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KR101727149B1 - 생체 신호 감지용 건식 전극 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

생체 신호 감지용 건식 전극 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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KR101727149B1
KR101727149B1 KR1020150147472A KR20150147472A KR101727149B1 KR 101727149 B1 KR101727149 B1 KR 101727149B1 KR 1020150147472 A KR1020150147472 A KR 1020150147472A KR 20150147472 A KR20150147472 A KR 20150147472A KR 101727149 B1 KR101727149 B1 KR 101727149B1
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KR
South Korea
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biological signals
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dry electrodes
aminopropyltriethoxysilane
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이기원
고천주
장종민
김병직
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(주)와이브레인
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Abstract

몸체부; 상기 몸체부의 일면에 형성된 돌기부; 및 상기 돌기부의 말단 면에 형성된 코팅부;를 포함하고, 상기 몸체부 및 상기 돌기부는 전도성 실리콘을 포함하고, 상기 코팅부는 Ag, AgCl 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하는 생체 신호 감지용 건식 전극이 제공된다.

Description

생체 신호 감지용 건식 전극 및 이를 제조하는 방법{BIO-SIGNAL SENSING ELECTRODE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
생체 신호 감지용 건식 전극 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
뇌의 상태를 측정하는 방법으로서, 먼저 두피에 전극을 구비한 패드를 장착하여 전극으로부터 수신되는 뇌파를 측정하여 검사하는 EEG (electroencephalogram) 검사 또는 뇌를 방사선이나 초음파를 이용하여 여러 각도에서 단층 촬영하여 검사하는 CT검사, 자기공명에 의해 뇌를 촬영하는 MRI 검사 등이 있다.
또한, 뇌 기능을 향상시켜 지속적인 정신 질환을 치료하기 위해, 패드를 피험자의 두피에 밀착하여 경두개 직류 전기 자극(transcranial Direct Current Stimulation: tDCS) 또는 피험자의 두피에 밀착하여 경두개 교류 전기 자극 (transcranial Alternating Current Stimulation: tACS)을 이용한 뇌 전기 자극 기술이 시행되고 있다.
이러한 생체 신호 감지를 위한 장치에 사용되는 전극은 습식 전극과 건식 전극으로 나뉘는데, 일반적으로 습식 전극이 생체 신호 감지의 성능이 뛰어나 보편적으로 사용되어 왔다. 그러나, 취급 및 사용의 용이성 측면에서 건식 전극을 개발할 필요가 있다.
한국공개특허공보 제10-2004-0095336호
본 발명의 일 구현예는 생체 신호 감지 성능이 뛰어난 생체 신호 감지용 건식 전극을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 몸체부; 상기 몸체부의 일면에 형성된 돌기부; 및 상기 돌기부의 말단 면에 형성된 코팅부;를 포함하고, 상기 몸체부 및 상기 돌기부는 전도성 실리콘을 포함하고, 상기 코팅부는 Ag, AgCl 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하는 생체 신호 감지용 건식 전극을 제공한다.
상기 생체 신호 감지용 건식 전극은 건식 전극이면서도 습식 전극과 동등한 수준의 생체 신호를 얻을 수 있어서, 생체 신호 감지의 감도가 우수하며, 소요시간이 감소되고, 또한 건식 전극이기 때문에 사용이 편리하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 생체 신호 감지용 건식 전극의 단면도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 생체 신호 감지용 건식 전극을 사용하여 측정된 뇌파(raw signal)를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1에 대하여 접착 테이프를 떼어낸 뒤 얻은 사진이다.
도 4는 실시예 2에 대하여 접착 테이프를 떼어낸 뒤 얻은 사진이다.
도 5는 비교예 2에 대하여 접착 테이프를 떼어낸 뒤 얻은 사진이다.
도 6은 비교예 3에 대하여 접착 테이프를 떼어낸 뒤 얻은 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
이하에서 임의의 면의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 임의의 면의 상면 (또는 하면)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 임의의 면과 임의의 면 상에 (또는 하에) 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 생체 신호 감지용 건식 전극(1)을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 생체 신호 감지용 건식 전극(1)의 단면도이다.
상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)은 몸체부(10); 상기 몸체부(10)의 일면에 형성된 돌기부(11); 및 상기 돌기부(11)의 말단 면에 형성된 코팅부(12);를 포함하는 생체 신호 감지용 건식 전극(1)을 제공하고, 상기 몸체부(10) 및 상기 돌기부(11)는 전도성 실리콘을 포함하고, 상기 코팅부(12)는 Ag 및 AgCl을 포함한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 상기 돌기부(11)의 말단 면은 상기 돌기부(11)의 돌출 방향으로 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 돌기부(11)는 기둥 형상 또는 스파이크 형상이 복수 개로 형성되면서 격자 형상, 벌집 형상 또는 나선 형상의 배열을 따라 형성되거나, 상기 돌기부(11) 전체가 일체화된 격자 형상, 벌집 형상 또는 나선 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)은 생체 신호를 감지하는 생체 신호 감지 장치에 적용될 수 있다. 상기 생체 신호 감지 장치는 상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)을 통해 뇌파(EEG), 심전도(ECG), 근전도(EMG) 등과 같은 생체 신호를 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 생체 신호 감지 장치는 의료 기기로서, 일반인과 다른 뇌파를 감지하여 치매나 우울증과 같은 질병 상태를 모니터링할 수 있다. 상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)이 적용될 수 있는 의료 기기의 구체적인 예를 들면, 피험자의 두피에 직류 전류를 가하는 tDCS(transcranial Direct Current Stimulation) 등이 있다.
이러한, 뇌파 감지 기술 또는 뇌 전기 자극 기술에 사용되는 생체 신호 감지 장치에 적용된 상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)은 사용자의 두상에 부착시킬 수 있다.
뇌파 감지하는 생체 신호 감지 장치는 두뇌 속에 흐르는 뇌파(AC)를 전압 레벨로 감지하여 뇌파를 감지할 수 있다. 구체적으로, 뇌파가 생체 신호 감지용 건식 전극(1)으로 전달되면, 상기 몸체부(10) 및 상기 돌기부(11)는 전도성 물질인 전도성 실리콘을 주성분으로 하기 때문에 이러한 전기적인 자극을 전달할 수 있다.
생체 신호 감지용 건식 전극(1)은 생체 신호 감지 장치의 본체에 뇌파를 전달하기 위해서, 상기 몸체부(10)에 삽입된 도전성 와이어를 더 포함할 수 있다.
상기 전도성 실리콘은 제1 실리콘계 화합물 및 카본 블랙을 포함한다.
상기 제1 실리콘계 화합물은 히드록시기 함유 실리콘 화합물, 히드록시기 함유 실록산 화합물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 카본 블랙은 전도성 필러로서 작용하여 상기 제1 실리콘계 화합물이 전도성 특성을 나타낼 수 있게 하여, 상기 몸체부(10) 및 상기 돌기부(11) 내의 상기 전도성 실리콘에 전류가 흐를 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 전도성 실리콘은 상기 제1 실리콘계 화합물 100 중량부 대비 카본 블랙 약 40 중량부 내지 약 80 중량부의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 카본 블랙을 높은 함량으로 포함함으로써 전기적 전도성을 향상시킬 수 있지만, 카본 블랙을 어느 한계 이상 포함하게 되면 응집이 일어나 다른 조성과 균일한 배합을 이룰 수 없고, 또한, 접착력을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 상기 범위의 함량으로 카본 블랙을 포함시킴으로써, 적절한 전기적 전도성 특성을 부여하면서, 접착력 특성을 적절히 확보할 수 있다.
상기 돌기부(11)의 높이는 용도에 맞추어 적절하게 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 돌기부(11)의 높이는 약 3.0mm 내지 약 9.0mm일 수 있고, 이에 한정되지 않는다. 상기 돌기부(11) 높이가 너무 작으면, 예를 들어, 뇌파 측정시 두상에 접촉시 두피 상의 머리카락이 덮힌 부분의 두께보다 작을 수 있어서 두피로의 접촉이 어려울 수 있고, 반대로, 상기 돌기부 높이가 너무 크게 되면 돌기부가 충분한 힘을 가지지 못하여 머리카락이 덮힌 부분의 뚫지 못하고 머리카락 표면에서 굽어질 수 있어서 역시 두피로의 접촉이 어려울 수 있다. 두피에 접촉하지 못하고 머리카락에만 접촉하게 되면, 머리카락이 비전도성이기 때문에 뇌파 측정이 어려워지게 된다. 따라서, 상기 범위의 높이를 가지는 돌기부(11)는 뇌파 측정에 적합하다.
생체 전위는 이온의 흐름이고, 이러한 이온의 흐름이 전자로 변환(transduce)되어 뇌파를 감지한다. 예를 들어, 생체 신호 감지용 건식 전극(1)이 두상과 접촉하게 되면, 두상과의 계면에서 접촉 전위차(contact potential)가 형성되고, 이렇게 형성된 접촉 전위와 생체 신호 감지용 건식 전극(1)의 커패시턴스(capacitance) 성분에 의해 신호의 질이 결정된다. 즉, 접촉 전위차와 커패시턴스 성분이 낮을수록 일정한 신호를 읽을 수 있다.
상기 코팅부(12)는 접촉 전위차와 커패시턴스 성분이 낮은 물질인 Ag, AgCl 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하여 형성된다.
상기 코팅부(12)에 포함된 Ag와 AgCl에서 Cl- (전해질)에 의해 이온 채널(ion channel)이 형성되어 생체 신호, 즉, 이온 전류(ion current)를 효과적으로 감지할 수 있게 된다.
이와 같이, 상기 코팅부(12)는 커패시턴스 및 임피던스가 낮은 물질을 사용함으써, 생체 신호에 왜곡이 발생하지 않도록 영향을 최소화한다. 상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)은 상기 코팅부(12)를 형성함으로써, 별도의 이온 채널을 형성할 필요가 없어져서, 패치를 사용하지 않는다.
또한, 상기 코팅부(12)는 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하여 형성되고, 3-아미노프로필트리에톡시실란은 상기 돌기부(11) 내의 상기 전도성 실리콘 중의 상기 제1 실리콘계 화합물과 화학 반응에 의해 화학 결합을 형성하여 연결됨으로써, 상기 돌기부와의 코팅 접착력이 강화된다.
상기 코팅부(12)는 코팅 두께가 약 10 ㎛ 내지 약 1000 ㎛, 구체적으로, 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛일 수 있다. 상기 코팅부(12)의 코팅 두께가 너무 얇으면 내구성 및 신뢰성이 낮아지고, 너무 두꺼우면 임피던스가 커지게 되므로, 상기 범위의 두께를 갖도록 하여 임피던스를 낮추면서도 적절히 내구성과 신뢰성을 부여할 수 있다.
상기 코팅부(12)는 코팅층 형성을 위하여 Ag와 AgCl 이외에도 적절히 바인더 수지와 제2 실리콘계 화합물을 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 바인더 수지는 열경화에 의해 경화될 수 있는 수지를 사용할 수 있고, 구체적으로, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 비닐 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 상기 바인더 수지는 Ag와 AgCl을 포함하여 상기 코팅부(12)의 코팅층이 형성될 수 있도록 소정의 함량으로 사용될 수 있다.
상기 제2 실리콘계 화합물은, 구체적으로, 히드록시기 함유 실리콘 화합물, 히드록시기 함유 실록산 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 실리콘 중 제1 실리콘계 화합물로 사용되는 물질을 동일하게 사용할 수 있다. 상기 제2 실리콘계 화합물은 상기 코팅부(12) 중 약 10 중량% 미만으로 포함될 수 있다.
상기 코팅부(12)를 형성하기 위한 코팅 조성물은 상기 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하고, 상기 코팅 조성물이 딥 코팅법, 전기 도금법, 스프레이 코팅 또는 증착 코팅 등의 공지된 방법에 따라 수행되어 상기 코팅부(12)를 형성하게 되면, 상기 3-아미노프로필트리에톡시실란의 에톡시기 중 일부는 상기 코팅부(12) 내의 제2 실리콘계 화합물과 축합 반응에 의해 연결되어 망상 구조를 형성한다. 또한, 상기 돌기부의 말단면과의 계면에 접하는 3-아미노프로필트리에톡시실란의 에톡시기 중 일부는 상기 돌기부 내에 포함된 상기 전도성 실리콘 중 상기 제1 실리콘계 화합물과 축합 반응에 의해 화학결합으로 연결된다.
상기 제1 실리콘계 화합물 및 제2 실리콘계 화합물은 모두 히드록시기를 함유하므로, 이들 히드록시기와 상기 3-아미노프로필트리에톡시실란의 에톡시기가 축합 반응에 의해 열결될 수 있다.
상기 코팅부(12)는 Ag와 AgCl의 총 함량이 약 60 wt% 내지 약 95 wt%일 수 있다. 상기 코팅부(12)가 Ag와 AgCl을 상기 함량으로 포함하여 상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)이 생체 신호를 감지할 때, 적절한 전도성을 확보하면서도, 생체 신호에 노이즈가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 코팅부(12)에서, Ag 대 AgCl의 중량비가 약 50:50 내지 약 95:5일 수 있다. AgCl의 함량이 Ag에 대하여 상기 범위가 되도록 함량을 조절함으로써, 상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)이 생체 신호를 감지할 때, 적절한 전도성을 확보하면서도, 생체 신호에 노이즈가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
상기 코팅부(12)는 3-아미노프로필트리에톡시실란을 약 0.1 내지 약 10 중량% 포함할 수 있다. 상기 코팅부(12)가 약 10 중량% 초과하는 고함량의 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하게 되면, 실리콘 화합물과 축합 반응을 하지 않고 미반응 3-아미노프로필트리에톡시실란이 코팅 결함을 유발할 우려가 있을 수 있다.
상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)은 상기 몸체부(10)의 상기 돌기부(11)가 형성된 일면을 제외한 다른 면 상에 형성된 비전도성 커버부를 더 포함할 수 있다. 사용자는 비전도성 커버부가 손에 닿도록 하여 상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)을 잡을 수 있기 때문에, 안전하게 상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 일면에 돌기부(11)가 형성된 몸체부(10)를 전도성 실리콘을 포함하도록 성형하는 단계; 및 상기 돌기부(11)의 말단 면에 Ag, AgCl 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하는 코팅부(12)를 코팅하는 단계;를 포함하는 생체 신호 감지용 건식 전극(1)의 제조 방법을 제공한다.
상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)의 제조 방법에 따라서 전술한 생체 신호 감지용 건식 전극(1)을 제조할 수 있다. 따라서, 상기 생체 신호 감지용 건식 전극(1)의 제조 방법에 따라 제조된 생체 신호 감지용 건식 전극(1)에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 같다.
일면에 돌기부(11)가 형성된 몸체부(10)는 전도성 실리콘, 즉, 제1 실리콘계 화합물 및 카본 블랙을 포함하는 실리콘 전도성 조성물을 준비한 뒤, 상기 실리콘 전도성 조성물을 성형하여 돌기부(11)가 형성되도록 제조할 수 있다. 일면에 돌기부(11)가 형성된 몸체부(10)를 성형하는 방법은 공지된 방법에 따를 수 있고, 특정 방법에 제한되지 않는다.
일면에 돌기부(11)가 형성된 몸체부(10)를 형성하기 위한 실리콘 전도성 조성물은, 구체적으로, 전도성 실리콘으로서, 히드록시기 함유 실리콘 화합물, 히드록시기 함유 실록산 화합물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 제1 실리콘계 화합물; 및 카본 블랙을 포함할 수 있다.
상기 일면에 돌기부(11)가 형성된 몸체부(10)를 형성하기 위한 실리콘 전도성 조성물은 상기 전도성 실리콘 100 중량부 대비 카본 블랙 약 40 중량부 내지 약 80 중량부의 함량비로 혼합하여 준비할 수 있다.
상기 돌기부(11)의 말단 면에 Ag, AgCl 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하는 코팅부(12)를 코팅하는 단계는 예를 들어, 딥 코팅법, 전기 도금법, 스프레이 코팅 또는 증착 코팅 등의 공지된 방법에 따라 수행할 수 있다.
상기 돌기부(11)의 말단 면에 코팅부(12)를 형성하기 위해 딥 코팅법에 의하는 경우, 먼저, 바인더 수지, 제2 실리콘계 화합물, Ag 분말, AgCl 분말, 3-아미노프로필트리에톡시실란 및 용제를 혼합하여 코팅 조성물을 제조한 다음, 이어서, 상기 코팅 조성물에 상기 몸체부(10)에서 연장된 돌기 형상의 말단 면을 딥핑한 뒤 열경화시켜 코팅부(12)로 말단 면이 코팅된 돌기부(11)를 형성할 수 있다.
상기 바인더 수지 및 상기 제2 실리콘계 화합물에 대한 상세한 설명은 전술한 바와 같다.
상기 코팅 조성물 중 Ag와 AgCl의 함량은 제조된 상기 코팅부(12) 중 Ag와 AgCl의 총 함량이 약 60 wt% 내지 약 95 wt%가 되도록 함량을 조절하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 코팅 조성물의 고형분 함량 중 3-아미노프로필트리에톡시실란을 약 0.1 내지 약 10 중량% 포함할 수 있다.
상기 코팅 조성물 중 Ag 대 AgCl의 중량비가 약 50:50 내지 약 95:5 일 수 있다.
상기 열경화는 약 80 내지 약 200℃에서 수행할 수 있다. 상기 열경화를 온도 범위에서 수행함으로써, 원하는 소정의 두께로 코팅부(12)가 형성되게 할 수 있다. 열경화 수행시, 상기 제2 실리콘계 화합물이 열경화 반응을 하면서 망상 구조를 형성할 수 있고, 전술한 바와 같이, 3-아미노프로필트리에톡시실란이 함께 망상 구조를 형성할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 열경화 수행시, 상기 돌기부(11)의 말단면과의 계면에 접하는 3-아미노프로필트리에톡시실란은 상기 돌기부(11) 내의 상기 제1 실리콘계 화합물과 축합 반응에 의해 화학결합으로 연결될 수 있다.
열경화를 수행하는 시간은 용도와 원하는 물성에 따라 적절히 수행할 수 있으며, 예를 들어, 전술한 약 10 ㎛ 내지 약 1000 ㎛의 두께의 코팅부(12)를 형성하는 경우, 상기 온도 범위에서 약 1분 내지 약 150 분 동안 수행할 수 있다.
상기 코팅부(12)는 1회 딥핑과 경화에 의해 형성할 수도 있고, 이를 2회 이상 반복하여 형성할 수도 있다. 예를 들어, 약 150 ㎛ 두께로 형성한 뒤, 동일하게 2회 더 반복하여 총 450 ㎛ 두께의 코팅부(12)를 형성할 수 있다.
상기 코팅 조성물은 점도를 조절하여 형성되는 코팅부(12)의 두께를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅 조성물의 점도는 약 25℃에서 약 20,000 cps 내지 약 25,000 cps 일 수 있다. 상기 범위의 점도를 가지는 코팅 조성물을 사용하여, 전술한 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛ 두께의 코팅부(12)를 형성할 수 있고, 그 이상의 두께를 가지도록 형성할 수도 있다.
상기 코팅 조성물의 점도는 적절히 용제의 함량에 의해 조절할 수 있고, 상기 범위의 점도를 가지도록 한 상기 코팅 조성물 중 Ag 및 AgCl의 총 함량이 약 50 내지 약 95 중량%으로 포함되게 할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 )
실시예 1
먼저, 전도성 실리콘 (상품명: SH6570U, 제조사: KCC, 제1 실리콘계 화합물 100 중량부 및 카본 블랙 50 중량부 포함함)을 준비하였다. 상기 전도성 실리콘을 사용하여 도 1의 형상와 같이 일면에서 돌기 형상이 형성된 몸체부를 성형하여 준비하였다.
별도로, Ag 및 AgCl 혼합 분말 63 중량부 (Ag 및 AgCl 혼합 분말 중 Ag : AgCl 중량비는 82 : 18 임), 데카메틸테트라실록산 7.8 중량부, 에폭시 수지 11.8 중량부를 자일렌, 톨루엔 및 에틸벤젠의 혼합 용매 17.4 중량부를 혼합하였고, 여기에 메틸에틸케톤(MEK)를 더하여, 25℃에서 20,000 cP의 점도가 되도록 코팅 조성물을 준비하였다. 여기에, 3-아미노프로필트리에톡시실란을 코팅 조성물 중 2 중량%가 되는 함량으로 첨가하였다.
상기 코팅 조성물에 상기 돌기부의 말단 면을 딥핑한 뒤, 100℃에서 2시간 동안 열경화하여, 두께 150 ㎛의 코팅부가 돌기부의 말단면에 형성된 생체 신호 감지용 건식 전극을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서 코팅부를 형성하기 위한 코팅 조성물 중 Ag 및 AgCl 혼합 분말 중 Ag : AgCl 중량비는 70 : 30으로 한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 생체 신호 감지용 건식 전극을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 코팅부를 형성하기 위한 코팅 조성물 중 Ag 및 AgCl 혼합 분말 중 Ag : AgCl 중량비는 70 : 30으로 하고, 코팅 조성물 중 3-아미노프로필트리에톡시실란의 함량을 4 중량%가 되도록 한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 생체 신호 감지용 건식 전극을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 코팅부를 형성하지 않고, 생체 신호 감지용 건식 전극을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서 3-아미노프로필트리에톡시실란을 첨가하지 않고, 코팅 조성물을 준비하여 코팅부를 형성한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 생체 신호 감지용 건식 전극을 제조하였다.
비교예 3
실시예 2에서 3-아미노프로필트리에톡시실란을 첨가하지 않고, 코팅 조성물을 준비하여 코팅부를 형성한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 생체 신호 감지용 건식 전극을 제조하였다.
실험예 1
도 2는 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 생체 신호 감지용 건식 전극을 사용하여 측정된 뇌파(raw signal)를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 2에서 실시예 1은 초록색 선이고, 비교예 1은 파란색 선으로 나타나고 있다. 비교예 1은 신호의 진폭이 커서 노이즈가 포함되었음을 예상할 수 있고, 반면, 실시예 1은 신호의 진폭이 크지 않아서 노이즈가 심하지 않으면서, 뇌파를 잘 감지했음을 확인하였다.
실험예 2
실시예 1-2 및 비교예 2-3에 대하여, 돌기부와 코팅부의 접착력을 평가하였다.
실시예 1 및 비교예 2의 생체 신호 감지용 건식 전극의 코팅부에 접착 테이프 (상품명: #396 테이프, 3M 제조)를 붙인 뒤, 바로 떼어내었다.
도 3은 실시예 1에 대하여 접착 테이프를 떼어낸 뒤 얻은 사진이다.
도 4는 실시예 2에 대하여 접착 테이프를 떼어낸 뒤 얻은 사진이다.
도 5는 비교예 2에 대하여 접착 테이프를 떼어낸 뒤 얻은 사진이다.
도 6은 비교예 3에 대하여 접착 테이프를 떼어낸 뒤 얻은 사진이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 실시예 1-2의 경우, 코팅부가 돌기부로부터 전혀 탈리되지 않았다. 반면, 도 5 및 도 6을 참고하면, 비교예 2-3의 경우, 코팅부가 돌기부로부터 상당히 탈리되어 접착 테이프로 전이되었다.
상기 결과로부터, 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하는 실시예 1-2의 경우, 코팅부와 돌기부의 접착력이 매우 향상되었음을 확인할 수 있었다.
실험예 3
실시예 2-3 및 비교예 3에 대하여, 돌기부와 코팅부의 접착력을 접착력 테스트 장비 (모델명: ESM301, Mark - 10 社 제조)를 이용하여 평가하였다.
실시예 2-3 및 비교예 3의 생체 신호 감지용 건식 전극의 코팅부에 대하여, 상기 장비를 이용하여 180도 박리 테스트를 수행하여 탈착시 강도를 측정함으로써 접착 강도를 평가하였다. 평가 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
구분 접착 강도(180도 탈착 강도) [gf/cm]
실시예 2 225.90
실시예 3 254.11
비교예 3 34
실시예 2-3의 접착 강도가 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하지 않는 비교예 3 대비하여 월등히 우수함을 알 수 있고, 또한, 3-아미노프로필트리에톡시실란의 함량이 더 높은 실시예 3의 접착 강도가 더욱 우수하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
1: 생체 신호 감지용 건식 전극
10: 몸체부
11: 돌기부
12: 코팅부

Claims (14)

  1. 몸체부;
    상기 몸체부의 일면에 형성된 돌기부; 및
    상기 돌기부의 말단 면에 형성된 코팅부;를 포함하고,
    상기 몸체부 및 상기 돌기부는 전도성 실리콘을 포함하고,
    상기 코팅부는 Ag, AgCl 및 3-아미노프로필트리에톡시실란을 포함하는
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌기부의 말단 면은 상기 돌기부의 돌출 방향으로 볼록한 곡면으로 형성된
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 실리콘은 히드록시기 함유 실리콘 화합물, 히드록시기 함유 실록산 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 제1 실리콘계 화합물; 및
    카본 블랙을 포함하는
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전도성 실리콘은 제1 실리콘계 화합물 100 중량부 대비 카본 블랙 40 중량부 내지 80 중량부 포함하는
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 돌기부의 높이가 3.0mm 내지 9.0mm인
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅부의 코팅 두께가 10 ㎛ 내지 1000 ㎛인
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코팅부는 바인더 수지 및 제2 실리콘계 화합물을 더 포함하는
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 3-아미노프로필트리에톡시실란은 상기 제2 실리콘계 화합물과 축합 반응에 의해 연결되어 망상 구조를 형성한
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 돌기부의 말단면과의 계면에 접하는 3-아미노프로필트리에톡시실란이 상기 돌기부의 상기 제1 실리콘계 화합물과 축합 반응에 의해 화학결합으로 연결된
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 비닐 수지, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 실리콘계 화합물은 히드록시기 함유 실리콘 화합물, 히드록시기 함유 실록산 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 코팅부에서, Ag 대 AgCl의 중량비가 50:50 내지 95:5인
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 코팅부는 3-아미노프로필트리에톡시실란을 0.1 내지 10 중량% 포함하는
    생체 신호 감지용 건식 전극.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 돌기부는 기둥 형상 또는 스파이크 형상이 복수 개로 형성되면서 격자 형상, 벌집 형상 또는 나선 형상의 배열을 따라 형성되거나, 상기 돌기부 전체가 일체화된 격자 형상, 벌집 형상 또는 나선 형상으로 형성된
    생체 신호 감지용 건식 전극.
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