KR102075143B1 - 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 콘택트 렌즈의 내부에 하이브리드 기판을 구비하고, 하이브리드 기판의 강체부의 단부 사이에 위치한 소프트부에 스트레인 센서를 구비함으로써, 안압에 따른 변형이 소프트부에서 증폭되기 때문에, 별도의 복잡한 구조의 증폭 회로를 구비할 필요 없이 안압에 따른 변형을 증폭시켜 감지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 하이브리드 기판은 나선형 형상의 안테나 코일의 외측에 배치하여, 강체부 영역을 최소화하여 착용감과 신축성을 확보할 수 있으며, 구조가 간단하여 제조가 용이한 이점이 있다. 또한, 액체 금속을 3차원 프린팅하여 신축성 인터커넥트를 형성함으로써, 신축성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 무선 통신용 칩과 전극 사이의 단차가 있더라도 연결이 용이한 이점이 있다.

Description

안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법{Smart contact lens for monitoring intraocular pressure and manufacturing method of the same}

본 발명은 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안압 변화에 따른 변형률을 증폭시켜 측정할 수 있는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 안압은 안구 내부의 압력을 의미한다. 안압은 녹내장의 진단과 치료에 중요한 지표가 된다.

종래에는 안압을 측정하기 위해서는 안과 병원에 방문하고, 병원에 있는 안압계 등의 안압 측정용 장비를 통해서 측정하였다. 그러나, 안압은 실시간으로 계속 변하며, 특히 밤에 혈압이 떨어지는 반작용으로 안압이 높아진다.

따라서, 최근에는 녹내방을 예방하거나 정확한 안압을 측정하기 위해서는 실시간으로 안압을 측정할 수 있는 콘택트 렌즈에 대한 관심이 높아지고 있다.

그러나, 종래의 안압을 측정할 수 있는 콘택트 렌즈는 안압 변화에 따른 변형률(strain)을 감지하기 위해 감지 신호를 증폭하기 위해 휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 회로와 같은 구조가 복잡한 신호 증폭용 회로를 구비해야 하는 한계가 있다.

한국등록특허 10-1601638호

본 발명의 목적은, 안압에 따른 변형률을 증폭시켜 감지할 수 있는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈는, 콘택트 렌즈 소재로 형성된 신축성 기판과; 상기 신축성 기판에 임베딩되고, 금속나노물질로 형성되며, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 형성되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일과; 상기 신축성 기판에 임베딩되고, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정 간격 이격된 위치에서 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성되고 강체(Rigid) 소재로 형성된 강체부와, 상기 강체부의 단부 사이에 위치되고 상기 강체 소재보다 모듈러스가 미리 설정된 값 이상 차이나는 소프트 소재로 형성된 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판과; 안압에 따른 변형률이 증폭되도록 저항선은 상기 소프트부에서 원주방향을 따라 길게 배치되고, 단자는 상기 강체부에 배치되어, 상기 강체부의 원주방향 길이와 상기 소프트부의 원주방향 길이의 비율에 따라 민감도가 조절되는 스트레인 센서와; 상기 강체부에 구비되고, 상기 스트레인 센서와 연결되는 센서 연결 전극과; 상기 안테나 코일의 양단에 각각 연결된 안테나 연결 전극과; 상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 무선 통신용 칩과; 액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성되어, 상기 무선 통신용 칩과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 무선 통신용 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈는, 콘택트렌즈 소재로 형성된 신축성 기판과; 상기 신축성 기판에 임베딩되고, 은 나노섬유와 은나노와이어를 포함하여 형성되며, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 형성되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일과; 상기 신축성 기판에 임베딩되고, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정 간격 이격된 위치에서 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성되고 에폭시로 형성된 강체부와, 상기 강체부의 단부 사이에 위치되고 실리콘으로 형성된 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판과; 안압에 따른 변형률이 증폭되도록 저항선은 상기 소프트부에서 원주방향을 따라 길게 배치되고, 단자는 상기 강체부에 배치되어, 상기 강체부의 원주방향 길이와 상기 소프트부의 원주방향 길이의 비율에 따라 민감도가 조절되고, 실리콘으로 형성된 스트레인 센서와; 상기 강체부에 구비되고, 상기 스트레인 센서와 연결되는 센서 연결 전극과; 상기 안테나 코일의 양단에 각각 연결된 안테나 연결 전극과; 상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 근거리 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 NFC 칩과; 액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성되어, 상기 NFC 칩과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 NFC 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 포함한다.

본 발명은, 콘택트 렌즈의 내부에 하이브리드 기판을 구비하고, 하이브리드 기판의 강체부의 단부 사이에 위치한 소프트부에 스트레인 센서를 구비함으로써, 안압에 따른 변형이 강체부에서는 억제되고 소프트부에서 증폭되기 때문에, 별도의 복잡한 구조의 증폭 회로를 구비할 필요 없이 안압에 따른 변형을 증폭시켜 감지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 하이브리드 기판은 나선형 형상의 안테나 코일의 외측에 배치하여, 강체부 영역을 최소화하여 착용감과 신축성을 확보할 수 있으며, 구조가 간단하여 제조가 용이한 이점이 있다.

또한, 하이브리드 기판의 강체부와 소프트부의 영역 비율을 조절하여, 스트레인 센서의 민감도를 제어할 수 있다.

또한, 액체 금속을 3차원 프린팅하여 신축성 인터커넥트를 형성함으로써, 신축성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 무선 통신용 칩과 전극 사이의 단차가 있더라도 연결이 용이한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈가 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스마트 콘택트 렌즈의 안테나 코일을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 스마트 콘택트 렌즈의 하이브리드 기판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 하이브리드 기판의 변형률 증폭을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈의 제조방법에서 콘택트 렌즈의 형상으로 제작하는 단계를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 기판의 강체부와 소프트부의 영역 비율에 따른 소프트부의 길이 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 기판의 강체부와 소프트부의 영역 비율에 따른 스트레인 센서의 민감도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈에서 금속나노물질로 형성된 안테나 코일과 구리 안테나를 주파수와 반사계수의 관계를 이용하여 비교한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈에서 금속나노물질로 형성된 안테나 코일과 구리 안테나를 변형률에 따른 저항변화로 비교한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)를 이용하여 토끼의 안압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)를 이용하여 사용자에 따른 재현성을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈가 도시된 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 스마트 콘택트 렌즈의 안테나 코일을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 스마트 콘택트 렌즈의 하이브리드 기판을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 하이브리드 기판의 변형률 증폭을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈는, 신축성 기판(10), 안테나 코일(20), 하이브리드 기판(30), 스트레인 센서(40), 센서 연결 전극(50), 안테나 연결 전극(60), 무선 통신용 칩(70) 및 신축성 인터커넥트(80)를 포함한다.

상기 신축성 기판(10)은, 투명하고 신축성을 갖는 소재로 형성된 광투광성 기판이다. 상기 신축성 기판(10)은, 투명하거나 반투명인 것도 물론 가능하다.

상기 신축성 기판(10)은 후술하는 제1신축성 소재로 형성된 패시배이션 층(10a), 제2신축성 소재로 형성된 보호층(10b) 및 콘택트 렌즈 소재(110)를 모두 포함한다.

상기 제1신축성 소재는 파릴렌(Parylene)을 포함하고, 상기 제2신축성 소재는 에폭시(Epoxy)를 포함하고, 상기 콘택트 렌즈 소재(110)는 하이드로겔(hydrogel) 또는 실리콘(silicone)을 포함한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1신축성 소재, 상기 제2신축성 소재 및 상기 콘택트 렌즈 소재(110)는 모두 동일한 소재를 사용하거나 일부는 같고 나머지는 다른 소재를 사용하는 것도 가능하다.

도 2를 참조하면, 상기 안테나 코일(20)은, 상기 신축성 기판(10)에 임베딩된다. 상기 안테나 코일(20)은, 1차원 금속나노물질과 2차원 금속나노물질 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.

상기 안테나 코일(20)은, 1차원 금속나노물질인 은 나노섬유와 은 나노와이어를 포함하여 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 따라서, 상기 안테나 코일(20)은 시야 확보를 위한 투명도 및 신축성을 확보할 수 있다.

상기 안테나 코일(20)은, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 감긴 형상으로 패터닝되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 외부로 무선 송신한다. 상기 안테나 코일(20)은, 블루투스나 NFC를 이용한 무선 통신이 가능하도록 형성된다. 상기 안테나 코일(20)은, NFC 무선 통신을 위해서 공진 주파수 12 내지 15MHz를 가지도록 설계되거나, 블루투스 무선 통신을 위해 공진 주파수 2 내지 3GHz를 가지도록 설계된다.

도 3을 참조하면, 상기 하이브리드 기판(30)은, 모듈러스의 차이가 설정값 이상으로 차이나는 서로 다른 소재로 형성된 기판이다.

상기 하이브리드 기판(30)은, 강체 소재로 형성된 강체부(Rigid area)(31)와, 상기 강체부(31)의 단부 사이에 위치되고 소프트 소재로 형성된 소프트부(Soft area)(32)를 포함한다.

상기 강체 소재와 상기 소프트 소재는 모듈러스가 미리 설정된 값 이상 차이나는 소재로 설정된다.

상기 강체(Rigid) 소재는, 에폭시를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 SU8(E=~4Gpa)을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 소프트 소재는 콘택트 렌즈 소재로 사용가능한 실리콘을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 elastofilcon A (E=~0.09Mpa)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 강체부(31)는, 상기 안테나 코일(20)의 외부로부터 반경방향으로 소정간격 이격된 위치에 형성되고, 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성된다. 상기 강체부(31)는 원주방향으로 서로 소정간격 이격되게 3개가 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 스트레인 센서(40)를 중심으로 좌우 대칭이게 형성되는 형상이면 가능하다.

상기 강체부(31)는, 상기 강체 소재를 40 내지 60㎛ 범위의 두께로 코팅한 후, 복수의 원호 형상으로 패터닝하여 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 강체부(31)의 두께는 50㎛인 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 소프트부(32)는, 상기 강체부(31)의 단부 사이에 형성된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 소프트부(32)는 상기 강체부(31)의 단부 사이를 채우면서 상기 강체부(31)의 상측과 상기 안테나 코일(20)의 상측을 모두 덮을 수 있다.

상기 소프트부(32)는, 상기 소프트 소재를 90 내지 110㎛ 범위의 두께로 코팅하여 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 소프트부(32)의 두께는 약 100㎛인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 소프트부(32)는, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 신축성 인터커넥트(80)를 보호할 수 있도록 상기 강체부(31)보다 두껍게 형성된다.

상기 하이브리드 기판(30)은, 상기 강체부(31)의 원주방향 길이가 상기 소프트부(32)의 원주방향 길이의 3배 내지 10배로 설정되도록 형성된다.

상기 강체부(31)의 원주방향 길이와 상기 소프트부(32)의 원주방향 길이의 비율에 따라 상기 스트레인 센서(40)에서 측정하는 변형률의 증폭 효과가 달라진다. 따라서, 상기 강체부(31)의 원주방향 길이와 상기 소프트부(32)의 원주방향 길이의 비율을 조절하여, 상기 스트레인 센서(40)의 변형률 증폭 효과를 조절하여 상기 스트레인 센서(40)의 민감도를 제어가능하다.

본 실시예에서는, 상기 강체부(31)의 총 길이(L1, L1=L2)와 상기 소프트부(32)의 길이(L0)의 비율은 약 9:1인 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 스트레인 센서(40)는, 안압에 따른 변형률을 감지하는 센서이다. 상기 스트레인 센서(40)는, 상기 안압에 따른 변형률을 증폭시켜 감지할 수 있도록 상기 소프트부(32)에 구비된다.

상기 스트레인 센서(40)의 저항선(40a)은 상기 소프트부(32)에서 원주방향을 따라 길게 구비된다. 상기 스트레인 센서(40)의 단자(40b)는 상기 강체부(31)에 구비된다.

상기 스트레인 센서(40)는, 실리콘(Silicon) 나노멤브레인 기반 센서이다. 상기 스트레인 센서(40)는, 실리콘을 사용하여 나노 두께로 형성된다.

상기 스트레인 센서(40)에 사용되는 상기 실리콘(Silicon)은, 상기 콘택트 렌즈 소재로 사용되는 실리콘(silicone)와는 다른 물질이다. 상기 스트레인 센서(40)에 사용되는 상기 실리콘(Silicon)은 Si로 표시되는 규소를 의미한다. 한편, 상기 콘택트 렌즈 소재로 사용되는 실리콘(silicone)은 유기기를 함유한 규소(organosilicone)와 산소 등이 화학결합으로 서로 연결된 모양으로 된 폴리머를 의미한다.

상기 센서 연결 전극(50)은, 상기 강체부(31)에 구비되어 상기 스트레인 센서(40)의 단자(40b)에 연결되는 전극이다. 상기 센서 연결 전극(50)은 금속 소재로 형성되거나 나노 복합체를 포함한 투명 전극으로 형성될 수 있다. 상기 센서 연결 전극(50)은, 1차원 금속나노물질과 2차원 금속나노물질을 포함하여 형성될 수 있다.

상기 안테나 연결 전극(60)은, 상기 안테나 코일(20)의 양단에 각각 연결된 전극이다. 상기 안테나 연결 전극(60)은 금속 소재로 형성되거나 나노 복합체를 포함한 투명 전극으로 형성될 수 있다. 상기 안테나 연결 전극(60)은, 1차원 금속나노물질과 2차원 금속나노물질을 포함하여 형성될 수 있다.

상기 무선 통신용 칩(70)은, 상기 스트레인 센서(40)에서 측정한 정보를 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 칩이다. 상기 무선 통신용 칩(70)은 NFC 칩인 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 신축성 인터커넥트(80)는, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 센서 연결 전극(50)을 연결하는 것과, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 안테나 연결 전극(60)을 연결하는 것을 포함한다.

상기 신축성 인터커넥트(80)는, 액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성됨으로써, 안압에 의한 변형이나 기타 다른 요인에 의한 변형시에도 신축성이 확보될 수 있다. 또한, 상기 신축성 인터커넥트(80)는 3차원 프린팅하여 형성됨으로써, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 센서 연결 전극(50)사이의 단차, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 안테나 연결 전극(60)사이의 단차에 제약을 받지 않고 연결 가능하다. 상기 신축성 인터커넥트(80)의 폭이나 두께는 3차원 프린터기의 노즐 사이즈를 통해 조절 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈의 제조방법을 설명하면, 다음과 같다.

도 5a를 참조하면, 모기판(2)위에 희생층(4)을 도포한다.

도 5b를 참조하면, 상기 희생층(4)위에 상기 스트레인 센서(40)를 전사한다.

도 5c를 참조하면, 상기 센서 연결 전극(50)과 상기 안테나 연결 전극(60)을 증착 형성한다.

상기 센서 연결 전극(50)과 상기 안테나 연결 전극(60)은, 전극 소재를 증착한 후, 미리 설정된 형상으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 센서 연결 전극(50)은 상기 스트레인 센서(40)의 단자부(40b)에 연결되도록 패터닝한다.

이후, 도 5d를 참조하면, 상기 안테나 코일(20)을 형성한다.

상기 안테나 코일(20)은, 은나노 섬유를 전기방사(electrospinning)를 통하여 형성한 후, 은나노 와이어는 전기분무(electrospray) 방법으로 코팅하여 금속나노물질층을 형성한 후, 상기 금속나노물질층을 나선 형상의 안테나 패턴으로 패터닝하여 형성한다.

이후, 도 6a를 참조하면, 상기 안테나 코일(20)이 형성된 위에 상기 제1신축성 소재를 코팅하여 패시배이션 층(10a)을 형성한다.

상기 패시배이션 층(10a)은, 원형 형상으로 형성된다. 상기 패시배이션 층(10a)은, 추후 신축성 인터커넥트 연결시 합선을 방지할 수 있다.

상기 패시배이션 층(10a)을 형성한 후, 상기 스트레인 센서(40), 상기 센서 연결 전극(50) 및 상기 안테나 연결 전극(60)이 노출되도록 비아홀을 형성한다.

이후, 도 6b를 참조하면, 상기 패시배이션 층(10a) 위에 상기 하이브리드 기판(30)을 형성한다.

상기 하이브리드 기판(30)을 형성하기 위해서는 먼저 상기 강체 소재를 코팅하여 강체층을 형성한 후, 미리 설정된 상기 강체부(31)의 형상으로 패터닝한다.

상기 강체(Rigid) 소재는, 에폭시를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 SU8(E=~4Gpa)을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 강체부(31)는, 상기 안테나 코일(20)의 외주로부터 반경방향으로 소정간격 이격된 위치에 형성되고, 상기 센서 연결 전극(50)을 덮도록 형성되어 상기 센서 연결 전극(50)이 상기 강체부(31)에 구비되게 된다.

상기 강체부(31)는 적어도 일측이 개구된 하나의 원호 형상인 것도 가능하고, 복수의 원호들이 서로 소정간격 이격되게 배치된 형상인 것도 가능하다. 본 실시예에서는, 상기 강체부(31)는 3개의 원호가 서로 소정간격 이격되게 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 강체부(31)는 상기 스트레인 센서(40)를 중심으로 좌우 양측이 대칭되는 형상이라면 가능하다. 상기 스트레인 센서(40)를 중심으로 대칭이 되는 구조로 형성되어야, 상기 스트레인 센서(40)에서 변형률의 증폭이 보다 정확하고 안정적으로 이루어질 수 있다.

상기 강체부(31)를 형성한 후, 상기 소프트 소재를 코팅하여 상기 소프트부(32)를 형성한다.

상기 소프트 소재는 콘택트 렌즈 소재로 사용가능한 실리콘(silicone)을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 elastofilcon A (E=~0.09Mpa)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 소프트부(32)는, 상기 소프트 소재를 상기 패시배이션 층(10a)의 형상과 유사한 원형 형상으로 형성되어 상기 패시배이션 층(10a)과 상기 강체부(31)를 모두 덮는 소프트층인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 소프트부(32)는 상기 강체부(31)의 단부 사이의 영역에 형성되어 상기 스트레인 센서(40)를 덮을 수 있는 형상이라면 어느 형상이나 가능하다.

상기 소프트부(32)를 형성하면, 상기 스트레인 센서(40)는 상기 소프트부(32)에 위치된다.

이후, 도 6c를 참조하면, 상기 무선 통신용 칩(70)을 장착한다.

상기 무선 통신용 칩(70)은, 상기 안테나 코일(20)의 양단부에 근접하게 배치될 수 있다.

이후, 도 7a를 참조하면, 상기 신축성 인터커넥트(80)를 형성한다.

상기 신축성 인터커넥트(80)는, 액체 금속을 3차원 프린터기를 이용하여 3차원 프린팅하여 형성된다. 상기 신축성 인터커넥트(80)는 상기 무선 통신용 칩(70)의 일측과 상기 센서 연결 전극(50)을 연결하고, 상기 무선 통신용 칩(70)의 타측과 상기 안테나 연결 전극(60)을 연결하도록 프린팅한다.

상기 신축성 인터커넥트(80)는, 액체 금속을 사용하기 때문에 신축성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 3차원 프린팅함으로써 원하는 형상으로 패터닝이 용이하다. 또한, 상기 신축성 인터커넥트(80)는, 액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성함으로써, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 안테나 연결 전극(60) 사이, 또는 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 센서 연결 전극(50)사이에 단차가 있더라도 연결이 가능하다.

도 7b를 참조하면, 상기 제2신축성 소재를 코팅하여 보호층(10b)을 형성하여, 상기 신축성 인터커넥트(80), 상기 스트레인 센서(40), 상기 무선 통신용 칩(70)을 보호할 수 있는 신축성 패키지를 형성한다.

도 7c를 참조하면, 상기 희생층(4)을 제거하여, 상기 모기판(2)으로부터 소자를 분리한다.

도 8을 참조하면, 상기 희생층(4)이 제거된 상기 신축성 패키지를 성형 몰드(100)에 넣고 가압한 후 경화시켜 콘택트 렌즈의 형상으로 제작한다.

오목하게 형성된 렌즈용 하부 몰드(102)에 상기 콘택트 렌즈 소재와 상기 신축성 패키지를 넣고, 볼록하게 형성된 렌즈용 상부 몰드(101)를 설정 압력으로 가압하면, 콘택트 렌즈가 완성될 수 있다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 신축성 패키지를 미리 제조된 콘택트 렌즈에 전사하여 사용하는 것도 가능하다.

상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈의 사용방법을 설명하면, 다음과 같다.

사용자가 상기 스마트 콘택트렌즈를 착용한 후, 안압이 높아지면 안압에 따라 변형이 발생된다.

이 때, 상기 스마트 콘택트렌즈는 상기 하이브리드 기판(30)을 포함함으로써, 안압이 높아질 때 상기 강체부(31)에서는 변형이 억제되므로 상기 강체부(31)의 사이에 위치한 상기 소프트부(32)에서 상기 강체부(31)에 비해 상대적으로 변형이 집중될 수 있다.

상기 소프트부(32)에서 변형이 발생되면, 상기 소프트부(32)에 구비된 상기 스트레인 센서(40)가 변형률을 감지할 수 있다.

상기 강체부(31)에서 억제된 변형이 상기 소프트부(32)에 상대적으로 집중되어 증폭되기 때문에, 상기 스트레인 센서(40)에서 증폭된 변형을 감지하는 효과를 얻을 수 있다.

상기 스트레인 센서(40)는, 작은 안압에 따른 미세 변형이 발생하더라도 변형이 증폭되어 감지할 수 있기 때문에, 미세한 변형률을 효과적으로 감지할 수 있다.

상기 스트레인 센서(40)에서 감지된 값은 상기 무선 통신용 칩(70)을 통해 스마트폰 등 외부 단말기로 전송될 수 있다.

도 4 및 도 9를 참조하면, 상기 하이브리드 기판(30)의 강체부(31)와 소프트부(32)의 영역 비율에 따른 변형률 증폭 효과를 알 수 있다.

도 9를 참조하면, 상기 소프트부(31)의 길이 변화는 변형률에 따라 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있으며, 증가 비율은 상기 강체부(31)의 총 길이(L1)와 상기 탄성부의 총 길이(L0)의 비율에 비례하게 증가하는 것을 알 수 있다.

즉, 상기 강체부(31)의 총 길이(L1)와 상기 탄성부의 총 길이(L0)의 비율이 9:1일 때, 상기 소프트부(31)의 길이 변화율이 가장 크게 증가하는 것을 알 수 있다.

따라서, 상기 강체부(31)의 총 길이(L1)와 상기 탄성부의 총 길이(L0)의 비율이 9:1이 가장 최적인 것을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 기판의 강체부와 소프트부의 영역 비율에 따른 스트레인 센서의 민감도를 나타낸 그래프이다.

도 10을 참조하면, 상기 스트레인 센서(40)에서 안압에 대한 저항변화율은 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있으며, 이 때 증가 비율은 상기 강체부(31)의 총길이(L1)와 상기 탄성부의 길이(L0)의 비율에 비례하게 증가하는 것을 알 수 있다.

즉, 상기 강체부(31)의 총길이(L1)와 상기 탄성부의 길이(L0)의 비율이 9:1일 때, 상기 스트레인 센서(40)의 민감도가 가장 큰 것을 알 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈에서 금속나노물질로 형성된 안테나 코일과 구리 안테나를 주파수와 반사계수의 관계를 이용하여 비교한 그래프이다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 코일(20)은, 무선 통신이 가능한 공진 주파수 13.56MHz를 가지도록 제작하였다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈에서 금속나노물질로 형성된 안테나 코일과 구리 안테나를 변형률에 따른 저항변화로 비교한 그래프이다.

도 12를 참조하면, 상기 은나노 섬유와 상기 은나노 와이어로 형성된 상기 안테나 코일(20)은, 종래에 사용되던 구리 안테나에 비해 30% 인장 변형률에서 저항변화율이 1.5%미만인 것으로 나타났다.

즉, 상기 안테나 코일(20)은 우수한 기계적 신축성을 갖는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 안테나 코일(20)은 종래의 구리 안테나와 비교시 특성은 비슷하고, 신축성은 뛰어난 것을 알 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)의 상관관계를 나타낸 그래프이다. 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)를 이용하여 토끼의 안압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 안압계로 측정한 실제 안압과 본 발명에 따른 스마트 콘택트렌즈로 측정한 안압이 높은 상관관계가 있는 것을 알 수 있다.

또한, 중간 인터세션 상관계수 값(ICC)은 약0.888로서, 교차 재현성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)를 이용하여 사용자에 따른 재현성을 나타낸 그래프이다.

도 15를 참조하면, 서로 다른 사용자(operator1, operator2)를 대상으로 실험한 결과, 본 발명에 따른 스마튼 콘택트렌즈는 작업자에 따라 측정 결과가 달라지는 종래의 안압계와는 다르게 사용자에 영향을 받지 않는 것을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 신축성 기판 20: 안테나 코일
30: 하이브리드 기판 31: 강체부
32: 소프트부 40: 스트레인 센서
50: 센서 연결 전극 60: 안테나 연결 전극
70: 무선 통신용 칩 80: 신축성 인터커넥트

Claims (12)

1. 콘택트렌즈 소재로 형성된 신축성 기판과;
   상기 신축성 기판에 임베딩되고, 금속나노물질로 형성되며, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 형성되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일과;
   상기 신축성 기판에 임베딩되고, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정 간격 이격된 위치에서 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성되고 강체(Rigid) 소재로 형성된 강체부와, 상기 강체부의 단부 사이에 위치되고 상기 강체 소재보다 모듈러스가 미리 설정된 값 이상 차이나는 소프트 소재로 형성된 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판과;
   안압에 따른 변형률이 증폭되도록 저항선은 상기 소프트부에서 원주방향을 따라 길게 배치되고, 단자는 상기 강체부에 배치되어, 상기 강체부의 원주방향 길이와 상기 소프트부의 원주방향 길이의 비율에 따라 민감도가 조절되는 스트레인 센서와;
   상기 강체부에 구비되고, 상기 스트레인 센서와 연결되는 센서 연결 전극과;
   상기 안테나 코일의 양단에 각각 연결된 안테나 연결 전극과;
   상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 무선 통신용 칩과;
   액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성되어, 상기 무선 통신용 칩과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 무선 통신용 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.
2. 콘택트렌즈 소재로 형성된 신축성 기판과;
   상기 신축성 기판에 임베딩되고, 은 나노섬유와 은나노와이어를 포함하여 형성되며, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 형성되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일과;
   상기 신축성 기판에 임베딩되고, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정 간격 이격된 위치에서 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성되고 에폭시로 형성된 강체부와, 상기 강체부의 단부 사이에 위치되고 실리콘으로 형성된 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판과;
   안압에 따른 변형률이 증폭되도록 저항선은 상기 소프트부에서 원주방향을 따라 길게 배치되고, 단자는 상기 강체부에 배치되어, 상기 강체부의 원주방향 길이와 상기 소프트부의 원주방향 길이의 비율에 따라 민감도가 조절되고, 실리콘으로 형성된 스트레인 센서와;
   상기 강체부에 구비되고, 상기 스트레인 센서와 연결되는 센서 연결 전극과;
   상기 안테나 코일의 양단에 각각 연결된 안테나 연결 전극과;
   상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 근거리 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 NFC 칩과;
   액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성되어, 상기 NFC 칩과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 NFC 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 강체부는, 각각 원호 형상으로 형성되고 서로 소정간격 이격되게 복수개가 형성되고,
   상기 소프트부는, 상기 복수의 강체부들 중 이웃하는 두 개의 강체부들 사이에서 원호 형상으로 형성된 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 강체부의 원주방향 길이는 상기 소프트부의 원주방향 길이의 3배 내지 10배로 설정되는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 강체 소재는 에폭시를 포함하고,
   상기 소프트 소재는 실리콘을 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 안테나 코일은,
   1차원 금속나노물질과 2차원 금속 나노물질 중 적어도 하나를 포함하여 형성된 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 스트레인 센서는,
   실리콘(Silicon) 나노멤브레인 기반 센서를 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.
8. 모기판 위에 희생층을 도포하는 단계와;
   상기 희생층 위에 안압에 따른 변형률을 감지하기 위한 스트레인 센서를 전사하는 단계와;
   전극소재를 증착하고 패터닝하여, 상기 스트레인 센서의 단자에 연결되는 센서 연결 전극과, 안테나 코일에 연결되도록 안테나 연결 전극을 형성하는 단계와;
   금속나노물질을 코팅하여 금속나노물질층을 형성한 후, 상기 금속나노물질층을 나선 형상의 안테나 패턴으로 패터닝하여, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일을 형성하는 단계와;
   상기 안테나 코일 위에 제1신축성 소재를 코팅하여 패시배이션 층을 형성하고, 상기 스트레인 센서, 상기 센서 연결 전극 및 상기 안테나 연결전극이 노출되도록 비아홀을 형성하는 단계와;
   강체 소재를 코팅하여 강성층을 형성한 후, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정간격 이격된 위치에서 상기 센서 연결 전극을 덮고 상기 스트레인 센서의 저항선은 노출시키도록 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 패터닝하여, 강체부를 형성하는 단계와;
   상기 강체부 위에 상기 강체 소재보다 모듈러스가 미리 설정된 값 이상 차이나는 소프트 소재를 코팅하여, 상기 강체부의 단부 사이에서 상기 스트레인 센서를 덮는 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판을 형성하는 단계와;
   상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 무선 통신용 칩을 형성하는 단계와;
   액체 금속을 미리 설정된 패턴으로 3차원 프린팅하여, 상기 무선 통신용 칩의 일측과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 무선 통신용 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 형성하는 단계와;
   제2신축성 소재를 코팅하여, 상기 안테나 코일, 상기 신축성 인터커넥트, 상기 스트레인 센서 및 상기 무선 통신용 칩을 보호하는 신축성 패키지를 형성하는 단계와;
   상기 희생층을 제거하는 단계와;
   상기 신축성 패키지를 콘택트 렌즈의 형상으로 제작하는 단계를 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 강체부의 원주방향 길이는, 상기 소프트부의 원주방향 길이의 3배 내지 10배로 설정되어 패터닝되는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 강체 소재는 에폭시를 포함하고,
    상기 소프트 소재는 실리콘을 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 하이브리드 기판을 형성하는 단계는,
    상기 소프트 소재를 상기 패시배이션 층과 상기 강체부를 모두 덮도록 코팅하여 형성하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
12. 청구항 8에 있어서,
    상기 콘택트 렌즈의 형상으로 제작하는 단계는,
    오목하게 형성된 렌즈용 하부 몰드에 콘택트 렌즈 소재와 상기 신축성 패키지를 넣고, 볼록하게 형성된 렌즈용 상부 몰드로 가압한 후 경화시키는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.

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