KR20120005733A - 바이오 센싱장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기화학적 바이오 센싱장치에 있어서, 분석 대상 물질과 산화환원 반응을 하는 반응 시약과, 상기 반응 시약이 고정되는 반응 챔버와, 상기 산화환원 반응이 일어나도록 하여 아날로그 전기신호를 생성하는 복수의 반응 전극을 포함하는 바이오 센서부와, 상기 아날로그 전기신호를 처리하는 신호 처리부와, 상기 아날로그 전기신호를 상기 신호 처리부로 전달하는 신호 전달부를 구비하며, 상기 복수의 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치를 제공한다.

Description

바이오 센싱장치{BIO SENSING DEVICE}
본 발명은 바이오 센싱장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 바이오센서부와 측정장치가 하나로 구현된 일체형 바이오 센싱장치에 관한 것이다.
바이오센서(biosensor)는 생물이 가지고 있는 기능을 이용하여 물질의 성질 등을 조사하는 수단을 말하며, 생체물질을 탐지소자로 사용하므로 감도와 반응 특이성이 우수하다. 바이오센서는 분석 방식에 따라 효소 분석법과 면역 분석법이 있고, 생체 시료 내 목적물질을 정량 분석하는 방법에 따라 광학적 바이오센서와 전기화학적 바이오센서가 있다. 효소 분석법 바이오센서는 효소와 기질, 효소와 효소 저해제의 특이적인 반응을 이용한 것이고, 면역 분석법 바이오센서는 항원과 항체의 특이적 반응을 이용한 것이다. 광학적 바이오센서는 광투과도, 흡광도 또는 파장 변화를 측정하여 목적 물질의 농도를 측정하는 방법으로서, 가장 일반적으로 사용되어 온 방법이다.
일반적으로 바이오센서에 의해 측정된 값을 확인하기 위해서는 바이오센서를 측정장치에 삽입하여야 한다. 바이오센서가 측정장치에 삽입되면 측정장치는 삽입을 감지하고, 목적물질의 농도 등을 전기화학법 등으로 분석한다. 이때 바이오센서와 측정장치가 연결되는 연결노드(예; 소켓, 커넥터 등)에 의해 발생하는 접촉 임피던스 값에 의해 바이오센서에서 측정한 결과값에 오차가 발생하는 문제가 있다. 또한, 측정장치가 바이오센서가 접속된 것에 대한 감지에 오류가 생길 수 있다.
예를 들어, 측정장치를 대량으로 제조하는 경우에 개개의 측정장치의 연결노드의 임피던스가 서로 다를 수 있으며, 바이오센서의 전극 또는 커넥터 등이 불완전한 상태로 측정장치에 연결되는 경우에 임피던스가 변동되는데, 이러한 상황에서는 측정 결과값의 정확성, 재현성 등을 보장할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 측정 결과값에 영향을 미치는 요소로는 측정장치와 바이오센서 간의 연결에 따른 도선 임피던스(Z11, Z12)와 접촉 임피던스(Z21, Z22)를 들 수 있는데, 도선 임피던스 뿐만 아니라 접촉 임피던스가 문제가 되는 경우가 많다. 따라서, 바이오센서의 연결노드(예; 도선)와 측정장치의 연결노드(예; 소켓, 커넥터 등) 간의 물리적 접촉을 없애는 것이 측정 결과값의 정확성, 재현성 등을 보장할 수 있는 것이다.
본 발명은 바이오 센싱장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 바이오센서부와 측정장치가 하나로 구현된 일체형 바이오 센싱장치를 제공한다.
본 발명은 전기화학적 바이오 센싱장치에 있어서, 분석 대상 물질과 산화환원 반응을 하는 반응 시약과, 상기 반응 시약이 고정되는 반응 챔버와, 상기 산화환원 반응이 일어나도록 하여 아날로그 전기신호를 생성하는 복수의 반응 전극을 포함하는 바이오 센서부와, 상기 아날로그 전기신호를 처리하는 신호 처리부와, 상기 아날로그 전기신호를 상기 신호 처리부로 전달하는 신호 전달부를 구비하며, 상기 복수의 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치를 제공한다.
또한, 상기 복수의 반응 전극과 상기 신호 전달부는 하나의 절연체층에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 챔버는 모세관 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 상기 절연체층에 형성된 제1 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 전달부와 상기 신호 처리부는 상기 절연체층에 형성된 제2 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 전달부는 상기 절연체층의 하면에 형성되어 상기 제1, 제2 경유구멍의 위치에 대응되게 그 양 단부가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 전달부는 다른 절연체층의 일면에 형성되며, 상기 신호 전달부의 양 단부가 상기 제1, 제2 경유구멍의 위치에 대응되게 상기 다른 절연체층과 상기 절연체층이 접합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 와이어 본딩으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 범프로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기전도성 물질은 경유구멍, 와이어, 범프, 히트 실, 경성/연성 기판 접합 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 저장하기 위한 기억수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연체층은 인쇄회로 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인쇄회로 기판은 플렉시블 인쇄회로 기판인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센서부는 복수 개인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센서부는 적어도 2개 이상의 반응전극/분석시약 쌍을 구비하여 서로 다른 종류의 바이오 센싱동작을 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 챔버는 스페이서 또는 커버 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센서부는 습기 제거를 위한 방습 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 아날로그 전기신호를 디지털 전기신호로 변환하는 신호 변환부와, 상기 디지털 전기신호로부터 상기 분석 대상 물질의 측정 결과값을 생성하는 연산부와, 상기 생성된 측정 결과값을 표시하는 출력부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리부는 상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 구비하며, 상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 전기화학적 바이오 센싱장치에 있어서, 제1 레이어와 제2 레이어; 상기 제2 레이어 상에 배치되며, 분석 대상 물질과 산화환원 반응을 하는 반응 시약과, 상기 반응 시약이 고정되는 반응 챔버와, 상기 산화환원 반응에 대응하는 아날로그 전기신호를 생성하는 복수의 반응 전극을 포함하는 바이오 센서부; 상기 제1 레이어 상에 배치되며, 상기 아날로그 전기신호를 처리하는 신호 처리부; 및 상기 제1 레이어와 제2 레이어에 걸쳐 배치되며, 상기 아날로그 전기신호를 상기 신호 처리부로 전달하는 신호 전달부를 구비하며, 상기 복수의 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치를 제공한다.
또한, 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어는 경성/연성 기판 접합으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어는 히트 실로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 챔버는 모세관 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 상기 제2 레이어에 형성된 제1 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 전달부와 상기 신호 처리부는 상기 제1 레이어에 형성된 제2 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 전달부는 상기 제1 레이어와 제2 레이어의 하면에 걸쳐 형성되어 상기 제1, 제2 경유구멍의 위치에 대응되게 그 양 단부가 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 전달부는 제3 레이어의 일면에 형성되며, 상기 신호 전달부의 양 단부가 상기 제1, 제2 경유구멍의 위치에 대응되게 상기 제3 레이어와 상기 제1, 제2 레이어가 접합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 와이어 본딩으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 범프로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기전도성 물질은 경유구멍, 와이어, 범프, 히트 실, 경성/연성 기판 접합 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 저장하기 위한 기억수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센서부는 복수 개인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센서부는 적어도 2개 이상의 반응전극/분석시약 쌍을 구비하여 서로 다른 종류의 바이오 센싱동작을 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 챔버는 스페이서 또는 커버 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센서부는 습기 제거를 위한 방습 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 아날로그 전기신호를 디지털 전기신호로 변환하는 신호 변환부와, 상기 디지털 전기신호로부터 상기 분석 대상 물질의 측정 결과값을 생성하는 연산부와, 상기 생성된 측정 결과값을 표시하는 출력부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리부는 상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 구비하며, 상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 전기화학적 바이오 센싱장치에 있어서, 분석 대상 물질과 산화환원 반응을 하는 반응 시약과, 상기 반응 시약이 고정되는 반응 챔버와, 상기 산화환원 반응에 대응하는 아날로그 전기신호를 생성하는 복수의 반응 전극을 포함하는 바이오 센서부를 적어도 2개 이상 구비한 서브 레이어; 상기 아날로그 전기신호를 처리하는 신호 처리부를 포함하는 메인 레이어; 및 상기 바이오 센서부에 대응하며, 대응하는 바이오 센서부에서 제공되는 아날로그 전기신호를 상기 신호 처리부로 전달하기 위한 다수의 신호 전달부를 구비하며, 상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치를 제공한다.
또한, 상기 서브 레이어는 서로 다른 종류의 바이오 센싱 동작을 수행할 수 있는 다수의 바이오 센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브 레이어는 동일한 종류의 바이오 센싱 동작을 수행할 수 있는 다수의 바이오 센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센서부는 적어도 2개 이상의 반응전극/분석시약 쌍을 구비하여 서로 다른 종류의 바이오 센싱동작을 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 신호 전달부와 그에 대응하는 바이오 센서부의 반응 전극은 전기전도성 물질에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브 레이어와 상기 메인 레이어는 하나의 절연체층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브 레이어와 상기 메인 레이어는 서로 다른 절연체층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브 레이어와 상기 메인 레이어는 경성/연성 기판 접합으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브 레이어와 상기 메인 레이어는 히트 실로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 상기 서브 레이어에 형성된 제1 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 전달부와 상기 신호 처리부는 상기 메인 레이어에 형성된 제2 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 와이어 본딩으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 범프로 전기적 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기전도성 물질은 경유구멍, 와이어, 범프, 히트 실, 경성/연성 기판 접합 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 챔버는 모세관 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응 챔버는 스페이서 또는 커버 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센서부는 습기 제거를 위한 방습 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 센서부에 대한 식별정보를 저장하기 위한 기억수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 각 바이오 센서부에서 제공하는 각각의 아날로그 전기신호를 디지털 전기신호로 변환하는 신호 변환부와, 상기 디지털 전기신호로부터 상기 분석 대상 물질의 측정 결과값을 생성하는 연산부와, 상기 생성된 측정 결과값을 표시하는 출력부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리부는 상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 구비하며, 상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 측정장치가 커넥터 또는 소켓 등의 연결노드 없이 직접 전기적으로 바이오 센서부와 연결되어 있는 구조(일체로 구현된 구조)이다. 따라서, 바이오센서부와 측정장치 사이를 연결노드로 연결하는 것에 따른 임피던스가 없으므로, 접촉 임피던스에 따른 신호의 왜곡이 없어서 측정 정밀도가 매우 높다.
또한, 종래기술과 같이 바이오센서를 측정장치로 연결하는데 있어 바이오센서에 필요한 센서 삽입 감지, 분석 대상 물질 감지 등의 수단으로서의 전극도 필요없기 때문에, 감지에 대한 오류가 생기지 않는다. 따라서 바이오 센싱 동작을 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있다.
또한, 커넥터 또는 소켓 등의 연결노드가 필요 없기 때문에 바이오 센싱장치의 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 다수개의 바이오 센서부를 구비하고 있기 때문에 하나의 장치로 다양한 종류의 바이오 센싱 동작이 가능하다.
또한, 본 발명의 일체형 바이오 센싱장치는 1회용으로서 쓰고 버릴 수 있어 언제, 어디서나 편리하게 사용할 수 있다[여행 중 사용, 휴대성 보장 등].
도1은 본 발명을 설명하기 위해 도시된 것으로, 바이오센서와 측정장치의 소켓을 나타내는 사시도.
도2는 본 발명을 설명하기 위해 도시된 것으로, 스위치를 사용하는 바이오센서 및 측정장치의 소켓을 나타내는 사시도.
도3은 본 발명을 설명하기 위해 도시된 것으로, 코드 정보를 사용하는 바이오센서와 측정장치의 소켓을 나타내는 사시도.
도4는 도1 및 도2에 도시된 바이오센서와 측정장치의 소켓에 대한 등가 회로도.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도14는 본 발명의 제10 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
도15는 본 발명의 제11 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그리고, 본 발명의 이해를 도모하고자 예시적으로 전기화학 전류법(ampero metry)으로 혈액 내 혈당의 농도를 측정하는 것을 예로 들어 설명하기로 하며, 하기에서 제시하는 본 발명의 기술이 혈당 측정을 비롯해 모든 전기화학적 바이오 센싱 기술분야에 적용될 수 있음을 당업자 수준에서 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도1은 본 발명을 설명하기 위해 도시된 것으로, 바이오센서와 측정장치(미도시)의 소켓을 나타내는 사시도이다. 도1의 <a>는 바이오센서와 소켓(30)이 분리된 상태를 나타내는 것이고, <b>는 바이오센서와 소켓(30)이 결합된 상태를 나타내고 있다. 본 발명의 이해를 도모하고자 바이오센서와 측정장치 간의 연결을 위한 노드[연결노드]의 예시적 용어로서 소켓을 사용하기로 하며, 이 연결노드가 소켓, 커넥터, 단자, 전기 접속 기구, 배선 연결 매개체, 플러그 등과 같이 전기/전자 장치 간의 연결을 위한 모든 수단을 포함하는 것으로 이해하는 것이 바람직하다.
도1을 참조하여 살펴보면, 바이오센서는 반응부(12), 혈액 삽입부(11), 전극(13), 도선(14, 15)을 포함한다. 혈액 삽입부(11)는 혈액을 바이오센서에 도입시키는 공간이다. 반응부(12)는 도입된 혈액과 바이오센서에 있는 시약의 반응이 일어나도록 하는 공간이다. 반응부(12)와 혈액 삽입부(11)가 배치된 영역을 보다 자세히 살펴보면(X 참고), 반응 시약층(21), 반응전극(22), 절연체층(23)[제1 레이어(L1)], 스페이스 형성층(24)[제2 레이어(L2)], 커버 및 밴트 형성층(25)[제3 레이어(L3)]이 각각 배치된다. 반응 시약층(21)은 바이오센서의 예정된 동작을 수행하기 위해 효소 등이 배치되는 층이다. 반응전극(22)은 일반적으로 작동 전극과 기준 전극으로 이루어지며, 각 전극은 각각의 도선(14,15)에 연결된다. 절연체층(23)은 바이오센서가 동작하는데 필요한 배선이 형성되는 곳이다. 커버 및 밴트 형성층(25)은 보호덮개 역할 및 공기 배출구 기능을 한다. 스페이스 형성층(24)은 반응부(12)에 모세관 현상을 위한 예정된 공간을 확보하기 위해 배치되는 기판이다. 여기서 혈액은 대표적인 분석 대상 물질을 나타내는 것으로서 본 발명에서 하나의 예시이다.
전극(13)은 바이오센서가 소켓(30)에 연결되었을 때에 센서 삽입 감지, 분석 대상 물질 감지 등의 기능을 위한 수단이다. 예컨대, 측정장치는 이 전극(13)이 소켓(30)의 핀단자에 접속되면 바이오센서가 연결되었음을 감지하고 이 전극(13)을 통해 분석 대상 물질의 종류가 무엇인지를 감지하게 된다. 반응부(12)에서 반응이 일어나는 것에 대응하여 기준전극과 작동전극에서 전류 흐름이 발생되고 이 전류가 소켓(30)을 통해 측정장치에 전달된다. 측정장치에서는 상기 전류의 값을 토대로 이에 대응되는 시료(목적물질, 예; 혈액의 혈당 등)의 농도 등을 산출한다.
도2는 본 발명을 설명하기 위해 도시된 것으로, 스위치를 사용하는 바이오센서 및 측정장치의 소켓을 나타내는 사시도이다.
도2를 참조하여 살펴보면, 바이오센서는 혈액 삽입부(41), 반응부(42), 도선(43,44)을 포함한다. 또한, 반응부(42)와 혈액 삽입부(41)가 배치된 영역을 보다 자세히 살펴보면(Y 참고), 반응 시약층(21), 반응전극(22), 절연체층(23), 커버 및 밴트 형성층(25), 스페이스 형성층(24)이 각각 배치된다.
도1에 도시된 바이오센서의 전극(14)이 소켓(30)의 단자에 연결되면 측정장치는 바이오센서가 연결되었음을 감지하게 된다. 그러나, 도2에 도시된 바이오센서에는 전극(14)이 구비되어 있지 않고, 측정장치가 소켓(50)에 있는 스위치(51)를 이용하여 바이오센서가 연결되었음을 감지하게 된다.
도3은 본 발명을 설명하기 위해 도시된 것으로, 코드 정보를 사용하는 바이오센서와 측정장치의 소켓을 나타내는 사시도이다.
바이오센서의 특성은 제작 공정의 환경에 민감하게 영향을 받는다. 이를 생산 공정별로 보정하기 위한 방법으로서 일반적으로 코드 정보[생산, 품질, 성능 등의 바이오센서의 특성 정보] 보정 방법을 사용한다. 도3에 도시된 바와 같이 메모리 칩(Memory IC,61) 등의 전자부품 또는 저항, 콘덴서, 인덕터 등의 RLC 수동 및 능동 소자를 이용해 코드 정보를 저장(구성)해 두어 측정장치가 해당 코드 정보를 읽는다. 다른 방식으로는 코드 정보에 대응되는 색깔 또는 바코드를 바이오센서에 형성해 측정장치가 이를 인식하는 광학적 방법, 사용자가 측정장치의 버튼을 이용해 바이오센서의 코드 정보를 직접 입력하는 방법 등이 있다. 즉, 어떤 생산 공정에서 제조되었는지에 대한 코드 정보를 메모리 칩(61)에 저장하고, 소켓(70)에 연결되었을 때, 소켓에 연결된 측정장치가 메모리 칩(61)에 저장된 코드 정보를 인식하는 것이다. 물리적인 코드 정보를 바이오센서가 저장하고 있는 경우에는 접촉패드(63)를 통해 코드 정보가 소켓(70)으로 전달된다.
도3에서는 바이오센서가 절연체층(62) 및 접촉패드(63)를 구비하고, 소켓(70)은 스위치(71)를 구비하고 있는 것으로 도시하였고, 바이오센서의 구동에 필요한 다른 영역은 표시하지 않았다. 만약, 코드 정보를 저장하는 메모리 칩(61)이 없는 경우에는 바이오센서가 어떤 공정에서 제조되었는지를 알 수 있는 코드 정보를 사용자가 직접 측정장치에 입력해야 한다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 바이오센서에 시료(예; 혈액 등)을 떨어뜨렸을 때에 일어나는 전기화학 반응에 대해서 바이오센서는 이를 전기신호로 변환하고, 변환된 전기신호는 바이오센서가 측정장치에 연결되었을 때에 측정장치에 전달되도록 되어 있다. 이를 위해, 바이오센서는 2개 이상의 전극이 형성되어 있는 층, 효소혼합물이 도포되어 있는 층, 모세관 현상을 유도하여 시료를 흡입할 수 있는 스페이스 구조층, 커버 및 밴트층 등이 필요하다. 측정장치는 바이오센서의 삽입을 감지하고, 바이오센서에서 전기화학적인 반응을 일으키도록 전기신호[전압(DC 전압 또는 AC 전압) 또는 전류 등]를 인가하고, 이로부터 발생하는 전기신호[전류 또는 전압 또는 전하 등]를 해석하고, 그 측정 결과값을 저장 및 표시하는 기능 등을 가지고 있다.
바이오센서가 소켓에 삽입된 것을 감지하는 방법은 도1에 도시된 바와 같이, 별도의 전극을 이용하여 측정장치의 소켓에 접촉시켜 연결하거나, 도2에 도시된 바와 같이 스위치를 사용하여 바이오센서가 소켓에 삽입될 때에 스위치가 턴온되도록 하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나, 바이오센서가 소켓에 연결되는 것을 아무리 잘 감지하도록 구성한다고 하더라도, 바이오센서와 소켓 사이의 연결부분에 대한 접촉 임피던스 값이 생길 수 밖에 없다. 도면을 참조해 2 전극 구성의 바이오센서[즉 바이오센서와 측정장치간의 신호전달부가 2개의 도선으로 이루어진 바이오센서]를 예로 들어 설명하였으나, 2 전극은 물론, 3 전극, 그 이상의 전극 구성의 바이오센서와 측정장치간에는 접촉 임피던스 값이 훨씬 더 크게 생길 수 밖에 없음을 당업자 수준에서 이해할 수 있을 것이다.
도4는 도1 내지 도3에 도시된 바이오센서와 측정장치의 소켓에 대한 등가 회로도이다. 여기서, 바이오센서와 측정장치는 별개의 장치로 구성되어 있다.
바이오센서와 측정장치가 소켓 등을 통해 결합되었을 때 바이오센서의 전극과 측정장치간에 발생하는 임피던스 성분을 도4에 등가적으로 표현하였다. 여기서 'W'(working)는 작동전극을 나타내고, 'R'(reference)은 기준전극을 나타낸다. 임피던스(Z11, Z12)는 바이오센서 상에 위치하는 연결 도선에 의해 발생되는 도선 임피던스를 나타낸 것이고, 임피던스(Z21, Z22)는 측정장치의 소켓 핀단자와 바이오센서에 있는 도선간의 접촉으로 발생하는 접촉 임피던스를 나타낸 것이다. 이러한 임피던스는 서로 직렬로 연결되어 측정 정확도에 영향을 미치고, 바이오센서의 감지 불량을 발생시키는 원인이 되기도 한다. 특히, 앞서 언급한 바와 같이 접촉 임피던스(Z21, Z22)는 바이오센서와 측정장치가 분리되어 구성되어 있는 경우에 어쩔 수 없이 생기는 것으로, 이 접촉 임피던스(Z21, Z22)로 인해 바이오센서의 동작상 민감도를 높이는데에 한계가 있다.
따라서 본 발명은 이를 해결하기 위해, 바이오센서부와 측정장치를 하나로 구성한 바이오 센싱장치를 제안한다. 즉 본 발명은 바이오센서부와 측정장치를 하나의 장치로(일체형으로) 구현한 것이다.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도5a는 경유구멍A(132)을 갖는 바이오센서부가 구비된 바이오 센싱장치의 상단 사시도이며, 도5b는 도5a에 도시된 바이오 센싱장치의 하단 사시도이다.
도5a와 도5b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 화면표시부(110), 도선(120), 경유구멍A(132), 경유구멍B(131), 신호처리부(130), 절연체층(140), 반응전극(151), 반응 시약층(160), 스페이스층(170) 및 커버(180)를 포함한다.
본 발명에 있어 절연체층(140)은 절연성 기판 상에 전도성 전극을 형성할 수 있는 어떠한 소재라도 무방하다. 전도성 전극을 절연성 기판 상에 형성하는 것과 관련된 산업적 기술로는 쉐도우 마스크를 사용하는 스퍼터링에 의해 전도성 전극을 형성하는 방식, 전극을 통상의 스퍼터링으로 형성하고 통상의 포토리소그래피 또는 레이저를 이용하여 형성하는 방식, 스크린 프린팅, 무전해 도금법, 전해질 도금법 등을 사용하여 전극을 형성하는 방식 등 다양한 방식을 적용할 수 있다. 예를 들어 인쇄 전자(printing electronics)를 이용해 필름, 유리, 실리콘, 플라스틱, 섬유, 종이 등의 다양한 소재를 기판으로 하여 전도성 잉크, 전도성 페이스트 등으로 패턴을 형성하여 절연체층(140)을 구현할 수 있으며, 산업적으로 널리 사용되고 있는 PCB 등이 절연체층(140)의 대표적이 예시이다. 이러한 절연체층은 본 발명의 다른 모든 실시예에서도 동일하게 적용된다.
상기 반응 전극(151), 반응 시약층(160), 스페이스층(170) 및 커버(180)가 있는 곳이 바이오센서부이다. 바이오센서부는 구비된 물질로 인해 화학반응이 생기는 곳을 말한다. 반응 시약층(160), 스페이스층(170) 및 커버(180)에 의해 반응 챔버가 구현된다. 반응 시약층(160)은 바이오센싱 장치가 예정된 반응동작을 하기 위한 물질이 배치되는 곳이다.
스페이스층(170)은 반응 시약층(160)의 주변을 감싸고 있는 층이다. 커버(180)는 반응 시약층(160)을 덮고 있는 층이다. 스페이스층(170) 및 커버(180)에 의해 형성된 공간은 모세관 현상이 진행될 수 있는 공간이다. 절연체층(140)은 회로가 배치되는 기판이다.
반응전극(151)은 반응 시약층에서 일어나는 화학 반응에 대응하는 전기전 신호를 발생시키기 위한 전극이다. 즉, 반응전극(151)은 반응시약과 분석 대상 물질(예; 혈액의 혈당 등)에 의해 일어난 산화환원 반응에 상응하는 아날로그 전기신호를 생성하는 것이다. 반응전극(151) 중 하나는 작동전극이고, 나머지 하나는 기준전극이 된다. 여기서는 반응전극은 전기화학적 측정에 있어 최소한 2개 전극이 필요해서 이를 표현한 것이며, 3개, 5개, 8개 등 그 개수는 다양하게 될 수 있다.
화면표시부(110)는 바이오 센싱 결과를 표시하기 위한 것이다. 화면표시부(110)는 측정 결과값(예; 혈당값 등)을 사용자에게 알려주기 위한 수단이며, 화면표시부 외에 음성/음향 출력수단(스피커, 부저 등)도 가능하다. 화면표시부(110)는 LCD, 전자종이, LED[주; 측정 결과값을 색깔/밝기 등으로서 표현)도 가능하다.
신호 처리부(130)는 반응 전극(151)에서 발생되어 경유구멍A(132), 도선(120), 경유구멍B(131)를 거쳐 전달받은 아날로그 전기신호를 디지털 전기신호로 변환하는 신호 변환부와, 상기 디지털 전기신호로부터 상기 분석 대상 물질의 측정 결과값을 생성하는 연산부와, 상기 생성된 측정 결과값을 표시하는 출력부를 포함한다. 즉, 신호처리부(130)는 도선(120)을 통해 제공되는 반응 시약층에서의 반응결과에 대한 전기신호를 수신받아 화면표시부에 그에 대응하는 결과값이 표시될 수 있도록 한다. 절연체층(140)은 도선(120)이 형성되는 층이다.
도선(120)은 바이오 센서부와 신호 처리부를 전기적으로 연결, 즉 반응 전극(151)과 신호 처리부(130)간의 인가 전압, 전기화학반응에 따른 아날로그 전기신호(전류 또는 전압 등)를 전달하는 수단이다. 이러한 도선은 본 발명에서 신호 전달부인 것이다.
도 5a 및 5b에 도시된 바이오 센싱장치의 동작 과정을 전기화학 전류법(ampero metry)의 혈당 측정으로 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
신호처리부(130)에서 전압을 인가하면 이 전압은 경유구멍B(131), 도선(120), 경유구명A(132)를 거쳐 반응전극(151)에 인가된다. 반응전극(151)에 전압이 인가됨에 따라, 반응시약과 그 위에 도입된 분석 대상 물질(예; 혈액의 혈당 등)간의 전기화학반응에 따라 아날로그 신호(전류)가 발생된다. 이 전류는 반응전극(151)으로부터 경유구멍A(132), 도선(120), 경유구멍B(131)를 거쳐 신호처리부(130)로 전달된다. 신호처리부(130)는 연산처리를 통해 전류에 해당되는 측정 결과값(예; 분석 대상 물질의 농도인 혈당값 등)을 도출한다. 이 실시예의 특징은 경유구멍(131,132)를 통해 신호 전달 경로를 갖도록 한 것이며, 이에 따라 도선(120)이 절연체층 하측에 배치되는 구성을 가지고 있다.
도5c는 멀티레이어를 구비하는 경우를 나타내는 구조이다.
도5c를 참조하여 살펴보면, 도선(120)을 제2 절연체층(142) 상에 구현하거나, 제1 절연체층(141) 하측에 도선(120)을 구성하고 이를 제2 절연체층(142)가 덮는 구조로 구현할 수도 있다.
도5a 내지 도5c에서는 일반적인 신호처리부의 구성을 변형하지 않기 위해 경유구멍B(131)를 구성했으나, 이는 다양하게 변형이 가능하다. 즉, 도5a 내지 도5c에서는 신호처리부와 경유구멍B(131) 사이에 도선이 배치된 형태로 되어 있으나, 이 도선 없이 신호처리부 핀단자 바로 앞에 경유구멍 만을 구성하거나, 도선 및 경유구멍B(131) 없이 신호처리부의 핀단자를 절연체층의 하측으로 뽑아서 핀단자와 도선이 직접 연결되도록 구성할 수도 있다.
도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다.
도5d에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치(100A)는 화면표시부(110A), 도선(120A), 신호처리부(130A), 절연체층(140A), 반응전극(151A), 반응 시약층(160A), 스페이스층(170A) 및 커버(180A)를 포함한다. 화면표시부(110A)는 바이오 센싱 결과를 표시하기 위한 것이다. 여기서 반응 전극(151A), 반응 시약층(160A), 스페이스층(170A) 및 커버(180A)가 있는 곳이 바이오 센서부이다.
바이오 센서부는 구비된 물질로 인해 화학반응이 생기는 곳을 말한다. 반응 시약층(160A), 스페이스층(170A) 및 커버(180A)에 의해 반응 챔버가 형성되며, 반응 시약층(160A)은 바이오센서가 예정된 반응동작을 하기 위한 물질이 배치되는 곳이다. 스페이스층(170A)은 반응 시약층(160)의 주변을 감싸고 있는 층이다. 커버(180A)는 반응 시약층(160A)을 덮고 있는 층이다. 스페이스층(170A) 및 커버(180A)에 의해 형성된 공간은 모세관 현상이 진행될 수 있는 공간이다. 반응전극(151A)은 반응 시약층에서 일어나는 화학 반응에 대응하는 전기적 신호를 발생시키기 위한 전극이다. 화면표시부(110A)는 LCD 장치 또는 LED 장치를 이용할 수 있으며, 기타 화면을 표시하는 어떤 장치도 가능하다. 특히 최근에 개발되고 있는 전자종이를 이용할 수 있다. 도선(120A)은 반응전극(151A)과 신호처리부(130A)를 전기적으로 연결하기 위한 것이다. 여기서 반응전극(151A)과 도선(120A)이 구분되어 있는데, 바이오 센싱장치의 제조 공정에 따라 반응전극과 도선이 일체로 패턴화되어 형성될 수 있다. 신호처리부(130A)는 도선(120A)을 통해 제공되는 반응 시약층에서의 반응결과에 대한 전기신호를 수신받아 화면표시부에 그에 대응하는 결과값이 표시될 수 있도록 한다. 절연체층(140A)은 도선(120A)이 형성되는 층이다.
도1 내지 도4에서 설명하였듯이, 종래기술에서는 서로 물리적으로 분리된 바이오센서와 측정장치가 소켓 등으로 연결되어야 바이오센서에서 일어난 산화환원 반응에 상응하는 아날로그 전기신호를 측정장치로 전달하여 그 반응상태를 확인할 수 있었다. 이 과정에서 연결부분의 임피던스 값이 분석 대상 물질의 값을 측정하는데 방해요소가 되어 정확도를 떨어뜨렸다.
그러나, 본 발명에 의한 바이오 센싱장치는 하나의 레이어에 바이오 센서부와 이 바이오 센서부에서 반응된 결과를 신호 처리할 수 있는 신호처리부가 있기 때문에, 종래기술과 달리 바이오센서가 측정장치에 물리적 연결되는 소켓 등의 연결노드에 의한 임피던스 성분이 없어지게 된다. 또한, 본발명에서는 도1 내지 도4에 도시된 바이오센서에 필요한 센서 삽입 감지, 분석 대상 물질 감지 등의 수단으로서의 전극이 필요없고, 이러한 전극의 오류로 인한 에러를 완전히 배제할 수 있다. 도4에 도시된 접촉 임피던스(Z21, Z22)가 없기 때문에, 바이오 센서부에서 전기화학반응에 의해 생성되는 신호를 더욱 민감하게 내부적으로 처리할 수 있기 때문에, 바이오 센싱장치는 더욱 정확한 측정이 가능해진다. 이러한 본 발명에 있어 바이오 센서부의 반응 전극과 신호 처리부 간을 신호 전달부[도선]로서 전기적 연결을 한 것인데, 이는 반응 전극과 신호 전달부가 전기전도성 물질을 포함한 것임을 알 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 절연체층(140) 상에 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 저장하기 위한 기억수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 식별정보는 화면표시부(110)를 통해서 표시할 수도 있고 추가로 구비된 표시부를 통해서 할 수도 있다. 여기서 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나로 구성할 수 있다. 예를 들어, 가족 구성원 중에 특정한 바이오 센싱장치는 누구를 위한 것인지 식별하기 쉽도록, 바이오 센싱장치가 식별정보를 저장하고 표시할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 일체형 바이오 센싱장치는 1회용으로서 쓰고 버릴 수 있어 언제, 어디서나 편리하게 사용할 수 있다[여행 중 사용, 휴대성 보장 등].
도6 내지 도12는 본 발명의 바이오 센싱장치에 대한 다양한 실시예를 도시하고 있다. 이하에 설명하는 다양한 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 특징되는 부분만 설명하며, 전술한 바이오 센싱장치의 내부 구성요소를 선택적으로 구비할 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 다양한 실시예에 있는 각 특징은 서로 다양하게 조합되어 바이오 센싱장치를 구성할 수 있다.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 화면표시부(211), 도선(212), 신호처리부(213), 절연체층(214), 반응전극(221, 222), 반응 시약층(223), 스페이스층(224), 및 커버(225)를 포함한다.
본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 제1 레이어(210)와 제2 레이어(220)로 구성되어 있고, 제1 레이어(210)는 도5에 도시된 절연체층 등으로 구현할 수 있고 제2 레이어(220)는 전극을 포함하는 플렉시블(Flexible) 절연체층 등으로 구현할 수 있다. 물론 제1 레이어(210)와 제2 레이어(220)를 동일한 소재의 기판으로 구현할 수도 있다. 바람직한 예시로서 제1 레이어(210)는 PCB 등으로 구현할 수 있고 제2 레이어(220)는 Flexible PCB 등으로 구현할 수 있다. 제1 레이어는 본발명의 측정장치에 해당되는 부분이며, 제2 레이어는 본발명의 바이오센서부에 해당되는 부분이다.
제1 레이어(210)와 제2 레이어(220)는 경성/연성 인쇄 회로 기판 접합 기술(예; 산업적으로 널리 사용되고 있는 R/F(rigid/flexible) PCB 접합 기술 등)을 이용하여 접합(215 참조)하는 것이 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치의 특징이다. 이렇게 2개의 레이어를 이용함으로서, 바이오 센싱 결과의 정확성, 재현성 등에 큰 영향을 미치는 반응 시약이 배치된 레이어를 별도로 제작하고, 나머지 전자 부품으로 구성되는 신호 처리부가 있는 레이어를 접합함으로서 바이오 센싱장치의 제조공정 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 화면표시부(211), 도선(212), 신호처리부(213), 절연체층(214), 반응전극(321, 322), 반응 시약층(323), 스페이스층(324) 및 커버(325)를 포함한다.
본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 제1 레이어(210)와, 제2 레이어(320)를 포함하고, 제1 레이어(210)와, 제2 레이어(320)는 히트 실(Heat Seal,310)을 이용하여 연결하는 것이 특징이다.
도8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치(400)는 화면표시부(430), 도선(420), 신호처리부(440), 절연체층(410), 반응전극(461, 462), 반응 시약층(470), 스페이스층(480) 및 커버(490)를 포함한다.
본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 반응전극(461, 462)이 와이어본딩(450)을 이용하여 도선(420)과 연결되어 있는 것이 특징이다.
도9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 화면표시부(510), 도선(550), 신호처리부(520), 절연체층(530), 반응전극(561, 562), 반응 시약층(570) 및 커버(590)를 포함한다.
본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 전기 전도성 범프(bump, 540)를 이용하여 반응 전극(561,562)과 도선(550)을 연결한 것이 특징이다. 즉, 이러한 전기 전도성 범프(540)를 이용함으로서, 본발명의 제5 실시예에서는 전기 전도성 범프(540)와 반응 전극(561,562) 사이에 모세관 공간이 형성되며, 따라서 별도의 스페이스층과 밴트홀(vent hole)이 필요하지 않는 것이다.
예컨대, 반응 시약층(570)이 전기 전도성 범프(540)와 연결되어 있기 때문에, 별도의 밴트홀이 필요 없다. 또한, 전기 전도성 범프(540)를 다양한 형태로 구성하게 되면, 반응 시약층(570)이 기울어 지게 할 수도 있으며, 그로 인해 시료 도입이 더 잘 될 수 있다. 또한, 전기 전도성 범프(540)에 의해, 순수하게 반응하는 면적만 반응 시약층으로 효율적으로 만들 수 있어, 원가절감 및 수율 향상을 기대할 수 있다.
도9의 하단에는 전기 전도성 범프와 반응 전극 및 반응 시약층이 결합된 것이 도시되어 있다.
도10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 제1 레이어(610), 제2 레이어(620), 제3 레이어(630), 반응전극(661, 662), 반응 시약층(670) 및 커버(690)를 포함한다.
본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 다수의 레이어를 포함하고 있는 것을 특징으로 하며, 각 레이어(610,620,630)는 각각 절연체층으로 사용될 수 있다. 즉, 각 레이어(610,620,630) 중 어느 하나의 레이어에 바이오 센싱장치에 필요한 배선을 형성할 수도 있고, 각 레이어(610,620,630)에 일부분의 배선을 각각 형성할 수도 있다.
또한, 도10에 도시된 바이오 센싱장치는 다수의 레이어를 사용하는 것을 강조하기 위해, 다른 필요한 부품에 대한 표기를 생략하였으나, 전술한 바이오 센싱장치의 동작에 필요한 각 부품을 포함한다.
도11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치(600A)는 제1 레이어(610), 제2 레이어(620), 제3 레이어(630), 반응전극(661, 662), 반응 시약층(670), 스페이스층(680) 및 커버(690)를 포함한다.
본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 다수의 레이어를 포함하고 있는 것이 특징이며, 각 레이어(610,620,630)는 각각 절연체층으로 사용될 수 있다. 즉, 각 레이어(610,620,630) 중 어느 하나의 레이어에 바이오 센싱장치에 필요한 배선을 형성할 수도 있고, 각 레이어(610,620,630)에 일부분의 배선을 각각 형성할 수도 있다. 또한, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 스페이스층(680)을 구비하고 있는 것이 도10에 도시된 바이오 센싱장치와 대비되는 특징이다. 예컨대, 도 10의 바이오 센싱장치는 커버(690)의 구조를 돔과 같이 하여 스페이스층의 기능을 함께 하며, 이는 스페이스층의 구성이 구비되지 않아도 되도록 한 것이다. 이러한 커버의 구조는 본 발명의 다른 모든 실시예에도 적용될 수 있다.
도12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 화면표시부(700), 집적회로(IC; Integrated Circuit)(710), 도선(720), 반응 전극(761,762), 반응 시약층(770), 스페이스층(780) 및 커버(790)를 포함한다.
본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 능동, 수동 소자로 신호 처리부를 포함해 소자 내에 코드 정보 등과 같은 각종 정보까지도 포함될 수 있도록 집적회로(710)를 구성한 것이다. 즉 정보 저장을 위한 별도의 기억수단을 바이오 센싱장치에 추가적으로 구성하지 않고서 신호 처리부에 코드 정보 등을 포함시켜 집적회로(710)로 구현한 것이다. 예시적으로 이러한 집적회로(710)는 통상적으로 SoC(System on Chip)라 불리우는 하나의 IC 칩 등으로 구현할 수 있다. 한편, 이와 같은 본 실시예의 구성은 본 명세서에서 설명하는 다른 모든 실시예에 적용 가능하다. 또한, 도6에 도시된 제2 실시예에 따른 바이오 센싱장치와 같이, 2개의 레이어를 경성/연성 인쇄 회로 기판 접합 기술(예; R/F(rigid/flexible) PCB 접합 기술 등)을 이용하여 접합(730 참조)할 수도 있다.
또한, 본 발명은 바이오 센서부를 다수 구비하여 다양한 종류의 바이오 센싱을 수행할 수 있는 바이오 센싱장치를 도13 내지 도15를 참조하여 제안한다.
도13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 다수의 바이오 센서부를 구비한 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도14는 본 발명의 제10 실시예에 따른 다수의 바이오 센서부를 구비한 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다. 도15는 본 발명의 제11 실시예에 따른 다수의 바이오 센서부를 구비한 바이오 센싱장치를 나타내는 사시도이다.
도13과 도14에 도시된 바와 같이, 바이오 센싱장치가 하나의 화면표시부(예를 들어 도13의 81, 도14의 97)와, 신호처리부에 다수의 바이오 센서부를 구비하게 되면, 하나의 바이오 센싱장치로 다양한 바이오 센싱동작을 수행할 수 있다. 다수의 바이오 센서부(예를 들어 도13의 82, 도14의 91,92,93)는 각각 반응전극과, 바이오 센싱동작을 위한 물질을 구비한다. 또한 다수의 바이오 센서부에는 각각 구비된 전극에서 신호처리부로 전기신호를 전달하기 위한 도선(신호 전달부)이 바이오 센서부의 수에 대응하여 배치되어 있다.
바이오 센싱 동작을 위한 물질은 바이오 센서부에 배치되는 반응 챔버에 구비되며, 반응 챔버는 전술한 다양한 실시예를 다양하게 적용할 수 있다. 특히, 이때 하나의 레이어를 이용할 수도 있고, 제1 레이어(예를 들면 도14의 98)와 다수의 제2 레이어(91,92,93)를 이용할 수도 있다. 하나의 레이어를 이용하는 경우에는 도5, 도8, 도9, 도10, 및 도11에 있는 바이오 센서부의 실시예를 이용할 수 있으며, 제1 레이어와 다수의 제2 레이어를 이용하는 경우에는 도6, 도7 및 도12에 도시된 다수의 바이오 센서부의 실시예를 이용할 수 있다. 여기서 바이오 센서부가 위치한 부분을 서브 레이어라 하고, 신호 처리부가 위치한 부분을 메인 레이어라고 하기로 한다.
또한, 도13처럼 바이오 센싱장치를 구성할 때에는 일측에만 다수의 바이오 센서부를 배치시킬 수도 있고, 도14에 있는 경우처럼 화면표시부를 가운데 배치하고, 바이오 센서부(91,92,93 참조)를 모든 측면에 배치할 수 있다. 또한, 바이오 센싱장치는 그 특성상 바이오 센서부에 화학 반응을 위한 물질이 배치되기 때문에, 각 바이오 센서부를 패키징한 패키지부(도14의 95)가 더 구비되어 방습 기능을 할 수 있도록 한다. 전술한 모든 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 앞서 도14를 참조해 설명한 방습을 위한 패키지를 추가로 구비할 수 있다. 또한, 화면표시부는 LCD 장치, LED 장치 또는 기타 정보를 표시할 수 있는 모든 디스플레이 장치를 이용할 수 있다.
또한, 도15에서처럼, 하나의 바이오 센서부(94)에 적어도 2개 이상의 전극(a,b,c,d 참조)으로 이루어진 각각의 반응전극 및 화학물질 쌍을 구비시켜, 다른 종류의 바이오 센싱동작을 하나의 바이오 센서부에서 수행할 수 있도록 구성할 수도 있다.
지금까지 설명한 다양한 실시예에 포함된 특징을 적어도 하나 또는 다수를 선택하여 결합시킨 바이오 센싱장치를 필요에 따라 구현할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 바이오 센싱장치는 임상적으로 함께 측정되어야 하는 물질, 예를 들면 혈당, 당화혈색소(HbA1c), 헤모글로빈(Hb) 등을 함께 측정할 수 있는 바이오 센싱장치를 구현하는데 적합하게 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 모든 실시예에 따른 바이오 센싱장치를 설명하는데 있어 전원부, 버튼 등과 같은 부가적인 구성요소에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하였다. 예시적으로 본 발명의 바이오 센싱장치는 전원부(예; 배터리, USB 연결 등), 소수의 입력부(예; 키 버튼, 액정 화면 메뉴 등) 등을 구비할 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이오 센싱장치는 측정장치가 전기 커넥터 또는 소켓 등의 연결노드 없이 직접 전기적으로 바이오 센서부와 연결되어 있는 구조이다. 따라서, 바이오센서부와 측정장치 사이를 연결하는 것에 따른 임피던스가 없으므로, 접촉 임피던스에 따른 신호의 왜곡이 없어서 측정 정밀도가 매우 높다.
또한, 종래기술과 같이 바이오센서를 측정장치로 연결하는데 있어 바이오센서에 필요한 센서 삽입 감지, 분석 대상 물질 감지 등의 수단으로서의 전극도 필요없기 때문에, 감지에 대한 오류가 생기지 않는다. 따라서 바이오 센싱 동작을 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있다.
또한, 커넥터 또는 소켓 등의 연결노드가 필요 없기 때문에 바이오 센싱장치의 제조비용이 그만큼 줄어들 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (62)

  1. 전기화학적 바이오 센싱장치에 있어서,
    분석 대상 물질과 산화환원 반응을 하는 반응 시약과, 상기 반응 시약이 고정되는 반응 챔버와, 상기 산화환원 반응이 일어나도록 하여 아날로그 전기신호를 생성하는 복수의 반응 전극을 포함하는 바이오 센서부와,
    상기 아날로그 전기신호를 처리하는 신호 처리부와,
    상기 아날로그 전기신호를 상기 신호 처리부로 전달하는 신호 전달부를 구비하며,
    상기 복수의 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 반응 전극과 상기 신호 전달부는 하나의 절연체층에 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 모세관 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 상기 절연체층에 형성된 제1 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 전달부와 상기 신호 처리부는 상기 절연체층에 형성된 제2 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 신호 전달부는 상기 절연체층의 하면에 형성되어 상기 제1, 제2 경유구멍의 위치에 대응되게 그 양 단부가 배치되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 신호 전달부는 다른 절연체층의 일면에 형성되며, 상기 신호 전달부의 양 단부가 상기 제1, 제2 경유구멍의 위치에 대응되게 상기 다른 절연체층과 상기 절연체층이 접합되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 와이어 본딩으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 범프로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기전도성 물질은 경유구멍, 와이어, 범프, 히트 실, 경성/연성 기판 접합 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 저장하기 위한 기억수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 절연체층은 인쇄회로 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 인쇄회로 기판은 플렉시블 인쇄회로 기판인 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오 센서부는 복수 개인 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오 센서부는 적어도 2개 이상의 반응전극/분석시약 쌍을 구비하여 서로 다른 종류의 바이오 센싱동작을 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 스페이서 또는 커버 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오 센서부는 습기 제거를 위한 방습 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 아날로그 전기신호를 디지털 전기신호로 변환하는 신호 변환부와,
    상기 디지털 전기신호로부터 상기 분석 대상 물질의 측정 결과값을 생성하는 연산부와,
    상기 생성된 측정 결과값을 표시하는 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 구비하며, 상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  22. 전기화학적 바이오 센싱장치에 있어서,
    제1 레이어와 제2 레이어;
    상기 제2 레이어 상에 배치되며, 분석 대상 물질과 산화환원 반응을 하는 반응 시약과, 상기 반응 시약이 고정되는 반응 챔버와, 상기 산화환원 반응에 대응하는 아날로그 전기신호를 생성하는 복수의 반응 전극을 포함하는 바이오 센서부;
    상기 제1 레이어 상에 배치되며, 상기 아날로그 전기신호를 처리하는 신호 처리부; 및
    상기 제1 레이어와 제2 레이어에 걸쳐 배치되며, 상기 아날로그 전기신호를 상기 신호 처리부로 전달하는 신호 전달부를 구비하며,
    상기 복수의 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어는 경성/연성 기판 접합으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어는 히트 실로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 모세관 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 상기 제2 레이어에 형성된 제1 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 신호 전달부와 상기 신호 처리부는 상기 제1 레이어에 형성된 제2 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 신호 전달부는 상기 제1 레이어와 제2 레이어의 하면에 걸쳐 형성되어 상기 제1, 제2 경유구멍의 위치에 대응되게 그 양 단부가 배치되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  30. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 신호 전달부는 제3 레이어의 일면에 형성되며, 상기 신호 전달부의 양 단부가 상기 제1, 제2 경유구멍의 위치에 대응되게 상기 제3 레이어와 상기 제1, 제2 레이어가 접합되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  31. 제 22 항에 있어서,
    상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 와이어 본딩으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  32. 제 22 항에 있어서,
    상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 범프로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  33. 제 22 항에 있어서,
    상기 전기전도성 물질은 경유구멍, 와이어, 범프, 히트 실, 경성/연성 기판 접합 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  34. 제 22 항에 있어서,
    상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 저장하기 위한 기억수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  36. 제 22 항에 있어서,
    상기 바이오 센서부는 복수 개인 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  37. 제 22 항에 있어서,
    상기 바이오 센서부는 적어도 2개 이상의 반응전극/분석시약 쌍을 구비하여 서로 다른 종류의 바이오 센싱동작을 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  38. 제 22 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 스페이서 또는 커버 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  39. 제 22 항에 있어서,
    상기 바이오 센서부는 습기 제거를 위한 방습 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  40. 제 22 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 아날로그 전기신호를 디지털 전기신호로 변환하는 신호 변환부와,
    상기 디지털 전기신호로부터 상기 분석 대상 물질의 측정 결과값을 생성하는 연산부와,
    상기 생성된 측정 결과값을 표시하는 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  41. 제 22 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 구비하며, 상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  42. 전기화학적 바이오 센싱장치에 있어서,
    분석 대상 물질과 산화환원 반응을 하는 반응 시약과, 상기 반응 시약이 고정되는 반응 챔버와, 상기 산화환원 반응에 대응하는 아날로그 전기신호를 생성하는 복수의 반응 전극을 포함하는 바이오 센서부를 적어도 2개 이상 구비한 서브 레이어;
    상기 아날로그 전기신호를 처리하는 신호 처리부를 포함하는 메인 레이어; 및
    상기 바이오 센서부에 대응하며, 대응하는 바이오 센서부에서 제공되는 아날로그 전기신호를 상기 신호 처리부로 전달하기 위한 다수의 신호 전달부를 구비하며,
    상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 전기전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 서브 레이어는 서로 다른 종류의 바이오 센싱 동작을 수행할 수 있는 다수의 바이오 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 서브 레이어는 동일한 종류의 바이오 센싱 동작을 수행할 수 있는 다수의 바이오 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  45. 제 42 항에 있어서,
    상기 바이오 센서부는 적어도 2개 이상의 반응전극/분석시약 쌍을 구비하여 서로 다른 종류의 바이오 센싱동작을 수행할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  46. 제 42 항에 있어서,
    상기 다수의 신호 전달부와 그에 대응하는 바이오 센서부의 반응 전극은 전기전도성 물질에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  47. 제 42 항에 있어서,
    상기 서브 레이어와 상기 메인 레이어는 하나의 절연체층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  48. 제 42 항에 있어서,
    상기 서브 레이어와 상기 메인 레이어는 서로 다른 절연체층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 서브 레이어와 상기 메인 레이어는 경성/연성 기판 접합으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  50. 제 48 항에 있어서,
    상기 서브 레이어와 상기 메인 레이어는 히트 실로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  51. 제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
    상기 반응 전극과 상기 신호 전달부는 상기 서브 레이어에 형성된 제1 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  52. 제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
    상기 신호 전달부와 상기 신호 처리부는 상기 메인 레이어에 형성된 제2 경유구멍을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  53. 제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
    상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 와이어 본딩으로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  54. 제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
    상기 반응 전극은 상기 신호 전달부와 범프로 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  55. 제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
    상기 전기전도성 물질은 경유구멍, 와이어, 범프, 히트 실, 경성/연성 기판 접합 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  56. 제 42 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 모세관 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  57. 제 42 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 스페이서 또는 커버 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  58. 제 42 항에 있어서,
    상기 바이오 센서부는 습기 제거를 위한 방습 패키지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  59. 제 42 항에 있어서,
    상기 바이오 센서부에 대한 식별정보를 저장하기 위한 기억수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  61. 제 42 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 각 바이오 센서부에서 제공하는 각각의 아날로그 전기신호를 디지털 전기신호로 변환하는 신호 변환부와,
    상기 디지털 전기신호로부터 상기 분석 대상 물질의 측정 결과값을 생성하는 연산부와,
    상기 생성된 측정 결과값을 표시하는 출력부를 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
  62. 제 42 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 바이오 센싱장치에 대한 식별정보를 구비하며, 상기 식별정보는 분석 대상 물질의 종류, 측정 조건, 생산정보, 사용자 정보 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센싱장치.
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