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KR101786981B1 - 카테터 가이드 초소형 무선 체내 장기 컴플라이언스 센서 시스템 - Google Patents

카테터 가이드 초소형 무선 체내 장기 컴플라이언스 센서 시스템 Download PDF

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Publication number
KR101786981B1
KR101786981B1 KR1020170052962A KR20170052962A KR101786981B1 KR 101786981 B1 KR101786981 B1 KR 101786981B1 KR 1020170052962 A KR1020170052962 A KR 1020170052962A KR 20170052962 A KR20170052962 A KR 20170052962A KR 101786981 B1 KR101786981 B1 KR 101786981B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
sensor
attached
silk fibroin
organ
Prior art date
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Active
Application number
KR1020170052962A
Other languages
English (en)
Inventor
이현주
김효중
이상철
Original Assignee
한국과학기술원
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
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020170052962A priority Critical patent/KR101786981B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101786981B1 publication Critical patent/KR101786981B1/ko
Priority to US15/937,786 priority patent/US10405788B2/en
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Abstract

본 발명은 체내 장기 내에 부착되어 길이 변화를 측정하기 위한 센서로서, 상기 체내 장기 내에 부착되는 제 1 면과 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가지는 제 1 층; 상기 제 2 면에 부착되는 제 3 면과 상기 제 3 면에 대향하는 제 4 면을 가지고, 상기 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축되는 제 2 층; 및 상기 제 4 면에 부착되는 제 5 면과 상기 제 5 면에 대향하고, 카테터(catheter)에 부착되는 제 6 면을 가지는 제 3 층을 포함하고, 상기 제 1 층 내지 제 3 층은 실크 피브로인(silk fibroin)과 칼슘(calcium)계 화합물을 포함하는 필름인, 센서인 것을 특징으로 한다.

Description

카테터 가이드 초소형 무선 체내 장기 컴플라이언스 센서 시스템{Catheter-guided miniaturized wireless viscera compliance sensor system}
본 발명은 카테터를 이용하여 체내 장기에 부착되어 체내 장기의 컴플라이언스(compliance)를 측정하는 센서에 관한 것이다.
우리나라는 지난 2007년 고령화 사회로 진입한 이후에, 전 세계에서 가장 빠른 속도로 고령화가 진행되고 있다. 65세 이상의 인구비율이 2030년에는 24.3%에 달할 전망이다. 60~70대에 이르러서는 과민성 방광, 요실금, 전립선 비대증, 신경인성 방광 등의 배뇨 장애 질환이 급등한다. 따라서, 고령화 사회로 진입됨에 따라 배뇨 장애 환자도 급증할 전망이다. 또한, 우리나라뿐만 아니라, 소변을 저장하고 배출하는 역할을 하는 방광 근육의 기능저하 및 신경계의 이상으로 의도치 않는 배뇨 현상을 보이는 요실금 등과 같은 배뇨 장애를 보이는 환자들이 전세계적으로 급격히 증가하고 있다.
종래에는 이러한 배뇨 장애를 진단하기 위하여 유순도, 요노출압, 감각 증감, 방광용적 등의 요역동학검사가 이루어졌다. 방광 내부 부피 및 압력 측정은 방광의 기능 평가시 꼭 필요한 필수 측정 요소이다. 그러나, 종래의 요역동학검사는 방광에 카테터를 이용하여 인위적으로 30분~60분 동안 물을 약 400cc정도 채우면서 방광기능을 평가하였다. 이는 환자에게 검사기간 중 큰 고통을 동반하고, 검사 기간도 최대 1 시간으로 짧다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 방광 내에 센서를 삽입하는 시술을 하여 검사를 진행하는 장치가 있으나, 이 장치를 삽입 및 제거를 위해서는 외과적인 시술이 필요하다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여,카테터를 이용하여 장기 내에 삽입할 수 있는 센서를 이용하여 외과적인 시술을 하지 않고도 장기의 컴플라이언스를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상기 센서는 생분해성을 가짐으로써 외과적인 시술없이 제거가 가능하여, 환자의 고통을 최소화하여 병을 진단하는데 필요한 요소를 측정을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 체내 장기 내에 부착되어 장기의 컴플라이언스 변화를 측정하기 위한 센서에 사용되는 필름으로서, 실크피브로인(silk fibroin)과 칼슘(calcium)계 화합물을 포함하는 필름을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 체내 장기 내에 부착되어 장기의 컴플라이언스 변화를 측정하기 위한 센서로서, 상기 체내 장기 내에 부착되는 제 1 면과 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가지는 제 1 층; 상기 제 2 면에 부착되는 제 3 면과 상기 제 3 면에 대향하는 제 4 면을 가지고, 상기 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축되는 제 2 층; 및상기 제 4 면에 부착되는 제 5 면과 상기 제 5 면에 대향하고, 카테터(catheter)에 부착되는 제 6 면을 가지는 제 3 층을 포함하고, 상기 제 1 층 내지 제 3 층은 실크 피브로인(silk fibroin)과 칼슘(calcium)계 화합물을 포함하는 필름인, 센서를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 검출 장치에 의하여 수행되는 체내 장기 내 컴플라이언스 측정 방법으로서,체내 장기 내에 부착되어 있는 센서로 신호를 전송하는 단계; 상기 센서에서 반사된 신호를 수신하는 단계; 및 수신된 신호를 기초로 상기 센서가 부착된 체내 장기의 컴플라이언스(compliance)를 측정하는 단계를 포함하고,상기 센서는 체내 장기 내에 부착되는 제 1 면과 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가지는 제 1 층; 상기 제 2 면에 부착되는 제 3 면과 상기 제 3 면에 대향하는 제 4 면을 가지고 상기 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축되는 제 2 층; 및 상기 제 4 면에 부착되는 제 5 면과 상기 제 5 면에 대향하고, 카테터(catheter)에 부착되는 제 6 면을 가지는 제 3 층을 포함하고, 상기 제 1 층 내지 제 3 층은 실크 피브로인(silk fibroin)과 칼슘(calcium)계 화합물을 포함하는 체내 장기 컴플라이언스 측정 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 카테터를 이용하여 장기 내에 삽입할 수 있는 센서를 이용하여 외과적인 시술을 하지 않고도 장기의 컴플라이언스를 측정할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 센서는 생분해성을 가짐으로써 외과적인 시술없이 제거가 가능하여, 환자의 고통을 최소화하여 병을 진단하는데 필요한 요소를 측정을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 센서의 사용예에 대해서 간략하게 도시한 도면이다.
도 2a에는 상온, 적정 습도에서 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비에 따른 접촉성 변화가 도시되어 있다.
도 2b에는 상온, 특정 무게비율의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 습도 변화에 따른 접촉성 변화를 실험한 결과예가 도시되어 있다.
도 2c는 상온, 적정 습도에서 특정 무게비율의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물과 접촉하는 타겟 물질에(친수성, 소수성 물질 등) 따른 접촉성 변화를 측정하는 실험한 결과예가 도시되어 있다.
도 2d에는 타겟 물질과 필름 사이의 수평 방향에 대한 접촉성을 측정하는 실험예가 도시되어 있다.
도 3에는 필름의 일 성질인 신축성에 대한 실험예가 도시된다.
도 4에는 필름의 일 성질인 생체 분해성에 대한 실험예가 도시된다.
도 5에는 필름의 일 성질인 패턴화 가능성에 대한 실험예가 도시된다.
도 6에는 필름의 일 성질인 전도성에 대한 실험 결과예가 도시된다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(100)의 구조를 도시한 도면이다.
도 7b에는 제 2 층에 삽입된 마커의 변화가 도시된다.
도 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서(100)의 구조를 도시한다.
도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서(100)의 구조를 도시한다.
도 8은 센서(100)에 제조 방법에 대해서 도시한 도면이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 센서(100)를 이용한 장기의 컴플라이언스의 측정 방법을 도시한 순서도이다.
도 10은 본원의 다른 실시예에 따른 센서(100)를 이용한 장기의 컴플라이언스의 측정 방법을 도시한 순서도이다.
도 11은 제 4 층에 구현되는 예시적인 회로를 도시한다.
도 12는 본 발명의 제 1 층, 제 2 층 및 제 4 층의 생체 분해성 실험 결과 예이다.
도 13은 본 발명의 제 3 층의 생체 분해성 실험 결과 예이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 센서의 사용예에 대해서 간략하게 도시한 도면이다.
본 발명의 센서(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 카테터(102)에 부착되어 체내 장기 내로 삽입될 수 있다. 여기서, 체내 장기는 예를 들어, 방광, 자궁, 위, 대장 등일 수 있다. 센서(100)는 기본적으로 적어도 3 개의 필름층으로 구성될 수 있다. 또한, 센서(100)는 4 개의 필름층으로 구성될 수도 있다. 센서(100)의 3개의 필름층 중 제 1 층은 장기 내에 부착되는 부착층이고, 제 2 층은 장기의 팽창 또는 수축에 따라 팽창 또는 수축되어 수신된 신호의 반사 신호의 변경을 유도하고, 제 3 층은 카테터에 부착되는 부착층이다. 또한, 센서(100)는 제 2 층과 제 3 층 사이에 회로층인 제 4 층을 더 포함할 수 있다. 또한, 제 2 층에는 적어도 2 개의 금속, 예를 들어 금이 삽입될 수 있다. 또한, 제 4 층에는 적어도 하나의 캐패시터가 포함되어 제 2 층의 팽창 또는 수축에 따른 저항을 측정하는 회로가 삽입될 수 있다.
카테터(102)에 부착된 센서(100)는 장기 내에 부착된 후에 카테터(102)로부터 분리된다. 장기 내에 부착된 센서(100)는 장기의 팽창 또는 수축에 따른 길이 변화에 대응하여 팽창 또는 수축한다.
상기 팽창 또는 수축에 따라 센서(100)의 제 2 층에 삽입되는 적어도 2 개의 금속의 위치가 변한다. 체외에서 센서(100)로 신호를 전송하면 상기 금속이 신호를 반사시킨다. 반사되는 신호는 금속의 위치 변화에 따라 변할 것이고, 금속의 위치 변화에 따라 변화되는 신호를 통하여 센서(100)의 길이변화를 측정할 수 있다. 센서(100)의 길이 변화를 통하여 해당 장기의 팽창 또는 수축 정도를 측정할 수 있다.
다만, 제 2 층에 금속을 삽입시키는 방법과는 달리, 회로를 포함하는 제 4 층을 제 2 층과 제 3 층 사이에 개재하여 제 2 층의 팽창 또는 수축에 따라 변화하는 저항을 측정하도록 하는 방법이 있다. 제 4 층에 포함되는 회로는 제 2 층의 저항을 측정하여 전송할 수 있는 구성으로서 당업자가 용이하게 도출할 수 있는 구성으로 자세한 기술은 생략하도록 하겠다.
또한, 센서(100)를 구성하는 제 1 내지 4 층은 각각 접촉성(Adhesive), 신축성(Stretchable), 생체 분해성(Biodegradable), 전도성(Conductive) 및 패턴화 가능성(Patternable)을 가진다.
또한, 센서(100)를 구성하는 제 1 내지 4 층은 각각 실크 피브로인(silk fibroin)과 칼슘(calcium)계 화합물로 구성되는 필름이다.
이어서, 센서(100)를 구성하는 필름에 대해서 설명하도록 한다.
센서(100)를 구성하는 필름은 실크 피브로인(silk fibroin)과 칼슘(calcium)계 화합물로 구성되는 조성물이다.
일 실시예에 따른 실크 피브로인과 칼슘의 화합물의 제조 방법은 아래와 같다.
정련된(Degummed) 실크 피브로인과 특정 무게비에 해당하는 칼슘이온을 포함하는 칼슘 화합물(예를 들어 염화 칼슘)을 카르복실기를 가진 용매(예를 들어 포름산(Formic acid))에 넣고 완전히 녹인다.
이후 앞선 무게비에 해당하는 정련된 실크 피브로인을 칼슘 이온이 녹은 용매에 첨가하여 상온에서 완전히 녹인 후 용액 내부의 기포를 제거한다.
내부 기포가 제거된 위의 용액을 드랍 또는 스핀 코팅을 통해 원하는 타겟 기판에 코팅하여 필름을 형성한다.
또한, 필름의 일 성질인 접촉성에 대한 실험예는 다음과 같다.
대표적인 접촉성 실험에는 박리 실험이 있다. 박리 실험은 타겟 물질과 필름 사이의 수직 방향에 대한 접촉성을 측정하는 실험이다. 이때 타겟 물질과 필름 사이의 박리 각도를 90도로 유지하면서 진행하는 90도 박리 실험과 180도로 유지하면서 진행하는 180도 박리 실험으로 나뉜다.
도 2a에는 상온에서 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비에 따른 접촉성 변화가 도시되어 있다.
도 2b에 도시된 것과 같이, 접촉된 필름과 타겟 물질 각 부분을 지그에 각각 물리고, 일정한 속도로(일반적으로 박리 실험의 경우 100 mm/s) 수직 방향으로 당기며 박리 특성을 측정한다.
또한, 2b에는 상온, 특정 무게비율의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 습도 변화에 따른 접촉성 변화를 실험한 결과예가 도시되어 있다. 도 2b의 결과예를 보면 실크 피브로인과 칼슘계 화합물은 습도가 높을수록 접촉성이 강해진다는 것을 알 수 있다.
도 2c는 상온, 적정 습도에서 특정 무게비율의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물과 접촉하는 타겟 물질에(친수성, 소수성 물질 등) 따른 접촉성 변화를 측정하는 실험한 결과예가 도시되어 있다.
도 2d에 도시된 것과 같이, 전단접촉 실험은 타겟 물질과 필름 사이의 수평 방향에 대한 접촉성을 측정하는 실험이다. 접촉된 필름과 타겟 물질 각 부분을 지그에 각각 물리고, 일정한 속도로(일반적으로 전단접촉 실험의 경우 100 mm/s) 수평방향으로 당기며 전단 접촉 특성을 측정한다.
또한, 도 3에는 필름의 일 성질인 신축성에 대한 실험예가 도시된다.
필름의 신축성은 필름 물질의 기계적 특성과 연관이 깊다. 필름 물질의 기계적 특성을 측정하는 실험에는 일반적으로 인장테스터 장비를 이용한 실험이 있다.
인장 테스트터 장비를 이용하여 지그 양끝단에 특정 크기의 필름을 물리고, 일정한 속도(일반적으로 인장 시험의 경우 50 mm/s)로 인장 또는 압축 응력을 가하면서 변형률에 따른 힘의 변화를 측정하여 필름의 인장특성, 압축 특성 및 파단 특성 등을 분석한다. 또한, 특정 변형률에서 반복적인 신축 실험을 통해 필름의 피로도 특성을 분석한다.
예를 들어, 상온, 적정 습도에서 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비에 따른 인장, 압축 및 파단 특성을 측정하는 실험이 있다.
또한, 도 4에는 필름의 일 성질인 생체 분해성에 대한 실험예가 도시된다.
필름이 방광과 같이 신체 내부에 삽입되는 경우, 인체 내에 존재하는 효소, 습도, 온도, PH, 미생물 등에 의해 분해되는 생분해 과정이 발생한다. 일반적으로 생분해성 측정에 관한 실험 방법은 인체의 상태를 모사한 효소, 습도(80 % 이상), 온도(섭씨 37도), PH(방광의 경우 3~4)에 생체 외에서 측정하는 방법과 실제 생체 내에 삽입해서 측정하는 방법이 있다.
증류수 또는 효소가 담긴 유리 또는 테플론 비커에 특정 면적의 필름을 넣고, 인체 내의 온도(섭씨 37도), 습도(80 % 이상)를 모사한 항온 항습체임버 내에 넣어 시간에 따라 소실되는 필름의 무게를 측정한다.
인체 내의 온도(섭씨 37도), 습도(80 % 이상), PH(방광의 경우 3~4) 를 모사한 항온 항습체임버 내에서 증류수에 담긴 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비 및 시간에 따라 소실되는 필름의 무게를 측정하는 실험에 대한 결과예가 도 4에 도시된다.
또한, 생체분해성에 대한 다른 실험예로서 인체 내의 온도(섭씨 37도), 습도(80 % 이상), PH(방광의 경우 3~4) 를 모사한 항온 항습체임버 내, 특정 무게비율의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물에서 효소의 유무, 효소의 종류 및 시간에 따라 소실되는 필름의 무게를 측정하는 실험이 있을 수 있다.
또한, 생체분해성에 대한 다른 실험예로서 동물 생체 내부(생쥐, 토끼, 원숭이 등)에 외과적인 수술을 통해 특정 무게 비율의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물 필름을 삽입한 후, 삽입한 시간에 따라 소실되는 필름의 무게를 측정하는 실험이 있을 수 있다.
또한, 도 5에는 필름의 일 성질인 패턴화 가능성에 대한 실험예가 도시된다.
포토 리소그래피(Photolithography)로 대표되는 패터닝 공정에는 식각 공정이 필수적이다. 식각 공정의 종류에는 습식 식각과 건식 식각으로 나뉜다. 습식 식각은 부식액을 이용해 포토 레지스트(Photo resist)나 노출된 타겟 필름을 식각하는 공정이며, 건식 식각은 플라즈마를 이용해 진공 상태에서 노출된 타겟 필름을 식각하는 공정이다. 이때 공정 방법에 따라 부식액 또는 부식액을 세척할 때 사용되는 유기용제, 혹은 플라즈마에 의해 받는 영향을 분석해 패턴화 가능성을 타진하는 방법이 있다.
부식액 또는 유기용제가 담긴 유리 또는 테플론 비커에 특정 면적의 필름을 넣어 시간에 따라 표면, 구조 등과 같은 특성의 변화를 분석한다.
또한, 패턴화 가능성에 대한 실험예로서, 부식액 (AZ 300 MIF 등) 또는 유기용제 (아세톤, 증류수, 메탄올 등) 종류 및 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비에 따라 변하는 표면 특성을 시간에 대해 광학 현미경을 이용하여 측정하는 실험이 있을 수 있다.
또한, 패턴화 가능성에 대한 실험예로서, 부식액 또는 유기용제 종류 및 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비에 따라 변하는 구조적 특성(결정성의 변화 등)을 적외선 또는 라만 분광분석기를 이용하여 분석하는 실험이 있을 수 있다.
또한, 도 6에는 필름의 일 성질인 전도성에 대한 실험예가 도시된다.
방광의 팽창 수축에 따라 변화하는 부피를 전기용량의 변화, 저항의 변화 등을 이용하여 도출하기 위해서는 필름이 전도성을 가져야 한다.
필름의 전도성을 측정하는 방법은 RLC meter를 이용하는 방법이 있다. RLC meter에 연결된 2개의 전선을 특정 간격을 유지하며 필름 양 끝단에 페이스트 (Silver paste) 또는 탄소 페이스트 (Carbon paste)를 사용해 컨텍하여 전도성을 측정한다.
또한, 전도성에 대한 실험예로서, 상온, 적정 습도에서 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비에 따른 전도성의 변화를 RLC meter를 이용하여 측정하는 실험이 있을 수 있다.
또한, 전도성에 대한 실험예로서, 상온, 특정 무게비율의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 습도에 따른 전도성의 변화를 RLC meter를 이용하여 측정하는 실험이 있을 수 있다.
또한, 도 6에 전도성에 대한 실험 결과예로서 상온, 적정 습도에서 특정 무게비율의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 변형률에 따른 전도성의 변화를 RLC meter를 이용하여 측정하는 실험의 결과가 도시된다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(100)의 구조를 도시한 도면이다.
센서(100)는 제 1 내지 3 층의 필름으로 이루어져 있다. 각각의 필름은 상술한 바와 같이 실크 피브로인과 칼슘계 화합물로 구성된다. 또한, 각각의 필름은 접촉성, 신축성, 생체 분해성, 전도성 및 패턴화 가능성을 가진다.
제 1 층은 체내 장기 내에 부착되는 제 1 면과 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가진다. 또한, 제 1 층은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물이 약 80:20 ~ 85:15 범위의 무게비로 구성된다. 따라서, 제 1 층은 생체 분해성이 약 20시간 가량 유지된다. 또한 제 1 층은 신축성을 가지므로 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축된다.
제 2 층은 제 2 면에 부착되는 제 3 면과 제 3 면에 대향하는 제 4 면을 가진다. 또한, 제 2 층은 신축성을 가지므로 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축된다. 또한, 제 2 층은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물이 약 80:20 ~ 85:15의 무게비로 구성된다. 또한 본원의 도 7b를 참조하면, 제 2 층은 적어도 2 개 이상의 금속으로 이루어진 마커를 포함한다. 금속은 인체에 무해하고 배출 가능한 것, 예를 들어 금일 수 있다. 제 2 층이 장기의 팽창 또는 수축에 따라 팽창 또는 수축하면 제 2 층에 포함된 금속의 위치도 그에 대응하여 변한다. 금속의 위치가 변함에 따라, 금속에 의하여 반사되는 체외에서 전송된 신호가 변한다. 신호의 변화에 따라 금속의 위치가 변했다는 것을 감지할 수 있다. 여기서, 신호는 예를 들어 초음파 또는 전자기파일 수 있다. 감지된 금속의 변위를 이용하여 제 2 층의 팽창 또는 수축 정도를 측정하고, 제 2 층의 팽창 또는 수축 정도를 이용하여 장기의 팽창 또는 수축 정도를 측정할 수 있다. 장기의 팽창 또는 수축 정도의 측정을 통하여 장기의 컴플라이언스를 측정할 수 있다.
제 3 층은 제 4 면에 부착되는 제 5 면과 제 5 면에 대향하고, 카테터에 부착되는 제 6 면을 가진다. 또한, 제 3 층은 생체 분해성을 가진다. 제 3 층의 생체 분해성은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 비에 따라 지속 시간을 조절할 수 있다. 제 3 층의 생체 분해성의 지속 시간은 제 1 층의 생체 분해성의 지속 시간보다 짧다. 예를 들어, 제 3 층의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물은 약 70:30 ~ 60:40 범위의 무게비로 구성된다. 따라서, 제 3 층은 생체 분해성이 약 30 분 가량 유지된다. 또한, 제 3 층은 접촉성을 가진다. 따라서 제 3 층이 생체 분해가 되기 전까지는 카테터에 부착되어 있을 수 있다.
도 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서(100)의 구조를 도시한다.
센서(100)는 제 1 내지 4층의 필름으로 이루어져 있다. 각각의 필름은 상술한 바와 같이 실크 피브로인과 칼슘계 화합물로 구성된다. 또한, 각각의 필름은 접촉성, 신축성, 생체 분해성, 전도성 및 패턴화 가능성을 가진다.
제 1 층은 체내 장기 내에 부착되는 제 1 면과 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가진다. 또한, 제 1 층은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물은 80:20 ~ 85:15 범위의 무게비로 구성된다. 따라서 제 1 층은 생체 분해성이 약 20시간 가량 유지된다. 또한, 제 1 층은 신축성을 가지므로 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축된다.
제 2 층은 제 2 면에 부착되는 제 3 면과 제 3 면에 대향하는 제 4 면을 가진다. 또한, 제 2 층은 신축성을 가지므로 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축된다. 또한, 제 2 층은 팽창 또는 수축됨에 따라 저항값이 변한다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 실리콘 피브로인과 칼슘계 화합물의 비가 85: 15 또는 80: 20인 경우, 팽창 또는 수축 정도에 따라 변화하는 저항값이 도시되어 있다.
제 4 층은 제 4 면과 부착되는 제 5 면과 제 5 면에 대향하는 제 6 면을 가진다. 제 4 층은 제 2 층의 저항값을 측정하여 외부로 전송할 수 있는 회로를 포함한다. 또한, 회로는 PZT를 포함하여 외부에서 쏘는 진동 에너지(예를 들어, 초음파를 수신함으로써)를 획득하여 온 상태가 된다. 또한 본 회로는 본원의 필름에 각각의 요소가 심어져 있는 회로이므로 필름이 생체 분해가 되면 회로가 분해되어 각각의 요소가 체외로 배출될 수 있다. 또한, 제 4 층의 회로는 제 2 층의 저항값을 측정하여 외부로 전송하거나 외부에서 측정 가능하도록 하는 회로이면 어떤 회로든 적용 가능하다.
제 3 층은 제 6 면에 부착되는 제 7 면과 제 7 면에 대향하고, 카테터에 부착되는 제 8 면을 가진다. 또한, 제 3 층은 생체 분해성을 가진다. 제 3 층의 생체 분해성은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 비에 따라 지속 시간을 조절할 수 있다. 제 3 층의 생체 분해성의 지속 시간은 제 1 층의 생체 분해성의 지속 시간보다 짧다. 예를 들어, 제 3 층의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물은 60:40 ~ 70:30 범위의 무게비로 구성된다. 따라서, 제 3 층은 생체 분해성이 약 30분 가량 유지된다. 또한, 제 3 층은 접촉성을 가진다. 따라서, 제 3 층이 생체 분해가 되기 전까지는 카테터에 부착되어 있을 수 있다.
도 7d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서(100)의 구조를 도시한다.
센서는 제 2, 4 및 3층의 필름으로 이루어져 있다. 각각의 필름은 상술한 바와 같이 실크 피브로인과 칼슘계 화합물로 구성된다. 또한, 각각의 필름은 접촉성, 신축성, 생체 분해성, 전도성 및 패턴화 가능성을 가진다.
제 2 층은 체내 장기 내에 부착되는 제 1 면과 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가진다. 또한, 제 2 층은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물은 약 80:20 ~ 85:15 범위의 무게비로 구성된다. 또한, 제 2 층은 생체 분해성이 약 20시간 가량 유지된다. 또한, 제 2 층은 신축성을 가지므로 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축된다. 또한, 제 2 층은 팽창 또는 수축됨에 따라 저항값이 변한다.
제 4 층은 제 2 면에 부착되는 제 3 면과 제 3 면에 대향하는 제 4 면을 가진다. 제 4 층은 제 2 층의 저항값을 측정하여 외부로 전송할 수 있는 회로를 포함한다. 또한, 회로는 PZT를 포함하여 외부에서 쏘는 진동 에너지를 획득하여 온 상태가 된다. 또한, 본 회로는 본원의 필름에 각각의 요소가 심어져 있는 회로이므로 필름이 생체 분해가 되면 회로가 분해되어 각각의 요소가 체외로 방출될 수 있다. 또한, 제 4 층의 회로는 제 2 층의 저항값을 측정하여 외부로 전송하거나 외부에서 측정 가능하도록 하는 회로이면 어떤 회로든 적용 가능하다.
제 3 층은 제 4 면에 부착되는 제 5 면과 제 5 면에 대향하고 카테터에 부착되는 제 6 면을 가진다. 또한, 제 3 층은 생체 분해성을 가진다. 제 3 층의 생체 분해성은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 비에 따라 지속 시간을 조절할 수 있다. 제 3 층의 생체 분해성의 지속 시간은 제 2 층의 생체 분해성의 지속 시간보다 짧다. 예를 들어, 제 3 층의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물은 약 60:40 ~ 70:30 범위의 무게비로 구성된다. 따라서, 제 3 층은 생체 분해성이 약 30분 가량 유지된다. 또한, 제 3 층은 접촉성을 가진다. 따라서, 제 3 층이 생체 분해가 되기 전까지는 카테터에 부착되어 있을 수 있다.
도 8은 센서(100)에 제조 방법에 대해서 도시한 도면이다. 본원의 일 실시예에 따른 센서(100)의 제조 방법은 다음과 같다.
접촉성이 높고 생분해성이 다소 낮은 특정 무게비의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물 용액을 스핀 코터를 이용해 타겟 두께만큼 웨이퍼(wafer) 위에 코팅한 후, 섭씨 75도에서 10분간 소프트 베이킹(soft bake)한다(S800).
그 후에, 신축성 및 전기 전도도가 높은 무게비의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물 용액을 스핀 코터를 이용해 타겟 두께만큼 코팅 후 같은 조건으로 소프트 베이킹을 진행한다(S802).
그 후에, 물리 기상 증착법을 이용하여 하드 마스크(hard mask)를 증착한다(S804).
그 후에, 스핀 코터를 이용하여 타겟 두께만큼 포지티브 포토 레지스트(positive photo resist)를 증착하고, 섭씨 110도에서 3분 동안 소프트 베이킹(soft bake)을 진행하며(S806), 노광기를 이용해 노광한 후 현상액에 노광된 PR 부분을 제거한다(S808).
그 후에, 습식 식각 공정을 통해 하드 마스크를 패터닝하고 나머지 PR 부분을 애셔(asher)를 이용해 제거한다(S810).
그 후에, 산소 플라즈마 식각 장비를 이용해서 코팅된 실크 피브로인과 칼슘계 화합물 필름을 패터닝한다(S812).
그후에, 습식 식각 공정을 통해 하드 마스크를 제거하고 웨이퍼에서 패턴된 센서를 분리하여 센서 제조 공정을 완성한다(S814).
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 센서(100)를 이용한 장기의 컴플라이언스의 측정 방법을 도시한 순서도이다.
일 실시예에 따른 센서(100)는 도 7a에 도시된 센서이다. 즉, 일 실시예에 따른 센서(100)는 1 내지 3 층의 필름으로 이루어져 있다. 제 1 층은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물이 약 80:20 ~ 85:15의 무게비로 구성된다. 따라서, 제 1 층은 생체 분해성이 약 20시간 가량 유지된다. 또한 제 1 층은 신축성을 가지므로 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축된다.
제 2 층은 장기의 팽창 또는 수축에 따라 팽창 또는 수축한다. 또한, 제 2 층은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물이 약 80:20 ~ 85:15의 무게비로 구성된다. 또한, 제 2 층은 적어도 2 개 이상의 금속으로 이루어진 마커를 포함한다. 또한, 제 2 층에 포함된 금속은 제 2 층의 엣지 부분에 위치할 수 있다. 금속은 인체에 무해하고, 배출 가능한 것, 예를 들어 금일 수 있다. 제 2 층이 장기의 팽창 또는 수축에 따라 팽창 또는 수축하면 제 2 층에 포함된 금속의 위치도 그에 대응하여 변한다. 금속의 위치가 변함에 따라, 금속에 의하여 반사되는 체외에서 전송된 신호가 변한다. 신호의 변화에 따라 금속의 위치가 변했다는 것을 감지할 수 있다. 여기서, 신호는 예를 들어 초음파 또는 전자기파일 수 있다. 감지된 금속의 변위를 이용하여 제 2 층의 팽창 또는 수축 정도를 측정하고, 제 2 층의 팽창 또는 수축 정도를 이용하여 장기의 팽창 또는 수축 정도를 측정할 수 있다. 장기의 팽창 또는 수축 정도의 측정을 통하여 장기의 컴플라이언스를 측정할 수 있다.
제 3 층은 생체 분해성을 가진다. 제 3 층의 생체 분해성은 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 비에 따라 지속 시간을 조절할 수 있다. 제 3 층의 생체 분해성의 지속 시간은 제 1 층의 생체 분해성의 지속 시간보다 짧다. 예를 들어, 제 3 층의 실크 피브로인과 칼슘계 화합물은 약 60:40 ~ 70:30 범위의 무게비로 구성된다. 따라서, 제 3 층은 생체 분해성이 약 30분 가량 유지된다. 또한, 제 3 층은 접촉성을 가진다. 따라서 제 3 층이 생체 분해가 되기 전까지는 카테터에 부착되어 있을 수 있다.
상술된 일 실시예에 따른 센서(100)가 카테터 끝에 부착되어 체내에 삽입된다(S900). 센서(100)의 제 1 면이 장기 내에 부착되고, 제 3 층이 생체 분해가 되면 카테터와 센서(100)가 분리되어 카테터만 체외로 다시 꺼내어 진다(S902).
체내 장치 내에 부착된 센서(100)로 체외에서 초음파를 조사한다(S904). 센서(100)로 조사된 초음파는 센서(100)에 포함되어 있는 마커에 의하여 반사되어 반사된 초음파를 수신할 수 있다(S906). 장기의 팽창 또는 수축은 장기에 부착된 센서(100)의 팽창 또는 수축을 야기한다. 또한, 센서(100)의 팽창 또는 수축은 센서(100)에 포함된 마커의 위치 이동을 야기한다. 따라서, 장기의 팽창 또는 수축에 의하여 이동되는 마커에 의하여 조사된 초음파의 반사파의 스펙트럼 변화를 이용하여 장기의 컴플라이언스를 측정한다(S908).
도 10은 본원의 다른 실시예에 따른 센서(100)를 이용한 장기의 컴플라이언스의 측정 방법을 도시한 순서도이다.
다른 실시예에 따른 센서(100)는 도 7c 또는 7d에 도시된 센서이다.
센서(100)는 제 1 내지 4 층의 필름으로 이루어질 수 있다. 제 1 층은 체내 장기 내에 부착되는 부착면을 가진다. 제 2 층은 신축성을 가지므로 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축된다. 또한, 제 2 층은 팽창 또는 수축됨에 따라 저항값이 변한다. 제 4 층은 제 2 층의 저항값을 측정하여 외부로 전송할 수 있는 회로를 포함한다. 또한, 제 4 층에 포함된 회로는 필름에 구성요소가 심어져 있는 것으로서 필름이 생체 분해되면 회로도 분해되어 각각의 요소가 체외로 배출될 수 있다. 제 3 층은 생체 분해성을 가지고 카테터에 부착되는 부착면을 가진다. 또한, 제 3 층의 생체 분해성의 지속 시간은 제 1 층의 생체 분해성의 지속 시간보다 짧다.
또는 센서(100)는 제 2, 4 및 3 층의 필름으로 이루어질 수 있다. 제 2 층은 장기 내에 부착되는 부착면을 가지고 신축성을 가지므로 장기가 팽창 또는 수축되면 팽창 또는 수축된다. 또한, 제 2 층은 팽창 또는 수축됨에 따라 저항값이 변한다. 제 4 층은 제 2 층의 저항값을 측정하여 외부로 전송할 수 있는 회로를 포함한다. 또한, 제 4 층에 포함된 회로는 필름에 구성요소가 심어져 있는 것으로서 필름이 생체 분해되면 회로도 분해되어 각각의 요소가 체외로 배출될 수 있다. 제 3 층은 생체 분해성을 가지고 카테터에 부착되는 부착면을 가진다. 또한, 제 3 층의 생체 분해성의 지속 시간은 제 2 층의 생체 분해성의 지속 시간보다 짧다.
해당 센서(100)가 카테터 끝에 부착되어 체내에 삽입된다(S1000). 센서(100)의 제 1 층 또는 제 2 층이 장기 내에 부착되고, 제 3 층이 생체 분해되면 카테터와 센서(100)가 분리되어 카테터만 체외로 다시 꺼내어 진다(S1002).
이 후에, 장기 내에 부착되어 있는 센서로 진동 에너지를 가지는 신호를 조사한다(S1004). 조사된 신호는 제 4 층에 포함된 회로에서 수신하여 회로를 온(ON)시킨다(S1006). 예시적인 회로의 도면은 도 11에 도시된다. 다만 본 발명에 사용되는 회로는 도 11의 회로에 한정되는 것이 아니라 제 4 층의 기능을 수행할 수 있는 회로면 그 구성에 한정되지 않는다.
회로가 온이 되어, 제 2 층의 팽창 또는 수축에 따라 변화하는 저항값을 측정하여 외부로 전송한다(S1008). 또는 저항값을 직접 외부로 전송하지 않고 외부에서 측정할 수 있는 회로여도 좋다.
도 12는 본 발명의 제 1 층, 제 2 층 및 제 4 층의 생체 분해성 실험 결과 예이다.
도 13은 본 발명의 제 3 층의 생체 분해성 실험 결과 예이다. 실크피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비가 60:40인 경우 30분에 모두 용해된 결과예이다.
다양한 실시 예들에 따른 장치 또는 시스템은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 그리고 본 문서에 개시된 실시 예는 개시된 기술 내용의 설명 및 이해를 위해 제시된 것이며 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서 본 문서의 범위는 본 발명의 기술적 사상에 근거한 모든 변경 또는 다양한 다른 실시 예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100 센서
102 카테터

Claims (19)

  1. 체내 장기 내에 부착되어 상기 장기의 컴플라이언스 변화를 측정하기 위한 센서에 사용되는 필름으로서,
    실크 피브로인(silk fibroin)과 칼슘(calcium)계 화합물을 포함하고,
    상기 필름은 복수의 형태로 패터닝 가능한 필름.
  2. 청구항 1에 있어서,
    실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비가 80:20인 경우에는 11 N/cm2의 접촉성을 가지고,
    실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비가 85:15인 경우에는 7 N/cm2의 접촉성을 가지고,
    실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비가 60:40인 경우에는 5 N/cm2 의 접촉성을 가지는 필름.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비에 따라 생체 분해 시간이 조절 가능한 필름.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 실크 피브로인과 칼슘계 화합물의 무게비에 따라 저항값이 조절 가능한 필름.
  6. 청구항 4 또는 5에 있어서,
    상기 실크 피브로인과 상기 칼슘계 화합물의 무게비는 80:20 내지 85:15인 필름.
  7. 청구항 4 또는 5에 있어서,
    상기 실크 피브로인과 상기 칼슘계 화합물의 무게비는 60:40 내지 70:30인 필름.
  8. 체내 장기 내에 부착되어 장기의 컴플라이언스 변화를 측정하기 위한 센서로서,
    상기 체내 장기 내에 부착되는 제 1 면과 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가지는 제 1 층;
    상기 제 2 면에 부착되는 제 3 면과 상기 제 3 면에 대향하는 제 4 면을 가지고, 상기 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축되는 제 2 층; 및
    상기 제 4 면에 부착되는 제 5 면과 상기 제 5 면에 대향하고, 카테터(catheter)에 부착되는 제 6 면을 가지는 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 1 층 내지 제 3 층은 실크 피브로인(silk fibroin)과 칼슘(calcium)계 화합물을 포함하는 필름인 센서.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 센서의 상기 제 3 층이 상기 카테터에 부착되어 상기 센서가 체내로 삽입되고,
    상기 제 1 면이 체내에 부착됨으로써 상기 센서가 상기 장기에 배치되는 센서.

  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 실크 피브로인과 상기 칼슘계 화합물의 무게비에 따라 생체 분해 시간이 조절 가능한 센서.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 층의 생체 분해 시간보다 상기 제 3 층의 생체 분해 시간이 짧아,
    상기 제 1 면이 상기 장기 내면에 부착된 후에 제 3 층이 분해되도록 시간이 조절되는 상기 센서.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 층의 실크 피브로인과 칼슘의 무게비는 80:20 내지 85:15이고,
    상기 제 3 층의 실크 피브로인과 칼슘의 무게비는 60:40 내지 70:30인 센서.
  13. 청구항 8 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 필름의 엣지 부분에 적어도 2 개의 금속으로 이루어진 마커가 삽입되어 있고,
    각각의 금속은 필름의 서로 다른 엣지 부분에 삽입되는 센서.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 상기 센서도 팽창 또는 수축되고,
    상기 센서의 팽창 또는 수축에 대응하여 발생하는 상기 금속의 위치가 변화하고,
    외부에서 수신되어 상기 금속에 의하여 반사되는 신호가 상기 금속의 위치 변화에 따라 변화하는 센서.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 장기는 위, 대장, 방광 또는 자궁 중 어느 하나인 센서.
  16. 검출 장치에 의하여 수행되는 체내 장기 컴플라이언스 측정 방법으로서,
    체내 장기 내에 부착되어 있는 센서로 신호를 전송하는 단계;
    상기 센서에서 반사된 신호를 수신하는 단계; 및
    수신된 신호를 기초로 상기 센서가 부착된 체내 장기의 컴플라이언스(compliance)를 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 센서는 체내 장기 내에 부착되는 제 1 면과 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가지는 제 1 층; 상기 제 2 면에 부착되는 제 3 면과 상기 제 3 면에 대향하는 제 4 면을 가지고 상기 장기가 팽창 또는 수축됨에 따라 팽창 또는 수축되는 제 2 층; 및 상기 제 4 면에 부착되는 제 5 면과 상기 제 5 면에 대향하고, 카테터(catheter)에 부착되는 제 6 면을 가지는 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 1 층 내지 제 3 층은 실크 피브로인(silk fibroin)과 칼슘(calcium)계 화합물을 포함하는 체내 장기 컴플라이언스 측정 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 신호를 전송하는 단계는 복수회 행해지고,
    상기 신호 전송이 복수회 행해짐으로써 수신되는 복수의 상기 반사된 신호를 분석하여 상시 센서의 팽창 또는 수축 정도를 측정함으로써 상기 장기의 컴플라이언스를 측정하는 체내 장기 컴플라이언스 측정 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 2 층은 필름의 엣지 부분에 적어도 2 개의 금속으로 이루어진 마커가 삽입되어 있고,
    상기 전송된 신호가 상기 금속에 의하여 반사되고,
    상기 센서가 팽창 또는 수축됨에 따라 상기 금속의 위치가 변경되어 변경된 위치에서 신호를 반사시키는 체내 장기 컴플라이언스 측정 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 신호는 초음파인 체내 장기 컴플라이언스 측정 방법.
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