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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이동건
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 한국산업기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수103
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최근 좌식 생활의 정착과 평균 수명 증가로 인하여 인구 고령화가 심화되고 있는 가운데 삶의 질을 저하시키며 각종 합병증을 유발하는 당뇨병의 문제가 세계적으로 심각하다. 당뇨병은 현재로서 완치할 방법이 없는 불치병으로서 평생 동안 주기적인 모니터링과 혈당의 조절을 필요로 한다. 이러한 불편함을 개선하고 영양 섭취와 신체 활동의 시간적 유연성을 확보하기 위하여 인슐린 펌프의 사용량이 증가하고 있다. 인슐린 펌프는 MEMS 기술과 IoT 기술의 개발과 함께 큰 발전을 이루어냈으며 포도당 변동 감소 등의 순기능을 보이고 있다. 그러나 현재 상용화된 인슐린 펌프는 약물 전달을 위하여 그리고 혈당 체크 및 센싱 데이터의 전송을 위한 전력원으로서 배터리가 필수 부가결적이다. 이러한 배터리 의존성 디바이스는 디자인의 소형화에 한계가 있으며 환자로 하여금 배터리 교체 주기 및 사고에 대한 불안감을 가지게 한다.
본 논문에서는 현재 상용화 되어있는 인슐린 펌프들과는 차별화된 메커니즘인 인체열 기반 약물전달시스템을 제안한다. 제안한 디바이스는 인체열과 상온 대기온도의 미소 온도 차로 인한 강자성체와 자석 간의 자기력 변화와 빔의 스프링 함수 간의 관계를 통해 무전원 자가 구동 방식의 약물전달시스템의 역할을 함과 동시에 약물 펌핑 시 발생하는 진동을 이용한 진동 에너지 하베스팅을 통하여 추가 전력 또한 공급할 수 있는 하이브리드의 구성을 가지고 있다. 제안한 디바이스의 개념을 구현하고자 하이브리드 약물전달시스템의 설계, 제작을 진행하였으며 약물 전달 퍼포먼스와 전력 발생 퍼포먼스의 설계 변수에 따른 특성 평가를 통하여 최적화 된 성능의 설계 변수를 확인하였다. 최적 설계 시 해당 디바이스는 30μL/min의 약물 전달 퍼포먼스를 보이는데 이는 인슐린 펌프의 필요 조건인 5~10μL/min을 충분히 만족하며 환자의 상태에 따라 약물 투입량을 조절 진행할 수 있다. 또한 전력 발생 퍼포먼스는 한 번의 펌핑 동작으로 피크 전압 5.09V를 보이며 단위 면적 당 약 2.4μWh/cm2의 전력량을 공급할 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 새로운 메커니즘을 통한 약물전달시스템의 가능성을 확인하였으며 추후 VIVO 테스트 및 인슐린 펌프가 아닌 다른 약물전달시스템에 적용 및 응용하여 여러 배터리 의존하는 디바이스의 대체를 기대한다.
본 논문에서는 현재 상용화 되어있는 인슐린 펌프들과는 차별화된 메커니즘인 인체열 기반 약물전달시스템을 제안한다. 제안한 디바이스는 인체열과 상온 대기온도의 미소 온도 차로 인한 강자성체와 자석 간의 자기력 변화와 빔의 스프링 함수 간의 관계를 통해 무전원 자가 구동 방식의 약물전달시스템의 역할을 함과 동시에 약물 펌핑 시 발생하는 진동을 이용한 진동 에너지 하베스팅을 통하여 추가 전력 또한 공급할 수 있는 하이브리드의 구성을 가지고 있다. 제안한 디바이스의 개념을 구현하고자 하이브리드 약물전달시스템의 설계, 제작을 진행하였으며 약물 전달 퍼포먼스와 전력 발생 퍼포먼스의 설계 변수에 따른 특성 평가를 통하여 최적화 된 성능의 설계 변수를 확인하였다. 최적 설계 시 해당 디바이스는 30μL/min의 약물 전달 퍼포먼스를 보이는데 이는 인슐린 펌프의 필요 조건인 5~10μL/min을 충분히 만족하며 환자의 상태에 따라 약물 투입량을 조절 진행할 수 있다. 또한 전력 발생 퍼포먼스는 한 번의 펌핑 동작으로 피크 전압 5.09V를 보이며 단위 면적 당 약 2.4μWh/cm2의 전력량을 공급할 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 새로운 메커니즘을 통한 약물전달시스템의 가능성을 확인하였으며 추후 VIVO 테스트 및 인슐린 펌프가 아닌 다른 약물전달시스템에 적용 및 응용하여 여러 배터리 의존하는 디바이스의 대체를 기대한다.
목차
제 1 장. 연구배경 17제 1장 1절 전 세계 당뇨병의 추세 17제 1장 2절 인슐린 펌프 사용량 증가 20제 1장 3절 기존 인슐린 펌프의 한계점 및 제안 29제 2 장. 독창적 Hybrid Self-powered Implantable Drug Delivery System (HSID) 개념 및 작동 원리 30제 3 장. HSID 설계 및 제작 37제 3장 1절 고온 열원 파트 제작 및 설계 38제 3장 2절 적합 탄성 셔틀 빔 제작 및 설계 43제 3장 3절 약물 챔버 제작 및 설계 54제 4 장. HSID 구현 실험 및 특성 평가 61제 4장 1절 간격 설계 변수에 따른 성능 평가 62제 4장 2절 접촉 압력 변수에 따른 성능 평가 70제 4장 3절 약물주입시스템 설계 최적화 77제 5 장. 결론 85참고문헌 70부 록 78Abstract 81
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