KR102306969B1 - 공명기를 이용한 혈당 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

공명기를 이용한 혈당 측정 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 측정 장치는, 관에 측면 분기로 부착되며, 시험 용액 및 고정 유체(fixed fluid)로 채워지는 공명기를 포함하고, 상기 공명기의 상기 시험 용액 내 분석물의 밀도, 음속, 진동 및 공진 특성 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 분석물의 농도를 측정할 수 있다.

Description

공명기를 이용한 혈당 측정 장치{BLOOD GLUCOSE MEASURING DEVICE USING RESONATOR}
아래의 실시예들은 공명기(resonator)를 이용하여 혈당을 측정하는 방법과 장치에 관한 것이다.
일반적인 혈당 측정 장치는 환자로부터 혈액을 채취하여 혈당을 측정하는 채혈 혈당 측정 장치가 있다. 이 중 채혈 혈당 측정 장치는 약국에서 간편하게 시험지를 구입할 수 있고 채혈을 통하여 혈당을 측정할 수 있는 기구로서 일반인도 가정에서 손쉽게 혈당량을 확인함으로써 당뇨를 관리할 수 있는 기구이다.
그러나 채혈 혈당 측정 장치는 혈당 측정 시 매번 채혈을 해야 하고, 채혈 부위의 감염을 막기 위한 추가적인 소독이 필요하며, 채혈 시 바늘을 사용해야만 한다는 점에서 통증과 위생상의 문제가 수반된다.
한국등록특허 10-1953293호는 이러한 전자기파 및 멀티 캐비티 공진을 이용한 글루코스 농도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 복수의 멀티 캐비티 공진을 이용하여 비-침습(non-invasive) 방식으로 글루코스 농도를 측정하는 글루코스 농도 측정 장치 및 그 방법에 관한 기술을 기재하고 있다.
이러한 종래의 혈당 측정 장치는 공동(cavity)형 공진기의 내부를 시험 용액으로 가득 채우게 되며, 전자기 신호를 활용하여 GHz 단위의 높은 주파수의 전자파의 반사율을 이용하여 혈당의 농도를 측정할 수 있다. 그러나 공동형 공진기는 본질적으로 내부가 가득 찬 상태에서 전자파의 반사도를 측정하며, 유전율을 계산하고 그로부터 혈당을 역산한다. 따라서 전자파 대역의 수 GHz 단위의 매우 높은 주파수의 센서 및 연산장치를 필요로 한다.
한국등록특허 10-1953293호
L Zhao, Y Hu, R Hebibul, Y Xia, L Huang, Y Zha, Z Jiang, "Density measurement sensitivity of micro-cantilevers influenced by shape dimensions and operation modes", Sensors and Actuators B: Chemical Volume 245, June 2017, Pages 574-582.
Figure 112020020073020-pat00001
F Payam, W Trewby, K Votchovsky, "Simultaneous viscosity and density measurement of small volumes of liquids using a vibrating microcantilever", Analyst, 2017,142, 1492-1498.
실시예들은 공명기를 이용한 혈당 측정 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 기계적 공진을 활용하여 간접적인 방법으로 혈액 등 시험 용액에 용해된 혈당 등 분석물의 농도를 측정하기 위한 것으로, 현존하는 외팔보형 농도 센서의 제작 난이도 및 고주파 공진 모드 측정과 같은 공학적 한계를 극복할 수 있는 기술을 제공한다.
또한, 실시예들은 공명기를 이용한 혈당 측정 장치의 인간 혈당 농도 범위에서의 적용이 가능한지 실험적으로 확인할 수 있다.
일 실시예에 따른 측정 장치는, 관에 측면 분기로 부착되며, 시험 용액 및 고정 유체(fixed fluid)로 채워지는 공명기를 포함하고, 상기 공명기의 상기 시험 용액 내 분석물의 밀도, 음속, 진동 및 공진 특성 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 분석물의 농도를 측정할 수 있다.
상기 공명기는, 상기 분석물의 농도를 측정하고자 하는 상기 시험 용액으로 채워지는 공동(cavity)부; 및 상기 공동부와 연결된 부분에 상기 시험 용액이 적어도 일부 채워지고, 나머지 부분은 상기 고정 유체로 채워지는 목(neck)부를 포함할 수 있다.
상기 공명기는, 상기 시험 용액으로 혈액을 사용하여 혈당의 농도를 측정할 수 있다.
관; 상기 관의 일측에 구성되어 음향 신호를 발생시키는 음원; 상기 관의 타측에 구성되며, 무반사 조건을 위해 구성되는 흡음재; 및 상기 관에 적어도 하나 이상 구성되어 음압 신호를 측정하는 음압 센서를 포함할 수 있다.
상기 음압 센서는, 상기 공명기의 전후에 복수 개 구성되어 입사 음압과 반사 음압을 측정할 수 있다.
상기 음향 신호를 발생 및 증폭시켜 상기 음원으로 전달하는 신호 생성기 및 파워 증폭기; 및 측정된 상기 음압 신호로부터 전달 손실의 스펙트럼을 계산하는 신호 수집기 및 신호 처리부를 더 포함하고, 상기 전달 손실의 스펙트럼을 통해 공진 주파수를 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여, 상기 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출할 수 있다.
상기 진동 및 공진 특성의 정확한 측정을 위하여 온도 또는 무게의 변화를 감지하는 센서를 더 포함하고, 상기 센서의 측정 값을 통해 상기 시험 용액 내 분석물의 음속과 밀도를 계산하는 식을 보정하여 상기 진동 및 공진 특성의 정확도를 보정할 수 있다.
상기 음압 신호로부터 전달 손실의 스펙트럼을 계산하여, 피크의 위치와 크기, 첨예도(sharpness) 및 파형을 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여 상기 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출할 수 있다.
다른 실시예에 따른 측정 방법은, 관에 측면 분기로 부착된 공명기에 시험 용액 및 고정 유체(fixed fluid)를 채우는 단계; 및 상기 공명기의 상기 시험 용액 내 분석물의 밀도, 음속, 진동 및 공진 특성 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 분석물의 농도를 측정하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 공명기는, 상기 분석물의 농도를 측정하고자 하는 상기 시험 용액으로 채워지는 공동(cavity)부; 및 상기 공동부와 연결된 부분에 상기 시험 용액이 적어도 일부 채워지고, 나머지 부분은 상기 고정 유체로 채워지는 목(neck)부를 포함할 수 있다.
상기 분석물의 농도를 측정하는 단계는, 상기 공명기에 채워지는 상기 시험 용액으로 혈액을 사용하여 혈당의 농도를 측정할 수 있다.
상기 분석물의 농도를 측정하기 위해, 상기 관의 일측에 구성된 음원을 통해 음향 신호를 발생시키는 단계; 및 상기 관에 적어도 하나 이상 구성된 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 관의 일측에 구성된 음원을 통해 음향 신호를 발생시키는 단계는, 신호 생성기 및 파워 증폭기를 이용하여 음향 신호를 발생 및 증폭시켜 상기 음원으로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정하는 단계는, 신호 수집기 및 신호 처리부에서 측정된 상기 음압 신호로부터 전달 손실의 스펙트럼을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정하는 단계는, 상기 전달 손실의 스펙트럼을 통해 공진 주파수를 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여, 상기 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정하는 단계는, 상기 전달 손실의 스펙트럼을 통해 피크의 위치와 크기, 첨예도(sharpness) 및 파형을 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여, 상기 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면 공명기의 공동(cavity)에서의 음향 공진 현상이 공동의 형상과 내부 유체의 물성에 크게 영향을 받는 것을 이용하여, 기존의 기계적 공진을 이용한 외팔보 센서에 비하여 저주파 영역에서 고감도로 혈액 등 시험 용액 내 혈당 등 분석물 농도의 측정이 가능한 공명기를 이용한 혈당 측정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 기존의 공진 기반 농도 측정 방법보다 낮은 주파수 영역에서 높은 감도로 농도 측정이 가능하므로 공명기를 이용하여 공동 내부의 혈액 등 시험 용액에서 혈당 등 분석물의 농도 측정을 실현할 수 있는, 공명기를 이용한 혈당 측정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 관에 측면 분기로 연결된 공명기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 공명기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 일 실시예에 따른 질량-스프링 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 포도당 농도에 따른 전달 손실 스펙트럼의 이론적 예측을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 포도당 농도에 따른 전달 손실 스펙트럼의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 인간 혈당 농도 포도당 수용액의 전달 손실 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 공명기(resonator)를 이용하여 혈당을 측정하는 방법과 장치에 관한 것이다. 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 고정 유체(fixed fluid)와 혈액 등의 시험 용액(test solution)으로 채워진 공명기로 구성된다. 시험 용액 내 혈당 등 분석물의 농도에 따라 시험 용액의 밀도와 음속은 변화하며, 공명기의 전달 손실 스펙트럼(주파수 응답 함수)의 공진 주파수 및 피크의 위치와 크기, 첨예도(sharpness), 파형을 포함한 진동 및 공진 특성이 변화한다. 이로부터 공명기의 음향 공진 스펙트럼을 통해 혈액 등 시험 용액의 혈당 등 분석물 농도를 측정할 수 있다. 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 일반적인 외팔보형(cantilever-type) 센서보다 높은 감도(sensitivity)를 보인다. 실시예들은 혈액 등의 시험 용액 내 혈당 등 분석물의 농도를 측정하는데 응용될 수 있다.
기계적 공진은 적은 오차로 측정 가능한 물성치이며, 따라서 공진 원리를 기반한 바이오센서가 활발히 연구되고 있다. 동적 모드(dynamic-mode) 외팔보 센서는 특정 효소로 처리된 외팔보 표면에 생체 분자가 흡수되며, 부가 질량 효과로 인해 외팔보의 공진 주파수가 이동하는 것을 이용한다. 외팔보 센서는 빠른 응답시간과 고감도, 고해상도 및 저렴한 제조 비용의 이점을 갖는다. 그러나 외팔보 센서에서 공진 주파수의 변화가 부가 질량 효과에 의존하기 때문에 감도의 향상을 위하여 물리적 크기를 매우 줄이거나 높은 주파수의 고차 모드를 측정해야 한다. 이는 물리적 크기의 제한 및 주파수 측정 측면에서 한계를 갖는다.
실시예들은 상기 한계를 극복하기 위하여 공명기의 공진을 이용한 새로운 혈당 측정 장치를 제안한다.
도 1은 일 실시예에 따른 관에 측면 분기로 연결된 공명기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 공명기(120)는 일례로 공동(cavity)에서의 음향 공진 형상을 이용하는 헬름홀츠 공명기(Helmholtz resonator)를 고려할 수 있다. 공명기(120)의 공진 주파수를 포함한 진동 및 공진 특성은 공명기의 형상뿐만 아니라 내부 유체의 큰 영향을 받는다. 실시예들은 이러한 공명기(120)의 공진 원리로부터, 공명기의 공동에 포함된 시험 용액에서 분석물의 농도를 측정하는 방법을 제안한다.
일 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 관(110)에 측면 분기로(side branch) 공명기(120)를 장착한 형태로 이루어질 수 있다. 공명기(120)는 고정 유체 및 시험 용액으로 채워질 수 있다. 예컨대, 고정 유체는 순수한 물 또는 공기일 수 있고, 시험 용액은 다양한 농도의 분석물이 용해된 용액으로, 예컨대 혈액일 수 있다.
상기 공명기(120)의 공진 주파수를 포함한 진동 및 공진 특성의 변화는 시험 용액에서 분석물의 농도 변화를 나타낸다. 일 실시예들에 따른 공명기(120)를 이용한 혈당 측정 장치는 기존의 기계적 공진을 이용한 외팔보 센서에 비하여 저주파 영역에서 고감도로 시험 용액 내 분석물 농도의 측정이 가능하다.
도 2a는 일 실시예에 따른 공명기의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 2b는 일 실시예에 따른 질량-스프링 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 공명기(120)는 공동부(121) 및 목부로 구분될 수 있다. 공명기(120)의 공동부(121)와 목부(122)의 일부분은 분석물의 농도를 측정하고자 하는 시험 용액으로 채워지며, 목부(122)의 나머지 부분 및 관(110) 부분은 고정 유체로 채워질 수 있다.
공명기(120)의 동적 특성은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 질량-스프링 모델(mass-spring model)로 단순화 할 수 있다.
등가 질량
Figure 112020020073020-pat00002
은 공명기(120)의 목부(122) 내부의 고정 유체와 시험 용액을 합한 유체의 무게로 표현되며 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020020073020-pat00003
여기서,
Figure 112020020073020-pat00004
와
Figure 112020020073020-pat00005
는 각각 고정 유체와 시험 용액의 밀도이며,
Figure 112020020073020-pat00006
은 공명기(120)의 목부(122)의 단면적이다.
Figure 112020020073020-pat00007
와
Figure 112020020073020-pat00008
는 각각 고정 유체와 시험 용액의 등가 길이이며, 각각
Figure 112020020073020-pat00009
,
Figure 112020020073020-pat00010
이다.
등가강성
Figure 112020020073020-pat00011
는 공명기(120)의 공동부(121) 내의 단열 압축된 시험 용액의 부피로 표현되며 다음과 같다.
[수학식 2]
Figure 112020020073020-pat00012
여기서,
Figure 112020020073020-pat00013
는 시험 용액에서의 음속이며,
Figure 112020020073020-pat00014
는 공동부(121)의 부피이다.
힘
Figure 112020020073020-pat00015
는 공명기(120)로 들어가는 입사 음압(incident pressure)로 표현된다.
질량-스프링 모델로부터 계산되는 공명기(120)의 공진 주파수는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020020073020-pat00016
실시예들에 따른 관(110)에 측면 분기로 부착된 공명기(120)는 목부(122)의 질량
Figure 112020020073020-pat00017
과 공동부(121)의 강성
Figure 112020020073020-pat00018
로 음향 에너지를 소산시켜 소음기(muffler)의 역할을 한다. 이로 인해 발생하는 공진 주파수는 음향 전달 손실(transmission loss, TL) 스펙트럼으로부터 확인된다. TL은 다음 식과 같이 입사 음압(incident sound pressure)과 투과 음압(transmitted acoustic pressure)의 차이로 정의된다.
[수학식 4]
Figure 112020020073020-pat00019
여기서,
Figure 112020020073020-pat00020
및
Figure 112020020073020-pat00021
는 dB스케일의 음압이며,
Figure 112020020073020-pat00022
및
Figure 112020020073020-pat00023
는 각각 입사 음압과 반사 음압이다. 해석적으로 TL은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112020020073020-pat00024
여기서,
Figure 112020020073020-pat00025
는 공명기(120)의 음향 임피던스이다.
일반적으로 시험 용액의 분석물의 압축률은 용매의 압축률에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작다.
따라서 시험 용액의 압축률은 다음과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112020020073020-pat00026
여기서,
Figure 112020020073020-pat00027
은 순수한 용매의 단열 압축률이며, 물의 경우
Figure 112020020073020-pat00028
이다.
Figure 112020020073020-pat00029
는 시험 용액에서 분석물의 부피비율이다.
시험 용액에서의 음속은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112020020073020-pat00030
여기서,
Figure 112020020073020-pat00031
은 시험 용액의 압축률이며,
Figure 112020020073020-pat00032
는 시험 용액의 밀도이다.
도 3은 일 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 관(110)의 측면 분기로 공명기(120)가 부착되며, 1개 이상의 음압 측정 장치가 입사 음압과 반사 음압을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 관(110)의 입사부에는 음원(130)이 장착되며, 종단부에는 무반사 조건을 위하여 흡음재(140)를 장착할 수 있다.
아래에서 일 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치를 보다 구체적으로 설명한다. 여기서, 측정 장치는 공명기를 이용한 혈당 측정 장치를 의미할 수 있다. 또한 실시예에 따라 측정 장치는 혈당뿐만 아니라, 일반적인 시험 용액의 농도 측정이 가능하다. 즉, 측정 장치는 혈액뿐 아니라 일반 시험 용액으로 대체되며, 혈당뿐 아니라 일반 분석물의 농도 측정에 활용 가능하다.
일 실시예에 따른 측정 장치는 시험 용액 및 고정 유체로 채워지는 공명기(120)를 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 측정 장치는 관(110), 음원(130), 흡음재(140) 및 음압 센서(150)를 포함할 수 있으며, 또한 신호 생성기(101) 및 파워 증폭기(102)와 신호 수집기(103) 및 신호 처리부(104)를 더 포함할 수 있다. 또한 측정 장치는 온도 또는 무게의 변화를 감지하는 센서를 더 포함할 수도 있다.
공명기(120)는 관(110)에 측면 분기로 부착되며, 시험 용액 및 고정 유체로 채워질 수 있다. 공명기(120)의 시험 용액 내 분석물의 밀도, 음속 및 진동 및 공진 특성 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 분석물의 농도를 측정할 수 있다. 예컨대, 공명기(120)의 시험 용액 내 분석물의 진동 및 공진 특성을 통해 분석물의 농도를 측정할 수 있다. 이 때, 음속은 진동 및 공진 특성의 계산을 위해 사용될 수 있고, 밀도는 음속의 계산을 위해 사용될 수 있다.
공명기(120)는 공동(cavity)부 및 목(neck)부를 포함할 수 있다. 공동부(121)는 분석물의 농도를 측정하고자 하는 시험 용액으로 채워질 수 있고, 목부(122)는 공동부(121)와 연결된 부분에 시험 용액이 적어도 일부 채워지고, 나머지 부분은 고정 유체로 채워질 수 있다. 여기서, 공동부(121)는 공동(cavity)으로 언급될 수 있고, 목부(122)는 목 부분으로 언급될 수 있다.
특히, 공명기(120)는 시험 용액으로 혈액을 사용하여 혈당의 농도를 측정함으로써 비-침습(non-invasive) 방식으로 혈당을 측정할 수 있다.
관(110)의 일측에는 음원(130)이 구성되어 음향 신호를 발생시킬 수 있다. 여기서, 신호 생성기(101) 및 파워 증폭기(102)는 음향 신호를 발생 및 증폭시켜 음원(130)으로 전달할 수 있다.
관(110)의 타측에는 무반사 조건을 위해 흡음재(140)가 구성될 수 있다.
그리고, 관(110)에는 음압 센서(150)가 적어도 하나 이상 구성되어 음압 신호를 측정할 수 있다. 예컨대, 음압 센서(150)는 공명기(120)의 전후에 복수 개 구성되어 입사 음압과 반사 음압을 측정할 수 있다.
신호 수집기(103) 및 신호 처리부(104)는 측정된 음압 신호로부터 전달 손실의 스펙트럼을 계산할 수 있다. 이러한 전달 손실의 스펙트럼을 통해 공진 주파수를 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출할 수 있다. 또한, 음압 신호로부터 전달 손실의 스펙트럼을 계산하여, 피크의 위치와 크기, 첨예도(sharpness) 및 파형을 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출할 수 있다.
한편, 진동 및 공진 특성의 정확한 측정을 위하여 온도 또는 무게의 변화를 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다. 이러한 센서의 측정 값을 통해 시험 용액 내 분석물의 음속과 밀도를 계산하는 식을 보정하여 진동 및 공진 특성의 정확도를 보정할 수 있다. 따라서 음속과 밀도를 계산하는 식을 보정함으로써 시험 용액 내 분석물의 진동 및 공진 특성의 정확도를 보정할 수 있고, 이를 통해 보다 정확한 분석물의 농도를 측정할 수 있다.
예를 들어, 마이크는 10 Hz-20 kHz 의 유효 주파수 영역에서 28-140 dB의 음압을 측정할 수 있다. 무반사 조건을 위한 음향 흡음재(140)는 폴리에스터 (polyester) 섬유를 이용할 수 있다. 음원(130)에는 500-1000 Hz의 사인 스윕(sine sweep) 신호를 입력하였으며, 1개 이상의 음압 센서(150)를 이용하여 입사 음압과 반사 음압을 측정할 수 있다. 음압으로부터 전달 손실 TL의 스펙트럼을 계산할 수 있으며, 주파수 및 피크의 위치와 크기, 첨예도(sharpness), 파형 포함한 진동 및 공진 특성의 변화를 통해 밀도를 역으로 측정할 수 있다.
실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 혈액을 모사한 포도당 수용액에 대하여 그 선형성과 정확도가 실험적으로 검증되었다. 20
Figure 112020020073020-pat00033
에서 물은 밀도가 998
Figure 112020020073020-pat00034
이며, 포도당은 1540
Figure 112020020073020-pat00035
이다. 따라서 포도당 수용액은 농도에 따라 밀도가 증가하며, 수용액 내에서의 음속 또한 증가한다. 포도당의 압축률은 물에 비하여 무시할 수 있을 만큼 작으므로, 포도당 수용액의 압축률은 [수학식 6]으로 계산할 수 있고, 음속은 [수학식 7]로 계산할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 포도당 농도에 따른 전달 손실 스펙트럼의 이론적 예측을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 질량 %로 0-30 wt%의 포도당 수용액의 전달 손실 스펙트럼을 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 포도당 농도에 따른 전달 손실 스펙트럼의 실험 결과를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 실험 결과 측정된 전달 손실 스펙트럼을 나타낸다. [수학식 3]에 따라 예측되는 공진 주파수는 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
표 1은 포도당 농도에 따른 공진 주파수의 이론적 예측과 실험 결과를 나타낸다.
[표 1]
Figure 112020020073020-pat00036
실험 결과는 이론적 예측과 6% 미만의 매우 작은 오차를 보였다. 포도당 농도가 높을수록 오차가 높아지는 경향을 보이며, 농도에 따른 공진 주파수의 변화가 매우 뚜렷하게 관측되었다.
도 6은 일 실시예에 따른 인간 혈당 농도 포도당 수용액의 전달 손실 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 인간 혈당 농도에서의 정확도가 실험적으로 검증되었다. 일반적으로 인체의 정상 혈당 농도는 70-160 mg/dL이며, 당뇨 환자의 경우 식전 혈당은 72-126 mg/dL, 식후 혈당은 제 1형 당뇨 환자는 162 mg/dL, 제2 형 당뇨 환자는 153 mg/dL 이하로 유지하는 것이 권장된다. 이에 따라 72 mg/dL 및 162 mg/dL의 포도당 농도에 대하여 전달 손실 스펙트럼을 측정한 결과는 도 6에 도시된 바와 같으며, 공진 주파수의 이론적 예측과 실험 결과를 표 2와 같이 나타낼 수 있다.
표 2는 인간 혈당 농도 포도당 수용액의 물성과 공진 주파수를 나타낸다.
[표 2]
Figure 112020020073020-pat00037
기존의 외팔보 기반 혈당 센서의 경우, 절대 감도(absolute sensitivity)를 농도에 따른 공진 주파수의 변화로 정의하였으며, 이는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다. 이 때, 단위는
Figure 112020020073020-pat00038
이다.
[수학식 8]
Figure 112020020073020-pat00039
또한, 무차원화된 상대 감도(relative sensitivity)는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112020020073020-pat00040
여기서,
Figure 112020020073020-pat00041
는 공진 주파수,
Figure 112020020073020-pat00042
는 시험 용액의 밀도,
Figure 112020020073020-pat00043
,
Figure 112020020073020-pat00044
는 각각 기준 공진 주파수와 시험 용액의 밀도이다.
실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 공진 주파수 5600 Hz 인근에서 절대 감도
Figure 112020020073020-pat00045
, 상대 감도
Figure 112020020073020-pat00046
이다. 이는 (비특허문헌 1)에서 1.5 mm 폭을 갖는 외팔보 농도 센서가 10 kHz의 공진 주파수 인근에서 6.966
Figure 112020020073020-pat00047
의 절대 감도와 0.5의 상대 감도를 갖는 것에 비하여 우수하다.
이는 인간 혈당 농도(mg/dL)에 대한 감도로 표현할 경우 0.067 Hz/(mg/dL) 이며, 작동 주파수 대역 또한 6 kHz 이하로 보다 낮다. 또한 고출력의 음원과 고성능의 연산장치로 0.1 Hz의 주파수 해상도를 확보할 경우, 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는
Figure 112020020073020-pat00048
의 측정 해상도를 갖는 것이 가능하다. 이는 일반적인 마이크로 웨이브를 이용한 농도 센서(50 mg/dL) 또는 마이크로 스트립 링 공진기 기반의 농도 센서(40 mg/dL)에 비하여 우수하다.
실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 공명기의 공동 크기를 축소시켜 보다 적은 시험 용액으로 분석물의 농도를 측정하는 것이 가능하다. 시험 용액 부피에 따른 공진 주파수와 절대 감도를 예측한 결과를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
표 3은 공명기의 축소에 따른 공진 주파수와 감도(이론적 예측)을 나타낸다.
[표 3]
Figure 112020020073020-pat00049
표 3을 참조하면, 공명기의 부피가 감소할수록 필요한 시험 용액의 부피가 감소하며, 공진 주파수가 증가하고, 절대 감도가 크게 향상된다. 따라서 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는, 외팔보를 이용한 (비특허문헌 2)가 100
Figure 112020020073020-pat00050
의 절대 감도를 확보하기 위해서는 160 kHz 이상의 공진 주파수를 갖도록 설계하는 것에 비하여, 낮은 공진 주파수로 높은 절대 감도를 갖는 장점이 있다.
실시예들은 공명기를 혈당 등 농도 측정에 적용하는 새로운 기술이다. 기존의 외팔보를 이용한 공진 주파수 측정 방식은 높은 감도를 갖기 위해서는 외팔보의 크기를 매우 작게 만들어야 하며, 매우 높은 고차 모드의 공진 주파수를 측정해야 하는 문제점이 존재한다. 반면, 실시예들에서 사용되는 공명기는 공동에서의 음향 공진 현상이 공동의 형상과 내부 유체의 물성에 크게 영향을 받는 것을 이용하여, 기존의 기계적 공진을 이용한 외팔보 센서에 비하여 저주파 영역에서 고감도로 혈액 등 시험 용액 내 혈당 등 분석물 농도의 측정이 가능하다.
따라서 본 실시예들은 다른 공진 기반 농도 측정 방법보다 낮은 주파수 영역에서, 높은 감도로 농도 측정이 가능하므로 공명기를 이용하여 공동 내부의 혈액 등 시험 용액에서 혈당 등 분석물의 농도 측정을 실현할 수 있다.
실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 방식은 공명기의 음향 공진 주파수가 공진기의 형상뿐 아니라, 내부의 혈액 등 시험 용액의 물성에 큰 영향을 받는다. 따라서 시험 용액의 밀도를 직접적으로 측정하게 되며, 보다 낮은 주파수에서 공진 주파수가 발생하여 필요한 측정 및 연산장치의 성능이 낮다. 또한, 공진기의 크기를 조정하여 더욱 공진 주파수를 높여 감도를 향상시킬 수 있으며, 동일한 부피의 시험 용액 샘플에 대하여 기존 공진기에 비해 더 높은 감도를 갖는다.
또한, 실시예들에 따른 공명기는 목 부분에서 혈액과 기준 유체가 함께 존재하여 음파의 전달 손실을 측정하며, 공진 주파수를 계산하고 그로부터 혈당을 역산한다. 따라서 수 Hz에서 수십 kHz 대역의 낮은 대역의 공진 주파수를 측정하는 것으로, 요구되는 센서와 연산장치의 성능이 낮다.
도 7은 일 실시예에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 측정 방법은, 관에 측면 분기로 부착된 공명기에 시험 용액 및 고정 유체(fixed fluid)를 채우는 단계(S110), 및 공명기의 시험 용액 내 분석물의 밀도, 음속, 진동 및 공진 특성 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 분석물의 농도를 측정하는 단계(S140)를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 분석물의 농도를 측정하기 위해, 관의 일측에 구성된 음원을 통해 음향 신호를 발생시키는 단계(S120), 및 관에 적어도 하나 이상 구성된 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 방법의 각 단계에 대해 설명한다.
일 실시예에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 방법은 앞에서 설명한 일 실시예에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치를 통해 보다 구체적으로 설명할 수 있다.
단계(S110)에서, 관에 측면 분기로 부착된 공명기에 시험 용액 및 고정 유체를 채울 수 있다. 여기서, 공명기는 분석물의 농도를 측정하고자 하는 시험 용액으로 채워지는 공동부, 그리고 공동부와 연결된 부분에 시험 용액이 적어도 일부 채워지고, 나머지 부분은 고정 유체로 채워지는 목부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 공명기 내부의 공동부에는 혈액 등 시험 용액이 채워지며, 목부에는 시험 용액과 기준 유체가 공존할 수 있다. 관의 한쪽 끝에는 음원이 위치하며 신호 생성기 및 파워 증폭기 등에 연결되고, 반대편에는 무반사 조건을 위한 흡음재 등이 장착될 수 있다. 관에는 1개 이상의 음압 센서가 장착되며 신호 수집기 및 컴퓨터 등에 연결될 수 있다. 이 때, 관 및 공명기의 소재는 플라스틱, 금속 등 고체 형태 또는 흡음률이 높지 않은 유연한 소재로 구성 가능하다.
단계(S120)에서, 분석물의 농도를 측정하기 위해, 관의 일측에 구성된 음원을 통해 음향 신호를 발생시킬 수 있다. 이 때, 신호 생성기 및 파워 증폭기를 이용하여 음향 신호를 발생 및 증폭시켜 음원으로 전달할 수 있다.
단계(S130)에서, 관에 적어도 하나 이상 구성된 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정할 수 있다. 예컨대, 음원에서 측정 영역의 음향 신호를 발생시키며, 복수의 음압 센서를 통해 공명기 전후로 입사 음압과 반사 음압을 측정할 수 있다.
그리고, 단계(S140)에서, 공명기의 시험 용액 내 분석물의 밀도, 음속, 진동 및 공진 특성 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 분석물의 농도를 측정할 수 있다. 특히, 공명기에 채워지는 시험 용액으로 혈액을 사용하여 혈당의 농도를 측정할 수 있다. 이를 통해 전달 손실의 스펙트럼(주파수 응답 함수)을 계산하고 공진 주파수 및 피크의 위치와 크기, 첨예도(sharpness), 파형 포함한 진동 및 공진 특성을 알아낼 수 있다. 이 때 측정되는 공진 주파수를 포함한 진동 및 공진 특성은 공명기의 형상과 내부의 시험 용액의 물성에 영향을 받으며, 시험 용액 내부 분석물의 농도에 영향을 받아 공진 주파수가 변화하는 특징을 가진다.
보다 구체적으로, 분석물의 농도를 측정하기 위해, 신호 수집기 및 신호 처리부에서 측정된 음압 신호로부터 전달 손실의 스펙트럼을 계산할 수 있다. 그리고, 전달 손실의 스펙트럼을 통해 공진 주파수를 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여, 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출할 수 있다. 또한, 전달 손실의 스펙트럼을 통해 피크의 위치와 크기, 첨예도(sharpness) 및 파형을 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여, 시험 용액 내 분석물의 농도를 역으로 산출할 수 있다.
한편, 혈액 및 혈당뿐 아니라 일반적인 시험 용액의 농도 측정이 가능하다. 혈액뿐 아니라 일반 시험 용액으로 대체되며, 혈당뿐 아니라 일반 분석물의 농도 측정에 활용 가능하다.
그리고, 진동 및 공진 특성의 정확한 측정을 위하여 온도, 무게 변화를 감지하는 센서의 추가가 가능하며, 시험 용액 내 음속과 밀도를 계산하는 식의 보정 등을 통해 정확도를 보정할 수 있다.
실시예들에 따르면 공명기를 이용하여 낮은 주파수의 공진 주파수를 통해 높은 감도로 혈액 등 시험 용액 내 혈당 등 분석물의 농도를 측정하는 것이 가능하며, 혈액뿐 아니라 다른 체액에 용해된 포도당, 콜레스테롤 등 분석물의 농도를 측정하여 다양한 헬스케어 융합 바이오 센서에 사용할 수 있는 원천 특허 기술로 활용이 가능하다.
또한, 실시예들에 따르면 체액뿐 아니라 바닷물의 염도 등 다른 시험 용액 내 분석물의 농도 측정으로 일반 농도 측정 센서 및 환경 모니터링 센서 등의 원천 특허 기술로 활용이 가능하다.
특히, 사용 음압 센서 및 연산 장치의 조정을 통해 보다 적은 샘플로 높은 감도의 혈당 측정이 가능하다. 이는 적은 혈액량으로 더욱 정밀하고 정확한 혈당 측정이 가능한 혈당 측정기 및 혈당 검사지 등에 활용될 수 있으며, 인류의 당면 과제 중의 하나인 고령화 사회의 성인병 예방 및 치료를 위한 향상된 의료 정보를 제공할 수 있다. 이는 미래 사회 구성원의 전반적인 건강 증진 효과를 얻을 수 있다.
실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 높은 감도와 낮은 공진 주파수를 가지므로, 저성능의 음압 센서 및 연산장치로 정확한 농도를 측정할 수 있다. 또한, 실시예들에 따른 공명기를 이용한 혈당 측정 장치는 측정 용량이 작을수록 음압 센서와 연상장치의 조정을 통해 감도를 더욱 향상시키는 것이 가능하며, 이는 소량의 샘플만으로 혈당 측정이 가능하다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 관에 측면 분기로 부착되며, 시험 용액 및 고정 유체(fixed fluid)로 채워지는 공명기
    를 포함하고,
    관;
    상기 관의 일측에 구성되어 음향 신호를 발생시키는 음원;
    상기 관의 타측에 구성되며, 무반사 조건을 위해 구성되는 흡음재; 및
    상기 관에 적어도 하나 이상 구성되어 음압 신호를 측정하는 음압 센서
    를 포함하며,
    상기 공명기의 상기 시험 용액 내 분석물의 밀도, 음속, 진동 및 공진 특성 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 분석물의 농도를 측정하는 것
    을 특징으로 하는, 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공명기는,
    상기 분석물의 농도를 측정하고자 하는 상기 시험 용액으로 채워지는 공동(cavity)부; 및
    상기 공동부와 연결된 부분에 상기 시험 용액이 적어도 일부 채워지고, 나머지 부분은 상기 고정 유체로 채워지는 목(neck)부
    를 포함하는, 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공명기는,
    상기 시험 용액으로 혈액을 사용하여 혈당의 농도를 측정하는 것
    을 특징으로 하는, 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음압 센서는,
    상기 공명기의 전후에 복수 개 구성되어 입사 음압과 반사 음압을 측정하는 것
    을 특징으로 하는, 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음향 신호를 발생 및 증폭시켜 상기 음원으로 전달하는 신호 생성기 및 파워 증폭기; 및
    측정된 상기 음압 신호로부터 전달 손실의 스펙트럼을 계산하는 신호 수집기 및 신호 처리부
    를 더 포함하고,
    상기 전달 손실의 스펙트럼을 통해 공진 주파수를 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여, 상기 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출하는 것
    을 특징으로 하는, 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 진동 및 공진 특성의 정확한 측정을 위하여 온도 또는 무게의 변화를 감지하는 센서
    를 더 포함하고,
    상기 센서의 측정 값을 통해 상기 시험 용액 내 분석물의 음속과 밀도를 계산하는 식을 보정하여 상기 진동 및 공진 특성의 정확도를 보정하는 것
    을 특징으로 하는, 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 음압 신호로부터 전달 손실의 스펙트럼을 계산하여, 피크의 위치와 크기, 첨예도(sharpness) 및 파형을 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여 상기 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출하는 것
    을 특징으로 하는, 측정 장치.
  9. 관에 측면 분기로 부착된 공명기에 시험 용액 및 고정 유체(fixed fluid)를 채우는 단계; 및
    상기 공명기의 상기 시험 용액 내 분석물의 밀도, 음속, 진동 및 공진 특성 중 적어도 어느 하나 이상을 통해 분석물의 농도를 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 분석물의 농도를 측정하기 위해, 상기 관의 일측에 구성된 음원을 통해 음향 신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 관에 적어도 하나 이상 구성된 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정하는 단계
    를 더 포함하는, 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공명기는,
    상기 분석물의 농도를 측정하고자 하는 상기 시험 용액으로 채워지는 공동(cavity)부; 및
    상기 공동부와 연결된 부분에 상기 시험 용액이 적어도 일부 채워지고, 나머지 부분은 상기 고정 유체로 채워지는 목(neck)부
    를 포함하는, 측정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 분석물의 농도를 측정하는 단계는,
    상기 공명기에 채워지는 상기 시험 용액으로 혈액을 사용하여 혈당의 농도를 측정하는 것
    을 특징으로 하는, 측정 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 관의 일측에 구성된 음원을 통해 음향 신호를 발생시키는 단계는,
    신호 생성기 및 파워 증폭기를 이용하여 음향 신호를 발생 및 증폭시켜 상기 음원으로 전달하는 단계
    를 포함하고,
    상기 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정하는 단계는,
    신호 수집기 및 신호 처리부에서 측정된 상기 음압 신호로부터 전달 손실의 스펙트럼을 계산하는 단계
    를 포함하는, 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정하는 단계는,
    상기 전달 손실의 스펙트럼을 통해 공진 주파수를 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여, 상기 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출하는 단계
    를 더 포함하는, 측정 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 음압 센서를 통해 음압 신호를 측정하는 단계는,
    상기 전달 손실의 스펙트럼을 통해 피크의 위치와 크기, 첨예도(sharpness) 및 파형을 포함한 진동 및 공진 특성을 계측하여, 상기 시험 용액 내 분석물의 농도를 산출하는 단계
    를 더 포함하는, 측정 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100866408B1 (ko) * 2007-01-31 2008-11-03 주식회사 릿치마이크로웨이브 샘플의 농도 측정 시스템
KR101175899B1 (ko) 2010-01-25 2012-08-21 한국기계연구원 유동 및 온도를 고려한 음향공명기 시험장치
KR101355271B1 (ko) 2009-01-30 2014-01-27 파나소닉 주식회사 생체 시료의 온도 측정 방법, 생체 시료의 농도 측정 방법, 센서 칩 및 바이오 센서 시스템
JP2019507319A (ja) 2015-12-09 2019-03-14 ディアモンテク、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツングＤｉａｍｏｎｔｅｃｈ Ｇｍｂｈ 物質を分析するための装置及び方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0783727A (ja) * 1993-09-17 1995-03-31 Nissan Motor Co Ltd 容積計
KR101953293B1 (ko) 2017-03-14 2019-03-04 서강대학교산학협력단 전자기파 및 멀티 캐비티 공진을 이용한 글루코스 농도 측정 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100866408B1 (ko) * 2007-01-31 2008-11-03 주식회사 릿치마이크로웨이브 샘플의 농도 측정 시스템
KR101355271B1 (ko) 2009-01-30 2014-01-27 파나소닉 주식회사 생체 시료의 온도 측정 방법, 생체 시료의 농도 측정 방법, 센서 칩 및 바이오 센서 시스템
KR101175899B1 (ko) 2010-01-25 2012-08-21 한국기계연구원 유동 및 온도를 고려한 음향공명기 시험장치
JP2019507319A (ja) 2015-12-09 2019-03-14 ディアモンテク、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツングＤｉａｍｏｎｔｅｃｈ Ｇｍｂｈ 物質を分析するための装置及び方法

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