KR101559568B1

KR101559568B1 - 통합형 안구 센서, 그 제조 방법 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101559568B1
Application number: KR1020140114537A
Authority: KR
Inventors: 이수현; 강지윤; 장철인; 김무종
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2015-10-15

Abstract

안구 표면에 부착되도록 적용된 통합형 안구 센서를 제공한다. 통합형 안구 센서는 i) 안구에서 생성된 체액이 흐르도록 적용된 채널이 형성된 체액 튜브, ii) 체액 튜브와 연결된 압력 센서부, iii) 체액 튜브와 연결되고 압력 센서부와 이격되어 위치하는 배수 밸브부, 및 iv) 압력 센서부와 전기적으로 연결된 송신부를 포함한다. 압력 센서부는 i) 제1 부재, ii) 제1 부재와 이격된 제2 부재, 및 iii) 제1 부재와 제2 부재에 각각 내장된 한 쌍의 도전층들을 포함한다. 한 쌍의 도전체의 이격 거리는 체액의 압력에 따라 가변된다.

Description

통합형 안구 센서, 그 제조 방법 및 그 제어 방법 {INTEGRATED OCULAR SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING AND CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 통합형 안구 센서, 그 제조 방법 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 녹내장 경과 모니터링 및 치료 등에 사용하기 위해 안구에서 생성된 체액의 압력을 무선으로 측정하고 이를 자동 배출하는 통합형 안구 센서, 그 제조 방법 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

녹내장(glaucoma)은 안압의 상승으로 인해 시신경이 손상되거나 혈액 공급에 장애가 생겨 시신경의 기능에 이상을 초래하는 질환이다. 시신경에 장애가 생기면 시야 결손이 나타나고, 말기에는 시력을 상실하게 된다.

녹내장의 원인인 안압 상승을 방지하기 위해 밸브 체계를 이용한 녹내장 치료장치가 개발되었는데, 몰테노 밸브(Moleno valve) 또는 아메드 밸브(Ahmed valve) 등을 그 예로 들 수 있다. 몰테노 밸브는 실리콘 관과 저장소 역할을 하는 아크릴판으로 구성되며, 안구의 윤부를 통하여 방수를 배출한다. 그러나 몰테노 밸브 등을 사용하는 경우, 수술후 저안압, 전방의 얕아짐, 그리고 관과 각막내피의 접촉과 같은 합병증이 수술 직후 거의 대부분의 환자에게 발생한다. 또한, 저장소로부터 전방내로의 역류가 발생할 수 있다.

안구의 결막 내에 삽입하여 안구에서 생성된 체액을 자동 배출하면서 무선으로 안압을 모니터링할 수 있는 통합형 안구 센서를 제공하고자 한다. 그리고 전술한 통합형 안구 센서의 제조 방법을 제공하고자 한다. 또한 전술한 통합형 안구 센서의 제어 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 안구 센서는 결막 내에 삽입되도록 적용된다. 통합형 안구 센서는 i) 안구에서 생성된 체액이 흐르도록 적용된 채널이 형성된 체액 튜브, ii) 체액 튜브와 연결된 압력 센서부, 및 iii) 압력 센서부와 전기적으로 연결된 송신부를 포함한다. 압력 센서부는 i) 제1 부재, ii) 제1 부재와 이격된 제2 부재, iii) 제1 부재와 제2 부재를 지지하는 두쌍의 제3 부재 및 iv) 제3 부재의 일측면에 위치하는 한쌍의 도전체를 포함한다. 한 쌍의 도전체는 상호 이격되어 위치하고, 한쌍의 도전체의 이격 거리는 체액의 압력에 따라 가변된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 안구 센서는 체액 튜브와 연결되고 압력 센서부와 이격되어 위치하는 배수 밸브부를 더 포함할 수 있다. 체액의 흐름 방향에 따라 압력 센서와 배수 밸브가 차례로 위치할 수 있다. 제1 부재와 제2 부재는 일체로 형성되고, 제2 부재에는 제1 부재에 대향하는 개구부가 형성될 수 있다. 압력 센서부는 제1 부재와 제2 부재를 감싸는 바디부를 더 포함하고, 바디부에는 제1 부재를 향하는 볼록 공간이 형성되며, 볼록 공간은 채널과 연통될 수 있다. 바디부와 체액 튜브는 일체로 형성될 수 있다.

배수 밸브부는 채널의 내면에 형성되는 하나 이상의 돌출부를 포함하고, 배수 밸브부에 체액의 압력이 인가되는 경우, 돌출부와 내면이 이격되어 체액이 배수 밸브부를 통과하도록 적용될 수 있다. 하나 이상의 돌출부는, i) 채널의 일면에 형성된 제1 돌출부, 및 ii) 제1 돌출부와 이격되고, 일면과 대향하는 채널의 타면에 형성된 제2 돌출부를 포함할 수 있다. 배수 밸브부에 체액의 압력이 인가되는 경우, 제1 돌출부와 일면이 이격되고, 제2 돌출부와 타면이 이격되어 체액이 배수 밸브부를 통과하도록 적용될 수 있다. 제1 돌출부와 제2 돌출부의 이격 거리는 제1 돌출부의 길이보다 작을 수 있다. 제1 돌출부의 부피와 제2 돌출부의 부피가 실질적으로 동일하고, 제1 돌출부와 제2 돌출부는 체액 튜브와 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 안구 센서의 제어 방법에서 통합형 안구 센서는 안구 결막 내에 삽입되도록 적용될 수 있다. 통합형 안구 센서는, i) 안구에서 생성된 체액을 배수하도록 적용된 배수 밸브부, ii) 배수 밸브부와 이격되어 체액의 압력을 측정하도록 적용된 압력 센서부, 및 iii) 압력 센서부와 전기적으로 연결된 송신부를 포함하고, 체액의 흐름 방향에 따라 압력 센서부와 배수 밸브부가 차례로 위치한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 안구 센서의 제어 방법은, i) 압력 센서부에서 체액의 압력을 측정하는 단계, ii) 체액의 압력이 기설정치 이상인 경우, 체액의 압력의 감소 여부를 확인하는 단계, 및 iii) 압력이 감소하지 않는 경우, 송신부로부터 신호를 수신하여 경고 신호를 표시하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 안구 센서의 제조 방법에서 통합형 안구 센서는 안구 결막 내에 삽입되도록 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 안구 센서의 제조 방법은 i) 기판을 제공하는 단계, ii) 기판 위에 금속을 포함하는 희생층을 제공하는 단계, iii) 희생층 위에 제1 폴리이미드를 제공하는 단계, iv) 제1 폴리이미드 위에 제1 도전층을 증착하는 단계, v) 제1 도전층 위에 제2 폴리이미드를 제공하는 단계, vi) 제2 폴리이미드를 노광 및 현상하여 제2 폴리이미드에 제1 개구부를 형성하는 단계, vii) 전기 도금에 의해 제2 폴리이미드 위에 상호 이격된 제1 도전체 및 제2 도전체를 제공하고, 제1 도전체는 제1 도전층과 연결되는 단계, viii) 제1 도전체 및 제2 도전체 위에 제3 폴리이미드를 제공하고, 제3 폴리이미드를 노광 및 현상하여 제1 도전체를 외부로 노출시키고, 제2 도전체의 상면에 제2 개구부를 형성하는 단계, ix) 제3 폴리이미드 위에 제1 도전체와 연결되는 제2 도전층을 증착하는 단계, 및 x) 제2 개구부를 통하여 제2 도전체를 식각해 제2 폴리이미드와 제3 폴리이미드 사이에 공간을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 안구 센서의 제조 방법은 i) 제2 도전층 위에 제4 폴리이미드를 제공하는 단계, 및 ii) 기판과 희생층을 제1 폴리이미드와 분리시켜서 압력 센서부를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제2 도전층을 증착하는 단계에서, 제2 개구부를 마스킹한 후 제2 도전층을 제3 폴리이미드 위에 증착할 수 있다. 제1 도전체 및 제2 도전체를 제공하는 단계에서, 제2 도전체의 폭은 제1 도전층의 폭보다 클 수 있다. 희생층을 제공하는 단계에서, 희생층은 Cr, Au 및 Cr이 차례로 적층될 수 있다.

통합형 안구 센서를 안구에 삽입하여 안구에서 생성되는 체액을 외부로 배출하면서 체액의 압력을 무선으로 모니터링할 수 있다. 따라서 녹내장 등의 안구 관련 환자의 안압을 모니터링할 수 있다. 그리고 모니터링된 안압에 따라 통합형 안구 센서의 정상 작동 여부를 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통합형 안구 센서의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 통합형 안구 센서를 II-II선을 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 압력 센서부의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 압력 센서부를 V-V선을 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 2의 압력 센서부의 제조 방법을 차례로 나타낸 개략적인 도면이다.
도 6은 도 1의 배수 밸브부의 작동 상태를 차례로 나타낸 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통합형 안구 센서의 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 7의 배수 밸브부의 작동 상태를 차례로 나타낸 개략적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 통합형 안구 센서의 제어 방법의 개략적인 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실험예 1에 따른 통합형 안구 센서의 공기 주입 실험 결과의 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실험예 2 내지 실험예 4에 따른 통합형 안구 센서의 공기 주입 실험 결과의 그래프이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통합형 안구 센서(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 통합형 안구 센서(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 통합형 안구 센서(100)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 통합형 안구 센서(100)는 체액 튜브(10), 압력 센서부(20), 배수 밸브부(30), 및 송신부(40)를 포함한다. 이외에, 통합형 안구 센서(100)는 필요에 따라 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 한편, 통합형 안구 센서(100)는 외부 리더기(50)와 무선 연결되어 외부 리더기(50)에 측정된 체액의 압력을 전송하여 이를 표시할 수 있다.

체액 튜브(10)의 내부에는 채널(101)(도 2에 도시, 이하 동일)이 형성되어 안구에서 생성된 체액이 흐른다. 따라서 체액 튜브(10)는 안구의 내부에 있는 체액을 흡입하여 안구의 후방으로 배출시킬 수 있다. 즉, 안구에 녹내장이 생기는 경우, 안구의 체액이 자동으로 배출되지 않으므로, 통합형 안구 센서(100)를 안구에 설치하여 체액을 배출시킬 수 있다. 체액 튜브(10)는 긴 원통형 형상을 가진다. 이와는 다른 형상, 예를 들면 반원형, 타원형 및 사각형의 단면을 가지는 튜브와 비교시, 원통형 형상의 체액 튜브(10)는 체액의 손실 수두가 가장 적어서 체액을 효율적으로 흡입, 배출 또는 통과시킬 수 있다.

압력 센서부(20)는 체액 튜브(10)와 연결되고, 배수 밸브부(30)와 이격되어 위치한다. 압력 센서부(20)는 배수 밸브부(30)보다 안구의 전방에 더 가깝게 위치한다. 즉, 체액의 흐름 방향에 따라 압력 센서부(20)와 배수 밸브부(30)가 차례로 위치하므로, 체액은 먼저 압력 센서부(20)와 만난 다음에 배수 밸브부(30)와 접촉한다. 따라서, 압력 센서부(20)는 안구의 전방에서 흡입된 체액의 압력을 측정하고, 배수 밸브부(30)는 체액의 압력에 의해 개폐된다.

배수 밸브부(30)는 안구의 형상에 맞추어 안정적으로 휘어질 수 있는 소재로 제조할 수 있다. 예를 들면, 소재로서 우수한 유연성을 가지는 생체 적합형 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 실리콘을 사용할 수 있다.

송신부(40)는 압력 센서부(20)와 전기적으로 연결된다. 또한, 송신부(40)는 외부 리더기(50)와 무선 연결된다. 따라서 압력 센서부(20)가 측정한 체액의 압력은 송신부(40)를 통해 외부 리더기(50)로 무선 전송되어 디스플레이된다. 따라서 의사 등 환자를 관리하는 사람은 체액의 압력 변화를 실시간으로 파악할 수 있다.

도 2는 도 1의 통합형 안구 센서를 II-II선을 따라 자른 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 이하에서는 도 2를 통하여 도 1의 통합형 안구 센서(100)에 포함된 압력 센서부(20), 배수 밸브부(30) 및 송신부(40)의 구조를 좀더 상세하게 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 화살표 방향으로 흐르는 체액에 먼저 접하는 압력 센서부(20)는 제1 부재(201), 제2 부재(203), 제3 부재(205) 및 바디부(207)을 포함한다. 여기서 제2 부재(203)는 제1 부재(201)와 이격되어 위치한다. 제3 부재들(205)은 제1 부재(201)와 제2 부재(203)의 사이에 위치한다. 바디부(207)는 제1 부재(201), 제2 부재(203) 및 제3 부재(205)를 감싼다. 바디부(207)는 제1 부재(201)를 향하는 볼록 공간(2071)을 포함한다. 바디부(207)는 체액 튜브(10)와 연결되고, 체액 튜브(10)의 채널(101)은 볼록 공간(2071)과 연통된다.

바디부(207)는 체액 튜브(10)와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 통합형 안구 센서(100)가 안구에 삽입될 정도로 소형이므로 바디부(207)와 체액 튜브(10)는 일체로 형성하는 것이 바람직하다. 바디부(207)와 체액 튜브(10)는 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS), 생체 적합형 실리콘 또는 폴리프로필렌(, PP) 등으로 제조할 수 있다. 바디부(207)와 체액 튜브(10)는 몰딩 공정을 통해 일체로 제조할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 배수 밸브부(30)는 돌출부(300)를 포함한다. 돌출부(300)는 채널(101)의 내면(1013) 즉, 채널(101)의 하부 내벽에 형성된다. 만약, 배수 밸브부(30)에 체액에 의한 압력이 인가되는 경우, 돌출부(300)와 일면(1011)이 이격되어 그 사이로 체액이 통과하여 배수될 수 있다. 송신부(40)는 압력 센서(20)와 전기적으로 연결된다. 따라서 압력 센서부(20)가 측정한 체액의 압력은 송신부(40)를 통해 외부 리더기(50)(도 1에 도시, 이하 동일)로 무선 전송된다.

도 3은 도 2의 압력 센서부(20)의 입체 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 압력 센서부(20)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며. 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 압력 센서부(20)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 압력 센서부(20)에 포함된 제1 부재(201), 제2 부재(203) 및 제3 부재(205)는 일체로 형성된다. 압력 센서부(20)는 제1 부재(201), 제2 부재(203) 및 제3 부재(205)로 둘러싸인 중공이 형성된 직육면체 형상을 가진다. 여기서, 중공은 개구부(209)와 연통된다. 제2 부재(203)에 형성된 개구부(209)는 제1 부재(201)와 상호 대향한다.

도 4는 도 3의 압력 센서부(20)를 V-V선을 따라 자른 개략적인 단면 구조를 나타낸다. 도 4에 도시한 바와 같이, 압력 센서부(20) 내부에는 중공이 형성된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제1 부재(201)와 제2 부재(203)는 각각 제1 도전층(204)과 제2 도전층(206)을 포함한다. 제1 도전층(204)과 제2 도전층(206)은 상호 평행하게 위치한다. 즉, 제1 도전층(204)과 제2 도전층(206)은 xy축 평면에 평행한 방향으로 위치한다. 여기서, 제1 도전층(204)와 제2 도전층(206)의 이격 거리(d20)는 체액의 압력에 따라 가변된다. 즉, 체액이 체액 튜브(10)를 따라 흐르면서 볼록 공간(2071)(도 2에 도시, 이하 동일)을 채우고 그 상부를 +z축 방향으로 가압하는 경우, 제1 도전층(204)이 압력을 받아 +z축 방향으로 다소 변이된다. 따라서 제1 도전층(204)과 제2 도전층(206)의 이격거리(d20)가 감소한다. 그 결과, 압력 센서부(20)의 정전 용량과 공진 주파수가 변화하므로 이를 감지하여 체액의 압력을 측정할 수 있다. 이하에서는 도 5를 참조하여 압력 센서부(20)의 제조 과정을 좀더 상세하게 설명한다.

도 5는 도 2의 압력 센서부(20)의 개략적인 제조 방법을 차례로 나타낸다. 좀더 구체적으로, 도 5의 단계 (a) 내지 단계 (f)는 압력 센서부(20)의 제조 방법을 순서에 따라 개략적으로 나타낸다. 여기서, 도 5의 단계 (a) 내지 단계 (f)의 압력 센서부(20)의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 압력 센서부(20)의 제조 방법을 다른 형태로도 변형할 수 있다.

먼저, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(202)과 희생층(2021)을 제공한다. 기판(202)은 실리콘 웨이퍼 또는 유리로 제조할 수 있다. 또한, 기판(202) 위에 증착 등의 방법으로 형성하는 희생층(2021)은 금속으로 제조할 수 있다. 여기서, 희생층(2021)은 Cr, Au 및 Cr을 차례로 적층시켜 제조할 수 있다.

다음으로, 도 5의 (b)에서는 제1 폴리이미드(2011)를 희생층(2021) 위에 제공한다. 제1 폴리이미드(2011)를 희생층(2021) 위에 스핀 코팅한 후 패터닝할 수 있다. 그리고 제1 도전층(204)을 패터닝된 제1 폴리이미드(2011) 위에 증착한 후 제2 폴리이미드(2013)를 제1 도전층(204) 위에 스핀 코팅 등의 방법을 사용하여 제공한다. 다음으로, 제2 폴리이미드(2013)를 부분적으로 노광 및 현상하여 제1 개구부(208)를 형성한다.

그리고 도 5의 (c)에서는 전기 도금하여 상호 이격된 제1 도전체(2041) 및 제2 도전체(2061)를 제2 폴리이미드(2013) 위에 제공한다. 여기서 제1 도전체(2041)는 제1 개구부(208)를 통하여 제1 도전층(204)과 연결된다.

커패시터를 형성하기 위해서는 어느 정도의 두께 확보가 필요하다. 따라서 전기 도금에 의해 수십 ㎛ 두께를 가지는 제1 도전체(2041) 및 제2 도전체(2061)를 형성한다. 전기 도금 방법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

한편, 제2 도전체(2061)의 폭(w2061)은 제1 도전체(2041)의 폭(w2041)보다 크다. 만약, 제2 도전체(2061)의 폭(w2061)이 너무 작은 경우, 커패시턴스로 기능하기 위한 공간이 너무 협소해져서 압력 센서부(20)가 압력 변화를 잘 감지할 수 없다. 즉, 볼록 공간(2071)(도 2에 도시, 이하 동일)을 이용하여 압력 센서부(20)에서 체액의 압력을 정확히 측정할 수 없다. 따라서 제2 도전체(2061)의 폭(w2061)을 제1 도전체(2041)의 폭(w2041)보다 크게 유지하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 5의 (d)에서는 제1 도전체(2041)와 제2 도전체(2061)를 덮는 제3 폴리이미드(2031)를 제공한다. 예를 들면, 몰드를 제조한 후 제3 폴리이미드(2031)를 액체 상태로 주입한 후 굳힐 수 있다. 그리고 제3 폴리이미드(2031)를 패터닝, 노광 및 현상하여 제1 도전체(2041)의 상면을 외부로 노출시킨다. 또한, 제2 도전체(2061)의 상면에 제2 개구부(209)를 형성한다.

그리고 도 5의 (e)에서는 제3 폴리이미드(2031) 위에 제2 도전층(206)을 증착한다. 제2 도전층(206)은 도 5의 (b)에서의 제1 도전층(206)과 동일한 방법으로 증착한 후 패터닝할 수 있다. 그 결과, 도 5의 (e)의 형상을 가지는 제2 도전층(206)을 제조할 수 있다. 그리고 제2 도전층(206) 위에 제4 폴리이미드(2051)를 제공한다. 제4 폴리이미드(2051)는 제2 도전층(206)의 상부를 마스킹하여 제공될 수 있다.

도 5의 (f)에서는 제2 개구부(209)를 통하여 식각액을 주입한다. 그 결과, 제2 도전체(2061)가 식각되어 내부에 중공이 형성된다. 예를 들면, 식각액으로서 2wt% 황산용액을 사용할 수 있다. 다음으로, 희생층(2021)과 기판(202)을 떼어내어 압력 센서부(20)를 제조한다. 압력 센서부(20)와 함께 이와 전기적으로 연결된 제1 도전체(2041)에 의해 송신부(40)가 형성된다.

한편, 제2 폴리이미드(2013)와 제3 폴리이미드(2031)는 패시베이션층으로 기능하여 도전체들(2041, 2061)와 도전층들(204, 206) 사이에서 발생할 수 있는 누설 전류나 전류 증폭률의 변동을 방지할 수 있다. 또한, 제1 폴리이미드(2011)와 제4 폴리이미드(2051)는 도전층들(204, 206)이 외부에 노출되지 않도록 하여 누설로 인한 영향을 미연에 방지할 수 있다.

도 6은 도 1의 배수 밸브부(30)의 작동 상태를 차례로 나타낸다. 도 6의 배수 밸브부(30)의 작동 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 배수 밸브부(30)의 작동 상태를 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 초기 상태에서는 배수 밸브(30)를 열기 위한 체액의 압력은 너무 낮다. 그러나 도 6의 (b)에서는 체액의 양이 증가함에 따라 체액의 압력이 증가하여 배수 밸브(30)가 열리기 시작한다. 체액의 압력이 20mmHg 이상인 경우, 배수 밸브(30)를 열 수 있다. 즉, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 체액의 압력이 20mmHg 이상인 경우, 채널(101)의 내면(1010)과 돌출부(300)의 간격이 커지면서 그 사이로 체액이 통과한다.

그리고 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 체액의 양이 증가하면서 체액의 압력이 증가함에 따라 채널(101)의 내면(1010)과 돌출부(300)는 더 벌어진다. 그 결과, 다량의 체액을 외부로 배출시킬 수 있다. 다량의 체액이 배출됨에 따라 체액의 양이 작아지면서 체액의 압력은 다시 줄어든다.

그 결과, 도 6의 (d)에 도시한 바와 같이, 돌출부(300)가 채널(101)의 내면(1010)에 다시 접하면서 배수 밸브(30)가 다시 닫힌다. 전술한 바와 같이, 배수 밸브(30)를 조절하여 안압을 조절할 수 있으므로, 녹내장 환자뿐만 아니라 안구 수술 환자의 질병 관리에 큰 도움이 될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통합형 안구 센서(200)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 7의 통합형 안구 센서(200)는 도 2의 통합형 안구 센서(100)와 배수 밸브부(32)를 제외하고는 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 편의상 그 상세한 설명을 생략한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 배수 밸브부(32)는 제1 돌출부(301)와 제2 돌출부(303)를 포함한다. 먼저, 제1 돌출부(301)와 제2 돌출부(303)의 부피는 실질적으로 동일하다. 만약, 제1 돌출부(301)와 제2 돌출부(303)의 부피가 상호 다른 경우, 배수 밸브부(32)를 통하여 체액이 잘 배출되기 어려울 수 있다. 제1 돌출부(301)와 제2 돌출부(303)는 체액 튜브(10)와 일체로 형성하여 체액의 흐름을 안정적으로 유도할 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 배수 밸브부(32)는 제1 돌출부(301) 및 제2 돌출부(303)를 포함한다. 여기서 제1 돌출부(301)는 채널(101)의 일면(1011) 즉, 채널(101)의 상부 내벽에 형성된다. 제2 돌출부(303)는 제1 돌출부(301)와 이격되고, 채널(101)의 타면(1013) 즉, 채널(101)의 하부 내벽에 형성된다. 만약, 배수 밸브부(30)에 체액에 의한 압력이 인가되는 경우, 제1 돌출부(301)와 타면(1013)이 이격되고, 제2 돌출부(303)와 일면(1011)이 이격되어 그 사이로 체액이 통과해 배수될 수 있다.

한편, 제1 돌출부(301)와 제2 돌출부(303)의 이격거리(d1)는 제1 돌출부(301)의 길이(d301)보다 작다. 여기서, 제1 돌출부(301)의 길이(d301)는 x축 방향에 평행한 제1 돌출부(301)의 길이를 의미한다. 만약, 이격거리(d1)가 제1 돌출부(301)의 길이(d301) 이상인 경우, 제1 돌출부(301)와 제2 돌출부(303) 사이의 공간이 증가한다. 따라서 체액의 잔류 공간도 증가하여 체액이 고일 뿐만 아니라 이물질이 발생할 가능성이 높다. 또한, 체액의 체류 공간이 증가하여 배수 밸브부(32)가 오작동할 수 있다. 따라서 제1 돌출부(301)와 제2 돌출부(303)의 이격거리(d1)를 제1 돌출부(301)의 길이(d301)보다 작게 유지하는 것이 바람직하다.

도 8은 도 7의 배수 밸브부(32)의 개략적인 작동 상태를 차례로 나타낸다. 도 8의 배수 밸브부(32)의 작동 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 배수 밸브부(32)의 작동 상태를 다른 형태로도 변형할 수 있다.

좀더 구체적으로, 도 8의 (a)는 배수 밸브부(32)가 닫힌 상태를 나타내고, 도 8의 (b)는 배수 밸브부(32)가 작동하기 시작하여 제1 돌출부(301)만 열린 상태를 나타내며, 도 8의 (c)는 제2 돌출부(303)가 열리기 시작하는 상태를 나타내고, 도 8의 (d)는 배수 밸브부(32)가 완전히 열린 상태를 나타낸다.

먼저, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 초기 상태에서는 화살표 방향으로 진행하는 체액의 압력이 낮다. 따라서 배수 밸브부(32)가 열리지 않는다.

그러나 다음으로 도 8의 (b)에서는 체액의 양의 증가에 따라 체액의 압력이 증가하여 채널(101)의 일면(1011)과 제1 돌출부(301)의 사이가 벌어지면서 체액이 그 사이를 통과한다. 이 경우, 체액의 압력은 20mmHg 이상일 수 있다.

다음으로, 도 8의 (c)에서는 체액의 압력에 의해 채널(101)의 타면(1013)과 제2 돌출부(303) 사이가 벌어지기 시작한다. 그 결과, 체액은 채널(101)을 따라 배수되기 시작한다.

그리고 다음으로는 도 8의 (d)에 도시한 바와 같이, 배수 밸브부(32)가 완전히 열리면서 체액이 원활하게 외부로 배수된다. 배수 밸브부(32)가 열리면서 체액을 배출시키므로, 체액의 압력은 다시 낮아진다. 따라서 배수 밸브부(32)는 그 탄력성에 의해 다시 닫힌다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 통합형 안구 센서의 제어 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 9의 통합형 안구 센서의 제어 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 통합형 안구 센서의 제어 방법을 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 9에 도시한 바와 같이, 단계(S10)에서는 압력 센서부에서 체액의 압력을 측정한다. 그리고 단계(S20)에서는 측정된 압력이 기설정치까지 증가한 후 감소하는지 여부를 확인한다. 즉, 측정된 체액의 압력이 기설정치까지 증가하였다가 감소하는 경우에는 체액의 압력에 의해 배수 밸브부가 정상 작동하여 체액이 잘 배수되었다는 것을 알 수 있다.

이와는 반대로, 측정된 압력이 기설정치까지 증가한 이후에도 계속 증가하는 경우에는 배수 밸브부가 정상적으로 작동하지 않는다는 것을 알 수 있다. 따라서 체액의 압력이 기설정치 이상인 경우, 체액의 압력의 감소 여부를 확인하며, 각 경우마다 조치를 달리할 필요가 있다.

먼저, 단계(S20)에서 측정된 압력이 기설정치까지 증가하였다가 감소하는 경우, 배수 밸브부는 정상 작동한다고 볼 수 있다. 따라서 다시 단계(S10)로 되돌아가서 압력 센서부에서 체액의 압력을 계속 측정한다.

이와는 반대로, 단계(S20)에서 측정된 압력이 기설정치 이상인 경우, 체액의 압력의 감소 여부를 확인하고, 체액의 압력이 감소하지 않는 경우에는 압력 센서부에 의해 측정되는 압력이 기설정치를 넘어서 계속 증가할 수 있다. 따라서 이 경우에는 단계(S30)에서 압력 센서부와 무선으로 연결된 외부 리더기를 통하여 경고 신호를 표시한다. 그 결과, 의사 등 환자의 건강 상태를 체크하는 사람이 이를 확인하고 적절한 조치를 취할 수 있다.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며. 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

공기주입에 따른 압력측정 실험

실험예 1

PDMS를 사용하여 도 2와 동일한 구조를 가지는 통합형 안구 센서를 제조하였다. 통합형 안구 센서는 PDMS를 몰딩 성형하여 일체로 제조하였다. 그리고 압력 센서는 폴리이미드와 금속을 사용하여 제조하였다. 한편, 배수 밸브부는 32mmHg에서 열리도록 세팅하였다. 전술한 방법으로 제조한 통합형 안구 센서의 체액 튜브에 공기를 주입하였다. 그리고 시간 경과에 따라 통합형 안구 센서에 인가되는 압력을 관찰하였다. 통합형 안구 센서의 나머지 실험 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

실험예 1의 실험결과

도 10은 본 발명의 실험예 1에 따른 통합형 안구 센서의 공기 주입 실험 결과의 그래프를 나타낸다. 즉, 시간 경과에 따라 통합형 안구 센서에 인가하는 공기압을 증가시킴에 따른 배수 밸브부의 작동 상태를 나타낸다.

도 10에 도시한 바와 같이, 시간 경과에 따라 통합형 안구 센서에 인가되는 공기압이 지속적으로 증가하는 것을 압력 센서부를 통하여 확인할 수 있었다. 그리고 공기압이 32mmHg를 초과하면서 공기압이 급격하게 감소하였다. 즉, 공기압의 증가에 따라 배수 밸브부가 열리면서 공기가 배수 밸브부를 통하여 배출되므로, 공기압은 거의 0으로 감소하였다. 따라서 공기주입실험을 통하여 통합형 안구 센서에 포함된 압력 센서부와 배수 밸브부가 정상적으로 작동한다는 것을 확인할 수 있었다.

압력변화에 따른 공진주파수 측정 실험

실험예 2

실험예 1의 방법으로 제조한 통합형 안구 센서의 체액 튜브에 공기를 주입하였다. 그리고 공기압의 변화에 따라 통합형 안구 센서의 압력 센서부에서 출력되는 공진 주파수를 측정하였다. 압력 센서부의 감응도는 10.83kHz/mmHg로 세팅하였다.

실험예 3

압력 센서부의 감응도는 9.86kHz/mmHg로 세팅하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 2와 동일하였다.

실험예 4

압력 센서부의 감응도는 10.00kHz/mmHg로 세팅하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 2와 동일하였다.

실험예 2 내지 실험예 4의 실험결과

도 11은 본 발명의 실험예 2 내지 실험예 4에 따른 통합형 안구 센서의 공기 주입 실험 결과의 그래프이다. 즉, 도 11은 통합형 안구 센서에 인가되는 공기압을 증가시킴에 따라 압력 센서부에서 출력되는 공진 주파수의 변화를 나타낸다. 도 11에서 사각형은 실험예 2, 원은 실험예 3, 삼각형은 실험예 4를 나타낸다.

도 11에 도시한 바와 같이, 실험예 2 내지 실험예 4에서는 통합형 안구 센서에 인가되는 공기압이 증가함에 따라 공진 주파수가 점차 감소하다가 배수 밸브부를 열면 다시 초기값으로 복귀하는 것을 확인할 수 있었다. 예를 들면, 실험예 2에서는 실험전 초기 공진주파수가 31.03kHz/mmHg이었으나 배수 밸브가 오픈되어 공기압이 걸리지 않는 경우, 공진주파수가 30.63Hz/mmHg로 측정되어 실험전 초기 공진주파수와 거의 동일하였다. 또한, 실험예 3에서는 실험전 초기 공진주파수가 30.97kHz/mmHg이었으나 배수 밸브가 오픈되어 공기압이 걸리지 않는 경우, 공진주파수가 30.60Hz/mmHg로 측정되어 실험전 초기 공진주파수와 거의 동일하였다. 그리고 실험예 4에서는 실험전 초기 공진주파수가 30.93kHz/mmHg이었으나 배수 밸브가 오픈되어 공기압이 걸리지 않는 경우, 공진주파수가 30.58Hz/mmHg로 측정되어 실험전 초기 공진주파수와 거의 동일하였다. 따라서 배수 밸브부가 오픈되어 압력 센서부에 걸리는 공기압이 0mmHg로 떨어지면 공진 주파수가 즉시 초기 주파수로 회복되는 것을 알 수 있었다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

10. 체액 튜브
20. 압력 센서부
30, 32. 배수 밸브부
40. 송신부
50. 외부 리더기
100, 200. 통합형 안구 센서
101. 채널
201. 제1 부재
202. 기판
203. 제2 부재
204. 제1 도전층
205. 제3 부재
206. 제2 도전층
207. 바디부
208. 제1 개구부
209. 제2 개구부
300. 돌출부
301. 제1 돌출부
303. 제2 돌출부
1010. 내면
1011. 일면
1013. 타면
2011. 제1 폴리이미드
2013. 제2 폴리이미드
2021. 희생층
2031. 제3 폴리이미드
2041. 제1 도전체
2051. 제4 폴리이미드
2061. 제2 도전체
2071. 볼록 공간

Claims

안구 결막 내에 삽입되도록 적용된 통합형 안구 센서로서,
안구에서 생성된 체액이 흐르도록 적용된 채널이 형성된 체액 튜브,
상기 체액 튜브와 연결된 압력 센서부, 및
상기 압력 센서부와 전기적으로 연결된 송신부
를 포함하고,
상기 압력 센서부는
제1 부재,
상기 제1 부재와 이격된 제2 부재, 및
상기 제1 부재와 상기 제2 부재에 각각 내장된 한 쌍의 도전층들
를 포함하고,
상기 한 쌍의 도전체의 이격 거리는 상기 체액의 압력에 따라 가변되는 통합형 안구 센서.
제1항에서,
상기 체액 튜브와 연결되고 상기 압력 센서부와 이격되어 위치하는 배수 밸브부를 더 포함하고,
상기 체액의 흐름 방향에 따라 상기 압력 센서부와 상기 배수 밸브부가 차례로 위치하는 통합형 안구 센서.
제2항에서,
상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 일체로 형성되고, 상기 제2 부재에는 상기 제1 부재에 대향하는 개구부가 형성된 통합형 안구 센서.
제3항에서,
상기 압력 센서부는 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 감싸는 바디부를 더 포함하고, 상기 바디부에는 상기 제1 부재를 향하는 볼록 공간이 형성되며, 상기 볼록 공간은 상기 채널과 연통된 통합형 안구 센서.
제4항에서,
상기 바디부와 상기 체액 튜브는 일체로 형성된 통합형 안구 센서.
제2항에서,
상기 배수 밸브부는,
상기 채널의 내면에 형성되는 하나 이상의 돌출부를 포함하고,
상기 배수 밸브부에 상기 체액의 압력이 인가되는 경우, 상기 돌출부와 상기 내면이 이격되어 상기 체액이 상기 배수 밸브부를 통과하도록 적용된 통합형 안구 센서.
제6항에서,
상기 하나 이상의 돌출부는,
상기 채널의 일면에 형성된 제1 돌출부, 및
상기 제1 돌출부와 이격되고, 상기 일면과 대향하는 상기 채널의 타면에 형성된 제2 돌출부
를 포함하고,
상기 배수 밸브부에 상기 체액의 압력이 인가되는 경우, 상기 제1 돌출부와 상기 일면이 이격되고, 상기 제2 돌출부와 상기 타면이 이격되어 상기 체액이 상기 배수 밸브부를 통과하도록 적용된 통합형 안구 센서.
제7항에서,
상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부의 이격 거리는 상기 제1 돌출부의 길이보다 작은 통합형 안구 센서.
제8항에서,
상기 제1 돌출부의 부피와 상기 제2 돌출부의 부피가 실질적으로 동일하고, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 체액 튜브와 일체로 형성된 통합형 안구 센서.
안구 결막 내에 삽입되도록 적용된 통합형 안구 센서의 제어 방법으로서,
상기 통합형 안구 센서는,
상기 안구에서 생성된 체액을 배수하도록 적용된 배수 밸브부,
상기 배수 밸브부와 이격되어 상기 체액의 압력을 측정하도록 적용된 압력 센서부, 및
상기 압력 센서부와 전기적으로 연결된 송신부
를 포함하고,
상기 체액의 흐름 방향에 따라 상기 압력 센서부와 상기 배수 밸브부가 차례로 위치하며,
상기 압력 센서부에서 상기 체액의 압력을 측정하는 단계,
상기 체액의 압력이 기설정치 이상인 경우, 상기 체액의 압력의 감소 여부를 확인하는 단계, 및
상기 압력이 감소하지 않는 경우, 상기 송신부로부터 신호를 수신하여 경고 신호를 표시하는 단계
를 포함하는 통합형 안구 센서의 제어 방법.
안구 결막 내에 삽입되도록 적용된 통합형 안구 센서의 제조 방법으로서,
기판을 제공하는 단계,
상기 기판 위에 금속을 포함하는 희생층을 제공하는 단계,
상기 희생층 위에 제1 폴리이미드를 제공하는 단계,
상기 제1 폴리이미드 위에 제1 도전층을 증착하는 단계,
상기 제1 도전층 위에 제2 폴리이미드를 제공하는 단계,
상기 제2 폴리이미드를 노광 및 현상하여 상기 제2 폴리이미드에 제1 개구부를 형성하는 단계,
전기 도금에 의해 상기 제2 폴리이미드 위에 상호 이격된 제1 도전체 및 제2 도전체를 제공하고, 상기 제1 도전체가 상기 제1 도전층과 연결되는 단계,
상기 제1 도전체 및 제2 도전체 위에 제3 폴리이미드를 제공하고, 상기 제3 폴리이미드를 노광 및 현상하여 상기 제1 도전체를 외부로 노출시키고, 상기 제2 도전체의 상면에 제2 개구부를 형성하는 단계,
상기 제3 폴리이미드 위에 상기 제1 도전체와 연결되는 제2 도전층을 증착하는 단계, 및
상기 제2 개구부를 통하여 상기 제2 도전체를 식각해 상기 제2 폴리이미드와 상기 제3 폴리이미드 사이에 중공을 형성하는 단계
를 포함하는 통합형 안구 센서의 제조 방법.
제11항에서,
상기 제2 도전층 위에 제4 폴리이미드를 제공하는 단계, 및
상기 기판과 상기 희생층을 상기 제1 폴리이미드와 분리시켜서 압력 센서부를 제공하는 단계
를 더 포함하는 통합형 안구 센서의 제조 방법.
제11항에서,
상기 제2 도전층을 증착하는 단계에서, 상기 제2 개구부를 마스킹한 후 상기 제2 도전층을 상기 제3 폴리이미드 위에 증착하는 통합형 안구 센서의 제조 방법.
제11항에서,
상기 제1 도전체 및 제2 도전체를 제공하는 단계에서, 상기 제2 도전체의 폭은 상기 제1 도전층의 폭보다 큰 통합형 안구 센서의 제조 방법.