KR100757297B1

KR100757297B1 - 빠른 시료주입이 가능한 바이오센서 및 그 센서를 이용한혈당 측정 방법

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Publication number: KR100757297B1
Application number: KR1020060096752A
Authority: KR
Inventors: 윤인준; 김동철; 한대우; 김옥선; 권오현
Original assignee: 케이엠에이치 주식회사
Priority date: 2006-09-30
Filing date: 2006-09-30
Publication date: 2007-09-11

Abstract

본 발명은 시료 주입 속도를 향상시킨 혈당 측정용 바이오 센서에 관한 것이다. 상기 바이오 센서는 절연성 기판, 전극부, 리드 단자부, 절연층, 효소 반응층, 시료 주입구를 갖는 스페이서, 공기 배출층 및 덮개부를 구비한다. 상기 공기 배출층은 상기 시료 주입구의 시료 주입 방향과 동일 방향으로 형성된 상기 공기 배출 통로를 구비하여, 시료 주입 에 의해 효소 반응층으로부터 발생하여 시료 주입구에 모이게 되는 공기들을 외부로 신속하게 배출시키게 된다. 이때, 상기 공기 배출 통로는 상기 시료 주입구의 길이 방향을 따라 시료 주입구와 동일선상에 배치함으로써, 공기의 배출이 보다 원활하게 수행될 수 있도록 한다.

혈당 측정, 바이오 센서

Description

빠른 시료주입이 가능한 바이오센서 및 그 센서를 이용한 혈당 측정 방법{Sample injection time improved biosensor and measurement method}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오 센서가 적용되는 혈당 측정 시스템의 구성을 전체적으로 도시한 블록도이다.

도 2의 (a)는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 바이오 센서를 도시한 분해 사시도이며, (b)는 그 단면도이다.

도 3의 (a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오 센서를 도시한 분해 사시도이며, (b)는 그 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 바이오 센서를 이용하여 혈당 측정하는 혈당 측정 시스템의 동작을 순차적으로 설명하는 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 혈당 측정 시스템

20, 30 : 바이오센서

50 : 혈당 측정 장치

200 : 절연성 기판

210 : 전극부

220 : 리드 단자부

230 : 절연층

240 : 효소 반응층

250 : 스페이서

260 : 공기 배출층

270 : 덮개부

500 : 제어부

502 : 센서 삽입부

510 : 저항 측정부

520 : A/D 변환부

522 : 증폭부

530 : 표시부

540 : 메모리부

본 발명은 본 발명은 시료 주입 속도를 향상시킨 혈당 측정용 바이오 센서에 관한 것으로서, 바이오 센서의 시료 주입을 신속하게 수행할 수 있도록 하여 짧은 시간 내에 정확하게 혈당값을 측정하여 제공할 수 있는 바이오 센서에 관한 것이다.

최근 당뇨병을 진단하고 예방하는데 있어서 혈액내의 포도당(혈당)의 양을 주기적으로 측정해야 할 필요성이 증대되고 있다. 이러한 혈당 측정은 혈당 측정 장치를 이용하여 손쉽게 측정할 수 있게 된다. 혈당 측정 장치는 스트립 형태의 바이오 센서를 이용하여 환자로부터 시료를 채취하고 채취된 시료와 바이오 센서내의 화학 물질과의 전기 화학적 반응을 통해 발생되는 전기적 신호를 이용하여 혈당값을 측정하게 된다.

전술한 바와 같은 바이오 센서 및 바이오 센서를 이용한 혈당 측정 장치의 동작 원리 및 구조 등은 매우 다양하게 발전되고 개발되어 가고 있는 실정이다.

바이오센서는 통상적으로, 절연성 기판상에 스크린 인쇄 등의 방법으로 복수의 전극을 포함하는 전극계를 형성하고, 형성된 전극계상에 친수성 고분자와 산화환원효소 및 전자수용체로 이루어진 효소 반응층을 형성하고 있다.

이러한 바이오센서의 시료 주입구를 통해 효소 반응층에 기질(포도당(Glucose))을 포함한 시료를 주입하면, 효소 반응층이 이를 용해하고 시료의 기질과 효소(Enzyme)가 반응하여 기질이 산화되고, 이에 따라 전자수용체가 환원된다.

이 환원된 전자수용체를 전기화학적으로 산화하여 얻어지는 산화전류를 측정장치를 통해 측정함으로써 시료 중에 포함된 기질의 농도를 구할 수 있게 된다.

이 과정에서 시료가 시료 반응층에 얼마나 빠르고 정확하게 흡입되느냐에 따라 바이오 센서의 측정 시간과 측정 정확도를 좌우하며, 시료의 효소 반응층 흡입 속도는 효소 반응층의 공기가 얼마나 빠른 시간 내에 배출되느냐와 효소 반응층이 얼마나 짧고 부피가 작으냐에 따라 좌우된다.

상기 시료의 흡입속도와 관련한 선행 특허로 선행 특허의 경우 한국특허 출원 제 2001-40690 호(2001. 07. 07)에서 제시한 바이오센서는 수지판(스페이서)을 분리 구성함으로써 효소 반응층에 대해 수직한 방향으로 공기 배출구를 형성하고, 이를 통해 공기를 외부로 배출하고 있다.

상기 특허에서 제시한 바이오센서의 경우 효소 반응층에 주입되는 시료 주입방향과 공기가 배출되는 공기 배출구가 수직한 형태로 구성되어 공기 배출이 효소 반응층을 거쳐 이루어지므로 공기의 배출 속도가 시료의 주입 속도에 좌우되며, 이에 따라 시료의 양이 증가하는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명자는 효소 반응층으로 시료가 흡입되는 속도를 향상시키기 위한 다양한 구조의 바이오센서에 대한 연구를 수행하였다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 시료 주입구로의 시료 주입을 신속하면서도 원활하게 수행할 수 있도록 하여 혈당값을 신속하면서도 정확하게 측정하여 제공할 수 있는 혈당 측정용 바이오 센서를 제공하는 것이다.

본 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시료 주입 속도를 향상시킨 바이오 센서는 효소 반응층으로 시료가 흡입되는 방향과 동일한 수평방향의 공기 배출구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 혈당 측정용 바이오 센서는 외부로부터 주입된 시료로부터 혈당 측정을 위한 전기적 신호를 생성 하여 출력하는 혈당 측정용 바이오 센서에 관한 것으로서,

절연성 기판,

상기 절연성 기판의 상부의 소정 영역에 형성되며, 작업 전극, 기준 전극, 보조 전극으로 이루어지는 전극부,

상기 전극부의 각 전극과 연결되는 작업 전극 리드, 기준 전극 리드 및 보조 전극 리드로 이루어지는 리드 단자부,

상기 전극부와 상기 리드 단자부의 상부에 배치되어 각 전극들과 각 리드 단자들을 전기적으로 절연시키며, 상기 전극부의 일부를 노출시키는 노출홈을 구비하는 절연층,

상기 절연층의 노출홈에 의해 노출되는 전극부의 해당 영역의 상부에 형성되며, 시료와 전기 화학적 반응을 일으키는 물질들을 포함하는 효소 반응층,

상기 절연층과 상기 효소 반응층의 상부에 배치되며, 상기 절연층의 노출홈과 동일한 위치에 시료 주입구가 형성되는 스페이서,

상기 스페이서의 상부에 배치되며, 일측면의 모서리로부터 대향되는 모서리를 연결하는 공기 배출 통로가 형성되는 공기 배출층,

상기 공기 배출층위에 배치되는 덮개부

를 구비하며, 상기 공기 배출층의 공기 배출 통로는 상기 스페이서의 시료 주입구의 길이 방향과 동일선상에 배치되도록 하여, 공기의 배출 방향과 시료의 주입 방향이 같도록 함으로써, 시료의 흡입 속도가 향상될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

전술한 특징을 갖는 혈당 측정용 바이오 센서의 상기 공기 배출층의 공기 배출 통로의 일단부는 상기 시료 주입구의 말단부보다 돌출되어 배치되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징에 따른 혈당 측정용 바이오 센서는

절연성 기판,

상기 절연층과 상기 효소 반응층의 상부에 배치되며, 상기 절연층의 노출홈과 동일한 위치에 형성되는 시료 주입구, 상기 시료 주입구로부터 발생되는 공기를 배출하는 공기 배출 통로 및 상기 공기 배출 통로에 형성되는 공기 배출구를 구비하는 스페이서,

상기 스페이서의 상부에 배치되는 덮개부

를 구비하며, 상기 스페이서의 공기 배출 통로는 상기 스페이서의 시료 주입 구의 길이 방향과 동일선상에 배치되도록 하되 일정 거리 이격 배치되도록 하여, 공기의 배출 방향과 시료의 주입 방향이 같도록 함으로써, 시료의 흡입 속도가 향상될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

전술한 특징을 갖는 혈당측정용 바이오 센서의 상기 덮개부는 상기 스페이서의 공기 배출 통로와 밀착되도록 하기 위한 돌출부를 더 구비하고, 상기 돌출부는 상기 시료 주입구의 일부 영역 및 상기 공기 배출 통로의 상부에 형성되며,

상기 덮개부에 형성된 돌출부의 일단부는 상기 시료 주입구의 말단부보다 돌출되어 배치되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징에 따른 혈당 측정 방법은, 전술한 구조를 갖는 바이오 센서에서, 시료 주입 후 기준 전극과 보조 전극 사이의 저항 측정 및 보조 전극에서의 저항의 변화가 감지될 때까지의 시간을 카운팅하여 시료 주입의 이상 여부를 판단하고, 측정된 혈당치를 보정하여, 최종적으로 혈당값을 검출하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혈당 측정 용 바이오 센서의 구성 및 동작을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오 센서가 적용되는 혈당 측정 시스템(10)의 구성을 전체적으로 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 혈당 측정 시스템(10)은 혈당 측정 장치(50) 및 바이오센서(20)로 구성되며, 상기 혈당 측정 장치(50)는 바이오 센서의 리드 단자부로부터 전송되는 전기적 신호를 이용하여 혈당을 측정하여 표시부에 디스플레이 한다.

바람직한 제1 실시예

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오 센서를 분해하여 도시한 사시도이다. 도 2를 참조하면, 바이오 센서(20)는 절연성 기판(200), 전극부(210), 리드 단자부(220), 절연층(230), 효소 반응층(240), 스페이서(250), 공기 배출층(260) 및 덮개부(270)를 구비한다.

절연성 기판(200)은 상부 표면에 바이오 센서를 형성하기 위한 베이스(base) 기판으로서, 비전도성 재질의 고분자 수지를 이용하여 형성된다. 상기 비전도성 재질을 갖는 고분자 수지로는 폴리에스테르(polyester), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리에틸렌(polyethylene) 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있다.

전극부(210)는 작업 전극(211), 기준 전극(212), 보조 전극(213)으로 이루어지며, 상기 효소 반응층(240)에서 시료 내 혈당과의 효소 반응에 의해 발생된 전기적 신호를 검출한다.

리드 단자부(220)는 3개의 작업 전극 리드 단자(221), 기준 전극 리드 단자(222), 보조 전극 리드 단자(223)로 이루어지며, 상기 절연성 기판의 상부 표면의 모서리에 인접한 영역에 배치되며, 각 리드 단자들은 혈당 측정 장치와 전기적으로 연결된다.

상기 전극부의 각 전극들과 상기 리드 단자부의 각 리드 단자들은 상기 절연성 기판위에 형성되며, 상기 전극부의 각 전극들과 상기 리드 단자부의 각 리드 단자들을 연결하기 위한 각각의 리드선들이 상기 절연성 기판위의 전극부의 각 전극 들과 리드 단자부의 각 리드 단자들 사이에 형성된다.

상기 리드단자들 및 리드선들은 백금(Pt), 금(Au) 은(Ag), 은과 염화은(Ag/AgCl)의 혼합 반죽(paste) 등을 사용할 수 있으며, 전극부는 백금(Pt), 금(Au) 은(Ag), 은과 염화은(Ag/AgCl)의 혼합 반죽, 전도성 카본 반죽을 사용하여 에칭, 스크린 인쇄, 스파터링 등과 같은 통상적인 방법으로 형성할 수 있다.

상기 전극부를 구성하는 작업전극(211)과 기준전극(212)은 서로 전기적 저항값과 면적이 모두 동일하여야 한다. 또한, 상기 전극부의 기준전극(212)의 장축을 중심으로 좌우 동일한 거리에 배열되도록 형성되어야 한다. 이는 동일한 전기화학적 조건하에서 상기 기준전극과 인접하는 작업전극 사이의 전류량을 검출하기 위함이다. 이러한 전극들은 효소 반응층에서 발생되는 산화환원 반응에 의해 발생되는 전류량을 검출하는 역할을 수행한다.

절연층(230)은 상기 전극부(210)와 리드 단자부(220)의 상부에 형성되는 절연층으로서, 서로 이웃한 상기 리드선과 리드 단자부의 각 리드 단자들을 절연시키게 된다. 상기 절연층의 일 측면에는 노출홈(232)이 형성되며, 상기 노출홈은 상기 전극부의 상부에 형성되어 상기 전극부의 일정 부분만을 노출시키게 된다. 상기 절연층에 사용되는 절연 물질로는 비전도성 반죽 또는 절연용 반죽 등이 바람직하며, 상기 절연 물질들을 스크린 인쇄와 같은 통상적인 방법을 이용하여 형성하게 된다.

상기 노출홈(232)은 전극부의 일정 부분만을 노출시킴으로써, 상기 전극부에 도입된 효소반응층과 시료와의 효소반응에 의한 산화 전류 발생 시 항상 같은 면적으로 반응하도록 하는 기능을 한다. 또한, 상기 노출홈에 효소 반응층이 도입될 때, 노출홈의 두께에 따라 효소반응층의 양을 조절할 수 있다. 이때, 외부로부터 미세 진동을 발생시켜 상기 효소 반응층이 상기 노출홈에 항상 일정하게 형성될 수 있도록 할 수 있다.

효소 반응층(240)은 상기 절연층의 노출홈에 의해 노출된 전극부의 상부면에 형성되며, 상기 효소반응층은 포도당 산화효소(glucose oxidase), 및 전자전달을 매개하는 전자전달매개체를 포함한다. 구체적으로, 상기 효소반응층은 전해질 용액 내에 수용성 고분자, 상기 효소, 안정제, 전자전달매개체 등이 일정 비율로 혼합하여 제조된 용액을 상기 노출홈에 의해 노출된 전극부의 노출 영역에 일정량 코팅한 후 건조함으로써 형성될 수 있다.

상기 효소 반응층에 포함되는 상기 전자전달 매개체로는 종래에 널리 사용되어 온 페로센(ferrocene), 페로센 유도체, 퀴논(quinone), 퀴논 유도체 등과 바람직하게는 헥사아민루테늄(III)클로라이드(hexaammineruthenium(III) chloride), 포타슘페리시아나이드(potassium ferricyanide) 등의 화합물이 사용될 수 있다.

전극부에 소정 영역에 형성된 상기 효소 반응층에서는 혈액 내의 포도당은 포도당 산화효소 및 전자전달 매개체와의 산화환원 반응을 통하여 발생된 전류를 검출하여 리드단자를 통해 혈당 측정 장치로 전송하게 된다. 상기 바이오 센서의 전극부를 통해 전송된 전류를 농도 값으로 변환한 후, 혈액 내에 존재하는 포도당의 농도 즉, 혈당값을 정량적으로 산출할 수 있다.

이하, 상기 효소 반응층에서 일어나는 효소반응을 살펴본다. 아래의 반응식 1에 나타난 바와 같이, 혈액 내 포도당이 혈액 내의 포도당은 포도당 산화효소의 촉매작용에 의해 산화되고, 포도당 산화효소는 환원된다. 그 후 환원된 포도당 산화효소는 전자전달매개체와의 산화환원 반응을 통하여 포도당 산화효소는 산화되고, 전자전달매개체는 환원되게 된다. 이렇게 형성된 환원상태의 전자전달 매개체는 전극표면까지 확산되는데, 이때 환원상태의 전자전달매개체에 산화전위를 인가하여 생성되는 전류를 측정한다. 혈액 내 포도당은 전자전달매개체가 산화되는 과정에서 발생되는 전류량에 비례하므로, 상기 전류량을 측정함으로서 혈당을 측정할 수 있게 된다.

상기 스페이서(250)는 상기 혈액이 주입되는 시료주입구(252)를 구비하여 상기 절연층의 상부에 배치된다. 상기 시료 주입구(252)는 상기 효소 반응층의 수직 상방에 위치하도록 상기 스페이서에 형성되도록 함으로써, 시료 주입구를 통해 주입되는 시료가 상기 효소 반응층과 접촉하는 역할을 한다. 상기 스페이서의 두께는 효소 반응층의 두께보다 두꺼워야 한다. 이는 시료주입부로 유입된 혈액이 효소 반응 층으로 다시 주입될 때, 시료의 주입을 용이하게 하기 위함이다. 즉, 스페이서의 두께가 효소 반응층의 두께보다 두꺼운 경우 생기는 여유 공간으로 모세관 현상 에 의한 시료 주입이 용이하기 때문이다.

또한, 상기 스페이서는 절연성 기판과 동일한 재질로 제조될 수 있으며, 상기 스페이서와 절연층을 접착하기 위한 접착제로는 시료가 스며드는 것을 방지하기 위해 소수성(hydrophobic) 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 공기 배출층(260)은 공기 배출통로(262)를 구비하여 상기 스페이서의 상부에 배치시킴으로써, 시료 주입구를 통해 유입된 시료가 상기 효소 반응층으로 다시 주입될 때, 상기 효소 반응층 내부에 존재하고 있는 공기를 효과적으로 배출할 수 있도록 한다.

상기 공기 배출층(260)은 상기 스페이서의 시료 주입구의 말단부 영역 및 상기 시료 주입구를 제외한 스페이서의 나머지 영역을 덮을 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 공기 배출 통로(262)는 상기 공기 배출층(260)의 시료 주입구(252) 측의 모서리로부터 대향되는 모서리까지 관통되는 일정 크기의 통로로 이루어지며, 시료 주입구의 길이 방향과 같은 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 공기 배출 통로는 혈액과 효소 반응층이 존재할 수 없는 구간에 형성되는 것으로, 이를 통해서 공기만 빠져나가게 된다. 이렇게 형성된 상기 공기배출 통로와 상기 스페이서가 이루는 각도에는 제한이 없으나, 상기 공기 배출 통로는 상기 시료주입구의 방향과 수평한 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 시료 주입구로의 혈액의 진행 방향과 공기의 배출방향이 동일해지도록 함으로써, 시료의 흡입속도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

공기 배출 통로의 동작을 설명하면 다음과 같다. 상기 스페이서의 시료주입 구에 시료가 흡입되기 시작하면, 효소 반응층 주변에 존재하던 공기는 압력에 의해 점점 시료 주입구의 말단으로 밀리게 되고, 상기 시료 주입구의 말단에 형성된 공기배출 통로를 통해 상기 시료주입구의 길이 방향과 동일한 방향으로 공기가 외부로 배출되고 그 결과, 상기 효소 반응층으로의 시료 흡입 속도가 향상되게 된다.

본 실시예에서와 같이 상기 스페이서, 및 상기 공기배출 통로가 형성된 공기 배출층을 서로 분리시킴으로써, 혈당 측정 후 혈당 측정 장치로부터 바이오 센서를 제거할 때 시료가 환자의 손에 묻을 염려가 없다. 또한 스페이서의 시료 주입구의 내측 말단부의 모서리보다 상기 공기 배출 통로의 전단부의 모서리가 더 돌출되도록 배치함으로써, 주입된 혈액이 스페이서의 시료 주입구의 말단부에 닿기 전에 이미 공기가 배출될 수 있게 되어, 전체적으로 효율적인 공기배출이 가능하다. 또한, 공기 배출 통로의 폭을 시료 주입구의 폭과 같거나 작게 설계함으로써, 이에 따라 기체인 공기의 움직임이 액체인 시료의 움직임 보다 윌등히 빠르므로 공기 배출 속도가 향상된다.

또한, 상기 공기 배출층은 절연성 기판 및 스페이서와 동일한 재질로 제조될 수 있으며, 상기 공기 배출층 및 스페이서를 접착하기 위한 접착제로는 시료가 스며드는 것을 방지하기 위한 소수성 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 덮개부(270)는 상기 공기배출구 내부에 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 공기 배출층 상부에 형성되며, 그 재질은 상기 절연성 기판, 스페이서 및 공기 배출층과 동일한 재질로 제조될 수 있다. 또한, 덮개부와 공기 배출층을 접착하기 위한 접착제로는 시료가 스며드는 것을 방지하기 위한 소수성 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

전술한 구성을 갖는 바이오 센서는, 시료주입구를 통해 시료가 주입되고, 주입된 시료가 효소반응층으로 흡수되어 효소 반응하며, 그 결과 발생하는 전기적 신호가 전극부를 통해 혈당 측정 장치로 전송된다.

제2 실시예

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오 센서의 구성 및 동작을 설명한다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오 센서(30)를 도시한 분해 사시도이다.

도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 바이오 센서(30)는 절연성 기판(300), 전극부(310), 리드 단자부(320), 절연층(330), 효소 반응층(340), 스페이서(350), 및 덮개부(370)를 구비한다. 전술한 구성 요소 중 절연성 기판(300), 전극부(310), 리드 단자부(320), 절연층(330), 효소 반응층(340)은 제1 실시예의 해당 구성과 동일하므로 그 설명을 생략한다.

본 실시예에 따른 스페이서(350)는 시료 주입구(352), 공기 배출 통로(354) 및 공기 배출구(356)을 구비한다. 상기 시료 주입구(352)는 제1 실시예에서의 시료 주입구(252)의 구성 및 동작이 동일하므로, 설명을 생략한다.

상기 공기 배출 통로(354)는 상기 시료 주입구(352)의 내측 말단부의 모서리로부터 일정 거리 이격된 위치부터 시작되어 상기 스페이서의 일 측면의 모서리까지 일정 크기의 통로가 형성된다. 또한, 상기 공기 배출 통로(354)는 스페이서의 표면으로부터 돌출되도록 형성함으로써, 공기가 쉽게 배출될 수 있는 공간을 형성 할 수 있게 된다. 또한, 상기 공기 배출 통로(354)는 상기 시료 주입구(352)의 길이 방향과 동일선상에 배치하여, 시료 주입구(352)에서의 시료 진행 방향과 같은 방향으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 공기 배출구(356)는 상기 공기 배출 통로(354)와 시료 주입구와 마주 보는 위치의 상기 공기 배출 통로(354)의 일측면에 형성되도록 한다.

상기 덮개부(370)는 상기 스페이서의 공기 배출 통로와 밀착될 수 있도록 하기 위한 돌출부(372)를 구비하며, 상기 스페이서(350)의 상부에 배치된다. 상기 돌출부(372)의 말단부는 상기 스페이서(350)의 시료 주입구의 내측 모서리보다 더 돌출되도록 형성함으로써, 상기 스페이서(350)의 시료주입구의 내측 말단부의 일부 영역을 덮을 수 있도록 한다. 따라서, 덮개부(370)의 돌출부(372)의 말단부와 상기 스페이서(350)의 공기배출통로(354)의 말단부의 사이에 소정의 노출 공간(A)이 형성되며, 상기 노출 공간의 하부에는 시료 주입구의 일부가 노출되며, 상기 노출되는 시료 주입구 하부에는 효소 반응층이 배치된다.

이하, 본 실시예에 따른 바이오 센서(30) 중 스페이서(350) 및 덮개부(370)의 동작을 구체적으로 설명한다. 상기 스페이서(350)의 시료 주입구를 통해 시료가 효소 반응층으로 주입되면, 시료 주입에 의해 효소 반응층으로부터 공기가 상기 노출 공간(A)으로 배출된다. 상기 노출 공간으로 배출된 공기들은 상기 스페이서(350)의 공기 배출구(356)으로 배출된다. 상기 스페이서(350)의 공기 배출구(356)를 통해 배출된 공기는 공기 배출 통로(354)를 통해 외부로 배출된다. 여기서, 공기 배출 통로(354)는 시료 주입구와 동일한 방향이 되도록 형성됨으로써, 공 기의 배출을 신속하게 할 수 있게 된다.

상기 덮개부(370)의 재질은 전술한 제1 실시예의 덮개부와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.

혈당 측정 시스템

이하, 본 발명에 따른 바이오센서를 이용한 혈당 측정 시스템의 구성 및 동작을 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 혈당 측정 장치(50)는 제어부(500), 센서 삽입부(502), 저항 측정부(510), A/D 변환부(520), 증폭부(522), 표시부(530) 및 메모리부(540)를 구비하며, 상기 바이오 센서(52)의 센서 삽입부(502)를 통해 작업 전극 리드, 기준 전극 리드 및 보조 전극 리드로부터 전기적 신호를 수신하여, 혈당을 측정하여 표시부에 디스플레이 한다.

상기 증폭부(522)는 전류-전압 변환기로 사용되는 연산 증폭기로서, 증폭부의 비반전 단자(+)에는 직류 전압원이 접속되어 있고 반전 단자(-)에는 작동전극리드가 접속되어 있다. 상기 증폭부는 작업전극에 전원을 공급하며, 전원공급에 따라 작업전극을 흐르는 전류량을 검출하여 전압값으로 출력하게 된다.

상기 A/D 변환부(520)는 상기 증폭부로부터 출력되는 아날로그 형태의 전압값을 디지털 신호로 변환시켜 제어부(500)로 전송한다.

바이오센서의 기준 전극은 기준전극리드를 통해 접지됨으로써, 기준 전극으로 사용된다.

상기 저항 측정부(510)는 보조 전극과 기준 전극 사이의 저항값을 측정하여 제어부(500)로 전송한다.

상기 제어부(500)는 혈당 측정 장치의 전체적인 동작을 제어함으로써, 최종적으로 측정된 혈당값을 표시부에 디스플레이 한다. 이하, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 혈당 측정 장치의 제어부(500)의 동작을 구체적으로 설명한다.

도 4는 혈당 측정 장치의 제어부의 동작을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 먼저 바이오센서의 삽입 여부를 검사하여 바이오 센서가 삽입된 경우에 이후 동작을 수행한다(단계 500). 여기서, 상기 제어부는 혈당 측정 장치내의 바이오센서 삽입부에 위치하는 스위치의 단락을 감지하고, 스위치의 단락에 의해 입력 전원이 0Volt로 강하되는 경우에는 바이오센서가 장치내로 삽입되었다고 판단하게 된다.

바이오 센서의 삽입이 감지된 경우, 상기 제어부는 동작 모드를 시료의 효소 반응 결과 검출 모드로 전환시키고, 바이오센서의 작업 전극 리드로 전원을 공급한다(단계 520).

한편, 바이오센서의 시료 주입구로 시료가 주입되면, 해당 시료가 작업 전극을 경유하여 기준전극에 도달하게 되고, 이때 효소 반응에 의해 작업 전극과 기준 전극 사이에 전류가 흐르게 된다.

바이오센서의 작업 전극에 흐르는 전류는 작업전극리드를 통해 혈당 측정 장치내로 유입되어 증폭부 및 A/D 변환부를 통해 디지털 신호 형태의 전압으로 변환되어 제어부로 전송된다. 따라서, 제어부는 전압값을 검출하고, 검출된 전압값을 이용하여 바이오센서의 작업 전극에서의 전류량을 검출하게 된다 (단계 520).

다음, 작업 전극에서의 전류량이 검출된 순간부터 타임 카운팅을 한다(단계 530). 이는 보조 전극에서의 저항의 변화가 감지될 때까지의 시간을 카운팅하기 위한 것이며, 카운팅된 타임값은 시료 주입의 이상 여부를 판단하는데 이용할 수 있다.

다음, 기준 전극과 보조 전극 사이의 저항을 측정한다(단계 540).

만약, 작업 전극의 반응 시간과 저항의 변화값을 검사하여 에러가 발생하였다고 판단되는 경우 표시부를 통해 에러 상태임을 표시하고 종료한다(단계 560). 만약, 정상이라고 판단되는 경우에는 소정의 인큐베이션 시간을 가진 후, 작업 전극 리드에서의 전류량을 검출하고(단계 570), 검출된 전류량에 따른 혈당값을 산출하고(단계 580), 상기 측정된 저항값 및 온도에 따른 보정값을 산출하며(단계 590), 보정값을 이용하여 혈당값을 보정한 후 보정된 혈당값을 표시부에 디스플레이한 후 종료한다(단계 570). 이 경우, 인큐베이션 시간은 전극위의 반응이 균일해지도록 하기 위한 것이나, 필수적으로 요구되는 것은 아니다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 바이오 센서의 공기 배출층 및 공기 배출 통로에 의하여, 혈당 측정 시스템의 바이오 센서의 시료 주입 시에 효소 반응층에서 발생하게 되는 공기를 신속하게 배출할 수 있게 된다. 그 결과, 시료가 효소 반응층으로 신속하게 주입될 수 있게 되며, 결과적으로 측정 결과를 빠른 시간 내에 얻을 수 있게 된다.

Claims

외부로부터 주입된 시료로부터 혈당 측정을 위한 전기적 신호를 생성하여 출력하는 혈당 측정용 바이오센서에 있어서,

절연성 기판,

상기 절연성 기판의 상부의 소정 영역에 형성되며, 작업 전극, 기준 전극, 보조 전극으로 이루어지는 전극부,

상기 전극부의 각 전극과 연결되는 작업 전극 리드, 기준 전극 리드 및 보조 전극 리드로 이루어지는 리드 단자부,

상기 전극부와 상기 리드 단자부의 상부에 배치되어 각 전극들과 각 리드 단자들을 전기적으로 절연시키며, 상기 전극부의 일부를 노출시키는 노출홈을 구비하는 절연층,

상기 절연층의 노출홈에 의해 노출되는 전극부의 해당 영역의 상부에 형성되며, 시료와 전기 화학적 반응을 일으키는 물질들을 포함하는 효소 반응층,

상기 절연층과 상기 효소 반응층의 상부에 배치되며, 상기 절연층의 노출홈과 동일한 위치에 시료 주입구가 형성되는 스페이서,

상기 스페이서의 상부에 배치되며, 일측면의 모서리로부터 대향되는 모서리를 연결하는 공기 배출 통로가 형성되는 공기 배출층,

상기 공기 배출층위에 배치되는 덮개부

를 구비하며, 상기 공기 배출층의 공기 배출 통로는 상기 스페이서의 시료 주입구의 길이 방향과 동일선상에 배치되도록 하여, 공기의 배출 방향과 시료의 주입 방향이 같도록 함으로써, 시료의 흡입 속도가 향상될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정용 바이오 센서.
제1항에 있어서, 상기 공기 배출층의 공기 배출 통로의 일단부는 상기 시료 주입구의 말단부보다 돌출되어 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정용 바이오 센서.
외부로부터 주입된 시료로부터 혈당 측정을 위한 전기적 신호를 생성하여 출력하는 혈당 측정용 바이오 센서에 있어서,

절연성 기판,

상기 절연성 기판의 상부의 소정 영역에 형성되며, 작업 전극, 기준 전극, 보조 전극으로 이루어지는 전극부,

상기 전극부의 각 전극과 연결되는 작업 전극 리드, 기준 전극 리드 및 보조 전극 리드로 이루어지는 리드 단자부,

상기 전극부와 상기 리드 단자부의 상부에 배치되어 각 전극들과 각 리드 단자들을 전기적으로 절연시키며, 상기 전극부의 일부를 노출시키는 노출홈을 구비하는 절연층,

상기 절연층의 노출홈에 의해 노출되는 전극부의 해당 영역의 상부에 형성되며, 시료와 전기 화학적 반응을 일으키는 물질들을 포함하는 효소 반응층,

상기 절연층과 상기 효소 반응층의 상부에 배치되며, 상기 절연층의 노출홈과 동일한 위치에 형성되는 시료 주입구, 상기 시료 주입구로부터 발생되는 공기를 배출하는 공기 배출 통로 및 상기 공기 배출 통로에 형성되는 공기 배출구를 구비하는 스페이서,

상기 스페이서의 상부에 배치되는 덮개부

를 구비하며, 상기 스페이서의 공기 배출 통로는 상기 스페이서의 시료 주입구의 길이 방향과 동일선상에 배치되도록 하되 일정 거리 이격 배치되도록 하여, 공기의 배출 방향과 시료의 주입 방향이 같도록 함으로써, 시료의 흡입 속도가 향상될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정용 바이오 센서.
제3항에 있어서, 상기 덮개부는 상기 스페이서의 공기 배출 통로와 밀착되도록 하기 위한 돌출부를 더 구비하고, 상기 돌출부는 상기 시료 주입구의 일부 영역 및 상기 공기 배출 통로의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 혈당 측정용 바이오 센서.
제3항에 있어서, 상기 덮개부에 형성된 돌출부의 일단부는 상기 시료 주입구의 말단부보다 돌출되어 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정용 바이오 센서.
상기 제1항과 3항의 구조를 갖는 바이오 센서를 이용한 혈당 측정 방법에 있 어서,

(a) 시료 주입 후 기준 전극과 보조 전극 사이의 저항을 측정하는 단계;

(b) 작업 전극에서 전류량이 검출된 순간부터 상기 기준 전극과 보조 전극 사이의 저항의 변화가 감지될 때까지의 시간을 카운팅하는 단계;

(c) 상기 (b) 단계에서 카운팅된 시간에 따라 시료 주입의 이상 여부를 판단하는 단계;

(d) 작업 전극에서의 전류량을 검출하고, 검출된 전류량을 이용하여 혈당치를 측정하는 단계;

(e) 상기 기준 전극과 보조 전극 사이의 측정된 저항값에 따라 상기 측정된 혈당치를 보정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정 방법.