KR102942012B1 - 센싱 장치 - Google Patents

센싱 장치

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KR102942012B1
KR102942012B1 KR1020200032604A KR20200032604A KR102942012B1 KR 102942012 B1 KR102942012 B1 KR 102942012B1 KR 1020200032604 A KR1020200032604 A KR 1020200032604A KR 20200032604 A KR20200032604 A KR 20200032604A KR 102942012 B1 KR102942012 B1 KR 102942012B1
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 센싱장치는 기판, 상기 기판에 배치된 전극, 및 상기 기판에 배치되고 상기 전극에 연결된 연결단자를 포함하는 센서부, 그리고 상기 센서부와 연결되며, 베이스 및 상기 베이스에 배치된 배선을 포함하는 스트레쳐블 기판을 포함하고, 상기 센서부의 연결단자는 상기 스트레쳐블 기판의 배선에 연결된다.

Description

센싱 장치{SENSING DEVICE}
본 발명은 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 체내에 삽입되는 체내용 센서를 포함하는 센싱 장치에 관한 것이다.
의료 기술의 발달에 따라 체내 성분 및 생리학적 정보를 실시간으로 모니터링하기 위한 의료용 생체정보 측정 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 중에서도, 체내 성분을 실시간으로 정확하게 측정하기 위한 센싱 장치에 대한 관심이 높아지고 있다.
체내용 센서를 포함하는 센싱 장치의 한 예로, 세포간질액(interstitial fluid) 내 체내 성분과 반응하는 생체 반응 물질이 도포된 센서가 피부를 뚫고 인체에 삽입되며, 체내 성분과 생체 반응 물질 간 전기화학적 작용으로 인해 발생하는 전기 신호가 체외에 배치된 신호처리부로 전달되는 구조를 가질 수 있다.
이때, 인체에 삽입되는 체내용 센서의 크기가 클수록 체내 성분과 접촉하는 면적이 늘어나며, 이에 따라 센싱의 정확도가 높아질 수 있다. 그러나, 체내용 센서의 크기가 커질수록 사용자가 느끼는 이물감은 더욱 커질 수 있다.
뿐만 아니라, 인체에 삽입된 체내용 센서에는 검출하고자 하는 체내 성분뿐만 아니라 세포간질액에 흘러 다니는 단백질 등의 기타 이물질이 흡착될 수도 있다. 센서에 이물질이 흡착되는 경우, 센싱의 정확도가 낮아질 수 있으며, 센서의 수명도 짧아질 수 있다.
한편, 체내용 센서에 의하여 감지된 신호를 수신하여 처리하고 외부에 전송하는 트랜스미터가 체내용 센서에 연결될 수 있다. 일반적으로, 트랜스미터는 단단한 소재의 케이스 내에 수용된 하드 PCB를 포함할 수 있으며, 이러한 트랜스미터가 피부에 부착될 경우 사용자의 불편함을 초래할 수 있다.
미국공개특허공보 US 2019/0159337(2019.05.23) 미국공개특허공보 US 2011/0021889(2011.01.27)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 정확하고, 수명이 길며, 사용자의 불편함을 최소화하는 센싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 센싱 장치는 기판, 상기 기판에 배치된 전극, 및 상기 기판에 배치되고 상기 전극에 연결된 연결단자를 포함하는 센서부, 그리고 상기 센서부와 연결되며, 베이스 및 상기 베이스에 배치된 배선을 포함하는 스트레쳐블 기판을 포함하고, 상기 센서부의 연결단자는 상기 스트레쳐블 기판의 배선에 연결된다.
상기 스트레쳐블 기판은 적층된 복수의 배선층을 포함하고, 상기 센서부의 연결단자는 복수의 배선층 중 두 개의 배선층 사이에 배치될 수 있다.
상기 복수의 배선층 중 인접한 배선층들 사이에는 상기 베이스가 배치될 수 있다.
상기 복수의 배선층 각각은 금속층 및 지지층을 포함할 수 있다.
상기 센서부의 적어도 일부는 상기 스트레쳐블 기판에 삽입되고, 나머지 일부는 상기 스트레쳐블 기판의 외부로 인출될 수 있다.
상기 스트레쳐블 기판의 외부로 인출된 상기 센서부의 전극은 생분해성 센서 가이드에 수용되며, 상기 센서부의 전극은 상기 생분해성 센서 가이드와 함께 체내로 주입될 수 있다.
상기 센서 가이드의 일부는 상기 스트레쳐블 기판에 삽입되고, 상기 센서 가이드의 나머지 일부는 상기 스트레쳐블 기판의 외부에 노출될 수 있다.
상기 센서 가이드의 나머지 일부의 길이는 상기 센서 가이드의 일부의 길이보다 길 수 있다.
상기 기판은 상기 전극이 배치되는 전극 영역과 상기 연결단자가 배치되는 연결단자 영역으로 구분되고, 상기 연결단자 영역의 폭은 상기 전극 영역의 폭 보다 클 수 있다.
상기 연결단자 영역의 폭은 상기 전극 영역의 폭의 1배를 초과하고 5배 이하일 수 있다.
상기 스트레쳐블 기판의 배선은 복수의 패드 및 상기 복수의 패드를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결단자의 폭은 상기 패드의 폭과 상이할 수 있다.
상기 연결단자와 상기 패드 사이에 배치된 접착부를 더 포함할 수 있다.
상기 접착부의 폭은 상기 연결단자의 폭과 상기 패드의 폭의 사이일 수 있다.
상기 복수의 배선층은 상기 기판의 양면 중 상기 센서부의 연결단자가 배치된 제1 면이 향하는 제1 배선층 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면이 향하는 제2 배선층 포함하고, 상기 제1 배선층에 연결되고 상기 스트레쳐블 기판에 매립된 신호처리부 및 송신부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 신호처리부 및 상기 송신부 중 적어도 하나는 하드 PCB 및 상기 하드 PCB 상에 배치된 칩을 포함할 수 있다.
상기 기판의 양면 중 상기 센서부의 연결단자가 배치된 제1면에는 상기 연결단자를 통하여 상기 전극으로부터 수신한 신호를 처리하는 신호처리용 회로패턴이 더 배치될 수 있다.
상기 기판은 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에는 기준 전극, 동작 전극 및 보조 전극 중 적어도 하나 이상이 배치되고, 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 적어도 하나에는 복수의 연결단자가 배치될 수 있다.
상기 기판은 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면이 외부를 향하며, 상기 제2 면이 내부를 향하도록 나선 형상으로 감기며, 상기 제1 면 및 상기 제2 면에는 기준 전극, 동작 전극 및 보조 전극 중 적어도 하나가 배치될 수 있다.
상기 기판은 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면이 외부를 향하며, 상기 제2 면이 내부를 향하도록 나선 형상으로 감기며, 상기 제1 면에는 기준 전극이 적어도 하나 이상 배치되고, 상기 제2 면에는 동작 전극 및 보조 전극이 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이물질의 영향을 최소화하여 센싱 성능이 우수하고 수명이 긴 체내용 센서를 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 사용자가 느끼는 이물감 등의 불편함을 최소화할 수 있는 체내용 센서를 포함하는 센싱 장치를 얻을 수 있다.
도 1을 일반적인 연속혈당측정시스템(continuous glucose monitoring system, CGMS)을 나타낸다.
도 2는 도 1의 연속혈당측정시스템 내 센서의 단면도의 한 예이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 센싱 장치의 블록도이다.
도 4(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부의 단면도이고, 도 4(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부의 상면도이다.
도 5(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부의 상면도이고, 도 5(b)는 도5(a)의 A-A'의 단면도이고, 도 5(c)는 도 5(a)의 B-B'의 단면도이다.
도 6(a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서부의 상면도이고, 도 6(b)는 도 6(a)의 A-A'의 단면도이고, 도 6(c)는 도 6(a)의 B-B'의 단면도이다.
도 7(a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서부의 상면도이고, 도 7(b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서부의 하면도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부를 나선 형상으로 감은 형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부를 나선형상으로 감은 형태를 나타내는 도면이다.
도 10은 나선형상으로 감긴 센서부의 원리를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 센서부의 제조 및 체내 주입 과정을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 스트레쳐블 기판의 상면도이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 센싱 장치의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센싱 장치의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 센싱 장치를 구현한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1을 일반적인 연속혈당측정시스템(continuous glucose monitoring system, CGMS)을 나타내고, 도 2는 도 1의 연속혈당측정시스템 내 센서의 단면도의 한 예이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 일반적인 CGMS(10)는 체내용 센서(12) 및 트랜스미터(14)를 포함한다. 체내용 센서(12)는 피부를 뚫고 체내로 삽입되는 니들 형태일 수 있다. 체내용 센서(12)는 전극(20), 전극(20) 상에 배치된 효소층(22) 및 효소층(22) 상에 배치된 반투과막(24)을 포함할 수 있다. CGMS(10)는 혈당을 측정하기 위한 시스템으로, 효소층(22)은 글루코오스 옥시다아제(glucose oxidase)를 포함할 수 있다. 체내용 센서(12)가 피부를 뚫고 체내로 삽입되면, 세포간질액 내 글루코오스는 효소층(22)의 글루코오스 옥시다아제와 반응하여 글루콘산으로 바뀌며, 소정의 전하를 방출한다. 소정의 전하는 전극(20)과 반응하여 전류를 형성하며, 전극(20)에 흐르는 전류는 와이어(미도시)를 따라 체외의 트랜스미터(14)로 전달된다. 트랜스미터(14)는 전극(20)으로부터 전달된 전류와 관련된 데이터를 외부 단말(20)로 송신하며, 이에 따라 외부 단말(20)은 체내의 혈당 정보를 출력할 수 있다.
여기서, 설명의 편의를 위하여 연속혈당측정시스템을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예가 이로 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예는 체내에 침투되어 세포간질액 내 체내 성분을 센싱하기 위한 다양한 체내용 센서에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 센싱 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 센싱 장치(100)는 센서부(110), 신호처리부(120) 및 송신부(130)를 포함하고, 송신부(130)는 외부의 단말(200)과 통신한다.
센서부(110)는 피부를 뚫고 체내에 삽입되며, 세포간질액(interstitial fluid) 내 체내 성분을 센싱한다. 이를 위하여, 센서부(110)는 소정의 체내 성분 및 이와 반응하는 생체 반응 물질 간 전기화학적 반응을 이용할 수 있다. 즉, 소정의 체내 성분 및 이와 반응하는 생체 반응 물질 간 전기화학적 반응에 의하여 이온 및/또는 전자가 생성될 경우, 이로 인한 전류를 이용하여 소정의 체내 성분의 유무 또는 농도를 검출할 수 있다. 센서부(110)의 적어도 일부는 체내에 주입되므로, 본 명세서에서 센서부(110)는 체내용 센서라 지칭될 수 있다. 센서부(110)의 구체적인 구조는 후술한다.
여기서, 소정의 체내 성분은 혈당으로 제한되는 것은 아니며, 혈액 또는 세포간질액 등에 존재하는 혈당, 젖산, 콜레스테롤, 도파민, 산호, Na+, Ka+, 요소 등의 다양한 생화학 물질 또는 각종 바이오 마커일 수 있다. 그리고, 생체 반응 물질은 소정의 체내 성분과 반응하는 물질로, 효소 등일 수 있다. 예를 들어, 센서부(110)가 체내의 당수치를 센싱하고자 하는 경우, 생체 반응 물질은 글루코오스 옥시다아제일 수 있다.
센서부(110)는 연결 와이어 및 연결 단자를 포함하며, 센서부(110)의 전극은 연결 와이어 및 연결 단자를 통하여 신호처리부(120)에 연결된다. 여기서, 연결 와이어는 센서부(110)의 전극에 연결되며, 체내에 배치된 센서부(110)의 전극에 흐르는 전류는 연결 와이어 및 연결 단자를 통하여 체외의 신호처리부(120)로 전달될 수 있다. 신호처리부(120)는 센서부(110)로부터 전달 받은 전류량을 이용하여 소정의 체내 성분에 대한 정보를 산출한다. 이를 위하여, 신호처리부(120)는 센서부(110)로부터 전달받은 전류량을 아날로그-디지털 변환한 후, 소정의 체내 성분에 대한 농도를 산출할 수 있다.
그리고, 신호처리부(120)는 산출한 정보를 송신부(130)를 통하여 외부의 단말(200)에게 전송한다. 이때, 송신부(130)는 외부의 단말(200)과 무선 또는 유선으로 통신하고, 외부의 단말(200)은 송신부(130)로부터 수신한 정보를 디스플레이 등에 출력할 수 있다.
도 4(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부의 단면도이고, 도 4(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부의 상면도이다. 도 5(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부의 상면도이고, 도 5(b)는 도5(a)의 A-A'의 단면도이고, 도 5(c)는 도 5(a)의 B-B'의 단면도이다. 도 6(a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서부의 상면도이고, 도 6(b)는 도 6(a)의 A-A'의 단면도이고, 도 6(c)는 도 6(a)의 B-B'의 단면도이다. 도 7(a)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서부의 상면도이고, 도 7(b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서부의 하면도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 센서부(110)는 기판(300) 및 기판(300) 상에 배치된 기준 전극(reference electrode, 310), 동작 전극(working electrode, 320) 및 보조 전극(counter electrode, 330)를 포함한다.
여기서, 기판(300)은 플렉시블하며, 제1면(302) 및 제1 면(302)의 반대면인 제2면(304)을 포함할 수 있다. 여기서, 센서부(110)의 기판(300)은 플렉시블 기판일 수 있다. 플렉시블 기판은 깨지지 않고(unbreakable), 구부러지며(bendable), 둘둘 말 수 있고(rollable), 접을 수 있고(folderable), 휘어질 수 있는 유연한 기판을 의미할 수 있다. 이를 위하여, 기판(300)은, 예를 들어 LCP(liquid crystal polymer), PEEK(poly ether ether ketone), PI(polyimde) 등으로 이루어질 수 있다. 이에 따르면, 기판(300)은 생체 적합성이고, 체내의 세포간질액의 흐름에 따라 플렉시블하게 휘어질 수 있어 사용자의 이물감을 최소화할 수 있으며, 열성형이 가능하다. 또한, 기판(300)은 10 내지 150㎛, 바람직하게는 30 내지 130㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다. 이에 따르면, 열성형된 기판(300)의 형상이 안정적으로 유지될 수 있다.
동작 전극(320)은 전기화학적 반응이 일어나는 전극으로, 동작 전극(320) 상에는 소정의 체내 성분과 반응하는 생체 반응 물질이 코팅될 수 있다. 여기서, 소정의 체내 성분은 센서부(110)가 센싱하고자 하는 성분으로, 혈액 또는 세포간질액 등에 존재하는 혈당, 젖산, 콜레스테롤, 도파민, 산호, Na+, Ka+, 요소 등의 다양한 생화학 물질 또는 각종 바이오 마커일 수 있다. 그리고, 생체 반응 물질은 소정의 체내 성분과 반응하는 물질로, 효소 등일 수 있다. 도시되지 않았으나, 생체 반응 물질 상에는 반투과성 막이 더 배치될 수 있다. 이에 따라, 센싱하고자 하는 소정의 체내 성분만이 선택적으로 투과될 수 있으며, 동작 전극(320) 상에 코팅된 생체 반응 물질이 동작 전극(320)으로부터 이탈되는 문제를 방지할 수 있다.
기준 전극(310)은 동작 전극(320)과의 전위차를 형성하는 전극이며, 보조 전극(330)은 동작 전극(320)의 전류 신호 측정을 위한 전극이다. 즉, 보조 전극(330)에는 전압이 일정하게 유지되고, 동작 전극(320)에서는 생체 반응 물질과 소정의 체내 성분 간 반응으로 인하여 전류가 흐를 수 있다. 기준 전극(310)은 보조 전극(330)에 일정한 전압이 걸리게 하는 역할을 수행할 수 있다. 동작 전극(320)은 작업 전극이라 지칭될 수 있으며, 보조 전극(330)은 상대 전극이라 지칭될 수 있다.
한편, 도4(a) 및 도4(b) 를 참조하면, 기판(300)의 제1 면(302)에는 적어도 하나의 기준 전극(310), 적어도 하나의 동작 전극(320) 및 적어도 하나의 보조 전극(330)이 배치될 수 있으며, 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 각각은 와이어(W1, W2, W3)를 통하여 연결단자(351, 352, 353)에 연결될 수 있다. 여기서, 와이어(W1, W2, W3) 및 연결단자(351, 352, 353)는 센서부(110)의 전극(310, 320, 330)에 흐르는 전류를 체외의 신호처리부(120)로 전달할 수 있다.
또는, 도 5(a) 내지 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 기판(300)의 제1면(302) 및 제2면(304) 각각에는 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 중 적어도 하나가 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판(300)의 제1면(302)에는 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)이 배치되고, 제2 면(304)에는 기준 전극(310)이 배치될 수 있다. 이때, 기준 전극(310)에 연결되는 연결단자(351)는 기판(300)의 제1면(302)에 배치되며, 기준 전극(310)과 연결단자(351)를 연결하는 와이어(W1)는 기준 전극(310)과 함께 제2면(304)에 배치되어 비아홀(306)을 통하여 연결단자(351)와 연결될 수 있다. 이에 따르면, 기판(300)의 양면에 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)이 배치되므로, 센서부(110)가 차지하는 단위 면적 또는 단위 부피 당 배치되는 전극의 개수가 많아지므로, 측정의 정밀도를 높일 수 있다.
또는, 도 6(a) 내지 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 기판(300)의 한 면에는 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)과 연결단자(350)가 모두 배치되고, 다른 면에는 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)과 연결단자(350)를 연결하기 위한 와이어(W1, W2, W3) 중 일부 또는 전부가 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판(300)의 제1면(302)에는 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)과 연결단자(350)가 배치되고, 와이어(W2, W3)가 배치되며, 기판(300)의 제2면(304)에는 기준 전극(310)과 연결단자(351)를 연결하는 와이어(W1)가 배치될 수 있다. 이에 따르면, 기판(300)의 양면에 전극(310, 320, 330)과 와이어(W1,W2, W3)를 분산 배치하므로, 센서부(110)가 차지하는 단위 면적 또는 단위 부피 당 배치되는 전극의 개수가 많아지므로, 측정의 정밀도를 높일 수 있다.
이를 위하여, 기판(300)에는 적어도 하나의 비아홀(306)이 형성되며, 비아홀(306)을 통하여 기준 전극(310)에 연결된 와이어(W1), 동작 전극(320)에 연결된 와이어(W2) 및 보조 전극(330)에 연결된 와이어(W3) 중 적어도 하나가 관통할 수 있고, 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 각각은 와이어(W1, W2, W3)를 통하여 연결단자(351, 352, 353)에 연결될 수 있다. 여기서, 와이어(W1, W2, W3) 및 연결단자(351, 352, 353)에 흐르는 전류를 체외의 신호처리부(120)로 전달할 수 있다. 이에 따르면, 연결단자(350)는 기판(300)의 양면 중 한 면에 모인 후 체외로 인출되므로, 배선이 용이하다.
또는, 도 7(a) 내지 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 기판(300)의 제1면(302) 및 제2면(304) 각각에는 복수의 기준 전극(310), 복수의 동작 전극(320) 및 복수의 보조 전극(330)이 배치될 수 있다. 이에 따르면, 기판(300)의 양면에 복수의 기준 전극(310), 복수의 동작 전극(320) 및 복수의 보조 전극(330)이 배치되므로, 센서부(110)가 차지하는 단위 면적 또는 단위 부피 당 배치되는 전극의 개수가 많아지므로, 측정의 정밀도를 높일 수 있다.
연결단자(350)가 기판(300)의 제1면(302)에 배치된 경우, 기판(300)의 제2면(304)에 배치된 전극(310, 320, 330)에 연결된 와이어(W1, W2, W3)는 비아홀(306)을 통하여 기판(300)의 제1면(302)에 배치된 연결단자(350)에 연결될 수 있다.
도시되지 않았으나, 하나의 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 세트는 하나의 와이어(W1, W2, W3) 세트를 통하여 하나의 연결단자(351, 352, 353) 세트에 연결될 수 있다. 즉, 하나의 센서부(110)가 복수의 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 세트를 포함하는 경우, 각 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 세트에 대하여 개별적으로 연결단자(351, 352, 353) 세트가 배치될 수 있다. 이에 따르면, 센싱의 정확도가 높아질 수 있다.
한편, 도 4(a)를 참조하면, 기판(300)과 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 사이에는 씨드층(340)이 더 배치될 수 있고, 씨드층(340)은 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따르면, 기판(300)과 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 간의 접합력을 개선할 수 있다.
또는, 기판(300) 상에 씨드층(340)을 형성하기 전에, 기판(300)을 전처리할 수도 있다. 예를 들어, 기판(300)의 표면을 플라즈마 처리하거나, 기판(300)의 표면에 친수성 프라이머를 코팅하면, 기판(300)의 표면이 친수성으로 바뀌므로, 기판(300)의 표면에 씨드층(340)이 형성되기 유리하다.
이에 따르면, 기판(300), 씨드층(340) 및 전극(310, 320, 330) 간 밀착력이 개선될 수 있다.
한편, 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 각각은 금(Au) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나의 나노파티클을 포함할 수 있으며, 기준 전극(310)은 염화은(AgCl)을 더 포함할 수도 있고, 이는 증착, 스퍼터링, 도금, 증발, 코팅 등에 의하여 기판(300) 상에 배치될 수 있다. 증착, 스퍼터링, 도금, 증발, 코팅 등의 처리 조건에 따라 전극(310, 320, 330)을 이루는 나노파티클의 입자 크기가 달라질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 각각은 금(Au) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 각각은 주름진(wrinkled) 금속 또는 다공성(porous) 금속으로 이루어질 수 있다. 이에 따르면, 센싱의 정밀도를 높일 수 있다. 이때, 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330) 각각은 D50이 5 내지 100nm, 바람직하게는 5 내지 75nm, 더욱 바람직하게는 5 내지 50nm인 나노 파티클로 이루어질 수 있다. 이에 따르면, 전극(310, 320, 330)의 표면이 매끄러우므로, 이물질이 흡착될 가능성을 줄일 수 있다. 여기서, 이물질은 혈액 또는 세포간질액에 존재하는 단백질, 혈소판, 세포, 섬유아세포, 면역물질, 혈구 등 검출하고자 하는 체내 성분 이외의 물질을 의미하며, 이물질이 전극(310, 320, 330)의 표면에 흡착될 경우, 센싱 기능이 저하되며, 센서의 수명이 단축될 수 있다.
또는, 전극(310, 320, 330) 상에 이물질이 흡착될 가능성을 줄이기 위하여, 전극(310, 320, 330)의 표면을 소수성 물질로 코팅할 수도 있다. 전극(310, 320, 330)의 표면이 소수성 물질로 코팅될 경우, 이물질이 전극(310, 320, 330)의 표면에 흡착되지 않을 수 있다. 여기서, 소수성 물질은 생체 적합성 소수성 물질일 수 있으며, 특별히 종류를 제한하지는 않는다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 나선 형상으로 감긴 형태로 센서부를 구현할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 센서부를 나선 형상으로 감은 형태를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부를 나선형상으로 감은 형태를 나타내는 도면이다.
도 8 내지 도 9를 참조하면, 기판(300)의 제1면(302)이 외부를 향하고, 제2면(304)이 내부를 향하도록 나선 형상으로 감길 수 있다. 여기서, 나선 형상은 소정 방향(예, Z 방향)을 향하여 소정의 곡률로 반복하여 회전하며 연장되는 3차원 형상을 의미할 수 있으며, 기판이 실린더의 외주면을 감싸며 이어지는 형상을 의미할 수 있다. 나선 형상은 스파이럴 형상, 헬리컬 형상 등과 혼용될 수 있다. 이와 같이, 기판(300)이 나선 형상으로 감기는 경우, 기판(300)에 가해지는 스트레스가 분산되므로, 평면형 기판에 비하여 더욱 플렉시블하고, 이에 따라 세포간질액의 흐름에 미치는 영향을 줄이고, 사용자의 이물감을 줄일 수 있다.
이때, 기판(300)은 폭(D)이 10 내지 1000㎛, 바람직하게는 100 내지 800㎛, 더욱 바람직하게는 300 내지 600㎛인 나선 형상으로 감길 수 있다. 폭(D)은 Z방향으로 연장되는 나선 형상에서 Z방향에 수직하는 X방향의 길이를 의미할 수 있으며, Z축 상 소정 위치에서의 제1면(302)과 다른 제1면(302) 간 최대 거리를 의미할 수 있다. 기판(300)의 폭(D)이 이러한 수치 범위를 만족하는 경우, 제2면(304)에 의하여 형성되는 빈 공간에는 소정의 체내 성분이 자유롭게 통과할 수 있다. 제2면(304)에 의하여 형성되는 빈 공간에는 모세관 현상이 작용하며, 세포간질액의 수집 및 배출이 용이하게 일어날 수 있다.
또한, 기판(300)의 나선 형상을 이루는 나선 간 간극(H)은 1 내지 300㎛, 바람직하게는 5 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 100㎛일 수 있다. 나선 간 간극(H)이 이와 같은 수치 범위를 만족하는 경우, 나선 형상의 내부, 즉 제2면(304)에 의하여 형성되는 빈 공간에 단백질 등의 이물질이 침투할 가능성이 낮아지게 된다.
한편, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(300)의 제1면(302)에 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)이 배치되고, 기판(300)의 제2면(304)에도 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)이 배치될 수 있다. 이와 같이, 기판(300)의 양면에 기준 전극(310), 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)이 배치될 경우, 센싱하고자 하는 소정의 체내 성분과의 접촉 면적이 넓어지므로, 센싱의 정확도가 높아질 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(300)의 제1면(302)에는 기준 전극(310)이 배치되고, 제2면(304)에는 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)이 배치되며, 기준 전극(310)이 배치된 제1면(302)은 외부를 향하고, 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)이 배치된 제2면(304)은 내부를 향하도록 나선 형상으로 감길 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 기판(300)은 폭(D)이 10 내지 1000㎛, 바람직하게는 100 내지 800㎛, 더욱 바람직하게는 300 내지 600㎛이고, 나선 간 간극(H)은 1 내지 300㎛, 바람직하게는 5 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 100㎛가 되도록 감긴 나선 형상인 경우, 나선 형상의 내부, 즉 제2면(304)에 의하여 형성되는 빈 공간 내에 센싱하고자 하는 소정의 체내 성분은 자유롭게 통과할 수 있지만, 이물질이 침투할 가능성은 낮아지게 된다. 본 발명의 실시예에 따라 센싱 기능 저하에 영향을 덜 미치는 기준 전극(310)이 배치된 제1면(302)은 외부를 향하고, 실질적으로 전기화학적 반응이 일어나는 동작 전극(320) 및 보조 전극(330)이 배치된 제2면(304)은 내부를 향하도록 배치하면, 센서의 정확도 및 내구성을 개선하는 것이 가능하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 센서부의 제조 및 체내 주입 과정을 설명하는 도면이다. 센서부는 체내에 주입되므로, 본 명세서에서 체내용 센서라 지칭될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 센서부를 제조하기 위하여, 기판(300) 상에 전극(310, 320, 330)을 형성한다. 여기서, 기판(300)은 LCP(liquid crystal polymer), PEEK(poly ether ether ketone), PI(polyimde) 등으로 이루어질 수 있으며, 전술한 바와 같이, 기판의 표면을 플라즈마 처리하거나 친수성 프라이머로 코팅하여 전처리한 후, 씨드층을 올리고, 전극을 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전극(310, 320, 330)은 금(Au) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나의 나노파티클을 증착, 스퍼터링, 도금, 증발, 코팅 등의 기법으로 형성될 수 있다. 기판(300)의 표면의 전처리, 씨드층의 형성 및 전극의 형성은 기판의 양면 상에 모두 행해질 수 있다.
다음으로, 전극(310, 320, 330)이 형성된 기판을 열성형(thermo-forming)한다. 이에 따라, 전극이 형성된 기판은 나선 형상으로 감길 수 있다.
다음으로, 전극을 효소로 코팅한다. 이를 위하여, 나선 형상으로 감긴 전극이 형성된 기판을 효소 용액에 딥캐스팅(dip casting)하거나, 전극에 효소 용액을 스프레잉하거나, 전극이 형성된 기판을 펼쳐 고정시킨 후 효소 용액에 드롭캐스팅(drop casting)할 수 있다. 이와 같이, 전극이 형성된 기판을 열성형한 후, 전극을 효소로 코팅하면, 효소가 열에 의하여 변성되는 문제를 방지할 수 있다.
다음으로, 효소가 코팅된 센서를 센서 가이드에 삽입한다.
도 11(a)를 참조하면, 센서 가이드(400)는 말단이 뾰족한 니들 형상이며, 내부(410)에 빈 공간이 형성될 수 있다. 도시되지 않았으나, 센서 가이드(400)의 말단은 오픈되어 있을 수 있다. 전술한 방법에 따라 형성된 센서부 센서 가이드(400) 내에 삽입된다. 이때, 센서는 열성형되어 나선 형상으로 감겨 있으나, 센서 가이드(400) 내부에는 펼쳐진 평면 형상으로 삽입될 수도 있다.
도 11(b)와 같이, 평면 형상으로 펼쳐진 센서는 센서 가이드(400)에 의하여 감싸지며, 센서 가이드(400)와 함께 체내에 주입된다.
이후, 센서 가이드(400)가 체내로부터 독립적으로 인출되면, 센서는 센서 가이드(400)로부터 이탈되며, 열성형된 형상으로 다시 감길 수 있다.
또는, 센서 가이드(400)는 생분해성 물질로 이루어질 수도 있다. 여기서, 생분해성 물질은 생분해성 폴리머일 수 있으며, 생분해성 폴리머는, 예를 들어 폴리락타이드(polylactide, PLA), 폴리글라이콜산(PGA) 계 폴리머일 수 있다.
이에 따라, 센서가 센서 가이드(400)와 함께 체내로 주입된 후, 센서 가이드(400)가 체내에서 생분해되면, 센서는 열성형된 형상으로 다시 감길 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 기판(300)은 LCP(liquid crystal polymer), PEEK(poly ether ether ketone), PI(polyimde) 등으로 이루어지므로, 열에 의하여 나선 형상으로 성형이 가능하며, 물리적인 힘에 의하여 펼친 상태에서 센서 가이드(400) 내에 삽입하여 체내로 주입된 후 센서 가이드(400)와 분리되거나, 센서 가이드(400)가 분해될 경우 다시 나선 형상으로 복구될 수 있다.
이에 따르면, 나선 형상으로 꼬인 센서를 사용자의 불편함이나 센서의 손상을 초래하지 않고도 체내에 주입하는 것이 용이하다.
한편, 전술한 바와 같이, 체내용 센서, 즉 센서부(110)의 전류는 연결부(120)를 통하여 체외의 신호처리부(130)로 전달될 수 있으며, 신호처리부(130)는 센서부(110)로부터 연결부(120)를 통하여 전달 받은 전류량을 이용하여 소정의 체내 성분에 대한 정보를 산출하고, 산출한 정보를 송신부(140)를 통하여 외부의 단말(200)에게 전송한다. 도 1의 트랜스미터(14)는 연결부(120)의 일부, 신호처리부(130) 및 송신부(140)를 포함하며, 체외, 일반적으로 사용자의 피부에 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 도 1의 트랜스미터(14)를 스트레쳐블 기판으로 구현하고자 한다. 트랜스미터(14)가 스트레쳐블 기판으로 구현될 경우, 피부에 직접 부착될 수 있으며, 신축 가능하므로 사용자가 느끼는 이물감 또는 불편함을 최소화할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 스트레쳐블 기판의 상면도이다.
도 12를 참조하면, 스트레쳐블 기판(600)은 베이스(610) 및 베이스(610)에 배치된 배선(620)을 포함한다.
배선(620)은 제1 패드(622) 및 제2 패드(624), 그리고 제1 패드(622) 및 제2 패드(624)를 연결하는 연결부(626)를 포함한다.
여기서, 베이스(610)는 깨지지 않고(unbreakable), 구부러지며(bendable), 둘둘 말 수 있고(rollable), 접을 수 있고(folderable), 휘어질 수 있는 유연한 특성과 함께 신축 가능한 특성을 더 가질 수 있다. 이에 따르면, 베이스(610)는 곡면으로 구현될 수 있으며, 외력에 의하여 적어도 한 방향으로 늘어날 수 있고, 외력이 제거된 경우 원래의 상태로 복원될 수 있다. 이에 따라, 베이스(610)는 스트레쳐블 베이스일 수 있다. 이를 위하여, 베이스(610)는 소정의 탄성을 가지는 고분자 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스(610)는 PU(polyurethane) 및 PDMS(polydimethylsiloxane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따르면, 베이스(610)가 외력에 따라 탄력적으로 신축될 수 있다.
한편, 제1 패드(622) 및 제2 패드(624)는 베이스(610)에 배치되며, 제1 패드(622) 및 제2 패드(624)는 연결부(626)와 동일한 소재로 이루어지거나, 연결부(626)와 상이하지만 전도성을 가지는 소재로 이루어질 수 있다. 제1 패드(622) 및 제2 패드(624) 상에는 반도체 소자가 배치되며, 반도체 소자와 연결될 수 있다. 또는, 제1 패드(622) 및 제2 패드(624)는 베이스(610)의 부품소자와 전기적으로 연결되거나, 외부 전원과 연결될 수도 있다. 이때, 제1 패드(622) 및 제2 패드(624)는 베이스(610)의 굽힘 또는 신축과 함께 굽혀지거나 늘어날 수 있다.
제1 패드(622), 제2 패드(624) 및 연결부(626)는 지지층 및 지지층 상에 배치된 금속(metal)층을 포함할 수 있다. 금속(metal)층은 Au, Cu, Pt 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 지지층은 LCP(liquid crystal polymer), PEEK(poly ether ether ketone) 및 PI(polyimde) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 지지층은 베이스(610)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 이에 따르면, 금속(metal)층과 베이스(610) 간의 접착력을 높일 수 있다.
한편, 연결부(626)는 반복되는 곡선 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반복되는 곡선 패턴은 구불구불하게 휘어진 사행 패턴 등일 수 있다. 이에 따르면, 배선(620)이 스트레쳐블 배선이 될 수 있으며, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 스트레쳐블 기판(610)의 신축과 함께 연결부(626)도 신축될 수 있다.
또는, 연결부(626)는 제1 패드(622) 및 제2 패드(624) 사이에서 나선 형상으로 감길 수도 있다. 여기서, 나선 형상은 소정 방향, 예를 들어 베이스(610)의 평면 방향에 평행한 방향, 즉 제1 패드(622)로부터 제2 패드(624)를 향하는 방향, 또는 제2 패드(624)로부터 제1 패드(622)를 향하는 방향으로 소정의 곡률로 반복하여 회전하며 연장되는 3차원 형상을 의미할 수 있다. 나선 형상은 스파이럴 형상, 헬리컬 형상 등과 혼용될 수 있다. 이때, 나선 형상의 직경은 30㎛ 내지 1mm, 바람직하게는 50㎛ 내지 500㎛, 더욱 바람직하게는 100㎛ 내지 300㎛이고, 나선형상의 나선 간 간격은 1㎛ 내지 5mm, 바람직하게는 100㎛ 내지 3mm, 더욱 바람직하게는 300㎛ 내지 2mm일 수 있다.
이에 따르면, 베이스(610)의 굽힘 또는 신축에 따라 배선(620)도 제약 없이 굽혀지거나 신축될 수 있으며, 배선(620)의 집적도가 높아질 수 있으므로, 스트레쳐블 기판(600)의 전체적인 크기를 소형화할 수 있다. 특히, 배선(620)이 탄성을 가지지 않는 무기물로 이루어지는 경우에도, 나선 형상으로 인하여 베이스(610)와 함께 굽혀지거나 신축될 수 있으므로, 배선(620)의 소재의 제약을 받지 않을 수 있다. 또한, 베이스(610)의 굽힘 또는 신축에 따라 배선(620)도 함께 굽혀지거나 신축되더라도 배선(620)의 실제 길이가 늘어나는 것은 아니므로, 저항 변화가 최소화될 수 있고, 신뢰성 있는 스트레쳐블 기판을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서부는 스트레쳐블 기판에 연결될 수 있으며, 스트레쳐블 기판은 신호처리부 및 송신부의 기능을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 센싱 장치에 포함되는 스트레쳐블 기판은 외력에 의하여 30 내지 50%까지 늘어날 수 있다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 센싱 장치의 단면도이고, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센싱 장치의 단면도이다.
도 13 내지 도 14를 참조하면, 센싱장치(1000)는 센서부(110) 및 센서부(110)와 연결되는 스트레쳐블 기판(600)을 포함한다. 여기서, 센서부(110)는 도 4 내지 도 11을 통하여 설명한 센서부일 수 있다.
전술한 바와 같이, 각 스트레쳐블 기판(600)은 베이스(610) 및 베이스(610)에 배치된 배선(620)을 포함한다.
한 예로, 각 스트레쳐블 기판(600)은 PET 필름 상에 금속층(620-2) 및 지지층(620-1)을 순차적으로 도포한 후, 금속층(620-2) 및 지지층(620-1)을 패터닝하여 배선(620)을 형성한 후, 배선(620)을 베이스(610) 내에 매립하고, PET 필름을 떼어내는 방법으로 제작될 수 있다.
이러한 방법으로 제작된 스트레쳐블 기판(600)은 복수의 층으로 적층될 수 있으며, 이에 따라 복수의 배선층으로 적층될 수 있다. 배선(620)에 형성된 비아홀(630)을 통하여 서로 다른 층에 배치된 배선(620)이 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 스트레처블 기판(600)에 포함된 두 층의 배선(620)은 비아홀(630)을 형성한 후 비아홀(630) 내부를 전도성 물질로 충진하여 비아를 형성할 수 있다. 비아홀을 채우는 전도성 물질은 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni) 및 팔라듐(Pd) 중에서 선택되는 어느 하나의 물질일 수 있으며, 무전해 도금, 전해 도금, 스크린 인쇄(Screen Printing), 스퍼터링(Sputtering), 증발법(Evaporation), 잉크젯팅 및 디스펜싱 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 방식을 이용하여 충진될 수 있다. 비아홀(630) 내부에는 팔라듐/니켈/크롬 등으로 무전해 도금을 통해 시드층을 형성한 후 금속 물질을 전해 도금, 스크린 인쇄 등으로 채움으로서 비아를 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 1층, 2층, 3층, 4층 등 다층의 배선층을 적층한 후에 다층을 연결하는 비아를 형성할 수도 있다.
여기서, 센싱 장치가 총 4층의 스트레쳐블 기판(600-1, 600-2, 600-3, 600-4)을 포함하고, 각 스트레쳐블 기판에 배선(620)층이 형성되어 총 4층의 배선(620)층을 포함하는 것을 예로 들고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 센싱 장치는 총 2층 이상, 바람직하게는 총 3층 이상의 스트레쳐블 기판을 포함할 수 있으며, 이에 따라 총 2층 이상, 바람직하게는 총 3층 이상의 배선층을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 총 4층의 스트레쳐블 기판(600-1, 600-2, 600-3, 600-4)의 총 두께는 2mm 이하일 수 있다. 이에 따르면, 사용자의 이물감 및 불편함을 최소화할 수 있다.
도 13 내지 도 14를 예로 들어 설명하면, 3층 스트레쳐블 기판(600-3)의 배선층과 4층 스트레쳐블 기판(600-4)의 배선층 사이에 센서부(110)의 연결단자(350)가 배치되며, 센서부(110)의 적어도 일부는 스트레처블 기판(600)에 삽입되고, 나머지 일부는 스트레처블 기판(600)의 외부로 인출될 수 있다. 예를 들어, 센서부(110)의 전극(310, 320, 330)은 복수의 스트레쳐블 기판 중 일부 스트레쳐블 기판(600-1, 600-2, 600-3)을 관통하여 스트레쳐블 기판의 외부로 인출될 수 있다.
이때, 센서부(110)의 기판(300)의 양면 중 한 면은 4층 스트레쳐블 기판(600-4)을 향하도록 배치되며, 다른 면은 3층 스트레쳐블 기판(600-3)을 향하도록 배치될 수 있다. 3층 스트레쳐블 기판(600-3)과 4층 스트레쳐블 기판(600-4) 사이에서 센서부(110)를 배치하기 위하여 이격된 공간은 실리콘(Si) 또는 실리콘 수지로 채워질 수 있다.
센서부(110)의 연결단자(350)는 3층 스트레처블 기판(600-3)과 4층 스트레쳐블 기판(600-4) 사이에 배치되고, 와이어가 배선된 센서부(110)의 기판(300)은 총 3층의 스트레쳐블 기판(600-1, 600-2, 600-3)을 관통하여 스트레쳐블 기판(600) 외부로 인출되며, 센서부(110)의 전극(310, 320, 330)은 센서 가이드(400) 내에 수용된 상태로 체내로 삽입될 수 있다. 이때, 센서 가이드(400)의 일부는 스트레쳐블 기판(600)에 삽입되고, 센서 가이드(400)의 나머지 일부는 스트레쳐블 기판(600)의 외부에 노출될 수 있다. 이에 따르면, 센서부(110)의 전극(310, 320, 330)이 스트레쳐블 기판(600)에 안정적으로 고정될 수 있다. 예를 들어, 스트레쳐블 기판(600)의 외부에 노출된 센서 가이드(400)의 길이는 스트레쳐블 기판(600)에 삽입된 센서 가이드(400)의 길이보다 길 수 있다. 이에 따르면, 센서부(110)의 전극(310,320, 330)이 체내에 삽입되어 세포간질액과 접촉하는 면적이 늘어날 수 있다.
센서부(110)의 연결단자(350)는 신호처리부(120)에 연결되며, 신호처리부(120)는 센서부(110)의 전극(310, 320, 330)으로부터 연결단자(350)를 통하여 받은 전류량을 신호처리할 수 있다. 그리고, 신호처리부(120)는 송신부(130)에 연결되며, 신호처리부(120)에 의하여 처리된 신호는 송신부(130)를 통하여 외부로 전송될 수 있다.
이를 위하여, 도 13에 도시된 바와 같이, 센서부(110)의 연결단자(350)는 스트레쳐블 기판(600)의 배선(620)에 연결될 수 있으며, 배선(620)은 신호처리부(120)와 직접 또는 간접 연결될 수 있다. 도 4(b), 도 5(a), 도 6(a), 도 7(a) 및 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 센서부(110)의 기판(300)에서 연결단자(350)가 배치되는 연결단자 영역의 폭은 전극(310, 320, 330)이 배치되는 전극 영역의 폭보다 클 수 있다. 예를 들어, 센서부(110)의 기판(300)에서 연결단자(350)가 배치되는 연결단자 영역의 폭은 전극(310, 320, 330)이 배치되는 전극 영역의 폭의 1배를 초과하고 5배 이하, 바람직하게는 1.5배 이상 4배 이하, 더욱 바람직하게는 2배 이상 3.5배 이하일 수 있다. 이에 따르면, 연결단자 영역이 스트레쳐블 기판(600)과 안정적으로 접합될 수 있으며, 센서부(110)를 체내에 주입한 경우 센서부(110)의 이탈을 방지할 수 있다. 이때, 센서부(110)의 기판(300)에서 연결단자(350)가 배치되는 연결단자 영역의 폭이 전극(310, 320, 330)이 배치되는 전극 영역의 폭의 5배를 초과하면, 스트레쳐블하지 않은 기판(300)의 면적이 너무 넓어지므로 사용자가 이물감을 느낄 수 있다.
전술한 바와 같이, 배선(620)은 복수의 패드 및 복수의 패드를 연결하는 연결부를 포함할 수 있으며, 센서부(110)의 연결단자(350)는 도 13에 도시된 바와 같이 복수의 배선층 중 두 개의 배선층 사이에 배치될 수 있다. 이때, 연결단자(350)는 배선(620)의 패드와 접착부(640)를 통하여 접합될 수 있으며, 접착부(640)는 솔더볼 또는 도금층일 수 있고, 도금층은 Au, Ag, Cu, Ni, Pd 및 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 연결단자(350)의 폭은 배선(620)의 패드의 폭과 상이할 수 있다. 예를 들어, 접착부(640)의 폭은 연결단자(350)의 폭과 배선(620)의 패드의 폭의 사이일 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 층으로 적층된 스트레쳐블 기판(600-1, 600-2, 600-3, 600-4) 중 하나, 예를 들어 4층 스트레쳐블 기판(600-4)에는 신호처리부(120) 및 송신부(130)를 구현하는 칩이 배치될 수 있다.
즉, 신호처리부(120) 및 송신부(130)는 연결단자(350)가 연결된 배선(620)층에 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 신호처리부(700) 및 송신부(800)는 집적회로로 구현된 칩일 수 있다. 이때, 신호처리부(700)는 하드 PCB(710) 상에 배치된 신호처리칩(720)을 포함할 수 있다. 이에 따르면, 스트레쳐블 기판(600)이 외력에 의하여 굽혀지거나 신축되더라도 신호처리칩(720)이 스트레쳐블 기판(600)의 굽힘 또는 신축에 의하여 손상되는 문제를 최소화할 수 있다. 이와 마찬가지로, 송신부(800)도 하드 PCB 상에 배치된 송신 칩을 포함하는 형태로 구현될 수도 있다.
또는, 도 14에 도시된 바와 같이, 신호처리부(700)는 센서부(110)의 기판(300) 상에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 기판(300)의 양면 중 센서부(110)의 연결단자(350)가 배치된 면에는 연결단자(350)를 통하여 전극으로부터 수신한 신호를 처리하는 신호처리용 회로패턴(700)이 더 배치될 수도 있다. 즉, 신호처리부(700)는 센서부(110)의 기판(300) 상에 FPCB의 형태로 구현될 수 있다. 그리고, 신호처리부(700)는 4층 스트레쳐블 기판(600-4)에 배치된 송신부(800)와 연결될 수 있다. 이에 따르면, 신호처리부(700)와 센서부(110)의 연결이 용이하게 이루어질 수 있다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 센싱 장치를 구현한 사진이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 센싱 장치는 센서부와 스트레쳐블 기판을 포함하고, 센서부의 연결단자는 스트레쳐블 기판에 연결되고, 센서부의 전극은 센서 가이드와 함께 스트레쳐블 기판의 외부에 배치됨을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 기판, 상기 기판에 배치된 전극, 및 상기 기판에 배치되고 상기 전극에 연결된 연결단자를 포함하는 센서부, 그리고
    상기 센서부와 연결되며, 베이스 및 상기 베이스에 배치된 배선을 포함하는 스트레쳐블 기판을 포함하고,
    상기 센서부의 연결단자는 상기 스트레쳐블 기판의 배선에 연결되고,
    상기 센서부의 적어도 일부는 상기 스트레쳐블 기판에 삽입되고, 나머지 일부는 상기 스트레쳐블 기판의 외부로 인출되며,
    상기 스트레쳐블 기판의 외부로 인출된 상기 센서부의 전극은 생분해성 센서 가이드에 수용되며, 상기 센서부의 전극은 상기 생분해성 센서 가이드와 함께 체내로 주입되도록 설정된 센싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트레쳐블 기판은 적층된 복수의 배선층을 포함하고,
    상기 센서부의 연결단자는 복수의 배선층 중 두 개의 배선층 사이에 배치되며,
    상기 복수의 배선층 중 인접한 배선층들 사이에는 상기 베이스가 배치된 센싱 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서 가이드의 일부는 상기 스트레쳐블 기판에 삽입되고, 상기 센서 가이드의 나머지 일부는 상기 스트레쳐블 기판의 외부에 노출되며,
    상기 센서 가이드의 나머지 일부의 길이는 상기 센서 가이드의 일부의 길이보다 긴 센싱 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 전극이 배치되는 전극 영역과 상기 연결단자가 배치되는 연결단자 영역으로 구분되고, 상기 연결단자 영역의 폭은 상기 전극 영역의 폭 보다 큰 센싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스트레쳐블 기판의 배선은 복수의 패드 및 상기 복수의 패드를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결단자의 폭은 상기 패드의 폭과 상이한 센싱 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 배선층은 상기 기판의 양면 중 상기 센서부의 연결단자가 배치된 제1 면이 향하는 제1 배선층 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면이 향하는 제2 배선층 포함하고,
    상기 제1 배선층에 연결되고 상기 스트레쳐블 기판에 매립된 신호처리부 및 송신부 중 적어도 하나를 더 포함하는 센싱 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 양면 중 상기 센서부의 연결단자가 배치된 제1면에는 상기 연결단자를 통하여 상기 전극으로부터 수신한 신호를 처리하는 신호처리용 회로패턴이 더 배치된 센싱 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 기판은 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면이 외부를 향하며, 상기 제2 면이 내부를 향하도록 나선 형상으로 감기며,
    상기 제1 면 및 상기 제2 면에는 기준 전극, 동작 전극 및 보조 전극 중 적어도 하나가 배치되는 센싱 장치.
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