KR102469144B1 - 생체 정보 측정 센서, 생체 정보 시스템 및 이를 이용한 생체 정보 측정 방법 - Google Patents

생체 정보 측정 센서, 생체 정보 시스템 및 이를 이용한 생체 정보 측정 방법 Download PDF

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Abstract

생체 정보 측정 센서, 생체 정보 측정 시스템 및 이를 이용한 생체 정보 측정 방법이 개시된다. 개시된 생체 정보 측정 센서는, 피검체 내부의 바이오 마커를 측정하는 적어도 하나 이상의 바이오 마커 측정 영역을 포함할 수 있다. 바이오 마커 측정 영역에는 작동 전극, 상대 전극 및 기준 전극을 지닌 전극부가 형성될 수 있으며, 각 전극부에는 피검체 내부로 침습 또는 삽입되는 다수의 니들부가 형성될 수 있다. 동일한 바이오 마커 측정 영역의 전극부에 형성되는 니들부들은 서로 동일한 길이를 지닐 수 있으며, 서로 다른 바이오 마커 측정 영역의 전극부에 형성되는 니들부들의 길이는 서로 다를 수 있다.

Description

생체 정보 측정 센서, 생체 정보 시스템 및 이를 이용한 생체 정보 측정 방법{Biometric information measuring sensor, Biometric information measuring system and Measuring method biometric information using the same}
본 개시는 생체 내에 삽입되는 마이크로 니들을 이용하여 생체 정보를 측정하는 센서 및 이를 이용한 생체 정보 측정 방법에 관한 것이다.
건강에 관한 관심이 증가됨에 따라 다양한 종류의 생체 정보 측정 장치가 개발되고 있다. 생체 정보 검출 방법은 크게 침습적(invasive)인 방법과 비침습적(noninvasive)인 방법으로 구분할 수 있으며, 측정하고자 하는 피검체의 생체 정보에 따라 다양한 형태의 생체 정보 측정 장치가 사용될 수 있다.
피검체의 상태의 변화를 감지하기 위해서는 피검체 내부의 생물학적 지표인 바이오 마커(bio-marker), 즉 생물학적 분석 대상(biological analyte)들의 존재 및 농도 변화를 정확히 검출하는 것이 요구된다. 바이오 마커들을 포함하는 생물학적 분석 대상물들의 존재 및 농도 변화를 측정함으로써 피검체의 상태 변화를 객관적으로 판단할 수 있다.
이처럼 피검체의 생체 내부에 존재하는 바이오 마커들의 존재 및 농도 변화를 측정하기 위해서, 피검체로부터 채혈을 할 수 있다. 그러나, 피검체로부터 반복적으로 채혈을 실시하는 경우 피검체에게 고통을 줄 수 있으며, 생물학적 분석 대상물의 변화를 정확하게 분석하기 용이하지 않을 수 있다.
미국 공개특허공보 제2011/0144466호: Catheter-Free Implantable Needle Biosensor
본 개시의 일측면에서는 피검체 내부에 존재할 수 있는 바이오 마커들의 존재 여부 및 농도 변화를 측정할 수 있는 구조를 지닌 생체 정보 측정 센서를 제공한다.
본 개시의 다른 측면에서는 생체 정보 측정 센서를 이용하여 생체 정보를 측정하는 방법을 제공한다.
다수의 바이오 마커 측정 영역;
상기 바이오 마커 측정 영역에 형성된 것으로, 동작 전극 및 상기 동작 전극과 이격된 상대 전극을 포함하는 전극부;
상기 전극부 상에 형성된 니들부;를 포함하며,
상기 다수의 바이오 마커 측정 영역 중 서로 다른 바이오 마커 측정 영역에 형성된 상기 니들부들 중 적어도 일부는 서로 다른 길이를 지닌 생체 정보 측정 센서를 제공한다.
상기 전극부는 상기 동작 전극 및 상기 상대 전극과 이격된 기준 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 상대 전극은 상기 동작 전극보다 큰 표면적을 지닐 수 있다.
상기 나들부는 동작 전극 및 상기 상대 전극에 각각 형성될 수 있다.
상기 동작 전극에 형성된 상기 니들부에 형성된 효소를 포함할 수 있다.
상기 다수개의 바이오 마커 측정 영역들 중 동일한 바이오 마커 측정 영역에 형성된 니들부는 서로 동일한 길이를 지니며,
서로 다른 바이오 마커 측정 영역에 형성된 니들부들은 서로 다른 길이를 지닐 수 있다.
상기 바이오 마커 측정 영역은 다른 바이오 마커 측정 영역보다 상대적으로 길이가 긴 니들부가 형성된 제 1바이오 마커 측정 영역을 포함하며,
상기 제 1바이오 마커 측정 영역을 제외한 나머지 바이오 마커 측정 영역의 니들부들의 길이는 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 길이가 서로 다른 니들부들은 효소가 부착되는 영역이 서로 다를 수 있다.
상기 길이가 서로 다른 니들부들에 효소가 부착되는 영역의 면적이 서로 동일할 수 있다.
상기 길이가 서로 다른 니들부들의 단위 니들의 숫자가 서로 다른 니들부들을 포함할 수 있다.
상기 니들부의 단면은 원형, 타원형, 다각형 중 적어도 어느 하나의 형상을 지닐 수 있다.
상기 생체 정보 측정 센서의 일 영역에 형성된 트랜스미터를 더 포함할 수 있다.
또한, 다수의 바이오 마커 측정 영역, 상기 바이오 마커 측정 영역에 형성된 것으로, 동작 전극 및 상기 동작 전극과 이격된 상대 전극을 포함하는 전극부, 상기 전극부 상에 형성된 니들부;를 포함하며, 상기 다수의 바이오 마커 측정 영역 중 서로 다른 바이오 마커 측정 영역에 형성된 상기 니들부들 중 적어도 일부는 서로 다른 길이를 지닌 생체 정보 측정 센서; 및
상기 생체 정보 측정 센서로부터 송신된 전기적 신호로부터 피검체의 생체 정보를 계산하는 단말부;를 포함하는 생체 정보 측정 시스템을 제공한다.
상기 단말부는 상기 생체 정보 측정 센서로부터 전송된 전기 신호를 송신하는 통신부; 및 상기 전기 신호를 이용하여 피검체의 생체 정보에 대한 결과 값을 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.
생체 정보 측정 센서를 이용한 생체 정보 측정 방법에 있어서,
상기 생체 정보 측정 센서를 피검체에 부착하고,
상기 피검체 내부로 삽입된 상기 니들부로부터 검출된 전기 신호를 수신하여, 상기 전기 신호에 대응되는 바이오 마커의 농도를 측정하는 생체 정보 측정 방법을 제공한다.
상기 니들부들로부터 측정된 전기 신호로부터 계산된 바이오 마커들의 농도값에 대해 각각 가중치를 적용하여 상기 바이오 마커들의 혈관 내에서의 농도 값을 계산할 수 있다.
상기 바이오 마커들 중 피검체의 혈관 내에서 상대적으로 농도가 높은 바이오 마커에 대응되는 효소가 배치된 니들부의 길이는 피검체의 혈관 내에서 상대적으로 농도가 낮은 바이오 마커에 대응되는 효소가 배치된 니들부의 길이보다 짧게 형성할 수 있다.
본 개시에서는 서로 다른 길이를 지닌 니들을 포함하는 생체 정보 측정 센서를 제공한다. 피검체 내의 각종 바이오 마커들을 존재 여부 및 농도 변화에 대한 측정 오차를 감소시킬 수 있다. 생체 정보 측정 시 피검체에 대한 반복적인 채혈 과정이 필요없어 피검체의 고통을 감소시킬 수 있다.
도 1a는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 바이오 마커 측정 영역을 나타낸 도면이다.
도 2a는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 피검체에 부착한 것을 나타낸 도면이다.
도 2b는 도 2a에 나타낸 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 니들부에 효소가 부착된 구조를 나타낸 도면이다.
도 2c는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 니들부의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 전극 구조를 나타낸 평면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 전극 구조의 다양한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 이용하여 피검체 내에서 확산되는 바이오 마커를 시간에 따라 측정하는 것을 나타낸 그래프이다.
도 6은 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 이용하여 피검체 내에서 확산되는 바이오 마커를 측정한 결과를 측정위치에 따른 농도 값으로 나타낸 그래프이다.
도 7은 개시에 따른 따른 생체 정보 측정 센서의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 8은 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 이용하여 피검체로부터 측정된 생체 정보를 분석부로 전송하는 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서 및 이를 포함하는 생체 정보 분석 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 10은 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 이용하여 생체 정보를 측정하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭한 것일 수 있다. 도면에 나타낸 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있으며, 이는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것일 수 있으며, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 나타낸 단수의 표현은 명백하게 다르게 제한하지 않는 경우 복수의 표현을 포함할 수 있다.
도 1a는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1a를 참조하면, 생체 정보 측정 센서(100)는 절연 물질로 형성된 베이스(10)를 포함할 수 있으며, 베이스(10)는 적어도 하나 이상의 바이오 마커 측정 영역(A1, A2, A3, A4)들을 포함할 수 있다. 예를 들어 도 1에서는 베이스(10)가 제 1영역(A1), 제 2영역(A2), 제 3영역(A3) 및 제 4영역(A4)의 4개의 바이오 마커 측정 영역으로 형성된 것을 나타내었다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 바이오 마커 측정 영역들의 갯수에는 제한이 없다. 제 1영역(A1)에는 제 1전극부(22)가 형성되며, 제 1전극부(22)는 피검체 내부로 삽입될 수 있도록 탐침 형상으로 형성된 적어도 하나 이상의 니들(needle)을 포함하는 제 1니들부(N1)가 형성될 수 있다. 제 2영역(A2)에는 제 2전극부(24)가 형성되며, 제 2전극부(24)는 제 2니들부(N2)를 포함할 수 있다. 그리고, 제 3영역(A3)에는 제 3전극부(26)가 형성되며, 제 3전극부(26)는 제 3니들부(N3)를 포함할 수 있다. 또한, 제 4영역(A4)에는 제 4전극부(28)가 형성되며, 제 4전극부(28)는 제 4니들부(N4)를 포함할 수 있다.
제 1전극부(22)는 바이오 마커를 검출할 수 있는 효소가 형성된 동작 전극(working electrode) 및 상기 동작 전극으로부터 이격되며 형성된 상대 전극(counter electrode)을 포함할 수 있으며, 선택적으로 기준 전극(reference electrode)를 포함할 수 있다. 제 1니들부(N1)는 동작 전극 및 상대 전극 또는 기준 전극에 각각 형성될 수 있으며, 동작 전극 상에 형성된 제 1니들부(N1)에만 바이오 마커를 검출할 수 있는 효소가 코팅 등에 의하여 형성될 수 있다. 이에 대해서는 후술하고자 한다.
제 1전극부(22)에 관한 설명은 제 2전극부(24), 제 3전극부(26) 및 제 4전극부(28)도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 제 2전극부(24), 제 3전극부(26) 및 제 4전극부(28)도 동작 전극 및 상기 동작 전극과 이격된 상대 전극을 각각 포함할 수 있으며, 선택적으로 기준 전극을 더 포함할 수 있다. 그리고, 제 2니들부(N2), 제 3니들부(N3) 또는 제 4니들부(N4)는 동작 전극, 상대 전극에 형성될 수 있다. 제 2니들부(N2), 제 3니들부(N3) 또는 제 4니들부(N4)에는 바이오 마커를 검출할 수 있는 효소가 형성될 수 있다.
도 1a에 나타낸 개시에 따른 생체 정보 측정 센서(100)의 제 1니들부(N1), 제 2니들부(N2), 제 3니들부(N3) 및 제 4니들부(N4)는 각각 서로 다른 높이를 지니도록 형성될 수 있다. 즉, 바이오 마커 측정 영역(A1, A2, A3, A4)들에 형성되는 니들부(N1, N2, N3, N4)들은 길이가 서로 다를 수 있다. 제 1니들부(N1)의 길이가 가장 길며, 제 2니들부(N2), 제 3니들부(N3) 및 제 4니들부(N4) 순으로 갈수록 짧은 길이를 지닐 수 있다. 니들부들(N1, N2, N3, N4)들은 생체 정보 측정 시 피검체의 표면 내부로 침습 또는 삽입될 수 있는 영역으로서, 피검체의 표면 내에 침습 또는 삽입되어 바이오 마커들의 존재 여부 및 농도를 측정할 수 있다.
도 1a에서는 각 니들부(N1, N2, N3, N4)들의 길이가 모두 서로 다른 것을 나타내었으나, 이에 한정된 것은 아니며 각 니들부(N1, N2, N3, N4)들 중 적어도 일부의 니들부의 길이가 다를 수 있으며, 나머지 니들부의 길이는 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제 1니들부(N1)의 길이는 나머지 니들부(N2, N3, N4)들의 길이보다 길며, 제 2니들부(N2), 제 3니들부(N3) 및 제 4니들부(N4)의 길이는 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
그리고, 도 1a에서는 생체 정보 측정 센서(100)의 베이스(10)에 바이오 마커 측정 영역인 제 1영역(A1) 내지 제 4영역(A4)이 2×2 배열 구조를 지닌 것으로 나타내었으나, 이에 한정된 것은 아니며, 2×3, 3×3, 4×2, 4×3, 4×4... 등의 배열 구조를 지닐 수 있으며, 또한 제 1영역(A1) 내지 제 4영역(A4)이 일자형 배열 구조도 지닐 수도 있다.
도 1b는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 바이오 마커 측정 영역을 나타낸 도면이다.
도 1b를 참조하면, 바이오 마커 측정 영역인 제 n영역(An)은 상대 전극(20a) 및 동작 전극(20b)을 포함할 수 있다. 상대 전극(20a) 및 동작 전극(20b) 상에는 다수의 니들을 포함하는 니들부(N)가 형성될 수 있다. 니들부(N)에 형성되는 니들의 갯수는 제한이 없으며, 니들은 다양한 배열로 상대 전극(20a) 및 동작 전극(20b) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 니들부(N)는 일 방향으로 N개(N은 정수)의 니들(N11, N12..., N1N)을 포함하며, 다른 방향으로 M개(M은 정수)의 니들(N11, N21..., NM1)을 포함하여 N*M개의 니들들의 배열로 이루어질 수 있다. 다만, 니들부(N)의 니들의 배열 형상은 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2a는 개시에 따른 생체 정보 측정 센서(100)를 피검체(SP)에 부착한 것을 나타낸 도면이다.
도 1a 및 도 2a를 참조하면, 피검체(SP) 표면에 생체 정보 측정 센서(100)의 니들부(N1, N2, N3, N4)를 침습 또는 삽입하여 부착시킨다. 생체 정보 측정 센서(100)의 니들부(N1, N2, N3, N4)들의 높이에 따라 피검체(SP) 내에 침습 또는 삽입되는 깊이가 달라질 수 있다. 피검체(SP)는 그 표면으로부터 하방으로 표피층(SP1), 진피층(SP2) 및 피하층(SP3)을 포함할 수 있으며, 진피층(SP2) 하부에는 혈액이 이동할 수 있는 혈관이 위치할 수 있다. 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서(100)의 니들부(N1, N2, N3, N4) 중 가장 길이가 긴 제 1니들부(N1)는 진피층(SP2) 하부 또는 피하층(SP3)까지 침습 또는 삽입될 수 있다. 생체 정보 측정 센서(100)가 피검체(SP)에 장착된 경우 제 1니들부(N1)의 말단부는 일부 모세혈관이 존재하는 위치까지 침투할 수 있으나, 일반적인 세동맥이나 세정맥이 위치하는 영역까지는 침습 또는 삽입이 되지 않을 수 있다.
피검체(SP)는 생체 정보를 측정하고자 하는 대상으로서, 사람 또는 동물이나 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 피검체(SP)의 혈관 내에 존재하는 다양한 종류의 바이오 마커들의 예로는 글루코스(glucose), C반응성 단백질(C-reactive protein, CRP), 비타민(vitamin), AST((aspartate aminortansferase)), ALT(alanin aminotrasferase), 글루타민(glutamate), 요산, 칼륨(potassium), 소듐(sodium), 칼슘(calcium) 또는 각종 여성호르몬 등을 들 수 있다. 피검체(SP)의 혈관 내에 존재하는 바이오 마커들이 확산에 의하여 혈관을 빠져 나와 세포간액, 땀, 타액 등의 체액 내에 존재할 수 있으며 혈관으로부터의 확산 거리에 따라 점차 농도가 감소하는 경향을 지닐 수 있다. 이처럼 하나의 생체 정보 측정 센서를 다수의 바이오 마커 측정 영역으로 나누고, 각각의 측정 영역의 니들부(N1, N2, N3, N4)의 길이를 다양화하게 되면, 니들부(N1, N2, N3, N4)의 길이에 따라 각종 바이오 마커들을 농도에 따라 동시에 측정할 수 있다. 각 바이오 마커들의 농도 측정값 별로 적절한 니들부(N1, N2, N3, N4)의 길이를 산정하고, 이를 하나의 생체 정보 측정 센서에 배치함으로써, 각종 바이오 마커들을 피검체(SP)의 위치에 따라 동시에 측정할 수 있다.
도 2a의 피검체(SP)에 존재하는 바이오 마커 중 측정하고자 하는 바이오 마커를 타겟 바이오 분자(target biomolecule)이라 할 수 있다. 제 1동작 전극(220)에 형성된 제 1니들부(N1)의 표면에는 원하는 타겟 바이오 분자를 검출할 수 있도록 특정 바이오 분자와 결합 가능한 효소가 코팅 등에 의해 부착될 수 있으며, 이 효소를 프로브 바이오 분자(probe biomolecule)라 할 수 있다. 프로브 바이오 분자는 피검체(SP) 내부의 전기적 자극에 대응하는 전기적 반응을 변화시킬 수 있다. 프로브 바이오 분자는 검출하고자 하는 타겟 바이오 분자의 종류에 따라 선택될 수 있다.
니들부(N1, N2, N3, N4) 마다 서로 다른 프로브 바이오 분자가 부착될 수 있다. 제 1전극부(22)의 제 1니들부(N1) 표면에는 제 1프로브 바이오 분자가 부착될 수 있으며, 제 2전극부(24)의 제 2니들부(N2) 표면, 제 3전극부(26)의 제 3니들부(N3) 및 제 4전극부(28)의 제 4니들부(N4)에도 각각 제 2프로브 바이오 분자, 제 3프로브 바이오 분자 및 제 4프로브 바이오 분자들이 부착될 수 있다. 제 1내지 제 4프로브 바이오 분자들의 종류에는 제한이 없다.
제 1 내지 제 4프로브 바이오 분자들은 모두 동일한 종류의 바이오 분자들로서, 피검체(SP) 내의 위치에 따라 동일한 타겟 바이오 분자들의 농도 차를 검출할 수 있다. 그리고, 제 1 내지 제 4프로브 바이오 분자들은 서로 다른 종류의 프로브 바이오 분자들을 포함할 수 있다. 피검체(SP)의 혈액 내에 존재하는 각종 바이오 마커들은 서로 다른 농도를 지닐 수 있다. 예를 들어, 글루코스(glucose)는 70~120mg/dL, CRP는 150~500ug/dL, 비타민C는 0.4~1.5mg/dL의 농도를 가지고 있다. 상대적으로 낮은 농도를 지닌 바이오 마커을 측정하고자 하는 경우, 상대적으로 길이가 긴 니들부를 채용하여 피검체(SP)의 혈관 근처까지 삽입하여 농도를 측정함으로써 바이오 마커의 피검체(SP)의 혈관 외부에서의 확산(diffusion)에 따른 측정의 부정확도를 방지할 수 있다. 그리고, 상대적으로 혈관 내에서 높은 농도를 지닌 바이오 마커들을 측정하고자 하는 경우, 짧은 길이를 지닌 니들부를 채용한 경우에도 비교적 정확도가 높은 측정 결과를 얻을 수 있다.
도 2a에서는 제 1니들부(N1)는 진피층(SP2)의 하단부까지 삽입되며, 제 2니들부(N2)는 진피층(SP2)의 중단부까지 삽입되며, 제 3니들부(SP3)는 진피층(SP2)의 상단부까지 삽입되며, 제 4니들부(SP4)는 진피층(SP2)의 최상단부까지 삽입되는 길이를 지닌 것으로 도시되어 있다. 그러나, 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서(100)의 니들부(N1, N2, N3, N4)의 길이는 이에 한정된 것은 아니다.
도 2b는 도 2a에 나타낸 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 니들부에 원하는 타겟 바이오 분자를 검출할 수 있도록 특정 바이오 분자와 결합 가능한 효소가 부착된 구조를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 생체 정보 측정 센서(100)의 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 표면에서는 원하는 바이오 마커, 즉 타겟 바이오 분자를 검출할 수 있도록 특정 바이오 분자와 결합 가능한 효소, 즉 프로브 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)이 각각 코팅될 수 있다. 프로브 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)들은 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 표면 전체에 부착될 필요는 없다. 프로브 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)들은 각각 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 단부에만 부착될 수 있다.
예를 들어, 제 1프로브 바이오 분자(P1)는 제 1니들부(N1)의 단부에만 부착될 수 있으며, 제 2프로브 바이오 분자(P2)는 제 2니들부(N2)의 단부에만 부착될 수 있다. 그리고, 제 3프로브 바이오 분자(P3)는 제 3니들부(N3)의 단부에만 부착될 수 있으며, 제 4프로브 바이오 분자(P4)는 제 4니들부(N4)의 단부에만 부착될 수 있다. 제 1니들부(N1), 제 2니들부(N2), 제 3니들부(N3) 및 제 4니들부(N4)는 피검체(SP)의 표면으로부터 그 내부로 각각 깊이 d1, d2, d3 및 d4(d1 > d2 > d3 > d4)까지 침습 또는 삽입되어 있다. 이 때, 제 1니들부(N1)의 단부에 부착된 제 1프로브 분자(P1)는 제 1니들부(N1)의 단부 및 제 2니들부(N2)의 단부 사이의 영역인 깊이 d1 및 d2 사이의 영역에 해당하는 제 1니들부(N1)에만 부착될 수 있다. 제 2프로브 분자(P2)는 제 2니들부(N2)의 단부 및 제 3니들부(N3)의 단부 사이의 영역인 깊이 d2 및 d3 사이의 영역에 해당하는 제 2니들부(N2) 단부에만 부착될 수 있다. 그리고, 제 3프로브 분자(P3)는 제 3니들부(N3)의 단부 및 제 4니들부(N4)의 단부 사이의 영역인 깊이 d3 및 d4 사이의 영역에 해당하는 제 3니들부(N3) 단부에만 부착될 수 있다. 또한, 제 4프로브 분자(P4)는 피검체(SP) 표면으로부터 깊이 d4 사이의 영역에 해당하는 제 4니들부(N4)에만 부착될 수 있다.
니들부들(N1, N2, N3, N4)들에 각각 부착된 프로브 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)들의 부착 영역은, 실시예에 따른 생체 정보 측정 센서(100)의 니들부들(N1, N2, N3, N4)들의 바이오 마커 측정 깊이에 대응될 수 있다. 이처럼 실시예에 따른 생체 정보 측정 센서(100)의 각 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)들의 부착 영역, 즉 피검체(SP) 내에서의 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)들이 부착되는 깊이를 각각 다르게 함으로써, 바이오 마커 측정 깊이를 나눌 수 있다.
피검체(SP)의 진피층(SP2) 하부의 혈관으로부터 빠져나와 피검체(SP)의 표면 방향으로 확산되는 바이오 마커는, 먼저 제 1니들부(N1)의 단부에 부착된 제 1프로브 바이오 분자(P1)가 형성된 영역(d1~d2)에서 센싱될 수 있다. 그리고, 피검체(SP) 피부 표면에 근접할수록 제 2니들부(N2)의 단부에 부착된 제 2프로브 바이오 분자(P2)의 형성 영역(d2~d3), 제 3니들부(N3)의 단부에 부착된 제 3프로브 바이오 분자(P3)의 형성 영역(d3~d4) 및 제 4니들부(N4)의 단부에 형성된 제 4프로브 바이오 분자(P4)의 형성 영역에서 센싱될 수 있다.
프로브 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)은 동일하거나 서로 다른 종류의 효소일 수 있으며 제한은 없다. 특정 바이오 마커가 피검체(SP)의 혈관으로부터 빠져나와 각 니들부(N1, N2, N3, N4)의 측정 깊이에 도달하는 시간 및 농도를 측정하여 바이오 마커의 확산 속도 및 농도 변화를 검출할 수 있다. 특정 바이오 마커가 피검체(SP)의 혈관으로부터 빠져나와 피검체(SP)의 표면 방향으로 확산되면서 각 니들부(N1, N2, N3, N4)의 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)들의 부착 영역에서 농도가 측정될 수 있다. 이 때, 각 니들부(N1, N2, N3, N4)에서 바이오 마커가 동일한 농도 값에 도달하는 시간 차이를 이용하거나, 각 니들부(N1, N2, N3, N4)에서 동일한 시간에 측정된 바이오 마커를 이용하여 혈관 내의 바이오 마커의 실제 농도를 검출할 수 있다.
피검체(SP)의 혈관 내에 존재하는 각종 바이오 마커들은 서로 다른 농도를 지닐 수 있다. 낮은 농도의 바이오 마커들은 상대적으로 길이가 긴 니들을 이용하여 혈관 근처에서 그 농도를 측정할 수 있으며, 높은 농도를 지닌 바이오 마커들은 상대적으로 길이가 짧은 니들을 이용하여 농도를 측정하는 경우에도 비교적 정확하게 측정할 수 있다.
도 2c는 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 니들부의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 각 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 길이는 서로 다르게 형성될 수 있으며, 바이오 마커 측정 깊이에서의 프로브 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)들의 부착 영역의 면적은 서로 다를 수 있다. 각 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 바이오 마커 측정 결과 값들을 비교를 위하여 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 프로브 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)들의 부착 영역의 면적들을 서로 동일하게 하는 것이 요구될 수 있다. 생체 정보 측정 센서(100)의 각 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 바이오 마커 측정 면적을 서로 동일하게 하기 위하여 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 단위 니들의 갯수를 서로 다르게 형성할 수 있다. 도 2c에서는 제 1니들부(N1)는 단위 니들이 2개, 제 2니들부(N2)는 4개, 제 3니들부(N3)는 6개, 제 4니들부(N4)는 9개가 형성된 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 제 2니들부(N2)의 단위 니들의 갯수는 제 1니들부(N1)보다 많을 수 있다. 각 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 프로브 바이오 분자들(P1, P2, P3, P4)의 부착 면적이 서로 동일하게 되도록 각 니들부들(N1, N2, N3, N4)의 단위 니들의 숫자는 임의로 변경될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 전극 구조를 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 3a를 참조하면, 생체 정보 측정 센서(100)의 베이스(10)에 형성된 바이오 마커 측정 영역(A1, A2, A3, A4)들에는 각각 제 1전극부(22), 제 2전극부(24), 제 3전극부(26) 및 제 4전극부(28)가 각각 형성된 것은 상술하였다. 각각의 전극부는 동작 전극(220, 240, 260, 280) 및 동작 전극(220, 240, 260, 280)과 이격된 상대 전극(222, 242, 262, 282)을 포함할 수 있다. 예를 들어 제 1전극부(22)는 제 1동작 전극(220) 및 제 1동작 전극(220)과 이격된 제 1상대 전극(222)을 포함할 수 있다. 제 1니들부(N1)는 제 1동작 전극(220) 및 제 1상대 전극(222)에 각각 탐침 형상으로 돌출된 형태를 지니도록 형성될 수 있다. 제 1상대 전극(222)은 제 1동작 전극(220)과 이격되며, 제 1동작 전극(220)에 비해 상대적으로 큰 면적을 지니도록 형성될 수 있다. 이러한 설명은 다른 전극부, 즉 제 2전극부(24) 내지 제 4전극부(28)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 상대 전극(222, 242, 262, 282)들은 동일한 전극부(22, 24, 26, 28)에 형성된 동작 전극(220, 240, 260, 280)보다 큰 표면적을 지니도록 형성될 수 있다. 그리고, 동작 전극(220, 240, 260, 280) 및 상대 전극(222, 242, 262, 282)에는 각각 니들부들(N1, N2, N3, N4)이 형성될 수 있다.
동작 전극(220, 240, 260, 280), 상대 전극(222, 242, 262, 282) 및 니들부들(N1, N2, N3, N4)은 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 금속, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 폴리머로 형성될 수 있다. 구체적으로 Al, Cu, Au, Ag, Pt, Ti 또는 Mo과 같은 금속이나, ITO(indium tin oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 금속 산화물로 형성될 수 있다. 동작 전극(220, 240, 260, 280) 및 상대 전극(222, 242, 262, 282)은 그 표면이 편평한 형태로 피검체(SP)의 표피층(SP1)과 접촉하여 밀착할 수 있도록 형성될 수 있다.
니들부(N1, N2, N3, N4)는 동작 전극(220, 240, 260, 280), 상대 전극(222, 242, 262, 282)의 표면으로부터 수직 상방으로 돌출되도록 형성될 수 있으며, 그 말단부로 갈수록 폭이 점차적으로 감소하여 그 말단부가 뾰족한 형상이 되도록 형성될 수 있다. 동작 전극(220, 240, 260, 280), 상대 전극(222, 242, 262, 282)의 표면으로부터 돌출된 니들부(N1, N2, N3, N4)의 길이는 피검체(SP)의 표피층(SP1), 진피층(SP2) 및 피하층(SP3)의 두께에 따라 적절히 선택될 수 있다. 피검체(SP)의 부위에 따라 표피층(SP1), 진피층(SP2) 및 피하층(SP3)의 두께는 변화될 수 있으며, 측정하고자 하는 피검체(SP)의 부위에 따라 니들부(N1, N2, N3, N4)의 길이는 수백 ㎛ 내지 수천 ㎛ 사이에서 임의로 선택될 수 있다. 그리고, 니들부(N1, N2, N3, N4)의 폭은 수 ㎛ 내지 수백 ㎛ 사이에서 임의로 선택될 수 있다. 니들부(N1, N2, N3, N4)의 단면 형상은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있으며, 이에 제한된 것은 아니며 일부는 라운드 형상을 지니며 일부는 다각형 형상을 지닐 수 있다. 동일한 바이오 마커 측정 영역 내의 동작 전극(220, 240, 260, 280), 상대 전극(222, 242, 262, 282)에 각각 형성되는 니들부(N1, N2, N3, N4)들의 길이는 동일하게 형성할 수 있다.
니들부(N1, N2, N3, N4)가 피검체(SP)에 삽입된 경우, 피검체(SP)의 표피층(SP1), 진피층(SP2) 및 피하층(SP3)에 따라 피검체(SP)의 혈관으로부터 확산된 바이오 마커들의 농도는 달라질 수 있다. 예를 들어, 글루코스의 농도를 측정하는 경우, 혈관으로부터의 거리에 따라 글로코스의 농도는 점차 감소하게 되며, 피검체(SP) 내의 서로 다른 위치에 삽입된 니들부들(N1, N2, N3, N4) 각각에 측정되는 글루코스의 농도는 서로 다르게 측정될 수 있다. 니들부(N1, N2, N3, N4)에 프로브 바이오 분자가 부착된 상태에서 동작 전극(220, 240, 260, 280), 상대 전극(222, 242, 262, 282)에 전기적 신호를 인가한 경우, 프로브 바이오 분자와 결합한 타겟 바이오 분자의 농도에 따라 서로 다른 전기적 신호가 출력될 수 있다.
예를 들어, 바이오 마커 중 글루코스를 검출하는 원리를 설명하면 다음과 같다. 동작 전극(220, 240, 260, 280)의 니들부(N1, N2, N3, N4)에 프로브 바이오 분자로 글루코스 산화 효소 또는 글루코스 탈수소화 효소가 코팅 등에 의해 결합될 수 있다. 니들부(N1, N2, N3, N4)가 피검체(SP) 내에 삽입되는 경우, 피검체(SP)의 혈관으로부터 확산에 의해 빠져 나온 글루코스는 니들부(N1, N2, N3, N4)의 글루코스 산화 효소에 결합될 수 있다. 이 때, 동작 전극(220, 240, 260, 280)에 전기적 신호가 가해지면, 글루코스 산화 효소는 활성화되면서, 글루코스를 산소와 반응시켜 글루콘산(gluconic acid) 및 과산화 수소(H2O2)를 생성할 수 있다. 그리고, 과산화수소가 분해하면서 전자(e-)를 발생시킬 수 있다. 여기서 발생된 전자에 의해 피검체(SP) 내부의 세포 간액의 저항값이 변화할 수 있으며 측정되는 전류값이 변화가 발생할 수 있다. 결과적으로 동작 전극(220, 240, 260, 280)의 니들부(N1, N2, N3, N4)에 글루코스가 결합하면 글루코스가 산화하는 화학반응이 발생할 수 있으며, 글루코스의 농도에 따라 기준 전기적 신호와 다른 크기를 지닌 전기적 신호들, 예를 들어 제 1 내지 제 4 전기적 신호들이 검출될 수 있다.
도 3a에서는 상대 전극(222, 242, 262, 282)은 동작 전극(220, 240, 260, 280)의 전위에 대한 기준이 되는 기준 전극(reference electrode) 역할을 함께할 수 있으며, 도 3b에 나타낸 바와 같이 그라운드 상태의 기준 전극(R)을 상대 전극(222, 242, 262, 282)과 별개로 형성할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 전극 구조의 다양한 예를 나타낸 평면도이다.
상술한 도 1, 도 3a 및 도 3b에서는 생체 정보 측정 센서(100)의 베이스(10)에 형성된 바이오 마커 측정 영역(A1, A2, A3, A4)들은 형상 및 배치 구조는 예시적으로 나타낸 것이며 이에 한정된 것은 아니다. 예를 들어, 바이오 마커 측정 영역(A1, A2, A3, A4)들은 서로 다른 면적을 지니도록 형성될 수 있으며, 그 형상도 서로 다르게 형성될 수 있다. 그리고, 동작 전극(220, 240, 260, 280), 상대 전극(222, 242, 262, 282)들의 형상들도 서로 다르게 형성될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 바이오 마커 측정 영역(An)에는 원형으로 형성된 동작 전극(230) 및 동작 전극과 이격된 상대 전극(232)이 형성될 수 있다. 이와 같이 동작 전극(230)의 형상은 원형, 라운드형, 다각형 등 제한은 없다. 도 4b를 참조하면, 사각 형상의 동작 전극(240)과 이격되면서 동작 전극(240)을 둘러싸는 형상을 지닌 상대 전극(242)이 형성될 수 있다. 그리고, 도 4c를 참조하면, 원형 형상의 동작 전극(250)과 이격되면서 동작 전극(250)을 둘러싸는 형상을 지닌 상대 전극(252)이 형성될 수 있다. 상대 전극(232, 242, 252)은 동작 전극(230, 240, 250)에서 발생하는 신호를 모두 수용할 수 있도록 동작 전극(230, 240, 250)보다 상대적으로 큰 면적을 지니도록 형성될 수 있으며, 동작 전극(230, 240, 250) 및 상대 전극(232, 242, 252)에는 도 1, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같은 니들부들이 형성될 수 있다. 동일한 바이오 마커 측정 영역(An) 내의 동작 전극(230) 및 상대 전극(232)은 서로 동일한 길이를 지니도록 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정된 것은 아니다.
도 5는 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 이용하여 피검체 내에서 확산되는 바이오 마커를 시간에 따라 측정하는 것을 나타낸 그래프이다. 여기서 가로축은 도 2b의 피검체(SF)로부터 확산에 의해 배출되는 바이오 마커가 생체 정보 측정 센서(100)의 각각의 니들부(N1, N2, N3, N4)에 각각 도달하는 시간(Time)을 나타낸 것이다. 그리고, 세로축은 피검체(SP)의 혈관으로부터 배출되는 바이오 마커의 농도를 나타낸다.
도 2b 및 도 5를 참조하면, 피검체(SF)의 혈관(Blood)으로부터 배출되는 바이오 마커, 예를 들어 글로코스는 체액에 포함되어 피검체(SR)의 피하층(SP3), 진피층(SP2)으로 확산(Diffusion)될 수 있다.
확산 초기에는 제 1니들부(N1)에서 측정되는 글루코스의 농도는 제 2니들부(N2)에 비해 높으며, 제 2니들부(N2)에서 측정되는 글루코스의 농도는 제 3니들부(N3)에 비해 높으며, 제 3니들부(N3)에서 측정되는 글루코스의 농도는 제 4니들부(N4)에 비해 높다. 각 니들부(N1, N2, N3, N4)에서의 글루코스의 농도가 동일한 값(G')에 도달하기 위해서는 제 1니들부(N1)에서는 t1, 제 2니들부(N2)에서는 t2, 제 3니들부(N3)에서는 t3 및 제 4니들부(N4)에서는 t4의 시간이 필요하다. 이처럼, 혈관(Blood)으로부터 확산되는 바이오 마커들이 각 니들부(N1, N2, N3, N4)에 도달하는 시간은 측정 대상인 피검체(SF)에 따라 달라질 수 있다. 동일한 피검체(SF)라도 피검체(SF)의 상태나 측정 시간에 따라 달라질 수 있다.
개시에 따른 생체 정보 측정 센서에서는 다양한 길이를 지닌 니들부(N1, N2, N3, N4)를 포함하면서, 바이오 마커가 각 니들부(N1, N2, N3, N4)에서 일정한 농도값(G')에 도달하는 시간 t의 차이(t2-t1, t3-t2, t4-t3...)를 이용하여, 각 가중치를 테이블화하여 혈관(Blood) 내에서의 바이오 마커 농도 계산식에 적용할 수 있다. 이를 수학식1에 나타내었다.
Figure 112015102177154-pat00001
여기서, Cb1은 혈관 내의 바이오 마커, 예를 들어 글루코스의 농도 값이며, v1, v2,..., vn은 각 니들부(N1, N2..., Nn)에서의 가중치이며, C1, C2,..., Cn은 각 니들부(N1, N2..., Nn)에서 측정된 바이오 마커의 농도값이다. 피검체(SF)의 혈관(Blood)로부터 확산되어 배출된 바이오 마커들이 체액 또는 간질액(interstitial fluid:ISF)으로의 확산 시간에 따른 시간 지연(timelag)이 발생할 수 있으며, 이에 따라 바이오 마커의 측정 오차가 존재할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서(100)에서는 다양한 길이를 지닌 니들부(N1, N2..., Nn)를 포함하고, 각 니들부(N1, N2..., Nn)에 따라 일정한 바이오 마커의 농도값에 도달하는 시간(Time)의 차이에 따라 적용된 가중치(v1, v2,..., vn)를 이용하여 측정 오차를 보완할 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 이용하여 피검체 내에서 확산되는 바이오 마커를 측정한 결과를 시간에 따른 농도 값으로 나타낸 그래프이다. 여기서, 가로축은 도 2b의 피검체(SF)로부터 확산에 의해 배출되는 바이오 마커가 생체 정보 측정 센서(100)의 각각의 니들부(N1, N2, N3, N4)에 도달하는 시간(Time)을 나타낸 것이다. 그리고, 세로축은 피검체(SP)의 혈관으로부터 배출되는 바이오 마커의 농도(Concentration)를 나타낸다.
도 2b 및 도 6를 참조하면, 피검체(SF)의 혈관(Blood)으로부터 배출되는 바이오 마커, 예를 들어 글로코스는 체액에 포함되어 피검체(SR)의 피하층(SP3), 진피층(SP2)으로 확산(Diffusion)될 수 있다. 동일한 시간(t')이 경과한 뒤, 제 1니들부(N1)에서 측정되는 글루코스의 농도는 제 2니들부(N2)에 비해 높으며, 제 2니들부(N2)에서 측정되는 글루코스의 농도는 제 3니들부(N3)에 비해 높으며, 제 3니들부(N3)에서 측정되는 글루코스의 농도는 제 4니들부(N4)에 비해 높다. 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서에서는 다양한 길이를 지닌 니들부(N1, N2, N3, N4)를 포함하면서, 일정 시간(t')에서 각 니들부(N1, N2, N3, N4)에서의 바이오 마커들의 농도 값에 대해 각각 가중치를 적용하여 혈관(Blood) 내에서의 바이오 마커 농도 계산식에 적용할 수 있다. 이를 수학식2에 나타내었다.
Figure 112015102177154-pat00002
여기서, Cb2는 혈관 내의 바이오 마커, 예를 들어 글루코스의 농도 값이며, w1, w2,..., wn은 각 니들부(N1, N2..., Nn)에서의 농도 가중치이며, C1, C2,..., Cn은 각 니들부(N1, N2..., Nn)에서 측정된 바이오 마커의 농도값이다.
도 7은 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 1 및 도 2를 참조하면, 생체 정보 측정 센서(100)에는 서로 다른 길이를 지닌 다수의 니들부(N10, N20, N30, N40)가 형성될 수 있다. 여기서 제 1니들부(N10)는 다른 니들부(N20, N30, N40)들에 비해 상대적으로 긴 길이를 지닐 수 있다. 제 2니들부(N20), 제 3니들부(N30) 및 제 4니들부(N40)은 제 1니들부(N10)의 길이보다 짧은 길이를 지닐 수 있으며, 제 2니들부(N20), 제 3니들부(N30) 및 제 4니들부(N40)의 길이는 서로 동일하거나 거의 유사하게 형성될 수 있다.
이러한 구조를 지닌 생체 정보 측정 센서(100)를 이용하여 피검체(SP)의 생체 정보를 측정하고자 하는 경우, 제 1니들부(N10) 내지 제 4니들부(N40)를 피검체(SP) 표면을 통하여 피검체(SP)의 표피층(SP1), 진피층(SP2) 및 피하층(SP3) 내부로 침습 또는 삽입할 수 있다. 제 1니들부(N10) 내지 제 4니들부(N40)가 동일한 바이오 마커를 측정할 수 있도록 동일한 효소, 즉 프로브 바이오 분자가 부착된 경우, 피검체(SP)의 위치 및 피검체(SP) 표면으로부터의 깊이에 따른 바이오 마커의 농도를 측정할 수 있다. 이 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 1니들부(N10)와 다른 니들부(N20, N30, N40)들의 측정 결과를 시간차를 고려하여 피검체(SP)의 혈관내의 바이오 마커의 농도를 계산할 수 있다. 그리고, 도 6에 나타낸 바와 같이 측정 깊이를 고려하여 피검체(SP)의 혈관 내의 바이오 마커의 농도를 계산할 수 있다. 또한, 피검체(SP)의 표면으로부터 동일 또는 유사한 깊이를 지니며 서로 다른 위치에서의 바이오 마커의 농도를 제 2니들부(N20) 내지 제 4니들부(N40)를 이용하여 측정할 수 있다. 이 때, 제 1니들부(N10)에서 측정된 바이오 마커의 농도 값, 시간차를 이용하여 제 2니들부(N20) 내지 제 4니들부(N40)에 앞서서 피검체(SP)의 혈관부로부터 확산되는 바이오 마커의 농도를 예측할 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 이용하여 피검체로부터 측정된 생체 정보를 분석부로 전송하는 것을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 피검체(SP)에 생체 정보 측정 센서(100)를 부착하여 니들부(N1, N2, N3, N4)에서 측정된 전기적 신호는 생체 정보 측정 센서(100)의 일 영역에 형성된 트랜스미터(40)를 통하여 생체 정보 측정 센서(100) 외부의 단말부(200)로 전송될 수 있다. 도 5에서는 생체 정보 측정 센서(100)에서 측정된 전기 신호를 트랜스미터(40)를 통해 단말부(200)로 무선으로 전송하는 예를 나타내었으나, 이에 한정된 것은 아니며, 생체 정보 측정 센서(100)와 단말부(200)는 유선으로 연결되어 직접 전기 신호를 전송할 수 있다. 단말부(200)는 스마트폰, 테블릿 등의 모바일 기기나 PC 등의 정보처리부, 저장부 도 7은 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 1 및 도 2를 참조하면, 생체 정보 측정 센서(100)에는 서로 다른 길이를 지닌 다수의 니들부(N10, N20, N30, N40)가 형성될 수 있다. 여기서 제 1니들부(N10)는 다른 니들부(N20, N30, N40)들에 비해 상대적으로 긴 길이를 지닐 수 있다. 제 2니들부(N20), 제 3니들부(N30) 및 제 4니들부(N40)은 제 1니들부(N10)의 길이보다 짧은 길이를 지닐 수 있으며, 제 2니들부(N20), 제 3니들부(N30) 및 제 4니들부(N40)의 길이는 서로 동일하거나 거의 유사하게 형성될 수 있다.
이러한 구조를 지닌 생체 정보 측정 센서(100)를 이용하여 피검체(SP)의 생체 정보를 측정하고자 하는 경우, 제 1니들부(N10) 내지 제 4니들부(N40)를 피검체(SP) 표면을 통하여 피검체(SP)의 표피층(SP1), 진피층(SP2) 및 피하층(SP3) 내부로 침습 또는 삽입할 수 있다. 제 1니들부(N10) 내지 제 4니들부(N40)가 동일한 바이오 마커를 측정할 수 있도록 동일한 효소, 즉 프로브 바이오 분자가 부착된 경우, 피검체(SP)의 위치 및 피검체(SP) 표면으로부터의 깊이에 따른 바이오 마커의 농도를 측정할 수 있다. 이 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 1니들부(N10)와 다른 니들부(N20, N30, N40)들의 측정 결과를 시간차를 고려하여 피검체(SP)의 혈관내의 바이오 마커의 농도를 계산할 수 있다. 그리고, 도 6에 나타낸 바와 같이 측정 깊이를 고려하여 피검체(SP)의 혈관 내의 바이오 마커의 농도를 계산할 수 있다. 또한, 피검체(SP)의 표면으로부터 동일 또는 유사한 깊이를 지니며 서로 다른 위치에서의 바이오 마커의 농도를 제 2니들부(N20) 내지 제 4니들부(N40)를 이용하여 측정할 수 있다. 이 때, 제 1니들부(N10)에서 측정된 바이오 마커의 농도 값, 시간차를 이용하여 제 2니들부(N20) 내지 제 4니들부(N40)에 앞서서 피검체(SP)의 혈관부로부터 확산되는 바이오 마커의 농도를 예측할 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 이용하여 피검체로부터 측정된 생체 정보를 분석부로 전송하는 것을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 피검체(SP)에 생체 정보 측정 센서(100)를 부착하여 니들부(N1, N2, N3, N4)에서 측정된 전기적 신호는 생체 정보 측정 센서(100)의 일 영역에 형성된 트랜스미터(40)를 통하여 생체 정보 측정 센서(100) 외부의 단말부(200)로 전송될 수 있다. 도 5에서는 생체 정보 측정 센서(100)에서 측정된 전기 신호를 트랜스미터(40)를 통해 단말부(200)로 무선으로 전송하는 예를 나타내었으나, 이에 한정된 것은 아니며, 생체 정보 측정 센서(100)와 단말부(200)는 유선으로 연결되어 직접 전기 신호를 전송할 수 있다. 단말부(200)는 스마트폰, 테블릿 등의 모바일 기기나 PC 등의 정보처리부, 저장부 및 디스플레이를 포함하는 기기일 수 있다. 또한, 단말부(200)는 웨어러블 디바이스나 기타 헬스 케어용 전자 소자일 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서 및 이를 포함하는 생체 정보 분석 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 9를 참조하면, 생체 정보 측정 센서(100)로부터 측정된 전기 신호는 단말부(200)의 통신부(220)로 전송되며, 전송된 전기 신호는 제어부(210)에서 소정의 알고리즘에 의하여 연산되어 피검체(SP)의 생체 정보에 대한 결과 값을 산출할 수 있다. 생체 정보 측정 센서(100)에 의해 측정된 생체 정보는 저장부(240)에 의해 저장될 수 있으며, 또한 저장부(240)에 이미 저장된 피검체(SP)의 생체 정보와 비교하여 생체 정보 측정 기간에 따른 피검체(SP)의 생체 정보 변화량을 계산하여 나타낼 수 있다. 피검체(SP)의 생체 정보 측정 결과 또는 종전 측정 결과와의 비교한 결과는 표시부(230)를 통해 출력할 수 있다. 이처럼 생체 정보 측정 센서(100)에 의해 측정된 피검체(SP)의 생체 정보는 유저 인터페이스(250)를 통하여 사용자가 원하는 방식으로 설정될 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서를 이용하여 생체 정보를 측정하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 먼저 피검체(SP)에 본 개시에 따른 생체 정보 측정 센서(100)를 부착한다(S10). 피검체(SP)의 부위에 따라 표피층(SP1), 진피층(SP2) 및 피하층(SP3)을 포함할 수 있으며, 생체 정보를 측정하고자 하는 바이오 마커 및 피검체(SP)의 신체 부위에 따라 적절히 조정된 길이를 지닌 니들(N1, N2, N3, N4)을 포함하는 생체 정보 측정 센서가 선택될 수 있다. 그리고, 생체 정보 측정 센서(100)에 의하여 측정된 전기 신호를 외부 단말의 통신부로 송신한다(S20). 단말(200)에서는 생체 정보 측정 센서(100)로부터 송신된 생체 전기 신호를 이용하여 해당하는 바이오 마커의 농도를 계산한다(S30). 그리고, 계산된 결과 값을 표시부(230)에 나타내거나, 저장부(240)에 저장할 수 있다(S40).
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다. 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 베이스, 100: 생체 정보 측정 센서
22: 제 1전극부, 24: 제 2전극부
26: 제 3전극부, 28: 제 4전극부
100: 생체 정보 측정 센서,
220, 230, 240, 250, 260, 280: 작동 전극
222, 232, 242, 252, 262, 282: 상대 전극,
A1, A2, A3, A4, An: 바이오 마커 측정 영역,
N1, N2, N3, N4, N10, N20, N30, N40: 니들부
SP: 피검체, SP1: 표피층
SP2: 진피층, SP3: 피하층

Claims (24)

  1. 다수의 바이오 마커 측정 영역;
    상기 다수의 바이오 마커 측정 영역 각각에 형성된 것으로, 동작 전극 및 상기 동작 전극과 이격된 상대 전극을 포함하는 전극부;
    상기 동작 전극과 상기 상대 전극 각각에 형성된 니들부; 및
    상기 동작 전극 상에 형성된 상기 니들부 및 상기 상대 전극 상에 형성된 상기 니들부 중 상기 동작 전극 상에 형성된 상기 니들부만에 선택적으로 형성되어 바이오 마커를 검출하는 효소;를 포함하며,
    상기 다수의 바이오 마커 측정 영역 중 적어도 하나의 바이오 마커 측정 영역에 형성된 상기 니들부는 다른 바이오 마커 측정 영역들에 형성된 니들부와 다른 길이를 지니며,
    상기 다수의 바이오 마커 측정 영역들 중 동일한 바이오 마커 측정 영역에 형성된 니들부는 서로 동일한 길이를 지닌 생체 정보 측정 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 동작 전극 및 상기 상대 전극과 이격된 기준 전극을 더 포함하는 생체 정보 측정 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상대 전극은 상기 동작 전극보다 큰 표면적을 지닌 생체 정보 측정 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    서로 다른 바이오 마커 측정 영역에 형성된 니들부들은 서로 다른 길이를 지닌 생체 정보 측정 센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 마커 측정 영역은 다른 바이오 마커 측정 영역보다 상대적으로 길이가 긴 니들부가 형성된 제 1바이오 마커 측정 영역을 포함하며,
    상기 제 1바이오 마커 측정 영역을 제외한 나머지 바이오 마커 측정 영역의 니들부들의 길이는 서로 실질적으로 동일한 생체 정보 측정 센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 길이가 서로 다른 니들부들은 상기 효소가 부착되는 영역이 서로 다른 생체 정보 측정 센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 길이가 서로 다른 니들부들에 상기 효소가 부착되는 영역의 면적이 서로 동일한 생체 정보 측정 센서.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 길이가 서로 다른 니들부들의 단위 니들의 숫자가 서로 다른 니들부들을 포함하는 생체 정보 측정 센서.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 니들부의 단면은 원형, 타원형, 다각형 중 적어도 어느 하나의 형상을 지닌 생체 정보 측정 센서.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 생체 정보 측정 센서의 일 영역에 형성된 트랜스미터를 더 포함하는 생체 정보 측정 센서.
  13. 제1항에 기재된 생체 정보 측정 센서; 및
    상기 생체 정보 측정 센서로부터 송신된 전기적 신호로부터 피검체의 생체 정보를 계산하는 단말부;를 포함하는 생체 정보 측정 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 동작 전극 및 상기 상대 전극과 이격된 기준 전극을 포함하는 생체 정보 측정 시스템.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 다수의 바이오 마커들 중 동일한 바이오 마커 측정 영역에 형성된 니들부들은 서로 동일한 길이를 지니며,
    서로 다른 바이오 마커 측정 영역에 형성된 니들부들은 서로 다른 길이를 지닌 생체 정보 측정 시스템.
  16. 삭제
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 길이가 서로 다른 니들부들은 상기 효소가 부착되는 영역이 서로 다른 생체 정보 측정 시스템.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 길이가 서로 다른 니들부들에 상기 효소가 부착되는 영역의 면적이 서로 동일한 생체 정보 측정 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 길이가 서로 다른 니들부들의 단위 니들의 숫자가 서로 다른 니들부들을 포함하는 생체 정보 측정 시스템.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 단말부는 상기 생체 정보 측정 센서로부터 전송된 전기 신호를 송신하는 통신부; 및
    상기 전기 신호를 이용하여 피검체의 생체 정보에 대한 결과 값을 산출하는 제어부;를 포함하는 생체 정보 측정 시스템.
  21. 생체 정보 측정 센서를 이용한 생체 정보 측정 방법에 있어서,
    제 1항의 생체 정보 측정 센서를 피검체에 부착하고,
    상기 피검체 내부로 삽입된 상기 니들부로부터 검출된 전기 신호를 수신하여, 상기 전기 신호에 대응되는 바이오 마커의 농도를 측정하는 생체 정보 측정 방법.
  22. 삭제
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 니들부들로부터 측정된 전기 신호로부터 계산된 바이오 마커들의 농도값에 대해 각각 가중치를 적용하여 상기 바이오 마커들의 혈관 내에서의 농도 값을 계산하는 생체 정보 측정 방법.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 바이오 마커들 중 피검체의 혈관 내에서 상대적으로 농도가 높은 바이오 마커에 대응되는 효소가 배치된 니들부의 길이는 피검체의 혈관 내에서 상대적으로 농도가 낮은 바이오 마커에 대응되는 효소가 배치된 니들부의 길이보다 짧게 형성하는 생체 정보 측정 방법.
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