KR20070089906A - 전기화학적 검출을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

전기화학적 검출을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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타겟젠, 아이엔씨.
치-쿵 리
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Abstract

샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치는 촉매를 포함하는 전기화학적 셀을 고정하는 홀더, 전압 바이어스 및 교류부를 가지는 전위 프로파일을 생성시키는 파형 생성기, 상기 전기화학적 셀을 통하여 측정 시간의 기간 동안 전류 신호를 검출하는 검출기, 상기 전류 신호를 저장하는 메모리, 및 상기 전류 신호들과 상기 분석물질의 농도를 상관시키는 프로세서를 포함한다.
샘플 유체, 분석물질, 포도당, 당뇨, 당뇨병, 전기화학적 셀, 촉매, 산화효소

Description

전기화학적 검출을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ELECTROCHEMICAL DETECTION}
본원은 2004년 7월 24일에 출원된, 대만 출원 번호 제093121861호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 참조에 의해 본원에 그대로 병합된다.
본 발명은 일반적으로 전기화학적 검출에 관한 것이며, 더 자세하게는, 유체 샘플 내의 농도를 양적으로 판단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
생의학 기술 분야에서, 바이오센서는 잠재적인 질병을 진단하거나 건강 상태를 모니터하기 위하여 인체 체액을 분석하도록 개발되어 왔다. 바이오센서는 적어도 샘플 유체 내 분석물질(analyte)의 선택적 식별을 위한 생물학적 요소 및 추가 분석을 위한 생물학적 신호들을 중계하기 위한 변환 장치를 포함하는 분석 장치이다. 예를 들면, 바이오센서는 전형적으로 특정 개인들에게서의 유산염(lactate), 콜레스테롤, 빌리루빈(bilirubin), 및 포도당을 모니터하기 위해 사용된다. 특히, 혈액과 같은 체액 내 포도당 농도의 판단은 당뇨병자들에게 매우 중요한데, 당뇨병자들은 그들의 식이요법에서 포도당 섭취량을 일정하게 하며 치료 효과를 모니터하는 수단으로서 그들 혈액 내 포도당 레벨을 주기적으로 확인해야 한다. 매일 인슐린 주입 및 음식물 섭취량의 엄격한 제한을 통한 적당한 혈당 유지로, 당뇨병에 대 한 예후(prognosis)는 타입-1 환자들에게 탁월하다. 혈당 레벨은 당뇨병자들에게 엄중히 지켜져야 하므로, 포도당 검출을 위한 이상적인 바이오센서는 단순하면서 정확성을 잃지 않고 작동시키기에 쉬워야 한다.
전기화학에서, 전기와 화학 사이의 상호작용은 전기화학적 반응으로부터의 전류, 전위, 및 전하에 관계한다. 일반적으로 두 가지 유형의 전기화학적 측정, 즉 전위 측정 및 전류 측정이 있다. 전위 측정 기술은 전류 흐름이 없는 정적 기술이며, 이는 칼슘, 칼륨, 및 플루오르화 이온과 같은 이온 종류를 모니터하는데 폭넓게 사용되어 왔다. 전류 측정 기술은 전위를 인가함으로써 전자-이동 반응을 발생시키는데 사용된다. 측정된 반응 전류는 목표 분석물질의 존재 및/또는 농도에 관계된다. 전류 측정 바이오센서는 테스트 분석물질의 입자, 속력, 및 경로 측정을 가능하게 한다.
전류 측정 장치 개발의 성공은 포도당, 콜레스테롤, 및 다양한 약품을 포함하는 몇몇의 생체 분자들에 대한 전류 측정 검사로 유도했다. 일반적으로, 전류 측정 바이오센서는 절연 기판, 둘 또는 세 개의 전극, 유전체 층, 및 분석물질의 효소 산화 동안 전자-이동의 도입을 위한 적어도 하나의 산화환원 매개제 및 촉매로서 효소(enzyme)를 함유하는 부분을 포함한다. 분석물질을 함유하는 샘플 유체가 반응 부분에 첨가되면 반응이 진전된다. 두 가지 물리적 효과, 즉 메쉬 스프레드 (mesh spread) 및 모세관 작용은 반응 부분에 적용된 샘플의 일정한 분포를 인도하는데 보통 사용된다. 그런 다음 제어된 전위가 전극들 간에 산화환원을 일으키도록 인가된다. 그 결과 테스트 분석물질은 산화되며 전자들이 효소와 매개제의 동반 연 쇄 반응으로부터 생성된다. 상기 인가된 전기적 전위는 확산-제한 전자산화 반응을 일으키기에 충분해야하나, 무관한 화학적 반응을 활성화하는 데에는 부족해야 한다. 단시간 지연 후, 전기화학적 산화환원에 의해 발생된 전류가 관찰 및 측정되며 상기 전류는 샘플 내 분석물질의 존재 및/또는 양과 상관된다.
전류 측정 검출에 대한 종래 기술의 일례들로 "Apparatus for Reduction of Bias in Amperometric Sensors"로 명칭된, Genshaw 등의 미국 특허 번호 제 5,620,579호(이하 "'579 특허") 및 "Method and Apparatus for Amperometric Diagnostic Analysis"로 명칭된, Szuminsky 등의 미국 특허 번호 제 RE. 36,268호(이하 "'268 특허")에서 찾을 수 있다. 이러한 각각의 인용참조들은 전기화학적 반응을 일으키는 전위를 공급하기 위한 다른 방법을 제안한다. 상기 '579 특허는 전류 측정 센서에 번-오프(burn-off) 전압 전위인, 제 1 전위를 인가하고 그런 다음 전류 측정 센서에 리드(read) 전압 전위인, 제 2 전위를 인가함으로써 분석물질의 농도를 판단하는 방법을 개시한다. 상기 번-오프 전압 전위에 대한 응답으로서의 제 1 전류 및 리드 전압 전위에 대한 응답으로서의 제 2 전류는 분석물질 판단의 정확성을 향상시키기 위한 바이어스 정정 값을 산출하기 위해 측정된다.
상기 '268 특허는 체액 내에서 생물학적으로 중요한 화합물을 양적으로 판단하는 방법을 개시한다. 상기 '268 특허는 전기화학적 반응의 초기 단계에서 어떠한 전압도 공급하지 않으며, 초기 단계에서 불필요한 전력 소비를 일으키지 않는다. 일정 시간 후, 정전압이 샘플에 인가되며 해당 코트렐(Cottrell) 전류가 측정된다.
바이오센서의 새로운 경향은 빠른 반응 시간 및 더 높은 분해능(resolution) 에 집중된다. 검출을 위한 개선된 신호 분해능 및 효율적인 전력 소비를 달성할 수 있는 전기화학적 검출을 위한 장치 또는 방법을 구비하는 것이 바람직하다. 또한 전기화학적 반응을 일으키기 위해 공급된 전위의 프로파일을 변형시킴으로써 검출을 달성하는 것이 바람직하다.
본 발명은 전기화학적 반응을 향상시키고 개선된 신호 분해능을 달성할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 전압 바이어스 및 전기화학적 반응을 일으키는 정현파와 같은 교류부(alternating part)를 포함하는 전위 프로파일을 제안한다. 상기 전위 프로파일을 공급함으로써, 전기화학적 반응은 향상되며 그 결과 신호 분해능이 개선된다. 본 발명의 실시예에 따라, 효소를 포함하는 전기화학적 셀에 분석물질을 함유하는 샘플 유체를 추가하는 단계, 상기 전기화학적 셀에 전위 프로파일을 인가하는 단계, 상기 전기화학적 셀을 통하여 측정 시간의 기간 동안 전류 신호를 측정하는 단계, 및 상기 전류 신호와 분석물질의 농도를 상관시키는 단계를 포함하는, 분석물질을 양적으로 판단하는 방법이 제공된다.
또한 본 발명의 실시예에 따라, 촉매를 포함하는 전기화학적 셀을 고정하는 홀더, 전압 바이어스 및 교류부로 구성되는 전위 프로파일을 생성시키는 파형 생성기, 상기 전자화학 셀을 통하여 측정 시간의 기간 동안 전류 신호를 검출하는 검출기, 측정 시간의 기간 내에 검출된 상기 전류 신호를 저장하는 메모리, 및 상기 전류 신호와 분석물질의 농도를 상관시키기 위한 프로세서를 포함하는, 샘플 유체 내 분석 물질의 양을 측정하는 장치가 제공된다.
본 발명의 추가적인 특징들 및 이점들은 하기의 설명에서 당 분야에 설명될 것이며, 그 설명으로부터 당 분야에 명백해지거나 또는 본 발명의 실습에 의해 학습 될 수 있을 것이다. 본 발명의 특징들 및 이점들은 특히 첨부한 청구항들에 나타낸 요소들 및 조합들에 의해 실현 및 달성될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 세부 설명 모두 단지 예시적이고 설명적인 것일 뿐 본 발명을 청구된 바와 같이 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 명세서의 부분으로 병합되고 구성된, 첨부 도면은 그 설명과 함께 본 발명의 일 실시예를 도시하며, 본 발명의 원리를 설명하는 것을 돕는다.
참조부호는 현재 본 발명의 실시예에 자세히 기재될 것이며, 그 예는 첨부 도면에 도시된다. 가능한 어디든지, 동일한 참조부호들은 동일한 또는 유사한 부분들을 칭하는 도면들 곳곳에 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 유체 내 함유된 분석물질의 농도를 판단하는 시스템 블럭도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석물질의 농도를 측정하는 장치의 개략도
도 3A는 다양한 농도 레벨에서 분석물질을 함유하는 샘플 유체에 정전압을 인가하는 단계에서 비롯한 실험 결과를 나타내는 구상도.
도 3B는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 농도 레벨에서 분석물질을 함유하는 샘플 유체에 전위 프로파일을 인가하는 단계에서 비롯한 실험 결과를 나타내 는 구상도.
도 3C는 샘플 유체에 정전압 및 전위 프로파일을 인가하는 단계에서 비롯한 실험 결과들 간의 비교를 나타내는 구상도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 신호를 처리하는 방법을 도시하는 구상도, 및
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 전류 신호와 분석물질의 농도를 상관시키는 방법을 나타내는 흐름도.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 유체 내 분석물질의 농도를 판단하는 시스템(10) 블럭도이다. 상기 샘플 유체는, 제한하는 것은 아니지만, 혈액, 림프, 타액, 질 및 항문 분비물, 소변, 대변, 땀, 눈물, 및 다른 인체 체액들을 포함한다. 도 1을 참조하면, 시스템(10)은 마이크로프로세서(12), 파형 생성기(14), 셀(20), 검출기(21), 및 메모리(26)를 포함한다.
전위 프로파일은 셀(20)에서 전기화학적 반응을 일으키도록 설정된다. 상기 전위 프로파일은 전압 바이어스 및 교류부를 포함한다. 진폭을 갖고 주파수로 전송하는, 상기 교류부는 정현파, 삼각파, 구형파, 또는 그 조합 중 하나를 포함한다. 분석물질의 농도를 함유하는 테스트 샘플의 용량이 셀(20)에 추가된다. 마이크로프로세서(12)는, 테스트 샘플의 적용에 대한 응답으로, 설계된 프로파일에 따라 전위를 생성시키도록 파형 생성기(14)를 활성화시킨다. 내셔널 인스트루먼츠 사(National Instruments)(Ausin, Texas)에 의해 제조된 DAQ 카드와 같은, 다양한 상업적으로 이용가능한 데이터 획득 장치들이 파형 생성기(14)로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, 전위 프로파일은, 포도당이 분석물질로서 선택되는 경우에, 0.4V(볼트)의 전압 바이어스 및 교류부를 포함하는데, 이때 교류부는 0.1V의 진폭과 1Hz(헤르츠)의 주파수를 가지는 정현파이다. 일 양태에서, 상기 전압 바이어스는 측정기간에 걸쳐 정전압을 가지는 직류(direct-current,dc) 요소를 포함한다. 또 다른 양태에서, 상기 전압 바이어스는 측정기간에 걸쳐 시간 변화하는 dc 요소를 포함한다. 게다가, 본 발명에 따른 다른 실시예들에서 포도당이 분석물질로 선택되는 경우, 전압 바이어스는 대략 0.1V에서 1.0V의 범위를 갖는, 일정하거나 또는 시간 변화하는 값을 가질 수 있으며, 정현파는 0.5Hz에서 100Hz 범위의 주파수에서 대략 0.01V에서 0.5V 범위의 진폭을 가질 수 있다. 상기 전압 바이어스, 진폭 및 주파수는 셀(20)이 변함에 따라 변할 수 있다.
포도당 판단을 위해 진행된 실시예가 논의되었으나, 당업자들은 본 발명의 방법 및 장치가 효소와 같은 적절한 촉매의 선택시 다른 분석물질들의 판단에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 분석물질의 예로 포도당, 콜레스테롤, 트리글리세리드(triglyceride) 또는 젖산(latic acid), T4 또는 TSH와 같은 호르몬, 알부민 또는 헤모글로빈과 같은 생리적 성분, 단백질, 지질, 탄수화물, 디옥시리보핵산 또는 리보핵산을 포함하는 바이오마커, 항간질제 또는 항생제와 같은 약품, 또는 중금속 또는 독소와 같은 비-치료적 화합물을 포함한다.
파형 생성기(14)에 의해 생성된 전위 프로파일이 셀(20)에 인가된다. 전기화학적 반응이 일어나는 전기화학적 셀인, 셀(20)은 거기에 미리 적용되었던, 효소를 함유한다. 상기 전기화학적 반응은 적어도 하나의 전자 전달자(transfer agent)를 통해 일어난다. 생체 분자 A가 주어지면, 산화환원 과정이 하기 반응식에 의해 설명된다.
Figure 112007015567487-PCT00001
적절한 효소의 존재시, 상기 생체 분자 A는 전자 전달자 C에 의해 B로 산화된다. 그런 다음 상기 전자 전달자 C는 셀(20)의 전극에서 산화되며,
Figure 112007015567487-PCT00002
여기서 n은 정수이다. 전자들은 전극에 의해 수집되며 이에 따른 전류가 측정된다.
당업자들은 동일한 결과를 달성할 많은 다른 반응 메커니즘이 있음을 알 것이다. 식 1 및 식 2는 그러한 반응 메커니즘의 비-제한적 예들이다.
일례로서, 포도당 산화효소의 존재시 하나의 포도당 분자와 두 개의 페리시아나이드 음이온은 하기식에 의해 글루코노락톤, 두 개의 페로시아나이드 음이온, 및 두 개의 양자를 생산한다.
Figure 112007015567487-PCT00003
현 포도당의 양은 페로시아나이드 음이온을 페리시아나이드 음이온으로 전자산화하여 통과된 전하를 측정함으로써 검사된다. 상기에 언급된 과정은 하기식에 의해 설명된다.
Figure 112007015567487-PCT00004
본 발명의 바람직한 실시예에서, 포도당에 대한 적절한 효소는 포도당 산화효소이며, 전기화학적 셀(20) 내 시약은 하기 제형을 함유한다: 포도당 산화효소 600u/ml, 적혈염 0.4M, 인산염 완충제 0.1M, 염화칼륨 0.5M, 및 젤라틴 2.0g/dl
다른 예에서, 콜레스테롤 및 콜레스테롤 에스테르를 포함할 수 있는, 샘플 유체 내에 함유된 총 콜레스테롤 양이 측정될 것이다. 셀(20)에 공급된 적절한 효소는 콜레스테롤 에스테라제 및 콜레스테롤 산화효소를 포함한다. 상기 콜레스테롤 에스테르는 하기식에 주어진 바와 같이, 콜레스테롤 에스테라제의 존재시 콜레스테롤로 가수분해된다.
Figure 112007015567487-PCT00005
상기 콜레스테롤은 그런 다음 하기식에 주어진 바와 같이, 콜레스테논(cholestenone)으로 산화된다.
Figure 112007015567487-PCT00006
총 콜레스테롤 양은 페로시아나이드 음이온을 페리시아나이드 음이온으로 전자산화하여 통과된 전하를 측정함으로써 검사된다.
Figure 112007015567487-PCT00007
검출기(21)는 셀(20)로부터 출력 전류 신호를 검출한다. 마이크로프로세 서(12)는 상기 전류 신호를 처리 및 분석하며, 상기 처리된 전류 신호와 포도당 농도를 상관시킨다. 상기 전류 신호를 처리하는 방법은 도 4를 참조하여 상세히 논의될 것이다. 메모리(26)는 처리된 데이터 및 동일한 전위 프로파일 하에서의 전류-농도 관계를 저장한다. 시스템(10)은 검출 결과를 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석물질의 농도를 측정하는 장치(40)의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 장치(40)는 홀더(42), 검출기(43), 파형 생성기(44), 마이크로프로세서(45) 및 메모리(46)를 포함한다. 홀더(42)는 셀(20)을 수용하여 고정한다. 메모리(46)는, 예를 들면, 분석물질의 다양한 농도 및 해당 전류 레벨 간의 농도-전류 관계를 상세화한 룩업 테이블을 저장한다. 파형 생성기(44)는 농도-전류 관계를 정립하는데 사용된 것과 실질적으로 동일한 프로파일을 가지는 전위 프로파일을 생성시킨다. 상기 전위 프로파일은 셀(20)에 인가된다. 검출기(43)는 셀(20)로부터 공급된 전류 신호를 검출한다. 마이크로프로세서(45)는 상기 전류 신호를 처리하여 상기 처리된 결과와 농도를 상관시키는 단계를 처리한다.
장치(40)에 삽입될 셀(20)은 전도성 접촉부(202), 및 전도성 접촉부(202)에 전기적으로 연결된(도시하지 않음) 전극들(204 및 206)을 포함한다. 전극들(204 및 206)은 반응 부분(208)에 배치되는데, 여기에는 분석물질에 효소와 같은 적절한 촉매가 제공되어 있다. 분석물질을 함유하는 샘플 유체가 반응 부분(208)에 셀(20)에 추가될 때, 상기 분석물질 및 전자 전달자를 수반하는 반응은 식 1 및 식 2에 대해 이미 설명된 바와 같이 진행한다. 나중에, 파형 생성기(44)로부터 전위 프로파일이 셀(20)에 추가될 때, 식 2 및 식 4에 대해 이미 설명한 바와 같이 생성된, 전류 흐름이 장치(40)에 의해 검출된다. 상기 검출된 전류 레벨은 매핑, 선형 보간법(linear interpolation) 또는 다른 방법들에 의해 메모리(46)에 저장된 룩업 테이블과 비교된다. 장치(40)의 표시기(48)는 샘플 유체에 대한 포도당 레벨을 디스플레이한다.
도 3A는 다양한 농도에서 분석물질을 함유하는 샘플 유체에 정전압을 인가하는 단계에서 비롯한 실험 결과를 나타내는 구상도이다. 도 3A를 참조하면, 0.4V의 정전압이 각각 230mg/dl, 111mg/dl, 80mg/dl 및 0mg/dl의 농도에서 포도당을 함유하는 샘플 유체에 인가된다. 이러한 샘플 유체들의 포도당 농도는 반응들에 기초한 콜로메트릭(colometric) 방법에 의해 판단된다:
포도당 + O2 + H2O --> 글루콘산 + H2O2
H2O2 + 시약 --> H2O + 적색 염료
반응 전류들은 초기단계, 예를 들면, 0에서 0.5초에서, 곡선 L230DC, L111DC, L80DC 및 L0DC로 나타내며, 불안정한 전기화학적 반응으로 인해 불안정한 전류가 발생할 수 있다. 게다가, 반응 전류의 크기는 전기화학적 반응이 진행함에 따라 시간에 걸쳐 감소된다.
도 3B는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 농도에서 분석물질을 함유하는 샘플 유체에 전위 프로파일을 인가하는 단계에서 비롯한 실험 결과를 나타내는 구상도이다. 도 3B를 참조하면, 0.4V의 전압 바이어스 및 0.1V의 진폭과 1Hz의 주파 수를 가지는 정현파를 포함하는 전위 프로파일이 각각 230mg/dl, 111mg/dl, 80mg/dl 및 0mg/dl의 농도의 포도당을 포함하는 전기화학적 셀에 인가된다.
반응 전류들은 곡선 L230AC, L111AC, L80AC 및 L0AC로 나타난다. 미국 당뇨병 협회(American Diabetics Association, "ADA")에 따라 혈당은 식전에 정상적으로 50에서 100mg/dl 사이로 떨어지며, 식후엔 일반적으로 170mg/dl 이하의 레벨까지 올라간다. 당뇨병자가 될 수 있는, 선택 범위인, 0에서 230mg/dl은 ADA에 의해 제시된 정상 범위보다 더 넓다.
도 3C는 샘플 유체에 정전압 및 전위 프로파일을 인가하는 단계에서 비롯한 실험 결과들 간의 비교를 나타내는 구상도이다. 도 3C를 참조하면, 곡선 L111DC1 및 L111DC2는 111mg/dl의 포도당을 함유하는 샘플 유체에 각각, 0.4V 및 0.5V의 정전압을 인가함으로써 측정된 반응 전류들을 나타내며, 곡선 L111AC는 111mg/dl의 포도당을 포함하는 전기화학적 셀에 0.4V의 전압 바이어스 및 0.1V의 진폭과 1Hz의 주파수를 가지는 정현파를 포함하는 전위 프로파일을 인가함으로써 측정된 반응 전류 신호를 나타낸다. 곡선 L111AC는 곡선 L111DC1 및L111DC2 보다 더 높은 반응 전류, 및 교대로 더 높은 분해능을 갖는 것을 볼 수 있다. 특히, 곡선 L111AC 및 L111DC2를 서로 비교할 때, 곡선 L111AC는 곡선 L111DC2보다 더 높은 분해능을 가지며, 이는 전위 프로파일을 사용하는 방법이 유리함을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 신호를 처리하는 방법들을 도시하 는 구상도이다. 도 4를 참조하면, 도 3B에 도시된 곡선 L80AC의 예로, 곡선 L80AC의 피크들은, 예를 들면, 곡선 핏팅(fitting)에 의해 피크 곡선 LP80을 형성하도록 연결된다. 다른 양태에서, 곡선 L80AC의 밸리(valley)들은 밸리 곡선 LV80을 형성하도록 연결된다. 전류 신호와 분석물질, 이를 테면, 포도당의 농도를 상관시키기 위해, 제 1 예에서, 반응 곡선의 피크 곡선의 전류 크기는 대략 60초의 측정 기간 동안 타임 포인트에서 측정된다. 상기 타임 포인트는 어떠한 불안정한 반응과 상관없이 반응 곡선의 안정 전류 지역으로부터 선택되어야 한다. 제 2 예에서, 반응 곡선의 밸리 곡선의 전류 크기는 타임 포인트에서 측정된다. 반응 곡선 L0AC, L80AC, L111AC 및 L230AC의 예로서, 제 1 및 제 2 예들이 표 1에 요약된다.
표 1은 전류 신호들과 샘플 유체 내 분석물질의 양을 상관시키는 방법들의 실험 결과를 나타낸다. 자세하게는, 표의 제 2 및 제 3 열은 각각, 본 발명의 상기 언급된 제 1 및 제 2 예제들에 따른 방법들을 말하며, 이때 전류 크기들은 전위 프로파일(도 3B에 도시된 바와 동일함)이 인가될 때 제 4 초에서 얻어진다. 비교해 보면, 표 1의 마지막 열은 정전압이 인가될 때 제 4 초에서 전류 크기를 측정하는 방법을 말한다.
표 1
Figure 112007015567487-PCT00008
게다가, 제 3 예에서, 반응 곡선은 전하량을 산출하기 위해 시간 기간에 걸쳐 통합된다. 제 4 예에서, 반응 곡선의 피크 곡선은 전하량을 산출하기 위해 시간 기간에 걸쳐 통합된다. 제 5 예에서, 반응 곡선의 밸리 곡선은 전하량을 산출하기 위해 시간 기간에 걸쳐 통합된다. 곡선 핏팅 및 통합과 같은 작업은 마이크로프로세서(12)에서 수행될 수 있다. 반응 곡선 L0AC, L80AC, L111AC 및L230AC의 예로서, 제 3, 제 4 및 제 5 예들이 표 2에 요약된다.
표 2는 전류 신호들과 분석물질의 양을 상관시키는 다른 방법들의 실험 결과를 나타낸다. 자세하게는, 표 2의 제 2, 제 3 및 제 4 열은 각각, 본 발명의 상기 언급된 제 3, 제 4 및 제 5 실시예들에 따른 방법들을 말하며, 여기에서 곡선들은 전위 프로파일이 인가될 때 제 1에서 6초의 시간 기간에 걸쳐 통합된다. 비교해 보면, 표 2의 마지막 열은 정전압이 인가될 때 동일한 기간에 걸쳐 반응 곡선들을 통합하는 방법을 말한다.
표 2
Figure 112007015567487-PCT00009
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 신호와 분석물질의 농도를 상관시키는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 단계 502에서 농도 중 분석물질을 함유하는 샘플이 셀(20)에 적용된다. 다음, 단계 504에서 상기 샘플에 전압 바이어스 및 교류부를 포함하는 전위 프로파일이 적용된다. 그런 다음 단계 506에서 반응 전류 신호가 측정된다. 단계 508에서 마이크로프로세서(12)는 분석물질에 대한 농도-전류 관계를 끌어내기 위한 반응 전류를 처리한다. 상기 반응 전류를 처리하는 단계에서, 표 1 및 표 2에 관해 이미 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 방법들이 사용될 수 있다. 상기 농도-전류 관계는 룩업 테이블의 형태로 메모리(46)에 저장될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들을 전술한 명세서는 도시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이는 본 발명을 설명된 정확한 형태들로 제한하거나 규제하려는 것이 아니다. 본원에 기술된 실시예들의 많은 변경 및 변형은 상기 명세서에 비추어 볼 때 당 업계의 숙련자들에게 종래 기술중 하나로 명백해질 것이다. 본 발명의 범위는 단지 이에 첨부된 청구항들, 및 그에 상응하는 것에 의해 규정되어 질 것이다.
또한, 본 발명의 대표적인 실시예들을 설명함에 있어서, 본 명세서는 특정 단계의 시퀀스들로서 본 발명의 방법 및/또는 과정을 나타내었다. 하지만, 그 범위는 상기 방법 또는 과정이 본원에 설명된 특정 단계 순서에 의존하는 것은 아니며, 상기 방법 또는 과정이 설명된 특정 단계의 시퀀스로 제한되어서는 안 된다. 당 업계의 종래기술 중 하나로서 평가될 것이며, 다른 단계의 시퀀스들이 가능할 수 있다. 그러므로, 본 명세서에 설명된 특정 단계 순서는 청구항들에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 된다. 추가하여, 본 발명의 방법 및/또는 과정으로 진행된 청구항들은 기재 순서상인 그 단계들의 수행으로 제한하여서는 안 되며, 당 업계의 숙련자들은 상기 시퀀스들이 변경될 수 있으며 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 여전히 존재함을 쉽게 알 수 있다.

Claims (28)

  1. 적어도 하나의 촉매를 포함하는 전기화학적 셀에 분석물질을 함유하는 샘플 유체를 추가하는 단계;
    상기 전기화학적 셀에 전압 바이어스 및 교류부(alternating part)를 포함하는 전위 프로파일을 인가하는 단계;
    상기 전기화학적 셀을 통하여 측정 시간의 기간 동안 전류 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 전류 신호와, 상기 샘플 유체 내 분석물질의 양을 상관시키는 단계를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질(analyte)을 양적으로 판단하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 교류부는 정현파, 삼각파 또는 구형파 중 하나를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 교류부는 정현파, 삼각파 또는 구형파의 조합을 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 바이어스는 일정한 값을 가지는 직류(dc) 요소를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 바이어스는 시간-변화 값을 가지는 dc 요소를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    전하량을 산출하기 위해 시간 기간에 걸쳐 상기 전류 신호를 통합하는 단계; 및
    상기 전하량과, 상기 샘플 유체 내 분석물질의 농도를 상관시키는 단계를 더 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    곡선이 생성되도록 상기 측정 시간의 기간 중 상기 전류 신호의 피크들(peaks)을 연결하는 단계;
    상기 측정 시간의 기간 중 타임 포인트에서 상기 곡선의 크기를 판단하는 단계; 및
    상기 크기와, 상기 샘플 유체 내 분석물질의 농도를 상관시키는 단계를 더 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    곡선이 생성되도록 상기 측정 시간의 기간 중 상기 전류 신호의 밸리들(valleys)을 연결하는 단계;
    상기 측정 시간의 기간 중 타임 포인트에서 상기 곡선의 크기를 판단하는 단계;
    상기 크기와, 상기 샘플 유체 내 분석물질의 농도를 상관시키는 단계를 더 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    곡선이 생성되도록 상기 측정 시간의 기간 중 상기 전류 신호의 피크들을 연결하는 단계;
    전하량을 산출하기 위해 시간 기간에 걸쳐 상기 곡선을 통합하는 단계; 및
    상기 전하량과, 상기 샘플 유체 내 분석물질의 농도를 상관시키는 단계를 더 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    곡선이 생성되도록 상기 측정 시간의 기간 중 상기 전류 신호의 밸리들을 연결하는 단계;
    전하량을 산출하기 위해 시간 기간에 걸쳐 상기 곡선을 통합하는 단계;
    상기 전하량과, 상기 샘플 유체 내 분석물질의 농도를 상관시키는 단계를 더 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 시간의 기간은 대략 0.5에서 60초의 범위인 샘 플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 분석물질은 포도당이며, 적어도 하나의 촉매는 포도당 산화효소인 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 분석물질은 콜레스테롤 또는 콜레스테롤 에스테르 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 적어도 하나의 촉매는 콜레스테롤 산화효소를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 분석물질은 물질 대사, 호르몬, 생리적 성분, 바이오마커, 약품 또는 비-치료적 화합물 중 하나를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 분석물질은 트리글리세리드, 젖산, T4, TSH, 알부민, 헤모글로빈, 단백질, 탄수화물, 지질, 디옥시리보핵산, 리보핵산, 항간질제, 항생제, 중금속 또는 독소 중 하나를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 방법.
  16. 적어도 하나의 촉매를 포함하는 전기화학적 셀을 고정하는 홀더;
    전압 바이어스 및 교류부를 포함하는 전위 프로파일을 생성시키는 전압 생성 기;
    상기 전기화학적 셀을 통하여 측정 시간의 기간 동안 전류 신호를 검출하는 검출기;
    상기 전류 신호를 저장하는 메모리; 및
    상기 전류 신호와, 상기 분석 물질의 농도를 상관시키는 프로세서를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 교류부는 정현파, 삼각파 또는 구형파 중 하나를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 전압 바이어스는 상기 측정 시간의 기간에 걸쳐 일정한 값을 가지는 직류(dc) 요소를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 전압 바이어스는 상기 측정 시간의 기간에 걸쳐 시간-변화 값을 가지는 직류 요소를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 교류부는 정현파, 삼각파 또는 구형파의 조합을 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 측정 시간의 기간은 대략 0.5에서 60초의 범위인 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 분석물질은 포도당이며, 적어도 하나의 촉매는 포도당 산화효소를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치.
  23. 제 16 항에 있어서, 상기 분석물질은 콜레스테롤 또는 콜레스테롤 에스테르 중 하나를 포함하며, 상기 적어도 하나의 촉매는 콜레스테롤 산화효소를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치.
  24. 제 16 항에 있어서, 상기 분석물질은 물질 대사, 호르몬, 생리적 성분, 바이오마커, 약품 또는 비-치료적 화합물 중 하나를 포함하는 샘플 유체 내 분석물질을 양적으로 판단하는 장치.
  25. 포도당 산화효소를 포함하는 전기화학적 셀을 고정하는 홀더;
    전압 바이어스 및 교류부를 포함하는 전위 프로파일을 생성시키는 전압 생성기;
    상기 전기화학적 셀을 통하여 측정 시간의 기간 동안 상기 전위 프로파일에 대한 응답으로 생성된 전류 신호를 검출하는 검출기;
    상기 전류 신호를 저장하는 메모리; 및
    상기 전류 신호와 상기 분석물질의 농도를 상관시키는 프로세서를 포함하는 샘플 유체 내 포도당을 양적으로 판단하는 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 전위 프로파일은 대략 0.1V 에서 1.0V 범위의 전압 바이어스를 포함하는 샘플 유체 내 포도당을 양적으로 판단하는 장치.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 전위 프로파일은 대략 0.01V 에서 0.5V 범위의 진폭을 가지는 정현파를 포함하는 샘플 유체 내 포도당을 양적으로 판단하는 장치.
  28. 제 25 항에 있어서, 상기 전위 프로파일은 대략 0.5Hz에서 100Hz 범위의 주파수를 가지는 정현파를 포함하는 샘플 유체 내 포도당을 양적으로 판단하는 장치.
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