KR20230011166A - 땀 센서 패치 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 땀 센서 패치는, 사용자의 피부에 부착되어 사용되는 땀 센서 패치로서, 서로 반대 방향을 향하는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 두께방향으로 관통된 개구를 포함하는 개구 형성층, 상기 개구의 내벽면에 형성되는 전극 층, 상기 개구 형성층의 제2 면에 적층되어 상기 개구를 덮도록 형성된 다공성 층, 및 상기 개구 내에서 상기 개구 형성층의 두께 방향으로 연장되고 상기 다공성 층과 연결된 다공성 필러(pillar)를 포함할 수 있다.
Description
본 개시는 사용자의 피부에 부착되어 사용되는 땀 센서 패치에 관한 것이다.
사물과 사물 혹은 사물과 사람이 서로 연결되는 사물 인터넷 시대가 도래하면서 웨어러블 디바이스의 역할은 더욱 강조되고 있다. 이러한 추세에 맞추어 신체와 외부 환경 사이에 상호 작용을 측정하기 위한 웨어러블 디바이스가 연구되고 있다.
생체 정보를 비 침습적, 장기적으로 측정하고, 이를 바탕으로 개인의 건강을 효율적으로 관리하고 치료에 적응하는 맞춤형 기술은, 미래의 의료 및 건강 관리 산업의 패러다임을 바꿀 수 있는 기술로 각광받고 있다. 최근에는 특히, 피부에 부착하여 생체 신호를 모니터링 할 수 있는 피부 부착형 센서에 대한 연구 또한 활발히 진행되고 있다. 생체 신호는 생체 의료 기기를 위한 중요한 정보를 제공하며, 넓은 영역의 다중 포인트로부터 개별적인 신호들을 얻기 위해서는 필수적으로 다중 생체 센서가 필요하다.
최근 연구에서는 초박막 필름 또는 접착력 있는 기판을 사용하여 살아있는 신체에서의 근전도, 심전도와 같은 생체 신호를 획득하기 위한 신체 표면용 센서가 개발되었다. 다만, 기존의 신체 표면용 센서는 피부를 덮고 있는 센서 플랫폼이 막혀 있는 구조를 가지는 것이 대부분이다.
그러나, 사람의 피부는 수분 증발, 땀 분비 등이 지속적으로 일어나는 오픈 시스템으로 구성되어 있으므로, 센서를 사용하여 장시간 동안 생체 신호를 얻고자 하는 경우에는 인체의 움직임뿐만 아니라, 피부를 통과하여 수분이 증발되는 경피 수분 손실이나 땀을 배출에 대하여 고려해야 할 필요가 있다.
피부에 부착된 센서로 인해 피부를 통하여 지속적으로 증발되어야 할 수분이 적절하게 배출되지 않으면, 사용자는 센서의 장시간 착용으로 인해 불편함을 느끼게 되고, 피부의 가려움 및 피부 괴사와 같은 위험 또한 따를 수 있다. 또한, 적절하게 배출되지 않고 피부와 피부에 부착된 센서 사이에 머무르는 수분에 의하여 센서 소자의 인체에 대한 부착성이 현저히 저하됨으로써, 측정하고자 하는 생체 신호의 정확도가 낮아지는 부작용이 존재한다.
따라서, 기존의 피부 부착형 센서의 한계를 극복하고, 다중 생체 신호의 장시간 모니터링이 가능하도록 통기성 및 투습성의 제어가 가능한 피부 부착형 센서의 필요성이 대두되고 있다.
본 개시는 땀이 배출되는 경로에서 구조적으로 공기 통로와 체액 통로를 분리함으로써 땀의 수집과 제거가 용이하도록 하여 사용자의 생체 신호를 장시간 지속적으로 획득할 수 있는 땀 센서 패치를 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
일 실시예에 따른 땀 센서 패치는, 사용자의 피부에 부착되어 사용되는 땀 센서 패치로서, 서로 반대 방향을 향하는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 두께방향으로 관통된 개구를 포함하는 개구 형성층, 상기 개구의 내벽면에 형성되는 전극 층, 상기 개구 형성층의 제2 면에 적층되어 상기 개구를 덮도록 형성된 다공성 층, 및 상기 개구 내에서 상기 개구 형성층의 두께 방향으로 연장되고 상기 다공성 층과 연결된 다공성 필러(pillar)를 포함할 수 있다.
상기 다공성 층은 친수성 물질을 포함할 수 있다.
상기 다공성 필러는 소수성 물질을 포함할 수 있다.
상기 다공성 필러는 상기 개구의 내벽면으로부터 이격되어 위치할 수 있다.
상기 다공성 필러는 상기 다공성 층에 고정되어 지지될 수 있다.
상기 다공성 필러는 상기 개구 형성층의 제1 면으로부터 상기 다공성 층을 관통하도록 연장될 수 있다.
상기 다공성 필러는 상기 개구 형성층의 제1 면으로부터 이격되어 일 단부가 상기 개구 내에 위치할 수 있다.
상기 다공성 층과 상기 다공성 필러는 친수성 물질을 포함할 수 있다.
상기 전극 층은 작업 전극, 및 상기 작업 전극과 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극(reference electrode)을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 땀 센서 패치는, 사용자의 피부에 부착되어 사용되는 땀 센서 패치로서, 서로 반대 방향을 향하는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 두께 방향으로 관통된 개구를 포함하는 개구 형성층, 상기 개구의 내벽면에 형성되는 전극 층, 및 상기 개구 형성층의 제2 면에 적층되며, 상기 개구에 대응하도록 관통된 공기 구멍을 갖는 다공성 층을 포함할 수 있다.
상기 다공성 층은 친수성 물질을 포함할 수 있다.
상기 다공성 층의 공기 구멍의 평면적은 상기 개구 형성층의 개구의 최소 평면적보다 더 작게 형성될 수 있다.
상기 개구 형성층의 두께 방향에 수직한 평면으로 자른 상기 개구의 횡단면은 모서리를 갖는 다각형으로 이루어질 수 있다.
상기 개구의 횡단면은 사각형 또는 육각성(hexagram) 형상 중 하나를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 전극 층은 작업 전극, 및 상기 작업 전극과 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극(reference electrode)을 포함하고, 상기 작업 전극은 상기 기준 전극과 상기 개구의 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되어 쌍을 이루도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치는, 사용자의 피부에 부착되어 사용되는 땀 센서 패치로서, 서로 반대 방향을 향하는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 두께 방향으로 관통된 개구를 포함하는 개구 형성층, 상기 개구의 내벽면에 형성되는 전극 층, 및 상기 개구 형성층의 제2 면에 적층되고, 상기 개구와 연통하도록 지나며 상기 개구 형성층의 평면 방향으로 연장된 공기 채널을 포함하는 채널 형성층을 포함할 수 있다.
상기 공기 채널은 상기 개구 형성층의 평면 방향으로 상기 개구를 중심으로 적어도 사방으로 연장될 수 있다.
상기 공기 채널은 상기 개구 형성층의 제2 면과 상기 채널 형성층 사이에 공간을 형성하도록 구성될 수 있다.
상기 채널 형성층은 상기 개구에 대응하는 위치에서 상기 개구 형성층과 대향하는 면으로부터 상기 채널 형성층의 두께 방향으로 연장되는 필러를 더 포함할 수 있다.
상기 채널 형성층은 친수성 물질, 흡습성 물질 또는 하이드로젤(hydrogel)을 포함할 수 있다.
상기 개구 형성층의 두께 방향에 수직한 평면으로 자른 상기 개구의 횡단면은 모서리를 갖는 다각형으로 이루어질 수 있다.
상기 전극 층은 작업 전극, 및 상기 작업 전극과 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극을 포함하고, 상기 작업 전극은 상기 기준 전극과 상기 개구의 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되어 쌍을 이루도록 구성될 수 있다.
실시예들의 땀 센서 패치에 따르면, 공기 통로와 체액 통로를 하나의 개구 내에 동시에 구현할 수 있으며, 따라서 땀이 배출되는 경로에서 구조적으로 공기 통로와 체액 통로를 분리할 수 있다. 이로써 땀의 수집과 제거를 용이하게 하여 사용자의 생체 신호를 장시간 지속적으로 획득할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 II-II 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 전극 연결 구성을 함께 도시한 평면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 V-V 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 전극 연결 구성을 함께 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 VII-VII 선을 따라 잘라서 도시한 절단 사시도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 평면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 XI-XI 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 12는 도 10에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 XII-XII 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 13은 도 9에 도시한 실시예의 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 단면도이다.
도 15는 CNT-PDMS 스펀지(다공성 층) 제조 과정을 도시한 공정도이다.
도 16은 개구 형성층(Sweat VIA) 제조 과정을 도시한 공정도이다.
도 17은 개구 형성층(Sweat VIA)에 CNT-PDMS 스펀지(다공성 층)를 부착한 땀 센서 패치의 sweat clearance 특성을 평가하여 나타낸 그래프이다.
도 18은 개구 형성층(Sweat VIA)에 open-end 채널을 포함한 하이드로젤 층을 부착한 땀 센서 패치의 sweat clearance 특성을 평가하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 II-II 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 전극 연결 구성을 함께 도시한 평면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 V-V 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 전극 연결 구성을 함께 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 VII-VII 선을 따라 잘라서 도시한 절단 사시도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 평면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 XI-XI 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 12는 도 10에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 XII-XII 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 13은 도 9에 도시한 실시예의 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 단면도이다.
도 15는 CNT-PDMS 스펀지(다공성 층) 제조 과정을 도시한 공정도이다.
도 16은 개구 형성층(Sweat VIA) 제조 과정을 도시한 공정도이다.
도 17은 개구 형성층(Sweat VIA)에 CNT-PDMS 스펀지(다공성 층)를 부착한 땀 센서 패치의 sweat clearance 특성을 평가하여 나타낸 그래프이다.
도 18은 개구 형성층(Sweat VIA)에 open-end 채널을 포함한 하이드로젤 층을 부착한 땀 센서 패치의 sweat clearance 특성을 평가하여 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 또한, 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
명세서 전체에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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. 따라서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "연결된다"라고 할 때, 이는 둘 이상의 구성요소가 직접적으로 연결되는 것만을 의미하는 것이 아니고, 둘 이상의 구성요소가 다른 구성요소를 통하여 간접적으로 연결되는 것, 물리적으로 연결되는 것뿐만 아니라 전기적으로 연결되는 것, 또는 위치나 기능에 따라 상이한 명칭들로 지칭되었으나 일체인 것을 의미할 수 있다.
본 개시에 따른 땀 센서 패치는 피부에 부착하기 위한 면적을 갖는 임의의 평면 형태로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 직사각형 형태 또는 옥세틱(auxetic) 구조를 포함할 수 있다. 이러한 패치의 크기, 형태, 부착 위치, 용도 등에 따라서 이하에 설명하는 땀 센서 패치의 단위 구조는 단독으로 구성되거나 복수 개가 분산 또는 정렬되어 패치에 배치될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 II-II 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 땀 센서 패치(110)는 사용자의 피부(S)에 부착되어 사용될 수 있는 센서 패치로서, 두께방향으로 관통된 개구(125)를 포함하는 개구 형성층(120)과, 개구(125)의 내벽면에 형성된 전극 층(150, 160), 그리고 개구 형성층(120)에 적층된 다공성 층(130)을 포함한다. 본 실시예에서 개구 형성층(120)의 개구(125) 내에는 다공성 층(130)과 연결된 다공성 필러(pillar)(140)를 포함할 수 있다.
개구 형성층(120)은 서로 반대 방향을 향하는 제1 면(121)과 제2 면(122)을 가지며, 개구(125)는 제1 면(121)으로부터 제2 면(122)까지 두께방향으로 관통될 수 있다. 여기서 제1 면(121)은 사용자의 피부(S)에 부착되는 면이 되고, 제2 면(122)은 외부를 향하는 면이 될 수 있다. 따라서 개구(125)는 피부(S)에 부착되는 제1 면(121)으로부터 수집된 땀이 제2 면(122)으로 배출되는 통로를 제공할 수 있다. 개구 형성층(120)은 일례로 PDMS (Poly(dimethylsiloxane)), Ecoflex®와 같은 실리콘(silicone) 소재, 폴리머, 수지 등 인체에 유해하지 않으면서 피부와 함께 구부러질 수 있는 유연한 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 개구(125)는 제1 면(121)으로부터 제2 면(122)으로 갈수록 직경이 좁아지는 원뿔대 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 즉, 개구 형성층(120)의 두께 방향에 수직한 평면으로 자른 개구(125)의 횡단면의 평면적은 제1 면(121)에 가까울수록 커지고 제2 면(122)에 가까울수록 작아질 수 있다. 이와 같이 개구(125)가 땀 입구인 제1 면(121) 측으로부터 제2 면(122) 측으로 갈수록 직경이 감소함에 따라 불용 체적(dead volume)이 감소할 수 있다.
전극 층(150, 160)은 개구(125)의 내벽면에 형성되어 땀을 감지할 수 있다. 전극 층(150, 160)은 땀의 유량이나 생성 속도, 땀의 이온 농도 및 성분을 측정하여 땀의 정량적 또는 정성적 데이터를 수집할 수 있다. 일례로, 전극 층(150, 160)은 은 나노와이어(Ag NW), 단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 등으로 이루어진 나노메쉬 (nano-mesh) 전극 또는 이에 금으로 도금된 나노메쉬 전극 또는 금박막을 포함할 수 있다.
전극 층(150, 160)은 작업 전극(working electrode)(150) 및 이와 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극(reference electrode)(160)을 포함할 수 있다. 작업 전극(150)은 제1 작업 전극(151) 및 제2 작업 전극(153)을 포함할 수 있으며, 기준 전극(160)은 제1 기준 전극(161)과 제2 기준 전극(163)을 포함할 수 있다. 제1 작업 전극(151)은 제1 기준 전극(161)과 한 쌍을 이루어 작동될 수 있고, 제2 작업 전극(153)은 제2 기준 전극(163)과 한 쌍을 이루어 작동될 수 있다. 이러한 작업 전극-기준 전극 쌍의 개수는 2개 이상이 제공될 수 있다. 일례로 작업 전극(150)은 전극에 표면 처리를 통하여 형성한 이온 선택성 전극(Ion Selective Electrodes, ISE)을 포함할 수 있다.
전극 층(150, 160)은 개구(125)의 내벽면에 형성되며, 제1 면(121)으로부터 제2 면(122)까지 연장될 수 있다. 작업 전극(150)을 구성하는 제1 작업 전극(151)과 제2 작업 전극(153)은 개구(125)의 내벽면 한 쪽에서 서로 간극을 두고 이격되어 형성될 수 있다. 기준 전극(160)을 구성하는 제1 기준 전극(161)과 제2 기준 전극(163)은 개구(125)의 내벽면 다른 한 쪽에서 서로 간극을 두고 이격되어 형성될 수 있다. 따라서 전극 층(150, 160)은 개구(125)의 내벽면을 따라 둘러진 형태로 제공될 수 있다.
다공성 층(130)은 개구 형성층(120)의 제2 면(122)에 적층되며, 개구(125)를 덮도록 형성될 수 있다. 다공성 층(130)은 친수성 물질을 포함할 수 있으며, 따라서 친수성을 갖는다. 친수성의 다공성 층(130)으로 인해 개구(125)로 수집된 체액이 개구 형성층(120)의 제2 면(122)으로 보다 원활하게 배출되도록 안내될 수 있다. 친수성을 갖는 다공성 층(130)은 일례로 CNT-PDMS (Carbon Nanotube- Poly(dimethylsiloxane)) 스펀지, 친수성 라텍스 스펀지, 또는 친수성 폴리우레탄 스펀지를 포함할 수 있다.
다공성 필러(140)는 개구(125) 내에서 개구 형성층(120)의 두께 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 일례로, 다공성 필러(140)는 개구 형성층(120)의 제1 면(121)으로부터 다공성 층(130)을 관통하도록 연장될 수 있다. 또한 다공성 필러(140)는 개구(125)의 내벽면으로부터 이격되어 위치하며, 다공성 층(130)과 연결되어 지지될 수 있다. 이 때, 다공성 필러(140)는 소수성 물질을 포함할 수 있으며, 일례로, PDMS 스펀지, 소수성 코팅이나 처리된 폴리머, 수지, 실리콘을 포함할 수 있다. 이로써 외부 공기가 다공성 필러(140)의 내부 기공을 통해 개구(125) 내로 유입될 수 있으며, 개구(125) 내에 수집된 체액은 다공성 필러(140)의 주위에서 친수성을 갖는 다공성 층(130)으로 배출될 수 있다. 따라서 하나의 개구(125) 내에서 소수성 다공성 필러(140)와 친수성 다공성 층(130)에 의해 공기 통로와 체액 통로가 동시에 구현될 수 있다.
다공성 필러(140)는 원기둥 형상을 갖도록 구성될 수 있으며, 길이 방향에 따른 다공성 필러(140)의 직경 변화에 따라 원뿔대 또는 역원뿔대 형상 중 하나를 갖도록 구성될 수도 있다. 다른 예로 다공성 필러(140)는 다각기둥, 다각뿔대, 역다각뿔대 형상 중 하나로 이루어질 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 전극 연결 구성을 함께 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 제1 작업 전극(151)은 제1 기준 전극(161)과 개구(125)의 한 편에서 서로 대향하도록 배치되며 쌍을 이루고, 제2 작업 전극(153)은 제2 기준 전극(163)과 개구(125)의 다른 한 편에서 서로 대향하도록 배치되며 쌍을 이루어 구성될 수 있다. 이처럼 작업 전극(150)은 기준 전극(160)과 쌍을 이루어 개구(125) 내에 차오른 체액의 임피던스(impedance)를 측정하고, 작업 전극(150)의 다양한 조합에 따라 농도, 유량, 특정 이온의 농도 등 다양한 정보를 센싱할 수 있다. 일례로 제1 작업 전극(151)은 K+ 이온 선택성 전극이 되고 제2 작업 전극(153)은 Na+ 이온 선택성 전극이 될 수 있다.
개구 형성층(120)의 개구(125) 내벽면에 패터닝된 제1 작업 전극(151), 제2 작업 전극(153), 제1 기준 전극(161) 및 제2 기준 전극(163)은 개구 형성층(120)의 제1 면(121)에서 일 방향으로 연장되어 형성된 인터커넥션 전극(151c, 153c, 161c, 163c)에 각각 연결될 수 있다. 이러한 인터커넥션 전극(151c, 153c, 161c, 163c)은 외부의 감지 회로와 연결되어 구성되면서 제1 작업 전극(151)을 제1 기준 전극(161)과 연결하고, 제2 작업 전극(153)을 제2 기준 전극(163)과 연결할 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 V-V 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 땀 센서 패치(210)는 사용자의 피부(S)에 부착되어 사용될 수 있는 센서 패치로서, 두께방향으로 관통된 개구(225)를 포함하는 개구 형성층(220)과, 개구(225)의 내벽면에 형성된 전극 층(250, 260), 그리고 개구 형성층(220)에 적층된 다공성 층(230)을 포함한다. 본 실시예에서 다공성 층(230)은 개구(225)에 대응하도록 관통된 공기 구멍(235)을 가질 수 있다.
개구 형성층(220)은 서로 반대 방향을 향하는 제1 면(221)과 제2 면(222)을 가지며, 개구(225)는 제1 면(221)으로부터 제2 면(222)까지 두께방향으로 관통될 수 있다. 여기서 제1 면(221)은 사용자의 피부(S)에 부착되는 면이 되고, 제2 면(222)은 외부를 향하는 면이 될 수 있다. 따라서 개구(225)는 피부(S)에 부착되는 제1 면(221)으로부터 수집된 땀이 제2 면(222)으로 배출되는 통로를 제공할 수 있다.
본 실시예에서 개구 형성층(220)의 두께 방향에 수직한 평면으로 자른 개구(225)의 횡단면은 모서리를 갖는 다각형으로 이루어질 수 있다. 일례로 개구(225)의 횡단면은 사각형, 직사각형 또는 정사각형으로 이루어질 수 있다. 또한 개구(225)는 제1 면(221)으로부터 제2 면(222)으로 갈수록 횡단면의 평면적이 좁아지도록 구성될 수 있다. 이와 같이 모서리를 갖는 개구(225)에 있어서 수집된 체액은 상기 모서리를 따라 표면장력에 의해 다공성 층(230)까지 이동될 수 있다.
전극 층(250, 260)은 개구(225)의 내벽면에 형성되어 땀을 감지할 수 있다. 전극 층(250, 260)은 땀의 유량이나 생성 속도, 땀의 이온 농도 및 성분을 측정하여 땀의 정량적 또는 정성적 데이터를 수집할 수 있다. 일례로, 전극 층(250, 260)은 은 나노와이어(Ag NW), 단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 등으로 이루어진 나노메쉬 전극 또는 이에 금으로 도금된 나노메쉬 전극 또는 금박막을 포함할 수 있다.
전극 층(250, 260)은 작업 전극(250) 및 이와 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극(260)을 포함할 수 있다. 작업 전극(250)은 제1 작업 전극(251), 제2 작업 전극(253), 제3 작업 전극(255) 및 제4 작업 전극(257)을 포함할 수 있으며, 기준 전극(260)은 제1 기준 전극(261), 제2 기준 전극(263), 제3 기준 전극(265) 및 제4 기준 전극(267)을 포함할 수 있다. 일례로 작업 전극(250)은 전극에 표면 처리를 통하여 형성한 이온 선택성 전극(Ion Selective Electrodes, ISE)을 포함할 수 있다.
전극 층(250, 260)은 개구(225)의 내벽면에 형성되며, 제1 면(221)으로부터 제2 면(222)까지 연장될 수 있다. 제1 작업 전극(251)과 제2 작업 전극(253)은 개구(225)의 내벽면 한 쪽에서 서로 간극을 두고 이격되어 형성될 수 있고, 제3 작업 전극(255)과 제4 작업 전극(257)은 개구(225)의 내벽면 다른 한 쪽에서 서로 간극을 두고 이격되어 형성될 수 있다. 이 때, 제1 작업 전극(251) 및 제2 작업 전극(253)과 제3 작업 전극(255) 및 제4 작업 전극(257)은 개구(225)의 서로 대향하는 내벽면에 배치될 수 있다.
기준 전극(260)은 개구(225)의 내벽면에서 작업 전극(250)이 형성되지 않는 내벽면에 배치될 수 있다. 따라서 제1 기준 전극(261)과 제2 기준 전극(263)은 개구(225)의 내벽면 어느 한 쪽에서 서로 간극을 두고 이격되어 형성되고, 제3 기준 전극(265)과 제4 기준 전극(267)은 개구(225)의 내벽면 다른 한 쪽에서 서로 간극을 두고 이격되어 형성될 수 있다. 이 때, 제1 기준 전극(261) 및 제2 기준 전극(263)과 제3 기준 전극(265) 및 제4 기준 전극(267)은 개구(225)의 서로 대향하는 내벽면에 배치될 수 있다.
다공성 층(230)은 개구 형성층(220)의 제2 면(222)에 적층되며, 개구(225)에 대응하도록 관통된 공기 구멍(235)을 가질 수 있다. 다공성 층(230)의 공기 구멍(235)의 평면적은 개구 형성층(220)의 개구(225)의 최소 평면적보다 더 작게 형성될 수 있다. 공기 구멍(235)을 통하여 외부 공기가 개구(225) 내로 유입될 수 있다.
또한 다공성 층(230)은 친수성 물질을 포함할 수 있으며, 따라서 친수성을 갖는다. 친수성의 다공성 층(230)으로 인해 개구(225)로 수집된 체액이 개구 형성층(220)의 제2 면(222)으로 보다 원활하게 배출되도록 안내될 수 있다. 즉, 개구(225)를 채운 체액은 상부의 다공성 층(230)의 친수성 물질에 의해 빨아들여진 후 증발을 통해 제거될 수 있다.
도 6은 도 4에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 결합하여 전극 연결 구성을 함께 도시한 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 VII-VII 선을 따라 잘라서 도시한 절단 사시도이다.
도 6을 참조하면, 제1 작업 전극(251)은 제1 기준 전극(261)과 개구(225)의 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루고, 제2 작업 전극(253)은 제2 기준 전극(263)과 개구(225)의 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루어 구성될 수 있다. 마찬가지로, 제3 작업 전극(255)은 제3 기준 전극(265)과 개구(225)의 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루고, 제4 작업 전극(257)은 제4 기준 전극(267)과 개구(225)의 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루어 구성될 수 있다. 이처럼 작업 전극(250)은 기준 전극(260)과 쌍을 이루어 개구(225) 내에 차오른 체액의 임피던스(impedance)를 측정하고, 작업 전극(250)의 다양한 조합에 따라 농도, 유량, 특정 이온의 농도 등 다양한 정보를 센싱할 수 있다. 일례로 제1 작업 전극(251)은 Cl- 이온 선택성 전극이 되고, 제2 작업 전극(253)은 Na+ 이온 선택성 전극이 되며, 제3 작업 전극(255)은 K+ 이온 선택성 전극이 될 수 있다. 또한 제4 작업 전극(257)은 또다른 작업 전극(working electrode, WE)이 될 수 있다.
개구 형성층(220)의 개구(225) 내벽면에 패터닝된 제1 작업 전극(251), 제2 작업 전극(253), 제3 작업 전극(255), 및 제4 작업 전극(257)은 개구 형성층(220)의 제1 면(221)에서 일 방향으로 연장되어 형성된 인터커넥션 전극(251c, 253c, 255c, 257c)에 각각 연결될 수 있다. 또한 제1 기준 전극(261), 제2 기준 전극(263), 제3 기준 전극(265) 및 제4 기준 전극(267)은 개구 형성층(220)의 제1 면(221)에서 일 방향으로 연장되어 형성된 인터커넥션 전극(261c, 263c, 265c, 267c)에 각각 연결될 수 있다. 이러한 인터커넥션 전극(251c, 253c, 255c, 257c, 261c, 263c, 265c, 267c)은 외부의 감지 회로와 연결되어 구성되면서 제1 작업 전극(251)을 제1 기준 전극(261)과 연결하고, 제2 작업 전극(253)을 제2 기준 전극(263)과 연결하며, 제3 작업 전극(255)을 제3 기준 전극(265)과 연결하고, 제4 작업 전극(257)을 제4 기준 전극(267)과 연결할 수 있다.
도 7을 참조하면, 체액(땀)은 개구(225)의 모서리 부분에서 표면장력에 따른 모세관 현상에 의해 제1 면(221)으로부터 제2 면(222)으로 모서리를 따라 상승할 수 있다. 이 때 상기 각 모서리를 사이에 두고 이웃한 작업 전극들과 기준 전극들에 닿아 체액(땀)의 성분 정보를 센싱할 수 있다. 개구(225)의 횡단면이 사각형으로 이루어지는 경우에는 일례로 네 쌍의 작업 전극들과 기준 전극들을 선택 및 조합하여 특정 이온의 농도를 선택적으로 측정할 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 평면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 땀 센서 패치(310)는 도 4에 도시한 땀 센서 패치와 마찬가지로 두께방향으로 관통된 개구(325)를 포함하는 개구 형성층(320)과, 개구(325)의 내벽면에 형성된 전극 층(350, 360)을 포함한다. 개구 형성층(320)에는 다공성 층(미도시)이 적층될 수 있으며, 상기 다공성 층은 개구(325)에 대응하도록 관통된 공기 구멍을 가질 수 있다.
본 실시예에서 개구(325)의 횡단면은 육각성(hexagram) 형상으로 이루어질 수 있으며, 따라서 6개의 돌출된 모서리와 6개의 오목한 모서리를 가질 수 있다. 이러한 개구(325)는 피부에 부착되는 면으로부터 외부를 향하는 면으로 갈수록 횡단면의 평면적이 좁아지도록 구성될 수 있다. 이와 같이 모서리를 갖는 개구(325)에 있어서 수집된 체액은 상기 오목한 모서리를 따라 표면장력에 의해 다공성 층까지 이동될 수 있다.
전극 층(350, 360)은 개구(325)의 내벽면에 형성되어 땀 성분을 감지할 수 있다. 전극 층(350, 360)은 작업 전극(350) 및 이와 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극(360)을 포함할 수 있다. 작업 전극(350)은 제1 작업 전극(351), 제2 작업 전극(352), 제3 작업 전극(353), 제4 작업 전극(354), 제5 작업 전극(355) 및 제6 작업 전극(356)을 포함할 수 있다. 기준 전극(360)은 제1 기준 전극(361), 제2 기준 전극(362), 제3 기준 전극(363), 제4 기준 전극(364), 제5 기준 전극(365) 및 제6 기준 전극(366)을 포함할 수 있다.
제1 작업 전극(351)은 제1 기준 전극(361)과 개구(325)의 한 오목한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루고, 제2 작업 전극(352)은 제2 기준 전극(362)과 개구(325)의 다른 한 오목한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루어 구성될 수 있다. 또한, 제3 작업 전극(353)은 제3 기준 전극(363)과 개구(325)의 또 다른 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루고, 제4 작업 전극(354)은 제4 기준 전극(364)과 개구(325)의 또 다른 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루어 구성될 수 있다. 마찬가지로, 제5 작업 전극(355)은 제5 기준 전극(365)과 개구(325)의 또 다른 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루고, 제6 작업 전극(356)은 제6 기준 전극(366)과 개구(325)의 또 다른 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되며 쌍을 이루어 구성될 수 있다.
이처럼 작업 전극(350)은 기준 전극(360)과 쌍을 이루어 개구(325) 내에 차오른 체액의 임피던스(impedance)를 측정하고, 작업 전극(350)의 다양한 조합에 따라 농도, 유량, 특정 이온의 농도 등 다양한 정보를 센싱할 수 있다. 각 쌍의 전극에 특정 이온의 농도를 선택적으로 측정하는 이온 선택성 전극을 적용함으로써 센싱 가능한 정보의 종류를 추가할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 땀 센서 패치(410)는 도 4에 도시한 땀 센서 패치와 마찬가지로 두께방향으로 관통된 개구(225)를 포함하는 개구 형성층(220), 그리고 개구(225)의 내벽면에 형성된 전극 층(250, 260)을 포함한다. 본 실시예에서는 개구 형성층(220)에 채널 형성층(430)이 적층되고, 채널 형성층(430)은 개구 형성층(220)의 평면 방향으로 연장된 공기 채널(431, 432)을 포함할 수 있다.
일례로 채널 형성층(430)은 친수성 물질인 하이드로젤(hydrogel) 또는 흡습성 물질로 이루어지거나, 친수성 물질을 포함하는 다공성 층을 포함할 수 있다.
개구 형성층(220)은 서로 반대 방향을 향하는 제1 면(221)과 제2 면(222)을 가지며, 개구(225)는 제1 면(221)으로부터 제2 면(222)까지 두께방향으로 관통될 수 있다. 본 실시예에서 개구 형성층(220)의 두께 방향에 수직한 평면으로 자른 개구(225)의 횡단면은 모서리를 갖는 다각형으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 모서리를 갖는 개구(225)에 있어서 수집된 체액은 상기 모서리를 따라 표면장력에 의해 채널 형성층(430)까지 이동될 수 있다.
전극 층(250, 260)은 개구(225)의 내벽면에 형성되어 땀 성분을 감지할 수 있다. 전극 층(250, 260)은 작업 전극(250) 및 이와 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극(260)을 포함할 수 있다. 전극 층(250, 260)은 개구(225)의 내벽면에 형성되며, 제1 면(221)으로부터 제2 면(222)까지 연장될 수 있다. 이처럼 작업 전극(250)은 기준 전극(260)과 쌍을 이루어 개구(225) 내에 차오른 체액의 임피던스(impedance)를 측정하고, 작업 전극(250)의 다양한 조합에 따라 농도, 유량, 특정 이온의 농도 등 다양한 정보를 센싱할 수 있다.
개구 형성층(220), 전극 층(250, 260)의 보다 상세한 구조는 도 4에 도시한 실시예의 땀 센서 패치와 마찬가지로 이루어질 수 있으므로 여기서 상세한 설명의 반복은 생략한다.
도 10은 도 9에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 평면도이고, 도 11은 도 10에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 XI-XI 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이며, 도 12는 도 10에 도시한 땀 센서 패치의 단위 구조를 XII-XII 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 채널 형성층(430)은 개구 형성층(220)의 제2 면(222)에 적층되며, 개구(225)를 덮도록 형성될 수 있다. 채널 형성층(430)에 형성되는 공기 채널(431, 432)은 개구 형성층(220)에 형성된 개구(225)를 지나도록 구성될 수 있으며, 평면 상에서 개구(225)를 중심으로 적어도 사방으로 연장될 수 있다. 따라서 공기 채널(431, 432)은 개구 형성층(220)의 제2 면(222)과 채널 형성층(430) 사이에 공간을 형성하며, 개구(225)와 연통하도록 구성될 수 있다. 또한 공기 채널(431, 432)은 땀 센서 패치(410)의 가장자리, 즉 채널 형성층(430)의 가장자리까지 연장되어 외측으로 단부가 개방된(open-end) 구조로 이루어질 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 개구(225)에서 수집되어 배출되는 체액이 채널 형성층(430)의 공기 채널(431, 432) 내부의 벽면을 따라 이동하면서 동시에 친수성 또는 흡습성 물질로 이루어진 채널 형성층(430)의 내부로도 흡수될 수 있다. 따라서 채널 형성층(430)의 공기 채널(431, 432)을 통해 외부 공기가 유입되는 공기 통로와 체액이 이동하는 체액 통로가 분리된 형태로 동시에 구현될 수 있다. 결과적으로, 채널 내부가 소수성 물질로 이루어진 경우에 비하여 채널 내의 체액이 더욱 빨리 용이하게 제거될 수 있다. 여기서 친수성/흡습성 물질의 흡수속도가 빠르면 흡수를 통해 체액이 제거되는 메커니즘이 우세하며, 흡수속도가 느리면 채널을 따라 체액이 흐르면서 천천히 흡수되는 메커니즘이 우세할 수 있다.
도 13은 도 9에 도시한 실시예의 다른 변형예를 도시한 단면도로서, 도 11을 얻은 절단선과 마찬가지 위치의 절단선을 따라 잘라서 취한 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 변형예에 따른 땀 센서 패치(410')는 도 9에 도시한 땀 센서 패치(410)를 기본 구조로 하되, 채널 형성층(430')에서 개구(225)에 대응하는 위치에 형성된 필러(435)를 더 포함할 수 있다. 필러(435)는 채널 형성층(430')이 개구 형성층(220)과 대향하는 면으로부터 개구(225)를 향해 개구 형성층(220)의 두께 방향으로 연장될 수 있다. 필러(435)는 단부가 개구(225) 내로 일부 수용될 수 있을 만큼 연장되는 높이를 가질 수 있다. 또한 필러(435)는 상기 단부가 뾰족한 형태를 갖도록 원뿔 또는 다각뿔(삼각뿔, 사각뿔 등)로 이루어질 수 있으며, 채널 형성층(430')과 동일한 소재로 이루어질 수 있다. 다른 예로 필러(435)는 원기둥, 원뿔대, 역원뿔대, 다각기둥, 다각뿔대, 역다각뿔대의 형상을 가지도록 형성될 수도 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 땀 센서 패치의 단위 구조를 도시한 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 땀 센서 패치(112)는 도 2에 도시한 땀 센서 패치(110)에서의 다공성 필러(140)보다 더 짧은 다공성 필러(132)를 포함한다. 본 실시예에서 다공성 필러(132)는 다공성 층(130)에 연결되어 지지되며, 다공성 층(130)으로부터 개구 형성층(120)의 두께 방향으로 연장되어 개구(125) 내로 그 단부가 일부 수용되고, 개구 형성층(120)의 제1 면(121)으로부터는 이격되어 위치할 수 있다. 이 때, 다공성 필러(132)는 친수성을 갖는 다공성 층(130)의 연장이 될 수 있으며, 따라서 다공성 필러(132)는 친수성 물질을 포함할 수 있다.
이하에서는 예시적인 실시예를 통해 땀 센서 패치를 제작하고, 이렇게 제작된 땀 센서 패치를 이용하여 sweat clearance 특성을 평가한 결과를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로 한정되는 의도는 아님을 밝혀 둔다.
(땀 센서 패치의 제작)
실시예 1. 다공성 층(CNT-PDMS sponge)을 갖는 땀 센서 패치
PDMS와 경화제를 10:1 비율로 섞은 용액에 각설탕을 담근 채로 진공펌프에 넣어 흡수시킨 후 65도 오븐에서 2시간 동안 구워낸 다음, 온수로 설탕을 녹여낸 후 건조시켜 PDMS 스펀지를 제작하였다. 이렇게 만들어진 PDMS 스펀지를 CNT 분산 용액에 담근 후 건조시켜 CNT-PDMS 스펀지(다공성 층)를 제조하였다(도 15 참조).
아가로스 수용액을 마이크로웨이브(microwave)로 녹이고 이를 Sweat VIA 가 형성된 패턴을 포함한 아크릴 몰드에 부은 후 상온에서 2시간 동안 경화시킨 다음 몰드로부터 경화된 층을 떼어내 아가로스젤 몰드를 제조하였다. 경화된 아가로스젤 몰드에 전극 형태의 스크린 마스크를 덮은 후, AgNW와 CNT 용액을 분사해 전극을 형성하였다. 스크린 마스크를 제거한 후 PDMS와 경화제의 혼합액을 부어 오븐에서 전극이 형성된 아가로스젤 몰드를 경화시킨 후 떼어내 Sweat VIA (개구 형성층)를 제조하였다(도 16 참조).
그리고 상기 sweat VIA (높이 1mm)에 PDMS를 바르고 열을 가해 CNT-PDMS 스펀지를 부착함으로써 땀 센서 패치 소자를 제작하였다.
실시예 2. Open-end 채널을 갖는 하이드로젤 층 (채널 형성층)을 포함한 땀 센서 패치
아가로스 (Bioline社) 수용액을 5 w/v% 농도로 준비하여 마이크로웨이브로 녹인 다음, 채널 형성을 위한 패턴을 포함한 아크릴 몰드(acryl mold)에 부어 상온에서 2시간 동안 경화시켰다. 그리고나서 몰드로부터 경화된 층을 떼어내 Open-end 채널을 갖는 하이드로젤 층을 제조하였다.
상기 실시예 1에서 제조된 sweat VIA (높이 0.5 mm)에 PDMS를 바르고 열을 가해 상기 제조한 Open-end 채널을 갖는 하이드로젤 층(채널 형성층)을 부착함으로써 땀 센서 패치를 제작하였다.
평가예
1. 실시예 1의 sweat clearance 특성 평가
실시예 1에서 제작된 땀 센서 패치에 대하여 sweat clearance 특성을 평가하였다. Sweat VIA 내부에 여러 농도(2.4-93mM)의 NaCl 용액을 syringe pump를 통해 주입 속도(0.5-10μL/min)를 변화시키면서 sweat VIA의 임피던스를 측정하였다. 측정 결과를 도 17에 나타냈다. 도 17의 (a) 및 (b)는 유량 변화에 따른 sweat clearance 특성, (c)는 이온 농도 변화에 따른 sweat clearance 특성을 평가하여 나타낸 그래프이다. 도 17에 나타난 바와 같이 외부의 개입 없이도 특정 부피까지 용액이 채워지면서 임피던스가 점점 낮아지다가 sweat clearance가 일어나면서 임피던스가 급격히 올라가는 것을 볼 수 있으며 다시 용액이 채워지면서 임피던스가 점점 낮아지고 clearance 후 임피던스가 높아지는 사이클이 반복되는 것을 볼 수 있다. 이를 통해, sweat clearance가 용이하게 잘 일어남을 확인할 수 있다.
2. 실시예 2의 sweat clearance 특성 평가
실시예 2에서 제작된 땀 센서 패치에 대하여 sweat clearance 특성을 평가하였다. Sweat VIA 내부에 100 mM NaCl 용액을 syringe pump를 통해 2 μL/min 속도로 주입하면서 sweat VIA의 임피던스를 측정하였다. 측정 결과를 도 18에 나타냈다. 도 18에 나타난 바와 같이 특정 부피까지 용액이 채워지면서 임피던스가 점점 낮아지다가 sweat clearance가 일어나면서 임피던스가 급격히 올라가는 것을 볼 수 있으며 다시 용액이 채워지면서 임피던스가 점점 낮아지고 clearance 후 임피던스가 높아지는 사이클이 반복되는 것을 볼 수 있다. 이를 통해, sweat clearance가 용이하게 잘 일어남을 확인할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
110, 210, 310, 410: 땀 센서 패치
120, 220, 320: 개구 형성층
121, 221: 제1 면
122, 222: 제2 면
125, 225, 325: 개구
130, 230: 다공성 층
140: 다공성 필러
150, 160, 250, 260, 350, 360: 전극 층
151, 251, 351: 제1 작업 전극
153, 253, 352: 제2 작업 전극
161, 261: 제1 기준 전극
163, 263: 제2 기준 전극
235: 공기 구멍
255, 353: 제3 작업 전극
257, 354: 제4 작업 전극
265: 제3 기준 전극
267: 제4 기준 전극
430: 채널 형성층
431, 432: 공기 채널
120, 220, 320: 개구 형성층
121, 221: 제1 면
122, 222: 제2 면
125, 225, 325: 개구
130, 230: 다공성 층
140: 다공성 필러
150, 160, 250, 260, 350, 360: 전극 층
151, 251, 351: 제1 작업 전극
153, 253, 352: 제2 작업 전극
161, 261: 제1 기준 전극
163, 263: 제2 기준 전극
235: 공기 구멍
255, 353: 제3 작업 전극
257, 354: 제4 작업 전극
265: 제3 기준 전극
267: 제4 기준 전극
430: 채널 형성층
431, 432: 공기 채널
Claims (22)
- 사용자의 피부에 부착되어 사용되는 땀 센서 패치로서,
서로 반대 방향을 향하는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 두께방향으로 관통된 개구를 포함하는 개구 형성층;
상기 개구의 내벽면에 형성되는 전극 층;
상기 개구 형성층의 제2 면에 적층되어 상기 개구를 덮도록 형성된 다공성 층; 및
상기 개구 내에서 상기 개구 형성층의 두께 방향으로 연장되고 상기 다공성 층과 연결된 다공성 필러(pillar)
를 포함하는 땀 센서 패치. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 층은 친수성 물질을 포함하는, 땀 센서 패치. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 필러는 소수성 물질을 포함하는, 땀 센서 패치. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 필러는 상기 개구의 내벽면으로부터 이격되어 위치하는, 땀 센서 패치. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 필러는 상기 다공성 층에 고정되어 지지된, 땀 센서 패치. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 필러는 상기 개구 형성층의 제1 면으로부터 상기 다공성 층을 관통하도록 연장된, 땀 센서 패치. - 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 필러는 상기 개구 형성층의 제1 면으로부터 이격되어 일 단부가 상기 개구 내에 위치하는, 땀 센서 패치. - 제 7 항에 있어서,
상기 다공성 층과 상기 다공성 필러는 친수성 물질을 포함하는, 땀 센서 패치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극 층은 작업 전극, 및 상기 작업 전극과 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극(reference electrode)을 포함하는, 땀 센서 패치. - 사용자의 피부에 부착되어 사용되는 땀 센서 패치로서,
서로 반대 방향을 향하는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 두께 방향으로 관통된 개구를 포함하는 개구 형성층;
상기 개구의 내벽면에 형성되는 전극 층; 및
상기 개구 형성층의 제2 면에 적층되며, 상기 개구에 대응하도록 관통된 공기 구멍을 갖는 다공성 층
을 포함하는 땀 센서 패치. - 제 10 항에 있어서,
상기 다공성 층은 친수성 물질을 포함하는, 땀 센서 패치. - 제 10 항에 있어서,
상기 다공성 층의 공기 구멍의 평면적은 상기 개구 형성층의 개구의 최소 평면적보다 더 작게 형성된, 땀 센서 패치. - 제 10 항에 있어서,
상기 개구 형성층의 두께 방향에 수직한 평면으로 자른 상기 개구의 횡단면은 모서리를 갖는 다각형으로 이루어지는, 땀 센서 패치. - 제 13 항에 있어서,
상기 개구의 횡단면은 사각형 또는 육각성(hexagram) 형상 중 하나를 갖도록 형성된, 땀 센서 패치. - 제 13 항에 있어서,
상기 전극 층은 작업 전극, 및 상기 작업 전극과 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극(reference electrode)을 포함하고,
상기 작업 전극은 상기 기준 전극과 상기 개구의 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되어 쌍을 이루도록 구성된, 땀 센서 패치. - 사용자의 피부에 부착되어 사용되는 땀 센서 패치로서,
서로 반대 방향을 향하는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면으로부터 상기 제2 면까지 두께 방향으로 관통된 개구를 포함하는 개구 형성층;
상기 개구의 내벽면에 형성되는 전극 층; 및
상기 개구 형성층의 제2 면에 적층되고, 상기 개구와 연통하도록 지나며 상기 개구 형성층의 평면 방향으로 연장된 공기 채널을 포함하는 채널 형성층
을 포함하는 땀 센서 패치. - 제 16 항에 있어서,
상기 공기 채널은 상기 개구 형성층의 평면 방향으로 상기 개구를 중심으로 적어도 사방으로 연장된, 땀 센서 패치. - 제 16 항에 있어서,
상기 공기 채널은 상기 개구 형성층의 제2 면과 상기 채널 형성층 사이에 공간을 형성하도록 구성된, 땀 센서 패치. - 제 16 항에 있어서,
상기 채널 형성층은 상기 개구에 대응하는 위치에서 상기 개구 형성층과 대향하는 면으로부터 상기 채널 형성층의 두께 방향으로 연장되는 필러를 더 포함하는, 땀 센서 패치. - 제 16 항에 있어서,
상기 채널 형성층은 친수성 물질, 흡습성 물질 또는 하이드로젤(hydrogel)을 포함하는, 땀 센서 패치. - 제 16 항에 있어서,
상기 개구 형성층의 두께 방향에 수직한 평면으로 자른 상기 개구의 횡단면은 모서리를 갖는 다각형으로 이루어지는, 땀 센서 패치. - 제 16 항에 있어서,
상기 전극 층은 작업 전극, 및 상기 작업 전극과 쌍을 이루어 서로 전기적으로 연결되는 기준 전극을 포함하고,
상기 작업 전극은 상기 기준 전극과 상기 개구의 한 모서리를 사이에 두고 이웃하도록 배치되어 쌍을 이루도록 구성된, 땀 센서 패치.
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