KR20180092601A - 글루코스 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 글루코스 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 글루코스 센서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 기준 전극부 및 상기 기준 전극부와 이격된 상태로 상기 기판 상에 형성된 감지 전극부를 포함하는 전극부 및 상기 전극부를 포함하는 영역 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고, 상기 전극부를 구성하는 기준 전극부와 감지 전극부 중에서 적어도 하나는 메쉬(mesh) 구조를 갖는다.
본 발명에 따르면, 메쉬 구조를 갖는 전극을 적용하여 전극의 비표면적을 증가시킴으로써 글루코스에 대한 감지 민감도를 현저하게 높이고, 금속 전극의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막을 형성하여 금속 전극의 산화를 방지함으로써 센서의 감지 성능의 열화를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 글루코스 센서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 기준 전극부 및 상기 기준 전극부와 이격된 상태로 상기 기판 상에 형성된 감지 전극부를 포함하는 전극부 및 상기 전극부를 포함하는 영역 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고, 상기 전극부를 구성하는 기준 전극부와 감지 전극부 중에서 적어도 하나는 메쉬(mesh) 구조를 갖는다.
본 발명에 따르면, 메쉬 구조를 갖는 전극을 적용하여 전극의 비표면적을 증가시킴으로써 글루코스에 대한 감지 민감도를 현저하게 높이고, 금속 전극의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막을 형성하여 금속 전극의 산화를 방지함으로써 센서의 감지 성능의 열화를 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 글루코스 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 메쉬(mesh) 구조를 갖는 전극을 적용하여 전극의 비표면적(specific surface area)을 증가시킴으로써 글루코스에 대한 감지 민감도를 현저하게 높이고, 금속 전극의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막을 형성하여 금속 전극의 산화를 방지함으로써 감지 성능의 열화를 방지할 수 있는 글루코스 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
글루코스(glucose)는 대부분 유기체의 광범위한 영양 공급원이며, 에너지 공급, 탄소 저장, 생합성 및 탄소 골격 및 세포벽 형성의 기초적인 역할을 수행하는 성분으로서, 전위차 또는 전류 측정을 통해 글루코스의 농도를 측정하는 글루코스 센서에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.
글루코스 센서에 대한 대부분의 연구들은 글루코스의 글루코노락톤 (gluconolactone)으로의 산화를 촉진하는 글루코스 산화효소(glucose oxidase) 또는 글루코스 탈수소효소와 같은 효소의 고정에 기반을 두고 있다.
한편, 이러한 글루코스 센서의 성능을 높이기 위해서는 구성요소인 전극의 비표면적을 증가시켜 글루코스에 대한 감응도를 높여야 하지만, 현재까지는 이를 위한 효율적인 구조가 제시되지 않고 있다.
또한, 종래의 글루코스 센서를 구성하는 금속 전극이 대기중에 노출되어 산화됨으로써, 글루코스 센서의 감지 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 메쉬(mesh) 구조를 갖는 전극을 적용하여 전극의 비표면적(specific surface area)을 증가시킴으로써, 글루코스에 대한 감지 민감도를 현저하게 높일 수 있는 글루코스 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 금속 전극의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막을 형성하여 금속 전극의 산화를 방지함으로써, 감지 성능의 열화를 방지할 수 있는 글루코스 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 글루코스 센서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 기준 전극부 및 상기 기준 전극부와 이격된 상태로 상기 기판 상에 형성된 감지 전극부를 포함하는 전극부 및 상기 전극부를 포함하는 영역 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고, 상기 전극부를 구성하는 기준 전극부와 감지 전극부 중에서 적어도 하나는 메쉬(mesh) 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 글루코스 센서는 상기 전극부의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 형성된 도전성 산화막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 도전성 산화막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 감지 전극부는 Au, Ag, APC, Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 글루코스 반응부는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서는 상기 기판과 상기 전극부 사이에 형성된 분리층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서는 상기 분리층과 상기 전극부 사이에 형성된 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 기판은 플렉서블 특성을 갖는 기재 필름인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법은 캐리어 기판 상에 분리층을 형성하는 분리층 형성단계, 상기 분리층 상에 기준 전극부 및 상기 기준 전극부와 이격된 감지 전극부를 포함하는 전극부를 형성하는 전극 형성단계, 상기 전극부를 포함하는 영역 상에 글루코스 반응부를 형성하는 글루코스 반응부 형성단계, 상기 캐리어 기판을 분리하여 상기 분리층을 노출시키는 캐리어기판 분리단계 및 상기 분리층에 기재 필름을 접합하는 기재필름 접합단계를 포함하고, 상기 전극 형성단계에서는, 상기 전극부를 구성하는 기준 전극부와 감지 전극부 중에서 적어도 하나를 메쉬(mesh) 구조화한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법에 있어서, 상기 전극부는 Au, Ag, APC, Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 단일층 또는 복층 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법은 상기 전극부의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막을 형성하는 도전성 산화막 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법에 있어서, 상기 도전성 산화막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법에 있어서, 상기 글루코스 반응부는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법은 상기 전극 형성단계 이전에, 상기 분리층과 상기 전극부 사이에 보호층을 형성하는 보호층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법에 있어서, 상기 보호층은 상기 분리층의 측벽을 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법은 상기 캐리어기판 분리단계 이전에, 상기 전극부에 접합제가 도포된 보호 필름을 접합하는 보호필름 접합단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법에 있어서, 상기 접합제는 압력 감응 접합제인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법에 있어서, 상기 캐리어기판 분리단계에서는, 상기 보호 필름을 그립(grip)한 상태에서 상기 캐리어 기판에 물리력을 인가하여 상기 캐리어 기판을 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법에 있어서, 상기 보호필름 접합단계에서는, 상기 보호 필름을 롤투롤(Roll-To-Roll)을 이용한 라미네이션(Lamination) 방식으로 상기 전극부에 접합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글루코스 센서 제조방법에 있어서, 상기 기재필름 접합단계에서는, 상기 기재 필름을 롤투롤을 이용한 라미네이션 방식으로 상기 분리층에 접합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 메쉬(mesh) 구조를 갖는 전극을 적용하여 전극의 비표면적(specific surface area)을 증가시킴으로써, 글루코스에 대한 감지 민감도를 현저하게 높일 수 있는 글루코스 센서 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 금속 전극의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막을 형성하여 금속 전극의 산화를 방지함으로써, 감지 성능의 열화를 방지할 수 있는 글루코스 센서 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서를 구성하는 전극부가 2 전극 구조를 갖는 경우의 예시적인 평면 형상을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서를 구성하는 전극부가 3 전극 구조를 갖는 경우의 예시적인 평면 형상을 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서 제조방법의 공정 순서도이고,
도 5 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서 제조방법의 예시적인 공정 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서를 구성하는 전극부가 2 전극 구조를 갖는 경우의 예시적인 평면 형상을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서를 구성하는 전극부가 3 전극 구조를 갖는 경우의 예시적인 평면 형상을 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서 제조방법의 공정 순서도이고,
도 5 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서 제조방법의 예시적인 공정 단면도들이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 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 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서를 구성하는 전극부가 2 전극 구조를 갖는 경우의 예시적인 평면 형상을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서를 구성하는 전극부가 3 전극 구조를 갖는 경우의 예시적인 평면 형상을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서는 기판(90), 분리층(20), 보호층(30), 전극부(40), 도전성 산화막(52, 54), 글루코스 반응부(60) 및 보호 필름(80)을 포함한다.
기판(90)은 글루코스 센서를 구성하는 구성요소들의 구조적인 기지(base)를 제공하는 기능을 한다.
예를 들어, 기판(90)은 플렉서블 특성을 갖는 기재 필름(90)일 수 있으며, 구체적인 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수도 있다. 이와 같은 투명 광학 필름의 두께는 적절히 결정될 수 있지만, 일반적으로는 강도나 취급성 등의 작업성, 박층성 등을 고려하여, 1 ∼ 500㎛로 결정될 수 있다. 특히 1 ∼ 300㎛가 바람직하고, 5 ∼ 200㎛가 보다 바람직하다.
이러한 기재 필름(90)은 적절한 1종 이상의 첨가제가 함유된 것일 수도 있다. 첨가제로는, 예컨대 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 핵제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 들 수 있다. 기재 필름(90)은 필름의 일면 또는 양면에 하드코팅층, 반사방지층, 가스배리어층과 같은 다양한 기능성층을 포함하는 구조일 수 있으며, 기능성층은 전술한 것으로 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 다양한 기능성층을 포함할 수 있다.
또한, 필요에 따라 기재 필름(90)은 표면 처리된 것일 수 있다. 이러한 표면 처리로는 플라즈마(plasma) 처리, 코로나(corona) 처리, 프라이머(primer) 처리 등의 건식 처리, 검화 처리를 포함하는 알칼리 처리 등의 화학 처리 등을 들 수 있다.
분리층(20)은 기판(90) 상에 형성되어 있으며, 글루코스 센서를 제조하는 과정에서, 캐리어 기판(10)에 형성한 전극부(40)를 포함하는 구성요소들을 캐리어 기판(10)으로부터 박리하기 위해 형성되는 층이다. 분리층(20)은 상부에 형성되는 전극부(40)를 감싸서 피복하고 이를 절연시키는 기능을 아울러 수행할 수 있다.
예를 들어, 일정 수준의 박리력을 제공하는 조건을 충족시키면 분리층(20)의 소재는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 분리층(20)은 폴리이미드(polyimide)계 고분자, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol)계 고분자, 폴리아믹산(polyamic acid)계 고분자, 폴리아미드(polyamide)계 고분자, 폴리에틸렌(polyethylene)계 고분자, 폴리스타일렌(polystylene)계 고분자, 폴리노보넨(polynorbornene)계 고분자, 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer)계 고분자, 폴리아조벤젠(polyazobenzene)계 고분자, 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenephthalamide)계 고분자, 폴리에스테르(polyester)계 고분자, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)계 고분자, 폴리아릴레이트(polyarylate)계 고분자, 신나메이트(cinnamate)계 고분자, 쿠마린(coumarin)계 고분자, 프탈리미딘(phthalimidine)계 고분자, 칼콘(chalcone)계 고분자, 방향족 아세틸렌계(aromatic acetylene) 고분자 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
분리층(20)의 박리력은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 0.001 내지 1N/25mm일 수 있으며, 바람직하게는 0.005 내지 0.2N/25mm일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 글루코스 센서의 제조공정에서, 캐리어 기판(10)으로부터 잔여물 없이 용이하게 박리될 수 있으며, 박리시 발생하는 장력에 의한 컬(curl) 및 크랙을 저감할 수 있다.
분리층(20)의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 10 내지 1,000nm일 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 500nm일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 박리력이 안정되고, 균일한 패턴을 형성할 수 있다.
보호층(30)은 분리층(20) 상에 형성되어 있으며, 분리층(20)과 함께 전극부(40)를 피복하여 보호하며, 전극부(40)를 형성하는 제조 과정에서 분리층(20)이 전극부(40) 형성을 위한 에천트(etchant)에 노출되지 않도록 하는 기능을 수행한다. 보호층(30)은 필요에 따라 생략될 수 있는 선택적인 구성요소이다.
예를 들어, 보호층(30)은 분리층(20)의 측면의 적어도 일부 영역을 덮도록 형성될 수 있다. 분리층(20)의 측면은 분리층(20)의 가장자리 측벽이다. 이와 같이 구성하면, 글루코스 센서를 구성하는 전극부(40)에 대한 패터닝 등의 공정 중에 분리층(20)의 측면이 에천트 등에 노출되는 것을 최소화할 수 있다. 분리층(20)의 측면 노출을 완전히 차단한다는 측면에서, 보호층(30)이 분리층(20)의 측면 전부를 덮도록 구성하는 것이 바람직하다.
보호층(30)의 소재로는 당 기술분야에 공지된 고분자가 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 유기 절연막이 적용될 수 있으며, 그 중에서도 폴리올(polyol) 및 멜라민(melamine) 경화제를 포함하는 경화성 조성물로 형성된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
폴리올의 구체적인 종류로는 폴리에테르 글리콜(polyether glycol) 유도체, 폴리에스테르 글리콜(polyester glycol) 유도체, 폴리카프로락톤 글리콜(polycaprolactone glycol) 유도체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
멜라민 경화제의 구체적인 종류로는 메톡시 메틸 멜라민(methoxy methyl melamine) 유도체, 메틸 멜라민(methyl melamine) 유도체, 부틸 멜라민(butyl melamine) 유도체, 이소부톡시 멜라민(isobutoxy melamine) 유도체 및 부톡시 멜라민(butoxy melamine) 유도체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로, 보호층(30)은 유무기 하이브리드 경화성 조성물로 형성될 수 있으며, 유기 화합물과 무기 화합물을 동시에 사용하는 경우, 박리시 발생하는 크랙(crack)을 저감할 수 있다는 점에서 바람직하다.
유기 화합물로는 전술한 성분이 사용될 수 있고, 무기물로는 실리카계 나노 입자, 실리콘계 나노 입자, 유리 나노 섬유 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전극부(40)는 기판(90) 상에 형성된 기준 전극부(42, 47) 및 기준 전극부(42, 47)와 이격된 상태로 기판(90) 상에 형성된 감지 전극부(44, 46, 48, 49)를 포함하며, 전극부(40)를 구성하는 기준 전극부(42, 47)와 감지 전극부(44, 46, 48, 49) 중에서 적어도 하나는 메쉬(mesh) 구조를 갖도록 구성된다.
보다 구체적으로, 기판(90)에는 분리층(20), 보호층(30)이 순차적으로 형성되고, 전극부(40)를 구성하는 기준 전극부(42, 47)와 감지 전극부(44, 46, 48, 49)는 보호층(30)에 형성될 수 있다.
기준 전극부(42, 47)와 감지 전극부(44, 46, 48, 49)는 후술하는 글루코스 반응부(60)를 구성하는 물질과 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스의 반응에 의해 발생된 전기적 신호를 감지한다. 예를 들어, 측정 대상 물질은 인체로부터 생성된 땀, 체액 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전극부(40)를 구성하는 기준 전극부(42, 47)와 감지 전극부(44, 46, 48, 49) 중에서 적어도 하나는 메쉬(mesh) 구조를 갖기 때문에, 비표면적(specific surface area)이 크게 증가하며, 이에 따라 글루코스에 대한 감지 민감도가 크게 높아진다.
예를 들어, 감지 전극부(44, 46, 48, 49)는 Au, Ag, APC, Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.
도전성 산화막(52, 54)은 전극부(40)의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 형성되어 있으며, 대기 중에서의 전극부(40)의 산화를 방지한다.
보다 구체적으로, 전극부(40)의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막(52, 54)을 형성하면, 전극부(40)가 대기와 직접 접촉하는 것을 방지하여 전극부(40)를 구성하는 금속 성분의 산화를 방지할 수 있기 때문에, 감지 데이터 즉, 전극부(40)에 의해 감지되는 전기적 신호의 신뢰성이 높아진다.
예를 들어, 도전성 산화막(52, 54)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
글루코스 반응부(60)는 전극부(40)를 포함하는 영역 상에 형성되어 있으며, 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스와 반응하는 구성요소이다.
예를 들어, 글루코스 반응부(60)는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함할 수 있다.
글루코스 반응부(60)에서의 반응 및 전극부(40)의 신호 감지 원리를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
측정 대상 물질인 시료를 글루코스 센서에 주입하면, 시료에 포함되어 있는 글루코스가 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소에 의하여 산화되고, 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소는 환원된다. 이때, 전자전달매개체는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 산화시키고, 자신은 환원된다. 환원된 전자전달매개체는 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화된다. 시료 내의 글루코스 농도는 전자전달매개체가 산화되는 과정에서 발생되는 전류량에 비례하므로, 이 전류량을 측정함으로써 글루코스 농도를 측정할 수 있다.
보호 필름(80)은 접합제(70)를 매개로 전극부(40) 또는 글루코스 반응부(60)에 접합되어 있다. 이러한 보호 필름(80)은 필요에 따라 적용되거나 배제될 수 있는 선택적인 구성요소이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서 제조방법의 공정 순서도이고, 도 5 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서 제조방법의 예시적인 공정 단면도들이다.
도 4 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서 제조방법은 분리층 형성단계(S10), 보호층 형성단계(S20), 전극 형성단계(S30), 도전성 산화막 형성단계(S40), 글루코스 반응부 형성단계(S50), 보호필름 접합단계(S60), 캐리어기판 분리단계(S70) 및 기재필름 접합단계(S80)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 분리층 형성단계(S10)에서는, 캐리어 기판(10) 상에 분리층(20)을 형성하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 캐리어 기판(10)으로는 공정 중에 쉽게 휘거나 뒤틀리지 않고 고정될 수 있도록 적정 강도를 제공하며 열이나 화학 처리에 영향이 거의 없는 재료라면 특별한 제한이 없이 사용될 수 있다. 예를 들면 유리, 석영, 실리콘 웨이퍼, 서스(SUS) 등이 사용될 수 있다.
분리층(20)은 후술하는 공정을 통해 캐리어 기판(10)에 형성한 전극부(40)를 포함하는 구성요소들을 캐리어 기판(10)으로부터 박리하기 위해 형성되는 층이다. 분리층(20)은 상부에 형성되는 전극부(40)를 감싸서 피복하고 이를 절연시키는 기능을 아울러 수행할 수 있다.
예를 들어, 일정 수준의 박리력을 제공하는 조건을 충족시키면 분리층(20)의 소재는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 분리층(20)은 폴리이미드(polyimide)계 고분자, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol)계 고분자, 폴리아믹산(polyamic acid)계 고분자, 폴리아미드(polyamide)계 고분자, 폴리에틸렌(polyethylene)계 고분자, 폴리스타일렌(polystylene)계 고분자, 폴리노보넨(polynorbornene)계 고분자, 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer)계 고분자, 폴리아조벤젠(polyazobenzene)계 고분자, 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenephthalamide)계 고분자, 폴리에스테르(polyester)계 고분자, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)계 고분자, 폴리아릴레이트(polyarylate)계 고분자, 신나메이트(cinnamate)계 고분자, 쿠마린(coumarin)계 고분자, 프탈리미딘(phthalimidine)계 고분자, 칼콘(chalcone)계 고분자, 방향족 아세틸렌계(aromatic acetylene) 고분자 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
분리층(20)의 박리력은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 0.001 내지 1N/25mm일 수 있으며, 바람직하게는 0.005 내지 0.2N/25mm일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 글루코스 센서의 제조공정에서, 캐리어 기판(10)으로부터 잔여물 없이 용이하게 박리될 수 있으며, 박리시 발생하는 장력에 의한 컬(curl) 및 크랙을 저감할 수 있다.
분리층(20)의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 10 내지 1,000nm일 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 500nm일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 박리력이 안정되고, 균일한 패턴을 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 보호층 형성단계(S20)에서는, 분리층(20) 상에 보호층(30)을 형성하는 과정이 수행된다.
보호층(30)은 분리층(20)과 함께 전극부(40)를 피복하여 보호하며, 전극부(40)를 형성하는 제조 과정에서 분리층(20)이 전극부(40) 형성을 위한 에천트(etchant)에 노출되지 않도록 하는 기능을 수행한다. 보호층(30)은 필요에 따라 생략될 수 있는 선택적인 구성요소이다.
예를 들어, 보호층(30)은 분리층(20)의 측면의 적어도 일부 영역을 덮도록 형성될 수 있다. 분리층(20)의 측면은 분리층(20)의 가장자리 측벽이다. 이와 같이 구성하면, 글루코스 센서를 구성하는 전극부(40)에 대한 패터닝 등의 공정 중에 분리층(20)의 측면이 에천트 등에 노출되는 것을 최소화할 수 있다. 분리층(20)의 측면 노출을 완전히 차단한다는 측면에서, 보호층(30)이 분리층(20)의 측면 전부를 덮도록 구성하는 것이 바람직하다.
보호층(30)의 소재로는 당 기술분야에 공지된 고분자가 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 유기 절연막이 적용될 수 있으며, 그 중에서도 폴리올(polyol) 및 멜라민(melamine) 경화제를 포함하는 경화성 조성물로 형성된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
폴리올의 구체적인 종류로는 폴리에테르 글리콜(polyether glycol) 유도체, 폴리에스테르 글리콜(polyester glycol) 유도체, 폴리카프로락톤 글리콜(polycaprolactone glycol) 유도체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
멜라민 경화제의 구체적인 종류로는 메톡시 메틸 멜라민(methoxy methyl melamine) 유도체, 메틸 멜라민(methyl melamine) 유도체, 부틸 멜라민(butyl melamine) 유도체, 이소부톡시 멜라민(isobutoxy melamine) 유도체 및 부톡시 멜라민(butoxy melamine) 유도체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로, 보호층(30)은 유무기 하이브리드 경화성 조성물로 형성될 수 있으며, 유기 화합물과 무기 화합물을 동시에 사용하는 경우, 박리시 발생하는 크랙(crack)을 저감할 수 있다는 점에서 바람직하다.
유기 화합물로는 전술한 성분이 사용될 수 있고, 무기물로는 실리카계 나노 입자, 실리콘계 나노 입자, 유리 나노 섬유 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 전극 형성단계(S30)에서는, 보호층(30) 상에 기준 전극부(42, 47) 및 이 기준 전극부(42, 47)와 이격된 감지 전극부(44, 46, 48, 49)를 포함하는 전극부(40)를 형성하는 과정이 수행된다. 전극 형성단계(S30)에서는, 전극부(40)를 구성하는 기준 전극부(42, 47)와 감지 전극부(44, 46, 48, 49) 중에서 적어도 하나를 메쉬(mesh) 구조화하도록 구성된다. 또한, 도전성 산화막 형성단계(S40)에서는, 전극부(40)의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막(52, 54)을 형성하는 과정이 수행된다.
도 7 내지 도 10에 개시된 예에 따르면, 보호층(30) 상에 하부 도전성 산화막(52)을 형성하고, 하부 도전성 산화막(52) 상에 메쉬 구조의 전극부(40)를 형성하고, 메쉬 구조의 전극부(40) 상에 상부 도전성 산화막(54)을 형성하는 3층 구조가 예시되어 있지만, 전극과 산화막 형성 방식이 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 산화막이 전극부(40)의 하부 영역 즉, 보호층(30) 상에만 형성되거나, 전극부(40)의 상부 영역 즉, 전극부(40) 상에만 형성되는 2층 구조가 적용 가능하다.
전극부(40)의 예시적인 평면 형상을 나타내는 도 2를 추가적으로 참조하면, 전극부(40)를 구성하는 기준 전극부(42, 47)와 감지 전극부(44, 46, 48, 49)는 후술하는 글루코스 반응부(60)를 구성하는 물질과 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스의 반응에 의해 발생된 전기적 신호를 감지한다. 예를 들어, 측정 대상 물질은 인체로부터 생성된 땀, 체액 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전극부(40)를 구성하는 기준 전극부(42, 47)와 감지 전극부(44, 46, 48, 49) 중에서 적어도 하나는 메쉬(mesh) 구조를 갖기 때문에, 비표면적(specific surface area)이 크게 증가하며, 이에 따라 글루코스에 대한 감지 민감도가 크게 높아진다.
예를 들어, 감지 전극부(44, 46, 48, 49)는 Au, Ag, APC, Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.
도전성 산화막(52, 54)은 전극부(40)의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 형성되어 있으며, 대기 중에서의 전극부(40)의 산화를 방지한다.
보다 구체적으로, 전극부(40)의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막(52, 54)을 형성하면, 전극부(40)가 대기와 직접 접촉하는 것을 방지하여 전극부(40)를 구성하는 금속 성분의 산화를 방지할 수 있기 때문에, 감지 데이터 즉, 전극부(40)에 의해 감지되는 전기적 신호의 신뢰성이 높아진다.
예를 들어, 도전성 산화막(52, 54)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 글루코스 반응부 형성단계(S50)에서는, 전극부(40)를 포함하는 영역 상에 글루코스 반응부(60)를 형성하는 과정이 수행된다.
글루코스 반응부(60)는 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스와 반응하는 구성요소이다.
예를 들어, 글루코스 반응부(60)는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함할 수 있다.
글루코스 반응부(60)에서의 반응 및 전극부(40)의 신호 감지 원리를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
측정 대상 물질인 시료를 글루코스 센서에 주입하면, 시료에 포함되어 있는 글루코스가 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소에 의하여 산화되고, 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소는 환원된다. 이때, 전자전달매개체는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 산화시키고, 자신은 환원된다. 환원된 전자전달매개체는 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화된다. 시료 내의 글루코스 농도는 전자전달매개체가 산화되는 과정에서 발생되는 전류량에 비례하므로, 이 전류량을 측정함으로써 글루코스 농도를 측정할 수 있다.
도 12를 참조하면, 보호필름 접합단계(S60)에서는, 접합제(70)가 도포된 보호 필름(80)을 전극부(40)에 접합하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 보호 필름(80)은 롤투롤(Roll-To-Roll)을 이용한 라미네이션(Lamination) 방식으로 전극부(40)에 접합될 수 있다.
또한, 예를 들어, 접합제(70)는 인가되는 압력에 반응하는 압력 감응 접합제(Pressure Sensitive Adhesive, PSA)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 13을 참조하면, 글루코스 센서를 제품 단위로 커팅(cutting)하는 과정이 수행된다.
도 14를 참조하면, 캐리어기판 분리단계(S70)에서는, 캐리어 기판(10)을 분리하여 분리층(20)을 노출시키는 과정이 수행된다.
예를 들어, 캐리어기판 분리단계(S70)에서는, 디라미네이션(Delamination)을 위한 기구물이 보호 필름(80)을 그립(grip)한 상태에서 물리력을 통해 캐리어 기판(10)을 분리층(20)으로부터 박리하여 분리하도록 구성될 수 있다.
도 15를 참조하면, 기재필름 접합단계(S80)에서는, 분리층(20)에 기재 필름(90)을 접합하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 기재 필름(90)은 롤투롤을 이용한 라미네이션 방식으로 분리층(20)에 접합될 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 메쉬(mesh) 구조를 갖는 전극을 적용하여 전극의 비표면적(specific surface area)을 증가시킴으로써, 글루코스에 대한 감지 민감도를 현저하게 높일 수 있는 글루코스 센서 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 금속 전극의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막을 형성하여 금속 전극의 산화를 방지함으로써, 감지 성능의 열화를 방지할 수 있는 글루코스 센서 및 그 제조방법이 제공되는 효과가 있다.
10: 캐리어 기판
20: 분리층
30: 보호층
40: 전극부
42, 47: 기준 전극부
44, 46, 48, 49: 감지 전극부
52, 54: 도전성 산화막
60: 글루코스 반응부
70: 접합제
80: 보호 필름
90: 기판, 기재 필름
S10: 분리층 형성단계
S20: 보호층 형성단계
S30: 전극 형성단계
S40: 도전성 산화막 형성단계
S50: 글루코스 반응부 형성단계
S60: 보호필름 접합단계
S70: 캐리어기판 분리단계
S80: 기재필름 접합단계
20: 분리층
30: 보호층
40: 전극부
42, 47: 기준 전극부
44, 46, 48, 49: 감지 전극부
52, 54: 도전성 산화막
60: 글루코스 반응부
70: 접합제
80: 보호 필름
90: 기판, 기재 필름
S10: 분리층 형성단계
S20: 보호층 형성단계
S30: 전극 형성단계
S40: 도전성 산화막 형성단계
S50: 글루코스 반응부 형성단계
S60: 보호필름 접합단계
S70: 캐리어기판 분리단계
S80: 기재필름 접합단계
Claims (20)
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 기준 전극부 및 상기 기준 전극부와 이격된 상태로 상기 기판 상에 형성된 감지 전극부를 포함하는 전극부; 및
상기 전극부를 포함하는 영역 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고,
상기 전극부를 구성하는 기준 전극부와 감지 전극부 중에서 적어도 하나는 메쉬(mesh) 구조를 갖는, 글루코스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 전극부의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 형성된 도전성 산화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서. - 제2항에 있어서,
상기 도전성 산화막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 감지 전극부는 Au, Ag, APC, Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 글루코스 반응부는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 기판과 상기 전극부 사이에 형성된 분리층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서. - 제6항에 있어서,
상기 분리층과 상기 전극부 사이에 형성된 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 플렉서블 특성을 갖는 기재 필름인 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서. - 캐리어 기판 상에 분리층을 형성하는 분리층 형성단계;
상기 분리층 상에 기준 전극부 및 상기 기준 전극부와 이격된 감지 전극부를 포함하는 전극부를 형성하는 전극 형성단계;
상기 전극부를 포함하는 영역 상에 글루코스 반응부를 형성하는 글루코스 반응부 형성단계;
상기 캐리어 기판을 분리하여 상기 분리층을 노출시키는 캐리어기판 분리단계; 및
상기 분리층에 기재 필름을 접합하는 기재필름 접합단계를 포함하고,
상기 전극 형성단계에서는,
상기 전극부를 구성하는 기준 전극부와 감지 전극부 중에서 적어도 하나를 메쉬(mesh) 구조화하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 전극부는 Au, Ag, APC, Pt로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 단일층 또는 복층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 전극부의 상부 영역과 하부 영역 중에서 적어도 한 영역에 도전성 산화막을 형성하는 도전성 산화막 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 도전성 산화막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 글루코스 반응부는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 전극 형성단계 이전에,
상기 분리층과 상기 전극부 사이에 보호층을 형성하는 보호층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제14항에 있어서,
상기 보호층은 상기 분리층의 측벽을 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 캐리어기판 분리단계 이전에,
상기 전극부에 접합제가 도포된 보호 필름을 접합하는 보호필름 접합단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 접합제는 압력 감응 접합제인 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 캐리어기판 분리단계에서는,
상기 보호 필름을 그립(grip)한 상태에서 상기 캐리어 기판에 물리력을 인가하여 상기 캐리어 기판을 분리하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 보호필름 접합단계에서는,
상기 보호 필름을 롤투롤(Roll-To-Roll)을 이용한 라미네이션(Lamination) 방식으로 상기 전극부에 접합하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 기재필름 접합단계에서는,
상기 기재 필름을 롤투롤을 이용한 라미네이션 방식으로 상기 분리층에 접합하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서 제조방법.
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2018
- 2018-02-06 WO PCT/KR2018/001581 patent/WO2018147619A1/ko active Application Filing
Patent Citations (4)
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Also Published As
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