KR101345636B1 - 혈당측정유니트, 이를 포함하는 혈당측정장치 및 혈당측정방법 - Google Patents

혈당측정유니트, 이를 포함하는 혈당측정장치 및 혈당측정방법 Download PDF

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Abstract

혈당측정유니트, 이를 포함하는 혈당측정시스템 및 혈당측정방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면 일면에 혈액이 유입되는 혈액 유입 영역과 혈액 유입 영역과 연결된 반응 영역이 형성되고, 광투과성을 갖는 제 1 기판; 제 1 기판과 결합되고, 혈액 유입 영역으로 유입되는 혈액이 통과하도록 혈액 관통구가 형성되며, 광투과성을 갖는 제 2 기판; 및 혈액 유입 영역으로 유입된 혈액의 혈당과 반응하도록 반응 영역 상에 분포하는 반응 시약을 포함하는, 혈당측정유니트가 제공된다.

Description

혈당측정유니트, 이를 포함하는 혈당측정장치 및 혈당측정방법{Unit for measuring blood glucose, apparatus including the same and method for measuring blood glucose}
본 발명은 혈당측정유니트, 이를 포함하는 혈당측정시스템 및 혈당측정방법에 관한 것이다.
최근, 대표적인 성인병의 하나인 당뇨병으로 치료를 받고 있는 환자가 지속적으로 증가하고 있는 추세이며, 이러한 추세에 따라 당뇨병 환자의 혈당을 측정하는 기술에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있는 실정이다.
그러나, 종래의 혈당 측정 장치는 예를 들어 생물학적 효소 방식을 사용하여 2~3일에 한 번씩 효소 센서를 교환해야 하는 등 사용이 번거로운 문제점이 있다. 또한, 혈당 측정 장치의 구조가 복잡하여 제작이 어렵고, 부피가 커 휴대가 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 실제 사용 환경에서, 정확성 및 신뢰성이 담보된 실시간 혈당 측정 결과를 기반으로 하면서도 사용자 편의성을 개선할 수 있는 혈당측정 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는, 간단한 구성으로 실시간 혈당 측정이 가능한 혈당측정유니트, 이를 포함하는 혈당측정유니트 및 혈당측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일면에 혈액이 유입되는 혈액 유입 영역과 혈액 유입 영역과 연결된 반응 영역이 형성되고, 광투과성을 갖는 제 1 기판; 제 1 기판과 결합되고, 혈액 유입 영역으로 유입되는 혈액이 통과하도록 혈액 관통구가 형성되며, 광투과성을 갖는 제 2 기판; 및 혈액 유입 영역으로 유입된 혈액의 혈당과 반응하도록 반응 영역 상에 분포하는 반응 시약을 포함하는, 혈당측정유니트가 제공된다.
반응 시약은 O-디아니시딘(O-Dianisidine), O-톨루이딘-블루(O-Toluidine-Blue), 요오드화칼륨(Potassium Iodide), 테트라메틸벤지딘(Tetra methyl benzidine), 8-아닐리노-1-나프탈렌 설폰산 암모늄 결합-메타[3-메틸-2-벤조티아졸리논히드라존] N-설포닐 벤젠설포네이트 모노소디움 (Meta[3-methyl-2-benzothiazolinonehydrazone] N-sulfonyl benzenesulfonate monosodium combined with 8-anilino-1-naphthalene sulfonic acid ammonium, MBTHSB-ANS), 3,3',5,5'-테트라메틸벤지리딘과 시린갈다진 (3,3',5,5'-tetramethylbenzidine and syringaldazine), 프리마퀸디포스페이트(Primaquine diphosphate), 티아졸옐로우 G (thiazole yellow G) 및 아우라민 O-무수물(Auramine O-anhydrous)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상; 및 글루코스 옥시다아제(glucose oxidase);를 포함할 수 있다.
또한 상기 반응 시약에서 O-디아니시딘(O-Dianisidine), O-톨루이딘-블루(O-Toluidine-Blue), 요오드화칼륨(Potassium Iodide), 테트라메틸벤지딘(Tetra methyl benzidine), 8-아닐리노-1-나프탈렌 설폰산 암모늄 결합-메타[3-메틸-2-벤조티아졸리논히드라존] N-설포닐 벤젠설포네이트 모노소디움 (Meta[3-methyl-2-benzothiazolinonehydrazone] N-sulfonyl benzenesulfonate monosodium combined with 8-anilino-1-naphthalene sulfonic acid ammonium, MBTHSB-ANS), 3,3',5,5'-테트라메틸벤지리딘과 시린갈다진 (3,3',5,5'-tetramethylbenzidine and syringaldazine), 프리마퀸디포스페이트(Primaquine diphosphate), 티아졸옐로우 G (thiazole yellow G) 및 아우라민 O-무수물(Auramine O-anhydrous)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 중량에 대한, 글루코스 옥시다아제(glucose oxidase))로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 중량의 비가 0.01 내지 40, 바람직하게는 0.05 내지 5, 보다 바람직하게는 0.1 내지 2일 수 있다.
또한 상기 반응시약은 퍼옥시다아제(Peroxidase)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 퍼옥시다아제의 함량은 글루코스 옥시다아제에 대한 퍼옥시디아제의 중량비가 0.01 내지 10, 바람직하게는 0.05 내지 5, 보다 바람직하게는 0.1내지 1일 수 있다.
상기 혈당측정유니트는 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 개재되고, 광투과성을 갖는 제 3 기판을 더 포함하고, 제 3 기판에는 혈액 유입 영역으로 유입되는 혈액이 통과하는 혈액 관통구가 형성될 수 있다.
상기 혈당측정유니트는 제 2 기판의 혈액 관통구를 통과하는 혈액 중 단백질 및 혈구를 걸러내도록 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 배치되는 필터를 더 포함할 수 있다.
필터는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose), 폴리술폰 및 부직섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
제 1 기판의 일면에는 혈액 유입 영역을 둘러싸는 돌출부가 형성되고, 돌출부에는 혈액 유입 영역의 혈액이 반응 영역으로 이동하도록 개방부가 형성될 수 있다.
제 2 기판 중 반응 영역의 단부와 대응하는 위치에는 관통구가 형성될 수 있다.
제 1 기판 및 상기 제 2 기판은 각각 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI) 및 유리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 폴리에스터는 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 혈당측정유니트; 및 혈당측정유니트를 투과하는 광자수를 측정하는 CMOS 이미지 센서를 포함하는 혈당측정시스템이 제공된다.
CMOS 이미지 센서는 스마트폰 및 카메라로 이루어진 군에서 선택된 1종이상에 장착될 수 있다.
이때, 스마트폰 및 카메라로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에는 CMOS 이미지 센서에 의해 측정된 광자수를 정량적으로 표현하는 애플리케이션이 내장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, CMOS 이미지 센서를 사용하여 혈당측정유니트를 투과하는 광자수를 미리 측정하는 단계; 혈액을 혈당측정유니트에 주입하는 단계; 혈당측정유니트에 주입된 혈액을 혈당측정유니트에 포함된 반응 시약과 반응시키는 단계; 및 CMOS 이미지 센서를 사용하여 혈당측정유니트를 투과하는 광자수를 다시 측정하는 단계를 포함하는 혈당측정방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 휴대가 용이한 혈당측정유니트와 CMOS 이미지 센서를 이용하여 간편하고 효과적으로 실시간 혈당 측정이 가능하다.
특히, CMOS 이미지 센서를 스마트폰 등에 장착함으로써, 휴대성을 극대화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당측정시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당측정시스템에 포함된 혈당측정유니트의 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당측정방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당측정시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당측정시스템에 포함된 혈당측정유니트의 분해 사시도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 혈당측정시스템(1)은 혈당측정유니트(100)와 CMOS 이미지 센서(5)를 포함한다. 이와 같은 본 실시예에 따르면 혈당측정유니트(100)에 대한 빛의 투과 정도를 CMOS 이미지 센서(5), 특히 스마트폰 또는 카메라에 장착된 CMOS 이미지 센서(5)를 사용하여 측정함으로써 신속하고 효과적인 혈당측정이 이루어질 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 혈당측정유니트(100)는 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)과, 반응 시약(130)을 포함한다.
제 1 기판(110)은 광투과성을 갖는다. 이러한 제 1 기판(110)은 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI) 또는 유리 등을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
예를 들어 제 1 기판(110)이 폴리에스터를 사용하여 제작되는 경우 제 1 기판(110)은 소위 OHP 필름과 같은 박막의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 혈당측정유니트(100)의 가요성(flexibility)가 향상되어 취급이 용이하고, 휴대가 편하다.
제 1 기판(110)의 일 면에는 혈액 유입 영역(111)이 형성된다. 측정 대상이 되는 혈액은 제 1 기판(110) 상의 혈액 유입 영역(111)으로 유입된다. 이때, 제 1 기판(110)의 일 면에는 혈액 유입 영역(111)을 둘러싸는 돌출부(113)가 형성될 수 있다. 이 경우, 유입된 혈액이 혈액 유입 영역(111)을 벗어나는 것이 방지되어 효과적으로 혈당 측정이 이루어질 수 있다.
제 1 기판(110)의 일 면에 돌출부(113)가 형성된 경우, 돌출부(113)에는 혈액 유입 영역(111)의 혈액이 후술하는 반응 영역(112)으로 이동할 수 있도록 개방부(115)가 형성될 수 있다.
제 1 기판(110)의 일 면에는 혈액 유입 영역(111)과 연결된 반응 영역(112)이 형성된다. 반응 영역(112)은 도 2에 도시된 바와 같이 혈액 유입 영역(111)과 접한 상태로 혈액 유입 영역(111)으로부터 멀어지는 방향으로 연장 형성될 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 반응 영역(112) 상에는 후술하는 반응 시약(130)이 분포한다.
제 2 기판(120)은 제 1 기판(110)과 결합된다. 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)은 접착제에 의해 상호 결합될 수 있다. 이와 관련하여 도 2에는 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이에 2 개의 접착층(150, 160)이 형성된 것으로 도시되어 있으나 이는 후술하는 제 3 기판(140)을 더 포함하는 본 실시예를 설명하기 위한 것이다. 따라서 제 3 기판(140)이 배제된 경우, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이에는 하나의 접착층이 적용될 수 있다.
제 2 기판(120)은 광투과성을 갖는다. 이러한 제 2 기판(120)은 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI) 또는 유리 등을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
예를 들어 제 2 기판(120)이 폴리에스터를 사용하여 제작되는 경우 제 2 기판(120)은 소위 OHP 필름과 같은 박막의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 혈당측정유니트(100)의 가요성(flexibility)가 향상되어 취급이 용이하고, 휴대가 편하다.
제 2 기판(120)에는 혈액 관통구(121)가 형성된다. 측정 대상인 혈액은 제 2 기판(120)의 혈액 관통구(121)를 통해 제 1 기판(110)의 혈액 유입 영역(111)으로 유입된다. 이때, 혈액 관통구(121)는 혈액 유입 영역(111)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
제 1 기판(110)의 반응 영역(112) 상에는 반응 시약(130)이 분포한다. 반응 시약(130)은 혈액의 혈당과 반응한다. 혈액 유입 영역(111)으로 유입된 혈액은 예를 들어 중력에 의해 반응 영역(112)으로 이동할 수 있는데, 반응 영역(112)으로 이동한 혈액은 반응 시약(130)과 반응한다.
반응 시약(130)은 O-디아니시딘(O-Dianisidine), O-톨루이딘-블루(O-Toluidine-Blue), 요오드화칼륨(Potassium Iodide), 테트라메틸벤지딘(Tetra methyl benzidine), 8-아닐리노-1-나프탈렌 설폰산 암모늄 결합-메타[3-메틸-2-벤조티아졸리논히드라존] N-설포닐 벤젠설포네이트 모노소디움 (Meta[3-methyl-2-benzothiazolinonehydrazone] N-sulfonyl benzenesulfonate monosodium combined with 8-anilino-1-naphthalene sulfonic acid ammonium, MBTHSB-ANS), 3,3',5,5'-테트라메틸벤지리딘과 시린갈다진 (3,3',5,5'-tetramethylbenzidine and syringaldazine), 프리마퀸디포스페이트(Primaquine diphosphate), 티아졸옐로우 G (thiazole yellow G) 및 아우라민 O-무수물(Auramine O-anhydrous)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상; 및 글루코스 옥시다아제(glucose oxidase);를 포함할 수 있다. 반응 시약(130)인 O-디아니시딘 및 글루코스 옥시다아제와 혈당과의 반응은 다음의 화학식에 의해 이루어진다.
Figure 112012002695627-pat00001
Figure 112012002695627-pat00002
화학식 1 및 2에 따르면, 혈액에 포함된 혈당(Glucose)이 글루코스 옥시다아제(Glucose oxidase)와 반응하면 과산화수소(H2O2)가 생성되고, O-디아니시딘(O-Dianisidine)은 과산화수소와 반응하여 반응하여 무색에서 갈색으로 변한다.
또한 상기 반응 시약(130)에서 O-디아니시딘(O-Dianisidine), O-톨루이딘-블루(O-Toluidine-Blue), 요오드화칼륨(Potassium Iodide), 테트라메틸벤지딘(Tetra methyl benzidine), 8-아닐리노-1-나프탈렌 설폰산 암모늄 결합-메타[3-메틸-2-벤조티아졸리논히드라존] N-설포닐 벤젠설포네이트 모노소디움 (Meta[3-methyl-2-benzothiazolinonehydrazone] N-sulfonyl benzenesulfonate monosodium combined with 8-anilino-1-naphthalene sulfonic acid ammonium, MBTHSB-ANS), 3,3',5,5'-테트라메틸벤지리딘과 시린갈다진 (3,3',5,5'-tetramethylbenzidine and syringaldazine), 프리마퀸디포스페이트(Primaquine diphosphate), 티아졸옐로우 G (thiazole yellow G) 및 아우라민 O-무수물(Auramine O-anhydrous)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 중량에 대한, 글루코스 옥시다아제(glucose oxidase))로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 중량의 비가 0.01 내지 40, 보다 바람직하게는 0.05 내지 5, 보다 더욱 바람직하게는 0.1 내지 2일 수 있다. 여기서 상기 중량의 비가 0.01 미만이면 혈당의 산화반응속도가 작아지고, 40을 초과하면 혈당의 산화반응의 속도증가가 미미하다.
또한 상기 반응시약은 퍼옥시다아제(Peroxidase)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 퍼옥시다아제의 함량은 글루코스 옥시다아제에 대한 퍼옥시디아제의 중량비가 0.01 내지 10, 바람직하게는 0.05 내지 5, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1일 수 있다. 글루코스 옥시다아제에 대한 퍼옥시디아제의 중량비가 0.01 미만이면 O-디아니시딘(O-Dianisidine)의 산화반응의 속도가 작아지고, 10을 초과하면 O-디아니시딘(O-Dianisidine)의 산화반응의 속도 증가가 미미하다.
반응 시약(130)은 예를 들어 파이펫으로 반응 영역에 떨어뜨려 건조시키는 방법으로 반응 영역(112)에 형성될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
반응시약(130)은 퍼옥시다아제를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 반응 영역(112) 상에는 반응 시약(130)과 함께 퍼옥시다아제(Peroxidase)가 분포할 수 있다. 퍼옥시다아제(Peroxidase)는 화학식 2의 반응에서 촉매 역할을 하여 반응을 촉진시킨다.
제 2 기판(120)에는 혈액 관통구(121)와 별개인 관통구(122)가 형성된다. 관통구(122)는 반응 영역(112)의 단부와 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 혈액 유입 영역(111)으로 유입된 혈액량이 많을 때 혈액의 일부는 반응 영역(112)을 지나 제 2 기판(120)의 관통구(122)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
본 실시예에 따른 혈당측정유니트(100)는, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이에 개재된 제 3 기판(140)을 더 포함할 수 있다.
제 3 기판(140)은 광투과성을 갖는다. 이러한 제 3 기판(140)은 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI) 및 유리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
예를 들어 제 3 기판(140)이 폴리에스터를 사용하여 제작되는 경우 제 3 기판(140)은 소위 OHP 필름과 같은 박막의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 혈당측정유니트(100)의 가요성(flexibility)가 향상되어 취급이 용이하고, 휴대가 편하다.
제 3 기판(140)에는 혈액 유입 영역(111)으로 유입되는 혈액이 통과하는 혈액 관통구(141)가 형성될 수 있다. 혈액 관통구(141)는 혈액 유입 영역(111)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 제 3 기판(140)의 혈액 관통구(141)는 제 2 기판(120)의 혈액 관통구(121)보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 혈액 관통구들(121, 141)에 의해 형성된 혈액의 통로가 깔데기 형상을 가질 수 있어 혈액이 혈액 유입 영역(111)으로 효과적으로 이동할 수 있다.
제 3 기판(140)에는 혈액 관통구(141)와 별개인 관통구(142)가 형성된다. 관통구(142)는 제 2 기판(120)의 관통구(122)와 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
제 1 기판(110)과 제 3 기판(140) 사이 그리고 제 2 기판(120)과 제 3 기판(140) 사이에는 각각 접착층(150, 160)이 개재될 수 있다. 접착층(150)은 접착필름 또는 접착제를 사용하여 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 기판(110)과 제 3 기판(140) 사이의 접착층(150)에는 혈액 유입 영역(111)과 반응 영역(112)과 간섭되지 않도록 관통구(151)가 형성된다. 그리고 제 2 기판(120)과 제 3 기판(140) 사이의 접착층(160)에는 제 2 기판(120) 및 제 3 기판(140)에 각각 형성된 혈액 관통구(121, 141) 및 관통구(122, 142)와 대응하는 구멍(161, 162)이 형성된다.
본 실시예에 따른 혈당측정유니트(100)는 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 사이에 배치된 필터(170)를 더 포함할 수 있다. 필터(170)는 제 2 기판(120)의 혈액 관통구(121)를 통과하는 혈액에 포함된 단백질 및 혈구를 걸러낸다. 사람마다 혈액 세포량이 달라 혈액으로부터 단백질과 혈구를 제거한 후 혈당을 측정하는 것이 효과적이다. 이는 본 실시예에 따른 혈당측정유니트(100)를 통한 혈당 측정은 혈당측정유니트(100)에 대한 빛의 투과 정도를 측정하는 방식으로 이루어지기 때문이다. 본 실시예에 따른 혈당측정유니트(100)를 통한 혈당 측정에 대한 자세한 설명은 후술한다.
필터(170)는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose), 폴리설폰 또는 부직섬유를 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 필터(170)는 박막 형상으로 제작될 수 있고, 제 2 기판(120)의 혈액 관통구(121)를 커버하도록 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 혈당측정시스템(1)은 CMOS 이미지 센서(5)를 포함한다. CMOS 이미지 센서(5)(CIS, CMOS Image Sensor)는 광신호를 검출하여 디지털 전기 신호로 변환하는 센서로서, 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현할 수 있으며 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하다. 또한 CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있으며, 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에도 적용이 용이하다.
CMOS 이미지 센서(5)의 원리는 다음과 같다. 센서 내에 단일 광다이오드가 있는데 여기서 빛의 흡수 및 다른 신호로 변환하는 작업이 이루어진다. 이와 같은 과정은 광전효과 원리에 따르고 있다. 광자가 전하의 형태로 축적되어 전자로부터 변환될 때 그 양은 광자가 CMOS 이미지 센서에 닿아 검출되는 숫자에 비례한다. 축적된 전하들은 아날로그 전압 형태로 증폭되고 이는 디지털 숫자로 변환된다. 디지털 아웃풋에 표시되는 숫자들은 광자가 이미지 센서에 검출되는 숫자에 비례한다. 만약 이미지 센서 표면에 다른 물질이 있어 광자의 지나감을 방해하게 된다면, 디지털 아웃풋 숫자는 감소하게 된다.
본 실시예에 따르면 광원으로 가시광선을 사용할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
위와 같은 CMOS 이미지 센서(5)는 스마트폰(미도시) 또는 카메라(미도시)에 장착될 수 있다. 최근 스마트폰의 보급률이 급격히 증가하고 있는 상황에서 스마트폰의 CMOS 이미지 센서(5)를 사용하여 혈당을 측정하면 매우 신속하고 효과적으로 혈당을 측정할 수 있다. 이때, CMOS 이미지 센서(5)를 장착한 스마트폰에 광자수를 정량적으로 표현할 수 있는 애플리케이션이 내장될 수 있다. 이와 같은 애플리케이션은 CMOS 이미지 센서가 장착된 카메라(미도시)에 내장될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당측정방법을 설명하기 위한 도면이다. 참고로, 도 3에서 화살표는 빛의 방향을 의미한다. 이하, 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 혈당측정방법을 설명한다. 다만, 본 실시예에 따른 혈당측정방법은 앞서 설명한 혈당측정시스템(1)에 의해 수행되는 것으로 설명할 것이나, 이에 국한되지 않는다.
CMOS 이미지 센서(5)를 사용하여 혈당측정유니트(100)를 투과하는 광자수를 미리 측정한다. 이때, 측정되는 광자수가 기준값이 된다.
이후, 혈액을 혈당측정유니트(100)에 주입한다. 혈당측정유니트(100)에 주입된 혈액은 혈당측정유니트(100)에 포함된 반응 시약과 반응한다. 이때, 혈당과 반응 시약과의 반응식은 화학식 1 및 2와 같다. 혈당과 반응 시약이 반응하면 반응 영역은 갈색으로 변한다. 혈당량이 많을수록 갈색이 더 짙어진다.
이후, CMOS 이미지 센서(5)를 사용하여 혈당측정유니트(100)를 투과하는 광자수를 다시 측정한다. 이때, 혈당측정유니트(100)의 반응 영역이 갈색으로 변하여 빛의 투과를 방해하기 때문에 CMOS 이미지 센서(5)에 의해 감지되는 광자수가 기준값에 미치지 못한다.
이후, 기준이 되는 광자수와 반응 후 측정된 광자수를 비교하여 혈당량을 산출한다.
이하, 본 발명에서 수행한 실험 결과를 개략적으로 설명한다.
본 실험에서는 O-dianisidine과 glucose oxidase/peroxidase를 포함하는 반응 시약이 사용되고, O-dianisidine과 glucose oxidase/peroxidase가 2:1 중량비율로 혼합되었고, glucose oxidase와 peroxidase가 5:1 중량비율로 혼합되었다.
본 발명의 혈당측정유니트에 혈당을 떨어뜨린 후, 3분 간 상온에서 혈당과 반응 시약이 반응하도록 하였다. 그리고 CMOS 이미지 센서를 사용하여 혈당측정유니트를 투과하는 광자수를 측정하였다.
광투과도는 CMOS 이미지 센서에서 나온 전류값으로 측정하며 처음에 상기한 반응 시약이 올려진 칩의 광투과도 최대 전류값을 170으로 둔다. 이후 각 농도별 혈당을 주입 후 그 전류 최대값을 측정하였다. 따라서, 혈당 농도가 클수록 불투명하여지고 이에 그 이미지센서에서 나온 최대값은 감소하게 된다.
이와 같이 진행된 실험에서 혈당의 농도에 따라 측정된 광투과도는 표 1과 같다.
혈당(Glucose) 농도 (㎍/㎖) 측정된 광투과도
500 158
1000 153
1500 148
2000 140
2500 138
3000 136
3500 135
4000 130
4500 126
5000 123
표 1을 참조하면, 혈당의 농도가 증가할수록 측정된 광투과도가 낮아진다. 이는, 혈당의 농도가 증가할수록 혈당측정유니트의 반응 영역이 짙어지고, 반응 영역을 투과하는 광자의 수가 작아져 광투과도가 낮아진다. 이와 같은 실험 결과를 데이터 베이스화한 경우, 측정하고자 하는 혈액을 혈당측정유니트에 떨어뜨려 광투과도를 측정하면 해당 혈액의 혈당을 측정할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1 : 혈당측정시스템 5 : CMOS 이미지 센서
100 : 혈당측정유니트 110 : 제 1 기판
120 : 제 2 기판 130 : 반응 시약
140 : 제 3 기판 170 : 필터

Claims (14)

  1. 일면에 혈액이 유입되는 혈액 유입 영역과 상기 혈액 유입 영역과 연결된 반응 영역이 형성되고, 광투과성을 갖는 제 1 기판;
    상기 제 1 기판과 결합되고, 상기 혈액 유입 영역으로 유입되는 혈액이 통과하도록 혈액 관통구가 형성되며, 광투과성을 갖는 제 2 기판; 및
    상기 혈액 유입 영역으로 유입된 혈액의 혈당과 반응하도록 상기 반응 영역 상에 분포하는 반응 시약을 포함하고,
    상기 제 1 기판의 일면에는 상기 혈액 유입 영역을 둘러싸는 돌출부가 형성되고,
    상기 돌출부에는 상기 혈액 유입 영역의 혈액이 상기 반응 영역으로 이동하도록 개방부가 형성되고,
    상기 제 2 기판 중 상기 반응 영역의 단부와 대응하는 위치에는 관통구가 형성되는, 혈당측정유니트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 시약은 O-디아니시딘(O-Dianisidine), O-톨루이딘-블루(O-Toluidine-Blue), 요오드화칼륨(Potassium Iodide), 테트라메틸벤지딘(Tetra methyl benzidine), 8-아닐리노-1-나프탈렌 설폰산 암모늄 결합-메타[3-메틸-2-벤조티아졸리논히드라존] N-설포닐 벤젠설포네이트 모노소디움 (Meta[3-methyl-2-benzothiazolinonehydrazone] N-sulfonyl benzenesulfonate monosodium combined with 8-anilino-1-naphthalene sulfonic acid ammonium, MBTHSB-ANS), 3,3',5,5'-테트라메틸벤지리딘과 시린갈다진 (3,3',5,5'-tetramethylbenzidine and syringaldazine), 프리마퀸디포스페이트(Primaquine diphosphate), 티아졸옐로우 G (thiazole yellow G) 및 아우라민 O-무수물(Auramine O-anhydrous)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상; 및 글루코스 옥시다아제(glucose oxidase);를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈당측정유니트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응 시약은 O-디아니시딘(O-Dianisidine), O-톨루이딘-블루(O-Toluidine-Blue), 요오드화칼륨(Potassium Iodide), 테트라메틸벤지딘(Tetra methyl benzidine), 8-아닐리노-1-나프탈렌 설폰산 암모늄 결합-메타[3-메틸-2-벤조티아졸리논히드라존] N-설포닐 벤젠설포네이트 모노소디움 (Meta[3-methyl-2-benzothiazolinonehydrazone] N-sulfonyl benzenesulfonate monosodium combined with 8-anilino-1-naphthalene sulfonic acid ammonium, MBTHSB-ANS), 3,3',5,5'-테트라메틸벤지리딘과 시린갈다진 (3,3',5,5'-tetramethylbenzidine and syringaldazine), 프리마퀸디포스페이트(Primaquine diphosphate), 티아졸옐로우 G (thiazole yellow G) 및 아우라민 O-무수물(Auramine O-anhydrous)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 중량에 대한, 글루코스 옥시다아제(glucose oxidase)의 중량의 비가 0.01 내지 40인 것을 특징으로 하는 혈당측정유니트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응시약은 퍼옥시다아제(Peroxidase)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 혈당측정유니트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 개재되고, 광투과성을 갖는 제 3 기판을 더 포함하고,
    상기 제 3 기판에는 상기 혈액 유입 영역으로 유입되는 혈액이 통과하는 혈액 관통구가 형성되는 것을 특징으로 하는 혈당측정유니트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 기판의 상기 혈액 관통구를 통과하는 혈액 중 단백질 및 혈구를 걸러내도록 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 필터를 더 포함하는 혈당측정유니트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필터는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose), 폴리설폰 및 부직섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈당측정유니트.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은 각각 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI) 및 유리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈당측정유니트.
  11. 제1항의 혈당측정유니트; 및
    상기 혈당측정유니트를 투과하는 광자수를 측정하는 CMOS 이미지 센서를 포함하는 혈당측정장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 CMOS 이미지 센서는 스마트폰 및 카메라로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에 장착되는 것을 특징으로 하는 혈당측정장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스마트폰 및 카메라로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에는 상기 CMOS 이미지 센서에 의해 측정된 광자수를 정량적으로 표현하는 애플리케이션이 내장된 것을 특징으로 하는 혈당측정장치.
  14. CMOS 이미지 센서를 사용하여 제1항의 혈당측정유니트를 투과하는 광자수를 미리 측정하는 단계;
    혈액을 혈당측정유니트에 주입하는 단계;
    상기 혈당측정유니트에 주입된 혈액을 상기 혈당측정유니트에 포함된 반응 시약과 반응시키는 단계; 및
    CMOS 이미지 센서를 사용하여 상기 혈당측정유니트를 투과하는 광자수를 다시 측정하는 단계를 포함하는 혈당측정방법.
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