KR20160017684A - 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 스마트폰에 염도 또는 당도 측정 기능을 결합하여 사용자가 휴대하면서 염도 또는 당도 측정을 직접 수행할 수 있게 하는데 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 몸체의 일단에는 리드 단자가 구비되고, 상기 일단의 반대인 타단에는 상기 리드 단자에 연결되어 시료에 담겨지거나 접촉되는 전극부가 구비된 바이오 센서 모듈; 및 측정 어플리케이션이 탑재되고, 상기 리드 단자와 연결된 후 상기 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 바이오 센서 모듈로부터 상기 전극부에 의하여 측정된 시료의 다항목 측정 데이터를 전송받아 디스플레이하는 이동 통신 단말을 포함하는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템을 개시한다.

Description

칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템{SYSTEM FOR MEASURING MULTI-ITEM USING CHIP SENSOR AND SMART PHONE}

본 발명의 일 실시예는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템에 관한 것이다.

소금은 음식물의 맛을 내는 가장 중요한 식품이다. 대체로 음식물은 주방일을 맡은 사람이 직접 맛을 보아 관능 검사로서 측정한다.

그러나, 현대에 이르러서는 조리법과 음식 습관이 모두 다양해지고 있으며, 음식물의 조리 기술이 대형화, 공업화되고 있으며, 또는 표준화되는 과정을 맞이하고 있다. 이와 같이 조리기술이 표준화되는 과정에서 필수적으로 요구되는 것이 음식물 특히 국물의 염도를 객관적인 지표로서 나타내는 것이다.

종래의 염도 측정을 위한 기기로서 사용되는 염도계는 염도센서를 통해 흐르는 맥동 전류를 증폭하여 적분 콘덴서에 충전하고, 적분된 콘덴서의 전류를 비교기의 일측 단자에 일정한 시간동안 인가하며, 비교기의 타측 단자에 증폭시킨 온도센서의 검출 전류를 인가하여, 비교기의 출력단에서 온도 보상 염도 전류를 얻고, 비교기 출력을 버퍼를 통해 A/D변환기에서 디지털 값으로 변환하며, 디지털 값을 LCD모듈에 표시하도록 구성한 것이었다.

그러나, 종래의 염도계는 고가이고, 별도로 구비된 측정기이기 때문에 휴대가 불편하여, 가정에서 요리를 하거나 식당, 음식점에서 쉽게 염도 측정이 곤란하다는 문제점이 있었다.

한편, 전기화학적 바이오센서는 현재 의료 및 수질 분석 분야에서 시장성 및 응용성이 크기 때문에 세계적으로 지속적인 연구가 진행 중이며, 우리나라에서도 의료기기 분야 등에서 활발한 연구 및 상용화가 이루어지고 있다.

상기 전기화학적 바이오센서는 기질 특이성을 특징으로 하는 효소 반응을 전기화학적 반응인 전극 반응과 결합시켜 이로부터 효소 반응에 의해 발생되는 전기 신호를 검출함으로써, 측정대상이 되는 화학종을 정량적으로 측정할 수 있다.

상기 전기화학적 바이오센서는 일반적으로 절연성 기판, 전도층, 유전층, 효소 반응층, 스페이서, 커버 등으로 구성된다.

여기서, 바이오센서의 상기 구성요소 중 전도층의 리드단자는 전극 반응에 의해 검출된 전기 신호를 수치화하여 농도 값으로 변환시켜 눈으로 확인할 수 있게 하는 역할을 수행하는 측정장치와 연결됨으로써 전기화학적 바이오센서를 이용한 측정 시스템을 구성한다. 이러한 측정 시스템은 전도층 내의 작업 전극에 고정되는 센서 물질을 항체, 화학적 분자 인지 물질 등으로 교체함으로써, 원하는 화학종의 농도를 측정할 수 있도록 구성되어 사용되기도 한다. 이러한 측정 시스템의 큰 장점으로는 사용의 편의성, 휴대의 용이성, 측정 결과의 정확성 등을 들 수 있다.

또한, 상기 전기화학적 바이오센서는 한 번의 작동으로 시료 내에 포함되어 있는 특정한 하나의 성분의 농도만을 측정할 수 있다는 한계가 있다.

등록특허공보 제10-0752415호 '전기화학적 바이오센서를 이용한 과일 또는 과일 음료의 당도 측정 시스템' 공개특허공보 제10-2013-0115675호 '바이오 센서' 등록특허공보 제10-0555840호 '암모니아 산화 저해제 검출용 바이오센서'

본 발명의 일 실시예는 스마트폰에 시료의 염도, 당도, 미생물균, 칼륨, 대장균, 잔류 염소, 인, 질소 중 적어도 하나의 데이터와, 소변의 성분 데이터와, 침의 성분 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 다항목 데이터 측정 기능을 결합하여 사용자가 휴대하면서 다항목 측정을 직접 수행할 수 있는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템은 몸체의 일단에는 리드 단자가 구비되고, 상기 일단의 반대인 타단에는 상기 리드 단자에 연결되어 시료에 담겨지거나 접촉되는 전극부가 구비된 바이오 센서 모듈; 및 측정 어플리케이션이 탑재되고, 상기 리드 단자와 연결된 후 상기 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 바이오 센서 모듈로부터 상기 전극부에 의하여 측정된 시료의 다항목 측정 데이터를 전송받아 디스플레이하는 이동 통신 단말을 포함할 수 있다.

상기 이동 통신 단말은 상기 리드 단자와 전기적으로 연결되는 경우 상기 바이오 센서 모듈에 전원을 공급하는 제1 전원 공급부; 상기 바이오 센서 모듈에 의하여 측정된 다항목 측정 데이터를 신호처리하는 신호처리부; 상기 신호 처리된 다항목 측정 데이터를 외부로 표시하는 디스플레이부; 상기 다항목 측정 데이터와 측정 어플리케이션을 저장하는 제1 메모리부; 상기 바이오 센서 모듈 이외의 구성 요소에 전원을 공급하는 제2 전원 공급부; 상기 제2 전원공급부의 충전 상태를 감지하고, 감지 결과에 따라 상기 제1 전원공급부 또는 제2 전원공급부의 동작을 선택할 수 있는 전원 제어부; 및 측정 어플리케이션이 탑재되고, 상기 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 각 구성요소의 동작을 제어하는 제1 제어부를 포함할 수 있다.

상기 전원 제어부는 상기 제2 전원 공급부의 충전 전원이 상기 바이오 센서 모듈의 동작 기준 전압보다 작은 경우 상기 제1 전원공급부를 동작시킬 수 있다.

상기 전원 제어부는 상기 제2 전원 공급부의 충전 전원이 상기 바이오 센서 모듈의 동작 기준 전압보다 큰 경우 상기 제2 전원공급부의 동작을 유지시킬 수 있다.

상기 이동 통신 단말은 단자부를 구비하고, 상기 바이오 센서 모듈은 상기 단자부에 리드 단자를 통하여 연결되는 칩 형태의 바이오 센서를 포함할 수 있다.

상기 시료는 음식물, 혈액, 소변, 침액 중 적어도 하나 일 수 있고, 상기 다항목 데이터는 시료의 염도, 당도, 미생물균, 칼륨, 대장균, 잔류 염소, 인, 질소 중 적어도 하나의 데이터와, 소변의 성분 데이터와, 침의 성분 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템은 몸체의 일단에는 통신 모듈이 구비되고, 상기 일단의 반대인 타단에는 시료에 담겨지거나 접촉되는 전극부가 구비된 바이오 센서 모듈; 및 측정 어플리케이션이 탑재되고, 상기 통신 모듈과 WIFI, 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication) 중 어느 하나인 근거리 무선 통신망으로 연결된 후 상기 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 바이오 센서 모듈로부터 상기 전극부에 의하여 측정된 시료의 다항목 데이터를 전송받아 디스플레이하는 이동 통신 단말을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템은 휴대가 간편하여 편리하게 다항목 데이터 측정이 가능하고, 제조단가를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 사용자가 다항목 데이터 측정을 하고자 하는 경우 휴대 가능한 스마트폰의 입력단자에 바이오 센서 모듈의 커넥터 단자를 연결함으로써, 사용자가 휴대하면서 다항목 데이터 측정을 직접 간편하게 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 바이오 센서 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 바이오 센서 모듈의 측부를 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 1의 바이오 센서 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1의 바이오 센서 모듈과 바이오 센서 모듈의 동작을 위한 주변 구성을 나타내는 등가 회로도이다.
도 6은 도 1의 스마트폰의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 바이오 센서 모듈을 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 바이오 센서 모듈의 측부를 나타내는 측면도이고, 도 4는 도 1의 바이오 센서 모듈을 나타내는 사시도이며, 도 5는 도 1의 바이오 센서 모듈과 바이오 센서 모듈의 동작을 위한 주변 구성을 나타내는 등가 회로도이고, 도 6은 도 1의 스마트폰의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템은 바이오 센서 모듈(100) 및 이동 통신 단말(200)을 포함한다. 본 발명은 스마트폰 등과 같은 이동 통신 단말(200)에 시료의 염도, 당도, 미생물균, 칼륨, 대장균, 잔류 염소, 인, 질소 중 적어도 하나의 데이터와, 소변의 성분 데이터와, 침의 성분 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 다항목 데이터 측정 기능을 가지는 바이오 센서 모듈(100)을 결합하여 사용자가 휴대하면서 다항목 측정을 직접 수행할 수 있는 시스템이다.

상기 바이오 센서 모듈(100)은 몸체(101)의 일단에는 커넥터(102)가 구비되고, 일단의 반대인 타단에는 커넥터(102)에 연결되어 시료에 담겨지거나 접촉되는 전극부가 구비된다.

상기 커넥터(102)는 이동 통신 단말(200)의 단자부에 연결되어 바이오 센서 모듈(100)과 이동 통신 단말(200)과 다항목 측정을 위한 데이터 송수신을 가능하게 한다. 상기 커넥터(102)와 이동 통신 단말(200) 간의 인터페이스를 위한 통신 프로토콜은 다양하게 마련 가능하며, 종래의 이동 통신 단말(200)에 적용된 프로토콜을 사용할 수도 있다.

상기 바이오 센서 모듈(100)은 이동 통신 단말(200)의 단자부(미도시)에 커넥터(102)를 통하여 연결되어 시료에 대한 다항목 데이터를 측정하는 바이오 센서 장치이다.

보다 구체적으로 설명하자면, 상기 바이오 센서 모듈(100)은 절연성 기판(10), 리드단자(11), 전극부(18) 및 리드선(12)을 포함한다.

상기 절연성 기판(10)은 비전도성 재질의 고분자 수지를 이용하여 형성되는 베이스(base) 기판이다. 상기 비전도성 재질을 갖는 고분자 수지로는 폴리에스테르(polyester), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스틸렌(polystylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리에틸렌(polyethylene) 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene telephthalate) 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있다.

이러한 절연성 기판(10) 상부에는 그 일측 말단에 측정 장치(미도시)와 접촉하는 3개의 리드단자(11)와, 효소반응층(301, 302)에서 시료 내 당과의 효소반응에 의해 발생된 전기적 신호를 검출하는 전극들(15, 16, 17)로 구성되는 전극부(18)와, 리드단자(11) 및 전극부(18)의 각 전극들을 연결하는 리드선(12)이 인쇄된다. 상기 절연성 기판(10) 상의 리드단자(11) 및 리드선(12)은 백금(Pt), 금(Au) 은(Ag), 은과 염화은(AgCl)의 혼합 반죽(paste) 등을 사용할 수 있으며, 전극부(18)는 전도성 카본 반죽을 사용하여 스크린 인쇄 등과 같은 통상적인 방법으로 형성할 수 있다.

상기 전극부(18)를 구성하는 제1 작업전극(16) 및 제2 작업전극(17)은 전기적 저항과 면적이 동일하다. 또한, 상기 전극부(18)의 기준전극(15)의 장축을 중심으로 좌우 동일한 거리에 제1 작업전극(16) 및 제2 작업전극(17)이 배열되도록 형성된다. 이는 동일한 전기화학적 조건 하에서 기준전극(15)과 인접하는 제1 작업전극(16) 및 제2 작업전극(17) 사이의 전류량을 검출하기 위함이다. 이러한 전극들(15, 16, 17)은 2개의 효소반응층(301, 302)에서 효소반응에 의해 발생되는 전류량을 검출하는 역할을 수행한다.

상기 전극부(18)가 형성되면 리드선(12)을 절연하고, 전극부(18)의 일정 부분만을 노출시키기 위한 동일한 면적의 노출홈(21, 22)을 구비한 절연층(20)이 형성된다. 상기 노출홈(21, 22)은 전극부(18)의 동일한 면적의 일정 부분만을 노출시킴으로써, 전극부(18)에 도입된 효소반응층(301, 302)과 시료와의 효소반응에 의한 산화 전류 발생 시항상 같은 면적으로 반응하도록 하는 기능을 한다. 또한, 상기 노출홈(21, 22)에 의해 동일한 면적의 일정 부분이 노출된 전극부(18)에 효소반응층(301, 302) 도입 시 노출홈(21, 22)의 두께(높이)에 따라 효소반응층의 양을 조절할 수 있다. 이때, 외부로부터 미세 진동을 발생시켜 효소반응층(301, 302)이 노출홈(21, 22)과 동일한 면적으로 항상 일정하게 형성될 수 있도록 할 수 있다. 상기 절연층(20)에 사용되는 절연체로는 비전도성 반죽 또는 절연용 반죽 등이 바람직하며, 스크린 인쇄 등과 같은 통상적인 방법으로 형성할 수 있다.

상기 절연층(20)의 노출홈(21, 22)에 의해 노출된 전극의 상면에는 효소반응층(301, 302)이 형성된다. 상기 효소반응층(301, 302)은 포도당 산화효소(glucose oxidase) 또는 포도당 탈수소효소(glucose dehydrogenase), 과당 탈수소효소(fructose dehydrogenase) 및 자당 인산화효소(sucrose phosphorylase) 중 1 또는 2 이상의 효소를 포함할 수 있으나, 본 발명에서는 효소의 종류를 한정하는 것은 아니고, 다항목 데이터의 측정에 적합한 다양한 효소를 포함할 수 있다. 상기 효소반응층(301, 302)은 효소 외에 전자전달을 매개하는 전자전달매개체를 더 포함한다. 구체적으로, 상기 효소반응층(301, 302)은 전해질 용액 내에 수용성 고분자, 효소, 안정제, 전자전달매개체 등이 일정 비율로 혼합된 용액을 제조하고, 이를 전극부(18)가 노출된 노출홈(21, 22)에 일정량 코팅한 후 건조하여 형성될 수 있다.

상기 전극부(18)에 도입된 효소반응층(301, 302)에서는 시료 내의 순수한 포도당(glucose), 순수한 과당(fructose) 및 자당(sucrose)의 분해에 의해 생성된 포도당 또는 과당과 이들의 산화효소, 탈수소효소, 인산화효소, 전자전달매개체와의 효소반응에 의해 발생되는 전기적 신호 즉, 전류량이 각각 측정되고, 이를 농도 값으로 변환한 후, 변환된 두 측정값을 합산함으로써, 시료 내에 존재하는 모든 당의 농도 즉, 총 당도 값을 정량적으로 산출할 수 있다. 이러한 효소 반응에 관한 내용은 공지의 기술에 해당되므로, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

또한, 상기 절연성 기판(10) 상의 전극부(18)는 1개의 기준전극(15)과, 기준전극(15)의 일 측 동일선상에 제1 작업전극(16) 및 제2 작업전극(17)이 배열되도록 형성될 수도 있다. 이렇게 배열된 전극부(18)의 전극들(15, 16, 17) 상의 효소반응층(301, 302)에서 상술한 효소반응 및 전극반응에 의해 발생되는 전기적 신호, 즉 전류량이 각각 측정되고, 이를 농도 값으로 변환하여 각 효소반응층(301, 302)에 주입된 시료 내에 존재하는 개별 다항목 데이터 값을 정량적으로 산출할 수 있게 된다.

상기 효소반응층(301, 302)은 시료 내에 함유되어 있는 염도, 당도, 미생물균, 칼륨, 대장균, 잔류 염소, 인, 질소 중 어느 하나, 또는 소변의 성분 데이터와 침의 성분 데이터와 특이적으로 반응할 수 있는 효소를 포함하고, 이에 전자전달매개체를 공통으로 포함한다. 상기 전자전달매개체로는 종래에 널리 사용되어온 페로센(ferrocene), 페로센 유도체, 퀴논(quinone), 퀴논 유도체 등과 바람직하게는 헥사아민루테늄(III)클로라이드(hexaammineruthenium(III) chloride), 포타슘페리시아나이드(potassium ferricyanide), 포타슘페로시아나이드(potassium ferrocyanide) 등의 화합물이 사용될 수 있다.

상기 효소는 전자전달매개체, 수용성 고분자, 안정화제 등을 전해질 용액에 일정 비율로 혼합한 혼합용액을 제조하여 전극부가 노출된 2개의 노출홈(21, 22)에 각각 독립적으로 코팅될 수 있다.

상기 효소반응층(301, 302)의 효소 및 전자전달매개체는 시료 주입구(41, 42)로부터 주입되는 당과 반응하게 된다. 즉, 시료 내 당이 산화효소 또는 탈수소효소에 의하여 산화되고, 산화효소 또는 탈수소효소는 환원된다. 이때, 전자전달매개체는 산화효소 또는 탈수소효소를 산화시키고, 자신은 환원된다. 환원된 전자전달매개체는 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화된다. 시료 내의 당도는 전자 수용체가 산화되는 과정에서 발생하는 전류량에 비례하므로, 전류량을 전극부(18)의 전극들(15, 16, 17)과 연결된 리드단자(11)에 접촉되는 측정장치(미도시)를 통해 측정함으로써 시료 중에 포함된 당의 농도를 정량적으로 측정할 수 있게 된다.

상기 스페이서(40)는 시료가 주입되는 2개의 시료 주입구(41, 42)를 구비하며, 효소반응층(301, 302)이 형성된 노출홈(21, 22)의 수직 상방에 위치하도록 절연층(20) 상부에 형성되어 주입되는 시료가 효소반응층(301, 302)과 접촉하는 역할을 한다.

상기 스페이서(40)의 두께는 효소반응층(301, 302)의 두께보다 적어도 같거나 두꺼워야 한다. 이는 시료의 효소반응층(301, 302)에 주입시 시료 주입을 용이하게 하기 위함이다. 즉, 스페이서(40)의 두께가 효소반응층(301, 302)의 두께보다 두꺼운 경우 생기는 여유 공간으로 모세관 현상에 의한 시료 주입이 용이하기 때문이다.

또한, 상기 스페이서(40)는 절연성 기판(10)과 동일한 재질로 제조될 수 있으며, 스페이서(40)와 절연층(20)을 접착하기 위한 접착제로는 시료가 스며드는 것을 방지하기 위해 소수성(Hydrophobic) 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 공기배출층(50)은 효소반응층(301, 302)에 시료를 주입하는 경우 반응층 내부에 존재하고 있는 공기를 효과적으로 배출할 수 있도록 2 개의 공기배출층(50)이 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 공간 및 시료 주입구(41, 42)의 내측 말단의 상부에 일정 공간의 공기배출구(51)가 형성되도록 스페이서(40) 상부에 형성된다.

즉, 상기 공기배출구(51)는 시료와 효소반응층(301, 302)이 존재할 수 없는 구간에 형성되는 것으로, 이를 통해서 공기만 빠져나가게 된다. 이렇게 형성된 공기배출구(51)와 스페이서(40)가 이루는 각도에는 제한이 없으나, 시료주입구(41, 42)의 방향과 수직한 방향으로 형성된다.

상기 스페이서(40)의 시료 주입구(41, 42)에 시료가 흡입되기 시작하면, 효소반응층(301, 302) 주변에 존재하던 공기는 압력에 의해 점점 시료 주입구(41, 42) 말단으로 밀리게 되고, 시료 주입구(41, 42) 말단에 형성된 공기배출구(51)를 통해 시료 주입구(41, 42)의 방향과 수직한 방향으로 공기가 외부로 배출되고 그 결과, 효소반응층(301, 302)으로의 시료흡입 속도가 향상되게 된다.

이러한 공기배출구(51)는 서로 분리되어 형성될 수도 있다. 이 경우 배출되는 공기는 양방향으로 열려있는 공기배출구(51)를 통해서 배출될 수 있다.

본 시스템에 있어서, 스페이서(40)와 공기배출구(51)가 다른 평면에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 공기배출층(50)은 스페이서(40)와 동일 평면상에 형성될 수도 있으나, 이러한 경우에는 효소반응층(301,302) 및 공기배출구(51) 부분의 접촉에 의한 측정오차를 가져올 수 있으며, 신속한 공기배출이 제한적일 수 있다는 문제가 있다.

그러나, 본 발명의 공기배출구(51)와 같이, 스페이서(40)와 공기배출구(51)가 다른 평면상에 형성되면, 측정 후 센서 제거 시 시료가 손에 묻을 염려가 적으며 시료 양이 공기배출구(51)의 크기에 무관하여 시료 양을 효소반응층(301, 302) 크기만큼 줄일 수 있다. 또한, 상기 공기배출구(51)를 효소반응층(301, 302)의 크기에 상관없이 늘릴 수 있기 때문에 효율적인 공기배출이 가능하며, 이에 따라 기체인 공기의 움직임이 액체인 시료의 움직임 보다 월등히 빠르므로 공기배출 속도가 향상된다.

또한, 상기 공기배출층(50)은 절연성 기판(10) 및 스페이서(40)와 동일한 재질로 제조될 수 있으며, 공기배출층(50) 및 스페이서(40)를 접착하기 위한 접착제로는 시료가 스며드는 것을 방지하기 위한 소수성 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 커버(60)는 공기배출구(51) 내부에 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 공기배출층(50) 상부에 형성되며, 그 재질은 절연성 기판(10), 스페이서(40) 및 공기배출층(50)과 동일한 재질로 제조될 수 있다.

또한, 상기 커버(60)와 공기배출층(50)을 접착하기 위한 접착제로는 시료가 스며드는 것을 방지하기 위한 소수성 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 상술한 구조를 갖는 바이오 센서 장치와 결합되어 시료의 당도 측정 결과를 측정하는 바이오 센서 모듈(100)의 구성과 동작을 설명한다.

도 5를 참조하면, 본 시스템에서의 바이오 센서 모듈(100)은 전류-전압 변환기로 사용되는 연산 증폭기(AMP1, AMP2), 스위치(SW1~SW3), A/D 변환기(70), 마이크로 컨트롤러(80) 및 표시부(110)를 포함한다. 즉, 상기 연산 증폭기(AMP1, AMP2), 스위치(SW1~SW3), A/D 변환기(70), 마이크로 컨트롤러(80)는 바이오 센서 모듈(100)의 인쇄회로기판(90)으로 구현되고, 표시부(110)는 바이오 센서 모듈(100)의 케이스 외표면 상에 구현될 수 있다.

상기 연산 증폭기들(AMP1, AMP2) 각각의 비반전 단자(+)에는 직류 전압원이 접속되어 있고 반전단자(-)에는 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)의 일측이 접속되어 있다. 상기 스위치들(SW1, SW3)의 타측은 측정장치(미도시)에 결합되는 바이오 센서의 제1 작업전극(16) 및 제2 작업전극(17)과 연결되는 리드단자(11)에 접속될 수 있다. 상기 연산증폭기들(AMP1, AMP2)은 작업전극(16, 17)에 전원을 공급하며, 전원 공급에 따라 작업전극 각각을 흐르는 전류량을 검출하여 전압 값으로 출력하는 역할을 수행한다.

상기 측정장치(미도시)에 결합되는 바이오 센서의 기준전극(15)은 제2 스위치(SW2)를 통해 접지된다. 상기 스위치들(SW1~SW3)은 후술하는 마이크로 컨트롤러(80)의 제어에 의해 스위칭 온/오프 제어되는 스위치들로서 회로의 전류 경로 단속에 이용된다.

상기 A/D 변환장치(70)는 연산 증폭기들(AMP1, AMP2)로부터 출력되는 아날로그 전압값을 디지털 데이터로 변환한다.

상기 마이크로 컨트롤러(80)는 바이오 센서 모듈(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들면, 상기 마이크로 컨트롤러(80)는 스위치들(SW1~SW3)을 제어하여 제1 및 제2 작업전극(16, 17)에 전원을 공급하여 시료의 전극 도달 여부를 검사하고, 인큐베이션 타임 후 스위치들(SW1~SW3)을 제어하여 제1 및 제2 작업전극(16, 17)에 전원을 재공급하여 검출된 전압값에 대응하는 농도값을 리드하여 평균치를 산출한 후, 산출된 평균치를 각각의 농도값과 비교하여 에러 발생 여부를 표시하거나 평균치를 표시한다. 이를 위한 제어 프로그램 데이터가 저장된 메모리를 마이크로 컨트롤러(80) 내부에 구비한다. 더불어, 상기 메모리에는 제1 및 제2 작업전극(16, 17)으로부터 검출된 전압값에 대응하는 농도값이 맵핑되어 있는 테이블이 함께 저장된다. 상기 메모리는 시료의 다항목 데이터(즉, 당도, 미생물균, 대장균, 혈당, 소변의 성분, 침의 성분 등)를 산출하는 산출 프로그램을 저장하고 있다.

상기 표시부(90)는 마이크로 컨트롤러(80)의 제어에 따라 표시 데이터를 표시한다. 또한, 상기 바이오 센서 모듈(100)은 다수의 키 버튼(도 7의 120)을 구비하는 사용자 인터페이스부를 구비한다.

상기 이동 통신 단말(200)은 측정 어플리케이션이 탑재되고, 바이오 센서 모듈(100)의 커넥터(102)와 연결된 후 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 바이오 센서 모듈(100)로부터 전극부에 의하여 측정된 다항목 데이터를 전송받아 디스플레이한다. 상기 이동 통신 단말(200)은 하부 테두리 영역에 바이오 센서 모듈(100)의 커넥터(102)와 연결되는 단자부(미도시)가 형성된다. 상기 단자부는 데이터 통신 또는 전원 공급을 위하여 커넥터(102)에 대응되는 핀의 수를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 단자부는 8핀, 30핀 등의 다른 핀의 수를 가질 수 있고, 이러한 핀의 수는 제조사마다 다르게 형성되므로, 이동 통신 단말(200)의 종류에 따라 맞춰 설계될 수 있다.

본 발명에서의 다항목 데이터 측정 기능을 구비하는 이동 통신 단말(200)은 도 1에서와 같이 스마트폰이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 어플리케이션의 동작이 가능한, PDC(Personal Digital Cellular)폰, PCS(Personal Communication Service)폰, PHS(Personal Handyphone System)폰, CDMA-2000(1X, 3X)폰, WCDMA(Wideband CDMA)폰, 듀얼 밴드/듀얼 모드(Dual Band/Dual Mode)폰, GSM(Global Standard for Mobile)폰, MBS(Mobile Broadband System)폰, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 핸드폰 등과 같은 통신 기능이 포함될 수 있는 휴대용 기기, PDA(Personal Digital Assistant), 핸드 헬드 PC(Hand-Held PC), 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 와이브로(WiBro) 단말기, MP3 플레이어, MD 플레이어 등과 같은 휴대 단말기, 그리고 국제 로밍(Roaming) 서비스와 확장된 이동 통신 서비스를 제공하는 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000) 단말기 등을 포함하는 모든 종류의 핸드 헬드 기반의 무선 통신 장치를 의미하는 휴대용 전기 전자 장치가 사용될 수 있다.

상기 이동 통신 단말(200)은 제1 전원 공급부(210), 신호처리부(220), 디스플레이부(230), 제1 메모리부(240), 제2 전원 공급부(250), 전원 제어부(260) 및 제1 제어부(270)를 포함한다.

상기 제1 전원 공급부(210)는 커넥터(102)와 전기적으로 연결되는 경우 바이오 센서 모듈(100)에 전원을 공급한다. 상기 바이오 센서 모듈(100)의 경우 다항목 데이터 측정후 전달을 위한 전원 전압을 필요로 하고, 종래의 이동 통신 단말(200)의 전원 출력 스펙과 상이하기 때문에, 본 발명에서는 제1 전원공급부(210)와 같이 바이오 센서 모듈(100)의 전원 공급을 위한 별도의 전원장치(즉, 배터리)를 구비할 수 있다.

상기 신호처리부(220)는 바이오 센서 모듈(100))에 의하여 측정된 다항목 측정 데이터를 신호처리한다. 예를 들면, 상기 신호처리부(220)는 바이오 센서 모듈(100)에 의하여 측정된 염도 데이터를 디스플레이부(230)를 통하여 표시할 수 있도록 디지털 신호 또는 다양한 전기적 신호로 변환한다.

상기 디스플레이부(230)는 신호 처리된 다항목 측정 데이터를 외부로 표시하는 장치로서, 이동 통신 단말(200)에 구비된 디스플레이 모듈을 사용할 수 있다. 일반적으로, 상기 디스플레이부(230)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 등으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 디스플레이부(230)를 이용하여 다항목 측정 데이터를 문자, 숫자, 기호, 그래프로 생성하여 표시하고, 다항목 측정 데이터의 이상 유무에 대한 메시지 또한 디스플레이부(230)를 통해 출력할 수 있다.

상기 제1 메모리부(240)는 다항목 측정 데이터와 측정 어플리케이션을 저장하는 장치로서, 제1 제어부(270)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입력되거나 출력되는 데이터들의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 상기 제1 메모리부(240)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램, 롬 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

상기 제2 전원 공급부(250)는 바이오 센서 모듈(100)이외의 구성 요소(즉, 신호처리부(220), 디스플레이부(230), 제1 메모리부(240), 전원 제어부(260) 및 제1 제어부(270))에 전원을 공급한다. 상기 제2 전원공급부(250)는 바이오 센서 모듈(100)의 커넥터(102)가 이동 통신 단말(200)의 단자에 결합되지 않은 보통의 경우에 종래의 스펙에 따라 전원을 공급하는 장치이다.

상기 전원 제어부(260)는 제2 전원공급부(250)의 충전 상태를 감지하고, 감지 결과에 따라 제1 전원공급부(210) 또는 제2 전원공급부(250)의 동작을 선택할 수 있는 장치이다. 즉, 상기 전원 제어부(260)는 제2 전원공급부(250)의 충전 전원이 바이오 센서 모듈(100)의 동작 기준 전압보다 작은 경우 제1 전원공급부(210)를 동작시킬 수 있다. 상기 전원 제어부(260)는 제2 전원공급부(250)의 충전 전원이 바이오 센서 모듈(100)의 동작 기준 전압보다 큰 경우 제2 전원공급부(250)의 동작을 유지시킬 수 있다. 또한, 상기 전원 제어부(210)는 제1 전원공급부(210)의 전용 배터리가 전력이 다 소모된 경우라면 제2 전원공급부(250)의 배터리로부터 전원을 공급받을 수 있도록 설계할 수도 있다.

상기 제1 제어부(270)는 측정 어플리케이션이 탑재되고, 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 각 구성요소(즉, 제1 전원 공급부(210), 신호처리부(220), 디스플레이부(230), 제1 메모리부(240), 제2 전원 공급부(250), 전원 제어부(260))의 동작을 제어한다.

예를 들어 설명하자면, 상기 제1 제어부(270)는, 바이오 센서 모듈(100)의 전극부로부터 다항목 측정값을 전송받아, 이를 제1 메모리부(240)의 데이터와 비교 분석을 한다. 이때, 상기 제1 메모리부(240)는 제1 제어부(270)에서 요청한 자료를 제1 제어부(270)로 전송한다. 만약, 상기 이동 통신 단말(200)의 디스플레이부(230)에 대한 사용자의 조작에 의하여 동작이 염분 측정 모드로 선택되어 있는 경우, 제1 제어부(270)는 연산을 통해서 염분 측정치를 디스플레이부(230) 출력으로 보낸다. 또한, 상기 사용자의 조작에 의하여 동작이 나트륨 측정 모드로 선택되어 있는 경우, 상기 제1 제어부(270)는 연산을 통해서 나트륨 측정치를 디스플레이부(230) 출력으로 보낸다. 또한, 상기 사용자의 조작에 의하여 동작이 온도 표시 모드로 선택되어 있는 경우, 제1 제어부(270)는 온도값을 디스플레이부(230) 출력으로 보낸다. 그런 다음, 상기 디스플레이부(230)는 제1 제어부(270)로부터 수식 연산 후 보내온 결과치를 제1 메모리부(240)에 저장 또는 갱신한 후, 화면에 표시한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템은 일단에는 통신 모듈(110')이 구비되고, 타단에는 시료에 담겨지거나 접촉되는 전극부가 구비된 바이오 센서 모듈(100')과, 측정 어플리케이션이 탑재되고, 통신 모듈(110')과 근거리 무선 통신망으로 연결된 후 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 바이오 센서 모듈(100')로부터 전극부에 의하여 측정된 다항목 데이터를 전송받아 디스플레이하는 이동 통신 단말(200')을 포함할 수 있다. 이때, 상기 근거리 무선 통신 망은 WIFI, 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication) 중 어느 하나의 통신 방식이 이용될 수 있으나, 본 발명에서는 이를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 바이오 센서 모듈(100')은 다수의 키 버튼(120)을 구비하는 사용자 인터페이스부를 구비한다.

한편, 상기 바이오 센서 모듈(100, 100')의 몸체는 외부 충격 또는 외부 환경에 대한 내충격성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물로 형성될 수 있다. 이러한 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌 함량이 20~50중량%인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함할 수 있다.

상기 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체는 전술한 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%인 것이 바람직한데, 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체가 75중량% 미만이면 강성이 저하되고, 95중량%를 초과하면 내충격성이 저하되며, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 5중량% 미만이면 내충격성이 저하되고, 25중량%를 초과하면 강성이 저하된다.

상기 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체는 에틸렌 0.5~7중량% 및 탄소수가 4~5인 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물의 기계적 강성유지 및 내열성을 향상시키며 내백화성을 유지하는데 효과적인 역할을 한다. 상기 에틸렌 함량은 바람직하게는 0.5~5중량%이며, 더욱 바람직하게는 1~3중량%일 수 있으며, 0.5중량% 미만이면 내백화성이 저하되고, 7중량%를 초과하면 수지의 결정화도 및 강성이 저하된다. 또한, 상기 알파올레핀은 에틸렌 및 프로필렌을 제외한 임의의 알파올레핀을 의미하며, 바람직하게는 부텐이다. 또한, 전술한 알파올레핀은 탄소수가 4 미만이거나 5를 초과하면 랜덤 공중합체의 제조 시, 코모노머와의 반응성이 낮아 공중합체를 제조하는데 어려움이 있다. 또한, 전술한 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 바람직하게는 1~10중량%이고, 더욱 바람직하게는 3~9중량%일 수 있다. 상기 알파올레핀은 1중량% 미만이면, 결정화도가 필요 이상으로 높아져 투명성이 저하되고, 15중량%를 초과하면 결정화도 및 강성이 저하되어 내열성이 현저히 낮아지는 문제점을 가진다.

또한, 상기 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 에틸렌 20~50중량%을 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물에 내충격적 특성을 부여하고 미세 분산이 가능하여 내백화성 및 투명성을 동시에 부여하는 역할을 한다. 이러한 에틸렌 함량은 바람직하게는 20~40중량%일 수 있으며, 20중량% 미만이면 내충격성이 저하되고 50중량%를 초과하면 내충격성 및 내백화성이 저하될 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10: 절연성 기판 11: 리드단자(lead terminal)
12: 리드선(lead 電線) 15: 기준전극
16: 제1 작업전극 17: 제2 작업전극
18: 전극부 20: 절연층
21, 22 : 노출홈 40: 스페이서
41, 42 : 시료 주입구 50: 공기배출층
51: 공기배출구 60: 커버층
70: A/D 변환장치 80: 마이크로 컨트롤러
90: 인쇄회로기판 100, 100': 바이오 센서 모듈
101: 케이스 102: 커넥터
103: 단자홈 110: 표시창
120: 표시부 200, 200': 이동 통신 단말
210: 제1 전원 공급부 220: 신호처리부
230: 디스플레이부 240: 제1 메모리부
250: 제2 전원공급부 260: 전원 제어부
270: 제1 제어부 301, 302: 효소반응층

Claims (7)

1. 몸체의 일단에는 커넥터(102)가 구비되고, 상기 일단의 반대인 타단에는 상기 커넥터(102)에 연결되어 시료에 담겨지거나 접촉되는 전극부(18)가 구비된 바이오 센서 모듈(100); 및
   측정 어플리케이션이 탑재되고, 상기 커넥터(102)와 연결된 후 상기 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 바이오 센서 모듈(100)로부터 상기 전극부(18)에 의하여 측정된 시료의 다항목 측정 데이터를 전송받아 디스플레이하는 이동 통신 단말을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 이동 통신 단말(200)은
   상기 커넥터(102)와 전기적으로 연결되는 경우 상기 바이오 센서 모듈(100)에 전원을 공급하는 제1 전원 공급부(210);
   상기 바이오 센서 모듈(100)에 의하여 측정된 다항목 측정 데이터를 신호처리하는 신호처리부(220);
   상기 신호 처리된 다항목 측정 데이터를 외부로 표시하는 디스플레이부(230);
   상기 다항목 측정 데이터와 측정 어플리케이션을 저장하는 제1 메모리부(240);
   상기 바이오 센서 모듈(100) 이외의 구성 요소에 전원을 공급하는 제2 전원 공급부(250);
   상기 제2 전원공급부(250)의 충전 상태를 감지하고, 감지 결과에 따라 상기 제1 전원공급부(210) 또는 제2 전원공급부(250)의 동작을 선택할 수 있는 전원 제어부(260); 및
   측정 어플리케이션이 탑재되고, 상기 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 각 구성요소의 동작을 제어하는 제1 제어부(270)를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전원 제어부(260)는 상기 제2 전원 공급부(250)의 충전 전원이 상기 바이오 센서 모듈(100)의 동작 기준 전압보다 작은 경우 상기 제1 전원공급부(210)를 동작시키는 것을 특징으로 하는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 전원 제어부(260)는 상기 제2 전원 공급부(250)의 충전 전원이 상기 바이오 센서 모듈(100)의 동작 기준 전압보다 큰 경우 상기 제2 전원공급부(250)의 동작을 유지시키는 것을 특징으로 하는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 이동 통신 단말(200)은 단자부를 구비하고,
   상기 바이오 센서 모듈(100)은 상기 단자부에 커넥터(102)를 통하여 연결되는 칩 형태의 바이오 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 시료는 음식물, 혈액, 소변, 침액 중 적어도 하나 일 수 있고,
   상기 다항목 데이터는 시료의 염도, 당도, 미생물균, 칼륨, 대장균, 잔류 염소, 인, 질소 중 적어도 하나의 데이터와, 소변의 성분 데이터와, 침의 성분 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템.
7. 몸체의 일단에는 통신 모듈이 구비되고, 상기 일단의 반대인 타단에는 시료에 담겨지거나 접촉되는 전극부(18)가 구비된 바이오 센서 모듈(100'); 및
   측정 어플리케이션이 탑재되고, 상기 통신 모듈과 WIFI, 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth), NFC(Near Field Communication) 중 어느 하나인 근거리 무선 통신망으로 연결된 후 상기 측정 어플리케이션의 실행에 의하여 상기 바이오 센서 모듈(100')로부터 상기 전극부(18)에 의하여 측정된 시료의 다항목 데이터를 전송받아 디스플레이하는 이동 통신 단말을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩센서를 이용한 다항목 측정용 스마트폰 측정시스템.

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