KR101884314B1 - Measuring apparatus of bio sensor for simultaneous analysis of hemoglobin and glycated hemoglobin and method thterof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오 센서 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 바이오 센서 측정 장치는 농도를 측정하고자 하는 대상 물질의 종류, 상기 대상물질의 농도 검출을 위한 인가전압의 전압 크기 및 상기 인가전압의 인가 시간을 포함하는 측정 조건 데이터를 입력받는 입력모듈, 하나의 상대 전극, 하나의 기준 전극 및 복수 개의 작업 전극을 포함하며, 상기 전압 크기 및 상기 인가 시간에 따라 상기 인가전압을 바이오 센서로 출력하고 상기 인가전압에 따른 상기 바이오 센서의 반응전류를 검출하는 전위 가변기, 상기 대상 물질의 종류에 따라 상기 하나의 상대 전극, 하나의 기준 전극 및 복수 개의 작업 전극에 각각 연결된 복수개의 스위치 중 적어도 하나를 단락시키거나 개방시키는 스위칭 모듈, 그리고 상기 측정 조건 데이터를 이용하여 상기 복수의 스위치의 온오프 및 상기 인가전압의 출력을 제어하며, 상기 반응전류에 따른 상기 대상 물질의 농도 측정 결과를 출력하는 마이크로 컨트롤러를 포함한다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 종래 사용해 오던 고성능 액체크로마토그래피(HPLC) 또는 임피던스 방법 등의 측정방법 대신 전류법을 사용함으로써, 혈액 시료 내의 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈의 농도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있다. The present invention relates to a biosensor measuring device and a method thereof, in which a biosensor measuring device measures a concentration of a target substance, a voltage magnitude of an applied voltage for detecting the concentration of the target substance, A reference electrode, and a plurality of working electrodes, and outputs the applied voltage to the biosensor in accordance with the voltage magnitude and the applied time, A plurality of switches connected to the one counter electrode, the one reference electrode, and the plurality of working electrodes according to the type of the target material; A switching module for opening said plurality of switching modules, And a microcontroller controlling the ON / OFF of the switch and the output of the applied voltage, and outputting the measurement result of the concentration of the target substance according to the reaction current. As described above, according to the present invention, the concentration method of hemoglobin and glycated hemoglobin in a blood sample can be measured quickly and accurately by using the current method instead of the conventional high performance liquid chromatography (HPLC) or the impedance method.
Description
본 발명은 헤모글로빈과 당화헤모글로빈의 동시 분석을 위한 바이오 센서 측정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혈액 시료로부터 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈의 농도를 동시에 검출하여 효과적으로 분석하기 위한 헤모글로빈과 당화헤모글로빈의 동시 분석을 위한 바이오 센서 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for measuring biosensor for simultaneous analysis of hemoglobin and glycosylated hemoglobin, and more particularly, to a method and apparatus for simultaneous detection of hemoglobin and glycosylated hemoglobin, And more particularly, to a biosensor measurement apparatus and method for analysis.
당뇨병은 체내에 흡수된 포도당을 제대로 사용하지 못하는 부적절한 탄수화물 대사로 인하여 발생하며, 혈액 내에 과다한 혈당을 가지게 되어 다양한 합병증을 유발할 수 있는 질환이다.Diabetes is caused by improper carbohydrate metabolism that does not use the glucose absorbed in the body, and it can cause various complications due to excessive blood sugar in the blood.
당뇨병을 진단하는 방법으로는 요당측정, 혈중 포도당 측정 등 여러 가지가 있지만, 요당측정은 신뢰할 수 없으며, 혈중 포도당은 식사, 운동 등 여러 요인의 영향을 받아 부정확하다. 따라서, 당뇨병을 관리하고 치료하기 위해서는, 3개월 간의 평균 혈당치가 중요시 되고 있으므로, 혈액 중 당화 헤모글로빈(HbA1c)을 측정하는 것이 효과적이다.There are many ways to diagnose diabetes such as urine glucose measurement and blood glucose measurement. However, urine glucose measurement is not reliable, and blood glucose is inaccurate due to various factors such as eating and exercise. Therefore, in order to manage and treat diabetes, it is effective to measure glycated hemoglobin (HbA1c) in the blood because the average blood glucose level for 3 months is important.
성인의 헤모글로빈은 97%의 헤모글로빈 A, 2.5%의 헤모글로빈 A2 및 0.5%의 헤모글로빈 F의 세 종류로 구성되어 있다. 이중 헤모글로빈 A는 141개의 아미노산을 가진 두 개의 알파체인과 146개의 아미노산을 가진 두 개의 베타체인으로 이루어진 네 개의 폴리펩타이드 구조이다. 헤모글로빈 A를 크로마토그래피법으로 분석해 보면 약 95%의 일반적인 헤모글로빈과 약 5 내지 6% 정도의 미량 당화 헤모글로빈으로 구성되며, 이들 당화 헤모글로빈을 통칭하여 헤모글로빈 A1라고 한다. 이러한, 헤모글로빈 A1의 80%는 베타사슬 N-말단의 발린 잔기에 포도당이 결합된 형태로 헤모글로빈 A1a, 헤모글로빈 A1b, 헤모글로빈 A1c 등이 알려져 있다.Adult hemoglobin consists of three types: hemoglobin A at 97%, hemoglobin A2 at 2.5%, and hemoglobin F at 0.5%. Double hemoglobin A is a four polypeptide structure consisting of two alpha chains with 141 amino acids and two beta chains with 146 amino acids. When analyzing hemoglobin A by chromatography, it is composed of about 95% of normal hemoglobin and about 5 to 6% of minute glycosylated hemoglobin, and these glycosylated hemoglobin is collectively referred to as hemoglobin A1. Such 80% of hemoglobin A1 is known to have hemoglobin A1a, hemoglobin A1b, hemoglobin A1c, etc. in a form in which glucose is bound to the valine residue at the N-terminal of the beta chain.
단백질의 아미노기에 당 잔기가 비효소적인 반응으로 결합하는 것을 당화 과정이라 하며, 이 반응은 매우 점진적인 비가역적인 반응이다. 당화 헤모글로빈은 헤모글로빈과 혈중 포도당의 결합에 의해 형성되고, 헤모글로빈과 당화 헤모글로빈의 비율은 적혈구와 혈중 포도당의 노출 정도에 의해 결정된다. 구체적으로, 당화 과정에서는 헤모글로빈 A의 발린 잔기에 포도당이 결합하여 헤모글로빈 A1c 전구물질을 형성하게 되며, 이는 재배열 반응을 통해 안정적인 케토아민 결합을 가진 헤모글로빈 A1c가 된다. 이때 혈액 내의 포도당 수치가 높아지면 포도당과 헤모글로빈의 접촉빈도가 높아지고, 당화 헤모글로빈의 비율도 증가하게 된다. 따라서 당화 헤모글로빈의 비율로써 혈액 내 포도당 수치의 정확한 정량이 가능하다. 또한, 적혈구의 수명은 60 내지 120일 정도이므로 비교적 긴 기간 동안 혈중 포도당 농도변화를 모니터링 할 수 있다.The glycosylation process is a very gradual irreversible reaction in which a sugar moiety binds to the amino group of a protein in a non-enzymatic reaction. The glycated hemoglobin is formed by the combination of hemoglobin and blood glucose, and the ratio of hemoglobin to glycated hemoglobin is determined by the degree of exposure of red blood cells and blood glucose. Specifically, in the glycation process, glucose binds to the valine residue of hemoglobin A to form a hemoglobin A1c precursor, which becomes a hemoglobin A1c having a stable ketoamine bond through rearrangement reaction. At this time, the higher the glucose level in the blood, the higher the frequency of contact between glucose and hemoglobin, and the higher the ratio of glycated hemoglobin. Therefore, accurate determination of glucose levels in the blood is possible with the ratio of glycated hemoglobin. In addition, since the lifespan of erythrocytes is about 60 to 120 days, the change in blood glucose concentration can be monitored for a relatively long period of time.
혈액 내의 당화 헤모글로빈을 측정하기 위한 다양한 측정법이 개발되어 왔다. 현재 상업적으로 응용되고 있는 방법으로는 이온교환 크로마토그래피법, 친화성 크로마토그래피법, 전기영동법, 복합착색법 등이 있다. 그러나, 이러한 방법들은 다량의 혈액 (정맥혈), 혈액의 전처리/분석을 위한 고가 장비들 (초고속 원심분리기, 고성능 액체 크로마토그래피) 및 분석을 위한 많은 시간이 요구된다. 당화 헤모글로빈의 측정은 통상 병원에서 전문 인력이 수행하는 방법으로 당뇨환자들이 주기적으로 병원을 방문해서 당화 헤모글로빈의 수치를 검사해야 하는 번거로움과 사회적 비용이 발생한다.Various methods for measuring glycated hemoglobin in blood have been developed. Currently commercially available methods include ion exchange chromatography, affinity chromatography, electrophoresis, and complex coloring. However, these methods require a great deal of time for a large amount of blood (venous blood), expensive equipment (ultra-high centrifuge, high performance liquid chromatography) for blood pretreatment / analysis and analysis. The measurement of glycated hemoglobin is usually performed by a specialist in the hospital, and the diabetic patients visit the hospital periodically to check the level of glycated hemoglobin and incur the hassle and social costs.
따라서, 상기 지적된 문제점을 극복하기 위해 전위차 분석법을 이용한 당화 헤모글로빈의 측정용 센서에 대한 개발이 진행 중에 있으나, 아직까지 전류법을 이용하여 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈을 높은 민감도로 검출하면서 동시 측정 검출 방법에 대해서는 전무한 상황이다.Accordingly, development of a sensor for measuring glycated hemoglobin using a potential difference analysis method is in progress to overcome the above-mentioned problem. However, a method of simultaneously detecting hemoglobin and glycated hemoglobin with high sensitivity using a current method However,
본 발명의 배경이 되는 기술은 등록특허 제10-0910982호(2009.08.05.공고)에 개시되어 있다.The technology that provides the background of the present invention is disclosed in Japanese Patent Application No. 10-0910982 (issued on Aug. 5, 2009).
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 혈액 시료로부터 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈의 농도를 동시에 검출하여 효과적으로 분석하기 위한 헤모글로빈과 당화헤모글로빈의 동시 분석을 위한 바이오 센서 측정 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a biosensor measuring device and method for simultaneous analysis of hemoglobin and glycosylated hemoglobin for simultaneously analyzing hemoglobin and glycosylated hemoglobin concentration from a blood sample.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 바이오 센서 측정 장치는 농도를 측정하고자 하는 대상 물질의 종류, 상기 대상물질의 농도 검출을 위한 인가전압의 전압 크기 및 상기 인가전압의 인가 시간을 포함하는 측정 조건 데이터를 입력받는 입력모듈, 하나의 상대 전극, 하나의 기준 전극 및 복수 개의 작업 전극을 포함하며, 상기 전압 크기 및 상기 인가 시간에 따라 상기 인가전압을 바이오 센서로 출력하고 상기 인가전압에 따른 상기 바이오 센서의 반응전류를 검출하는 전위 가변기, 상기 대상 물질의 종류에 따라 상기 하나의 상대 전극, 하나의 기준 전극 및 복수 개의 작업 전극에 각각 연결된 복수개의 스위치 중 적어도 하나를 단락시키거나 개방시키는 스위칭 모듈, 그리고 상기 측정 조건 데이터를 이용하여 상기 복수의 스위치의 온오프 및 상기 인가전압의 출력을 제어하며, 상기 반응전류에 따른 상기 대상 물질의 농도 측정 결과를 출력하는 마이크로 컨트롤러를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a biosensor measuring apparatus including a sensor for measuring a concentration of a target substance, a voltage magnitude of an applied voltage for detecting the concentration of the target substance, A reference electrode, and a plurality of working electrodes, and outputs the applied voltage to the biosensor in accordance with the voltage magnitude and the applied time, A plurality of switches connected to the one counter electrode, the one reference electrode, and the plurality of working electrodes according to the type of the target material; A switching module that opens said switching module, Controlling an on-off and output of the voltage applied to the switch and includes a micro-controller for outputting a measurement result of the concentration of the said substance in accordance with the reaction current.
상기 대상 물질은, 당화 헤모글로빈 및 헤모글로빈을 포함할 수 있다. The subject material may include glycated hemoglobin and hemoglobin.
상기 바이오 센서는, 당화 헤모글로빈 검출용 제1 센서 및 헤모글로빈 검출용 제2 센서를 포함하며, 상기 제1 센서는, 제1 센서 전극 표면 상에 코팅된 금나노입자층, 상기 금나노입자층 상에 전착된 전도성 고분자 층, 및 상기 전도성 고분자 층 상에 공유결합된 당화 헤모글로빈의 수용체와 유기전자전달 매개체를 포함하고, 상기 제2 센서는, 제2 센서 전극 표면 상에 전착된 전도성 고분자 복합층, 및 상기 전도성 고분자 복합층 상에 공유결합된 유기전자전달 매개체를 포함하며, 상기 전도성 고분자 복합층은 전도성 고분자와 전극 촉매 물질로 이루어진 것이고, 상기 제1센서와 제2센서를 대향하여 배치한 듀얼 타입의 센서로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. The biosensor includes a first sensor for detecting glycated hemoglobin and a second sensor for detecting hemoglobin, wherein the first sensor comprises: a gold nanoparticle layer coated on the surface of the first sensor electrode; a gold nanoparticle layer electrodeposited on the gold nanoparticle layer A conductive polymer layer, and a receptacle of glycated hemoglobin covalently bonded to the conductive polymer layer and an organic electron transport mediator, wherein the second sensor comprises a conductive polymer composite layer electrodeposited on the surface of the second sensor electrode, Wherein the conductive polymer composite layer comprises a conductive polymer and an electrode catalyst material, and the first sensor and the second sensor are disposed so as to face each other, And the like.
상기 복수 개의 작업 전극은, 당화 헤모글로빈의 농도를 측정하기 위한 제1 작업 전극 및 헤모글로빈의 농도를 측정하기 위한 제2 작업 전극을 포함하며, 상기 제1 작업 전극은, 상기 제1 작업 전극에 대응하는 스위치의 단락을 통해 상기 제1센서의 전극과 연결되며, 상기 제2 작업 전극은, 상기 제2 작업 전극에 대응하는 스위치의 단락을 통해 상기 제2 센서의 전극과 연결될 수 있다. Wherein the plurality of working electrodes include a first working electrode for measuring the concentration of glycated hemoglobin and a second working electrode for measuring the concentration of hemoglobin, The second working electrode is connected to the electrode of the second sensor through a short circuit of the switch corresponding to the second working electrode.
상기 전위 가변기는, 상기 반응전류를 전압값으로 변환하며 출력하며, 상기 제1 작업 전극을 통해 검출된 반응전류를 설정된 제1 증폭률에 따라 전압값으로 변환하도록 제1 저항값을 선택하는 제1 이득 설정부, 그리고 상기 제2 작업 전극을 통해 검출된 반응전류를 설정된 제2 증폭률에 따라 전압값으로 변환하도록 제2 저항값을 선택하는 제2 이득 설정부를 포함할 수 있다. Wherein the voltage converter converts the reaction current into a voltage value and outputs a first gain value to select a first resistance value to convert the reaction current detected through the first working electrode into a voltage value according to the first amplification factor set, And a second gain setting unit for selecting a second resistance value to convert the reaction current detected through the second working electrode into a voltage value according to the set second amplification factor.
상기 입력모듈은, 상기 반응전류의 전류 범위를 더 입력받으며, 상기 마이크로 컨트롤러는, 상기 반응전류의 전류 범위에 대응하는 제1 증폭률 또는 제2 증폭률을 설정할 수 있다. The input module further receives a current range of the reaction current, and the microcontroller can set a first amplification factor or a second amplification factor corresponding to the current range of the reaction current.
상기 바이오 센서는, 상기 스위칭 모듈과 연결된 커넥터를 통해 탈부착이 가능할 수 있다. The biosensor may be detachable through a connector connected to the switching module.
본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서 측정 방법은 바이오 센서 측정 장치를 이용한 바이오 센서 측정 방법에 있어서, 농도를 측정하고자 하는 대상물질의 종류, 상기 대상물질의 농도를 검출하기 위한 인가전압의 전압 크기, 상기 인가전압의 인가시간 및 상기 인가전압에 따른 상기 바이오 센서의 반응전류의 전류범위를 포함하는 측정 조건 데이터를 입력받는 단계, 상기 대상물질의 종류에 따라 상기 바이오 센서 측정 장치의 작업 전극을 선택하는 단계, 상기 반응전류의 전류범위에 대응하는 증폭률을 설정하는 단계, 상기 전압 크기 및 상기 인가 시간에 따라 상기 선택된 작업 전극을 통해 상기 바이오 센서로 인가전압을 인가하고, 인가전압에 따른 반응전류를 검출하는 단계, 상기 설정된 증폭률에 따라 상기 반응전류를 전압값으로 변환하는 단계, 그리고 상기 변환된 전압값을 출력하는 단계를 포함한다. A method of measuring a biosensor according to another embodiment of the present invention is a method of measuring a biosensor using a biosensor measuring apparatus, the method comprising: measuring a concentration of a target substance to be measured, Receiving the measurement condition data including the application time of the applied voltage and the current range of the reaction current of the biosensor in accordance with the applied voltage, selecting the working electrode of the biosensor measurement device according to the type of the target substance A step of setting an amplification factor corresponding to a current range of the reaction current, applying an applied voltage to the biosensor through the selected working electrode according to the voltage magnitude and the applied time, And converting the reaction current into a voltage value in accordance with the set amplification factor Step, and a step of outputting the converted voltage value.
이와 같이 본 발명에 따르면, 종래 사용해 오던 고성능 액체크로마토그래피(HPLC) 또는 임피던스 방법 등의 측정방법 대신 전류법을 사용함으로써, 혈액 시료 내의 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈의 농도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있고, 헤모글로빈과 당화 헤모글로빈의 분리단계를 거치지 않고 동시에 두 물질의 농도를 측정하여 그 비율을 구할 수 있어, 현장 즉시형의 일회용 전류식 분석방법으로 당뇨병을 효과적으로 진단할 수 있다. As described above, according to the present invention, the concentration method of hemoglobin and glycated hemoglobin in the blood sample can be measured quickly and accurately by using the current method instead of the conventional high performance liquid chromatography (HPLC) or the impedance method. The ratio of the two substances can be measured at the same time without performing the step of separating glycated hemoglobin. Thus, it is possible to effectively diagnose diabetes by the disposable current analysis method of on-the-spot type.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전위 가변기의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 방법의 순서도이다. 1 is a view for explaining a biosensor measurement system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a biosensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of a biosensor measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of a potentiometer according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a biosensor measurement method according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
우선, 도 1을 통해 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 장치를 이용한 바이오 센서 측정 시스템에 대해 살펴본다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다. First, a biosensor measurement system using a biosensor measurement apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 is a view for explaining a biosensor measurement system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 시스템은 사용자 단말(10), 바이오 센서(20) 및 바이오 센서 측정 장치(100)를 포함한다. 1, a biosensor measurement system according to an embodiment of the present invention includes a
본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 시스템에서, 사용자 단말(10)은 바이오 센서(20)로 측정하고자 하는 대상 물질의 종류 등을 포함하는 측정 조건 데이터를 바이오 센서 측정 장치(100)로 전송한다. In the biosensor measurement system according to the embodiment of the present invention, the
그러면, 바이오 센서 측정 장치(100)는 측정 조건 데이터에 따라 결합된 바이오 센서(20)로 대상 물질의 농도를 검출하기 위한 인가전압을 공급하고, 바이오 센서(20)는 인가전압에 따른 반응 물질의 반응 전류를 생성한다. Then, the
생성된 반응 전류는 다시 바이오 센서 측정 장치(100)로 입력되며, 바이오 센서 측정 장치(100)는 검출된 반응 전류를 전압값으로 변환하고 전압값에 대한 데이터를 사용자 단말(10)로 전송한다. The generated reaction current is input to the
그러면, 사용자 단말(10)은 전압값에 대한 데이터를 분석하여 대상 물질의 농도 등을 분석한 후 분석 데이터를 사용자에게 제공한다. Then, the
다음으로, 도 2 내지 도 4를 통해 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 시스템의 각 구성에 대해 구체적으로 살펴본다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 장치의 구성도이다. Next, the configuration of the biosensor measurement system according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 to FIG. FIG. 2 is a view for explaining a biosensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a configuration diagram of a biosensor measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
우선, 사용자 단말(10)은 컴퓨터, 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 스마트폰(smart phone) 등을 포함한다. First, the
사용자 단말(10)은 USB 포트와 같은 유선 통신 인터페이스를 통해 바이오 센서 측정 장치(100)와 연결되거나, LAN과 같은 무선 통신 인터페이스를 통해 바이오 센서 측정 장치(100)와 연결될 수 있으며, 유선 또는 무선 통신을 통해 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 장치(100)와 데이터를 송수신한다. The
이때, 사용자 단말(10)은 유선 또는 무선 통신 인터페이스를 통해 측정 조건 데이터나 검출된 반응 전류의 전압값에 대한 데이터를 송수신할 수 있을 뿐만 아니라, 바이오 센서 측정 장치(100)가 동작하기 위한 전력을 공급할 수도 있다. At this time, the
한편, 사용자 단말(10)의 측정 조건 데이터 입력 및 대상 물질의 농도 분석과 같은 기능은 바이오 센서 측정 장치(100)의 마이크로 컨트롤러에 결합될 수 있으며, 이 경우 사용자 단말(10)은 생략이 가능하다. Meanwhile, the functions such as the input of the measurement condition data of the
다음으로, 바이오 센서(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈의 농도를 동시에 측정하는 마이크로 플루이딕 듀얼 타입 센서로서, 커넥터를 통해 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 장치(100)와 연결된다. 2, the
구체적으로, 바이오 센서(20)는 당화 헤모글로빈 검출용 제1 센서 및 헤모글로빈 검출용 제2 센서를 포함한다. 우선, 제1 센서는, 제1 센서 전극 표면 상에 코팅된 금나노입자층, 금나노입자층 상에 전착된 전도성 고분자 층, 및 전도성 고분자 층 상에 공유결합된 당화 헤모글로빈의 수용체와 유기전자전달 매개체를 포함한다. Specifically, the
그리고, 제2 센서는, 제2 센서 전극 표면 상에 전착된 전도성 고분자 복합층, 및 전도성 고분자 복합층 상에 공유결합된 유기전자전달 매개체를 포함하며, 전도성 고분자 복합층은 전도성 고분자와 전극 촉매 물질로 이루어진다. The second sensor includes a conductive polymer composite layer electrodeposited on the surface of the second sensor electrode and an organic electron transport mediator covalently bonded on the conductive polymer composite layer. The conductive polymer composite layer includes a conductive polymer and an electrode catalyst material .
이때, 바이오 센서(20)는 제1 센서와 제2 센서를 대향하여 배치한 듀얼 타입의 센서로 형성된 것을 특징으로 한다.At this time, the
여기서, 제1 센서 전극 제2 센서 전극은 스크린 프린트 카본 전극을 사용할 수 있지만, 전기화학을 기반으로 하는 센서 역할을 할 수 있는 전극이라면 특별히 제한되는 것은 아니다.Here, the first sensor electrode and the second sensor electrode can use a screen print carbon electrode, but it is not particularly limited as long as it is an electrode capable of serving as a sensor based on electrochemistry.
그리고, 전도성 고분자는 p-2,2':5',5"-터티오펜-3'-p-벤조산(p-TTBA), p-5,2':5.2"-터티오펜-3'-카르복실산(p-TTCA) 및 p-2.5-디-(2-티에닐)-1H-피롤-P-벤조산(p-DTPBA)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The conductive polymer may be selected from the group consisting of p-2,2 ': 5', 5 "-tetiophen-3'-p-benzoic acid (p-TTBA), p-5,2 ' (P-TTCA) and p-2,5-di- (2-thienyl) -1H-pyrrole-P-benzoic acid (p-DTPBA).
그리고, 당화 헤모글로빈의 수용체는 보론산 유도체, 항체, 또는 압타머 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.And, the receptor of glycated hemoglobin may be any one selected from a boronic acid derivative, an antibody, and an aptamer, but is not limited thereto.
다음으로, 보론산 유도체는 당화 헤모글로빈과의 시스-다이올 결합에 의해 당화 헤모글로빈을 검출하는 당화 헤모글로빈의 수용체로서, 아미노-페닐보론산(APBA), 페닐 보로닉산(PBA), 티에닐 보로닉산(TBA) 및 메틸 보로닉산(MBA)로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, -B(OH)2 치환기를 가지는 것이라면 이에 제한되는 것은 아니다.Next, the boronic acid derivative is a receptor of glycated hemoglobin that detects glycated hemoglobin by cis-diol bonding with glycated hemoglobin. Examples of the receptor include glycated hemoglobin, amino-phenylboronic acid (APBA), phenylboronic acid (PBA), thienylboronic acid TBA) and methylboronic acid (MBA), and it is not limited as long as it has a -B (OH) 2 substituent.
그리고, 압타머(Aptamer)는 표적분자에 대해 특이적으로 결합하는 분자 인식 물질로서 항체와 비교할 때 표적분자에 대해 높은 친화성과 특이성을 가지기 때문에 유기전자전달 매개체와 복합체로 이루어져 당화 헤모글로빈에 특이적으로 결합할 수 있다. Aptamer is a molecule recognition substance that specifically binds to a target molecule. Since it has high affinity and specificity for a target molecule as compared to an antibody, it is composed of a complex with an organic electron transfer mediator, and thus is specific for glycated hemoglobin Can be combined.
구체적으로, 압타머는 서열목록 1로 표시되는 염기서열(5'-AAA CCT GGT GTC TGG TGG GGG GGG GGC AGG CGG CGA GGA TTG CGG CGC TGC TAC ACA AAC AGA AGG AA-3′')일 수 있다.Specifically, the aptamer may be the base sequence shown in Sequence Listing 1 (5'-AAA CCT GGT GTC TGG TGG GGG GGG GGC AGG CGG CGA GGA TTG CGG CGC TGC TAC ACA AAC AGA AGG AA-3 '').
다음으로, 유기전자전달 매개체는 메틸렌 블루(methylene blue, MB) 또는 톨루이딘 블루(toluidine blue O, TBO)일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Next, the organic electron transfer mediator may be, but is not limited to, methylene blue (MB) or toluidine blue O (TBO).
그리고, 유기전자전달 매개체는 항체 및 압타머와의 복합체를 형성하여 당화 헤모글로빈의 수용체로 사용할 수 있고, 유기전자전달 매개체 단독으로 전도성 고분자 복합층에 공유결합하여 제작된 센서는 혈액 시료중의 총 헤모글로빈을 검출 할 수 있다. 따라서, 제1 센서 및 제2 센서가 결합된 듀얼 타입의 센서를 기반으로 측정된 총 헤모글로빈과 당화 헤모글로빈의 분리단계를 거치지 않고 동시에 두 물질의 농도를 측정하여 총 헤모글로빈에 대한 당화 헤모글로빈의 비율을 검출할 수 있다.The organic electron transfer mediator can be used as a receptor for glycated hemoglobin by forming a complex with an antibody and an abtamer, and a sensor produced by covalently bonding to the conductive polymer composite layer by an organic electron transfer mediator alone can be used to measure total hemoglobin Can be detected. Therefore, the concentration of the two substances is measured at the same time without performing the step of separating total hemoglobin and glycosylated hemoglobin based on the dual type sensor in which the first sensor and the second sensor are combined, thereby detecting the ratio of glycated hemoglobin to total hemoglobin can do.
그리고, 전극 촉매 물질은 탄소나노튜브(CNT), 산화그래핀(GO), 산화그래핀 환원물(rGO) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The electrode catalyst material may be any one selected from the group consisting of carbon nanotube (CNT), oxidized graphene (GO), oxidized graphene reduced material (rGO), and mixtures thereof, but is not limited thereto.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 장치(100)에 대해 구체적으로 살펴본다. Next, a
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 장치(100)는 입력 모듈(110), 전위 가변기(120), 스위칭 모듈(130) 및 마이크로 컨트롤러(140)를 포함하며, 컨버터 모듈(150) 및 커넥터(160)를 더 포함할 수 있다. 3, the
우선, 입력 모듈(110)은 대상 물질의 농도를 측정하는데 이용되는 측정 조건 데이터를 입력받는다. 이때, 대상 물질은 당화 헤모글로빈 및 헤모글로빈을 포함한다. 그리고, 측정 조건 데이터는 농도를 측정하고자 하는 대상 물질의 종류, 대상물질의 농도 검출을 위한 인가전압의 전압 크기 및 인가전압의 인가 시간을 포함하며, 반응전류의 전류 범위를 더 포함할 수 있다. First, the
한편, 입력 모듈(110)은 USB/Serial 컨버터(111), 아이솔레이터(isolator, 112) 및 레귤레이터(regulator, 113)를 포함할 수 있다. Meanwhile, the
USB/Serial 컨버터(111)는 USB(Universal Serial Bus) 데이터 통신 신호를 USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter) 데이터 통신 신호로 변환한다. 즉, USB/Serial 컨버터(111)는 USB 데이터 통신 신호로 입력받은 측정 조건 데이터를 USART 데이터 통신 신호로 변환한다. The USB /
다음으로, 아이솔레이터(112)는 사용자 단말(10)로부터 통신 신호 및 전력을 공급 받을 때 입력될 수 있는 고주파 노이즈 신호를 차단한다. 그리고, 레귤레이터(113)는 사용자 단말(10)로부터 입력받은 전력을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 장치(100)의 동작에 요구되는 전원을 마이크로 컨트롤러(140)에 공급한다. Next, the isolator 112 blocks the high-frequency noise signal that can be input when the communication signal and the power are supplied from the
다음으로, 전위 가변기(120)는 전압 크기 및 인가 시간에 따라 인가전압을 바이오 센서(20)로 출력하거나 인가전압에 따른 바이오 센서(20)의 반응전류를 검출한다. Next, the
그리고, 전위 가변기(120)는 하나의 상대 전극(counter electrode), 하나의 기준 전극(reference electrode) 및 복수 개의 작업 전극(working electrode)을 포함한다.The
구체적으로, 복수 개의 작업 전극은 당화 헤모글로빈의 농도를 측정하기 위한 제1 작업 전극 및 헤모글로빈의 농도를 측정하기 위한 제2 작업 전극을 포함한다. 제1 작업 전극은 제1 작업 전극에 대응하는 스위치의 단락을 통해 제1센서의 전극과 연결되며, 제2 작업 전극은, 상기 제2 작업 전극에 대응하는 스위치의 단락을 통해 제2 센서의 전극과 연결된다. Specifically, the plurality of working electrodes include a first working electrode for measuring the concentration of glycated hemoglobin and a second working electrode for measuring the concentration of hemoglobin. The first working electrode is connected to the electrode of the first sensor through a short circuit of the switch corresponding to the first working electrode and the second working electrode is connected to the electrode of the second sensor through the short- Lt; / RTI >
그리고, 전위 가변기(120)는 반응전류를 전압값으로 변환하며 출력한다. 이때, 전위 가변기(120)는 제1 작업 전극을 포함하는 제1 전류-전압 변환 증폭기 및 제2 작업 전극을 포함하는 제2 전류-전압 변환 증폭기를 포함한다. Then, the electric
여기서, 제1 전류-전압 변환 증폭기는 제1 작업 전극을 통해 검출된 반응전류를 설정된 제1 증폭률에 따라 전압값으로 변환하도록 제1 저항값을 선택하는 제1 이득 설정부(127) 및 제2 작업 전극을 통해 검출된 반응전류를 설정된 제2 증폭률에 따라 전압값으로 변환하도록 제2 저항값을 선택하는 제2 이득 설정부(128)를 포함한다. 제1 이득 설정부(127) 및 제2 이득 설정부(128)는 아날로그 멀티플렉서(analog multiplexer)를 이용하여 저항값을 선택할 수 있다. Here, the first current-to-voltage conversion amplifier includes a first
다음으로, 스위칭 모듈(130)은 대상 물질의 종류에 따라 하나의 상대 전극, 하나의 기준 전극 및 복수 개의 작업 전극에 각각 연결된 복수개의 스위치 중 적어도 하나를 단락시키거나 개방시킨다. Next, the
예를 들어, 스위칭 모듈(130)은 대상 물질이 헤모글로빈인 경우 상대 전극, 기준 전극 및 제1 작업 전극을 단락시키고 제2 작업 전극을 개방시킨다. 반면, 스위칭 모듈(130)은 대상 물질이 당화 헤모글로빈인 경우 상대 전극, 기준 전극 및 제2 작업 전극을 단락시키고 제1 작업 전극을 개방시킨다. For example, the
한편, 스위칭 모듈(130)은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서(20) 측정 장치(100)가 대상 물질의 농도를 검출하지 않을 경우 모든 스위치를 개방시킬 수 있다. Meanwhile, the
다음으로, 마이크로 컨트롤러(140)는 측정 조건 데이터를 이용하여 복수의 스위치의 온오프 및 상기 인가전압의 출력을 제어한다. 구체적으로, 마이크로 컨트롤러(140)는 대상 물질의 종류에 따라 스위칭 모듈(130)이 특정 전극에 연결된 스위치 중 적어도 하나를 단락시키거나 개방시키도록 제어한다. 또한, 마이크로 컨트롤러(140)는 인가전압의 전압 크기 및 인가시간 정보에 따라 전위 가변기(120)가 바이오 센서(20)에 전압을 인가하도록 제어한다. Next, the
그러면, 마이크로 컨트롤러(140)는 반응전류에 따른 대상 물질의 농도 측정 결과를 출력한다. 한편, 마이크로 컨트롤러(140)는 반응전류의 전류 범위에 대응하는 제1 증폭률 또는 제2 증폭률을 설정한다. Then, the
다음으로, 컨버터 모듈(150)은 마이크로 컨트롤러(140)로부터 입력받는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 전위 가변기(120)로 전달하거나, 전위 가변기(120)로부터 입력받는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이크로 컨트롤러(140)로 전달하며, 디지털 아날로그 컨버터(digital-analog converter, 151) 및 아날로그 디지털 컨버터(analog-digital converter, 152)를 포함한다. The
구체적으로, 디지털 아날로그 컨버터(151)는 마이크로 컨트롤러(140)부터 입력받은 제어 신호를 아날로그 신호로 변환하여 전위 가변기(120)로 전달한다. 마이크로 컨트롤러(140)는 전위 가변기(120)가 바이오 센서(20)로 출력하는 인가전압을 제어하거나 전위 가변기(120)의 증폭률을 설정하기 위한 제어신호를 전위 가변기(120)로 송출하는데, 이때 송출되는 제어 신호는 디지털 신호이다. 하지만, 전위 가변기(120)는 아날로그 신호에 의해 제어될 수 있으므로, 디지털 아날로그 컨버터(151)는 디지털 제어 신호를 아날로그 제어 신호로 변환하여 전위 가변기(120)로 전달한다. Specifically, the digital-to-
그리고, 아날로그 디지털 컨버터(152)는 전위 가변기(120)로부터 반응전류를 전압값으로 변환한 출력 신호를 디지털 신호로 변환하여 마이크로 컨트롤러(140)로 전달한다. 이때, 출력 신호는 아날로그 신호이며 마이크로 컨트롤러(140)는 디지털 신호를 처리한다. The analog-to-
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 바이오 센서 측정 장치(100)와 결합되는 바이오 센서(20)는 듀얼 센서이므로, 디지털 아날로그 컨버터(151) 및 아날로그 디지털 컨버터(152)는 듀얼 채널의 컨버터일 수 있다. According to the embodiment of the present invention, since the
다음으로, 커넥터(160)는 바이오 센서(20)와 바이오 센서 측정기(100)를 연결한다. 예를 들어, 사용자는 커넥터(160)를 통해 바이오 센서 측정기(100)에 바이오 센서(20)를 탈부착시킬 수 있다. Next, the
다음으로, 도 4를 통해 본 발명의 실시예에 따른 전위 가변기의 회로 구성에 대해 살펴보도록 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전위 가변기의 회로도이다. Next, referring to FIG. 4, the circuit configuration of the electric potential varying device according to the embodiment of the present invention will be described. 4 is a circuit diagram of a potentiometer according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 전위 가변기(120)는 4개의 연산 증폭기(121 내지 124)를 포함한다. 우선, 제1 연산 증폭기(121)는 반전단자가 제3 저항(125)의 2단 및 제4 저항(126)의 1단에 연결되며, 비반전단자가 접지되고, 출력단자가 상대 전극(C)과 연결된다. 이때, 제3 저항(125)은 1단이 신호 접지(signal GND)에 연결된다. The
제2 연산 증폭기(122)는 반전단자가 출력단자와 연결되고, 비반전단자가 기준 전극(D)과 연결되며, 출력단자가 제4 저항(126)의 2단에 연결된다. The second
다음으로, 제3 연산 증폭기(123)는 비반전단자가 마이크로 컨트롤러(140)와 연결(A)되어 전압을 인가받으며, 반전단자가 제1 작업 전극(E) 및 제1 이득 설정부(127)의 2단과 연결되고, 출력단자가 아날로그 디지털 컨버터 및 제1 이득 설정부(127)의 1단과 연결된다. The third
다음으로, 제4 연산 증폭기(124)의 비반전단자는 마이크로 컨트롤러(140)와 연결(B)되어 전압을 인가받으며, 반전단자는 제2 작업 전극(F) 및 제2 이득 설정부(128)의 2단과 연결되고, 출력단자는 아날로그 디지털 컨버터 및 제2 이득 설정부(128)의 1단과 연결된다. The non-inverting terminal of the fourth
한편, 제3 연산 증폭기(123) 및 제1 이득 설정부(127)를 포함하는 회로는 제1 작업 전극(E)을 통해 검출되는 반응신호를 전압신호로 변환하는 제1 전류-전압 변환 증폭기 회로를 의미하며, 제4 연산 증폭기(124) 및 제2 이득 설정부(128)은 제2 작업 전극(F)을 통해 검출되는 반응신호를 전압신호로 변환하는 제2 전류-전압 변환 증폭기 회로를 의미한다. On the other hand, the circuit including the third
이때, 제1 이득 설정부(127) 및 제2 이득 설정부(128)는 아날로그 멀티플렉스를 통해 저항값을 선택할 수 있다. 구체적으로, 마이크로 컨트롤러(140)가 제1 증폭률 및 제2 증폭률을 설정하면, 제1 이득 설정부(127)는 아날로그 멀티플렉스를 이용하여 설정된 제1 증폭률에 대응하는 제1 저항값을 선택하고, 제2 이득 설정부(128)는 아날로그 멀티플렉스를 이용하여 설정된 제2 증폭률에 대응하는 제2 저항값을 선택한다. At this time, the first
이하에서는 도 5를 통해 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 장치를 이용한 바이오 센서 측정 방법에 대해 살펴보도록 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 측정 방법의 순서도이다. Hereinafter, a biosensor measuring method using the biosensor measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 is a flowchart of a biosensor measurement method according to an embodiment of the present invention.
우선, 입력 모듈(110)은 농도를 측정하고자 하는 대상물질의 종류, 상기 대상물질의 농도를 검출하기 위한 인가전압의 전압 크기, 인가전압의 인가시간 및 인가전압에 따른 바이오 센서(20)의 반응전류의 전류범위를 포함하는 측정 조건 데이터를 입력받는다(S510). First, the
그러면, 마이크로 컨트롤러(140)는 대상물질의 종류에 따라 바이오 센서(20) 측정 장치(100)의 작업 전극을 선택한다(S520). 예를 들어, 마이크로 컨트롤러(140)는 대상 물질의 종류가 헤모글로빈인 경우 헤모글로빈의 농도를 검출하기 위한 제1 작업 전극의 스위치를 단락시킴으로써 작업 전극을 선택할 수 있다. Then, the
그리고, 마이크로 컨트롤러(140)는 반응전류의 전류범위에 대응하는 증폭률을 설정한다(S530). 반응전류의 전류범위란 인가전압에 따라 바이오 센서(20)가 반응함으로써 생성되는 전류의 크기 범위를 의미한다. 예를 들어, 마이크로 컨트롤러(140)에 제1 내지 제4 전류범위와 이에 대응하는 증폭률이 기 저장되어 있을 수 있으며, 마이크로 컨트롤러(140)는 입력받은 반응전류의 전류범위와 기 저장된 제1 내지 제4 전류 범위를 비교한 후, 대응하는 증폭률에 따라 전위 가변기(120)의 증폭률을 설정한다. Then, the
다음으로, 전위 가변기(120)는 제1 전압값을 가지는 제1 인가전압을 제1 시간 동안 선택된 작업 전극을 통해 바이오 센서(20)로 인가한다(S540). Next, the
그리고, 전위 가변기(120)는 제2 전압값을 가지는 제2 인가전압을 제2 시간 동안 상기 선택된 작업 전극을 통해 바이오 센서(20)로 인가한다(S550). The
예를 들어, 선택된 작업 전극이 제1 작업 전극인 경우, 전위 가변기(120)는 4V의 제1 전압값을 제1 시간(10초)동안 제1 작업 전극을 통해 바이오 센서(20)로 인가한 후, 3V의 제2 전압값을 제2 시간(20초)동안 제1 작업 전극을 통해 바이오 센서(20)로 인가할 수 있다. For example, when the selected working electrode is the first working electrode, the
그러면, 전위 가변기(120)는 제2 인가전압에 따른 반응전류를 검출한다(S560).Then, the
그리고, 전위 가변기(120)는 설정된 증폭률에 따라 반응전류를 전압값으로 변환한다(S570).The
그러면, 마이크로 컨트롤러(140)는 변환된 전압값을 출력한다(S580). 이때, 마이크로 컨트롤러(140)는 필터링 작업을 통해 전압값의 노이즈를 제거할 수 있으며, 노이즈가 제거된 전압값은 입력 모듈(110)을 통해 사용자 단말(10)로 전송된다. Then, the
본 발명은, 종래 사용해 오던 고성능 액체크로마토그래피(HPLC) 또는 임피던스 방법 등의 측정방법 대신 전류법을 사용함으로써, 혈액 시료 내의 헤모글로빈 및 당화 헤모글로빈의 농도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있고, 헤모글로빈과 당화 헤모글로빈의 분리단계를 거치지 않고 동시에 두 물질의 농도를 측정하여 그 비율을 구할 수 있어, 현장 즉시형의 일회용 전류식 분석방법으로 당뇨병을 효과적으로 진단할 수 있다.The present invention can quickly and accurately measure the concentrations of hemoglobin and glycosylated hemoglobin in a blood sample by using a current method in place of a measurement method such as a high performance liquid chromatography (HPLC) or an impedance method which has been conventionally used and the measurement of hemoglobin and glycosylated hemoglobin The concentration of both substances can be measured at the same time without going through the separation step, and the ratio can be obtained. Thus, it is possible to effectively diagnose diabetes by the disposable current analysis method of on-the-spot type.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10 : 사용자 단말 20 : 바이오 센서
100 : 바이오 센서 측정 장치 110 : 입력 모듈
111 : USB/Serial 컨버터 112 : 아이솔레이터
113 : 레귤레이터 120 : 전위 가변기
121 : 제1 연산 증폭기 122 : 제2 연산 증폭기
123 : 제3 연산 증폭기 124 : 제4 연산 증폭기
125 : 제3 저항 126 : 제4 저항
127 : 제1 이득 설정부 128 : 제2 이득 설정부
130 : 스위칭 모듈 140 : 마이크로 컨트롤러
150 : 컨버터 모듈 151 : 디지털 아날로그 컨버터
152 : 아날로그 디지털 컨버터 160 : 커넥터
10: user terminal 20: biosensor
100: Biosensor measuring device 110: Input module
111: USB / Serial converter 112: Isolator
113: Regulator 120: Potentiometer
121: first operational amplifier 122: second operational amplifier
123: third operational amplifier 124: fourth operational amplifier
125: third resistor 126: fourth resistor
127: first gain setting unit 128: second gain setting unit
130: switching module 140: microcontroller
150: converter module 151: digital-to-analog converter
152: Analogue digital converter 160: Connector
Claims (10)
하나의 상대 전극, 하나의 기준 전극 및 복수 개의 작업 전극을 포함하며, 상기 전압 크기 및 상기 인가 시간에 따라 상기 인가전압을 바이오 센서로 출력하고 상기 인가전압에 따른 상기 바이오 센서의 반응전류를 검출하는 전위 가변기,
상기 대상 물질의 종류에 따라 상기 하나의 상대 전극, 하나의 기준 전극 및 복수 개의 작업 전극에 각각 연결된 복수개의 스위치 중 적어도 하나를 단락시키거나 개방시키는 스위칭 모듈, 그리고
상기 측정 조건 데이터를 이용하여 상기 복수의 스위치의 온오프 및 상기 인가전압의 출력을 제어하며, 상기 반응전류에 따른 상기 대상 물질의 농도 측정 결과를 출력하는 마이크로 컨트롤러를 포함하며,
상기 바이오 센서는 당화 헤모글로빈 검출용 제1 센서 및 헤모글로빈 검출용 제2 센서를 포함하며,
상기 제1 센서는,
제1 센서 전극 표면 상에 코팅된 금나노입자층, 상기 금나노입자층 상에 전착된 전도성 고분자 층, 및 상기 전도성 고분자 층 상에 공유결합된 당화 헤모글로빈의 수용체와 유기전자전달 매개체를 포함하고,
상기 제2 센서는,
제2 센서 전극 표면 상에 전착되며 전도성 고분자와 전극 촉매 물질로 이루어진 전도성 고분자 복합층, 및 상기 전도성 고분자 복합층 상에 공유결합된 유기전자전달 매개체를 포함하는 바이오 센서 측정 장치. An input module for receiving measurement condition data including a kind of a target substance to be measured, a voltage magnitude of an applied voltage for detecting the concentration of the target substance, and an application time of the applied voltage,
The method of claim 1, further comprising the steps of: outputting the applied voltage to the biosensor in accordance with the voltage magnitude and the applied time; and detecting a reaction current of the biosensor according to the applied voltage Potential shifter,
A switching module for shorting or opening at least one of the plurality of switches connected to the one counter electrode, the one reference electrode, and the plurality of working electrodes according to the type of the target material;
And a microcontroller for controlling the ON / OFF of the plurality of switches and the output of the applied voltage by using the measurement condition data, and outputting a result of measuring the concentration of the target substance according to the reaction current,
Wherein the biosensor includes a first sensor for detecting glycated hemoglobin and a second sensor for detecting hemoglobin,
Wherein the first sensor comprises:
A gold nanoparticle layer coated on the surface of the first sensor electrode, a conductive polymer layer electrodeposited on the gold nanoparticle layer, and a receptor of glycated hemoglobin covalently bonded on the conductive polymer layer and an organic electron transport mediator,
Wherein the second sensor comprises:
A conductive polymer composite layer formed on the surface of the second sensor electrode, the conductive polymer composite layer comprising a conductive polymer and an electrode catalyst material; and an organic electron transport mediator covalently bonded on the conductive polymer composite layer.
상기 바이오 센서는,
상기 제1 센서와 제2 센서를 대향하여 배치한 듀얼 타입의 센서로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 센서 측정 장치. The method according to claim 1,
The biosensor includes:
And a dual type sensor in which the first sensor and the second sensor are disposed to face each other.
상기 복수 개의 작업 전극은,
당화 헤모글로빈의 농도를 측정하기 위한 제1 작업 전극 및 헤모글로빈의 농도를 측정하기 위한 제2 작업 전극을 포함하며,
상기 제1 작업 전극은,
상기 제1 작업 전극에 대응하는 스위치의 단락을 통해 상기 제1 센서의 전극과 연결되며,
상기 제2 작업 전극은,
상기 제2 작업 전극에 대응하는 스위치의 단락을 통해 상기 제2 센서의 전극과 연결되는 바이오 센서 측정 장치. The method of claim 3,
Wherein the plurality of working electrodes comprise:
A first working electrode for measuring the concentration of glycated hemoglobin and a second working electrode for measuring the concentration of hemoglobin,
Wherein the first working electrode comprises:
The first electrode of the first sensor is connected to the electrode of the first sensor through a short circuit of the switch corresponding to the first working electrode,
Wherein the second working electrode comprises:
And is connected to an electrode of the second sensor through a short circuit of a switch corresponding to the second working electrode.
상기 전위 가변기는,
상기 반응전류를 전압값으로 변환하며 출력하며,
상기 제1 작업 전극을 통해 검출된 반응전류를 설정된 제1 증폭률에 따라 전압값으로 변환하도록 제1 저항값을 선택하는 제1 이득 설정부, 그리고
상기 제2 작업 전극을 통해 검출된 반응전류를 설정된 제2 증폭률에 따라 전압값으로 변환하도록 제2 저항값을 선택하는 제2 이득 설정부를 포함하는 바이오 센서 측정 장치.5. The method of claim 4,
The potential-
Converts the reaction current into a voltage value and outputs it,
A first gain setting unit for selecting a first resistance value to convert the reaction current detected through the first working electrode into a voltage value according to the set first amplification factor,
And a second gain setting unit for selecting a second resistance value to convert the reaction current detected through the second working electrode into a voltage value according to the set second amplification factor.
상기 입력모듈은,
상기 반응전류의 전류 범위를 더 입력받으며,
상기 마이크로 컨트롤러는,
상기 반응전류의 전류 범위에 대응하는 제1 증폭률 또는 제2 증폭률을 설정하는 바이오 센서 측정 장치. 6. The method of claim 5,
Wherein the input module comprises:
Further receiving a current range of the reaction current,
The microcontroller includes:
And sets the first amplification factor or the second amplification factor corresponding to the current range of the reaction current.
상기 바이오 센서는,
상기 스위칭 모듈과 연결된 커넥터를 통해 탈부착이 가능한 바이오 센서 측정 장치. The method according to claim 1,
The biosensor includes:
And a connector connected to the switching module.
농도를 측정하고자 하는 대상물질의 종류, 상기 대상물질의 농도를 검출하기 위한 인가전압의 전압 크기, 상기 인가전압의 인가시간 및 상기 인가전압에 따른 상기 바이오 센서의 반응전류의 전류범위를 포함하는 측정 조건 데이터를 입력받는 단계,
상기 대상물질의 종류에 따라 상기 바이오 센서 측정 장치의 작업 전극을 선택하는 단계,
상기 반응전류의 전류범위에 대응하는 증폭률을 설정하는 단계,
상기 전압 크기 및 상기 인가 시간에 따라 상기 선택된 작업 전극을 통해 상기 바이오 센서로 인가전압을 인가하고, 인가전압에 따른 반응전류를 검출하는 단계,
상기 설정된 증폭률에 따라 상기 반응전류를 전압값으로 변환하는 단계, 그리고
상기 변환된 전압값을 출력하는 단계를 포함하며,
상기 바이오 센서는 당화 헤모글로빈 검출용 제1 센서 및 헤모글로빈 검출용 제2 센서를 포함하며,
상기 제1 센서는,
제1 센서 전극 표면 상에 코팅된 금나노입자층, 상기 금나노입자층 상에 전착된 전도성 고분자 층, 및 상기 전도성 고분자 층 상에 공유결합된 당화 헤모글로빈의 수용체와 유기전자전달 매개체를 포함하고,
상기 제2 센서는,
제2 센서 전극 표면 상에 전착되며 전도성 고분자와 전극 촉매 물질로 이루어진 전도성 고분자 복합층, 및 상기 전도성 고분자 복합층 상에 공유결합된 유기전자전달 매개체를 포함하는 바이오 센서 측정 방법. A biosensor measuring method using a biosensor measuring device,
A measurement including a current range of the reaction current of the biosensor in accordance with the type of the target substance to be measured, the voltage magnitude of the applied voltage for detecting the concentration of the target substance, the application time of the applied voltage, Receiving condition data,
Selecting a working electrode of the biosensor measuring device according to the type of the target material,
Setting an amplification factor corresponding to a current range of the reaction current,
Applying an applied voltage to the biosensor through the selected working electrode according to the voltage magnitude and the applied time and detecting a reaction current according to the applied voltage,
Converting the reaction current into a voltage value according to the set amplification rate, and
And outputting the converted voltage value,
Wherein the biosensor includes a first sensor for detecting glycated hemoglobin and a second sensor for detecting hemoglobin,
Wherein the first sensor comprises:
A gold nanoparticle layer coated on the surface of the first sensor electrode, a conductive polymer layer electrodeposited on the gold nanoparticle layer, and a receptor of glycated hemoglobin covalently bonded on the conductive polymer layer and an organic electron transport mediator,
Wherein the second sensor comprises:
A conductive polymer composite layer formed on the surface of the second sensor electrode, the conductive polymer composite layer comprising a conductive polymer and an electrode catalyst material; and an organic electron transport mediator covalently bonded on the conductive polymer composite layer.
상기 반응전류를 검출하는 단계는,
제1 전압값을 가지는 제1 인가전압을 제1 시간 동안 상기 선택된 작업 전극을 통해 상기 바이오 센서로 인가하는 단계,
제2 전압값을 가지는 제2 인가전압을 제2 시간 동안 상기 선택된 작업 전극을 통해 상기 바이오 센서로 인가하는 단계, 그리고
상기 제2 인가전압에 따른 반응전류를 검출하는 단계를 포함하는 바이오 센서 측정 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of detecting the reaction current comprises:
Applying a first applied voltage having a first voltage value to the biosensor via the selected working electrode for a first time,
Applying a second applied voltage having a second voltage value to the biosensor through the selected working electrode for a second time, and
And detecting a reaction current according to the second applied voltage.
상기 바이오 센서는,
상기 제1 센서와 제2 센서를 대향하여 배치한 듀얼 타입의 센서로 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 센서 측정 방법. 9. The method of claim 8,
The biosensor includes:
Wherein the first sensor and the second sensor are arranged to face each other.
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