KR20190085006A - 얼굴 치료 및 변형 감지의 시스템들 및 방법들 - Google Patents

얼굴 치료 및 변형 감지의 시스템들 및 방법들 Download PDF

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KR20190085006A
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지환 김
규상 이
윤조 김
광용 정
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메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
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Abstract

치료 시스템을 착용하는 동안 사용자의 얼굴 치료의 방법이 개시된다. 치료 시스템은 가요성 필름 및 가요성 필름 상에 또는 내에 배치되는 회로를 포함한다. 방법은 사용자의 얼굴에 걸쳐 가요성 필름을 컨포멀하게 배치하는 단계 및 회로에 의해 발생되는 라디오 주파수(RF) 파를 얼굴의 피부 상에 인가하는 단계를 포함한다. 방법은 사용자(또는 제3자 조작자)가 디바이스를 손으로 유지하기 위한 요구를 제거한다. 게다가, 박막은 임의의 주어진 시간에 피부의 큰 영역에 걸쳐 치료를 허용하는 얼굴 마스크로서 구성될 수 있다.

Description

얼굴 치료 및 변형 감지의 시스템들 및 방법들
관련 출원들에 대한 상호 참조들
본 출원은 2016년 11월 8일에 출원되고, 명칭이 "WEARABLE HIGH FREQUENCY DEVICE FOR SKIN CARE AND TRANSDERMAL DRUG DELIVERY"인 미국 출원 제62/418,986호, 2017년 4월 19일에 출원되고, 명칭이 "OPTICAL STRAIN SENSORS FOR IN SITU SKIN TENSION MEASUREMENT"인 미국 출원 제62/487,201호, 및 2017년 4월 18일에 출원되고, 명칭이 "OPTICAL SKIN TENSION SENSORS"인 미국 출원 제62/486,664호의 우선권 혜택을 35 U.S.C. § 119(e) 하에 주장하며, 그것의 각각은 본원에 전체적으로 참조로 이로써 포함된다.
고주파수 방사선은 혈액 순환을 가속화하는 것, 림프 활동을 강화하는 것, 박테리아 및 바이러스들을 죽이는 것, 및 여드름 및 뾰루지들을 제거하는 것과 같은, 피부 관리 적용들을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 얼굴 치료에서, 얼굴에 걸쳐 직접적 또는 간접적 고주파수 방사선을 인가하는 것은 주름들을 감소시키고, 피부를 수축하고, 피부 질감 및 안색을 개선할 수 있다. 다른 예에서, 라디오 주파수(radio frequency)(RF) 피부 수축은 미세 라인들의 출현을 감소시키고 피부를 느슨하게 하기 위해 조직을 가열하고 피하 콜라겐 생성을 자극하도록 RF 에너지를 사용하는 미적 기술이다.
그러나, 종래의 고주파수 피부 관리 디바이스들은 통상 부피가 크고 사용하기 불편하고, 치료 구역은 종종 능동 디바이스 크기에 의해 국부화된다. 예를 들어, 전형적 고주파수 얼굴 치료 디바이스는 크기가 통상 대략 센티미터 이하인 치료 팁을 갖는 핸드헬드 피스를 포함한다. 따라서, 치료의 효과는 임의의 주어진 순간에, 팁과 접촉하는 피부의 영역 내에 국부화된다. 게다가, 전체 얼굴에 걸쳐 치료를 수행하기 위해, 사용자(또는 부가 조작자)는 통상 핸드헬드 피스를 유지하고 얼굴 주위에 그것을 이동시키는데, 이는 불편하고 시간 소비적일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 얼굴 치료 및 변형 감지를 위한 장치, 시스템들, 및 방법들을 포함한다. 일 예에서, 치료 시스템을 사용하는 방법이 개시된다. 치료 시스템은 가요성 필름 및 가요성 필름 위에 또는 내에 배치되는 회로를 포함한다. 방법은 사용자의 얼굴에 걸쳐 가요성 필름을 컨포멀하게 배치하는 단계 및 회로에 의해 발생되는 라디오 주파수(RF) 파를 얼굴의 피부 위로 인가하는 단계를 포함한다.
다른 예에서, 사용자의 얼굴 치료를 위한 웨어러블 시스템은 생체 적합 재료로 제조되는 가요성 필름 및 가요성 필름 상에 또는 내에 배치되고 RF 파를 발생시키도록 구성되는 회로를 포함한다. 가요성 필름이 사용자의 얼굴 상에 컨포멀하게 배치될 때, 회로에 의해 발생되는 RF 파는 얼굴의 피부에 인가된다.
또 다른 예에서, 사용자의 피부 장력을 추정하는 방법은 사용자의 피부와 컨포멀 접촉하여 주기적 구조체를 배치하는 단계 및 주기적 구조체를 제1 광 빔으로 조명하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 제1 광 빔에 응답하여 주기적 구조체에 의해 반사, 투과, 및/또는 방출되는 제2 광 빔의 파장을 측정하는 단계 및 제2 광 빔의 파장에 적어도 부분적으로 기초하여 사용자의 피부 장력을 추정하는 단계를 포함한다.
또 다른 예에서, 사용자의 피부 장력을 추정하는 웨어러블 시스템은 제1 광 빔을 방출하는 광원 및 상기 제1 광 빔에 의한 조명에 응답하여 제2 광 빔을 발생시키기 위해, 광원과 광 통신하고 사용 동안 사용자의 피부에 컨포멀하게 부착되도록 구성되는 주기적 구조체를 포함한다. 시스템은 또한 제2 광 빔의 파장을 측정하기 위해, 주기적 구조체와 광 통신하는 검출기를 포함한다. 제2 광 빔의 파장은 사용자의 피부 장력을 나타낸다.
아래에 더 상세히 논의되는 상술한 개념들 및 부가 개념들의 모든 조합들은 (그러한 개념들이 상호 불일치하지 않으면) 본원에 개시되는 발명 대상의 일부인 것으로서 고려된다는 점이 이해되어야 한다. 특히, 본 개시의 끝에 나타나는 청구된 발명 대상의 모든 조합들은 본원에 개시되는 발명 대상의 일부인 것으로서 고려된다. 또한 참조로 포함되는 임의의 개시에도 나타날 수 있는 본원에 명백히 이용되는 전문용어는 본원에 개시되는 특정 개념들과 가장 일치하는 의미를 부여받아야 한다는 점이 이해되어야 한다.
통상의 기술자는 도면들이 예시적 목적들을 위한 것이고 본원에 설명되는 발명 대상의 범위를 제한하도록 의도되지 않는 것을 이해할 것이다. 도면들은 반드시 축척에 따라 도시되는 것은 아니며; 일부 사례들에서, 본원에 개시되는 발명 대상의 다양한 양태들은 상이한 특징들의 이해를 용이하게 하기 위해 도면들에서 과장되거나 확대되어 도시될 수 있다. 도면들에서, 유사한 참조 부호들은 일반적으로 유사한 특징들(예를 들어, 기능적으로 유사한 및/또는 구조적으로 유사한 요소들)을 언급한다.
도 1a 및 도 1b는 고주파수 얼굴 치료를 위한 웨어러블 시스템의 개략도들을 도시한다.
도 2는 도 1a에 도시된 웨어러블 시스템에 사용될 수 있는 RLC 회로의 도해를 도시한다.
도 3은 스크리닝 인쇄를 통해 제작되고 도 1a에 도시된 웨어러블 시스템에 사용될 수 있는 인덕터의 개략도를 도시한다.
도 4a는 스크린 인쇄 기술로 제조되는 RLC 회로의 사진이다.
도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도시된 회로에 대한 주파수의 함수로서, 임피던스 크기 및 위상의 플롯들 각각이다.
도 5a 및 도 5b는 고주파수 파들을 발생시키기 위해 사용될 수 있는 직선 안테나 및 미앤더 안테나의 개략도들 각각이다.
도 6은 안테나들의 효율을 증가시키기 위해 안테나들 및 라디오 주파수(RF) 초크를 포함하는 이미터의 개략도를 도시한다.
도 7은 안테나들의 가요성을 예시하기 위해 상이한 굽힘 양들을 가진 도 6에 도시된 안테나들의 측정된 S11을 도시한다.
도 8은 웨어러블 고주파수 시스템을 사용하는 얼굴 치료의 방법을 예시한다.
도 9a 내지 도 9d는 광학 변형 감지를 위한 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)(DBR)를 포함하는 디바이스를 제작하는 방법을 예시한다.
도 10a 내지 도 10c는 광학 변형 감지를 위한 반사 격자를 포함하는 디바이스를 제작하는 방법을 예시한다.
도 11a 및 도 11b는 분산 브래그 반사기를 사용하는 피부의 광학 변형 감지를 예시한다.
도 12a 및 도 12b는 반사 격자를 사용하는 피부의 광학 변형 감지를 예시한다.
도 13은 피부 상에 배치되는 DBR을 포함하는 디바이스를 사용하여 국부 피부 장력을 측정하는 방법을 예시한다.
도 14는 피부 상에 배치되는 격자를 포함하는 디바이스를 사용하여 국부 피부 장력을 측정하는 방법을 예시한다.
도 15a 및 도 15b는 섬유 코어에서 제작되는 분산 섬유 격자(distributed fiber grating)(DFG)를 사용하는 광학 변형 센서의 개략도들을 도시한다.
도 16은 DFG들을 포함하는 섬유들의 네트워크를 사용하여 피부 장력을 측정하는 시스템의 개략도를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 가요성 기판 상에 배치되는 광자 결정 밴드 에지 레이저를 사용하는 광학 변형 센서의 개략도들을 도시한다.
도 18a 내지 도 18c는 신장가능 기판 내에 배치되는 나노 안테나 및 아노 안테나 상에 배치되는 광 방출 재료를 포함하는 광학 변형 센서를 예시한다.
고주파수 얼굴 치료를 위한 웨어러블 시스템들
종래의 고주파수 얼굴 치료 기술들에서 불편을 처리하기 위해, 본원에 설명되는 시스템들 및 방법들은 파 발생 회로를 사용자의 얼굴에 컨포멀하게 부착될 수 있는 웨어러블 및 생체 적합 박막과 통합했다. 동작 동안, 사용자는 박막을 착용하고 회로에 의해 발생되는, 라디오 주파수(RF) 파들과 같은, 고주파수 파들은 사용자의 얼굴에 걸쳐 인가된다. 일 예에서, 전력원(예를 들어, 배터리)은 파 발생 회로에 전력 공급하기 위해 박막 내로 통합될 수 있다. 다른 예에서, 파 발생 회로는 예를 들어, 유도 충전을 통해 무선으로 전력 공급될 수 있다.
회로에 의해 발생되는 고주파수 파는 또한 약품 전달을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 박막은 약품에 사전 적재될 수 있고 고주파수 파는 약품을 사용자의 피부 내로 주입하는 것을 용이하게 할 수 있다. 다른 예에서, 사용자는 약품을 피부 내로 주입하기 위해 우선 피부 상에 약품을 도포하고 그 다음 웨어러블 시스템을 착용할 수 있다.
본원에 설명되는 웨어러블 접근법은 사용자(또는 제3자 조작자)가 디바이스를 유지하고 치료를 위한 얼굴 주위에 그것을 이동시키기 위한 요구를 제거한다. 게다가, 박막은 실질적으로 전체 얼굴을 커버하는 얼굴 마스크로서 구성될 수 있으므로, 치료는 임의의 주어진 시간에 큰 영역을 커버할 수 있으며, 그것에 의해 종래의 디바이스들에서 국부화된 RF 에너지 배치의 증착을 처리한다. 무선 에너지 전송 기술들과의 조합은 사용자가 회로의 동작을 편리하게 제어하고 다양한 타입들의 치료 프로토콜들을 구현하는 것을 추가로 허용한다. 웨어러블 접근법은 또한 피부 관리 또는 치료의 효율을 증가시키기 위해 종래의 얼굴 시트 마스크와 조합될 수 있다.
도 1a는 고주파수 얼굴 치료를 위한 웨어러블 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 시스템(100)은 박막(110) 및 박막(110) 상에 또는 내에 배치되는 회로(120)를 포함한다. 회로(120)는 도 1a에 예시된 바와 같이, RLC 공진을 통해 고주파수 전자기 파들을 발생시키도록 구성되는 RLC 회로를 포함한다. RLC 회로는 저항기(122), 인덕터(124), 및 커패시터(126)를 포함한다. 인덕터(124) 및 커패시터(126)는 직렬로 연결되고, 저항기(122)는 인덕터(124) 및 커패시터(126)와 병렬로 연결된다. 시스템(100)은 또한 회로(120)에 동작가능하게 결합되는 안테나(130)를 포함한다.
회로(120)는 또한 RLC 회로에 동작가능하게 결합되는 임의적 안테나(128)를 포함한다. 일 예에서, 안테나(128)는 외부 전력원으로부터(예를 들어, 유도 충전을 통해) 무선 에너지를 수신하도록 구성되는 전도성 링을 포함하고 수신된 에너지는 RLC 회로에 전력 공급하기 위해 사용된다. 다른 예에서, 안테나(128)는 얼굴 치료를 위한 고주파수 전자기 파들을 방출하도록 구성될 수 있다. 안테나(128)는 또한 회로(120)의 동작을 제어하기 위해, 외부 컨트롤러(도시되지 않음)로부터 제어 신호들을 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 신호는 고주파수 파들의 방사 전력을 제어할 수 있다. 안테나(128)의 두께는 예를 들어, 회로(120)의 동작 주파수에서 피부 깊이보다 더 클 수 있다.
도 2는 고주파수 파들을 발생시키기 위해 도 1a에 도시된 웨어러블 시스템(100)에 사용될 수 있는 직렬 RLC 회로(200)의 도해를 도시한다. 회로(200)는 직렬로 연결되는 저항기(210), 인덕터(220), 및 커패시터(230)를 포함한다. 전원(240)은 회로(200)에 전력 공급하기 위해 이용된다. 일 예에서, 배터리와 같은 전원(240)은 박막 내로 통합될 수 있다. 다른 예에서, 전원(240)은 외부 소스로부터 무선 전력을 수신하기 위해 안테나를 포함할 수 있다.
다양한 재료들은 박막(110)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 박막(110)은 생체 적합하며, 예를 들어, 사용자의 피부에 유해하지 않다. 예를 들어, 박막(110)은 실리콘, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 또는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 박막(110)은 또한 사용자의 얼굴과의 컨포멀 접촉을 용이하게 하기 위해 점착성이 있을 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 시스템(100)은 박막(110) 상에 배치되고 사용 동안 사용자의 얼굴과 접촉하도록 구성되는 부가 점착성 인터페이스(도 1a에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
일부 경우들에서, 박막(110)은 도 1b에 예시된 바와 같이, 얼굴 마스크(또한 마스크 또는 마스크 시트로 언급됨)로서 구성될 수 있다. 일 예에서, 박막(110)은 히드로 겔을 포함할 수 있으며, 히드로 겔은 수분을 유지할 수 있는 친수성 분자들을 가교함으로써 합성으로 제조되는 재료이다. 이러한 예에서, 히드로 겔은 높은 흡수성일 수 있으므로, 혈청 또는 임의의 다른 적절한 약품은 박막(110)에 도포될 수 있으며, 그것은 혈청이 박막(110)에서 흘러넘치는 것 또는 증발되는 것을 방지할 수 있다. 혈청은 고주파수 치료를 보충하기 위해 사용될 수 있다.
다른 예에서, 박막(110)은 바이오셀룰로오스를 포함할 수 있으며, 바이오셀룰로오스는 특정 박테리아에 의해 합성되는 섬유이다. 본원에 사용되는 섬유는 매우 얇고 따라서 양호한 피부 친화도를 가질 수 있다. 섬유는 또한 물(또는 혈청)에서 그것의 건조 중량의 100 배까지를 유지할 수 있다.
또 다른 예에서, 박막(110)은 텐셀(Tencel)을 포함할 수 있으며, 텐셀은 예를 들어, 유칼립투스 펄프로부터 획득되는 친환경 합성 섬유이다. 텐셀은 통상 극히 부드러운 질감을 갖고 매우 저자극성일 수 있다. 따라서, 텐셀로 제조되는 박막(110)은 양호한 피부 친화도 및 높은 공기 투과도를 가질 수 있으며, 얼굴 치료 동안 사용자에게 매우 편안한 느낌을 제공한다. 게다가, 높은 투과도는 또한 RF 파들이 치료에 사용될 때 신속한 열 소산을 허용한다.
또 다른 예에서, 박막(110)은 코코넛 쥬스의 발효 동안 특정 박테리아에 의해 제조되는 코코넛 겔을 포함할 수 있다. 코코넛 겔은 히드로 겔과 비교하여 더 밀한 질감을 갖지만 양호한 피부 친화도를 유지할 수 있다.
또 다른 예에서, 박막(110)은 저자극성이고 자극하지 않는 면화를 포함할 수 있다. 면화의 비용은 통상 다른 재료들의 것보다 더 낮다. 따라서, 박막(110)에 대한 재료로서 면화를 사용하여 제조되는 얼굴 치료 시스템(100)은 일회용 치료 시스템일 수 있다.
박막(110)의 두께는 실질적으로 50 ㎛ 이하(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 약 50 ㎛, 약 45 ㎛, 약 40 ㎛, 약 35 ㎛, 약 30 ㎛, 약 25 ㎛, 약 20 ㎛ 이하)일 수 있다. 사용 시에, 박막(110)은 사용자의 얼굴에 걸쳐 컨포멀하게 도포될 수 있다. 컨포멀 접촉은 사용자가 다른 작업들을 수행하고 있는 동안 박막(110)이 사용자의 얼굴 상에 남아 있는 것을 허용한다. 게다가, 컨포멀 접촉은 또한 고주파수 파들에 의한 얼굴의 균일한 조사를 허용한다.
일 예에서, 회로(120)는 박막(110) 상에 배치된다. 예를 들어, 회로(120)는 다른 기판 상에 제조되고 그 다음 박막(110)으로 이송될 수 있다. 대안적으로, 회로(120)는 박막(110) 상에 직접 제작될 수 있다. 다른 예에서, 박막(110)은 회로(120)를 실질적으로 둘러싼다. 예를 들어, 박막(110)은 회로(120)를 밀봉하기 위해 회로(120)의 대향 측면들 상에 배치되는 2개의 층을 포함할 수 있다. 일 예에서, 2개의 층은 동일한 재료로 제조될 수 있다. 다른 예에서, 2개의 층은 상이한 재료들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 얼굴과 접촉하는 층은 생체 적합 재료("제1 재료")로 제조될 수 있는 반면에, 사용자의 얼굴과 대향하는 다른 층은 임의의 다른 재료("제2 재료")로 제조될 수 있다. 제2 재료는 예를 들어, 회로(120)를 제작하기 위해 이용되는 원래의 기판(예를 들어, 실리콘, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 PET)일 수 있다.
회로(120)에 의해 발생되는 전자기 파의 주파수는 예를 들어, 약 3 kHz 내지 300 MHz(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 약 3 kHz, 약 5 kHz, 약 10 kHz, 약 20 kHz, 약 30 kHz, 약 50 kHz, 약 100 kHz, 약 200 kHz, 약 300 kHz, 약 500 kHz, 약 1 MHz, 약 2 MHz, 약 3 MHz, 약 5 MHz, 약 10 MHz, 약 20 MHz, 약 30 MHz, 약 50 MHz, 약 100 MHz, 약 200 MHz, 또는 약 300 MHz)일 수 있다. 상이한 치료 프로토콜들은 상이한 주파수들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 피부 관리들은 약 60 kHz 내지 약 500 kHz의 주파수들을 사용할 수 있다. 다른 예에서, 의료 적용들은 약 3 kHz 내지 약 300 MHz의 주파수들을 사용할 수 있다. RLC 회로가 전자기 파들을 발생시키기 위해 사용될 때, 방출된 파의 주파수(
Figure pct00001
)는
Figure pct00002
에 의해 결정될 수 있으며, 여기서 L은 인덕터(124)의 인덕턴스이고 C는 커패시터(126)의 커패시턴스이다.
도 1a는 고주파수 파들을 발생시키기 위한 회로(120)의 하나의 세트만을 예시하지만, 실제로, 단일 박막(110)은 많은 회로들을 호스팅할 수 있다. 예를 들어, 단일 박막(110)은 사용자의 얼굴에 걸쳐 고주파수 파들을 더 균일하게 인가하기 위해 회로 어레이를 지원할 수 있다. 이러한 회로 어레이 내의 회로들은 상이한 출력 전력들을 가질 수 있으며, 회로는 더 높은 출력 전력을 갖는 타겟 치료 구역에 더 가깝다. 예를 들어, 주름들을 감소시키는 고주파수 치료에서, 더 많은 주름들을 가진 영역들(예를 들어, 이마 또는 눈들 주위) 위에 배치되는 회로는 다른 영역들(예를 들어, 볼들)에 걸쳐 배치되는 회로보다 더 높은 출력 전력을 가질 수 있다. 상이한 회로들은 또한 상이한 프로토콜들을 구현하기 위해 상이한 출력 주파수들을 가질 수 있다.
가시 광 또는 자외선(ultra-violet)(UV) 광 치료와 비교하여, RF 치료는 피부 내로 더 깊게 침투될 수 있으며, 그것에 의해 피부의 더 깊은 치료 또는 관리를 허용한다. 일부 경우들에서, 회로(120)에 의해 발생되는 고주파수 파들의 침투 깊이는 5 ㎛ 초과(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 약 5 ㎛, 약 10 ㎛, 약 15 ㎛, 약 20 ㎛, 약 25 ㎛, 약 30 ㎛ 이상)일 수 있다. 동작 중에, 사용자는 침투 깊이를 제어하기 위해 방사 전력을 조정할 수 있다.
웨어러블 시스템(100)은 또한 약품 전달을 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 약품은 박막(110) 내로 또는 위로 사전 적재될 수 있고 회로(120)에 의해 발생되는 고주파수 파들은 사용자의 피부 내로 또는 위로 약품의 전달을 용이하게 할 수 있다. 이러한 예에서, 웨어러블 시스템(100)은 치료 패치로서의 기능을 할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 사용자는 회로(120)에 의해 발생되는 고주파수 파들을 사용하여 전달 효율을 증가시키기 위해 그 또는 그녀의 얼굴 상에 약품을 도포하고 그 다음 시스템(100)을 착용할 수 있다. 도 1a 및 도 1b는 웨어러블 시스템(100)을 예시하기 위해 얼굴 치료를 일 예로서 사용한다.
그러나, 실제로, 웨어러블 시스템(100)은 피부의 임의의 영역에 적용될 수 있다. 게다가, 피부 영역 및 치료 외에, 웨어러블 시스템(100)은 또한 다른 치료를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 시스템(100)은 그것의 열 발생 및 약품 전달 능력들을 사용하는 관절염 치료를 위해 사용될 수 있다.
고주파수 치료를 위한 웨어러블 시스템들을 제작하는 방법들
도 1a에 도시된 웨어러블 시스템(100)은 다양한 방법들을 통해 제작될 수 있다. 일 예에서, 회로(120)는 스크린 인쇄 기술을 통해 박막(110) 상에 제작될 수 있다. 다른 예에서, 전기 도금은 회로(120)를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 회로(120)는 포토리소그래피를 통해 금속 박막 상에 제작될 수 있다. 또 다른 예에서, 회로(120)의 적어도 일부는 진공 열 증발을 통해 제작될 수 있다(예를 들어, 도 5a 및 도 5b 참조).
이러한 방법들로부터, 첨가 인쇄 공정들(예를 들어, 스크린 인쇄)에 의한 전자 디바이스들 및 회로들의 제작은 인쇄 회로 보드(printed circuit board)(PCB) 기반 제조 기술들에 비해 다수의 장점들을 갖는다. 예를 들어, 회로의 많은 컴포넌트들이 동일한 재료(예를 들어, 접촉들 및 상호연결들을 위한 금속 재료)로 제조될 수 있으므로, 인쇄는 다수의 컴포넌트가 동시에 제작되는 것을 허용하며, 그것에 의해 처리 단계들의 수 및 재료 비용을 감소시킨다. 게다가, 인쇄에 사용되는 낮은 온도들은 가요성이고 저렴한 플라스틱 기판들과 호환가능하며, 고속 롤 대 롤 제조 공정들을 사용하여 대면적 전자 장치들의 제작을 허용한다.
일부 경우들에서, 첨가 인쇄 기술은 하이브리드 접근법을 형성하기 위해 표면 실장 기술(surface-mount technology)(SMT)과 조합될 수 있다. 이러한 하이브리드 접근법에서, 일부 전자 컴포넌트들은 인쇄된 컴포넌트들과 나란히 기판들 위로 낮은 온도에서 부착되거나 실장된다.
도 3은 스크린 인쇄를 통해 제작될 수 있는 인덕터의 개략도를 도시한다. 인덕터 형상들의 범위의 인덕턴스 및 DC 저항은 전류 시트 모델에 기초하여 산출될 수 있다. 일 예에서, 인덕터는 도 3에 도시된 바와 같이 원형 형상을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 인덕터는 다각형 형상을 가질 수 있다(예를 들어, 도 5에서의 520 참조).
도 3에 도시된 인덕터의 인덕턴스 및 DC 저항은 소수의 파라미터들에 의해 설명될 수 있다: 인덕터를 형성하는 도체 재료의 외부 직경(d0), 권회 폭(w)(또한 라인 폭으로 언급됨), 권회 간격(turn spacing)(s), 권회 수(n), 및 시트 저항(Rsheet). 도 3에서, 인덕터는 12 권회, 즉, n = 12를 갖는다. 임의의 이론 또는 특정 동작 모드에 의해 구속되는 것 없이, 도 3에 도시된 인덕터의 인덕턴스(L)는 전류 시트 모델에 따라 산출될 수 있다:
Figure pct00003
(1)
여기서, μ는 코어(이러한 경우에, 공기)의 투과도이고, davg는 평균 직경(davg=(dout + din)/2)이고, ρ는 충전 비율이며, 즉, ρ =(dout - din)/(dout + din)이고, din은 내부 직경이다: din = dout - 2n(w + s). DC 저항은 나선의 길이(l)를 사용하여 Rdc = Rsheetl/w에 의해 산출될 수 있으며, 여기서 l = πn[din +(w + s)(n - 1)]이다.
실제로, 인덕터의 외부 직경(d0)은 예를 들어, 약 5 mm 내지 약 30 cm(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 약 5 mm, 약 1 cm, 약 2 cm, 약 3 cm, 약 5 cm, 약 10 cm, 약 20 cm, 약 25 cm, 또는 약 30 cm)일 수 있다. 권회 폭(w)(즉, 인덕터를 형성하는 금속 스트립의 폭)은 예를 들어, 약 50 ㎛ 내지 약 10 mm(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 약 50 ㎛, 약 100 ㎛, 약 200 ㎛, 약 300 ㎛, 약 500 ㎛, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 3 mm, 약 5 mm, 또는 약 10 mm)일 수 있다. 권회 간격(s)은 예를 들어, 권회 폭, 즉, 약 50 ㎛ 내지 약 10 mm와 비교가능할 수 있다. 권회 수(n)는 예를 들어, 5 초과(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 5 권회, 10 권회, 15 권회, 20 권회, 30 권회 이상)일 수 있다. 일반적으로, 인덕터의 인덕턴스(및 저항)는 외부 직경(d0) 및 권회 수(n)가 증가됨에 따라, 또는 권회 폭(w)이 감소됨에 따라 증가한다.
일반적으로, 인덕터가 전기 손실들을 감소시키기 위해 낮은 DC 저항을 갖는 것이 도움이 될 수 있다. 도 3에 도시된 인덕터에 대해, 최소 저항을 가진 주어진 인덕턴스를 달성하는 디자인 및 제작 공정은 이하와 같을 수 있다: 첫번째로, 가장 큰 허용가능 외부 직경(d0)은 적용에 의해 부과되는 공간 제약들에 기초하여 결정될 수 있다. 그 다음, 권회 폭(w)은 원하는 인덕턴스가 도달되는 것을 여전히 허용하면서 가능한 한 크게 이루어질 수 있어, 높은 충전 비율을 야기한다. 금속 재료의 시트 저항을 감소시키는 것은 인덕턴스에 영향을 주는 것 없이 DC 저항을 추가로 감소시킬 수 있다. 금속 재료의 시트 저항은 두께를 증가시킴으로써 또는 더 높은 전도도를 가진 재료를 사용함으로써 감소될 수 있다.
웨어러블 시스템에 사용되는 커패시터(예를 들어, 도 1a에서의 126)는 2개의 금속 층(즉, 전극들) 사이에 배치되는 하나 이상의 유전체 층을 포함할 수 있다. 주어진 커패시턴스에 대한 풋프린트를 감소시키기 위해, 큰 특정 커패시턴스를 가진 커패시터를 사용하는 것이 도움이 될 수 있으며, 이 커패시턴스는 유전체 층의 두께로 나누어지는 유전체 유전율(ε)과 동등하다. 일 예에서, 유전체 층은 그것의 유전율(ε)이 통상 다른 용액 처리된 유기 유전체들의 것보다 더 크므로 티탄산 바륨(BaTiO3) 복합물을 포함할 수 있다. 금속 층은 실버 또는 다른 높은 전도성 재료를 포함할 수 있다.
커패시터 내의 유전체 층의 두께는 예를 들어, 약 2 ㎛ 내지 약 200 ㎛(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 약 2 ㎛, 약 3 ㎛, 약 5 ㎛, 약 10 ㎛, 약 20 ㎛, 약 30 ㎛, 약 50 ㎛, 약 100 ㎛, 약 150 ㎛, 또는 약 200 ㎛)일 수 있다. 커패시터의 영역은 예를 들어, 약 0.1 ㎠ 내지 약 100 ㎠(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 0.1 ㎠, 0.2 ㎠, 0.3 ㎠, 0.5 ㎠, 1 ㎠, 2 ㎠, 3 ㎠, 5 ㎠, 10 ㎠, 20 ㎠, 30 ㎠, 50 ㎠, 또는 100 ㎠)일 수 있다.
다수의 접근법은 커패시턴스를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 더 높은 유전체 상수는 특정 커패시턴스를 증가시킬 수 있다. 이것은 잉크 내의 티탄산 바륨 입자들의 농도를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 다른 예에서, 유전체 층의 두께는 커패시턴스를 증가시키기 위해 감소될 수 있다. 또 다른 예에서, 커패시터는 금속 및 유전체의 다수의 교대 층을 포함할 수 있다.
웨어러블 시스템에 사용되는 저항기(예를 들어, 도 1a에서의 122)는 전도성 재료의 하나 이상의 스트립을 포함할 수 있다. 다수의 스트립이 사용될 때, 스트립들은 저항을 감소시키기 위해 병렬로 연결될 수 있다. 저항기의 재료는 예를 들어, 탄소일 수 있으며, 탄소는 탄소 잉크를 사용하는 스크린 인쇄와 호환가능하다.
도 4a는 스크린 인쇄 기술을 통해 제작되는 RLC 회로(400)의 사진이다. 회로(400)는 저항기(410), 인덕터(420), 및 커패시터(430)를 포함한다. 인덕터(420) 및 커패시터(430)는 직렬로 연결되고, 저항기(410)는 인덕터(420) 및 커패시터(430)의 조합과 병렬로 연결된다. 회로(400)에서, 인덕터(420)의 인덕턴스는 약 8 μH이고, 커패시터(430)의 커패시턴스는 약 0.8 nF이고, 저항기(410)의 저항은 약 25 ㏀이다. 이러한 직병렬 조합의 작용은 상이한 주파수들에서 3개의 컴포넌트(저항기(410), 인덕터(420), 및 커패시터(430)) 각각에 의해 지배되어, 각각의 것의 성능이 강조되고 평가되는 것을 허용한다.
도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도시된 회로(400)에 대한 주파수의 함수로서, 임피던스 크기 및 위상을 도시하는 플롯들 각각이다. 산출되고 측정된 값들 둘 다는 비교를 위해 도 4b 및 도 4c에 플롯팅된다. 저주파수에서, 회로(400)의 작용은 25 ㏀ 저항기(410)에 의해 지배된다. 주파수가 증가함에 따라, LC 경로의 임피던스가 감소하고, 전체 회로 작용은 2.0 MHz의 공진 주파수까지 용량성이다. 공진 주파수 위에서, 인덕터 임피던스가 지배된다.
도 4a에 도시된 회로(400)는 이하와 같이 제작될 수 있다. 수동 컴포넌트 층들은 아시스 ASP01M 스크린 프린터 및 다이나메쉬 인크에 의해 공급되는 스테인리스 강 스크린들을 사용하여 가요성 PET 기판들(예를 들어, 약 50 ㎛ 내지 80 ㎛의 두께를 가짐) 위로 스크린 인쇄될 수 있다. 메쉬 크기는 예를 들어, 금속 층들에 대해 인치 당 400 스레드 및 유전체 및 저항기 층들에 대해 인치 당 250 스레드일 수 있다. 스크린 인쇄는 55 N의 스퀴지 힘, 60 mm/s의 인쇄 속도, 1.5 mm의 스냅 오프 거리, 및 65 경도계(금속 및 저항기 층들에 대해) 또는 75 경도계(유전체 층에 대해)의 경도를 가진 세릴로르 스퀴지들(Serilor squeegees)을 사용하여 수행될 수 있다.
전도성 컴포넌트들(예를 들어, 인덕터들 및 커패시터들 및 저항기들 내의 컨택트들)에 대한 잉크는 예를 들어, 실버 마이크로 플레이크 잉크(예를 들어, 듀퐁 5082 또는 듀퐁 5064H)일 수 있다. 저항기에 대한 잉크는 탄소(예를 들어, 듀퐁 7082)일 수 있다. 커패시터 유전체에 대해, 전도성 화합물 BT-101 티탄산 바륨 유전체가 사용될 수 있다. 유전체의 각각의 코트는 필름의 균일성을 개선하기 위해 더블 패스(웨트-웨트) 인쇄 사이클을 사용하여 생산될 수 있다.
스크린 인쇄에 더하여, 진공 열 증발은 또한 고주파수 치료를 위한 웨어러블 시스템 내의 회로의 일부 컴포넌트들을 제작하기 위해 사용될 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 진공 열 증발을 통해 제작될 수 있는 안테나들의 개략도들을 도시한다. 도 5a는 직선 λ/2 안테나(501)를 도시하며, 여기서 λ는 안테나에 의해 방출될 수 있는 방사선의 파장이다. 도 5b는 결과적 회로의 풋프린트를 감소시키기 위해 미앤더 구성을 갖는 안테나(502)를 도시한다. 동작 중에, 얇은 금속 필름(예를 들어, Au 필름)은 기판 상에 배치될 수 있고 그 다음 섀도우 마스크는 금속 필름 상에 배치된다. 그 다음, 금속 필름은 안테나들(501 및 502)을 형성하기 위해 섀도우 마스크를 통해 Au의 진공 열 증발을 사용하여 패턴화된다.
도 6은 라디오 주파수(RF) 초크(620)와 결합되는 안테나들(610a 및 610b)을 포함하는 이미터(600)의 개략도를 도시한다. RF 초크(620)는 기본적으로 인덕터이며, 그것은 안테나들(610a 및 610b)의 효율을 증가시키기 위해 RF 전류를 안테나들(610a 및 610b) 내로 한정하고 다른 부분들에서 RF 전류를 감소시킬 수 있다. 이미터(600)는 또한 수개의 임의적 전력원들(630a 내지 630d)을 포함하며, 이 전력원들은 예를 들어, 태양 전지들일 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 이미터(600)의 측정된 S11(또한 복귀 손실로 언급됨)을 도시한다. 이미터(600)는 굽힘을 달성하기 위해 스티로폼 상에 컨포멀하게 배치된다. 2개의 스티로폼의 11 cm 및 8 cm의 반경들은 이미터(600)를 상이한 도들로 굽히기 위해 사용된다. 굽힘은 안테나들(610a 및 610b)의 공진 주파수에 현저하게 영향을 미치지 않는다는 점이 도 7로부터 알 수 있다. 따라서, 이미터(600)는 웨어러블 치료 시스템을 형성하기 위해 가요성 박막들(예를 들어, 도 1a에서의 박막(110))과 통합될 수 있다. 동작 중에, 이미터(600)는 또한 얼굴 피부와 같은, 피부 상에 컨포멀하게 배치될 수 있다.
전자 컴포넌트들의 스크린 인쇄에 관한 더 많은 정보는 Aminy E. Ostfeld 등의 Screen printed passive components for flexible power electronics, Scientific Reports 5, Article number: 15959 (2015), 및 Jungsuek Oh 등의 Flexible Antenna Integrated with an Epitaxial Lift-Off Solar Cell Array for Flapping-Wing Robots, IEEE Transactions On Antennas and Propagation, Vol. 62, No. 8, August 2014에서 발견될 수 있으며, 그것의 각각은 본원에 전체적으로 참조로 이로써 포함된다.
웨어러블 치료 시스템에 의한 얼굴 치료
도 8은 가요성 필름 및 가요성 필름 상에 또는 내에 배치되는 회로를 포함하는 웨어러블 치료 시스템을 사용하는 얼굴 치료의 방법(800)을 예시한다. 방법(800)은 810에서 사용자의 얼굴에 걸쳐 가요성 필름을 컨포멀하게 배치하는 단계 및 820에서 회로에 의해 발생되는 라디오 주파수(RF) 파를 얼굴의 피부에 인가하는 단계를 포함한다.
박막의 두께는 박막과 사용자의 얼굴 사이의 컨포멀 접촉을 용이하게 하기 위해 실질적으로 50 ㎛ 이하일 수 있다. 실리콘과 같은, 박막의 재료는 임의의 생체 적합할 수 있다. RF 파의 주파수는 예를 들어, 약 3 kHz 내지 약 300 MHz일 수 있다.
RF 파를 발생시키기 위해, 회로는 외부 소스로부터 무선 에너지를 수신하도록 구성되는 안테나에 의해 전력 공급되는 RLC 회로를 포함할 수 있다. 안테나는 회로(예를 들어, 사용자에게 인가되는 RF 파의 전력을 제어함)를 동작시키기 위해 제어 신호들을 수신하도록 추가로 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, RF 파의 전력은 10 ㎛ 이상에 걸쳐 사용자의 피부 내로 침투하도록 구성될 수 있다.
방법(800)은 또한 약품 전달을 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 방법(800)은 830에서, 사용자의 얼굴에 걸쳐 가요성 필름을 컨포멀하게 배치하기 전에, 사용자의 얼굴 또는 가요성 박막 중 적어도 하나에 걸쳐 약품을 도포하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법(800)은 840에서, 사용자의 피부 내로 약품의 전달을 용이하게 하기 위해 RF 파를 인가하는 단계를 추가로 포함한다. 일 예에서, 약품은 사용자의 얼굴 위로 도포된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 약품은 치료 패치를 형성하기 위해 박막 위로 사전 적재될 수 있다. 그 다음, 사용자는 피부 내로 약품의 전달을 용이하게 하기 위해 치료 패치를 착용하고 회로에 의해 발생되는 RF 파를 인가할 수 있다.
광학 변형 감지를 위한 시스템
미용술은 피부를 부활시킬 수 있는 생활양식 및 제품들을 촉진하는 상당한 노력들에 집중한다. 적절한 피부 관리 및 치료의 일 양태는 젊은 안색을 유지하기 위해 피부에서 장력을 감소시키는 것이다. 많은 화장품들은 피부 장력을 완화하는 것을 제공하지만, 피부에 의해 경험되는 변형을 정량화할 수 있는 실험 연구들이 거의 없다. 이러한 적용에서, 시스템 및 방법들은 나노구조체에 의해 반사, 투과, 또는 방출되는 광을 감시함으로써 피부 장력을 감지하기 위해 탄성중합체 광학 나노구조체를 이용할 수 있다. 피부의 압축 또는 장력은 나노구조체의 주기성을 변화시킬 수 있으며, 그것에 의해 나노구조체에 의해 반사, 투과, 또는 방출되는 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
이러한 광학 변형 감지 접근법은 수개의 장점들을 갖는다. 첫번째로, 그것은 분광계를 사용하여 파장의 변화를 감시함으로써 피부 상의 변형을 추산하기 위해 정량화가능 메트릭을 제공한다. 게다가, 접근법의 공간 분해능은 미세하고 미크론 스케일에서의 국부적으로 유도된 변형은 큰 측방 감도를 가진 나노구조체들의 2차원 어레이를 사용하여 검출될 수 있다. 따라서, 얼굴의 전부 또는 얼굴의 일부에 걸친 피부 장력 분포는 시각적으로 플롯팅될 수 있다. 본원에 설명되는 바와 같은 광학 나노구조체는 가요성이고 사용자의 얼굴 상에 컨포멀하게 배치될 수 있다. 따라서, 이러한 접근법은 고르지 못한 피부에서 적절히 기능할 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 광학 변형 감지를 위한 디바이스를 제작하는 방법(900)을 예시한다. 방법(900)은 도 9a에 도시된 바와 같이, 기판(910)(예를 들어, 실리콘 기판) 상에 제1 재료(922(1))를 배치하는 단계를 포함한다. 도 9b에서, 제2 재료(924(1))는 제1 재료(922(1)) 상에 배치된다. 제1 재료(922(1))는 제1 굴절률을 갖고 제2 재료(924(1))는 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는다. 방법(900)은 도 9c에 도시된 바와 같이 다층 구조체(920)를 형성하기 위해 교대 층들의 배치를 계속한다. 다층 구조체(920)는 분산 브래그 반사기(DBR)로서 기능을 할 수 있으며, 이 반사기는 다른 파장들에서 광을 통과시키면서 특정 파장에서(예를 들어, 전자기 스펙트럼의 가시 또는 근적외 영역 내에서) 광을 반사시키도록 구성될 수 있다. 다층 구조체(920)의 반사 파장은 그것의 주기성(또는 피치)에 의존한다. 따라서, 다층 구조체(920)의 주기성이 (예를 들어, 압축 또는 신장으로 인해) 변경될 때, 다층 구조체(920)로부터 반사되는 광은 상이한 파장을 가질 수 있다. 도 9d에서, 다층 구조체(920)는 측정 디바이스(940)를 형성하기 위해 기판(910)으로부터 제거되고 인클로저(930) 내로 캡슐화된다.
다층 구조체(920)는 다양한 타입들의 재료들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 재료(922(1))는 제1 굴절률을 갖는 제1 탄성중합체 화합물을 포함할 수 있고 제2 재료(924(1))는 제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 제2 탄성중합체 화합물을 포함할 수 있다. 2개의 탄성중합체 재료는 스핀 코팅을 통해 배치될 수 있다. 다른 예에서, 다층 구조체(920)는 TiO2 및 SiO2의 교대 층들을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 다층 구조체(920)의 고굴절률 및 저굴절률 층들은 사각 증착에 의해 증착되고 저다공성 및 고다공성을 가진 산화 인듐 주석(indium tin oxide)(ITO) 박막들을 포함할 수 있다. 다시 말해, 2개의 재료(922(1) 및 924(1))의 굴절률은 동일한 재료(즉, ITO)의 다공성을 변경함으로써 조정된다. 인클로저(930)는 탄성중합체 수지를 포함할 수 있고 다층 구조체(920)를 실질적으로 밀봉하기 위해 다층 구조체(920)의 양 측면들 상에 인쇄될 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 광학 변형 감지를 위한 격자를 포함하는 디바이스를 제작하는 방법(1000)을 예시한다. 방법(1000)은 도 10a에 도시된 바와 같이 기판(1010) 상에 회절 패턴을 갖는 마스크(1020)를 형성하는 단계를 포함한다. 마스크(1020)는 예를 들어, SU-8 포토레지스트를 포함할 수 있고 자외선(UV) 광을 사용하여 패턴화될 수 있다. 도 10b에서, 격자(1030)는 마스크(1020) 위로, 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은, 재료를 증착함으로써 형성된다. 도 10c에서, 격자(1030)는 측정 디바이스(1050)를 형성하기 위해 마스크(1020)로부터 제거되고 인클로저(1040)에 밀봉된다.
도 11a 및 도 11b는 도 9d에 도시된 디바이스(940)와 실질적으로 유사할 수 있는 디바이스(1110)를 사용하여 피부 변형을 측정하는 방법(1100)을 예시한다. 이러한 방법에서, 디바이스(1110)는 인클로저(1114)에 둘러싸여지는 DBR(1112)을 포함하고 피부(1120)의 패치 상에 배치된다. 광원(1130)은 디바이스(1110)를 향해 입력된 광(1101)을 전달하기 위해 이용되고 검출기(1140)는 반사된 광(1102a)을 검출하기 위해 이용되는 반면에, 투과된 광(1103a)은 디바이스(1110)를 통과한다. 도 11a는 피부(1120)가 변형 하에 있으며(즉, 피부(1120)가 신장되고 있으며), 그것에 의해 디바이스(1110)를 신장시키는 것을 예시한다. 이러한 신장력 하에, DBR(1112)은 또한 그것의 가요성으로 인해 신장되며, 그것에 의해 그것의 주기성을 감소시킨다. 주기성의 감소는 또한 반사된 광(1102a)의 파장을 감소시키며, 즉, 반사된 광(1102a)은 청색 편이된다.
대조적으로, 도 11b는 피부(1120)가 장력(즉, 압축) 하에 있으며, 그것에 의해 디바이스(1110)를 압축하는 것을 예시한다. 이러한 압축력 하에, DBR(1112)은 또한 그것의 가요성으로 인해 압축되며, 그것에 의해 그것의 주기성을 증가시킨다. 주기성의 증가는 또한 반사된 광(1102a)의 파장을 증가시키며, 즉, 반사된 광(1102a)은 적색 편이된다. 도 11a 및 도 11b는 반사된 광(1102a)의 파장을 감시함으로써, 피부(1120)의 장력이 추정될 수 있는 것을 예시한다.
방법(1000)은 DBR(1112)의 마이크로 스케일 또는 나노스케일 변화들로 인해 매우 높은 감도를 가질 수 있다. 실제로, 방법(1000)은 1% 미만(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 약 1%, 약 0.8%, 약 0.5%, 약 0.3%, 약 0.2%, 약 0.1% 이하)의 피부 장력의 변화를 검출할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 도 10c에 도시된 디바이스(1050)와 실질적으로 유사한 디바이스(1210)를 사용하여 피부 변형을 측정하는 방법(1200)을 예시한다. 이러한 방법에서, 디바이스(1210)는 인클로저(1214)에 둘러싸여지고 피부(1220)의 패치 상에 배치되는 격자(1212)를 포함한다. 입력된 광(1201)은 디바이스(1210)를 조명하기 위해 전달되고 반사된 광(1202a(도 12a에서) 및 1202b(도 12b에서))은 피부(1220)의 장력을 결정하기 위해 감시된다. 도 12a는 피부(1220)가 변형(즉, 신장) 하에 있으며, 그것에 의해 디바이스(1210)를 신장시키는 것을 예시한다. 이러한 신장력 하에, 격자(1212)는 또한 신장되고 그것의 주기성은 적절히 증가한다. 주기성의 증가는 또한 반사된 광(1202a)의 파장을 증가시키며, 즉, 반사된 광(1202a)은 적색 편이된다.
대조적으로, 도 12b는 피부(1220)가 장력(즉, 압축) 하에 있으며, 그것에 의해 디바이스(1210)를 압축시키는 것을 예시한다. 이러한 압축력 하에, 격자(1212)는 또한 그것의 가요성으로 인해 압축되며, 그것에 의해 그것의 주기성을 감소시킨다. 주기성의 감소는 또한 반사된 광(1202a)의 파장을 감소시키며, 즉, 반사된 광(1202a)은 청색 편이된다. 도 12a 및 도 12b는 반사된 광(1202a)의 파장을 감시함으로써, 피부(1220)의 장력이 추정될 수 있는 것을 예시한다.
도 13은 피부(1320) 상에 배치되는 디바이스(1310)를 사용하여 국부 피부 장력을 측정하는 방법(1300)을 예시한다. 디바이스(1310)는 인클로저(1314)에 둘러싸여지는 DBR(1312)을 포함한다. 입력된 광(1301)은 디바이스(1310)를 비추고 반사된 광 빔들(1302a 내지 1302c)은 감시되어 피부(1320)의 장력을 추정한다. 도 13에서, 피부(1320)는 3개의 영역(1322a, 1322b, 및 1322c)을 갖는다. 제2 영역(1322b)은 변형 하에 있는 반면에, 다른 2개의 영역(1322a 및 1322b)은 장력 하에 있다. 이러한 경우에, 제2 반사된 광 빔(1302b)은 청색 편이되고 다른 2개의 반사된 광 빔(1302a 및 1302c)은 적색 편이된다. 따라서, 피부(1320)의 장력 분포(또는 변형 분포)는 플롯팅될 수 있다.
도 14는 피부(1420) 상에 배치되는 디바이스(1410)를 사용하여 국부 피부 장력을 측정하는 방법(1400)을 예시한다. 디바이스(1410)는 인클로저(1414)에 둘러싸여지는 격자(1412)를 포함한다. 입력된 광(1401)은 디바이스(1410)에 전달되고 반사된 광 빔들(1402a 내지 1402c)은 감시되어 피부(1420)의 장력을 추정한다. 도 14에서, 피부(1420)는 3개의 영역(1422a, 1422b, 및 1422c)을 갖는다. 제1 영역(1422a)은 장력 하에 있고, 제2 영역(1422b)은 변형 하에 있고, 제3 영역(1422c)은 중립 상태(또한 기준선 상태로 언급됨) 내에 있다. 따라서, 제1 반사된 광 빔(1402a)은 청색 편이되고, 제2 반사된 광 빔(1402b)은 적색 편이되고, 제3 반사된 광 빔(1402c)은 그것의 파장을 변경하지 않는다. 따라서, 피부(1420)의 장력 분포(또는 변형 분포)는 플롯팅될 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 섬유 클래딩(1520)에 의해 둘러싸여지는 섬유 코어(1510)에서 제작되는 분산 섬유 격자(DFG)(1530)를 사용하는 광학 변형 센서(1500)의 개략도들을 도시한다. 도 15a는 디바이스(1500)의 측면도를 도시하고 도 15b는 디바이스(1500)의 단면도를 도시한다. DFG(1530)는 광 패턴화 기술을 사용하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 섬유 코어(1510)는 감광성인 게르마늄 도핑된 섬유 재료를 포함할 수 있다. 다시 말해, 섬유 코어(1510)의 굴절률은 UV 광에의 노출 하에 변화된다. 변화의 양은 노출의 세기 및 지속에 의존한다. 따라서, DFB(1530)는 UV 광에의 섬유 코어(1510)의 선택적 노출에 의해 형성될 수 있다.
동작 중에, 디바이스(1500)는 피부 상에 컨포멀하게 배치되고 입력된 광은 (예를 들어, 결합기를 통해) 섬유 코어(1510)의 일단부에 전달된다. 피부가 변형되거나 신장됨에 따라, DFG(1530)가 또한 변형되거나 신장되며, 그것에 의해 DFG(1530)의 주기성을 변경한다. 따라서, DFG(1530)를 통해 투과되는 광의 파장은 또한 변화된다. 더 구체적으로, 피부의 압축은 투과된 광을 청색 편이시킬 수 있는 반면에, 피부의 신장은 투과된 광을 적색 편이시킬 수 있다.
도 16은 섬유들의 네트워크를 사용하여 피부 장력을 측정하는 시스템(1600)의 개략도를 도시한다. 시스템(1600)은 피부(1610)의 패치 상에 배치되는 섬유들(1620)의 수평 어레이 및 섬유들(1630)의 수직 어레이를 포함한다. 입력된 광(1601)은 각각의 섬유 내로 전달되고 대응하는 투과된 광(1602 및 1603)은 감시된다. 일 예에서, 입력된 광(1601)을 제공하는 광원은 섬유들(1620 및 1630)과 통합될 수 있다. 다른 예에서, 광원은 개별 유닛일 수 있고 입력된 광(1601)은 방향성 결합기들 또는 임의의 다른 적절한 결합기들을 통해 섬유들(1620 및 1630) 내로 결합될 수 있다. 수평 섬유들(1620)의 어레이 및 수직 섬유들(1630)의 어레이 내의 각각의 섬유는 코어 내의 DFG(도 16에 도시되지 않음)를 포함한다. 피부(1610)는 변형 스폿(1612)을 가지며, 그 위에 수평 섬유(1623) 및 수직 섬유(1633)가 배치된다. 따라서, 대응하는 투과된 광 빔들(1602a 및 1603a)은 파장 편이들을 경험한다. 따라서, 섬유들(1623 및 1633)로부터 방출되는 광에서 파장 편이들을 관찰함으로써, 변형 스폿(1612)은 2개의 섬유(1623 및 1633) 사이의 단면으로서 위치될 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 가요성 기판(1710) 상에 배치되는 광자 결정 밴드 에지 레이저(1720)를 사용하는 광학 변형 센서(1700)의 개략도들을 도시한다. 광자 결정 밴드 에지 층(1720)은 가요성 기판(1720) 내에 분포되는 광 방출 반도체 디스크들의 2차원(two-dimensional)(2D) 어레이를 포함한다. 동작 중에, 디바이스는 사용자의 피부 상에 배치된다. 레이저(1720)의 방출 파장은 어레이의 피치에 의존하며, 피치는 레이저(1720) 밑의 피부의 장력 조건에 차례로 의존한다. 예를 들어, 피부의 신장은 또한 레이저(1720)를 신장시키며, 그것에 의해 어레이의 피치를 증가시키고 방출 파장을 적색 편이시킨다. 역으로, 피부의 압축은 또한 레이저(1720)를 압축시키며, 그것에 의해 어레이의 피치를 감소시키고 파장을 청색 편이시킨다. 따라서, 디바이스(1700)의 방출 파장을 감시함으로써, 디바이스(1700) 밑의 피부의 장력이 추정될 수 있다.
도 18a 내지 도 18c는 신장가능 기판(1810) 내에 배치되는 나노 안테나(1820)를 포함하는 광학 변형 센서(1800)를 예시한다. 광 방출 재료(1830)는 나노 안테나(1820) 상에 배치된다. 동작 중에, 디바이스(1800)는 사용자의 피부 상에 배치되고 범프 광(1801)(도 1c)은 광학 여기를 위한 광 방출 재료(1820)를 조명하기 위해 이용된다. 펌프 전력은 예를 들어, 약 20 mW 이하(예를 들어, 중간의 임의의 값들 및 부범위들을 포함하는, 약 20 mW, 약 15 mW, 약 10 mW, 약 8 mW, 약 6 mW, 약 4 mW, 약 2 mW, 약 1 mW 이하)일 수 있다.
방출 광(1802)의 파장은 나노 안테나(1820)의 피치에 의존하며, 그것은 밑에 있는 피부의 신장 또는 장력에 차례로 의존한다. 예를 들어, 피부의 압축은 나노 안테나(1820)의 피치를 감소시킬 수 있으며, 그것에 의해 방출 파장을 청색 편이시키는 반면에, 피부의 신장은 나노 안테나(1820)의 피치를 증가시킬 수 있으며, 그것에 의해 방출 파장을 적색 편이시킨다.
일 예에서, 광 방출 재료(1820)는 2D 재료를 포함한다. 다른 예에서, 광 방출 재료(1820)는 3D 재료를 포함한다. 광 방출 재료(1820)는 예를 들어, 전이 금속 디칼코제나이드(transition metal dichalcogenide)(TMD)를 포함할 수 있으며, 그것은 일반적으로 MX2로 표현될 수 있고, 여기서 M은 전이 금속 원자(예를 들어, Mo, W 등)이고 X는 칼코겐 원자(예를 들어, S, Se, 또는 Te)이다. TMD의 예들은 MoS2, WSe2, 및 MoSe2를 포함한다. 일 예에서, 광 방출 재료(1820)는 TMD의 단일 층을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 광 방출 재료(1820)는 MoS2/실리콘 헤테로구조체 또는 WSe2/MoS2 헤테로구조체와 같은, 헤테로구조체를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 광 방출 재료(1820)는 양자 우물들을 포함할 수 있으며, 양자 우물들은 더 넓은 밴드갭을 갖는 재료(예를 들어, 비소화 알루미늄)의 2개의 층 사이에 샌드위치되는 하나의 반도체 재료(예를 들어, 비소화 갈륨)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 양자 우물은 질화 갈륨의 2개의 층 사이에 샌드위치되는 질화 인듐 갈륨을 포함할 수 있다.
도 9a 내지 도 18c에 예시된 시스템들 및 방법들은 많은 적용들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 시스템들 및 방법들은 피부 관리 또는 치료의 효과들을 평가하기 위해 이용될 수 있다. 일반적으로, 사용자는 피부 관리 또는 치료 전에 피부 장력을 측정하고 그 다음 피부 관리 또는 치료 후에 피부 장력을 다시 측정할 수 있다. 피부 장력의 변화는 피부 관리 또는 치료의 효과를 수량화하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 얼굴 회춘은 인간 얼굴에 대한 젊은 외모를 회복하는 절차이다. 일 예에서, 얼굴 회춘은 눈썹 올림(이마 올림), 안검 형성(안검 미용 성형), 주름 제거 수술(주름살 절제), 턱 올림, 및 목 주름 성형과 같은, 수술 절차들(또한 외과적 절차들로 언급됨)을 통해 수행될 수 있다. 다른 예에서, 얼굴 회춘은 화학 박피술, 신경 조절 물질(예를 들어, 보톡스의 주입), 진피 충전제들, 레이저 리서페이싱(laser resurfacing), 광회춘(photo-rejuvenation), 라디오프리퀀시(radiofrequency), 및 초음파 치료(ultrasound)와 같은, 비수술 절차들에 의해 수행될 수 있다. 사용자(또는 서비스 제공자)는 치료의 효과를 평가하기 위해 각각의 얼굴 회춘 전 및 후에 피부 장력을 측정할 수 있다. 그 다음, 평가는 후속 치료를 지시하기 위해 사용될 수 있다.
다른 예에서, 이러한 시스템들 및 방법들은 약품 또는 치료가 피부의 다른 영역 상에 적용되면서 피부의 하나의 영역 상에서 변형을 측정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 특정 산화방지 제품은 전체 피부 시스템에 유익한 영향을 미칠 수 있고 피부 장력은 제품의 효능을 평가하기 위해 측정에 가장 편리한 위치들(예를 들어, 얼굴, 팔 손 등)에서 감시될 수 있다.
결론
다양한 발명 실시예들이 본원에 설명되고 예시되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 기능을 수행하고 그리고/또는 본원에 설명되는 결과들 및/또는 하나 이상의 장점들을 획득하기 위한 여러가지 다른 수단 및/또는 구조체들을 용이하게 구상할 것이고, 그러한 변화들 및/또는 수정들 각각은 본원에 설명되는 발명 실시예들의 범위 내에 있는 것으로 생각된다. 더 일반적으로, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본원에 설명되는 모든 파라미터들, 치수들, 재료들, 및 구성들이 예시적인 것으로 의미되는 것 및 발명 교시들이 사용되는 특정 적용 또는 적용들에 실제 파라미터들, 치수들, 재료들, 및/또는 구성들이 의존하는 것을 용이하게 이해할 것이다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 고작 일상적 실험을 사용하여, 본원에 설명되는 특정 발명 실시예들에 대한 많은 균등물들을 인식하거나, 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 실시예들이 일 예로서만 제시된다는 점 및, 첨부된 청구항들 및 이에 대한 균등물들의 범위 내에서, 발명 실시예들이 구체적으로 설명되고 청구된 것과 달리 실시될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 본 개시의 발명 실시예들은 본원에 설명되는 각각의 개별 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트, 및/또는 방법에 관한 것이다. 게다가, 2개 이상의 그러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트, 및/또는 방법의 임의의 조합은, 그러한 특징들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들, 및/또는 방법들이 상호 불일치하지 않으면, 본 개시의 발명 범위 내에 포함된다.
또한, 다양한 발명 개념들은 하나 이상의 방법으로서 구체화될 수 있으며, 그 중 일 예가 제공되었다. 방법의 일부로서 수행되는 액트들은 임의의 적절한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 실시예들은 액트들이 예시된 것과 상이한 순서로 수행되는 곳에 구성될 수 있으며, 그것은 예시적 실시예들에서 순차적 액트들로 도시될지라도, 일부 액트들을 동시에 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
모든 정의들은 본원에 정의되고 사용된 바와 같이, 사전 정의들, 참조로 포함되는 문헌들 내의 정의들, 및/또는 정의된 용어들의 통상적 의미들을 통제하는 것으로 이해되어야 한다.
부정 관사들("a" 및 "an")은 본원에서 명세서 및 청구항들에 사용된 바와 같이, 반대로 달리 시사되지 않는 한, "적어도 하나의"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
구 "및/또는"는 본원에서 명세서 및 청구항들에 사용된 바와 같이, 그렇게 결합되는 요소들, 즉, 일부 경우들에 연결적으로 존재하고 다른 경우들에 분리적으로 존재하는 요소들 중 "어느 하나 또는 둘 다"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"과 리스트되는 다수의 요소, 즉, 그렇게 결합되는 요소들 중 "하나 이상"은 동일한 방식으로 해석되어야 한다. 다른 요소들은 구체적으로 식별되는 그러한 요소들과 관련되든 안되든, "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별되는 요소들과 다르게 임의로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한 예로서, "A 및/또는 B"에 대한 참조는 "구성하는"과 같은 제약이 없는 언어와 함께 사용될 때, 일 실시예에서, A만(B와 다른 요소들을 임의로 포함함)을 언급하고; 다른 실시예에서, B만(A와 다른 요소들을 임의로 포함함)을 언급하고; 또 다른 실시예에서, A 및 B 둘 다(다른 요소들을 임의로 포함함)를 언급하는 등등일 수 있다.
본원에서 명세서 및 청구항들에 사용된 바와 같이, "또는"은 상기 정의된 바와 같이 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 리스트에서 항목들을 분리할 때, "또는" 또는 "및/또는"은 적어도 하나에 포함되는 것으로, 즉 적어도 하나를 포함하는 것으로 해석되지만, 다수의 요소 또는 요소들의 리스트, 및, 임의로, 부가적으로 리스트되지 않은 항목들 중 하나보다 많은 것을 포함하는 것으로 해석될 것이다. "중 하나만" 또는 "중 정확히 하나", 또는, 청구항들에 사용될 때, "로 구성되는"과 같은, 반대로 분명히 표시되는 용어들만은 다수의 요소 또는 요소들의 리스트 중 정확히 하나의 요소의 포함을 언급할 것이다. 일반적으로, 본원에 사용되는 바와 같은 용어 "또는"은 "어느 하나", "중 하나", "중 하나만", 또는 "중 정확히 하나"와 같은, 배타성의 용어들이 선행될 때 배타적 대안들(즉, "하나 또는 다른 것이지만 둘 다가 아님")을 표시하는 것으로서만 해석될 것이다. "로 본질적으로 구성되는"은 청구항들에 사용될 때, 특허법의 분야에 사용되는 바와 같이 그것의 통상적 의미를 가질 것이다.
본원에서 명세서 및 청구항들에 사용된 바와 같이, 구 "적어도 하나의"는 하나 이상의 요소와 관련하여, 요소들의 리스트 내의 요소들 중 임의의 하나 이상으로부터 선택되는 적어도 하나의 요소를 의미하지만, 요소들의 리스트 내에 구체적으로 리스트되는 각각의 및 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하는 것은 아니고 요소들의 리스트 내의 요소들의 임의의 조합들을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 정의는 또한 구체적으로 식별되는 그러한 요소들과 관련되든 안되든, 구 "적어도 하나의"가 언급하는 요소들의 리스트 내에서 구체적으로 식별되는 요소들과 다르게 요소들이 임의로 존재할 수 있는 것을 허용한다. 따라서, 비제한 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는, 등가적으로, "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는, 등가적으로 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는 일 실시예에서, 어떠한 B도 존재하지 않는 하나보다 많은 것, 즉 A를 임의로 포함하는, 적어도 하나(및 B와 다른 요소들을 임의로 포함함)를 언급하고; 다른 실시예에서, 어떠한 A도 존재하지 않는 하나보다 많은 것, 즉 B를 임의로 포함하는, 적어도 하나(및 A와 다른 요소들을 임의로 포함함)를 언급하고; 또 다른 실시예에서, 하나보다 많은 것, 즉 A를 임의로 포함하는, 적어도 하나, 및 하나보다 많은 것, 즉 B를 임의로 포함하는, 적어도 하나(및 다른 요소들을 임의로 포함함)를 언급하는 등등일 수 있다.
상기 명세서뿐만 아니라, 청구항들에서, "구성하는", "포함하는", "지니는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "보유하는", "구성되는" 등과 같은 모든 연결구들은 제약이 없도록, 즉, 포함하지만 제한되지 않는 것을 의미하도록 이해되어야 한다. 연결구들 "구성되는" 및 "본질적으로 구성되는"만은 특허 심사 절차들의 미국 특허청 매뉴얼, 섹션 2111.03에 제시된 바와 같이, 폐쇄 또는 반폐쇄 연결구들 각각일 것이다.

Claims (26)

  1. 가요성 필름 및 상기 가요성 필름 상에 또는 내에 배치되는 회로를 포함하는 치료 시스템을 사용하는 방법으로서,
    사용자의 얼굴에 걸쳐 상기 가요성 필름을 컨포멀하게 배치하는 단계; 및
    상기 회로에 의해 발생되는 라디오 주파수(RF) 파를 상기 얼굴의 피부 위로 인가하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가요성 필름은 실질적으로 50 ㎛ 이하인 두께를 갖는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가요성 필름은 실리콘을 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 RF 파를 인가하는 단계는 약 3 kHz 내지 약 300 MHz의 주파수에서 상기 RF 파를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 RF 파를 인가하는 단계는 상기 RF 파를 실질적으로 10 ㎛ 이상인 침투 깊이에서 상기 얼굴의 피부 내로 전달하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회로 내의 RLC 회로를 사용하여 상기 RF 파를 발생시키는 단계; 및
    상기 회로 내의 안테나를 통해 상기 RLC 회로에 전력 공급하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 사용자의 얼굴에 걸쳐 상기 가요성 필름을 컨포멀하게 배치하기 전에 약품을 상기 사용자의 얼굴의 적어도 일부에 도포하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 RF 파를 인가하는 단계는 상기 사용자의 피부 내로 상기 약품의 침투를 용이하게 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 사용자의 얼굴에 걸쳐 상기 가요성 필름을 컨포멀하게 배치하기 전에 상기 가요성 필름 상에 약품을 도포하는 단계를 추가로 포함하고;
    상기 RF 파를 인가하는 단계는 상기 사용자의 피부 내로 상기 약품의 침투를 용이하게 하는 방법.
  9. 사용자의 얼굴 치료를 위한 웨어러블 시스템으로서,
    생체 적합 재료(bio-compatible material)를 포함하는 가요성 필름; 및
    상기 가요성 필름 상에 또는 내에 배치되고 RF 파를 발생시키도록 구성되는 회로
    를 포함하며,
    상기 가요성 필름이 상기 사용자의 얼굴 상에 컨포멀하게 배치될 때, 상기 회로에 의해 발생되는 상기 RF 파는 상기 얼굴의 피부에 인가되는 웨어러블 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가요성 필름은 실질적으로 50 ㎛ 이하인 두께를 갖는 웨어러블 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 생체 적합 재료는 실리콘을 포함하는 웨어러블 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 회로는,
    상기 RF 파를 발생시키는 RLC 회로; 및
    외부 소스로부터 전력을 수신하고 상기 RLC 회로에 전력 공급하기 위해, 상기 RLC 회로와 전기 통신하는 안테나
    를 포함하는 웨어러블 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 필름 상에 배치되는 약품을 추가로 포함하며, 상기 회로는 상기 RF 파에 의해 상기 사용자의 피부 내로 상기 약품의 침투를 용이하게 하도록 구성되는 웨어러블 시스템.
  14. 사용자의 피부 장력을 추정하는 방법으로서,
    상기 사용자의 피부와 컨포멀 접촉하여 주기적 구조체를 배치하는 단계;
    상기 주기적 구조체를 제1 광 빔으로 조명하는 단계;
    상기 제1 광 빔에 응답하여 상기 주기적 구조체에 의해 반사, 투과, 및/또는 방출되는 제2 광 빔의 파장을 측정하는 단계; 및
    상기 제2 광 빔의 파장에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 사용자의 피부 장력을 추정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 주기적 구조체를 배치하는 단계는 상기 사용자의 피부에 실질적으로 수직인 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)(DBR)의 광학 축을 배향시키는 단계를 포함하고,
    상기 제2 광 빔을 검출하는 단계는 상기 DBR에 의해 반사되는 상기 제2 광 빔을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 주기적 구조체를 배치하는 단계는 제1 방향이 상기 사용자의 피부와 실질적으로 평행하도록 상기 사용자의 피부 상에 상기 제1 방향을 따라 주기성을 갖는 격자를 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 광 빔을 검출하는 단계는 상기 격자에 의해 반사되는 상기 제2 광 빔을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 주기적 구조체를 배치하는 단계는 상기 사용자의 피부와 실질적으로 평행한 분산 섬유 격자(distributed fiber grating)(DFG)의 광학 축을 배향시키는 단계를 포함하고,
    상기 제2 광 빔을 검출하는 단계는 상기 DFG를 통해 투과되는 상기 제2 광 빔을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 주기적 구조체를 배치하는 단계는 상기 사용자의 피부 상에 광자 결정을 배치하는 단계를 포함하며, 상기 주기적 구조체는 상기 광자 결정과 광 통신하여 배치되는 광 방출 재료를 포함하고,
    상기 주기적 구조체를 조명하는 단계는 상기 광 방출 재료를 상기 제1 광 빔으로 광학적으로 여기시키는 단계를 포함하고,
    상기 제2 광 빔을 검출하는 단계는 상기 광 방출 재료에 의해 방출되는 상기 제2 광 빔을 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 사용자의 피부 장력은 제1 피부 장력이고 상기 제2 광 빔의 파장은 제1 파장이고, 상기 방법은,
    상기 사용자의 피부로부터 상기 주기적 구조체를 제거하는 단계;
    상기 사용자의 피부 상에 피부 치료를 수행하는 단계;
    상기 피부 치료 후에 상기 사용자의 피부와 컨포멀 접촉하여 상기 주기적 구조체를 배치하는 단계;
    상기 주기적 구조체를 제3 광 빔으로 조명하는 단계;
    상기 주기적 구조체에 의해 반사, 투과, 및/또는 방출되는 제4 광 빔의 제2 파장을 측정하는 단계;
    상기 제4 광 빔의 제2 파장에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 사용자의 제2 피부 장력을 추정하는 단계; 및
    상기 제1 피부 장력 및 상기 제2 피부 장력에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 피부 치료의 효능을 평가하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  20. 사용자의 피부 장력을 추정하는 웨어러블 시스템으로서,
    제1 광 빔을 방출하는 광원;
    상기 제1 광 빔에 의한 조명에 응답하여 제2 광 빔을 발생시키기 위해 상기 광원과 광 통신하고 사용 동안 상기 사용자의 피부에 컨포멀하게 부착되도록 구성되는 주기적 구조체; 및
    상기 제2 광 빔의 파장을 측정하기 위해, 상기 주기적 구조체와 광 통신하는 검출기 - 상기 제2 광 빔의 파장은 상기 사용자의 피부 장력을 나타냄 -
    를 포함하는 웨어러블 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 주기적 구조체는 사용 동안 상기 사용자의 피부에 실질적으로 수직인 광학 축을 갖는 분산 브래그 반사기(DBR)를 포함하고, 상기 주기적 구조체는 상기 DBR에 의한 제1 광 빔의 반사를 통해 상기 제2 광 빔을 발생시키도록 구성되는 웨어러블 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 상기 주기적 구조체는 사용 동안 상기 사용자의 피부와 실질적으로 평행한 제1 방향을 따라 주기성을 갖는 격자를 포함하고, 상기 격자는 상기 제1 광 빔의 반사를 통해 상기 제2 광 빔을 발생시키도록 구성되는 웨어러블 시스템.
  23. 제20항에 있어서, 상기 주기적 구조체는 사용 동안 상기 사용자의 피부와 실질적으로 평행한 광학 축을 갖는 분산 섬유 격자(DFG)를 포함하고, 상기 DFG는 상기 제1 광 빔의 투과를 통해 상기 제2 광 빔을 발생시키도록 구성되는 웨어러블 시스템.
  24. 제20항에 있어서, 상기 주기적 구조체는,
    광자 결정; 및
    상기 광자 결정과 광 통신하여 배치되는 광 방출 재료
    를 포함하며,
    상기 제2 광 빔은 상기 제1 광 빔에 의한 조명에 응답하여 상기 광 방출 재료에 의해 방출되는 웨어러블 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 광 방출 재료는 2차원(2D) 재료를 포함하는 웨어러블 시스템.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 주기적 구조체를 실질적으로 둘러싸는 인클로저를 추가로 포함하며, 상기 인클로저는 탄성중합체 수지를 포함하는 웨어러블 시스템.
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