KR20210097444A

KR20210097444A - 바이오 센서

Info

Publication number: KR20210097444A
Application number: KR1020200011148A
Authority: KR
Inventors: 박승준; 천승환
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-08-09

Abstract

본 발명은 바이오 센서에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이오 센서는 점착제가 일면에 형성되어 있는 기판, 상기 기판의 또 다른 일면에 형성되는 유연성 전극부 및 상기 유연성 전극부 상에 형성되는 글루코스 반응부를 포함하고, 상기 유연성 전극부는 전도성 고분자를 포함한다.

Description

바이오 센서{Bio Sensor}

본 발명은 바이오 센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 글루코스 센서에 관한 것이다.

글루코스(glucose)는 대부분 유기체의 광범위한 영양 공급원이며, 에너지 공급, 탄소 저장, 생합성 및 탄소 골격 및 세포벽 형성의 기초적인 역할을 수행하는 성분으로서, 전위차 또는 전류 측정을 통해 글루코스의 농도를 측정하는 글루코스 센서에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.

글루코스 센서에 대한 대부분의 연구들은 글루코스의 글루코노락톤 (gluconolactone)으로의 산화를 촉진하는 글루코스 산화효소(glucose oxidase) 또는 글루코스 탈수소효소와 같은 효소의 고정에 기반을 두고 있다.

이러한 글루코스 센서는 주로 혈액에 함유된 글루코스를 측정하는 침습형(Invasive)과 주로 침, 땀 등에 함유된 글루코스를 측정하는 비침습형(Non-invasive)으로 구분될 수 있다.

비침습형 글루코스 센서의 경우, 인체에 부착되어 침이나 땀을 포함하는 생체 용액을 분석하고 모니터링한다. 이때, 인체에 부착되는 웨어러블 글루코스 센서의 경우 선택성과 민감도는 물론이고, 신체 안정성과 기계적 유연성이 동시에 만족되어야 한다.

그러나, 종래의 웨어러블 글루코스 센서의 경우 사용자의 움직임이나 연신으로 인해 전극크랙이 종종 발생하였으며, 이러한 전극크랙은 글루코스 센서의 고장으로 연결될 수 있다. 따라서, 이하에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 연신특성이 향상된 웨어러블 글루코스 센서를 설명하도록 한다.

공개특허공보 10-2016-0066706 공개특허공보 10-2015-7019224

본 발명은 피부부착이 가능한 웨어러블 바이오 센서에 관한 것으로서, 웨어러블 바이오 센서를 착용한 사용자의 움직임이나 연신으로 인해 발생할 수 있는 전극크랙을 최소화할 수 있는 웨어러블 바이오 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 바이오 센서는 연신특성이 강조된 전극부를 포함함으로써, 신체에 부착했을 때 사용자의 동작 및 부착위치의 자유도가 증가될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 바이오 센서는 연신특성이 있는 전도성고분자를 전극으로 사용함으로써, 전제 공정을 줄이고 생산비용을 절감할 수 있다.

도 1은 일반적인 글루코스 센서의 단면도이다.
도 2는 글루코스 센서 전극부의 전극 배치를 예시적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서와 다른 글루코스 센서간의 연신율을 비교한 결과를 나타낸다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

바이오 센서란 측정 대상물로부터 정보를 얻을 때 생물학적 요소를 이용하거나 또는 생물학적 요소를 모방하는 것을 사용하여 색, 형과, 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 유용한 신호로 변환시켜주는 시스템이다.

바이오 센서는 표적물질을 선택적으로 인식할 수 있는 생체감지물질 또는 생체모방 감지물질로 이루어진 센서매트릭스와 감응시에 발생하는 신호를 전달하는 신호변환기로 구성되어 있다. 센서매트릭스로는 효소, 항체, 항원, 멤브레인, 수용체, 세포, 조직 미 DNA등이 사용되고 있으며, 신호 변환 방법으로는 전기화학, 발색, 광학, 형광, 압전 등이 이용된다.

도 1은 일반적인 글루코스 센서의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 일반적인 글루코스 센서는 기판(10), 전극부(20), 전자전달부(30), 글루코스 반응부(40), 전해질공급층(50), 배선부(70) 및 온도 센서(100)를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서의 세부 구성요소들을 설명하기에 앞서 본 발명의 주요 내용을 먼저 설명한다.

기판(10)은 글루코스 센서를 구성하는 구성요소들의 구조적인 기지(base)를 제공하는 기능을 한다.

예를 들어, 기판(10)은 유리 등과 같은 경성 재질을 갖거나 플렉서블 특성을 갖는 기재 필름 형태로 구현일 수 있다. 기판(10)이 플렉서블하게 구현되는 경우 기재 필름에 적용될 수 있는 구체적인 물질의 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수도 있다. 이와 같은 투명 광학 필름의 두께는 적절히 결정될 수 있지만, 일반적으로는 강도나 취급성 등의 작업성, 박층성 등을 고려하여, 1 ∼ 500㎛로 결정될 수 있으며, 특히 1 ∼ 300㎛가 바람직하고, 5 ∼ 200㎛가 보다 바람직하다.

이러한 기재 필름은 적절한 1종 이상의 첨가제가 함유된 것일 수도 있다. 첨가제로는, 예컨대 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 핵제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 들 수 있다. 기재 필름은 필름의 일면 또는 양면에 하드코팅층, 반사방지층, 가스배리어층과 같은 다양한 기능성층을 포함하는 구조일 수 있으며, 기능성층은 전술한 것으로 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 다양한 기능성층을 포함할 수 있다.

또한, 필요에 따라 기재 필름은 표면 처리된 것일 수 있다. 이러한 표면 처리로는 플라즈마(plasma) 처리, 코로나(corona) 처리, 프라이머(primer) 처리 등의 건식 처리, 검화 처리를 포함하는 알칼리 처리 등의 화학 처리 등을 들 수 있다.

전극부(20)는 기판(10) 상에 형성된 복수의 전극들로 이루어진다. 이러한 전극부(20)는 후술하는 글루코스 반응부(40)를 구성하는 물질과 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스의 반응에 의해 발생된 전기적 신호를 감지한다. 예를 들어, 측정 대상 물질은 인체의 침, 땀, 체액, 혈액 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

예를 들어, 전극부(20)는 도전성 물질이면 특별이 제한되지 않는다. 전극부(20)는 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 주석(Ni), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), APC로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하거나, 이들의 합금일 수 있다. APC는 Ag-Pd-Cu 합금이다.

전극부(20)는 기판(10) 상에 스크린프린팅, 물리적 증기착상 또는 에칭하거나, 테이프의 부착 등에 의해 형성될 수 있다.

전자전달부(30)는 전극부(20) 및 전극부(20) 외곽의 기판(10)의 일부 영역 상에 형성된다. 전자전달부(30)는 글루코스와 반응하여 환원된 효소와 산화환원반응하여 환원되며, 이렇게 형성되는 환원상태의 전자전달매개체는 산화전위가 인가된 전극 표면에서 전류를 발생시킨다.

전자전달부(30)는 전자전달매개체를 포함할 수 있는데, 예를 들어 전자전달매개체는 염화헥사아민루세늄(Ⅲ)(hexaammineruthenium(Ⅲ)chloride), 포타슘페리시아나이드(potassium ferricyanide), 포타슘페로시아나이드(potassium ferrocyanide), 디메틸페로센(dimethylferrocene(DMF)), 페리 시니움(ferricinium), 페로센모노카르복실산(ferocene monocarboxylic acid(FCOOH)), 7,7,8,8,-테트라시아노퀴 노디메탄(7,7,8,8-tetracyanoquino-dimethane(TCNQ)), 테트라티아풀발렌(tetrathia fulvalene(TTF)), 니켈로센 (nickelocene(Nc)), N-메틸아시디니움(N-methyl acidinium(NMA+)), 테트라티아테트라센 (tetrathiatetracene(TTT)), N-메틸페나지니움(N-methylphenazinium (NMP+)), 하이드로퀴논(hydroquinone), 3- 디메틸아미노벤조산(3-dimethylaminobenzoic acid(MBTHDMAB)), 3-메틸-2-벤조티오조리논하이드라존(3-methyl2-benzothiozolinone hydrazone), 2-메톡시-4-알릴페놀(2-methoxy-4-allylphenol), 4-아미노안티피린(4- aminoantipyrin(AAP)), 디메틸아닐린(dimethylaniline), 4-아미노안티피렌(4-aminoantipyrene), 4-메톡시나프톨(4-methoxynaphthol), 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘(3,3',5,5'-tetramethyl benzidine(TMB)), 2,2-아지노-디-[3-에틸-벤즈티아졸린 술포네이트] (2,2-azino- di-[3-ethyl-benzthiazoline sulfonate]), o-디아니지딘(odianisidine), o-톨루이딘(o-toluidine), 2,4-디클로로페놀(2,4-dichlorophenol), 4-아미노페나존(4-amino phenazone), 벤지딘(benzidine), 프루시안 블루(prussian blue), 바이피리딘-오스뮴 복합체 화합물 등이 사용될 수 있다. 더하여, 전자전달부(30)는 금속함유 착물과 티오닌 또는 이의 유도체를 함께 혼합하여 사용할 수도 있다.

추가적인 실시 예에서, 전자전달부(30)는 전극부(20)를 보호하는 역할을 수행할 수도 있다. 예를 들어 전자전달부(30)는 전극부(20)를 보호하는 전극 보호체와 전자 전달의 기능을 하는 전자전달매개체가 혼합된 구조를 가질 수 있다. 여기에서 전극을 보호하기 위해 전자전달부(30)는 전극보호물질을 더 포함할 수도 있다.

예를 들어, 전자전달부(30)에 포함된 프러시안 블루는 전자 수송의 기능을 수행하는 성분이며, 헥사시아노철(II)산철(III)칼륨이 주성분인 청색 안료로서, 높은 산화성을 갖는다. 프러시안 블루를 포함하는 전자전달부(30)를 전극부(20)와 글루코스 반응부(40) 사이에 형성하면, 전극의 감도를 향상시킬 수는 있지만, 프러시안 블루의 하부에 위치한 금속성의 전극부(20)가 산화되어 부식될 수 있다.

따라서, 전극부(20)의 산화를 방지하여 전극을 보호하기 위해 본 발명의 추가적인 일 실시 예에서, 전자전달부(30)는 전자전달매개체와 함께 전극보호 물질을 더 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 전극보호물질은 카본(carbon)일 수 있다.

글루코스 반응부(40)는 전자전달부(30) 상에 형성되어 있으며, 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스와 반응하여 환원되는 산화환원효소를 포함할 수 있다. 여기에서 환원되는 효소는 전자전달부(30)의 전자전달매개체와 반응하여 글루코스를 정량한다.

예를 들어, 글루코스 반응부(40)는 플라빈아데닌디뉴클레오티드-글루 코스탈수소효소(flavin adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase, FAD-GDH), 니코틴아미드아데닌디뉴클레 오티드-글루코스탈수소효소(nicotinamide adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase, NAD-GDH), 파이롤로퀴 놀린 퀴논-글루코스탈수소효소(Pyrroloquinoline quinone-glucose dehydrogenase, PQQ-GDH), 당산화효소 (glucose oxidase; GOx) 등을 포함할 수 있다.

글루코스 반응부(40)에서의 반응 및 전극부(20)의 신호 감지 원리를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.

[반응식 1]

(1) 포도당 + GOx-FAD→글루콘산 + GOx-FADH-₂

(2) GOx-FADH₂ + 전자전달매개체(산화상태)→GOx-FAD + 전자전달매개체(환원상태)

상기 반응식 1에서, GOx는 당산화효소(Glucose oxidase)를 나타내고, GOx-FAD 및 GOx-FADH₂는 각각 당산화효소의 활성부위인 FAD(flavin adenine dinucleotide)의 산화상태 및 환원상태를 나타낸다.

상기 반응식 1에서 보는 바와 같이, (1) 먼저 혈액내의 포도당은 당산화효소의 촉매작용에 의해 글루콘산으로 산화되게 된다. 이때 당산화효소의 활성 부위인 FAD가 환원되어 FADH₂로 된다. (2) 그 후 환원된 FADH₂는 전자 전달매개체와의 산화환원반응을 통하여 FADH₂는 FAD로 산화되고, 전자전달매개체는 환원된다.

이렇게 형성된 환원상태의 전자전달매개체는 전극표면까지 확산되는데, 이때 작동 전극표면에서 환원상태의 전자전달매개체의 산화전위를 인가하여 생성되는 전류가 측정된다. 시료 내의 글루코스 농도는 전자전달매개체가 산화되는 과정에서 발생되는 전류량에 비례하므로, 이 전류량을 측정함으로써 글루코스 농도가 계산될 수 있다.

전해질공급층(50)은 글루코스 반응부(40) 상에 형성된다. 시료에 포함되어 있는 물질들은 글루코스만이 있는 것이 아니며 각종 전해질이 포함되어 있을 수 있다. 구체적으로 체내에 포함되는 전해질은 Na+, Cl-, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+ 등이 있는데, 해당이온들은 글루코스 측정시에 노이즈를 발생시키는 원인 작용하기 때문에 제거해야할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해질공급층(50)은 전해질을 포함할 수 있다. 그리고 전해질 공급층은 양이온 또는 음이온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전해질 공급층에 포함되는 양이온은 강산성인 설폰산기(-SO3-), 인산기(-PO3-), 약산성인 카복실산기(-COO-) 또는 나피온(Nafion) 등이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전해질에 공급되는 음이온은 강염기성인 4차암모늄기(-NR3+)을 주로 사용되며, 구체적인 사용 예에서 PPG-bis(2-aminopropyl ether)Mn4000와 PPG-bis(2-aminopropyl ether)Mn230 그리고 TMP-PPG-amine ether 가 사용될 수 있다.

결과적으로 전해질공급층이 양이온 및 음이온을 모두 포함하기 때문에, 체액에 포함된 양의 전해질 및 음의 전해질을 모두 제거하여 센서의 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서 전극부의 전극 배치를 예시적으로 나타낸다.

도 2에 예시된 바와 같이, 전극부(20)는 복수의 전극으로 구성될 수 있다. 복수의 전극은 적어도 하나의 작동 전극(21-1, 22-1) 및 적어도 하나의 기준 전극(21-2, 22-2)을 포함할 수 있다. 그리고 작동 전극들(21-1, 22-1)과 기준 전극들(21-2, 22-2)은 대응되도록 배치될 수 있다.

전극부(20)를 구성하는 복수의 극들은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 주석(Ni), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), APC로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하거나, 이들의 합금일 수 있다. APC는 Ag-Pd-Cu 합금이다.

더하여, 기판(10) 상에는 전극부(20)와 함께 글루코스 농도 측정 환경의 온도를 측정하기 위한 온도센서(100)가 함께 형성될 수 있다.

더하여, 복수의 전극들과 온도센서(100)는 배선부(70)를 통해 글루코스 농도 연산부(미도시)에 연결될 수 있다.

배선부(70)는 전극부(20)를 구성하는 전극들 및 온도 센서(100)로부터 연장 형성된 복수의 전기 배선들로 이루어진다. 이러한 배선부(70)는 도시하지 않은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)와 같은 전기적 연결 매체를 매개로 전류 분석 기능을 하는 감지 분석 수단에 연결될 수 있다. 도면상 도시하지는 않았으나, 배선부(70)의 종단에는 패드 영역이 구비될 수 있으며, FPCB는 이 패드 영역에 접착되어 전기적으로 연결될 수 있다.

온도 센서(100)는 기판(10) 상에 형성되어 글루코스 농도가 측정되는 환경의 온도를 측정한다. 온도 센서(100)는 글루코스 농도 측정 환경의 온도를 센싱하고 이를 글루코스 농도 연산부에 전달할 수 있다. 여기에서 글루코스 농도 연산부는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

글루코스 농도 연산부는 전극부(20)로부터 전달되는 전류량에 기초하여 글루코스 농도를 연산하면서, 온도 센서(100)로부터 전달되는 온도를 고려할 수 있다. 구체적인 실시 예에서, 측정되는 글루코스 농도는 온도에 따라 편차가 있을 수 있기 때문에, 이 온도에 따라 연산된 글루코스의 농도를 보정할 수 있다. 예를 들어 글루코스 농도의 보정은 기 설정된 온도에 따른 보정 값 테이블을 통해 수행될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서의 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서(200)는 기판(210), 점착부(220), 유연성 전극부(230), 글루코스 반응부(240) 및 이온 교환막(250)을 포함한다. 추가적으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서는 상술한 배선부(70) 및 온도센서(100)를 더 포함할 수도 있다.

여기에서 기판(210), 글루코스 반응부(240) 및 전해질공급층(250)에 관한 설명은 도 1의 기판(10), 글루코스 반응부(40) 및 전해질공급층(50)에 관한 설명과 동일하므로 설명을 생략한다.

이때, 기판(210)의 아래 일면에는 점착부(220)가 부착되어 있을 수 있다. 구체적으로, 웨어러블 글루코스 센서가 사용자의 피부에 잘 부착되기 위해, 기판(210)의 인체 피부 접착면에 점착부가 형성되어 있을 수 있다.

예를 들어, 점착부(220)는 25℃ 에서 0.01에서 100 Mpa의 탄성율을 가질 수 있다. 또한, 점착부(220)는 기판(210)에 대한 밀착력이 1 N/25mm 이상일 수 있다. 또한, 점착부(220)는 양면에 점착력을 가질 수 있다.

더하여, 점착부(220)의 유전율은 100kHz 내지 2MHz영역의 주파수에서 3.5 이하이며, 투습성은 500 g/m2E24hr 이상일 수 있으나, 이는 예시적인 수치일 뿐이며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

점착부(220)는 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 천연고무 수지, 합성고무 수지, 실리콘 수지 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

기판(210)의 일 면, 다시 말해서 점착제가 부착되어 있는 면과 반대면에 유연성 전극부(230)가 형성될 수 있다. 유연성 전극부(230)는 도 2에 설명되어 있는 바와 같이 복수의 전극을 포함할 수 있다. 유연성 전극부(230)는 기판(210) 상에 프린트되어 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서의 유연성 전극부(230)는 전도성 고분자로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전도성 고분자는 타이오닌(thionine), 아닐린(aniline), 피롤(pyrrole) 및 티오펜(thiophene)으로 이루어 진 군에서 선택된 1종 이상이 중합된 것일 수 있다. 더욱 구체적으로, 전도성 고분자는 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리플루오렌, 폴리아세틸렌, 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(3,4-프로필렌디옥시티오펜) 및 폴리(3,3-디벤질3,4-프로필렌디옥시티오펜), 폴리(3-4-에틸렌디옥시티오펜), 비스-폴리(에틸렌글리콜), 라우릴 말단, 폴리(3,4- 에틸렌디옥시티오펜)-블록 PEG, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 테트라메타크릴레이트 엔드캡 또는 이들의 조합일 수 있다.

더하여, 일 실시 예에서, 유연성 전극부(230)는 전도성 고분자와 전자전달매개체가 혼합된 것일 수 있다. 예를 들어 전자전달매개체는 염화헥사아민루세늄(Ⅲ)(hexaammineruthenium(Ⅲ)chloride), 포타슘페리시아나이드(potassium ferricyanide), 포타슘페로시아나이드(potassium ferrocyanide), 디메틸페로센(dimethylferrocene(DMF)), 페리 시니움(ferricinium), 페로센모노카르복실산(ferocene monocarboxylic acid(FCOOH)), 7,7,8,8,-테트라시아노퀴 노디메탄(7,7,8,8-tetracyanoquino-dimethane(TCNQ)), 테트라티아풀발렌(tetrathia fulvalene(TTF)), 니켈로센 (nickelocene(Nc)), N-메틸아시디니움(N-methyl acidinium(NMA+)), 테트라티아테트라센 (tetrathiatetracene(TTT)), N-메틸페나지니움(N-methylphenazinium (NMP+)), 하이드로퀴논(hydroquinone), 3- 디메틸아미노벤조산(3-dimethylaminobenzoic acid(MBTHDMAB)), 3-메틸-2-벤조티오조리논하이드라존(3-methyl2-benzothiozolinone hydrazone), 2-메톡시-4-알릴페놀(2-methoxy-4-allylphenol), 4-아미노안티피린(4- aminoantipyrin(AAP)), 디메틸아닐린(dimethylaniline), 4-아미노안티피렌(4-aminoantipyrene), 4-메톡시나프톨(4-methoxynaphthol), 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘(3,3',5,5'-tetramethyl benzidine(TMB)), 2,2-아지노-디-[3-에틸-벤즈티아졸린 술포네이트] (2,2-azino- di-[3-ethyl-benzthiazoline sulfonate]), o-디아니지딘(odianisidine), o-톨루이딘(o-toluidine), 2,4-디클로로페놀(2,4-dichlorophenol), 4-아미노페나존(4-amino phenazone), 벤지딘(benzidine), 프루시안 블루(prussian blue), 바이피리딘-오스뮴 복합체 화합물 등이 사용될 수 있다.

이때, 유연성 전극부(230)를 구성하는 전도성 고분자와 전자전달매개체 혼합물의 전체 고형분 중 과산화수소 분해물질은 0.1 ~ 20wt%일 수 있다.

유연성 전극부(230) 상에 글루코스 반응부(240)가 형성될 수 있다. 더하여, 글루코스 반응부(240) 상에 전해질공급층(250)이 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서(200)의 인장력은 10% 인장 시 5N 이하일 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서와 다른 글루코스 센서간의 연신율을 비교한 결과를 나타낸다.

도 4에서 A는 기존의 글루코스 센서이며, B 내지 D는 본 발명의 일 실시 예에 따라 유연성 전극부를 전도성고분자로 구성한 경우이다.

도 4에서 나타내는 바와 같이 A의 경우 10%이하의 연신율에서 크랙이 발생하였으나, B 내지 D의 경우 각각 20, 30, 40%의 연신율까지도 크랙이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.

결과적으로 피부에 부착되어 사용되는 웨어러블 글루코스 센서의 특성상 다양한 크기의 연신이 글루코스 센서에 요구되는데, 본 발명의 일 실시 예에 따른 웨어러블 글루코스 센서는 기존의 웨어러블 글루코스 센서에 비해 보다 큰 연신에서도 크랙이 발생하지 않고 본래의 형상을 유지할 수 있다는 장점이 있다.

더하여, 기존에 기판 상에 전극을 형성하고 전극상에 전자전달부를 형성하는 것과 달리, 전극 자체를 전도성고분자로 형성함으로써 이중 구조를 단일 구조로 단순화하여 전체 공정을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

210: 기판
220: 점착부
230: 유연성 전극부
240: 글루코스 반응부
250: 전해질공급층
70: 배선부
100: 온도 센서

Claims

점착제가 일면에 형성되어 있는 기판;
상기 기판의 또 다른 일면에 형성되는 유연성 전극부; 및
상기 유연성 전극부 상에 형성되는 글루코스 반응부를 포함하고,
상기 유연성 전극부는 전도성 고분자를 포함하는
바이오 센서.
제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 타이오닌(thionine), 아닐린(aniline), 피롤(pyrrole) 및 티오펜(thiophene)으로 이루어 진 군에서 선택된 1종 이상이 중합된 것인
바이오 센서.
제1항에 있어서,
상기 유연성 전극부는 전도성 고분자와 전자전달매개체의 혼합물로 구성되는
바이오 센서.
제3항에 있어서,
상기 전도성 고분자와 전자전달매개체의 혼합물의 전체 고형분 중 전자전달매개물질은 0.1~20wt%인
바이오 센서.
제1항에 있어서,
상기 점착제의 탄성율은 25℃ 에서 0.01에서 100 Mpa 인
바이오 센서
제1항에 있어서,
상기 점착제의 상기 기판에 대한 밀착력이 1 N/25mm 이상 인
바이오 센서.
제1항에 있어서,
상기 점착제의 유전율은 100kHz 내지 2MHz영역의 주파수에서 3.5 이하인
바이오 센서.
제1항에 있어서,
상기 점착제의 투습성은 500 g/m2E24hr 이상인
바이오 센서.
제1항에 있어서,
상기 웨어러블 글루코스 센서의 인장력은 10 % 인장 시 5 N이하인
바이오 센서.
제1항에 있어서,
상기 글루코스 반응부 상에 전해질공급층를 더 포함하는
바이오 센서.