KR20190052240A

KR20190052240A - 무채혈식 휴대형 광학적 혈당 측정기 및 측정 스트립

Info

Publication number: KR20190052240A
Application number: KR1020170147748A
Authority: KR
Inventors: 원용협; 이무영; 이주호; 류원종
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2019-05-16

Abstract

무채혈식 휴대형 혈당 측정 바이오센서 광학 시스템이 개시된다.
이 시스템은 혈당 측정기와 분석 단말을 포함한다. 혈당 측정기는 측정 대상자로부터 채취된 타액이 시료의 포도당에 선택적으로 반응하는 화학물이 포함된 채널을 통해 투과하는 투과광을 측정한다. 분석 단말은 상기 혈당 측정기에 의해 측정되는 측정 데이터를 전달받아서 혈당을 측정한다. 본 혈당 측정기는 휴대하기 용이하도록 소형화한 것을 특징으로 한다.

Description

무채혈식 휴대형 광학적 혈당 측정기 및 측정 스트립{POTABLE OPTICAL NON-INVASIVE GLUCOSE DETECTOR AND MEASUREMENT STRIP}

본 발명은 측정 속도와 정확도가 높은 광학적 용액의 광학적 특성 변화를 감지하여 당 수치를 측정하는 무채혈식 휴대형 광학적 혈당 측정기 및 측정 스트립에 관한 것이다.

2012년도에는 당뇨병이 150만명의 직접적인 죽음의 원인이 되었으며, 2014년도를 기준으로 18세 이상의 성인인구 중 9%가 당뇨병에 걸렸을 정도로 당뇨병은 현대사회의 큰 문제로 자리잡고 있다.

급속도로 증가하는 당뇨병 환자수로 인해 혈당을 주기적으로 측정할 수 있는 시스템의 필요성이 증가하고 있다.

종래기술은 혈액을 뽑거나 피부를 통해 혈당 수치를 검출하는 센서를 중심으로 발전해왔다. 하지만 이 방법들은 채혈을 요구하기 때문에 여러 부작용들이 발생하며, 채혈의 고통이 수반된다. 따라서, 무채혈식으로 혈당을 측정하는 시스템이 요구된다.

무채혈식 혈당 측정 시스템은 체액을 이용하여 혈당을 측정한다. 이용 가능한 체액에는 눈물, 소변, 땀과 타액 등이 있다. 본 발명은 체액 중 가장 이용하기 용이한 타액을 사용해 혈당을 측정한다.

종래기술의 부작용과 사용자의 고통이 심한 채혈식 혈당 측정법을 대상자의 타액을 이용하여 무채혈식으로 혈당을 측정 하는 기술을 제공하는 것이다.

대상자의 혈당을 혈액을 통해 직접 측정하는 것이 아니라 몸에서 쉽게 수집할 수 있는 타액을 이용하여 그 타액의 당 수치를 측정하고 간접적으로 혈액의 당 수치를 추정하는 방법을 사용한다. 타액은 가장 수집이 용이하고 혈액과 상관관계가 가장 높은 타액을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 시스템은 포도당에 선택적으로 반응하는 화합물이 포함되어 있으며 타액을 채취하여 수집하는 스트립, 위의 화합물과 반응한 타액이 들어있는 스트립을 광학적으로 혈당을 측정하는 광학계 및 광학계로부터 전달 받은 데이터를 분석하는 데이터 분석부와 분석한 데이터를 사용자가 결과를 확인 할 수 있는 데이터 표시부를 포함한다.

상기 광학계는 빛을 내는 발광부, 당 수치를 측정할 스트립, 최종적으로 투과광을 측정하는 광 검출기가 있는 수광부를 포함한다. 발광부의 광원은 화합물의 반응이 큰 파장을 가지는 LED를 사용하는 것을 특징으로 한다 (실시예, 490nm에서 600nm 사이의 파장). 수광부의 광 검출기는 반응한 화합물이 가장 많이 방출하는 파장의 빛을 검출할 수 있는 광 검출기를 사용하는 것을 특징으로 한다 (실시예, 580nm에서 590nm 사이의 파장)

상기 데이터 분석부는 데이터 처리 방법이 프로그램된 MCU(Micro Control Unit)가 포함되어 광학계로부터 데이터를 받는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 표시부는 글씨를 표현할 수 있는 디스플레이가 MCU와 연결되어 처리된 데이터를 표시하는 것을 유저가 확인할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 측정 스트립은 포도당에 선택적으로 반응하는 화합물이 담겨있는 화합물 저장부, 타액을 채취하는 수집부와 타액과 화합물이 반응하여 측정하는 측정부를 포함한다.

여기서, 측정부는 빛이 통과할 수 있는 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 광학적 혈당 측정 스트립은 액체를 보관하고 이동시킬 수 있는 고무마개를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 타액의 포도당 농도 측정이 용이하고 그에 따라 무채혈식 혈당 측정이 가능하다.

채혈을 동반하지 않아 사용자의 통증을 없애고, 채혈에 의한 세균감염의 위험이 사라진다.

또한, 광학적 측정을 사용해 신속하고 간단한 측정에 용이하며 높은 감도와 정확도를 가진다.

또한, 휴대 가능한 크기와 형태로 시스템을 제작함에 따라 당뇨병 환자들의 편리한 혈당관리와 복지향상에 큰 기여를 할 수 있다.

도 1는 도 3에 도시된 광학적 혈당 측정 스트립의 저장부와 측정부를 도시한 도면이다.
도 2은 도 3에 도시된 광학적 혈당 측정 스트립의 고무 마개를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학적 혈당 측정 스트립의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 광학적 혈당 측정 측정기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서는 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.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무채혈식 광학적 혈당 측정기에 대해 설명한다.

도 1에 도시된 따른 광학적 혈당 측정 스트립은 포도당에 선택적으로 반응하는 화합물이 담겨있는 화합물 저장부(103), 타액을 채취하는 수집부(101) 그리고 타액과 화합물이 반응하여 광학적 측정을 하는 측정부(102)를 포함한다.

화합물 저장부(103)는 포도당에 선택적으로 반응하는 화학물질을 도 2에 도시된 고무마개(201), (202)를 이용해 밀봉을 하여 보관하고 주사기의 원리를 이용하여 측정부(102)로 옮겨 화학반응을 하도록 한다. 이 때 수집부(101)에서도 타액을 수집하여 측정부(102)로 옮겨 화학반응을 하도록 한다. 타액을 채취하고 이동시키는 방법도 또한 고무마개(201)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 측정부(102)에서는 타액과 화합물이 만나 화학반응을 한 것을 상기 광학계를 통해 타액의 포도당 농도를 측정해야 하므로 투명한 재질을 사용하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 실시예에서 화학물은 시료에 존재하는 포도당(glucose)을 gluconolactone으로 산화시키며 과산화수소(H₂O₂)를 생성해줄 산화효소인 포도당 산화효소(Glucose Oxidase: GOD)로 구성되거나, 포도당 탈수소효소(Glucose Dehydrogenase)로 구성된다.

이러한 화학물에 의한 효과는 다음과 같다.

시료가 GOD와 화학반응을 일으켜서 시료에 존재하는 포도당이 gluconolactone으로 산화된다(반응).

이러한 반응은 다음과 같다.

여기서, 반응생성물인 과산화수소의 양은 반응물인 포도당의 양에 비례하므로 포도당이 많을수록 과산화수소도 많이 생성된다.

한편 GOD와 화학반응을 하여 생성된 과산화수소(H₂O₂)는 과산화효소(Peroxidase)를 촉매로 하여 Colorimetric material과 반응하여 발광 및 흡수반응을 한다.

이때 사용할 수 있는 과산화효소에는 겨자무 과산화효소(Horseradish Peroxidase : HRP), Fe₃O₄ nanoparticle등이 있으며, Colorimetric material에는 Amplex red (AR), Amplex ultra red (AUR), 3,3`,5,5`-tetramethylbenzidine(TMB)등이 있다.

여기서, colorimetric material과 과산화효소의 반응생성물인 oxidized material은 fluorescence을 내는 물질이다. Colorimetric material과 과산화수소는 일정한 비율로 반응하므로 포도당이 많을수록 과산화수소도 많아 생성되고 그에 따라 oxidized material도 많이 생성되어 보다 더 강한 fluorescence을 보이게 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 광학적 혈당 측정 스트립의 구체적인 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광학적 혈당 측정 스트립의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에서 도시된 광학적 혈당 측정 스트립의 수집부, 측정부, 저장부가 서로 연결되어 하나의 구성을 이루고, 도 2에서 도시된 고무마개를 통해 스트립 내부에 화합물을 보관하고 화합물과 타액과 같은 액체를 이동시켜 서로 화학반응을 일으킬 수 있도록 한다. 도 1에서 도시된 수집부(101)에 도 2에서 도시된 (201) 고무마개를 끼워 놓아서 저장부(103)의 위 쪽 구멍과 수집부(101)를 동시에 막아주는 역할을 한다. 본 스트립을 사용할 때에는 (201) 고무마개를 반대로 끼워 타액을 채취하는 용도로 사용한다. 화합물 저장부의 아래 부분은 도 2에 도시된 (202) 고무마개를 끼워 스트립에 화합물을 새지 않고 보관하게 해주며 사용시에는 주사기처럼 고무마개를 눌러 저장부(102) 안에 들어있는 화합물을 측정부로 내보내준다.

도 4는 광학적 혈당 측정 측정기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 실시예에 따른 혈당 측정기는 광학계(410) 데이터 분석부(430) 및 데이터 표시부(420)를 포함하는 것에 대해서는 이미 설명된 바와 같다.

구체적으로 광학계(410)는 광원(413) 광 검출기(411) 및 스트립 삽입부(412)로 구성된다.

광원(413)은 상기 스트립에 들어있는 화합물의 반응이 큰 파장을 가지는 LED를 사용하는 것을 특징으로 한다 (실시 예, 490nm에서 550nm 사이의 파장)

광 검출기(411)는 반응한 화합물이 가장 많이 방출하는 파장의 빛을 검출할 수 있는 광 검출기를 사용하는 것을 특징으로 한다 (실시 예, 580nm에서 590nm 사이의 파장).

스트립 삽입부(412)는 채널 측정부(300)가 삽입되어 광원(413)과 광 검출기(411)에 의해 반응한 물질의 투과도를 측정할 장소를 제공하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 데이터 분석부(430)은 Micro Control Unit(431)과 USB단자(432)로 구성된다.

Micro Control Unit(431)은 광학계(410)에서 측정된 데이터를 처리하는 프로그램이 내장되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한 기계 조작부(440)와 데이터 표시부(420)과 연결되어 전체적으로 기계를 구동시키는 것을 특징으로 한다.

USB단자(432)는 내장된 프로그램을 수정하거나, 기기로 측정된 데이터를 컴퓨터로 전송시킬 수 있도록 USB연결을 제공하는 것을 특징으로 한다.

기계 조작부(440)은 Micro Control Unit(431)과 연결되어 기계 조작을 제공하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 전원버튼(441) 조작버튼(442) 측정시작버튼(443)으로 구성된다.

Claims

측정 대상자로부터 채취된 타액을 용이하게 수집하고 채널에 저장시키는 혈당 측정 스트립;
상기 혈당 측정 스트립에 의해 포도당에 선택적으로 반응한 화합물을 광학계로 투과광을 측정하는 광학 시스템; 및
상기 광학 시스템에 의해 측정되는 데이터를 전달받아서 분석을 통해 실제 혈당을 구해주는 분석단말을 포함하는 혈당 측정 시스템;
휴대하기 용이하도록 상기 시스템을 소형화한 스트립과 혈당측정 시스템;
을 포함하는 무채혈식 광학적 혈당 측정기.
제1항에 있어서
상기 혈당 측정 스트립은
측정 대상자로부터 채취된 타액을 용이하게 수집할 수 있는 타액 수집부; 및
상기 타액 수집부 의해 수집되는 타액을 측정부로 이동시켜 주는 고무마개; 및
이동한 타액이 화학반응을 하여 타액의 포도당 농도를 측정하는 측정부;
를 포함하는 광학적 혈당 측정 스트립.
제1항에 있어서
상기 혈당 측정 스트립은,
화합물이 저장되어 있는 저장부; 및
저장되어 있는 화합물을 밀봉하고 이동시켜 주는 고무마개;
를 포함하는 광학적 혈당 측정 스트립
제1항에 있어서,
상기 혈당 측정 스트립은,
채취된 타액과 화합물이 정량이 반응할 수 있도록 부피가 결정되어 있고, 광학적 측정이 가능하도록 투명한 재질로 구성된 측정부;
를 포함하는 광학적 혈당 측정 스트립
제 3항에 있어서,
상기 화학물은 glucose oxidase, glucose dehydrogenase 중에서 선택되어 제작된 것을 특징으로 하는 광학적 혈당 측정 스트립.
제 3항에 있어서
상기 화학물은 과산화효소에 있어 과산화효소에는 겨자무 과산화효소(Horseradish Peroxidase : HRP), Fe₃O₄ nanoparticle등을 사용하며, Colorimetric material에 있어 Amplex red (AR), Amplex ultra red (AUR), 3,3`,5,5`-tetramethylbenzidine(TMB)등을 사용하는 것을 특징으로 하는 광학적 혈당 측정 스트립.
제1항에 있어서
상기 광학계는
상기 광학적 혈당 측정 스트립이 들어가는 스트립 삽입부;
상기 화합물의 반응이 가장 큰 파장을 가지는 LED를 사용하는 광원;
상기 광원으로부터 조사되는 빛이 상기 스트립에 있는 시료에 의해 변화하는 투과광을 측정하는 광 검출기;
를 포함하는 광학계.
제1항에 있어서
혈당 측정 시스템은
측정 대상자가 기계를 조작할 수 있는 기계 조작부;
상기 광학 시스템으로부터 데이터를 전달 받아 처리하는 데이터 분석부;
상기 데이터 분석부로부터 처리되어 구한 혈당 값을 표시해주는 데이터 표시부;
를 포함하는 혈당 측정 시스템.
제 8항에 있어서
상기 기계 조작부는
기계의 전원을 키고 끄는 전원버튼;
기계를 조작하는 조작버튼;
측정을 시작하는 측정시작버튼;
제 8항에 있어서
데이터 분석부는
데이터를 처리하는 프로그램이 내장된 MCU;
컴퓨터와 연결 할 수 있는 USB연결단자;