본 논문은 반도체 공정(MEMS)을 이용한 커패시티브 압력 센서를 이용하여 절취된 기니피그 대장의 압력을 실시간으로 측정하는 것에 대한 내용으로, 대장의 연동운동에 따른 압력변화를 실시간으로 측정하기 위한 생체 삽입형 능동형 소자로의 개발을 목표로 하였다. 센서는 상/하부 기판에 형성된 두 전극 사이 간격에 의해 형성되는 ...
본 논문은 반도체 공정(MEMS)을 이용한 커패시티브 압력 센서를 이용하여 절취된 기니피그 대장의 압력을 실시간으로 측정하는 것에 대한 내용으로, 대장의 연동운동에 따른 압력변화를 실시간으로 측정하기 위한 생체 삽입형 능동형 소자로의 개발을 목표로 하였다. 센서는 상/하부 기판에 형성된 두 전극 사이 간격에 의해 형성되는 커패시터(C)로 구성되어 각 대장 연동운동부위인 근위부, 중앙부, 원위부 3개의 커패시터 병렬회로를 갖는다. 따라서 센서는 압력 인가 시 발생하는 기판의 기계적 변형에 의해 커패시턴스가 변하게 되고, 이러한 변화는 외부 전원 인가 시 커패시터 충 방전 횟수의 변화로 이어지며, 전기적으로 연결된 외부 측정보드를 통해 실시간으로 측정된다. 결론적으로 센서는 기계적 입력 값인 압력을 전기적 출력 값인 커패시턴스로 해석하는 원리를 갖는다. 이러한 원리를 바탕으로 Computer Aided Engineering (CAE) 프로그램인 ANSYS workbench를 통해 압력 인가 시 발생하는 기판의 기계적 변위에 대한 시뮬레이션을 수행 하였으며 시뮬레이션 결과를 바탕으로 AUTOCAD와 SOLIDWORKS를 이용하여 센서를 설계하였다. 설계된 센서는 생체 적합성폴리머 물질인 polyimide film위에 반도체 공정 기반의 초소형 소자 제작 방법인 MEMS (Micro Electro Mechanical System) 공정과 반도체 기기 접합에 사용되는 접합물질인 OCA (Optically Clear Adhesive) film을 이용하여 두 기판을 접합하였다. 기판에 제작된 압력센서는 초단파 레이저 (Femto second laser) 가공을 통해 개별 센서를 제작하였으며, 실험에 사용된 기니피그의 실제 대변의 크기와 모양이 동일한 형태의 인공대변 (Artificial fellet)을 3D 프린터로 제작하여 센서의 상 하부에 부착하였다. 또한 특성 실험을 위해 성능 평가 시스템을 구성하였으며, 센서의 선형성 및 밀폐성 특성을 평가하여 절취된 기니피그의 대장에 삽입 후 대장 근육운동에 영향을 미치는 담즙산의 일종인 DCA (deoxycholic acid)를 투여하여 그에 따른 대장내부의 압력을 분석하였으며, 실시간으로 변화하는 대장압력을 측정하였다.
본 논문은 반도체 공정(MEMS)을 이용한 커패시티브 압력 센서를 이용하여 절취된 기니피그 대장의 압력을 실시간으로 측정하는 것에 대한 내용으로, 대장의 연동운동에 따른 압력변화를 실시간으로 측정하기 위한 생체 삽입형 능동형 소자로의 개발을 목표로 하였다. 센서는 상/하부 기판에 형성된 두 전극 사이 간격에 의해 형성되는 커패시터(C)로 구성되어 각 대장 연동운동부위인 근위부, 중앙부, 원위부 3개의 커패시터 병렬회로를 갖는다. 따라서 센서는 압력 인가 시 발생하는 기판의 기계적 변형에 의해 커패시턴스가 변하게 되고, 이러한 변화는 외부 전원 인가 시 커패시터 충 방전 횟수의 변화로 이어지며, 전기적으로 연결된 외부 측정보드를 통해 실시간으로 측정된다. 결론적으로 센서는 기계적 입력 값인 압력을 전기적 출력 값인 커패시턴스로 해석하는 원리를 갖는다. 이러한 원리를 바탕으로 Computer Aided Engineering (CAE) 프로그램인 ANSYS workbench를 통해 압력 인가 시 발생하는 기판의 기계적 변위에 대한 시뮬레이션을 수행 하였으며 시뮬레이션 결과를 바탕으로 AUTOCAD와 SOLIDWORKS를 이용하여 센서를 설계하였다. 설계된 센서는 생체 적합성 폴리머 물질인 polyimide film위에 반도체 공정 기반의 초소형 소자 제작 방법인 MEMS (Micro Electro Mechanical System) 공정과 반도체 기기 접합에 사용되는 접합물질인 OCA (Optically Clear Adhesive) film을 이용하여 두 기판을 접합하였다. 기판에 제작된 압력센서는 초단파 레이저 (Femto second laser) 가공을 통해 개별 센서를 제작하였으며, 실험에 사용된 기니피그의 실제 대변의 크기와 모양이 동일한 형태의 인공대변 (Artificial fellet)을 3D 프린터로 제작하여 센서의 상 하부에 부착하였다. 또한 특성 실험을 위해 성능 평가 시스템을 구성하였으며, 센서의 선형성 및 밀폐성 특성을 평가하여 절취된 기니피그의 대장에 삽입 후 대장 근육운동에 영향을 미치는 담즙산의 일종인 DCA (deoxycholic acid)를 투여하여 그에 따른 대장내부의 압력을 분석하였으며, 실시간으로 변화하는 대장압력을 측정하였다.
In this paper, in order to quantify the peristalsis occurrence in a guinea pig`s large intestine, a miniaturized air-gap capacitive pressure sensor was fabricated through micro-electro-mechanical system (MEMS) technique. The proposed pressure sensor is a two-layered biocompatible polyimide substrate...
In this paper, in order to quantify the peristalsis occurrence in a guinea pig`s large intestine, a miniaturized air-gap capacitive pressure sensor was fabricated through micro-electro-mechanical system (MEMS) technique. The proposed pressure sensor is a two-layered biocompatible polyimide substrate consisting of air-gap capacitive plates between the substrates. The proposed pressure sensor was designed with a careful consideration of the structure and motility mechanism of the guinea pig`s large intestine. Artificial pellets were mounted on a prototype pressure sensor to provide some redundancies in the form of size and shape of the guinea pig feces. Capacitance of the prototype sensor was recorded to between 2.5 ~ 3 pF. This capacitance was later converted to count value using a lab fabricated data conversion system. During in vivo testing, artificial peristalsis caused by drug injection was measured by inserting the prototype pressure sensor into the guinea pig’s large intestine and pressure data obtained due to artificial peristalsis was graphed using a labview program. The proposed pressure sensor could measure the pressure changes in the proximal, medial, and distal parts of the large intestine. The results of the experiment confirmed that pressure changes of guinea pig`s large intestine was proportional to the degree of drug injection.
In this paper, in order to quantify the peristalsis occurrence in a guinea pig`s large intestine, a miniaturized air-gap capacitive pressure sensor was fabricated through micro-electro-mechanical system (MEMS) technique. The proposed pressure sensor is a two-layered biocompatible polyimide substrate consisting of air-gap capacitive plates between the substrates. The proposed pressure sensor was designed with a careful consideration of the structure and motility mechanism of the guinea pig`s large intestine. Artificial pellets were mounted on a prototype pressure sensor to provide some redundancies in the form of size and shape of the guinea pig feces. Capacitance of the prototype sensor was recorded to between 2.5 ~ 3 pF. This capacitance was later converted to count value using a lab fabricated data conversion system. During in vivo testing, artificial peristalsis caused by drug injection was measured by inserting the prototype pressure sensor into the guinea pig’s large intestine and pressure data obtained due to artificial peristalsis was graphed using a labview program. The proposed pressure sensor could measure the pressure changes in the proximal, medial, and distal parts of the large intestine. The results of the experiment confirmed that pressure changes of guinea pig`s large intestine was proportional to the degree of drug injection.
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