신뢰성 있는 인체삽입형 및 착용형 센서를 위한 구조 설계

Abstract

이식형 및 착용형 센서 기술은 체내외에서 생체 신호를 수집하여 진단과 치료를 가능하게 함으로써 의공학 분야에서 그 중요성이 점점 커지고 있다. 특히, 유기 소재 기판을 활용한 유연한 센서들이 많이 개발되고 있으며, 이는 장기 및 피부와의 부드러운 접촉을 통해 더 정확한 측정과 우수한 착용감을 제공한다. 그러나 유기 재료를 사용함에 따라 이식형 전자장치에서의 작동 안전성과 착용형 센서에서의 측정 신뢰성 문제가 발생한다. 본 논문에서는 두 가지의 주제를 다루며, 첫번째로 이식형 센서의 안정성을 높이기 위하여 기기 내부로 체액의 침투를 정량적으로 측정하는 기능성 봉지층 구조를 설계하였고, 두번째로는 피부 수분도와 경피 수분 손실(TEWL)을 장기간 신뢰성 있게 측정할 수 있는 통기성 피부 건강 분석기를 설계하였다. 첫번째로, 봉지층으로의 체액의 확산을 정량적으로 측정가능한 기능성 봉지층 구조를 설계하였다. 이 구조는 봉지층 재료 아래에 위치한 마그네슘 (Magnesium, Mg) 전극의 가수분해를 통해, 봉지층 재료의 핀홀이나 균열 등의 결함 존재와 체액 침투율을 무선으로 모니터링할 수 있는 기능을 제공한다. 체내에서 체액 침투에 대한 기기의 민감성을 최적화하기 위해 마그네슘 박막의 두께와 안테나의 기하학적 구조를 분석하였다. 기능성 봉지층의 용이한 제조 공정과 기존 이식형 전자기기와의 호환성은 만성 질환을 모니터링하거나 치료를 제공하기 위해 이식형 기기가 필요한 다양한 응용 분야에서 기기의 적용 가능성을 제시한다. 두번째로, 피부 장벽의 건강을 비침습적으로 진단 할 수 있는 매개변수인 피부 수분도와 경피 수분 손실(TEWL)을 장기간 신뢰성 있게 측정할 수 있는 통기성 피부 건강 분석기를 설계하였다. 피부 수분은 비정상 열전달 원리로 측정되며, 이는 화장품, 땀, 환경적 노이즈로 인한 간섭에 취약한 기존 전기적 방법에 비해 더 정확한 측정이 가능하다. 경피수분손실은 챔버 내 습도 센서를 통해 측정되며, 반복적이고 신뢰할 수 있는 측정을 위해 통기성 챔버와 구동기가 결합 되어있다. 구동기를 사용함으로 센서는 측정 중에만 일정한 압력으로 피부에 부착되어 측정 오류를 줄일 수 있다. 측정 후에는 센서부가 피부에서 탈착 되어 피부-센서 접촉면의 수분 증가를 방지하고 피부의 증발 활동에 영향을 미치지 않아 장기간 신뢰성 있는 측정이 가능하다. 주제어 : 마그네슘 센서, 체액 침투량 감지, 핀홀 감지, 통기성 센서, 수분도 센서, TEWL 센서, 구동기 결합 센서