KR20050086556A - 건강관리 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

무선 건강관리 모니터링 시스템 및 방법이 개시된다. 적어도 하나의 UWB 바이오센서 송신기는 원격 모니터링되는 적어도 한 명의 개인에게 할당된다. 바이오센서 송신기는 사용자의 건장 상태를 검출하고 대응하는 바이오센서 수치를 생성하도록 배치된다. 수치는 바이오센서 송신기에 의해서 초광대역(UWB) 바이오센서 신호로 변환되고 바이오센서 송신기에 의해서 송신된다. 송신기의 범위로부터 원격으로 송신기의 범위 내에 배치되는 UWB 수신기는 UWB 바이오센서 신호를 수신하고 그 신호를 바이오센서 수치로부터의 정보를 함유하는 신호로 변환한다. UWB 수신기와 통신하는 프로세서는 변환된 신호를 바이오센서에 의해서 검출된 사용자의 건강 상태를 나타내는 판독가능 출력으로서 처리하여 표시한다.

Description

건강관리 모니터링 시스템{HEALTHCARE MONITORING SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 건강관리 모니터링 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 무선 모니터링 시스템에 관한 것이다.

건강관리 분야에서는, 환자 또는 환자 그룹이 많은 특정 건강 상태 중의 임의의 하나를 원격 감시할 필요가 있는 경우가 많다. 예컨대, 병원의 신생아 보호 유닛 내의 미성숙 신생아는 생명과 관련한 통계, 신체 기능 등을 실질적으로 일정하게 감시할 필요가 있다. 많은 경우에, 저혈당, 감염 등과 같은 특정 상태 또는 감염 상태를 감시할 필요가 있으며, 신생아로부터 혈액 또는 다른 생물학적 샘플을 채취할 필요가 있다. 그러한 감시 및 검사는 노동 집약적이고, 고도로 훈련된 직원을 필요로 하며, 특히 감시될 그룹에 많은 환자들이 추가될수록 의료 스탭에게는 상당한 부담이 된다. 노약자 관리를 위한 건강관리 시설에도 유사한 상황이 있을 수 있다. 시설에 있는 많은 수의 환자들은 건강관리를 이유로 동시에 감시할 필요가 있다.

개별적 환자의 통계 및 기능, 예컨대, 온도, 혈압, 혈중 산소 레벨 등을 감시하기 위한 상황에서 침대옆 감시 장치가 넓게 알려지고 사용되고 있다. 그러한 장치는 휴대용 수신기/디스플레이 유닛에 배선 접속되는 센서들을 포함한다. 이러한 유닛은 통상적으로 측정된 파라미터의 시각적 판독 또는 디스플레이뿐만 아니라, 비정상적인 수치가 얻어지는 경우에 알람을 제공한다. 침대옆 유닛은 통상적으로 원격 감시 스테이션에 배선 접속되며, 특히 알람 기능에 배선 접속된다. 그렇지만, 그러한 구성에는 많은 결점이 있다. 전자 하드웨어는 고가이며 하드웨어 구성은 많은 공간을 차지한다. 와이어 연결부는 매우 복잡하며 혼잡하다. 환자가 부주의로(또는 의도적으로) 와이어 연결부를 분리하지 않도록 주의해야 한다. 각종 와이어 연결은 의료 스탭이 특정 절차를 처리하는 것을 어렵게 한다. 노약자의 경우에, 와이어 연결부는 사람의 거동을 심하게 제한시킨다.

진단 바이오센서의 이용, 특히 병원 및 관리 보호 시설에서의 그러한 장치의 이용과 관련된 건강관리 분야에 많은 일들이 수행되고 있다. 최근, 일회용 장치를 포함하여 가정에서 사용할 수 있는 바이오센서를 위한 많은 기술들이 제안되고 있다. 또한, 일회용 기저귀, 실금 장치, 생리대, 의류 물품 등과 같이, 신체상에 또는 신체 근처에 착용되는 품목에 통합될 수 있는 기술이 제안되었다. 또한, 환자의 건강과 관련한 데이터를 저장 또는 송신할 수 있는 전자 장치가 구비된 휴대용 또는 일회용 바이오센서의 사용이 제안되어 있다.

개인 진단 및 감시 용도의 비교적 작고 평범한 바이오센서는 개선된 건강관리, 특히 비교적 많은 수의 환자의 하나 또는 복합적인 건강 상태가 동시에 감시되어야 하는 경우에 많은 기회를 제공한다. 본 발명은 그러한 바이오센서를 활용하는 개선된 원격 감시 시스템, 및 종래 시스템의 적어도 특정 결함을 대처하고 건강관리 제공자에게 상당한 옵션, 이동성, 및 환자 감시의 자유도를 제공하는 독특한 무선 송신 구성에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 모니터링 시스템 및 관련 방법을 나타내는 도면.

도2는 본 발명에 따른 다른 모니터링 시스템 및 방법을 나타내는 도면.

도3은 본 발명에 사용될 수 있는 UWB 바이오센서 송신기의 일 종류를 나타내는 블록도.

도4는 본 발명에 사용될 수 있는 UWB 수신기의 일 종류를 나타내는 블록도.

도5는 본 발명에 따른 다른 실시예의 블록도.

본 발명의 목적 및 장점은 다음의 상세한 설명에서 일부 설명될 것이며, 상세한 설명으로부터 명확해지고, 본 발명의 실시예를 통하여 알게 될 것이다.

본 발명은 개인 진단 바이오센서의 장점 및 디지털 펄스 무선 송신 구성을 합체하는 개선된 건강관리 감시 시스템 및 방법을 제공한다. 그러한 바이오센서는 자체 포함하는 개별적 동력 인가 디지털 펄스 무선 송신기에 통합된다. 송신기는 라디오 통신 분야에서 최근 개발된 "초광역"("UWB") 기술을 통합한다. UWB 기술은 많은 수의 바이오센서 전송기가 실질적으로 서로 또는 다른 종래의 RF 통신 시스템과 간섭하지 않고 매우 근접하여 사용될 수 있게 한다. 바이오센서 전송기는 매우 낮은 동력을 필요로 하며, 필요한 경우 자체 포함한 배터리 또는 다른 종류의 파워 서플라이를 이용하여 연속적으로 감시하고 전송할 수 있다.

UWB 수신기는 전송된 펄스 트레인을 수신하여 초기 바이오센서 수치로부터의 정보를 포함하는 신호로 디코딩한다. 수신기는 예컨대, 동일한 방 또는 병실에서 바이오센서 송신기에 비교적 근접하여 배치되거나 원격 위치에 배치될 수 있다. UWB 기술은 무선의 "벽-통과(wall-through)" 통신에 특히 적합하다. 수신된 신호는 수신기와 결합된 적합한 프로세서에 의해서 해석되고 시각적 및/또는 청각적 판독결과가 원격 위치에 있는 건강관리 수행원에게 제공된다.

이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 많은 수 및 종류의 바이오센서가 많은 분야의 건강관리 상태의 감시 및 진단을 위해서 본 발명에 활용될 수 있다. 예컨대, 생물학적 샘플 또는 매체 내에 풍부하며, 존재 또는 비존재가 특정 건강 상태를 지시하는 검체를 검출하는 바이오센서가 잘 알려져 있다. 본 발명의 이용시, 검출 또는 측정 가능한 바이오센서 파라미터(예컨대, 저항, 커패시턴스, 빛 등)는, 타임 펄스인 UWB 바이오센서 신호로 변환된 후 넓은 RF 송신 밴드폭에 걸쳐 정교한 시간 펄스 시퀀스로 송신되는 바이오센서 수치에 대응한다. 바이오센서 전송기는 간섭을 야기하지 않고 현존하는 라디오 및 다른 RF 통신 장치가 사용하는 RF 스펙트럼을 통해 송신할 수 있다. 이러한 특징은 여러 이유로 각종 RF 시스템이 사용되는 건강관리 시설에서의 정확도 및 신뢰성의 관점에서 매우 중요하다. 감시 시스템이 다른 RF 송신 시스템에 의해서 열화되지 않거나, 그러한 다른 RF 시스템의 열화를 야기하지 않는 것이 중요하다.

본 발명의 감시 시스템이 하나 이상의 위치에 있는 다수의 환자를 동시에 감시하는데 특히 유용할지라도, 그러한 시스템은 이러한 환경에 한정되지 않는다. 예컨대, 그러한 시스템은 병원 또는 치료 시설에 있을 필요가 없는 개인뿐만 아니라, 특정 건강 관심 분야의 어느 정도의 감시를 필요로 하는 개인들에게 유용하다. 그러한 개인은 UWB 수신기의 범위 내에 있는 한 가정 또는 다른 장소에서 바이오센서를 휴대 또는 착용할 수 있다. 수신기는 예컨대, 일반적으로 사용자 가정의 중앙 위치에 위치될 수 있다. 또한, 수신기는 종래의 수단에 의해 건강관리 시설, 응급사항 대처 시설 등과 바이오센서 신호의 송신을 위한 통신이 가능하다. 이러한 상황은 특히 노인 또는 퇴원환자에게 적용할 수 있다.

본 발명의 범주 또는 사상 내에서 예컨대, 학교, 주간 보육 시설, 감옥 시설 등 사람의 거동에 불필요한 제약을 가하지 않고 각종 건강관리 관심 분야에 한 사람 또는 다수를 원격 감시할 필요가 있는 곳에서 감시 기술을 제공한다.

이제 바이오센서 신호의 생성을 고려하면, 하나 이상의 바이오센서는 피검자(많은 경우에는 환자)의 건강과 관련된 하나 이상의 검체를 측정한다. 체액 또는 생물학적 샘플내의 검체와 같은 목표 검체를 함유하는 생물학적 샘플 또는 매체가 피검자의 신체로부터 회수되거나 수집될 수 있다. 피검자 신체로부터의 검체는, 피검자의 신체 외부로 나온 후 침투적으로 회수되거나 수집되는 체액 또는 생물학적 샘플(예컨대, 혈액 또는 수액)을 수집함으로써 얻을 수 있다. 혈중 물질의 광학적 측정과 같이, 신체의 피부 또는 다른 조직상에서 또는 그것을 통과하여 측정이 이루어진 경우에는, 검체를 피검자의 신체로부터 분리할 필요는 없다. 일 실시예에서, 본 명세서에 참고자료로 포함되는, 2000년 5월 9일 "R. Tapper"에게 허여된 "Sensor Controlled Analysis and Therapeutic Delivery System"이란 제하의 미국특허 제6,059,736호에 개시된 바와 같이, 검체는 손상된 피부 또는 점막을 통하여 비침투적인 전기-침투(electro-osmotic) 회수에 의해 비침투적으로 회수할 수 있다.

바이오센서는 신체와 접촉될 수 있거나, 신체와 유체 연통될 수 있다. 바이오센서는 신체의 피부 또는 다른 부재 상에 또는 그것에 인접하여 위치되거나(일반적으로 유체 연통함), 신체의 구멍에 위치되거나, 신체 내부에 위치되거나(예컨대, 카테테르에 의해서 들어가거나 도입되는 장치 또는 외과적으로 주입된 장치), 신체 근방에 착용된 물품내에 위치되는 방식 등으로 배치될 수 있다. 바이오센서 또는 그 구성 요소는, 폴리(2-히드록시에틸 메타크릴레이트)(PHEMA)를 포함하는 하이드로젤(hydrogel)에 의해서 피부에 부착될 수 있으며, PHEMA의 준비 방법은 예컨대, A.C. Duncan 등의 "폴리(2-히드록시에틸 메타크릴레이트"란 제하의 "유럽 폴리머 저널, Vol.37, No.9, 2001년 9월(2001년 7월 6일 발행), 페이지 1821-1826"에 개시되어 있다.

바이오센서는 사람의 호흡속의 성분 또는 다른 신체의 냄새를 측정하는 바이오센서(예컨대, 전자코(electronic nose))와 같이 신체로부터 이격될 수 있으며, 신체와 기체 연통할 수 있다. 신체로부터 이격되는 바이오센서는, 회수된 혈액내의 검체를 측정하는 혈액 센서와 같이, 독립적인 분석을 위해 신체로부터 제거된 물질을 측정하는 것들을 또한 포함한다. 그러한 바이오센서는 신체로부터 임의 거리에 위치될 수 있으며, 냄새 센서 등은 신체로부터 38.10cm(15인치) 이내, 또는 신체로부터 15.24cm(6인치) 이내 또는 7.62cm(3인치) 이내(즉, 측정되는 검체의 최근접 소스의 15.24cm(6인치) 또는 7.62cm(3인치) 이내)와 같이 피검체의 신체로부터 소정의 거리에 위치되어야 한다. 일 실시예에서, 바이오센서(특히, 그것의 감지 요소)는 신체로부터 2.54cm(1인치) 이상 떨어져야 되며, 더욱 상세하게는 신체로부터 7.62cm(3인치) 이상 떨어져야 된다.

바이오센서는 기저귀 등의 일회용 흡수 물품, HUGGIES® Pull-Ups® 등의 1회용 트레이닝 바지, 침대 패드, 생리대, 팬티 라이너, 탐폰(tampon), 내진 장치(interlabial device), 인공항문 백, 유방 패드, 실금 패드 등의 실금 장치, 삼각 팬티, 또는 속옷 내에 배치될 수 있다. 상기 물품들은 배설된 찌꺼기 물질 또는 소변을 담기 위한 가요성 용기인, WO 00/65348 에 개시된 가요성 배설물 백으로 예시할 수 있는 바와 같은, 채액 및 다른 생물학적 배설물의 수집 또는 처분을 위한 다른 장치, 및 귀저기나 다른 일회용 물질용 폐기물 용기, 요강, 변기, 구토물 백 등의 내부에 배치될 수도 있다. 바이오센서는 셔츠, 속옷, 조끼, 방호복, 앞치마나 턱받이, 모자, 양발, 장갑, 또는 일회용 가운(특히, 의료용이나 수술용, 또는 환자용)과 결합되거나, 베게, 침대 리넨(bed linen), 매트릭스, 호흡용 튜브, 헬멧, 안면 마스크, 보안경, 팔찌나 목걸이와 같은 보석품, 범죄자용이나 보호관찰용 팔목 수갑 등과 같이 신체와 접하거나 근접하는 품목과 결합될 수 있다. 바이오센서는 좌약, 설압자(舌壓子), 면걸레, 천 타월이나 종이 타월, 누설물 청소백, 건조 백, 1회용 걸레, 붕대, 와이프(wipe), 치료용 랩(wrap), 지지물, 1회용 가열 패드, 가구, 음식 용기 등과 같은 매우 다양한 품목들과 물리적으로 결합될 수 있다.

구체적으로는, 바이오센서가 위치되는 곳에 있어서, 바이오센서 송신기의 모든 요소가 예컨대, 통상의 캐리어나 기판상에 함께 위치되어야 하는 것은 아니다. 바이오센서 요소는 송신기의 나머지 요소로부터 이격되어 배치될 수도 있다. 예컨대, 바이오센서 요소는 환자 몸속에 주입되거나 환자 신체의 외부에 지니는 송신기 요소에 부착(결선)될 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 바이오센서 요소는 기저귀 내에 위치될 수도 있으며, 파워 서플라이 또는 신호 생성기와 같은 바이오센서 송신기의 다른 요소는 바이오센서 요소와 이격되어 배치될 수도 있다.

바이오센서 신호는 연속적이거나 이산적이며, 하나의 생물학적 샘플로부터의 단일 측정에서와 같이 단기간에 취해지거나, 몇시간 또는 며칠 동안의 복수 측정, 평균화된 측정, 장기간 동안의 연속 측정 등에 의해서 취해질 수 있다.

본 발명의 태양은 이하 상세히 설명한다.

첨부한 도면 및 본 발명의 상세한 설명을 참조하여 본 발명이 더욱 완전하게 이해될 것이며 추가의 장점이 명확해질 것이다. 도면은 단순히 예시적인 것이며 청구범위의 범주를 한정하도록 의도된 것은 아니다.

이하, 본 발명의 특정 실시예 및 도면에 도시된 하나 이상의 예를 상세하게 인용하여 설명한다. 설명된 각각의 실시예 및 예는 본 발명을 설명하기 위하여 주어진 것이며 본 발명을 제한하지는 않는다. 예컨대, 일 실시예의 일부로서 설명되거나 기재된 특징은 다른 실시예와 함께 또 다른 실시예를 나타내기 위해 사용될 수도 있다. 본 발명은 그러한 실시예 및 다른 변형예와 수정예를 포함한다.

본 명세서에 사용된 용어인 "검체"는 검출되거나 측정되는 원자, 이온, 분자, 거대분자, 세포 기관, 또는 세포를 의미한다. 또한, "검체"는 프로틴, 글리코프로틴, 항체, 항원, 헤모글로빈, 효소, 특정 효소 또는 다른 프로틴과 결합하거나 혼합하는 타깃 분자, 금속염, 이온(예컨대, 수소 이온, 히드록시 이온, 환산염, 술폰산염, 인산염, 질산염, 아질산염, 또는 나트륨, 칼륨, 리튬, 또는 칼슘 이온 등의 전해질), 지방산, 신경 전달 물질, 호르몬, 성장 인자, 사이토킨, 모노킨, 림포킨, 리포칼린(lipocalin), 영양소, 당, 리셉터(receptor), 핵산, DNA 또는 RNA의 단편(fragment), 및 약제나 그의 유도체 또는 대사산물을 포함하는 매체 내의 물질을 의미하지만 이들로 제한되지 않는다. 또한, 용어 "검체"는 거대 분자 구조, 세포 기관, 및 줄기 세포, 혈액 세포, 신경 세포, 면역 세포, 및 위장 세포 등의 외배엽, 중배엽, 및 내배엽 근원의 세포를 포함하는 세포를 포함하지만 그것에 한정되지 않으며, 또한 균류, 바이러스, 박테리아 및 단세포 동물 등의 미세기관, 또는 그것들에 의해 생성된 특성 조합물을 포함한다. 예컨대, pH 측정에서, 검체는 수소 이온 및/또는 히드록시 이온일 수 있다. 일부 검체는 정상 수준보다 높거나 낮은 수준에 의해서 가능한 질병을 나타낸다.

본 명세서에 사용된 "바이오센서"는 웹사이트 "www.graylab.ac.uk/cgibin/omd?biosensor"의 "CancerWeb Online Medical Dictionary"에 있는 정의를 따르며, 생체학적 또는 생리학적 프로세스에 관한 데이터를 수집하는 임의의 센서를 칭한다. 바이오센서는 생물학적 분자, 생물학적 구조, 미세기관 등의 검체의 존재 또는 농도를 측정하는 생물학적 재료를 포함하는 것과 같은 임의의 프로브(probe)를 포함할 수 있으며, 상기 존재 또는 농도는 프로브와의 생화학적 반응을 물리적 신호로 변환하여 측정한다. 더욱 상세하게는, 상기 용어는 생물학적 재료(예컨대, 효소, 리셉터, 항체, 모든 세포, 세포기판)와 체액, 수분, 및 공기 내의 각종 물질의 신속한 저수준 검출을 가능하게 하는 마이크로전자 시스템 또는 장치와의 결합물이라고 칭할 수 있다.

본 명세서에 사용된 "바이오센서 수치"는 바이오센서에 의해서 제공되는 양적 또는 질적 측정값을 칭하며, 전송될 수 있는 디지털 또는 아날로그 신호인 전자 신호(바이오센서에 의해서 직접적으로 생성되거나 바이오센서 수치에 대응하는 다른 장치에 의해서 간접적으로 생성된 전류 또는 전압 등)의 형태일 수 있고, 출력 장치의 디스플레이 결과 또는 컴퓨터에 전송되는 데이터일 수 있으나 그것에 한정되지는 않는다.

본 명세서에 사용된 "매체" 및 "생물학적 샘플"은 측정될 검체를 포함할 수 있는 임의의 물질을 칭할 수 있다. 매체 또는 생물학적 샘플은 혈액 또는 그것의 임의의 구성 요소(플라즈마, 혈청 등), 생리형(menses), 점액, 땀, 눈물, 소변, 대소변, 타액, 가래, 정액, 생식기 분비물, 위세척액, 심막 또는 복막액이나 세척액, 인두 스와브(throat swab), 흉막 세척액, 이구(ear wax), 머리카락, 피부 세포, 손톱, 점막, 양막액, 질액이나 신체로부터의 임의의 액체, 척수액, 사람의 호흡, 신체 냄세를 함유하는 가스 샘플, 고창(flatulence)이나 다른 가스, 임의의 생물학적 조직이나 물질, 또는 그것들의 추출물이나 현탁액일 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어 "초광대역(UWB)" 및 "디지털 펄스 무선 장치"는 매우 크거나 광역의 통신 밴드폭을 초래하는 매우 좁거나 짧은 기간 펄스를 사용하여 작동하는 고주파(RF) 장치를 칭한다. 연방 통신 위원회(FCC)에 의해서 규정된 바와 같이, UWB 시스템의 밴드폭은 중심 주파수의 25% 이상이거나 1.5GHz 이상이다. UWB는 통상적으로 무반송(carrierless)식으로 실행된다. 기초 대역으로부터 시스템이 가동하게 하는 실제의 반송 주파수로 주파수 영역내의 신호를 이동시키기 위해 RF 반송을 사용하는 종래의 "협대역" 및 "광대역" 시스템과 비교하여, UWB 실행은 매우 정밀한 상승 및 하강 시간을 갖는 "임펄스"를 직접 변조함으로써, 수 GHz 의 밴드폭을 점유하는 파형이 되게 한다.

이하, 본 발명에 따른 모니터링 시스템의 특정 능력의 일반적 평가를 위해 UWB 기술의 태양을 설명한다. UWB 기술의 상세한 설명을 위해, 2001년 2사분기에 인텔 테크날로지 저널에 공개된 "짧은 범위 또는 중간 범위의 무선 통신용 초광대역 기술"이란 제하의 저널을 참조한다. 또한, 미국 특허 제6,300,903호, 미국 특허 제6,218,970호, 미국 특허 제6,177,903호, 미국 특허 제5,832,035호, 미국 특허 제5,687,169호, 미국 특허 제5,677,927호, 및 미국 특허 제5,361,070호에 개시된 UWB 기술 및 그것의 각종 실시의 상세한 설명을 참조한다. 이들 특허는 그 전체가 참조로서 본 발명에 포함된다.

UWB는 저전력으로 와이드 스펙트럼의 주파수 밴드에 걸쳐서 다량의 디지털 데이터를 송신하는 무선 기술이다. UWB 라디오는 더욱 한정된 밴드폭 및 높은 전력에서 신호를 반사하는 도어, 벽, 및 다른 장애물을 통하여 신호를 반송하는 능력을 갖는다. UWB는 10억분의 1초보다 작은 다수의 디지털 펄스를 넓은 주파수 스펙트럼에 걸쳐서 매우 정밀하게 동시에 방송한다. 송신기 및 수신기는 1조분의 1초의 정밀도로 펄스를 송수신하도록 코디네이트되어야 한다. 이미 사용중일 수 있는 주파수 밴드에서, UWB는 저전력을 갖고 매우 넓게 퍼져서 단순히 백그라운드 노이즈와 같이 출현한다. 따라서, 이론적으로 UWB 신호는 간섭되지 않고 다른 장치를 간섭하지도 않는다. UWB 시스템의 전력 소비 요건은 종래의 셀 폰(cell phone)의 수천분의 1 정도이다.

UWB 시스템은 일반적으로 단기간 펄스, 통상적으로 50MHz와 10GHz 사이의 중심 주파수, 중심 주파수의 100+%의 초광대역 밴드폭, (저 이득 안테나에서도) 밀리와트 이하의 평균 파워 레벨을 갖는 수 마일(multi-mile) 범위, 매우 낮은 파워의 스펙트럼 밀도, 복잡한 라디오 디자인보다 낮는 비용, 및 우수한 다른 시스템으로부터의 페이딩(fading) 및 재밍(jamming)에 대한 우수한 면역성(immunity)과 같은 특징을 갖는다. UWB 시스템에서는 매우 높은 처리 이득이 가능하다. 10억분의 1펄스의 10 메가펄스/초(10억분의 100펄스) 시스템에서의 수신기는 예컨대, 10억분의 1초가 도달 예측되는 경우만이 "청취(listen)"를 필요로 하며, 20dB 의 노이즈 리젝션(rejection)을 얻는다. 데이터 비트당 100펄스가 설정된다면, 전체 100 킬로비트/초 링크에서 추가의 20dB 이득이 얻어진다. 40dB 이상의 처리 이득이 얻어질 수 있다면, 주변 노이즈 이하의 레벨에서 강한 데이터 송신이 가능해진다. 단기간 펄스는 우수한 다중경로 면역성을 가지며 종래의 협대역 시스템의 뚜렷한 페이드를 겪지 않는다.

FCC는 사람이나 동물의 신체 내부를 관찰하기 위한 각종의 건강관련 응용에 이용될 수 있는 제한된 상업적 실시에 대해 UWB를 승인하였다. 가정용 및 사업용 네트워킹 장치와 같은 통신 및 측정 시스템에 대한 실시에 대해서도 승인되었다. 의료 장치 및 통신 시스템은 3.1 내지 10.6GHz의 주파수 밴드에 한정된다.

UWB 기술은 마이크로칩에서도 실시되고 있어서 바이오센서와 결합하는데 매우 적합하다. 예컨대, 미국 알라바마주 헌드빌의 타임 도메인(Time Domain)은 PulsOn®이란 상표명으로 단일 직접 회로 칩셋으로서의 UWB기술을 제공한다. PulsOn® 칩셋은 종래의 매우 다양한 바이오센서 기술과 쉽게 결합되어 UWB 바이오센서 송신기를 제공한다. 미국 켈리포니아주 샌디에고의 'PulseLINK' 는 UWB 기술의 다른 상업적 공급원이다.

본 발명에 따른 모니터링 시스템 및 방법의 예시적 실시예는 도면에 개략적으로 도시된다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 모니터링 시스템은 적어도 하나의 개인 "A"과 결합되는 적어도 하나의 UWB 바이오센서 송신기(10)를 포함한다. 복수의 개인(A 내지 E)은 시스템에 의해서 모니터링될 수 있으며, 각 개인(A 내지 E)은 적어도 하나의 바이오센서 송신기(10)에 할당된다. 바이오센서 송신기(10)는 나중에 상세하게 설명한다. 각각의 바이오센서 송신기(10)는 개인의 건강 상태를 검출하기 위해서 개인(A)과 관련하여 배치되는 적어도 하나의 바이오센서 요소(12)(도 3)를 포함한다. 예컨대, 바이오센서 요소(12)는 개인(A)으로부터의 생물학적 샘플 또는 매체의 풍부한 검체를 검출하며, 검체는 특정 상태를 나타낸다. 개인(A 내지 E)은 동일한 건강 상태 또는 상이한 건강 상태를 위해 모니터링될 수 있음을 인지해야 한다. 또한, 개인(A 내지 E)은 각각에 할당된 다수의 바이오센서 송신기(10)를 구비할 수 있음을 인지해야 한다. 각각의 바이오센서(10)는 다른 건강 상태를 모니터링할 수 있다.

바이오센서 요소(12)로부터의 수치는 바이오센서 송신기(10)에 의해서 안테나(26)식으로 전송되는 바이오센서 신호(36)로 변환된다. 바이오센서 신호(36)는 상술한 바와 같이 UWB 신호이다.

UWB 수신기(10)는 바이오센서 송신기(10)의 범위 내에 또는 떨어져서 배치된다. 예컨대, 모니터링 시스템은 병원, 보육 시설, 노인 보호 시설, 학교 등과 같은 임의의 구조물(100)(도 1에서 점선으로 도시)에서 활용될 수 있다. 바이오센서 송신기(10) 및 모티터링되는 개인(A 내지 E)은 구조물(100)의 특정 방(102)에 위치될 수 있으며, UWB 수신기(40)는 다른 방(104), 또는 동일한 방(102)에 배치될 수 있다. 예컨대, 구조물(100)이 병원의 병실이나 마루인 실시예에서, 방(102)은 신생아 보호 보육시설과 같은 유아 보호 시설에 대응한다. 방(104)은 간호원실과 같은 인접한 모니터링 룸 또는 공간에 대응한다. 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 모니터링되는 개인의 영역, 위치, 또는 유형에 제한되지 않는다.

UWB 수신기(40)는 안테나(42)에 의해서 전송된 바이오센서 신호(36)를 수신한다. 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 신호(36)는 UWB 신호로부터 원래의 바이오센서 수치로부터의 정보를 포함하는 베이스 신호(76)로 변환된다. 베이스 신호(76)는 건강관리 종사자에게 판독가능한 출력과 같은 신호로서 처리 및 표시하는 적합한 프로세서(80)에 전송된다. 출력은 시각적으로, 청각적으로, 또는 양자의 조합에 의해 표시될 수 있다. 프로세서(80)는 원래의 바이오센서 수치에 포함되는 정보를 표시하기 위하여 구성되는 적합한 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍쳐의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 프로세서(80)는 바이오센서 송신기(10)에 의해서 활용되는 개별적 유형의 바이오센서 요소(12)을 위해 구성됨을 이해해야 한다.

베이스 신호(76)의 수신시, 프로세서는 데이터베이스에 저장하기 위한 시간 스탬프(time stamp) 및 다른 식별 정보를 추가할 수도 있으며, 시간 또는 다른 정보는 UWB 수신기에 의해서 추가되거나 바이오센서 송신기(10)에 의해서 바이오센서 신호(36)로 송신될 수 있다.

본 발명의 범주 및 사상 내에서 프로세서(80)은 다른 각종의 기능을 수행한다. 예컨대, 프로세서(80)는 시간 주기에 걸쳐서 바이오센서 신호(36) 또는 베이스 신호(76)를 수신하고 저장하며 누적된 신호로부터의 결과를 선택적으로 산출하고 표시하거나, 다른 부서에서의 리뷰용 데이터 해석의 선택적 산출 및 표시를 위한 다른 장치에 전송하는 각종 전자 데이터로거(datalogger)의 임의의 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 데이터로거는 (켈리포니아주 센 호세아 주재 사무실을 둔)덴마크의 'Ellab-A/S'의 케이블 및 무선 데이터로거, 및 다른 적합한 데이터로거를 포함한다.

프로세서(80)는 임의의 적합한 형식으로 바이오센서 수치의 결과를 표시할 수 있다. 예컨대, 결과는 텍스트, 막대 그래프, 수치값, 챠트, 아이콘, 컬러 등의 형태로 스크린 또는 다른 표시 장치에 표시되는 양적 또는 질적 결과를 포함하며, 합성 목소리, 가변 주파수나 텐시티(tensity)의 경적소리, 물리적 장치의 진동 등을 포함할 수 있다. 추가의 정보를 위한 라이브 하이퍼텍스트 컴퓨터 스크린 등에서의 해석 가이드와 함께 정보의 상세한 표시는 바이오센서 수치의 표시 및 출력의 일 실시예를 나타낸다.

여러 "다운 스트림(downstream)" 옵션이 이용가능하다. 예컨대, 바이오센서 신호(36), 베이스 신호(76), 또는 해석 결과는 다른 건강관리 전문가 등에 의한 컴토를 위해서 임의의 종래 수단을 통하여 프로세서(80)에 의해서 원격 위치에 전송될 수 있다. 예컨대, 프로세서(80)는 전화선, RF 회로도, 케이블, 보안 인터넷 연결 등의 방식에 의해서 신호 또는 해석 결과를 통신할 수 있다. 그후, 정보는 적합한 데이터베이스에 저장되거나, 임의 개수의 이유를 위해 건강관리 네트워크에 공급될 수 있다. 하류 통신, 저장 등은 종래의 임의의 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍쳐에 의해서 달성될 수 있다. 건강관리 시설 또는 네트워크 내에서의 전자 바이오센서 신호의 이용은 실질적으로 무한하다는 것을 이해해야 한다.

비정상적인 바이오센서 수치가 얻어지는 경우에 건강관리 종사자에게 경고 신호나 알람을 발생시키기 위한 수단이 제공될 수 있다. 예컨대, 프로세서(80)는 바이오센서 수치 결과가 비정상적인 경우에 청각적 또는 시각적 알람(84)을 작동할 수 있다. 프로세서(80)는 바이오센서 수치가 즉각적 의료 조치를 요하는 건강 상태임을 나타내는 경우에 시설, 보호자, 전문가 등의 비상 응답 스테이션(86)에 신호를 자동 전송할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(80)는 전극의 바이오센서 송신기(10)의 부적절한 사용 또는 비접속된 전극과 같은 하드웨어 문제로부터의 비정상적 수치를 구분하기 위한 소프트웨어 및 하드웨어 수단을 결합할 수 있다. 신경 네트워크 및 퍼지 로직 시스템(fuzzy logic system)이 그러한 구분을 위해서 프로세서(80)에 결합될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 방법 및 시스템의 다른 실시예로서 임의의 수의 개인의 건강 상태를 원격 모니터링하기 위한 실시예를 나타내는 개략도이다. 이 도면에서, 모니터링되는 개인(A)은 예컨대, 개인의 피부상에 휴대되거나, 개인에 의해 휴대되는 인공항문 백 내에 배치되거나, 실금 물품 등의 내부에 배치되어 있는 바이오센서 송신기(10)를 갖는다. 개인(A)은 개인의 집과 같은 원격 구조물(106) 내에 위치할 수 있다. 도 2에 도시된 개인(B)는 바이오센서 송신기(10)를 갖는 유아이다. 예컨대, 송신기(10)는 유아가 착용하는 기저귀 또는 다른 흡수 물품내에 배치될 수 있다. UWB 수신기(40)는 바이오센서 송신기(10)가 수신기(40)의 범위 이내에 항상 있게 하는 위치에서 집 또는 다른 구조물(106) 내에 배치될 수 있다. 수신기(40)는 병원, 클리닉, 또는 다른 의료 보호 시설과 같은 원격 빌딩(108) 내의 프로세서(80)와 통신할 수 있다. 장치는 전화선, RF 회로도, 인터넷 연결 등을 포함하는 종래의 수단에 의해서 통신할 수 있다.

도 1 및 도 2의 개략적인 설명으로부터 다수의 구성을 갖는 바이오센서 송신기(10) 및 수신기(40)가 본 발명의 범주 및 사상 내에서 구성될 수 있음을 이해해야 한다.

바이오센서 송신기(10)의 예시적인 실시예는 도 3에 도시되며, UWB 수신기(40)의 예시적인 실시예는 도 4에 도시된다. UWB 시스템은 AM 및 타임 시프트(펄스 위치) 변조를 포함하는 임의 종류의 변조를 사용할 수 있다. 타임 시프트 또는 펄스 위치 변조 방법은 단순함 및 비교적 낮은 파워 출력 특성으로 인하여 특히 바람직하다. 타임 시프트 방법이 예시적인 실시예로서 사용된다. UWB 바이오센서 신호내의 펄스간 간격은 의사-랜덤(psuedo-random) 코드 성분의 사용에 의해서 펄스별로 가변될 수 있다. 의사-렌덤 코드(PN 코드)는 비교적 광대역의 주파수에 걸쳐서 통상적으로 좁은 밴드 정보를 유포하는데 사용된다. 유포된 스펙트럼 수신기는 원래의 정보 신호를 검출하기 위하여 신호를 연관시킨다. PN 코드는 펄스 시퀀스내의 각 펄스용 랜덤 위치를 규정하는 시간 위치 세트로 간주될 수 있다. PN 코드는, 하나의 코드를 사용하는 펄스 트레인이 1 또는 2 이상의 펄스 위치에서 1 데이터 비트 시간동안 다른 코드를 사용하는 펄스 트레인과 충돌하지 않도록 낮은 상관성을 갖도록 설계될 수 있다. 디지털 시간 시프트 변조는 코드화된 시간 위치를 추가적인 양만큼 (PN 코드에 추가하여) 이동시킴으로써 실시될 수 있다. 이러한 양은 PN 코드 시프트에 비하면 통상적으로 매우 작고, PN 코드의 10억분의 1초(ns)와 비교하여 예컨대 1조분의 1초(ps) 범위일 수 있다.

시간 시프트 변조를 활용하는 통상적인 UWB 시스템에서, 통상적으로 시간 위치인 각각의 데이터 비트는 주기적 타이밍 신호의 많은 펄스를 변조한다. 이것에 의해서, 각각의 신호 데이터 비트용의 동일 형상의 펄스의 트레인을 포함하는 변조되고 코딩된 타이밍 신호를 생성한다. 수신기는 전송된 정보를 복구하기 위하여 여러 펄스를 통합한다.

통상적으로, UWB 수신기(40)는 단일 스테이지에서 전자기 펄스 트레인을 베이스 밴드 신호로 변환하는 전단 상관기(correlator)를 구비한 직접 변환 수신기이다. 베이스 밴드 신호는 UWB 시스템의 기초 정보 신호이다. 증폭기 드리프트(drift) 및 저 주파수 노이즈의 영향을 줄이는데 도움이 되는 베이스 배드 신호의 부반송파를 포함한다. 수신기(40)는 UWB 바이오센서 신호를 수신하고 다이렉트 패스 신호나 충분한 신호 대 잡음비를 갖는 멀티-패스 신호 피크를 사용하는 정보를 복조한다. 따라서, 수신기는 여러 도달 신호중에서 가장 강한 응답을 선택할 수 있다.

바이오센서 송신기(10)는 소형 배터리(24)와 같은 내장된 파워 서플라이를 포함하며 송신기의 특성 요소에 필요한 파워를 공급한다. 배터리는 예컨대, 시계 배터리, 박막 배터리 등이 있다. 박형 배터리는 스마트 카드에 이용되고 있으며, 그러한 시스템은 본 발명의 바이오센서 송신기(10)에 특히 적합하다. 예컨대, 얇은 배터리를 구비한 카드의 예는 "얇은 배터리를 구비한 IC 카드"란 제하의 미국 특허 제6,284,406호에 개시되며 그 전체가 본 발명에 합체된다. 다른 적합한 파워 서플라이로는 고효율 태양 전지, 광볼타 전지, 및 화학반응 파워 전지를 포함할 수 있다. 바이오센서 송신기에 특히 적합한 파워 서플라이의 일 종류는 개인 신체의 열을 손목 시계와 같은 작은 전자 장치를 가동하는데 충분한 전기로 변환하는 "열 발전기" 가동 칩이 있다. 그러한 장치는 예컨대, 독일 무니치 소재의 "인피네온 테크날로지스"에 의해 개발되고 있다.

도 3에 도시된 바이오센서 송신기(10)의 예시적 실시예를 참조하면, 바이오센서 요소(12)가 제공된다. 바이오센서 요소(12)는 개인의 건강 상태를 탐지하는 임의의 바이오센서일 수 있다. 적합한 바이오센서 요소(12)를 이하 설명한다. 요약하면, 바이오센서 요소(12)는 검출가능하거나 측정가능한 바이오센서 수치(28)를 생성한다. 그 수치(28)는 디지털 비트, 아날로그 신호, 전압 신호 등을 포함하는 임의의 정보 신호 또는 상이한 종류의 정보 신호의 조합일 수 있다. 바이오센서 요소(12)는 전기적, 광학적, 청각적, 화학적, 전기화학적, 또는 면역학적 기술을 채용할 수 있다. 여러 바이오센서는 트랜스듀서와 결합되는 감지층(sensing layer)을 포함한다. 감지층은 하나 이상의 타깃 검체을 포함하는 매체와 반응한다. 감치층은 검체와 결합하는 물질인 예컨대, 효소, 항체, 리셉터, 미세기관, 핵산 등을 포함한다. 검체와 감지층의 결합시, 물리화학적 신호는 트랜스튜서내의 변화를 유도한다. 트랜스듀서내의 변화는 광학적(예컨대, 가시적 회절 패턴), 전위차적, 중량적, 전류적, 도전적, 유전적, 열량적, 청각적 측정이나 수치 등이 가능하게 한다. 신호 변환기(14)는 바이오센서 수치(28)를 수신하고 그 수치를 타이밍 발생기(16)에 의해서 수용되는 신호(30)로 변환한다. 본 실시예에서, 신호(30)는 바이오센서 수치(28) 내의 정보를 나타내는 디지털 비트 신호이다. 일 예에서, 신호 변환기(14)는 아날로그/디지털 변환기 등일 수 있다. 바이오센서(12)가 다량의 검출광이나 형광 방출을 발산하는 일 실시예에서, 신호 변환기(14)는 예컨대, 광을 전기 임펄스로 변환하기 위하여 광다이오드 배열을 포함할 수 있다. "신호 변환기"(14)는 바이오센서 수치(28)를 후속 처리를 위한 적절한 신호(30)로 변환하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 형상을 포함한다. 도시된 실시예에서, UWB 시스템은 디지털 시스템이며, 그리하여 신호(30)는 디지털 비트 신호이다. 하지만, 신호는 특정 UWB 아키텍쳐에 따라 아날로그 신호 또는 복합 신호일 수 있다. 송신기(10)는 정밀 타이밍 생성기(16)에 주기적 타이밍 신호(21)를 생성시키는 타임 베이스 요소(20)를 포함할 수 있다. 타임 베이스 요소(20)는 통상적으로 1조분의 1초(ps)의 고정밀도를 갖는 전압 제어 오실레이터(VCO)이다. VCO 중심 주파수는 송신기 명목 펄스 반복률을 한정하기 위하여 사용되는 요구되는 중심 주파수에 교정 설정된다.

정밀 타이밍 생성기(16)는 코드 소스(18)에 동기 신호(17)을 제공한다. 코드 소스(18)는 타이밍 생성기(16)에 코드 소스 신호(19)를 출력한다. 타이밍 생성기(16)는 변조된 코드화 타이밍 신호(32)를 생성하기 위하여 정보 신호(30) 및 코드 신호(19)를 이용한다. 신호(32)는 부반송파 신호에서 최적으로 생성된다. 코드 소스(18)는 적합한 PN 코드를 저장하고 PN 코드를 코드 신호(19)로서 출력하는 랜덤 엑세스 메모리(RAM) 저장 장치와 같은 저장 장치를 포함한다.

펄스 생성기(22)는 변조된 코드 신호(32)를 수신하고 그 신호를 출력 펄스(34)를 생성하기 위한 트리거(trigger)로서 이용한다. 출력 펄스(34)는 송신 안테나(26)에 보내진다. 출력 펄스는 안테나(26)에 의해서 전파하는 전자기 펄스 신호(36)로 변환된다. 따라서, 초기 바이오센서 수치(28)는 고주파 환경에서 궁극적으로 일련의 전자기 펄스(36)로 전송된다.

도4에 도시된 예시적인 수신기 아키텍쳐(40)를 참조하면, 출력 펄스 신호(36)는 안테나(42)에 의해 수신된다. 수신된 신호(62)는 안테나(42)에 결합된 전단 상관기 또는 샘플러(44)에 입력된다. 상관기(44)는 베이스 밴드 출력 신호(64)를 생성한다. 수신기(40)는 타임 베이스 요소(52)로부터 타이밍 신호(70)를 수신하는 정밀 타이밍 생성기(48)를 포함한다. 타임 베이스 요소는 수신된 신호(64)로 고정하기 위하여 고정 루프 필터(lock loop filter)(54)에 의해서 요구되는 시간, 주파수, 또는 위상으로 조절 또는 제어된다. 타이밍 생성기(48)는 동기 신호(49)를 코드 소스(50)에 제공하고, 코드 소스(50)로부터 코드 제어 신호(51)를 수신한다. 타이밍 생성기(48)는 타이밍 신호(70) 및 코드 제어 신호(51)를 활용하여 코드화 타이밍 신호(68)를 생성한다. 템플릿 생성기(46)는 코드화 타이밍 신호(68)에 의해서 트리거되고 수신된 신호(62)의 각 펄스와 실질적으로 대등한 파형을 갖는 템플릿 신호 펄스(66)의 트레인을 생성한다. 따라서, 주어진 신호를 수신하기 위한 코드는 전파되는 신호를 생성하기 위하여 최초 송신기에 의해서 활용되는 코드와 동일하다. 템플릿 펄스 트레인(template pulse train)의 타이밍은 수신된 펄스 트레인의 타이밍과 동등하고 수신된 신호(62)가 상관기(44)에 의해서 동기적으로 샘플링되게 한다.

신호가 부반송파에 반송되면, 상관기(44)의 출력은 부반송파 신호로부터의 부반송파 정보 신호를 복조하는 복조기(56)에 공급된다. 복조기(56)의 출력은 펄스 합산 장치(58)에서 필터링되거나 통합된다. 합산 장치(58)의 출력(74)은 샘플러 및 홀드 장치에 의해서 샘플링된 후, 샘플러 및 홀드 장치의 출력 전압의 디지털 상태를 나타내는 출력 신호(76)를 결정하기 위하여 검출기(60)에서 출력된 기준 신호와 비교된다.

필터(54), 타임 베이스(52), 타이밍 생성기(4), 템플릿 생성기(46), 및 상관기(44)를 구비하는 제어 루프는 에러 신호(72)를 생성하는데 사용된다. 에러 신호(72)는 주기적 타이밍 신호(66)가 수신되는 신호(62)의 위치와 관련하여 조정되는 것을 보장하도록 타임 베이스(52)에 조정값을 제공한다.

UWB 송신기 및 수신기의 더욱 상세한 설명은 미국 특허 제6,300,903호에 개시되며 그 전체가 참고자료로 본 발명에 포함된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 프로세서(80)는 바이오센서 수치(28)의 중요성을 평가하기 위한 전문 시스템 또는 다른 프로그램을 구비하는 관리 프로그램(120)을 포함하거나 이와 결합된다. 데이터의 다른 소스는 관리 프로그램(120)에 의한 고려를 위해 프로세서(80)에 제공될 수 있으며, 그러한 소스는 개인 ID 코드(112)(예컨대, 개인과 연관되는 스마트 태그(smart tag)로부터 RFID 스캐너에 의해 판독된 코드) 및 바이오센서 ID 코드(114)(예컨대, RFID 리더에 의해 판독된 스마트 태그 코드를 포함하는 특유의 전자 식별기, 이 식별기는 바이오센서 또는 복수의 각각의 바이오센서를 식별함)를 포함하며, 양자 모두 UWB 수단에 의해서 프로세서(80)에 전송되는 베이스 신호(76) 내에 제공될 수 있다(하지만 필요한 것은 아니다). 와이어 또는 종래의 라디오 신호를 통하여 제공될 수 있는 다른 센서(98)로부터의 데이터뿐만 아니라, 의료 데이터베이스로부터의 의료 정보, 질병 및 진단 정보의 온라인 데이터베이스, 인터넷 소스, 개인이나 다른 보호자 또는 가족 구성원으로부터의 입력, 개인의 사진이나 비디오(보안 "웹캠" 시스템을 통하여 제공되는 라이브 이미지를 포함), 중개 정보, 보험 정보 등을 포함하는 데이터 소스가 다른 수단을 통하여 프로세서에 전송될 수 있다.

프로세서(80)에 의해서 제공되는 정보의 평가는 트렌드를 추론하기 위한 개인으로부터의 시계열 바이오센서 수치(28)의 조사를 포함하는 베이스 신호(76) 및 다른 정보 등에 견주어 실행된다. 관리 프로그램은 다른 센서(118)나 다른 소스(116)로부터의 데이터 및 베이스 신호(76)에 대응하는 제안된 액션(122)을 제공할 수 있으며, 그 액션은 적절한 경우 즉시 실행될 수 있으며 사람인 스탭(124)의 리뷰(예컨대, 의사 승인)에 계류하여 대기될 수 있으며, 그 후 제안된 액션(122)이나 제안된 액선(122)의 수정된 형태(또는 바이오센서 신호(28) 및 다른 데이터 소스(116 및 118)에 의해서 제공되는 정보에 대응하는 다른 액션)이 실행된다(126).

제안된 액션(122)은 환자에 투여된 약물의 변경(예컨대, 현재 개인에게 투여되는 정맥 유닛 내의 약물의 유량 감소), 응급 처치 요청, 환자를 돕는 보호자의 호출, 모션 검출기, 비디오 카메라, 산소 모니터 등의 부가적 센서의 활성화, 및 이들 또는 다른 데이터 소스로부터의 과거 또는 라이브 데이터(바이오센서 신호를 포함)를 의사 또는 진단 실험실과 같은 제3자에게 발송하거나 개인에게 경고나 잠제적인 문제점(예컨대, 혈중 포도당이 너무 낮음)에 관한 신호의 발송 및 적절한 액션(예컨대, 과일쥬스의 섭취)의 요구를 포함한다. 보호자나 다른 사람에게의 간호 요청이 UWB 시스템을 통하여 이루어질 수 있고, 프로세서 및 관리 프로그램으로부터 다른 소스로의 임의의 데이터의 전송은 UWB 시스템이나 임의의 다른 수단에 의해서 이루어질 수 있다.

본 발명의 시스템 및 방법은 임의의 수의 건강 상태 및 그 조합을 모니터링하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 바이오센서 요소는 다음의 모니터링 장면에 이용될 수 있다:

● 환자를 회복시키기 위해 감염 개시나 감염 상태의 탐지;

● 임신중의 태아나 임산부의 건강 모니터링(임신 관리), 자궁 수축, 항-인지질(antiphospholipid) 항체, 태아의 파이브로넥틴 단백질 등의 모니터링을 통한 미성숙 분만과 같은 일의 탐지;

● 생식 상태(예컨대, 수정능력과 관련된 배아의 개시 또는 다른 인자)의 모니터링;

● 기타 호르몬(예컨대, 성장 인자, 갑상선, 폐경 관련 호르몬 등) 검출;

● 월경 개시 검출;

● 투석전, 투석중, 또는 투석후 측정된 혈액 또는 소변내의 검체, 및 가정에서 투석을 받지 않은 환자의 체액에서 측정된 검체를 포함하여, 신장 질병과 관련된 검체의 모니터링;

● 뼈관련 알칼리 포스파타스(alkaline phosphatase)나 칼시토닌을 모니터링하는 등의 수단을 통하여 오스테오포로시스(osteoporosis)의 위험 인자, 또는 질병의 개시나 상태, 또는 오스테오포로시스의 발전 또는 처치와 관련된 호르몬 레벨 또는 다른 인자의 모니터링;

● 미오글로빈(myoglobin), 트로포닌, 호모시스테인, 크레아팅 키나스(creatine kinase), 트롬버스 전구체 단백질, 지방산 결합 단백질, CRP 등을 포함한, 심장 질병관련 인자를 모니터링;

● MMP-3, 피브린 열화물, 안티-타입 II 콜라겐, 및 콜라겐 교차 결합 N-텔로펩티드(telopeptide)를 포함한 류머티즘 단백질 관련 인자의 모니터링;

● 혈액 또는 다른 체액내의 D-이합체(dimer)를 포함하는 스트로크(stroke) 관련 인자의 검출;

● 항생제와 같은 약제의 효과나 존재의 모니터링;

● 환자 및/또는 간병인에게 잠재적 심장혈관과 관계된 문제점을 경고하기 위하여 심장 질병과 관련된 효소나 다른 인자를 검출;

● 소변 내의 타입 I 콜라겐 교차결합 N-텔로펩티드를 검출하여 류머티즘 관절염을 식별;

● 신생아, 당뇨병 환자 등의 청색증 또는 순환계 이상을 모니터링;

● 참고자료로 본 명세서에 합체되는, 1999년 7월 15일 공개된 미국의 엔. 하다스의 WO 99/34864호에 개시된 시스템을 포함하는 개념과 같이, 필요한 경우 수면을 강화시키기 위한 처치와 관련된 수면 무호흡 에피소드의 개시를 모니터링;

● 혈액 상태를 평가하기 위한 도구로 네일 베드(nail bed)를 모니터링(일부 테스트에서, 손톱은 청분(bluing)과 같은 변화에 대하여 피부보다도 더 투명할 수 있음);

● 욕창(욕창성 궤양) 및 다른 궤양이나 상처를 방지하고 치료하기 위하여 환자의 피부에의 인가 압력 및 침대에서의 신체 위치를 추적(인가 압력을 추적하는 일 수단은 매사추세츠주 사우스 보스톤의 "Tekscan, Inc."에 의해서 시판되며, 신체 하부의 각종 지점에서 신체에 의해 인가되는 압력을 나타내는 센서로서 작용하는 압력 검출 필름의 인쇄 어레이를 포함하며; 비디오카메라, 하중 셀, 및 다른 도구가 위치 및 하중을 추적하는데 사용될 수 있으며; 위치 검출기는 환자의 자세가 규칙적으로 조정되는 것을 보장하기 위하여 시간에 대해 침재의 위치 및 레벨을 모니터할 수 있고; 상처의 상태 및 단백질 열화 효소를 나타내는 바이오센서가 이러한 목적을 위해 압력 및 위치 센서와 함께 사용될 수 있다;

● 전자코(electronic nose)기술이나 다른 센서를 사용하여, 신체 근처의 가스상 내의 검체나 신체의 냄새를 모니터링하여 건강 지표를 추적;

● 예리한 스트레스나 만성 스트레스를 구분하기 위한 이동 베이스라인의 확립, 및 유도된 스트레스를 가질 수 있는 인자에 대한 측정된 스트레스 관련 검체의 타임 히스토리의 선택적 관련화를 포함하는, 샐비어내의 코티졸 측정 또는 세라토닌 측정에 의한 스트레스 추적;

● 직원, 약물치료 등의 변화를 추적할 수 있는 피검자의 처치중의 갑작스런 변화의 식별을 위한 기록으로서의 하나 이상의 검체의 기록된 타임 히스토리를 사용, 타임 히스토리는 부정의료 등의 검출, 또는 피검자의 건강 상태에 관하여 사용자에 의해서 이루어진 클레임을 증명(반박) 도구로 기능함;

● 검체로서 IgE(면역글로불린 E), 호산성 양이온 단백질, 점액이나 혈액 또는 다른 체액내의 IL-4 또는 IL-5 등의 시토킨(cytokine)의 임의의 하나를 사용하여 엘러지를 검출, 그러한 검체를 위한 바이오센서나 박테리아나 바이러스 감염을 위한 바이오센서가 구비된 안면 조직의 이용을 포함;

● 시토킨(예컨대, IL-6), C-반응성 단백질, 칼시토닌 또는 프로-칼시토닌, CD11b, ESBL 효소(특히 약물 저항성 박테리아), 및 리포칼린과 같은 검체를 사용한 백테리아 감염의 검출;

● 핵 매트릭스 단백질(NMP) 179 또는 팹 테스트로부터의 사람 유두종 바이러스를 모니터링함으로써 경부암(cervical cancer)에 대한 위험 인자의 검출;

● 가축 고양이와 같은 비-인류 포유 동물네의 타우린 레벨 검출을 포함하여, 신체 또는 국부적인 영역내의 타우린의 레벨 검출;

● 요로감염증 테스트;

● pH 불균형을 포함하여, 이스트 감염, 박테리아 감염, 또는 다른 형태의 질염;

● UV 노출 검출;

● 수화 작용 모니터링, 콜레스테롤 테스트, 에너지 평가, 빈혈 평가를 포함하여, 영양 수치의 검출이나 영양 모니터링;

● 스트레스 지표의 측정이나 검출;

● 알레르겐의 검출이나 엘러지 테스트;

● 귀 감염의 검출이나 영사;

● 심장 혈관/호흡기관 건강(사전-심장 충력 검출, 사후 심장 충역 검출, 전체적인 심장 건강, 산화 감시, 맥박, 심장 디스리트미아(dysrythmia)경고, 호흡, 심장의 맥박 검출, 폐렴 검출기, 호흡 편차, 수면 무호흡 검출을 포함)

● (콜로라도주 보울더의) 써모 바이오스타의 FLU OIA^TM 바이오센서와 같은 장치에 의한 인플루엔자의 검출, 또는 써모 바이오스타 바이오센서 물질에 의한 다른 질명의 검출;

● 근골격 테스트(근육 성능, 오스테오포로시스, 신체 비만);

● 황달 검출을 위한 비리루빈 수치와 같은 신생아의 건강 인자 모니터링; 및

● 이하 상세히 설명하는 바와 같은, 당뇨병 환자의 혈당 수치 모니터링 등.

바이오센서 송신기(10)는 실시간 측정, 주기적 측정(예컨대, 시간별 스냅사진), 시간-평균화 결과 등을 제공할 수 있다. 바이오센서 송신기는 신체에 착용될 수 있다. 예컨대, 바이오센서 송신기는 침대 패드, 기저귀, 생리대, 화장지, 탬폰, 일회용 의류, 실금 제품 등의 흡수성 물품 내부에 또는 물품 상에 배치될 수 있다. 바이오센서 송신기는 인공항문 백, 요강 등 신체 배설물의 용기내에 배치될 수도 있다. 피검자의 신체로부터의 건강 지표에 응답할 수 있는 전극, 광학 장치, 또는 다른 도구는 소형으로 되는 것이 바람직하다.

바이오센서 수치(28)에 추가하여, 출력 펄스 신호내의 추가의 정보를 전달하기 위하여 임의의 수의 추가적인 신호(도시 안됨)가 신호 변환기(14)에 의해서 수신되거나 바이오센서 수치(28)와 조합될 수 있고, 또는 추가적인 신호는 바이오센서 수치(28)에 관한 출력 펄스 신호(36)의 전후에 바이오센서 송신기(10)에 의해서 송신될 수 있다. 또한, 임의의 수의 추가적인 신호(도시 안됨)는 AM 또는 FM 라디오주파수 신호, 직접 배선, 인터넷, 모뎀 등과 같은 다른 수단에 의해서 프로세서(80)에 송신될 수도 있다. 이들이 전송되는 방식에 관계없이, 추가의 신호는 방 온도, 광 레벨, GPS(global positioning system) 장치나 다른 위치 결정 수단으로부터의 신호를 통한 개인의 위치, 받은 치료에 관한 정보, 치료 장치의 가동 상태, 방안의 타인의 존재, 개인이 침실에 있는지의 여부(예컨대, 침대의 하중 센서를 이용하여) 등의 측정을 제공하는 다른 센서로부터의 수치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 개인 근처의 특정 물체나 사람의 존재는 검출 수단에 의해서 검출되고 바이오센서 수치(28)와 함께 또는 이에 부가하여 프로세서(80)에 전송된다.

예컨대, 매사추세츠주 캠브리지 소재의 매사추세츠 기술연구소 내의 "Auto-ID Center"에서 개발중인 라디오주파수 식별(RFID)용 "스마트 태그"를 포함하는 물체는 RFID 리더로부터의 라디오 신호에 응답하는 소형 안테나를 통하여 독특한 전자 제품 코드를 전달할 수 있다. 물체 코드는 물체의 성질을 판별하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 개인과 결합된 RFID 스캐너는 방안의 복수의 물체를 판독하고 물체 코드를 프로세서(80) 또는 적절하거나 비적절한 물체가 존재하는지를 판별할 수 있는 다른 컴퓨터 장치에 송신한다. 제품 코드는 인터넷이나 다른 수단을 통하여 제품 코드에 관한 정보 및 물체 설명을 포함하는 서버에 송신될 수 있으며, 서버는 그 정보를 프로세서(80) 또는 관련 정보의 평가나 기록을 위한 다른 장치나 상대방에게 보낼 수 있다. 검출될 수 있는 비적절한 물체는 담배갑, 개인이 알러지를 나타내는 음식, 무기류, 밀매품, 개인과 접촉이 금지된 사람, 또는 맥박 조정기를 착용한 환자에게 적합하지 않는 전자 장치를 포함할 수 있다. 적합한 물체는 습도 조절기, 휠체어, 간병인, 산소 탱크, 보행 보조 장치 등을 포함할 수 있다. RFID 리더는 스마트 테그, 또는 개인이나 바이오센서와 관련된 다른 장치로 부터의 독특한 ID 코드를 판독할 수 있고 코드는 프로세서(80)에 송신될 수 있다.

a. 바이오센서 세부항목

바이오센서는 반복 사용을 위해서 전용 하드웨어 형태이거나, 단일 사용 또는 소수의 반복 사용을 위한 저가의 일회용 프로브일 수 있다. 바이오센서는 옷이나 일회용 품목과 합체될 수 있으며, 하기 미국 특허 출원에 개시된 임의의 바이오센서 기술 및 구성을 포함할 수 있다: 2000년 4월 26일에 출원된 일련번호 제09/299,399호 및 2000년 3월 2일에 출원된 일련번호 제09/517,441호; 2000년 3월 2일에 출원된 일련번호 제09/517,481호, 이들 각각은 참고자료로 본 명세서에 합체되며, 그 내용은 햄몬 등에 의해 2000년 11월 2일 공개된 WO 00/65347호; 로이 등에 의해 2000년 11월 2일 공개된 WO 00/65348호; 및 카프리 등에 의해 2000년 11월 2일에 각각 공개된 WO 00/65083호, WO 00/65084호, 및 WO 00/65096호에 적어도 일부 공개된다. 바이오센서는 로이 등에게 2001년 2월 13일 허여되고, 본 명세서에 참고자료로 통합된 미국 특허 제6,186,991호, 로이 등의 이름으로 1999년 6월 29일 출원되고 본 명세서에 참고자료로 통합된 미국 특허 출원 일련 번호 제09/342,784호 및 제09/342,289호에 개시된 기술중의 임의의 하나를 포함할 수 있으며, 양자는 2001년 1월 4일 WO 01/00117호로서 공개된 개시내용과 관련된다. 바이오센서는 디. 에버하트, 이. 디블러, 및 제이. 테일러에게 허여된 미국 특허 제5,468,236호에 개시된 기술 중의 임의의 하나일 수 있으며, 상기 특허는 참고자료로서 본 명세서에 통합된다. 이하, 본 명세서에서 추가의 바이오센서 기술 및 시스템을 설명한다.

본 발명에 사용된 바이오센서는 가정용이나 관리 보호 시설과 같이 병원 외부에서 사용하는데 적합하다. 암을 포함하는 임의의 질병이나 질환용 바이오센서가 고려될 수 있다. 예컨대, 소변 내의 표식이 방광암을 위해 검출될 수 있다(예컨대, "Diagnostics Intelligence, v10, no5, p.12"에 기재된 BLCA-4, 방광암 세포의 핵에서 발견되는 핵 매트릭스 단백질). 혈관 내피 성장 인자 및 NMP 22 또한 유용한 검체이다. 흑색종에 대해서는, 순환 S-100B가 유용한 검체이다. 포복성 암에 대해서는, 사람의 선형 칼리크레인, 포복성 특정 항원, 및 E-캐드헤린(cadherin)이 유용한 검체로서 작용한다(E-캐드헤린인 경우, 저레벨이 암과 관련될 수 있다. 2001년 3월 13일에 허여되어 본 명세서에 참고 자료로 통합되는 미국 특허 제6,200,765호는 체액 샘플을 사용하여 포복성 암을 검출하는 비침투적 방법을 개시하며, 체액 샘플은 소변일 수 있다. 그리하여, 실금 제품이나 다른 흡수성 물품에 포복성 암, 방광암, 또는 다른 암용 바이오센서가 장착될 수 있다. 여성 보호 제품에는 경부암을 검출하는 바이오센서가 장착될 수 있다. 경부암의 유용한 표식은 NMP-179 로 알려진 표식이 있으며, 메트리테크(matritech)에 의해서 경부암에 결합된다(NMP = 핵 매트릭스 단백질). 흉부 상피 항체는 흉부암용 표식일 수 있으며, 가요성 박판파(FPW; Flexible PlateWave) 센서에 의한 검출용 검체로서 제안되고 있다. WO 01/20333호는 소변이나 혈액내의 미드킨(midkine)검출에 의한 암 검출용 시스템을 개시한다. 암과 같은 질병의 비트로(vitro) 검출은 WO 01/20027호에 개시된다.

특정 검체용의 많은 바이오센서가 ELISA(enzyme-linked immunosorbent assays)를 사용하며, 특정 효소 표식 항체가 검체를 검출하기 위하여 채용된다. 적합한 ELISA 법이 본 발명에 사용될 수 있다. 고체 기질(solid-substrate) 시험 기술은 비중 측정이 사용될 수 있을지라도, 검체의 존재를 지시하는 비색 또는 형광 신호와 통상적으로 조합된다. 그러한 예는 버클리 대학의 버클리 센서 및 액츄에이터 센터의 아미 왕 및 리챠트 화이트에 의해서 제공되고, "buffy.eecs,berkeley.edu/IRO/Summary/97abstracts/wanga.1.html"에 개시되며, 가요성 박판파(FPW) 센서의 이용을 개시하고, 고체 기질(FPW 장치의 가요성판, 가요성 초음파가 따라서 전파하는 미세가공된 음파 센서)과 결합되는 단백질의 양은 결합되는 단백질의 추가 중량에 의해서 야기되는 음파 속도에서의 변화로 측정한다. 다른 임의의 측정 기술을 사용할 수도 있다. 면역 논리적 센서의 기본 원리는 1985년 옥스포드, 엘스바이어의 "P.Tijssen"의 "효소 면역분석의 실시 및 이론", 1998년 뉴욕주 윌리 앤 선의 "D. Diamond"의 "화학적 및 생물학적 센서의 원리"에 제공된다. 항체를 채용하는 바이오센서의 다른 원리는 WO 01/27621호, WO 01/27626호, WO 01/27627호, WO 01/20329호, WO 00/08466호, 및 WO 99/64620호에 개시된다.

바이오센서는 여러 검체를 검출하기 위하여 여러 감지 요소 또는 다른 기술을 포함할 수 있다. 예컨대, 2001년 9월 25일 쿠르 등에 허여된 "공간적으로 인코딩되는 검체 검출"이란 제하의 미국 특허 제6,294,392호의 다중 검체 기술을 채용할 수 있으며, 상기 특허는 동종 "결합 파트너"(예컨대, 핵산, 항체, 렉틴 등)에 결합된 후 샘플내의 상이한 타깃 검체(예컨대, 핵산)를 검출하기 위한 플로우-쓰로우 마이크로유동성(flow-through microfluidic)(예컨대, 모세관현상) 바이오센서를 제공한다. 일반적으로, 각종 검체에 특정한 결합 파트너 "프로브"는 모세관 채널의 상이한 부위에서 유동하지 않으며, 예컨대, 감광 바이오틴/아비딘 기술을 사용한다. 샘플은 모세관을 통과하여 배출되고, 타깃 검체는 모세관 벽에서 이동하지 않는 결합 파트너(포획제)와 결합되고 샘플의 나머지는 모세관을 통하여 추출된다. 최종적으로, 복합(결합된) 검체는 채널의 전장을 따라서 해제되고 검출기를 지나서 배출된다. 일 실시예에서, 흡수제로부터 분리된 타겟 검체는 정현파 전압전류계를 이용하여 하류에 위치한 구리 전극에서 검출된다(싱갈 및 쿠르의 분석 화학, vol.69, 1997, pp. 3552-3557; 싱갈 등의 분석화학, vol.69, 1997, pp. 1662-1668). 타깃 검체의 추출로부터 검출까지의 시간은 각 검체의 동일성을 판별하는데 사용된다. 동종 분자(예컨대, 모든 핵산), 또는 이종(예컨대, 단백질 및 핵산)의 다중 분석은 이러한 방식으로 단일 바이오센서를 사용하여 규명될 수 있다. 센서는 특정 결합 파트너의 사용으로 인하여 매우 특정적이며, 전기화학적 검출로 인하여 매우 감응적이다.

효소 또는 다른 생체작용 물질을 기질에 고정시키기 기술이 많이 있다. 최근 개발된 것은 실로산계 생물학적 촉매 필름 및 페인트를 포함하며, 효소는 Y.D. Kim에 의해 "반응성 코팅제 용도의 실로산계 생물학적 필름 및 페인트"란 제하로 바이오테크날로지 및 바이오엔지니어링 Vol.72, No. 4, 2001, pp.475-482에 개시된 바와 같이, 폴리디메틸실로산 매트릭스에의 공유 결합에 의한 졸-겔 구속에 의해서 고정된다. M. Keusgen 등의 "PTFE 표면상의 효소의 부동화"란 제하로 바이오테크날로지 및 바이오엔지니어링 Vol.72, No. 5, 2001, pp.530-540에 개시된 바와 같이, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 기질을 사용하는 방법이 복합기능 지지체로서 PTFE 용도를 가능하게 하도록 개발되고 있다. 원소 나트륨 및 오존 또는 페록시드 산화가 효소 결합의 공유결합 지점을 개방시키는데 사용된다. 효소는 M. Schuleit 및 P. Luisi의 "실리카 경화 유기겔내의 효소 부동화"란 제하로, 바이오테크날로지 및 바이오엔지니어링 Vol.72, No. 2, 2001, pp.249-253에 개시된 바와 같이, 실리카겔내에서 부동화될 수 있다.

다른 유용한 기질 및 바이오센서로는 Dieter Klemm 및 Lars Einfeldt의 "다당류의 구조 설계: 새로운 개념, 선택적 합성, 고-가치 응용"이란 제하로 "Macromolecular Symposia, Vol.163, pp.35-47, 2001"에 개시된 것이 있다. 이는 6-디옥시-6-(4-아미노페닐)-아미노셀루로오스에서의 글루코스 옥시다제(glucose oxidase) 및 방향족 레독스 색원체 구조와 같은 효소의 부동화에 의해 개발될 수 있는 바이오센서에 유용한 폴리머 매트릭스를 개시한다. 중간제로서, 1,4,페닐렌디아민(PDA)과 반응하여 "PDA 셀룰로오스"를 형성하는 셀루로오스의 p-톨루엔술폰산 에스테르가 개시된다. PDA 셀룰로오스 에스테르는 필름으로 형성되고 그 필름에서, Klemm 및 Einfeldt에 의해서 인용된 바와 같이, 글루타르디알데히드 반응, 디아조 결합, 아스코르브산 반응, 또는 다른 적합한 수단에 의해서 부동화될 수 있다. 저자에 따르면 수일 내에 효소의 활동성이 소실되지 않는다. 저자는 광학 신호를 전송하기 위하여 파이버 광학을 이용하는 바이오센서를 제안한다. 레독스 색원체 특성은 H2O2 및 페록시다제의 존재하에 PDA 그룹에의 페놀의 산화적 결합 반응에 의해서 설명된다.

다른 종류의 생물학적 분석 센서로는 기질을 검출하기 위하여 효소를 사용하는 대신에, 효소를 직접 감지하는 것이 개발되고 있다. 이러한 연구는 "NSF 그랜트 #9520526 및 Whitaker 재단"에 의해서 지원되는 보고 연구인, "Michael R. Neuman"에 의한 "Biomedical Sensors for Cost-reducing Detection of Bacterial Vaginosis"란 제하로, 웹사이트 "cect.egr.duke.edu/sensors.html"에 개시되어 있다. 아미노 및 에폭시 그룹을 결합된 면역 센서용 광 도파관의 표면에 결합시키는 방법을 개시하는 "N. Trummer, N. Adanyi, M. Varadi, I. Szendro"에 의한 "Fresenius Journal of Aanlytical Chemistry, Vol.371, No. 1, 2001년 8월, pp. 21-24에, "Modification of the Surface of Integrated Optical Wave-Guide Sensors for Immunosensor Application" 제하로 개시된 것을 포함하는 임의의 적합한 면역 센서 및 그 제조 방법이 사용될 수 있다. SiO₂-TiO₂ 표면은 3기능 실란 시약의 사용에 의해서 변형된다.

임의의 적합한 형태의 측면 플로우 또는 면역 크로마토그래피 기술이 바이오센서에 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 퀴델(켈리포니아주 샌디에고)은 사람의 혈청, 플라즈마 또는 전체 혈액내의 헬리코박터 필로리(Helicobacter pylori)에 특정한 lgG 항체의 신속한 검출을 위해 의도된 측면 플로우 면역크로마토그래픽 분석인 "QuickVue H.pylori gll test"를 포함하여 본 발명에 사용될 수 있는 다수의 측면 플로우 장치를 제공한다.

바이오센서는 표면 플라즈마 공명(SPR), 상 형광, 화학적발광, 단백질 핵산(PNA) 분석, 바큘로바이러스 표현 벡터 시스템(BRVS), 페이지 디스플레이(phage display) 등을 포함하여, 검체의 검출에 적합한 과학적 원리에 기초한 기능을 수행한다. 그러한 원리를 합체하는 센서의 예로는, 프로티오믹스(proteomics)용 Proteomatrix(상표명) 용액과 같은 HTS 바이오시스템의 제품을 포함하여 여러 소스에서 발견할 수 있다. 기본적인 정보는 "http://www.htsbiosystems.com/technology/spr.html"에 제공된다. 예컨대, HTS 바이오시스템 FLEX CHIP^TM 운동 분석 시스템은, 귀금속 표면에 근접한 박막의 광학적 특성으로 측정이 이루어지는 격자 결합 SPR 기술에 근거를 둔다. 분자 조성에서의 변화(예컨대, 타깃이 표면 결합된 포획 프로브에 결합하는 경우)는 결합량에 비례하는 표면 광학적 특성에서의 변화를 야기한다. 제조자는 이러한 기술이 리포터 라벨의 사용없이 실시간 표면 결합 이벤트의 모니터링을 가능하게 하는 방식으로 고려될 수 있다고 한다. 격자 결합된 SPR계 일회용 바이오센서 칩은 디지털 비디오 디스크(DVD) 매체를 제조하는데 현재 사용되는 기술을 채용하여 제조될 수 있다. 플라스틱 베이스상에서의 광학적 격자가 제조된다. 전류면역 센서는 "lmn.web.psi.ch/molnano/immuno.htm"에 개시되는 바와 같이, 스위스 빌리겐의 Paul Scherrer 연구소에서 개발되고 있는 것이 사용될 수 있다. 바이오인식, 항원에의 항체의 결합은 예컨대, 전극에서의 전기 신호의 결과를 낳는다. 항체는 하이드로젠 페록시드의 전기촉매 환원을 통한 전기화학적 신호의 생성을 위한 마이크로페록시다제로 분류된다.

여러 형태의 전극이 본 발명의 바이오센서에 합체될 수 있다. 전극은 포토리소그라피, 잉크-제트 또는 스크린 인쇄와 같은 인쇄 기술, 기계적 조립, 반도체칩의 제조에 적합한 임의의 기술 등에 의해서 형성될 수 있다. 스크린 인쇄 센서의 예는 듀블린 시립대학교의 A.J. Killard 등의 연구인 "폴리아닐린에 기초한 스크린 인쇄 면역 센서"에 기재되며, www.mcmaster.ca/inabis98/newtech/killard0115/ 및 www.mcmaster.ca/inabis98/newtech/killard0115/two.html에 개시되어 있다. 바이오센서내의 칩은 광학 장치를 포함할 수도 있다. 예컨대, 모토롤라는 포톤 칩과 결합되는 실리콘 칩을 개발하였으며, 발광 갈륨 비소화물은 스트론튬 티탄산염에 의해 실리콘에 결합된다(2001년 9월 10일자 인터액티브 위크지 18쪽, Bill Scanlon의 "모토로라는 30년 광학 실리콘 칩 퍼즐을 해결했다" 참조). 유사한 기술이 발광 인듐 인화물을 실리콘에 결합시키기 위해 적용된다. 그러한 접근들은 검체를 검출하기 위하여 칩이 매체와 작용하는 광학 신호를 생성 및 측정하는 바이오센서에 채용될 수 있다. 예컨대, 2001년 9월 AFRL 테크롤로지 호리존, Vol.2, No.3, 14-15쪽에 기재된 S. Dorato 및 A. Ongstad의 "중간 적외 반도체 레이져 머티리얼 엔지니어링"에 개시된 바와 같이, 칩은 발광 다이오드, 다이오드 레이져, 또는 생물학적 감지용 다른 발광 장치를 포함할 수 있다. 반도체 레이져는 근적외 스펙트럼 영역(700-1000 나노미터)에서 빔을 생성할 수 있다. 청색-녹색 광은 490 내지 55 나노미터 범위의 방사선을 방출하는 Ⅲ-Ⅴ갈륨 질소 및 Ⅱ-Ⅳ 아연-황 화합물에 기초한 것과 같은 반도체 레이져에 의해서 생성될 수 있다. 2000 내지 12000 나노미터 범위의 적외 방사선에서는 장파장 다이오드가 사용될 수 있다. 퀀텀-웰 레이져(예컨대, "W-레이저") 및 안티모니드(antimonide) 레이져뿐만 아니라, 조율가능한 중간 적외 반도체 레이저를 포함하는 중간 적외 장치가 사용될 수 있다.

소형의, 마이크로유동성 시험 화학을 제공하는 것을 포함하여 수많은 바이오센서 칩이 본 발명에 사용될 수 있다. 그러한 장치의 예는, 1998년 네이쳐 바이오테크놀로지, Vol. 16, 981-983쪽에 기재된 논문 "바이오칩스"에 기재되어 있으며, 단백질 바이오칩, 특히, 아피메트릭스(Affymetrix) 유전자칩의 몇몇 예를 개시한다. p53의 유전자칩은, p53의 종양 억제 유전자의 단일 뉴클레오티드 폴리모피즘을 검출하기 위하여 설계되고, HIV 유전자 칩은 HIV-1 프로테아제 및 바이러스 리버스 전사효소 유전자의 변종을 검출하도록 설계되며, p450의 유전자칩은 약물을 대사시키는 주요 간효소의 변종에 중점을 둔다. 아피메트릭스는, 박테리아 병원체의 식별뿐만 아니라, 흉부암 유전자 BRCA1의 검출용 바이오칩을 포함하여 개발중인 추가의 유전자 칩을 갖는다. 유전자 변종을 검출하는데 사용되는 바이오칩의 다른 예는 히세크(Hyseq)에 의해서 제조되는 "HyGnostics" 모듈을 포함한다. 유전자 익스프레션 포로파일 분석을 위해 설계되는 바이오칩의 예는 특정 전략적 협력자용 주문 설계뿐만 아니라 다수의 사람, 쥐, 및 효모 유전자용 아피메트릭스 표준 유전자칩, 및 심장 혈관 및 중앙 신경 시스템 조직 또는 감염 질병에 노출된 조직으로부터의 Hyseq의 유전자용 "HyXGene" 디스커버리 모듈을 포함한다.

다양한 바이오 센서 칩이 바이아코어 인터내셔널 에이비(Biacore International AB)(스웨덴 웁살라 소재)에 의해 제공된다. 제품들은 www.biacore.com/products/chips_all.shtml에 설명되어 있다. www.biacore.com/company/pdf/poster_ahm_use.pdf 문서에 개시된 일 예에서는, 바이아코어 3000 센서는 인간 알부민을 함유한 약제의 2개의 이성질체의 상호작용을 추적하는데 사용되었다. 이것으로부터, 약제의 유효성을 평가하기 위해 혈액을 함유한 약제 작용제의 상호작용이 실시간 모니터링됨을 추론할 수 있다. 예컨대, 약제가 환자에게 투여된 다음, 이 약제가 환자에게 보다 잘 작용하도록 혈액내 약제의 상태를 바이오 센서가 추적할 수 있다.

다른 예로는, 칩상 액체의 미세 체적을 조작하도록 마이크로 유체 기술을 사용하는 캘리퍼 랩칩(Caliper's Lapchip)이 있다. 응용품으로는 약제 리드의 적절한 약제 타깃과의 결합에 기초한 고단위 처리 스크리닝 분석물뿐만 아니라, 칩 기반 PCR을 포함한다.

적절한 DNA 및 RNA 칩에 부가하여, 증가하는 빈도로 단백질 칩이 개발되고 있다. 예컨대, 최근 보고서에는 단백질 칩 기반의 전립선 특효 멤브레인 항원용의 정량적인 면역 측정법(PSMA) 및 표면 강화 레이져 디솝션/이온화 질량 분광 기술의 개발이 기술되어 있다. 몇몇 단백질 바이오 칩들은 표면 플라스몬 공진(SPR)을 채용한다. 영국저널 해매톨로지(2000년도, vol. 109, 187~194쪽)에서 V. Regnault 등은 자기항체와 단백질 바이오 칩상에 고정된 2-글리코단백질 I(a2GPI) 사이의 상호작용, 낭창(lupus)과의 상관관계의 상호작용을 검출하기 위해 SPR의 사용을 개시하고 있으며, 이 SPR은 상기 칩상의 매우 낮은 밀도의 단백질 고정상태에서 상호작용을 검출할 수 있다.

마이크로 캔틸레버와 쿼츠 크리스탈은, 2001년 9월 10일 간행된 네이처 바이오테크놀로지 Wol.79, No.37, p13의 C. Henry의 "바이오센서 검출 항원, 바이러스"에 기재된 바와 같이, 특정 분석물 검출용 감지 요소로서 사용될 수 있다. 예컨대, 2001년 9월자 네이처 바이오테크놀로지 Vol.19, No.9, p856~60의 G. Wu 등의 "마이크로캔틸레버를 이용한 전립선 특효 항원의 생물학적 정량"은 전립선 암의 조기 검출 및 그 진행 모니터를 위한 표지로서, 전립선 특효 항원(PSA)의 존재를 검출하는 마이크로 캔틸레버를 채용한 민감성 마이크로 장치를 기술하고 있다. PSA 항체는 금도금된 질화규소 마이크로 캔틸레버에 부착된다. 이 장치를 통과하는 유체는 항체에 결합하는 PSA가 레이저에 의해 측정될 수 있는 마이크로 캔틸레버의 편향 변화를 야기시킨다. 인간 혈청 단백질과 무관한 배경에서도, 0.2 ng/ml 레벨이 검출가능하다. 암 검출을 위한 역치는 0.4 ng/ml 이다. 여러 열의 마이크로 캔틸레버가 가능하며, 복수의 분석물을 검출하는데 채용될 수 있다.

쿼츠 크리스탈 마이크로밸런스(QCMs)는 2001년 9월자 네이처 바이오테크놀로지 Vol.19, No.9호, p833~37의 M. A. Cooper의 "럽쳐(Rupture) 이벤트 스캐닝에 의한 인간 바이러스의 직접적이며 민감한 검출"에 기재된 바와 같이, 쿼츠의 표면의 항체에 결합하는 바이러스를 검출하는데 사용되었다. 쿼츠 크리스탈이 교류 전기장 상태에서 주파수 증가로 진동함에 따라, 바이러스-항체 결합이 파열되는 임계 주파수에 도달된다. 음향 장치처럼 작용하는 쿼츠 크리스탈은 음향 발산을 결합 파열로부터 전기 신호로 변환한다. 이 크리스탈에 덜 강하게 부착된 단백질은 진동동안 일찍 분리되어, 이 장치가 특정 및 비특정 흡수 사이의 구별을 가능하게 한다.

특히 민감한 클래스의 마이크로 센서는 표면 음향파(SAW), 벌크 음향파(BAW), 음향판 모드(APM)를 사용하는 센서와 같은 음향 센서를 포함한다. 피에조 크리스탈의 감지면상에 얇은 폴리머 또는 금속막을 코팅함으로써 선택성이 통상적으로 성취된다. 폴리머는 유기물, 무기물 또는 유기 금속일 수 있다. 따라서, 음향파 화학 센서와 바이오 센서는 크리스탈 표면에 부착된 화학 시스템과 피에조 크리스탈 장치로 이루어진다. 화학 시스템은 폴리머 코팅 및/또는 코팅에 부착된 화학수용체로 구성된다. 이 화학 시스템은 분자 인식 요소로 사용되며, 분자와 기체 입자를 선택적으로 결합하는 능력을 가진다. 검출 프로세스의 물리 현상은 복잡하지만, 음향파 장치 센서의 작동 원리는 매우 간단하며 그 결과는 신뢰할 만하다. 피에조 기질 재료의 표면(SAW) 또는 벌크(BAW)에 갇힌 음향파가 생성되어 전파가 허용된다. 크리스탈 표면에 나타날 수 있는 어떠한 물질도 파장의 성질(다시 말해, 속도 또는 주파수, 진폭 또는 감쇠량)을 변경하는 방식으로 이 표면을 교란시킬 것이다. 파장 특성 변화 측정에는 이 장치의 표면상에 있는 재료 특성의 민감한 인디케이터가 있다. 일반적으로, 표면의 기계적 및 전기적 교란 양자는 음향파의 전파에 영향을 주며, 감지하게 된다. 이러한 교란은 기체의 막으로의 흡수 및 확산; 분자 선택, 이주 또는 결합; 및 막내의 복합물의 형성으로부터 기인한다.

압전 센서의 유용한 예로는 1998년 12월 22일자로 Josse와 Everhart에게 허여된 발명의 명칭이 "Piezoelectric Resonator Chemical Sensing Device"인 미국 특허 제5,852,229호를 들 수 있으며, 상기 미국 특허는 참조로서 본 발명에 합체된다. Josse와 Everhart는 전극 영역을 가진 제1 측면과 상기 제1 전극의 크기 및/또는 형태와는 다른 전극 영역을 가진 대향하는 제2 측면을 구비한 압전식 공진 장치를 포함하는 센서를 개시하였다. 상기 발명의 상기 압전식 공진 장치는 하나 이상의 파라미터를 측정할 수 있으며, 따라서 다중 정보 검지 장치를 제공한다. 상기 발명은 또한 상기 발명의 상기 압전식 공진 장치 센서를 이용하여 매체 내의 검체(분석물)를 검출하고 측정하는 장치와 방법을 제공한다.

(1) 회절(diffraction)에 기반하는 기술들

저렴한 바이오 센서 제작에는 다양한 종류의 회절에 기반하는 기술들을 채용할 수 있다. 예를 들어, 참조로서 본 발명에 합체되는 1999년 7월 13일자로 Everhart 등에게 허여된 발명의 명칭이 "Biosensing Devices Which Produce Diffraction Images"인 미국 특허 제5,922, 550호에서는 다양한 검체를 검출하는데 사용될 수 있는 일회용 바이오 센서를 개시하고 있다. 상기 장치는 검체에 특정한 수용체(receptor)의 특정한 소정 패턴이 인쇄된 금속화된 필름(film)을 포함하고 있다. 광(light)을 산란할 수 있는 목표물 검체가 부착되면, 상기 수용체가 인쇄된 플라스틱 필름 영역의 표면을 선택하기 위해서는, 통과한 및/또는 반사된 광이 물리적인 크기(dimension)에 의해서 회절되고, 따라서 상기 검체의 정확한 위치가 한정된다. 회절 영상은 맨눈으로 가장 잘 볼 수 있도록 또는 선택적으로 검지 장치로 가장 잘 판독할 수 있도록 생성된다. "회절"이라고 하는 것은, 파동(wave)이 방해물에 의해서 방해를 받을 때 목표물의 기하학적인 음영(shadow) 한계를 지나서 퍼져 나가는 교란(disturbance) 현상을 가리킨다. 상기 효과는 목표물의 크기가 파동의 파장과 동일한 정도인 경우에 현저하게 된다. 상기 제5,922, 550호 특허에서 방해물은 검체였으며, 파동은 광 파동(light wave)이었다.

Everhart 등의 미국 특허 제5,922, 550호는 금속화된 열가소성 필름 상에 티올알칸(alkanethiolate), 카르복시시산(carboxylic acid), 히드록사민산(hydroxamic acid) 및 포스포늄산(phosphonic acid) 등의 자기 조립형(self-assembling) 단일층(monolayer)을 접촉식으로 인쇄하여 패턴화하는 방법, 이렇게 하여 생성되는 성분(composition) 및 이들 성분의 사용법을 사용하고 있다. 상기 자기 조립형 단일층은 이 단일층에 부착되는 수용성(receptive) 재료를 가지고 있다. 상기 수용성 재료는 사용된 수용체에 의존하는 특정한 검체 또는 검체 종류에 고유한 것이다.

패턴화된 자기 조립형 단일층은 검체에 고유한 수용체의 패턴을 통해서 검체의 위치 설정을 제어할 수 있게 한다. 이렇게 해서 생성되는 본 발명의 바이오 검지 장치는 먼저 바이오 검지 장치를 선택된 검체가 포함된 매체(medium)에 노출시키고, 이어서 적절히 배양(incubation)한 이후에 필름을 통해서 광 - 예를 들어 레이저를 조사한다. 검체가 상기 매체 내에 존재하고, 패턴화된 자기 조립형 단일층 상에 상기 수용체가 부착되면, 상기 광(light)은 회절하게 되어 가시 화상(visible image)을 생성하게 된다. 즉 상기 검체가 부착된 상기 패턴화된 자기 조립형 단일층은 문제의 검체를 가진 자기 조립형 단일층 상의 검체의 반응에 따라서 다른 광학적인 회절 패턴을 생성할 수 있게 된다. 상기 광은 가시 광선 스펙트럼 범위 내에 있을 수 있으며, 상기 필름으로부터 반사되거나 또는 상기 필름을 통과하며, 상기 검체는 상기 자기 조립형 단일층과 반응하는 화합물 또는 입자일 수 있다. 상기 광은 가시 영역 내의 백색광(white light) 또는 단색의 전자기 방사선일 수도 있다. 본 발명은 또한 금(gold) 또는 다른 적절한 금속 또는 금속 합금 상에 자기 조립형 단일층을 위한 가요성 지지대를 제공한다.

Everhart 등의 미국 특허 제5,922, 550호는 상당히 질서 정연한 자기 조립형 단일층의 형성을 위해서 접착 증진제를 필요로 하지 않는 금(gold) 또는 다른 적절한 재료 상에 자기 조립형 단일층을 위한 지지대를 추가적으로 개시하고 있다. 상기 특허의 발명자들은 또한 일괄 처리 가공(batch fabrication)이 아니라 장치를 대량 가공할 수 있는 연속 인쇄법에 적합한 금(gold) 또는 다른 재료 상에 형성된 자기 조립형 단일층용의 지지대를 개시하고 있다. 이들의 바이오 센서는 검체를 검출하기 위해서 단일 검사용으로 생산될 수도 있고, 또는 다중 검사 장치용으로 형성될 수도 있으며, 의류, 예를 들어 기저귀에서의 오염을 검출할 수도 있고, 미생물에 의한 오염을 검출할 수도 있다.

(2) I-Stat식 바이오 센서

본 발명에 적합한 유용한 바이오 센서로는 i-STAT Corporation사(미국 뉴저지주 이스트 윈저 소재)의 몇 가지 제품들을 들 수 있다. 상기 I-STAT System은 전기 화학적 센서로서 미세 가공된 박막 전극을 사용하며, 이 전극의 신호는 I-STAT Portable Clinical Analyzer의 암페어계, 전위차계, 전도도계 회로에 의해서 측정되고 정량화된다. 상기 전극을 교정하기 위한 용액(solution)은 측정용 카트리지 내의 포일 파우치(foil pouch) 내에 들어있다. 교정용 용액 또는 혈액 샘플을 측정하는 도중에, 상기 유동체는 측정을 위한 센서 배열(array)을 지나는 유동량(flow)이 측정된다. 측정은 소듐, 포타슘, 염화물, 이온화된 칼슘, pH 및 pCO₂에 대한 이온 선택적인 전극의 전위차 측정에 의해서 수행된다. 또한 동시에 (요소 분해 효소(urease)에 의해 암모늄 이온을 가수 분해한 이후의) 요소, (포도당 산화 효소에 의해서 글루코스로부터 생성된 과산화 수소의 암페어를 측정한) 글루코스, (종래의 클라크(Clark) 전극과 유사한 전극을 사용하여 가스 투과성 멤브레인을 통해서 혈액으로부터 내측의 전해액으로의 산소 확산, 이곳의 음극에서 전류를 발생시키는 산소가 감소하여 구해지는) pO₂ 및 (전기 전도도를 측정하여 구해지는) 헤마토크릿(hematocrit)이 측정된다. 추가적으로 HCO₃(중탄산염),TCO₂(전체 이산화 탄소의 양, 탄산 및 중탄산염 수준의 합), BE(염기 과잉), sO₂(포화 산소), 음이온 차이(anion gap) 및 헤모글로빈에 대해 계산한 결과가 얻어진다.

몇 가지의 바이오 센서 기술이 1991년 11월 5일자로 Cozzette 등에게 허여되고 I-Stat Corp.사에 양도된 발명의 명칭이 "Method of Manufacturing a Plurality of Uniform Microfabricated Sensing Devices Having an Immobilized Ligand Receptor"인 미국 특허 제5,063, 081호에 개시되어 있으며, 상기 특허는 참조로서 본 발명에 통합된다. 상기 특허는 전체적으로, 평평한 웨이퍼 위에 다수의 박막 및 관련된 구조를 형성하는 미세 가공 바이오 센서에 대해서 개시하고 있다. 상기 센서는 문제가 되는 생물학적 종(species)(검체)의 존재 및/또는 농도를 측정하기 위한 전기 화학적 분석 절차를 통상적으로 사용하여 보다 즉각적으로 검출 가능한 종에 대한 선택적인 검체 분자들을 변환하기 위해서 필수적인 생물학적으로 활성인 거대 분자와 기타 시약을 사용하고 있다. 배지(substrate)는 전기 화학적인 산화 또는 환원이 수행되지 않을 때 사용되지만, 이렇게 되면 전기적으로 활성인 종류의 농도 변화를 생성하는 배지 컨버터(converter)와 반응하게 된다. 이들 변화가 측정되며, 이들 변화는 문제가 되는 검체의 농도에 대해서 비례적으로 관련되어 있다. 배지 컨버터는 상기 배지를 가수 분해하는 효소일 수도 있다. 이 가수 분해된 배지는 이후에 바이오 센서, 예를 들면 이 경우에는 리간드/리간드 수용체(LLR, ligand/ligand receptor) 기반의 바이오 센서를 이용하여 전기 화학적으로 검출되는 전기적으로 활성인 종류(예를 들면, 다이옥시겐(dioxygen) 및 과산화 수소)의 농도 변화를 유발하는 반응을 일으킨다. 샌드위치식(sandwich) 및 경쟁식(competitive) 분석법을 사용할 수도 있다.

Cozette 등에 의해서 개시된 면역 분석 시스템 중의 하나에서는 바이오 센서는 촉매 전극 및 선택적인 기준 전극(베이스 센서, base sensor)과, 상기 바이오 센서 상에 중첩되는 접착 증진층(adhesion promoter layer)과, 상기 접착 증진층 상에 고정된(immobilized) 생물학적으로 활성인 층을 포함하며, 상기 생물학적으로 활성인 층은 문제가 되는 면역학적 검체의 수용체(receptor)(제1 요소)이다. 전체적으로 미세 가공된 바이오 센서는 표면에 적절한 베이스 센서를 포함하는 제1 구조가 형성된 웨이퍼를 포함하고 있다. 이후에 이렇게 해서 형성된 베이스 센서 위에 추가적인 구조가 형성되며, 이 추가적인 구조는 화학 종의 간섭에 대해서는 차단막(barrier)으로서 동작하는 반면 문제가 되는 검출 가능한 더 작은 양의 화학적 성분의 이동은 허용하는 반투과성의 고체 필름 또는 선택적 투과층을 포함하고 있다. 이들 검출 가능한 화학적 성분은 통상적으로 전기적으로 활성인 분자이며, 저분자 이온종(ionic species)을 포함할 수도 있다. 상기 반투막 고체 필름은 베이스 센서가 미리 선택된 이온종(예를 들면, 암모늄 이온)에 대해 민감해지도록 기능할 수도 있는 화합물 또는 분자를 더 포함할 수도 있다. 또한, 이와 같은 선택적 투과층 또한 접착 증진체와 같은 기능(function)을 할 수도 있으며, 이에 의해서 미리 선택된 리간드 수용체가 본 발명에서 전체적으로 미세 가공된 LLR 기반의 바이오 센서를 고정시킬 수도 있다. Cozette 등에 의해서 설명된 상기 지지대 매트릭스(support matrix)는 소정의 검체 샘플(sample)을 검출 가능한 및/또는 정량화 가능한 종으로 특정 검체를 변환하는데 필수적인 물리적 화학적 특징을 가지고 있거나 유지할 수도 있다. 바이오층(biolayer)의 크기 특징(dimensional feature)을 최적으로 제어할 수 있도록 할 뿐만 아니라 다양한 범위의 생물 작용 분자를 수용할 수 있는 다재 다능한, 전체적으로 미세 가공된 바이오 센서의 특정한 소정 영역 상에 상기 매트릭스(matrix)를 국소화하거나(localising) 패턴화하는(patterning) 기술들이 개시되어 있다. 추가적으로 상기 중첩된 구조는 샘플 내에서 고농도로 존재하는 선택된 검체 종의 전송을 감쇠시키도록 형성될 수도 있다. 이와 같은 검체 감쇠(AA, analyte attenuation)는 AA층이 존재하지 않는 경우에 관측된 것보다는 더 넓은 범위의 검체 농도에 걸쳐서 선형적인 센서 반응을 가능하게 한다. 또한 실록산(siloxane)/비실록산 코폴리머(copolymer)로부터 유도된 상기 중첩된 AA층은 하부 구조와 직접 접촉하여 간섭이나 방해 또는 오염을 초래하여 궁극적으로 바이오 센서의 신뢰도를 감소시키는 샘플의 대형 분자 또는 다른 오염성 성분을 배제할 수 있다. AA층이 적절한 구조와 성분으로 형성되었다면 가스 투과성 멤브레인으로도 기능할 수 있다. 특정 실시예에서, 이와 같은 가스 투과성 멤브레인은 매우 작은 분자만 통과할 수 있도록 할 수도 있다. 또한 상기 가스 투과성 멤브레인은 외부의 유체 교란으로부터 바이오 센서의 전극부의 최인접 환경을 분리한다. 따라서 바람직한 LLR 기반의 센서에 의해 수행되는 측정은 유동 의존으로부터 실질적으로 자유롭다고 가정할 수 있다.

상술한 AA층과는 별도로, 분자량에 민감한 투과형 필름으로서 기능할 수 있는 반투막 고체 필름이 상기 층 사이에 위치하고 있다. 선택적 투과층으로도 언급되는 상기 반투막 고체 필름의 성분 및 최종 두께에 따라서, 소정의 문턱값(threshold) 이상의 분자량을 가진 분자들이 이와 같은 필름으로 들어가거나 확산되는 것을 효과적으로 배제할 수 있게 된다. 상기 선택적 투과층의 기능 및 용도에 대해 일반적인 설명을 하자면, 분자량이 약 120 이상인 분자들은 두께 약 5 내지 10nm의 고체 필름에 의해서 효과적으로 차단된다. 배제되는 분자의 크기 및 상기 고체 필름을 통해서 확산 가능한 소형 분자들의 전송 비율에 대한 제어 수준의 변경은 약 2 내지 약 50nm의 두께를 가진 고체 필름을 이용하여 획득할 수 있다. 특정한 종류의 재료에 대해서, 이들 선택적 투과층의 두께는 약 1nm 정도로 얇거나 100nm까지 두꺼울 수도 있다. 상기 필름은 다수의 방법에 의해서 배치 웨이퍼 상에 형성될 수도 있고 또는 임의의 평평한 검체 감지 장치 상에 형성될 수도 있지만, 가장 간편한 방법은 초기 액체 필름으로서 적절한 용매와 혼합된 실란 화합물을 상기 웨이퍼에 걸쳐서 스핀 코팅(spin-coated)하는 것이다. 필요하다면, 선택적 투과층은 광식각 처리 기술에 의해서 상기 장치의 특정한 미리 선택된 영역에 형성될 수도 있다. 따라서 리프트 오프(lift off) 및 플라즈마 에칭과 조합하여 포토레지스트 캡(cap)을 사용하거나 다르게는 습식 에칭 단계를 사용하는 기술들을 채용하여 상기 반투막 고체 필름의 위치 및 형상을 한정할 수도 있다. 상기 초기 액체 실란 혼합물은 본 발명에서 사용하는 다른 많은 액체상 혼합물과 마찬가지로 검지 장치의 미리 선택된 다수의 영역에 미세 도포(microdispense)될 수도 있다. 이와 같은 유체 매체의 미세 도포는 자동적으로 수행될 수도 있으며, 배지 웨이퍼를 유지하고 있는 진공 척(vacuum chuck)의 제어된 이동과 맞물려 있는 컴퓨터 제어 시린지(syringe)에 의해서 일정한 소정의 양만큼씩 수행될 수도 있다. 이와 같은 미세 도포 기술은 미세 가공법과 밀접하게 연계되어 있으며, Cozette 등의 특허에서 더욱 상세하게 설명되어 있다. 따라서 암페어 측정식의 전기 화학적인 감지 장치에서, 소정의 문턱값 이상의 분자량(예를 들면 120 이상)을 갖는 전기적으로 활성인 종과의 간섭은 선택적 투과층을 채용하는 것에 의해서 촉매 전극의 표면에서의 반응으로부터 효과적으로 배제되는 한편, 디옥시젠 및 과산화수소와 같은 저분자량의 전기적으로 활성인 종은 여전히 하부의 전극 표면과 산화 환원 반응할 수 있도록 허용하게 된다.

(3) 호르몬 및 임신 관련 센서

바이오 센서는 호르몬 요법의 보조 요법, 예를 들어 골다공증 및 다른 문제를 예방하거나 치료하는데 사용될 수도 있다. 공급되는 호르몬의 균형은 시간에 걸쳐서 변화될 필요가 있으며, 정확한 균형값은 혈액 내의 호르몬 수치 또는 뼈 속의 미네랄 밀도와 같은 다른 표시자 또는 다른 화학적인 검체에 반응하는 바이오 센서로부터 추론해 낼 수 있다. 예를 들면, 바이오 센서의 신호에 반응하여 내과 의사는 환자에게 공급될 호르몬 균형값을 변경할 수도 있다. 조정된 투약분은 약국에 전자적으로 주문할 수도 있고, 이 투약분은 환자에게 직접 배달될 수도 있고, 간호사나 다른 간병인이 제공할 수도 있다.

바이오 센서 내의 효소를 직접 검출하면 다양한 측면의 간호에서 유용할 수 있으며, 특히 여성 간호 및 임산부의 모니터링에 유용하다. 상술한 Neuman의 논문에서 언급된 효소 검출 센서는 특히 중요하다. Neuman은 양수 내에서 디아민옥시다제(diamineoxidase)를 발견한 이래로 종래에 사용된 기술이 모호한 결과를 제공할 때 상술한 바와 같은 종류의 센서가 양수의 누출과 함께 멤브레인(양막)의 조기 파수를 검출하는데도 유용하다는 사실을 알아냈다. 질내 탐침자에 적합한 예비 설계는 실제로 제작되었으며 검사자들은 질내 pH를 조사하기 위해서 탐침자가 4 pH 센서를 포함하도록 설계하였다. 이와 같은 탐침자는 본 발명의 범위 내에서 사용 가능하다.

이와 같은 장치는 박테리아성 질증(BV, bacterial vaginosis)의 생체 내(in vivo) 진단에 있어서 도움을 주도록 전위차계 측정식 pH 센서와 암페어계 측정식의 센서를 모두 구비하고 있다. 가요성 폴리이미트층 상에서 일괄 처리 가공된 평평한 형상의 자족적 센서 기판 상에 단일 위치 디아민 센서를 형성하는 기술들은 공지되어 있다.

발생 가능한 조산을 예측하기 위한 임산부용 감시 장치(monitor)에 대해서는 몇 가지를 선택할 수 있다. 최근의 논문에서는 조기 분만 신호가 나타나기 전에 전극이 며칠 또는 몇 주 전에 미리 자궁의 조기 수축을 검출할 수 있는 방법을 나타나고 있다(2001년 3월 2일자 New Scientist 참조). 따라서 장차 산모가 될 사람에게 부착된 전극은 조기 분만이 일어나기 상당히 이전에 (자궁의) 수축을 감시할 수 있게 되었다.

조기 분만을 검출하기 위해서 여자들이 착용할 수 있는 패드(pad)는 WO 00/04822호 또는 EP 1,098,590호에 개시되어 있다.

생화학적인 수단 또한 분만 시작을 미리 검출할 수 있다. George C. Lu 등이 Obstetrics and Gynecology의(2001년 2월, Vol. 97, No. 2)에 기고한 pp. 225-228의 "Vaginal Fetal Fibronectin Levels and Spontaneous Preterm Birth in Symptomatic Women"는 참조로서 본 발명에 통합되며, 질 내의 파이브로넥틴(fibronectin)의 검출을 조기 출산의 표시자로서 확립하였다. 파이브로넥틴은 양막(chorioamniotic membrane)에서 생성되는 단백질이며, 명백하게도 자궁 내의 구조의 일체성을 유지하는 생물학적인 접착제로서 기능한다. Lu 등은 조기 출산에 선행하여 이들 구조(자궁 내막의 탈락막 경계면)가 파괴되고 이에 따라 태아의 파이브로넥틴이 질 경부액(cervicovaginal fluid) 내로 유출되는 증거를 재고찰하였다. 몇 가지의 기술이 파이브로넥틴을 검출할 수 있으며, 이들 기술은 가정용 일회용 바이오 센서에 적합할 수 있다. 예를 들면 Adeza Corp.사의 것들을 사용할 수 있다.

양막(amniotic membrane)의 조기 파괴와 관련된 다른 검체에는 hCG, IGFBP-1, 알파 FP 및 디아민옥시다제등이 포함된다. 또한 인체 내의 질산염 및 아질산염의 수준도 조기 출산과 관련지어질 수 있다. 이들 검체용으로 적합한 센서에 대해서 이하에서 설명하기로 한다. 프로락틴(prolactin) 또한 조기 출산의 표시자로서 감시될 수 있다. 또한 지연 임신(prolonged pregnancy)에 대해서는 태아의 파이브로넥틴 바이오 센서가 유용하다.

참조로서 본 발명에 통합되는 미국 특허 제6,149,590호는 임신 중에 조기 양막 파괴를 식별하기 위해서 액체는 투과할 수 있는 나이트라진 종이(nitrazine paper)를 포함하는 pH에 민감한 종이를 사용하고 있다. 양수의 변화가 종이의 색상을 변화시킨다. 이는 생리대와 합체될 수도 있다.

에스트리올(estriol), 알파 페토프로틴(fetoprotein), 인체 융모 성성 호르몬(Human chorionic gonadotropin, hCG) 및 인히빈(inhibin) A 등도 임신 감시에서 효과가 있는 다른 검체들이다.

항인지질 증후군(APS, antiphospholipid syndrome)은 많은 여성들에게 악영향을 미치는 건강 문제이다. 항인지질 항체가 인체 내에 존재하면, "Management of Thrombosis in Women withAntiphospholipid Syndrome", Clinical Obstetrics and Gynecology, Vol. 44, No. 1, 2001, pp. 36-47에서 N. B. Chandramouli과 G. M. Rodgers에 의해서 논의된 바와 같이 종종 유산과 관련되어지며, APS 또한 여성의 정맥이나 동맥 내의 혈전증을 초래할 수도 있다. W. Geis와 D. W. Branch는 "Obstetric Implications of Antiphospholipid Antibodies: Pregnancy Loss and Other Complications", Clinical Obstetrics and Gynecology, Vol. 44, No. 1, 2001, pp. 2-10에서 항인지질 항체와 이들과 유산과의 관계에 대해서 논의하였다. APS는 S. S. Pierangeli, A. E. Gharavi 및 E. N. Harris 등이 "Testing for Antiphospholipid Antibodies: Problems and Solutions", Clinical Obstetrics and Gynecology, Vol. 44, No. 1, 2001, pp. 48-57에서 토의한 바와 같이 면역 분석 검사 또는 다른 검사에 의해서 검출될 수도 있다. 종종 두 가지의 서로 다른 검사를 통해서 (유산) 증후군의 존재를 검증하는 것이 바람직하다. 면역 분석법을 사용하여 항인지질 항체를 직접 검출하거나 LA를 검출하거나 또는 관련된 단백질을 검출할 수도 있다. 효소 결합 면역 흡착 분석법(ELISA, enzyme-linked immunosorbent assay)을 사용할 수도 있다.

다른 유용한 표지자에는 인체 융모 성성 호르몬(Human chorionic gonadotropin, hCG)이 있는데, 이는 일반적으로 여성이 임신했는지의 여부를 측정하는데 사용된다. 그러나 이 표지자는 태아의 건강 상태에 대한 표시자로서 감시될 수도 있다. TPS 또한 감시할 수 있다.

또한 N. D. Rowell의 "Light Could Help Doctors Draw Less Blood", Photonics Spectra, 2001년 9월, pp. 68-72에 설명된 바와 같이 비침투성 광학 센서를 사용하여 산모의 복부를 관통하여 태아까지 광(light)을 통과시켜서 맥박 산소 계측과 함께 혈액 내 산소 수준을 측정할 수도 있다. 이에 대해서는 A. Zourabian 등 "Trans-abdominal Monitoring of Fetal Arterial Blood Oxygenation Using Pulse Oximetry", Journal of Biomedical Optics, 2000년 10월, pp.391-405를 참조한다.

본 발명에 따른 바이오 센서는 임신한 여성 또는 장차 임신할 계획이 있는 여성들의 엽산을 감시하는데도 사용할 수 있다. 경구 피임약을 사용하고 있는 많은 사람들에게 존재하는 특별한 문제는 엽산 수준이 종종 낮다는 것과 인체의 보유량이 고갈되어 간다는 점이다. 이들 여성들에게는 건강하게 임신할 수 있는 엽산 수준을 회복할 때까지는 몇달간 기다리는 것이 권고된다. 인체 내의 엽산의 수준을 감시하면 건강한 임신을 준비하고, 임신 기간 중에 산모와 태아의 건강을 유지하는데 도움이 된다.

인체 내의 엽산을 감시하는 것에 추가하여, 일부의 경우에서는 적절한 센서를 사용하여 엽산의 섭취량을 감시하는 것이 바람직한 경우가 있다. 이들 중에서 Biacore 센서를 이와 같은 용도로 사용할 수도 있다. Biacore사의 T. A. Grace 등은 논문, "The Determination of Water-Soluble Vitamins in a Variety of Matrices by Biacoreq Assay Kits", Institute of Food Technologists Annual Meeting, 2001년 6월, New Orleans에서 엽산을 측정하기 위한 플라스몬 공진 센서(Biacore Q 센서 시스템)의 용도를 설명하였다(그 요약서는 ift.confex.com/ift/2001/techprogram/paper_9594.htm에서 입수할 수 있다. 또한 www.biacore.com/customer/pdf/vol2no2/22p22.pdf 참조). 식품 샘플은 혼합될 수 있으며, 선택적으로 원심 분리시켜서 센서로 엽산 수준을 직접적으로 측정하기에 적합한 추출물(extract)을 준비한다. 엽산을 측정하기 위한 Biacore 바이오 센서의 다른 예로는 M. Bostrom-Caselunghe와 J. Lindeberg, "Biosensor-Based Determination of Folic Acid in Fortified Food", Food Chemistry, Vol. 70, 2000, pp. 523-32에 설명되어 있다.

자궁외 임신을 예측하는데 사용되는 표지자(marker)에는 "smhc 미오신(Myosin)"뿐만 아니라 혈중 프로게스테론치가 있다.

자간 전증(pre-eclampsia, 예전에는 "임신 중독증(toxemia)"으로 알려짐)과 단백뇨와 병적인 부종(pathologic edema)과 관련된 임신중 고혈압 증세는 소변 또는 다른 인자(factor)들 내의 단백질을 감시함으로써 추적할 수도 있다.

임신 또는 배란 시작을 검출하기 위한 다양한 가정용 검사 장치가 있으며, 이들 중 어떠한 것도 본 발명에 적용할 수 있다. 기초 체온 측정법 및 소변의 LH(luteinizing hormone) 키트(kit)는 두 가지의 일반적인 기술을 보여주고 있다. 흡수 물품(absorbent article) 내의 바이오 센서를 이용하여 여포 자극 호르몬(Follicle Stimulating Hormone)을 감시하여 배란의 시작을 추적하는 것은 이하 1999년 4월 26일자로 출원한 미국 특허 출원 번호 제09/299,399호; 2000년 3월 2일자로 출원한 미국 특허 출원 번호 제09/517,441호; 2000년 3월 2일자로 출원한 미국 특허 출원 번호 제09/517,481호 등에서 제시되었으며, 이들 특허는 각각 이미 참조로서 본 발명에 통합되었다.

수정력(fertility) 감시용 및 배란 검출용 바이오 센서에는 Thermo BioStar, Inc.사(미국 콜라라도주 볼더 소재)의 것과, ThreeFold Systems, Inc.사(미국 미시간주 앤 하버 소재)의 TFS estradiol metabolite BioSensor와, Conception Technology Inc.사(미국 콜로라도주 롱몬트 소재)의 OvuSense 바이오 센서 및 Pheromone Sciences Corp.사(캐나다 터론토 소재)에서 출시한 시계와 유사하게 착용하고 피부 상의 이온에 대한 비침투성 측정 방법을 이용하는 PSC Fertility Monitor 등이 있다. 상기 PSC Fertility Monitor는 최대 12 일 정도까지 피부면에서 측정을 수행하고 이 데이터를 평가하여 수태 불가능, 수태 가능 또는 배란 중과 같은 사용자의 상태를 예측할 수 있도록 하는 바이오 센서와 조합된 상호 대화형 마이크로 컴퓨터가 합체되어 있다. 그 결과는 장치의 LCD 화면 상에서 아무 때나 볼 수 있고, 아니면 의료 전공자를 위해서 컴퓨터로 출력한 화상 출력물로도 볼 수 있다. 추가적인 예로는 Unilever사에 양도된 미국 특허 제6,234,974호 및 제5,656,503호와, Fertility Acoustics사에 양도된 WO 99/10742호 등을 들 수 있다.

(4) 질증(vaginosis) 검지용 센서

바이오 센서는 또한 효모성 질염 또는 세균성 질염을 검출하는데도 사용될 수 있다. 센서는 이와 같은 조건과 관련된 pH 변화에 반응하며, 또한 측정 정밀도를 높이기 위해서 디아민(diamine)의 존재와 같은 다른 물리적 또는 화학적인 조건을 검출할 수도 있다. 예시적인 바이오 센서에는 Michael R. Neuman의 저작물이면서 NSF 허가 번호 #9520526 및 Whitaker Foundation의 지원을 받은 작업임을 알려주는 "Biomedical Sensors for Cost-Reducing Detection of Bacterial Vaginosis"에서 나타낸 것들이 포함되며, 이는 인터넷의 cect.egr.duke.edu/sensors.html에서 입수가 가능하다. 이와 같은 센서는 폴리이미드 미세 구종 상의 박막에 기초하고 있다. 이들 센서는 또한 양막의 조기 파수 및 양수의 유출과 관련된 pH 변화를 검출하는데 사용될 수도 있다. 상기 문헌에서 설명된 실시예 중의 하나에서는 글루타르알데히드(glutaraldehyde)를 사용하여 소의 혈청 알부민(bovine serum albumin)으로 푸트레신 옥시다제(PUO, putrescine oxidase)를 교차 결합시켜 동작중인 전극의 표면 상에 효소층을 고정하였다. 준비한 세 개의 전극 센서는 푸트레신에 민감한 것들이다.

흡수 재료 내의 색상 변화 센서를 채용하여 효모 감염 및 다른 분비물이 초래하는 질환을 구별하기 위한 pH에 기반하는 방법은, 참조로서 본 발명에 통합되며, 1998년 10월 20일자로 Roskin 등에게 허여된 미국 특허 제5,823,953호에 개시되어 있다. 상기 Roskin의 센서 및/또는 물품(article)은 본 발명의 범위 내에서 사용될 수도 있다.

세균성 병원체는 질 내의 pH(예를 들면 미국 캘리포니아주 산타 클라라에 소재하는 Litmus Concepts, Inc.사의 바이오 센서를 사용), ECA, 또는 알파 항원을 감시하여 추적하거나, 또는 다른 적절한 기술을 사용하여 추적할 수도 있다. 락토페린(lactoferrin)은 바이오 센서를 사용하여 감시할 수 있는 질증(vaginosis)과 관련된 또 다른 생물학적인 검체 중의 하나이다. 프롤린 아미노펩티다제(proline aminopeptidase) 또는 다른 아민류의 검출은 Litmus Concepts, Inc.사에서 판매하는 바이오 센서를 사용하여 달성할 수 있으며 질증의 추적에도 응용된다.

질증과 관련된 세균 및 효모에 의해서 생성되는 휘발성 유기 화합물(VOC, volatile organic compounds) 또한 바이오 센서로 검출하여 질증을 검출하고 치유 과정을 감시할 수 있다. 질증은 일반적으로 질 내의 서로 다른 종류의 세균들 사이의 균형이 변화하여 발생한다. Lactobacillus가 정상적으로 주도하지 못하고, 대신에 증가된 Gardnerellavaginalis, Bacteroide, Candida, Mobiluncus 및 Mycoplasma hominis 등과 같은 유기체가 질증이 있는 여성들의 질 내에서 발견된다.

여성들에게 있어서 가장 일반적인 질염(vaginitis)은 Candida albicans에 의해서 초래된다. 거의 대부분의 여성들은 일생에서 한번은 효모 감염을 경험하게 되며, 많은 여성들이 반복되는 질내 효모 감염에 의해서 걸리게 된다. 질증과 관련하여 칸디다(Candida)에는 몇 가지 변종이 있다. 상기 종류의 질증의 가장 일반적인 증상은 질의 내측 및 외측 모두에서 보이는 두껍고 흰 배출물이며, 심하게 가렵거나 어떤 경우에는 화끈거리기도 한다. 어떤 경우에는 악취가 나기도 하지만, 이는 일반적으로 일차적인 증상으로는 간주되지 않는다. 일 실시예에서 바이오 센서는 악취, 특히 질염의 표지자로서 C. albicans가 생성하는 악취를 감시한다.

Gardnerella라는 세균은 거의 대부분 효모 감염과 마찬가지로 평범한 존재이다. 또한 질염과 관련하여 주요 표지자로서 Gardnerella에 의해서 특정하게 생성되는 악취를 감시할 수 있다. 자주 발생하지 않는 다른 질내 감염에는 Trichomonas가 있다. 이 원생 생물에 의한 감염은 일반적으로 성관계를 통해서 매개된다. 또한 질염에 대한 표지자로서 Trichomonas에 의해서 특정하게 생성되는 악취를 감시할 수도 있다.

종래에는 질증(vaginosis)의 진단은 현미경 관찰에 의해서 수행되었다. 질내 감염은 단일의 질 분비물 샘플에 대해서 삼 분간의, 삼 단계 검사 절차에 의해서 정확하게 동정된다. 상기 검사에는 pH 종이와, 수산화 칼륨(potassium hydroxide)와, 소금물 및 현미경만 필요하다. 이 절차에서의 단점은 이 절차에서는 의료 전문가가 진단을 수행해야 할 필요가 있다는 것이다. 고객들이 사용할 수 있는 빠르고 간단한 측정법은 더욱 적절한 시기에 질증을 치료할 수 있도록 하고, 따라서 공중 보건에도 이바지하게 될 것이다.

피부 뿐만 아니라 점액질 멤브레인 등에서 정상적으로 생존하고 있는 혐기성 및 통기성 세균운 통상적으로 악취를 풍긴다. 이들 생물체가 혐기성 조건하에서 성장하려면 최종(terminal) 전자(또는 수소) 수용체(acceptor)로서 유기 화합물을 필요로 한다. 간단한 유기 대사의 최종 산물은 탄수화물 및/또는 다른 화합물의 혐기성 물질 대사로부터 생성된다. 이와 같은 불완전한 생물학적 산화 과정으로부터 형성된 간단한 유기 대사의 최종 산물은 최종 전자 및 수소 수용체로도 기능한다. 환원시에 이들 유기 대사의 최종 산물은 대사 산물의 폐기물로서 세균에 의해서 분비된다. 이들 화합물 중의 많은 것이 VOC이다. 따라서 바이오 센서는 이들 VOC를 감시하여 질을 감염시키는 미생물(세균)의 종류와 관련된 질증을 동정할 수 있다. 미생물이 생성하는 VOC의 종류 및 패턴은 특정한 분류법에 의해서 관련지워져 확립되어 있다.

미세 배열을 채용하여 휘발성 물질을 검출할 수도 있다. 휘발성 화합물의 복잡한 혼합물을 검출하고 구별할 수 있는 전자 센서(예를 들면 전자 코(nose) 기술)의 배열은 음식과 관련된 재료의 향(aroma)을 구별하는데 사용되고 있다. 전자 코 기술은 다양한 센서 기술을 사용하는 센서 배열을 포함할 수 있다. 도전성 폴리머 센서(conducting polymer sensor)는 가장 보편화된 센서이며, University of Warwick(영국 코벤트리 소재)과, Neotronics Scientific Ltd.사(영국 비숍 스토트포드 소재)와, AromaScan Inc.사(미국 뉴저지주 홀리스 소재) 및 Cyrano Sciences, Inc.사(미국 캘리포니아주 패서디나 소재) 등의 장치를 예로 들 수 있다. University of Antwerp에서 연구 중인 장치와 같은 올리고머(Oligomeric) 센서는 안정적이고, 내구성이 있으며, 사용하기 쉬운 센서로 알려져 있다. 금속 산화물 센서는 저렴하게 생산되고, 동작이 간단하고 알려져 있으며, 예로는 Texas A&M University의 AGnose 농업용 센서와 Hong Kong University of Science & Technology의 가스 센서를 들 수 있다. 석영(quartz)을 이용한 미세 균형 기술 또한 사용되어 광범위한 범위의 화합물에 반응하는 표시자(indicator) 시스템이 개발중인데, 예로는 Griffith University(오스트레일리아 QLD주 브리스베인 소재) 및 RST Rostock사(독일 바르네문데 소재)를 들 수 있다. 전자 코 기술 또한 T.-Z. Wu, "A Piezoelectric Biosensor as an Olfactory Receptor for Odour Detection: Electronic Nose", Biosensors and Bioelectronics, Vol. 14, 2000, pp. 9-18에 기술되어 있다. 기체상(gas phase)의 화학 물질을 검출하기 위한 다른 종류의 센서로는 University of Wisconsin의 화학 교수인 Nicholas L. Abbott 및 3M Corporation사의 Rahul R. Shah 등이 개발한 화학 센서 표지(chemical sensor badge)가 있으며, 이는 2001년 9월 19일자 NASA Tech Briefs Sensors Newsletter에 보고되어 있다. 이들 센서들은 전력을 필요로 하지 않으며, 화학 물질의 존재를 직접 시각적으로 표시하여 준다. 나노 기술을 사용하도록 설계되었기 때문에 이들은 금으로 형성한 박막에 화학적으로 수용성인 물질 중의 겨우 몇 개의 분자가 부착된 현미경 수준의 액정을 사용하고 있다. 상기 물질은 화학 물질에 노출되면 목표로 하는 화학 물질과 결합하고, 이어서 액정과의 결합력을 소실한다. 액정은 금 표면의 질감(texture)에 의해서 제어되는 새로운 방위(orientation)를 취하며, 그 결과 센서의 밝기 또는 색상이 변화되었음을 눈으로 볼 수 있게 된다. 기판(substrate)은 의복(clothing)의 물품(article) 외측에 고정되는 가요성 폴리머 소재로 형성될 수도 있다. 복수의 검체에 대해서 복수의 센서를 사용할 수도 있다.

복수의 검체 센서로서 유용한 한가지는 C. Hagleitner 등이 "Smart Single-Chip Gas Sensor Microsystem", Nature, Vol. 414, 2001, pp. 293-96에서 개시하고 있다. 이들은 세 개의 서로 다른 트랜스듀서(transducer)(질량 감지, 용량 감지 및 칼로리 감지)를 일체화한 스마트한 단일 칩의 화학 물질용 마이크로 센서 시스템을 개시하였으며, 이들은 전부 민감한 폴리머층에 부착되어 있으며 공기 중에 떠 다니는 휘발성 유기 화합물을 검출한다. 원칩(one chip) 상에 마이크로 전자 및 마이크로 기계 부품을 완전하게 통합하여 센서 기능의 제어 및 감시를 가능하게 하였으며, 또한 온칩(on-chip) 신호 증폭 및 컨디셔닝(conditioning)을 가능하게 하여 전체적인 센서의 성능을 현저하게 개선시켰다. 이 회로는 또한 아날로그를 디지털로 변환하는 변환기와, 데이터를 반도체 칩 외부의 기록 장치로 전송하는 칩 내부 인터페이스를 포함하고 있다. 이 기술은 개선된 (전자) 코(nose) 또는 다른 기체상 센서를 제조할 때도 적용할 수 있으며, 이렇게 적용된 기술 또한 액체상 또는 다른 센서들과 협력하여 광범위한 검체를 동시에 검사하는데도 사용될 수 있다.

문제가 되는 미생물에 의해서 생성된 VOC를 검출하기 위해 이들 배열을 응용하려면 이들 생명체에 특유한 화합물을 검출하도록 상기 배열을 변형하여야 한다. 감시 대상 화합물에는 한계가 없지만, 옥살 초산(oxalacetic acid), 피루브산(pyruvic acid), 말론산(malonic acid), 젖산(lactic acid), 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 푸마르산(fumaric acid), 카프로산(caproic acid), 디메틸 디설파이드(dimethyl disulfide), 암모니아(ammonia). 아세톤(acetone), 아이소발레릭산(isovaleric acid) 및 트리에틸아민(triethylamine) 등을 들 수 있다. 바이오 센서는 부직포(non-woven), 코폼(coform) 또는 셀룰로스계 재료 내에 위치한 독립형 칩을 포함하며, 따라서 상기 바이오 센서의 신호는 색상의 변화 또는 전압의 변화 중의 하나로 생성된다.

(5) 여성들의 건강 문제에 대한 기타 사항

바이오 센서는 또한 폐경기의 시작을 검출하고 폐경기 이후의 여성의 건강을 추적하는데도 사용될 수 있다. 이들 목적에 적합한 유용한 생물학적인 표지자로서는 트랜스페린(transferrin), 혈청 내 페리틴(serum ferritin), 인히빈(inhibin) A 및 B(예를 들면 DSL, Inc.사의 기술을 이용함), FSH, 에스트라디올(estradiol), 염증성 세포(inflammatory cell), MMP 및 생식 호르몬(reproductive hormone)을 들 수 있다. 페리틴과 헤모글로빈을 추적하여 월경 중의 철분 상태를 평가할 수 있다. 질소 산화물 또한 추적하여 월경 중의 항상성(homeostasis)의 상태를 평가할 수 있다. 뼈의 재흡수(bone reabsorption) 또는 골다공증(osteoporosis)과 관련해서는 CA-125와, 오스테오 칼신(osteocalcin)과, 콜라겐으로부터의 C-텔로펩타이드(telopeptide), 피리디놀(pyridinole) 및 디옥시피리디놀(eoxypyridinole) 등의 수준을 감시한다. 자궁 내막의 건강은 데스민(desmin), CEA, PP10, P12, PP14 및 PP15와 관련되어 있으며, 한편으로 자궁 내막증(endometriosis)은 CD23, 퍼포린(perforin), 그란자임(Grannzyme) B, CA-125, CA72-4, CA19-9, MMP-7, MMP-9 및 TIMP를 통해서 감시할 수 있다.

난소의 기능 이상(ovarian dysfunction)은 반황체 항체와, CA-125, 에스트라디올(estradiol) 및 테스토스테론(testosterone)의 측정과 연관된다. 자궁 경부(cervical)의 건강은 무코스 글리코콘쥬게이크(mucous glycoconjugate)와 알파 서브유닛(subunit) hCG와 관련된다. 질(vagina)의 건강은 세림 아밀로이드-P 콤포넨(serym amyloid-P componen)과, 나파렐린(nafarelin) 및 pH 감시를 통해서 추적할 수 있다. 독소 충격(toxic shock)은 혈청 내의 TS 항체(예를 들면, 탐폰의 사용과 관련된 바이오 센서를 사용함)를 사용하여 검출 가능하다. PID 및 만성 골반통(chronic pelvic pain)은 CA-125의 수준과 관련되어 있을 수 있다. 난자의 착상 확률은 태반 단백질인 PP14, MMP 및 IGFBP-3을 측정하여 감시할 수 있으며, 반면 수정력(fertility) 및 주기(cycle)의 감시는 24 시간 주기의 온도(circadian temperature), PP5, PP10, PP15 및 hDP200를 측정하여 일정 정도까지 추적할 수 있다.

MW 항원(antigen)을 감시하면 자궁경부이형화(cervical dysplasia) 또는 출혈의 표시자로서 유용할 수 있다.

소변 내의 프로게스테론이나 hLH 베타 코어 파편을 감시하여 폐경기를 예측할 수 있다.

(6) 성적 접촉에 의해서 전염되는 질병(STD, sexually-transmitted diseases)

클라미디아 또는 임질과 같은 STD는 소변 내의 성분을 분석하고 이와 동시에 Cepheid사의 벤치탑 시스템(benchtop system)을 사용하는 DNA 기반의 검사를 통해서 검출할 수 있다. STD는 일회용 흡수 물품 내의 바이오 센서를 이용하여 즉각적으로 감시할 수 있는 다른 거대한 범주의 질병군이며, 일체화된 건강 관리 시스템에 포함된다.

(7) 타액에 기반하는 검사법

타액 내의 검체를 검출하기 위해서 바이오 센서를 사용할 수도 있다. 예로는 Salimetrics사(미국 펜실베니아주 스테이트 칼리지 소재)가 제공하는 제품을 들 수 있으며, 상기 제품은 코티졸(cortisol, 스트레스의 표지자), DHEA(dehydroepiandrosterone), 테스토스테론(testosterone), 에스트라디올, 프로게스테론, 멜라토닌, 코티닌, 네옵테린(neopterin) 및 sigA(분비성 면역 글로불린 A) 등과 같은 검체에 적합한 타액 효소 면역 분석법(EIA, salivary enzyme-immunoassay)용 키트 모음을 제공한다. Male/Female Testosterone Profile 검사 키트와 Post Menopausal Panel(호르몬 검출용) 또한 타액에 기반하는 시스템이다. 타액 기반의 수정력 검사 장치 또한 상업적으로 입수하여 배란 시기를 예측할 수 있으며, 본 발명에는 Med-Direct.com사가 배포하고 있는 "Lady Fertility Tester"가 포함된다.

관련된 기술 혁신은 펜실베니아 주립 대학의 Dr. Douglas Granger 가 개발하고 있으며, 이에 대해서는 D. A. Granger 등의, "Salivary Testosterone Determination in Studies of Child Health and Development", Hormones and Behavior, Vol. 35, 1999, pp. 18-27에서 어린이들의 타액 내의 호르몬을 측정하는 기업을 개시하고 있다. 또한 www.hhdev.psu.edu/news/hhdmag/fall%201999/fluid. html도 참고하며, 상기 인터넷 사이트에서는 Granger의 작업을 개괄하고 있으며, 일반적으로 혈액을 측정하여 암 스크리닝(screening), HIV 검출, 호르몬 추적(DHEA, 프로게스테론 등), 코티졸 및 다양한 다른 검체들에 대한 응용을 기술하고 있다.

(8) 검사 스트립(testing strip)

Chembio Diagnostic Systems, Inc.사(chembio.com/tech.html 참고)에서 개발된 측면 유동식 면역 크로마토 그래피 검사법은 본 발명의 범위 내에 들어가는 바이오 센서 시스템의 일례이다. 이들 검사 재료는 다양한 검체들에 대한 정량적인 검출을 용이하게 하도록 설계되어 있다. 운영 절차상의 차이점에 기초하여 이들 면역학적인 검사 장치들은 다음의 세 가지 범주로 나눌 수 있다. (1) 한 단계의 측면 유동식 장치로 hCG, hLH, PSA, B형 간염의 표면 항원 및 토로포닌-I를 검출한다. (2) 두 단계의 측면 유동식 장치로 H-파일로리(pylori), 결핵 원인균(Mycobacterium tuberculosis), 크루스 파동 편모충(Trypanosoma cruzi Chagas), 라임병 원인균(Borrelia burgdorferi Lyme) 등을 전체 혈액, 혈청 또는 혈장 내에서 검출한다. (3) 항체를 검출하기 전에 오프 라인에서의 추출을 필요로 하는 분석법으로, 본 발명에는 클라미디아(Chlamydia), 스트렙-A(Strep-A), 로타바리어스(Rotavirus)등이 포함된다. 추출 절차는 간단하고, 신속하며 어떠한 부가적인 장비도 필요하지 않다고 알려져 있다.

Chembio사의 검사 스트립(test strip)은 콜로이드상의 금 콘쥬게이트(colloidal gold conjugate)를 사용하고 있다. 이들 콜로이드상 금 콘쥬게이트는 장치 내에서 건조한 이동 상태로 보관되어 있다. 생물학적인 샘플들과 접촉하는 되면 콜로이드상의 금 콘쥬게이트는 신속하게 재현탁(resuspend)되고, 샘플 내의 항원 또는 항체와 결합하며, 모세관 이동을 통해서 멤브레인을 통과하여 이동한다. 콜로이드상 금이 특정한 항원 또는 항체를 포획한 경우라면 제2 항원 또는 제2 항체는 이후에 검사 영역 내에서 고정(immobilize)되고, 콜로이드상 골드와 결합한 면역 복합체를 포획한다. 검사 영역 내에는 연분홍빛/자주빛 선이 나타난다. 선의 색상 강도는 항원 또는 항체의 농도에 따라서 변할 수도 있다.

(9) 이식된 바이오 센서

외과적인 수술에 의해서 인체 내에 구성 요소가 이식되는 바이오 센서를 사용할 수도 있다. 그 예로는 단백질이나 혈액 성분과 같은 검체를 연속적으로 감시하는 화학 센서를 들 수 있다. 이식 가능한 바이오 센서 요소에는 신호를 발생시키기 위해서 내부 전원 장치를 구비한 바이오 센서 칩도 포함된다. 또한 이식 가능한 요소에는 전원 장치 또는 전원이 없을 수도 있지만, 인가된 방사 에너지, 예를 들면 광학 또는 마이크로웨이브 방사 에너지에 반응하여 신호를 생성할 수도 있다. 예의 하나로서는 N. D. Rowell, "Light Could Help Doctors Draw Less Blood", Photonics Spectra, 2001년 9월, pp. 68-72에서 설명된 이식 가능한 실리콘 기반의 거울이 포함된다. 이와 같은 이식 가능한 거울은 pSiMedica사(영국 맬번 소재)에서 개발되었으며, 그 용도는 조직이나 혈액에 대한 비침투성 광학 측정법을 개선하여 글루코스 수준과 산소 수준을 검출하고 암을 검출하기 위한 것이다. 거울은, 예를 들어 5 mm x 0.5 mm이며, 매우 구멍이 많은 실리콘과 이보다는 구멍의 숫자가 적은 실리콘이 교대로 형성된 층을 포함하고 있다. 상기 층들에서의 서로 다른 굴절률은 경계면에서 광의 빔을 반사시키고, 동시에 간섭 현상이 발생하여 반사된 빔(beam)의 파장에 영향을 미친다. 반사되는 파장은 상기 교대로 형성된 층의 두께에 의해서 제어할 수 있다. 거울은 조직에 의해서는 반사되지 않는 근적외선을 반사할 수 있다. 실리콘 내의 구멍은 특정한 표지자와 결합하는 화학 물질로 충전될 수 있다. 암 표지자(cancer marker) 또는 다른 성분들이 결합할 수도 있고, 따라서 상기 구멍 내에 축적되며, 이에 의해서 거울의 반사도를 변화시킨다. 적외선 빔을 인체 외부로부터 거울에 입사시키면 거울로부터 반사되며, 이때 측정된 반사도는 상기 구멍 내의 표지자의 존재를 나타내게 된다.

거울은 인체 내에서 무해한 규소 화합물로 변화하게 되며, 이론적으로는 몇 시간 내지 몇 년에 걸쳐서 변화되도록 조정할 수 있다. 더 이상의 정보는 L. T. Canham 등의 "Derivatized Porous Silicon Mirrors: Implantable Optical Components with Slow Resorbability", Physica Status Solidi, 2000년 11월, pp. 521-25에 제공되어 있다.

b. 흡수성 물품 내의 바이오 센서

기저귀나 생리대와 같은 흡수성 물품 내에 바이오 센서를 합체하는 방법에 대해서는 미국 특허 출원 번호 제09/299,399호, 제09/517,441호, 제09/517,481호, 제09/342,784호, 제09/342,289호 및 미국 특허 제6,186,991호와 제5,468,236호 등이 있으며, 이들 모두는 이미 참조로서 본 발명에 통합되어 있다. 이들 중 임의의 것을 변형하여 본 발명에 사용할 수도 있다.

기저귀와 같은 제품에서 젖음 표시자 또는 다른 센서를 제공하기 위해서 몇 가지 방법이 개시되어 있다. 예를 들면, Bass의 미국 특허 제3,460,123호는 기저귀가 젖었을 때에는 무선 신호를 보내는 젖음 검출 장치를 개시하고 있다. 이와 관련되어 개시된 것 중에는 Mahoney의 미국 특허 제4,106,001호, Chia의 미국 특허 제4,796,014호, 기저귀가 젖었을 때에는 FM 무선 수신기로 신호를 전달하는 방법을 포함하고 있는 Remsburg의 미국 특허 제5,959,535호, Mahgerefteh 등의 미국 특허 제5,570,082호 및 Johnson의 미국 특허 제5,838,240호가 있으며, 이들 각각의 특허는 참조로서 본 발명에 통합된다. 배변의 결과 기저귀 내의 악취를 검출하기 위한 센서는 D. Yoshiteru 등의 "Development of the Sensor System for Defecation", Ishikawaken Kogyo Shikenjo Kenkyu Hokoku(일본 이시카와현의 공업 연구소의 보고서), No. 49, 2000, pp. 5-10(요약서에 기초함)에 개시되어 있다.

추가적인 예에는 감염을 검출할 수 있는 시각적인 pH 표시 스트립(strip)를 포함하고 있는 생리대나 팬터 라이너가 포함된다. 사용자 또는 보호자는 수동으로 색상 신호를 판독하고, 개인 데이터 제어 수단에 입력하여 바이오 센서의 신호를 전자적으로 전달하거나, 상기 물품에 검출 수단으로부터의 신호를 생성하는 전자 수단, 예를 들면 전자적인 pH 표시 장치 및 측정값을 무선으로 전송하는 전자 수단을 포함시킬 수도 있다.

효소와 같은 생물 촉매 수단을 상기 흡수성 물품 내에 포함시켜서 목표로 하는 검체와 반응을 유발시키고, 다음에 측정 가능한 신호를 발생시킬 수도 있다. 예를 들어, 하이드로겔 내의 효소, 초흡수성 물품 또는 기저귀 내의 연화제(emollient)가 글루코스나 소변과 같은 검체와 반응하여 측정 가능한 색상의 변화 또는 전기 신호를 생성하도록 한다. 일 실시예에서는 인체의 체액 내의 검체와 반응하여 과산화 수소를 생성하는 산화 환원 효소를 포함하여, 표시자 겔(indicator gel)을 사용하였다. 과산화수소는 이후에 무색 화합물을 산화시켜 색상이 발현된 제제, 또는 염료(dye)를 표백하여 검체의 존재를 시각적으로 표시할 수 있게 된다.

c. 전자 시스템

센서 신호를 감시하고, 데이터를 저장하고, 전문가에게 신호를 전송하는 등의 작업을 위한 다양한 전자 시스템이 개발되어 있고, 이들 중 어떤 것도 본 발명에 채용될 수 있으며, 특히 UWB 수신기로부터 수신한 정보를 다른 정보 시스템으로 전송하는, 예를 들어 의사로부터 또는 다른 보호자에게로 신호를 전달하는 것과 같은 방법이 본 발명에 채용될 수 있고, 또는 데이터 저장소 또는 외부의 소스(source)에 데이터를 저장하고, 약국으로 주문하는 방법도 채용될 수 있다.

적당한 하드웨어와 소프트웨어라면 어떠한 것이라도 이용할 수 있다. 예를 들어, 인터넷 허브와, 스위치 및 라우터, 또는 Microsoft Windows 기반의 시스템과 UNIX 기반의 시스템을 사용할 수도 있다. Apache Web server라는 소프트웨어를 사용할 수도 있다. 서버 보안은 적절한 하드웨어와 소프트웨어 시스템을 사용하여 제공할 수 있다. 예를 들어 Celestix Networks사의 인터넷 방화벽 관련 소프트웨어를 사용할 수도 있다. 서버 사이의 통신은, 예를 들어 LAN(예를 들면 Ethernet 또는 Token Ring 네트워크)을 통해서 이루어질 수도 있고, 적외선(IR), 초음파, 라디오파(RF), 음파 또는 다른 무선 전송 수단(본 발명에는 휴대 전화를 사용하여 글루코스 정보를 중앙 위치로 전송하는 방법을 개시하고 있는 2000년 1월 20일자로 발행된 EP 0 970 655 A1호에서 제안된 텔리매틱(telematic) 시스템이 포함된다), 안전한 인트라넷 또는 안전한 웹 기반 시스템을 통해서 이루어질 수도 있다. 네트워크는 광학식 또는 다른 기술로 스위치(switch)될 수도 있다. 컴퓨터 네트워크 기술을 이용하여 다수의 시스템과 개인들이 통신할 수 있는 그룹웨어 시스템(Groupware system)을 채용할 수도 있다. 예를 들어 인트라넷과 다른 시스템에 대해서 서버와 웹 기반의 애플리케이션(응용 프로그램) 사이의 통신을 지원하는데 Lotus Notes/Domino 시스템을 사용할 수도 있다. 다른 예로는 Novell사의 Groupwise를 들 수 있다. 상기 Groove Networks, Inc.사의 Groove system을 사용할 수도 있다. 이 시스템은 오프 라인에 있는 소정의 수신자를 위한 데이터를 저장하고 있다가 이후에 이 수신자가 재접속할 때 상기 데이터를 전송하는 동기화 기술을 포함하고 있다. Groove 시스템은 확장 가능한 플랫폼이며, Groove Development Kit를 사용하여 확장하거나 커스터마이징할 수 있다.

본 발명에 적합한 커스터마이징된 애플리케이션은, 예를 들어 C++, FORTRAN, Perl 및 Python과 같은 임의의 적절한 프로그래밍 언어라면 어떤 코드로도 작성될 수도 있으며, 또는 HTML 웹 페이지를 사용하여 구현될 수도 있다. 데이터 요소는 전자적 데이터 교환 또는 확장 가능한 마크업 언어(XML)를 사용하여 확장될 수도 있다. 일 실시예에서는 하나 또는 그 이상의 본 발명의 특징에 적합하도록 웹 기반의 시스템을 사용하였으며, 본 발명에는 참조로서 본 발명에 합체되며, 본 발명과 동일한 날짜에 출원하였고 발명의 명칭이 "Healthcare Networks with Biosensors"이며 미국 출원 번호가 알려지지 않은 특허 출원에서 개시된 바와 같이 사용자가 선택 가능하도록 하고, 개인 정보를 입력하여 어떻게 개인 건강 데이터를 다른 사람들과 공유할 수 있도록 지정하는 방법이 포함되어 있다. 또한 웹 기반의 시스템을 사용하여 데이터 배정 및 처리를 관리하거나 또는 의료 기록을 검출하는 등을 위해서 사용자나 외부자에게 바이오 센서의 정보를 표시 장치에 제공할 수도 있다. 웹 기반의 시스템은 하나 또는 그 이상의 데이터베이스를 포함할 수 있고, SQL이나 Oracle의 데이터베이스 서버와 같은 임의의 서버를 채용할 수도 있다. 웹 기반의 시스템은 또한 Charles Babcock의 "The Ask Master: An XML Technology Makes Retrieving Web Data Much Easier", Interactive Week, 2001년 9월 24일, p. 48에서 설명된 바와 같이 XML의 질의 언어인 XQuery를 채용할 수도 있으며, 보다 상세한 것은 http://www.w3.org/TR/xquery에 기술되어 있다. 예를 들어 XQuery 시스템은 의료 기록 데이터베이스와 사용자 인증용 데이터베이스와 같은 관계형 데이터베이스에 질의(query)할 수 있고, 뿐만 아니라 전자적인 데이터가 웹 페이지나 이메일을 통해서 제공되며, 다수의 자료원으로부터의 데이터를 단일한 XML 문서 또는 웹 페이지에 합체시킬 수도 있다. 웹 기반의 환경은 임의의 저절한 수단에 의해서 보안을 유지할 수도 있다.

데이터의 안전한 전송을 보장하는데 암호화 툴(tool)과 같은 많은 툴이 알려져 있다. 데이터를 무선으로 전송하여 사용하는 경우에는 특별한 예방책을 세우는 것이 바람직하다. IEEE의 Wired Equivalency Protocol(WEP)를 사용할 수도 있다. 보안을 높이기 위해서는 WLAN 접속 지점을 네트워크의 방화벽 또는 중앙 서버의 외부에 위치시킬 수도 있으며, 네트워크에 접속하기 위해서는 Virtual Private Network(VPN)을 사용하는데 WLAN 박스(box)를 필수로 한다. WLAN은 Catalyst International사, Select,Inc.사, Advanced Technology Solutions(ATS)사 및 Luna Communications사 등과 같은 다양한 판매자을 통해서 제공받을 수 있다. 하드웨어 구성 요소에는, 예를 들어 Proxim Harmony Wireless 유닛이 포함될 수 있다. 바이오 센서를 구비한 다수의 피검자를 포함하고 있는 기관용으로는, 하나의 예시적인 실시예에서 상기 기관용으로 ATS를 통해서 제공될 수 있는 Proxim Harmony 801.11 b 무선 네트워크 인프라스트럭처의 사용이 포함되어 있다. 또한 Cisco의 Aironet bridge를 사용하여 보안을 더 높은 수준으로 높일 수 있는데, 이는 128 비트 암호화 및 Direct Sequence Spread Spectrum(DSSS) 기술에 의한 것이다(Fred Aun의 "Bank on Wireless", Smart Partner, 2001년 9월 10일, pp. 12-16 참조). 무선 접속 지점(wireless access point)용의 하드웨어의 예에는 모듈라 방식의 Lucent OriNoco AS-2000 Access Point(향후 IEEE 802.11 고속 기술로의 마이그레이션이 가능함) 또는, 예를 들어 ORiNOCO PC Card와 컴퓨터를 연결할 수 있는 AP-500 Wireless Access Point가 있다.

의학용 데이터 및 보건 의료용으로 특정한 하드웨어 및 소프트웨어 시스템은 본 발명의 범위 내에서 역할을 할 수도 있다. 예를 들어, Agilent사는 환자를 감시하고 그 결과를 의사에게 전송하는 하드웨어와 소프트웨어를 개발하였으며, 이들 소프트웨어 및 하드웨어는 가정내 간호 또는 다른 환경에서의 간호용으로 용도를 변경할 수 있다. LifeChart.com사 역시 몇 가지 질병(예를 들면 천식)을 감시하고, 인터넷 상의 보안 소프트웨어를 사용하여 의사에게 그 결과를 전자적으로 전송할 수 있는 감시 장비를 판매하고 있다. Medscape사는 의사가 즉각적으로 갱신할 수 있는 전자 차트(electronic chart)를 제공하는 제품을 판매하고 있다.

Parkstone Medical Information Systems사는 의사가 간단한 기록을 남길 수 있고, 의약품에 대한 정보를 검출할 수 있고, 또한 환자 지정 약국에 주문을 넣을 수도 있는 휴대용 장치를 판매하고 있다. 제약 회사의 판매 파트너들은 특정한 의약품에 대한 선호도를 나타내며, HMO와 관련해서는 복제 의약품(generic drug)의 판매를 선호한다. 따라서 의사나 환자가 사용하는 휴대용 장치는 네트워크에 링크되어 본 발명의 기능(예를 들면, 바이오 센서로부터의 원천 데이터(raw data) 또는 해석된 데이터를 수신하는 기능)을 수행할 수도 있다. 상기 i-STAT® 휴대용 임상 분석기(Portable Clinical Analyzer)는, 예를 들어 전체 혈액 내의 특정 검체에 대한 동시적인 정량적 측정에 적합하도록 i-STAT 카트리지와 연계되어 사용할 수도 있다. 일부 휴대용 장치는 의학 사전 및 조제 툴(tool)을 포함하고 있으며, 인터액티브 위크(Interactive Week), 2001년 3월 19일, pp. 26-29(특히 28 페이지를 참조)에 기술된 바와 같이, 의료 기록과 최상의 실제 치료법을 저장할 수도 있다.

이상 특정한 몇 가지 실시예와 연계하여 본 발명을 설명하였지만, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 발명의 상세한 설명을 고려하여 다양한 대체와 변형 및 수정이 자명함을 알 것이다. 따라서 본 발명은 첨부한 청구의 범위의 사상과 범위 내에 포함되는 이상과 같은 모든 대체예와 변형례 및 수정을 포함하도록 의도되어 있다.

Claims (41)

1. 무선 건강관리 모니터링 시스템에 있어서,

   적어도 하나의 UWB 바이오센서 송신기 - 상기 바이오센서 송신기는 사용자의 건강 상태를 검출하고 대응하는 바이오센서 수치를 생성하기 위하여 배치되는 바이오센서와 결합되고, 상기 수치는 상기 바이오센서 송신기에 의해서 UWB 바이오센서 신호로 변환되어 전송됨 - 와,

   상기 송신기의 범위 내에서 상기 송신기로부터 원격으로 배치되는 UWB 수신기 - 상기 수신기는 UWB 바이오센서 신호를 수신하고 이 신호를 상기 바이오센서 수치로부터의 정보를 포함하는 신호로 변환함 - 와,

   상기 UWB 수신기와 통신하여 상기 변환된 신호를 처리하고, 상기 바이오센서에 의해서 검출되는 상기 사용자의 건강 상태를 나타내는 판독 가능한 출력을 제공하는 프로세서

   를 포함하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
2. 제1항에 있어서, 복수의 사용자들을 동시에 모니터링하도록 구성된 복수의 바이오센서 송신기들을 더 포함하며, 각 바이오 센서 송신기는 각각의 바이오센서 신호를 생성하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기는 상기 사용자의 신체 상에 또는 이에 대하여 휴대되고, 상기 사용자 신체로부터의 생물학적 샘플로부터 바이오센서 수치를 생성하도록 구성된 무선 건강관리 모니터링 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기는 상기 사용자가 착용한 물품 내에 배치될 수 있는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기는 상기 사용자가 착용한 흡수 물품 내에 배치될 수 있고, 상기 흡수 물품에 의해서 흡수되는 신체 배설물 내의 검체(analyte)를 검출하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 흡수 물품은 기저귀, 트레이닝 바지, 침대 패드, 생리대, 팬티 라이너, 탐폰(tampon), 내진 장치(interlabial device), 인공항문 백, 유방 패드, 실금 패드, 삼각 팬티, 및 속옷 중의 하나인 무선 건강관리 모니터링 시스템.
7. 제3항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기는 상기 사용자의 피부에 대하여 배치될 수 있는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기는 상기 사용자 신체로부터의 매체 내의 검체를 검출하고, 상기 검체는 상기 사용자의 건강 상태를 나타내는, 무선 건강관리 모니터링 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기는 신체 배설물 또는 체액의 수집을 위한 장치 내에 배치될 수 있는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기는 상기 사용자로부터 원격으로 배치될 수 있고, 상기 사용자로부터 배출되는 생물학적 샘플로부터 건강 상태를 검출하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 시각적 디스플레이 수단을 포함하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 비정상적인 바이오센서 수치가 검출되는 경우의 알람을 포함하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 바이오센서 신호는 상기 사용자를 식별하기 위한 코드를 포함하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
14. 제1항에 있어서, 상기 바이오센서 신호는 상기 바이오센서를 식별하기 위한 코드를 포함하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
15. 제1항에 있어서, 상기 바이오센서 신호는 상기 사용자의 위치를 식별하기 위한 코드를 포함하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
16. 제1항에 있어서, 상기 바이오센서 신호는 복수의 센서들로부터의 데이터를 포함하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
17. 복수의 건강관리 상태를 위하여 복수의 사용자를 동시에 모니터링하는 무선 건강관리 모니터링 시스템에 있어서,

    복수의 UWB 바이오센서 송신기들 - 모니터링되는 각각의 사용자는 적어도 하나의 개개의 상기 바이오센서 송신기에 할당되고, 상기 각각의 바이오센서 송신기는 상기 각각의 사용자로부터의 생물학적 샘플 내의 검체를 검출하고 이로부터 대응하는 바이오센서 수치를 생성하는 바이오센서 요소를 구비하며, 상기 각각의 바이오센서 송신기는 파워 서플라이, 상기 바이오센서 수치를 UWB 바이오센서 신호로 변환하는 자가 발전 UWB 신호 생성기, 및 상기 UWB 바이오센서 신호를 전송하기 위한 안테나와 연관된 송신기를 구비함 - 와,

    상기 바이오센서 신호의 동시 수신을 위하여 상기 바이오센서 송신기들과 통신하는 UWB 수신기와,

    상기 초기 바이오센서 수치에 포함된 정보를 처리하고, 모니터링 건강 관리 전문가에게 표시하도록 구성되는 프로세서 및 디스플레이 시스템

    을 포함하는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기들은 상기 사용자들로부터의 생물학적 샘플 내의 검체를 검출하도록 구성되고, 상기 검체는 특정 건강 상태를 나타내는, 무선 건강관리 모니터링 시스템.
19. 제18항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기들은 상기 사용자들의 신체에 대하여 휴대되는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
20. 제18항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기들은 상기 사용자들이 착용하는 흡수 물품 내에 배치되는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
21. 제18항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기들은 상기 사용자들로부터의 신체 배설물 수집 장치들 내에 배치되는 무선 건강관리 모니터링 시스템.
22. 개인의 건강 상태를 무선 모니터링하는 방법에 있어서,

    모니터링될 각 개인에게 바이오센서 송신기를 할당하는 단계 - 상기 바이오센서 송신기는 개인의 건강 상태를 검출하는 바이오센서 요소 및 상기 바이오센서 요소와 작동하도록 구성되는 UWB 송신기를 포함함 - 와,

    상기 모니터링되는 개인의 건강 상태를 상기 바이오센서 송신기를 이용하여 검출하고 상기 바이오센서 송신기들로부터의 UWB 바이오센서 신호를 UWB 수신기에 전송하는 단계와,

    상기 UWB 바이오센서 신호를 수신하여, 상기 바이오센서 송신기들에 의해서 모니터링되는 상기 건강 상태를 나타내는 판독가능한 출력으로 변환하는 단계

    를 포함하는 개인의 건강 상태를 무선 모니터링하는 방법.
23. 제22항에 있어서, 복수의 개인들이 모니터링되는 무선 모니터링 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 복수의 개인들은 공용 구조물 내에 존재하는 무선 모니터링 방법.
25. 제23항에 있어서, 상기 복수의 개인들은 육아실 내의 유아인 무선 모니터링 방법.
26. 제22항에 있어서, 상기 바이오센서 신호가 즉각적인 주의를 요하는 건강 상태를 지시하는 경우, 상기 바이오센서 신호를 응급 의료진에게 직접 전송하는 단계를 더 포함하는 무선 모니터링 방법.
27. 제22항에 있어서, 상기 건강 상태는 상기 개인으로부터의 생물학적 샘플 내의 검체의 검출에 의해서 상기 바이오센서 송신기에 의해서 모니터링되는 무선 모니터링 방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 생물학적 샘플들은 상기 바이오센서 요소에 의한 상기 검체의 검출 이전에 상기 사용자 신체로부터 회수 또는 수집되는 무선 모니터링 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 매체는 상기 사용자로부터 침습적으로(invasively) 회수되는 무선 모니터링 방법.
30. 제27항에 있어서, 상기 바이오센서는 상기 사용자의 신체 내의 상기 검체를 검출하는 무선 모니터링 방법.
31. 제27항에 있어서, 상기 바이오센서는 상기 사용자의 신체 상에 또는 신체에 인접하여 배치되는 무선 모니터링 방법.
32. 제31항에 있어서, 상기 바이오센서는 상기 사용자의 신체 내에 삽입되는 무선 모니터링 방법.
33. 제27항에 있어서, 상기 바이오센서는 상기 사용자가 착용한 물품 내에 배치되는 무선 모니터링 방법.
34. 제33항에 있어서, 상기 바이오센서는 상기 사용자가 착용한 흡수 물품 내에 배치되는 무선 모니터링 방법.
35. 제27항에 있어서, 상기 바이오센서는 체액 또는 배설물의 수집 장치 내에 배치되는 무선 모니터링 방법.
36. 제22항에 있어서, 일반적으로 연속적인 방식으로 상기 바이오센서 송신기를 이용하여 건강 상태를 모니터링하는 단계를 포함하는 무선 모니터링 방법.
37. 제22항에 있어서, 간헐적인 방식으로 상기 바이오센서 송신기를 이용하여 건강 상태를 모니터링하는 단계를 포함하는 무선 모니터링 방법.
38. 제22항에 있어서, 상기 바이오센서 송신기들은 일회용 물품인 무선 모니터링 방법.
39. 제22항에 있어서, 상기 바이오센서 신호는 정성적 측정을 제공하는 무선 모니터링 방법.
40. 제22항에 있어서, 상기 바이오센서 신호는 정량적 측정을 제공하는 무선 모니터링 방법.
41. 제22항에 있어서, 상기 바이오센서 신호는 일정 시간에 대해 얻어진 복수의 측정치들로부터 유도되는 시간-평균화된 신호인 무선 모니터링 방법.