KR20190056820A - 공통전극 프로브 및 이를 이용한 진단장치 - Google Patents

공통전극 프로브 및 이를 이용한 진단장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 일실시예는, 목적 물질(바이오마커)을 검출하기 위한 반응이 발생하는 복수의 작동전극, 및 상기 복수의 작동전극이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 상대전극을 포함하는 공통전극 프로브를 제공하고, 상기 공통전극 프로브와 탈착가능하게 결합하며, 상기 복수의 작동전극에 연결된 스위치를 제어하여 상기 목적 물질을 검출하는 본체를 포함하는 공통전극 프로브를 이용하는 진단장치 및 진단방법을 제공한다.

Description

공통전극 프로브 및 이를 이용한 진단장치{A common electrode probe and diagnostic apparatus using the same}
본 발명은 공통전극 프로브 및 이를 이용한 진단장치에 관한 것이다.
최근 질병의 정확한 진단과 질병의 전조를 포착하여 질병을 예방하기 위한 방법으로, 체외진단 분야가 발전하고 있다. 체외진단 장치는 침, 혈액, 소변 등에 포함된 물질을 사용자가 현장에서 곧바로 측정할 수 있어서 사용범위가 점차 확장되고 있다.
또한, 최근 진단의학의 발전에 의하여 단일 목적 물질(바이오마커, biomarker)만을 측정하는 것이 아니라, 복수의 목적 물질을 측정하여 목적 물질 사이의 관계를 기초로 특정 질병의 유무를 판단하는 방법이 개발되고 있다.
그러나, 체외진단 장치에 사용되는 대부분의 항원-항체 반응을 기반으로 하는 측정용 프로브의 제품단가 문제와 항원-항체 반응 자체의 특성때문에 다양한 표적 물질을 측정하기 어려워 범용성이 낮은 점 등이 문제가 되고 있다.
KR 10-2012-0102799 A
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 복수의 작동전극이 공통으로 이용하는 적어도 하나의 전극을 포함하는 공통전극 프로브를 제공하기 위한 것이다.
또한, 공통전극 프로브와 탈착가능하게 결합되며, 공통전극 프로브의 복수의 작동전극을 순차적으로 온오프하면서 서로 다른 목적 물질을 측정할 수 있는 공통전극 프로브를 이용한 진단장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브는, 목적 물질을 검출하기 위한 반응이 발생하는 복수의 작동전극, 및 상기 복수의 작동전극이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 상대전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 작동전극이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 기준전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 작동전극은 서로 다른 목적 물질을 검출하기 위한 반응이 발생하는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브를 이용하는 진단장치는, 목적 물질을 검출하기 위한 반응이 발생하는 복수의 작동전극과, 상기 복수의 작동전극이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 상대전극을 포함하는 공통전극 프로브, 및 상기 공통전극 프로브와 탈착가능하게 결합하며, 상기 복수의 작동전극에 연결된 스위치를 제어하여 상기 목적 물질을 검출하는 본체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 본체는 상기 복수의 작동전극마다 연결된 스위치를 포함하는 스위칭부, 상기 작동전극 및 상대전극에 전원을 공급하는 전원부, 상기 목적 물질을 검출하기 위한 반응에 의한 전압을 센싱하는 전압감지부, 상기 목적 물질을 검출하기 위한 반응에 의한 전류를 센싱하는 전류감지부, 및 상기 스위치를 온오프하도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 전압감지부와 전류감지부로부터 수신하는 신호에 기초하여 목적 물질을 검출하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 상기 복수의 작동전극마다 연결된 상기 스위치를 순차적으로 온오프하도록 상기 스위칭부를 제어할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 작동전극이 동작하기 위하여 하나의 공통전극을 이용할 수 있으므로, 프로브 크기를 최소화할 수 있고, 프로브 전극 패턴이 단순화됨에 따라, 설계 및 제조가 간편해지므로 소형화 및 저가격화 가능한 진단장치용 프로브를 제공할 수 있다.
또한, 공통전극을 이용한 프로브의 복수의 작동전극은 서로 다른 목적 물질을 검출하기 위한 반응이 이루어지도록 제조할 수 있으므로, 하나의 프로브를 이용하여 다수의 서로 다른 목적 물질을 전기화학 측정방식을 이용하여 검출할 수 있으므로, 진단과정이 간편해지는 효과가 있다.
또한, 공통전극 프로브는 본체와 탈착가능한 일회용 프로브로서, 1회 사용한 공통전극 프로브를 세척하여 다시 사용하지 않아도 되므로, 측정시간이 단축되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브를 이용한 진단장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공통전극 프로브의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 진단장치의 회로를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브를 이용하는 진단방법의 순서도이다.
본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브(100)를 이용한 진단장치의 개념도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브(100)를 이용한 진단장치는 본체(200)와 공통전극 프로브(100)를 포함한다. 본체(200)와 공통전극 프로브(100)는 탈착가능하게 결합될 수 있다. 본체(200)는 배터리가 포함되어 휴대가능한 형태일 수 있으며, 일정한 장소에 설치된 장치일 수 있다. 공통전극 프로브(100)는 한번 목적 물질 측정에 사용되면 교체해야 하는 일회용일 수 있다.
공통전극 프로브(100)는 동물이나 사람에게서 얻어질 수 있는 땀, 혈액, 타액 등의 시료에 접촉하여, 항원, 항체, 단백질 등의 목적 물질을 측정한다. 이러한 목적 물질은 항원-항체 반응이나 기타 검출에 필요한 반응이 수반될 수 있으며, 전기화학 방식을 이용하여 반응에 수반하는 전압 또는 전류의 변화를 측정함으로써 목적 물질을 측정한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브(100)의 사시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브(100)는 몸체(110), 연결부(120), 전극부(130)를 포함한다. 연결부(120)는 진단기기에 탈착가능하게 형성되고, 연결부(120)에는 전기신호를 입출력할 수 있는 단자가 형성되어 전극부(130)와 진단기기를 전기적 및 기계적으로 연결한다. 몸체(110)는 연결부(120)와 전극부(130)를 지지한다. 전극부(130)는 복수의 전극을 포함하며, 땀이나 혈액 등의 시료에 접촉하여 목적 물질을 검출하는 반응을 수행한다.
공통전극 프로브(100)의 전극부(130)는 목적 물질을 검출하기 위한 반응이 발생하는 복수의 작동전극(WE, Working Electrode), 복수의 작동전극(WE)이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 상대전극(CE, Counter Electrode)을 포함하며, 복수의 작동전극(WE)이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 기준전극(RE, Reference Electrode)을 더 포함할 수 있다.
전극부(130)는 2전극 방식을 사용하는 경우, 작동전극(WE)과 상대전극(CE) 중에서, 작동전극(WE)을 복수개 형성하고 복수의 작동전극(WE)이 하나의 상대전극(CE)을 공유하도록 구성할 수 있다. 전극부(130)는 3전극 방식을 사용하는 경우, 복수의 작동전극(WE)과, 복수의 작동전극(WE)이 공유하는 하나의 상대전극(CE) 및 하나의 기준전극(RE)으로 구성할 수 있다. 기준전극(RE)은 전기화학 반응이 일어나는 기준전위를 제공하며, 상대전극(CE)은 작동전극(WE)에서 전기화학 반응으로 발생된 전류를 측정한다.
복수의 작동전극(WE)은 각각 서로 다른 목적 물질을 검출하기 위한 반응 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 작동전극(WE1)은 제1 목적 물질을 검출하기 위하여, 제1 목적 물질과 특이적 반응을 발생시키는 제1 반응 물질을 표면에 갖고 있으며, 제2 작동전극(WE2)은 제2 목적 물질을 검출하기 위하여, 제2 목적 물질과 특이적 반응을 발생시키는 제2 반응 물질을 표면에 가질 수 있다.
이와 같이, 하나의 프로브(100)에 복수의 작동전극(WE)이 포함되고, 각각의 작동전극(WE)이 서로 다른 목적 물질을 검출할 수 있으므로, 특정 질병을 진단하기 위하여 필요한 복수의 서로 다른 목적 물질을 하나의 프로브(100)로 검출할 수 있다. 따라서, 특정 질병을 검출하기 위하여 복수의 프로브(100)를 사용할 필요가 없으므로 저가격화 가능하고, 검사에 소요되는 공간 및 비용을 절감할 수 있다.
작동전극(WE)은 인듐 산화 주석(Indium tin oxide, ITO) 재질로 형성될 수 있으며, 목적 물질에 따라 검출에 필요하는 반응 물질이 달라질 수 있고, 특정 반응 물질을 전극 상에 형성하기 위하여 필요하다면 ITO 이외의 다른 재질을 이용할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공통전극 프로브(100)의 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 작동전극(WE), 상대전극(CE), 기준전극(RE)은 공통전극 프로브(100)의 몸체(110)에서 일방향으로 나란하게 형성될 수 있다. 전극들은 몸체(110)에서 뻗어나오는 핀(Pin) 형상으로 형성될 수 있다. 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체(110)에서 연장되는 지지판 상에 전극이 형성될 수 있다. 작동전극(WE)은 넓은 면과 좁은 면을 가질 수 있으며, 넓은 면은 반응 물질이 형성될 수 있을 정도로 충분한 넓이를 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 작동전극(WE), 기준전극(RE), 상대전극(CE)은 전기화학반응이 더 균일하게 발생할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
즉, 전기화학반응의 주체가 되는 작동전극(WE)과 상대전극(CE) 사이의 거리가 균일하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 복수의 작동전극(WE)이 나란히 형성되는 경우 작동전극(WE)의 넓은 면과 상대전극(CE)이 동일한 거리에 위치하도록, 상대전극(CE)이 적어도 한번 이상의 굴곡부를 갖도록 형성될 수 있다. 또는, 목적 물질의 검출에 필요한 반응에 필요한 환경에 따라 작동전극(WE)과 상대전극(CE) 사이의 거리가 정해질 수 있다. 이와 같이, 상대전극(CE)과 작동전극(WE) 사이의 거리를 조절할 수 있으므로 복수의 목적 물질을 하나의 프로브(100)를 이용하여 효율적으로 측정할 수 있도록 전극을 설계할 수 있다.
종래에, 하나의 목적 물질에 대해서 작동전극(WE), 기준전극(RE), 상대전극(CE)을 하나의 조합으로 구성하여 하나의 프로브(100)를 사용하였다. 그러나 이러한 방식은 복수의 목적 물질을 검출하기 위하여 여러개의 프로브(100)를 사용하여야 하는 문제점이 있다.
이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브(100)는 서로 다른 목적 물질을 검출하기 위한 복수의 작동전극(WE)을 하나의 프로브(100)로 구성하며, 작동전극(WE)마다 상대전극(CE)과 기준전극(RE)을 형성하지 않고, 복수의 작동전극(WE)이 적어도 하나의 상대전극(CE) 또는 기준전극(RE)을 공통으로 이용하므로, 하나의 프로브(100)로 다양한 목적 물질을 측정할 수 있고, 전극을 공통으로 사용하므로 전극 형성에 필요한 공간이 절약되며 설계 및 제조가 간편해지는 장점이 있다. 따라서 공통전극 프로브(100)의 제품단가를 낮출 수 있어 체외진단방식의 활성화에 기여할 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브(100)를 이용하는 진단장치와 진단방법을 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브(100)를 이용하는 진단장치는, 목적 물질을 검출하기 위한 반응이 발생하는 복수의 작동전극(WE)과 상기 복수의 작동전극(WE)이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 상대전극(CE)을 포함하는 공통전극 프로브(100), 및 상기 공통전극 프로브(100)와 탈착가능하게 결합하며, 상기 복수의 작동전극(WE)에 연결된 스위치를 제어하여 상기 목적 물질을 검출하는 본체(200)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 진단장치의 회로를 나타내는 블록도이며, 진단장치와 공통전극 프로브(100)가 결합된 상태를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본체(200)는 전원부(310), 컨트롤러(320), 전류측정부(340), 전압측정부(350), 스위칭부(330)를 포함한다. 공통전극 프로브(100)의 연결부(120)는 전극부(130)의 기준전극(RE), 상대전극(CE), 작동전극(WE)을 본체(200)와 전기적으로 연결한다. 전원부(310)는 상대전극(CE) 및 작동전극(WE)에 전원을 공급한다. 전원부(310)는 컨트롤러(320)의 제어에 따라 전원을 온/오프 할 수 있다. 본체(200)는 목적 물질을 측정한 결과를 사용자에게 제공하는 디스플레이 또는 다른 장치로 측정한 결과를 제공하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
전류측정부(340)는 목적 물질을 검출하기 위한 반응을 통해 작동전극(WE)과 상대전극(CE) 사이에서 흐르는 전류를 측정하고, 측정된 전류를 컨트롤러(320)로 제공한다. 전압측정부(350)는 기준전극(RE)과 작동전극(WE) 사이의 전압을 측정하고, 측정된 전압을 컨트롤러(320)로 제공한다.
스위칭부(330)는 복수의 스위치를 포함하며, 스위칭부(330)의 일단은 전원부(310)에 연결되고 스위칭부(330)의 타단은 복수의 작동전극(WE)에 연결된다. 예를 들면, 제1 작동전극(WE1)에 제1 스위치(SW1)가 연결되고, 제2 작동전극(WE2)에 제2 스위치(SW2)가 연결되며, 제3 작동전극(WE3)에 제3 스위치(SW3)가 연결된다. 따라서, 전원부(310)가 스위칭부(330)에 전원을 공급하면, 스위칭부(330)에 포함된 스위치의 온(On)/오프(Off)에 따라, 스위치 온(On) 상태인 작동전극(WE)에 전원이 공급된다.
컨트롤러(320)는 전류측정부(340)로부터 수신한 전류와 전압측정부(350)로부터 수신한 전압과 전원부(310)에서 인가하는 전압과 전원의 인가시간을 선택적으로 이용하여, 순환전압전류법(cyclic voltametry), 시간대전류법(chronoamperometry), 시간대전하법(chronocoulometry), 시간대전위차법(chronopotentiometry) 등의 다양한 전기화학 측정법을 수행할 수 있다. 컨트롤러(320)는 전기화학측정법을 수행하여, 시료 내에 어떤 목적 물질이 얼마나 포함되어 있는지 정량적 결과를 사용자에게 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브(100)를 이용하는 진단방법의 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(320)는 복수의 작동전극(WE)마다 연결된 스위치를 순차적으로 온오프하도록 스위칭부(330)를 제어한다. 예를 들면, 제1 스위치(SW1)를 온(On)하면 제1 작동전극(WE1)에 전원이 공급되어 제1 목적 물질을 측정하고, 제1 목적 물질의 측정에 필요한 시간이 경과하면 제1 스위치(SW1)를 오프(Off)하여 제1 목적 물질의 측정을 완료한다. 다음으로, 제2 스위치(SW2)를 온(On)하면 제2 작동전극(WE2)에 전원이 공급되어 제2 목적 물질을 측정하고, 제2 목적 물질의 측정에 필요한 시간이 경과하면 제2 스위치(SW2)를 오프(Off)하여 제2 목적 물질의 측정을 완료한다. 다음으로, 제3 스위치(SW3)를 온(On)하면 제3 작동전극(WE3)에 전원이 공급되어 제3 목적 물질을 측정하고, 제3 목적 물질의 측정에 필요한 시간이 경과하면 제3 스위치(SW3)를 오프(Off)하여 제3 목적 물질의 측정을 완료한다.
컨트롤러(320)는 목적 물질의 측정에 필요한 시간을 기준으로 스위치의 온/오프 간격을 조절할 수도 있고, 목적 물질의 측정에 필요한 전압 또는 전류가 인가되었는지를 기준으로 스위치의 온/오프 간격을 조절할 수도 있다. 컨트롤러(320)는 제1 스위치(SW1)의 오프(Off) 이후에 제2 스위치(SW2)를 온(On)하기 전까지 휴식간격을 갖도록 스위칭부(330)를 제어할 수도 있다.
컨트롤러(320)는 제1 작동전극(WE1)에 전원을 공급하도록 제1 스위치(SW1)를 온(On)하도록 제어한 상태에서, 전원부(310)를 제어하여 제1 작동전극(WE1)에 공급하는 전압의 크기 및 공급시간을 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서 목적 물질의 검출에 필요한 반응을 효과적으로 수행할 수 있는 적정 범위의 전원을 동작전극에 공급할 수 있다.
이상으로 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 공통전극 프로브(100)를 이용하는 진단장치 및 진단방법은, 공통전극 프로브(100)의 복수의 작동전극(WE)을 스위칭부(330)를 제어함으로써 순차적으로 동작시킬 수 있어서, 하나의 프로브(100)를 이용하여 복수의 목적 물질을 순차적으로 측정할 수 있다. 따라서, 종래 서로 다른 프로브(100)를 교체해가면서 목적 물질을 측정하는 진단장치에 비하여, 프로브(100)의 교체 시간을 최소화하여 진단시간을 단축할 수 있으며, 하나의 프로브(100)를 이용하여 자동으로 다양한 목적 물질을 측정하고 그 결과를 사용자가 확인할 수 있으므로 사용자가 목적 물질에 따라 측정세팅을 변경할 필요가 없으므로 측정과정이 간편하다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 프로브 200: 본체
110: 몸체 120: 연결부
130: 전극부 RE: 기준전극
CE: 상대전극 WE1: 제1 작동전극
WE2: 제2 작동전극 WE3: 제3 작동전극
310: 전원부 320: 컨트롤러
330: 스위칭부 340: 전류측정부
350: 전압측정부 SW1: 제1 스위치
SW2: 제2 스위치 SW3: 제3 스위치

Claims (6)

  1. 목적 물질을 검출하기 위한 반응이 발생하는 복수의 작동전극; 및
    상기 복수의 작동전극이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 상대전극을 포함하는 공통전극 프로브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 작동전극이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 기준전극을 더 포함하는 공통전극 프로브.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 작동전극은
    서로 다른 목적 물질을 검출하기 위한 반응이 발생하는 것인 공통전극 프로브.
  4. 목적 물질을 검출하기 위한 반응이 발생하는 복수의 작동전극과, 상기 복수의 작동전극이 공통으로 사용하는 적어도 하나의 상대전극을 포함하는 공통전극 프로브; 및
    상기 공통전극 프로브와 탈착가능하게 결합하며, 상기 복수의 작동전극에 연결된 스위치를 제어하여 상기 목적 물질을 검출하는 본체를 포함하는 공통전극 프로브를 이용하는 진단장치.
  5. 상기 본체는
    상기 복수의 작동전극마다 연결된 스위치를 포함하는 스위칭부;
    상기 작동전극 및 상대전극에 전원을 공급하는 전원부;
    상기 목적 물질을 검출하기 위한 반응에 의한 전압을 센싱하는 전압감지부;
    상기 목적 물질을 검출하기 위한 반응에 의한 전류를 센싱하는 전류감지부; 및
    상기 스위치를 온오프하도록 상기 스위칭부를 제어하고, 상기 전압감지부와 전류감지부로부터 수신하는 신호에 기초하여 상기 목적 물질을 검출하는 컨트롤러를 포함하는 공통전극 프로브를 이용하는 진단장치.
  6. 상기 컨트롤러는
    상기 복수의 작동전극마다 연결된 상기 스위치를 순차적으로 온오프하도록 상기 스위칭부를 제어하는 공통전극 프로브를 이용하는 진단장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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