KR102363460B1 - 스마트 인공수정체 - Google Patents

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KR102363460B1
KR102363460B1 KR1020200030669A KR20200030669A KR102363460B1 KR 102363460 B1 KR102363460 B1 KR 102363460B1 KR 1020200030669 A KR1020200030669 A KR 1020200030669A KR 20200030669 A KR20200030669 A KR 20200030669A KR 102363460 B1 KR102363460 B1 KR 102363460B1
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이경균
박유민
이태재
배남호
이석재
최봉길
김동석
김영균
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한국과학기술원
강원대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 원형의 바디부, 바디부의 외주부와 연결된 적어도 하나의 햅틱부, 바디부의 외주부와 인접하게 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 제 1 배선 및 제 2 배선의 말단에 연결된 회로부를 포함하는 스마트 인공수정체를 제공한다.

Description

스마트 인공수정체{SMART INTRAOCULAR LENS}
본 발명은 스마트 인공수정체에 관한 것으로, 보다 구체적으로 분석 시료에 대한 전위차를 기초로 이온 및 pH 농도를 측정하도록 구성된 스마트 인공수정체에 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, 신체 무게의 절반 이상을 물 즉, 체액으로 이루어져 있다. 체액은 나트륨, 칼륨, 염화물, 중탄산염과 같은 전해질을 통하여 신경 및 근육의 기능 조절, 산-염기 균형 및 수분 균형을 조절할 수 있다. 이러한, 체액 내 전해질의 농도 유지는 체내의 항상성 유지에 매우 중요하며, 전해질의 균형이 깨지면, 신체 내 여러 장애가 발생할 수 있다. 그 중, 전해질의 불균형은 안구의 수정체까지 영향을 미쳐 수정체가 혼탁해지는 백내장을 발생시킬 수 있다.
백내장이 발생한 수정체는 빛이 잘 투과하지 못하여 시력이 감소할 수 있다. 이에, 백내장으로 인하여 혼탁해진 수정체를 제거하여 인공수정체로 대체하는 교환술 방법이 수행되고 있다.
그러나, 인공수정체 교환술이 수행되었음에도 불구하고, 안구 내 전해질의 불균형으로 인하여, 전해질이 인공수정체에 침착되고, 인공수정체가 혼탁해져 백내장과 같은 시력 감소 부작용이 발생하고 있다. 이에, 비침습적으로 안내 전해질에 대한 지속적인 모니터링이 필요한 실정이다.
그러나, 스마트 인공수정체는 영구적으로 안구 내에 고정되어 사용되고, 작고 투명하여 안구 내에 전해질을 측정하여 모니터링할 수 있는 센서를 적용함에 있어 기술적 한계를 가지고 있다. 이에, 스마트 인공수정체는 아직 컨셉 정도에 불과하며, 인공수정체의 착용에 있어서 이물감 없이 전해질을 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, 안내 체액은 혈액에 있는 혈장의 누출로 인하여 생성됨으로써, 혈액 성분과 비슷하다. 이러한, 혈액과 밀접한 관계인 안내 체액을 통하여 혈액 속 성분을 분석하는 것이 가능할 수 있다. 보다 구체적으로, 안내 체액 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 질병 및 부작용의 진단 및 불균형 이온의 농도 교정 및 예방 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.
그 결과, 본 발명의 발명자들은, 이온 농도에 따라 전위가 변화하는 측정 전극 및 기준 전극이 형성된 스마트 인공수정체를 개발하기에 이르렀다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 개체의 체액의 변화에 따른 임상 정보를 제공할 수 있으며, 실시간으로 안구 내 정보를 획득하여, 안구 건강 나아가, 생체 건강에 대한 변화가 감지될 경우 이에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있는 스마트 인공수정체를 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 인공수정체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 안구 내에 적용되어 비침습적으로 사용자의 체액의 상태를 보다 쉽게 확인할 수 있으며, 지속적인 모니터링이 가능함에 따라, 질환에 대한 조기 진단 및 이온의 인공수정체 상의 침착에 대비할 수 있는 지속적인 체내 이온 관리를 할 수 있는 스마트 인공수정체를 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, 원형의 바디부, 바디부의 외주부와 연결된 적어도 하나의 햅틱부, 바디부의 외주부와 인접하게 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 제 1 배선 및 제 2 배선의 말단에 연결된 회로부를 포함하는, 스마트 인공수정체가 제공된다.
이때, 스마트 인공수정체는 회로부에 연결되고, 상기 바디부의 외주부를 따라 일정 간격으로 이격된 안테나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 회로부는 전위 측정부 및 통신부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제 1 배선은 바디부의 외주부와 인접하게 이격되어 호 형상을 가지고, 제 2 배선은 제 1 배선과 상기 바디부의 중심을 기준으로 대칭하여 배치되고, 호 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제 1 배선은 바디부의 외주부와 인접하게 이격되어, 호 형상을 가지는 적어도 하나를 포함하고, 제 2 배선은 제 1 배선과 일정 간격으로 상기 바디부의 내측에 이격되어 호 형상을 가지는 적어도 하나를 포함할 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) 백금 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, 구형의 바디부, 바디부의 외주부와 연결된 적어도 하나의 햅틱부, 바디부의 외주부와 인접하게 배치된 적어도 하나의 기준 전극, 기준 전극과 연결된 제 1 배선, 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 pH 민감성 층 또는 이온 선택성 층을 포함하는 측정 전극, 측정 전극과 연결된 제 2 배선 및 제 1 배선 및 제 2 배선의 말단에 연결된 회로부를 포함하는 스마트 인공수정체가 제공된다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 원형의 바디부, 바디부의 외주부와 연결된 적어도 하나의 햅틱부, 바디부의 외주부와 인접하게 배치된 적어도 하나의 기준 전극, 기준 전극과 연결되어, 바디부의 외주부와 인접하게 이격되고, 호 형상을 가지는 제 1 배선, 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극, 측정 전극과 연결되어, 상기 제 1 배선과 바디부의 중심을 기준으로 대칭하여 배치되고, 호 형상을 가지는 제 2 배선 및 제 1 배선 및 제 2 배선의 말단에 연결된 회로부를 포함하는 포함하는 스마트 인공수정체가 제공된다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 원형의 바디부, 바디부의 외주부와 연결된 적어도 하나의 햅틱부, 바디부의 외주부와 인접하게 배치된 적어도 하나의 기준 전극, 기준 전극과 연결되어, 상기 주변부의 외주부와 인접하게 이격되고, 호 형상을 가지는 적어도 하나의 제 1 배선, 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극, 측정 전극과 연결되어, 제 1 배선과 일정 간격으로 상기 바디부의 내측에 이격되고, 호 형상을 가지는 적어도 하나의 제 2 배선 및 제 1 배선 및 제 2 배선의 말단에 연결된 회로부를 포함하는 스마트 인공수정체가 제공된다.
본 발명은, 안구 내에 적용될 수 있는 스마트 인공수정체를 제공함으로써, 개체의 체액 변화에 따른 임상 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다. 보다 구체적으로, 본 발명은 실시간으로 안구 내의 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 질환 및 부작용의 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 눈에 적용되어 비침습적으로 사용자의 체액의 상태를 보다 쉽게 확인할 수 있으며, 지속적인 모니터링이 가능함에 따라, 질환 및 부작용에 대한 조기 진단과 지속적인 체내 이온 관리에 따른, 질환 및 부작용 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.
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 스마트 인공수정체의 적용 위치에 대한 모식도이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 형상을 예시적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 구성도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 구성에 대한 바디부 상에서의 배치를 예시적으로 도시한 것이다.
도 5a 내지 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체에 대한 전극의 다양한 형상 및 구성을 예시적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 무선 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 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 내액, 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖 복수액, 활액 및 복막액일 수 있으나, 바람직하게는 안구 내액일 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 3을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 구성에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 적용 위치에 대한 모식도이다.
먼저, 도 1의 (a)을 참조하면, 백내장이 발생한 수정체(10)가 도시된다. 백내장은 체액의 전해질 불균형으로 인하여 발생될 수 있으며, 백내장이 발생한 수정체(10)는 빛이 잘 투과하지 못하여 시력이 감소할 수 있다. 이에, 도 1의 (b)를 참조하면, 백내장으로 인하여 혼탁해진 수정체(10)를 제거하고, 제거된 수정체 위치에 스마트 인공수정체(100)가 장착될 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)는 백내장이 발생한 수정체(10)를 대신하여, 빛의 굴절을 일으키고 눈의 망막 상에 빛의 초점을 맞추어 시력을 보안할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)에 대한 모식도가 도시된다. 이때, 설명의 편의를 위해서 도 2b 내지 2c를 참조하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)는 백내장으로 인하여 혼탁해진 수정체가 제거되고, 수정체가 제거된 위치에 삽입되어 시력 교정, 눈의 치료 및 생체 모니터링 등의 기능을 할 수 있는 장치를 의미하며, 바디부(110), 측정부(120), 회로부(130) 및 햅틱부(140)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 스마트 인공수정체(100)는 근시 및 원시를 회복하기 위한 시력교정용 임플란트인 다초점 인공수정체(Multifocal intraocular lens), 난시 시력교정용 임플란트인 원환체 인공수정체(Toric intraocular lens), 수정체를 대체하지 않고, 홍채위에 삽입되는 시력교정용 임플란트(Phakic intraocular lens) 및 근시 및 원시를 회복하고자 모양체소대를 조절하는 시력교정용 임플란트(Accommodative intraocular lens) 등을 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)의 바디부(110)는 광학 영역(A) 및 비광학 영역(B)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 광학 영역(A) 또는 광학 영역은 광이 통과하여 사용자의 망막 상에 상을 맺히게 할 수 있는 바디부(110)의 중심 영역을 의미하며, 광학 영역(A)의 굴절력을 조절하여 수정체를 대신하여 시력을 교정할 수 있다. 나아가, 비광학 영역(B)은 바디부(110)에서 광학 영역(A)를 제외한 나머지 영역을 의미하며, 나아가, 스마트 인공수정체(100)의 구성인 측정부(120) 및 회로부(130)가 배치될 수 있다. 이때, 도 2a에서는 바디부(110)가 광학 영역(A) 및 비광학 영역(B) 나누어진 것으로 도시되었지만, 이에 제한되지 않고, 비 광학 영역(B)을 포함하지 않고 광학(A)영역으로만 이루어질 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), 친수성 아크릴(Hydrophilic acrylic), 소수성 아크릴(Hydrophobic acrylic) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)의 햅틱부(140)는 스마트 인공수정체(100)의 위치를 수정체 주머니에 고정시키거나 광학 영역(A)의 광축을 안구에 고정시키는 적어도 하나의 지지부를 의미할 수 있으며, 바디부(110)와 연결되어 있을 수 있다. 이때, 햅틱부(140)는 바디부(110)와 일체형으로 형성되어 있거나, 독립적인 구성요소로서 바디부(110)에 부착 또는 연결되어 형성될 수 있다. 나아가, 햅틱부(140)는 바디부(110)와 10 내지 30　°의 각을 이루고 있을 수 있다. 나아가, 햅틱부(140)는 지지부의 역할뿐만 아니라, 햅틱부의 스마트 인공수정체(100)의 구성인 측정부(120) 및 회로부(130)가 배치될 수 있다.
햅틱부(140)는 열린 고리(open loop), 닫힌 고리(closed loop), 및 판형(plate) 등의 모양으로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)의 햅틱부(140)의 다양한 형태가 예시적으로 도시된다. 먼저, 도 2b의 (a)를 참조하면, 햅틱부(140)는 S자 형의 열린 고리 형태일 수 있다. 나아가, 도 2b의 (b)를 참조하면, 햅틱부(140)는 C자 형의 열린 고리 형태일 수 있다. 그러나, 햅틱부(140)의 열린 고리 형태는 도 2b의 (a) 및 (b)에서 도시된 S자 및 C자 형에 제한되지 않고, 인공수정체(100)가 안구 내에 지지될 수 있는 모든 형태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열린 고리 형태의 J, L, Y 등의 형을 포함할 수 있다. 또한, 도 2b의 (c)를 참조하면, 햅틱부(140)는 닫힌 고리 형태일 수 있으며, 도 2b의 (d)를 참조하면, 햅틱부(140)는 판 형태일 수 있다.
이러한, 햅틱부(140)는 바디부(110)와 마찬가지로 재질로서, 유리, 실리콘(Silicon), 하이드로겔(Hydrogel), 실리콘 하이드로겔, 폴리(2-하이드록시에틸메타크릴레이트)(PHEMA), 폴리메타크릴산 메틸(PMMA), 폴리(유산-글리콜린산)(PLGA), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 및 폴리비닐아세테이트(PVA), 친수성 아크릴(Hydrophilic acrylic), 소수성 아크릴(Hydrophobic acrylic) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다시, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)의 측정부(120)는 전극(121, 123) 및 배선(125, 127)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 전극(121, 123) 및 배선(125, 127)은 전도성 물질이 바디부(110) 상에 다양한 방법으로 프린팅된 패턴일 수 있다. 예를 들어, 전극(121, 123) 및 배선(125, 127)은 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(121, 123) 및 배선(125, 127)은 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(121, 123) 및 배선(125, 127)은 웨어러블 디바이스에 적용가능할 정도의 유연성을 제공할 뿐만 아니라, 저비용 생산이 가능하며, 대량 신속처리(High throughput) 프로세스를 가질 수 있다.
이때, 전극(121, 123)은 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, 전극(121, 123)은 기준 전극(121) 및 측정 전극(123)을 포함할 수 있다.
이때, 기준 전극(121)은 표적 물질의 농도 변화에 안정적 전위를 갖는 반쪽 전지 전위성 전극을 의미할 수 있으며, 기준 전극(121)의 전위는 미리 결정되어 있을 수 있음에 따라, 측정 전극(123)을 통해 표적 물질의 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 기준이 될 수 있는 전극으로 이용될 수 있다. 이러한, 기준 전극(121)은 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 전극(121)은 반쪽 전지 전위성을 가질 수 있음에 따라, 측정 전극(123)과 상이한 환원 전극 또는 산화 전극으로 나타날 수 있다. 따라서, 측정 전극(123)에서의 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 전극(121)은 안정적인 전위를 제공하는 한, 보다 다양한 물질로 구성될 수 있다.
측정 전극(123)은 표적 물질을 정성적 및/또는 정량적으로 검출하기 위한 작업 전극을 의미할 수 있다. 나아가, 측정 전극(123)은 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 전극(123)은 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.
배선(125, 127)은 전극(121, 123)과 연결되어, 전극이 획득한 전류가 흐를수 있는 도체를 의미할 수 있으며, 전극에서 획득한 전류를 회로부(130)에 전달할 수 있다.
나아가, 배선(125, 127)은 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 인공수정체는 근거리 무선통신수단인 통신부를 구비함으로써, 사용자의 디바이스를 통신부의 무선 구동 거리 이내로 접근시키면, 스마트 인공수정체와 사용자 디바이스가 연동되고, 사용자 디바이스의 인터페이스 화면에 스마트 인공수정체의 전극으로부터 측정된 정보가 표시될 수 있다. 이에, 사용자가 수시로 쉽고 편리하게 스마트 인공수정체의 정보를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 측정부(120) 및 회로부(130)는 바디부(110)의 비 광학 영역(B)에 배치될 수 있다. 나아가, 측정부(120) 및 회로부(130)는 바디부(110)의 양면에 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 안구 내에 장착되었을 시의 측면도가 도시된다. 측정부(120) 및 회로부(130)는 바디부(110)의 제 1 면(C)인 전면 또는 제 2 면(D)인 후면에 배치될 수 있다. 측정부(120) 및 회로부(130)가 바디부(110)의 제 1 면(C)에 배치될 경우, 스마트 인공수정체(100)의 외측 시료에 대한 표적 물질이 측정될 수 있으며, 바디부(110)의 제 2 면(D)에 배치될 경우, 스마트 인공수정체(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, 안구 내의 다양한 영역의 표적 물질을 측정할 수 있다.
나아가, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 구성도가 도시된다. 보다 구체적으로, 스마트 인공수정체(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 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)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.
나아가, 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 인공수정체(100)로부터 측정된 전위차를 수신받는 사용자 장치를 의미할 수 있다. 사용자 디바이스(200)는 스마트 인공수정체(100)로부터 수신된 전위차를 표적 물질의 농도로 변환하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 이에, 사용자 디바이스(200)는 실시간으로 스마트 인공수정체(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 인공수정체의 구성 및 구성의 배치에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체는 시력 교정뿐만 아니라, 안구 내에 존재하는 분석 시료 즉, 안내 체액에 존재하는 표적 물질을 측정하여 질병을 진단하고 치료할 수 있는 생체 모니터링 기능까지 할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 도 4a 내지 4c 및 5a 내지 5b를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스마트 인공수정체에 대한 구성의 배치 및 모양에 대하여 설명한다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 구성에 대한 바디부 상에서의 배치를 예시적으로 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)는 측정부(120) 및 회로부(130)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 측정부(120)는 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)을 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 말단은 회로부(120)와 연결되어 있을 수 있다.
나아가, 서로 연결되어 있는 측정부(120) 및 회로부(130)는 비광학 영역(B) 상에 외주부를 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. 이때, 측정부(120) 및 회로부(130)는 외주부에 따라 가로로 배치된 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 비광학 영역(B) 상의 다양한 위치에 세로, 대각선 등의 다양한 방향으로 배치될 수 있다.
이하, 도 4b 내지 4c에서 도시된 스마트 인공수정체(100)의 측정부(120) 및 회로부(130)는 도 4a에서 설명한 스마트 인공수정체(100)의 측정부(120) 및 회로부(130)와 그 연결관계 및 배치가 상이할 뿐, 다른 구성은 실질적으로 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
도 4b의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)는 측정부(120) 및 회로부(130)를 포함할 수 있으며, 측정부(120)는 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127)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 바디부(110)의 중심(F)을 기준으로 대칭하여 배치되는 반구의 호 형상을 가질 수 있다. 이에, 전극(121, 123) 및 배선(125, 127)이 각각 멀리 떨어져 위치함에 따라, 차지하는 면적이 감소하여 이물감이 줄어 들고, 공간의 효율을 높일 수 있다.
나아가, 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)과 제 1 배선(125) 및 제 2 배선(127) 사이 등의 다양한 위치에 안테나(134)가 배치될 수 있다.
이러한, 측정부(120) 및 회로부(130)의 구성 요소들은 바디부(110)의 외주부(E)와 최대한 인접하게 배치될 수 있다.
더 나아가, 도 4b의 (b)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 4c의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(100)는 측정부(120) 및 회로부(130)를 포함할 수 있으며, 측정부(120)는 복수의 기준 전극(121a, 121b), 복수의 측정 전극(123a, 123b), 복수의 제 1 배선(125a, 125b) 및 복수의 제 2 배선(127a, 127b)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 4c의 (a)에서는 복수의 구성들이 2개씩 존재하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 적어도 하나의 구성들을 제한없이 포함할 수 있다. 이에, 스마트 인공수정체(100)는 복수의 기준 전극 및 측정 전극을 구비함으로써, 보다 많은 표적 물질을 측정할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 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, 도 4c의 (a)에서는 회로부(130)가 1개 존재하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않고, 적어도 하나의 회로부(130)를 제한없이 포함할 수 있다.
더 나아가, 도 4c의 (b)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 5a 내지 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체에 대한 전극의 다양한 형상 및 구성을 예시적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체에 대한 전극의 다양한 형상이 도시된다. 전술한, 도 4a 내지 4c에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체(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 5a의 (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 5a의 (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 5a의 (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 5a의 (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 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체에 대한 전극의 다양한 구성이 도시된다.
먼저, 도 5b의 (a)를 참조하면, 기준 전극(20)의 구성이 도시된다. 이때, 기준 전극(20)의 부호는 이해의 편의를 위하여 " 20 "으로 표기되었으나, 도 2a 내지 5a에서 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 5b의 (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 2a 내지 5a에서 측정 전극(123) 및 도 5b의 (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 5b의 (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 2a 내지 5a에서 측정 전극(123) 및 도 5b의 (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 인공수정체는, 프린팅 기법으로 다양한 표적 물질을 측정할 수 있는 센서가 형성될 수 있다. 나아가, 안구에 적용되었을 시, 이물감이 없는 초박형의 유연한 센서를 가진 인공수정체가 제공될 수 있으며, 저비용 생산 및 대량 신속처리가 가능한 프로세서를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 인공수정체의 무선 통신 방법을 예시적으로 도시한 것이다
도 6을 참조하면, 스마트 인공수정체(100)는 기준 전극(121), 측정 전극(123), 제 1 배선(125), 제 2 배선(127) 및 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 인공수정체(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 인공수정체(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 인공수정체(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 인공수정체(100)에서 측정된 전위차를 수신받을 수 있으므로, 사용자가 실시간으로 표적 물질의 농도를 모니터링 할 수 있다
이와 같은, 본 발명은 안구 내에 적용되어 비침습적으로 사용자의 체액의 이온 및 pH 상태를 보다 쉽게 확인할 수 있으며, 무선으로 사용자 디바이스에서 지속적인 모니터링이 가능할 수 있다. 나아가, 지속적인 모니터링으로 인하여, 질환에 대한 조기 진단 및 체내 이온 관리에 따른, 질환 및 부작용 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.
10: 백내장이 발생한 수정체
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 인공수정체
110: 바디부
120: 측정부
121, 20: 기준 전극
123, 30, 40: 측정 전극
125: 제 1 배선
127: 제 2 배선
130: 회로부
131: 전위 측정부
133: 통신부
134: 안테나
140: 햅틱부
200: 사용자 디바이스
A: 광학 영역
B: 비 광학 영역
C: 바디부 제 1 면
D: 바디부 제 2 면
E: 외주부
F: 바디부의 중심

Claims (13)

  1. 원형의 바디부;
    상기 바디부의 외주부와 연결된 적어도 하나의 햅틱부;
    상기 바디부의 외주부와 인접하게 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 제 1 배선 및 제 2 배선의 말단에 연결된 회로부를 포함하고,
    상기 측정 전극은,
    이온 선택성 층 또는 pH 민감성 층을 포함하고,
    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) 포함하고,
    상기 pH 민감성 층은,
    폴리아닐린 (polyaniline), 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, 스마트 인공수정체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로부에 연결되고, 상기 바디부의 외주부를 따라 일정 간격으로 이격된 안테나를 더 포함하는, 스마트 인공수정체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로부는,
    전위 측정부 및 통신부를 포함하는, 스마트 인공수정체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배선은,
    상기 바디부의 외주부와 인접하게 이격되어, 호 형상을 가지고,
    상기 제 2 배선은,
    상기 제 1 배선과 상기 바디부의 중심을 기준으로 대칭하여 배치되고, 호 형상을 가지는, 스마트 인공수정체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배선은,
    상기 바디부의 외주부와 인접하게 이격되어, 호 형상을 가지는 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제 2 배선은,
    상기 제 1 배선과 일정 간격으로 상기 바디부의 내측에 이격되어, 호 형상을 가지는 적어도 하나를 포함하는, 스마트 인공수정체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 전극은,
    도전층을 포함하고,
    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) 백금 중 적어도 하나로 이루어진, 스마트 인공수정체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 전극 상에 배치된 필터층을 더 포함하는, 스마트 인공수정체.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 원형의 바디부;
    상기 바디부의 외주부와 연결된 적어도 하나의 햅틱부;
    상기 바디부의 외주부와 인접하게 배치된 적어도 하나의 기준 전극;
    상기 기준 전극과 연결된 제 1 배선;
    상기 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 pH 민감성 층 또는 이온 선택성 층을 포함하는 측정 전극;
    상기 측정 전극과 연결된 제 2 배선, 및
    상기 제 1 배선 및 제 2 배선의 말단에 연결된 회로부를 포함하고,
    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) 포함하고,
    상기 pH 민감성 층은,
    폴리아닐린 (polyaniline), 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, 스마트 인공수정체.
  12. 원형의 바디부;
    상기 바디부의 외주부와 연결된 적어도 하나의 햅틱부;
    상기 바디부의 외주부와 인접하게 배치된 적어도 하나의 기준 전극;
    상기 기준 전극과 연결되어, 상기 바디부의 외주부와 인접하게 이격되고, 호 형상을 가지는 제 1 배선;
    상기 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극;
    상기 측정 전극과 연결되어, 상기 제 1 배선과상기 바디부의 중심을 기준으로 대칭하여 배치되고, 호 형상을 가지는 제 2 배선, 및
    상기 제 1 배선 및 제 2 배선의 말단에 연결된 회로부를 포함하는 포함하고,
    상기 측정 전극은,
    이온 선택성 층 또는 pH 민감성 층을 포함하고,
    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) 포함하고,
    상기 pH 민감성 층은,
    폴리아닐린 (polyaniline), 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, 스마트 인공수정체.
  13. 원형의 바디부;
    상기 바디부의 외주부와 연결된 적어도 하나의 햅틱부;
    상기 바디부의 외주부와 인접하게 배치된 적어도 하나의 기준 전극;
    상기 기준 전극과 연결되어, 상기 외주부와 인접하게 이격되고, 호 형상을 가지는 적어도 하나의 제 1 배선;
    상기 기준 전극과 이격되어 배치된 적어도 하나의 측정 전극;
    상기 측정 전극과 연결되어, 상기 제 1 배선과 일정 간격으로 상기 바디부의 내측에 이격되고, 호 형상을 가지는 적어도 하나의 제 2 배선, 및
    상기 제 1 배선 및 제 2 배선의 말단에 연결된 회로부를 포함하고,
    상기 측정 전극은,
    이온 선택성 층 또는 pH 민감성 층을 포함하고,
    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) 포함하고,
    상기 pH 민감성 층은,
    폴리아닐린 (polyaniline), 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, 스마트 인공수정체.
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