KR101501283B1 - 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법 - Google Patents

미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법은 복수의 바늘 구멍을 가지는 몰드를 준비하는 단계, 바늘 구멍에 생체 적합성 고분자를 채워 기판 및 상기 기판 위에 돌출된 복수의 본체를 제조하는 단계, 몰드로부터 기판 및 본체를 분리하는 단계, 기판을 기판의 유리 전이 온도로 가열하는 단계, 가열된 기판을 신체 모형에 부착한 후 가압하여 기판을 상기 신체 모형의 곡률과 같도록 변형하는 단계, 본체 위에 도전막을 형성하여 미세 바늘을 완성하는 단계를 포함한다.

Description

미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF MICRONEEDLES ARRAY PANEL}
본 발명은 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 굴곡을 포함하는 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
일반적으로 뇌전도(electroencephalogram), 심전도(electrocardiogram), 근전도(electromyogram) 등의 생체 신호를 측정하고자 할 때는 전도성 젤이 포함된 전극을 측정 위치의 피부에 부착한 후 생체 신호를 측정한다.
이때, 피부의 가장 바깥층인 각질층은 매우 큰 임피던스를 지니고 있기 때문에 이를 낮추기 위한 젤의 역할이 매우 중요하다. 하지만 젤의 증발과 활동 중의 오염 등으로 인해 장기간 안정적인 신호 측정에 무리가 있으며 노이즈에 민감한 생체 신호 특성 때문에 적용 범위에 한계가 있다.
이를 해결하기 위해서 미세 바늘 어레이를 활용하여 각질층 아래 표피층에 미세 바늘 어레이를 직접 접촉시킴으로써 신호를 받는 방식이 개발되었다. 하지만 이러한 방식은 실리콘을 기반으로 하기 때문에 제작이 어렵고 인체에 유해하여 생체 신호 측정에 적합하지 않다.
또한, 한국 특허등록번호 제0771522호에서 전도성 폴리머를 이용하는 방식이 제안되었지만 이러한 방식은 미세 바늘이 기판에 평평한 형상으로 굴곡을 지닌 인체 피부에 안정적인 부착이 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 신체와 같이 굴곡을 포함하는 피부에 밀착시켜 정확한 생체 신호를 측정할 수 있는 미세 바늘 어레이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 신체에 접촉하여 사용하는 미세 바늘 어레이 기판을 제조하는 방법에 있어서, 복수의 바늘 구멍을 가지는 몰드를 준비하는 단계, 바늘 구멍에 생체 적합성 고분자 또는 생체 분해성 고분자를 채워 기판 및 상기 기판 위에 돌출된 복수의 본체를 제조하는 단계, 몰드로부터 상기 기판 및 본체를 분리하는 단계, 기판을 상기 기판의 유리 전이 온도로 가열하는 단계, 가열된 상기 기판을 신체 모형에 부착한 후 가압하여 상기 기판을 상기 신체 모형의 곡률과 같도록 변형하는 단계, 본체 위에 도전막을 형성하여 미세 바늘을 완성하는 단계를 포함한다.
상기 몰드는 상기 본체가 삽입되는 삽입부를 포함할 수 있다.
상기 생체 적합성 고분자는 PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate) 또는 COC(cyclic olefin copolymer) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 생체 분해성 고분자는 PLA(polylactic acid)일 수 있다.
상기 도전막은 금 또는 은으로 형성할 수 있다.
상기 미세 바늘 사이의 간격은 100㎛ 내지 1,500㎛일 수 있다.
상기 미세 바늘의 직경은 50㎛ 내지 300㎛이고, 높이는 100㎛ 내지 1,000㎛일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서와 같이 미세 바늘 어레이를 제조하면 신체의 굴곡에 맞는 미세 바늘 어레이 기판을 용이하게 제조할 수 있어, 동작 잡음 등 외부 노이즈로 인한 왜곡이 없는 정확한 생체 신호를 측정할 수 있다.
따라서 정확한 생체 신호를 용이하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 바늘 어레이 기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라서 미세 바늘 어레이 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 내지 도 7은 도 2의 순서도에 따라서 미세 바늘 어레이 기판을 제조하는 방법을 순서대로 도시한 단면도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 바늘 어레이 기판의 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 바늘 어레이 기판은 고분자로 이루어지는 기판(100), 기판(100)으로부터 돌출한 복수의 미세 바늘(200)을 포함한다.
기판(100)은 신체와 직접 접촉하는 부분으로, 신체와 접촉하더라도 감염, 발진, 통증 등의 증상이 발생하지 않도록 생체 적합성 고분자로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COC(cyclic olefin copolymer) 등과 같은 생체 적합성 고분자로 이루어질 수 있다.
기판(100)은 신체에 밀착하여 사용하기 위해서 신체의 굴곡, 예를 들어 팔의 외형과 같은 곡률(R)을 가지도록 휘어질 수 있다.
미세 바늘(200)은 기판과 동일한 물질인 생체 적합성 고분자 또는 생체 분해성 고분자인 PLA(polylactic acid)로 이루어진 본체(20), 본체(20) 위에 형성되어 있는 도전막(22)을 포함한다. 도전막(22)은 생체 신호를 측정하기 위한 것으로 도전성을 가지며 인체에 무해한 금속으로, 예를 들어 은 또는 금일 수 있다.
도전막(300)은 100nm 내지 300nm의 두께일 수 있다.
미세 바늘(200)은 신체와 직접 접촉하여 생체 신호를 측정하는 것으로, 측정 중에 외부 충격 등에 의해서 부러질 수 있다. 따라서 신체와 접촉하더라도 감염, 발진, 통증 등의 증상이 발생하지 않도록 생체 적합성 고분자, 생체 분해성 고분자 로, 생체 적합한 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이웃하는 미세 바늘(200) 사이의 간격(W)은 100㎛ 내지 1,500㎛일 수 있으며, 미세 바늘(200)의 직경(D)은 50㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 미세 바늘(200)의 높이(H)는 100㎛ 내지 1,000㎛일 수 있다.
기판(100)과 본체(20)는 일체형으로 이루어질 수 있으며, 도전막(22)은 기판(100) 위에도 형성될 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 7과 기 설명한 도 1을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 미세 바늘 어레이 기판을 제조 하는 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라서 미세 바늘 어레이 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3 내지 도 7은 도 2의 순서도에 따라서 미세 바늘 어레이 기판을 제조하는 방법을 순서대로 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 몰드를 준비(S100)한다. 몰드는 미세 바늘을 형성하기 위한 것으로, 미세 바늘 형상의 복수의 바늘 구멍이 형성되어 있다.
다음, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이 몰드의 바늘 구멍에 생체 적합성 고분자를 주입(S102)한 후 경화시켜 기판과 기판(100) 위에 일체로 형성되는 복수의 본체(20)를 형성한다.
이때, 몰드는 트리메틸클로로실란(trimethylchlorosilane) 으로 표면 처리를 실시할 수 있다. 표면 처리는 몰드(50)의 이형성을 향상시키기 위한 것으로 생략할 수 있다.
다음, 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(100) 및 본체(20)로부터 몰드를 분리(S104)한다.
다음, 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 분리된 기판(100)을 가열한다. 이때, 가열(100)은 기판(100)을 형성한 생체 적합성 고분자 또는 생체 분해성 고분자의 유리 전이 온도까지 진행하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 기판이 PMMA로 이루어진 경우 유리 전이 온도는 약 105℃일 수 있으며, PLA로 형성될 경우 약 60℃로 가열될 수 있다.
이처럼, 기판(100)을 유리 전이 온도까지 가열하면 기판(100)의 유연성 및 유동성이 증가한다.
이후, 가열된 기판(100)을 사용하고자 하는 신체 모형(600)에 정렬한 후 압력을 가하여 기판(100)이 신체의 곡률과 같도록 변형(S106)시킨 후 경화시킨다. 가열된 기판(100)의 온도가 내려가면서 신체의 곡률을 따라서 변형된 상태로 경화된다.
신체 모형(600)은 본 발명에 따른 미세 바늘 어레이 기판을 사용하고자 하는 신체의 모형으로 예를 들어, 팔, 다리 등 신체의 일부분일 수 있다.
신체 모형(600)은 평균 신체 수치(또는 곡률)를 이용하여 제작하는 것이 바람직하나, 필요에 따라서 개개인의 신체에 맞게 제작될 수도 있다.
기판(100)을 유리 온도까지 가열한 후 변형시키기 때문에 신체와 직접적으로 가열된 기판(100)이 접촉하는 경우 신체가 손상될 수 있으므로, 사용하고자 하는 신체 모형(600)을 제작한 후 신체 모형을 이용하여 기판을 변형시키는 것이 바람직하다.
이때, 신체 모형(600)은 본체(20)가 손상되지 않도록 본체(20)와 대응하는 삽입부(60)를 가질 수 있다.
삽입부(60)는 본체(20)와 닿지 않도록 삽입부(60)의 깊이는 본체(20)의 길이보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 기판(100)이 휘어짐에 따라서 복수의 본체(20)가 기판면에 대해서 경사지도록 배열될 수 있으며, 본체(20)의 끝을 연결하면 기판(100)과 동일한 곡률을 이룬다. 따라서 삽입부(60)는 각각의 본체(20)가 삽입되도록 형성하는 것보다 복수의 본체(20)가 삽입될 수 있도록 형성하여 기판(100)의 휨에 따라서 본체(20)가 용이하게 움직일 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.
이처럼, 가열하여 기판의 유연성을 증가시키면 다양한 곡률을 가지는 신체에 맞도록 기판을 제조할 수 있다.
다음, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 신체 모형(600)의 형태를 따라서 변형된 기판(100)을 신체 모형으로부터 분리한 후 본체(20)의 표면에 도전막(22)을 형성(S108)하여 복수의 미세 바늘(200)을 가지는 미세 바늘 어레이 기판을 완성한다.
도전막(22)은 생체 신호를 측정하기 위한 것으로 도전성을 가지며 인체에 무해한 금속으로, 예를 들어 은(Ag) 또는 금(Au)일 수 있다.
이때, 도전막(22)은 도금, 스퍼터링(sputtering) 또는 증발법(evaporation) 등으로 형성할 수 있다.
본 발명에서와 같이 미세 바늘 어레이 기판을 제조하면 신체의 굴곡에 맞는 미세 바늘 어레이 기판을 용이하게 제조할 수 있어, 동작 잡음 등 외부 노이즈로 인한 왜곡이 없는 정확한 생체 신호를 측정할 수 있다. 따라서 정확한 생체 신호를 용이하게 측정할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
5: 바늘 구멍 20: 본체
22: 금속막 50: 몰드
60: 삽입부 100: 기판
200: 미세 바늘 600: 신체 모형

Claims (7)

  1. 신체에 접촉하여 사용하는 미세 바늘 어레이 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    복수의 바늘 구멍을 가지는 몰드를 준비하는 단계,
    상기 바늘 구멍에 생체 적합성 고분자 또는 생체 분해성 고분자를 채워 기판 및 상기 기판 위에 돌출된 복수의 본체를 제조하는 단계,
    상기 몰드로부터 상기 기판 및 본체를 분리하는 단계,
    상기 기판을 상기 기판의 유리 전이 온도로 가열하는 단계,
    가열된 상기 기판을 신체 모형에 부착한 후 가압하여 상기 기판을 상기 신체 모형의 곡률과 같도록 변형하는 단계,
    상기 본체 위에 도전막을 형성하여 미세 바늘을 완성하는 단계
    를 포함하는 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 몰드는 상기 본체가 삽입되는 삽입부를 포함하는 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 생체 적합성 고분자는 PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate) 또는 COC(cyclic olefin copolymer) 중 어느 하나인 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 생체 분해성 고분자는 PLA(polylactic acid)인 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 도전막은 금 또는 은으로 형성하는 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 미세 바늘 사이의 간격은 100㎛ 내지 1,500㎛인 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 미세 바늘의 직경은 50㎛ 내지 300㎛이고, 높이는 100㎛ 내지 1,000㎛인 미세 바늘 어레이 기판의 제조 방법.
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