KR20160147799A - 적응 열요법을 위한 스마트 열 패치 - Google Patents

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KR20160147799A
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무하마드 무스타파 후세인
아프탑 무스탄시르 후세인
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킹 압둘라 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지
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Abstract

적응 열요법을 위한 스마트 열 패치가 제공된다. 일 구체예에서, 그러한 패치는 적응 열요법을 제공하기 위해서 사용될 수 있는 무선 제어 성능을 지니는 신축성, 비-폴리머, 전도성 박막의 가요성 및 비-침습성 신체 통합 모바일 열 히터(stretchable, non-polymeric, conductive thin film flexible and non-invasive body integrated mobile thermal heater)이다. 그러한 패치는 다양한 통증 위치 상에서 기하학적으로 및 공간적으로 조정 가능할 수 있다. 적응성은 치료되는 부위의 온도를 기준으로 하여 가열량이 조정되게 한다.

Description

적응 열요법을 위한 스마트 열 패치{SMART THERMAL PATCH FOR ADAPTIVE THERMOTHERAPY}
관련 기술에 대한 우선권 주장
본 출원은 본원에서 전체적으로 참고로 포함되는 2014년 4월 28일자 출원된 발명의 명칭 "SMART THERMAL PATCH FOR ADAPTIVE THERMOTHERAPY"의 동시계속 미국 가출원 일련번호 제61/984,918호의 우선권을 주장한다.
배경
미국에서, 300,000명의 어린이를 포함한 5,000,000 명의 사람들이 관절염을 앓고 있다. 치료법으로, 이들은 일반적으로 열요법을 이용한다. 상업적으로 이용 가능한 화학-기반 통증 완화 패치(patch)는 통증 위치를 기준으로 하여 상이한 크기로 나오고 있으며, 제한된 가열 범위를 지니고, 재사용 가능하지 않고 짧은 전체 수명으로 제한된 시간 동안 효과적이며, 부작용(피부 자극, 알러지)을 일으키기 쉽고, 어린이에게는 적합하지 않다. 레이저 가열이 또한 사용될 수 있지만, 세계의 가난한 지역에서는, 이들 둘 모두가 고가이며 대부분이 이용 가능하지 않다.
요약
열요법을 위한 웹 통합된 가요성 및 신축성 전자 장치는, 예를 들어, 관절염, 통증-긴장-염좌(pain-strain-sprain), 암세포 파괴 그리고 더 많은 것들을 위한 적당한 가격의 진보된 헬스케어(healthcare)를 제공할 수 있다. 본 발명자들은 그를 위한 스마트 열 패치(smart thermal patch)를 제공한다. 일 구체예에서, 그러한 패치는 신축성, 비-폴리머, 전도성 박막의 가요성 및 비-침습성 신체 통합 패치일 수 있다. 그것은 열적 가열을 위한 전도성 물질을 포함할 수 있다. 그것은 피부 윤곽 통합된 공간적으로 조정 가능한 모바일(mobile) 열 패치일 수 있다. 그것은 무선 제어성, 적응성(예를 들어, 신체 위치의 온도를 기준으로 하여 가열의 양을 조정함), 재사용 가능성, 및/또는 저비용의 상보성 금속 산화물 반도체(complementary metal-oxide semiconductor: CMOS)의 상용성 통합으로 인한 적당한 가격으로 구입할 수 있는 것(affordability)을 포함할 수 있다. 리소그래피 패턴 형성된 기계적 디자인이 높은 전도성을 유지하면서 전도성 박막에서의 변형 스트레인(deformation strain)을 흡수하기 위해서 포함될 수 있다. 그것은 신축되거나 그의 최초 형태로 다시 수축될 수 있어서, 다양한 통증 위치상의 기하학적 및 공간적 조정 가능한 열 패치로서의 이의 사용을 가능하게 한다. 웹과 배터리 통합은 그것이 스마트폰(smart phone) 또는 모바일 기구를 사용한 정밀한 온도 제어 기능이 있는 완전한 자율-모바일 저비용(예, $1-2) 스마트 전자 시스템이 되게 하기 위해서 포함될 수 있다.
일 구체예에서, 가열 패드 어레이; 및 가열 패드 어레이 각각을 인접 가열 패드와 상호연결시키는 복수의 신축성 전도체들을 포함하는 열 패치가 제공된다. 임의의 하나 이상의 양태에서, 가열 패드 어레이는 복수의 접촉 패드들 사이에서 상호연결될 수 있다. 복수의 접촉 패드들은 신축성 전도체들에 의해서 인접 가열 패드들에 연결될 수 있다. 열 패치는 배터리를 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 열 패치는 가요성 마이크로컨트롤러(flexible microcontroller)를 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 열 패치는 모바일 컴퓨팅 장치(mobile computing device)와 통신하도록 구성된 무선 트랜스시버(wireless transceiver)를 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 무선 트랜스시버는 블루투스 트랜스시버(Bluetooth transceiver)일 수 있다. 모바일 컴퓨팅 장치는 스마트폰일 수 있다.
일 구체예에서, a) 열 패치를 규정하는 마스크를 폴리머 층 상에 형성시키는 단계; b) 상기 폴리머 층을 에칭(etching)시키는 단계; c) 전도성 물질을 증착시켜 상기 열 패치의 신축성 전도체들을 형성시키는 단계; 및 d) 기상 에칭(vapor phase etching)시켜서 상기 열 패치를 릴리스(release)시키는 단계;를 포함하는 방법이 제공된다. 임의의 하나 이상의 양태에서, 마스크는 알루미늄 마스크일 수 있다. 폴리머 층은 폴리이미드(PI) 층일 수 있다. 전도성 재료는 금속, 바람직하게는 구리, 니켈, 크롬, 주석, 은, 백금 또는 금속 합금일 수 있다. 방법은 전도성 물질을 증착시키기 전에 마스크를 제거하기 위한 습식 에칭을 포함할 수 있다. 방법은 전도성 물질을 증착시키기 위한 씨드 층(seed layer)을 증착시키는 단계를 포함할 수 있다. 기상 에칭은 XeF2 기상 에칭일 수 있다. 다양한 구체예 중 임의의 하나 이상의 구체예에서, 신축성 전도체(들)는 측 방향 스프링 디자인(lateral spring design)를 지닐 수 있다. 전도체의 그러한 디자인은 이들을 초탄성적으로 거동하게 하여, 전도체(들)를 적용된 스트레인(strain)하에 신축되게 하고, 스트레인이 해제되는 때에 이들의 일반적인 비신축된 모양으로 되돌아오게 할 수 있다.
본 개시내용의 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점은 하기 도면 및 상세한 설명을 검토해 보면 당업자에게는 자명하거나 자명하게 될 것이다. 모든 그러한 추가의 시스템, 방법, 특징, 및 이점이 이러한 설명 내에 포함되고, 본 개시내용의 범위 내에 있으며, 첨부된 청구범위에 의해서 보호되는 것으로 의도된다.
본 발명의 많은 양태는 하기 도면을 참고하면 더 잘 이해될 수 있다. 도면에서의 부품들은 반드시 척도로 도시될 필요가 없고, 대신에 본 개시내용의 원리를 명확하게 예시하는 때에는 강조가 더해진다. 더욱이, 도면에서, 유사한 참조 번호는 몇 개의 도면 전체에서 상응하는 부분들을 가리킨다.
도 1은 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 열 패치의 예를 예시하는 그래픽 표현이다.
도 2는 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 도 1의 열 패치의 제작의 예를 예시하는 그래픽 표현이다.
도 3은 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 도 1의 열 패치의 예의 이미지를 포함한다.
도 4a 및 도 5a는 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 도 1의 열 패치의 인가된 힘에 대한 스프링 신장률 플롯(plot)의 예이다.
도 4b 및 도 5b는 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 도 4a 및 도 5a의 스프링 신장률의 이미지를 포함한다.
도 6a-도 6b 및 도 7a-도 7b는 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 도 1의 열 패치의 인가된 전압에 대한 온도 및 전력 플롯의 예이다.
도 6c 및 도 7c는 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 다양한 인가된 전압에 대한 도 1의 열 패치의 온도 플롯의 예이다.
도 8a-도 8c는 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 다양한 인가된 전압에 대한 열 패치(100)의 온도의 온도 변화 플롯의 플롯의 예이다.
도 9a 및 도 9b는 본 개시내용의 다양한 구체예에 따라서 스마트폰을 사용하여 무선으로 제어되는 열 패치의 이미지이다.
도 9c는 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 온도 변화에 의한 도 1의 열 패치의 저항 변화 플롯의 예이다.
도 9d는 본 개시내용의 다양한 구체예에 따른 가요성 제어기 및 배터리를 구비한 도 1의 열 패치의 예의 이미지이다.
상세한 설명
적응 열요법을 위한 스마트 열 패치와 관련된 다양한 예가 본원에서 개시된다. 이제, 도면에 예시된 바와 같은 구체예의 설명에 대한 참고가 상세히 이루어질 것이고, 여기에서, 유사한 참조 번호는 몇 개의 도면 전체에 걸쳐서 유사한 부분을 나타낸다.
화학-기반 통증 완화 패치 및 레이저 가열에 대한 효과적인 대안으로서, 무선 제어 가능한 히터가 피부상의 특정된 점상의 열의 적용 또는 열요법을 위해서 사용될 수 있다. 열요법의 이용은 관절염, 암 등과 같은 다양한 심각한 질환을 치료하기에 유용한 것으로 입증되었다. 인체 상의 박막-기반 열 히터(thin film-based thermal heater)의 사용은 이들의 자연적인 강성 및 제한된 신축성으로 인해서 제한되어 왔다. 전자 장치에서 사용되는 대부분의 재료 시스템은 본질적으로 신축성이 아니다. 특히, 구리선은 일반적으로는 최신 전자 장치에서 인터커넥트(interconnect)로서 사용된다. 구리는 20-25%의 항복 변형율(yield strain)을 지니기 때문에, 신축성 전자 장치에서의 구리 인터커넥트의 사용은 제한된다. 큰 변형(deformation)과의 상용성은 큰 스트레인(strain)(>100%)의 인가시에 이들의 전기적 및 열적 성질을 유지하는 웹 통합된 가요성 및 신축성 전자 장치에 의해서 제공될 수 있다.
일 구체예에서, 패치는 적응 열요법을 제공하기 위해서 사용될 수 있는 무선 제어 성능을 보유한 신축성, 비-폴리머, 전도성 박막의 가요성 및 비-침습성 신체 통합 모바일 열 히터일 수 있다. 그러한 패치는 여러 통증 위치상에서 기하학적으로 및 공간적으로 조정 가능할 수 있다. 적응성은 치료되는 부분의 온도를 기준으로 하여 열의 양이 조정되게 한다.
하나 이상의 양태에서, 전도성 박막은 금속성 박막일 수 있다. 예로서, 저렴한 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS)의 상용 가능한 통합이 장치의 재사용성 및 적당한 가격으로 구입할 수 있는 것(affordability)을 용이하게 할 수 있다. 신축성 인터커넥트, 전극, 집적회로, 발광 다이오드, 수퍼 커패시터(super capacitor), 인공 피부 및 그 밖의 것들을 위한 1D 나노와이어 또는 2D 그래핀(graphene)을 포함하는 대부분의 폴리머 또는 복합체-기반 재료 시스템을 사용한 신축성 전자 장치에 대한 종래의 입증에 비해서, 스마트 열 디자인은 이들의 낮은 저항에 대한 충격 없이 박막에서의 변형 스트레인(deformation strain)을 흡수하기 위한 디자인 특징을 사용함으로써 조정 가능한 크기의 열 히터로서의 박막의 계속된 사용을 가능하게 한다. 일 양태에서, 금속성 박막은 구리(Cu) 기반 박막일 수 있다.
통증 위치 및 공간적 요건을 기준으로 하여, 공간적으로 조정 가능한 모바일 열 히터가 사용자의 요구를 만족시키도록 신축될 수 있고, 그의 최초 형태로 다시 수축될 수 있다. 필름의 금속성 본질은 그것이 더 긴 수명에 걸쳐서 그리고 재사용 방식으로 사용되게 한다. 또한, 웹 기술(예컨대, 진보된 블루투스 기술)과 배터리의 통합이 그것을 스마트폰 또는 다른 모바일 인터페이스 장치(mobile interface device)를 사용한 정밀한 온도 제어 기능을 갖춘 자율 모바일 스마트 전자 시스템이 되게 할 수 있다. 리소그래피 패턴화된 기계적 디자인이 Cu(또는 다른 금속성 유형) 및 전도성 박막에서의 변형 스트레인을 흡수하면서 이들의 높은 전도성을 유지시켜서, 장치가 신축되고 다시 이의 최초 형태로 수축되게 한다. 기하학적 및 공간적 조정 가능한 열 패치는 다양한 피부 위치에서의 피부 윤곽에 비침적으로 순응할 수 있다. 신축 성능을 지니는 가요성 및 스마트 열-전자 시스템의 이용성은 관절염 또는 더욱 복잡한 암성 종양 세포 파괴를 격고 있는 환자, 및 신체 및/또는 근육 통증, 긴장 및 염좌를 경험하고 있는 체육인 또는 군인과 같은 사람들을 포함한 세계 인구에 의한 열요법에 대한 이들의 매일의 사용을 가능하게 한다. 한 예로서, 장치는 암성 세포 파괴에 대한 열요법(온열요법)을 위해서 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명자들은 용해 가능한 전도성 재료(예를 들어, 텅스텐, 알루미늄, 몰리브데넘 등을 포함함)를 사용할 수 있다. 치료 후에, 장치는 이어서 신체의 내부에 완전히 용해되어 장치를 회수하기 위한 임의의 추가의 시술이 필요없을 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 구리가 전도성 요소로서 사용될 수 있는데, 그 이유는 구리가 금속 인터커넥트를 위한 최신 CMOS 기술에서 사용되고 그에 따라서 CMOS 공정이 상용성이기 때문이다. 구리는 본질적으로 비-신축성이기 때문에, 신축성은 측 방향 스프링 디자인을 이용함으로써 도입되었다. 일부 실행예에서, 전도성 금속(예, 니켈, 크롬, 주석, 은, 백금 또는 그 밖의 금속 또는 합금)을 포함한 다른 전도성 물질이 또한 금속 인터커넥트를 형성시키기 위해서 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 열 패치 디자인(100)의 예가 도시되고 있다. 그러한 디자인은 상이한 치수의 장치를 얻기 위한 스케일링 파라미터(scaling parameter) λ를 사용하여 스케일링될 수 있다. 장치의 확장성을 입증하기 위해서, 두 가지 버전(version)의 디자인이 디자인 파라미터 λ를 100μm 및 200μm로 스케일링함으로써 제작되었다. 도 1에 예시된 바와 같이, 열 패치 장치(100a) 및 열 패치 장치(100b)는 각각 λ=100μm 및 λ=200μm로 제작되고 특성화었다. 열 패치 장치(100)는 신축성 전도체(109)를 사용하여 복수의 접촉 패드(106) 사이에 상호연결된 가열 패드(103)의 하나 이상의 어레이 또는 행렬(matrix)을 포함할 수 있다.
스프링 디자인, 예를 들어, 측 방향 스프링 디자인을 지니는 전도체(109)가 형성될 수 있다. 이들은 전도체의 신축 또는 굽힘을 가능하게 하는 치수로 감길 수 있다. 비-제한 예가 도 1에 도시되어 있으며, 여기에서, 측 방향 스프링 디자인을 제공하기 위한 일반적인 숫자 "8" 형태를 지니는 전도체(109)가 감겨있다. 본 기술분야에서의 전문가는 다른 모양이 측 방향 스프링 디자인을 제공하기 위해서 사용될 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 전도체(109)는 일반적으로 원형 또는 타원형 모양으로 도 1에 도시된 상부 또는 하부에 나타내고 있는 바와 같이 감길 수 있다. 감긴 디자인은 전도체(들)(109)가 스프링으로서 거동하게 할 수 있다. 스프링 또는 감긴 디자인은 전도체(들)(109)가, 이하 더욱 상세히 기재되는 바와 같이, 초탄성적으로 거동하게 할 수 있다.
가열 패드(103)는 크기 20λ의 정사각형일 수 있다. 가열 패드(103) 상의 구리선(112)(또는 그 밖의 유형의 금속선)은 전도체의 길이를 최대화하고, 그에 따라서, 전도체의 저항을 최대화하도록 설치된다. 폴리이미드(PI) 패드(115)는 200μm(중심-대-중심)만큼 떨어져서 100μm의 직경을 지니는 구멍들을 지니고 있다. PI와 유사한 특성을 지니는 다른 연질 폴리머가 또한 패드(115)를 위해서 사용될 수 있다. 눈금 막대(scale bar: 118)는 1mm이다. 접촉 패드(106)는 둘 모두의 경우에 2 mm x 20 mm이다. 신축성 전도체(109)의 굴곡된 스프링 구조의 전체 길이((L t )는 78.35λ인 반면에, 스프링의 측 방향 길이(L l )는 단지 10λ이다. 스프링이 이의 최대 수용력까지 신축되는 때에 스프링의 측 방향 길이는 이의 최대 길이와 대체로 동일하다. 따라서, 신축성 측 방향 스프링은 개별적인 신축성 전도체(109)에 대해 약 800%(L t /L l =7.835)의 최대 단축 신축성(maximum uniaxial stretchability)을 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 신축성 전도체(109)는 두 방향으로 가열 패드(103) 사이에 가요성을 제공하도록 사용된다.
신축성 구리 전도체(109)의 적용을 입증하기 위해서, 신축성 전도체(109)가 두 방향으로 가요성을 제공하도록 인접 가열 패드(103)를 연결하는 신축성 열 패치(100)가 구성된다. 가열 패드(103)는 신축에 기여하지 않으며, 길이 5λ의 인터커넥트와 함께 20λ의 일정한 측면 방향 길이를 지닌다. 스프링의 둘 모두의 측상의 이러한 5λ의 길이는 신축 전 및 후의 측 방향 길이를 증가시키고, 그에 따라서, 장치 수준에서의 신축률은 하기 수학식으로 주어진다:
Figure pct00001
따라서, 포함된 가열 패드와 함께, 열 패치 시스템의 전체 신축률은 약 270%가 된다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 가요성(예, 폴리이미드와 같은 폴리머) 표면상에 금속(예, 구리) 선(112)을 사용하여 열 패치(100)를 직접 제작하여 그것이 무-전달 공정(transfer-less process)이 되게 하는 CMOS 상용성 공정의 예를 도시하고 있다. 실리콘(Si) 웨이퍼(203)로 시작하여, 열 산화가 이산화규소(SiO2) 층(206)을 형성시키기 위해서 이용된다. 이어서, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition: PECVD)이 얇은 비정질 실리콘((α-실리콘) 희생 층(209)을 형성시키기 위해서 이용된다. 이어서, 4μm 두께의 폴리이미드(PI) 층(212)이 1μm 두께의 비정질 실리콘 희생 층(209)을 지니는 열 산화된 웨이퍼 상에 스핀-코팅(spin-coating)될 수 있다. 일부 실현예에서, PI와 유사한 특성을 지니는 다른 폴리머가 층(212)을 형성시키기 위해서 사용될 수 있다. PI 층(212)은 알루미늄 하드 마스크(aluminum hard mask: 215) 및 O2 플라즈마 에칭의 증착 및 패턴 형성을 이용하여 측 방향 스프링 디자인으로 패턴화된다. 습식 에칭이 알루미늄 마스크(215)를 제거하기 위해서 이용될 수 있다. 구리 전기도금을 위한 씨드 층(218)이 PI 층(212) 상에 증착되고, 4μm 두께의 구리선(221)이 후속하여 전기도금된다. 씨드 층(218)은 아르곤 플라즈마를 이용하여 에칭 제거되고, 열 패치 장치(100)가, 예를 들어, 비정질 실리콘 희생 층(209)의 XeF2 기반 기상 에칭을 이용하여 릴리스된다. 구리선(221)과 PI 층(212)의 두께는 동일하도록 제작되어서, 굽힘 동안의 중립 축(neutral axis)이 구리/PI 인터페이스에 있게 할 수 있다. PI 패드(115)는 200μm(중심-대-중심)만큼 분리되어 있는 100μm 직경의 구멍들을 포함하여 XeF2 가스 상 릴리스에 요구되는 시간을 줄인다. 그에 따라서, 두 개의 재료의 인터페이스가 굽힘 동안에도 응력이 없는 상태에 있다.
도 3에 도시된 작용 열 패치 장치(100)를 제작하기 위해서는, 출발 점은 열 산화된(300nm), 4" 실리콘(100) 기판(203)이었다. 1μm 두께의 비정질 실리콘 층이 희생 층(209)으로서 PECVD(예, SiH4, Ar 플라즈마, 250℃에서 25분)를 이용하여 기판(203) 상에 증착되었다. 이어서, 웨이퍼는 4μm 두께의 코팅(212)을 얻기 위해서 4000rpm에서 60초 동안 폴리이미드(예, HD MircoSystems PI2611)로 스피닝되었다. 폴리이미드(PI) 층(212)은 후속하여 90℃에서 90초 동안, 150℃에서 90초 동안 및 350℃에서 30분 동안 경화되었다. 200nm 알루미늄 층이 웨이퍼상에 스퍼터링(sputtering)되어(10 mTorr에서의 25 sccm Ar 플라즈마, 500W DC 전력) PI 에칭을 위한 하드 마스크(215)로서 작용하였다. 알루미늄 박막은 접촉 리소그래피를 이용하여 패턴화되었고, 그라비어 알루미늄 습식 식각제(Gravure aluminum wet etchant)(Technic France)를 사용하여 에칭되었다. 이어서, PI 층(212)이 16분 동안 60℃ 및 800 mTorr의 O2 플라즈마를 사용하여 에칭되었다. Cr/Au(20/200 nm) 이중층이 웨이퍼 상에 증착되어 구리 전기도금을 위한 씨드 층(218)으로서 작용하였다. 또한, Cr/Cu 이중층이 씨드 층(218)로서 사용되어 배치 제작(batch fabrication)에서의 비용을 줄일 수 있다. 웨이퍼는 포토레지스트(photoresist)로 스핀-코팅되었고, 구리로 덮힐 영역이 포토레지스트를 현상시킴으로써 노출되었다. 4μm 두께의 구리 층(221)이 전해질로서의 CuSO4 용액 및 200초 동안의 0.698 암페어의 전류를 사용하여 전기도금되었다. 포토레지스트는 아세톤을 사용하여 세척 제거되었고 씨드 층(218)은 3분 동안 Ar(30 sccm) 플라즈마를 사용하여 에칭되었다. 웨이퍼는 4 Torr 압력에서의 60 사이클(각각 30초)의 XeF2 에칭(예, Xactix X3C)에 가해져서 열 패치(100)를 릴리스시킨다.
도 3은 제작된 열 패치(100)의 이미지(a) 내지 이미지(k)를 포함한다. 모든 눈금 막대(303)는 2cm이다. 릴리스 후의 열 패치(100)의 광학적 이미지는 각각 λ=100μm 및 λ=200μm에 대한 도 3의 이미지(a) 및 이미지(b)에 도시된 바와 같다. 이미지(a)에 나타낸 열 패치(100a)는 세 개의 접촉 패드(106) 사이의 가열 패드(103)의 두 개의 어레이를 포함한다. 200% 측 방향 스트레인이 가해진, 인간 피부상의 이미지(a)의 열 패치(100a)의 적용이 이미지(c)에 도시되어 있다. 다양한 위치에서의 인간 피부 상의 이미지(b)의 열 패치(100b)의 적용이 도 3의 이미지(d) 내지 이미지(h)에 도시되어 있다. 이미지(d)의 경우에, 열 패치(100b)는 스트레인 없는 상태인 반면에, 이미지(e)에서 열 패치(100b)는 150%의 단축 스트레인하에 있다. 도 3의 이미지(f)는 측 방향 및 가로 방향 스트레인이 150%인 이축 스트레인하에 있는 열 패치(100b)를 도시하고 있다.
다양항 신체적 특징부 둘레를 감았을 때의 제작된 열 패치(100b)의 가요성이 곡률 반경이 0.5mm 만큼 작은 경우와 함께 도 3의 이미지(g) 내지 이미지(i)에 예시되어 있다. 이미지(g)는 6.3cm의 곡률 반경으로 팔꿉관절 둘레에 순응하여 굽은 열 패치(100b)를 도시하고 있다. 이미지(h)는 0.96cm의 곡률 반경으로 두 개의 손가락 둘레에 감긴 열 패치(100b)를 도시하고 있다. 이미지(i)는 약 0.5mm의 곡률 반경으로 실리콘 웨이퍼(306)의 둘레에 감긴 열 패치(100b)를 도시하고 있다. 판데르발스 힘(van der Waals force)이 미세 불규칙 피부 상의 순응 정위(conformal placement)를 가능하게 한다. 도 3의 이미지(j) 및 이미지(k)는 기성품 의료 패치(309)(WellPatch™ Capsaicin Pain Relief Patch)를 이미지(a)의 열 패치(100a)와 비교하고 있다. 이미지(k)에서, 열 패치(100a)는 200% 스트레인 상태로 도시되어 있다.
단축 인장 스트레인 하의 신축성 전도체(109)의 기계적인 성능이 각각 λ=200μm 및 λ=100μm에 대한 4a-도4b 및 도 5a-도 5b에 요약되어 있다. 논의되는 바와 같이, 대략 800%의 최대 신축률이 각각의 스프링에 대해서 가능하다. 이는 대략 300%의 장치의 전체 최대 신축률을 의미한다. 그러나 이러한 최대 점이 가역적이지 않았음이 관찰되었다. 더 정확히 설명하면, 스프링에 대한 탄성 한계는 약 600%인 것으로 측정되었다. 도 4a 및 도 5a는, 신축성 전도체(109)에 대한, 측면 방향에서 적용된 힘에 대한 스프링 신장 플롯(λ=200μm의 경우에 데이터 세트 (403) 및 λ=100μm의 경우에 데이터 세트 (503)) 및 첫 번째 사이클에 대한 신장률의 함수로서의 저항(λ=200μm의 경우에 데이터 세트 (406) 및 λ=100μm의 경우에 데이터 세트 (506))의 예이다. 스프링에 대해서 얻은 힘 대 신장률 플롯(403 및 503)은 초탄성 고무-유사 재료와 밀접하게 유사하다. 항복점(yield point)이 "x"로 표시된다. 인셋 플롯(inset plot)은 탄성 한계내에서의 스프링 신장률 대 인가된 힘이다. 신축성 전도체(109)는 10 사이클의 신축 후에 600%까지 이들의 최초 상태로 다시 돌아왔다. 따라서, 측 방향 스프링 디자인은 구리 박막을 초탄성적으로 거동하게 한다.
신축성 전도체(109)의 경우에, 열 패치(100)의 저항 데이터 세트(406 및 506)는 탄성 한계내에서 단지 0.6%의 스트레인-변화(strain-variation)로 거의 변하지 않았다. 적용된 스트레인을 지닌 스프링의 저항에서의 일관성은 측 방향 스프링 시스템의 디자인에 기인할 수 있다. 적용된 스트레인은 스프링 디자인의 변형에서 흡수되었으며, 그에 따라서, 구리 인터커넥트는 스트레인 하에 문제가 없다. 그에 따라서, 금속선(및 완전한 열 패치(100))의 저항은 실험 전체에 걸쳐서 변함없이 유지되었다. 추가로, 도 4a 및 도 5a도 도시된 저항에서의 약간의 변화는 단지 첫 번째 신축 사이클 동안이었다. 저항은 첫 번째 신축 사이클 후에 일정하게 되었고, 몇 번의 신축 사이클 후에 일정하게 유지되었다. 특히, 10 사이클 후에는, 스트레인에 의한 스프링의 저항에서의 변화가 없었다. 이는, 처음 몇 번의 사이클로, 스프링이 이들의 금속 알갱이(metal grain)들의 약간의 재배향을 진행하여 측 방향 스프링에서의 비틀림을 수용함에 기인할 수 있다. 금속 알갱이들이 "정착(settle)"되면, 스프링 및 열 패치(100)의 저항은 스트레인과 관련하여 변화가 없게 된다.
도 4b 및 도 5b는 신장 동안의 각각 λ=200μm 및 λ=100μm를 지니는 신축성 전도체(109)의 이미지를 도시하고 있다. 상부 이미지(409 및 509)는 신장 사이클의 시작 전의 스프링을 도시하고 있다. 이미지(412 및 512)는 이완된 스프링에 대한 주사 전자 현미경사진(scanning electron micrograph: SEM)이다. 중간 이미지(415 및 515)는 약 800% 스프링 신장률로 완전히 신축된된 스프링을 도시하고 있다. 이미지(418 및 518)은 200%의 스트레인에 의한 인장하의 스트링에 대한 부분의 SEM이다. 측 방향 스프링은 특정의 점에서 꼬여서 스트레인 에너지를 흡수한다는 것을 알 수 있다. 하부 이미지(421 및 521)는 스프링의 탄성 한계 내에서의 600% 신장률의 10회 신장 사이클 후의 스프링을 도시하고 있다. 도 4b의 경우에, 눈금 막대(424a)는 2cm이고, 눈금 막대(424b)는 50μm이다. 도 5b의 경우에, 눈금 막대(524a)는 4mm이고, 눈금 막대(524b)는 50μm이다.
가열 성능 및 효과적인 작동 시간은 상업적으로 이용 가능한 열요법을 위해서 제한될 수 있다. 도 6a-도 6c 및 도 7a-도 7c는 각각 λ=100μm 및 λ=200μm의 경우의 열 패치(100) 디자인의 열적 성능 검정을 예시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열 패치(100)의 가열 패드(103)는 신축성 전도체(109)의 구리 배선을 2 mm x 20 mm 접촉 패드(106)에 용접함으로써 접촉되었다. 접촉 패드(106)로 인해서 열 패치 장치(100)로 도입되는 전체 기생 저항(parasitic resistance)은 0.05 오옴(또는 전체 장치 저항의 약 0.6%)인 것으로 측정되었다. 평가 동안에, 열 패치(100)는 정전압 공급원(constant voltage source)(예, Agilent E3631A 파워 서플라이)를 사용하여 에너지 공급되었고, 열 패치 장치(100)의 온도는 Optotherm Mirco 열 영상화 시스템을 사용하여 측정되었다. 주어진 인가된 전압에 대한 유리 기판의 평균 온도를 측정하기 위해서, 정사각 영역이 단위로서 가열 패드(103)의 크기의 4배 크기와 동일한 영역으로 한정되었다. 이러한 단위 영역의 평균 온도가 열 부하(thermal load) (유리 기판) 하의 가열 패드의 열적 특성을 얻기 위해서 전압에 대해서 플로팅되었다.
도 6a 및 도 7a는 인가된 전압에 대한 열 패치(100)의 온도(λ=100μm의 경우의 데이터 세트(603) 및 λ=200μm의 경우의 데이터 세트(703)) 및 인가된 전압에 대해서 소모된 전력(λ=100μm의 경우의 데이터 세트(606) 및 λ=200μm의 경우의 데이터 세트(706))의 예를 도시하고 있다. 공기 중 및 유리 기판(부하됨)상의 열 패치에 대한 최대 온도가 인가된 전압에 대해서 플로팅(각각 데이터 세트(603a/603b 및 703a/703b))되었다. 도 3의 이미지(i)는 실리콘 웨이퍼(306) 둘레에 감긴 열 패치(100b)(도 1)를 나타낸다. 평균 온도 데이터(603c 및 703c)는 가열 패드(103) 면적의 4배의 정사각형으로서 정의된 단위 면적의 온도 판독 값의 평균에 상응한다.
도 6a 및 도 7a에서 알 수 있는 바와 같이, 열 패치(100)는, 동일한 인가된 전압의 경우에, 유리 기판 부하에 비해서, 주위 공기 중에 있는 동안에 더 높은 온도를 달성시켰다. 이것은 예상되는데, 그 이유는 공기가 가열 패드(103)(도 1)의 대류 냉각만을 제공하는 반면에, 유리 기판은 공기(상부)를 통한 대류뿐만 아니라 유리 기판을 통한 전도를 제공하고 더 높은 열 용량을 지니기 때문이다. 도 6a(λ=100μm)의 경우에, 약 80℃의 최대 온도가 1.5W의 전력 소모와 함께 1.6V의 인가된 전압에 대해서 측정되었다. 열 부하(thermal load)로서 유기 기판에 의한 온도 범위는 25-53℃로서 얻어진다. 도 7a(λ=200μm)의 경우에, 102℃의 최대 온도가 1.4W 전력 소모와 함께 3.8V의 인가된 전압에 대해서 기록된다. 열 부하로서 유기 기판의 경우의 온도 범위는 25-66℃로서 얻어진다.
도 6b 및 도 7b를 참조하면, 주어진 인가된 전압에 대한 히터 온도의 시간적 반응의 플롯이 도시되어 있다. 유리 기판이 또한 특정의 인가된 전압에 대해 특정의 온도로 점진적으로 가열되는 것으로 보였다. 전력은 지정된 "파워 온(Power On)" 시간 후에 켜졌다. 도 6b에서, λ=100μm을 지니는 열 패치(100a)에 인가된 전압은 약 0.1V(화살표로 나타낸 바와 같음)의 단계로 약 1V로부터 약 1.6V까지 변화되었다. 도 7b에서, λ=200μm을 지니는 열 패치(100b)에 인가된 전압은 약 0.2V(화살표로 나타낸 바와 같음)의 단계로 약 2.6V로부터 약 4V까지 변화되었다. 도 6c 및 도 7c는 각각 λ=100μm 및 λ=200μm를 지니는 열 패치 디자인(100)에 인가된 다양한 전압에 대한 열 패치(100)의 온도 플롯이다. 0.5V(상부 왼쪽), 1.0V(하부 왼쪽), 1.5V(상부 오른쪽) 및 2.0V(하부 오른쪽)의 전압이 도 6c에서 인가되었으며, 1V(상부 왼쪽), 2V(하부 왼쪽), 3V(상부 오른쪽) 및 4V(하부 오른쪽)의 전압이 도 7c에서 인가되었다. 눈금 막대(603 및 703)는 2mm이었다.
열 패치(100)는 가열 패드(103) 상의 구리선(112)의 폭(50μm)이 각각 λ=100μm 및 λ=200μm의 경우의 신축성 전도체(109) 상의 구리선의 절반 또는 1/4이도록 디자인되었다. 또한, 가열 패드(103) 상의 구리선(112)은 이들의 길이를 최대화시키도록 디자인되었다. 그에 따라서, 열 패치 장치(100)의 대부분의 저항은 가열 패드(103)를 가로질러 집중되었다. 이것은 가열 패드(103) 상에 소산된 전력의 양을 최대화하고, 그에 따라서 인가되는 가열을 최대화한다. 이러한 디자인으로, 접촉 금속 저항을 포함한, 열 패치(100)의 전체 저항은 8.85 오옴인 것으로 측정되었다. 가열 패드(103)와 신축성 전도체(109)의 저항의 비율은 각각 λ=100μm 및 λ=200μm의 경우에 3.35 및 15.5인 것으로 계산되었다. 저항 비율에서의 큰 차이는 구리선의 더 작은 폭(λ=100μm의 경우에 λ/2인 것에 비해서 λ=200μm의 경우에 λ/4)에 주로 기인될 수 있으며, 가열 선의 더 긴 길이(λ=100μm의 경우에 14.8 cm인 것에 비해서 λ=200μm의 경우에 6.84 cm) 때문일 수 있다. 그에 따라서, 주어진 전류에 대해서, 공급된 전체 전력에 대한 가열 패드에 소산된 전력의 비율은 각각 λ=200μm 및 λ=100μm 디자인을 경우에 0.92 및 0.69인 것으로 계산된다. 따라서, 가열 패드 상의 열 소산과 관련하여, λ=200μm를 지니는 디자인이 더욱 효율적인 것으로 밝혀졌다.
λ=200μm를 지니는 열 패치는 또한 승낙이 있는 성인 인간 대상체에 대해서 시험되었다(Institutional Bioethics Policy에 따라서). 열 패치(100b)가 양면 스카치 테이프(double sided scotch tape)를 사용하여 대상체의 손에 테이핑되었다. 열 패치(100b)는 정전압 DC 파워 서플라이(constant voltage DC power supply)를 사용하여 전력이 공급되었고, 패드 및 피부의 온도가 측정되었다. 도 8a를 참조하면, 전압의 적용 후 60초에서, 인가된 전압에 대한 획득된 최대 및 평균 온도(각각 (803) 및 (806))의 플롯이 도시되어 있다. 평균 온도(806)는, 파워 서플라이를 끈 직후에, 열 패치(100b)의 전체 영역에 대해서 계산되었다. 열 패치(103b)가 정상 온도에 비해서 몇 도까지 인간 피부를 효과적으로 가열하였음이 밝혀졌다. 도 8b는 1V, 2V, 2.5V 및 2.75V의 주어진 인가된 전압에 대한 피부 온도의 시간적 반응을 플롯팅하고 있다. 전력은 지시된 "파워 온" 시간 후에 켜졌다.
추가로, 가열 효과는 가열 패드(103) 아래 뿐만아니라 열 패치(100b)의 전체 영역으로 확장되었다. 이것은 열 패치(100b)에 대한 전력이 꺼진 직후에 피부의 평균 온도를 측정함으로써 관찰되었다. 도 8c는 다양한 가열 적용 조건에 대한 피부의 온도의 예를 도시하고 있다. 피부 및 열 장치의 초기 온도 조건은 상부 왼쪽에 나타내어져 있다. 1V 적용 60초 후에 야기된 온도변화는 하부 왼쪽에 나타내어져 있고, 2.75V 적용 60초 후에 야기된 온도변화는 상부 오른쪽에 나타내어져 있다. 2.75V를 60초 동안 적용하고 전력을 끈 직후의 온도는 하부 오른쪽에 나타내어져 있다. 눈금 막대(809)는 2cm이다. 따라서, 실제 적용 조건에서 및 150%의 높은 스트레인하에 열 패치(100b)는 인간 피부상에서의 일정한 온도 증가를 야기할 수 있음이 관찰되었다.
신축성 및 가요성 열 패치(100)는 생의학 산업에서 여러 가지로 적용된다. 열 패치(100)는 이의 최초 크기의 3배까지 신축될 수 있고, 인간 신체의 임의의 부분에 적용될 수 있으며, 열요법을 위해서, 그 후에 재사용될 수 있다. 많은 실제 생명 적용에서, 유선 정전압 파워 서플라이는 사용에 이용 가능하지 않으며, 열요법을 위해서 가지고 다니기에 실용적이지 않을 수 있다. 그에 따라서, 실용적인 열 패치 시스템은 휴대 가능하고 용이하게 사용 가능하도록 무선일 수 있다. 또한, 추가의 기능으로서, 열 패치(100)는 용이하게 이용 가능한 장치, 예컨대, 예를 들어, 스마트폰 또는 태블릿을 사용하여 용이하게 제어 가능해야 한다. 이러한 취지로, 블루투스 가능한 안드로이드-기반 스마트폰을 사용하여 무선으로 제어 가능한 열 패치(100)가 시험되었다. 무선 전도성은 Seeedstudio Bluetooth shield와 함께 오픈 소스 하드웨어 모듈(open source hardware module)(Arduino Uno)을 사용하여 달성되었다. 열 패치(100)에 인가된 전압은 아두이노 시스템의 출력 중 하나로부터의 PWM 출력을 사용하여 제어되었다. 열 패치(100)는 또한 한정된 영역의 가열이 요구되는 다른 적용에 사용될 수 있다. 열 패치(100)의 가요성은 이들이 불균일한 표면상에 또는 그 둘레에 위치되게 하고 그러한 영역에 맞도록 성형되게 한다. 예를 들어, 열 패치(100)는 파이프 내의 유체의 동결을 해결하거나 이를 피하기 위해서 열을 적용하기 위한 파이프 둘레에 놓일 수 있다. 열 패치(100)의 가열 온도는, 예를 들어, 가열된 부품에 대한 손상을 피하기 위해서, 시간에 따른 가열 변화를 제어하기 위해서, 또는 일정한 온도를 유지시키기 위해서 제어될 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 안드로이드 스마트폰을 사용한 무선으로 제어되는 열 패치(100)의 이미지가 도시되어 있다. 이들 이미지는 스마트폰을 사용한 열 패치(100)의 온도의 제어를 예시하고 있다. 안드로이드-기반 온도 제어 시스템(Android-based temperature control system)이 또한 인간 대상체와 함께 시험되었다. 열 패치 시스템에서의 기성품 아두이노 보드(Arduino board) 및 이의 블루투스 쉴드(Bluetooth shield)를 사용하는 것은 열 패치를 무겁고 이동 불가능하게 할 수 있고, 이는 일반 자율 휴대 열요법 해결책으로서의 이의 완전한 사용 가능성을 제한할 수 있다. 그러나, 아두이노 보드에 사용된 것과 유사한 가요성 마이크로컨트롤러를 제조하기 위해서 트렌치-프로텍트-필-릴리즈 기반 변형 실리콘 전자 장치(trench-protect-peel-release based transformational silicon electronics)를 사용하는 것은 이러한 제한을 극복할 수 있다. 따라서, 완전한 시스템 수준 해결책이 달성될 수 있다.
열 패치(100)의 휴대성은 또한 정전압 공급원으로부터의 전력의 공급에 의해서 제한될 수 있다. 앞선 예에서, 열 패치에 의해서 소모된 최대 전력은 약 1.5W이었다. 따라서, 열 패치(100)는 상업적으로 이용 가능한 코인 배터리(coin battery)(예, 1000 mAh의 용량을 지니는 Panasonic CR2477)에 의해서 최대 작동 온도에서 2 시간 동안 유지될 수 있다. 배터리는 또한 가요성 및 신축성일 수 있고 재충전되어 열 패치(100)를 재사용 가능하게 할 수 있다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 열 패치(100)의 제어는 열 패치(100)와 제어 소프트웨어가 사전에 보정된 오픈 루프 제어 시스템(open loop control system)을 사용하고 있다. 일부의 경우에, 제어 메커니즘(control mechanism)이 열 패치(100)의 온도 제어에서의 부정확함을 유도할 수 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해서, 열 패치(100)는 자체를 온도 센서로서 사용할 수 있다.
열 패치(100)는 구리선을 가열을 위해서 사용하고 있으며, 구리의 저항은 온도의 증가에 따라서 증가하기 때문에, 열 패치 장치(100)의 저항은 온도가 증가함에 따라서 증가한다. 저항은 PWM 작동 모드에서의 열 패치(100)에 의해서 소모된 전류를 기준으로 하여 감지될 수 있다. 예를 들어, 시험 동안에, 열 패치 장치(100)의 저항의 온도 반응은 열 척 프로브 스테이션 셋-업(thermal chuck probe station set-up)(예, Cascade Microsystems M150)을 사용하여 시험되었다. 열 척은 특정의 온도로 설정되었으며(일정한 온도를 달성하기 위해서 온도마다 5분 동안), 작은 감지 전류가 열 패치(100)에 인가되어 열 패치 장치(100)를 열 척 온도 초과로 가열하지 않으면서 열 패치 장치(100)의 저항을 측정하였다.
도 9c는 온도 변화에 따른 열 패치(100)의 저항의 변화 플롯을 도시하고 있다. 오류 막대는 측정된 저항(곡선(903)) 및 척 온도(곡선(906))의 최대 및 최소 값을 나타낸다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 열 패치(100)는 저항(903)의 온도 반응에서 1.49%의 비-선형성을 지니는 온도 센서로서 사용될 수 있다. 추가로, 온도 센서의 감도는 0.0308 오옴/℃인 것으로 보고되고 있다. 구리에 대한 저항의 온도계수(α)는 0.00397 ℃-1인 것으로 측정되었다. 따라서, 열 패치(100)에서의 전류 수준이 사용되어 열 패치(100)의 온도를 감지할 수 있다. 이러한 온도 피드백은 폐 루프 제어 시스템(closed loop control system)을 실행시켜서 열 패치(100)의 온도 제어를 정확하게 하기 위해서 사용될 수 있으며, 이는 전체 시스템을 적응 가능하게 한다.
도 9d는 무선 온도 제어를 위한 가요성 실리콘 마이크로컨트롤러 및 파워 서플라이로서의 코인 배터리를 지니는 열 패치 디자인(100)의 예의 이미지를 도시하고 있다. 눈금 막대(909)는 2cm이다. 비용 계산은 그러한 자율 시스템이 약 1$-2$ 내에 있을 수 있음을 나타내고 있으며, 이러한 금액은 많은 다른 현재 상황의 해결책 또는 제품에 비해서 비용 효과적인 해결책이다. 작은 가요성 실리콘 조각이 마이크로프로세서 및 다른 통신 장치를 수용하기 위해서 사용될 수 있는 반면에, 코인 배터리가 여러 작동 시간 동안 열 패치(100)뿐만 아니라 전자제품에 전력을 제공할 수 있다. 마지막으로, 논리 프로세서(logic processor) 및 메모리(memory)의 통합이 환자를 항상 모니터링하고, 데이터를 로컬(locally) 저장하고, 현장 처리된 데이터를 빅 데이터 분석(big data analysis)을 가능하게 하는 다른 컴퓨팅 장치 또는 클라우드 컴퓨팅 플랫폼에 송신하기 위한 기능을 추가할 수 있다.
본 개시내용은 무선 제어 성능을 지니는 열 패치(100)의 다양한 예를 기재하고 있다. 광범위하게 사용되는 저-비용 금속 박막 구리(Cu)에서의 제한된 신축 성능을 극복하기 위해서, 800%의 신축성을 가능하게 하면서 이의 높은 전도성을 유지하는 리소그래피 패턴화된 기계적인 디자인이 사용되어 변형 스트레인을 흡수시켰다. 열 요법을 위한 기하학적으로 및 공간적으로 조정 가능하고, 용이하게 사용 가능하며, 가격이 적당한 열 패치(100)가 가요성 스프링 디자인을 사용하여 제작되었다. 생성되는 열 패치(100)는 염증성 영역의 불규칙적인 피부 윤곽 및 불규칙적인 크기 및 모양에 대한 순응 부착(conformal attachment)을 제공함으로써 인간 신체상의 다양한 위치에 사용 가능하다. 온도 센서로서 사용될 수 있는 열 접촉 영역은 염증성 영역의 측정된 온도를 기준으로 하여 치료법을 조절함으로써 그러한 패치가 염증성 영역의 조건에 적응되게 한다. 무선 인터페이스 및 배터리 통합은 시스템을 스마트폰 또는 모바일 장치를 사용한 정밀한 온도 제어 기능을 갖춘 자율적이고, 휴대 가능하며, 적응 가능한 장치가 되게 한다.
본 발명의 상기 기재된 구체예는 단지 개시내용의 원리의 명확한 이해를 위해 기재된 가능한 실현 예임이 강조되어야 한다. 많은 변화 및 변경이 개시내용의 사상 및 원리로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 상기-기재된 구체예에 대해서 이루어질 수 있다. 모든 그러한 변경 및 변화는 본원에서 본 개시내용의 범위 내에 포함되며 이하 청구범위에 의해서 보호되는 것으로 의도된다.
비율, 농도, 양 및 그 밖의 수치 데이터는 본원에서 범위 형태로 표현될 수 있음이 주지되어야 한다. 그러한 범위 형태는 편리와 간결함을 위해서 사용되고, 그에 따라서, 범위의 한계치로서 명확하게 열거된 수치 값을 포함할 뿐만 아니라, 그러한 범위 내에 포함되는 각각의 수치 값 또는 서브-범위가 명확하게 열거된 것처럼, 그러한 범위 내에 포함되는 수치 값 또는 서브-범위 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 함이 이해되어야 한다. 예를 들자면, "약 0.1% 내지 약 5%"의 농도 범위는 약 0.1중량% 내지 약 5중량%의 명확히 열거된 농도를 포함할 뿐만 아니라, 지정된 범위 내의 각각의 농도(예, 1%, 2%, 3%, 및 4%) 및 서브-범위(예, 0.5%, 1.1%, 2.2%, 3.3%, 및 4.4%)를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "약"은 수치 값의 유효 숫자에 따른 통상적인 올림 내림(traditional rounding)을 포함할 수 있다. 추가로, 구절 "약 'x' 내지 'y'"는 "약 'x' 내지 약 'y'"를 포함한다.
상기-기재된 구체예는 단지 가능한 실현의 예임이 강조되어야 한다. 많은 변화 및 변경이 본 개시내용의 원리를 벗어나지 않으면서 상기-기재된 구체예에 대해서 이루어질 수 있다. 모든 그러한 변경 및 변화는 본원에서 본 개시내용의 범위 내에 포함되며 이하 청구범위에 의해서 보호되는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 가열 패드 어레이, 및
    상기 가열 패드 어레이 각각을 인접 가열 패드와 상호연결시키는 복수의 신축성 전도체들을 포함하는,
    열 패치(thermal patch).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 패드 어레이가 복수의 접촉 패드들 사이에서 상호연결되는,
    열 패치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    복수의 접촉 패드들은 신축성 전도체들에 의해서 인접 가열 패드에 연결되는,
    열 패치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    배터리를 더 포함하는,
    열 패치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
    가요성 마이크로컨트롤러(flexible microcontroller)를 더 포함하는,
    열 패치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 있어서,
    모바일 컴퓨팅 장치(mobile computing device)와 통신하도록 구성된 무선 트랜스시버(wireless transceiver)를 더 포함하는,
    열 패치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 무선 트랜스시버는 블루투스 트랜스시버(Bluetooth transceiver)인,.
    열 패치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 모바일 컴퓨팅 장치는 스마트폰(smart phone)인,
    열 패치.
  9. 열 패치를 규정하는 마스크를 폴리머 층 상에 형성시키는 단계;
    상기 폴리머 층을 에칭(etching)시키는 단계;
    전도성 물질을 증착시켜 상기 열 패치의 신축성 전도체들을 형성시키는 단계; 및
    기상 에칭(vapor phase etching)시켜 상기 열 패치를 릴리스(release)시키는 단계;를 포함하는,
    방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 마스크는 알루미늄 마스크인,
    방법.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 폴리머 층은 폴리이미드(PI) 층인,
    방법.
  12. 청구항 9 내지 청구항 11중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 물질이 금속, 바람직하게는 구리, 니켈, 크롬, 주석, 은, 백금 또는 금속 합금인,
    방법.
  13. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 물질을 증착시키기 전에 습식 에칭하여 마스크를 제거하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 전도성 물질을 증착시키기 위한 씨드 층(seed layer)을 증착시키는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  15. 청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기상 에칭은 XeF2 기상 에칭인,
    방법.


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