KR20150107841A - 캡슐화된 전자 장치 - Google Patents

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KR20150107841A
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electronic module
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제임스 에트즈콘
바백 아미르파르비즈
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구글 인코포레이티드
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Abstract

눈-장착형 장치는 눈의 표면에 장착하도록 구성된 중합체 재료에 내장된 전기 화학 센서를 포함한다. 전기 화학 센서는 눈-장착형 장치가 노출되는 액체에서 분석물질의 농도과 관련되는 센서 측정을 발생하기 위해 분석물질과 반응하는 동작 전극과 기준 전극을 포함한다. 예시적인 조립 공정은 동작 기판 위에 희생층을 형성하고; 희생층 위에 생체 적합 재료의 제1 층을 형성하고; 생체 적합 재료의 제1 층 위에 전자 모듈을 제공하고; 전자 모듈을 덮기 위해 생체 적합 재료의 제2 층을 형성하고; 생체 적합 재료에 의해 완전히 캡슐화된 전자 모듈을 갖는 캡슐화된 구조를 형성하기 위해 생체 적합 재료의 제1 및 제2 층들을 함께 어닐링하는 것을 포함한다.

Description

캡슐화된 전자 장치{ENCAPSULATED ELECTRONICS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 그 전체가 본 명세서에 참고로 도입된, 2013년 1월 15일자 출원된 미국 출원 번호 13/741,725호의 우선권을 주장한다.
본 명세서에서 다르게 표시되지 않는 한, 본 섹션에 설명되는 자료들은 본원의 청구 범위에 대한 종래 기술이 아니며, 본 섹션에 포함되는 것에 의해 종래 기술로 인정되는 것은 아니다.
전기 화학 전류 측정 센서는 센서의 동작 전극에서의 분석물질의 전기 화학 산화 또는 환원 반응들을 통하여 발생된 전류를 측정함으로써 분석물질의 농도를 측정한다. 환원 반응은 전자들이 전극으로부터 분석물질로 이동될 때 발생하고, 반면에 산화 반응은 전자들이 분석물질로부터 전극으로 이동될 때 발생한다. 전자 이동의 방향은 동작 전극에 인가된 전위들에 의존한다. 카운터 전극 및/또는 기준 전극은 동작 전극과 함께 회로를 완성하고 발생된 전류가 흐르게 하는 데 사용된다. 동작 전극이 적절하게 바이어스될 때, 출력 전류는 동작 전극을 둘러싸는 분석물질의 농도의 측정을 제공하도록, 반응 속도에 비례할 수 있다.
일부 예에서, 시약은 원하는 분석물질에 선택적으로 반응하기 위해 동작 전극에 가깝게 국한된다. 예를 들어, 글루코스 옥시다제는 동작 전극 근처에 고정되어 글루코스와 반응하여 과산화수소를 방출할 수 있고, 이 과산화수소는 글루코스의 존재를 나타내기 위해 동작 전극에 의해 전기 화학적으로 검출된다. 다른 효소들 및/또는 시약들은 다른 분석물질들을 검출하는 데 사용될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들은 투명한 중합체 재료, 기판, 안테나, 및 제어기를 포함하는 눈-장착형 장치를 제공한다. 투명한 중합체 재료는 오목면과 볼록면을 가질 수 있다. 오목면은 각막 표면 위에 제거 가능하게 장착되도록 구성될 수 있고 볼록면은 오목면이 그렇게 장착될 때 눈꺼풀 움직임과 맞게 되도록 구성될 수 있다. 기판은 투명한 중합체 재료에 적어도 부분적으로 내장될 수 있다. 기판은 동작 전극과 기준 전극을 포함하는 전기 화학 센서를 포함할 수 있다. 기판은 또한 투명한 중합체 재료에 침투하는 눈물 액이 생체 적합 재료에 의해 전자 모듈로부터 분리되도록 생체 적합 재료 내에 캡슐화된 전자 모듈을 포함할 수 있다. 전자 모듈은 안테나와 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 전기 화학 센서 및 안테나에 전기적으로 접속될 수 있다. 제어기는 눈-장착형 장치가 노출되는 액체 내의 분석물질의 농도와 관련되는 센서 측정을 얻고 안테나를 이용하여 센서 측정을 표시하게끔 전기 화학 센서를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들은 동작 기판 위에 희생층을 형성하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 방법은 희생층 위에 생체 적합 재료의 제1 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 생체 적합 재료의 제1 층 위에 전자 모듈을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 전자 모듈을 덮기 위해 생체 적합 재료의 제2 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 캡슐화된 구조를 형성하기 위해 생체 적합 재료의 제1 및 제2 층들을 함께 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다. 캡슐화된 구조는 생체 적합 재료 내에 완전히 둘러싸인 전자 모듈을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들은 공정에 의해 준비된 장치를 제공한다. 공정은 동작 기판 위에 희생층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 공정은 희생층 위에 생체 적합 재료의 제1 층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 공정은 생체 적합 재료의 제1 층 위에 전자 모듈을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 공정은 전자 모듈을 덮기 위해 생체 적합 재료의 제2 층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 공정은 캡슐화된 구조를 형성하기 위해 생체 적합 재료의 제1 및 제2 층들을 함께 어닐링하는 것을 포함할 수 있다. 캡슐화된 구조는 생체 적합 재료 내에 완전히 둘러싸인 전자 모듈을 포함할 수 있다.
이들 및 다른 양태들, 장점들 및 대안들이 적절한 경우에 첨부 도면들을 참조하여 아래의 상세한 설명을 검토함으로써 본 분야의 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다.
도 1은 외부 판독기와 무선 통신하는 눈-장착형 장치를 포함하는 예시적인 시스템의 블록도이다.
도 2a는 예시적인 눈-장착형 장치의 하면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시한 예시적인 눈-장착형 장치의 측면도이다.
도 2c는 눈의 각막 표면에 장착되는 동안의 도 2a 및 2b에 도시한 예시적인 눈-장착형 장치의 측단면도이다.
도 2d는 도 2c에 도시된 바와 같이 장착될 때 예시적인 눈-장착형 장치의 표면들을 둘러싸는 눈물 막층들을 도시하기 위해 확대된 측단면도이다.
도 3은 눈물 막 분석물질 농도를 전기 화학적으로 측정하기 위한 예시적인 시스템의 기능 블록도이다.
도 4a는 눈물 막 분석물질 농도를 측정하기 위해 눈-장착형 장치에서 전류 측정 센서를 동작시키기 위한 예시적인 공정의 흐름도이다.
도 4b는 눈물 막 분석물질 농도를 측정하기 위해 눈-장착형 장치에서 전류 측정 센서에 질문하도록 외부 판독기를 동작시키기 위한 예시적인 공정의 흐름도이다.
도 5a-5h는 전자 모듈이 캡슐화된 예시적인 구조를 제조하는 단계들을 도시한다.
도 6a는 캡슐화된 구조를 제조하기 위한 예시적인 공정의 흐름도이다.
도 6b는 캡슐화된 구조를 눈-장착형 장치에 통합시키기 위한 예시적인 공정의 흐름도이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따라 구성된 컴퓨터 판독 가능 매체를 도시한다.
아래의 상세한 설명에서는, 그의 일부를 형성하는 첨부 도면들을 참조한다. 도면들에서, 문맥이 달리 표명하지 않는 한, 유사한 부호들은 통상적으로 유사한 구성 소자들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구 범위에서 설명되는 실시예들은 한정되는 것으로 의도하지 않는다. 본 명세서에서 제시되는 주제의 범위로부터 벗어나지 않고서, 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고 도면들에 도시된 바와 같은 본 개시 내용의 양태들은 본 명세서에서 명확히 모두 고려되는 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
I. 개관
눈 감지 플랫폼 또는 임플란트가능한 감지 플랫폼은 중합체 재료에 내장된 기판 위에 모두 위치한 센서, 제어 전자 장치 및 안테나를 포함할 수 있다. 중합체 재료는 눈-장착형 장치 또는 임플란트가능한 의료용 장치와 같은, 안과용 장치에 통합될 수 있다. 제어 전자 장치는 센서를 동작시켜 판독을 수행하고 안테나를 동작시켜 센서로부터의 판독값을 안테나를 통해 무선으로 외부 판독기에 전달할 수 있다.
일부 예에서, 중합체 재료는 눈의 각막 표면에 장착하도록 구성된 오목한 만곡을 갖는 둥근 렌즈의 형태로 될 수 있다. 기판은 각막의 중심 영역에 더 가깝게 받아들여진 입사광과의 간섭을 피하기 위해 중합체 재료의 주변 가까이에 내장될 수 있다. 센서는 각막의 표면 부근으로부터 및/또는 콘택트 렌즈와 각막 표면 사이에 개재된 눈물 액으로부터 임상적으로 관련한 판독값을 발생하도록, 각막 표면을 향하여 안쪽으로 향하도록 기판 상에 배열될 수 있다. 일부 예에서, 센서는 전체적으로 콘택트 렌즈 재료 내에 내장된다. 예를 들어, 동작 전극과 기준 전극을 포함하는 전기 화학 센서는 렌즈 재료 내에 내장될 수 있고 센서 전극들이 각막에 장착하도록 구성된 중합체 표면으로부터 10마이크로미터 미만이도록 위치한다. 센서는 렌즈 재료를 통해 센서 전극들로 확산하는 분석물질의 농도를 나타내는 출력 신호를 발생할 수 있다.
눈 감지 플랫폼은 감지 플랫폼에서 획득된 복사 에너지를 통해 전력이 공급될 수 있다. 전력은 감지 플랫폼에 포함된 광 전지들을 활성화하는 광에 의해 제공될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 전력은 안테나로부터 획득된 무선 주파수 에너지에 의해 제공될 수 있다. 정류기 및/또는 조정기는 획득된 에너지로부터 감지 플랫폼에 전력을 공급하기 위해 안정한 DC 전압을 발생하기 위해 제어 전자 장치와 통합될 수 있다. 안테나는 제어 전자 장치에 접속된 리드들을 갖는 도전성 재료의 루프로서 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 루프 안테나는 안테나로부터의 후방산란 복사를 수정하도록 루프 안테나의 임피던스를 수정함으로써 센서 판독값을 외부 판독기에 무선으로 또한 전달할 수 있다.
눈물 액은 건강 상태들을 진단하는 데 사용될 수 있는 다양한 무기 전해질들(예를 들어, Ca2 +, Mg2 +, Cl-), 유기 성분들(예를 들어, 글루코스, 젖산염, 단백질들, 지질들 등) 등을 포함한다. 이들 분석물질들 중 하나 이상을 측정하도록 구성된 눈 감지 플랫폼은 이로써 건강 상태들을 진단 및/또는 모니터링하는 데 유용한 편리한 비침습식 플랫폼을 제공할 수 있다. 예를 들어, 눈 감지 플랫폼은 글루코스를 감지하도록 구성될 수 있고 그들의 글루코스 레벨들을 측정/모니터링하는 데 당뇨병 환자 개인들이 이용할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들에서, 전자 모듈은 생체 적합 재료에 의해 전체적으로 캡슐화된다. 캡슐화된 전자 모듈은 이후 숙주 반응을 일으키지 않고서 생물학적 액체들과의 접촉을 포함하는 응용들에서 사용될 수 있다. 이러한 캡슐화된 전자 모듈을 제조하기 위한 예시적인 기술이 또한 본 명세서에 개시된다. 전자 모듈은 다층 구조를 구축함으로써 캡슐화될 수 있으며, 여기서 외부 층들은 생체 적합 재료로 구성되고, 내부 층은 전자 모듈을 포함된다. 다층 구조가 조립되고 나서, 생체 적합 재료의 각각의 외부 층들은 전자 모듈 주위의 에지들을 밀봉하기 위해 함께 어닐링될 수 있다. 일부 예에서, 다층 구조는 실리콘 웨이퍼 또는 미세 제조 기판으로서 이용되기에 적합한 다른 실질적으로 평평한 표면과 같은, 동작 기판 위에 조립될 수 있다. 어닐링 공정 동안 동작 기판과 생체 적합 재료 간의 접착을 방지하기 위해, 희생층이 동작 기판과 생체 적합 재료 사이에 삽입될 수 있다. 희생층은 이후 헹궈져 제거되거나, 분해되고, 또는 그렇지 않으면 다층 구조를 동작 기판으로부터 떼어내도록 제거된다.
이러한 생체 적합 캡슐화된 전자 모듈을 제조하기 위한 예시적인 공정이 설명된다. 생체 적합 재료의 제1 층은 증착 또는 다른 미세 제조 기술에 의해 형성된다. 전자 모듈은 이후 생체 적합 재료의 제1 층 위에 제공된다. 생체 적합 재료의 제2 층은 이후 전자 모듈에 의해 걸쳐진 전체 영역 위에 형성된다. 제2 층의 피착 후에, 전자 모듈은 생체 적합 재료의 제1 층과 제2 층 사이에 위치된다. 예를 들어, 전자 모듈의 상부와 하부는 각각 생체 적합 재료의 제1 및 제2 층들에 의해 덮여질 수 있다. 생체 적합 재료의 제1 및 제2 층들은 생체 적합 재료의 제2 층이 생체 적합 재료의 제1 층 바로 위에 피착된 영역들이 전자 모듈의 측면 에지들을 둘러싸도록 전자 모듈보다 더 큰 커버리지 영역에 걸치도록 피착된다.
제1 및 제2 층들은 생체 적합 재료을 어닐링하기에 충분한 온도로 가열된 오븐에 전체 다층 구조를 위치시킴으로써 함께 어닐링된다. 어닐링 후에, 전자 모듈의 측면 에지들을 포함하는, 생체 적합 재료들의 2개의 층들이 서로 직접적으로 접촉한 영역들은 어닐링된 결합에 의해 함께 밀봉된다. 전자 소자들은 이에 의해 생체 적합 재료에 의해 완전히 캡슐화된다. 생체 적합 재료가 파릴렌 C(예를 들어, 디클로로디-p-자일릴렌)인 예에서, 어닐링 온도는 섭씨 150도 내지 200도의 온도일 수 있다.
일부 예에서, 층상 구조는 실리콘 웨이퍼와 같은, 평평한 동작 기판 상에 성장되고, 어닐링 공정은 층상 구조가 동작 기판 상에 있는 동안 실행된다. 또한, 희생층은 생체 적합 재료의 제1 층의 피착 전에 동작 기판 상에 코팅될 수 있다. 희생층은 동작 기판으로부터 생체 적합 재료을 분리하여, 생체 적합 재료가 어닐링 공정 동안 동작 기판에 부착하는 것을 방지한다. 희생층은 포토레지스트 및/또는 실란, 비누 등과 같은 논스틱(non-stick) 코팅일 수 있다. 어닐링 공정 후에, 희생층은 적절한 용액으로 헹구어서 용해함으로써 생체 적합 캡슐화된 전자 장치를 동작 기판으로부터 떼어낸다. 헹굼 용액은 아세톤, 이소프로필 알콜, 및/또는 물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 헹굼 용액은 생체 적합 재료에 영향을 미치지 않고서 희생층을 용해하도록 선택된다.
일부 예에서, 층상 구조는 희생층으로 코팅되지 않는 동작 기판 상에 성장된다. 예를 들어, 생체 적합 재료의 제1 층은 깨끗한 실리콘 웨이퍼와 같은, 동작 기판 위에 직접적으로 도포될 수 있다. 캡슐화될 전자 장치는 이후 생체 적합 재료의 제1 층 위에 제공될 수 있고 생체 적합 재료의 제2 층은 전자 장치 위에 형성될 수 있다. 어닐링 이후에, 생체 적합 캡슐화된 전자 장치는 동작 기판으로부터 박리 제거될 수 있다. 일부 예에서, 생체 적합 재료는, 생체 적합 재료의 층들이 증착 공정에 의해 형성되는 것과 같은, 동작 기판 주위에 등각의 코팅을 형성할 수 있다. 생체 적합 캡슐화된 전자 장치는 동작 기판의 주위를 감싸는 생체 적합 재료의 부분들이 (예를 들어, 원하는 형상으로 캡슐화된 전자 장치 구조를 만들기 위해 생체 적합 재료의 어닐링된 층들을 에칭함으로써) 잘려나간 후에 동작 기판으로부터 박리 제거될 수 있다.
일부 예에서, 층상 구조는 어닐링 후에 원하는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 층상 구조가 동작 기판 상에 성장되는 경우에, 산소 플라즈마가 동작 기판으로부터 캡슐화된 전자 모듈을 헹구기 전에 층상 구조를 에칭하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 층상 구조는 적절한 중합체 재료로 만들어진 눈-장착형 장치의 주변 주위에 내장되도록 구성된 링형 구조를 만들도록 에칭될 수 있다.
전자 모듈은 입사 복사로부터 에너지를 획득하기 위한 전력 획득 시스템(예를 들어, 입사 무선 주파수 복사로부터 에너지를 유도성 획득하기 위한 무선 주파수 안테나 및/또는 입사 가시, 적외선 및/또는 자외선 광으로부터 에너지를 획득하기 위한 광전 전지)을 포함할 수 있다. 이에 의해 캡슐화된 전자 모듈에 무선으로 전력이 공급될 수 있다.
한 예시적인 응용에서, 캡슐화된 생체 상호작용 전자 모듈은 눈-장착형 장치에 내장된다. 눈-장착형 장치는 눈의 각막 표면에 놓이도록 구성된다. 눈-장착형 장치는 안과용 콘택트 렌즈를 위해 사용된 것과 유사한 히드로겔 재료와 같은, 중합체 재료로 구성될 수 있다. 눈-장착형 장치에 포함될 수 있는 생체 상호작용 전자 장치의 일부 예는 눈물 막 분석물질 농도들을 모니터링하기 위한 생체 센서들 및/또는 착용자에 시각적 신호들을 제공하기 위한 눈 근접 디스플레이들을 포함한다. 그러므로, 생체 상호작용 전자 장치는 착용자로부터 정보를 수신(예를 들어, 분석물질 농도 정보를 포착하는 생체 센서) 및/또는 정보를 착용자에게 전달할 수 있다(예를 들어, 정보를 착용자에게 전달하는 눈 근접 디스플레이). 생체 상호작용 전자 장치는 획득된 에너지에 의해 전력이 공급될 수 있고 상당한 온-보드 전원 및/또는 전력 저장소를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 생체 상호작용 전자 장치는 입사 무선 주파수 복사로부터 에너지를 유도성 획득하도록 구성된 통합된 안테나를 통해 및/또는 입사광으로부터 에너지를 획득하도록 구성된 광전 전지를 통해 전력이 공급될 수 있다. 생체 상호작용 전자 모듈은 각각의 중첩하는 에지들을 밀봉하기 위해 함께 어닐링된 생체 적합 재료의 2개의 층들에 의해 생체 적합 재료 내에 캡슐화된다(밀봉된다). 생체 적합 재료는 눈-장착형 장치가 각막 표면 위에 장착되는 동안 눈의 중심 부위 근처의 수광 동공에의 투과 광과의 간섭을 피하도록 눈-장착형 장치의 주변 주위에 위치된 납작한 링으로서 형성될 수 있다.
그러므로, 생체 상호작용 전자 모듈은 생체 적합 기판 내에 모두 캡슐화된 센서, 제어 전자 장치 및 안테나를 갖는 감지 플랫폼일 수 있다. 동작 중에, 제어 전자 장치는 센서를 동작시켜 판독을 수행하고 안테나를 동작시켜 센서로부터의 판독값을 안테나를 통해 외부 판독기에 무선으로 전달할 수 있다. 센서가 전기 화학 센서인 예에서, 제어 전자 장치는 전류 측정 전류를 발생하고, 전류 측정 전류를 측정하고, 안테나를 이용하여 측정된 전류 측정 전류를 외부 판독기에 전달하기에 충분한 동작 전압을 센서 전극들에 인가하도록 구성될 수 있다.
II. 예시적인 눈 전자 플랫폼
도 1은 외부 판독기(180)와 무선 통신하는 눈-장착형 장치(110)를 포함하는 시스템(100)의 블록도이다. 눈-장착형 장치(110)의 노출된 영역은 눈의 각막 표면에 접촉-장착되도록 형성된 중합체 재료(120)로 구성된다. 기판(130)은 전원(140), 제어기(150), 생체 상호작용 전자 장치(160), 및 통신 안테나(170)에 장착 면을 제공하기 위해 중합체 재료(120)에 내장된다. 생체 상호작용 전자 장치(160)는 제어기(150)에 의해 동작된다. 전원(140)은 제어기 및/또는 생체 상호작용 전자 장치(160)에 동작 전압을 공급한다. 안테나(170)는 제어기(150)에 의해 동작되어 눈-장착형 장치(110)에 및/또는 그로부터 정보를 전달한다. 안테나(170), 제어기(150), 전원(140), 및 생체 상호작용 전자 장치(160)는 모두 내장된 기판(130) 상에 위치할 수 있다. 눈-장착형 장치(110)는 전자 장치를 포함하고 눈에 접촉-장착되도록 구성되기 때문에, 본 명세서에서 눈 전자 장치 플랫폼이라고도 한다.
접촉-장착을 가능하게 하기 위해서, 중합체 재료(120)는 (예를 들어, 각막 표면을 코팅하는 눈물 막과의 모세관력에 의해) 습윤화된 각막 표면에 접착("장착")하도록 구성된 오목면을 가질 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 눈-장착형 장치(110)는 오목한 만곡에 기인한 각막 표면과 중합체 재료 간의 진공력에 의해 접착될 수 있다. 눈에 대해 오목면으로 장착되는 동안, 중합체 재료(120)의 외향 표면은 눈-장착형 장치(110)가 눈에 장착되어 있는 동안 눈꺼풀 움직임에 간섭하지 않도록 형성되는 볼록한 만곡을 가질 수 있다. 예를 들어, 중합체 재료(120)는 콘택트 렌즈와 유사하게 형성된 실질적으로 투명한 만곡된 중합체 디스크일 수 있다.
중합체 재료(120)는 콘텐트 렌즈 또는 각막 표면과의 직접적 접촉을 수반하는 다른 안과적 응용에서 이용하기 위해 채용되는 것들과 같은, 하나 이상의 생체 적합 재료를 포함할 수 있다. 중합체 재료(120)는 선택적으로 이러한 생체 적합 재료로부터 부분적으로 형성될 수 있고 또는 이러한 생체 적합 재료에 의한 외부 코팅을 포함할 수 있다. 중합체 재료(120)는 하이드로겔 등과 같은, 각막 표면을 습윤화하도록 구성된 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 중합체 재료(120)는 착용자 편리성을 향상시키기 위해 변형가능한("비강성") 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 중합체 재료(120)는 콘택트 렌즈에 의해 제공될 수 있는 것과 같이, 소정의 시야-교정 광학 배율을 제공하도록 형성될 수 있다.
기판(130)은 생체 상호작용 전자 장치(160), 제어기(150), 전원(140), 및 안테나(170)를 장착하기에 적합한 하나 이상의 표면을 포함한다. 기판(130)은 (예를 들어, 접속 패드들에의 플립-칩에 의해) 칩 기반 회로를 위한 장착 플랫폼 및/또는 전극들, 인터커넥트들, 접속 패드들, 안테나들 등을 만들기 위해 도전성 재료들(예를 들어, 금, 백금, 팔라듐, 티타늄, 구리, 알루미늄, 은, 금속들, 다른 도전성 재료들, 이들의 조합 등)을 패터닝하기 위한 플랫폼으로서 모두 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 실질적으로 투명한 도전성 재료들(예를 들어, 산화 인듐 주석)은 회로, 전극들 등을 형성하기 위해 기판(130) 위에 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 안테나(170)는 피착, 포토리소그래피, 전기 도금 등에 의해 기판(130) 위에 금 또는 다른 도전성 재료의 패턴을 형성함으로써 형성될 수 있다. 유사하게, 각각 제어기(150)와 생체 상호작용 전자 장치(160) 사이, 및 제어기(150)와 안테나(170) 사이의 인터커넥트들(151, 157)이 기판(130) 상에 도전성 재료들의 적합한 패턴들을 피착함으로써 형성될 수 있다. 포토레지스트들, 마스크들, 피착 기술들, 및/또는 도금 기술들의 사용을, 제한 없이, 포함하는 미세 제조 기술들의 조합이 기판(130) 상에 재료들을 패터닝하는 데 사용될 수 있다. 기판(130)은 중합체 재료(120) 내의 회로 및/또는 칩 기반 전자 장치를 구조적으로 지지하도록 구성된 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 또는 다른 재료 등의, 비교적 강성 재료일 수 있다. 눈-장착형 장치(110)는 대안적으로 단일 기판이 아니라 비접속 기판들의 그룹으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제어기(150)와 생체 센서 또는 다른 생체 상호작용 전자 소자는 하나의 기판에 장착될 수 있지만, 안테나(170)는 다른 기판에 장착될 수 있고 이 둘은 인터커넥트들(157)을 통해 전기적으로 접속될 수 있다.
일부 실시예들에서, 생체 상호작용 전자 장치(160)(및 기판(130))는 눈-장착형 장치(110)의 중심으로부터 떨어져 배치될 수 있음으로써 눈의 중심의 광 감지 부위로의 광 투과와의 간섭을 피할 수 있다. 예를 들어, 눈-장착형 장치(110)가 오목하게-만곡된 디스크로서 형성되는 경우, 기판(130)은 디스크의 주변(예를 들어, 외곽 원주 부근) 주위에 내장될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 생체 상호작용 전자 장치(160)(및 기판(130))는 눈-장착형 장치(110)의 중심 영역 안이나 부근에 배치될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 생체 상호작용 전자 장치(160) 및/또는 기판(130)은 눈으로의 광 투과와의 간섭을 완화하도록 들어오는 가시광에 대해 실질적으로 투명할 수 있다. 게다가, 일부 실시예들에서, 생체 상호작용 전자 장치(160)는 디스플레이 명령에 따라 눈에 들어오는 광을 방출 및/또는 투과하는 화소 어레이(164)를 포함할 수 있다. 그러므로, 생체 상호작용 전자 장치(160)는 화소 어레이(164)에 정보(예를 들어, 문자들, 기호들, 번쩍이는 패턴들 등)를 표시함으로써와 같이, 눈-장착형 장치(110)의 착용자가 지각할 수 있는 시각적 신호들을 발생하도록 눈-장착형 장치의 중심에 선택적으로 배치될 수 있다.
기판(130)은 내장된 전자 장치 소자들을 위한 장착 플랫폼을 제공하기에 충분한 방사상 폭 치수를 갖는 납작한 링으로서 형성될 수 있다. 기판(130)은 눈-장착형 장치(110)의 프로파일에 영향을 주지 않고 기판(130)이 중합체 재료(120)에 내장되는 것을 허용하기에 충분히 작은 두께를 가질 수 있다. 기판(130)은 그 위에 장착된 전자 장치를 지지하기 위해 적합한 구조적 안정성을 제공하기에 충분히 큰 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(130)은 약 10밀리미터의 직경, 약 1밀리미터의 방사상 폭(예를 들어, 내경보다 1밀리미터 큰 외경), 및 약 50마이크로미터의 두께를 갖는 링으로서 형성될 수 있다. 기판(130)은 눈-장착형 장치(110)의 눈-장착 표면(예를 들어, 볼록면)의 만곡과 선택적으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 기판(130)은 내경과 외경을 정하는 2개의 원형 세그먼트들 사이에 가상 원추의 표면을 따라 형성될 수 있다. 이러한 예에서, 가상 원추의 표면을 따르는 기판(130)의 표면은 그 반경에서 눈 장착 면의 만곡과 대략 정렬된 경사진 표면을 정한다.
전원(140)은 제어기(150) 및 생체 상호작용 전자 장치(160)에 전력을 공급하기 위해 주변 에너지를 획득하도록 구성된다. 예를 들어, 무선 주파수 에너지 획득 안테나(142)는 입사 무선 복사로부터 에너지를 포착할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 태양 전지(들)(144)("광전 전지들")는 들어오는 자외선, 가시선, 및/또는 적외선 복사로부터 에너지를 포착할 수 있다. 또한, 주변 진동으로부터 에너지를 포착하기 위해 관성 에너지 포집 시스템이 포함될 수 있다. 에너지 획득 안테나(142)는 선택적으로 외부 판독기(180)에 정보를 전달하는 데 역시 이용되는 이중 목적 안테나일 수 있다. 즉, 통신 안테나(170)와 에너지 획득 안테나(142)의 기능들은 동일한 물리적 안테나로 달성될 수 있다.
정류기/조정기(146)는 포착된 에너지를 제어기(150)에 공급되는 안정한 DC 공급 전압(141)으로 조절하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 에너지 획득 안테나(142)는 입사 무선 주파수 복사를 수신할 수 있다. 안테나(142)의 리드들 상의 변화하는 전기 신호들이 정류기/조정기(146)에 출력된다. 정류기/조정기(146)는 변화하는 전기 신호를 DC 전압으로 정류하고 정류된 DC 전압을 제어기(150)를 동작하기에 적합한 레벨로 조정한다. 추가로 또는 대안적으로, 태양 전지(들)(144)로부터의 출력 전압은 제어기(150)를 동작시키기에 적합한 레벨로 조정될 수 있다. 정류기/조정기(146)는 주변 에너지 수집 안테나(142) 및/또는 태양 전지(들)(144) 내의 고주파 변동을 완화하기 위해 하나 이상의 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 에너지 저장 장치(예를 들어, 커패시터, 인덕터 등)는 DC 공급 전압(141)을 조정하기 위해 정류기(146)의 출력들 양단에 병렬로 접속되어 저역 통과 필터로서 기능하도록 구성될 수 있다.
제어기(150)는 DC 공급 전압(141)이 제어기(150)에 제공될 때 온으로 되고, 제어기(150) 내의 로직은 생체 상호작용 전자 장치(160)와 안테나(170)를 동작시킨다. 제어기(150)는 눈-장착형 장치(110)의 생물학적 환경과 상호작용하도록 생체 상호작용 전자 장치(160)를 동작시키도록 구성된 로직 회로를 포함할 수 있다. 상호작용은 생물학적 환경으로부터 입력을 얻기 위해 생체 상호작용 전자 장치(160) 내에서, 분석물질 생체 센서(162) 등의 하나 이상의 소자의 이용을 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 상호작용은 생물학적 환경에 출력을 제공하기 위해, 화소 어레이(164) 등의 하나 이상의 소자의 이용을 포함할 수 있다.
한 예에서, 제어기(150)는 분석물질 생체 센서(162)를 동작시키도록 구성된 센서 인터페이스 모듈(152)을 포함한다. 분석물질 생체 센서(162)는, 예를 들어 동작 전극과 기준 전극을 포함하는 전류 측정 전기 화학 센서일 수 있다. 전압은 분석물질이 동작 전극에서 전기 화학 반응(예를 들어, 환원 및/또는 산화 반응)을 겪게 하기 위해 동작 전극과 기준 전극 사이에 인가될 수 있다. 전기 화학 반응은 동작 전극을 통해 측정될 수 있는 전류 측정 전류를 발생할 수 있다. 전류 측정 전류는 분석물질 농도에 의존할 수 있다. 그러므로, 동작 전극을 통해 측정된 전류 측정 전류의 양은 분석물질 농도의 표시를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 인터페이스 모듈(152)은 동작 전극을 통하는 전류를 측정하면서 동작 전극과 기준 전극 사이에 전압차를 인가하도록 구성된 일정 전위기일 수 있다.
일부 예에서, 시약은 하나 이상의 원하는 분석물질에 전기 화학 센서를 민감하게 하기 위해 또한 포함될 수 있다. 예를 들어, 동작 전극에 근접한 글루코스 옥시다제("GOD")의 층은 과산화수소(H2O2)를 발생하기 위해 글루코스 산화를 촉진시킬 수 있다. 과산화수소는 이후 동작 전극에서 전기 산화될 수 있고, 이것은 동작 전극에 전자들을 방출하여, 동작 전극을 통해 측정될 수 있는 전류 측정 전류를 가져다 준다.
글루코스 + O2
Figure pct00001
H2O2 + 글루코노락톤
H2O2 → 2 H+ + O2 + 2 e-
환원 또는 산화 반응에 의해 발생된 전류는 반응 속도에 대략 비례한다. 또한, 반응 속도는 직접 또는 시약을 통한 촉매 반응에 의해, 환원 또는 산화 반응을 촉진하기 위해 전기 화학 센서 전극에 도달하는 분석물질 분자의 비율에 의존한다. 정상 상태에서, 분석물질이 추가의 분석물질 분자가 주변 영역으로부터 샘플링된 영역에 확산되는 속도와 대략 동일한 속도로 샘플링된 영역으로부터 전기 화학적 센서 전극에 확산되는 경우에, 반응 속도는 분석물질 분자의 농도에 대략 비례한다. 따라서, 동작 전극을 통해 측정된 전류는 분석물질 농도의 표시를 제공한다.
제어기(150)는 화소 어레이(164)를 동작시키기 위한 디스플레이 드라이버 모듈(154)을 선택적으로 포함할 수 있다. 화소 어레이(164)는 행과 열로 배열된 별개로 프로그램가능한 광 투과, 광 반사, 및/또는 광 방출 화소들의 어레이일 수 있다. 개개의 화소 회로는 디스플레이 드라이버 모듈(154)로부터의 정보에 따라 광을 선택적으로 투과, 반사, 및/또는 방출하기 위해, 액정 기술, 마이크로전자기계 기술, 발광 다이오드 기술을 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 화소 어레이(164)는 시각적 콘텐츠를 컬러로 렌더링하기 위해 하나보다 많은 색상의 화소(예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색 화소)를 또한 선택적으로 포함할 수 있다. 디스플레이 드라이버 모듈(154)은, 예를 들어 화소 어레이(164) 내의 별개로 프로그램된 화소들에 프로그래밍 정보를 제공하는 하나 이상의 데이터 라인과 이러한 프로그래밍 정보를 수신하도록 화소의 그룹을 설정하기 위한 하나 이상의 어드레싱 라인을 포함할 수 있다. 눈 위에 위치한 이러한 화소 어레이(164)는 화소 어레이(164)로부터의 광을 눈이 인지할 수 있는 초점 면으로 향하게 하기 위한 하나 이상의 렌즈를 또한 포함할 수 있다.
제어기(150)는 안테나(170)를 통해 정보를 송신 및/또는 수신하기 위한 통신 회로(156)를 또한 포함할 수 있다. 통신 회로(156)는 안테나(170)에 의해 송신 및/또는 수신될 캐리어 주파수 상의 정보를 변조 및/또는 복조하기 위해 하나 이상의 발진기, 믹서, 주파수 인젝터 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 예에서, 눈-장착형 장치(110)는 외부 판독기(180)가 인지할 수 있는 방식으로 안테나(170)의 임피던스를 변조함으로써 생체 센서로부터의 출력을 표시하도록 구성된다. 예를 들어, 통신 회로(156)는 안테나(170)로부터의 후방산란(backscatter) 복사의 진폭, 위상, 및/또는 주파수에서의 변동을 야기할 수 있고, 이러한 변동은 판독기(180)에 의해 검출될 수 있다.
제어기(150)는 인터커넥트들(151)을 통해 생체 상호작용 전자 장치(160)에 접속된다. 예를 들어, 제어기(150)가 센서 인터페이스 모듈(152) 및/또는 디스플레이 드라이버 모듈(154)을 형성하기 위해 집적 회로로 구현된 로직 요소들을 포함하는 경우, 패터닝된 도전성 재료(예를 들어, 금, 백금, 팔라듐, 티타늄, 구리, 알루미늄, 은, 금속들 및 이들의 조합 등)는 칩 상의 단자를 생체 상호작용 전자 장치(160)에 접속할 수 있다. 유사하게, 제어기(150)는 인터커넥트들(157)을 통해 안테나(170)에 접속된다.
도 1에 도시된 블록도는 설명의 편의를 위해 기능 모듈들과 관련하여 설명된다는 점에 유의한다. 그러나, 눈-장착형 장치(110)의 실시예들은 단일 칩, 집적 회로, 및/또는 물리적 소자로 구현된 기능 모듈들("서브 시스템들") 중 하나 이상으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 정류기/조정기(146)가 전원 블록(140) 내에 도시되어 있지만, 정류기/조정기(146)는 제어기(150)의 로직 요소들 및/또는 눈-장착형 장치(110) 내의 내장된 전자 장치의 다른 부분들을 또한 포함하는 칩 내에 구현될 수 있다. 따라서, 전원(140)으로부터 제어기(150)에 제공되는 DC 공급 전압(141)은 동일한 칩 내에 위치한 정류기 및/또는 조정기 소자들에 의해 칩 상의 소자들에 제공되는 공급 전압일 수 있다. 즉, 전원 블록(140)과 제어기 블록(150)으로서 도시한 도 1의 기능 블록들은 물리적으로 분리된 모듈들로 구현될 필요는 없다. 게다가, 도 1에 설명된 기능 모듈들 중 하나 이상은 서로 전기적으로 접속되어 있는 별도로 패키징된 칩들에 의해 구현될 수 있다.
추가로 또는 대안적으로, 에너지 획득 안테나(142)와 통신 안테나(170)는 동일한 물리적 안테나로 구현될 수 있다. 예를 들어, 루프 안테나는 전력 발생을 위해 입사 복사를 획득할 수 있으면서 후방산란 복사를 통해 정보를 전달할 수 있다.
외부 판독기(180)는 눈-장착형 장치(110)에 및 이로부터 무선 신호(171)를 송신 및 수신하기 위해 안테나(188)(또는 하나보다 많은 안테나의 그룹)를 포함한다. 외부 판독기(180)는 메모리(182)와 통신하는 프로세서(186)를 갖춘 컴퓨팅 시스템을 또한 포함한다. 메모리(182)는 프로세서(186)에 의해 판독 가능한 자기 디스크, 광 디스크, 유기 메모리, 및/또는 임의의 다른 휘발성(예를 들어, RAM) 또는 비휘발성(예를 들어, ROM) 저장 시스템을, 제한 없이, 포함할 수 있는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체이다. 메모리(182)는 (예를 들어, 분석물질 생체 센서(162)로부터의) 센서 판독값들, (예를 들어, 눈-장착형 장치(110) 및/또는 외부 판독기(180)의 거동을 조절하기 위한) 프로그램 설정들 등과 같은, 데이터의 표시들을 저장하기 위해 데이터 스토리지(183)를 포함할 수 있다. 메모리(182)는 외부 판독기(180)가 명령어들(184)에 의해 지정된 처리들을 수행하게 하기 위해 프로세서(186)에 의한 실행을 위한 프로그램 명령어들(184)을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로그램 명령어들(184)은 외부 판독기(180)로 하여금 눈-장착형 장치(110)로부터 전달된 정보(예를 들어, 분석물질 생체 센서(162)로부터의 센서 출력)를 회수하는 것을 허용하는 사용자-인터페이스를 제공하게 할 수 있다. 외부 판독기(180)는 무선 신호들(171)을 눈-장착형 장치(110)에 및 이로부터 송신 및 수신하기 위해 안테나(188)를 동작시키기 위한 하나 이상의 하드웨어 소자를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 발진기, 주파수 인젝터, 인코더, 디코더, 증폭기, 필터 등은 프로세서(186)로부터의 명령어에 따라 안테나(188)를 구동할 수 있다.
외부 판독기(180)는 무선 통신 링크(171)를 제공하기에 충분한 무선 접속을 갖춘 스마트폰, 디지털 어시스턴트, 또는 다른 휴대형 컴퓨팅 장치일 수 있다. 외부 판독기(180)는 통신 링크(171)가 휴대형 컴퓨팅 장치에 보통 채용되지 않는 캐리어 주파수에서 동작하는 예에서와 같이, 휴대형 컴퓨팅 장치 내에 플러그될 수 있는 안테나 모듈로서 또한 구현될 수 있다. 일부 예에서, 외부 판독기(180)는 비교적 착용자의 눈 가까이에 착용되어 무선 통신 링크(171)가 더 낮은 전력 예산으로 동작하는 것을 허용하도록 구성된 특수-목적 장치이다. 예를 들어, 외부 판독기(180)는 목걸이, 귀걸이 등의 보석류에 통합되거나, 모자, 머리띠 등의 머리 부근에 착용하는 의류 제품에 통합될 수 있다.
눈-장착형 장치(110)가 분석물질 생체 센서(162)를 포함하는 예에서, 시스템(100)은 눈의 표면 위의 눈물 막 내의 분석물질 농도를 모니터링하도록 동작될 수 있다. 따라서, 눈-장착형 장치(110)는 눈 분석물질 생체 센서를 위한 플랫폼으로서 구성될 수 있다. 눈물 막은 눈를 코팅하도록 눈물샘으로부터 분비된 수분 층이다. 눈물 막은 눈의 구조 내의 모세관을 통한 혈액 공급과 접촉하며 사람의 건강 상태(들)을 특성화하기 위해 분석되는 혈액에서 발견되는 많은 생체 지표들을 포함한다. 예를 들어, 눈물 막은 클루코스, 칼슘, 나트륨, 콜레스테롤, 갈륨, 다른 생체 지표들 등을 포함한다. 눈물 막 내의 생체 지표 농도는 혈액 내의 생체 지표의 대응하는 농도와 조직적으로 상이할 수 있지만, 2개의 농도 레벨간의 관계가 눈물 막 생체 지표 농도 값을 혈액 농도 레벨로 맵핑하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 글루코스의 눈물 막 농도는 대응하는 혈액 글루코스 농도의 약 1/10이 되도록 설정(예를 들어, 경험적으로 결정)될 수 있다. 그러나, 다른 비율 관계 및/또는 비율이 아닌 관계가 이용될 수 있다. 따라서, 눈물 막 분석물질 농도 레벨을 측정하는 것은 사람의 신체 외부로 분석될 소정 양의 혈액을 빼냄으로써 수행되는 혈액 샘플링 기술에 비해 생체 지표 레벨을 모니터링하기 위한 비침습식 기술을 제공한다. 게다가, 본 명세서에 개시되는 눈 분석물질 생체 센서 플랫폼은 실질적으로 연속적으로 동작될 수 있어서 분석물질 농도의 실시간 모니터링을 가능케 한다.
눈물 막 분석물질 모니터로서 구성된 시스템(100)으로 판독을 수행하기 위해, 외부 판독기(180)는 전원(140)을 통해 눈-장착형 장치(110)에 전력을 공급하기 위해 획득된 무선 주파수 복사(171)를 방출할 수 있다. 에너지 획득 안테나(142) (및/또는 통신 안테나(170))에 의해 포착된 무선 주파수 전기 신호들은 정류기/조정기(146)에서 정류 및/또는 조정되고 조정된 DC 공급 전압(147)은 제어기(150)에 제공된다. 따라서, 무선 주파수 복사(171)는 눈-장착형 장치(110) 내의 전자 소자들을 온시킨다. 온으로 되면, 제어기(150)는 분석물질 생체 센서(162)를 동작시켜 분석물질 농도 레벨을 측정한다. 예를 들어, 센서 인터페이스 모듈(152)은 분석물질 생체 센서(162) 내의 동작 전극과 기준 전극 사이에 전압을 인가할 수 있다. 인가된 전압은 분석물질로 하여금 동작 전극에서 전기 화학적 반응을 겪고 이에 의해 동작 전극을 통해 측정될 수 있는 전류 측정 전류를 발생하게 하기에 충분할 수 있다. 측정된 전류 측정 전류는 분석물질 농도를 나타내는 센서 판독값("결과")을 제공할 수 있다. 제어기(150)는 (예를 들어, 통신 회로(156)를 통해) 외부 판독기(180)에 센서 판독값을 다시 전달하기 위해 안테나(170)를 동작시킬 수 있다. 센서 판독값은, 예를 들어 임피던스에서의 변조가 외부 판독기(180)에 의해 검출되도록 통신 안테나(170)의 임피던스를 변조함으로써 전달될 수 있다. 안테나 임피던스에서의 변조는, 예를 들어 안테나(170)로부터의 후방산란 복사에 의해 검출될 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 제어기(150) 및 전자 장치(160)에 전력을 공급하기 위해 눈-장착형 장치(110)에 비연속적으로("간헐적으로") 에너지를 공급하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 무선 주파수 복사(171)는 눈물 막 분석물질 농도 측정을 수행하고 그 결과를 전달하기에 충분히 오래 동안 눈-장착형 장치(110)를 가동하도록 공급될 수 있다. 예를 들어, 공급된 무선 주파수 복사는 동작 전극에서의 전기 화학적 반응을 유도하기에 충분한 전위를 동작 전극과 기준 전극 사이에 인가하고, 결과적 전류 측정 전류를 측정하고, 측정된 전류를 나타내는 방식으로 후방산란을 조정하기 위해 안테나 임피던스를 변조하기에 충분한 전력을 제공할 수 있다. 이러한 예에서, 공급된 무선 주파수 복사(171)는 측정을 요구하기 위한 외부 판독기(180)로부터 눈-장착형 장치(110)로의 질의 신호로 간주될 수 있다. (예를 들어, 장치를 일시적으로 온시키기 위해 무선 주파수 복사(171)를 공급함으로써) 눈-장착형 장치(110)에 주기적으로 질문하고 (예를 들어, 데이터 스토리지(183)를 통해) 센서 결과를 저장함으로써, 외부 판독기(180)는 눈-장착형 장치(110)에 계속 전력을 공급하지 않고도 시간에 따른 일련의 분석물질 농도 측정을 누적할 수 있다.
도 2a는 예시적인 눈-장착형 전자 장치(210)(또는 눈 전자 플랫폼)의 하면도이다. 도 2b는 도 2a에 도시한 예시적인 눈-장착형 전자 장치의 측면도이다. 도 2a 및 도 2b의 상대적 치수는 반드시 축척 비율대로 그려진 것은 아니고, 예시적인 눈-장착형 전자 장치(210)의 구조를 기술하는 데 단지 설명의 목적을 위해 제공되었다는 점에 유의한다. 눈-장착형 장치(210)는 만곡된 디스크로서 형성된 중합체 재료(220)로 형성된다. 중합체 재료(220)는 눈-장착형 장치(210)가 눈에 장착되어 있는 동안 입사 광이 눈으로 투과되게 하는 실질적으로 투명한 재료일 수 있다. 중합체 재료(220)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET"), 폴리메틸 메타크릴레이트("PMMA"), 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트("폴리헤마"), 실리콘 하이드로겔, 이들의 조합 등과 같은, 시력에서의 시야 교정 및/또는 미용 콘택트 렌즈들을 형성하기 위해 사용된 것들과 유사한 생체 적합 재료일 수 있다. 중합체 재료(220)는 한 측이 눈의 각막 표면 위에 맞게 되어 있는 오목면(226)을 갖도록 형성될 수 있다. 디스크의 반대 측은 눈-장착형 장치(210)가 눈에 장착되어 있는 동안 눈꺼풀 움직임에 간섭하지 않는 볼록면(224)을 가질 수 있다. 원형 외측 에지(228)는 오목면(224)과 볼록면(226)을 연결시킨다.
눈-장착형 장치(210)는 약 1센티미터의 직경 및 약 0.1 내지 약 0.5밀리미터의 두께 등의, 시야 교정 및/또는 미용 콘택트 렌즈와 유사한 치수를 가질 수 있다. 그러나, 직경 및 두께 값은 단지 설명의 목적을 위해 제공된 것이다. 일부 실시예들에서, 눈-장착형 장치(210)의 치수는 착용자의 눈의 각막 표면의 크기 및/또는 형상에 따라 선택될 수 있다.
중합체 재료(220)는 다양한 방식으로 만곡된 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열 몰딩, 주입 몰딩, 스핀 캐스팅과 같은, 시야 교정 콘택트 렌즈를 형성하기 위해 사용된 것들과 유사한 기술이 중합체 재료(220)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 눈-장착형 장치(210)가 눈에 장착되어 있는 동안, 볼록면(224)은 주위 환경 쪽으로 밖으로 향하고 오목면(226)은 각막 표면 쪽으로 안으로 향한다. 따라서, 볼록면(224)은 눈-장착형 장치(210)의 외측 상부 면으로 간주될 수 있고 오목면(226)은 내측 하부 면으로 간주될 수 있다. 도 2a에 도시한 "하면"도는 오목면(226)을 향하고 있는 것이다. 도 2a에 도시한 하면도로부터, 만곡된 디스크의 외곽 원주 근처의, 바깥 둘레(222)는 지면 밖으로 확장하도록 만곡되고, 디스크의 중심 근처의, 중심 영역(221)은 지면 안으로 확장하도록 만곡된다.
기판(230)은 중합체 재료(220)에 내장된다. 기판(230)은 중심 영역(221)으로부터 멀리, 중합체 재료(220)의 바깥 둘레(222)를 따라 위치하도록 내장될 수 있다. 기판(230)은 시야에 간섭하지 않는데, 그 이유는 기판이 눈에 너무 가까이 있어서 초점 내에 있지 않고 입사 광이 눈의 눈-감지 부위로 투과되는 중심 영역(221)으로부터 떨어져 배치되기 때문이다. 게다가, 기판(230)은 시각적 인지에 미치는 영향을 더욱 완화하도록 투명한 재료로 형성될 수 있다.
기판(230)은 납작한 원형의 링(예를 들어, 중심 홀을 갖는 디스크)으로서 형성될 수 있다. (예를 들어, 방사상 폭을 따르는) 기판(230)의 평평한 표면은 (예를 들어, 플립-칩 장착을 통해) 칩 등의 전자 장치를 장착하고 (예를 들어, 포토리소그래피, 피착, 도금 등의 미세 제조 기술을 통해) 도전성 재료를 패터닝하여 전극들, 안테나(들), 및/또는 인터커넥션들을 형성하기 위한 플랫폼이다. 기판(230) 및 중합체 재료(220)는 공통의 중심 축에 관해 대략 원통형 대칭일 수 있다. 기판(230)은, 예를 들어 약 10밀리미터의 직경, 약 1밀리미터의 방사상 폭(예를 들어, 내경보다 1밀리미터 큰 외경), 및 약 50마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 치수는 단지 예의 목적을 위해 제공되고, 결코 본 개시를 제한하지 않는다. 기판(230)은 위에 도 1과 관련한 기판(130)의 논의와 유사하게, 다양한 다른 폼 팩터로 구현될 수 있다.
루프 안테나(270), 제어기(250), 및 생체 상호작용 전자 장치(260)는 내장된 기판(230) 상에 배치된다. 제어기(250)는 생체 상호작용 전자 장치(260) 및 루프 안테나(270)를 동작시키도록 구성된 로직 요소를 포함하는 칩일 수 있다. 제어기(250)는 기판(230) 상에 또한 위치한 인터커넥트(257)에 의해 루프 안테나(270)에 전기적으로 접속된다. 유사하게, 제어기(250)는 인터커넥트(251)에 의해 생체 상호작용 전자 장치(260)에 전기적으로 접속된다. 인터커넥트들(251, 257), 루프 안테나(270), 및 (예를 들어, 전기 화학 분석물질 생체 센서 등을 위한) 임의의 도전성 전극들은 피착, 포토리소그래피 등과 같이, 이러한 재료들을 정확히 패터닝하기 위한 공정에 의해 기판(230) 상에 패터닝된 도전성 재료들로부터 형성될 수 있다. 기판(230) 상에 패터닝된 도전성 재료들은, 예를 들어 금, 백금, 팔라듐, 티타늄, 탄소, 알루미늄, 구리, 은, 은-염화물, 불활성 재료들로 형성된 도전체, 금속들, 이들의 조합 등일 수 있다.
눈-장착형 장치(210)의 오목면(226)을 향하는 도면인 도 2a에 도시된 바와 같이, 생체 상호작용 전자 모듈(260)은 오목면(226)을 향하는 기판(230)의 측에 장착된다. 생체 상호작용 전자 모듈(260)이 분석물질 생체 센서를 포함하는 경우, 예를 들어, 기판(230) 상의 이러한 생체 센서를 오목면(226)에 가깝게 장착하면, 생체 센서가 눈의 표면 부근의 눈물 막의 분석물질 농도를 감지할 수 있다. 그러나, 기판(230) 위에 위치한 전자 장치, 전극들 등은 "안으로" 향하는 측(예를 들어, 오목면(226)에 가장 가까이 위치됨) 또는 "밖으로" 향하는 측(예를 들어, 볼록면(224)에 가장 가까이 위치됨)에 장착될 수 있다. 게다가, 일부 실시예들에서, 일부 전자 소자들은 기판(230)의 한 측에 장착될 수 있는 반면, 다른 전자 소자들은 반대 측에 장착되고, 이 둘 간의 접속은 기판(230)을 관통하는 도전성 재료를 통해 이루어질 수 있다.
루프 안테나(270)는 평평한 도전성 링을 형성하기 위해 기판의 평평한 표면을 따라 패터닝된 도전성 재료의 층이다. 일부 예에서, 루프 안테나(270)는 완전한 루프를 만들지 않고서 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(270)는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 제어기(250) 및 생체 상호작용 전자 장치(260)를 위한 공간을 허용하는 컷아웃을 가질 수 있다. 그러나, 루프 안테나(270)는 또한 기판(230)의 평평한 표면을 1회 이상 완전히 감싸는 도전성 재료의 연속하는 스트립으로서 배열될 수도 있다. 예를 들어, 복수의 권선을 갖는 도전성 재료의 스트립이 제어기(250) 및 생체 상호작용 전자 장치(260) 반대쪽의 기판(230) 측 상에 패터닝될 수 있다. 이러한 권선형 안테나의 단부들(예를 들어, 안테나 리드들) 간의 인터커넥트들은 다음에 기판(230)을 통해 제어기(250)까지 통과할 수 있다.
도 2c는 눈(10)의 각막 표면(22)에 장착되어 있는 동안의 예시적인 눈-장착형 전자 장치(210)의 측단면도이다. 도 2d는 예시적인 눈-장착형 장치(210)의 노출된 표면들(224, 226)을 둘러싸는 눈물 막 층들(40, 42)을 보여주도록 확대된 근접 측단면도이다. 도 2c 및 도 2d의 상대적 치수는 반드시 축척 비율대로 그려진 것은 아니고, 예시적인 눈-장착형 전자 장치(210)의 구조를 기술하는데 있어서 단지 설명의 목적을 위해 제공되었다는 점에 유의한다. 예를 들어, 눈-장착형 장치의 총 두께는 약 200마이크로미터인 반면, 눈물 막 층들(40, 42)의 두께는 각각 약 10마이크로미터일 수 있지만, 이러한 비율은 도면들에서 반영되지 않을 수도 있다. 일부 도시된 것들은 예시를 가능하게 하고 설명을 용이하게 하기 위해 과장된다.
눈(10)은 상위 눈꺼풀(30)과 하위 눈꺼풀(32)을 눈(10)의 상부 위에서 함께 붙임으로써 덮이는 각막(20)을 포함한다. 입사 광은 각막(20)을 통해 눈(10)에 들어오고, 여기서, 광은 선택적으로 눈(10)의 광 감지 요소들(예를 들어, 간상체와 추상체 등)로 향하여 시 지각을 자극한다. 눈꺼풀(30, 32)의 움직임은 눈(10)의 노출된 각막 표면(22)에 걸쳐 눈물 막을 분산시킨다. 눈물 막은 눈(10)를 보호하고 윤활시키는 눈물샘에 의해 분비된 수용액이다. 눈-장착형 장치(210)가 눈(10)에 장착될 때, 눈물 막은 (오목면(226)을 따르는) 내측 층(40)과 (볼록면(224)을 따르는) 외측 층(42)으로 볼록면과 오목면(224, 226) 양쪽을 코팅한다. 눈물 막 층들(40, 42)은 두께가 약 10마이크로미터이고 함께 약 10마이크로리터를 차지할 수 있다.
눈물 막 층들(40, 42)은 눈꺼풀(30, 32)의 움직임에 의해 각막 표면(22) 및/또는 볼록면(224)에 걸쳐 분포된다. 예를 들어, 눈꺼풀(30, 32)은 각각 열리거나 닫혀서, 각막 표면(22) 및/또는 눈-장착형 장치(210)의 볼록면(224)에 걸쳐 소량의 눈물 막을 확산시킨다. 각막 표면(22) 상의 눈물 막 층(40)은 또한 오목면(226)과 각막 표면(22) 간의 모세관력에 의해 눈-장착형 장치(210)의 장착을 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 눈-장착형 장치(210)는 또한 눈으로 향하는 오목면(226)의 오목한 만곡으로 인해 각막 표면(22)에 대한 진공력에 의해 눈 위에 부분적으로 유지될 수 있다.
도 2c 및 2d의 단면도들에 도시된 바와 같이, 기판(230)은 기판(230)의 평평한 장착 표면들이 대략 오목면(226)의 인접한 부분과 평행하도록 기울어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판(230)은 내향 표면(232)(중합체 재료(220)의 오목면(226)에 더 가까움)과 외향 표면(234)(볼록면(224)에 더 가까움)을 갖는 납작한 링이다. 기판(230)은 장착 표면(232, 234)의 한쪽 또는 양쪽에 장착된 전자 소자들 및/또는 패터닝된 도전성 재료들을 가질 수 있다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 생체 상호작용 전자 장치(260), 제어기(250), 및 도전성 인터커넥트(251)는 생체 상호작용 전자 장치(260)가 그들이 외향 표면(234)에 장착된 경우보다 각막 표면(22)에 근접하여 비교적 가깝도록 내향 표면(232)에 장착된다.
III. 눈의 전기 화학적 분석물질 센서
도 3은 눈물 막 분석물질 농도를 전기 화학적으로 측정하기 위한 시스템(300)의 기능 블록도이다. 시스템(300)은 외부 판독기(340)에 의해 가동되는 내장된 전자 소자들을 갖는 눈-장착형 장치(310)를 포함한다. 눈-장착형 장치(310)는 외부 판독기(340)로부터 무선 주파수 복사(341)를 포착하기 위한 안테나(312)를 포함한다. 눈-장착형 장치(310)는 내장된 전자 장치를 동작시키기 위해 전원 전압들(330, 332)을 발생하기 위한 정류기(314), 에너지 저장소(316), 및 조정기(318)를 포함한다. 눈-장착형 장치(310)는 센서 인터페이스(321)에 의해 구동되는 동작 전극(322) 및 기준 전극(323)을 갖는 전기 화학 센서(320)를 포함한다. 눈-장착형 장치(310)는 안테나(312)의 임피던스를 변조함으로써 센서(320)로부터 외부 판독기(340)에 결과들을 전달하기 위한 하드웨어 로직(324)을 포함한다. 임피던스 변조기(325)(도 3에서 스위치로서 상징적으로 도시됨)는 하드웨어 로직(324)으로부터의 명령어들에 따라 안테나 임피던스를 변조하는 데 사용될 수 있다. 도 1 및 2와 관련하여 위에 논의된 눈-장착형 장치들(110, 210)과 유사하게, 눈-장착형 장치(310)는 눈에 장착되도록 구성된 중합체 재료에 내장된 장착 기판을 포함할 수 있다.
전기 화학 센서(320)는 눈-장착형 장치(310)와 눈 사이에 개재된 눈물 막 층(예를 들어, 눈-장착형 장치(210)와 각막 표면(22) 사이의 내부 눈물 막 층(40))에서의 분석물질 농도를 측정하기 위해 (예를 들어, 기판(230)의 내향면 측(232)의 생체 상호작용 전자 장치(260)에 대응하는) 눈의 표면에 근접한 그러한 기판의 장착 표면 위에 위치할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 전기 화학 센서는 눈-장착형 장치(310)의 노출된 표면을 코팅하는 눈물 막(예를 들어, 중합체 재료(210)의 볼록면(224)과 대기 및/또는 닫힌 눈꺼풀들 사이에 개재된 외부 눈물 막 층(42))에서의 분석물질 농도를 측정하기 위해 (예를 들어, 기판(230)의 외향면 측(234)에 대응하는) 눈의 표면에서 떨어진 그러한 기판의 장착 표면 위에 위치할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전기 화학 센서(320)는 시약에 의해 촉매 작용이 된 분석물질의 산물들이 동작 전극(322)에서 전기 화학적으로 반응(예를 들어, 환원 및/또는 산화 반응)하게 하기에 충분한 전압을 전극들(322, 323) 사이에 인가함으로써 분석물질 농도를 측정한다. 동작 전극(322)에서의 전기 화학 반응들은 동작 전극(322)에서 측정될 수 있는 전류 측정 전류를 발생한다. 센서 인터페이스(321)는, 예를 들어, 동작 전극(322)에 시약-촉매 작용된 분석물질로부터의 산물들을 환원시키기 위해 동작 전극(322)과 기준 전극(323) 사이에 환원 전압을 인가한다. 추가로 또는 대안적으로, 센서 인터페이스(321)는 동작 전극(322)에 시약-촉매 작용된 분석물질로부터의 산물들을 산화시키기 위해 동작 전극(322)과 기준 전극(323) 사이에 산화 전압을 인가할 수 있다. 센서 인터페이스(321)는 전류 측정 전류를 측정하고, 출력을 하드웨어 로직(324)에 제공한다. 센서 인터페이스(321)는 예를 들어, 동작 전극(322)과 기준 전극(323) 사이에 전압을 동시에 인가하고 동작 전극(322)을 통해서 결과적인 전류 측정 전류를 측정하기 위해 양쪽 전극들(322, 323)에 접속된 일정 전위기를 포함할 수 있다.
정류기(314), 에너지 저장소(316), 및 전압 조정기(318)는 수신된 무선 주파수 복사(341)로부터 에너지를 획득하도록 동작한다. 무선 주파수 복사(341)는 안테나(312)의 리드들 상에 무선 주파수 전기 신호들을 발생한다. 정류기(314)는 안테나 리드들에 접속되고 무선 주파수 전기 신호들을 DC 전압으로 변환한다. 에너지 저장소(316)(예를 들어, 커패시터)는 DC 전압의 고주파 성분들을 필터링하기 위해 정류기(314)의 출력 양단에 접속된다. 조정기(318)는 필터링된 DC 전압을 수신하고 하드웨어 로직(324)을 동작시키기 위한 디지털 공급 전압(330)과 전기 화학 센서(320)을 동작시키기 위한 아날로그 공급 전압(332) 둘 다를 출력한다. 예를 들어, 아날로그 공급 전압은 전류 측정 전류를 발생하기 위해 센서 전극들(322, 323) 사이에 전압을 인가하도록 센서 인터페이스(321)에 의해 이용된 전압일 수 있다. 디지털 공급 전압(330)은 대략 1.2볼트, 대략 3볼트 등과 같은, 디지털 논리 회로를 구동하는데 적합한 전압일 수 있다. 외부 판독기(340)로부터의 무선 주파수 복사(341)(또는 주위 복사 등과 같은, 또 다른 소스)의 수신은 공급 전압들(330, 332)이 센서(320) 및 하드웨어 로직(324)에 공급되게 한다. 가동되는 동안, 센서(320) 및 하드웨어 로직(324)은 전류 측정 전류를 발생하여 측정하고 결과들을 전달하도록 구성된다.
센서 결과들은 안테나(312)로부터의 후방산란 복사(343)를 통해 외부 판독기(340)에 다시 전달될 수 있다. 하드웨어 로직(324)은 전기 화학 센서(320)로부터 출력 전류를 수신하고 센서(320)에 의해 측정된 전류 측정 전류에 따라 안테나(312)의 임피던스를 변조한다(325). 안테나 임피던스 및/또는 안테나 임피던스의 변화는 후방산란 신호(343)를 통해 외부 판독기(340)에 의해 검출된다. 외부 판독기(340)는 안테나 전단부(342) 및 후방산란 신호(343)에 의해 표시되는 정보를 디코딩하고 디지털 입력들을 처리 시스템(346)에 제공하기 위한 로직 소자들(344)을 포함할 수 있다. 외부 판독기(340)는 후방산란 신호(343)를 센서 결과(예를 들어, 안테나(312)의 임피던스를 센서(320)로부터의 출력과 연관시키는 사전 프로그램된 관계에 따른 처리 시스템(346)을 통해)를 연관시킨다. 처리 시스템(346)은 표시된 센서 결과들(예를 들어, 눈물 막 분석물질 농도 값들)을 (예를 들어, 네트워크를 통하여 외부 메모리와 통신함으로써) 로컬 메모리 및/또는 외부 메모리에 이후 저장할 수 있다.
일부 실시예들에서, 분리된 기능 블록들로 나타내어진 특징들 중 하나 이상은 단일 칩 상에 구현될("패키지될") 수 있다. 예를 들어, 눈-장착형 장치(310)는 단일 칩 또는 제어기 모듈에서 함께 패키지된 정류기(314), 에너지 저장소(316), 전압 조정기(318), 센서 인터페이스(321), 및 하드웨어 로직(324)으로 구현될 수 있다. 이러한 제어기는 루프 안테나(312) 및 센서 전극들(322, 323)에 접속된 인터커넥트들("리드들")을 가질 수 있다. 이러한 제어기는 루프 안테나(312)에서 수신된 에너지를 획득하고, 전류 측정 전류를 발생하기에 충분한 전압을 전극들(322, 323) 사이에 인가하고, 전류 측정 전류를 측정하고, 안테나(312)를 통해(예를 들어, 후방산란 복사(343)를 통하여) 측정된 전류를 표시하도록 동작한다.
도 4a는 눈물 막 분석물질 농도를 측정하기 위해 눈-장착형 장치에서 전류 측정 센서를 동작시키기 위한 공정(400)의 흐름도이다. 무선 주파수 복사는 내장된 전기 화학 센서를 포함하는 눈-장착형 장치 내의 안테나에서 수신된다(402). 수신된 복사로 인한 전기적 신호들은 전기 화학 센서 및 결합된 제어기에 전력을 공급하기 위해 정류되고 조절된다(404). 예를 들어, 정류기 및/또는 조정기는 전기 화학 센서 및/또는 제어기에 전력을 공급하기 위한 DC 공급 전압을 출력하기 위해 안테나 리드에 접속될 수 있다. 동작 전극에서 전기 화학 반응들을 일으키기에 충분한 전압은 전기 화학 센서 상의 동작 전극과 기준 전극 사이에 인가된다(406). 전류 측정 전류는 동작 전극을 통해 측정된다(408). 예를 들어, 일정 전위기는 동작 전극을 통해서 결과적인 전류 측정 전류를 측정하는 동안 동작 전극과 기준 전극 사이에 전압을 인가할 수 있다. 측정된 전류 측정 전류는 안테나를 이용해 무선으로 표시된다(410). 예를 들어, 후방산란 복사는 안테나 임피던스를 변조함으로써 센서 결과를 표시하도록 조작될 수 있다.
도 4b는 눈물 막 분석물질 농도를 측정하기 위해 눈-장착형 장치에서 전류 측정 센서에 질문하도록 외부 판독기를 동작시키기 위한 공정(420)의 흐름도이다. 무선 주파수 복사는 외부 판독기로부터 눈에 장착된 전기 화학 센서로 전송된다(422). 전송된 복사는 측정을 수행하고 결과들를 전달하기에 충분히 오랫동안 복사로부터의 에너지로 전기 화학 센서를 가동하기에 충분하다(422). 예를 들어, 전기 화학 센서에 전력을 공급하는 데 사용된 무선 주파수 복사는 외부 판독기(340)로부터 위에 도 3과 관련하여 설명된 눈-장착형 장치(310)에 전송된 복사(341)와 유사할 수 있다. 외부 판독기는 전기 화학 분석물질 센서에 의한 측정을 표시하는 후방산란 복사를 이후 수신한다(424). 예를 들어, 후방산란 복사는 눈-장착형 장치(310)로부터 위에 도 3과 관련하여 설명된 외부 판독기(340)에 보내진 후방산란 신호들(343)과 유사할 수 있다. 외부 판독기에서 수신한 후방산란 복사는 이후 눈물 막 분석물질 농도와 연관된다(426). 어떤 경우에는, 분석물질 농도 값들은 외부 판독기 메모리(예를 들어, 처리 시스템(346) 내) 및/또는 네트워크 접속된 데이터 스토리지에 저장될 수 있다.
예를 들어, 센서 결과(예를 들어, 측정된 전류 측정 전류)는 후방산란 안테나의 임피던스를 변조함으로써 후방산란 복사에서 인코딩될 수 있다. 외부 판독기는 후방산란 복사의 주파수, 진폭 및/또는 위상 시프트에 기초하여 안테나 임피던스 및/또는 안테나 임피던스의 변화를 검출할 수 있다. 센서 결과는 눈-장착형 장치 내에 사용된 인코딩 루틴을 반전시킴으로써 임피던스 값을 센서 결과와 연관시킴으로써 이후 추출될 수 있다. 그러므로, 판독기는 검출된 안테나 임피던스 값을 전류 측정 전류 값에 맵핑할 수 있다. 전류 측정 전류 값은 전류 측정 전류 및 연관된 눈물 막 분석물질 농도를 관련시킨 감도(예를 들어, 스케일링 인자)을 갖는 눈물 막 분석물질 농도에 대략 비례한다. 감도 값은 예를 들어, 경험적으로 도출된 교정 팩터들에 따라 부분적으로 결정될 수 있다.
IV. 예시적인 생체 적합 캡슐화된 구조의 조립
도 5a-5h는 생체 적합 재료에 전자 장치를 캡슐화하기 위한 공정에서의 단계들을 도시한다. 도 5a-5h에 도시한 예시들은 전자 장치를 캡슐화하는 생체 적합 구조를 만들기 위해 성장되는 순차적으로 형성된 층들을 나타내기 위해 단면도들로 일반적으로 도시된다. 층들은 예를 들어, 전기 도금, 포토리소그래피, 피착, 및/또는 증착 제조 공정들 등과 같은 미세 제조 및/또는 제조 기술들에 의해 성장될 수 있다. 다양한 재료들이 배선들, 전극들, 접속 패드들 등을 형성하도록, 특정한 배열들로 재료들을 패터닝하기 위해 포토레지스트들 및/또는 마스크들을 이용하는 패턴들에 따라 형성될 수 있다. 추가로, 전기 도금 기술이 금속 도금으로 전극들의 배열을 코팅하기 위해 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 피착 및/또는 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 도전성 재료의 배열은 도전성 구조를 원하는 두께로 만들기 위해 금속 재료로 도금될 수 있다. 그러나, 상대적인 두께들을 포함하는, 캡슐화된 전자 장치 구조를 만들기 위해 도 5a-5h와 관련하여 예시되고 설명되는 다양한 층들의 치수는 축적 비율에 맞게 도시되지 않는다. 대신에, 도 5a-5h의 도면은 단지 설명의 목적을 위해 다양한 층들의 정렬을 개략적으로 나타낸다.
도 5a는 희생층(510)으로 코팅된 동작 기판(502)을 도시한다. 동작 기판(502)은 캡슐화된 전자 장치 구조의 층들을 조립하는 데 사용된 평평한 표면일 수 있다. 예를 들어, 동작 기판(502)은 반도체 디바이스 및/또는 미세 전자 장치들의 제조에 사용된 것들과 유사한 웨이퍼(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)일 수 있다. 동작 기판(502)은 결정질 구조(예를 들어, 실리콘) 내에 배열된 반도체 재료일 수 있다. 동작 기판(502)은 일반적으로 피착, 포토리소그래피 등에 의해 재료의 층들을 수용하기에 적합한 실질적으로 평평한 재료일 수 있다. 예를 들어, 동작 기판(502)은 연마된 표면을 갖는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 희생층(510)은 동작 기판(502)에 부착되고 캡슐화된 전자 장치 구조가 형성될 수 있는 표면을 제공하는 재료일 수 있다. 아래에 더 논의되는 바와 같이, 캡슐화된 전자 장치 구조의 제조 동안, 희생층(510)은 캡슐화된 전자 장치 구조가 완전히 형성될 때까지는 제자리에 남고, 이후 희생층(510)은 캡슐화된 전자 장치 구조를 동작 기판(502)으로부터 떼어내기 위해 헹굼제에 의해 용해 및/또는 헹궈진다. 그러므로, 희생층(510)은 조립 동안 동작 기판(502)에 캡슐화된 전자 장치 구조를 임시로 부착하고 있지만, 조립되고 나서는 동작 기판으로부터 완성된 캡슐화된 전자 장치 구조를 떼어낸다.
일부 예에서, 희생층(510)은 양성 또는 음성 포토레지스트 또는 논스틱 코팅일 수 있다. 희생층(510)은 예를 들어, 실란(예를 들어, SiH4), 비누 등을 포함할 수 있다. 희생층(510)은 동작 기판(502)의 반대편에 있는 희생층(510)의 표면이 캡슐화된 전자 장치 구조를 성장하기 위한 평평한 표면을 형성하도록 실질적으로 균일한 두께로 동작 기판 위에 피착될 수 있다.
도 5b는 희생층(510) 위에 형성된 생체 적합 재료의 제1 층(520)을 도시한다. 생체 적합 재료의 제1 층(520)은 증착에 의해 형성될 수 있고, 예를 들어, 약 1 내지 약 20마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 생체 적합 재료의 제1 층(520)은, 구조가 완전히 조립되어 동작 기판(502)으로부터 떼어지고 나서, 캡슐화된 전자 장치 구조의 제1 외부 표면을 형성한다.
생체 적합성이란 생물학적 숙주와 공존하는 재료 또는 장치의 능력을 일반적으로 말한다. 특히, 생체 적합 재료들은 일반적으로 생물학적 숙주 또는 재료에 해로운 영향들을 주는 숙주 반응(면역 반응 등)을 일으키지 않는 것들이다. 그러므로, 생체 적합 재료들은 임플란트가능한 의료용 장치들 및/또는 외과용 의료 기기에 사용되는데, 왜냐하면 이러한 재료들은 유독하거나 해로운 영향들을 주지 않고서 몸 안에 있을 수 있기 때문이다. 생체 적합 재료들은 또한 콘택트 렌즈 재료들과 같이, 눈을 덮는 눈물 막과 접촉하도록 설계된 물체들에 사용된다. 생체 적합 재료는 파릴렌 C(예를 들어, 디클로로디-p-자일릴렌)와 같은, 파릴렌을 포함하는 중합체 재료일 수 있다. 다른 중합체 재료들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실록산(PDMS)과 다른 실리콘 탄성중합체들 등과 같이, 생체 적합 재료의 층(520)을 형성하기 위해, 단독으로 또는 조합하여 또한 이용될 수 있다. 제1 층(520)을 위해 생체 적합한 재료를 선택함으로써, 캡슐화된 전자 장치 구조의 외부는 생물학적 숙주 내에 존재할 수 있다. 생체 적합한 것 이외에, 생체 적합 재료의 제1 층(520)은 주위 환경(예를 들어, 전류-이송 입자들 및/또는 액체들)으로부터 캡슐화된 전자 장치를 분리하기 위한 전기 절연 재료일 수 있다.
게다가, 캡슐화될 전자 장치는 희생층(510) 반대편의 생체 적합 재료의 제1 층(520)의 측(즉, 생체 적합 재료의 제1 층(520)을 희생층(510) 위에 형성한 후 노출된 생체 적합 재료의 측) 바로 위에 조립될 수 있다. 따라서, 생체 적합 재료의 제1 층(520)은 전자 장치를 형성하기 위한 기판일 수 있다. 그러므로, 생체 적합 재료는 포토리소그래피 등과 같은 미세 제조 공정들에 의해 전자 장치를 조립하기 위한 기판으로서 사용되기에 충분한 구조적 강성을 갖는 재료일 수 있다. 그러나 일부 실시예들에서, 추가적인 전자-조립 기판이 생체 적합 재료의 제1 층(520)과 캡슐화될 전자 장치 사이에 삽입될 수 있다. 그러나, 조립된 구조의 전체 두께는 전자 조립 표면으로서 생체 적합 재료 자체(예를 들어, 층(520))를 사용함으로써 감소될 수 있게 되어 완전히 조립된 구조에 부가 층을 삽입하는 것을 피한다.
도 5c는 전자 회로를 형성하기 위해 생체 적합 재료의 제1 층(520) 위에 패터닝된 도전성 재료의 배열을 도시한다. 도전성 재료는 백금, 은, 금, 팔라듐, 티타늄, 구리, 크롬, 니켈, 알루미늄, 다른 금속들 또는 도전성 재료들, 이들의 조합과 같은 금속 등일 수 있다. 일부 실시예들은 전자 회로(예를 들어, 산화 인듐 주석과 같은 재료)의 적어도 일부를 위해 실질적으로 투명한 도전성 재료를 사용할 수 있다. 도전성 재료는 생체 적합 재료의 층(520) 위에 만들어진 내장된 전자 장치의 회로를 위해, 배선들, 전극들, 접속 패드들 등을 형성하기 위해 패터닝된다. 도전성 재료는 포토리소그래피, 피착, 및/또는 전기 도금 등을 통해 패터닝될 수 있다. 패턴은 다음에 생체 상호작용 전자 모듈을 만들기 위해, 칩들과 같은, 추가적인 회로 소자들에 전기적으로 접속될 수 있다..
예를 들어, 금속은 도 3과 관련하여 전술한 예시적인 전기 화학 센서와 유사하게, 획득된 무선 주파수 에너지에 의해 전력이 공급되는 전기 화학 생체 센서 회로를 위한 소자들을 만들기 위해 패터닝될 수 있다. 이러한 예에서, 금속은 센서 전극들(530), 칩-접속 패드들(538, 539), 안테나(536), 및 인터커넥트들(532, 534)을 형성하기 위해 패터닝될 수 있다. 센서 전극들(530)은 예를 들어, 위에 도 3과 관련하여 논의된 센서 전극들(322, 323)과 유사한, 전기 화학 센서를 위한 전극들일 수 있다. 센서 전극들(530)은 예를 들어, 팔라듐, 백금, 티타늄, 은, 은-염화물, 금, 알루미늄, 탄소, 이들의 조합 등과 같은, 도전성 재료들로 구성된 기준 전극 및 동작 전극을 포함할 수 있다. 센서 전극들(530)은 평행 바, 동심원 링 등과 같이, 다양한 폼 팩터로 배열될 수 있다. 동작 전극(530)은 미세 전극일 수 있고, 25마이크로미터 미만의 적어도 하나의 치수를 가질 수 있다. 한 예에서, 센서 전극들(530)은 포토레지스트의 패턴에 따라 센서 전극들(530)을 만들기 위해 원하는 배열로 포토레지스트를 패터닝하고 이후 금속을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.
안테나(536)는 전원을 전자 장치에 제공하기 위해 획득된 무선 주파수 복사를 수신하기에 적합한 루프 안테나일 수 있다. 안테나(536)는 위에 도 2 및 도 3과 관련하여 예시되고 설명된 안테나와 유사한, 예를 들어, 눈-장착형 장치의 주변 주위에 배열되기에 적합한 대략 5밀리미터의 반경을 갖는 루프일 수 있다. 일부 예에서, 안테나(536) 및/또는 인터커넥트들(532, 534)은 센서 전극들(530)(예를 들어, 센서 전극들(530)은 백금으로 구성될 수 있고 안테나(536)는 금으로 구성될 수 있음)에 사용된 금속과 다른 금속으로 구성될 수 있다. 센서 전극들(530), 인터커넥트들(532, 534), 및 안테나(536)는, 예를 들어 약 5마이크로미터의 두께로 형성될 수 있다.
인터커넥트들(532, 534)은 칩-접속 패드(539)에 센서 전극들(530)을 접속하기 위해 포토리소그래피, 증착 및/또는 전기 도금에 의해 형성된 배선들일 수 있다. 인터커넥트(532)는 센서 전극들(530)과 칩(540)(도 5d와 관련하여 도시되고 설명됨) 내의 전기 소자들 간의 낮은 저항 전기적 접속을 제공한다. 더욱이, 인터커넥트(532)가 개략적으로 단일 배선으로서 도시되지만, 다중 인터커넥트들이 칩(540) 내의 전기 소자들(예를 들어, 위에 도 3과 관련하여 예시되고 설명된 센서 인터페이스 모듈(321)과 유사하게 기능하는 소자들)에 복수의 센서 전극들 각각을 접속하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 동작 전극과 기준 전극은 칩(540) 내에 패키지된 일정 전위기에, 분리된 배선들에 의해, 각각 접속될 수 있다. 유사하게, 인터커넥트(534)는 안테나(536)와 칩--접속 패드(538) 간의 낮은 저항 전기적 접속을 제공한다. 이에 의해 인터커넥트(534)는 칩(540) 내의 전기 소자들(예를 들어, 도 3과 관련하여 예시되고 설명된 정류기 모듈(314) 및 통신 로직(324)과 유사하게 기능하는 소자들)에 에너지 획득 및 통신 안테나를 접속한다. 일부 예에서, (예를 들어, 각각의 칩 접속 패드들을 통해) 다중 상호접속 배선들은 칩(540) 내에 패키지된 소자들에 안테나(536)의 단자들(예를 들어, 리드들)을 접속시킬 수 있다.
칩-접속 패드들(538, 539)은 인터커넥트들(532, 534) 및 안테나(536)과 관련하여 전술한 것과 유사한 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 칩-접속 패드들(538, 539)은 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝될 수 있고 금속이 칩-접속 패드들(538, 539)을 형성하기 위해 증착 및/또는 전기 도금에 의해 도포될 수 있다. 칩-접속 패드들(538, 539)은 패드(538, 539)에 플립-칩 장착될 칩(540)을 위한 장착 지점을 제공한다. 따라서, 칩-접속 패드들(538, 539)은 칩(540)의 단자들에 대응하도록 패터닝될 수 있다. 그러므로, 칩-접속 패드들의 배열은 캡슐화된 전자 장치 구조에 사용된 칩(들)의 패키징에 따라 변화할 수 있다.
일부 예에서, 생체 적합 재료의 제1 층(520) 위에 패터닝된 금속 구조들 중 하나 이상은 생체 적합 재료(520) 바로 위에 패터닝된 시드 층(또는 접착 층)을 포함하는 다중-층 배열일 수 있다. 이러한 시드 층은 생체 적합 재료 및 시드 층 위에 패터닝된 금속 구조의 벌크 양쪽에 접착하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 시드 층은 역시 생체 적합 재료에 접착된 재료일 수 있고, 또한 금속 구조의 나머지를 전기 도금하기 위한 가이드의 역할을 한다.
도 5d는 접속 패드들(538, 539)에 장착된 칩(540)을 도시한다. 칩(540)은 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 집적 회로들(IC들) 및/또는 하나 또는 그 이상의 개별 전자 소자들을 포함할 수 있다. 이방성 도전 접착제(542)는 접속 패드들(538, 539)에 도포되어 접속 패드들(538, 539)과 칩(540) 상의 대응하는 전극들 간의 전기적이고 기계적인 접속을 용이하게 한다. 이방성 도전 접착제(542)는 피착, 리소그래피 등에 의해 접속 패드들(538, 539) 위에 코팅된 이방성 도전막 및/또는 이방성 도전 페이스트를 포함할 수 있다. 칩(540)은 이후 각각의 접속 패드들(예를 들어, 접속 패드들(538, 539)) 위에 그것의 단자가 정렬된 칩(540)을 배치함으로써 접속 패드들(538, 539)에 플립-칩 장착될 수 있다. 정렬되고 나고, 칩(540)은 칩(540) 상의 단자들에 부착하는, 이방성 도전 접착제(542) 코팅과 접촉하기 위해 접속 패드들(538, 539)을 향해 압박될 수 있다. 이방성 도전 접착제(542)는 기계적으로 칩(540)을 칩-접속 패드들(538, 539)에 부착하고, 전기적으로 칩(540)을 칩-접속 패드들(538, 539)(따라서, 인터커넥트들(532, 534)를 통하여 접속된 다양한 전기 소자들)에 접속한다. 일부 예에서, 칩(540)은 이방성 도전 접착제(542)의 층에 부가하여, 대안적으로, 솔더, 땜납 페이스트 및/또는 도전성 에폭시와 같은 다른 도전성 재료를 이용하여 칩-접속 패드들(538, 539)에 장착될 수 있다.
일부 예에서, 접속 패드들(538, 539)은 칩(540)의 전기적이고 기계적인 장착을 용이하게 하기 위해 솔더 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, 칩이 칩-접속 패드들 위에 배치되는 동안, 배열은 솔더가 칩의 단자들에 흐르고 부착하게 하도록 가열될 수 있다. 일부 예에서, 흐르는 솔더의 모세관력은 칩(540)의 최종의 미세 정렬을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 솔더 코팅은 이방성 도전 접착제(542)에 부가하여 또는 대안적으로, 사용될 수 있다.
도 5c 및 5d에 구체적으로 도시되지 않았지만, 일부 가공 공정들은 센서 전극들(530) 위에 시약 층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 시약 층은 특별한 분석물질에 센서 전극들을 민감하게 하는데 사용된 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 글루코스 옥시다제를 포함하는 층이 글루코스의 검출을 위해 센서 전극들(530) 위에 도포될 수 있다.
도 5e는 조립된 전자 장치(즉, 칩(540) 및 배선들, 전극들 등을 형성하는 패터닝된 도전성 재료) 위에 형성된 생체 적합 재료의 제2 층(550)을 도시한다. 생체 적합 재료의 제2 층(550)은 생체 적합 외부 표면을 만들고 또한 주위 환경으로부터 전자 장치를 전기적으로 분리하기 위해 생체 적합 재료의 제1 층(520)과 유사하게 기능한다. 또한, 생체 적합 재료의 제2 층(550)은 조립된 전자 장치를 구조적으로 지지하고 다양한 소자들을 제자리에 고정한다. 생체 적합 재료의 제2 층(550)은 칩(540)을 둘러싸는 갭들을 채우기 위해 칩(540)을 둘러쌈으로써 칩(540)을 안정화시킬 수 있다(따라서, 칩의 이동을 방지한다). 일부 예에서, 생체 적합 재료의 제2 층(550)은 도 5e에 개략적으로 도시된 바와 같이, 조립된 전자 장치 위에 등각의 코팅을 가져다 준다. 생체 적합 재료의 제2 층(550)은 예를 들어, 약 1마이크로미터 내지 약 50마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.
생체 적합 재료의 제2 층(550)은 생체 적합 재료의 제1 층(520)과 동일하거나 실질적으로 유사한 재료로 구성될 수 있거나 선택적으로는 생체 적합성이면서 전기적으로 절연성인 상이한 중합체 재료일 수 있다.
생체 적합 재료의 제2 층(550)은 바람직하게는 조립된 전자 장치(즉, 칩(540) 및 배선들, 전극들 등을 형성하는 패터닝된 도전성 재료)의 전체에 걸쳐 있는 연속 층을 만들기 위해 피착된다. 생체 적합 재료의 제2 층(550)은 조립된 전자 장치의 풋 프린트를 넘어서 연장된 영역에 걸쳐 있을 수 있다. 그 결과, 조립된 전자 장치는 생체 적합 재료의 제1 층(520) 바로 위에 놓인 생체 적합 재료의 제2 층(550)의 일부들에 의해 둘러싸일 수 있다. 도 5d의 개략도는 센서 전극들(530)의 한 측 위의 생체 적합 재료의 제1 층(520)과 직접 접촉하는 측면 에지(552) 및 안테나(536)의 한 측 위의 생체 적합 재료의 제1 층(520)과 직접 접촉하는 측면 에지(554)에 의해 그러한 측면 에지들을 나타낸다. 생체 적합 재료의 제2 층(550)은 2개의 코팅들(552, 554) 사이의 조립된 전자 장치 위에 있는 실질적으로 연속인, 등각의 코팅일 수 있다.
도 5f는 생체 적합 재료의 제1 층(520)과 제2 층(550)을 함께 어닐링함으로써 형성된 밀봉된 캡슐화 층(560)을 도시한다. 제1 및 제2 층들(520, 550)에서 생체 적합 재료를 어닐링하기에 충분한 온도의 오븐에, 동작 기판(502)을 포함하는, 전체 조립된 구조를 놓음으로써 2개의 층들(520, 550)은 함께 어닐링될 수 있다. 예를 들어, 파릴렌 C(예를 들어, 디클로로디-p-자일릴렌)는 대략 섭씨 150도 내지 200도의 온도에서 함께 어닐링될 수 있다. 다른 생체 적합 중합체 재료들(PET, PDMS 등)은 더 높거나 또는 더 낮은 어닐링 온도를 필요로 할 수 있다.
어닐링 공정은 제1 및 제2 층들이 측면 에지들(552, 554) 등에서, 직접 접촉하는 영역들이 흐르고 함께 밀봉하게 한다. 냉각되고 나서, 결과적인 밀봉된 캡슐화 막(560)은 조립된 전자 장치를 그 안에 완전히 캡슐화한 생체 적합 재료의 연속 층이다. 특히, 어닐링 공정 이후에, 측면 에지들(552, 554)에서의 제1 및 제2 층들 사이의 경계들은 주위 환경으로부터 전자 장치를 완전히 밀봉하기 위해 이전의 에지들이 함께 어닐링되는 밀봉된 영역들(562, 564)로 대체된다.
어닐링 공정 동안, 희생층(510)은 동작 기판(502)으로부터 생체 적합 재료(예를 들어, 생체 적합 재료의 제1 층(520))를 분리한다. 그러므로, 희생층(510)은 생체 적합 재료가 어닐링 공정 동안 동작 기판(502)에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
대안적으로, 희생층(510)은 생략될 수 있다(예를 들어, 생체 적합 재료의 제1 층(520)이 동작 기판(502) 바로 위에 형성되는 경우). 그러므로, 밀봉된 캡슐화 층(560)은 동작 기판(502)과 직접 접촉할 수 있다. 이러한 예에서, 캡슐화된 전자 장치 구조는 어닐링 공정 후에 동작 기판(502)으로부터 박리 제거될 수 있다. 캡슐화된 전자 장치 구조는 또한 이 구조로부터 박리 제거되기 전에 과잉의 생체 적합 재료를 제거하도록 에칭될 수 있다. 예를 들어, 생체 적합 재료는 피착 공정 또는 어닐링 공정 또는 양쪽 공정 동안 동작 기판(502) 주위를 적어도 부분적으로 감쌀 수 있다. (예를 들어, 산소 플라즈마로) 에칭하는 것은 동작 기판(502) 주위를 감싸는 생체 적합 재료의 부분들을 절단 제거하는 데 사용될 수 있고 또한 캡슐화된 전자 장치 구조를 위한 원하는 형상을 만드는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 캡슐화된 전자 장치 구조는 이러한 에칭 공정 후에 동작 기판(502)으로부터 박리 제거될 수 있다.
도 5g는 예시적인 센서-노출된 캡슐화 층(560')을 도시한다. 센서-노출된 캡슐화 층(560')은 센서 전극들(530)을 노출하기 위해 캡슐화 생체 적합 재료의 영역을 제거함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 센서-노출된 캡슐화 층(560')은 동작 기판(502) 반대편 측(예를 들어, 생체 적합 재료의 제2 층(550)에 의해 형성된 캡슐화 생체 적합 층의 측) 위의 생체 적합 재료에 개구(562)를 포함시킨다. 개구(562)는 센서 전극들(530)을 덮는 생체 적합 재료의 영역을 제거함으로써 형성될 수 있다. 생체 적합 재료의 영역은 예를 들어, 이 영역을 산소 플라즈마로 처리함으로써 제거될 수 있다.
일부 실시예들에서, 센서 전극들(530)을 노출하는 개구(562)는 전자 장치를 조립할 기판으로서 사용되는 생체 적합 재료 측으로부터의 재료는 제거하지 않고, 조립된 전자 장치를 덮는 데 사용된 생체 적합 재료 측으로부터의 재료는 제거함으로써 형성된다. 이런 방식으로, 전자 장치가 조립된 기판(따라서 전자 장치가 초기에 장착된 기판)은 여전히 센서 전극들(530)이 개구(562)를 통해 노출되게 하면서 방해받지 않고 남을 수 있다.
동작에서, 개구(562)는 특히, 생체 적합 재료를 통하여 쉽게 확산하지 않은 분석물질들에 대해, 전기 화학 분석물질 센서의 감도를 증가시킨다. 개구(562)를 포함시킴으로써, 분석물질 농도가 생체 적합 재료를 통해 확산하지 않고서 센서 전극들(530)에서 측정될 수 있다. 그러므로, 해당 분석물질이 생체 적합 재료의 층을 통하여 쉽게 확산하지 않을 때, 개구(562)는 분석물질이 캡슐화 생체 적합 재료을 통과하지 않고서 센서 전극들(530)에 도달하게 한다.
도 5h는 예시적인 떼어낸 캡슐화된 전자 장치 구조(570)를 도시한다. 떼어 낸 캡슐화된 전자 장치 구조(570)는 희생층(510)을 제거함으로써 동작 기판(502)으로부터 떼어내진다. 예를 들어, 희생층이 포토레지스트이면, 포토레지스트는 아세톤, 이소프로필 알콜 등과 같은 헹굼제로 헹궈질 수 있다. 희생층이 비누막이면, 물은 비누를 헹궈서 제거하고 캡슐화된 전자 장치 구조(570)를 떼어내는 데 사용될 수 있다. 이러한 헹굼제는 또한 생체 적합 재료를 저하시키지 않고서 희생층(510)을 제거하도록 구성될 수 있다.
떼어낸 캡슐화된 전자 장치 구조(570)는 예를 들어, 눈-장착형 장치 또는 임플란트가능한 의료용 장치 내에서와 같이, 생물학적 환경 내로 통합되기에 적합하다. 캡슐화 생체 적합 재료로 인해, 주위 환경은 캡슐화된 전자 장치로부터 밀봉된다. 예를 들어, 구조가 생물학적 숙주에 이식되거나, 눈물 액(예를 들어, 위에 도 2와 관련하여 논의된 기판(230)과 유사함)에 노출될 눈-장착형 장치에 위치하면, 구조는 생물학적 숙주(예를 들어, 눈물 액, 혈액 등)의 액체에 노출될 수 있는데, 왜냐하면 전체 외부 표면이 갭들 또는 이음부들이 없는 생체 적합 재료로 코팅되기 때문이다.
일부 예에서, 추가적인 에칭 공정이 캡슐화된 전자 장치 구조(570)를 떼어내기 전에 수행될 수 있다. 예를 들어, 과잉의 생체 적합 재료는 과잉의 재료를 에칭함으로써 캡슐화된 구조로부터 잘려 제거될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 완성된 캡슐화된 구조는 인접한 구조들과 접속하는 어닐링된 생체 적합 재료의 중첩된 영역들을 통하여 에칭함으로써 동일한 동작 기판 위에 동시에 조립된 인접한 캡슐화된 구조들로부터 분리될 수 있다. 산소 플라즈마 에칭 공정은 캡슐화된 구조를 떼어내기 전에 원하는 형상으로 캡슐화된 구조를 절단하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 캡슐화 생체 적합 재료는 예를 들어, 위에 도 2와 관련하여 예시되고 설명된 기판(230)의 형상과 유사한 납작한 링의 형태로 에칭될 수 있다.
일부 예에서, 캡슐화된 구조(570)를 링형 구조로 형성하는 에칭은 또한 센서 전극들(530) 위에 개구(562)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 생체 적합 재료는 산소 플라즈마에 의해 쉽게 제거된 재료일 수 있다. 산소 플라즈마는 생체 적합 재료의 부분들 위에 산소 플라즈마를 지향함으로써, 캡슐화된 구조(570)를 링형과 같은, 원하는 형상으로 형성하는 데 이후 사용될 수 있다. 대조적으로, 센서 전극들(530)이 에치 스톱으로 작용할 수 있도록, 센서 전극들(530)은 쉽게 산소 플라즈마에 의해 에칭되지 않은 재료로 구성될 수 있다. 개구(562)를 형성하기 위해, 산소 플라즈마는 센서 전극들(530)을 실질적으로 원상태인 채로 남겨 두면서 센서 전극들(530)을 덮는 생체 적합 재료를 제거할 수 있다.
추가로 또는 대안적으로, 캡슐화된 전자 장치 구조(570)는 동작 기판(502)으로부터 캡슐화된 전자 장치 구조(570)를 박리 제거함으로써 동작 기판(502)으로부터 떼어내질 수 있다. 예를 들어, 희생층(510)이 생략된 예에서, 캡슐화된 전자 장치 구조(570)는 동작 기판(502) 바로 위에 형성될 수 있다. 캡슐화된 전자 장치 구조(570)은 링형(또는 캡슐화된 전자 장치 구조를 위한 다른 원하는 형상)을 만들기 위해 에칭될 수 있고 캡슐화된 전자 장치 구조는 이후 동작 기판(502)으로부터 박리 제거될 수 있다.
도 5a 내지 5h에서의 설명은 눈-장착형 장치 내에 장착되기에 적합한 캡슐화된 전자 장치 구조를 만들기 위한 조립 공정의 일례를 기술한다. 예를 들어, 도 5a 내지 5h에 도시한 단면도들은 위에 도 2와 관련하여 도시되고 설명된 납작한-링형 기판(230)과 유사한 납작한 링을 통하는 슬라이스일 수 있다. 이러한 예들에서, 캡슐화된 전자 장치 구조(570)는 각막 표면에 접촉-장착되도록 형성된 중합체 재료(예를 들어, 히드로겔 재료) 내에서와 같이, 눈-장착형 장치 내에 장착될 수 있다. 전기 화학 센서는 눈-장착형 장치의 중합체 재료 내로 흡수한 눈물 막의 분석물질 농도를 측정하는 데 이후 사용될 수 있다. 그러나, 유사한 공정이 다른 응용들을 위한 생체 적합 캡슐화된 전자 장치를 만들기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 임플란트가능한 전자 의료용 장치들은 생체 적합 재료의 제1 층 위에 전자 장치를 조립함으로써 만들어질 수 있고, 생체 적합 재료의 제2 층은 전자 장치 위에 형성될 수 있고, 이 2개의 층들은 생체 적합 재료 내에 전자 장치를 완전히 캡슐화하기 위해 함께 어닐링될 수 있다. 이러한 임플란트가능한 전자 의료용 장치는 희생층으로 코팅된 동작 기판 위에 형성될 수 있고, 희생층을 헹굼으로써 동작 기판으로부터 떼어내질 수 있다. 이러한 임플란트가능한 전자 의료용 장치들은 정보(예를 들어, 센서 결과들)를 전달하고/하거나 에너지(예를 들어, 무선 주파수 복사)를 유도성 획득하기 위한 안테나를 포함할 수 있다. 임플란트가능한 전자 의료용 장치들은 또한 전기 화학 센서들을 포함할 수 있거나 그들은 다른 전자 장치들을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들은 전기 화학 센서를 포함하는 캡슐화된 전자 장치 구조에 관한 것이다. 예를 들어, 센서 전극들 및 안테나에 접속된 칩(예를 들어, 센서 전극들(530) 및 안테나(536)에 접속된 칩(540))은 센서 전극들 양단에 전압을 인가하고, 동작 전극을 통하는 전류 측정 전류를 측정하고, 측정된 전류 측정 전류를 안테나로 무선으로 전달하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서 적절한 프로그램 논리를 갖는 집적 회로, 인터페이스들 등과 같은, 전용 모듈은 단일 칩(예를 들어, 칩(540)) 내에 패키지되지만, 전술한 기능들이 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구현된 모듈들의 어떤 조합에 의해 수행될 수 있다. 그러므로, 전기 화학 센서들과 관련한 본 개시의 일부 실시예들은 안테나 및 제어기를 포함하는 캡슐화된 전자 장치를 지칭하며, 여기서 제어기는 전술한 기능들 중 하나 이상을 수행하도록 구성된 모듈이다.
그러나, 본 개시는 전술한 것들에 추가로 또는 대안적으로 기능들을 수행하도록 구성된 전자 모듈들을 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 캡슐화된 전자 모듈은 안과적 및/또는 임플란트가능한 응용에서 관련 정보를 진단하여 검출하기 위해 유용한 광 센서, 온도 센서 및/또는 다른 센서들을 포함할 수 있다. 캡슐화된 전자 모듈은 예를 들어, 온도 판독값을 얻고 이후 온도 정보를 전달하고 또는 온도 정보를 이용하여 전기 화학 센서로 측정 절차를 수정할 수 있다. 더욱이, 캡슐화된 전자 모듈은 전압 레벨들을 조절하고/하거나 다른 전자 모듈들과의 접속들을 제어하기 위해, 커패시터들, 스위치들 등의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캡슐화된 전자 모듈은 위에 도 3과 관련하여 설명된 커패시터(316)과 유사한, 안테나로부터 에너지를 획득함으로써 발생된 전압 공급을 조절하기 위한 커패시터를 포함할 수 있다. 그러므로, 캡슐화된 전자 모듈(예를 들어, 제어기 및/또는 안테나)의 일부 실시예들은 특별한 구현을 위해 원하는 기능들을 달성하기 위해 다양한 회로-설계 및 다른 수정들을 포함할 수 있다.
도 6a는 캡슐화된 전자 모듈을 제조하기 위한 예시적인 공정(600)의 흐름도이다. 희생층은 동작 기판 위에 형성된다(602). 희생층은 포토레지스트, 실란, 비누막 등과 같은 논스틱 코팅일 수 있다. 생체 적합 재료의 제1 층이 희생층 위에 형성된다(604). 생체 적합 재료의 제1 층은 파릴렌 C(예를 들어, 디클로로디-p-자일릴렌), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실록산(PDMS), 다른 실리콘 탄성중합체들과 같은 중합체 재료 및/또는 다른 생체 적합 중합체 재료를 포함할 수 있다. 생체 적합 재료의 제1 층은 피착 등과 같은 미세 제조 공정에 의해 형성될 수 있다. 일부 예에서, 생체 적합 재료의 제1 층은 생체 적합 재료의 노출된 측(즉, 동작 기판 반대편 측)이 전자 장치를 조립하기 위한 기판으로서 이용될 수 있는 실질적으로 평평한 표면이도록 실질적으로 균일한 두께로 형성된다.
전자 모듈은 생체 적합 재료의 제1 층의 노출된 측 위에 제공된다(606). 전자 모듈은 예를 들어, 도 5c 및 5d와 관련하여 전술한 바와 같이 조립될 수 있다. 그러므로, 생체 적합 재료의 제1 층은 그 위에 전자 모듈의 조립을 위한 기판으로서 이용될 수 있다. 대안적으로, 전자 모듈은 완전히 또는 부분적으로 조립된 형태로 생체 적합 재료의 제1 층 위에 배치될 수 있다. 전자 모듈은 배선들, 전극들, 접속 패드들, 안테나(들) 등으로서 배열된 패터닝된 금속을 포함할 수 있다. 포토리소그래피, 증착, 전기 도금 등과 같은 미세 제조 기술들은 전자 모듈에 적합한 배열로 금속을 패터닝하는 데 사용될 수 있다. 전자 모듈은 또한 플립 칩 장착될 수 있는 하나 이상의 집적 회로를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 이방성 도전 접착제는 패키지된 집적 회로의 단자들을 대응하는 접속 패드들에 전기적 및 기계적으로 접속하는 데 사용될 수 있다.
생체 적합 재료의 제2 층은 조립된 전자 모듈 위에 형성된다(608). 생체 적합 재료의 제2 층은 생체 적합 재료의 제1 층과 동일한 생체 적합 중합체 재료일 수 있다. 제2 층은 조립된 전자 장치 위에 등각 층을 만들기 위해, 증착과 같은, 미세 제조 기술을 통해 형성될 수 있고, 생체 적합 재료의 제2 층의 외부 에지들이 생체 적합 재료의 제1 층과 직접 접촉하도록 조립된 전자 장치의 전체와 중첩한다. 생체 적합 재료의 2개의 층들은 이후 함께 어닐링될 수 있다(610). 어닐링 공정은 생체 적합 재료의 2개의 층들을 함께 밀봉하여 생체 적합 재료 내에 조립된 전자 장치를 캡슐화할 수 있다.
일부 예에서, 생체 적합 재료의 제1 층은 희생층 위에 보다는 오히려, 동작 기판 바로 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 파릴렌 C와 같은 재료의 층이 깨끗한 실리콘 웨이퍼 바로 위에 형성될 수 있다. 생체 적합 재료의 제2 층이 전자 모듈을 캡슐화하기 위해 제1 층에 어닐링되고 나서, 캡슐화된 구조는 동작 기판으로부터 박리 제거될 수 있다. 그러므로, 희생층은 조립 공정에서 생략될 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 도 6a의 흐름도에서 기술된 공정(600)은 블록(602)을 생략할 수 있다.
도 6b는 캡슐화된 전자 모듈을 눈-장착형 장치 내로 통합시키기 위한 예시적인 공정(620)의 흐름도이다. 캡슐화된 전자 모듈은 생체 적합 재료의 영역을 제거하도록 에칭될 수 있게 되어 센서 전극들을 노출한다(622). 그러므로, 블록(622)은 캡슐화된 전자 장치가 센서 전극들을 갖는 전기 화학 센서를 포함시킨 예들에 적용되고, 캡슐화된 전자 장치가 다른 생체 상호작용 전자 장치를 포함하면 생략될 수 있다. 영역은 예를 들어, 산소 플라즈마로 생체 적합 재료를 에칭함으로써 제거될 수 있다. 제거된 생체 적합 재료의 영역은 전자 장치를 조립하기 위한 기판을 만들기 위해 희생층(예를 들어, 블록(604)과 관련하여 논의된 층) 위에 도포된 층보다 오히려, 조립된 전자 장치를 덮기 위해 도포된 생체 적합 재료의 층(예를 들어, 블록(608)과 관련하여 논의된 층)으로부터의 것일 수 있다. 전자 모듈들은 초기에 전자 장치를 조립하기 위한 기판으로서 이용된 생체 적합 재료의 층에 장착되고, 이것은 본 명세서에서 편의상 단지 "기판 층"이라고 한다. 센서 전극들을 노출시키면서 생체 적합 재료의 기판 층을 방해받지 않은 채로 남겨둠으로써, 센서 전극들과 기판 층 사이에 초기에 형성된 결합은 원상태인 채로 남아 있다. 초기 장착 결합들을 방해하지 않고서 센서 전극들을 노출하는 것은 센서 전극들과 생체 적합 재료의 기판 층 사이의 초기 장착 결합들의 구조적 무결성 및 탄성이라는 이점을 얻은 조립된 장치를 가져다 준다.
조립된 캡슐화된 구조는 링형 구조를 만들기 위해 에칭될 수 있다(624). 예를 들어, 캡슐화된 구조는 위에 도 2와 관련하여 도시되고 설명된 링형 기판(230)과 유사한 납작한-링형을 만들기 위해 에칭될 수 있다. 캡슐화된 구조는 또한 조립된 전자 장치가 밀봉된 생체 적합 재료에 의해 캡슐화된 일반적으로 평평한 구조를 만들기 위해 직사각형, 원형(예를 들어, 디스크), 타원형 등과 같은, 다른 형상으로 에칭될 수 있다. 일부 예에서, 블록(624)의 에칭 공정은 (예를 들어, 블록(612)에서 논의된 바와 같이) 생체 적합 재료의 2개의 층들이 함께 어닐링된 영역들을 통하는 절단을 포함한다. 그러므로, 블록(624)의 에칭 공정은 캡슐화된 전자 장치를 둘러싸는 생체 적합 재료의 밀봉된 에지들을 통해 절단하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 생체 적합 재료의 2개의 층들(과 동작 기판과 희생층)은 복수의 조립된 전자 모듈들에 걸쳐 있을 수 있다. 예를 들어, 동작 기판은 각각의 유닛이 조립된 전자 모듈에 의해 차지된 채로, 그리드로 나누어질 수 있고, 희생층과 생체 적합 재료의 층들은 실질적으로 연속하는 방식으로 전체 그리드를 가로질러 연장될 수 있다. 이러한 예에서, 블록(624)의 에칭 공정은 이로써 분리된 모듈들 사이에 연장하는 어닐링된 생체 적합 재료를 통해 절단함으로써 서로로부터 뚜렷한 전자 모듈들을 분리하는 데 사용될 수 있다. 블록(624) 이후에, 결과적인 캡슐화된 전자 장치 구조는 눈-장착형 장치, 임플란트가능한 의료용 장치 등에서와 같이, 생물학적 숙주 환경 내에 통합되도록 형성된다.
희생층은 캡슐화된 구조를 동작 기판으로부터 떼어내기 위해 제거된다(626). 희생층은 희생층을 용해하기 위한 헹굼제를 가함으로써 제거될 수 있다. 예를 들어, 아세톤 또는 이소프로필 알콜은 희생층을 용해하기 위해 가해질 수 있고 그에 의해 캡슐화된 구조를 떼어낸다. 헹굼제는 (예를 들어, 용해에 의해) 희생층과 반응하지만, 조립된 전자 장치를 캡슐화하는 생체 적합 재료와는 반응하지 않도록 선택된다. 희생층으로서 비누막이 이용된 예에서, 물은 비누막을 헹궈서 제거하는데 사용될 수 있다.
떼어낸 캡슐화된 구조는 이후 눈-장착형 장치의 중합체 재료에 내장될 수 있다(628). 캡슐화된 구조가 납작한-링형으로 주어지는 경우(즉, 에칭 처리 블럭(624) 동안), 구조는 눈에 접촉-장착되도록 형성된 일반적으로 원형인 중합체 재료의 주변 영역 주위에 내장될 수 있다. 이러한 중합체 재료는 예를 들어, 눈의 각막 표면 위에 장착되도록 구성된 오목면 및 각막 표면에 장착되어 있는 동안 눈꺼풀 움직임과 맞게 되도록 구성된 오목면 반대편의 볼록면을 가질 수 있다. 예를 들어, 히드로겔 재료(또는 다른 중합체 재료)는 주입 몰딩 공정에서 캡슐화된 구조 주위에 형성될 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예에 따라 구성된 컴퓨터 판독 가능 매체를 도시한다. 예시적인 실시예들에서, 예시적인 시스템은 하나 이상의 프로세서, 하나 이상의 형태들의 메모리, 하나 이상의 입력 장치/인터페이스, 하나 이상의 출력 장치/인터페이스, 및 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 시스템으로 하여금 전술한 다양한 기능들, 작업들, 능력들 등을 수행하게 하는 기계 판독 가능 명령어들을 포함할 수 있다.
위에 주목된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 개시된 기술들은 기계 판독 가능 포맷으로 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 상에, 또는 다른 비일시적 매체 또는 제조 물품들 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령어들에 의해 구현될 수 있다. 도 7은 도 6a 및 6b와 관련하여 도시되고 설명된 공정들을 포함하는, 본 명세서에 제시된 적어도 일부 실시예들에 따라 배열되는, 컴퓨팅 장치 상에서 컴퓨터 처리를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 예시적인 컴퓨터 프로그램 제품의 개념 부분도를 설명하는 개략도이다.
한 실시예에서, 예시적인 컴퓨터 프로그램 제품(700)은 신호 포함 매체(702)를 이용하여 제공된다. 신호 포함 매체(702)는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 도 1-6과 관련하여 전술한 기능 또는 기능의 부분들을 제공할 수 있는 하나 이상의 프로그래밍 명령어들(704)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 신호 포함 매체(702)는 하드 디스크 드라이브, 컴팩트 디스크(CD), 디지털 비디오 디스크(DVD), 디지털 테이프, 메모리 등과 같은, 그러나 이들로 제한되지 않는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(706)를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 신호 포함 매체(702)는 메모리, 판독/기입(R/W) CD들, R/W DVD들 등과 같은, 그러나 이들로 제한되지 않는, 컴퓨터 기록 가능 매체(708)일 수 있다. 일부 구현들에서, 신호 포함 매체(702)는 디지털 및/또는 아날로그 통신 매체(예를 들어, 광섬유 케이블, 도파관, 유선 통신 링크, 무선 통신 링크 등)과 같은, 그러나 이들로 제한되지 않는, 통신 매체(710)일 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 신호 포함 매체(702)는 무선 형태의 통신 매체(710)에 의해 전달될 수 있다.
하나 이상의 프로그래밍 명령어들(704)은, 예들 들어, 컴퓨터 실행 가능 및/또는 논리 구현 명령어들일 수 있다. 일부 예에서, 컴퓨팅 장치는 컴퓨터 판독 가능 매체(706), 컴퓨터 기록 가능 매체(708), 및/또는 통신 매체(710) 중 하나 이상에 의해 컴퓨팅 장치로 전달된 프로그래밍 명령어들(704)에 응답하여 다양한 동작, 기능들, 또는 조치들을 제공하도록 구성된다.
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(706)는 서로로부터 원격 배치될 수 있는 복수의 데이터 저장 요소들 사이에 분산될 수도 있다. 저장된 명령어들 중 일부 또는 모두를 실행하는 컴퓨팅 장치는 미세 제조 제어기, 또는 다른 컴퓨팅 플랫폼일 수 있다. 대안적으로, 저장된 명령어들 중 일부 또는 모두를 실행하는 컴퓨팅 장치는 서버와 같은, 원격 배치된 컴퓨터 시스템일 수 있었다.
본 명세서에 다양한 양태들 및 실시예들이 개시되었지만, 본 분야의 통상의 기술자에게는 다른 양태들 및 실시예들이 명백할 것이다. 본 명세서에서 개시되는 다양한 양태들 및 실시예들은 예시의 목적을 위한 것이고, 한정하고자 하는 것이 아니며, 진정한 범위는 아래의 청구항들에 의해 규정된다.

Claims (20)

  1. 눈-장착형 장치로서,
    오목면과 볼록면을 갖는 투명한 중합체 재료 - 상기 오목면은 각막 표면 위에 제거 가능하게 장착되도록 구성되고, 상기 볼록면은 상기 오목면이 상기와 같이 장착될 때 눈꺼풀 움직임과 맞게 되도록 구성됨 -; 및
    상기 투명한 중합체 재료에 적어도 부분적으로 내장된 기판 - 상기 기판은 (i) 동작 전극 및 기준 전극을 포함하는 전기 화학 센서 및 (ii) 상기 투명한 중합체 재료에 침투하는 눈물 액이 생체 적합 재료(bio-compatible material)에 의해 전자 모듈로부터 분리되도록 상기 생체 적합 재료 내에 캡슐화된 상기 전자 모듈을 포함함 -을 포함하고, 상기 전자 모듈은
    안테나; 및
    상기 전기 화학 센서 및 상기 안테나에 전기적으로 접속된 제어기 - 상기 제어기는 상기 눈-장착형 장치가 노출되는 액체에서 분석물질의 농도와 관련되는 센서 측정을 얻고 상기 안테나를 이용하여 상기 센서 측정을 표시하게끔 상기 전기 화학 센서를 제어하도록 구성됨 -를 포함하는 눈-장착형 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 모듈이 생체 적합 재료의 제1 층과 생체 적합 재료의 제2 층 사이에 삽입되어 있는 동안 상기 제1 층과 제2 층을 함께 어닐링함으로써 상기 전자 모듈이 캡슐화되는 눈-장착형 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 150마이크로미터 미만의 두께를 갖는 눈-장착형 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판은 링형이고 상기 눈-장착형 장치의 중심부를 통하는 광 투과와 간섭하지 않도록 상기 눈-장착형 장치에서 상기 투명한 중합체 재료의 주변 근처에 내장되는 눈-장착형 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전자 모듈은 상기 전자 모듈에 전력을 공급하기 위해 입사 복사로부터 전기 에너지를 포착하는 에너지 획득 시스템(energy harvesting system)을 포함하는 눈-장착형 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 생체 적합 재료는 디클로로디-p-자일릴렌 중합체를 포함하는 눈-장착형 장치.
  7. 생체 적합 재료의 제1 층을 형성하는 단계;
    상기 생체 적합 재료의 상기 제1 층 위에 전자 모듈을 제공하는 단계;
    상기 전자 모듈을 덮기 위해 상기 생체 적합 재료의 제2 층을 형성하는 단계; 및
    캡슐화된 구조를 형성하기 위해 상기 생체 적합 재료의 상기 제1 및 제2 층들을 함께 어닐링하는 단계 - 상기 캡슐화된 구조는 상기 생체 적합 재료 내에 완전히 둘러싸인 상기 전자 모듈을 포함함 -
    를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    동작 기판 위에 희생층을 형성하는 단계 - 상기 생체 적합 재료의 상기 제1 층은 상기 희생층 위에 형성됨 -;
    상기 캡슐화된 구조를 상기 동작 기판으로부터 떼어내기 위해 상기 희생층을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 생체 적합 재료의 상기 제1 및 제2 층들과 상기 전자 모듈은 150마이크로미터 미만의 결합 두께를 갖는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 생체 적합 재료의 상기 제1 층, 상기 전자 모듈, 및 상기 생체 적합 재료의 상기 제2 층은 모두 상기 어닐링 동안 상기 동작 기판 상의 상기 희생층 위에 적층되고, 상기 어닐링은 상기 동작 기판을 오븐에서 굽는 것을 포함하는 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 생체 적합 재료 내에 캡슐화된 상기 전자 모듈을 포함하는 링형-구조를 형성하기 위해 상기 캡슐화된 구조를 에칭하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    오목면과 볼록면을 갖는 투명한 중합체 재료를 포함하는 눈-장착형 장치에 상기 링형 구조를 내장하는 단계를 더 포함하고, 상기 오목면은 각막 표면 위에 제거 가능하게 장착되도록 구성되고, 상기 볼록면은 상기 오목면이 상기와 같이 장착될 때 눈꺼풀 움직임과 맞게 되도록 구성되는 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 생체 적합 재료는 디클로로디-p-자일릴렌 중합체를 포함하는 방법.
  14. 제7항에 있어서, 상기 어닐링 동안 동작 기판으로부터 상기 생체 적합 재료를 분리하도록 포토레지스트 또는 논스틱(non-stick) 재료를 포함하는 희생층을 상기 동작 기판 위에 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제7항에 있어서, 상기 전자 모듈을 조립하는 단계를 더 포함하고,
    상기 전자 모듈을 조립하는 단계는
    접속 패드들 중 적어도 하나와 안테나 리드들 중 하나 이상 사이에 칩, 전기 화학 센서 전극들, 안테나, 안테나 인터커넥트들을, 그리고 상기 접속 패드들 중 적어도 하나와 상기 센서 전극들 중 하나 이상 사이에 센서 인터커넥트들을 수용하도록 구성된 접속 패드들을 형성하기 위해 금속을 패터닝하는 단계; 및
    칩을 상기 접속 패드들에 도포하는 단계 - 상기 칩은 상기 전기 화학 센서 전극들이 노출되는 액체에서 분석물질의 농도와 관련되는 센서 측정을 얻고 상기 안테나를 이용하여 무선으로 상기 센서 측정을 표시하게끔 상기 전기 화학 센서 전극들을 제어하도록 구성됨 -를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 칩을 상기 접속 패드들에 도포하는 단계는 이방성 도전 접착제를 통해 상기 접속 패드들에 상기 칩을 전기적으로 접속하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제7항에 있어서, 상기 전자 모듈은 상기 생체 적합 재료 내에 캡슐화되는 동안 전자 소자들에 전력을 공급하기 위해 입사 복사로부터 전기 에너지를 포착하는 에너지 획득 시스템을 포함하는 방법.
  18. 생체 적합 재료의 제1 층을 형성하는 단계;
    상기 생체 적합 재료의 상기 제1 층 위에 전자 모듈을 제공하는 단계;
    상기 전자 모듈을 덮기 위해 상기 생체 적합 재료의 제2 층을 형성하는 단계; 및
    캡슐화된 구조를 형성하기 위해 상기 생체 적합 재료의 상기 제1 및 제2 층들을 함께 어닐링하는 단계 - 상기 캡슐화된 구조는 상기 생체 적합 재료 내에 완전히 둘러싸인 상기 전자 모듈을 포함함 -
    를 포함하는 공정에 의해 준비된 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 공정은
    동작 기판 위에 희생층을 형성하는 단계 - 상기 생체 적합 재료의 상기 제1 층은 상기 희생층 위에 형성됨 -;
    상기 캡슐화된 구조를 상기 동작 기판으로부터 떼어내기 위해 상기 희생층을 제거하는 단계를 더 포함하는 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 공정은
    상기 생체 적합 재료 내에 캡슐화된 상기 전자 모듈을 포함하는 링형-구조를 형성하기 위해 상기 캡슐화된 구조를 에칭하는 단계; 및
    오목면과 볼록면을 갖는 투명한 중합체 재료를 포함하는 눈-장착형 장치에 상기 링형 구조를 내장하는 단계를 더 포함하고, 상기 오목면은 각막 표면 위에 제거 가능하게 장착되도록 구성되고, 상기 볼록면은 상기 오목면이 상기와 같이 장착될 때 눈꺼풀 움직임과 맞게 되도록 구성되는 장치.
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