KR101968803B1 - Sensor platform using photoluminescence and detecting device having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 발광을 이용하는 웨어러블 센서 플랫폼 및 이를 포함하는 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 센서 플랫폼은 피측정 대상인 생체 표면을 따라 밀착되는 가요성 고분자 매트릭스, 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되어 상기 생체 표면의 피분석 물질에 반응하는 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 및 상기 생체 표면의 피분석 물질에 반응하지 않는 적어도 한 종류 이상의 제 2 형광 물질을 포함하는 형광 센서막, 상기 형광 센싱막의 상측면 상에 배치되고, 상기 형광 센싱막으로 제 1 광을 조사하기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하는 광원층; 및 상기 광원층(20)의 상측면 상에 배치되고, 상기 광원층(20)으로부터 입사되는 상기 제 1 광에 의해 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 또는 제 2 형광 물질로부터 방출되는 제 2 광을 적어도 둘 이상의 색으로 분해하고 색 분해된 상기 제 2 광을 검출하기 위한 복수의 컬러 픽셀들의 배열을 포함하고, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀은 상기 형광 센싱막의 각 측정 포인트와 매핑되는 수광 센서층(30)을 포함한다.The present invention relates to a wearable sensor platform using photoluminescence and a detection device including the same. The wearable sensor platform according to an embodiment of the present invention includes a flexible polymer matrix which is closely adhered to a living body surface to be measured, at least one kind of first fluorescent material dispersed in the polymer matrix and reacting with the analyte of the living body surface, And a fluorescent sensor film including at least one kind of second fluorescent material that does not react with the analyte on the living body surface, and a second fluorescent material disposed on an upper side of the fluorescent sensing film, A light source layer including at least one light source; And at least one first fluorescent material or a second fluorescent material emitted from the second fluorescent material by the first light incident from the light source layer (20), the first light being disposed on the upper surface of the light source layer (20) Wherein each unit pixel of the plurality of color pixels comprises a plurality of color pixels arranged in a matrix form for receiving light that is mapped to each measurement point of the fluorescent sensing film And a sensor layer (30).
Description
본 발명은 웨어러블 센서 플랫폼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 광 발광을 이용하는 웨어러블 센서 플랫폼 및 이를 포함하는 검출 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a wearable sensor platform, and more particularly, to a wearable sensor platform using photoluminescence and a detection device including the same.
일반적으로, 광 발광 기반(Photoluminescence-based, PL-based) 센서란 형광 센싱막(fluorescent sensing film)에 흡착된 피분석 물질(analyte), 예를 들면, 산소, 수분, 혈청 등과 같은 특정 화합물 또는 원소에 의해 형광 감지막의 광 발광 특성이 달라지는 것을 이용한 센서이다. 센서 플랫폼(sensor platform)이란 광 발광 센서 필름, 여기원(excitation source), 및 포토다이오드로 구성된 독립적 장치를 의미한다. 그리고 광 발광 기반 센서는 원리가 매우 간단하며, 작동 신뢰성이 높고 적용 가능한 화합물의 범위가 넓어 환경, 의료, 식품, 보안, 화학 공학 산업 등 매우 다양한 분야에 이용되고 있다.Generally, a photoluminescence-based (PL-based) sensor refers to an analyte adsorbed on a fluorescent sensing film, for example, a specific compound such as oxygen, moisture, serum, And the photoluminescence characteristics of the fluorescence sensing film are different. A sensor platform means an independent device composed of a photoluminescence sensor film, an excitation source, and a photodiode. And the photoluminescence based sensor is used in various fields such as environment, medical, food, security, and chemical engineering industries because of its simple principle, high reliability of operation and wide range of applicable compounds.
한편, 웨어러블 센서는 크게 플렉서블(flexible) 센서의 범주에 포함되는 것으로, 신체의 피부나 장기에 직접 부착하여 특정 화학 원소나 기계적인 움직임 등을 센싱하는 장치를 총칭하는데, 최근에는 미세 센싱 기술과 진단 의학에 대한 기술이 발전하면서 이들 분야의 웨어러블 센서에 대한 관심이 증가하고 있다. Meanwhile, the wearable sensor is broadly classified into a flexible sensor, and refers to a device that directly senses a specific chemical element or mechanical movement by attaching directly to the skin or organ of the body. In recent years, As medical technology has developed, interest in wearable sensors in these fields is increasing.
이의 구현을 위해, 휴대하기 용이하고 신체 피부나 장기 등의 표면에 탈부착이 가능한 광 발광 기반 센서가 필요하다. 또한, 상기 웨어러블 센서를 통해 종합적인 측정 분석을 위해서는 다양한 피분석 물질들을 동시 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 하지만, 광 발광 기반 센서와 웨어러블 센서에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있으나, 이를 통합하여 활용하는 연구가 부족하다. In order to realize this, a photoluminescence-based sensor which is easy to carry and which can be attached and detached to the surface of body skin or organ is needed. In addition, it is desirable to be able to simultaneously detect various analytes in order to perform comprehensive measurement analysis through the wearable sensor. However, researches on photoluminescence based sensor and wearable sensor have been actively carried out, but there is a lack of research to integrate and utilize them.
또한, 종래의 피분석 물질의 측정 기술의 예로서, 주사 바늘형(needle type) 클락 전극(clark electrode) 또는 얇은 섬유(fiber) 형태의 미소 전극(microelectrode) 등을 이용하는 산소 측정 방법이 있다. 상기 산소 측정 방법은 침습식 탐지(point detection)를 기반으로 산소가 측정되기 때문에 해당 측정 면적에서 피분석 물질의 분포를 정량적으로 분석하기 어렵고, 넓은 범위에서 측정하기 어려운 문제점이 있다. 새로운 광 발광 기반 센서를 이용한 피분석 물질의 측정 기술은 넓은 측정 범위에서 피분석 물질의 분포를 정량적으로 측정할 것이 요구된다. As an example of a conventional technique for measuring an analyte, there is an oxygen measuring method using a needle electrode type clark electrode or a thin fiber type microelectrode. Since the oxygen measurement method measures oxygen based on point detection, it is difficult to quantitatively analyze the distribution of the analyte in the measurement area, and it is difficult to measure in a wide range. The measurement technique of the analyte using the new photoluminescence based sensor is required to quantitatively measure the distribution of the analyte in a wide measurement range.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 휴대하기 용이하고 생체 표면에 탈부착이 용이하여 웨어러블 센서로서 구현될 수 있고, 피분석 물질의 분포를 정량적으로 분석하기 위한 대면적 측정이 가능한 광 발광 기반 센서와 웨어러블 센서를 통합한 웨어러블 센서 플랫폼을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a light-emitting device capable of being easily carried and detachable and attachable to a living body surface and being capable of being implemented as a wearable sensor, capable of large area measurement for quantitatively analyzing the distribution of an analyte A wearable sensor platform incorporating a sensor and a wearable sensor is provided.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 이점을 갖는 웨어러블 센서 플랫폼을 갖는 검출 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a detection device having a wearable sensor platform having the above-described advantages.
본 발명의 일 측면에 따르면, 웨어러블 센서 플랫폼은 피측정 대상인 생체 표면을 따라 밀착되는 가요성 고분자 매트릭스, 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되어 상기 생체 표면의 피분석 물질에 반응하는 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 및 상기 생체 표면의 피분석 물질에 반응하지 않는 적어도 한 종류 이상의 제 2 형광 물질을 포함하는 형광 센서막, 상기 형광 센싱막의 상측면 상에 배치되고, 상기 형광 센싱막으로 제 1 광을 조사하기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하는 광원층 및 상기 광원층의 상측면 상에 배치되고, 상기 광원층으로부터 입사되는 상기 제 1 광에 의해 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 또는 제 2 형광 물질로부터 방출되는 제 2 광을 적어도 둘 이상의 색으로 분해하고 색 분해된 상기 제 2 광을 검출하기 위한 복수의 컬러 픽셀들의 배열을 포함하고, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀은 상기 형광 센싱막의 각 측정 포인트와 매핑되는 수광 센서층을 포함한다. According to an aspect of the present invention, a wearable sensor platform includes a flexible polymer matrix which is closely adhered along a living body surface to be measured, at least one kind of first fluorescent material dispersed in the polymer matrix, And a fluorescent sensor film including at least one kind of second fluorescent material that does not react with the analyte on the living body surface, and a second fluorescent material disposed on an upper side of the fluorescent sensing film, A light source layer including at least one light source and a light source layer disposed on an upper side of the light source layer and being emitted from the at least one kind of the first fluorescent material or the second fluorescent material by the first light incident from the light source layer A plurality of light sources for separating the second light into at least two colors and for detecting the color- Contains an array of color pixels, each unit pixel of the plurality of color pixels comprises a light receiving sensor layer is mapped with each measurement point the fluorescence sensing film.
본 발명의 실시예에서, 웨어러블 플랫폼은 색 분해된 상기 제 2 광을 이용하여, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 강도 비율(intensity ratio)을 계산하는 제 1 연산부 및 상기 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 세기 비율을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성을 정량화하는 수치를 계산하는 제 2 연산부를 포함하는 연산 회로층을 더 포함한다. In an embodiment of the present invention, the wearable platform includes a first arithmetic section for calculating a relative color intensity ratio of each unit pixel of the plurality of color pixels, using the second light having been color-separated, And a second arithmetic unit for calculating a numerical value for quantifying a characteristic of the analyte using the relative color intensity ratio of the analyte.
본 발명의 실시예에서, 상기 피분석 물질의 특성은 상기 피분석 물질의 농도 그리고 종류 중 적어도 하나 이상일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the characteristic of the analyte may be at least one of the concentration and the kind of the analyte.
본 발명의 실시예에서, 상기 연산 회로층은, 색 분해된 상기 제 2 광이 상기 제 1 형광 물질로부터 방출된 제 3 광과 상기 제 2 형광 물질로부터 방출된 제 4 광을 포함할 때, 색 분해된 제 3 광의 강도와 색 분해된 상기 제 4 광의 강도의 비율(ratio)을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성 분포를 계산하고, 상기 피분석 물질의 특성 분포를 기반으로, 상기 피분석 물질의 정량화된 수치를 보정하는 보정부를 더 포함한다. In an embodiment of the present invention, the arithmetic circuit layer includes a first color filter layer and a second color filter layer, wherein when the color-separated second light includes third light emitted from the first fluorescent substance and fourth light emitted from the second fluorescent substance, Calculating a characteristic distribution of the analyte using the ratio of the intensity of the decomposed third light to the intensity of the fourth light that has been color-separated; and calculating, based on the characteristic distribution of the analyte, And a correction unit for correcting the quantified value of the reference value.
본 발명의 실시예에서, 상기 복수의 컬러 픽셀들 각각은, 상기 제 2 광을 적어도 둘 이상의 색으로 분해하기 위한 적어도 둘 이상의 컬러 필터들 및 상기 적어도 둘 이상의 컬러 필터들을 투과하는 색 분해된 상기 제 2 광을 검출하는 적어도 둘 이상의 포토 다이오드들을 포함한다. In an embodiment of the present invention, each of the plurality of color pixels includes at least two color filters for decomposing the second light into at least two colors, and at least two color filters for transmitting the at least two color filters, And at least two photodiodes for detecting two lights.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 복수의 컬러 픽셀들 각각은, 상기 제 2 광을 특정 색으로 분해하기 위한 하나의 컬러 필터 및 상기 컬러 필터를 투과하는 색 분해된 상기 제 2 광을 검출하는 하나의 포토 다이오드를 포함한다. In another embodiment of the present invention, each of the plurality of color pixels includes one color filter for decomposing the second light into a specific color, and one for detecting the color-separated second light transmitted through the color filter Of photodiodes.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 복수의 컬러 픽셀들 각각은 상기 제 2 광에 포함된 적어도 둘 이상의 색에 각각 반응하는 적어도 둘 이상의 포토 다이오드를 포함한다. In another embodiment of the present invention, each of the plurality of color pixels includes at least two photodiodes each responsive to at least two colors included in the second light.
본 발명의 실시예에서, 상기 복수의 컬러 픽셀들 각각은, 상기 제 2 광에 포함된 하나의 특정 색에 반응하는 포토 다이오드를 포함하고, 상기 특정 색은 빨강, 녹색, 파랑색 중 하나일 수 있다. In an embodiment of the present invention, each of the plurality of color pixels includes a photodiode responsive to one specific color contained in the second light, and the specific color may be one of red, green, and blue have.
본 발명의 실시예에서, 상기 형광 센서막과 상기 광원층(20) 사이에 배치되고, 상기 광원층(20)에서 조사하는 상기 제1 광을 필터링하는 제 1 필터층과, 상기 광원층과 상기 수광 센서층(30) 사이에 배치되고, 상기 형광 센서막(10)으로부터 방출되는 제 2 광을 필터링하는 제 2 필터층을 더 포함한다. A first filter layer disposed between the fluorescence sensor film and the
본 발명의 실시예에서, 외부로부터 상기 피분석 물질이 유입되지 않도록 상기 광원층, 상기 수광 센서층, 연산 회로층 중 적어도 하나 이상을 밀봉하는 기능성막을 더 포함한다. In the embodiment of the present invention, the light emitting device further includes a functional film that seals at least one of the light source layer, the light receiving sensor layer, and the arithmetic circuit layer so that the analytes are not introduced from the outside.
상기 광원층은, 상기 적어도 하나의 광원을 스위칭하기 위한 박막 트랜지스터(thin film transistor: TFT)를 더 포함한다. The light source layer further includes a thin film transistor (TFT) for switching the at least one light source.
본 발명의 실시예에서, 상기 가요성 고분자 매트릭스는 Poly(acrylonitrile)(PAN), Poly(styrene-co-acrylonitrile)(PSAN), Poly(vinyl alcohol)(PVA), Poly(vinyl methyl ketone)(PVMK), Poly(vinyl chloride)(PVC), Poly(methyl methacrylate)(PMMA), Poly(dimethyl siloxane)(PDMS), Poly(hexafluoroisopropyl methacrylate-co-heptafluoro-n-butyl methacrylate)(FIB), Poly(isobutyl methacrylate-co-trifluoroethyl methacrylate)[Poly(IBM-co-TFEM)], Poly(trimethylsilyl propyne)(PolyTMSP), 에틸셀룰로스(ethyl cellulose: EC), 실리콘 고무(silicone rubbers), 폴리스티렌(polystyrene: PS), 셀룰로오스 유도체(cellulose derivatives), Poly(hydroxyethyl methacrylate)(pHEMA) 중 적어도 하나 이상일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the flexible polymer matrix is selected from the group consisting of poly (acrylonitrile) (PAN), styrene-co-acrylonitrile (PSAN), poly (vinyl alcohol) (PVC), poly (methyl methacrylate) (PMMA), poly (dimethyl siloxane) (PDMS), poly (hexafluoroisopropyl methacrylate-co-heptafluoro-n-butyl methacrylate) poly (trimethylsilyl propyne) (PolyTMSP), ethyl cellulose (EC), silicone rubbers, polystyrene (PS), poly (styrene- Cellulose derivatives, and poly (hydroxyethyl methacrylate) (pHEMA).
본 발명의 실시예에서, 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질은 피렌(pyrene), 데카시클렌(decac2clene), Ruthenium(II)-tris(4,7, diphenyl-1,10, phenanthroline)(Ru(dpp)32+), Platinum(II)-2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-octaethylporphyrin(PtOEP), Platinum(II)-5, 10, 15, 20, tetrakis (2, 3, 4, 5, 6-pentafluorophenyl)porphyrin(PtTFPP), Palladium(II)-2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-octaethylporphyrin(PdOEP), Palladium(II)-5,10,15,20-tetrakis(2, 3, 4, 5, 6-penta-fluorophenyl)porphyrin(PdTFPP), Platinum(II)-5,10,15,20-tetrakis(2,3,4,5,6-penta-fluorophenyl)porpholactone(PtTFPL), Ruthenium-tris(1,10-phenanthroline)(Ru(phen)32+), Ruthenium-tris(2,2’-bipyridine)(Ru(bpy)32+), Ruthenium-bis(2,2’:6’,2’’terpyridine)(Ru(trpy)22+), Europium(III)-tris(thenoyltrifluoroacetylacetonato)-(2-(4-diethylaminophenyl)-4,6-bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)-1,3,5-triazine)[Eu(tta)3(dpbt)], 8-Hydroxypyrene-1,3,6-Trisulfonic Acid(HPTS) 중 적어도 하나 이상일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the at least one kind of the first fluorescent material is pyrene, decac2clene, ruthenium (II) -tris (4,7, diphenyl-1,10, phenanthroline) (dpp) 32+), Platinum (II) -2,3,7,8,12,13,17,18-octaethylporphyrin (PtOEP), Platinum (II) -5,10,15,20, tetrakis Palladium (II) -2, 3, 7, 8, 12, 13, 17,18-octaethylporphyrin (PdOEP), Palladium (II) 15,20-tetrakis (2,3,4,5,6-pentafluorophenyl) porphyrin (PdTFPP), Platinum (II) -5,10,15,20-tetrakis (2,3,4,5,6- tris (1,1-phenanthroline) (Ru (phen) 32+), Ruthenium-tris (2,2'- bipyridine) (Ru (bpy) 32+), Ruthenium- bis (2,2 ': 6', 2''terpyridine) (Ru (trpy) 22+), Europium (III) -tris (thenoyltrifluoroacetylacetonato) , 5-dimethylpyrazol-1-yl) -1,3,5-triazine) [Eu (tta) 3 (dpbt)] and 8-Hydroxypyrene-1,3,6-Trisulfonic Acid .
본 발명의 일 측면에 따르면, 검출 장치는 피측정 대상인 생체 표면을 따라 밀착되는 가요성 고분자 매트릭스, 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되어 상기 생체 표면의 피분석 물질에 반응하는 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 및 상기 생체 표면의 피분석 물질에 반응하지 않는 적어도 한 종류 이상의 제 2 형광 물질을 포함하는 센서 및 상기 센서로 제 1 광을 조사하기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하고, 상기 제 1 광에 의해 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 또는 제 2 형광 물질로부터 방출되는 제 2 광을 적어도 둘 이상의 색으로 분해하고 색 분해된 상기 제 2 광을 검출하기 위한 복수의 컬러 픽셀들의 배열을 포함하는 측정 모듈을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a detection device comprising: a flexible polymer matrix which is closely adhered along a living body surface to be measured; at least one kind of first fluorescent substance dispersed in the polymer matrix and reacting with the analyte of the living body surface; A sensor including at least one kind of second fluorescent material that does not react with the analyte of the living body surface and at least one light source for irradiating the first light with the sensor, And a measurement module including an array of a plurality of color pixels for decomposing the at least two types of first light emitted from the first fluorescent material or the second fluorescent material into at least two colors and for detecting the second color separated light do.
본 발명의 실시예에서, 상기 측정 모듈은, 색 분해된 상기 제 2 광을 이용하여, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 강도 비율(intensity ratio)을 계산하는 제 1 연산부 및 상기 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 세기 비율을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성을 정량화하는 수치를 계산하는 제 2 연산부를 포함한다. In an embodiment of the present invention, the measurement module may include a first calculation unit that calculates a relative color intensity ratio of each unit pixel of the plurality of color pixels using the second light that has been color-separated, And a second arithmetic section for calculating a numerical value for quantifying a characteristic of the analyte using the relative color intensity ratio of the unit pixel.
상기 측정 모듈은 상기 센서로부터 반사된 광을 수광하는 수광 센서를 포함하는 전자 장치일 수 있고, 상기 광원은 LED(Light Emitting Diode), OLED(organic light-emitting diode), QD-LED(Quantum Dot Light Emitting Diode), LEC(light-emitting electrochemical cell) 중 하나일 수 있다. The measurement module may be an electronic device including a light receiving sensor for receiving light reflected from the sensor, and the light source may be a light emitting diode (LED), an organic light-emitting diode (OLED), a quantum dot light Emitting Diode), or LEC (light-emitting electrochemical cell).
본 발명의 실시예에 따르면, 피측정 대상인 생체 표면을 따라 밀착되는 형광 센서막, 광원층, 및 색 분해가 가능한 수광 센서층을 포함함으로써, 사람, 동물 혹은 식물의 생체 표면의 굴곡에 대응하여 탈부착이 용이하며, 색 분해에 의한 비등차 측정 원리가 가능하여 대면적 측정이 가능한 광 발광 기반 센서와 웨어러블 센서를 통합한 웨어러블 센서 플랫폼이 제공될 수 있다.According to the embodiment of the present invention, by including the fluorescent sensor film, the light source layer, and the light-receiving sensor layer capable of color degradation, which are closely contacted with the living body surface to be measured, And it is possible to provide a wearable sensor platform that incorporates a wearable sensor and a light emitting based sensor capable of measuring a large area by making it possible to measure the boiling difference by color decomposition.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 검출 장치가 제공될 수 있다.Further, according to another embodiment of the present invention, a detection apparatus having the above-described advantage can be provided.
도 1a 내지 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 센서 플랫폼(wearable sensor platform)의 일측 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 센서막의 구조를 도시한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원층(20)의 상세한 단면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 컬러 픽셀들로 구분된 수광 센서층의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수광 센서층들의 복수의 컬러 픽셀 영역들과 형광 센서막의 복수의 측정 영역들 사이의 매핑 관계를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 실시예에 따른 단위 컬러 픽셀의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연산 회로층의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에서 따른 웨어러블 센서 플랫폼(wearable sensor platform)의 시스템 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figs. 1A to 1B are cross-sectional views showing one side section of a wearable sensor platform according to an embodiment of the present invention.
2 shows a structure of a fluorescent sensor film according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed cross-sectional view of a
4 is a plan view of a light receiving sensor layer divided into a plurality of color pixels according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a mapping relationship between a plurality of color pixel areas of the light receiving sensor layers and a plurality of measurement areas of the fluorescent sensor film according to an embodiment of the present invention.
6A to 6D are diagrams showing the configuration of a unit color pixel according to an embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of an arithmetic circuit layer according to an embodiment of the present invention.
8 is a system configuration diagram of a wearable sensor platform according to a second embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
도면에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Like numbers refer to like elements in the drawings. Also, as used herein, the term " and / or " includes any and all combinations of any of the listed items.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수로 기재되어 있다 하더라도, 문맥상 단수를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terms used herein are used to illustrate the embodiments and are not intended to limit the scope of the invention. Also, although described in the singular, unless the context clearly indicates a singular form, the singular forms may include plural forms. Also, the terms "comprise" and / or "comprising" used herein should be interpreted as referring to the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements and / And does not exclude the presence or addition of other features, numbers, operations, elements, elements, and / or groups.
본 명세서에서 기판 또는 다른 층 "상에(on)" 형성된 층에 대한 언급은 상기 기판 또는 다른 층의 바로 위에 형성된 층을 지칭하거나, 상기 기판 또는 다른 층 상에 형성된 중간 층 또는 중간 층들 상에 형성된 층을 지칭할 수도 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다.Reference herein to a layer formed " on " a substrate or other layer refers to a layer formed directly on top of the substrate or other layer, or may be formed on intermediate or intermediate layers formed on the substrate or other layer Layer. ≪ / RTI > It will also be appreciated by those skilled in the art that structures or shapes that are " adjacent " to other features may have portions that overlap or are disposed below the adjacent features.
본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 소자의 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다.As used herein, the terms "below," "above," "upper," "lower," "horizontal," or " May be used to describe the relationship of one constituent member, layer or regions with other constituent members, layers or regions, as shown in the Figures. It is to be understood that these terms encompass not only the directions indicated in the Figures but also the other directions of the devices.
본 명세서에서, 사용되는 “프로브(probe)”는 하나의 피분석 물질(analyte)을 검출하기 위해 적어도 하나의 염료(dye)와 적어도 하나의 고분자(polymer)가 결합된 물질을 지칭한다. 또한, 본 명세서에서, "투명한"이란 용어는, 가시광선, 적외선, 또는 자외선 영역 모두의 대역에 있어 투광도를 갖는 것에 한정되지 아니하며, 이들 영역의 일부 파장 대역에 있어 투광도를 갖는 것으로 해석되어야 한다. As used herein, a " probe " refers to a substance in which at least one dye and at least one polymer are combined to detect a single analyte. Also, in this specification, the term " transparent " is not to be construed as having transparency in the band of both visible light, infrared, or ultraviolet region, and should be interpreted as having transmittance in some wavelength bands of these regions.
이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간 구조들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명될 것이다. 이들 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다.In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to cross-sectional views schematically illustrating ideal embodiments (and intermediate structures) of the present invention. In these figures, for example, the size and shape of the members may be exaggerated for convenience and clarity of explanation, and in actual implementation, variations of the illustrated shape may be expected. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions shown herein. In addition, reference numerals of members in the drawings refer to the same members throughout the drawings.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 센서 플랫폼(wearable sensor platform)(100)의 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views of a
도 1a를 참조하면, 웨어러블 센서 플랫폼(100)은 형광 센서막(10), 광원층(20) 및 수광 센서층(30)을 포함할 수 있다. 구현에 있어서, 상기 웨어러블 센서 플랫폼(100)은 상기 수광 센서층(30)으로부터 검출된 전기적 신호에 기반하여, 피측정 대상인 생체 표면(10S)의 피분석 물질의 특성을 분석하는 연산 회로층(40)을 더 포함할 수 있다.1A, a
형광 센서막(10)은 피측정 대상인 생체 표면(10S)을 따라 밀착되는 가요성 고분자 매트릭스, 상기 고분자 매트릭스 내에 분산되어 상기 생체 표면의 피분석 물질에 반응하는 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 및 상기 생체 표면의 피분석 물질에 반응하지 않는 적어도 한 종류 이상의 제 2 형광 물질을 포함한다.The
상기 피측정 대상은 사람, 동물 또는 식물일 수 있고, 상기 피분석 물질은 피부 또는 상피 조직을 통해 전달되어 생체 표면(10S)에 존재하거나 생체 내부에 포함되는 산소 또는 활성화 산소, 수분, 일산화질소(NO), 수소 이온 농도(pH), 온도, 혈청(serum), 락테이트(lactate), 알코올(alchol) 및/또는 포도당(glucose)일 수 있다. 본 발명은 상기 피분석 물질의 종류에 한정되는 것은 아니다.The subject to be measured may be a person, an animal or a plant, and the analyte is transferred through the skin or epithelial tissue and is present in the living
상기 가요성 고분자 매트릭스는 적어도 한 중류 이상의 고분자(polymer)들에 의해 형성된다. 상기 고분자(polymer)는 Poly(acrylonitrile)(PAN), Poly(styrene-co-acrylonitrile)(PSAN), Poly(vinyl alcohol)(PVA), Poly(vinyl methyl ketone)(PVMK), Poly(vinyl chloride)(PVC), Poly(methyl methacrylate)(PMMA), Poly(dimethyl siloxane)(PDMS), Poly(hexafluoroisopropyl methacrylate-co-heptafluoro-n-butyl methacrylate)(FIB), Poly(isobutyl methacrylate-co-trifluoroethyl methacrylate)[Poly(IBM-co-TFEM)], Poly(trimethylsilyl propyne)(PolyTMSP), 에틸셀룰로스(ethyl cellulose: EC), 실리콘 고무(silicone rubbers), 폴리스티렌(polystyrene: PS), 셀룰로오스 유도체(cellulose derivatives), Poly(hydroxyethyl methacrylate)(pHEMA) 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니며 투명한 재질로서 광 투과율이 높고 유연한 재질이라면 어느 것이라도 가능하다.The flexible polymer matrix is formed by polymers of at least one middle stream. The polymer may be selected from the group consisting of poly (acrylonitrile) (PAN), styrene-co-acrylonitrile (PSAN), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl methyl ketone (PVMK) (PVC), poly (methyl methacrylate) (PMMA), poly (dimethyl siloxane) (PDMS), poly (hexafluoroisopropyl methacrylate-co-heptafluoro-n-butyl methacrylate) (FIB), poly (isobutyl methacrylate- Poly (trimethylsilyl propyne) (PolyTMSP), ethyl cellulose (EC), silicone rubbers, polystyrene (PS), cellulose derivatives, Poly (hydroxyethyl methacrylate) (pHEMA), or a combination thereof. However, the present invention is not limited thereto, and any transparent material having high light transmittance and being flexible can be used.
상기 가요성 고분자 매트릭스 내에는, 적어도 한 종류 이상의 형광 물질이 분산될 수 있다. 상기 형광 물질은 상기 고분자 매트릭스의 표면 또는 내부 기공에, 물리적, 전기적 또는 화학적으로 흡착되거나, 상기 고분자 매트릭스 내에 임베딩(embedding)될 수 있다. At least one kind of fluorescent substance may be dispersed in the flexible polymer matrix. The fluorescent material may be physically, electrically, or chemically adsorbed to the surface or internal pores of the polymer matrix, or may be embedded in the polymer matrix.
일 실시예에서, 상기 형광 물질은, 소정의 피분석 물질에 반응하는 적어도 한 종류 이상의 형광 물질과 상기 피분석 물질에 반응하지 않는 적어도 한 종류 이상의 제 2 형광 물질을 포함할 수 있다. 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질은 지시 염료(indicator dye)를 포함할 수 있다. 상기 지시 염료는 피렌(pyrene), 데카시클렌(decac2clene), Ruthenium(II)-tris(4,7, diphenyl-1,10, phenanthroline)(Ru(dpp)32+), Platinum(II)-2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-octaethylporphyrin(PtOEP), Palladium(II)-2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-octaethylporphyrin(PdOEP), Platinum(II)-5, 10, 15, 20, tetrakis (2, 3, 4, 5, 6-pentafluorophenyl)porphyrin(PtTFPP), Palladium(II)-5,10,15,20-tetrakis(2, 3, 4, 5, 6-penta-fluorophenyl)porphyrin(PdTFPP), Platinum(II)-5,10,15,20-tetrakis(2,3,4,5,6-penta-fluorophenyl)porpholactone(PtTFPL), Ruthenium-tris(1,10-phenanthroline)(Ru(phen)32+), Ruthenium-tris(2,2’-bipyridine)(Ru(bpy)32+), Ruthenium-bis(2,2’:6’,2’’terpyridine)(Ru(trpy)22+), Europium(III)-tris(thenoyltrifluoroacetylacetonato)-(2-(4-diethylaminophenyl)-4,6-bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)-1,3,5-triazine)[Eu(tta)3(dpbt)], 8-Hydroxypyrene-1,3,6-Trisulfonic Acid(HPTS) 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the fluorescent material may include at least one kind of fluorescent material that reacts with a predetermined analyte and at least one kind of second fluorescent material that does not react with the analyte. The at least one kind of the first fluorescent material may include an indicator dye. The indicator dye is selected from the group consisting of pyrene, decac2clene, ruthenium (II) -tris (4,7, diphenyl-1,10, phenanthroline) (PdOEP), Platinum (II), Palladium (II) -2,3,7,8,12,13,17,18-octaethylporphyrin -5,10,15,20 tetrakis (2,3,4,5,6-pentafluorophenyl) porphyrin (PtTFPP), Palladium (II) -5,10,15,20-tetrakis (2,3,4,5 , 6-pentafluorophenyl) porphyrin (PdTFPP), Platinum (II) -5,10,15,20-tetrakis (2,3,4,5,6-pentafluorophenyl) porpholactone (PtTFPL), Ruthenium-tris Bis (2,2'-bipyridine) (Ru (bpy) 32+), Ruthenium-bis terpyridine (Ru (trpy) 22+), Europium (III) -tris (2- (4-diethylaminophenyl) -4,6-bis (3,5-dimethylpyrazol- , 5-triazine) [Eu (tta) 3 (dpbt)], 8-Hydroxypyrene-1,3,6-Trisulfonic Acid (HPTS) or a combination thereof. However, the present invention is not limited thereto.
일부 실시예에서, 복수의 피분석 물질들의 특징(예: 피분석 물질의 종류, 농도, 분포)을 검출하기 위해서, 각기 다른 염료(dye)와 각기 다른 고분자 종류를 사용하여 코어셀(core shell) 구조의 복수의 프로브(probe)들이 형광 센서막(10) 내에 포함될 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 센서막(10)의 구조(200)를 도시한다. 도 2를 참조하면, 유연성을 갖는 형광 센서막(10)은 생체 표면(10S)를 따라 밀착되어, 산소, 온도, 및/또는 pH에 반응한다. 형광 센서막(10)은 산소를 검출하기 위한 프로브(probe)는 PtTFPL(indicator dye)/PSAN(polymer) 입자들(particles)(10C)를 포함하고, 온도 감지를 위한 프로브는 Eu(tta)3(dpbt)/PVC 입자들(10B)을 포함하고, pH 감지를 위한 프로브는 HPTS/pHEMA 입자들(10A)을 포함할 수 있다. 더하여, 온도에 민감한 프로브가 산소에 반응을 하지 않도록 하기 위해 Eu(tta)3(dpbt)/PVC 입자들(10B)의 각각은 산소 불투과성(oxygen impermeable)을 갖는 고분자(polymer)로 코팅이 되거나 산소 불투과성(oxygen impermeable)을 갖는 고분자와 결합될 수 있다. 반면, 산소에 민감한 프로브가 온도에 반응을 하지 않도록 하기 위해 PtTFPL(indicator dye)/PSAN(polymer) 입자들(10C)의 각각은 온도 민감하지 않는 고분자로 코팅되거나 온도 민감하지 않는 고분자와 결합될 수 있다. 이는 하나의 프로브에서 측정 대상인 피분석 물질(예: 온도) 외에 다른 피분석 물질(예: 산소)이 반응하는 것을 방지할 수 있다.In some embodiments, a core shell may be fabricated using different dyes and different polymer classes to detect the characteristics (e.g., type, concentration, distribution) of a plurality of analytes of interest. A plurality of probes of the structure may be included in the
균일하게 피분석 물질들이 정량적으로 측정되기 위해서는, HPTS/pHEMA 입자들(10A), Eu(tta)3(dpbt)/PVC 입자들(10B) 그리고 PtTFPL/PSAN 입자들(10C)은 균일하게 분포되는 것이 바람직하다.In order for the analytes to be quantitatively measured uniformly, HPTS /
다른 실시예에서 락테이트(lactate), 알코올(alchol) 또는 포도당(glucose)을 검출하기 위한 프로브는 둘 이상의 지시 염료(indicator dye)들이 조합된 염료(dye)와 적합한 고분자(polymer)로 구성될 수 있다.In another embodiment, a probe for detecting lactate, alchol, or glucose may be composed of a polymer with a dye in combination with two or more indicator dyes. have.
상기 적어도 한 종류 이상의 제 2 형광 물질은 상기 피분석 물질에 반응하지 않는 기준 염료(reference dye)를 포함한다. 예컨대, 피분석 물질 중 산소 농도를 측정하는 경우 PtTFPP가 지시 염료로 사용되고, fluorophore N-(5-carboxypentyl)-4-piperidino-1,8-naphthalimide이 기준 염료로 사용될 수 있다. 상기 PtTFPP 물질은 산소와 반응하여 적색 파장의 광을 생성하고, fluorophore N-(5-carboxypentyl)-4-piperidino-1,8-naphthalimide 물질은 산소와 반응하지 않고, 녹색 파장의 광을 생성할 수 있다. 이는 하나의 예시일 뿐, 상기 기준 염료는 상기 피분석 물질과 반응하지 않으면서, 상기 피분석 물질에 반응하여 생성된 파장 대역과 상이한 파장을 생성하는 염료라면 사용가능하다.The at least one kind of second fluorescent material includes a reference dye which does not react with the analyte. For example, in the case of measuring the oxygen concentration in the analyte, PtTFPP is used as the indicator dye and fluorophore N- (5-carboxypentyl) -4-piperidino-1,8-naphthalimide can be used as the reference dye. The PtTFPP material reacts with oxygen to produce light of a red wavelength and the fluorophore N- (5-carboxypentyl) -4-piperidino-1,8-naphthalimide material does not react with oxygen and can generate green wavelength light have. The reference dye may be used as long as it is a dye which does not react with the analyte but generates a wavelength different from the wavelength band generated in response to the analyte.
다른 실시예에서, 상기 기준 염료는 상기 피분석 물질에 반응하지 않는 폴리머로 코딩된 층을 포함하는 지시 염료(indicator dye)일 수 있다. 예컨대, 상기 기준 염료는 산소, 온도 및 pH에 반응하지 않도록 하기 위해 이들에 반응하지 않는 적어도 하나의 폴리머가 코딩된 지시 염료일 수 있다.In another embodiment, the reference dye may be an indicator dye comprising a layer coded with a polymer that does not react with the analyte. For example, the reference dye may be an indicator dye in which at least one polymer that does not react with the reference dye is coded to prevent it from reacting with oxygen, temperature, and pH.
다시, 도 1a를 참조하면, 형광 센서막(10)이 피측정 대상인 생체 표면(10S)을 따라 밀착되는 경우, 적어도 하나 이상의 피분석 물질들이 상기 형광 센서막(10)에 흡착 및/또는 흡수될 수 있고, 광원층(20)으로부터 제 1 광(혹은 빛)(20S)이 형광 센서막(10)에 조사될 수 있다. 이때, 형광 센서막(10)은 광원층(20)으로부터 조사된 광(20S; 이하, 제 1 광이라 함)과 상기 생체 표면(10S)의 피분석 물질들과 반응하여 광 발광(photoluminescence)에 의해 방출된 광(30S; 이하, 제 2 광이라 함)이 수광 센서층(30)으로 전달될 수 있다. 이때, 제 1 형광 물질에 포함되는 여러 종류의 형광 물질들이 각 파장에 따른 상이한 발광 강도(luminescence intensity) 패턴을 가지므로, 광 발광 특성을 통해 피분석 물질의 종류가 결정될 수 있다. 예컨대, 산소에 반응하는 PtTFPL(indicator dye)/PSAN(polymer) 입자들(particles)로부터 방출되는 광 발광 패턴(10C’)과 온도에 반응하는 Eu(tta)3(dpbt)/PVC 입자들로부터 방출되는 광 발광 패턴(10B’)과 pH 에 반응하는 HPTS/pHEMA 입자들로부터 방출되는 광 발광 패턴(10A’)은 각각 고유한 특징을 가질 수 있다. 상기 광 발광 패턴은 일정 구간의 파장 범위 내에서 연속적인 혹은 불연속적인 발광 강도 프로파일을 가질 수 있다. 또한, 상기 발광 강도 프로파일은 피분석 물질의 종류를 구분하는 파장 정보 및 피분석 물질의 농도를 정량화할 수 있는 발광 강도 정보를 포함할 수 있다. 1A, when the
다양한 실시예에서, 상기 제 1 형광 물질에 포함되는 여러 종류의 형광 물질들로부터 각각 발광하는 광의 파장 및 상기 파장의 발광 강도(luminescence intensity)를 통해, 피분석 물질의 종류 및 농도가 결정될 수 있다. 예컨대, 산소에 반응하는 PtTFPL(indicator dye)/PSAN(polymer)에 의해 제 1 파장이 방출되면, 상기 제 1 파장에 의해 피분석 물질이 산소로 결정되고, 상기 제 1 파장의 발광 강도에 의해 산소 농도가 결정될 수 있다. 온도에 반응하는 Eu(tta)3(dpbt)/PVC에 의해 제 2 파장이 방출되면, 상기 제 2 파장에 의해 피분석 물질이 온도로 결정되고, 상기 제 2 파장의 발광 강도에 의해 온도 값이 결정될 수 있고, 그리고 pH에 반응하는 HPTS/pHEMA에 의해 제 3 파장이 방출되면, 상기 제 3 파장에 의해 피분석 물질이 pH로 결정되고, 상기 제 3 파장의 발광 강도에 의해 pH 농도가 결정될 수 있다. In various embodiments, the type and concentration of the analyte can be determined through the wavelength of the light emitted from the various kinds of fluorescent materials included in the first fluorescent material and the luminescence intensity of the wavelength. For example, when a first wavelength is emitted by a PtTFPL (indicator dye) / PSAN (polymer) that reacts with oxygen, the analyte is determined to be oxygen by the first wavelength, The concentration can be determined. When the second wavelength is emitted by Eu (tta) 3 (dpbt) / PVC which reacts with temperature, the analyte is determined to be the temperature by the second wavelength, and the temperature value is determined by the emission intensity of the second wavelength And when the third wavelength is released by HPTS / pHEMA in response to pH, the analyte is determined to be pH by the third wavelength, and the pH concentration can be determined by the emission intensity of the third wavelength have.
또한, 광원층(20)으로부터 형광 센서막(10)의 제 1 형광 물질에 에너지가 강한 단파장의 제 1 광(20S)이 조사되면 상기 제 1 형광 물질은 안정 상태(ground state)에서 들뜸 상태(exciting state)가 된다. 들뜸 상태에서 발광 물질의 에너지 준위는 불안정하여 다시 에너지를 방출하면서 바닥 상태로 되돌아온다. 이때 방출되는 제 2 광(형광 및/또는 인광)(30S)은 제 1 광(20S)에 비해 에너지가 약한 장파장일 수 있다. 또한, 상기 제 1 형광 물질은 일부 방출 에너지를 상기 피분석 물질에 전달하는 특징을 가지고 있어서, 상기 제 1 형광 물질에서 출력되는 광의 강도(intensity)는 상기 피분석 물질의 특성에 따라 감소 혹은 증가할 수 있다. 예컨대, 피분석 물질이 산소일 때, 상기 제 1 형광 물질이 산소 분자와 결합되면, 상기 제 1 형광 물질의 일부 방출 에너지는 산소 분자에 전달되어, 상기 제 1 형광 물질의 광의 세기는 산소 농도 증가에 따라 감소할 수 있다(산소 광소멸: O2 quenching).In addition, when the
하지만, 상기 제 2 형광 물질은 피분석 물질에 반응없이 광원층(20)으로부터 조사되는 광(20S)에 따라 방출 에너지를 방출한다. 다시 말해, 상기 제 2 형광 물질은 일부 방출 에너지를 상기 피분석 물질에 전달하지 않고 광원층(20)으로부터 조사되는 광(20S)에 따라 일정하게 방출 에너지를 방출할 수 있다.However, the second fluorescent material emits emission energy according to the light 20S emitted from the
여기서, 상기 제 1 형광 물질 및 상기 제 2 형광 물질은 광원층(20)으로부터 동일한 파장의 빛(20S)이 흡수되지만, 서로 다른 파장의 제 2 광(30S)을 방출할 수 있다. 예를 들면, 산소에 반응하는 상기 제 1 형광 물질은 산소 농도에 따라 제 1 파장에서 제 2 광의 강도가 변하지만, 산소에 반응하지 않는 상기 제 2 형광 물질은 상기 제 1 파장과 다른 제 2 파장에서 일정한 강도의 제 2 광을 방출한다. 이 경우, 동일한 하나의 피분석 물질에 대해서, 형광 센서막(10)은 서로 다른 파장의 제 2 광을 방출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제 2 형광 물질로부터 방출되는 광의 강도 대비 상기 제 1 형광 물질로부터 방출되는 광의 강도를 비를 통해, 피측정 대상 주변의 밝기나 외부 유입 광 또는 광원층(20)의 불안정함 등으로 인한 피분석 물질의 부정확한 검출을 방지할 수 있다.Here, the first fluorescent material and the second fluorescent material may emit light 20S having the same wavelength from the
광원층(20)은 형광 센싱막(10)의 상측면 상에 배치되고, 형광 센싱막(10)으로 제 1 광(20S)을 조사하기 위한 적어도 하나의 광원을 포함한다. 광원층(20)은 유기발광다이오드, 유광발광장치(organic light emitting diode, organic light emitting device: OLED) 또는 조합일 수 있으며, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The
일 실시예에서, 상기 OLED에서 하나의 OLED 픽셀 혹은 화소는 하나의 광원에 대응될 수 있다. 상기 OLED는 각 픽셀에서 제 1 전극(예: anode)과 제 2 전극(예: cathode)에서 공급되는 전자와 전공의 결합에 의해 특정 파장의 광이 발생한다(이하 전자 발광(electroluminescence)라 지칭함). 광원층(20)에 대한 상세한 설명은 하기 도 3에서 설명하기로 한다.In one embodiment, one OLED pixel or pixel in the OLED can correspond to one light source. The OLED emits light of a specific wavelength (hereinafter referred to as electroluminescence) by combining electrons and electrons supplied from a first electrode (for example, an anode) and a second electrode (for example, a cathode) . The
수광 센서층(30)은 광원층(20)의 상측면 상에 배치될 수 있다. 수광 센서층(30)은 상기 광원층(20)으로부터 방출되는 상기 제 1 광(20S)에 의해 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 및/또는 제 2 형광 물질로부터 방출되는 제 2 광(30S)을 적어도 둘 이상의 색으로 분해하고, 색 분해된 제 2 광(30S)을 검출한다. 제 2 광은 적어도 하나 이상의 피분석 물질과 각각 반응하여 방출되는 광 발광(상기 제 1 형광 물질로부터의 광) 및 상기 적어도 하나 이상의 피분석 물질과 반응없이 방출되는 광 발광(상기 제 2 형광 물질로부터의 광)을 포함한다. 즉, 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질로부터 각각 방출되는 광 발광은 각각 적어도 둘 이상의 색으로 분해된다. 구현에 있어서, 상기 적어도 한 종류 이상의 제 2 형광 물질로부터 각각 방출되는 광 발광도 각각 적어도 둘 이상의 색으로 분해될 수 있다. 이와 같이 나누어지는 적어도 둘 이상의 색들은 분해된 색의 대비도를 향상시키기 위해 소정의 색 시스템으로부터 선택된 색일 수 있다.The light
예를 들면, 상기 제 1 또는 상기 제 2 형광 물질로부터 방출되는 제 2 광은 각각 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)로 분해되거나, 적색(Red)과 녹색(Green) 혹은 적색(Red)과 청색(Blue)으로 분해될 수 있다.For example, the second light emitted from the first or the second fluorescent material may be decomposed into red, green, and blue, respectively, or may be red, green, (Red) and blue (Blue).
다른 실시예에서, 상기 제 1 또는 상기 제 2 형광 물질로부터 방출되는 제 2 광은 각각 청록(Cyan), 자홍(Magenta), 노랑(Yellow) 중 적어도 둘 이상으로 분해될 수 있다. 청록(Cyan)과 자홍(Magenta)이 섞이면 청색(Blue)이 되고 자홍(Magenta), 노랑(Yellow)이 섞이면 적색(Red)이 되고 청록(Cyan)과 노랑(Yellow)이 섞이면 녹색(Green)이 된다.In another embodiment, the second light emitted from the first or the second fluorescent material may be decomposed into at least two of cyan, magenta, and yellow, respectively. When cyan and magenta are mixed, they become blue. When magenta and yellow are mixed, they become red. When cyan and yellow are mixed, do.
또 다른 실시예에서, 상기 제 1 또는 상기 제 2 형광 물질로부터 방출되는 제 2 광은 각각 YUV 중 적어도 둘 이상으로 분해될 수 있다. RGB-YUV의 관계식은 하기 <수학식 1>과 같다.In another embodiment, the second light emitted from the first or the second fluorescent material may be decomposed into at least two of YUV, respectively. The relational expression of RGB-YUV is expressed by Equation (1) below.
또한, 수광 센서층(30)은 하기 도 4와 같이 상기 위한 복수의 컬러 픽셀들의 배열을 포함하고 있으며, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀은 형광 센싱막의 각 측정 영역과 1:1 혹은 1:n(n은 정수임) 매핑될 수 있다. 또한, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀 내에서, 형광 센싱막의 각 측정 영역에 포함된 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질로부터 각각 방출되는 광 발광(제 3 광) 및 형광 센싱막의 각 측정 영역에 포함된 상기 적어도 한 종류 이상의 제 2 형광 물질로부터 각각 방출되는 광 발광(제 4 광)이 색 분해되어 검출된다. 수광 센서층(30)이 각 단위 픽셀 영역과 형광 센싱막의 각 측정 영역 사이의 매핑 관계는 하기 도 5에서 설명하기로 한다.4, the unit pixel of each of the plurality of color pixels has a ratio of 1: 1 or 1: 1 to each measurement region of the fluorescent sensing film, n (where n is an integer). In addition, in each unit pixel of the plurality of color pixels, the light emitting (third light) emitted from the at least one kind of first fluorescent material contained in each measuring region of the fluorescent sensing film, (Fourth light) emitted from the at least one kind of second fluorescent material contained in the second fluorescent material is color-decomposed and detected. The mapping relationship between each unit pixel region of the light receiving
본 발명은 수광 센서층(30)의 복수의 컬러 픽셀들의 배열을 통해 대면적 측정이 가능하고, 또한 상기 생체 표면의 피분석 물질의 특징 분포(예: 농도 분포)를 정량적으로 분석할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 생체 표면의 피분석 물질의 농도뿐만 아니라 및 상기 생체 표면 내에서 영역별로 농도가 결정됨으로써 상기 생체 표면의 피분석 물질의 농도 분포가 결정될 수 있다.The present invention can measure a large area through the arrangement of a plurality of color pixels of the light receiving
수광 센서층(30)에 연산 회로층(40)이 결합될 수 있다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연산 회로층의 구성도이다. 도 1a와 함께 도 7를 참조하면, 연산 회로층(40)은 수광 센서층(30)에 의해 색 분해된 상기 제 2 광을 이용하여, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 강도 비율(intensity ratio)을 계산하는 제 1 연산부(40A) 그리고 상기 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 세기 비율을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성을 정량화하는 수치를 계산하는 제 2 연산부(40B)를 포함할 수 있다. 연산 회로층(40)은 칩 혹은 수동 또는/및 능동소자들의 조합으로 구성된 회로일 수 있다.The
제 1 연산부(40A)는 색 분해된 제 2 광(30S)의 제 1 컬러, 제 2 컬러, 제 3 컬러 중 적어도 둘 이상의 컬러에 대한 각각 컬러 강도로부터 두 개의 컬러의 상대적인 비율을 계산한다. 예를 들어, 산소에 반응하는 형광 물질에 의한 파장이 적색(red)이고, pH에 반응하는 형광 물질에 의한 파장이 녹색(green), 그리고 산소와 pH에 반응하지 않는 기준 염료(reference dye)에 의한 파장이 파랑(blue)이라고 하면, 산소 농도와 관련된 컬러의 상대적인 비율은 하기 <수학식 2>으로, pH 농도와 관련된 컬러의 상대적인 비율은 하기 <수학식 3>으로 결정될 수 있다. The
제 2 연산부(40B)는 제 1 연산부(40A)에 의해 계산된 각 단위 픽셀이 상기 상대적 컬러 강도 비율(intensity ratio)을 이용하여, 각 단위 픽셀의 피분석 물질의 농도 및 농도 분포를 계산할 수 있다.The
예를 들어, 각 단위 픽셀의 산소 농도를 계산하기 위해, 산소 농도 C일 때 적색과 녹색의 상대적인 비(R)와 무산소(C=0)일 때 적색과 녹색의 상대적 비(R0)의 관계를 나타내는 하기 <수학식 4>을 이용하여 산소 농도를 계산할 수 있다. 산소 농도 이외에 다른 피분석 물질(pH, 온도 등등)에 대해서도 하기 <수학식 4>을 응용 가능하다. For example, in order to calculate the oxygen concentration of each unit pixel, the relationship between the relative ratio of red and green (R0) when the relative ratio of red to green (R) and anoxic (C = 0) The oxygen concentration can be calculated using Equation (4) below. Equation (4) can also be applied to other analytes (pH, temperature, etc.) other than oxygen concentration.
여기서, α은 비 광소멸 부분, KSV는 광소멸계수(Sterm-Volmer quenching constant)이다.Here,? Is the non-optical extinction portion and KSV is the Sterm-Volmer quenching constant.
연산 회로층(40)은, 색 분해된 상기 제 2 광(30S)이 상기 제 1 형광 물질로부터 방출된 제 3 광과 상기 제 2 형광 물질로부터 방출된 제 4 광을 포함할 때, 색 분해된 제 3 광의 강도와 색 분해된 상기 제 4 광의 강도의 비율(ratio)을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성 분포를 기반으로, 상기 피분석 물질의 정량화된 수치를 보정하는 보정부(40C)를 더 포함할 수 있다.When the second light (30S) that has been color-separated includes the third light emitted from the first fluorescent material and the fourth light emitted from the second fluorescent material, the arithmetic circuit layer (40) A correcting
상기 제 1 형광 물질로부터 방출된 제 3 광은 상기 피분석 물질에 반응하는 광 발광이고, 그리고 상기 제 2 형광 물질로부터 방출된 제 4 광은 상기 피분석 물질에 반응 없는 광 발광이다. 바람직하게, 상기 제 3 광의 파장과 상기 제 4 광의 파장은 서로 다른 값을 갖는다. 예를 들면, 산소에 반응하는 상기 제 1 형광 물질은 산소 농도에 따라 제 1 파장에서 빛의 강도가 변하지만, 산소에 반응하지 않는 상기 제 2 형광 물질은 제 2 파장에서 일정한 빛의 강도를 방출한다.The third light emitted from the first fluorescent material is photoluminescence responsive to the analyte and the fourth light emitted from the second fluorescent material is photoluminescence free from reaction with the analyte. Preferably, the wavelength of the third light and the wavelength of the fourth light have different values. For example, in the first fluorescent material that reacts with oxygen, the intensity of light changes at the first wavelength depending on the oxygen concentration, but the second fluorescent material that does not react with oxygen emits a constant light intensity at the second wavelength do.
상술한 바와 같이, 연산 회로층(40)은, 상기 제 1 형광 물질로부터 방출되는 색 분해된 제 3 광의 강도 대비 상기 제 2 형광 물질로부터 방출되는 색 분해된 제 4 광의 강도의 비에 따라 피분석 물질의 농도나 종류를 감지할 수 있다.As described above, the
다양한 실시예에서, 본 발명에 웨어러블 센서 플랫폼(100)은 부착되는 표면의 굴곡과 면적에 맞게 변형될 수 있는 유연성과 신축성을 갖춘 소재 및 생체 적합성이 있는 기능성막(미도시함)을 포함하여 생체 표면(예: 피부, 장기, 안구)에 탈부착이 가능하다. 상기 기능성막은 형광 센서막(10)의 하측면에 배치될 수 있다. 또한, 외부로부터 웨어러블 센서 플랫폼(100)에 피분석 물질들(산소, 온도, pH)이 유입되는 것을 차단하는 차단용 덮개를 더 포함한다.In various embodiments, the
일 실시예에서, 광원층(20)은 배터리와 같은 전원(미도시됨)으로부터 전압을 공급받을 수 있다. 여기서, 광원층(20)은 전력 소비를 최소화하기 위해서 박막 트랜지스터(thin film transistor: TFT)와 같은 소자를 사용한 스위치(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 상기 스위치는 상기 광원층(20)으로부터 공급되는 전원을 주기적으로 on/off하여 전력 소모를 최소화하는 것이 바람직하다. 그리고 on/off 시간 간격은 상기 광원층(20)이 조사한 광이 수광 센서층(30)에 수광되는 시간 간격인 것이 바람직하나 이에 한정하지 않는다. In one embodiment, the
다양한 실시 예에서 도 1a의 웨어러블 센서 플랫폼(100)을 구동하기 위해 전원을 공급하는 전원부가 더 추가될 수 있다. 바람직하게, 상기 전원부는 직류 혹은 교류 전원을 공급하는 외부 장치일 수 있다. In various embodiments, a power supply for supplying power to drive the
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 센서 플랫폼(100)의 단면도이다.1B is a cross-sectional view of a
상기 도 1b를 참조하면, 형광 센서막(10), 광원층(20), 수광 센서층(30) 및 연산 회로층(40)에 관하여는 모순되지 않는 한 도 1a의 형광 센서막(10), 광원층(20), 수광 센서층(30) 및 연산 회로층(40)에 개시된 사항을 참조할 수 있다. 도 1b의 웨어러블 센서 플랫폼(100)은, 도 1a의 웨어러블 센서 플랫폼(100)에서 제 1 필터층(50) 및 제 2 필터층(60)을 더 포함할 수 있다. 다수의 제 1 필터들(50A)을 포함하는 제 1 필터층(50)은 형광 센서막(10)과 광원층(20) 사이에 배치되고, 광원층(20)으로부터 방출되는 광(20S)을 필터링하여, 형광 센서막(10)으로 방출할 수 있다. 상기 다수의 제 1 필터들은 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제 1 필터들을 통해 광원층(20)으로부터 방출되는 광이 형광 센서막(10)으로 전달되지만 제 1 필터들(50A)간 사이의 갭(50B)으로는 전달되지 않는다.1B, the
다수의 제 2 필터들(60A)을 포함하는 제 2 필터층(60)은 광원층(20)과 수광 센서층(30) 사이에 배치되고, 형광 센서막(10)으로부터 방출되는 광 (30S)을 필터링하여, 수광 센서층(30)으로 방출할 수 있다. 상기 다수의 제 2 필터들은 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제 2 필터들을 통해 형광 센서막(10)으로부터 방출되는 광이 수광 센서층(30)으로 전달되지만 상기 제 2 필터들(60A)간 사이의 갭(60B)으로는 전달되지 않는다. The
광원층(20)으로부터 방출되는 광(20S)과 형광 센서막(10)으로부터 방출되는 광(30S)은 서로 상이한 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 광(20S)은 단파장이고 광(30S)은 장파장일 수 있다. 또는 광(20S)과 광(30S)은 모두 장파장이지만 서로 다른 장파장이거나 광(20S)과 광(30S)은 모두 단파장이지만 서로 다른 단파장일 수 있다. 다른 실시예에서, 광(20S)과 광(30S)은 동일한 파장 혹은 서로 다른 파장으로 파장의 세기가 상이할 수 있다. 상기 실시예에 따르면, 제 1 필터층(50)은 형광 센서층(10) 내에서 여기될 수 있는 파장대로 분리하고, 제 2 필터층(60)은 수광 센서층(30) 내에서 검출할 수 있는 파장대로 분리함으로써, 분석 물질의 특징에 대한 검출 정확도를 높일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 필터층(50) 또는 제 2 필터층(60) 중 어느 하나만 웨어러블 센서 플랫폼(100)에 배치될 수 있다.The light 20S emitted from the
본 발명은, 제 1 필터층(50), 광원층(20), 제 2 필터층(60)이 복층으로 구성되는 것에 제한되지 않으며, 단층에서 제 1 필터들과 제 2 필터들이 바둑판 형태로 배열되고, 제 1 필터들과 제 2 필터들이 배열된 하나의 필터층이 형광 센서막(10)과 광원층(20) 사이에 배치될 수 있다.The present invention is not limited to a structure in which the
다양한 실시예에서, 도 1a 혹은 1b의 웨어러블 센서 플랫폼(100)에서 형광 센서막(10)이 웨어러블 센서 플랫폼(100)으로부터 탈부착이 가능하다. 이 경우, 형광 센서막(10)은 반복 사용에 따라 웨어러블 센서 플랫폼(100)으로부터 독립적으로 제거되어 나머지 웨어러블 센서 플랫폼(100)은 구성은 새로운 형광 센서막과 함께 재사용이 가능하도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 필요시 웨어러블 센서 플랫폼(100)에서 형광 센서막(10)이 탈착되어, 형광 센서막(10)만 피측정 대상인 생체 표면(10S)에 부착될 수 있다. 이때, 웨어러블 센서 플랫폼의 광원층(20) 및 수광 센서층(30), 연산 회로층(40)의 기능들은 스마트폰 혹은 카메라 등의 별도의 측정 장치 혹은 측정 모듈로 대체될 수 있다. 본 발명에서, 형광 센서막과 측정 모듈을 포함하는 장치를 검출 장치라 정의한다.In various embodiments, the
또 다른 다양한 실시예에서, 웨어러블 센서 플랫폼(100)에서 형광 센서막(10)과 광원층(20)이 적층되어 피측정 대상인 생체 표면(10S)에 부착될 수 있다. 이때, 웨어러블 센서 플랫폼(100)의 수광 센서층(30) 및 연산 회로층(40)의 기능들은 이미지 센서를 포함하는 스마트폰 혹은 카메라 등의 별도의 장치로 대체될 수 있다.The
또 다른 다양한 실시예에서, 웨어러블 센서 플랫폼(100)에서 형광 센서막(10), 광원층(20), 수광 센서층(30)이 적층되어 피측정 대상인 생체 표면(10S)에 부착될 수 있다. 이때, 웨어러블 센서 플랫폼(100)의 연산 회로층(40)의 기능들은 스마트폰 혹은 서버 등의 별도의 장치로 대체될 수 있다.In another embodiment, the
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원층(20)의 상세한 단면도이다.3 is a detailed cross-sectional view of a
상기 도 3를 참조하면, 광원층(20)은 제 1 전극(20A), 제 2 전극(20C), 유기물층(20B)을 포함할 수 있다. 애노드가 ITO(indium tin oxide) 투명 전극인 전면 발광 구조인 경우 제 1 전극(20A)은 애노드가 되고 제 2 전극(20C)은 캐소드가 될 수 있다. 반면 캐소드가 ITO 투명 전극인 후면 발광 구조인 경우 제 1 전극(20A)은 캐소드가 되고 제 2 전극(20C)은 애노드가 될 수 있다.Referring to FIG. 3, the
제 1 전극(20A)은 전원 인가시 상기 유기물층(20B)에 전자를 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 후면 발광 구조에서, 제 2 전극(20C)은 광을 상기 제 1 전극(20A)의 방향으로 반사하기 위해서 소정의 반사율을 가지며, 상기 유기물층(20B)으로 전자를 공급하기 위해서 일함수가 낮은 금속(Ca, AI:Li, Ma:Ag 등)으로 구성될 수 있다.The
제 1 전극(20A)은 전원 인가시 상기 유기물층(20B)에 정공을 공급하는 역할을 수행한다. 제 1 전극(20A)은 일함수가 높은 물질 사용하고 광을 통과시키기 위해 투과율이 높은 투명전극(ITO)을 사용할 수 있다.The
상기 유기물층(20B)은 제 2 전극(20C)의 전자와 제 1 전극(20A)의 정공이 재결합에 의해 전기장 발광(300)을 방출할 수 있다. 상기 유기물층(20B)은 제 2 전극(20C)에서 생기는 전자를 주입해주는 전자주입층(Electron Injection Layer: EIL), 상기 EIL에 들어온 전자를 발광층(Emission Layer: EML)으로 전송하기 위한 전자수송층 Electron Transfer Layer: ETL), 제 1 전극(20A)의 정공과 제 2 전극(20C)의 전자를 재결합하여 광을 방출하는 상기 발광층, 그리고 정공주입층(Hole Injection Layer: HIL)에 들어온 정공을 상기 발광층으로 전송하기 위한 정공수송층(Hole Transfer Layer: HTL), 그리고 상기 정공이 상기 발광층으로 손실없이 들어갈수 있게 만들어주는 정공주입층(Hole Injection Layer: HIL)을 포함할 수 있다.The
한편, 유기물층(organic layer)(20B)에 발생된 광(300)은 투명한 제 1 전극(20A)을 통해 형광 센서막(10)으로 방출되고, 형광 센서막(10)으로부터 방출되는 광(310)은 제 2 전극(20C)들 사이의 갭을 통해 수광 센서층(30)으로 전달될 수 있다. 제 2 전극(20C)들 사이의 갭은 하나의 OLED 픽셀과 OLED 픽셀 사이의 갭을 정의할 수 있다.The light 300 generated in the
제 1 전극(20A)은 캐소드가 되고 제 2 전극(20C)은 애노드가 되는 경우, 상기 애노드는 상기 캐소드의 방향으로 광을 반사하기 위해서 반사율이 높은 재질로 구성되고, 상기 캐소드는 광을 통과시키기 위해 투과율이 높은 투명 전극을 사용할 수 있다.When the
유기물층(20B)에 발생된 광(300)은 투명한 캐소드를 통해 형광 센서막(10)으로 방출되고 형광 센서막(10)으로부터 방출되는 광(310)은 애노드들 사이의 갭을 통해 수광 센서층(30)으로 전달될 수 있다. 애노드들 사이의 갭은 하나의 OLED 픽셀과 OLED 픽셀 사이의 갭을 정의할 수 있다.The light 300 generated in the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 컬러 픽셀들로 구분된 수광 센서층(30)의 평면도이다.4 is a plan view of the light receiving
상기 도 4를 참조하면, 수광 센서층(30)은 예시적으로 4 개의 컬러 픽셀 영역들, 즉, 제 1 컬러 픽셀 영역(30A), 제 2 컬러 픽셀영역(30B), 제 3 컬러 픽셀 영역((30C), 제 4 컬러 픽셀 영역(30D)을 가질 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 수광 센서층(30)은, 2 개, 3 개, 또는 5 개 이상의 컬러 픽셀 영역을 가질 수 있을 것이다.4, the light receiving
수광 센서층(30)은 4 개의 컬러 픽셀 영역(30A, 30B, 30C, 30D)을 통해 형광 센서막(10)으로부터 방출되는 제 2 광(30S)을 검출하고 검출된 광을 각각 전기적 신호(30A’, 30B’, 30C’, 30D’)로 변환한다. 제 2 광(30S)은 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질로부터 각각 방출되는 광 발광(제 3 광) 또는/및 상기 적어도 한 종류 이상의 제 2 형광 물질로부터 각각 방출되는 광 발광(제 4 광)을 포함할 수 있다. The light
4 개의 컬러 픽셀 영역들의 각 단위 픽셀 영역들은 하기 도 5와 같이 형광 센서막(10)의 서로 다른 측정 영역으로부터 방출되는 광을 검출하고, 검출된 광의 강도에 따라 전기 신호를 생성할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수광 센서층(30)들의 복수의 컬러 픽셀 영역들과 형광 센서막(10)의 복수의 측정 영역들 사이의 매핑 관계를 나타내는 도면이다.Each unit pixel region of the four color pixel regions can detect light emitted from different measurement regions of the
도 5를 참조하면, 형광 센서막(10)은 피측정 대상인 생체 표면(10S)에 밀착되고, 상기 생체 표면의 피분석 물질 및 상기 광원층(20)의 제1 광(20S)에 반응하여, 제2 광(30S)을 방출(광 발광)한다. 이때, 상기 생체 표면(10S)의 피분석 물질의 분포에 따라 상기 형광 센서막(10)의 부분 영역들에서 각각 방출되는 광의 강도도 상이할 수 있다. 상기 형광 센서막(10)의 측정 영역은 상기 생체 표면(10S)의 적어도 일부 영역과 밀착되어, 밀착된 상기 적어도 일부 영역에 포함된 피분석 물질의 존재 여부 및 농도에 따라 광 발광이 발생하는 영역이다. 상기 수광 센서층(30)의 컬러 픽셀 영역은 대응하는 상기 형광 센서막(10)의 측정 영역으로부터 광 발광을 검출하여, 검출된 광의 강도에 따라 전기적 신호를 생성하는 영역이다.5, the
예컨대, 상기 생체 표면에 밀착된 상기 형광 센서막(10)의 제 1 측정 영역에 피분석 물질의 양이 작고 상기 형광 센서막(10)의 제 2 영역에 피분석 물질의 양이 크면, 상기 생체 표면에 밀착된 상기 형광 센서막(10)의 제 1 측정 영역에서 방출되는 광의 강도가 상기 생체 표면에 밀착된 상기 형광 센서막(10)의 제 2 영역에서 방출되는 광의 강도보다 클 수 있다. 반대로, 상기 생체 표면에 밀착된 상기 형광 센서막(10)의 제 1 영역에 피분석 물질의 양이 크고 상기 형광 센서막(10)의 제 2 측정 영역에 피분석 물질의 양이 작으면, 상기 생체 표면에 밀착된 상기 형광 센서막(10)의 제 1 측정 영역에서 방출되는 광의 강도가 상기 생체 표면에 밀착된 상기 형광 센서막(10)의 제 2 측정 영역에서 방출되는 광의 강도보다 작을 수 있다.For example, if the amount of the analyte is small in the first measurement region of the
일 실시예에서, 상기 형광 센서막(10)의 다수의 측정 영역들의 각 단위 측정 영역에서 광 발광이 발생하면, 상기 수광 센서층(30)들의 복수의 컬러 픽셀 영역들의 각 단위 컬러 픽셀 영역은 대응하는 단위 측정 영역으로부터 광 발광을 검출하고, 검출된 광의 강도를 전기적 신호로 변환할 수 있다.In one embodiment, when light emission occurs in each unit measurement area of the plurality of measurement areas of the
예컨대, 상기 형광 센서막(10)의 제 1 측정 영역으로부터 발생되는 광 발광은 상기 수광 센서층(30)의 제 1 컬러 픽셀 영역에서 검출될 수 있다(500). 상기 형광 센서막(10)의 제 2 측정 영역으로부터 발생되는 광 발광은 상기 수광 센서층(30)의 제 2 컬러 픽셀 영역에서 검출될 수 있다(510). 상기 형광 센서막(10)의 제 3 측정 영역으로부터 발생되는 광 발광은 상기 수광 센서층(30)의 제 3 컬러 픽셀 영역에서 검출될 수 있다(520). 상기 형광 센서막(10)의 제 4 측정 영역으로부터 발생되는 광 발광은 상기 수광 센서층(30)의 제 4 컬러 픽셀 영역에서 검출될 수 있다(530). 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수광 센서층(30)은 대면적에 걸쳐, 상기 생체 표면(10S)의 피분석 물질의 특징을 분석하기 위한 광의 변화를 검출할 수 있다.For example, the light emission generated from the first measurement region of the
비록 도 5에서 측정 영역 또는 컬러 픽셀 영역은 동일한 크기 및/또는 동일한 모양으로 나타냈지만, 본 발명에서 동일한 크기 및 동일한 모양으로 제한되지 않으며 측정 영역 또는 컬러 픽셀 영역은 서로 다른 크기 및/또는 서로 다른 모양으로 매핑될 수도 있다.Although the measurement area or color pixel area in FIG. 5 is shown to have the same size and / or shape, it is not limited to the same size and shape in the present invention, and the measurement area or color pixel area may have different sizes and / Lt; / RTI >
도 6a 내지 6d는 본 발명의 실시예에 따른 단위 컬러 픽셀의 구성을 도시한 도면이다.6A to 6D are diagrams showing the configuration of a unit color pixel according to an embodiment of the present invention.
도 6a 내지 6d를 참조하면, 각 단위 컬러 픽셀은 2개의 서브 컬러 픽셀들로 구성되거나(도 6a), 각 단위 컬러 픽셀은 3개의 서브 컬러 픽셀들로 구성되거나(도 6b), 각 단위 컬러 픽셀은 4개의 서브 컬러 픽셀들로 구성되거나(도 6c), 또는 각 단위 컬러 픽셀은 6개의 서브 컬러 픽셀들로 구성될 수 있다(도 6d).6A to 6D, each unit color pixel is composed of two sub-color pixels (Fig. 6A) or each unit color pixel is composed of three sub-color pixels (Fig. 6B) (Fig. 6C), or each unit color pixel may be composed of six sub-color pixels (Fig. 6D).
도 6a를 참조하면, 단위 픽셀 영역(30A, 30B, 30C, 30D)은 대응하는 측정 영역으로부터 방출되는 광(30S)을 두 가지의 색으로 분해하고, 2개의 서브 컬러 픽셀(600, 610)로 구성될 수 있다. 예컨대, 대응하는 측정 영역으로부터 방출되는 광은 빨강 및 녹색으로 분해되거나 또는 빨강 및 파랑으로 분해될 수 있고, 제 1 서브 컬러 픽셀 영역에서는 분해된 빨강색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출되고, 제 2 서브 컬러 픽셀 영역에서는 분해된 녹색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출될 수 있다.Referring to FIG. 6A, the
여기서, 광을 해당 색으로 분해하기 위해서는 제 1 서브 컬러 픽셀(600)은 광을 제 1 색으로 분해하는 제 1 컬러 필터(601)와 제 1 색으로 분해된 광을 검출하는 제 1 포토 다이오드(602)로 구성되고, 제 2 서브 컬러 픽셀(610)은 광을 제 2 색으로 분해하는 제 2 컬러 필터(610)와 제 2 색으로 분해된 광을 검출하는 제 2 포토 다이오드(612)로 구성될 수 있다.Here, in order to decompose light into a corresponding color, the first
다른 실시예에서, 포토 다이오드는 해당 색에만 반응하는 포토 다이오드일 수 있다. 예컨대, 컬러 필터 없이, 포토 다이오드 자체에서 광에 포함된 해당 색에만 반응하여 전기적 신호를 생성할 수 있다.In another embodiment, the photodiode may be a photodiode responsive only to the corresponding color. For example, without a color filter, the photodiode itself can only generate an electrical signal in response to the corresponding color contained in the light.
도 6b를 참조하면, 단위 픽셀 영역(30A, 30B, 30C, 30D)은 대응하는 측정 영역으로부터 방출되는 광(30S)을 3 가지의 색으로 분해하고, 3 개의 서브 컬러 픽셀들(620, 630, 640)로 구성될 수 있다. 예컨대, 대응하는 측정 영역으로부터 방출되는 광은 빨강, 녹색, 파랑으로 분해될 수 있고, 제 1 서브 컬러 픽셀 영역(620)에서는 분해된 빨강색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출되고, 제 2 서브 컬러 픽셀 영역(630)에서는 분해된 녹색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출되고, 제 3 서브 컬러 픽셀 영역(640)에서는 분해된 파랑 색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출될 수 있다.6B, the
여기서, 광을 해당 색으로 분해하기 위해서는 제 1 서브 컬러 픽셀(620)은 광을 제 1 색으로 분해하는 제 1 컬러 필터(621)와 제 1 색으로 분해된 광을 검출하는 제 1 포토 다이오드(622)로 구성되고, 제 2 서브 컬러 픽셀(630)은 광을 제 2 색으로 분해하는 제 2 컬러 필터(631)와 제 2 색으로 분해된 광을 검출하는 제 2 포토 다이오드(632)로 구성되고, 그리고 제 3 서브 컬러 픽셀(640)은 광을 제 3 색으로 분해하는 제 3 컬러 필터(640)와 제 2 색으로 분해된 광을 검출하는 제 3 포토 다이오드(642)로 구성될 수 있다.In order to decompose light into a corresponding color, a first
도 6c를 참조하면, 단위 픽셀 영역(30A, 30B, 30C, 30D)은 대응하는 측정 영역으로부터 방출되는 광(30S)을 3 가지의 색으로 분해하고, 4개의 서브 컬러 픽셀(650, 660, 670, 680)로 구성될 수 있다. 예컨대, 대응하는 측정 영역으로부터 방출되는 광은 적색, 녹색, 파랑으로 분해될 수 있고, 제 1 서브 컬러 픽셀 영역(650)에서는 분해된 적색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출되고, 제 2 서브 컬러 픽셀 영역(660) 및 제 3 서브 컬러 픽셀 영역(670) 에서는 분해된 녹색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출되고 그리고 제 4 서브 컬러 픽셀 영역(680)에서는 분해된 파랑 색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출될 수 있다.6C, the
여기서, 광을 해당 색으로 분해하기 위해서는 제 1 서브 컬러 픽셀(650)은 광을 제 1 색으로 분해하는 제 1 컬러 필터(651)와 제 1 색으로 분해된 광을 검출하는 제 1 포토 다이오드(652)로 구성되고, 제 2 서브 컬러 픽셀(660)은 광을 제 2 색으로 분해하는 제 2 컬러 필터(661)와 제 2 색으로 분해된 광을 검출하는 제 2 포토 다이오드(662)로 구성되고, 제 3 서브 컬러 픽셀(660)은 광을 제 2 색으로 분해하는 제 3 컬러 필터(671)와 제 2 색으로 분해된 광을 검출하는 제 2 포토 다이오드(672)로 구성되고, 그리고 제 4 서브 컬러 픽셀(640)은 광을 제 3 색으로 분해하는 제 3 컬러 필터(681)와 제 2 색으로 분해된 광을 검출하는 제 3 포토 다이오드(682)로 구성될 수 있다.In order to decompose light into a corresponding color, a first
도 6d를 참조하면, 단위 픽셀 영역(30A, 30B, 30C, 30D)은 대응하는 측정 영역으로부터 방출되는 광(30S)을 3 가지의 색으로 분해하고, 6개의 서브 컬러 픽셀(690, 691, 692, 693, 694, 695)로 구성될 수 있다. 예컨대, 대응하는 측정 영역으로부터 방출되는 광은 적색, 녹색, 파랑으로 분해될 수 있고, 제 1 서브 컬러 픽셀 영역(690) 및 제 6 서브 컬러 픽셀 영역(695)에서는 분해된 적색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출되고, 제 2 서브 컬러 픽셀 영역(691) 및 제 4 서브 컬러 픽셀 영역(693)에서는 분해된 녹색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출되고 그리고 제 3 서브 컬러 픽셀 영역(692) 및 제 5 서브 컬러 픽셀 영역(694)에서는 분해된 파랑 색의 파장을 가지는 광의 강도가 검출될 수 있다.6D, the
여기서, 광을 해당 색으로 분해하기 위해서는 제 1 서브 컬러 픽셀 영역(690) 및 제 6 서브 컬러 픽셀 영역(695)은 광을 제 1 색으로 분해하는 제 1 컬러 필터(690’, 695’)와 제 1 색으로 분해된 광을 검출하는 제 1 포토 다이오드(690”, 695”)로 구성되고, 제 2 서브 컬러 픽셀 영역(691) 및 제 4 서브 컬러 픽셀 영역(693)은 광을 제 2 색으로 분해하는 제 2 컬러 필터(691’, 693’)와 제 2 색으로 분해된 광을 검출하는 제 2 포토 다이오드(691”, 693”)로 구성되고, 제 3 서브 컬러 픽셀(660)은 광을 제 2 색으로 분해하는 제 3 컬러 필터(671)와 제 2 색으로 분해된 광을 검출하는 제 2 포토 다이오드(672)로 구성되고, 그리고 제 3 서브 컬러 픽셀 영역(692) 및 제 5 서브 컬러 픽셀 영역(694)은 광을 제 3 색으로 분해하는 제 3 컬러 필터(692’, 694’)와 제 2 색으로 분해된 광을 검출하는 제 3 포토 다이오드(692”, 694”)로 구성될 수 있다.Here, in order to decompose the light into a corresponding color, the first
도 6a 내지 도 6d에서 각각의 포토다이오드를 통해 검출된 전기적 신호를 on/off 하는 박막 트랜지스터가 더 포함될 수 있다. 전술한 실시예들은 수광 센서로서 포토다이오드를 개시하고 있지만, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 포토다이오드는, 포토트랜지스터, 포트트랜지스터, 포토 사이리스터, 광전자 증배관, 황화 카드뮴(CdS, cadmiumsulfide)의 광전도성을 이용한 수광 소자, CCD(charge coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서로 대체되거나 이들 중 어느 하나와 조합되어 수광 센서를 구성할 수 있다. 상기 수광 센서의 어레이는 CCD 형, MOS 형, CID(charge injection device) 형, PDC(plasma coupled device) 형, CPD(charge priming device) 형, BBD(bucket brigade device) 형 중 어느 하나이거나 조합될 수 있다.6A to 6D may further include a thin film transistor for turning on / off an electrical signal detected through each photodiode. Although the above-described embodiments disclose a photodiode as a light receiving sensor, the present invention is not limited thereto. For example, the photodiode may be a phototransistor, a port transistor, a photothyristor, a photomultiplier tube, a photodiode using photoconductivity of cadmium sulfide (CdS), a charge coupled device (CCD) oxide semiconductor image sensor, or may be combined with any one of them to form a light receiving sensor. The array of the light receiving sensors may be any one of or a combination of CCD type, MOS type, CID (charge injection device) type, PDC (plasma coupled device) type, CPD (charge priming device) type and BBD have.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에서 따른 웨어러블 센서 플랫폼(wearable sensor platform)의 시스템 구성도(800)이다.8 is a system configuration diagram 800 of a wearable sensor platform according to a second embodiment of the present invention.
도 8를 참조하면, 웨어러블 센서 플랫폼의 시스템(800)은 도 1a 혹은 도 1b 내의 형광 센서막(10) 및 이미지 센서 모듈(822)를 포함하는 전자 장치(820)(예: 스마트폰, 카메라)를 포함할 수 있다.8, a
동작 구성을 살펴보면, 형광 센서막(10)은 피측정 대상인, 예를 들면, 신체의 팔(810)의 일부 영역에 부착된다. 이후, 이미지 센서 모듈(822)을 포함하는 전자 장치(820)는 사용자 조작에 의해 이미지 센서 모듈(822)를 통해 형광 센서막(10)이 부착된 팔(810)의 일부 영역을 확대 혹은 축소하여 촬영한다(840).The
이때, 웨어러블 센서 플랫폼의 광원층(20)은 자연광(830) 혹은 전자 장치(820)의 플레쉬(821)로부터 방출되는 광으로 대체될 수 있고, 형광 센서막(10)은 자연광(830) 혹은 전자 장치(820)의 플레쉬(821)로부터 방출된 광과 밀착된 팔(810)의 일부 영역의 피분석 물질들과 반응하여 광 발광(photoluminescence)을 방출할 수 있다.The
다양한 실시예에서, 광원층은 LED(Light Emitting Diode), OLED(organic light-emitting diode), QD-LED(Quantum Dot Light Emitting Diode), LEC(light-emitting electrochemical cell) 중 하나일 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.In various embodiments, the light source layer may be one of an LED (Light Emitting Diode), an OLED (organic light-emitting diode), a QD-LED (Quantum Dot Light Emitting Diode), or a LEC (light-emitting electrochemical cell). However, the present invention is not limited thereto.
그리고, 전자 장치(820)는 촬영된 형광 센서막(10)이 부착된 팔의 일부 영역에 대응하는 이미지 영상을 처리하여, 팔(810)의 일부 영역의 피분석 물질들의 특징(농도, 농도 분포)을 전자 장치(820)의 표시 장치(미도시함)로 출력할 수 있다. 피분석 물질들의 특징은 그래프나 텍스트 혹은 다양한 방식으로 표시될 수 있다. 예컨대, 전자 장치(820)는, 도 1a를 참조하여 개시한 다양한 컬러 시스템을 이용한 색 비등차, 예를 들면, RGB(red, green, and blue) 색 비등차(color ratio metric)의 측정 원리를 이용함으로써, 해당 이미지 픽셀의 색 변화 비율을 각각 계산하고 대면적으로 농도 분포를 그래프로 표시할 수 있다.The
촬영한 영상 혹은 이미지는 전자 장치(820)의 소프트웨어(예: 스마트폰 애플리케이션, 앱)을 통해 Red, Green, Blue 각각의 색으로 분리되어 강도가 계산될 수 있다. 계산된 색의 강도를 기반으로 상기 <수학식 1> 혹은 상기 <수학식 2>와 같이, 각 픽셀의 적색과 녹색의 상대적인 비(또는 적색과 청색의 비)를 그 비율로 영상 혹은 이미지가 재구성된다. 이후 재구성된 영상 및 사진으로부터 피분석 물질의 농도를 계산하여 표시한다.The photographed image or image can be divided into colors of red, green, and blue through the software (e.g., smartphone application, app) of the
본 발명의 제 2 실시예는 웨어러블 센서 플랫폼의 수광 센서층(30) 및 연산 회로층(40)의 기능을 스마트폰 혹은 카메라가 피분석 물질의 농도를 정량화하여 표시할 수 있으므로, 사용자가 쉽게 사용할 수 있다. 하지만, 피측정 대상을 포함하는 이미지 혹은 영상을 각 픽셀별 비등차를 추출하고 계산하는 소프트웨어 또는/및 하드웨어가 필요할 수 있다.The second embodiment of the present invention can display the functions of the light receiving
상술한 바와 같이, 도 1 a 혹은 도 1b처럼 본 발명의 웨어러블 센서 플랫폼은 형광 센싱막(10)과 광원층(20), 수광 센서층(30)이 일체형으로 통합되어 하나의 웨어러블 센서의 형태로 작동할 수 있다.As described above, in the wearable sensor platform of the present invention, the
또한, 형광 센싱막(10)과 광원층(20), 수광 센서층(30)의 각각은 유연한 소자로서 인체 부위(예: 피부, 장기, 안구)에 부착해도 굴곡에 따른 등각 접촉(conformal contact)이 가능하여 기존 편평한 센서와는 달리 센싱 필름과 광원, 포토다이오드의 거리가 일정하게 유지되어 정확도가 매우 높고 또한 사람의 피부나 장기 등에 센서와 접촉하는 부분인 형광 센싱 필름의 구성 성분이 무독성(non-toxicity)이고, 생체 적합성(bio-compatiblity)을 갖는 소재로 제작되어 인체에 무해하면서도 유연한 센서로 활용 분야가 더욱 다양하다는 장점이 있다. 예컨대, 본 발명의 웨어러블 센서 플랫폼은 인체의 장기에 부착되어 상기 장기에 포함된 산소 농도를 측정함으로써, 당뇨, 암 같은 질병 진단에 이용 가능하고 또한 안구의 표면에 부착되어 안구에 포함된 산소 농도가 측정됨으로써 녹내장, 백내장 같은 질병의 진단에 이용 가능할 수 있다. 또한, 웨어러블 센서 플랫폼이 인체 내부에 부착되고 인체 내에 포함된 피측정 분석 물질과 반응한 광 발광에 기초하여 피측정 분석 물질을 측정함으로써, 단순히 피부 표면의 확산된 산소를 기반으로 혈액 같은 인체 내부에 포함된 산소 농도를 예측하는 기술보다 정확한 인체의 산소 농도가 측정 가능하고 측정된 인체의 산소 농도를 기반으로 정확한 질병 진단이 가능할 수 있다. Each of the
또한, 웨어러블 센서 플랫의 형태가 면상에 패치형으로 원하는 모양과 크기로 제작할 수 있고, 측정을 원하는 부위에 부착하게 되면 대면적, 실시간으로 원하는 신체 정보의 농도를 측정할 수 있다는 이점이다.In addition, the shape of the wearable sensor flat can be manufactured in a patch shape on the surface in a desired shape and size, and when the body is attached to a desired site, the concentration of desired body information can be measured in a large area and in real time.
또한, RGB의 비등차의 원리를 이용하여 대면적 센싱 필름에서 발광하는 빛의 변화를 정량화하여 평면상에 표시해주고 이를 통해 대면적으로 2차원 농도분포를 측정할 수 있다.Also, by using the principle of the boiling difference of RGB, the change of the light emitted from the large-area sensing film is quantified and displayed on the plane, and the two-dimensional concentration distribution can be measured by the large area.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be clear to those who have knowledge.
100: 웨어러블 센서 플랫폼
10: 형광 센서막
20: 광원층
30: 수광 센서층
40: 연산 회로층
50: 제 1 필터층
60: 제 2 필터층100: wearable sensor platform
10: Fluorescence sensor membrane
20: Light source layer
30: Light receiving sensor layer
40: operational circuit layer
50: first filter layer
60: second filter layer
Claims (17)
상기 형광 센서막의 상측면 상에 배치되고, 상기 형광 센서막으로 제 1 광을 조사하기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하는 광원층; 및
상기 광원층의 상측면 상에 배치되고, 상기 광원층으로부터 입사되는 상기 제 1 광에 의해 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 또는 제 2 형광 물질로부터 방출되는 제 2 광을 적어도 둘 이상의 색으로 분해하고 색 분해된 상기 제 2 광을 검출하기 위한 복수의 컬러 픽셀들의 배열을 포함하고, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀은 상기 형광 센서막의 각 측정 포인트와 매핑되는 수광 센서층; 및
색 분해된 상기 제 2 광을 이용하여, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 강도 비율(intensity ratio)을 계산하는 제 1 연산부, 상기 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 세기 비율을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성을 정량화하는 수치를 계산하는 제 2 연산부, 색 분해된 상기 제 2 광이 상기 제 1 형광 물질로부터 방출된 제 3 광과 상기 제 2 형광 물질로부터 방출된 제 4 광을 포함할 때, 색 분해된 제 3 광의 강도와 색 분해된 상기 제 4 광의 강도의 비율(ratio)을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성 분포를 계산하고, 상기 피분석 물질의 특성 분포를 기반으로, 상기 피분석 물질의 정량화된 수치를 보정하는 보정부를 포함하는 연산 회로층을 포함하는 웨어러블 센서 플랫폼.
At least one kind of first fluorescent substance dispersed in the polymer matrix and reacting with the analyte of the living body surface, and a second fluorescent substance dispersed in the polymer matrix and not reacting with the analyte of the living body surface A fluorescent sensor film containing at least one kind of second fluorescent material,
A light source layer disposed on the upper surface of the fluorescent sensor film and including at least one light source for irradiating the fluorescent sensor film with the first light; And
Wherein the first light emitted from the at least one kind of the first fluorescent material or the second fluorescent material is decomposed into at least two colors by the first light incident from the light source layer A light receiving sensor layer including an array of a plurality of color pixels for detecting the second light color-separated, each unit pixel of the plurality of color pixels being mapped to each measuring point of the fluorescent sensor film; And
A first calculation unit for calculating a relative color intensity ratio of each unit pixel of the plurality of color pixels using the color-separated second light, a first calculation unit for calculating a relative color intensity ratio of each of the plurality of color pixels, A second computation unit for computing a numerical value for quantifying characteristics of the analyte, the second decomposition of the color decomposition includes a third light emitted from the first fluorescent substance and a fourth light emitted from the second fluorescent substance The characteristic distribution of the analyte is calculated using the ratio of the intensity of the color-separated third light to the intensity of the color-separated fourth light, and based on the characteristic distribution of the analyte, And a correction circuit for correcting the quantified value of the analyte.
상기 피분석 물질의 특성은 상기 피분석 물질의 농도 그리고 종류 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
Wherein the characteristic of the analyte is at least one of a concentration and a kind of the analyte.
상기 복수의 컬러 픽셀들 각각은,
상기 제 2 광을 적어도 둘 이상의 색으로 분해하기 위한 적어도 둘 이상의 컬러 필터들; 및
상기 적어도 둘 이상의 컬러 필터들을 투과하는 색 분해된 상기 제 2 광을 검출하는 적어도 둘 이상의 포토 다이오드들을 포함하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of color pixels comprises:
At least two color filters for decomposing the second light into at least two colors; And
And at least two photodiodes for detecting the color-separated second light transmitted through the at least two color filters.
상기 복수의 컬러 픽셀들 각각은,
상기 제 2 광을 특정 색으로 분해하기 위한 하나의 컬러 필터; 및
상기 컬러 필터를 투과하는 색 분해된 상기 제 2 광을 검출하는 하나의 포토 다이오드를 포함하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of color pixels comprises:
One color filter for decomposing the second light into a specific color; And
And a photodiode for detecting the color-separated second light transmitted through the color filter.
상기 복수의 컬러 픽셀들 각각은,
상기 제 2 광에 포함된 적어도 둘 이상의 색에 각각 반응하는 적어도 둘 이상의 포토 다이오드를 포함하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of color pixels comprises:
And at least two photodiodes each responsive to at least two colors included in the second light.
상기 복수의 컬러 픽셀들 각각은,
상기 제 2 광에 포함된 하나의 특정 색에 반응하는 포토 다이오드를 포함하고,
상기 특정 색은 빨강, 녹색, 파랑색 중 하나인 것을 특징으로 하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of color pixels comprises:
And a photodiode responsive to one specific color contained in the second light,
Wherein the specific color is one of red, green, and blue colors.
상기 형광 센서막과 상기 광원층(20) 사이에 배치되고, 상기 광원층(20)에서 조사하는 상기 제1 광을 필터링하는 제 1 필터층과,
상기 광원층과 상기 수광 센서층(30) 사이에 배치되고, 상기 형광 센서막(10)으로부터 방출되는 제 2 광을 필터링하는 제 2 필터층을 더 포함하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
A first filter layer disposed between the fluorescent sensor film and the light source layer and filtering the first light emitted from the light source layer;
And a second filter layer disposed between the light source layer and the light receiving sensor layer (30) for filtering the second light emitted from the fluorescent sensor film (10).
외부로부터 상기 피분석 물질이 유입되지 않도록 상기 광원층, 상기 수광 센서층, 연산 회로층 중 적어도 하나 이상을 밀봉하는 기능성막을 더 포함하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
And a functional film sealing at least one of the light source layer, the light receiving sensor layer, and the arithmetic circuit layer so as to prevent the analytes from flowing from the outside.
상기 광원층은,
상기 적어도 하나의 광원을 스위칭하기 위한 박막 트랜지스터(thin film transistor: TFT)를 더 포함하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
The light-
Further comprising a thin film transistor (TFT) for switching the at least one light source.
상기 가요성 고분자 매트릭스는 Poly(acrylonitrile)(PAN), Poly(styrene-co-acrylonitrile)(PSAN), Poly(vinyl alcohol)(PVA), Poly(vinyl methyl ketone)(PVMK), Poly(vinyl chloride)(PVC), Poly(methyl methacrylate)(PMMA), Poly(dimethyl siloxane)(PDMS), Poly(hexafluoroisopropyl methacrylate-co-heptafluoro-n-butyl methacrylate)(FIB), Poly(isobutyl methacrylate-co-trifluoroethyl methacrylate)[Poly(IBM-co-TFEM)], Poly(trimethylsilyl propyne)(PolyTMSP), 에틸셀룰로스(ethyl cellulose: EC), 실리콘 고무(silicone rubbers), 폴리스티렌(polystyrene: PS), 셀룰로오스 유도체(cellulose derivatives), Poly(hydroxyethyl methacrylate)(pHEMA) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
The flexible polymer matrix may be selected from the group consisting of poly (acrylonitrile) (PAN), styrene-co-acrylonitrile (PSAN), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl methyl ketone (PVMK) (PVC), poly (methyl methacrylate) (PMMA), poly (dimethyl siloxane) (PDMS), poly (hexafluoroisopropyl methacrylate-co-heptafluoro-n-butyl methacrylate) (FIB), poly (isobutyl methacrylate- Poly (trimethylsilyl propyne) (PolyTMSP), ethyl cellulose (EC), silicone rubbers, polystyrene (PS), cellulose derivatives, And poly (hydroxyethyl methacrylate) (pHEMA).
상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질은 피렌(pyrene), 데카시클렌(decac2clene), Ruthenium(II)-tris(4,7, diphenyl-1,10, phenanthroline)(Ru(dpp)32+), Platinum(II)-2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-octaethylporphyrin(PtOEP), Platinum(II)-5, 10, 15, 20, tetrakis (2, 3, 4, 5, 6-pentafluorophenyl)porphyrin(PtTFPP), Palladium(II)-2, 3, 7, 8, 12, 13, 17, 18-octaethylporphyrin(PdOEP), Palladium(II)-5,10,15,20-tetrakis(2, 3, 4, 5, 6-penta-fluorophenyl)porphyrin(PdTFPP), Platinum(II)-5,10,15,20-tetrakis(2,3,4,5,6-penta-fluorophenyl)porpholactone(PtTFPL), Ruthenium-tris(1,10-phenanthroline)(Ru(phen)32+), Ruthenium-tris(2,2’-bipyridine)(Ru(bpy)32+), Ruthenium-bis(2,2’:6’,2’’terpyridine)(Ru(trpy)22+), Europium(III)-tris(thenoyltrifluoroacetylacetonato)-(2-(4-diethylaminophenyl)-4,6-bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)-1,3,5-triazine)[Eu(tta)3(dpbt)], 8-Hydroxypyrene-1,3,6-Trisulfonic Acid(HPTS) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 웨어러블 센서 플랫폼.
The method according to claim 1,
The at least one first fluorescent material may be at least one selected from the group consisting of pyrene, decac2clene, ruthenium (II) -tris (4,7, diphenyl-1,10, phenanthroline) Platinum (II) -5, 10, 15, 20, tetrakis (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 13,17,18-octaethylporphyrin pentafluorophenyl) porphyrin (PtTFPP), Palladium (II) -2,3,7,8,12,13,17,18-octaethylporphyrin (PdOEP), Palladium (II) -5,10,15,20- (PdTFPP), Platinum (II) -5,10,15,20-tetrakis (2,3,4,5,6-penta-fluorophenyl) porpholactone (PtTFPL), 3,4,5,6-pentafluorophenyl) ), Ruthenium-tris (1,10-phenanthroline) (Ru (phen) 32+), Ruthenium-tris (2,2'- bipyridine) 6 ', 2''terpyridine (Ru (trpy) 22+), Europium (III) - tris (thenoyltrifluoroacetylacetonato) - (2- (4-diethylaminophenyl) 1, 3, 5-triazine) [Eu (tta) 3 (dpbt)] and 8-Hydroxypyrene-1,3,6-Trisulfonic Acid (HPTS).
상기 센서로 제 1 광을 조사하기 위한 적어도 하나의 광원을 포함하고, 상기 제 1 광에 의해 상기 적어도 한 종류 이상의 제 1 형광 물질 또는 제 2 형광 물질로부터 방출되는 제 2 광을 적어도 둘 이상의 색으로 분해하고 색 분해된 상기 제 2 광을 검출하기 위한 복수의 컬러 픽셀들의 배열을 포함하는 측정 모듈;을 포함하며,
상기 측정 모듈은
색 분해된 상기 제 2 광을 이용하여, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 강도 비율(intensity ratio)을 계산하는 제 1 연산부;
상기 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 세기 비율을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성을 정량화하는 수치를 계산하는 제 2 연산부; 및
색 분해된 상기 제 2 광이 상기 제 1 형광 물질로부터 방출된 제 3 광과 상기 제 2 형광 물질로부터 방출된 제 4 광을 포함할 때, 색 분해된 제 3 광의 강도와 색 분해된 상기 제 4 광의 강도의 비율(ratio)을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성 분포를 계산하고, 상기 피분석 물질의 특성 분포를 기반으로, 상기 피분석 물질의 정량화된 수치를 보정하는 보정부를 포함하는 검출 장치.
At least one kind of first fluorescent substance dispersed in the polymer matrix and reacting with the analyte of the living body surface, and a second fluorescent substance dispersed in the polymer matrix and not reacting with the analyte of the living body surface A sensor including at least one kind of second fluorescent material; And
And at least one light source for irradiating the first light with the sensor, the second light emitted from the at least one kind of the first fluorescent material or the second fluorescent material by at least two colors And a measurement module including an array of a plurality of color pixels for detecting the second light decomposed and color-separated,
The measurement module
A first arithmetic unit for calculating a relative color intensity ratio of each unit pixel of the plurality of color pixels using the color-separated second light;
A second calculating unit for calculating a value for quantifying a characteristic of the analyte using the relative color intensity ratio of each unit pixel; And
When the color-separated second light includes third light emitted from the first fluorescent material and fourth light emitted from the second fluorescent material, the intensity of the color-separated third light and the intensity of the color- And a correction section for calculating the characteristic distribution of the analyte using the ratio of the intensity of light and correcting the quantified value of the analyte based on the characteristic distribution of the analyte. .
상기 측정 모듈은,
색 분해된 상기 제 2 광을 이용하여, 상기 복수의 컬러 픽셀들의 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 강도 비율(intensity ratio)을 계산하는 제 1 연산부; 및
상기 각 단위 픽셀의 상대적 컬러 세기 비율을 이용하여, 상기 피분석 물질의 특성을 정량화하는 수치를 계산하는 제 2 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
15. The method of claim 14,
The measurement module comprising:
A first arithmetic unit for calculating a relative color intensity ratio of each unit pixel of the plurality of color pixels using the color-separated second light; And
And a second arithmetic unit for calculating a numerical value for quantifying a characteristic of the analyte using the relative color intensity ratio of each unit pixel.
상기 광원은 LED(Light Emitting Diode), OLED(organic light-emitting diode), QD-LED(Quantum Dot Light Emitting Diode), LEC(light-emitting electrochemical cell) 중 하나인 것을 특징으로 하는 검출 장치.
15. The method of claim 14,
Wherein the light source is one of an LED (Light Emitting Diode), an OLED (organic light-emitting diode), a QD-LED (Quantum Dot Light Emitting Diode), and a LEC (light-emitting electrochemical cell).
상기 측정 모듈은 상기 센서로부터 반사된 광을 수광하는 수광 센서를 포함하는 전자 장치인 것을 특징으로 하는 검출 장치.
15. The method of claim 14,
Wherein the measurement module is an electronic device including a light receiving sensor for receiving light reflected from the sensor.
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