시스템(100)을 옆에서 관찰하였을 때, 동결 비율이 5%(측정 오차 1% 이내로, 약 4% 내지 약 6%)인 경우 동결 비율이 실질적으로 0%인 경우 보다 높은 침투 효과를 가진다. 따라서, 조성물이 피부 표면에 분사될 때 동결 비율이 5%인 경우 조성물의 침투 효과가 유의미하여 동결 분사로 볼 수 있다.

더하여, 피부 표면에 도달하는 조성물의 동결 비율이 높아질수록 조성물의 침투 효과가 향상되는 것이 확인되었다. 구체적으로, 조성물의 동결 비율이 5%(측정 오차 1% 이내로, 약 4% 내지 약 6%)인 경우, 조성물의 동결 비율이 17%(측정 오차 5% 이내로, 약 12% 내지 약 22%)인 경우, 조성물의 동결 비율이 48%(측정 오차 3% 이내로, 약 45% 내지 약 51%)인 경우, 조성물의 동결 비율이 71%(측정 오차 3% 이내로, 약 68% 내지 약 74%)인 경우, 및 조성물의 동결 비율이 100%(측정 오차 1% 이내로, 약 99% 내지 약 100%)인 경우가 순서대로 침투 효과가 향상되었다.

다시 말해, 조성물의 동결 비율이 5%인 경우 침투 효과가 향상되었다면 조성물의 동결 비율이 5% 이상인 경우에도 높은 침투 효과를 가질 수 있다. 따라서, 조성물의 동결 비율은 5% 이상 100% 이하로 조절될 수 있다. 또는, 조성물의 동결 비율은 5% 이상 17% 이하로 조절될 수 있다. 또는, 조성물의 동결 비율은 5% 이상 48% 이하로 조절될 수 있다. 또는, 조성물의 동결 비율은 5% 이상 71% 이하로 조절될 수 있다.

측정에 따른 오차범위를 고려하면, 조성물의 동결 비율은 2% 이상 100% 이하로 조절될 수 있다. 또는, 조성물의 동결 비율은 2% 이상 22% 이하로 조절될 수 있다. 또는, 조성물의 동결 비율은 2% 이상 51% 이하로 조절될 수 있다. 또는, 조성물의 동결 비율은 2% 이상 74% 이하로 조절될 수 있다.

한편, 조성물의 동결 비율을 높이는 과정에서 피부 표면이 냉각제 또는 조성물에 의해 과도하게 냉각되면 조성물의 침투 효과가 감소할 수 있음이 확인되었다. 보다 구체적으로, 피부 표면에 도달하는 조성물의 동결 비율이 높더라도 피부 표면의 온도가 낮아져 얼음막(ice film) 등의 침투 방해 물질이 형성되어 피부 표면에 조성물이 도달하는 것이 방해되는 경우 조성물의 침투 효과가 감소할 수 있다. 따라서, 조성물의 동결 비율을 높이되 피부 표면의 온도를 적정 온도 이상으로 유지하는 것을 고려하여 혼합 분사 시스템(100)을 설계할 필요가 있고 구체적인 설계 방법에 대해서는 후술하도록 한다.

위 예시들과 같이, 동결 분사를 수행하는 혼합 분사 시스템(100)을 옆에서 관찰하였을 때, 동결 비율이 산출되고, 동결 비율이 0%인 경우 보다 높은 침투 효과를 가지는 경우, 산출된 동결 비율 이상이 되도록 조성물을 동결시켜 분사하는 것이 동결 분사로 이해될 수 있다.

이하에서는 도 16 내지 도 19를 참고하여 동결 비율을 산출하는 방법에 대해 서술한다.

도 16은 일 실시예에 따른 관찰 영역(OR)을 이용하여 조성물의 동결 비율이 확인되는 방식을 나타내는 도면이다. 도 16의 (a)는 혼합 분사 시스템(100)을 기준으로 관찰 영역(OR)(observing region)이 특정된 것을 나타내며, 도 16의 (b) 및 도 16의 (c)는 각각 관찰 영역(OR)에서 서로 다른 동결 비율을 가지는 경우를 나타낸다.

3.2.1 관찰 영역에서 조성물의 동결 비율 산출

동결 분사를 관찰하는 수단으로 초고속카메라가 이용될 수 있다. 구체적으로, 혼합 분사 시스템(100)이 냉각제와 조성물을 분사할 때, 초고속카메라를 이용하여 조성물이 유입된 냉각제 분사 스트림(RSS)을 촬영할 수 있다. 초고속카메라로 촬영된 이미지는 또는 영상은 일 시점 또는 일 시간 구간에서 조성물이 분사되는 형태를 선명하게 보여주고, 해당 이미지 또는 영상을 통해 조성물이 동결된 정도가 확인될 수 있다.

동결 분사를 관찰하기 위해 관찰 영역(OR)이 특정될 수 있다. 관찰 영역(OR)은 동결 비율을 확인하기 위한 영역을 의미할 수 있다.

관찰 영역(OR)을 특정하는 것은, 피부 표면에 도달하는 조성물의 동결 비율을 확인하기 위함이다. 조성물이 냉각제와 함께 분사됨에 따라 냉각제 분사 스트림(RSS) 내의 임의의 영역에서 조성물이 동결될 수 있다. 다만, 동결 분사는 조성물의 피부 침투를 목적으로 하는 바, 피부 표면에 실제로 도달하는 조성물의 동결 여부 또는 동결 비율을 확인하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 조성물의 침투 효과에 영향을 미치는 동결 비율을 확인하는 것이 목적인 점을 고려할 때, 조성물이 동결될 수 있는 영역 전체를 관찰하기 보다 동결 분사 시 피부 표면에 인접한 영역을 관찰하는 것이 바람직하다.

관찰 영역(OR)은 조성물이 분사되어야 하는 피부 표면에 대응되는 위치에 기초하여 특정될 수 있다. 예를 들어, 도 16의 (a)를 참고하면, 전술한 혼합 분사 시스템(100)에 의해 피부 표면에 조성물이 분사될 때, 혼합 분사 시스템(100)을 옆에서 바라본 상태에서 혼합 분사 시스템(100)의 노즐(1500)의 오리피스와 피부 표면 사이의 이격 거리에 대응되는 거리만큼 노즐(1500)의 오리피스로부터 이격된 영역을 관찰 영역(OR)으로 특정할 수 있다.

보다 구체적으로, 혼합 분사 시스템(100)을 좌측 또는 우측에서 바라볼 때, 혼합 분사 시스템(100)의 노즐(1500)의 오리피스로부터 관찰 거리(OD, observing distance)만큼 이격되고 노즐(1500)의 중심축(CA)에 수직한 가상의 제1 직선(L1)이 결정될 수 있다. 또한, 혼합 분사 시스템(100)을 좌측 또는 우측에서 바라볼 때, 제1 직선(L1)과 평행하고 제1 직선(L1)으로부터 노즐(1500)을 향하는 방향으로(또는 노즐(1500)에서 멀어지는 방향으로) 관찰 폭(OW, observing width)만큼 떨어진 제2 직선(L2)이 결정될 수 있다. 관찰 영역(OR)은 제1 직선(L1)과 제2 직선(L2) 사이의 영역으로 결정될 수 있다.

관찰 거리(OD)는 권장 분사 거리에 기초하여 결정될 수 있다. 또는, 관찰 거리(OD)는 후술하는 거리 유지부의 말단을 기준으로 결정될 수 있다. 또는, 관찰 거리(OD)는 거리 유지부의 길이를 기준으로 결정될 수 있다.

여기서, 권장 분사 거리는 혼합 분사 시스템(100)의 사용 태양에 있어서 피부 표면에 대해 혼합 분사 시스템(100)을 위치시켜야 하는 거리를 의미할 수 있다. 구체적으로, 권장 분사 거리는 혼합 분사 시스템(100)을 작동하여 피부 표면에 냉각제 및 조성물을 분사할 때 노즐(1500)과 피부 표면 사이의 바람직한 직선 거리를 의미할 수 있다. 권장 분사 거리는 혼합 분사 시스템(100)의 구성들의 사양(ex. 냉각제 용기(RC) 내부 압력, 노즐(1500) 오리피스 크기 등)에 따라 다르게 결정될 수 있다.

권장 분사 거리는 조성물이 가속되는 데에 필요한 가속 구간의 길이보다는 긴 것이 바람직하다. 구체적으로, 조성물은 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입된 후 동결되고, 동결된 조성물은 일정 구간에 걸쳐 가속된다. 조성물의 동결 입자가 충분히 가속되기 위해서는 노즐(1500)의 중심축(CA)에 평행한 방향으로 일정 길이를 가지는 가속 구간이 필요하다. 예시적으로, 조성물의 동결 입자가 충분히 가속되기 위해서는 약 3mm 이상 약 5mm 이하, 또는 약 1mm 내지 약 10mm 이하의 가속 구간이 필요하다. 조성물이 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입된 위치를 기준으로 전술한 가속 구간이 보장되는 것이 바람직하다. 따라서, 권장 분사 거리는 노즐(1500)의 중심축(CA)에 평행한 방향을 기준으로, 노즐(1500)의 오리피스부터 조성물이 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입되는 위치까지의 거리 및 전술한 가속 구간의 길이를 합친 값 보다 크게 설정될 수 있다.

권장 분사 거리는 조성물이 가속되는 데에 필요한 가속 구간의 길이보다는 긴 것이 바람직하다.

또한, 권장 분사 거리는 조성물이 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입되어 동결되기 위한 동결 구간의 길이보다는 긴 것이 바람직하다.

권장 분사 거리는 예시적으로 3mm 내지 100mm 이내에서 선택될 수 있다. 한편, 권장 분사 거리는 바람직한 분사 거리에 대한 가이드이므로, 특정 값이 아닌 범위로 제시될 수도 있다. 예시적으로 권장 분사 거리는 3mm 내지 100mm에서 선택되는 거리 하한 값 및 거리 상한 값을 가지는 범위로 제시될 수 있다.

관찰 거리(OD)는 권장 분사 거리와 동일할 수 있다. 관찰 거리(OD)가 권장 분사 거리와 동일할 때, 피부 표면이 위치하는 것으로 예상되는 영역이 관찰 영역(OR)으로 특정될 수 있다.

한편, 관찰 거리(OD)는 권장 분사 거리 보다 짧을 수 있다. 만약 피부 표면에 조성물과 냉각제를 함께 분사하는 과정을 초고속카메라로 촬영하는 경우, 피부 표면에서의 조성물 동결 비율이 확인되기 어려우므로, 피부 표면으로부터 일정 거리 떨어진 위치에서 확인된 동결 비율을 피부 표면에서의 동결 비율로 추정할 수 있다. 이 경우, 관찰 거리(OD)는 권장 분사 거리 보다 짧을 수 있다. 또는, 관찰 영역(OR)은 혼합 분사 시스템(100)을 옆에서 바라볼 때 피부 표면으로부터 제1 거리만큼 이격되는 제1 직선(L1) 및 제1 직선(L1)과 평행하고 제1 직선(L1)으로부터 관찰 폭(OW)만큼 이격된 제2 직선(L2)에 의해 결정될 수 있다.

관찰 거리(OD)는 권장 분사 거리 보다 크게 설정될 수도 있다. 이 경우에도 관찰 영역(OR)에서의 동결 비율이 피부 표면에서의 동결 비율로 추정될 수 있다.

권장 분사 거리가 범위로 제시된다면 관찰 거리(OD)는 권장 분사 거리 범위에 포함될 수 있다. 권장 분사 거리 범위는 3mm 내지 100mm 이내의 일 구간으로 결정될 수 있다.

한편, 관찰 거리(OD)가 반드시 권장 분사 거리에 기초하여 결정되어야 하는 것은 아니며, 임의로 결정될 수도 있다.

관찰 거리(OD)는 최소 임계 거리 값보다는 크게 설정될 수 있다. 조성물이 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입되어 동결되기 위해서는 냉각제와 조성물 사이에 열교환이 이루어져야 하므로 열교환에는 일정 수준 시간이 소요된다. 열교환이 이루어지는 시간 동안 조성물은 냉각제에 의해 이동하므로, 냉각제가 분사되는 노즐(1500)에 최근접 영역에서는 조성물이 동결되지 않을 수 있다. 따라서, 관찰 영역(OR)이 동결 입자를 관찰하기 위해 설정되는 점을 고려할 때, 관찰 거리(OD)는 노즐(1500)을 기준으로 최근접 영역에 해당하는 거리 보다는 길게 설정될 수 있다. 예시적으로, 관찰 거리(OD)는 0~3mm 이내에서 결정되는 최소 임계 거리 값 보다 크게 설정될 수 있다.

관찰 폭(OW)은 관찰 영역(OR)의 폭을 의미한다.

관찰 폭(OW)은 관찰 거리(OD)의 1% 내지 50% 이내에서 결정될 수 있다. 또는, 관찰 폭(OW)은 노즐(1500)의 오리피스를 기준으로 관찰 거리(OD) 만큼 이격된 위치에서 냉각제 분사 스트림(RSS)의 직경으로 결정될 수 있다. 또는, 관찰 폭(OW)은 냉각제 분사 스트림(RSS)의 평균 직경으로 결정될 수 있다. 한편, 관찰 폭(OW)은 임의의 값으로 특정되지 않고 육안으로 확인 가능한 냉각제 분사 스트림(RSS)의 내부가 관찰 영역(OR)이 될 수도 있다.

동결 비율은 특정된 영역에서 고체 조성물 입자 수와 액체 조성물 입자 수의 합 대비 고체 조성물 입자 수로 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 16의 (b) 또는 도 16의 (c)를 참고하면, 관찰 영역(OR)에서 관찰되는 고체 조성물 입자 수와 액체 조성물 입자 수를 카운트(count)하고, 고체 조성물 입자 수와 액체 조성물 입자 수를 합한 값으로 고체 조성물 입자 수를 나누어 동결 비율이 획득될 수 있다.

한편, 동결 비율은 기체 조성물 입자 수가 더 고려될 수도 있다. 다만, 기체 조성물 입자 수는 산출되기 어렵고, 냉각제와 조성물이 함께 분사될 때 조성물은 대부분 고체 상태 또는 액체 상태로 존재하는 점에서 동결 비율은 기체 조성물 입자 수를 고려하지 않는 것이 바람직하다.

이하에서는 도 17 내지 도 19을 참고하여 촬영된 이미지에서 고체 조성물 입자를 확인하는 방법에 대해 서술한다.

도 17 및 도 18은 일 실시예에 따른 액체 상태의 조성물과 고체 상태의 조성물이 분사되는 장면을 촬영한 이미지이다. 도 17은 조성물 및 냉각제를 분사하는 혼합 분사 시스템(100)에 빛을 조사한 상태에서 초고속카메라를 이용하여 촬영한 이미지를 나타낸다. 도 18은 초고속카메라를 이용하여 조성물 및 냉각제를 분사하는 혼합 분사 시스템(100)을 촬영하되, 초고속카메라 측으로 빛을 조사하여 조성물이 빛을 가린 모습을 촬영한 이미지를 나타낸다.

도 19는 일 실시예에 따른 고체 조성물 입자를 카운팅하기 위한 이미지 처리 과정을 나타내는 도면이다. 도 19의 (a)는 관찰 영역(OR)을 촬영한 이미지를 나타내고, 도 19의 (b)는 (a)의 이미지에 명도 필터를 적용한 이미지를 나타내고, 도 19의 (c)는 (b)의 이미지에서 고체 조성물 입자를 추적하는 것을 나타낸다.

동결 비율을 산출함에 있어서, 고체 조성물 입자와 액체 조성물 입자는 초고속카메라 이미지 또는 영상(이하, '이미지 등')에서 육안으로 구분될 수 있다. 구체적으로, 도 17을 참고하면 고체 조성물 입자는 결정형을 가지기 때문에 빛을 반사하여 상대적으로 밝게 보일 수 있다.

따라서, 초고속카메라로 촬영한 이미지 등에서 육안으로 확인되는 입자들 중 빛을 반사하여 밝게 보이는 입자를 고체 조성물 입자로, 빛을 반사하지 않아 어둡게 보이는 입자를 액체 조성물 입자로 특정할 수 있다.

또한, 도 18에 도시된 바와 같이 초고속카메라를 이용하여 촬영한 이미지 등에서 조성물 입자의 명도를 기준으로 액체 조성물 입자와 고체 조성물 입자가 구분될 수 있다. 도 18을 참고하면 고체 조성물 입자가 액체 조성물 입자보다 어두우므로, 일정 세기의 밝기를 기준으로 고체 조성물 입자와 액체 조성물 입자를 특정할 수 있다.

도 19를 참고하면, 초고속카메라를 이용하여 촬영한 이미지 등에서 관찰 영역(OR)을 분리하고, 관찰 영역(OR)에 대해 일정 밝기 이하의 픽셀들을 선택하는 필터를 적용하고, 일정 영역 이상을 차지하는 픽셀들을 추적하여 고체 조성물 입자를 카운팅할 수 있다.

전술한 고체 조성물 입자 확인 방법 외에 Dynamic light scattering (DLS) with polarization analysis, Time-resolved X-ray diffraction (TR-XRD), 또는 in situ spectroscopy 등이 활용될 수 있다.

한편, 동결 비율은 특정된 영역에서 고체 조성물 입자들의 면적과 액체 조성물 입자들의 면적의 합 대비 고체 조성물 입자들의 면적으로 정의될 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 동결 비율은 아래와 같이 산출될 수 있다.

혼합 분사 시스템(100)에 의해 조성물과 냉각제가 함께 분사되는 상태에서 초고속카메라를 이용하여 이미지가 획득되고, 획득된 이미지에서 관찰 영역(OR)이 특정되며, 특정된 관찰 영역(OR)에서 동결 비율이 산출될 수 있다.

이 때, 이미지는 복수 개가 획득될 수 있다.

예를 들어, 혼합 분사 시스템(100)에 의해 n번(n은 2 이상의 자연수) 동결 분사가 수행되고, n차 동결 분사(nth trial freeze spray)에서 분사 개시 후 미리 설정된 시간이 경과한 시점에 촬영된 n차 이미지(nth trial image)가 획득될 수 있다. 이후 n차 이미지에서 n차 동결 비율이 산출될 수 있으며, 1차 동결 비율 내기 n차 동결 비율의 평균이 최종 동결 비율로 획득될 수 있다. 여기서, n번의 동결 분사는 냉각제 용기(RC)에 동일한 압력으로 동일한 양의 냉각제가 저장되고 조성물 용기(CC)에 동일한 양의 조성물이 저장된 상태에서 조성물 및 냉각제를 분사하는 과정이 n번 수행된 것으로 이해될 수 있다.

다른 예를 들어, 혼합 분사 시스템(100)에서 미리 설정된 촬영 시간 동안 냉각제와 조성물이 분사되고 촬영 시간 동안 획득된 이미지들 중 적어도 둘 이상의 이미지가 획득될 수 있다. 복수 개의 촬영 이미지 각각에서 관찰 영역(OR) 특정 및 동결 비율이 산출될 수 있으며, 촬영 이미지 별 각 동결 비율들의 평균이 최종 동결 비율로 획득될 수 있다.

한편, 이미지가 복수 개가 획득될 때, 각 이미지에서 획득된 동결 비율들을 평균 내는 것 외에, 각 이미지에서 카운트(count)된 고체 조성물 입자 수와 액체 조성물 입자 수를 합산하여 동결 비율이 산출될 수도 있다.

후술하는 바와 같이, 동결 비율에 따라 조성물의 침투 효과가 상이할 수 있다. 예를 들어, 동결 비율이 커질수록 조성물 침투 효과가 커질 수 있다.

따라서, 조성물 침투 효과가 유의미한 동결 비율을 찾고, 해당 동결 비율 이상을 가지는 동결 분사가 수행될 수 있도록 혼합 분사 시스템(100)이 설계될 필요가 있다.

이상에서는 동결 분사로 보는 방법으로 관찰 영역(OR)에서 동결 비율을 산출하는 것에 대해 서술하였으나, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 조성물과 냉각제를 함께 분사할 때 관찰 영역(OR)에서 동결 입자 수가 미리 설정된 임계 입자 수 이상인 경우 동결 분사로 볼 수도 있다.

여기서, 임계 입자 수는 피부에 대한 조성물 침투 효과가 동결 입자 수가 실질적으로 0인 경우 보다 높을 때의 값으로, 실험을 통해 특정될 수 있다.

한편, 관찰 영역(OR)에서 동결 입자 수를 카운트하는 방법은 전술한 동결 비율 산출 방법 중 조성물의 동결 입자 수를 카운트하는 방법과 동일하다.

이상에서는 혼합 분사 시스템(100) 또는 조성물과 냉각제가 분사되는 양상을 옆에서 바라본 상태에서 관찰 영역(OR)을 특정하고 동결 비율을 산출하는 방법에 대해 서술하였다. 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 혼합 분사 시스템(100) 또는 조성물과 냉각제가 분사되는 양상을 위에서 또는 아래에서 바라본 상태에서 관찰 영역(OR) 특정 및 동결 비율 산출도 가능하다. 나아가, 둘 이상의 방향에서 바라본 상태에서 고체 조성물 입자와 액체 조성물 입자를 카운트 하여 동결 비율을 산출하는 것도 가능하다.

옆이 아닌 다른 측에서 바라보는 경우 또는 둘 이상의 방향에서 바라보는 경우도 마찬가지로 유의미한 침투 효과를 가지는 동결 비율이 실험을 통해 산출될 수 있으며, 해당 동결 비율 이상을 가지는 조성물 및 냉각제 분사가 동결 분사로 이해될 수 있다.

3.2.2 관찰 라인을 통과하는 조성물의 동결 비율 산출

동결 비율은 후술하는 바와 같이 관찰 라인(OL, observing line)을 기준으로 산출될 수도 있다.

도 20은 일 실시예에 따른 관찰 라인(OL)을 이용하여 동결 비율이 산출되는 방식을 나타내는 도면이다. 도 20의 (a)는 혼합 분사 시스템(100)을 기준으로 관찰 라인(OL)이 특정된 것을 나타내며, 도 20의 (b)는 제1 시점과 제2 시점에서 관찰 라인(OL)을 통과한 조성물 입자들을 나타낸다.

관찰 라인(OL)은 조성물이 분사되어야 하는 피부 표면에 대응되는 위치에 기초하여 특정될 수 있다. 예를 들어, 도 20의 (a)를 참고하면, 조성물이 분사되는 혼합 분사 시스템(100)을 옆에서 바라본 상태에서 혼합 분사 시스템(100)으로부터 일정 거리만큼 이격된 직선을 관찰 라인(OL)으로 특정할 수 있다. 보다 구체적으로, 혼합 분사 시스템(100)을 좌측 또는 우측에서 바라볼 때, 혼합 분사 시스템(100)의 노즐(1500)의 오리피스로부터 관찰 거리(OD)만큼 이격되고 노즐(1500)의 중심축(CA)에 수직한 가상의 직선이 관찰 라인(OL)으로 결정될 수 있다.

여기서, 관찰 거리(OD)는 관찰 영역(OR)에서 서술한 것과 동일하다.

동결 비율은 일정 시간 동안 관찰 라인(OL)을 통과하는 액체 조성물 입자 수 및 고체 조성물 입자 수의 합 대비 조성물의 동결 입자 수로 산출될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 20의 (b)를 참고하면, 초고속카메라를 이용하여 조성물이 분사되는 혼합 분사 시스템(100)의 측면을 촬영하여 영상을 획득되고, 영상 내에서 임의의 제1 시점에 대응되는 이미지 프레임 및 제2 시점에 대응되는 이미지 프레임이 선택되며, 선택된 이미지 프레임들에서 제1 시점부터 제2 시점까지 관찰 라인(OL)을 통과한 액체 조성물 입자 수 및 고체 조성물 입자 수가 카운트되어 동결 비율이 산출될 수 있다.

동결 비율은 복수의 영상에 대해 획득된 개별 동결 비율들의 평균 값으로 획득될 수 있다. 여기서, 복수의 영상은 전술한 n번의 동결 분사 각각에서 획득된 영상들을 포함할 수 있다. 또 여기서, 복수의 영상은 일정 시간 동안 혼합 분사 시스템(100)에서 조성물 및 냉각제가 분사되는 양상을 촬영한 후 그 중 n개의 시간 구간에서 획득된 영상을 의미할 수 있다.

관찰 영역(OR)에서 서술한 바와 같이, 관찰 라인(OL)을 이용하여 동결 비율을 산출하는 방법에서도 혼합 분사 시스템(100)을 옆에서 외에 위에서, 아래에서, 또는 둘 이상의 방향에서 바라본 상태를 상정할 수 있다.

3.2.3. 관찰 면에 분사되는 조성물의 동결 비율 산출

동결 비율은 아래와 같이 관찰 면을 이용하여 산출될 수도 있다.

먼저, 혼합 분사 시스템(100)에서 관찰 거리(OD)만큼 이격된 위치에 관찰 면이 배치되고 초고속카메라가 관찰 면을 촬영하는 상태에서 관찰 면에 조성물 및 냉각제가 분사될 수 있다.

그 후, 초고속카메라에서 촬영된 영상에서 조성물이 관찰 면에 처음 도달한 시점 또는 그로부터 일정 시간 이후의 시점에 대응되는 이미지 프레임이 획득될 수 있다.

획득된 이미지 프레임의 관찰 면에서 색상 차이(또는 밝기 차이)를 기준으로 고체 조성물과 액체 조성물이 구분될 수 있고, 그에 따라 관찰 면을 기준으로 고체 조성물이 차지하는 면적과 액체 조성물이 차지하는 면적이 산출될 수 있다.

동결 비율은 고체 조성물이 차지하는 면적과 액체 조성물이 차지하는 면적 대비 고체 조성물이 차지하는 면적으로 산출될 수 있다.

관찰 면을 이용하여 동결 비율을 산출하는 방법에서, 초고속카메라 외에 액체와 고체를 구분할 수 있는 센서가 활용될 수 있다. 예를 들어, 단열된 판에 조성물 및 냉각제를 분사하면서 단열된 판의 온도 변화를 모니터링하고, 단열된 판의 온도 변화 또는 온도 유지에 필요한 냉각 에너지량(또는 열량) 및 동결 입자가 액체로 변할 때 흡수하는 잠열에 기초하여 동결 비율이 산출될 수 있다. 다른 예를 들어, 관찰 면에 감전식 터치센서를 설치하고 액체 조성물과 고체 조성물이 접촉할 때의 정전용량(capacitance)를 고려하여, 측정되는 전기신호의 변화를 바탕으로 동결 입자 비율이 추정될 수 있다.

관찰 면을 이용하여 동결 비율을 산출하는 방법에서, 감전식 터치센서를 이용

3.3 동결 입자 생성 방법

이하에서는 도 21 내지 도 24를 참고하여 조성물을 동결시켜 동결 입자를 생성하는 방법에 대해 서술한다.

전술한 바와 같이, 조성물의 동결 입자는 혼합 분사 시스템(100)을 이용하여 생성될 수 있다. 구체적으로, 혼합 분사 시스템(100)의 냉각제 분사 장치(1000)에 의해 상대적으로 낮은 온도를 가지는 냉각제 분사 스트림(RSS)이 형성되고, 혼합 분사 시스템(100)의 조성물 제공 장치(2000)에 의해 냉각제 분사 스트림(RSS)에 조성물이 공급되면서 동결 입자가 생성될 수 있다.

도 21은 일 실시예에 따른 혼합 분사 시스템(100)을 나타내는 도면이다. 도 8을 참고하면, 혼합 분사 시스템(100)은 냉각제 분사 장치(1000) 및 조성물 제공 장치(2000)를 포함하고, 조성물 제공 장치(2000)는 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500)에 결합될 수 있다.

한편, 도 21에 도시된 바와 같이, 혼합 분사 시스템(100)은 노즐(1500)을 커버하면서 조성물 제공 장치(2000)를 지지하는 커버(COV)를 더 포함할 수 있다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해 조성물 제공 장치(2000)가 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500)에 결합되는 경우에 대해 서술하나, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 조성물 제공 장치(2000)는 노즐(1500) 외에 커버(COV) 또는 냉각제 분사 장치(1000)의 하우징(housing) 등에 결합될 수도 있다. 다만, 이 경우에도 조성물 제공 장치(2000)의 조성물 가이드(2100)가 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500)에 인접하게 배치되어 조성물 가이드(2100)에서 토출된 조성물이 노즐(1500)에서 형성된 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입될 수 있어야 한다.

3.3.1 혼합 분사 시스템 세부 구성

도 22는 일 실시예에 따른 냉각제 분사 장치(1000)의 구성들을 나타내는 도면이다. 도 22를 참고하면, 냉각제 분사 장치(1000)는 용기 수용부(1100), 유량 조절부(1200), 열 제공부(1300), 노즐 결합부(1400), 노즐(1500), 센서부(1600), 입력부(1700), 출력부(1800), 및 제어부(1900)를 포함할 수 있다.

용기 수용부(1100)는 냉각제 용기(RC)를 수용할 수 있다. 용기 수용부(1100)에는 냉각제가 유입될 수 있는 냉각제 수용부가 구비되고, 냉각제 수용부는 냉각제가 이동하기 위한 유로(flow path) 또는 구멍을 포함하는 구성으로 이해될 수 있다.

일 예로, 냉각제 용기(RC)는 휴대가 용이한(portable) 카트리지로 제공될 수 있으며, 용기 수용부(1100)에 냉각제 용기(RC)가 장착되거나 분리될 수 있다. 용기 수용부(1100)에 냉각제 용기(RC)가 장착되면 냉각제 용기(RC) 내의 냉각제가 용기 수용부(1100)의 냉각제 수용부로 이동할 수 있다.

냉각제 용기(RC)가 카트리지로 제공되어 용기 수용부(1100)에 장착되는 경우, 카트리지에서 냉각제 나오기 위해 카트리지 입구를 타공하는 구성과 카트리지 입구가 타공되면서 냉각제가 외부로 누출되지 않도록 실링하는 구성이 필요할 수 있다. 따라서, 타공을 위한 구성과 실링을 위한 구성이 용기 수용부(1100)와 냉각제 용기(RC) 사이에 배치될 수 있다.

다른 예로, 냉각제 용기(RC)는 휴대가 어려운 탱크(tank)로 제공될 수 있으며, 용기 수용부(1100)는 튜브(tube)를 통해 냉각제 용기(RC)와 연결될 수 있다. 냉각제 용기(RC) 내 냉각제는 튜브를 통해 용기 수용부(1100)의 냉각제 수용부로 이동할 수 있다.

유량 조절부(1200)는 냉각제의 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 유량 조절부(1200)는 밸브를 포함하고, 밸브의 개폐 여부에 따라 냉각제가 이동하거나 이동하지 않을 수 있으며, 나아가 밸브의 개폐 정도에 따라 냉각제가 이동하는 정도가 결정될 수 있다.

여기서, 밸브는 예시적으로 솔레노이드 밸브(solenoid valve)일 수 있으나, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.

용기 수용부(1100) 및 유량 조절부(1200)는 유체적으로 연결되어, 용기 수용부(1100)의 냉각제 수용부로 유입된 냉각제가 유량 조절부(1200)로 이동할 수 있다. 예를 들어, 용기 수용부(1100)의 냉각제 수용부와 유량 조절부(1200)의 유로가 직접적으로 연결될 수 있다. 다른 예를 들어, 용기 수용부(1100)의 냉각제 수용부와 유량 조절부(1200)가 도관(conduit)으로 연결될 수 있다.

후술하는 바와 같이 냉각제 분사 장치(1000)에는 냉각제가 분사되는 분사 영역의 온도를 정밀하게 제어하는 정밀 온도 제어 기능이 탑재될 수 있다. 열 제공부(1300)는 정밀 온도 제어 기능을 구현하기 위한 수단 중 하나로, 냉각제가 분사되기 전에 냉각제에 열을 제공할 수 있다.

분사 영역의 온도를 정밀하게 제어하기 위한 목적을 달성하기 위해, 냉각제 분사 장치(1000)는 냉각제의 분사 전에, 열 제공부(1300)를 이용하여 고압/저온의 냉각제를 가열할 수 있다.

열 제공부(1300)는 열원(heat source), 열 전달매체(heat transfer medium)를 포함할 수 있다. 열원은 열을 생산하는 구성으로, 예시적으로 펠티에 효과(Peltier’s effect)와 같은 열전 효과를 이용하는 소자를 포함할 수 있다. 이 때, 열원에 공급되는 전력의 크기 또는 전류의 크기에 따라, 열원이 생산하는 열 에너지의 크기가 달라질 수 있다. 열 전달매체는 열원에서 생산된 열을 냉각제에 제공할 수 있다. 예를 들어, 열 전달매체는 열원으로부터 열 에너지를 공급받고, 공급받은 열 에너지를 냉각제로 전달할 수 있다.

열 전달매체는 다양한 형태로 구성(configure)될 수 있다, 예를 들어, 열 전달매체에는 열원이 열적으로 결합되고, 열 전달매체 내부에는 냉각제가 이동하기 위한 적어도 하나의 유로가 형성되며, 이로 인하여 열 전달매체와 냉각제 사이의 접촉면적(즉, 열전달면적)을 극대화시킬 수 있는 구성을 가질 수 있다.

유량 조절부(1200) 및 열 제공부(1300)는 유체적으로 연결되어 냉각제가 유량 조절부(1200)로부터 열 제공부(1300)로 이동할 수 있다. 예를 들어, 유량 조절부(1200)의 유로와 열 제공부(1300)의 유로가 직접적으로 연결될 수 있다. 다른 예를 들어, 유량 조절부(1200)와 열 제공부(1300)가 도관으로 연결될 수 있다.

노즐(1500)을 통해 냉각제가 분사될 수 있다. 노즐(1500)은 내부에 냉각제가 이동하기 위한 유로가 형성되어 있다. 노즐(1500)에 형성된 유로는 냉각제가 유입되는 일단에서의 폭 보다 냉각제가 분사되는 타단에서의 폭이 더 좁다. 노즐(1500)의 타단에서 냉각제가 분사되기 전 냉각제는 고압이 유지되고, 노즐(1500)의 타단에서 분사된 냉각제는 단열 팽창하면서 고속으로 분사되며 급속 냉각된다. 이 때, 노즐(1500)에 유입되는 냉각제의 압력이 높을 수록 단열 팽창된 냉각제는 낮은 온도와 높은 속도를 가지게 된다. 예시적으로, 냉각제 용기(RC)의 내부 압력이 50bar인 경우, 노즐(1500)로 유입되는 냉각제의 압력 역시 50bar에 근접하고, 노즐(1500)에서 분사되는 냉각제는 약 -50℃의 온도를 가지게 될 수 있다. 이처럼 고속 분사를 위해 필요한 고압을 가지는 극저온의 냉각제가 그대로 피부에 분사되는 경우 세포 괴사를 야기할 수 있다. 세포 괴사 등의 피부 손상을 방지하기 위해서는 전술한 열 제공부(1300)를 이용하여 냉각제가 분사되기 전에 열 에너지가 인가될 수 있다.

노즐(1500)은 냉각제 분사 장치(1000)에 대하여 탈부착이 가능하다. 냉각제 분사 장치(1000)에 노즐(1500)이 탈부착되기 위해 노즐 결합부(1400)가 구비될 수 있다.

노즐(1500)에는 조성물 제공 장치(2000)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 조성물 제공 장치(2000)의 조성물 가이드(2100)의 출력단이 노즐(1500)의 오리피스에 인접하게 배치되기 위해 조성물 제공 장치(2000)의 일부가 노즐(1500)에 결합될 수 있다.

한편, 유량 조절부(1200), 열 제공부(1300), 및 노즐(1500)은 서로 유체적으로 연결되되, 배치 방법이 다양할 수 있다. 예를 들어, 열 제공부(1300)가 유량 조절부(1200) 및 노즐(1500) 사이에 배치되어 냉각제가 유량 조절부(1200)를 지나 열 제공부(1300)에 도달하고, 열 제공부(1300)를 지나 노즐(1500)에 도달할 수 있다. 다른 예를 들어, 유량 조절부(1200)가 열 제공부(1300) 및 노즐(1500) 사이에 배치되어 냉각제가 열 제공부(1300)를 지나 유량 조절부(1200)에 도달하고, 유량 조절부(1200)를 지나 노즐(1500)에 도달할 수 있다.

센서부(1600)는 냉각제가 분사되는 분사 영역의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서부(1600)는 냉각제가 분사되는 피부 표면의 온도를 측정하여 측정 정보를 제어부(1900)에 제공할 수 있다.

한편, 센서부(1600)는 조성물 제공 장치(2000)의 일부 구성의 온도를 측정할 수도 있다. 예를 들어, 센서부(1600)는 조성물 가이드(2100) 또는 혼합부(2300)의 온도를 측정하여 측정 정보를 제어부(1900)에 제공할 수 있다.

입력부(1700)는 사용자의 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 입력부(1700)는 적어도 하나의 푸쉬 버튼 스위치(push button switch)를 포함하고, 사용자의 스위치 가압에 따라 푸쉬 입력 신호를 제어부(1900)에 제공할 수 있으며, 제어부(1900)는 푸쉬 입력 신호에 기초하여 유량 조절부(1200)의 개폐 등을 제어할 수 있다. 또한, 입력부(1700)는 적어도 하나의 로터리 스위치(rotary switch)를 포함하고, 사용자의 조작에 따라 회전 입력 신호를 제어부(1900)에 제공할 수 있으며, 제어부(1900)는 회전 입력 신호에 기초하여 목표 온도 또는 목표 시간 등을 설정할 수 있다. 여기서, 목표 온도는 분사 영역의 온도를 조절하여 도달시키고자 하는 온도를 의미한다. 또한, 목표 시간은 냉각제의 분사가 유지되어야 하는 시간 또는 분사 영역의 온도가 목표 온도에 도달한 상태로 유지되어야 하는 시간을 의미할 수 있다. 또한, 사용자는 입력부(1700)을 활용하여 목표하는 조성물의 침투 깊이를 설정할 수 있다. 혼합 분사 시스템(100)은 후술하는 바와 같이 냉각제에 가하는 열 또는 조성물의 유량을 제어하여 동결입자의 크기를 제어하고 이를 통해 침투 깊이를 조정할 수 있다.

출력부(1800)는 사용자에게 냉각제 분사 장치(1000)의 사용을 위한 인터페이스(interface) 및 각종 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(1800)는 디스플레이를 포함하고, 디스플레이를 통해 전술한 목표 온도나 목표 시간 등을 설정하기 위한 인터페이스를 출력할 수 있으며, 냉각제 분사 장치(1000)의 구동 중에는 센서부(1600)에 의해 측정되는 분사 영역의 실시간 온도나 냉각제가 분사된 총 시간 등의 정보를 출력할 수 있다.

제어부(1900)는 냉각제 분사 장치(1000)의 구성들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1900)는 열 제공부(1300)를 제어하여 분사되는 냉각제의 온도를 제어할 수 있고, 유량 조절부(1200)를 제어하여 냉각제의 유동을 제어할 수 있으며, 출력부(1800)를 통해 사용자에게 특정 정보를 출력할 수 있다.

냉각제 분사 장치(1000)는 아래와 같이 동작할 수 있다.

먼저, 제어부(1900)는 목표 온도 및 목표 시간을 설정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1900)는 출력부(1800)를 통해 사용자에게 목표 온도 및 목표 시간 설정을 유도하는 인터페이스를 제공하고, 입력부(1700)를 통해 사용자의 조작에 따른 설정 입력 신호를 수신하고, 수신된 설정 입력 신호에 기초하여 목표 온도 및 목표 시간을 설정할 수 있다.

그 후, 제어부(1900)는 출력부(1800)를 통해 사용자에게 작동 준비가 완료되었음을 지시하는 메시지를 출력하고, 입력부(1700)를 통해 사용자의 조작에 따른 스위치온(switch on) 입력 신호를 수신하고, 수신된 스위치온 입력 신호에 기초하여 냉각제를 분사할 수 있다.

냉각제가 분사되는 동안 제어부(1900)는 분사 영역에 대한 정밀 냉각을 수행할 수 있다. 예를 들어, 냉각제가 분사되는 동안 제어부(1900)는 센서부(1600)에 의해 측정된 분사 영역의 실시간 온도를 획득하고, 획득된 실시간 온도와 설정된 목표 온도를 비교하여 열 제공부(1300)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(1900)는 획득된 온도 값이 목표 온도 보다 낮으면 열 제공부(1300)를 통해 냉각제에 인가되는 열 에너지를 증가시키고, 획득된 온도 값이 목표 온도 보다 높으면 열 제공부(1300)를 통해 냉각제에 인가되는 열 에너지를 감소시킬 수 있다. 이 때, 제어부(1900)는 피드백 제어 기술로 PID 제어(Proportional Integral Derivative control)를 이용할 수 있다.

제어부(1900)에 의해 정밀 냉각이 수행됨에 따라 분사 영역의 온도가 목표 온도를 기준으로 일정 오차 범위 내에서 제어될 수 있다.

한편, 제어부(1900)는 분사 영역의 온도와 상관없이 열 제공부(1300)를 이용하여 냉각제에 열을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1900)는 열 제공부(1300)가 일정한 단위 시간당 열 에너지를 제공하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 분사 영역에 대한 온도 측정은 수행되지 않을 수 있다.

도 22에 도시하지는 않았으나, 냉각제 분사 장치(1000)는 거리 유지부를 더 포함할 수 있다. 분사 영역에 냉각제를 분사함에 있어서, 대상 영역과 냉각제 분사 장치(1000) 사이의 거리가 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500)이 대상 영역에 대해 권장 분사 거리 범위 이내에 위치한 상태에서 냉각제 및 조성물이 분사되는 것이 바람직하다.

특히, 냉각제 분사 장치(1000)에서 분사 영역의 온도를 측정하여 모니터링할 필요가 있는 경우(ex. 대상 영역의 온도를 이용하여 피드백 제어를 수행하거나, 대상 영역의 온도가 안전 온도 이하가 되는 경우 장치의 동작을 멈추거나, 대상 영역의 실시간 온도를 사용자에게 출력하는 경우 등), 분사 영역의 온도가 정확하게 측정될 필요가 있다.

거리 유지부는 노즐(1500)에 인접하게 위치할 수 있다. 거리 유지부는 냉각제 분사 장치(1000)의 하우징과 연결될 수 있다. 노즐(1500)의 중심축(CA)에 평행한 방향에서 노즐(1500)의 오리피스부터 거리 유지부의 말단까지의 거리가 권장 분사 거리 범위 이내가 되도록 거리 유지부의 길이가 설계될 수 있다. 예시적으로, 거리 유지부의 길이는 조성물의 동결 비율이 일정 값 이상으로 유지되기 위한 분사 거리에 기초하여 결정될 수 있다.

한편, 냉각제 분사 장치(1000)가 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 냉각제 용기(RC)가 직접적으로 또는 튜브를 통해 간접적으로 결합되어 냉각제를 분사하는 기능을 수행하는 장치나 구조라면 본 개시에서 서술하는 냉각제 분사 장치(1000)로 볼 수 있다. 예를 들어, 냉각제 분사 장치(1000)는 냉각제를 가열하지 않을 수 있고, 이에 따라 열 제공부(1300) 및 센서부(1600)가 생략될 수도 있다.

도 23은 제1 실시예에 따른 조성물 제공 장치(2000)를 나타내는 도면이다. 도 23의 (a)는 조성물 제공 장치(2000)가 노즐(1500)에 결합된 상태를 나타내며, 도 23의 (b)는 조성물 제공 장치(2000)가 노즐(1500)에 결합된 상태의 단면(A-A')에서 조성물과 냉각제가 혼합되어 분사되는 양상을 나타낸다.

도 23을 참고하면, 조성물 제공 장치(2000)는 조성물 가이드(2100), 혼합부(2300), 조성물 용기(CC), 및 결합부(2400)를 포함할 수 있다.

조성물 가이드(2100)는 조성물의 이동을 가이드하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 도 23의 (b)에 도시된 바와 같이, 조성물 가이드(2100)는 조성물 용기(CC) 및 혼합부(2300)를 유체적으로 연결하고, 조성물 용기(CC)에 저장된 조성물이 조성물 가이드(2100)를 통해 혼합부(2300)로 이동할 수 있다. 조성물 가이드(2100)는 튜브(tube) 형태로 구현될 수 있다. 조성물 가이드(2100)는 조성물이 유입되는 입력단 및 조성물이 빠져나가는 출력단을 포함할 수 있다.

혼합부(2300)는 조성물과 냉각제가 혼합되는 혼합 공간(MS, mixing space)을 제공한다. 도 23의 (b)에 도시된 바와 같이 혼합부(2300)는 혼합 공간(MS)을 정의하는 내측면을 가진다. 혼합부(2300)의 내측면에는 조성물 가이드(2100)의 출력단이 위치할 수 있다. 혼합 공간(MS)은 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500)과 유체적으로 연결되어 노즐(1500)에서 냉각제가 분사되면, 혼합 공간(MS)에 냉각제 분사 스트림(RSS)이 형성될 수 있다.

냉각제 분사 스트림(RSS)은 메인 스트림(S1)과 서브 스트림(S2)으로 구분될 수 있다. 메인 스트림(S1)은 냉각제가 상대적으로 강하게 분사되는 영역을 의미하고, 서브 스트림(S2)은 냉각제가 상대적으로 약하게 분사되는 영역을 의미할 수 있다. 또는, 메인 스트림(S1)은 냉각제의 밀도가 상대적으로 높은 영역을 의미하고, 서브 스트림(S2)은 냉각제의 밀도가 상대적으로 낮은 영역을 의미할 수 있다.

메인 스트림(S1) 및 서브 스트림(S2)은 노즐(1500)의 중심축(CA)을 기준으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 냉각제 분사 스트림(RSS)을 노즐(1500)의 중심축(CA)에 수직하게 잘랐을 때, 메인 스트림(S1)은 노즐(1500)의 중심축(CA)으로부터 경계 거리 이내에 위치하고 서브 스트림(S2)은 노즐(1500)의 중심축(CA)으로부터 경계 거리 밖에 위치할 수 있다. 경계 거리는 노즐(1500)의 말단으로부터의 거리에 따라 변경될 수 있으며, 냉각제 용기(RC)의 내부 압력 및 노즐(1500)의 오리피스의 크기에 따라 달라질 수 있다. 다른 예를 들어, 냉각제 분사 스트림(RSS)에서 냉각제의 온도가 임계 온도 이하인 영역이 메인 스트림(S1)으로, 나머지 영역이 서브 스트림(S2)으로 구분될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 냉각제 분사 스트림(RSS)에서 냉각제의 평균 속력이 임계 속력 이상인 영역이 메인 스트림(S1)으로, 나머지 영역이 서브 스트림(S2)으로 구분될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 냉각제 분사 스트림(RSS)에서 냉각제의 밀도가 임계 밀도 이상인 영역이 메인 스트림(S1)으로, 나머지 영역이 서브 스트림(S2)으로 구분될 수 있다.

한편, 조성물은 냉각제 분사 스트림(RSS) 중 메인 스트림(S1)에 유입되는 것이 중요하다. 서브 스트림(S2) 보다 메인 스트림(S1)에서 냉각제의 속력이 빠르고 온도가 낮기 때문에, 조성물이 서브 스트림(S2)에서 냉각제 입자와 만나 분사되는 것보다 메인 스트림(S1)에서 냉각제 입자와 만나 분사되는 것이 조성물의 온도가 더 낮아지고 조성물의 분사 속력도 높아지기 때문이다.

조성물 용기(CC)는 조성물을 저장할 수 있다. 조성물 용기(CC)에는 조성물을 주입할 수 있는 주입구가 형성될 수 있다. 조성물 용기(CC)에는 외기가 유입될 수 있는 통기공이 형성될 수 있다.

결합부(2400)는 조성물 제공 장치(2000)에서 노즐(1500)과 결합하는 부분을 의미한다. 예를 들어, 결합부(2400)는 후크 결합 부재, 나사 결합 부재, 또는 억지끼움 결합 부재 등을 포함하고, 노즐(1500)의 일 영역에 결합되어 고정될 수 있다.

혼합 공간(MS)에 냉각제 분사 스트림(RSS)이 형성되면, 조성물 가이드(2100)의 출력단에 인접하게 냉각제가 분사되고 베르누이 정리(Bernoulli's principle)에 따라 조성물 가이드(2100)의 출력단에 부압이 형성된다. 조성물 용기(CC)에는 통기공이 형성되어 있어 내부 압력이 대기압으로 유지된다. 따라서, 조성물 용기(CC)에 저장된 조성물은 더 낮은 압력이 형성된 조성물 가이드(2100)의 출력단으로 이동하게 되고, 결과적으로 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입된다.

한편, 혼합부(2300)에는 조성물을 냉각제 분사 스트림(RSS)의 메인 스트림(S1)까지 이동시키기 위한 가이드 판이 설치될 수 있다. 가이드 판은 미리 설정된 길이를 가지는 면을 포함한다. 가이드 판의 일단은 조성물 가이드(2100)의 출력단에 인접하게 배치되고 가이드 판의 타단은 메인 스트림(S1)에 인접하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 조성물 가이드(2100)를 통해 유입되는 조성물이 가이드 판을 타고 이동하여 메인 스트림(S1)에 도달할 수 있다.

조성물 제공 장치(2000)의 구성들은 일체로 제조될 수 있다. 또는, 조성물 제공 장치(2000)의 구성들 중 적어도 일부는 별도로 제조되어 서로 연결될 수 있다.

도 24는 제2 실시예에 따른 조성물 제공 장치(2000)를 나타내는 도면이다. 도 24의 (a)는 조성물 제공 장치(2000)가 노즐(1500)에 결합된 상태를 나타내며, 도 24의 (b)는 조성물 제공 장치(2000)가 노즐(1500)에 결합된 상태의 단면(B-B')에서 조성물과 냉각제가 혼합되어 분사되는 양상을 나타낸다.

도 24를 참고하면, 조성물 제공 장치(2000)는 조성물 가이드(2100), 조성물 용기(CC), 액츄에이터(2200), 및 결합부(2400)를 포함할 수 있다.

조성물 가이드(2100)는 조성물 용기(CC)에서 조성물을 공급받아 냉각제 분사 스트림(RSS)에 공급하는 구성이다. 조성물 가이드(2100)는 조성물이 유입되는 입력단 및 조성물이 토출되는 출력단을 포함한다.

도 24의 (b)를 참고하면, 조성물 가이드(2100) 내부에는 조성물이 이동할 수 있는 조성물 유로가 형성되어 있고, 조성물 가이드(2100)의 출력단은 노즐(1500)의 오리피스에 인접하게 배치될 수 있다. 구체적으로, 조성물 가이드(2100)의 출력단은 노즐(1500)의 오리피스를 기준으로 노즐(1500)의 중심축(CA)에 평행한 방향으로 제1 거리만큼, 노즐(1500)의 중심축(CA)에 수직한 방향으로 제2 거리만큼 떨어져 배치될 수 있다. 이 때, 조성물 가이드(2100)의 출력단은 노즐(1500)에 의해 형성되는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 메인 스트림(S1)에 닿도록 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 거리 및 제2 거리는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 메인 스트림(S1) 및 서브 스트림(S2)의 경계에 따라 결정될 수 있다. 조성물 가이드(2100)의 출력단과 노즐(1500)의 위치 관계에 대해서는 후술하도록 한다.

조성물 용기(CC)는 조성물이 저장되는 구성이다. 조성물 용기(CC)에는 조성물을 주입할 수 있는 주입구가 형성될 수 있다. 조성물 용기(CC)는 액츄에이터(2200)와 유체적으로 연결될 수 있다. 조성물 용기(CC) 내부의 조성물은 액츄에이터(2200)에 의해 가압되어 조성물 가이드(2100)로 이동할 수 있다.

액츄에이터(2200)는 유체를 미리 설정한 유량으로 혼합부(2300)에 공급하도록 구성될 수 있다. 액츄에이터(2200)는 예시적으로 피스톤 및 전동 모터를 포함하고, 전력을 인가 받아 피스톤을 움직임으로써 유체를 가압할 수 있다.

결합부(2400)는 앞서 서술한 내용과 동일한 바 생략하도록 한다.

도 24의 (b)를 참고하면, 냉각제 분사 장치(1000)에 의해 냉각제 분사 스트림(RSS)이 형성되면 조성물 제공 장치(2000)의 액츄에이터(2200)가 동작하여 조성물 용기(CC) 내 조성물을 가압하고, 그에 따라 조성물이 조성물 가이드(2100)를 통해 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입될 수 있다. 이 때, 유량 조절부(1200)와 액츄에이터(2200)가 제어부(1900)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 유량 조절부(1200)가 먼저 동작되어 냉각제가 분사된 후 액츄에이터(2200)가 동작되어 조성물이 토출될 수 있다. 다른 예를 들어, 유량 조절부(1200)와 액츄에이터(2200)가 동시에 동작될 수도 있다.

이상에서는 냉각제 분사 장치(1000) 및 조성물 제공 장치(2000)가 별도로 제조되어 상호 결합하는 것으로 서술하였으나, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 조성물 제공 장치(2000)의 구성 중 일부가 냉각제 분사 장치(1000)에 탑재될 수 있고, 냉각제 분사 장치(1000)의 구성 중 일부가 조성물 제공 장치(2000)에 구현될 수도 있다. 구체적으로, 조성물 제공 장치(2000)가 노즐(1500)의 기능을 수행하는 구성을 포함하고, 조성물 제공 장치(2000)가 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐 결합부(1400)에 결합될 수 있다.

전술한 바와 같이, 냉각제 분사 장치(1000)에 의해 냉각제 분사 스트림(RSS)이 형성되고 조성물 제공 장치(2000)에 의해 냉각제 분사 스트림(RSS)에 조성물이 유입될 수 있다. 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입된 조성물은 냉각제 분사 스트림(RSS)에서 미세 입자로 쪼개지고, 조성물의 온도에 비해 상대적으로 낮은 온도를 가지는 냉각제와 열 교환하여 미세 입자로 동결될 수 있다. 이 때, 미세 입자의 크기는 약 10㎛ 내지 약 300㎛ 일 수 있다. 또는, 미세 입자의 크기는 약 10㎛ 내지 약 100㎛일 수 있다.

다만, 후술하는 바와 같이 혼합 분사 시스템(100)의 설계 방법과 제어 방법에 따라 조성물이 동결되거나 동결되지 않을 수 있고, 더하여 동결 비율이 달라질 수 있다.

3.3.2 동결 입자 생성에 영향을 주는 요인들

먼저, 조성물의 동결 여부 및 동결 비율에 관여하는 요인들에는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도, 조성물 유량, 및 조성물 유입 위치가 포함될 수 있다.

냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도가 낮을수록 조성물이 잘 동결될 수 있다. 여기서, 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도는 냉각제 분사 스트림(RSS) 내 일 지점(ex. 노즐(1500)의 오리피스에서 일정 거리 이격된 지점의 온도)에서 측정되는 온도를 의미할 수 있다. 또는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 적어도 일 영역의 평균 온도를 의미할 수 있다. 조성물과 열 교환하는 냉각제 입자의 온도가 낮을수록 조성물의 온도가 낮아져 조성물이 동결될 확률이 높아질 수 있다. 나아가, 냉각제 입자의 온도가 낮을수록 조성물이 동결되는 비율이 높아질 수 있다.

한편, 조성물 동결을 위해 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도를 과도하게 낮추면 피부에 통증을 유발하거나 비가역적 손상이 발생할 수 있다. 따라서, 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도는 조성물이 동결되면서 피부에 통증이나 손상이 유발되지 않도록 제어될 필요가 있다.

또한, 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도가 과도하게 낮아지면 피부 표면의 수분이 얼게 되면서 얼음막 등의 침투 방해 물질이 형성될 수 있고, 조성물이 피부 표면에 도달하지 못하고 얼음막에 튕겨져 나오는(bounce off) 문제가 발생할 수 있다.

냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도는 냉각제가 노즐(1500)에서 분사되기 전 압력에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 노즐(1500)에서 분사되기 전 냉각제의 압력이 높을수록 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도가 낮아질 수 있다. 분사 전 냉각제 압력이 높을수록 분사 후 압력(대기압)과의 차이가 커지고 그에 따라 온도 하강 폭이 커지기 때문이다.

분사 전 냉각제 압력은 냉각제 용기(RC)의 내부 압력과 실질적으로 동일할 수 있다. 다시 말해, 냉각제 용기(RC)의 내부 압력이 높아질수록 분사 전 냉각제 압력이 높아질 수 있고 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도가 낮아질 수 있다.

따라서, 조성물을 동결시키기 위해 또는 조성물의 동결 비율을 높이기 위해 높은 내부 압력을 가지는 냉각제 용기(RC)가 이용될 수 있다. 또는, 냉각제 용기(RC)의 압력을 높이기 위해 냉각제 용기(RC)가 가열될 수 있다.

한편, 분사 전 냉각제 압력을 높이기 위해 냉각제 분사 장치(1000)는 압축기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 노즐(1500)과 유량 조절부(1200) 사이 또는 유량 조절부(1200)와 용기 수용부(1100) 사이에 압축기가 배치되어 냉각제의 압력을 높일 수 있다.

냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도는 노즐(1500)에서 냉각제가 분사되기 전 가열된 정도에 따라 달라질 수 있다. 냉각제 가열량이 높을수록 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도가 높아질 수 있다. 분사 전 냉각제 온도가 높아지고 냉각제 중 기체 비율이 증가하여 팽창되는 냉각제 양이 줄어들기 때문이다.

냉각제 가열량은 냉각제 분사 장치(1000)의 열 제공부(1300)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 열 제공부(1300)가 전력을 인가 받아 열 에너지를 생산하는 열전소자인 경우, 열 제공부(1300)에 인가되는 전력을 조절하여 열 제공부(1300)가 냉각제에 공급하는 단위 시간당 열 에너지가 조절될 수 있다.

냉각제 가열량은 피부 표면의 온도가 피부에 손상이나 통증을 유발하는 최소 온도 이상이 되도록 제어될 수 있다. 이를 위해 냉각제 분사 장치(1000)의 제어부(1900)는 대상 영역의 실시간 온도와 최소 온도 차이를 이용하는 피드백 제어를 수행할 수 있다.

분사 전 냉각제 압력을 제어하는 방법, 냉각제에 인가되는 열 에너지를 제어하는 방법 또는 이들의 조합이 이용되어 냉각제 분사 스트림의 온도가 제어될 수 있다.

조성물 유량이 작을 수록 조성물이 잘 동결될 수 있다. 조성물 유량은 단위 시간 당 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입되는 조성물의 양을 의미한다. 또는, 조성물 유량은 조성물 가이드(2100)에서 공급되는 단위 시간당 조성물의 양을 의미한다.

냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입되는 조성물은 냉각제 분사 스트림(RSS)에 의해 냉각 에너지를 공급 받는데(열 교환을 통해 온도가 낮아지는데), 조성물 유량이 클수록 조성물이 단위 질량 당 받는 냉각 에너지가 줄어들어 조성물이 동결되지 않거나 동결 비율이 낮아질 수 있다.

한편, 조성물 유량이 작아질수록 특정 양의 조성물을 대상 영역에 분사하기 위해 소모되어야 하는 냉각제 총량이 증가할 수 있다. 즉, 조성물 유량이 과도하게 작아지면 특정 양의 조성물을 분사하는 데에 사용되는 냉각제 총량이 과도하게 증가하여 동결 분사에 소요되는 비용과 시간이 증가할 수 있다. 또는, 조성물 유량이 과도하게 작아지면 일정양의 냉각제가 이용되는 경우 분사되는 조성물의 양이 과도하게 줄어들어 조성물이 피부에 침투되는 양이 줄어들 수 있다.

따라서, 조성물이 동결되되 미리 정해진 시술 시간 동안 조성물 공급량이 일정 수준 이상이 되도록 조성물 유량이 제어될 필요가 있다.

액츄에이터(2200)를 이용하여 조성물 유량이 조절될 수 있다. 예를 들어, 조성물 가이드(2100)에 조성물을 공급할 때, 액츄에이터(2200)를 이용하여 조성물에 가해지는 압력이 일정하게 제어될 수 있으며, 압력의 크기에 따라 조성물 유량이 일정하게 제어될 수 있다. 조성물에 가해지는 압력이 클수록 조성물 유량이 증가하고, 조성물에 가해지는 압력이 작을수록 조성물 유량이 감소하게 된다.

조성물 가이드(2100)가 도관(conduit)을 포함하는 경우 도관의 너비에 따라 조성물 유량이 조절될 수 있다. 조성물이 조성물 용기(CC)에서 도관을 통해 조성물 가이드(2100)로 공급되는 경우에도 도관의 너비에 따라 조성물 유량이 조절될 수 있다. 다시 말해, 도관 제조 시 설계한 도관의 너비에 따라 조성물 유량이 결정될 수 있다. 도관의 너비가 클수록 조성물 유량이 커지고, 도관의 너비가 작아질수록 조성물 유량이 작아지게 된다.

엑츄에이터(2200)를 이용하는 방법, 조성물 가이드(2100)의 도관 또는 조성물 가이드(2100)에 연결된 도관의 너비를 설계하는 방법, 또는 이들의 조합이 이용되어 조성물 유량이 제어될 수 있다.

조성물 유입 위치가 노즐(1500)에 가까울수록 조성물이 잘 동결될 수 있다. 혼합 분사 시스템(100)을 이용하여 피부 표면에 조성물 및 냉각제를 분사할 때, 조성물은 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입된 위치부터 피부 표면에 도달할 때까지 냉각제 분사 스트림(RSS)에 의해 냉각된다.

다시 말해, 조성물이 유입되는 위치가 피부 표면으로부터 멀어질수록 냉각제 분사 스트림(RSS)에 의해 조성물이 냉각되는 시간이 길어져 조성물이 동결될 가능성이 높아지거나 동결 비율이 높아진다. 또는, 조성물이 유입되는 위치가 노즐(1500)의 오리피스에 가까울수록 냉각제 분사 스트림(RSS)에 의해 조성물이 냉각되는 시간이 길어져 조성물이 동결될 가능성이 높아지거나 동결 비율이 높아진다.

다만, 조성물 유입 위치는 조성물 가이드(2100)의 출력단의 위치로 이해될 수 있는데, 조성물 가이드(2100)의 출력단이 노즐(1500)의 오리피스에 과도하게 인접하여 배치되면 노즐(1500)에서 분사되는 냉각제가 조성물 가이드(2100)에 부딪히면서 와류가 형성될 수 있다. 안정적인 조성물 및 냉각제 분사와 와류에 의한 냉각제 분사 스트림(RCC)의 감속을 고려할 때, 와류는 형성되지 않는 것이 바람직하다.

조성물 가이드(2100)의 출력단은 노즐(1500)의 오리피스를 기준으로 노즐(1500)의 중심축(CA)에 평행한 방향으로 제1 거리만큼, 노즐(1500)의 중심축(CA)에 수직한 방향으로 제2 거리만큼 떨어져 배치될 수 있다.

제1 거리는 약 20mm 이내일 수 있다. 제1 거리는 예시적으로 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm, 0.9mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 11mm, 12mm, 13mm, 14mm, 15mm, 16mm, 17mm, 18mm, 19mm, 또는 20mm일 수 있다.

제2 거리는 약 10mm 이내일 수 있다. 제2 거리는 예시적으로 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm, 0.9mm, 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 또는 10mm일 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 거리 및 제2 거리가 짧을수록 조성물이 더 잘 동결될 수 있으나, 과도하게 짧아지면 와류가 형성되는 문제가 발생할 수 있다.

일 예로, 조성물 유입 위치는 노즐(1500)로부터 일정 거리 이상 이격되되 노즐(1500)에 의해 형성되는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 메인 스트림(S1)의 가장자리로 결정될 수 있다. 이 때, 제1 거리 및 제2 거리는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 메인 스트림(S1) 및 서브 스트림(S2)의 경계에 따라 결정될 수 있다.

3.3.3 동결 분사를 위한 시스템 구현

동결 분사가 가능한 혼합 분사 시스템(100)을 구현하기 위해, 전술한 냉각제 분사 스트림 온도, 조성물 유량, 조성물 유입 위치, 또는 이들의 조합이 고려될 수 있다.

기본적으로, 혼합 분사 시스템(100)은 조성물이 피부 표면에서 동결될 수 있도록 구현되어야 한다. 이를 위해서는, 혼합 분사 시스템(100)에서 형성되는 냉각제 분사 스트림의 온도는 조성물의 어는 점 이하가 되어야 한다. 특히, 냉각제 분사 스트림 중 조성물이 유입되는 위치 또는 그 영역의 온도가 조성물의 어는 점 이하가 되어야 한다. 예시적으로, 조성물의 어는 점은 약 -30℃ 내지 약 0℃일 수 있다. 이 때, 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도는 조성물이 유입되는 지점에서 약 -50℃ 이하 또는 약 -30℃ 이하로 제어될 수 있다.

혼합 분사 시스템(100)은 피부 표면에서의 조성물의 동결 비율이 목표 동결 비율 이상이 되도록 구현되어야 한다. 목표 동결 비율은 피부 표면에 도달하는 조성물 중 생성되는 고체 조성물의 비율을 의미한다. 여기서, 목표 동결 비율은 전술한 동결 비율 산출 방법에 따라 산출될 수 있다.

목표 동결 비율은 동결 분사 실험을 통해 결정될 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이 동결 분사에 관한 실험을 진행하여 조성물의 침투 효과가 유의미한 유효 비율 범위(effective ratio range)가 산출될 수 있고, 목표 동결 비율은 유효 비율 범위 이내에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 후술하는 제1 실험을 통해 동결 비율이 17% 또는 5%일 때 유의미한 침투 효과가 확인되었고, 제2 실험을 통해 동결 비율이 높을수록 침투 효과가 높아짐이 확인되었는 바, 목표 동결 비율은 17% 이상에서 결정될 수 있다. 또는, 목표 동결 비율은 5% 이상에서 결정될 수 있다. 목표 동결 비율은 최대한 높게 설정될 필요가 있으나, 후술하는 제한 사항들(ex. 피부 손상 방지, 얼음막 형성 방지 등)이 더 고려될 수 있다.

조성물 제공 장치(2000)는 조성물의 동결 비율을 고려하여 적절한 조성물 유량(ex. 목표 유량)을 갖도록 설계될 수 있다. 이 때, 목표 유량은 일정 시간 동안 분사되어야 하는 조성물 유량일 수 있다. 결정된 목표 유량에 기초하여 액츄에이터(2200)에서 제공되어야 하는 압력이 특정될 수 있다. 또는, 결정된 목표 유량에 기초하여 조성물 가이드(2100)에 포함된 도관의 너비 또는 조성물 가이드(2100)에 연결되는 도관의 너비가 결정될 수 있다.

조성물 제공 장치(2000)는 조성물의 동결 비율을 고려하여 적절한 조성물의 목표 유입 위치를 갖도록 설계될 수 있다. 즉, 적절한 조성물의 목표 유입 위치를 가지도록 냉각제 분사 장치(1000) 및 조성물 제공 장치(2000)의 위치 관계가 특정될 수 있다. 목표 유입 위치는 전술한 바와 같이 노즐(1500)의 오리피스를 기준으로 와류 형성이 최소화되면서 노즐(1500)과 인접한 위치로 결정될 수 있다. 목표 유입 위치에 따라 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500) 및 조성물 가이드(2100)의 위치 관계가 특정될 수 있다. 구체적으로, 조성물 가이드(2100)에서 조성물이 빠져나오는 출력단이 노즐(1500)의 오리피스를 기준으로 목표 유입 위치에 위치하도록 설계될 수 있다.

냉각제 분사 장치(1000)는 조성물의 동결 비율을 고려하여 냉각제가 적절한 온도를 가지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 혼합 분사 시스템(100)에서 조성물 및 냉각제를 분사할 때, 산출되는 동결 비율이 목표 동결 비율 이상이 되도록 열 제공부(1300)가 제어될 수 있다. 구체적으로, 제어부(1900)를 이용하여 열 제공부(1300)에서 생산되는 단위 시간 당 열 에너지를 변경하면서 냉각제 분사 스트림(RSS)의 관찰 영역(OR)에서 조성물의 동결 비율을 확인하면, 동결 비율이 목표 동결 비율 이상이 되는 열 제공부(1300)의 동작 범위가 특정될 수 있다.

여기서, 열 제공부(1300)가 열전소자로 구현된다면 동작 범위는 열 제공부(1300)에 인가되어야 하는 전력 범위를 의미할 수 있다. 또 여기서, 열 제공부(1300)가 열전소자로 구현되고 제어부(1900)가 미리 설정된 목표 온도와 피부 표면의 실시간 온도를 이용하는 피드백 제어를 통해 열전소자에 전력을 인가하는 경우 동작 범위는 설정되어야 하는 목표 온도의 범위를 의미할 수 있다.

열 제공부(1300)가 특정된 동작 범위에서 동작하도록 제어부(1900)가 열 제공부(1300)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1900)는 미리 설정된 전력 범위 이내에서 열 제공부(1300)에 전력을 인가할 수 있다. 미리 설정된 전력 범위는 동결 비율이 5% 이상 100% 이하가 되는 범위를 의미할 수 있다. 또는, 미리 설정된 전력 범위는 동결 비율이 17% 이상 100% 이하가 되는 범위를 의미할 수 있다. 또는, 미리 설정된 전력 범위는 동결 비율이 48% 이상 100% 이하가 되는 범위를 의미할 수 있다. 또는, 미리 설정된 전력 범위는 동결 비율이 71% 이상 100% 이하가 되는 범위를 의미할 수 있다.

한편, 열 제공부(1300)의 동작 범위는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도가 피부 표면에 통증이나 손상을 유발하지 않는 범위를 더 고려하여 특정될 수 있다. 예를 들어, 혼합 분사 시스템(100)에서 조성물 및 냉각제를 피부 표면에 분사할 때, 피부 표면의 온도가 안전 온도 이상이 되도록 열 제공부(1300)의 동작 범위가 결정될 수 있다. 안전 온도는 약 -10℃ 내지 약 20℃에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 안전 온도는 -10℃, -9℃, -8℃, -7℃, -6℃, -5℃, -4℃, -3℃, -2℃, -1℃, 0℃, 1℃, 2℃, 3℃, 4℃, 5℃, 6℃, 7℃, 8℃, 9℃, 10℃, 11℃, 12℃, 13℃, 14℃, 15℃, 16℃, 17℃, 18℃, 19℃, 또는 20℃일 수 있다.

나아가, 열 제공부(1300)의 동작 범위는 냉각제 분사 스트림(RSS)에 의해 피부 표면에 침투 방해 물질인 얼음막이 형성되지 않는 범위를 더 고려하여 특정될 수 있다. 예를 들어, 혼합 분사 시스템(100)에서 조성물 및 냉각제를 피부 표면에 분사할 때, 피부 표면의 온도가 얼음막 형성 온도 이상이 되도록 열 제공부(1300)의 동작 범위가 결정될 수 있다. 피부 표면이 0˚C 이하가 될 때 얼음막이 형성될 수 있으므로, 얼음막 형성 온도는 0℃이다.

한편, 제어부(1900)는 열 제공부(1300)를 동작시키지 않거나 열 제공부(1300)가 혼합 분사 시스템(100)에서 생략될 수도 있다. 구체적으로, 냉각제 분사 스트림(RSS)에 상온을 가지는 조성물이 유입되면서 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도가 높아질 수 있다. 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도가 유입된 조성물에 의해 안전 온도 및/또는 얼음막 형성 온도보다 높아지는 경우, 분사 전 냉각제를 가열하지 않는 것이 냉각제 조성물의 동결 가능성 또는 동결 비율을 높일 수 있기 때문이다.

냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도를 제어하기 위해 냉각제 압력이 제어될 수 있다.

먼저, 혼합 분사 시스템(100)에서 사용되는 냉각제 용기(RC)의 내부 압력은 조성물의 동결 비율을 고려하여 적절한 값으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 냉각제 용기(RC)의 내부 압력은 10bar 내지 1000bar에서 결정될 수 있다. 바람직하게는, 냉각제 용기(RC)의 내부 압력은 30bar 내지 200bar에서 결정될 수 있다.

냉각제 용기(RC)의 내부 압력은 목표 동결 비율 및 전술한 안전 온도를 고려하여 결정될 수도 있다. 예를 들어, 냉각제 용기(RC)의 내부 압력은 조성물의 동결 비율이 목표 동결 비율이 되는 최소 압력 값과 피부 표면의 온도가 안전 온도가 되는 최대 압력 값 사이에서 결정될 수 있다.

한편, 냉각제 압력은 전술한 별도의 압축기 및/또는 냉각제 용기(RC)를 가열하는 용기 가열기로 제어될 수도 있다. 압축기 또는 용기 가열기는 목표 동결 비율 및 안전 온도에 기초하여 결정된 압력 범위로 분사 전 냉각제 압력을 제어할 수 있다.

이상에서는 동결 분사를 위한 혼합 분사 시스템(100)을 구현함에 있어서, 조성물 유량, 조성물 유입 위치, 및 냉각제 분사 스트림 온도를 순차적으로 고려하는 것으로 서술하였으나, 본 개시의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 순서로 혼합 분사 시스템(100)이 설계될 수 있음은 물론이다.

결과적으로 구현하고자 하는 혼합 분사 시스템(100)은 적어도 30bar 내지 200bar 사이의 압력으로 냉각제가 저장된 냉각제 용기(RC), 냉각제 용기(RC)로부터 냉각제를 공급받는 냉각제 수용부, 미리 설정된 크기의 오리피스를 가지는 노즐(1500), 노즐(1500)과 인접하게 배치되는 조성물 가이드(2100) (노즐(1500)의 오리피스로부터 미리 설정된 거리 이내에 조성물 가이드(2100)의 출력단이 위치함), 유량 조절부(1200), 및 제어부(1900)를 포함하되, 노즐(1500)의 오리피스로부터 관찰 거리(OD)만큼 이격되어 위치하고 관찰 폭(OW)을 가지는 관찰 영역(OR)에서 조성물의 동결 비율이 목표 동결 비율 이상이다. 혼합 분사 시스템(100)은 거리 유지부를 더 포함할 수 있고, 거리 유지부가 권장 분사 가이드 거리 범위의 길이를 가짐으로써 조성물의 동결 비율이 목표 동결 비율 이상이 되는 것이 보장될 수 있다.

이상에서는 동결 분사가 가능하도록 구현된 혼합 분사 시스템(100)에 대해 서술하였다. 이와 같이 조성물의 적어도 일부가 동결되어 피부 표면에 도달하도록 구현된 혼합 분사 시스템(100)을 동결 분사 시스템이라고도 명명할 수 있다.

3.3.4 조성물을 얼린 후에 분사

이상에서 서술한 혼합 분사 시스템(100)은 조성물을 냉각제와 함께 분사하여 조성물이 분사되는 과정에서 냉각제에 의해 동결된다. 다만, 동결 분사를 수행하는 시스템이 조성물과 냉각제를 혼합하여 분사하는 것으로만 구현될 수 있는 것은 아니며, 동결된 조성물이 피부 표면에 도달하는 경우라면 어떠한 시스템이든 동결 분사를 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 조성물을 미리 동결시키고 동결된 조성물을 분사하는 시스템이 이용될 수 있다. 구체적으로, 조성물을 미리 동결시켜 동결 입자를 생성한 상태에서 압축 공기 등의 전달 매체를 이용하여 동결 입자를 피부 표면에 분사하는 시스템이 이용될 수 있다.

3.4 동결 분사 방법

이하에서는 도 25를 참고하여 혼합 분사 시스템(100)을 이용한 동결 분사 방법에 대해 서술한다.

도 25를 참고하면, 동결 분사 방법은 혼합 분사 시스템(100)을 준비하는 단계(S2100), 대상 영역을 기준으로 혼합 분사 시스템(100)을 위치시키는 단계(S2300), 및 혼합 분사 시스템(100)을 이용하여 대상 영역에 조성물과 냉각제를 함께 분사하는 단계(S2500)를 포함한다.

이하에서 각 단계에 대해 구체적으로 서술한다.

먼저, 사용자(또는 시술자)는 혼합 분사 시스템(100)을 준비할 수 있다(S2100). 혼합 분사 시스템(100)은 적어도 냉각제 분사 스트림(RSS)을 형성하기 위한 노즐(1500) 및 노즐(1500)에 인접하게 배치되는 조성물 가이드(2100)를 포함한다. 혼합 분사 시스템(100)은 노즐(1500) 및 조성물 가이드(2100) 외에도 전술한 다른 구성들을 포함할 수 있다.

사용자는 대상 영역을 기준으로 혼합 분사 시스템(100)을 위치시킬 수 있다(S2300).

예를 들어, 사용자는 대상 영역으로부터 일정 거리에 혼합 분사 시스템(100)의 노즐(1500)을 위치시킬 수 있다.

여기서, 일정 거리는 노즐(1500)의 오리피스와 대상 영역 사이의 최단 거리를 의미할 수 있다. 일정 거리는 전술한 권장 분사 거리와 실질적으로 동일할 수 있다. 권장 분사 거리가 범위로 제시되는 경우 일정 거리는 권장 분사 거리 범위 내에 포함될 수 있다.

또 여기서, 대상 영역에 대해 노즐(1500)의 중심축(CA)이 미리 설정된 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 대상 영역이 포함된 평면 또는 대상 영역에 접하는 가상의 평면과 노즐(1500)의 중심축(CA)이 이루는 각도는 약 45°내지 90°사이의 값을 가질 수 있다.

사용자는 혼합 분사 시스템(100)을 이용하여 대상 영역에 조성물과 냉각제를 함께 분사할 수 있다(S2500). 예를 들어, 사용자가 혼합 분사 시스템(100)에 구비된 입력부(1700)를 조작하면 유량 조절부(1200)가 개방되고 액츄에이터(2200)가 조성물을 가압하여 대상 영역에 냉각제와 조성물이 함께 분사될 수 있다. 혼합 분사 시스템(100)이 액츄에이터(2200)를 포함하지 않는 경우 사용자가 입력부(1700)를 조작하면(ex. 분사 개시 버튼을 가압하면) 유량 조절부(1200)가 개방되어 냉각제 분사 스트림(RSS)이 형성되고, 부압에 의해 조성물이 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입되어 분사될 수 있다.

혼합 분사 시스템(100)이 동작하면, 액체 상태로 저장된 조성물이 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입되고, 냉각제 분사 스트림(RSS)에 의해 액체 조성물이 쪼개져 미세 입자가 되고 동시에 온도가 낮아지면서 고체 상태로 상변화한 동결 미세 입자가 되며, 냉각제 분사 스트림(RSS)의 가속 구간에서 가속되고, 고체 상태의 조성물이 대상 영역에 도달한다. 또한, 혼합 분사 시스템(100)이 동작하는 일 시점에서 혼합 분사 시스템(100)을 옆에서 바라볼 때, 노즐(1500)의 오리피스로부터 일정 거리에 대응되는 관찰 거리(OD)만큼 이격되고 관찰 폭(OW)을 가지는 관찰 영역(OR)이 특정되고, 관찰 영역(OR)에서 동결 비율은 5% 이상일 수 있다.

3.5 동결 분사의 침투 효과 확인

이하에서는 동결 분사에 관한 실험을 통해 동결 분사의 피부 침투 효과에 대해 서술한다.

3.5.1 동결 분사 관련 실험

출원인은 동결 분사와 관련된 다양한 실험을 진행하였으며, 진행한 실험들에는 동결 여부에 따른 침투 효과 실험 및 동결 비율에 따른 침투 효과 실험이 포함된다.

먼저, 동결 여부에 따른 침투 효과를 확인한 제1 실험에 대해 서술한다.

제1 실험의 목적은 조성물의 동결 여부에 따라 침투 효과가 달라지는 것을 확인하는 것이었다.

제1 실험은 조성물이 동결되지 않은 상태로 피부 표면에 분사된 경우(시험군1), 조성물이 일부 동결된 상태로 피부 표면에 분사된 경우(시험군2, 시험군4), 조성물이 대부분 동결된 상태로 피부 표면에 분사된 경우(시험군3)의 침투 효과를 비교하는 형태로 진행되었다.

조성물이 분사되는 대상으로는 인체유래 피부조직이 이용되었다. 구체적으로, 수술 후 폐기되는 얼굴 피부조직이 이용되었다.

대조군에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기(2cm * 2cm)로 자른 후 조성물을 도포하였다. 조성물은 침투 효과 확인을 위한 형광물질(FITC, Fluorescein isothiocyanate)이 결합된 아세틸헥사펩타이드-8(Acetyl Hexapeptide-8-FITC)이 포함되었다.

이후, 24시간이 경과된 후 인체유래 피부조직의 단면에 대해 형광 투과 이미지를 촬영하고 표피 아래에 위치한 형광물질의 세기 및 투과 깊이를 확인하였다.

시험군1에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 조성물을 동결시키지 않고 분사하였다. 조성물은 냉각제에 의해 얼려지지 않도록 부동액(PG)이 포함되었으며, 침투 효과 확인을 위한 형광물질(FITC)이 결합된 아세틸헥사펩타이드-8이 포함되었다.

조성물을 분사하는 방법으로는 전술한 혼합 분사 시스템(100)이 사용되었다. 구체적으로, 전술한 냉각제 분사 장치(1000)와 제2 실시예에 따른 조성물 제공 장치(2000)가 사용되었다. 사용된 혼합 분사 시스템(100)의 경우 동결 비율이 0%로 산출되었다.

시험군2에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 조성물을 일부만 동결시켜 분사하였다. 조성물은 침투 효과 확인을 위한 형광물질(FITC)이 결합된 아세틸헥사펩타이드-8이 포함되었다.

조성물을 분사하는 방법으로는 전술한 혼합 분사 시스템(100)이 사용되었다. 구체적으로, 전술한 냉각제 분사 장치(1000)와 제2 실시예에 따른 조성물 제공 장치(2000)가 사용되었다. 사용된 혼합 분사 시스템(100)의 경우 동결 비율이 17%(측정 오차 5% 이내로, 약 12% 내지 약 22%)로 산출되었다.

시험군3에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 조성물을 대부분 동결시켜 분사하였다. 조성물은 침투 효과 확인을 위한 형광물질(FITC)이 결합된 아세틸헥사펩타이드-8이 포함되었다.

조성물을 분사하는 방법으로는 전술한 혼합 분사 시스템(100)이 사용되었다. 구체적으로, 전술한 냉각제 분사 장치(1000)와 제2 실시예에 따른 조성물 제공 장치(2000)가 사용되었다. 사용된 혼합 분사 시스템(100)의 경우 동결 비율이 100%(측정 오차 1% 이내로, 약 99% 내지 약 100%)로 산출되었다.

시험군4에서는 인체유래 피부조직을 일정 크기로 자른 후 조성물을 일부만 동결시켜 분사하였다. 조성물은 침투 효과 확인을 위한 형광물질(FITC)이 결합된 아세틸헥사펩타이드-8이 포함되었다.

조성물을 분사하는 방법으로는 전술한 혼합 분사 시스템(100)이 사용되었다. 구체적으로, 전술한 냉각제 분사 장치(1000)와 제1 실시예에 따른 조성물 제공 장치(2000)가 사용되었다. 사용된 혼합 분사 시스템(100)의 경우 동결 비율이 5%(측정 오차 1% 이내로, 약 4% 내지 약 6%)로 산출되었다.

출원인은 동결 비율에 따른 침투 효과를 확인하는 제2 실험을 진행하였다.

제2 실험의 목적은 조성물의 동결 비율에 따라 침투 효과가 달라지는 것을 확인하는 것이었다.

제2 실험은 조성물이 동결된 상태로 피부 표면에 분사되되, 조성물의 동결 비율이 5%(측정 오차 1% 이내로, 약 4% 내지 약 6%)인 경우(시험군1), 조성물의 동결 비율이 17%(오차 5% 이내로, 약 12% 내지 약 22%)인 경우(시험군2), 조성물의 동결 비율이 48%(오차 3% 이내로, 약 45% 내지 약 51%)인 경우(시험군3), 조성물의 동결 비율이 71%(오차 3% 이내로, 약 68% 내지 약 74%)인 경우(시험군4), 및 조성물의 동결 비율이 100%(오차 1% 이내로, 약 99% 내지 약 100%)인 경우(시험군5)의 침투 효과를 비교하는 형태로 진행되었다.

조성물을 동결시켜 분사하기 위해 제2 실시예에 따른 혼합 분사 시스템(100)이 이용되었다.

동결 비율을 조절하는 방법으로 혼합 분사 시스템(100)의 열 제공부(1300)에서 분사 전 냉각제에 인가하는 열 에너지를 조절하는 방법을 채택하였다.

보다 구체적으로, 열 제공부(1300)는 열전소자를 포함하고, 열전소자에 인가하는 전력을 조절하였다. 이로써 냉각제가 노즐(1500)을 통해 분사되기 전 인가 받는 열 에너지가 달라짐에 따라 노즐(1500)에서 형성되는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도가 달라지고, 그에 따라 조성물의 동결 비율이 달라졌다.

여기서, 인가하는 전력은 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 조절되었으며, PWM 방식으로 인가되는 전력의 가열 전력(heating power)는 0 내지 999 레벨로 구분되었다. 시험군1부터 시험군 5까지 열전소자에 인가하는 가열 전력을 다르게 하여 동결 비율을 조절하였다.

제2 실험에서 조성물과 냉각제를 분사하는 대상으로 하이드로겔(hydrogel)을 사용하였으며, 침투 효과는 하이드로겔에 형성된 구멍들의 개수로 비교하였다. 하이드로겔에 형성된 구멍의 개수는 육안으로 확인되었으며, 하이드로겔에 일정 시간 조성물과 냉각제가 분사된 후 형성된 구멍들의 개수가 많을수록 침투 효과가 높은 것으로 판단하였다.

3.5.2 실험 결과 및 분석

이하에서는, 도 26 내지 도 29를 참고하여 제1 실험 및 제2 실험 결과에 대해 서술한다.

제1 실험의 결과에 따르면, 조성물이 동결된 상태로 분사된 경우(시험군2, 시험군4)의 침투 효과가 조성물이 동결되지 않은 상태로 분사된 경우(시험군1)의 침투 효과보다 현저하게 높았다.

도 26을 참고하면, 대조군에서 형광 세기가 192.04이고, 시험군1에서 형광 세기가 637.65인 반면, 시험군2에서 형광 세기가 2136.44이고, 시험군4에서 형광 세기가 1399.54였다. 시험군1과 비교할 때 침투 효과가 시험군2는 약 3.35배 향상되었고, 시험군4는 약 2.19배 향상된 것으로 이해된다.

나아가, 각 케이스에서 피부 조직의 단면에 대한 형광 이미지를 관찰하면, 도 27에 도시된 바와 같이 시험군1에 비해 시험군2 및 시험군4에서 조성물이 침투된 양이 현저하게 많아진 것이 확인된다.

한편, 시험군3의 경우 형광 세기가 429.05로, 시험군1의 형광 세기 보다 낮게 측정되었는데, 전술한 바와 같이 분사되는 냉각제의 온도가 낮아 인체유래 피부 조직 표면에 얼음막이 형성되었고, 이에 따라 다량의 동결 입자가 피부 조직 표면에 도달하지 못하였기 때문이다. 사람 피부와 같이 체열이 존재하는 경우 얼음막 형성이 되지 않을 것으로 예상되며, 그에 따라 시험군3의 조건을 사람 피부에 대해 수행하는 경우 침투 효과가 클 것으로 보인다.

도 28은 동결 비율에 따른 침투 효과를 확인하는 제2 실험의 결과를 나타내는 도면이다. 도 29는 제2 실험의 시험군1과 시험군5의 침투 효과를 나타내는 도면이다.

제2 실험 결과, 동결 비율이 높아질수록 침투 효과가 향상되는 것이 확인되었다.

도 28을 참고하면, 동결 비율이 5%인 경우 구멍 개수가 2개이고, 동결 비율이 17%인 경우 구멍 개수가 5개이고, 동결 비율이 48%인 경우 구멍 개수가 10개이고, 동결 비율이 71%인 경우 구멍 개수가 15개이며, 동결 비율이 100%인 경우 구멍 개수가 18개였다. 이에 따라, 동결 비율이 증가할수록 구멍 개수가 많아지는 것이 확인되었으므로, 동결 비율이 증가할수록 침투 효과가 향상되는 것으로 이해될 수 있다.

침투 효과의 경우 육안으로도 확인이 가능한데, 도 29에 도시된 바와 같이 시험군1에 비하여 시험군5에서 하이드로겔에 형성된 구멍의 개수가 현저히 많아졌다.

제1 실험 및 제2 실험을 토대로 동결 분사에 있어서 유효 비율 범위가 설정될 수 있다. 제1 실험에 따르면, 조성물의 동결 비율이 5%인 경우와 17%인 경우 조성물의 침투 효과가 유의미한 것으로 확인되었다. 또한, 제2 실험에 따르면, 조성물의 동결 비율이 5%인 경우 보다 17%인 경우가 침투 효과가 향상되었고, 17%인 경우 보다 48%인 경우가 침투 효과가 향상되었고, 48%인 경우 보다 71%인 경우가 침투 효과가 향상되었고, 71%인 경우 보다 100%인 경우가 침투 효과가 향상되었다.

따라서, 유효 비율 범위는 5% 이상 100% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 5% 이상 17% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 5% 이상 48% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 5% 이상 71% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 17% 이상 48% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 17% 이상 71% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 17% 이상 100% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 48% 이상 71% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 48% 이상 100% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 71% 이상 100% 이하일 수 있다.

측정에 따른 오차범위를 고려하면, 유효 비율 범위는 2% 이상 100% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 2% 이상 22% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 2% 이상 51% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 2% 이상 74% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 12% 이상 51% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 12% 이상 74% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 12% 이상 100% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 45% 이상 74% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 45% 이상 100% 이하일 수 있다. 또는, 유효 비율 범위는 68% 이상 100% 이하일 수 있다.

혼합 분사 시스템(100)은 분사되는 조성물의 동결 비율이 유효 비율 범위 이내가 되도록 설계될 수 있다.

4. 동결 분사 특성 제어

이상에서는, 동결 분사의 의미와 동결 분사 방법을 수행하기 위한 혼합 분사 시스템(100), 및 동결 분사 관련 실험을 통한 침투 효과 확인에 대한 내용을 서술하였다.

동결 분사에 있어서, 조성물의 동결 입자는 입자 크기와 분사 속도라는 특성을 가질 수 있다. 이러한 특성은 동결 분사를 수행하는 혼합 분사 시스템(100)을 상업화하는 데에 있어서 중요한 제어 요인이 될 수 있다.

특정한 점도와 표면장력을 가지는 조성물에 대해서, 조성물의 동결 입자 크기는 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도, 냉각제 분사 스트림(RSS)의 유량, 및 조성물 유량에 의해 조절될 수 있다. 또한, 동결 입자의 크기는 조성물이 냉각제 분사 스트림(RSS)에 유입되기 직전 조성물이 위치한 조성물 가이드(2100)의 출력단 형상에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 조성물 가이드(2100)의 출력단은 뭉툭한 형상 또는 뾰족한 형상을 가질 수 있으며, 조성물의 동결 입자의 크기는 뾰족한 형상 보다 뭉툭한 형상에서 더 커질 수 있다.

4.1 동결 분사에서 동결 입자 크기 제어

액체 조성물이 동결되어 형성되는 조성물의 동결 입자는 입자 크기를 가진다. 조성물의 동결입자 크기가 작아질수록 조성물이 냉각제 분사 스트림(RSS)에 진입한 직후 초기 속도가 실질적으로 0인 조성물의 질량 대비 냉각제 분사 스트림(RSS) 내 냉각제의 질량이 높아진다. 이는 곧, 운동량 보존 법칙에 따라 조성물의 동결입자 크기가 작아질수록 조성물의 동결 입자의 속도는 높아짐을 의미한다. 다만, 조성물 동결입자 크기가 과도하게 작아지면 운동량 대비 표면적이 커져 공기저항이 늘어나고, 그에 따라 고체 조성물이 피부 표면에 도달하는 동안 분사 속도 감속이 커질 수 있다.

도 30은 일 실시예에 따른 입자 크기와 분사 속도 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 도 30에서 그래프의 각 지점에서 표시된 동결 입자 크기는 동결된 조성물 입자들 중 적어도 일부의 평균 입자 크기를 의미한다. 도 30에 도시된 그래프를 획득함에 있어서, 제2 실시예에 따른 혼합 분사 시스템(100)이 이용되었으며, 조성물의 동결 입자 크기를 조절하기 위한 방법으로 PWM 제어가 이용되었다. 구체적으로, PWM 방식으로 인가되는 가열 전력의 레벨을 높일수록 조성물의 동결 입자 크기가 작아졌다.

도 30을 참고하면, 조성물 입자 크기가 작아질수록 조성물의 동결 입자의 속도가 증가하였으나, 조성물 입자 크기가 일정 수준 이하로 작아지는 경우 조성물의 동결 입자의 속도가 감소한 것을 볼 수 있다.

따라서, 조성물의 동결 입자의 크기는 조성물 동결입자의 속도가 최대가 되는 지점을 기준으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 조성물의 동결 입자의 평균 크기가 약 60㎛ 이하가 되도록 또는 약 20㎛에 근접하도록 혼합 분사 시스템(100)이 설계될 수 있다. 다른 예를 들어, 조성물의 동결 비율을 높이는 방향을 고려할 때, 조성물의 동결 입자의 평균 크기가 약 150㎛ 이하가 되도록 또는 약 70㎛에 근접하도록 혼합 분사 시스템(100)이 설계될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 조성물의 동결 입자의 평균 크기는 약 20㎛ 내지 약 60㎛, 약 20㎛ 내지 약 100㎛, 약 10㎛ 내지 60㎛, 또는 약 10㎛ 내지 300㎛ 이내가 되도록 혼합 분사 시스템(100)이 설계될 수 있다.

이상에서 동결 입자의 평균 크기는 냉각제 분사 스트림(RSS) 내에서 동결된 조성물 입자들의 평균 크기를 의미한다. 다만, 조성물의 동결 입자의 평균 크기를 산출하는 방법으로 전술한 관찰 영역(OA)에서 조성물의 동결 입자의 평균 크기를 산출하는 방법이 이용될 수도 있다.

여기서, 동결 입자 크기를 제어하는 방법으로는 전술한 냉각제 분사 스트림(RSS)의 온도를 조절하는 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 냉각제가 분사되기 전에 열 제공부(1300)에 의해 가열되는 정도를 조절하여 조성물의 동결 입자 크기가 조절될 수 있다.

한편, 동결된 조성물(또는 고체 조성물)의 입자 크기가 과도하게 커지면 동결 입자가 피부 표면에 분사될 때 통점을 자극하여 통증이 유발될 여지가 있다. 구체적으로, 동결 입자의 크기가 피부 세포의 크기(약 30μm) 또는 피부 표면의 모공의 크기(약 20㎛ 내지 약 50㎛) 보다 과도하게 커지는 경우 통증이 유발될 수 있다. 이에 따라, 동결 입자 크기는 약 20㎛ 내지 약 50㎛ 보다 작아지도록 혼합 분사 시스템(100)이 설계될 수 있다.

조성물의 피부 침투 깊이를 조절하기 위해 조성물의 동결 입자의 크기가 제어될 수도 있다.

동결 입자는 표피에 침투 후 체열에 의해 녹는데, 동결 입자의 크기에 따라 녹는 시간이 다르므로 피부 내에서 조성물이 녹는 위치가 달라진다. 동결 입자의 크기를 조절함으로써 조성물의 녹는 위치를 조절하고, 그에 따라 조성물이 침투되는 깊이가 조절될 수 있다.

예를 들어, 같은 속도에서 동결 입자의 크기가 클수록 침투 깊이가 커지고 동결 입자의 크기가 작을수록 침투 깊이가 감소할 수 있다. 따라서, 목표하는 침투 깊이를 결정하고, 결정된 침투 깊이에 대응되는 동결 입자 크기 범위를 특정한 뒤, 해당 동결 입자 크기 범위에 기초하여 열 제공부(1300)에 인가되는 가열 전력의 레벨, 냉각제 용기(RC)의 온도, 조성물 가이드(2100)의 출력단의 형상, 조성물 가이드(2100)와 조성물 사이의 접착력, 또는 조성물의 유량 중 적어도 하나가 선택적으로 결정될 수 있다.

또한, 피부 진피까지 침투하는 것이 적절하지 않은 조성물, 예를 들어, 의약품이나 약물로 분류되어 있지 않은 조성물에 대해서는 침투 깊이를 각질층으로 제한하기 위해 조성물의 동결 입자의 크기를 작게 만들 수 있다. 예를 들어, 조성물의 동결 입자의 크기가 약 10㎛ 내지 약 50㎛이 되도록 혼합 분사 시스템(100)이 설계/제어될 수 있다.

4.2 분사 속도 제어

조성물이 피부 표면에 도달할 때의 동결 입자의 속도가 높을수록 침투 효과가 향상될 수 있다.

조성물의 동결 입자의 속도를 높이는 방법으로, 전술한 동결 입자의 크기를 감소시키는 방법이 있다. 예를 들어, 동결 입자의 크기가 작아지도록 분사 전 냉각제 가열량이 증가될 수 있다. 또는, 조성물 가이드(2100) 끝단의 형상이 보다 첨예하게(뾰족하게) 제조될 수 있다.

조성물 동결입자의 속도를 높이는 방법으로, 조성물에 운동 에너지를 전달하는 냉각제 입자의 분사 속도를 높이는 방법이 있다. 예를 들어, 냉각제가 저장되는 냉각제 용기(RC)의 내부 압력을 높임으로써 냉각제 입자의 분사 속도가 높아질 수 있다.

조성물의 동결 입자의 속도를 높이기 위해 전술한 가속 구간의 길이를 일정 수준 이상으로 확보할 수 있다. 다시 말해, 피부 표면과 노즐(1500) 사이의 거리를 최소 가속 거리 이상으로 이격시킨 상태에서 냉각제 및 조성물이 분사될 수 있다. 여기서, 최소 가속 거리는 약 3mm 내지 약 5mm, 또는 약 1mm 내지 약 10mm 이하에서 선택될 수 있다.

조성물의 동결 입자의 속도가 50m/s 이상이 되도록 혼합 분사 시스템(100)이 설계될 수 있다. 또는, 조성물의 동결 입자의 속도는 60m/s, 70m/s, 80m/s, 90m/s, 100m/s, 110m/s, 또는 120m/s 이상이 되도록 혼합 분사 시스템(100)이 설계될 수 있다. 이 때, 조성물 동결입자의 속도는 냉각제 분사 스트림(RSS) 내에서 이동하는 조성물 입자들의 이동 속도의 평균을 의미할 수 있다. 예시적으로, 조성물의 동결 입자의 속도는 초고속카메라를 이용하여 촬영된 영상에서 동결 입자 각각을 추적하여 이동 속도를 측정하고, 그 평균값을 산출하여 획득되었다. 이 때, 동결 입자의 속도는 냉각제 분사 스트림(RSS) 내 입자들 중 적어도 일부의 속도의 평균으로 산출될 수 있다. 또는, 동결 입자의 속도는 전술한 관찰 영역(OR) 내의 입자들의 속도의 평균으로 산출될 수 있다.

한편, 조성물의 분사 속도를 높이는 방법으로, 조성물이 피부 표면에 도달하기 전까지 공기 저항에 따라 감속되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 냉각제 분사 스트림(RSS) 주변으로 시스 기류(sheath jet)가 형성되면 조성물 입자가 공기와 만나는 것이 방지될 수 있다. 시스 기류를 형성하기 위해 혼합 분사 시스템(100)은 시스 노즐을 더 포함할 수 있다. 시스 노즐은 냉각제 분사 스트림(RSS)을 둘러싸도록 냉각제 또는 압축 공기를 분사할 수 있다. 시스 노즐은 노즐(1500) 주변에 배치되고 링 형상(ring-shape)의 분사구를 가질 수 있다. 또는, 시스 노즐은 노즐(1500) 주변을 따라 배치되는 복수 개의 노즐로 구성될 수도 있다. 만약 시스 기류의 온도가 일정 수준(ex. 조성물의 어는 점) 이하일 경우 조성물의 동결 입자의 온도가 낮아지는 것이 방지될 수 있다.

5. 니들링 후 동결 분사 방법

전술한 동결 분사 방법은 니들링 방법과 함께 이용하여 니들링 후 동결 분사 방법이 수행될 수 있다. 예를 들어, 니들링 후 동결 분사 방법은 니들링 장치(3000) 및 혼합 분사 시스템(100)을 준비하는 단계, 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)를 대상 영역에 접촉시켜 복수의 구멍을 형성하는 단계, 및 대상 영역에 조성물을 동결시켜 분사하는 단계를 포함할 수 있다.

혼합 분사 시스템(100)은 냉각제와 조성물을 함께 분사하는 장치를 의미한다. 다만, 혼합 분사 시스템(100)은 조성물을 동결시켜 분사할 수 있도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 냉각제 분사 장치(1000)는 관찰 영역(OA)에서 조성물의 동결 비율이 미리 설정된 값(ex. 5%, 17%, 48%, 또는 71%) 이상이 되도록 구현될 수 있다. 구체적으로, 냉각제 분사 장치(1000)는 열 제공부(1300)를 포함하고, 냉각제 분사 장치(1000) 동작 시 열 제공부(1300)에는 동결 비율이 미리 설정된 값 이상이 되는 전력 범위 내의 전력이 인가될 수 있다.

또한, 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 조성물 제공 장치(2000)이 이용될 수 있다.

한편, 니들링 후 동결 분사 방법에서, 동결 입자의 크기가 제어될 수 있다. 예를 들어, 혼합 분사 시스템(100)에서 분사되는 조성물의 동결 입자의 목표 크기는 니들링 장치(3000)의 니들 너비(NW)에 기초하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 목표 크기는 니들 너비(NW) 보다 작게 결정될 수 있다

6. 니들링 후 혼합 분사가 가능한 니들링 및 혼합 분사 시스템

이하에서는 도 31 및 도 32를 참고하여 니들링 후 혼합 분사가 가능한 니들링 및 혼합 분사 시스템에 대해 서술한다.

도 31은 일 실시예에 따른 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)을 나타내는 도면이다.

도 32는 일 실시예에 따른 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)이 구현된 형태 및 사용 태양을 나타내는 도면이다.

도 31을 참고하면, 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)은 냉각제 분사 장치(1000), 조성물 제공 장치(2000), 및 니들링 장치(3000)를 포함할 수 있다. 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)은 냉각제 분사 기능, 조성물 제공 기능, 및 니들링 기능을 수행할 수 있는 일체형 장치로 이해될 수 있다.

사용자는 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)을 이용하여 대상 영역에 대해 니들링 방법을 수행하고, 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)을 이용하여 대상 영역에 조성물 및 냉각제를 분사할 수 있다.

니들링 및 혼합 분사 시스템(10)에 포함되는 냉각제 분사 장치(1000), 조성물 제공 장치(2000), 및 니들링 장치(3000)는 앞서 서술한 내용들이 그대로 적용될 수 있다. 다만, 각 장치들은 서로 조립되거나 결합될 수 있고, 이를 위해 장치들에 포함된 구성들 중 일부가 생략되거나 추가적인 구성이 구비될 수 있다.

6.1 니들링 장치의 장착 방법

일 예로, 니들링 장치(3000)는 냉각제 분사 장치(1000)에 결합될 수 있다.

구체적으로, 니들링 장치(3000)의 연결 프레임(3200)은 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500)과 연결되도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 연결 프레임(3200)은 냉각제 분사 장치(1000)의 하우징 또는 노즐(1500)과 나사 결합, 후크(hook) 결합, 또는 억지끼움 결합 등을 통해 결합될 수 있다. 니들링 장치(3000)는 그립부재(3300)를 포함하지 않을 수 있다.

또는, 니들링 장치(3000)는 장치 결합 부재를 더 포함하고, 연결 프레임(3200)이 장치 결합 부재를 통해 냉각제 분사 장치(1000)에 연결될 수 있다. 장치 결합 부재는 냉각제 분사 장치(1000)의 하우징에 결합되도록 구성될 수 있다. 이 때, 장치 결합 부재는 노즐(1500)을 감싸는 형상을 가져 냉각제 분사 장치(1000)의 커버(COV)를 대체할 수도 있다. 니들링 장치(3000)는 그립부재(3300)를 포함하지 않을 수 있다.

니들링 장치(3000)가 냉각제 분사 장치(1000)에 결합될 때, 냉각제 분사 장치(1000)의 하우징 중 파지 부분과 니들링 구조체(3100)의 위치 관계가 고려될 수 있다. 여기서, 파지 부분은 냉각제 분사 장치(1000) 중 사용자가 파지하는 부분을 의미하며, 예시적으로 원기둥 또는 다각기둥 형상을 가진다. 니들링 구조체(3100)가 롤러 형태인 경우, 니들링 구조체(3100)의 롤링 방향이 파지 부분의 중심축에 평행하도록 니들링 장치(3000)가 냉각제 분사 장치(1000)에 결합될 수 있다.

니들링 장치(3000)는 냉각제 분사 장치(1000)에 탈부착될 수 있다. 이는, 니들링 장치(3000)가 일회용으로 사용되는 경우 또는 소독이 필요한 경우 냉각제 분사 장치(1000)로부터 분리되어 교체될 수 있어야 하기 때문이다.

다른 예로, 니들링 장치(3000)는 조성물 제공 장치(2000)에 결합될 수 있다.

구체적으로, 니들링 장치(3000)의 연결 프레임(3200)은 조성물 제공 장치(2000)의 조성물 가이드(2100) 또는 혼합부(2300)와 연결되도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 연결 프레임(3200)은 조성물 제공 장치(2000)의 하우징, 조성물 가이드(2100) 또는 혼합부(2300)와 나사 결합, 후크 결합, 또는 억지끼움 결합 등을 통해 결합될 수 있다. 니들링 장치(3000)는 그립부재(3300)를 포함하지 않을 수 있다.

또는, 니들링 장치(3000)는 장치 결합 부재를 더 포함하고, 연결 프레임(3200)이 장치 결합 부재를 통해 조성물 제공 장치(2000)에 연결될 수 있다. 장치 결합 부재는 조성물 제공 장치(2000)의 하우징, 조성물 가이드(2100), 또는 혼합부(2300)에 결합되도록 구성될 수 있다. 니들링 장치(3000)는 그립부재(3300)를 포함하지 않을 수 있다.

니들링 장치(3000)는 조성물 제공 장치(2000)에 탈부착될 수 있다. 이는, 니들링 장치(3000)가 일회용으로 사용되는 경우 또는 소독이 필요한 경우 조성물 제공 장치(2000)로부터 분리되어 교체될 수 있어야 하기 때문이다.

6.2 복수의 니들링 구조체

니들링 및 혼합 분사 시스템(10)은 복수의 니들링 구조체(3100)를 포함할 수 있다. 도 32를 참고하면, 니들 장치(3000)는 제1 니들링 구조체(3101) 및 제2 니들링 구조체(3102)를 포함하고, 제1 니들링 구조체(3101) 및 제2 니들링 구조체(3102)는 사이에 노즐(1500)의 중심축이 위치하도록 배치될 수 있다.

제1 니들링 구조체(3101) 및 제2 니들링 구조체(3102)는 롤러 형태로 구현될 수 있으며, 제1 니들링 구조체(3101)의 중심축과 제2 니들링 구조체(3102)의 중심축이 실질적으로 평행할 수 있다.

니들링 및 혼합 분사 시스템(10)이 제1 니들링 구조체(3101) 및 제2 니들링 구조체(3102)를 포함함으로써, 대상 영역에 대해 니들링 방법 및 혼합 분사 방법을 수행할 때 대상 영역에 대해 혼합 분사 방법이 수행되기 전 니들링 방법이 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 사용자가 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)을 대상 영역 위에서 움직이면서 냉각제와 조성물을 분사할 때, 제2 니들링 구조체(3102)에서 제1 니들링 구조체(3101)를 향하는 방향으로 움직이면 제1 니들링 구조체(3101)에 의해 대상 영역에 구멍이 형성된 후 냉각제와 조성물이 분사된다. 반대로, 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)이 제1 니들링 구조체(3101)에서 제2 니들링 구조체(3102)를 향하는 방향으로 움직이면 제2 니들링 구조체(3101)에 의해 대상 영역에 구멍이 형성된 후 냉각제와 조성물이 분사된다.

이는, 사용자에 따라 니들링 방법을 수행하는 방향이 상이하여, 하나의 니들링 구조체(3100)를 이용하는 경우 수행 방향에 따라 혼합 분사 후 니들링이 되는 문제를 방지할 수 있다. 다시 말해, 노즐(1500)의 중심축(CA)을 기준으로 양방향에 니들링 구조체(3100)가 배치됨에 따라, 사용자가 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)을 이동시키는 방향과는 무관하게 대상에 대한 니들링 방법과 혼합 분사의 수행 순서가 니들링 후 혼합 분사로 고정될 수 있다.

6.3 니들링 장치와 노즐의 배치 관계

니들링 및 혼합 분사 시스템(10)에서 니들링 장치(3000)와 노즐(1500)은 특정 조건을 만족하도록 배치되어야 한다.

구체적으로, 사용자가 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)을 이용하여 니들링 방법과 혼합 분사 방법을 순차적으로 수행할 때, 대상 영역에 니들링 구조체(3100)가 위치되어 구멍이 형성되고, 노즐(1500)이 대상 영역을 지향하는 상태로 배치된 상태에서 조성물 및 냉각제가 분사될 수 있다.

이 때, 냉각제 및 조성물이 분사되는 단위 혼합 분사 영역이 니들링 구조체(3100)와 만나지 않도록 니들링 장치(3000)와 노즐(1500)이 배치될 필요가 있다. 예를 들어, 노즐(1500)의 중심축(CA)에서 니들링 구조체(3100)까지의 거리는, 단위 혼합 분사 영역의 반지름 보다 큰 값을 가진다.

6.4 니들링 장치의 거리 유지 기능

대상 영역에 조성물 및 냉각제를 분사함에 있어서, 대상 영역과 냉각제 분사 장치(1000)의 노즐(1500) 사이의 분사 거리가 권장 분사 거리 범위 내로 유지되는 것이 바람직하다.

니들링 및 혼합 분사 시스템(10)에서 니들링 장치(3000)는 분사 거리가 권장 분사 거리 범위 내로 유지되도록 유도할 수 있다. 구체적으로, 니들링 장치(3000)가 대상 영역에 접촉한 상태에서 조성물 및 냉각제가 분사되도록 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)이 이용될 것이므로, 노즐(1500)에서 니들링 장치(3000)의 말단까지의 거리가 권장 분사 거리 범위 내로 유지된다면 노즐(1500)에서 대상 영역까지의 분사 거리도 권장 분사 거리 범위 내로 유지될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 32를 참고하면, 노즐(1500)의 중심축(CA)에 평행한 방향에서 니들링 구조체(3100)의 말단은 노즐(1500)의 오리피스를 기준으로 가이드 거리(GD, guide distance)만큼 이격될 수 있고, 가이드 거리(GD)는 권장 분사 거리 범위 이내일 수 있다.

한편, 니들링 장치(3000)의 니들링 구조체(3100)가 롤러인 경우, 니들링 장치(3000) 중 피부 표면에 닿는 부분의 적어도 일부는 'U자 형상(U-shape)'으로 구현될 수 있다. 이는, 니들링 구조체(3100)가 롤러인 경우 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)이 피부 표면에 접촉한 상태에서 피부 표면에 대한 냉각제 분사 장치(1000)의 각도가 변화할 수 있고, 이는 곧 노즐(1500)이 지향하는 영역과 노즐(1500) 및 피부 표면 사이의 거리가 고정되지 않음을 의미하기 때문이다.

6.5 사용 시나리오에 따른 장치 제어 방법

니들링 및 혼합 분사 시스템(10)은 다양한 사용 태양을 가진다. 이하에서는 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)의 사용 태양과 그에 맞는 제어 방법에 대해 서술한다.

사용자는 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)을 이용하여 대상 영역을 니들링하면서 동시에 조성물 및 냉각제를 분사할 수 있다. 구체적으로, 사용자는 대상 영역에 대해 니들링 구조체(3100)를 접촉시킨 후 니들링 구조체(3100)를 움직이고(ex. 롤링 or 문지름), 동시에 냉각제 분사 장치(1000)의 입력부(1700)를 조작하여(ex. 분사 개시 버튼을 가압하여) 조성물 및 냉각제를 분사할 수 있다. 이 경우, 니들링 방법과 혼합 분사 방법이 사용자에 의해 개시되는 것으로 이해될 수 있다.

사용자가 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)을 이용하여 대상 영역을 니들링하되, 조성물 및 냉각제는 자동으로 분사될 수 있다. 구체적으로, 사용자가 대상 영역에 대해 니들링 구조체(3100)를 접촉시킨 후 니들링 구조체(3100)를 움직이면(ex. 롤링 or 문지름), 냉각제 분사 장치(1000)에서 이를 감지하여 유량 조절부(1200)가 개방될 수 있다. 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)은 니들링 구조체(3100)의 회전, 움직임, 또는 대상 영역에 대한 접촉을 감지하는 니들링 센서를 더 포함할 수 있다. 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)의 제어부(1900)는 니들링 센서로부터 신호를 수신하면 유량 조절부(1200)를 개방하거나, 유량 조절부(1200)를 개방하면서 액츄에이터(2200)를 작동시킬 수 있다.

니들링 장치(3000)가 펀칭 형태로 구현되는 경우, 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)의 제어부(1900)는 니들링 구조체(3100)의 펀칭 동작과 유량 조절부(1200)의 개폐 동작을 제어할 수 있다.

일 예로, 대상 영역 중 제1 영역에 니들링 장치(3000)가 접촉되고 대상 영역 중 제2 영역을 지향하도록 노즐(1500)이 위치한 상태에서 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)이 동작할 수 있다. 이 경우 제1 영역에 구멍이 형성되고 제2 영역에 조성물 및 냉각제가 분사될 수 있다. 이후, 대상 영역 중 제3 영역에 니들링 장치(3000)가 접촉되고 제1 영역을 지향하도록 노즐(1500)이 위치한 상태에서 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)이 동작할 수 있다. 이 경우 구멍이 형성된 제1 영역에 조성물 및 냉각제가 분사되고, 제3 영역에 구멍이 형성될 수 있다. 이와 같이, 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)이 동시에 일 영역에 니들링 방법을, 다른 영역에 혼합 분사 방법을 수행할 수 있고, 사용자에 의해 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)이 적절히 이동되면 구멍이 형성된 영역에 조성물 및 냉각제가 분사되면서 새로운 영역에 구멍을 형성할 수 있다.

이 때, 제어부(1900)는 입력부(1700)를 통해 동작 개시 입력을 수신하면 니들링 구조체(3100)가 미리 설정된 시간 동안 펀칭 동작을 수행하도록 니들링 장치(3000)를 제어하고, 유량 조절부(1200)를 미리 설정된 시간 동안 개방 상태로 제어할 수 있다.

나아가, 제어부(1900)는 미리 설정된 시간 동안 니들링 구조체(3100)를 왕복 운동시키고 유량 조절부(1200)를 개방하는 제어 방식을 미리 설정된 주기로 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1900)는 전술한 제어 방식을 0.5초 내지 5초 마다 수행할 수 있고, 사용자는 해당 주기 마다 니들링 및 혼합 분사 시스템(10)을 이동시킬 수 있다. 한편, 제어부(1900)는 전술한 제어 방식을 연속적으로 수행할 수도 있다.

7. 니들링 방법 대체

이상에서는 니들링 후 혼합 분사 방법에 대해 서술하였는데, 여기서 니들링 방법은 피부 표피 아래의 깊이까지 조성물이 도달할 수 있는 통로를 형성하는 것을 목적으로 하였다. 보다 구체적으로, 조성물이 피부에 침투할 때 표피 중 각질층을 통과하는 것이 매우 어렵기 때문에, 조성물이 각질층을 통과하는 하나의 방법으로 니들링 방법이 채택된 것으로 이해될 수 있다.

따라서, 조성물의 침투를 크게 저해하는 각질층을 약화시키거나 부분적으로 제거하는 방법이라면 니들링 방법을 대체할 수 있다.

일 예로, 니들링 방법 대신 레이저를 조사하는 방법이 이용될 수 있다. 구체적으로, 피부에 마이크로 수준의 스팟 사이즈(spot size) 및 일정 범위의 세기를 가지는 레이저(ex. CO2 레이저, RF 레이저 등)를 조사하면 피부 표면에 미세 구멍이 형성될 수 있다. 따라서, 대상 영역에 레이저를 조사한 후 조성물 및 냉각제를 분사하는 경우 레이저에 의해 형성된 미세 구멍으로 조성물이 분사되어 침투 효과가 향상될 수 있다.

다른 예로, 니들링 방법 대신 마이크로 플라즈마를 발생시키는 방법이 이용될 수 있다. 구체적으로, 피부 표면에 마이크로 수준의 너비를 가지는 전극을 접촉시킨 상태에서 전극에 고주파 에너지를 인가하면 피부 표면에 미세 구멍이 형성될 수 있다. 따라서, 대상 영역에 마이크로 플라즈마를 발생시킨 후 조성물 및 냉각제를 분사하는 경우 플라즈마에 의해 형성된 미세 구멍으로 조성물이 분사되어 침투 효과가 향상될 수 있다.

또 다른 예로, 니들링 방법 대신 케미컬 필링(chemical peeling) 방법이 이용될 수 있다. 구체적으로, 피부 표면에 약제(ex. TCA(Trichloroacetic-Acid), 페놀, AHA, BHA, 제스너(jessner) 용액 등)를 도포하면 피부의 각질층이 제거될 수 있다. 따라서, 대상 영역에 각질층 제거를 위한 약제를 도포하고 조성물 및 냉각제를 분사하는 경우 각질층이 제거된 상태에서 조성물이 분사되어 침투 효과가 향상될 수 있다.

또 다른 예로, 니들링 방법 대신 RF(Radio Frequency) 니들링 방법이 이용될 수 있다. 구체적으로, RF 니들링 방법은 피부에 마이크로니들을 삽입한 상태에서 고주파 전류를 인가하여 피부 재생과 콜라겐 생산을 촉진하는 효과를 유도한다. RF 니들링 방법의 경우에도 마이크로니들을 이용하여 피부 표면에 구멍을 형성하므로, RF 니들링 후 조성물 및 냉각제를 분사하는 경우 조성물의 침투 효과가 향상될 수 있다.

이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 명세서의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 명세서의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니며, 본 명세서가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 즉, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

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Claims

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법으로,

대상 영역에 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴,

- 이때, 상기 복수의 마이크로니들 각각은 미리 설정된 니들 너비를 가지고, 0.1mm 이상 3.0mm 이하의 니들 길이를 가지며,

상기 복수의 마이크로니들과 상기 대상 영역의 접촉은 상기 대상 영역에 복수의 구멍(hole)을 형성함 -; 및

상기 복수의 구멍이 형성된 상기 대상 영역에, 유효물질을 포함하는 액상 또는 에멀젼(emulsion) 타입의 조성물을 냉각제와 함께 분사(spray)하여, 상기 대상 영역의 온도를 체온 보다 낮은 온도로 만들면서 동시에 상기 조성물을 상기 대상 영역에 충돌시킴;을 포함하는,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
제1 항에 있어서,

상기 대상 영역의 온도를 체온 보다 낮은 온도로 만들면서 동시에 상기 조성물을 상기 대상 영역에 충돌시킴은 상기 대상 영역에 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴 후 미리 설정된 시간 이내에 수행되는,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
제2 항에 있어서,

상기 미리 설정된 시간은 10초 내지 20초 사이의 값을 가지는,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
제1 항에 있어서,

상기 대상 영역에 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴은,

상기 대상 영역을 적어도 제1 영역 및 제2 영역으로 구분함, 및

상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 순차적으로 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴을 포함하고,

상기 제2 영역에 대해 상기 복수의 마이크로니들이 접촉되는 동안 상기 제1 영역에 대해 조성물 및 냉각제가 분사되지 않는,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
제1 항에 있어서,

상기 대상 영역에 상기 복수의 마이크로니들을 접촉시킴에는 외면에 상기 복수의 마이크로니들이 돌출된 롤러(roller)를 포함하는 니들링 장치가 이용되고,

상기 롤러가 상기 대상 영역에 굴려지면서 상기 복수의 마이크로니들이 상기 대상 영역에 접촉하여 상기 복수의 구멍을 형성하는,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
제1 항에 있어서,

상기 니들 길이는 1.5mm인,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
제1 항에 있어서,

상기 니들 길이는 0.5mm인,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
제1 항에 있어서,

상기 대상 영역에 조성물을 냉각제와 함께 분사함에는 혼합 분사 시스템이 이용되고,

상기 혼합 분사 시스템은 냉각제를 분사하기 위한 노즐을 포함하는 냉각제 분사 장치 및 상기 노즐에 의해 형성된 냉각제 분사 스트림에 조성물을 유입시키도록 구성되는 조성물 제공 장치를 포함하는,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
제1 항에 있어서,

상기 대상 영역에 분사되는 조성물의 일부는 냉각제에 의해 동결되어 고체 상태로 상기 대상 영역에 도달하는 것을 특징으로 하는,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
제9 항에 있어서,

상기 대상 영역에 도달하는 조성물의 동결 비율은 5% 이상인 것을 특징으로 하는,

조성물을 피부의 표피 아래의 깊이에 침투시키는 방법.
냉각제가 수용되는 냉각제 용기;

상기 냉각제 용기로부터 냉각제를 공급받는 냉각제 수용부;

상기 냉각제 수용부와 유체적으로 연결되는 밸브 -상기 냉각제 수용부에서 출력되는 냉각제는 상기 밸브로 유입됨-;

상기 밸브와 유체적으로 연결되고 미리 설정된 직경의 오리피스(orifice)를 가지는 노즐 -상기 밸브에서 출력되는 냉각제는 상기 노즐로 유입되고, 냉각제가 상기 노즐을 통과하면서 냉각제 분사 스트림이 형성됨-;

조성물이 수용되는 조성물 용기;

상기 조성물 용기와 유체적으로 연결되고, 조성물이 이동하는 유로를 제공하는 조성물 가이드 -상기 조성물 가이드의 말단은 상기 노즐에 인접하게 배치되어 상기 노즐에 의해 상기 냉각제 분사 스트림이 형성될 때 조성물이 상기 조성물 가이드를 통해 상기 냉각제 분사 스트림에 유입됨-; 및

몸체 부분 및 상기 몸체 부분으로부터 돌출되는 복수의 니들(needle)을 포함하는 니들링 구조체;를 포함하고,

상기 니들링 구조체는 상기 노즐의 오리피스로부터 일정 거리 이격되어 배치되되, 상기 노즐의 중심축이 상기 니들링 구조체를 지나지 않도록 배치되는,

니들링 및 혼합 분사 시스템.
제11 항에 있어서,

상기 노즐의 정면을 바라볼 때 상기 노즐에 대응되는 영역과 상기 니들링 구조체에 대응되는 영역은 서로 중첩되지 않는,

니들링 및 혼합 분사 시스템.
제11 항에 있어서,

상기 니들링 구조체는 상기 노즐의 오리피스로부터 상기 노즐의 중심축에 평행한 방향으로 제1 거리만큼, 상기 노즐의 중심축으로부터 제2 거리만큼 이격되어 배치되는,

니들링 및 혼합 분사 시스템.
제13 항에 있어서,

상기 제1 거리는 3mm 내지 100mm 사이의 값을 가지는,

니들링 및 혼합 분사 시스템.
제11 항에 있어서,

추가 니들링 구조체;를 더 포함하고,

상기 추가 니들링 구조체는 상기 노즐의 중심축이 상기 추가 니들링 구조체를 지나지 않도록 배치되되,

상기 니들링 구조체 및 상기 추가 니들링 구조체 사이에 상기 노즐의 상기 중심축이 위치하는,

니들링 및 혼합 분사 시스템.