WO2019235669A1 - Smart contact lens for monitoring intraocular pressure and method for manufacturing same - Google Patents

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WO2019235669A1
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contact lens
intraocular pressure
connection electrode
soft
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박장웅
김주희
박지훈
주서영
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울산과학기술원
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • G02C7/02Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • G02C7/04Contact lenses for the eyes

Definitions

  • the flexible interconnect by three-dimensional printing the liquid metal, not only the elasticity can be secured, but also there is an advantage that the connection is easy even if there is a step between the chip and the electrode for wireless communication.
  • the antenna coil 20 is embedded in the stretchable substrate 10.
  • the antenna coil 20 may include at least one of a one-dimensional metal nanomaterial and a two-dimensional metal nanomaterial.
  • the hybrid substrate 30 is a substrate formed of different materials in which a difference in modulus differs by a set value or more.
  • FIG. 15 is a graph illustrating reproducibility according to a user using a smart contact lens for intraocular pressure monitoring and a conventional tonometer according to an embodiment of the present invention.

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Abstract

The present invention has a hybrid substrate inside a contact lens and has a strain sensor on a soft portion between the end parts of a rigid body portion of the hybrid substrate. Therefore, since the strain due to the intraocular pressure is amplified in the soft portion, the strain due to the intraocular pressure can be amplified and detected without the necessity of a separate amplifier circuit having a complex structure. The present invention allows comfort and flexibility by means of positioning the hybrid substrate on the outer side of a spiral-shaped antenna coil and minimizing the rigid body portion area, and has a simple structure and thus enables easy manufacture. The present invention allows flexibility by means of forming a flexible interconnect by 3D printing a liquid metal, and also facilitates connection regardless of a step between a wireless communication chip and an electrode.

Description

안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법Smart contact lens for intraocular pressure monitoring and its manufacturing method
본 발명은 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안압 변화에 따른 변형률을 증폭시켜 측정할 수 있는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a smart contact lens for intraocular pressure monitoring and a manufacturing method thereof, and more particularly to a smart contact lens for intraocular pressure monitoring and a method for manufacturing the same that can be measured by amplifying the strain according to the change in intraocular pressure.
일반적으로 안압은 안구 내부의 압력을 의미한다. 안압은 녹내장의 진단과 치료에 중요한 지표가 된다. In general, intraocular pressure refers to the pressure inside the eye. Intraocular pressure is an important indicator for the diagnosis and treatment of glaucoma.
종래에는 안압을 측정하기 위해서는 안과 병원에 방문하고, 병원에 있는 안압계 등의 안압 측정용 장비를 통해서 측정하였다. 그러나, 안압은 실시간으로 계속 변하며, 특히 밤에 혈압이 떨어지는 반작용으로 안압이 높아진다. Conventionally, in order to measure the intraocular pressure, the patient visited an ophthalmology hospital and measured the intraocular pressure through an intraocular pressure measurement device such as an tonometer in the hospital. However, the intraocular pressure continues to change in real time, and the intraocular pressure rises, especially in response to a drop in blood pressure at night.
따라서, 최근에는 녹내방을 예방하거나 정확한 안압을 측정하기 위해서는 실시간으로 안압을 측정할 수 있는 콘택트 렌즈에 대한 관심이 높아지고 있다. Therefore, in recent years, in order to prevent glaucoma or to measure accurate intraocular pressure, interest in contact lenses capable of measuring intraocular pressure in real time has increased.
그러나, 종래의 안압을 측정할 수 있는 콘택트 렌즈는 안압 변화에 따른 변형률(strain)을 감지하기 위해 감지 신호를 증폭하기 위해 휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 회로와 같은 구조가 복잡한 신호 증폭용 회로를 구비해야 하는 한계가 있다. However, a conventional contact lens capable of measuring intraocular pressure has a complex signal amplification circuit such as a Wheatstone bridge circuit for amplifying a sensing signal to detect strain due to changes in intraocular pressure. There is a limit to this.
본 발명의 목적은, 안압에 따른 변형률을 증폭시켜 감지할 수 있는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a smart contact lens for intraocular pressure monitoring and a method of manufacturing the same that can be detected by amplifying the strain according to the intraocular pressure.
본 발명에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈는, 콘택트 렌즈 소재로 형성된 신축성 기판과; 상기 신축성 기판에 임베딩되고, 금속나노물질로 형성되며, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 형성되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일과; 상기 신축성 기판에 임베딩되고, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정 간격 이격된 위치에서 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성되고 강체(Rigid) 소재로 형성된 강체부와, 상기 강체부의 단부 사이에 위치되고 상기 강체 소재보다 모듈러스가 미리 설정된 값 이상 차이나는 소프트 소재로 형성된 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판과; 안압에 따른 변형률이 증폭되도록 저항선은 상기 소프트부에서 원주방향을 따라 길게 배치되고, 단자는 상기 강체부에 배치되어, 상기 강체부의 원주방향 길이와 상기 소프트부의 원주방향 길이의 비율에 따라 민감도가 조절되는 스트레인 센서와; 상기 강체부에 구비되고, 상기 스트레인 센서와 연결되는 센서 연결 전극과; 상기 안테나 코일의 양단에 각각 연결된 안테나 연결 전극과; 상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 무선 통신용 칩과; 액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성되어, 상기 무선 통신용 칩과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 무선 통신용 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 포함한다.The smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to the present invention comprises: a flexible substrate formed of a contact lens material; An antenna coil embedded in the stretchable substrate, formed of a metal nanomaterial, and spaced apart from each other and formed in a spiral shape, wirelessly receiving power from the outside and performing electromagnetic resonance to wirelessly transmit a signal to the outside; A rigid body part embedded in the flexible substrate and formed in a circular arc shape having a predetermined length and a rigid material formed at a predetermined distance radially spaced apart from an outer circumference of the antenna coil, and positioned between an end portion of the rigid body part; And a soft part formed of a soft material having a modulus different from the rigid material by a predetermined value or more; The resistance wire is arranged long along the circumferential direction in the soft part so that the strain according to the intraocular pressure, and the terminal is disposed in the rigid part, the sensitivity is adjusted according to the ratio of the circumferential length of the rigid part and the circumferential length of the soft part. A strain sensor; A sensor connection electrode provided on the rigid body and connected to the strain sensor; Antenna connection electrodes connected to both ends of the antenna coil; A wireless communication chip for transmitting the information measured by the strain sensor to the outside through a wireless communication method; And a stretchable interconnect formed by three-dimensional printing of liquid metal to connect the wireless communication chip and the sensor connection electrode and to connect the other side of the wireless communication chip with the antenna connection electrode.
본 발명의 다른 측면에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈는, 콘택트렌즈 소재로 형성된 신축성 기판과; 상기 신축성 기판에 임베딩되고, 은 나노섬유와 은나노와이어를 포함하여 형성되며, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 형성되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일과; 상기 신축성 기판에 임베딩되고, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정 간격 이격된 위치에서 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성되고 에폭시로 형성된 강체부와, 상기 강체부의 단부 사이에 위치되고 실리콘으로 형성된 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판과; 안압에 따른 변형률이 증폭되도록 저항선은 상기 소프트부에서 원주방향을 따라 길게 배치되고, 단자는 상기 강체부에 배치되어, 상기 강체부의 원주방향 길이와 상기 소프트부의 원주방향 길이의 비율에 따라 민감도가 조절되고, 실리콘으로 형성된 스트레인 센서와; 상기 강체부에 구비되고, 상기 스트레인 센서와 연결되는 센서 연결 전극과; 상기 안테나 코일의 양단에 각각 연결된 안테나 연결 전극과; 상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 근거리 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 NFC 칩과; 액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성되어, 상기 NFC 칩과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 NFC 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 포함한다. Smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to another aspect of the present invention, the stretchable substrate formed of a contact lens material; An antenna embedded in the flexible substrate, formed of silver nanofibers and silver nanowires, and both ends thereof are spaced apart from each other and formed in a spiral shape to wirelessly receive power from the outside and perform electromagnetic resonance to wirelessly transmit a signal to the outside; A coil; A rigid body part embedded in the flexible substrate and formed of an arc shape having a preset length and formed of epoxy at a position spaced from the outer circumference of the antenna coil in a radially spaced distance from the outer circumference of the antenna coil; A hybrid substrate comprising a soft portion; The resistance wire is arranged long along the circumferential direction in the soft part so that the strain according to the intraocular pressure, and the terminal is disposed in the rigid part, the sensitivity is adjusted according to the ratio of the circumferential length of the rigid part and the circumferential length of the soft part. A strain sensor formed of silicon; A sensor connection electrode provided on the rigid body and connected to the strain sensor; Antenna connection electrodes connected to both ends of the antenna coil; An NFC chip transmitting the information measured by the strain sensor to the outside through a short range wireless communication method; It is formed by three-dimensional printing the liquid metal, and includes a flexible interconnect connecting the NFC chip and the sensor connection electrode, and the other side of the NFC chip and the antenna connection electrode.
본 발명은, 콘택트 렌즈의 내부에 하이브리드 기판을 구비하고, 하이브리드 기판의 강체부의 단부 사이에 위치한 소프트부에 스트레인 센서를 구비함으로써, 안압에 따른 변형이 강체부에서는 억제되고 소프트부에서 증폭되기 때문에, 별도의 복잡한 구조의 증폭 회로를 구비할 필요 없이 안압에 따른 변형을 증폭시켜 감지할 수 있는 이점이 있다. The present invention provides a hybrid substrate inside the contact lens and a strain sensor in the soft portion located between the ends of the rigid portion of the hybrid substrate, so that deformation due to intraocular pressure is suppressed in the rigid portion and amplified in the soft portion. There is an advantage that can be detected by amplifying the deformation according to intraocular pressure without having to provide a separate amplification circuit of a complicated structure.
또한, 하이브리드 기판은 나선형 형상의 안테나 코일의 외측에 배치하여, 강체부 영역을 최소화하여 착용감과 신축성을 확보할 수 있으며, 구조가 간단하여 제조가 용이한 이점이 있다.In addition, the hybrid substrate may be disposed outside the spiral antenna coil to minimize the rigid area, thereby ensuring a comfortable fit and elasticity, and the structure may be simple to manufacture.
또한, 하이브리드 기판의 강체부와 소프트부의 영역 비율을 조절하여, 스트레인 센서의 민감도를 제어할 수 있다. In addition, the sensitivity of the strain sensor may be controlled by adjusting the ratio of the rigid and soft portions of the hybrid substrate.
또한, 액체 금속을 3차원 프린팅하여 신축성 인터커넥트를 형성함으로써, 신축성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 무선 통신용 칩과 전극 사이의 단차가 있더라도 연결이 용이한 이점이 있다. In addition, by forming the flexible interconnect by three-dimensional printing the liquid metal, not only the elasticity can be secured, but also there is an advantage that the connection is easy even if there is a step between the chip and the electrode for wireless communication.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈가 도시된 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 스마트 콘택트 렌즈의 안테나 코일을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view schematically illustrating an antenna coil of the smart contact lens illustrated in FIG. 1.
도 3은 도 1에 도시된 스마트 콘택트 렌즈의 하이브리드 기판을 개략적으로 나타낸 도면이다. 3 is a diagram schematically illustrating a hybrid substrate of the smart contact lens illustrated in FIG. 1.
도 4는 도 3에 도시된 하이브리드 기판의 변형률 증폭을 나타낸 도면이다. 4 is a diagram illustrating strain amplification of the hybrid substrate illustrated in FIG. 3.
도 5 내지 7은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈의 제조방법을 나타낸 도면이다. 5 to 7 are views showing a method of manufacturing a smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈의 제조방법에서 콘택트 렌즈의 형상으로 제작하는 단계를 나타낸 도면이다. 8 is a view showing a step of manufacturing in the shape of a contact lens in the manufacturing method of the smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 기판의 강체부와 소프트부의 영역 비율에 따른 소프트부의 길이 변화를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing changes in the length of a soft part according to an area ratio of a rigid part and a soft part of a hybrid substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 기판의 강체부와 소프트부의 영역 비율에 따른 스트레인 센서의 민감도를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the sensitivity of the strain sensor according to the area ratio of the rigid portion and the soft portion of the hybrid substrate according to the embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈에서 금속나노물질로 형성된 안테나 코일과 구리 안테나를 주파수와 반사계수의 관계를 이용하여 비교한 그래프이다.FIG. 11 is a graph comparing an antenna coil and a copper antenna formed of a metal nanomaterial in an intraocular pressure monitoring smart contact lens according to an embodiment of the present invention using a relationship between a frequency and a reflection coefficient.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈에서 금속나노물질로 형성된 안테나 코일과 구리 안테나를 변형률에 따른 저항변화로 비교한 그래프이다.FIG. 12 is a graph comparing an antenna coil and a copper antenna formed of metal nanomaterials with resistance change according to strain in an IOP monitoring smart contact lens according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)의 상관관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing a correlation between a smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to an embodiment of the present invention and a conventional tonometer. FIG.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)를 이용하여 토끼의 안압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing the results of measuring intraocular pressure in rabbits using a smart contact lens for intraocular pressure monitoring and a conventional tonometer according to an embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)를 이용하여 사용자에 따른 재현성을 나타낸 그래프이다. FIG. 15 is a graph illustrating reproducibility according to a user using a smart contact lens for intraocular pressure monitoring and a conventional tonometer according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈가 도시된 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 스마트 콘택트 렌즈의 안테나 코일을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 스마트 콘택트 렌즈의 하이브리드 기판을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 하이브리드 기판의 변형률 증폭을 나타낸 도면이다. 1 is a perspective view illustrating a smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view schematically illustrating an antenna coil of the smart contact lens illustrated in FIG. 1. 3 is a diagram schematically illustrating a hybrid substrate of the smart contact lens illustrated in FIG. 1. 4 is a diagram illustrating strain amplification of the hybrid substrate illustrated in FIG. 3.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈는, 신축성 기판(10), 안테나 코일(20), 하이브리드 기판(30), 스트레인 센서(40), 센서 연결 전극(50), 안테나 연결 전극(60), 무선 통신용 칩(70) 및 신축성 인터커넥트(80)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to an embodiment of the present invention may include a stretchable substrate 10, an antenna coil 20, a hybrid substrate 30, a strain sensor 40, and a sensor connection electrode 50. ), An antenna connection electrode 60, a wireless communication chip 70, and a flexible interconnect 80.
상기 신축성 기판(10)은, 투명하고 신축성을 갖는 소재로 형성된 광투광성 기판이다. 상기 신축성 기판(10)은, 투명하거나 반투명인 것도 물론 가능하다. The stretchable substrate 10 is a light transmissive substrate formed of a transparent and stretchable material. The stretchable substrate 10 may of course be transparent or translucent.
상기 신축성 기판(10)은 후술하는 제1신축성 소재로 형성된 패시배이션 층(10a), 제2신축성 소재로 형성된 보호층(10b) 및 콘택트 렌즈 소재(110)를 모두 포함한다. The stretchable substrate 10 includes both a passivation layer 10a formed of a first stretchable material, a protective layer 10b formed of a second stretchable material, and a contact lens material 110.
상기 제1신축성 소재는 파릴렌(Parylene)을 포함하고, 상기 제2신축성 소재는 에폭시(Epoxy)를 포함하고, 상기 콘택트 렌즈 소재(110)는 하이드로겔(hydrogel) 또는 실리콘(silicone)을 포함한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1신축성 소재, 상기 제2신축성 소재 및 상기 콘택트 렌즈 소재(110)는 모두 동일한 소재를 사용하거나 일부는 같고 나머지는 다른 소재를 사용하는 것도 가능하다. The first elastic material may include parylene, the second elastic material may include epoxy, and the contact lens material 110 may include hydrogel or silicone. . However, the present invention is not limited thereto, and the first stretchable material, the second stretchable material, and the contact lens material 110 may all use the same material or some materials may be the same and others may use different materials.
도 2를 참조하면, 상기 안테나 코일(20)은, 상기 신축성 기판(10)에 임베딩된다. 상기 안테나 코일(20)은, 1차원 금속나노물질과 2차원 금속나노물질 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2, the antenna coil 20 is embedded in the stretchable substrate 10. The antenna coil 20 may include at least one of a one-dimensional metal nanomaterial and a two-dimensional metal nanomaterial.
상기 안테나 코일(20)은, 1차원 금속나노물질인 은 나노섬유와 은 나노와이어를 포함하여 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 따라서, 상기 안테나 코일(20)은 시야 확보를 위한 투명도 및 신축성을 확보할 수 있다. The antenna coil 20 will be described, for example, as being formed by including silver nanofibers and silver nanowires, which are one-dimensional metal nanomaterials. Therefore, the antenna coil 20 may secure transparency and elasticity for securing a field of view.
상기 안테나 코일(20)은, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 감긴 형상으로 패터닝되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 외부로 무선 송신한다. 상기 안테나 코일(20)은, 블루투스나 NFC를 이용한 무선 통신이 가능하도록 형성된다. 상기 안테나 코일(20)은, NFC 무선 통신을 위해서 공진 주파수 12 내지 15MHz를 가지도록 설계되거나, 블루투스 무선 통신을 위해 공진 주파수 2 내지 3GHz를 가지도록 설계된다. The antenna coil 20 is patterned in a shape in which both ends are spaced apart from each other and wound in a spiral shape, and wirelessly receive power from the outside and perform electromagnetic resonance to wirelessly transmit the outside. The antenna coil 20 is formed to enable wireless communication using Bluetooth or NFC. The antenna coil 20 is designed to have a resonance frequency of 12 to 15 MHz for NFC wireless communication, or to have a resonance frequency of 2 to 3 GHz for Bluetooth wireless communication.
도 3을 참조하면, 상기 하이브리드 기판(30)은, 모듈러스의 차이가 설정값 이상으로 차이나는 서로 다른 소재로 형성된 기판이다. Referring to FIG. 3, the hybrid substrate 30 is a substrate formed of different materials in which a difference in modulus differs by a set value or more.
상기 하이브리드 기판(30)은, 강체 소재로 형성된 강체부(Rigid area)(31)와, 상기 강체부(31)의 단부 사이에 위치되고 소프트 소재로 형성된 소프트부(Soft area)(32)를 포함한다. The hybrid substrate 30 includes a rigid area 31 formed of a rigid material, and a soft area 32 formed between soft ends and positioned between ends of the rigid part 31. do.
상기 강체 소재와 상기 소프트 소재는 모듈러스가 미리 설정된 값 이상 차이나는 소재로 설정된다. The rigid material and the soft material are set to materials whose modulus differs by more than a preset value.
상기 강체(Rigid) 소재는, 에폭시를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 SU8(E=~4Gpa)을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. Epoxy may be used for the rigid material. In the present embodiment, an example is described using SU8 (E = 4 Gpa).
상기 소프트 소재는 콘택트 렌즈 소재로 사용가능한 실리콘을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 elastofilcon A (E=~0.09Mpa)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. The soft material may be silicone usable as a contact lens material. In the present embodiment will be described using an example elastofilcon A (E = ~ 0.09Mpa).
상기 강체부(31)는, 상기 안테나 코일(20)의 외부로부터 반경방향으로 소정간격 이격된 위치에 형성되고, 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성된다. 상기 강체부(31)는 원주방향으로 서로 소정간격 이격되게 3개가 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 스트레인 센서(40)를 중심으로 좌우 대칭이게 형성되는 형상이면 가능하다. The rigid part 31 is formed at a position spaced apart from the outside of the antenna coil 20 by a predetermined interval in the radial direction, and is formed in an arc shape having a preset length. For example, three rigid parts 31 are formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance in the circumferential direction. However, the present invention is not limited thereto and may be a shape that is symmetrically formed around the strain sensor 40.
상기 강체부(31)는, 상기 강체 소재를 40 내지 60㎛ 범위의 두께로 코팅한 후, 복수의 원호 형상으로 패터닝하여 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 강체부(31)의 두께는 50㎛인 것으로 예를 들어 설명한다. The rigid part 31 is formed by coating the rigid material with a thickness in the range of 40 to 60 μm, and then patterning it in a plurality of arc shapes. In the present embodiment, the thickness of the rigid body portion 31 is 50 μm, for example.
상기 소프트부(32)는, 상기 강체부(31)의 단부 사이에 형성된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 소프트부(32)는 상기 강체부(31)의 단부 사이를 채우면서 상기 강체부(31)의 상측과 상기 안테나 코일(20)의 상측을 모두 덮을 수 있다. The soft portion 32 is formed between the ends of the rigid portion 31. However, the present invention is not limited thereto, and the soft part 32 may cover both the upper side of the rigid part 31 and the upper side of the antenna coil 20 while filling between end portions of the rigid part 31.
상기 소프트부(32)는, 상기 소프트 소재를 90 내지 110㎛ 범위의 두께로 코팅하여 형성된다. 본 실시예에서는, 상기 소프트부(32)의 두께는 약 100㎛인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 소프트부(32)는, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 신축성 인터커넥트(80)를 보호할 수 있도록 상기 강체부(31)보다 두껍게 형성된다. The soft portion 32 is formed by coating the soft material to a thickness in the range of 90 to 110㎛. In the present embodiment, the thickness of the soft portion 32 is about 100 μm, which will be described by way of example. The soft part 32 is formed thicker than the rigid part 31 to protect the wireless communication chip 70 and the flexible interconnect 80.
상기 하이브리드 기판(30)은, 상기 강체부(31)의 원주방향 길이가 상기 소프트부(32)의 원주방향 길이의 3배 내지 10배로 설정되도록 형성된다. The hybrid substrate 30 is formed such that the circumferential length of the rigid portion 31 is set to 3 to 10 times the circumferential length of the soft portion 32.
상기 강체부(31)의 원주방향 길이와 상기 소프트부(32)의 원주방향 길이의 비율에 따라 상기 스트레인 센서(40)에서 측정하는 변형률의 증폭 효과가 달라진다. 따라서, 상기 강체부(31)의 원주방향 길이와 상기 소프트부(32)의 원주방향 길이의 비율을 조절하여, 상기 스트레인 센서(40)의 변형률 증폭 효과를 조절하여 상기 스트레인 센서(40)의 민감도를 제어가능하다. The amplification effect of the strain measured by the strain sensor 40 varies according to the ratio of the circumferential length of the rigid part 31 and the circumferential length of the soft part 32. Therefore, by adjusting the ratio of the circumferential length of the rigid portion 31 and the circumferential length of the soft portion 32, the strain amplification effect of the strain sensor 40 is adjusted to adjust the sensitivity of the strain sensor 40. Controllable.
본 실시예에서는, 상기 강체부(31)의 총 길이(L1, L1=L2)와 상기 소프트부(32)의 길이(L0)의 비율은 약 9:1인 것으로 예를 들어 설명한다. In the present embodiment, the ratio between the total lengths L1 and L1 = L2 of the rigid part 31 and the length L0 of the soft part 32 is about 9: 1.
상기 스트레인 센서(40)는, 안압에 따른 변형률을 감지하는 센서이다. 상기 스트레인 센서(40)는, 상기 안압에 따른 변형률을 증폭시켜 감지할 수 있도록 상기 소프트부(32)에 구비된다. The strain sensor 40 is a sensor that detects strain due to intraocular pressure. The strain sensor 40 is provided in the soft part 32 to detect and amplify the strain according to the intraocular pressure.
상기 스트레인 센서(40)의 저항선(40a)은 상기 소프트부(32)에서 원주방향을 따라 길게 구비된다. 상기 스트레인 센서(40)의 단자(40b)는 상기 강체부(31)에 구비된다. The resistance wire 40a of the strain sensor 40 is provided along the circumferential direction in the soft part 32. The terminal 40b of the strain sensor 40 is provided in the rigid part 31.
상기 스트레인 센서(40)는, 실리콘(Silicon) 나노멤브레인 기반 센서이다. 상기 스트레인 센서(40)는, 실리콘을 사용하여 나노 두께로 형성된다. The strain sensor 40 is a silicon nanomembrane-based sensor. The strain sensor 40 is formed to a nano-thickness using silicon.
상기 스트레인 센서(40)에 사용되는 상기 실리콘(Silicon)은, 상기 콘택트 렌즈 소재로 사용되는 실리콘(silicone)와는 다른 물질이다. 상기 스트레인 센서(40)에 사용되는 상기 실리콘(Silicon)은 Si로 표시되는 규소를 의미한다. 한편, 상기 콘택트 렌즈 소재로 사용되는 실리콘(silicone)은 유기기를 함유한 규소(organosilicone)와 산소 등이 화학결합으로 서로 연결된 모양으로 된 폴리머를 의미한다. The silicon used for the strain sensor 40 is a different material from silicon used as the contact lens material. The silicon used in the strain sensor 40 refers to silicon represented by Si. On the other hand, silicon used as the contact lens material refers to a polymer in which a silicon (organosilicone) containing an organic group and oxygen are connected to each other by a chemical bond.
상기 센서 연결 전극(50)은, 상기 강체부(31)에 구비되어 상기 스트레인 센서(40)의 단자(40b)에 연결되는 전극이다. 상기 센서 연결 전극(50)은 금속 소재로 형성되거나 나노 복합체를 포함한 투명 전극으로 형성될 수 있다. 상기 센서 연결 전극(50)은, 1차원 금속나노물질과 2차원 금속나노물질을 포함하여 형성될 수 있다. The sensor connection electrode 50 is an electrode provided in the rigid part 31 and connected to the terminal 40b of the strain sensor 40. The sensor connection electrode 50 may be formed of a metal material or a transparent electrode including a nanocomposite. The sensor connection electrode 50 may include a 1D metal nanomaterial and a 2D metal nanomaterial.
상기 안테나 연결 전극(60)은, 상기 안테나 코일(20)의 양단에 각각 연결된 전극이다. 상기 안테나 연결 전극(60)은 금속 소재로 형성되거나 나노 복합체를 포함한 투명 전극으로 형성될 수 있다. 상기 안테나 연결 전극(60)은, 1차원 금속나노물질과 2차원 금속나노물질을 포함하여 형성될 수 있다. The antenna connection electrode 60 is an electrode connected to both ends of the antenna coil 20, respectively. The antenna connection electrode 60 may be formed of a metal material or a transparent electrode including a nanocomposite. The antenna connection electrode 60 may be formed to include a 1D metal nanomaterial and a 2D metal nanomaterial.
상기 무선 통신용 칩(70)은, 상기 스트레인 센서(40)에서 측정한 정보를 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 칩이다. 상기 무선 통신용 칩(70)은 NFC 칩인 것으로 예를 들어 설명한다.The chip for wireless communication 70 is a chip for transmitting information measured by the strain sensor 40 to the outside through a wireless communication method. The wireless communication chip 70 is described as an NFC chip, for example.
상기 신축성 인터커넥트(80)는, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 센서 연결 전극(50)을 연결하는 것과, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 안테나 연결 전극(60)을 연결하는 것을 포함한다.The flexible interconnect 80 includes connecting the wireless communication chip 70 and the sensor connection electrode 50, and connecting the wireless communication chip 70 and the antenna connection electrode 60.
상기 신축성 인터커넥트(80)는, 액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성됨으로써, 안압에 의한 변형이나 기타 다른 요인에 의한 변형시에도 신축성이 확보될 수 있다. 또한, 상기 신축성 인터커넥트(80)는 3차원 프린팅하여 형성됨으로써, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 센서 연결 전극(50)사이의 단차, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 안테나 연결 전극(60)사이의 단차에 제약을 받지 않고 연결 가능하다. 상기 신축성 인터커넥트(80)의 폭이나 두께는 3차원 프린터기의 노즐 사이즈를 통해 조절 가능하다. The flexible interconnect 80 is formed by three-dimensional printing of a liquid metal, so that elasticity can be ensured even when deformation due to intraocular pressure or other factors. In addition, the stretchable interconnect 80 is formed by three-dimensional printing, so that the step between the wireless communication chip 70 and the sensor connection electrode 50, the wireless communication chip 70 and the antenna connection electrode 60 Can be connected without being limited by the step between them. The width or thickness of the flexible interconnect 80 is adjustable through the nozzle size of the three-dimensional printer.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈의 제조방법을 설명하면, 다음과 같다. Referring to the manufacturing method of the smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.
도 5a를 참조하면, 모기판(2)위에 희생층(4)을 도포한다.Referring to FIG. 5A, the sacrificial layer 4 is coated on the mother substrate 2.
도 5b를 참조하면, 상기 희생층(4)위에 상기 스트레인 센서(40)를 전사한다. Referring to FIG. 5B, the strain sensor 40 is transferred onto the sacrificial layer 4.
도 5c를 참조하면, 상기 센서 연결 전극(50)과 상기 안테나 연결 전극(60)을 증착 형성한다. Referring to FIG. 5C, the sensor connection electrode 50 and the antenna connection electrode 60 are deposited.
상기 센서 연결 전극(50)과 상기 안테나 연결 전극(60)은, 전극 소재를 증착한 후, 미리 설정된 형상으로 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 센서 연결 전극(50)은 상기 스트레인 센서(40)의 단자부(40b)에 연결되도록 패터닝한다. The sensor connection electrode 50 and the antenna connection electrode 60 may be formed by depositing an electrode material and patterning the electrode material in a predetermined shape. The sensor connection electrode 50 is patterned to be connected to the terminal portion 40b of the strain sensor 40.
이후, 도 5d를 참조하면, 상기 안테나 코일(20)을 형성한다.Subsequently, referring to FIG. 5D, the antenna coil 20 is formed.
상기 안테나 코일(20)은, 은나노 섬유를 전기방사(electrospinning)를 통하여 형성한 후, 은나노 와이어는 전기분무(electrospray) 방법으로 코팅하여 금속나노물질층을 형성한 후, 상기 금속나노물질층을 나선 형상의 안테나 패턴으로 패터닝하여 형성한다. After the antenna coil 20 is formed of silver nanofibers through electrospinning, the silver nanowires are coated by an electrospray method to form a metal nanomaterial layer, and then the metal nanomaterial layer is spiraled. It is formed by patterning the antenna pattern of the shape.
이후, 도 6a를 참조하면, 상기 안테나 코일(20)이 형성된 위에 상기 제1신축성 소재를 코팅하여 패시배이션 층(10a)을 형성한다.6A, a passivation layer 10a is formed by coating the first elastic material on the antenna coil 20.
상기 패시배이션 층(10a)은, 원형 형상으로 형성된다. 상기 패시배이션 층(10a)은, 추후 신축성 인터커넥트 연결시 합선을 방지할 수 있다.The passivation layer 10a is formed in a circular shape. The passivation layer 10a can prevent short circuits in future flexible interconnect connections.
상기 패시배이션 층(10a)을 형성한 후, 상기 스트레인 센서(40), 상기 센서 연결 전극(50) 및 상기 안테나 연결 전극(60)이 노출되도록 비아홀을 형성한다.After forming the passivation layer 10a, a via hole is formed to expose the strain sensor 40, the sensor connection electrode 50, and the antenna connection electrode 60.
이후, 도 6b를 참조하면, 상기 패시배이션 층(10a) 위에 상기 하이브리드 기판(30)을 형성한다.6B, the hybrid substrate 30 is formed on the passivation layer 10a.
상기 하이브리드 기판(30)을 형성하기 위해서는 먼저 상기 강체 소재를 코팅하여 강체층을 형성한 후, 미리 설정된 상기 강체부(31)의 형상으로 패터닝한다. In order to form the hybrid substrate 30, the rigid material is first coated to form a rigid layer, and then patterned into a predetermined shape of the rigid part 31.
상기 강체(Rigid) 소재는, 에폭시를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 SU8(E=~4Gpa)을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. Epoxy may be used for the rigid material. In the present embodiment, an example is described using SU8 (E = 4 Gpa).
상기 강체부(31)는, 상기 안테나 코일(20)의 외주로부터 반경방향으로 소정간격 이격된 위치에 형성되고, 상기 센서 연결 전극(50)을 덮도록 형성되어 상기 센서 연결 전극(50)이 상기 강체부(31)에 구비되게 된다. The rigid part 31 is formed at a position spaced apart from the outer circumference of the antenna coil 20 by a predetermined distance in a radial direction, and is formed to cover the sensor connection electrode 50 so that the sensor connection electrode 50 is formed. It is to be provided in the rigid body portion 31.
상기 강체부(31)는 적어도 일측이 개구된 하나의 원호 형상인 것도 가능하고, 복수의 원호들이 서로 소정간격 이격되게 배치된 형상인 것도 가능하다. 본 실시예에서는, 상기 강체부(31)는 3개의 원호가 서로 소정간격 이격되게 배치된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 강체부(31)는 상기 스트레인 센서(40)를 중심으로 좌우 양측이 대칭되는 형상이라면 가능하다. 상기 스트레인 센서(40)를 중심으로 대칭이 되는 구조로 형성되어야, 상기 스트레인 센서(40)에서 변형률의 증폭이 보다 정확하고 안정적으로 이루어질 수 있다. The rigid part 31 may have a single arc shape having at least one side open, and may have a shape in which a plurality of arcs are spaced apart from each other by a predetermined distance. In the present embodiment, the rigid body portion 31 will be described with an example in which three arcs are arranged to be spaced apart from each other by a predetermined interval. However, the present invention is not limited thereto, and the rigid body 31 may have a shape in which both left and right sides are symmetrical with respect to the strain sensor 40. When the strain sensor 40 is formed in a symmetrical structure, the strain sensor 40 may be more accurately and stably amplified.
상기 강체부(31)를 형성한 후, 상기 소프트 소재를 코팅하여 상기 소프트부(32)를 형성한다.After the rigid portion 31 is formed, the soft material is coated to form the soft portion 32.
상기 소프트 소재는 콘택트 렌즈 소재로 사용가능한 실리콘(silicone)을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 elastofilcon A (E=~0.09Mpa)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. The soft material may be silicone which can be used as a contact lens material. In the present embodiment will be described using an example elastofilcon A (E = ~ 0.09Mpa).
상기 소프트부(32)는, 상기 소프트 소재를 상기 패시배이션 층(10a)의 형상과 유사한 원형 형상으로 형성되어 상기 패시배이션 층(10a)과 상기 강체부(31)를 모두 덮는 소프트층인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 소프트부(32)는 상기 강체부(31)의 단부 사이의 영역에 형성되어 상기 스트레인 센서(40)를 덮을 수 있는 형상이라면 어느 형상이나 가능하다. The soft part 32 is a soft layer formed in a circular shape similar to that of the passivation layer 10a to cover the passivation layer 10a and the rigid part 31. It demonstrates as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the soft part 32 may have any shape as long as it is formed in an area between the ends of the rigid part 31 to cover the strain sensor 40.
상기 소프트부(32)를 형성하면, 상기 스트레인 센서(40)는 상기 소프트부(32)에 위치된다. When the soft part 32 is formed, the strain sensor 40 is positioned in the soft part 32.
이후, 도 6c를 참조하면, 상기 무선 통신용 칩(70)을 장착한다. 6C, the wireless communication chip 70 is mounted.
상기 무선 통신용 칩(70)은, 상기 안테나 코일(20)의 양단부에 근접하게 배치될 수 있다.The wireless communication chip 70 may be disposed in close proximity to both ends of the antenna coil 20.
이후, 도 7a를 참조하면, 상기 신축성 인터커넥트(80)를 형성한다.Referring now to FIG. 7A, the stretchable interconnect 80 is formed.
상기 신축성 인터커넥트(80)는, 액체 금속을 3차원 프린터기를 이용하여 3차원 프린팅하여 형성된다. 상기 신축성 인터커넥트(80)는 상기 무선 통신용 칩(70)의 일측과 상기 센서 연결 전극(50)을 연결하고, 상기 무선 통신용 칩(70)의 타측과 상기 안테나 연결 전극(60)을 연결하도록 프린팅한다. The stretchable interconnect 80 is formed by three-dimensional printing a liquid metal using a three-dimensional printer. The flexible interconnect 80 connects one side of the wireless communication chip 70 and the sensor connection electrode 50 and prints the other side of the wireless communication chip 70 and the antenna connection electrode 60. .
상기 신축성 인터커넥트(80)는, 액체 금속을 사용하기 때문에 신축성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 3차원 프린팅함으로써 원하는 형상으로 패터닝이 용이하다. 또한, 상기 신축성 인터커넥트(80)는, 액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성함으로써, 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 안테나 연결 전극(60) 사이, 또는 상기 무선 통신용 칩(70)과 상기 센서 연결 전극(50)사이에 단차가 있더라도 연결이 가능하다. Since the flexible interconnect 80 uses liquid metal, not only the elasticity can be secured, but also the three-dimensional printing can be easily patterned into a desired shape. In addition, the flexible interconnect 80 is formed by three-dimensional printing of a liquid metal, so that the radio communication chip 70 and the antenna connection electrode 60, or the radio communication chip 70 and the sensor connection electrode. Even if there is a step between the 50, the connection is possible.
도 7b를 참조하면, 상기 제2신축성 소재를 코팅하여 보호층(10b)을 형성하여, 상기 신축성 인터커넥트(80), 상기 스트레인 센서(40), 상기 무선 통신용 칩(70)을 보호할 수 있는 신축성 패키지를 형성한다. Referring to FIG. 7B, the second stretchable material may be coated to form a protective layer 10b to protect the stretchable interconnect 80, the strain sensor 40, and the wireless communication chip 70. Form a package.
도 7c를 참조하면, 상기 희생층(4)을 제거하여, 상기 모기판(2)으로부터 소자를 분리한다. Referring to FIG. 7C, the sacrificial layer 4 is removed to separate the device from the mother substrate 2.
도 8을 참조하면, 상기 희생층(4)이 제거된 상기 신축성 패키지를 성형 몰드(100)에 넣고 가압한 후 경화시켜 콘택트 렌즈의 형상으로 제작한다.Referring to FIG. 8, the stretchable package from which the sacrificial layer 4 is removed is placed in a molding mold 100, pressurized, and cured to form a contact lens.
오목하게 형성된 렌즈용 하부 몰드(102)에 상기 콘택트 렌즈 소재와 상기 신축성 패키지를 넣고, 볼록하게 형성된 렌즈용 상부 몰드(101)를 설정 압력으로 가압하면, 콘택트 렌즈가 완성될 수 있다. The contact lens may be completed by inserting the contact lens material and the stretchable package into the concave lens lower mold 102 and pressing the convex lens upper mold 101 at a predetermined pressure.
다만, 이에 한정되지 않고, 상기 신축성 패키지를 미리 제조된 콘택트 렌즈에 전사하여 사용하는 것도 가능하다. However, the present invention is not limited thereto, and the stretchable package may be transferred to a contact lens manufactured in advance.
상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈의 사용방법을 설명하면, 다음과 같다.Referring to the method of using the smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to the present invention manufactured by the above method, as follows.
사용자가 상기 스마트 콘택트렌즈를 착용한 후, 안압이 높아지면 안압에 따라 변형이 발생된다.After the user wears the smart contact lens, when the intraocular pressure increases, deformation occurs according to the intraocular pressure.
이 때, 상기 스마트 콘택트렌즈는 상기 하이브리드 기판(30)을 포함함으로써, 안압이 높아질 때 상기 강체부(31)에서는 변형이 억제되므로 상기 강체부(31)의 사이에 위치한 상기 소프트부(32)에서 상기 강체부(31)에 비해 상대적으로 변형이 집중될 수 있다. In this case, since the smart contact lens includes the hybrid substrate 30, when the intraocular pressure is increased, the deformation is suppressed in the rigid part 31 so that the soft part 32 is positioned between the rigid part 31. Deformation may be concentrated relative to the rigid part 31.
상기 소프트부(32)에서 변형이 발생되면, 상기 소프트부(32)에 구비된 상기 스트레인 센서(40)가 변형률을 감지할 수 있다. When deformation occurs in the soft part 32, the strain sensor 40 provided in the soft part 32 may detect the strain rate.
상기 강체부(31)에서 억제된 변형이 상기 소프트부(32)에 상대적으로 집중되어 증폭되기 때문에, 상기 스트레인 센서(40)에서 증폭된 변형을 감지하는 효과를 얻을 수 있다. Since the deformation suppressed in the rigid part 31 is amplified relatively concentrated in the soft part 32, the strain amplified by the strain sensor 40 can be obtained.
상기 스트레인 센서(40)는, 작은 안압에 따른 미세 변형이 발생하더라도 변형이 증폭되어 감지할 수 있기 때문에, 미세한 변형률을 효과적으로 감지할 수 있다. The strain sensor 40 can effectively detect the minute strain because the strain is amplified and sensed even if a minute strain occurs due to a small intraocular pressure.
상기 스트레인 센서(40)에서 감지된 값은 상기 무선 통신용 칩(70)을 통해 스마트폰 등 외부 단말기로 전송될 수 있다. The value sensed by the strain sensor 40 may be transmitted to an external terminal such as a smartphone through the wireless communication chip 70.
도 4 및 도 9를 참조하면, 상기 하이브리드 기판(30)의 강체부(31)와 소프트부(32)의 영역 비율에 따른 변형률 증폭 효과를 알 수 있다. 4 and 9, the strain amplification effect according to the ratio of the area of the rigid portion 31 and the soft portion 32 of the hybrid substrate 30 can be seen.
도 9를 참조하면, 상기 소프트부(31)의 길이 변화는 변형률에 따라 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있으며, 증가 비율은 상기 강체부(31)의 총 길이(L1)와 상기 탄성부의 총 길이(L0)의 비율에 비례하게 증가하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that the change in the length of the soft part 31 increases linearly with the strain rate, and the increase ratio is the total length L1 of the rigid part 31 and the total length of the elastic part. It can be seen that the proportion increases with the ratio of (L0).
즉, 상기 강체부(31)의 총 길이(L1)와 상기 탄성부의 총 길이(L0)의 비율이 9:1일 때, 상기 소프트부(31)의 길이 변화율이 가장 크게 증가하는 것을 알 수 있다.That is, when the ratio of the total length L1 of the rigid part 31 and the total length L0 of the elastic part is 9: 1, it can be seen that the rate of change of the length of the soft part 31 increases the most. .
따라서, 상기 강체부(31)의 총 길이(L1)와 상기 탄성부의 총 길이(L0)의 비율이 9:1이 가장 최적인 것을 알 수 있다. Accordingly, it can be seen that the ratio of the total length L1 of the rigid part 31 to the total length L0 of the elastic part is 9: 1.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 기판의 강체부와 소프트부의 영역 비율에 따른 스트레인 센서의 민감도를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the sensitivity of the strain sensor according to the area ratio of the rigid portion and the soft portion of the hybrid substrate according to the embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 상기 스트레인 센서(40)에서 안압에 대한 저항변화율은 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있으며, 이 때 증가 비율은 상기 강체부(31)의 총길이(L1)와 상기 탄성부의 길이(L0)의 비율에 비례하게 증가하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 10, it can be seen that the change rate of resistance to intraocular pressure in the strain sensor 40 increases linearly, wherein the increase rate is the total length L1 of the rigid part 31 and the length of the elastic part. It can be seen that the proportion increases with the ratio of (L0).
즉, 상기 강체부(31)의 총길이(L1)와 상기 탄성부의 길이(L0)의 비율이 9:1일 때, 상기 스트레인 센서(40)의 민감도가 가장 큰 것을 알 수 있다. That is, when the ratio of the total length L1 of the rigid part 31 to the length L0 of the elastic part is 9: 1, it can be seen that the sensitivity of the strain sensor 40 is the greatest.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈에서 금속나노물질로 형성된 안테나 코일과 구리 안테나를 주파수와 반사계수의 관계를 이용하여 비교한 그래프이다.FIG. 11 is a graph comparing an antenna coil and a copper antenna formed of a metal nanomaterial in an intraocular pressure monitoring smart contact lens according to an embodiment of the present invention using a relationship between a frequency and a reflection coefficient.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 코일(20)은, 무선 통신이 가능한 공진 주파수 13.56MHz를 가지도록 제작하였다. Referring to FIG. 11, the antenna coil 20 according to the present invention is manufactured to have a resonance frequency of 13.56 MHz for wireless communication.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈에서 금속나노물질로 형성된 안테나 코일과 구리 안테나를 변형률에 따른 저항변화로 비교한 그래프이다.FIG. 12 is a graph comparing an antenna coil and a copper antenna formed of metal nanomaterials with resistance change according to strain in an intraocular pressure monitoring smart contact lens according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 상기 은나노 섬유와 상기 은나노 와이어로 형성된 상기 안테나 코일(20)은, 종래에 사용되던 구리 안테나에 비해 30% 인장 변형률에서 저항변화율이 1.5%미만인 것으로 나타났다.Referring to FIG. 12, the antenna coil 20 formed of the silver nanofibers and the silver nanowires has a resistance change rate of less than 1.5% at 30% tensile strain as compared to a copper antenna used in the related art.
즉, 상기 안테나 코일(20)은 우수한 기계적 신축성을 갖는 것을 알 수 있다. That is, it can be seen that the antenna coil 20 has excellent mechanical elasticity.
따라서, 본 발명에 따른 안테나 코일(20)은 종래의 구리 안테나와 비교시 특성은 비슷하고, 신축성은 뛰어난 것을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the antenna coil 20 according to the present invention has similar characteristics as compared with a conventional copper antenna and has excellent elasticity.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)의 상관관계를 나타낸 그래프이다. 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)를 이용하여 토끼의 안압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing a correlation between a smart contact lens for intraocular pressure monitoring according to an embodiment of the present invention and a conventional tonometer. FIG. 14 is a graph showing the results of measuring intraocular pressure in rabbits using a smart contact lens for intraocular pressure monitoring and a conventional tonometer according to an embodiment of the present invention.
도 13 및 도 14를 참조하면, 안압계로 측정한 실제 안압과 본 발명에 따른 스마트 콘택트렌즈로 측정한 안압이 높은 상관관계가 있는 것을 알 수 있다. 13 and 14, it can be seen that there is a high correlation between the actual intraocular pressure measured by the tonometer and the intraocular pressure measured by the smart contact lens according to the present invention.
또한, 중간 인터세션 상관계수 값(ICC)은 약0.888로서, 교차 재현성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.In addition, the intermediate intersession correlation coefficient (ICC) is about 0.888, indicating that the cross reproducibility is very good.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 안압 모니터링용 스마트 콘택트렌즈와 종래의 안압계(tonometer)를 이용하여 사용자에 따른 재현성을 나타낸 그래프이다. FIG. 15 is a graph illustrating reproducibility according to a user using a smart contact lens for intraocular pressure monitoring and a conventional tonometer according to an embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 서로 다른 사용자(operator1, operator2)를 대상으로 실험한 결과, 본 발명에 따른 스마튼 콘택트렌즈는 작업자에 따라 측정 결과가 달라지는 종래의 안압계와는 다르게 사용자에 영향을 받지 않는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 15, as a result of experimenting with different users (operator1, operator2), the smart contact lens according to the present invention is not affected by the user, unlike the conventional tonometer in which the measurement result varies depending on the operator. Able to know.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명에 따르면 안압 변화에 따른 작은 변형률도 용이하게 감지할 수 있는 스마트 콘택트 렌즈를 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to manufacture a smart contact lens that can easily detect a small strain caused by a change in intraocular pressure.

Claims (12)

  1. 콘택트렌즈 소재로 형성된 신축성 기판과;An elastic substrate formed of a contact lens material;
    상기 신축성 기판에 임베딩되고, 금속나노물질로 형성되며, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 형성되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일과;An antenna coil embedded in the stretchable substrate, formed of a metal nanomaterial, and spaced apart from each other and formed in a spiral shape, wirelessly receiving power from the outside and performing electromagnetic resonance to wirelessly transmit a signal to the outside;
    상기 신축성 기판에 임베딩되고, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정 간격 이격된 위치에서 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성되고 강체(Rigid) 소재로 형성된 강체부와, 상기 강체부의 단부 사이에 위치되고 상기 강체 소재보다 모듈러스가 미리 설정된 값 이상 차이나는 소프트 소재로 형성된 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판과;A rigid body part embedded in the flexible substrate and formed in a circular arc shape having a predetermined length and a rigid body material at a predetermined distance radially spaced apart from the outer circumference of the antenna coil, and positioned between an end portion of the rigid body part; And a soft part formed of a soft material having a modulus different from the rigid material by a predetermined value or more;
    안압에 따른 변형률이 증폭되도록 저항선은 상기 소프트부에서 원주방향을 따라 길게 배치되고, 단자는 상기 강체부에 배치되어, 상기 강체부의 원주방향 길이와 상기 소프트부의 원주방향 길이의 비율에 따라 민감도가 조절되는 스트레인 센서와;The resistance wire is arranged long along the circumferential direction in the soft part so that the strain according to the intraocular pressure, and the terminal is disposed in the rigid part, the sensitivity is adjusted according to the ratio of the circumferential length of the rigid part and the circumferential length of the soft part. A strain sensor;
    상기 강체부에 구비되고, 상기 스트레인 센서와 연결되는 센서 연결 전극과;A sensor connection electrode provided on the rigid body and connected to the strain sensor;
    상기 안테나 코일의 양단에 각각 연결된 안테나 연결 전극과;Antenna connection electrodes connected to both ends of the antenna coil;
    상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 무선 통신용 칩과;A wireless communication chip for transmitting the information measured by the strain sensor to the outside through a wireless communication method;
    액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성되어, 상기 무선 통신용 칩과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 무선 통신용 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.And a stretchable interconnect formed by three-dimensional printing of liquid metal to connect the chip for wireless communication with the sensor connection electrode and to connect the other side of the chip for wireless communication with the antenna connection electrode.
  2. 콘택트렌즈 소재로 형성된 신축성 기판과;An elastic substrate formed of a contact lens material;
    상기 신축성 기판에 임베딩되고, 은 나노섬유와 은나노와이어를 포함하여 형성되며, 양단이 서로 이격되고 나선 형상으로 형성되어, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일과;An antenna embedded in the flexible substrate, formed of silver nanofibers and silver nanowires, and both ends thereof are spaced apart from each other and formed in a spiral shape to wirelessly receive power from the outside and perform electromagnetic resonance to wirelessly transmit a signal to the outside; A coil;
    상기 신축성 기판에 임베딩되고, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정 간격 이격된 위치에서 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 형성되고 에폭시로 형성된 강체부와, 상기 강체부의 단부 사이에 위치되고 실리콘으로 형성된 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판과;A rigid body part embedded in the flexible substrate and formed in an arc shape having a preset length and formed of epoxy at a position spaced apart from the outer circumference of the antenna coil in a radial direction by a predetermined distance, and positioned between an end portion of the rigid body part and formed of silicon; A hybrid substrate comprising a soft portion;
    안압에 따른 변형률이 증폭되도록 저항선은 상기 소프트부에서 원주방향을 따라 길게 배치되고, 단자는 상기 강체부에 배치되어, 상기 강체부의 원주방향 길이와 상기 소프트부의 원주방향 길이의 비율에 따라 민감도가 조절되고, 실리콘으로 형성된 스트레인 센서와;The resistance wire is arranged long along the circumferential direction in the soft part so that the strain according to the intraocular pressure, and the terminal is disposed in the rigid part, the sensitivity is adjusted according to the ratio of the circumferential length of the rigid part and the circumferential length of the soft part. A strain sensor formed of silicon;
    상기 강체부에 구비되고, 상기 스트레인 센서와 연결되는 센서 연결 전극과;A sensor connection electrode provided on the rigid body and connected to the strain sensor;
    상기 안테나 코일의 양단에 각각 연결된 안테나 연결 전극과;Antenna connection electrodes connected to both ends of the antenna coil;
    상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 근거리 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 NFC 칩과;An NFC chip transmitting the information measured by the strain sensor to the outside through a short range wireless communication method;
    액체 금속을 3차원 프린팅하여 형성되어, 상기 NFC 칩과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 NFC 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.3. A smart contact lens for intraocular pressure monitoring, comprising: a flexible interconnect formed by three-dimensional printing of liquid metal to connect the NFC chip to the sensor connection electrode and to connect the other side of the NFC chip to the antenna connection electrode.
  3. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 강체부는, 각각 원호 형상으로 형성되고 서로 소정간격 이격되게 복수개가 형성되고,The rigid body portion is formed in a circular arc shape and a plurality of the spaced apart from each other by a predetermined interval,
    상기 소프트부는, 상기 복수의 강체부들 중 이웃하는 두 개의 강체부들 사이에서 원호 형상으로 형성된 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.The soft part may be an intraocular pressure monitoring smart contact lens formed in an arc shape between two adjacent rigid parts of the plurality of rigid parts.
  4. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 강체부의 원주방향 길이는 상기 소프트부의 원주방향 길이의 3배 내지 10배로 설정되는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.The circumferential length of the rigid body portion is a smart contact lens for intraocular pressure monitoring is set to 3 to 10 times the circumferential length of the soft portion.
  5. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 강체 소재는 에폭시를 포함하고,The rigid material comprises an epoxy,
    상기 소프트 소재는 실리콘을 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.The soft material comprises a silicon smart contact lens for pressure monitoring.
  6. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 안테나 코일은, The antenna coil,
    1차원 금속나노물질과 2차원 금속 나노물질 중 적어도 하나를 포함하여 형성된 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.A smart contact lens for intraocular pressure monitoring, comprising at least one of a one-dimensional metal nanomaterial and a two-dimensional metal nanomaterial.
  7. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 스트레인 센서는,The strain sensor,
    실리콘(Silicon) 나노멤브레인 기반 센서를 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈.Smart contact lenses for intraocular pressure monitoring, including silicon nanomembrane-based sensors.
  8. 모기판 위에 희생층을 도포하는 단계와;Applying a sacrificial layer on the mother substrate;
    상기 희생층 위에 안압에 따른 변형률을 감지하기 위한 스트레인 센서를 전사하는 단계와;Transferring a strain sensor on the sacrificial layer to detect strain due to intraocular pressure;
    전극소재를 증착하고 패터닝하여, 상기 스트레인 센서의 단자에 연결되는 센서 연결 전극과, 안테나 코일에 연결되도록 안테나 연결 전극을 형성하는 단계와;Depositing and patterning an electrode material to form a sensor connection electrode connected to a terminal of the strain sensor and an antenna connection electrode to be connected to an antenna coil;
    금속나노물질을 코팅하여 금속나노물질층을 형성한 후, 상기 금속나노물질층을 나선 형상의 안테나 패턴으로 패터닝하여, 외부로부터 전력을 무선 수신하고 전자기 공명을 수행하여 신호를 외부로 무선 송신하는 안테나 코일을 형성하는 단계와;After coating a metal nano material to form a metal nano material layer, patterning the metal nano material layer in a spiral antenna pattern, the antenna for wirelessly receiving power from the outside and performing electromagnetic resonance to wirelessly transmit a signal to the outside Forming a coil;
    상기 안테나 코일 위에 제1신축성 소재를 코팅하여 패시배이션 층을 형성하고, 상기 스트레인 센서, 상기 센서 연결 전극 및 상기 안테나 연결전극이 노출되도록 비아홀을 형성하는 단계와;Coating a first stretchable material on the antenna coil to form a passivation layer, and forming a via hole to expose the strain sensor, the sensor connection electrode, and the antenna connection electrode;
    강체 소재를 코팅하여 강성층을 형성한 후, 상기 안테나 코일의 외주로부터 반경방향으로 소정간격 이격된 위치에서 상기 센서 연결 전극을 덮고 상기 스트레인 센서의 저항선은 노출시키도록 미리 설정된 설정 길이의 원호 형상으로 패터닝하여, 강체부를 형성하는 단계와;After the rigid material is coated to form a rigid layer, the sensor connection electrode is covered at a predetermined distance radially spaced from the outer circumference of the antenna coil, and the resistance wire of the strain sensor is formed in an arc shape of a preset length. Patterning to form a rigid portion;
    상기 강체부 위에 상기 강체 소재보다 모듈러스가 미리 설정된 값 이상 차이나는 소프트 소재를 코팅하여, 상기 강체부의 단부 사이에서 상기 스트레인 센서를 덮는 소프트부를 포함하는 하이브리드 기판을 형성하는 단계와;Coating a soft material having a modulus different from the rigid material by a predetermined value or more on the rigid part to form a hybrid substrate including a soft part covering the strain sensor between ends of the rigid part;
    상기 스트레인 센서에서 측정한 정보를 무선 통신 방식을 통해 외부로 전송하는 무선 통신용 칩을 형성하는 단계와;Forming a chip for wireless communication transmitting the information measured by the strain sensor to the outside through a wireless communication method;
    액체 금속을 미리 설정된 패턴으로 3차원 프린팅하여, 상기 무선 통신용 칩의 일측과 상기 센서 연결 전극을 연결하고, 상기 무선 통신용 칩의 타측과 상기 안테나 연결 전극을 연결하는 신축성 인터커넥트를 형성하는 단계와;3D printing a liquid metal in a predetermined pattern, connecting the one side of the wireless communication chip and the sensor connection electrode, and forming a stretchable interconnect connecting the other side of the wireless communication chip and the antenna connection electrode;
    제2신축성 소재를 코팅하여, 상기 안테나 코일, 상기 신축성 인터커넥트, 상기 스트레인 센서 및 상기 무선 통신용 칩을 보호하는 신축성 패키지를 형성하는 단계와;Coating a second stretchable material to form a stretchable package protecting the antenna coil, the stretchable interconnect, the strain sensor and the chip for wireless communication;
    상기 희생층을 제거하는 단계와;Removing the sacrificial layer;
    상기 신축성 패키지를 콘택트 렌즈의 형상으로 제작하는 단계를 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.The manufacturing method of the smart contact lens for intraocular pressure monitoring comprising the step of manufacturing the elastic package in the shape of a contact lens.
  9. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8,
    상기 강체부의 원주방향 길이는, 상기 소프트부의 원주방향 길이의 3배 내지 10배로 설정되어 패터닝되는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.The circumferential length of the rigid body portion is set to 3 to 10 times the circumferential length of the soft portion is patterned manufacturing method of the smart contact lens for intraocular pressure monitoring.
  10. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8,
    상기 강성소재는 에폭시를 포함하고,The rigid material includes an epoxy,
    상기 탄성소재는 실리콘을 포함하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.The elastic material is a method of manufacturing a smart contact lens for intraocular pressure monitoring containing silicon.
  11. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8,
    상기 하이브리드 기판을 형성하는 단계는,Forming the hybrid substrate,
    상기 소프트 소재를 상기 패시배이션 층과 상기 강체부를 모두 덮도록 코팅하여 형성하는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.The method of manufacturing a smart contact lens for intraocular pressure monitoring is formed by coating the soft material to cover both the passivation layer and the rigid part.
  12. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8,
    상기 콘택트 렌즈의 형상으로 제작하는 단계는,Producing the shape of the contact lens,
    오목하게 형성된 렌즈용 하부 몰드에 콘택트 렌즈 소재와 상기 신축성 패키지를 넣고, 볼록하게 형성된 렌즈용 상부 몰드로 가압한 후 경화시키는 안압 모니터링용 스마트 콘택트 렌즈의 제조방법.A method of manufacturing a smart contact lens for intraocular pressure monitoring in which a contact lens material and the stretchable package are placed in a concave formed lower mold for a lens, and pressed with a convex upper mold for a lens.
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