WO2020162650A1 - R2r 그라비아 인쇄 방법을 이용한 전기화학 센서 태그 제조 방법 - Google Patents

R2r 그라비아 인쇄 방법을 이용한 전기화학 센서 태그 제조 방법 Download PDF

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WO2020162650A1
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electrochemical sensor
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conductive
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조규진
정연수
손준봉
박혜진
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순천대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an electrochemical sensor using an R2R (Roll-to-Roll) gravure printing method, and specifically, a method of manufacturing an electrochemical sensor tag applicable to a wearable medical device using an R2R gravure printing method About.
  • Wearable devices which are widely distributed, mostly provide only functions to measure movement distance or momentum or measure pulse.
  • a smart watch that works with a smart phone is also not far away from such a function.
  • a portable medical device that simplifies a blood sugar blood pressure test as a wearable medical device for diagnosing biometric information is being actively developed.
  • Google is working with global pharmaceutical company Novartis to develop a smart contact lens that checks for diabetes by regularly checking the glucose in tears. Apple is also conducting research to equip the "Apple Watch” with a function that checks blood sugar and blood pressure from time to time.
  • the Ulsan Institute of Science and Technology in Korea developed a smart contact lens that can be worn on the eyes and checked for blood sugar through LEDs.
  • the smart contact lens unveiled by the Ulsan Institute of Science and Technology can easily check the blood sugar level by blinking the LED.
  • the healthcare smart dressing which is aimed at commercialization in 2020, is implemented as a system that measures the temperature of the wound (wound) where the skin is peeled off and the pH value of exudate from the wound using a biosensor and transmits it to a mobile phone or a dedicated terminal. do.
  • a wireless communication biosensor is applied that helps the patient himself, his or her guardian, or a medical staff located at a distance to check whether there is bacterial infection in the wound area in real time.
  • a smart bandage that integrates pH and temperature sensors to monitor the wound.
  • This smart bandage has built-in pH and temperature sensors that track infection and inflammation, so that the collected data can accurately measure the condition of the wound and provide correct medication based on it.
  • the pH measured from the wound is an important factor for monitoring the healing process of chronic wounds, the pH index of a normal wound is 5.5 to 6.5, and the infected wound has a pH index greater than 6.5.
  • a microprocessor mounted in a smart bandage is implemented to inject drugs while collecting data from pH and temperature sensors.
  • Medtronic a renowned medical device company in the United States, has developed a vest-type wearable medical device that diagnoses cardiac arrhythmia.
  • This vest is equipped with a total of 252 electrode sensors, allowing users to perform atrial and ventricular examinations while wearing clothes as usual.
  • ECG electrocardiogram
  • CT scan images of the examined data
  • the heart structure is reconstructed into a 3D electro-anatomical image to be displayed.
  • the present invention has been conceived to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electrochemical sensor tag that can be applied to a wearable medical device using an R2R gravure printing method.
  • the present invention uses an R2R gravure printing method to print electrochemical sensor electrodes (working electrode, reference electrode, and auxiliary electrode) using hydrophobic Ag nanoparticle ink and conductive carbon ink to implement a three-electrode system. It provides a method of manufacturing a sensor tag.
  • the present invention is to provide a method of manufacturing an electrochemical sensor tag that can be implemented in a flexible form by printing an insulating layer that prevents each electrode constituting a three-electrode system from being electrically connected to other elements using polyethylene insulating ink.
  • the present invention is to provide a method for manufacturing an electrochemical sensor tag that can be used as a medical device capable of selectively detecting glucose, pH, K + , Na + , Cu 2+ , caffeine, etc. through chemical treatment on the surface of a working electrode. .
  • the present invention is to provide a method of manufacturing an electrochemical sensor tag capable of detecting glucose (or caffeine, K +, etc.) in a non-blood sampling method.
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method for an electrochemical sensor that can be produced at an ultra-low cost in large quantities through a roll-to-roll (R2R) gravure printing device and an application of a wearable medical device using the same.
  • R2R roll-to-roll
  • the method of manufacturing an electrochemical sensor tag using the R2R gravure printing method according to the present invention includes the steps of printing first to third conductive wires spaced apart from each other on a flexible substrate of a PET film using hydrophobic Ag nanoparticle ink, Printing a first electrode pattern using conductive carbon ink on at least a portion of the first conductive wiring and the third conductive wiring, and a second electrode using AgCl ink on at least a portion of the second conductive wiring And printing a pattern, wherein the first electrode pattern is an auxiliary electrode or a reference electrode, and the third electrode pattern is a working electrode to form a three electrode system.
  • a third electrode using a material sensitive to at least one of pH, Na + , K + , glucose, and caffeine on at least a portion of the third conductive wiring on which the first electrode pattern is printed may further include the step of forming a pattern.
  • the printing of the plurality of conductive wires includes a viscosity of 80 to 150 cp and a tension of 28 to 33 mN/m using polyvinyl butyral (PVB) and terpineol.
  • Eggplant may include the step of preparing the Ag nanoparticle ink.
  • the step of forming the reference electrode by sequentially coating an agarose gel and an SU-8 photoresist on an upper portion on which the second electrode pattern is printed may be further included.
  • the method of manufacturing an electrochemical sensor tag according to the present invention includes a viscosity of 250 to 350 cP and a surface tension of 28 to 33 mN/m using polyethylene and ethylene glycol monoethyl ether acetate (ECA).
  • ECA polyethylene and ethylene glycol monoethyl ether acetate
  • the step of preparing an insulating ink having, and printing an insulating layer on the conductive wiring excluding the first electrode pattern, the second electrode pattern, and or the third electrode pattern using the insulating ink. can include.
  • the printing of the first electrode pattern includes preparing the conductive carbon ink having a viscosity of 250 to 350 cP and a surface tension of 30 to 33 mN/m using the ECA. can do.
  • the printing of the third electrode pattern includes preparing a conductive polyaniline ink using polyaniline and camphorsulfonic acid (CSA), and the conductive polyaniline ink of the third conductive wiring. It may include the step of forming a working electrode sensitive to the pH by printing on at least a portion.
  • CSA polyaniline and camphorsulfonic acid
  • the method of manufacturing an electrochemical sensor tag according to the present invention may further include bonding a chip to the first to third conductive wires.
  • an electrochemical sensor tag that has high sensitivity to various factors such as pH, Na+, K+, and glucose and is flexible and easy to attach to the human body at a low unit price.
  • the electrochemical sensor tag manufacturing method includes a printing Ag/AgCl reference electrode manufacturing method having a constant potential, an insulating layer ink manufacturing method for protecting the electrode and minimizing the influence of the external environment, and a polyaniline/carbon-based pH sensitive operation.
  • An electrode manufacturing method may be provided, and as a wearable medical device, an electrochemical sensor tag capable of reading pH (or glucose) from sweat of human skin without blood collection may be provided.
  • the method of manufacturing an electrochemical sensor tag according to the present invention may provide an electrochemical sensor tag capable of functioning as a low-cost wearable electrochemical multi-sensor in connection with an NFC function of a smartphone.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrochemical sensor tag according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a method of manufacturing an electrochemical sensor tag using an R2R gravure printing method according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram for explanation.
  • 3 to 7 are plan views illustrating an embodiment of an electrochemical sensor tag according to a method of manufacturing an electrochemical sensor tag.
  • FIG. 8 is a view showing an electrochemical sensor tag actually printed using the R2R gravure printing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing an electrochemical sensor tag connected to a chip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing different potentials according to pH of an electrochemical sensor tag manufactured according to an embodiment of the present invention, and a graph showing a voltage change according to a continuous pH change.
  • FIG. 12 is a diagram showing a state in which a printed antenna and a chip are bonded to a completed electrochemical sensor tag to communicate with a smart phone.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrochemical sensor tag according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a method of manufacturing an electrochemical sensor tag using an R2R gravure printing method according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram for explanation.
  • 3 to 7 are plan views illustrating an embodiment of an electrochemical sensor tag according to a method of manufacturing an electrochemical sensor tag.
  • the method of manufacturing an electrochemical sensor tag according to the present invention is based on a continuous R2R gravure printing process, and thus, an electrochemical sensor tag can be mass-produced at a low cost.
  • a PET (polyethylene terephthalate) film substrate is prepared to print the electrochemical sensor (step S110).
  • the PET film substrate may be prepared in a rolled form.
  • the electrochemical sensor wiring and the conductive wiring serving as an electrode are printed on the PET substrate using a hydrophobic Ag nanoparticle ink (step S120).
  • a hydrophobic Ag nanoparticle ink Conventional Ag nanoparticle-based inks for gravure are not suitable for aqueous solution-based measurements due to their hydrophilic properties.
  • the pH measurement is facilitated by using the Ag nanoparticle ink having hydrophobic properties, and further, the conductive wiring using the Ag nanoparticle ink has high conductivity and low resistance.
  • an electrochemical sensor circuit using a three-electrode system is implemented, and the conductive wire may include at least three spaced conductive wires.
  • FIG. 3 is a plan view showing an embodiment of an electrochemical sensor tag on which a plurality of conductive wires are printed according to the present invention.
  • three spaced apart conductive wires may include a first conductive wire 310, a second conductive wire 320, and a third conductive wire 330, which are not electrically connected respectively.
  • the first conductive wire 310 may be manufactured to correspond to the auxiliary electrode, the second conductive wire 320 to the reference electrode, and the third conductive wire 330 to correspond to the working electrode.
  • the conductive wires 310, 320, 330 may be composed of a measurement unit SEN and a connection unit CON, in which a current or voltage value is measured, and specifically, a measurement unit of the first conductive line 310 (SEN) may be an auxiliary electrode, a measurement unit SEN of the second conductive wiring 320 may be a reference electrode, and a measurement unit SEN of the third conductive wiring 330 may be a working electrode.
  • a measurement unit of the first conductive line 310 (SEN) may be an auxiliary electrode
  • a measurement unit SEN of the second conductive wiring 320 may be a reference electrode
  • a measurement unit SEN of the third conductive wiring 330 may be a working electrode.
  • the working electrode corresponds to an electrode in which an actual oxidation or reduction reaction takes place
  • the reference electrode is an electrode that serves as a reference for measuring an accurate voltage at the working electrode.
  • the auxiliary electrode does not directly participate in the reaction, does not affect the potential value, and is an electrode through which current flows. According to the three-electrode system, a voltage can be obtained through a reference electrode and a current value can be obtained through an auxiliary electrode.
  • Step S110 is a step of printing wirings that are basic for forming electrodes constituting a three-electrode system using a hydrophobic Ag nanoparticle ink, and in this step, a step of preparing a hydrophobic Ag nanoparticle ink.
  • Hydrophobic Ag nanoparticle ink is prepared to have a viscosity of 80 to 150 cp, and a surface tension of 28 to 33 mN/m, using PVB (Polyvinyl butyral) and terpineol for R2R gravure printing. I can.
  • the plurality of conductive wires may be dried for about 1 minute at 150° C. through a drying oven through an R2R process (see step S125 of FIG. 2).
  • a process of drying the printed or coated material for the next process may be involved (steps S135, S145, S155, and S165 of FIG. 2 Reference).
  • a first electrode pattern is printed on a part of the first conductive wire (310 of FIG. 4) and the third conductive wire (330 of FIG. 4) among the plurality of conductive wires (step S130).
  • the first electrode pattern may be printed on conductive wiring printed using hydrophobic Ag nanoparticle ink using conductive carbon ink.
  • FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of an electrochemical sensor tag on which a first electrode pattern is printed.
  • a first electrode pattern 311 is printed on a partial area of the first conductive wire 310, specifically, on the measurement unit SEN of the first conductive wire 310, and the third conductive wire 310
  • the first electrode pattern 331 may be printed on a partial area of the wiring 330 and on the measurement unit SEN of the third conductive wiring 310.
  • the conductive carbon ink may be prepared to have a viscosity of 250 to 350 cP and a surface tension of 30 to 33 mN/m using Ethylene glycol monoethyl ether acetate (ECA).
  • ECA Ethylene glycol monoethyl ether acetate
  • a drying process may be performed (step S135 in FIG. 2 ).
  • an insulating layer may be printed in order to exclude an unintended reaction from the printed electrode surface or wiring portion (step S140).
  • the insulating layer cancels unintended chemical reactions and prevents unnecessary exposure of other parts other than the electrodes to the outside.
  • the insulating ink for printing the insulating layer may be prepared by adding an ECA solvent based on polyethylene (PE).
  • PE polyethylene
  • an insulating layer it is possible to apply an insulating layer (effectively used for short) to a printing element (for example, a printing transistor).
  • a printing element for example, a printing transistor.
  • an insulating ink having a viscosity of 250 to 350 cP and a surface tension of 28 to 33 mN/m may be prepared.
  • FIG. 5 is a plan view showing an electrochemical sensor tag on which an insulating layer is printed according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive wires are electrically connected to other elements in addition to the measurement. Avoid contact with.
  • the insulating layer is printed after the first electrode pattern is printed, but the order in which the insulating layer is printed is not limited thereto.
  • drying step may be further performed after printing the insulating layer (step S145 of FIG. 2).
  • the second electrode pattern may be printed on a partial area of the second conductive wiring using Ag/AgCl ink (step S150).
  • FIG. 6 is a plan view showing an electrochemical sensor tag on which a second electrode pattern is printed according to an embodiment of the present invention.
  • the second electrode pattern 321 is printed on the measurement unit SEN of the second conductive line 320.
  • the step of printing the second electrode pattern is sequentially coating an agarose film saturated with 3 M KCl and an SU-8 photoresist (specifically, dip coating). It may include the step of. Accordingly, the measurement unit SEN of the second electrode pattern 320 may be manufactured as a reference electrode.
  • the printing of the second electrode pattern may use not only R2R gravure printing, but also inkjet or screen printing.
  • the Ag/AgCl electrode may be dip coated on SU-8 once more and then dried at 80° C. for 2 hours (step S155). .
  • the working electrode of the present invention has different voltage or current values in response to specific components.
  • printing by Ag nanoparticle ink and printing by conductive carbon ink are completed in the measurement unit SEN of the third conductive wiring.
  • Cu 2+ can be detected using a stripping voltammetry method even if no other additional process is performed afterwards.
  • an additional process may be included in order to implement a multi-sensor (sensitization to pH, Na + , K + , glucose, caffeine, etc.) (step S160).
  • This process may be understood as forming a third electrode pattern using a material sensitive to at least one of pH, Na + , K + , glucose, and caffeine on a partial region of the third conductive wiring.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating an electrochemical sensor tag on which a third electrode pattern is formed according to an embodiment of the present invention.
  • the third electrode pattern 332 is formed on the measurement unit SEN of the third conductive line 330, it becomes possible to operate as a multi-sensor sensitive to a specific material.
  • it may further include printing a pH-sensitive third electrode pattern using a conductive polyaniline ink on a carbon/Ag electrode-based working electrode for pH sensitivity.
  • a conductive polyaniline ink polyaniline powder and CAS (camphorsulfonic acid) are ground in a mortar at a weight ratio of 1:1, and the mixed powder is mixed in a m-cresol solution in an amount of 1.6 wt%, and then Triethoxy(3-isocyanatopropyl) ) silane is added in an amount of 1 wt%, and after ultra-sonication of this mixture for about 3 hours, it can be prepared by dispersing using a homogenizer for about 1 hour.
  • the third electrode pattern may be printed using an inkjet or screen printing method.
  • the glucose oxidation solution may contain 100 ⁇ L of an aqueous PBS solution in 1 mg enzyme.
  • the electrochemical sensor tag can function as a caffeine-sensitive sensor.
  • a drying process may be performed (step S165 in FIG. 2).
  • FIG. 8 is a view showing an electrochemical sensor tag actually printed using the R2R gravure printing method according to an embodiment of the present invention.
  • the total electrochemical sensor size can be designed to correspond from 0.5 mm to 3.00 mm.
  • it is printed on a flexible and thin PET film base so that it can be used as a disposable electrode so that it is easy to deform, and it is designed to be cut and used as needed.
  • the electrochemical sensor tag printed in this way may be bonded to a chip for actual operation (step S170).
  • the chip may include a silicon-based chip, and may include a controller and a transformer.
  • the chip can read and store a current or voltage value from each electrode.
  • an antenna may be bonded to allow the electrochemical sensor tag to communicate with an external device (eg, a smart phone), and a value measured from the electrode may be provided to the outside through a chip.
  • FIG. 9 is a plan view showing an electrochemical sensor tag connected to a chip according to an embodiment of the present invention.
  • a part 350 of a connection part CON of a conductive wire on which the insulating layer 400 is not printed may be connected to the chip 500. Accordingly, values collected from the electrochemical sensor tag may be transmitted to the outside.
  • FIG. 10 is a graph showing different potentials according to pH of an electrochemical sensor tag manufactured according to an embodiment of the present invention, and a graph showing a voltage change according to a continuous pH change.
  • the electrochemical sensor tag manufactured according to the present invention outputs a linearly decreasing potential value as the pH (eg, within the range of pH 7 to 11) increases.
  • FIG. 10B it can be seen that even when the environment in which the pH is continuously changed continues for several hours, different output voltage values according to the pH are stably output.
  • an additional surface addition process may be performed on the working electrode, and the corresponding material can be identified from the value of a potential or current for each material.
  • FIG. 12 is a diagram showing a state in which a printed antenna and a chip are bonded to a completed electrochemical sensor tag to communicate with a smart phone.
  • Figure 12 (a) is a prototype of a smart phone reading the corresponding pH (or glucose, Cu 2+ , caffeine, etc.) value in real time using an NFC function from an actual printed electrochemical sensor tag.
  • 12(b) is a conceptual diagram showing a process of attaching an electrochemical sensor tag according to the present invention to a human body to transmit various values including pH to a smart phone.
  • the electrochemical sensor tag proposed in the present invention may be attached to the wrist in a non-blood collection form to check the user's pH or glucose concentration in real time.

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Abstract

본 발명에 의한 R2R(Roll-to-Roll) 그라비아 인쇄 방식을 이용하여 전기화학 센서 태그를 제조하는 방법은, 인쇄 방식을 이용하여 전기화학 센서 태그를 제조하는 방법에 있어서, 소수성 Ag 나노파티클 잉크를 사용하여 PET 필름의 유연 기판에 서로 이격된 제1 내지 제3 전도성 배선들을 인쇄하는 단계, 상기 제1 전도성 배선 및 상기 제3 전도성 배선의 적어도 일부 상에 전도성 카본 잉크를 이용하여 제1 전극 패턴을 인쇄하는 단계, 및 상기 제2 전도성 배선의 적어도 일부 상에 Ag/AgCl 잉크를 이용하여 제2 전극 패턴을 인쇄하는 단계를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 전도성 배선들은 각각 보조 전극, 기준 전극, 및 작업 전극으로서 삼전극계(three electrode system)를 형성한다.

Description

R2R 그라비아 인쇄 방법을 이용한 전기화학 센서 태그 제조 방법
본 발명은 R2R(Roll-to-Roll) 그라비아 인쇄 방식을 이용한 전기화학 센서 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 R2R 그라비아 인쇄 방식을 이용하여 웨어러블 의료소자에 적용이 가능한 전기화학 센서 태그를 제조하는 방법에 관한 것이다.
다양하게 보급되고 있는 웨어러블 기기는 대부분 이동 거리나 운동량을 측정하거나 맥박을 측정하는 기능만을 제공한다. 스마트 폰과 연동하는 스마트 와치(watch)도 이와 같은 기능에서 크게 벗어나지 못하고 있는 실정이다.
한편, 생체 정보 진단 기술이 급격히 발전함에 따라 소형 웨어러블 기기들이 고가의 진단 장비를 대신하기 시작하고 있다. 미국 시장조사기관 IDC(International Data Corporation)는 세계 웨어러블 의료 기기 시장 규모가 2020년에 46억 달러(약 5조원)에 이를 것으로 예측하였다.
특히, 생체 정보 진단 웨어러블 의료 기기로써 혈당 혈압 검사를 간소화하는 휴대용 의료 기기가 활발하게 개발되고 있는 시점이다. 구글(Google)은 글로벌 제약기업 노바티스와 함께 눈물 속 포도당(glucose)을 수시로 체크해 당뇨 여부를 검사하는 스마트 콘택트 렌즈를 개발하고 있다. 애플(Apple) 역시 "애플워치"에 혈당과 혈압을 수시로 체크해주는 기능을 탑재하기 위한 연구를 진행하고 있다.
국내 울산과학기술원에서는 눈에 착용한 후, LED를 통하여 혈당 확인이 가능한 스마트 콘택트 렌즈를 개발하였다. 울산과학기술원에서 공개한 스마트 콘텍트 렌즈는 LED의 깜빡임으로 혈당 수치를 간편하게 확인할 수 있다.
하지만, 포도당 검출을 위한 콘택트 렌즈의 경우, 여러가지 제약이 존재한다. 센서가 부착된 렌즈를 눈에 착용하게 되면, 렌즈 두께로 인하여 사용자의 안구에 건조증이 유발될 수 있다. 또한 측정에 필요한 눈물 량을 한 번에 확보하기 힘들기도 할 뿐만 아니라 정확한 데이터를 위해서 측정과 측정 사이에 보정이 이뤄져야 하는데 눈은 항상 수분으로 젖어 있어 확실한 보정(refresh)이 어렵다. 또한 스마트 렌즈는 신체에 직접적으로 부착되어 동작하기 때문에, 아직까지는 안전성 문제에서 자유롭지 못하다.
운동 중에도 의료 기기 수준의 정확도를 제공하는 웨어러블 프로토타입(prototype)이 국내 대학교에서 개발되고 있다. 2020년 상용화를 목표로 한 헬스 케어 스마트 드레싱은 피부가 벗겨진 상처(창상) 부위의 온도와 상처에서 발생하는 삼출물의 pH 값을 바이오 센서를 이용해 실시간 측정하고 이를 휴대폰이나 전용단말기에 전송하는 시스템으로 구현된다. 헬스 케어 스마트 드레싱에는 상처 부위의 세균 감염 여부를 환자 자신과 보호자, 또는 원거리에 위치한 의료진이 실시간으로 확인하는 데 도움을 주는 무선 통신 바이오 센서가 적용되었다.
또한 미국의 터프츠(Tufts) 대학 연구진은 pH와 온도 센서를 통합해 상처 부위를 모니터링하는 스마트 붕대 시제품을 공개하였다. 이 스마트 붕대에는 감염과 염증상태를 추적하는 pH와 온도 센서가 내장돼 있어, 수집된 자료를 통해 상처의 상태를 정확히 측정하고 이를 기반으로 올바른 약물 치료를 할 수 있게 해준다. 상처로부터 측정되는 pH는 만성 상처의 치유 과정을 모니터링하기 위한 중요한 요소로, 정상적인 상처의 pH 지수는 5.5 내지 6.5이며, 감염된 상처는 6.5 보다 큰 pH 지수를 나타낸다. 스마트 붕대 안에 탑재된 마이크로 프로세서는 pH, 및 온도 센서로부터 데이터를 수집하며 약물을 주입하도록 구현된다.
이러한 상처 부위 검출용 밴드나 태그의 경우 피부에 직접 닿기 때문에 일회용으로 유연(flexible)하게 제작되어야 하는데, 현재 기술 수준으로는 가격적인 측면과 기술적 어려움 때문에 프로토타입으로만 제시하고 있는 실정이다. 또한 땀이나 피부의 노폐물로 인하여 검출 센서에 포함된 전극의 성능이 열화될 수 있으며, pH 지수를 측정할 때에는 물이 기본 용매이기 때문에 물에 대한 안정성이 확보되어야 한다.
미국의 유명 의료기기 기업 메드트로닉(Medtronic)은 심장 부정맥을 진단하는 조끼 형태의 웨어러블 의료기기를 개발하였다. 이 조끼에는 총 252개의 전극 센서가 탑재되어 있어 평소 사용자가 옷처럼 입고 다니면서 심방과 심실 검사를 할 수 있게 하였다. 또한, 검사된 데이터에 대해 ECG(심전도) 데이터와 CT 스캔 영상을 결합함으로써 심장 구조를 3D 전기해부학적 영상으로 재구성해 보여주도록 구현되기도 한다. 그렇지만 심전도 데이터와 CT 스캔 영상 그리고 전극 구조상 실제 휴대가 힘들며, 일부 병원에서 환자 치료용으로 개발되고 있는 상황이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 R2R 그라비아 인쇄 방법을 이용하여 웨어러블 의료 기기에 적용될 수 있는 전기화학 센서 태그의 제조 방법을 제공하고자 한다. 본 발명은 R2R 그라비아 인쇄 방법을 이용하여 소수성 Ag 나노파티클 잉크와 전도성 카본 (Carbon) 잉크를 이용하여 전기화학 센서 전극(작업 전극, 기준 전극, 및 보조 전극)을 인쇄하여 삼전극계를 구현한 전기화학 센서 태그 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 폴리에틸렌(Polyethylene) 절연 잉크를 이용하여 삼전극계를 이루는 각 전극들이 다른 요소들과 전기적으로 연결되지 않도록 하는 절연층을 인쇄하여 유연한 형태로 구현 가능한 전기화학 센서 태그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 작업 전극 표면의 화학적 처리를 통하여 글루코스, pH, K+, Na+, Cu2+, 카페인 등을 선택적으로 검출할 수 있는 의료 기기로 활용할 수 있는 전기화학 센서 태그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 비채혈 방식으로 글루코스(혹은 카페인, K+ 등)을 검출할 수 있는 전기화학 센서 태그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 R2R(Roll-to-Roll) 그라비아 인쇄장비를 통하여 대량으로 초저가로 생산이 가능한 전기화학 센서에 대한 제조 방법과 이를 이용한 웨어러블 의료소자의 응용에 대해 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 R2R 그라비아 인쇄 방식을 이용하여 전기화학 센서 태그를 제조하는 방법은, 소수성 Ag 나노파티클 잉크를 사용하여 PET 필름의 유연 기판에 서로 이격된 제1 내지 제3 전도성 배선들을 인쇄하는 단계, 상기 제1 전도성 배선 및 상기 제3 전도성 배선의 적어도 일부 상에 전도성 카본 잉크를 이용하여 제1 전극 패턴을 인쇄하는 단계, 및 상기 제2 전도성 배선의 적어도 일부 상에 AgCl 잉크를 이용하여 제2 전극 패턴을 인쇄하는 단계를 포함하며, 상기 제1 전극 패턴은 보조 전극 또는 기준 전극으로, 상기 제3 전극 패턴은 작업 전극으로서 삼전극계(three electrode system)를 형성한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극 패턴이 인쇄된 상기 제3 전도성 배선의 적어도 일부 상에 pH, Na+, K+, 글루코스, 및 카페인 중 적어도 하나에 대해 감응하는 물질을 이용하여 제3 전극 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 전도성 배선들을 인쇄하는 단계는, PVB(Polyvinyl butyral)과 테르피네올(Terpineol)을 사용하여, 80 내지 150 cp의 점도, 및 28 내지 33 mN/m의 장력을 가지는 상기 Ag 나노파티클 잉크를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 전극 패턴이 인쇄된 상부에, 아가로스 젤(Agarose gel)과 SU-8 photoresist를 순차적으로 코팅하여 상기 기준 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 전기화학 센서 태그 제조 방법은, 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 ECA(ethylene glycol monoethyl ether acetate)을 이용하여 250 내지 350 cP의 점도, 28 내지 33 mN/m의 표면장력을 가지는 절연 잉크를 제조하는 단계, 및 상기 절연 잉크를 이용하여 상기 제1 전극 패턴, 상기 제2 전극 패턴, 및 또는 상기 제3 전극 패턴을 제외한 상기 전도성 배선 상에 절연층을 인쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극 패턴을 인쇄하는 단계는, 상기 ECA을 이용하여 250 내지 350 cP의 점도, 30 내지 33 mN/m의 표면장력을 갖는 상기 전도성 카본 잉크를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 전극 패턴을 인쇄하는 단계는, 폴리아닐린(polyaniline) 및 CSA(camphorsulfonic acid)를 이용하여 전도성 폴리아닐린 잉크를 제조하는 단계, 및 상기 전도성 폴리아닐린 잉크를 상기 제3 전도성 배선의 적어도 일부 상에 인쇄하여 상기 pH에 감응하는 작업 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 전기화학 센서 태그 제조 방법은 상기 제1 내지 제3 전도성 배선들에 대하여 칩을 본딩하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기화학 센서 제조 방법에 따르면, pH, Na+, K+, 글루코스 등 다양한 인자에 감응도가 높으면서도 유연하여 인체에 부착이 용이한 전기화학 센서 태그를 낮은 단가로 대량 생산할 수 있다.
본 발명에 따른 전기화학 센서 태그 제조 방법은 일정한 전위를 가지는 인쇄 Ag/AgCl 기준 전극 제조 방법, 전극을 보호 및 외부환경 영향을 최소화를 위한 절연층 잉크 제조 방법, 폴리 아닐린/카본 기반의 pH 감응 작업 전극의 제조 방법을 제공하며, 웨어러블 의료기기로써, 채혈을 하지 않고도 사람 피부의 땀으로부터 pH(또는 글루코스)를 읽을 수 있는 전기화학 센서 태그를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 전기화학 센서 태그 제조 방법은, 스마트폰의 NFC 기능과 연동하여 저가격의 웨어러블 전기화학 멀티 센서로 기능할 수 있는 전기화학 센서 태그를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 센서 태그의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 R2R 그라비아 인쇄 방법을 이용한 전기화학 센서 태그의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3 내지 도 7은 전기화학 센서 태그의 제조 방법에 따른 전기화학 센서 태그의 일 실시예를 나타내는 평면도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 R2R 그라비아 인쇄 방법을 이용하여 실제로 인쇄된 전기화학 센서 태그를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 칩과 연결된 전기화학 센서 태그를 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전기화학 센서 태그가 pH에 따라 상이한 전위(potential)를 나타내는 그래프와, 연속적인 pH 변화에 따른 전압 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 작업 전극에 서로 다른 물질을 사용하여 각각 글루코스와 Cu2+에 대하여 감응하도록 제조한 경우에 따른 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 12는 완성된 전기화학 센서 태그에 인쇄 안테나와 칩을 접합하여 스마트 폰과 통신하는 모습을 나타낸 도면들이다.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확하게 하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 센서 태그의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 R2R 그라비아 인쇄 방법을 이용한 전기화학 센서 태그의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 또한 도 3 내지 도 7은 전기화학 센서 태그의 제조 방법에 따른 전기화학 센서 태그의 일 실시예를 나타내는 평면도들이다.
본 발명에 따른 전기화학 센서 태그 제조 방법은 연속적인 R2R 그라비아 인쇄 공정에 따르며, 이에 따라 전기화학 센서 태그를 낮은 단가로 대량 양산할 수 있다.
전기화학 센서를 인쇄하기 위해 PET(polyethylene terephthalate) 필름 기판을 준비한다(단계 S110). R2R 공정에 적용하기 위해 PET 필름 기판은 롤에 말린 형태로 준비될 수 있다.
PET 기판 위에 소수성 Ag 나노파티클 잉크를 이용하여 전기화학 센서의 배선 및 전극의 역할을 수행하는 전도성 배선을 인쇄한다(단계 S120). 기존 그라비아용 Ag 나노파티클 기반 잉크의 경우 친수성 특성으로 인하여 수용액 기반 측정용에는 적합하지 않다. 본 발명에서는 소수성 특성을 가진 Ag 나노파티클 잉크를 이용하여 pH 측정에 용이하게 하였으며 나아가 이러한 Ag 나노파티클 잉크를 이용한 전도성 배선은 전도성이 높아 저항이 낮다.
또한 본 발명에서는 삼전극계를 이용한 전기화학 센서 회로를 구현하는 바, 전도성 배선은 적어도 세 개의 이격된 전도성 배선들을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 복수의 전도성 배선들이 인쇄된 전기화학 센서 태그의 일 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 세 개의 이격된 전도성 배선들은 제1 전도성 배선(310), 제2 전도성 배선(320), 및 제3 전도성 배선(330)을 포함할 수 있으며, 이들은 각각 전기적으로 연결되지 않는다. 이후 추가 공정을 통해 제1 전도성 배선(310)은 보조 전극, 제2 전도성 배선(320)은 기준 전극, 그리고 제3 전도성 배선(330)은 작업 전극에 상응하도록 제조될 수 있다.
본 발명에서 전도성 배선들(310, 320, 330)은 전류나 전압 값이 측정되는 측정부(SEN)와 연결부(CON)로 구성될 수 있으며, 구체적으로는 제1 전도성 배선(310)의 측정부(SEN)가 보조 전극, 제2 전도성 배선(320)의 측정부(SEN)가 기준 전극, 그리고 제3 전도성 배선(330)의 측정부(SEN)가 작업 전극이 될 수 있다.
삼전극계에 있어서 작업 전극은 실제 산화나 환원 반응이 일어나는 전극에 상응하며, 기준 전극은 작업 전극에서의 정확한 전압을 측정하기 위한 기준이 되는 전극으로 저항이 매우 커서 전류가 거의 흐르지 않는다. 그리고 보조 전극은 반응에 직접 참여하지 않고 전위 값에 영향을 미치지 않으며 전류가 흐르는 전극이다. 삼전극계에 따르면 기준 전극을 통해 전압을, 보조 전극을 통해 전류 값을 획득할 수 있다.
단계 S110은 소수성 Ag 나노파티클 잉크를 이용하여 삼전극계를 구성하는 전극들을 형성하기 위한 기본이 되는 배선들을 인쇄하는 단계로서, 해당 단계에서는 소수성 Ag 나노파티클 잉크를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
소수성 Ag 나노파티클 잉크는, R2R 그라비아 인쇄를 위해서 PVB(Polyvinyl butyral)과 테르피네올(Terpineol)을 사용하여, 80 내지 150 cp의 점도, 및 28 내지 33 mN/m의 표면장력을 가지도록 제조될 수 있다.
이와 같이 복수의 전도성 배선이 인쇄된 이후, R2R 공정을 통해 건조 오븐을 통하여 150 ℃에서 약 1분 간 건조될 수 있다(도 2의 단계 S125 참조). 도 2를 참조하면, 이하의 각 인쇄 또는 코팅 등의 단계를 거친 후에는 다음 공정을 위해 인쇄 또는 코팅된 물질을 건조하는 공정이 수반될 수 있다(도 2의 단계 S135, S145, S155, 및 S165 참조).
복수의 전도성 배선들 중 제1 전도성 배선(도 4의 310)과 제3 전도성 배선(도 4의 330)의 일부 상에 제1 전극 패턴을 인쇄한다 (단계 S130). 제1 전극 패턴은 전도성 카본 잉크를 이용하여 소수성 Ag 나노파티클 잉크를 이용하여 인쇄된 전도성 배선 위에 인쇄될 수 있다.
도 4는 제1 전극 패턴이 인쇄된 전기화학 센서 태그의 일 실시예를 나타내는 평면도이다. 도 4를 참조하면, 제1 전도성 배선(310)의 일부 영역 상, 구체적으로는 제1 전도성 배선(310)의 측정부(SEN) 상에 제1 전극 패턴(311)이 인쇄되었으며, 제3 전도성 배선(330)의 일부 영역 상, 마찬가지로 제3 전도성 배선(310)의 측정부(SEN) 상에 제1 전극 패턴(331)이 인쇄될 수 있다.
실시예에 따라, 전도성 카본 잉크는 ECA(Ethylene glycol monoethyl ether acetate)를 이용하여 250 내지 350 cP의 점도, 30 내지 33 mN/m의 표면장력을 가지도록 제조될 수 있다.
실시예에 따라, 제1 전극 패턴이 인쇄된 이후, 건조 과정을 거칠 수 있다 (도 2의 단계 S135).
본 발명에서는 인쇄된 전극의 표면이나 배선 부분에서 의도치 않은 반응을 제외하기 위해서 절연층을 인쇄할 수 있다 (단계 S140). 절연층은 의도치 않은 화학 반응을 상쇄하며 불필요하게 전극 이외에 다른 부분이 외부에 노출되지 않도록 한다. 절연층을 인쇄하기 위한 절연 잉크는 PE(polyethylene) 기반으로 하여 ECA 용매를 첨가하여 제조될 수 있다. 절연 잉크의 경우 인쇄 소자(예를 들어, 인쇄 트랜지스터)에 대해서 절연층(단선(short)에 효과적으로 사용) 적용이 가능하다. 예를 들어, 250 내지 350 cP의 점도, 28 내지 33 mN/m의 표면장력을 가지는 절연 잉크를 제조할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 절연층이 인쇄된 전기화학 센서 태그를 나타낸 평면도이다.
도 5를 참조하면, 전도성 배선들(310, 320, 330)에 있어서 측정부(SEN)를 제외한 모든 영역에 절연층(400)을 인쇄함에 따라 측정을 위한 것 이외에 전도성 배선들이 다른 요소들과 전기적으로 접촉하지 않도록 한다.
본 명세서에서는 제1 전극 패턴이 인쇄된 이후에 절연층이 인쇄되는 것으로 설명하였으나 절연층이 인쇄되는 순서는 이에 한정되지 않는다.
실시예에 따라, 절연층을 인쇄한 이후에 건조 단계를 더 거칠 수 있다(도 2의 단계 S145).
삼전극계에서 기준 전극은 외부 영향에도 불구하고 안정적으로 전압을 제공하여야 하는바, Ag/AgCl 잉크를 이용하여 제2 전도성 배선의 일부 영역 상에 제2 전극 패턴을 인쇄할 수 있다 (단계 S150).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제2 전극 패턴이 인쇄된 전기화학 센서 태그를 나타낸 평면도이다.
도 6을 참조하면, 제2 전도성 배선(320)의 측정부(SEN) 상에 제2 전극 패턴(321)이 인쇄된 것을 확인할 수 있다. 실시예에 따라, 제2 전극 패턴을 인쇄하는 단계는 3 M KCl로 포화된 아가로스(Agarose)막과 SU-8 포토레지스트(photoresist)를 순차적으로 코팅(구체적으로는 딥 코팅(dip coating))하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라 제2 전극 패턴(320)의 측정부(SEN)가 기준 전극으로 제조될 수 있다.
실시예에 따라, 제2 전극 패턴을 인쇄하는 단계는 R2R 그라비아 인쇄 뿐만 아니라, 잉크젯 또는 스크린 인쇄 방식을 이용할 수 있다.
실시예에 따라, 도 2를 참조하면, 다른 전해질로부터 손상을 막기위해 Ag/AgCl 전극은 SU-8에 한번 더 딥 코팅(dip coating) 된 후 80℃에서 2시간 건조될 수 있다 (단계 S155).
실시예에 따라, 본 발명의 작업 전극은 특정한 성분에 감응하여 상이한 전압 또는 전류 값을 가지게 된다. 상술한 단계까지 마친 경우, 제3 전도성 배선의 측정부(SEN)에는 Ag 나노파티클 잉크에 의한 인쇄와 전도성 카본 잉크에 의한 인쇄가 마쳐진 상태이다. Cu2+에 대해서는 이후 다른 추가 공정을 거치지 않는다고 하더라도 스트리핑 분석법(stripping voltammetry)을 사용하여 검출이 가능하다.
한편 멀티 센서(pH, Na+, K+, 글루코스, 카페인 등에 대한 감응)로 구현하기 위해서 추가 공정을 포함할 수 있다 (단계 S160). 이 과정은 제3 전도성 배선의 일부 영역 상에 pH, Na+, K+, 글루코스, 및 카페인 중 적어도 하나에 대해 감응하는 물질을 이용하여 제3 전극 패턴을 형성하는 것으로 이해될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제3 전극 패턴이 형성된 전기화학 센서 태그를 나타낸 평면도이다. 도 7을 참조하면, 제3 전도성 배선(330)의 측정부(SEN) 상에 제3 전극 패턴(332)이 형성됨에 따라 특정한 물질에 대하여 감응하는 멀티 센서로 동작이 가능해진다.
실시예에 따라, pH 감응을 위해서 카본/Ag 전극기반 작업 전극위에 전도성 폴리아닐린(polyaniline) 잉크를 이용하여 pH 감응 제3 전극 패턴을 인쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 폴리아닐린 잉크는 폴리아닐린 파우더와 CAS (camphorsulfonic acid)를 1:1의 무게비로 막자사발에 갈고, 혼합된 파우더를 m-cresol 용액에 1.6 wt% 비율로 섞은 후, Triethoxy(3-isocyanatopropyl)silane을 1 wt% 비율로 첨가하며, 이 혼합물을 약 3시간 동안 ultra-sonication을 수행한 이후, 약 1시간 동안 homogenizer를 이용하여 분산함에 따라 제조될 수 있다. 실시예에 따라, 제3 전극 패턴은 잉크젯 혹은 스크린 인쇄 방법을 이용하여 인쇄될 수도 있다.
실시예에 따라, 글루코스 감응을 위해서 글루코스 산화 용액을 제3 전도성 배선의 측정부에 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 글루코스 산화 용액은 1 mg enzyme에 100 μL의 PBS 수용액을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 카페인 감응에 대해서 0.8 μL의 0.01 % 다중벽 카본 나노튜브(multiwall carbon nanotubes)와 0.01 %의 나피온 (Nafion)을 제3 전도성 배선의 측정부에 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이 코팅된 작업 전극은 카페인에 대해 반응하여, 결과적으로 전기화학 센서 태그는 카페인 감응 센서로 기능할 수 있다.
마찬가지로 제3 전극 패턴을 형성한 이후에는 건조 과정을 거칠 수 있다(도 2의 단계 S165).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 R2R 그라비아 인쇄 방법을 이용하여 실제로 인쇄된 전기화학 센서 태그를 나타낸 도면이다.
다양한 형태의 제품에 대응하기 위해서 전체 전기화학 센서 크기는 0.5 mm부터 3.00 mm까지 대응하도록 설계될 수 있다. 또한 일회용 전극으로 사용되어 사용될 수 있도록 유연하면서도 얇은 PET 필름 기반 위에 인쇄되어 변형이 용이하며, 필요에 따라서 절단하여 사용될 수 있도록 설계되었다.
다시 도 1 및 도 2로 돌아가서, 실시예에 따라 이와 같이 인쇄된 전기화학 센서 태그는 실제 동작을 위해 칩과 본딩될 수 있다(단계 S170). 칩은 실리콘 기반의 칩을 포함할 수 있으며, 컨트롤러 및 트랜스퐅더를 포함할 수 있다. 칩은 각 전극으로부터 전류 또는 전압 값을 읽어들여 저장할 수 있다. 나아가, 전기화학 센서 태그가 외부의 장치(예를 들어, 스마트 폰)과 통신할 수 있도록 안테나가 접합될 수도 있으며, 칩을 통해 전극으로부터 측정된 값이 외부에 제공될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 칩과 연결된 전기화학 센서 태그를 나타낸 평면도이다. 도 9를 참조하면, 절연층(400)이 인쇄되지 않은 전도성 배선의 연결부(CON)의 일부(350)와 칩(500)이 연결될 수 있다. 이에 따라 전기화학 센서 태그로부터 수집된 값들이 외부에 전송될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전기화학 센서 태그가 pH에 따라 상이한 전위(potential)를 나타내는 그래프와, 연속적인 pH 변화에 따른 전압 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 전기화학 센서 태그는 pH(예를 들어, pH 7 내지 11의 범위 내)가 증가함에 따라 선형적인 감소하는 전위 값을 출력하는 것을 확인할 수 있으며, 도 10의 (b)를 참조하면, pH 가 연속적으로 변화는 환경이 수 시간 지속되는 경우에도 안정적으로 pH에 따른 다른 출력 전압 값을 출력하는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 작업 전극에 서로 다른 물질을 사용하여 각각 글루코스와 Cu2+에 대하여 감응하도록 제조한 경우에 따른 결과를 나타낸 그래프들이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기화학 센서 태그는 멀티 센서로 쓰이기 위해 작업 전극에 대하여 추가 표면 추가 공정이 진행될 수 있으며 각각 물질에 대하여 전위 (potential)혹은 전류의 값으로부터 해당 물질을 확인할 수 있다.
도 12는 완성된 전기화학 센서 태그에 인쇄 안테나와 칩을 접합하여 스마트 폰과 통신하는 모습을 나타낸 도면들이다. 도 12의 (a)는 실제 인쇄된 전기화학 센서 태그로부터 스마트 폰이 NFC 기능을 사용하여 실시간으로 해당 pH (혹은 글루코스, Cu2+, 카페인 등)값을 읽어 들이는 모습의 프로토타입이며, 도 12의 (b)는 본 발명에 따른 전기화학 센서 태그를 인체에 부착하여 pH를 비롯한 다양한 수치를 스마트 폰으로 전송하는 과정을 나타낸 개념도이다. 본 발명에서 제안하는 전기화학 센서 태그는 비채혈 형태로 손목에 부착하여 사용자의 pH 혹은 글루코스 농도를 실시간으로 확인할 수도 있을 것이다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (8)

  1. R2R(Roll-to-Roll) 그라비아 인쇄 방식을 이용하여 전기화학 센서 태그를 제조하는 방법에 있어서,
    소수성 Ag 나노파티클 잉크를 사용하여 PET 필름의 유연 기판에 서로 이격된 제1 내지 제3 전도성 배선들을 인쇄하는 단계;
    상기 제1 전도성 배선 및 상기 제3 전도성 배선의 적어도 일부 상에 전도성 카본 잉크를 이용하여 제1 전극 패턴을 인쇄하는 단계; 및
    상기 제2 전도성 배선의 적어도 일부 상에 AgCl 잉크를 이용하여 제2 전극 패턴을 인쇄하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 전극 패턴은 보조 전극 또는 기준 전극으로, 상기 제3 전극 패턴은 작업 전극으로서 삼전극계(three electrode system)를 형성하는, 전기화학 센서 태그 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서
    상기 제1 전극 패턴이 인쇄된 상기 제3 전도성 배선의 적어도 일부 상에 pH, Na+, K+, 글루코스, 및 카페인 중 적어도 하나에 대해 감응하는 물질을 이용하여 제3 전극 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기화학 센서 태그 제조 방법.
  3. 제1 또는 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 배선들을 인쇄하는 단계는,
    PVB(Polyvinyl butyral)과 테르피네올(Terpineol)을 사용하여, 80 내지 150 cp의 점도, 및 28 내지 33 mN/m의 장력을 가지는 상기 Ag 나노파티클 잉크를 제조하는 단계를 포함하는, 전기화학 센서 태그 제조 방법.
  4. 제1 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제2 전극 패턴이 인쇄된 상부에, 아가로스 젤(Agarose gel)과 SU-8 photoresist를 순차적으로 코팅하여 상기 기준 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는, 전기화학 센서 태그 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서
    폴리에틸렌(Polyethylene) 및 ECA(ethylene glycol monoethyl ether acetate)을 이용하여 250 내지 350 cP의 점도, 28 내지 33 mN/m의 표면장력을 가지는 절연 잉크를 제조하는 단계; 및
    상기 절연 잉크를 이용하여 상기 제1 전극 패턴, 상기 제2 전극 패턴, 및 또는 상기 제3 전극 패턴을 제외한 상기 전도성 배선 상에 절연층을 인쇄하는 단계를 더 포함하는, 전기화학 센서 태그 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서
    상기 제1 전극 패턴을 인쇄하는 단계는,
    상기 ECA을 이용하여 250 내지 350 cP의 점도, 30 내지 33 mN/m의 표면장력을 갖는 상기 전도성 카본 잉크를 제조하는 단계를 포함하는, 전기화학 센서 태그 제조 방법.
  7. 제2 항에 있어서
    상기 제3 전극 패턴을 인쇄하는 단계는,
    폴리아닐린(polyaniline) 및 CSA(camphorsulfonic acid)를 이용하여 전도성 폴리아닐린 잉크를 제조하는 단계; 및
    상기 전도성 폴리아닐린 잉크를 상기 제3 전도성 배선의 적어도 일부 상에 인쇄하여 상기 pH에 감응하는 작업 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 전기화학 센서 태그 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서
    상기 제1 내지 제3 전도성 배선들에 대하여 칩을 본딩하는 단계를 더 포함하는, 전기화학 센서 태그 제조 방법.
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