KR20220030021A - 전기 자극 장치 - Google Patents

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KR20220030021A
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terminal
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ground
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KR1020200111708A
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이돈욱
홍영준
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삼성전자주식회사
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Abstract

전기 자극 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 전기 자극 장치는, 가운데에 공동을 가지는 터미널 전극; 상기 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 그라운드 전극; 및 상기 터미널 전극 및 상기 그라운드 전극에 연결되는 전원을 포함하고, 상기 전원은 상기 터미널 전극에 터미널 전압을 인가함으로써 상기 터미널 전극 및 상기 그라운드 전극 사이에 배치되는 오브젝트에 전기적 자극을 인가한다.

Description

전기 자극 장치{APPARATUS FOR ELECTRIC STIMULATION}
전기 자극 장치에 관한 것으로, 전기적 자극을 통해 세포막의 전위차를 조절하는 기술에 관한 것이다.
세포는 세포막(membrane)으로 둘러 싸여 있으며, 핵과 세포질로 구성되어 있다. 세포막은 내부와 외부를 구분하는 경계이며, 외부의 물질을 내부로 전달하고, 반대로 내부의 물질을 외부로 내보낸다. 세포막은 세포의 내부와 외부의 전위차를 조절하여 물질을 이동시킨다. 세포막의 주변에 전극 구조를 배치하고, 전극 구조에 전기장을 인가함으로써 세포막의 전위차가 조절될 수 있다. 이를 통해, 세포의 내부와 외부의 물질의 이동이 유도될 수 있다.
일 실시예에 따른 전기 자극 장치는, 가운데에 공동을 가지는 터미널 전극; 상기 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 그라운드 전극; 및 상기 터미널 전극 및 상기 그라운드 전극에 연결되는 전원을 포함하고, 상기 전원은 상기 터미널 전극에 터미널 전압을 인가함으로써 상기 터미널 전극 및 상기 그라운드 전극 사이에 배치되는 오브젝트에 전기적 자극을 인가한다.
상기 터미널 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 터미널 전극의 공동은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 그라운드 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 터미널 전극과 상기 오브젝트의 거리는 상기 그라운드 전극과 상기 오브젝트의 거리보다 클 수 있다.
다른 실시예에 따른 전기 자극 장치는, 가운데에 제1 공동을 가지는 제1 터미널 전극; 오브젝트를 중심으로 상기 제1 터미널 전극의 반대편에 배치되며 상기 제1 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제1 그라운드 전극; 가운데에 제2 공동을 가지는 제2 터미널 전극; 상기 오브젝트를 중심으로 상기 제2 터미널 전극의 반대편에 배치되며 상기 제2 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제2 그라운드 전극; 전원을 포함하고, 상기 제2 그라운드 전극은 상기 제1 공동의 가운데에 배치되고, 상기 제1 그라운드 전극은 상기 제2 공동의 가운데에 배치되고, 상기 전원은 상기 제1 터미널 전극과 상기 제1 그라운드 전극의 쌍 및 상기 제2 터미널 전극과 상기 제2 그라운드 전극의 쌍에 교대로 터미널 전압을 인가함으로써 상 기 제1 터미널 전극 및 상기 제1 그라운드 전극 사이에 배치되는 상기 오브젝트에 전기적 자극을 인가한다.
상기 제1 터미널 전극 또는 상기 제2 터미널 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 공동 또는 상기 제2 공동은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 그라운드 전극 또는 상기 제2 그라운드 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 터미널 전극 또는 상기 제2 터미널 전극과 상기 오브젝트의 거리는 상기 제1 그라운드 전극 또는 상기 제2 그라운드 전극과 상기 오브젝트의 거리보다 클 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 전기 자극 장치는, 터미널 레이어; 하나 이상의 오브젝트를 포함하는 오브젝트 레이어; 그라운드 레이어; 및 전원을 포함한다. 상기 터미널 전극 레이너 및 상기 그라운드 레이어는 복수의 전극 구조를 포함하고, 각각의 전극 구조는, 가운데에 제1 공동을 가지는 제1 터미널 전극; 제2 공동의 가운데에 배치되고 상기 오브젝트 레이어를 중심으로 상기 제1 터미널 전극의 반대편에 배치되며 상기 제1 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제1 그라운드 전극; 가운데에 상기 제2 공동을 가지는 제2 터미널 전극; 및 상기 제1 공동의 가운데에 배치되고 상기 오브젝트 레이어를 중심으로 상기 제2 터미널 전극의 반대편에 배치되며 상기 제2 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제2 그라운드 전극을 포함하고, 상기 전원은 상기 복수의 전극 구조 각각의 상기 제1 터미널 전극과 상기 제1 그라운드 전극의 쌍 및 상기 제2 터미널 전극과 상기 제2 그라운드 전극의 쌍에 교대로 터미널 전압을 인가함으로써 상기 제1 터미널 전극 및 상기 제1 그라운드 전극 사이에 배치되는 상기 오브젝트 레이어에 포함된 하나 이상의 오브젝트에 전기적 자극을 인가한다.
상기 제1 터미널 전극 또는 상기 제2 터미널 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 공동 또는 상기 제2 공동은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 그라운드 전극 또는 상기 제2 그라운드 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 하나 이상의 오브젝트는 상기 오브젝트 레이어에 한 층으로 배치될 수 있다.
상기 하나 이상의 오브젝트는 상기 오브젝트 레이어에 격자 패턴으로 배치될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기 자극 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 전기장이 존재하는지 여부에 따라 전극 사이에 배치된 세포의 내부와 외부의 전하의 분포를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전기 자극 장치의 비대칭 전극 구조와 종래의 대칭 전극 구조를 비교하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 비대칭 전극 구조와 대칭 전극 구조의 멤브레인 전위를 나타내는 그래프이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 전기 자극 장치의 구조를 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기 자극 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
세포막은 인지질 이중층이라는 두 겹의 인지질로 구성되어 있으며, 유동 모자이크 구조이다. 유동 모자이크란 인지질이 자유롭게 떠다니는 2차원적인 흐름을 의미한다. 인지질 이중층에 의해 세포의 내부와 외부는 전기적으로 격리된다.
세포막의 내부에는 세포막을 가로지르는 통로 혹은 수용체로서 기능하는 단백질이 포함된다. 세포막 이중층을 가로질러 배치된 막 단백질은 막관통단백질 (Transmembrane protein)이라고 지칭된다. 막 단백질은 나트륨-칼륨 펌프같이 물질을 수송하는 수송 단백질(transporter)을 포함한다.
세포막을 경계로 내부와 외부는 전기적으로 격리되어 있으며, 이온의 농도 차이로 인해 전위 차이를 가진다. 휴지 전위 상태에서, 외부로 나가는 나트륨 이온의 양이 내부로 들어오는 칼륨 이온의 양보다 많으며, 내부에는 더 많은 음전하가 존재한다. 이에, 휴지 전위 상태에서 내부는 외부보다 전위가 낮으며, 분극(polarization) 상태에 있게 된다. 내부 전위 Vin, 외부 전위 Vout에 대하여, 멤브레인 전위차 Vm = Vin - Vout으로 정의되며, 포유류 세포의 경우 -20 mV ~ -100 mV 이다. 특히, 신경세포(neuron) 의 경우 -70 mV, 근육세포의 경우 -90 mV, 상피세포의 경우 -50 mV 가 일반적이다.
특정 세포 자극의 경우밖으로 나가던 칼륨 이온의 흐름이 감소하여 결과적으로 멤브레인 전위차가 감소하는 탈분극(depolarization) 상태가 된다. 탈분극 상태의 전위 상태는 활동 전위라고 지칭된다. 세포막의 실제 조건을 가정하면, 3V/mm의 전기장에 의해 2 us의 시간 내에 30 mV의 탈분극이 유도될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전기 자극 장치(100)는 오브젝트에 전기적 자극을 가하여 인위적으로 전위차를 유도할 수 있다. 전기 자극 장치(100)는 비대칭 구조의 전극 구조를 통해 오브젝트에 전기적 자극을 인가하여 목적하는 전위차를 유도할 수 있다. 오브젝트는 세포를 포함할 수 있으며, 전기 자극 장치(100)는 오브젝트에 전기적 자극을 인가하여 탈분극을 유도할 수 있다.
이를 위하여, 전기 자극 장치(100)는 터미널 전극, 그라운드 전극 및 전원을 포함할 수 있다. 터미널 전극과 그라운드 전극은 전원에 연결될 수 있다. 전원은 터미널 전극에 터미널 전압을 인가함으로써 터미널 전극 및 그라운드 전극 사이에 배치되는 오브젝트에 전기적 자극을 인가할 수 있다. 세포 1개를 기준으로 인가되는 전류 자극은 0.01 uA ~ 10 uA 사이일 수 있으며, 세포 1개를 기준으로 터미널 전위는 1V 미만일 수 있다.
전원은 터미널 전극에 양의 전압을 인가하고 그라운드 전극에 음의 전압을 인가할 수 있다. 그라운드 전극에 가까운 세포막의 외부 표면은 음의 전위가 유도되고 내부 표면은 양의 전위가 유도될 수 있다. 이로 인해, 그라운드 전극에 가까운 세포막 주변에는 탈분극 상태가 유도될 수 있다.
예를 들어, 오브젝트는 췌장 조직을 이루는 베타셀(Beta cell)을 포함할 수 있다. 베타셀은 주위의 글루코스(glucose)의 농도 증가를 인식하여 탈분극 상태가 되고 인슐린을 분비한다. 전기 자극 장치(100)는 베타셀에 전기적 자극을 인가하여 탈분극 상태를 유도하고 인슐린 분비를 유도할 수 있다.
한편, 그라운드 전극 근처의 세포막에 탈분극 상태가 유도되는 경우에, 터미널 전극 근처의 세포막에는 과분극 상태가 유도될 수 있다. 과분극과 탈분극의 정도가 동일하게 유도되는 경우 탈분극으로 인한 세포 자극의 효과는 반감될 수 있다. 여기서, 탈분극 전위차는 상대적으로 높게 유도하고 과분극 전위차는 상대적으로 낮게 유도할 수 있다면, 탈분극으로 인해 자극되는 세포막의 범위는 더 넓어질 수 있다.
전기 자극 장치(100)의 터미널 전극의 면적은 그라운드 전극의 면적보다 클 수 있다. 전극 면적이 작을수록 동일한 터미널 전류를 유지할 때 더 높은 전위가 인가될 수 있다. 그라운드 전극의 면적이 작을 경우, 그라운드 전극에 더 높은 전위가 인가되며, 그라운드 전극 근처의 세포막의 탈분극 전위차는 더 큰 값을 가질 수 있다. 터미널 전극의 면적이 클 경우, 터미널 전극에 더 낮은 전위가 인가되며, 터미널 전극 근처의 세포막의 과분극 전위차는 더 작은 값을 가질 수 있다. 이로 인해, 과분극 효과에 비해 탈분극 효과는 더욱 강화될 수 있다.
그라운드 전극과 오브젝트 간의 거리는 터미널 전극과 오브젝트 간의 거리보다 작을 수 있다. 동일한 전압이 인가될 경우 전극과 세포막의 거리가 작을수록 더 높은 전위차가 유도될 수 있다. 그라운드 전극과 오브젝트 간의 거리는 터미널 전극과 오브젝트 간의 거리보다 작은 경우, 탈분극은 더 강화되고 과분극은 더 약화될 수 있다. 예를 들어, 터미널 전극과 오브젝트 사이의 간격은 4 um 보다 크고, 그라운드 전극과 오브젝트 사이의 간격은 0 um 보다 클 수 있다. 그라운드 전극과 오브젝트는 접촉될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 전기 자극 장치(100)는 두 쌍의 전극 구조를 포함할 수 있다. 전기 자극 장치(100)는 제1 터미널 전극(111)과 제1 그라운드 전극(121)의 전극쌍과 제2 터미널 전극(112)과 제2 그라운드 전극(122)의 전극쌍을 포함할 수 있다. 제1 그라운드 전극(121)은 오브젝트(130)를 중심으로 제1 터미널 전극(111)의 반대편에 배치될 수 있다. 제2 그라운드 전극(122)은 오브젝트(130)를 중심으로 제2 터미널 전극(112)의 반대편에 배치될 수 있다.
제1 터미널 전극(111)의 면적은 제1 그라운드 전극(121)의 면적 보다 클 수 있다. 제2 터미널 전극(112)의 면적은 제2 그라운드 전극(122)의 면적 보다 클 수 있다. 각각의 터미널 전극의 내경은 각각의 그라운드 전극의 외경보다 클 수 있다. 오브젝트(130)의 직경은 각각의 그라운드 전극의 외경보다 클 수 있다.
각각의 터미널 전극은 가운데에 공동(opening)을 가질 수 있다. 예를 들어, 터미널 전극은 도넛, 원형의 띠 또는 링 형상을 가질 수 있다. 각 터미널 전극의 외부 둘레는 다양한 형상일 수 있다. 예를 들어, 터미널 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다. 각 터미널 전극의 내부 둘레는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 터미널 전극의 공동은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
제2 그라운드 전극(122)은 1 터미널 전극(111)의 공동에 배치될 수 있다. 제1 그라운드 전극(121)은 제2 터미널 전극(112)의 공동에 배치될 수 있다. 제1 터미널 전극(111)의 공동에 의해, 제2 페이즈에서 제2 터미널 전극(112)과 제2 그라운드 전극(122)의 전극쌍에 인가되는 전기장은 제1 터미널 전극(111)에 의해 방해되지 않는다. 제2 터미널 전극(112)의 공동에 의해, 제1 페이즈에서 제1 터미널 전극(111)과 제1 그라운드 전극(121)의 전극쌍에 인가되는 전기장은 제2 터미널 전극(112)에 의해 방해되지 않는다.
전기 자극 장치(100)는 이중 위상의(biphasic) 전기적 자극을 교대로 인가하여 탈분극의 유도를 더욱 강화할 수 있다. 제1 페이즈에서, 전기 자극 장치(100)는 제1 시간 구간 동안 제1 터미널 전극(111)과 제1 그라운드 전극(121)의 전극쌍에 전압을 인가할 수 있다. 이로 인해, 제1 그라운드 전극(121) 근처의 오브젝트(130) 영역에 탈분극이 유도될 수 있다. 제2 페이즈에서, 전기 자극 장치(100)는 제2 시간 구간 동안 제2 터미널 전극(112)과 제2 그라운드 전극(122)의 전극쌍에 전압을 인가할 수 있다. 이로 인해, 제2 그라운드 전극(122) 근처의 오브젝트(130) 영역에 탈분극이 유도될 수 있다. 여기서, 제1 시간 구간과 제2 시간 구간은 한 주기를 구성할 수 있다. 전기 자극 장치(100)는 주기, 제1 시간 구간 및 제2 시간 구간을 조정하여 탈분극을 최대화할 수 있다.
도 2는 전기장이 존재하는지 여부에 따라 전극 사이에 배치된 세포의 내부와 외부의 전하의 분포를 도시한 도면이다.
도면(201)은 전극에 전압이 인가되지 않은 상태의 경우 세포의 내부와 외부의 전하 분포를 나타낸다. 세포의 내부와 외부에는 자연스러운 상태로 전하가 분포하며, 휴지 전위 상태를 가정하면 내부의 전위가 외부의 전위 보다 작은 분극 상태가 된다.
도면(202)는 전극에 전압이 인가된 상태의 경우 세포의 내부와 외부의 전하의 분포를 나타낸다. 좌측 전극에 양의 전압이 인가되고 우측 전극에 음의 전압이 인가되면 세포의 양쪽 반구는 필연적으로 각각 과분극 상태 및 탈분극 상태가 된다.
도 3은 일 실시예에 따른 전기 자극 장치의 비대칭 전극 구조와 종래의 대칭 전극 구조를 비교하기 위해 도시한 도면이다.
세포막의 전위차 Vm = Vin - Vout으로 정의되며, 세포의 반구의 길이 X는 15.7 (r*π)이다. Vin은 세포 내부의 전위를 나타내고, Vout은 세포 외부의 전위를 나타낸다.
비대칭 전극(301)의 경우, 그라운드 전극의 면적은 좁고 터미널 전극의 면적은 넓기 때문에, 그라운드 전극에 보다 높은 전위가 발생하고 터미널 전극에 보다 낮은 전위가 발생한다. 이로 인해, 그라운드 전극을 중심으로 보다 넓은 면적에 탈분극이 유도된다.
대칭 전극(302)의 경우, 그라운드 전극과 터미널 전극의 면적이 동일하다. 그라운드 전극과 터미널 전극의 전위는 동일하게 되며, 그라운드 전극 근처의 탈분극의 범위는 비대칭 전극(301) 보다 좁아지게 된다.
도 4는 일 실시예에 따른 비대칭 전극 구조와 대칭 전극 구조의 멤브레인 전위를 나타내는 그래프이다.
도 4는 비대칭 전극가 대칭 전극에 각각 터미널에 전류 자극 0.21 uA를 인가한 경우, 그라운드 전극으로부터 터미널 전극까지의 전위의 변화를 나타낸다. 대칭 전극의 경우 그라운드 전극에 가까운 영역에 30mV의 탈분극이 발생하고 터미널 전극에 가까운 영역에 -30mV의 과분극이 발생한다. 이에 반해, 비대칭 전극의 경우 그라운드 전극에 가까운 영역에 120mV가 넘는 탈분극이 발생하고 터미널 전극에 가까운 영역에 -30mV의 과분극이 발생한다.
이처럼, 그라운드 전극의 면적이 작을 경우, 그라운드 전극에 더 높은 전위가 인가되며, 그라운드 전극 근처의 세포막의 탈분극 전위차는 더 큰 값을 가질 수 있다. 터미널 전극의 면적이 클 경우, 터미널 전극에 더 낮은 전위가 인가되며, 터미널 전극 근처의 세포막의 과분극 전위차는 더 작은 값을 가질 수 있다. 이로 인해, 과분극 효과에 비해 탈분극 효과는 더욱 강화될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 전기 자극 장치의 구조를 도시한 도면이다.
다른 실시예에 따르면, 전기 자극 장치는 터미널 레이어(502), 하나 이상의 오브젝트를 포함하는 오브젝트 레이어, 그라운드 레이어(501) 및 전원을 포함한다. 터미널 전극 레이너 및 그라운드 레이어(501)는 복수의 전극 구조를 포함한다.
각각의 전극 구조는 가운데에 제1 공동을 가지는 제1 터미널 전극, 제2 공동의 가운데에 배치되고 오브젝트 레이어를 중심으로 제1 터미널 전극의 반대편에 배치되며 제1 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제1 그라운드 전극, 가운데에 제2 공동을 가지는 제2 터미널 전극 및 제1 공동의 가운데에 배치되고 오브젝트 레이어를 중심으로 제2 터미널 전극의 반대편에 배치되며 제2 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제2 그라운드 전극을 포함한다.
전원은 복수의 전극 구조 각각의 제1 터미널 전극과 제1 그라운드 전극의 쌍 및 제2 터미널 전극과 제2 그라운드 전극의 쌍에 교대로 터미널 전압을 인가함으로써 제1 터미널 전극 및 제1 그라운드 전극 사이에 배치되는 오브젝트 레이어에 포함된 하나 이상의 오브젝트에 전기적 자극을 인가한다.
제1 터미널 전극 또는 제2 터미널 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다. 제1 공동 또는 제2 공동은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다. 제1 그라운드 전극 또는 제2 그라운드 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
전기 자극 장치(100)는 하나의 세포 또는 복수의 세포에 전기적 자극을 인가할 수 있다. 하나 이상의 오브젝트는 오브젝트 레이어에 한 층으로 배치될 수 있다. 복수의 세포는 한 겹의 2차원 평면 상에 배치될 수 있다. 복수의 세포는 규칙적인 패턴 또는 불규칙한 패턴으로 한 겹의 평면 상에 배치될 수 있다. 하나 이상의 오브젝트는 오브젝트 레이어에 격자 패턴으로 배치될 수 있다.
도 5를 참조하면, 그라운드 레이어(501)에는 좁은 면적의 도체가 격자 패턴으로 배치된다. 터미널 레이어(502)에는 넓은 면적의 도넛 형상의 도체가 격자 패턴으로 배치된다. 그라운드 레이어(501)의 각각의 도체는 터미널 레이어(502)의 각각의 도체 내부에 매칭된다.
단계(511) 내지 단계(515)는 한 층의 전기 자극 장치의 제조 과정을 도시한다. 단계(511)에서, 그라운드 레이어(501)가 배치된다. 단계(512)에서, 그라운드 레이어(501) 위에 터미널 레이어(502)가 배치된다. 단계(513)에서, 오브젝트 레이어를 형성하기 위해 워 레이어가 단계(512)의 구조 둘레로 배치된다. 단계(514)에서, 워 레이어 위에 터미널 레이어(502)가 배치된다. 단계(515)에서, 터미널 레이어(502) 위에 그라운드 레이어(501)가 배치된다. 이로써, 한 층의 전기 자극 장치가 완성된다. 전기 자극 장치는 복수의 층으로 배치될 수 있다. 도면(520)은 4 층으로 배치된 전기 자극 장치를 나타낸다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 가운데에 공동을 가지는 터미널 전극;
    상기 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 그라운드 전극; 및
    상기 터미널 전극 및 상기 그라운드 전극에 연결되는 전원을 포함하고,
    상기 전원은 상기 터미널 전극에 터미널 전압을 인가함으로써 상기 터미널 전극 및 상기 그라운드 전극 사이에 배치되는 오브젝트에 전기적 자극을 인가하는,
    전기 자극 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가지는,
    전기 자극 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 전극의 공동은 원형 또는 다각형의 형상을 가지는,
    전기 자극 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그라운드 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가지는,
    전기 자극 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 전극과 상기 오브젝트의 거리는 상기 그라운드 전극과 상기 오브젝트의 거리보다 큰,
    전기 자극 장치.
  6. 가운데에 제1 공동을 가지는 제1 터미널 전극;
    오브젝트를 중심으로 상기 제1 터미널 전극의 반대편에 배치되며 상기 제1 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제1 그라운드 전극;
    가운데에 제2 공동을 가지는 제2 터미널 전극;
    상기 오브젝트를 중심으로 상기 제2 터미널 전극의 반대편에 배치되며 상기 제2 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제2 그라운드 전극;
    전원을 포함하고,
    상기 제2 그라운드 전극은 상기 제1 공동의 가운데에 배치되고,
    상기 제1 그라운드 전극은 상기 제2 공동의 가운데에 배치되고,
    상기 전원은 상기 제1 터미널 전극과 상기 제1 그라운드 전극의 쌍 및 상기 제2 터미널 전극과 상기 제2 그라운드 전극의 쌍에 교대로 터미널 전압을 인가함으로써 상기 제1 터미널 전극 및 상기 제1 그라운드 전극 사이에 배치되는 상기 오브젝트에 전기적 자극을 인가하는,
    전기 자극 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 터미널 전극 또는 상기 제2 터미널 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가지는,
    전기 자극 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 공동 또는 상기 제2 공동은 원형 또는 다각형의 형상을 가지는,
    전기 자극 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 전극 또는 상기 제2 그라운드 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가지는,
    전기 자극 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 터미널 전극 또는 상기 제2 터미널 전극과 상기 오브젝트의 거리는 상기 제1 그라운드 전극 또는 상기 제2 그라운드 전극과 상기 오브젝트의 거리보다 큰,
    전기 자극 장치.
  11. 터미널 레이어;
    하나 이상의 오브젝트를 포함하는 오브젝트 레이어;
    그라운드 레이어; 및
    전원을 포함하고,
    상기 터미널 전극 레이너 및 상기 그라운드 레이어는 복수의 전극 구조를 포함하고,
    각각의 전극 구조는,
    가운데에 제1 공동을 가지는 제1 터미널 전극;
    제2 공동의 가운데에 배치되고 상기 오브젝트 레이어를 중심으로 상기 제1 터미널 전극의 반대편에 배치되며 상기 제1 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제1 그라운드 전극;
    가운데에 상기 제2 공동을 가지는 제2 터미널 전극; 및
    상기 제1 공동의 가운데에 배치되고 상기 오브젝트 레이어를 중심으로 상기 제2 터미널 전극의 반대편에 배치되며 상기 제2 터미널 전극보다 좁은 면적을 가지는 제2 그라운드 전극을 포함하고,
    상기 전원은 상기 복수의 전극 구조 각각의 상기 제1 터미널 전극과 상기 제1 그라운드 전극의 쌍 및 상기 제2 터미널 전극과 상기 제2 그라운드 전극의 쌍에 교대로 터미널 전압을 인가함으로써 상기 제1 터미널 전극 및 상기 제1 그라운드 전극 사이에 배치되는 상기 오브젝트 레이어에 포함된 하나 이상의 오브젝트에 전기적 자극을 인가하는,
    전기 자극 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 터미널 전극 또는 상기 제2 터미널 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가지는,
    전기 자극 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 공동 또는 상기 제2 공동은 원형 또는 다각형의 형상을 가지는,
    전기 자극 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 전극 또는 상기 제2 그라운드 전극은 원형 또는 다각형의 형상을 가지는,
    전기 자극 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 오브젝트는 상기 오브젝트 레이어에 한 층으로 배치되는,
    전기 자극 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 하나 이상의 오브젝트는 상기 오브젝트 레이어에 격자 패턴으로 배치되는,
    전기 자극 장치.



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