KR20090107405A

KR20090107405A - 바이오센서

Info

Publication number: KR20090107405A
Application number: KR1020090012320A
Authority: KR
Inventors: 안연찬; 류준오
Original assignee: 주식회사 올메디쿠스
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2009-10-13
Also published as: KR101103682B1

Abstract

본 발명은 바이오센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극이 형성된 기판 위에 효소반응층 및 상부 커버를 적층하되, 상기 효소반응층 및 상부 커버 사이에 혈액공급층을 삽입하여, 혈액공급층에 길이방향으로 형성된 혈액주입홈을 통해 혈액이 스며들면서 반응할 수 있도록 함으로써, 혈액의 양이 균일하게 유입되어 혈당을 쉽고 정확하게 측정할 수 있고, 효소반응층를 폭방향으로 형성함으로써, 다수의 센서들을 붙인 상태에서 반응부를 폭방향으로 연속해서 한꺼번에 제작할 수 있도록 한 바이오센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해, 본 발명은 상면에 복수의 전극이 평행하게 형성된 기판; 상기 기판의 전극 위에 폭방향으로 형성된 주 반응층; 상기 주 반응층에 혈액을 공급하기 위해 혈액주입홈이 길이방향으로 형성된 혈액공급층; 상기 혈액주입홈의 상부를 커버하는 상부 커버를 포함하고, 상기 주 반응층, 혈액공급층 및 상부 커버가 기판 위에 차례대로 적층되고, 상기 혈액주입홈을 통해 혈액이 흡입되며 혈액과 주 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 제공한다.

혈당, 커버, 효소, 전류, 바이오센서, 콜레스테롤, 혈액, 전극

Description

바이오센서{Bio-sensor}

본 발명은 바이오센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혈당을 쉽고 정확하게 측정할 수 있는 바이오센서에 관한 것이다.

최근 당뇨병을 진단하고 예방하는데 있어서 혈액내의 포도당(혈당)의 양을 주기적으로 측정해야 할 필요성이 증대되고 있다. 이러한 혈당 측정은 혈당 측정 장치를 이용하여 손쉽게 측정할 수 있게 된다.

하루에 2∼3번씩 실시간으로 혈당을 측정해야 하는 인슐린 의존형 환자의 경우 대개 손가락 끝 부분을 바늘 형태의 란셋(lancet)으로 찔러 채혈하는데, 혈당 측정 장치는 환자로부터 시료를 채취하고 채취된 시료(혈액)를 스트립 형태의 바이오 센서를 이용하여 바이오 센서 내의 화학 물질과의 전기 화학적 반응을 통해 발생되는 전기적 신호를 이용하여 혈당값을 측정하게 된다.

전술한 바와 같은 바이오 센서 및 바이오 센서를 이용한 혈당 측정 장치의 동작 원리 및 구조 등은 매우 다양하게 발전되고 개발되어 가고 있는 실정이다.

바이오센서는 통상적으로, 절연성 기판상에 스크린 인쇄 등의 방법으로 복수의 전극을 포함하는 전극계를 형성하고, 형성된 전극계상에 친수성 고분자와 산화환원효소 및 전자수용체로 이루어진 효소반응층을 형성하고 있다.

이러한 바이오센서의 시료 주입구를 통해 효소반응층에 기질(포도당(Glucose))을 포함한 시료를 주입하면, 효소반응층이 이를 용해하고 시료의 기질과 효소(Enzyme)가 반응하여 기질이 산화되고, 이에 따라 전자수용체가 환원된다.

이 환원된 전자수용체를 전기화학적으로 산화하여 얻어지는 산화전류를 측정장치를 통해 측정함으로써, 시료 중에 포함된 기질의 농도를 구할 수 있게 된다.

한편, 종래에는 전극 위에 다공성 효소반응층이 형성되어 있으며, 이를 고정하기 위한 고정프레임 및 커버로 구성된 바이오센서를 제공한다. 이러한 구조의 바이오센서는 혈액을 반응층에 도트식으로 떨어뜨려서 혈당을 검사하게 된다.

그러나, 상기 바이오센서의 경우는 적하되는 혈액의 양에 따라 반응층에 도입되는 혈액 샘플의 양이 변화하게 되므로 혈당 검사시에 혈액의 양에 따른 측정오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.

또한 최근에 혈액주입홈에 주입하여 흡입식으로 측정하는 방식으로 발전되었지만, 센서의 제작과정에서 반응시약을 도트식으로 떨어뜨려서 제작하게 되어 센서간 반응 시약고정화의 오차가 발생하는 문제점이 있다.

그리고 이러한 기존의 제작방식으로는 하나의 센서에서 독립적으로 다수의 검사물질 측정용 반응시약층을 고정화하고, 단일 검체유입구를 통하여 측정하는 구조는 제작될 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전극이 형성된 기판 위에 효소반응층 및 상부 커버를 적층하되, 상기 효소반응층 및 상부 커버 사이에 혈액공급층을 삽입하여, 혈액공급층에 길이방향으로 형성된 혈액주입홈을 통해 혈액이 스며들면서 반응할 수 있도록 함으로써, 혈액의 양이 균일하게 유입되어 혈당을 쉽고 정확하게 측정할 수 있고, 효소반응층를 폭방향으로 형성함으로써, 다수의 센서들을 붙인 상태에서 반응부를 폭방향으로 연속해서 한꺼번에 제작할 수 있도록 한 바이오센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기판의 뒷면에 전극을 형성하여 센서의 삽입유무를 판단할 수 있으며, 전극의 모양에 따라서 각 센서에 다른 코드를 부여하고, 혈당측정장치의 삽입공간에 코드인식용 전극이 삽입되어 전극의 모양에 따라 해당코드가 할당됨으로써, 혈당측정값의 오차에 따라 해당코드가 정해지고 그 해당코드에 해당되는 보정값을 혈당측정장치가 인식하여 보정함으로써 측정오차를 최소화 할 수 있도록 한 바이오센서를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적은 바이오센서에 있어서,

상면에 복수의 전극이 평행하게 형성된 기판; 상기 기판의 전극 위에 폭방향으로 형성된 주 반응층; 상기 주 반응층에 혈액을 공급하기 위해 혈액주입홈이 길 이방향으로 형성된 혈액공급층; 상기 혈액주입홈의 상부를 커버하는 상부 커버를 포함하고, 상기 주 반응층, 혈액공급층 및 상부 커버가 기판 위에 차례대로 적층되고, 상기 혈액주입홈을 통해 혈액이 흡입되며 혈액과 주 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하는 것을 특징으로 하는 바이오센서에 의해 달성된다.

또한, 상기 주 반응층의 후방향으로 일정한 간격을 두고 주 반응층과 평행하게 형성되어 혈액 중 복수의 측정대상물질을 측정할 수 있는 적어도 하나의 확장형 반응층을 더 포함하고, 상기 혈액주입홈은 주반응층 및 확장형 반응층에 연통되게 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전극의 수는 혈액을 이용하여 측정하고자 하는 대상의 종류에 따라 비례하여 증가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따라, 상기 전극은 혈액과 주반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하기 위해 제1기준전극과 제1작업전극으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 전극은 혈액과 확장형 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하기 위해 상기 확장형 반응층의 위치와 대응되게 제1작업전극보다 길이가 짧은 제2작업전극을 더 포함하고, 상기 제1기준전극을 공통으로 사용하고, 상기 제1기준전극과 제1작업전극을 통해 측정된 전류량에서 제1기준전극과 제2작업전극을 통해 측정된 전류량을 뺌으로써 혈액과 주반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하고, 상기 제1기준전극과 제2작업전극을 통해 혈액과 확장형 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 상기 전극은 혈액과 확장형 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하기 위해 상기 확장형 반응층의 위치와 대응되게 제1작업전극보다 길이가 짧은 제2작업전극과, 상기 제1기준전극에 확장형 반응층의 위치에 대응되게 형성되어 제1작업전극을 확장형 반응층으로부터 절연시키는 제1절연막을 더 포함하고, 상기 제1기준전극을 공통으로 사용하고 상기 제1기준전극과 제1작업전극을 통해 혈액과 주반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하고, 제1기준전극과 제2작업전극을 통해 혈액과 확장형 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 상기 전극은 혈액과 확장형 반응층에 의해 발생된 전류량을 측정하기 위해 상기 확장형 반응층의 위치와 대응되게 제1기준전극 및 제1작업전극보다 길이가 짧은 제2기준전극 및 제2작업전극과, 상기 제1기준전극과 제1작업전극에 확장형 반응층과 대응되게 형성되어 확장형 반응층으로부터 제1기준전극 및 제1작업전극을 절연시키는 제2절연막을 더 포함하고, 상기 제1기준전극과 제1작업전극을 통해 혈액과 주반응층에 의해 발생된 전류량을 측정하고, 제2기준전극과 제2작업전극을 통해 혈액과 확장형 반응층에 의해 발생된 전류량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 일실시예에 따라, 상기 주반응층은 혈액 속의 혈당을 측정하기 위해 포도당 산화효소 및 전자수용체를 포함하는 제1효소반응층이고, 상기 혈당과 포도당 산화효소의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하여 혈당값을 구하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 확장형 반응층은 혈액속의 콜레스테롤을 측정하기 위해 콜레스테롤 분해효소를 포함하는 제2효소반응층인 것을 특징으로 한다.

상기 상부커버와 혈액공급층의 전단부에는 신체부위의 접촉시 혈액주입홈의 입구가 막히는 것을 방지하기 위해 노치부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따라, 상기 상부커버에는 혈액을 주입하기 위해 혈액주입구가 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 측면은 상기 기판의 하면에 각 센서의 특성에 따라 다른 모양의 전극을 형성하여 센서의 삽입유무를 판단할 수 있으며, 전극의 모양에 따라서 각 센서에 다른 코드를 부여하는 바이오센서를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따라, 상기 각 센서는 혈당측정값에 대한 오차에 따라 다른 모양의 코드인식용 전극을 형성하여, 상기 각 센서에 다른 코드를 부여하고, 상기 각 코드에 따라 미리 결정된 보정값을 각 센서에 할당하여 측정값을 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 코드인식용 전극은 그 모양이 패턴화되고, 상기 패턴화된 코드인식용 전극의 모양에 대응되도록 기판이 펀칭되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오센서에 의하면, 혈액주입홈이 혈액공급층의 끝단에 길이방향으로 형성되어 있으므로, 센서의 끝단부가 혈당 측정장치에 길이방향으로 꽂힌 상태에서 피험자가 센서의 타단부에 용이하게 혈액을 갖다 댈 수 있어서 혈액 공급이 용이한 장점이 있다.

또한, 혈액공급층의 혈액주입홈와 연통되도록 혈액공급층 하부에 폭방향으로 효소반응층을 형성하여, 센서의 길이방향면이 서로 붙도록 배열한 상태에서 한꺼번에 효소반응층을 만듦으로써, 센서를 제작하는 데 소요되는 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

또한, 센서마다 측정 오차를 판단한 다음, 그 오차에 따라 기판 뒷면에 모양이 다른 전극을 형성하여, 전극의 모양에 따라 코드를 결정하고, 해당코드에 따라 보정값을 달리함으로써, 혈당 측정시 센서를 측정장치에 삽입할 때 각 센서에 해당하는 코드를 인식하고, 상기 코드에 해당되는 보정값으로 측정값을 보정함으로써, 혈당을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서를 나타내는 분해도이고, 도 2는 도 1의 조립도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서는 상면에 전극(16a,16b)이 형성된 기판(15), 기판(15)의 상부에 적층된 효소반응층(13), 일단부에 혈액주입홈(12)이 길이방향으로 형성된 혈액공급층(11) 및 상부 커버(10)를 포함한다. 이때, 본 발명 의 일실시예에 따른 효소반응층(13)은 혈액 속의 혈당을 측정하기 위한 혈당측정용 효소반응층(13)이다.

상기 기판(15)은 상부 표면에 센서를 형성하기 위한 베이스(base) 기판으로서, 비전도성 재질의 고분자 수지를 이용하여 형성된다.

기판(15) 위에 형성된 전극(16a,16b)은 작업 전극(16a)(Working electrode), 기준 전극(16b)(Reference electrode)으로 이루어지며, 상기 효소반응층(13)에서 시료 내 혈당과의 효소 반응에 의해 발생된 전기적 신호를 검출한다.

상기 전극(16a,16b)의 타단부는 기판(15)의 상부 표면의 모서리에 인접한 영역에 배치되며, 혈당 측정장치의 삽입공간에 삽입되어 전기적으로 연결된다.

상기 전극(16a,16b)은 백금(Pt), 금(Au) 은(Ag), 은과 염화은(Ag/AgCl)의 혼합 반죽, 전도성 카본 반죽을 사용하여 에칭, 스크린 인쇄, 스퍼터링 등과 같은 통상적인 방법으로 형성할 수 있다.

효소반응층(13)의 종류는 측정하고자 하는 대상에 따라서 변경이 가능하다. 혈액 중 콜레스테롤, 알코올, 락테이트 등을 측정하고자 할 경우 콜레스테롤분해효소, 알코올분해효소, 락테이트분해효소를 효소반응층(13)에 도포함으로써 측정할 수 있다. 이외에도 분석대상물질을 산화환원시킬 수 있는 산화환원효소를 효소반응층(13)에 적용하여 혈액내 분석물질을 정량할 수 있다.

효소반응층(13)은 길이가 짧은 제1절연층(14a)과, 길이가 긴 제2절연층(14b)사이에 위치하고, 상기 제1절연층(14a) 및 제2절연층(14b)은 전극(16a,16b)의 상부에 형성되어 서로 이웃한 전극(16a,16b)을 절연시킨다.

효소반응층(13)과 혈액공급층(11) 사이에는 공기배출통로(17)가 형성되어, 즉, 상기 효소반응층의 높이가 양옆의 제1절연층(14a)과 제2절연층(14b)보다 낮게 형성되어 있으므로, 혈액공급층(11)에서 혈액이 공급될 때 후술할 혈액주입홈(12)에 이미 채워져 있는 내부공기를 공기배출통로(17)를 통해 외부로 배출시킴으로써, 피험자로부터 채취된 혈액을 혈액주입홈(12)을 통해 용이하게 흡입할 수 있다.

상기 제1절연층(14a) 및 제2절연층(14b)에 사용되는 절연 물질로는 폴리머(polymer) 필름을 적층하여 형성하거나, 상기 절연 물질들을 스크린 인쇄와 같은 통상적인 방법을 이용하여 형성된다.

여기서, 본 발명은 다수의 센서를 길이방향면에 서로 붙인 다음, 포도당 산화효소 및 전자수용체를 포함하는 시약을 폭방향으로 기판(15) 위에 도포함으로써, 여러개의 효소반응층(13)을 한번에 제작함으로써, 센서를 제작하는데 소요되는 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

효소반응층(13)은 기판(15)의 상부면에 형성되며, 포도당 산화효소(glucose oxidase), 및 전자전달을 매개하는 전자수용체를 포함한다. 구체적으로, 상기 효소반응층(13)은 전해질 용액 내에 수용성 고분자, 포도당 산화효소, 안정제, 전자수용체 등이 일정 비율로 혼합되어 제조된 용액을 제1 및 제2절연층(14a,14b) 사이에 일정량 코팅한 후 건조함으로써 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 효소반응층(13)과 상부커버(10) 사이에 적층되는 혈액공급층(11)을 제공한다. 상기 혈액공급층(11)의 일단부에는 혈액을 공급할 수 있는 혈액주입홈(12)이 형성되어 있다.

이때, 상기 혈액공급층(11)은 두께가 매우 얇아서 혈액이 혈액주입홈(12)에 접촉되자마자 모세관 현상에 의해 흡입되는 구조로 이루어지고, 혈액주입홈(12)은 혈액이 효소반응층(13)과 반응할 수 있도록 효소반응층(13)의 상부에 연통되게 설치된다. 또한, 상기 상부커버(10)는 혈액공급층(11)의 혈액주입홈(12)을 커버하기 위해 혈액공급층(11)의 상면에 적층된다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 측정방법 및 원리를 설명하면 다음과 같다.

피험자의 손가락 끝 부분에서 채혈된 혈액은 혈액주입홈(12)을 통해 주입되고, 혈액이 혈액주입홈(12)에서 모세관현상에 의해 효소반응층(13)으로 확산된다. 이때 효소반응층(13)이 혈액을 용해하고 혈액 내의 포도당은 효소반응층(13)에 포함된 포도당 산화효소에 의해 산화되고, 포도당 산화효소는 환원된다.

그 후 환원된 포도당 산화효소는 전자수용체와의 산화환원 반응을 통하여 산화되고, 전자수용체는 환원된다. 이렇게 형성된 환원상태의 전자수용체는 전극(16a,16b) 표면까지 확산되는데, 이때 환원상태의 전자수용체에 산화전위를 인가하여 생성된 전류를 측정한다. 이때, 혈액 내 포도당은 전자수용체가 산화되는 과정에서 발생되는 전류량에 비례하므로, 상기 전류량을 측정함으로서 혈당을 측정할 수 있다.

혈당측정장치는 상기 혈액 내의 포도당이 포도당 산화효소 및 전자수용체와 산화환원 반응하여 발생된 전류를 전극을 통해 전송받아 농도 값으로 변환한 후, 혈액 내에 존재하는 포도당의 농도 즉, 혈당값을 정량적으로 산출할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오센서를 나타내는 분해도이고, 도 4a 내지 도 4c는 도 3a 내지 도 3c 각각의 조립도이다.

본 발명의 다른 실시예는 혈액속의 측정대상물질을 동시에 두가지 이상 측정할 수 있는 바이오센서를 제공한다. 예를 들어, 혈당을 측정할 수 있는 혈당측정용 제1효소반응층(23a)과, 혈액속의 콜레스테롤을 측정할 수 있는 콜레스테롤 측정용 제2효소반응층(23b)을 포함한다.

상기 바이오센서는 전극(16a,16b)이 형성된 기판(15)과, 기판(15)위에 혈당측정용 제1효소반응층(23a) 및 콜레스테롤 측정용 제2효소반응층(23b), 혈액공급층(21), 상부 커버(20)가 적층되어 있다.

이때, 상기 혈액공급층(21)에 형성된 혈액주입홈(22)은 혈액공급층(21)의 일단부에서 콜레스테롤 측정용 제2효소반응층(23b)의 상부까지 길이방향으로 연장형성되어 있다. 또한, 상기 제1효소반응층(23a)은 제1절연층(24a)과 제2절연층(24b) 사이에 위치하고, 제2효소반응층(23b)은 제2절연층(24b)과 제3절연층(24c) 사이에 위치한다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(15)에는 도 3a에 도시한 바와 같이 공용으로 사용되는 하나의 제1기준전극(16b)과 두개의 제1 및 제2작업전극(16a,16a')이 형성된다. 이때, 제1작업전극(16a)은 전극상면이 제1효소반응층(23a)과 제2효소반응층(23b)에 모두 걸쳐지게 형성되고, 제2작업전극(16b')은 전극상면이 제2효소반응층(23b)에만 걸쳐지도록 짧게 형성된다.

혈당측정용 제1효소반응층(23a)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류량은 제1 작업전극(16a)과 제1기준전극(16b)을 통해 혈당측정장치에 전송되고, 콜레스테롤 측정용 제2효소반응층(23b)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류량은 제2작업전극(16a')과 제1기준전극(16b)을 통해 콜레스테롤측정장치에 전송된다.

이때, 상기 제1기준전극(16b)이 공통으로 사용되므로, 제1작업전극(16a)과 제2작업전극(16b)에 인가되는 전압은 동일하고, 제1작업전극(16a)이 제1효소반응층(23a)과 제2효소반응층(23b)에 모두 걸쳐지게 형성되므로, 혈당측정장치는 제1작업전극(16a)과 제1기준전극(16b)을 통해 전송된 전류량에서 제2작업전극(16a')과 제1기준전극(16b)을 통해 전송된 전류량을 뺀 값으로 제1효소반응층(23a)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류량을 측정하여 혈당값을 구한다.

{제1효소반응층(23a)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류량} = {제1작업전극(16a)과 제1기준전극(16b)을 통해 전송된 전류량} - {제2작업전극(16a')과 제1기준전극(16b)을 통해 전송된 전류량}

또한, 콜레스테롤측정장치는 제2작업전극(16a')과 제1기준전극(16b)을 통해 전류량을 전송받아 제2효소반응층(23b)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류량을 측정할 수 있고, 이 전류량으로 콜레스테롤값을 구한다.

이때, 상기 전극 수는 측정대상의 종류에 비례하여 증가한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 기판에는 도 3b에 도시한 바와 같이 공용으로 사용되는 하나의 제1기준전극(16b)과 두개의 제1 및 제2작업전극(16a,16a')이 형성된다. 이때, 제1작업전극(16a)은 전극상면이 제1효소반응층(23a)과 제2효소반응층(23b)에 모두 걸쳐지게 형성되고, 제2작업전극(16a')은 전극상면이 제2효소반응 층(23b)에만 걸쳐지도록 짧게 형성된다.

그러나, 상기 도 3b에 도시한 기판의 제1작업전극(16a)에는 제1절연막(19a)이 형성됨에 따라, 제2효소반응층(23b)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류가 제1절연막(19a)에 의해 차단되어 제1작업전극(16a)으로 흐르지 못하게 된다.

따라서, 혈당측정장치는 제1작업전극(16a) 및 제1기준전극(16b)을 통해 전류량을 전송받아 제1효소반응층(23a)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류량을 측정할 수 있고, 이 전류량으로 혈당값을 구할 수 있다. 또한, 콜레스테롤측정장치는 제2작업전극(16a')과 제1기준전극(16b)을 통해 전류량을 전송받아 제2효소반응층(23b)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류량을 측정할 수 있고, 이 전류량으로 콜레스테롤값을 구한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판에는 도 3c에 도시한 바와 같이 제1기준전극(16b) 및 제1작업전극(16a)과, 제2기준전극(16b') 및 제2작업전극(16a')이 형성된다. 이때, 제1기준전극(16b)과 제1작업전극(16a)은 전극상면이 제1효소반응층(23a)과 제2효소반응층(23b)에 모두 걸쳐지게 형성되고, 제2기준전극(16b')과 제2작업전극(16a')은 전극상면이 제2효소반응층(23b)에만 걸쳐지도록 짧게 형성된다.

그러나, 도 3c에 도시한 기판의 제1기준전극(16b) 및 제1작업전극(16a)에는 제2절연막(19b)이 형성됨에 따라, 제2효소반응층(23b)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류가 제2절연막(19b)에 의해 차단되어 제1기준전극(16b)과 제1작업전극(16a)으로 흐르지 못하게 된다.

따라서, 혈당측정장치는 제1기준전극(16b) 및 제1작업전극(16a)을 통해 전류 량을 전송받아 제1효소반응층(23a)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류량을 측정할 수 있고, 이 전류량으로 혈당값을 구할 수 있다. 또한, 콜레스테롤측정장치는 제2작업전극(16a')과 제2기준전극(16b')을 통해 전류량을 전송받아 제2효소반응층(23b)과 혈액의 반응에 의해 생성된 전류량을 측정할 수 있고, 이 전류량으로 콜레스테롤값을 구한다.

여기서, 상기 도 3a 및 도 3b에 도시한 기판은 동일한 제1기준전극(16b)을 사용하므로 혈당과 콜레스테롤 측정을 위한 반응조건 및 반응시간이 동일한 경우에 사용가능하고, 상기 도 3c에 도시한 기판은 측정대상물의 종류에 대응하는 수만큼 제1 및 제2기준전극(16b,16b')을 사용하므로 혈당과 콜레스테롤 측정을 위한 반응조건 및 반응시간이 다른 경우에도 사용가능하다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이오센서를 나타내는 분해도이고, 도 6은 도 5의 조립도이다.

본 발명의 또 다른 실시예는 혈액을 혈액주입홈(32)을 통해 주입시 신체부위(예를 들어 손가락의 끝단부)가 접촉될 때 입구가 막히는 현상을 방지하기 위해 입구 주위에 노치부(33)가 형성된 바이오센서를 제공한다.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따라 코드인식용 전극 및 기판이 각각 모양을 달리하여 형성된 모습을 나타내는 구성도이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명에 따라 코드인식용 전극만 패턴화한 모습을 나타내는 구성도이다.

한편, 바이오센서는 통상 생산공정에서 각 센서(50~52)마다 혈당측정이 정확한지 또는 오차범위가 어느 정도인지를 판단한다. 이에 따라, 본 발명은 오차의 범 위에 따라 이를 보정하기 위해 각 센서마다 보정치를 줄 수 있도록 코드를 부여하는 전극(53~55)을 기판(15)의 저면에 형성한다.

예를 들어, 혈당 기준값이 100인 경우에 제1센서(50)의 측정값이 100이면 코드 A를 부여하고, 제2센서(51)의 측정값이 90이면 100을 만들기 위해서는 10(보정값)을 더해줄 수 있도록 코드 B를 부여하며, 제3센서(52)의 측정값이 110이면 100을 만들기 위해서는 10을 빼줄 수 있도록 코드 C를 부여한다.

이와 같이 각 센서(50~52)마다 코드를 부여하기 위해 각 코드에 해당되는 전극(53~55)의 모양을 정하여 해당 전극(53~55)을 기판(15)의 뒷면에 형성한다. 전극(53~55)의 모양은 코드 및 보정값에 따라 각각 다르게 정할 수 있다.

또한 다른 모양의 전극(53~55)이 부착된 센서(50~52)를 혈당측정장치와 연결되는 소켓에 삽입하였을 때, 소켓 내부에 설치된 복수의 단자(18a~18c)가 다른 모양의 전극(53~55)을 코드별로 인식함으로써, 혈당측정장치에서 각 코드에 해당되는 보정값으로 측정값을 보정해주게 된다.

이때, 복수의 단자(18a~18c)는 각각 번호가 부여되고, 각 전극(53~55)의 모양에 따라 각각의 단자가 온오프된다.

예를 들어, A 코드가 부여된 제1센서(50)의 경우 제1단자(18a)에는 오프신호, 제2 및 제3단자(18b,18c)에는 온신호가 전송되게 된다.

B 코드가 부여된 제2센서(51)의 경우 제1 및 제2단자(18a,18b)에는 온신호, 제3단자(18c)에는 오프신호가 전송되게 된다.

C 코드가 부여된 제3센서(52)의 경우 제1 및 제3단자(18a,18c)에는 온신호, 제2단자(18b)에는 오프신호가 전송되게 된다.

이와 같이 각각 다른 코드가 부여된 센서(50~52)를 혈당측정장치의 삽입부에 삽입하면, 혈당측정장치는 각 코드에 따라 미리 결정된 보정값을 각 센서(50~52)에 할당하여 보정하게 되면 혈당값을 정확하게 측정할 수 있게 된다.

여기서, 상기 전극(53~55)의 모양은 단자의 갯수에 따라 여러가지 형태로 형성될 수 있고, 예를 들어 직선형(도 7 내지 도 9) 또는 지그재그형으로 단자 또는 전극(53~55)을 패턴화 할 수 있다.

또한, 각 센서(50~52)의 코드 인식을 위해 전극(53~55) 및 전극 모양에 대응되게 기판(15)을 펀칭하거나(도 7 내지 도 9), 또는 전극(53~55)만을 패턴화 함(도 10 내지 도 12)으로 복수의 단자(예, 3개 또는 4개)를 통해 혈당측정장치가 센서(50~52)의 특성(혈당측정값 오차)에 따라 보정값을 주게 되므로, 혈당을 정확하게 측정할 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이오센서를 보여주는 분해도이고, 도 14는 도 13의 조립도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 상부커버(40)에는 혈액주입구(40a)가 형성된다. 전술한 바와 같이 혈당 측정을 위해 피험자의 손가락 끝부분을 란셋으로 찔러 채혈하는데, 도 1에서 처럼 혈액주입홈(12)을 통해 혈액을 주입하는 경우 소량의 혈액이 채혈된 손가락 끝단부를 혈액주입홈(12)의 끝단에 접촉시켜 혈액을 주입하기가 쉽지 않다.

왜냐하면, 바이오 센서를 수평하게 유지한 상태에서 피험자의 혈액을 주입할 때 손가락의 끝단에 맺힌 혈액이 중력에 의해 아래로 흘러내릴 수 있다. 또한, 손가락에 맺힌 혈액이 중력에 의해 아래로 흐르지 않도록 하기 위해 손가락을 뒤집어 혈액이 위로 향하게 한 상태에서 피험자의 혈액을 주입하는 경우에 바이오센서의 혈액주입홈(12)을 혈액 쪽으로 기울이면 혈액의 입장에서 보면 혈액주입홈(12)이 상향경사지게 되어 혈액이 안쪽으로 스며들기가 쉽지 않다. 뿐만 아니라 바이오센서를 수평으로 유지하면서 혈액이 흐르지 않도록 손가락의 끝단부를 갖다대기가 더욱 쉽지 않다.

그러나, 본 발명은 혈액주입구(40a)를 상부커버(40)에 형성하여 혈액을 용이하게 주입할 수 있다. 상기 혈액주입구(40a)가 상부커버(40)의 일단부에 인접하게 관통형성되고, 혈액주입홈(42)은 혈액공급층(41)의 일단부에 인접한 부분에서 안쪽 길이방향으로 길게 형성된다. 따라서, 피험자가 손바닥을 위로 향하게 하여 손가락의 끝단부를 란셋으로 찔러 채혈한 후, 손가락을 뒤집어 혈액이 채혈된 손가락의 끝단부를 상부커버(40)에 형성된 혈액주입구(40a)에 접촉시킴으로써, 혈액을 더욱 용이하게 주입할 수 있다.

도 15a 내지 도 15c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이오센서를 보여주는 분해도이고, 도 16a 내지 도 16c는 도 15a 내지 도 15c 각각의 조립도이다.

도 15a에 도시한 기판에 하나의 공용 제1기준전극(16b)과, 두개의 제1 및 제2작업전극(16a,16b')이 형성된다는 점에서 도 3a에서 전극의 구성과 작용이 대동소이하나, 도 15a의 상부커버(40) 중간에 혈액주입구(40a)가 관통형성되어 있고, 혈액주입구(40a)가 혈액공급층(41)의 일단부에서 약간 떨어지게 형성되어 제1 및 제2 효소반응층(153a,153b)에 혈액이 공급된다는 점에서 도 3a와 차이가 있다. 이때, 도 15a에서 혈액주입구(150a)가 상부커버(150)의 중간에 형성됨으로써 혈액을 더욱 용이하게 주입할 수 있다.

도 15b에 도시한 기판에 하나의 공용 제1기준전극(16b)과, 두개의 제1 및 제2작업전극(16a,16a')이 형성되고, 제1작업전극(16a)에 제1절연막(19a)이 형성된다는 점에서 도 3b에서 전극의 구성과 작용이 대동소이하나, 도 15b의 상부커버 중간에 혈액주입구(150a)가 관통형성되어 있고, 혈액주입구(150a)가 혈액공급층(151)의 일단부에서 약간 떨어지게 형성되어 제1 및 제2효소반응층(153a,153b)에 혈액이 공급된다는 점에서 도 3b와 차이가 있다. 이때, 도 15b에서 혈액주입구(150a)가 상부커버(150)의 중간에 형성됨으로써 혈액을 더욱 용이하게 주입할 수 있다.

도 15c에 도시한 기판에 두개의 제1 및 제2기준전극(16b,16b')과, 두개의 제1 및 제2작업전극(16a,16a')이 형성되고, 제1기준전극(16b) 및 제1작업전극(16a)에 제2절연막(19a)이 형성된다는 점에서 도 3c에서 전극의 구성과 작용이 대동소이하나, 도 15c의 상부커버 중간에는 혈액주입구(150a)가 관통형성되어 있고, 혈액주입구(150a)가 혈액공급층(151)의 일단부에서 약간 떨어지게 형성되어 제1 및 제2효소반응층(153a,153b)에 혈액이 공급된다는 점에서 도 3c와 차이가 있다. 이때, 도 15c에서 혈액주입구(150a)가 상부커버(150)의 중간에 형성됨으로써 혈액을 더욱 용이하게 주입할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야 에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서를 나타내는 분해도이다.

도 2는 도 1의 조립도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 기판에 형성된 전극의 다양한 실시예를 보여주는 분해도이다.

도 4a 내지 도 4c는 도 3a 내지 도 3c 각각의 조립도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이오센서를 나타내는 분해도이다.

도 6은 도 5의 조립도이다.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따라 코드인식용 전극 및 기판이 각각 모양을 달리하여 형성된 모습을 나타내는 구성도이다.

도 10 내지 도 12는 본 발명에 따라 코드인식용 전극만 패턴화한 모습을 나타내는 구성도이다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이오센서를 나타내는 분해도이다.

도 14는 도 13의 조립도이다.

도 15a 내지 도 15c는 본 발명의 기판에 형성된 전극의 다양한 실시예를 보여주는 분해도이다.

도 16a 내지 도 16c는 도 15a 내지 도 15c 각각의 조립도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,20,30,40,150 : 상부 커버 11,21,31.41,151 : 혈액공급층

12,22,32,42,152 : 혈액주입홈 13,43 : 효소반응층

23a,153a : 제1효소반응층 23b,153b : 제2효소반응층

14a,24a,154a : 제1절연층 14b,24b,154b : 제2절연층

24c,154c : 제3절연층 15 : 기판

16a : 제1작업전극 16a' : 제2작업전극

16b : 제1기준전극 16b' : 제2기준전극

17 : 공기배출통로 18a : 제1단자

18b : 제2단자 18c : 제3단자

19a : 제1절연막 19b : 제2절연막

33 : 노치부 40a,150a : 혈액주입구

50~52 : 제1 내지 제3센서

53~55 : 전극

Claims

바이오센서에 있어서,

상면에 복수의 전극이 평행하게 형성된 기판;

상기 기판의 전극 위에 폭방향으로 형성된 주 반응층;

상기 주 반응층에 혈액을 공급하기 위해 혈액주입홈이 길이방향으로 형성된 혈액공급층;

상기 혈액주입홈의 상부를 커버하는 상부 커버를 포함하고, 상기 주 반응층, 혈액공급층 및 상부 커버가 기판 위에 차례대로 적층되고, 상기 혈액주입홈을 통해 혈액이 흡입되며 혈액과 주 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 1에 있어서, 상기 주 반응층의 후방향으로 일정한 간격을 두고 주 반응층과 평행하게 형성되어 혈액 중 복수의 측정대상물질을 측정할 수 있는 적어도 하나의 확장형 반응층을 더 포함하고, 상기 혈액주입홈은 주반응층 및 확장형 반응층에 연통되게 형성된 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 1에 있어서, 상기 전극의 수는 혈액을 이용하여 측정하고자 하는 대 상의 종류에 따라 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 1에 있어서, 상기 전극은 혈액과 주반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하기 위해 제1기준전극과 제1작업전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 4에 있어서, 상기 전극은 혈액과 확장형 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하기 위해 상기 확장형 반응층의 위치와 대응되게 제1작업전극보다 길이가 짧은 제2작업전극을 더 포함하고, 상기 제1기준전극을 공통으로 사용하고, 상기 제1기준전극과 제1작업전극을 통해 측정된 전류량에서 제1기준전극과 제2작업전극을 통해 측정된 전류량을 뺌으로써 혈액과 주반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하고, 상기 제1기준전극과 제2작업전극을 통해 혈액과 확장형 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 4에 있어서, 상기 전극은 혈액과 확장형 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하기 위해 상기 확장형 반응층의 위치와 대응되게 제1작업전극보다 길이가 짧은 제2작업전극과, 상기 제1기준전극에 확장형 반응층의 위치에 대응 되게 형성되어 제1작업전극을 확장형 반응층으로부터 절연시키는 제1절연막을 더 포함하고, 상기 제1기준전극을 공통으로 사용하고 상기 제1기준전극과 제1작업전극을 통해 혈액과 주반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하고, 제1기준전극과 제2작업전극을 통해 혈액과 확장형 반응층의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 4에 있어서, 상기 전극은 혈액과 확장형 반응층에 의해 발생된 전류량을 측정하기 위해 상기 확장형 반응층의 위치와 대응되게 제1기준전극 및 제1작업전극보다 길이가 짧은 제2기준전극 및 제2작업전극과, 상기 제1기준전극과 제1작업전극에 확장형 반응층과 대응되게 형성되어 확장형 반응층으로부터 제1기준전극 및 제1작업전극을 절연시키는 제2절연막을 더 포함하고, 상기 제1기준전극과 제1작업전극을 통해 혈액과 주반응층에 의해 발생된 전류량을 측정하고, 제2기준전극과 제2작업전극을 통해 혈액과 확장형 반응층에 의해 발생된 전류량을 측정하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주반응층은 혈액 속의 혈당을 측정하기 위해 포도당 산화효소 및 전자수용체를 포함하는 제1효소반응층이고, 상기 혈당과 포도당 산화효소의 반응에 의해 발생된 전류량을 측정하여 혈 당값을 구하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 2, 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확장형 반응층은 혈액속의 콜레스테롤을 측정하기 위해 콜레스테롤 분해효소를 포함하는 제2효소반응층인 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 1에 있어서,

상기 상부커버와 혈액공급층의 전단부에는 신체부위의 접촉시 혈액주입홈의 입구가 막히는 것을 방지하기 위해 노치부가 형성된 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 1에 있어서,

상기 기판의 하면에 각 센서의 특성에 따라 다른 모양의 전극을 형성하여 센서의 삽입유무를 판단할 수 있으며, 전극의 모양에 따라서 각 센서에 다른 코드를 부여하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 1에 있어서,

상기 각 센서는 혈당측정값에 대한 오차에 따라 다른 모양의 코드인식용 전극을 형성하여, 상기 각 센서에 다른 코드를 부여하고, 상기 각 코드에 따라 미리 결정된 보정값을 각 센서에 할당하여 측정값을 보정하는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 11에 있어서,

상기 전극은 그 모양이 패턴화되고, 상기 패턴화된 전극의 모양에 대응되도록 기판이 펀칭되는 것을 특징으로 하는 바이오센서.
청구항 1에 있어서,

상기 상부커버에는 혈액을 주입하기 위해 혈액주입구가 형성된 것을 특징으로 하는 바이오센서.