KR102202725B1 - V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트 - Google Patents

V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트에 관한 것으로 더욱 상세하게는 센서의 기판 표면에 코팅된 광경화형 폴리머에 V형 그루브 패턴을 전사하고, V형 그루브 패턴이 형성된 광경화형 폴리머의 표면에 생성되는 나노 크랙을 이용하여 센서의 초기 저항값을 조절할 수 있고, 제작된 센서를 혈관을 확장시키기 위해 사용되는 스텐트에 적용하여 혈관 움직임의 모니터링이 가능한 V형 그루부 패턴를 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트에 관한 것이다.

Description

V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트{Nano-crack based high sensitivity sensor including V-shaped groove pattern and smart stent including thereof }
본 발명은 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트에 관한 것으로 더욱 상세하게는 센서의 기판 표면에 코팅된 광경화형 폴리머에 V형 그루브 패턴을 전사하고, V형 그루브 패턴이 형성된 광경화형 폴리머의 표면에 생성되는 나노 크랙을 이용하여 센서의 초기 저항값을 조절할 수 있고, 제작된 센서를 혈관을 확장시키기 위해 사용되는 스텐트에 적용하여 혈관 움직임의 모니터링이 가능한 V형 그루부 패턴를 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트에 관한 것이다.
최근 들어 웨어러블에 대한 관심이 높아지면서, 사용자의 움직임을 측정할 수 있는 고감도 센서의 개발에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
고감도 센서란 기계적인 미세한 변화를 전기신호로 검출하는 센서로서, 기계, 신체의 표면에 접착해두면, 그 표면에서 발생하는 미세한 치수의 변화를 측정이 가능하고, 이에 따라 신체의 움직임 변화를 확인할 수 있다.
이와 같은 고감도 센서는 정전용량 센서, 압전기 센서, 스트레인 센서 등이 알려져 있다.
한편, 종래의 고감도 센서들은 그래핀, 액체금속 등과 같은 다양한 전도성 재료를 이용하여 제조되었으나, 공정의 편의성이 떨어지며, 낮은 감도를 가져 인체에 발생하는 혈압 측정 등과 같은 미세한 움직임을 감지하는데 한계성이 있었다.
이를 해결하기 위해서 최근에는 크랙을 기반으로 하여 변위, 진동, 압력, 음성 등을 기존 고감도 센서보다 100~1000배 향상된 감도로 측정할 수 있는 고감도 센서를 개발하였으며, 크랙을 기반으로 하는 고감도 센서는 크랙 주위에 전류가 흐를 때, 균열이 접촉되어 있는 경우는 전기저항이 매우 작으나, 외부 자극에 의해 균열이 벌어지게 되는 경우 전기저항이 크게 변화하는 것을 통해 미세한 물리적 변위를 측정할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 일반적으로 크랙을 기반으로 하는 고감도 센서는 소재의 한계성 및 공정의 어려움과 약 2%의 변형률을 갖기 때문에 응용 가능성의 한계가 있으며, 임의로 발생되는 크랙의 위치로 인해 초기 저항 조절이 불가능하다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 공정 과정이 단순하며 크랙의 위치 및 개수를 조절할 수 있어 고감도 센서의 초기 저항을 설정할 수 있는 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판 상에 광경화성 폴리머를 코팅하는 단계; V형 그루브 양각 패턴이 형성된 몰드(이하, "V형 그루브 양각 몰드"이라함)을 이용하여 상기 광경화성 폴리머에 V형 그루브 음각 패턴을 전사하는 단계; 및 상기 광경화성 폴리머의 표면에 금속 박막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 V형 그루브 양각 패턴의 산 부분에 의해 상기 V형 그루브 음각 패턴의 골 부분에 응력이 집중되면서 나노 크랙이 발생하는 것을 특징으로 하는 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 제조 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 광경화성 폴리머에 형성되는 V형 그루브 음각 패턴의 개수 및 깊이에 따라 센서의 초기 저항값을 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 V형 그루브 패턴을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 광경화성 폴리머에는 상기 V형 그루브 음각 패턴이 단일 또는 병렬로 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 V형 그루브 양각 몰드는 플리디메틸실록산(Polydimethylsioxane, PDMS), 실리콘(Slicon) 고무일 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기판은 폴리이미드(Polyimide) 또는 폴리에스터(PET) 필름이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 광경화성 폴리머는 SU-8 또는 우레탄 아크릴레이트(PUA)일 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속 박막의 두께는 50nm 이하이다.
또한, 본 발명은 상기 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 제조 방법으로 제조된 고감도 센서를 더 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 고감도 센서; 및 상기 고감도 센서와 직렬로 연결되는 인덕터-커패시터 공진형 센서를 포함하는 결합 센서를 더 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 혈관에 삽입되는 스텐트; 상기 스텐트의 관내에 설치되어 혈관의 변화에 따른 임피던스 변화를 측정하는 제 9 항의 결합 센서; 및 상기 스텐트 관내에 설치되고, 상기 결합 센서에서 측정된 임피던스를 외부로 송신하기 위한 안테나;를 포함하는 스마트 스텐트를 제공할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
본 발명의 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트에 따르면, V형 그루브 양각 몰드를 광경화성 폴리머에 전사시켜 패턴을 형성할 수 있으므로, 공정 과정이 간소화되고, 제조 비용 및 시간을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트에 따르면, 광경화성 폴리머의 V형 그루브 음각 패턴 중 응력 집중이 발생하는 특정 부분의 주위 표면에만 크랙이 발생하여, 크랙의 개수를 조절할 수 있고, V형 그루브 음각 패턴의 깊이에 따라 유효단면적의 제어가 가능함으로써, 센서의 초기 저항값을 다양하게 설정할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트에 따르면 초기 저항값에 조절이 가능하고 높은 유연성을 갖으므로 다관절 움직임을 효과적으로 측정이 가능하기 때문에 신체 움직임에 대한 정략적인 분석이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 센서 제조 방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 V형 그루브 양각 몰드를 보여주는 사진,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 형성 과정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 센서를 보여주는 사진,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 센서의 FE-SEM 표면 분석 결과를 보여주는 사진,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 센서의 인장-압축력 평가 그래프,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 센서의 다관절 움직임 모니터링 결과 그래프이다
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
본 발명의 V형 그루부 패턴를 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트는 기판 표면에 코팅된 광경화형 폴리머에 V형 그루브 패턴을 전사하고, 전사되는 과정에서 V형 그루브 패턴의 특정 부분에 생성되는 나노 크랙을 이용하여 센서의 초기 저항값을 조절할 수 있는 고감도 센서 및 이를 포함하는 스마트 스텐트에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 센서 제조 방법의 개략도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 V형 그루브 양각 몰드를 보여주는 사진, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랙 형성 과정을 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 센서를 보여주는 사진, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 센서의 FE-SEM 표면 분석 결과를 보여주는 사진이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면 본 발명의 고감도 센서(100)의 제조 방법은 기판(110), V형 그루브 패턴이 형성된 광경화성 폴리머(120) 및 금속 박막(130)을 포함하여 이루어진 센서를 제조하는 방법이다.
상세하게는 먼저, 기판(110) 상에 광경화성 폴리머를 코팅한다(S1000).
여기서, 상기 기판(110)은 유연성을 가지는 폴리머 소재로, 폴리이미드(Polyimide) 또는 폴리에스터(PET) 필름일 수 있다.
또한, 상기 광경화성 폴리머(120)는 자외선에 반응하여 경화반응을 일으키는 UV경화성 폴리머일 수 있다.
또한, 상기 UV 경화성 폴리머는 SU-8 또는 우레탄 아크릴레이트(PUA)일 수 있다.
또한, 상기 광경화성 폴리머(120)는 상기 기판(110) 상에 균일한 두께로 코팅되는 것이 바람직하며, 스핀 코팅 방법에 의해 코팅될 수 있다.
다음, 상기 광경화성 폴리머(120)에 V형 그루브 패턴을 형성한다(S2000).
자세하게는 상기 V형 그루브 패턴 형성(S2000)과정은, V형 그루브 양각 패턴(Pa)을 갖는 몰드(이하,"V형 그루브 양각 몰드"이라함,200)를 상기 광경화성 폴리머(120)에 전사한다.
여기서, 상기 V형 그루브 양각 패턴 몰드(200)는 유연성을 갖는 폴리머 소재로 플리디메틸실록산(Polydimethylsioxane,PDMS) 또는 실리콘(Silicon) 고무일 수 있다.
또한, 상기 V형 그루브 양각 패턴(Pa)은 V형의 산(Pa1)과 골(Pa2)로 이루어진 패턴이다.
또한, 상기 V형 그루브 양각 몰드(200)를 이용하여 전사하는 과정에서 상기 광경화성 물질(120)에 빛을 조사하여 경화시키며, 상기 광경화성 물질(120)이 경화된 후에는 상기 V형 그루브 양각 몰드(200)를 제거하는 과정을 수행한다.
따라서, 상기 광경화성 물질(120)은 상기 V형 그루브 양각 몰드(200)와 빛에 의해 상기 V형 그루브 양각 패턴(Pa)의 산(Pa1)과 골(Pa2)에 대응되는 V형 그루브 음각 패턴(Pb)의 골(Pb1)과 산(Pb2)이 형성되며 상기 V형 그루브 음각 패턴(b)의 골(Pa1) 깊이(d)는 상기 V형 그루브 양각 패턴(Pa)의 산(Pa2)의 높이(h)에 의해 결정된다.
또한, V형 그루브 음각 패턴(Pb)은 센서의 사용 목적 또는 운용 분야에 따라 단일로 형성되거나 다중 센싱이 가능하도록 병렬로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 상기 V형 그루브 양각 몰드(200)의 V형 그루브 양각 패턴(Pa)도 단일 또는 병렬로 형성될 수 있다.
한편, 상기 V형 그루브 양각 패턴(Pa)의 산(Pa1) 끝부분이 전사하는 과정에서 형성된 V형 그루브 음각 패턴(Pb)의 골(Pb1)의 최대 깊이에 해당하는 지점(dmax)을 압박하게 되며 이에 따라, 응력 집중 현상이 발생하게 되면서, 상기 최대 깊이에 해당하는 지점(dmax)의 표면 주위에는 길이 방향으로 나노 단위의 크랙이 발생한다.
즉, 본 발명의 고감도 센서(100)는 V형 그루브 양각 몰드(200)를 직접 광경화성 폴리머(120)에 전사시키는 것에 의하여 패턴의 형성 과정이 간소화되고, 제조 비용 및 제조 시간을 절감시킬 수 있으며, 크랙을 임의의 위치에 발생시키지 않고, 특정 위치에 크랙을 발생시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 V형 그루브 음각 패턴(Pb)의 개수에 따라 크랙이 생성되고, 상기 V형 그루브 음각 패턴(Pa)의 깊이에 따라 유효단면적의 제어가 가능함으로 센서의 초기 저항값을 다양하게 설정할 수 있다.
다음, 최종적으로 상기 V형 그루브 음각 패턴(b)이 형성된 광경화성 물질(120)에 금속 박막(130)을 형성(S3000)하여 고감도 센서(100)의 제작을 완료한다.
또한, 상기 금속 박막(130)은 니켈(Ni), 주석(Sn), 인듐(In), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 철(Fe) 및 알루미늄(Al) 중 하나 혹은 둘 이상의 금속으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 금속 박막(130)은 최대 50nm 두께로 상기 광경화성 물질(120) 상에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속 박막(130)은 스핀 코팅 방법, 습식 도금 방법, 물리 기상 증착법 또는 화학 기상 증착법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 다른 고감도 센서의 인장, 압축력에 따른 성능 평가를 보여주는 그래프, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 센서의 다관절 움직임 모니터링 결과 그래프이다.
도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고감도 센서는 인장(a) 및 압축력(b)에 대한 성능 평가를 수행한 결과 인장 또는 압축력을 증가시켜도 센서의 저항 변화가 일정하게 변화하며 큰 변위에도 균일하게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 고감도 센서는 사람의 손의 움직임의 인식에 사용될 수 있으며, 손가락 관절에 고감도 센서를 부착하여 0°, 40°, 80°로 각도를 각각 변형하여 실험한 결과 측정되는 저항값에 따라 움직임을 식별할 수 있는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 고감도 센서는 다관절의 움직임을 효과적으로 모니터링이 가능함으로써, 정략적인 분석이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 고감도 센서는 인덕터-커패시터형의 공진 센서와 직렬 연결되어 하나의 결합 센서로 제공될 수 있으며, 상기 결합 센서는 다양한 의료기기에 응용될 수 있다. 예를 들어, 상기 결합 센서는 막히거나 좁아진 혈관을 확장시키는 스텐트에 적용될 수 있다.
상세하게는 상기 결합 센서와 무선 통신이 가능한 안테나를 상기 스텐트의 관내에 설치함으로써, 혈관의 움직임에 따른 임피던스 변화를 측정하고 외부로 송신하여, 혈관의 상태를 모니터링할 수 있는 스마트 스텐트로 제작될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100:고감도 센서 110:기판
120:광경화성 폴리머 130:금속 박막
200:V형 그루브 양각 몰드

Claims (10)

  1. 기판 상에 광경화성 폴리머를 코팅하는 단계;
    V형 그루브 양각 패턴이 형성된 몰드(이하, "V형 그루브 양각 몰드"이라함)을 이용하여 상기 광경화성 폴리머에 V형 그루브 음각 패턴을 전사하는 단계; 및
    상기 광경화성 폴리머의 표면에 금속 박막을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 광경화성 폴리머에 V형 그루브 음각 패턴을 전사하는 단계에서 상기 V형 그루브 양각 패턴의 산 부분에 의해 상기 V형 그루브 음각 패턴의 골 부분에 응력이 집중되면서 나노 크랙이 발생하며, 상기 V형 그루브 음각 패턴의 개수 및 깊이에 따라 나노 크랙의 개수와 유효 단면적을 제어하여 센서의 초기 저항값을 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경화성 폴리머에는 상기 V형 그루브 음각 패턴이 단일 또는 병렬로 형성되는 것을 특징으로 하는 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 V형 그루브 양각 몰드는 플리디메틸실록산(Polydimethylsioxane, PDMS), 실리콘(Slicon) 고무인 것을 특징으로 하는 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 폴리이미드(Polyimide) 또는 폴리에스터(PET) 필름인 것을 특징으로 하는 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경화성 폴리머는 SU-8 또는 우레탄 아크릴레이트(PUA)인 것을 특징으로 하는 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 박막의 두께는 50nm 이하인 것을 특징으로 하는 V형 그루브 패턴을 포함하는 나노 크랙 기반의 고감도 센서 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 고감도 센서.
  8. 제 7 항의 고감도 센서; 및
    상기 고감도 센서와 직렬로 연결되는 인덕터-커패시터 공진형 센서를 포함하는 결합 센서.
  9. 혈관에 삽입되는 스텐트;
    상기 스텐트의 관내에 설치되어 혈관의 변화에 따른 임피던스 변화를 측정하는 제 8 항의 결합 센서; 및
    상기 스텐트 관내에 설치되고, 상기 결합 센서에서 측정된 임피던스를 외부로 송신하기 위한 안테나;를 포함하는 스마트 스텐트.


  10. 삭제
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