KR101738612B1 - Multifunctional Wearable Electronic Device and Method for Manufacturing the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다기능성 웨어러블 전자 기기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 피부에 접착가능한 생체적합성 필름과, 상기 생체적합성 필름에 부착된 신축성 및 연성 전자소자를 포함하는 웨어러블 전자 기기, 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a multifunctional wearable electronic device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a biocompatible film that can be adhered to skin, a wearable electronic device including a stretchable and flexible electronic device attached to the biocompatible film, and a method of manufacturing the same.

Description

다기능성 웨어러블 전자 기기 및 이의 제조 방법{Multifunctional Wearable Electronic Device and Method for Manufacturing the Same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a multifunctional wearable electronic device and a manufacturing method thereof,

본 발명은 다기능성 웨어러블 전자 기기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 피부에 접착가능한 생체적합성 필름과, 상기 생체적합성 필름에 부착된 신축성 및 연성 전자소자를 포함하는 웨어러블 전자 기기, 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a multifunctional wearable electronic device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a biocompatible film that can be adhered to skin, a wearable electronic device including a stretchable and flexible electronic device attached to the biocompatible film, and a method of manufacturing the same.

웨어러블 전자 기기들은 인간의 신체에 착용할 수 있기 때문에, 유사시에 항상 활용할 수 있는 전자 기기들을 일컫는다. 최근에, 웨어러블 전자기기들은 미래의 인간 삶을 영위하는데 중요한 역할을 할 것으로 기대되어 각광받고 있다. 이러한 웨어러블 기기 중에서도 얇고 가벼우면서 피부에 부착될 수 있는 고성능 전자 기기를 구현하기 위하여, 매우 얇은 박막과 구불구불한 모양의 전극을 이용하여 신장가능한(extendable) 전자 소자들을 제작한다. 또한, 이러한 소자들을 고분자 층 사이의 중성 역학층(neutral mechanical plane)에 위치하게 하여, 부서지기 쉬운 소자들을 보호한다.Wearable electronic devices are electronic devices that can always be used in case of emergency because they can be worn on the human body. Recently, wearable electronic devices are expected to play an important role in the future human life. In order to realize a high performance electronic device which is thin and light and can be attached to the skin among these wearable devices, an extendable electronic device is manufactured using a very thin film and a serpentine electrode. In addition, these devices are placed on the neutral mechanical plane between the polymer layers to protect the fragile elements.

중요한 생리학적 파라미터를 연속적으로 측정할 수 있고 데이터 저장 및 약물 전달 기능을 함께 갖춘 웨어러블 센서(wearable sensor)가 장착된 기기들이 개인 건강관리에서 혁신적인 발전을 이룰 것으로 기대된다. 그러나 종래의 모니터링 장치들이 주목할만한 생리학적 데이터만을 포획함에도 불구하고, 기존 장치들의 형태 인자(form factor)로 인하여 피부에 이음매 없이(seamless) 통합되지 못하고, 웨어러빌리티(wearability) 문제 및 신호대잡음 제한 문제가 발생한다.Devices equipped with wearable sensors that can continuously measure key physiological parameters and have data storage and drug delivery capabilities are expected to revolutionize personal healthcare. However, despite the fact that conventional monitoring devices capture notable physiological data only, they are not seamlessly integrated into the skin due to the form factor of existing devices, and are subject to wearability problems and signal-to- A problem arises.

현재까지, 파킨슨씨 병과 같은 질병을 모니터링하는데 사용되는 정성적 생리학적 파라이터는 비디오 감시 및 전달을 통한 조악한 모니터링 싸이클을 통해 추적되어 왔다. 그러나 파킨슨씨 병의 진행과 약물치료에 대한 다른 신경 질환을 이해하기 위해, 기록된 데이터로부터 생리학적 파라미터의 정량적 평가 및 패턴 분석의 필요성이 존재한다. 또한, 1일 기준으로 경구 투여에 대한 순응도(compliance)는, 복용불이행(non-adherence) 및 과량복용의 경우의 부작용의 위험이 있다. 따라서 약물치료의 효능은, 제어 및 서방형 경피 전달을 포함하는 전략적 복용, 및 일일 요법(daily regimen)에 대한 환자의 징후를 지속적으로 모니터링하는 것에 크게 의존한다.To date, qualitative physiological parameters used to monitor diseases such as Parkinson's disease have been tracked through coarse monitoring cycles through video surveillance and delivery. However, in order to understand the progression of Parkinson's disease and other neurological diseases for drug therapy, there is a need for quantitative assessment and pattern analysis of physiological parameters from recorded data. In addition, compliance with oral administration on a daily basis presents the risk of side effects in the case of non-adherence and overdose. Thus, the efficacy of pharmacotherapy relies heavily on strategic monitoring, including controlled and sustained transdermal delivery, and ongoing monitoring of the patient's signs of a daily regimen.

연성(flexible) 및 신축성(stretchable) 구조에서 무기 및 유기 나노물질을 포함하는 전자 시스템은, 편의성의 향상으로 인하여, 특히 대규모 건강 모니터링 장치(bulky health monitoring devices)에 대한 강력한 대안이고, 이로써 순응도가 개선된다. 이러한 현재 대두되는 전자 장치들은 센서, 발광 다이오우드, 및 내부 기관(예를 들면, 심장, 뇌), 피부와 접하거나 인공 피부 골격(scaffold)를 통해 접하는 관련 회로 소자를 포함한다. 그러나 상기 웨어러블 생물의학 장치를 위한 이러한 연성 및 신축성 전자 장치에 대한 주요한 제약은 연속적인 장기간의 모니터링 과정에서 기록된 데이터를 실시간 저장할 수 있는 휴대용 메모리 모듈이 아직 구현되지 아니하였다는 점이다. 현재 대두되는 웨어러블 기기들에 있어서 요구되는 또 다른 특징은 수집된 데이터에 존재하는 진단 패턴(diagnostic pattern)에 반응하여 진보된 치료를 하는 능력이다.Electronic systems, including inorganic and organic nanomaterials in flexible and stretchable structures, are powerful alternatives to bulky health monitoring devices, particularly due to their improved convenience, thereby improving compliance do. These currently emerging electronic devices include sensors, light emitting diodes, and associated circuitry that contacts internal organs (e.g., the heart, brain), the skin, or through an artificial skin scaffold. However, a major limitation to such soft and flexible electronic devices for wearable biomedical devices is that portable memory modules capable of real-time storage of recorded data in a continuous, long-term monitoring process have not yet been implemented. Another feature required for wearable devices presently being developed is the ability to perform advanced treatments in response to a diagnostic pattern present in the collected data.

산화물 나노멤브레인(oxide nanomembrane (NM))으로부터 제작되는 저항 램(resistive random access memory (RRAM))은 현재 대두되는 고성능 비휘발성 메모리의 한 종류이다. 종래의 딱딱한 기판 위에 구성된 RRAM 장치는 견고하고 깨지기 쉬운 물질로 이루어져 있어서, 곡선으로 이루어져 있고 동적으로 변형되는 연조직(soft tissue)과 기계적으로 양립할 수 없는 경향을 갖는다. 유기 비휘발성 메모리가 연성 데이터-저장 장치 제작을 가능하게 할지라도, 높은 전력 소비, 불충분한 신뢰성 및 신체적합성 부족과 같은 제한이 여전히 존재한다. 이와 유사하게, 견고한 마이크로유체 펌프 또는 견고한 전자 스티뮬레이터(electronic stimulator)로 구성된 약물 전달 소자들을 통합하면 인체와 웨어러블 전자 기기와의 기계적 통합에 심각한 문제를 야기할 수 있다.A resistive random access memory (RRAM) fabricated from an oxide nanomembrane (NM) is a type of high performance non-volatile memory that is emerging today. RRAM devices constructed on conventional rigid substrates are made of a rigid and fragile material and thus tend to be mechanically incompatible with soft tissue that is curved and dynamically deformed. Although organic non-volatile memories enable flexible data-storage fabrication, limitations such as high power consumption, insufficient reliability and lack of physical synthesis still exist. Similarly, incorporating drug delivery devices comprised of a rigid microfluidic pump or a rigid electronic stimulator can pose serious problems to the mechanical integration of the human body with wearable electronic devices.

종래의 웨어러블 기기들은 대부분 딱딱한 기판 위에 전자 기기를 만들고, 이 기기들을 단순히 입거나/착용할 수 있는 형태이다. 이러한 기기들은 실제로 입고/착용할 수는 있으나, 그 부피가 크고 무게가 비교적 무거워서 일상 생활에 불편함을 느낀다는 단점이 있다.Conventional wearable devices are mostly in the form of making electronic devices on rigid substrates and simply wearing / wearing these devices. These devices can be actually worn / worn, but they are disadvantaged because they are bulky and heavy in weight, making them uncomfortable in daily life.

미합중국 특허출원공개 제20130041235호는 얇고 가벼운 전자 기기들을 피부에 이식한 웨어러블 기기를 개시하고 있다. 그러나 상기 기술에 따르면, 희생 고분자층(sacrificial polymer layer) 위에 전자 기기들이 위치하기 때문에, 피부에 올려놓은 뒤 상기 희생 고분자층을 제거하는 방법을 통해 상기 웨어러블 기기를 피부에 이식하였다. 그러나 이 경우, 상기 웨어러블 기기가 피부 위에서 이물질에 지속적으로 노출되고, 또한 장기적으로 피부에 염증을 일으킬 수 있는 단점이 있기 때문에, 의료용으로 활용되기에는 문제점이 매우 많다.U.S. Patent Application Publication No. 20130041235 discloses a wearable device that is thin and lightweight electronic devices implanted into the skin. However, according to the above technology, since the electronic devices are placed on the sacrificial polymer layer, the wearable device is implanted into the skin through a method of removing the sacrificial polymer layer after putting it on the skin. However, in this case, since the wearable device is continuously exposed to foreign substances on the skin and may cause inflammation on the skin in the long term, there are many problems to be utilized for medical use.

본 발명은 이러한 형태의 신장가능하며 얇고 가벼운 웨어러블 전자 기기들을 의료용 패치 내지 밴드 위에 구현하여 일상 생활 내에서 건강 진단을 할 수 있도록 하였으며, 이를 바탕으로 하여 약물 전달 형태의 추가적인 진료를 할 수 있는 통합 시스템의 개념과 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention implements this type of stretchable, thin and light wearable electronic devices on medical patches or bands to enable health diagnosis in daily life. Based on this, an integrated system And a manufacturing method thereof.

본 발명의 기본적인 목적은 피부에 접착가능한 생체적합성 필름과, 상기 생체적합성 필름에 부착된 신축성 및 연성 전자소자를 포함하는 다기능성 웨어러블 전자 기기를 제공하는 것이다.A basic object of the present invention is to provide a multifunctional wearable electronic device comprising a biocompatible film adherable to skin and a flexible and flexible electronic device attached to the biocompatible film.

본 발명의 다른 목적은 신축성 및 연성 전자소자를 피부에 접착가능한 생체적합성 필름에 부착하는 단계를 포함하는, 다기능성 웨어러블 전자 기기 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a multi-functional wearable electronic device, which comprises attaching a flexible and soft electronic device to a biocompatible film that can be adhered to the skin.

본 발명의 또 다른 목적은 (i) 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 제1 고분자를 실리콘 기판에 차례로 코팅하고 경화하는 단계; (ii) 상기 제1 고분자 층을 패턴화하는 단계; (iii) 상기 제1 패턴화된 고분자 층에 인접하여 전자 소자를 제작하는 단계; (iv) 상기 전자 소자에 인접하여 제2 패턴화된 고분자 층을 형성하는 단계; (v) 상기 실리콘 기판 및 상기 폴리(메틸 메타크릴레이트)를 제거하여 상기 제1 고분자와 상기 제2 고분자로 캡슐레이션된 소자를 얻는 단계; (vi) 상기 제1 고분자와 상기 제2 고분자로 캡슐레이션된 소자에서 폴리(메틸 메타크릴레이트)층을 제거하고 탄성 기재에 부착하는 단계; 및 (vii) 상기 탄성 기재로부터 폴리(메틸 메타크릴레이트)층이 제거된 소자를 피부에 부착가능한 생체적합성 필름에 부착하는 단계를 포함하고, 상기 제1 패턴화된 고분자 층 및 제2 패턴화된 고분자 층에 인접한 상기 전자 소자의 제1 전극 및 제2 전극 각각이 패턴화된 것인, 웨어러블 전자 기기 제조 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (i) sequentially coating a poly (methyl methacrylate) and a first polymer on a silicon substrate and curing; (ii) patterning the first polymer layer; (iii) fabricating an electronic device adjacent to the first patterned polymer layer; (iv) forming a second patterned polymer layer adjacent to the electronic device; (v) removing the silicon substrate and the poly (methyl methacrylate) to obtain a device encapsulated with the first polymer and the second polymer; (vi) removing the poly (methyl methacrylate) layer from the device encapsulated with the first polymer and the second polymer and attaching the poly (methyl methacrylate) layer to the elastic substrate; And (vii) attaching the device from which the poly (methylmethacrylate) layer has been removed from the elastic substrate to a biocompatible film attachable to the skin, wherein the first patterned polymer layer and the second patterned Wherein the first electrode and the second electrode of the electronic device adjacent to the polymer layer are each patterned.

전술한 본 발명의 기본적인 목적은 피부에 접착가능한 생체적합성 필름과, 상기 생체적합성 필름에 부착된 신축성 및 연성 전자소자를 포함하는 웨어러블 전자 기기를 제공를 제공함으로써 달성될 수 있다.The above-described basic object of the present invention can be achieved by providing a wearable electronic device including a biocompatible film adherable to skin and a flexible and flexible electronic device attached to the biocompatible film.

본 발명의 웨어러블 전자 기기에 있어서, 상기 생체적합성 필름은 하이드로콜로이드 점착제가 도포된 폴리우레탄 필름일 수 있다.In the wearable electronic device of the present invention, the biocompatible film may be a polyurethane film coated with a hydrocolloid adhesive.

또한, 상기 생체적합성 필름(패치)에서 하이드로콜로이드 점착제가 도포된 면에, 약물충전된 메조기공성 실리카 나노입자 또는 생분해성 고분자 나노입자가 포함될 수 있다. 상기 메조기공성 실리카 나노입자 또는 생분해성 고분자 나노입자에 충전된 약물이 방출되면서, 피부를 통해 인체에 흡수될 수 있다.In addition, drug-filled mesoporous silica nanoparticles or biodegradable polymer nanoparticles may be contained on the surface of the biocompatible film (patch) coated with the hydrocolloid adhesive. The mesoporous silica nanoparticles or biodegradable polymer nanoparticles can be absorbed into the human body through the skin while releasing the drug packed in the nanoparticles.

상기 전자소자는 메모리 소자, 히터, 트랜지스터, 온도 센서, 스트레인 센서, 근전도 센서, 뇌파 센서 또는 이를 포함하는 집적 소자일 수 있지만, 이에 제한되지 아니한다.The electronic device may be, but is not limited to, a memory device, a heater, a transistor, a temperature sensor, a strain sensor, an electromyogram sensor, an electroencephalogram sensor, or an integrated device including the same.

도 1은 패치 형태의 종합적인 건강진단/분석/약물전달 시스템을 나타내는 도표이고, 행동 장애(movement disorder)의 경우에서, 패치 위에 구현된 전자 기기들을 활용하는 방법을 예시한다. 상기 패치 형태의 전자기기를 착용한 사람에게 행동 장애가 나타나면, 이는 패치 위의 스트레인 게이지(strain guage)에 의해 측정되고, 상기 측정된 데이터들은 메모리(Wearable RRAM)에 저장되게 되며, 상기 저장된 데이터를 분석하여(Pattern analysis) 피드백 약물 치료를 위한 히터를 가동시키고(Feedback thermal actuation), 약물충전된 메조기공성 실리카 나노입자 또는 생분해성 고분자 나노입자를 통해 약물 전달이 이루어지게 된다(Drug delivery).Figure 1 is a graphical representation of a comprehensive health examination / analysis / drug delivery system in the form of a patch, illustrating the use of electronic devices implemented on a patch in the case of a movement disorder. When a behavioral disorder occurs in a person wearing the patch-type electronic device, it is measured by a strain gauge on the patch, the measured data is stored in a memory (Wearable RRAM), and the stored data is analyzed Pattern analysis is used to drive the heater for feedback drug treatment (feedback thermal actuation), and drug delivery is achieved through drug-filled mesoporous silica nanoparticles or biodegradable polymer nanoparticles.

상기 메모리 소자는 디램, 플래시 메모리 또는 스핀-토크-전달 램과 같은 능동 메모리 소자이거나, 저항 램, 상변화 램 또는 강유전체 램과 같은 수동 메모리 소자일 수 있다.The memory device may be an active memory device such as a DRAM, flash memory, or spin-torque-transfer RAM, or may be a passive memory device such as resistive RAM, phase change RAM, or ferroelectric RAM.

본 발명의 웨어러블 전자 기기에 포함되는 상기 신축성 및 연성 전자소자는, 탄성 기재; 상기 탄성 기재에 인접하여 형성된 제1 패턴화된 고분자 층; 상기 패턴화된 고분자 층에 인접하여 형성된 전자 소자; 상기 메모리소자에 인접하여 형성된 제2 패턴화된 고분자 층을 포함하고, 상기 제1 패턴화된 고분자 층 및 제2 패턴화된 고분자 층에 인접한 상기 메모리소자의 제1 전극 및 제2 전극 각각이 패턴화된 것일 수 있다.The elastic and flexible electronic devices included in the wearable electronic device of the present invention include: an elastic substrate; A first patterned polymer layer formed adjacent to the elastic substrate; An electronic device formed adjacent to the patterned polymer layer; And a second patterned polymer layer formed adjacent to the memory element, wherein each of the first and second electrodes of the memory element adjacent to the first patterned polymer layer and the second patterned polymer layer comprises a pattern It may be anger.

본 명세서에서 "신축성 및 연성 전자소자"란 신장(stretching), 압축(compressing), 굽힘(bending), 비틀림(twisting)등의 변형에도 안정한 구조와 작동을 보이는 전자 소자를 의미한다.As used herein, the term "stretchable and flexible electronic device" refers to an electronic device that exhibits a stable structure and operation even when deformed by stretching, compressing, bending, twisting,

상기 탄성 기재는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 에폭시 수지 또는 페놀 수지일 수 있다.The elastic substrate may be polydimethylsiloxane (PDMS), polyurethane, styrene-butadiene-styrene (SBS), epoxy resin or phenolic resin.

상기 제1 패턴화된 고분자 층 또는 상기 제2 패턴화된 고분자 층이 폴리이미드, 벤조사이클로부텐 또는 SU-8으로부터 선택될 수 있다. 본 명세서에서 "SU-8"이란 에폭시계 네가티브 포토레지스트(epoxy-based negative photoresist)를 지칭한다.The first patterned polymer layer or the second patterned polymer layer may be selected from polyimide, benzocyclobutene or SU-8. As used herein, the term "SU-8" refers to an epoxy-based negative photoresist.

상기 제1 패턴화된 고분자 층, 상기 제2 패턴화된 고분자 층 및 상기 제1 패턴화된 전극 및 제2 패턴화된 전극이 구불구불한 형태(serpentine)로 패턴화된 것일 수 있다.The first patterned polymer layer, the second patterned polymer layer, and the first patterned electrode and the second patterned electrode may be patterned in a serpentine pattern.

본 발명의 신축성 및 연성 전자소자에 포함되는 상기 전자 소자는 능동 메모리 소자 또는 수동 메모리 소자와 같은 메모리 소자일 수 있다. 상기 능동 메모리 소자는 디램(DRAM), 플래시 메모리(Flash memory), 스핀-토크-전달 램(Spin-torque-transfer RAM (STT-RAM)) 등일 수 있고, 상기 수동 메모리 소자는 저항 램(Resistance RAM (RRAM)), 상변화 램(Phase Change RAM (PCRAM)), 강유전체 램(Ferroelectric RAM (FERAM)) 등일 수 있다.The electronic device included in the flexible and flexible electronic device of the present invention may be a memory device such as an active memory device or a passive memory device. The active memory device may be a DRAM, a flash memory, a spin-torque-transfer RAM (STT-RAM), or the like, and the passive memory device may include a Resistance RAM (RRAM), Phase Change RAM (PCRAM), Ferroelectric RAM (FERAM), and the like.

특히, 본 발명의 신축성 및 연성 전자소자에 포함되는 상기 전자 소자는 비휘발성 저항 메모리 소자일 수 있다. 상기 비휘발성 저항 메모리 소자는, 제1 패턴화된 전극; 상기 제1 전극에 인접하여 형성된 제1 금속산화물로 이루어진 부도체 층; 상기 제1 금속산화물 부도체 층에 인접하여 형성된 금속 나노입자 층; 상기 금속 나노입자 층에 인접하여 형성된 제2 금속산화물로 이루어진 부도체 층; 및 상기 제2 금속산화물 층에 인접하여 형성된 제2 패턴화된 전극을 포함할 수 있다.In particular, the electronic device included in the flexible and flexible electronic device of the present invention may be a non-volatile resistance memory device. The non-volatile resistive memory element comprising: a first patterned electrode; A non-conductive layer made of a first metal oxide formed adjacent to the first electrode; A metal nanoparticle layer formed adjacent to the first metal oxide nonconductor layer; A non-conductive layer made of a second metal oxide formed adjacent to the metal nanoparticle layer; And a second patterned electrode formed adjacent to the second metal oxide layer.

상기 비휘발성 저항 메모리 소자에 있어서, 상기 제1 전극은 Al, Cu, Ag, Au, Pt, TiN, ITO, TaN, W, Mg, Zn 또는 Fe로부터 선택될 수 있다.The first electrode may be selected from Al, Cu, Ag, Au, Pt, TiN, ITO, TaN, W, Mg, Zn or Fe.

또한, 상기 제1 금속산화물은 이산화티타늄, 산화탄탈륨, 산화바나듐, 산화몰리브데늄, 산화알루미늄, 산화코발트, 산화아연, 산화마그네슘, 산화지르코늄 또는 산화하프늄으로부터 선택될 수 있다. 상기 제1 금속산화물 부도체 층의 두께는 5 nm 내지 200 nm일 수 있다.The first metal oxide may be selected from titanium dioxide, tantalum oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, aluminum oxide, cobalt oxide, zinc oxide, magnesium oxide, zirconium oxide or hafnium oxide. The thickness of the first metal oxide nonconductor layer may be between 5 nm and 200 nm.

또한, 상기 금속 나노입자는 Au, Pt 또는 Ag일 수 있고, 상기 금속 나노입자의 크기는 2 nm 내지 100 nm일 수 있다. 상기 금속산화물 나노입자 층은, 나노입자들의 랭뮤어-블로젯 조립, 레이어-바이-레이어 조립 또는 스핀코팅 조립 공정에 의해 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 금속산화물 나노입자 층의 개수는 1층 내지 10층 까지 가능하고, 요구되는 전력에 맞게 조절될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 금속산화물 나노입자 층의 개수는 3층일 수 있다.In addition, the metal nanoparticles may be Au, Pt, or Ag, and the size of the metal nanoparticles may be 2 nm to 100 nm. The metal oxide nanoparticle layer may be formed by a Langmuir-Blodgett, nano-layer, or spin-coating process of nanoparticles. Furthermore, the number of the metal oxide nanoparticle layers can be from 1 to 10, and can be adjusted to meet the required power. More preferably, the number of the metal oxide nanoparticle layers may be three.

본 명세서에서 "랭뮤어-블로젯 조립"이란, 고체 기판을 액체에 담근 후 꺼내어 하나 이상의 나노입자 단층(monolayer)을 상기 액체의 부차상(subphase)로부터 상기 고체 기판 위로 옮겨서 2차원의 나노입자 층을 형성시키는 것을 의미한다.As used herein, the term " Langmuir-blowjar assembly "refers to a solid substrate that is immersed in a liquid and then withdrawn to transfer one or more nanoparticle monolayers from the liquid subphase onto the solid substrate to form a two- Is formed.

본 명세서에서 "자기 조립"이란, 어떤 성분으로 이루어진 무질서계가 상기 성분들 간의 특정한 국소적 상호작용의 결과로서 조직화된 구조 또는 패턴을 형성하는 과정을 의미한다.As used herein, "self-assembly" refers to the process by which disordered systems of certain components form structured structures or patterns as a result of specific local interactions between the components.

상기 비휘발성 저항 메모리 소자의 상기 제2 금속산화물은 이산화티타늄, 산화탄탈륨, 산화바나듐, 산화몰리브데늄, 산화알루미늄, 산화코발트, 산화아연, 산화마그네슘, 산화지르코늄 또는 산화하프늄으로부터 선택될 수 있다. 상기 제2 금속산화물 부도체 층의 두께가 5 nm 내지 200 nm일 수 있다.The second metal oxide of the non-volatile resistive memory element may be selected from titanium dioxide, tantalum oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, aluminum oxide, cobalt oxide, zinc oxide, magnesium oxide, zirconium oxide or hafnium oxide. The thickness of the second metal oxide nonconductor layer may be between 5 nm and 200 nm.

또한, 상기 제2 패턴화된 전극은 Al, Cu, Ag, Au, Pt, TiN, ITO, TaN, W, Mg, Zn 또는 Fe로부터 선택될 수 있다.The second patterned electrode may be selected from Al, Cu, Ag, Au, Pt, TiN, ITO, TaN, W, Mg, Zn or Fe.

본 발명의 하나의 실시 태양에 있어서, 도 2a 및 도 2b는, 단결정 실리콘 나노멤브레인(약 80 nm) 스트레인 센서, 온도 센서, TiO2 나노멤브레인(약 66 nm) RRAM 어레이, 및 전기저항성 히터(electroresistive heater)를 포함하는, 웨어러블 전자 기기를 보여 준다. 이러한 센서 및 메모리의 다기능성 어레이는 탄성 하이드로콜로이드 패치(Derma-Touch, Kwang-Dong Pharmaceutical, Korea) 위로 전사인쇄된다. 굽힘유래 스트레인(bending-induced strain)을 최소화하기 위해, 동일한 폴리이미드 층(약 1.2 μm)들 사이에 금 나노입자를 함유하는 스위칭 TiO2 나노멤브레인 층을 형성시켜 중성역학층(neutral mechanical plane)(도 2a의 상부 좌측) 위에 위치되게 한다. 수십 나노미터 크기의 무기 활성층의 두께 조절에 의해 추가로 굽힘 강도(flexural rigidity) 및 유도된 스트레인(induced strain)을 감소시킨다. 치료약으로 충전된 메조기공성 실리카 나노입자를 상기 피부용 패치의 하이드로콜로이드 면에 전사인쇄한다(도 2a의 하부 중간). 매우 얇은 구불구불한 도선 및 낮은 모듈러스의 하이드로콜로이드가 함께 피부와의 기계적인 접촉을 좋게 한다. 도 2b의 삽입도는 구불구불한 네트워크(serpentine network) 내의 10×10 RRAM 어레이를 확대한 것이고, 이는 아날로그 출력을 전송하는 센서와 통합되어 있다. 메조기공성 실리카 나노입자에 충전된 약물은 진피로 확산되고, 히터에 의해 조절되는 하이드로콜로이드 탄성체의 온도에 의해 확산속도가 제어된다. 온도 센서는 그 자리에서 온도 피드백을 제공함으로써 피부 화상에 대해 경고한다.In one embodiment of the present invention, Figures 2A and 2B illustrate a single crystal silicon nanomembrane (about 80 nm) strain sensor, a temperature sensor, a TiO 2 nanomembrane (about 66 nm) RRAM array, and an electroresistive heater for the wearable electronic device. The multifunctional array of such sensors and memories is transferred over an elastic hydrocolloid patch (Derma-Touch, Kwang-Dong Pharmaceutical, Korea). In order to minimize the bending-induced strain, a switching TiO 2 nanomembrane layer containing gold nanoparticles between the same polyimide layers (about 1.2 μm) was formed to form a neutral mechanical plane ( (Upper left of FIG. 2A). Further reducing flexural rigidity and induced strain by controlling the thickness of the inorganic active layer of a size of several tens of nanometers. The mesoporous silica nanoparticles charged with the therapeutic agent are transferred and printed on the hydrocolloid side of the skin patch (middle middle of FIG. 2A). Very thin winding wire and low modulus hydrocolloids together provide good mechanical contact with the skin. The inset of FIG. 2b is an enlargement of a 10 x 10 RRAM array in a serpentine network, which is integrated with a sensor that transmits analog output. Drugs filled in mesoporous silica nanoparticles diffuse into the dermis and the diffusion rate is controlled by the temperature of the hydrocolloid elastomer controlled by the heater. The temperature sensor warns of skin burns by providing temperature feedback on the spot.

본 발명의 다른 목적은 신축성 및 연성 전자소자를 피부에 접착가능한 생체적합성 필름에 부착하는 단계를 포함하는, 웨어러블 전자 기기 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.Another object of the present invention can be achieved by providing a method for manufacturing a wearable electronic device, which comprises attaching a flexible and soft electronic device to a biocompatible film that can be adhered to the skin.

상기 웨어러블 전자 기기 제조 방법에 있어서, 상기 생체적합성 필름은 하이드로콜로이드 점착제가 도포된 폴리우레탄 필름일 수 있다.In the method for manufacturing a wearable electronic device, the biocompatible film may be a polyurethane film coated with a hydrocolloid adhesive.

또한, 상기 생체적합성 필름에서 하이드로콜로이드 점착제가 도포된 면에, 약물충전된 메조기공성 실리카 나노입자 또는 생분해성 고분자 나노입자가 포함될 수 있다. 상기 메조기공성 실리카 나노입자에 충전된 약물이 방출되면서, 피부를 통해 인체에 흡수될 수 있다.In addition, drug-filled mesoporous silica nanoparticles or biodegradable polymer nanoparticles may be contained on the surface of the biocompatible film coated with the hydrocolloid adhesive. As the drug filled in the mesoporous silica nanoparticles is released, it can be absorbed by the human body through the skin.

상기 전자소자는 메모리 소자, 히터, 트랜지스터, 온도 센서, 스트레인 센서, 근전도 센서, 뇌파 센서 또는 이를 포함하는 집적 소자일 수 있지만, 이에 제한되지 아니한다.The electronic device may be, but is not limited to, a memory device, a heater, a transistor, a temperature sensor, a strain sensor, an electromyogram sensor, an electroencephalogram sensor, or an integrated device including the same.

상기 메모리 소자는 디램, 플래시 메모리 또는 스핀-토크-전달 램과 같은 능동 메모리 소자이거나, 저항 램, 상변화 램 또는 강유전체 램과 같은 수동 메모리 소자일 수 있다.The memory device may be an active memory device such as a DRAM, flash memory, or spin-torque-transfer RAM, or may be a passive memory device such as resistive RAM, phase change RAM, or ferroelectric RAM.

본 발명의 또 다른 목적은 (i) 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 제1 고분자를 실리콘 기판에 차례로 코팅하고 경화하는 단계; (ii) 상기 제1 고분자 층을 패턴화하는 단계; (iii) 상기 제1 패턴화된 고분자 층에 인접하여 전자 소자를 제작하는 단계; (iv) 상기 전자 소자에 인접하여 제2 패턴화된 고분자 층을 형성하는 단계; (v) 상기 실리콘 기판 및 상기 폴리(메틸 메타크릴레이트)를 제거하여 상기 제1 고분자와 상기 제2 고분자로 캡슐레이션된 소자를 얻는 단계; (vi) 상기 제1 고분자와 상기 제2 고분자로 캡슐레이션된 소자에서 폴리(메틸 메타크릴레이트)층을 제거하고 탄성 기재에 부착하는 단계; 및 (vii) 상기 탄성 기재로부터 폴리(메틸 메타크릴레이트)층이 제거된 소자를 피부에 부착가능한 생체적합성 필름에 부착하는 단계를 포함하고, 상기 제1 패턴화된 고분자 층 및 제2 패턴화된 고분자 층에 인접한 상기 전자 소자의 제1 전극 및 제2 전극 각각이 패턴화된 것인, 웨어러블 전자 기기 제조 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (i) sequentially coating a poly (methyl methacrylate) and a first polymer on a silicon substrate and curing; (ii) patterning the first polymer layer; (iii) fabricating an electronic device adjacent to the first patterned polymer layer; (iv) forming a second patterned polymer layer adjacent to the electronic device; (v) removing the silicon substrate and the poly (methyl methacrylate) to obtain a device encapsulated with the first polymer and the second polymer; (vi) removing the poly (methyl methacrylate) layer from the device encapsulated with the first polymer and the second polymer and attaching the poly (methyl methacrylate) layer to the elastic substrate; And (vii) attaching the device from which the poly (methylmethacrylate) layer has been removed from the elastic substrate to a biocompatible film attachable to the skin, wherein the first patterned polymer layer and the second patterned Wherein the first electrode and the second electrode of the electronic device adjacent to the polymer layer are patterned, respectively.

상기 웨어러블 전자 기기 제조 방법에서, 상기 탄성 기재는 폴리디메틸실록산, 폴리우레탄, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 에폭시 수지 또는 페놀 수지일 수 있다.In the method of manufacturing the wearable electronic device, the elastic substrate may be polydimethylsiloxane, polyurethane, styrene-butadiene-styrene (SBS), epoxy resin or phenolic resin.

또한, 상기 제1 고분자 층 또는 상기 제2 고분자 층은 폴리이미드, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene (BCB)) 또는 SU-8으로부터 선택될 수 있다.Also, the first polymer layer or the second polymer layer may be selected from polyimide, benzocyclobutene (BCB) or SU-8.

또한, 상기 전자소자는 메모리 소자, 히터, 트랜지스터, 온도 센서, 스트레인 센서, 근전도 센서, 뇌파 센서 또는 이를 포함하는 집적 소자로부터 선택될 수 있다.In addition, the electronic device may be selected from a memory device, a heater, a transistor, a temperature sensor, a strain sensor, an electromyogram sensor, an electroencephalogram sensor, or an integrated device including the same.

상기 제1 패턴화된 고분자 층, 상기 제2 패턴화된 고분자 층 및 상기 제1 패턴화된 전극 및 제2 패턴화된 전극이 구불구불한 형태(serpentine)로 패턴화된 것일 수 있다.The first patterned polymer layer, the second patterned polymer layer, and the first patterned electrode and the second patterned electrode may be patterned in a serpentine pattern.

상기 전자 소자는 능동 메모리 소자 또는 수동 메모리 소자와 같은 메모리 소자일 수 있다. 상기 능동 메모리 소자는 디램(DRAM), 플래시 메모리(Flash memory), 스핀-토크-전달 램(Spin-torque-transfer RAM (STT-RAM)) 등일 수 있고, 상기 수동 메모리 소자는 저항 램(Resistance RAM (RRAM)), 상변화 램(Phase Change RAM (PCRAM)), 강유전체 램(Ferroelectric RAM (FERAM)) 등일 수 있다.The electronic device may be a memory device such as an active memory device or a passive memory device. The active memory device may be a DRAM, a flash memory, a spin-torque-transfer RAM (STT-RAM), or the like, and the passive memory device may include a Resistance RAM (RRAM), Phase Change RAM (PCRAM), Ferroelectric RAM (FERAM), and the like.

특히, 상기 전자 소자는 비휘발성 저항 메모리 소자일 수 있다. 더욱이, 상기 비휘발성 저항 메모리 소자는 제1 패턴화된 전극; 상기 제1 전극에 인접하여 형성된 제1 금속산화물로 이루어진 부도체 층; 상기 제1 금속산화물 부도체 층에 인접하여 형성된 금속 나노입자 층; 상기 금속 나노입자 층에 인접하여 형성된 제2 금속산화물로 이루어진 부도체 층; 및 상기 제2 금속산화물 층에 인접하여 형성된 제2 패턴화된 전극을 포함할 수 있다.In particular, the electronic device may be a non-volatile resistive memory device. Moreover, the non-volatile resistive memory element may comprise a first patterned electrode; A non-conductive layer made of a first metal oxide formed adjacent to the first electrode; A metal nanoparticle layer formed adjacent to the first metal oxide nonconductor layer; A non-conductive layer made of a second metal oxide formed adjacent to the metal nanoparticle layer; And a second patterned electrode formed adjacent to the second metal oxide layer.

상기 웨어러블 전자 기기 제조 방법에 있어서, 상기 생체적합성 필름은 하이드로콜로이드 점착제가 도포된 폴리우레탄 필름일 수 있다.In the method for manufacturing a wearable electronic device, the biocompatible film may be a polyurethane film coated with a hydrocolloid adhesive.

또한, 상기 생체적합성 필름에서 하이드로콜로이드 점착제가 도포된 면에, 약물충전된 메조기공성 실리카 나노입자 또는 생분해성 고분자 나노입자가 포함될 수 있다.In addition, drug-filled mesoporous silica nanoparticles or biodegradable polymer nanoparticles may be contained on the surface of the biocompatible film coated with the hydrocolloid adhesive.

본 발명에 따라 매우 얇고 가벼운 피부용 패치 위에 통합적인 의료용 전자 기기를 구현함으로써, 일상 생활에서 불편 없이 건강 진단을 할 수 있다. 또한, 본 발명을 이용하여 약물 또는 추가적인 진료를 할 수 있는 통합 시스템을 구현할 수 있기 때문에, 일상생활에서 지속적인 관찰이 필요한 질병의 치료에 효과적으로 적용할 수 있다.According to the present invention, by implementing an integrated medical electronic device on a very thin and light skin patch, a medical examination can be performed without inconvenience in daily life. In addition, since an integrated system capable of performing medication or additional medical care can be implemented using the present invention, it can be effectively applied to the treatment of diseases requiring continuous observation in daily life.

도 1은 본 발명의 웨어러블 전자 기기에 대한 하나의 실시 태양을 보여 준다.
도 2는, 본 발명의 실시예 2에서 제조된 웨어러블 전자 기기에 있어서, TiO2 나노멤브레인(NM)-Au 나노입자들(NPs)-TiO2 NM 스위칭 층 및 Al 전극으로 이루어진 웨어러블 메모리 어레이(도 2a, 좌측 상부의 삽입도는 층 정보를 보여줌), 도 2a에 상응하는 웨어러블 시스템에 대한 사진을 보여 준다(도 2b).
도 3a는 랭뮤어-블로젯(LB) 조립 및 스테아르산(SAM) 기능화를 설명하는 그림이고; 도 3b는 LB 조립 공정에 대한 사진들(상부)과 1층 금 나노입자 및 3층 금 나노입자에 대한 평면 TEM 사진들(하부)이며; 도 3c는 제작된 메모리 셀들에 대한 단면 TEM 사진들이고; 도 3d는 MINIM(금속-부도체-나노입자-부도체-금속)에 있어서 3층 금 나노입자의 두께를 보여주는 EDS 프로파일이다.
도 4a는, 본 발명의 실시예 3에서, PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MIM(금속-부도체-금속), MISIM(금속-부도체-자기 조립 단층(SAM)-부도체-금속) 및 MINIM 구조들의 양극성 저항 스위칭(bipolar resistive switching)의 I-V 특성을 보여 주고; 도 4b는 금 나노입자-유도 트랩(Au NP-induced trap)에 기인한 저전류 저항 스위칭(low current resistive switching)을 설명하는 다이아그램이며; 도 4c는 PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MIM 및 MINIM에서의 I-V 곡선이며; 도 4d는 PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MIM 및 MINIM에서 약 100 μA 이하의 컴플라이언스 전류에서의 I-V 특성을 나타내고; 도 4e는 PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MINIM의 신뢰도 시험(내구성(좌측) 및 보유율(retention)(우측)) 결과(-0.5 V에서 저항값 측정)이며; 도 4f는 PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MIM과 MINIM에서의 누적 확률(cumulative probability)이고; 도 4g는 PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MIM(좌측)과 MINIM(우측)에서의 MLC(다층 셀) 작동을 보여 준다.
도 5는, 본 발명의 실시예 4에서, 신축성 및 연성 메모리 소자가 약 25% 가량 신장된 상태에서의 현미경 사진(도 5a), 각각 다른 변형(strain)값(3% - 25%)으로 신장된 신축성 및 연성 메모리 소자의 I-V 특성(도 5b), 및 굽혀진 상태(도 5c 좌측)와 비틀린 상태(도 5c 우측)에서의 신축성 및 연성 저항 메모리 배열을 보여 주며, 손목 위의 피부-적합성 메모리 장치(도 5d의 좌측에서 첫번째 프레임), 변형이 없는 상태(도 5d의 좌측에서 두번째 프레임), 압축 상태도(5d의 좌측에서 세번째 프레임) 및 인장 상태(도 5d의 좌측에서 마지막 프레임)에서의 확대 사진을 보여 주고, 신장된 RRAM에서의 변형 분포에 대한 시뮬레이션 결과(도 5e)를 보여 주며, 1,000회의 신장 싸이클(약 30%) 동안 -0.5 V에서의 저항(HRS 및 LRS) 변화를 보여 주고(도 5f), PBS 내에서의 방수성(도 5g 좌측) 및 읽기 전류(도 5g 우측)를 보여 준다.
도 6a는 약물충전된 메조기공성 실리카 나노입자, 센서 및 메모리 소자의 전사인쇄(transfer printing) 공정을 나타내는 개략도이고, 도 6b는 상기 전사인쇄 공정에서 사용되는 구조화된 PDMS 스탬프에 대한 사진이다.
도 7a는 실리콘 나노멤브레인 센서의 사진(삽입도는 붕소로 도핑된 실리콘 나노멤브레인을 보여 준다)이고, 도 7b는 게이지 인자를 계산하기 위한 저항 대 변형 플롯에서의 변화량(%)이며, 도 7c는 인장 및 압축 상태에서 손목 위에서의 변형 측정 사진이고, 도 7d는 0.8, 0.4, 0.6 및 1 Hz의 주파수에서 모사된 손 떨림에 의해 유발된 실리콘 변형 게이지에서의 시간에 따른 저항 변화(상부), 메모리 셀의 MLC 작동(중간) 및 MINIM 메모리 셀에 기록된 데이터(하부)이다.
도 8a는 열적 작용에 의해 하이드로콜로이드 및 메조기공성 실리카 나노입자로부터 제어된 경피 약물 전달에 대한 개략도이고, 도 8b는 적외선 카메라를 사용하여 피부 패치 상의 히터의 온도 분포 측정을 보여 주며, 도 8c는 상기 패치 상의 히터와 상기 패치와 인간 피부 간의 계면에서의 3차원 열적 프로파일을 보여 주고, 도 8d는 메조기공성 실리카 나노입자의 고해상도 카메라 사진(삽입도는 현미경 사진)이고, 도 8e는 메조기공성 실리카 나노입자의 TEM 사진이며, 도 8f는 77K에서 N2의 흡착 및 탈착 측정으로부터 계산된 표면적을 보여 주고(삽입도는 Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 방법을 사용하여 계산한 메조기공성 실리카 나노입자의 기공 부피를 보여줌), 도 8g는 상기 히터 표면 위(적색), 상기 피부와 패치 간의 계면(오렌지색) 및 가열이 없는 경우의 상기 계면(흑색) 상에서 시간의 함수로서의 최대 온도를 보여 주며, 우측의 y축은 온도 증가에 따라 확산계수가 지수적으로 증가하는 것을 보여 주고(도 8g의 청색), 도 8h는 온도 센서의 특성 곡선이며, 도 8i는 25℃(상부) 및 40℃(하부)에서 5분간(좌측) 및 60분간(우측) 로다민 B 형광염료를 확산시킨 후의 돼지 피부의 단면에 대한 형광 사진이다.
도 9는 RRAM 메모리 모듈이 피부 위에서 동작할 때, 땀에 의한 부식이나 성능저하에 대한 패키징 테스트 결과이다. 도 9의 좌측 사진은 PDMS 기판 위에 있는 RRAM 어레이에 PBS(Phosphate Buffered Saline) 용액을 가했을 때 메모리 동작이 안정적으로 되는지 평가하는 내용을 나타낸다. 도 9의 우측 그림의 데이터는 -0.5V로 프로그램된 메모리가 저장이 잘 되는지 여부를 보여준다. 60초 동안 데이터가 손실되지 않으므로 RRAM 메모리 어레이 패키징이 잘 되어 있음을 보여준다.
Fig. 1 shows one embodiment of the wearable electronic device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a wearable electronic device manufactured by Embodiment 2 of the present invention, in which a wearable memory array (also referred to as a wearable memory device) composed of a TiO 2 nanomembrane (NM) -Au nanoparticles (NPs) -TiO 2 NM switching layer and an Al electrode 2a, the upper left-hand inset shows the layer information), and a photograph of the wearable system corresponding to FIG. 2a is shown (FIG. 2b).
Figure 3a is a diagram illustrating Langmuir-BlowJet (LB) assembly and stearic acid (SAM) functionalization; FIG. 3B is a photograph of the LB assembly process (top) and plane TEM photographs (bottom) for 1-layer gold nanoparticles and 3-layer gold nanoparticles; Figure 3c is a cross-sectional TEM image of the fabricated memory cells; FIG. 3D is an EDS profile showing the thickness of a three-layer gold nanoparticle for a MINIM (metal-insulator-nanoparticle-nonconductor-metal).
4A is a schematic view of a third embodiment of the present invention in which MIM (metal-nonconductor-metal), MISIM (metal-insulated-self-assembled monolayer (SAM) IV characteristics of bipolar resistive switching of structures; Figure 4b is a diagram illustrating low current resistive switching due to gold NP-induced traps; 4c is an IV curve at MIM and MINIM attached to PDMS and encapsulated in polyimide; Figure 4d shows IV characteristics at a compliance current of about 100 A or less at MIM and MINIM attached to PDMS and encapsulated in polyimide; Figure 4e shows the results of the reliability test (durability (left) and retention (right)) of a MINIM encapsulated in polyimide attached to PDMS (resistance value measurement at -0.5 V); Figure 4f is the cumulative probability at MIM and MINIM attached to PDMS and encapsulated in polyimide; Figure 4g shows MIM (left-hand side) and MIM (right-hand side) MLC (multi-layer cell) operation attached to PDMS and encapsulated in polyimide.
FIG. 5 is a graph showing changes in the elongation and elongation of the flexible and flexible memory devices in Example 4 according to the present invention, in a microscope photograph (FIG. 5A) and a different strain value (3% - 25% (Fig. 5B) and flexed and soft resistive memory arrangements in a bent state (left in Fig. 5C) and in a twisted state (right in Fig. 5C) (The first frame from the left in Fig. 5D), the state without deformation (the second frame from the left in Fig. 5D), the compression state diagram (the third frame from the left in 5d), and the tension state (Fig. 5e), showing the resistance (HRS and LRS) changes at -0.5 V during 1,000 extension cycles (about 30%), showing the simulation results for strain distribution in elongated RRAM (Fig. 5F), water resistance in the PBS (Fig. 5G, left) It illustrates the flow (Fig. 5g right).
FIG. 6A is a schematic view showing a transfer printing process of drug filled mesoporous silica nanoparticles, a sensor and a memory device, and FIG. 6B is a photograph of a structured PDMS stamp used in the transfer printing process. FIG.
FIG. 7A is a photograph of a silicon nanomembrane sensor (the inset shows silicon nanocrystals doped with boron), FIG. 7B is the change in resistance versus strain plot for calculating the gauge factor, and FIG. Fig. 7D is a photograph of the strain measurement on the wrist in tension and compression, Fig. 7d shows the change in resistance (top) over time in the silicon strain gage caused by hand tremors simulated at frequencies of 0.8, 0.4, 0.6 and 1 Hz, The MLC operation of the cell (middle), and the data written to the MINIM memory cell (bottom).
8A is a schematic view of controlled transdermal drug delivery from hydrocolloid and mesoporous silica nanoparticles by thermal action, FIG. 8B shows a temperature distribution measurement of the heater on a skin patch using an infrared camera, FIG. 8C FIG. 8D shows a high-resolution camera photograph of the mesoporous silica nanoparticle (inset view is a microscopic photograph), FIG. 8E shows a photograph of the mesoporous silica nanoparticle 8f shows the surface area calculated from the adsorption and desorption measurements of N2 at 77 K (the degree of insertion is calculated from the mesoporous silica nanoparticles calculated using the Barrett-Joyner-Halenda (BJH) method (Orange) on the surface of the heater (red), the interface between the skin and the patch, and the system (Black), the y-axis on the right shows exponential increase of the diffusion coefficient with increasing temperature (blue in Fig. 8g), Fig. 8h shows the characteristic curve of the temperature sensor, FIG. 8I is a fluorescence image of a section of pig skin after diffusion of Rhodamine B fluorescent dye for 5 minutes (left) and 60 minutes (right) at 25 占 (top) and 40 占 (bottom)
Figure 9 is a packaging test result for erosion or performance degradation due to sweat when the RRAM memory module operates on the skin. The left photograph of FIG. 9 shows the evaluation of whether the memory operation becomes stable when a PBS (Phosphate Buffered Saline) solution is applied to the RRAM array on the PDMS substrate. The data on the right-hand side of Figure 9 shows whether the memory programmed at -0.5 V is good to store. It shows that the RRAM memory array packaging is good because no data is lost for 60 seconds.

이하, 다음의 실시예 또는 도면을 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 다음의 실시예 또는 도면에 대한 설명은 본 발명의 구체적인 실시 태양을 특정하여 설명하고자 하는 것일 뿐이며, 본 발명의 권리 범위를 이들에 기재된 내용으로 한정하거나 제한해석하고자 의도하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples or drawings. It is to be understood, however, that the following description of the embodiments or drawings is intended to illustrate specific embodiments of the invention and is not intended to be exhaustive or to limit the scope of the invention to the precise forms disclosed.

실시예Example 1. 금 나노입자의 합성 1. Synthesis of gold nanoparticles

0.4 g의 HAuCl4·3H2O(99.9%, Strem, USA), 올레일아민(90%, Acros, USA) 및 30 mL의 1-옥타데센(90%, Sigma Aldrich, USA)을 실온에서 50 mL 유리 바이알 내에서 혼합하였다. 상기 바이알을 오일 배쓰에 두고 90℃까지 가열하였다. 상기 용액을 2시간 동안 가열하였고, 이후 나노입자들이 침전되었으며 에탄올로 2회 세척한 후, 원심분리하였다. 침전된 나노입자를 5 mL의 클로로포름에 재분산시켰다.
0.4 g of HAuCl 4 · 3H 2 O (99.9 %, Strem, USA), oleyl amine (90%, Acros, USA) and 30 mL of 1-octadecene (90%, Sigma Aldrich, USA ) at room temperature for 50 mL glass vial. The vial was placed in an oil bath and heated to 90 ° C. The solution was heated for 2 hours, after which the nanoparticles were precipitated, washed twice with ethanol and then centrifuged. The precipitated nanoparticles were redispersed in 5 mL of chloroform.

실시예Example 2. 비휘발성 저항 변화 메모리 소자를 포함하는  2. A non-volatile memory device comprising a non- 웨어러블Wearable 전자 기기의Electronic 제작 making

폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)(A11, Microchem, USA; 약 1 μm, 3000 rpm에서 30초간 스핀코팅됨) 및 폴리이미드(PI)(polyamic acid, Sigma Aldrich, USA; 약 1.2 μm, 4000 rpm에서 60초간 스핀코팅됨)의 전구체 용액의 박층들을 실리콘 핸들 웨이퍼(Si handle wafer)(test grade, 4science, Korea) 상에 스핀코팅하였다. 상기 PMMA와 PI를 200℃에서 2시간 동안 경화시킨 후, 제1 전극으로서 사용되는 알루미늄을 열증착법을 통해 증착시켰고(350 nm 두께), 포토리소그래피에 의해 패턴화시켰으며 습식 에칭을 수행하였다. 이후에, 먼저 제1 TiO2 나노멤브레인(nanomembrane)(두께 66 nm)을 RF 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering)을 하였다(기저 압력 5×10-6 Torr, 실온, 증착 압력 5 mTorr, 20 sccm, RF 전력 150 W)(제1 금속산화물 부도체 층).(PMMA) (A11, Microchem, USA; about 1 μm, spin coated at 3000 rpm for 30 seconds) and polyamic acid (PI) (polyamic acid, Sigma Aldrich, coated for 60 seconds at rpm) was spin-coated onto a silicon handle wafer (test grade, 4science, Korea). After the PMMA and PI were cured at 200 ° C for 2 hours, aluminum used as a first electrode was deposited by thermal evaporation (350 nm thick), patterned by photolithography, and wet etched. Then, a first TiO 2 nanomembrane (66 nm thick) was RF magnetron sputtered (base pressure: 5 × 10 -6 Torr, room temperature, deposition pressure: 5 mTorr, 20 sccm, RF Power 150 W) (first metal oxide nonconductor layer).

다음과 같이, 실시예 1에서 합성한 금 나노입자를 랭뮤어-블로젯 조립 공정(LB assembly process)을 통해 상기 제1 TiO2 나노멤브레인 상에 조립하였다(도 3a). 먼저, 올레일아민으로 캐핑된 금 나노입자를 클로로포름에 분산시켰다(50 mg/mL). 상기 분산액을 LB 수조(LB trough; IUD 1000, KSV instrument, Finland)의 물 하위상(water sub-phase) 위에 적가하였다. 용매를 증발시킨 후, 표면층을 모바일 배리어(mobile barrier)를 사용(5 mm/min)하여 압축하였다. 표면 압력이 30 mN/m이 된 후에, 기판을 들어올리고 1 mm/min의 속도로 담금으로써 상기 금 나노입자 층을 상기 기판 위에 조립하였다.The gold nanoparticles synthesized in Example 1 were assembled on the first TiO 2 nanomembrane through a LB assembly process (FIG. 3A) as follows. First, gold nanoparticles capped with oleylamine were dispersed in chloroform (50 mg / mL). The dispersion was added dropwise onto the water sub-phase of an LB trough (IUD 1000, KSV instrument, Finland). After evaporating the solvent, the surface layer was compressed using a mobile barrier (5 mm / min). After the surface pressure reached 30 mN / m, the substrate was lifted and immersed at a rate of 1 mm / min to assemble the gold nanoparticle layer on the substrate.

도 3b에는 LB 조립 공정에 대한 사진들(상부)과 1층의 금 나노입자 및 3층의 금 나노입자에 대한 평면 TEM 사진들(하부)이 나타나 있다. 조립 층의 수는 담금/꺼냄 사이클(dipping/pulling cycle)의 수로 조절할 수 있다. 금 나노입자 층 대신에, 자기 조립 단층(self-assembled monolayer; 스테아르산)으로 상기 제1 TiO2 나노멤브레인을 코팅하여 메모리 성능에 대한 리간드 효과를 확인하였다(도 3a). i) 금속-부도체(insulator)-자기 조립 단층(SAM)-부도체-금속(MISIM), ii) 금 나노입자 1층(약 12 nm)을 포함하는 금속-부도체-나노입자(NP)-부도체-금속(MINIM), iii) 조밀한(closely-packed) 금 나노입자 3층(약 26 nm)을 포함하는 MINIM이 도 3c에 나타나 있다. 단면에 대한 에너지 분산형 X-선 분광 프로파일(energy dispersive X-ray specroscopy profile)을 통해 상기 3층의 금 나노입자 층의 두께를 확인하였다(도 3d). 상기 LB 조립법에서 조밀한 단층 조립(closely-packed monolayer assembly)은 여러 개의 단층들의 정확한 두께 조절뿐만 아니라, 소자의 균일성(device uniformity)에 중요한 역할을 한다.Figure 3b shows photographs (top) for the LB assembly process and plane TEM images (bottom) for one layer of gold nanoparticles and three layers of gold nanoparticles. The number of assembly layers can be controlled by the number of dipping / pulling cycles. Instead of the gold nanoparticle layer, the first TiO 2 nanomembrane was coated with a self-assembled monolayer (stearic acid) to confirm the ligand effect on memory performance (FIG. 3A). (ii) a metal-non-conductor-nanoparticle (NP) comprising a layer of gold nanoparticles (about 12 nm), a nonconductor- MINIM, and iii) a MINIM containing three closely packed gold nanoparticles (about 26 nm) is shown in Figure 3c. The thickness of the three-layered gold nanoparticle layer was confirmed through an energy dispersive X-ray spectroscopy profile of the cross section (FIG. 3D). In the LB assembly, a closely-packed monolayer assembly plays an important role in device uniformity as well as precise thickness control of a plurality of single layers.

이후, 상기 제1 TiO2 나노멤브레인의 증착과 동일한 방법을 사용하여, 상기 금 나노입자 층 위에 제2 TiO2 나노멤브레인(제2 금속산화물 부도체 층)을 증착시켰다(66 nm 두께). 알루미늄 제2 전극을 열증착법에 의해 상기 제2 TiO2 나노멤브레인에 인접하여 증착하였다. 상기 제2 전극층을 포토리소그래피 방법에 의해 패턴화하여, 구불구불한 패턴의(serpentine-patterned) 저항 메모리를 제작하였다. 다음에, 상기 PI 전구체를 스핀코팅하여 상기 중성 역학층(neutral mechanical plane) 부근에 상기 활성 층을 형성하였고, O2 및 SF6를 사용하는 반응성 이온 에칭(reactive ion etching (RIE)) 공정(O2 유량 100 sccm, 체임버 압력 100 mTorr, 150 W RF 전력, 5분; SF6 유량 50 sccm, 체임버 압력 55 mTorr, 250 W RF 전력, 4분 30초)을 통해 전체 소자 구조를 형성하였다.Then, using the same method as the deposition of the TiO 2 nano-membrane of claim 1, it was deposited to a second TiO 2 nano-membrane (second non-conductive metal oxide layer) on the gold nanoparticle layer (66 nm thick). An aluminum second electrode was deposited adjacent to the second TiO 2 nanomembrane by thermal evaporation. The second electrode layer was patterned by a photolithography method to fabricate a serpentine-patterned resistance memory. Next, the PI precursor was spin-coated to form the active layer in the vicinity of the neutral mechanical plane, and a reactive ion etching (RIE) process using O 2 and SF 6 (O 2 flow rate of 100 sccm, chamber pressure of 100 mTorr, 150 W RF power, 5 minutes, SF 6 flow rate of 50 sccm, chamber pressure of 55 mTorr, 250 W RF power, 4 minutes and 30 seconds).

상기 메모리 소자 제작 후, 실리콘 웨이퍼 상의 전체 소자를 끓는 아세톤에 담갔다. 상기 아세톤은 PMMA 층을 제거하여 상기 PI로 캡슐레이션된 소자를 상기 실리콘 핸들 웨이퍼로부터 분리하였다. 이후, 상기 메모리 소자를 수용성 테이프(3M, USA)를 사용하여 분리한 후, 인쇄된 PDMS(polydimethyl siloxane) 위로 옮긴 후, 다시 피부용 패치(Derma-Touch, Kwang Dong Pharmaceutical Co., Ltd., Korea) 위로 옮겼다. 파라미터 분석기(parameter analyzer: B1500A, Agilent, USA)를 사용하여 전기적 측정을 수행하였다.
After the fabrication of the memory device, all devices on the silicon wafer were immersed in boiling acetone. The acetone removed the PMMA layer and separated the PI encapsulated device from the silicon handle wafer. Thereafter, the memory element was separated using a water-soluble tape (3M, USA), transferred onto printed PDMS (polydimethyl siloxane), and then applied again to a skin patch (Derma-Touch, Kwang Dong Pharmaceutical Co., Ltd., Korea) I moved up. Electrical measurements were performed using a parameter analyzer (B1500A, Agilent, USA).

실시예Example 3. 비휘발성 저항 변화 메모리 소자의 특성 평가 3. Characterization of Nonvolatile Resistive Memory Devices

전기적 성능을 평가하기 위하여, 실시예 2의 방법에 따라 제조된, PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MIM, MISIM 및 MINIM 구조들에 대한 양극성 전류-전압(bipolar I-V) 곡선을 구했다(도 4a). 도 4a의 삽입도는 바이어스 순서를 보여 준다. 초기 상태는 고저항 상태(high-resistance state (HRS))이고, 부전압(negative voltage)("set")을 걸어 주면 저저항 상태(low-resistance state (LRS))로 전이된다. 이후, 정전압(positive voltage)("reset")에 의해 상기 구조들이 HRS로 스위칭된다. PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MIM 및 MISIM의 I-V 특성은 거의 동일하였고; TiO2 층 내에 하나의 금 나노입자 층을 형성시키면, 상기 MIM 구조와 비교하여, 상기 셋(set) 및 리셋(reset) 전류를 1 차수(order of magnitude) 만큼 감소시켰다. 상기 전류의 수준은 3 개의 금 나노입자 층을 포함하는 MIMIN에서 3의 차수 만큼 추가로 감소하였다. 이러한 결과는 활성 층(active layer)에서 균일한 금 나노입자의 조립이 소비 전력의 감소에 중요한 역할을 하고, 스테아르산 리간드는 전류 감소에 거의 영향을 미치지 아니한다는 점을 의미한다. 이러한 적은 전력 소비 특성은 메모리 소자의 장기간 사용에 중요한 역할을 한다.To evaluate the electrical performance, a bipolar IV curve for MIM, MISIM and MINIM structures attached to PDMS and encapsulated in PDMS, prepared according to the method of Example 2, was determined (Fig. 4A ). The inset of FIG. 4A shows the bias order. The initial state is a high-resistance state (HRS), and a low-resistance state (LRS) transition occurs when a negative voltage ("set") is applied. Thereafter, the structures are switched to the HRS by a positive voltage ("reset"). The I-V characteristics of MIM and MISIM attached to PDMS and encapsulated in polyimide were nearly identical; The formation of one gold nanoparticle layer in the TiO2 layer reduced the set and reset currents by an order of magnitude compared to the MIM structure. The current level was further reduced by an order of three in the MIMIN containing three layers of gold nanoparticles. These results indicate that the assembly of uniform gold nanoparticles in the active layer plays an important role in reducing power consumption and that the stearic acid ligand has little effect on current reduction. This low power consumption characteristic plays an important role in the long-term use of the memory device.

도 4b는 금 나노입자-유도 트랩에 기인한 저전류 스위칭을 나타내는 다이아그램이다. 도 4c는 부전압 영역을 강조한 로그-로그 I-V 곡선이다. PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MINIM에서의 전도 메카니즘은 MIM의 전도 메카니즘과 유사하고, 트랩-제어 공간-전하-제한-전류(trap-controlled space-charge-limited-current (SCLC)) 이론을 따른다. 도 4d는 PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MIM(좌측)과 MINIM(우측)에 대하여 다른 컴플라이언스 전류에서의 I-V 곡선을 보여 준다. 100 μA 이하의 컴플라이언스 전류에서, PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MINIM은 PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MIM 및 MISIM 보다 더 좋은 온/오프 비율을 보였다. PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MINIM, MIM 및 MISIM의 신뢰도(내구성(endurance) 및 보유율(retention))이 각각 도 4e에 나타나 있다. 100 사이클에 걸친 연속적인 스위핑(sweeping)에서 내구성이 거의 저하(degradation)되지 아니하였고(도 4e 좌측), 실온에서 1,000초에 이르는 양호한 보유율을 확인하였다(도 4e 우측). 다중 셀(multi-level cell (MLC)) 동작은, 이산적(discrete) 저항값을 갖게 하는 이산적 컴플라이언스 전류를 갖는 단일 셀에 다중 데이터 저장이 가능함을 의미한다(도 4d). 이와 같은 다른 저항값들에 의해 단일 셀에 다중 정보를 저장할 수 있다(도 4g). -100 μA 이하의 전류값을 갖는 MLC를, PDMS에 부착되고 폴리이미드로 캡슐레이션된 MINIM에서 수행하였고, 100번 이상의 읽기 동작에서도 데이터가 보존되었다.
Figure 4b is a diagram illustrating low current switching due to gold nanoparticle-induced traps. 4C is a log-log IV curve emphasizing the negative voltage region. The conduction mechanism in MINIM, which is attached to PDMS and encapsulated in polyimide, is similar to the conduction mechanism of MIM, and the trap-controlled space-charge-limited-current (SCLC) theory . Figure 4d shows IV curves at different compliance currents for MIM (left) and MINIM (right) attached to PDMS and encapsulated in polyimide. At a compliance current of less than 100 μA, MINIMs attached to PDMS and encapsulated with polyimide showed better on / off ratio than MIM and MISIM attached to PDMS and encapsulated with polyimide. The reliability (endurance and retention) of MINIM, MIM and MISIM attached to PDMS and encapsulated in polyimide are shown in Figure 4E, respectively. Durability was not substantially degraded in continuous sweeping over 100 cycles (left side in FIG. 4e), and good retention rate from room temperature to 1,000 seconds was confirmed (right side in FIG. 4e). Multi-level cell (MLC) operation means that multiple data storage is possible in a single cell with a discrete compliance current that has a discrete resistance value (FIG. 4D). These different resistance values allow multiple information to be stored in a single cell (FIG. 4G). An MLC with a current value of -100 μA or less was performed in a MINIM encapsulated in a polyimide attached to a PDMS, and the data was preserved in read operations over 100 times.

실시예Example 4. 신축성 및 연성 저항 메모리 소자의 기계적 안정성 4. Mechanical Stability of Flexible and Flexible Resistive Memory Devices

실시예 2에서 제조된 신축성 및 연성 저항 메모리 소자에 대한 광학현미경 사진과 신장 과정에서의 특성이 각각 도 5a와 도 5b에 나타나 있다. 상기 소자를 약 25% 가량 신장했을 때(인간의 표피의 변형 한계는 약 20%), 상기 소자는 안정한 전기작 작동을 보였다. 상기 신축성 및 연성 저항 메모리 소자는 굽힘(bending)과 비틀림(twisting)에서도 안정하였다(도 5c). 또한, 실시예 2에서 상기 신축성 및 연성 저항 메모리 소자로부터 제작된 웨어러블 전자 기기는 인간의 피부에 순응하여 변형되었다(도 5d). 도 5e는 활성 층(TiO2 나노멤브레인)의 변형 분포(strain distribution)에 대한 유한 요소 모델링(finite element modelling (FEM)) 결과를 보여 준다. 중성 역학층 위에 나노미터 두께의 멤브레인과 나노입자들을 위치시키고 구불구불한 설계(serpentine design)를 채택함으로써, 유도된 변형(induced strain)은 스위칭 층(switching layer)에서 0.1% 이하로 유지되고 상기 구불구불한 인터커넥트들(serpentine interconnects)에서는 0.05% 이하로 유지되었다. 상기 피부-적응 메모리는 1,000회의 신축 싸이클(약 30% 변형, 도 5f) 이후에도 최소한의 신호 감소를 보였다. 도 5g는 인산염완충 식염수에 담긴 상기 메모리 장치의 사진(좌측)과 현저한 전류 변화 없는 점(우측)을 보여주는데, 이는 캡슐레이션 층이 발한 흡수(perspiration uptake)를 차단할 수 있다는 점을 의미한다.
Optical microscope photographs of the flexible and flexible resistive memory devices prepared in Example 2 and characteristics in the stretching process are shown in FIGS. 5A and 5B, respectively. When the device was elongated about 25% (deformation limit of human epidermis was about 20%), the device showed stable electrical operation. The flexible and flexible resistive memory device was also stable in bending and twisting (Figure 5c). In addition, in the second embodiment, the wearable electronic apparatus fabricated from the flexible and flexible resistance memory element was deformed in accordance with human skin (Fig. 5D). Figure 5E shows finite element modeling (FEM) results for the strain distribution of the active layer (TiO 2 nanomembrane). By placing nanometer-scale membranes and nanoparticles on a neutral mechanics layer and adopting a serpentine design, the induced strain is kept below 0.1% in the switching layer, And less than 0.05% for serpentine interconnects. The skin-adaptive memory showed minimal signal reduction after 1,000 stretch cycles (about 30% strain, Fig. 5f). Figure 5g shows a photograph (left side) of the memory device in phosphate buffered saline and a point without significant current change (right side), which means that the encapsulation layer can block perspiration uptake.

실시예Example 5.  5. 메조기공성Siege (( mesoporousmesoporous ) 실리카 나노입자의 합성) Synthesis of Silica Nanoparticles

NaOH(0.35 mL, 2M, 98%, Sigma-Aldrich, USA)를 50 mL의 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB, >99%, Acros, USA) 용액(50 mL의 물에 100 mg 용해시킴)에 첨가하였다. 상기 혼합물을 70℃로 가열하고, 이후에 0.5 mL의 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS, 98%, Acros, USA)를 첨가하였다. 1분 후에, 0.5 mL의 에틸 아세테이트(99.5%, Samchun, Korea)을 첨가하였고, 이렇게 얻은 혼합물을 70℃에서 30초간 교반한 후, 2시간 동안 숙성시켰다. 이렇게 얻은 침전물을 원심분리에 의해 수집하고 다량의 물과 에탄올로 세척하였다. 마지막으로, 산성 에탄올 용액 내에서 환류에 의해 상기 기공생성 주형(pore-generating template), CTAB를 제거함으로써, 메조기공성 실리카(m-silica) 나노입자를 제조하였다.
NaOH (0.35 mL, 2M, 98%, Sigma-Aldrich, USA) was added to 50 mL of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB,> 99%, Acros, USA) solution (100 mg dissolved in 50 mL of water) . The mixture was heated to 70 < 0 > C and then 0.5 mL of tetraethylorthosilicate (TEOS, 98%, Acros, USA) was added. After 1 minute, 0.5 mL of ethyl acetate (99.5%, Samchun, Korea) was added and the mixture thus obtained was stirred at 70 DEG C for 30 seconds and then aged for 2 hours. The precipitate thus obtained was collected by centrifugation and washed with a large amount of water and ethanol. Finally, mesoporous silica (m-silica) nanoparticles were prepared by removing the pore-generating template, CTAB, by reflux in an acidic ethanol solution.

실시예Example 6.  6. 메조기공성Siege 실리카 나노입자에  To silica nanoparticles 로다민Rhodamine B( B ( RhodamineRhodamine B) 형광염료를 충전 B) Charge the fluorescent dye

약물 확산 모델로서, 로다민 B(≥95%, Sigma-Aldrich, USA)를 메조기공성 실리카 나노입자에 충전하였다. 로다민 B 용액(0.2 mL, 메탄올에 20 mg/mL)를 상기 메조기공성 실리카 나노입자(0.15 g)의 표면에 흡착시켰다. 상기 메조기공성 실리카 나노입자에 충전된 로다민 B를 실온에서 건조시켰다.
Rhodamin B (≥95%, Sigma-Aldrich, USA) was loaded into mesoporous silica nanoparticles as a drug diffusion model. Rhodamine B solution (0.2 mL, 20 mg / mL in methanol) was adsorbed onto the surface of the mesoporous silica nanoparticles (0.15 g). Rhodamine B filled in the mesoporous silica nanoparticles was dried at room temperature.

실시예Example 7. 약물충전된  7. Drug-filled 메조기공성Siege 실리카 나노입자에 전사인쇄하기 위한 구조화된 PDMS 스탬프( Structured PDMS stamps for transfer printing to silica nanoparticles ( structuredstructured PDMSPDMS stampstamp )의 제작) Production

음성 포토레지스트(negative photoresist)(SU8-25, Microchem, USA)를 미리 청소하고 O2 플라즈마로 처리된 실리콘 웨이퍼 위에 스핀코팅하였다. 상기 스핀코팅된 SU8에 포토리소그래피를 수행하여 40 μm 깊이, 600 μm 폭 및 1.46 nm 간격의 구멍(hole)을 패터닝하였다. 다음에, 상기 SU8 몰드(mold)를 150℃의 플레이트 위에서 가열된 디쉬(dish)에 놓아, 상기 몰드와 상기 실리콘 웨이퍼 간의 부착을 촉지하였다. 10:1 PDMS(Sylgard 184A: Sylgard 184B, Dow Corning, USA)를 상기 디쉬에 부었다. 24시간 후, 양생된 상기 구조화된 PDMS와 마이크로-도트 어레이(micro-dot array)를 상기 SU8 몰드로부터 천천히 떼어내었다(도 6b).
A negative photoresist (SU8-25, Microchem, USA) was pre-cleaned and spin-coated onto a silicon wafer treated with O 2 plasma. The spin-coated SU8 was photolithographically patterned to form holes 40 μm deep, 600 μm wide and 1.46 nm apart. Next, the SU8 mold was placed on a heated dish on a plate at 150 DEG C to facilitate adhesion between the mold and the silicon wafer. 10: 1 PDMS (Sylgard 184A: Sylgard 184B, Dow Corning, USA) was poured into the dish. After 24 hours, the cured structured PDMS and micro-dot array were slowly removed from the SU8 mold (Fig. 6B).

실시예Example 8. 약물충전된  8. Drug-filled 메조기공성Siege 실리카 나노입자의 피부 패치 위로의 전사인쇄 Transfer printing on skin patches of silica nanoparticles

약물충전된(또는 염료충전된) 메조기공성 실리카 나노입자 용액을 구조화된 PDMS 스탬프 위로 떨어뜨렸다. 상기 스탬프를 약 20분간 건조하였다. 상기 건조된 염료충전 메조기공성 실리카 나노입자를 마이크로도트 어레이로서 피부 패치의 하이드로콜로이드 면으로 전사인쇄하였다(도 6a).
The drug filled (or dye-filled) mesoporous silica nanoparticle solution was dropped onto the structured PDMS stamp. The stamp was dried for about 20 minutes. The dried dye-filled mesoporous silica nanoparticles were transferred and printed onto the hydrocolloid side of the skin patch as a microdot array (Fig. 6A).

실시예Example 9. 적외선 카메라를 사용한 히터의 온도 분포 측정 9. Measurement of temperature distribution of heater using infrared camera

1 mm 두께의 슬라이드 글래스 상의 파도모양 패턴의(wavy-patterned) Cr/Au-기반 히터(10 nm/190 nm, 선폭 300 μm, 95.9 Ω)를, 외기 온도 15℃에서 전력원(12 V, 1.5 W)과 연결하였다. 적외선 카메라(320×240 pixels, IRE Korea, Korea)를 사용하여 시간-의존성 열상(thermo-gram)을 포착하였고, 상기 히터의 최대 온도를 도시하였다.
A wavy-patterned Cr / Au-based heater (10 nm / 190 nm, line width 300 μm, 95.9 Ω) on a 1 mm thick slide glass was placed at a power source (12 V, 1.5 W). A time-dependent thermo-gram was captured using an infrared camera (320 x 240 pixels, IRE Korea, Korea) and the maximum temperature of the heater was shown.

실시예Example 10. 피부 패치 상에 단결정 실리카  10. Single crystal silica on skin patch 나노멤브레인Nanomembrane 스트레인( Strain ( strainstrain ) 센서의 제작) Fabrication of sensor

실리콘 웨이퍼 상에 PMMA 및 PI를 스핀 코팅하면서 제작 공정을 시작하였다. 붕소로 도핑된(도핑 농도: 약 9.7×1018/cm3) SOI(silicon-on-insulator) 웨이퍼의 포토리소그래피 및 RIE(SF6 플라즈마, 50 sccm, 체임버 압력은 50 mTorr) 공정에 의해 80 nm 두께의 실리콘 나노멤브레인을 형성하였고, 이를 상기 PI 필름 위에 전사인쇄하였다. 이어지는 금속화(metallization)(Cr/Au, 7 nm/70 nm 두께)에 열증발법을 사용하였고, 이후, 포토리소그래피 및 습식 화학적 에칭에 의해 특정 패턴으로서 금속 필름을 형성하였다. 다음에, 최상부 PI 층을 가리고 전체 세개 층(PI/소자/PI)을 O2 및 SF6 RIE에 의해 패턴화하고 에칭하였다. PMMA 희생층을 아세톤을 사용하여 제거함으로써 상기 전체 소자를 상기 실리콘 웨이퍼에서 떼어내었다. 떼어 낸 상기 소자를 피부 패치에 전사인쇄하였다.The manufacturing process was started by spin coating PMMA and PI on a silicon wafer. Doped with boron (dopant concentration: about 9.7 × 10 18 / cm 3) SOI (silicon-on-insulator) photolithography and RIE of the wafer 80 nm by (SF 6 plasma, 50 sccm, the chamber pressure was 50 mTorr) process Thick silicon nanomembrane was formed, which was then transferred and printed on the PI film. Thermal evaporation was then used for subsequent metallization (Cr / Au, 7 nm / 70 nm thick) and then a metal film was formed as a specific pattern by photolithography and wet chemical etching. Next, the top PI layer was covered and all three layers (PI / device / PI) were patterned and etched by O 2 and SF 6 RIE. The entire device was removed from the silicon wafer by removing the PMMA sacrificial layer using acetone. The removed device was transferred and printed on a skin patch.

도 7a는, 병치되어 있는 메모리에 인접한 웨어러블 센서의 전형적인 예로서, 실리콘 나노멤브레인(삽입도)에 기반한 신축성 변형 센서들의 배열을 보여 준다. 스트레인 게이지(strain gauge)는 약 0.5의 유효 게이지 인자(effective guage factor)를 갖는다. 매우 얇은 구불구불한 인터커넥트로 인하여, 인간의 손목에서의 장력 및 압축에 반복적으로 노출되는 동안에도 센서들은 피부에 잘 순응하였다(도 7c). 이러한 구체적인 예는, 간질 및 파킨슨씨 병에서 나타나는, 다른 주파수의 손 흔들림(hand shaking)을 일으키는 떨림 모드를 모방하고 있다(도 7d). 상기 다른 떨림 주파수는 이러한 행동 장애(movement disorder)를 모니터링하고 진단하는 주된 추적 인자(tracking factor)로서 기능 한다. 다른 주파수 대역들(0.-0.5, 0.5-0.7, 0.7-0.9 및 >0.9 Hz)에 대응하는 대표적인 주파수들이, MINIM 웨어러블 메모리의 MLC 작동(도 4g)에 기초하여 네 개의 다른 레벨(도 7d의 아래 부분)로서 저장되었다.
Figure 7a shows an arrangement of elastic strain sensors based on silicon nanomembranes (insertions) as a typical example of a wearable sensor adjacent to a memory juxtaposed. The strain gauge has an effective guage factor of about 0.5. Due to the very thin serpentine interconnect, the sensors were well adapted to the skin during repeated exposure to tension and compression on the human wrist (Figure 7c). This specific example mimics a tremor mode that causes hand shaking at different frequencies, as seen in epilepsy and Parkinson's disease (Fig. 7d). The other shaking frequency serves as the main tracking factor to monitor and diagnose this movement disorder. Representative frequencies corresponding to the different frequency bands (0.-0.5, 0.5-0.7, 0.7-0.9 and > 0.9 Hz) are generated at four different levels based on the MLC operation of the MINIM wearable memory Lower part).

실시예Example 11. 피부 패치 상에서 전기저항성 히터/온도 센서 제작 11. Manufacture of electric resistance heater / temperature sensor on skin patch

구불구불한 형상의 금속 마스크(metal masks를 통한 Cr/Au (10 nm/190 nm 두께)의 열증발법(thermal evaporation)에 의해 피부장착가능한 히터를 제작하여 피부 패치의 비점착성 면(하이드로콜로이드(hydrocolloid)의 반대편) 위에 구불구불한 형상을 형성하였다. 배선작업 후에, 상기 히터를 PDMS 필름으로 감쌌다. 동일한 설계 및 제작 방법을 온도 센서에 사용할 수 있다.
A skin-mountable heater was fabricated by thermal evaporation of Cr / Au (10 nm / 190 nm thick) through a meandering metal mask (metal masks) to form a non-adherent surface (hydrocolloid hydrocolloid). After the wiring operation, the heater was wrapped with a PDMS film. The same design and fabrication method can be used for the temperature sensor.

실시예Example 12. 데이터 처리 및 저장 시스템 12. Data processing and storage system

탑재된 센서를 사용하여 생리학적 스트레인 신호를 포착함으로써, 감지 및 데이터 저장 단계가 시작되고, 비휘발성 메모리의 셀에 국부적으로 저장될 수 있다. 이러한 시스템을 위해, Lab View software(National Instruments, USA)로 작성된 주문제작 프로그램을 사용하여 상기 기록된 데이터를 처리하고 저장하였다. 예를 들면, 운동관련 신경계 질환(motion-related neurological disorders)에서 떨림 모델(tremor model)에 대한 스트레인 감지의 경우에 있어서(도 7d), 상기 탑재된 스트레인 게이지(strain gauge)에 의해 기록된 상기 떨림의 주파수를 분석하고 상기 주문제작된 Lab View 프로그램에 의해 네 개의 다른 밴드들(0-0.5, 0.5-0.7, 0.7-0.9, 및 >0.9 Hz)로 분류하였다. 프로브 스테이션(probe station)을 통한 MLC 작동하에서, 상기 프로그램이 적절한 컴플라이언스 전류 및 바이어스 전압을 결정하여 특정한 두 숫자 코드(two digit code)([00], [01], [10], 및 [11], 이들은 각 밴드에 대해 미리 할당됨)를 상기 탑재된 웨어러블 메모리 셀에 기록하였다.By capturing the physiological strain signal using the mounted sensor, the sensing and data storage steps can be initiated and stored locally in the cell of the non-volatile memory. For this system, the recorded data was processed and stored using a custom program written in Lab View software (National Instruments, USA). For example, in the case of strain sensing for a tremor model in motion-related neurological disorders (Fig. 7d), the tremor recorded by the loaded strain gauge Were analyzed and classified into four different bands (0-0.5, 0.5-0.7, 0.7-0.9, and> 0.9 Hz) by the customized Lab View program. Under MLC operation via a probe station, the program determines the appropriate compliance current and bias voltage to generate two specific digit codes ([00], [01], [10], and [ , Which are preliminarily assigned to the respective bands) are recorded in the wearable memory cell mounted.

감지 및 데이터 저장에 대한 응용은 저장된 정보를 치료 개시를 촉발하는데 사용하는 것이다. 하나의 가능한 사용 양태는, 질병의 특징적 패턴을 인식하는 제어 회로를 통해 기록된 데이터를 공급하고, 이어서 약물 방출을 촉발/제어하는 것이다(도 8a). 본 발명자들은 약물을 함유하고 전달하는 비이클(도 8d-8f)로서 메조기공성(mesoporous) 실리카 나노입자를 사용하였고, 제어 경피 약물 전달을 위해 확산 촉진/온도 모니터링 소자(도 8b, 8c 8g 및 8h)로서 전기저항성(electroresistive) 히터/온도 센서를 사용하였다(도 8i). 구조화된 폴리디메틸실록산 스탬프(structured polydimethylsiloxane (PDMS) stamp)를 사용하여, 약물로 충전된 메조기공성 실리카 나노입자를 상기 패치의 점착성 면에 전사인쇄(trasfer-printed)하였다. 나노기공(nanopore)을 포함하는 메조기공성 실리카 나노입자(도 8e)는 약물 흡착을 위한 표면적이 매우 크다(도 8f). 도 8b는 상기 패치 표면 위의 전기저항성 히터에 대한 열적 구배 사진(적외선 카메라 측정)을 보여 준다. 도 8c는 다층화된 인간 피부 상의 기기에 대한 3차원 열적 프로파일을 강조하는 대응 FEM 분석 결과를 보여 주는데, 이는 충분한 열이 상기 피부와 상기 나노입자에 전달됨을 입증한다. 상기 히터에서 발생하는 열은 상기 나노입자와 약물간의 물리적 결합을 끊어서 상기 나노입자에 충전된 약물이 경피확산된다. FEM 시뮬레이션 결과, 가열에 의해 확산 속도가 증가함을 확인하였다(도 8g). 상기 온도 센서(도 8h)에 의해 피부 화상을 예방할 수 있는 최대 온도(<43℃)를 모니터링할 수 있다. 실온(25℃, 도 8i 상부) 및 상승된 온도(40℃, 도 8i 하부)에서 염료(로다민 B)가 돼지의 피부로 확산되는 것을 형광현미경 사진에 의해, 경피 약물 전달을 시각화할 수 있다. 실온에서 상기 염료가 상기 돼지 피부로 침투한 깊이가 상승된 온도에서의 침투 깊이보다 더 얕았고, 이는 열적 작용에 의해 확산이 가속화되었다는 점을 의미한다.
Applications for sensing and data storage use stored information to trigger initiation of therapy. One possible use is to supply the recorded data through a control circuit that recognizes a characteristic pattern of the disease, followed by triggering / controlling drug release (Fig. 8A). We used mesoporous silica nanoparticles as vehicles (Figures 8d-8f) containing and delivering drugs and used diffusion promoting / temperature monitoring devices (Figures 8b, 8c, 8g and 8h) for controlled transdermal drug delivery An electroresistive heater / temperature sensor was used (Fig. 8I). Using a structured polydimethylsiloxane (PDMS) stamp, drug filled mesoporous silica nanoparticles were trasfer-printed onto the tacky side of the patch. The mesoporous silica nanoparticles containing nanopores (FIG. 8E) have a very large surface area for drug adsorption (FIG. 8F). Figure 8b shows a thermal gradient photo (infrared camera measurement) for an electrically resistive heater on the patch surface. Figure 8c shows the corresponding FEM analysis results highlighting the three dimensional thermal profile of the device on a multi-layered human skin, demonstrating that sufficient heat is transferred to the skin and the nanoparticles. The heat generated in the heater breaks the physical connection between the nanoparticles and the drug, so that the drug filled in the nanoparticles is transdermally diffused. As a result of the FEM simulation, it was confirmed that the diffusion rate was increased by heating (Fig. 8G). The maximum temperature (< 43 [deg.] C) that can prevent the skin image can be monitored by the temperature sensor (Fig. 8H). Transdermal drug delivery can be visualized by fluorescence microscopy that the dye (rhodamine B) diffuses into the skin of the pig at room temperature (25 占 폚, top of Fig. 8i) and at elevated temperature (40 占 폚, bottom of Fig. 8i) . The depth at which the dye penetrated the pig skin at room temperature was shallower than the penetration depth at elevated temperature, indicating that diffusion was accelerated by thermal action.

실시예Example 13. 패치 위에 설치된 전자 기기들의 패키징 성능 분석 13. Analysis of Packaging Performance of Electronic Devices Installed on Patch

전자 소자들은 패키징(Packaging)을 통해 인체 피부에서 분비되는 땀, 또는 외부의 물과 같은 이물질에 의해 오작동 되는 것을 방지해야 한다. 실시예 3의 방법으로 제작된 전자 소자들은 포장층(encapsulation layer)으로 잘 보호되어 있어, 땀과 같은 외부 물질의 자극에 의해 거의 성능이 변하지 않았다. 도 9에 나타난 바와 같이, 땀보다 이온의 농도가 훨씬 높은 1M의 PBS(Phosphate Buffered Saline Solution) 용액을 전자 소자에 떨어뜨렸을 때, 전자 소자가 이상 없이 잘 작동하는 것을 관찰하였다.Electronic components must be prevented from malfunctioning by sweat from the human skin, or foreign matter such as external water, through packaging. The electronic devices fabricated by the method of Example 3 were well protected by an encapsulation layer, and their performance was almost unchanged by the stimulation of external substances such as sweat. As shown in FIG. 9, when a 1 M solution of PBS (Phosphate Buffered Saline Solution) having a much higher ion concentration than sweat was dropped on the electronic device, it was observed that the electronic device worked well without any abnormality.

Claims (41)

피부에 접착가능한 생체적합성 필름과, 상기 생체적합성 필름에 부착된 신축성 및 연성 전자소자를 포함하고,
상기 생체적합성 필름은 일면에 하이드로콜로이드 점착체가 도포된 필름이고,
상기 생체적합성 필름에서 하이드로콜로이드 점착체가 도포된 면에, 약물충전된 메조기공성 실리카 나노입자 또는 생분해성 고분자 나노입자가 포함되어 있는 것임을 특징으로 하고,
상기 신축성 및 연성 전자소자는,
탄성 기재;
상기 탄성 기재에 인접하여 형성된 제1 패턴화된 고분자 층;
상기 제1 패턴화된 고분자 층에 인접하여 형성된 전자 소자;
상기 전자 소자에 인접하여 형성된 제2 패턴화된 고분자 층을 포함하고,
상기 제1 패턴화된 고분자 층 및 제2 패턴화된 고분자 층에 인접한 상기 전자소자의 제1 전극 및 제2 전극 각각이 패턴화된 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.
A biocompatible film adherable to the skin; and a flexible and flexible electronic device attached to the biocompatible film,
The biocompatible film is a film coated on one side with a hydrocolloid adhesive,
Characterized in that the biocompatible film contains drug-loaded mesoporous silica nanoparticles or biodegradable polymer nanoparticles on the surface to which the hydrocolloid adherend is applied,
The stretchable and flexible electronic device includes:
An elastic substrate;
A first patterned polymer layer formed adjacent to the elastic substrate;
An electronic device formed adjacent to the first patterned polymer layer;
And a second patterned polymer layer formed adjacent to the electronic device,
Wherein each of the first electrode and the second electrode of the electronic device adjacent to the first patterned polymer layer and the second patterned polymer layer is patterned.
제1항에 있어서, 상기 생체적합성 필름은 하이드로콜로이드 점착제가 도포된 폴리우레탄 필름인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The wearable electronic device according to claim 1, wherein the biocompatible film is a polyurethane film coated with a hydrocolloid adhesive. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 전자소자는 메모리 소자, 히터, 트랜지스터, 온도 센서, 스트레인 센서, 근전도 센서, 뇌파 센서 및 이를 포함하는 집적 소자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The wearable electronic device according to claim 1, wherein the electronic device is at least one selected from the group consisting of a memory device, a heater, a transistor, a temperature sensor, a strain sensor, an EMG sensor, an EEG sensor, . 제4항에 있어서, 상기 메모리 소자는 비휘발성 저항 메모리 소자인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.5. The wearable electronic device of claim 4, wherein the memory element is a non-volatile resistive memory element. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 탄성 기재는 폴리디메틸실록산, 폴리우레탄, 스티렌-부타디엔-스티렌 고무, 에폭시 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The wearable electronic device according to claim 1, wherein the elastic substrate is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polyurethane, styrene-butadiene-styrene rubber, epoxy resin and phenol resin. 제1항에 있어서, 상기 제1 패턴화된 고분자 층 또는 상기 제2 패턴화된 고분자 층이 폴리이미드, 벤조사이클로부텐 및 SU-8으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The wearable electronic device according to claim 1, wherein the first patterned polymer layer or the second patterned polymer layer is selected from the group consisting of polyimide, benzocyclobutene, and SU-8. 제1항에 있어서, 상기 제1 패턴화된 고분자 층, 상기 제2 패턴화된 고분자 층 및 상기 제1 패턴화된 전극 및 제2 패턴화된 전극이 구불구불한 형태(serpentine)로 패턴화된 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The method of claim 1, wherein the first patterned polymer layer, the second patterned polymer layer, and the first patterned electrode and the second patterned electrode are patterned in a serpentine pattern Wherein the wearable electronic device is a wearable electronic device. 제1항에 있어서, 상기 전자 소자는 능동 메모리 소자 또는 수동 메모리 소자인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The wearable electronic device according to claim 1, wherein the electronic device is an active memory device or a passive memory device. 제10항에 있어서, 상기 능동 메모리 소자는 디램, 플래시 메모리 및 스핀-토크-전달 램으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.11. The wearable electronic device of claim 10, wherein the active memory device is selected from the group consisting of a DRAM, a flash memory, and a spin-torque transfer RAM. 제10항에 있어서, 상기 수동 메모리 소자는 저항 램, 상변화 램 및 강유전체 램으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.11. The wearable electronic device of claim 10, wherein the passive memory device is selected from the group consisting of a resistance RAM, a phase change RAM, and a ferroelectric RAM. 제1항에 있어서, 상기 전자 소자는 비휘발성 저항 메모리 소자인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The wearable electronic device according to claim 1, wherein the electronic device is a non-volatile resistance memory device. 제13항에 있어서, 상기 비휘발성 저항 메모리 소자는,
제1 전극;
상기 제1 전극에 인접하여 형성된 제1 금속산화물로 이루어진 부도체 층;
상기 제1 금속산화물 부도체 층에 인접하여 형성된 금속 나노입자 층;
상기 금속 나노입자 층에 인접하여 형성된 제2 금속산화물로 이루어진 부도체 층; 및
상기 제2 금속산화물 층에 인접하여 형성된 제2 전극을 포함하는, 비휘발성 저항 변화 메모리 소자인 것임을 특징으로 하는,
웨어러블 전자 기기.
14. The non-volatile memory device of claim 13,
A first electrode;
A non-conductive layer made of a first metal oxide formed adjacent to the first electrode;
A metal nanoparticle layer formed adjacent to the first metal oxide nonconductor layer;
A non-conductive layer made of a second metal oxide formed adjacent to the metal nanoparticle layer; And
And a second electrode formed adjacent to said second metal oxide layer. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &
Wearable electronic device.
제14항에 있어서, 상기 제1 전극이 Al, Cu, Ag, Au, Pt, TiN, ITO, TaN, W, Mg, Zn 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The wearable electronic device according to claim 14, wherein the first electrode is selected from the group consisting of Al, Cu, Ag, Au, Pt, TiN, ITO, TaN, W, Mg, Zn and Fe. 제14항에 있어서, 상기 제1 금속산화물이 이산화티타늄, 산화탄탈륨, 산화바나듐, 산화몰리브데늄, 산화알루미늄, 산화코발트, 산화아연, 산화마그네슘, 산화지르코늄 및 산화하프늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.15. The method of claim 14, wherein the first metal oxide is selected from the group consisting of titanium dioxide, tantalum oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, aluminum oxide, cobalt oxide, zinc oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, Wearable electronic device characterized by. 제14항에 있어서, 상기 제1 금속산화물 부도체 층의 두께가 5 nm 내지 200 nm인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.15. The wearable electronic device according to claim 14, wherein the first metal oxide nonconductor layer has a thickness of 5 nm to 200 nm. 제14항에 있어서, 상기 금속 나노입자는 Au, Pt 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속의 나노입자인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.15. The wearable electronic device according to claim 14, wherein the metal nanoparticles are nanoparticles of a metal selected from the group consisting of Au, Pt and Ag. 제14항에 있어서, 상기 금속 나노입자의 크기는 2 nm 내지 100 nm인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.15. The wearable electronic device according to claim 14, wherein the size of the metal nanoparticles is 2 nm to 100 nm. 제14항에 있어서, 상기 금속 나노입자 층이, 나노입자들의 랭뮤어-블로젯 조립, 레이어-바이-레이어 조립 및 스핀코팅 조립으로 이루어진 군으로부터 선택되는 공정에 의해 형성된 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.15. The wearable electronic device of claim 14, wherein the metal nanoparticle layer is formed by a process selected from the group consisting of Langmuir-Blodgett assembly, layer-by-layer assembly and spin- . 제14항에 있어서, 상기 금속 나노입자 층의 개수가 1층 내지 10층인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.15. The wearable electronic device according to claim 14, wherein the number of the metal nanoparticle layers is one to ten layers. 제14항에 있어서, 상기 제2 금속산화물이 이산화티타늄, 산화탄탈륨, 산화바나듐, 산화몰리브데늄, 산화알루미늄, 산화코발트, 산화아연, 산화마그네슘, 산화지르코늄 및 산화하프늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.15. The method of claim 14 wherein said second metal oxide is selected from the group consisting of titanium dioxide, tantalum oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, aluminum oxide, cobalt oxide, zinc oxide, magnesium oxide, zirconium oxide and hafnium oxide Wearable electronic device characterized by. 제14항에 있어서, 상기 제2 금속산화물 부도체 층의 두께가 5 nm 내지 200 nm인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The wearable electronic device according to claim 14, wherein the thickness of the second metal oxide nonconductor layer is 5 nm to 200 nm. 제14항에 있어서, 상기 제2 전극이 Al, Cu, Ag, Au, Pt, TiN, ITO, TaN, W, Mg, Zn 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기.The wearable electronic device according to claim 14, wherein the second electrode is selected from the group consisting of Al, Cu, Ag, Au, Pt, TiN, ITO, TaN, W, Mg, Zn and Fe. 신축성 및 연성 전자소자를 피부에 접착가능한 생체적합성 필름에 부착하는 단계를 포함하고,
상기 생체적합성 필름은 일면에 하이드로콜로이드 점착체가 도포된 필름이고,
상기 생체적합성 필름에서 하이드로콜로이드 점착체가 도포된 면에, 약물충전된 메조기공성 실리카 나노입자 또는 생분해성 고분자 나노입자가 포함되어 있는 것임을 특징으로 하고,
상기 신축성 및 연성 전자소자는,
탄성 기재;
상기 탄성 기재에 인접하여 형성된 제1 패턴화된 고분자 층;
상기 제1 패턴화된 고분자 층에 인접하여 형성된 전자 소자;
상기 전자 소자에 인접하여 형성된 제2 패턴화된 고분자 층을 포함하고,
상기 제1 패턴화된 고분자 층 및 제2 패턴화된 고분자 층에 인접한 상기 전자소자의 제1 전극 및 제2 전극 각각이 패턴화된 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.
Attaching a flexible and soft electronic component to a biocompatible film that is adherable to the skin,
The biocompatible film is a film coated on one side with a hydrocolloid adhesive,
Characterized in that the biocompatible film contains drug-loaded mesoporous silica nanoparticles or biodegradable polymer nanoparticles on the surface to which the hydrocolloid adherend is applied,
The stretchable and flexible electronic device includes:
An elastic substrate;
A first patterned polymer layer formed adjacent to the elastic substrate;
An electronic device formed adjacent to the first patterned polymer layer;
And a second patterned polymer layer formed adjacent to the electronic device,
Wherein each of the first electrode and the second electrode of the electronic device adjacent to the first patterned polymer layer and the second patterned polymer layer is patterned.
제25항에 있어서, 상기 생체적합성 필름은 하이드로콜로이드 점착제가 도포된 폴리우레탄 필름인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.26. The method of claim 25, wherein the biocompatible film is a polyurethane film coated with a hydrocolloid adhesive. 삭제delete 제25항에 있어서, 상기 전자소자는 메모리 소자, 히터, 트랜지스터, 온도 센서, 스트레인 센서, 근전도 센서, 뇌파 센서 및 이를 포함하는 집적 소자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.26. The wearable electronic device according to claim 25, wherein the electronic device is at least one selected from the group consisting of a memory device, a heater, a transistor, a temperature sensor, a strain sensor, an electromyogram sensor, Gt; 제25항에 있어서, 상기 전자소자는 비휘발성 저항 메모리 소자인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.26. The method of claim 25, wherein the electronic device is a non-volatile resistive memory device. 삭제delete (i) 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 제1 고분자를 실리콘 기판에 차례로 코팅하고 경화하는 단계;
(ii) 상기 제1 고분자 층을 패턴화하는 단계;
(iii) 상기 제1 패턴화된 고분자 층에 인접하여 전자 소자를 제작하는 단계;
(iv) 상기 전자 소자에 인접하여 제2 패턴화된 고분자 층을 형성하는 단계;
(v) 상기 실리콘 기판 및 상기 폴리(메틸 메타크릴레이트)를 제거하여 상기 제1 고분자와 제2 고분자로 캡슐레이션된 소자를 얻는 단계;
(vi) 상기 제1 고분자와 제2 고분자로 캡슐레이션된 소자에서 폴리(메틸 메타크릴레이트)층을 제거하고 탄성 기재에 부착하는 단계; 및
(vii) 상기 탄성 기재로부터 폴리(메틸 메타크릴레이트)층이 제거된 소자를 피부에 부착가능한 생체적합성 필름에 부착하는 단계를 포함하고,
상기 제1 패턴화된 고분자 층 및 제2 패턴화된 고분자 층에 인접한 상기 전자 소자의 제1 전극 및 제2 전극 각각이 패턴화된 것이고,
상기 생체적합성 필름은 일면에 하이드로콜로이드 점착체가 도포된 필름이고,
상기 생체적합성 필름에서 하이드로콜로이드 점착체가 도포된 면에, 약물충전된 메조기공성 실리카 나노입자 또는 생분해성 고분자 나노입자가 포함되어 있는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.
(i) sequentially coating and curing poly (methyl methacrylate) and a first polymer on a silicon substrate;
(ii) patterning the first polymer layer;
(iii) fabricating an electronic device adjacent to the first patterned polymer layer;
(iv) forming a second patterned polymer layer adjacent to the electronic device;
(v) removing the silicon substrate and the poly (methyl methacrylate) to obtain a device encapsulated with the first polymer and the second polymer;
(vi) removing the poly (methyl methacrylate) layer from the device encapsulated with the first polymer and the second polymer and attaching the poly (methyl methacrylate) layer to the elastic substrate; And
(vii) attaching the device from which the poly (methylmethacrylate) layer has been removed from the elastic substrate to a biocompatible film attachable to the skin,
Wherein each of the first electrode and the second electrode of the electronic device adjacent to the first patterned polymer layer and the second patterned polymer layer is patterned,
The biocompatible film is a film coated on one side with a hydrocolloid adhesive,
Wherein the biocompatible film contains drug-loaded mesoporous silica nanoparticles or biodegradable polymer nanoparticles on the surface to which the hydrocolloid adherend is applied.
제31항에 있어서, 상기 탄성 기재는 폴리디메틸실록산, 폴리우레탄, 스티렌-부타디엔-스티렌 고무, 에폭시 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.32. The method of claim 31, wherein the elastic substrate is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polyurethane, styrene-butadiene-styrene rubber, epoxy resin, and phenol resin. 제31항에 있어서, 상기 제1 고분자 층 또는 상기 제2 고분자 층이 폴리이미드, 벤조사이클로부텐 및 SU-8으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.32. The method of claim 31, wherein the first polymer layer or the second polymer layer is selected from the group consisting of polyimide, benzocyclobutene, and SU-8. 제31항에 있어서, 상기 제1 패턴화된 고분자 층, 상기 제2 패턴화된 고분자 층 및 상기 제1 패턴화된 전극 및 제2 패턴화된 전극이 구불구불한 형태(serpentine)로 패턴화된 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.32. The method of claim 31, wherein the first patterned polymer layer, the second patterned polymer layer, and the first patterned electrode and the second patterned electrode are patterned in serpentine Wherein the method comprises the steps of: 제31항에 있어서, 상기 전자소자는 메모리 소자, 히터, 트랜지스터, 온도 센서 및 스트레인 센서로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.32. The method of claim 31, wherein the electronic device is at least one selected from the group consisting of a memory device, a heater, a transistor, a temperature sensor, and a strain sensor. 제35항에 있어서, 상기 메모리 소자는 디램, 플래시 메모리 및 스핀-토크-전달 램으로 이루어진 군으로부터 선택되는 능동 메모리 소자인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.36. The method of claim 35, wherein the memory device is an active memory device selected from the group consisting of a DRAM, a flash memory, and a spin-torque transfer RAM. 제35항에 있어서, 상기 메모리 소자는 저항 램, 상변화 램 및 강유전체 램으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수동 메모리 소자인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.36. The method of claim 35, wherein the memory device is a passive memory device selected from the group consisting of resistive RAM, phase change RAM, and ferroelectric RAM. 제31항에 있어서, 상기 전자 소자는 비휘발성 저항 메모리 소자인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.32. The method of claim 31, wherein the electronic device is a non-volatile resistive memory device. 제38항에 있어서, 상기 비휘발성 저항 메모리 소자는,
제1 패턴화된 전극;
상기 제1 전극에 인접하여 형성된 제1 금속산화물로 이루어진 부도체 층;
상기 제1 금속산화물 부도체 층에 인접하여 형성된 금속 나노입자 층;
상기 금속 나노입자 층에 인접하여 형성된 제2 금속산화물로 이루어진 부도체 층; 및
상기 제2 금속산화물 층에 인접하여 형성된 제2 패턴화된 전극을 포함하는 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.
39. The non-volatile memory device of claim 38,
A first patterned electrode;
A non-conductive layer made of a first metal oxide formed adjacent to the first electrode;
A metal nanoparticle layer formed adjacent to the first metal oxide nonconductor layer;
A non-conductive layer made of a second metal oxide formed adjacent to the metal nanoparticle layer; And
And a second patterned electrode formed adjacent to the second metal oxide layer.
제31항에 있어서, 상기 생체적합성 필름은 하이드로콜로이드 점착제가 도포된 폴리우레탄 필름인 것임을 특징으로 하는 웨어러블 전자 기기 제조 방법.32. The method of claim 31, wherein the biocompatible film is a polyurethane film coated with a hydrocolloid adhesive. 삭제delete
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