KR102578444B1 - 니들 타입 바이오 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학식 측정방식과 결합되어 연속 센싱이 가능한 니들 타입 바이오 센서을 제공하기 위해, 피부에 삽입되는 일단에 특정 타겟 물질과 선택적 결합하여 형광 변화하는 형광 수용체를 포함하는 마이크로 니들 및 상기 마이크로 니들의 타단에 구비되어, 상기 형광 수용체가 발현하는 광을 통해 상기 특정 타겟 물질을 감지하는 리더기를 포함하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.

Description

니들 타입 바이오 센서{Needle-type Biosensor}
본 발명은 니들 타입 바이오 센서에 관한 것으로, 구체적으로, 마이크로 니들에 광학적 측정 방식을 결합한 체액 측정 시스템에 관한 기술 분야에 적용될 수 있다.
혈당 조절 장애를 가지고 있는 당뇨병 환자는 혈당 측정기를 이용하여 하루에 수회 혈당을 측정하고 약 또는 인슐린을 주사하게 되는데, 기존의 혈액을 이용한 혈당 측정기는 측정 시 통증이 유발됨과 동시에, 정확한 혈당의 변화폭을 확인할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 혈당 변화폭이 큰 환자의 경우 측정 결과에 대한 약물 투여 및 대비가 어려워 연속 혈당 측정기에 개발 요구성이 높아지고 있는 추세이다.
기존의 연속 혈당 측정기로는 전극에 혈당 측정용 효소가 도포 되어 있고, 이를 체내 삽입 후 전기화학 시그널을 측정 하여 결과값을 알려주는 전기화학 센서가 있으나, 이는 효소 기반의 측정 방식으로 장시간 사용이 불가능하며(현 기술 수준으로는 최대 2주간 사용이 가능), 신체 삽입용으로 사용이 적합하지 않을 수 있다.
장시간 사용 및 감도 면에서 광학 센서를 이용한 방식이 전기화학 센서 보다 유리할 수 있다. 도 1은 현재 개발중인 광학 센서의 일 실시예를 나타내며, 도 2는 도 1의 광학 센서를 체내에 삽입하고 체내에 삽입된 광학 센서에서 발광하는 빛을 피부 상면에서 리더기를 통해 감지하여 체내 글루코스를 감지하는 방법을 도시하고 있다. 리더기와 광학 센서를 분리함으로써 사용기간 면에서 유리한 결과를 도출할 수 있으나, 도 1 및 2에 도시된 광학 센싱 방법은 광학 센서를 삽입 또는 제거 하기 위해 어려운 절개시술이 필요하고, 사용기간을 증가할 수 있더라도 최대 180일을 넘지 못할 것으로 기대되는바 여전히 배터리상의 한계가 문제가 있을 수 있다.
또한, 기존의 광학센서를 이용한 특정 타겟 물질의 센싱은 혈당과 같이 하나의 특정 타겟 물질만을 측정할 수 있고, 복수의 특정 타겟 물질을 센싱하기에 적합하지 않다는 단점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제 및 기타 본 발명의 명세서를 통해 기타 문제들 역시 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 마이크로 니들 타입으로 신체를 절개하여 삽입하지 않고, 연속으로 체액의 특정 타겟 물질을 감지하는 바이오 센서를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 광학적 측정 방식을 이용하여 센싱 시간이 긴 바이오 센서를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 마이크로 니들 타입에 광학적 측정 방식을 결합하여 광학적 측정 방식의 배터리 한계를 극복하는데 목적이 있다.
본 발명은 하나의 바이오 센서를 통해 복수의 특정 물질의 존부 또는 정량을 측정하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따라, 피부에 삽입되는 일단에 특정 타겟 물질과 선택적 결합하여 형광 변화하는 형광 수용체를 포함하는 마이크로 니들 및, 상기 마이크로 니들의 타단에 구비되어 상기 형광 수용체가 발현하는 광을 통해 상기 특정 타겟 물질을 감지하는 리더기;를 포함하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 니들은 내부에 외부와 연통하는 통 형상의 중공부를 포함하는 중공형 마이크로 니들이고, 상기 형광 수용체는 상기 중공부에서 외부와 연결되는 일단에 구비되어, 상기 형광 수용체에서 발현하는 광이 상기 중공부를 따라 상기 리더기에서 감지되는 것을 특징으로 하는 나들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 니들은 투명 재질의 고형 마이크로 니들이고, 상기 형광 수용체는 상기 고형 마이크로 니들에서 피부에 삽입되는 단부를 형성하며, 상기 형광 수용체에서 발현하는 광이 상기 투명 재질의 고형 마이크로 니들을 통과해 상기 리더기에서 감지되는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리더기는 상기 마이크로 니들이 피부에 삽입된 상태에서 외부광을 차폐하며, 수용공간을 형성하는 하우징, 상기 수용공간에 실장되며, 상기 형광 수용체를 자극하는 광을 발현하는 광원, 상기 자극된 형광 수용체에서 발현하는 광을 수신하여 대응되는 전기 신호를 발생하는 수광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리더기는 외부 기기와 유선 또는 무선 통신하는 통신부를 더 포함하고, 상기 발생된 전기 신호에 포함된 상기 특정 타겟 물질의 유무 또는 정량과 관련된 데이터를 상기 외부 기기로 송신하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리더기는 상기 마이크로 니들에 탈 부착되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이어 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 니들은 상기 특정 타겟 물질에 대한 정보를 포함하는 표지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리더기는 상기 표지부에 포함된 상기 특정 타겟 물질에 대한 정보를 통해 상기 수광부에서 발생하는 전기 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리더기는 상기 마이크로 니들이 삽입된 피부의 온도를 센싱하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수광부는 특정 파장 범위의 광을 통과하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 니들 타입 바이오 센서는 복수의 마이크로 니들을 포함하고, 상기 복수의 마이크로 니들은 각각 상이한 특정 타겟 물질과 선택적으로 결합하는 형광 수용체를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리더기는 상기 복수의 마이크로 니들 중 형광 수용체가 발현하여 발생되는 광의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리더기는 상기 복수의 마이크로 니들에 대응하여 상기 수광부를 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 특정 타겟 물질은 글루코스(glucouse), 콜레스테롤(cholesterol), 염증 반응 표지사, 또는 면역 반응 표지자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 마이크로 니들 타입으로 신체를 절개하여 삽입하지 않고, 연속으로 체액의 특정 타겟 물질을 감지할 수 있다.
본 발명은 광학적 측정 방식을 이용하여 센싱 시간이 긴 바이오 센서를 제공할 수 있다.
본 발명은 마이크로 니들 타입에 광학적 측정 방식을 결합하여 광학적 측정 방식의 배터리 한계에 따른 단점을 극복할 수 있다.
본 발명은 하나의 바이오 센서를 통해 복수의 특정 물질의 존부 또는 정량을 측정할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 기존의 연속 혈당 측정 방식으로 체내에 삽입되는 광학 센서의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 광학 센서가 체내에 삽입되어 연속 혈당 측정 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예로, 중공형 마이크로 니들을 이용하여 광학식 측정 방식을 수행하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예로, 체내에 삽입된 마이크로 니들에서 발생하는 광을 통해 특정 타겟 물질의 존부 또는 정량을 감지하는 리더기를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예로, 고형 마이크로 니들을 이용하여 광학식 측정 방식을 수행하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예로, 복수의 마이크로 니들을 이용하여 광학식 측정 방식을 수행하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 8은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예로, 복수의 중공형 마이크로 니들 및 상기 복수의 중공형 마이크로 니들에 포함된 형광 수용체 중 하나에서 형광이 발현되는 측정 결과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
바이오 센서는 어떤 물질이나 에너지의 존재를 감지할 수 있는 생물학적 물질로 정의될 수 있지만 최근 바이오 센서는 보다 더 넓은 의미로 사용되어 실제 화학센서와 구분이 쉽지 않은 경우가 종종 있다. 따라서, 본 발명은 바이오 센서에 한정되어 설명되지 않고, 광범위하게 화학 센서로 통칭될 수 있음은 물론이다.
화학 센서는 사람의 감각 중 하나를 이용하여 에너지나 물질의 존재를 알려줄 수 있는 장치로 정의될 수 있는데, 분석하고자 하는 물질 혹은 에너지를 감지하는 방법에는 형광, 색변화, 전기화학적 분석 방법이 이용될 수 있다.
형광을 이용하는 광학식 측정 방식은 광원에서 조사된 빛에 자극되어 형광을 발현하는 물질의 광을 측정하여 특정 타겟 물질의 존재를 확인하는 방식이다.
여러 분석 방법 중에서 형광을 이용하는 광학식 측정 방식은
Figure 112018101392942-pat00001
M농도에서도 신호를 관찰할 수 있는 뛰어난 감도, 비교적 간단한 측정 방법 등의 장점을 가지고 있다.
다만, 기존에는 형광을 이용하는 광학식 측정 방식은 체내에서 형광 반응을 수행하는 센서가 삽입되어야 하는바 삽입과 제거 시 절개 시술이 필요하며, 신체 삽입 시 배터리의 한계에 따른 문제가 있을 수 있다.
따라서, 본 발명은 마이크로 니들을 이용하여 체내의 특정 타겟 물질과 반응하는 형광 수용체를 삽입하여 절개 시술이 필요하지 않고, 탈부착이 용이하여 베터리의 문제를 해결할 수 있는 니들 타입 바이오 센서를 제공하는데 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은 피부에 삽입되는 단부에 특정 타겟 물직과 선택적으로 결합하여 형광 변화하는 형광 수용체를 포함하는 마이크로 니들 및 상기 마이크로 니들의 타단에 구비되어, 상기 형광 수용체가 발현하는 광을 통해 상기 특정 타겟 물질을 감지하는 리더기를 포함할 수 있다.
마이크로 니들에 형광 수용체를 포함하는 방법은 중공형 마이크로 니들을 이용하는 방법과, 투명 재질의 고형 마이크로 니들을 이용하는 방법이 있을 수 있다.
이하에서는 마이크로 니들에 형광 수용체를 포함하는 방법을 구체적으로 살펴본다.
도 3은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예로, 중공형 마이크로 니들(210)을 이용하여 광학식 측정 방식을 수행하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
마이크로 니들은 내부에 외부와 연통하는 통 형상의 중공부(211)를 포함하는 중공형 마이크로 니들(210)이고, 형광 수용체(410)는 중공부(211)에서 외부와 연결되는 일단에 구비되어, 형광 수용체(410)에서 발현하는 광이 중공부(211)를 따라 리더기(300)에서 감지될 수 있다.
구체적으로, 중공형 마이크로 니들(210)은 표피(Epidrmins)를 지나 진피(Demis)까지 침투할 수 있으며, 진피에 존재하는 특정 타겟 물질(420)과 반응할 수 있다.
상기 특정 타겟 물질(420)은 형광 수용체(410)와 형광 반응이 대표적으로 발생할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 흡광 반응 또는 변색 반응을 이용하는 광학식 측정 방식이 적용될 수 있다.
형광 반응은 물질이 빛의 자극에 의해서 발생하는 현상으로, 빛 에너지를 받은 물질이 새로운 빛을 내는 것으로 반사와는 다르다. 따라서, 광원에서 조사한 광과 다른 파장의 빛이 수광되는 것을 통해 형광 반응을 감지할 수 있다.
형광 수용체(410)가 형광 반응을 하는 방식은 세가지 형태로 구분될 수 있다.
가장 보편적으로 이용되고 있는 방법으로는 분석하고자 하는 이온 혹은 물질이 형광 수용체(410)와 결합을 하게 되면 형광 수용체(410)에서 형광 반응을 보임으로써 특정 타겟 물질(420)의 존재 혹은 농도를 알 수 있다.
다음에 설명되는 방법은 먼저 형광 수용체(410)가 지시약(indicator)과 결합을 하고 다시 형광 수용체(410)가 특정 타겟 물질(420)과 결합을 하면 지시약이 결합자리를 떠나면서 형광 혹은 색변화를 나타낼 수 있다.
마지막으로 설명되는 방법은 특정 타겟 물질(420)이 형광 수용체(410)와 결합하게 되면 다른 화학적 반응을 통해 형광 변화 속은 색변화를 나타낼 수 있다.
특정 타겟 물질(420)과 형광 반응하는 형광 수용체(410)는 공지의 기술이 이용되는 물질로 특정 타겟 물질(420)의 종류에 따라 다양하게 이용될 수 있다.
형광 수용체(410)는 중공형 마이크로 니들(210)의 중공부(211)에서 외부와 연결되는 일단에 고형으로 구비될 수 있으며, 특정 타겟 물질(420)은 모세관 현상에 의해 중공형 마이크로 니들(210)의 중공부(211)로 침투되어 형광 수용체(410)와 반응할 수 있다.
리더기(300)는 형광 수용체(410)에서 발현되는 광을 감지하여 특정 타겟 물질(420)의 존부 또는 정량을 감지할 수 있다.
리더기(300)는 중공형 마이크로 니들(210)과 일체를 이룰 수 있으나, 중공형 마이크로 니들(210)과 탈착 가능하게 구비될 수 있다.
중공형 마이크로 니들(210)은 특정 타겟 물질(320)에 따라 상이한 형광 수용체(410)를 포함하여 제작될 수 있으므로, 탈 부착이 가능한 리더기(300)는 특정 타겟 물질(420)에 따라 다른 중공형 마이크로 니들(210)에 이용될 수 있는 장점이 있다.
다만, 형광 수용체(410)는 특정 타겟 물질(420)에 따라 발현하는 광량 또는 파장이 상이할 수 있으므로, 리더기(300)에 결합된 중공형 마이크로 니들(210)은 특정 타겟 물질(420)에 대한 정보가 입력된 코드가 포함된 표지부(230)를 포함할 수 있다.
리더기(300)는 표지부(230)통해 센싱 대상이 되는 특정 타겟 물질(420)을 확인하고, 수신한 광을 전기 신호로 전환하는 과정에서 특정 타겟 물질(420)에 대응하여 전기 신호를 보상할 수 있다.
이하에서는, 리더기(300)의 구체적인 구조를 살펴본다.
도 4는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예로, 체내에 삽입된 마이크로 니들에서 발생하는 광을 통해 특정 타겟 물질의 존부 또는 정량을 감지하는 리더기(300)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 리더기(300)는 도 3에 도시된 리더기(400)에 대응될 수 있으며, 도 5는 고형 마이크로 니들을 이용하여 광학식 측정 방식을 수행하는 실시예에 적용되는 리더기(300)에 대응될 수 있다.
리더기(300)는 마이크로 니들이 피부에 삽입된 상태에서 외부광을 차폐하며, 수용공간을 형성하는 하우징(310), 상기 수용공간에 실장 되며, 형광 수용체를 자극하는 광을 발현하는 광원(322) 및 상기 자극된 형광 수용체에서 발현하는 광을 수신하여 대응되는 전기 신호를 발생하는 수광부(321)를 포함할 수 있다.
광원(322)은 특정 파장을 발생시키는 LED(Light-Emitting Diode)일 수 있다.
수광부(321)는 포토 다이오드(Photo Diode)로 마이크로 니들에 포함된 형광 수용체가 광원(322)에서의 조사광에 자극되어 발생하는 빛을 수광하여 전기적 신호로 변환할 수 있다.
형광으로 나오는 빛은 일반적으로 광원(322)에서의 조사광보다 파장이 길다. 따라서, 경우에 따라서 수광부(321)는 형광으로 나오는 빛만을 필터링하는 필터부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
리더기(300)는 광원(322)과 수광부(321)를 구비하는 인쇄회로 기판(320)을 더 포함할 수 있으며, 인쇄회로기판(320)은 구동 IC(330), 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU, 340), 통신부(350) 및 전원공급부(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
마이크로 컨트롤러(340)는 외부 입력에 대응하여 구동 IC(330)를 통해 광원(322)과 수광부(321)를 구동할 수 있다.
외부 입력은 전원 on/off 장치(미도시)에 대응될 수 있으며, on/off 장치는 하우징(310)의 외면에 구비될 수 있다.
마이크로 컨트롤러(340)는 수광부(321)에서 발생한 전기 신호를 통해 체내에 포함된 특정 타겟 물질(320)의 존부 또는 정량에 대응되는 데이터를 생성할 수 있으며, 외부 기기와 유선 또는 무선 통신하는 통신부(350)를 통해 상기 데이터를 송신할 수 있다.
외부 기기는 통신부(350)를 통해 수신한 데이터를 출력하는 디스플레이부 및 수신한 데이터를 연속적으로 저장하는 메모리를 포함하는 범용 모바일 기기일 수 있다.
구체적으로, 통신부(350)는 외부 기기와 니들 타입 바이오 센서 사이, 니들 타입 바이오 센서와 다른 니들 타입 바이오 센서 사이, 또는 니들 타입 바이오 센서와 외부 서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 통신부(350)는 니들 타입 바이오 센서를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
상기 외부 기기는 축적된 데이터를 통해 맞춤형 의료 서비스를 제공하는 외부 서버와 연결되어, 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서를 부착한 사용자에게 맞춤형 의료 서비스를 제공할 수 있다.
경우에 따라서, 리더기(300)는 하우징(310) 외면에 데이터를 출력하는 디스플레이부를 포함할 수 있으며, 경고음을 알리는 알람부를 구비할 수 있다.
경우에 따라서, 리더기(300)는 체온을 측정하거나 니들 타입 바이오 센서 내부에서 발생하는 화학 반응을 감지하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
리더기(300)는 도 3의 보정부(230)를 통해 센싱한 코드를 통해 수광부(321)에서 발생하는 전기 신호의 보정 값을 저장하는 메모리를 더 포함할 수 있다. 즉, 리더기(300)는 메모리에 저장된 보정 값을 통해 결합된 마이크로 니들이 센싱하는 특정 타겟 물질에 따라 특정 타겟 물질의 존부 또는 정량을 감지할 수 있다.
도 4에서 설명한 리더기(300)는 도3의 중공형 마이크로 니들을 포함하는 니들 타입 바이오 센서 외에 고형의 마이크로 니들을 포함하는 니들 타입 바이오 센서에도 적용될 수 있다.
이하에서 고형의 마이크로 니들을 포함하는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서를 설명한다.
도 5는 고형 마이크로 니들(220)을 이용하여 광학식 측정 방식을 수행하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서 설명하는 니들 타입 바이오 센서는 도 3의 중공형 마이크로 니들(210)과 달리 내부에 중공부(211)를 포함하지 않는 고형 마이크로 니들(220)일 수 있다.
고형 마이크로 니들(220)은 투명 재질로 형성되며, 형광 수용체(410)은 고형 마이크로 니들(220)에서 피부에 삽입되는 단부를 형성하며, 형광 수용체에서 발현하는 광이 투명 재질의 고형 마이크로 니들(220)을 통과하여 리더기(300)에서 감지될 수 있다.
즉, 마이크로 니들은(220)을 제작과정에서 형광 수용체(410)가 단부를 형성하도록 제작될 수 있으며, 경우에 따라서는 형광 수용체(410)로 마이크로 니들(200)를 제작할 수 있다.
고형 마이크로 니들(220)은 리더기(300)에 고정될 수 있으며, 경우에 따라서 리더기(300)에 탈부착 될 수 있다.
또한, 고형 마이크로 니들(220)은 형광 수용체(410)와 반응하는 특정 타겟 물질(420)에 대한 정보가 입력된 코드가 보함되는 표지부(230)를 포함할 수 있다.
즉, 리더기(3600)는 표지부(230)를 통해 고형 마이크로 니들(200)이 센싱하는 특정 타겟 물질(420)에 대한 정보를 인지할 수 있으며, 이에 대응하여 수광부에서 발생하는 전기 신호를 보정할 수 있다.
형광 수용체(410)를 포함하는 마이크로 니들은 복수개가 구비되어 복수의 특정 타겟 물질을 감지하는 것이 효과적일 수 있다.
이하에서는 복수의 마이크로 니들을 이용하여 광학식 측정 방식을 수행하는 니들 타입 바이오 센서를 살펴본다.
도 6은 복수의 마이크로 니들(210a 내지 210e)을 이용하여 광학식 측정 방식을 수행하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 중공형 마이크로 니들이 복수개 구비되는 실시예를 도시하고 있으마, 복수개의 마이크로 니들은 도 5에서 설명한 고형의 마이크로 니들일 수 있다.
복수의 마이크로 니들(210a 내지 210e)은 동일한 형광 수용체를 포함할 수 있으나, 경우에 따라서는 특정 타겟 물질이 상이한 형광 수용체를 각각 포함할 수 있다.
복수의 마이크로 니들(210a 내지 210e)이 동일한 형광 수용체를 포함하는 경우, 대상이 되는 특정 타겟 물질을 감지하는 정확도가 향상될 수 있다.
복수의 마이크로 니들(210a 내지 210e)이 상이한 형광 수용체를 포함하는 경우, 본 발명의 니들 타입 바이오 센서를 통해 복수의 특정 타겟 물질을 감지할 수 있는 장점이 있다.
도 6에서 도시된 리더기(300)는 도 4에서 설명한 리더기(300)에 대응되는 리더기(200)로 하나 이상의 광원 또는 하나 이상의 수광부를 포함할 수 있다.
리더기(200)에 포함되는 복수의 광원은 경우에 따라서 각각 상이한 파장을 조사할 수 있다.
또한, 리더기에 포함되는 복수의 수광부는 각각의 마이크로 니들에 대응되게 구비될 수 있으며, 각각 상이한 파장을 통과하는 필터를 포함할 수 있다.
도 7 및 8는 복수의 중공형 마이크로 니들(210) 및 상기 복수의 중공형 마이크로 니들(210)에 포함된 형광 수용체 중 하나에서 형광이 발현되는 측정 결과를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로 도 7(a)는 복수의 중공형 마이크로 니들(210)의 측면도이고, 도 5(b)는 복수의 중공형 마이크로 니들(210)의 상면도이며, 도 7(c)는 복수의 중공형 마이크로 니들(210)을 배면 방향에서 바라본 사시도 이다.
도7는 네 개의 중공형 마이크로 니들(210)을 포함하는 실시에를 도시하고 있으나, 개수는 네 개에 한정되지 않는다.
도 7(b)는 복수의 중공형 마이크로 니들(210)의 중공부와 연통되는 상면 개구부(211)를 도시하고 있다.
도 6의 리더기(300)는 상면 개구부(211)를 통해 형광 수용체가 특정 타겟 물질과 형광 반응하여 발생되는 광을 수신할 수 있다.
도 8(a)는 도 7(b)에 대응되는 중공형 마이크로 니들(210)의 실사를 나타내고 있으며, 도 7(b)는 암전 상태에서 상면 개구부(211)를 통해 형광 반응을 감지하는 실사를 나타내고 있다.
구체적으로, 도 8은 중공형 마이크로 니들(210)에 각각 상이한 형광 수용체를 포함하는 실시예를 나타내고 있고, 도 8(b)에서 c 개구부에서만 형광 반응이 감지되는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 8(b)를 통해 c 개구부에 대응되는 중공형 마이크로 니들에 포함된 형광 수용체와 반응하는 특정 타겟 물질만이 체액에 존재하며, a, b 및 d 개구부에 대응되는 중공형 마이크로 니들에 포함된 형광 수용체와 반응하는 특정 타겟 물질은 체액에 존재하지 않음을 확인할 수 있다.
특정 타겟 물질은 연속적으로 측정되는 대상으로 글루코스(glucose), 콜레스테롤(cholesterol), 염증 반응 표지자, 쪼는 면역 반응 표지자 중 적어도 하나일 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
210: 중공형 마이크로 니들 211: 중공부
220: 고형 마이크로 니들 230: 표지부
300: 리더기 310: 하우징
320: 인쇄회로기판 321: 수광부
322: 광원 330: 구동 IC
340: 마이크로 컨트롤러 350: 통신부
410: 형광 수용체 420: 특정 타겟 물질

Claims (14)

  1. 피부에 삽입되는 일단에 특정 타겟 물질과 선택적 결합하여 형광 변화하는 형광 수용체를 포함하는 복수의 마이크로 니들; 및
    상기 마이크로 니들의 타단에 구비되어, 상기 형광 수용체가 발현하는 광을 통해 상기 특정 타겟 물질을 감지하는 리더기;를 포함하고,
    상기 복수의 마이크로 니들은 각각 상이한 특정 타겟 물질과 선택적으로 결합하는 형광 수용체를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 리더기는
    상기 마이크로 니들이 피부에 삽입된 상태에서 외부광을 차폐하며, 수용공간을 형성하는 하우징;
    상기 수용공간에 실장되며, 상기 형광 수용체를 자극하는 광을 발현하는 광원;
    상기 자극된 형광 수용체에서 발현하는 광을 수신하여 대응되는 전기 신호를 발생하는 수광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 니들은
    내부에 외부와 연통하는 통 형상의 중공부를 포함하는 중공형 마이크로 니들이고,
    상기 형광 수용체는
    상기 중공부에서 외부와 연결되는 일단에 구비되어, 상기 형광 수용체에서 발현하는 광이 상기 중공부를 따라 상기 리더기에서 감지되는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 니들은
    투명 재질의 고형 마이크로 니들이고,
    상기 형광 수용체는
    상기 고형 마이크로 니들에서 피부에 삽입되는 단부를 형성하며, 상기 형광 수용체에서 발현하는 광이 상기 투명 재질의 고형 마이크로 니들을 통과해 감지되는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 리더기는
    외부 기기와 유선 또는 무선 통신하는 통신부를 더 포함하고, 상기 발생된 전기 신호에 포함된 상기 특정 타겟 물질의 유무 또는 정량에 관련된 데이터를 상기 외부 기기로 송신하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리더기는
    상기 마이크로 니들에 탈 부착되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로 니들은
    상기 특정 타겟 물질에 대한 정보를 포함하는 표지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 리더기는
    상기 표지부에 포함된 상기 특정 타겟 물질에 대한 정보를 통해 상기 수광부에서 발생하는 전기 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리더기는
    상기 마이크로 니들이 삽입된 피부의 온도를 센싱하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수광부는
    특정 파장 범위의 광을 통과하는 필터부을 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 리더기는
    상기 복수의 마이크로 니들 중 형광 수용체가 발현하여 발생되는 광의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 리더기는
    상기 복수의 마이크로 니들에 대응하여 상기 수광부를 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 특정 타겟 물질은
    글루코스(glucose), 콜레스테롤(cholesterol), 염증 반응 표지자, 또는 면역 반응 표지자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서.


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