KR20170035668A - 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법 및 이에 사용되는 디바이스 - Google Patents
테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법 및 이에 사용되는 디바이스 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 테라헤르츠 전자기파를 이용한 당류 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 테라헤르츠 전자기파 영역에서 작동하는 메타부를 가지는 센싱칩을 사용하여 액체 상태인 미량의 당을 매우 높은 민감도와 선택성을 가지고 구별 및 센싱할 수 있으며, 특히 측정 대상 당류의 흡수 주파수에 상응하는 주파수를 증폭시키도록 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센서칩을 이용하여 저농도 상태의 당류에 테라헤르츠를 조사하여 당류를 특정 및 특정된 당류의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 당류 측정방법 및 그에 사용되는 디바이스에 관한 것이다.
Description
본 발명은 테라헤르츠 전자기파를 이용한 당류 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 테라헤르츠 전자기파 영역에서 작동하는 메타부를 가지는 센싱칩을 사용하여 액체 상태인 미량의 당을 매우 높은 민감도와 선택성을 가지고 구별 및 센싱할 수 있으며, 특히 측정 대상 당류의 흡수 주파수에 상응하는 주파수를 증폭시키도록 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센서칩을 이용하여 저농도 상태의 당류에 테라헤르츠를 조사하여 당류를 특정 및 특정된 당류의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 당류 측정방법 및 그에 사용되는 디바이스에 관한 것이다.
일반인에게 가장 흔한 성인병 중의 하나인 당뇨병의 경우, 혈당의 정밀 측정이 매우 중요하다. 현재의 대부분의 혈당 측정기는 피 속의 혈당 및 음식물 등으로 섭취하는 여러 가지 종류의 당(설탕 및 과당 등)을 구별하지 못해 공복 시 혹은 식후 측정 때마다 다른 값을 측정하는 에러를 포함하고 있다. 이에 대한 대안으로 하기의 특허문헌처럼 고민감도 혈당 측정용 센서들이 개발되고 있다.
<특허문헌>
공개특허공보 제10-2003-0004933호(2003. 01. 15. 공개) "혈당 측정용 센서 및 그 센서를 이용한 혈당 측정방법"
하지만, 고민감도 혈당 측정이 가능하도록 하기 위해 이용하는 방법들 중에서 일 예인 당을 선택적으로 구별하여 측정하는 방법은 당의 분자식이 매우 유사해 그 수행에 어려움이 있어, 종래의 혈당 측정용 센서는 이를 위해 고농도로 농축된 샘플을 이용하고 있다. 이는, 실제 혈액 등에서 존재하는 혈당의 수치보다 매우 높은 농도(백배 이상)로 측정 전에 혈액을 농축하여야 함을 의미한다. 따라서, 이러한 기존의 농축과정을 하지 않은 상태의 실제 혈액 상태의 저농도에서도 정확하게 혈당을 구별하여 측정할 수 있는 측정장치 및 방법에 대한 필요성은 증대되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 테라헤르츠 전자기파 영역에서 작동하는 메타부를 가지는 센싱칩을 사용하여 액체 상태인 미량의 당을 매우 높은 민감도와 선택성을 가지고 구별 및 센싱할 수 있는 방법 및 그에 사용되는 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 측정 대상 당류의 흡수 주파수에 상응하는 주파수를 증폭시키도록 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센싱칩을 이용하여, 저농도 상태의 당류에 테라헤르츠를 조사하여 당류를 특정 및 특정된 당류의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 당류 측정방법 및 그에 사용되는 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법 및 이에 사용되는 디바이스는 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법은 측정 대상 당류의 흡수 주파수에 상응하는 주파수를 증폭시키도록 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센싱칩을 이용하여, 저농도 상태의 당류에 테라헤르츠 전가기파를 조사하여 당류의 특정 및 특정된 당류의 농도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법은 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센싱칩 상에 측정 대상 당류를 분포시키는 대상준비단계와; 상기 메타부 상의 측정 대상 당류에 테라헤르츠 전자기파를 조사하는 광조사단계와; 상기 센싱칩을 통과하는 테라헤르츠 전자기파의 투과율 또는 주파수 변화를 측정하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 결정하는 당류특정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법은 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센싱칩을 혈관이 위치하는 피부의 상측에 위치시키는 칩배치단계와; 상기 센싱칩에 테라헤르츠 전자기파를 조사하여 상기 센싱칩을 투과한 테라헤르츠 전자기파가 혈관에 이르도록 하는 광조사단계와; 상기 혈관의 혈액에서 반사되어 상기 센칭칩을 다시 통과하는 테라헤르츠 전자기파의 투과율 또는 주파수 변화를 측정하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 결정하는 당류특정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 있어서 상기 당류특정단계는 측정 대상 당류의 흡수 주파수와 패턴이 형성된 메타부의 투과 공명 주파수가 상응함에 따라 투과율 또는 주파수 변화가 증대되는 것에 기인하여 당류를 특정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 있어서 상기 패턴은 상하관통형성된 슬릿 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 있어서 상기 패턴은 폭이 10nm~1um 사이, 두께가 100nm~1um 사이, 길이가 10um~1mm 사이에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 있어서 상기 패턴은 복수의 패턴이 일정 간격으로 배열된 어레이 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 있어서 상기 어레이 형태는 패턴 사이의 간격이 가로가 1nm~1mm 사이, 세로가 1nm~1mm 사이에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 사용되는 디바이스는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 당류 측정방법에 사용되는 센싱칩을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 사용되는 디바이스에 있어서 상기 센싱칩은 테라헤르츠 전자기파를 투과시키는 투명한 기판과, 상기 기판의 일 측에 위치하여 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 사용되는 디바이스에 있어서 상기 패턴은 슬릿형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 사용되는 디바이스에 있어서 상기 패턴은 폭이 10nm~1um 사이, 두께가 100nm~1um 사이, 길이가 10um~1mm 사이에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 사용되는 디바이스에 있어서 상기 패턴은 복수의 패턴이 일정 간격으로 배열된 어레이 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 당류 측정방법에 사용되는 디바이스에 있어서 상기 어레이 형태는, 패턴 사이의 간격이 가로가 1nm~1mm 사이, 세로가 1nm~1mm 사이에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 테라헤르츠 전자기파 영역에서 작동하는 메타부를 가지는 센싱칩을 사용하여 액체 상태인 미량의 당을 매우 높은 민감도와 선택성을 가지고 구별 및 센싱할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 측정 대상 당류의 흡수 주파수에 상응하는 주파수를 증폭시키도록 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센싱칩을 이용하여, 저농도 상태의 당류에 테라헤르츠를 조사하여 당류를 특정 및 특정된 당류의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 당류 측정방법을 설명하기 위한 참고도.
도 2는 당 종류별 테라헤르츠 주파수 대역에서 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 당류 측정방법에 사용되는 센싱칩의 사시도.
도 4는 도 1의 당류 측정방법을 이용하여 과당의 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 도 1의 당류 측정방법을 이용하여 포도당의 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 도 1의 당류 측정방법을 이용하여 당류의 특정 및 특정된 당류의 농도를 산정하는 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 2는 당 종류별 테라헤르츠 주파수 대역에서 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 당류 측정방법에 사용되는 센싱칩의 사시도.
도 4는 도 1의 당류 측정방법을 이용하여 과당의 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 도 1의 당류 측정방법을 이용하여 포도당의 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 도 1의 당류 측정방법을 이용하여 당류의 특정 및 특정된 당류의 농도를 산정하는 방법을 설명하기 위한 그래프.
이하에서는 본 발명에 따른 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법 및 이에 사용되는 디바이스를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다. 명세서 전체에서, 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법을 도 1 내지 6을 참조하여 설명하면, 상기 당류 측정방법은 측정 대상 당류의 흡수 주파수에 상응하는 주파수를 증폭시키도록 패턴이 형성된 메타부(11)를 가지는 센싱칩(1)을 이용하여 저농도 상태의 당류에 테라헤르츠 전자기파(이하, '테라파'라 함)를 조사해 당류의 특정 및 특정된 당류의 농도를 측정하여, 액체 상태인 미량의 당을 매우 높은 민감도와 선택성을 가지고 구별 및 센싱할 수 있는 것을 특징으로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 분자식이 비슷한 당을 선택적으로 구별하여 농도를 측정하는 것은 매우 어려운 일인데, 본 발명은 측정 대상 특정 당류의 흡수 주파수에 상응하는 주파수를 증폭시키도록 패턴이 형성된 메타부(11)를 가지는 센싱칩(1)을 이용하여 저농도 상태의 당류에 테라파를 조사하여 당류를 특정(분별) 및 농도를 측정할 수 있게 하는 것이다. 각각의 당은 미세하게 다른 분자식을 가지며, 이로 인해 테라헤르츠 주파수 대역에서 각각의 당별로 다른 흡수 스펙트럼을 가지게 된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 당은 다른 주파수에서 흡수 피크값을 가지게 되는데, 예컨대 혈당으로 알려진 포도당(D-Glucose)는 1.43THz, 음식물에 들어있는 대표적인 당인 설탕(Sucrose)은 1.8THz, 음료에 들어있는 과당(Fructose)은 1.7THz에서 흡수 피크값을 가진다. 저농도 상태의 당을 선택적으로 특정하고 농도를 측정하기 위해서, 본 발명은 각각의 당이 테라헤르츠 주파수 대역의 서로 다른 주파수에서 흡수 피크값을 가짐을 이용하여, 측정하고자 하는 특정 당의 고유한 흡수 주파수에 맞추어 메타부(11)를 디자인하고 테라파를 투과시켜, 투과된 테라파가 대상이 되는 특정 당에만 반응하여 증폭된 신호를 주고, 나머지 당류에는 반응하지 않게 됨을 이용한 것이다. 이와 같은 원리로 여러 가지 당이 섞여 있는 액체 상태의 대상 물질에서 농도를 알고자 하는 특정 당만 선택적으로 측정할 수 있게 되며, 저농도 상태에서도 측정이 가능하게 된다.
상기 당류 측정방법을 구체적으로 설명하기에 앞서 상기 당류 측정방법에 사용되는 디바이스를 먼저 살펴보면, 상기 디바이스는 테라파 영역에서 작동하는 메타부(11)를 가지는 센싱칩(1)과, 상기 센싱칩(1)에 테라파를 조사하는 조사장치(미도시)와, 상기 센싱칩(1)을 통과하는 테라파의 투과율 또는/및 주파수 변화를 측정하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 결정하는 검출장치(미도시) 등을 포함한다.
상기 센싱칩(1)은 테라파 영역에서 작동하는 구성으로, 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부(11)와, 상기 메타부(11)의 일측에 위치하여 상기 메타부(11)를 지지하며 투명한 소재로 이루어지는 기판(12) 등을 포함한다.
상기 메타부(11)는 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴(111)이 형성되는 구성으로, 예컨대 상기 패턴(111)은 도 3에 도시된 바와 같이 상하 관통형성되는 슬릿 형태를 가지고 복수의 패턴(111)이 일정 간격으로 배열된 어레이 형태를 가진다. 상기 메타부(11)는 일정한 소재로 이루어지나, 바람직하게는 금, 은, 구리, 알루미늄 등의 금속으로 이루어진다. 상기 패턴(111)은 일정한 형태, 크기 및 간격(이하, '스펙'이라 함)을 가지나, 바람직하게는 폭(w)이 10nm~1um 사이, 두께(t)가 100nm~1um 사이, 길이(l)가 10um~1mm 사이에서 형성되고, 패턴(111) 사이의 간격이 가로(d1)가 1nm~1mm 사이, 세로(d2)가 1nm~1mm 사이에서 형성된다. 상기 메타부(11)를 이루는 소재 및/또는 상기 패턴(111)의 스펙을 조절하여 상기 센싱칩(1)의 투과 공명 주파수를 달리하여 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 것이 가능한데, 구체적인 예는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
상기 기판(12)은 상기 메타부(11)의 일측에 위치하여 상기 메타부(11)를 지지하는 구성으로, 일정한 소재로 이루어지나 바람직하게는 석영, 규소, 사파이어, 유리 등의 투명한 소재로 이루어진다.
상기 조사장치는 상기 센싱칩(1)에 테라헤르츠 전자기파를 조사하는 구성으로, 예컨대 0.1 내지 5THz의 주파수를 가진 테라파를 조사한다. 상기 검출장치는 상기 센싱칩(1)을 통과하는 테라파의 투과율 또는/및 주파수 변화를 측정하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 결정한다. 상기 센싱칩(1)을 혈관이 위치하는 피부의 상측에 위치시키거나 상기 센싱칩(1)의 메타부(11)에 시료를 떨어뜨린 후, 상기 센싱칩(1)에 상기 조사장치를 이용하여 테라파를 조사하고, 상기 센칭칩(1)을 통과하는 테라파의 투과율 또는 주파수의 변화를 상기 검출장치가 검출하여, 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 측정하게 되는데 이에 대해서는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
앞서 설명한 기술적 사상과 디바이스를 이용하여 당류를 측정하는 방법을 구체적으로 살펴보면, 상기 당류 측정방법은 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부(11)를 가지는 센싱칩(1) 상에 측정 대상 당류를 분포시키는 대상준비단계와, 상기 메타부(11) 상의 측정 대상 당류에 테라헤르츠 전자기파를 조사하는 광조사단계와, 상기 센싱칩(1)을 통과하는 테라헤르츠 전자기파의 투과율 또는 주파수 변화를 측정하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 결정하는 당류특정단계를 포함한다.
상기 대상준비단계는 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부(11)를 가지는 센싱칩(1) 상에 측정 대상 당류(시료)를 분포시키는 단계로, 측정 대상 당류의 흡수 주파수와 상응하는 투과 공명 주파수를 가지는 센싱칩(1)의 메타부(11) 상에 측정 대상 당류를 분포시킨다. 예컨대, 상기 대상준비단계에서는 혈액, 음료수 등의 시료에 포함되어 있는 특정 당류인 과당(Fructose)의 농도를 측정하기 위해서는, 투과 공명 주파수가 과당의 흡수 주파수(1.7THz)에 동일하거나 일정 범위에 있는 즉 상응하는 투과 공명 주파수를 가지는 센싱칩(1)의 메타부(11) 상에 상기 시료를 분포시키게 된다. 또한, 시료에 포함되어 있는 포도당(D-Glucose)의 농도를 측정하기 위해서는, 투과 공명 주파수가 포도당의 흡수 주파수(1.43THz)에 상응하는 투과 공명 주파수를 가지는 센싱칩(1)의 메타부(11) 상에 상기 시료를 분포시키게 된다. 앞서 본 바와 같이 센싱칩(1)의 투과 공명 주파수는 메타부(11)의 패턴에 따라 용이하게 조절할 수 있다. 즉, 상기 대상준비단계에서는 측정하고자 하는 당에 맞추어 각각 센싱칩(1)을 디자인하여 상기 센싱칩(1) 상에 시료를 분포시킨다.
상기 광조사단계는 상기 대상준비단계 후에 상기 메타부(11) 상의 측정 대상 당류(시료)에 테라헤르츠 전자기파를 조사하는 단계로, 상기 조사장치에 의해 0.1 내지 5THz의 테라파가 조사되게 된다.
상기 당류특정단계는 상기 센싱칩(1)을 통과하는 테라헤르츠 전자기파의 투과율 또는 주파수 변화를 측정하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 결정하는 단계로, 측정 대상 당류의 흡수 주파수와 메타부의 투과 공명 주파수가 상응함에 따라 투과율 또는 주파수 변화가 증대되는 것에 기인하여 당류를 특정하고 농도를 측정한다. 일 예로, 과당(Fructose)의 흡수 주파수와 상응하는 투과 공명 주파수를 가지는 센싱칩(기판은 규소(두께 500um)로 이루어지고, 메타부는 금(두께 130nm)로 이루어지며, 패턴은 폭 500nm, 길이 35um, 두께 130nm임)을 제조하고, 상기 센싱칩(1)의 메타부(11) 상에 과당의 농도를 달리하는 시료(완충용액(PBS)과 과당으로 이루어지며, 각 시료의 과당의 농도는 50, 100, 1000mg/dL임)를 한 방울을 떨어뜨린 후, 상기 시료에 테라파를 조사하고 상기 센싱칩(1)을 투과한 테라파의 투과율과 주파수 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프가 도 4(NA는 센싱칩(1)에 시료를 분포시키지 않고 센싱칩(1)에 테라파를 조사한 후 센싱칩(1)을 투과한 테라파의 투과율과 주파수를 나타냄)인데, 도 4를 보면 과당의 농도에 따라 투과율과 주파수가 변함을 알 수 있다. 다른 예로, 포도당(D-Glucose)의 흡수 주파수와 상응하는 투과 공명 주파수를 지는 센싱칩(기판은 규소(두께 500um)로 이루어지고, 메타부는 금(두께 130nm)로 이루어지며, 패턴은 폭 500nm, 길이 40um, 두께 130nm임)을 제조하고, 상기 센싱칩(1)의 메타부(11) 상에 포도당의 농도를 달리하는 시료(완충용액(PBS)과 포도당으로 이루어지며, 각 시료의 포도당의 농도는 50, 100, 1000mg/dL임)를 한 방울을 떨어뜨린 후, 상기 시료에 테라파를 조사하고 상기 센싱칩(1)을 투과한 테라파의 투과율과 주파수 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프가 도 5인데, 도 5를 보면 포도당의 농도에 따라 투과율과 주파수가 변함을 알 수 있다. 또 다른 예로, 과당(Fructose)의 흡수 주파수와 상응하는 투과 공명 주파수를 가지는 센싱칩을 제조하고, 상기 센싱칩(1)의 메타부(11) 상에 과당과 셀룰로즈(Cellulose)의 농도를 달리하는 시료(시료는 완충용액(PBS)과 과당 및 셀룰로즈로 이루어지며, 과당, 셀룰로오즈 각각의 농도는 0 내지 500mg/dL임)를 한 방울을 떨어뜨린 후, 상기 시료에 테라파를 조사하고 상기 센싱칩(1)을 투과한 테라파의 투과율과 주파수 변화를 측정하여 시료의 농도에 따른 투과율의 변화(ΔT)×주파수 위치(피크) 이동(Δf)의 결과를 나타낸 그래프가 도 6인데, 도 6을 보면 상기 센싱칩(1)이 과당의 흡수 주파수에 상응하여 투과율 및 주파수의 변화 폭이 큰 것을 알 수 있고, 상기 센싱칩이 셀룰로즈의 흡수 주파수와 상응하지 않으므로 투과율 및 주파수의 변화 폭이 아주 작음을 알 수 있다. 따라서, 위와 같이 측정하고자 하는 특정 당에 상응하는 투과 공명 주파수를 가지는 센싱칩 상에 시료를 위치시키는 경우 테라파는 증폭되어 투과율과 주파수의 변화 폭이 증대되고, 또한 농도에 따라 투과율과 주파수의 변화되므로, 측정된 테라파의 투과율과 주파수의 변화 폭을 가지고 저농도 상태의 당류의 특정 및 농도의 측정이 가능하게 된다.
상기 당류 측정방법은 액체 상태의 대상 물질에 대해 수 마이크로 몰 농도(uM)에서도 검출이 가능하므로, 매우 높은 민감도를 가지게 된다. 구체적으로, 정상인의 혈당 농도는 100mg/dL 정도로 몰 농도로 환산할 경우 5.5mM 정도이고, 당뇨 증세가 있는 환자의 경우 혈당 농도는 최대 200mg/dL로 11.0mM 정도의 몰 농도를 가지므로, 상기 당류 측정방법을 이용하여 혈액 상태 그대로 혈당을 측정하는 것이 가능하다. 또한, 상기 당류 측정방법은 시판 중인 음료 등을 포함되어 있는 수십~수백mM에 달하는 액상 과당 및 인공감미료(Aspartame, Acesulfame K 등) 등을 선택적으로 구별하여 농도를 측정할 수 있다. 즉, 상기 당류 측정방법은 음료 등의 식품 내부에 들어있는 미세한 당 농도를 측정하는데 이용될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 당류 측정방법은 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부(11)를 가지는 센싱칩(1)을 혈관이 위치하는 피부의 상측에 위치시키는 칩배치단계와, 상기 센싱칩(1)에 테라헤르츠 전자기파를 조사하여 상기 센싱칩(1)을 투과한 테라헤르츠 전자기파가 혈관에 이르도록 하는 광조사단계와, 상기 혈관의 혈액에서 반사되어 상기 센칭칩을 다시 통과하는 테라헤르츠 전자기파의 투과율 또는 주파수 변화를 측정하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 결정하는 당류특정단계를 포함한다. 상기 당류 측정방법은 앞서 설명한 메타부(11)에 시료(당류)를 떨어뜨린 후 테라파를 조사하고 상기 센싱칩(1)을 투과한 테라파의 투과율과 주파수의 변화를 이용하는 방법과 달리, 상기 센싱칩(1)을 혈관이 인접하는 피부의 상측에 위치시킨 후 상기 센싱칩(1)에 테라파를 조사하여 상기 센싱칩(1)을 통과하여 상기 혈관의 혈액에서 반사되어 상기 센싱칩(1)을 다시 통과한 테라파의 투과율과 주파수의 변화를 이용하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 측정하는 차이만 있을 뿐, 측정하고자 하는 당류의 흡수 주파수에 상응하는 투과 공명 주파수를 가지는 센싱칩을 이용하여 테라파의 증폭을 통해 당을 특정하고 특정된 당의 농도를 측정하는 기본 원리는 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 센싱칩 11: 메타부 12: 기판
111: 패턴
111: 패턴
Claims (14)
- 측정 대상 당류의 흡수 주파수에 상응하는 주파수를 증폭시키도록 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센싱칩을 이용하여, 저농도 상태의 당류에 테라헤르츠 전가기파를 조사하여 당류의 특정 및 특정된 당류의 농도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법.
- 제1항에 있어서, 상기 당류 측정방법은
특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센싱칩 상에 측정 대상 당류를 분포시키는 대상준비단계와;
상기 메타부 상의 측정 대상 당류에 테라헤르츠 전자기파를 조사하는 광조사단계와;
상기 센싱칩을 통과하는 테라헤르츠 전자기파의 투과율 또는 주파수 변화를 측정하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 결정하는 당류특정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법. - 제1항에 있어서, 상기 당류 측정방법은
특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부를 가지는 센싱칩을 혈관이 위치하는 피부의 상측에 위치시키는 칩배치단계와;
상기 센싱칩에 테라헤르츠 전자기파를 조사하여 상기 센싱칩을 투과한 테라헤르츠 전자기파가 혈관에 이르도록 하는 광조사단계와;
상기 혈관의 혈액에서 반사되어 상기 센칭칩을 다시 통과하는 테라헤르츠 전자기파의 투과율 또는 주파수 변화를 측정하여 당류를 특정하고 특정된 당류의 농도를 결정하는 당류특정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법. - 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 당류특정단계는
측정 대상 당류의 흡수 주파수와 패턴이 형성된 메타부의 투과 공명 주파수가 상응함에 따라 투과율 또는 주파수 변화가 증대되는 것에 기인하여 당류를 특정하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법. - 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 패턴은
상하 관통형성된 슬릿 형태으로 형성되는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법. - 제5항에 있어서, 상기 패턴은
폭이 10nm~1um 사이, 두께가 100nm~1um 사이, 길이가 10um~1mm 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법. - 제5항에 있어서, 상기 패턴은
복수의 패턴이 일정 간격으로 배열된 어레이 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법. - 제7항에 있어서, 상기 어레이 형태는
패턴 사이의 간격이 가로가 1nm~1mm 사이, 세로가 1nm~1mm 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 전자기파를 이용한 고민감성 및 고선택성 당류 측정방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 당류 측정방법에 사용되는 센싱칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 당류 측정방법에 사용되는 디바이스.
- 제9항에 있어서, 상기 센싱칩은
테라헤르츠 전자기파를 투과시키는 투명한 기판과,
상기 기판의 일 측에 위치하여 특정 주파수를 선택적으로 증폭시키는 패턴이 형성된 메타부를 포함하는 것을 특징으로 하는 당류 측정방법에 사용되는 디바이스. - 제10항에 있어서, 상기 패턴은
슬릿형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 당류 측정방법에 사용되는 디바이스. - 제11항에 있어서, 상기 패턴은
폭이 10nm~1um 사이, 두께가 100nm~1um 사이, 길이가 10um~1mm 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는 당류 측정방법에 사용되는 디바이스. - 제11항에 있어서, 상기 패턴은
복수의 패턴이 일정 간격으로 배열된 어레이 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 당류 측정방법에 사용되는 디바이스. - 제13항에 있어서,
상기 어레이 형태는, 패턴 사이의 간격이 가로가 1nm~1mm 사이, 세로가 1nm~1mm 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는 당류 측정방법에 사용되는 디바이스.
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| KR20190080015A (ko) * | 2017-12-28 | 2019-07-08 | 한국기계연구원 | 메타물질에 기반한 물질 검출 장치 |
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