WO2019132107A1 - 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템 - Google Patents

염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2019132107A1
WO2019132107A1 PCT/KR2018/001468 KR2018001468W WO2019132107A1 WO 2019132107 A1 WO2019132107 A1 WO 2019132107A1 KR 2018001468 W KR2018001468 W KR 2018001468W WO 2019132107 A1 WO2019132107 A1 WO 2019132107A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nutrients
unit
nutrient
drugs
bio
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/001468
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2019132107A9 (ko
Inventor
정남조
최지연
김한기
양승철
황교식
한지형
남주연
좌은진
박순철
서용석
장문석
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020180012895A external-priority patent/KR102141683B1/ko
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to US16/651,605 priority Critical patent/US11684762B2/en
Publication of WO2019132107A1 publication Critical patent/WO2019132107A1/ko
Publication of WO2019132107A9 publication Critical patent/WO2019132107A9/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M37/00—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/20—Applying electric currents by contact electrodes continuous direct currents
    • A61N1/30—Apparatus for iontophoresis, i.e. transfer of media in ionic state by an electromotoric force into the body, or cataphoresis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof

Definitions

  • the present invention relates to a real-time monitoring and / or nutrient delivery system for an energy-standing bio-signal based on salinity differential power generation.
  • the present invention seeks to provide an energy-independent nutrient delivery system based on salinity generation.
  • the present invention also provides a system capable of real-time monitoring of energy-independent bio-signals based on salinity generation.
  • the present invention also provides a system capable of real-time monitoring of energy-independent bio-signal based on salinity generation and nutrient delivery.
  • a system capable of real-time monitoring and / or nutrient delivery of an energy-independent bio-signal based on saline differential power generation generates electricity using nutrients and / or drug solutions and provides diluted nutrients and / And a skin contact portion interposed between the lower portion of the diluted nutrients and / or drug solution discharge portion and the skin to deliver the diluted nutrients and / or the drug solution.
  • the system capable of real-time monitoring and / or nutrient delivery of an energy-standing bio-signal based on the saline differential power generation includes a power unit configured by a reverse electrodialysis apparatus and a bio- And a measurement unit.
  • a system capable of real-time monitoring and / or nutrient delivery of an energy-independent bio-signal based on salinity differential power generation is a system for generating electricity using nutrients and / or drug solution,
  • a nutrient and / or drug delivery module comprising a dialyzer and an electric power generating and nutrient and / or drug delivery module inserted into the electrical production and nutrient and / or drug delivery module,
  • a bio-signal measuring unit for measuring the bio-signal.
  • the system capable of real-time monitoring and / or nutrient delivery of the energy-standing bio-signal based on the saline differential power generation can achieve the energy independence by using the salinity power generation. It is possible to simultaneously measure the biological signals and / or absorb the useful substance. In addition, it is easy to manufacture in a flexible form, so that a wearable type monitoring and nutrient delivery system can be implemented.
  • FIG. 1 is a perspective view of a patch before a system capable of real-time monitoring of an energy-standing bio-signal and nutrient delivery based on a saline differential power generation according to an embodiment is attached to the skin.
  • FIG. 2 is a plan view of a patch before a system capable of real-time monitoring and nutrient delivery of an energy-standing bio-signal based on a saline differential power generation according to an embodiment is attached to the skin.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a system capable of real-time monitoring and nutrient delivery of an energy-standing bio-signal based on a saline differential power generation according to an embodiment of the present invention, in which an adhesive pad is removed and attached to the skin.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the electrical production and nutrients and / or drug delivery module prior to attachment of the bio-signal measurement sensor part.
  • FIG. 5 shows a top view of the electrical production and nutrients and / or drug delivery module prior to attachment of the bio-signal measurement sensor part.
  • FIG. 6 is a schematic view of a bio-signal measurement sensor part detached and attached to an electricity production and nutrient and / or drug delivery module.
  • FIG. 7 is a partially exploded perspective view of a first electrical production and nutrient and / or drug delivery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating an electrode layer of a first reverse electrodialyser according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a first reverse electrodialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a unit cell of a first reverse electrodialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of an ion exchange membrane used in a reverse electrodialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic view showing the patterned result after the useful material is mixed with the porous material.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of a second electrical production and nutrient and / or drug delivery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a second reverse electrodialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a perspective view of a patch before a system capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and transmitting nutrients according to another embodiment of the present invention is attached to the skin.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a system capable of real-time monitoring and nutrient delivery of an energy-standing bio-signal according to another embodiment of the present invention, in which the adhesive pad is removed and attached to the skin.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of a system capable of real-time monitoring of energy-bearing type living body signal and nutrient delivery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view of a patch before real-time monitoring and nutrient delivery of an energy-energy-activated bio-signal according to another embodiment of the present invention is attached to the skin.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of a system capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and transmission of nutrients according to another embodiment of the present invention, in which adhesive pads are removed and attached to skin.
  • 20 is an exploded perspective view of a system capable of real-time monitoring of energy-standing type living body signal and nutrient delivery according to another embodiment of the present invention.
  • 21 shows a cross section of an iontophoresis module for nutrient delivery according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is an exploded perspective view of an iontophoresis module for nutrient delivery according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 shows a cross section of an iontophoresis module for nutrient delivery according to another embodiment of the present invention.
  • 25 is a graph showing the results of riboflavin release test.
  • 26 is a graph showing the results of ascorbic acid emission test.
  • 27 is an OCV graph measured after applying vitamin.
  • 29 is a graph showing the relationship between current density and output when vitamin is applied.
  • FIG. 30 is an image showing that the sensor can be powered by a general RED stack using a vitamin.
  • FIG. 31 is an image showing the degree of inclusion of ascorbic acid in the low concentration side recovered solution discharged through the reverse electrodialysis salt generation.
  • " ... ", " module " means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or in a combination of hardware and software .
  • FIGS. 1 and 2 show a perspective view and a plan view of a patch 1P before real-time monitoring of energy-consuming bio-signals and a nutrient delivery system 1 are attached to skin, respectively.
  • FIG. 3 is a cross- FIG. 2 is a cross-sectional view of a system 1 capable of real-time monitoring of biological signals and nutrient delivery and attached to the skin 10 using the adhesive pad 20.
  • FIG. 3 is a cross- FIG. 2 is a cross-sectional view of a system 1 capable of real-time monitoring of biological signals and nutrient delivery and attached to the skin 10 using the adhesive pad 20.
  • the patch 1P is stored or stored on the adhesive pad 20 in a form in which a system 1 capable of real-time monitoring of an energy-free living body signal and nutrient delivery is attached.
  • a system (1) capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and nutrient delivery can further include a removable pad (not shown) immediately before use.
  • the system 1 comprises a first electrical production and nutrient and / or drug delivery module 100 and a second electrical production and nutrients and / or a second electrical production unit for supplying useful material to the skin 10, A drug delivery module 200, and a bio-signal measurement sensor unit 300 for real-time monitoring of a biological signal, and a central control unit 600.
  • the first electrical production and nutrient and / or drug delivery module 100 and the second electrical production and nutrient and / or drug delivery module 200 are connected to the bio-signal measurement sensor unit (not shown) through respective external input terminals 110 and 210 300 are electrically connected to external input terminals 311, 312.
  • the central control unit 600 is electrically connected to the bio-signal measurement sensor unit 300 and the first and second electricity production and nutrients and / or drug delivery modules 100 and 200, The first and second electric production and nutrients and / or drug delivery modules 100 and 200, the driving of the bio-signal measurement sensor unit 300, And can communicate with the portable control device 650 of the mobile communication terminal.
  • the central control unit 600 can analyze the state of the living body according to the signal received from the sensor unit 300. In particular, it can be an artificial intelligence-based central control device that analyzes big data of biological signals based on artificial intelligence (AI) and reapplies them to the control.
  • AI artificial intelligence
  • the central control unit 600 can communicate with the portable controller 650 of the user of the analyzed and monitored bio-signals.
  • the epidermis 10A and dermis 10B (D +, D-, ND), which are delivered through the membrane (e.g. D + represents negatively charged nutrients and / or drugs, D - negatively charged nutrients and / or drugs, ND represents neutral charge nutrients and / or drugs, respectively.
  • D + represents negatively charged nutrients and / or drugs
  • ND represents neutral charge nutrients and / or drugs, respectively.
  • - and + represent the counter ions of D + and D-.
  • FIG. 4 and 5 show a perspective view and a plan view of the electrical production and nutrient and / or drug delivery module before attachment of the bio-signal measurement sensor unit 300
  • Fig. 6 shows a perspective view and a plan view of the nutrition and / A bio-signal measurement sensor unit 300 designed to be usable as a bio-signal measurement unit.
  • the electricity production and nutrient and / or drug delivery module includes external terminals 110 and 210 and a first electricity production and nutrient and / or transfer module 100 and a second electricity production and nutrient and / And / or a space S between which the bio-signal measurement sensor unit 300 can be detached and attached between the drug delivery module 200.
  • the living body signal measurement sensor unit 300 shown in FIG. 6 can be detachably attached to the attachment / detachment space S in such a manner that the living body signal measurement sensor unit 300 is inserted.
  • the insertion form of the sensor part 300 is not limited to the first electric production and nutrient and / or drug delivery module 100 and the second electric production and nutrients and / And may be modified into various forms according to the structure of the module 200.
  • the bio-signal measurement sensor unit 300 may be permanently reused, unlike the electricity production and nutrients and / or drug delivery modules.
  • the bio-signal measurement sensor unit 300 includes a current collector 310 and a sensor array 320 for receiving power from the electricity production and nutrients and / or drug delivery module.
  • the sensor array 320 amplifies and digitally converts the measurement signals of the bio-signal measurement sensor 324 and the sensor 324 onto the substrate 322.
  • the sensor 324 is connected to the external connection terminals 311 and 312, And a wireless communication unit 328 for processing and transmitting the digitally converted bio-signal according to the wireless communication standard.
  • the substrate 322 is formed of a flexible substrate (e.g., FPCB), it can be realized as a wearable system.
  • all parts of the sensor can be fabricated in a thin film pattern.
  • the sensor 324 may be any sensor suitable for sensing a living body signal that requires measurement in contact with the skin, such as a heart rate sensor, a body temperature sensor, a muscle micro-movement sensor, a skin moisture sensor using sweat discharged, an electrolyte concentration sensor, Can be used.
  • a heart rate sensor a body temperature sensor
  • a muscle micro-movement sensor a skin moisture sensor using sweat discharged
  • an electrolyte concentration sensor Can be used.
  • the signal processing unit 326 may include a current-voltage conversion unit, an amplification unit, a filter unit, and an analog-digital conversion unit.
  • the wireless communication unit 328 may be implemented in a short-range wireless communication standard such as Bluetooth, ZigBee, UWB (Ultra Wide Band), or IEEE 802.11 wireless communication standard. Data provided from the signal processing unit 326 To the central control device (refer to 600 in FIG. 3).
  • FIG. 7 is a partially exploded perspective view of a first electrical production and nutrient and / or drug delivery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating an electrode layer of a first reverse electrodialyser according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a first reverse electrodialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is an exploded perspective view of a unit cell of a first reverse electrodialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a perspective view of a cation exchange membrane and an anion exchange membrane used in a reverse electrodialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 12 is a schematic view showing the patterned result after the useful material is mixed with the porous material.
  • the first electricity production and nutrient and / or drug delivery module 100 includes a first reverse electrodialysis unit 120 and a skin contact delivery unit 120 under the first reverse electrodialysis unit 120, (150) and an upper protection and water supply (160).
  • the lower skin contact transmission part 150 and the upper protection and water supply part 160 include biocompatible materials in the form of gauze, hydrogel film, parafilm and nonwoven fabric.
  • the ionic nutrients and / or drugs contained in each unit cell 1110 of the first reverse electrodialysis unit 120 act as high-concentration electrolytes, and electricity is generated in the first reverse electrodialysis unit 120
  • water, nutrients and / or mixed water of the drug are discharged.
  • the mixed water of the discharged water and the nutrients and / or the medicines is directly transferred to the skin 10 through the lower skin-contact transmitting part 150.
  • the voltage applied to the skin layer in the first reverse electrodialysis unit 120 may vary depending on the electrode configuration of the first reverse electrodialysis unit. For example, when the voltage is positive, It is possible to more effectively deliver the drug deep into the skin 10 when the attached drug is positively charged in the aqueous solution.
  • the skin contact delivery portion may further include nutrients and / or drugs that are unsuitable for use as high-concentration electrolytes of the first reverse electrodialysis device 120 but need to be delivered to the skin layer, and such nutrients and /
  • the drug may be supplied to the skin 10 together with the water discharged through the first reverse electrodialysis unit 120 and a mixed water of nutrients and / or drugs.
  • the first reverse electrodialyser 120 includes a first electrode pattern 1010 formed on the pad support 1000 and a second electrode pattern 1210 formed on the pad support 1200 And a plurality of unit cells 1100 of the first reverse electrodialyser 120 are connected to the first reverse electrodialysis unit 120.
  • the surface properties of the pad supports 1000 and 1200 may be hydrophilic, hydrophobic, or a combination of hydrophilic and hydrophobic to maximize the structure of the electrode and the effect of the electrical production.
  • FIG. 9 illustrates the case where the unit cells 1100 are connected in series, it is needless to say that the first and second electrode patterns 1010 and 1210 of FIG. 8 may be modified and connected in parallel.
  • a reverse electrodialysis pad using one unit cell may be configured to control the amount of nutrients or drugs supplied and the amount of power produced.
  • the first and second electrode patterns 1010 and 1210 may be formed in a thin film pattern by various methods such as 3D printing, screen printing, and casting.
  • the configurations of FIGS. 8 and 9 are only examples of the present invention, and the configuration of the electrode and the unit cell consider the stability of the original operation of the water supply from the upper protection and water supply unit 160 and the power generation It can be applied to various forms.
  • FIG. 8 and 9 are only examples of the present invention, and the configuration of the electrode and the unit cell consider the stability of the original operation of the water supply from the upper protection and water supply unit 160 and the power generation It can be applied to various forms.
  • FIG. 8 and 9 are only examples of the present invention, and
  • reference numeral 1212 denotes a terminal for applying a polarity (for example, a positive polarity) to the lower skin contact transfer unit 150.
  • a polarity for example, a positive polarity
  • the unit cells 1100 of the first inverse electrodialyser 120 include a cell stack in which cation exchange membranes 1020 and anion exchange membranes 1030 are alternately arranged, electrodes arranged at both ends of the cell stack Oxidation electrode and reduction electrode) 1010 and 1210, respectively.
  • a gasket 1050 is disposed between the membranes and between the membrane and the electrode to prevent water and nutrients in the unit cell 1100 from leaking to the outside.
  • the gasket 1050 may be formed of paraffin, tape, non-woven fabric, adhesive or the like in order to enable effective sealing and to flexibly implement the unit cell 110, and may be an integral structure with the ion exchange membrane.
  • a channel structure is provided between the cation exchange membrane 1020 and the anion exchange membrane 1030 to provide a flow path of fresh water (e.g., water) and maintain the distance between the cation exchange membrane 1020 and the anion exchange membrane 1030 .
  • the flow path structure provided may be a spacer 1040 or a direct patterned channel structure.
  • the ion exchange membranes 1020 and 1030, the gasket 1050, the channel structure (e.g., spacer) 1040 and the like constituting the unit cell may be a biocompatible material.
  • the left and right arrows in FIG. 10 indicate the supply of water, and the solid line indicates ionic nutrients and / or drug and water movement through the ion exchange membranes 1020 and 1030.
  • the dotted line indicates the number of water and nutrients and / or drug mixture discharged through the unit cell 1100 of the first inverse electrodialysis unit 120.
  • a porous pattern 1060 containing nutrients may be formed on the surface of the ion exchange membrane 1020.
  • the porous pattern 1060 is present in the porous region in the porous material layer 1062 with dispersed nutrients 32A and 32B.
  • the porous material layer 1062 can be any material that can provide pore sizes that can be present with the nutrients and / or drugs 32A, 32B inserted, such as hydrogel, carbon porous material, porous polymer, porous ceramic, porous metal, or porous silica Any material can be applied.
  • the porous polymer may include natural polymers such as chitosan, alginic acid, collagen, and hyaluronic acid. More preferably, it is a material which can provide flexibility and biocompatibility.
  • the porous material can be a key part that can serve as a pump in a micro-salt power generation technology.
  • the pore size of the porous material is controlled such that the amount of the inserted nutrients and / or drugs 32A, 32B is discharged in contact with the water supplied from the upper protection and water supply unit 160
  • the ion exchange membrane 1020 can be used as an ion exchange membrane, This means that the amount of power produced can be kept constant in terms of miniaturized or miniaturized salinity generation technology, which not only provides stable supply of nutrients and / or drugs to the skin, but also keeps the sensor drive and signal transmission stable Can play a role.
  • the nutrients and / or drugs 32A and 32B may be selected from the group consisting of vitamins, nutrient solutions, skin regeneration agents, heart regulating drugs, body temperature regulators, antiinflammatory agents, blood pressure regulating drugs, bone regeneration agents, , Ionized nutrients, or complexes thereof, and the like.
  • the bio-signal measured by the bio-signal measurement sensor unit 300 is related to a disease, the bio-signal may include a drug.
  • the bio-signal measured by the bio-signal measurement sensor unit 300 is a heartbeat, it may be a pacemaker drug.
  • body temperature it may be a body temperature regulator such as a fever.
  • hypertension It can be an elevator.
  • the porous pattern 1060 including nutrients and / or drugs can be formed into a thin film and various shapes of patterns by various methods such as 3D printing, screen printing, casting, etc., of a porous material and a mixture of nutrients and / or drugs.
  • the porous pattern 1060 may be formed not only on the cation exchange membrane 1020 but also on the anion exchange membrane 1030, and may be formed on both the anion exchange membrane and the anion exchange membrane.
  • the water When water is supplied to the unit cell 1100 of the first reverse electrodialysis unit 120 through the upper protection and water supply unit 160, the water is supplied downward from the upper electrode 1010, Water is supplied from the side surface of the unit cell 100 and water flows along the spacer 1040 according to the unit cells 1100 of the first reverse electrodialysis unit 120.
  • the nutrients 32A and 32B are eluted and discharged from the porous pattern 1060 containing nutrients and / or drugs formed on the adjacent ion exchange membrane 1020 by the flowing water.
  • the nutrients and / or drugs that leach out and flow out function as an electrolyte so that the anions move toward the anion exchange membrane 1030 and the cations move toward the cation exchange membrane 1020, and a potential difference is generated.
  • the upper electrode 1010 may be formed in a pattern capable of providing water flow so that water is supplied downward from the upper electrode 1010.
  • the porous pattern 1060 may include a porous pattern 1060.
  • Nutrients and / or drugs released toward the skin are discharged in a diluted state.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view of a second electricity production and nutrient and / or drug delivery module 200 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view of a second reverse electrodialysis apparatus 220 according to an embodiment of the present invention.
  • the second electrical production and nutrient and / or drug delivery module 200 is identical in basic structure to the first electrical production and nutrient and / or drug delivery module 100 illustrated in FIG. If the external terminal 110 to be exposed to the outside from the first reverse electrodialyser (120 in FIG. 7) and connected to the bio-signal measurement sensor unit 300 is a cathode, the second reverse electrodialyser 220 And the external terminal 210 to be connected to the bio-signal measurement sensor unit 300 may be an anode.
  • another terminal 1222 may be a terminal for applying a polarity (e.g., - polarity) to the lower lower skin contact transfer part 250.
  • a polarity e.g., - polarity
  • FIG. 15 is a perspective view of a patch before a system capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and transmitting nutrients according to another embodiment of the present invention is attached to the skin.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a system capable of real-time monitoring and nutrient delivery of an energy-standing bio-signal according to another embodiment of the present invention, in which the adhesive pad is removed and attached to the skin.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of a system capable of real-time monitoring of energy-bearing type living body signal and nutrient delivery according to another embodiment of the present invention.
  • the patch 2P is stored or stored on the bonding pad 20 in such a manner that a system 2 capable of real-time monitoring of energy-induced living body signal and nutrient delivery is attached.
  • a system (2) capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and transmission of nutrients can also include a pad (not shown) that can be detached immediately before use.
  • the system 2 includes an electrical production unit for supplying electricity for energy self-sustaining and at the same time supplying electric power to the skin 10 to supply electric power to the skin 10, and a bio-signal for the nutrient and / or drug delivery module 2100 and bio- A measurement sensor unit 300, and a central control unit 600.
  • the system 2 capable of real-time monitoring and nutrient delivery of an energy-standing bio-signal includes one electric production and nutrient and / or drug delivery module 2100. Accordingly, only one protection and water supply unit 160 is installed on the top of the electricity generation and nutrient and / or drug delivery module 2100, but the first and second skin contact transmission units 2150A , 2150B.
  • the electricity production and nutrient and / or drug delivery module 2100 is electrically connected to the external input terminals 311 and 312 of the bio-signal measurement sensor unit 300 through the respective external input terminals 2210A and 2210B. Further, the electricity production and nutrient and / or drug delivery module 2100 are connected to the terminals 2152A and 2152B of the first and second skin contact transmitters 2150A and 2150B through respective external input terminals 2212A and 2212B, respectively Voltages of different polarities are applied. Or the amount of nutrients and / or drugs delivered through the epidermis 10A and dermis 10B depending on the magnitude of the current and voltage supplied through the electrical production and nutrient and / or drug delivery module 2100. [
  • FIG. 18 is a perspective view of a patch before real-time monitoring and nutrient delivery of an energy-energy-activated bio-signal according to another embodiment of the present invention is attached to the skin.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of a system capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and transmission of nutrients according to another embodiment of the present invention, in which adhesive pads are removed and attached to skin.
  • 20 is an exploded perspective view of a system capable of real-time monitoring of energy-standing type living body signal and nutrient delivery according to another embodiment of the present invention.
  • the patch 3P is stored or stored on the bonding pad 20 in a form in which a system 3 capable of real-time monitoring of an energy-free living body signal and nutrient delivery is attached.
  • a system (2) capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and transmission of nutrients can also include a pad (not shown) that can be detached immediately before use.
  • the system 3 provides electricity for energy self-sufficiency and at the same time provides electricity to produce nutrients and / or drugs to the skin 10 and bio-signals for nutrient and / or drug delivery module 3100 and bio- A sensor unit 300, and a central control unit 600.
  • the system 3 capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and feeding of nutrients differs from the previous embodiments in that the system 3 is provided with an electric production and nutrients and / And an electrode 3200 for transferring nutrients to the remaining area. And the first and second skin contact transmitters 3150A and 3150B to which voltages of different polarities are respectively applied to the lower portion of the electricity production and nutrient and / or drug delivery module 3100 and the electrode 3200.
  • a protective and water supply 160 is installed above the electricity production and nutrient and / or drug delivery module 3100.
  • the electric production and nutrient and / or drug delivery module 3100 is electrically connected to the external input terminals 311 and 312 of the bio-signal measurement sensor unit 300 through the respective external input terminals 210 and 3222. Also, one of the external input terminals 3222 is connected to the second skin contact transmitting portion 3150B under the electrode 3200 to extend. Or the amount of nutrients and / or drugs delivered through the epidermis 10A and the dermis 10B depending on the magnitude of the current and voltage supplied through the electricity production and nutrients and / or drug delivery module 3100. [
  • Figure 21 shows a cross section of an iontophoresis module 2 'for nutrient delivery according to one embodiment of the present invention.
  • 22 is an exploded perspective view of an iontophoresis module 2 'for nutrient delivery.
  • the iontophoresis module 2 'for nutrient delivery is different from the system 2 capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and nutrient delivery described with reference to Figs. 15 to 17, There is no signal measurement sensor unit (see 300 in FIG. 16). Therefore, terminals (2210A and 2210B in Fig. 17) for power supply to the bio-signal measurement sensor unit (see 300 in Fig. 17) are not present in the back electrodialyser 2120 ', and the adjacent back electrodialysis unit cells 1100 Respectively.
  • the external input terminals 2212A and 2212B of the reverse electrodialyser 2120 'constituting the iontophoresis module 2' for nutrient delivery are provided with first and second skin contact transmitters 2150A and 2150B at the lower portion thereof, And voltages of different polarities are applied to the terminals 2152A and 2152B, respectively.
  • water is supplied to the lower reverse electrodialyser 2120 'when water is supplied through the upper protection and water supply unit 160 after being attached to the skin.
  • water is supplied to the flow path structure (refer to spacer 1040 in FIG. 10) of each unit cell (1100 in FIG. 17) of the reverse electrodialyser 2120 ' 10) of the porous pattern (1060 in Fig. 10) so that the ionic nutrients and / or drugs contained in the porous pattern (1060 in Fig. 10) act as high-concentration electrolytes and electricity is generated in the reverse electrodialyser 2120 '
  • mixed water and nutrients and / or drugs are discharged.
  • the mixed water of the discharged water and the nutrients is directly transferred to the skin 10 through the first and second skin contact transmitters 2150A and 2150B.
  • a negative charge or a neutral charge is applied through the second skin contact transfer part 2150B to which a positive charge or a neutral charge is applied through the first skin contact transfer part 2150A to which a positive voltage is applied, It can be delivered deep into the skin 10.
  • the first and second skin contact transmitters 2150A and 2150B may further include nutrients and / or drugs that are not suitable for use as high-concentration electrolytes of the reverse electrodialyser 2120 'but need to be delivered to the skin layer And the nutrients and / or drugs may be supplied to the skin 10 with water and nutrients and / or a mixture of drugs discharged through the reverse electrodialyser 2120 '.
  • FIG. 23 shows a cross section of an iontophoresis module 3 'for nutrient delivery according to another embodiment of the present invention.
  • the iontophoresis module 3 'for nutrient delivery is different from the system 2 capable of real-time monitoring of energy-bearing bio-signals and transmission of nutrients described with reference to FIGS. 18 to 20, (See 300 in FIG. 18), and the remaining remaining components are substantially the same.
  • the reverse electrodialyser 3120 'of the iontophoresis module 3' for nutrient delivery applies voltages of different polarities to the first and second skin contact transmitters 3150A and 3150B at the bottom . Accordingly, as illustrated in FIG. 23, water is supplied to the lower reverse electrodialyser 3120 'when water is supplied through the upper protection and water supply unit 160 after being attached to the skin. When water is supplied, water is supplied to the flow path structure of each unit cell of the reverse electrodialyser 3120 '(see spacer 1040 in FIG. 10) to form a porous pattern on the surface of the adjacent cation exchange membrane (1020 in FIG. 10) 1060), so that the ionic nutrients and / or drugs contained in the porous pattern (1060 of FIG.
  • the first and second skin contact transmitters 3150A and 3150B may further include nutrients and / or drugs that are not suitable for use as high-concentration electrolytes in the reverse electrodialyser 3120 'but need to be delivered to the skin layer And the nutrients and / or drugs may be supplied to the skin 10 with water and nutrients and / or a mixture of drugs discharged through the reverse electrodialyser 2120 '.
  • riboflavin and hydrogel were mixed and then printed in a predetermined size (5 mm ⁇ 5 mm ⁇ 0.2 mm) so that riboflavin was 100 ⁇ g per film, and incubated at 37 ° C. in 24 well plates containing 500 ⁇ l of DI . After that, the amount of riboflavin released at each time point was measured by absorbance measurement method at 450 nm. The results are shown in FIGS. 24 and 25.
  • the mixture was mixed with ascorbic acid and hydrogel, and then printed in a predetermined size (5 mm ⁇ 5 mm ⁇ 0.2 mm) so that ascorbic acid was 1 mg per film, and incubated at 37 ° C. in 96 well plates containing 50 ⁇ l of DI. Afterwards, the release of riboflavin from ascorbic acid was measured by ⁇ , diphenyl- ⁇ -picrylhydrazyl (DPPH) assay. The result is shown in Fig.
  • DPPH diphenyl- ⁇ -picrylhydrazyl
  • a RED coin stack cell was formed by using platinum gauze as an electrode.
  • One cell consisted of a cell with a solid salt layer of vitamin (ascorbic acid).
  • the other cell consisted of a cell with a NaCl solid salt layer. After each cell was immersed in deionized water, the OCV was measured.
  • a unit cell of 2 X 2 cm 2 was constructed for testing.
  • NaCl and ascorbic acid were used as the high concentration solutions, respectively.
  • As the electrode electrolyte solution ordinary fresh water and ascorbic acid were used respectively. The result is shown in Fig. 28 that ascorbic acid can be used as an electrode electrolyte solution, and that even when used as a high concentration solution, it is possible to produce power at a level of 1/3 of that of NaCl.
  • the result is shown in Fig.
  • the electrode electrolyte solution and high concentration solution used were only ascorbic acid and water was used as low concentration solution.
  • the unit cells used 5 cells and 20 cells, respectively.
  • the power produced from the results of FIG. 29 was 0.8 ⁇ 1.8 mW.
  • the result is shown in Fig.
  • the sensor uses a voltage of 3.0 ⁇ 4.V and a maximum current value of 2mA for pulse measurement.
  • the body signal measures the pulse and sends the result to the mobile phone app through wireless communication (Bluetooth).
  • the electrode electrolyte solution and ascorbic acid were used as high concentration nutrients for salinity generation for power supply.
  • the pulse measured from the result of FIG. 30 was 63 times, and it is possible to measure not only the bio signal (pulse) using the ascorbic acid alone but also the electric power enough to transmit the result directly to the mobile app through wireless communication I could confirm.
  • FIG. 31 is an image showing the degree of inclusion of ascorbic acid in the low concentration side recovered solution discharged through the reverse electrodialysis salt generation.
  • 5 ul of sample solution was mixed with ethanol with DPPH. Absorbance was analyzed at 517 nm after incubation at room temperature for about 30 minutes.
  • standard values of ascorbic acid solution were calculated in advance.
  • the samples used for the measurement were 10, 20, 30, 40 and 50 ml / min for the low concentration side feed solutions and 50 ml / min for the high concentration solution (ascorbic acid) side.
  • ascorbic acid is clearly present on the side of the low concentration solution although there is a slight difference depending on the flow rate on the low concentration solution side. It can be seen that the ascorbic acid used was transferred through the ion-exchange membrane to the low-concentration solution as it was, while producing electricity through reverse electrodialysis salinity generation.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 및/또는 약물 전달 시스템이 개시된다. 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달 시스템은 영양분 용액을 이용하여 전기를 발생하고 희석된 영양분 용액을 배출하는 역전기투석 장치를 포함하는 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈, 및 상기 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈에 삽입되어 상기 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈로부터 전기를 공급받고, 생체 신호를 측정하는 생체신호 측정부를 포함한다.

Description

염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템
본 발명은 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템에 관한 것이다.
특정 체내 조직으로 영양분 및 약물을 전달하기 위한 이온토포레시스 기술의 경우 전원과 영양분 공급이 분리된 방식으로 진행되어 장치의 소형화에 한계가 있다. 한국 등록 특허 1772140과 같이 NaCl을 포함한 일반적인 염(예., MgCl2, AgCl, CuCl2, CaCl2) 용액을 이용하여 전기를 생산하는 염분차발전 전원 방식의 이온토포레시스 기술이 개발되었지만, 이 역시도 영양분은 별도의 부품을 이용하여 공급되는 방식이며, 별도의 생체신호 실시간 모니터링 기능이 포함되어 있지 않다.
현재까지 개발된 대부분의 생체신호 실시간 모니터링 시스템의 경우에는 대부분의 경우 휴대용 전원으로 알칼라인전지, 리튬이온전지, 납축전지 등을 사용하고 있다. 그러나 이들은 최근 요구되고 있는 플렉서블한 형태로 제조하기가 곤란하며, 안전성의 문제 등으로 패치와 같은 웨어러블 형태의 모니터링 시스템에는 부적합하다.
본 발명은 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 영양분 전달 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 또한 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링이 가능한 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 또한 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달이 가능한 시스템은 영양분 및/또는 약물 용액을 이용하여 전기를 발생하고 희석된 영양분 및/또는 약물 용액을 배출하는 역전기투석 전기 생산 장치 및 상기 희석된 영양분 및/또는 약물 용액 배출부 하부와 피부 사이에 개재되어 상기 희석된 영양분 및/또는 약물 용액을 전달하는 피부접촉부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달이 가능한 시스템은 역전기투석 장치로 구성된 전원부 및 상기 전원부로부터 전기를 공급받고 생체 신호를 측정하는 생체신호 측정부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달이 가능한 시스템은 영양분 및/또는 약물 용액을 이용하여 전기를 발생하고 희석된 영양분 용액을 배출하는 역전기투석 장치를 포함하는 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈 및 상기 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈에 삽입되어 상기 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈로부터 전기를 공급받고, 생체 신호를 측정하는 생체신호 측정부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달이 가능한 시스템은 염분차 발전을 이용하여 에너지 자립을 달성할 수 있다. 생체 신호 측정 및/또는 유용 물질 체내 흡수를 동시에 가능하도록 할 수 있다. 또한 플렉서블한 형태로 제조하기가 용이하여 웨어러블 형태의 모니터링 및 영양분 전달 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 피부에 부착되기 전의 패치의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 피부에 부착되기 전의 패치의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 접착 패드를 제거하고 피부에 부착되었을 경우의 단면도를 나타낸다.
도 4는 생체신호 측정 센서부 부착 전의 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈의 사시도를 나타낸다.
도 5는 생체신호 측정 센서부 부착 전의 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈의 평면도를 나타낸다.
도 6은 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈에 탈부착되는 생체신호 측정 센서부의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈의 일부 분해 사시도이다
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 역전기투석 장치의 전극층을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 역전기투석 장치를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 역전기투석 장치의 단위 셀의 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 역전기투석 장치에 사용되는 이온교환막의 사시도이다.
도 12는 다공성 물질에 유용물질이 혼합된 후 패터닝된 결과물을 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈의 분해 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 역전기투석 장치를 나타내는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 피부에 부착되기 전의 패치의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 접착 패드를 제거하고 피부에 부착되었을 경우의 단면도를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템의 분해 사시도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 피부에 부착되기 전의 패치의 사시도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 접착 패드를 제거하고 피부에 부착되었을 경우의 단면도를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템의 분해 사시도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈의 단면을 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈의 분해 사시도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈의 단면을 나타낸다.
도 24는 리보플라빈 방출 테스트 전·후의 이미지이다.
도 25는 리보플라빈 방출 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 26은 아스코르브산 방출 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 27은 비타민을 적용한 후 측정한 OCV 그래프이다.
도 28은 비타민을 적용한 경우의 전류 밀도-출력 밀도 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 29는 비타민을 적용한 경우의 전류 밀도-출력 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 30은 비타민을 적용한 일반 RED 스택으로 센서에 전원 공급이 가능함을 나타내는 이미지이다.
도 31은 역전기투석 염분차발전을 통해 배출된 저 농도 측 회수 용액의 아스코르브산 포함 정도를 나타내는 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
염분차 발전 장치(역전기투석 발전 장치) 및 생체신호 센서와 관련하여 따로 언급되지 않는 구성요소들은 종래에 사용되어 오는 것이라면, 당해 기술분야에 속하는 통상의 전문가가 그 사용 목적 및 조건에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 실시예들에 기재된 “...부”, “...모듈”의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1 및 도 2는 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달 시스템(1)이 피부에 부착되기 전의 패치(1P)의 사시도 및 평면도를 각각 나타내고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(1)이 접착 패드(20)를 이용하여 피부(10)에 부착되었을 경우의 단면도를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 패치(1P)는 접착 패드(20) 상에 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(1)이 부착되어 있는 형태로 보존 또는 저장된다. 도면에는 도시하지 않았지만 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(1) 상부에도 사용 직전에 탈착 가능한 패드(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
시스템(1)은 에너지 자립을 위한 전기를 공급함과 동시에 피부(10)에 유용 물질을 공급하기 위한 제1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100)와 제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(200) 및 생체신호 실시간 모니터링을 위한 생체신호 측정 센서부(300), 중앙제어장치(600)를 포함한다.
제1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100)와 제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(200)는 각각의 외부 입력 단자(110, 210)를 통해서 생체신호 측정 센서부(300)의 외부 입력 단자(311, 312)와 전기적으로 연결된다.
중앙제어장치(600)는 생체신호 측정 센서부(300)와 제1 및 제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100, 200)와 전기적으로 연결되며, 미리 설정된 프로그램에 의해 생체신호 측정 센서부(300)의 감지 신호를 수신하고 필요에 따라 제1 및 제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100, 200), 상기 생체신호 측정 센서부(300)의 구동을 제어하거나 사용자의 휴대용 제어장치(650)와 상호 통신할 수 있다. 중앙제어장치(600)는 센서부(300)로부터 전달받은 신호에 따라 생체의 상태를 분석할 수 있다. 특히 인공 지능 (AI, Artificial Intelligence)을 기반으로 하여 생체 신호의 빅데이터를 분석하고 이를 제어에 다시 적용하는 인공 지능 기반 중앙 제어 장치일 수 있다. 또한, 중앙제어장치(600)는 분석 및 모니터링된 생체 신호를 사용자의 휴대용 제어장치(650)와 상호 통신할 수 있다.
제1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100)와 제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(200)를 통해 공급되는 전류 및 전압의 크기에 따라 표피(10A) 및 진피(10B)를 통해 전달되는 유용 물질(D+, D-, ND)의 양을 조절할 수 있다. D+는 양전하를 띠는 영양분 및/또는 약물을 D-는 음전하를 띠는 영양분 및/또는 약물을 ND는 중성 전하를 띠는 영양분 및/또는 약물을 각각 나타낸다. 그리고, - 와 +는 D+와 D-의 카운터 이온을 나타낸다.
도 4 및 도 5는 생체신호 측정 센서부(300) 부착 전의 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈의 사시도 및 평면도를 나타내고, 도 6은 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈에 탈부착되어 지속적으로 사용이 가능하도록 고안된 생체신호 측정 센서부(300)의 개략도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈은 외부 단자(110, 210)와 제1 전기생산 및 영양분 및/또는 전달 모듈(100)와 제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(200)의 사이에 생체신호 측정 센서부(300)가 탈부착될 수 있는 공간(S)을 포함한다. 이 탈부착 공간(S)에 도 6에 도시되어 있는 생체신호 측정 센서부(300)가 삽입되는 형식으로 탈부착될 수 있다. 하지만 이러한 형태는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 센서부(300)의 삽입 형태는 제1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100)와 제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(200)의 구조에 따라 여러가지 형태로 변형 적용될 수 있다.
생체신호 측정 센서부(300)는 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈과 달리 영구적으로 재사용될 수 있다. 생체신호 측정 센서부(300)는 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈로부터 전원을 공급받기 위한 집전체(310)와 센서 어레이(320)를 포함한다. 집전체(310)에는 외부 접속 단자(311, 312)가 형성되고, 센서 어레이(320)는 기판(322) 상에 생체 신호 측정 센서(324)와 센서(324)의 측정 신호를 증폭 및 디지털 변환하기 위한 신호처리부(326)와 디지털 변환된 생체 신호를 무선 통신 규격에 따라 처리하여 전송하는 무선통신부(328)을 포함할 수 있다. 이 때 기판(322)은 플렉서블한 기판(예., FPCB 등)으로 형성할 경우 웨어러블 가능한 시스템으로 구현할 수 있다. 또한, 센서의 모든 부품은 박막 형태로 패턴되어 제작될 수 있다.
센서(324)는 심박 센서, 체온 센서, 근육 미세거동 센서 및 배출되는 땀을 이용한 피부 수분량 센서, 전해질 농도 센서, 혈당 센서 등 피부와 접촉하여 측정을 요하는 생체 신호의 감지에 적합한 센서라면 어느 센서라도 사용가능하다.
신호처리부(326)은 전류-전압 변환부, 증폭부, 필터부, 및 아날로그-디지털 변환부 등을 포함할 수 있다.
무선 통신부(328)는 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), UWB(Ultra WideBand), 또는 IEEE 802.11 계열의 Wi-Fi 등의 근거리 무선 통신 규격으로 구현될 수 있고, 신호처리부(326)로부터 제공된 데이터를 무선 통신 규격에 따라 처리한 후 처리된 생체신호를 중앙제어장치(도 3의 600 참고)로 송신한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈의 일부 분해 사시도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 역전기투석 장치의 전극층을 나타내는 사시도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 역전기투석 장치를 나타내는 사시도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 역전기투석 장치의 단위 셀의 분해 사시도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 역전기투석 장치에 사용되는 양이온교환막과 음이온교환막의 사시도이다. 도 12는 다공성 물질에 유용물질이 혼합된 후 패터닝된 결과물을 나타내는 개략도이다.
도 7 내지 도 12를 참조하면, 제1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100)은 제1 역전기투석 장치(120)와 제1 역전기투석 장치(120) 하부의 피부 접촉 전달부(150)와 상부의 보호 및 물 공급부(160)를 포함한다. 하부의 피부 접촉 전달부(150)와 상부의 보호 및 물 공급부(160)는 거즈, 하이드로젤 필름, 파라필름 및 부직포 등의 형태로서 생체적합형 소재를 포함한다. 상부의 보호 및 물 공급부(160)에 물을 공급하면 물이 하부의 제1 역전기투석 장치(120)로 공급된다. 물이 공급되면 제1 역전기투석 장치(120)의 각 단위 셀(1110)에 포함되어 있는 이온성 영양분 및/또는 약물이 고농도 전해질로 작용하여 제1 역전기투석 장치(120)에서 전기가 생성됨과 동시에 물과 영양분 및/또는 약물의 혼합수가 배출된다. 이렇게 배출된 물과 영양분 및/또는 약물의 혼합수는 하부의 피부 접촉 전달부(150)를 통해 피부(10)로 직접 이동한다. 제1 역전기투석 장치(120)에서 피부층을 향해 인가되는 전압은 제1 역전기투석 장치의 전극 구성에 따라 달라질 수 있으며, 일 예로 (+) 전압일 경우 하부의 피부 접촉 전달부(150)에 부착되어 있는 약물이 수용액 내에서 양전하일 경우 보다 효과적으로 피부(10) 깊숙이 약물이 전달되도록 할 수 있다.
피부 접촉 전달부에는 제1 역전기투석 장치(120)의 고농도 전해질로 사용하기에 부적절하나 피부층에 전달해야 할 필요가 있는 영양분 및/또는 약물을 더 포함하도록 할 수 있으며, 이러한 상기 영양분 및/또는 약물은 상기 제1 역전기투석 장치(120)를 통해 배출된 물과 영양분 및/또는 약물의 혼합수와 함께 피부(10)로 공급될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 역전기투석 장치(120)는 패드 지지체(1000)에 제1 전극 패턴(1010)이 다른 패드 지지체(1200)에 제2 전극 패턴(1210)이 형성되고, 그 위에 다수의 제1 역전기투석 장치(120)의 단위 셀(1100)이 연결되는 구조로 이루어진다. 패드 지지체(1000, 1200)의 표면 특성은 전극의 구성 및 전기 생산의 효과를 극대화하기 위해 친수성, 소수성, 또는 친수성과 소수성의 조합으로 구성될 수 있다.
도 9에서는 단위 셀(1100)들이 직렬로 연결된 경우를 예시하고 있으나 도 8의 제1 및 제2 전극 패턴(1010, 1210)을 변형하여 병렬로 연결될 수 있도록 할 수 있음은 물론이다. 또한, 경우에 따라서는 공급되는 영양분 또는 약물의 양을 제어하고 생산되는 전력량을 제어하기 위해서 단위셀 1개를 이용한 역전기투석 패드를 구성할 수도 있음은 물론이다. 제1 및 제2 전극 패턴(1010, 1210)은 3D 프린팅, 스크린 프린팅, 캐스팅 등 다양한 방식으로 박막 패턴으로 구현할 수 있다. 하지만 도 8 및 도 9의 형태는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 전극 및 단위셀의 구성은 상부의 보호 및 물 공급부(160)로 부터의 물 공급의 원활성 및 전력 생산의 안정성을 고려하여 다양한 형태로 변형 적용될 수 있다. 도 9에서 미설명 부호 1212는 하부 피부 접촉 전달부(150)에 극성(예., + 극성)을 가하기 위한 단자이다. 따라서, 제1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100)의 경우에는 하부 피부 접촉 전달부(150)가 포함하는 영양분 및/또는 약물이 수용액 내에서 양전하를 띠는 물질일 경우 피부 전달 효율이 더 향상될 수 있다. 도 10을 참조하면 제1 역전기투석 장치(120)의 단위 셀(1100) 들은 양이온 교환막(1020)과 음이온 교환막(1030)이 번갈아 배열된 셀 스택과, 셀 스택의 양쪽 끝에 배치된 전극들(산화 전극과 환원 전극)(1010, 1210)을 포함한다. 막들 사이 그리고 막과 전극 사이에는 가스켓(1050)이 배치되어 단위 셀(1100) 내의 물과 영양분이 외부로 누수되는 것을 방지한다. 가스켓(1050)은 효과적인 밀봉이 가능하도록 함과 동시에 단위 셀(110)을 플렉서블하게 구현할 수 있도록 하기 위해서 파라핀, 테이프 또는 부직포, 접착제등으로 형성될 수 있으며, 이온교환막과 일체형 구조일 수 있다. 그리고, 양이온 교환막(1020)과 음이온 교환막(1030) 사이에는 담수(예., 물)의 유로를 제공하고 양이온 교환막(1020)과 음이온 교환막(1030) 사이의 거리를 유지시키기 위한 유로 구조가 제공될 수 있다. 상기 제공되는 유로 구조는 스페이서(1040) 또는 직접 패턴된 채널구조일 수 있다. 단위셀을 구성하는 상기 이온교환막(1020, 1030), 가스켓(1050), 유로구조 (예., 스페이서)(1040) 등은 생체 적합성 소재일 수 있다. 도 10에서 좌, 우측의 화살표는 물의 공급을 나타내고, 실선은 이온교환막(1020, 1030)을 통한 이온성 영양분 및/또는 약물과 물의 이동을 나타낸다. 점선은 제1 역전기투석 장치(120)의 단위 셀(1100)을 통해 배출되는 물과 영양분 및/또는 약물의 혼합수를 나타낸다. 도 11 및 도 12를 참조하면 이온 교환막(1020) 표면에는 영양분을 포함하는 다공성 패턴(1060)이 형성될 수 있다. 다공성 패턴(1060)은 다공성 물질층(1062) 내의 다공 영역에 영양분들(32A, 32B)이 산재되어 존재한다. 다공성 물질층(1062)은 하이드로겔, 탄소다공성 물질, 다공성 고분자, 다공성 세라믹, 다공성 금속 또는 다공성 실리카 등 영양분 및/또는 약물들(32A, 32B)이 삽입되어 존재할 수 있는 기공 크기를 제공할 수 있는 물질이라면 어떠한 물질이라도 적용 가능하다. 다공성 고분자는 키토산, 알긴산, 콜라겐, 히알론산 등의 천연 고분자를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하기로는 유연성(flexibility) 및 생체적합성 (biocompatibility)을 제공할 수 있는 물질이라면 더욱 바람직하다. 본 발명에서 상기 다공성 물질은 초소형 염분차발전 기술에서 펌프의 역할을 할 수 있는 핵심 부품이 될 수 있다. 좀 더 구체적으로 말하자면, 다공성 물질의 기공 크기는 상기 삽입된 영양분 및/또는 약물들(32A, 32B)이 상기 상부의 보호 및 물 공급부(160)로부터 공급된 물과 접촉하면서 배출되는 양을 일정하게 유지하도록 조절하여, 즉 이온교환막 (1020)을 통해 이동되는 양을 제어할 수 있게 하는 일종의 펌프 역할을 하게 된다. 이것은 소형 또는 초소형 염분차발전 기술 측면에서는 생산되는 전력량을 일정하게 유지할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 영양분 및/또는 약물을 피부로 안정적으로 공급할 수 있을 뿐 아니라, 센서의 구동 및 신호 전송을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 영양분 및/또는 약물들(32A, 32B)은 생체에 제공되어야 할 비타민,영양수액, 피부재생제, 심박조절용 약물, 체온조절제, 소염제, 혈압조절용 약물, 골재생제, 혈당조절용 약물, 신경재생제, 이온화된 영양분 또는 이들의 복합체인 다양한 생체 활성 물질 등을 포함할 수 있다. 또한 생체신호 측정 센서부(300)에서 측정하는 생체 신호가 질병과 관련된 것일 경우에는 약물을 포함할 수도 있다. 예를 들면 생체신호 측정 센서부(300)에서 측정한 생체신호가 심박일 경우에는 심박조절용 약물일 수 있으며, 체온일 경우에는 해열제와 같은 체온조절제일 수 있으며, 고혈압등일 경우에는 혈압 강하제 또는 혈압 상승제 일 수 있다. 이들은 예시적인 물질을 언급한 것일 뿐이며 다양한 약물이 적용될 수 있음은 물론이다. 영양분 및/또는 약물을 포함하는 다공성 패턴(1060)은 다공성 물질과 영양분 및/또는 약물의 혼합물을 3D 프린팅, 스크린 프린팅, 캐스팅 등의 여러가지 방식으로 박막 및 다양한 모양의 패턴으로 구현할 수 있다. 본 실시예에서와 같이 다공성 패턴 (1060)은 양이온교환막(1020)뿐 아니라, 음이온교환막(1030) 상에도 형성될 수 있으며, 양, 음이온교환막 모두에도 형성될 수 있음은 물론이다.
제1 역전기투석 장치(120)의 단위 셀(1100)에 상부 보호 및 물 공급부(160)를 통해서 물이 공급되면 상부 전극(1010)에서 아래 방향으로 그리고 제1 역전기투석 장치(120)의 단위 셀(100)의 측면에서 물이 공급되고, 제1 역전기투석 장치(120)의 단위 셀(1100) 별로 물이 스페이서(1040)를 따라서 흐르게 된다. 이렇게 흐르는 물에 의해서 인접한 이온교환막(1020) 상에 형성되어 있는 영양분 및/또는 약물을 포함하는 다공성 패턴(1060)으로부터 영양분들(32A, 32B)이 용출되어 흘러나온다. 용출되어 흘러나오는 영양분 및/또는 약물들이 전해질로 기능하여 음이온은 음이온교환막(1030)측으로 이동하고 양이온은 양이온교환막(1020)측으로 이동하면서 전위차가 발생하며, 전극(1010, 1210) 상에서 산화·환원 반응에 의해 전자의 흐름이 생기면서 전기가 생성된다. 그리고, 영양분 및/또는 약물과 물의 혼합수가 유출수로 배출된다. 상부 전극(1010)에서 아래 방향으로 물이 공급되도록 하기 위해서 상부 전극(1010)은 물의 유로를 제공할 수 있는 패턴으로 형성될 수 있다.
영양분 및/또는 약물과 물의 혼합수가 외부로 잘 배출될 수 있도록 하고 희석된 영양분 및/또는 약물의 양을 증가시키기 위해서는 전극(1210) 상에도 최종적으로 피부에 전달하고자 하는 영양분 및/또는 약물을 포함하는 다공성 패턴(1060)을 포함할 수 있다.
피부를 향해서 배출되는 영양분 및/또는 약물은 희석된 상태로 배출된다. 따라서 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 제1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100)에서 전기의 생산과 함께 희석된 영양분 및/또는 약물을 피부로 전달할 수 있게 된다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(200)의 분해 사시도이고 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 역전기투석 장치(220)를 나타내는 사시도이다.
제2 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(200)은 도 7에 예시되어 있는 제1 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(100)과 기본적인 구조는 동일하다. 다만 제1 역전기투석 장치(도 7의 120)에서 외부로 노출되어 생체신호 측정 센서부(300)와 연결되기 위한 외부 단자(110)가 음극인 경우 제2 역전기투석 장치(220)에서 외부로 노출되어 생체신호 측정 센서부(300)와 연결되기 위한 외부 단자(210)가 양극일 수 있다는 차이점이 있다. 그리고, 또 다른 단자(1222)는 하부 하부 피부 접촉 전달부(250)에 극성(예., - 극성)을 가하기 위한 단자일 수 있다. 그 결과 하부 피부 접촉 전달부(250)가 포함하는 영양분 및/또는 약물이 수용액 내에서 음전하를 띠는 물질일 경우 피부 전달 효율이 더 향상될 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 피부에 부착되기 전의 패치의 사시도이다. 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 접착 패드를 제거하고 피부에 부착되었을 경우의 단면도를 나타낸다. 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템의 분해 사시도이다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 패치(2P)는 접착 패드(20) 상에 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(2)이 부착되어 있는 형태로 보존 또는 저장된다. 도면에는 도시하지 않았지만 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(2) 상부에도 사용 직전에 탈착가능한 패드(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 시스템(2)은 에너지 자립을 위한 전기를 공급함과 동시에 피부(10)에 유용 물질(32)을 공급하기 위한 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(2100)과 생체신호 실시간 모니터링을 위한 생체신호 측정 센서부(300), 중앙제어장치(600)를 포함한다.
일 실시예와 달리 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(2)은 하나의 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(2100)을 포함한다. 따라서, 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(2100) 상부에는 보호 및 물 공급부(160)가 하나만 설치되지만 하부에는 각각 서로 다른 극성의 전압이 인가되는 제1 및 제2 피부 접촉 전달부(2150A, 2150B)를 포함한다.
전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(2100)은 각각의 외부 입력 단자(2210A, 2210B)를 통해서 생체신호 측정 센서부(300)의 외부 입력 단자(311, 312)와 전기적으로 연결된다. 또한 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(2100)은 각각의 외부 입력 단자(2212A, 2212B)를 통해서 제1 및 제2 피부 접촉 전달부(2150A, 2150B)의 단자(2152A, 2152B)에 각각 서로 다른 극성의 전압을 인가한다. 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(2100)을 통해 공급되는 전류 및 전압의 크기에 따라 표피(10A) 및 진피(10B)를 통해 전달되는 영양분 및/ 또는 약물의 양을 조절할 수 있다.
도 15 내지 도 17의 실시예와 같이 하나의 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(2100)을 포함할 경우 제작이 용이하고, 시스템을 단순화 시킬 수 있는 장점이 있으며, 센서와의 조합성이 용이할 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 피부에 부착되기 전의 패치의 사시도이다. 도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템이 접착 패드를 제거하고 피부에 부착되었을 경우의 단면도를 나타낸다. 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템의 분해 사시도이다.
도 18 내지 도 20을 참조하면, 패치(3P)는 접착 패드(20) 상에 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(3)이 부착되어 있는 형태로 보존 또는 저장된다. 도면에는 도시하지 않았지만 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(2) 상부에도 사용 직전에 탈착가능한 패드(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 시스템(3)은 에너지 자립을 위한 전기를 공급함과 동시에 피부(10)에 영양분 및/또는 약물 공급하기 위한 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(3100)과 생체신호 실시간 모니터링을 위한 생체신호 측정 센서부(300), 중앙제어장치(600)를 포함한다.
앞의 실시예들과 달리 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(3)은 시스템(3)의 일부 영역에만 대응하는 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(3100)을 포함하고 나머지 영역에는 영양분 전달을 위한 전극(3200)을 포함한다. 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(3100) 하부와 전극(3200)의 하부에는 각각 서로 다른 극성의 전압이 인가되는 제1 및 제2 피부 접촉 전달부(3150A, 3150B)를 포함한다. 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(3100) 상부에는 보호 및 물 공급부(160)가 설치된다.
전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(3100)은 각각의 외부 입력 단자(210, 3222)를 통해서 생체신호 측정 센서부(300)의 외부 입력 단자(311, 312)와 전기적으로 연결된다. 또한 외부 입력 단자 중 하나(3222)는 전극(3200) 하부의 제2 피부 접촉 전달부(3150B)까지 연장되어 연결된다. 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈(3100)을 통해 공급되는 전류 및 전압의 크기에 따라 표피(10A) 및 진피(10B)를 통해 전달되는 영양분 및/또는 약물의 양을 조절할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈(2')의 단면을 나타낸다. 도 22는 영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈(2')의 분해사시도이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈(2')은 도 15 내지 도 17을 참조하여 설명한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(2)과 달리 생체신호 측정 센서부(도 16의 300 참고)가 없는 구조이다. 따라서, 생체신호 측정 센서부(도 17의 300 참고)에 전원 공급을 위한 단자(도 17의 2210A, 2210B)가 역전기투석 장치(2120')에 없고 인접하는 역전기투석 단위 셀(1100)끼리 서로 연결된다.
영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈(2')을 구성하는 역전기투석 장치(2120')의 외부 입력 단자(2212A, 2212B)는 하부에 제1 및 제2 피부 접촉 전달부(2150A, 2150B)의 단자(2152A, 2152B)에 각각 서로 다른 극성의 전압을 인가한다.
따라서, 도 21에 예시되어 있는 바와 같이, 피부에 부착된 후에 상부의 보호 및 물 공급부(160)를 통해서 물을 공급하면 물이 하부의 역전기투석 장치(2120')에 공급된다. 물이 공급되면 역전기투석 장치(2120')의 각 단위 셀(도 17의 1100) 의 유로 구조(도 10의 스페이서(1040) 참조)에 물이 공급되어 인접한 양이온 교환막(도 10의 1020) 표면의 다공성 패턴(도 10의 1060) 쪽으로 물이 스며들어 다공성 패턴(도 10의 1060)에 포함되어 있는 이온성 영양분 및/또는 약물이 고농도 전해질로 작용하여 역전기투석 장치(2120')에서 전기가 생성됨과 동시에 물과 영양분 및/또는 약물의 혼합수가 배출된다. 이렇게 배출된 물과 영양분의 혼합수는 하부의 제1 및 제 2 피부 접촉 전달부(2150A, 2150B)를 통해 피부(10)로 직접 이동한다. (+) 전압이 인가되는 제1 피부 접촉 전달부(2150A)를 통해 양전하 또는 중성 전하의 약물이 (-) 전압이 인가되는 제2 피부 접촉 전달부(2150B)를 통해 음전하 또는 중성 전하의 약물이 피부(10) 깊숙이 전달될 수 있다.
제1 및 제2 피부 접촉 전달부(2150A, 2150B)에는 역전기투석 장치(2120')의 고농도 전해질로 사용하기에 부적절하나 피부층에 전달해야 할 필요가 있는 영양분 및/또는 약물을 더 포함하도록 할 수 있으며, 이러한 영양분 및/또는 약물은 역전기투석 장치(2120')를 통해 배출된 물과 영양분 및/또는 약물의 혼합수와 함께 피부(10)로 공급될 수 있다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈(3')의 단면을 나타낸다.
도 23을 참조하면, 영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈(3')은 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명한 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달이 가능한 시스템(2)과 달리 생체신호 측정 센서부(도 18의 300 참고)가 없는 구조이며, 기타 나머지 구성요소들은 실질적으로 동일하다.
영양분 전달을 위한 이온토포레시스 모듈(3')의 역전기투석 장치(3120')는 하부에 있는 제1 및 제2 피부 접촉 전달부(3150A, 3150B)에 각각 서로 다른 극성의 전압을 인가한다. 따라서, 도 23에 예시되어 있는 바와 같이, 피부에 부착된 후에 상부의 보호 및 물 공급부(160)를 통해서 물을 공급하면 물이 하부의 역전기투석 장치(3120')에 공급된다. 물이 공급되면 역전기투석 장치(3120')의 각 단위 셀의 유로 구조(도 10의 스페이서(1040) 참조)에 물이 공급되어 인접한 양이온 교환막(도 10의 1020) 표면의 다공성 패턴(도 10의 1060) 쪽으로 물이 스며들어 다공성 패턴(도 10의 1060)에 포함되어 있는 이온성 영양분 및/또는 약물이 고농도 전해질로 작용하여 역전기투석 장치(3120')에서 전기가 생성됨과 동시에 물과 영양분 및/또는 약물의 혼합수가 배출된다. 이렇게 배출된 물과 영양분의 혼합수는 하부의 제1 및 제 2 피부 접촉 전달부(3150A, 3150B)를 통해 피부(10)로 직접 이동한다. (+) 전압이 인가되는 제1 피부 접촉 전달부(3150A)를 통해 양전하 또는 중성 전하의 약물이 (-) 전압이 인가되는 제2 피부 접촉 전달부(2150B)를 통해 음전하 또는 중성 전하의 약물이 피부(10) 깊숙이 전달될 수 있다.
제1 및 제2 피부 접촉 전달부(3150A, 3150B)에는 역전기투석 장치(3120')의 고농도 전해질로 사용하기에 부적절하나 피부층에 전달해야 할 필요가 있는 영양분 및/또는 약물을 더 포함하도록 할 수 있으며, 이러한 영양분 및/또는 약물은 역전기투석 장치(2120')를 통해 배출된 물과 영양분 및/또는 약물의 혼합수와 함께 피부(10)로 공급될 수 있다.
이하의 실험예들과 도면들은 본 발명의 실시예들의 개념적인 측면과 방법들을 보다 더 잘 이해하고 작용 및 효과를 보다 상술하기 위해서 제공된다. 다만, 이러한 실험예들은 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다
리보플라빈(Riboflavin)방출 테스트
먼저 리보플라빈과 하이드로겔 혼합한 후 필름당 리보플라빈이 100㎍이 되도록 소정 사이즈(5㎜ X 5㎜ X 0.2mm) 크기로 프린팅을 하고 DI 500㎕가 각각 담긴 24개의 웰 플레이트에서 37°C에서 인큐베이션하였다. 이후 각 시간대별로 리보플라빈의 방출량을 450nm에서 흡광도 측정 방식으로 측정하였다. 그 결과가 도 24 및 도 25에 도시되어 있다.
도 24의 결과를 보면 약 120h 후에 리보플라빈이 거의 모두 방출되었음을 알 수 있다. 그리고 도 25의 결과로부터 시간이 지남에 따라 리보플라빈이 하이드로겔로부터 서서히 방출되어 일정 시간(약 72h)이 지나 후부터 거의 대부분의 리보플라빈이 방출됨을 알 수 있다. 즉, 72시간까지는 거의 일정한 양의 리보플라빈이 다공성 하이드로젤을 통해 이온교환막으로 공급되었음을 알 수 있다.
아스코르브산(Ascorbic Acid) 방출 테스트
먼저 아스코르브산과 하이드로겔 혼합한 후 필름당 아스코르브산이 1mg이 되도록 소정 사이즈(5㎜ X 5㎜ X 0.2mm) 크기로 프린팅을 하고 DI 50㎕가 각각 담긴 96개의 웰 플레이트에서 37°C에서 인큐베이션하였다. 이후 각 시간대별로 아스코르브산의 리보플라빈의 방출량을 α,α-diphenyl-β-picrylhydrazyl (DPPH) assay 분석법으로 측정하였다. 그 결과가 도 26에 도시되어 있다.
도 26의 결과로부터 시간이 지남에 따라 아스코르브산이 서서히 방출되어 일정 시간(약 72h)이 지나 후 거의 대부분의 아스코르브산이 방출됨을 알 수 있다.
코인스택에서의 전기 생성 테스트
KIER에서 제조한 양이온교환막과 음이온교환막으로 이루어지고 크기가 2.7㎝ X 2.8 ㎝인 셀을 10개 스택으로 형성한 후, 전극으로 백금 거즈를 사용하여 RED 코인 스택 셀을 형성하였다. 하나의 셀은 비타민(아스코르브산)으로 이루어진 고체염층을 가지는 셀로 구성하는 다른 하나의 셀은 NaCl 고체염층을 가지는 셀을 형성한 후 각 셀을 탈이온수에 담근 후에 OCV를 측정하였다.
그 결과가 도 27에 도시되어 있다. 도 27의 결과로부터 비타민을 사용한 경우 초기의 이온교환막 스웰링 시간 후에 거의 0.2V에 가까운 OCV를 나타내는 것을 알 수 있었다.
일반스택에서의 전기 생성 테스트
테스트를 위하여 2 X 2cm2의 단위셀을 구성하였다. 결과에서와 같이 고농도 용액으로는 NaCl과 아스코르브산이 각각 사용되었으며, 전극 전해질 용액으로는 일반 담수인 물과 아스코르브산이 각각 사용되었다. 그 결과가 도 28에 도시되어 있다. 도 28의 결과로부터 아스코르브산이 전극 전해질 용액으로 사용될 수 있음을 알 수 있으며, 고 농도 용액으로 사용할 경우에도 NaCl의 1/3 수준의 전력 생산이 가능함을 알 수 있었다.
일반스택에서의 전기 생성 테스트
그 결과가 도 29에 도시되어 있다. 사용된 전극 전해질 용액 및 고농도 용액으로는 아스코르브산만을 이용하였으며, 저 농도 용액으로는 물을 사용하였다. 단위셀은 각각 5셀과 20셀을 각각 사용하였다. 도 29의 결과로부터 생산된 전력은 0.8~1.8mW 수준이였다.
일반스택에서의 전기 생성 테스트
그 결과가 도 30에 도시되어 있다. 센서로는 전압이 3.0~4.V이고, 맥막 측정시 소요되는 최대 전류값이 2mA인 것을 제작하여 이용하였으며, 신체 신호는 맥박을 측정하고, 무선 통신 (블루투스)로 결과값을 핸드폰 앱에 전송하는 방식을 이용하였으며, 전력 공급을 위한 염분차발전을 위해 전극 전해질 용액 및 고농도 영양분으로는 아스코르브산(Ascorbic Acid) 만을 사용하였다. 도 30의 결과로부터 측정된 맥박은 63회였으며, 아스코르브산만을 이용하여서도 생체 신호 (맥박) 측정 뿐 아니라, 무선통신으로 모바일 앱에 그 결과를 직접 전송을 할 수 있을 정도의 전력 생산이 가능함을 확인할 수 있었다.
도 31은 역전기투석 염분차발전을 통해 배출된 저 농도 측 회수 용액의 아스코르브산 포함 정도를 나타내는 이미지이다. 측정을 위해 5ul의 샘플 용액은 DPPH와 함께 에탄올에 혼합되었다. 실온에서 30분 정도 인큐베이션 이후에 517nm에서 흡광도를 분석하였다. 실험의 정확도를 위해 미리 농도별 아스코르브산 용액의 표준 값을 계산하였다. 측정을 위해 사용된 샘플은 각각 저 농도 측 공급 용액이 10, 20, 30, 40, 50ml/min이였으며, 고 농도 용액 (아스코르브산 )측은 50ml/min 이였다. 측정 결과 저 농도 용액측의 유량에 따라 조금의 차이는 있지만, 분명히 저 농도 용액측에 아스코르브산이 존재함을 알 수 있다. 이것은 역전기투석 염분차발전을 통해 전기를 생산하면서도, 사용된 아스코르브산이 변질되지 않고 그대로 저 농도 용액측으로 이온교환막을 통해 이동되었음을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으며, 특히 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈이 2개의 역전기투석 장치로 구성된 경우를 예로 들어 설명했지만, 하나의 역전기투석 장치로 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈을 구성할 수 있음은 물론이다. 또한 본 발명의 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
의료, 헬스케어, 미용 등의 분야에 적용가능하다.

Claims (19)

  1. 영양분 및/또는 약물 용액을 이용하여 전기를 발생하고 희석된 영양분 및/또는 약물 용액을 배출하는 역전기투석 장치; 및
    생체와 상기 희석된 영양분 및/또는 약물 용액 배출부 하부 사이에 개재되어 상기 희석된 영양분 및/또는 약물 용액을 전달하는 피부 접촉 전달부를 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  2. 영양분 및/또는 약물 용액을 이용하여 전기를 발생하고 희석된 영양분 및/또는 약물 용액을 배출하는 역전기투석 장치; 및
    상기 역전기투석 장치로부터 전기를 공급받고 생체 신호를 측정하는 생체신호 측정부를 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  3. 영양분 및/또는 약물 용액을 이용하여 전기를 발생하고 희석된 영양분 용액을 배출하는 역전기투석 장치를 포함하는 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈; 및
    상기 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈에 삽입되어 상기 전기생산 및 영양분 및/또는 약물 전달 모듈로부터 전기를 공급받고, 생체 신호를 측정하는 생체신호 측정부를 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영양분 및/또는 약물은 비타민, 영양수액, 피부재생제, 심박조절용 약물, 체온조절제, 소염제, 혈압조절용 약물, 골재생제, 혈당조절용 약물, 신경재생제, 이온화된 영양분 또는 이들의 복합체인 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영양분 및/또는 약물은 상기 역전기투석 장치의 이온교환막 상에 형성된 다공성 패턴내에 삽입되어 존재하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 다공성 패턴은 다공성 물질과 상기 영양분 및/또는 약물을 혼합한 후 패터닝하여 형성한 것인 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 다공성 물질은 하이드로겔, 탄소다공성 물질, 다공성 고분자, 다공성 세라믹, 다공성 금속 또는 다공성 실리카인 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  8. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영양분 및/또는 약물은 상기 역전기투석 장치의 전극 상에 형성된 다공성 패턴내에 삽입되어 존재하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 다공성 패턴은 다공성 물질과 상기 영양분 및/또는 약물을 혼합한 후 패터닝하여 형성한 것인 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 다공성 물질은 하이드로겔, 탄소다공성 물질, 다공성 고분자, 다공성 세라믹, 다공성 금속 또는 다공성 실리카인 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  11. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 역전기투석 장치의 상부에는 물 공급부를 더 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 역전기투석 장치는
    상,하 패드에 각각 패터닝된 다수의 전극 패턴을 포함하고,
    상기 다수의 전극 패턴에 각각 다수의 단위 셀이 연결되는 구조이고,
    상기 물 공급부를 통해 공급된 물은 상기 각 단위 셀의 전극과 상기 각 단위 셀의 물 유로구조로 공급되는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  13. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 역전기투석 장치의 하부에는 피부와 접촉하며 상기 희석된 영양분 및/또는 약물 용액을 피부로 공급하는 피부 접촉 전달부를 더 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 피부 접촉 전달부는 추가적인 영양분 및/또는 약물을 더 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 피부 접촉 전달부는
    수용액 내에서 양전하를 띠는 상기 추가적인 영양분 및/또는 약물을 포함하는 제1 피부 접촉 전달부; 및
    수용액 내에서 음전하를 띠는 상기 추가적인 영양분 및/또는 약물을 포함하는 제2 피부 접촉 전달부를 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 및/또는 약물 전달 시스템.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 피부 접촉 전달부는 추가적인 영양분 및/또는 약물을 더 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 피부 접촉 전달부는
    수용액 내에서 양전하를 띠는 상기 추가적인 영양분 및/또는 약물을 포함하는 제1 피부 접촉 전달부; 및
    수용액 내에서 음전하를 띠는 상기 추가적인 영양분 및/또는 약물을 포함하는 제2 피부 접촉 전달부를 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 및/또는 약물 전달 시스템.
  18. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 생체신호 측정부는 상기 역전기투석 장치의 외부 단자와 접속될 수 있도록 탈부착되는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
  19. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 생체신호 측정부로부터 측정한 신호를 전달받고,
    전달받은 상기 신호에 따라 생체의 상태를 분석하고,
    상기 역전기투석 장치의 구동을 제어하거나, 상기 생체신호 측정 센서부의 구동을 제어하거나, 사용자의 휴대용 제어장치와 상호 통신하는 중앙제어장치를 더 포함하는 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템.
PCT/KR2018/001468 2017-12-29 2018-02-02 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템 WO2019132107A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/651,605 US11684762B2 (en) 2017-12-29 2018-02-02 Energy self-sufficient real time bio-signal monitoring and nutrient delivery system based on salinity gradient power generation

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0184854 2017-12-29
KR20170184854 2017-12-29
KR1020180012895A KR102141683B1 (ko) 2017-12-29 2018-02-01 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및 영양분 전달 시스템
KR10-2018-0012895 2018-02-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2019132107A1 true WO2019132107A1 (ko) 2019-07-04
WO2019132107A9 WO2019132107A9 (ko) 2020-02-06

Family

ID=67063880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/001468 WO2019132107A1 (ko) 2017-12-29 2018-02-02 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019132107A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5637084A (en) * 1992-03-10 1997-06-10 Kontturi; Kyoesti E. A. Electrochemical method and device for drug delivery
KR20080058438A (ko) * 2005-09-30 2008-06-25 티티아이 엘뷰 가부시키가이샤 생물학적 계면들로 다중 활성 약제들을 전달하기 위한이온삼투 장치
KR20140058118A (ko) * 2012-11-06 2014-05-14 한국과학기술원 이온토포레시스 패치
KR20170081838A (ko) * 2016-01-05 2017-07-13 바이오센서연구소 주식회사 약물 전달을 위한 이온토포레시스 장치 및 그를 제조하는 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5637084A (en) * 1992-03-10 1997-06-10 Kontturi; Kyoesti E. A. Electrochemical method and device for drug delivery
KR20080058438A (ko) * 2005-09-30 2008-06-25 티티아이 엘뷰 가부시키가이샤 생물학적 계면들로 다중 활성 약제들을 전달하기 위한이온삼투 장치
KR20140058118A (ko) * 2012-11-06 2014-05-14 한국과학기술원 이온토포레시스 패치
KR20170081838A (ko) * 2016-01-05 2017-07-13 바이오센서연구소 주식회사 약물 전달을 위한 이온토포레시스 장치 및 그를 제조하는 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIM, K.: "Novel reverse electrodialysis-driven iontophoretic system for topical and transdermal delivery of poorly permeable therapeutic agents", DRUG DELIVERY, vol. 24, no. 1, 28 August 2017 (2017-08-28), pages 1204 - 1215, XP055622227, ISSN: 1071-7544, DOI: 10.1080/10717544.2017.1367975 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019132107A9 (ko) 2020-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1607970B (zh) 皮肤贴片
KR20190082028A (ko) 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템
CN108601935B (zh) 安装在面膜上的装置以及包括该装置的面膜和成套工具
US6584349B1 (en) Low cost electrodes for an iontophoretic device
US6653014B2 (en) Power sources for iontophoretic drug delivery systems
US7885715B2 (en) Methods for restoring and modulating neural activity
AU2002258186B2 (en) Iontophoresis device
JP5383497B2 (ja) 装置、例として経皮送達装置に給電し且つ／又は当該装置を制御するシステム及び装置
CN109974907B (zh) 一体化主动供电柔性压力传感器
US20080027509A1 (en) Apparatus and methods for facilitating wound healing and treating skin
US20030028170A1 (en) Controlled dosage drug delivery
NO305468B1 (no) Elektrode for iontoforese
JPH11512316A (ja) 化学シグナル非透過性マスク
JP2012501799A (ja) 例えば経皮送達デバイスなどのデバイスを駆動する、および／または制御するためのシステム、デバイス、および方法
WO2016175519A1 (ko) 전기 자극 장치
JPH03254759A (ja) 生体通電装置
WO2019132107A1 (ko) 염분차 발전 기반 에너지 자립형 생체신호 실시간 모니터링 및/또는 영양분 전달 시스템
CN109908460A (zh) 一种药物电控释芯片及其制作方法
WO2017119742A1 (ko) 마스크팩에 장착되는 장치, 그를 포함하는 마스크팩 및 키트
KR20090077916A (ko) 의치형 이온토포레시스 장치
KR20190005060A (ko) 건선 치료제를 포함하는 이온토포레시스 약물 전달에 장착되는 장치, 그를 포함하는 이온토포레시스 약물 전달 장치 및 키트
KR20190005059A (ko) 아토피 피부염 치료제를 포함하는 이온토포레시스 약물 전달에 장착되는 장치, 그를 포함하는 이온토포레시스 약물 전달 장치 및 키트
KR20190005062A (ko) 화상 치료제를 포함하는 이온토포레시스 약물 전달에 장착되는 장치, 그를 포함하는 이온토포레시스 약물 전달 장치 및 키트
KR20190005064A (ko) 여드름 치료제를 포함하는 이온토포레시스 약물 전달에 장착되는 장치, 그를 포함하는 이온토포레시스 약물 전달 장치 및 키트
Zhou et al. A Wearable Self-Charging Electroceutical Device for Bacteria-Infected Wound Healing

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18896414

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18896414

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1