KR20190092073A - 저온 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법, 생체신호 측정 전극, 및 이를 이용한 생체신호 측정 장치 - Google Patents

저온 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법, 생체신호 측정 전극, 및 이를 이용한 생체신호 측정 장치 Download PDF

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KR20190092073A
KR20190092073A KR1020180011418A KR20180011418A KR20190092073A KR 20190092073 A KR20190092073 A KR 20190092073A KR 1020180011418 A KR1020180011418 A KR 1020180011418A KR 20180011418 A KR20180011418 A KR 20180011418A KR 20190092073 A KR20190092073 A KR 20190092073A
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광운대학교 산학협력단
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B5/04—
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
    • A61B2562/125—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements characterised by the manufacture of electrodes

Abstract

본 실시예들은 유연 몰드를 이용하여 저온의 용액 공정 기반으로 건식 전극을 제작하는 방법, 전도성 물질에 폴리머 바인더를 교반한 레이어를 적층함으로써, 전극이 휜 상태에서도 높은 전도도를 유지하여 피부 곡면 또는 의복 표면 등에 착용이 가능한 전극, 이를 이용한 생체신호 측정 장치를 제공한다.

Description

저온 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법, 생체신호 측정 전극, 및 이를 이용한 생체신호 측정 장치 {Method of Manufacturing Electrode for Measuring Biosignal Based on Low Temperature Solution Process, Electrode for Measuring Biosignal, and Apparatus for Measuring Biosignal Using Same}
본 실시예가 속하는 기술 분야는 저온 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법, 생체신호 측정 전극, 및 이를 이용한 생체신호 측정 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
웨어러블 헬스케어 모니터링 기술이 발전함에 따라 환자 중심 진단이라는 새로운 패러다임이 제시되고 있다. 근육의 수축과 움직임, 심장박동 및 뇌 활동 등을 비롯한 다양한 인간 생체 활동에서 발생하는 생체신호를 측정하고, 생체 상태를 모니터링하고, 질병을 진단할 수 있는 다양한 종류의 생체신호 측정용 전극센서들이 개발되고 있다.
기존의 전극 센서는 전도성 젤이 부착된 습식 전극을 사용한다. 습식 전극은 금속(예컨대, Ag/AgCl 등)을 기반으로 제작되었기 때문에 피부 곡면에 부착하는 것이 불편하며 장시간 부착하는 경우에 젤에 의한 피부 염증이 발생하고, Ag/AgCl과 피부 간에 접촉하는 면에 접촉 불량이 발생하는 문제가 있다. 게다가 Ag/AgCl을 기판에 접착하여 제작하기 때문에 소형으로 제작하기가 어려워 특정 극소 부위의 생체 신호를 수집하기가 곤란하다.
장시간 생체신호를 측정하기 위해 전도성 젤을 사용하지 않는 건성전극(dry electrode)이 개발되었으나, 피부 부착력이 낮아 임피던스 차이가 발생하여 신호의 왜곡이 발생하고, 유연성이 낮아 생체의 움직임에 취약하며 장시간 생체신호를 측정할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 유연 몰드를 이용한 저온의 용액 공정 기반으로 건식 전극을 제작하고, 건식 전극은 전도성 물질에 폴리머 바인더를 교반한 레이어를 적층함으로써, 전극이 휜 상태에서도 높은 전도도를 유지하여 피부 곡면 또는 의복 표면 등에 착용이 가능한 전극을 설계하는 데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 프레임의 내부에 형판(Template)을 위치시키고, 상기 형판 위에 돌출된 형상을 갖는 커넥터를 위치시키고, 탄성중합체(Elastomer)가 혼합된 제1 용액을 상기 프레임에 주입하고 상기 제1 용액을 열처리하여 몰드를 형성하는 단계, 및 상기 몰드에서 상기 커넥터가 위치한 공간에 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 제2 용액을 주입하고 상기 제2 용액을 열처리하여 전극을 형성하는 단계를 포함하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법을 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 용액을 열처리하여 상기 용액에서 용매를 제거한 하나 이상의 레이어를 적층한 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 전극을 제공한다.
본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 용액을 열처리하여 상기 용액에서 용매를 제거한 하나 이상의 레이어를 적층한 전극, 및 상기 전극을 이용하여 대상체의 생체신호를 수집하고, 상기 수집한 생체신호를 기반으로 데이터를 처리하여 상기 대상체에 관한 진단 결과를 출력하는 정보 처리부를 포함하는 생체신호 측정 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 유연 몰드를 이용한 저온의 용액 공정 기반으로 건식 전극을 제작함으로써, 고가의 장비없이 생체신호 측정용 전극을 저비용으로 대량 생산할 수 있고, 면적 증착 및 균일한 박막 형성이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 건식 전극은 전도성 물질에 폴리머 바인더를 교반한 레이어를 적층함으로써, 전극이 휜 상태에서도 높은 전도도를 유지하여 신체에 장시간 착용이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 굽힘 상태에서도 전기적 특성을 유지하는 건식 전극을 웨어러블 헬스케어 모니터링 시스템에 적용함으로써, 유아부터 노인층에 이르기까지 일상 생활 과정에서 근전도와 심전도를 실시간으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라 달리기나 체조와 같은 격한 움직임 동반되는 운동 상태에서도 생체 신호 측정 및 정보 수집이 가능한 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 생체신호 측정 전극의 제조 방법을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체신호 측정 전극을 예시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 측정 전극의 전기적인 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 측정 전극에 대하여 굽힘 실험에 따른 전기적인 특성을 예시한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 측정 전극을 신체에 착용하고 활동한 상태에서 측정된 전기적인 특성을 예시한 그래프이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 헬스케어 모니터링 제품 및 서비스에 사용될 수 있다. 예컨대, 본 실시예들은 무선 리모컨 시스템, 스마트 의류, 모바일 헬스케어 시스템, 스마트 워치, 스마트 스킨, 로보틱스, BMI(Brain Machine Interface) 장치, 사물인터넷과 결합된 형태의 바이오 전자 응용 장치 등에 적용될 수 있다. 본 실시예들은 생체 정보를 기반으로 한 사물인터넷과 결합하여 동작할 수 있다. 본 실시예들을 이용하여 생체 정보를 기반으로 한 개개인의 의학적 빅데이터 구축이 가능하다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여, 생체신호 측정 전극의 제조 방법을 설명하기로 한다.
생체신호 측정 전극의 제조 방법은 크게 몰드를 형성하는 단계와 전극을 형성하는 단계로 구분된다.
몰드를 형성하는 단계(S110)는 프레임의 내부에 형판(Template)을 위치시키고, 형판 위에 돌출된 형상을 갖는 커넥터를 위치시키고, 탄성중합체(Elastomer)가 혼합된 제1 용액을 프레임에 주입하고 제1 용액을 열처리하여 몰드를 형성한다.
전극을 형성하는 단계(S120)는 몰드에서 커넥터가 위치한 공간에 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 제2 용액을 주입하고 제2 용액을 열처리하여 전극을 형성한다.
도 2를 참조하여 몰드를 형성하는 단계를 구체적으로 설명하면, 단계 S210에서 프레임을 생성하고 형판을 위치시킨다. 형판은 몰드의 홈(Trench)를 결정한다. 즉, 형판은 전극의 크기 및 형상을 결정하며, 원하는 크기와 형상을 가진 형판을 배치한다. 형판은 유리, 실리콘, 플라스틱 등 다양한 재질로 구현될 수 있다. 예컨대, 2cm x 2cm 크기를 갖는 유리 형판의 단면이 도면부호 410에 도시되어 있다.
형판 위에 돌출된 형상을 갖는 커넥터를 위치시킨다. 커넥터는 높은 전도도를 갖는 금속 계열의 스냅일 수 있다. 커넥터는 구현되는 설계에 따라 은, 구리, 철, 금 등 적합한 소재가 사용될 수 있다. 커넥터는 전기적 신호를 받은 전극의 전기적 특성을 생체신호 측정 장치와 연결하기 위한 부품이다. 생체신호 측정 장치의 연결 단자의 형상에 따라 스냅의 형상 또는 탈부착 여부가 결정된다.
단계 S220에서 탄성중합체(Elastomer)가 혼합된 제1 용액을 교반한다. 제1 용액은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 용액 또는 에코플렉스(Ecoflex) 용액일 수 있으며, 구현되는 설계에 따라 경화성 고분자 소재 등 적합한 소재가 사용될 수 있다. PDMS는 실리콘과 실리콘 탄성중합체가 10:1의 중량비를 갖도록 배합될 수 있다. 에코플렉스는 1:1의 중량비를 갖도록 배합될 수 있다. 중량비 배합은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예컨대, 마이크로 밸런스(Micro Balance) 위에서 0점이 맞춰진 용기 안에 실리콘을 넣어 10g을 재고, 실리콘 10g이 들어있는 용기를 다시 0점을 맞추고 실리콘 탄성중합체를 넣어 1g을 잰다. 교반기 또는 유리 막대로 2 가지의 액상 키트를 5분가 고르게 저어 혼합한다.
단계 S230에서 제1 용액의 기포를 제거한다. 1 토르(Torr) 이상의 기압 조건에서 1시간 동안 기포를 제거할 수 있다.
단계 S240에서 프레임의 내부면에 소수성 물질을 기상 증착하여 버퍼층을 생성한다. 버퍼층을 형성하면, 프레임의 표면으로부터 몰드를 탈착하는 데 용이하다. 예컨대, FOTS(trichloro-(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane) 용액을 프레임과 함께 진공 처리한다. trichloro-(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl) silane은 플루오르(Fluoro) 계열의 소수성 물질 용액으로, 소수성 물질이면 본 용액을 대체할 수 있으며 후보군으로 Teflon-AF, Cytop, PTFE 등이 있다. 버퍼층이 프레임 표면에 기상 증착되어 용액으로 형성된 몰드를 쉽게 분리하게 해주는 역할을 한다.
단계 S250에서 제1 용액을 경화하여 몰드를 생성한다. 제조된 제1 용액을 프레임 안에 붓고 오븐을 이용해 60℃ 내지 150℃의 온도 범위에서 20분 내지 1시간 동안 열처리하여 제1 용액을 경화시킨다.
단계 S260에서 프레임으로부터 몰드를 분리하고, 몰드로부터 형판을 분리한다. 금속성 스냅은 몰드에 함몰되어 있다. 전극 형성 공정에서 제2 용액이 스냅과 몰드 사이에 스며들어 고형화됨으로써, 하나의 전극을 형성한다. 예컨대, 함몰된 커넥터가 도면부호 420에 도시되어 있다.
도 3을 참조하여 전극을 형성하는 단계를 구체적으로 설명하면, 단계 S310에서 전도성 물질과 폴리머 바인더를 교반하여 제2 용액을 생성한다. 여기서 전도성 물질은 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 그래핀(Graphene), 산화 환원 그래핀(Reduced Graphene Oxide, RGO), 금속 나노와이어(Metal Nanowire), 금속 나노입자(Metal Nanoparticle), 또는 이들의 조합으로 된 고분자 물질일 수 으며, 이는 예시일 뿐이며 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 적합한 소재가 사용될 수 있다. 실험에서 사용된 용액은 SWCNT TUBALL COAT_E이며, 구성비는 water 98.6%, SWCNT 0.4%, stabilizer 1%를 갖는다.
바인더는 나피온(Nafion)이 사용될 수 있고, 유사한 후보군으로 Antioxidant, Ethyl cellulose 등이 사용될 수 있다.
기존 용액을 그대로 사용할 경우 K Ω/sq 저항이 나오며 이는 고민감도 전극을 제작하는데 어려움이 있다. 따라서 저항을 수 Ω/sq 이하로 낮출 필요가 있다.
단계 S320에서 증류수를 추가로 혼합하여 제2 용액을 교반한다. 기존 용액에 증류수를 추가로 주입하여 4:1 부피비로 섞은 다음 700rpm에서 1시간 이상으로 교반할 수 있다.
단계 S330에서 전도성 물질의 고른 분산을 위하여 교반된 제2 용액을 초음파 처리한다.
단계 S340에서 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 제2 용액을 몰드의 내부면 및 커넥터의 상단에 도포한다. 예컨대, 2cm x 2cm 크기의 공간을 갖는 몰드 안에 전도성 물질(예컨대, 탄소 나노튜브 등)와 폴리머 바인더를 적절히 교반된 용액을 도포한다. 용액 형태의 혼합용액은 금속성 스냅과 몰드 사이로 스며들며 금속성 스냅과 전도성 박막이 하나로 결합된다. 예컨대, 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 제2 용액이 도면부호 430에 도시되어 있다.
단계 S340에서 제2 용액에서 용매가 제거된 레이어를 생성한다. 80℃ 내지 130℃의 온도 범위에서 30분 내지 2시간 동안 열처리하여 제2 용액에서 용매가 제거시킨다. 이하의 온도 조건에서는 용매가 제거되지 않고, 이상의 온도 및 시간 조건에서는 전극이 손상되는 문제가 있다.
단계 S350에서 레이어를 생성하는 과정을 반복하여, 레이어 및 커넥터 위에 추가적인 레이어를 적층한다. 즉, 전극 층을 쌓아 올린다. 한 번의 레이어 형성 과정을 수행할 경우에 전극으로 사용할 정도의 두께를 확보하기 곤란하고, 금속성 스냅과의 결합이 느슨하여 주기적인 사용시 분리되는 문제가 있다. 즉, 1번 레이어 형성 과정을 거칠 경우에도 수 Ω/sq 저항을 가져 생체 전극으로 동작할 수 있으나, 측정 장치와의 연결이 어렵고, 장시간 반복 사용 목적을 위해 적층 공정을 진행할 필요가 있다. 예컨대, 90 마이크로미터로 적층된 레이어를 형성한 전극이 도면부호 440 및 도면부호 540에 도시되어 있다.
굳어진 건식 전극을 몰드로부터 분리한다.
이하에서는 도 5를 참조하여, 생체신호 측정 전극을 설명하기로 한다.
생체신호 측정 전극(510, 520, 530, 540)은 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 용액을 열처리하여 용액에서 용매를 제거한 하나 이상의 레이어를 적층한 전극이다. 전도성 물질과 폴리머 바인더는 N:1의 배합비로 교반된다. N은 양의 실수이며, 100:1부터 10:1까지 다양한 조건 하에서 배합될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 적합한 수치가 사용될 수 있다.
전도성 물질은 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 그래핀(Graphene), 산화 환원 그래핀(Reduced Graphene Oxide, RGO), 금속 나노와이어(Metal Nanowire), 금속 나노입자(Metal Nanoparticle), 또는 이들의 조합으로 된 고분자 물질일 수 있다.
바인더는 나피온(Nafion)이 사용될 수 있고, 유사한 후보군으로 Antioxidant, Ethyl cellulose 등이 사용될 수 있다.
레이어는 플렉서블한 소재로 구현된다. 도면부호 510은 전도성 박막이고, 도면부호 520은 전도성 박막의 SEM(Scanning Electron Microscopy) 이미지이다. 도면부호 520에서 두꺼운 실선은 폴리머 바인더에 둘러 쌓인 탄소 나노튜브이며 여러 줄기들이 서로 얽혀있는 상태로 박막을 형성한 것을 확인할 수 있다. 폴리머 바인더에 의해 고정화된 탄소 나노튜브들은 종이와 비슷한 형태의 박막을 형성하였으며 이러한 박막, 즉, 전극이 유연성을 갖는 주요 원인이 된다.
생체신호 측정 전극(530, 540)은 레이어에 연결되며 외부로 돌출된 커넥터를 추가로 포함할 수 있다. 도면부호 540을 참조하면, 복수의 레이어 중에서 2 이상의 레이어는 커넥터에 각각 연결될 수 있다.
금속성 스냅 커넥터를 복수의 레어어에 삽입형태로 부착함으로써 전도성 건식 전극에 전달된 전기적 신호의 유도 전위차를 왜곡 없이 측정 장치로 전달할 수 있다. 먼저 유도 전위를 전도성 박막이 감지하면 측정 장치와 전도성 박막 간의 연결은 도선에 의해 연결되는데, 이때 전도성 박막 부분은 얇은 박막으로 이루어져 있어 도선 연결에 어려움이 있다. 따라서 금속성 스냅을 박막 안에 삽입함으로써 전도성 건식 전극과 측정 장치 사이에 접촉을 원활히 연결하여 왜곡 없는 신호를 전달할 수 있다.
생체신호 측정 전극은 헬스케어 모니터링 제품 및 서비스에 적용될 수 있다. 생체신호 측정 전극을 포함하는 생체신호 측정 장치는 대상체의 생체신호를 측정하여 대상체의 상태를 진단할 수 있다. 생체신호 측정 장치(미도시)는 전극 및 정보 처리부를 포함한다.
전극은 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 용액을 열처리하여 상기 용액에서 용매를 제거한 하나 이상의 레이어를 적층한 것이며, 전극은 대상체에 부착 가능한 소재로 구현된다. 생체신호 측정 장치의 전극에 대하여 실시예에 따른 생체신호 측정 전극과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
정보 처리부는 전극을 이용하여 대상체의 생체신호를 수집하고, 수집한 생체신호를 기반으로 데이터를 처리하여 대상체에 관한 진단 결과를 출력한다. 대상체는 피검사체로서, 인간, 동물 등 생명체일 수 있다.
생체신호는 뇌파(Electroencephalogram, EEG), 심전도(Electrocardiogram, ECG), 근전도(Electromyogram, EMG), 안구전도(Electrooculography, EOG), 망막전도(Electroretinogram, ERG), 신경전도(Electroneurogram, ENG), 또는 피부전도도(Galvanic Skin Response, GSR)일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 적합한 신호를 측정할 수 있다.
생체신호 측정 장치는 대상체에 착용 가능한 장치일 수 있다. 예컨대, 생체신호 측정 장치는 휴대용 웨어러블 장치일 수 있다. 생체신호 측정 장치는 스마트폰과 연동할 수 있다.
생체신호 측정 장치는 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 생체신호 측정 장치는 디스플레이부, 통신부 등을 추가로 포함할 수 있다.
생체신호 측정 장치의 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.
생체신호 측정 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
생체신호 측정 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.
이하에서는 도 6a 내지 도 8b를 참조하여, 생체신호 측정 전극의 전기적인 특성을 설명하기로 한다.
실험에 사용된 전극은 실시예에 따른 건식 전극을 사용하였고, 양전극, 음전극, 기준전극을 이용한 3전극 측정법을 이용해 생체신호를 측정하였다.
심전도 파형에 관한 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 기존 Ag/AgCl 습식 전극과 건식 전극을 비교할 때, 전도성을 증가시키기 위한 전도성 젤을 사용하지 않았음에도 불구하고 거의 유사한 민감도를 가지고 심전도를 감지한 것을 확인할 수 있으며 심전도 파형의 증거인 P, Q, R, S, T 파를 전부 감지한 것을 확인할 수 있다.
근전도 파형에 관한 도 6c 및 도 6d를 참조하면, 기존 Ag/AgCl 습식 전극과 건식 전극을 동일 위치에 부착한 다음 측정을 진행하였는데, 근전도 파형을 성공으로 검출할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 7a는 건식 전극의 굽힘 실험에 따른 전기적 특성을 나타낸다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 3 가지의 각기 다른 굽힘 상태에서도 본 실시예에 따른 전극은 전기적인 특성이 크게 변하지 않고 높은 전도도를 유지하는 것을 확인할 수 있다. 기존의 탄소 나노튜브 박막은 탄소 나노튜브의 밀집도에 따라 전도도가 결정되기 때문에 굽힘에 의해 탄소 나노튜브의 밀집도가 낮아지면 전도도가 떨어지게 되는 것이 일반적이다. 이에 우리는 폴리머 바인더와 탄소 나노튜브를 결합하여 탄소 나노튜브를 밀집시키고 동시에 고형화시켜 박막이 굽혀지더라도 밀집도가 변하지 않도록 하였다.
도 7b는 1 Hz 주기의 반복 굽힘 실험에도 안정적인 전도도를 보여주는 그래프이다. 도 7b를 참조하면, 박막이 변형하더라도 전도도가 변하지 않으며 장시간 안정적인 동작이 가능함을 확인할 수 있다.
도 8a 내지 도 8b는 건식 전극을 착용한 뒤 움직이면서 변하는 심박수를 심전도를 통해 감지한 그래프를 나타낸다. 달리기를 하는 동안 측정한 그래프인 도 8b를 참조하면, 심박수와 신체의 움직임이 격해졌음에도 심전도를 감지할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따른 건식 전극을 24시간 착용하여 각종 생체정보를 수집할 수 있고, 무선통신 모듈에 연결하여 실시간 헬스케어 모니터링 시스템을 구축하여 개인 맞춤형 건강 진단을 할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 1 내지 도 3에 기재된 순서를 변경하거나 일부 과정을 생략하여 실행하거나, 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
510, 520, 530, 540: 생체신호 측정 전극

Claims (18)

  1. 프레임의 내부에 형판(Template)을 위치시키고, 상기 형판 위에 돌출된 형상을 갖는 커넥터를 위치시키고, 탄성중합체(Elastomer)가 혼합된 제1 용액을 상기 프레임에 주입하고 상기 제1 용액을 열처리하여 몰드를 형성하는 단계; 및
    상기 몰드에서 상기 커넥터가 위치한 공간에 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 제2 용액을 주입하고 상기 제2 용액을 열처리하여 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몰드를 형성하는 단계에서,
    상기 제1 용액은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 용액 또는 에코플렉스(Ecoflex) 용액인 것을 특징으로 하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몰드를 형성하는 단계는,
    상기 제1 용액의 기포를 제거하는 것을 특징으로 하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몰드를 형성하는 단계는,
    상기 프레임의 내부면에 소수성 물질을 기상 증착하여 버퍼층을 생성하는 것을 특징으로 하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몰드를 형성하는 단계는,
    60℃ 내지 150℃의 온도 범위에서 20분 내지 1시간 동안 열처리하여 상기 제1 용액을 경화하는 것을 특징으로 하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몰드를 형성하는 단계는,
    상기 프레임으로부터 상기 몰드를 분리하고, 상기 몰드로부터 상기 형판을 분리하는 단계를 추가로 포함하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 단계는,
    상기 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 제2 용액을 상기 몰드의 내부면 및 상기 커넥터의 상단에 도포하는 것을 특징으로 하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 단계는,
    상기 교반된 제2 용액을 초음파 처리하는 단계를 추가로 포함하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 단계는,
    80℃ 내지 130℃의 온도 범위에서 30분 내지 2시간 동안 열처리하여 상기 제2 용액에서 용매가 제거된 레이어를 생성하는 단계를 포함하는 것을 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 레이어를 생성하는 단계를 반복하여, 상기 레이어 및 상기 커넥터 위에 추가적인 레이어를 적층하는 것을 특징으로 하는 용액 공정에 기반한 생체신호 측정 전극의 제조 방법.
  11. 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 용액을 열처리하여 상기 용액에서 용매를 제거한 하나 이상의 레이어를 적층한 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 전극.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 레이어에 연결되며 외부로 돌출된 커넥터를 추가로 포함하는 생체신호 측정 전극.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 레이어는 플렉서블한 소재로 된 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 전극.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 그래핀(Graphene), 산화 환원 그래핀(Reduced Graphene Oxide, RGO), 금속 나노와이어(Metal Nanowire), 금속 나노입자(Metal Nanoparticle), 또는 이들의 조합으로 된 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 전극.
  15. 전도성 물질과 폴리머 바인더가 교반된 용액을 열처리하여 상기 용액에서 용매를 제거한 하나 이상의 레이어를 적층한 전극; 및
    상기 전극을 이용하여 대상체의 생체신호를 수집하고, 상기 수집한 생체신호를 기반으로 데이터를 처리하여 상기 대상체에 관한 진단 결과를 출력하는 정보 처리부
    를 포함하는 생체신호 측정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 생체신호는 뇌파(Electroencephalogram, EEG), 심전도(Electrocardiogram, ECG), 근전도(Electromyogram, EMG), 안구전도(Electrooculography, EOG), 망막전도(Electroretinogram, ERG), 신경전도(Electroneurogram, ENG), 또는 피부전도도(Galvanic Skin Response, GSR)인 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 생체신호 측정 장치는 상기 대상체에 착용 가능한 장치인 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 전극은 상기 대상체에 부착 가능한 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 장치.
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