包括多个通孔的可附着于皮肤的柔性贴片及所述柔性贴片的制备方法

摘要

本发明涉及一种可附着于皮肤的柔性贴片及所述柔性贴片的制备方法，所述柔性贴片包括：柔性贴片层，其一个表面可附着于皮肤，并能够支撑微米级的半导体元件；以及多个孔，其从所述柔性贴片的一个表面贯通至所述柔性贴片的另一个表面。

说明书

技术领域

【相关申请】

本申请要求主张申请日为2018年12月18日、申请号为第16/223,623号的美国专利申请和申请日为2019年7月2日、申请号为第10-2019-0079399号的韩国专利申请的优先权，将其全部内容通过引用结合在本申请中。

本发明涉及一种可附着于皮肤的柔性贴片(flexible patch)，更具体地，涉及一种通过具有微型通孔(micro through-hole)图案化表面而对皮肤具有强附着力且具有高透气性的可附着于皮肤的柔性贴片及其制备方法。

背景技术

人们的生活随着工业和经济的发展而变得更加繁荣，大多数现代人的需求已经不仅仅是维持健康生活，而是渴望拥有并保持更加年轻美丽的面容和身体。为了满足这些现代人的需求，能够持续监测个人健康状态，尤其是皮肤状态(例如皮肤传感器)的适合于皮肤的电子传感技术(skin-conformable electronic sensing technology)所受的关注日益增加。

通常，为了获得关于皮肤的信息如皮肤的变化、状态等，需将皮肤传感器附着到受试者的皮肤。然而，皮肤是位于人体最外层且面积最大的外部表面器官，执行维持化合物人体稳态(homeostasis)所必需的各种基于毛孔的生理活动，如汗、皮脂分泌物(sebumsecretion)、挥发性有机排泄物。附着于皮肤的皮肤传感器的制造应考虑到上述的皮肤的生物学特性。

因此，用于监测长期健康状态或皮肤状态的高品质皮肤传感器必须同时具有附着性和透气性作为基本要求。

现有的皮肤传感器是使用渗透性较差(poor permeability)的PI或PET等高分子基板制备的，因此在附着于皮肤时存在的问题为，会阻塞皮肤的毛孔，从而妨碍皮肤的生理活动并引发炎症和刺激。如果进一步使用化学粘合剂以使皮肤传感器与皮肤之间强力粘合，则炎症可能会更加严重。受感染的皮肤会丧失针对病毒的保护功能，因此可能会发生继发感染或并发症。此外的问题在于，由于高分子基板的弹性模量(elastic modulus)比皮肤大1000倍左右，对皮肤的附着力很低，因此无法长时间附着在皮肤上或再次附着效率很低。

为了克服这种问题，正在尝试开发一种皮肤传感器，其使用机械性能与皮肤相似的PDMS等弹性聚合物(elastomer)并具有附着表面类似于章鱼吸盘或蜥蜴脚掌的微结构，但这种微结构是只存在于表面的非贯通型结构。因此，制备过程复杂且难以实现小型化。

发明内容

技术问题

根据本发明的一个方面，本发明可提供一种柔性贴片，其通过具有微型孔(micro-hole)图案化表面而对皮肤具有强附着力的同时具有高透气性。

此外，可提供一种所述柔性贴片的制备方法。

技术方案

在本发明的一个方面，可附着于皮肤的柔性贴片可包括：第一柔性层，其一个表面可附着于皮肤；第二柔性层，其比所述第一柔性层更坚硬；以及多个孔，其从所述柔性贴片的一个表面贯通至所述柔性贴片的另一个表面。

在一个实施例中，所述第一柔性层和第二柔性层可包括预聚物(pre-polymer)和硬化剂(curing agent)，并且所述第二柔性层中的硬化剂比率可大于所述第一柔性层中的硬化剂比率。

在一个实施例中，所述多个孔之间的间距可小于60μm。

在一个实施例中，所述第一柔性层或第二柔性层可由包含PDMS(聚二甲基硅氧烷)的材料制成。

在一个实施例中，所述柔性贴片可包括圆形的多个孔。

在一个实施例中，所述柔性贴片可进一步包括哑铃形(dumbbell)的多个孔。

在一个实施例中，所述第一柔性层的厚度t1和第二柔性层的厚度t2可根据以下数学式确定：

W≥W

t＝t1+t2

其中，t表示柔性贴片的厚度，E1表示第一柔性层的弹性模量，E2表示第二柔性层的弹性模量，R表示附着于皮肤的柔性贴片的曲率，γ

在本发明的另一个方面，可附着于皮肤的柔性贴片的制备方法可包括以下步骤：在模具上形成第一牺牲层，所述模具的一个表面上形成有多个凹陷的凹槽；在所述第一牺牲层上形成柔性贴片层；使板(board)与柔性贴片层接触，并摩擦(rubbing)所述板或柔性层以去除柔性贴片层的超过凹槽的部分；以及蚀刻所述第一牺牲层以获得具有多个孔的柔性贴片。

在一个实施例中，在去除所述柔性层的步骤中，所述板可包括基板、以及形成在所述基板(substrate)的一个表面上的第二牺牲层。其中，所述第二牺牲层与所述柔性层的超过凹槽的部分接触。

在一个实施例中，去除所述柔性贴片层的步骤可进一步包括以下步骤：对所述接触部分进行加热。

在一个实施例中，去除所述柔性层的步骤可进一步包括以下步骤：对所述板与柔性层的超过凹槽的部分之间的接触部分施加压力。

在一个实施例中，所述柔性贴片层可由包含PDMS(聚二甲基硅氧烷)的材料制成。

在一个实施例中，形成所述柔性贴片层的步骤可包括以下步骤：在所述牺牲层上形成第一柔性层；以及在所述第一柔性层上形成比所述第一柔性层更坚硬的第二柔性层。

在一个实施例中，所述第一柔性层的厚度t1和第二柔性层的厚度t2可根据以下数学式确定：

W≥W

t＝t1+t2

其中，t表示柔性贴片的厚度，E1表示第一柔性层的弹性模量，E2表示第二柔性层的弹性模量，R表示附着于皮肤的柔性贴片的曲率，γ

在一个实施例中，形成所述第一牺牲层的步骤可包括通过旋涂来形成第一牺牲层的步骤，其中，所述第一牺牲层可由包含PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的材料制成，所述模具的表面上可形成有能够形成圆形通孔的凹槽。

在一个实施例中，形成所述第一牺牲层的步骤可包括通过蒸镀来形成第一牺牲层的步骤，其中，所述第一牺牲层可形成为具有SAMs(自组装单层膜，Self-assembledmonolayer)结构，所述模具的表面上可形成有能够形成圆形通孔及哑铃形通孔的凹槽。

有益效果

有别于机械特性(例如弹性模量和泊松比)与皮肤不同的的现有的聚合物贴片，在根据本发明一个方面的包括通孔的柔性贴片中，作为柔性材料利用的是具有与皮肤相似的机械特性(例如弹性模量和泊松比)的柔性材料(例如，PDMS)。因此，当附着于皮肤时，界面之间不会产生机械失配(mechanical mismatch)。进而，贴片不会发生褶皱(buckling)、分离(delamination)，不会发生贴片的损伤。如上所述，由于不会发生因褶皱、分离等引起的附着性降低，因此所述柔性贴片具有强附着性。

此外，柔性贴片具有以贯通结构进行图案化的多个孔。当施加外力以附着皮肤表面时，皮肤会被捕集在孔中，由此可附着到皮肤表面。特别地，由于柔性贴片的孔为贯通型，因此孔内部所捕集的皮肤体积增加，从而能够具有较强的附着性。

此外，孔之间的间距被图案化为小于毛孔的尺寸(例如，通常毛孔为60μm或以上)，从而能够获得高透气性。

此外，柔性贴片10可具有能够实现拉胀特性的几何平面(例如，形成有哑铃形及圆形的平面)，从而能够获得优异的皮肤适应性(skin conformability)及拉伸性(stretchability)。

所述柔性贴片可用作用于制备皮肤传感器的基板。例如，在用于测定皮肤弹性的具有压电电阻变形感应功能的皮肤传感器的制备中，可用作集成有传感器电路的基板。然而，所述柔性贴片不限于此，还可用作能够集成具有各种功能的半导体电路的基板。

附图说明

为了更清楚地描述本发明或现有技术的实施例的技术方案，以下将简单介绍实施例的描述中所需的附图。相同的附图标记用于区分一个或多个附图中所示的相似元素。应理解的是，以下附图仅出于描述本说明书中实施例的目的，而不旨在限制本发明。此外，为了清楚起见，在以下附图中示出的一些元素可能经过诸如夸张、省略等多种变形。

图1a和图1b示意性地示出了根据本发明实施例的附着于受试者皮肤的柔性贴片。

图2示意性地示出了根据本发明的第一实施例的柔性贴片的制备方法的示意图。

图3a示出了根据本发明的第一个实施例的形成有多个孔的柔性贴片的几何平面。

图3b示出了根据本发明的第一个实施例的用于形成图3a的几何平面的模具的几何平面。

图4a至图4d用于描述根据本发明的第一个实施例的附着于皮肤的双层结构的柔性层的附着性。

图5示意性地示出了根据本发明的第二实施例的具有与拉胀结构特性相关的几何平面的柔性贴片的制备方法的示意图。

图6a示出了根据本发明的第二个实施例的能够实现拉胀结构特性的柔性贴片的几何平面。

图6b示出了根据本发明的第二个实施例的用于形成图6a的几何平面的模具的几何平面。

具体实施方式

当元件被称为“在”另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上或者也可以存在中间元件。对应地，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

在本说明书中，“第一”、“第二”、“第三”等术语用于描述各种元件、成分、区域、层和/或部分，但不在于限制本发明。这些术语仅用于元件、成分、区域、层或部分与另一元件、另一成分、另一区域、另一层或另一部分的区分。因此，在不脱离本发明的范围的情况下，以下描述的第一元件、成分、区域、层或部分也可以被称为第二元件、成分、区域、层或部分。

本说明书中使用的术语仅用于描述特定实施例，而不旨在限制本发明。只要语句间不存在明显的相反含义，则本说明书中使用的单数形式也包括复数形式。在说明书中使用的“包括”意指具体化特定特性、区域、整数、步骤、动作、要素和/或成分，且并不排除其他特性、区域、整数、步骤、动作、要素和/或成分的存在或附加。

“下”、“上”等表示相对空间的术语可以用于更容易地描述附图中所示的一个部分与另一部分之间的关系。这些术语旨在包括使用中的装置的其他含义或操作、以及附图中的含义。例如，如果翻转附图中所示的装置，则描述为位于其他部分之“下”的部分将被描述为位于其他部分之“上”。因此，示例性术语“下”包括上和下两种方向。装置可以旋转90°或其他角度，并且表示相对空间的术语也将根据此来解释。

尽管没有不同地定义，但是本说明书中使用的包括技术术语和科学术语在内的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。通常使用的词典中所定义的用语进一步被解释为具有与相关技术文献和当前公开的内容一致的含义，除非另有定义，否则不能被解释为理想的或极其公式化的含义。

根据本发明的实施例，能够制备具有多个通孔的可附着于皮肤的柔性贴片。所述柔性贴片具有强附着性，因此能够长时间附着于皮肤。而且，所述柔性贴片具有高透气性，因此即使长时间附着于皮肤后也能最大限度地减少对使用者的皮肤、健康的影响。

以下，将参照附图详细描述本发明的实施例。

图1a和图1b示意性地示出了根据本发明实施例的附着于受试者皮肤的柔性贴片。

参照图1，柔性贴片10为集成有半导体电路单元的基板，其至少一个表面具有可附着于皮肤的粘性。此外，柔性贴片10包括多个通孔，从而具有高透气性和强附着性。

在根据实施例的柔性贴片10中，附着于皮肤的部分131具有粘性，另一部分132具有更坚硬的强度。例如，附着于皮肤的部分131具有较低的弹性模量。另一部分132具有高于附着于皮肤的部分131的弹性模量。

在一个实施例中，柔性贴片10可具有两个或以上的层。对此将参照后述的步骤S130进行更详细的描述。

柔性贴片10可包括第一通孔图案，以获得强附着性和高透气性。所述第一通孔图案的孔在平面为圆形，并且被配置为具有贯通柔性贴片10的截面的形状的孔H

在一个实施例中，各通孔之间的间距小于60μm。在一些实施例中，各通孔之间的间距可为50μm。

所述第一通孔图案的通孔可在柔性贴片10的表面上设置为具有相同尺寸的圆形通孔重复排列，或者具有不同尺寸的圆形通孔以各种方式排列。在一个示例中，可重复设置具有相对较大直径的圆形通孔位于图1a的放大区域的中心、及具有相对较小直径的圆形通孔围绕其周围的组合。

在另一个实施例中，柔性贴片10可包括第二通孔图案，其具有能够实现拉胀结构特性的几何平面。在上述实施例中，第二通孔图案包括圆形通孔H

在第二通孔图案中，哑铃通孔H

在一个示例中，在包括如图1b所示的第二通孔图案的柔性贴片10中，一个哑铃通孔H

这种柔性贴片10具有与皮肤相似的机械特性，并且具有强附着性及高透气性(几乎100％)。柔性贴片10的一部分131通过粘性而附着于皮肤，从而将皮肤捕集于所述通孔的内部。由此，可获得强附着性。而且，由于捕集皮肤的孔是贯通柔性贴片10截面的通孔，因此能够确保高透气性。

此外，由于一部分被配置为具有较高的弹性模量，因此能够充分地支撑半导体电路，从而可应用于需要附着到皮肤的小型电子装置的制备中。

<第一实施例>

图2示意性地示出了根据本发明的第一实施例的柔性贴片的制备过程的概念图。

参照图2，根据第一实施例的柔性贴片10的制备方法包括以下步骤：在模具上形成牺牲层，其中模具的一个表面上形成有多个凹陷的凹槽(步骤S110)；以及在所述牺牲层上形成柔性贴片层(步骤S130)。

对于硬质(rigid)材料，会采用湿法/干法蚀刻方式，以形成如图1所示的几何平面结构，例如微型孔图案化表面。然而，对于相对较软的柔性材料(例如，PDMS等)，当采用干法/湿法蚀刻方式形成几何平面结构时存在的问题在于，如孔等构成几何平面结构的形状会被损坏。但是，当通过使用形成有多个凹槽的模具110在柔性材料的一个表面上形成多个孔时，可获得孔的形状不被损坏的柔性贴片层130。

模具(mold)110的一个表面上形成有多个凹槽，从而具有几何平面。如图2所示，构成模具110的几何平面的凹槽的截面形成为在一个表面向内凹陷。当在模具110上形成具有流动性的任意材料(例如包括用于形成柔性贴片层130的柔性材料等)时，凹槽会被所述任意材料填充。当所述任意材料发生硬化时，在凹槽的内部会形成高度与被填充的凹槽对应的结构物。所述凹槽可具有单一的高度，或者可具有一个或多个高度。

所述柔性贴片层130包括具有附着性的材料层以能够附着于皮肤。因此，当直接在模具110上形成柔性贴片层130时，难以将柔性贴片层130与模具110进行分离，并且在该过程中柔性贴片层130被损坏时，会降低柔性贴片层10的品质。为了克服这个问题，在用柔性材料填充模具110的凹槽之前，在模具110和柔性贴片层130之间形成牺牲层120(步骤S810)，其中牺牲层120具有抗附着层(anti-sticky layer)功能以防止柔性贴片层130和模具110之间的附着。通过使用牺牲层120，可将柔性贴片层130不受损坏地与模具110进行分离，从而可获得高品质的柔性贴片10。

所述模具110不会被蚀刻溶液所蚀刻，在施加一定热量的条件下也能够保持形状，并且具有一定的硬度。此外，模具110由非磁性材料制成。在一个示例中，可由包含硅(Si)的材料制成，但是不限于此，并且可由各种材料制成，只要所述材料不会被去除下面的牺牲层120的物质所去除、在特定温度或以上的条件下也能够保持形状、并且易于制造模具即可。

图3a示出了根据本发明的第一个实施例的用于形成图1的通孔图案的模具的几何平面，图3b示出了根据本发明的第一个实施例的形成有多个孔的柔性贴片的几何平面。

模板110所具有的凹槽的形状和分布下形成的孔使得柔性贴片10具有优异的特性，例如透气性、附着性等。在一个实施例中，形成在模板110的表面上的多个凹槽可用于形成圆形孔图案。参照图3a，为了在柔性贴片10上形成多个孔，可使用形成有多个边缘为圆形的凹槽的模板110。即，模具110为形成有围绕圆形空间的柱子的结构。使用图3a的模具110，可获得包括平面如图3b所示的通孔的柔性贴片10。

此外，在模具110的表面上形成凹槽使可考虑将被集成在柔性贴片10上的半导体电路的设计。在一些实施例中，形成在模具110表面的多个凹槽可形成圆形孔图案，并且所述圆形孔图案可包括具有相对较大直径的一个圆形孔及围绕所述一个圆形孔的具有相对较小直径的多个圆形孔的组合。

在一个实施例中，形成在模具110中的多个凹槽可分布为使得柔性贴片10的孔之间的间距小于60μm。毛孔根据所在的皮肤位置而具有不同的尺寸。例如，据悉毛孔面积具有60μm或以上的直径，并且平均具有80μm的直径。此外，由于需排出的代谢物的量、如温度调节等汗液所执行的生物功能因根据皮肤位置而不同，因此根据身体部位以不同的分布密度排列。例如，毛孔的分布密度在背部为60cm

基于这些毛孔的尺寸、面积信息，柔性贴片10的孔之间的间距应形成为小于60μm。当孔之间的间距为60μm或以上时，柔性贴片10中的孔以外的表面可能会阻塞毛孔。因此，孔之间的间距小于60μm的柔性贴片10可获得更高的透气性(例如，几乎100％的透气性)。在一些实施例中，可通过利用具有使孔之间的间距为50μm的通孔图案的模具10来制备柔性贴片10。

获得高透气性的主要因素是通孔之间的间距。通孔的尺寸对附着性和透气性均有影响。这是因为通孔的尺寸越大，与空气接触的皮肤面积越大，但所捕集的皮肤体积也会越小。在本发明的实施例中，虽然通孔的尺寸小，但通过减小通孔之间的间距，可获得高透气性及强附着性。通孔的尺寸可在不影响附着性的范围内进行各种设置。

在一个实施例中，孔的尺寸的设定可基于将要设置在柔性贴片10上的半导体电路的设计。例如，在柔性贴片10中，当压电元件的一部分设置在通孔上并且电路部件设置为测定并传递根据所述压电元件的变形而产生的电流变化时，发生主要变形的压电元件的部分可形成具有相对尺寸的通孔，而其余部分可形成具有相对较小尺寸的通孔。在这种情况下，由于仅有少量的设置有压电元件的通孔具有大尺寸，而在柔性贴片10中占大部分的其余通孔具有小尺寸以足够捕集皮肤，因此仍然具有强附着性。

再次参照图2，牺牲层120由可用于制备纳米级至微米级的半导体元件的材料制成。在一个实施例中，牺牲层120由包含PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的材料制成。然而，本发明不限于此，牺牲层120也可以由包含聚合物等的材料制成。

在一个实施例中，牺牲层120通过旋涂法形成在具有凹槽的模具110的一个表面上(步骤S110)。牺牲层120的厚度形成为能够防止模具110和柔性贴片层130之间的附着，并且能够容易地被在步骤S170中的蚀刻溶液所去除。

组成柔性贴片层130的材料具有柔性特性以能够实现贴片形状可根据皮肤轮廓变形的自适应接触(conformable contact)，并且具有可附着于皮肤的附着性。在一个实施例中，柔性贴片层130可由机械特性与皮肤相似的弹性聚合物制成。在一个示例中，柔性贴片层130可由包含PDMS(聚二甲基硅氧烷)的材料制成。如上所述，当使用具有与皮肤相似的机械特性(例如弹性模量和泊松比等)的柔性材料时，所述柔性贴片10在与皮肤附着时，界面之间不会产生机械失配，因此贴片不会发生褶皱(buckling)、分离(delamination)，进而不会发生贴片的损伤，而且由于不会发生因褶皱、分离等引起的附着性降低，因此具有强附着性。

在一些实施例中，柔性贴片层130可形成为具有一定的厚度。如果柔性贴片层130的厚度太薄，则可能无法获得足以重复多次附着到皮肤上的耐久性。在一个示例中，柔性贴片层130可形成为具有75μm或以上的厚度。

将参照图4至图5更详细地描述柔性贴片层130的厚度、结构和其他特性等柔性贴片层130的具体内容。

在牺牲层120上形成柔性贴片层130的步骤(步骤S130)中，凹槽的内部会被组成柔性贴片层130的柔性材料(例如PDMS)填充。柔性材料可填充凹槽并进一步从凹槽内部溢出。如上所述，当供应的柔性材料的量大于凹槽内部体积并且柔性材料溢出凹槽时，柔性贴片层130的一部分可形成在高于模具110表面的位置处。

通过将柔性材料填充到凹槽中或溢出凹槽而获得的包括模具110、牺牲层120及柔性贴片层130的结构物，与例如在完成铸件之前将浇注物注入到模具中的状态的结构物相似。以下，为了便于本领域技术人员的理解，如图2的步骤S130所示，在本说明书中经常使用的铸件-模具结构物是指填充有(或填充至溢出凹槽)柔性材料的包括模具110、牺牲层120及柔性材料130的结构物，柔性材料的硬度可以是柔软的，也可以是坚硬的。

在形成柔性贴片层130之后，去除超过凹槽(即，形成在高于模具110表面的位置处)的柔性贴片层130(步骤S150)。在一个实施例中，使超过模具110的凹槽的柔性贴片层130部分(即，超过表面)与板150进行接触，并通过摩擦(rubbing)板150和/或柔性贴片层130(即，铸件-模具结构物)来去除超过凹槽的部分。

板150起到推除超过部分的柔性材料的类似于抹灰板(plastering board)的作用。在一个实施例中，板150包括基板151和形成在基板151上的牺牲层152。基板151可具有适于执行摩擦功能的结构(例如平坦结构)、耐久性和强度。此外，所述基板151可由非磁性材料制成。在一个示例中，基板151可由玻璃(glass)或包含硅(Si)的材料制成。

牺牲层152可由能够被步骤S170中的蚀刻溶液所蚀刻的材料制成。在一个示例中，如图2所示，牺牲层152可包含与牺牲层120相同的材料(例如，PMMA)。但并不限于此，只要所述材料可在步骤S170中被蚀刻溶液所蚀刻、并且可在与超过凹槽的柔性贴片层130部分摩擦接触的过程中最大限度地减少去除后的柔性贴片层130的表面上可能发生的损伤即可。

在一个实施例中，牺牲层152可通过旋涂法形成在基板151上，但不限于此，也可以通过各种涂覆法形成在基板151上。

步骤S150的摩擦工程可进一步包括附加工程，以更有效地去除超过部分。

在一个实施例中，步骤S150可包括对柔性贴片层130与板150之间的接触部分进行加热的步骤。例如，对柔性贴片层130和板150之间的接触部分施加70℃或更高的热量，从而能够更有效地去除超过模具凹槽的部分的柔性材料。

当对柔性贴片层130或接触部分施加热量时，接触部分的强度会变弱(即，具有柔软结构状态)。因此，当板150摩擦柔性贴片层130(即，铸件-模具结构物)时(或铸件-模具结构物摩擦板150时)，由于相对运动，超过部分的柔性材料会被推到铸件-模具结构物所占据区域的外部。例如，类似于在将支撑板放置在石膏灰泥后进行摩擦时，支撑板下方的石膏灰泥会被推到支撑板所占据区域的外部。其结果，如图2所示，超过部分的高度逐渐低，填充于凹槽的柔性材料的最上层与形成有凹槽的表面一致。

在一个实施例中，步骤S150可包括上下翻转(flipping)柔性贴片层130的步骤，使得在接触过程中柔性贴片层830设置在板150的一个表面上。当执行翻转的步骤时，柔性贴片层130(即，铸件-模具结构物)会设置在板150的一个表面上。在上述实施例中，板150的面积可大于铸件-模具结构物的面积。

在这种设置状态下对板150和铸件-模具结构物进行摩擦时，由于铸件-模具结构物的移动，超过部分的柔性材料会被推到铸件-模具结构物所占据区域的外部，而且铸件-模具结构物的侧面上残留超过部分的柔性材料的概率进一步减少。

在一个实施例中，步骤S150可进一步包括对柔性贴片层130与板150之间的接触部分施加压力的步骤。如图2所示，可通过使用磁体来施加所述压力。在一个示例中，铸件-模具结构物和板150以彼此接触的状态可设置在磁体161和磁体162之间。因此，由于磁体161和磁体162之间的吸引力，压力可施加到接触部分。如上所述，铸件-模具结构物和板150可由非磁性材料制成，因此不会影响磁体161和磁体162之间的相互作用引力。在步骤S150中对铸件-模具结构物和板150进行较强的摩擦，其结果可减少去除超过部分所需的时间，从而可提高去除工程的效率。

在步骤S150之后，使用蚀刻溶液蚀刻牺牲层120(步骤S170)。边调节蚀刻溶液的选择性(selectivity)边执行蚀刻，以使得在蚀刻牺牲层120的同时不蚀刻模具110和柔性贴片层130。在一个实施例中，用于蚀刻牺牲层120的蚀刻溶液可包含丙酮。

在实验性实施例中，将已去除超过凹槽的柔性贴片层130部分的铸件-模具结构物浸入蚀刻溶液中，以去除牺牲层120，并且将模具110与铸件(即，柔性贴片层130)进行分离。被分离的柔性贴片层130包括通过模具110的凹槽所形成的多个孔。由于在步骤S150中凹槽内部的柔性材料与模具110的表面一致，所述多个孔形成为贯通型。其结果，如图2所示，可获得包括多个通孔的柔性贴片层130，并且包括所述多个通孔的柔性贴片层130可用作柔性贴片10。

铸件-模具结构物浸于蚀刻溶液中的时间可进行各种设置。例如，铸件-模具结构物的蚀刻时间可根据凹槽的厚度(即柔性贴片10的厚度)、牺牲层120的厚度、凹槽与柔性贴片层130相接触的截面面积等来确定。

此外，在步骤S170中，可对蚀刻溶液内的铸件-模具结构物进行超声波处理，以实现更有效率的蚀刻工程。

尽管通过步骤S110至步骤S170制备的柔性贴片10具有微米级的厚度，但通过多个孔能够增加附着性。此外，所述多个孔为贯通型的孔，即使将柔性贴片10附着到皮肤上，附着部分的皮肤也不会与外界空气隔绝。因此，与通过仅在贴片表面设置微结构(例如章鱼吸盘或蜥蜴脚掌等)的表面处理而只提高附着性、且透气性相对较差的现有的皮肤贴片不同地，柔性贴片10可同时具有透气性和附着性。

此外，当通过使用牺牲层120将柔性贴片层130与模具110进行分离时，柔性贴片层130中形成有多个孔(或孔图案)，并且进行分离的过程中不会发生撕裂等损坏。

所述柔性贴片10对皮肤的附着性和透气性非常优异，因此能够用于制备可附着于皮肤的各种电子装置，例如皮肤传感器。

进一步地，柔性贴片10可通过柔性贴片层130的成分和厚度等材料特性而具有更强的附着性。

图4a至4d用于描述根据本发明的一个实施例的附着于皮肤的柔性贴片10的附着性。柔性贴片10的通孔为微米级，与柔性贴片10的尺寸相比非常小，在图4中为了描述的明确性将被省略。

图4a用于描述物体和表面之间的附着原理。

与表面S接触的接触物体P附着于表面S的能力取决于在可逆性(reversibility)和多能性(pluripotency)方面相互竞争，即，对变形的结构性抵抗和界面相互作用之间的竞争。如图4a所示，当表面因物体P而变形时，物体P和表面S之间的能量可由以下数学式1至数学式4表示。

【数学式1】

U

【数学式2】

U

【数学式3】

【数学式4】

D＝Et

其中，U

此外，w表示附着功(work of adhesion，单位为Nm

为了更简洁地描述柔性贴片10的附着性，将参考图4a描述具有单层(mono-layer)结构的柔性贴片10附着于皮肤表面的情况。

当柔性贴片10附着于皮肤表面的情况应用到图4a时，表面S对应于皮肤表面，物体P对应于包括形成有通孔的柔性贴片层130的柔性贴片10。因此，柔性贴片10的抗弯刚度D取决于柔性贴片层130的弹性模量E和柔性贴片层130的厚度t。

当附着能量等于或大于弯曲能量时，贴片10才能附着于皮肤表面。当附着能量小于弯曲能量时，贴片10会从皮肤表面脱离。用于确定是否可以附着的临界附着功(W

【数学式5】

关于数学式5中的W

参照数学式4，在贴片10由弹性模量较大的材料(例如，硬质材料)制成的情况，和/或厚度较厚的情况下，具有较高的抗弯刚度D。因此，当柔性贴片10的抗弯刚度D减小，和/或皮肤表面与柔性贴片10之间的附着功较大时，柔性贴片10可稳定地附着于皮肤表面。

因此，当柔性贴片10的弹性模量E较低时，当柔性贴片10的厚度较薄时，柔性贴片10可稳定地附着于皮肤表面。

此外，柔性贴片10与皮肤表面之间的附着能量越大，柔性贴片10的附着性越强。参照数学式2，皮肤表面与柔性贴片10之间的附着能量取决于附着功W。柔性贴片10和皮肤表面之间的附着功W由以下数学式6表示。

【数学式6】

其中，γ

如上所述，柔性贴片10可用于制备皮肤传感器。在微米级厚度范围内支撑微米级的超小型元件时，具有充分示例性的弹性模量1MPa的PDMS贴片10可附着于皮肤。皮肤表面的γ

【表1】

当所述表1的数据代入到数学式6时，计算得出的皮肤与PDMS贴片10之间的附着功W大致如下：31≤W≤54mJ m

为了使具有1MPa弹性模量的PDMS贴片10的厚度能附着于所有皮肤，应在附着功最低的皮肤表面(Skin Min)也能够进行附着。因此，所述PDMS贴片10应具有W

在一些实施例中，如果弹性模量低于1MPa的单个柔性贴片10的厚度小于80μm，则能够具有更强的附着性。在其他实施例中，弹性模量低于1MPa的柔性贴片10即使具有80μm或以上的单层厚度，也能够与皮肤表面进行自适应附着。例如，即使附着于皮肤表面的单层的厚度为100μm，也能够附着在皮肤上。

如上所述，抗弯刚度D与柔性贴片10的附着能力有关，还与柔性贴片10的形状保持能力有关。参照所述数学式4和数学式5，当柔性贴片10的弹性模量E较低时，当柔性贴片10的厚度较薄时，柔性贴片10可稳定地附着于皮肤表面。

然而，当仅考虑附着性而使柔性贴片10形成为柔性贴片10的厚度太薄或弹性模量太低时，会导致处理困难。具体地，当柔性贴片10的抗弯刚度过低时，柔性贴片10发生弯曲而难以进行处理，并且难以稳定保持柔性贴片10的形状。因此，当柔性贴片10的抗弯刚度过低时，难以在柔性贴片10上集成其他部件。

为了克服这种问题，柔性贴片10可以被配置为，使附着于皮肤的部分具有相对较低的抗弯刚度，使不附着于皮肤而不需要较高附着性且集成有其他部件的部分具有不会发生弯曲且足以保持形状的抗弯刚度。例如，柔性贴片10可由一个或多个层组成，以使得具有更强的附着性，并且具有足以支撑其它部件(例如包括电极、半导体元件、交互等)的抗弯刚度。为了制备这种柔性贴片10，形成在牺牲层120上的柔性贴片层130可包括一个或多个子层。

图4b用于描述根据本发明的一个实施例的具有不同弹性模量的双层结构的柔性贴片10。

在一个实施例中，具有双层结构的柔性贴片10可包括具有不同刚度(rigidity)的两个子层(图4b中的第一柔性层131和第二柔性层133)。其中，附着于皮肤的第一柔性层131的抗弯刚度D1低于不附着于皮肤的第二柔性层132的抗弯刚度D2。例如，如图4b所示，第一柔性层131可具有0.04MPa的弹性模量E1，第二柔性层132可具有1MPa的弹性模量E2，从而可使第一柔性层131更加柔软。

在一个实施例中，柔性贴片层130可包括含有预聚物(pre-polymer)和硬化剂(curing agent)的第一柔性层131和第二柔性层132。其中，所述第二柔性层132所具有的硬化剂比率可大于第一柔性层131所具有的硬化剂比率。在一个示例中，第一柔性层131可包括比率为40∶1的预聚物和硬化剂，第二柔性层132可包括比率为10∶1的预聚物和硬化剂。第一柔性层131和第二柔性层132的抗弯刚度D根据硬化剂的比率而不同。

由于这些组成材料的差异，第一柔性层131相对于第二柔性层132更加柔软且发黏，并且使柔性贴片10能够附着在皮肤上。当柔性贴片10用于制备皮肤传感器等时，相对较坚硬的第二柔性层132起到用于集成微米级元件的支撑体(例如基板)作用。

此外，第一柔性层131和第二柔性层132可具有不同的厚度。再次参照数学式4，抗弯刚度D取决于弹性模量E和厚度。

图4c用于描述根据本发明的第一实施例的具有不同厚度的双层结构的柔性贴片10，图4d示出了根据本发明的第一实施例的双层结构在不同厚度下的柔性贴片特性的图表。

在一个实施例中，可形成附着于皮肤的第一柔性层131。例如，第一柔性层131可以被配置为具有较低的弹性模量(例如0.04Mpa)，以使得第一柔性层831可与皮肤表面进行自适应附着。

此外，可进一步形成更坚硬的第二柔性层132，以在支撑集成在柔性贴片10上的半导体电路的同时，通过适当地控制柔性贴片10的弯曲来容易地进行处理。例如，第二柔性层132可具有比第一柔性层131的弹性模量更高的弹性模量(例如1MPa)。

如图4c所示，当皮肤表面附着有双层结构的柔性贴片10时，通常由于皮肤表面的曲面结构特征，附着的柔性贴片10会被拉伸。被拉伸的柔性贴片10中会产生欲复原到拉伸之前的复原力F

【数学式7】

F

其中，F1表示附着于皮肤的第一柔性层131所受的复原力，F2表示附着于皮肤的第二柔性层132所受的复原力。t1表示第一柔性层131的厚度，t2表示第二柔性层132的厚度。

双层结构的柔性贴片10的总弹性模量E

【数学式8】

在一个示例中，当弹性模量为0.04MPa且附着于皮肤的第一柔性层131的厚度形成为100μm时，柔性贴片10的有效弹性模量(effective elastic modulus)和抗弯刚度(Flexural rigidity)、以及柔性贴片10和皮肤表面之间的临界附着功的图表可通过所述数学式8计算，其结果如图4d所示。

可参照上述数学式8，使得双层结构的柔性贴片10所包括的第一柔性层131及第二柔性层132可具有与使用柔性贴片10的制备产品(例如皮肤传感器)的功能相对应的厚度及弹性模量。

上述双层结构的柔性贴片层130的描述仅为示例性，本发明的柔性贴片层130不限于双层结构。在另一个实施例中，柔性贴片层130可形成为单层结构、三层结构。在一个示例中，柔性贴片层130可形成为仅包括第二柔性层133的单层结构。在另一个示例中，柔性贴片层130可形成为三层结构，其包括位于两个柔软的第一柔性层之间的坚硬的第二柔性层。三层结构的柔性贴片层130可包括厚度不同的两个第一柔性层。例如，附着于皮肤的第一柔性层可形成为具有10μm的厚度，而另一侧的第一柔性层可形成为具有100μm的厚度。

此外，用于支撑微米级微型元件的弹性模量所公开的1MPa仅是示例性的，包括于柔性贴片10的第二柔性层132也可以具有不同的弹性模量。

如上所述，通过使用牺牲层120来制备柔性贴片10，从而在获得具有微米级厚度的柔性贴片层130的过程中不会发生损坏，因此能够具有优异的耐久性。

此外，由于柔性贴片10具有多个通孔并且具有一个或以上的多层结构，因此可获得优异的透气性和附着性。

<第二实施例>

图5示意性地示出了根据本发明的第二实施例的具有与拉胀结构特性相关的几何平面的柔性贴片的制备方法的示意图。

参照图2和图5，根据本发明的第二实施例的柔性贴片的制备方法与图2中的根据第一实施例的柔性贴片的制备方法大体相似，因此将主要描述不同之处。

通过决定形成于柔性贴片10中的孔的形状、分布、图案等的模具110的结构，柔性贴片10可具有更高的透气性和/或强的附着性。

图6a示出了根据本发明的第二个实施例的用于形成图6a的几何平面的模具的几何平面，图6b示出了根据本发明的第二个实施例的能够实现拉胀结构特性的柔性贴片的几何平面。

在第二实施例中，柔性贴片10可进一步包括平面形状为哑铃形状的多个通孔。在这种情况下，柔性贴片10可具有由拉胀结构而产生的特性(即，拉胀结构特性)。

拉胀结构(Auxetic structure)通常是指，当在第一方向上受到拉力时，其尺寸在与第一方向正交的方向上增大的结构。例如，当拉胀结构可被描述为具有长度、宽度和厚度时，如果拉胀结构在纵向上受到拉力，则其宽度会增大。此外，具有双向性，即，当拉胀结构在纵向上被拉伸时，其长度和宽度会增大，当在横向上被拉伸时，其宽度和长度会增大，但其厚度不增大。这种拉胀结构的特征为具有负泊松比。

如图6a所示，在柔性贴片10中形成有两端为圆形且连接所述两端的圆形的中心部由厚度小于两端直径的柱组成的哑铃形状的孔、及圆形孔的情况下(即，形成有哑铃-孔图案(Dumbbell-hole pattern)的通孔的情况下)，形成有这种通孔的柔性贴片10可具有拉胀结构特性。即，模具110为形成有圆形和/或哑铃形状的围绕空间的柱子的结构。使用图6a的模具110，可获得包括平面如图6b所示的通孔的柔性贴片10。

在一个实施例中，如上所述，孔之间的间距可形成为小于60μm，以获得高透气性。在一个示例中，如图6c所示，一个哑铃通孔H

为了制备这种具有拉胀结构特性的柔性贴片10，如图5所示，在根据第二实施例的柔性贴片10的制备方法中，在能够形成哑铃形状的孔和圆形孔的具有多个凹槽的模具110上形成牺牲层120(步骤S110)。

再次参照图2，为了制备具有间距形成为例如60μm的微米级的孔的柔性贴片10，可形成牺牲层120(步骤S130)。然而，当所述图2的步骤S130方式应用于第二实施例时，PDMS贴片层130不能与模具110分离。这是因为模具110用于形成圆形和哑铃形状的通孔，因此模具110与PDMS贴片层130之间的接触面积大于第一实施例，并且模具110中间距减小，使得PMMA旋涂不均匀。

因此，如图5所示，在根据第二实施例的柔性贴片10的制备方法中，通过蒸镀方式在模具110上形成牺牲层120(步骤S130)。在一个示例中，蒸镀方式可为SAMs(自组装单层膜，Self-assembled monolayer)。与PMMA旋涂法相比，当使用蒸镀方式时不会发生涂覆不均匀。由此，在具有与拉胀结构特性相关的几何平面的模具110上形成牺牲层120、及柔性贴片层130(步骤S110，步骤S130)，去除超过凹槽的柔性贴片层130部分(步骤S150)，然后蚀刻牺牲层120，从而可获得具有实现拉胀结构特性的几何平面的柔性贴片10。

根据第二实施例的柔性贴片10在附着前后的皮肤水分变化量进行比较时，会引起约6％的水分变化。也就是说，即使附着有柔性贴片10，也几乎不会发生皮肤的水分损失。

应理解，以上提及的本发明的描述尽管以附图所示的实施例为参照进行，但这些仅仅是示例性的，并且本领域普通技术人员可由此进行各种变型和实施例的变型。但是，这些变型应解释为属于本发明的技术保护范围。因此，本发明的真正的技术范围应由所附权利要求书的技术思想来确定。

工业应用性

根据本发明实施例的柔性贴片具有与皮肤相似的机械性能并且具有通孔，因此附着性强且透气性高。这种柔性贴片可用作诸如皮肤传感器等的附着于皮肤的各种电子装置的基板，因此可广泛地应用于健身领域、美容领域等能够使用与皮肤相关的电子装置的各种技术领域。