Flexible piezoresistive pulse sensor using biomimetic mold and PEDOT:PSS thin film
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 최범규
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000063297
- UCI I804:11029-000000063297
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
심혈관계 질환 중 일부는 초기에 환자들이 증상을 잘 느낄 수 없기 때문에 지속적인 심혈관계 관련 생체신호 모니터링이 필요하다. 본 학위논문에서는 상어의 피부에 형성되어 있는 미세구조 패턴을 직접 몰드로써 이용해 PDMS 유연 기판을 형성하였으며, 이에 감지소재로써 전도성 폴리머인 PEDOT:PSS를 도포하여 유연 생체모사 압저항형 맥박센서를 제작하였다. 제작 된 소자는 상어 피부의 독특한 구조로 인하여 압저항 효과뿐만 아니라 접촉 저항의 변화로 인해 평평한 PDMS기판 상에 형성 된 소자에 비해 현저한 저항 변화를 보였으며, 민감도는 0.7 kPa까지의 낮은 압력 영역에서는 62.56 kPa-1, 그 이상(0.7에서 ~6 kPa까지) 에서는 8.32 kPa-1로 계산되었다. 제작된 맥박센서를 통하여 저자의 맥파를 측정, 분석한 결과는 S.I : 6.73 m/s, R.I : 64.03%로 정상범위에 근접하였다. 혈관 나이를 측정한 결과는 24.5세로 측정 당시 저자의 실제 나이와 유사하였다. 또한, 맥진 부위인 관과 척과 같은 측정 지점에 따라 측정된 맥박의 파형이 차이를 보임을 확인하였다. 따라서 제작된 제작된 유연 압저항형 맥박센서를 생체신호 모니터링에 사용할 수 있음을 확인하였다. 또한, 상어 피부의 미세구조를 모방하고 최적화하여 윈도우 마스크를 설계하고 이를 XeF2 식각 공정에 이용하여 실리콘 웨이퍼 상에 복제용 몰드를 제작하였다.
more초록/요약
Because cardiovascular diseases (CVDs) are difficult for patients to recognize at the early stage, the physiological signal monitoring related with CVDs is required. In this thesis, the shark skin was used as a biomimetic replica mold, PDMS substrate was replicated and PEDOT:PSS was coated on it to fabricate flexible piezoresistive pulse sensor (briefly, FPPS) element. The unique geometry of shark skin remarkably affects the decrease of the contact resistance than the case of the planar substrate. In the low pressure range less than 0.7 kPa and high pressure range from 0.7 to ~6 kPa, the sensitivities were 62.56 kPa-1 and 8.32 kPa-1, respectively. Through the analysis of measured data from human body using fabricated FPPS, the S.I of 6.73 m/s and R.I of 64.03% were close to normal range. And calculated vascular age was similar to actual age of subject. Furthermore, measured two pulse shapes are a little different with measuring points such as guan and chi. We could recognize the fabricated FPPS discriminate between chi and guan position through measuring pulse data from human body. So, the designed and fabricated biomimetic FPPS using shark skin mold and PEDOT:PSS film could be used to measure the physiological pulse signals from human body. Also, in order to fabricate artificial molds using isotropic dry etching process on Si wafers, which was mimicking the microstructure of shark skin, we designed and analyzed structure for obtaining high sensitivity using optimization method. Based on the designed mask, artificial master molds were fabricated using Si wafers and the XeF2 etching.
more