KR102242800B1 - 항균성 스마트 렌즈 - Google Patents

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KR102242800B1
KR102242800B1 KR1020200030640A KR20200030640A KR102242800B1 KR 102242800 B1 KR102242800 B1 KR 102242800B1 KR 1020200030640 A KR1020200030640 A KR 1020200030640A KR 20200030640 A KR20200030640 A KR 20200030640A KR 102242800 B1 KR102242800 B1 KR 102242800B1
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최봉길
김동석
박홍준
이경균
배남호
이태재
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강원대학교산학협력단
한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 중앙에 위치한 광학 영역 및 상기 광학 영역을 둘러싼 비광학 영역을 포함하는 바디부, 비광학 영역에 배치된 복수의 나노필러, 복수의 나노필러에 배치된 이온성 고분자로 이루어진 기능층, 비광학 영역에 배치된 적어도 하나의 기준 전극, 기준 전극과 연결되고, 말단에 제 1 패드를 가지는 제 1 배선, 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극 및 측정 전극과 연결되고, 말단에 제 1 패드를 가지는 제 2 배선을 포함하는 항균성 스마트 렌즈를 제공한다.

Description

항균성 스마트 렌즈{ANTIBACTERIAL SMART LENS}
본 발명은 스마트 렌즈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 분석 시료에 대한 전위차를 기초로 이온 및 pH 농도를 측정하도록 구성되고, 나노구조체를 포함함으로써 항균성을 갖는 항균성 스마트 렌즈에 관한 것이다.
센서, 반도체, 플렉서블 디스플레이 등 부품소재의 기술이 발전하면서, 신체에 부착되어 컴퓨팅이 가능한 다양한 형태의 웨어러블 디바이스(Wearable device)에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 웨어러블 디바이스는 개인의 생체 정보를 수집하고, 수집된 정보를 통하여 적시에 효과적인 예방 및 치료 서비스를 제공받을 수 있도록 하는 헬스케어 즉, 생체 모니터링 분야에 빠르게 적용되고 있다.
한편, 생체를 모니터링할 수 있는 체액 중 눈물은 혈장과 가장 비슷하다. 이에, 눈물을 측정할 수 있는 안구는 웨어러블 디바이스의 적용 부위로 주목을 받고 있다. 보다 구체적으로, 시력 보정뿐만 아니라 눈물 속에 존재하는 표적 물질들을 감지하여 질병을 진단하고 치료하는 목적으로 안구에 적용할 수 있는 웨어러블 디바이스 즉, 스마트 콘택트 렌즈의 개발이 진행되고 있다.
스마트 콘택트 렌즈는 눈으로부터 표적 물질을 비침습적으로 실시간 측정할 수 있어 빠른 진단 및 치료 피드백이 가능하다는 점에서 큰 장점을 가지고 있어 잠재력이 상당할 수 있다. 그러나, 스마트 콘택트 렌즈는 작고 투명하며 휘어지는 렌즈 상에 표적 물질을 측정할 수 있는 센서를 적용함에 있어 기술적 한계를 가지고 있다.
나아가, 스마트 콘택트 렌즈가 착용되는 눈은 내부에 림프관이 없으며, 각막은 외부에 노출되어 있고, 안구의 면역은 인체의 다른 부분과 분리되어있기 때문에 상대적으로 면역에 취약하다. 따라서, 스마트 콘택트 렌즈가 착용될 경우, 세균에 의한 감염에 쉽게 노출될 수 있으며, 이에 따른 시력감소 및 시력상실이 유발될 수 있다.
그러나, 스마트 콘택트 렌즈는 아직 컨셉 정도에 불과하여, 렌즈의 착용에 있어서 세균에 의한 감염의 가능성에 대비되며, 이물감 없이 눈물의 표적 물질을 측정할 수 있는 새로운 기술 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
한편, 눈물은 눈물샘, 결막상피, 각막상피에 있는 혈액 눈물 장벽에 의해 혈액과 분리되어 있지만 혈액에 있는 혈장의 누출로 인하여 혈액 성분과 비슷하다. 이러한, 혈액과 밀접한 관계인 눈물을 통하여 혈액 속 성분을 분석하는 것이 가능할 수 있다. 보다 구체적으로, 눈물 속에는 Na+, K+, Cl-, HCO3 - 등의 다양한 이온들이 존재한다. 이러한, 이온은 체액의 전해질로서 항상성(Honeostasis)을 이루고 있으며, 항상성의 범위 안에서 대부분의 대사과정을 조절하고 있다. 이에, 체액의 전해질 즉, 이온 농도를 측정함으로써, 체내 삼투압 농도 상태, 수분 상태, pH 상태 확인뿐만 아니라 이온의 불균형으로 발생하는 각종 질병의 진단 및 불균형의 이온의 농도 교정 등을 할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 기술적 한계를 해결하기 위해, 개선된 센싱 재료, 센서의 소형화, 기계적 물성, 비용 및 대량 생산 가능성을 중심으로 하여 새로운 기술이 제안되었다.
보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은, 기술적 한계를 극복하기 위한 방안으로 프린팅 기술에 주목하였다. 본 발명의 발명자들은, 스크린 프린팅 (screen printing), 잉크젯 프린팅 (inkjet printing) 및 포토리소그래피 (photolithography) 와 같은 프린팅 기술이, 표적 물질을 측정하는 센서 제조에 있어서 마이크로 사이즈의 재료들 및 디바이스들을 적용하기 적합하고, 생산 비용의 절감에 기여할 수 있음을 인지할 수 있었다.
특히, 본 발명의 발명자들은, 이러한 프린팅 기술이, 소재에 따라 센서의 유연성을 향상시킬 수 있고 이에 센서의 과도한 사용, 긁힘 또는 손상에 의한 분석의 재현성 및 안전성의 결여를 극복할 수 있음에 주목하였다. 관련하여, 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 장점을 갖는 센서가 특히 웨어러블 센서로서 적합할 수 있음에 따라, 종래의 센서보다 적용 범위가 넓어질 수 있음을 인지할 수 있었다.
또한, 본 발명의 발명자들은, 이온성 고분자 물질을 포함하는 기능성 작용기가 적용된 나노필러가 세균에 대한 항균성을 부여할 수 있음을 인지하였다.
그 결과, 본 발명의 발명자들은, 나노필라가 배치된 렌즈 상에 이온 농도에 따라 전위가 변화하는 측정 전극 및 기준 전극이 형성된 스마트 렌즈를 개발하기에 이르렀다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 개체의 안구 건강의 변화에 따른 임상 정보를 제공할 수 있으며, 실시간으로 안구 정보를 획득하여, 안구 건강 나아가, 생체 건강에 대한 변화가 감지될 경우 이에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있는 스마트 렌즈를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 사용자의 체내 항상성 유지에 대하여 연관성이 높은 전해질 이온 및 pH 등의 변화를 감지한 경우, 사용자에게 알림을 제공하거나, 상기 변화와 연관된 질환의 정보를 제공할 수 있는 스마트 렌즈를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 눈에 적용되어 비침습적으로 사용자의 체액의 상태를 보다 쉽게 확인할 수 있으며, 지속적인 모니터링이 가능함에 따라, 질환에 대한 조기 진단과 지속적인 체내 이온 관리를 할 수 있는 스마트 렌즈를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 렌즈의 표면에 배치된 나노구체체를 포함함으로써 세균에 대한 항균성을 갖는 스마트 렌즈를 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 나노구조체와 세균 사이의 매우 강한 상호작용을 통해, 세균을 나노구조체에 고정시켜 영양이 부족한 조건으로 만들거나 세균을 파열 (rupture) 시킬 수 있는 스마트 렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중앙에 위치한 광학 영역 및 상기 광학 영역을 둘러싼 비광학 영역을 포함하는 바디부, 비광학 영역에 배치된 복수의 나노필러, 복수의 나노필러에 배치된 이온성 고분자로 이루어진 기능층, 비광학 영역에 배치된 적어도 하나의 기준 전극, 기준 전극과 연결되고, 말단에 제 1 패드를 가지는 제 1 배선, 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극 및 상기 측정 전극과 연결되고, 말단에 제 1 패드를 가지는 제 2 배선을 포함하는, 항균성 스마트 렌즈가 제공된다.
이때, 나노필러는 바디부의 외주부를 따라 배치되고, 제 1 배선 및 제 2 배선은 나노필러의 내측 또는 외측에 배치될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 제 1 패드 및 제 2 패드를 통해 연결된 통신부를 더 포함하는 항균성 스마트 렌즈가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 통신부와 연결되고, 바디부의 외주부를 따라 일정 간격으로 이격된 안테나를 더 포함하는 항균성 스마트 렌즈가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제 1 패드 및 제 2 패드를 통해 연결되어, 기준 전극 및 측정 전극의 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부를 더 포함하는 항균성 스마트 렌즈가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 이온성 고분자는 양이온성 모노머(anionic monomer) 및 음이온성 모노머(anionic mononer)의 중합으로 이루어질 수 있으며, p(VBC-co-DMAEMA), p(VBC-co- DMAMAS), p(VBC-co-VIDZ), p(VBC-co-4VP), p(MA-co-DMAEMA), p(MA-co-DMAMAS), p(MA-co-VIDZ), p(MA-co-4VP), p(GMA-co-DMAEMA), p(GMA-co-DMAMAS), p(GMA-co-VIDZ), p(GMA-co-4VP), p(CEA-co-DMAEMA), p(CEA-co-DMAMAS), p(CEA-co-VIDZ), p(CEA-co-4VP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 나아가, 양이온성 모노머는 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 (dimethylaminoethyl methacrylate, DMAEMA), 2-디메틸아미노메틸 스티렌 (2-dimethylaminomethyl styrene, DMAMAS), n-비닐이미다졸 (n-vinylimidazole, VIDZ), 4-비닐 피리딘 (4-vinyl pyridine, 4VP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 음이온성 모노머는 비닐벤질클로라이드 (vinyl benzyl chloride, VBC), 말레익 안하이드라이드 (maleic anhydride, MA), 글리시딜 메타크릴레이트 (Glycidyl methacrylate, GMA), 2-클로로에틸 아크릴레이트(2-Chloroethyl acrylate, CEA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 나노필러들은 탄성 중합체 (elastic polymer)로 이루어질 수 있으며, 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛ 간격을 가지고 배열되고, 직경이 50 ㎚ 내지 1000 ㎚이고, 높이가 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제 1 배선은 바디부의 외주부와 일정 간격으로 이격된 호 형상을 가질 수 있으며, 제 2 배선은 제 1 배선과 마주하도록 배치되어 호 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제 1 배선은 바디부의 외주부와 일정간격으로 이격되고 호 형상을 가지는 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 제 2 배선은 제 1 배선과 일정 간격으로 바디부의 내측으로 이격되고 호 형상을 가지는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 바디부는 제 1면 및 제 2면을 포함할 수 있으며, 이때, 제 1 면은 바디부의 볼록면일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 기준 전극은 도전층을 포함할 수 있으며, 도전층은, Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE), 염다리 (Salt bridge) 백금으로 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 측정 전극은 측정 전극 상에 배치된 필터층을 더 포함할 수 있으며, 이온 선택성 층 또는 pH 민감성 층을 포함할 수 있다. 이때, 이온 선택성 층은 발리노마이신 (Valinomycin), 뷰베라이신 (Beauvericin), 칼시마이신 (Calcimycine), A23187, 세조마이신 (Cezomycin), CCCP (Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), 에니아틴 (Enniatin), 그라미시딘 (Gramicidin), 이오노마이신 (Ionomycin), 라살로시드 (Lasalocid), 모넨신 (Monensin), 니게리신 (Nigericin), 노낙틴 (Nonactin), 살리노마이신 (Salinomycin), 테트로나신 (Tetronasin) 및 나라신 (Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어 (Iononphore) 포함할 수 있으며, pH 민감성 층은 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤 (poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiophene)), 폴리-3-메틸티오펜 (poly-3-methylthiophene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythiphene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌) (poly(p-phenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란 (polyfuran) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 중앙에 위치한 광학 영역 및 상기 광학 영역을 둘러싼 비광학 영역을 포함하는 바디부, 비광학 영역 상에 배치된 복수의 나노필러, 복수의 나노필러에 배치된 이온성 고분자로 이루어진 기능층, 기능층에 배치된 적어도 하나의 기준 전극, 기준 전극과 연결되고, 말단에 제 1 패드를 가지는 제 1 배선, 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극 및 측정 전극과 연결되고, 말단에 제 2 패드를 가지는 제 2 배선을 포함하는, 항균성 스마트 렌즈가 제공된다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 중앙에 위치한 광학 영역 및 상기 광학 영역을 둘러싼 비광학 영역을 포함하는 바디부, 비광학 영역에 배치된 적어도 하나의 기준 전극, 기준 전극과 연결된 제 1 배선, 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극, 측정 전극과 연결된 제 2 배선 및 바디부에 형성된 복수의 나노필러를 포함하고, 나노필러는 상기 바디부의 외주부를 따라 배치되고, 제 1 배선 및 제 2 배선은 상기 나노필러의 내측 또는 외측에 배치되는, 항균성 스마트 렌즈가 제공된다.
본 발명은, 안구에 적용될 수 있는 스마트 렌즈를 제공함으로써, 개체의 안구 건강의 변화에 따른 임상 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적으로, 본 발명은 실시간으로 안구 정보를 획득하여, 안구 건강 나아가, 생체 건강에 대한 변화가 감지될 경우 이에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
특히, 본 발명은, 사용자의 체내 항상성 유지에 대하여 연관성이 높은 전해질 이온 및 pH 등의 변화를 감지한 경우, 사용자에게 알림을 제공하거나, 상기 변화와 연관된 질환의 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 눈에 적용되어 비침습적으로 사용자의 체액의 상태를 보다 쉽게 확인할 수 있으며, 지속적인 모니터링이 가능함에 따라, 질환에 대한 조기 진단과 지속적인 체내 이온 관리에 따른, 질환 유병률을 감소시키는 것에 기여할 수 있다.
나아가, 본 발명은, 사용자의 건강 모니터링에 있어서, 사용자의 체액 상태에 대한 데이터 베이스를 구축함으로써, 보다 용이하고 체계적으로 복수의 사용자 각각에 대한 건강 정보를 관리할 수 있다.
더 나아가, 렌즈 표면에 배치된 나노구조체가 매우 강한 상호작용을 통해 세균을 나노구조체에 고정시켜 세균을 탈진 또는 파열(rupture)시킴으로써, 본 발명은 세균에 대한 항균성을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 바디부 면에 따른 측정부 및 회로부의 배치를 예시적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 구성도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 나노구조체의 구성에 대한 예시적인 사시도이다.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 나노구조체에 대한 항균성 검증 결과를 도시한 것이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 구성에 대한 바디부 상에서의 배치를 예시적으로 도시한 것이다.
도 7a 내지 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈에 대한 전극의 다양한 형상 및 구성을 예시적으로 도시한 것이다.
도 8a 내지 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 통신 방법을 예시적으로 도시한 것이다.
발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, "A 또는 (or) B," "A 및/또는 (and/or) B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 비배타적 (non-exclusive) 으로 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함하는 것을 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, “또는 B"는 i) A, ii) B, 및 iii) A 및 B인 경우를 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있고, "A 및 B 중 적어도 하나" 및 "A 또는 B 중 적어도 하나"는 i) 적어도 하나의 A, ii) 적어도 하나의 B, 및 iii) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B인 경우를 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 명세서에서, "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 관련된 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐, 해당 구성요소들을 제한하지 않는다.
본 명세서에서, 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어, " 분석 시료 "는 측정하고자 하는 모든 시료를 의미할 수 있다. 이때, 분석 시료는 유체 시료일 수 있으며, 예를 들어, 눈물, 안구 액, 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖 복수액, 활액 및 복막액일 수 있으나, 바람직하게는 눈물일 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 3을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 구성에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈에 대한 모식도이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)는 안구의 전면, 주로 각막(300) 상에 장착되어 시력 교정, 눈의 치료, 미용 및 생체 모니터링 등의 기능을 할 수 있는 장치를 의미하며, 바디부(110), 측정부(120) 및 회로부(130)를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)의 바디부(110)는 광학 영역(A), 비광학 영역(B) 및 나노구조체를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 광학 영역(A)는 광이 통과하여 사용자의 동공으로 진행할 수 있는 바디부(110)의 중심 영역을 의미하며, 광학 영역(A)의 굴절력을 조절하여 시력을 교정할 수 있다. 나아가, 비광학 영역(B)는 광학 영역(A)를 제외한 나머지 영역 즉, 광학 영역(A)을 둘러싸고 있는 영역을 의미하며, 비광학 영역(B)의 표면을 특수처리로 착색하여 미용 목적으로 이용될 수 있다. 더 나아가, 광학 영역(A) 및 비광학 영역(B)는 각막 표면에 일종의 붕대로 작용하여 각막(300) 표면의 재생을 촉진하거나, 통증 완화 및 안약 흡수를 촉신시킬 수 있다.
한편, 바디부(110)는 구면의 콘택트 렌즈로서 도시되었지만, 이에 제한되지는 것은 아니며, 비구면 렌즈, 토릭(Toric) 렌즈, 안내 렌즈, 오버레이 렌즈(Overlay lens), 안구 삽입체(Ocular insert) 및 광학 삽입체 등 시력을 교정하거나, 변경되게 하는 다양한 장치들을 포함할 수 있다.
나아가, 바디부(110)의 재질로는 유리, 실리콘(Silicon), 하이드로겔(Hydrogel), 실리콘 하이드로겔, 폴리(2-하이드록시에틸메타크릴레이트)(PHEMA), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA), 폴리(유산-글리콜린산)(PLGA), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 폴리비닐아세테이트(PVA) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 바디부(110)는 나노구조체를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 나노구조체는 바디부(110)의 표면에 배치된 복수의 돌기를 의미할 수 있으며, 나노필러(Nanopillar) 및 기능층을 포함할 수 있다.
나노필러는 바디부(110)로부터 돌출되어 형성된 복수의 돌기 또는 바디부(110) 상에 배치된 또 다른 층에 형성된 복수의 돌기일 수도 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 나노필러는 다양한 형태로 바디부(110) 상에 형성 및 배치될 수 있다.
또한, 나노필러는 탄성 중합체(Elastic polymer)로 이루어질 수 있다. 탄성 중합체는 탄성(Elasticity)을 가지기 때문에, 복수의 나노필러가 변형된 경우, 복수의 나노필러는 복원력을 가질 수 있다.
나노필러들은 세균을 감소 또는 제거하기 위하여, 적합한 직경, 높이 및 배열된 간격을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 나노필러들의 직경은 50 ㎚ 내지 1,000 ㎚를 가질 수 있으며, 바람직하게는 200 nm 내지 500 nm일 수 있다. 또한, 나노필러들의 높이는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛를 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 1.5 ㎛일 수 있다. 또한, 나노필러들 간의 배열은 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛의 간격일 수 있다. 이러한, 나노필러들은 서로 동일한 직경 및 높이를 가지고 배열될 수도 있으며, 서로 직경 또는 높이가 달리하여 배열될 수도 있다. 본 명세서에서 복수의 나노필러가 특정한 배열을 가지고 집합된 것을 나노필러 어레이(Nanopillar array) 로 지칭한다.
기능층은 나노필러 상에 배치된 일부 또는 전부가 이온성 고분자(Ionic polymer)로 이루어진 층을 의미할 수 있으며, 이온성 고분자를 통해 극성을 가지게 되어, 세균과 매우 강한 상호작용이 일어나 세균을 기능층에 부착시킬 수 있다. 이에, 기능층에 부착된 세균은 영양분을 공급받지 못하여 탈진되거나, 나노필러들의 탄성에 의하여 파열될 수 있음에 따라, 기능층은 세균에 대한 항균성을 가질 수 있다.
이때, 이온성 고분자는 개시제를 이용한 화학기상증착 (iCVD, initiated Chemical vapor deposition)에 의하여, 양이온성 모노머(Cationic monomer) 및 음이온성 모노머(Anionic monomer)의 중합으로 만들질 수 있다. 이때, 양이온성 모노머는 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(Dimethylaminoethyl methacrylate, DMAEMA), 2-디메틸아미노메틸 스티렌(2-Dimethylaminomethyl styrene, DMAMAS), n-비닐이미다졸(n-Vinylimidazole, VIDZ), 4-비닐 피리딘(4-Vinyl pyridine, 4VP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 음이온성 모노머는 비닐벤질클로라이드(Vinyl benzyl chloride, VBC), 말레익 안하이드라이드 (Maleic anhydride, MA), 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate, GMA), 2-클로로에틸 아크릴레이트(2-Chloroethyl acrylate, CEA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한, 양이온성 모노머와 음이온성 모노머의 중합을 통해, 이온성 고분자인 p(VBC-co-DMAEMA), p(VBC-co- DMAMAS), p(VBC-co-VIDZ), p(VBC-co-4VP), p(MA-co-DMAEMA), p(MA-co-DMAMAS), p(MA-co-VIDZ), p(MA-co-4VP), p(GMA-co-DMAEMA), p(GMA-co-DMAMAS), p(GMA-co-VIDZ), p(GMA-co-4VP), p(CEA-co-DMAEMA), p(CEA-co-DMAMAS), p(CEA-co-VIDZ), p(CEA-co-4VP)가 형성될 수 있다.
형성된 이온자 고분자 p(VBC-co-DMAEMA)에서 VBC : DMAEMA의 비는 1 : 1 내지 1 : 10, 바람직하게는 1 : 2 내지 1 : 6이고, 보다 바람직하게는 1 : 4일 수 있다.
나아가, 기능층은 세균을 효과적으로 제거 또는 감소시키기 위해 적합한 두께를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 기능층의 두께는 10 nm 내지 100 nm를 가질 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈는 바디부(110)의 나노구조체를 포함함으로써, 안구 내 환경의 세균을 감소 및 제거할 수 있는 항균성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 측정부(120)는 전극, 배선 및 패드를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 전극, 배선 및 패드는 전도성 물질이 바디부(110) 상에 다양한 방법으로 프린팅된 패턴일 수 있다. 예를 들어, 전극, 배선 및 패드는 카본 블랙 (carbon black), 카본 그래파이트 (carbon graphite), 그래핀 (graphene), 풀러린 (fullerene), 카바이드 (carbides) 중 적어도 하나의 전도성 유기물이 바디부(110) 상에 프린트되어 형성된 전도성 층 일 수 있다. 또한, 전극, 배선 및 패드는, Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속이 바디부(110) 상에 프린트되어 형성된 전도성 층일 수도 있다. 이에, 프린트되어 형성된 전극, 배선 및 패드는 웨어러블 디바이스에 적용가능할 정도의 유연성을 제공할 뿐만 아니라, 저비용 생산이 가능하며, 대량 신속처리(High throughput) 프로세스를 가질 수 있다.
이때, 전극은 분석 시료의 표적 물질을 측정하기 위하여 전기 회로 사이에서 전기량을 주고받는 도체 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시료 중에 복수의 전극을 침지시켜, 전극 간 전위차, 전류 또는 교류 임피던스를 측정함으로써 정량적으로 및/또는 정성적으로 이온 농도를 분석하는 전기 화학적 기술이 적용된 센싱(검출) 전극일 수 있다.
또한, 전극은 기준 전극 및 측정 전극을 포함할 수 있다.
이때, 기준 전극은 표적 물질의 농도 변화에 안정적 전위를 갖는 반쪽 전지 전위성 전극을 의미할 수 있으며, 기준 전극의 전위는 미리 결정되어 있을 수 있음에 따라, 측정 전극을 통해 표적 물질의 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 기준이 될 수 있는 전극으로 이용될 수 있다. 이러한, 기준 전극은 반쪽 전지 반응성을 부여하는 도전층 및 전도성 층을 포함할 수 있다.
이때, 반쪽 전지는 산화 또는 환원의 반쪽 반응에 따른 전위차가 발생하는 전지를 의미할 수 있다. 이에, 측정 전극에서 표적 물질의 농도에 따라 산화 또는 환원 반응이 일어날 때, 기준 전극은 반쪽 전지 전위성을 가질 수 있음에 따라, 측정 전극과 상이한 환원 전극 또는 산화 전극으로 나타날 수 있다. 따라서, 측정 전극에서의 발생 전위가 추정될 수 있다.
도전층은 산화 또는 환원에 가역적인 물질층으로서, 온도 또는 이온 농도 변화에도 반응성이 낮고, 일정한 전위차를 갖는 안정적인 물질 층일 수 있다. 이러한, 도전층을 이루는 도전성 물질은 전위에 있어서 높은 재현성 또는 안정성을 갖고 산성 또는 염 용액에서 안정적이며, 취급이 용이할 수 있다.
예를 들어, 도전층은 전위차가 미리 알려진 Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리(Salt bridge) 백금 중 적어도 하나로 이루어진 물질층일 수 있다. 바람직하게 도전층은 Ag/AgCl 층일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 보다 다양한 물질이 될 수 있다.
나아가, 도전층은, 두 개의 도전층으로 구성될 수도 있다. 보다 구체적으로, 기판 상에 Ag로 구성된 페이스트가 프린팅되어 Ag 층을 형성하고, 이후 Ag/AgCl로 구성된 페이스트가 프린팅되어 Ag/AgCl 층이 더욱 형성될 수도 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 기준 전극은 안정적인 전위를 제공하는 한, 보다 다양한 물질로 구성될 수 있다.
측정 전극은 표적 물질을 정성적 및/또는 정량적으로 검출하기 위한 작업 전극을 의미할 수 있다. 나아가, 측정 전극은 전도성 층 및 필터층을 포함하고, 이온 선택성 층 또는 pH 민감성 층을 포함할 수 있다.
먼저, 필터층은 표적 물질의 검출과정에서 분석의 민감도를 떨어트리고, 방해하는 불순물을 제거하기 위해 형성된 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 필터층은 일정한 크기 이상의 불순물을 제거하기 위해 포어가 형성될 수 있고, 표적 물질이 아닌 불순물을 흡착하기 위한 성분을 더 포함할 수도 있다.
이온 선택성 층은 표적 물질이 이온으로서, 측정하고자 하는 표적 이온이 선택적으로 수송되도록 구성된 이오노포어(Iononphore)를 포함하는 층으로, 표적 이온을 전도성 층으로 수송이 가능하도록 한다. 예를 들어, 이온 선택성 층은, K+ 이온 선택성을 갖는 발리노마이신(Valinomycin), Ca2+, Ba2+ 이온 선택성을 갖는 뷰베라이신(Beauvericin), Mn2+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 칼시마이신(Calcimycine) 및 A23187, 세조마이신(Cezomycin), H+ 이온 선택성을 갖는 CCCP(Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), NH4 + 이온 선택성을 갖는 에니아틴(Enniatin), H+, Na+, K+ 이온 선택성을 갖는 그라미시딘(Gramicidin), Ca2+ 이온 선택성을 갖는 이오노마이신(Ionomycin), K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 라살로시드(Lasalocid), Na+, H+ 이온 선택성을 갖는 모넨신(Monensin), K+, H+, Pb2+ 이온 선택성을 갖는 니게리신(Nigericin), NH4 + 이온 선택성을 갖는 노낙틴(Nonactin), K+ 이온 선택성을 갖는 살리노마이신(Salinomycin), 테트로나신(Tetronasin) 및 나라신(Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어를 포함할 수 있다.
이때, 이온 선택성 층은 바디부(110) 상에 형성된 전도성 층 위에 형성될 수 있다. 따라서, 전도성 층은 이온 선택성 층을 통과한 표적 이온과 반응하여 전위(potential)가 나타날 수 있다.
나아가, 이온 선택성 층을 포함하는 측정 전극은 소수성을 갖는 이온-전자 전환성 층을 포함할 수 있다. 이온-전자 전환성 층은 이온의 활성에 따라 전자를 발생시키는 층을 의미할 수 있으며, 전도성 층과 이온 선택성 층 사이에 형성될 수 있다. 이러한, 이온-전자 전환성 층은 이온 선택성 층과 전도성 층의 경계면에서 이온-전자 전달력(ion-to-electron transfer behavior)을 향상시키고, 수막 형성을 막는 것에 기여할 수 있다. 특히, 이온-전자 전환성 층은, 0.1 내지 0.3 mF/cm2의 높은 전기 용량(capacitance)을 갖고, 우수한 전위 안정성을 가지며, 수막, 가스 및 광에 대한 강한 저항성을 가질 수 있다.
이온-전자 전환성 층은 그래핀 시트(graphene sheet), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 카본 블랙(carbon black), 카본 그래파이트(carbon graphite), 풀러린(fullerene), 및 카바이드(carbides) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 이온-전자 전환성 층은, 그래핀 시트로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 그래핀 시트는, 그래파이트 또는, 환원된 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide, RGO) 와 상이한, 박리된(exfoliated) 단층 형태의 시트 구조를 갖는 그래핀을 의미할 수 있다. 이러한 그래핀 시트는, 박리 동안 기저면(basal plane) 결함이 없는 결정질 구조(crystalline structure)를 가질 수 있고, 소수성을 가질 수 있다.
pH 민감성 층은 표적 물질이 수소 이온으로서, 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 물질로 이루어진 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, pH 민감성 층은 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤(poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiophene)), 폴리-3-메틸티오펜(poly-3-methylthiophene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiphene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌)(poly(p-phenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란(polyfuran) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
나아가, pH 민감성 층은 전술한 물질이 나노 사이즈의 파이버가 배열된 형태인 나노파이버 어레이(Nanofiber array)로 배열된 형태일 수 있으며, 나노파이버 어레이는 탄소와 희석 화학 중합 반응(dilute chemical poly merization)에 의해 전도성 층 위에 안정적으로 배치될 수 있다.
배선은 전극과 연결되어, 전극이 획득한 전류가 흐를수 있는 도체를 의미할 수 있으며, 말단에 패드를 포함할 수 있다. 나아가, 패드는 배선을 통하여 흘러온 전류를 전달할 수 있는 단자를 의미할 수 있다. 이러한, 패드는 기타 장치의 단자와 연결되어 전극에서 발생한 전류를 기타 장치로 전달할 수 있으며, 포코핀(Pogo fin)과 같은 커넥터(Connector)가 패드에 접촉하여 전극에서 획득한 전류를 사용자 디바이스로 전달할 수 있다.
나아가, 배선 및 패드는 전술한 프린팅되어 형성된 전극의 전도성 층이 연장되어 형성될 수 있다.
회로부(130)는 전위 측정부 및 통신부를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 전위 측정부는 기준 전극 및 측정 전극의 일단 연장된 각각의 배선에 연결되어 전위차를 측정하도록 구성된 유닛(unit)일 수 있다. 이러한 전위 측정부는 기준 전극 및 측정 전극의 전위차를 측정하도록, 표적 물질과 반응하는 층과 상이한 층에 연결될 수 있다.
통신부는 전위 측정부로부터 측정된 전위차 값을 외부로 송출할 수 있는 무선통신수단을 의미할 수 있으며, 블루투스, NFC(near field communication) 칩 및 RF(Radio frequency) 칩 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 통신부는 무선통신을 위한 보조 장치인 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스마트 렌즈는 근거리 무선통신수단인 통신부를 구비함으로써, 사용자의 디바이스를 통신부의 무선 구동 거리 이내로 접근시키면, 스마트 렌즈와 사용자 디바이스가 연동되고, 사용자 디바이스의 인터페이스 화면에 스마트 렌즈의 전극으로부터 측정된 정보가 표시될 수 있다. 이에, 사용자가 수시로 쉽고 편리하게 스마트 렌즈의 정보를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 측정부(120) 및 회로부(130)는 바디부(110)의 비광학 영역(B)에 배치될 수 있다. 도 1에서 측정부(120) 및 회로부(130)는 바디부(110)의 제 1 면인 볼록면에 대한 비광학 영역(B) 상에 배치된 것으로 도시되나, 본 발명의 다양한 실시예에서, 측정부(120) 및 회로부(13)는 제 2 면인 오목면에 대한 비광학 영역(B) 상에 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 나노필러(111), 측정부(120) 및 회로부(130)는 바디부(110)의 제 1 면(C)인 볼록면 또는 제 2 면(D)인 오목면에 배치될 수 있다. 예를 들어 도 2의 (a)를 참조하면, 나노필러(111)가 바디부(110)의 제 1 면(C)에 배치될 경우, 스마트 렌즈(100)의 외측에 부착될 수 있는 세균에 대하여 항균성을 가질 수 있다. 나아가, 도 2의 (b)를 참조하면, 나노필러(111)가 바디부(110)의 제 2 면(D)에 배치될 경우, 스마트 렌즈(100)의 내측에 부착될 수 있는 세균에 대햐여 항균성을 가질 수 있다. 이때, 나노필러(111)는 바디부(110)의 제 1 면(C) 또는 제 2 면(D)에 배치된 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 제 1 면(C) 및 제 2 면(D)에 함께 배치될 수도 있다. 이에, 나노필러(111)는 바디부(110)의 내외측 모두에 위치할 수 있음에 따라, 스마트 렌즈의 다양한 영역에 항균성을 부여할 수 있다.
또한, 측정부(120) 및 회로부(130)가 바디부(110)의 제 1 면(C)에 배치될 경우, 스마트 렌즈(100)의 외측 시료에 대한 표적 물질이 측정될 수 있으며, 바디부(110)의 제 2 면(D)에 배치될 경우, 스마트 렌즈(100)의 내측 시료에 대한 표적 물질이 측정될 수 있다. 이에, 측정부(120) 및 회로부(130)는 바디부(110)의 내외측 모두에 위치할 수 있음에 따라, 안구의 다양한 영역의 표적 물질을 측정할 수 있다.
나아가, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 구성도가 도시된다. 도 3의 (a)에서는 스마트 렌즈(100)에 측정부(120)에만 제공되는 실시예가 도시된다. 보다 구체적으로, 먼저 도 3의 (a)를 참조하면, 스마트 렌즈(100)는 측정부(120)를 포함할 수 있으며, 측정부(120)는 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 1 배선(125), 제 2 배선(127), 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)를 포함할 수 있다. 이때, 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)은 각각 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)과 연결되어 있으며, 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)의 각각의 말단에는 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)를 가질 수 있다. 나아가, 제 1 배선(125)은 기준 전극(121)과 연결되어 있는 배선을 의미할 수 있으며, 제 2 배선(127)은 측정 전극(123)과 연결되어 있는 배선을 의미할 수 있다.
이에, 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)에서 발생한 전류는 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)을 통하여 흐를 수 있으며, 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127) 말단에 구비된 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)를 통하여 흘러온 전류를 사용자 디바이스(200)의 전위 측정부(210)로 전달할 수 있다.
이때, 획득된 전류가 유선으로 전달될 경우, 사용자 디바이스(200)는 전류를 전달받아 전위차를 측정하고, 측정된 전위차에 기초하여 표적 물질의 농도를 추정할 수 있는 디바이스를 의미할 수 있으며, 전위 측정부(210) 및 출력부(220)를 포함할 수 있다. 또한, 사용자 디바이스(200)는 포코핀과 같은 커넥터를 이용함으로써, 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)와 접촉하여 스마트 렌즈(100)로부터 전류를 전달받을 수 있다. 나아가, 전달받은 전류를 통하여 사용자 디바이스(200) 내에 구비된 전위 측정부(210)에서 전위차가 측정되고, 측정된 전위차를 기초로 출력부(220)에서 이온 농도가 출력될 수 있다. 출력부(220)는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 등을 포함하는 표시 장치일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 표적 물질 농도를 제공하는 한, 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 출력부(200)는, 분석 시료의 전위차를 표적 물질의 농도로 변환하도록 구성된 프로세서를 포함할 수도 있다.
더 나아가, 도 3의 (b)에서는 회로부(130)가 스마트 렌즈(100) 내에 배치되는 실시예가 도시된다. 도 3의 (b)를 참조하면, 스마트 렌즈(100)는 회로부(130)를 더 포함할 수 있으며, 회로부(130)는 전위 측정부(131) 및 통신부(133)를 포함할 수 있다. 이때, 통신부(133)는 무선통신을 위한 보조 장치인 안테나(134)를 더 포함할 수 있다.
이에, 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)에서 발생한 전류는 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)을 통하여 전위 측정부(131)로 전달되고, 전달된 전류는 전위 측정부(131)에 의하여 전위차가 측정될 수 있다. 나아가, 측정된 전위차는 안테나(134)를 포함하는 통신부(133)를 통하여 무선통신으로 사용자 디바이스(200)에 송출될 수 있다.
이때, 측정된 전위차가 무선통신으로 송출될 경우, 사용자 디바이스(200)는 스마트 렌즈(100)로부터 측정된 전위차를 수신받는 사용자 장치를 의미할 수 있다. 사용자 디바이스(200)는 스마트 렌즈(100)로부터 수신된 전위차를 표적 물질의 농도로 변환하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 이에, 사용자 디바이스(200)는 실시간으로 스마트 렌즈(100)로부터 전위차를 수신받아, 표적 물질의 농도를 실시간으로 인터페이스 화면에 표시할 수 있다. 나아가, 사용자 디바이스(200)는 표적 물질의 농도를 제공하기 위한 어플리케이션, 프로그램, 위젯 또는 웹 브라우저 등이 설치된 스마트폰, 태블릿, PC, 웨어러블 장치, PC 또는 스마트 TV, LED SIGN 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이상의 스마트 렌즈의 구성 및 구성의 배치에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈는 컨택트 렌즈(Contact lens)의 기능인 시력 교정, 눈의 치료 및 미용뿐만 아니라, 안구 내에 존재하는 분석 시료 즉, 눈물 시료 내의 표적 물질을 측정하여 질병을 진단하고 치료할 수 있는 생체 모니터링 기능까지 할 수 있는 효과가 있다.
스마트 렌즈의 나노구조체에 대한 구성 및 항균성
이하에서는, 도 4a 내지 4c 및 5a 내지 5f를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 나노구조체에 대한 구성 및 항균성에 대하여 설명한다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 나노구조체의 구성에 대한 예시적인 사시도이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조체의 예시적인 사시도가 도시된다. 보다 구체적으로, 나노구조체(111)는 나노필러 및 기능층을 포함할 수 있으며, 표면(F)으로부터 돌출되어 형성된 복수의 돌기 형태일 수 있다. 이때, 표면(F)은 스마트 렌즈의 바디부일 수 있으며, 복수의 돌기는 바디부와 연결되어 돌출되어 형성된 형태이거나, 바디부와 독립적인 구성으로 바디부 상에 각각 배치된 형태일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 표면(F)은 바디부 상에 형성된 바디부와 다른 층일 수 있다.
나아가, 나노구조체(111)는 상단 부분이 둥근게 형성된 원통 형상을 가지는 것으로 도시되나, 본 발명의 다양한 실시예에서 복수의 나노구조체들 각각의 형상은 이에 제한되지 않으며, 복수의 나노필러 상에 기능층이 형성되기 위한 표면을 갖는 모든 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노필러는 전체적으로 원뿔, 원통, 막대, 관 등과 같은 다양한 형상을 가지면서 상단 부분은 둥글게 형성되거나 각지게 형성될 수 있다. 이러한 다양한 형상들은 나노와이어 (nonowire), 나노막대(nanorod) 나노니들(nanoneedle), 나노원뿔(nonocone), 나노가 (nanothrone) 등으로 지칭될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조체의 예시적인 단면도가 도시된다. 이때, 설명의 편의를 위해서 도 4c를 참조하여 설명한다.
보다 구체적으로, 나노구조체(111)는 나노필러(11)를 포함할 수 있으며, 나노필러(11)에 의하여 나노구조체(111)의 형상이 결정될 수 있다.
이때, 나노필러(11)는 표면(F)으로부터 돌출되어 형성되어, 표면(F)과 일체형의 형태이거나, 표면(F) 상에 배치되어 부착된 표면(F)과 독립적인 부착형 구성일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며 나노필러는 일체형 또는 부착형이 혼합되어 사용될 수 있다.
또한, 나노필러(11)는 탄성 중합체(Elastic polymer)로 이루어질 수 있다. 탄성 중합체는 탄성(Elasticity)을 가지기 때문에, 복수의 나노필러가 변형된 경우, 복수의 나노필러들은 복원력을 가질 수 있다. 이러한, 나노필러(11)의 탄성 및 복원력에 의하여 나노구초제(111)에 부착된 세균들은 파열되어, 감소 및 제거될 수 있다.
또한, 복수의 나노필러(11)는 세균을 감소 또는 제거하기 위하여 적합한 직경, 높이 및 배열된 간격을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 나노필러(11)들의 직경(W1)은 50 ㎚ 내지 1,000 ㎚를 가질 수 있으며, 바람직하게는 200 nm 내지 500 nm일 수 있다. 또한, 나노필러들의 높이(H1)는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛를 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.5 ㎛ 내지 1.5 ㎛일 수 있다. 또한, 나노필러들 간의 간격(W2)은 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛를 가질 수 일 수 있다.
이러한, 나노필러들은 서로 동일한 직경 및 높이를 가지고 배열될 수도 있으며, 서로 직경 또는 높이가 달리하여 배열될 수도 있다. 예를 들어, 도 4c를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 나노구조체의 예시적인 단면도들이 도시된다. 보다 구체적으로, 도 4c의 (a)는 복수의 나노필러(11)들이 일 단면에 있어서 특정 방향으로 증가되는 높이를 가지면서 배열되는 실시예를 도시한다. 도 4c의 (b)는 복수의 나노필러(11)들이 일 단면에 있어서 외측에 배열된 나노필러의 높이가 내측에 배열된 나노필러의 높이보다 낮은 실시예를 도시한다. 도 4c의 (c)는 복수의 나노필러(11)들이 일 단면에 있어서 내측에 배열된 나노필러(11)의 높이가 외측에 배열된 나노필러(11)의 높이보다 낮은 실시예를 도시한다.
다시, 도 4b를 참조하면, 나노구조체(111)는 기능층(13)을 포함할 수 있으며, 기능층(13)에 의하여 세균 부착 효과가 나노구조체(111)에 부여될 수 있다. 이때, 기능층(13)은 나노필러(11)상에 배치된 일부 또는 전부가 이온성 고분자로 이루어진 층을 의미할 수 있다. 이때, 이온성 고분자는 개시제를 이용한 화학기상증착에 의하여, 양이온성 모너머 및 음이온성 모노머의 중합으로 만들어 질 수 있으며, 양이온성 모노머는 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(dimethylaminoethyl methacrylate, DMAEMA), 2-디메틸아미노메틸 스티렌(2-dimethylaminomethyl styrene, DMAMAS), n-비닐이미다졸(n-vinylimidazole, VIDZ), 4-비닐 피리딘(4-vinyl pyridine, 4VP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 음이온성 모노머는 비닐벤질클로라이드(vinyl benzyl chloride, VBC), 말레익 안하이드라이드 (maleic anhydride, MA), 글리시딜 메타크릴레이트(Glycidyl methacrylate, GMA), 2-클로로에틸 아크릴레이트(2-Chloroethyl acrylate, CEA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한, 양이온성 모노머와 음이온성 모노머의 중합을 통해, 이온성 고분자인 p(VBC-co-DMAEMA), p(VBC-co- DMAMAS), p(VBC-co-VIDZ), p(VBC-co-4VP), p(MA-co-DMAEMA), p(MA-co-DMAMAS), p(MA-co-VIDZ), p(MA-co-4VP), p(GMA-co-DMAEMA), p(GMA-co-DMAMAS), p(GMA-co-VIDZ), p(GMA-co-4VP), p(CEA-co-DMAEMA), p(CEA-co-DMAMAS), p(CEA-co-VIDZ), p(CEA-co-4VP)가 형성될 수 있다.
형성된 이온자 고분자 p(VBC-co-DMAEMA)에서 VBC : DMAEMA의 비는 1 : 1 내지 1 : 10, 바람직하게는 1 : 2 내지 1 : 6이고, 보다 바람직하게는 1 : 4일 수 있다.
나아가, 기능층(13)은 세균을 효과적으로 제거 또는 감소시키기 위해 적합한 두께를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 기능층의 두께(H2)는 10 nm 내지 100 nm를 가질 수 있다. 이에, 나노구조체(111)의 높이(H3)는 나노필러(11)의 높이(H1) 및 기능층(13)의 두께(H2)가 포함된 높이일 수 있다.
이상의 나노필러 및 기능층를 포함하는 나노구조체의 구성으로 인하여, 복수의 나노필러 상에 배치될 기능층이 배열되는 형상이 다양해질 수 있어, 그 결과 보다 다양한 사이즈의 세균 또는 세균 콜로니에 대해 그 단부들이 기능층에 부착되는 것을 용이하게 할 수 있다. 동시에, 복수의 나노필러가 배열되는 형상이 다양해질 수 있어, 복수의 나노필러 상에 형성된 기능층에 고정된 세균들이 보다 다양하게 변형될 수 있다. 이에, 보다 다양한 사이즈의 세균 또는 세균 콜로니에 대해 고정과 매우 큰 변형을 야기할 수 있게 되어 나노구조체의 항균성이 향상될 수 있다.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 나노구조체에 대한 항균성 검증 결과를 도시한 것이다. 이때, 나노구조체의 기능층은 복수의 나노필러 상에 VBC : DMAEMA의 비가= 1 : 4로 iCVD에 의하여 중합된 이온성 고분자 p(DMAEMA-co-VBC)로 이루어졌다.
먼저, 도 5a 내지 5b를 참조하면, iCVD에 의하여 중합된 기능층이 형성되기 전과 후의 나노구조체에 대한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과가 도시된다. XPS 분석 결과, 결합 에너지(Binding energy)의 변화를 통해, 이온성 고분자 p(VBC-co-DMAEMA)가 복수의 나노필러 상에 중합되는 과정에서, 중합 전에는 없었던 질소 양이온(N+)이 생성되고, 그에 따라, 이온성 고분자 p(VBC-co-DMAEMA)가 양전하(Positive charge)를 가지게 되는 것으로 나타난다.
그 다음, 도 5c 내지 5d를 참조하면, iCVD에 의하여 중합된 기능층이 형성되기 전과 후의 나노구조체에 대한 라이브/데드 스테이닝 분석 결과가 도시된다. 이때, 기능층이 형성되기 전과 후의 나노구조체를 37 ℃배양액에 24 시간 동안 침습시킨 후, 그 배양액을 이용하여 인체세포인 각막내피세포(Corneal endothelial cell)를 24 시간 동안 배양하였고, 각막내피세포의 생존도는 라이브/데드 스테이닝으로 분석하였다.
먼저, 도 5c를 참조하면, 기능층이 형성되기 전과 후의 나노구조체에서, 배양액에 살아 있는 각막내피세포와 죽은 각막상피세포를 구별하는 형광분석 이미지가 도시된다. 살아 있는 각막내피세포의 수의 감소 즉, 형광발현에 대한 이미지는 차이가 없는 것으로 나타난다. 이에, 도 5d를 참조하면, 기능층이 형성된 후 산정된 각막상피세포의 생존도(viability)는 기능층이 형성되기 전에 산정된 각막상피세포의 생존도와 거의 차이가 없는 것으로 나타난다. 따라서, 기능층에서는 각막상피세포의 생존도를 떨어뜨리는 독성 등과 같은 인체세포에 대한 부작용이 없거나 최소화된다는 것으로 나타난다.
그 다음, 도 5e 내지 5f를 참조하면, iCVD에 의하여 중합된 기능층이 형성된 나노구조체가 세균에 노출되는 경우, 항균이 이루어지는 과정이 도시된다.
이때, 세균은 세포벽의 유형에 따라 그람양성균(Gram-positive bacteria) 와 그람음성균(Gram-negative bacteria)으로 분류된다. 그람양성균의 세포벽은 테이코산(Choic acids)으로 인해 음전하(negative charge)를 가지고, 그람음성균의 세포벽은 지질다당류(Lipopolysaccharide)로 인해 음전하를 가지게 된다.
이와 달리, 기능층은 이온성 고분자로 이루어지는데, 이온성 고분자가 양전하를 가지도록 형성되는 경우, 음전하를 가지는 그람양성균과 그람음성균의 세포벽과 양전하를 가지는 기능층 사이에 정전기적 인력(Electrostatic attraction) 이 발생하고, 정전기적 인력에 의한 매우 강한 상호작용에 의해, 기능층이 세균을 매우 강하게 끌어당기게 되고 세균은 기능층의 표면에 고정된다.
세균이 기능층에 고정되는 경우, 세균의 콜로니형성(Colonization)이 감소되고, 세균의 이동이 제한됨으로써 세균은 영양이 부족한 상태에 놓이게 된다. 또한, 기능층은 고정된 세균과의 매우 강한 상호작용으로, 고정된 세균이 납작해지거나(Flattened) 늘어나는(Stretched) 등의 형상(Morphology)의 변형을 매우 크게 일으킨다.
또한, 기능층은 복수의 나노필러 상에 형성되기 때문에, 기능층과 세균과의 매우 강한 상호작용은 복수의 나노필러의 변형도 일으킨다. 이에 따라, 탄성 중합체로 이루어진 복수의 나노필러는 탄성에 의한 복원력을 고정된 세균에 가하고, 가해진 탄성에 의한 복원력은 고정된 세균의 형상의 변형을 보다 크게 만들고, 그에 따라 세균은 그 형상의 변형에 대한 임계점을 넘어 변형되어 파열(Rupture) 될 수 있다.
이에, 도 5e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 나노구조체에 대한 SEM 사진이다. 이때, 기능층이 형성된 나노구조체를 황색포도알균 (S. aureus)에 노출시킨 뒤, 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 촬영하였다. 보다 구체적으로, 황색포도알균들은 나노구조체의 기능층에 의하여 고정되고, 나노구조체의 나노필러의 탄성에 의하여 변형이 일어난 것으로 나타난다. 나아가, 변형이 일어나 황색포도알균들은 형상의 변형뿐만 아니라 임계점을 넘어 파열되는 것으로 나타난다.
도 5f를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 나노구조체에 대한 항균 효과 검증 결과가 도시된다. 보다 구체적으로, 기능층이 형성되기 전 나노구조체에서는 황색포도알균 도포 30분 이후에 24시간 배양 시 493개의 황색포도알균 콜로니가 확인되는 것과 달리, 기능층이 형성된 후 나노구조체에서는 황색포도알균 도포 30분 이후에 24시간 배양시 황색포도알균 콜로니가 1개 이하만이 확인되는 것으로 나타난다. 이에, 기능층이 형성된 나노구조체가 99% 이상의 뛰어난 항균성을 가지는 것으로 나타난다.
또한, 본 발명의 스마트 렌즈의 나노구조체는 그람양성균과 그람음성균 모두와 정전기적 인력에 의한 매우 강한 상호작용을 일으켜, 이들 모두를 효과적으로 제거 또는 감소시킬 수 있다.
이에, 기능층은, 인체세포에 대해서는 생존도를 낮추는 부작용 없이, 그람양성균과 그람음성균 모두와 매우 강한 상호작용을 일으켜 이들에 대한 항균성을 가지기 때문에, 기능층 항원-항체반응(Antigen-antibody reaction)에서 항체가 특정 항원에 대해서만 면역반응을 일으키는 것과 달리, 여러가지 항체를 이용하지 않고도 그람양성균과 그람음성균 모두에 대한 항균성을 가질 수 있다. 또한, 기능층은 그람양성균과 그람음성균이 항생물질 민감성(Antibiotic susceptibility) 차이가 있어, 서로 다른 항생제를 사용하는 등 항균하는 방법을 달리하는 것과 달리, 그람양성균과 그람음성균 모두에 대해 항균성을 가질 수 있다.
예를 들어, 기능층은, 안구 수술 후 내안구염(Pseudomonas aeruginosa)의 주요 원인이 되는, 그람양성균인 표피포도구균(Staphylococcus epidermidis) 그람음성균인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 모두에 대해 항균성을 가질 수 있다.
이상의 스마트 렌즈의 나노구조체에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈는 인체세포에 대한 부작용이 없거나 최소화되는 동시에, 세균이 효과적으로 제거 및 감소되는 즉, 항균성을 가질 수 있다.
스마트 렌즈의 측정부 및 회로부
이하에서는, 도 6a 내지 6d 및 7a 내지 7b를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈에 대한 구성의 배치 및 모양에 대하여 설명한다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 구성에 대한 바디부 상에서의 배치를 예시적으로 도시한 것이다.
도 6a의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)는 측정부(120)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 측정부(120)는 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 1 배선(125), 제 2 배선(127), 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)를 포함할 수 있다. 이때, 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)은 각각 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)과 연결되어 있으며, 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)의 각각의 말단에는 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)를 가질 수 있다.
나아가, 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)은 서로 이격되고, 측정부(120)는 비광학 영역(B) 상에 외주부(E)를 따라 세로로 이격되어 배치될 수 있다. 더 나아가, 측정부(120)는 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)의 각각의 말단에 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)를 포함함으로써, 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)으로부터 발생한 전류를 커텍터를 통하여 사용자 디바이스로 전달할 수 있다.
또한, 도 6a의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)는 측정부(120) 및 회로부(130)를 포함할 수 있다. 이때, 측정부(120)는 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)을 포함할 수 있으며, 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)의 말단은 회로부(130)와 연결되어 있을 수 있다.
나아가, 서로 연결되어 있는 측정부(120) 및 회로부(130)는 비광학 영역(B) 상에 외주부(E)를 따라 가로로 이격되어 배치될 수 있다. 더 나아가, 회로부(130)는 전위 측정부 및 통신부를 포함할 수 있다. 이에, 회로부(130)는 측정부(120)로부터 전달받은 전류를 통하여 전위차를 측정하고, 측정된 전위차를 무선통신으로 사용자 디바이스에 송출할 수 있다.
나아가, 도 6a의 (a) 및 (b)에서, 측정부(120) 및 회로부(130)는 외주부에 따라 가로 및 세로로 배치된 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 비광학 영역(B) 상의 다양한 위치에 다양한 방향으로 배치될 수 있다.
이하, 도 6b 내지 6d에서 스마트 렌즈(100)의 측정부(120) 및 회로부(130)는 도 4a에서 설명한 스마트 렌즈(100)의 측정부(120) 및 회로부(130)와 그 연결관계 및 배치가 상이할 뿐, 다른 구성은 실질적으로 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
도 6b의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)는 측정부(120)를 포함할 수 있으며, 측정부(120)는 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 1 배선(125), 제 2 배선(127), 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 배선(125)은 바디부(110)의 외주부(E)와 일정 간격으로 이격되어 반구의 호 형상을 가질 수 있으며, 제 2 배선(127)은 제 1 배선(125)과 마주하도록 배치되어 반구의 호 형상을 가질 수 있다. 이에, 전극(121, 123), 패드(126, 128) 및 배선(125, 127)이 각각 멀리 떨어져 위치함에 따라, 차지하는 면적이 감소하여 안구 상에 이물감이 줄어 들고, 공간의 효율을 높일 수 있다.
나아가, 도 6b의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)는 측정부(120) 및 회로부(130)를 포함할 수 있으며, 회로부(130)는 전위 측정부, 통신부 및 안테나(134)를 포함할 수 있다. 이때, 안테나(134)는, 바디부(110)의 외주부(E)와 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127) 사이에서 바디부(110)의 외주부(E)를 따라 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 광학 영역(A)와 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127) 사이 등의 다양한 위치에 안테나(134)가 배치될 수 있다.
더 나아가, 도 6b의 (c)를 참조하면, 안테나(134)는 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)에 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)은 전류가 흐르는 통로의 역할뿐만 아니라, 무선통신의 송수신할 수 있는 안테나의 역할까지 겸비할 수 있다. 이에, 안테나(134)를 포함하는 회로부(130)의 면적을 최소화할 수 있다.
도 6c의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)는 측정부(120)를 포함할 수 있으며, 측정부(120)는 복수의 기준 전극(121a, 121b), 복수의 측정 전극(123a, 123b), 복수의 제 1 배선(125a, 125b), 복수의 제 2 배선(127a, 127b), 복수의 제 1 패드(126a, 126b) 및 복수의 제 2 패드(128a, 128b)를 포함할 수 있다. 이때, 제 각각의 기준 전극(121a, 121b) 및 측정 전극(123a, 123b)은 마주하며 이격되어 배치될 수 있으며, 복수의 제 1 배선(125a, 125b)은 바디부(110)의 외주부(E)와 일정 간격으로 이격되어 호 형상을 가질 수 있다. 나아가, 복수의 제 2 배선(127a, 127b)은 복수의 제 1 배선(125a, 125b)과 일정 간격으로 바디부(110)의 내측으로 이격되어 호 형상을 가질 수 있다. 이때, 도 6c의 (a)에서는 복수의 구성들이 2개씩 존재하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 적어도 하나의 구성들을 제한없이 포함할 수 있다. 이에, 스마트 렌즈(100)는 복수의 기준 전극 및 측정 전극을 구비함으로써, 보다 많은 표적 물질을 측정할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 도 6c의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)는 측정부(120) 및 회로부(130)를 포함할 수 있으며, 회로부(130)는 전위 측정부, 통신부 및 안테나(134)를 포함할 수 있다. 이때, 안테나(134)는, 바디부(110)의 외주부(E)와 복수의 제 1 배선(125a, 125b) 사이에서 바디부(110)의 외주부(E)를 따라 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 광학 영역(A)와 복수의 제 2 배선(127a, 127b) 사이, 복수의 제 1 배선(125a, 125b)과 복수의 제 2 배선 (127a, 127b) 등의 다양한 위치에 안테나(134)가 배치될 수 있다. 또한, 복수의 제 1 배선(125a, 125b) 및 복수의 제 2 배선 (127a, 127b)의 말단은 모두 회로부(130)와 연결될 수 있다. 또한, 6c의 (b)에서는 회로부(130)가 1개 존재하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 적어도 하나의 회로부(130)를 제한없이 포함할 수 있다.
더 나아가, 도 6c의 (c)를 참조하면, 안테나(134)는 복수의 제 1 배선(125a, 125b) 및 복수의 제 2 배선 (127a, 127b)에 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 제 1 배선(125a, 125b) 및 복수의 제 2 배선 (127a, 127b)은 전류가 흐르는 통로의 역할뿐만 아니라, 무선통신의 송수신할 수 있는 안테나의 역할까지 겸비할 수 있다. 이에, 안테나(134)를 포함하는 회로부(130)의 면적을 최소화할 수 있다.
도 6d의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)는 바디부(110) 및 측정부(120)을 포함할 수 있으며, 바디부(110)는 광학 영역(A), 비광학 영역(B) 및 나노구조체(111)를 포함할 수 있다. 이때, 나노구조체(111)는 비광학 영역(B)에서 바디부(110)의 외주부(E)를 따라 일정 간격 이격되어 회로부(120)의 내측에 형성된 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 나노구조체(111)는 비광학 영역(B)에서 바디부(110)의 외주부(E)를 따라 일정 간격 이격되어 형성될 수 있으며, 제 1 배선 및 제 2 배선을 포함하는 측정부(120)는 나노구조체(111)를 기준으로 내측 또는 외측에 배치될 수 있다.
나아가, 도 6d의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)는 바디부(110), 측정부(120) 및 안테나(134)를 포함하는 회로부(130)를 포함할 수 있다. 이때, 나노구조체(111)는 비광학 영역(B)에서 바디부(110)의 외주부(E)를 따라 일정 간격 이격되어 측정부(120) 및 안테나(134)를 포함하는 회로부(130)의 외측에 형성된 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 나노구조체(111)는 비광학 영역(B)에서 바디부(110)의 외주부(E)를 따라 일정 간격 이격되어 형성될 수 있으며, 측정부(120) 및 안테나(134)를 포함하는 회로부(130)는 나노구조체(111)를 기준으로 내측 또는 외측에 배치될 수 있다.
더 나아가, 도 6b의 (c)를 참조하면, 나노구조체(111)는 비광학 영역(B)에서 바디부(110)의 외주부(E)를 따라 일정 간격 이격되어 형성될 수 있으며, 측정부(120)를 기준으로 내측 및 외측에 동시에 배치될 수 있다.
이때, 나노구조체(111)는 측정부(120)와 이격되어 존재할 뿐만 아니라, 같은 위치상에 함께 존재할 수도 있다. 보다 구체적으로, 측정부(120)의 제 1 배선(125)은 나노구조체(111)상에 프린팅되어 형성될 수 있다. 이때, 프린팅 기술은 제 1 배선(125) 뿐만 아니라, 측정부(120)의 모든 구성 즉, 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 2 배선(127), 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)에 적용될 수 있음에 따라, 측정부(120)는 나노구조체(111)상에 배치되어 나노구조체(111)와 함께 존재할 수 있다.
이에, 나노구조체(111)는 일정 위치에 한정되지 않고, 측정부(120) 및 안테나(134)를 포함하는 회로부(130)의 위치에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다.
도 7a 내지 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈에 대한 전극의 다양한 형상 및 구성을 예시적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 7a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈에 대한 전극의 다양한 형상이 도시된다. 전술한, 도 6a 내지 6d에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)의 전극의 형상을 원형 및 사각형으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 바디부(110)의 비광학 영역(B) 상에 전극이 형성되기 위한 표면을 갖는 모든 형상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 7a의 (a)를 참조하면, 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)가 같은 방향으로 이격되어 있는 경우, 측정 전극(123)은 원형의 형상을 갖고, 기준 전극(121)은 측정 전극(123)의 일부 영역을 감싸도록 반원의 형상을 가질 수 있다.
나아가, 도 7a의 (b)를 참조하면, 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)가 같은 방향으로 이격되어 있는 경우, 측정 전극(123)은 일자의 형상을 갖고, 기준 전극(121)은 측정 전극(123)의 일부 영역을 감싸도록 니은(ㄴ)자 형상을 가질 수 있다.
더 나아가, 도 7a의 (c)를 참조하면, 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)가 서로 반대되는 방향으로 이격되어 있는 경우, 측정 전극(123)은 원형의 형상을 갖고, 기준 전극(121)은 측정 전극(123)의 일부 영역을 감싸도록 C자 형상을 가질 수 있다.
더 나아가, 도 7a의 (d)를 참조하면, 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)가 서로 반대되는 방향으로 이격되어 있는 경우, 측정 전극(123)은 기역(ㄱ)자 형상을 갖고, 기준 전극(121)은 측정 전극(123)의 일부 영역을 감싸도록 니은(ㄴ)자 형상을 가질 수 있다.
그러나, 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)의 형상은 이에 제한되는 것이 아니며, 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)이 일정한 거리에 이격되어 유지되고, 표적 물질과의 반응에 따른 전위차를 갖는 한 다양한 형상으로 존재할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈에 대한 전극의 다양한 구성이 도시된다.
먼저, 도 7b의 (a)를 참조하면, 기준 전극(20)의 구성이 도시된다. 이때, 기준 전극(20)의 부호는 이해의 편의를 위하여 " 20 "으로 표기되었으나, 도 2 내지 7a에서 기준 전극(121)과 동일한 구성일 수 있다.
기준 전극(20)은 표적 물질의 농도 변화에 안정적 전위를 갖는 반쪽 전지 전위성 전극을 의미할 수 있으며, 기준 전극의 전위는 미리 결정되어 있을 수 있음에 따라, 측정 전극을 통해 표적 물질의 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 기준이 될 수 있는 전극으로 이용될 수 있다. 이러한, 기준 전극(20)은 반쪽 전지 반응성을 부여하는 전도성 층(21) 및 도전층(22)을 포함할 수 있으며, 전도성 층(21)의 일부 면을 도전층(22)이 덮도록 배치될 수 있다.
전도성 층(21)은 바디부(110) 상에 다양한 방법으로 프린팅된 패턴일 수 있다. 예를 들어, 전도성 층(21)은 카본 블랙 (carbon black), 카본 그래파이트 (carbon graphite), 그래핀 (graphene), 풀러린 (fullerene), 카바이드 (carbides) 중 적어도 하나의 전도성 유기물이 바디부(110) 상에 프린트되어 형성될 수 있으며, Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속이 바디부(110) 상에 프린트되어 형성될 수 있다.
도전층(22)은 전도성 층(21) 상에 형성되고, 전위차가 미리 알려진 Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE) 및 염다리(Salt bridge) 백금 중 적어도 하나로 이루어진 물질층일 수 있다. 더 나아가, 도전층(22)은, 두 개의 도전층(22)으로 구성될 수도 있다. 보다 구체적으로, 기판 상에 Ag로 구성된 페이스트가 프린팅되어 Ag 층을 형성하고, 이후 Ag/AgCl로 구성된 페이스트가 프린팅되어 Ag/AgCl 층이 더욱 형성될 수도 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 기준 전극은 안정적인 전위를 제공하는 한, 보다 다양한 물질로 구성될 수 있다.
도 7b의 (b)를 참조하면, 측정 전극(30)의 구성이 도시된다. 이때, 측정 전극(30)은 이온 선택성 층(33)을 포함하는 측정 전극(30)일 수 있다. 보다 구체적으로, 측정 전극(30)은 전도성 층(31), 이온-전자 전환성 층(32), 이온 선택성 층(33) 및 필터층(34)을 포함할 수 있으며, 전도성 층(31)의 일부 면을 이온-전자 전환성 층(32), 이온 선택성 층(33) 및 필터층(34)이 순서대로 덮도록 배치될 수 있다. 이때, 측정 전극(30) 및 전도성 층(31)의 부호는 이해의 편의를 위하여 " 30 " 및 " 31 "으로 표기되었으나, 도 2 내지 7a에서 측정 전극(123) 및 도 7b의 (a)에서 전도성 층(21)과 동일한 구성일 수 있다. 이에, 전도성 층(31)은 전술한 내용과 비교하여 배치만이 상이할 뿐, 다른 구성은 실질적으로 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
필터층(34)은 표적 물질의 검출과정에서 분석의 민감도를 떨어트리고, 방해하는 불순물을 제거하기 위해 형성된 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 필터층(34)은 일정한 크기 이상의 불순물을 제거하기 위해 포어가 형성될 수 있고, 표적 물질이 아닌 불순물을 흡착하기 위한 성분을 더 포함할 수도 있다.
이온 선택성 층(33)은 이온-전자 전환성 층 및 필터층(34) 사이에 형성되고, 표적 물질이 이온으로서, 측정하고자 하는 표적 이온이 선택적으로 수송되도록 구성된 이오노포어(Iononphore)를 포함하는 층으로, 표적 이온을 전도성 층(31)으로 수송이 가능하도록 한다. 예를 들어, 이온 선택성 층은, K+ 이온 선택성을 갖는 발리노마이신(Valinomycin), Ca2+, Ba2+ 이온 선택성을 갖는 뷰베라이신(Beauvericin), Mn2+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 칼시마이신(Calcimycine) 및 A23187, 세조마이신(Cezomycin), H+ 이온 선택성을 갖는 CCCP(Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), NH4 + 이온 선택성을 갖는 에니아틴(Enniatin), H+, Na+, K+ 이온 선택성을 갖는 그라미시딘(Gramicidin), Ca2+ 이온 선택성을 갖는 이오노마이신(Ionomycin), K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 이온 선택성을 갖는 라살로시드(Lasalocid), Na+, H+ 이온 선택성을 갖는 모넨신(Monensin), K+, H+, Pb2+ 이온 선택성을 갖는 니게리신(Nigericin), NH4 + 이온 선택성을 갖는 노낙틴(Nonactin), K+ 이온 선택성을 갖는 살리노마이신(Salinomycin), 테트로나신(Tetronasin) 및 나라신(Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어를 포함할 수 있다. 이에, 전도성 층(31)은 이온 선택성 층(33)을 통과한 표적 이온과 반응하여 전위(potential)가 나타날 수 있다.
이온-전자 전환성 층(32)은 소수성을 가지며, 이온의 활성에 따라 전자를 발생시키는 층을 의미할 수 있으며, 전도성 층(31)과 이온 선택성 층(33) 사이에 형성될 수 있다. 이러한 이온-전자 전환성 층(32)은, 전도성 층(31)과 이온 선택성 층(33) 경계면에서 이온-전자 전달력(ion-to-electron transfer behavior)을 향상시키고, 수막 형성을 막는 것에 기여할 수 있다. 특히, 이온-전자 전환성 층은, 0.1 내지 0.3 mF/cm2의 높은 전기 용량(capacitance)을 갖고, 우수한 전위 안정성을 가지며, 수막, 가스 및 광에 대한 강한 저항성을 가질 수 있다.
이온-전자 전환성 층(32)은 그래핀 시트(graphene sheet), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 카본 블랙(carbon black), 카본 그래파이트(carbon graphite), 풀러린(fullerene), 및 카바이드(carbides) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 이온-전자 전환성 층(32)은, 그래핀 시트로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 그래핀 시트는, 그래파이트 또는, 환원된 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide, RGO) 와 상이한, 박리된(exfoliated) 단층 형태의 시트 구조를 갖는 그래핀을 의미할 수 있다. 이러한 그래핀 시트는, 박리 동안 기저면(basal plane) 결함이 없는 결정질 구조(crystalline structure)를 가질 수 있고, 소수성을 가질 수 있다.
도 7b의 (c)를 참조하면, 측정 전극(40)의 구성이 도시된다. 이때, 측정 전극(40)은 pH 민감성 층(42)을 포함하는 측정 전극(40)일 수 있다. 보다 구체적으로, 측정 전극(40)은 전도성 층(41), pH 민감성 층(42) 및 필터층(43)을 포함할 수 있으며, 전도성 층(41)의 일부 면을 pH 민감성 층(42) 및 필터층(43)이 순서대로 덮도록 배치될 수 있다. 이때, 측정 전극(40), 전도성 층(41) 및 필터층(43)의 부호는 이해의 편의를 위하여 " 40 ", " 41 " 및 " 43 "으로 표기되었으나, 도 2 내지 7a에서 측정 전극(123) 및 도 7b의 (a) 내지 (b)에서 전도성 층(21, 31) 및 필터층(34)과 동일한 구성일 수 있다. 이에, 전도성 층(41) 및 필터층(34)은 전술한 내용과 비교하여 배치만이 상이할 뿐, 다른 구성은 실질적으로 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
pH 민감성 층(42)은 전도성 층(41) 및 필터층(43) 사이에 형성되고, 표적 물질이 수소 이온으로서, 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 물질로 이루어진 층을 의미할 수 있다. 이때, pH 민감성 층(42)은 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 물질로서 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤(poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiophene)), 폴리-3-메틸티오펜(poly-3-methylthiophene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiphene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌)(poly(p-phenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란(polyfuran) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
나아가, pH 민감성 층(42)은 전술한 물질이 나노 사이즈의 파이버가 배열된 형태인 나노파이버 어레이(Nanofiber array)로 배열된 형태일 수 있으며, 나노파이버 어레이는 탄소와 희석 화학 중합 반응(dilute chemical poly merization)에 의해 전도성 층(41) 위에 안정적으로 배치될 수 있다.
이에, 본 발명의 스마트 렌즈는, 프린팅 기법으로 다양한 표적 물질을 측정할 수 있는 센서가 형성될 수 있다. 나아가, 안구에 적용되었을 시, 이물감이 없는 초박형의 유연한 센서를 가진 렌즈가 제공될 수 있으며, 저비용 생산 및 대량 신속처리가 가능한 프로세서를 가질 수 있다.
스마트렌즈의 통신
도 8a 내지 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈의 통신 방법을 예시적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 8a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)의 유선 통신 방법을 예시적으로 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 스마트 렌즈(100)는 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 1 배선(125), 제 2 배선(127), 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)을 포함할 수 있다.
스마트 렌즈(100)의 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)에 의하여 획득된 전류는 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)에 의하여 흐를 수 있으며, 흘러온 전류는 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)의 말단에 구비된 제 1 패드(126) 및 제 2 패드(128)를 통하여 사용자 디바이스(200)로 전달될 수 있다.
이때, 사용자 디바이스(200)는 커넥터(230), 전위 측정부 및 출력부를 포함할 수 있다. 이때, 커텍터(230)는 포고핀(Pogo fin)과 같이 전기회로의 패드와 같은 부분과 접촉하여 전류를 전달받아 사용자 디바이스와 전기적으로 결합시키는 매개체를 의미할 수 있다. 또한, 사용자 디바이스(200)의 전위 측정부는 전극의 일단에 각각 연결되어 전위차를 측정하도록 구성된 유닛일 수 있다. 또한, 출력부는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 등을 포함하는 표시 장치일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 표적 물질을 농도를 제공하는 한, 다양한 형태로 제공될 수 있다. 나아가, 출력부는, 분석 시료의 전위차를 표적 물질의 농도로 변환하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수도 있다.
이에, 사용자 디바이스(200)는 커넥터(230)를 통하여 전달받은 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)의 전류를 전위 측정부에 전달되어, 전위차가 측정되고, 측정된 전위차는 출력부에 의하여 표적 물질의 농도로 변환되어 사용자 디바이스(200)의 인터페이스 화면에 표시될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 스마트 렌즈(100)의 무선 통신 방법을 예시적으로 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 스마트 렌즈(100)는 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 1 배선(125), 제 2 배선(127), 회로부(130)을 포함할 수 있다.
이때, 회로부(130)는 전위 측정부 및 통신부를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 전위 측정부는 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)의 일단 연장된 각각의 배선(125, 127)에 연결되어 전위차를 측정하도록 구성된 유닛(unit)일 수 있다. 이러한 전위 측정부는 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)의 전위차를 측정하도록, 표적 물질과 반응하는 층과 상이한 층에 연결될 수 있다.
나아가, 통신부는 전위 측정부로부터 측정된 전위차 값을 외부로 송출할 수 있는 무선통신수단을 의미할 수 있으며, 블루투스, NFC(near field communication) 칩 및 RF(Radio frequency) 칩 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 통신부는 무선통신을 위한 보조 장치인 안테나를 포함할 수 있다.
한편, 스마트 렌즈(100)의 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)에 의하여 획득된 전류는 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)에 의하여 흐를 수 있으며, 기준 흘러온 기준 전극(121) 및 측정 전극(123) 각각의 전류는 회로부(130)의 전위 측정부에서 전위차가 측정되고, 측정된 전위차는 통신부를 통하여 사용자 디바이스(200)에 무선통신으로 전달될 수 있다.
이때, 사용자 디바이스(200)는 스마트 렌즈(100)로부터 수신된 전위차를 표적 물질의 농도로 변환하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있으며, 프로세서는 표적 물질에 대한 이상 변화를 감지한 경우, 사용자에게 알림으로 이상 변화를 제공하거나, 상기 변화와 연관된 질환의 졍보를 제공할 수 있다. 나아가, 사용자 디바이스(200)는 변환된 표적 물질의 농도 및 표적 물질 변화에 대한 정보를 제공하기 위한 어플리케이션, 프로그램, 위젯 또는 웹 브라우저 등이 설치된 스마트폰, 태블릿, PC, 웨어러블 장치, PC 또는 스마트 TV, LED SIGN 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이에, 사용자 디바이스(200)는 스마트 렌즈(100)의 통신부(130)에 의하여 무신통신으로 전위차를 수신받아, 표적 물질의 농도로 변환하여 인터페이스 화면에 표시할 수 있다. 나아가, 사용자 디바이스(200)를 가까이 대는 것만으로 스마트 렌즈(100)에서 측정된 전위차를 수신받을 수 있으므로, 사용자가 실시간으로 표적 물질의 농도를 모니터링 할 수 있다
이와 같은, 본 발명은 눈에 적용되어 비침습적으로 사용자의 체액 즉, 눈물에서의 이온 및 pH 상태를 보다 쉽게 확인할 수 있으며, 유선 또는 무선으로 사용자 디바이스에서 지속적인 모니터링이 가능할 수 있다. 나아가, 지속적인 모니터링으로 인하여, 질환에 대한 조기 진단 및 체내 이온 관리에 따른, 질환 유병률을 감소시키는 것에 기여할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 나노필러
23: 기능층
21, 31, 41: 전도성 층
22: 도전층
32: 이온-전자 전환성 층
33: 이온 선택성 층
34, 43: 필터층
42: pH 민감성 층
100: 스마트 렌즈
110: 바디부
111: 나노구조체
120: 측정부
121, 20: 기준 전극
123, 30, 40: 측정 전극
125: 제 1 배선
126: 제 1 패드
127: 제 2 배선
128: 제 2 패드
130: 회로부
131: 전위 측정부
133: 통신부
134: 안테나
200: 사용자 디바이스
210: 사용자 디바이스 전위 측정부
220: 사용자 디바이스의 측정부
230: 포고핀
300: 각막
A: 광학 영역
B: 비광학 영역
C: 바디부 제 1 면
D: 바디부 제 2 면
E: 외주부
F: 표면

Claims (22)

  1. 중앙에 위치한 광학 영역 및 상기 광학 영역을 둘러싼 비광학 영역을 포함하는 바디부;
    상기 비광학 영역에 배치된 복수의 나노필러;
    상기 복수의 나노필러에 배치된 이온성 고분자로 이루어진 기능층;
    상기 비광학 영역에 배치된 적어도 하나의 기준 전극;
    상기 기준 전극과 연결되고, 말단에 제 1 패드를 가지는 제 1 배선;
    상기 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극, 및
    상기 측정 전극과 연결되고, 말단에 제 1 패드를 가지는 제 2 배선을 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노필러는,
    상기 바디부의 외주부를 따라 배치되고,
    상기 제 1 배선 및 제 2 배선은,
    상기 나노필러의 내측 또는 외측에 배치되는, 항균성 스마트 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배선 및 제 2 배선을 통해 연결된 통신부를 더 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 통신부와 연결되고, 상기 바디부의 외주부를 따라 일정 간격으로 이격된 안테나를 더 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배선 및 제 2 배선을 통해 연결되어, 상기 기준 전극 및 측정 전극의 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부를 더 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이온성 고분자는,
    양이온성 모노머(anionic monomer) 및 음이온성 모노머(anionic mononer)의 중합으로 이루어진, 항균성 스마트 렌즈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이온성 고분자는,
    p(VBC-co-DMAEMA), p(VBC-co- DMAMAS), p(VBC-co-VIDZ), p(VBC-co-4VP), p(MA-co-DMAEMA), p(MA-co-DMAMAS), p(MA-co-VIDZ), p(MA-co-4VP), p(GMA-co-DMAEMA), p(GMA-co-DMAMAS), p(GMA-co-VIDZ), p(GMA-co-4VP), p(CEA-co-DMAEMA), p(CEA-co-DMAMAS), p(CEA-co-VIDZ), p(CEA-co-4VP) 중 적어도 하나를 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 양이온성 모노머는,
    디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 (dimethylaminoethyl methacrylate, DMAEMA), 2-디메틸아미노메틸 스티렌 (2-dimethylaminomethyl styrene, DMAMAS), n-비닐이미다졸 (n-vinylimidazole, VIDZ), 4-비닐 피리딘 (4-vinyl pyridine, 4VP) 중 적어도 하나를 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 음이온성 모노머는,
    비닐벤질클로라이드 (vinyl benzyl chloride, VBC), 말레익 안하이드라이드 (maleic anhydride, MA), 글리시딜 메타크릴레이트 (Glycidyl methacrylate, GMA), 2-클로로에틸 아크릴레이트(2-Chloroethyl acrylate, CEA) 중 적어도 하나를 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 나노필러들은,
    탄성 중합체 (elastic polymer) 로 이루어진, 항균성 스마트 렌즈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 나노필러들은,
    0.2 ㎛ 내지 2 ㎛ 간격을 가지고 배열되고,
    직경이 50 ㎚ 내지 1000 ㎚이고, 높이가 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 인, 항균성 스마트 렌즈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배선은,
    상기 바디부의 외주부와 일정 간격으로 이격된 호 형상을 가지고,
    상기 제 2 배선은,
    상기 제 1 배선과 마주하도록 배치되고, 호 형상을 가지는, 항균성 스마트 렌즈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배선은,
    상기 바디부의 외주부와 일정간격으로 이격되고, 호 형상을 가지는 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제 2 배선은,
    상기 제 1 배선과 일정 간격으로 상기 바디부의 내측으로 이격되고, 호 형상을 가지는 적어도 하나를 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디부는, 제 1 면 및 제 2 면을 포함하고,
    상기 제 1 면은, 상기 바디부의 볼록면인, 항균성 스마트 렌즈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 전극은,
    도전층을 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 도전층은,
    Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지 (SCE), 염다리 (Salt bridge) 백금으로 중 적어도 하나로 이루어진, 항균성 스마트 렌즈.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 전극 상에 배치된 필터층을 더 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 측정 전극은,
    이온 선택성 층 또는 pH 민감성 층을 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 이온 선택성 층은,
    발리노마이신 (Valinomycin), 뷰베라이신 (Beauvericin), 칼시마이신 (Calcimycine), A23187, 세조마이신 (Cezomycin), CCCP (Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone), 에니아틴 (Enniatin), 그라미시딘 (Gramicidin), 이오노마이신 (Ionomycin), 라살로시드 (Lasalocid), 모넨신 (Monensin), 니게리신 (Nigericin), 노낙틴 (Nonactin), 살리노마이신 (Salinomycin), 테트로나신 (Tetronasin) 및 나라신 (Narasin) 중 적어도 하나의 이오노포어 (Iononphore) 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 pH 민감성 층은,
    폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤 (poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiophene)), 폴리-3-메틸티오펜 (poly-3-methylthiophene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythiphene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌) (poly(p-phenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란 (polyfuran) 중 적어도 하나로 이루어진, 항균성 스마트 렌즈.
  21. 중앙에 위치한 광학 영역 및 상기 광학 영역을 둘러싼 비광학 영역을 포함하는 바디부;
    상기 비광학 영역 상에 배치된 복수의 나노필러;
    상기 복수의 나노필러에 배치된 이온성 고분자로 이루어진 기능층;
    상기 기능층에 배치된 적어도 하나의 기준 전극;
    상기 기준 전극과 연결되고, 말단에 제 1 패드를 가지는 제 1 배선;
    상기 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극, 및
    상기 측정 전극과 연결되고, 말단에 제 2 패드를 가지는 제 2 배선을 포함하는, 항균성 스마트 렌즈.
  22. 중앙에 위치한 광학 영역 및 상기 광학 영역을 둘러싼 비광학 영역을 포함하는 바디부;
    상기 비광학 영역에 배치된 적어도 하나의 기준 전극;
    상기 기준 전극과 연결된 제 1 배선;
    상기 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극;
    상기 측정 전극과 연결된 제 2 배선, 및
    상기 바디부에 형성된 복수의 나노필러를 포함하고;
    상기 나노필러는 상기 바디부의 외주부를 따라 배치되고,
    상기 제 1 배선 및 제 2 배선은 상기 나노필러의 내측 또는 외측에 배치되는, 항균성 스마트 렌즈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023059933A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 Purdue Research Foundation Ocular drug delivery device and related methods
WO2024161107A1 (en) * 2023-01-31 2024-08-08 Coopervision International Limited Contact lens with surface micropillars

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016540569A (ja) * 2013-12-20 2016-12-28 ヴェリリー ライフ サイエンシズ エルエルシー 涙液導電率センサ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016540569A (ja) * 2013-12-20 2016-12-28 ヴェリリー ライフ サイエンシズ エルエルシー 涙液導電率センサ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023059933A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 Purdue Research Foundation Ocular drug delivery device and related methods
WO2024161107A1 (en) * 2023-01-31 2024-08-08 Coopervision International Limited Contact lens with surface micropillars

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