KR102052620B1 - 부품삽입장치 및 부품삽입방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 부품삽입장치에는, 팁을 일단에 가지는 일방향으로 연장되는 블레이드; 상기 블레이드의 타단에 놓이고 일면을 가지는 일방향으로 연장되는 메인바디; 및 상기 메인바디의 일면에 놓이고 적어도 두 개의 전사돌기가 제공되는 끄는 어레이가 포함된다.
Description
본 발명의 부품을 물품의 내부에 삽입하는 부품삽입장치 및 부품삽입방법에 관한 것이다.
예시적인 적응으로는 부품의 삽입시에, 내부 공간의 마찰력이 있고, 점착성이 있고, 플렉시블한 곳, 예를 들어 합성수지를 재질로 하는 점착성 물질의 내부에 부품을 삽입하는 경우, 및 가축의 피부에 전자칩을 이식하는 경우 등과 같이, 삽입형 전자기기를 이식하는 부품삽입장치 및 부품삽입방법에 관한 것이다.
바람직한 적응으로는 가축 생체의 피부 아래에 플렉시블한 생체삽입형 전자기기를 삽입할 수 있는 부품삽입장치 및 부품삽입방법에 관한 것이다.
상기 생체삽입형 전자기기로는 태양전지, 배터리, 전선, 및 전자칩 등 다양한 종류를 예로 들 수 있다. 이들 생체삽입형 전자기기는 피부를 절개하여 피하로 이식하는 과정을 거친다. 생체삽입형으로서 연질이고 플렉시블한 연질 플렉시블 전자기기는, 부드럽고 움직임이 많은 생체의 세포와의 기계적 적응성에 기인하는 세포에 대한 자극, 및 그로 인한 만성적인 질환을 줄이는데 도움을 줄 수 있다. 반면에 상기 연질 플렉시블 전자기기는 낮은 강성으로 인하여 생체에 삽입하는 것이 어렵다.
상기 생체삽입형 전자기기는, 생체신호를 모니터하거나 내부장기를 실시간으로 자극하는 등의 목적으로, 현대 의료분야에서 중요한 역할을 수행한다. 예를 들어 페이스 메이커는 진단 및 처치의 목적으로 생체에서 성공적으로 적용되고 있다. 근래들어 피하에 삽입될 수 있는 수동/능동의 생체삽입형 전자기기-예를 들어 포도당이나 산소포화도 센서, 생체전기진호, 진기자극기, 약물전달시스템, 무선통신기기, 및 피하에 자리 잡을 수 있는 발전기-에 대한 연구가 활발하게 수행되고 있다.
상기 생제삽입형 전자기기는, 삽입된 전자기기로 인하여 생체 세포에 유발되는 자극이나 만성적인 세포 손상을 극복하기 위하여 연질의 세포조직에 기계적으로 적합하도록, 플렉시블하고 부드러운 소재(이하, 연질의 소재라고 한다)가 강력하게 요망된다. 그러나, 연질의 소재는 강성이 낮기 때문에, 피부를 뚫고서 원하는 피하위치에 주입하는 것은 상당히 어렵다. 그 결과, 생체삽입형 전자기기에 비하여 더 큰 침습적인 시술이 행하여지고, 그로 인하여 생체에 큰 자국을 남기거나 시술자에게 큰 불편을 야기하였다.
이들 문제를 개선하기 위하여, 접착제 등의 생분해성 물질을 가지는 주입셔틀(T. Kim, J. G. McCall, Y. H. Jung, X. Huang, E. R. Siuda, Y. Li, J. Song, Y. M. Song, H. a. Pao, R.-H. Kim, C. Lu, S. D. Lee, I.-S. Song, G. Shin, R. Al-Hasani, S. Kim, M. P. Tan, Y. Huang, F. G. Omenetto, J. A. Rogers, M. R. Bruchas, Science 2013, 340, 211.)(인용문헌 1)이 공개된 바가 있다.
상기 방법은 생체삽입형 전자기기가 침습기구에 접착제로 접착된 상태로 피하에 삽입되고 접착제가 녹은 뒤에 상기 침습기구를 빼면 생체삽입형 전자기기가 피하에 고정된다. 이 때문에 접착제가 녹기까지 시간이 걸리기 때문에 침습기구를 오랫동안 피부에 찌른 상태를 유지해야 되는 문제가 있다. 이로 인하여, 시술자도 오랫동안 시술을 하여야 하고, 생체삽입형 전자기기의 고정여부를 확인하기 어렵고, 시술을 받는 동물의 고통도 커지는 문제점이 있다.
한편, 발명자는 전자부품을 전사하는 장치에 관하여 관심을 가지고, 이 전사장치를 부품삽입장치에도 이용할 수 있다는 사실에 이르게 되었다. 발명자가 발명한 종래의 기술로는 특허등록번호 10-1673580호, 마이크로 디바이스의 전사장치, 마이크로 디바이스의 전사방법, 및 그 전사장치의 제조방법(인용문헌 2)이 있다.
본 종래기술은 본 발명의 설명에 있어서 필요한 최소 범위에 있어서는 인용을 하지만, 본 발명 사상의 이해에 있어서 필요한 부분은 구체적 인용에 대한 지시가 없더라도 본 발명 설명의 이해를 위하여 필요한 만큼은 인용된 것으로 한다.
T. Kim, J. G. McCall, Y. H. Jung, X. Huang, E. R. Siuda, Y. Li, J. Song, Y. M. Song, H. a. Pao, R.-H. Kim, C. Lu, S. D. Lee, I.-S. Song, G. Shin, R. Al-Hasani, S. Kim, M. P. Tan, Y. Huang, F. G. Omenetto, J. A. Rogers, M. R. Bruchas, Science 2013, 340, 211.
본 발명은 내부로 부품을 삽입할 때 장시간 걸리는 불편을 없애는 부품삽입장치 및 부품삽입방법을 제안한다.
본 발명은 생체에 부품을 삽입할 때 생체가 느끼는 불편을 없애는 부품삽입장치및 부품삽입방법을 제안한다.
본 발명은 동물에 적합하여 문제를 일으키지 않도록 플렉시블 생체삽입형 전자기기를 신속하고 편리하게 삽입하는 부품삽입장치 및 부품삽입방법을 제안한다.
신속하게 부품을 부재의 내부로 삽입하기 위하여 본 발명에 따른 부품삽입장치에는, 팁을 일단에 가지는 일방향으로 연장되는 블레이드; 상기 블레이드의 타단에 놓이고 일면을 가지는 일방향으로 연장되는 메인바디; 및 상기 메인바디의 일면에 놓이고 적어도 두 개의 전사돌기가 제공되는 끄는 어레이가 포함된다. 상기 전사돌기에 박막 플렉시블 전자기기가 고정되더라도 부재의 내부로 잘 들어갈 수 있다.
상기 블레이드와 상기 메인바디의 연결부에는 요입홈이 제공되어, 삽입 중에 전사돌기에 지지되는 기기의 박리를 방지한다. 상기 요입홈이 상기 블레이드와 연결되는 입구각은 둔각으로 제공되어 부재의 장력에 견딜 수 있다.
상기 전사돌기는 상기 블레이드의 반대쪽 방향으로 소정의 경사각으로 누워있도록 하여, 부품삽입장치의 삽입 시에 더 넓은 전사돌기의 면적이 전자기기가 접할 수 있고, 더 큰 부착력으로 전자기기를 부재의 내부로 이동시킬 수 있다.
상기 전사돌기는 점착성소재를 사용할 수 있다.
신속하게 부재의 내부로 플렉시블 소재를 고정시키는 부품삽입방법에는, 부재 안으로 부품삽입장치를 삽입하여 상기 부재 안의 정하여진 위치에 상기 부품를 위치시키는 것; 및 상기 끄는 어레이와 상기 부품이 접하는 면이 서로 떨어지는 방향으로 상기 부품삽입장치를 이동한 후에, 상기 부품삽입장치를 상기 부재 바깥으로 인출하는 것이 포함된다.
상기 끄는 부재에는 이격되는 적어도 두 개의 전사돌기를 포함하고, 상기 전사돌기의 일단은 상기 일면에 지지되고, 상기 전사돌기의 타단은 상기 부품쪽으로 연장되어, 상기 전사돌기의 타단과 인접하는 부분은 형상이 자유롭게 변할 수 있다.
상기 부재는 스트레처블한 특성을 가지는 경우에 더욱 적합하게 본 발명이 적용될 수 있다.
본 발명의 부품삽입장치에는, 날카로운 팁을 일측에 가지는 블레이드; 및 상기 블레이드의 타측에 제공되는 점착성의 적어도 두 개의 전사돌기가 제공되는 끄는 어레이가 포함되는 것으로서, 부재의 내부로 전자기기를 잘 삽입할 수 있다.
본 발명에 따르면 연질이거나 점착성이거나 스트레처블한 특징으로서 그 내부에 부품의 삽입이 가능한 소재에 대하여 신속하게 부품을 삽입할 수 있다.
본 발명에 따르면 시술자가 가하는 힘의 방향을 간단히 제어하여 부품을 상기 부재의 내부로 삽입하고, 부품의 위치를 고정시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 부재가 가축의 피부조직인 경우에는 가축의 거부감을 줄인 상태에서 손쉽게 간편하게 신속하게 부품을 삽입할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 부품삽입장치에서 마이크로 플랩 어레이의 선택적 부착작용을 설명하는 도면.
도 2는 실시예에 따른 부품삽입장치에서 전사돌기의 작용을 설명하는 도면.
도 3은 실시예의 부품삽입장치가 생체의 피부에 적용되는 것을 보이는 도면.
도 4는 끄는 어레이의 확대사시도.
도 5는 생체삽입형 전자기기의 사시도.
도 6은 부품삽입장치의 평면도.
도 7은 부품삽입장치에 의해서 생체삽입형 전자기기가 생체의 피부 안으로 이송되는 것을 보이는 도면.
도 8은 생체삽입형 전자기기가 메인바디에 눌려져서 생체 안으로 삽입될 때 상태를 도시하는 도면.
도 9는 생체삽입형 전자기기가 메인바디로부터 들려져서 부품삽입장치가 피부밖으로 인출되는 상태를 도시하는 도면.
도 10 내지 도 14는 실시예에 따른 부품삽입방법을 설명하는 도면.
도 15 내지 도 23은 부품삽입장치의 실제 실험과정과 실험수행결과는 설명하는 도면.
도 24 내지 도 28은 광혈류측정(PPG: PhotoPlethysmographic)을 수행한 결과를 보이는 도면.
도 29 내지 도 35는 플렉시블 심전도센서를 실험한 결과를 설명하는 도면.
도 2는 실시예에 따른 부품삽입장치에서 전사돌기의 작용을 설명하는 도면.
도 3은 실시예의 부품삽입장치가 생체의 피부에 적용되는 것을 보이는 도면.
도 4는 끄는 어레이의 확대사시도.
도 5는 생체삽입형 전자기기의 사시도.
도 6은 부품삽입장치의 평면도.
도 7은 부품삽입장치에 의해서 생체삽입형 전자기기가 생체의 피부 안으로 이송되는 것을 보이는 도면.
도 8은 생체삽입형 전자기기가 메인바디에 눌려져서 생체 안으로 삽입될 때 상태를 도시하는 도면.
도 9는 생체삽입형 전자기기가 메인바디로부터 들려져서 부품삽입장치가 피부밖으로 인출되는 상태를 도시하는 도면.
도 10 내지 도 14는 실시예에 따른 부품삽입방법을 설명하는 도면.
도 15 내지 도 23은 부품삽입장치의 실제 실험과정과 실험수행결과는 설명하는 도면.
도 24 내지 도 28은 광혈류측정(PPG: PhotoPlethysmographic)을 수행한 결과를 보이는 도면.
도 29 내지 도 35는 플렉시블 심전도센서를 실험한 결과를 설명하는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예로 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하의 실시예에서는 돼지를 생체를 예로 들어 설명을 하지만, 이에 제한되지 아니하고, 점착성이 있거나 스트레처블하거나 플렉시블의 특성이 있는 합성수지 등의 어떠한 부품을 예로 할 수도 있다. 따라서 전자기기를 부재의 안으로 끌어서 삽입하는 어떠한 경우에도 적용될 수 있다.
실시예의 부품삽입장치에는, 생체에 삽입되는 끝단에 날카로운 팁을 가지고 일방향으로 연장되어 최소한의 침습으로 파고들어갈 수 있는 블레이드와, 상기 블레이드의 뒤에 놓이는 마이크로 플랩 어레이(MICRO FLAP ARRAY)가 포함된다. 상기 마이크로 플랩 어레이에 의해서 접착제 등과 같은 추가적인 부재가 없더라도 부품을 신속하게 삽입할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 부품삽입장치에서 마이크로 플랩 어레이의 선택적 부착작용을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 부품삽입장치(1)에는, 베이스(2)와, 상기 베이스(2)에 제공되는 끄는 어레이(3)가 포함된다. 상기 끄는 어레이(3)에는 소정의 규칙을 따르는 특정의 위치에 적어도 두 개의 전사돌기(transfer protrusion)(4)가 제공된다. 상기 끄는 어레이(3)는 마이크로 플랩 어레이로서 부품을 구속시킬 수 있다.
상기 전사돌기(4)는 상기 베이스(2)에 대한 수직선을 기준으로 할 때 어느 방향으로 비스듬히 경사지게 마련될 수 있다. 상기 전사돌기(4)가 상기 베이스와 접하는 부분은 상기 베이스(2)의 어느 수평선을 따르는 일방향으로 길게 제공될 수 있다. 상기 전사돌기(4)는 모두가 같은 양상으로 제공될 수 있다. 상기 끄는 어레이(3)에는 상기 전사돌기(4)는 적어도 네 개 이상이 제공될 수 있다. 상기 전사돌기(4)는 어느 일방향으로는 모두가 등 간격으로 배치될 수 있다. 상기 전사돌기(4)가 놓이는 위치는 수직방향으로 일정간격, 수평방향으로 일정간격으로 가지고 가로 세로로 정렬되어 제공될 수 있다.
상기 전사돌기의 배치/형상의 실시예로서, 전사돌기의 길이(w), 전사돌기 간의 좌우 간격(s), 전사돌기의 높이(h), 전사돌기 바닥부의 폭(t), 및 경사각(a1)(a2)은 수십에서 수백마이크로로 제공될 수 있다.
상기 전사돌기(4)에는, 상기 베이스(2)로부터 경사방향으로 솟아오르는 몸체를 이루는 바디부(41)와, 상기 바디부(41)의 팁에 제공되는 끝단부(42)가 포함될 수 있다. 상기 바디부(41)는 상기 끝단부(42)를 향할수록 그 폭이 좁게 제공되도록 할 수 있다. 상기 바디부(41)가 끝단으로 갈수록 폭이 좁게 제공되는 것은, 상기 바디부(41)가 용이하게 휘어질 수 있도록 하기 위한 일목적과 상기 마이크로 디바이스가 붙어서 고정되는 작용을 확실히 하기 위한 일목적을 가질 수 있다. 상기 끝단부(42)의 첨단은 볼록하게 제공될 수 있다. 상기 끝단부(42)가 그와 같이 라운드 형상을 가지는 것은 전사돌기(4)가 베이스(2)에 불었을 때에도 바디부(41)의 탄성에 의한 복원력에 의해서 전사돌기(4)가 원래의 형상으로 쉽게 복원될 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 가질 수 있다.
상기 바디부(41)는 어느 일방향으로 경사지게 제공되어 상기 전사돌기(4)가 끄는 작용을 수행할 수 있다.
상기 베이스(2) 및 상기 전사돌기(4)는 모두 같은 물질로서 일체형으로 제공될 수 있다. 바람직하게는 동일한 재질로서 한번의 공정으로 한꺼번에 제작될 수 있다. 상기 베이스(2) 및 상기 전사돌기(4)(4)의 재질로는 점착력이 있는 탄성중합체 재질의(elastomeric) 물체가 사용될 수 있고, 예를 들어, PDMS(PolyDiMethylSiloxane) 또는 폴리우레탄이 사용될 수 있다. 상기 탄성중합체는 점착력이 있고 탄성력이 있는 물질을 지칭할 수 있다. 상기 전사돌기(4)로 상기 마이크로 디바이스를 소정의 압력으로 누르면 상기 마이크로 디바이스는 탄성중합체의 점착력에 의해서 상기 전사돌기(4)에 붙게 된다. 일정한 시간이 지나면 떨어질 수 있다.
상기 베이스(2)는 별도로 제공됨이 없이, 전사돌기(4)가 메인바디(20)에 직접 제공되도록 할 수도 있다. 즉, 끄는 어레이에 베이스가 제공됨이 없이 다수의 전사돌기만으로도 제공될 수 있다. 여기서, 상기 메인바디는 전사돌기와는 다른 재질의 견고한 재질의 합성수지가 사용될 수 있다. 그러나, 상기 베이스를 제공하는 것이 전사돌기의 형성을 위하여 바람직할 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 부품삽입장치에서 전사돌기의 작용을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 맨위에 그림은 전사돌기(4)가 베이스(2)에 제공되어 있는 상태의 도면이다. 구체적으로는, 상기 전사돌기(4)에 외력이 가하여졌을 때, 전사돌기(4)가 연장되는 경사방향으로 전사돌기(4)가 눕게 되고, 전사돌기(4)는 베이스(2)에 붙게 된다. 이는 전사돌기(4)와 베이스(2)가 모두 점착력이 있는 탄성중합체로서 서로 점착력이 있기 때문이다. 그러나, 일정한 시간이 지나면 탄성중합체의 탄성력에 의해서 전사돌기(4)는 원래의 형상으로 복원될 수 있다. 가운데 그림과 맨 밑에 그림은 시간이 지남에 따라서 전사돌기(4)가 원래 형상으로 복원되는 과정을 설명하고 있다.
상기 전사돌기(4)가 원래의 형상으로 복원되는 과정이 원활하게 일어나는 것은, 전사돌기(4)의 끝단부(42)가 볼록한 형상으로 라운드짐으로써, 끝단부(42)와 베이스(2)간의 서로 점착된 부분이 서로 잘 떨어질 수 있기 때문이다. 이는 상기 끝단부(42)가 첨점으로 제공되어, 상기 끝단부가 상기 베이스(2)에 0에 가까운 접촉각으로 접촉되는 경우와 비교하면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
상기 전사돌기(4)에 부착되는 부품과 상기 전사돌기(4)와의 접착시의 각도와 분리시의 각도를 서로 달리할 수 있다. 이로써, 부품이 전사돌기(4)에 접착되고, 떨어뜨리는 작용을 수행할 수 있다. 이와 관련하여서는 인용문헌 2의 도 3내지 도 10에 자세히 설명이 되어 있다. 필요한 부분은 본 발명의 상세한 설명에도 포함되는 것으로 한다.
도 3은 실시예의 부품삽입장치가 생체의 피부에 적용되는 것을 보이는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 부품삽입장치(1)는 피부(60)를 뚫고 들어가는 블레이드(10)와, 상기 블레이드(10)를 일측에 가지는 메인바디(20)와, 상기 메인바디(20)의 일면에 제공되는 끄는 어레이(3)가 포함된다. 상기 메인바디와 상기 블레이드는 최소한의 침습을 위하여 같은 일방향으로 평면으로 연장되는 것이 바람직할 것이다.
상기 끄는 어레이(3)는 생체삽입형 전자기기(40)를 일시적으로 잡아서 끌어주는 부품이다. 각 부품의 크기 및 형상은 생체삽입형 전자기기(40)의 종류에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 큰 생체삽입형 전자기기(40)에 대해서는 더 큰 블레이드(10)와 더 많은 전사돌기(4)가 제공될 수 있다. 상기 끄는 어레이(3)에는 상기 베이스(2)가 포함되지 않을 수도 있다.
상기 전사돌기(4)는 블레이드(10)의 반대쪽으로 일정한 경사각으로 누워져 있을 수 있다. 즉, 부품삽입장치가 삽입될 때 피부의 수직항력에 의해서 전사돌기와 상기 생체삽입형 전사돌기는 더 넓은 면적에서 서로 접촉할 수 있다. 이에 따르면 수직항력에 따라서, 상기 생체삽입형 전자기기와 상기 전사돌기 간의 부착력의 조절이 가능하다. 다시 말하면, 피부의 내부에서 피부의 수직항력을 조절하여 전사돌기와 상기 생체삽입형 전자기기의 마찰력을 조절할 수 있다.
상기 끄는 어레이(3)(DRAGGING ARRAY)는 인용문헌 2의 스팸핑 어레이와 대응되는 부재로서, 스탬핑 어레이의 설명이 대부분 적용될 수 있다. 다만, 상기 스탬핑 어레이는 점착력을 이용하여 기판 간의 이동에 중심을 가짐에 반하여, 상기 끄는 어레이(3)는 전자기기를 저항하는 면에 대하여 끌어서 움직이는 작용을 중심으로 수행하는 것에 있어서 그 차이가 명백하다. 여기서 끄는 작용은 점착성이 있는 첨착성 부재의 내부에 상기 전자기기를 삽입할 때, 상기 점착성부재의 마찰력을 이기고서 상기 전자기기를 끄는 어레이(3)의 이동에 따라서 원하는 장소까지 끌고 들어가는 작용을 말한다.
상기 끄는 어레이(3)에 의해서, 상기 부품삽입장치(1)가 생체의 침습 중에 상기 생체삽입형 전자기기(40)가 상기 메인바디(20)의 소정 위치에 고정되어 놓이도록 한다. 상기 끄는 어레이(3)에 의해서,상기 부품삽입장치(1)가 생체에서 빠질 때 상기 생체삽입형 전자기기(40)가 생체 내의 정해진 위치에서, 상기 메인바디(20)로부터 상기 생체삽입형 전자기기(40)가 용이하게 분리될 수 있도록 한다.
실시예의 부품삽입장치(1)는 침습작업의 시간이 짧아져서 시술자의 노고와 생체인 동물의 고통이 줄어드는 장점이 있다.
도 4는 끄는 어레이의 확대사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 메인바디(20)의 위에는 다수의 전사돌기(4)가 일정 규칙으로 배열되는 끄는 어레이(3)가 고정되어 있다. 상기 끄는 어레이(3)는 PDMS를 재질로 하여 캐스팅 또는 경화가공이 적용될 수 있고, 주형으로는 SU-8을 사용할 수 있다. 전사돌기(4)는 스스로 그 자세을 유지할 수 있는 형상을 가질 수 있다. 상기 끄는 어레이(3)는 점착성을 가지는 물질이라면 무관하고, 전사돌기(4)에 전자기기가 부착될 수 있으면 좋다.
일 예로, 상기 전사돌기(4)는 두께(t) 25마이크로미터, 높이(h) 55마이크로미터, 각도(θ)는 125도로 제공되어 수직항력에 의존하여 방향성을 가지고 구부러질 수 있다. 상기 전사돌기(4) 간의 간격(s)과 폭(w)은 각각 75마이크로미터와 500마이크로미터이다.
도 5는 생체삽입형 전자기기의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 일 예로, 상기 생체삽입형 전자기기(40)는 플렉서블 디바이스로서, PI필름 상에 올려있는 박판 무기 화합물 반도체 어레이일 수 있다. 상기 플렉서블 디바이스는, 3*6 배열의 갈륨 아세나이드 반도체이고, 두께는 대략 4마이크로미터, 900*400마이크로미터의 크기를 가질 수 있다.
도 6은 부품삽입장치의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 메인바디(20)의 윗면 끄는 어레이(3)에 생체삽입형 전자기기(40)가 고정된다. 상기 블레이드(10)는 30도 정도 날카로운 단부를 가져, 피부(60)를 뚫고 들어가도록 한다. 상기 메인바디(20)와 상기 블레이드(10)의 연결부위에는 요입홈(25)의 입구각이 대략 135도의 각도, 즉 둔각으로 형성된다. 상기 요입홈(25)의 내부는 편평하게 일정한 길이 연장될 수 있다.
상기 요입홈(25)은 상기 블레이드(10)가 생체의 피부(60)조직을 뚫고 들어갈 때 피부(60)의 장력을 완화시킨다. 이로써, 상기 끄는 어레이(3)의 상면에 부착되는 생체삽입형 전자기기(40)가 피부(60)의 장력에 잡혀서 상기 메인바디(20)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.
상기 요입홈(25)의 입구각은 피부의 장력이 서서히 완화되도록 하기 위하여 모따기가 되어 있다. 이는 생체의 피부에 적합하도록 하기 위한 것이다.
도 7은 부품삽입장치에 의해서 생체삽입형 전자기기가 생체의 피부 안으로 이송되는 것을 보인다.
도 7을 참조하면, 생체삽입형 전자기기(40)가 안착된 전사돌기(4)는, 상기 수직항력이 있는 경우(오른쪽 화살표)에, 상기 수직항력이 없는 경우에 비하여, 전사돌기(4)가 더 구부러지고, 상기 전사돌기(4)와 상기 생체삽입형 전자기기(40)는 더 넓은 간격에서 더 큰 부착력으로 부착된다. 오른쪽 원에 비하여 왼쪽 원 내부의 전사돌기가 덜 구부러진 것을 볼 수 있다.
이에 따르면, 상기 부품삽입장치(1)가 피부(60)를 뚫고 들어갈 때 피부(60)가 상기 생체삽입형 전자기기(40)를 누르는 힘은 상기 수직항력으로 작용한다. 결국, 상기 부품삽입장치(1)가 피부(60)를 뚫을 때에, 상기 전사돌기(4)는 상기 생체삽입형 전자기기(40)를 상기 피부에 의해서 더 큰 부착력 또는 정지마찰력으로 잡고서 피부(60)의 안으로 끌고 들어갈 수 있다.
상기되는 작용에 의해서 부품삽입장치(1)는 피부(60) 안의 원하는 깊이 및 위치까지 피부(60) 내부조직의 저항을 이기고서 생체삽입형 전자기기(40)를 이동시킬 수 있다. 즉 끌고 들어갈 수 있다.
도 8은 생체삽입형 전자기기가 메인바디에 눌려져서 생체 안으로 삽입될 때 상태를 도시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 생체삽입형 전자기기(40)(실선 사각형)는 피부(60)(점선 사각형)에 의해서 눌려진 상태이다. 이때는 생체삽입형 전자기기(40)가 눌려지는 힘에 의해서 전사돌기(4)와 생체삽입형 전자기기(40)의 부착면적이 늘고 부착력 및 마찰력이 커진다.
생체에 놓이는 피부(60)는 탄력이 있는 재질로서, 위와 같은 작용을 얻어낼 수 있다. 이 상태에서 피부 안의 원하는 위치에 상기 생체삽입형 전자기기는 삽입될 수 있다.
도 9는 생체삽입형 전자기기가 메인바디로부터 들려져서, 부품삽입장치가 피부밖으로 인출되는 상태를 도시하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 수직항력(위를 향하는 화살표)의 방향으로 부품삽입장치(1)가 들려지면, 전사돌기(4)와 생체삽입형 전자기기(40)의 부착면적이 줄고, 양쪽 접촉면의 부착력 및 마찰력이 작아진다. 이 상태에서 상기 부품삽입장치(1)는 피부의 바깥으로 인출될 수 있다. 이후에 생체삽입형 전자기기(40)는 피하에 남아서 전사돌기(4)에서 분리될 수 있다.
도 10 내지 도 14는 부품삽입방법을 설명하는 도면이다. 본 도면은 가축으로서 돼지를 대상을 소정의 칩을 삽입하는 방법을 예시한다. 상측은 모식도이고 하측은 사진이다.
먼저, 도 10을 참조하면, 마취된 돼지에 대략 4밀리미터의 작은 절개부를 제공한다.
도 11을 참조하면, 부품삽입장치(1)를 상기 절개부를 통하여 삽입하는 중에, 메인바디(20)의 일면에 제공되는 생체삽입형 전자기기(40)에는 피부(60)의 수직항력이 가하여진다. 상기 수직항력은 상기 생체삽입형 전자기기(40)가 상기 메인바디(20) 상의 원하는 위치에 상기 전사돌기(4)에 의해서 고정되어 있도록 할 수 있다. 상기 수직항력이 상기 전사돌기(4)와 상기 생체삽입형 전자기기(40) 간의 부착력을 크게 하는 것은 이미 설명한 바가 있다.
피부조직의 내부에서 발생하는 수직항력은 피부조직의 스트레처블한 특성과 점착성과 플렉시블한 특성에 기인한다고 할 수 있다. 이중에서도 스트레처블한 트것이 가장 큰 영향을 미치는 것으로 예상된다.
도 12를 참조하면, 상기 생체삽입형 전자기기(40)에 가하여지는 수직항력을 줄이는 방향, 즉 아래쪽으로 부품삽입장치(1)를 누르면, 전사돌기(4)와 생체삽입형 전자기기(40)의 부착력을 줄어든다.
상기 수직항력을 줄이는 방법은 다음과 같이 설명할 수 있다. 상기 생체삽입형 전자기기(40)와 상기 부품삽입장치(1)가 마주보고 접하는 면이, 서로 멀어지는 방향으로 상기 부품삽입장치(1)에 외력을 인가하는 것이다. 이에 따르면, 상기 전사돌기(4)와 상기 생체삽입형 전자기기(40)의 접촉면에 수직항력이 줄어서, 양자 간의 부착력이 약화될 수 있다.
도 13을 참조하면, 아래쪽, 즉 상기 전사돌기(4)와 상기 생체삽입형 전자기기(40)의 접촉면에 수직항력이 줄어드는 방향으로 부품삽입장치(1)를 누르면서, 상기 부품삽입장치(1)를 빼내면, 생체삽입형 전자기기(40)와 전사돌기(4)는 서로 분리될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 절개부를 꿰매는 것으로서 상기 생체삽입형 전자기기(40)의 생체 내 삽입은 완료된다.
이에 따르면, 인용문헌 1에 제시되는 바와 같은, 접착제의 용융 등을 위한 대기시간을 요하지 않는다. 이에 따르면, 동물의 고통과 시술자의 수고가 줄어드는 이점을 기대할 수 있다.
발명자는 상기 생체삽입형 전자기기(40)가 피하의 원하는 위치에 더 잘 삽입되어 안착되는 지를 확인하기 위하여 계량적으로 실험을 수행하였다. 실험과정과 실험수행결과는 도 15 내지 도 23을 이용하여 설명한다.
도 15는 상기 부품삽입장치가 삽입되는 사진이고, 도 16은 상기 부품삽입장치가 삽입되는 상태의 단면모식도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 생체삽입형 전자기기(40)는 PI필름 위에 올려져 있는 메탈전극이다. 상기 PI필름은 플렉시블 부재로써, 상기 생체삽입형 전자기기(40)는 플렉시블 소자이다. 피부(60)는 돼지를 이용하였다.
도 17은 도 15 및 도 16에서 부품 간의 마찰력을 측정한 그래프이다.
도 17을 참조하면, 피부(60)의 상기 생체삽입형 전자기기(40)에 접하는 피부(60)와 끄는 어레이(3)의 마찰특성을 알 수 있다. 상세하게는, 8N/cm^2의 수직항력을 적용하여 2초 동안 2mm/s의 속도로 끄는 어레이(3)가 움직였다.
이때, 상기 생체삽입형 전자기기(40)와 상기 끄는 어레이(3) 접촉면과의 마찰력(~6.633 N/cm^2)은, 상기 피부(60)와 상기 생체삽입형 전자기기(40)의 접촉면과의 마찰력(~0.292 N/cm^2)에 비하여 컸다. 이 두 마찰력 간의 차이에 의해서, 상기 생체삽입형 전자기기(40)는 피부(60)의 안으로 삽입될 수 있다.
도 18은 상기 부품삽입장치가 이탈되기 전에 눌려지는 사진이고, 도 19는 도 18의 상태에 대한 단면모식도이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 피부(60) 아래에서 상기 생체삽입형 전자기기(40)를 릴리스하기 위하여, 상기 부품삽입장치(1)를 아래로 누르는 모습을 보인다. 상기 부품삽입장치(1)를 아래로 누르면, 상기 생체삽입형 전자기기(40)는 피부(60)에 붙은 상태로 상기 끄는 어레이(3)에서 떨어질 수 있다.
도 20은 도 18 및 도 19에서 부품 간의 마찰력을 측정한 그래프이다.
도 20을 참조하면, 상기 스팸핑 어레이의 수직접착력의 측정결과(녹색 삼각형)와, 상기 피부(60)의 수직접착력의 측정결과(보라색 삼각형)가 두 개의 경우로 설명되어 있다.
두 경우에 있어서 접착의 대상은 상기 생체삽입형 전자기기이다. 이에 따르면, 기존에 상기 끄는 어레이(3)와 상기 피부(60)에는 8N/cm^2의 마찰수직항력이 가하여져 있었다. 이 상태에서 도 20에 보이는 바와 같이 2초 뒤에 0.6mm/s의 속도로 상기 부품삽입장치(10)를 상기 생체삽입형 전자기기(40)로부터 수직방향으로 후퇴하였다.
이 경우에, 피부(60)와 생체삽입형 전자기기(40)와의 수직접착력(~0.128N/cm^2)은, 끄는 어레이(3)와 생체삽입형 전자기기(40)와의 수직접착력(~0.002N/cm^2) 보다 크다. 따라서 상기 생체삽입형 전자기기(40)는 피부(60)의 아래에 남아 있을 수 있다.
도 21은 상기 부품삽입장치가 이탈하는 사진이고, 도 22는 도 21의 단면상태를 나타내는 모식도이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 상기 부품삽입장치(1)가 제거되는 것을 볼 수 있다. 이 때 상기 부품삽입장치(1)는 계속해서 하측으로 눌러져 있는 상태로서 부품삽입장치는 피부에서 빠져 나올 수 있다.
도 23은 하중을 달리하면서 실험을 반복하여 수행한 결과를 보이는 그래프이다.
도 23을 참조하면, 상기 수직항력을 달리하며 반복하여 얻은 상기 마찰력과 상기 수직접착력의 결과를 나타낸다.
예를 들어, 상기 수직항력이 18N/cm^2일 때, 상기 끄는 어레이(3)와 상기 생체삽입형 전자기기(40)의 접촉면의 마찰력(~10.2N/cm^2)은, 상기 피부(60)와 상기 생체삽입형 전자기기(40)의 접촉면 간의 마찰력(~0.42N/cm^2)에 비하여 크다. 따라서, 이 때에는 상기 생체삽입형 전자기기(40)가 피부(60)의 안으로 이끌려 들어 갈 수 있다.
반면에, 상기 피부(60)와 상기 생체삽입형 전자기기(40)와의 수직접착력(~0.42N/cm^2)은, 상기 끄는 어레이(3)와 상기 생체삽입형 전자기기(40)와의 수직접착력(~0.091N/cm^2) 보다 크다. 따라서 이 때에는 상기 생체삽입형 전자기기(40)가 피부(60)에 접착하여 피부(60)의 안에 남아 있을 수 있다.
상기 도 23에 제시되는 실험의 결과는 PI필름만이 아니라, 플렉시블 파릴렌과 SU-8필름에 대하여도 마찬가지로 구현이 가능한 것을 확인하였다. 물론, 이들 플렉시블 소재만이 아니고, 플렉시블 성질을 가지는 다양한 물품이 생체삽입형 전자기기(40)에 적용될 수 있을 것이다.
상기 생체삽입형 전자기기(40)로서 광혈류측정센서와 심전도센서를 각각 적용하여 실시예에 따른 부품삽입장치(1)로 돼지에 장착하여 실험을 수행하였다. 이하에서는 도면을 통하여 그 실험결과를 설명한다.
도 24 내지 도 28은 광혈류측정(PPG: PhotoPlethysmographic)을 수행한 결과를 보이는 도면이다. 상기 광혈류측정(PPG: PhotoPlethysmographic)은 혈관 내의 적혈구를 이용하여 혈관의 혈류량을 측정하는 것을 말한다.
도 24는 광혈류측정을 수행하기 위하여 플렉시블 펄스 센서의 분해 사시도이다.
도 24를 참조하면, 상기 플렉시블 펄스센서(200)에는, 펄스신호를 측정하는 무기 포토디텍터(Inorganic PhotoDetector)(201)와, 상기 무기 포터디텍터(201)를 실장하는 기판으로서 PI필름(204)과, 외부로부터 에너지 공급을 위한 인터커넥터(202)와, 인터커넥터(202)와 연결되어 정상동작을 확인할 수 있는 LED(203)와, 웨이퍼에서 제조된 전자소자가 PI필름(204)에 전사되도록 하는 물질로서 SU-8(205)(206)과, 상하 표면을 보호하는 파렐린(207)(208)이 포함된다.
상기 인터커넥터(202)는 유무선으로 에너지를 공급받을수 있다. 상기 인터커넥터에 전원이 유선으로 공급되는 경우에는 피하에 제공되는 발전기 또는 충전기에 연결될 수 있고, 경우에 따라서는 피부(60) 외부의 다른 에너지 장치에 연결될 수 있다. 상기 인터커넥터에 무선으로 전원이 공급되는 경우에는 인터커넥터에 무선에너지전송장치가 연결될 수 있다. 실시예의 경우에는 피부(60) 외부의 전원장치와 연결되도록 하였다.
여기서, 상기 무기 포터디텍터(201)는 760*560마이크로미터의 키기로 대략 4마이크로미터의 두께를 가지는 부품으로 제공될 수 있다. 상기 PI필름은 12.5마이크로미터의 두께로제공될 수 있다. 상기 파렐린은 5마이크로미터의 제공될 수 있다.
도 25를 참조하면, 상기 플렉시블 펄스 센서(200)는 곡률반경 2mm에서 벤딩될 수 있을 것을 확인하였다. 또한, 벤딩을 하더라도 상기 플렉시블 펄스 센서는 동작이 가능한 것을 발광소자가 발광하는 것을 통하여 확인할 수 있었다.
도 26은 벤딩되기 전과 벤딩된 후의 전류밀도-전압곡선이다.
도 26을 참조하면, 상기 플렉시블 펄스 센서(200)를 3mm의 곡률반경으로 벤딩하였을 때와 벤딩하지 않았을 때를 비교하는 그래프이다. 본 도면에 따르면 상기 플렉시블 펄스 센서가 벤딩되더라도 전기적 특성은 변함이 없는 것을 확인할 수 있었다.
도 27은 상기 플렉시블 펄스 센서가 삽입된 상태에서 피부에 주름을 인가하는 경우의 실험사진이다.
도 27을 참조하면, 상기 플렉시블 펄스 센서(200)가 이식된 돼지의 피부(60)에 인위적으로 외력을 가하여 벤딩시킨 경우에도 상기 LED(203)가 발광한다. 이에 따르면, 생체에 이식되는 경우에도 상기 플렉시블 펄스 센서(200)가 정상적으로 동작되는 것을 확인할 수 있었다.
도 28은 상기 플렉시블 펄스 센서가 삽입된 상태에서 돼지의 혈류를 실제로 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 28을 참조하면, 상기 플렉시블 펄스 센서(200)에 의해서 돼지의 혈류를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 본 도면을 참조하면, 심장의 수축기와 확장기에 광혈류가 정확하게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
도 29 내지 도 35는 플렉시블 심전도센서를 실험한 결과를 설명하는 도면이다.
도 29는 플렉시블 심전도센서가 플렉시블한 상태를 보이는 도면이고, 도 30은 플렉시블 심전도센서가 부품삽입장치에 놓인 상태를 보이는 도면이다. 도 29 및 도 30을 참조하면, 심전도(ECG:electrocardiogram)를 측정하는 플렉시블 심전도센서는 부품삽입장치에 놓여 있을 수 있다. 상기 플렉시블 심전도센서는 전자부품만이 상기 플렉시블 펄스 센서와는 달라지고, 다른 부분은 동일하게 제공될 수 있다.
도 31은 심전도를 측정한 결과를 나타내는 도면으로서, 도 31의 상측 그림은 본 발명의 실시예에 따라서 측정된 심전도의 결과이고, 도 31의 하측 그림은 접착제를 이용하여 생체 피부(60)의 외부에 부착된 전자부품을 이용하여 측정된 심전도의 결과이다.
도 31을 참조하면, 실시예를 따르는 경우에 더 정확하게 심전도가 측정되는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, R파가 더욱 정확하게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
도 32 및 도 33은 각각, 실시예에 따라서 플렉시블 심전도센서가 생체의 안에 삽입되는 모습과, 플렉시블 심전도센서가 피부에 붙어 있는 모습을 나타내는 도면이다.
도 34는 실시예에 따른 플렉시블 심전도센서가 삽입된 직후의 사진이고, 도 35는 삽입된 후 5일이 경과된 후의 사진이다.
도 34 및 도 35를 참조하면, 실시예에 따른 플렉시블 심전도센서를 생체에 삽입한 후 5일이 지난 다음에는 상처가 완전히 아물 수 있다. 또한, 생체에 삽입되더라도 오동작 또는 피부(60)괴사 등의 문제는 발생하지 않는다. 나아가서, 피부(60)가 완전히 재생하는 것을 관찰할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 스트레처블 특성이나 점착성에 의해서 부품의 내부삽입이 어려운 경우에, 전자기기를 부재의 안으로 쉽고 빠르게 삽입할 수 있는 특징이 있다. 또한, 시술자가 신속하게 작업할 수 있기 때문에, 생체가 느끼는 불편을 없애고 시술자의 노고를 줄일 수 있다.
1: 부품삽입장치
3: 끄는 어레이
10: 블레이드
20: 메인바디
60:피부
3: 끄는 어레이
10: 블레이드
20: 메인바디
60:피부
Claims (12)
- 팁을 일단에 가지는 일방향으로 연장되는 블레이드;
상기 블레이드의 타단에 놓이고 일면을 가지는 일방향으로 연장되는 메인바디; 및
상기 메인바디의 일면에서 솟아오르는 바디부와, 상기 바디부의 팁에 끝단부를 가지는, 적어도 두개의 전사돌기가,
소정의 간격으로 배열되는 끄는 어레이가 포함되는 부품삽입장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 블레이드와 상기 메인바디의 연결부에는 요입홈이 제공되는 부품삽입장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 요입홈이 상기 블레이드와 연결되는 입구각은 둔각으로 제공되는 부품삽입장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전사돌기가 일체화되는 베이스가 포함되는 부품삽입장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전사돌기는 상기 블레이드의 반대쪽으로 소정의 경사각으로 누워있는 부품삽입장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 끄는 어레이는 점착성의 물질을 재질로 하는 부품삽입장치. - 부재를 파고 드는 블레이드와, 상기 블레이드의 일측에 놓이고 일면을 가지는 메인바디와, 상기 메인바디의 일면에서 솟아오르는 바디부와, 상기 바디부의 팁에 끝단부를 가지는, 적어도 두개의 전사돌기가, 소정의 간격으로 배열되는 끄는 어레이가 포함되는 부품삽입장치를 이용하여, 상기 끄는 어레이에 놓이는 부품을 상기 부재의 내부에 삽입하는 방법이고,
상기 부재 안으로 부품삽입장치를 삽입하여 상기 부재 안의 정하여진 위치에 상기 부품를 위치시키는 것; 및
상기 끄는 어레이와 상기 부품이 접하는 면이 서로 떨어지는 방향으로 상기 부품삽입장치를 이동한 후에, 상기 부품삽입장치를 상기 부재 바깥으로 인출하는 것이 포함되는 부품삽입방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 끄는 부재에는 이격되는 적어도 두 개의 전사돌기를 포함하고, 상기 전사돌기의 일단은 상기 일면에 지지되고, 상기 전사돌기의 타단은 상기 부품쪽으로 연장되어, 상기 전사돌기의 타단과 인접하는 부분은 형상이 자유롭게 변할 수 있는 부품삽입방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 부재는 스트레처블한 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 부품삽입방법. - 날카로운 팁을 일측에 가지는 블레이드;
상기 블레이드의 타측에 제공되는 메인바디; 및
상기 메인바디의 일면에서 솟아오르는 바디부와, 상기 바디부의 팁에 끝단부를 가지고, 점착성을 가지는 적어도 두개의 전사돌기가,
소정의 간격으로 배열되는 끄는 어레이가 포함되는 부품삽입장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 전사돌기는 모두 같은 방향으로 경사지게 누워있는 부품삽입장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 전사돌기는 상기 블레이드의 반대방향으로 누워있는 부품삽입장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020180067757A KR102052620B1 (ko) | 2018-06-12 | 2018-06-12 | 부품삽입장치 및 부품삽입방법 |
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