KR101214001B1 - 측정 장치 및 이를 사용하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

전류 측정과 전위차 측정을 자유자재로 전환할 수 있는 기능은 미지의 물질들의 분석들을 수행하는데 상당한 유연성을 제공한다. 본 장치 및 방법은 그러한 전환 기능을 제공하여 전기화학 셀로부터 데이터를 수집할 수 있다. 상기 셀은 인간의 혈액 중의 포도당(glucose)을 측정하도록 구성된 시약을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 본 장치는 하우징(70) 및 광도파로의 형상을 취할 수 있는 가늘고 긴 테스트 스트립 전극(90)을 포함한다. LED(91)는 조명광을 제공하고 테스트의 결과들은 LCD 디스플레이(71) 상에 막대 그래프 형태로 표시된다.

Description

측정 장치 및 이를 사용하기 위한 방법{Measuring device and methods for use therewith}

관련 출원들에 대한 상호-참조

본 출원은 2004년 5월 30일자 출원된 미국 특허출원 제60/521,592호, 2005년 3월 25일자 출원된 미국 특허출원 제60/594,285호, 및 2005년 4월 15일자 출원된 미국 특허출원 제10/907,790호를 기초로 하여 우선권을 주장한 것이고, 상기 미국 특허출원들 각각은 모든 목적을 위하여 본원에 참조병합된다.

전기화학 반응들은 용액들 중의 질량들 및 농도들을 측정하는데 사용될 수 있다.

도 1은 정전위기(potentiostat)로서 알려져 있는, 표준 3-전극 구조를 갖는 전기화학 인터페이스 장치의 회로도이다. 전기화학 셀(39)은 기준 전극(37), 상대 전극(counter electrode; 36), 및 시험 전극(working electrode; 38)을 구비한다. 상기 셀(39)은 분석 대상이 되는 물질과 아울러, 이를 이용하기 위해 선택된 시약을 포함한다. 상기 시약은 전기화학 반응의 일부분을 형성한다. 본원에서 설명되는 기능들을 실현할 수 있는 다른 회로들이 존재하고, 본 예는 이들 중 한 실시예인 것으로 이해될 것이다.

입력(34)에 제공되는 입력 전압에 따라, 전압이 상기 셀의 상대 전극(36)에 인가된다. 입력(34)에 제공되는 이러한 전압은 접지 전위(40)에 대하여 상대적으로 정의된다. 몇몇 실시예들에서, 이는 이미 알고 있는 전압이다. 보다 일반적으로는, 3-전극 시스템에서, 기준 전극(37)과 시험 전극(38) 간의 전위차가 입력(34)과 접지 전위(40) 간의 전위차와 실질적으로 동일하게 하는 것이라면, 상대 전극(36)에 걸리는 전압은 어떤 값이라도 좋다.

증폭기(35)는, 바람직하게는 연산 증폭기이며, 필요한 이득을 제공하는데 사용되고 상기 입력(34)과 상기 전극들(36,37)을 분리하는데 사용된다. 도 1의 구성에서, 상기 이득은 값이 1인 전압 이득이고 상기 증폭기(35)의 주된 기능은 입력(34) 측의 고-임피던스 입력을 제공하고 전극(36) 측의 어떤 임피던스에 대해서도 충분한 구동 능력을 제공하는 것이다.

전기화학 반응이 일어남에 따라, 전류가 흐른다. 시험 전극(38)은 이러한 전류를 운반한다. 선택기(31)는 저항기 뱅크(30) 중에서 하나의 저항기를 선택하여 이러한 전류의 측정을 위한 전류 범위를 선택한다. 증폭기(32)는 바람직하게는 연산 증폭기이며, 상기 전극(38)을 통해 흐르는 전류값을 나타내는 출력(33)에서의 출력 전압을 제공하는 회로의 일부를 형성한다. 출력(33)에서의 출력 전압은 상기 전극(38)을 통해 흐르는 전류값과 선택된 저항기의 저항값의 곱에 비례한다.

일 예로서, 사람의 혈액과 같은 혈액이 상기 셀 내로 주입된다. 상기 셀 내의 시약은 혈당과 관련이 있는 화학 반응에 기여한다. 이미 알고 있는 일정한 전압이 입력(34)에 인가되고 인가 상태가 유지된다. 출력(33)의 출력 전압이 기록되고 그의 기록 데이터를 분석하여 정해진 측정 시간 동안 흐른 총 전류가 측정되도록 한다. (통상적으로는 이러한 측정 시간이 상기 화학 반응이 완료될 때까지의 지속 시간으로서 정의되지만, 몇몇 실시예들에서는 상기 화학 반응이 완료될 필요없이 원하는 측정들이 행해지는 시간으로서 정의하는 것도 가능하다.) 이러한 방식으로, 상기 혈액 내의 혈당치가 측정될 수 있다.

하기에 논의되는 바와 같이, 입력(34)에 인가되는 전압은 바람직하게는 일정한 값이 아닐 수도 있다. 예를 들어, 입력(34)에 인가되는 전압은 소정의 측정들에 최적이도록 선택된 파형인 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 디지털-아날로그 변환기의 아날로그 출력 파형은 입력(34)에 인가되는 것이 바람직할 수 있다.

이와 같은 측정법은 전류 측정(amperometric measurement)이라고 불릴 수 있는데, 이는 측정 대상이 반응 셀을 통해 흐르는 전류인 것임을 의미하도록 선택된 용어이다.

몇몇의 측정 상황들로서, 도 2에 도시된 바와 같이 상대 전극과 기준 전극을 결합하여 단일의 전극(41)으로 구성하는 것이 가능하다.

종래 기술의 회로의 일 예로서, 1992년 7월 16일자에 공개되었으며 발명의 명칭이 "효소 전극 센서를 위한 분석 방법"인 독일 특허출원 DE 41 00 727 A1에 개시되어 있는 회로가 있다. 하지만, 이러한 종래 기술의 회로에서는 반응 셀에서 전류 측정을 수행하는 것이 명확하게 나타나 있지 않다. 이러한 회로는, 전압값의 독출을 수행하고, (셀의 시험 전극에 대한) 셀의 기준 전극의 전압을 구하는 기능을 갖고, (셀의 시험 전극에 대한) 상대 전극의 전압을 구하는 기능을 갖지 않는 것으로 생각된다.

이러한 종래 기술의 회로에서는, 측정된 전위가, (특히) 검체 농도의 함수이다. 이러한 점에 대하여 다른 용어로 표현하자면, 상기 회로는 검체 농도와 독립된 신호를 제공하지 않으며 검체 농도와 독립된 신호를 제공할 수도 없다.

도 3은 상기 장치에 대한 개선점을 보여준다. 도 3에서는, 전극들(41,38) 양단에 걸린 전위를 측정할 수 있는 이상적인 전압계(42)가 설치되어 있다. 상기 전위를 측정하고자 할 때 개방되는 스위치(44)가 설치되어 있다. 이러한 방식으로, 상기 셀(39)은 적어도 하나의 전극에 대해 "부유 상태(floating)"에 있기 때문에, 증폭기(35)의 신호에 의한 영향을 받지 않는 전압 측정이 가능해진다.

상기 스위치(44)는 (예를 들어 릴레이와 같은) 기계적인 스위치 또는 전계 효과 트랜지스터(field-effect transistor; FET) 또는 반도체 스위치일 수 있다. 단순한 예로서, 상기 스위치가 개방될 경우에 개방 회로가 구성된다. 즉, 일반적으로 말하면, 상기 스위치가 개방될 경우에 고저항값을 형성할 수 있게 된다.

전류 측정들과 전위차 측정(potentiometric measurement)들 사이로 자유자재로 전환하는 것이 가능함으로써, 미지의 물질들의 분석들을 수행하는 데 상당한 유연성이 제공된다. 이러한 해결 방법의 여러 잠재적인 이점에 관해서는 2004년 8월 23일자 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제10/924,510호에 상세히 논의되어 있는데, 상기 미국 특허출원은 모든 목적을 위해 본원에 참조병합된다.

측정 방법들에 관해서는 2005년 4월 15일자 출원된 미국 특허출원 제10/907,815호(대리인 도킷 번호 15)와 2005년 4월 15일자 출원된 미국 특허출원 제10/907,813호(대리인 도킷 번호 16) 에 상세히 논의되어 있는데, 상기 미국 특허출원들 각각은 모든 목적을 위해 본원에 참조병합된다.

여러 도면들을 각각 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.

도 1은 정전위기(potentiostat)로서 알려져 있는, 표준 3-전극 구조를 갖는 전기화학 인터페이스 장치의 회로도이다.

도 2는 상대 전극과 기준 전극을 결합하여 단일의 전극(41)으로 구성한 배치도이다.

도 3은 본 발명에 따른 앞서 설명한 장치에 대한 개선점을 보여주는 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 1개의 스위치보다는 오히려 2개의 스위치를 사용한 실시예를 도시한 것이다.

도 4c 및 도4d는 격리의 효과를 갖도록 1개의 스위치를 사용한 실시예를 도시한 것이다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 3개의 스위치를 설치함으로써 전압 측정들을 행하는 것이 가능한 3-전극 셀 시스템을 도시한 것이다.

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 2개의 스위치를 사용한 3-전극 셀 시스템을 도시한 것이다.

도 7a, 도 7b 및 도 7c는 1개의 스위치를 설치함으로써 전압 측정들을 행하는 것이 가능한 3-전극 셀 시스템을 도시한 것이다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c는 1개의 스위치를 설치함으로써 전압 측정들을 행하는 다른 방식을 보여주는 3-전극 셀 시스템을 도시한 것이다.

도 9는 테스트 장치(70)의 측면도이다.

도 10은 본 발명에 의한 측정 시스템의 회로도의 일례이며, 이전의 도면들에서보다도 상세히 도시한 것이다.

도 11은 테스트 장치(70)의 사시도이다.

도 12는 광도파로로서의 기능을 제공하는 것이 가능한 스트립을 도시한 것이다.

도 13은 이전의 도면들 중 어느 한 도면에 도시된 분석 회로일 수 있는 기능 블록(62)을 도시한 것이다.

도 14는 아날로그 스위치들을 적절히 사용하여, 연산 증폭기들의 개수를 2개까지 감소시키는 상황을 도시한 것이다.

지금부터 구성에 관한 다양한 예들을 설명하기로 한다.

도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 1개의 스위치보다는 오히려 2개의 스위치를 사용한 실시예를 도시한 것이다. 각 실시예에서는, 2개의 스위치가 개방될 경우, 전압계(42)에 의한 전압 측정을 위하여 상기 셀이 격리된다.

도 4a에서, 스위치들(45,46)이 개방될 경우, 2-전극 셀(39)이 증폭기(35)의 출력과 증폭기(35)의 반전 입력의 피드백 경로로부터 격리된다.

도 4b에서, 스위치들(44,47)이 개방될 경우, 전극(41)과 전극(38) 모두에서 2-전극 셀(39)이 격리된다.

도 4c 및 도 4d는 1개의 스위치를 사용하여 격리의 효과를 갖게 하는 실시예를 도시한 것이다. 각 실시예에서는, 1개의 스위치가 개방될 경우, 전압계(42)에 의한 전압 측정을 위하여 상기 셀이 격리된다.

도 4c에서는, 스위치(46)가 개방될 경우, 2-전극 셀(39)이 증폭기(35)의 출력으로부터 격리된다.

도 4d에서는, 스위치(47)가 개방될 경우, 2-전극 셀(39)이 전극(38)에서 격리된다.

도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d에서 그리고 실질적으로는 이하에서 보여주는 여러 예에서는, 단순화를 위해 1개의 피드백 저항기(43)가 도시되어 있는데, 이것은 선택기(31)와 전류-범위 저항기들(30)을 나타낸 것이다.

(예를 들어 도 1에 도시된) 3-전극 셀 시스템에서는, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 3개의 스위치를 설치함으로써 전압 측정들을 행하는 것이 가능하다. 각 실시예에서, 스위치(46)는 증폭기(35)의 출력으로부터 전극(36)을 격리시키고, 스위치(45)는 증폭기(35)의 피드백 경로로부터 전극(37)을 격리시키며, 스위치(47)는 전류 측정 회로(32)로부터 전극(38)을 격리시킨다. 이러한 방식으로 상기 셀(39)의 3개의 전극 모두가 다른 회로에 대해 "부유 상태(floating)"에 있게 된다.

또한, 전압계를 사용하여 전압들을 측정하는 것이 가능하다. 측정되는 전압은 기준 전극(37)과 시험 전극(38) 간의 전압(도 5a), 또는 상대 전극(36)과 시험 전극(38) 간의 전압(도 5b), 또는 기준 전극(37)과 상대 전극(36) 간의 전압(도 5c)이다.

몇몇의 분석 용도에서, 상기 셀의 전극들 간의 단일의 전위차보다도 많은 전위차를 측정하는 것이 바람직할 수 있다.

3-전극 셀 시스템에서는, 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 2개의 스위치를 설치함으로써 전압 측정들을 행하는 것이 가능하다.

도 6a 및 도 6c에서, 스위치(45)는 증폭기(35)의 피드백 경로로부터 전극(37)을 격리시킨다.

도 6a 및 도 6b에서, 스위치(47)는 전류 측정 회로(32)로부터 전극(38)을 격리시킨다.

도 6b 및 도 6c에서, 스위치(46)는 증폭기(35)의 출력으로부터 전극(36)을 격리시킨다.

이러한 방식으로 상기 셀(39)의 3개의 전극 중 2개의 전극이 다른 회로에 대해 "부유 상태(floating)"에 있게 된다.

더욱이, 전압계를 사용하여 전압들을 측정하는 것이 가능하다. 측정되는 전압은 기준 전극(37)과 시험 전극(38) 간의 전압(도 6a), 또는 상대 전극(36)과 시험 전극(38) 간의 전압(도 6b), 또는 기준 전극(37)과 상대 전극(36) 간의 전압(도 6c)이다. 이러한 전위차의 측정들이 측정 대상으로 하는 2개의 지점과 전기적으로 등가인 임의의 2개의 지점에 대하여 행해질 수 있다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 예를 들어 도 7a 또는 도 7b에서, 상기 전압계(42)를, 전극(38)에 연결하는 대신에, (증폭기(32)의 입력들 중 한 입력인) 접지에 연결하는 것이 가능하다. 이것은 전극(38)에 걸린 전위가 강제로 증폭기의 접지된 입력에 걸린 전위에 있거나 또는 매우 근접한 값으로 되게 하도록 증폭기(32)가 동작하기 때문이다. 도 7c, 도 8a 및 도 8c에서, 전압계(42)는, 전극(37)에 연결되는 대신에, (전위에 관하여) 전기적으로 등가인 지점(34)에 연결될 수 있다.

3-전극 셀 시스템에서는, 도 7a, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 1개의 스위치를 설치함으로써 전압 측정들을 행하는 것이 가능하다. 각 경우에, 스위치(46)는 증폭기(35)의 출력으로부터 전극(36)을 격리시킨다.

또한, 전압계를 사용하여 전압들을 측정하는 것이 가능하다. 측정되는 전압은 기준 전극(37)과 시험 전극(38) 간의 전압(도 7a), 또는 상대 전극(36)과 시험 전극(38) 간의 전압(도 7b), 또는 기준 전극(37)과 상대 전극(36) 간의 전압(도 7c)이다.

3-전극 셀 시스템에서는, 도 8a, 도 8b 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 1개의 스위치를 설치함으로써 전압 측정들을 행하는 다른 방법이 존재한다. 각 경우에, 스위치(47)는 증폭기(32)의 전류 측정 회로로부터 전극(38)을 격리시킨다.

더욱이, 전압계를 사용하여 전압들을 측정하는 것이 가능하다. 측정되는 전압은 기준 전극(37)과 시험 전극(38) 간의 전압(도 8a), 또는 상대 전극(36)과 시험 전극(38) 간의 전압(도 8b), 또는 기준 전극(37)과 상대 전극(36) 간의 전압(도 8c)이다.

이러한 해결 방법이 3개보다 많은 개수의 전극들을 사용하는 셀에 일반적으로 적용될 수 있다는 것은 또한 이해되어야 한다.

도 10은 본 발명에 의한 측정 시스템의 회로도의 일례를 이전의 도면들에서보다도 상세히 도시한 것으로, 이는 도 3의 실시예에 가장 근접한 것이다.

저항기 뱅크(30)는, 증폭기(32)의 피드백 저항기 값들을 선택기(31)로 선택할 수 있도록 구성된 것이다. 이러한 방식으로 지점(33)의 출력은 시험 전극(38)을 통해 흐르는 전류를 나타낸 것이다. 이러한 구성은 도 3의 전류 측정 회로에 대응한다. 본 실시예에서의 선택기(31)는 선택가능한 출력들(S1, S2) 및 입력(D)을 갖는 단극 쌍투(single-pole double-throw) 스위치이며, 제어 라인(53)에 연결된 제어 입력(IN)에 의해 제어된다.

도 10에 도시된 2-전극 셀(39)은, 상대 전극과 기준 전극 모두를 제공하는 전극(41)을 갖는다.

도 10의 집적 회로(50)는 4개의 스위치를 포함한다. 회로(50)의 스위치들 중 한 스위치는 핀들(8, 6, 7)(각각 입력 4, 소스 4 및 드레인 4)의 스위치(55)이다. 이러한 스위치(55)는, 도 3의 스위치(44)에 대응하고, 전극(41)을, 증폭기(35)의 드라이버로부터 격리시킨다. 상기 스위치(55)가 개방되는 경우, 반전 핀(2)과 비반전 핀(3) 간의 전압, 결과적으로는 상기 셀(39)의 2개의 전극(38, 41) 간의 전압을 측정하기 위한 전압계로서 증폭기(51)를 사용하는 것이 가능하다. 출력(52)의 전압은 증폭기(51)의 입력 단자들에서 측정된 전압에 비례한다.

상기 스위치(55)의 개폐 동작은, 제어 라인(54)에 의해 제어된다. (하기에서 논의되는 바와 같이, 적합한 스위칭의 개폐 동작으로, 보다 적은 개수의 증폭기들을 사용하여 전류 측정 회로 및 전위차 측정 회로 모두의 기능을 제공하는 것이 가능하다는 것도 이해되어야 한다.)

따라서, 도 10에는 전기화학 셀의 전극들 양단에 걸리는 전압의 측정을 가능하게 하고, 어떤 때에는 전기화학 셀의 전극들 양단에 걸리는 전류의 측정을 가능하게 하는 강력하고 다목적인 분석 회로가 도시되어 있다. 이러한 측정의 모드들 사이로 전환하는 자동화된 수단을 제공하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 본 장치는 정전위기(potentiostat)(전류 측정) 모드 또는 정전류기(galvanostat)(전위차 측정) 모드에서 동작할 수 있지만, 한 모드 또는 다른 모드를 수작업으로 선택하는 사람의 수작업을 필요로 하는 종래의 전기화학 분석 장치들과 상이하다.

부가적으로, 도 10의 장치는 소정의 스위치들을 닫음으로써 전류 측정과 병행하여 전압을 감시할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 즉, 전류 측정 및 전위차 측정은 시간을 나누어 행할 필요가 없다.

또한, 전류 측정 모드 및 전위차 측정 모드 간의 전환은 일정하고 그리고 예정된 시간에 행할 필요가 없고, 그 대신에, 소정의 기준에 따라 동적으로 행해질 수 있는 것으로 또한 이해될 것이다. 예를 들어, 초기에는 전류 측정을 행하고, 전류 측정 중에 특정의 이벤트를 검출한 경우에 전위차 측정으로 전환하는 것이 가능하다.

이러한 회로를 사용한 강력한 해결 방법들 중 하나로서, 자체적으로 전위차 측정법에 의해 측정될 수 있는 화학 전위를, 전류 측정 모드를 사용하여 생성하는 방법이 고려될 수 있다.

도 13을 지금부터 참조하면, 도 13에는 이전에 논의된 도면들 중 어느 한 도면의 분석 회로일 수 있는 기능 블록(62)이 도시되어 있다. 본 도면에서는, 전압 입력(34)과 아울러, 전류 측정에서 전류를 나타내는 출력(33)이 도시되어 있다. 상기 기능 블록(62)에는 이전에 논의된 도면들과 관련하여 설명된 바와 같이 3-단자 반응 셀(39) 또는 2-단자 반응 셀(39)이 포함될 수 있다.

선택적으로, 명확성을 위해 도 13에서는 생략된, 전압계(42)에 의해 측정된 전압을 나타내는 전압 출력(52)이 존재할 수 있다. 이러한 경우에, (또한 명확성을 위해 도 13에서는 생략된) 1개, 2개 또는 3개의 스위치를 사용하여, 상기 셀(39)을 격리시켜 전위(전압) 측정이 가능해진다.

도 13 및 도 14에서 중요한 점은, 디지털 입력(61)을 수신하는 디지털-아날로그 변환기(DAC)(60)에 입력(34)이 연결된다는 것이다. 대부분의 일반적인 경우에, 상기 디지털-아날로그 변환기(DAC)는 고속이며 정확한 디지털 아날로그 변환기이고, 시간의 함수로서 정의된 복잡한 파형들을 출력(63)에 제공하며, 이러한 출력(63)은 또한 상기 블록(62)의 입력(34)에 연결된다.

몇몇 경우에는, 상기 디지털-아날로그 변환기(DAC)가 그다지 비싸지 않은 회로일 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 디지털-아날로그 변환기(DAC)가 제어기로부터의 개별 출력들에 연결된 단순한 저항기 래더(resistor ladder)일 수 있음을 알 수 있다. 다른 예로서는, 제어기로부터의 펄스-폭-변조된 출력 신호를 사용하여 커패시터를 충전 또는 방전하여, 지점(63)에서 원하는 신호를 출력하고 지점(34)에 입력 신호를 제공하는 것이 가능함을 알 수 있다. 이러한 회로는 예를 들어 공동 계류중인 출원 제10/907,806호(대리인 도킷번호 19)에 개시되어 있는데, 이 출원은 모든 목적을 위하여 본원에 참조병합된다.

이러한 방식으로, 예를 들어 램프(ramp) 파형 및 정현 파형과 같은 시변(time-varying) 파형들을 반응 셀들(39)에 제공하는 것이 가능하다.

본 발명은, 예를 들어 전류 측정과 전위차 측정의 모드들 간의 전환을 자동으로 제어하는 것을 사용함으로써, 그리고 전류 측정을 위해 시변 전압 입력들을 사용함으로써, 앞서 언급된 혈당치 측정을 제공할 뿐만 아니라, 혈액의 화학 성분 측정 및 요(尿; urine)의 화학 성분 측정 등의 다른 측정, 그리고 면역 측정, 심장 모니터링, 및 응고 분석을 가능하게 하는 이점들을 갖는다.

도 11을 지금부터 참조하면, 도 11은 테스트 장치(70)의 사시도이다. 디스플레이(71)는 사용자에게 정보를 제공하고, 푸시 버튼들(78, 79, 80)은 사용자에 의한 입력들을 허용한다. 디스플레이(71)는 바람직하게는 액정 디스플레이이지만 다른 기술들을 사용한 디스플레이일 수도 있다. 대형 7-세그먼트 디지트(72)로 혈당치와 같은 중요한 숫자를 시각적으로 표시하는 것이 가능하다.

여기서 중요한 점은, 저해상도의 원들 또는 다른 영역들로 이루어진 직사각형 어레이가 정성(定性)적인 정보를 대략적인 방식으로 표시해 줄 수 있다는 것이다. 이것에는 혈중 적혈구 용적치(hematocrit), 수일에 걸친 히스토리 트렌드 그래프, 충전율(filling rate), 온도, 배터리 수명, 또는 메모리/음성-메시지의 빈 공간이 포함될 수 있다. 상기 어레이는 또한 특정 분석의 진행도를 사용자가 파악할 수 있게 하는 "진행 막대들"을 표시하는데 사용될 수 있다. 상기 어레이는 폭이 15개의 원들이고 높이는 6개의 행들일 수 있다.

따라서 상기 디스플레이를 사용하는 한 방법은 매우 대략적인 막대 그래프를 표시하는 것으로, 여기서 수평축은 시간의 경과를 나타내고 수직축은 측정 대상으로 하는 양(quantity)을 나타내도록 이루어져 있다. 각 시간 간격 동안, 상기 어레이의 아랫부분으로부터 시작하여, 0개, 1개, 2개의 원 또는 3개, 4개, 5개의 원, 또는 6개의 원을 점화시킬 수 있다.

상기 디스플레이를 사용하는 다른 방법은 상기 어레이의 좌측 가장자리 부분으로부터 시작하여, 0개로부터 15개의 원을 점화시켜, 매우 개략적인 막대 그래프를 표시하는 것이다.

이러한 방식으로, 최소의 비용으로, 적절한 개수의 원들(이 경우, 90개의 원들)을 다양한 방법으로 사용하여 정량(定量)적인 정보를 2가지의 상이한 방법으로 표시하는 것이 가능하다. 상기 원들은 액정 디스플레이의 가장자리 부분에 부착된 커넥터를 통해 개별적으로 대응하는 트레이스(trace)들로 지정될 수 있다. 선택적으로는, 상기 원들은 행 및 열 전극들로 지정될 수 있다. 1개의 행에 있는 원들의 개수는 15개일 수 있다.

도 9를 지금부터 참조하면, 도 9는 테스트 장치(70)의 사시도이다. 테스트 스트립은, (명확성을 위해 도 9에서 생략된) 전기화학 셀(39)을 포함하며, 도 9의 우측 방향으로의 이동을 통해, 테스트 장치(70) 내에 삽입된다.

테스트 장치(70)의 사용자가 테스트 스트립(90)을 테스트 장치(70) 내로 삽입하는 것이 어려울 수 있는 것으로 이해될 것이다. 이것은 사용자가 눈과 손의 위치 관계를 확보하는데 제한을 받거나 미세한 운동(motor)을 제어하는데 제한을 받기 때문에 생길 수 있다. 선택적으로는, 예를 들어 야간의 야영지와 같이, 충분한 밝기가 확보되지 않는 장소에 사용자가 있기 때문에 생기는 경우도 있다. 어느 경우라도, 발광 다이오드(LED)(91)를 사용하여 테스트 스트립(90)의 영역을 밝혀줌으로써 사용자에게 이점이 제공될 수 있다. 테스트 스트립(90)을 삽입하는 커넥터(93)가 존재하지만, 테스트 스트립(90)을 삽입하기 전에 발광 다이오드(LED)(91)를 점화시키는 것이 바람직하다.

종래 기술의 장치에서는, 커넥터(93)와 같은 커넥터에 발광 다이오드(LED)가 존재하지만, 스트립(90)과 같은 스트립을 삽입한 후에만 발광 다이오드(LED)가 점화될 수 있다. 이 때문에, 종래 기술의 장치는 스트립의 삽입시 사용자를 안내하는데 아무런 도움을 주지 않는다.

더욱이, 도 9의 장치에서 중요한 점은, 사용자가 테스트 스트립을 삽입하기 전에 발광 다이오드(LED)를 점화시킬 수 있다는 것이다. 이것은 예를 들어 버튼을 누름으로써 행해질 수 있다. 경로(92)를 따라 광을 비추어, 테스트 스트립의 선단을 조명하는 것이 가능하다. 또한 커넥터(93)에 광을 비추는 것이 가능하고, 테스트 스트립의 선단과 커넥터 모두에 광을 비추는 것이 가능하다.

또한, 테스트 스트립의 선단을 조명하기 위하여 다른 방법을 사용하는 것도 가능하다. 도 12에 도시된 바와 같은 테스트 스트립(90)은 (그의 일부 또는 전체가 투명하기 때문에) 광도파로로서 기능을 제공하는 것이 가능하다. 예를 들어 이러한 스트립들의 제조시 사용가능한 여러 접착제는 투명하다. 광은 참조번호 95로 도시된 바와 같이 테스트 스트립의 길이를 따라 진행되어, 참조번호 96으로 도시된 바와 같이 종단부로 방출될 수 있다. 이러한 방식으로 선단 영역(혈액적(drop of blood)을 얻기 위해 바늘 등으로 찔려진 영역)을 조명하여 테스트 스트립(90)의 선단을 혈액적의 위치까지 용이하게 안내하는 것이 가능하다.

테스트 스트립(90)의 광-투과부는 실질적으로 투명할 수 있거나, 형광체 또는 인광체일 수 있기 때문에, 테스트 스트립 자체가 광을 방출하여 용이하게 인식할 수 있다.

사용자들의 경험에 의해 목적에 맞는 LED 색을 선택하는 것이 가능하다. 예를 들어 사용자는, 적색의 혈액적을 찾으려고 할 경우 적색의 LED보다도 양호하게 작용하는 청색의 LED를 사용함으로써, 양호한 콘트라스트를 얻을 수 있다.

도 14를 지금부터 참조하면, 도 14는 단지 2개의 연산 증폭기들(122, 137)만을 필요로 하는 회로를 도시한 것이다. 상기 회로의 중앙부에는 시험 전극(120) 및 상대 전극(121)을 갖는 반응 셀(130)이 위치해 있다. 연산 증폭기(122)는 전압(V2)을 시험 전극(120)에 공급하는, 이득이 "1"인 증폭기(버퍼)로서의 기능을 제공한다. 펄스-폭-변조된 제어 신호의 라인(123)으로 트랜지스터들(124, 125)을 턴온 및 턴오프시켜, 저역-통과 필터 네트워크(126)에 소정의 전압이 생성하도록 한다. 이러한 전압(V2)은 라인(127)에서 측정되어, 도 14에서는 명확성을 위하여 모두 생략되었지만, 전형적인 경우로는 예를 들어 마이크로콘트롤러의 아날로그-디지털 변환기로 보내진다.

펄스-폭-변조된 제어 신호의 라인(123)의 동작 방법은 본 출원과 동시에 출원되고, 발명의 명칭이 "분석 시스템으로의 안정화 전압의 공급 방법 및 장치"인, 공동 계류 중인 출원 제10/907,806호(대리인 도킷 번호 AGAM.P019)에 더 상세히 개시되어 있는데, 상기 출원은 모든 목적을 위하여 본원에 참조병합된다.

분석의 전류 측정 단계 동안, 스위치(133)는 개방되고 스위치들(134, 132)은 폐쇄된다. 지점(136)의 기준 전압(VREF)에 의해 전압(V1)(135)이 생성되고, 바람직하게는 도 14에서는 명확성을 위해 생략된 아날로그-디지털 변환기에 의해 전압(V1)(135)이 측정된다. 이러한 전압은 증폭기(137)의 입력에 제공되고, 전극(121)에 인가되는 전압을 정의한다. 이 단계 동안, 지점(128)에서 생성된 전압은 반응 셀(130)에 흐르는 전류를 나타낸다.

분석의 전위차 측정 단계 동안, 스위치(133)는 폐쇄되고 스위치들(134, 132)은 개방된다. 이러한 방식으로 전극(121)의 전위는 증폭기(137)에 제공되고 이로부터 감지 라인(128)으로 이어진다. 라인(128)에서 생성된 전압은, 전극(121)의 전압을 나타내고, 전극(120)의 전압은 지점(127)의 전압에 의해 정의되며, 이러한 방식으로 전극들(120, 121) 간의 전위차를 측정하는 것이 가능하다. 본 장치를 다른 관점에서 설명하면, 본 장치는 제1 전극과 제2 전극을 갖는 반응 셀을 사용하는 장치이다. 전압원은 제어가능한 전압을 제1 전극에 제공하고 전압 센서는 제1 전극에 제공된 전압을 감지한다. 증폭기는 스위치 수단에 의해 상기 제2 전극과 연결된다. 상기 스위치 수단은 제1 위치 및 제2 위치 사이로 전환가능하고, 상기 제1 위치에 있는 경우의 스위치 수단은 제2 전극에 흐르는 전류를 측정하도록 상기 증폭기를 조작하여, 반응 셀에 흐르는 전류를 측정한다. 상기 제2 위치에 있는 경우의 스위치 수단은 제2 전극에 존재하는 전압을 측정하도록 상기 증폭기를 조작한다. 일 실시예에서, 상기 스위치 수단은 제1, 제2 및 제3 아날로그 스위치들을 포함하는데, 상기 제1 아날로그 스위치는 제2 전극과 상기 증폭기의 반전 입력을 연결하고, 상기 제2 아날로그 스위치는 제2 전극과 상기 증폭기의 비반전 입력을 연결하며, 상기 제3 스위치는 상기 증폭기의 비반전 입력과 기준 전압을 연결한다. 상기 제1 위치는 폐쇄된 제1 및 제3 스위치들과 개방된 제2 스위치에 의해 정의되고, 반면에 상기 제2 위치는 개방된 제1 및 제3 스위치와 폐쇄된 제2 스위치에 의해 정의된다.

도 14를 다시 참조하면, 저역-통과 필터(129)는, 라인(128)의 신호를 평활화하기 위해 설치된다.

이러한 분석에서 사용하기에 적합한 증폭기들이 비싼 경우, 그리고 참조번호 132, 133, 134에서 사용하기에 적합한 아날로그 스위치들이 비싸지 않은 경우, 필요한 증폭기들의 개수를 최소로 하는 것이 가능한 회로 구성을 사용하는 것이 바람직한 것으로 이해될 것이다.

당업자는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 본 발명의 실시예들에 대한 수많은 명백한 개선들 및 변경들을 안출하는데 아무런 어려움도 없을 것이고, 본 발명의 실시예들의 수많은 개선들 및 변경들은 이하의 청구항들에 의해 포함될 것이다.

Claims (41)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
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19. 휴대용 테스트 장치에 있어서,

    인간 체액의 구성 물질과 반응하는 시약 및 적어도 2개의 전극들을 포함하는 전기화학 셀;

    상기 전극들 간에 전위를 인가하기 위한 수단;

    상기 전기화학 셀을 통해 흐르는 전류를 측정하기 위한 상기 전기화학 셀 외부의 전류 측정 수단; 및

    상기 전기화학 셀을 통한 전위의 인가를 자동으로 중지하여 전위가 인가되지 않은 상태에서 상기 전기화학 셀의 전위 측정을 가능하게 하기 위한 수단;

    을 포함하며,

    상기 전위의 인가를 자동으로 중지하여 상기 전기화학 셀의 전위 측정을 가능하게 하기 위한 수단은, 상기 적어도 2개의 전극들 중 제1 전극과 상기 전위를 인가하기 위한 수단 사이에 설치되어 상기 전위를 인가하기 위한 수단으로부터 상기 적어도 2개의 전극들 중 제1 전극으로의 연결을 절단시키는 제1 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 휴대용 테스트 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 전기화학 셀은 1회용(disposable) 테스트 스트립 내에 존재하는 것을 특징으로 하는, 휴대용 테스트 장치.
21. 제19항에 있어서,

    상기 휴대용 테스트 장치는,

    상기 적어도 2개의 전극들 중 제2 전극과 상기 전위를 인가하기 위한 수단 사이에 설치되어 상기 전위를 인가하기 위한 수단으로부터 상기 적어도 2개의 전극들 중 제2 전극으로의 연결을 선택적으로 절단시키기 위한 제2 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 휴대용 테스트 장치.
22. 제19항에 있어서, 상기 전위를 인가하기 위한 수단은 상기 적어도 2개의 전극들 간에 일정한 전위를 생성하는 것을 특징으로 하는, 휴대용 테스트 장치.
23. 제19항에 있어서, 상기 전위를 인가하기 위한 수단은 상기 적어도 2개의 전극들 간에 시간에 따라 변화하는 전위를 생성하는 것을 특징으로 하는, 휴대용 테스트 장치.
24. 제23항에 있어서, 상기 시간에 따라 변화하는 전위는 정현(sinusoidal) 파형 또는 램프(ramp) 파형으로 변화하는 것을 특징으로 하는, 휴대용 테스트 장치.
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 제19항에 있어서,

    상기 휴대용 테스트 장치는,

    상기 전위 측정의 결과들을 기록(logging)하고 상기 체액의 구성 물질을 나타내는 상기 기록된 측정 결과들의 관계를 도출시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 휴대용 테스트 장치.
30. 제19항에 있어서, 상기 시약은 포도당(glucose)과 반응하고, 상기 체액의 구성 물질은 포도당인 것을 특징으로 하는, 휴대용 테스트 장치.
31. 삭제
32. 제1 전극 및 제2 전극을 지니는 반응 셀에 사용하는 장치에 있어서,

    제어가능한 전압을 상기 제1 전극에 제공하는 전압원;

    상기 제1 전극에 제공된 전압을 감지하는 전압 센서;

    증폭기; 및

    제1 위치와 제2 위치 사이로 전환가능한 스위치 수단;을 포함하고,

    상기 제1 위치에 있는 경우의 상기 스위치 수단은, 상기 제2 전극을 통한 전류를 측정하도록 상기 증폭기를 조작하여, 상기 반응 셀을 통한 전류를 측정하게 하고, 상기 제2 위치에 있는 경우의 상기 스위치 수단은, 상기 제2 전극에 존재하는 전압을 측정하도록 상기 증폭기를 조작하게 하는 것을 특징으로 하는, 장치.
33. 제32항에 있어서, 상기 스위치 수단은 제1 아날로그 스위치, 제2 아날로그 스위치 및 제3 아날로그 스위치를 포함하고, 상기 제1 아날로그 스위치는 상기 제2 전극과 상기 증폭기의 반전 입력을 연결시켜 주며, 상기 제2 아날로그 스위치는 상기 제2 전극과 상기 증폭기의 비-반전 입력을 연결시켜 주고, 상기 제3 아날로그 스위치는 상기 증폭기의 비-반전 입력과 기준 전압을 연결시켜 주며, 상기 제1 위치는 상기 제1 아날로그 스위치 및 상기 제3 아날로그 스위치가 폐쇄되고 상기 제2 아날로그 스위치가 개방됨으로써 정의되고, 상기 제2 위치는 상기 제1 아날로그 스위치 및 상기 제3 아날로그 스위치가 개방되고 상기 제2 아날로그 스위치가 폐쇄됨으로써 정의되는 것을 특징으로 하는, 장치.
34. 제32항에 있어서, 상기 스위치 수단은 기계적인 스위치, 전계 효과 트랜지스터(field-effect transistor; FET) 또는 반도체 스위치 중 하나인, 장치.
35. 제34항에 있어서, 상기 스위치 수단은 기계적인 스위치인, 장치.
36. 제1 전극(120) 및 제2 전극(121)을 지니는 반응 셀(130)에 사용하는 장치로서,

    제어가능한 전압을 상기 제1 전극에 제공하는 전압원(123);

    상기 제1 전극에 제공된 전압을 감지하는 전압 센서; 및

    증폭기(137);를 포함하는, 장치에 있어서,

    상기 장치는,

    제1 위치와 제2 위치 사이로 전환가능한 스위치 수단(132, 133, 134);을 더 포함하고,

    상기 제1 위치에 있는 경우의 상기 스위치 수단은, 상기 제2 전극을 통한 전류를 측정하도록 상기 증폭기(137)를 조작하여, 상기 반응 셀(130)을 통한 전류를 측정하게 하고, 상기 제2 위치에 있는 경우의 상기 스위치 수단은, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 존재하는 전압을 측정하도록 상기 증폭기를 조작하게 하는 것을 특징으로 하는, 장치.
37. 제36항에 있어서, 상기 스위치 수단은 제1 스위치, 제2 스위치 및 제3 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치(132)는 상기 제2 전극(121)과 상기 증폭기(137)의 반전 입력을 연결시켜 주며, 상기 제2 스위치(133)는 상기 제2 전극(121)과 상기 증폭기(137)의 비-반전 입력을 연결시켜 주고, 상기 제3 스위치(134)는 상기 증폭기(137)의 비-반전 입력과 기준 전압(136)을 연결시켜 주며, 상기 제1 위치는 상기 제1 스위치(132) 및 상기 제3 스위치(134)가 폐쇄되고 상기 제2 스위치(133)가 개방됨으로써 정의되고, 상기 제2 위치는 상기 제1 스위치(132) 및 상기 제3 스위치(134)가 개방되고 상기 제2 스위치(133)가 폐쇄됨으로써 정의되는 것을 특징으로 하는, 장치.
38. 제36항에 따른 장치; 및 반응 셀;을 포함하는, 테스트 장치.
39. 제38항에 있어서, 상기 반응 셀은 1회용(disposable) 테스트 스트립 내에 존재하는 테스트 장치.
40. 제38항 또는 제39항에 있어서, 상기 반응 셀에는 인간 체액의 구성 물질과 반응하고 상기 구성 물질의 샘플의 양을 나타내는 전기화학 신호를 생성하는데 유효한 시약이 포함되어 있는, 테스트 장치.
41. 제40항에 있어서, 상기 시약은 포도당(glucose)과 반응하고, 상기 체액의 구성 물질은 포도당인, 테스트 장치.

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