KR20200012481A - 혈당 측정 패치 - Google Patents

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KR20200012481A
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김남헌
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 혈당 패치는, 피부로 초음파를 출사하는 초음파 모듈; 및 상기 초음파 모듈의 하부에 배치되는 센서 모듈을 포함하고, 상기 센서 모듈은, 상기 피부와 접촉하며 배치되고, 상기 센서 모듈의 초음파 속도는 1480㎧ 내지 1570㎧이다.

Description

혈당 측정 패치{BLOOD SUGAR DETECTING APPLICATION}
실시예는 혈당 측정 패치에 관한 것이다.
근래 당뇨병 환자의 증가 및 당뇨병으로 인한 합병증 위험에 대한 우려가 커짐에 따라 장기적으로 혈당 조절을 위한 혈당 측정 장치의 수요가 꾸준히 증가하고 있다.
이러한 혈당 측정 방법에는 크게 침습적인 방법(invasive), 최소침습적인 방법(minimally invasive), 비침습적인 방법(non-invasive)이 있다. 침습적인 방법은 혈액에 존재하는 포도당과 효소와의 반응을 통해 포도당 농도를 측정하는 것인데, 지속적인 측정이 불가능하고 측정시 소량의 피를 뽑아야 하므로 환자에게 고통을 유발한다. 최소 침습적인 방법에는 역 이온 도입법(reverse iontophoresis)이 있으며 혈관 내 흐르는 혈액의 포도당 농도를 측정하는 대신, 피하(subcutaneous)의 세포간질액(Interstitial fluid)에 존재하는 포도당 농도를 측정하는 것인데, 세포간질액의 포도당 농도가 혈관의 포도당 농도와 흡사하지만 두 농도 사이에 6분 정도의 지연시간 (lag time)이 존재한다는 것이 문제점이다.
또한, 비침습적인 방법은 비광학적 방법과 광학적 방법으로 나뉘는데, 비광학적인 방법은 체온과 몸의 움직임이 변화할 때 측정값의 오차가 큰 문제점이 있다. 광학적 방법의 경우, 광음향 효과를 이용하여 혈당을 측정하는 방법이 있는데, 종래의 광음향 효과를 이용한 혈당 측정법은 Nd:YAG 레이저나 가변 파장의 OPO 레이저(laser)를 이용하였는데 이러한 장비들은 가격이 매우 비싸고 크기가 큰 단점이 있었다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 새로운 구조의 혈당 패치가 요구된다.
실시예는 비침습적인 방법으로 용이하게 혈당을 측정할 수 있고, 보다 정확한 수치의 혈당을 측정할 수 있으며, 신뢰성이 향상된 혈당 측정 패치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 혈당 패치는, 피부로 초음파를 출사하는 초음파 모듈; 및 상기 초음파 모듈의 하부에 배치되는 센서 모듈을 포함하고, 상기 센서 모듈은, 상기 피부와 접촉하며 배치되고, 상기 센서 모듈의 초음파 속도는 1480㎧ 내지 1570㎧이다.
실시예에 따른 혈당 패치는 초음파가 피부로 전달되는 매질의 초음파 속도를 제어할 수 있다.
자세하게, 실시예에 따른 혈당 패치는 피부와 유사한 초음파 속도를 가지는 매질의 공극율을 최소화하여 매질을 통해 피부로 전달되는 초음파의 속도 저하를 방지할 수 있다.
이에 따라, 매질과 피부의 계면에서 매질과 피부의 초음파 속도 차이에 의한 반사율 증가를 방지할 수 있다.
따라서, 최대한 많은 초음파를 피부 내부로 침투하여 효율적으로 혈당을 측정할 수 있다.
또한, 상기 매질은 점성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 별도의 수용부가 요구되지 않는다.
또한, 상기 매질의 외부에는 탈부착이 가능한 이형물질이 배치되어, 외부 환경에 따른 매트릭스의 오염을 방지할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 혈당 패치는 매트릭스를 수용하는 별도의 수용부가 요구되지 않고, 매트릭스를 보호하는 보호층만을 제거하고, 직접 피부에 부착하여 사용할 수 있으므로, 사용자가 혈당 패치를 용이하게 사용할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 혈당 패치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 혈당 패치와 피부가 접촉하는 단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 혈당패치의 센서부를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 혈당 패치에 의한 혈당 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한개이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다.
또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 실시예에 따른 혈당 패치를 설명한다.
실시예에 따른 혈당 패치는 비침습성 혈당 패치에 관한 것이다. 자세하게, 실시예에 따른 혈당 패치는 초음파를 이용한 비침습성 혈당 패치에 관한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 혈당 패치는 초음파 모듈(100) 및 센서 모듈(200)을 포함할 수 있다.
상기 초음파 모듈(100)은 초음파를 생성하여, 상기 센서 모듈(200) 방향으로 초음파를 출사할 수 있다.
상기 초음파 모듈(100)은 초음파 트랜스듀서일 수 있다. 자세하게, 상기 초음파 모듈(100)은 전기 에너지를 음향 에너지로 변환시키고, 역으로 음향 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것으로, 시스템으로부터 가해진 전기 신호를 초음파 신호로 변환하고, 생체에 전달되어 흡수 또는 반사된 초음파 신호를 수신하여 전기신호로 변환시킨다.
상기 초음파 모듈은 기재(110) 및 상기 기재(110) 상의 전극(120)을 포함할 수 있다. 상기 기재(110)는 상기 전극(120)을 지지하는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 상기 기재(110)는 플라스틱 또는 수지 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기재(110)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 PMMA(polymethyl metacyrate)를 포함할 수 있다.
상기 초음파 모듈(110)은 외부의 고주파 전원과 연결되어 발생되는 주파수를 전극에 전달할 수 있다.
즉, 상기 전극(120)은 주파수를 전달받아 상기 주파수로 발진하면서 초음파를 발생시킬 수 있다. 상기 전극(120)은 압전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(120)은 PZT 등의 압전 물질을 포함할 수 있다.
즉, 상기 초음파 모듈(100)은 외부에서 발생되는 전류를 변환기를 이용하여 초음파에 해당하는 주파수를 만든 후, 상기 주파수를 전극에 인가하고, 상기 전극은 상기 주파수로 발진하면서 초음파를 발생시킬 수 있다.
상기 센서 모듈(200)은 상기 초음파 모듈(100)의 하부에 배치될 수 있다. 상기 센서 모듈(200)은 상기 초음파 모듈(100)에서 발생되는 초음파를 전달받을 수 있다.
상기 초음파 모듈(100)에서 발생되는 초음파는 상기 센서 모듈을 통과하여 실시예에 따른 혈당 패치와 접촉하는 부재 즉, 피부(S)로 입사될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 센서 모듈(200)은 인체의 피부와 접촉될 수 있다. 이에 따라, 상기 초음파 모듈(100)에서 발생되는 초음파는 상기 센서 모듈을 통과하여 피부(S)의 내부로 침투될 수 있다.
상기 피부(S)로 입사되는 초음파에 의해 피부(S) 내로 침투되어, 피부 내부의 글루코스의 확산성을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 글루코스가 피부의 외부로 방출될 수 있다.
피부의 외부로 방출되는 글루코스는 상기 센서 모듈(200)에 의해 탐지될 수 있다.
자세하게, 상기 센서 모듈(200)은 매트릭스(210) 및 센서부(220)를 포함할 수 있다. 상기 매트릭스(210)는 상기 초음파 모듈(100)에서 발생되어 전달되는 초음파가 피부 내부로 침투되도록 하는 매질의 역할을 할 수 있다.
즉, 상기 매질 역할을 하는 상기 매트릭스의 효율에 의해 상기 피부 내부로 침투되는 초음파 양이 증가될 수 있고, 이에 따른 피부 내부의 글루코스의 확산성도 증가될 수 있다.
상기 매트릭스(210)는 초음파가 통과될 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 상기 매트릭스(210)는 일정한 점도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 매트릭스(210)는 액상 및 고상의 중간상을 가지도록 일정한 점도를 가지는 물질을 포함할 수 있다.
상기 매트릭스(210)의 외부에는 보호층(300)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 매트릭스(210)의 외부에는 탈부착이 가능한 이형물질이 배치되어, 외부 환경에 따른 매트릭스의 오염을 방지할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 혈당 패치는 매트릭스를 수용하는 별도의 수용부가 요구되지 않고, 매트릭스를 보호하는 보호층만을 제거하고, 직접 피부에 부착하여 사용할 수 있으므로, 사용자가 혈당 패치를 용이하게 사용할 수 있다.
상기 매트릭스(210)의 초음파 속도(sound speed)는 상기 피부(S)의 초음파 속도(sound speed)와 유사할 수 있다. 자세하게, 상기 매트릭스(210)의 초음파 속도(sound speed)는 약 1600㎧ 이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 매트릭스(210)의 초음파 속도(sound speed)는 약 1450㎧ 내지 1600㎧ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 매트릭스(210)의 초음파 속도(sound speed)는 약 1480㎧ 내지 약 1570㎧ 일 수 있다.
상기 매트릭스(210)의 초음파 속도(sound speed)가 1480㎧ 미만이거나 1570㎧을 초과하는 경우, 상기 매트릭스(210)와 상기 피부(S)의 초음파 속도 차이에 의해 매트릭스(210)와 피부(S)의 계면에서의 초음파 반사율이 증가되어, 혈당 패치의 효율이 저하될 수 있다.
상기 매트릭스(210)와 상기 피부(S)의 계면에서의 초음파 반사율은 0.1% 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 매트릭스(210)와 상기 피부(S)의 계면에서의 초음파 반사율은 0.07% 이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 매트릭스(210)와 상기 피부(S)의 계면에서의 초음파 반사율은 0.05% 내지 0.06%일 수 있다.
한편, 상기 매트릭스(210)의 공극율은 약 1% 이하일 수 있다. 이때, 공극율은 상기 매트릭스 내의 공기 분포로 정의될 수 있다. 즉, 상기 매트릭스 내에 포함되는 공기 방울을 공극으로 정의할 수 있다.
자세하게, 상기 매트릭스(210)의 공극율은 0.1% 내지 1% 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 매트릭스(210)의 공극율은 0.3% 내지 0.8% 일 수 있다.
상기 매트릭스의 공극율이 1%를 초과하는 경우, 매트릭스를 매질로 하여 이동하는 초음파의 속도가 저하될 수 있다. 자세하게, 상기 매트릭스의 초음파 속도와 공기의 초음파 속도는 다를 수 있다. 즉, 공기의 초음파 속도는 매트릭스의 초음파 속도보다 작고, 이에 따라, 초음파가 매트릭스를 매질로 하여 이동할 때, 상기 공기에 의해 형성되는 공극에서 속도가 감소되고, 매트릭스 전체에서 초음파의 이동속도가 저하될 수 있다.
따라서, 상기 초음파 이동속도의 저하로 인해, 매트릭스(210)와 피부(S)의 초음파 속도 차이가 증가하게 되고, 이에 따라, 매트릭스(210)와 피부(S)의 계면에서 초음파의 반사율이 증가될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 혈당 패치는 상기 매트릭스의 공극율을 최소화하여 공극에 따른 초음파 속도 저하를 방지하고, 이에 따라, 매트릭스(210)와 피부(S)의 계면에서 초음파의 반사율이 증가되는 것을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 매트릭스(210)의 겔(gel) 타입의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 매트릭스(210)는 하이드로겔(hydrogel)을 포함할 수 있다.
상기 센서부(220)는 상기 매트릭스(210) 내부에 배치될 수 있다. 상기 센서부(220)는 상기 초음파에 의해 상기 피부(S)내에서 확산되어 상기 피부(S)의 외부로부터 방출되는 글루코스를 센싱할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 센서부(220)는 기재(221), 상기 기재(221) 상에 배치되는 전극들 및 탐지부(225)를 포함할 수 있다.
상기 전극은 반응 전극(222) 및 제 1 배선 전극(223) 및 제 2 배선 전극(224)을 포함할 수 있다. 상기 반응 전극(222) 및 상기 배선 전극(223)은 상기 기재(221) 상에 배치될 수 있다.
상기 반응 전극(222)은 상기 피부(S)에서 상기 피부 외부로 방출되어 매트릭스 내부로 입사되는 글루코스와 반응할 수 있다.
상기 반응 전극(222)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 전극(222)은 백금(Pt)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 배선 전극(223) 및 상기 제 2 배선 전극(224)은 외부 회로와 연결될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 배선 전극(223) 및 상기 제 2 배선 전극(224)은 상기 탐지부(225) 및 반응 전극(222)을 통해 반응하는 글루코스 반응물의 양을 외부의 외부의 회로에 전달할 수 있다.
자세하게, 상기 제 1 배선 전극(223)은 상기 기재(221) 상에 배치되고, 상기 제 2 배선 전극(224)은 탐지부(225)의 구동기재(P) 상에 배치되며, 상기 제 1 배선 전극(223) 및 상기 제 2 배선 전극(224)은 서로 연결될 수 있다.
상기 탐지부(225)는 상기 글루코스와 반응할 수 있다. 자세하게, 상기 탐지부(225)는 효소(E)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 탐지부(225)는 GOx 효소를 포함할 수 있다.
상기 탐지부는 상기 기재의 전면 상에 배치될 수 있다.
상기 센서부(220)에 의해 상기 초음파에 의해 방출되는 글루코스의 양을 측정할 수 있다.
자세하게, 상기 초음파가 상기 피부(S)의 내부로 입사되어, 상기 피부(S) 내부의 글루코스의 확산성 향상으로 글루코스가 피부(S)의 외부로 방출될 수 있다.
이어서, 방출되는 글루코스는 상기 매트릭스(210) 내부로 유입되고, 상기 센서부(220)로 이동할 수 있다.
이어서, 상기 글루코스는 상기 센서부의 탐지부 즉, 효소와 하기의 화학식 1과 같이 반응할 수 있다.
즉, 하기의 화학식 1과 같이 글루코스는 GOx와 반응하여 과산화수소를 생성할 수 있다.
[화학식 1]
글루코스 + O2 + H20 -> 글루코스산 + H2O2
이어서, 상기 과산화수소는 반응 전극(221)과 반응할 수 있다. 자세하게, 상기 과산화수소는 백금과 하기의 하기의 화학식 2와 같이 반응할 수 있다.
즉, 상기 과산화수소는 백금과 반응하여 전기를 발생시킬 수 있다.
[화학식 2]
2H2O2 -> 2O2 + 2H20
상기 반응으로 생성되는 전압은 배선을 통해 외부회로로 전달되고, 외부회로에서는 생성된 전압의 양을 통해 글루코스의 농도를 간접접으로 측정할 수 있다.
실시예에 따른 혈당 패치는 초음파가 피부로 전달되는 매질의 초음파 속도를 제어할 수 있다.
자세하게, 실시예에 따른 혈당 패치는 피부와 유사한 초음파 속도를 가지는 매질의 공극율을 최소화하여 매질을 통해 피부로 전달되는 초음파의 속도 저하를 방지할 수 있다.
이에 따라, 매질과 피부의 계면에서 매질과 피부의 초음파 속도 차이에 의한 반사율 증가를 방지할 수 있다.
따라서, 최대한 많은 초음파를 피부 내부로 침투하여 효율적으로 혈당을 측정할 수 있다.
또한, 상기 매질은 점성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 별도의 수용부가 요구되지 않는다.
또한, 상기 매질의 외부에는 탈부착이 가능한 이형물질이 배치되어, 외부 환경에 따른 매트릭스의 오염을 방지할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 혈당 패치는 매트릭스를 수용하는 별도의 수용부가 요구되지 않고, 매트릭스를 보호하는 보호층만을 제거하고, 직접 피부에 부착하여 사용할 수 있으므로, 사용자가 혈당 패치를 용이하게 사용할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 피부로 초음파를 출사하는 초음파 모듈; 및
    상기 초음파 모듈의 하부에 배치되는 센서 모듈을 포함하고,
    상기 센서 모듈은,
    상기 피부와 접촉하며 배치되고,
    상기 센서 모듈의 초음파 속도는 1480㎧ 내지 1570㎧인 혈당 패치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    매트릭스; 및
    상기 매트릭스 내에 배치되는 센서부를 포함하는 혈당 패치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 매트릭스는 점성을 가지는 물질을 포함하는 혈당 패치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 매트릭스의 공극율은 1% 이하인 혈당 패치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 매트릭스와 상기 피부의 계면에서의 초음파 반사율은 0.05% 내지 0.06%인 혈당 패치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 매트릭스는 하이드로겔을 포함하는 혈당 패치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 센서부는,
    기재;
    상기 기재 상에 배치되는 전극 및 탐지부를 포함하고,
    상기 탐지부는 효소를 포함하는 혈당 패치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 효소는 글루코스와 반응하는 혈당 패치
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 전극은 반응 전극 및 배선 전극을 포함하고,
    상기 반응 전극은 백금을 포함하는 혈당 패치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 효소와 글루코스가 반응하여 과산화수소가 형성되고,
    상기 과산화수소는 상기 반응 전극과 반응하여 전압을 발생하고,
    상기 배선 전극은 외부 회로와 연결되어, 상기 전압을 외부 회로로 전달하는 혈당 패치.
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