약물 전달기 document_id A220623064213

다수의 산업분야들에서 질량 배출 장치들에 대한 필요가 있다. 그 질량 배출 장치들은, 액체 및 액체 증기를 고정되거나 또는 가변적인 속도로 요망되는 거리에 걸쳐서 스프레이(spray)하는 것이다. 바람직하게는, 액체 및 액체 증기의 스프레이가 먼 거리에 걸쳐서 신속한 속도로 이루어질 필요가 있다. 그러한 시스템에서, "투사율(throw)"이라는 용어는, 스프레이의 일 특성을 지칭한다. 물질의 투사율은, 이동한 거리를 스프레이가 배출되는 챔버의 길이로 나눈 값으로 정의된다. 소화기(fire extinguisher), 잉크젯 프린터(ink jet printer), 에어백 점화기(air bag igniter), 자동차 엔진 및 가스 터빈용 연료 주입기(fuel injector), 호흡기 약물 전달 시스템(respiratory drug delivery system) 등과 같은 다양한 질량 배출 장치들의 예가 알려져 있다. 이들 각각에 있어서는 해당되는 장치와 관련된 특정의 문제들이 있지만, 그 각각의 적용 기술에는 액체 및 액체 증기를 신속하고 먼 거리에 걸쳐 배출시키고자 하는 지속적인 요구가 있다. 질량 배출 시스템의 적용에 있어서 특정적인 일 문제로서, 가스 터빈 재점화기(gas turbine reigniter)를 예로 든다. 가스 터빈의 점화기에 있어서, 연소 챔버 내에서 가스를 재발화시키기 위한 종래의 접근법은, 재점화기의 두 전극들 사이에 전류를 통하도록 하여 짧은 시간 동안에 전기적으로 대전된 라디칼들의 혼합물(mixture of electrically charged radicals)을 생성하는 것이다. 이것은 도 1 에 보다 명백하게 도시되어 있는데, 여기에는 종래의 재점화기(10)가, 전체적으로 원통형의 형상을 가지고 또한 펠릿(pellet; 12)이 내부에 배치된 외측 전극(outer electrode; 11)을 구비한 것으로 도시되어 있다. 중앙 전극(13)은 펠릿 내에 배치되고, 두 전극들(11, 13) 간에 전류를 통하도록 함으로써, 전기적으로 대전된 라디칼들의 혼합물이 형성된다(이 때, 가스 분자들이 플라즈마라고 불리는 대전된 성분들로 일시적으로 나뉜다). 그 플라즈마는, 1초 내의 짧은 시간 동안만 지속할 수 있을 뿐이며, 그 후에는 재결합하여 그 전하를 상실한다. 그러면 그 전하는 메인 엔진(main engine)의 메인 연소 챔버 내에서 연소를 발화시키기 위하여 이용된다. 그러한 공지의 재점화기들과 관련된 문제점은, 그 혼합물이 배출 물질로서 배출 오리피스(14)를 거쳐서 충분히 멀리 배출되도록 하는 것과, 목적으로 하는 기능을 수행하기에 충분히 오랫동안 그 혼합물의 대전 상태를 유지시키는 것이다. 그 배출된 물질(15)은 등유(kerosene) 또는 다른 통상적인 가스 터빈 엔진 연료를 발화시키는데에 이용된다. 질량 배출 시스템의 적용에 있어서 특정한 문제의 다른 예로서, 호흡기 약물 전달 시스템을 검토해 보기로 한다. 호흡기 약물 전달 시스템은, 천식(asthma), 낭포성 섬유증(cystic fibrosis), 만성 폐쇄성 폐질환 (chronic obstructive pulmonary disease; COPD) 등과 같은 호흡기 질병들을 치료하기 위하여 호흡기계(respiratory system)에 직접적으로 약물을 전달하는데에 이용된다. 또한, 최근에는, 폐(lung)가 계통적 약물 요법(systematic drug therapy)을 위한 입구로서 이용될 수 있다는 것이 현실화되었는데, 예를 들어 흡입된 인슐린(insulin)이 성공적으로 투약(administration)되었고, 그것이 당뇨병(diabetes) 치료에 있어서 인슐린을 주사하는 것에 대해 대안적인 통상적 치료법이 될 수 있다. 현재, 세 가지 주된 형태의 호흡기 약물 전달 시스템들이 있다. 이들은, 투여량 계량식 흡입기(metered dose inhaler), 건조 분말 흡입기(dry powder inhaler), 및 네뷸라이저이다. 가압된 투여량 계량식 흡입기는 계량된 체적의 가압된 유체를 환자의 기도(airway) 내부로 배출시키는데, 배출 시에는 그 유체가 신속히 증발하여 약물을 흡입에 적합한 건조 형태로 되게 한다. 건조 분말 흡입기는 환자가 흡입기를 통하여 공기를 흡입할 때에 옮겨지는 건조 분말을 포함하고, 환자의 흡입력이 그 건조 분말을 환자의 폐 내로 운반한다. 투여량 계량식 흡입기 및 건조 분말 흡입기 둘 다는 한 번의 흡입에 의하여 미리 결정된 양의 약물을 내보낼 것이고, 환자는 하루 중에 일정량의 그러한 투여량을 섭취할 것이다. 세 번째 형태의 호흡기 약물 전달 시스템은 네뷸라이저이데, 이것은 액체 형태로 저장된 의약물을 에어로졸(aerosol) 또는 분무(mist)로 알려진 의약물 입자들의 가스 부유물(gaseous suspension)로 변환시킨다. 환자는 이 분무를 들여마실 것이고, 그 약물은 호흡기계 내로 투여될 것이다. 네뷸라이저로서는 크게 두 가지 형태가 있는데, 그것은 제트식 네뷸라이저(jet nebuliser)와 초음파식 네뷸라이저이다. 제트식 네뷸라이저는 가압된 가스를 좁은 개구를 통하도록 가함으로써 작용하는데, 이것은 저장 의약물(medicine reservoir)에 부압(negative pressure)을 발생시켜서 그 저장물로부터 약물 용액의 입자들을 이끌어냄으로써 환자가 흡입할 분무를 형성시킨다. 초음파식 네뷸라이저는 신속하게 진동하는 압전 크리스탈(piezoelectric crystal)를 이용하는데, 이것이 분무가 발생되는 액체의 공급원(fountain)을 형성한다. 네뷸라이저는 대략 15분의 시간에 걸쳐서 천천히 저장 의약물을 분무로 변환시키는데, 그 시간 동안에 사용자는 지속적으로 의약물을 분무 형태로 흡입할 것이다. 네뷸라이저는 다른 형태의 약물 전달 방법들보다 더 강한 의약물 투여량을 전달할 수 있고, 그러므로 중증의 호흡기 문제를 가진 환자들에게 종종 사용된다. 공지된 호흡기 약물 전달 시스템들에 있어서의 주요 문제는, 약물이 호흡기계 내로 완전히 흡입되어서 그 의약물이 의도된 곳에 도달하는 것을 보장하는 것이다. 호흡기 약물 전달 시스템은 활성 성분(active ingredient)을 배출시킬 때에 약물의 분산과 투사율을 최대화시킬 필요가 있다. 추가적인 문제는, 의약물이 미립자화 또는 분무화(atomise)되는 때에, 그 의약물 입자들이 너무 커서 구강(oral cavity) 내에 침착(deposit)될 수 있다는 것이다. 만일에 그것이 너무 작으면, 활성 성분이 침착되지 아니하고 환자의 내쉼(exhale)에 의하여 배출될 것이다.