KR20170083390A - 약액 주입 장치 - Google Patents

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KR20170083390A KR1020160002791A KR20160002791A KR20170083390A KR 20170083390 A KR20170083390 A KR 20170083390A KR 1020160002791 A KR1020160002791 A KR 1020160002791A KR 20160002791 A KR20160002791 A KR 20160002791A KR 20170083390 A KR20170083390 A KR 20170083390A
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정종욱
김재진
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중소기업은행
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Abstract

약액 주입 장치는 마이크로펌프, 전원부, 전류 센서부, 제어부, 및 알림부를 포함한다. 상기 마이크로펌프는 펌핑 주기에 따라 약액을 펌핑한다. 상기 전원부는 상기 마이크로펌프를 구동시키기 위한 구동 전압을 상기 마이크로펌프에 출력한다. 상기 전류 센서부는 상기 전원부로부터 상기 마이크로펌프에 공급되는 전류를 감지한다. 상기 제어부는 상기 전원부를 제어하고, 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기를 기초로 상기 약액 주입 장치의 동작 상태를 결정한다. 상기 알림부는 상기 제어부에 의해 결정된 상기 약액 주입 장치의 동작 상태를 외부에 표출한다.

Description

약액 주입 장치{Apparatus for infusing medical liquid}
본 발명은 약액 주입 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 인슐린과 같은 약액을 미소하게 주입하는 장치에 관한 것이다.
당뇨병은 이자에서 분비되는 호르몬 중 하나인 인슐린이 부족하여 발생하는 대사 이상에 근거한 질환이다. 당뇨병 환자는 적극적인 방법 중 하나로써 인슐린을 인체 내에 주입하는 방법을 사용할 수 있다. 환자의 혈당 변화에 적합하게 인슐린이 체내에 주입될 수 있도록, 인슐린 주입 장치가 사용될 수 있다.
인슐린 주입 장치의 사용 중에 신체 내의 이물질로 인하여 주사 바늘이나 호스가 막힐 수 있다. 이 경우, 환자에게 인슐린이 전혀 공급되지 않거나 부족하게 공급되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 환자는 주사 바늘이나 호스가 막혀 인슐린 공급에 문제가 발생하였는지를 인지하지 못할 수 있다.
본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 인슐린과 같은 약액을 미소하게 주입하는 장치로서 자신의 상태를 외부에 표출할 수 있는 약액 주입 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일 측면에 따른 약액 주입 장치는 마이크로펌프, 전원부, 전류 센서부, 제어부, 및 알림부를 포함한다. 상기 마이크로펌프는 펌핑 주기에 따라 약액을 펌핑한다. 상기 전원부는 상기 마이크로펌프를 구동시키기 위한 구동 전압을 상기 마이크로펌프에 출력한다. 상기 전류 센서부는 상기 전원부로부터 상기 마이크로펌프에 공급되는 전류를 감지한다. 상기 제어부는 상기 전원부를 제어하고, 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기를 기초로 상기 약액 주입 장치의 동작 상태를 결정한다. 상기 알림부는 상기 제어부에 의해 결정된 상기 약액 주입 장치의 동작 상태를 외부에 표출한다.
상기 약액 주입 장치의 일 예에 따르면, 한 펌핑 주기 동안 상기 마이크로펌프로부터 토출되는 상기 약액의 양이 감소되면, 상기 마이크로펌프에 공급되는 전류의 크기가 감소될 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기가 전류 설정값보다 작은 경우, 상기 마이크로펌프가 상기 약액을 토출하는데 장애가 발생하였다고 결정할 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 마이크로펌프가 상기 약액을 토출하는데 장애가 없을 때 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기를 기초로 상기 전류 설정값을 설정할 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기의 변화율이 전류 변화 설정값보다 큰 경우, 상기 마이크로펌프가 상기 약액을 토출하는데 장애가 발생하였다고 결정할 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 약액 주입 장치는 상기 약액이 저장된 약액 저장부, 상기 약액 저장부와 상기 마이크로펌프 사이에 연결되는 제1 유로, 상기 약액이 상기 제1 유로에서 상기 약액 저장부로부터 상기 마이크로펌프로 향하는 방향으로만 유동하게 하는 제1 체크 밸브, 상기 마이크로펌프에 연결되는 제1 단부 및 주사 바늘이 연결될 수 있는 제2 단부를 갖는 제2 유로, 및 상기 약액이 상기 제2 유로에서 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 향하는 방향으로만 유동하게 하는 제2 체크 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 약액 주입 장치는 상기 제2 유로의 제2 단부에 연결되는 주사 바늘을 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기가 전류 설정값보다 작은 경우, 상기 약액이 상기 주사 바늘을 통해 배출될 수 없는 막힘(occlusion)이 발생하였다고 결정할 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 제어부는 현재 펌핑 주기에 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기가 이전 펌핑 주기에 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기에 비해 비교 설정값 이상 작은 경우, 상기 약액이 상기 주사 바늘을 통해 배출될 수 없는 막힘(occlusion)이 발생하였다고 결정할 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 알림부는 상기 약액 주입 장치의 동작 상태의 변화를 나타내는 소리를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 알림부는 상기 약액 주입 장치의 동작 상태의 변화를 나타내는 정보를 무선 통신으로 외부 장치에 송신하도록 구성될 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 마이크로펌프는 상기 전원부로부터 양의 구동 전압을 공급받아 상기 약액을 흡입하는 제1 행정과 상기 전원부로부터 음의 구동 전압을 공급받아 상기 약액을 토출하는 제2 행정을 교대로 반복하는 전기삼투식 펌프(electro-osmotic pump)일 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 마이크로펌프는 작동 유체에 유동 경로를 제공하는 유체 경로부, 상기 유체 경로부 내에 배치되고 상기 작동 유체의 유동을 허용하는 멤브레인, 상기 멤브레인의 양측에 각각 배치되어 상기 작동 유체를 격리하고 상기 작동 유체의 유동에 의해 변형되는 제1 및 제2 다이어프램, 및 상기 멤브레인과 상기 제1 및 제2 다이어프램 사이에 각각 배치되고 상기 전원부로부터 출력되는 상기 구동 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극을 포함할 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 마이크로펌프는 상기 제1 및 제2 다이어프램들 중 적어도 하나의 양측에 각각 배치되어, 상기 적어도 하나의 다이어프램이 변형되는 범위를 제한하는 제1 및 제2 변형 제한부를 더 포함할 수 있다.
상기 약액 주입 장치의 또 다른 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 전극에 상기 구동 전압이 인가되면, 상기 제1 및 제2 전극 중 하나는 이온을 생성하고 다른 하나는 이온을 소모할 수 있다. 상기 작동 유체는 이온 균형을 이루기 위해 상기 멤브레인을 통과하여 유동함에 따라 상기 제1 및 제2 다이어프램을 변형시킬 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 약액 주입 장치는 노즐이나 주사 바늘이 막히는 문제가 발생하여 약액 주입 장치가 인슐린을 정상적으로 주입할 수 없게 되면, 이러한 상태를 환자에게 알림으로써, 환자는 더욱 안전하고 편리하게 약액 주입 장치를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 약액 주입 장치를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로펌프를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로펌프를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 약액 주입 장치(100)는 마이크로펌프(110), 전원부(120), 전류 센서부(130), 제어부(140) 및 알림부(145)를 포함한다.
마이크로펌프(110)는 펌핑 주기에 따라 약액을 펌핑하도록 구성된다. 전원부(120)는 마이크로펌프(110)를 구동시키기 위한 구동 전압을 마이크로펌프(110)에 출력하도록 구성된다. 전류 센서부(130)는 전원부(120)로부터 마이크로펌프(110)에 공급되는 전류를 감지하도록 구성된다. 제어부(140)는 전류 센서부(130)에서 감지된 전류값을 기초로 약액 주입 장치(100)의 동작 상태를 결정하도록 구성된다. 알림부(145)는 제어부(140)에 의해 결정된 약액 주입 장치(100)의 동작 상태를 외부에 표출하도록 구성된다.
마이크로펌프(110)는 펌핑 주기에 따라 약액을 펌핑하도록 구성된다. 약액은 예컨대 인슐린과 같은 약물을 포함하는 액체일 수 있다. 마이크로펌프(110)는 펌핑 주기마다 일정한 양의 약액을 펌핑할 수 있다. 예컨대, 상기 일정한 양은 수십 나노리터 내지 수 마이크로리터 정도일 수 있다. 마이크로펌프(110)는 1분당 수 마이크로리터 내지 수십 마이크로리터 정도의 유속을 생성할 수 있다.
한 펌핑 주기는 약액을 흡입하는 흡입 행정과 약액을 토출하는 토출 행정을 포함한다. 흡입 행정에서 마이크로펌프(110)는 흡입력을 생성하며, 생성된 흡입력에 의해 약액은 마이크로펌프(110) 내부로 유입된다. 토출 행정에서 마이크로펌프(110)는 배출력을 생성하며, 생성된 배출력에 의해 약액은 마이크로펌프(110)로부터 방출된다. 흡입 행정은 제1 행정으로 지칭되고, 토출 행정은 제2 행정으로 지칭될 수 있다. 마이크로펌프(110)는 펌핑 주기를 반복하므로, 토출 행정 후에 다시 흡입 행정이 시작된다.
다른 실시예에 따르면, 한 펌핑 주기는 흡입 행정과 토출 행정 외에 유휴 행정을 더 포함할 수 있다. 유휴 행정은 흡입 행정과 토출 행정 사이에 수행되거나, 토출 행정이 종료된 후에 수행될 수 있다. 다른 예에 따르면, 제1 유휴 행정이 흡입 행정과 토출 행정 사이에 수행되고, 제2 유휴 행정이 토출 행정이 종료된 후에 수행될 수도 있다. 예컨대, 마이크로펌프(110)의 최대 펌핑량보다 적은 양의 약액을 방출해야 하는 경우, 소정 시간 동안 마이크로펌프(110)를 유휴시킴으로써 약액 주입 장치(100)의 단위 시간 당 주입량을 조절할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 마이크로펌프(110)는 전원부(120)로부터 공급되는 구동 전압을 이용하여 약액을 펌핑하도록 구성되는 펌프이다. 전원부(120)로부터 공급되는 구동 전압을 이용하여 약액을 흡입할 수 있는 흡입력과 약액을 토출할 수 있는 배출력을 생성할 수 있는 모든 종류의 펌프가 마이크로펌프(110)로 사용될 수 있다. 예를 들면, 기계변위형 마이크로펌프와 전자기운동형 마이크로펌프 등의 모든 종류의 펌프가 마이크로펌프(110)로 사용될 수 있다. 기계변위형 마이크로펌프는 유체의 흐름을 유도하기 위해 압력차를 일으키도록 기어나 다이어그램과 같은 고체 혹은 유체의 운동을 이용하는 펌프로서, 다이어프람 변위 펌프(Diaphragm displacement pump), 유체 변위 펌프(Fluid displacement pump), 회전 펌프(Rotary pump) 등이 있다. 전자기운동형 마이크로펌프는 전기적 또는 자기적 형태의 에너지를 바로 유체의 이동에 이용하는 펌프로서, 전기유체역학 펌프(Electro hydrodynamic pump, EHD), 전기삼투식 펌프(Electro osmotic pump), 자기유체역학 펌프(Magneto hydrodynamic pump), 전기습식 펌프(Electro wetting pump) 등이 있다.
본 발명의 다양한 실시예 따르는 마이크로펌프(110)는 흡입 행정과 토출 행정 중에 마이크로펌프(110) 내에서 유체가 유동하는 속도와 양의 상관 관계를 갖는 전류를 소모하는 펌프일 수 있다. 예를 들면, 한 펌핑 주기 동안 마이크로펌프(110)로부터 토출되는 약액의 양이 감소되면, 마이크로펌프(110)에 공급되는 전류의 크기가 감소될 수 있다.
마이크로펌프(110)는 전기삼투식 펌프 또는 피에조 펌프일 수 있다. 예를 들면, 마이크로펌프(110)는 인가되는 구동 전압에 의해 생성되는 전기장을 통해 구동 유체 내의 이온들을 이동시키고, 이온들과 함께 구동 유체를 이동시키는 펌프일 수 있다. 이온의 이동에 의해 전자가 이동하게 되며, 마이크로펌프(110)를 통해 전류가 흐르게 된다. 즉, 마이크로펌프(110)는 전원부(120)로부터 공급되는 전류를 소모하게 된다. 이 경우, 마이크로펌프(110)가 배출 경로가 막히는 등의 이유로 인하여 약액을 유동시킬 수 없게 되면, 마이크로펌프(110) 내의 구동 유체도 역시 이동될 수 없게 된다. 그에 따라, 구동 유체 내의 이온들이 이동 속도가 저하되며, 마이크로펌프(110)를 통해 흐르는 전류도 감소하게 된다.
전원부(120)는 마이크로펌프(110)를 구동시키기 위한 구동 전압을 마이크로펌프(110)에 출력한다. 전원부(120)는 제어부(140)의 제어에 따라 마이크로펌프(110)의 흡입 행정 동안 예컨대 양의 구동 전압을 공급하고 마이크로펌프(110)의 토출 행정 동안 예컨대 음의 구동 전압을 공급할 수 있다. 마이크로펌프(110)에 양의 구동 전압이 인가되면, 마이크로펌프(110)는 흡입력을 생성하기 위해, 마이크로펌프(110) 내의 구동 유체는 제1 방향으로 유동할 수 있다. 마이크로펌프(110)에 음의 구동 전압이 인가되면, 마이크로펌프(110)는 배출력을 생성하기 위해, 마이크로펌프(110) 내의 구동 유체는 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 유동할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 전원부(120)는 흡입 행정 동안 음의 구동 전압을 공급하고 토출 행정 동안 양의 구동 전압을 공급할 수도 있다.
일 예에 따르면, 전원부(120)는 구동 전압을 출력하는 전원(미 도시) 및 제어부(140)에 의해 제어되는 스위치부(미 도시)를 포함할 수 있다. 스위치부는 제어부(140)의 제어 신호(CS)에 따라 전원부(120)가 양의 구동 전압 및 음의 구동 전압 중 하나를 마이크로펌프(110)에 출력하도록 전원과 마이크로펌프(110) 간의 연결을 스위칭할 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(CS)가 하이 레벨인 경우, 스위치부는 전원부(120)가 양의 구동 전압을 마이크로펌프(110)에 출력하도록 스위칭될 수 있다. 제어 신호(CS)가 로우 레벨인 경우, 스위치부는 전원부(120)가 음의 구동 전압을 마이크로펌프(110)에 출력하도록 스위칭될 수 있다.
구동 전압은 예컨대 직류 전압일 수 있다. 전원부(120)는 도시되지는 않았지만 안정적인 직류 전압을 공급하기 위해 전압 레귤레이터 회로를 포함할 수 있다. 또한, 전원부(120)는 제어부(140)의 제어에 따라 구동 전압의 전압 레벨을 조절할 수 있다. 예컨대, 마이크로펌프(110)으로부터 토출되는 약액의 양을 증가시키기 위해, 전원부(120)는 더 높은 레벨의 구동 전압을 공급할 수도 있다.
전류 센서부(130)는 전원부(120)로부터 마이크로펌프(110)에 공급되는 전류를 감지한다. 전류 센서부(130)는 감지된 전류에 대응하는 전류 정보(I)를 제어부(140)에 제공할 수 있다. 전류 정보(I)는 감지된 전류에 대응하는 전압 또는 전류 레벨을 갖는 아날로그 신호 또는 감지된 전류에 대응하는 디지털 신호일 수 있다. 전원부(120)가 마이크로펌프(110)에 양의 구동 전압을 공급할 경우, 전류 센서부(130)는 정 방향의 전류를 감지하고, 전원부(120)가 마이크로펌프(110)에 음의 구동 전압을 공급할 경우, 전류 센서부(130)는 반대 방향의 전류를 감지할 수 있다.
제어부(140)는 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기를 기초로 약액 주입 장치(100)의 동작 상태를 결정하도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 마이크로펌프(110)에 공급되는 전류는 마이크로펌프(110)로부터 토출되는 약액의 양과 양의 상관 관계를 가질 수 있다. 그에 따라, 마이크로펌프(110)로부터 토출되는 약액의 양이 감소되면, 전류 센서부(130)에서 감지되는 전류의 크기도 함께 감소된다. 제어부(140)는 이러한 마이크로펌프(110)의 특성을 이용하여 약액 주입 장치(100)의 동작 상태를 파악할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 전류 센서부(130)에서 감지되는 전류의 크기를 기초로 약액 주입 장치(100)에 문제가 발생하였음을 파악할 수 있다. 제어부(140)는 약액 주입 장치(100)의 동작 상태에 관한 상태 정보(SI)를 생성하여, 알림부(145)에 전송할 수 있다.
일 예에 따르면, 제어부(140)는 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기가 전류 설정값보다 작은 경우, 마이크로펌프(110)가 약액을 토출하는데 장애가 발생하였다고 결정할 수 있다. 마이크로펌프(110)로부터 토출되는 약액의 양이 일정할 경우, 전류 센서부(130)에서 감지되는 전류의 크기도 역시 일정하여야 할 것이다. 그러나, 마이크로펌프(110)로부터 토출되는 약액의 양이 정해진 양보다 작거나 마이크로펌프(110)로부터 약액이 토출되지 않을 경우, 전류 센서부(130)에서 감지되는 전류의 크기는 정상적인 상태에서보다 작아지게 된다. 마이크로펌프(110)로부터 토출되는 약액의 양이 정해진 양보다 작아는 경우는 약액 주입 장치(100)의 배출 계통에 이상이 생긴 경우일 것이다. 예컨대, 약액이 배출되는 호스나 주사 바늘이 막힌 경우, 마이크로펌프(110)로부터 토출되는 약액의 양이 정해진 양보다 작아지거나, 심한 경우 마이크로펌프(110)로부터 약액이 전혀 토출되지 않을 것이다. 따라서, 제어부(140)는 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기가 전류 설정값보다 작은 경우, 마이크로펌프(110)가 약액을 토출하는데 장애가 발생하음을 파악할 수 있다.
전류 설정값은 마이크로펌프(110)가 약액을 토출하는데 장애가 없을 때 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기를 기초로 설정될 수 있다. 예컨대, 전류 설정값은 정상적인 상태에서 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기와 정상적인 전류 변동폭 또는 마진을 고려하여 설정될 수 있다. 다른 예에 따르면, 제어부(140)는 온도를 감지할 수 있으며, 제어부(140)는 온도를 고려하여 전류 설정값을 설정할 수도 있다.
전류 센서부(130)에서 감지된 전류는 새로운 펌핑 주기가 시작된 후 미리 설정된 시간이 흐른 시점에 마이크로펌프(110)에 흐르는 전류일 수 있다.
다른 예에 따르면, 제어부(140)는 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기의 변화율이 전류 변화 설정값보다 큰 경우, 마이크로펌프(130)가 약액을 토출하는데 장애가 발생하였다고 결정할 수 있다. 새로운 펌핑 주기가 시작하는 시점 또는 행정이 전환되는 시점에, 이전 행정에 의해 구동 유체 내에 형성되는 이온 구배로 인하여, 마이크로펌프(130)에는 많은 전류가 흐르게 된다. 이후, 마이크로펌프(130)에 흐르는 전류의 크기는 감소하게 된다. 특히, 구동 유체의 이동의 여부에 따라 마이크로펌프(130)에 흐르는 전류의 크기가 감소하는 속도가 달라지게 된다. 구동 유체가 이동할 경우, 구동 유체의 이동에 따라 이온 구배가 낮아지므로 마이크로펌프(130)에 흐르는 전류의 크기는 천천히 감소하지만, 구동 유체가 이동할 수 없는 경우, 삼투 현상이 발생하지 않기 때문에 마이크로펌프(130)에 흐르는 전류의 크기는 빨리 감소하게 된다. 이러한 점에서, 제어부(140)는 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기가 크게 감소할 경우, 마이크로펌프(130)가 약액을 토출하는데 장애가 발생하였음을 파악할 수 있다. 제어부(140)는 새로운 펌핑 주기가 시작된 후 미리 설정된 시간이 흐른 시점에 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기의 변화율을 기초로 약액 주입 장치(100)의 동작 상태를 결정할 수 있다.
전류 변환 설정값은 마이크로펌프(110)가 약액을 토출하는데 장애가 없을 때 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기의 변화율을 기초로 설정될 수 있다. 예컨대, 전류 설정값은 정상적인 상태에서 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기의 변화율, 및 정상적인 전류 변화율 변동폭 또는 마진을 고려하여 설정될 수 있다. 다른 예에 따르면, 제어부(140)는 온도를 감지할 수 있으며, 제어부(140)는 온도를 고려하여 전류 변환 설정값을 설정할 수도 있다.
제어부(140)는 전원부(120)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제어부(140)는 전원부(120)로부터 출력되는 구동 전압의 극성을 제어함으로써, 흡입 행정과 토출 행정의 타이밍, 및 펌핑 주기를 제어할 수 있다. 일 예에 따르면, 제어부(140)는 전류 센서부(130)에서 감지된 전류값을 기초로 흡입 행정과 토출 행정을 전환할 수도 있다. 제어부(140)는 전원부(120)를 제어하기 위한 제어 신호(CS)를 출력하고, 전원부(120)는 제어 신호(CS)에 응답하여 흡입 행정과 토출 행정을 전환할 수 있다.
일 예에 따르면, 제어부(140)는 흡입 행정 중에 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 절대값이 전류 설정값보다 작아질 때 흡입 행정을 종료하도록 전원부(120)를 제어할 수 있다. 제어부(140)는 흡입 행정을 종료하고 토출 행정을 시작하도록 전원부(120)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 토출 행정 중에 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 절대값이 전류 설정값보다 작아질 때 토출 행정을 종료하도록 전원부(120)를 제어할 수 있다. 제어부(140)는 토출 행정을 종료하고 흡입 행정을 시작하도록 전원부(120)를 제어할 수 있다.
제어부(140)는 전류 설정값을 저장하기 위한 메모리를 더 포함할 수 있으며, 전류 설정값은 주변 온도나 마이크로펌프(110)의 상태 등에 따라 가변될 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 흡입 행정 또는 토출 행정의 시작 시점에 전류 센서부(130)에서 감지된 최대 전류값을 기초로 전류 설정값을 설정할 수 있다. 다른 예에 따르면, 제어부(140)는 온도를 기초로 전류 설정값을 설정할 수 있다.
알림부(145)는 제어부(140)로부터 약액 주입 장치(100)의 동작 상태에 관한 상태 정보(SI)를 수신하고, 약액 주입 장치(100)의 동작 상태를 외부에 표출하도록 구성될 수 있다. 일 예에 따르면, 알림부(145)는 약액 주입 장치(100)의 동작 상태의 변화를 나타내는 소리를 출력하는 스피커일 수 있다. 예컨대, 제어부(140)가 약액 주입 장치(100)에 장애가 발생하였다고 판단할 경우, 알림부(145)는 미리 정해진 알람을 울릴 수 있다.
다른 예에 따르면, 알림부(145)는 약액 주입 장치(100)의 동작 상태의 변화를 나타내는 불빛을 표시하는 발광 다이오드일 수 있다. 예컨대, 제어부(140)가 약액 주입 장치(100)에 장애가 발생하였다고 판단할 경우, 알림부(145)는 적색 불빛을 방출할 수 있다. 예컨대, 제어부(140)가 약액이 호스의 끝까지 채워졌다고 판단할 경우, 알림부(145)는 주사 바늘을 신체에 삽입해도 좋다는 것을 나타내는 녹색 불빛을 점멸할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 알림부(145)는 약액 주입 장치(100)의 동작 상태의 변화를 나타내는 정보를 무선 통신으로 외부 장치에 송신하는 통신부일 수 있다. 외부 장치는 예컨대 스마트폰과 같은 휴대용 단말기일 수 있다. 약액 주입 장치(100)의 사용자는 휴대용 단말기를 통해 제어부(140)와 통신할 수 있다. 제어부(140)는 약액 주입 장치(100)의 상태를 휴대용 단말기를 통해 사용자에게 표시할 수 있으며, 사용자는 휴대용 단말기를 통해 약액 주입 장치(100)의 설정치를 변경하는 등의 제어를 수행할 수 있다. 본 예에 따르면, 알림부(145)는 약액 주입 장치(100)에 문제가 발생하였음을 나타내는 정보를 휴대용 단말기에게 전송할 수 있으며, 휴대용 단말기는 상기 정보에 응답하여 문제 발생 사실을 사용자에게 알리기 위해 진동하거나 디스플레이에 알림창을 띄울 수 있다. 알림부(145)와 휴대용 단말기 간에는 예컨대 블루투스를 이용하여 무선 통신이 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 주입 장치를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 약액 주입 장치(100b)는 도 1에 도시된 약액 주입 장치(100)에 연결되는 제1 유로(170), 제2 유로(180), 약액 저장부(150), 및 주사 바늘(160)을 더 포함한다. 마이크로펌프(110), 전원부(120), 전류 센서부(130), 제어부(140) 및 알림부(145)에 대해서는 도 1을 참조로 앞에서 설명되었으므로 반복하여 설명하지 않는다.
약액 주입 장치(100b)는 약액(101)이 저장되는 약액 저장부(150), 약액 저장부(150)와 마이크로펌프(110) 사이에 연결되어 약액 저장부(150)로부터 마이크로펌프(110)에 유입되는 약액(101)의 경로를 제공하는 제1 유로(170), 및 마이크로펌프(110)에 연결되어 마이크로펌프(110)로부터 토출되는 약액(101)의 경로를 제공하는 제2 유로(180)를 포함한다.
약액 저장부(150)는 약액(101)을 저장한다. 약액 저장부(150)는 약액 주입 장치(100b) 내에 포함되거나, 약액 주입 장치(100b) 외부에 배치되고 제1 유로(170)을 통해 연결될 수도 있다. 제1 유로(170)는 약액 저장부(150)와 마이크로펌프(110) 사이에 연결되어, 약액(101)이 약액 저장부(150)로부터 마이크로펌프(110)로 유동할 수 있는 경로를 제공한다. 제1 유로(170)에는 약액(101)이 약액 저장부(150)로부터 마이크로펌프(110)로 향하는 방향, 즉, 흡입 방향으로만 유동하게 하는 제1 체크 밸브(172)가 설치될 수 있다. 따라서, 약액(101)은 마이크로펌프(110)로부터 토출되더라도 제1 체크 밸브(172)에 의해 약액 저장부(150)로 유동하지 않게 된다. 마이크로펌프(110)의 토출 행정 시, 제1 유로(170) 내의 약액(101)이 흡입 방향의 반대 방향으로 유동할 수 없도록 제1 체크 밸브(172)는 실질적으로 막혀 있게 된다. 도 2에는 제1 체크 밸브(172)가 제1 유로(170) 내에 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 오로지 개념적이며, 제1 체크 밸브(172)는 제1 유로(170)와 마이크로펌프(110) 사이의 연결 부위에 설치되거나, 마이크로펌프(110) 내에 설치될 수도 있다.
제2 유로(180)는 마이크로펌프(110)에 연결되는 제1 단부 및 주사 바늘(160)이 연결되는 제2 단부를 갖는다. 제2 유로(180)에는 약액(101)이 마이크로펌프(110)로부터 주사 바늘(160)이 연결되는 제2 단부로 향하는 방향, 즉, 토출 방향으로만 유동하게 하는 제2 체크 밸브(182)가 설치될 수 있다. 따라서, 흡입 행정 중에도 약액(101)은 제2 유로(180)를 통해 마이크로펌프(110)로 유입되지 않는다. 마이크로펌프(110)의 흡입 행정 시, 제2 유로(180) 내의 약액(101)이 토출 방향의 반대 방향으로 유동할 수 없도록 제2 체크 밸브(182)는 실질적으로 막혀 있게 된다. 도 2에는 제2 체크 밸브(182)가 제2 유로(180) 내에 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 오로지 개념적이며, 제2 체크 밸브(182)는 제2 유로(180)와 마이크로펌프(110) 사이의 연결 부위에 설치되거나, 마이크로펌프(110) 내에 설치될 수도 있다.
주사 바늘(160)은 신체에 삽입되는 부분으로서, 약액(101)이 방출되는 부분이다. 주사 바늘(160)은 약액 주입 장치(100b)의 외부에 장착되거나, 약액 주입 장치(100b) 외부에 배치되고 제2 유로(180)을 통해 연결될 수도 있다. 제2 유로(180)는 마이크로펌프(110)와 주사 바늘(160) 사이에 연결되어, 마이크로펌프(110)로부터 토출된 약액(101)이 주사 바늘(160)로 유동할 수 있는 경로를 제공한다.
약액 주입 장치(100b)의 주사 바늘(160)를 통해 약액(101)을 인체 내에 주입하다 보면, 신체 내의 이물질로 인하여 주사 바늘(160)이나 제2 유로(180)가 막히는 경우가 발생할 수 있다. 이럴 경우, 환자에게 필요한 양의 약액(101)이 주입되지 못할 수 있다. 심지어, 환자에게 약액(101)이 전혀 주입되지 못할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 약액 주입 장치(100b)는 약액(101)의 배출 경로에 이물질 등으로 인하여 막힘(occlusion)이 발생하였는지를 감질 수 있으며, 이를 사용자에게 알림으로써 사용자가 약액 주입 장치(100b)에 문제가 발생하였다는 것을 인지할 수 있도록 할 수 있다. 막힘이 발생할 경우, 마이크로펌프(110) 내의 구동 유체도 역시 이동할 수 없게 된다. 그에 따라, 마이크로펌프(110)를 흐르는 전류는 감소하게 된다.
일 실시예에 따르면, 제어부(140)는 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기가 전류 설정값보다 작은 경우, 약액(101)이 주사 바늘(160)을 통해 배출될 수 없는 막힘(occlusion)이 발생하였다고 결정할 수 있다. 전류 설정값은 약액 주입 장치(100b)의 배출 계통에 막힘이 발생하지 않았을 때 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기를 기초로 설정될 수 있다. 전류 센서부(130)에서 감지된 전류는 새로운 펌핑 주기가 시작된 후 미리 설정된 시간이 흐른 시점에 마이크로펌프(110)에 흐르는 전류일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제어부(140)는 현재 펌핑 주기에 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기가 이전 펌핑 주기에 전류 센서부(130)에서 감지된 전류의 크기에 비해 비교 설정값 이상 작은 경우, 약액(101)이 주사 바늘(160)을 통해 배출될 수 없는 막힘(occlusion)이 발생하였다고 결정할 수 있다. 이전 펌핑 주기는 현재 펌핑 주기의 바로 직전 펌핑 주기일 수도 있고, 2이상 펌핑 주기 이전의 펌핑 주기일 수도 있다. 비교 설정값은 약액(101)이 막힘이 발생하지 않았을 때 마이크로펌프(110)에 흐르는 전류와 막힘이 발생한 후에 마이크로펌프(110)에 흐르는 전류의 차이를 기초로 설정될 수 있다.
제어부(140)는 약액 주입 장치(100b)의 배출 계통에 막힘이 발생하였다고 결정하면, 막힘이 발생하였다는 상태 정보(SI)를 알림부(145)에 송신할 수 있다. 알림부(145)는 제어부(140)로부터 상태 정보(SI)를 수신하고, 막힘이 발생하였다는 것을 외부에 표출할 수 있다. 예컨대, 알림부(145)는 막힘이 발생하였다는 것을 나타내는 소리를 출력하거나, 막힘이 발생하였다는 것을 나타내는 정보를 외부 장치에 송신할 수 있다.
약액 주입 장치(100b)의 사용자는 알림부(145)를 통해 약액 주입 장치(100b)의 배출 계통에 막힘이 발생하였다는 알림을 받은 후에, 주사 바늘(160) 또는 주사 바늘(160)과 제2 유로(180)를 교체할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로펌프를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 마이크로펌프(110)에는 제1 체크 밸브(172) 및 제2 체크 밸브(182)가 연결된다. 그러나, 이는 예시적이며, 제1 체크 밸브(172) 및 제2 체크 밸브(182)는 마이크로펌프(110) 내에 설치되거나, 각각 제1 유로(170) 및 제2 유로(180) 내에 설치될 수도 있다.
마이크로펌프(110)는 마이크로펌프(110)로부터 토출되는 약액의 양과 양의 상관 관계를 갖는 전류를 소모하는 펌프라면 어떠한 펌프라도 사용될 수 있다. 일 실시예에 따라서, 도 3에는 전기삼투 방식으로 동작하는 마이크로펌프(110)가 예시적으로 도시된다. 그러나, 본 발명은 전기삼투식 마이크로펌프로 한정되지 않는다.
마이크로펌프(110)는 멤브레인(111), 작동 유체(112), 유체 경로부(113), 제1 및 제2 전극(114, 115), 및 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)을 포함할 수 있다. 유체 경로부(113)는 작동 유체(112)가 유동할 수 있는 경로를 제공한다. 멤브레인(111)은 유체 경로부(113) 내에 배치되며, 작동 유체(112)는 멤브레인(111)을 통과하여 유동할 수 있다. 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)은 각각 멤브레인(111)의 양측에 배치되어, 작동 유체(112)를 격리하고, 작동 유체(112)의 유동에 의해 변형된다. 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)은 다이어프램부를 구성할 수 있다. 제1 및 제2 전극(114, 115)은 각각 멤브레인(111)과 제1 및 제2 다이어프램(116, 117) 사이에 배치되고, 전원부(도 1의 120)로부터 출력되는 구동 전압이 인가된다. 제1 및 제2 전극(114, 115)은 전극부를 구성할 수 있다.
멤브레인(111)은 작동 유체(112)가 유동하는 경로를 제공하는 유체 경로부(113)에 설치되며, 작동 유체(112)가 유동할 수 있도록 다공성 재질 또는 구조로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 전극(114, 115)은 유체 경로부(113) 내에서 멤브레인(111)의 양측에 각각 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극(114, 115)은 멤브레인(111)의 양측에 각각 접촉하여 배치될 수 있으며, 제1 및 제2 전극(114, 115) 사이의 간격은 멤브레인(111)에 의해 유지될 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 제1 및 제2 전극(114, 115)은 멤브레인(111)의 양측으로부터 이격하여 배치될 수도 있다. 제1 및 제2 전극(114, 115)은 멤브레인(111)과 마찬가지로 작동 유체(112)가 유동할 수 있도록 다공성 재질 또는 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 전극(114, 115)은 다공성 탄소로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 전극(114, 115)은 전원부(120)에 전기적으로 연결되어 구동 전압을 공급받으며, 작동 유체(112)와 전기 화학적으로 반응할 수 있다. 제1 및 제2 전극(114, 115)의 전기 화학 반응으로 인하여 작동 유체(112) 내의 이온들이 이동하게 된다. 전원부(120)는 제어부(140)의 제어에 따라 제1 및 제2 전극(114, 115)에 인가되는 구동 전압의 극성을 교번할 수 있다. 그에 따라, 마이크로펌프(110) 내의 작동 유체(112)는 제1 방향과 제2 방향으로 교번하여 유동하게 되고, 흡입력과 배출력이 발생된다.
제1 및 제2 전극(114, 115)에 구동 전압이 인가되면, 제1 및 제2 전극(114, 115) 중 하나(예컨대, 114)는 이온을 생성하고 다른 하나(예컨대, 115)는 이온을 소모할 수 있다. 작동 유체(112)는 이온 균형을 이루기 위해 멤브레인(111)을 통과하여 유동하게 된다. 작동 유체(112)가 유동함에 따라, 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)은 변형된다.
예를 들면, 제1 및 제2 전극(114, 115)에 양의 구동 전압이 인가되면, 작동 유체(112)는 제1 방향으로 유동하게 되며, 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)은 제1 방향으로 볼록하게 변형된다. 그에 따라, 제1 다이어프램(116)의 좌측 공간이 넓어지면서 흡입력이 발생하게 된다. 이러한 흡입력에 의하여 약액은 제1 체크 밸브(172)를 통과하여 마이크로펌프(111) 내로 유입된다. 반대로, 제1 및 제2 전극(114, 115)에 음의 구동 전압이 인가되면, 작동 유체(112)는 제2 방향으로 유동하게 되며, 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)은 제2 방향으로 볼록하게 변형된다. 그에 따라, 제1 다이어프램(116)의 좌측 공간이 좁아지면서 배출력이 발생하게 된다. 이러한 배출력에 의하여 약액은 제2 체크 밸브(182)를 통과하여 마이크로펌프(111)로부터 배출된다.
제1 및 제2 다이어프램(116, 117)은 알루미늄이 증착된 합성수지 필름 또는 에틸렌비닐알코올 공중합체(EVOH)로 이루어질 수 있다. 제1 다이어프램(116) 및 제2 다이어프램(117)은 폴리우레탄이나 고무와 같은 유연한 소재로 형성될 수도 있다.
유체 경로부(113)는 흡입력 및 배출력의 전달을 위해 제1 및 제2 개구(113a, 113b)를 갖는다. 예시적으로, 흡입력 및 배출력에 의해 약액을 이동시키는 제1 및 제2 체크 밸브(172, 182)가 유체 경로부(113)의 제1 개구(113a)에 연결되는 것으로 도시되어 있지만, 제1 및 제2 체크 밸브(172, 182)는 유체 경로부(113)의 제2 개구(113b)에 연결될 수도 있다. 또한, 유체 경로부(113)의 제1 및 제2 개구(113a, 113b) 모두에 체크 밸브가 연결될 수도 있다.
구동 유체(112)는 제1 및 제2 전극(114, 115)에 인가되는 구동 전압에 의해 이동하는 이온들을 포함한다. 구동 유체(112)는 전해액 또는 전해질 용액으로 지칭될 수 있다. 구동 유체(112)는 제1 및 제2 전극(114, 115)에 인가되는 구동 전압에 의해 전기분해될 수 있으며, 그에 따라 이온들이 생성될 수 있다. 전기분해의 효율은 구동 유체(112)의 조성, 온도, 수소 이온 농도, 불순물의 유무와 양 등에 의해 달라질 수 있다. 예컨대, 구동 유체(112)는 염화암모늄 용액 또는 묽은 황산일 수 있다.
구동 유체(112)는 멤브레인(111)에 의해 2개의 공간으로 분리된다. 제1 및 제2 전극(114, 115)에 구동 전압이 인가되면, 어느 한 전극(예컨대, 114)에서는 이온이 생성되고, 다른 전극(예컨대, 115)에서는 이온이 감소될 수 있으며, 이온 농도의 구배가 생성된다. 이온 농도의 구배에 의해 구동 유체(112) 내의 용매는 멤브레인(111)을 통과하여 이동하게 된다. 그 결과, 구동 유체(112)는 어느 한 방향으로 유동하게 되며, 마이크로펌프(110)는 흡입력 또는 배출력을 생성한다. 이와 같은 마이크로펌프(110)는 전기삼투현상의 원리를 이용한 것이다.
전기삼투현상은 구동 유체(112)를 멤브레인(111) 등으로 구분하고 멤브레인(111) 양쪽의 제1 및 제2 전극(114, 115)에 구동 전압을 인가하면, 멤브레인(111) 내의 모세관에서 계면전기 2중층의 전하가 전기장에 의해 이동하며, 그에 따라 구동 유체(112)가 이동하여 삼투현상이 일어난다. 이동하는 방향은 과잉 전하의 부호에 따라 정해지며, 전기 삼투 속도는 전기장의 강도, 과잉 전하량, 전해질 농도, 온도, 점성도 등에 의해 달라진다.
제1 및 제2 전극(114, 115)에 구동 전압이 인가되면, 전기삼투현상에 의해 구동 유체(112)는 멤브레인(111)을 통과하여 어느 한 방향으로 이동하게 된다. 구동 유체(112)는 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)에 의해 격리되어 있으므로, 구동 유체(112)의 이동에 의해 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)은 구동 유체(112)의 이동 방향으로 변형된다. 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)이 변형됨에 따라, 마이크로펌프(110)는 약액을 제1 유로(170)를 통해 흡입할 수 있는 흡입력 또는 약액을 제2 유로(180)를 통해 배출할 수 있는 배출력을 생성한다. 그러나, 약액이 배출될 수 없는 상태가 되면, 예컨대, 제2 유로(180)의 끝에 액체 차단 부재(189)가 부착된 경우에 약액이 액체 차단 부재(189)에 의해 배출될 수 없게 되거나, 주사 바늘(160)이 이물질 등에 의해 막힐 경우, 마이크로펌프(110)의 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)은 어느 방향으로도 움직일 수 없게 되므로, 구동 유체(112)도 역시 이동할 수 없게 된다. 그 결과, 마이크로펌프(110)를 흐르는 전류의 크기는 감소하게 된다. 제어부(140)는 마이크로펌프(110)의 전류의 크기가 전류 설정값보다 작아지면, 마이크로펌프(110)가 약액을 배출하는데 장애가 발생하였음을 감지할 수 있다. 제어부(140)는 장애의 발생 사실을 알림부(145)를 통해 사용자에게 알릴 수 있다.
제1 체크 밸브(172)는 제2 방향으로 형성되는 제1 노즐(178), 제1 체크 밸브(172) 내부에 위치하고 제1 노즐(178)을 개폐시키는 제1 유체 개폐 수단(174), 및 제1 노즐(178)과 제1 체크 밸브(172) 내부의 압력 차이에 의해 제1 유체 개폐 수단(174)이 제1 노즐(178)을 개폐할 수 있도록 하는 제1 스프링(176)을 포함할 수 있다. 제1 노즐(178)의 끝에 제1 유로(170)가 연결될 수 있다.
제1 다이어프램(116)이 제1 방향으로 팽창하면, 제1 노즐(178)을 통과하는 약액과 제1 체크 밸브(172) 내부에 있는 약액 사이에 유압 차이가 발생한다. 이때, 제1 노즐(178)을 통과하는 약액은 제1 스프링(176)이 수축되는 방향으로 제1 유체 개폐 수단(174)에 힘을 가하게 되고, 이에 따라 제1 노즐(178)이 개방되면서 제1 유로(170) 내의 약액이 제1 체크 밸브(172)를 통과하여 마이크로펌프(110) 내로 유입된다. 제1 다이어프램(116)이 제2 방향으로 팽창할 경우, 제1 유체 개폐 수단(174)의 제1 방향에 위치한 약액의 유압이 더 높기 때문에, 제1 유체 개폐 수단(174)은 제1 방향으로 힘을 받게 된다. 제1 유체 개폐 수단(174)은 제1 노즐(178)과 밀착되게 되며, 약액은 제1 체크 밸브(172)를 통과할 수 없다.
제1 노즐(178)은 제1 방향을 따라 약액의 유동 단면적이 축소되는 형상을 가질 수 있다. 제1 다이어프램(116)이 제1 방향으로 변형됨에 따라 발생하는 흡입력에 의해 제1 유로(170) 내의 약액이 유입될 때, 유동 단면적이 점진적으로 축소되는 제1 노즐(178)로 인하여 약액의 유동 속도 및 유동 압력이 점진적으로 증가하게 된다. 이에 따라, 제1 노즐(178)을 통과한 약액이 제1 유체 개폐 수단(174)에 가하는 힘은 증가될 수 있다.
제1 유체 개폐 수단(174)은 구(毬)의 형상일 수 있으며, 실리콘 고무 또는 바이톤 고무 소재로 형성될 수 있다. 제1 유체 개폐 수단(174)은 다양한 형상일 수 있으나, 제1 체크 밸브(172)의 개방과 차폐를 위한 밀착력을 극대화하기 위하여 구(毬)의 형상일 수 있다. 제1 유체 개폐 수단(174)은 재질 면에서 특별히 제한되지는 않으나, 제1 체크 밸브(172)의 내면과 밀접하게 접촉하여 기밀이 유지될 수 있도록, 고무 재질을 사용할 수 있다. 또한, 제1 유체 개폐 수단(174)은 내화학성과 내부식성을 갖춘 실리콘 고무 또는 바이톤 고무 재질이 사용될 수 있다.
제2 체크 밸브(182)는 제1 방향으로 형성되는 제2 노즐(188), 제2 체크 밸브(182) 내부에 위치하고 제2 노즐(188)을 개폐시키는 제2 유체 개폐 수단(184), 및 제2 노즐(188)과 제2 체크 밸브(182) 내부의 압력 차이에 의해 제2 유체 개폐 수단(184)이 제2 노즐(188)을 개폐할 수 있도록 하는 제2 스프링(186)을 포함할 수 있다. 제2 체크 밸브(182)의 제2 방향의 끝에 제2 유로(180)가 연결될 수 있다.
제1 다이어프램(116)이 제2 방향으로 팽창하면, 제2 노즐(188)을 통과하는 약액과 제2 체크 밸브(182) 내부에 있는 약액 사이에 유압 차이가 발생한다. 이때, 제2 노즐(188)을 통과하는 약액은 제2 스프링(186)이 수축되는 방향으로 제2 유체 개폐 수단(184)에 힘을 가하게 되고, 이에 따라 제2 노즐(188)이 개방되면서 마이크로펌프(110) 내의 약액이 제2 체크 밸브(182)를 통과하여 제2 유로(180)로 유입된다. 제1 다이어프램(116)이 제2 방향으로 팽창할 경우, 제2 유체 개폐 수단(174)의 제1 방향에 위치한 약액의 유압이 더 낮기 때문에, 제2 유체 개폐 수단(184)은 제1 방향으로 힘을 받게 된다. 제2 유체 개폐 수단(184)은 제2 노즐(188)과 밀착되게 되며, 약액은 제2 체크 밸브(182)를 통과할 수 없다.
제2 노즐(188)은 제2 방향을 따라 약액의 유동 단면적이 축소되는 형상을 가질 수 있다. 제1 다이어프램(116)이 제2 방향으로 변형됨에 따라 발생하는 배출력에 의해 마이크로펌프(110) 내의 약액이 토출될 때, 유동 단면적이 점진적으로 축소되는 제2 노즐(188)로 인하여 약액의 유동 속도 및 유동 압력이 점진적으로 증가하게 된다. 이에 따라, 제2 노즐(188)을 통과한 약액이 제2 유체 개폐 수단(184)에 가하는 힘은 증가될 수 있다.
제2 유체 개폐 수단(184)은 구(毬)의 형상일 수 있으며, 실리콘 고무 또는 바이톤 고무 소재로 형성될 수 있다. 제2 유체 개폐 수단(184)의 형상과 재질에 대한 사항은, 제1 유체 개폐 수단(174)의 형상과 재질에 대한 사항과 동일할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로펌프를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 마이크로펌프(110a)는 제1 및 제2 변형 제한부(118, 119)를 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 3에 도시된 마이크로펌프(110)와 실질적으로 동일하다. 중복되는 구성요소들에 대한 설명은 생략한다. 마이크로펌프(110a)는 도 1 내지 도 2에 도시된 약액 주입 장치(100, 100b)의 마이크로펌프(110)로 사용될 수 있다.
제1 및 제2 변형 제한부(118, 119)는 각각 제1 다이어프램(116)의 양측에 배치되어 제1 다이어프램(116)이 변형되는 범위를 제한하도록 구성된다. 제1 다이어프램(116)이 제1 방향으로 변형될 경우, 제2 변형 제한부(119)에 의해 변형 범위가 제한된다. 또한, 제1 다이어프램(116)이 제2 방향으로 변형될 경우, 제1 변형 제한부(118)에 의해 변형 범위가 제한된다.
도 4에서 제1 및 제2 변형 제한부(118, 119)는 각각 제1 다이어프램(116)의 양측에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 예시적이며, 제1 및 제2 변형 제한부(118, 119)는 각각 제2 다이어프램(117)의 양측에 배치될 수 있으며, 다른 예에 따르면, 제1 다이어프램(116)과 제2 다이어프램(117) 모두의 양측에 두 쌍의 변형 제한부들이 배치될 수도 있다.
제1 및 제2 변형 제한부(118, 119)가 없을 경우, 약액 주입 장치(100)가 오랫동안 사용되면, 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)의 탄성력이 약해지면서, 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)이 변형되는 범위는 점점 증가하게 될 수 있다. 그에 따라, 한 펌핑 주기에 주입되는 약액의 양이 점점 증가하게 될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따라 마이크로펌프(110a)는 제1 다이어프램(116)이 변형되는 범위를 제한하는 제1 및 제2 변형 제한부(118, 119)를 포함함에 따라, 제1 및 제2 다이어프램(116, 117)이 변형되는 범위는 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 시간이 많이 흐르더라도, 한 펌핑 주기에 마이크로펌프(110a)로부터 토출되는 약액의 양은 일정할 수 있으며, 정확한 양의 약액이 인체에 주입될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 100b: 약액 주입 장치 110, 110a: 마이크로펌프
120: 전원부 130: 전류 센서부
140: 제어부 145: 알림부
150: 약액 저장부 160: 주사 바늘
170: 제1 유로 172: 제1 체크 밸브
180: 제2 유로 182: 제2 체크 밸브

Claims (14)

  1. 약액 주입 장치에 있어서,
    펌핑 주기에 따라 약액을 펌핑하는 마이크로펌프;
    상기 마이크로펌프를 구동시키기 위한 구동 전압을 상기 마이크로펌프에 출력하는 전원부;
    상기 전원부로부터 상기 마이크로펌프에 공급되는 전류를 감지하는 전류 센서부;
    상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기를 기초로 상기 약액 주입 장치의 동작 상태를 결정하는 제어부; 및
    상기 제어부에 의해 결정된 상기 약액 주입 장치의 동작 상태를 외부에 표출하는 알림부를 포함하는 약액 주입 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    한 펌핑 주기 동안 상기 마이크로펌프로부터 토출되는 상기 약액의 양이 감소되면, 상기 마이크로펌프에 공급되는 전류의 크기가 감소되는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기가 전류 설정값보다 작은 경우, 상기 마이크로펌프가 상기 약액을 토출하는데 장애가 발생하였다고 결정하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 마이크로펌프가 상기 약액을 토출하는데 장애가 없을 때 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기를 기초로 상기 전류 설정값을 설정하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기의 변화율이 전류 변화 설정값보다 큰 경우, 상기 마이크로펌프가 상기 약액을 토출하는데 장애가 발생하였다고 결정하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 약액이 저장된 약액 저장부;
    상기 약액 저장부와 상기 마이크로펌프 사이에 연결되는 제1 유로;
    상기 약액이 상기 제1 유로에서 상기 약액 저장부로부터 상기 마이크로펌프로 향하는 방향으로만 유동하게 하는 제1 체크 밸브;
    상기 마이크로펌프에 연결되는 제1 단부 및 주사 바늘이 연결될 수 있는 제2 단부를 갖는 제2 유로; 및
    상기 약액이 상기 제2 유로에서 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 향하는 방향으로만 유동하게 하는 제2 체크 밸브를 더 포함하는 약액 주입 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 유로의 제2 단부에 연결되는 주사 바늘을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기가 전류 설정값보다 작은 경우, 상기 약액이 상기 주사 바늘을 통해 배출될 수 없는 막힘(occlusion)이 발생하였다고 결정하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 유로의 제2 단부에 연결되는 주사 바늘을 더 포함하고,
    상기 제어부는 현재 펌핑 주기에 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기가 이전 펌핑 주기에 상기 전류 센서부에서 감지된 전류의 크기에 비해 비교 설정값 이상 작은 경우, 상기 약액이 상기 주사 바늘을 통해 배출될 수 없는 막힘(occlusion)이 발생하였다고 결정하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 알림부는 상기 약액 주입 장치의 동작 상태의 변화를 나타내는 소리를 출력하도록 구성되는 약액 주입 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 알림부는 상기 약액 주입 장치의 동작 상태의 변화를 나타내는 정보를 무선 통신으로 외부 장치에 송신하도록 구성되는 약액 주입 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 마이크로펌프는 상기 전원부로부터 양의 구동 전압을 공급받아 상기 약액을 흡입하는 제1 행정과 상기 전원부로부터 음의 구동 전압을 공급받아 상기 약액을 토출하는 제2 행정을 교대로 반복하는 전기삼투식 펌프(electro-osmotic pump)인 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 마이크로펌프는,
    작동 유체에 유동 경로를 제공하는 유체 경로부;
    상기 유체 경로부 내에 배치되고 상기 작동 유체의 유동을 허용하는 멤브레인;
    상기 멤브레인의 양측에 각각 배치되어 상기 작동 유체를 격리하고 상기 작동 유체의 유동에 의해 변형되는 제1 및 제2 다이어프램; 및
    상기 멤브레인과 상기 제1 및 제2 다이어프램 사이에 각각 배치되고 상기 전원부로부터 출력되는 상기 구동 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극을 포함하는 약액 주입 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 마이크로펌프는 상기 제1 및 제2 다이어프램들 중 적어도 하나의 양측에 각각 배치되어, 상기 적어도 하나의 다이어프램이 변형되는 범위를 제한하는 제1 및 제2 변형 제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극에 상기 구동 전압이 인가되면, 상기 제1 및 제2 전극 중 하나는 이온을 생성하고 다른 하나는 이온을 소모하며,
    상기 작동 유체는 이온 균형을 이루기 위해 상기 멤브레인을 통과하여 유동함에 따라 상기 제1 및 제2 다이어프램을 변형시키는 것을 특징으로 약액 주입 장치.
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