KR20160132741A - 바이오 센서용 니들 및 이를 포함하는 바이오 센서 - Google Patents

바이오 센서용 니들 및 이를 포함하는 바이오 센서 Download PDF

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KR20160132741A
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    • A61B5/1405—Devices for taking blood samples
    • A61B5/1411—Devices for taking blood samples by percutaneous method, e.g. by lancet

Abstract

바이오 센서용 니들 및 이를 포함하는 바이오 센서가 개시된다. 개시된 바이오 센서용 니들은 피검체의 내부에 주입되어 피검체로부터 생체신호를 측정하는데 이용된다. 바이오 센서용 니들에 입사된 광은 바이오 센서용 니들과 접하는 피검체의 내부로부터 반사된다. 바이오 센서용 니들은 피검체의 내부에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 신호를 증강하기 위한 금속입자들을 포함한다.

Description

바이오 센서용 니들 및 이를 포함하는 바이오 센서{Needle for biosensor and bio sensor including the same}
생체의 피부에 주입되어 생체 신호를 측정하는 바이오 센서용 니들 및 바이오 센서용 니들을 포함하는 바이오 센서에 관한 것이다.
의학 발달 및 평균 수명의 연장과 함께 건강 관리에 대한 관심이 증가하고 있다. 이와 관련해서, 의료기기에 대한 관심도 높아지고 있다. 이는 병원이나 검사 기관에서 사용되는 다양한 의료기기뿐 아니라, 공공기관 등에 비치되는 중소형 의료기기나, 개인이 소장 또는 휴대할 수 있는 소형 의료기기 및 헬스케어(health care) 장치까지 그 범위가 확대되고 있다.
의료기기 가운데에서도 사용자의 건강상태나 기타 생체정보를 용이하게 취득할 수 있는 진단장비에 대한 연구가 최근에 활발히 이루어지고 있다. 현재 진단장비에서는 보다 사용자에게 부담이 적으면서 정확하게 생체정보를 얻는 것이 요구되고 있다.
피검체의 내부에 침투하여 생체 신호를 측정한다. 피검체의 내부에서 측정되는 생체 신호의 신뢰도를 높인다.
일 측면에 있어서,
길이보다 폭이 작은 구조를 가짐으로써 피검체의 내부에 주입 가능한 투광성 본체;
상기 본체의 적어도 일부에 마련되며, 상기 본체를 통해 입사된 광의 표면 증강 라만 산란 효과를 발생시키는 복수의 금속입자;를 포함하는 바이오 센서용 니들이 개시된다.
상기 복수의 금속입자 중 적어도 하나는 상기 본체의 표면에 배치될 수 있다.
상기 금속 입자들은 금(Au) 입자, 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 본체는 투명한 폴리머 물질을 포함할 수 있다.
상기 투명한 폴리머 물질은 aniline, EDOT(3,4-Ethylenedioxythiophene), pyrrole, N-succinimidyl acrylate, acrylamide, thiophene, aniline-co-pyrrole, Amylopectin, Carboxymethyl cellulose (CMC), dialcohol dimethyl quaterthiophene-co-adipic acid(AMQAA), methylvinylether/maelic anhydride+ethyleneglycol 중 적어도 하나의 모노머를 중합한 것일 수 있다.
상기 바이오 센서용 니들은 상기 본체의 표면 중 적어도 일부에 부착되며, 생분해성 폴리머 물질을 포함하는 생분해층;을 포함할 수 있다.
상기 생분해층은 일단은 상기 본체와 접하고 타단은 뾰족한 형상을 가질 수 있다.
상기 생분해성 폴리머 물질은 polylactic acid, poly(lactic-co-glycolic) acid, poly(caprolactone), polyhydroxyalkanoates, poly(propylene fumarate), polydioxanone, polyglycolide, polyanhydrides, polyacetals, poly(ortho esters), polycarbonates, polyurethanes, polyphosphazenes 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 생분해층이 상기 피검체의 내부에서 분해됨에 따라, 상기 본체의 표면이 상기 피검체의 내부와 접촉할 수 있다.
상기 본체는 상기 니들의 길이방향에 수직한 표면을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 생분해층은 상기 니들의 길이방향에 수직한 표면에 부착될 수 있다.
상기 본체의 폭은 40㎛ 내지 60㎛ 이며, 상기 본체의 길이는 700㎛ 내지 1400㎛일 수 있다.
다른 측면에 있어서,
광원;
피검체의 내부에 주입되어, 상기 광원으로부터 나온 입사광을 상기 피검체의 피부에 전달하는 제1 본체 및 상기 제1 본체의 적어도 일부에 마련되어 상기 피검체의 피부에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호를 증강시키는 복수의 제1 금속입자를 포함하는 메인 니들;
상기 반사광의 스펙트럼을 측정하는 스펙트럼 측정부를 포함하는 바이오 센서가 개시된다.
상기 바이오 센서는, 상기 스펙트럼 측정부에서 측정된 상기 반사광의 스펙트럼으로부터 상기 피검체의 생체 정보를 결정하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
상기 바이오 센서는, 상기 피검체의 내부에 주입 가능한 투광성 제2 본체와, 상기 제2 본체의 표면 중 적어도 일부분에 부착되며, 상기 제2 본체에 입사된 광이 반사되는 기준물질을 포함하는 기준층 및 상기 제2 본체의 적어도 일부분에 마련되어 상기 제2 본체에 입사된 광의 표면 증강 라만 산란 효과를 발생시키는 복수의 제2 금속입자를 포함하는 보조 니들;을 더 포함할 수 있다.
상기 보조 니들은, 상기 기준층의 표면 중 적어도 일부에 부착되며, 생분해성 폴리머 물질을 포함하는 제2 생분해층을 포함할 수 있다.
상기 스펙트럼 측정부는 상기 기준층에서 반사된 반사광의 라만 스펙트럼을 분석할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 기준층에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호로부터 상기 피검체의 내부에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호를 규격화(normalize)할 수 있다.
상기 기준층은 Polyacrylic acid (PAA), Rhodamine 6G, 4-Aminobenzoic acid, 4-Mercaptobenzoic acid, Pyridine, Polyvinyl acetate, Polyamide, Polyethylene 및 Polytiophene 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 본체는 상기 보조 니들의 길이방향에 수직한 표면을 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 기준층은 상기 보조 니들의 길이방향에 수직한 표면에 부착될 수 있다.
상기 광원으로부터 나오는 상기 입사광은 700㎛ 내지 1400㎛의 파장을 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 니들을 피검체의 내부에 주입하고 니들에 입사되는 광을 이용하여 피부의 스펙트럼 신호를 얻어낼 수 있다. 이를 통해, 피검체의 표면에서 생체 신호를 얻어낼 때 보다 생체 신호의 신뢰도를 높일 수 있다. 또한, 니들에 금속입자들을 포함시켜 니들을 소형으로 제작하더라도 강한 스펙트럼 신호를 얻어낼 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 2는 바이오 센서용 니들이 피검체의 내부에 주입된 모습을 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에서 나타낸 바이오 센서용 니들에서 생분해층이 분해된 후의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들의 단면을 나타낸 단면도이다.도 6은 도 5에서 나타낸 바이오 센서용 니들이 피검체의 내부에 주입된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6에서 나타낸 바이오 센서용 니들의 생분해층이 분해된 후의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 광학 신호 측정 니들의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 10은 도 9에서 나타낸 바이오 센서용 니들이 피검체의 내부에 주입된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 11은 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들이 피검체의 내부에 주입된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 12는 도 1에서 나타낸 바이오 센서용 니들의 형상을 나타낸 사시도이다.
도 13은 도 1에서 나타낸 바이오 센서용 니들이 가질 수 있는 다른 형상의 예를 타나낸 사시도이다.
도 14는 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 도 1에서 나타낸 바이오 센서용 니들이 피검체의 피부에 주입된 상태들을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서를 나타낸 도면이다. 도 16의 실시예를 설명함에 있어서, 도 15와 중복되는 내용은 생략하기로 한다.
도 17은 도 16에서 나타낸 바이오 센서용 니들과 보조 니들의 단면을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 18 및 도 19는 보조 니들의 다른 실시예들을 나타낸 단면도이다.
도 20 내지 도 22는 보조 니들의 다른 실시예들을 나타낸 단면도이다.
도 23 및 도 24는 바이오 센서가 복수의 바이오 센서용 니들과 복수의 보조 니들을 포함할 때, 바이오 센서용 니들과 보조 니들의 배열모습을 나타낸 단면도이다.
이하, 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서 및 생체 신호 측정방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들(100)의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들(100)은 피검체의 내부에 주입 가능한 투광성 본체(110)와 복수의 금속입자(130)를 포함할 수 있다. 복수의 금속입자(130)는 본체(110)의 적어도 일부에 마련될 수 있다. 또한, 바이오 센서용 니들(100)은 본체(110)의 표면 중 적어도 일부에 부착되며, 생분해성 폴리머 물질을 포함하는 생분해층(120)를 포함할 수 있다. 생분해층(120)은 일단은 본체(110)와 접하고 타단은 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 따라서, 생분해층(120)은 피검체의 내부에 주입되기 용이할 수 있다. 또한, 본체(110)의 폭(W)은 길이(h1)보다 작을 수 있다. 따라서 본체(110)는 생분해층(120)과 함께 피검체의 내부에 용이하게 주입될 수 있다.
전술한 피검체는 조사대상이 되는 생체를 의미하는 것으로서, 예를 들어, 사람 또는 동물일 수 있다. 그리고, 피검체의 내부는 피검체의 생체 조직 내부를 의미하는 것으로써, 예를 들어 피검체의 피부 내부를 의미할 수 있다. 또한, 피검체가 인체인 경우 바이오 센서용 니들(100)은 피검체의 피부조직 가운데 표피(epidermis), 진피(dermis), 피하조직(subcutaneous layer) 중 어느 하나까지 주입될 수 있다. 바이오 센서용 니들(100)이 피검체에 주입되는 위치는 측정하고자 하는 타겟 물질에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 피검체가 인체인 경우, 바이오 센서용 니들(100)은 복부 또는 팔 뒷부분에 주입될 수 있다. 이는 예시적인 것에 불과할 뿐, 바이오 센서용 니들(100)이 주입되는 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
도 2는 바이오 센서용 니들(100)이 피검체의 내부에 주입된 모습을 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 피부에 주입될 수 있다. 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)에 주입되는 깊이는 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 바이오 센서용 니들(100)은 피검체(10)의 진피(14)영역까지 주입될 수 있다. 피검체(10)의 진피(14)는 세포간액(Interstitial fluid, ISF) 및 모세혈관을 포함하므로, 진피(14)에서는 피검체(10)의 생체정보와 관련된 신호를 얻을 수 있다. 또한, 인체의 경우, 진피(14)까지는 통증을 느끼지 않기 때문에, 바이오 센서용 니들(100)이 진피(14)까지 주입되더라도 피검체(10)에게 부담이 되지 않을 수 있다. 진피(14)에서 생체신호를 측정하고자 하는 경우, 바이오 센서용 니들(100)의 길이(h)는 대략 700㎛ 내지 1400㎛ 정도일 수 있다. 바이오 센서용 니들(100)에서 본체(110)의 길이(h1)와 생분해층(120)의 길이(h2)도 생체신호를 측정하고자 하는 위치에 따라 다양하게 변할 수 있다. 다만, 진피(14)에서 생체신호를 측정하고자 하는 경우, 생분해층(120)의 길이(h2)는 진피(14)의 두께보다 작을 수 있다. 또한, 본체(110)의 길이(h1)는 적어도 표피(12)의 두께보다는 클 수 있다. 따라서, 본체(110)의 길이(h1)는 대략 70㎛ 내지 1400㎛ 정도일 수 있다. 또한, 생분해층(120)의 길이(h2)는 1330㎛ 보다 작을 수 있다. 또한, 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 피부에 용이하게 주입되도록, 본체(110)의 폭(W)은 대략 50㎛ 내외일 수 있다.
피검체(10)에서 진피(14)가 분포하는 깊이 범위는 피검체(10)의 영역 별로 다를 수 있다. 예를 들어, 인체의 복부에서 표피(12)의 두께는 대략 79.4㎛ ± 33.9㎛ 정도이며, 진피(14)의 두께는 대략 1248.4㎛ ± 262.5㎛ 정도일 수 있다. 또한, 인체의 팔 뒤편에서는 표피(12)의 두께는 대략 83.5㎛ ± 36.2㎛ 정도이며, 진피(14)의 두께는 1030.4㎛ ± 327.8㎛ 정도일 수 있다. 따라서, 본체(110)는 피검체(10)의 피부표면으로부터 대략 70㎛ 내지 1300㎛ 정도 깊이까지 주입될 수 있다. 또한, 본체(110)를 진피(14)까지 주입하고자 하는 경우, 본체(110)가 주입되는 깊이는 본체(110)가 주입되는 위치에 따라 달라질 수 있다.
전술한 설명에서는 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 진피(14) 영역까지 주입되는 것을 예시적으로 설명하였다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 바이오 센서용 니들(100)은 표피(12)까지만, 주입될 수도 있다. 이 경우, 바이오 센서용 니들(100)의 길이(h)는 대략 70㎛ 내외일 수 있다. 또한, 바이오 센서용 니들(100)은 피검체(10)의 피하조직(16) 안으로도 주입될 수 있다. 이 경우, 바이오 센서용 니들(100)의 길이(h)는 1400㎛보다 더 클 수도 있다.
도 2에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)에서 생분해층(120)은 피검체(10)의 내부에서 분해될 수 있다. 이를 위해 생분해층(120)은 피검체(10)의 내부에서 분해될 수 있는 생분해성 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 상기 생분해성 폴리머 물질은 polylactic acid, poly(lactic-co-glycolic) acid, poly(caprolactone), polyhydroxyalkanoates, poly(propylene fumarate), polydioxanone, polyglycolide, polyanhydrides, polyacetals, poly(ortho esters), polycarbonates, polyurethanes, polyphosphazenes 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 생분해성 폴리머 물질들은 후술하는 세포간액 또는 혈액에 포함된 물질과 다른 라만 변이 값을 가지는 물질일 수 있다. 따라서, 생분해성 폴리머 물질이 세포간액 또는 혈액에 분해되어 섞이더라도 세포간액 또는 혈액에 포함된 물질들이 나타나는 스펙트럼 신호가 영향을 받지 않을 수 있다. 다만, 상기 생분해성 폴리머 물질들은 예시적인 것에 불과할 뿐 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3은 도 2에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)에서 생분해층(120)이 분해된 후의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 생분해성 폴리머 물질을 포함하는 생분해층(120)이 피검체(10)의 피부 안에서 분해될 수 있다. 생분해층(120)이 분해되고 나면, 본체(110)가 피검체(10)의 피부와 접촉할 수 있다. 그리고, 본체(110)의 입사면(S1)을 통해 광이 입사될 수 있다. 입사광(L1)은 본체(110)를 통해 피검체(10)의 피부에 전달될 수 있다. 본체(110)는 입사광(L1)과 반사광을 통과시키도록 투명한 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 상기 투명한 폴리머 물질의 예로는 aniline, EDOT(3,4-Ethylenedioxythiophene), pyrrole, N-succinimidyl acrylate, acrylamide, thiophene, aniline-co-pyrrole, Amylopectin, Carboxymethyl cellulose (CMC), dialcohol dimethyl quaterthiophene-co-adipic acid(AMQAA), methylvinylether/maelic anhydride+ethyleneglycol 등 모너머를 중합한 것이 포함될 수 있다. 하지만 상기 물질들은 예시적인 것에 불과하며, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본체(110)는 속이 빈 형상을 가질 수도 있다.
본체(110)에 입사된 입사광(L1)은 피검체(10)의 피부에서 반사될 수 있다. 피검체(10)의 피부에서 반사된 반사광의 스펙트럼은 상기 입사광(L1)의 스펙트럼과 달라질 수 있다. 이 때, 반사광의 스펙트럼은 피검체(10)의 피부에 포함된 물질의 종류 및 양에 의존할 수 있다. 따라서, 반사광의 스펙트럼을 알아내면, 피검체(10)의 피부에 존재하는 물질분포를 알 수 있다. 그리고 피검체(10)의 피부에 존재하는 물질분포로부터 피검체(10)의 건강상태, 질병 보유 여부, 약물복용 여부 등과 같은 정보를 추출해 낼 수도 있다.
도 3에서는 본체(110)가 피검체(10)의 진피(14)와 접촉하는 경우를 나타냈다. 도 3을 참조하면, 본체(110)는 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)과 수직한 표면(S2; 이하 수직면)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 표면(S2)는 피검체(10)의 진피(14)와 접촉할 수 있다. 일반적으로 라만 스펙트럼 신호는, 광의 반사면과 광의 입사방향이 수직한 상태에서 신호의 세기가 가장 강해질 수 있다. 왜냐하면, 광의 입사방향과 반사면이 서로 비스듬할 경우, 산란에 의한 신호손실이 있을 수 있기 때문이다. 따라서, 도 3에서와 같이 본체(110)가 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)과 수직한 표면(S2; 이하 수직면)을 가지면, 수직면(S2)과 접촉하는 피부에서 반사되는 스펙트럼 신호가 강해질 수 있다. 본체(110)는 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)에 비스듬한 옆면(S3)을 포함할 수도 있다. 그리고, 본체(110)의 옆면(S3)도 피검체(10)의 피부와 접촉하기 때문에 본체(110)의 옆면(S3)과 접촉하는 피부에서 반사되는 반사광으로부터도 스펙트럼 신호를 얻을 수 있다.
본체(10)에서 진피(14)와 접촉하는 표면(S2, S3)으로부터 반사되는 반사광의 스펙트럼은 피검체의 진피(14)에 포함된 세포간액 또는 모세혈관의 혈액에 포함된 물질분포에 의존할 수 있다. 표피(12)와 달리, 진피(14)에는 세포간액과 모세혈관이 분포하기 때문에, 진피(14)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼에서 추출된 생체정보는 표피(12)에서 반사된 반사광의 스펙트럼에서 추출된 생체정보보다 신뢰도가 높을 수 있다. 또한, 본체(110)가 입사광(L1)과 반사광(L2)의 광도파로 역할을 하기 때문에, 피부표면의 산란 또는 피부 내의 간섭물질에 의한 노이즈 효과를 줄일 수 있다. 즉, 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들(100)로부터 얻은 생체 신호는 다른 스펙트럼 분석방식에서 얻은 생체 신호보다 신뢰도가 높을 수 있다.
본체(110)에 마련된 금속입자들(130)은 상기 복수의 금속입자들(130)은 피검체(10)의 피부에서 반사되는 반사광의 라만 스펙트럼 신호를 증강시켜줄 수 있다. 이를 표면 증강 라만 산란(Surface enhanced raman scattering; SERS) 효과라 한다. 금속입자들(130)에 의해 표면 증강 라만 산란 효과가 발생하면, 피검체(10)의 피부에서 반사되는 반사광의 라만 스펙트럼 신호 강도가 증강될 수 있다. 그리고, 증강된 라만 스펙트럼 신호로부터 스펙트럼 분석이 용이해질 수 있다.
상술한 표면 증강 라만 산란 효과가 발생하도록, 복수의 금속입자(130)는 본체(110)에서 피검체(10)의 피부와 접촉하는 표면 중 적어도 일부에 마련될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서는 본체(110)의 표면에 복수의 금속입자(130)가 균일하게 마련된 예를 나타냈지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 금속입자(130)들의 분포밀도는 본체(110)의 표면 별로 달라질 수 있다. 또한, 진피(14)영역에서의 라만 스펙트럼 신호만 선택적으로 증폭되도록, 본체(110)에서 진피(14)와 접촉하는 표면에만 금속입자들(130)이 마련될 수도 있다.
또한, 금속입자들(130)의 크기와 배열간격(d) 또한 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 금속입자들(130)의 직경은 수 나노미터 내지 수 마이크로미터 내외일 수 있다. 또한, 금속입자들(130) 사이의 간격(d)은 150nm보다 작을 수 있다. 금속입자들(130) 사이의 간격(d)을 작게하면 상대적으로 라만 스펙트럼 신호가 더 크게 증강될 수 있다. 상기 수치들은 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 제한되는 것은 아니다. 금속입자들(130)은 금(Au) 입자, 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속들은 예시적인 것에 불과하며 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
금속입자들(130)이 라만 스펙트럼 신호를 증강시켜주기 때문에, 본체(110)의 폭(W)을 수십 마이크로미터 정도로 작게 하더라도 반사광으로부터 강한 라만 스펙트럼 신호를 얻어낼 수 있다. 또한, 본체(110)의 크기를 작게함에 따라 본체(110)를 포함하는 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)에 주입된 상태에서, 피검체(10)가 느끼는 고통을 최소화 시킬 수 있다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들(100)의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4의 실시예를 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 3과 중복되는 내용은 생략하기로 한다. 도 4를 참조하면, 생분해층(120)이 본체(110)의 옆면(S3)중 적어도 일부분까지 확장될 수 있다. 따라서, 본체(110)가 피검체(10)의 피부에 주입되는 동안 본체(110)의 표면에 마련된 금속입자들(130)이 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 도 4에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 피부 속에 주입되면, 생분해성 폴리머 물질을 포함하는 생분해층(120)은 분해될 수 있다. 생분해층(120)이 분해되고 나면, 도 4에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)은 도 3에서 나타낸 바와 같이 피검체(10)의 피부와 접촉할 수 있다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들(100)의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 바이오 센서용 니들(100)의 본체(110)는 기둥 형상을 가질 수 있다. 본체(110)는 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)에 수직한 표면(S2; 이하 수직면)을 포함할 수 있다. 금속입자들(130)은 본체(110)의 수직면(S2)에 마련될 수 있다. 또한, 본체(110)의 옆면(S3)은 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)에 평행할 수 있다. 도 4에서 나타낸 본체(110)는 도 3에서 나타낸 본체(110)에 비해 구조가 단순하기 때문에 제작이 용이할 수 있다. 또한, 본체(110)의 수직면(S2)과 접촉하는 피검체(10)의 피부에서 반사되는 반사광으로부터 스펙트럼 신호를 얻을 수 있다. 이 경우, 수직면(S2)과 입사광이 서로 실질적으로 수직할 수 있다. 따라서, 반사광의 라만 스펙트럼 신호가 상대적으로 강할 수 있다.
생분해층(120)은 일단은 수직면(S2)과 접하고 타단은 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 따라서, 생분해층(120)은 피검체(10)의 피부에 용이하게 주입될 수 있다. 그리고, 본체(110)는 생분해층(120)와 부착되어 있으므로, 뾰족한 말단을 가지지 않더라도 생분해층(120)와 함께 피검체(10)의 피부 속에 주입될 수 있다. 또한 생분해층(120)이 본체(110)에서 금속입자들(130)이 배치된 수직면(S2)을 커버하고 있기 때문에, 본체(110)가 피검체(10)의 내부로 주입되는 동안, 금속입자들(130)이 본체(110)의 표면(S2)을 이탈하지 않을 수 있다.
도 6은 도 5에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 내부에 주입된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 피부에 주입된 상태에서, 본체(110)에서 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)과 수직한 표면(S2; 이하 수직면)이 진피(14) 영역에 있을 수 있다. 그리고, 본체(110)에 입사되는 입사광은 진피(14)에서 반사될 수 있다. 또한, 생분해층(120)의 말단 포인트(P1)가 진피(14) 영역에 있을 수 있다. 생분해층(120)의 말단 포인트(P1)가 진피(14)아래 피하조직(16)까지 침투하게 되면 피검체(10)가 고통을 느낄 수 있다. 따라서, 생분해층(120)의 말단 포인트(P1)와 본체(110)의 수직면(S2) 모두 진피(14) 영역에 있도록 할 때, 피검체(10)에게 부담이 안되면서 정확한 생체 신호 데이터를 얻을 수 있다. 하지만, 실시예가 도 6에서 나타낸 바에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 생분해층(120)의 말단 포인트(P1)는 피검체(10)의 피하조직(16) 안으로도 침투할 수도 있다. 또한, 본체(110)의 수직면(S2) 또한 피하조직(16) 안에 위치할 수 있다.
진피(14) 영역에서 생체신호를 측정하는 경우, 생분해층(120)의 길이(h2)는 진피(14)의 두께(d1)보다 작을 수 있다. 또한, 본체(110)의 길이(h1)은 표피의 두께(d1)보다 클 수 있다. 예를 들어, 본체(110)의 길이(h1)는 대략 70㎛ 내지 1400㎛ 정도일 수 있다. 또한, 생분해층(120)의 길이(h2)는 1330㎛ 보다 작을 수 있다. 하지만 위의 조건은 예시적인 것에 불과할 뿐 이에 제한되는 것은 아니다. 생분해층(120)와 본체(110)의 크기는 생체신호를 측정하는 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 7은 도 6에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)의 생분해층(120)이 분해된 후의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 생분해성 폴리머 물질을 포함하는 생분해층(120)이 피검체(10)의 피부 안에서 분해될 수 있다. 생분해층(120)이 피부 속에서 분해되면, 본체(110)가 피검체(10)의 진피(14)와 접촉할 수 있다. 그리고, 본체(110)의 수직면(S2)이 피검체(10)의 진피(14)와 접촉할 수 있다. 본체(110)의 하면(S1)에 입사광이 입사되면, 하면(S1)과 접촉한 진피(14) 영역에서 입사광이 반사될 수 있다. 반사광의 스펙트럼은 진피(14)에 분포하는 세포간액 또는 혈액에 포함된 물질의 종류 및 양에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 반사광의 스펙트럼을 분석함으로써, 진피(14)에 분포하는 세포간액 또는 혈액의 물질분포를 파악할 수 있다. 그리고 상기 세포간액 또는 혈액의 물질분포로부터 피검체(10)의 혈당, 콜레스테롤, 체지방 양 등과 같은 생체정보를 얻을 수 있다. 또한, 상기 세포간액 또는 혈액의 물질분포로부터 피검체(10)가 가지고 있는 질병 또는 피검체(10)의 약물 복용여부 등을 진단할 수도 있다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 광학 신호 측정 니들(100)의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본체(110)가 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 즉, 본체(110)는 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)에 수직한 표면을 포함하지 않을 수 있다. 본체(110)는 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)에 비스듬한 표면(S3)을 포함할 수 있다. 그리고, 금속입자들(130)은 본체(110)의 옆면(S3)에 마련될 수 있다. 생분해층(120)은 본체(110)의 표면(S3)에 코팅되어 있을 수 있다. 따라서, 본체(110)가 피검체(10)의 피부에 주입되는 동안, 피부와의 마찰에 의해 금속입자들(130)이 본체(110)의 표면(S3)으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
생분해층(120)은 피검체(10)의 내부에서 분해될 수 있다. 생분해층(120)이 분해되고 나면, 본체(110)에서 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)에 비스듬한 표면(S3)이 피검체(10)의 피부와 접촉할 수 있다. 본체(110)에 입사되는 입사광은 상기 표면(S3)과 접촉하는 피부에서 반사될 수 있다. 본체(110)의 표면(S3)에 마련된 금속입자들(130)은 본체(110)의 표면(S3)과 접촉하는 피부에서 반사되는 반사광의 라만 스펙트럼 신호를 증강시켜줄 수 있다.
도 1 내지 도 8에서 나타낸 실시예에서는, 바이오 센서용 니들(100)이 생분해층(120)을 포함하는 경우를 예시적으로 나타냈다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 바이오 센서용 니들(100)은 생분해층(120)을 포함하지 않을 수도 있다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들(100)의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 9를 참조하면, 바이오 센서용 니들(100)은 뾰족한 모양의 본체(110)를 포함할 수 있다. 본체(110)는 피검체(10)의 내부로 주입이 용이하도록 폭(W)이 길이(h)보다 작은 구조를 가질 수 있다. 예시적으로, 본체(110)의 폭(W)은 대략 40㎛ 내지 60㎛ 일 수 있으며, 길이는 700㎛ 내지 1400㎛ 일 수 있다. 다만 상기 수치들은 예시적인 것에 불과하며 이에 제한되는 것은 아니다. 본체(110)의 크기는 생체신호를 측정하는 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 생체신호를 피검체(10)의 피하조직(16) 내부에서 측정하는 경우, 본체(110)의 길이는 1500㎛ 보다 더 클 수도 있다. 또한, 본체(110)의 폭도 60㎛ 보다 더 클 수도 있다.
도 10은 도 9에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 내부에 주입된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 10을 참조하면, 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 내부에 주입되면서, 본체(110)의 표면(S3)이 피검체(10)의 피부와 접촉할 수 있다. 도 10에서는 본체(110)가 피검체(10)의 표피(14)까지 주입되는 것을 예시적으로 나타냈다. 하지만, 이는 예시적인 것에 불과하며 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본체(110)는 피검체(10)의 피하조직(16)까지 주입될 수도 있다. 도 10에서 나타낸 실시예의 경우, 본체(110)의 표면(S3)은 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)에 비스듬할 수 있다. 본체(110)의 표면(S3)과 접촉하는 피검체의 피부에서 본체(110)에 입사된 입사광이 반사될 수 있다. 본체(110)의 표면(S3)에 마련된 금속입자들은 본체(110)의 표면(S3)과 접촉하는 피검체의 피부에서 반사되는 반사광의 라만 스펙트럼 신호를 증강시켜줄 수 있다.
도 11은 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 내부에 주입된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 11을 참조하면, 바이오 센서용 니들(100)은 본체(110)와 본체(110)의 적어도 일부에 마련된 복수의 금속 입자(130)를 포함할 수 있다. 도 11에서 나타낸 실시예에 의하면, 본체(110)는 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)과 수직한 표면(S2; 이하 수직면)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 도 11에서 나타낸 바와 같이 니들 본체(110)의 단면을 구성하면, 입사광(L1)의 입사방향과 피부와 접촉하는 본체(110)의 수직면(S2)이 수직에 가까워질 수 있다.
일반적으로 라만 스펙트럼 신호는, 광의 반사면과 광의 입사방향이 수직한 상태에서 신호의 세기가 가장 강해질 수 있다. 따라서, 도 10에서와 같이 입사광(L1)의 입사방향이 반사면에 대해 비스듬한 경우 상대적으로 반사광의 라만 스펙트럼 신호가 약할 수 있다. 이를 보완하기 위해, 도 11에서 나타낸 본체(110)는 바이오 센서용 니들(100)의 길이방향(y축)과 수직한 표면(S2; 이하 수직면)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.또한, 바이오 센서용 니들(100)이 피부에 침투하는 것이 용이하도록 본체(110)는 수직면(S2)들이 계단형으로 연결된 구조를 가질 수 있다. 도 3에서와 같이 니들 본체(110)를 구성하면, 입사광(L1)과 입사광(L1)이 피부에서 반사되는 반사면이 서로 수직하게 되어 라만 스펙트럼 신호의 세기가 보다 강해질 수 있다. 또한, 수직면(S2)들이 계단형으로 연결되어 있으므로, 니들 본체(110)를 피부에 주입하는 것이 용이해질 수 있다.
도 1 내지 도 11에서는 단면도를 통해 실시예에 따른 바이오 센서용 니들(100)을 설명하였다. 아래에서는 바이오 센서용 니들(100)의 사시도를 참조하여 바이오 센서용 니들(100)을 설명한다.
도 12는 도 1에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)의 형상을 나타낸 사시도이다.
도 12를 참조하면, 바이오 센서용 니들(100)은 콘(cone) 형상을 가질 수 있다. 본체(110)는 수직면(S2)의 넓이가 입사면(S1)의 넓이보다 작은 원 기둥 형상을 가질 수 있다. 그리고, 금속입자들(130)은 본체(110)의 수직면(S2)과 옆면(S3)에 마련되어 있을 수 있다. 금속입자들(130)은 반드시 본체(110)의 표면뿐만 아니라 본체(110)의 내부에도 마련되어 있을 수 있다. 생분해층(120)은 생분해성 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 생분해층(120)은 콘 형상을 가질 수 있으며, 본체(110)의 수직면(S2)에 부착되어 있을 수 있다. 도 11에서는 본체(110)가 원 기둥 형상을 가지는 경우를 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 13은 도 1에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)이 가질 수 있는 다른 형상의 예를 타나낸 사시도이다.
도 13을 참조하면, 바이오 센서용 니들(100)은 다각뿔(polypyramid) 형상을 가질 수 있다. 도 13에서는 다각뿔의 밑면이 육각형인 경우를 예시적으로 나타냈다. 하지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며, 다각뿔의 밑면은 임의의 다각형 모양을 가질 수 있다. 도 13에서 본체(110)는 다각기둥 형상을 가질 수 있다. 본체(110)의 입사면(S1) 및 수직면(S2)은 다각형 모양을 가질 수 있다. 또한, 생분해층(120)은 다각뿔 형상을 가질 수 있다. 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 피부에 주입되면 생분해층(120)은 분해될 수 있다. 생분해층(120)이 분해되면, 본체(110)의 수직면(S2) 및 옆면(S3) 중 적어도 일부가 피검체(10)의 피부와 접촉할 수 있다. 금속입자들(130)은 본체(110)의 표면에 마련될 수 있다. 금속입자들(130)은 본체(110)의 표면 뿐만 아니라 본체(110)의 내부에도 마련될 수 있다.
도 12 및 도 13에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)의 형상은 예시적인 것에 불과하며, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 바이오 센서용 니들(100)은 도 12 및 도 13에서 나타낸 형상 외에도 말단이 뾰족한 다른 형상을 가질 수 있다. 또한, 도 12 및 도 13에서는 바이오 센서용 니들(100)의 단면이 도 1에서 나타낸 모양을 가지는 경우를 예시적으로 도시하였다. 하지만, 도 12 및 도 13에서 나타낸 생체 신호 니들(100)의 형상은 단면이 다른 모양을 가질 수 있도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 생분해층(120)은 본체(110)의 수직면(S2) 뿐만 아니라 옆면(S3) 또한 커버할 수 있다. 또한, 바이오 센서용 니들(100)에 생분해층(120)이 포함되지 않고, 본체(110)가 말단이 뾰족한 형상을 가질 수도 있다.
이상에서는 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서용 니들(100)에 관하여 설명하였다. 이하에서는 전술한 바이오 센서용 니들(100)을 포함하는 바이오 센서에 관하여 설명한다.
도 14는 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서(200)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 바이오 센서(200)는 바이오 센서용 니들(100)을 포함할 수 있다. 도 13에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)에는 도 1내지 도 13을 참조하여 설명한 실시예들이 모두 적용될 수 있다. 바이오 센서(200)는 광원(210)을 포함할 수 있다. 광원(210)에서 나오는 광은 바이오 센서용 니들(100)에 입사될 수 있다. 광원(210)에서 나오는 광의 파장은 700㎛ 내지 1400㎛ 일 수 있다. 즉, 광은 적색광 또는 근적외선(Near Infrared; NIR) 영역의 파장을 가질 수 있다. 광원(210)이 전술한 바와 같이 적색광 또는 근적외선 영역의 파장을 가지는 광을 입사하면 피검체(10)의 피부로부터 보다 효율적으로 라만 스펙트럼 신호를 얻을 수 있다. 생체의 세포간액 또는 혈액에 포함된 물질들의 분자구조가 상기 파장 범위의 광을 잘 흡수하여 산란시킬 수 있기 때문이다. 다만, 전술한 파장 범위는 예시적인 것에 불과하며, 타겟 물질의 종류에 따라 광원(210)은 다른 파장을 가지는 광을 방출할 수도 있다.
실시예에 따른 바이오 센서(200)는 스펙트럼 측정부(230)를 포함할 수 있다.
바이오 센서(200)는, 바이오 센서용 니들(100)을 거쳐 피검체(10)의 피부에서 반사된 광의 스펙트럼을 측정하는 스펙트럼 측정부(230)를 포함할 수 있다. 그리고, 바이오 센서(200)는 스펙트럼 측정부(230)에서 측정된 반사광의 스펙트럼 신호를 처리하여, 피검체(10)의 생체 정보를 결정하는 프로세서(240)를 포함할 수 있다. 여기서, 피검체(10)의 생체 정보는 피검체(10)의 내부에 포함된 물질분포와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 또한, 피검체(10)의 생체 정보는 피검체(10)의 피부에 포함된 물질분포로부터 알 수 있는 피검체(10)의 건강상태, 대사상태 등에 관한 정보를 포함할 수 있다.
스펙트럼 측정부(230)는 반사광의 파장별 강도 분포를 출력해낼 수 있다. 예시적으로 스팩트럼 측정부(230)는 반사광을 파장 별로 분광하는 분광기(232)와 분광기(232) 및 분광기(232)에서 분광된 광의 파장별 강도를 측정하는 센서(236)를 포함할 수 있다. 분광기(232)는 예시적으로 그레이팅(grating)구조를 가질 수 있다. 그레이팅 구조를 가지는 분광기(232)에 반사광이 입사되면, 반사광이 파장에 따라 다른 경로로 진행될 수 있다. 전술한 분광기(232)의 구성은 예시적인 것에 불과하며, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 스펙트럼 측정부(230)는 도 13에서 나타낸 것과 다른 방법으로도 구현될 수 있다. 예시적으로 스펙트럼 측정부(230)는 복수의 수광센서를 포함하고 각 수광센서에 소정의 파장에 대응하는 광 필터가 마련되어 있을 수도 있다. 그 밖에도 스펙트럼 측정부(230)는 반사광의 파장에 따른 강도 분포를 측정할 수 있는 다른 구성으로 구현될 수도 있다.
프로세서(240)는 스펙트럼 측정부(230)에서 측정된 반사광의 스펙트럼으로부터 피검체(10)의 피부에 포함된 물질의 종류 및 양에 대한 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(240)는 반사광의 스펙트럼과 입사광의 스펙트럼을 비교하여 피검체(10)의 피부에서 일어난 라만 변이(Raman shift) 값을 알아낼 수 있다. 그리고, 프로세서(240)는 상기 라만 변이 값으로부터 피검체(10)의 내부에 포함된 물질의 종류에 대한 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 피검체(10)의 세포간액 또는 혈액에는 글루코오즈(Glucose), 요소(Urea), 세라미드(keratin), 각질(keratin), 콜라겐(collagen) 등이 포함되어 있을 수 있다. 예시적으로 글루코오즈는 대략 436.4 cm-1, 1065 cm-1, 1126.4 cm-1, 525.7 cm-1 의 파수만큼 라만변이(Raman shift) 값을 가질 수 있다. 또한, 콜라겐은 대략 855 cm-1, 936 cm-1 의 라만변이 값을 가질 수 있다. 또한, 요소는 대략 1000 cm-1의 라만변이 값을 가질 수 있다.
프로세서(240)는 입사광의 파장으로부터 각 물질에 대응하는 라만변이만큼 파장이 변이된 지점에서 스펙트럼 피크의 강도로부터 각 물질의 분포량을 알 수 있다. 예를 들어, 입사광의 파수로부터 436.4 cm-1, 1065 cm-1, 1126.4 cm-1, 525.7 cm-1 의 파수만큼 파장이 변이된 지점에서 스펙트럼 피크의 강도가 클수록 글루코오즈의 분포량이 클 수 있다. 또한, 입사광의 파수로부터 855 cm-1, 936 cm-1 의 파수만큼 파장이 변이된 지점에서 스펙트럼 피크의 강도가 클수록 콜라겐의 분포량이 클 수 있다. 프로세서(240)는 스펙트럼 피크의 강도로부터 물질의 양을 정량적으로 결정하기 위해, 스펙트럼 피크의 값과 물질의 양 사이의 상관관계에 대한 룩업 테이블(lookup table)을 저장할 수 있다. 프로세서(240)는 피검체(10)의 피부 속에 있는 물질 분포량으로부터 피검체(10)의 건강상태를 진단할 수 있다.
또한, 프로세서(240)는 피검체(10)의 피부 속에 유해물질이 포함되었는지 여부에 대한 정보를 출력할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(240)는 반사광의 스펙트럼으로부터 피검체(10)의 피부 속에 트리코파이톤 멘타그로피테스, 트리코피톤 루브럼과 같은 무좀 세균 또는 기저세포암, 편평세포암, 흑색종과 같은 피부암 세포가 포함되어 있는지를 알아낼 수 있다. 또한, 프로세서(240)는 반사광의 스펙트럼으로부터 모르핀, 코카인, 필로폰 등과 같은 약물이 피검체(10)의 피부 속에 포함되어 있는지를 알아낼 수 있다. 상기 피부암 세포, 세균 또는 약물들은 전술한 콜라겐, 글루코오즈, 요소 등과 같은 정상적인 대사물질과 다른 라만변이 값을 가질 수 있다. 따라서, 프로세서(240)는 반사광의 스펙트럼에서 스펙트럼 피크가 나타나는 지점을 관찰함으로써 피검체(10)의 약물중독 여부 또는 질병인자 보유 여부에 대한 정보를 결정할 수 있다.
도 14에서는 바이오 센서(200)가 하나의 바이오 센서용 니들(100)을 포함하는 경우를 나타냈다. 하지만, 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 바이오 센서(200)는 복수개의 바이오 센서용 니들(100)을 포함할 수 있다. 그 경우, 광원(210)은 복수개의 바이오 센서용 니들(100)에 광을 입사시킬 수 있다. 또한, 슬릿(224)의 슬릿 구멍도 더 크게 조절될 수 있다.
도 14에서와 같이 바이오 센서(200)가 바이오 센서용 니들(100)만 이용하여 반사광의 스펙트럼 신호를 측정하는 경우, 피검체(10)의 생체 정보 외에 다른 외부적인 요인이 개입될 수 있다. 예를 들어, 광원(210)에서 방출되는 광의 강도가 일정하지 않은 경우, 피검체(10)의 생체 정보의 변화가 없음에도 피검체(10)의 피부에서 반사되는 반사광의 강도가 바뀔 수 있다. 또한, 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 피부에 주입된 깊이 방향 등의 변화에 의해서도 반사광의 스펙트럼 신호가 바뀔 수 있다.
도 15는 도 1에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100)이 피검체(10)의 피부에 주입된 상태들을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 15의 (a)에서는 바이오 센서용 니들(100)의 본체(110)가 피검체(10)의 피부에 대해 반듯하게 서 있을 수 있다. 이 경우, 입사광(L1)과 본체(110)의 수직면(S2)이 서로 수직할 수 있다. 반면, 도 15의 (b)에서는 본체(110)가 피검체(10)의 피부에서 비스듬하게 기울어져 있을 수 있다. 도 15의 (b)에서는 도 15의 (a)와 비교하여 본체(110)와 피검체(10)의 피부가 접촉하는 면적이 달라질 수 있다. 뿐만 아니라, 도 15의 (b)에서는 입사광(L1)의 입사방향과 본체(110)의 수직면(S2)이 서로 수직하지 않을 수 있다. 또한, 도 15의 (b)에서는 도 15의 (a)와 비교하여 본체(110)의 옆면(S3)과 입사광(L1)의 입사방향 사이의 각도도 달라질 수 있다. 전술한 본체(110)에 대한 입사광(L1)의 입사각의 변동 및 본체(110)와 피검체(10)의 피부 사이 접촉면적 변화 등에 의해 반사광의 스펙트럼 신호가 변화될 수 있다. 따라서, 생체 신호 측정의 신뢰도를 높이기 위해서는 전술한 요인들에 의한 반사광의 스펙트럼 신호 변동을 보정해줄 필요가 있다.
도 16은 다른 예시적인 실시예에 따른 바이오 센서(200)를 나타낸 도면이다. 도 16의 실시예를 설명함에 있어서, 도 15와 중복되는 내용은 생략하기로 한다.
도 16을 참조하면, 바이오 센서(200)는 바이오 센서용 니들(100a)과 보조 니들(100b)을 포함할 수 있다. 바이오 센서용 니들(100a)과 보조 니들(100b)은 피검체(10)의 피부에 함께 주입될 수 있다. 광원(210)에서 방출되는 광은 바이오 센서용 니들(100a)과 보조 니들(100b)에 입사될 수 있다. 그리고, 스펙트럼 측정부(230)는 바이오 센서용 니들(100a)로부터 나오는 반사광의 스펙트럼과 보조 니들(100b)로부터 나오는 반사광의 스펙트럼을 한꺼번에 측정할 수도 있고, 따로 측정할 수도 있다. 즉, 도 15에서는 하나의 스펙트럼 측정부(230)가 마련되어 바이오 센서용 니들(100a)으로부터 나온 반사광과 보조 니들(100b)으로부터 나온 반사광의 스펙트럼을 한꺼번에 측정하는 예를 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 바이오 센서용 니들(100a)로부터 나오는 반사광과 보조 니들(100b)로부터 나오는 반사광의 스펙트럼을 따로 분석하기 위해 스펙트럼 측정부(130)가 복수개 마련될 수도 있다.
도 17은 도 16에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100a)과 보조 니들(100b)의 단면을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 바이오 센서용 니들(100a)은 제1 본체(110a)와 제1 금속입자들(130a) 및 제1 생분해층(120a)를 포함할 수 있다. 하지만, 도 16에서 나타낸 바이오 센서용 니들(100a)은 예시적인 것에 불과할 뿐 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 바이오 센서용 니들(100a)에는 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한 실시예들이 모두 적용될 수 있다.
보조 니들(100b)은 제2 본체(110b)와 제2 본체(110b)의 표면 중 적어도 일부분에 부착되는 기준층(140)를 포함할 수 있다. 또한, 보조 니들(100b)는 제2 본체(110b)의 적어도 일부분에 마련되는 복수의 제2 금속입자(130b)를 포함할 수 있다. 제2 본체(110b)에는 도 15에서 나타낸 광원(210)으로부터 조사된 광이 입사될 수 있다. 바이오 센서용 니들(100a)과 달리 보조 니들(100b)의 본체(110b)에 입사된 광은 기준층(140)에서 반사될 수 있다. 즉, 보조 니들(100b)에 입사되는 입사광은 피검체(10)의 피부에서 반사되지 않고 기준층(140)에서 반사될 수 있다. 따라서, 보조 니들(100b)로부터 나오는 반사광의 스펙트럼은 피검체(10)의 생체 정보에 의존하지 않고 기준층(140)에 의존할 수 있다. 기준층(140)의 라만 스펙트럼은 이미 알려진 것일 수 있다. 따라서, 스펙트럼 신호 측정 시 기준층(140)의 라만 스펙트럼 신호를 쉽게 구분할 수 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이 기준층(140)의 라만 스펙트럼 신호 강도로부터 피검체(10)의 피부에서 반사되는 반사광의 라만 스펙트럼 신호를 보정할 수 있다.
기준층(140)는 예시적으로, Polyacrylic acid (PAA), Rhodamine 6G, 4-Aminobenzoic acid, 4-Mercaptobenzoic acid, Pyridine, Polyvinyl acetate, Polyamide, Polyethylene 및 Polytiophene와 같은 물질들을 포함할 수 있다. 전술한 물질들은 모두 표면 증강 라만 산란 효과가 우수한 물질들이다. 따라서, 기준층(140)가 전술한 물질들을 포함하면, 기준층(140)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼을 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 상기 물질들은 일반적으로 생체의 피부에 포함되지 않을 수 있다. 따라서, 기준층(140)는 피검체(10)의 피부와 다른 라만 변이 값을 가질 수 있다. 따라서, 스펙트럼 측정부(230)가 보조 니들(100b)에서 나온 반사광 바이오 센서용 니들(100a)에서 나온 반사광의 스펙트럼을 한꺼번에 측정하더라도 보조 니들(100b)에서 나온 반사광의 스펙트럼 피크를 용이하게 구별해낼 수 있다. 다만, 기준층(140)에 포함될 수 있는 물질로 제시된 것들은 예시적인 것에 불과하며 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 금속입자들(130b)은 제2 본체(110b)와 기준층(140)의 접촉면에 마련될 수 있다. 제2 금속입자들은 금(Au) 입자, 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 위의 물질들은 예시적인 것에 불과할 뿐 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 금속입자들(130b)은 기준층(140)에서 반사되는 광의 스펙트럼 신호를 증강시켜줄 수 있다.
다시 도 16을 참조하면, 바이오 센서(200)의 스펙트럼 측정부(230)는 바이오 센서용 니들(100a)로부터 나온 반사광의 스펙트럼과 보조 니들(100b)로부터 나온 반사광의 스펙트럼을 측정할 수 있다. 바이오 센서(200)의 프로세서(240)는 기준 신호측정 니들(100b)로부터 나온 반사광의 스펙트럼 신호로부터 바이오 센서용 니들(100a)로부터 나온 반사광의 스펙트럼 신호를 규격화(normalize)할 수 있다. 즉, 프로세서(240)는 기준층(140)에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호로부터 피검체(10)의 피부에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호를 규격화할 수 있다.
전술한 바와 같이, 기준층(140)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼은 피검체(10)에 의존하지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고 광원(210)으로부터 나오는 광의 세기, 보조 니들(100b)이 주입된 깊이 또는 주입된 각도의 변화와 같은 노이즈 발생요인에 의해 기준층(140)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 강도가 달라질 수 있다. 따라서, 기준층(140)에서 반사된 반사광의 스펙트럼 변화를 보면, 전술한 노이즈 발생요인들이 개입되는지 여부를 알 수 있다. 또한, 프로세서(240)가 기준층(140)에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호로부터 피검체(10)의 피부에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호를 규격화하면, 규격화된 신호로부터 피검체(10)의 생체정보를 신뢰도 높게 얻어낼 수 있다.
예시적으로, 프로세서(240)는 피검체(10)의 피부에서 반사된 반사광의 스펙트럼 피크(peak) 값을 아래 수학식에 의해 규격화 할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, A는 피검체(10)의 피부에서 반사된 반사광의 스펙트럼 피크(peak) 값을 의미하며, B는 기준층(140)에서 반사된 반사광의 스펙트럼 피크 값을 의미한다. 또한, 피검체(10)의 피부에서 반사된 반사광의 스펙트럼 피크(peak)의 규격화된 값을 의미한다. 수학식 1에서와 같이 규격화 작업이 이루어지면, 전술한 노이즈 발생요인에 의해 A 값이 변하더라도 그 변화가 B 값의 변화에 의해 상충될 수 있다.
예를 들어, 광원(210)의 광 조사 강도가 약해져서 A값이 변하더라도 B 또한 거의 같은 비율로 작아지기 때문에 규격화된 A’ 값은 전술한 노이즈 발생요인에 의해서 변하지 않을 수 있다. 다른 예로, 바이오 센서용 니들(100a)에 가해지는 압력이 달라져서 A 값이 변하더라도, 근접해 있는 보조 니들(100b)에 가해지는 압력도 함께 변하여 B 값 또한 같이 변할 수 있다. 따라서, A 값의 변화가 B값의 변화에 의해 상충되어 규격화된 A’ 값은 피검체(10)의 전술한 노이즈 발생요인에 의해서 변하지 않을 수 있다. 다른 예로, 바이오 센서용 니들(100a)이 피검체(10)의 피부에 주입되는 각도가 변할 수 있다. 이때, 바이오 센서용 니들(100a)과 보조 니들(100b)이 패키지로 묶여 있으면, 보조 니들(100b)이 피검체(10)의 피부에 주입되는 각도도 함께 변할 수 있다. 따라서, A 값의 변화가 B값의 변화에 의해 상충되어 규격화된 A’ 값은 피검체(10)의 전술한 노이즈 발생요인에 의해서 변하지 않을 수 있다.
수학식 1은 예시적인 것에 불과하며, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 노이즈 요인에 의해 A값이 변화했을 때, 동일한 요인에 의한 B 값의 변화로부터 A 값의 변화를 상충시키는 다른 방법에 의해 규격화 작업이 이루어질 수도 있다. 신호 처리부(139)가 피검체(10)의 피부로부터 반사된 반사광의 스펙트럼 신호를 규격화하면 프로세서(240)는 규격화된 스펙트럼 신호로부터 피검체(10)의 생체정보를 출력할 수 있다. 출력되는 피검체(10)의 생체정보는 피검체(10)의 피부에 포함된 물질분포에 대한 정보가 포함할 수 있다. 또한, 피검체(10)의 생체정보는 피검체(10)의 피부에 포함된 물질분포로서 유추할 수 있는 피검체(10)의 건강상태, 질병 보유 여부, 약물 복용 여부 등에 대한 정보를 더 포함할 수도 있다.
이상 도 16 및 도 17을 참조하여 바이오 센서(200)가 보조 니들(100b)을 이용하여 측정되는 생체 신호를 규격화 하는 실시예에 대하여 설명하였다. 도 17에서는 제2 본체(110b)의 단면이 사다리꼴 모양을 가지고, 기준층(140)의 단면이 삼각형 모양을 가지는 예를 나타냈다. 도 17과 같이, 보조 니들(100b)을 제작하면, 제2 본체(110b)의 수직면(S2)이 입사광의 입사방향에 대해 실질적으로 수직할 수 있다. 따라서, 제2 본체(110b)의 수직면(S2)에 부착된 기준층(140)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 신호가 상대적으로 강해질 수 있다. 도 17에서 나타낸 단면도는 예시적인 것에 불과하며, 보조 니들(100b)의 단면은 다양하게 변경될 수 있다.
도 18 및 도 19는 보조 니들(100b)의 다른 실시예들을 나타낸 단면도이다.
도 18을 참조하면, 제2 본체(110b)의 단면은 사각형 모양을 가질 수 있다. 또한, 기준층(140)의 단면을 삼각형 모양일 수 있다. 기준층(140)는 말단이 뾰족한 모양을 가지기 때문에 피검체(10)의 피부에 용이하게 주입될 수 있다. 또한 제2 본체(110b) 수직면(S2)이 입사광의 입사방향과 수직할 수 있다. 또한, 제2 본체(110b)의 적어도 일부분에 제2 금속입자들(130b)이 마련되어 기준층(140)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 신호를 증강시켜줄 수 있다. 물론 제2 금속입자들(130b)은 제2 본체(110b)의 내부 또는 다른 표면에도 마련될 수 있다.
도 19를 참조하면, 제2 본체(110b)의 단면은 사다리꼴 모양을 가질 수 있다. 또한, 기준층(140)는 제2 본체(110b)의 수직면(S2) 뿐만 아니라 옆면(S3) 중 적어도 일부도 커버할 수 있다. 그리고, 금속입자들(130)은 제2 본체(110b)의 수직면(S2) 및 옆면(S3)에 마련될 수 있다. 물론 제2 금속입자들(130b)은 제2 본체(110b)의 내부 또는 다른 표면에도 마련될 수 있다. 도 19에서 나타낸 바와 같이, 제2 본체(110b)와 기준층(140) 사이의 접촉면적이 넓어지면 기준층(140)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 신호가 상대적으로 강해질 수 있다.
도 20 내지 도 22는 보조 니들(100b)의 다른 실시예들을 나타낸 단면도이다.
도 20 내지 도 22에서 나타낸 보조 니들(100b)은 생분해성 폴리머 물질을 포함하는 제2 생분해층(120b)를 포함할 수 있다. 상기 생분해성 폴리머 물질은 polylactic acid, poly(lactic-co-glycolic) acid, poly(caprolactone), polyhydroxyalkanoates, poly(propylene fumarate), polydioxanone, polyglycolide, polyanhydrides, polyacetals, poly(ortho esters), polycarbonates, polyurethanes, polyphosphazenes 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 물질들은 예시적인 것에 불과할 뿐 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 생분해층(120b)는 피검체(10)의 피부 속에서 분해될 수 있다. 제2 생분해층(120b)가 피검체(10)의 피부 속에서 분해됨으로써, 보조 니들(100b)의 피부 주입 깊이가 보다 일찍 줄어들 수 있다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 제2 본체(110b)의 수직면(S2)에 기준층(140)이 코팅되어 있을 수 있다. 기준층(140)의 코팅 두께는 원하는 기준신호의 크기에 따라 달라질 수 있다. 도 20 및 도 21에서 나타낸 바와 같이 제2 본체(110b)의 단면은 사다리 꼴이 될 수도 있고 사각형이 될 수도 있으며 다른 모양을 가질 수도 있다. 생분해층(120b)는 기준층(140)의 하면에 부착될 수 있다. 제2 본체(110b)의 적어도 일부에는 제2 금속입자들(130b)이 마련되어 있을 수 있다. 제2 금속입자들(130b)은 기준층(140)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 신호를 증강시킬 수 있다. 제2 생분해층(120b)는 기준층(140) 하면에 부착될 수 있다. 제2 생분해층(120b)는 말단이 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제2 생분해층(120b)는 피검체(10)의 피부에 주입되기 용이할 수 있다. 또한, 제2 생분해층(120b)는 피검체(10)의 피부 안에서 분해될 수 있기 때문에, 제2 생분해층(120b)의 뾰족한 부분에 의해 피검체(10)가 고통을 느끼는 것을 방지할 수 있다
도 22를 참조하면, 기준층(140)가 제2 본체(110b)의 옆면까지도 커버할 수 있다. 기준층(140)와 제2 본체(110b) 사이의 접촉면적이 늘어남에 따라 기준층(140)에서 반사되는 반사광의 스펙트럼 신호가 강해질 수 있다. 제2 생분해층(120b)는 기준층(140) 하면에 부착될 수 있다. 제2 생분해층(120b)는 말단이 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제2 생분해층(120b)는 피검체(10)의 피부에 주입되기 용이할 수 있다. 또한, 제2 생분해층(120b)는 피검체(10)의 피부 안에서 분해될 수 있기 때문에, 제2 생분해층(120b)의 뾰족한 부분에 의해 피검체(10)가 고통을 느끼는 것을 방지할 수 있다.
이상 도 17 내지 도 22를 참조하여 보조 니들(100b)의 여러가지 실시예들에 대해 설명하였다. 상기 실시예들은 예시적인 것에 불과할 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다.
다시 도 16을 참조하면, 도 15에서는 바이오 센서(200)가 바이오 센서용 니들(100a)과 보조 니들(100b)을 각각 하나씩 포함하는 것을 예시적으로 나타내었다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 바이오 센서(200)는 바이오 센서용 니들(100a)과 보조 니들(100b)을 복수 개 포함할 수도 있다. 그리고, 바이오 센서(200)는 복수의 바이오 센서용 니들(100a)과 복수의 보조 니들(100b)을 피검체(10)의 피부에 주입하여 생체 신호를 측정할 수 있다.
도 23 및 도 24는 바이오 센서(200)가 복수의 바이오 센서용 니들(100a)과 복수의 보조 니들(100b)을 포함할 때, 바이오 센서용 니들 (100a)과 보조 니들(100b)의 배열모습을 나타낸 단면도이다.
도 23을 참조하면, 바이오 센서용 니들(100a)들이 짝수 번째에 배치되고 보조 니들(100b)들은 홀수 번째 배치될 수 있다. 다른 예로, 도 24를 참조하면, 바이오 센서용 니들(100a)들은 3n번째와 3n+2번째(n은 0 또는 임의의 자연수)에 배열되고, 보조 니들(100b)들은 3n+1번째(n은 0 또는 임의의 자연수)에 배열되어 있을 수 있다. 도 22 및 도 23에서 나타낸 배열들은 예시적인 것에 불과하며, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 바이오 센서용 니들(100a)의 개수와 보조 니들(100b)의 개수 사이의 비율 및 배치 순서는 바뀔 수 있다.
이상에서 도 1 내지 도 24를 참조하여 실시예들에 따른 바이오 센서용 니들(100, 100a) 및 바이오 센서용 니들(100, 100a)을 포함하는 바이오 센서(200)에 관하여 설명하였다. 실시예들에 따르면, 피검체(10)의 피부에 니들 형상의 바이오 센서용 니들이 주입되어 피검체(10)의 피부에서 반사되는 반사광의 스펙트럼을 얻어낼 수 있다. 이를 통해 피검체(10)의 피부 표면으로부터 생체 신호를 얻을 때보다 생체 신호의 신뢰도를 높일 수 있다. 또한, 금속입자들(130)이 본체(110)의 적어도 일부에 삽입되어 반사광의 스펙트럼 신호를 증강시켜 줄 수 있다. 이를 통해, 바이오 센서용 니들(100, 100a)을 소형으로 제작하더라도 반사광의 스펙트럼 신호를 크게할 수 있다. 또한, 보조 니들(100b)을 이용하여 바이오 센서용 니들(100, 100a)의 반사광 신호를 규격화 할 수 있다. 규격화를 통해 피검체(10)의 생체정보 변동 이외 다른 노이즈 요인에 의한 오류를 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들에 따른 예시적인 실시예들에 따른 생체 신호 측정니들(100, 100a) 및 바이오 센서(200)는 의료기기는 물론 모바일, 웨어러블 장치에 접목되어 헬스 케어 기능을 제공하는 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
이상의 설명에서 많은 사항들이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
100 : 바이오 센서용 니들
110 : 본체
120 : 생분해층
130 : 금속입자
140 : 기준층
200 : 바이오 센서
210 : 광원
100a : 메인 니들
100b : 보조 니들
230 : 스펙트럼 측정부
240 : 프로세서

Claims (21)

  1. 길이보다 폭이 작은 구조를 가짐으로써 피검체의 내부에 주입 가능한 투광성 본체;
    상기 본체의 적어도 일부에 마련되며, 상기 본체를 통해 입사된 광의 표면 증강 라만 산란 효과를 발생시키는 복수의 금속입자;를 포함하는 바이오 센서용 니들.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 금속입자 중 적어도 하나는 상기 본체의 표면에 배치되는 바이오 센서용 니들.
  3. 제 1 항에 있어서
    상기 금속 입자들은 금(Au) 입자, 은(Ag) 입자 및 구리(Cu) 입자 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 센서용 니들.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 본체는 투명한 폴리머 물질을 포함하는 바이오 센서용 니들.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 투명한 폴리머 물질은 aniline, EDOT(3,4-Ethylenedioxythiophene), pyrrole, N-succinimidyl acrylate, acrylamide, thiophene, aniline-co-pyrrole, Amylopectin, Carboxymethyl cellulose (CMC), dialcohol dimethyl quaterthiophene-co-adipic acid(AMQAA), methylvinylether/maelic anhydride+ethyleneglycol 중 적어도 하나의 모노머를 중합한 것인 바이오 센서용 니들.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 표면 중 적어도 일부에 부착되며, 생분해성 폴리머 물질을 포함하는 생분해층;을 더 포함하는 바이오 센서용 니들.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 생분해층의 일단은 상기 본체와 접하고 타단은 뾰족한 형상을 가지는 바이오 센서용 니들.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 생분해성 폴리머 물질은 polylactic acid, poly(lactic-co-glycolic) acid, poly(caprolactone), polyhydroxyalkanoates, poly(propylene fumarate), polydioxanone, polyglycolide, polyanhydrides, polyacetals, poly(ortho esters), polycarbonates, polyurethanes, polyphosphazenes 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 센서용 니들.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 생분해층이 상기 피검체의 내부에서 분해됨에 따라, 상기 본체의 표면이 상기 피검체의 내부와 접촉 가능한 바이오 센서용 니들.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는 상기 니들의 길이방향에 수직한 표면을 적어도 하나 이상 포함하는 바이오 센서용 니들.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 생분해층은 상기 니들의 길이방향에 수직한 표면에 부착되는 바이오 센서용 니들.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 폭은 40㎛ 내지 60㎛ 이며, 상기 본체의 길이는 700㎛ 내지 1400㎛인 바이오 센서용 니들.
  13. 광원;
    피검체의 내부에 주입되어, 상기 광원으로부터 나온 입사광을 상기 피검체의 피부에 전달하는 제1 본체 및 상기 제1 본체의 적어도 일부에 마련되어 상기 피검체의 피부에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호를 증강시키는 복수의 제1 금속입자를 포함하는 메인 니들; 및
    상기 반사광의 스펙트럼을 측정하는 측정부;를 포함하는 바이오 센서.
  14. 제 13 항에 있어서,상기 스펙트럼 측정부에서 측정된 상기 반사광의 스펙트럼으로부터 상기 피검체의 생체 정보를 결정하는 프로세서;를 더 포함하는 바이오 센서.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 피검체의 내부에 주입 가능한 투광성 제2 본체와, 상기 제2 본체의 표면 중 적어도 일부분에 부착되며, 상기 제2 본체에 입사된 광이 반사되는 기준물질을 포함하는 기준층 및 상기 제2 본체의 적어도 일부분에 마련되어 상기 제2 본체에 입사된 광의 표면 증강 라만 산란 효과를 발생시키는 복수의 제2 금속입자를 포함하는 보조 니들;을 더 포함하는 바이오 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보조 니들은, 상기 기준층의 표면 중 적어도 일부에 부착되며, 생분해성 폴리머 물질을 포함하는 제2 생분해층을 포함하는 바이오 센서.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 측정부는 상기 기준층에서 반사된 반사광의 라만 스펙트럼을 분석하는 바이오 센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 기준층에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호로부터 상기 피검체의 내부에서 반사된 반사광의 스펙트럼 신호를 규격화(normalize)하는 바이오 센서.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 기준층은 Polyacrylic acid (PAA), Rhodamine 6G, 4-Aminobenzoic acid, 4-Mercaptobenzoic acid, Pyridine, Polyvinyl acetate, Polyamide, Polyethylene 및 Polytiophene 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 센서.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제2 본체는 상기 보조 니들의 길이방향에 수직한 표면을 적어도 하나 이상 포함하며, 상기 기준층은 상기 보조 니들의 길이방향에 수직한 표면에 부착되는 바이오 센서.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 나오는 상기 입사광은 700㎛ 내지 1400㎛의 파장을 가지는 바이오 센서.
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