KR101671456B1

KR101671456B1 - 바이오센서

Info

Publication number: KR101671456B1
Application number: KR1020140087537A
Authority: KR
Inventors: 최강; 김근기
Original assignee: 최강; 김근기
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2016-11-16
Also published as: KR20160007204A

Abstract

본 발명은 전기화학적 바이오센서 혈당 측정기에 장착되어 주입된 혈액 시료의 혈당을 전기화학적 방법으로 측정하는 바이오센서에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 주입된 혈액시료를 좌, 우 양측으로 분리 형성된 유로를 통해 각각 분할 도입시키고, 상기 좌, 우 양측으로 나눠진 혈액시료를, 상기 좌, 우 분리형성된 유로에 대응하여 좌, 우 양측으로 대칭되게 분리 형성되는 박층전기화학셀로 각각 유입시켜, 좌, 우 양측 중 일측은 유입된 혈액시료의 혈당치를 측정하고, 타측은 유입된 혈액시료의 적혈구용적률 측정 등 일측에서 측정된 혈당치를 보다 정확한 값으로 보정해줄 수 있는 혈액시료의 물성치를 별개로 측정한 후, 일측에서 측정된 혈액시료의 혈당치를, 타측에서 측정된 혈액시료의 물성치 즉, 적혈구용적률의 측정치를 통해 오차 보정하여 보다 정확한 혈당치를 측정할 수 있도록 하는 바이오센서에 관한 것으로,
본 발명에 따른 바이오센서는, 전기화학적 바이오센서 혈당 측정기(100)에 장착되어 주입된 혈액 시료의 혈당을 전기화학적 방법으로 측정하는 바이오센서에 있어서, 평면 직사각형 절연기판의 상측면 길이방향 중심선을 기준으로, 일측에는, 제1작동전극(22)이 구비되고 상기 제1작동전극(22)과 소정거리 이격되게 제1보조전극(23)이 구비되며, 타측에는, 상기 길이방향 중심선을 대칭기준으로 소정거리 이격된 위치에서 상기 제1작동전극(22) 및 제1보조전극(23)과 서로 대칭되게, 제2작동전극(25) 및 제2보조전극(26)이 구비되고, 상기 평면 절연기판 상측면의 단부에는 바이오센서 확인전극(27)이 구비되는 하부기판(20); 평면 직사각형 절연기판의 일측에 통공되게 시료 확인공(31)이 구비되며, 상기 시료 확인공(31)은 상기 시료 확인공(31)의 길이방향 중심선을 대칭기준으로 좌, 우 서로 대칭되게 형성되고, 상기 시료 확인공(31)과 연통되게 통기공(32)이 구비되는 상부기판(30); 및 단부의 중앙부에는 길이방향을 따라 소정길이로 시료 투입공(41)이 구비되며, 상기 시료 투입공(41)의 중앙부에는 상기 시료 투입공(41)을 길이방향으로 좌, 우 대칭되게 분리시키는 소정길이의 나눔격벽부(44)가 형성되고, 상기 하부기판(20) 및 상부기판(30) 사이에 게재되는 점착성 중간기판(40);을 포함하여 구성되며, 상기 나눔격벽부(44)의 좌측에 위치하는 상기 좌측 시료 투입공(42)의 하측면에는, 상기 하부기판(20)의 제2작동전극(25) 및 제2보조전극(26)의 일측이 접하게 위치하고, 상기 나눔격벽부(44)의 우측에 위치하는 상기 우측 시료 투입공(43)의 하측면에는, 상기 하부기판(20)의 제1작동전극(22) 및 제1보조전극(23)의 일측이 접하게 위치하며, 상기 좌, 우측 시료 투입공(42, 43)의 상측면에는, 상기 상부기판(30)의 시료 확인공(31) 및 통기공(32)이 접하게 위치하게, 상기 하부기판(20), 점착성 중간기판(40) 및, 상부기판(30)이 서로 밀착되어 적층구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

바이오센서 {The Biosensor}

본 발명은 바이오센서 혈당 측정기에 장착되어 주입된 혈액 시료의 혈당을 전기화학적 방법으로 측정하는 바이오센서에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 주입된 혈액시료를 좌, 우 양측으로 분리 형성된 유로를 통해 각각 분할 도입시키고, 상기 좌, 우 양측으로 나눠진 혈액시료를, 상기 좌, 우 분리형성된 유로에 대응하여 좌, 우 양측으로 대칭되게 분리 형성되는 박층전기화학셀로 각각 유입시켜, 좌, 우 양측 중 일측은 유입된 혈액시료의 혈당치를 측정하고, 타측은 유입된 혈액시료의 적혈구용적률 측정 등 일측에서 측정된 혈당치를 보다 정확한 값으로 보정해줄 수 있는 혈액시료의 물성치를 별개로 측정한 후, 일측에서 측정된 혈액시료의 혈당치를, 타측에서 측정된 혈액시료의 물성치 즉, 적혈구용적률의 측정치를 통해 오차 보정하여 보다 정확한 혈당치를 측정할 수 있도록 하는 바이오센서에 관한 것이다.

혈당이란, 혈액 속에 함유된 포도당을 의미하는 것으로, 생체는 자기의 생명유지를 위하여 내적 환경의 항상성을 유지하는데, 혈당 역시 간의 작용을 중심으로 한 각종 호르몬의 상호작용을 통하여 당의 소비와 공급의 균형을 맞추어 혈액 내에서 적절하게 유지되며, 세포 내 미트콘드리아 및 뇌의 에너지원으로 사용된다.

또한, 혈당이란, 혈액 100ml당 존재하는 포도당의 농도로서, 당뇨병 등의 확인에 이용되고 있으며, 당뇨병을 진단하고 예방하는데 있어서 혈액 내의 포도당의 양을 주기적으로 측정해야 할 필요성이 증대되고 있다. 이러한 혈당 측정은 손에 쥘 수 있는 휴대용 계측기를 이용하여 손쉽게 측정할 수 있으며, 구체적으로 각자가 스트립 형태의 바이오 센서를 사용하여 손쉽게 측정할 수 있다. 이러한 혈당 측정을 위한 바이오 센서의 작동원리는 비색방법 또는 전기화학적 방법에 기초하고 있다.

이 중, 전기화학적 방법은 하기에서 반응식 1에 의해 설명되며, 가장 큰 특지으로 전자전달매개체를 사용하는 것이다. 상기 전자전달매개체로는 페로센(ferrocene), 페로센 유도체;퀴논(quinones), 퀴논유도체;전이금속함유 유기 및 무기물(헥사아민 루테늄, 오스늄 함유 고분자, 포타슘 페리시아나이드 등); 및 유기 전도성 염(Organic conducting salt), 비오로겐(viologen)과 같은 전자전달 유기물 등을 사용한다.

[반응식 1]

(상기 식에서, GOx는 당산화효소(Glucose oxidase)를 나타내고, GOx-FAD 및

는 각각 당산화효소의 활성부위인 FAD(Flavin adenine dinucleotide)의 산화상태 및 환원상태를 나타낸다.)

상기 반응식 1에서 표현된 바와 같이, (1) 먼저 혈액 내의 포도당은 당산화효소의 촉매작용에 의해 글루콘산으로 산화되게 된다. 이때 당산화효소의 활성 부위인 FAD가 환원되어

로 된다. (2) 그 후 환원된

는 전자전달매개체와의 산화환원반응을 통하여

는 FAD로 산화되고, 전자전달매개체는 환원되게 된다. 이렇게 형성된 환원상태의 전자전달매개체는 전극표면까지 확산되는데, 이때 작동 전극표면에서 환원상태의 전자전달매개체의 산화전위를 인가하여 생성되는 전류를 측정하여 혈당의 동도를 측정하게 된다.

이와 같은 전기화학적 방법을 작동원리로 하는 바이오 센서를 전기화학적 바이오센서라 한다. 이러한 전기화학적 바이오센서는 종래의 비색 방법에 의한 바이오 센서와는 달리 산소에 의한 영향을 줄일 수 있고, 시료가 혼탁하더라도 시료를 별도 전처리 없이 사용가능하다는 장점을 갖는다.

이러한 전기화학적 바이오 센서는 혈당 양을 감시하고 제어하는 데 일반적으로 편리하게 사용되지만, 센서의 정확성은 혈액 시료에 존재하는 산화되기 쉬운 아스코르브산(ascorbic acid), 아세토아미노펜(acetaminophene) 및 요산(uric acid)과 같은 다양한 방해 종들에 의해 큰 영향을 받는다. 특히, 혈당 양 측정에 있어서, 심각한 오차는 적혈구용적률(혈액 내의 적혈구용적률의 비의 양)에 의해 유발되는데, 일회용 바이오 센서를 사용하여 그들의 혈당 수준을 규칙적으로 측정하는 사람들에게 적혈구용적률 수준에 큰 영향을 받는 바이오 센서는 그 측정 결과에 있어서 틀린 판단을 가져오게 되고, 이러한 결과로 인해 심지어는 사용하는 사람들의 생명에 대한 위험을 초래할 수 있다.

종래, 바이오 센서에서 이러한 적혈구용적률로부터 영향을 감소시키는 방법으로는 추가적으로 적혈구를 분리하거나; 시약층 위에 적혈구를 제거하는 층을 도포하는 방법; 규소충진물(silica filler)을 포함하여 스크린 인쇄가 가능한 시약·혈구분리 일체형 기능을 갖는 감응막을 사용하는 방법; 그리고, 적용전위를 두번 인가하여 나온 결과를 수학적으로 처리하는 방법과 같은 몇 가지 방법들이 제안되어 왔다.

그러나 상기 방법들은 그 제조과정에서 여분의 단계나 그 시약 계층을 인쇄하는데 있어서 시약의 큰 손실을 가져올 수 있으며, 작동 전극 위에 시약 혼합물을 간단히 도포하기에는 어려움이 있었다.

이에, 국내등록특허 제10-0698961호(발명의 명칭:'전기화학적 바이오센서')에서는 혈액 내의 적혈구용적률 차에 의한 의존 성향을 혈액 시료로부터 측정된 유동성 정보를 통해 오차 보정하도록 하고 있으나, 혈액 시료의 유동속도 측정을 위한 전기화학적 바이오 센서의 구성이 복잡하여 제조가 어렵고, 온도나 습도 등의 혈당 측정환경에 따라 혈액 시료의 유동속도 차이가 발생하여 정확한 혈당 측정이 어려운 문제점이 있으며, 특히, 전극 간을 이동하는 혈액 시료의 유동속도 측정을 위해 혈액 시료에 1차적으로 전압을 인가하고, 상기 1차 전압 인가로 전기적 변화를 거친 혈액 시료에 다시 2차적으로 전압을 인가하여 나타나는 정상 전류값을 통해 혈당치를 측정하게 되므로, 1차 전압 인가에 의해 혈액 시료가 미세하게 전기적으로 변질된 상태에서 다시 2차 전압을 인가하게 되어 정확한 혈당치를 측정하지 못하는 문제점이 있다.

등록특허 제10-0698961호(발명의 명칭:'전기화학적 바이오센서')

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 혈당치를 손쉽게 측정할 수 있도록 바이오센서로 구성함과 함께,

바이오센서로 주입되는 혈액시료를 좌, 우 양측으로 분리 형성된 유로 및 박층전기화학셀에 도입시켜 전압 인가에 따른 전기적 변화를 한번도 거치지 않은 원 혈액시료를 대상으로 혈당치 측정 및 적혈구용적률 측정을 동시 또는 순차적으로 측정할 수 있도록 하며, 보다 정확하게 적혈구용적률에 따른 혈당치 측정 오차를 보상할 수 있게 하여 혈액 시료의 정확한 혈당치를 측정할 수 있도록 한다.

상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 형태에서는, 전기화학적 바이오센서 혈당 측정기(100)에 장착되어 주입된 혈액 시료의 혈당을 전기화학적 방법으로 측정하는 바이오센서에 있어서, 평면 직사각형 절연기판의 상측면 길이방향 중심선을 기준으로, 일측에는, 제1작동전극(22)이 구비되고 상기 제1작동전극(22)과 소정거리 이격되게 제1보조전극(23)이 구비되며, 타측에는, 상기 길이방향 중심선을 대칭기준으로 소정거리 이격된 위치에서 상기 제1작동전극(22) 및 제1보조전극(23)과 서로 대칭되게, 제2작동전극(25) 및 제2보조전극(26)이 구비되고, 상기 평면 절연기판 상측면의 단부에는 바이오센서 확인전극(27)이 구비되는 하부기판(20); 평면 직사각형 절연기판의 일측에 통공되게 시료 확인공(31)이 구비되며, 상기 시료 확인공(31)은 상기 시료 확인공(31)의 길이방향 중심선을 대칭기준으로 좌, 우 서로 대칭되게 형성되고, 상기 시료 확인공(31)과 연통되게 통기공(32)이 구비되는 상부기판(30); 및 단부의 중앙부에는 길이방향을 따라 소정길이로 시료 투입공(41)이 구비되며, 상기 시료 투입공(41)의 중앙부에는 상기 시료 투입공(41)을 길이방향으로 좌, 우 대칭되게 분리시키는 소정길이의 나눔격벽부(44)가 형성되고, 상기 하부기판(20) 및 상부기판(30) 사이에 게재되는 점착성 중간기판(40);을 포함하여 구성되며, 상기 나눔격벽부(44)의 좌측에 위치하는 상기 좌측 시료 투입공(42)의 하측면에는, 상기 하부기판(20)의 제2작동전극(25) 및 제2보조전극(26)의 일측이 접하게 위치하고, 상기 나눔격벽부(44)의 우측에 위치하는 상기 우측 시료 투입공(43)의 하측면에는, 상기 하부기판(20)의 제1작동전극(22) 및 제1보조전극(23)의 일측이 접하게 위치하며, 상기 좌, 우측 시료 투입공(42, 43)의 상측면에는, 상기 상부기판(30)의 시료 확인공(31) 및 통기공(32)이 접하게 위치하게, 상기 하부기판(20), 점착성 중간기판(40) 및, 상부기판(30)이 서로 밀착되어 적층구비되는 것을 특징으로 하는 바이오센서(1)를 제공한다.

본 발명의 일 형태에 따른 바이오센서(1)에 있어서, 상기 제1작동전극(22) 및 제2작동전극(25) 중 어느 하나에는 당산화효소 및 전자전달매개체를 포함하는 제1반응시약층(50)을 도포시키고, 다른 하나에는 상기 당산화효소를 제외시키고 상기 전자전달 매개체를 포함하는 제2반응시약층(60)을 도포시킬 수 있으며,

바람직하게는, 상기 전자전달매개체로는 포타슘페로시아나이드 또는 염화헥사아민루세늄(III)으로 구성될 수 있고,

또한, 제1반응시약층(50)은, 지방산 및 4차 암모늄염을 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 바이오센서는, 혈당치를 일반 사용자도 손쉽게 측정할 수 있게 바이오센서로 구성됨과 아울러,

바이오센서로 주입되는 혈액시료를 좌, 우 양측으로 분리 형성된 유로 및 박층전기화학셀에 도입시켜 전압 인가에 따른 전기적 변화를 한번도 거치지 않은 원 혈액시료를 대상으로 혈당치 측정 및 적혈구용적률 측정을 동시 또는 순차적으로 측정할 수 있으며, 보다 정밀하게 적혈구용적률에 따른 혈당치 측정오차를 보상할 수 있어 혈액 시료의 정확한 혈당치를 측정할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오센서를 나타내는 분해 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 바이오센서를 나타내는 사시도;
도 3은 본 발명에 따른 바이오센서가 전기화학적 바이오센서 혈당 측정기에 장착된 것을 나타내는 평면도;
도 4는 본 발명에 따른 바이오센서 및 상기 바이오센서가 혈당 측정기에 장착된 경우, 혈당 측정기의 작동 알고리즘;
도 5a는 본 발명에 따른 바이오센서로 측정한 적혈구 주파수 응답의 보드선도(Bode Plot); 및,
도 5b는 본 발명에 따른 바이오센서로 측정한 적혈구 주파수 응답의 나이퀴스트선도(Nyquist Diagram);이다.

이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오센서를 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 바이오센서를 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 바이오센서가 전기화학적 바이오센서 혈당 측정기에 장착된 것을 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 바이오센서 및 상기 바이오센서가 혈당 측정기에 장착된 경우, 혈당 측정기의 작동 알고리즘이다.

또한, 도 5a는 본 발명에 따른 바이오센서로 측정한 적혈구 주파수 응답의 보드선도(Bode Plot)이고, 도 5b는 본 발명에 따른 바이오센서로 측정한 적혈구 주파수 응답의 나이퀴스트선도(Nyquist Diagram)이다.

본 발명에 따른 바이오센서(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게, 평면 직사각형 절연기판의 상측면에 좌, 우 대칭으로 각각 박층전기화학셀이 구비되는 하부기판(20)과, 평면 직사각형의 일측에 통공되게 시료 확인공(31)이 구비되는 상부기판(30) 및, 단부의 중앙부에 좌, 우 대칭되게 시료 투입공(41)이 구비되며 상기 하부기판(20)과 상부기판(30) 사이에 밀착 게재되는 점착성 중간기판(40)을, 포함하여 구성된다.

상기 하부기판(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 평면 직사각형 절연기판의 상측면 길이방향 중심선을 기준으로, 일측에는 제1작동전극(22)이 구비되고, 상기 제1작동전극(22)과 소정거리 이격된 위치에 제1보조전극(23)이 구비되며, 타측에는, 상기 길이방향 중심선을 대칭기준으로 소정거리 이격된 위치에서 상기 제1작동전극(22) 및 제1보조전극(23)과 서로 대칭되게, 제2작동전극(25) 및 제2보조전극(26)이 구비되고, 상기 평면 절연기판 상측면의 단부에는 바이오센서 확인전극(27)이 구비된다. 즉, 상기 하부기판(20)의 상측면에는 길이방향 중심선을 대칭기준으로 좌, 우측에 각각 제2작동전극(25) 및 제2보조전극(26)으로 구성되는 제2박층전기화학셀(24) 및, 제1작동전극(22) 및 제1보조전극(23)으로 구성되는 제1박층전기화학셀(21)이 소정거리 이격된 위치에서 서로 대칭되게 구비된다.

상기 상부기판(30)은, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 평면 직사각형 절연기판의 일측에 상, 하측면 통공되게 시료 확인공(31)이 구비되며, 상기 시료 확인공(31)은, 좌, 우 대칭되게 형성된 상기 제1박층전기화학셀(21) 및 제2박층전기화학셀(24)에 대응하여, 길이방향 중심선을 대칭기준으로 좌, 우 서로 대칭되게 형성되고, 상기 시료 확인공(31)과 연통되게 통기공(32)이 구비된다.

상기 점착성 중간기판(40)은, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 단부의 중앙부에는 길이방향을 따라 소정길이로 시료 투입공(41)이 구비되며, 상기 시료 투입공(41)의 중앙부에는, 상기 상부기판(30)에서 좌, 우 대칭되게 형성된 상기 제1박층전기화학셀(21) 및 제2박층전기화학셀(24)에 대응하여, 상기 시료 투입공(41)을 길이방향으로 좌, 우 시료 투입공(42, 43)으로 대칭되게 분할시키는 소정길이의 나눔격벽부(44)가 형성된다.

또한, 상기 점착성 중간기판(40)은, 상기 하부기판(20) 및 상부기판(30)의 사이에 게재되어 상기 하부기판(20)과 상부기판(30)을 통상 70 ~ 250μm로 소정간격 이격된 상태에서 서로 접착시켜주는 역할을 하는 중간기판(40)으로, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 나눔격벽부(44)의 좌측에 위치하는 상기 좌측 시료 투입공(42)의 하측면에는, 상기 하부기판(20)의 제2박층전기화학셀(24)을 구성하는 제2작동전극(25) 및 제2보조전극(26)의 일측의 상측면이 밀착되게 위치하고, 상기 나눔격벽부(44)의 우측에 위치하는 상기 우측 시료 투입공(43)의 하측면에는, 상기 하부기판(20)의 제1박층전기화학셀(21)을 구성하는 제1작동전극(22) 및 제1보조전극(23)의 일측의 상측면이 밀착되게 위치하며, 상기 좌, 우측 시료 투입공(42, 43)의 상측면에는 상기 상부기판(30)의 시료 확인공(31) 및 통기공(32)이 접하게 위치하게, 상기 하부기판(20), 점작성 중간기판(40) 및 상부기판(30)이 서로 밀착되어 적층구비되게 된다.

이와 같이, 상기 점착성 중간기판(40)은 상기 하부기판(20)과 상부기판(30) 사이에 위치하여 상기 하부기판(20)과 상부기판(30) 사이를 소정간격으로 유지시킴과 더불어, 상기 두기판을 접착시켜주는 역할을 하며, 상기 시료 투입공(41) 입구로 주입된 혈액 시료는 상기 나눔격벽부(44)를 통해 좌, 우 시료 투입공(42, 43)으로 각각 분할되어 유입되게 되며, 상기 좌, 우 시료 투입공(42, 43)으로 분할 유입된 혈액 시료는, 상기 좌, 우 시료 투입공(42, 43)에 대응하여 대칭되게 분리 형성된 상기 하부기판(20)의 제1박층전기화학셀(21) 및 제2박층전기화학셀(24)로 각각 도입되게 된다.

이와 같이 구성되는, 본 발명에 따른 바이오센서를 전기화학적 바이오센서 혈당 측정기(100)에 장착하여 혈당치를 측정하는 방법을 아래에서 좀 더 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명에 따른 바이오센서(1)를 혈당 측정기(100)에 삽입 장착시키면 혈당 측정기(100)는 동작을 시작함과 동시에 상기 하부기판(20)의 상측면 일단부에 구비되는 상기 바이오센서 확인전극(27)을 통해 측정준비를 완료하게 되며, 사용자는 혈당 측정기(100) 사용 현장에서 채취한 혈액시료를 상기 시료 투입공(41)에 투입하게 된다. 환자로부터 혈액 시료를 채취할 때의 고통을 최소화하면서 채혈하기 위한 시료의 바람직한 양은 0.3 ~ 0.7μl이며, 이들 시료가 전처리 과정없이 상기 스트립(1)의 시료 투입공(41)에 투입되게 된다.

상기 점착성 중간기판(40)의 시료 투입공(41)으로 투입된 혈액 시료는, 상기 시료 투입공(41)의 중앙부에 구비되는 나눔격벽부(44)를 통해 분할되어 상기 좌, 우 시료 투입공(42, 43)으로 유입되게 되며, 상기 좌, 우 시료 투입공(42, 43)으로 유입된 혈액 시료는 각각 제2박층전기화학셀(24) 및 제1박층전기화학셀(21)로 도입되게 된다.

바람직하게는, 상기 제1박층전기화학셀(21)을 구성하는 제1작동전극(22) 및 상기 제2박층전기화학셀(24)을 구성하는 제2작동전극(25) 중 어느 하나에는 당산화효소 및 전자전달매개체를 포함하는 제1반응시약층(50)을 도포시키고, 다른 하나에는 상기 제1반응시약층(50)에 포함되는 당산화효소를 제외시키고 상기 전자전달매개체만을 포함하는 제2반응시약층(60)을 도포시켜, 상기 두가지 박층전기화학셀 중 하나의 박층전기화학셀에서는 도입된 혈액 시료의 기질의 양을 측정하고, 나머지 하나의 박층전기화학셀에서는 도입된 혈액 시료의 적혈구 용적률을 측정하도록 하여 기질의 양을 측정함과 동시에, 적혈구용적률을 측정하여 상기 측정된 적혈구용절률에 따른 오차 보정을 할 수 있도록 한다.

일 실시예로, 상기 제1박층전기화학셀(21)을 구성하는 제1작동전극(22)에는 당산화효소 및 전자전달매개체를 포함하는 제1반응시약층(50)을 도포시키고, 상기 제2박층전기화학셀(24)을 구성하는 제2작동전극(25)에는 당산화효소를 제외시키고 전자전달매개체만을 포함하는 제2반응시약층(60)을 도포시켜 각각 도입된 혈액 시료의 기질의 양 및 적혈구용적률을 측정하게 된다.

일 실시예에서, 상기 바이오센서(1)가 혈당 측정기(100)에 장착될 시, 혈당 측정기(100)가 이를 감지하여 상기 제1작동전극(22)과 제1보조전극(23) 사이에 소정 전위값으로 전류를 통전시키게 되고, 상기 좌측 시료 투입공(42)을 통해 상기 제1박층전기화학셀(21)로 도입된 혈액 시료는, 제1반응시약층(50)의 당산화효소와 전자전달매개체에 의하여 생성된 산화, 환원 반응의 순환(cycling) 효과에 의해 수초 이내에 전류값이 정상상태(Steady State)에 도달하게 되며, 이때의 정상상태 전류값을 측정하게 된다. 상기 소정 전위값의 인가방법은 직류, 저주파 또는 고주파 교류, 고 임피던스 또는 다양한 형태의 펄스신호로 인가될 수 있다.

바람직하게는, 상기 전자전달매개체로는, 형식전위가 충분히 낮은 포타슘페로시아나이드 또는 염화헥사아민루세늄(III)으로 구성하여 혈액 시료 내의 아스코브산(ascorbic acid), 아세토아미노펜(acetaminophene) 및 도파민(dopamine)과 같은 다양한 방해 종들에 의한 영향을 최소화 시킬 수 있도록 하고,

또한, 상기 제1반응시약층(50)에 지방산 및 4차 암모늄염을 더 포함시켜 제1박층전기화할셀로 도입된 혈액 시료에 의해 상기 제1반응시약층(50)이 빠르게 용해되도록 함으로써, 적혈구용적률 차에 의한 의존성향을 감소시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 바이오센서(1)는, 상기 제1박층전기화학셀(21)로 도입된 혈액 시료의 정상상태 전류값을 측정함과 동시에, 상기 제2박층전기화학셀(24)로 도입된 혈액 시료의 정상상태 전류값도 측정하게 된다.

상기 우측 시료 투입공(43)을 통해 상기 제2박층전기화학셀(24)로 도입된 혈액 시료는, 상기 제1박층전기화학셀(21)에 포함되는 당산화효소를 제외시킨 전자전달매개체만을 포함하는 제2반응시약층(60)을 용해시키게 되고, 상기 제1박층전기화학셀(21)과 동일하게 상기 바이오센서(1)의 장착시, 혈당 측정기(100)를 통해 상기 제2작동전극(25)과 제2보조전극(26) 사이에 소정 전위값으로 전류가 통전되는 상태에서, 도입된 혈액 시료에 용해된 제2반응시약층(60)에 전류가 흐르게 되며, 통전되는 전류값이 정상상태에 도달될 때 측정된 정상상태 전류값을 통해 혈액 시료의 적혈구용적률을 측정하게 된다.

통상, 측정된 정상상태 전류값은, 각각의 측정시간 정보와 주파수 정보를 가지고 있으며, 혈당 측정기(100)의 메모리(도시되지는 않음) 내에 미리 입력 저장되어 정보를 처리하는 소프트웨어를 이용하여 정상상태 전류값들의 그래프가 내부적으로 도식화 되어 계산된다. 상기 메모리 내에 입력된 그래프 데이터를 통하여 최저점 및 최고점의 값, 평균값, 최저점 및 최고점의 시간, 최저점 및 최고점의 기울기 및 절편, 적분값, 미분값, 주파수 응답시간, 주파수 응답속도 및, 각도 등의 정보를 얻을 수 있으며, 이 정도들을 수식화하여 혈액 시료의 적혈구용적률을 측정할 수 있게 된다.

상기 제1박층전기화학셀(21)에 도입된 혈액 시료를 통해 측정된 정상상태 전류값을, 상기 제2박층전기화학셀(24)에 도입된 혈액 시료를 통해 측정된 정상상태 전류값에 의해 얻어진 적혈구용적률을 통해 적혈구용적률에 의한 오차를 보정하여 혈액 시료 내에 존재하는 기질의 양을 결정하며, 이를 혈당값으로 변환하여 혈당 측정기(100)의 표시창에 최종적으로 혈액 시료의 혈당값을 표시하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서(1)는, 혈당치를 일반 사용자도 손쉽게 측정할 수 있음과 함께, 바이오센서(1)로 주입되는 혈액시료를, 상기 나눔격벽부(44)에 의해 분리된 좌, 우측 시료 투입공(42, 43)을 통해, 상기 제1박층전기화학셀(21) 및 제2박층전기화학셀(24)에 각각 분할 도입시키게 되어 전위값 인가에 따른 전기적 변화를 한번도 거치지 않은 원 혈액 시료를 이용해 혈액 시료의 기질 양 및 적혈구용적률을 동시 또는 순차적으로 측정할 수 있어 보다 정밀하게 적혈구용적률에 따른 혈당치 측정오차를 보상할 수 있으며, 이에 따라 혈액 시료의 혈당치를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 여러 다른 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

1 : 바이오센서
20 : 하부기판 21 : 제1박층전기화학셀
22 : 제1작동전극 23 : 제1보조전극
24 : 제2박층전기화학셀 25 : 제2작동전극
26 : 제2보조전극 27 : 바이오센서 확인전극
30 : 상부기판 31 : 시료 확인공
32 : 통기공
40 : 점착성 중간기판 41 : 시료 투입공
42 : 좌측 시료 투입공 43 : 우측 시료 투입공
44 : 나눔격벽부
50 : 제1반응시약층 60 : 제2반응시약층
100 : 전기화학적 바이오센서 혈당 측정기

Claims

전기화학적 바이오센서 혈당 측정기(100)에 장착되어 혈액 시료에서 측정된 혈당치를, 상기 혈액 시료에서 별도 측정된 적혈구용적률로 보정하여, 상기 혈액 시료의 최종 혈당치를 전기화학적 방법으로 측정하는 바이오센서에 있어서,

평면 직사각형 절연기판의 상측면 길이방향 중심선을 기준으로, 일측에는, 제1작동전극(22)이 구비되고 상기 제1작동전극(22)과 소정거리 이격되게 제1보조전극(23)이 구비되며, 타측에는, 상기 길이방향 중심선을 대칭기준으로 소정거리 이격된 위치에서 상기 제1작동전극(22) 및 제1보조전극(23)과 서로 대칭되게, 제2작동전극(25) 및 제2보조전극(26)이 구비되고, 상기 평면 직사각형 절연기판 상측면의 단부에는 바이오센서 확인전극(27)이 구비되는 하부기판(20);
평면 직사각형 절연기판의 일측에 통공되게 시료 확인공(31)이 구비되며, 상기 시료 확인공(31)은 상기 시료 확인공(31)의 길이방향 중심선을 대칭기준으로 좌, 우 서로 대칭되게 형성되고, 상기 시료 확인공(31)과 연통되게 통기공(32)이 구비되는 상부기판(30); 및
단부의 중앙부에는 길이방향을 따라 소정길이로 시료 투입공(41)이 구비되며, 상기 시료 투입공(41)의 중앙부에는 상기 시료 투입공(41)을 길이방향으로 좌, 우 대칭되게 분리시키는 소정길이의 나눔격벽부(44)가 형성되고, 상기 하부기판(20) 및 상부기판(30) 사이에 게재되는 점착성 중간기판(40);을 포함하여 구성되며,

상기 나눔격벽부(44)의 좌측에 위치하는 좌측 시료 투입공(42)의 하측면에는, 상기 하부기판(20)의 제2작동전극(25) 및 제2보조전극(26)의 일측이 접하게 위치하고, 상기 나눔격벽부(44)의 우측에 위치하는 우측 시료 투입공(43)의 하측면에는, 상기 하부기판(20)의 제1작동전극(22) 및 제1보조전극(23)의 일측이 접하게 위치하며, 상기 좌, 우측 시료 투입공(42, 43)의 상측면에는, 상기 상부기판(30)의 시료 확인공(31) 및 통기공(32)이 접하게 위치하게, 상기 하부기판(20), 점착성 중간기판(40) 및, 상부기판(30)이 서로 밀착되어 적층구비되는 것을 특징으로 하는 바이오센서(1).
제1항에 있어서,
상기 제1작동전극(22) 및 제2작동전극(25) 중 어느 하나에는 당산화효소 및 전자전달매개체를 포함하는 제1반응시약층(50)을 도포시키고, 다른 하나에는 상기 당산화효소를 제외시키고 상기 전자전달 매개체를 포함하는 제2반응시약층(60)을 도포시키는 것을 특징으로 하는 바이오센서(1).
제2항에 있어서,
상기 전자전달매개체로는 포타슘페로시아나이드 또는 염화헥사아민루세늄(III)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서(1).
제2항에 있어서,
제1반응시약층(50)은,
지방산 및 4차 암모늄염을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오센서(1).