KR102486571B1 - 바이오 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

바이오 측정 장치가 개시된다. 바이오 측정 장치는 혈액 시료와 산화환원 반응을 발생시키는 시약층이 표면에 형성되고 서로 이격되게 배치된 작동 전극, 상대 전극 및 가변 전극을 구비하는 전극 구조물을 포함하는 스트립 장치, 작동 전극에 작동 전압을 인가하는 작동전압 인가부를 포함하는 전압 인가부, 상대 전극에 전기적으로 연결되고 산화환원 반응에 의해 생성된 전류를 측정하여 혈액 시료 내부의 혈당 농도를 분석하는 분석부 및 가변 전극에 전기적으로 연결되고 가변 전극을 작동전압 인가부 또는 분석부에 전기적으로 연결하는 연결부를 포함한다.

Description

바이오 측정 장치{BIO MEASUREMENT APPARATUS}
본 발명은 혈액 시료로부터 혈당 농도를 측정할 수 있는 바이오 측정 장치에 관한 것이다.
현장 진단 장비는 환자의 바로 옆 혹은 가까운 장소에서 사용되는 장비들로, 기존의 연구 장비 혹은 자동화 장비들에 비해 빠른 측정을 가능하게 하여, 환자의 진단 및 그에 따른 처방으로까지 이어지는 시간, 즉 TAT(Turn around time)을 줄여 준다는 장점을 갖는다. 이러한 현장 진단 장비들 중 그 기능을 더욱 전문화하고 크기 및 단가를 줄인 것들을 소형 현장 진단 장비라 하며, 대표적인 것으로 개인용 혈당 측정기가 있다.
이러한 혈당 측정기는 일반적으로 작동 전극 및 상대 전극 표면에서 일어나는 혈액 시료와 당산화 효소 및 산화환원 매개체를 포함하는 시약층 사이의 전기화학적 산화환원 반응을 통해 생성되는 전류를 감지함으로써 혈당 농도를 측정한다.
사용 및 휴대의 용이성을 위해 상기 혈당 측정기는 소형화 되는 추세이고, 이에 따라 상기 작동 전극 및 상기 상대 전극의 면적은 갈수로 좁아지고 있다. 하지만, 상기 작동 전극 및 상기 상대 전극의 면적이 좁아지는 경우, 측정 가능한 혈당 농도 범위가 감소되고, 혈당 농도 측정 시간이 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 산화환원 반응이 일어나는 작동 전극 및 상대 전극의 면적을 조절할 수 있는 바이오 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 바이오 측정 장치는 혈액 시료와 산화환원 반응을 발생시키는 시약층이 표면에 형성되고 서로 이격되게 배치된 작동 전극, 상대 전극 및 가변 전극을 구비하는 전극 구조물을 포함하는 스트립 장치; 상기 작동 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 작동 전극에 작동 전압을 인가하는 작동전압 인가부를 포함하는 제1 전압 인가부; 상기 작동 전극 및 상기 상대 전극 중 하나에 전기적으로 연결되고, 상기 산화환원 반응에 의해 생성된 전류를 측정하여 상기 혈액 시료 내부의 혈당 농도를 분석하는 분석부; 상기 상대 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 상대 전극에 상기 작동 전압과 다른 전압을 인가하는 제2 전압 인가부; 및 상기 가변 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 가변 전극을 상기 작동전압 인가부 또는 상기 제2 전압 인가부에 전기적으로 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연결부는 상기 전압 인가부에 전기적으로 연결된 제1 단자, 상기 제2 전압 인가부에 전기적으로 연결된 제2 단자 및 상기 전압 인가부와 상기 제2 전압 인가부 모두와 절연된 제3 단자를 포함하고, 상기 가변 전극을 상기 제1 내지 제3 단자들 중 하나에 선택적으로 연결할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 스트립 장치는 서로 대향하도록 배치된 제1 및 제2 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 배치되고 일 모서리로부터 연장된 제1 개구부가 형성되어 상기 제1 및 제2 플레이트와 함께 상기 혈액시료를 수용하는 혈액시료 수용 공간을 형성하는 챔버 플레이트를 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 작동 전극, 상기 상대 전극 및 상기 가변 전극 각각의 일부는 상기 혈액시료 수용 공간 내에서 서로 평행하게 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 작동 전극은 상기 혈액시료 수용 공간의 연장 방향과 교차하는 제1 방향으로 연장되고 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간에 위치하는 제1 반응 전극부 및 상기 제1 반응 전극부의 일 단부로부터 연장되어 상기 작동 전압 인가부에 전기적으로 연결되는 제1 연결 전극부를 포함할 수 있고, 상기 상대 전극은 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간 내부에서 상기 제1 반응 전극부와 평행하게 배치된 제2 반응 전극부 및 상기 제2 반응 전극부의 일 단부로부터 연장되어 상기 제2 전압 인가부에 전기적으로 연결되는 제2 연결 전극부를 포함할 수 있으며, 상기 가변 전극은 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간 내부에서 상기 제1 및 제2 반응 전극부와 평행하게 배치된 제3 반응 전극부 및 상기 제3 반응 전극부의 일 단부로부터 연장되어 상기 연결부에 전기적으로 연결되는 제3 연결 전극부를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3 반응 전극부는 상기 제1 반응 전극부를 사이에 두고 상기 제2 반응 전극부와 이격되게 배치되거나 상기 제2 반응 전극부를 사이에 두고 상기 제1 반응 전극부와 이격되게 배치될 수 있다.
한편, 상기 작동 전극, 상기 상대 전극 및 상기 가변 전극은 상기 제1 플레이트의 상부면에 배치될 수 있고, 이 경우, 상기 제1 내지 제3 연결 전극부의 적어도 일부는 상기 제1 플레이트와 상기 챔버 플레이트 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 구조물은 적어도 일부가 상기 혈액 시료 수용 공간 내에 위치하고, 상기 혈액 시료가 상기 혈액시료 수용 공간에 주입되었는지 여부를 판별하는 지시 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 스트립 장치는 상기 제1 플레이트와 상기 챔버 플레이트 사이에서 상기 전극 구조물의 일부분을 피복하도록 배치되고, 절연성 고분자 물질로 형성되며, 상기 챔버 플레이트보다 얇은 두께를 갖는 밀봉막을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 구조물은 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간 내부에 배치되고, 기준 전압이 인가되는 기준 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전압 인가부는 상기 기준 전압을 상기 기준 전극에 인가하는 기준전압 인가부를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기준 전극은 상기 제1 반응 전극부 및 상기 제2 반응 전극부 사이에서 이들과 평행하게 연장되고 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간 내부에 배치된 제4 반응 전극부 및 상기 제4 반응 전극부의 일 단부로부터 연장되어 상기 기준전압 인가부에 전기적으로 연결된 제4 연결 전극부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기준 전극은 상기 제1 플레이트의 상부면에 배치될 수 있고, 이 경우, 상기 제4 연결 전극부의 적어도 일부는 상기 제1 플레이트와 상기 챔버 플레이트 사이에 배치될 수 있다. 이와 달리, 상기 기준 전극은 상기 제2 플레이트의 하부면에 배치될 수 있고, 이 경우, 상기 제4 연결 전극부의 적어도 일부는 상기 제2 플레이트와 상기 챔버 플레이트 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 바이오 측정 장치에 따르면, 상기 스트립 장치가 상기 가변 전극을 포함하므로 상기 혈액 시료 내에 포함된 혈당의 농도에 따라 작동 전극의 실질적인 면적 및 상대 전극의 실질적인 면적을 조절할 수 있고, 그 결과 측정 가능한 혈당의 농도 범위를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 혈당의 농도를 측정하는 시간 시간을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스트립 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 전극 구조물의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 스트립 장치의 전극 구조물의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 평면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 스트립 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 전극 구조물의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 측정 장치(1000)는 스트립 장치(1100), 제1 전압 인가부(1200), 분석부(1300), 제2 전압 인가부(1400) 및 연결부(1500)를 포함한다.
상기 스트립 장치(1100)는 외부로부터 주입된 혈액 시료를 수용될 수 있는 혈액시료 수용 공간을 내부에 구비하고, 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간 내부에 서로 이격되게 위치하고 상기 혈액 시료와 산화환원 반응을 발생시키는 시약층이 표면에 형성되어 있는 작동 전극(1141), 상대 전극(1142) 및 가변 전극(1143)을 구비하는 전극 구조물(1140)을 포함할 수 있다. 상기 가변 전극(1143)은 작동 전극 및 상대 전극 중 하나로 선택적으로 작용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 스트립 장치(1100)는 제1 플레이트(1110), 제2 플레이트(1120), 챔버 플레이트(1130) 및 상기 전극 구조물(1140)을 포함할 수 있다.
상기 제1 플레이트(1110) 및 상기 제2 플레이트(1120)는 서로 대향하도록 배치될 수 있고, 상기 챔버 플레이트(1130)는 상기 제1 및 제2 플레이트(1110, 1120) 사이에 배치되어 상기 제1 및 제2 플레이트(1110, 1120)와 함께 외부에서 혈액 시료가 주입되어 수용되는 혈액시료 수용 공간을 형성할 수 있다.
상기 제1 플레이트(1110)는 편평한 상부면 및 하부면을 구비하는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 플레이트(1110)의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 설명의 편의를 위해, 하기에서는 직사각형 형상을 갖는 것을 예로 들어 설명한다. 예를 들면, 상기 제1 플레이트(1110)는 상기 혈액 시료가 주입되는 상기 혈액시료 수용 공간의 입구가 위치하는 제1 모서리, 상기 제1 모서리와 대향하는 제2 모서리, 그리고 상기 제1 및 제2 모서리의 단부들을 연결하는 제3 모서리 및 제4 모서리를 갖는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, 상기 제1 및 제2 모서리의 길이를 상기 제1 플레이트(1110)의 폭(width)이라고 정의하고, 상기 제3 및 제4 모서리의 길이를 상기 제1 플레이트(1110)의 길이(length)라고 정의한다.
상기 제2 플레이트(1120)는 상기 제1 플레이트(1110)와 동일한 폭을 갖고, 상기 제1 플레이트(1110)보다 작거나 이와 동일한 길이를 가지며, 편평한 상부면 및 하부면을 구비하는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 플레이트(1120)는 상기 제1 플레이트(1110)의 제1 모서리와 중첩하는 제5 모서리, 상기 제5 모서리와 대향하는 제6 모서리 및 상기 제5 모서리와 상기 제6 모서리의 양쪽 단부를 연결하고 상기 제3 및 제4 모서리와 각각 중첩하는 제7 및 제8 모서리를 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다.
상기 챔버 플레이트(1130)는 상기 혈액시료 수용 공간을 형성하기 위한 제1 개구부(1131)를 구비하고, 상기 제2 플레이트(1120)와 동일한 폭 및 길이를 갖는 직사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 챔버 플레이트(1130)는 상기 제2 플레이트(1120)의 제5 내지 제8 모서리와 각각 중첩하는 제9 내지 제12 모서리를 가질 수 있고, 상기 제1 개구부(1131)는 상기 제9 모서리로부터 상기 제10 모서리 방향으로 일정한 폭 및 길이로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 플레이트(1110, 1120) 그리고 상기 챔버 플레이트(1130) 각각은 서로 독립적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 고분자 물질로 형성될 수 있다.
상기 전극 구조물(1140)은 상기 제1 플레이트(1110)의 상부면 상에 배치될 수 있다. 상기 전극 구조물(1140)의 소재는 전기 전도성 물질이라면 특별히 제한되지 않고, 그 형성 방법 또한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 전극 구조물(1140)은 도전성 박막 패턴을 상기 제1 플레이트(1110)의 상부면에 접착함으로써 형성될 수도 있고, 도전성 물질의 프린팅 또는 도전성 박막 형성 후 이를 패터닝하는 등의 방법으로 형성될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 구조물(1140)은 작동 전극(1141), 상대 전극(1142) 및 가변 전극(1143)을 포함할 수 있고, 전기화학적 방법을 통해 상기 혈액 시료의 혈당농도를 측정할 수 있다.
상기 작동 전극(1141)은 상기 혈액시료 수용 공간 내부로 상기 혈액 시료가 주입되는 방향과 교차하는 방향으로 연장되고 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간에 위치하는 제1 반응 전극부(1141a) 및 상기 제1 반응 전극부(1141a)의 일 단부로부터 연장되어 상기 전압 인가부(1200)에 전기적으로 연결되는 제1 연결 전극부(1141b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 반응 전극부(1141a)는 일정한 제1 폭을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 연결 전극부(1141b)는 상기 제1 플레이트(1110)와 상기 챔버 플레이트(1130) 사이에 위치하고 상기 제1 플레이트(1110)의 제2 모서리에 인접한 영역까지 연장될 수 있으며, 일부가 상기 제2 플레이트(1120) 및 상기 챔버 플레이트(1130) 외부로 노출될 수 있다.
상기 상대 전극(1142)은 상기 작동 전극(1141)의 제1 반응 전극부(1141a)와 평행하게 배치되고 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간에 위치하는 제2 반응 전극부(1142a) 및 상기 제2 반응 전극부(1142a)의 일 단부로부터 연장되어 상기 분석부에 전기적으로 연결되는 제2 연결 전극부(1142b)를 포함할 수 있다.
상기 제2 반응 전극부(1142a)는 일정한 제2 폭을 가질 수 있고, 상기 제2 폭은 상기 제1 반응 전극부(1141a)의 제1 폭과 동일하거나 이와 다를 수 있다. 그리고, 상기 제2 연결 전극부(1142b)는 상기 제1 플레이트(1110)와 상기 챔버 플레이트(1130) 사이에 위치하고 상기 제1 플레이트(1110)의 제2 모서리에 인접한 영역까지 연장될 수 있으며, 일부가 상기 제2 플레이트(1120) 및 상기 챔버 플레이트(1130) 외부로 노출될 수 있다.
상기 가변 전극(1143)은 상기 작동 전극(1141)의 제1 반응 전극부(1141a) 및 상기 상대 전극(1142)의 제2 반응 전극부(1142a)와 평행하게 배치되고 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간에 위치하는 제3 반응 전극부(1143a) 및 상기 제3 반응 전극부(1143a)의 일 단부로부터 연장되어 상기 연결부(1500)에 전기적으로 연결된 제3 연결 전극부(1143b)를 포함할 수 있다.
상기 제3 반응 전극부(1143a)는 일정한 제3 폭을 가질 수 있고, 상기 제3 폭은 상기 제1 반응 전극부(1141a)의 제1 폭 또는 상기 제2 반응 전극부(1142a)의 제2 폭과 동일하거나 이들과 다를 수 있다. 그리고, 상기 제3 연결 전극부(1143b)는 상기 제1 플레이트(1110)와 상기 챔버 플레이트(1130) 사이에 위치하고 상기 제1 플레이트(1110)의 제2 모서리에 인접한 영역까지 연장될 수 있으며, 일부가 상기 제2 플레이트(1120) 및 상기 챔버 플레이트(1130) 외부로 노출될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 반응 전극부들(1141a, 1142a, 1143a) 사이의 상대적인 위치는 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 가변 전극의 제3 반응 전극부(1143a)는 상기 제1 및 제2 반응 전극부들(1141a, 1142a) 중 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 반응 전극부(1141a)에 인접하게 배치될 수도 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제2 반응 전극부(1142a)에 인접하게 배치될 수도 있다.
상기 혈액시료 수용 공간 내에 위치하는 상기 제1 반응 전극부(1141a), 상기 제2 반응 전극부(1142a) 및 상기 제3 반응 전극부(1143a)의 상부에는 당산화 효소(glucose oxidase) 및 산화환원 매개체(redox mediator)를 포함하는 시약층(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 당산화 효소는 상기 혈액 시료 내의 포도당을 글루콘산으로 산화시키면서 상기 산화환원 매개체를 환원시킬 수 있고, 상기 산화환원 매개체는 환원 후 재산화되면서 전자를 방출할 수 있다.
상기 산화환원 매개체 및 당산화 효소로는 공지의 물질이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 산화환원 매개체로는 염화헥사아민루세늄(Ⅲ)(hexaammineruthenium(Ⅲ)chloride), 포타슘페리시아나이드(potassium ferricyanide), 포타슘페로시아나이드(potassium ferrocyanide), 디메틸페로센(dimethylferrocene(DMF)), 페리시니움(ferricinium), 페로센모노카르복실산(ferocene monocarboxylic acid(FCOOH)), 7,7,8,8,-테트라시아노퀴노디메탄(7,7,8,8-tetracyanoquino-dimethane(TCNQ)), 테트라티아풀발렌(tetrathia fulvalene(TTF)), 니켈로센(nickelocene(Nc)), N-메틸아시디니움(N-methyl acidinium(NMA+)), 테트라티아테트라센(tetrathiatetracene(TTT)), N-메틸페나지니움(N-methylphenazinium (NMP+)), 하이드로퀴논(hydroquinone), 3-디메틸아미노벤조산(3-dimethylaminobenzoic acid(MBTHDMAB)), 3-메틸-2-벤조티오조리논하이드라존(3-methyl-2-benzothiozolinone hydrazone), 2-메톡시-4-알릴페놀(2-methoxy-4-allylphenol), 4-아미노안티피린(4-aminoantipyrin(AAP)), 디메틸아닐린(dimethylaniline), 4-아미노안티피렌(4-aminoantipyrene), 4-메톡시나프톨(4-methoxynaphthol), 3,3',5,5'-테트라메틸벤지딘(3,3',5,5'-tetramethyl benzidine(TMB)), 2,2-아지노-디-[3-에틸-벤즈티아졸린 술포네이트] (2,2-azino- di-[3-ethyl-benzthiazoline sulfonate]), o-디아니지딘(odianisidine), o-톨루이딘(o-toluidine), 2,4-디클로로페놀(2,4-dichlorophenol), 4-아미노페나존(4-amino phenazone), 벤지딘(benzidine), 프루시안 블루(prussian blue), 바이피리딘-오스뮴 복합체 화합물 등이 사용될 수 있고, 상기 당산화 효소로는 플라빈아데닌디뉴클레오티드-글루코스탈수소효소(flavin adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase, FAD-GDH), 니코틴아미드아데닌디뉴클레오티드-글루코스탈수소효소(nicotinamide adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase, NAD-GDH), 파이롤로퀴놀린 퀴논-글루코스탈수소효소(Pyrroloquinoline quinone-glucose dehydrogenase, PQQ-GDH), 당산화효소(glucose oxidase; GOx) 등이 사용될 수 있다.
상기 제1 전압 인가부(1200)는 상기 작동 전극(1141)에 전기적으로 연결되고, 상기 작동 전극(1141)에 작동 전압을 인가할 수 있다. 상기 작동 전극(1141)에 작동 전압을 인가할 수 있으면, 상기 제1 전압 인가부(1200)의 구성은 특별히 제한되지 않는다.
상기 분석부(1300)는 상기 작동 전극(1141) 및 상기 상대 전극(1142) 중 하나에 전기적으로 연결되고, 상기 혈액 시료와 상기 시약층의 전기화학적 반응에 의해 생성되는 전류를 측정할 수 있고, 이러한 전류의 변화를 통해 상기 혈액 시료의 혈당 농도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 분석부(1300)는 상기 작동 전극(1141)에 연결될 수 있다. 상기 혈액 시료 및 상기 시약층의 전기화학적 반응에 의해 생성되는 전류를 측정할 수 있다면, 상기 분석부(1300)의 구성은 특별히 제한되지 않는다.
상기 제2 전압 인가부(1400)는 상기 상대 전극(1142)에 전기적으로 연결되고, 상기 상대 전극(1142)에 상기 작동 전압과 다른 전압, 예를 들면, 접지 전압을 인가할 수 있다.
상기 연결부(1500)는 상기 가변 전극(1143)에 전기적으로 연결되고, 상기 가변 전극(1143)을 상기 제1 전압 인가부(1200) 및 상기 제2 전압 인가부(1400) 중 하나에 선택적으로 연결할 수 있다. 상기 가변 전극(1143)을 상기 제1 전압 인가부(1200) 및 상기 제2 전압 인가부(1400) 중 하나에 선택적으로 연결할 수 있다면, 상기 연결부(1500)의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 연결부(1500)는 도 1에 도시된 바와 같이 기계적 방식에 의해 상기 가변 전극(1143)을 상기 제1 전압 인가부(1200) 및 상기 제2 전압 인가부(1400) 중 하나에 선택적으로 연결할 수도 있고, 이와 다르게 도면에 도시되진 않았지만 전기적 방식을 통해 상기 가변 전극(1143)을 상기 제1 전압 인가부(1200) 및 상기 제2 전압 인가부(1400) 중 하나에 선택적으로 연결할 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연결부(1500)는 상기 제1 전압 인가부(1200)에 전기적으로 연결된 제1 단자, 상기 제2 전압 인가부(1400) 에 전기적으로 연결된 제2 단자 및 상기 제1 전압 인가부(1200) 및 상기 제2 전압 인가부(1400)와 절연된 제3 단자를 포함할 수 있고, 상기 가변 전극(1143)을 상기 제1 내지 제3 단자들 중 하나에 선택적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전극 구조물(1140)은 상기 혈액 시료가 상기 혈액시료 수용 공간에 주입되었는지 여부를 판별하기 위한 지시 전극(1144)을 더 포함할 수 있다.
상기 지시 전극(1144)은 적어도 일부가 상기 혈액 시료 수용 공간 내에 위치할 수 있고, 이의 표면에는 상기 시약층이 형성될 수 있다. 일 실시예로, 상기 혈액 시료가 상기 혈액시료 수용 공간에 주입되었는지 여부를 판별하기 위해, 상기 지시 전극(1144)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 분석부(1300)에 전기적으로 연결될 수도 있고, 상기 혈액 시료의 주입여부를 판별할 수 있는 다른 별도의 구성요소에 연결될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스트립 장치(1100)는 상기 제1 플레이트(1110)와 상기 챔버 플레이트(1130) 사이에서 상기 전극 구조물(1140)의 일부분을 피복하도록 배치되고, 절연성 고분자 물질로 형성되며, 상기 챔버 플레이트(1130)보다 얇은 두께를 갖는 밀봉막(1150)을 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉막(1150)은 상기 챔버 플레이트(1130)와 상기 전극 구조물(1140) 사이의 공간을 통해 혈액 시료가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 밀봉막(1150)은 상기 챔버 플레이트(1130)의 제1 개구부(1131)에 대응하는 제2 개구부(1151)를 포함할 수 있고, 상기 챔버 플레이트(1130)와 동일한 크기 및 평면 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 바이오 측정 장치(1000)에 따르면, 상기 스트립 장치(1100)가 상기 가변 전극(1143)을 포함하므로 상기 혈액 시료 내에 포함된 혈당의 농도에 따라 작동 전극의 실질적인 면적 및 상대 전극의 실질적인 면적을 조절할 수 있고, 그 결과 측정 가능한 혈당의 농도 범위를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 혈당의 농도를 측정하는 시간 시간을 감소시킬 수 있다.
상기 혈액 시료가 상기 당산화 효소 및 상기 산화환원 매개체를 포함하는 상기 시약층과 접촉하는 경우, 산화환원 반응을 통해 전류를 생성하고, 상기 분석부(1300)는 이러한 전류를 감지하여 상기 혈액 시료 내에 포함된 혈당의 농도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 작동 전극(1141) 표면에서는 산화 반쪽 반응 및 환원 반쪽 반응 중 하나의 반쪽 반응이 일어나고, 상기 상대 전극 표면에서는 상기 작동 전극에서의 반쪽 반응과 반대되는 나머지 하나의 반쪽 반응이 발생된다. 이러한 산화환원 반응의 평형 상태는 상기 산화 반쪽 반응 및 상기 환원 반쪽 반응 중 느린 반응에 의해 결정되고, 상기 산화 반쪽 반응 및 상기 환원 반쪽 반응의 반응속도는 상기 혈액 시료에 포함된 혈당의 농도뿐만 아니라 상기 작동 전극(1141) 및 상기 상대 전극(1142) 각각의 면적에 영향을 받는다. 또한, 상기 작동 전극(1141) 및 상기 상대 전극(1142) 각각의 면적은 상기 혈당의 농도에 따른 상기 산화환원 반응의 평형 상태에도 영향을 미치므로, 상기 작동 전극(1141) 및 상기 상대 전극(1142) 각각의 면적은 상기 혈액 시료 내에 포함된 혈당의 농도 측정 범위 및 분석능력에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 측정 장치(1000)의 경우, 상기 가변 전극(1143)은 상기 연결부(1500)에 의해 작동 전극 및 상대 전극 중 하나로 기능할 수 있다. 구체적으로, 상기 연결부(1500)에 의해 상기 가변 전극(1143)이 상기 제1 전압 인가부(1200)에 전기적으로 연결되는 경우에는 상기 가변 전극(1143)은 작동 전극으로 기능할 수 있고, 상기 가변 전극(1143)이 상기 제2 전압 인가부(4300)에 연결되는 경우에는 상대 전극(1142)으로 기능할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 혈액 시료 내에 포함된 혈당의 농도에 따라 작동 전극의 면적 및 상대 전극의 면적을 조절할 수 있고, 그 결과 상기 산화환원 반응의 평형 상태에 도달하는 시간을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 측정 가능한 혈당의 농도 범위 및 분석 능력을 증가시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 스트립 장치의 전극 구조물의 다양한 실시예들을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 2와 함께 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 측정 장치(2000)는 스트립 장치(2100), 제1 전압 인가부(2200), 분석부(2300), 제2 전압 인가부(2400) 및 연결부(2500)를 포함한다.
상기 스트립 장치(2100)는 제1 플레이트(2100), 제2 플레이트(미도시), 챔버 플레이트(미도시) 및 전극 구조물(2140)을 포함할 수 있다. 상기 전극 구조물(2140)을 제외한 상기 스트립 장치(2100)의 나머지 구성요소들은 도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 스트립 장치(1100)와 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다.
도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 스트립 장치(1100)는 2-전극 시스템에 기반하여 혈액 시료 내의 혈당 농도를 측정함에 반하여, 본 실시예에 따른 바이오 측정 장치(2000)의 스트립 장치(2100)는 3-전극 시스템에 기반하여 혈액 시료 내의 혈당 농도를 측정한다. 따라서, 상기 스트립 장치(2100)의 전극 구조물(2140)은 작동 전극(2141), 상대 전극(2142) 및 가변 전극(2143) 외에 기준 전압이 인가되는 기준 전극(2145)을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 스트립 장치(2100)의 전극 구조물(2140) 역시 상기 혈액 시료가 혈액시료 수용 공간 내부로 주입되었는지 여부를 판별하기 위한 지시 전극(2144)을 더 포함할 수 있다. 상기 작동 전극(2141), 상기 상대 전극(2142) 및 상기 가변 전극(2143)은 도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 스트립 장치(1100)의 전극 구조물(1140)의 작동 전극(1141), 상대 전극(1142) 및 가변 전극(1143)과 각각 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다.
일 실시예에 있어서, 상기 기준 전극(2145)은 상기 제1 플레이트(2110) 상부면 상에 위치할 수 있고, 상기 작동 전극(2141)의 제1 반응 전극부(2141a) 및 상기 상대 전극(2142)의 제2 반응 전극부(2142a) 사이에서 이들과 평행하게 연장된 제4 반응 전극부(2145a) 및 상기 제4 반응 전극부(2145a)의 일 단부로부터 연장되어 상기 전압 인가부(2200)에 전기적으로 연결된 제4 연결 전극부(2145b)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제4 반응 전극부(2145a)의 적어도 일부는 상기 혈액시료 수용 공간 내부에 위치할 수 있고, 상기 제4 연결 전극부(2145b)는 상기 제1 플레이트(2110)와 상기 챔버 플레이트(미도시, 도 2의 ?踪?참조) 사이에서 연장될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 기준 전극(2145)은 상기 제1 플레이트(2110)와 마주보는 상기 제2 플레이트(미도시, 도 2의 균’참조)의 하부면 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제4 반응 전극부(2145a)의 적어도 일부는 상기 혈액시료 수용 공간 내부에 위치할 수 있고, 상기 제4 연결 전극부(2145b)는 상기 제2 플레이트와 상기 챔버 플레이트 사이에서 연장될 수 있다.
상기 제1 전압 인가부(2200)는 상기 작동 전극(2141)에 작동 전압을 인가하는 작동전압 인가부(2210) 및 상기 기준 전극(2145)에 기준 전압을 인가하는 기준전압 인가부(2220)를 포함할 수 있다.
상기 분석부(2300)는 상기 작동 전극(2141)에 전기적으로 연결되고, 상기 혈액 시료와 상기 시약층의 전기화학적 반응에 의해 생성되는 전류를 측정할 수 있으며, 이러한 전류의 변화를 통해 상기 혈액 시료의 혈당 농도를 측정할 수 있다. 또한, 상기 분석부(2300)는 상기 지시 전극(2144)에 전기적으로 연결되어 상기 혈액시료 수용 공간 내부로 혈액 시료가 주입되었는지 여부를 판별할 수 있다.
상기 제2 전압 인가부(2400)는 상기 상대 전극(2142)에 전기적으로 연결되고, 상기 상대 전극(2142)에 상기 작동 전압과 다른 전압, 예를 들면, 접지 전압을 인가할 수 있다.
상기 연결부(2500)는 상기 가변 전극(2143)에 전기적으로 연결되고, 상기 가변 전극(2143)을 상기 작동전압 인가부(2210) 및 상기 제2 전압 인가부(2400) 중 하나에 선택적으로 연결할 수 있다. 상기 가변 전극(2143)을 상기 작동전압 인가부(2210) 및 상기 제2 전압 인가부(2400) 중 하나에 선택적으로 연결할 수 있다면, 상기 연결부(2500)의 구성은 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 바이오 측정 장치에 따르면, 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 스트립 장치가 상기 가변 전극을 포함하므로 상기 혈액 시료 내에 포함된 혈당의 농도에 따라 작동 전극의 실질적인 면적 및 상대 전극의 실질적인 면적을 조절할 수 있고, 그 결과 측정 가능한 혈당의 농도 범위 및 분석 능력을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 혈당의 농도를 측정하는 시간을 감소시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 바이오 측정 장치 1100: 스트립 장치
1200: 제1 전압 인가부 1300: 분석부
1400: 제2 전압 인가부 1500: 연결부

Claims (12)

  1. 혈액 시료와 산화환원 반응을 발생시키는 시약층이 표면에 형성되고 서로 이격되게 배치된 작동 전극, 상대 전극 및 가변 전극을 구비하는 전극 구조물을 포함하는 스트립 장치;
    상기 작동 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 작동 전극에 작동 전압을 인가하는 작동전압 인가부를 포함하는 제1 전압 인가부;
    상기 작동 전극 및 상기 상대 전극 중 하나에 전기적으로 연결되고, 상기 산화환원 반응에 의해 생성된 전류를 측정하여 상기 혈액 시료 내부의 혈당 농도를 분석하는 분석부;
    상기 상대 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 상대 전극에 상기 작동 전압과 다른 전압을 인가하는 제2 전압 인가부; 및
    상기 가변 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 가변 전극을 상기 작동전압 인가부 또는 상기 제2 전압 인가부에 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하는, 바이오 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 작동전압 인가부에 전기적으로 연결된 제1 단자, 상기 제2 전압 인가부에 전기적으로 연결된 제2 단자 및 상기 전압 인가부와 상기 제2 전압 인가부 모두와 절연된 제3 단자를 포함하고, 상기 가변 전극을 상기 제1 내지 제3 단자들 중 하나에 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스트립 장치는 서로 대향하도록 배치된 제1 및 제2 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 배치되고 일 모서리로부터 연장된 제1 개구부가 형성되어 상기 제1 및 제2 플레이트와 함께 상기 혈액시료를 수용하는 혈액시료 수용 공간을 형성하는 챔버 플레이트를 더 포함하고,
    상기 작동 전극, 상기 상대 전극 및 상기 가변 전극 각각의 일부는 상기 혈액시료 수용 공간 내에서 서로 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 작동 전극은 상기 혈액시료 수용 공간의 연장 방향과 교차하는 제1 방향으로 연장되고 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간에 위치하는 제1 반응 전극부 및 상기 제1 반응 전극부의 일 단부로부터 연장되어 상기 작동 전압 인가부에 전기적으로 연결되는 제1 연결 전극부를 포함하고,
    상기 상대 전극은 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간 내부에서 상기 제1 반응 전극부와 평행하게 배치된 제2 반응 전극부 및 상기 제2 반응 전극부의 일 단부로부터 연장되어 상기 제2 전압 인가부에 전기적으로 연결되는 제2 연결 전극부를 포함하며,
    상기 가변 전극은 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간 내부에서 상기 제1 및 제2 반응 전극부와 평행하게 배치된 제3 반응 전극부 및 상기 제3 반응 전극부의 일 단부로부터 연장되어 상기 연결부에 전기적으로 연결되는 제3 연결 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 반응 전극부는 상기 제1 반응 전극부를 사이에 두고 상기 제2 반응 전극부와 이격되게 배치되거나 상기 제2 반응 전극부를 사이에 두고 상기 제1 반응 전극부와 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 작동 전극, 상기 상대 전극 및 상기 가변 전극은 상기 제1 플레이트의 상부면에 배치되고,
    상기 제1 내지 제3 연결 전극부의 적어도 일부는 상기 제1 플레이트와 상기 챔버 플레이트 사이에 배치된 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전극 구조물은 적어도 일부가 상기 혈액 시료 수용 공간 내에 위치하고, 상기 혈액 시료가 상기 혈액시료 수용 공간에 주입되었는지 여부를 판별하는 지시 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 스트립 장치는 상기 제1 플레이트와 상기 챔버 플레이트 사이에서 상기 전극 구조물의 일부분을 피복하도록 배치되고, 절연성 고분자 물질로 형성되며, 상기 챔버 플레이트보다 얇은 두께를 갖는 밀봉막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 전극 구조물은 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간 내부에 배치되고, 기준 전압이 인가되는 기준 전극을 더 포함하고,
    상기 제1 전압 인가부는 상기 기준 전압을 상기 기준 전극에 인가하는 기준전압 인가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기준 전극은 상기 제1 반응 전극부 및 상기 제2 반응 전극부 사이에서 이들과 평행하게 연장되고 적어도 일부가 상기 혈액시료 수용 공간 내부에 배치된 제4 반응 전극부 및 상기 제4 반응 전극부의 일 단부로부터 연장되어 상기 기준전압 인가부에 전기적으로 연결된 제4 연결 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기준 전극은 상기 제1 플레이트의 상부면에 배치되고,
    상기 제4 연결 전극부의 적어도 일부는 상기 제1 플레이트와 상기 챔버 플레이트 사이에 배치된 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기준 전극은 상기 제2 플레이트의 하부면에 배치되고,
    상기 제4 연결 전극부의 적어도 일부는 상기 제2 플레이트와 상기 챔버 플레이트 사이에 배치된 것을 특징으로 하는, 바이오 측정 장치.
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