KR101559236B1 - 전도성 물질이 외부 표면에 코팅된 광섬유와 이를 감싸는 외부 도체층을 가지는 광섬유 케이블 - Google Patents

전도성 물질이 외부 표면에 코팅된 광섬유와 이를 감싸는 외부 도체층을 가지는 광섬유 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 물질이 외부 표면에 코팅된 광섬유와 이를 감싸는 외부 도체층을 가지는 광섬유 케이블에 관한 것이다.

Description

전도성 물질이 외부 표면에 코팅된 광섬유와 이를 감싸는 외부 도체층을 가지는 광섬유 케이블{Optical fiber cable that has optical fiber coated with conductive material which surrounded by a tubular conducting shield}
본 발명은 전도성 물질이 외부 표면에 코팅된 광섬유와 이를 감싸는 외부 도체층을 가지는 광섬유 케이블에 관한 것이다.
신경 네트워크는 워낙 복잡하게 얽혀있어 전기적으로 자극하는 경우 선택적으로 원하는 기능을 담당하는 신경 네트워크만을 자극하기가 어려운 단점이 있는데, 광학적으로 접근하면 이러한 단점을 극복할 수 있다.
광유전학(optogenetics)은 빛을 사용해서 유전자 조작을 한 신경세포를 선택적으로 흥분 혹은 억제시키는 방법들을 통칭한다. 대부분 외래 유전자인 채널로돕신 자체 혹은 이를 개량한 유전자를 신경세포에 발현시킨 후, 빛을 받으면 흥분하거나 반대로 흥분하지 못하게 하는 기법을 이용한다. 신경세포가 빛에 의해 흥분하도록 만들기 위해서는, 광수용체 세포들이 가지고 있는 단백질을 원하는 신경세포에서 발현시킨다. 정밀한 수술도구를 이용하여 정확한 부위에 로돕신 단백질 유전자를 포함하는 바이러스 감염을 시키거나, 그 부위의 세포들이 가지고 있는 특성을 활용하면, 아주 정확하게 원하는 부위의 세포만을 감염시켜 빛에 반응하는 신경세포들을 만들 수 있다. 그리고 이렇게 형질 전환된 세포들을 빛으로 자극하기 위해, 광섬유 등을 활용하여 빛을 비춰줄 수 있다. 광학 기술들의 발전으로 레이저를 다양한 방식으로 정확한 부위에 비춰줄 수 있기 때문에, 결국에는 신경세포 하나 하나를 선택적으로 자극할 수 있다.
이러한 광유전학은 신경과학 분야의 연구에 있어서 혁신적인 기술로서, 이전에는 유사한 시험을 위해서는 뇌의 일부분에 손상을 주거나, 전기적인 자극을 주는 등의 침습적인(invasive) 방법들 밖에는 없었다. 이 방법을 이용하면 살아있는 개체에서 신경회로의 기능들을 명확하게 밝힐 수 있으며, 향후 난치성 신경질환의 치료에도 응용될 수 있을 것이다.
종래에는 광신호와 전기신호를 각기 다른 기구를 이용하여 자극 및 측정하였으며, 이에 따라 기구와 장치 및 배선 등이 복잡하게 구성되고 작업이 불편하였다.
또한, 종래에는 광섬유와 전기신호를 검출하기 위한 전극과 연결된 전선을 전기적 노이즈로부터 차폐(shield)하기 위해, 동축 케이블을 따로 구성하여 전기신호를 검출하는 방법을 이용하거나, 광섬유에 금속 코팅하여 전기신호를 전송하는 방법을 이용하는 기술 등이 있었다. 그러나, 본 발명과 같이 금속 코팅된 광섬유와 이를 통해 전송되는 전기신호를 외부 노이즈로부터 보호하기 위해 외부 도체층으로 감싸는 기술은 아직까지 제안된 적이 없다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광신호의 자극과 검출 및 전기적 신호의 자극과 검출을 동시에 수행할 수 있는 광섬유 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부 노이즈를 차폐할 수 있는 광섬유 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광섬유 번들 및 광섬유 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 섬유 물질을 함유하고, 광신호를 송수신하는 코어층; 코어층의 외부에 형성되고, 전도성 물질을 함유하며, 전기신호를 송수신하는 전도성 코팅층; 및 전도성 코팅층의 외부에 형성되고, 외부 노이즈를 차폐하는 실드층을 포함하는 광섬유 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블은 광신호의 자극과 검출 및 전기신호의 자극과 검출이 동시에 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 섬유 물질은 유리, 고분자 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 전도성 물질은 금속, 전도성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서 코어층의 직경, 전도성 코팅층의 두께, 실드층의 두께는 각각 독립적으로 1 nm 내지 1 mm일 수 있다.
본 발명에서 실드층은 도체 재료를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블은 실드층의 외부에 형성되고, 고분자를 함유하는 보호층; 전도성 코팅층 및 실드층 사이에 형성되고, 절연재료를 함유하는 절연층; 및/또는 코어층 및 전도성 코팅층 사이에 형성되는 클래드층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 클래드층은 유리, 고분자 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서 광섬유 케이블의 말단부는 테이퍼 구조를 이룰 수 있으며, 테이퍼 구조의 길이는 1 ㎛ 내지 100 ㎝일 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블의 말단부에서 코어층 또는 전도성 코팅층이 노출될 수 있으며, 노출 부위의 길이는 1 nm 내지 10 ㎝일 수 있다.
본 발명에서 광섬유 케이블의 측면에 코어층까지 관통하는 홀이 형성될 수 있으며, 홀의 직경은 1 nm 내지 1 ㎛일 수 있다.
본 발명에서 광섬유 케이블의 단면은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블은 실드층의 외부에 형성되는 외부 중공부; 및 외부 중공부를 둘러싸는 유리관을 추가로 포함할 수 있으며, 외부 중공부를 통해 약물, 이온성 물질, 액체성 물질 중에서 선택되는 1종 이상을 전달 가능하다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블은 코어층의 내부에 형성되는 내부 중공부를 추가로 포함할 수 있으며, 내부 중공부를 통해 약물, 이온성 물질, 액체성 물질 중에서 선택되는 1종 이상을 전달 가능하다.
본 발명에서 전도성 코팅층은 코어층의 외부에 부분적으로 형성되어 멀티 전극 패턴을 형성할 수 있으며, 멀티 전극 패턴 중 일부의 패턴은 전기신호로 자극을 가하고, 다른 일부의 패턴은 전기신호를 검출할 수 있다.
본 발명에서 멀티 전극 패턴은 코어층의 길이 방향으로 형성되고, 각 전극 패턴은 서로 다른 길이를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 섬유 물질을 함유하고, 광신호를 송수신하는 코어층; 코어층의 외부에 형성되고, 전도성 물질을 함유하며, 전기신호를 송수신하는 제1전도성 코팅층; 제1전도성 코팅층의 외부에 형성되고, 절연재료를 함유하는 제1절연층; 제1절연층 외부에 형성되는 제2전도성 코팅층; 제2전도성 코팅층의 외부에 형성되는 제2절연층; 및 제2절연층의 외부에 형성되고, 외부 노이즈를 차폐하는 실드층을 포함하는 광섬유 케이블을 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 전도성 코팅층 및 절연층이 추가로 반복 형성되고, 복수의 전도성 코팅층에 의해 멀티 전극 패턴이 형성될 수 있으며, 전도성 코팅층은 전면에 걸쳐 형성되거나 부분적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 광섬유 케이블은 코어층 및 제1전도성 코팅층 사이에 형성되는 클래드층; 실드층 외부에 형성되는 보호층; 절연층 또는 실드층의 외부에 형성되는 외부 중공부; 외부 중공부를 둘러싸는 유리관; 및 코어층의 내부에 형성되는 내부 중공부 중에서 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 섬유 물질을 함유하고, 광신호를 송수신하는 코어층; 코어층의 외부에 형성되고, 전도성 물질을 함유하며, 전기신호를 송수신하는 전도성 코팅층을 포함하는 복수의 광섬유; 및 복수의 광섬유의 외부에 형성되고, 외부 노이즈를 차폐하는 실드층을 포함하는 광섬유 번들을 제공한다.
본 발명에 따른 광섬유 번들에서 복수의 광섬유가 서로 꼬인 형태를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 광섬유 케이블; 광섬유 케이블의 일단에 연결되는 커플링 모듈; 광섬유 케이블에 광을 공급하는 광원 모듈; 및 외부와 무선으로 송수신 가능한 무선통신 모듈을 포함하는 광섬유 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 광섬유 모듈에서 광원 모듈은 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유 모듈은 전원 공급부를 추가로 포함할 수 있으며, 전원 공급부는 배터리일 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유 모듈은 제어 모듈을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광섬유의 표면에 전도성 물질을 코팅함으로써 광섬유를 통한 광신호의 자극과 검출 및 코팅된 전도성 물질을 통한 전기적 신호의 자극과 검출을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광섬유의 외부에 코팅된 전도성 물질은 전극 및 전기신호 소스로부터 발생하는 전기신호를 멀리 떨어진 곳까지 전달하는 기능을 담당한다. 이때 광섬유를 감싸는 외부 도체층은 광섬유에 코팅된 전도성 물질을 통해 전달되는 전기신호를 외부 전기적 노이즈로부터 보호하는 역할을 담당한다. 일반적인 동축케이블의 금속성 실드(metallic shield)와 유사한 역할을 담당하는 것으로 생각할 수 있다.
본 발명은 원거리에서 광신호의 송수신과 전기적 신호의 송수신을 동시에 하면서 발생할 수 있는 전기적 신호의 노이즈를 줄이기 위한 기술로서, 옵토제네틱 관련 분야에서 관심이 높을 것으로 기대된다.
또한, 본 발명에서는 광섬유 표면을 전도성 물질로 패터닝화하여 코팅함으로써 멀티 전극을 구성할 수 있다. 더불어 광섬유에 입사되는 광 소스를 작은 패키지 형태로 모듈화하고, 또한 무선 기능을 추가하여 외부에서 광신호의 파장 및 온 오프(on & off)를 컨트롤 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광섬유 케이블의 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 말단부에 테이퍼 구조를 갖는 광섬유 케이블의 종단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 광섬유 케이블의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 멀티 전극 패턴을 갖는 광섬유 케이블의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 따라 전면적으로 형성된 복수의 전도성 코팅층과 절연층을 포함하는 광섬유 케이블의 횡단면도이다.
도 6은 본 발명에 따라 부분적으로 형성된 복수의 전도성 코팅층과 절연층을 포함하는 광섬유 케이블의 횡단면도이다.
도 7은 본 발명에 따라 부분적으로 형성된 3층의 전도성 코팅층과 절연층을 포함하는 광섬유 케이블의 횡단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광섬유 번들의 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광섬유 모듈의 종단면도이다.
도 10은 도 9에 따른 광섬유 모듈의 사용 상태도이다.
도 11은 본 발명에 따라 홀이 형성된 광섬유 케이블의 종단면도이다.
도 12는 본 발명에 따라 플레이트 형상을 갖는 광섬유 케이블의 횡단면이다.
도 13은 본 발명에 따라 유리관 및 외부 중공부를 포함하는 광섬유 케이블의 종단면도이다.
도 14는 본 발명에 따라 내부 중공부를 포함하는 광섬유 케이블의 종단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광섬유 케이블의 종단면도이고, 도 2는 본 발명에 따라 말단부에 테이퍼 구조를 갖는 광섬유 케이블의 종단면도이며, 도 3은 도 1에 따른 광섬유 케이블의 횡단면도이다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블은 광신호의 자극과 검출 및 전기신호의 자극과 검출이 동시에 가능한 것을 특징으로 한다.
광섬유 케이블의 형상은 단면을 기준으로 원형이 일반적이나, 타원형이나 다각형(삼각형, 사각형 등)도 가능하며, 특히 얇은 플레이트(박판) 형상도 가능하다.
광섬유 케이블의 길이는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 ㎝ 내지 100 m일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 광섬유 케이블은 코어층(10), 전도성 코팅층(20), 절연층(30), 클래드층(40), 실드층(60), 보호층(70)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 일부 층들은 생략 가능하다.
코어층(10)은 광신호를 송수신하는 역할을 한다. 구체적으로, 광신호로 신체(뇌 등)에 광학적 자극을 주거나, 신체로부터의 광학적 신호를 검출할 수 있다.
코어층(10)은 섬유 물질을 함유하며, 섬유 물질로는 유리, 고분자 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼용하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 유리섬유를 사용할 수 있으며, 또한 폴리에스터 섬유, 나일론 섬유, 폴리올레핀계 섬유(폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등), 아크릴계 섬유(PMMA, 폴리아크릴로니트릴 등), 폴리이미드계 섬유 등과 같은 고분자 섬유를 사용할 수 있다.
코어층(10)의 직경(단면이 다각형일 경우 평균 직경)은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 nm 내지 1 mm일 수 있다.
전도성 코팅층(20)은 전기신호를 송수신하는 역할을 한다. 즉, 전도성 코팅층(20)은 전극으로 작용하여 전기적 신호를 전달하는 역할을 한다. 구체적으로, 전기신호로 신체(뇌 등)에 전기적 자극을 주거나, 신체로부터의 전기적 신호를 검출할 수 있다.
전도성 코팅층(20)은 전도성 물질을 함유하며, 전도성 물질로는 금속, 전도성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 혼용하여 사용할 수 있다. 금속으로는 금, 은, 동, 백금, 텅스텐, 티타늄, 주석, 니켈, 크롬, 코발트, 아연, 이리듐 등 모든 금속을 사용할 수 있다. 또한, 금속 산화물을 사용하거나, 합금을 사용할 수도 있다. 전도성 고분자로는 폴리티오펜계, 폴리페닐렌설파이드계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 수지, 도프된 폴리에틸렌 등 모든 전도성 고분자를 사용할 수 있다.
전도성 코팅층(20)의 두께 및 폭은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 각각 독립적으로 1 nm 내지 1 mm일 수 있다.
전도성 코팅층(20)은 예를 들어 코팅, 증착, 도금 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로, 전자 빔(Electron beam), 감마선(γ-ray)과 같은 높은 에너지를 갖는 빛을 재료 표면에 조사하여 코팅하거나, 플라즈마 처리를 통한 그래프팅 방법을 이용할 수 있다. 또한, 화학적 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)과 스퍼터링, 전자 빔 증착(Electron-beam Evaporation), 열 증착(Thermal Evaporation) 등의 물리적 증착(PVD: Physical Vapor Deposition) 방법으로 증착할 수 있다. 또한, 전해 도금 또는 무전해 도금 등을 통해 형성할 수도 있다.
코어층(10)이 굵을 경우 전도성 코팅층(20)은 코어층(10)에 비해 좁거나 얇은 전극 패턴으로 형성할 수 있다. 코어층(10)이 가늘 경우에는 광섬유가 뇌 등의 신체 내부를 지나가다 휘어질 수 있으나, 전도성 코팅층(20)에 의해 지지되어 휘어질 염려가 없다. 또한, 전도성 코팅층(20)을 패턴으로 형성하면, 멀티 혹은 다양한 모양 및 길이를 가진 전극 구성이 가능하다.
절연층(30)은 전도성 코팅층(20)의 외부 표면에 형성될 수 있다. 도 1을 참고하면, 절연층(30)은 광섬유의 말단부에는 형성되지 않을 수 있다. 또한, 도 4를 참고하면, 전도성 코팅층(20)이 코어층(10) 또는 클래드층(40)의 외부 표면에 원주 방향을 따라 부분적으로 형성될 경우, 전도성 코팅층(20)은 코어층(10) 또는 클래드층(40)에 돌출 형성되기 때문에, 광섬유가 전체적으로 울퉁불퉁해질 수 있는데, 절연층(30)으로 각 전극 패턴 사이를 메우면서 전도성 코팅층(20)을 완전히 둘러쌈으로써, 광섬유를 원형으로 매끄럽게 만들 수 있다.
절연층(30)은 절연재료를 함유하는 절연재료로는 무기질 재료, 자기계 재료, 유리계 재료, 섬유질계 재료, 수지계 재료, 고무계 재료, 니스계 재료 등을 1종 또는 2종 이상 혼용하여 사용할 수 있다. 무기질 재료로는 마이카, 석면, 대리석, 황 등이 있다. 자기계 재료로는 자기, 스테아타이트, 유리 도자기 등이 있다. 유리계 재료로는 석영유리, 소다유리, 납유리 등이 있다. 섬유질 재료로는 목재, 종이, 면사, 견직물, 마사, 폴리에스터, 폴리에틸렌 등의 합성섬유가 있다. 수지계 재료로는 파릴렌(parylene: 파라크실렌 중합으로 얻어지는 플라스틱), 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 나일론, 페놀 수지, 폴리에스터, 폴리스테롤 등이 있다. 고무계 재료로는 천연고무, 에보나이트, 부틸고무, 클로로프렌고무, 실리콘고무 등이 있다. 니스(varnish)계 재료로는 니스크로스, 니스페이퍼, 합성수지계 니스로서 에폭시수지니스, 포말린수지니스, 실리콘니스 등이 있다.
절연층(30)은 예를 들어 코팅, 증착, 도금 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 절연층(30)의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 nm 내지 1 mm일 수 있다.
절연층(30)에 흑색 및 이와 유사한 색상의 안료를 투입하는 방법 등을 통해, 절연층(30)은 광차단층으로도 기능할 수 있다. 전도성 코팅층(20)이 부분적으로 형성될 경우, 코어층(10)을 통과하는 빛이 전도성 코팅층(20)이 형성되지 않은 부분을 통해 새어나갈 수 있으므로, 절연층(30)을 절연기능과 동시에 광차단층으로 구성할 수도 있다.
클래드(clad)층(40)은 코어층(10) 및 전도성 코팅층(20) 사이에 형성될 수 있다. 이에 따라 전도성 코팅층(20)은 클래드층(40)의 외부 표면에 형성될 수 있다.
클래드층(40)은 빛이 밖으로 나가지 못하게 하는 차단층 역할을 한다. 클래드층(40)의 굴절률은 코어층(10)보다 낮다. 즉, 빛이 통과하는 핵심 부분인 코어층(10)의 굴절률보다 클래드층(40)의 굴절률을 약간 작게 하여 코어층(10)에 입사된 빛이 굴절률이 다른 코어층(10)와 클래드층(40)의 경계면에서 전반사를 반복하면서 전파할 수 있다.
클래드층(40)은 코어층(10)과 마찬가지로 유리섬유나 각종 고분자 섬유로 구성될 수 있다. 클래드층(40)의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 nm 내지 1 mm일 수 있다.
도 1을 참고하면, 광섬유의 말단부는 테이퍼(taper) 구조를 이룰 수 있다. 테이퍼 구조로 인해 광섬유가 신체에 용이하게 삽입될 수 있다.
테이퍼 구조의 길이는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 ㎛ 내지 100 ㎝일 수 있다. 테이퍼의 경사각은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 5 내지 45도일 수 있다.
그러나, 광섬유의 말단부는 테이퍼 없이 뭉툭할 수도 있다.
도 2를 참고하면, 전도성 코팅층(20)에는 다수의 와이어(W)가 연결될 수 있고, 또한 전기신호 검출장치(D)가 연결될 수 있다.
도 1을 참고하면, 광섬유의 말단부에서 클래드층(40), 전도성 코팅층(20), 절연층(30) 중 적어도 하나의 층이 형성되지 않아서, 코어층(10), 클래드층(40) 또는 전도성 코팅층(20)이 노출될 수 있다. 도면에는 광섬유의 말단부에서 절연층(30)이 형성되지 않아서, 전도성 코팅층(20)이 노출된 경우가 예시되어 있다. 노출 부위의 길이는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 nm 내지 10 ㎝일 수 있다. 노출 부위의 길이는 짧을 경우 수 nm에서 수 ㎛일 수 있으며, 길 경우 수 mm에서 수 ㎝일 수 있다.
한편, 광섬유가 신체에 삽입될 때 삽입 깊이는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 1 mm 내지 1 m일 수 있다.
실드층(60)은 외부 노이즈를 차폐하는 역할을 한다. 구체적으로, 전도성 코팅층(20)을 통해 전달되는 전기신호를 외부 전기적 노이즈로부터 보호하는 역할을 담당한다.
실드층(60)은 도체 재료를 포함할 수 있다. 도체 재료로는 전술한 바와 같은 각종 금속, 금속 산화물, 전도성 고분자 등을 사용할 수 있다.
보호층(70)은 피복층 또는 재킷(jacket)층으로서, 외부 환경으로부터 광섬유를 보호하는 역할을 한다. 보호층(70)의 재질은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 유연한 고분자 소재로 구성할 수 있다.
실드층(60) 및 보호층(70)은 예를 들어 코팅, 증착, 도금 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 실드층(60) 및 보호층(70)의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 nm 내지 1 mm일 수 있다.
도 4는 본 발명에 따라 멀티 전극 패턴을 갖는 광섬유 케이블의 횡단면도로서, 전도성 코팅층(20)은 코어층(10) 또는 클래드층(40)의 외부 표면에 원주 방향을 따라 부분적으로 형성되어 멀티 전극 패턴을 형성할 수 있다. 도면에는 4개의 전극 패턴이 클래드층(40)의 원주방향을 따라 등간격으로 형성되어 있으나, 전극 패턴의 수와 간격은 특별히 제한되지 않고, 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다. 또한, 각 전극 패턴의 두께 및 폭은 서로 다를 수 있다.
또한, 전도성 코팅층(20)의 멀티 전극 패턴은 코어층(10)의 길이 방향으로 형성되고, 각 전극 패턴은 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 이와 같이, 필요에 따라 각 전극 패턴의 길이 및 위치를 독립적으로 다양하게 조절할 수 있다.
멀티 전극 패턴 중 일부의 패턴은 전기신호로 신체에 자극을 가할 수 있고, 다른 일부의 패턴은 신체로부터의 전기신호를 검출할 수 있다. 본 발명에 따른 광섬유는 멀티 전극 패턴을 가짐으로써, 전기신호 자극을 가하면서, 동시에 전기신호를 검출할 수 있다. 와이어(W)를 통해 전기적 자극을 가할 수 있고, 동시에 복수의 검출장치(D)를 통해 전기신호를 검출할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 전면적으로 형성된 복수의 전도성 코팅층과 절연층을 포함하는 광섬유 케이블의 횡단면도로서, 복수의 전도성 코팅층(20)과 절연층(30)이 광섬유의 안쪽에서 바깥쪽으로 교대로 반복 형성됨으로써 멀티 전극 패턴이 형성될 수 있으며, 이 경우 도 4와 달리 전도성 코팅층(20)을 부분적으로 형성하지 않아도 멀티 전극 패턴이 형성될 수 있으므로, 각 전도성 코팅층(20)을 전면에 걸쳐 형성할 수 있다.
도 5를 참고하면, 광섬유는 중앙의 코어층(10), 코어층(10)의 외부 표면에 형성되는 제1전도성 코팅층(20), 제1전도성 코팅층(20)의 외부 표면에 형성되는 제1절연층(30), 제1절연층(30) 외부 표면에 형성되는 제2전도성 코팅층(20), 및 제2전도성 코팅층(20)의 외부 표면에 형성되는 제2절연층(30)을 포함한다.
각 전도성 코팅층(20)의 길이는 서로 다를 수 있으며, 각 절연층(30)의 길이도 서로 다를 수 있다. 또한, 복수의 전도성 코팅층(20)과 절연층(30)이 계단 형태로 형성될 수도 있다.
전도성 코팅층(20) 및 절연층(30)은 도 5에 예시된 2층 이외에, 추가로 반복 형성될 수 있으며, 이와 같이 복수의 전도성 코팅층(20)에 의해 멀티 전극 패턴이 형성될 수 있다.
코어층(10)과 클래드층(40)의 위치는 바뀔 수도 있으며, 클래드층(40)은 선택적으로 형성하거나 형성하지 않을 수 있다. 또한, 최외곽 절연층(30)의 외부에 형성되는 외부 중공부, 및 이 외부 중공부를 둘러싸는 유리관이 추가로 형성될 수 있다. 또한, 코어층(10)의 내부에 형성되는 내부 중공부가 추가로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따라 부분적으로 형성된 복수의 전도성 코팅층과 절연층을 포함하는 광섬유 케이블의 횡단면도로서, 도 5와 달리 전도성 코팅층(20)이 전면에 걸쳐 형성되지 않고, 도 4와 같이 부분적으로 형성된 경우를 예시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따라 부분적으로 형성된 3층의 전도성 코팅층과 절연층을 포함하는 광섬유 케이블의 횡단면도로서, 도 7의 3층 구조를 넘어 4층 이상의 반복 패턴 구조의 형성도 가능함은 물론이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광섬유 번들의 종단면도로서, 광섬유를 복수 개로 포함하는 광섬유 번들(bundle)의 형태로도 적용 가능하다. 도면에는 3개의 광섬유가 번들을 이루는데, 광섬유의 개수는 특별히 제한되지 않고, 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다. 또한, 도면에는 각 광섬유가 평행하게 붙어 있으나, 이와 달리 각 광섬유가 서로 꼬인(twisted) 형태를 가질 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광섬유 모듈의 종단면도이고, 도 10은 도 9에 따른 광섬유 모듈의 사용 상태도이다.
광섬유 모듈은 광섬유, 전원 공급부(51), 무선통신 모듈(52), 제어 모듈(53), 광원 모듈(54), 커플링 모듈(55) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
바람직하게는 전원 공급부(51), 무선통신 모듈(52), 제어 모듈(53), 광원 모듈(54), 커플링 모듈(55)은 하나의 소형 콤팩트 박스 형태로 일체화하여 통합 모듈(50)로 구성할 수 있다. 각 모듈은 통합 모듈(50) 내에서 하나의 기판에 소형 칩 형태로 장착될 수 있다.
전원 공급부(51)는 각 모듈 등에 전원을 공급하는 역할을 한다. 전원 공급부(51)는 건전지, 충전지와 같은 배터리일 수 있다. 전원 공급부(51)를 배터리로 구성함으로써, 광섬유 모듈 내에 전원을 자체 공급할 수 있다. 그러나, 필요에 따라 외부에서 전원을 공급할 수도 있다.
무선통신 모듈(52)은 외부와 무선으로 송수신 가능한 장치로서, 이를 통해 원격 제어가 가능하다. 예를 들어, 외부에서 무선으로 광원을 제어할 수 있는데, 구체적으로 빛의 파장(색깔)을 바꾸거나, 빛을 켜거나 끌 수 있다.
제어 모듈(53)은 각 모듈을 제어하는 역할을 하며, 또한 각종 신호를 처리할 수도 있다.
광원 모듈(54)은 광섬유에 광을 공급하는 역할을 한다. 광원 모듈(54)은 예를 들어 RGB(Red, Green, Blue) 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다.
커플링 모듈(55)은 광섬유의 일단에 연결되어 통합 모듈(50)과 광섬유를 접속하는 역할을 한다. 통상의 커플링 부재가 사용될 수 있다.
도 10을 참고하면, 쥐(M) 머리에 올려진 광섬유 모듈은 작고 가벼워 쥐(M)가 움직이는데 상대적으로 적은 부하를 주게 된다. 도 10에서는 광섬유 모듈에 별도의 금속 와이어(W)를 연결하여 전기적 자극을 주거나 검출하는 것이 예시되어 있지만, 별도의 와이어(W)를 연결하지 않고 광신호처럼 전기신호도 내장된 배터리(51), 무선통신 모듈(52), 제어 모듈(53) 등을 통해 원격 제어가 가능하다.
도 11은 본 발명에 따라 홀(H)이 형성된 광섬유 케이블의 종단면도로서, 코어층(10), 전도성 코팅층(20), 절연층(30), 클래드층(40), 실드층(60), 보호층(70) 중 적어도 하나의 층에 홀(H)이 형성될 수 있다. 홀(H)은 바람직하게는 광섬유의 말단부 측면에 형성될 수 있다. 도면에 예시된 바와 같이, 홀(H)은 바람직하게는 코어층(10)이 노출되도록 형성될 수 있다. 홀(H)을 통해 빛이 광섬유의 측면을 통해 전파되어 측면상으로 광신호의 자극 및 검출이 가능하다. 홀(H)의 직경은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 nm 내지 1 ㎛일 수 있다.
도 12는 본 발명에 따라 플레이트 형상을 갖는 광섬유 케이블의 횡단면도서, 얇은 플레이트(박판) 형태의 광섬유 케이블을 예시한 것이다. 코어층(10)이 평판 형태로 구성되다 보니, 다른 층들도 동일한 형태를 이루게 된다. 절연층(30)은 형성하는 것이 바람직하나, 클래드층(40)은 필요에 따라 생략 가능하다. 도면에는 전도성 코팅층(20)이 상면에만 형성되어 있으나, 이에 제한되지 않고 하면이나 측면에도 형성될 수 있고, 상하면에 동시에 형성될 수도 있다. 전극 패턴의 수와 간격 그리고 길이와 폭 및 형상 등도 도면에 제한되지 않고, 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
도 13은 본 발명에 따라 유리관(80) 및 외부 중공부(90)를 포함하는 광섬유 케이블의 종단면도로서, 광 패치 클램프(patch clamp) 구조를 예시한 것이다.
유리관(80)은 외부 중공부(90)를 둘러싸는 것으로, 예를 들어 유리 피펫(glass pipette)을 사용할 수 있다. 유리관(80)의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 ㎛ 내지 1 ㎝일 수 있다.
외부 중공부(90)는 전도성 코팅층(20) 또는 절연층(30)의 외부에 형성되는 빈 공간이다. 외부 중공부(90)를 통해 약물, 이온성 물질, 액체성 물질 중에서 선택되는 1종 이상을 전달할 수 있다.
도 14는 본 발명에 따라 내부 중공부(110)를 포함하는 광섬유 케이블의 종단면도로서, 코어층(110)의 내부에 내부 중공부를 추가로 형성할 수 있다. 내부 중공부(110)를 통해 약물, 이온성 물질, 액체성 물질 중에서 선택되는 1종 이상을 전달할 수 있다.
10: 코어층
20: 전도성 코팅층
30: 절연층
40: 클래드층
50: 통합 모듈
51: 전원 공급부
52: 무선통신 모듈
53: 제어 모듈
54: 광원 모듈
55: 커플링 모듈
60: 실드층
70: 보호층
80: 유리관
90: 외부 중공부
110: 내부 중공부

Claims (35)

  1. 섬유 물질을 함유하고, 광신호를 송수신하는 코어층;
    코어층의 외부에 형성되고, 전도성 물질을 함유하며, 전기신호를 송수신하는 전도성 코팅층;
    전도성 코팅층의 외부에 형성되고, 외부 노이즈를 차폐하는 실드층; 및
    코어층과 전도성 코팅층 사이에 형성되고, 코어층보다 낮은 굴절률을 갖는 클래드층을 포함하며,
    광섬유 케이블의 말단부는 테이퍼 구조를 이루고,
    광섬유 케이블의 측면에 코어층까지 관통하고 광신호의 자극과 검출을 위한 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    광신호의 자극과 검출 및 전기신호의 자극과 검출이 동시에 가능한 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  3. 제1항에 있어서,
    섬유 물질은 유리, 고분자 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  4. 제1항에 있어서,
    전도성 물질은 금속, 전도성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    코어층의 직경, 전도성 코팅층의 두께, 실드층의 두께는 각각 독립적으로 1 nm 내지 1 mm인 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  6. 제1항에 있어서,
    실드층은 도체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  7. 제1항에 있어서,
    실드층의 외부에 형성되고, 고분자를 함유하는 보호층을 추가로 포함하는 광섬유 케이블.
  8. 제1항에 있어서,
    전도성 코팅층 및 실드층 사이에 형성되고, 절연재료를 함유하는 절연층을 추가로 포함하는 광섬유 케이블.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    클래드층은 유리, 고분자 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    테이퍼 구조의 길이는 1 ㎛ 내지 100 ㎝인 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  13. 제1항에 있어서,
    광섬유 케이블의 말단부에서 코어층 또는 전도성 코팅층이 노출되는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  14. 제13항에 있어서,
    노출 부위의 길이는 1 nm 내지 10 ㎝인 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    홀의 직경은 1 nm 내지 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  17. 제1항에 있어서,
    광섬유 케이블의 단면은 원형, 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  18. 제1항에 있어서,
    실드층의 외부에 형성되는 외부 중공부; 및
    외부 중공부를 둘러싸는 유리관을 추가로 포함하는 광섬유 케이블.
  19. 제18항에 있어서,
    외부 중공부를 통해 약물, 이온성 물질, 액체성 물질 중에서 선택되는 1종 이상을 전달 가능한 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  20. 제1항에 있어서,
    코어층의 내부에 형성되는 내부 중공부를 추가로 포함하는 광섬유 케이블.
  21. 제20항에 있어서,
    내부 중공부를 통해 약물, 이온성 물질, 액체성 물질 중에서 선택되는 1종 이상을 전달 가능한 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  22. 제1항에 있어서,
    전도성 코팅층은 코어층의 외부에 부분적으로 형성되어 멀티 전극 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  23. 제22항에 있어서,
    멀티 전극 패턴 중 일부의 패턴은 전기신호로 자극을 가하고, 다른 일부의 패턴은 전기신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  24. 제22항에 있어서,
    멀티 전극 패턴은 코어층의 길이 방향으로 형성되고, 각 전극 패턴은 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  25. 섬유 물질을 함유하고, 광신호를 송수신하는 코어층;
    코어층의 외부에 형성되고, 전도성 물질을 함유하며, 전기신호를 송수신하는 제1전도성 코팅층;
    제1전도성 코팅층의 외부에 형성되고, 절연재료를 함유하는 제1절연층;
    제1절연층 외부에 형성되는 제2전도성 코팅층;
    제2전도성 코팅층의 외부에 형성되는 제2절연층;
    제2절연층의 외부에 형성되고, 외부 노이즈를 차폐하는 실드층; 및
    코어층과 전도성 코팅층 사이에 형성되고, 코어층보다 낮은 굴절률을 갖는 클래드층을 포함하며,
    광섬유 케이블의 말단부는 테이퍼 구조를 이루고,
    광섬유 케이블의 측면에 코어층까지 관통하고 광신호의 자극과 검출을 위한 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  26. 제25항에 있어서,
    전도성 코팅층 및 절연층이 추가로 반복 형성되고, 복수의 전도성 코팅층에 의해 멀티 전극 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  27. 제26항에 있어서,
    전도성 코팅층은 전면에 걸쳐 형성되거나 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블.
  28. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    실드층 외부에 형성되는 보호층;
    절연층 또는 실드층의 외부에 형성되는 외부 중공부;
    외부 중공부를 둘러싸는 유리관; 및
    코어층의 내부에 형성되는 내부 중공부 중에서 하나 이상을 추가로 포함하는 광섬유 케이블.
  29. 섬유 물질을 함유하고 광신호를 송수신하는 코어층, 코어층의 외부에 형성되고 전도성 물질을 함유하며 전기신호를 송수신하는 전도성 코팅층, 및 코어층과 전도성 코팅층 사이에 형성되고 코어층보다 낮은 굴절률을 갖는 클래드층을 포함하고, 말단부가 테이퍼 구조를 이루는 복수의 광섬유; 및
    복수의 광섬유의 외부에 형성되고, 외부 노이즈를 차폐하는 실드층을 포함하며,
    측면에 코어층까지 관통하고 광신호의 자극과 검출을 위한 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 번들.
  30. 제29항에 있어서,
    복수의 광섬유가 서로 꼬인 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 번들.
  31. 제1항 또는 제25항에 따른 광섬유 케이블;
    광섬유 케이블의 일단에 연결되는 커플링 모듈;
    광섬유 케이블에 광을 공급하는 광원 모듈; 및
    외부와 무선으로 송수신 가능한 무선통신 모듈을 포함하는 광섬유 모듈.
  32. 제31항에 있어서,
    광원 모듈은 발광 다이오드(LED)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 모듈.
  33. 제31항에 있어서,
    전원 공급부를 추가로 포함하는 광섬유 모듈.
  34. 제33항에 있어서,
    전원 공급부는 배터리인 것을 특징으로 하는 광섬유 모듈.
  35. 제31항에 있어서,
    제어 모듈을 추가로 포함하는 광섬유 모듈.
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