KR20190055865A - Apparatus and method of measuring acetone of gas in oral cavity - Google Patents

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KR20190055865A
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김인호
이민규
남경덕
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for measuring acetone concentration of breathing gas, which can measure and separate an acetone component from human breathing gas. To this end, the present invention provides the apparatus and the method for measuring the acetone concentration of the breathing gas, in which a set quantity of multi-component breathing gas flows along a flow path within the apparatus and passes through a gas separation column to be separated into a single component, and a gas sensor operated at a rear end of the column senses signals as time has passed and obtains an acetone gas sensing signal after set time. The gas is carried by a pump installed at the last end, and external air passed through a dehumidification material is used as a carriage gas. The gas sensing signal is processed into gas concentration according to conductivity change of metal oxide nano-material caused by absorption of gas molecules to display the gas concentration on the apparatus, a measurement result can be transmitted to other special apparatus, device and smart mobile application by a wired and wireless communication module mounted in the measurement apparatus, and personalized data is classified and stored at other special servers to perform a feedback and a follow-up measure.

Description

호기 중 아세톤 농도 측정장치 및 측정방법{APPARATUS AND METHOD OF MEASURING ACETONE OF GAS IN ORAL CAVITY}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an acetone concentration measuring apparatus and a measuring method thereof,

본 발명은 호기 중 아세톤 농도 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 인체의 호기에서 배출되는 지방연소 및 당뇨와 관련된 바이오마커인 아세톤의 실시간 측정을 위하여 가스분리 컬럼을 통과시켜 아세톤을 선택적으로 분리하고 측정결과를 장치에 표시 및 별도의 장치로 전송이 가능한 호기 중 아세톤 농도 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to an apparatus and method for measuring acetone concentration in an exhalation, and more particularly, to an apparatus and method for measuring acetone concentration in an exhalation, The present invention relates to an acetone concentration measuring apparatus and a measuring method in an exhalation apparatus capable of selectively separating the measurement result and displaying the measurement result on the apparatus and transmitting the measurement result to a separate apparatus.

일반적으로, 혈액에는 인체에서 발생하는 생리현상과 신진대사 상태를 반영하는 화학물질을 포함하고, 이들 중 분자량이 작은 화합물은 호흡과정에서 폐를 통해 인체 호흡가스로 배출된다. In general, blood contains chemicals that reflect the physiological phenomena and metabolic states that occur in the human body. Of these, compounds of small molecular weight are released into the human respiratory gas through the lungs during the breathing process.

이에 인체의 호흡가스에는 대사의 결과물로 다양한 가스들이 존재하며 이는 인체에서 발생하는 신진대사를 반영하는 생리학적 병리학적 근거로 알려져 있다. The respiratory gas of the human body is a result of metabolism, which is known as a physiological pathological basis reflecting the metabolism occurring in the human body.

에너지 대사와 동시에 호흡가스로 배출되는 가스로는 이산화탄소를 비롯한 다양한 가스들이 존재하며, 특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 운동 중에 지방이 연소되면서 호기로 배출되는 아세톤 가스는 지방연소와 연관성이 있다. As shown in FIG. 1, the acetone gas discharged from the lungs during exercise is associated with fat burning. In particular, as shown in FIG.

도 2에 도시된 바와 같이, 체내 지방 연소시 부산물인 3가지 케톤체 즉, 아세토아세테이트, 베타하이드록시부틸산, 아세톤이 발생하게 되는 이 중 휘발성이 높은 아세톤만이 호흡가스를 통해 배출된다. As shown in FIG. 2, only acetone, acetaacetate, beta hydroxybutyric acid, and acetone, which are byproducts during the fat burning, are discharged through the breathing gas.

한편, 병원에서 사용하는 비만 모니터링 방법은 혈액분석, MRI (Magnetic Resonance Imaging), CT (Computed Tomography), PET (Positron Emission Tomography), 운동부하검사기기 (Metabolic Measurement system)등이 있다. On the other hand, the monitoring methods of obesity used in hospitals include blood analysis, magnetic resonance imaging (MRI), computed tomography (CT), positron emission tomography (PET), and metabolic measurement system.

또한, 신체의 정보를 측정 또는 모니터링 하기 위한 장치로서, 인바디, 휴대용 헬스케어, RER(respiratory exchange ratio) 측정 장치 등이 개시된 바 있다. In addition, as an apparatus for measuring or monitoring information of a body, an inborn, a portable healthcare apparatus, a respiratory exchange ratio (RER) measuring apparatus, and the like have been disclosed.

인바디는 비 침습형의 체성분 측정기기로 몸 안에 약한 전류를 흘려보냄으로써 수분이 많은 근육에는 전류가 잘 흐르고 수분이 적은 지방에는 전류가 잘 흐르지 않는 기본 원리를 사용하여 인체에 미세한 전류를 통과시킬 때 발생하는 저항값을 측정하여 인체의 구성성분인 체수분, 단백질, 무기질, 지방을 측정하도록 구성된다. InBody is a non-invasive body composition measuring device that uses a basic principle in which current flows well in wet muscles and current does not flow well in low-moisture fats by passing a weak current through the body. The resistance value generated is measured to measure the body water, protein, mineral, and fat, which are components of the human body.

하지만, 상술한 인바디는 체지방율이나 근육량을 알려줄 뿐, 다이어트(키토제닉/일반)에 따른 개인 맞춤형 효과적인 운동강도 및 시간의 정보를 알려주지 못하는 단점이 있다. However, the above-mentioned InBody not only informs the body fat percentage and the muscle mass, but also has a disadvantage in that it can not provide personalized and effective exercise intensity and time information according to the diet (chitosanic / general).

휴대용 헬스케어는 모바일 기기와 휴대폰 프로그램은 심박수를 감지하거나 GPS를 이용하여 이동거리와 속도로 소모되는 칼로리를 추정하여 에너지 소모량 등의 정보를 제공하도록 구성된다. In portable healthcare, mobile devices and mobile phone programs are configured to provide information such as energy consumption by sensing heart rate or using GPS to estimate the calories consumed at moving distance and speed.

이러한 휴대용 헬스케어 기기를 이용하여 신체 활동량을 늘리고 운동량을 측정하고 있지만, 에너지 대사에 대한 정확한 정보를 제공하지 못하는 단점이 있다. Although these portable healthcare devices are used to increase the amount of physical activity and measure the amount of exercise, there is a disadvantage in that accurate information about energy metabolism can not be provided.

RER(respiratory exchange ratio) 측정 장치: 이산화탄소와 산소의 호흡교환율을 가지고 에너지 소비량을 계산하는 간접 측정법으로, 에너지 소비를 계산하기 위해 신체 열 생산을 측정하는 직접 측정법에 비해 간편하고 활용이 용이한 장점이 있다. The RER (respiratory exchange ratio) measuring device is an indirect measuring method that calculates the energy consumption with the respiratory exchange rate of carbon dioxide and oxygen. It is easier and easier to use than the direct measuring method of measuring the heat production to calculate the energy consumption .

그러나, 측정의 타당도와 신뢰도가 떨어지고 측정 경비, 피검자의 노력, 대다수 집단 대상 측정 등에는 적용에 제한이 있는 단점이 있다. However, the validity and reliability of the measurement are inferior, and there is a disadvantage that the measurement cost, the effort of the subject, and the measurement of the majority of the group are limited.

한편, 호기 아세톤 측정기의 일예로, 도 3에 도시한 Breezing와 도 4에 도시한 LEVL 제품이 있다. On the other hand, there are Breezing shown in FIG. 3 and LEVL product shown in FIG. 4 as an example of the breath acetone measuring device.

먼저, Breezing(Breezing 社)는, 광학분석을 통해 산소와 이산화탄소의 소비 및 생산율을 측정하는 원리로 체내에서 소비되는 열량을 계산하여 사용자는 소비열량을 확인할 수 있다. First, Breezing (Breezing) calculates the consumption and production rate of oxygen and carbon dioxide through optical analysis, and calculates the calorie consumption in the body, so the user can check the calorie consumption.

하지만, 1회 사용후 카트리지 교체가 필요하며 카트리지 가격은 개당 USD 5불 수준으로 지속적인 유지비용 요구되는 단점이 있다. However, there is a disadvantage in that the cartridge needs to be replaced after one use, and the cartridge price is USD $ 5 per unit, which is a constant maintenance cost.

다음으로, LEVL(Medamonitor LLC. 社)은, 나노센서를 기반으로 호흡가스 중 아세톤을 분석하고 이에 따라 지방 대사에 대한 지표를 제공한다. Next, LEVL (Medamonitor LLC) analyzes acetone in respiratory gases based on nanosensors and provides an indication of fat metabolism.

그러나, 측정을 위하여 다량의 호흡가스 포집이 필요하고, 저농도 아세톤을 검지할 수 없으며, 휴대용 장비가 아니라는 단점이 있다. However, there is a disadvantage in that a large amount of respiratory gas is required for measurement, low concentration acetone can not be detected, and it is not a portable instrument.

또한, 많은 연구를 통해 당뇨병의 호기 바이오마커는 아세톤으로 널리 알려져 있으며, 정상인의 호흡에는 약 0.3~0.9 ppm 정도의 아세톤이 포함되어 있고 당뇨병 환자가 배출하는 아세톤 농도는 약 1.8ppm 정도이다. 당뇨병 환자의 인슐린 저항성 특성상 체내에서 인슐린 분비가 제대로 이루어지지 않을 경우, 당 대사가 원활하지 않으므로 이에 대한 대체에너지로써 지방을 분해하여 3가지 케톤체가 발생하게 된며 아세톤이 호기로 배출된다.In addition, a number of studies have shown that aerobic biomarkers of diabetes are widely known as acetone. About 0.3 to 0.9 ppm of acetone is contained in normal respiration, and acetone concentration of about 1.8 ppm is excreted by diabetics. If the insulin secretion is not properly maintained in the body due to the insulin resistance characteristic of the diabetic patients, the metabolism is not smooth, and as an alternative energy for the insulin secretion, three kinds of ketone bodies are generated by decomposing the fat.

기존의 혈당측정기는 침습적인 방법에 의한 통증, 감염, 염증, 사용상 번거로움, 지속적인 일회용 시험지 필요, 주사침에 대한 비용 지출 등의 문제를 가지고 있다.Conventional blood glucose meters have problems such as pain caused by invasive method, infection, inflammation, troublesome use, need of continuous disposable test paper, and expenditure on needle.

또한, 기존의 비침습적 혈당 측정기는 주로 피부를 이용한 측정방법을 이용하고 있는데 이 때 사용되는 방식이 손에 압력을 가하는 방식이나 전류를 인가하여 혈당에 의한 빛 또는 전류 발생량을 측정하는 것으로 사용자의 피부조건에 따라 측정값의 오차가 크고 전류인가로 인한 통증 유발 등의 문제점을 가지고 있다.In addition, existing non-invasive blood glucose meters mainly use the skin measurement method. In this method, a method of applying pressure to the hand or a current is applied to measure the amount of light or current generated by blood glucose, There is a problem that the measurement error is large according to the conditions and the pain is caused by the current application.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 인체의 호기에서 배출되는 아세톤을 실시간으로 측정하고 그 결과를 분석함으로써 비만 및 운동에 따른 지방연소 및 당뇨와 관련된 정보를 제공하여 진단을 가능하게 하고, 질병 발생 이전에 질병의 징후를 예견할 수 있는 호기 중 아세톤 농도 측정장치 및 측정방법를 제공함에 있다. The object of the present invention is to provide a method for diagnosing obesity and exercise by providing information related to fat burning and diabetes by measuring acetone emitted from the exhalation of a human body in real time and analyzing the result thereof. And to provide an apparatus and a method for measuring acetone concentration in the atmosphere which can predict signs of disease before a disease occurs.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 호기 중 아세톤 농도 측정장치는, 인체의 호기에서 배출되는 지방연소 및 당뇨와 관련된 바이오 마커인 아세톤의 실시간 측정을 위하여 호기 중 아세톤 농도 측정장치로서, 가스분리 컬럼으로 호기를 통과시켜 아세톤을 선택적으로 분리하고, 분리된 아세톤의 측정된 결과를 디스플레이 장치에 표시하거나, 유선 또는 무선으로 연결된 외부 장치로 전송이 가능하도록 구성된다. In order to accomplish the above object, the present invention provides an apparatus for measuring the acetone concentration in an exhalation for real-time measurement of acetone, which is a biomarker related to fat burning and diabetes discharged from the human exhalation, , The acetone is selectively separated by passing through the exhalation unit, and the measured result of the separated acetone is displayed on the display device or can be transmitted to an external device connected by wire or wirelessly.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 호기 중 아세톤 농도 측정방법은, 인체의 호기에서 배출되는 지방연소 및 당뇨와 관련된 바이오 마커인 아세톤의 실시간 측정을 위하여 호기 중 아세톤 농도 측정방법으로서, 가스분리 컬럼으로 호기를 통과시켜 아세톤을 선택적으로 분리하는 단계; 분리된 아세톤을 측정하는 단계; 및 측정된 결과를 디스플레이 장치에 표시하거나, 유선 또는 무선으로 연결된 외부 장치로 전송하는 단계;로 구성된다. In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for measuring acetone concentration in an exhalation for real-time measurement of acetone, which is a biomarker related to fat burning and diabetes discharged from the exhalation of a human body, Selectively passing acetone through the aerobic unit; Measuring the separated acetone; And displaying the measured result on a display device or transmitting to a wired or wirelessly connected external device.

상술한 바와 같은 본 발명은, 인체의 호기에서 배출되는 지방연소 및 당뇨와 관련된 바이오마커인 아세톤의 실시간 측정을 위하여 가스분리 컬럼을 통과시켜 아세톤을 선택적으로 분리하고 측정결과를 장치에 표시 및 별도의 장치로 전송이 가능한 이점이 있다. The present invention as described above is to separate acetone selectively by passing through a gas separation column for real-time measurement of acetone, which is a biomarker related to fat burning and diabetes discharged from the exhalation of human body, There is an advantage that it can be transferred to the device.

도 1은 인체의 호기에서 배출되는 가스를 도시한 도면이다.
도 2는 지방연소시 아세톤 성분 발생 (케톤대사) 메커니즘을 도시한 도면이다.
도 3은 Breezing 사용예를 도시한 도면이다.
도 4는 LEVL 제품을 도시한 도면이다.
도 5는 Breezing, LEVL 및 본원발명의 특성비교표이다.
도 6은 가스분리장치의 개략적인 구성을 도시한 구성도이다.
도 7은 가스센서 MEMS 플랫폼 및 웨이퍼스케일 이온빔 스퍼터링 금속산화물 박막 사진이다.
도 8은 신호처리부의 개략적인 구성을 도시한 구성도이다.
도 9는 데이터 수집 및 측정결과 정보제공을 위한 클라우드 서비스를 도시한 도면이다.
도 10은 아세톤 측정시험결과를 도시한 그래프이다.
도 11은 아세톤 1 ppm 측정결과 (Au doped WO₃)를 도시한 그래프이다.
도 12는 케토제닉 다이어트에 의한 아세톤 발생량 증가를 도시한 그래프이다.
도 13은 호기 중 아세톤 농도 측정장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 14는 호기가스의 데드볼륨을 도시한 도면이다.
1 is a view showing gas discharged from the exhalation of the human body.
2 is a diagram showing the mechanism of acetone component generation (ketone metabolism) during fat burning.
FIG. 3 is a view showing an example of use of bleeding.
4 is a view showing a LEVL product.
Figure 5 is Breezing, LEVL and a property comparison chart of the present invention.
6 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the gas separation apparatus.
Figure 7 is a photograph of a gas sensor MEMS platform and a wafer scale ion beam sputtering metal oxide film.
8 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the signal processing unit.
9 is a diagram illustrating a cloud service for collecting data and providing measurement result information.
10 is a graph showing the acetone measurement test results.
FIG. 11 is a graph showing the result of 1 ppm of acetone (Au doped WO 3). FIG.
12 is a graph showing an increase in the amount of acetone produced by the keto-genic diet.
Fig. 13 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring acetone concentration in exhalation. Fig.
Fig. 14 is a view showing the dead volume of exhaled gas. Fig.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.The present invention may be embodied in many other forms without departing from its spirit or essential characteristics. Accordingly, the embodiments of the present invention are to be considered in all respects as merely illustrative and not restrictive.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, .

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, components, Steps, operations, elements, components, or combinations of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and a duplicate description thereof will be omitted.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

1. 가스분리장치(컬럼, 도 6 참조)1. Gas separation device (column, see FIG. 6)

다성분의 호흡가스에서 바이오마커인 아세톤(이하, '바이오마커'로 통칭함)을 단일가스로 분리하기 위하여 단일 또는 다수개의 가스분리장치를 사용한다. Single or multiple gas separation devices are used to separate acetone (hereinafter referred to as "biomarker"), which is a biomarker in a multi-component breathing gas, into a single gas.

제1컬럼(column1)에서 분리되어 나오는 바이오마커를 제2컬럼(column2)에서 추가 분리하여 혼합가스의 분리 정확성 및 선택성 효율을 향상시킬 수 있다.The biomarker separated from the first column (column 1) may be further separated in the second column (column 2) to improve the separation accuracy and selectivity of the mixed gas.

소형화를 위하여 MEMS 공정을 통한 초소형 컬럼의 적용도 가능하다. For miniaturization, it is also possible to apply ultra-small column through MEMS process.

2. 금속산화물 나노 가스센서(도 7 참조)2. Metal oxide nanogas sensor (see FIG. 7)

금속산화물의 형태를 나노분말, 나노선, 나노화이버, 나노튜브, 나노시트 등 1, 2차원 소재를 적용할 수 있다. 특히, 초미세 퀀텀닷(quantum dot, QD) 나노소재를 적용할 수 있다. One or two dimensional materials such as nanoparticles, nanowires, nanofibers, nanotubes, and nanosheets can be used as the metal oxide. In particular, ultra fine quantum dot (QD) nanomaterials can be applied.

금속산화물로는 ZnO, SnO₂, WO₃, In₂O₃, TiO₂등 이며, 이들 금속산화물을 단일 또는 두 가지 이상의 금속산화물을 화합물 또는 혼합물로 사용할 수 있으며, Al, Cu, Pt, Au, Rh 등의 전이금속 또는 귀금속을 첨가할 수 있다. Examples of the metal oxide include ZnO, SnO 2, WO 3, In 2 O 3 and TiO 2. These metal oxides can be used singly or in combination of two or more kinds of metal oxides as a compound or a mixture, and transition metals such as Al, Cu, Pt, Precious metals may be added.

가스센서 소자는 감지재료를 가열할 수 있는 마이크로히터 및 가스분자의 흡탈착에 의한 전기신호를 얻을 수 있는 감지전극으로 구성하며, 저전력화 및 소형화를 위하여 MEMS 공정을 통한 수 mm 수준의 소자를 웨이퍼스케일로 제작이 가능하다. The gas sensor element is composed of a micro heater capable of heating the sensing material and a sensing electrode capable of obtaining an electrical signal by adsorption / desorption of gas molecules. In order to reduce power consumption and miniaturization, It can be produced in scale.

금속산화물는 이온빔스퍼터링을 이용하여 수~수십 nm 수준의 초박막으로 증착이 가능하다. The metal oxide can be deposited by ultra-thin films of several to several tens of nanometers using ion beam sputtering.

3. 신호처리부(도 8 참조)3. Signal processing section (see Fig. 8)

고주파 클럭으로 동작되는 디지털 회로와 아날로그 회로가 함께 있는 경우에는 아날로그 측정 정밀도가 떨어지기 때문에 AVCC 단자에 L-C회로를 추가적으로 구성하여 ADC 변환기의 노이즈를 제거할 수 있다. If the digital circuit operated with the high frequency clock and the analog circuit are combined together, the accuracy of the analog measurement is lowered. Therefore, the L-C circuit may be additionally provided at the AVCC terminal to remove the noise from the ADC converter.

휘트스톤 브리지를 chip 내에 내장한 시스템을 개발하고 각각의 환경 변화에 따른 바이오마커 탐지 능력을 테스트한다. We develop a system that integrates Wheatstone bridges in a chip and test the biomarker detection ability according to each environment change.

필터 회로를 통하여 바이오마커 이외의 가스들로부터 측정되는 신호에서 바이오마커에 해당하는 신호만을 선택하여 정확한 검지가 가능하다. Through the filter circuit, only the signal corresponding to the biomarker can be selected from the signals measured from the gases other than the biomarker.

호기가스 유입에 따른 신호값 감지를 위한 회로 설계를 최적화하여 호기 바이오마커 검지 센서의 반응에 의한 출력 신호 감지용 전기 회로와 측정 환경(예, 온도나 습도)에 따른 측정값의 변동을 보정할 수 있는 보정 회로를 설계할 수 있다. By optimizing the circuit design to detect the signal value due to the exhalation gas input, it is possible to correct the fluctuation of the measured value according to the electric circuit for detecting the output signal and the measurement environment (for example, temperature or humidity) by the response of the expiration biomarker detection sensor A correction circuit can be designed.

4. 소형장치4. Small devices

측정장치를 구성하는 가스분리장치(컬럼), 신호처리부, 통신기기 등의 크기를 최소화하여 휴대가 가능하도록 소형장치의 형태로 제작이 가능하다. It is possible to manufacture the measuring device in the form of a small device so that the size of the gas separating device (column), the signal processing portion, the communication device, etc. can be minimized and carried.

휴대가 가능함은 물론 스마트폰과 유무선으로 연결하여 데이터 통신이 가능하도록 하여, 항상 휴대하면서 지속적으로 측정을 할 수 있도록 소형으로 제작한다. In addition to being able to carry, it is possible to connect to a smart phone with wired / wireless connection and make data communication.

5. 데이터 수집 및 측정결과 정보제공(도 9 참조)5. Data collection and provision of measurement result information (see FIG. 9)

“개인용 스마트 호기가스 진단기”는 매우 민감한 초소형 나노센서를 탑재하여 사람의 일상적인 호흡에서 건강 및 질병의 바이오마커를 분석하고, 스마트 폰과 연동 또는 통합되어 개인별 데이터가 기록, 저장 및 신호처리 과정을 거쳐 인터넷을 통하여 『Breath cloud』에 축적되면서 통계적 패턴인식 방법으로 처리된 데이터의 스크리닝 결과가 개인의 건강상태 및 질병의 징후를 예견하고 판단함으로써 궁극적으로 인간의 건강과 복지에 중요한 피드백과 후속조치를 가능하게 한다."Personal Smart Exhalation Gas Diagnostic System" is equipped with ultra-sensitive ultra-small nano-sensor to analyze the biomarkers of health and disease in daily breathing of people and to integrate or integrate with smartphone to record, store and process individual data The screening results of data processed by statistical pattern recognition methods accumulated in the "Breath cloud" via the Internet foresee and judge the individual's health condition and signs of disease, ultimately providing feedback and follow-up on human health and well-being .

미설명한 도 5는 Breezing, LEVL 및 본원발명의 특성비교표이고, 도 10은 아세톤 측정시험결과를 도시한 그래프이며, 도 11은 아세톤 1 ppm 측정결과 (Au doped WO₃)를 도시한 그래프이고, 도 12는 케토제닉 다이어트에 의한 아세톤 발생량 증가를 를 도시한 그래프이다. 10 is a graph showing the results of the acetone measurement test, FIG. 11 is a graph showing the results of the acetone 1 ppm measurement (Au doped WO 3), and FIG. 12 Is a graph showing the increase in acetone production by the ketogenic diet.

6. 종단호기 채집방법 및 기구 (도 13, 14 참조)6. End-expiratory collection method and apparatus (see Figs. 13 and 14)

호흡가스에서 아세톤 측정에 있어서 인체의 대사작용에 의한 아세톤은 호기의 종단부에서 배출된다. 따라서 지방연소 및 당뇨에 관한 유의미한 측정결과를 위하여는 호흡가스의 종단부의 가스를 채집하는 것이 중요하다. In the measurement of acetone in the respiratory gas, acetone due to the metabolism of the human body is discharged at the end of the breath. Therefore, it is important to collect the gas at the end of the respiratory gas for meaningful measurement of fat burning and diabetes.

도 14에 도시된 바와 같이, 일반적으로 사람의 호흡으로 배출하는 호기의 부피는 1회에 약 500 mL 이며, 그 중 호기의 초기에 배출되는 약 150 mL는 인체의 대사작용과 무관한 가스로 알려져 있다.As shown in Fig. 14, the volume of the exhalation discharged by human breath is about 500 mL at a time, and about 150 mL, which is discharged in the early stage of the exhalation, is known as a gas irrelevant to the metabolism of the human body have.

따라서, 호흡가스 중에서 초기 및 중기 호기가스는 외부로 배출시키고, 종단 호기 채집 방법으로써 호기샘플링 유로에 압력센서를 장착하여 일정 압력 이하가 되면 체크 밸브를 작동시켜 측정 샘플을 채집하는 방법과; 일반적으로 사람의 호기가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 측정하여 호기 종단에 해당되는 일정 농도 이하의 이산화탄소가 검지되었을 경우 체크 밸브를 작동시켜 측정 샘플을 채집하는 방법과; 압력센서와 이산화탄소 검지센서를 두 가지 모두 혼용하여 사용하는 방법이 있다.  Accordingly, a method of collecting measurement samples by discharging the initial and middle exhalation gas in the respiratory gas to the outside, operating the check valve when the pressure sensor is installed in the exhalation sampling channel by the endoscopic sampling method, A method of measuring carbon dioxide contained in a person's exhalation gas and collecting a measurement sample by operating a check valve when carbon dioxide below a predetermined concentration corresponding to the end of the exhalation is detected; There is a method of using both the pressure sensor and the carbon dioxide detection sensor in combination.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many other obvious modifications can be made therein without departing from the scope of the invention. Accordingly, the scope of the present invention should be interpreted by the appended claims to cover many such variations.

Claims (2)

인체의 호기에서 배출되는 지방연소 및 당뇨와 관련된 바이오 마커인 아세톤의 실시간 측정을 위하여 호기 중 아세톤 농도 측정장치로서,
가스분리 컬럼으로 호기를 통과시켜 아세톤을 선택적으로 분리하고, 분리된 아세톤의 측정된 결과를 디스플레이 장치에 표시하거나, 유선 또는 무선으로 연결된 외부 장치로 전송이 가능하도록 구성된 호기 중 아세톤 농도 측정장치.
As an apparatus for measuring acetone concentration in exhalation for real time measurement of acetone, which is a biomarker related to fat burning and diabetes discharged from the human exhalation,
An apparatus for measuring acetone concentration in a unit configured to selectively pass acetone through an exhalation passage to a gas separation column, to display the measured result of the separated acetone on a display device, or to transmit it to an external device connected by wire or wireless.
인체의 호기에서 배출되는 지방연소 및 당뇨와 관련된 바이오 마커인 아세톤의 실시간 측정을 위하여 호기 중 아세톤 농도 측정방법으로서,
가스분리 컬럼으로 호기를 통과시켜 아세톤을 선택적으로 분리하는 단계;
분리된 아세톤을 측정하는 단계; 및
측정된 결과를 디스플레이 장치에 표시하거나, 유선 또는 무선으로 연결된 외부 장치로 전송하는 단계;로 구성된 호기 중 아세톤 농도 측정방법.
As a method for measuring acetone concentration in the exhalation for real-time measurement of acetone, which is a biomarker related to fat burning and diabetes discharged from the human breath,
Selectively passing the acetone through a gas separation column;
Measuring the separated acetone; And
And displaying the measured result on a display device or transmitting to a wired or wirelessly connected external device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102337487B1 (en) * 2020-10-07 2021-12-09 홍익대학교세종캠퍼스산학협력단 Manufacturing Method For Exhalation Sensor To Detect Acetone Based On Zinc Oxide And Exhalation Sensor Manufactured Therefrom

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