KR20210064064A - Cortisol Sensor Manufacturing Method to measure concentration of Cortisol, and Smart Contact Lens Manufacturing Method having the Cortisol Sensor - Google Patents

Cortisol Sensor Manufacturing Method to measure concentration of Cortisol, and Smart Contact Lens Manufacturing Method having the Cortisol Sensor Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a smart contact lens having a cortisol sensor, which comprises: a step B1 of manufacturing a film structure including a sacrificial layer, a passivation layer, an electrode, and a rigid island with a cortisol sensor on a substrate; a step B2 of peeling the film structure manufactured in the step B1 to be attached to a separate handling layer; a step B3 of forming a graphene channel in the film structure attached to the handling layer; a step B4 of having a wireless communication chip, a capacitor and a resistor provided as an integrated body electrically connected to each other at one side of the film structure; a step B5 of protecting the rigid island having the cortisol sensor by a stamp; a step B6 of manufacturing a lens by inputting a structure after the step B5 and a lens material into a lens mold; and a step B7 of removing the stamp, coupling a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the graphene surface, and activating the cortisol sensor. Accordingly, the cortisol concentration can be measured.

Description

코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법과 그 방법으로 제조된 코티졸 센서 및 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법과 그 방법으로 제조된 스마트 콘택트 렌즈{Cortisol Sensor Manufacturing Method to measure concentration of Cortisol, and Smart Contact Lens Manufacturing Method having the Cortisol Sensor}A method for manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration, a method for manufacturing a cortisol sensor manufactured by the method, a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, and a smart contact lens manufactured by the method {Cortisol Sensor Manufacturing Method to measure concentration of Cortisol, and Smart Contact Lens Manufacturing Method having the Cortisol Sensor}

본 발명은 스트레스 호르몬 현장검지가 가능한 소프트 스마트 콘택트렌즈에 통합된 코티졸 면역센서 및 그 제조방법 분야에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법과 그 방법으로 제조된 코티졸 센서 및 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법과 그 방법으로 제조된 스마트 콘택트 렌즈에 관한 것이다.The present invention relates to a field of a cortisol immune sensor integrated into a soft smart contact lens capable of on-site detection of stress hormones and a manufacturing method thereof. Specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration, a method for manufacturing a cortisol sensor manufactured by the method, and a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, and a smart contact lens manufactured by the method.

신체적, 정신적으로 스트레스를 받을 때 발생하는 것으로 알려진 코티졸(cortisol)은 항상성을 유지하기 위해 부신에서 분비되는 스테로이드 호르몬이다. 코티졸(cortisol)은 부신이 adrenocorticotropic hormone (ACTH)에 의해 자극될 때 분비되며, ACTH는 뇌하수체가 시상하부에서 분비되는 corticotropin-releasing hormone(CRH)에 의해 자극될 때 분비된다. Cortisol, which is known to occur when physically and mentally stressed, is a steroid hormone secreted by the adrenal glands to maintain homeostasis. Cortisol is secreted when the adrenal glands are stimulated by adrenocorticotropic hormone (ACTH), and ACTH is secreted when the pituitary gland is stimulated by corticotropin-releasing hormone (CRH) secreted by the hypothalamus.

이러한 일련의 코티졸(cortisol)이 분비되는 시스템을 HPA 축이라고 하며, 만성적인 스트레스는 이 코티졸(cortisol) 분비 시스템에 영향을 끼쳐 비정상적인 코티졸(cortisol) 분비를 일으킨다. 코티졸(cortisol) 농도가 불필요하게 축적될 경우, 지방과 아미노산 수치를 증가시켜, 우울증, 불안 장애와 같은 신경질환 뿐만 아니라 심각한 질병(e.g., 쿠싱병, 자가 면역 질환, 심혈관 합병증, 제 2형 당뇨병)을 일으킬 수 있다. This series of cortisol secretion system is called the HPA axis, and chronic stress affects this cortisol secretion system, causing abnormal cortisol secretion. When cortisol levels build up unnecessarily, they increase fat and amino acid levels, leading to serious diseases (eg, Cushing's disease, autoimmune diseases, cardiovascular complications, type 2 diabetes) as well as neurological diseases such as depression and anxiety disorders. can cause

코티졸(cortisol) 농도는 불필요하게 축적될 때 뿐만 아니라 비정상적으로 적은 경우에도 과색소침착, 체중 감소 및 만성피로 증상으로 나타나는 에디슨병을 야기할 수 있다. Cortisol levels can cause Addison's disease with symptoms of hyperpigmentation, weight loss and chronic fatigue, not only when it accumulates unnecessarily, but also when it is abnormally low.

이 코티졸(cortisol) 농도는 지속적으로 변화하며, 개인마다 분비되는 정도의 차이가 있으므로, 코티졸(cortisol) 농도의 변화를 실시간, 지속적으로 모니터링 해야 한다. 코티졸(cortisol) 농도를 측정하기 위해, 항원항체반응(Antigen-antibody) 결합반응을 이용하는 면역측정(immunoassay) 방법을 적용한 센서가 연구되고 있다. This cortisol concentration changes continuously, and since there is a difference in the degree of secretion for each individual, the change in cortisol concentration should be monitored in real time and continuously. In order to measure the concentration of cortisol, a sensor to which an immunoassay method using an antigen-antibody binding reaction is applied is being studied.

면역측정(immunoassay) 방식을 센서에 적용하면 코티졸(cortisol) 항체(antibody)를 전극에 붙여 비교적 간단한 측정 방법인 전기적 측정방법의 면역센서(immunosensor)를 제작할 수 있기 때문에, 최근에 현장검지 가능한 센서 제작 시도에서 주로 적용되었다. If the immunoassay method is applied to the sensor, a cortisol antibody is attached to the electrode to produce an immunosensor of the electrical measurement method, which is a relatively simple measurement method. It was mainly applied in trials.

여러 체액 중 눈물에는 많은 바이오마커가 포함되어 있으며, 코티졸(cortisol) 도 포함되어 있다. 웨어러블 전자기기 중에서 콘택트렌즈는 눈물과 지속적으로 접촉하기 때문에 눈으로부터 바이오마커를 측정할 수 있는 유일한 플랫폼이다. 콘택트렌즈 형태의 센서를 사용하면 눈물의 코티졸(cortisol)을 비침습적으로 실시간 모니터링이 가능하다. Among many body fluids, tears contain many biomarkers and also cortisol. Among wearable electronics, contact lenses are the only platform that can measure biomarkers from the eye because they are in constant contact with tears. The use of a contact lens-type sensor enables non-invasive real-time monitoring of cortisol in tears.

또한, 눈에 고여 있는 눈물의 양은 6.5±0.3 μL 로, 거의 일정하기 때문에 별도의 추출과정없이 일정한 양의 눈물을 측정할 수 있다. In addition, the amount of tears pooled in the eyes is 6.5±0.3 μL, and since it is almost constant, it is possible to measure a certain amount of tears without a separate extraction process.

현재까지 나온 코티졸(cortisol) 센서는 대부분 혈액, 타액, 땀, 모발, 소변, 또는 간질액에 포함되어 있는 코티졸(cortisol) 농도를 측정했으나, 체액 속의 생물학적 활성 코티졸(cortisol)은 실온에서 불안정하여, 체액의 추출 및 보관, 운송에도 어려움이 있고, 정확한 코티졸(cortisol) 농도를 측정하기 힘들다는 한계가 있다. Most of the cortisol sensors available to date have measured the concentration of cortisol contained in blood, saliva, sweat, hair, urine, or interstitial fluid, but biologically active cortisol in body fluids is unstable at room temperature. There are limitations in that it is difficult to extract, store, and transport body fluids, and it is difficult to accurately measure the concentration of cortisol.

또한, 기존 코티졸(cortisol) 측정 방법은 추출 또는 전처리 과정이 필요하며, 부피가 큰 측정 장비를 통한 분석이 필요하다. 그러므로, 정확한 코티졸(cortisol) 농도를 실시간으로 측정하여 질병 진단 및 예방을 위해 현장검지 센서가 필요하다. In addition, the existing method for measuring cortisol requires extraction or pre-treatment, and analysis using a bulky measuring device is required. Therefore, an on-site detection sensor is needed for disease diagnosis and prevention by measuring an accurate cortisol concentration in real time.

코티졸(cortisol) 단일클론항체(monoclonal antibody)(C-Mab)를 금(Au) 전극에 붙여, 전기화학 임피던스 분광법(electrochemical impedance spectroscopy; EIS) 기술로 침과 간질액의 코티졸(cortisol) 농도를 측정한 코티졸(cortisol) 면역센서(immunosensor)가 개발되었으나, 나이키스트 선도(nyquist plot)을 분석하기 위한 장비인 임피던스 분석장치(impedance analyzer)가 필요하다. A cortisol monoclonal antibody (C-Mab) is attached to a gold (Au) electrode, and the cortisol concentration in saliva and interstitial fluid is measured by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technology. A cortisol immunosensor has been developed, but an impedance analyzer, which is a device for analyzing a nyquist plot, is required.

또한, 순환전압전류법(cyclic voltammetry;CV) 측정 기반의 코티졸(cortisol) 센서가 개발되었다. In addition, a cortisol sensor based on cyclic voltammetry (CV) measurement has been developed.

그러나, 이 측정방법도 CV curve를 해석하기 위한 별도의 전기화학 계측기가 필요하다. However, this measurement method also requires a separate electrochemical instrument to interpret the CV curve.

최근에는, 현장검지가 가능하며 착용 가능한 플랫폼의 코티졸(cortisol) 센서 개발 시도로, 금속박막 전극 기반의 땀 코티졸(cortisol) 센서가 개발되었으나, 이 소자 또한 전기화학적 분석을 위한 별도의 측정장비가 필요하다. Recently, in an attempt to develop a cortisol sensor on a wearable platform that can detect on-site detection, a metal thin-film electrode-based sweat cortisol sensor has been developed, but this device also requires a separate measuring device for electrochemical analysis. Do.

현장검지 가능한 센서로 사용될 수 있는 잠재성을 제시한 전계효과트랜지스터(field effect transistor) (FET) 구조의 코티졸(cortisol) 센서가 개발되었으나 착용 가능한 형태가 아니며, 측정장비를 사용해 코티졸(cortisol) 농도를 측정하였다.A cortisol sensor with a field effect transistor (FET) structure has been developed, which suggests the potential to be used as a field-detectable sensor, but it is not a wearable form, and the cortisol concentration can be measured using a measuring device. measured.

(문헌 1) 한국등록특허공보 제10-2042628호 (2019.11.04)(Document 1) Korean Patent Publication No. 10-2042628 (2019.11.04)

본 발명에 따른 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서 및 이를 구비한 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법은 다음과 같은 해결과제를 가진다.A cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration according to the present invention and a method for manufacturing a smart contact lens having the same have the following problems.

첫째, 코티졸 농도 정량 측정 가능한 코티졸 센서를 제조하고자 한다.First, it is intended to manufacture a cortisol sensor capable of quantitatively measuring cortisol concentration.

둘째, 코티졸 농도 정량 측정 가능한 스마트 콘택트렌즈 기기를 통해 안구 및 눈물에서 얻을 수 있는 코티졸의 농도를 비침습적으로 모니터링하고자 한다.Second, we intend to non-invasively monitor the concentration of cortisol that can be obtained from the eye and tears through a smart contact lens device that can quantitatively measure the concentration of cortisol.

셋째, 무선으로 수집된 데이터를 사용자에게 전달함으로써 질병을 진단하고자 한다.Third, it is intended to diagnose diseases by wirelessly transmitting the collected data to the user.

넷째, 사용자의 불편함이 없이 모니터링이 가능하도록 한다.Fourth, monitoring is possible without user inconvenience.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 합성된 그래핀 층을 기판으로 이동시키고, 패터닝을 통해 그래핀 채널을 형성시키는 A1 단계; 상기 그래핀 채널을 자외선 오존(UVO)에 노출시켜 그래핀 표면을 활성화시키는 A2 단계; 및 상기 활성화된 그래핀 표면에 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)를 결합시키는 A3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법이다.The present invention provides a step A1 of moving the synthesized graphene layer to a substrate and forming a graphene channel through patterning; A2 step of exposing the graphene channel to ultraviolet ozone (UVO) to activate the graphene surface; and A3 step of binding a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the surface of the activated graphene.

본 발명에 따른 A1 단계의 그래핀 층의 합성은 화학기상증착법(CVD)으로 수행될 수 있다.The synthesis of the graphene layer in step A1 according to the present invention may be performed by chemical vapor deposition (CVD).

본 발명에 따른 A1 단계의 패터닝은 포토 리소그래피 방법으로 수행될 수 있다.The patterning in step A1 according to the present invention may be performed by a photolithography method.

본 발명에 따른 A2 단계에서, 자외선 오존에 노출된 그래핀 표면은 카르복실 레이트 그룹으로 활성화될 수 있다.In step A2 according to the present invention, the graphene surface exposed to ultraviolet ozone may be activated with carboxylate groups.

본 발명에 따른 A2 단계에서 그래핀 표면의 활성화에 의해 그래핀의 소수성이 감소될 수 있다.In step A2 according to the present invention, the hydrophobicity of graphene may be reduced by activation of the graphene surface.

본 발명에 따른 A3 단계에서, EDC와 NHS의 2단계 커플링 반응을 통해 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)가 그래핀 표면에 고정될 수 있다.In step A3 according to the present invention, a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) may be immobilized on the graphene surface through a two-step coupling reaction between EDC and NHS.

본 발명은 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서로서, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된다.The present invention is a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration, and is manufactured by the manufacturing method according to the present invention.

본 발명은 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법으로서, 기판 상에서 희생층, 패시베이션층, 전극 및 코티졸 센서가 구비되는 리지드 아일랜드를 포함하는 필름 구조체가 제조되는 B1 단계; B1 단계에서 제조된 상기 필름 구조체가 박리되어, 별도의 핸들링층에 부착되는 B2 단계; 상기 핸들링 층에 부착된 상기 필름 구조체에 그래핀 채널이 형성되는 B3 단계; 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기가 상기 필름 구조체의 일 측에서 전기적으로 상호 연결되는 통합체로 구비되는 B4 단계; 코티졸 센서가 구비되는 리지드 아일랜드가 스탬프로 보호되는 B5 단계; B5 단계 후의 구조체와 렌즈 재료를 렌즈 몰드에 넣고 렌즈를 제조하는 B6 단계; 및 상기 스탬프를 제거하고, 그래핀 표면에 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)를 결합시며, 코티졸 센서를 활성화시키는 B7 단계를 포함한다.The present invention provides a method for manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, comprising: a step B1 in which a film structure including a rigid island provided with a sacrificial layer, a passivation layer, an electrode and a cortisol sensor on a substrate is manufactured; Step B2 in which the film structure prepared in step B1 is peeled off and attached to a separate handling layer; Step B3 in which a graphene channel is formed in the film structure attached to the handling layer; A step B4 in which a chip for wireless communication, a capacitor and a resistor are provided as an integrated body electrically interconnected from one side of the film structure; Step B5 in which the rigid island provided with the cortisol sensor is protected with a stamp; B6 step of manufacturing a lens by putting the structure and lens material after step B5 into a lens mold; and a B7 step of removing the stamp, binding a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the graphene surface, and activating the cortisol sensor.

본 발명에 따른 B1 단계는 기판 상에 희생층이 구비되고, 상기 희생층 상에 패시베이션층이 증착되는 B11단계; 전극 소재를 증착 및 패터닝하여, 코티졸 센서에 연결되는 소스 전극, 드레인 전극 및 안테나 코일에 연결되는 안테나 패드가 형성되는 B12 단계; 금속나노물질층을 증착시켜 나선 형상으로 패턴화된 하이브리드 안테나 코일이 형성되는 B13 단계; 코티졸 센서가 안착되는 리지드 아일랜드 영역이 리지드 재료로 패턴화되는 B14 단계; 및 전체 영역에 소프트 재료인 렌즈 물질이 코팅되는 B15 단계를 포함한다.Step B1 according to the present invention includes a step B11 in which a sacrificial layer is provided on a substrate and a passivation layer is deposited on the sacrificial layer; B12 step of depositing and patterning an electrode material to form a source electrode connected to a cortisol sensor, a drain electrode, and an antenna pad connected to an antenna coil; Step B13 in which a hybrid antenna coil patterned in a spiral shape is formed by depositing a metal nanomaterial layer; Step B14 in which the rigid island region on which the cortisol sensor is seated is patterned with a rigid material; and a step B15 in which the lens material, which is a soft material, is coated over the entire area.

본 발명에 따른 B11 단계에서 상기 희생층은 Ni/Cu로 구비되고, 상기 패시베이션층은 파릴렌(Parylene)으로 구비될 수 있다.In step B11 according to the present invention, the sacrificial layer may be made of Ni/Cu, and the passivation layer may be made of parylene.

본 발명에 따른 B11 단계에서 상기 Ni/Cu 희생층은 전자 빔 증발에 의해 기판에 증착될 수 있다.In step B11 according to the present invention, the Ni/Cu sacrificial layer may be deposited on the substrate by electron beam evaporation.

본 발명에 따른 B12 단계에서 상기 전극 소재는 Cr/Au로 구비되며, Cr/Au 전극은 열 증발되고 패턴회되어, 포토 리소그래피 방식으로 소스 전극 및 드레인 전극이 형성될 수 있다.In step B12 according to the present invention, the electrode material is provided with Cr/Au, and the Cr/Au electrode is thermally evaporated and patterned to form a source electrode and a drain electrode by a photolithography method.

본 발명에 따른 B13 단계에서 상기 하이브리드 안테나 코일은 신축성있는 투명 안테나인 것이 가능하다.In step B13 according to the present invention, the hybrid antenna coil may be a flexible transparent antenna.

본 발명에 따른 B13 단계에서 하이브리드 안테나 코일은 AgNF 네트워크 상에 AgNF 보다 더 미세한 AgNW가 코팅된 AgNF-AgNF 하이브리드 네트워크로 패턴화될 수 있다.In step B13 according to the present invention, the hybrid antenna coil may be patterned into an AgNF-AgNF hybrid network coated with finer AgNW than AgNF on the AgNF network.

본 발명에 따른 B2 단계는 상기 희생층이 제거되는 B21 단계; 및 기판 상에 형성된 필름 구조체가 기판에서 박리된 후, 뒤집힌 상태로 기 설정된 핸들링 층에 부착되는 B22 단계를 포함한다.Step B2 according to the present invention includes step B21 in which the sacrificial layer is removed; and a step B22 in which the film structure formed on the substrate is peeled off from the substrate and then attached to a preset handling layer in an inverted state.

본 발명에 따른 B3 단계는 상기 패시베이션층이 에칭을 통해 패턴화되면서, 상기 안테나 패드 및, 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이의 그래핀 채널이 형성될 부분이 개방되는 B31 단계; 상기 개방된 부분에 그래핀이 구비되는 B32 단계; 및 상기 그래핀이 에칭을 통해 패턴화되면서 그래핀 채널이 형성되는 B33 단계를 포함한다.Step B3 according to the present invention may include a step B31 in which the antenna pad and a portion in which a graphene channel is to be formed between the source electrode and the drain electrode is opened while the passivation layer is patterned through etching; B32 step in which graphene is provided in the open portion; and a step B33 in which graphene channels are formed while the graphene is patterned through etching.

본 발명에 따른 B4 단계는 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기가 상기 구조체의 기 설정된 위치에 배치 및 접착되는 B41 단계; 및 상기 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기는 3D 프린팅으로 통합되는 B42 단계를 포함한다.The step B4 according to the present invention comprises a step B41 in which a chip for wireless communication, a capacitor and a resistor are disposed and adhered to a preset position of the structure; and a step B42 in which the chip, capacitor and resistor for wireless communication are integrated by 3D printing.

본 발명에 따른 B42 단계에서, 상기 3D 프린팅은 액체 금속을 분사하여, 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기가 신축가능하게 전기적으로 연결되도록 인쇄할 수 있다.In step B42 according to the present invention, the 3D printing can be printed so that the chip for wireless communication, the capacitor and the resistor are electrically connected in a stretchable manner by spraying liquid metal.

본 발명에 따른 B5 단계에서, 상기 스탬프는 PDMS 스탬프인 것이 가능하다.In step B5 according to the present invention, it is possible that the stamp is a PDMS stamp.

본 발명에 따른, B7 단계에서, 스탬프가 제거된 후에, 상기 그래핀 채널을 자외선 오존(UVO)에 노출시켜 그래핀 표면을 활성화시키는 B71 단계를 더 포함한다.According to the present invention, in step B7, after the stamp is removed, the step B71 of exposing the graphene channel to ultraviolet ozone (UVO) to activate the graphene surface is further included.

본 발명에 따른 B71 단계에서, 자외선 오존에 노출된 그래핀 표면은 카르복실 레이트 그룹으로 활성화될 수 있다.In step B71 according to the present invention, the graphene surface exposed to ultraviolet ozone may be activated with carboxylate groups.

본 발명에 따른 B71 단계에서 그래핀 표면의 활성화에 의해 그래핀의 소수성이 감소될 수 있다.In step B71 according to the present invention, the hydrophobicity of graphene may be reduced by activation of the graphene surface.

본 발명에 따른 B7 단계에서, 상기 활성화된 그래핀 표면에 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)를 결합시키는 B72 단계를 더 포함한다In step B7 according to the present invention, the step B72 further comprises binding a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the activated graphene surface.

본 발명에 따른 B72 단계에서, EDC와 NHS의 2단계 커플링 반응을 통해 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)가 그래핀 표면에 고정될 수 있다.In step B72 according to the present invention, a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) can be immobilized on the graphene surface through a two-step coupling reaction between EDC and NHS.

본 발명은 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈로서, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된다.The present invention is a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, which is manufactured by the manufacturing method according to the present invention.

본 발명에 따른 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서 및 이를 구비한 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.The cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration according to the present invention and a method for manufacturing a smart contact lens having the same have the following effects.

첫째, 코티졸 농도 정량 측정 가능한 코티졸 센서를 제조할 수 있다.First, a cortisol sensor capable of quantitatively measuring cortisol concentration can be manufactured.

둘째, 코티졸 농도 정량 측정 가능한 스마트 콘택트렌즈 기기를 통해 안구 및 눈물에서 얻을 수 있는 코티졸의 농도를 비침습적으로 모니터링하는 효과가 있다.Second, there is an effect of non-invasively monitoring the concentration of cortisol that can be obtained from the eye and tears through a smart contact lens device that can quantitatively measure the cortisol concentration.

셋째, 무선으로 수집된 데이터를 사용자에게 전달함으로써 질병을 진단하는 효과가 있다.Third, there is an effect of diagnosing diseases by wirelessly transmitting the collected data to the user.

넷째, 사용자의 불편함이 없이 모니터링이 가능한 효과가 있다.Fourth, there is an effect that monitoring is possible without user inconvenience.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1A는 C-Mab 고정화 과정을 나타내며, 도 1B는 그래핀 FET 구조의 개략적 이미지를 나타내며, 도 1C는 제작된 그래핀 FET 장치의 광학 현미경 이미지를 나타내며(스케일 바, 200 μm), 도 1D는 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 전달 곡선을 나타낸다.
도 2는 In vitro test에 관한 것으로서, 도 2A는 게이트 전압 VG = 0 V 및 드레인 전압 VD =0.1 V에서 실시간 상대 전류 변화를 나타내며, 도 2B는 코티졸 농도에 따른 상대 전류 변화의 보정 곡선을 나타내며, 도 2C는 완충액 및 인공 눈물 용매의 코티졸 농도에 따른 상대 저항 변화를 나타내며, 도 2D는 22℃ 및 36.5℃에서 코티졸 농도에 따른 센서 저항의 상대적 변화로서, 각 데이터 포인트는 10 개 샘플의 평균을 나타내고 오류 막대는 SD를 나타낸다.
도 3은 NFC 및 신축성 있고 투명한 AgNF-AgNW 하이브리드 안테나에 관한 것으로서, 도 3A는 NFC 칩, 코티졸 센서 및 안테나 및 저항을 포함한 구성 요소와 연결된 회로도이고, 도 3B는 무선 통신용 신축성 및 투명 안테나의 개략도이고, 도 3C는 AgNF-AgNW 하이브리드 구조의 랜덤 네트워크의 주사 전자 현미경 이미지(스케일 바, 20μm)이고, 도 3D는 AgNF-AgNW 하이브리드 패턴 안테나 코일의 투명도이고, 도 3E는 최대 30%의 무시할 수있는 변형률로 AgNF-AgNW 하이브리드의 최대 300배까지 수행된 스트레칭-이완 사이클 테스트(삽입 : AgNF-AgNW 하이브리드 전극 변형 테스트)를 나타내며, 도 3F는 13.56MHz를 초래하는 패턴 화 된 안테나의 공진 주파수를 나타낸다.
도 4는 스마트 콘택트 렌즈 포장에 관한 것으로서, 도 4A는 단단한 섬에 위치한 3차원(3D) 인쇄 신축성 상호 연결 및 코티졸 센서와 통합 된 패키지 스마트 콘택트 렌즈의 개략도로서, 공진 주파수와 기준 저항을 위해 커패시터와 저항이 각각 통합된 것을 나타내며, 도 4B는 제작된 스마트 콘택트 렌즈의 사진(삽입 : 스마트 콘택트 렌즈의 클로즈업 외부 이미지)(스케일 바, 1cm)을 나타내며, 도 4C는 강성-소프트 하이브리드 재료의 광학 투과율 및 흐릿함(Haze)를 나타내며, 도 4D는 신축성 안테나의 복귀 전후의 방사 특성을 나타내며, 도 4E는 PBS에 잠긴 상대 공명 주파수 변화와 최대 192 시간의 인공 눈물(삽입 : 인공 눈물에 각각 12 시간 및 192 시간 동안 침지 테스트 후 안테나의 방사 특성)을 나타낸다.
도 5는 생체 내 테스트에 관한 것으로서, 도 5A는 왼쪽 눈에 스마트 콘택트 렌즈를 착용 한 성인 여성의 사진(삽입 : 눈에 스마트 콘택트 렌즈의 클로즈업 이미지)이고, 도 5B는 스마트 콘택트 렌즈를 사용한 코티졸 레벨 측정의 개략 이미지이고, 도 5C 및 도 5D는 시뮬레이션 결과 SAR를 나타내며, 도 5E는 스마트 콘택트 렌즈 착용 전후에 플루오 레세인 염색이있는 인간 눈의 슬릿 램프 이미지(스케일 바, 1cm)를 나타내며, 도 5F는 콘택트 렌즈 센서를 사용하여 눈에 떨어진 코티졸 용액 농도의 함수로 측정 된 코티졸 농도로서, 각 데이터 포인트는 10 개 샘플의 평균을 나타내고 오류 막대는 SD를 나타내며, 도 5G는 스마트 콘택트 렌즈의 세포 독성 테스트를 나타낸다.
도 6은 그래핀 표면의 특징적인 변화로서, 탈 이온수 1μl 방울과 깨끗한 UVO 노출 그래 핀 사이의 접촉각을 나타내며, 접촉각은 UVO의 노출 시간을 늘림으로써 감소되었다.
도 7은 C-Mab 고정화에 관한 것으로서, 도 7A는 EDC / NHS 커플 링 반응을 통해 C-Mab을 고정하는 과정을 나타내며, 순수한 그래핀은 UVO 노출에 의해 카르복 실화되며, 도 7B는 코티졸 센서(적색), 침지없는 깨끗한 탈 이온수(흑색), 1 μg / ml 코티졸 단일 클론 항체(청색) 용액 침지 후 탈 이온수의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.
도 8은 재현성 테스트에 관한 것으로서, 모든 그래핀 트랜지스터 샘플의 ID-VG (전달) 곡선을 나타내며, 도 8A는 1ng / ml의 코티졸 농도, 도 8B는 10ng / ml의 코티졸 농도, 도 8C는 20ng / ml의 코티졸 농도, 도 8D는 30 ng / ml의 코티졸 농도, 도 8E는 40 ng / ml의 코티졸 농도, 도 8F는 코티졸 농도에 따른 절대 드레인 전류 값을 나타내며, 각 데이터 포인트는 10 개 샘플의 평균을 나타내고 오차 막대는 표준 편차를 나타낸다.
도 9는 코티졸 센서 특성 테스트에 관한 것으로서, 도 9A는 미세 유체 채널을 사용하여 감지하는 실시간 코티졸의 개략도이고, 도 9B는 저항 변화로 계산 된 코티졸 센서 특성의 교정 곡선이고, 도 9C는 완충액 (흑색) 및 ALU 용액 (A : 50μM 아스코르브 산, L : 10mM 젖산, U : 10mM 요소) (적색)의 코티졸 농도에 따른 코티졸 센서의 상대적 저항 변화로서, 각 데이터 포인트는 10 개 샘플의 평균을 나타내고 오차 막대는 표준 편차를 나타낸다.
도 10은 안테나 특성 테스트에 관한 것으로서, 도 10A는 71% 투명도의 AgNF-AgNW 안테나의 사진(스케일 바, 1cm)이며, 도 10B는 70℃공기 조건에서 16 일 동안 안테나의 공진 특성을 나타내며, 도 10C는 도 10B에서 안테나의 공진 주파수(청색)의 상대적 변화와 안테나 반사 계수(적색)의 상대적 변화를 나타낸다.
도 11은 스마트 콘택트 렌즈의 제조 공정 및 재료를 나타낸다.
도 12는 리지드 소프트 하이브리드 기판 특성 테스트로서, 도 12A는 단단한 섬에 있는 코티졸 센서의 사진(스케일 바는 200 μm)이며, 도 12B는 인장 변형률의 함수로서 코티졸 센서 저항의 상대적 변화를 나타내며, 도 12C는 리지드 소프트 하이브리드 기판이 내장 된 렌즈의 사진이며, 광학 투명도와 헤이즈는 각각 93 %와 1.2 %로 측정되었으며(550nm에서), 스케일 바는 1cm이며, 도 12D는 통합 콘택트 렌즈의 광학적 특성으로서, 스마트 콘택트 렌즈의 투과율(흑색) 및 헤이즈(적색) 스펙트럼을 나타낸다.
도 13은 인간에 대한 생체 내 테스트로서, 도 13A는 스마트 콘택트 렌즈를 사용하여 인간 피험자의 양안에서 측정 된 코티졸 농도의 변화를 나타내며, 도 13B는 인간의 눈에 대한 세극등 검사로서, 세극등 이미지는 스마트 콘택트 렌즈를 착용하기 전, 착용 중, 착용 한 후에 촬영(스케일 바, 1cm)되었다.
도 14는 토끼에 대한 생체 내 테스트로서, 도 14A는 살아있는 토끼의 눈에 스마트 콘택트 렌즈. (삽입 : 토끼 눈의 클로즈업 이미지.) 축척 막대, 1cm이며, 도 14B 및 도 14C는 전송된 전력에 대한 안테나 방사의 열 분석(스케일 바, 2cm)을 나타낸다.
도 15는 본 발명에 따른 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법을 나타낸다.
도 16은 본 발명에 따른 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법을 나타낸다.
Fig. 1A shows the C-Mab immobilization process, Fig. 1B shows a schematic image of the graphene FET structure, Fig. 1C shows an optical microscope image of the fabricated graphene FET device (scale bar, 200 μm), and Fig. 1D shows The transfer curve of the drain current according to the gate voltage is shown.
Figure 2 relates to the in vitro test, Figure 2A shows the real-time relative current change at the gate voltage VG = 0 V and the drain voltage VD = 0.1 V, Figure 2B shows the correction curve of the relative current change according to the cortisol concentration, Figure 2C shows the relative change in resistance with cortisol concentration of buffer and artificial tear solvent, and Figure 2D shows the relative change of sensor resistance with cortisol concentration at 22 °C and 36.5 °C, each data point representing the mean of 10 samples Error bars represent SD.
Fig. 3 relates to NFC and a stretchable and transparent AgNF-AgNW hybrid antenna. Fig. 3A is a circuit diagram connected with an NFC chip, a cortisol sensor and components including an antenna and a resistor, and Fig. 3B is a schematic diagram of a stretchable and transparent antenna for wireless communication. , Fig. 3C is a scanning electron microscope image (scale bar, 20 μm) of a random network of AgNF-AgNW hybrid structures, Fig. 3D is the transparency of AgNF-AgNW hybrid patterned antenna coil, and Fig. 3E is a negligible strain of up to 30%. shows the stretching-relaxation cycle test (inset: AgNF-AgNW hybrid electrode strain test) performed up to 300 times that of AgNF-AgNW hybrids, and Fig. 3F shows the resonant frequency of the patterned antenna resulting in 13.56 MHz.
Figure 4 relates to smart contact lens packaging, Figure 4A is a schematic diagram of a packaged smart contact lens integrated with a three-dimensional (3D) printed stretchable interconnect and cortisol sensor located on a rigid island, with capacitors for resonant frequency and reference resistance. Resistors are respectively integrated, Figure 4B shows a photograph of the fabricated smart contact lens (inset: close-up external image of the smart contact lens) (scale bar, 1 cm), and Figure 4C shows the optical transmittance and Haze is shown, and Fig. 4D shows the radiation characteristics before and after the return of the stretchable antenna, and Fig. 4E shows the relative resonance frequency change immersed in PBS and artificial tears up to 192 h (insertion: 12 h and 192 h in artificial tears, respectively) The radiation characteristics of the antenna after immersion test during and after).
Fig. 5 relates to an in vivo test, Fig. 5A is a photograph of an adult woman wearing a smart contact lens in the left eye (inset: a close-up image of a smart contact lens in the eye), and Fig. 5B is a cortisol level using the smart contact lens Schematic images of the measurements, Fig. 5C and Fig. 5D show the simulation result SAR, Fig. 5E shows the slit lamp images (scale bar, 1 cm) of a human eye with fluorescein staining before and after smart contact lens wear, and Fig. 5F is the cortisol concentration measured as a function of cortisol solution concentration dropped into the eye using a contact lens sensor, where each data point represents the mean of 10 samples and the error bars represent the SD, and Figure 5G shows the cytotoxicity test of a smart contact lens. indicates
6 is a characteristic change of the graphene surface, showing the contact angle between a 1 μl drop of deionized water and clean UVO-exposed graphene, which was decreased by increasing the exposure time of UVO.
Figure 7 relates to C-Mab immobilization, Figure 7A shows the process of C-Mab immobilization through EDC/NHS coupling reaction, pure graphene is carboxylated by UVO exposure, and Figure 7B is a cortisol sensor (red), clean deionized water without immersion (black), and FT-IR spectrum of deionized water after immersion in 1 μg/ml cortisol monoclonal antibody (blue) solution.
Figure 8 relates to a reproducibility test, showing the ID-VG (transfer) curves of all graphene transistor samples, Figure 8A is a cortisol concentration of 1 ng / ml, Figure 8B is a cortisol concentration of 10 ng / ml, Figure 8C is 20 ng / cortisol concentration in ml, FIG. 8D is a cortisol concentration of 30 ng/ml, FIG. 8E is a cortisol concentration of 40 ng/ml, and FIG. 8F shows the absolute drain current values as a function of cortisol concentration, each data point is the mean of 10 samples. and error bars represent standard deviations.
Fig. 9 relates to a cortisol sensor characteristic test, where Fig. 9A is a schematic diagram of real-time cortisol sensing using a microfluidic channel, Fig. 9B is a calibration curve of the cortisol sensor characteristic calculated as a change in resistance, and Fig. 9C is a buffer solution (black color). ) and ALU solution (A: 50 μM ascorbic acid, L: 10 mM lactic acid, U: 10 mM urea) (red) relative change in resistance of the cortisol sensor with cortisol concentration, each data point representing the mean of 10 samples and error bars represents the standard deviation.
FIG. 10 relates to an antenna characteristic test, FIG. 10A is a photograph (scale bar, 1 cm) of an AgNF-AgNW antenna with 71% transparency, and FIG. 10B shows the resonance characteristics of the antenna for 16 days at 70°C air condition, FIG. 10C shows the relative change in the resonant frequency (blue) of the antenna and the relative change in the antenna reflection coefficient (red) in FIG. 10B.
11 shows the manufacturing process and materials of a smart contact lens.
Figure 12 is a rigid soft hybrid substrate property test, Figure 12A is a photograph of a cortisol sensor on a rigid island (scale bar is 200 μm), Figure 12B is a relative change in cortisol sensor resistance as a function of tensile strain, and Figure 12C is a photograph of a lens with a built-in rigid soft hybrid substrate, the optical transparency and haze were measured to be 93% and 1.2%, respectively (at 550 nm), the scale bar is 1 cm, and Fig. 12D is the optical characteristic of the integrated contact lens, the smart Transmittance (black) and haze (red) spectra of a contact lens are shown.
Figure 13 is an in vivo test on a human, Figure 13A shows the change in cortisol concentration measured in both eyes of a human subject using smart contact lenses, Figure 13B is a slit lamp test on a human eye, wherein the slit lamp image is a smart Photographs were taken before, during, and after wearing contact lenses (scale bar, 1 cm).
Fig. 14 is an in vivo test in rabbits, and Fig. 14A is a smart contact lens in the eyes of live rabbits. (Inset: Close-up image of rabbit eye.) Scale bar, 1 cm. Figures 14B and 14C show the thermal analysis of antenna radiation versus transmitted power (scale bar, 2 cm).
15 shows a method of manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration according to the present invention.
16 shows a method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the present invention will be described so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. As can be easily understood by those skilled in the art to which the present invention pertains, the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. As far as possible, the same or similar parts are indicated using the same reference numerals in the drawings.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of referring to specific embodiments only, and is not intended to limit the invention. Singular forms as used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component and/or It does not exclude the presence or addition of groups.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in the dictionary are further interpreted as having a meaning consistent with the related art literature and the presently disclosed content, and unless defined, are not interpreted in an ideal or very formal meaning.

본 발명은 스트레스 호르몬 현장검지가 가능한 소프트 스마트 콘택트렌즈에 통합된 코티졸 면역센서 및 그 제조방법 분야에 관한 것이다.The present invention relates to a field of a cortisol immune sensor integrated into a soft smart contact lens capable of on-site detection of stress hormones and a manufacturing method thereof.

본 발명은 코티졸 측정 센서, 무선 통신용 신축성 투명 소자, 모바일 연동 통신기술 등을 융합하여 눈물에 포함된 코티졸을 측정하는 스마트 콘택트렌즈를 구현하는 것으로 착용감이 느껴지지 않고, 심미적 기능이 극대화된 웨어러블 헬스케어 디바이스로의 활용이 가능할 것이다. The present invention implements a smart contact lens that measures cortisol contained in tears by fusion of a cortisol measuring sensor, a stretchable transparent element for wireless communication, and mobile interlocking communication technology. It can be used as a device.

또한, 본 발명은 모바일 연동 질병 진단용 스마트 콘택트렌즈를 제작하기 위한 신축성 투명 무선 소자 제작 기술은 사람의 피부, 사물 및 식물에 부착 가능한 웨어러블 전자소자를 제작하기 위한 요소기술로써, 콘택트렌즈 뿐만 아니라 환경감지, 전자 피부전자피부, 헬스케어 등의 분야에 접목 가능한 원천기술로 활용할 수 있을 것이다.In addition, the present invention provides a flexible transparent wireless device manufacturing technology for manufacturing a smart contact lens for diagnosing mobile-linked diseases as an element technology for manufacturing a wearable electronic device that can be attached to human skin, objects and plants. It can be used as a source technology that can be applied to fields such as , electronic skin, electronic skin, and healthcare.

본 발명은 코티졸 센서의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 코티졸 센서로 구현될 수 있다. 이는 코티졸 센서 자체에 관한 발명이다.The present invention can be implemented with a method for manufacturing a cortisol sensor and a cortisol sensor manufactured by the method for manufacturing the same. This is an invention about the cortisol sensor itself.

또한, 본 발명은 이러한 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 스마트 콘택트 렌즈로 구현될 수 있다. 실제 사용자의 안구에는 콘택트 렌즈가 사용될 수 있을 것이다.In addition, the present invention may be implemented as a method for manufacturing a smart contact lens equipped with such a cortisol sensor and a smart contact lens manufactured by the manufacturing method. A contact lens could be used for the real user's eye.

이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 설명하고자 한다. 참고로, 도면은 본 발명의 특징을 설명하기 위하여, 일부 과장되게 표현될 수도 있다. 이 경우, 본 명세서의 전 취지에 비추어 해석되는 것이 바람직하다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. For reference, the drawings may be partially exaggerated in order to explain the features of the present invention. In this case, it is preferable to be interpreted in light of the whole meaning of this specification.

먼저, 코티졸 센서의 제조방법을 설명하고, 다음으로 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법을 설명하고자 한다.First, a method of manufacturing a cortisol sensor will be described, and then a method of manufacturing a smart contact lens will be described.

이하에서는 본 발명에 따른 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법을 설명한다. 도 15는 본 발명에 따른 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법을 나타낸다.Hereinafter, a method for manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration according to the present invention will be described. 15 shows a method of manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration according to the present invention.

본 발명에 따른 코티졸 센서는 코티졸의 면역 감지를 위해 그래핀 FET의 그래핀 채널 표면에 코티졸 단일 클론 항체 (C-Mab)를 결합하여 제작된다. 여기서 그래핀은 코티졸과 C-Mab 간의 상호 작용을 전기 신호로 변환하는 변환기 역할을 하게 된다. The cortisol sensor according to the present invention is manufactured by binding a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the graphene channel surface of a graphene FET for immune sensing of cortisol. Here, graphene acts as a transducer that converts the interaction between cortisol and C-Mab into an electrical signal.

본 발명에 따른 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법은 합성된 그래핀 층을 기판으로 이동시키고, 패터닝을 통해 그래핀 채널을 형성시키는 A1 단계; 상기 그래핀 채널을 자외선 오존(UVO)에 노출시켜 그래핀 표면을 활성화시키는 A2 단계; 및 상기 활성화된 그래핀 표면에 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)를 결합시키는 A3 단계를 포함한다.The method for manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration according to the present invention comprises: A1 step of moving the synthesized graphene layer to a substrate, and forming a graphene channel through patterning; A2 step of exposing the graphene channel to ultraviolet ozone (UVO) to activate the graphene surface; and A3 step of binding a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the activated graphene surface.

도 1A는 C-Mab 고정화 과정을 나타내며, 도 1B는 그래핀 FET 구조의 개략적 이미지를 나타내며, 도 1C는 제작된 그래핀 FET 장치의 광학 현미경 이미지를 나타내며(스케일 바, 200 μm), 도 1D는 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 전달 곡선을 나타낸다.Fig. 1A shows the C-Mab immobilization process, Fig. 1B shows a schematic image of the graphene FET structure, Fig. 1C shows an optical microscope image of the fabricated graphene FET device (scale bar, 200 μm), and Fig. 1D shows The transfer curve of the drain current according to the gate voltage is shown.

본 발명에 따른 A1 단계의 그래핀 층의 합성은 화학기상증착법(CVD)으로 수행될 수 있다. A1 단계의 패터닝은 포토 리소그래피 방법으로 수행될 수 있다.The synthesis of the graphene layer in step A1 according to the present invention may be performed by chemical vapor deposition (CVD). The patterning of step A1 may be performed by a photolithography method.

도 1A-1와 관련하여, CVD로 합성된 그래핀 층을 원하는 기판으로 옮기고 자외선 오존 (UVO)에 노출시켜 카르 복실 레이트 그룹으로 그래핀 표면을 활성화할 수 있다.1A-1, the graphene layer synthesized by CVD can be transferred to a desired substrate and exposed to ultraviolet ozone (UVO) to activate the graphene surface with carboxylate groups.

도 1A-2와 관련하여, 패터닝된 CVD 그래핀 채널을 자외선 오존 (UVO)에 노출시켜 카르복실 레이트 그룹으로 그래핀 표면이 활성화될 수 있다. 1A-2, the graphene surface can be activated with carboxylate groups by exposing the patterned CVD graphene channels to ultraviolet ozone (UVO).

도 6은 그래핀 표면과 탈 이온 (DI) 물 방울 사이의 접촉각을 나타낸다. UVO에 더 긴 노출 시간은 접촉각을 감소시키면서 그래핀의 소수성을 감소시킬 수 있다. 즉 본 발명에 따른 A2 단계에서 그래핀 표면의 활성화에 의해 그래핀의 소수성이 감소될 수 있다.Figure 6 shows the contact angle between the graphene surface and the deionized (DI) water droplet. A longer exposure time to UVO can reduce the hydrophobicity of graphene while reducing the contact angle. That is, the hydrophobicity of graphene may be reduced by the activation of the graphene surface in step A2 according to the present invention.

아래 표 1은 UVO 노출 시간에 따른 접촉각 및 저항을 나타낸 표이다.Table 1 below is a table showing the contact angle and resistance according to UVO exposure time.

Figure pat00001
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표 1은 이 UVO 처리로 인한 그래핀의 전기 저항 증가를 보여준다. 실험에서 UVO에 2 분의 노출 시간은 그래핀의 저항을 현저하게 증가시키지 않고 접촉각을 70°에서 38°로 감소 시켰습니다. Table 1 shows the increase in the electrical resistance of graphene due to this UVO treatment. In the experiment, exposure time of 2 min to UVO decreased the contact angle from 70° to 38° without significantly increasing the resistivity of graphene.

이 임계 시간보다 긴 UVO 노출 시간은 그래핀의 저항을 과도하게 저하 시켰으므로 샘플을 UVO에 노출하는 시간은 2 분으로 제한되는 것이 가능하다.UVO exposure time longer than this critical time excessively lowered the resistivity of graphene, so it is possible that the time of exposing the sample to UVO is limited to 2 min.

본 발명에 따른 A3 단계에서, EDC와 NHS의 2단계 커플링 반응을 통해 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)가 그래핀 표면에 고정될 수 있다.In step A3 according to the present invention, a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) may be immobilized on the graphene surface through a two-step coupling reaction between EDC and NHS.

도 1A-3과 관련하여, 고정화는 EDC [1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride]/NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) 커플링(coupling) 반응을 통해 그래핀 표면의 카르복실기에 C-Mab의 아미드 결합을 통해 진행될 수 있다. 1A-3, the immobilization was performed on the carboxyl group of the graphene surface through the EDC [1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride]/NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) coupling reaction. It can proceed through the amide bond of

도 7A는 EDC / NHS 커플 링 반응을 통해 C-Mab을 고정하는 과정을 보여준다. EDC와 NHS의 이 2 단계 커플링 반응은 UVO에 노출된 그래핀의 카르복실레이트 그룹과 단백질의 아민 그룹 사이의 아미드 결합을 매개할 수 있다. Figure 7A shows the process of immobilizing C-Mab via an EDC/NHS coupling reaction. This two-step coupling reaction of EDC and NHS can mediate the amide bond between the carboxylate group of graphene exposed to UVO and the amine group of the protein.

여기서 EDC는 반응성 O-acylisourea ester를 형성하여 표면을 불안정하게 만든다(도 7A-2 참조).Here, EDC forms a reactive O- acylisourea ester to destabilize the surface (see Fig. 7A-2).

이 O-acylisourea ester는 NHS와 반응하여 아민 반응성 NHS 에스테르를 형성하고 표면은 여전히 반 안정성을 유지한다(도 7A-3 참조).This O-acylisourea ester reacts with NHS to form an amine-reactive NHS ester and the surface remains semi-stable (see Figure 7A-3).

그러면 C-Mab의 아민기가 아민 반응성 NHS 에스테르와 반응하여 그래핀 표면에 C-Mab을 고정시키는 안정적인 아미드 결합을 형성한다(도 7A-4 참조).The amine group of the C-Mab then reacts with the amine-reactive NHS ester to form a stable amide bond that immobilizes the C-Mab on the graphene surface (see Fig. 7A-4).

도 7B는 코티졸 센서가 24 시간 동안 침지된 후 DI 물의 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광기 스펙트럼을 나타낸다. 7B shows the Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy spectrum of DI water after the cortisol sensor was immersed for 24 h.

코티졸 센서를 담근 DI water의 스펙트럼은 순수 DI water의 스펙트럼과 크게 다르지 않았다. 그러나 농도가 1 μg / ml 인 C-Mab 용액은 3000 ~ 2800 cm-1 범위에서 상당한 피크 강도를 보였으며, 이는 C-Mab에서 N-H 결합을 나타낸다. The spectrum of DI water immersed in the cortisol sensor was not significantly different from that of pure DI water. However, the C-Mab solution with a concentration of 1 μg/ml showed significant peak intensities in the range of 3000 to 2800 cm −1 , indicating NH bonding in the C-Mab.

이러한 결과는 C-Mab이 카르복실화된 그래핀에 안정된 결합을 형성하고 물에 노출되어 무시할 정도로 분리되었음을 나타낸다. These results indicate that C-Mab formed a stable bond to carboxylated graphene and dissociated to a negligible degree upon exposure to water.

따라서, 그래핀 채널이 C-Mab으로 선택적으로 기능화되는 그래핀 FET는 코티졸 센서로 사용할 수 있을 것이다.Therefore, graphene FETs in which graphene channels are selectively functionalized with C-Mab can be used as cortisol sensors.

도 1B는 코티졸 센서의 개략도를 나타낸다. 그래핀 채널을 노출하는데 사용된 사각형 영역을 제외하고 소스 / 드레인 전극과 인터커넥트는 500nm 두께의 에폭시 층 (SU-8, MicroChem Inc.)으로 패시베이션(passivation) 되었다.1B shows a schematic diagram of a cortisol sensor. The source/drain electrodes and interconnects were passivated with a 500 nm thick epoxy layer (SU-8, MicroChem Inc.) except for the rectangular area used to expose the graphene channels.

도 1C는 코티졸 센서의 광학 현미경 사진을 나타낸다.1C shows an optical micrograph of a cortisol sensor.

특정 농도의 코티졸이 포함된 인공 눈물 용액을 준비한 후, 이 코티졸 센서의 특성화를 위해 Ag / AgCl 프로브를 사용하여 게이트 전압을 적용하여 드레인 전류를 측정하기 위해 용액을 그래핀 채널에 떨어 뜨렸다. After preparing an artificial tear solution containing a specific concentration of cortisol, for the characterization of this cortisol sensor, the solution was dropped into a graphene channel to measure the drain current by applying a gate voltage using an Ag/AgCl probe.

도 1D는 다양한 농도의 코티졸에 대한 바이폴라 특성을 가진이 그래핀 FET의 전달 곡선을 나타낸다. Figure 1D shows the transfer curves of this graphene FET with bipolar properties for various concentrations of cortisol.

코티졸은 pH 5.2에서 pH 5.4까지의 등전점을 가지고 있다. 따라서, 생리적 조건 (pH 7.35 ~ pH 7.45)에서 음전하를 가진다. 이에, 전자는 흡착 물에서 그래핀 채널로 주입될 수 있다. 그리고 그래핀 채널 (p-type)은 주요 캐리어 농도를 감소시키므로 높은 농도의 코티졸에서 드레인 전류가 감소된다.Cortisol has an isoelectric point from pH 5.2 to pH 5.4. Therefore, it has a negative charge under physiological conditions (pH 7.35 ~ pH 7.45). Accordingly, electrons can be injected into the graphene channel in the adsorbate. And since the graphene channel (p-type) reduces the main carrier concentration, the drain current is reduced at a high concentration of cortisol.

또한, 센서의 재현성에 대한 추가 정보를 위해 10 개 샘플에서 얻은 데이터가 도 8에 제공된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 코티졸 센서는 다양한 농도에서 전도도 대 게이트 전위에서 재현 가능한 특성을 나타내었다.In addition, data obtained from 10 samples are provided in Fig. 8 for further information on the reproducibility of the sensor. As shown in FIG. 8 , the cortisol sensor according to the present invention exhibited reproducible characteristics in conductivity versus gate potential at various concentrations.

한편, 본 발명은 전술한 제조방법에 의해 제조된 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서로 구현될 수 있다.On the other hand, the present invention can be implemented as a cortisol sensor capable of measuring the cortisol concentration prepared by the above-described manufacturing method.

다음으로, 본 발명에 따른 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법을 설명한다. 전술한 코티졸 센서의 제조방법이 본 발명의 제조방법에도 적용될 수 있다. 도 16은 본 발명에 따른 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법을 나타낸다.Next, a method for manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor according to the present invention will be described. The manufacturing method of the above-described cortisol sensor can be applied to the manufacturing method of the present invention. 16 shows a method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor according to the present invention.

본 발명에 따른 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법은 B1 단계 내지 B7 단계로 이루어진다.The manufacturing method of a smart contact lens equipped with a cortisol sensor according to the present invention consists of steps B1 to B7.

본 발명에 따른 B1 단계는 기판 상에서 희생층, 패시베이션층, 전극 및 코티졸 센서가 구비되는 리지드 아일랜드를 포함하는 필름 구조체가 제조되는 단계이다.Step B1 according to the present invention is a step in which a film structure including a rigid island provided with a sacrificial layer, a passivation layer, an electrode, and a cortisol sensor on a substrate is manufactured.

본 발명에 따른 B1 단계는 기판 상에 희생층이 구비되고, 상기 희생층 상에 패시베이션층이 증착되는 B11단계; 전극 소재를 증착 및 패터닝하여, 코티졸 센서에 연결되는 소스 전극, 드레인 전극 및 안테나 코일에 연결되는 안테나 패드가 형성되는 B12 단계; 금속나노물질층을 증착시켜 나선 형상으로 패턴화된 하이브리드 안테나 코일이 형성되는 B13 단계; 코티졸 센서가 안착되는 리지드 아일랜드 영역이 리지드 재료로 패턴화되는 B14 단계; 및 전체 영역에 소프트 재료인 렌즈 물질이 코팅되는 B15 단계를 포함한다.Step B1 according to the present invention includes a step B11 in which a sacrificial layer is provided on a substrate and a passivation layer is deposited on the sacrificial layer; B12 step of depositing and patterning an electrode material to form a source electrode connected to a cortisol sensor, a drain electrode, and an antenna pad connected to an antenna coil; Step B13 in which a hybrid antenna coil patterned in a spiral shape is formed by depositing a metal nanomaterial layer; Step B14 in which the rigid island region on which the cortisol sensor is seated is patterned with a rigid material; and a step B15 in which the lens material, which is a soft material, is coated over the entire area.

이하에서, 본 발명에 따른 B1 단계를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, step B1 according to the present invention will be described in more detail.

B11 단계에서 상기 희생층은 Ni/Cu로 구비되고, 상기 패시베이션층은 파릴렌(Parylene)으로 구비될 수 있다.In step B11, the sacrificial layer may be made of Ni/Cu, and the passivation layer may be made of parylene.

B11 단계에서 상기 Ni/Cu 희생층은 전자 빔 증발에 의해 기판에 증착될 수 있다.In step B11, the Ni/Cu sacrificial layer may be deposited on the substrate by electron beam evaporation.

B12 단계에서 상기 전극 소재는 Cr/Au로 구비되며, Cr/Au 전극은 열 증발되고 패턴회되어, 포토 리소그래피 방식으로 소스 전극 및 드레인 전극이 형성될 수 있다.In step B12, the electrode material is provided with Cr/Au, and the Cr/Au electrode is thermally evaporated and patterned to form a source electrode and a drain electrode by a photolithography method.

B13 단계에서 상기 하이브리드 안테나 코일은 신축성있는 투명 안테나인 것이 가능하다.In step B13, the hybrid antenna coil may be a flexible transparent antenna.

B13 단계에서 하이브리드 안테나 코일은 AgNF 네트워크 상에 AgNF 보다 더 미세한 AgNW가 코팅된 AgNF-AgNF 하이브리드 네트워크로 패턴화될 수 있다.In step B13, the hybrid antenna coil can be patterned with AgNF-AgNF hybrid network coated with finer AgNW than AgNF on AgNF network.

본 발명에 따른 B2 단계는 상기 희생층이 제거되는 B21 단계; 및 기판 상에 형성된 필름 구조체가 기판에서 박리된 후, 뒤집힌 상태로 기 설정된 핸들링 층에 부착되는 B22 단계를 포함한다.Step B2 according to the present invention includes step B21 in which the sacrificial layer is removed; and a step B22 in which the film structure formed on the substrate is peeled off from the substrate and then attached to a preset handling layer in an inverted state.

본 발명에 따른 B3 단계는 상기 핸들링 층에 부착된 상기 필름 구조체에 그래핀 채널이 형성되는 단계이다.Step B3 according to the present invention is a step in which a graphene channel is formed in the film structure attached to the handling layer.

본 발명에 따른 B3 단계는 상기 패시베이션층이 에칭을 통해 패턴화되면서, 상기 안테나 패드 및, 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이의 그래핀 채널이 형성될 부분이 개방되는 B31 단계; 상기 개방된 부분에 그래핀이 구비되는 B32 단계; 및 상기 그래핀이 에칭을 통해 패턴화되면서 그래핀 채널이 형성되는 B33 단계를 포함한다.Step B3 according to the present invention may include a step B31 in which the antenna pad and a portion in which a graphene channel is to be formed between the source electrode and the drain electrode is opened while the passivation layer is patterned through etching; B32 step in which graphene is provided in the open portion; and a step B33 in which graphene channels are formed while the graphene is patterned through etching.

본 발명에 따른 B4 단계는 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기가 상기 필름 구조체의 일 측에서 전기적으로 상호 연결되는 통합체로 구비되는 단계이다.Step B4 according to the present invention is a step in which a chip for wireless communication, a capacitor and a resistor are provided as an integrated body that is electrically interconnected from one side of the film structure.

본 발명에 따른 B4 단계는 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기가 상기 구조체의 기 설정된 위치에 배치 및 접착되는 B41 단계; 및 상기 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기는 3D 프린팅으로 통합되는 B42 단계를 포함한다.The step B4 according to the present invention comprises a step B41 in which a chip for wireless communication, a capacitor and a resistor are disposed and adhered to a preset position of the structure; and a step B42 in which the chip, capacitor and resistor for wireless communication are integrated by 3D printing.

B42 단계에서, 상기 3D 프린팅은 액체 금속을 분사하여, 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기가 신축가능하게 전기적으로 연결되도록 인쇄할 수 있다.In step B42, the 3D printing can be printed so that the chip for wireless communication, the capacitor and the resistor are electrically connected in a stretchable manner by spraying liquid metal.

본 발명에 따른 B5 단계는 코티졸 센서가 구비되는 리지드 아일랜드가 스탬프로 보호되는 단계이다. B5 단계에서, 상기 스탬프는 PDMS 스탬프인 것이 가능하다.Step B5 according to the present invention is a step in which the rigid island provided with the cortisol sensor is protected with a stamp. In step B5, it is possible that the stamp is a PDMS stamp.

본 발명에 따른 B6 단계는 B5 단계 후의 구조체와 렌즈 재료를 렌즈 몰드에 넣고 렌즈를 제조하는 단계이다.Step B6 according to the present invention is a step of manufacturing a lens by putting the structure and lens material after step B5 into a lens mold.

본 발명에 따른 B7 단계는 상기 스탬프를 제거하고, 그래핀 표면에 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)를 결합시며, 코티졸 센서를 활성화시키는 단계이다.Step B7 according to the present invention is a step of removing the stamp, binding a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the graphene surface, and activating the cortisol sensor.

B7 단계는 스탬프가 제거된 후에, 상기 그래핀 채널을 자외선 오존(UVO)에 노출시켜 그래핀 표면을 활성화시키는 B71 단계를 더 포함할 수 있다.Step B7 may further include step B71 of exposing the graphene channel to ultraviolet ozone (UVO) to activate the graphene surface after the stamp is removed.

B71 단계에서, 자외선 오존에 노출된 그래핀 표면은 카르복실 레이트 그룹으로 활성화될 수 있다.In step B71, the graphene surface exposed to ultraviolet ozone can be activated with carboxylate groups.

B71 단계에서 그래핀 표면의 활성화에 의해 그래핀의 소수성이 감소될 수 있다.The hydrophobicity of graphene may be reduced by activation of the graphene surface in step B71.

B7 단계는 상기 활성화된 그래핀 표면에 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)를 결합시키는 B72 단계를 더 포함한다.Step B7 further includes a step B72 of binding a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the activated graphene surface.

B72 단계에서, EDC와 NHS의 2단계 커플링 반응을 통해 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)가 그래핀 표면에 고정될 수 있다.In step B72, a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) can be immobilized on the graphene surface through a two-step coupling reaction between EDC and NHS.

한편, 본 발명은 전술한 제조방법에 의해 제조된 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈로 구현될 수 있다.On the other hand, the present invention can be implemented as a smart contact lens equipped with a cortisol sensor manufactured by the above-described manufacturing method.

이하에서는 실제 수행된 실험에 기반하여, 본 발명의 주요 내용을 다시 한번 재정리하면서 본 발명을 보다 명확하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described more clearly while rearranging the main contents of the present invention once again based on the experiments actually performed.

그래핀 FET 구조의 센서 제작Graphene FET structure sensor fabrication

Cr / Au 전극을 5/100 nm 두께로 열 증발시키고 패턴화하여 포토리소그래피 방식으로 소스 및 드레인 전극을 형성하였다. Cr / Au electrodes were thermally evaporated to a thickness of 5/100 nm and patterned to form source and drain electrodes by photolithography.

그들 사이의 거리는 채널의 길이, 즉 560μm이다. 소스와 드레인이 형성된 후 그래핀은 소스와 드레인 사이에 옮겨졌다(water-transfer). The distance between them is the length of the channel, i.e. 560 μm. After the source and drain were formed, graphene was transferred between the source and the drain (water-transfer).

화학 기상 증착 (CVD) 그래핀은 그래핀 스퀘어에서 구입하였다. Chemical vapor deposition (CVD) graphene was purchased from Graphene Square.

Cu 포일에 증착된 대면적 그래핀을 원하는 크기로 자르고 poly (methyl methacrylate) (MicroChem Corp., 950 PMMA C2)로 스핀 코팅하였다. The large-area graphene deposited on the Cu foil was cut to a desired size and spin-coated with poly (methyl methacrylate) (MicroChem Corp., 950 PMMA C2).

그래핀 밑면에 의도치않게 코팅된 PMMA를 아세톤으로 헹구었다. The PMMA unintentionally coated on the bottom of the graphene was rinsed with acetone.

그런 다음 그래핀을 Cu 식각액 (FeCl3 : HCl : H2 = 1 : 1 : 20 vol %) 위에 떠서 그래핀의 밑면에있는 Cu 포일을 식각하였다. Then, graphene was floated on Cu etchant (FeCl3 : HCl : H2 = 1 : 1 : 20 vol %) to etch the Cu foil on the bottom of the graphene.

에칭이 완료되면 에칭액이 남아 있고 DI water로 헹구어 PMMA를 제거하였다.When the etching was completed, the etching solution remained and the PMMA was removed by rinsing with DI water.

헹굼 후 그래핀을 소스와 드레인 사이의 원하는 위치로 옮기고 포토리소그래피 및 반응성 이온 에칭 (RIE) (50W, 40sccm, 120 초)하여 패터닝하였다. After rinsing, the graphene was moved to a desired position between the source and drain and patterned by photolithography and reactive ion etching (RIE) (50W, 40sccm, 120 sec).

스마트 콘택트 렌즈의 제작 과정The manufacturing process of smart contact lenses

파릴렌(Parylene)은 Ni / Cu (10/800 nm) 희생 층에 패시베이션 층으로 증착되었다. Parylene was deposited as a passivation layer on a Ni/Cu (10/800 nm) sacrificial layer.

Cr / Au (5/100 nm) 전극은 전자빔 증발을 통해 증착되고 FET 유형 센서의 소스 및 드레인과 안테나 패드로 패턴화되었다. Cr/Au (5/100 nm) electrodes were deposited via e-beam evaporation and patterned with the source and drain of the FET type sensor and the antenna pad.

AgNF-AgNW 하이브리드 전극은 전기 방사에 의해 증착되고 안테나 코일에 패턴화되었다. AgNF-AgNW hybrid electrodes were deposited by electrospinning and patterned on the antenna coil.

딱딱한 재료(광 폴리머)는 센서의 딱딱한 영역에 패턴화되었다. A rigid material (photopolymer) was patterned on the rigid region of the sensor.

부드러운 재료(Elastofilcone A)가 전체 샘플 영역에 코팅되었다. A soft material (Elastofilcone A) was coated over the entire sample area.

희생 층은 습식 에칭을 통해 제거되었습니다. 샘플을 기판에서 들어 내고 반대 위치에서 핸들링 층에 부착하였다.The sacrificial layer was removed via wet etching. The sample was lifted from the substrate and adhered to the handling layer in the opposite position.

파릴렌(Parylene)은 RIE 에칭 (100W, 180 초)을 통해 패턴 화되어 안테나와 센서의 패드에 구멍을 뚫었다. Parylene was patterned via RIE etching (100 W, 180 s) to drill holes in the pads of the antenna and sensor.

그래핀은 그래 핀 채널을 만들기 위해 센서로 옮겨졌다. The graphene was transferred to the sensor to create graphene channels.

그래핀은 RIE 에칭 (50W, 30 초)을 통해 센서의 채널을 만들기 위해 패턴화되었다. The graphene was patterned to make the channel of the sensor via RIE etching (50 W, 30 s).

NFC 칩, 커패시터 및 저항은 렌즈 재료로 샘플에 결합되었다. An NFC chip, capacitor and resistor were coupled to the sample with lens material.

모든 구성 요소는 3D 프린팅을 통해 통합되었다. All components were integrated via 3D printing.

센서는 렌즈를 성형하기 전에 PDMS 스탬프로 보호되었다. The sensor was protected with a PDMS stamp before molding the lens.

렌즈 재료와 제작 된 장치를 313kPa의 압력에서 렌즈 몰드에 함께 주조하고 70℃에서 4 시간 동안 경화하였다.The lens material and the fabricated device were cast together in a lens mold at a pressure of 313 kPa and cured at 70 °C for 4 hours.

스마트 콘택트 렌즈는 PDMS 스탬프를 제거하고 EDC, NHS 및 C-Mab 솔루션을 떨어 뜨려 코티졸 센서를 기능화 한 후 완성되었다. The smart contact lens was completed after removing the PDMS stamp and functionalizing the cortisol sensor by dripping EDC, NHS and C-Mab solutions.

딱딱하고 부드러운 하이브리드 필름Hard and soft hybrid film

Ni / Cu (10/1 μm) 희생 층 (두께 300nm, MicroChem Corporation)은 전자 빔 증발을 통해 SiO2 웨이퍼에 증착되었다. A Ni/Cu (10/1 μm) sacrificial layer (300 nm thick, MicroChem Corporation) was deposited on a SiO2 wafer via electron beam evaporation.

그런 다음 파릴 렌 (1 μm)을 희생 층에 증착하고 센서의 Au 소스 / 드레인 부분을 증착하고 패턴화하였다. Then, parylene (1 μm) was deposited on the sacrificial layer and Au source/drain portions of the sensor were deposited and patterned.

그 후 광학 폴리머 (SPC-414, EFiRON)를 50μm 두께로 회전 (30 초 동안 1500rpm)하고 단단한 섬 구조로 포토 리소그래피 패턴을 적용하였다. After that, an optical polymer (SPC-414, EFiRON) was rotated to a thickness of 50 μm (1500 rpm for 30 sec) and a photolithography pattern was applied as a rigid island structure.

그런 다음 10 : 1의 중량비로베이스와 경화제를 혼합 한 엘라스토머 (Elastofilcon A, CooperVision)를 회전 (1000rpm 30 초, 두께 100 μm)하고 100 ℃에서 열 경화한다. Then, an elastomer (Elastofilcon A, CooperVision) mixed with a base and a curing agent in a weight ratio of 10:1 is rotated (1000 rpm 30 s, thickness 100 μm) and heat-cured at 100 °C.

1 시간 (필름 두께, 5 μm). 마지막 단계로 FeCl3 / HCl / H2O의 식각액 [1 : 1 : 20 (v / v)]을 사용하여 습식 식각하여 희생 층을 제거하여 SiO2 웨이퍼에서 필름을 박리하였다.1 h (film thickness, 5 μm). As a final step, the sacrificial layer was removed by wet etching using an etchant of FeCl3 / HCl / H2O [1 : 1 : 20 (v / v)] to peel the film from the SiO 2 wafer.

소프트 콘택트렌즈의 신축성 통합Elasticity integration of soft contact lenses

부드럽고 스마트 한 콘택트 렌즈를 형성하려면 코티졸 센서, 안테나, NFC 칩, 커패시터 및 저항의 모든 구성 요소가 신축 가능한 상호 연결과 전기적으로 통합되어야 한다. To form a soft, smart contact lens, all components of the cortisol sensor, antenna, NFC chip, capacitor and resistor must be electrically integrated with a stretchable interconnect.

콘택트 렌즈의 부드러움은 통합 전자 시스템의 기존 취성 및 단단한 재료에 골절을 초래하여 각막이나 눈꺼풀을 손상시킬 수 있다.The softness of contact lenses can cause fractures in the existing brittle and hard materials of integrated electronic systems, damaging the cornea or eyelids.

본 발명에서는 각 구성 요소(예 : 코티졸 센서, NFC 칩, 커패시터 및 저항기)와 위치를 확인하기위한 탄성 조인트로 구성된 고투명하고 응력 조정이 가능한 하이브리드 형상을 가진 소프트 콘택트 렌즈를 형성하였다. In the present invention, a soft contact lens with a highly transparent and stress-tunable hybrid shape composed of each component (eg, cortisol sensor, NFC chip, capacitor and resistor) and an elastic joint to confirm position was formed.

신축성 있고 투명한 안테나 및 상호 연결 전극의 경우, 일 실시예로서 경질 부분은 얇고 사진 패턴이 가능한 광학 폴리머(SPC-414, EFiRON)를 사용하여 패턴화했으며, 탄성 부품은 소프트 콘택트 렌즈의 기존 소재인 실리콘 엘라스토머(Elastofilcon A, CooperVision)를 적용하였다.For stretchable and transparent antennas and interconnecting electrodes, in one embodiment, the hard part was patterned using a thin, photo-patternable optical polymer (SPC-414, EFiRON), and the elastic part was silicone, a conventional material for soft contact lenses. Elastomer (Elastofilcon A, CooperVision) was applied.

로케이팅 장치를 사용하여, 경질-소프트 하이브리드 재료의 평면 필름을 형성한 후 코티졸 센서 장치의 모든 구성 요소, 즉 NFC 칩, 커패시터, 저항기 및 안테나를 공융의 액체 금속[75 weight % (wt %) Ga and 25 wt % In; Changsha Santech Materials Co. Ltd]을 좁은 선폭 (<10 μm)으로 인쇄하여 전기적으로 연결하였다. Using a locating device, after forming a planar film of hard-soft hybrid material, all components of the cortisol sensor device, i.e., NFC chip, capacitor, resistor and antenna, were placed in the eutectic liquid metal [75 weight % (wt %) Ga and 25 wt % In; Changsha Santech Materials Co., Ltd. Ltd] were printed with a narrow line width (<10 μm) and electrically connected.

주변 조건에서 노즐을 통해 액체 금속을 고해상도로 직접 인쇄하여 이러한 상호 연결의 신축성 패턴을 형성하였다. A stretchable pattern of these interconnects was formed by direct high-resolution printing of liquid metal through a nozzle at ambient conditions.

완전 통합 후, 실리콘 엘라스토머의 전구체를 주입하여 렌즈의 곡면 모양으로 생성 된 평평한 샘플(장치 포함)을 성형하여 부드럽고 스마트 한 콘택트 렌즈의 제작을 완료하였다. After full integration, a silicone elastomer precursor was injected to mold a flat sample (including the device) generated into the curved shape of the lens, completing the fabrication of a soft and smart contact lens.

이러한 성형 단계 동안 그래핀 채널이 열리고 렌즈 재료(실리콘 엘라스토머)에 의해 국부적으로 노출되어 채널과 눈물이 물리적으로 접촉할 수 있다.During this shaping step the graphene channels are opened and locally exposed by the lens material (silicon elastomer) so that the channels and tears can make physical contact.

이러한 방식으로 모든 장치를 소프트 콘택트 렌즈 내부에 내장할 수 있으며 이 개구부는 센서용으로 남아 있게 된다.In this way, any device can be embedded inside a soft contact lens, leaving this opening for the sensor.

도 4는 스마트 콘택트 렌즈 포장에 관한 것이다. 4 relates to smart contact lens packaging.

도 4A는 단단한 섬에 위치한 3차원(3D) 인쇄 신축성 상호 연결 및 코티졸 센서와 통합 된 패키지 스마트 콘택트 렌즈의 개략도로서, 공진 주파수와 기준 저항을 위해 커패시터와 저항이 각각 통합된 것을 나타내며, 도 4B는 제작된 스마트 콘택트 렌즈의 사진(삽입 : 스마트 콘택트 렌즈의 클로즈업 외부 이미지)(스케일 바, 1cm)을 나타내며, 도 4C는 강성-소프트 하이브리드 재료의 광학 투과율 및 흐릿함(Haze)를 나타내며, 도 4D는 신축성 안테나의 복귀 전후의 방사 특성을 나타내며, 도 4E는 PBS에 잠긴 상대 공명 주파수 변화와 최대 192 시간의 인공 눈물(삽입 : 인공 눈물에 각각 12 시간 및 192 시간 동안 침지 테스트 후 안테나의 방사 특성)을 나타낸다.Figure 4A is a schematic diagram of a packaged smart contact lens integrated with a three-dimensional (3D) printed stretchable interconnect and a cortisol sensor located on a rigid island, with capacitors and resistors integrated for resonant frequency and reference resistance, respectively; A photograph of the fabricated smart contact lens (inset: close-up external image of the smart contact lens) (scale bar, 1 cm) is shown, Figure 4C shows the optical transmittance and haze of the rigid-soft hybrid material, and Figure 4D shows the stretchable The radiation characteristics before and after the return of the antenna are shown, and FIG. 4E shows the relative resonance frequency change immersed in PBS and artificial tears up to 192 hours (insertion: radiation characteristics of the antenna after immersion tests in artificial tears for 12 hours and 192 hours, respectively) .

이하에서는 도 4를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, FIG. 4 will be described in more detail.

도 4A는 눈물의 코티졸을 모니터링하기위한 스마트 콘택트 렌즈의 개략도를 보여준다.Figure 4A shows a schematic diagram of a smart contact lens for monitoring tear cortisol.

도 4B는 코티졸 무선측정 시스템이 통합된 실제 렌즈 사진을 나타낸다.4B shows a photograph of a real lens incorporating a cortisol radio measurement system.

경질 폴리머 섬(아일랜드;island)가 탄성층 내부에 내장된 경질-소프트 하이브리드 구조를 기반으로 한 콘택트렌즈는 기계적 변형을 효과적으로 분산시키고 렌즈의 기계적 변형으로부터 전자 부품을 보호할 수 있다. A contact lens based on a rigid-soft hybrid structure in which a rigid polymer island (island) is embedded inside an elastic layer can effectively dissipate mechanical strain and protect electronic components from mechanical strain of the lens.

딱딱한 부분과 부드러운 부분 사이의 탄성 계수(E) 차이는 렌즈의 부드러운 부분에 인장 응력을 집중시킬 만큼 충분히 크다. 예로, 엘라스토머(Elastofilcon A)의 E는 ~ 0.09 MPa이고 광학 폴리머의 E는 ~ 360 Mpa이다.The difference in modulus of elasticity (E) between the hard and soft parts is large enough to concentrate the tensile stress on the soft part of the lens. For example, the E of the elastomer (Elastofilcon A) is ~0.09 MPa and the E of the optical polymer is ~360 Mpa.

센서는 소프트 콘택트렌즈 층 내부에 내장된 경질 섬(island)에 배치되었다 (도 12A 참조). The sensor was placed on a hard island embedded within the soft contact lens layer (see FIG. 12A ).

이러한 레이아웃을 통해 센서를 소프트 콘택트 렌즈의 변형으로부터 기계적으로 분리 할 수 있었으며 저항의 변화는 미미하였다(도 12B 참조). This layout allowed the sensor to be mechanically separated from the deformation of the soft contact lens, and the change in resistance was negligible (see Fig. 12B).

도 4C와 관련하여, 렌즈의 투명도를 위해 두 이종 재료의 광학 굴절률 (n)은 유사하(Elastofilcon A의 n, 1.41; 광학 폴리머의 n, 1.407). Referring to Fig. 4C, for the transparency of the lens, the optical refractive indices (n) of the two dissimilar materials are similar (n, 1.41 of Elastofilcon A; n, 1.407 of optical polymer).

도 4C는 경질-연질 하이브리드 (Elastofilcon A의 두께, 100μm, 광학 폴리머의 두께, 50μm)의 평면 필름의 투명도와 흐릿함 곡선을 보여준다.Figure 4C shows the transparency and haze curves of a flat film of a rigid-soft hybrid (Elastofilcon A thickness, 100 μm, optical polymer thickness, 50 μm).

이러한 하이브리드 기판은 낮은 헤이즈 (550nm에서 ~ 1.2 %)와 함께 우수한 투과율 (550nm에서 ~ 93 %)을 나타내었다.These hybrid substrates exhibited good transmittance (~93% at 550 nm) with low haze (~1.2% at 550 nm).

예를 들어, 도 12C는 이 콘택트 렌즈(장치의 구성 요소가 포함되지 않은 경우)의 사진을 제공하며 이 두 가지 재료 광학 폴리머 및 Elastofilcon A)의 경계는 거의 보이지 않는다. For example, FIG. 12C provides a photograph of this contact lens (without the components of the device included) where the boundary between these two materials (optical polymer and Elastofilcon A) is barely visible.

또한, 신장 상태 (인장 변형률 30 %) 동안에도 이러한 이질적인 영역 사이의 경계면에 갭이 생성되지 않았다. In addition, no gaps were created at the interface between these disparate regions even during the stretched state (tensile strain of 30%).

도 12D는 통합 콘택트 렌즈의 광학 투명도와 헤이즈가 각각 67 %와 10.0 % (550nm에서)로 측정되었음을 보여준다.12D shows that the optical clarity and haze of the integrated contact lens were measured to be 67% and 10.0% (at 550 nm), respectively.

또한, 장치의 모든 구성 요소가 착용자의 동공 외부에 배치되기 때문에 착용자의 시야에 대한 간섭이 최소화된다.In addition, interference to the wearer's field of vision is minimized because all components of the device are positioned outside the wearer's pupil.

따라서, 콘택트 렌즈는 착용자의 시력에 미치는 악영향을 줄일 수 있다. Thus, contact lenses can reduce the adverse effect on the wearer's vision.

도 4D는 (이 렌즈 내부에 내장된) 안테나의 공진 특성이 소프트 렌즈를 뒤집기 전후에 안정적으로 유지되었음을 보여준다.Figure 4D shows that the resonance characteristics of the antenna (embedded inside this lens) remained stable before and after flipping the soft lens.

또한, 이 콘택트렌즈의 AgNF-AgNW 안테나는 은의 산화를 방지하기 위해 파릴렌 엘라스토머 패시베이션 층 (두께, 1 μm)으로 캡슐화되었다.In addition, the AgNF-AgNW antenna of this contact lens was encapsulated with a parylene elastomer passivation layer (thickness, 1 μm) to prevent oxidation of silver.

도 4E에 있어서, 이 스마트 콘택트렌즈를 PBS 용액 (pH 7.4) 또는 인공 눈물 용액에 192시간 동안 담가 두었지만 안테나의 공진 특성이 현저하게 저하되지 않았다.In Fig. 4E, although this smart contact lens was immersed in PBS solution (pH 7.4) or artificial tear solution for 192 hours, the resonance characteristics of the antenna were not significantly deteriorated.

AgNF-AgNW 하이브리드 안테나 제작Fabrication of AgNF-AgNW Hybrid Antenna

AgNF-AgNW 전극은 전기 방사 및 후속 전기 분무에 의해 형성되었다. AgNF-AgNW electrodes were formed by electrospinning and subsequent electrospray.

AgNFs는 Ag 나노 입자 (NPK, 한국, 평균 직경 : 40 ± 5 nm, 용매 : 에틸렌 글리콜, 농도 : 50 wt. %)의 현탁액을 사용하여 다음 조건에서 10 초 동안 전기 방사하여 형성되었다. AgNFs were formed by electrospinning for 10 s under the following conditions using a suspension of Ag nanoparticles (NPK, Korea, average diameter: 40 ± 5 nm, solvent: ethylene glycol, concentration: 50 wt. %).

노즐의 내경과 외경은 각각 0.34mm와 0.64mm였다. The inner and outer diameters of the nozzles were 0.34 mm and 0.64 mm, respectively.

노즐과 기판 사이의 거리와 DC 바이어스는 각각 21cm와 8kV로 설정되었다. The distance between the nozzle and the substrate and the DC bias were set to 21 cm and 8 kV, respectively.

환경 조건은 온도 14℃ 및 상대 습도 3.6 %였습니다. AgNF는 150℃에서 30 분 동안 가열하여 Ag 나노 입자를 합쳐서 형성되었다. The environmental conditions were a temperature of 14°C and a relative humidity of 3.6%. AgNF was formed by coalescing Ag nanoparticles by heating at 150 °C for 30 min.

그 후 AgNW (Flexio Co., Ltd.)의 평균 직경은 30 ± 5 nm, 평균 길이는 25 ± 5 μm이며, AgNF가 전기 방사 된 기판에 1 분간 전기 분무를하였습니다. After that, AgNWs (Flexio Co., Ltd.) had an average diameter of 30 ± 5 nm and an average length of 25 ± 5 μm, and electrosprayed AgNFs on the electrospun substrates for 1 min.

노즐과 기판 사이의 거리와 DC 바이어스는 각각 13cm와 9.5kV로 설정되었다. The distance between the nozzle and the substrate and the DC bias were set to 13 cm and 9.5 kV, respectively.

노즐의 직경은 0.33mm였다. AgNF-AgNW 전극은 습식 에칭 공정을 통해 포토 리소그래피 방식으로 패턴화되었다.The diameter of the nozzle was 0.33 mm. AgNF-AgNW electrodes were photolithographically patterned through a wet etching process.

In vivoin vivo tests tests

도 5A는 각각 휴대 전화를 사용하여 코티졸을 실시간 무선 감지 할 수있는 완전 통합형 스마트 콘택트 렌즈를 착용 한 24 세 여성 피험자의 사진을 보여준다. Figure 5A shows a photograph of a 24-year-old female subject, each wearing a fully integrated smart contact lens capable of real-time wireless detection of cortisol using a mobile phone.

참고로, 도 13A는 인간 피험자에 대한 코티졸 농도의 변화를 시간 함수로 보여준다. For reference, FIG. 13A shows the change in cortisol concentration as a function of time for a human subject.

도 5B는 표준 NFC 인터페이스를 통해 데이터를 리더(예 : 스마트 폰)에 무선으로 전송하여 이러한 렌즈의 개략도를 보여준다. Figure 5B shows a schematic diagram of such a lens by wirelessly transmitting data to a reader (eg, a smartphone) via a standard NFC interface.

스마트 폰의 무선 전력 공급은 센서의 응답을 평가하기 위해 로직 칩을 작동하는 AC 바이어스를 제공 할 수 있으며, 이 로직 칩에는 고속 데이터 기록과 실시간 무선 전송을 위한 모든 컴퓨팅 기능과 ADC가 포함되어 있다. A smartphone's wireless power supply can provide an AC bias that operates a logic chip to evaluate the sensor's response, which includes an ADC and all computing functions for high-speed data recording and real-time wireless transmission.

이러한 콘택트 렌즈의 디자인에서 장치의 모든 구성 요소를 배치해도 착용자의 동공을 가리지 않아 착용자의 시야와의 간섭을 최소화하였다. In this design of the contact lens, even when all components of the device are arranged, the wearer's pupil is not blocked, thereby minimizing interference with the wearer's field of view.

도 5C 및 도 5D는 사람의 전자파 흡수율 (SAR)에 대한 시뮬레이션 결과를 보여 주며, 이는이 콘택트 렌즈의 최대 SAR 값이 0.102 W / kg에 불과 함을 나타낸다. Figures 5C and 5D show the simulation results for the absorption rate (SAR) in humans, indicating that the maximum SAR value of this contact lens is only 0.102 W/kg.

이 값은 스마트 폰의 전자파 수준 (0.14 ~ 0.33W / kg)과 비슷한 수준으로 규정 값 (2W / kg) 보다 약 20 배 낮았다. This value was comparable to the electromagnetic wave level of a smartphone (0.14 to 0.33 W/kg), and was about 20 times lower than the prescribed value (2 W/kg).

또한 이 렌즈를 12 시간 동안 착용 한 후 환자의 눈을 검사하는 세극등을 실시하였다. In addition, after wearing this lens for 12 hours, a slit lamp to examine the patient's eyes was performed.

도 5E는 플루오 레세인 염색이 적용된 세극등 이미지를 보여 주며, 이는 이 스마트 렌즈에 대한 사람의 각막에 대한 명백한 반응이 없음을 나타낸다. Figure 5E shows a slit lamp image to which fluorescein staining has been applied, indicating that there is no apparent response of the human cornea to this smart lens.

또한, 12 시간 동안 렌즈 착용 전후에 눈의 결막 부위를 검사하였다. In addition, the conjunctiva of the eye was examined before and after wearing the lenses for 12 hours.

참고로, 도 13B는 이 시간 동안 실질적인 결막 주사가 관찰되지 않았음을 보여준다. Of note, Figure 13B shows that no substantial conjunctival injection was observed during this time.

또 다른 생체 내 테스트로 코티졸 농도가 20ng / ml 인 인공 눈물 용액을 살아있는 토끼의 눈에 놓은 후 콘택트 렌즈에 떨어 뜨렸다. In another in vivo test, an artificial tear solution with a cortisol concentration of 20 ng/ml was placed in the eyes of live rabbits and then dropped into contact lenses.

이 실험을 위해 제조 된 코티졸 용액 (C106; Sigma-Aldrich)과 시판되는 인공 눈물 용액을이 점안액을 투여하기 전에 실온에서 1 분 동안 원하는 농도로 혼합하였다. The cortisol solution (C106; Sigma-Aldrich) prepared for this experiment and a commercially available artificial tear solution were mixed at the desired concentration for 1 min at room temperature prior to administration of this eye drop.

이는 토끼 혈장의 코티졸 농도가 사람보다 훨씬 낮고 코티졸 센서가 사람의 코티졸 농도를 측정하도록 보정 되었기 때문이다. This is because cortisol concentrations in rabbit plasma are much lower than in humans, and the cortisol sensor is calibrated to measure cortisol concentrations in humans.

항원-항체 반응 역치 기간 동안이 콘택트 렌즈를 착용 한 후 스마트 폰 소프트웨어의 자동 보정을 통해 무선으로 코티졸 농도를 검출 한 후 휴대폰 화면에 정량적으로 표시했다. After wearing these contact lenses during the antigen-antibody reaction threshold period, the cortisol concentration was detected wirelessly through automatic calibration of the smartphone software and then quantitatively displayed on the mobile phone screen.

도 5F는 콘택트 렌즈 센서를 사용하여 측정 한 코티졸 농도가 제조 된 코티졸 용액의 농도와 좋은 상관 관계를 가지고 있음을 보여준다. Figure 5F shows that the cortisol concentration measured using the contact lens sensor has a good correlation with the concentration of the prepared cortisol solution.

토끼는 렌즈를 착용 한 상태에서 비정상적인 행동을 보이지 않았으며,이 콘택트 렌즈는 눈 깜박임의 반복에도 안정적이었다. The rabbits showed no abnormal behavior while wearing the lenses, and these contact lenses were stable even with repeated blinks.

또한, IR 카메라를 사용하여 토끼가 렌즈를 착용하는 동안 발생하는 열을 모니터링하였다 (도 14A). In addition, an IR camera was used to monitor the heat generated while the rabbit wore the lenses ( FIG. 14A ).

이 경우 휴대 전화 대신 외부 금속 코일을 사용하여 도와 같이 ~ 5mm의 공극을 통해 이 콘택트 렌즈의 안테나로 전력을 무선 전송하였다(도 14B 및 도 14C 참조). In this case, an external metal coil was used instead of a cell phone to wirelessly transmit power to the antenna of this contact lens through an air gap of ~5 mm, as shown in Figs. 14B and 14C.

이 렌즈 회로의 작동을 위해 전력이 전달되는 동안 저주파 대역(13.56MHz)에서의 자기 결합으로 인해 열의 변동은 무시할 수있는 수준 (△T ~ 0.5 ℃)이었다. While the power was delivered for the operation of this lens circuit, the thermal fluctuations due to magnetic coupling in the low frequency band (13.56 MHz) were negligible (ΔT ~ 0.5 °C).

송신 코일의 온도가 렌즈로 전력을 전달하기 위해 ~ 0.5 ℃까지 상승했지만 무선 기능 덕분에 이 코일이 ~ 5mm의 공극으로 토끼의 눈이나 눈꺼풀에 닿지 않았다. Although the temperature of the transmitting coil rose to ~0.5 °C to deliver power to the lens, thanks to the radio, this coil did not touch the rabbit's eyes or eyelids with an air gap of ~5 mm.

이 콘택트 렌즈의 세포 독성은 인간 진피 섬유 아세포의 생존력을 측정하여 테스트하였다. The cytotoxicity of these contact lenses was tested by measuring the viability of human dermal fibroblasts.

세포 독성 시험은 WST-8 분석법을 사용하여 시험 샘플 및 대조군의 추출물에서 세포를 배양 한 후 생물학적 반응을 검출하여 생존 세포를 정량화하였다. The cytotoxicity test used the WST-8 assay to quantify viable cells by culturing cells in extracts of test samples and controls and then detecting biological responses.

추출물은 샘플을 최소 필수 배지 (1x MEM; Gibco)에서 10 % 혈청 (말 혈청; Gibco)과 37 ± 1 ℃ 및 5 ± 1 % CO2 조건에서 48 시간 동안 배양하여 준비되었다. Extracts were prepared by incubating samples in minimal essential medium (1x MEM; Gibco) with 10% serum (equine serum; Gibco) at 37 ± 1 °C and 5 ± 1% CO2 for 48 h.

추출 속도는 0.2g / ml로 설정되었으며, 이는 고체 의료 기기의 불규칙한 모델에 해당한다. 실험 방법은 재료 및 방법에 자세히 설명되어 있다. The extraction rate was set at 0.2 g/ml, which corresponds to an irregular model of solid medical devices. Experimental methods are described in detail in Materials and Methods.

도 5G는 테스트 샘플, 블랭크, 음성 및 양성 대조군의 세포 생존력을 보여준다. Figure 5G shows cell viability of test samples, blanks, negative and positive controls.

테스트 샘플 (콘택트 렌즈 포함)의 세포 생존율은 83.3 %로, 전자 장치가 포함되지 않은 상용 소프트 콘택트 렌즈의 경우와 비슷하였다 (ISO 109943-5 : 2009에 의한 세포 독성 표준화). The cell viability of the test sample (including contact lenses) was 83.3%, comparable to that of commercial soft contact lenses without electronics (cytotoxicity standardized according to ISO 109943-5:2009).

따라서 코티졸 수치를 모니터링하는 데 사용되는 스마트 콘택트 렌즈는 사람들에게 실질적으로 세포 독성이 없다는 결론을 내렸다.Therefore, it was concluded that smart contact lenses used to monitor cortisol levels are practically non-cytotoxic to people.

코티졸 농도 계산Calculation of cortisol concentration

코티졸의 농도는 센서의 저항 변화로부터 계산되었다. 따라서 측정 과정은 조정 후 즉, 제로 농도의 저항을 측정하는 것이다. 저항의 변화는 다음 수식을 사용하여 계산되었다.The concentration of cortisol was calculated from the change in the resistance of the sensor. Therefore, the measurement procedure is to measure the resistance after adjustment, i.e. at zero concentration. The change in resistance was calculated using the following formula.

[수식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, VADC 및 VDAC 측정 된 전압과인가 된 전압, 그리고 RRef는 NFC 칩과 통합 된 저항의 저항이다. 코티졸 농도는 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있다. 여기서 농도의 단위는 ng / ml이다.where V ADC and V DAC are the measured voltage and applied voltage, and R Ref is the resistance of the resistor integrated with the NFC chip. Cortisol concentration can be calculated using the following equation: Here, the unit of concentration is ng/ml.

[수식 2][Equation 2]

Figure pat00003
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세포 배양 및 세포 독성 분석Cell culture and cytotoxicity assays

정상적인 인간 진피 섬유 아세포 (PromoCell)는 Cascade Biologics Medium 106 (Gibco)에서 유지되었으며, 낮은 혈청 성장 보충제 (Gibco) (완전 배지)가 보충 된 37 ℃, 5 % CO2의 가습 대기에서 3 일마다 배지가 교체된다. . Normal human dermal fibroblasts (PromoCell) were maintained in Cascade Biologics Medium 106 (Gibco), with medium change every 3 days in a humidified atmosphere at 37 °C, 5% CO2 supplemented with low serum growth supplement (Gibco) (complete medium). do. .

합류가 80 %에서 닫히면 세포를 0.025 % 트립신 / EDTA (Gibco)와 함께 계대 배양하고 완전한 배지 조건에서 배양하였다. When confluence was closed at 80%, cells were passaged with 0.025% trypsin/EDTA (Gibco) and cultured in complete medium conditions.

네 번째 계대에서, 이들 세포를 수확하고 96- 웰 플레이트의 각 웰에서 웰당 5000 세포의 밀도로 플레이팅하였다. At the fourth passage, these cells were harvested and plated at a density of 5000 cells per well in each well of a 96-well plate.

세포를 완전한 배지에서 24 시간 동안 배양하였다. Cells were cultured in complete medium for 24 hours.

세포 독성 테스트를 위해 ISO 10993-5에 따라 프로세스를 수행하였다. The process was performed according to ISO 10993-5 for cytotoxicity test.

인간 진피 섬유 아세포는 세포 독성 시험에서 화학 물질에 대한 민감도가 높고 세포 독성 시험과 관련된 자료가 풍부하기 때문에 선택하였다. Human dermal fibroblasts were selected because of their high sensitivity to chemicals in cytotoxicity tests and the abundance of data related to cytotoxicity tests.

이 실험에서 우리의 스마트 콘택트 렌즈는 0.1 % 징크 디 에틸 디티 오 카르 바 메이트 (하타노 연구소)와 고밀도 폴리 우레탄 필름 (하타노 연구소)이 양성 및 음성 대조군으로 포함 된 폴리 우레탄 필름에서 비교되었다. In this experiment, our smart contact lenses were compared on polyurethane films containing 0.1% zinc diethyl dithiocarbamate (Hatano Laboratories) and high-density polyurethane films (Hatano Laboratories) as positive and negative controls.

실험 전에 모든 콘택트 렌즈를 70 % 에탄올에서 30 분 동안 멸균 한 다음 샘플을 후드에서 건조하였다. Before the experiment, all contact lenses were sterilized in 70% ethanol for 30 min, and then the samples were dried in a hood.

각 샘플 (n = 4)을 침지하고 48 시간 동안 37 ℃에서 완전한 배지에 배양하였다. 추출물의 조건은 1ml의 완전 배지에서 0.2g의 콘택트 렌즈로 준비되었다. Each sample (n = 4) was immersed and incubated in complete medium at 37 °C for 48 h. The conditions of the extract were prepared with 0.2 g of contact lenses in 1 ml of complete medium.

배양 된 세포의 전처리 된 배지를 콘택트 렌즈로 침지 한 추출 배지로 변경 하였다. The pretreated medium of the cultured cells was changed to the extraction medium immersed in contact lenses.

추출 된 배지로 처리 된 세포를 24 시간 동안 배양 하였다. 세포 독성은 Cell Counting Kit-8 분석 (Dojindo)에 의해 평가되었다. 지침의 절차를 따랐다. Cells treated with the extracted medium were incubated for 24 h. Cytotoxicity was assessed by Cell Counting Kit-8 assay (Dojindo). The procedures in the instructions were followed.

흡광도는 다중 모드 플레이트 판독기 (PerkinElmer)를 사용하여 450nm에서 판독되었다. Absorbance was read at 450 nm using a multi-mode plate reader (PerkinElmer).

흡광도 값은 세포 성장 배지에서만 얻은 블랭크에 대한 백분율 값으로 변환되었다.Absorbance values were converted to percentage values for blanks obtained only in cell growth medium.

토끼 실험rabbit experiment

실험실 동물의 관리 및 사용에 대한 국립 보건원의 지침에 따라, 울산 과학 기술원 (UNIST) 동물 관리 및 사용위원회의 승인을 받아 생체 내 테스트를 수행하였다. In accordance with the guidelines of the National Institutes of Health for the Care and Use of Laboratory Animals, in vivo testing was performed with the approval of the Ulsan Institute of Science and Technology (UNIST) Animal Care and Use Committee.

연세대 학교 동물 관리 연구소 (UNISTIACUC-18-02 및 IACUC-A-201910-963-01). 윤리 심사위원회는 UNIST 동물 관리원과 연세대 학교 동물 관리원 사용위원회가 있었다.Institute of Animal Care, Yonsei University (UNISTIACUC-18-02 and IACUC-A-201910-963-01). The ethics review committee consisted of the UNIST Animal Care Center and the Yonsei University Animal Care Center Use Committee.

푸리에 변환 적외선 분광법 (FT-IR)Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR)

샘플의 FT-IR 스펙트럼은 감쇠 된 총 반사율 (ATR) 단계와 함께 25 ℃에서 FT-IR 분광기 (Vertex 70, Bruker)를 사용하여 얻었다. FT-IR spectra of the samples were obtained using an FT-IR spectrometer (Vertex 70, Bruker) at 25 °C with an attenuated total reflectance (ATR) step.

256 스캔의 모든 스펙트럼은 4cm-1의 해상도로 4000 ~ 1000cm-1 사이에서 기록되었다.All spectra from 256 scans were recorded between 4000 and 1000 cm-1 with a resolution of 4 cm-1.

실시간 코티졸 감지를위한 미세 유체 채널Microfluidic Channels for Real-Time Cortisol Detection

네거티브 포토 레지스트 (PR)는 미세 유체 채널 내부의 구조에 패턴화되었다. Negative photoresist (PR) was patterned into the structure inside the microfluidic channel.

이어서, PDMS (Sylgard 184 실리콘 엘라스토머 : 경화제 = 10 : 1 wt %)를 패턴화 된 네거티브 PR에서 경화시켰다. PDMS (Sylgard 184 silicone elastomer:curing agent = 10:1 wt%) was then cured on the patterned negative PR.

PDMS를 네거티브 PR에서 분리하여 용액 주입을 위해 구멍을 뚫어 미세 유체 채널을 완성하였다. The PDMS was separated from the negative PR and a hole was drilled for solution injection to complete the microfluidic channel.

PDMS 미세 유체 채널을 센서에 위치시키고 희석 된 코티졸 용액 (Sigma-Aldrich., # C-106, 다양한 농도)과 완충액 (삼천 순 약사, pH7.00 ± 0.02)을 주입 하였다. A PDMS microfluidic channel was placed on the sensor and diluted cortisol solution (Sigma-Aldrich., #C-106, varying concentrations) and buffer (Samcheon Pure Pharma, pH7.00 ± 0.02) were injected.

주사기 펌프가있는 미세 유체 채널 (New Era Pump Systems, Inc., NE-300). 생체 유체의 양은 유속 (1ml / h)과 센서의 반응 시간 (3 초)을 사용하여 계산할 수 있다. Microfluidic channel with syringe pump (New Era Pump Systems, Inc., NE-300). The amount of biofluid can be calculated using the flow rate (1 ml/h) and the response time of the sensor (3 sec).

응답 시간, 즉 1ng / ml의 코티졸 농도에서 전류 수준이 포화 수준의 90 %에 도달하는 데 필요한 시간은 도 2A에서 계산되었다. The response time, i.e., the time required for the current level to reach 90% of the saturation level at a cortisol concentration of 1 ng/ml, was calculated in Fig. 2A.

따라서 코티졸 검출에 필요한 최소 생체 유체 부피는 0.83μl, 즉 1ml / 시간 × 3 초 × 1 시간 / 3600 초 × 1000μl / ml로 눈물의 양보다 적었다.Therefore, the minimum biofluid volume required for cortisol detection was 0.83 μl, i.e. 1 ml/hour × 3 s × 1 hour/3600 s × 1000 μl/ml, which was less than the amount of tears.

선택성 테스트selectivity test

선택성 테스트를 위해 센서는 50μM 아스코르브 산 (제품 번호 PHR1008, Sigma-Aldrich), 10mM 젖산 (제품 번호 PHR1113, Sigma-Aldrich) 및 10mM 젖산이 포함 된 1 - 40ng / ml 코티졸 용액으로 테스트된다. For the selectivity test, the sensor is tested with 1 - 40 ng/ml cortisol solution containing 50 μM ascorbic acid (product number PHR1008, Sigma-Aldrich), 10 mM lactic acid (product number PHR1113, Sigma-Aldrich) and 10 mM lactic acid.

mM 요소 (제품 번호 PHR1406, Sigma-Aldrich).mM urea (cat number PHR1406, Sigma-Aldrich).

안테나에 대한 가속 노화 테스트Accelerated aging test for antenna

가속 노화 테스트에서 가속 노화 시간은 아래 수식에 의해 결정될 수 있다.In the accelerated aging test, the accelerated aging time may be determined by the following formula.

[수식 3][Equation 3]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, Q10, TAA 및 TAMB는 각각 노화 인자 (~ 2), 가속 노화 온도 (70 ℃) 및 주변 온도 (2)이다. Here, Q10, TAA and TAMB are aging factors (~2), accelerated aging temperature (70 °C) and ambient temperature (2), respectively.

1 년의 저장 기간 동안 TAMB는 실온 (25 ℃)으로 가정했기 때문에 가속 노화 시간은 16 일로 계산되었다. Accelerated aging time was calculated to be 16 days because TAMB was assumed to be room temperature (25 °C) for a storage period of 1 year.

이 계산에 따르면 우리의 콘택트 렌즈 장치는 최대 16 일 동안 공기 중에 보관되었다.According to this calculation, our contact lens device was stored in air for up to 16 days.

전자파 흡수율 (SAR) 시뮬레이션Electromagnetic Absorption Rate (SAR) Simulation

한 사람의 최대 SAR을 시뮬레이션하기 위해 유한 요소 분석이 수행되었다. Finite element analysis was performed to simulate a person's maximum SAR.

시뮬레이션은 상용 소프트웨어, 즉 Ansoft HFSS를 사용하여 수행되었다. Simulations were performed using commercial software, namely Ansoft HFSS.

시뮬레이션에서 안테나는 사람의 머리 모델 아래에 위치했으며, 극한 환경 테스트를 위해 송신기 또는 스마트 폰의 송신 전력을 10W로 설정하였다.In the simulation, the antenna was placed under the human head model, and the transmit power of the transmitter or smart phone was set to 10W for extreme environment testing.

통합 무선 회로를 소프트 콘택트 렌즈에 내장Integrated wireless circuitry built into soft contact lenses

코티졸 센서, 안테나 코일, NFC 칩, 기준 저항기 및 커패시터를 포함한 완전 통합 장치가 렌즈 재료에 내장되었다. A fully integrated device including a cortisol sensor, antenna coil, NFC chip, reference resistor and capacitor is embedded in the lens material.

제작 된 장치와 렌즈 재료를 렌즈 몰드에 함께 놓고 313kPa의 압력에서 1 시간 동안 100℃에서 경화하였다. The fabricated device and lens material were put together in a lens mold and cured at 100 °C for 1 hour at a pressure of 313 kPa.

그 후, 장치가 내장 된 소프트 렌즈를 몰드에서 분리하였다.After that, the soft lens with the built-in device was removed from the mold.

인체 연구에서 Slit lamp examinationSlit lamp examination in human studies

이 연구의 프로토콜은 UNIST의 기관 검토위원회 (UNISTIRB-18-17-A)의 승인을 받았으며 참가자는 사전 동의를 하였다. The protocol of this study was approved by the Institutional Review Board of UNIST (UNIISTIRB-18-17-A) and the participants gave informed consent.

스마트 콘택트 렌즈는 시판되는 콘택트 렌즈 세정액 (Frenz-pro B5 solution, JK Pharmaceutical Inc., Korea)을 이용하여 헹구고, 착용 전 PBS 용액으로 1 분간 추가 헹구었다. Smart contact lenses were rinsed using a commercially available contact lens cleaning solution (Frenz-pro B5 solution, JK Pharmaceutical Inc., Korea), and rinsed with PBS solution for 1 minute before wearing.

이 검사는 렌즈를 12 시간 동안 착용 한 후에 수행되었다. This test was performed after wearing the lenses for 12 hours.

인간 실험 후, 세극등 검사 (SL-15, Kowa Optimed Inc., Japan)를 사용하여 지원자의 안구 표면을 평가하였다.After the human experiment, the ocular surface of the volunteers was evaluated using the slit lamp test (SL-15, Kowa Optimed Inc., Japan).

센서 보호를 위한 PDMS 스탬프PDMS stamp for sensor protection

네거티브 포토 레지스트 (PR)를 스탬프 내부 구조에 패턴화하였다. Negative photoresist (PR) was patterned into the internal structure of the stamp.

이어서, PDMS (Sylgard 184 실리콘 엘라스토머 : 경화제 = 10 : 1 wt %)가 패턴화 된 네거티브 PR에서 경화되었다. Then, PDMS (Sylgard 184 silicone elastomer:curing agent = 10:1 wt%) was cured on the patterned negative PR.

PDMS 스탬프는 부정적인 PR에서 PDMS를 분리하여 형성되었다.A PDMS stamp was formed by separating the PDMS from the negative PR.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in the present specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, since the embodiments disclosed in the present specification are for explanation rather than limitation of the technical spirit of the present invention, it is obvious that the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Modifications and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (25)

합성된 그래핀 층을 기판으로 이동시키고, 패터닝을 통해 그래핀 채널을 형성시키는 A1 단계;
상기 그래핀 채널을 자외선 오존(UVO)에 노출시켜 그래핀 표면을 활성화시키는 A2 단계; 및
상기 활성화된 그래핀 표면에 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)를 결합시키는 A3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법.
A1 step of moving the synthesized graphene layer to a substrate and forming a graphene channel through patterning;
A2 step of exposing the graphene channel to ultraviolet ozone (UVO) to activate the graphene surface; and
A method of manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration, comprising: a step A3 of binding a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the activated graphene surface.
청구항 1에 있어서,
A1 단계의 그래핀 층의 합성은 화학기상증착법(CVD)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법.
The method according to claim 1,
A method of manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration, characterized in that the synthesis of the graphene layer in step A1 is performed by chemical vapor deposition (CVD).
청구항 1에 있어서,
A1 단계의 패터닝은 포토 리소그래피 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법.
The method according to claim 1,
A method of manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration, characterized in that the patterning of step A1 is performed by a photolithography method.
청구항 1에 있어서,
A2 단계에서, 자외선 오존에 노출된 그래핀 표면은 카르복실 레이트 그룹으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법.
The method according to claim 1,
In step A2, the graphene surface exposed to ultraviolet ozone is a method of manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration, characterized in that it is activated with a carboxylate group.
청구항 4에 있어서,
A2 단계에서 그래핀 표면의 활성화에 의해 그래핀의 소수성이 감소되는 것을 특징으로 하는 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법.
The method of claim 4,
A method of manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration, characterized in that the hydrophobicity of graphene is reduced by activation of the graphene surface in step A2.
청구항 4에 있어서,
A3 단계에서, EDC와 NHS의 2단계 커플링 반응을 통해 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)가 그래핀 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서의 제조방법.
The method of claim 4,
In step A3, a method of manufacturing a cortisol sensor capable of measuring cortisol concentration, characterized in that the cortisol monoclonal antibody (C-Mab) is fixed to the graphene surface through a two-step coupling reaction between EDC and NHS.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 코티졸 농도 측정이 가능한 코티졸 센서.A cortisol sensor capable of measuring a cortisol concentration manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 6. 기판 상에서 희생층, 패시베이션층, 전극 및 코티졸 센서가 구비되는 리지드 아일랜드를 포함하는 필름 구조체가 제조되는 B1 단계;
B1 단계에서 제조된 상기 필름 구조체가 박리되어, 별도의 핸들링층에 부착되는 B2 단계;
상기 핸들링 층에 부착된 상기 필름 구조체에 그래핀 채널이 형성되는 B3 단계;
무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기가 상기 필름 구조체의 일 측에서 전기적으로 상호 연결되는 통합체로 구비되는 B4 단계;
코티졸 센서가 구비되는 리지드 아일랜드가 스탬프로 보호되는 B5 단계;
B5 단계 후의 구조체와 렌즈 재료를 렌즈 몰드에 넣고 렌즈를 제조하는 B6 단계; 및
상기 스탬프를 제거하고, 그래핀 표면에 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)를 결합시며, 코티졸 센서를 활성화시키는 B7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
Step B1 in which a film structure including a rigid island provided with a sacrificial layer, a passivation layer, an electrode, and a cortisol sensor is prepared on a substrate;
Step B2 in which the film structure prepared in step B1 is peeled off and attached to a separate handling layer;
Step B3 in which a graphene channel is formed in the film structure attached to the handling layer;
A step B4 in which a chip for wireless communication, a capacitor and a resistor are provided as an integrated body electrically interconnected from one side of the film structure;
Step B5 in which the rigid island provided with the cortisol sensor is protected with a stamp;
B6 step of manufacturing a lens by putting the structure and lens material after step B5 into a lens mold; and
B7 step of removing the stamp, binding cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the graphene surface, and activating the cortisol sensor
A method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor.
청구항 8에 있어서, B1 단계는
기판 상에 희생층이 구비되고, 상기 희생층 상에 패시베이션층이 증착되는 B11단계;
전극 소재를 증착 및 패터닝하여, 코티졸 센서에 연결되는 소스 전극, 드레인 전극 및 안테나 코일에 연결되는 안테나 패드가 형성되는 B12 단계;
금속나노물질층을 증착시켜 나선 형상으로 패턴화된 하이브리드 안테나 코일이 형성되는 B13 단계;
코티졸 센서가 안착되는 리지드 아일랜드 영역이 리지드 재료로 패턴화되는 B14 단계; 및
전체 영역에 소프트 재료인 렌즈 물질이 코팅되는 B15 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 8, B1 step
a step B11 in which a sacrificial layer is provided on a substrate and a passivation layer is deposited on the sacrificial layer;
B12 step of depositing and patterning an electrode material to form a source electrode connected to a cortisol sensor, a drain electrode, and an antenna pad connected to an antenna coil;
Step B13 in which a hybrid antenna coil patterned in a spiral shape is formed by depositing a metal nanomaterial layer;
Step B14 in which the rigid island region on which the cortisol sensor is seated is patterned with a rigid material; and
A method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that it comprises a step B15 in which the entire area is coated with a lens material, which is a soft material.
청구항 9에 있어서, B11 단계에서
상기 희생층은 Ni/Cu로 구비되고, 상기 패시베이션층은 파릴렌(Parylene)으로 구비되는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 9, in step B11
The sacrificial layer is made of Ni/Cu, and the passivation layer is made of Parylene.
청구항 10에 있어서, B11 단계에서
상기 Ni/Cu 희생층은 전자 빔 증발에 의해 기판에 증착되는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 10, in step B11
The Ni/Cu sacrificial layer is a method of manufacturing a smart contact lens provided with a cortisol sensor, characterized in that deposited on the substrate by electron beam evaporation.
청구항 9에 있어서, B12 단계에서
상기 전극 소재는 Cr/Au로 구비되며, Cr/Au 전극은 열 증발되고 패턴회되어, 포토 리소그래피 방식으로 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 9, in step B12
The electrode material is provided with Cr/Au, and the Cr/Au electrode is thermally evaporated and patterned, and a source electrode and a drain electrode are formed by a photolithography method. Method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor .
청구항 9에 있어서, B13 단계에서
상기 하이브리드 안테나 코일은 신축성있는 투명 안테나인 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 9, in step B13
The hybrid antenna coil is a method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that the elastic transparent antenna.
청구항 9에 있어서, B13 단계에서
하이브리드 안테나 코일은 AgNF 네트워크 상에 AgNF 보다 더 미세한 AgNW가 코팅된 AgNF-AgNF 하이브리드 네트워크로 패턴화되는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 9, in step B13
A method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that the hybrid antenna coil is patterned with an AgNF-AgNF hybrid network coated with AgNW finer than AgNF on the AgNF network.
청구항 8에 있어서, B2 단계는
상기 희생층이 제거되는 B21 단계; 및
기판 상에 형성된 필름 구조체가 기판에서 박리된 후, 뒤집힌 상태로 기 설정된 핸들링 층에 부착되는 B22 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 8, B2 step
step B21 in which the sacrificial layer is removed; and
After the film structure formed on the substrate is peeled off from the substrate, the method for manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that it comprises a step B22 that is attached to a preset handling layer in an inverted state.
청구항 8에 있어서, B3 단계는
상기 패시베이션층이 에칭을 통해 패턴화되면서, 상기 안테나 패드 및, 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이의 그래핀 채널이 형성될 부분이 개방되는 B31 단계;
상기 개방된 부분에 그래핀이 구비되는 B32 단계; 및
상기 그래핀이 에칭을 통해 패턴화되면서 그래핀 채널이 형성되는 B33 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 8, B3 step
a step B31 of opening the antenna pad and a portion in which a graphene channel is to be formed between the source electrode and the drain electrode while the passivation layer is patterned through etching;
B32 step in which graphene is provided in the open portion; and
Method of manufacturing a smart contact lens provided with a cortisol sensor, characterized in that it comprises a step B33 in which graphene channels are formed while the graphene is patterned through etching.
청구항 8에 있어서, B4 단계는
무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기가 상기 구조체의 기 설정된 위치에 배치 및 접착되는 B41 단계; 및
상기 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기는 3D 프린팅으로 통합되는 B42 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 8, B4 step
A step B41 in which a chip for wireless communication, a capacitor and a resistor are disposed and adhered to a preset position of the structure; and
The method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that the chip, capacitor and resistor for wireless communication include a step B42 that is integrated by 3D printing.
청구항 17에 있어서, B42 단계에서,
상기 3D 프린팅은 액체 금속을 분사하여, 무선통신용 칩, 커패시터 및 저항기가 신축가능하게 전기적으로 연결되도록 인쇄하는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 17, in step B42,
The 3D printing is a method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that by spraying liquid metal, the wireless communication chip, capacitor and resistor are printed so as to be stretchable and electrically connected.
청구항 8에 있어서, B5 단계에서,
상기 스탬프는 PDMS 스탬프인 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 8, in step B5,
The stamp is a method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that the PDMS stamp.
청구항 8에 있어서, B7 단계에서,
스탬프가 제거된 후에, 상기 그래핀 채널을 자외선 오존(UVO)에 노출시켜 그래핀 표면을 활성화시키는 B71 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 8, in step B7,
After the stamp is removed, the method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that it further comprises the step B71 of exposing the graphene channel to ultraviolet ozone (UVO) to activate the graphene surface.
청구항 20에 있어서, B71 단계에서,
자외선 오존에 노출된 그래핀 표면은 카르복실 레이트 그룹으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method of claim 20, wherein in step B71,
A method for manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that the graphene surface exposed to ultraviolet ozone is activated with a carboxylate group.
청구항 21에 있어서,
B71 단계에서 그래핀 표면의 활성화에 의해 그래핀의 소수성이 감소되는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method of claim 21,
Method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that the hydrophobicity of graphene is reduced by the activation of the graphene surface in step B71.
청구항 20에 있어서, B7 단계에서,
상기 활성화된 그래핀 표면에 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)를 결합시키는 B72 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method according to claim 20, in step B7,
Method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that it further comprises the step B72 of binding a cortisol monoclonal antibody (C-Mab) to the activated graphene surface.
청구항 23에 있어서,
B72 단계에서, EDC와 NHS의 2단계 커플링 반응을 통해 코티졸 단일클론 항체(C-Mab)가 그래핀 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.
The method of claim 23,
In step B72, a method of manufacturing a smart contact lens equipped with a cortisol sensor, characterized in that the cortisol monoclonal antibody (C-Mab) is fixed to the graphene surface through a two-step coupling reaction between EDC and NHS.
청구항 8 내지 청구항 24 중 어느 하나의 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 코티졸 센서가 구비된 스마트 콘택트 렌즈.A smart contact lens equipped with a cortisol sensor manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 8 to 24.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102483190B1 (en) * 2021-09-07 2022-12-29 연세대학교 산학협력단 Smart contact lens capable of measuring material in tears and manufacturing method thereof
KR20230020605A (en) * 2021-08-03 2023-02-13 국방과학연구소 An Ultralight, Flexible and Wearable Cortisol Aptasensor Using a Naturally Abundant Material, and Method For Manufacturing The Same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120016990A (en) * 2010-08-17 2012-02-27 중앙대학교 산학협력단 Patterning method of graphene using microfluidic systems
KR20150117945A (en) * 2014-04-11 2015-10-21 한국과학기술원 Bio sensor based upon reduced graphene oxide and method for sensing bio-material using the same
KR101766659B1 (en) * 2016-06-30 2017-08-09 명지대학교 산학협력단 Biosensor for detecting cortisol using resistance switching and hysteresis change, method for preparing thereof and application thereof
KR102042628B1 (en) 2019-07-09 2019-11-08 연세대학교 산학협력단 Smart contact lens amplified the strain for quantitative monitoring the human intraocular pressure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120016990A (en) * 2010-08-17 2012-02-27 중앙대학교 산학협력단 Patterning method of graphene using microfluidic systems
KR20150117945A (en) * 2014-04-11 2015-10-21 한국과학기술원 Bio sensor based upon reduced graphene oxide and method for sensing bio-material using the same
KR101766659B1 (en) * 2016-06-30 2017-08-09 명지대학교 산학협력단 Biosensor for detecting cortisol using resistance switching and hysteresis change, method for preparing thereof and application thereof
KR102042628B1 (en) 2019-07-09 2019-11-08 연세대학교 산학협력단 Smart contact lens amplified the strain for quantitative monitoring the human intraocular pressure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230020605A (en) * 2021-08-03 2023-02-13 국방과학연구소 An Ultralight, Flexible and Wearable Cortisol Aptasensor Using a Naturally Abundant Material, and Method For Manufacturing The Same
KR102483190B1 (en) * 2021-09-07 2022-12-29 연세대학교 산학협력단 Smart contact lens capable of measuring material in tears and manufacturing method thereof

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