KR101294712B1 - 기질 농도의 연속 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

소형화 및 고감도 보장에 대한 요구를 충족할 수 있고, 쉽게 생산가능한 분석장치를 제공한다. 본 발명은 전압이 센서에 인가될 때의 응답에 의거하여 기질 농도를 연속 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 기질에 기인하는 응답이 얻어지는 응답전압(E2)을 인가하는 응답전압 인가 단계, 및 상기 기질에 기인하는 응답이 얻어지지 않거나 실질적으로 얻어지지 않는 비응답전압(E1)을 인가하는 비응답전압 인가 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 응답전압 인가 단계 및 비응답전압 인가 단계는 교대로 반복된다.

Description

기질 농도의 연속 측정 방법 {METHOD OF CONTINUOUSLY MEASURING SUBSTRATE CONCENTRAION}
본 발명은 글루코오스와 같은 기질의 농도를 연속 측정하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 체내 이식된 글루코오스 센서를 사용하여 혈당 수준을 연속 측정하는 방법에 관한 것이다.
혈당 수준의 측정방법으로서, 예를 들면 인체의 복부나 팔에 이식된 글루코오스 센서를 사용하여, 간질액 중의 글루코오스 농도를 연속 측정하는 방법이 있다. 측정 원리로서는, 전기화학법이 주로 채용된다. 이 경우의 글루코오스 센서는 적어도 작용극(working electrode) 및 대극(counter electrode)을 갖는다. 작용극에는, 예를 들면 글루코오스 산화효소(GOD)가 고정화된다. 글루코오스의 농도는, 약 0.3 내지 0.6 V의 일정 전압이 작용극 및 대극에 걸쳐 연속 인가될 때 얻어지는 응답전류(도 12(b) 참조)에 의거하여 측정한다.
응답전류치는, 예를 들면 GOD의 촉매반응에 의해 생성된 과산화수소를 전기화학적으로 산화시킴으로써(예를 들면 특허문헌 1 및 2), 또는 Os 폴리머를 매개자(mediator)로 하여 GOD를 통해 글루코오스로부터 추출된 전자를 사용함으로써(예를 들면 특허문헌 3 참조) 얻을 수 있다.
한편 글루코오스 농도는, 연속하여 얻어진 응답전류치로부터 전류를 주기적으로 샘플링함에 의해 얻어진 샘플링 전류에 의거하여 연산된다.
그러나, 상기 응답전류는 아스코르브산과 같은 간질액 중에 공존하는 성분에 기인하거나, 전자기 노이즈와 같은 외부 환경에 기인하는 백그라운드 요소를 포함한다. 따라서, 예를 들면 측정 데이터가 증가(또는 감소)하는 경향일지라도, 측정 데이터의 증가(또는 감소)가 글루코오스 농도의 증가(또는 감소)에 기인하는 것인지, 혹은 측정 데이터의 증가(또는 감소)가 백그라운드 요소의 증가(또는 감소)에 기인하는 것인지를, 응답전류로부터 구체적으로 규명하기 어렵다. 따라서, 백그라운드 요소에 의해 영향을 받을 법한 환경하에서는, 글루코오스 센서로부터 얻어진 응답전류 시그널의 정확도가 떨어질 수도 있다.
또한, 작용극에 고정된 글루코오스 산화환원효소는 전압 인가 하에서 단백질이 변성되고, 이것이 센서의 안정성을 떨어뜨리는 것으로 이해된다. 글루코오스 산화환원효소로서 글루코오스 탈수소효소(GDH)를 사용한 경우의 잔류 활성을 나타내는 도 13에 나타난 바와 같이, 이러한 안정성의 저하는 전압의 크기와 전압의 인가 시간에 의존하는 것으로 이해된다. 보다 구체적으로는, GDH와 같은 글루코오스 산화환원효소의 안정성은, 인가 전압의 크기가 커지거나 전압 인가 시간이 길어짐에 따라 저하되는 경향이 있다.
일본국 특개2007-516814호 공보 일본국 특개2007-535991호 공보 일본국 특개평10-505421호 공보
본 발명은, 글루코오스와 같은 기질의 연속 측정에 있어서, 측정 정확도 및 측정에 사용되는 센서의 안정성을 향상하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 기질에 전압이 인가될 때의 응답에 의거하여, 기질 농도를 연속 측정하는 방법으로서, 기질에 기인하는 응답이 얻어지는 응답전압을 인가하는 응답전압 인가 단계; 및 상기 기질에 기인하는 응답이 얻어지지 않거나 또는 실질적으로 얻어지지 않는 비응답전압을 인가하는 비응답전압 인가 단계를 포함하는, 기질 농도의 연속 측정 방법을 제공한다.
상기 응답전압 인가 단계와 비응답전압 인가 단계는 교대로 반복되는 것이 바람직하다. 각 응답전압 인가 단계와 비응답전압 인가 단계는 반드시 하나의 일정 전압의 단일 펄스를 인가함에 의해 행해질 필요는 없고, 예를 들면 다른 전위를 갖는 복수의 일정 전압 펄스의 조합으로 이루어지는 계단형 펄스를 인가함에 의해 행해져도 된다.
본 발명에서, 예를 들면 상기 기질은 응답전압 인가 단계에서 얻어진 응답 및 비응답전압 인가 단계에서 얻어진 응답 간의 차이에 의거하여 연산된다. 이 경우에, 센서에 인가되는 전압이 증가할 때, 상기 비응답전압 인가 단계에서 인가되는 전압은, 상기 기질에 기인하는 응답이 얻어지기 시작하는 인가 전압(반응전위)에 대하여 -0.5 내지 +0.5 V의 범위로, 바람직하게는 -25 내지 +25 mV의 범위로 설정된다.
본 발명은, 상기 응답전압 인가 단계와 상기 비응답전압 인가 단계를 소정 회수 교대로 행한 후, 상기 비응답전압보다 절대값이 작은 전압을 인가하는 대기 단계(standby step)를 더 포함해도 된다. 상기 대기 단계는 상기 센서를 포함하는 회로가 개방회로로 되도록 설정함으로써 행하여도 된다.
상기 센서는, 예를 들면 사용을 위해 체내에 이식된다. 상기 센서는 효소 고정화 전극을 포함해도 된다. 물론 본 발명은, 체외로 추출된 혈액이나 간질액 중의 글루코오스와 같은 기질의 농도를 측정하는 경우, 혹은 혈액이나 간질액이 아닌 액체 또는 인체 외부의 액체에 함유된 기질을 측정하는 경우에 적용되어도 된다.
상기 기질은 예를 들면 글루코오스이고, 상기 센서는 예를 들면 글루코오스 센서이다. 상기 글루코오스 센서는 글루코오스 산화환원효소가 고정화된 전극을 포함해도 된다.
[도 1] 도 1은 글루코오스 연속 측정법을 수행하기 위한 글루코오스 연속 측정장치의 일례를 나타내는 횡단면도이다.
[도 2] 도 2는 도 1에 나타낸 글루코오스 연속 측정장치에 있어서 글루코오스 센서를, 주요부 확대도와 함께 나타내는 전체 투시도이다.
[도 3] 도 3은 도 1에 나타낸 글루코오스 연속 측정장치의 개략적 구조를 나타내는 블럭 다이어그램이다.
[도 4] 도 4는 도 2에 나타낸 글루코오스 센서에 대한 전압 인가 패턴의 일례를 나타내는 그래프이다.
[도 5] 도 5는 도 4에 나타낸 패턴으로 전압이 인가될 때의 응답전류의 일례를 나타내는 그래프이다.
[도 6] 도 6은 복수의 글루코오스 농도에 대하여 전압전류법의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 7] 도 7은 하나의 단계에서 반응전압 및 비반응전압 인가 펄스의 다른 예를 각각 나타내는 그래프이다.
[도 8] 도 8은 실시예 1에서의 전압전류법의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 9] 도 9(a) 및 9(b)는 실시예 1에서의 시간에 따른 응답전류 변화의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 10] 도 10은 실시예 1에서의 응답 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 11] 도 11은 실시예 2에서의 안정성의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 12] 도 12(a)는 종래예에서의 글루코오스 센서에 대한 전압 인가의 패턴을 나타내는 그래프이고, 도 12(b)는 도 12(a)에 나타낸 전압 인가에 대한 응답전류의 일례를 나타내는 그래프이다.
[도 13] 도 13은 종래예에서의 시간에 따른 효소의 잔류 활성의 변화를 나타내는 그래프이다.
[도 14] 도 14는 도 7(a)에 나타난 바와 같은 계단형 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가하는 경우의 전류 밀도의 변화를 나타내는 그래프이다.
[도 15] 도 15는 전류 밀도와 글루코오스 농도 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 16] 도 16은 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가한 경우의 응답전류의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 17] 도 17은 600 mV의 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가하는 경우의 응답전류의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 18] 도 18은 실시예 4에서의 안정성의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 19] 도 19는 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가하는 경우, 글루코오스 농도의 증가에 따른 응답전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
[도 20] 도 20은 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가한 경우, 글루코오스 농도의 증가에 따른 응답전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
[도 21] 도 21은 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가하는 경우의 응답전류 I3, 및 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가하는 경우의 응답전류 I4를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 기질 연속 측정 방법을, 체액 중의 글루코오스 농도를 측정하는 경우를 예로 들어 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타낸 글루코오스 연속 측정장치(1)는, 혈액이나 간질액 중의 글루코오스 농도를 연속 측정 가능하며, 사용을 위해 인체의 복부나 어깨 피부에 부착된다. 글루코오스 연속 측정장치(1)는 하우징(2), 회로기판(3) 및 글루코오스 센서(4)를 포함한다.
하우징(2)은 글루코오스 연속 측정장치(1)의 외부 형상을 형성하며, 커버(20) 및 베이스(21)를 포함한다. 커버(20) 및 베이스(21)는 상기 커버(20) 및 베이스(21)에 의해 획정되는 공간 내에 회로기판(3)을 포함하며, 서로에 대해 고정되어 있다. 하우징(2)은 바람직하게는 방수 특성 혹은 수 저항성을 갖는다. 하우징(2)에서, 예를 들면 적어도 커버(20)(필요한 경우 베이스(21))는 금속이나 폴리프로필렌 수지와 같이 투수성이 매우 낮은 물질로 형성된다.
베이스(21)는 글루코오스 센서(4)가 삽통되는 부분이며, 글루코오스 센서(4)의 단부(40)는 상기 베이스(21) 위에 고정된다. 접착필름(5)은 상기 베이스(21) 위에 고정된다. 접착필름(5)은 글루코오스 연속 측정장치(1)를 피부에 고정할 때에 사용된다. 접착필름(5)으로서, 그 양면에 접착성을 갖는 테이프가 사용된다.
회로기판(3)에는 글루코오스 연속 측정장치(1)의 소정 작동(예를 들면, 전압 인가, 글루코오스 농도의 산술연산, 또는 외부와의 통신)에 필요한 전자소자가 구비되어 있다. 회로기판(3)은 후술하는 글루코오스 센서(4)의 전극(42)(도 2 참조)과 접촉하게 되는 단자(30)를 더 포함한다. 단자(30)는 글루코오스 센서(4)에 전압을 인가하여 글루코오스 센서(4)로부터 응답전류를 얻기 위해 사용된다.
글루코오스 센서(4)는 혈액이나 간질액 중의 글루코오스 농도에 따른 응답을 얻기 위해 사용된다. 글루코오스 센서(4)에서, 단부(40)는 피부(6)로부터 튀어나와 회로기판(3)의 단자(30)와 접촉하며, 그 잔부의 대부분은 피부(6) 내에 삽입된다.
도 2에 나타난 바와 같이, 글루코오스 센서(4)는 베이스(41), 전극(42), 및 고정화 효소부(43)를 포함한다.
베이스(41)는 전극(42)을 지지하고, 절연성과 가요성을 갖는 시트상으로 형성된다. 베이스(41)에서는, 단부(41B)가 날카롭게 되도록 형성됨과 동시에, 단부(41A)는 하우징(2) 내에 존재한다. 단부(41B)가 날카롭게 되도록 구성되면, 글루코오스 센서(4)가 피부(6) 내에 쉽게 삽입될 수 있어 사용자의 고통을 경감시킬 수 있다.
베이스(40)의 재료로서, 인체에 어떠한 손상을 유발함이 없이 적당한 절연성을 갖는 임의의 물질이 사용될 수 있고, 예를 들면 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PP(폴리프로필렌), 또는 PE(폴리에틸렌)와 같은 열가소성 수지나, 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지가 사용될 수 있다.
전극(42)은 고정화 효소부(43)에 전압을 인가하여 고정화 효소부(43)로부터 전자를 추출하기 위해 사용된다. 전극(42)은 작용극(42A) 및 대극(42B)을 포함한다. 작용극(42A)은 글루코오스에 대하여 전자를 전달한다. 대극(42B)은 작용극(42A)과 함께 전압을 인가하기 위해 사용된다. 전극(42)은 카본 잉크를 사용한 스크린 인쇄에 의해 형성된다.
고정화 효소부(43)는 글루코오스와 작용극(42A) 간의 전자의 전달을 매개한다. 고정화 효소부(43)은 작용극(42A)의 단부(42Aa)에 글루코오스 산화환원효소를 고정화함으로써 형성된다.
글루코오스 산화환원효소로서, 글루코오스 산화효소(GOD)와 글루코오스 탈수소효소(GDH)가 사용될 수 있다. 글루코오스 산화환원효소를 고정화하는 방법으로서, 다양한 공지의 방법, 예를 들면 중합성 겔, 폴리아크릴아미드, 또는 인과 같은 폴리머, 실란커플링제가 인지질 폴리머에 도입된 MPC 폴리머, 또는 단백질 막을 사용하는 방법이 채용될 수 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 글루코오스 연속 측정장치(1)는 회로기판(3) 및 글루코오스 센서(4)에 부가하여, 통신 유닛(10), 전원(11), 제어 유닛(12), 산술연산 유닛(13), 및 저장 유닛(14)을 더 포함한다.
통신 유닛(10)은 글루코오스 연속 측정장치(1)와 외부 정보처리 단말 간의 데이터 통신에 사용된다. 통신 유닛(10)은 적어도 송신 유닛을 포함하며, 필요하면 수신 유닛도 포함한다.
데이터 통신을 위해, 예를 들면 무선 통신수단(적외선을 사용하는 IrDA 또는 2.4 GHz의 주파수 대역을 사용하는 블루투스)이 사용될 수 있다. 물론, 케이블 등으로 글루코오스 연속 측정장치(1)의 통신 유닛(10)을 외부 정보처리 단말의 통신 유닛에 연결함으로써 유선 데이터 통신을 수행해도 된다.
외부 정보처리 단말의 예로서, 인체에 인슐린을 투여하는 인슐린 공급장치, 간이 혈당 수준 측정장치, 시계형 디스플레이, 또는 퍼스널 컴퓨터를 들 수 있다.
글루코오스 연속 측정장치(1)와 인슐린 공급장치 간의 데이터 통신은, 예를 들면 글루코오스 연속 측정장치(1)의 글루코오스 농도의 측정 결과를 인슐린 공급장치로 보냄으로써 수행된다. 이는 인체에 투여되는 인슐린 양이 글루코오스 연속 측정장치(1)로부터의 측정 데이터에 의거하여 제어될 수 있도록 한다.
글루코오스 연속 측정장치(1)와 간이 혈당 수준 측정장치 간의 데이터 통신은, 예를 들면 간이 혈당 수준 측정장치의 혈당 수준 측정 결과를 글루코오스 연속 측정장치(1)로 보냄으로써 수행된다. 이에 따라, 글루코오스 연속 측정장치(1)의 측정 결과가 간이 혈당 수준 측정장치의 측정 결과와 비교되고, 이들 측정 결과 간에 소정의 값 이상의 편차가 존재하면, 글루코오스 연속 측정장치(1)는 교정될 수 있다. 또한, 글루코오스 연속 측정장치(1)에서 측정된 원 데이터(응답전류)가 간이 혈당 수준 측정장치로 보내져도 된다.
글루코오스 연속 측정장치(1)와 시계형 디스플레이 간의 데이터 통신은, 예를 들면 글루코오스 연속 측정장치(1)의 혈당 수준 측정 결과를 시계형 디스플레이로 보냄으로써 수행된다. 그 결과, 글루코오스 연속 측정장치(1)를 사용자가 시각적으로 인지하는데에 어려움이 있는 어깨와 같은 위치에 부착하는 때라도, 글루코오스 연속 측정장치(1)의 측정 결과는 시계형 디스플레이에 표시되므로, 사용자가 측정 결과를 파악할 수 있다.
글루코오스 연속 측정장치(1)와 퍼스널 컴퓨터 간의 데이터 통신은, 예를 들면 글루코오스 연속 측정장치(1)의 혈당 수준 측정 결과나 원 데이터(응답전류)를 퍼스널 컴퓨터로 보냄으로써 수행된다. 이는 글루코오스 농도의 추이가 퍼스널 컴퓨터상에서 관측될 수 있도록 한다. 또한, 교정을 위해 데이터가 퍼스널 컴퓨터로부터 글루코오스 연속 측정장치(1)로 보내져도 된다.
전원(11)은 회로기판(3)과 글루코오스 센서(4)에 전원을 공급하기 위한 DC 전원이다. 전원(11)으로서, 예를 들면 전력 공급 전압이 1 내지 3 V인 버튼 전지가 사용된다.
제어 유닛(12)은 전압 인가의 타이밍과 인가되는 전압치, 응답전류의 샘플링, 글루코오스 농도의 산술연산, 및 외부 정보처리 단말과의 통신과 같은 다양한 공정을 제어한다.
산술연산 유닛(13)은 글루코오스 농도의 산술연산에 부가하여, 예를 들면 글루코오스 연속 측정장치(1)의 작동에 요구되는 것과 같은 다양한 산술연산을 수행한다.
저장 유닛(14)은 다양한 산술연산에 필요한 프로그램 및 데이터(예를 들면 교정 곡선에 관한 데이터, 보정 데이터, 또는 전압 인가 패턴에 관한 데이터)를 저장한다. 저장 유닛(14)은 글루코오스 센서(4)로부터의 응답전류치와 산술연산에 의해 얻어진 글루코오스 농도를 더 저장해도 된다.
제어 유닛(12), 산술연산 유닛(13), 및 저장 유닛(14)은, CPU(또는 MPU), ROM, 및 RAM과 같은, 회로기판(3) 위에 설치된 전자소자에 의해 실현된다.
여기서, 글루코오스 연속 측정장치(1)에서의 글루코오스 센서(4)로의 전압 인가는, 예를 들면 도 4에 도시된 패턴으로 수행된다. 도시된 예에서, 비반응전압(E1)이 소정 시간 T2 동안 인가되는 상태 및 반응전압(E2)이 소정 시간 T1 동안 인가되는 상태를 하나의 단계(하나의 펄스)로 하여, 그 단계는 반복 수행되며, 대기 시간 T3은 복수의 상기 단계들 후에 설정된다. 또한, 도 5는 도 4에 도시된 전압 인가 패턴의 경우에서의 응답전류의 예를 나타낸다.
비반응전압(E1)은 글루코오스가 전혀 반응하지 않거나 글루코오스가 매우 약하게 반응하여 실질적으로 반응하지 않게 되는 전압이다(도 6 참조). 보다 구체적으로, 비반응전압(E1)이 글루코오스 센서(4)에 인가될 때 얻어지는 응답전류는 글루코오스에 기인하는 응답량을 매우 적게 포함하며, 그 센서에 특유한 백그라운드(감도), 공존하는 물질에 기인하는 백그라운드, 및 전자기 노이즈와 같은 외부 환경에 기인하는 백그라운드에 주로 기인한다.
비반응전압(E1)의 크기는 글루코오스 센서(4)의 사양(예를 들면 사용되는 효소의 양, 고정화 방법, 전극의 구성 물질, 또는 반응 영역(reaction area))에 따라 설정된다. 구체적으로 비반응전압(E1)은, 글루코오스 센서(4)에 인가되는 전압이 증가할 때 글루코오스에 기인하는 응답전류가 흐르기 시작하는 전압(반응전위) 또는 그 반응전위로부터 -0.5 내지 +0.5 V(바람직하게는 -25 내지 +25 mV)의 범위로 설정된다. 상술한 글루코오스 센서(4)에서, 비반응전압(E1)은 예를 들면 -1 내지 1 V로 설정된다. 또한, 하나의 단계에서 비반응전압(E1)의 인가 시간 T2는 응답전류가 일정한 값으로 안정화하는 데에 필요한 시간, 예를 들면 0.1 내지 300초로 설정된다.
반응전압(E2)은 충분한 분해능으로 글루코오스가 반응하는 전위이다(도 6 참조). 반응전압(E2)의 크기는 글루코오스 센서(4)의 사양(예를 들면 사용되는 효소의 양, 고정화 방법, 전극의 구성 물질, 또는 반응 영역)에 따라 설정되고, 예를 들면 -1 내지 1 V로 설정된다. 또한, 하나의 단계에서의 반응전압(E2)의 인가 시간 T1은 응답전류의 급격한 변화가 사라지는 데에 필요한 시간, 예를 들면 0.1 내지 300 마이크로초로 설정된다.
비반응전압(E1) 및 반응전압(E2)은 도 4에 나타난 바와 같이 반드시 하나의 단계에서 일정 전압의 단일 펄스로 글루코오스 센서(4)에 인가될 필요는 없고, 예를 들면 도 7(a)∼7(d)에 나타낸 바와 같이, 다른 전위를 갖는 복수의 일정 전압의 조합인 계단형 펄스로 글루코오스 센서(4)에 인가되어도 된다. 비반응전압(E1) 및 반응전압(E2)이 하나의 단계에서 계단형 펄스로 인가되는 경우, 일정 전압의 수는 도 7(a)∼7(d)에서는 3개이지만, 2개 또는 4개 또는 그 이상이어도 된다.
대기 시간 T3은, 비반응전압(E1)보다 절대값이 더 작은 대기 전압(E3)이, 글루코오스 센서(4)에의 인가 전압으로서 인가되는 상태에 상당한다. 대기 시간 T3은, 불필요하게 큰 전압이 글루코오스 센서(4)에 인가되는 것을 방지하며, 예를 들면 0.1 내지 300초로 설정된다. 대기 시간 T3 동안의 인가 전압(대기 전압)(E3)은 0 V 이상이고 또한 절대값으로 비반응전압(E1) 미만으로 설정된다. 여기서 대기 전압(E3)을 0 V로 설정하는 방법으로서, 회로기판(3)에 구동전압을 인가하면서 글루코오스 센서(4)에 인가되는 전압을 0 V로 설정하는 방법 외에, 주전원을 오프시키는 방법이 있다. 물론, 대기 시간 T3이 반드시 필요한 것은 아니며, 또한, 대기 시간 T3은 비반응전압(E1) 및 반응전압(E2)을 포함하는 하나의 단계 혹은 복수의 단계(예를 들면 2 내지 1500 단계) 후에 적의 마련해도 된다.
상술한 바와 같은 인가 전압 패턴에서, 글루코오스 농도의 산술연산 동안, 응답전류 I2(n)이 반응전압(E2)에서 샘플링되는 한편, 응답전류 I1(n)는 응답전류 I2(n)가 샘플링되는 단계와 동일한 단계에서의 비반응전압(E1)의 인가 중에 샘플링된다. 전압 E1 및 E2의 인가 중에 얻어진 전류 값에 대한 각각의 샘플링 타이밍 T'1 및 T'2는, 응답전류의 변동이 작고 응답전류가 상대적으로 안정화된 상태로 마련된다.
응답전류를 샘플링하는 대신, 응답으로서, 예를 들면 임피던스, 에너지, 또는 전기량을 얻어도 된다.
한편, 산술연산 유닛(13)에서는, 글루코오스 농도는 비반응전압(E1)의 인가 중에 샘플링된 응답전류를 고려하여 연산된다. 통상 글루코오스 농도는 반응전압(E2)에서의 응답전류 I2(n)로부터 비반응전압(E1)에서의 응답전류 I1(n)를 감산함에 의해 얻어진 응답전류치(I2(n)-I1(n))로부터 산술적으로 연산된다.
글루코오스 농도는 복수의 단계를 포함하는 하나의 사이클에서 한번에 연산해도 되고, 또는 복수의 사이클로부터 선택된 하나의 사이클에서 수행해도 된다. 또한, 하나의 사이클에서, 글루코오스 농도는 각 단계에 대하여 산술연산을 하고, 그 산술연산 결과의 평균값을 그 단계의 글루코오스 농도로 정해도 된다.
또한, 측정치의 문턱치(threshold value) 또는 이전 측정치와의 차이에 대한 문턱치를, 반응전압(E2)에서의 응답전류 I2(n), 비반응전압(E1)에서의 응답전류 I1(n), 또는 응답전류치의 차이값(I2(n)-I1(n))에 대해 설정해두고, 글루코오스 농도의 산술연산 전에 그 문턱치에 대한 비교가 이루어져도 된다. 이는 각 파라미터가 산술연산에 사용되기에 적당한 값인지, 또는 글루코오스 농도의 산술연산(글루코오스의 측정)을 수행할 것인지 여부를 결정가능하도록 한다. 그 결과, 글루코오스 연속 측정장치(1)에서, 보다 높은 정확도로 글루코오스를 수량화할 수 있다.
산술연산에 의해 얻어진 글루코오스 농도는 주로 인슐린의 투여량을 결정하기 위해 사용되고, 필요한 경우 글루코오스 연속 측정장치(1)를 교정하기 위해 사용된다. 교정을 위한 글루코오스 농도의 산술연산에 있어서, 복수의 사이클 각각으로부터 임의 선택된 각 단계에서 연산된 글루코오스 농도의 평균값을 채택하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 비반응전압(E1)에 대한 응답전류는 글루코오스 반응과 무관하거나 실질적으로 무관하며, 주로 백그라운드 요소에 기인한다. 따라서, 비반응전압(E1)에 상당하는 응답전류가 고려된다면, 백그라운드 요소의 영향을 최소화하면서 글루코오스 농도를 연산할 수 있고, 그에 따라 측정 정확도를 향상할 수 있다.
또한, 전압 인가 패턴으로서 비반응전압(E1)과 반응전압(E2)이 글루코오스 센서(4)에 반복 인가되는 패턴에서는, 일정 전압이 연속 인가되는 경우와 비교하여, 단위 시간당 글루코오스 센서(4)에 인가되는 전압(에너지)이 감소한다. 따라서, 글루코오스 산화환원효소의 변성 등에 의해 유발되는 열화가 억제될 수 있고, 이에 따라, 글루코오스 센서(4)의 감도가 오랜 기간에 걸쳐 안정화되며, 글루코오스 센서(4)의 수명이 연장될 수 있다. 그 결과, 글루코오스 센서(4)의 교체 빈도 및 글루코오스 연속 측정장치(1)의 교정 빈도를 줄일 수 있어, 사용자의 운전 부담 및 경제적 부담을 경감한다. 또한, 글루코오스 센서(4)에 인가되는 전압(에너지)를 저감할 수 있다면, 글루코오스를 연속적으로 측정하는 경우의 전력 소비가 감소될 수 있고, 이에 따라 전지 수명이 연장될 수 있다. 그 결과, 전지로서 버튼 전지와 같은 일회용 전지를 사용하는 경우, 사용자의 경제적 부담이 경감될 수 있다. 특히, 대기 시간 T3이 마련되고 그 대기 시간 T3 동안 전원이 오프된다면, 전지의 수명의 연장이 확보될 수 있다.
상술한 글루코오스 연속 측정장치(1)에 따르면, 글루코오스 농도의 산술연산 기능은 글루코오스 연속 측정장치(1)에 편입되지만, 응답전류치와 같은 응답치가 글루코오스 연속 측정장치(1)에서 측정되는 한편 외부 정보처리 단말이 글루코오스 농도를 연산하도록 해도 된다.
또한, 상기 언급한 실시형태에서는, 비반응전압(E1)이 인가된 후에 반응전압(E2)이 인가되는 경우가 하나의 사이클(하나의 펄스)로 정의된다. 그러나, 반응전압(E2)이 인가된 후에 비반응전압(E1)이 인가되는 경우를 하나의 사이클(하나의 펄스)로 정의해도 된다.
본 발명은 인체의 체액 중의 글루코오스 농도를 측정하는 경우뿐만 아니라, 글루코오스가 아닌 다른 기질 혹은 체액이 아닌 기질 함유 액체를 사용하는 경우에도 적용될 수 있다.
다음으로, 실시예에 의해 본 발명의 효과를 연구한다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 펄스 전압이 효소 고정화 전극에 반복 인가될 때의 응답 특성에 관해 연구했다.
(효소 고정화 전극의 제작)
인지질 폴리머를 통해 탄소 전극의 표면 위에 GDH를 고정화함에 의해 효소 고정화 전극을 제작했다. 탄소 전극을 제작하기 위해, 먼저 Ketjen Black(라이온사제) 120 mg과 완전히 혼합된 분체에 액상 파라핀 100 ㎕를 첨가하고, 잘 혼합하여 원료 페이스트를 형성했다. 이 원료 페이스트를, 면적 3 파이의 페이스트 전극 작제용 베이스 전극(BAS사)에 채우고, JURAN 커넥팅 로드(connecting rod)로 압축하여 탄소 전극을 얻었다. 인지질 폴리머로서, 실란커플링제로서 테트라에톡시실란 커플링제를 도입한 MPC 폴리머(상표: “LIPIDURE", NOF사제)를 사용했다. 인지질로 변성된 상기 탄소 전극을 1,250 U/mL의 GDH 용액에 침지하여 효소 고정화를 행하였다.
(인가 전압의 설정)
앞서 제작한 효소 고정화 전극을 사용하여, 글루코오스 응답의 전압 의존성을 전압전류법(voltammetry)에 의해 측정함으로써 얻어진 결과에 의거하여, 인가될 전압을 결정했다.
전압전류법에서 글루코오스 농도는 600 mg/dL로 설정했다.
전압전류법에서의 전극 시스템으로서는, 작용극으로서 앞서 제작한 효소 고정화 전극을, 대극으로서 백금 전극을, 그리고 기준 전극으로서 은/염화은 전극을 사용했다.
전압전류법에서의 쓸기(sweep)는 각각 정방향 및 역방향으로 수행했으며, 쓸기 속도는 0 내지 0.6 V의 범위에서 0.1 V/sec로 설정했다. 도 8은 전압전류법의 측정 결과를 나타낸다.
도 8에 나타난 바와 같이, 글루코오스에 응답하는 산화전류가 75 mV 근방의 인가 전압에서 검출됨을 알 수 있다. 이 결과로부터, 글루코오스 반응을 유발하지 않거나 실질적으로 글루코오스 반응을 유발하지 않는 비응답전압(E1)에 대해, 이하의 연구에서 마진(margin)을 고려하며 100 mV의 일정 전압을 설정했다. 반면, 글루코오스 응답을 보이는 반응전압(E2)에 대해서는, 비응답전압(E1)과의 전위차를 600 mV로 설정하도록 하여, 700 mV의 일정 전압을 설정했다.
(인가 전압의 패턴)
비응답전압(E1) 및 응답전압(E2)의 인가 시간 T1 및 T2를 10초로 설정했다.
대기 시간 T3은 40초로 설정되었다. 효소 고정화 전극을 포함하는 전극 시스템은 매 4개의 단계(4개의 펄스)마다 개방 회로(0 V)가 되도록 대기 시간 T3이 설정된 것이다.
(글루코오스 응답 특성의 측정)
효소 고정화 전극(작용극), 백금 전극(대극), 및 은/염화은 전극(기준 전극)이, 물과 교반 막대가 포함된 용기 중에 침지된 조건 하에서, 교반기로 교반 막대를 회전시키면서, 글루코오스를 특정 타이밍에 첨가함에 의해, 응답 특성을 측정했다.
4개의 단계(4개의 펄스)를 하나의 사이클로 하여, 4번째 사이클의 대기 시간 T3 중에 글루코오스를 첨가했다. 글루코오스를 3회 첨가하여, 글루코오스의 농도는 0 mg/dL로부터 50 mg/dL, 100 mg/dL, 및 600 mg/dL로 잇따라 변했다.
비반응전압(E1) 및 반응전압(E2)을 각각 0 mV 및 600 mV의 일정 전압으로 설정하여, 응답전류를 측정했다. 도 9(a)는 응답전류의 측정 결과를 나타낸다. 참고로, 도 9(b)는 비반응전압(E1) 및 반응전압(E2)을 각각 100 mV 및 700 mV의 일정 전압으로 설정하여, 응답전류를 측정한 경우를 나타낸다.
또한, 비응답전압(E1) 및 응답전압(E2)을 인가하고 10초 후에 전류값 I1 및 I2를 각각 샘플링했으며, 도 10은 전류값 I1 및 I2 간의 차이값과 글루코오스 농도와의 관계를 나타낸다. 도 10에서, 응답전류의 차이값은 효소 고정화 전극의 면적으로 나누어 얻어진 값(전류 밀도)으로서 나타낸 것이다.
도 9(a) 및 9(b)에 나타난 바와 같이, 글루코오스의 첨가로 인해 전류값이 증가함이 확인되었다. 보다 구체적으로, 글루코오스가 응답전압(E2)에 반응하며, 이에 따라 응답전류가 발생함이 확인되었다.
또한, 인가 전압이 응답전압(E2)으로부터 비응답전압(E1)으로 감소될 때에 비응답전압(E1)을 100 mV로 설정한 경우, 비응답전압(E1)을 0 mV으로 설정한 경우에 비해, 응답전류의 변동량(백그라운드)은 현저히 작아졌다.
반면, 도 10에 나타난 바와 같이, 비응답전압(E1)을 100 mV로 설정한 경우, 비응답전압(E2)을 0 mV으로 설정한 경우에 비해, 응답전압(E2) 인가 중의 응답전류 I2와 비응답전압(E1) 인가 중의 응답전류 I1 간의 차(I2-I1)는 글루코오스 농도에 관계없이 감소한다. 이 점으로부터, 비응답전압(E1)을 0 V보다 크게 설정한 경우, 예를 들면 비응답전압(E1)을 100 mV로 설정한 경우에는 백그라운드의 영향이 작고 응답 감도가 높은 것으로 또한 이해된다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 펄스 전압이 효소 고정화 전극에 반복 인가될 때의 효소 고정화 전극의 안정성을 평가했다.
(효소 고정화 전극의 제작)
인지질 폴리머를 통해 탄소 전극의 표면 위에 GDH를 고정화함에 의해 효소 고정화 전극을 제작했다. 탄소 전극을 폴리이미드 기재의 표면 위에 형성했다. 전극의 재료로서, Ketjen Black(라이온사제) 40 중량%, 바인더로서 폴리에스테르 수지 40 중량%, 및 용매로서 이소포론 20 중량%의 혼합물을 함유하는 인쇄 잉크를 사용했다. 상기 인쇄 잉크를 폴리이미드 기재의 표면 위에 10 ㎛의 두께로 인쇄하고, 150℃에서 30분간 건조하여 전극을 얻었다. 인지질 폴리머로서, 실란커플링제로서 테트라에톡시실란이 도입된 MPC 폴리머(상표: "LIPIDURE", NOF사제)를 사용했다. 인지질로 변성된 탄소 전극을 1,250 U/mL의 GDH 용액에 침지하여 효소 고정화를 행했다.
(안정성 평가)
600 mg/dL의 글루코오스 용액을 사용하여 응답전류를 연속하여 측정한 후의 효소 고정화 전극의 감도에 의해 안정성을 평가했다.
전극 시스템 및 인가되는 전압 패턴은 실시예 1과 마찬가지로 설정했다. 비응답전압(E1) 및 응답전압(E2)을 각각 100 mV 및 700 mV로 설정했다.
전압 인가 시간은 총 18시간으로 설정했으며, 효소 고정화 전극의 감도를 응답전류로서 매 6시간마다 측정했다. 비교를 위해, 600 mV의 일정 전압을 연속 인가한 경우의 감도를 평가했다. 도 11은 이들 측정 방법에서의 감도를 초기 감도(0시간 응답전류)에 대한 응답전류의 상대값으로 나타낸다.
도 11에서 나타난 바와 같이, 비교예로서 일정 전압을 연속 인가하는 방법에 따르면, 응답전류는 시간의 경과에 따라 감소했으며, 이에 따라 효소 전극의 열화가 관찰되었다. 대조적으로, 펄스 전압을 반복 인가한 방법에 따르면, 시간에 따른 응답전류의 감소는 관찰되지 않았으며, 효소 고정화 전극의 안정성이 만족스러움이 확인되었다. 이 점에 있어서, GDH는 전압 인가에 의해 변성 및 열화되지만, 펄스 전압을 반복 인가하는 방법에서 응답전압 인가 시간은, 동일한 측정시간에서 일정 전압을 연속 인가하는 방법에 비해 전체적으로 더 짧아졌다. 따라서, 응답전압 인가 시간이 짧을수록 GDH의 열화가 억제되고 GDH의 안정성이 유지됨을 알 수 있었다.
[실시예 3]
실시예 3에서, 계단형 펄스 전압의 성능 평가에 관한 연구를 행했다. 효소 고정화 전극의 제작 및 전극 시스템은 실시예 1과 같다. 도 14는 도 7(a)에 나타낸 계단형 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가한 경우의 전류 밀도의 변화를 나타내는 그래프이다. 상기 전류 밀도는 응답전류치를 효소 고정화 전극의 면적으로 나눔으로써 연산된다. 도 14에서, 계단형 펄스 전압은 점선으로, 전류 밀도는 실선으로 표시한다. 비응답전압(E1)이 인가되는 상태, 응답전압(E2)이 인가되는 상태, 및 중간전압이 인가되는 상태의 조합을 하나의 펄스로 한다. 인가되는 전압은, 비응답전압(E1)을 300 mV의 일정 전압으로, 응답전압(E2)을 600 mV의 일정 전압으로, 중간전압을 450 mV의 일정 전압으로 설정했다.
도 15는 전류 밀도와 글루코오스 농도 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 비응답전압(E1)의 인가 후에 얻어진 응답전류 I1과 응답전압(E2)의 인가 후에 얻어진 응답전류 I2를 각각 샘플링하여 응답전류 I1과 응답전류 I2의 차이값을 연산했다. 전류 밀도는 상기 응답전류 간의 차이값을 효소 고정화 전극의 면적으로 나눔으로써 연산된 값이다.
도 15는, 계단형 펄스 전압으로서, 비응답전압(E1)이 인가되는 상태, 응답전압(E2)이 인가되는 상태, 및 중간전압이 인가되는 상태의 조합을 하나의 펄스로 하는 펄스 전압을 나타낸다. 상기 인가되는 전압은, 비응답전압(E1)을 300 mV의 일정 전압으로, 응답전압(E2)을 600 mV의 일정 전압으로, 중간전압을 450 mV의 일정 전압으로 설정했다. 도 15는 또한, 정규 펄스 전압으로서, 비응답전압(E1)이 인가되는 상태, 및 응답전압(E2)이 인가되는 상태의 조합을 하나의 펄스로 하는 펄스 전압을 나타낸다. 인가되는 전압은, 비응답전압(E1)을 300 mV의 일정 전압으로, 응답전압(E2)을 600 mV의 일정 전압으로 설정했다.
도 15에 나타난 바와 같이, 계단형 펄스 전압과 정규 펄스 전압의 양자는 모두 글루코오스 농도와 전류 밀도의 증가를 보인다. 이에 따라, 계단형 펄스 전압은 정규 펄스 전압과 비교하여 거의 같은 성능을 가짐을 확인할 수 있었다.
[실시예 4]
실시예 4에서는, 글루코오스 산화환원효소로서 GOD를 사용한 경우에서, 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가한 경우의 응답 특성에 대한 연구를 행했다.
(효소 고정화 전극의 제작)
백금을 폴리이미드 기재의 표면 위에 스퍼터링법에 의해 30 nm의 두께로 퇴적시켜 폴리이미드 기재의 표면 위에 도전층을 형성했다. 다음에, 상기 도전층을 GOD 용액(1 mg/mL GOD 수용액) 중에 침지시켜 도전층 위에 GOD층을 형성했다. 이에 따라, 효소 고정화 전극이 제작되었다. GOD 용액 중의 GOD 농도는 활성의 관점에서 1,100 U/mL였다.
(글루코오스의 응답 특성의 측정)
효소 고정화 전극(작용극), 백금 전극(대극), 및 은/염화은 전극(기준 전극)이 인산완충액(100 mM, pH=7.0) 및 교반 막대를 포함하는 용기 중에 침지된 상태에서, 교반 막대를 교반기로 회전시키면서 글루코오스를 첨가함에 의해 글루코오스의 응답 특성을 측정했다. 글루코오스를 1회 첨가함에 의해 글루코오스의 농도는 0 mg/dL로부터 600 mg/dL로 변했다.
도 16은 효소 고정화 전극에 펄스 전압을 반복 인가한 경우의 응답전류의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 인가되는 전압은, 비응답전압(E1)을 300 mV의 일정 전압으로, 응답전압(E2)을 600 mV의 일정 전압으로 설정했다. 인가 전압 패턴으로서, 비응답전압(E1)의 인가 시간 T2를 30초, 응답전압(E2)의 인가 시간 T1을 30초로 설정했다. 대기 시간 T3은 0초로 설정했다. 도 16에 나타난 바와 같이, 펄스 전압이 효소 고정화 전극에 반복 인가된 경우, 응답전류는 거의 일정한 값으로 유지됨이 확인되었다.
비교를 위해, 도 17은 600 mV의 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가한 경우의 응답전류 측정 결과를 나타낸다. 도 17에 나타난 바와 같이, 일정 전압이 효소 고정화 전극에 연속 인가된 경우, 응답전류는 시간의 경과에 따라 증가됨이 확인되었다. GOD는 높은 Km값 및 낮은 반응속도를 보인다. 따라서, 일정 전압이 연속 인가될 때, GOD와 미반응 글루코오스는 시간의 경과에 따라 전극 표면 위에 축적된다. 이어서 이 상태에서 일정 전압이 연속 인가될 때, 전극 표면에 축적된 글루코오스는 GOD와 지연 반응하며, 그에 따라 응답전류는 시간의 경과에 따라 증가하는 것으로 이해된다. 대조적으로, 펄스 전압을 GOD를 사용한 효소 고정화 전극에 반복 인가할 때는, 펄스 전압의 인가 중에 얻어지는 응답전류가 측정되고, 그에 따라 상기 응답전류는 거의 일정한 값이 된다. 펄스법에서는, 개별 펄스들에 대한 응답전압이 소정 인가 시간 동안에만 각각 독립적으로 인가된다. 따라서, 소정 인가 시간 내의 GOD와 글루코오스의 반응에 상당하는 응답전류만이 얻어진다. 어떠한 응답전압도 전극 표면 위에 축적된 글루코오스가 GOD와 지연 반응하는 시간 전에 인가되지 않기 때문에, 응답전류는 거의 일정한 값이 되는 것으로 생각할 수 있다. GDH는 낮은 Km값과 높은 반응속도를 보인다. 따라서, 일정 전압을 GDH를 사용한 효소 고정화 전극에 연속 인가할지라도, 응답전류는 증가하지 않는다. 전압의 인가를 통한 GDH의 변성 및 열화는, 일정 전압의 연속 인가 시간에 의존하여 응답전류의 감소를 유발한다.
또한, 실시예 4에서는, 글루코오스 산화환원효소로서 GOD를 사용한 경우에서, 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가한 경우의 효소 고정화 전극의 안정성에 대한 평가를 행했다. 상기 안정성은, 600 mg/dL 글루코오스 용액을 사용하여 응답전류를 연속 측정한 후의 효소 고정화 전극의 감도에 의해 평가했다. 인가 전압의 설정 및 인가 전압 패턴은, 글루코오스의 응답 특성의 측정의 것과 같다.
상기 전압 인가 시간을 105분으로 설정하고, 응답전류에 의해 효소 고정화 전극의 감도를 매 15분마다 측정했다. 비교를 위해, 600 mV의 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가한 경우의 감도에 대한 평가를 행했다. 도 18은 이들 측정법에 의한 감도를, 초기 감도(0시간에서의 응답전류)에 대한 응답전류의 상대값(%)으로 표시하여 나타낸 것이다.
도 18에 나타난 바와 같이, 비교예와 같이 일정 전압을 연속 인가하는 방법에서는, 응답전류가 시간의 경과에 따라 증가했다. GOD는 높은 Km값과 낮은 반응속도를 보인다. 따라서, 일정 전압이 연속 인가될 때, GOD와 미반응 글루코오스는 시간의 경과에 따라 전극 표면 위에 축적된다. 이어서 이 상태에서 일정 전압이 연속 인가될 때, 전극 표면에 축적된 글루코오스는 GOD와 지연 반응하며, 그 결과 응답전류는 시간의 경과에 따라 증가한다. 대조적으로, 펄스 전압을 반복 인가하는 방법에서는, 시간이 경과한 후에라도 응답전류의 증가가 관찰되지 않아, 효소 고정화 전극이 만족스러운 안정성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 펄스법에서는, 개별 펄스에 대한 응답전압은 소정 인가 시간 동안에만 각각 독립적으로 인가된다. 따라서, 소정 인가 시간 내의 GOD와 글루코오스의 반응에 상당하는 응답전류만이 얻어진다. 어떠한 응답전압도 전극 표면 위에 축적된 글루코오스가 GOD와 지연 반응하는 시간 전에 인가되지 않기 때문에, 응답전류는 거의 일정한 값이 되는 것으로 생각할 수 있다.
[실시예 5]
실시예 5에서, 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가한 경우의 글루코오스 농도의 의존성, 및 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가한 경우의 글루코오스 농도의 의존성에 관한 연구를 행했다. 보다 구체적으로는, 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가한 경우에 있어, 글루코오스 농도가 변화되는 경우의 응답전류에 대한 측정을 행했다. 또한, 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가하는 경우에서, 글루코오스 농도가 변화되는 경우의 응답전류에 대한 측정을 행했다. 인산완충액(100 mM, pH=7.0) 및 교반 막대를 포함하는 용기 중에 효소 고정화 전극(작용극), 백금 전극(대극), 및 은/염화은 전극(기준 전극)이 침지된 조건 하에서, 교반 막대를 교반기로 회전시키면서, 글루코오스를 특정 타이밍에 첨가함에 의해 상기 응답전류를 측정했다.
(효소 고정화 전극의 제작)
백금을 스퍼터링법에 의해 폴리이미드 기재의 표면 위에 두께 30 nm로 퇴적시켜, 상기 폴리이미드 기재의 표면 위에 도전층을 형성했다. 다음으로, 상기 도전층을 GOD 용액(1 mg/mL GOD 수용액)에 침지하여 도전층 위에 GOD층을 형성했다. 이에 따라, 효소 고정화 전극이 제작되었다. GOD 용액 중의 GOD 농도는 활성의 관점에서 1,100 U/mL였다.
도 19는 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가한 경우, 글루코오스 농도의 증가에 따른 응답전류의 변화를 나타내는 그래프이다. 글루코오스를 2회 첨가하여, 글루코오스 농도가 0 mg/dL로부터 100 mg/dL로 600 mg/dL로 잇따라 변했다. 600 mV의 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가함에 의해 응답전류를 측정했다.
도 20은 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가한 경우, 글루코오스 농도의 증가에 따른 응답전류의 변화를 나타내는 그래프이다. 펄스 전압을 2회 인가한 다음 글루코오스를 1회 첨가했고, 펄스 전압을 2회 더 인가한 다음 글루코오스를 1회 첨가했으며, 또한 펄스 전압을 5회 더 인가했다. 글루코오스를 2회 첨가함에 의해, 글루코오스 농도는 0 mg/dL로부터 100 mg/dL로 600 mg/dL로 잇따라 변했다. 비응답전압(E1)을 300 mV의 일정 전압으로, 응답전압(E2)을 600 mV의 일정 전압으로 설정함에 의해, 응답전류를 측정했다. 또한, 비응답전압(E1)의 인가 시간 T1을 30초로 설정하고, 응답전압(E2)의 인가 시간을 30초로 설정했다.
도 21은 일정 전압을 효소 고정화 전극에 연속 인가한 경우의 응답전류 I3, 및 펄스 전압을 효소 고정화 전극에 반복 인가한 경우의 응답전류 I4를 나타내는 그래프이다. 도 21에 나타난 바와 같이, 응답전류 I3 및 응답전류 I4는 글루코오스 농도의 증가에 따라 증가했다. 이에 따라, 글루코오스 산화환원효소로서 GOD를 사용한 경우일지라도, 응답전류는 글루코오스 농도의 증가에 따라 증가됨이 확인되었다.
1 … 글루코오스 연속 측정장치
4 … 글루코오스 센서
E1 … 비반응전압 (비응답전압)
E2 … 반응전압 (응답전압)
E3 … 대기 전압

Claims (10)

  1. 전압이 센서에 인가될 때의 응답에 의거하여, 기질 농도를 연속 측정하는 방법으로서,
    기질에 기인하는 응답이 얻어지는 응답전압을 인가하는 응답전압 인가 단계; 및
    상기 기질에 기인하는 응답이 얻어지지 않거나 또는 실질적으로 얻어지지 않는 비응답전압을 인가하는 비응답전압 인가 단계
    를 포함하고,
    상기 센서에 인가되는 전압이 증가할 때, 상기 비응답전압은 상기 기질에 기인하는 응답이 얻어지기 시작하는 인가 전압에 대하여 -0.5 내지 +0.5 V의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는, 기질 농도의 연속 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응답전압 인가 단계와 상기 비응답전압 인가 단계가 교대로 반복되는 것을 특징으로 하는, 기질 농도의 연속 측정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기질 농도가, 상기 응답전압 인가 단계에서 얻어진 응답과 상기 비응답전압 인가 단계에서 얻어진 응답의 차이에 의거하여 연산되는 것을 특징으로 하는, 기질 농도의 연속 측정 방법.
  4. 삭제
  5. 전압이 센서에 인가될 때의 응답에 의거하여, 기질 농도를 연속 측정하는 방법으로서,
    기질에 기인하는 응답이 얻어지는 응답전압을 인가하는 응답전압 인가 단계;
    상기 기질에 기인하는 응답이 얻어지지 않거나 또는 실질적으로 얻어지지 않는 비응답전압을 인가하는 비응답전압 인가 단계; 및
    상기 응답전압 인가 단계와 상기 비응답전압 인가 단계를 소정 회수 교대로 행한 후, 상기 비응답전압보다 절대값이 작은 전압을 인가하는 대기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기질 농도의 연속 측정 방법.
  6. 전압이 센서에 인가될 때의 응답에 의거하여, 기질 농도를 연속 측정하는 방법으로서,
    기질에 기인하는 응답이 얻어지는 응답전압을 인가하는 응답전압 인가 단계;
    상기 기질에 기인하는 응답이 얻어지지 않거나 또는 실질적으로 얻어지지 않는 비응답전압을 인가하는 비응답전압 인가 단계; 및
    상기 응답전압 인가 단계와 상기 비응답전압 인가 단계를 소정 회수 교대로 행한 후, 상기 센서를 포함하는 회로가 개방 회로로 되도록 설정하는 대기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기질 농도의 연속 측정 방법.
  7. 제1항, 제2항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서가 사용을 위해 체내에 이식되는 것을 특징으로 하는, 기질 농도의 연속 측정 방법.
  8. 제1항, 제2항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서가 효소 고정화 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기질 농도의 연속 측정 방법.
  9. 제1항, 제2항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기질이 글루코오스를 포함하고, 상기 센서가 글루코오스 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기질 농도의 연속 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 글루코오스 센서가 글루코오스 산화환원효소가 고정화된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기질 농도의 연속 측정 방법.
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