This thesis reports the development and implementation of a flexible micro-sized ultrasonic transducer that enables it to attach to the skin. A previous ultrasonic transducer is hard to adhere to the skin because of too bulky and rigid, so it is not able to be utilized continuously. In this work, the developments of patch-type ultrasound coupling medium, flexible micro-sized ultrasonic transducer, and flexible device with bending modulation were conducted for the implementation and utilization of the patchable ultrasonic transducer. For the development of a patch-type ultrasound coupling medium, biocompatible silk material was used and characteristics of adhesiveness, ultrasound transmission, and conformal contact were analyzed. The patch-type ultrasound coupling medium was verified through ultrasound imaging, heating, and stimulation. To fabricate a flexible micro-sized ultrasonic transducer, micro-electromechanical systems (MEMS) and flex-to-rigid (FTR) process were conducted. The electrical, mechanical, and acoustic properties of the flexible ultrasonic transducer were analyzed and durability and uniformity of the FTR CMUT were verified. To maintain a specific bending angle, low melting temperature metal alloy (LMPA) was inserted among ultrasonic elements. Through inserting LMPA, an ultrasonic transducer with bending modulation was implemented. Based on the flexible ultrasonic transducer with bending modulation, organ-specific ultrasound stimulation was conducted to treat rheumatoid arthritis
본 학위 논문은 마이크로 사이즈의 초음파 소자를 유연한 형태로 개발 및 구현하여 피부에 부착할 수 있는 형태로 적용하였다. 기존 초음파 소자는 부피가 크고 딱딱하여 피부에 부착할 수 없어서 지속적인 활용이 어려웠다. 본 연구에서는 피부에 부착 가능한 초음파 소자 구현을 위하여 패치 형태의 초음파 커플링 물질, 마이크로 사이즈의 유연한 형태의 정전용량형 미세가공 초음파 소자 그리고 굴곡 조절이 가능한 초음파 소자를 개발 및 구현하였다. 초음파 커플링 패치 구현을 위하여 생체 적합한 실크 물질을 이용하였고 접착성, 초음파 투과 여부, 등각 접촉을 확인 및 분석하였고 이를 초음파 이미징, 히팅, 자극에 활용하여 검증하였다. 마이크로 사이즈의 유연 초음파 소자를 구현하기 위하여 멤스 (MEMS) 공정 이용 및 플렉스 리지드 (FTR) 공정 활용을 통하여 정전용량형 미세 가공 초음파 소자를 구현하였으며 소자의 전기적, 기계적, 음향 특성을 확인 및 분석하였고 굽힘에 따른 안정성을 확인하였다. 특정한 각도의 굴곡을 유지 하기 위하여 낮은 녹는점을 가지는 금속 합금을 초음파 소자 사이에 삽입하여 굴곡 조절이 가능하게 하였고 유연한 초음파 소자 형태로 활용하였다. 이를 통해 대표적인 자가면역질환 중 하나인 류마티스 관절염에 대한 완화 효과 여부를 보았다.
