KR102162552B1 - Biological signal measurement sensor using polylactic acid piezoelectric material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무구속형 생체신호 측정 센서를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자의 신체에 직접적인 기구 부착 또는 압박 등의 구속 없이 생체 신호를 높은 감도로 측정할 수 있는 생체신호 측정 센서를 제공할 수 있다.The present invention discloses a non-constrained bio-signal measuring sensor. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a bio-signal measurement sensor capable of measuring a bio-signal with high sensitivity without being directly attached to a user's body or restrained by pressure.

Description

폴리락틱산 압전 소재를 이용한 생체 신호 측정 센서{BIOLOGICAL SIGNAL MEASUREMENT SENSOR USING POLYLACTIC ACID PIEZOELECTRIC MATERIAL}Bio-signal measurement sensor using polylactic acid piezoelectric material {BIOLOGICAL SIGNAL MEASUREMENT SENSOR USING POLYLACTIC ACID PIEZOELECTRIC MATERIAL}

본 발명은 생체 신호 측정 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서를 신체에 부착하지 않은 무구속 상태로 호흡, 맥박, 심박 등의 생체 신호를 측정할 수 있는 생체 신호 측정 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a bio-signal measurement sensor, and more particularly, to a bio-signal measurement sensor capable of measuring bio-signals such as respiration, pulse, and heart rate in an unconstrained state in which the sensor is not attached to the body.

코골이(snoring)는 수면중 근육들이 늘어남으로써 좁아진 구강내로 공기가 통과할 때 연구개(입 천정에서 비교적 연한 뒤쪽 부분), 목젖 및 주위 점막등을 진동시켜 소리가 발생하는 증상을 의미하며, 수면 무호흡(sleep apnea)은 수면중 기도 주변의 조직들이 늘어나 기도를 폐쇄시킴으로써 호흡의 정지가 일어나는 증상으로써, 수면중 10초 이상의 무호흡 상태가 시간당 5번 이상 발현되거나, 7시간 기준으로 30번 이상 발현되는 수면 장애 증상을 의미한다.Snoring refers to a symptom in which a sound is generated by vibrating the soft palate (a relatively soft back part of the ceiling of the mouth), uvula and surrounding mucous membranes, etc., when air passes through the narrowed oral cavity due to the stretch of muscles during sleep. Sleep apnea is a symptom of stopping breathing by closing the airway by increasing tissues around the airways during sleep.Apnea of 10 seconds or more occurs 5 times per hour or more than 30 times per 7 hours during sleep. It refers to the symptoms of a sleep disorder.

수면 무호흡에 따른 수면 장애 증상이 있으면 반복되는 수면중 각성으로 인해 수면의 품질이 나빠지게 되고 이는 삶의 질을 낮추는 원인이 되며, 심한 경우 심혈관계 합병증 등 중증 질환의 원인이 될 수 있다.If there are symptoms of sleep disorders caused by sleep apnea, the quality of sleep deteriorates due to arousal during repeated sleep, which is the cause of lowering the quality of life, and in severe cases can cause serious diseases such as cardiovascular complications.

전술한 수면 무호흡과 같은 생체 리듬의 이상을 가장 간편하게 진단할 수 있는 요소는 심박 및 호흡이 있고, 이를 용이하게 측정하기 위해서 종래의 생체 신호 측정 장치는 전기전도도가 있는 센서전극패치를 피부에 직접 부착하고, 심장이 만들어 내는 전기적인 신호를 측정하여 관리자가 육안으로 확인할 수 있도록 디스플레이장치를 통하여 심박수, 호흡수를 표시하였다.The most convenient factors for diagnosing abnormalities in the circadian rhythm such as sleep apnea are heart rate and respiration, and in order to easily measure these, conventional bio-signal measuring devices attach sensor electrode patches with electrical conductivity directly to the skin. The heart rate and respiration rate were displayed through a display device so that the administrator can visually check the electrical signal generated by the heart.

즉, 환자의 신체에 생체 신호 측정 장치를 직접 부착하여 환자로 하여금 불편을 느끼게 하며, 이는 정확한 질병의 진단에도 어려움이 따르게 한다.That is, by attaching the bio-signal measuring device directly to the patient's body, the patient feels uncomfortable, which makes it difficult to diagnose an exact disease.

이를 해결하기 위하여 압전성 고분자를 환자의 의류 등에 적용하여 환자를 구속하지 않은 상태로 생체 신호를 측정하는 기술이 현재 개발되고 있다.To solve this problem, a technology for measuring a biological signal without restraining a patient by applying a piezoelectric polymer to a patient's clothing is currently being developed.

그러나, 종래의 압전성 고분자로 널리 알려진 폴리비닐리덴 다이플로라이드(polyvinylidene difluoride, PVDF)는 가격이 비쌀뿐만 아니라 압전 특성을 내기 위해서는 고전압을 사용하여 고분자 내 사슬 내부에 있는 쌍극자를 일정한 방향으로 나열되도록하는 분극 현상을 유도하여야 하며, 분극된 쌍극자라도 온도가 60~70도에 이르게 되면 분극된 쌍극자가 무질서하게 다시 돌아가게 되어 더 이상 압전 현상을 나타내지 못하는 단점이 있다.However, polyvinylidene difluoride (PVDF), which is widely known as a conventional piezoelectric polymer, is not only expensive, but also uses a high voltage to produce piezoelectric properties, so that dipoles inside the chain in the polymer are arranged in a certain direction. The polarization phenomenon must be induced, and even if the polarized dipole reaches a temperature of 60 to 70 degrees, the polarized dipole returns in a disorderly manner, so that the piezoelectric phenomenon is no longer displayed.

한국공개특허 제10-2017-0108462호, '수면 무호흡 모니터링 시스템'Korean Patent Publication No. 10-2017-0108462,'Sleep Apnea Monitoring System' 한국공개특허 제10-2009-0053441호, '압전센서를 이용한 비접촉 생체신호 측정장치'Korean Patent Publication No. 10-2009-0053441,'Non-contact bio-signal measuring device using piezoelectric sensor' 한국공개특허 제10-2015-0021298호, '착용형 생체신호 인터페이스 및 착용형 생체신호 인터페이스의 동작 방법'Korean Patent Application Publication No. 10-2015-0021298,'Wearable biosignal interface and operation method of wearable biosignal interface'

본 발명은 센서를 신체에 부착하지 않은 무구속 상태로 호흡, 맥박, 심박 등의 생체 신호를 측정할 수 있는 생체 신호 측정 센서를 제공한다.The present invention provides a bio-signal measurement sensor capable of measuring bio-signals such as respiration, pulse, and heart rate in an unconstrained state in which the sensor is not attached to the body.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서는, 폴리락틱산(Poly Lactic Acid, PLA) 필름을 연신하여 형성한 폴리락틱산 압전소재 필름; 상기 폴리락틱산 압전소재 필름의 상부에 형성되는 상부전극; 및 상기 폴리락틱산 압전소재 필름의 하부에 형성되는 하부전극을 포함하는 폴리락틱산 압전 센서와, 상기 폴리락틱산 압전 센서의 일 측에 형성되는 적어도 하나 이상의 상부 탄성층; 상기 폴리락틱산 압전 센서의 타 측에 형성되는 적어도 하나 이상의 하부 탄성층; 및 상기 폴리락틱산 압전 센서, 상부 탄성층 및 하부 탄성층을 밀봉하는 보호층을 포함하고, 상기 적어도 두 개 이상의 상부 탄성층 및 하부 탄성층은 교차하여 형성되어 서로 중첩되지 않는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.The non-constrained bio-signal measurement sensor according to an embodiment of the present invention includes a polylactic acid piezoelectric material film formed by stretching a polylactic acid (PLA) film; An upper electrode formed on the polylactic acid piezoelectric material film; And a polylactic acid piezoelectric sensor including a lower electrode formed under the polylactic acid piezoelectric material film, and at least one upper elastic layer formed on one side of the polylactic acid piezoelectric sensor; At least one lower elastic layer formed on the other side of the polylactic acid piezoelectric sensor; And a protective layer sealing the polylactic acid piezoelectric sensor, an upper elastic layer and a lower elastic layer, wherein the at least two or more upper elastic layers and the lower elastic layers are formed to cross and do not overlap with each other. To do.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서에서, 상기 폴리락틱산 필름을 구성하는 단량체의 80% 이상이 L-이성질체(L-isomer) 또는 D-이성질체(D-isomer) 중에서 선택된 한 종류의 이성질체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the non-binding biosignal measurement sensor according to an embodiment of the present invention, as long as 80% or more of the monomers constituting the polylactic acid film are selected from L-isomer or D-isomer. It is characterized by consisting of a kind of isomer.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서에서, 상기 폴리락틱산 압전소재 필름은 상기 폴리락틱산 필름을 3 내지 5의 연신비(drawing ratio, DR)로 연신한 필름인 것을 특징으로 한다.In the non-constrained bio-signal measurement sensor according to an embodiment of the present invention, the polylactic acid piezoelectric material film is a film obtained by stretching the polylactic acid film at a drawing ratio (DR) of 3 to 5. .

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서에서, 상기 폴리락틱산 압전소재 필름은 상기 폴리락틱산 필름을 연신 방향의 22.5° 내지 67.5°의 각도로 절단하여 형성하는 것을 특징으로 한다.In the non-constrained biosignal measurement sensor according to an embodiment of the present invention, the polylactic acid piezoelectric material film is formed by cutting the polylactic acid film at an angle of 22.5° to 67.5° in a stretching direction.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서에서, 상기 상부 탄성층 및 상기 하부 탄성층은 탄성 스펀지(elastic sponge)로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the non-constrained bio-signal measurement sensor according to an embodiment of the present invention, the upper elastic layer and the lower elastic layer are formed of an elastic sponge.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서에서, 상기 보호층은 보호 패브릭(protect fabric)으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the non-constrained bio-signal measurement sensor according to an embodiment of the present invention, the protective layer is formed of a protective fabric.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서에서, 상기 폴리락틱산 압전 센서는, 상기 전극에서 센서 외부로 전기적 신호를 전달할 수 있는 전극 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the non-constrained bio-signal measuring sensor according to an embodiment of the present invention, the polylactic acid piezoelectric sensor further includes an electrode connection unit capable of transmitting an electrical signal from the electrode to the outside of the sensor.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서에서, 상기 무구속형 생체신호 측정 센서는, 사용자의 수면 시 사용자의 호흡, 맥백, 심박을 측정하는 것을 특징으로 한다.In the non-constrained bio-signal measurement sensor according to an embodiment of the present invention, the non-constrained bio-signal measurement sensor measures the user's respiration, pulse rate, and heart rate when the user sleeps.

본 발명의 일 실시예에 따르면 폴리락틱산 필름은 연신 공정만으로 압전 특성을 가지므로 저가의 재료 및 제조 공정을 통하여 제조된 무구속형 생체신호 측정 센서를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since the polylactic acid film has piezoelectric properties only by the stretching process, it is possible to provide a non-constrained biosignal measurement sensor manufactured through inexpensive materials and manufacturing processes.

본 발명의 일 실시예에 따르면 폴리락틱산 필름은 3 내지 5의 연신비로 연신 및 22.5° 내지 67.5°의 절단 각도로 절단하여 압전 신호가 극대화 된 무구속형 생체신호 측정 센서를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the polylactic acid film is stretched at a draw ratio of 3 to 5 and cut at a cutting angle of 22.5° to 67.5° to provide a non-constrained biosignal measurement sensor in which a piezoelectric signal is maximized.

본 발명의 일 실시예에 따르면 교차하여 형성된 서로 중첩되지 않는 구조의 상부 탄성층 및 하부 탄성층을 통하여 외부 압력에 의해서 중첩되지 않은 구조에서 발생되는 전단력이 효율적으로 발생되어 전단 압력에 의한 압전 신호가 보다 크게 발생될 수 있는 센서 구조체를 이용하여 보다 효과적이면서 민감하게 생체신호 측정 센서를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, shear force generated in the non-overlapping structure by external pressure is efficiently generated through the upper elastic layer and the lower elastic layer of the structure that do not overlap each other formed intersecting each other, so that a piezoelectric signal due to shear pressure is generated. By using a sensor structure that can be generated larger, it is possible to provide a sensor for measuring a biological signal more effectively and sensitively.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서를 구성하는 폴리락틱산 압전 센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서의 전체 구조 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 따른 폴리락틱산 압전 센서의 압전 신호를 도시한 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 폴리락틱산 압전 센서에서, 절단 각도에 따른 압전 피크 투 피크(peak-to-peak) 출력을 도시한 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 폴리락틱산 압전 센서에서, 연신비에 따른 압전 피크 투 피크 출력을 도시한 그래프이다.
도 4c는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 폴리락틱산 압전 센서에서, 연신비에 따른 복굴절을 도시한 그래프이다.
도 4d는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 폴리락틱산 압전 센서에서, 복굴절과 압전 전압 간의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 코팅된 무구속형 생체신호 측정 센서에서 생성된 압전 신호를 도시한 그래프이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시예 6 및 비교예 6에 따른 압전 신호의 크기 비교를 실제 매트리스 위에서 동시에 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예 6에 따른 실리콘 코팅된 무구속형 생체신호 측정 센서를 매트리스에 설치한 후, 피검자의 수면 시 얻은 생체 신호를 도시한 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of a polylactic acid piezoelectric sensor constituting a non-constrained bio-signal measurement sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the entire structure of a non-constrained bio-signal measuring sensor according to an embodiment of the present invention.
3A to 3D are graphs showing piezoelectric signals of polylactic acid piezoelectric sensors according to embodiments of the present invention.
4A is a graph showing a piezoelectric peak-to-peak output according to a cutting angle in a polylactic acid piezoelectric sensor according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
4B is a graph showing piezoelectric peak-to-peak output according to a draw ratio in a polylactic acid piezoelectric sensor according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
4C is a graph showing birefringence according to an elongation ratio in a polylactic acid piezoelectric sensor according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
4D is a graph showing a correlation between birefringence and a piezoelectric voltage in a polylactic acid piezoelectric sensor according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
5 is a graph showing a piezoelectric signal generated by a silicon-coated non-constrained bio-signal measuring sensor according to another embodiment of the present invention.
6A and 6B are graphs showing a result of simultaneously measuring the magnitude of piezoelectric signals according to Example 6 and Comparative Example 6 of the present invention on an actual mattress.
7A to 7D are graphs showing the biosignals obtained when the subject sleeps after installing the silicone-coated non-constrained biosignal measurement sensor according to the sixth embodiment of the present invention on the mattress.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, actions and/or elements, and/or elements, steps, actions and/or elements mentioned. Or does not exclude additions.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, "embodiment", "example", "side", "example" and the like should be construed as having any aspect or design described better or advantageous than other aspects or designs. Is not.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.In addition, the term'or' means an inclusive OR'inclusive or' rather than an exclusive OR'exclusive or'. That is, unless stated otherwise or unless clear from context, the expression'x uses a or b'means any one of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the singular expression ("a" or "an") used in this specification and the claims generally means "one or more" unless otherwise stated or unless it is clear from the context that it relates to the singular form. Should be interpreted as.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as general and universal in the related technology field, but there may be other terms depending on the development and/or change of technology, customs, preferences of technicians, and the like. Therefore, terms used in the following description should not be understood as limiting the technical idea, but should be understood as exemplary terms for describing embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, detailed meanings will be described in the corresponding description. Therefore, terms used in the following description should be understood based on the meaning of the term and the contents throughout the specification, not just the name of the term.

한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Meanwhile, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.In addition, when a part such as a film, layer, region, configuration request, etc. is said to be "on" or "on" another part, not only is it directly above another part, but also another film, layer, region, component in the middle thereof. This includes cases where such as are interposed.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express an embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of users or operators, or customs in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서를 구성하는 폴리락틱산 압전 센서의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a polylactic acid piezoelectric sensor constituting a non-constrained bio-signal measurement sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 폴리락틱산 압전 센서(100)는 폴리락틱산 필름을 연신하여 형성한 폴리락틱산 압전소재 필름(110)과, 폴리락틱산 압전소재 필름(110)의 상부에 형성되는 상부전극(120) 및 폴리락틱산 압전소재 필름(110)의 하부에 형성되는 하부전극(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the polylactic acid piezoelectric sensor 100 includes a polylactic acid piezoelectric material film 110 formed by stretching a polylactic acid film, and an upper electrode formed on the polylactic acid piezoelectric material film 110. 120 and a lower electrode 130 formed under the polylactic acid piezoelectric material film 110.

폴리락틱산은 뛰어난 생분해 특성을 지닌 친환경적인 폴리머이고, 전단변형을 통해 압전 전류가 생성되는 특징으로 인하여 널리 연구되고 있다.Polylactic acid is an eco-friendly polymer with excellent biodegradation properties, and has been widely studied due to the characteristic of generating a piezoelectric current through shear deformation.

폴리락틱산의 α-결정형은 상온에서 열역학적으로 가장 안정한 상태이며, 융해 또는 용액방사방법으로 쉽게 얻을 수 있다. 하지만 미연신 PLA 필름에는 이와 같은 분자사슬이 랜덤하게 배향되어 있고 C=O 쌍극자 그룹이 분자사슬을 따라 나선형으로 배향되어 있으며 이에 따라 넷 쌍극자 모멘트가 0이 되기 때문에 압전특성을 나타내지 않는다. The α-crystalline form of polylactic acid is the most thermodynamically stable at room temperature, and can be easily obtained by melting or solution spinning. However, in the unstretched PLA film, such molecular chains are randomly oriented, and C=O dipole groups are helically oriented along the molecular chain, and accordingly, the net dipole moment becomes zero, so it does not exhibit piezoelectric properties.

이러한 단점은 폴리락틱산 필름을 고온에서 일축 연신함으로써 극복 될 수 있으며, 이는 103 나선형 형태를 갖는 α-결정형 폴리락틱산 필름이 중합체 사슬을 따라 31 나선형 형태를 갖는 β-결정형으로 전환되며 극복될 수 있다.These drawbacks can be overcome by polylactic uniaxially stretching the film at a high temperature lactic acid, which is converted to β- crystal form having a 3 1 helical form along the polymer chain α- crystalline polylactic acid film having a spiral shape 10 3 overcome Can be.

폴리락틱산의 단량체인 락트산은 광학이성질체로, D-이성질체(D-isomer)와 L-이성질체(L-isomer)의 두 가지 형태를 갖으며, D-이성질체로 이루어진 폴리락틱산을 폴리-D-락트산[poly(D-lactic acid), PDLA], L-이성질체로 이루어진 폴리락틱산을 폴리-L-락트산[poly(L-lactic acid), PLLA] 라고 한다.Lactic acid, a monomer of polylactic acid, is an optical isomer, and has two forms, D-isomer and L-isomer, and polylactic acid consisting of D-isomer is poly-D- Polylactic acid consisting of lactic acid [poly(D-lactic acid), PDLA] and L-isomer is referred to as poly-L-lactic acid [poly(L-lactic acid), PLLA].

폴리락틱산의 연신 조건 및7폴리락틱산 이성질체의 조성 등은 후술할 실시예들에서 보다 상세하게 서술하도록 한다.The stretching conditions of the polylactic acid and the composition of the 7 polylactic acid isomer will be described in more detail in Examples to be described later.

특히 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리락틱산 압전 센서 (100)의 폴리락틱산 압전소재 필름(110)은 3 내지 5의 연신비(drawing ratio, DR)로 연신한 후 연신 방향의 22.5° 내지 67.5°의 각도로 절단하여 형성하는 것을 특징으로 한다.In particular, the polylactic acid piezoelectric material film 110 of the polylactic acid piezoelectric sensor 100 according to an embodiment of the present invention is drawn at a drawing ratio (DR) of 3 to 5 and then 22.5° to 67.5 in the drawing direction. It is characterized in that it is formed by cutting at an angle of °.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리락틱산 압전 센서 (100)의 폴리락틱산 압전소재 필름(111)은 4의 연신비로 연신한 후 연신 방향의 45°의 각도로 절단하여 형성하는 것이 더욱 바람직하다.In particular, the polylactic acid piezoelectric material film 111 of the polylactic acid piezoelectric sensor 100 according to an embodiment of the present invention is further formed by stretching at a draw ratio of 4 and then cutting at an angle of 45° in the stretching direction. desirable.

폴리락틱산 압전소재 필름 형성 시의 연신비와 절단 각도는 후술할 본 발명의 실시예들에서 보다 상세하게 설명하도록 한다.The draw ratio and the cutting angle when forming the polylactic acid piezoelectric material film will be described in more detail in the embodiments of the present invention to be described later.

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리락틱산 압전 센서(100)를 구성하는 폴리락틱산 압전소재 필름(110)의 상부에는 상부전극(120)이 형성되고, 폴리락틱산 압전소재 필름(110)의 하부에는 하부전극(130)이 형성된다.An upper electrode 120 is formed on the polylactic acid piezoelectric material film 110 constituting the polylactic acid piezoelectric sensor 100 according to an embodiment of the present invention, and the polylactic acid piezoelectric material film 110 A lower electrode 130 is formed on the lower side.

상부전극(120) 및 하부전극(130)은 금속 포일 페이퍼(foil paper), 전도성 섬유 직-편물(conductive fabric), 도전성 고분자 필름 및 도전성 나노웹 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 전극(112,113)은 압축 및 신축이 가능한 탄성형 전극도 사용 가능하다.The upper electrode 120 and the lower electrode 130 may be formed of at least one of a metal foil paper, a conductive fiber, a conductive fabric, a conductive polymer film, and a conductive nanoweb, and the electrodes 112 and 113 Elastic electrodes that can be compressed and stretched are also available.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서의 전체 구조 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the entire structure of a non-constrained bio-signal measuring sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서(200)는 폴리락틱산 압전 센서(210)와 폴리락틱산 압전 센서(210)의 일 측에 형성되는 적어도 하나 이상의 상부 탄성층(220), 폴리락틱산 압전 센서(210)의 타 측에 형성되는 적어도 하나 이상의 하부 탄성층(230) 및 폴리락틱산 압전 센서(210), 상부 탄성층(220) 및 하부 탄성층(230)을 밀봉하는 보호층(240)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the non-constrained bio-signal measurement sensor 200 according to an embodiment of the present invention includes at least one polylactic acid piezoelectric sensor 210 and at least one formed on one side of the polylactic acid piezoelectric sensor 210. The upper elastic layer 220, at least one lower elastic layer 230 formed on the other side of the polylactic acid piezoelectric sensor 210, the polylactic acid piezoelectric sensor 210, the upper elastic layer 220, and the lower elastic layer It includes a protective layer 240 for sealing 230.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서(200)는 폴리락틱산 압전 센서(210)의 일 측에 형성되는 적어도 하나 이상의 상부 탄성층(220), 폴리락틱산 압전 센서(210)의 타 측에 형성되는 적어도 하나 이상의 하부 탄성층(230)을 포함한다.The non-constrained biosignal measurement sensor 200 according to an embodiment of the present invention includes at least one upper elastic layer 220 formed on one side of the polylactic acid piezoelectric sensor 210, and the polylactic acid piezoelectric sensor 210 It includes at least one lower elastic layer 230 formed on the other side of the.

상부 탄성층(220) 및 하부 탄성층(230)은 탄성 스펀지(elastic sponge) 및 탄성 섬유체(elastic fiber) 중 선택되는 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.The upper elastic layer 220 and the lower elastic layer 230 are formed of at least one selected from an elastic sponge and an elastic fiber.

상부 탄성층(220) 및 하부 탄성층(230)은 또한 교차하여 형성되어 서로 중첩되지 않는 구조를 갖는다. The upper elastic layer 220 and the lower elastic layer 230 are also formed to cross and have a structure that does not overlap each other.

상부 탄성층(220)과 하부 탄성층(230)을 중첩되지 않는 구조로 형성하면, 외부에서 오는 심박 및 호흡과 같은 압력을 압전 센서에 전단력 변화로 전환할 수 있어, 단순한 상하 탄성체 구조 대비하여 보다 우수한 센서 특성을 가질 수 있다.If the upper elastic layer 220 and the lower elastic layer 230 are formed in a non-overlapping structure, pressure such as heartbeat and respiration coming from the outside can be converted into a shear force change to the piezoelectric sensor, compared to a simple upper and lower elastic body structure. It can have excellent sensor characteristics.

또한, 이러한 구조는 매트리스 등의 신체와 접촉하는 구조물에 설치되어 생체 신호를 측정할 때 사용자의 불편감을 최소화 할 수 있고, 생체 신호 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, such a structure is installed in a structure in contact with a body such as a mattress, so that a user's discomfort when measuring a physiological signal can be minimized, and accuracy of measuring a physiological signal can be improved.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서(200)는 폴리락틱산 압전 센서(210), 상부 탄성층(220) 및 하부 탄성층(230)을 밀봉하는 보호층(240)을 포함한다.The non-constrained bio-signal measurement sensor 200 according to an embodiment of the present invention includes a polylactic acid piezoelectric sensor 210, an upper elastic layer 220, and a protective layer 240 sealing the lower elastic layer 230. do.

보호층(240)은 보호 필름(protect film) 및 보호 패브릭(protect fabric) 중 선택되는 적어도 하나로 형성될 수 있다. The protective layer 240 may be formed of at least one selected from a protective film and a protective fabric.

보호층(240)은 내부의 폴리락틱산 압전 센서(210), 상부 탄성층(220) 및 하부 탄성층(230)을 보호하고, 사용자의 신체와 접촉하는 구조물에 설치 시 사용자의 이질감을 최소화 하는데 그 목적이 있다.The protective layer 240 protects the inner polylactic acid piezoelectric sensor 210, the upper elastic layer 220, and the lower elastic layer 230, and minimizes the user's sense of heterogeneity when installed on a structure in contact with the user's body. There is a purpose.

보호층(240)을 구성할 수 있는 보호 필름 및 보호 패브릭은 통기성을 가지는 재료를 사용하여 신체의 접촉에도 땀이 차지 않게 하는 목적에도 적합한 재료로 구성되어 있다.The protective film and the protective fabric that may constitute the protective layer 240 are made of a material suitable for the purpose of preventing sweat from being in contact with the body by using a material having breathability.

본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서(200)는 상술한 바와 같이 사용자, 즉 피검자의 신체와 접촉하는 구조물에 설치되어 사용자가 해당 구조물과 신체를 접촉할 때 사용자의 생체신호를 측정 할 수 있다.As described above, the non-constrained bio-signal measurement sensor 200 according to an embodiment of the present invention is installed in a structure that contacts the user, that is, the body of the subject, and when the user contacts the structure and the body, the user’s bio-signal is transmitted. I can measure it.

측정 가능한 생체 신호는 사용자의 호흡, 무호흡, 심박, 맥박 및 움직임 등이 있으며, 이에 한정되지 않고 압전 센서를 통해 측정 가능한 생체 신호라면 모두 측정이 가능하며, 여러 신호를 동시에 측정 할 수도 있다.The biometric signals that can be measured include the user's breathing, apnea, heart rate, pulse and movement, and are not limited thereto. Any bio signals that can be measured through a piezoelectric sensor can be measured, and multiple signals can be measured simultaneously.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for explaining the present invention more specifically, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

[물질][matter]

2% D-이성질체 및 98% L-이성질체로 이루어진 폴리락틱산(PLA 4032D ,Mw=195,000)을 내이쳐워크사(NatureWorks®, USA)에서 구매하여 폴리락틱산 필름을 제조하는데 사용하였다.Polylactic acid (PLA 4032D, Mw=195,000) consisting of 2% D-isomer and 98% L-isomer was purchased from NatureWorks®, USA and used to prepare a polylactic acid film.

실리콘 탄성체 베이스와 실리콘 엘라스토머 경화제(Sylgard®184A and 184B)는 다우코닝사(Dow Corning, USA)에서 구매하여 보호층과 함께 마찰력을 향상시키기 위한 실리콘 코팅 공정에 사용하였다.A silicone elastomer base and silicone elastomer curing agent (Sylgard® 184A and 184B) were purchased from Dow Corning, USA and used in the silicone coating process to improve friction with the protective layer.

실리콘 탄성체 베이스와 실리콘 엘라스토머 경화제는 탄성체의 실리콘 코팅층을 형성하기 위한 목적으로 사용하였다. 실리콘 코팅을 수행하게 되면 폴리락틱산 필름의 미끄러짐을 방지할 수 있어, 압력에 의한 전단력 변환이 보다 용이하게 된다.The silicone elastomer base and the silicone elastomer curing agent were used for the purpose of forming the silicone coating layer of the elastic body. When the silicone coating is performed, it is possible to prevent the polylactic acid film from slipping, so that the shear force conversion by pressure becomes easier.

또한, 접착성 니켈-구리 도금 폴리에스테르 직물(J. S. Korea Inc)을 상부 및 하부 전극으로 사용하였다.In addition, an adhesive nickel-copper plated polyester fabric (J. S. Korea Inc) was used as the upper and lower electrodes.

[실시예 1][Example 1]

2% D-이성질체 및 98% L-이성질체로 이루어진 폴리락틱산을 연신비 4.5로 연신 후 연신 방향의 45°로 절단하여 폴리락틱산 압전소재 필름을 제조하였다.Polylactic acid consisting of 2% D-isomer and 98% L-isomer was stretched at a draw ratio of 4.5 and then cut at 45° in the stretching direction to prepare a polylactic acid piezoelectric material film.

이후, 폴리락틱산 압전소재 필름의 상부 및 하부에 접착성 니켈-구리 도금 폴리에스테르 직물을 접착, 상부전극 및 하부전극을 형성하여 폴리락틱산 압전 센서를 제조하였다.Thereafter, an adhesive nickel-copper plated polyester fabric was adhered to the upper and lower portions of the polylactic acid piezoelectric material film, and an upper electrode and a lower electrode were formed to manufacture a polylactic acid piezoelectric sensor.

[실시예 2][Example 2]

[실시예 2]는 연신된 폴리락트산 필름을 연신 방향의 22.5°로 절단하는 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다.[Example 2] was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the stretched polylactic acid film was cut at 22.5° in the stretching direction.

[실시예 3][Example 3]

[실시예 3]은 연신된 폴리락트산 필름을 연신 방향의 67.5°로 절단하는 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다.[Example 3] was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the stretched polylactic acid film was cut at 67.5° in the stretching direction.

[실시예 4][Example 4]

[실시예 4]는 폴리락트산 필름을 연신비 4.0으로 연신하는 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다.[Example 4] was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the polylactic acid film was stretched at a draw ratio of 4.0.

[실시예 5][Example 5]

[실시예 5]는 [실시예 1]에서 제조한 센서에 실리콘 고무를 이용하여 코팅 및 경화한 후 그 위에 보호용 섬유를 피복하여 센서를 제조하였다.In [Example 5], the sensor prepared in [Example 1] was coated and cured using silicone rubber, and then a protective fiber was coated thereon to prepare a sensor.

[실시예 6][Example 6]

[실시예 6]은 [실시예 1]에서 제조한 센서의 상부 및 하부에 각각 양면 접착 탄성 스폰지(3M사)를 교차되게 그림 2와 같이 배치하고 그 위에 보호용 섬유를 피복하여 센서를 제조하였다.In [Example 6], a double-sided adhesive elastic sponge (3M company) was disposed on the upper and lower portions of the sensor manufactured in [Example 1] so as to cross each other as shown in Fig. 2, and a protective fiber was coated thereon to prepare a sensor.

[비교예 1][Comparative Example 1]

[비교예 1]은 연신된 폴리락트산 필름을 연신 방향의 0°로 절단하는 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다.[Comparative Example 1] was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the stretched polylactic acid film was cut at 0° in the stretching direction.

[비교예 2][Comparative Example 2]

[비교예 2]는 연신된 폴리락트산 필름을 연신 방향의 90°로 절단하는 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다.[Comparative Example 2] was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the stretched polylactic acid film was cut at 90° in the stretching direction.

[비교예 3][Comparative Example 3]

[비교예 3]은 폴리락트산 필름을 연신하지 않는 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다. (연신 공정을 거치지 않았으므로 임의의 방향으로 절단한다.)[Comparative Example 3] was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the polylactic acid film was not stretched. (Because it has not been through the stretching process, it is cut in an arbitrary direction.)

[비교예 4][Comparative Example 4]

[비교예 4]는 폴리락트산 필름을 연신비 3.3으로 연신하는 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다.[Comparative Example 4] was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the polylactic acid film was stretched at a draw ratio of 3.3.

[비교예 5][Comparative Example 5]

[비교예 5]는 폴리락트산 필름을 연신비 3.5로 연신하는 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 방법으로 제조하였다.[Comparative Example 5] was prepared in the same manner as in [Example 1], except that the polylactic acid film was stretched at a draw ratio of 3.5.

[비교예 6][Comparative Example 6]

[비교예 6]은 실시예 1에서 만든 센서 위에 보호용 섬유를 피복하여 센서를 제조하였다.In [Comparative Example 6], a sensor was manufactured by coating a protective fiber on the sensor made in Example 1.

이하에서는, 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서의 특성을 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, characteristics of the non-constrained bio-signal measuring sensor according to the embodiments and comparative examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 따른 폴리락틱산 압전 센서의 압전 신호를 도시한 그래프이다.3A to 3D are graphs showing piezoelectric signals of polylactic acid piezoelectric sensors according to embodiments of the present invention.

도 3a는 본 발명의 실시예 1에 따른 폴리락틱산 압전 센서의 압전 신호를 도시한 그래프로, 도 3a를 참조하면 폴리락틱산을 연신비 4.5로 연신 후 연신 방향의 45°로 절단하여 형성한 폴리락틱산 압전소재 필름이 최대의 출력 전압을 나타냄을 확인할 수 있다.FIG. 3A is a graph showing a piezoelectric signal of the polylactic acid piezoelectric sensor according to Example 1 of the present invention. Referring to FIG. 3A, polylactic acid is stretched at a draw ratio of 4.5 and then cut at 45° in the stretching direction. It can be seen that the lactic acid piezoelectric material film shows the maximum output voltage.

도 3b 내지 도 3d는 본 발명의 실시예 2 내지 실시예 4에 따른 폴리락틱산 압전 센서의 압전 신호를 도시한 그래프로, 도 3b 내지 도 3d를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 비하여 다소 낮은 출력 전압을 보이지만, 센서로 사용이 가능한 정도의 출력 전압을 보이는 것을 확인할 수 있다.3B to 3D are graphs showing piezoelectric signals of the polylactic acid piezoelectric sensors according to Embodiments 2 to 4 of the present invention. Referring to Figs. 3B to 3D, somewhat compared to Embodiment 1 of the present invention. It shows a low output voltage, but it can be seen that it shows an output voltage that can be used as a sensor.

도 3e 내지 도 3i는 본 발명의 비교예들에 따른 폴리락틱산 압전 센서의 압전 신호를 도시한 그래프이다.3E to 3I are graphs showing piezoelectric signals of polylactic acid piezoelectric sensors according to comparative examples of the present invention.

도 3e 내지 도 3i를 참조하면, 본 발명의 실시예들과 비교하여 상대적으로 낮은 출력 전압을 나타냄이 확인되어, 센서로서의 활용이 어려운 것을 알 수 있다.3E to 3I, it is confirmed that the output voltage is relatively low compared to the embodiments of the present invention, and thus it can be seen that it is difficult to use it as a sensor.

도 4a는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 폴리락틱산 압전 센서에서, 절단 각도에 따른 압전 피크 투 피크(peak-to-peak) 출력을 도시한 그래프이다.4A is a graph showing a piezoelectric peak-to-peak output according to a cutting angle in a polylactic acid piezoelectric sensor according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

도 4a를 참조하면, 절단 각도가 45°일 때 가장 좋은 출력을 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4A, it can be seen that the best output is displayed when the cutting angle is 45°.

도 4b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 폴리락틱산 압전 센서에서, 연신비에 따른 압전 피크 투 피크 출력을 도시한 그래프이다.4B is a graph showing piezoelectric peak-to-peak output according to a draw ratio in a polylactic acid piezoelectric sensor according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

도 4b를 참조하면, 연신비 3.5부터 압전 피크 투 피크 출력이 급격히 상승하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 연신비 3.5에서부터 폴리락틱산 필름의 넥킹(necking) 현상이 발생함을 의미한다. 또한, 이는 폴리락틱산 필름의 연신 공정 시 넥킹 현상 이후에 배향이 일어나는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4B, it can be seen that the piezoelectric peak-to-peak output rapidly increases from the draw ratio of 3.5, which means that the polylactic acid film is necked from the draw ratio of 3.5. In addition, it can be confirmed that orientation occurs after the necking phenomenon during the stretching process of the polylactic acid film.

도 4c는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 폴리락틱산 압전 센서에서, 연신비에 따른 복굴절을 도시한 그래프이다.4C is a graph showing birefringence according to an elongation ratio in a polylactic acid piezoelectric sensor according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

도 4c의 그래프 역시 도 4b의 그래프와 마찬가지로 연신비 3.5에서부터 복굴절 수치가 급격히 상승하는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the graph of FIG. 4C also rapidly increases the birefringence value from the draw ratio of 3.5, like the graph of FIG. 4B.

도 4d는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 폴리락틱산 압전 센서에서, 복굴절과 압전 전압 간의 상관관계를 도시한 그래프이다.4D is a graph showing a correlation between birefringence and a piezoelectric voltage in a polylactic acid piezoelectric sensor according to an embodiment and a comparative example of the present invention.

도 4d를 참조하면, 압전 전압은 복굴절에 선형적으로 비례하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4D, it can be seen that the piezoelectric voltage is linearly proportional to birefringence.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 코팅된 무구속형 생체신호 측정 센서에서 생성된 압전 신호를 도시한 그래프이다.5 is a graph showing a piezoelectric signal generated by a silicon-coated non-constrained bio-signal measuring sensor according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 5에 따른 실리콘 코팅된 무구속형 생체신호 측정 센서는 실리콘 코팅에 의하여 센서에 전단력 전달이 용이하게 되어 실리콘 코팅을 하지 않은 비교예 5에 비해 압전 신호가 커짐을 확인할 수 있다.5, the silicon-coated non-constrained bio-signal measurement sensor according to the fifth embodiment of the present invention facilitates the transfer of shear force to the sensor by the silicon coating, so that the piezoelectric signal is larger than that of Comparative Example 5 without the silicon coating. can confirm.

도 6a 및 6b는 본 발명의 실시예 6 및 비교예 6에 따른 압전 신호의 크기 비교를 실제 매트리스 위에서 동시에 측정한 결과를 도시한 그래프이다.6A and 6B are graphs showing results obtained by simultaneously measuring the magnitude of piezoelectric signals according to Example 6 and Comparative Example 6 on an actual mattress.

도 6a는 본 발명의 실시예 6에 따른 매트리스 위에서 측정한 결과이고, 도 6b는 본 발명의 비교예 6에 따른 매트리스 위에서 측정한 결과이다.6A is a result of measurement on a mattress according to Example 6 of the present invention, and FIG. 6B is a result of measurement on a mattress according to Comparative Example 6 of the present invention.

도 6a 및 도 6b에 따르면, 실시예 6에 의한 도 6a의 생체 신호 결과가 비교예 6에 의한 도 6b의 생체신호 값보다 크게 나타남을 보여 주고 있으며, 이는 상하 탄성 스폰지 또는 탄성체를 상하에 교차적으로 배치함으로 해서 압전 센서에 전단력을 효과적으로 전달하는 방식임을 보여주는 결과이다.6A and 6B, it is shown that the biosignal result of FIG. 6A according to Example 6 is larger than the biosignal value of FIG. 6B according to Comparative Example 6, which is a crossover of upper and lower elastic sponges or elastic bodies This is a result showing that it is a method of effectively transmitting shear force to the piezoelectric sensor by placing it as

도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예 6에 따른 실리콘 코팅된 무구속형 생체신호 측정 센서를 매트리스에 설치한 후, 피검자의 수면 시 얻은 생체 신호를 도시한 그래프이다.7A to 7D are graphs showing the biosignals obtained when the subject sleeps after installing the silicone-coated non-constrained biosignal measurement sensor according to the sixth embodiment of the present invention on the mattress.

도 7a 내지 7d에서 본 발명의 일 실시예에 따른 무구속형 생체신호 측정 센서는 피검자의 등 부위에 놓일 수 있도록 설치되었다.7A to 7D, the non-constrained bio-signal measurement sensor according to an embodiment of the present invention is installed to be placed on the back of the subject.

도 7a는 통상적인 호흡 및 심박이 감지되어 시간적인 변화로 나타나는 신호의 모양을 측정한 결과이며, 신호 속에는 호흡 및 심박 신호가 혼합되어 측정되고 있다.7A is a result of measuring the shape of a signal that appears as a temporal change by detecting a typical respiration and heartbeat, and the respiration and heartbeat signals are mixed and measured in the signal.

도 7b는 상기 도 7a에서 얻은 시간에 대한 신호를 퓨리어 변환(Fourier Transformation)을 하여 주파수 영역의 신호로 변환된 것을 도시한 것으로, 심박 신호 및 호흡 신호가 분리되어 나타나며, 본 예에서는 1차 신호 내지 3차 신호가 분리되어 나타남을 확인할 수 있다.7B is a diagram showing that the signal for the time obtained in FIG. 7A is converted into a signal in the frequency domain by Fourier Transformation. The heart rate signal and the respiration signal are separated and shown. In this example, the primary signal It can be seen that the to tertiary signals are separated.

도 7c는 무호흡 증상을 가진 피검자의 수면 중 얻은 생체 신호 데이터를 도시한 그래프이다.7C is a graph showing biosignal data obtained during sleep of a subject with apnea symptoms.

도 7c를 참조하면, 무호흡 이벤트의 구간 동안 피검자의 생체 신호 중 호흡 신호가 사라지고 심박 신호만 표시되고 있으며, 심박에 의한 상대적인 압력의 세기가 호흡보다 약하고 빠르기 때문에 전체적인 신호는 감소하나 빠른 주기임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7C, during the period of the apnea event, the breathing signal disappears and only the heart rate signal is displayed, and the relative pressure due to the heart rate is weaker and faster than the breathing during the period of the apnea event. have.

도 7d는 일반적인 수면 중 피검자의 움직임을 도시한 그래프이다. 피검자가 움직일 때, 통상적인 호흡 신호보다 불규칙한 주파수 및 진폭을 보이므로, 피검자의 움직임을 쉽게 확인할 수 있다.7D is a graph showing the movement of a subject during normal sleep. When the subject moves, since it shows an irregular frequency and amplitude than that of a normal breathing signal, the subject's movement can be easily confirmed.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are only presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is apparent to those of ordinary skill in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention may be implemented.

100: 폴리락틱산 압전 센서 110: 폴리락틱산 압전소재 필름
120: 상부전극 130: 하부전극
200: 무구속형 생체신호 측정 센서 210: 폴리락틱산 압전 센서
220: 상부 탄성층 230: 하부 탄성층
240: 보호층
100: polylactic acid piezoelectric sensor 110: polylactic acid piezoelectric material film
120: upper electrode 130: lower electrode
200: non-constrained bio-signal measurement sensor 210: polylactic acid piezoelectric sensor
220: upper elastic layer 230: lower elastic layer
240: protective layer

Claims (9)

폴리락틱산 필름을 연신하는 단계;
상기 연신된 폴리락틱산 필름을 절단하여 폴리락틱산 압전소재 필름을 제조하는 단계;
상기 폴리락틱산 압전소재 필름의 상부 및 하부에 각각 상부전극 및 하부전극을 형성하여 폴리락틱산 압전 센서를 제조하는 단계;
상기 폴리락틱산 압전 센서의 일 측에 적어도 하나 이상의 상부 탄성층을 형성하는 단계;
상기 폴리락틱산 압전 센서의 타 측에 적어도 하나 이상의 하부 탄성층을 형성하는 단계; 및
상기 폴리락틱산 압전 센서의 상부 탄성층 및 하부 탄성층을 밀봉하는 보호층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 폴리락틱산 필름을 연신하는 단계에서 폴리락틱산 필름은 4 내지 4.5의 연신비로 연신되며,
상기 폴리락틱산 압전소재 필름을 제조하는 단계에서 상기 연신된 폴리락틱산 필름은 연신 방향의 22.5° 내지 67.5°의 각도로 절단하며,
상기 상부 탄성층과 상기 하부 탄성층은 교차하여 형성되어 서로 중첩되지 않는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 무구속형 생체신호 측정 센서의 제조 방법.
Stretching the polylactic acid film;
Cutting the stretched polylactic acid film to prepare a polylactic acid piezoelectric material film;
Forming an upper electrode and a lower electrode on the upper and lower portions of the polylactic acid piezoelectric material film, respectively, to manufacture a polylactic acid piezoelectric sensor;
Forming at least one upper elastic layer on one side of the polylactic acid piezoelectric sensor;
Forming at least one lower elastic layer on the other side of the polylactic acid piezoelectric sensor; And
Including the step of forming a protective layer sealing the upper elastic layer and the lower elastic layer of the polylactic acid piezoelectric sensor,
In the step of stretching the polylactic acid film, the polylactic acid film is stretched at a draw ratio of 4 to 4.5,
In the step of preparing the polylactic acid piezoelectric material film, the stretched polylactic acid film is cut at an angle of 22.5° to 67.5° in the stretching direction,
The method of manufacturing a non-constrained bio-signal measuring sensor, characterized in that the upper elastic layer and the lower elastic layer are formed to cross and do not overlap each other.
폴리락틱산 필름을 연신하여 형성한 폴리락틱산 압전소재 필름;
상기 폴리락틱산 압전소재 필름의 상부에 형성되는 상부전극; 및
상기 폴리락틱산 압전소재 필름의 하부에 형성되는 하부전극
을 포함하는 폴리락틱산 압전 센서와,
상기 폴리락틱산 압전 센서의 일 측에 형성되는 적어도 하나 이상의 상부 탄성층;
상기 폴리락틱산 압전 센서의 타 측에 형성되는 적어도 하나 이상의 하부 탄성층; 및
상기 폴리락틱산 압전 센서, 상부 탄성층 및 하부 탄성층을 밀봉하는 보호층
을 포함하고,
상기 폴리락틱산 압전소재 필름은 상기 폴리락틱산 필름을 4 내지 4.5의 연신비로 연신한 필름이며,
상기 폴리락틱산 압전소재 필름은 상기 폴리락틱산 필름을 연신 방향의 22.5° 내지 67.5°의 각도로 절단하여 형성하는 것이며,
상기 적어도 하나 이상의 상부 탄성층 및 하부 탄성층은 교차하여 형성되어 서로 중첩되지 않는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 무구속형 생체신호 측정 센서.
A polylactic acid piezoelectric material film formed by stretching a polylactic acid film;
An upper electrode formed on the polylactic acid piezoelectric material film; And
A lower electrode formed under the polylactic acid piezoelectric material film
A polylactic acid piezoelectric sensor comprising a,
At least one upper elastic layer formed on one side of the polylactic acid piezoelectric sensor;
At least one lower elastic layer formed on the other side of the polylactic acid piezoelectric sensor; And
A protective layer sealing the polylactic acid piezoelectric sensor, an upper elastic layer and a lower elastic layer
Including,
The polylactic acid piezoelectric material film is a film obtained by stretching the polylactic acid film at a draw ratio of 4 to 4.5,
The polylactic acid piezoelectric material film is formed by cutting the polylactic acid film at an angle of 22.5° to 67.5° in the stretching direction,
The at least one upper elastic layer and the lower elastic layer are formed to cross and have a structure that does not overlap with each other.
제2항에 있어서,
상기 폴리락틱산 필름을 구성하는 단량체의 80% 이상이 L-이성질체(L-isomer) 또는 D-이성질체(D-isomer) 중에서 선택된 한 종류의 이성질체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무구속형 생체신호 측정 센서.
The method of claim 2,
Non-constrained biosignal measurement sensor, characterized in that at least 80% of the monomers constituting the polylactic acid film are made of one type of isomer selected from L-isomer or D-isomer.
삭제delete 삭제delete 제2항에 있어서,
상기 상부 탄성층 및 상기 하부 탄성층은 탄성 스펀지(elastic sponge) 및 탄성 섬유체(elastic fiber) 중 선택되는 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 무구속형 생체신호 측정 센서.
The method of claim 2,
Wherein the upper elastic layer and the lower elastic layer are formed of at least one selected from an elastic sponge and an elastic fiber.
제2항에 있어서,
상기 보호층은 보호 필름(protect film) 및 보호 패브릭(protect fabric) 중 선택되는 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 무구속형 생체신호 측정 센서.
The method of claim 2,
The protective layer is a non-constrained biosignal measurement sensor, characterized in that formed of at least one selected from a protective film (protect film) and a protective fabric (protect fabric).
제2항에 있어서,
상기 폴리락틱산 압전 센서는,
상기 전극에서 센서 외부로 전기적 신호를 전달할 수 있는 전극 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속형 생체신호 측정 센서.
The method of claim 2,
The polylactic acid piezoelectric sensor,
Non-constrained bio-signal measurement sensor, characterized in that it further comprises an electrode connection portion capable of transmitting an electrical signal from the electrode to the outside of the sensor.
제2항에 있어서,
상기 무구속형 생체신호 측정 센서는,
사용자의 수면 시 사용자의 호흡, 무호흡, 맥박, 심박, 움직임 및 코골이를 측정하는 것을 특징으로 하는 무구속형 생체신호 측정 센서.
The method of claim 2,
The non-constrained bio-signal measurement sensor,
A non-constrained bio-signal measurement sensor, characterized in that for measuring the user's breathing, apnea, pulse, heart rate, movement and snoring during a user's sleep.
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