KR20200106582A - 녹내장 환자의 안압 측정 및 치료용 스마트 무선구동 콘택트렌즈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안압 상승을 실시간으로 감지 할 수 있는 변형도 센서 및 안압 상승에 따라 약물이 방출되어 안압을 낮춰줄 수 있는 약물저장소를 포함하는 스마트 무선구동 콘택트렌즈를 제공한다.
본 발명에서는 상기 변형도 센서 및 약물저장소를 통해, 안압을 실시간으로 측정하고 그에 따른 치료 약물을 적절하게 방출하여 녹내장 환자의 즉각적인 피드백이 가능하다.
본 발명에서는 상기 변형도 센서 및 약물저장소를 통해, 안압을 실시간으로 측정하고 그에 따른 치료 약물을 적절하게 방출하여 녹내장 환자의 즉각적인 피드백이 가능하다.
Description
본 발명은 녹내장 환자의 안압 측정 및 녹내장 치료를 위한 스마트 무선구동 콘택트렌즈에 관한 것이다.
안 질환 중 하나인 녹내장은 안질환 중 하나로, 지속적인 안압 상승으로 인해 시신경세포의 점진적인 손상을 일으키는 치명적인 질환이다. 이러한 녹내장은 시력에 영구적으로 영향을 줄 수 있으며 천천히 그리고 지속적으로 경과가 악화된다. 따라서, 규칙적이고 정확하며 실시간으로 녹내장을 진단하고 치료할 수 있는 시스템이 필요하다.
안압은 녹내장을 진단하는 가장 중요한 요인 중 하나로 녹내장의 가장 중요한 위험요소이다. 따라서 지속적이고 비침습적인 방법을 통해 안압의 상승을 민감하게 진단하는 시스템과 안압 상승에 대한 즉각적이고 새로운 치료법이 요구된다.
기존 개발된 안압 측정 시스템의 경우, 안압 변화에 따른 피드백 시스템이 존재하지 않았다. 녹내장 환자는 정해진 시간에 약물을 투여하는 방법을 통해 안압 상승을 치료하였다. 그러나, 안압은 실시간으로 변화하며 즉각적인 피드백을 통해 시신경의 손상을 최소화하여야 한다.
따라서 녹내장 환자의 안압을 정확하고 실시간으로 측정하여 즉각적인 치료 시스템이 필요하다.
녹내장을 치료하기 위해서는 규칙적이고 정확하며 실시간으로 진단하고 치료가 가능한 시스템이 필요하다.
하지만 현재까지 개발된 다양한 안압 측정용 시스템은 치료시스템이 함께 포함되어 있지 않아, 실시간 진단을 통한 피드백이 불가능하다.
따라서, 본 발명은 녹내장 환자를 위한 무선구동 콘택트렌즈와 통합된 실시간 안압 측정용 고민감도, 고투명성 변형도 센서 및 피드백이 가능한 약물전달 시스템 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 대상체의 안압을 측정하는 투명한 변형도 센서; 및 약물저장소를 포함하는 무선구동 콘택트렌즈로,
상기 변형도 센서 및 약물저장소는 투명기판 상에 형성되고,
상기 변형도 센서는 안압 변화에 의한 안구의 곡률 변화를 측정하며, 상기 안압 변화에 이상이 감지되면 약물저장소에서 약물이 방출되는 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈를 제공한다.
본 발명은 또한, 핸들링 기판 상에 물에 용해되는 희생층을 형성하는 단계;
상기 희생층 상에 투명기판을 형성하는 단계;
상기 투명기판 상에 변형도 센서 및 약물저장소를 형성하는 단계; 및
상기 변형도 센서 및 약물저장소가 형성된 투명기판을 콘택트렌즈 내로 전사시키는 단계를 포함하는 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 대상체의 안압을 측정하는 투명한 변형도 센서; 및 약물 저장소를 포함하는 무선구동 콘택트렌즈 및
무선으로 전기적인 신호를 송신 또는 수신하여 상기 무선구동 콘택트렌즈의 변형도 센서 및 약물저장소의 구동을 조절하는 스마트 안경을 포함하는 시스템으로,
상기 변형도 센서 및 약물저장소는 투명기판 상에 형성되고,
상기 변형도 센서는 안압 변화에 의한 전류 변화 또는 저항 변화를 측정하며, 상기 안압 변화에 이상이 감지되면 약물저장소에서 약물이 방출되는 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 시스템을 제공한다.
본 발명은 또한 콘택트 렌즈 내의 변형도 센서는 정해진 측정 시간에 대상체의 안구에 전압을 인가하여 전류 변화 또는 저항 변화를 측정하며,
대상체의 안구의 안압 변화에 의한 전류 변화 또는 저항 변화가 설정된 범위 이상으로 측정되면, 약물저장소의 약물 웰을 밀봉하는 전극 패턴의 금이 염소에 녹아 AuCl4 -가 되면서 상기 약물저장소가 오픈되는 것인 전술한 녹내장 환자의 안압 측정 또는 치료용 무선구동 시스템을 사용한 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 스마트 무선구동 콘택트렌즈는 안압 상승을 실시간으로 감지 할 수 있는 변형도 센서 및 안압 상승에 따라 약물이 방출되어 안압을 낮춰줄 수 있는 약물전달 시스템을 포함한다.
본 발명에서는 상기 변형도 센서 및 약물전달 시스템을 통해, 안압을 실시간으로 측정하고 그에 따른 치료 약물을 적절하게 방출하여 녹내장 환자의 즉각적인 피드백이 가능하다.
또한, 투명한 변형도 센서를 사용하여 환자의 시야를 방해하지 않으며, 유연한 약물저장소(즉, 약물전달 시스템)을 사용하여 치료약물의 유실을 최소화 함으로써 약물의 효과를 극대화 할 수 있다.
또한, 외부와의 무선 통신이 가능한 스마트 안경을 통해 비침습적이고 편리하게 통신이 가능하다.
도 1은 무선구동 콘택트렌즈의 변형도 센서(strain sensor)가 안압을 측정하는 원리를 나타내는 이미지이다.
도 2 및 3은 약물저장소의 제작공정을 나타내는 이미지이다.
도 4(a)는 약물저장소의 전극 구조와 약물방출 채널을 나타내는 이미지이며, (b)는 약물저장소의 전극 사진(왼쪽) 및 약물방출 채널의 사진(오른쪽)이다.
도 5는 약물이 방출된 약물저장소를 나타내는 사진이다.
도 6은 약물저장소를 투명기판 상에 제작한 이미지 및 사진이다.
도 7은 무선전기를 이용한 에너지 공급과 변형도 센서 및 약물저장소와의 무선통신을 나타내는 이미지이다.
도 8 및 9은 본 발명에 따른 무선구동 콘택트렌즈를 나타내는 이미지이다.
도 10은 은 나노와이어를 이용한 변형도 센서를 렌즈에 삽입한 사진이다.
도 11은 은 나노와이어를 이용한 변형도 센서를 포함하는 콘택트렌즈를 이용하여 소 눈의 안압을 측정하는 사진이다.
도 12은 본 발명에 따른 무선구동 콘택트렌즈를 이용하여 안압 변화에 따른 저항변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13는 약물의 함량에 따른 흡광도를 측정한 그래프(위) 및 약물저장소에서 방출된 약물의 흡광도를 측정한 그래프(아래)이다.
도 2 및 3은 약물저장소의 제작공정을 나타내는 이미지이다.
도 4(a)는 약물저장소의 전극 구조와 약물방출 채널을 나타내는 이미지이며, (b)는 약물저장소의 전극 사진(왼쪽) 및 약물방출 채널의 사진(오른쪽)이다.
도 5는 약물이 방출된 약물저장소를 나타내는 사진이다.
도 6은 약물저장소를 투명기판 상에 제작한 이미지 및 사진이다.
도 7은 무선전기를 이용한 에너지 공급과 변형도 센서 및 약물저장소와의 무선통신을 나타내는 이미지이다.
도 8 및 9은 본 발명에 따른 무선구동 콘택트렌즈를 나타내는 이미지이다.
도 10은 은 나노와이어를 이용한 변형도 센서를 렌즈에 삽입한 사진이다.
도 11은 은 나노와이어를 이용한 변형도 센서를 포함하는 콘택트렌즈를 이용하여 소 눈의 안압을 측정하는 사진이다.
도 12은 본 발명에 따른 무선구동 콘택트렌즈를 이용하여 안압 변화에 따른 저항변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13는 약물의 함량에 따른 흡광도를 측정한 그래프(위) 및 약물저장소에서 방출된 약물의 흡광도를 측정한 그래프(아래)이다.
본 발명은 대상체의 안압을 측정하는 투명한 변형도 센서; 및 약물저장소를 포함하는 무선구동 콘택트렌즈로,
상기 변형도 센서 및 약물저장소는 투명기판 상에 형성되고,
상기 변형도 센서는 안압 변화에 의한 안구의 곡률 변화를 측정하며, 상기 안압 변화에 이상이 감지되면 약물저장소에서 약물이 방출되는
녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈는 무선구동 콘택트렌즈로 표현할 수 있다.
본 발명의 무선구동 콘택트렌즈는 실리콘 엘라스토머(Silicone elastomer)의 탄성중합체; 실리콘 하이드로젤(Silicone hydrogel); 및 폴리(2-하이드록시에틸메타크릴레이트)(PHEMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리(유산-글리콜린산)(PLGA) 또는 폴리비닐알코올(PVA)의 고분자 하이드로젤;로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고분자를 기반으로 할 수 있다.
본 발명에서 무선구동 콘택트렌즈의 내부에는 투명기판이 형성되어 있으며, 상기 투명기판 상에는 변형도 센서 및 약물저장소가 형성된다.
상기 투명기판은 광투과성이 뛰어나고, 유연하고 신축성이 우수하며, 생체적합성이 뛰어난 특성을 가진다. 이러한 투명기판은 파릴린 C(Parylene C) PDMS, 실리콘 엘라스토머(Silicone elastomer), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리이미드(PI)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서 변형도 센서는 대상체의 안압을 측정하는 투명한 센서로서, 안압 변화에 의한 안구의 곡률 변화를 측정할 수 있다. 구체적으로, 도 1은 무선구동 콘택트렌즈의 변형도 센서(strain sensor)가 안압을 측정하는 원리를 나타내는 이미지로, 상기 도 1에 나타난 바와 같이, 변형도 센서는 안구의 곡률 변화에 따른 센서의 저항 변화를 통해 안압을 측정할 수 있다.
일 구체예에서, 변형도 센서는 투명기판 상에 형성된 나노물질층; 및 상기 나노물질층 상에 형성된 패시베이션층을 포함할 수 있다. 이때 변형도 센서는 투면기판 상에서 안구쪽 방향의 면에 형성될 수 있다.
상기 나노물질층은 나노물질을 포함하는데, 이때, 나노물질은 나노입자인 0차원 물질; 나노와이어, 나노 파이버 또는 나노튜브인 1차원 나노물질; 및 그래핀, MoS2 또는 나노 플레이크인 2차원 나노물질;로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 나노물질은 은(Ag)을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 은 나노와이어(Ag NW)일 수 있다.
또한, 패시베이션층은 신축성과 유연성이 우수하고, 생체적합성을 가지는 성분을 포함할 수 있으며, 구체적으로 파릴린 C(Parylene C) PDMS, 실리콘 엘라스토머(Silicone elastomer), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리이미드(PI)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 변형도 센서의 구조는 특별히 제한되지 않으며, 원형 또는 직선을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 변형도 센서는 안구의 각막을 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.
본 발명에서 약물저장소는 금을 포함하는 전극패턴에 의해 밀봉되어 있으며, 전술한 변형도 센서와 연동되어 있어, 변형도 센서에 의해 안압 변화에 이상이 감지되면 상기 약물저장소의 전극패턴의 금이 생체 중의 염소에 녹아 상기 약물저장소에서 약물이 방출될 수 있다.
일 구체예에서, 약물저장소는 투명기판의 일부 면에 형성된 금을 포함하는 전극 패턴; 및 상기 전극 패턴 상에 형성되며, 외측을 향해 인입된 형태의 하나 이상의 약물 웰을 포함하는 약물 웰층을 포함할 수 있다. 이때, 투명기판에는 천공이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 전극 패턴은 이러한 천공을 감쌀 수 있다.
일 구체예에서, 약물 웰에는 약물이 위치할 수 있으며, 상기 약물은 녹내장을 치료할 수 있는 약물이거나, 또는 약물을 방출할 수 있는 약물 전달체 및 약물 방출 제어 물질로 구성될 수 있다.
본 발명에서 투명기판 상에는 전술한 변형도 센서 및 약물저장소 외에 안테나가 추가로 형성될 수 있다. 상기 안테나는 투명기판 상에서 센서와 동일한 면에 형성될 수 있다.
상기 안테나는 유도전류 및 전자기 공명을 통하여 전력 및 신호를 외부로 송신 및 수신할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 안테나는 원형의 구조를 가지는 원형 안테나일 수 있다.
일 구체예에서 안테나는 나노물질로 구성될 수 있으며, 상기 나노물질은 나노입자인 0차원 물질; 나노와이어, 나노 파이버 또는 나노튜브인 1차원 나노물질; 및 그래핀, MoS2 또는 나노 플레이크인 2차원 나노물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 변형도 센서 및 안테나는 모두 나노물질로 구성될 수 있으나, 패턴의 구조 및 나노물질 함량의 차이를 통해, 각각 변형도 센서 및 안테나의 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 안테나 패턴은 은 나노와이어를 포함할 수 있는데, 변형도 센서보다 두께를 두껍게 형성하고, 또한 나노물질의 양 및 나노와이어의 길이를 다르게 하여, 안압의 변화에 따른 저항이 변하지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈, 즉 무선구동 콘택트렌즈의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 무선구동 콘택트렌즈는 (S1) 핸들링 기판 상에 물에 용해되는 희생층을 형성하는 단계;
(S2) 상기 희생층 상에 투명기판을 형성하는 단계;
(S3) 상기 투명기판 상에 변형도 센서 및 약물저장소를 형성하는 단계; 및
(S4) 상기 변형도 센서 및 약물저장소가 형성된 투명기판을 콘택트렌즈 내로 전사시키는 단계를 포함할 수 있다.
단계 (S1)은 핸들링 기판(handling substrate) 상에 희생층을 형성하는 단계이다.
상기 희생층은 핸들링 기판과 투명기판 사이의 접착층의 역할을 수행할 수 있으며, 변형도 센서 및 약물저장소가 형성된 투명기판의 전사(transfer)를 도울 수 있다. 이러한 희생층은 물에 용해될 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 폴리비닐알코올(PVA) 및 덱스트란(DEXTRAN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
단계 (S2)는 희생층 상에 투명기판을 형성하는 단계로서, 희생층은 접착제의 역할을 수행하므로, 투명기판은 핸들링 기판과 용이하게 부착될 수 있으며, 추후 공정에서 희생층의 용해를 통해 핸들링 기판과 용이하게 박리될 수 있다.
일 구체예에서 투명기판은 광투과성이 뛰어난 재료를 사용할 수 있으며, 전술한 종류를 사용할 수 있다.
단계 (S3)는 투명기판 상에 변형도 센서 및 약물저장소를 형성하는 단계이다.
일 구체예에서 변형도 센서는 (a1) 투명기판 상에 패터닝을 위한 마스크 물질을 형성하는 단계;
(a2) 상기 마스크 물질이 형성된 투명기판에 나노물질을 리프트-오프 공정을 통해 코팅하여 센서 및 회로를 패터닝하는 단계; 및
(a3) 상기 패터닝된 센서 및 회로 상에 패시베이션층을 형성하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
단계 (a1)는 투명기판 상에 패터닝을 위한 마스크 물질을 형성하는 단계이다.
상기 마스크 물질은 쉐도우 마스크의 역할을 수행할 수 있으며, 마스크 물질의 사용을 통해 나노물질을 패터닝할 수 있다. 이러한 마스크 물질로 포토레지스트(Photo resistor)로 사용할 수 있는 물질을 사용할 수 있으며, 구체적으로 SU8을 사용할 수 있다.
단계 (a2)는 마스크 물질이 형성된 투명기판에 나노물질을 리프트-오프 공정을 통해 코팅하여 센서 및 회로를 패터닝하는 단계이다.
상기 단계를 통해 나노물질의 패턴을 형성할 수 있다. 상기 나노물질은 전술한 종류를 사용할 수 있으며, 구체적으로 은 나노와이어를 사용할 수 있다.
상기 단계에서 제조되는 나노물질은 센서, 즉 변형도 센서로서 작용할 수 있다. 상기 변형도 센서는 나노물질로 제작되어, 나노물질 사이의 연결과 끊어짐을 이용하여 안구의 곡률 변화에 따른 센서의 전류 변화 및 저항 변화를 통하여 안압을 측정할 수 있다.
또한, 상기 단계에서 제조된 회로는 변형도 센서, 안테나 및 약물저장소를 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
단계 (a3)는 상기 패터닝된 센서 및 회로 상에 패시베이션층을 형성하는 단계이다.
본 단계에서는 페시베이션층을 형성하여 나노물질의 유실을 방지하고 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다. 상기 페시베이션층은 전술한 종류의 성분을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 약물저장소는 (b1) 투명기판의 일부 면에 금을 포함하는 전극 패턴을 형성하는 단계; 및
(b2) 상기 전극 패턴 상에 하나 이상의 약물 웰을 포함하는 약물 웰 층을 형성하는 단계를 통해 제조할 수 있다.
단계 (b1)은 투명기판의 일부 면에 금을 포함하는 전극 패턴을 형성하는 단계이다.
본 발명에서 상기 전극 패턴은 2 가지의 방법으로 제조될 수 있다. 첫번째 방법에서는, 약물저장소가 형성되는 투명기판은 하나 이상의 천공이 형성되어 있을 수 있으며, 전극 패턴은 상기 천공을 감싸도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 천공이 형성된 기판에 PVA(폴리비닐알코올) 등의 고분자를 코팅하고, 상기 고분자 상에 전극을 증착한 후 원하는 모양으로 패터닝 할 수 있다(도 2).
두번째 방법에서는, 투명기판 상에 전극 패턴을 형성한 후, 반대면을 레이저, 구체적으로 이산화탄소 레이저를 이용하여 천공을 형성할 수 있다(도 3).
일 구체예에서, 투명기판 상에 적층되는 전극 패턴은 금을 포함하는 금속으로 제작된 양극과 상기 양극에 공통으로 연결된 음극으로 이루어질 수 있으며, 이때 전극 패턴의 금은 약물방출 채널로서 작용할 수 있다(도 4 a 및 b). 상기 전극은 복수개의 양극이 어레이를 이루는 형태일 수 있다. 상기 전극은 부분에 따라 금과 티타늄로 구성될 수 있다. 상기 전극 패턴을 형성하는 금은 전해질 내에서 인가되는 전압에 의하여 전기 분해되어 제거될 수 있다. 따라서, 상기 전극 패턴의 양극은 전압에 의하여 수용되는 약물을 전달하는 통로의 게이트(약물방출 채널)로 이용할 수 있다.
단계 (b2)는 전극 패턴 상에 하나 이상의 약물 웰을 포함하는 약물 웰 층을 형성하는 단계이다. 상기 약물 웰은 약물을 저장할 수 있다.
이러한 약물 웰을 포함하는 약물 웰 층은 유연하고 생체적합성 성분을 포함할 수 있으며, 구체적으로 PDMS, 실리콘 엘라스토머(Silicone elastomer), 폴리우레탄아크릴레이트(PUA) 및 SU8로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 약물 웰층을 별도로 제작한 후, 전극 패턴 상에 약물 웰층을 형성하여 약물저장소를 포함하는 투명기판을 제작할 수 있다.
본 발명에서 도 6은 투명기판 상에 형성된 약물저장소의 이미지 및 사진으로, 유연한 약물저장소를 제작할 수 있다.
또한, 단계 (S4)는 변형도 센서 및 약물저장소가 형성된 투명기판을 콘택트렌즈 내로 전사시키는 단계이다.
희생층 상에 제작된 센서 및 약물저장소는 생체친화적인 물에서 희생층을 녹이면서 전사(fransfer)될 수 있다.
또한, 본 발명은 투명기판 상에 안테나를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 단계는 단계 (S3)시 수행될 수 있으며, 변형도 센서의 제조 방법과 같은 방법으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 무선구동 시스템은 대상체의 안압을 측정하는 투명한 변형도 센서; 및 약물 저장소를 포함하는 무선구동 콘택트렌즈 및 스마트 안경을 포함할 수 있다.
무선구동 콘택트렌즈는 전술한 콘택트렌즈를 사용할 수 있다. 구체적으로, 무선구동 콘택트렌즈는 변형도 센서 및 약물저장소가 투명기판 상에 형성된다. 그리고, 변형도 센서는 안압 변화에 의한 전류 변화 또는 저항 변화를 측정하며, 상기 안압 변화에 이상이 감지되면 약물저장소에서 약물이 방출될 수 있다.
일 구체예에서, 변형도 센서 및 약물저장소는 ASIC 칩과 연결되어 무선통신을 가능하게 할 수 있다. 상기 변형도 센서와 약물저장소는 ASIC 칩을 통해 외부 시스템에서 송신되는 전기적인 신호를 수신하여 구동할 수 있으며, 변형도 센서에서 감지된 결과를 외부 시스템에 송신하여 데이터를 저장 및 처리하고 약물전달 시스템의 구동을 조절할 수 있다.
일 구체예에서, 약물저장소는 외부 시스템에서 송신된 전기적인 신호를 수신하며, 이에 의해 전극 패턴의 금이 생체 속의 염소에 녹아 AuCl4 -가 되면서, 상기 전극 패턴이 오픈되어 약물이 약물저장소에서 외부로 방출 될 수 있다(도 5).
본 발명에서 스마트 안경은 무선으로 전기적인 신호를 송신 또는 수신하여 상기 무선구동 콘택트렌즈의 변형도 센서 및 약물저장소의 구동을 조절할 수 있다. 본 발명은 나노물질을 이용한 transparent electrode, stretchable electronics, complementary metal-oxide semiconductor(CMOS), 유연하고 생체적합성이 뛰어난 micro electro-mechanical system(MEMS), 및 nano electro-mechanical system(NEMS) 기술을 이용하여 마이크로 단위의 장거리 조절이 가능한 스마트 안경을 제공할 수 있다.
상기 스마트 안경에서 전기적인 파워는 무선 inductive power transfer(witricity) 기술을 이용하여 시현할 수 있으며, 스마트 안경에 있는 bluetooth, infra-red(IR)와 radio frequency(RF)를 이용하여 무선통신을 할 수 있다.
스마트 안경의 구동시스템은 안드로이드 OS 이며, OMAP 4430 SoC, dual-core를 이용한 CPU와 4GB RAM 메모리가 장착될 수 있다. 디스플레이 화면은 640*360픽셀로 이루어져 있으며, 음향은 Bone conduction transducer을 사용할 수 있다. 마이크를 통해 목소리를 이용하여 광센서, 바이오 센서, 압력, 온도, 어쿠스틱 EM 센서의 기능들을 조절하며 스마트폰이나 스마트 시계, PC와 페어링될 수 있다. 파워는 내장된 100mAh 리튬 이온전지를 사용하며 자가 파워링을 위해 포토셀이 삽입될 수 있다. 총 무게는 20g 미만이며 Wi-Fi 802.11b/g, Bluetooth, micro USB가 가능할 수 있다. 탑재된 카메라를 이용하여 photos: >15 MP; videos: >720p가 가능할 수 있다.
일 구체예에서 센서는 스마트 안경에서 송신된 전기적인 신호를 통해 구동하며, 상기 신호가 수신된 센서에서는 안압 변화에 따른 안구의 곡률변화에 따른 전류 및 저항 변화를 감지하여, 그 결과를 RF 무선 통신을 통해 상기 스마트 안경으로 송신할 수 있다.
또한, 일 구체예에서 약물 전달 시스템은 스마트 안경에서 송신된 전기적인 신호를 통해 구동하며, 상기 약물전달 시스템의 약물저장소를 밀봉하고 있는 금 전극 패턴이 상기 신호를 수신함에 따라 염소에 녹아 AuCl4 -가 되면서 상기 약물전달 저장소가 오픈될 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 무선구동 시스템을 사용한 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 치료 방법에서 콘택트 렌즈 내의 변형도 센서는 정해진 측정 시간에 대상체의 안구에 전압을 인가하여 전류 변화 또는 저항 변화를 측정하며, 대상체의 안구의 안압 변화에 의한 전류 변화 또는 저항 변화가 설정된 범위 이상으로 측정되면, 약물저장소의 약물 웰을 밀봉하는 전극 패턴의 금이 염소에 녹아 AuCl4-가 되면서 상기 약물저장소가 오픈될 수 있다(도 7).
일 구체예에서, 변형도 센서는 스마트 안경에서 송신된 전기적인 신호를 통해 구동하고, 상기 신호가 수신된 변형도 센서에서는 안압 변화에 의한 전류 변화 또는 저항 변화를 측정하며, 상기 변화 결과를 무선 통신을 통해 스마트 안경 또는 외부로 송신할 수 있다.
일 구체예에서, 약물저장소는 스마트 안경 또는 외부에서 송신된 전기적인 신호를 통해 구동하고, 상기 스마트 안경은 변형도 센서를 통해 송신된 전류 변화 또는 저항 변화를 분석하여, 안압 변화의 이상을 감지하면 약물저장소에 전기적인 신호를 송신하고, 상기 신호가 수신된 약물저장소는 오픈될 수 있다.
또한, 일 구체예에서, 스마트 안경의 무선 전기 코일(witricity coil)에서 발생된 파워는 무선구동 콘택트렌즈의 무선전기 안테나(witricity antenna)에서 수신되고, IC 칩의 제어를 통해 수신된 파워를 센서 및 약물전달 시스템의 구동에 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
.
제조예
1. 변형도 센서 제작
핸들링 기판(handling substrate) 위에 PVA를 스핀코팅(spin coating)하여 희생층을 형성하였다. 희생층이 형성된 기판 위에 파릴린 C를 500 nm 증착하였다. 은 나노와이어를 쉐도우 마스크 또는 lift off 기법을 통해 스프레이 코팅(spray coating)하여 패터닝하고, 센서의 끝 부분을 고밀도 은 나노와이어로 코팅하여 전극을 제작하였다.
제조예
2. 약물저장소 제작
핸들링 기판 위에 PVA를 스핀 코팅(spin coating)하여 희생층을 형성하고 그 위에 투명기판을 형성하였다. 제작된 투명기판 위에 금을 100 nm 증착하여 약물저장소의 채널을 형성하였다. 희생층을 물에 녹여 제작된 투명기판을 핸들링 기판에서 떼어낸 후 CO2 laser cutting하여 약물 방출 통로를 형성하였다. PDMS elastomer를 제작 하기 위하여 base agent와 curing agent를 20:1로 섞어 약물 웰 몰드에 굳혀 약물 웰층을 제작하였다. 제작 된 PDMS 약물 웰층을 약물채널 금막이 형성된 투명기판과 접착시켜 약물저장소를 제작하였다.
본 발명에서 도 3은 약물저장소의 전극 구조를 나타내는 이미지이다. 전극 구조는 양극 및 음극을 포함하며, 약물 웰(약물 저장소 및 약물방출 채널은 금 박막에 의해 감싸진 것을 확인할 수 있다.
제조예
3. 콘택트렌즈 제작
변형도 센서 및 약물저장소가 형성된 투명기판을 제조하였다. 상기 투명기판에의 변형도 센서 및 약물저장소의 형성은 제조예 1 및 2의 방법을 따라 제조하였다.
상기 투명기판을 콘택트렌즈 제작 용액이 들어있는 렌즈 제작 몰드에 넣고 일정한 압력을 가하면서 약 100℃ 오븐에서 한 시간 동안 열처리를 진행하였다. 상기 렌즈 제작 몰드에 제작된 콘택트렌즈를 떼어내었다.
제조된 콘택트렌즈는 변형도 센서 및 약물저장소를 포함한다.
도 8 및 9는 본 발명에 따른 무선구동 콘택트렌즈의 이미지이다. 상기 도 8 및 9에 나타난 바와 같이, 무선구동 콘택트렌즈는 변형도 센서, 안테나 및 약물저장소(약물전달 시스템)을 포함하며, 상기 변형도 센서, 안테나 및 약물저장소는 투명기판 상에 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 변형도 센서 및 안테나는 은 나노와이로 제조되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 10은 제작된 은 나노와이어를 이용한 변형도 센서를 렌즈에 삽입한 사진이다.
실험예
1. 변형도 센서의 반응
제조예 3에서 제작된 콘택트렌즈에 대하여 안압의 변화에 따른 저항 및 전류 변화를 측정하였다. 상기 콘택트렌즈는 전술한 제조예 1에서 제조된 변형도 센서를 포함한다.
포텐시오스탯(potentiostat)과 변형도 센서(strain sensor)를 구리선으로 연결한 뒤 0.8 V의 전압을 걸어주었다.
안압의 범위 0 mmHg ~ 50 mmHg 사이의 압력변화를 주기 위하여 소 눈에 두 개의 주사바늘을 삽입하여 하나는 시린지펌프(syringe pump)를 연결하고 다른 하나는 압력계와 연결하였다.
상기 제작된 콘택트렌즈를 소 눈과 접착 시킨 후 안압 변화에 따른 저항 및 전류 변화를 측정하였다(도 11). 구체적으로, 10 mmHg 마다 약 20 초 동안 압력을 유지한 뒤 다시 압력을 높이며 안압에 따른 저항 및 전류 변화를 관찰하였다.
상기 변형도 센서를 이용한 안압 변화를 도 12에 나타내었다.
도 12는 변형도 센서를 이용하여 안압 변화에 따른 저항변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프로, 콘택트 렌즈에 형성된 변형도 센서를 사용하여 안압 변화를 용이하게 측정할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
실험예
2. 약물저장소에 의한 약물 방출
제조예 3에서 제작된 콘택트렌즈에 약물저장소에 약물(timolol 또는 latanoprost)을 로딩하여 약물방출 정도를 측정하였다.
상기 약물저장소를 포함하는 콘택트를 이용한 약물 방출 정도를 도 13에 나타내었다.
상기 도 13은 약물의 함량에 따른 흡광도를 측정한 그래프(위) 및 약물저장소에서 방출된 약물의 흡광도를 측정한 그래프(아래)로, 약물저장소에서 약물의 방출이 일어남을 확인할 수 있다.
Claims (24)
- 대상체의 안압을 측정하는 투명한 변형도 센서; 및 약물저장소를 포함하는 무선구동 콘택트렌즈로,
상기 변형도 센서 및 약물저장소는 투명기판 상에 형성되고,
상기 변형도 센서는 안압 변화에 의한 안구의 곡률 변화를 측정하며, 상기 안압 변화에 이상이 감지되면 약물저장소에서 약물이 방출되는 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 1 항에 있어서,
콘택트렌즈는 실리콘 엘라스토머(Silicone elastomer)의 탄성중합체; 실리콘 하이드로젤(Silicone hydrogel); 및 폴리(2-하이드록시에틸메타크릴레이트)(PHEMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리(유산-글리콜린산)(PLGA) 또는 폴리비닐알코올(PVA)의 고분자 하이드로젤;로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 기반으로 하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 1 항에 있어서,
투명기판은 파릴린 C(Parylene C) PDMS, 실리콘 엘라스토머(Silicone elastomer), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리이미드(PI)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 1 항에 있어서,
변형도 센서는 투명기판 상에 형성된 나노물질층; 및
상기 나노물질층 상에 형성된 패시베이션층을 포함하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 4 항에 있어서,
나노물질층에 포함되는 나노물질은 나노입자인 0차원 물질; 나노와이어, 나노 파이버 또는 나노튜브인 1차원 나노물질; 및 그래핀, MoS2 또는 나노 플레이크인 2차원 나노물질;로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 5 항에 있어서,
나노물질은 은(Ag)을 포함하며, 은 나노와이어(Ag NW)인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 4 항에 있어서,
패시베이션층은 파릴린 C(Parylene C) PDMS, 실리콘 엘라스토머(Silicone elastomer), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리이미드(PI)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 1 항에 있어서,
변형도 센서의 구조는 원형 또는 직선을 포함하고,
안구의 각막을 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 1 항에 있어서,
약물저장소는 투명기판의 일부 면에 형성된 금을 포함하는 전극 패턴; 및
상기 전극 패턴 상에 형성되며, 외측을 향해 인입된 형태의 하나 이상의 약물 웰을 포함하는 약물 웰층을 포함하고,
상기 투명기판에는 천공이 형성되어 있으며, 상기 전극 패턴은 상기 천공을 감싸는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 9 항에 있어서,
°약물 웰에 포함되는 약물은 녹내장을 치료할 수 있는 약물; 또는 약물을 방출할 수 있는 약물 전달체 및 약물 방출 제어 물질;을 포함하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 1 항에 있어서,
유도전류 및 전자기 공명을 통하여 전력 및 신호를 외부로 송신 및 수신하는 원형 안테나를 추가로 포함하며,
상기 원형 안테나는 투명기판 상에 형성되는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 제 11 항에 있어서,
안테나는 나노입자인 0차원 물질; 나노와이어, 나노 파이버 또는 나노튜브인 1차원 나노물질; 및 그래핀, MoS2 또는 나노 플레이크인 2차원 나노물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈.
- 핸들링 기판 상에 물에 용해되는 희생층을 형성하는 단계;
상기 희생층 상에 투명기판을 형성하는 단계;
상기 투명기판 상에 변형도 센서 및 약물저장소를 형성하는 단계; 및
상기 변형도 센서 및 약물저장소가 형성된 투명기판을 콘택트렌즈 내로 전사시키는 단계를 포함하는 제 1 항에 따른 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,
희생층은 폴리비닐알코올(PVA) 및 덱스트란(DEXTRAN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,
투명기판 상에 변형도 센서의 형성은,
상기 투명기판 상에 패터닝을 위한 마스크 물질을 형성하는 단계;
상기 마스크 물질이 형성된 투명기판에 나노물질을 리프트-오프 공정을 통해 코팅하여 센서 및 회로를 패터닝하는 단계; 및
상기 패터닝된 센서 및 회로 상에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,
투명기판 상에 약물저장소의 형성은,
상기 투명기판의 일부 면에 금을 포함하는 전극 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 전극 패턴 상에 하나 이상의 약물 웰을 포함하는 약물 웰 층을 형성하는 단계를 포함하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,
약물저장소가 형성되는 투명기판은 하나 이상의 천공이 형성되어 있고, 전극 패턴은 상기 천공을 감싸며,
상기 천공은 투명기판에 전극 패턴을 형성하기 전 또는 형성한 후에 형성되는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,
약물 웰을 포함하는 약물 웰 층은 PDMS, 실리콘 엘라스토머(Silicone elastomer), 폴리우레탄아크릴레이트(PUA) 및 SU8로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,
투명기판 상에 안테나를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 콘택트렌즈의 제조 방법.
- 대상체의 안압을 측정하는 투명한 변형도 센서; 및 약물 저장소를 포함하는 무선구동 콘택트렌즈 및
무선으로 전기적인 신호를 송신 또는 수신하여 상기 무선구동 콘택트렌즈의 변형도 센서 및 약물저장소의 구동을 조절하는 스마트 안경을 포함하는 시스템으로,
상기 변형도 센서 및 약물저장소는 투명기판 상에 형성되고,
상기 변형도 센서는 안압 변화에 의한 전류 변화 또는 저항 변화를 측정하며, 상기 안압 변화에 이상이 감지되면 약물저장소에서 약물이 방출되는 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료용 무선구동 시스템.
- 콘택트 렌즈 내의 변형도 센서는 정해진 측정 시간에 대상체의 안구에 전압을 인가하여 전류 변화 또는 저항 변화를 측정하며,
대상체의 안구의 안압 변화에 의한 전류 변화 또는 저항 변화가 설정된 범위 이상으로 측정되면, 약물저장소의 약물 웰을 밀봉하는 전극 패턴의 금이 염소에 녹아 AuCl4 -가 되면서 상기 약물저장소가 오픈되는 것인 제 20 항에 따른 시스템을 사용한 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료 방법.
- 제 21 항에 있어서,
변형도 센서는 스마트 안경에서 송신된 전기적인 신호를 통해 구동하고,
상기 신호가 수신된 변형도 센서에서는 안압 변화에 의한 전류 변화 또는 저항 변화를 측정하며, 상기 변화 결과를 무선 통신을 통해 스마트 안경으로 송신하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료 방법.
- 제 21 항에 있어서,
약물저장소는 스마트 안경에서 송신된 전기적인 신호를 통해 구동하고,
상기 스마트 안경은 변형도 센서를 통해 송신된 전류 변화 또는 저항 변화를 분석하여, 안압 변화의 이상을 감지하면 약물저장소에 전기적인 신호를 송신하고, 상기 신호가 수신된 약물저장소는 오픈되는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료 방법.
- 제 21 항에 있어서,
스마트 안경의 무선 전기 코일에서 발생된 파워는 무선구동 콘택트렌즈의 무선전기 안테나에서 수신되고, IC 칩의 제어를 통해 수신된 파워를 센서 및 약물전달 시스템의 구동에 사용하는 것인 녹내장 환자의 안압 측정 또는 녹내장 치료 방법.
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| KR1020190024767A KR102196582B1 (ko) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | 녹내장 환자의 안압 측정 및 치료용 스마트 무선구동 콘택트렌즈 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022050451A1 (ko) * | 2020-09-04 | 2022-03-10 | 주식회사 화이바이오메드 | 녹내장 환자의 안압 측정 및 치료용 스마트 무선구동 콘택트렌즈 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20140056126A (ko) * | 2013-12-23 | 2014-05-09 | 김선호 | 치료용 콘택트렌즈 |
| KR20160127322A (ko) * | 2015-04-24 | 2016-11-03 | 포항공과대학교 산학협력단 | 스마트 콘택트 렌즈 및 스마트 안경 |
| KR20170139300A (ko) * | 2016-06-09 | 2017-12-19 | 울산과학기술원 | 안압에 따른 정전 용량 변화를 이용한 안압 센서, 그를 포함하는 콘택트 렌즈 및 그의 제조방법 |
-
2019
- 2019-03-04 KR KR1020190024767A patent/KR102196582B1/ko active IP Right Grant
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