KR101535075B1 - 비침습형 건강지표 모니터링 시스템 및 이용 방법 - Google Patents

비침습형 건강지표 모니터링 시스템 및 이용 방법 Download PDF

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이수연
이지연
임정아
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정병기
김진석
장호성
이현정
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 센싱모듈, 전력저장모듈 및 회로모듈을 포함하고 대상체와 접촉하여 건강지표정보를 수집하는 비침습형 건강지표 모니터링 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 건강지표 모니터링 시스템을 이용하여 건강지표정보를 지속적으로 모니터링하는 방법에 관한 것이다.

Description

비침습형 건강지표 모니터링 시스템 및 이용 방법{NON-INVASIVE HEALTH INDICATOR MONITORING SYSTEM AND USING METHOD THEREOF}
본 발명은 센싱모듈, 전력저장모듈, 및 회로모듈을 포함하고, 대상체와 접촉하여 건강지표정보를 수집하는 비침습형 건강지표 모니터링 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 건강지표 모니터링 시스템을 이용하여 지속적으로 건강지표를 모니터링 하는 방법에 관한 것이다.
2020년 노인 인구는 전체 인구의 16%에 달하며, 실버 산업의 시장 규모는 2020년 전체 산업의 10% 이상이 될 것으로 평가된다. 한편, 기대 수명 증가에 따른 노인 건강에 대한 관심과 삶의 질 향상이 중요해지는 상황에서, 미래 고령화 사회에서 문제가 되는 노인성 만성 질환 치료나 손상/저하된 인체기능 보완에 기여할 수 있는 핵심적 원천 융합 기술을 발굴하여야 할 필요성이 증가하고 있다.
만성 질환 중에서도 특히, 당뇨병 등의 질병에 대하여 자가 모니터링 방법으로 혈당을 모니터링 하게 되면 당뇨병으로 인한 심장병, 신장 손상, 실명 등의 위험을 줄일 수 있으므로, 글루코오스 센서에 관한 연구가 전세계적으로 활발하게 연구되고 있으며 다수의 논문이 보고되고 있다.
그러나, 국내 성인의 ~30%가 당뇨병/잠재당뇨병 환자로 분류되고 있음에도, 기존의 진단 및 모니터링은 모두 침습형 기재로서 비효율적이고 고통을 수반하는 혈액 채취 방법에 의존하고 있고, 비침습형의 모니터링 시스템이 개발된 사례는 전무하며, 보다 인체 친화적인 센싱 기술을 통해 생활속에서 자연스러운 질병 모니터링을 통해 당뇨병 등 만성 질환에 접근하는 방법이 절실히 요구되는 실정이다.
당뇨병의 지속적 모니터링에 있어서는 평균 혈당 수치 이외에도 변동 수준 역시 중요한데, 이로부터 다양한 정보를 습득하고 환자 상태에 대한 정확한 진단과 효율적인 치료가 가능하기 때문이다. 따라서, 이러한 지속적 모니터링은 잠재적 환자 개개인에 맞는 맞춤형 의료 서비스의 기초가 될 수 있다. 그러나, 기존의 방법으로 인한 혈당 측정은 큰 편차로 인하여 측정값의 신뢰도가 낮고 의사의 순간적인 진료만으로 정확한 진단을 내리는 것은 한계가 있으므로, 장기간 지속적으로 모니터링 할 수 있는 방법이 필수적으로 요구되어 왔다. 또한, 지속적인 모니터링은 관련 신약 개발 연구에 있어서도 중요하게 활용되는 정보가 될 수 있다.
이에 NT, IT, BT 그리고 ET의 융합기술을 통하여 초고감도 센서, 에너지 관리 소자, 그리고 통신 소자 등을 통합 구현한 건강 상태 또는 질병에 대한 비침습형 모니터링 시스템에 대한 요구는 더욱 절실해지고 있으며, 이로써 미래의 고령화 사회 문제를 능동적으로 대처하고 이에 대한 해결책을 제시할 수 있을 것으로 예상된다.
본 발명의 목적은 전력생산모듈, 전력저장모듈 및 센싱모듈을 포함하고 대상체와 접촉하여 건강지표정보를 수집하는 비침습형 건강지표 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 건강지표 모니터링 시스템을 이용하여 건강지표정보를 지속적으로 모니터링하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 1 이상의 건강지표 표지자로부터 얻어지는 건강지표정보를 수집하는 센싱모듈; 지지기판 상에 위치하며 상기 센싱모듈에 지속적으로 전력을 공급하는 전력저장모듈; 및 상기 센싱모듈 및 상기 전력저장모듈과 각각 연결되어, 상기 센싱모듈을 구동하고 수집된 상기 건강지표정보를 저장 또는 전송하며 시스템의 전력 공급을 제어하는 회로모듈을 포함하는 대상체와 접촉하여 1 종 이상의 건강지표정보를 수집하는 비침습형 건강지표 모니터링 시스템이다.
상기 회로모듈은 상기 센싱모듈을 구동하는 센서구동부, 상기 건강지표정보를 제어하는 데이터 제어부, 상기 건강지표정보를 외부기기로 전달하는 송신부, 또는 이들 모두를 포함하는 것일 수 있다.
상기 시스템은 전력을 생산하는 전력생산모듈을 더 포함하고, 상기 전력생산모듈은 상기 전력저장모듈에 연결되어 상기 전력저장모듈에 생산된 전력이 저장되는 것일 수 있다.
상기 전력생산모듈은, 박막형 태양전지부, 압전 나노발전부, 마찰전기식 나노발전부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 박막형 태양전지부는 양자점 광전소자, 광자분할 나노입자 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 상기 양자점은 SnS, CuInSe, CuS, FeS 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 압전 나노발전부는 ZnO, NKN, BaTiO3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 무연 압전 나노선의 나노구조체를 포함할 수 있다.
상기 마찰전기식 나노발전부는 PDMS, 고분자 나노구조 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노구조체를 포함하는 것일 수 있다.
상기 센싱모듈은, 화학적, 전기적, 광학적, 열적, 기계적 성질의 표지자 중 1 이상의 건강지표 표지자로부터 1 종 이상의 건강지표정보를 획득하는 센서부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 센서부는, 2개 이상의 단위센서를 포함하는 다중 센서 어레이 (array)를 포함할 수 있다.
상기 센서부는 효소적 전류측정식 센서, 비효소적 전류측정식 센서 또는 이들 모두를 포함할 수 있다.
상기 전력저장모듈은 적층 유연박막전지 또는 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 적층 유연박막전지는 투명하거나 50 μm 이하의 미세선폭을 가지는 격자 (grid) 구조를 가질 수 있다.
상기 적층 유연박막전지는 투명 양극 물질, 투명 전해질, 투명 음극 물질을 포함하는 투명 적층 유연박막전지일 수 있다.
상기 시스템은 제1층, 제2층 및 제3층을 포함하는 다층구조체를 포함하고, 상기 제1층은 상기 대상체와 접하여 위치하고, 상기 제2층은 상기 제1층 상에 위치하며 전력저장모듈 및 회로모듈을 포함하며, 그리고 상기 제3층은 상기 제2층 상에 위치하며 센싱모듈을 포함하는 것일 수 있다.
상기 제3층은 전력생산모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 전력생산모듈은 양자점 광전소자부, 압전 나노발전부, 마찰전기식 나노발전부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 박막형 태양전지부는 양자점 광전소자, 광자분할 나노입자 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 상기 양자점은 SnS, CuInSe, CuS, FeS 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 압전 나노발전부는 ZnO, NKN, BaTiO3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 무연 압전 나노선의 나노구조체를 포함할 수 있다.
상기 마찰전기식 나노발전부는 PDMS, 고분자 나노구조 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노구조체를 포함할 수 있다.
상기 다층구조체는 적어도 일부가 투명하고 전체적으로 유연 (flexible)한 것으로 콘택트렌즈의 형태를 가질 수 있다. 상기 시스템의 구동모드에서 상기 다층구조체는 안구와 눈꺼풀 사이에 위치할 수 있다.
상기 건강지표정보는 혈액 중에 포함된 글루코오스의 농도이고, 상기 건강지표 표지자는 누액(淚液) 중 글루코오스의 농도일 수 있다.
상기 건강지표 표지자는 글루코오스의 농도, 글리케이티드 알부민의 농도, 프럭토사민의 농도, 1,5-안하이드로글루시톨의 농도, 요산의 농도, 젖산의 농도, 피루브산염의 농도, 아스코르브산염의 농도, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 센싱모듈, 상기 전력생산모듈, 상기 전력저장모듈, 및 상기 회로모듈은 배선으로 서로 연결되며, 상기 배선은 생체친화적이며 유연한 투명배선 또는 50 μm 이하의 선폭을 가지는 미세 배선일 수 있다.
상기 배선은 도전성 나노입자, 나노금속구조체, 산화물 반도체, 도전성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전력저장모듈은 적층 유연박막전지 또는 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 적층 유연박막전지는 투명하거나 50 μm 이하의 미세선폭을 가지는 격자 (grid) 구조를 가질 수 있다.
상기 적층 유연박막전지는 투명 양극 물질, 투명 전해질, 투명 음극 물질을 포함하는 투명 적층 유연박막전지일 수 있다.
상기 센싱모듈은 단백질을 여과하는 필터부, 상기 필터부를 통과한 체액으로부터 건강지표 표지자를 정량하는 센서부를 포함하고, 상기 센서부와 서로 연결되는 상기 회로모듈은 상기 건강지표정보를 획득하고, 획득된 건강지표정보를 저장 및 송신하는 것일 수 있다.
상기 시스템은 두께가 300 μm 이하일 수 있다. 상기 콘택트렌즈 형태의 다층구조체 중앙에는 투명하거나 안구 분해능 이하의 두께를 가지는 미세배선을 포함하는 광투과부가 포함될 수 있다. 상기 광투과부는 직경이 0.5 내지 2 mm인 것일 수 있다.
상기 센서부는 효소적 전류측정식 센서, 비효소적 전류측정식 센서 또는 이들 모두를 포함할 수 있다.
상기 효소적 전류측정식 센서는 글루코오스 옥시다아제에 의한 글루코오스의 분해로부터 글루코오스를 정량하며, 상기 비효소적 전류측정식 센서는 상기 센서 내에 포함되는 금속 나노입자의 결정면에 따른 전기촉매 활성을 이용하여 글루코오스를 정량하는 것일 수 있다.
상기 센서부는 상기 효소적 전류측정식 센서와 상기 비효소적 전류측정식 센서를 동시에 포함하는 하이브리드 센서일 수 있다.
상기 금속 나노입자는 Au, Pt 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 다층구조체 내의 지지기판 (supporting substrate)은 소프트 하이드로겔 물질을 포함하고, 상기 다층구조체는 상기 다층구조체 전체를 감싸는 보호막을 더 포함하며, 상기 보호막은 HEMA, 소프트 하이드로겔, 실리콘 아크릴레이트, 플루오로-실리콘 아크릴레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 시스템에 있어서, 상기 전력저장모듈은 무선 충전 방식으로 에너지를 공급받는 것일 수 있다.
상기 무선 충전 방식은 자기 공명 방식일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 비침습형 건강지표 모니터링 시스템을 이용하여 누액으로부터 글루코오스 농도에 대한 정량적인 정보를 연속적으로 획득하고 저장 또는 전송하는 건강지표를 모니터링 하는 방법이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면은 지지기판 상에 위치하는 전력생산모듈; 상기 전력생산모듈과 연결되고 상기 전력생산모듈로부터 생산된 전력을 저장하는 전력저장모듈; 및 1 이상의 건강지표 표지자를 측정하는 센싱모듈을 포함하고, 대상체와 접촉하여 1 종 이상의 건강지표정보를 수집하는, 비침습형 건강지표 모니터링 시스템이다.
본 발명은 체내 또는 피부 내층에 침습, 즉 이식/삽입하지 않고, 대상체의 접근성과 편의성을 고려하여 질병상태 등의 건강지표를 지속적으로 모니터링할 수 있는, 무통의 비침습형 자가구동 신체친화/호환형 모니터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 발명자들은 표지자에 대한 선택성 (selectivity) 및 센싱의 감도 (sensitivity)를 증가시키기 위하여, 나노바이오 하이브리드 구조제어된 전극을 개발하여 최적의 센서 소자 구조를 도출하였으며, 에너지 생산 (자가 나노발전), 저장 (배터리) 기술을 신체 접촉형으로 적합화시켜, 외부의 전력 공급 없이도 자가 구동이 가능할 수 있고, 건강지표 표지자에 대한 지속적인 모니터링을 가능하게 하였다. 에너지 생산의 자체 전력원으로 태양전지와 나노발전기 (nanogenerator)를 조합하여 전력을 생산하고, 발전된 전력은 초박형 저장 매체에 저장되게 된다. 시스템 내 생산, 저장된 에너지는 센싱 신호를 통신하는데도 사용되며, 외부로의 피드백 형식은 디지털 신호를 이용할 수 있다. 이는 필요에 따라 외부 에너지원에 의존하는 수동 시스템이 아니라, 시스템 자체에서 에너지를 생산, 사용하는 능동형 모니터링/피드백 시스템이다.
일반적으로 건강지표정보는 건강지표 표지자에 대한 간헐적인 측정만으로는 정확한 상태 파악이 어렵고, 평균적인 표지자 측정값이 유사하다고 하여도 편차가 다르므로 정확한 건강 상태에 대한 정보를 주는 데 한계가 있다. 이에 연속적이고 지속적인 모니터링이 요구되게 되고 특히 대사 질환과 같은 만성 질환의 경우 그 요구는 더욱 클 수 밖에 없다. 본 발명은 초고감도로 지속적 모니터링이 가능한 나노센서를 제공하고, 이 나노센서는 소재 표면 처리 및 소자 구조를 혁신하여 선택성과 감도를 혁신적으로 높인 것이다.
또한, 본 발명은 능동적 자가구동 시스템으로서 외부로부터 에너지를 공급받을 필요없이 스스로 에너지를 생산 및 저장하기 위한 소자 단위를 갖추고 있는 것일 수 있다. 필요에 따라 에너지를 생산하고 저장함으로써 지속적 센서 구동이 가능하다. 에너지 생산은 기본적으로 태양 에너지를 활용하는 광발전 (photovoltaic) 소자와 대상체의 운동 에너지를 활용하는 나노발전 소자 (Nano-generator)를 기반으로 하며 에너지 3-D 나노구조의 고용량 유연 박막 이차전지에 의하여 저장된다.
본 발명은 비침습형 시스템으로서 대상체와 직간접으로 접촉하는 것 만으로 구동 가능하여, 소자의 유연화 및 투명화를 구현하고, 소형화를 위한 소자 집적식 패키징을 제공하고 있다. 본 발명의 시스템은 필요에 따라서는 탈부착형의 모니터링 시스템일 수 있다. 한편, 본 발명의 비침습형 시스템은 소모품일 수 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 본 발명은 지속적 모니터링 시스템으로서 외부 통신 소자를 구비한 시스템을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 시스템은 회로모듈을 더 포함하고, 상기 회로모듈은 상기 전력저장모듈 및 센싱모듈과 각각 연결되어 상기 건강지표정보를 저장 또는 전송하고 상기 시스템의 전력 공급을 제어하는 것일 수 있다. 상기 회로모듈은 상기 건강지표정보를 저장하는 데이터저장부, 상기 건강지표정보를 외부기기로 전달하는 송신부, 또는 이들 모두를 포함하는 것일 수 있다.
그러나 본 발명의 모니터링 시스템은 반드시 외부와의 통신을 필요로 하지 않으며, 자가 인지 기능을 갖춘 방식으로 구현될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 시스템은 접촉식 디스플레이를 통한 시각화, 알람, 전기적 충격을 통한 통각 자극 등으로 정량없이 건강지표 표지자의 상태 변동을 감지하는 방식으로도 구현될 수 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 센싱모듈은 화학적, 전기적, 광학적, 열적, 기계적 성질의 표지자 중 1 이상의 건강지표 표지자로부터 1 종 이상의 건강지표정보를 획득하는 센서부를 포함하는 것일 수 있다.
건강지표 표지자는 센서부의 센서를 통하여 측정, 감지될 수 있는 것이면 무엇이든 무방하며, 예컨대 누액, 타액, 뇨, 땀 등의 체액, 체취를 포함하는 체분비성 물질 중에 함유된 성분의 농도 또는 체온, 혈압 등의 바이탈 싸인 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 센서는 표적하는 건강지표 표지자를 측정, 감지, 정량하기 위하여 민감성 및 선택성을 갖춘 것이어야 하고, 따라서 센서에 포함되는 나노전극은 전기적인 특성을 유지하면서 생화학적 표지자 등에 전기적으로 접근할 수 있는 분자 와이어를 포함하는 것일 수 있다.
상기 센서부는 효소적 전류측정식 센서, 비효소적 전류측정식 센서 또는 이들 모두를 포함할 수 있다.
전류측정식 (amperometric) 센서는 건강지표 표지자와 직접 반응한 결과를 통하여 표지자를 측정, 감지, 정량할 수 있으며, 효소를 이용하는 효소적 전류측정식 센서 또는 효소 없이 표지자를 직접 센싱하는 비효소적 전류측정식 센서일 수 있다. 효소적 센서는 선택성이 매우 우수하고, 비효소적 센서는 표지자를 직접 전기화학적으로 처리하게 되므로 안정성이 매우 뛰어난 장점이 있다. 상기의 센서들은 단독으로 또는 조합하여 이용될 수 있으며 동시 장착시 최적화된 비침습형 시스템용 센서를 구성할 수 있다.
특히, 효소적 전류측정식 센서의 경우 효소-촉매-저차원 물질 기반의 나노 하이브리드 촉매 전극물질을 이용함으로써 생화학적 효소와 직접적이고 효율적으로 전자를 주고받을 수 있으며, 나노구조로 하이브리드된 촉매-효소 전극물질을, 촉매 및 중재물질 (mediator)과 맞춤형으로 패터닝하여 선택성과 민감성을 극대화할 수 있다. 상기 전극물질의 디자인과 맞춤형 패터닝을 통해, 특정 표지자의 동작 전위 (working potential)에 맞게 시스템을 조절하여 상기 표지자에 대한 선택도를 높일 수 있다. 본 발명에 있어서 상기 효소적 센서는 나노-바이오 하이브리드 소재에 기반한 센서일 수 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 본 발명의 비침습형 모니터링 시스템은 다층구조체일 수 있다.
특정 구체예에 있어서, 상기 다층구조는 제1층, 제2층 및 제3층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 시스템은 제1층, 제2층 및 제3층을 포함하는 다층구조체를 포함하고, 상기 제1층은 상기 대상체와 접하여 위치하여 대상체를 보호하고, 상기 제2층은 상기 제1층 상에 위치하며 전력저장모듈 및 회로모듈을 포함 할 수 있으며, 상기 제3층은 상기 제2층 상에 위치하며 전력생산모듈, 센싱모듈, 및 누액의 흐름을 제어할 수 있는 막구조를 포함하는 것일 수 있다. 여기서 누액은 제3층의 바깥쪽 표면을 코팅하게 되며, 상기 코팅된 지속적 누액이 막구조에 의해 포집 되어 센싱에 이용되게 된다. 상기 포집은, 자극에 의한 추가적인 누액 생성이 없는 상태에서 이루어지게 된다.
특정 구체예에 있어서, 상기 다층구조체는 전체적으로 유연 (flexible)한 것으로 콘택트렌즈의 형태를 갖고, 적어도 일부가 투명한 것일 수 있다. 이 경우 상기 시스템의 구동모드에서 상기 다층구조체는 안구와 눈꺼풀 사이에 위치하는 것일 수 있다.
본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 시스템이 콘택트렌즈 형태로 구현되는 경우, 콘택트렌즈의 제한된 공간은 상기와 같은 다층구조를 구성함으로써 극복될 수 있다. 여기에서, 에너지 공급원인 전력생산모듈과 전력저장모듈, 센서를 포함하는 센싱모듈, 정보 저장, 분석, 통신 기능의 회로모듈이 콘택트렌즈 상에 집적되게 된다. 시각을 확보하기 위하여 적어도 동공 확장 범위 내인 중앙 시각 영역 (central optical zone)은 투명하여야 하고, 주변 영역 (peripheral fitting zone)에는 일부 불투명 소자가 위치할 수 있다.
특정 구체예에 있어서, 상기 다층구조는 제1층, 제2층 및 제3층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1층은 안구와 부착되는 부분으로 유연한 하이드로겔을 이용하여 안구의 곡면을 고려하여 설계될 수 있다. 제1층은 대상체와 접하여 위치할 수 있고, 제2층은 제1층 상에 위치하며 전력저장모듈 및 회로모듈 등 제1층과 제3층에 위치가 어려운 모듈을 포함할 수 있으며, 최외각층인 제3층은 상기 제2층 상에 위치하며 전력생산모듈, 센서모듈과, 펌프 와 도관 등의 누액 포집 장치가 포함된 막을 포함할 수 있다. 또한, 제3층은 누액을 수집하는 부분으로 필요에 따라 거대 단백질을 여과해 내기 위한 필터가 위치할 수 있다.
상기 누액은 상기 다층구조의 제3층 바깥쪽에서 코팅이 되면서 공급되므로, 제3층에 위치하는 상기 보호막은 누액 포집 장치를 가져야 하며, 눈꺼풀의 운동에너지에 의한 나노 전력생산모듈 또한 눈꺼풀과 직접적으로 접촉이 가능한 제3층에 위치 할 수 있다. 또한, 상기 누액 포집 장치를 포함하는 막은 상기 제1층과 제2층을 보호할 수 있는 보호막의 기능을 수행 할 수 있다.
상기 시스템은 센서 소자를 보호하면서, 지속적으로 누액(淚液)을 센서 소자에 공급할 수 있는 능동적 또는 수동적 펌프 및 밸브와 이를 이어주는 도관 구조가 포함된 보호막 구조를 가진 것일 수 있다. 센서 소자가 외부로 노출된 경우 눈꺼풀의 움직임 및 압력에 의해 센서 소자가 손상 받을 수 있고, 노출된 센서 소자에 의해 이물감이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 특히 상기 자극에 의해 발생하는 누액은 일상적으로 발생하는 누액에 비해 당 성분의 농도가 현저히 떨어지므로 센서 소자의 검출에 문제를 발생시킬 소지가 있다. 따라서 센서 소자를 물리적 접촉으로부터 고립시킬 필요성이 있다.
상기 보호막 구조는 기본적으로 센서 소자에 누액이 고일 수 있는 챔버 (chamber)와 이 챔버로 누액을 공급하는 도관 구조를 가진다. 또한, 도관을 통해 신선한 누액이 계속 흐르게 하기 위한 장치가 추가적으로 필요하며, 능동적 또는 수동적 펌프 및 밸브가 이에 해당한다. 보호막 구조는 센싱모듈을 구성하는 구성요소중 누액으로부터 단백질을 여과하는 필터부를 포함할 수 있다.
특정 구체예에 있어서, 능동적 또는 수동적 펌프는 유연한 재료를 사용하여 만들어 질 수 있으며, 투명할 수 있다. 분비되는 누액이 원활하게 도관을 통해 센서 소자로 순환될 수 있도록 분당 0.5~1 μl를 순환시킬 수 있다. 시스템에서 자가 발전한 전력을 사용하는 경우와 아닌 경우 각각 능동적 펌프 또는 수동적 펌프가 사용될 수 있다. 렌즈의 가운데 부분이 광학적으로 투명해야 하므로, 모든 구조물은 렌즈의 외곽 5 mm 이내에 배치될 수 있다.
능동적 펌프는 적어도 1개 이상의 챔버와 이 챔버에 주기적으로 압력을 가해 챔버 내의 누액을 밀어낼 수 있는 전자기력 등을 활용한 구동기를 가진다. 챔버의 크기는 지름은 약 2 ~ 3 mm, 높이는 수십 μm 수준이다. 능동적 펌프는 시스템과 동일한 재질로 만들어 질 수 있지만, 실리콘 (silicon) 또는 유리 등의 경질 재료로 만들어진 칩으로 대체되어 보호막 구조에 포함될 수도 있다.
수동적 펌프는 적어도 1개 이상의 챔버를 가지며, 이 챔버 상층의 격막 (membrane) 구조는 시스템의 표면에 가해지는 압력으로 챔버가 눌러질 수 있는 구조를 가진다. 눈꺼풀의 압력 또는 눈꺼풀의 움직임이 챔버를 눌러 누액을 밀어낼 수 있는 힘으로 사용될 수 있다. 눈 깜빡임은 분당 15 ~ 20회의 수준으로 주기적으로 발생하므로 지속적인 외부 동력원으로 활용 가능하다. 눈꺼풀의 압력은 통상적으로 최소 400 Pa 이상의 수준으로 알려져 있으며, 압력이 보다 잘 챔버에 전달될 수 있도록 챔버의 상층이 돌출된 구조를 가질 수 있다. 또한 눈꺼풀의 움직임을 챔버의 압축힘으로 사용하는 경우, 눈꺼풀의 위 또는 아래로의 움직임이 잘 전달될 수 있는 고리 모양의 구조가 보호막 외부에 추가될 수 있다.
밸브는 체크 밸브 (check valve), 디퓨저 밸브 (diffuser valve)가 사용될 수 있다. 체크 밸브는 한쪽 방향으로만 유체의 압력에 의해 열릴 수 있으며, 역방향의 유체의 압력에 의해서는 닫히는 구조를 가진다. 링형 (ring type), 디스크형 (disk type), 외팔보형 (cantilever type), 볼형 (ball type) 등의 체크 밸브가 사용될 수 있다. 디퓨저 밸브는 한쪽 방향으로 점차적으로 넓어지는 도관의 형태를 가지고 있으며, 도관이 넓어지는 방향으로는 유체가 잘 흐르나, 역방향으로는 잘 흐르지 않는 유체역학적 특징을 가지고 있다. 8 ~ 10°의 각도로 넓어지는 통상적인 형태의 디퓨저 밸브가 사용될 수 있으며, 충분한 방향성을 얻기 위해 2단 이상 직렬로 연결된 다단 구조를 가질 수 있다.
콘택트렌즈형 시스템은 누액을 수집하여, 누액 중의 건강지표 표지자를 센서로 측정, 감지, 정량하여 질병을 진단 및 모니터링 하는데 적합할 수 있다.
누액은 대상체의 체액 (body fluid) 중 비침습적 방법으로 지속적인 채취가 가능하고, 콘택트렌즈를 착용할 경우 안구와 렌즈 사이에 모인 누액을 통하여 지속적 측정이 용이하다는 장점이 있다. 또한, 누액은 운동 등 특별한 움직임이 없어도, 예컨대 인간의 누액은 평균 0.5 ~ 2.2 μl/분 정도로 지속적으로 생산되므로 건강지표 표지자인 생체 성분들을 지속적으로 측정, 감지, 정량하는데 적합한 생체 플루이드이다.
누액은 대부분이 수분으로 이루어져 있으며,　 Na+, K+, Ca2 +, Mg2 + 등의 미네랄 성분과 글루코오스 (glucose), 요소 (urea), 젖산 (lactate), 피루브산염 (pyruvate), 아스코르브산염 (ascorbate) 등의 성분들이 들어있다. 그러나, 그 외에도 누액에는 질병의 발생에 따라 다양한 화학적 성분이 포함될 수 있으며 이를 분석하여 질병을 진단할 수 있다.
따라서, 특정 구체예에 있어서, 본 발명은 안구에 부착하여 누액 중의 생체 성분들, 즉 건강지표 표지자들을 비침습적, 지속적으로 정확하게 측정, 감지, 정량할 수 있는 콘택트렌즈형 시스템을 제공한다. 상기 콘택트렌즈형 시스템은, 특히 누액 중의 특정 건강지표 표지자로부터 상기 표지자와 관련된 건강지표정보를 획득함으로써 대상체의 건강상태 또는 질병상태를 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
특히, 상기 콘택트렌즈형 시스템은 누액 중의 글루코오스 농도를 건강지표 표지자로 하고 이로부터 당뇨병의 진단 및 지속적 모니터링을 위한 건강지표정보인 혈중 글루코오스 농도 정보를 획득함으로써 이들을 연계하여 당뇨병의 모니터링용으로 사용할 수 있다. 즉, 당뇨병의 표지자인 글루코오스 농도를 누액 중에서 지속적으로 측정함으로써, 종래 침습성 혈당 측정기를 대신할 수 있다. 이것은 혈중 글루코오스 농도와 누액 중의 글루코오스 농도가 유의미한 상관 관계를 갖음을 전제로 하며, 따라서 본 발명에서는 누액과 혈액에 포함되는 건강지표 표지자가 될 수 있는 성분의 농도 간 상관관계가 먼저 규명되어야 한다. 특히, 당뇨병 진단의 지표가 되는 글루코오스의 누액 및 혈중 농도가 상호 상관관계를 이루는 것임을 밝히는 것이 중요하다.
누액과 혈액 내 글루코오스 농도를 측정하고, 양 수치를 통계학적으로 비교 분석함으로써 상관관계를 밝힐 수 있다. 누액과 혈액의 글루코오스 농도 평균값을 대입하여 Pearson's 상관 계수를 구하여 상관 계수의 값이 0.5이상이면, 두 수치 간의 상관관계가 있는 것으로 판단할 수 있는데, 누액 중의 글루코오스 농도와 혈중 글루코오스 농도 사이의 Pearson's 상관 계수는 0.986으로 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 누액 중의 글루코오스 농도를 당뇨병의 표지자로 하여 당뇨병을 진단 및 모니터링 할 수 있으며, 그러므로 본 발명에 있어서 하나의 특정 구체예는 비침습형 당뇨병 모니터링 콘택트렌즈일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 건강지표정보는 혈액 중에 포함된 글루코오스의 농도이고, 상기 건강지표 표지자는 누액(淚液) 중 글루코오스의 농도일 수 있다. 이 경우 진단 및 모니터링 대상이 되는 질병은 당뇨병일 수 있다.
특정 구체예에 있어서, 상기 건강지표 표지자는 글루코오스의 농도, 글리케이티드 알부민의 농도, 프럭토사민의 농도, 1,5-안하이드로글루시톨의 농도, 요산의 농도, 젖산의 농도, 피루브산염의 농도, 아스코르브산염의 농도, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
특히, 당뇨병의 진단 및 지속적인 모니터링에 있어서, 상기 진단 및 모니터링은 환자의 혈중 또는 누액 중의 글루코오스 농도를 측정함으로써 이루어 질 수 있으나 글리케이티드 알부민의 농도, 프럭토사민의 농도, 1,5-안하이드로글루시톨의 농도 등 당뇨병의 혈관 합병증과 관련된 성분 농도의 동시 측정과 조합하여 정확한 진단 및 모니터링이 가능할 수 있다.
예컨대, 글리케이티드 알부민은 체내의 글루코오스에 의해서 일반 알부민이 변화한 것으로, 혈당이 줄어들면 이것의 양도 줄어들며, 그 반대로 혈당이 높으면 증가하게 되므로, 글루코오스 농도를 간접적으로 나타내는 당뇨병 표지자일 수 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 본 발명의 시스템에 포함되는 센싱모듈은 단백질을 여과하는 필터부, 상기 필터부를 통과한 체액으로부터 건강지표 표지자를 정량하는 센서부를 포함하고, 상기 센서부와 서로 연결되는 상기 회로모듈은 상기 건강지표정보를 획득하고, 정량된 건강지표정보를 저장 및 송신하는 것일 수 있다.
특정 구체예예 있어서, 본 발명의 콘택트렌즈형 시스템에 포함되는 센서부는 효소적 전류측정식 센서, 비효소적 전류측정식 센서 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 효소적 전류측정식 센서는 글루코오스 옥시다아제 (glucose oxidase)에 의한 글루코오스의 분해로부터 글루코오스를 정량할 수 있고, 호올스래디쉬 퍼옥시다아제 (horseradish peroxidase, HRP)와 글루코오스 옥시다아제를 동시에 이용하여 글루코오스를 정량화 할 수도 있다. 상기 비효소적 전류측정식 센서는 상기 센서 내에 포함되는 금속 나노입자의 결정면이나 형태 (morphology)에 따른 전기촉매 활성을 이용하여 글루코오스를 정량할 수 있는 것일 수 있다. 또한 글루코오스 옥시다아제효소를 이용하여 글루코오스를 분해하고 이 때 발생된 과산화수소를 금속입자를 이용하여 정량화하는 하이브리드 타입의 센서가 될 수도 있다
본 발명의 콘택트렌즈형 당뇨병 모니터링 시스템은 효소적 전류측정식 센서로서 글루코오스 옥시다아제 센서를 포함할 수 있다. 상기 글루코오스 옥시다아제 센서의 원리는 하기와 같다. 글루코오스가 글루코오스 옥시다아제에 의해 D-글루코노락톤 (D-gluconolactone)과 과산화수소 (H2O2)로 분해되면, 이 때 생성된 과산화수소를 전기화학적인 방법으로 산화시켜 생성된 전류를 읽게 된다 (식 1). HRP 효소를 이용하여 글루코오스를 정량화하는 경우 과산화수소가 HRP에 의해서 환원되는 전류를 읽게 된다 (식2).
(식 1) H2O2 → O2 + 2H+ + 2e-
(식 2) H2O2 + 2H+ + 2e- (HRP) → 2H2O
상기 식 2 반응의 경우 HRP 대신 귀금속 나노입자를 이용할 수 있다.
일반적인 광학적인 방법으로 글루코오스를 정량하는 경우 글루코오스 옥시다아제에 의해 생성된 과산화수소를 Amplex®Red 시약과 반응시켜 붉은색 형광 물질을 생산하게 된다. 반응 결과 생산된 붉은색 형광물질은 리조루핀 (resorufin)으로 517 nm에서 빛을 받아서 585 nm에서 형광을 내고, 이 반응 매커니즘 및 형광 스펙트럼을 도 1에 도시하였다.
당뇨병 모니터링을 위한 상기 글루코오스 옥시다아제 센서는 글루코오스에 반응하여 나타나는 전류반응를 통해 글루코오스량을 정확하게 정량적으로 모니터링할 수 있다. 이 효소적 센서는 나노-바이오 하이브리드 소재에 기반한 것일 수 있다.
비효소적 전류측정식 센서로는 귀금속 나노입자 센서를 포함할 수 있다. 이 비효소적 센서는 효소에 의존하지 않고 글루코오스를 직접 전기화학적으로 산화시키기 때문에 안정성이 매우 뛰어나다. 귀금속은 결정면에 따라 전기촉매활성이 다를 수 있고 이를 이용하여 선택성이 향상된 나노입자 센서를 제조할 수 있다. 예컨대, 금 (Au) 나노입자가 구형인 경우, (100), (100) & (111), (111) 면을 조합하여 표면 노출시켜 나노입자를 합성하고, 글루코오스 산화에 가장 적합한 형상으로 나노입자의 형상을 선택할 수 있다. 가지형이나 저차원 구조의 나노입자 형태는 표면적의 증가를 통하여 선택성과 민감성을 향상시킬 수 있다. 상기 센서에 금-백금 이원금속 나노크리스탈 (Au-Pt binary metal nanocrystals)을 도입하면 전기촉매활성이 증가될 수 있고, 그 형태는 합금 나노크리스탈, 코어/쉘 구조, 금코팅된 백금 (Au-decorated Pt) 또는 백금코팅된 금 (Pt-decorated Au)과 같은 이원 금속 나노입자일 수 있다. 따라서, 상기 금속 나노입자는 Au, Pt 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 본 발명 시스템의 다층구조체 내 지지기판 (supporting substrate)은 소프트 하이드로겔 물질을 포함하고, 상기 다층구조체는 상기 다층구조체 전체를 감싸는 보호막을 더 포함할 수 있다. 상기 보호막은 2-하이드록시-에틸메타크릴레이트 (HEMA), 소프트 하이드로겔, 실리콘 아크릴레이트, 플루오로-실리콘 아크릴레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 시스템에 포함되는 각 기능 모듈을, 예컨대 콘택트렌즈형으로 패키징 하기 위해서는　생체적합성 (biocompatbility)이 있는 멤브레인이 필요하다. 인간용으로 일반적으로 사용되는 소프트 콘택트렌즈의 경우 그 지름은 13~14 mm 이고, 동공이 위치하여 투명해야 하는 부분의 지름은 약 2 mm이다. 센싱모듈, 전력저장모듈, 회로모듈 및 필요에 따라 전력생산모듈의 각 소자가 콘택트렌즈에 집적되어야 하므로, 본 발명의 콘택트렌즈형 시스템은 전술한 바와 같이 다층구조의 콘택트렌즈일 수 있다. 인간용 콘택트렌즈의 두께는 최대 약 300 μm까지 가능하고, 예컨대 3개 층을 포함할 수 있다. 각 층은 10 ~ 100 μm의 두께일 수 있으며, 좋기로는 20 ~ 80 μm, 더욱 좋기로는 40 ~ 60 μm, 가장 좋기로는 약 50 μm의 두께일 수 있다.
상기 제1층은 대상체와 접하여 위치할 수 있고, 상기 제2층은 상기 제1층 상에 위치하며 전력저장모듈 및 회로모듈 등 제1층과 제3층에 위치가 어려운 모듈을 포함할 수 있으며, 최외각층인 상기 제3층은 상기 제2층 상에 위치하며 전력생산모듈, 센서모듈과, 펌프 와 도관 등의 누액 포집 장치가 포함된 막을 포함할 수 있다.
상기 전력저장모듈은 투명 정도에 따라 동공 위치를 제외한 렌즈의 가장자리 또는 전체 렌즈 위에 센서모듈 및 회로모듈이 위치할 수 있으며, 상기 전력생산모듈 또한 동공 위치를 제외한 렌즈의 가장자리 또는 전체 렌즈 위에 위치 할 수 있다.
상기 누액은 상기 다층구조의 제3층 바깥쪽에서 코팅이 되면서 공급되므로, 제3층에 위치하는 상기 보호막은 누액 포집 장치를 가져야 하며, 눈꺼풀의 운동에너지에 의한 나노 전력생산모듈 또한 눈꺼풀과 직접적으로 접촉이 가능한 제3층에 위치 할 수 있다. 또한, 상기 누액 포집 장치를 포함하는 막은 상기 제1층과 제2층을 보호할 수 있는 보호막의 기능을 수행 할 수 있다.
본 발명의 콘택트렌즈형 시스템은 종래 다층구조 콘택트렌즈 대비 상기와 같이 각 기능모듈들을 시스템 내에 통합 구현하기 위해 다층구조의 멤브레인 구조를 이용하되 층별 접착력을 더욱 강화시켰으며, 센서의 구동을 위하여 산소투과율이 높은 것이 특징이다.
기판이 되는 렌즈로는 소프트 하이드로겔 (hydrogel) 콘택트렌즈, 하드 콘택트렌즈 (RGP), 복합형 (hybrid) 콘택트렌즈 등을 들 수 있다. 하드렌즈의 경우 각 소자들을 접촉시키기에 용이할 수 있고, 소프트 하이드로겔 렌즈 또는 복합형 콘택트렌즈를 사용하면 하드렌즈보다 면적이 넓고 대상체의 안구에 부착시 이물감이 적다는 장점이 있다.
렌즈를 선택함에 있어서, 산소 투과율 (oxygen permeability, OP)은 중요한 고려 요소인데, 특히 본 발명의 당뇨병 표지자 모니터링 콘택트렌즈는 글루코오스 옥시다아제를 이용하는 효소적 전류측정식 센서를 이용할 수 있고, 이때 산소를 이용한 글루코오스의 환원이 필수적인 반응이므로, 글루코오스 센서가 작동할 수 있는 범위내의 산소투과율을 달성하도록 각 층 구조 및 물질을 조절할 수 있고, 산소투과율은 ~ 50% 이상이 되는 것이 좋다.
각 층 멤브레인간의 접착은 층 위 아래를 2-하이드록시-에틸메타크릴레이트 (HEMA) 로 감싸는 방법을 사용할 수 있다. 2 이상의 멤브레인을 접착시킬 수 있는 상기 방법은 샌드위치 방식이며, 각 층별 멤브레인을 연결한 다음, 위 아래를 하이드로겔 형태의 HEMA로 감싸면서 각 층을 접착시킬 수 있다. 이를 통해 안구에 닿는 부분과 보호막 부분을 동시에 접착시킬 수 있고, 내부에 위치하는 각 층의 소자들도 움직이지 않게 고정될 수 있다.
상기 각 층별 멤브레인의 연결은 각 층에 위치하는 기능 모듈간 연결을 의미할 수 있으며 이것은 프린팅 또는 전사를 통한 배선 (interconnect)을 통하여 이루어질 수 있다.
특정 구체예에 있어서, 본 발명의 콘택트렌즈형 시스템은 두께가 300 μm 이하인 다층구조체일 수 있다. 상기 시스템은 다층구조체 중앙에 투명하거나 안구 분해능 이하의 두께를 가지는 미세배선을 포함하는 광투과부를 포함할 수 있다. 안구 분해능 이하의 두께를 가지는 미세배선은 불투명한 것일 수 있다. 상기 광투과부는 직경이 0.5 내지 2 mm 인 것일 수 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 시스템은 전력생산모듈, 전력저장모듈 및 센싱모듈을 포함하는 것이고, 상기 전력생산모듈은, 박막형 태양전지부, 압전 나노발전부, 마찰전기식 나노발전부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 시스템은 능동적 자가구동 시스템으로서 스스로 전력을 생산하는 것일 수 있다. 이를 위하여 시스템 내에 광발전 소자와 나노발전기를 포함할 수 있고, 이들은 하나의 시스템 내에 조합하여 장착될 수 있으며 상호보완적으로 발전 효율 극대화 및 안정화를 달성할 수 있다. 광발전 소자로는 태양전지를 포함할 수 있으며, 좋기로는 박막형의 태양전지일 수 있다.
상기 박막형 태양전지부는 양자점 광전소자를 포함하고, 상기 양자점은 SnS, CuInSe, CuS, FeS 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
양자점 (Quantum dots, QDs)은 반도체 나노입자로, 입자의 크기를 조절함으로써 밴드갭 에너지를 연속적으로 조절할 수 있는 장점이 있으며, 콜로이드 양자점 (Colloidal QD)을 태양전지에 적용하는 경우 저가의 프로세스를 적용할 수 있어 박막형이나 단결정 반도체를 이용하여 제작되는 태양전지에 비하여 제조 단가를 크게 낮출 수 있는 장점이 있다. 콜로이드 양자점을 태양전지에 응용하는 경우 염료 감응형 태양전지의 염료를 양자점으로 대체하는 것과 콜로이드 양자점을 활성층 (active layer)으로 활용하여 양자점층에서 전자 정공쌍 (electron-hole pair)을 발생시키는 것, 두 가지 경우가 있을 수 있고, 초기에는 고분자와 양자점을 함께 이용하는 하이브리드 형태의 태양전지가 보고되었으나 점차 PbS와 같은 II-VI족 양자점층만을 활성층으로 이용하는 태양전지가 보고되고 있다. 그러나, 위해성이나 환경적 측면에서 Cd나 Pb 기반의 양자점보다는 Cd- 또는 Pb-무함유 양자점을 이용한 태양전지를 이용하는 것이 좋다. 특히, 본 발명과 같은 생명체를 대상으로 하는 비침습형 건강지표 모니터링 시스템에 이용되는 태양전지에는 안전성이 보장된 친환경 소재가 채용되어야 할 필요성이 높다. 따라서, 본 발명에서는 Cd-무함유 및 Pb-무함유 양자점을 합성하고 이들을 태양전지에 적용할 수 있다. 특히, SnS, CuInSe와 같은 친환경 조성을 가지는 콜로이드 양자점을 합성한 후 적용하며, 양자점의 규칙적인 배열을 통한 조밀 어셈블리 (close-packed assembly)를 구현하고, 무기 리간드를 적용함으로써 전기적 연속성 향상과 광흡수 향상이 이루어진 태양전지를 구현할 수 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 시스템은 압전식 또는 마찰전기식 나노발전기를 포함할 수 있다. 본 발명 시스템에 포함되는 전력생산모듈 소자로는, ZnO 나 NKN 등의 납-무함유 압전 나노와이어를 이용한 압전식 나노발전기나 PDMS나 고분자 나노구조체를 이용하여 마찰에 의하여 전력을 발생시키는 나노발전기를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 압전 나노발전부는 ZnO, NKN, BaTiO3 등 무연 압전 나노선 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노구조체를 포함하는 것일 수 있다.
상기 마찰전기식 나노발전부는 PDMS나 고분자 나노구조 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노구조체를 포함하는 것일 수 있다. 나노발전의 동력은 대상체의 움직임에 기반하며, 예컨대 눈꺼풀의 움직임, 신체 부위간의 마찰, 시스템 장치에 가하는 압력 등으로부터 유래할 수 있다.
특정 구체예에 있어서, 본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 시스템은 콘택트렌즈형 시스템일 수 있고, 상기 콘택트렌즈형 시스템에 포함되는 전력생산모듈은 양자점 광전소자부, 압전 나노발전부, 마찰전기식 나노발전부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하며, 상기 전력생산모듈은 전력저장모듈과 배선으로 서로 연결되며, 상기 배선은 투명배선 또는 미세 배선일 수 있다.
상기 콘택트렌즈형 시스템의 양자점 광전소자부, 즉 광발전부는 좁은 면적으로 인하여 광자의 양의 충분치 않을 수 있어 광자의 수를 배가시킬 필요가 있다. 이를 위하여 양자분할 (Quantum cutting) 메커니즘을 이용할 수 있으며, 이로써 광효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 하기와 같이 하나의 자외선 광자 (photon)는 양자 분할을 통하여 2개의 가시선 광자로 전환될 수 있다.
1 UV 광자 → 2 가시선 광자
예컨대, 빛의 세기가 500 lux인 사무실에서 1cm2로 들어오는 빛의 전력 (light power)은 0.7 mW 정도이고, 1cm2에 포함된 태양전지의 효율이 1%일 경우, 생성되는 전력은 하기와 같다.
0.7 mW/cm2 x 0.01 = 0.007 mW/cm2 = 7 μW/cm2
결과적으로, 1% 효율의 태양전지를 이용하면 실내에서 μW수준의 전력 생산이 가능하고, 효율이 0.1 ~ 0.5%라면 생산되는 전력은 0.7 ~ 3.5 μW/cm2로 나노발전기와 비슷한 수준의 전력 생산이 가능하게 된다. 본 발명의 Cd-무함유 및 Pb-무함유 QD 태양전지의 효율은 0.05% 이고, 좋기로는 0.5% 이며, 따라서 실내에서도 나노발전기와 조합하여 자가구동 시스템으로 기능하기에 충분한 전력을 생산할 수 있다.
광발전부 외에도, 본 발명의 콘택트렌즈형 시스템은 렌즈상에 압전식 나노구조 또는 마찰전기식 나노구조를 구현하여, 눈꺼풀의 움직임으로 전력을 생산할 수 있다. 인간을 대상체로 할 때, 눈의 깜박임으로 얻을 수 있는 에너지를 계산하면 하기와 같다.
인간의 평균 눈깜박임 수 : 15 ~ 20 회/분
전압 출력: 2 V
전류 밀도: 8.13 μA/cm2,
전력 밀도: ~ 16 μW/cm2
눈깜박임으로부터 얻을 수 있는 최대 전력: ~16.1 μW/깜박임 (콘택트렌즈 직경 0.7~0.9 cm 가정)
전술한 바와 같이, 상기 나노구조는 ZnO나 NKN 등의 납-무함유 압전 나노와이어일 수 있다. 상기 나노구조는 PDMS나 정전 나노고분자일 수 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 시스템은 전력생산모듈, 전력저장모듈 및 센싱모듈을 포함하는 것이고, 상기 전력저장모듈은 적층 유연박막전지 또는 커패시터를 포함하는 것일 수 있다. 상기 적층 유연박막전지는 투명하거나 20 ~ 200 μm의 선폭, 더욱 좋기로는 50μm 이하의 미세선폭을 가지는 격자 (grid) 구조를 가지는 것일 수 있다.
현재 이차전지는 모바일 전자정보기기 (Note-PC, 휴대폰, 캠코더 등)의 전원으로 주로 사용되고 있으며, 이러한 휴대용 전자기기 전원 시장은 리튬이온전지를 중심으로 매우 성숙되어 왔다. 리튬전지 개발은 수십 KW의 전력이 필요한 중대형 전지 분야와 더불어 새로운 형태의 전자정보기기인 RFID, USN, 스마트카드, 초소형 헬스 케어 시스템 등의 초소형 전자정보기기에의 적용을 위해 1~수 mW급 초소형/박막형 전지 분야의 두 갈래로 확대 발전되고 있다. 단순히 정량적인 수치 관점에서 성능을 비교할 경우 중-대형의 전원 시스템 대비 유비쿼터스 지원 초소형/박막형 전원 저장 소자는 매우 낮은 성능값 특성을 보이나 이를 밀도의 개념으로 환산할 경우 중-대형에 비해서 1.5 또는 2배에 달하는 성능 지수를 갖는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 시스템 내에서 전원으로 사용될 수 있는 소자는 초소형 박막전지이고, 필요에 따라 투명 박막전지일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 박막전지는 생산된 전력을 저장하고 센서 구동과 통신시 전원을 공급하는 전력원으로서, 필요에 따라 투명한, 높은 투과율을 갖는 박막이차전지일 수 있다. 투명한 박막이차전지는 콘택트렌즈형 시스템에서 투명한 디스플레이를 구현하는 데 절대적인 것이다.
박막이차전지 양극소재로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, Li(NiCoMn)O2 등을 이용할 수 있으며, 투명한 전지를 구현하기 위하여 밴드갭 에너지가 크며, 고안정성을 갖는 올리빈계 LiMPO4 양극 박막이 이용될 수 있다. 또한, 전지의 전해질로는 액체 또는 고체 전해질이 모두 이용될 수 있으나, 생물체와 직접 접촉할 수 있는 본 발명 시스템의 특성상 유해 가능성이 낮은 고체 전해질을 이용하는 것이 더 좋다.
본 발명에 있어서, 박막전지는 유연한 투명 박막전지일 수 있다. 상기 투명성은 메쉬타입, 즉 그리드 (grid) 형태로 눈의 분해능보다 작은 선폭을 가지는 전극 구조를 이용하거나, 투명 산화물 또는 투명 칼코지나이드 전극을 사용함으로써 이루어질 수 있다. 전지의 핵심 물질인 활물질이 투명하지 않기 때문에 인간의 눈이 갖는 최대 분해능인 50μm 이하로 메쉬 타입 전지를 구성하면 투명한 전지를 제공할 수 있다. 또는, 밴드갭이 넓은 산화물 활물질, 예컨대 올리빈계를 물질을 이용하여 나노두께의 투명 박막전지를 구현할 수 있다. 생체적합성을 갖춘 기판 소재를 이용하고, 투명한 고체 전해질 및 음극소재를 활용하여 전고상 투명 박막전지를 얻을 수 있다.
IPL (Intense Pulse Light) 또는 KrF 엑시머 레이져 기술을 이용하여 저온 소결 전극을 구현하면 높은 에너지 밀도를 갖는 유연한 투명 박막전지를 얻을 수 있다. 여기에, 나노두께를 적용하면 리튬 이동도가 우수하여 에너지 손실이 낮은 박막전지를 얻을 수 있다.
특정 구체예에 있어서, 본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 시스템은 콘택트렌즈형 시스템일 수 있고, 상기 콘택트렌즈형 시스템에 포함되는 전력저장모듈은 적층 유연박막전지를 포함하는 것일 수 있다. 상기 적층 유연박막전지는 미세선폭을 가지는 격자 (grid) 구조의 투명 적층 유연박막전지일 수 있다.
본 발명 콘택트렌즈형 시스템 적합형 유연/투명한 이차전지, 즉 적층 유연박막전지는 투명성과 유연성을 확보하기 위하여 캐소드를 나노구조로 제작하고 고체전해질인 칼코지나이드와 결합될 수 있다. 따라서 상기 유연박막전지는 투명전극/나노구조 캐소드/칼코지나이드/애노드 구조, 그래핀전극/나노구조 캐소드/칼코지나이드/애노드 및 그래핀전극/나노구조캐소드/나노구조 칼코지나이드/애노드 구조일 수 있다. 칼코지나이드 고체 전해질은 이온전도도가 높고, 광투과도 역시 높은 것일 수 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 상기 전력저장모듈은 무선으로 에너지를 전송받는 것일 수 있다. 무선 에너지 전송은 크게 방사를 이용하는 방법, 전자기 유도 현상을 이용하는 방법, 그리고 최근 각광받고 있는 무선 에너지 전송 방식으로 근거리 공명 현상을 이용한 비방사 방식에 의하여 이루어진다. 휴대 장치, 즉 본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 시스템과 같이 유선으로 전력을 공급받지 않는 장치의 경우 전력을 자가 생산하거나, 그렇지 않은 경우 에너지가 저장된 전지를 이용하여야 한다. 대부분의 가전 제품, 휴대 기기와 사무용 또는 산업용 기기들의 경우 발전소에서 유선으로 공급되는 전기에너지를 사용하고, 또는 그 전기에너지를 유선 방식으로 전지에 재충전하는 방식으로 전력을 저장한다. 그러나, 충전 용량이 제한되어 있는 전지의 경우, 대상 장치의 기능 향상이나 다기능 탑재의 경우 재충전하여야 하는 주기가 더욱 빨라지게 되고 이를 보완하기 위하여 충전 용량을 키우는 경우 소형화가 불가능해 지는 단점이 있다. 또한 자가 발전이 가능한 전력생산모듈을 포함하고 있는 않는다면, 또는 전력생산모듈을 포함하고 있는 경우라 하더라도 발전이 불가능한 환경에서 저장된 에너지를 이용해야 하는 환경에 처한 경우 전지의 에너지를 모두 소모한 경우 쉽게 아무 곳에서나 충전하기가 어려운 문제가 발생한다. 이에 무선 에너지 전송, 무선 충전 방식에 대한 요구가 있으며, 본 발명과 같은 인체와 직간접적으로 접촉할 수 있는 시스템 장치의 경우 인체에 무해한 안전성을 확보하면서 무선 방식으로 에너지를 전송받을 수 있어야 한다. 이에 본 발명에서는 무선 에너지 전송 방식 중 특히 자기 공명 방식을 이용하여 전력저장모듈에 에너지를 공급하는 방법을 채택하고 있다.
자기 유도 방식과 전자기파 방식이 오래 전부터 이용되어 왔지만, 자기 유도 방식은 전력 전송 효율이 90% 이상으로 매우 높다는 장점에도 불구하고 수cm 이상 떨어지거나 송신 코일과 수신 코일의 중심이 정확히 일치하지 않으면 전력이 거의 전송되지 않을 정도로 효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있고, 전자기파 방식은 수십km이상 멀리 떨어진 곳에 수십kW 이상의 높은 전력을 송신할 수 있지만 전자기파 방식은 전력의 상당 부분이 전송되는 도중에 사방으로 흩어져서 사라져버리기 때문에 효율이 매우 낮을 뿐만 아니라 인체에 치명적으로 해롭다. 이는 전기장과 자기장을 동시에 사용하여 에너지를 공기 중에 방사하는 전자기파 방식의 특성상 필연적으로 발생하는 문제이다. 각국의 전자파 규제를 충족시키려면, 전자기파 방식으로는 대략 1W 수준의 전력 전송이 한계이다.
상기한 기존 방식의 한계를 극복한 것이 짧은 전송 거리를 가지며, 전자기파 방식의 효율성 및 인체 유해성 문제를 극복한 자기 공명 방식 (Resonant Magnetic Coupling)이다. 송신부 코일에서 공진주파수4로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에만 에너지가 집중적으로 전달되도록 하는 것이 자기 공명 방식의 원리이고, 이러한 자기 공명 방식의 특성으로 인해 수 미터의 전송 거리에 이르기 까지 매우 높은 효율로 전력 전송이 가능하다는 장점이 있다. 수신부 코일에 흡수되지 않은 에너지는 공기 중으로 방사되어 소멸되지 않고 송신부 코일에 다시 흡수되기 때문에 효율이 높고, 또한 송신부와 수신부 사이에 벽과 같은 장애물이 있어도 문제 없이 전송할 수 있으며, 전자기파 방식과 달리 인체에 거의 흡수되지 않는 자기장만을 이용하여 에너지를 전송하기 때문에 매우 안전하기도 하다. 자기 공명 방식에서 가장 중요한 이슈는 실제 이용 환경에서 전송 거리 및 효율을 높이는 것이며, 송수신기가 공진을 일으키는 주파수 대역이 작으면 작을수록 더 멀리 더 높은 효율로 전력을 전송할 수 있고, 이를 위해서는 공진기의 품질계수 (Q Factor)가 매우 높게 유지되어야 한다. 본 발명에서는 나노 기술, 소재 기술의 적정한 이용을 통하여 품질계수를 높게 유지하고, 센서 및 제어 기술의 적정한 이용을 통하여 수신기의 위치와 자세의 변화, 동작상태 변화 등을 감지하여 회로 또는 주파수를 자동적으로 조정함으로써 품질계수를 높게 유지할 수 있도록 하였다. 또한 10MHz 대역보다 상대적으로 인체 흡수율이 낮은 수십kHz ~ 수MHz 대역의 주파수를 사용함으로써, 수십W 수준의 전력 전송 시에는 각국의 전자파 간섭에 대한 규제(EMC) 및 인체 안전성에 대한 규제(EMF)를 모두 만족시키고 있다.
한 가지 구체예에 있어서, 본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 시스템은 하나의 무선 충전기를 이용하여 여러 개의 시스템 장치를 동시에 충전할 수 있는 방식을 채택할 수 있다.
본 발명의 비침습형 건강지표 모니터링 자가구동 시스템은 각 기능모듈을 연결하기 위한 수단으로 또는 센서모듈의 리드 프레임으로 배선 (interconnect)을 필요로 한다.
한 가지 구체예에 있어서, 상기 시스템에 포함되는 배선은 유연성과 투명성이 확보된 그래핀, 탄소나노튜브, 투명 금속산화물, 도전성 고분자, 금속 나노구조체, 금속산화물 나노구조체 등과 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 배선은 투명배선, 또는 안구의 분해능을 고려한 50 μm 이하의 선폭을 가지는 미세 배선인 것일 수 있다.
특정 구체예에 있어서, 콘택트렌즈형 시스템 역시 각 기능모듈을 연결하기 위한 수단으로 또는 센서모듈의 리드 프레임으로 배선을 필요로 한다. 특히, 콘택트렌즈형과 같이 신체에 부착되는 시스템의 경우 배선 역시 생체 친화적 소재여야 한다. 렌즈의 고분자 소재를 감안할 때 저온에서 배선 공정이 가능하여야 하고, 전도도가 우수한 소재여야 한다. 본 발명에서는 종래 평면 회로를 제작하기 위해 사용되고 있는 기존의 배선과 달리 곡면을 가지는 콘택트렌즈용 배선을 제공한다. 배선은 도전성 나노입자, 탄소나노튜브, 그래핀 등을 이용하여 나노 잉크 프린팅, 그래핀 전사 등의 방법으로 구현될 수 있다.
콘택트렌즈형 시스템 내에서 각 모듈간의 연결을 위해서는, 반도체 공정에 의한 방법보다는 곡면의 기판과 소프트 소재에 적합한 배선이 필요하다. 콘택트렌즈는 고분자 기판을 기본으로 하므로 본 발명의 배선은 고분자 기판 상에서 저온공정이 가능한 고전도성 생체 친화적 나노잉크일 수 있고, 잉크는 프린팅 방식으로 배선으로 구현될 수 있다. 나노잉크 소재는 금속나노입자, 전도성 고분자, 나노카본 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 잉크젯을 사용하여 배선을 구현할 경우, 안구의 분해능 (~ 50 μm) 이하 선폭을 갖도록 프린팅하는 것이 좋다.
또한, 그래핀을 전사하여 구현된 배터리 모듈, 발전 소자 모듈, 그리고 구동/통신 회로 모듈 간의 연결을 위한 배선을 구현할 수 있다. 그래핀 배선은, 센서에서 사용되는 그래핀과 마찬가지로, 전기 전도도가 보장되며 용이한 전사를 위해 합성되는 기판에서의 분리가 용이한 그래핀 배선일 수 있다. 합성 공정 및 기판 표면 특성을 이용하면 그래핀 그레인 크기를 제어하고 부착과 탈리가 용이한 그래핀을 제공할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 그래핀은 배선 뿐 아니라 센서의 집전체 또는 매개 물질 지지체로 이용될 수도 있다.
특정 구체예에 있어서, 본 발명의 콘택트렌즈형 시스템에 포함되는 배선은 투명배선 또는 10 μm 이하의 선폭을 가지는 미세 배선일 수 있고, 이 배선은 콘택트렌즈 형태, 필요에 따라 다층구조체인 시스템 중앙에 투명하거나 안구 분해능 이하의 두께를 가지는 미세배선으로 배치될 수 있다. 상기 중앙 부위는 빛이 투과할 수 있는 광투과부일 수 있고, 렌즈가 동공 및 그 확장부위와 접하는 부분이며 직경은 0.5 내지 2 mm인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면은 상기 비침습형 건강지표 모니터링 시스템을 이용하여 누액으로부터 글루코오스 농도에 대한 정량적인 정보를 연속적으로 획득하고 저장 또는 전송하는 건강지표를 모니터링하는 방법이다.
본 발명의 자가구동 비침습형 건강지표 모니터링 시스템은 인체에 거부감이 극소화된 모니터링 기술로서 개개인의 건강과 삶의 질 향상에 기본적인 정보를 수집할 수 있게 하는 동시에 모니터링 시스템에 있어서 피드백의 기존 패러다임을 변혁할 수 있는 것으로서, 기존 시장을 대체하기 위한 것이다. 질병 표지자에 대한 지속적인 모니터링을 통해, 일시적 측정이나 검사에서 오는 오류를 대폭 감소 시킬 수 있으며, 이러한 기능은 약물의 효과에 대한 장기 추적을 가능하게 하여 신약 개발에도 지대한 역할을 할 수 있다. 또한, 여러 건강지표 표지자에 대한 동시 모니터링이 가능한 다중센서 어레이 시스템으로 구현되면 건강지표와 관련한 다양한 화학적/전기적/광학적/열적/기계적 현상에 대한 통합 센싱이 가능할 수 있으며, 개개의 센서 간의 상호 보정으로 인해 보다 높은 감지도와 선별력을 가질 수 있다. 본 발명의 시스템은 투명 소재/소자와의 융합으로, 궁극의 휴대용 디스플레이로서 확장 가능할 것으로 기대되며 컨텐츠의 임베드가 가능한 형태로 진화할 수 있을 것이다.
도 1은 (a) 글루코오스 옥시다아제를 이용한 글루코오스 농도 측정 메커니즘을 나타낸 모식도 및 (b) 글루코오스 농도에 대한 형광 세기의 스펙트럼을 보여준다. (c) 4명의 환자에 의해 측정된, 혈액내의 글루코오스 농도와 눈물내의 글루코오스 농도의 상관 관계로, Pearson 지수가 0.97 이상을 나타내어, 강한 상관 관계가 있음을 보여 준다.
도 2는 (a) 특정 바이러스에 과산화수소 환원효소 (HRP)가 결합된 특정 바이러스와 탄소나노튜브가 혼성된 전극의 개념과 이를 이용한 과산화수소 센싱 미케니즘을, (b) 실제 제작된 혼성 전극 샘플의 주사현미경사진 (SEM)을 나타낸다. (c)는 효소적 전류 측정식 센서의 구현에 있어서 상기 전극을 사용했을 때, H2O2의 농도의 변화에 대해, 제작된 센서에 의해 생성되는 전류의 양과 상기의 제작된 효소적 전극의 초고선택성을 나타낸다.
도 3은 금 나노 입자와 환원된 산화 그래핀을 이용한 효소적 전류측정식 센서 물질의 제작 원리를 도식적으로 나타낸다.
도 4는 (a)비효소적 전류측정식 센서의 구현에 있어서, 금(Au)과 백금(Pt)의 코어(core)/쉘(shell) 나노구조를 보여주는 투과전자현미경 사진 및, (b) 상기 나노구조를 기반으로 하는 전극을 사용했을 때, 글루코오스의 농도에 따른 생성 전류의 양을 나타낸다.
도 5는 나노구조체를 장착한 나노발전부 소자를 나타낸 모식도이다.
도 6은 리튬이온 이차전지의 모식도로서 (a) 일반적 고체 전해질 리튬이온 이차전지 (b) 그리드 형태의 투명 리튬이온 이차전지 (c) 투명전극의 리튬이온 이차전지를 나타낸다.
도 7은 메쉬 타입 이차전지의 개념도이다.
도 8은 메쉬 타입 이차전지의 메쉬 구조에 대한 공정도와 각 공정 과정에서 얻은 메쉬 구조의 주사전자 현미경 (SEM) 사진이다. 각 현미경 사진속의 인셋 (inset)은 실제 구현 된 샘플의 사진이며, 최종 결과물에 대한 사진은 유연 기판위에 투명한 메쉬 구조를 실현한 샘플을 보여 준다.
도 9는 완전 투명 전지에 있어서, 이차전지의 양극재인 LiFePO4를 사용하여 제작된 전력저장장치에 대한 특성을 분석한 결과이다. (a) LiFePO4 물질의 합성 결과를 X-ray diffraction (XRD)으로 확인한 결과, (b) 상기 양극재를 coin cell 형태로 제작하여 충방전 특성을 측정한 결과, (c) 상기 양극재를 유기 기판위에 증착 했을 경우 투명도를 갖는 샘플의 사진, (d) 상기 투명 박막에 대한 투명도 측정 곡선.
도 10은 센서모듈과 전력저장모듈 등에서 전극과 집전체, 또는 배선 등으로 사용 되어질 그래핀의 원자현미경 (AFM) 사진이며, 공정에 따라 결정립의 크기가 서로 다르게 제어된 샘플의 예이다.
도 11은 (a) 콘택트렌즈 최 외각층에 위치하는 막 구조로서, 센서부가 위치한 챔버로 누액을 지속적으로 순환시키기 위한 펌프 및 밸브, 도관을 포함하고 있다. (b) 실제 디자인 된 펌프와 도관의 예를 나타내다.
도 12는 (a) 센서 구동 모듈을 도식적으로 표현 했으며, (b) 실제로 구현된 모듈의 예에 대한 사진을 나타낸다.
도 13은 기능 모듈간 배선 모식도로서 (a) 프린팅 방법으로 구현된 배선 (b) 그래핀 전사 방법으로 구현된 배선을 나타낸다.
도 14는 프린팅 방법에 의해 구현 될 배선을 위한 잉크 개발 결과로, 탄소나노소재와 폴리도파민 (Polydopamine)의 혼성 잉크의 조성별 전기적 특성과 기판 접착력을 폴리도파민의 유무에 따라 설명한다.
도 15는 탄소나노소재와 폴리도파민의 혼성 잉크에 대한 독성 테스트 결과로, 사용되는 잉크에 대한 특별한 독성이 없음을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 비침습형 시스템의 일 구현예인 콘택트렌즈형 시스템의 개념도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
< 실시예1 > 혈중 글루코오스 농도와 누액 중 글루코오스 농도의 상관 관계 실험
혈액의 글루코오스 농도는 자가혈당 측정기로 혈당을 측정하고, 정맥혈을 채혈한 후 혈장을 얻어 -70도에 보관하였다. 눈물은 안과 의사의 도움으로 환자의 눈에서 직접 마이크로피펫을 이용하여 10 ?를 채취한 후 이를 마이크로튜브에 담아 -70도에 보관하였다. 눈물의 글로코오스 농도는 형광 키트를 이용하여 다양한 농도로 희석하여 여러 번 측정하였다. 그 측정 방법은 앞서 설명 하였으며, 도 1에 제시되었으며, 측정된 눈물과 혈액의 글루코오스 농도의 상관 관계를 통계학적으로 분석하여 도 1(c)에 나타내었는데, 결과에서와 같이 Pearson 지수가 0.97 이상으로 높은 상관 관계를 보였다.
< 실시예 2> 전류 측정식 효소 전극 제작 및 센싱 방법
효소의 고선택성과 전류 측정식 센싱 방법을 접목하기 위해서는 전기 전도도가 뛰어난 탄소나노튜브와 효소를 효과적으로 혼성화 시키는 방법이 중요하다. 따라서 본 실시예에서는 탄소나노튜브와 효소의 혼성화를 위하여 그래피틱 표면에 대하여 강한 결합력을 지닌 M13 바이러스라는 특정 바이오 물질을 이용하고 효소를 화학적으로 바이러스에 결합시키는 방법을 이용하여 혼성 전극을 제작하였다.
구체적으로는, 1-에틸1-3-(3-디메틸아미노프로필) 카보디이미드, HCl (EDC), N-하이드록시술포숙신이미드 (sulfo-NHS)를 이용하여 과산화수소 환원 효소 (Peroxidase type VI from horseradish, HRP)의 COOH 기능기를 다른 단백질의 NH2와 반응할 수 있도록 활성화시킨 다음, 탄소나노튜브에 대하여 특이적으로 결합하는 M13 바이러스와 반응시켜 바이러스의 표면 단백질에 효소를 결합시켰다 (도2 (a)). 효소가 결합된 M13 바이러스는 폴리에틸렌 글리콜 8000 -NaCl 수용액 (20w/v%)으로 침전시킨 다음, 원심 분리기를 이용하여 정제하였으며, 정제된 효소-M13 바이러스를 수용액에서 계면활성제로 분산된 탄소나노튜브와 2:4 몰 비율로 (M13:SWNT=2:4 molar ratio) 섞어서 전극을 제작하였다 (도(b)).
상기 혼성 전극을 이용하여 과산화 수소를 전류식으로 검출하기 위하여, Au 표면 위에 올려진 탄소나노튜브-효소 전극을 working electrode로, Pt 와이어를 counter electrode로, 그리고 Ag/AgCl (KCl 포화시킴)을 reference electrode로 사용하여 PBS (phosphate-buffered solution, 100 mM phosphate, pH=7.4)에서 측정하였다. 측정 전압은 -200 mV로 고정하였으며 측정 물질을 50 초 간격으로 0.5 mM씩 주입하여 생성되는 전류를 측정하였다. 도 2(c)에서 나타낸 바와 같이 HRP 효소가 결합된 혼성전극은 과산화 수소에만 반응을 보이며 전류 측정 방식에서 방해인자로 널리 알려진 아스코르빅산과 유리드산에 대해서는 반응을 나타내지 않았으며, 본 측정에서는 일반적으로 효소와 전극이 전자를 주고 받는 효율을 높이는데 사용되는 매개인자 (mediator)를 전혀 사용하지 않고도 과산화수소를 효율적으로 측정하였다. 따라서 본 실시 예에서는 M13바이러스와 탄소나노튜브 및 효소를 이용한 혼성 효소 전극이 초고선택성을 지닐 뿐 아니라 효소와 나노 전극인 탄노나노튜브가 전자를 직접적으로 주고 받음으로써 고성능 전류 측정식 바이오 센서 전극으로의 응용 가능성을 분명하게 보여 주었다.
< 실시예 3> 금 나노 입자와 환원된 산화 그래핀을 이용한 효소적 전류측정식 센서 개발
효소적 (글루코오즈 옥시다아제) 전류측정식 센서를 위해 센서 물질로 잘 알려진 금 나노 입자, 환원된 산화 그래핀 (reduced graphene, oxidase, rGO)를 이용한 나노-바이오 하이브리도 소재를 제조한다. 산화 그래핀의 카르복실산 부분과 금 나노 입자의 아민 부분을 결합시키고, 이를 하이드라진 (hydrazine)을 이용하여 환원하여 환원된 산화 그래핀 위의 금 나노 입자 하이브리드를 제조한다. 이를 기반으로 글루코오즈 옥시다이제를 결합시키기 위해, EDC 화학을 이용한 결합을 시도하고, 아민기가 있는 금 나노 입자에 카르복실기가 있는 금 나노 입자를 동시에 결합시켜 표면적 증가 및 글로코오즈 옥시다이제를 결합시킬 수 있는 부분을 증가시킨다. 도 3에서 간략한 실험 방법을 제시한다. 개발된 센서 물질은SPE (screening printed electrode)를 이용하여 실험하고, 후에 그래핀을 기반으로 하는 전극에서 사용한다.
< 실시예 4> 금/백금 코어/쉘 구조의 귀금속 나노입자의 제조
20 mM의 HAlCl4 수용액 3 ml를 20 mM의 H2PtCl6 수용액 3 ml에 혼합한 혼합 용매에 Pluronic F127 폴리머를 0.06 g 혼합하였다. 혼합된 반응물을 상온에서 15 분 소니케이션 한 후 0.1 M 아스코르빅산 용액 6 ml를 첨가하였다. 균일한 혼합을 위해 상기 반응용액을 마그네틱 교반기를 이용하여 24 시간 동안 혼합하였다. 24 시간 혼합하는 동안 금속 이온이 환원되며 금/백금 코어/쉘 구조의 나노 결정 입자가 형성되었고, 이렇게 형성된 코어/쉘 구조의 나노입자를 아세톤으로 세척한 후 DI 워터에 분산하여 보관하였다.
도 4(a)에 이렇게 제조된 금/백금 코어/쉘 나노입자의 투과전자현미경 사진을 도시하였다. 측정된 나노입자의 격자 간격을 통하여 코어 부분에 큰 금 나노입자가 형성되고 금 나노입자 위로 아일랜드 형태의 작은 백금 나노입자들이 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 4(b)는 실시예 4를 통하여 제조된 금/백금 나노입자를 전극으로 이용하고 글루코오스의 농도를 변화시키면서 전류를 측정한 비효소적 전류 측정 그래프이다. CNT로 표면이 개질된 screen printed electrode위에 금/백금 나노입자 용액을 40 ul 드롭캐스팅하여 금/백금 나노입자를 고정시킨 전극을 0.1 M PBS에 담지한 후 0.5 V의 정격전압을 인가 후 글루코오스 수용액을 5 mM씩 100 초 간격으로 주입하면서 생성되는 전류의 양을 시간에 따라 측정하였다. 글루코오스의 양이 증가함에 따라 발생하는 전류의 양이 증가함을 확인할 수 있었고, 감도는 약 18 μA/(mM.cm2)인 결과를 얻을 수 있었다.
< 실시예 5> 투명전지용 전극박막
투명전지는 투명한 전류집전체, 음극, 고체전해질, 양극, 전류집전체 박막들이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 투명한 전류집전체 박막으로는 ITO, AZO, GZO 등의 산화물 투명전극이 스퍼터링 공정을 통하여 형성되며, 그 위에 그래핀, 또는 Li4Ti5O12 등의 투명한 음극 박막을 증착한 후 LiPON 등의 투명한 고체전해질을 스퍼터링 방법을 이용하여 증착한다. 투명 양극박막은 스퍼터링 방법을 이용하여 LiMPO4 (M=Fe, Ni 등)박막을 스퍼터링 방법으로 증착하며 그 세부내용은 아래와 같다.
LiFePO4 조성의 단일상 타겟을 RF 마그네트론 스퍼터링 (Samwon Vacuum, Korea)을 사용하여, 유리기판에 성막 하였다. 기판은 1.5 ㎝ X 1.5 ㎝ 크기의 기판을 사용하였으며, 성막하기 전 기판의 청결을 위하여 아세톤 15 분, 메탄올 15 분, D.I.워터로 15 분간 초음파 세척기로 세정을 한 후 N2 가스를 이용하여 물기를 제거하여 기판을 준비하였다. 성막하기 전의 초기 진공도는 5×10-6 mTorr 이하였으며, 성막 중에는 5 mTorr의 압력에서 박막을 제조하였다. 성막시의 출력은 예비 실험을 통하여 최적 조건으로 도출된 160 W(4" target, 2 W/㎠)로 고정하였다. 박막의 결정화를 위하여 기판의 온도를 상온으로 고정한 후 박막을 제조하여, 분위기 조절이 가능한 로에서 3% H2 /(Ar+H2)를 분당 800 cc 속도로 주입하면서 환원분위기에서 열처리를 하였다. 이때 열처리온도는 500 ℃이며 승온속도 3 ℃/min으로 2 시간동안 열처리를 하였으며, 분위기로에서 열처리 후 결정이 생성된다. 도 9에서는 LiFePO4 를 사용하여 구현 된 2차전지에 대한 특성을 분석한 결과이다. 도 9(a)에서는 XRD를 사용하여 물질 합성의 성공여부를 확인 하였으며, 도 9(b)에서는 합성된 양극재를 코인 셀 형태로 제작하여 충방전 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 또한 도 9(c)와 (d)에서는 합성된 재료의 투명성을 분석 하였다.
< 실시예 6> 펌프 및 밸브, 도관을 포함하는 최외각층 막구조 설계 및 제작
콘택트렌즈 최외각층에 위치하여 지속적으로 누액을 센서 소자에 공급하면서, 센서 소자를 눈꺼풀의 움직임과 압력으로부터 보호하는 보호막 구조는 도 11에 도시되어 있으며, (b)는 실시예의 사진이다. 실시예의 보호막 구조는 누액을 순환시키기 위한 수동 펌프, 누액의 역류를 방지하기 위한 디퓨저 밸브, 도관을 따라 흐르는 누액이 센서 소자와 접촉할 수 있는 센서 쳄버 및 이를 이어주는 도관으로 구성되어 있다. 모든 구조물은 시야를 방해하지 않도록 렌즈 외곽 5 mm 이내에 배치된다. 실시예의 구조는 70 μm 두께를 가지는 두 개의 얇은 PDMS (polydimethylsiloxane) 또는 Nusil MED-6015 시트를 접착한 후 지름 14.2 mm의 원형으로 절삭하여 제작된다. 두 개의 시트 중 눈꺼풀과 닿는 윗면의 시트에는 펌프 챔버, 밸브, 센서 챔버, 채널 구조물의 모양대로 50 μm의 깊이 만큼의 홈이 아래쪽에 형성되어 있어 아랫면의 시트와 접착하면 누액이 흐를 수 있는 도관 및 누액이 고일 수 있는 쳄버가 형성된다.
수동 펌프는 40 μm 두께의 원형 돌출부와 돌출부를 포함하여 총 60 μm 두께의 원형 격막 및 50 μm 높이에 지름이 1 mm 또는 1.5 mm, 2 mm인 원형 누액 챔버로 구성된다. 눈꺼풀이 깜빡일 때 렌즈 표면을 누른 채로 지나가는 눈꺼풀의 압력 및 전단력에 의해 돌출부를 가진 격막을 아래로 누르게 되며, 이에 의해 누액 팸버가 눌러져서 누액을 밀어낸다. 수동 펌프에 의해 밀려나가는 누액이 한쪽 방향으로만 흐를 수 있도록 쳄버의 입구와 출구 양단에는 디퓨저 밸브가 배치되어 있다. 디퓨저 밸브는 폭이 점점 넓어지는 형태의 도관으로 넓어지는 방향으로는 유체가 잘 흐르나 역 방향으로는 잘 흐르지 않는 성질을 가지며, 실시예의 디퓨저 밸브는 넓어지는 각도를 5° 또는 10°를 사용한다.
펌프 챔버의 지름, 디퓨저 밸브의 넓어지는 각도는 수동 펌프에 의한 누액의 유량 (flow rate)에 영향을 주기 때문에 계산에 의해 적절히 조합되며, 유량을 늘리기 위해 펌프를 2개 또는 4개 병렬 연결하여 설계될 수 있다. 유량에 따라 누액이 흐르는 도관의 폭이 결정되며, 실시예는 200 μm 또는 300 μm 이다. 실시예의 순환용 수동 펌프 및 밸브, 도관 구조의 유량을 테스트 한 결과 분당 20회의 펌프 동작 시에 약 2.5~4 μl/min의 유량을 보였다.
< 실시예 7> 탄소나노소재와 폴리도파민 ( polydopamine ) 나노입자 혼성 잉크 제조
폴리도파민 나노입자는 다음의 과정을 거쳐 제조한다. HCl을 이용하여 tis-HCl pH 8.5 염기성 버퍼 수용액 30 ml 에 도파민 (dopamine) 을 15 mg 을 용해시킨 후 12 시간 교반한다. 상기 용액에 폴리도파민 나노입자가 형성되면서 용액의 색이 투명한 회색으로 변한다. 상기 용액을 원심분리기를 이용하여 크게 응집된 입자를 분리해 낸 후 폴리도파민 나노입자가 분산되어 있는 용액을 얻었다.
상기 폴리도파민 용액을 탄소나노소재가 분산된 수용액과 일정비율 혼합하여 혼성 잉크를 제조하였다. 본 실시예에서는 다중벽 탄소나노튜브와 그래핀을 전도성 탄소나노소재로 사용하였다. 산화그래핀이 0.5 wt% 분산된 수용액 10 ml에 다중벽 탄소나노튜브를 50 mg 첨가한 후 30분간 소니케이션을 시행하여 탄소나노튜브가 분산된 용액을 만든다. 여기서 산화그래핀은 탄소나노튜브를 물에 분산시키는 분산제 역할을 하며, 추후 환원 과정을 거쳐 배선의 저항을 낮춰주는 역할을 한다.
상기 제조된 탄소나노소재 용액을 폴리도파민 나노입자 용액과 일정 분량 혼합하여 혼성 잉크를 제조한다. 상기 잉크를 기판에 코팅 또는 패터닝 후 하이드라진 환원제를 사용하여 산화그래핀을 환원시켰다. 상기 환원과정은 상기 방법에 제한되지 않으며 통상 사용되는 빛 또는 열 처리를 통해서 같은 효과를 낼 수 있다. 도 14은 탄소나노소재/폴리도파민 나노입자 혼성 잉크의 면저항을 4-probe 전도계를 이용하여 측정한 결과이다. 탄소나노소재/폴리도파민 나노입자 혼성 잉크와 탄소나노소재 잉크의 수용액 상에서의 접착력을 테스트 하기 위해 수용액 상에 일주일 동안 방치 후 모습을 살펴본 결과 도 15에 나타난 바와 같이 폴리도파민 나노입자가 첨가될 경우 접착 특성이 향상되는 것을 확인하였다.
< 실시예 8> 생체적합성 테스트
생체적합성 테스트는 미국 FDA에서 콘택트렌즈를 대상으로 하는 승인 심사에 사용되는 방법을 응용하였다.
동물실험을 하기 전에 생체적합성 테스트는 DMEM, 페니실린 스트렙토마이신, 페탈 보바인 세럼을 사용하여 배양한 L929 세포 (mouse C3H/An connective tissue)를 이용하였다.
소자의 소재 물질, 완성된 소자, 콘택트 렌즈 샘플을 L929 세포가 배양된 아가로오스 표면 위에 위치시키고, 전체 세포 수 중 독성으로 변화하거나 용해된 세포 수를 비율로 나타내어 생체독성 정도를 측정하였다.
생체적합성 테스트로 알려진 방법은 L929 세포가 배양된 아가로오스 표면에 콘택트 렌즈를 녹인 물질, 식염수, 세척제 등의 액체를 위치시키고, 전체 세포 수 중 독성으로 변화하거나 용해된 세포 수를 비율로 나타낸다. 소자의 소재 물질, 완성된 소재 등은 고체로 존재하기 때문에, 알려진 방법을 응용하여 L929 세포의 배지에 물질들을 넣어서 배지에 녹아 나오는 독성 물질이 있는지를 배양된 L929세포의 모양 변화로 살펴보았다. 이와 같은 독성 테스트는, 센서의 전극 물질과 모듈간 배선으로 사용 될 잉크물질에 대해 이루어 졌는데, 도 15에서는 테스트의 결과로 광학현미경 사진을 제시 하였으며, 특기할만한 독성이 없음을 확인 하였다. 만약, 특이할 만한 독성이 나타나는 물질을 발견할 경우, 독성 물질의 농도에 따른 세포의 반응을 수치화하기 위하여 MTT assay를 수행할 예정이며, MTT assay는 세포의 효소 활성도를 색의 변화로 측정하는 기술이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 출원은, 우리 한국과학기술연구원에서 주관하는 '기관고유사업'의 일환으로서, 그 상세는 하기와 같다.
1. 과제고유번호: 2E24770
2. 부처명: 미래창조과학부
3. 연구관리전문기관: 한국과학기술연구원 (KIST)
4. 연구사업명: KIST 기관고유 미래원천사업
5. 연구과제명: 콘택트렌즈형 지속/자가 구동 헬스 모니터링 플랫폼 기술 개발
6. 기여율: 1/1
7 주관기관: 한국과학기술연구원 (KIST)
8. 연구기간: 총연구기간 2013.01.01 ~ 2015.12.31., 출원년도 연구기간 2014.01.01.~2014.12.31.

Claims (29)

1 이상의 건강지표 표지자로부터 얻어지는 건강지표정보를 수집하는 센싱모듈;
지지기판 상에 위치하며 상기 센싱모듈에 지속적으로 전력을 공급하는 전력저장모듈; 및
상기 센싱모듈 및 상기 전력저장모듈과 각각 연결되어, 상기 센싱모듈을 구동하고 수집된 상기 건강지표정보를 저장 또는 전송하며 시스템의 전력 공급을 제어하는 회로모듈
을 포함하고,
상기 센싱모듈은, 화학적, 광학적, 열적, 기계적 성질의 표지자 중 1 이상의 건강지표 표지자로부터 1 종 이상의 건강지표정보를 획득하는 센서부를 포함하는 것인, 대상체와 접촉하여 1 종 이상의 건강지표정보를 수집하는 비침습형 건강지표 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,
상기 회로모듈은 상기 센싱모듈을 구동하는 센서구동부, 상기 건강지표정보를 제어하는 데이터 제어부, 상기 건강지표정보를 외부기기로 전달하는 송신부, 또는 이들 모두를 포함하는 것인 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시스템은 전력을 생산하는 전력생산모듈을 더 포함하고, 상기 전력생산모듈은 상기 전력저장모듈에 연결되어 상기 전력저장모듈에 생산된 전력이 저장되는 것인 시스템.
제3항에 있어서,
상기 전력생산모듈은, 박막형 태양전지부, 압전 나노발전부, 마찰전기식 나노발전부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것인 시스템.
제4항에 있어서,
상기 박막형 태양전지부는 양자점 광전소자, 광자분할 나노입자 또는 이들 모두를 포함하고, 상기 양자점은 SnS, CuInSe, CuS, FeS 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이고,
상기 압전 나노발전부는 ZnO, NKN, BaTiO3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 무연 압전 나노선의 나노구조체를 포함하는 것이며,
상기 마찰전기식 나노발전부는 PDMS, 고분자 나노구조 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노구조체를 포함하는 것인 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 센서부는, 2개 이상의 단위센서를 포함하는 다중 센서 어레이 (array)를 포함하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 센서부는 효소적 전류측정식 센서, 비효소적 전류측정식 센서 또는 이들 모두를 포함하는 것인 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력저장모듈은 적층 유연박막전지 또는 커패시터를 포함하고,
상기 적층 유연박막전지는 투명하거나 50 μm 이하의 미세선폭을 가지는 격자 (grid) 구조를 가지는 것인 시스템.
제9항에 있어서,
상기 적층 유연박막전지는 투명 양극 물질, 투명 전해질, 투명 음극 물질을 포함하는 투명 적층 유연박막전지인 것인 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시스템은 제1층, 제2층 및 제3층을 포함하는 다층구조체를 포함하고, 상기 제1층은 상기 대상체와 접하여 위치하고, 상기 제2층은 상기 제1층 상에 위치하며 전력저장모듈 및 회로모듈을 포함하며, 그리고 상기 제3층은 상기 제2층 상에 위치하며 센싱모듈을 포함하는 것인 시스템.
제11항에 있어서, 상기 제3층은 전력생산모듈을 더 포함하는 것인 시스템.
제12항에 있어서,
상기 전력생산모듈은 박막형 태양전지부, 압전 나노발전부, 마찰전기식 나노발전부 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하고,
상기 박막형 태양전지부는 양자점 광전소자, 광자분할 나노입자 또는 이들 모두를 포함하고, 상기 양자점은 SnS, CuInSe, CuS, FeS 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이고,
상기 압전 나노발전부는 ZnO, NKN, BaTiO3 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 무연 압전 나노선의 나노구조체를 포함하는 것이며,
상기 마찰전기식 나노발전부는 PDMS, 고분자 나노 구조 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 나노구조체를 포함하는 것인 시스템.
제11항에 있어서,
상기 다층구조체는 적어도 일부가 투명하고 전체적으로 유연 (flexible)한 것으로 콘택트렌즈의 형태를 가지며, 상기 시스템의 구동모드에서 상기 다층구조체는 안구와 눈꺼풀 사이에 위치하는 것인 시스템.
제11항에 있어서,
상기 건강지표정보는 혈액 중에 포함된 글루코오스의 농도이고, 상기 건강지표 표지자는 누액(淚液) 중 글루코오스의 농도인 것인 시스템.
제11항에 있어서,
상기 건강지표 표지자는 글루코오스의 농도, 글리케이티드 알부민의 농도, 프럭토사민의 농도, 1,5-안하이드로글루시톨의 농도, 요산의 농도, 젖산의 농도, 피루브산염의 농도, 아스코르브산염의 농도, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 시스템.
제12항에 있어서,
상기 센싱모듈, 상기 전력생산모듈, 상기 전력저장모듈, 및 상기 회로모듈은 배선으로 서로 연결되며, 상기 배선은 생체친화적이며 유연한 투명배선 또는 50 μm 이하의 선폭을 가지는 미세 배선인 것인 시스템.
제17항에 있어서,
상기 배선은 도전성 나노입자, 나노금속구조체, 산화물 반도체, 도전성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것인 시스템.
제11항에 있어서,
상기 전력저장모듈은 적층 유연박막전지 또는 커패시터를 포함하고,
상기 적층 유연박막전지는 투명하거나 50 μm 이하의 미세선폭을 가지는 격자 (grid) 구조를 가지는 것인 시스템.
제19항에 있어서,
상기 적층 유연박막전지는 투명 양극 물질, 투명 전해질, 투명 음극 물질을 포함하는 투명 적층 유연박막전지인 것인 시스템.
제11항에 있어서,
상기 센싱모듈은 단백질을 여과하는 필터부, 상기 필터부를 통과한 체액으로부터 건강지표 표지자를 정량하는 센서부를 포함하고, 상기 센서부와 서로 연결되는 상기 회로모듈은 상기 건강지표정보를 획득하고, 획득된 건강지표정보를 저장 및 송신하는 것인 시스템.
제14항에 있어서,
상기 시스템은 두께가 300 μm 이하이고, 상기 콘택트렌즈 형태의 다층구조체 중앙에 투명하거나 안구 분해능 이하의 두께를 가지는 미세배선을 포함하는 광투과부를 포함하며, 상기 광투과부는 직경이 0.5 내지 2 mm인 것인 시스템.
제21항에 있어서,
상기 센서부는 효소적 전류측정식 센서, 비효소적 전류측정식 센서 또는 이들 모두를 포함하고,
상기 효소적 전류측정식 센서는 글루코오스 옥시다아제에 의한 글루코오스의 분해로부터 글루코오스를 정량하며, 상기 비효소적 전류측정식 센서는 상기 센서 내에 포함되는 금속 나노입자의 결정면에 따른 전기촉매 활성을 이용하여 글루코오스를 정량하는 것인 시스템.
제23항에 있어서,
상기 센서부는 상기 효소적 전류측정식 센서와 상기 비효소적 전류측정식 센서를 동시에 포함하는 하이브리드 센서인 것인 시스템.
제23항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 Au, Pt 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것인 시스템.
제14항에 있어서,
상기 다층구조체 내의 지지기판 (supporting substrate)은 소프트 하이드로겔 물질을 포함하고, 상기 다층구조체는 상기 다층구조체 전체를 감싸는 보호막을 더 포함하며, 상기 보호막은 HEMA, 소프트 하이드로겔, 실리콘 아크릴레이트, 플루오로-실리콘 아크릴레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것인 시스템.
제1항에 따른 건강지표 모니터링 시스템을 이용하여 누액으로부터 글루코오스 농도에 대한 정량적인 정보를 연속적으로 획득하고 저장 또는 전송하는 건강지표를 모니터링 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 전력저장모듈은 무선 충전 방식으로 에너지를 공급받는 것인 시스템.
제28항에 있어서,
상기 무선 충전 방식은 자기 공명 방식인 것인 시스템.
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