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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정연호
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 한밭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수23
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 논문은 위식도 역류질환 진단을 위한 인체 삽입형 pH 측정 시스템 개발에 관한 것으로 pH 측정이 가능한 마이크로 사이즈의 전극과 이를 결합한 무선 측정 시스템 개발에 관한 것이다. 기존의 pH 측정이 가능한 전극은 유리로 이루어진 얇은 막 내부에 염화칼륨(Potassium Chloride, KCl)이 포함된 구조로 인체 삽입 시 유리막의 파손 및 용액 누출과 같은 문제점이 발생할 경우 신체에 매우 치명적이므로 본 연구에서는 이와 같은 문제를 고려하여 기준전극과 센싱전극을 고체형태로 제작하였다. Ag/AgCl의 경우 온도 사이클에 대한 전위의 히스테리시스가 적고 고온에서도 전위가 안정적이며 간단한 구조와 저렴한 제조비용 등의 장점이 있어 기준전극으로 사용하였다. 센싱전극으로 사용한 Ir/IrOx는 250℃의 고온, 고압 및 가혹한 환경에서도 우수한 안정성을 나타낼 뿐만 아니라 연속 검출이 가능하고 제조의 용이성으로 인해 매우 작은 사이즈로 제작이 가능하여 센싱전극으로 적합한 물질이다. Ag/AgCl 기준전극의 경우 내부용액으로 사용되는 염화칼륨을 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)과 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC)을 이용하여 고체화시킨 후 전극에 코팅하였으며 이후 다이어프램으로서의 역할을 위한 나피온(Nafion, C7HF13O5S·C2F4) 코팅을 통해 고체형태의 코팅막에서 발생하는 염화칼륨의 누출방지 및 수소이온의 높은 이동성을 갖도록 하였다.
Ir wire를 Rapid Thermal Processing(RTP)에서 800℃로 산화시켜 Ir/IrOx 센싱전극을 제작하였으며 전체적인 전극의 사이즈는 길이 약 30㎜, 직경 0.25㎜로 하였다. 제작한 전극의 pH 측정 가능성 및 성능 평가를 위해 상용 pH meter와 비교 측정을 진행하였으며 pH 레벨에 따라 비슷한 추세로 측정되는 것을 확인하였다. 이후 위식도 역류질환 증상에 대한 전극 성능 평가, 모의 최장역류시간 측정 실험 및 전극 지속측정 평가와 같은 위식도 역류질환과 관련된 실험을 진행한 결과 시간의 변화 및 역류의 빈도와 상관없이 제작한 전극이 일정한 값을 측정하여 실제 위식도 역류질환 증상의 측정 가능성을 확인하였다. 신체 내의 pH 레벨을 외부에서 측정 가능하도록 센서를 인덕터와 커패시터가 공진하도록 설계하였으며 역전압의 크기에 의해 변화하는 가변 커패시터를 사용하여 pH 레벨에 따라 변화하는 공진 주파수가 변하도록 하였다. 제작한 전극과 무선통신 회로를 결합한 후 네트워크 애널라이저를 통해 무선통신 성능 평가를 진행하였으며 pH 레벨에 따라 공진 주파수가 변화하는 것을 측정하였다. 이는 제작한 pH 모니터링 시스템이 pH 농도의 변화를 무선으로 측정 가능하다는 것으로 판단된다.
추후 센서 시스템을 인체 내부에 삽입하기 위한 패키징 물질의 생체 호환성 및 내화학성 테스트를 통해 제안하는 pH 모니터링 시스템을 생체 내에 삽입 가능토록 하고 센서의 공진 주파수를 외부에서 측정 가능한 리더기를 제작하여 인체 내부에 삽입되는 센서와의 무선통신을 통해 위식도 역류질환 진단이 가능한 의료기기로 활용하고자 한다.
Ir wire를 Rapid Thermal Processing(RTP)에서 800℃로 산화시켜 Ir/IrOx 센싱전극을 제작하였으며 전체적인 전극의 사이즈는 길이 약 30㎜, 직경 0.25㎜로 하였다. 제작한 전극의 pH 측정 가능성 및 성능 평가를 위해 상용 pH meter와 비교 측정을 진행하였으며 pH 레벨에 따라 비슷한 추세로 측정되는 것을 확인하였다. 이후 위식도 역류질환 증상에 대한 전극 성능 평가, 모의 최장역류시간 측정 실험 및 전극 지속측정 평가와 같은 위식도 역류질환과 관련된 실험을 진행한 결과 시간의 변화 및 역류의 빈도와 상관없이 제작한 전극이 일정한 값을 측정하여 실제 위식도 역류질환 증상의 측정 가능성을 확인하였다. 신체 내의 pH 레벨을 외부에서 측정 가능하도록 센서를 인덕터와 커패시터가 공진하도록 설계하였으며 역전압의 크기에 의해 변화하는 가변 커패시터를 사용하여 pH 레벨에 따라 변화하는 공진 주파수가 변하도록 하였다. 제작한 전극과 무선통신 회로를 결합한 후 네트워크 애널라이저를 통해 무선통신 성능 평가를 진행하였으며 pH 레벨에 따라 공진 주파수가 변화하는 것을 측정하였다. 이는 제작한 pH 모니터링 시스템이 pH 농도의 변화를 무선으로 측정 가능하다는 것으로 판단된다.
추후 센서 시스템을 인체 내부에 삽입하기 위한 패키징 물질의 생체 호환성 및 내화학성 테스트를 통해 제안하는 pH 모니터링 시스템을 생체 내에 삽입 가능토록 하고 센서의 공진 주파수를 외부에서 측정 가능한 리더기를 제작하여 인체 내부에 삽입되는 센서와의 무선통신을 통해 위식도 역류질환 진단이 가능한 의료기기로 활용하고자 한다.
목차
표 목 차 ⅲ그 림 목 차 ⅲ국 문 요 약 ⅴⅠ. 서 론 1Ⅱ. 위식도 산도 측정의 배경이론 52.1 pH의 정의 52.2 위식도 역류질환(GERD)이란 72.3 기존 위식도 산도 측정방법 및 한계 122.3.1 내시경 검사 122.3.2 24시간 식도 산도검사 142.3.3 Bravo 센서 162.3.4 BEST 센서 17Ⅲ. 전극의 이론적 배경 183.1 기준전극의 종류 183.1.1 표준수소전극 193.1.2 Hg/Hg2Cl2 전극 (Calomel Electrode) 213.1.3 은-염화은 전극 (Ag/AgCl Electrode) 233.2 센싱전극의 종류 253.2.1 제 1 종 전극 253.2.2 제 2 종 전극 253.2.3 금속 산화/환원 전극 (Metallic Redox Electrode) 263.3 Iridium and Iridium oxide (Ir/IrOx) 263.3.1 Ir/IrOx 전극 제조 방법 27Ⅳ. pH 복합전극 제작 및 센서 회로 설계 294.1 복합전극 동작원리 294.2 Ag/AgCl 기준전극 제작 314.3 Ir/IrOx 센싱전극 제작 384.4 센서 회로 설계 42Ⅴ. 실험 및 고찰 435.1 상용 pH meter와의 비교 측정 435.2 위식도 역류질환 증상에 대한 전극 성능평가 455.3 모의 최장역류시간 실험 475.4 전극 지속측정 가능성 평가 485.5 무선측정 성능 평가 50Ⅵ. 결 론 52Ⅶ. 향 후 계 획 (Future Works) 53참 고 문 헌 54ABSTRACT 60
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