KR20180004884A

KR20180004884A - 혈당 측정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20180004884A
Application number: KR1020160084439A
Authority: KR
Inventors: 김구연; 신용재; 석홍성; 전성일
Original assignee: (주)오상헬스케어
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2018-01-15
Also published as: KR101860141B1

Abstract

본 발명은 혈당 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 제어부가 제1전극부를 통해 유입된 시료에 교류전압을 인가하여 제1특성을 측정하는 단계, 상기 제어부가 제2전극부를 통해 상기 시료에 직류전압을 인가하여 제2특성을 측정하는 단계 및 상기 제어부가 상기 제1전극부를 통해 측정된 결과 및 상기 제2전극부를 통해 측정된 결과를 기 설정된 수식에 적용하여 상기 시료의 글루코스(glucose) 농도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

혈당 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF MEASURING GLUCOSE}

본 발명은 혈당 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혈액 등의 시료의 글루코스 농도를 측정할 수 있도록 하는 혈당 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.

생체시료 내에 존재하는 분석물질을 정량 또는 정성으로 분석하는 것은 임상학적으로 매우 중요하다. 각종 성인병의 요인이 되는 콜레스테롤을 측정하거나, 당뇨병 환자를 위해 혈액 내의 혈당을 측정하는 것 등이 그 대표적인 예이다.

특히 혈당 측정의 경우, 병원에서 수행되는 혈당 측정뿐만 아니라, 당뇨병 환자가 스스로 혈당을 측정하고 주기적으로 점검할 수 있도록 하는 간이 혈당 측정 또한 많이 활용되고 있기에, 다양한 측정 방식이 사용되고 있다.

이러한 다양한 혈당 측정 방식 중 전기화학적 방식이 널리 사용되고 있으며, 이는 전기화학적 방식이 타 방식 대비 비교적 정확하고, 신속한 결과 산출을 가능하게 하면서도, 경제적인 측정 방식 중 하나이기 때문이다.

다만 전기화학적 방식을 이용한 혈당 측정의 경우, 혈액 내의 적혈구 용적률에 따라 측정되는 값에 변동이 발생하므로, 측정의 신뢰도가 저하된다는 문제점이 존재한다.

한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2014-0084439호(2014.07.07.)에 개시되어 있다.

본 발명은 정확한 글루코스 농도를 측정할 수 있고, 그 측정시간 또한 단축할 수 있도록 하는 혈당 측정 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 혈당 측정 방법은 제어부가 제1전극부를 통해 유입된 시료에 교류전압을 인가하여 제1특성을 측정하는 단계; 상기 제어부가 제2전극부를 통해 상기 시료에 직류전압을 인가하여 제2특성을 측정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 제1전극부를 통해 측정된 결과 및 상기 제2전극부를 통해 측정된 결과를 기 설정된 수식에 적용하여 상기 시료의 글루코스(glucose) 농도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1특성은 임피던스의 크기인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제2특성은 전류인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제2특성을 측정하는 단계에서, 상기 제어부는 글루코스 산화환원반응에 따른 응답전류를 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제2특성을 측정하는 단계에서, 상기 제어부는 기 설정된 휴지시간동안 전압을 인가하지 않는 휴지기, 제1기준시간동안 제1기준전압을 인가하는 제1기, 제2기준시간동안 제2기준전압을 인가하는 제2기 및 제3기준시간동안 제3기준전압을 인가하는 제3기를 통해 상기 제2특성을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 수식의, 독립변수는 복수의 시점에서의 제1특성값 및 제2특성값이고, 종속변수는 글루코스 농도인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 혈당 측정 방법은 상기 제어부가 상기 제2전극부를 통해 유입된 시료의 유입량을 측정하는 단계를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 시료의 유입량이 기준값 이상인 경우에만, 상기 제1특성을 측정하는 단계 및 상기 제2특성을 측정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제2전극부는, 상기 제2특성을 측정하기 위한 측정전극; 상기 시료의 유입량을 측정하기 위한 체크전극; 및 상기 체크전극과 이격되게 위치하는 기준전극을 포함하되, 상기 제어부는 상기 기준전극과 상기 체크전극 사이의 전위차를 통해 상기 시료의 유입량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 혈당 측정 장치는 유입된 시료에 교류전압을 인가하여 제1특성을 측정하는 제1전극부; 상기 시료에 직류전압을 인가하여 제2특성을 측정하는 제2전극부; 및 상기 제1전극부를 통해 측정된 결과 및 상기 제2전극부를 통해 측정된 결과를 기 설정된 수식에 적용하여 상기 시료의 글루코스(glucose) 농도를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 혈당 측정 방법 및 장치는 제1전극부를 통해 교류전압을 인가하여 시료의 제1특성을 측정하고, 제2전극부를 통해 직류전압을 인가하여 시료의 제2특성을 측정하며, 제1전극부를 통해 측정된 결과 및 제2전극부를 통해 측정된 결과를 기 설정된 수식에 적용하여 시료의 글루코스 농도를 산출함으로써, 별도의 보정과정 없이도 정확한 글루코스 농도 산출을 가능하게 하고, 보정과정에 의한 오차를 저감시킬 수 있도록 하며, 농도 산출에 소요되는 시간 또한 단축시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 측정 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 측정 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 측정 장치에서 인가하는 직류전압을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 혈당 측정 방법 및 장치의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 측정 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 측정 장치의 구성을 구체적으로 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 측정 장치에서 인가하는 직류전압을 나타낸 예시도로서, 이를 참고하여 본 실시예에 따른 혈당 측정 장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 측정 장치는 제어부(100), 제1전극부(200) 및 제2전극부(300)를 포함한다.

제1전극부(200)는 유입된 시료에 교류전압을 인가하여 제1특성을 측정할 수 있고, 제2전극부(300)는 유입된 시료에 직류전압을 인가하여 제2특성을 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1특성은 임피던스의 크기이고, 제2특성은 전류일 수 있다.

이러한 제1전극부(200) 및 제2전극부(300)의 예시적인 구성에 따른 동작을 도 2를 참고하여 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 것과 같이, 기판(10)에는 제1전극부(200) 및 제2전극부(300)가 형성된다. 본 실시예에서 기판(10)은 절연성물질, 예를 들어 PET, PVC 또는 폴리카보네이트를 포함하며, 두께가 대략 100 ~ 300㎛으로 형성됨으로써, 절연성능, 강성 등을 확보하는 동시에 장치의 부피, 중량 등을 줄일 수 있다.

제1전극부(200)는 일단부(213a)가 마주보게 형성되는 한 쌍의 제1전극(210)을 포함할 수 있으며, 제1전극(210)은 제1리드부(211) 및 제1전극부재(213)를 포함할 수 있다.

제1리드부(211)는 기판(10)의 길이 방향으로 형성되어, 제1전극부재(213)와 제어부(100)가 전기적으로 연결될 수 있도록 하고, 제1전극부재(213)는 제1리드부(211)에 전기적으로 연결되며 기판(10)의 폭 방향으로 연장될 수 있다.

본 실시예에서 한 쌍의 제1전극부재(213)는 일단부(213a)가 상호 마주한 상태에서 시료의 이동 방향에 대하여 대략 수직하게 형성될 수 있으므로, 시료가 거의 동시에 한 쌍의 제1전극부재(213)에 도달하게 된다.

이와 같이 구성된 제1전극부(200)는 제어부(100)의 제어에 따라 교류전압을 인가하여 유입된 시료의 임피던스의 크기를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1전극부(200)는 0.01[V]의 진폭(amplitude)을 가지는 교류전압을 인가할 수 있으며, 이때 10[kHz]의 주파수를 가지는 교류전압 또는 1[kHz]의 주파수를 가지는 교류전압을 인가함으로써, 혈액 시료로 예시되는 유입된 시료의 임피던스의 크기를 측정할 수 있다.

제2전극부(300)는 제1전극부(200) 대비 시료가 흐르는 유로(미도시)의 하류측에, 제1전극부(200)와 이격되어 배치되며, 기준전극(310), 측정전극(330) 및 체크전극(350)을 포함할 수 있다.

기준전극(310)은 제1전극(210)에 대하여 유로의 하측에 제1전극(210)과 이격되게 위치하며, 이는 제2전극부(300) 상에 고화된 반응물질 성분이 시료와의 반응 과정에서 제1전극(210)에 전달되는 것을 방지하기 위함이다.

측정전극(330)은 기준전극(310)과 이격되게 위치하며, 제어부(100)의 제어에 따라 직류전압을 인가하여 유입된 시료의 제2특성을 측정할 수 있다.

예를 들어, 제어부(100)는 기 설정된 휴지시간동안 전압을 인가하지 않는 휴지기, 제1기준시간동안 제1기준전압을 인가하는 제1기, 제2기준시간동안 제2기준전압을 인가하는 제2기 및 제3기준시간동안 제3기준전압을 인가하는 제3기를 하나의 세트로 하는 직류전압을 인가할 수 있다.

구체적으로 도 3에 도시된 것과 같이, 본 실시예에서 제1기준전압과 제3기준전압은 동일한 값이고, 제2기준시간과 제3기준시간은 같은 값일 수 있으며, t₁초 동안의 휴지기, 250[mV]를 (t₂-t₁)초 동안 인가하는 제1기, 450[mV]를 (t₃-t₂)초 동안 인가하는 제2기 및 250[mV]를 (t₄-t₃)초 동안 인가하는 제3기를 통해 제2특성을 측정하도록 할 수 있다.

즉, 측정전극(330)까지 유입된 혈액 시료는 상술한 것과 같은 전압 인가에 따라 해당 전극에 접하고 있는 반응물질과 반응하게 되며, 여기서 반응물질은 시료 내의 분석물질과 반응하는 효소, 효소와 반응하는 전자전달 매개물질, 완충용액 물질, 효소 안정제 등을 포함하여 시료와 반응하는 물질을 의미한다.

이때 효소는 글루코스 산화효소, 락테이트 산화효소, 콜레스테롤 산화효소, 알코올 산화효소 등 여러 종류의 산화환원효소(Oxidoreductase)와, 글루코스 탈수소효소, GOT(glutamic oxaloacetic trnasmianse), GPT(glutamic pyruvic trnasmianse)등의 전이효소와 가수분해효소가 사용될 수 있고, 전자전달 매개물질로는 포타슘 페리시안나이드(potassium ferricyanide), 포타슘 페로시안나이드(potassium ferrocyanide), 헥사아민루세늄 클로라이드(hexaamineruthenium chloride), 페로센(ferrocene) 및 그 유도체, 퀴논(quinine) 및 그 유도체 등 효소와 반응하여 산화 또는 환원 할 수 있는 물질들이 사용될 수 있다. 다만 효소 및 전자전달 매개물질은 이에 한정되는 것은 아니며, 이외의 다양한 물질의 예가 가능하다.

즉, 제어부(100)는 측정전극(330)에 직류전압을 인가하여 혈액 시료의 글루코스 산화환원반응에 따른 응답전류를 측정할 수 있다.

체크전극(350)은 기준전극(310)과 이격되게 위치한다. 즉, 제어부(100)는 기준전극(310)과 체크전극(350) 사이의 전위차를 이용하여, 기준전극(310)과 체크전극(350) 사이에 위치한 측정전극(330)까지 유입된 시료의 유입량을 측정할 수 있으며, 이를 통해 시료가 측정에 적합한 정도로 유입되었는지 확인할 수 있다.

한편 본 실시예에서 제1리드부(211), 제1전극부재(213), 기준전극(310), 측정전극(330) 및 체크전극(350) 등은 카본 잉크 등을 스크린 인쇄하는 방식으로 기판(10)에 형성될 수 있으며, 이외에도 금속 박막 등을 기판(10)에 코팅하는 방식 등으로 형성될 수도 있고, 전극의 재료는 도전성 물질이면 특별히 제한되지 않는다.

제어부(100)는 제1전극부(200)를 통해 측정된 결과 및 제2전극부(300)를 통해 측정된 결과를 기 설정된 수식에 적용하여 시료의 글루코스(glucose) 농도를 산출할 수 있다.

즉, 여기서 기 설정된 수식은 글루코스 농도를 종속변수로 하는 수식으로, 그 독립변수는 상술한 임피던스의 크기 및 응답전류이다.

다만 여기서 독립변수로 사용되는 임피던스의 크기 및 응답전류는 단순히 하나의 값(예를 들어 응답전류의 평균값)을 의미하는 것이 아니라, 복수의 시점에서의 임피던스의 크기 및 응답전류를 의미한다.

즉, 상술한 것과 같이, 본 실시예에서 제2전극부(300)를 통해 인가되는 직류전압은 하나의 전압값만이 인가되는 것이 아니므로, 그 응답전류 또한 인가되는 전압에 따라 변동하게 된다. 따라서 본 실시예에서는 복수의 시점에서의 특성값(제1특성값, 제2특성값)을 활용함으로써, 하나의 스텝(step)을 통해 글루코스 농도를 산출하더라도 정확한 결과를 얻을 수 있도록 한다.

예를 들어, 0.01[V]의 진폭과 10[kHz]의 주파수를 가지는 교류전압을 인가하고, 도 3에 도시된 것과 같은 직류전압을 인가하는 경우에는, 0.4초 시점의 임피던스의 크기, 0.6초 시점의 임피던스의 크기, 4초 시점의 응답전류, 5초 시점의 응답전류 등이 독립변수로 사용될 수 있다.

즉, 이와 같은 방법으로 글루코스 농도를 산출한다면, 보정을 위한 별도의 스텝(예: 적혈구 용적률을 산출하는 과정)이 필요하지 않으므로, 그 처리 속도 및 정확도를 향상시킬 수 있다. 다시 말해, 결과 산출을 위한 계산과정에서 여러 스텝을 거칠 경우, 각 스텝에 의한 오차가 누적되어 결과값에 영향을 줄 수 있으나, 본 실시예의 경우 결과 산출을 위한 계산과정에서 하나의 스텝만을 사용하므로, 오차율을 낮출 수 있도록 한다.

또한 본 실시예에서는 임피던스의 위상을 사용하지 않으므로, 측정과정 및 수식이 간소화 되고, 진단 스트립의 라트별 변동을 감소시킬 수 있다.

다만, 이러한 수식의 최적 형태는, 본 실시예에 따른 혈당 측정 장치에서 인가하는 직류전압, 교류전압, 각 전극의 위치 및 형상 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 구체적인 실험 결과를 회귀 분석하는 방식으로 도출 될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈당 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 혈당 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 것과 같이, 제어부(100)는 먼저 제2전극부(300)를 통해 혈액 시료의 유입량을 측정하고(S200), 이를 기준값과 비교한다(S210). 즉, 제2전극부(300)는 측정전극(330)외에도 기준전극(310) 및 체크전극(350)을 포함할 수 있으며, 제어부(100)는 기준전극(310)과 체크전극(350) 사이의 전위차를 이용하여 기준전극(310)과 체크전극(350) 사이에 위치한 측정전극(330)까지 유입된 시료의 유입량을 측정할 수 있고, 이를 통해 시료가 측정에 적합한 정도로 유입되었는지 확인할 수 있다. 여기서 기준값은 혈당 측정에 적합한 시료 유입량의 기준으로 미리 설정되어 있을 수 있으며, 혈당 측정 장치의 사양 등에 따라 다양한 값으로 설계될 수 있다.

상기 단계(S210)의 비교결과, 혈액 시료의 유입량이 기준값 이상이라면, 제어부(100)는 제1전극부(200)를 통해 혈액 시료의 임피던스의 크기를 측정한다(S220). 즉 제어부(100)는 제1전극부(200)를 통해 유입된 시료에 교류전압을 인가하여 임피던스의 크기를 측정할 수 있다.

또한 제어부(200)는 제2전극부(300)를 통해 혈액 시료의 글루코스 산화반응에 따른 전류를 측정한다(S230). 즉, 제2전극부(300)의 측정전극(330)까지 유입된 혈액 시료는 직류전압 인가에 따라 해당 전극에 접하고 있는 반응물질과 반응하게 되며, 제어부(100)는 이러한 혈액 시료의 글루코스 산화환원반응에 따른 응답전류를 측정할 수 있다.

한편 본 실시예에서는 상기 단계(S220) 이후에 상기 단계(S230)가 수행되는 것으로 설명하였으나, 상기 단계(S230)는 상기 단계(S220)와 동시에 또는 그 이전에 수행될 수도 있다.

이어서 제어부(100)는 상기 단계(S220) 및 단계(S230)에서 측정된 임피던스의 크기 및 전류를 기 설정된 수식에 적용하여 혈액 시료의 글루코스 농도를 산출한다(S240). 여기서 기 설정된 수식의 독립변수는 복수의 시점에서의 제1특성값(임피던스의 크기) 및 제2특성값(응답전류값)이고, 종속변수는 글루코스 농도이다. 즉, 제어부(100)는 단일한 스텝을 사용하여 측정값으로부터 글루코스 농도를 산출함으로써, 그 처리 속도 및 정확도를 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 혈당 측정 방법 및 장치는 제1전극부를 통해 교류전압을 인가하여 시료의 제1특성을 측정하고, 제2전극부를 통해 직류전압을 인가하여 시료의 제2특성을 측정하며, 제1전극부를 통해 측정된 결과 및 제2전극부를 통해 측정된 결과를 기 설정된 수식에 적용하여 시료의 글루코스 농도를 산출함으로써, 별도의 보정 과정 없이도 정확한 글루코스 농도 산출이 가능하게 하고, 보정 과정에 의한 오차율을 저감시킬 수 있도록 하며, 농도 산출에 소요되는 시간 또한 단축시킬 수 있도록 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 기판
100: 제어부
200: 제1전극부
210: 제1전극
211: 제1리드부
213: 제1전극부재
300: 제2전극부
310: 기준전극
330: 측정전극
350: 체크전극

Claims

제어부가 제1전극부를 통해 유입된 시료에 교류전압을 인가하여 제1특성을 측정하는 단계;
상기 제어부가 제2전극부를 통해 상기 시료에 직류전압을 인가하여 제2특성을 측정하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 제1전극부를 통해 측정된 결과 및 상기 제2전극부를 통해 측정된 결과를 기 설정된 수식에 적용하여 상기 시료의 글루코스(glucose) 농도를 산출하는 단계를 포함하는 혈당 측정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제1특성은 임피던스의 크기인 것을 특징으로 하는 혈당 측정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제2특성은 전류인 것을 특징으로 하는 혈당 측정 방법.
제 3항에 있어서,
상기 제2특성을 측정하는 단계에서, 상기 제어부는 글루코스 산화환원반응에 따른 응답전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제2특성을 측정하는 단계에서, 상기 제어부는 기 설정된 휴지시간동안 전압을 인가하지 않는 휴지기, 제1기준시간동안 제1기준전압을 인가하는 제1기, 제2기준시간동안 제2기준전압을 인가하는 제2기 및 제3기준시간동안 제3기준전압을 인가하는 제3기를 통해 상기 제2특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정 방법
제 1항에 있어서,
상기 수식의, 독립변수는 복수의 시점에서의 제1특성값 및 제2특성값이고, 종속변수는 글루코스 농도인 것을 특징으로 하는 혈당 측정 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제어부가 상기 제2전극부를 통해 유입된 시료의 유입량을 측정하는 단계를 더 포함하되,
상기 제어부는, 상기 시료의 유입량이 기준값 이상인 경우에만, 상기 제1특성을 측정하는 단계 및 상기 제2특성을 측정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정 방법.
제 7항에 있어서,
상기 제2전극부는,
상기 제2특성을 측정하기 위한 측정전극;
상기 시료의 유입량을 측정하기 위한 체크전극; 및
상기 체크전극과 이격되게 위치하는 기준전극을 포함하되,
상기 제어부는 상기 기준전극과 상기 체크전극 사이의 전위차를 통해 상기 시료의 유입량을 측정하는 것을 특징으로 하는 혈당 측정 방법.
유입된 시료에 교류전압을 인가하여 제1특성을 측정하는 제1전극부;
상기 시료에 직류전압을 인가하여 제2특성을 측정하는 제2전극부; 및
상기 제1전극부를 통해 측정된 결과 및 상기 제2전극부를 통해 측정된 결과를 기 설정된 수식에 적용하여 상기 시료의 글루코스(glucose) 농도를 산출하는 제어부를 포함하는 혈당 측정 장치.
제 9항에 있어서,
상기 제1특성은 임피던스의 크기이고, 상기 제2특성은 글루코스 산화환원반응에 따른 응답전류인 것을 특징으로 하는 혈당 측정 장치.