KR20140099716A

KR20140099716A - 센서플랫폼 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140099716A
Application number: KR1020130012470A
Authority: KR
Inventors: 박상윤; 고병훈; 김종팔
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-13
Also published as: EP2762067B1; CN103961085B; EP2762067A1; CN103961085A; US20140221807A1

Abstract

센서플랫폼 및 그의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼은 네트 구조물 및 전해질을 포함하는 하이드로젤 시트, 및 복수 개의 전극을 포함한다.

Description

센서플랫폼 및 그의 제조 방법{SENSOR PLATFORM AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

센서플랫폼 및 그의 제조 방법이 개시된다.

심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌전도(EEG), 안전도(EOG) 및 피부 저항(GSR) 등의 생체 전기 신호는 대상자의 건강 및 운동 정보를 반영하고 있으므로 이를 측정, 분석하여 각종 질병관리 및 건강관리에 사용하고자 하는 새로운 기술들이 개발되고 있다. 그런데, 생체 내에는 전해질이 존재하며 상기한 ECG 등을 포함하는 모든 전기적인 생체 신호는 생체 내에서 이온에 의해서 전달 및 매개되는 이온전류(ionic current)에 의한 것이다. 따라서 외부의 전자기기를 이용한 생체 전기신호 측정은 이온전류가 전자전류로 전환되는 과정을 포함한다. 이온전류-전자전류 전환과정에 있어서 전기화학 반응이 일어나는 경우, 전극-전해질 계면의 전하 교환 저항(charge exchange resistance)이 작을수록 계면에서의 포텐셜 드롭(potential drop)이 적으며, 생체 전기신호가 충실하게 외부의 측정기기로 전달되고 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio; SNR)가 높아진다. 이렇게 전하 교환 저항이 작은 전극을 비분극 전극이라고 하고 대표적으로 은-염화은 전극이 이에 해당한다.

대체로 적절한 생체 전기 신호의 측정을 위해서는 2개 이상의 전극을 신체표면에 부착하여야 하는데, 단일 전극을 필요한 개수만큼 신체표면에 부착하여 생체신호를 측정한다.

신체표면에서의 복수 개의 지점에서의 생체 전기 신호를 측정함에 있어서, 개선된 신호 품질 및 높은 공간해상도를 얻을 수 있다.

간단한 구조를 가지고 있어서 대량 생산이 용이하고, 다양한 형상의 하나 이상의 면전극을 가지는 생체신호 측정 시스템들에 널리 활용될 수 있는 센서플랫폼을 제공한다.

수평방향으로 균일한 전기적 특성을 가지는 생체신호 측정 시스템용 센서플랫폼을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼은, 네트 구조물 및 전해질을 포함하는 하이드로젤 시트; 및 복수 개의 전극을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼은, 도전성 입자 및 전해질을 포함하는 하이드로젤 시트; 및 복수 개의 전극을 포함하고, 상기 도전성 입자는 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열되어 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 하이드로젤 시트는 이방성 이온 전도성을 가질 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 이방성 이온 전도성은, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향 임피던스가 10 Hz 기준 2 kohm 이하이고, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향 임피던스가 10 Hz 기준 10 kohm 이상 (5 cm 이상 간격을 가지는 전극 간 측정)인 것일 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 하이드로젤 시트는 유연성을 가질 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 네트 구조물은, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향 이온 전도를 제한하는 비이온전도성일 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 도전성 입자는, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 이온 전도가 되도록 배열되어 있을 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 도전성 입자는, 비분극성 금속을 포함할 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 도전성 입자는, 금속과 상기 금속의 불용성 금속염을 포함할 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 도전성 입자는, 비분극성 금속과, 상기 금속의 산화물 또는 불용성 금속염을 포함할 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 도전성 입자는, 코어-쉘 형태로서, 상기 코어는 상기 비분극성 금속을 포함하고 상기 쉘은 상기 산화물 또는 불용성 금속염을 포함할 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 도전성 입자는, 자성 금속을 포함할 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 하이드로젤 시트는 50 g/cm² 이상의 피부 접착력을 가질 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 하이드로젤 시트를 지지하는 라이닝을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼의 제조방법은, 라이닝 상에 네트 구조물을 배치하는 단계; 상기 라이닝 상에, 상기 네트 구조물을 포함하도록 전해질 포함 혼합용액을 도포하여 상기 네트 구조물을 포함하는 하이드로젤 시트를 형성하는 단계; 상기 하이드로젤 시트를 경화시키는 단계; 및 상기 하이드로젤 시트 상에 복수 개의 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼의 제조방법은, 전해질 포함 혼합용액에 도전성 입자를 혼합하여 도전성 입자 포함 혼합용액을 형성하는 단계; 상기 도전성 입자 포함 혼합용액을 라이닝 상에 도포하여 하이드로젤 시트를 형성하는 단계; 상기 도전성 입자를 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열하는 단계; 상기 도포된 혼합용액을 경화시키는 단계; 및 상기 하이드로젤 시트 상에 복수 개의 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 도전성 입자는 자성 금속을 포함하고, 상기 도전성 입자를 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열하는 단계는, 자성을 이용하는 것일 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 전해질 포함 혼합용액은, 생체적합성 전해질; 모노머; 가교 결합제; 및 광개시제를 포함할 수 있다.

신체표면에서의 생체 전기 신호 측정에 있어서, 복수 개의 지점에서의 생체 전기 신호를 측정함에 있어, 신호 품질을 개선하고 보다 높은 공간해상도를 제공한다.

간단한 구조를 가지고 있어서 대량 생산이 용이하며, 다양한 형상의 하나 이상의 면전극을 가지는 생체신호 측정 시스템들에 널리 활용될 수 있다.

또한, 수평방향으로 균일한 전기적 특성을 가지므로 생체신호 측정 시스템에 결합할 때 전극 배치 정렬 없이 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼을 나타내는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 복수 개의 전극이 각각 다른 위치에 형성된 센서플랫폼을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 생체신호 측정 시스템에서 본 발명의 센서플랫폼을 사용하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 생체신호 측정장치의 3 전극들 사이의 임피던스를 나타낸 그래프이다.

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 용어(terminology)들은 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.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

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.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼을 나타내는 사시도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼을 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼(100)은, 네트 구조물(110) 및 전해질(120)을 포함하는 하이드로젤 시트(130); 및 복수 개의 전극(140)을 포함한다.

본 발명의 일측에 따르면, 네트 구조물(110)은, 전해질(120)을 지지할 수 있는 구조물로서, 절연성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 네트 구조물(110)은, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 이온 전달이 가능하고 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향으로 이온 전달에 장애가 될 수 있으면, 도 1에 도시된 바와 같은 격자 모양의 사각형뿐만 아니라, 다양한 형태가 가능하다. 예를 들어, 삼각형, 오각형, 육각형, 때로는 원형도 가능하다. 네트 구조물(110)은, 상기와 같은 형상을 가지는 부재나 원단, 메쉬 등을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 부직포 원단에 왁스, 엘라스토머 등의 미세 셀 패턴을 프린팅, 광중합 등의 방법으로 전사하여 제조할 수 있다. 이와 같은 네트 구조물(110)의 각각의 형상은 수직 방향으로 전도성 경로를 형성하므로, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향으로의 이온 전달에 대한 전기적인 접촉은 각각 분리된다.

본 발명의 일측에 따르면, 네트 구조물(110)은, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향 이온 전도를 제한하는 비이온전도성일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 하이드로젤 시트(130)는, 전해질(120) 및 수분 함량이 높고 생체적합성이 뛰어난 폴리머의 중합에 의해 제조될 수 있다. 친수성 폴리머는 천연에서 얻을 수 있는 천연 폴리머로서, 예를 들어, 콜라겐, 젤라틴, 피브린, 알긴산, 히알루론산, 키토산 및 덱스트란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 합성 폴리머는, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 (PHEMA), 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리아크릴산(PAAc), 폴리락타이드(PLC), 폴리글리콜라이드(PGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리(카프로락톤락타이드) 랜덤 공중합체(PCLA), 폴리(카프로락톤글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PCGA), 폴리(락타이드글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PLGA) 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

전해질(120)은, 생체적합성 전해질로서, 예를 들어, KCl, NaCl, Na₂SO₄, LiClO₄, K₂SO₄, LiCl, KNO₃, NaNO₃, Li₂SO₄, LiNO₃, NaClO₄ 및 KClO₄로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 복수 개의 전극(140)은, 금속, 전도성 금속 산화물 및 전도성 폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 하이드로젤 시트(130)는 이방성 이온 전도성을 가진다. 즉, 하이드로젤 시트(130)의 수평 방향으로는 이온이 잘 전달되지 않고, 하이드로젤 시트(130)의 수직 방향으로는 이온이 전달되어 생체신호가 수직 방향으로 유효하게 전달되는 것을 의미한다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 이방성 이온 전도성은, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향 임피던스가 10 Hz 기준 2 kohm 이하이고, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향 임피던스가 10 Hz 기준 10 kohm 이상 (5 cm 이상 간격을 가지는 전극 간 측정)인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한, 특정 방향 임피던스는 이온 전도성을 결정하는 요소가 된다. 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향 임피던스가 10 Hz 기준 2 kohm 초과인 경우, 임피던스가 너무 높아 생체 전위 측정 등의 감도가 좋지 않다. AAMI (Association for the Advancement of Medical Instrument)에서는 심전도 측정용 생체 전극의 임피던스에 있어서 두 전극을 마주보게 붙인 후 10 Hz 에서 2 kohm 보다 높지 않아야 적절하다고 규정하고 있다. 또한, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향 임피던스가 10 Hz 기준 10 kohm 미만인 경우, 생체 전위를 측정하고자 하는 두 지점 사이에 전기적 경로 (shunt)가 생기게 되어 이 경로를 통해 전류가 흐르면서 두 지점의 전위차가 낮아지게 되고 이는 생체 전위 측정에 오류를 유발할 수 있다.

따라서, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 우수한 전도도를 가지지만, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향으로는 낮은 전도도를 가진다. 그러므로, 추후에 하이드로젤 시트(130)와 생체신호 측정을 위한 디바이스를 부착할 때, 특별히 하이드로젤 시트(300)와 상기 디바이스의 정렬(align)을 하지 않아도 신체의 다양한 영역에 대해 전기적인 접촉이 가능하다.

도 2a 및 도 2b는 복수 개의 전극이 각각 다른 위치에 형성된 센서플랫폼을 나타내는 사시도이다. 도 2a 및 도 2b에서는 하이드로젤 시트(130) 상에 각각 2개의 전극을 나타내었지만, 이에 제한하지 않고, 복수 개의 전극을 형성할 수 있다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 하이드로젤 시트(130) 상에 복수 개의 전극(140)을 정렬하지 않고, 임의의 위치에 형성된 경우에도, 각 지점에서의 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 이온 전도도가 높고, 하이드로젤 시트 면 수평 방향으로는 이온 전도도가 낮으므로, 각 전극들 간의 전기적 간섭 없이 신체 복수 개의 지점에서 생체 전기 신호를 측정할 수 있다. 따라서, 전극 배치 정렬에 맞추어 개별로 제작되는 하이드로젤 시트와 달리 구조가 단순하므로 대면적 생산이 용이하고, 생체신호 측정 시스템의 종류와 상관없이 적절한 크기로 재단하여 적용 가능하다.

본 발명의 일측에 따르면, 하이드로젤 시트(130)는 신체에 부착 시 불편함이 없어야 하므로, 유연성을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

하이드로젤 시트(130)는, 신체에 부착되어 생체신호를 전달하여야 하고 접착 불량에 의한 노이즈 발생이 없어야 한다. 한편, 상기 수준 이상의 접착력을 가지면서도 피부의 손상, 탈착 시의 통증 및 장기간 사용 시의 피부 괴사 등의 문제점이 없어야 한다. 본 명세서에 기재된 하이드로젤 시트(130)는 별도의 접착제를 사용하지 않고도 일정 수준 이상의 피부 접착성을 가질 수 있다. 상기 피부 접착성은 약 50 g/cm² 이상의 피부 접착력일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 하이드로젤 시트(130)를 지지하는 라이닝 (lining)을 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 라이닝은 하이드로젤 시트(130)의 표면을 보호하는 것으로서, 신체에 붙이기 전에 제거하여 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼의 사시도이다. 도 3을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼을 설명하도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼(200)은, 도전성 입자(210) 및 전해질(220)을 포함하는 하이드로젤 시트(230); 및 복수 개의 전극(240)을 포함한다.

본 발명의 일측에 따르면, 도전성 입자(210)는, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 이온 전도가 되도록 배열되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도전성 입자(210)는, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 높은 농도로 정렬되어 이방성 이온 전도성을 가진다.

본 발명의 일측에 따르면, 도전성 입자(210)는, 비분극성 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비분극성 금속은, 예를 들어, 1족 금속, 2족 금속, 3족 금속, 또는 그들의 혼합물이나, 또는 탄소, 실리콘, 붕소, 또는 기타 금속들과의 합금을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로, 은/염화은 (Ag/AgCl) 또는 금과 같은 귀금속 또는 스테인레스 스틸, 텅스텐을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일측에 따르면, 도전성 입자(210)는, 금속과 상기 금속의 불용성 금속염을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 도전성 입자(210)는, 비분극성 금속과, 상기 금속의 산화물 또는 불용성 금속염을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 도전성 입자(210)는, 코어-쉘 형태로서, 상기 코어는 상기 비분극성 금속을 포함하고 상기 쉘은 상기 산화물 또는 불용성 금속염을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 도전성 입자(210)는, 자성 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도전성 입자(210)가 자성 금속을 포함하는 경우, 수직 정렬이 가능하다.

본 발명의 일측에 따르면, 도전성 입자(210)는 직경이 약 1 nm 내지 약 1000 ㎛, 바람직하게는 약 2 nm 내지 약 100 ㎛인 입자라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 금속 물질, 자성 물질, 또는 자성 합금인 것일 수 있다.

상기 금속 물질은, 예를 들어, Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 자성 물질은, 예를 들어, Co, Fe, Ni, Mn, Gd, Mo, MM'₂O₄, 및 M_xO_y (M 및 M'는 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, 또는 Cr을 나타내고, 0 < x =3, 0 < y =5)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 자성 합금은, 예를 들어, CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 하이드로젤 시트(230)는, 전해질(220) 및 수분 함량이 높고 생체적합성이 뛰어난 폴리머의 중합에 의해 제조될 수 있다. 친수성 폴리머는 천연에서 얻을 수 있는 천연 폴리머로서, 예를 들어, 콜라겐, 젤라틴, 피브린, 알긴산, 히알루론산, 키토산 및 덱스트란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 합성 폴리머는, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 (PHEMA), 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리아크릴산(PAAc), 폴리락타이드(PLC), 폴리글리콜라이드(PGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리 (카프로락톤락타이드) 랜덤 공중합체(PCLA), 폴리(카프로락톤글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PCGA), 폴리(락타이드글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PLGA) 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

전해질(220)은, 생체적합성 전해질로서, 예를 들어, KCl, NaCl, Na₂SO₄, LiClO₄, K₂SO₄, LiCl, KNO₃, NaNO₃, Li₂SO₄, LiNO₃, NaClO₄ 및 KClO₄로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도전성 입자를 포함하는 센서플랫폼의 경우에도, 네트 구조물을 포함하는 센서플랫폼과 마찬가지로, 각 전극들 간의 전기적 간섭 없이 신체 복수 개의 지점에서 생체 전기 신호를 측정할 수 있다. 따라서, 전극 배치 정렬에 맞추어 개별로 제작되는 하이드로젤 시트와 달리, 전극의 위치에 관계없이 적용할 수 있다. 또한, 구조가 단순하고 대면적 생산이 용이하고, 생체신호 측정 시스템의 종류와 상관없이 적절한 크기로 재단하여 적용 가능하다.

본 발명의 일측에 따르면, 하이드로젤 시트(230)는 신체에 부착 시 불편함이 없어야 하므로, 유연성을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 하이드로젤 시트(230)는 이방성 이온 전도성을 가진다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 이방성 이온 전도성은, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향 임피던스가 10 Hz 기준 2 kohm 이하이고, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향 임피던스가 10 Hz 기준 10 kohm 이상 (5 cm 이상 간격을 가지는 전극 간 측정)인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

하이드로젤 시트(230) 역시 별도의 접착제를 사용하지 않고도 약 50 g/cm² 이상의 피부 접착력을 가진다.

본 발명의 일측에 따르면, 하이드로젤 시트(230)를 지지하는 라이닝 (lining)을 더 포함하는 것일 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 4를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼의 제조 방법을 설명하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 센서플랫폼의 제조방법은, 라이닝 상에 네트 구조물을 배치하는 단계(S110), 상기 라이닝 상에, 상기 네트 구조물을 포함하도록 전해질 포함 혼합용액을 도포하여 상기 네트 구조물을 포함하는 하이드로젤 시트를 형성하는 단계(S120), 상기 하이드로젤 시트를 경화시키는 단계(S130) 및 상기 하이드로젤 시트 상에 복수 개의 전극을 형성하는 단계(S140)를 포함한다.

구체적으로, 라이닝 상에 네트 구조물을 배치한다(S110). 하이드로젤 시트의 표면을 보호하기 위한 라이닝 상에 하이드로젤 시트를 지지할 수 있는 구조물로서 네트 구조물을 배치한다.

이어서, 상기 라이닝 상에, 상기 네트 구조물을 포함하도록 전해질 포함 혼합용액을 도포하여 상기 네트 구조물을 포함하는 하이드로젤 시트를 형성한다(S120).

본 발명의 일측에 따르면, 상기 전해질 포함 혼합용액은, 생체적합성 전해질, 모노머, 가교 결합제, 및 광개시제를 포함하는 것일 수 있고, 이 경우, 상기 라이닝 상에 혼합용액을 도입하기 전에 상기 혼합용액에 상기 생체적합성 전해질, 모노머, 가교 결합제, 및 광개시제를 추가하는 단계를 거친다.

본 발명의 일측에 따르면, 적절한 기계적 특성(인장 강도 등)을 지니는 하이드로젤 시트를 제조하기 위해 상기 가교 결합제를 포함할 수 있으며, 일 말단에 알데히드기를 갖는 화합물이라면 어느 물질이든 사용 가능하며, 예를 들어, 상기 가교 결합제로는 에틸렌글리콜 디메틸아크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate), 트리에탄올아민(triethanolamine; TEOA), 글루타알데히드, 디알데히드 전분, 숙신산알데히드 등의 폴리알데히드류를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 모노머의 광중합을 유도하기 위해 광개시제를 포함할 수 있으며, 상기 광개시제는, 예를 들어, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone; DMPA), 2-히드록시-2-메틸프로피오페논(2-hydroxy-2-methylpropipphenone; HOMPP) 및 어가큐어 2959(Irgacure 2959)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 전해질 포함 혼합용액은, 필요에 따라 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine), m-페닐렌디아민(m-phenylenediamine) 및 이들의 조합의 사슬 연장제(chain extender)가 더 포함될 수 있다.

이어서, 상기 하이드로젤 시트를 경화시킨다(S130). 상기 경화는 열 경화 또는 UV 경화로 수행할 수 있다.

이어서, 상기 하이드로젤 시트 상에 복수 개의 전극을 형성한다(S140). 상기 복수 개의 전극은 상기 하이드로젤 시트 상에 일정한 간격을 두고 배열하지 않고, 임의의 위치에 배열할 수 있어서, 복수 개의 전극의 위치와 무관하게 안정된 생체신호를 획득할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼의 제조 방법을 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 센서플랫폼의 제조방법은, 전해질 포함 혼합용액에 도전성 입자를 혼합하여 도전성 입자 포함 혼합용액을 형성하는 단계(S210), 상기 도전성 입자 포함 혼합용액을 라이닝 상에 도포하여 하이드로젤 시트를 형성하는 단계(S220), 상기 도전성 입자를 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열하는 단계(S230), 상기 도포된 혼합용액을 경화시키는 단계(S240) 및 상기 하이드로젤 시트 상에 복수 개의 전극을 형성하는 단계(S250)를 포함한다.

구체적으로, 전해질 포함 혼합용액에 도전성 입자를 혼합하여 도전성 입자 포함 혼합용액을 형성한다(S210).

본 발명의 일측에 따르면, 상기 전해질 포함 혼합용액은, 생체적합성 전해질, 모노머, 가교 결합제, 및 광개시제를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이어서, 상기 도전성 입자 포함 혼합용액을 라이닝 상에 도포하여 하이드로젤 시트를 형성한다(S220).

이어서, 상기 도전성 입자를 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열한다(S230). 특히, 상기 도전성 입자가 자성 금속을 포함하는 경우에는 자성을 이용하여, 즉 자기장을 형성하여 상기 도전성 입자를 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열할 수 있다.

이어서, 상기 도포된 혼합용액을 경화시킨다(S240). 상기 경화는 열 경화 또는 UV 경화로 수행할 수 있다.

이어서, 상기 하이드로젤 시트 상에 복수 개의 전극을 형성한다(S250). 상기 복수 개의 전극은 상기 하이드로젤 시트 상에 일정한 간격을 두고 배열하지 않고, 임의의 위치에 배열할 수 있어서, 복수 개의 전극의 위치와 무관하게 안정된 생체신호를 획득할 수 있다.

도 5는 생체신호 측정 시스템에서 본 발명의 하이드로젤 시트를 사용하는 것을 나타내는 개념도이다. 본 발명의 센서플랫폼(300)을 피부(310) 상에 배치하고, 상기 센서플랫폼(300) 위에 생체 신호를 측정할 수 있는 디바이스(320)를 결합시켜 생체신호 측정 시스템을 형성한다. 상기 센서플랫폼(300)을 일실시예에 따른 네트 구조물을 포함하는 센서플랫폼일 수도 있고, 다른 실시예에 따른 도전성 입자를 포함하는 센서플랫폼일 수도 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[ 실시예 1]

라이닝 상에 네트 구조물을 놓고, 모노머, 가교 결합제, 광개시제, 보습제 및 물을 혼합한 혼합용액을 네트 구조물 상에 도포하였다. 그 후, 도포한 혼합용액 상에 라이닝을 대고 롤러로 밀어 여분의 혼합용액을 제거하고, 네트 구조물을 포함하는 하이드로젤 시트를 형성하였다. 이어서, UV 경화기에 제조된 하이드로젤 시트를 15 분 동안 경화시켜 하이드로젤 시트를 완성하였다.

3 전극이 패터닝된 연성 인쇄회로기판 (Flexible Printed Circuit Board; FPCB)을 상기에서 제조된 하이드로젤 시트 양쪽에 접촉하여 생체신호 측정장치를 제조하였다. 제조된 생체신호 측정장치를 이용하여, 각 전극들 사이의 임피던스를 측정하였다.

도 7은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 5 cm 간격의 전극 3개를 가지는 센서 플랫폼에 있어서 그 임피던스 특성을 나타낸 그래프이다. 센서 플랫폼의 전극 각각에 대해 하이드로젤 시트의 반대 면에 테스트용 전극을 접착하였을 때 각 전극쌍 들 사이의 임피던스는 10 Hz에서 200 ohm으로, AAMI(Association for the Advancement of Medical Instrument) 기준인 2 kohm보다 충분히 낮은 것을 알 수 있었다. 또한 센서 플랫폼에 포함된 동일 수평면 상의 인접한 전극들 사이의 임피던스는 마주보는 전극들 사이의 임피던스보다 1 Hz에서 20 배, 10 Hz에서 100 배 이상 높은 것을 알 수 있었다.

이러한 임피던스 차이로부터 실시예 1의 하이드로젤 시트가 이방성 이온전도성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

[ 실시예 2]

모노머, 가교 결합제, 광개시제, 보습제 및 물을 혼합한 혼합용액에 은 도금된 니켈 입자의 표면에 염화은을 형성한 입자들을 혼합하여 도전성 입자 포함 혼합용액을 제조하였다. 이어서, 도전성 입자 포함 혼합용액을 라이닝 상에 도포하였다. 그 후, 도포한 혼합용액 상에 라이닝을 대고 롤러로 밀어 여분의 혼합용액을 제거하여 하이드로젤 시트를 형성하였다. 이어서, 은 도금된 니켈 입자의 표면에 염화은을 형성한 입자들을 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열하였다. 이어서, UV 경화기에 하이드로젤 시트를 15 분 동안 경화시켜 하이드로젤 시트를 완성하였다.

실시예 2의 하이드로젤 시트를 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 임피던스를 측정한 결과, 마주보는 전극들 사이의 임피던스는 10 Hz에서 220 ohm으로, AAMI 기준인 2 kohm보다 충분히 낮은 것을 알 수 있었다. 또한 동일 수평면 상의 인접한 전극들 사이의 임피던스는 마주보는 전극들 사이의 임피던스보다 1 Hz에서 18 배, 10 Hz에서 120 배 이상 높은 것을 알 수 있었다.

이러한 임피던스 차이로부터 실시예 2의 도전성 입자를 포함하는 하이드로젤 시트 역시 유효한 수준의 이방성 이온전도성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

100: 센서 플랫폼
110: 네트 구조물
120: 전해질
130: 하이드로젤 시트
140: 복수 개의 전극
200: 센서플랫폼
210: 도전성 입자
220: 전해질
230: 하이드로젤 시트
240: 복수 개의 전극
300: 센서플랫폼
310: 피부
320: 생체신호 측정 디바이스

Claims

네트 구조물 및 전해질을 포함하는 하이드로젤 시트; 및
복수 개의 전극;을 포함하는,
센서플랫폼.
도전성 입자 및 전해질을 포함하는 하이드로젤 시트; 및
복수 개의 전극;을 포함하고,
상기 도전성 입자는 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열되어 있는,
센서플랫폼.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하이드로젤 시트는 이방성 이온 전도성을 가지는,
센서플랫폼.
제3항에 있어서,
상기 이방성 이온 전도성은, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향 임피던스가 10 Hz 기준 2 kohm 이하이고, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향 임피던스가 10 Hz 기준 10 kohm 이상 (5 cm 이상 간격을 가지는 전극 간 측정)인,
센서플랫폼.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하이드로젤 시트는 유연성을 가지는,
센서플랫폼.
제1항에 있어서,
상기 네트 구조물은, 상기 하이드로젤 시트 면 수평 방향 이온 전도를 제한하는 비이온전도성인,
센서플랫폼.
제2항에 있어서,
상기 도전성 입자는, 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 이온 전도가 되도록 배열되어 있는,
센서플랫폼.
제2항에 있어서,
상기 도전성 입자는, 비분극성 금속을 포함하는,
센서플랫폼.
제2항에 있어서,
상기 도전성 입자는, 금속과 상기 금속의 불용성 금속염을 포함하는,
센서플랫폼.
제2항에 있어서,
상기 도전성 입자는, 비분극성 금속과, 상기 금속의 산화물 또는 불용성 금속염을 포함하는,
센서플랫폼.
제10항에 있어서,
상기 도전성 입자는, 코어-쉘 형태로서,
상기 코어는 상기 비분극성 금속을 포함하고 상기 쉘은 상기 산화물 또는 불용성 금속염을 포함하는,
센서플랫폼.
제2항에 있어서,
상기 도전성 입자는, 자성 금속을 포함하는,
센서플랫폼.
제1항에 있어서,
상기 하이드로젤 시트는 50 g/cm² 이상의 피부 접착력을 가지는,
센서플랫폼.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하이드로젤 시트를 지지하는 라이닝을 더 포함하는,
센서플랫폼.
라이닝 상에 네트 구조물을 배치하는 단계;
상기 라이닝 상에, 상기 네트 구조물을 포함하도록 전해질 포함 혼합용액을 도포하여 상기 네트 구조물을 포함하는 하이드로젤 시트를 형성하는 단계;
상기 하이드로젤 시트를 경화시키는 단계; 및
상기 하이드로젤 시트 상에 복수 개의 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 센서플랫폼의 제조방법.
전해질 포함 혼합용액에 도전성 입자를 혼합하여 도전성 입자 포함 혼합용액을 형성하는 단계;
상기 도전성 입자 포함 혼합용액을 라이닝 상에 도포하여 하이드로젤 시트를 형성하는 단계;
상기 도전성 입자를 상기 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열하는 단계;
상기 도포된 혼합용액을 경화시키는 단계; 및
상기 하이드로젤 시트 상에 복수 개의 전극을 형성하는 단계;
를 포함하는 센서플랫폼의 제조방법.
제16항에 있어서,
상기 도전성 입자는 자성 금속을 포함하고,
상기 도전성 입자를 하이드로젤 시트 면 수직 방향으로 배열하는 단계는, 자성을 이용하는 것인,
센서플랫폼의 제조방법.
제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 전해질 포함 혼합용액은, 생체적합성 전해질; 모노머; 가교 결합제; 및 광개시제;를 포함하는 센서플랫폼의 제조방법.