KR101257298B1 - 휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 감지 영역을 포함하는 분석 대상 칩을 판독하는 휴대용 리더기에 대한 것으로서, 이 리더기는 발광 소자를 포함하며 빛을 조사하는 발광부, 상기 발광부로부터의 빛을 상기 분석 대상 칩의 각각의 감지 영역에 균일하게 분배하는 일체형 광 분배부, 상기 각각의 감지 영역으로부터 반사된 빛을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 수광부, 그리고 상기 수광부로부터 수득한 상기 전기적 신호에 따라 농도를 측정하는 측정부를 포함한다. 따라서, 검사 스트립 내에 검사 항목 수에 따라 광 분배부의 가지부의 수효를 조절하여 조립함으로써 광 분배 불량에 따른 신호 측정 상의 에러를 방지할 수 있다.
바이오 칩, 스트립 칩, 리더기, 광 분배기, 발광, 수광
Description
본 발명은 배뇨 분석용 디지털 리더기에 관한 것이다. 특히 본 발명은 복수의 시험 부분에 광을 조사하여 반응을 검출하는 배뇨 분석용 디지털 리더기에 관한 것이다.
일반적으로 배뇨 분석 스트립 칩에는 다양한 개별 검사 항목이 있다. 구체적으로, 잠혈, 빌리루빈, 우로빌리로겐, 케톤체, 단백질, 아질산염, 포도당, pH, 비중, 백혈구, 비타민C 등의 항목이 있다.
시험지법에 의한 소변 검사는 신체의 각종 질환을 1차 선별 검사하는 반정량 분석법(semiquantitative test)으로, 조기에 신체의 이상 유무를 검사할 수 있는 방법이다. 이는 소변을 채취하기 쉽고, 수검자에게 검사의 부담을 주지 않으며, 그 결과가 즉각 판정될 수 있으므로 그 유용성이 매우 높다. 배뇨 분석 스트립 칩은 수검자에게 위에 언급된 해당 항목에 대한 이상 유무를 육안으로 확인할 수 있도록 그 결과를 표시한다. 그러나 이러한 스트립 칩은 플라스틱 필름에 부착된 검사 항목별 시험 부분을 이용하는 특성상 감지 결과로 나타나는 색깔 변화를 육안으로 판 별하기 어려운 색깔영역이 존재할 수 있으며, 색맹 환자, 또한 개인에 따라 동일 색깔 패턴에 대해서도 판별이 달라지는 등 정확도가 떨어질 수 있는 단점이 있다.
따라서 이러한 스트립 칩의 정보를 읽어내기 위해 리더기가 활용되고 있으나, 현재 시중에 판매되고 있는 병원 등에서 사용되는 리더기는 크기가 매우 크며, 고가이다. 한편, 언제 어디서나 일반인의 건강 상태를 검사하고 모니터링 할 수 있는 새로운 개념의 진단 및 판독 리더기의 개발이 절실히 요구되고 있으며 이를 위해 발광 소자와 수광 소자를 이용한 판독기들이 제시되었다.
그러나 이러한 판독기의 경우 발광 소자로서 하나의 광원을 사용하는데, 한 스트립 칩 내의 복수의 시험 부분에 광이 균일하고 안정되게 분배되지 않는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단일 광원을 이용하여 복수의 시험부분에 광을 균일하고 안정되게 분배할 수 있는 휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 복수의 검사 영역을 포함하는 분석 대상 칩을 판독하는 휴대용 리더기에 있어서, 본 발명에 따른 휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기는,
발광 소자를 포함하며 빛을 조사하는 발광부,
상기 발광부로부터의 빛을 상기 분석 대상 칩의 각각의 검사 영역에 균일하게 분배하는 일체형 광 분배부,
상기 각각의 검사 영역으로부터 반사된 빛을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 수광부, 그리고
상기 수광부로부터 수득한 상기 전기적 신호에 따라 농도를 측정하는 측정부
를 포함한다.
이 실시예에서, 상기 광 분배부는
상기 발광부로부터의 빛의 진행 방향으로 뻗어있는 줄기부, 그리고
상기 줄기부로부터 상기 검사 영역을 향하여 뻗어있는 복수의 가지부
를 포함한다.
이 실시예에서, 상기 광 분배부는
상기 줄기부의 윗면에 전반사를 돕기 위한 유기 혹은 무기 물질을 더 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 상기 광 분배부는
상기 줄기부에 입사한 빛이 각각의 상기 가지부로 전반사 되도록 상기 줄기부의 윗면이 곡률을 가진다.
상기 줄기부의 수효는 상기 검사 영역의 수효와 같거나 그보다 클 수 있다.
이 실시예에서, 상기 광 분배부는 공기보다 굴절율이 높은 폴리머로 구성될 수 있다.
상기 폴리머는 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate(PMMA)), 폴리이미드(Polyimide(PI)), 폴리카보네이트(polycarbonate(PC)) 또는 COC(cyclo olefin polymer)일 수 있다.
이 실시예에서, 상기 발광부는 삼색 발광 다이오드를 포함한다.
이 실시예에서, 상기 측정부는
상기 분석 대상 칩이 장착되면, 상기 발광부를 스위칭 형태로 제어하여 구동시키고, 상기 수광부로부터 상기 전기적 신호를 전달받아 저장하고, 데이터를 분석하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 상기 수광부는 복수의 포토 다이오드를 포함한다.
이 실시예에서, 상기 복수의 포토 다이오드 사이에 측벽을 포함한다.
이 실시예에서, 상기 제어부에 의해 분석된 결과를 원격지 단말로 전송할 수 있도록 마련된 통신부을 더 포함할 수 있다.
이 실시예에서, 상기 제어부에 의해 분석된 결과를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 검사 스트립 내에 검사 항목 수에 따라 광 분배부의 가지부의 수효를 조절하여 조립함으로써 광 분배 불량에 따른 신호 측정 상의 에러를 방지할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기의 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 리더기의 구조를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기는 삼색 광원을 포함하는 발광부(130), 발광부(130)로부터 빛을 스트립 칩의 각 영역으로 균일하게 전달하는 광분배부(150), 발광부(130)로부터의 빛이 스트립 칩에 반사되어 전달되는 빛을 수신하여 전기적 신호로 광전 변환하는 수광부(140)를 포함한다.
또한, 이러한 디지털 리더기는 증폭부(160), 아날로그-디지털 변환기(ADC) (170), 마이크로 제어 유닛(MCU: Micro Control Unit) (180), 메모리(190), 통신부(182) 및 표시부(185)를 더 포함한다.
증폭부(160)는 수광부(140)로부터 수신된 전기적 신호를 증폭하여 아날로그- 디지털 변환기(170)로 전달하고, 아날로그 디지털 변환기(170)는 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환한다.
마이크로 제어 유닛(180)은 아날로그-디지털 변환기(170)로부터의 디지털 신호를 분석하는데, 디지털 신호의 색좌표를 읽어 반응 여부를 판단한다.
한편, 마이크로 제어 유닛(180)은 발광부(130)를 스위칭 형태로 제어한다.
메모리(190)는 마이크로 제어 유닛(180)에서 구동하는 프로그램을 저장하고 있으며, 마이크로 제어 유닛(180)에서 산출된 데이터를 일시 저장하고, 표시부(185)는 마이크로 제어 유닛(180)에서 산출된 데이터를 표시하며, 액정표시장치 등을 포함한다.
통신부(182)는 마이크로 제어 유닛(180)에 의한 판독 결과를 병원, 보건소와 같은 원격 진료지로 전송하며, 통신 모듈로 RFID 칩을 포함할 수 있다. 이 경우 마이크로 제어 유닛(180)은 판독 결과를 RFID 칩에 기록한다. 그리고 사용자는 판독 결과를 원격지로 전송하고자 하는 경우 RFID 리더기가 장착된 유무선 단말을 이용해 RFID 칩으로부터 판독 결과를 읽어와 원격지 단말로 전송한다.
또한, 이러한 리더기는 바이오칩 또는 스트립칩 내에서 분석이 효율적으로 이루어지도록 하기 위해, 미세 유체의 이동, 정지 및 혼합이 이루어질 수 있도록 구성된 유체제어 모듈(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
유체제어 모듈은 생체 시료의 분석을 용이하게 할 수 있도록 하기 위해 관련 용액을 이동, 혼합, 정지가 가능한 유로를 포함하며, 유체를 저장하기 위한 저장 탱크, 유체를 이송하기 위한 펌프, 유체의 이송을 제어하기 위한 밸브, 및 유체 제 어용 혼합기를 포함할 수 있다. 유체의 이동과 정지 및 혼합을 위한 구동은 정전 모터, 압전 펌프, 유압 혹은 공압, 초음파 등 기존의 다양한 구동 방식이 이용될 수 있다.
한편, 도 2를 참고하면, 도 1에 도시한 블록을 포함하는 리더기는 본체(200) 및 지지체(210)를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 리더기를 측면에서 바라본 것으로서, 본체(200)는 ㄷ 자 모양으로 형성되어 있으며, 본체(200)의 하면 및 마주보는 상면 사이의 공간으로 지지체(210)가 출입한다.
지지체(210)는 바이오 칩(215)이 실장되어 본체(200) 내로 이동되며, 본체(200)의 상면은 바이오 칩(215)의 각 검사 영역에 빛을 조사하기 위한 발광부(230), 수광부(240), 측벽(260) 및 광 분배부(250)를 포함한다. 또한, 검사 결과를 표시하기 위한 표시부(220)를 포함할 수 있다.
발광부(230)는 3색 발광 다이오드(LED), 즉, 적색, 청색 및 녹색의 발광 다이오드(LED)를 각각 조합하여 구성된다.
이러한 발광부(230)의 3색 광원 소자는 스위칭 형태로 비연속적으로 제어가 가능하다. 예를 들어, 일정 시간 동안 적색 다이오드를 동작시키고, 이에 반응하는 포토 다이오드의 신호 값 R을 일시 저장한다. 다음 일정 시간 동안 녹색 다이오드를 동작시키고, 이에 반응하는 포토 다이오드의 신호 값 G를 일시 저장한다. 그리고, 마지막으로 일정 시간 동안 청색 다이오드를 동작시키고, 이에 반응하는 포토 다이오드의 신호 값 B을 일시 저장한다. 이렇게 저장되는 R, G, B의 값을 이용하여, 채도(Hue) 값으로 대상 검체에 대한 농도를 측정하고, 명도(Intensity) 값으로 칩의 장착 및 장치의 이상 유무를 확인할 수 있다.
수광부(240)는 실리콘 광 다이오드(photo diode) 또는 광 트리오드(photo triode) 등과 같은 실리콘 센서를 사용할 수 있다. 센서를 어레이로 구성함으로써, 감도 및 바이오칩 장착의 용이성을 확보할 수도 있다.
측벽(260)은 이러한 발광부(230)와 수광부(240) 사이에 설치되어 광 판별이 효율적으로 수행되도록 하는데 구체적으로, 수광부(240) 내의 각 수광 소자 사이에 형성된다.
광 분배부(250)는 뒤에서 상세히 설명한다.
한편, 스트립 칩 또는 바이오 칩(215)은 리더기에 설치된 탄성체를 포함하는 지지체(210)가 있는 부분으로 삽입되고, 지정된 위치에 이르면 레버에 형성되는 홈에 고정된다. 이 때, 바이오 칩(215) 상부 부분에는 리더기에 장착되어 있는 스프링과 결합된 칩 고정용 구조물, 혹은 탄성을 가진 폴리머 층이 설치되어 있어, 이 칩 고정용 구조물에 의해 분석 시에 칩과 광 분배부 사이의 간격을 일정하게 유지하게 도와주며, 바이오 칩(215)이 외부의 충격이나 요동에 관계없이 측정 가능하게 된다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 리더기의 동작에 대해 설명한다.
바이오 칩(215)이 리더기에 삽입되면, 스위치가 온 되어, 마이크로 제어 유닛(180)으로 바이오 칩(215) 삽입 신호가 인가된다. 마이크로 제어 유닛(180)은 바이오 칩(215) 삽입 신호가 인가되면, 바이오 칩(215)이 리더기에 삽입되었다 판단하여 3색 발광 다이오드로 구성된 발광부(230)를 구동시키기 위한 전원을 인가한다. 이때, 마이크로 제어 유닛(180)은 3색 발광 다이오드를 비연속적 스위칭 형태로 전원을 인가한다.
그러면, 발광부(230)에 의해 광이 출력되고, 이 출력된 광은 광 분배부(250)를 통하여 바이오 칩(215)의 각 검사 영역 의해 반사되어 수광부(240)에 의해 수신된다.
먼저 리더기의 전원을 켤 때마다, 3색 발광 다이오드 각각에 대해 초기상태의 광원 신호 세기에 대한 수광부(240)에서의 수신된 신호 값을 읽어서, 광원에 대한 신호 보정을 실시한다. 보정을 위해 리더기 내부에 별도의 표준이 되는 백색 혹은 흑색의 보정부가 추가될 수 있다. 이렇게 함으로써, 측정 신호의 정확도 및 재현성을 획득할 수 있는 장점이 있다.
수광부(240)는 수신된 광 신호를 전기적 신호로 변환한다. 수광부(240)에 의해 변환된 전기적 신호는 신호 처리하여 마이크로 제어 유닛(180)에서 분석되어 그 결과를 표시부(220)를 통해 표시한다.
또한, 마이크로 제어 유닛(180)은 판독 결과를 RFID 칩에 기록하거나, 이동통신 모뎀을 통해 사용자가 원하는 원격지 단말로 전송할 수 있도록 한다.
이하에서는 도 3 내지 도 4를 참고하여, 본 발명의 광 분배부에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 광 분배를 설명하는 구성도이고, 도 4는 도 3의 광 분배를 위한 광 분배부의 일 실시예를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 광 분배부(250)는 발광부(230)와 수광부(240) 사이에 광 분배를 위한 일체형 모듈을 포함한다.
하나의 바이오 칩 또는 스트립 칩(215)은 검출하고자 하는 타겟 물질에 따라 복수의 검사 영역(216)을 포함한다.
도 3과 같이 수광부(240)는 각각의 검사 영역(216)에 대응하여 복수 개의 광전 소자(241)를 포함하며, 각각의 광전 소자(241)는 측벽(261)에 의해 분리되어 있다.
광 분배부(250)는 발광부(230)와 복수의 검사 영역(216) 사이에 형성되어 있으며, 발광부(230)로부터의 빛을 받아 복수의 검사 영역(216)에 균일하게 광이 분배될 수 있도록 광을 반사시킨다.
즉, 도 4와 같이, 광 분배부(250)는 발광부(230)로부터의 빛의 진출 방향으로 뻗은 줄기부를 포함하고, 줄기부에서 아래 방향으로 뻗은 복수의 가지부를 포함한다.
복수의 가지부의 끝단은 각각의 검사 영역(216)과 마주보고 있다.
즉, 복수의 가지부의 수효는 검사 영역(216)의 수효와 일치하는데, 도 4와 같이 백색 보정을 위한 보정부(410)를 더 포함하는 경우, 광 분배부(250)는 검사 영역(216)보다 하나 더 많은 수효의 가지부를 포함할 수 있다.
이때, 줄기부의 윗 벽은 소정의 곡률을 가지며 기울어져 있으며, 이러한 곡률에 의해 발광부(230)로부터의 빛이 줄기부를 따라 직진하다가 줄기부의 윗벽의 서로 다른 부분에서 전반사되어 각각의 가지부로 입사한다.
이때, 줄기부의 윗면에 전반사를 돕기 위한 유기 혹은 무기 물질을 추가적으로 더 포함할 수 있다.
이때, 곡률은 가지부 사이의 거리, 즉 검출하는 검사 영역(216) 사이의 거리에 따라 결정된다.
이러한 광 분배부(250)는 일체형 구조물로서, 공기보다 굴절율이 높은 폴리머로 구성되어 있다.
고굴절율 폴리머는 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate(PMMA)), 폴리이미드(Polyimide(PI)), 폴리카보네이트(polycarbonate(PC)), COC(cyclo olefin polymer) 등일 수 있다.
이러한 광 분배부(250)의 일체형 모듈은 사출성형, 핫엠보싱, 캐스팅, 또는 소프트 리소그래피 등의 기존의 폴리머 미세가공 기술을 이용하여 제작될 수 있다.
광 분배부(250)는 1 종에서 10종 이상의 검사 스트립까지 확장 설계가 가능하며, 검사 스트립 내에 검사 항목이 증가하는 경우에도 광 분배부(250)의 가지부의 수효만을 조절하여 조립함으로써 광 분배에 따른 신호 측정 상의 에러를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리더기의 구조를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 광 분배를 설명하는 구성도이다.
도 4는 도 3의 광 분배를 위한 광 분배부의 일 실시예를 도시한 것이다.
Claims (13)
- 복수의 검사 영역을 포함하는 분석 대상 칩을 판독하는 휴대용 리더기에 있어서,발광 소자를 포함하며 빛을 조사하는 발광부,상기 발광부로부터의 빛을 상기 분석 대상 칩의 각각의 검사 영역에 균일하게 분배하는 일체형 광 분배부,상기 각각의 검사 영역으로부터 반사된 빛을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 수광부, 그리고상기 수광부로부터 수득한 상기 전기적 신호에 따라 농도를 측정하는 측정부를 포함하는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제1항에 있어서,상기 광 분배부는상기 발광부로부터의 빛의 진행 방향으로 뻗어있는 줄기부, 그리고상기 줄기부로부터 상기 검사 영역을 향하여 뻗어있는 복수의 가지부를 포함하는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제2항에 있어서,상기 광 분배부는상기 줄기부의 윗면에 전반사를 돕기 위한 유기 혹은 무기 물질을 더 포함하는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제2항에 있어서,상기 광 분배부는상기 줄기부에 입사한 빛이 각각의 상기 가지부로 전반사 되도록 상기 줄기부의 윗면이 곡률을 가지는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제4항에 있어서,상기 줄기부의 수효는 상기 검사 영역의 수효와 같거나 그보다 큰휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제4항에 있어서,상기 광 분배부는 공기보다 굴절율이 높은 폴리머로 구성되는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제6항에 있어서,상기 폴리머는 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate(PMMA)), 폴리이미드(Polyimide(PI)), 폴리카보네이트(polycarbonate(PC)) 또는 COC(cyclo olefin polymer)인휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제1항에 있어서,상기 발광부는 삼색 발광 다이오드를 포함하는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제1항에 있어서,상기 측정부는상기 분석 대상 칩이 장착되면, 상기 발광부를 스위칭 형태로 제어하여 구동시키고, 상기 수광부로부터 상기 전기적 신호를 전달받아 저장하고, 데이터를 분석하는 제어부를 더 포함하는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제1항에 있어서,상기 수광부는복수의 포토 다이오드를 포함하는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제10항에 있어서,상기 복수의 포토 다이오드 사이에 측벽을 포함하는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제9항에 있어서,상기 제어부에 의해 분석된 결과를 원격지 단말로 전송할 수 있도록 마련된 통신부을 더 포함하는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
- 제9항에 있어서,상기 제어부에 의해 분석된 결과를 표시하는 표시부를 더 포함하는휴대형 배뇨 분석용 디지털 리더기.
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