KR102505025B1 - pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서 - Google Patents

pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR102505025B1
KR102505025B1 KR1020200128552A KR20200128552A KR102505025B1 KR 102505025 B1 KR102505025 B1 KR 102505025B1 KR 1020200128552 A KR1020200128552 A KR 1020200128552A KR 20200128552 A KR20200128552 A KR 20200128552A KR 102505025 B1 KR102505025 B1 KR 102505025B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
poly
change sensing
fabric
group
change
Prior art date
Application number
KR1020200128552A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220045676A (ko
Inventor
구형준
김수영
김지혜
최민영
Original Assignee
서울과학기술대학교 산학협력단
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 서울과학기술대학교 산학협력단 filed Critical 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority to KR1020200128552A priority Critical patent/KR102505025B1/ko
Priority to PCT/KR2021/006985 priority patent/WO2022075549A1/ko
Publication of KR20220045676A publication Critical patent/KR20220045676A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102505025B1 publication Critical patent/KR102505025B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/302—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells pH sensitive, e.g. quinhydron, antimony or hydrogen electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/301—Reference electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4146—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS involving nanosized elements, e.g. nanotubes, nanowires
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00—Physical properties
    • D10B2401/18—Physical properties including electronic components

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

본 발명은 pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유는, 고분자 매트릭스 내에 전도성 충진제 및 pH 감응 충진제를 포함하는 작동전극; 및 금속염/고분자 복합체 내에 금속 전선을 포함하는 기준전극;을 포함한다.

Description

pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서{FIBER FOR SENSING PH CHANGE, FABRIC FOR SENSING PH CHANGE AND SENSING FOR SENSING PH CHANGE}
본 발명은 pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서에 관한 것이다.
정확하고 신뢰할 수 있는 pH 측정은, 화학, 생물 및 환경 분석, 식품 과학, 인간 건강 관리 및 질병 진단에 이르는 다양한 분야에서 중요할 수 있다. 특히, 의료 및 진단 응용 분야에 대한 수요가 급격히 증가함에 따라 눈물, 타액, 소변 및 땀과 같은 체액(Body fluid)의 pH 변화를 모니터링하는 것에 대한 중요도가 증가되었다.
예를 들어, 건강한 사람이 배출하는 땀은 pH 4.5에서 6.5의 약산성을 띄는 반면 낭포성 섬유증(Cystic Fibrosis)을 가진 환자의 땀은 pH 9까지 상승한다. 또한, 평소에 약한 산성(~ pH 6)을 띄는 피부는 상처가 나고 치유되는 과정에서 산성과 염기성을 거쳐 다시 원래의 pH 상태로 돌아온다. 나아가, 만성 치주염 환자의 타액 pH는 임상적으로 건강한 치아 조직을 갖는 환자에 비하여 더 알칼리성일 수 있다. 이에 타액의 pH 값은 치아 건강을 결정하는 것에 있어 중요할 수 있다. 또한, 소변의 pH는 대사 증후군 및 신장 질환과 관련된 건강 상태와 연관될 수 있다.
이와 같은 이유로, 체액과 같은 분석 시료의 pH를 보다 용이하게 측정할 수 있는 pH 센서가 개발되고 있다. 대부분의 pH 센서들은, 전위차 전극(potentiometric electrode), 이온 감음성 전계 효과 트랜지스터(ion-sensitive field-effect transistor), 화학 저항성 트랜지스터(chemo-resistor transistor)를 기반으로 pH를 측정하기 위해, 금 박막이 기판의 표면에 증착된 형태를 갖는다.
그러나, 이러한 종래의 pH 센서는, 부피가 크거나 유연성이 떨어져 분배액의 pH를 효과적으로 측정하는데 어려움이 있다. 필름형 pH 센서가 개발되고 있으나 인체가 가지는 굴곡에 밀착될 수 있을 정도의 유연성을 갖는데에는 한계가 있다.
이에, 전술한 종래의 pH 센서들의 구조적 특성에 의해 야기되는 문제점들을 해결하고, 보다 용이하게 체액과 같은 분석 시료의 pH를 측정할 수 있는, 새로운 pH 센서의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 유연성을 높여 피부 밀착도를 극대화하고, 체액의 pH 변화를 쉽게 측정하고, 이를 통해 건강상태 및 상처치유 단계 등을 모니터링할 수 있는 pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유는, 고분자 매트릭스 내에 전도성 충진제 및 pH 감응 충진제를 포함하는 작동전극; 및 금속염/고분자 복합체 내에 금속 전선을 포함하는 기준전극;을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 매트릭스는, 아가로즈(agarose), 알지네이트(alginate) 및 젤라틴(gelatin)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 생체 고분자; 또는 폴리카프로락톤(Polycaprolactone), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alchohol), 폴리락트산 (Polylactic acid), 폴리 메타 아라미드(Poly m-aramid), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리락트산-글리콜라이드(Poly lactide-co-glycolide), 폴리비닐리딘 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride), 폴리아마이드(Polyamide), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아마이드이미드 (Polyamide-imide), 폴리설폰(Polysulfone) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 합성 고분자;를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전도성 충진제는, 탄소, 금속 및 이 둘을 포함하는 나노구조를 포함하고, 상기 나노구조는, 나노구(nanosphere), 나노로드(nanorod, NR), 나노선(nanowire, NW), 나노벽(nanowall), 나노튜브(nanotube, NT), 나노리본(nanoribbon, NRB), 나노벨트(nanobelt, NB) 및 나노시트(nanosheet, NS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전도성 충진제는, 카본 파이버 가닥(carbon fiber thread), 카본 블랙(carbon black), 카본 그래파이트(carbon graphite), 그래핀(graphene), 풀러렌(fullerene), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 카바이드(carbides), 풀러렌(fullerene) 및 금속 나노선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 감응 충진제는, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤(poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜(polythiopHene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜)[poly(ethylenedioxythiopHene)], 폴리-3-메틸티오펜(poly-3-methylthiopHene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)[poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT], 폴리(p-페닐렌비닐렌)[poly(ppHenylenevinylene); PPV] 및 폴리퓨란(polyfuran)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 금속 전선은, Ag, Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 금속을 포함하는 전선이고, 상기 금속 전선 상에 염화은이 코팅된 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 금속염/고분자 복합체의 금속염은, LiCl, NaCl, NaCN, KCl, KBr, KF, KCN, MgCl2, MgBr2, FeCl2, NiCl2, CuSO4, Cu(Tos)2, CuCl2, CuBr2, ZnCl2, Ag2SO4, IrCl3, H2PtCl6, AuCl3　및 HgCl2로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이고, 상기 금속염/고분자 복합체의 고분자는, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리메틸페닐실록산, 폴리메틸비닐실록산, 폴리디페닐실록산 및 폴리(부틸렌-아디페이트-코테레프탈레이트)(poly(butylene-adipate-coterephthalate))로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 작동전극 및 상기 기준전극은 서로 꼬인 구조를 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 pH 변화 감지 직물은, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유가 직물에 직조된 것이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 직물에 작동전극 및 기준전극이 서로 크로스바 어레이 구조로 직조된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 pH 변화 감지 센서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유 또는 본 발명의 다른 실시예에 따른 pH 변화 감지 직물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유는, 산화막질 연마 정지제를 첨가함으로써, 산화막 연마력을 크게 낮춰, 높은 선택비 구현 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 직물은 의류, 손목 보호대, 스마트 밴드와 같은 곳에 적용함으로써 유연성을 높여 간편하게 착용할 수 있고, 피부밀착도를 높일 수 있어 피부 분비액의 pH를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 통기성이 확보되어 인체에 적용 시 착용감을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 센서는 다루기 용이하고, 가격이 저렴하며, 높은 전기 전도성 및 유연성을 가질 수 있다. 이에, 본 발명은 웨어러블 센서로서 적합할 수 있음에 따라, pH 센서의 적용 범위 확장에 기여할 수 있다. 건강상태 및 상처치유 단계를 실시간으로 원격 모니터링하고 2차원 pH 매핑도 가능하므로, 의료 및 진단 응용 분야에서, 질환 및 건강 상태와 연관된 다양한 임상적 정보를 제공할 수 있어, 바이오/헬스케어 분야에 활용 가치가 매우 클 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유를 예시적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 작동전극 내부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전극 내부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 꼬인 구조의 pH 변화 감지 섬유를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 직물을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, 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 등이 한정되지 않는다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유는, 고분자 매트릭스 내에 전도성 충진제 및 pH 감응 충진제를 포함하는 작동전극; 및 금속염/고분자 복합체 내에 금속 전선을 포함하는 기준전극;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유는, pH 감지 성능이 우수하고, 유연성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유를 예시적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유(100)는 작동전극(110) 및 기준전극(120)을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 작동전극(110)은, pH 센서 내에서 분석 시료의 전위를 측정하도록 구성된 센싱 전극을 의미할 수 있다. 특히, 작동전극(110)은 수소 이온 농도 의존적으로 전위가 바뀌는 pH 감응 충진제가 내포되어 있어, pH 측정을 위해 분석 시료와 직/간접적으로 반응하도록 구성될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 변화 감지 섬유는 분석 시료의 이온 농도에 따라 상이한 전위를 가질 수 있으며, 분석 시료는 pH를 측정하고자 하는 모든 시료를 의미할 수 있다. 바람직하게, 분석 시료는 유체 시료일 수 있다. 예를 들어, 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖, 복수액, 활액 및 복막액일 수 있다. 상기 시료는, 그 종류에 따라 본 발명의 pH 센서에 처리되기 전에 용해(lysis) 될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 작동전극(110)은, 고분자 매트릭스(112)에 pH 변화에 따라 화학적 성질이 바뀌는 충진제(filler)를 포함하는 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 작동전극 내부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 작동전극(110)은, 고분자 매트릭스(112) 내에 전위차를 감지할 수 있게 해주는 전도성 충진제(114) 및 pH에 따라 전위가 변화하는 pH 감응 충진제(116)를 포함하는 것일 수 있다.
이러한 구조적 특징에 의해, 본 발명의 pH 센서는, 두 개의 작동전극(110) 및 기준전극(120)에 대한 전위차를 기초로 pH를 측정할 수 있도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 매트릭스(112)는 섬유 형성용 고분자를 포함하는 것일 수 있다. 상기 고분자 매트릭스는 섬유 형성용 고분자를 용매에 용해하여 고분자 졸을 압출하면서 젤화시켜 고분자 수화젤 섬유를 만들고, 이를 건조시켜 마이크로 복합체 섬유로 제조할 수 있는 소재라면 제한되지 않는다.
일 실시형태에 있어서, 상기 고분자 매트릭스(112)는, 아가로즈(agarose), 알지네이트(alginate) 및 젤라틴(gelatin)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 생체 고분자; 또는 폴리카프로락톤(Polycaprolactone), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alchohol), 폴리락트산 (Polylactic acid), 폴리 메타 아라미드(Poly m-aramid), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리락트산-글리콜라이드(Poly lactide-co-glycolide), 폴리비닐리딘 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride), 폴리아마이드(Polyamide), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아마이드이미드 (Polyamide-imide), 폴리설폰(Polysulfone) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 합성 고분자;를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 매트릭스는, 아가로즈(agarose)를 사용하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전도성 충진제(114)는, 탄소, 금속 및 이 둘을 포함하는 나노구조를 포함하고, 상기 나노구조는, 나노구(nanosphere), 나노로드(nanorod, NR), 나노선(nanowire, NW), 나노벽(nanowall), 나노튜브(nanotube, NT), 나노리본(nanoribbon, NRB), 나노벨트(nanobelt, NB) 및 나노시트(nanosheet, NS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전도성 충진제(114)는, 카본 파이버 가닥(carbon fiber thread), 카본 블랙(carbon black), 카본 그래파이트(carbon graphite), 그래핀(graphene), 풀러렌(fullerene), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 카바이드(carbides), 풀러렌(fullerene) 및 금속 나노선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 감응 충진제(116)는, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤(poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜(polythiopHene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜)[poly(ethylenedioxythiopHene)], 폴리-3-메틸티오펜(poly-3-methylthiopHene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)[poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT], 폴리(p-페닐렌비닐렌)[poly(ppHenylenevinylene); PPV] 및 폴리퓨란(polyfuran)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 pH 감응 충진제(116)는 폴리아닐린인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전도성 충진제(114) 및 pH 감응 충진제(116) 각각은 두 가지 역할을 동시에 수행할 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 기준전극(120)은 pH변화에 안정적 전위를 갖는 반쪽 전지 전위성 탄소 케이블을 의미할 수 있다. 이러한 기준전극(120)의 전위는 미리 결정되어 있을 수 있음에 따라, 작동전극(110)을 통해 분석 시료의 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 기준이 될 수 있는 기준 전극으로 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전극 내부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 금속 전선은, Ag, Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 금속을 포함하는 전선이고, 상기 금속 전선 상에 염화은이 코팅된 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 기준전극(120)은 금속염/고분자 복합체(122) 내에 금속 전선(124), 상기 금속 전선 상에 코팅된 염화은(126)을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 금속염/고분자 복합체(122)의 금속염은, LiCl, NaCl, NaCN, KCl, KBr, KF, KCN, MgCl2, MgBr2, FeCl2, NiCl2, CuSO4, Cu(Tos)2, CuCl2, CuBr2, ZnCl2, Ag2SO4, IrCl3, H2PtCl6, AuCl3 및 HgCl2로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 금속염/고분자 복합체의 금속염은, KCl인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 금속염/고분자 복합체(122)의 고분자는,
폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리메틸페닐실록산, 폴리메틸비닐실록산, 폴리디페닐실록산 및 폴리(부틸렌-아디페이트-코테레프탈레이트)(poly(butylene-adipate-coterephthalate))로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 고분자는 폴리디메틸실록산(PDMS)인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 작동전극 및 상기 기준전극은 서로 꼬인 구조를 가지는 것일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 꼬인 구조의 pH 변화 감지 섬유를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 꼬인 구조의 pH 변화 감지 섬유는 작동전극(110) 및 기준전극(120)이 꼬인 형태의 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 pH 변화 감지 직물은, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유가 직물에 직조된 것이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 직물은 양모, 리넨, 실크, 폴리에스테르, 나일론, 올레핀, 아세테이트, 레이온 및 면으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 직물을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 직물(200)은, 직물(210)에 작동전극(110) 및 기준전극(120)이 서로 크로스바 어레이 구조로 직조된 것일 수 있다. 따라서, 작동전극(110) 및 기준전극(120)이 접점(A)을 이루는 지점 9군데에서 pH를 선택적으로 읽어 들일 수 있어 위치에 따른 pH 측정이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 직물은 의류, 손목 보호대, 스마트 밴드와 같은 곳에 적용함으로써 유연성을 높여 간편하게 착용할 수 있고, 피부밀착도를 높일 수 있어 피부 분비액의 pH를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 통기성이 확보되어 인체에 적용 시 착용감을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 pH 변화 감지 센서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 섬유 또는 본 발명의 다른 실시예에 따른 pH 변화 감지 직물을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 변화 감지 센서는 추가적으로 전위차를 측정하여 pH 변화를 검출하기 위한 본 발명의 기술분야에서 적용되는 다양한 장치, 예를 들어, 전기화학적 분석기가 결합 또는 연결될 수 있고, 이외에도 열적, 광학적, 전기적, 화학적 또는 물리적 검출신호를 감지 및 분석을 위한 장치 및 전극 등이 더 연결 또는 배치될 수 있으나, 본 명세서는 구체적으로 언급하지 않는다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 변화 감지 센서는 pH 변화를 실시간으로 모니터링하고 2차원 pH 매핑도 가능한 장비가 추가될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 변화 감지 센서는 시료 중에 복수의 전극을 침지시켜, 전극 간 전위차, 전류 또는 교류 임피던스를 측정함으로써 정량적으로 및/또는 정성적으로 pH를 분석하는 전기 화학적 기술이 적용된 센서를 의미할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 변화 감지 센서는, pH의 간섭을 줄이기 위하여 유전 물질을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 기준전극 상에 유전성 물질이 코팅됨으로써, 기준전극은 pH의 변화에도 안정성을 가질 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 변화 감지 센서는, pH 측정을 위해 노출된 부분 이외에 영역에는, pH 측정의 간섭 방지를 위해 폴리머, 세라믹과 같은 부전도체의 피복 물질이 코팅되어 있을 수 있다. 이러한 피복 물질 코팅층에 의해, 수분, 물리적 손상, 외부 환경으로부터 기준전극의 보호가 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 변화 감지 센서는 다루기 용이하고, 가격이 저렴하며, 높은 전기 전도성 및 유연성을 가질 수 있다. 이에, 본 발명은 웨어러블 센서로서 적합할 수 있음에 따라, pH 센서의 적용 범위 확장에 기여할 수 있다. 건강상태 및 상처치유 단계를 실시간으로 원격 모니터링하고 2차원 pH 매핑도 가능하므로, 의료 및 진단 응용 분야에서, 질환 및 건강 상태와 연관된 다양한 임상적 정보를 제공할 수 있어, 바이오/헬스케어 분야에 활용 가치가 매우 클 것으로 예상된다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: pH 변화 감지 섬유
110: 작동전극
112: 고분자 매트릭스
114: 전도성 충진제
116: pH 감응 충진제
120: 기준전극
122: 금속염/고분자 복합체
124: 금속 전선
126: 염화은
200: pH 변화 감지 직물
210: 직물

Claims (10)

  1. 고분자 매트릭스 내에 전도성 충진제 및 pH 감응 충진제를 포함하는 작동전극; 및
    금속염/고분자 복합체 내에 금속 전선을 포함하는 기준전극;
    을 포함하고,
    상기 고분자 매트릭스는,
    아가로즈(agarose), 알지네이트(alginate) 및 젤라틴(gelatin)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 생체 고분자; 또는
    폴리카프로락톤(Polycaprolactone), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alchohol), 폴리락트산 (Polylactic acid), 폴리 메타 아라미드(Poly m-aramid), 폴리락트산-글리콜라이드(Poly lactide-co-glycolide), 폴리비닐리딘 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride), 폴리아마이드(Polyamide), 폴리이미드(Polyimide), 폴리아마이드이미드 (Polyamide-imide), 폴리설폰(Polysulfone) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 합성 고분자;
    를 포함하고,
    상기 전도성 충진제는, 탄소, 금속 또는 이 둘을 포함하는 나노구조를 포함하고,
    상기 나노구조는, 나노구(nanosphere), 나노로드(nanorod, NR), 나노선(nanowire, NW), 나노벽(nanowall), 나노튜브(nanotube, NT), 나노리본(nanoribbon, NRB), 나노벨트(nanobelt, NB) 및 나노시트(nanosheet, NS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이거나,
    카본 파이버 가닥(carbon fiber thread), 카본 블랙(carbon black), 카본 그래파이트(carbon graphite), 그래핀(graphene), 풀러렌(fullerene), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 카바이드(carbides) 및 풀러렌(fullerene) 및 금속 나노선으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것이고,
    상기 금속염/고분자 복합체의 고분자는, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리메틸페닐실록산, 폴리메틸비닐실록산, 폴리디페닐실록산 및 폴리(부틸렌-아디페이트-코테레프탈레이트)(poly(butylene-adipate-coterephthalate))로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    pH 변화 감지 섬유.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 pH 감응 충진제는,
    폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤(poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜(polythiopHene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜)[poly(ethylenedioxythiopHene)], 폴리-3-메틸티오펜(poly-3-methylthiopHene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)[poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT], 폴리(p-페닐렌비닐렌)[poly(ppHenylenevinylene); PPV] 및 폴리퓨란(polyfuran)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    pH 변화 감지 섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 전선은, Ag, Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 금속을 포함하는 전선이고,
    상기 금속 전선 상에 염화은이 코팅된 것인,
    pH 변화 감지 섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속염/고분자 복합체의 금속염은, LiCl, NaCl, NaCN, KCl, KBr, KF, KCN, MgCl2, MgBr2, FeCl2, NiCl2, CuSO4, Cu(Tos)2, CuCl2, CuBr2, ZnCl2, Ag2SO4, IrCl3, H2PtCl6, AuCl3　및 HgCl2로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    pH 변화 감지 섬유.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 작동전극 및 상기 기준전극은 서로 꼬인 구조를 가지는 것인,
    pH 변화 감지 섬유.
  8. 제1항의 pH 변화 감지 섬유가 직물에 직조된 pH 변화 감지 직물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 pH 변화 감지 직물은,
    상기 직물에 작동전극 및 기준전극이 서로 크로스바 어레이 구조로 직조된 것인,
    pH 변화 감지 직물.
  10. 제1항의 pH 변화 감지 섬유 또는 제8항의 pH 변화 감지 직물을 포함하는 pH 변화 감지 센서.
KR1020200128552A 2020-10-06 2020-10-06 pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서 KR102505025B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200128552A KR102505025B1 (ko) 2020-10-06 2020-10-06 pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서
PCT/KR2021/006985 WO2022075549A1 (ko) 2020-10-06 2021-06-04 Ph 변화 감지 섬유, ph 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 ph 변화 감지 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200128552A KR102505025B1 (ko) 2020-10-06 2020-10-06 pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220045676A KR20220045676A (ko) 2022-04-13
KR102505025B1 true KR102505025B1 (ko) 2023-03-02

Family

ID=81126143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200128552A KR102505025B1 (ko) 2020-10-06 2020-10-06 pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102505025B1 (ko)
WO (1) WO2022075549A1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110315563A1 (en) 2010-06-25 2011-12-29 University Of Connecticut Sensors for analyte detection and methods of manufacture thereof
KR102060579B1 (ko) * 2018-01-03 2020-02-11 한국과학기술원 종이 기반의 플렉서블 이온 센서 및 이의 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101896400B1 (ko) * 2016-12-23 2018-09-07 한국과학기술원 나노필라 어레이 전극을 기반으로 하는 플렉서블 pH 센서 및 이의 제조방법
KR102175939B1 (ko) * 2018-10-17 2020-11-09 동국대학교 산학협력단 원통형 단일 섬유 형태의 pH 센서
KR102203279B1 (ko) * 2018-12-06 2021-01-14 강원대학교산학협력단 플렉서블 pH 센서 케이블 및 이의 제조 방법
CN111693588B (zh) * 2020-05-26 2022-08-19 复旦大学 柔性可植入纤维状有机电化学晶体管及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110315563A1 (en) 2010-06-25 2011-12-29 University Of Connecticut Sensors for analyte detection and methods of manufacture thereof
KR102060579B1 (ko) * 2018-01-03 2020-02-11 한국과학기술원 종이 기반의 플렉서블 이온 센서 및 이의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sina Naficy et al., Advanced Materials Technologies, Vol.3, 2018, pp.1-10.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220045676A (ko) 2022-04-13
WO2022075549A1 (ko) 2022-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Terse-Thakoor et al. Thread-based multiplexed sensor patch for real-time sweat monitoring
Mostafalu et al. A toolkit of thread-based microfluidics, sensors, and electronics for 3D tissue embedding for medical diagnostics
Possanzini et al. Textile sensors platform for the selective and simultaneous detection of chloride ion and pH in sweat
Vilela et al. Flexible sensors for biomedical technology
Zhao et al. A thread-based wearable sweat nanobiosensor
Guinovart et al. Potentiometric sensors using cotton yarns, carbon nanotubes and polymeric membranes
Yu et al. Gold nanostructure-programmed flexible electrochemical biosensor for detection of glucose and lactate in sweat
Moyer et al. Correlation between sweat glucose and blood glucose in subjects with diabetes
KR102282133B1 (ko) 플렉서블 pH 센서 및 이의 제조 방법
Sweilam et al. Fabrication and optimization of fiber-based lithium sensor: a step toward wearable sensors for lithium drug monitoring in interstitial fluid
CN110799835B (zh) 作为化学传感器的基于导电聚合物和Ag、AgX(X＝Cl、I、Br)卤化物纳米颗粒的有机电化学晶体管
Xia et al. Thread-based wearable devices
Pérez et al. Wearable electrochemical biosensors to measure biomarkers with complex blood-to-sweat partition such as proteins and hormones
Raza et al. Progress of wearable and flexible electrochemical biosensors with the aid of conductive nanomaterials
US20190069818A1 (en) Wearable biosensors with room temperature ionic liquid buffer
Kulkarni et al. Recent advances in smart wearable sensors for continuous human health monitoring
Brennan et al. Flexible substrate sensors for multiplex biomarker monitoring
Jin et al. Smart materials for wearable healthcare devices
KR102505025B1 (ko) pH 변화 감지 섬유, pH 변화 감지 직물 및 이를 포함하는 pH 변화 감지 센서
CN110702742A (zh) 一种湿度传感器
Kalasin et al. Multiplex Wearable Electrochemical Sensors Fabricated from Sodiated Polymers and Mxene Nanosheet To Measure Sodium and Creatinine Levels in Sweat
KR102203279B1 (ko) 플렉서블 pH 센서 케이블 및 이의 제조 방법
Samal et al. Wearable and flexible sensors based on 2D and nanomaterials
Bharti et al. Iron oxide nanoparticles/PEDOT: PSS nanocomposite-based modification of both glassy carbon electrode and flexible cotton fiber OECT for highly sensitive multi-analytes detection
Richardson et al. Designing wearable electronic textiles to detect early signs of neurological injury and disease: A review

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right