KR102670283B1 - Skin-attachable patch comprising electroconductive gel and sensor for measuring biological signal thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세 접착 패턴 및 전도성 젤을 포함하는, 미세 구조층; 상기 미세 구조층 상에 형성되는, 가이드 구조층; 및 상기 가이드 구조층 상에 부착되는 금속전극필름층을 포함하고, 상기 가이드 구조층은 전도성젤을 포함하는, 피부 부착형 패치와, 이를 포함하는 생체신호 측정용 센서에 관한 것이다. 상기 패치는, 미세 구조층 및 가이드 구조층에 포함된 전도성 젤이 피부와 전극필름층 사이의 수직적 전도성 경로를 제공하여, 정밀한 생체 전기 신호의 측정이 가능한 장점을 갖는다.The present invention provides a microstructured layer comprising a microadhesive pattern and a conductive gel; A guide structure layer formed on the fine structure layer; and a metal electrode film layer attached to the guide structure layer, wherein the guide structure layer includes a conductive gel. The present invention relates to a skin-attachable patch and a sensor for measuring biological signals including the same. The patch has the advantage that the conductive gel contained in the fine structure layer and the guide structure layer provides a vertical conductive path between the skin and the electrode film layer, enabling precise measurement of bioelectrical signals.
Description
본 발명은 전도성 젤을 포함하는 피부 부착형 패치 및 이를 포함하는 생체신호 측정용 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a skin-attachable patch containing a conductive gel and a sensor for measuring biosignals containing the same.
웨어러블 스마트 디바이스 (WEARABLE SMART DEVICES or System) 혹은 시스템은 1980년대 중반 미국의 MIT의 MEDIA LAB에서 최초로 개념을 제시하였고, 이후 스마트폰의 급속한 발전과 더불어, IoT(사물인터넷, Internet of Things) 개념이 알려지며, 사물과 사람이 네트워크를 통해 정보를 공유할 수 있게 되었다. 따라서 컴퓨터 안에서만 가능했던 네트워크에서 다양한 사물에 적용이 되어 이른바 인지 가능한 디바이스란 의미를 더해서, ‘웨어러블 스마트 디바이스’란 새로운 개념이 세상에 등장하게 되었다. The concept of wearable smart devices (WEARABLE SMART DEVICES or System) was first presented at MIT's MEDIA LAB in the United States in the mid-1980s, and with the rapid development of smartphones, the concept of IoT (Internet of Things) became known. Now, things and people can share information through networks. Accordingly, the new concept of ‘wearable smart device’ has emerged in the world, adding the meaning of a so-called recognizable device by being applied to various objects in a network that was only possible within a computer.
이처럼 ‘웨어러블 스마트 디바이스(wearable smart device)'는 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있게 되었다. 웨어러블 스마트 디바이스는 “신체 또는 사물 등에 부착하여 외부 컴퓨터등과 연동되어 상세한 정보수집, 분석, 신체적 변화 및 치유 행위를 할 수 있는 모든 것”을 지칭하며, 일부 컴퓨팅 기능 연동이 가능한 애플리케이션까지 포함한다. 즉, 스마트폰이나 태블릿, 노트북처럼 들고 다니는 것을 넘어 사용자의 신체에 더욱 가까이 접근하여 사용하는 전자기기를 의미하는 것이다. In this way, ‘wearable smart devices’ have become easy to find around us. Wearable smart devices refer to “anything that can be attached to the body or object and linked to an external computer to collect detailed information, analyze, change the body, and perform healing actions.” It also includes applications that can be linked to some computing functions. In other words, it refers to electronic devices that go beyond being carried around like a smartphone, tablet, or laptop and are used closer to the user's body.
이와 같은 웨어러블 디바이스는 스마트폰처럼 간편하게 휴대할 수 있는 형태의 제품으로 현재까지 출시된 안경, 시계, 팔찌(밴드) 형태의 디바이스로 휴대가 가능한 포터블(portable) 디바이스, 피부에 부착 가능한 전극 형태로 심박, 체온 등의 신체변화 및 운동에너지를 에너지원으로 이용해 센싱과 네트워크 연결기능까지 할 수 있는 디바이스로 전극처럼 피부에 직접 부착할 수 있는 어태처블(attachable) 디바이스, 신체에 직접 이식하거나 복용할 수 있는 디바이스인 이식형(implantable) 디바이스로 구분할 수 있다. Such wearable devices are products that can be easily carried like smartphones. They are portable devices in the form of glasses, watches, and bracelets (bands) that have been released to date, and heart rate monitors in the form of electrodes that can be attached to the skin. , a device that can perform sensing and network connection functions by using physical changes such as body temperature and kinetic energy as an energy source. It is an attachable device that can be directly attached to the skin like an electrode, and can be directly implanted or taken in the body. The device can be classified into an implantable device.
웨어러블 디바이스는 현재 안경이나 시계, 팔찌와 같은 액세서리형으로 대부분을 차지하고 있지만, 가까운 미래에는 의복형 혹은 피부 부착형으로 발전할 것으로 예상되며, 이에 따라 센서도 부착형 웨어러블용으로 활용할 수 있는 초유연 피부 부착형 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 부착형 센서는 유연성, 안전성, 신축성을 지닌 소재에 생체신호 (호흡·심박·체온), 스트레인 측정, 온도 측정, 무선 통신 기능 등이 내장된 소자를 의미한다. Wearable devices are currently mostly in the form of accessories such as glasses, watches, and bracelets, but in the near future, they are expected to develop into clothing-type or skin-attachable devices. Accordingly, sensors can also be used as ultra-flexible skin devices that can be used for attachable wearables. Research on attachable sensors is actively underway. An attachable sensor refers to a device that has biological signals (respiration, heart rate, body temperature), strain measurement, temperature measurement, and wireless communication functions built into a material with flexibility, safety, and elasticity.
상기와 같은 피부 부착형 센서는 피부에 부착되어, 지속적으로 생체 신호를 수집해야만 하나, 피부의 변형 및 굽힘에 의해 접착력이 저하되어 파열되거나 피부로부터 박리되는 문제가 있다.The skin-attached sensor as described above must be attached to the skin and continuously collect biosignals, but there is a problem in that the adhesive strength is reduced due to deformation and bending of the skin, causing it to rupture or peel off from the skin.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 미세 접착 패턴 및 전도성 젤을 포함하는, 미세 구조층; 상기 미세 구조층 상에 형성되는, 가이드 구조층; 및In order to solve the above problems, the present invention includes a microstructure layer including a microadhesive pattern and a conductive gel; A guide structure layer formed on the fine structure layer; and
상기 가이드 구조층 상에 부착되는 금속전극필름층을 포함하고, 상기 가이드 구조층은 전도성젤을 포함하며, 상기 가이드 구조층의 전도성 젤은 상기 미세 구조층의 전도성 젤과 수직적 전기 경로로 연결된 것인, 피부 부착형 패치를 제공하는 것이다.It includes a metal electrode film layer attached to the guide structure layer, wherein the guide structure layer includes a conductive gel, and the conductive gel of the guide structure layer is connected to the conductive gel of the fine structure layer through a vertical electric path. , to provide a skin-attachable patch.
또한, 본 발명은 본 발명에 의한 전극을 포함하는 생체신호 측정용 센서를 제공한다.Additionally, the present invention provides a sensor for measuring biosignals including the electrode according to the present invention.
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.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명은 미세 접착 패턴 및 전도성 젤을 포함하는, 미세 구조층;The present invention provides a microstructured layer comprising a microadhesive pattern and a conductive gel;
상기 미세 구조층 상에 형성되는, 가이드 구조층; 및A guide structure layer formed on the fine structure layer; and
상기 가이드 구조층 상에 부착되는 금속전극필름층을 포함하고,It includes a metal electrode film layer attached to the guide structure layer,
상기 가이드 구조층은 전도성젤을 포함하며,The guide structure layer includes a conductive gel,
상기 가이드 구조층의 전도성 젤은 상기 미세 구조층의 전도성 젤과 수직적 전기 경로로 연결된 것인, 피부 부착형 패치를 제공한다.The conductive gel of the guide structure layer is connected to the conductive gel of the fine structure layer through a vertical electrical path.
본 발명의 일 구현예로, 상기 미세 접착 패턴은 상호 이격되어 배열되고,In one embodiment of the present invention, the micro adhesive patterns are arranged to be spaced apart from each other,
상기 미세 접착 패턴의 사이 공간에 전도성 젤이 충진된 구조를 갖는 것일 수 있다.It may have a structure in which a conductive gel is filled in the space between the micro adhesive patterns.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 미세 접착 패턴은 미세 섬모 형태를 갖는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the microadhesion pattern may have the form of microcilia.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 미세 섬모는, 본체부; 및 상기 본체부의 상면에 돌출부를 포함하는 것으로, 상기 돌출부의 폭 길이는, 본체부의 폭 길이 보다 긴 것이고, 상기 돌출부의 두께는, 본체부의 두께 보다 작은 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the fine cilia include a main body portion; and a protrusion on the upper surface of the main body, wherein the width of the protrusion may be longer than the width of the main body, and the thickness of the protrusion may be smaller than the thickness of the main body.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 미세 접착층 및 가이드 구조층은,In another embodiment of the present invention, the micro adhesive layer and guide structure layer,
폴리디메틸실록산, 폴리우레탄아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 및 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 것일 수 있다.It may contain one or more polymers selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polyurethane acrylate, polyimide, polyethylene glycol diacrylate, and polyethylene glycol dimethacrylate.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 전도성 젤은, 5 kΩ 이하의 전기저항을 갖는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the conductive gel may have an electrical resistance of 5 kΩ or less.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 전도성 젤은, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리스티렌설폰산, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리파라페닐렌, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리파라페닐렌비닐렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the conductive gel includes polypyrrole, polyaniline, polyethylenedioxythiophene, polystyrenesulfonic acid, polyacetylene, polythiophene, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, and polyparaphenylenevinyl. It may be one or more types selected from the group consisting of ren.
본 발명의 또다른 구현예로, 상기 패턴은, 격벽을 형성하는 격자 구조를 갖고, 상기 격벽의 일부에 촉수 구조가 구비된 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the pattern may have a lattice structure forming a partition, and a portion of the partition may be provided with a tentacle structure.
또한, 본 발명은 본 발명에 의한 패치를 포함하는, 생체신호 측정용 센서를 제공한다.Additionally, the present invention provides a sensor for measuring biological signals, including the patch according to the present invention.
종래 피부 부착형 전극은, 습식 또는 건식 방식으로 제조되어, 안정적인 사용이 어렵거나, 신호의 정확성이 부족한 문제가 있었으나, 본 발명은 미세 접착 구조 내부에 전도성 젤을 포함시켜, 습식 및 건식 메커니즘을 모두 활용할 수 있는 피부 부착형 패치를 제공하는 것으로, 본 발명의 패치를 이용하여 고품질의 생체 신호를 습득할 수 있다. Conventionally, skin-attached electrodes were manufactured using wet or dry methods, and had problems such as difficulty in stable use or lack of signal accuracy. However, the present invention includes a conductive gel inside the micro-adhesive structure, enabling both wet and dry mechanisms. By providing a usable skin-attachable patch, high-quality biological signals can be acquired using the patch of the present invention.
또한, 전극필름과 미세 접착 패턴 사이에 전도성 젤이 보충된 가이드 구조층을 포함하여, 전도성 젤의 유출 및 건조를 방지할 수 있고, 상기 가이드 구조층에 포함된 전도성 젤전도성 젤은 피부와 전극필름이 수직적 전도성 경로를 제공하여, 정밀한 생체 전기 신호의 측정이 가능하다.In addition, a guide structure layer supplemented with conductive gel is included between the electrode film and the microadhesive pattern, preventing leakage and drying of the conductive gel, and the conductive gel included in the guide structure layer is used to protect the skin and the electrode film. By providing this vertical conductive path, precise measurement of bioelectrical signals is possible.
아울러, 상기 전도성 젤과 수직적 전도성 경로가 형성된 전극필름은, 전도성 물질 패터닝된 코팅을 통해 수평적 전도성 경로가 구현될 수 있어, 수직/수평의 선택적 경로 형성이 가능한바, 체온, 맥파(압력), 혈당 등의 다양한 신호를 측정할 수 있는 센서의 전극으로 활용될 수 있다.In addition, the conductive gel and the electrode film on which the vertical conductive path is formed can implement a horizontal conductive path through a coating patterned with a conductive material, enabling the formation of a vertical/horizontal selective path, such as body temperature, pulse wave (pressure), It can be used as a sensor electrode that can measure various signals such as blood sugar.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 패치의 분해도를 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 구현예에 따른 미세 구조층 및 가이드 구조층의 형태를 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명의 일 구현예에 따른 미세 구조층의 측면도를 나타낸 것이다.
도 2c는 본 발명의 일 구현예에 따른 미세 섬모의 형태를 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명의 일 구현예에 따른 미세 구조층의 상측 단면을 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명의 패턴 및 촉수 구조에 대한 다양한 예시를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 패치의 수직 및 수평적 전도성 경로를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 미세 구조층 및 가이드 구조층의 제조방법을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 금속 전극 필름층의 제조방법을 단계별로 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing an exploded view of a patch according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a shows the shapes of a fine structure layer and a guide structure layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 2b shows a side view of a microstructure layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 2c shows the shape of microcilia according to one embodiment of the present invention.
Figure 3a shows a top cross-section of a microstructure layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b shows various examples of patterns and tentacle structures of the present invention.
Figure 4 shows the vertical and horizontal conductive paths of the patch of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing step by step the manufacturing method of a fine structure layer and a guide structure layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a step-by-step diagram showing a method of manufacturing a metal electrode film layer according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In describing the present invention, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Additionally, the terms used in this specification are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention of the user, operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. The same reference numerals in each drawing indicate the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only cases where a member is in contact with another member, but also cases where another member exists between the two members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, this does not mean excluding other components, but rather means that it can further include other components.
이하, 본 발명의 피부 부착형 패치(1000)와 이를 포함하는 생체신호 측정용 센서(2000)에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the skin-attachable patch 1000 of the present invention and the sensor 2000 for measuring biological signals including the same will be described in detail with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.
도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명은 미세 접착 패턴 및 전도성 젤을 포함하는, 미세 구조층;As shown in Figure 1, the present invention provides a microstructure layer comprising a microadhesion pattern and a conductive gel;
상기 미세 구조층 상에 형성되는, 가이드 구조층; 및A guide structure layer formed on the fine structure layer; and
상기 가이드 구조층 상에 부착되는 금속전극필름층을 포함하고,It includes a metal electrode film layer attached to the guide structure layer,
상기 가이드 구조층은 전도성젤을 포함하며,The guide structure layer includes a conductive gel,
상기 가이드 구조층의 전도성 젤은 상기 미세 구조층의 전도성 젤과 수직적 전기 경로로 연결된 것인, 피부 부착형 패치를 제공하는 것이다.The conductive gel of the guide structure layer is connected to the conductive gel of the fine structure layer through a vertical electrical path, providing a skin-attachable patch.
또한, 본 발명은 상기 피부 부착형 패치를 포함하는, 생체신호 측정용 센서를 제공한다.Additionally, the present invention provides a sensor for measuring biological signals, including the skin-attached patch.
도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 패치(1000)는, 미세 접착 패턴(101) 및 전도성 젤(102)을 포함하는, 미세 구조층(100); 상기 미세 구조층(100) 상에 형성되는, 가이드 구조층(200); 및 상기 가이드 구조층(200) 상에 부착되는 금속전극필름층(300)을 포함한다. As shown in Figure 1, the patch 1000 of the present invention includes a microstructure layer 100, including a microadhesive pattern 101 and a conductive gel 102; A guide structure layer 200 formed on the fine structure layer 100; and a metal electrode film layer 300 attached on the guide structure layer 200.
도 2a를 참고하여, 상기 가이드 구조층(200)은, 전도성 젤(202)을 포함하며, 상기 가이드 구조층의 전도성 젤은 상기 미세 구조층의 전도성 젤과 수직적 전기 경로로 연결된 것일 수 있다.Referring to FIG. 2A, the guide structure layer 200 includes a conductive gel 202, and the conductive gel of the guide structure layer may be connected to the conductive gel of the fine structure layer through a vertical electric path.
본 발명의 일 구현예로서 상기 미세 구조층(100)은, 미세 접착 패턴이 형성되어 있고, 미세 접착 패턴(101)이 설정된 간격만큼 상호 이격되어 배열되며, 상기 미세 접착 패턴(101)의 사이 공간에 전도성 젤(102)이 충진된 구조를 갖는 것일 수 있다. 상기 구조의 측면을 예시로서, 도 2b에 나타내었다. 상기 소정의 간격을 가지고 이격되어 설치된 미세 접착 패턴(101)의 사이에 전도성 젤(102)이 충진되어 있는 것이다. 상기 미세 구조층(100)은, 피부와 직접 맞닿는 부분으로서, 상기와 같이 미세 접착 패턴이 서로 이격되고, 그 사이에 전도성 젤이 충진된 구조를 가져, 피부 부착력이 향상될 수 있는 것이다.As an embodiment of the present invention, the micro-structure layer 100 is formed with a micro-adhesion pattern, the micro-adhesion patterns 101 are arranged to be spaced apart from each other by a set interval, and the space between the micro-adhesion patterns 101 is It may have a structure filled with conductive gel 102. As an example, an aspect of the structure is shown in Figure 2b. A conductive gel 102 is filled between the micro adhesive patterns 101 installed at a predetermined interval. The microstructure layer 100 is a part that is in direct contact with the skin, and has a structure in which the microadhesion patterns are spaced apart from each other as described above and a conductive gel is filled between them, so that skin adhesion can be improved.
종래 피부 부착형 전극은 EMG, EEG, ECG 와 같은 생체 전기 신호를 측정하기 위해 사용되며, 습식 또는 건식 방식으로 제조된 바 있다. 습식 접착 방식의 경우, 주로 염 (NaCl, Cl, KCl) 기반의 전도성 젤을 사용하며, 안정적으로 피부와 기계적 전기적 연결이 가능한 장점을 가지나, 전도성 젤의 도포 면적을 조절하기 어렵고, 사용 후 잔여물을 남기며, 시간이 흐름에 따라 건조되어 전도성을 유지하지 못하는 한계를 갖는다. 또한, 전도성 젤 사이의 간섭으로 인하여 쇼트가 발생할 수 있다. 건식 접착 방식의 경우, 주로 금속(금, 티타늄) 전극을 피부에 직접 연결하여 사용하며, 사용이 간편한 특징이 있으나, 피부 전기 신호 측정 시 피부접촉저항 임피던스가 크며, 노이즈에 취약한 한계를 갖는다. 이에 본 발명은 미세 접착 패턴과 그 사이에 전도성 젤이 충진된 미세 구조층을 사용한 것으로, 습식 접착 방식과 건식 접착 방식을 모두 응용한 것을 특징으로 하며, 기존 습식 전극의 단점(전도성 젤 건조, 전극과 전도성 젤의 간섭으로 인한 쇼트) 및 건식 전극의 단점(높은 피부 접촉 저항, 불안정한 생체 신호)을 보완하여, 신호 안정성을 확보하고 전도성 젤의 과도한 사용 및 유실을 방지한 것이다. Conventional skin-attached electrodes are used to measure bioelectrical signals such as EMG, EEG, and ECG, and have been manufactured using a wet or dry method. In the case of the wet adhesive method, salt (NaCl, Cl, KCl)-based conductive gel is mainly used, which has the advantage of enabling a stable mechanical and electrical connection with the skin, but it is difficult to control the application area of the conductive gel and leaves residue after use. It dries over time and has limitations in maintaining conductivity. Additionally, short circuits may occur due to interference between conductive gels. In the case of the dry adhesive method, it is mainly used by connecting metal (gold, titanium) electrodes directly to the skin, and is easy to use, but the skin contact resistance impedance is large when measuring skin electrical signals, and it has limitations of being vulnerable to noise. Accordingly, the present invention uses a micro-adhesive pattern and a micro-structured layer filled with conductive gel between them, and is characterized by applying both wet and dry adhesive methods, and overcomes the disadvantages of existing wet electrodes (conductive gel drying, electrode By compensating for short circuits due to interference from conductive gels) and shortcomings of dry electrodes (high skin contact resistance, unstable biosignals), signal stability is ensured and excessive use and loss of conductive gels is prevented.
도 2a에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 가이드 구조층은, 베이스층(201)에 전도성 젤(202)이 충진되는 공간을 구비하고 있는 구조를 갖는다. 상기 전도성 젤이 충진되는 공간은 상기 도면에서 제시된 것과 같이 위에서 관찰할 때 원형의 단면을 갖는 형태일 수도 있으나, 전극의 종류나 부착되는 부위, 수집하고자 하는 생체신호의 종류 등에 따라 다른 형태의 단면을 가질 수 있음은 명백할 것이다. 예를 들어, 원형, 사각형, 육각형, 사다리꼴형, 삼각형 등의 구조를 자유롭게 가지고 있을 수 있다.As shown in FIG. 2A, the guide structural layer of the present invention has a structure in which a base layer 201 is provided with a space filled with a conductive gel 202. The space filled with the conductive gel may have a circular cross-section when observed from above as shown in the drawing, but may have a different cross-section depending on the type of electrode, the area to which it is attached, the type of bio-signal to be collected, etc. It will be clear that you can have it. For example, it may freely have a circular, square, hexagonal, trapezoidal, or triangular structure.
본 발명의 미세 구조층의 두께는, 1 내지 100 um일 수 있고, 가이드 구조층의 두께는, 10 내지 1000 um일 수 있다. 본 발명의 전극은 상기 범위의 두께를 갖는 전극에서, 안정하고 정밀한 신호 측정이 가능함과 동시에, 접착력이 유지될 수 있다.The thickness of the fine structure layer of the present invention may be 1 to 100 um, and the thickness of the guide structure layer may be 10 to 1000 um. The electrode of the present invention is capable of stable and precise signal measurement in an electrode having a thickness within the above range, while maintaining adhesion.
상기 가이드 구조층에 구비된, 전도성 젤(202)이 충진되는 공간은, 원형을 기준으로 하였을 때 지름이 80 내지 1000 um의 길이를 가질 수 있다. 상기 범위의 지름을 가질 경우, 미세 구조층에 전도성 젤의 역할을 효과적으로 보조할 수 있으며, 피부로부터의 생체 신호를 전극으로 효율적으로 전달할 수 있다.The space provided in the guide structure layer and filled with the conductive gel 202 may have a length of 80 to 1000 um in diameter based on its circular shape. If it has a diameter in the above range, it can effectively support the role of a conductive gel in the microstructure layer and can efficiently transmit biosignals from the skin to the electrode.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 미세 접착 패턴은, 미세 섬모 형태를 가질 수 있다. 보다 구체적으로 도 2c에 나타낸 것과 같이, 상기 미세 섬모는, 본체부(11); 및 상기 본체부의 상면에 돌출부(12)를 포함하는 것으로, 도면상에서 역T자 형태를 가지고 있다. 상기와 같이 돌출부(12)를 포함하여, 피부 표면의 접착력이 상승될 수 있으며, 이러한 구조로 인해 충진된 전도성 젤이 유실되는 것을 방지할 수 있다.As an embodiment of the present invention, the microadhesion pattern may have the form of microcilia. More specifically, as shown in Figure 2c, the fine cilia include a main body portion 11; and a protrusion 12 on the upper surface of the main body, which has an inverted T shape in the drawing. By including the protrusion 12 as described above, the adhesion to the skin surface can be increased, and this structure can prevent the filled conductive gel from being lost.
상기 돌출부(12)의 폭 길이(l)는, 본체부(11)의 폭 길이(L) 보다 긴 것이고, 상기 돌출부(12)의 두께(h)는, 본체부의 두께(H) 보다 얇은 것을 특징으로 할 수 있다. 상기와 같은 형상에서 본 발명의 전극은 피부에 있어 최적의 접착력을 보인다. 바람직하게는, 돌출부(12)의 폭 길이(l)는, 10 내지 100 um일 수 있고, 본체부(11)의 폭 길이(L)는 10 내지 60 um일 수 있으며, 돌출부(12)의 두께(h)는, 1 내지 20 um일 수 있고, 본체부의 두께(H)는, 5 내지 80 um일 수 있다. 본 발명의 미세 섬모 구조는, 상기와 같은 형상을 가짐으로써, 미세 접착 패턴이 전극의 부착을 방해하지 않고 임피던스를 낮춰 효율적인 전기적 연결을 가능하게 한다.The width l of the protrusion 12 is longer than the width L of the main body 11, and the thickness h of the protrusion 12 is thinner than the thickness H of the main body. You can do this. In the above shape, the electrode of the present invention shows optimal adhesion to the skin. Preferably, the width and length (l) of the protrusion 12 may be 10 to 100 um, the width and length (L) of the main body 11 may be 10 to 60 um, and the thickness of the protrusion 12 (h) may be 1 to 20 um, and the thickness (H) of the main body may be 5 to 80 um. The microcilium structure of the present invention has the above shape, so that the microadhesion pattern does not interfere with the attachment of the electrode and lowers the impedance to enable efficient electrical connection.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 미세 접착 패턴 및 가이드 구조층은, 폴리디메틸실록산, 폴리우레탄아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 또는 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트 등의 고분자를 포함하는 것일 수 있으나, 마이크로 미세 구조 성형이 가능하고 생체 친화성을 갖는 고분자라면 상기 종류에 제한되지 않는다.As an embodiment of the present invention, the microadhesion pattern and guide structure layer include polymers such as polydimethylsiloxane, polyurethane acrylate, polyimide, polyethylene glycol diacrylate, or polyethylene glycol dimethacrylate. However, it is not limited to the above types as long as it is a polymer capable of forming micro-fine structures and has biocompatibility.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 전도성 젤은, 5 kΩ 이하의 전기저항을 갖는 것일 수 있다. 상기 전도성 젤은 5 kΩ 이하의 전기저항을 가져 피부에 접촉하여 전극까지 전도성 경로를 형성해 줄 수 있다.As an embodiment of the present invention, the conductive gel may have an electrical resistance of 5 kΩ or less. The conductive gel has an electrical resistance of 5 kΩ or less and can form a conductive path to the electrode when in contact with the skin.
본 발명의 일 구현예로서 상기 전도성 젤은, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리스티렌설폰산, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리파라페닐렌, 폴리페닐렌설파이드, 또는 폴리파라페닐렌비닐렌 중 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 전도성 젤은 전도성을 가지며 동시에 생체 친화성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 염 기반(NaCl, Cl, KCl)의 상용젤과 같이 점탄성을 갖는 젤을 사용할 수도 있다.In one embodiment of the present invention, the conductive gel is selected from polypyrrole, polyaniline, polyethylenedioxythiophene, polystyrenesulfonic acid, polyacetylene, polythiophene, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, or polyparaphenylenevinylene. It may include one or more of them. It is preferable to use a conductive gel that is both conductive and biocompatible, and a viscoelastic gel such as a salt-based (NaCl, Cl, KCl) commercial gel can also be used.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 미세 구조층에서 미세 접착 패턴은, 미세 접착 패턴이 격벽을 형성하여 격자 구조를 갖고, 상기 격벽의 일부에 촉수 구조가 구비된 것일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the micro-adhesion pattern in the micro-structure layer may have a lattice structure in which the micro-adhesion pattern forms partition walls, and a portion of the partition walls may be provided with a tentacle structure.
예시로서, 상기 미세 접착 패턴을 갖는 미세 구조층의 상측 단면을 도 3a에 나타내었다. 도 3a에 나타낸 것과 같이, 미세 접착 패턴(101)이 사각 격자형의 패턴을 가짐과 동시에, 격벽의 일부에 촉수 구조(t)가 구비되어 있는 것을 알 수 있다. As an example, an upper cross-section of the microstructure layer having the microadhesion pattern is shown in FIG. 3A. As shown in FIG. 3A, it can be seen that the micro-adhesion pattern 101 has a square grid-like pattern and that a portion of the partition wall is provided with a tentacle structure t.
상기 촉수 구조는 긴 형상의 줄기에 헤드부를 가지고 있는 것이며, 이러한 촉수 구조로 인해, 전도성 젤의 건조를 보다 효율적으로 방지할 수 있고, 전도성 젤의 유실을 방지할 수 있으며, 이에 접착력을 향상시킬 수 있는 역할을 한다. 상기 촉수 구조는 줄기 및 헤드부를 합하여 0.01 내지 10 um의 길이를 가지고 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 촉수 구조들의 길이는 서로 상이하거나 같을 수 있다.The tentacle structure has a head portion on a long stem. Due to this tentacle structure, drying of the conductive gel can be prevented more efficiently, loss of the conductive gel can be prevented, and adhesion can be improved. It plays a role. The tentacle structure may have a length of 0.01 to 10 um including the stem and head portion, but is not limited thereto, and the length of the tentacle structures may be different from or the same as each other.
상기 격자형의 패턴은, 도 3b의 상단 좌측에 나타낸 것과 같이 사각 격자, 육각 격자, 원형 격자, 십자형 격자와 같이 다양한 구조를 가질 수 있으며, 상기 촉수 구조는 도 3b의 상단 우측에 나타낸 것과 같이 역시 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3b의 하단에 나타낸 것과 같이, 상기 가이드 구조층은, 육각 격자 구조를 갖는 패턴이 형성되어 있으며, 상기 격자 구조의 격벽의 표면 일부에는 서로 상이한 길이를 갖는 촉수가 형성되어 있을 수 있다.The grid-like pattern may have various structures such as a square grid, a hexagonal grid, a circular grid, and a cross-shaped grid, as shown in the top left of FIG. 3B, and the tentacle structure also has a structure as shown in the top right of FIG. 3B. It can have various structures. For example, as shown at the bottom of FIG. 3B, the guide structure layer is formed in a pattern having a hexagonal lattice structure, and tentacles having different lengths may be formed on a portion of the surface of the partition wall of the lattice structure. there is.
본 발명의 또다른 구현예로서, 상기 격자 구조를 이루는 성분이 전도성 젤이고 그 사이에 미세패턴층의 고분자가 형성된 구조를 가질 수도 있다. 이런 경우 전도성 젤이 격자를 이루는 것으로 수평으로 전기적 연결이 용이한 전극으로 활용될 수 있다.As another embodiment of the present invention, the component forming the lattice structure may have a structure in which a conductive gel is formed and a polymer of a fine pattern layer is formed therebetween. In this case, the conductive gel forms a lattice and can be used as an electrode that can be easily electrically connected horizontally.
상기 가이드 층 상에는, 금속 전극 필름층이 형성되어 있다. 상기 금속 전극 필름층은, 가이드 구조층과 미세 구조층의 형상이나, 부착되는 부위, 수득하고자 하는 생체 신호의 종류에 따라 자유롭게 전도성 물질이 패터닝되어 있을 수 있다. 도 4에 나타낸 것과 같이 상기 전도성 물질의 패터닝은, 수평적 전도성 경로를 형성하며, 이는 미세 구조층 및 가이드 구조층이 형성한 수직 전도성 경로와 연결되는 바, 본 발명의 전극에 수직/수평 전도성 경로를 효과적으로 형성하여, 수집되는 생체 신호의 품질이 상승할 수 있다.A metal electrode film layer is formed on the guide layer. The metal electrode film layer may be freely patterned with a conductive material depending on the shape of the guide structure layer and the fine structure layer, the area to which it is attached, and the type of biological signal to be obtained. As shown in Figure 4, the patterning of the conductive material forms a horizontal conductive path, which is connected to the vertical conductive path formed by the microstructure layer and the guide structure layer, so that the vertical/horizontal conductive path is formed in the electrode of the present invention. By effectively forming, the quality of the collected biosignals can be increased.
본 발명의 미세 구조층 및 가이드 구조층의 제조방법을, 도 5에 요약하여 나타내었다. 도 5와 같이, 본 발명은 실리콘 웨이퍼를 준비하고, 상기 웨이퍼 위에 리프트오프레지스트(Lift-off resist, LOR)를 증착한 후, 포토레지스트(SU-8)를 증착한 후, 포토레지스트를 노광하여 격자형 패턴을 현상하고, LOR을 식각(ethching)해주었으며, 이를 통해 격자형의 몰드(주형)를 제작하였다. 상기 제작된 몰드 위에 고분자 물질을 도포하고, 그 위에 전도성 젤이 포함되는 공간을 형성하기 위한 원형의 형상을 스탬핑해주었다. 이후 고분자 물질을 경화한 후, 미세 접착 패턴 사이의 공간에 전도성 젤을 충진하여, 미세 구조층 및 가이드 구조층을 완성하였다. The manufacturing method of the microstructure layer and guide structure layer of the present invention is summarized in Figure 5. As shown in Figure 5, the present invention prepares a silicon wafer, deposits a lift-off resist (LOR) on the wafer, deposits a photoresist (SU-8), and then exposes the photoresist. A grid-shaped pattern was developed, the LOR was etched, and a grid-shaped mold was produced through this. A polymer material was applied onto the manufactured mold, and a circular shape was stamped on it to form a space containing the conductive gel. After curing the polymer material, the spaces between the microadhesion patterns were filled with conductive gel to complete the microstructure layer and guide structure layer.
또한, 본 발명의 금속 전극 필름층의 제조방법을, 도 6에 요약하여 나타내었다. 도 6과 같이, 포토리소그래피 공정을 통해 전도성 물질을 이용하여 금속 전극 패턴을 형성하고, 그 패턴에 필름을 결합시켜 금속전극필름층을 제조해주었다. 상기 금속전극필름층을 가이드층 위에 붙여, 본 발명의 전극을 완성할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the metal electrode film layer of the present invention is summarized and shown in FIG. 6. As shown in Figure 6, a metal electrode pattern was formed using a conductive material through a photolithography process, and a film was bonded to the pattern to manufacture a metal electrode film layer. The electrode of the present invention can be completed by attaching the metal electrode film layer on the guide layer.
상기 전극의 패턴은, 예시일 뿐, 상기 패턴에 제한되는 것은 아니며, 가이드 구조층의 형태, 미세 구조층의 형태, 전극에 사용되는 부위, 측정하고자 하는 생체 신호의 종류 등에 따라 패턴의 변경이 가능함은 명백할 것이다.The pattern of the electrode is only an example and is not limited to the above pattern, and the pattern can be changed depending on the shape of the guide structure layer, the shape of the fine structure layer, the area used for the electrode, the type of biological signal to be measured, etc. will be clear.
본 발명의 일 구현예로서, 상기 금속 전극 패턴을 형성하기 위한 전도성 물질은, 탄소나노소재, 금 나노와이어, 티타늄 나노와이어, 은 나노와이어, 백금 박막 또는 금 박막 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 다만 이는 예시로서, 전도성을 갖는 소재라면 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 금속 전극 패턴과 결합되는 필름은, 전극의 임피던스에 영향을 주지 않고, 전극의 온도 등에 의해 형상이 변경되지 않는 필름 소재라면 제한없이 이용이 가능하다.In one embodiment of the present invention, the conductive material for forming the metal electrode pattern is one selected from the group consisting of carbon nanomaterials, gold nanowires, titanium nanowires, silver nanowires, platinum thin films, and gold thin films. It could be more than that. However, this is an example and is not limited to this if it is a conductive material. Additionally, the film combined with the metal electrode pattern can be used without limitation as long as it is a film material that does not affect the impedance of the electrode and does not change its shape due to the temperature of the electrode.
또한, 본 발명은 상기 패치(1000)를 포함하는 생체신호 측정용 센서(2000)를 제공할 수 있다. Additionally, the present invention can provide a sensor 2000 for measuring biosignals including the patch 1000.
상기 센서를 통해 생체 신호가 측정될 수 있으며, 측정된 신호는, 상기 센서와 전기적으로 연결된 생체신호전송부를 통해, 상기 측정된 신호를 처리할 수 있는 컨트롤유닛; 처리된 데이터를 저장할 수 있는 메모리; 및 상기 메모리에 기록된 데이터를 통신장치(스마트폰, 컴퓨터, 또는 노트북 등)로 전송할 수 있는 무선통신모듈을 포함하는 본체로 전달될 수 있다. A biological signal may be measured through the sensor, and the measured signal may include a control unit capable of processing the measured signal through a biological signal transmission unit electrically connected to the sensor; Memory capable of storing processed data; and a wireless communication module capable of transmitting the data recorded in the memory to a communication device (such as a smartphone, computer, or laptop).
이에 본 발명은 상기 센서 및 본체를 포함하는, 생체신호 측정용 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 센서를 통해 수집될 수 있는 생체신호는, 심전도, 근전도, 체온, 혈당, 또는 맥박 등일 수 있다. 상기 본체에는 장치의 상태와 수집된 신호를 확인할 수 있도록, 디스플레이가 포함될 수 있다.Accordingly, the present invention can provide a device for measuring biological signals, including the sensor and the main body. Biosignals that can be collected through the sensor of the present invention may be electrocardiogram, electromyogram, body temperature, blood sugar, or pulse. The main body may include a display to check the status of the device and the collected signals.
또한, 상기 장치에는 상기 본체부에 전력을 공급할 수 있는 배터리가 포함될 수도 있다. 상기 배터리는 재충전 가능한 배터리 또는 재충전 가능하지 않은 배터리일 수 있다. 적절한 배터리들의 예들은 예컨대 리튬-이온 배터리, 니켈 배터리(이를테면, 니켈-카드뮴 배터리), 알카라인 배터리 및/또는 등등을 포함할 수 있다.Additionally, the device may include a battery capable of supplying power to the main body. The battery may be a rechargeable battery or a non-rechargeable battery. Examples of suitable batteries may include, for example, lithium-ion batteries, nickel batteries (e.g., nickel-cadmium batteries), alkaline batteries, and/or the like.
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.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the following claims.
1000 : 피부 부착형 패치
100 : 미세 구조층
200 : 가이드 구조층
300 : 금속전극필름층
101 : 미세 접착 패턴
102 : 전도성 젤
201 : 베이스층
202 : 전도성 젤
11 : 본체부
12 : 돌출부
t : 촉수 구조1000: Skin-attached patch
100: fine structure layer
200: Guide structural layer
300: Metal electrode film layer
101: Micro adhesive pattern
102: Conductive gel
201: base layer
202: Conductive gel
11: main body
12: protrusion
t: tentacle structure
Claims (9)
상기 미세 구조층 상에 형성되는, 가이드 구조층; 및
상기 가이드 구조층 상에 부착되는 금속전극필름층을 포함하고,
상기 가이드 구조층은 전도성젤을 포함하며,
상기 가이드 구조층의 전도성 젤은 상기 미세 구조층의 전도성 젤과 수직적 전기 경로로 연결된 것인, 피부 부착형 패치.
a microstructured layer comprising a microadhesive pattern and a conductive gel;
A guide structure layer formed on the fine structure layer; and
It includes a metal electrode film layer attached to the guide structure layer,
The guide structure layer includes a conductive gel,
A skin-attachable patch, wherein the conductive gel of the guide structure layer is connected to the conductive gel of the fine structure layer through a vertical electrical path.
상기 미세 접착 패턴은 상호 이격되어 배열되고,
상기 미세 접착 패턴의 사이 공간에 전도성 젤이 충진된 구조를 갖는 것인, 피부 부착형 패치.
According to paragraph 1,
The micro adhesive patterns are arranged to be spaced apart from each other,
A skin-attachable patch having a structure in which a conductive gel is filled in the space between the micro-adhesive patterns.
상기 미세 접착 패턴은 미세 섬모 형태를 갖는 것인, 피부 부착형 패치.
According to paragraph 2,
A skin-attachable patch, wherein the microadhesive pattern has the form of fine cilia.
상기 미세 섬모는, 본체부; 및 상기 본체부의 상면에 돌출부를 포함하는 것으로,
상기 돌출부의 폭 길이는, 본체부의 폭 길이 보다 긴 것이고,
상기 돌출부의 두께는, 본체부의 두께 보다 작은 것인,
피부 부착형 패치.
According to paragraph 3,
The fine cilia include a main body; And comprising a protrusion on the upper surface of the main body,
The width of the protrusion is longer than the width of the main body,
The thickness of the protrusion is smaller than the thickness of the main body,
Skin-attached patch.
상기 미세 구조층 및 가이드 구조층은,
폴리디메틸실록산, 폴리우레탄아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 및 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 것인, 피부 부착형 패치.
According to paragraph 1,
The fine structure layer and guide structure layer are,
A skin-attachable patch comprising at least one polymer selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polyurethane acrylate, polyimide, polyethylene glycol diacrylate, and polyethylene glycol dimethacrylate.
상기 전도성 젤은,
5 kΩ 이하의 전기저항을 갖는 것인, 피부 부착형 패치.
According to paragraph 1,
The conductive gel is,
A skin-attached patch having an electrical resistance of 5 kΩ or less.
상기 전도성 젤은, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리스티렌설폰산, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리파라페닐렌, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리파라페닐렌비닐렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 피부 부착형 패치.
According to clause 6,
The conductive gel is one selected from the group consisting of polypyrrole, polyaniline, polyethylenedioxythiophene, polystyrenesulfonic acid, polyacetylene, polythiophene, polyparaphenylene, polyphenylene sulfide, and polyparaphenylenevinylene. The above is a skin-attachable patch.
상기 패턴은, 격벽을 형성하는 격자 구조를 갖고,
상기 격벽의 일부에 촉수 구조가 구비된 것인, 피부 부착형 패치.
According to paragraph 1,
The pattern has a lattice structure forming partitions,
A skin-attachable patch, wherein a portion of the partition wall is provided with a tentacle structure.
A sensor for measuring biosignals, comprising the skin-attached patch of any one of claims 1 to 8.
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