KR102470478B1 - 심전도 측정 센서 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 심전도 측정 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서는, 절연 부재; 상기 절연 부재 상에 형성된 탄소나노튜브 시트; 상기 탄소나노튜브 시트의 양측에 형성된 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성된 플렉서블 기판;을 포함한다.
Description
본 발명은 심전도 측정 센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
심전도(ElectroCardioGram; ECG)는 심근의 수축에 의해 생기는 미세한 전기적 변화를 곡선으로 기록한 것이다. 이러한 심근의 흥분은 정맥동에서 일어나 심방심실 방향으로 나아가므로 이 흥분을 임의의 두 점에서 전류계로 유도하면 심장의 활동전류가 그래프로 묘사되는 것이다.
이러한 심전도는 심장 질환 및 심장 기능 상태를 보는 검사법으로, 협심증이나 심근경색 등의 관동맥 질환, 각종 부정맥, 전해질이상 등의 진단 또는 수술중의 심장 이상의 유무를 모니터링하기 위하여 반드시 필수적으로 사용되고 있어 매우 중요하다.
이러한 심전도의 작성을 위하여 피부에 전류계 모니터링을 위한 조사가 필수적인데, 구체적으로, 심장 박동에 의해 심장 근육이 수축 또는 이완할 때 발생되는 활동 전위는 심장으로부터 온몸으로 전달되는 전류를 일으키며, 이 전류는 몸의 위치에 따라 전위차를 발생시키는데 이 전위차는 인체의 피부에 부착된 표면 전극을 통해 검출하여 기록할 수 있다.
종래에는 심전도 측정을 위해 심전도 측정기기와 인체를 연결해 주는 전도성 점착패치가 사용되었다. 생체센서 측정용 전도성 재질은 일정시간 사용한 후에는 수분이 증발하여 사용할 수 없어 소모성 1 회용 제품으로 인식되고 있다. 또한, 자체적인 점착력이 없어서 피부에 자극성을 가지는 아크릴 점착제를 추가로 사용하여야 하며, 아크릴 점착제에 의해 패치가 피부에 부착되므로 피부착탈시 점착성분에 의하여 피부에 고통이 수반되고, 피부의 탈모현상이 야기되며, 피부에 가려움증이 발생하고, 심한 경우에는 피부염이 유발되는 등의 문제가 발생하였다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 장시간 피부에 부착해도 피부에 영향을 주지 않고 심장박동 신호의 품질도 개선된 심전도 측정 센서 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서는, 절연 부재; 상기 절연 부재 상에 형성된 탄소나노튜브 시트; 상기 탄소나노튜브 시트의 양측에 형성된 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성된 플렉서블 기판;을 포함하고, 상기 탄소나노튜브 시트 중 복수개의 탄소나노튜브는 일 방향으로 서로 평행하게 배열되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 탄소나노튜브 시트와 평행하게 배치되고, 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 플렉서블 기판 내에 내장된(embedded) 형태인 것이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 플렉서블 기판에 내장된 형태인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트 중 하나의 탄소나노튜브의 직경은 10 nm 내지 15 nm인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트 중 상기 탄소나노튜브는, 적어도 2 layer 내지 20 layer인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 절연 부재는, 캡톤 테이프(Kapton tape), 파릴렌(parylene) 및 BCB(Benzocyclobutene)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 각각, 독립적으로, Ag, Ag/AgCl, Ti, Au, Au, W, Mo 및 ITO로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 플렉서블 기판은, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드(PI), 폴리우레탄(PU), 스티렌 부타디엔 스티렌(SBS), 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS), 폴리스티렌(PS), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타그릴레이트(PMMA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐클로라이드(PVC) 및 에코플렉스(ecoflex)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조방법은, 절연 부재 상에 탄소나노튜브 시트를 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브 시트의 양측에 제1 전극
및 제2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계;를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 절연 부재 상에 탄소나노튜브 시트를 형성하는 단계는, 탄소나노튜브를 일 방향으로 성장시켜 적어도 2 개 이상의 탄소나노튜브 포레스트를 형성하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브 포레스트를 드로잉(drawing)하여 탄소나노튜브 시트를 형성하는 단계;를 포함 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 포레스트의 탄소나노튜브 밀도는, 2 Х 1011/cm2 내지 10 Х 1011/cm2인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브를 일 방향으로 성장시켜 적어도 2 개 이상의 탄소나노튜브 포레스트를 형성하는 단계는, 기판 상에 금속촉매 박막을 형성하는 단계; 상기 금속촉매 박막을 촉매입자 아일랜드로 형성하는 단계; 및 상기 촉매입자에 운반가스 및 반응가스를 주입하여 일 방향으로 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계는, 용액 상태의 플렉서블 고분자를 일 부분 경화시켜 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성시키는 단계; 및 상기 경화시켜 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성된 상기 일 부분 경화된 용액 상태의 플렉서블 고분자를 경화시키는 단계;를 포함한다.
본 발의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서는, 탄소나노튜브 시트를 포함함으로써, 전극이 더욱 정밀하게 신호를 전달할 수 있으며, 장기간 사용시에도 신호의 전달이 우수하다. 또한, 플렉서블 기판을 포함함으로써 유연성 때문에 굴곡이 있는 부위에도 부착이 잘 되고 사용이 용이할뿐만 아니라, 생체적합성, 무독성 및 불연성이 있어 피부에 접촉하거나 장기간 사용하는데 우수하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조방법에 의하여 간단한 방법으로 정밀한 신호를 전달하고, 생체적합성이 우수하고 무독성의 심전도 측정 센서를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 개략도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서 제조 순서를 도면으로 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명읠 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 시트를 제조하는 순서를 도면으로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 제조예에 따른 탄소나노튜브 포레스트(어레이)에서 탄소나노튜브 시트로 제조한 SEM 이미지이다.
도 12는 본 발명의 제조예에 따른 탄소나노튜브 시트의 AFM 이미지이다.
도 13은 본 발명의 제조예에 따라 제조된 탄소나노튜브 시트 층수 및 길이에 따른 저항을 측정한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제조예에 따라 제조된 6층의 탄소나노튜브 시트의 주파수에 따른 임피던스 측정 결과이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 구조 (a) 및 실제 사진 (B)이다.
도 16은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 심전도 측정 센서를 이용한 심전도 측정 결과이다.
도 17은 운동 전 및 후에 따른 심전도 측정 결과이다.
도 18은 본 발명의 실시예 및 비교예의 심전도 측정 센서를 이용하여 심전도 측정 후 피부 알러지 반응 사진이다 ((a) 비교예, (b) 실시예).
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서 제조 순서를 도면으로 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명읠 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 시트를 제조하는 순서를 도면으로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 제조예에 따른 탄소나노튜브 포레스트(어레이)에서 탄소나노튜브 시트로 제조한 SEM 이미지이다.
도 12는 본 발명의 제조예에 따른 탄소나노튜브 시트의 AFM 이미지이다.
도 13은 본 발명의 제조예에 따라 제조된 탄소나노튜브 시트 층수 및 길이에 따른 저항을 측정한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제조예에 따라 제조된 6층의 탄소나노튜브 시트의 주파수에 따른 임피던스 측정 결과이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 구조 (a) 및 실제 사진 (B)이다.
도 16은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 심전도 측정 센서를 이용한 심전도 측정 결과이다.
도 17은 운동 전 및 후에 따른 심전도 측정 결과이다.
도 18은 본 발명의 실시예 및 비교예의 심전도 측정 센서를 이용하여 심전도 측정 후 피부 알러지 반응 사진이다 ((a) 비교예, (b) 실시예).
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 심전도 측정 센서 및 그의 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서는, 절연 부재; 상기 절연 부재 상에 형성된 탄소나노튜브 시트; 상기 탄소나노튜브 시트의 양측에 형성된 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성된 플렉서블 기판;을 포함하고, 상기 탄소나노튜브 시트 중 복수개의 탄소나노튜브는 일 방향으로 서로 평행하게 배열되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 탄소나노튜브 시트와 평행하게 배치되고, 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 플렉서블 기판 내에 내장된(embedded) 형태인 것이다.
도 1은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서(100)는, 절연 부재(110), 탄소나노튜브 시트(120), 제1 전극(132), 제2 전극(134) 및 플렉서블 기판(140)을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트(120), 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은 상기 플렉서블 기판(140)에 내장된(embedded) 형태인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 절연 부재(110)는, 캡톤 테이프(Kapton tape), 파릴렌(parylene) 및 BCB(Benzocyclobutene)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 절연 부재(110)는, 심전도 측정 센서(100)를 지지할 수 있는 물질로서 천연섬유, 합성섬유, 이들의 혼합 직물, 부직포, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 플라스틱, 고무, 밴드 또는 폼 등일 수 있으나, 신체 부착을 위해 절연체이면서, 가볍고 유연한 소재라면 어느 것이든 한정되지 않고 사용할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트(120)는 전기 캐피시던스가 높고 전류속도가 우수한 전도성 소재로서, 이를 피부전극으로 사용할 경우 피부에서 발생되는 여러 가지 파형을 정밀하게 전달할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트 중 하나의 탄소나노튜브의 직경은 10 nm 내지 15 nm인 것일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 탄소나노튜브는 직경이 10 nm 내지 15 nm인 다중벽 탄소나노튜브인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트(120)의 밀도가 높아야 하기 때문에 수직 성장된 탄소나노튜브의 간격은 거의 제로에 가깝다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트 중 상기 탄소나노튜브는, 적어도 2 layer 내지 20 layer인 것일 수 있다. 심전도 측정 센서의 저항은 낮아야 반드시 좋은 것은 아니다. 따라서 목적하는 저항 범위에 해당하도록 제조하여야 한다. 목적하는 저항 범위를 위해 탄소나노튜브 시트 중 탄소나노튜브는 2 layer 내지 20 layer로 다양하게 변경할 수 있다. 바람직하게는, 2 layer 내지 15 layer, 더 바람직하게는, 5 layer 내지 10 layer인 것일 수 있다. layer 수치에 따라 전도도 또는 저항을 조절할 수 있으며, 교류 신호에 따른 정전용량 특성도 조절가능하다. 따라서, 탄소나노튜브 시트의 밀도 등에 따라 layer의 수를 조정하여 신체 신호를 가장 잘 검출 할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 시트(120)는, 탄소나노튜브의 방향이 서로 수직인 방향 즉, 교차되게 배치되는 적어도 2 layer의 탄소나노튜브 시트로 구성될 수 있고, 10 layer의 탄소나노튜브 시트가 서로 교차 배치될 수도 있다. 또한, 2 layer 내지 20 layer의 탄소나노튜브 시트가 동일한 방향으로 배치될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 2 layer 내지 20 layer의 탄소나노튜브가 배열된 일 방향에서 일정 각도, 예를 들어, 30도 틸트된 방향으로 배치될 수도 있다. 예를 들어, 10 layer의 탄소나노튜브 시트인 경우, 제1 탄소나노튜브 시트의 탄소나노튜브가 일 방향으로 배열되어 있으면, 제2 탄소나노튜브 시트의 탄소나노튜브는 제1 탄소나노튜브 시트의 탄소나노튜브가 배열된 일 방향에서 일정 각도, 예를 들어, 30도 틸트된 방향으로 배치될 수 있고, 제3 탄소나노튜브 시트의 탄소나노튜브는 제2 탄소나노튜브 시트의 탄소나노튜브가 배치된 방향에서 30도 틸트된 방향으로 배치될 수 있고, 제4 탄소나노튜브 시트의 탄소나노튜브는 제3 탄소나노튜브 시트의 탄소나노튜브가 배치된 방향에서 30도 틸트된 방향으로 배치될 수 있고, 이런식으로, 제10 탄소나노튜브 시트의 탄소나노튜브가 일정 각도로 틸트되어 배치될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은, 상기 탄소나노튜브 시트(120) 상에 일정 간격으로 배치될 수 있고, 심장의 활동전류를 감지할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은, 패턴으로 프린팅될 수도 있고, 바 형태로 형성될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은, 각각, 독립적으로, Ag, Ag/AgCl, Ti, Au, Au, W, Mo 및 ITO로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은, 이에 한정되지 않고, 구성물질, 너비 또는 구조를 달리하여 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 플렉서블 기판(140)은, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드(PI), 폴리우레탄(PU), 스티렌 부타디엔 스티렌(SBS), 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS), 폴리스티렌(PS), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타그릴레이트(PMMA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐클로라이드(PVC) 및 에코플렉스(ecoflex)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 플렉서블 기판(140)은 바람직하게는 PDMS인 것일 수 있다. PDMS는 투명한 비활성의 고분자로서 표면 에너지가 매우 낮고 형태의 변화가 용이하며 소수성을 가지는 물질로 다음의 장점을 갖는다. PDMS는 상대적으로 넓은 기판 영역에 안정적으로 점착되며, 이는 평탄하지 않은 표면에 대해서도 점착이 잘 되며, 면간 자유에너지 (interfacial free energy)가 낮으므로, 다른 고분자와 몰딩시에 접착이 잘 일어나지 않고, 균질(homogeneous)의 등방성 (isotropic)을 가지며 광학적으로는 300 nm의 두께까지 투명한 성질을 갖는다. 또한, PDMS는 매우 내구성이 강해 아주 오랜 시간이 경화하더라도 성질의 열화(degradation)가 일어나지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서는, 탄소나노튜브 시트를 포함함으로써, 전극이 더욱 정밀하게 신호를 전달할 수 있으며, 장기간 사용시에도 신호의 전달이 우수하다. 또한, 플렉서블 기판을 포함함으로써 유연성 때문에 굴곡이 있는 신체 부위에도 부착이 잘 되고 사용이 용이할뿐만 아니라, 생체적합성, 무독성 및 불연성이 있어 피부에 접촉하거나 장기간 사용하는데 우수하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조방법은, 절연 부재 상에 탄소나노튜브 시트를 형성하는 단계; 상기 탄소나노튜브 시트의 양측에 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계;를 포함한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서 제조 순서를 도면으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조 순서 중 절연 부재(110)를 준비하는 단계이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조 순서 중 절연 부재(110) 상에 탄소나노튜브 시트(120)를 형성하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 절연 부재(110) 상에 탄소나노튜브 시트(120)를 형성하는 단계는, 탄소나노튜브를 일 방향으로 성장시켜 적어도 2 개 이상의 탄소나노튜브 포레스트를 형성하는 단계; 및 상기 탄소나노튜브 포레스트를 드로잉(drawing)하여 탄소나노튜브 시트를 형성하는 단계;를 포함 것일 수 있다. 상기 탄소나노튜브 시트는 복수 개의 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 포레스트(forest)인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브를 일 방향으로 수직배열시켜 제조할 수 있는 데, 탄소나노튜브를 수직배열시키는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니나, 금속촉매를 이용하여 탄소나노튜브를 수직배향하는 것이 바람직하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브를 일 방향으로 성장시켜 적어도 2 개 이상의 탄소나노튜브 포레스트를 형성하는 단계는, 기판 상에 금속촉매 박막을 형성하는 단계; 상기 금속촉매 박막을 촉매입자 아일랜드로 형성하는 단계; 및 상기 촉매입자에 운반가스 및 반응가스를 주입하여 일 방향으로 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;를 포함 것일 수 있다.
도 6 내지 도 10은 본 발명읠 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 시트를 제조하는 순서를 도면으로 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 기판(210) 상에 금속촉매 박막(220)을 형성하는 단계에서, 상기 기판(210)은, p타입 실리콘 기판, n타입 실리콘 기판 또는 표면에 산화층이 형성된 실리콘 기판이 사용될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 금속촉매 박막(220)은 물리기상증착(PVD) 박막 필름 코팅 공정에 의해 형성되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브(230)는 금속촉매 박막(220)에서 성장할 수 있는 데, 상기 금속촉매는, Pd, Ni, Co, Fe, Au 및 Pt으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si) 기판 상에 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화실리콘(SiO2)을 증착한 후에 금속촉매로서 Fe 촉매를 형성하는 것일 수 있다.
을 참조하면, 상기 금속촉매 박막을 촉매입자 아일랜드로 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 금속촉매는 탄소나노튜브 성장 단계에서 반응가스를 주입하기 이전에 고온에서 일정 시간을 대기하게 되는데, 이 때 금속촉매 박막이 녹는점이 넘게 되면서 탄소나노튜브가 밀도있게 성장하기 좋도록 아일랜드 타입으로 형성되는 것일 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 촉매입자(222)에 운반가스 및 반응가스를 주입하여 일 방향으로 탄소나노튜브(230)를 성장시키는 단계이다. 탄소나노튜브는, 화학기상증착(CVD), 유기금속화학기상증착(MOCVD) 방법 등에 의해 성장시키는 것일 수 있다. 상기 운반가스로는, 예를 들어, 비활성가스인 Ar, He, N2 등을 이용할 수 있으며, 반응가스로는, 예를 들어, C2H2, CH4 등을 이용할 수 있다. 운반가스 및 소스가스(source gas)를 주입하고 700 
내지 900 
의 온도를 가하여 주는 경우, 소스가스의 탄소가 패터닝된 금속촉매에 결합되어 성장되면서 탄소나노튜브가 형성된다. 탄소나노튜브의 성장은 균일한 높이를 가지면서 높은 밀도를 갖는 수직배열된 탄소나노튜브가 형성될 수 있고, 복수개의 탄소나노튜브가 성장된 탄소나노튜브 포레스트가 형성되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 포레스트(240)의 탄소나노튜브 밀도는, 2 Х 1011/cm2 내지 10 Х 1011/cm2인 것일 수 있다. 상기 탄소나노튜브 포레스트(240)의 탄소나노튜브 밀도가 2 Х 1011/cm2 미만이거나 10 Х 1011/cm2 초과인 경우 드로잉 자체가 되지 않아 탄소나노튜브 시트를 제조할 수 없다. 수직성장 탄소나노튜브의 밀도가 낮으면 드로잉 자체가 되지 않으므로 탄소나노튜브 시트를 만들 수 없다. 따라서, 본 발명의 탄소나노튜브 시트 제작이 불가능하다. 따라서 탄소나노튜브의 직경을 감안했을 때 상기 범위의 정도의 밀도를 가져야 드로잉이 가능하다. 바람직하게는, 상기 탄소나노튜브 포레스트(240)의 탄소나노튜브 밀도는, 3 Х 107/cm2 내지 1.6 Х 1011/cm2인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 성장 높이는 100 ㎛ 내지 500 ㎛인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 직경은 10 nm 내지 15 nm인 것일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 탄소나노튜브는 직경이 10 nm 내지 15 nm인 다중벽 탄소나노튜브인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 포레스트(240)를 드로잉(drawing)하여 탄소나노튜브 시트(120)를 형성하는 단계는, 상기 탄소나노튜브 포레스트(240)를 드로잉 장치를 통해 드로잉한 후 패킹하여 탄소나노튜브 시트(120)를 제조한다. 이때 패킹은 드로잉한 탄소나노튜브 시트를 유기용매에 통과시켜 모세관 현상에 의해 패킹된 탄소나노튜브 시트를 제조한다. 유기용매로는 에탄올 또는 아세톤이 사용될 수 있으며, 이것에 제한되는 것은 아니다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트(120)는 2 layer 내지 20 layer로 적층될 수도 있다. 2 layer 이상의 탄소나노튜브 시트들이 다양한 방향으로 적층배열될 수 있다.
일 실시형태에 잇어서, 상기 방법에 따라 제조된 탄소나노튜브 시트(120)는 절연 부재(110) 상에 전사된 것일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조 순서 중 탄소나노튜브 시트(120)의 양측에 제1 전극(132) 및 제2 전극(134)을 형성하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은, 각각, 독립적으로, Ag, Ag/AgCl, Ti, Au, Au, W, Mo 및 ITO로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은, 전도성 인쇄 물질과 용제가 혼합된 페이스트 타입(paste type)으로 공급되거나, 공정 조건 등에 따라 분말 타입 또는 잉크 타입 등으로 제공될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은, 이에 한정되지 않고, 구성물질, 너비 또는 구조를 달리하여 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조 순서 중 탄소나노튜브 시트(120), 제1 전극(132) 및 제2 전극(134) 상에 플렉서블 기판(140)을 형성하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계는, 용액 상태의 플렉서블 고분자를 일 부분 경화시켜 상기 탄소나노튜브 시트(120), 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134) 상에 형성시키는 단계; 및 상기 경화시켜 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성된 상기 일 부분 경화된 용액 상태의 플렉서블 고분자를 경화시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 심전도 측정 센서의 제조방법은, 상기의 제조 순서와 반대로 제조할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조방법은, 플렉서블 기판을 일 부분 경화시키는 단계; 상기 일 부분 경화된 플렉서블 기판에 탄소나노튜브 시트를 전사하는 단계; 상기 탄소나노튜브 시트 상에 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 위로 절연부재를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 탄소나노튜브 시트는 상기에 언급된대로 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조방법에 의하여 제조된 심전도 측정 센서(100)는 상기 탄소나노튜브 시트(120), 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은 상기 플렉서블 기판(140)에 내장된(embedded) 형태인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 제조방법에 의하여 간단한 방법으로 정밀한 신호를 전달하고, 생체적합성이 우수하고 무독성의 심전도 측정 센서를 제조할 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
탄소나노튜브 시트 제조
실리콘(Si) 기판에 산화실리콘(SiO2)을 증착한 후에 금속인 Fe 촉매 박막을 전면 성장시켰다. 그런 다음, Fe 촉매 박막이 형성된 기판을 Thermal CVD 반응기에 적재시키고, N2 흐름 하에 750~800 
까지 기판을 가열하여 촉매 박막 표면에 Fe 아일랜드를 형성하였다. 이어서, 운반가스로는 H2를 주입하였고, 반응가스로는 C2H2, H2, Ar을 주입하였다. 운반가스 및 소스가스를 주입하고 725 
의 온도를 가하여 주어, 소스가스의 탄소가 금속촉매에 결합되어 성장되면서 탄소나노튜브가 형성된다. 탄소나노튜브의 성장은 균일한 높이를 가지면서 높은 밀도를 갖는 수직배열된 탄소나노튜브 포레스트가 복수개로 형성되었다. 탄소나노튜브 밀도는 8 Х 1011/cm2이고, 직경은 10~15 nm이었다.
탄소나노튜브 포레스트를 드로잉하여 탄소나노튜브 시트를 제조하였다.
도 11은 본 발명의 제조예에 따른 탄소나노튜브 포레스트에서 탄소나노튜브 시트로 제조한 SEM 이미지이고, 도 12는 본 발명의 제조예에 따른 탄소나노튜브 시트의 AFM 이미지이다.
탄소나노튜브 시트를 한 방향으로 오버랩시켜 3 층 내지 6 층의 탄소나노튜브 시트를 준비하였다.
도 13은 본 발명의 제조예에 따라 제조된 탄소나노튜브 시트 층수 및 길이에 따른 저항을 측정한 그래프이고, 도 14는 본 발명의 제조예에 따라 제조된 6층의 탄소나노튜브 시트의 주파수에 따른 임피던스 측정 결과이다.
이를 통하여, 적절한 탄소나노튜브 시트 층수 및 길이, 주파수를 정할 수 있다.
[실시예]
심전도 측정 센서 제조
Kapton tape 상에 상기에서 제조된 탄소나노튜브 시트를 형성하고, 탄소나노튜브 시트 양측 상에 Ag 페이스트 및 Cu 와이어를 이용하여 전극을 각각 형성하였다. 이어서, 용액 상태의 PDMS를 일 부분 경화시킨 후 상기 탄소나노튜브 시트 및 전극들 상에 형성시킨 후 용액 상태의 PDMS를 경화시켜 심전도 측정 센서를 제조하였다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 심전도 측정 센서의 구조 (a) 및 실제 사진 (B)이다.
[비교예]
본 발명의 탄소나노튜브 시트 대신 Ag/AgCl을 전극으로 사용한 시판용 심전도 센서를 준비하였다.
실시예 및 비교예의 심전도 측정 센서를 이용하여 실제로 심전도를 측정하였다.
도 16은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 심전도 측정 센서를 이용한 심전도 측정 결과이고, 도 17은 운동 전 및 후에 따른 심전도 측정 결과이다. 이를 통하여 심전도 측정 센서로서 종래 기술과 동등 이상의 효과를 나타내는 것을 확인하였다.
도 18은 본 발명의 실시예 및 비교예의 심전도 측정 센서를 이용하여 심전도 측정 후 피부 알러지 반응 사진이다 ((a) 비교예, (b) 실시예).
도 18을 참조하면, 비교예의 심전도 측정 센서는 피부에 알러지 반응을 일으킨 것을 알 수 있고, 본 발명의 심전도 측정 센서는 피부 자극을 유발하지 않는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 심전도 측정 센서는, 정밀한 신호를 전달하고, 생체적합성이 우수하고 무독성인 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: 심전도 측정 센서
110: 절연 부재
120: 탄소나노튜브 시트
132: 제1 전극
134: 제2 전극
140: 플렉서블 기판
110: 절연 부재
120: 탄소나노튜브 시트
132: 제1 전극
134: 제2 전극
140: 플렉서블 기판
Claims (12)
- 절연 부재;
상기 절연 부재 상에 형성된 탄소나노튜브 시트;
상기 탄소나노튜브 시트의 양측에 형성된 제1 전극 및 제2 전극; 및
상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성된 플렉서블 기판;
을 포함하고,
상기 탄소나노튜브 시트 중 복수개의 탄소나노튜브는 일 방향으로 서로 평행하게 배열되고,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 탄소나노튜브 시트와 평행하게 배치되고,
상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 플렉서블 기판 내에 내장된(embedded) 형태인 것인,
심전도 측정 센서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 시트 중 하나의 탄소나노튜브의 직경은 10 nm 내지 15 nm인 것인,
심전도 측정 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 시트 중 상기 탄소나노튜브는, 적어도 2 layer 내지 20 layer인 것인,
심전도 측정 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 절연 부재는, 캡톤 테이프(Kapton tape), 파릴렌(parylene) 및 BCB(Benzocyclobutene)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
심전도 측정 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 각각, 독립적으로, Ag, Ag/AgCl, Ti, Au, Au, W, Mo 및 ITO로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
심전도 측정 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 플렉서블 기판은, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드(PI), 폴리우레탄(PU), 스티렌 부타디엔 스티렌(SBS), 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS), 폴리스티렌(PS), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타그릴레이트(PMMA), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐클로라이드(PVC) 및 에코플렉스(ecoflex)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
심전도 측정 센서.
- 절연 부재 상에 탄소나노튜브 시트를 형성하는 단계;
상기 탄소나노튜브 시트의 양측에 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계;
를 포함하는,
제1항의 심전도 측정 센서의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 절연 부재 상에 탄소나노튜브 시트를 형성하는 단계는,
탄소나노튜브를 일 방향으로 성장시켜 적어도 2 개 이상의 탄소나노튜브 포레스트를 형성하는 단계; 및
상기 탄소나노튜브 포레스트를 드로잉(drawing)하여 탄소나노튜브 시트를 형성하는 단계;
를 포함하는,
심전도 측정 센서의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 포레스트의 탄소나노튜브 밀도는, 2 Х 1011/cm2 내지 10 Х 1011/cm2인 것인,
심전도 측정 센서의 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 탄소나노튜브를 일 방향으로 성장시켜 적어도 2 개 이상의 탄소나노튜브 포레스트를 형성하는 단계는,
기판 상에 금속촉매 박막을 형성하는 단계;
상기 금속촉매 박막을 촉매입자 아일랜드로 형성하는 단계; 및
상기 촉매입자에 운반가스 및 반응가스를 주입하여 일 방향으로 탄소나노튜브를 성장시키는 단계;
를 포함하는,
심전도 측정 센서의 제조방법.
- 제8항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 플렉서블 기판을 형성하는 단계는,
용액 상태의 플렉서블 고분자를 일 부분 경화시켜 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성시키는 단계; 및
상기 경화시켜 상기 탄소나노튜브 시트, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 형성된 상기 일 부분 경화된 용액 상태의 플렉서블 고분자를 경화시키는 단계;
를 포함하는 것인,
심전도 측정 센서의 제조방법.
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| KR101527937B1 (ko) * | 2014-04-10 | 2015-06-10 | 고려대학교 산학협력단 | 자기접착력이 우수한 탄소나노튜브 및 접착형 폴리디메틸실록산을 포함하는 생체신호 측정용 전극 |
Family Cites Families (2)
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| KR102006831B1 (ko) * | 2016-08-01 | 2019-10-08 | 한국생산기술연구원 | 탄소나노튜브 방적사를 구비하는 유연 전극 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용한 발열 장치 |
-
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| KR101527937B1 (ko) * | 2014-04-10 | 2015-06-10 | 고려대학교 산학협력단 | 자기접착력이 우수한 탄소나노튜브 및 접착형 폴리디메틸실록산을 포함하는 생체신호 측정용 전극 |
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| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
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