KR20200113997A - 실시간 혈당 모니터링 장치 및 이를 이용한 혈당의 실시간 모니터링 방법 - Google Patents

실시간 혈당 모니터링 장치 및 이를 이용한 혈당의 실시간 모니터링 방법 Download PDF

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KR20200113997A
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황재현
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Abstract

실시간 혈당 모니터링 장치 및 상기 실시간 혈당 모니터링 장치를 이용한 혈당의 실시간 모니터링 방법이 개시된다. 상기 실시간 혈당 모니터링 장치는 인체의 피부 내 포함된 당의 농도에 따라 가역적으로 상이한 색을 발현시키기 때문에 이를 이용하면 인체 내 당의 농도를 최소 침습적으로 실시간으로 측정할 수 있다. 또한, 상기 측정된 당의 농도를 웨어러블 디바이스에 연결하여 나타냄으로써 사용자가 보다 편리하게 당의 농도 변화를 실시간으로 확인할 수 있다.

Description

실시간 혈당 모니터링 장치 및 이를 이용한 혈당의 실시간 모니터링 방법{REAL TIME BLOOD GLUCOSE MONITORING DEVICE AND METHOD FOR REAL TIME MONITORING OF BLOOD GLUCOSE USING THE SAME}
본 발명은 실시간 혈당 모니터링 장치 및 상기 실시간 혈당 모니터링 장치를 이용한 혈당의 실시간 모니터링 방법에 관한 것이다.
현재의 의료 체계에서 환자의 건강관리는 환자 본인이 직접 의료 기관에 방문하여 각종 진료 및 신체 상태 측정을 통해 이루어지고 있다. 이는 전 세계적으로 변화되어 가고 있는 사회 구조, 즉 65세 이상의 인구가 차지하는 비율이 전체 인구의 20% 이상인 고령화 사회에서는 국가에 의해 관리되어야 하는 고령 인구 증가와 이에 따른 국가의 의료 지원비 증가를 예측하게 한다. 우리나라의 경우 이러한 고령화 인구의 증가가 빠른 속도로 이루어지고 있다. 따라서 미래의 의료 시스템은 진료나 치료보다는 IT관련 기술혁신 및 인프라 확충을 통한 U-health care(원격건강관리)를 이용하여 고혈압, 당뇨병, 심장질환과 같은 성인병의 지속적인 생체모니터링 등 예방중심으로 변화할 것으로 예측할 수 있다.
이중, 혈당의 경우 전기 화학적 방식에 의해 측정 되어질 수 있다. 사용자로부터 혈액을 채취하여 얻어지는 혈액 샘플을 화학적 반응을 갖는 시편에 적용하면 혈액 중의 혈당이 글루코오스 산화효소에 의하여 산화되고, 글루코오스 산화효소는 환원된다. 또한, 전자수용체는 글루코오스 산화효소를 산화시키고 자신은 환원된다. 환원된 전자수용체는 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화된다. 혈액 샘플 내의 글루코오스 농도는 전자 수용체가 산화되는 과정에서 발생하는 전류량에 비례하므로, 상기 전류량을 측정함으로서 혈당 농도를 측정할 수 있게된다.
한편, 니들(needle)은 생체로부터 시료를 획득하거나, 사용자 생체정보를 검출하거나 생체로 약을 주입하는데 사용된다. 이러한 니들은 밀리미터 수준의 직경을 갖는 마이크로 니들(micro needle)이 대부분 사용되고 있다.
특히, 당뇨병 환자의 경우, 혈당(혈액 속의 포도당(glucose) 수치를 일컬음)을 측정하기 위해 기상 후, 식전, 식후 등 하루 수회 이상 혈액 속의 포도당 수치를 측정하기 위해 혈당 스트립과 같은 혈당 측정장치에 채혈하여 측 정자의 혈액 내의 포도당 수치를 측정하고 있다. 그러나, 이러한 혈당 측정장치는 혈당을 측정하고자 할 때마다 채혈침(lancet)을 이용하여 측정자의 손가락에서 혈액을 채취해야 하고, 스트립 센서와 리더기를 이용하여 채취된 혈액의 혈당을 측정하게 된다.
따라서, 최근에는 실시간으로 혈당 수치를 측정하기 위한 기술이 요구되고 있다. 이에, 본 발명자들은 마이크로 니들을 이용하여 실시간으로 혈당을 모니터링하기 위한 기술에 대하여 연구하던 중, 색의 변화를 통하여 광학적으로 당의 농도를 측정할 수 있는 장치를 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-1542549호는 바이오센싱 및 약물 전달을 위한 마이크로니들 어레이에 대하여 개시하고 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예는 실시간 혈당 모니터링 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 상기 실시간 혈당 모니터링 장치를 이용한 혈당의 실시간 모니터링 방법을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은,
인체의 피부에 침습하는 마이크로 니들을 포함하는 센서부; 상기 센서부에서 발생하는 색을 측정하는 측정부; 및 상기 측정부에서 측정된 색을 사용자에게 알리는 알림부;를 포함하고, 상기 센서부는 상기 인체의 피부 내 체액에 포함된 당과 반응하여 색을 발현하는 것을 특징으로 하는 실시간 혈당 모니터링 장치를 제공한다.
상기 센서부는 상기 당의 농도에 따라 상이한 색을 가역적으로 발현하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 센서부는 상기 당의 농도에 따라 상이한 색을 가역적으로 발현하는 고분자 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 고분자 매트릭스는 상기 마이크로 니들의 상부에 접해있는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 센서부는 상기 체액에 포함된 당과 반응하는 효소를 포함하는 것일 수 있다.
상기 효소는 글루코오스 산화효소인 것일 수 있다.
상기 센서부는 상기 마이크로 니들의 상부에 접해있는 고분자 매트릭스를 포함하는 것일 수 있다.
상기 센서부는 상기 체액에 포함된 당과 효소의 반응으로 생성된 전자, 과산화수소 또는 pH 변화를 감지하여 상이한 색을 가역적으로 발현하는 발색체를 포함하는 것일 수 있다.
상기 발색체는 자성 나노입자, 루테늄 복합체, 발색성 지시약, 염료, 파라히드록시 페닐 초산, 렉틴 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 실시간 혈당 모니터링 장치는 상기 반응한 체액을 일정 주기마다 외부로 방출시키는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
상기 실시간 혈당 모니터링 장치는 상기 측정부 및 알림부를 제어하는 제어부; 및 상기 측정부, 알림부 및 제어부에 필요한 전력을 공급하기 위한 전원부;를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 실시간 혈당 모니터링 장치는 상기 측정부에 의해 측정된 신호를 증폭하기 위한 증폭기; 및 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 디지털화 하기 위한 A/D 컨버터;를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 알림부는 디스플레이를 통하여 상기 측정부에서 측정된 색을 체액의 당 농도로 변환하여 사용자에게 시각적으로 나타내는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은,
상기 실시간 혈당 모니터링 장치를 이용하여, 상기 마이크로 니들을 인체의 피부에 침습시키는 단계; 상기 인체의 피부 내 체액에 포함된 당이 상기 센서부와 반응하여 색을 발현시키는 단계; 상기 발현된 색을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 색을 사용자에게 알리는 단계;를 포함하는 혈당의 실시간 모니터링 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 실시간 혈당 모니터링 장치는 인체의 피부 내 포함된 당의 농도에 따라 가역적으로 상이한 색을 발현시키기 때문에 이를 이용하면 인체 내 당의 농도를 최소 침습적으로 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 상기 측정된 당의 농도를 웨어러블 디바이스에 연결하여 나타냄으로써 사용자가 보다 편리하게 당의 농도 변화를 실시간으로 확인할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 실시간 혈당 모니터링 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 실시간 혈당 모니터링 장치를 보다 자세하게 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 효소를 포함하는 실시간 혈당 모니터링 장치의 일 실시양태를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 발색체를 포함하는 실시간 혈당 모니터링 장치의 일 실시양태를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 효소를 포함하는 실시간 혈당 모니터링 장치의 다른 실시양태를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 발색체를 포함하는 실시간 혈당 모니터링 장치의 다른 실시양태를 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.
덧붙여, 본 발명에서 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. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본원의 제 1 측면은,
인체의 피부(110)에 침습하는 마이크로 니들(220)을 포함하는 센서부(200); 상기 센서부(200)에서 발생하는 색을 측정하는 측정부(300); 및 상기 측정부(300)에서 측정된 색을 사용자에게 알리는 알림부(400);를 포함하고, 상기 센서부(200)는 상기 인체의 피부(110) 내 체액에 포함된 당과 반응하여 색을 발현하는 것을 특징으로 하는 실시간 혈당 모니터링 장치(101)를 제공한다.
이하, 본원의 제 1 측면에 따른 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)를 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)를 개략적으로 나타낸 개략도이며, 도 2 내지 6은 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)의 구체적인 실시양태를 각각 나타낸 개략도이다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 센서부(200)를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 센서부(200)는 인체의 피부(110) 내 체액에 포함된 당과 반응하여 당의 농도에 따라 상이한 색을 가역적으로 발현하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 이때, 상기 체액에 포함된 당은 마이크로 니들(220)을 통하여 상기 센서부(200)에 전달되는 것일 수 있다. 한편, 상기 마이크로 니들(220)은 니들의 개수는 제한이 없으며, 크기는 500±200 μm로서 사용자가 통증을 느끼지 못하게 하며, 생산 단가가 낮고 인체에 무해한 의료용 재질로 구성된 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 도 2에 나타낸 바와 같이 접착부(270) 및 필름(290)을 더 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 접착부(270)는 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)를 인체의 피부(110)와 효율적으로 접착시키기 위한 것으로서 피부(110)와 접착시킬 수 있는 형태이면 크게 제한이 없으나, 바람직하게는 고분자 매트릭스(250)의 양 말단에 위치하는 것일 수 있다. 또한, 상기 접착부(270)의 재질은 피부와 잘 부착될 수 있는 것이면 제한이 없고, 공지의 접착 재질을 사용하는 것일 수 있으나, 인체의 피부에 무해한 접착 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 필름(290)은 상기 고분자 매트릭스(250)의 형태를 안정적으로 고정시키기 위하여 포함되는 것일 수 있으며, 상기 고분자 매트릭스(250)와 측정부(300) 사이에 위치하는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 고분자 매트릭스(250)에서 발현되는 색을 상기 측정부(300)에서 효과적으로 측정하여야 하기 때문에 상기 필름(290)은 투명한 것이 바람직하며, 체액에 노출될 가능성이 있기 때문에 방수 성질을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 필름(290)은 당 또는 당과 효소(230)의 반응으로 생성된 전자, 과산화수소 또는 pH 변화에 반응하지 않는 재질인 것이 바람직하다. 즉, 상기 필름(290)은 당 또는 당과 효소(230)의 반응으로 생성된 전자, 과산화수소 또는 pH 변화에 반응하지 않는 투명방수필름인 것이 바람직하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 상기 반응한 체액을 일정 주기마다 외부로 방출시키는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 상기 체액은 상기 마이크로 니들(220) 부분에서 반응하여 다시 인체 내로 흡수될 수도 있으나, 마이크로 니들(220)을 통해 고분자 매트릭스(250)까지 추출되어 반응되는 것일 수도 있다. 즉, 고분자 매트릭스(250) 내에서 반응된 체액의 경우 다시 인체 내로 흡수되지 않고 고분자 매트릭스(250) 내에서 머무르는 경우가 있을 수 있는데 이 경우에는 일정 주기 후의 체액에 포함된 당의 농도를 측정하기 위하여 이미 반응한 체액을 외부로 방출시켜줘야 한다. 이를 위하여 상기 센서부(200)는 일측이 미세하게 외부에 개방되어 있는 형태일 수 있으며, 사용자가 상기 센서부(200)를 누름으로써 상기 체액을 외부로 방출시키는 것일 수도 있고, 펌프를 이용하여 상기 체액을 외부로 방출시키는 것일 수도 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 상기 측정부(300) 및 알림부(400)를 제어하는 제어부; 및 상기 측정부(300), 알림부(400) 및 제어부에 필요한 전력을 공급하기 위한 전원부;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 MEMS 기술을 이용하여 장치(101)의 크기를 최소화할 수 있으며, 일반 건전지를 사용하거나 초소형 충/방전 배터리 또는 초소형 슈퍼커패시터를 전원부로 사용하는 active 소자로 구성될 수 있다. 또한, 장치(101)의 통신부가 인덕터와 커패시터로 이루어진 LC 공진을 이용한 수동형의 경우에는 휴대폰 또는 스마트폰과 같은 통신 단말기에 수동형 장치(101)와 무선 통신이 가능한 안테나를 내재하여야 하는 것일 수 있다. 수동형 장치(101)를 사용할 경우 장치(101)와 통신 단말기는 자기 유도 결합 방식에 의해 무선 통신이 이루어지는 것일 수 있다. 즉, 외부 단말기의 안테나에서 발생된 기전력을 이용해 장치(101)에 전력을 공급하는 원리를 이용하며 별도의 전원부를 가지 않는 회로로 구성될 수도 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전원부를 이용하여 마이크로컨트롤러를 동작시킬 수 있으며, 별도의 전원을 필요로 하는 측정부(300)의 경우 또한 전원을 공급받을 수 있다. 이때, 마이크로컨트롤러는 별도의 측정과정을 메모리에 저장하고 있으며, 측정하고자 하는 데이터의 종류에 따라 개별적으로 프로그래밍된 절차에 따라 측정과정이 진행되는 것일 수 있다. 초기상태는 대기상태로 마이크로컨트롤러에 전원이 공급되지 않으며, 외부 장치로부터 wake-up 신호가 들어오면 대기상태에서 측정을 시작하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 상기 측정부(300)에 의해 측정된 신호를 증폭하기 위한 증폭기; 및 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 디지털화 하기 위한 A/D 컨버터;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 측정부(300)로부터 측정된 신호는 통신부를 통해서 알림부(400)에 전달될 수 있으며, 상기 알림부(400)는 예를 들어, 휴대폰 또는 스마트폰일 수 있다. 측정된 신호의 송/수신은 측정부(300)와 휴대폰 또는 스마트폰 사이의 무선통신 기술을 이용하여 이루어질 수 있다. 이때, 통신부가 인덕터와 커패시터로 이루어진 LC 공진을 이용한 수동형의 경우에는 측정부(300)와 휴대폰 또는 스마트폰과 같은 통신 단말기에 수동형 측정부(300)와 무선 통신이 가능한 안테나를 내재하여야 하는 것일 수 있다. 수동형 측정부(300)를 사용할 경우 측정부(300)와 통신 단말기는 자기 유도 결합방식에 의해 무선 통신이 이루어질 수 있다. 자기 유도 결합방식을 이용하여 데이터를 송/수신 하는 경우 단말기와 측정부(300)를 일직선상에 놓고 적정거리 내에 단말기를 위치시켜야만 한다. 또한, 지그비 통신, 블루투스 통신을 위한 별도의 통신 모듈을 단말기와 측정부(300)에 한 쌍으로 내재하여 무선으로 데이터를 송/수신 할 수 있을 뿐만 아니라, 단말기 외부에 별도의 통신 모듈을 장착시켜 무선통신이 이루어지도록 할 수도 있다. 이때, 무선통신 모듈을 사용하는 경우 10±5 m 내에선 측정부(300)와 단말기의 위치에 관계없이 데이터 송/수신이 이루어질 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)를 이용하여 혈당을 측정하는 모든 방법은 휴대폰 또는 단말기의 콘텐츠, 스마트폰의 어플리케이션에 의해 시작될 수 있다. 콘텐츠 또는 어플리케이션은 특정 장치(101)와 연동이 가능하도록 개별적으로 구성되어질 수 있으며, 모든 장치(101)와 연동이 가능한 통합형 콘텐츠, 어플리케이션으로도 구성되어 질 수 있다. 상기 콘텐츠 및 어플리케이션에서 측정하고자 하는 장치(101)의 종류를 선택하고 개인정보를 입력 후 시작 버튼을 누르면 장치(101)에 wake-up 신호를 보내게 될 수 있다. Wake-up 신호에 의해 장치(101)의 측정이 시작되며 통신부를 통해 수신된 데이터 값에 다른 결과 값을 기존의 참조 데이터와 비교하여 사용자의 현 상태를 디스플레이 해주며, 이때, 사용자의 건강상태가 정상범위를 벗어나면(체내 당 농도 이상) 간단한 건강관리법을 제공함과 동시에 사용자가 보호자 및 의사에게 데이터를 송신할 수 있도록 정보를 제공할 수 있다. 이때, 사용자의 측정 부위와 장치(101)의 부착이 원활하지 않아 신호가 미약하거나, 장치(101)와 단말기의 접촉이 잘 이루어지지 않아 신호가 미약한 경우 사용자에게 문제점을 전달하여 원활한 측정이 이루어지도록 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 알림부(400)는 디스플레이를 통하여 상기 측정부(300)에서 측정된 색을 체액의 당 농도로 변환하여 사용자에게 시각적으로 나타내는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센서부(200)는 상기 당의 농도에 따라 상이한 색을 가역적으로 발현하는 고분자 매트릭스(250) 및/또는 당과 효소(230)의 반응으로 생성된 전자, 과산화수소 또는 pH 변화를 감지하여 상이한 색을 가역적으로 발현하는 발색체(260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
이하, 당의 농도에 따라 상이한 색을 가역적으로 발현하는 고분자 매트릭스(250)를 포함하는 경우와 당과 효소(230)의 반응으로 생성된 전자, 과산화수소 또는 pH 변화를 감지하여 상이한 색을 가역적으로 발현하는 발색체(260)를 포함하는 경우로 나누어서 설명하도록 한다.
우선, 본원의 일 구현예에 있어서, 당의 농도에 따라 상이한 색을 가역적으로 발현하는 고분자 매트릭스(250)를 포함하는 실시간 혈당 모니터링 장치(101)에 대해서 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 매트릭스(250)는 상기 마이크로 니들(220)의 상부에 접해있는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다. 즉, 상기 마이크로 니들(220)을 통하여 인체의 피부 내 체액이 상기 고분자 매트릭스(250)로 추출될 수 있으며, 상기 추출된 체액에 포함된 당이 상기 고분자 매트릭스(250)와 직접적으로 반응하여 상기 고분자 매트릭스(250)의 색이 당의 농도에 따라 변화하는 것일 수 있다.
다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 당과 효소(230)의 반응으로 생성된 전자, 과산화수소 또는 pH 변화를 감지하여 상이한 색을 가역적으로 발현하는 발색체(260)를 포함하는 실시간 혈당 모니터링 장치(101)에 대해서 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센서부(200)는 상기 체액에 포함된 당과 반응하는 효소(230)를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 효소(230)는 바람직하게 글루코오스 산화효소인 것일 수 있다. 이때, 상기 글루코오스 산화효소(GOx)는 당(글루코오스)와 반응하여 하기 반응식 1의 반응을 나타내는 것일 수 있다.
[반응식 1]
GOx + 글루코오스 → 환원된 GOx + 글루코노락톤
환원된 Gox + O2 → Gox + H2O2
H2O2 → O2 + 2H+ + 2e-
즉, 상기 반응식 1에서 나타낸 바와 같이 글루코오스 산화효소는 당(글루코오스)과 반응하여 과산화수소(H2O2) 및/또는 전자(e-)를 발생시킬 수 있으며, 이때, 상기 글루코오스 산화효소는 환원된 후에 다시 산화되기 때문에 당과 가역적으로 반응할 수 있어 연속적인 반응이 가능할 수 있다. 또한, 상기 발생한 과산화수소에 의하여 pH 변화가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 효소(230)가 체액에 포함된 당과 반응함으로써 전자, 과산화수소 또는 pH 변화를 나타내는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센서부(200)는 상기 체액에 포함된 당과 효소(230)의 반응으로 생성된 전자, 과산화수소 또는 pH 변화를 감지하여 상이한 색을 가역적으로 발현하는 발색체(260)를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 발색체(260)는 자성 나노입자, 루테늄 복합체, 발색성 지시약, 염료, 파라히드록시 페닐 초산, 렉틴 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 자성 나노입자는 과산화효소 활성을 갖는 것일 수 있으며, 예를 들어, 산화철, 페라이트(ferrite), 합금 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 산화철은 예를 들어, Fe2O3 또는 Fe3O4일 수 있고, 상기 페라이트는 예를 들어, CoFe2O4 또는 MnFe2O4일 수 있으며, 상기 합금은 예를 들어, FePt 또는 CoPt 등일 수 있다. 다만, 상기 자성 나노입자는 과산화수소와 반응하여 직접적인 색변화를 일으키는 것이 아닐 수 있으며, 발색기질을 통하여 색변화를 일으키는 것일 수 있다. 이때, 상기 발색기질은 Amplex red, ABTS, TMB, OPD(o-Phenylenediamine dihydrochloride), DAB(3,3'-diaminobenzidine) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 상기 자성 나노입자는 자력을 이용하여 효율적인 분리와 재사용이 가능하기 때문에 가역적으로 색을 발현하는 발색체(260)로서 유용하게 사용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 루테늄 복합체는 루테늄(Ⅱ) 복합체(Ru(ddp)3 2)일 수 있으며, 당의 농도가 증가하면 산소의 소비량도 증가하기 때문에 루테늄(Ⅱ) 복합체의 형광세기가 감소하는 성질을 이용하여 당의 농도를 측정하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 발색성 지시약은 생성된 과산화수소와 퍼옥시다제의 존재 하에서 반응하여 다른 색상을 생성하거나 화학발광을 발생하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 3-하이드록시-2,4,6-트리요오드 안식향산 또는 3-하이드록시-2,4,6-트리브로모 안식향산 등일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 염료는 잔텐형 염료 또는 플루오레세인형 염료 등일 수 있으며, 당의 농도에 따라 농도 의존적으로 변화하는 광학 시그널을 발생시키는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 파라히드록시 페닐 초산은 당의 농도에 비례하여 강한 형광을 나타내는 것일 수 있으며, 가역적인 반응을 달성하기 위하여 이량체를 분해하기 위한 촉매로서 루테늄 포르피린 복합체(RuO2)를 추가로 사용하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 렉틴은 당 결합성 렉틴일 수 있으며, 예를 들어, Con A 또는 글루코오스 옥시다제인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센서부(200)는 상기 마이크로 니들(220)의 상부에 접해있는 고분자 매트릭스(250)를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 고분자 매트릭스(250)에 발색체(260)가 분산되어 있는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 효소(230)는 마이크로 니들(220)에 분산되어 있는 것일 수 있을 수 있으며(도 3 및 도 4), 고분자 매트릭스(250)에 분산되어 있는 것일 수도 있다(도 5 및 도 6).
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 효소(230)가 마이크로 니들(220)에 분산되어 있는 경우, 상기 마이크로 니들(220)은 외측에 코팅층(240)을 더 포함하는 것일 수 있으며, 이때 상기 코팅층(240)은 체액 내에 포함된 비교적 크기가 큰 다른 성분들은 투과할 수 없고, 비교적 크기가 작은 당이 투과할 수 있는 정도의 크기를 가진 구멍을 다수 포함하고 있는 다공성 구조일 수 있다. 이 경우 상기 체액 내에 포함된 당이 상기 코팅층을 투과하여 마이크로 니들(220)에 분산된 효소(230)와 반응하여 전자 또는 과산화수소의 생성 또는 이에 의한 pH 변화를 일으키며, 상기 생성된 전자 또는 과산화수소 또는 이에 의한 pH 변화가 상기 고분자 매트릭스(250)에 분산된 발색체(260)와 반응하여 색을 발현시키는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 효소(230)가 고분자 매트릭스(250)에 분산되어 있는 경우, 바람직하게 상기 효소(230)는 고분자 매트릭스(250) 내에서 마이크로 니들(220)과 접해있는 부분에 분산되어 있는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 체액 내에 포함된 당이 상기 마이크로 니들(220)을 통하여 고분자 매트릭스(250)로 추출되는 것일 수 있으며, 추출된 당이 상기 고분자 매트릭스(250) 내에 분산된 효소(230)와 반응하여 전자 또는 과산화수소의 생성 또는 이에 의한 pH 변화를 일으키는 것일 수 있다. 따라서, 상기 생성된 전자 또는 과산화수소 또는 이에 의한 pH 변화가 상기 고분자 매트릭스(250)에 분산된 발색체(260)와 반응하여 색을 발현시키는 것일 수 있다.
본원의 제 2 측면은,
상기 본원의 제 1 측면의 실시간 혈당 모니터링 장치(101)를 이용하여, 상기 마이크로 니들(220)을 인체의 피부(110)에 침습시키는 단계; 상기 인체의 피부(110) 내 체액에 포함된 당이 상기 센서부(200)와 반응하여 색을 발현시키는 단계; 상기 발현된 색을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 색을 사용자에게 알리는 단계;를 포함하는 혈당의 실시간 모니터링 방법을 제공한다.
본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
이하, 본원의 제 2 측면에 따른 혈당의 실시간 모니터링 방법을 단계 별로 상세히 설명한다.
우선, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 혈당의 실시간 모니터링 방법은 상기 마이크로 니들(220)을 인체의 피부(110)에 침습시키는 단계;를 포함한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 마이크로 니들(220)은 니들의 개수는 제한이 없으며, 크기는 500±200 μm로서 사용자가 통증을 느끼지 못하게 하며, 생산 단가가 낮고 인체에 무해한 의료용 재질로 구성된 것일 수 있다.
다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 혈당의 실시간 모니터링 방법은 상기 인체의 피부(110) 내 체액에 포함된 당이 상기 센서부(200)와 반응하여 색을 발현시키는 단계;를 포함한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 센서부(200)는 상기 당의 농도에 따라 상이한 색을 가역적으로 발현하는 고분자 매트릭스(250) 및/또는 당과 효소(230)의 반응으로 생성된 전자, 과산화수소 또는 pH 변화를 감지하여 상이한 색을 가역적으로 발현하는 발색체(260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 혈당의 실시간 모니터링 방법은 상기 발현된 색을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 색을 사용자에게 알리는 단계;를 포함한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 상기 측정부(300) 및 알림부(400)를 제어하는 제어부; 및 상기 측정부(300), 알림부(400) 및 제어부에 필요한 전력을 공급하기 위한 전원부;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 상기 측정부(300) 및 알림부(400)를 제어하는 제어부; 및 상기 측정부(300), 알림부(400) 및 제어부에 필요한 전력을 공급하기 위한 전원부;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 MEMS 기술을 이용하여 장치(101)의 크기를 최소화할 수 있으며, 일반 건전지를 사용하거나 초소형 충/방전 배터리 또는 초소형 슈퍼커패시터를 전원부로 사용하는 active 소자로 구성될 수 있다. 또한, 장치(101)의 통신부가 인덕터와 커패시터로 이루어진 LC 공진을 이용한 수동형의 경우에는 휴대폰 또는 스마트폰과 같은 통신 단말기에 수동형 장치(101)와 무선 통신이 가능한 안테나를 내재하여야 하는 것일 수 있다. 수동형 장치(101)를 사용할 경우 장치(101)와 통신 단말기는 자기 유도 결합 방식에 의해 무선 통신이 이루어지는 것일 수 있다. 즉, 외부 단말기의 안테나에서 발생된 기전력을 이용해 장치(101)에 전력을 공급하는 원리를 이용하며 별도의 전원부를 가지 않는 회로로 구성될 수도 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전원부를 이용하여 마이크로컨트롤러를 동작시킬 수 있으며, 별도의 전원을 필요로 하는 측정부(300)의 경우 또한 전원을 공급받을 수 있다. 이때, 마이크로컨트롤러는 별도의 측정과정을 메모리에 저장하고 있으며, 측정하고자 하는 데이터의 종류에 따라 개별적으로 프로그래밍된 절차에 따라 측정과정이 진행되는 것일 수 있다. 초기상태는 대기상태로 마이크로컨트롤러에 전원이 공급되지 않으며, 외부 장치로부터 wake-up 신호가 들어오면 대기상태에서 측정을 시작하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)는 상기 측정부(300)에 의해 측정된 신호를 증폭하기 위한 증폭기; 및 상기 증폭기에서 증폭된 신호를 디지털화 하기 위한 A/D 컨버터;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 측정부(300)로부터 측정된 신호는 통신부를 통해서 알림부(400)에 전달될 수 있으며, 상기 알림부(400)는 예를 들어, 휴대폰 또는 스마트폰일 수 있다. 측정된 신호의 송/수신은 측정부(300)와 휴대폰 또는 스마트폰 사이의 무선통신 기술을 이용하여 이루어질 수 있다. 이때, 통신부가 인덕터와 커패시터로 이루어진 LC 공진을 이용한 수동형의 경우에는 측정부(300)와 휴대폰 또는 스마트폰과 같은 통신 단말기에 수동형 측정부(300)와 무선 통신이 가능한 안테나를 내재하여야 하는 것일 수 있다. 수동형 측정부(300)를 사용할 경우 측정부(300)와 통신 단말기는 자기 유도 결합방식에 의해 무선 통신이 이루어질 수 있다. 자기 유도 결합방식을 이용하여 데이터를 송/수신 하는 경우 단말기와 측정부(300)를 일직선상에 놓고 적정거리 내에 단말기를 위치시켜야만 한다. 또한, 지그비 통신, 블루투스 통신을 위한 별도의 통신 모듈을 단말기와 측정부(300)에 한 쌍으로 내재하여 무선으로 데이터를 송/수신 할 수 있을 뿐만 아니라, 단말기 외부에 별도의 통신 모듈을 장착시켜 무선통신이 이루어지도록 할 수도 있다. 이때, 무선통신 모듈을 사용하는 경우 10±5 m 내에선 측정부(300)와 단말기의 위치에 관계없이 데이터 송/수신이 이루어질 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 실시간 혈당 모니터링 장치(101)를 이용하여 혈당을 측정하는 모든 방법은 휴대폰 또는 단말기의 콘텐츠, 스마트폰의 어플리케이션에 의해 시작될 수 있다. 콘텐츠 또는 어플리케이션은 특정 장치(101)와 연동이 가능하도록 개별적으로 구성되어질 수 있으며, 모든 장치(101)와 연동이 가능한 통합형 콘텐츠, 어플리케이션으로도 구성되어 질 수 있다. 상기 콘텐츠 및 어플리케이션에서 측정하고자 하는 장치(101)의 종류를 선택하고 개인정보를 입력 후 시작 버튼을 누르면 장치(101)에 wake-up 신호를 보내게 될 수 있다. Wake-up 신호에 의해 장치(101)의 측정이 시작되며 통신부를 통해 수신된 데이터 값에 다른 결과 값을 기존의 참조 데이터와 비교하여 사용자의 현 상태를 디스플레이 해주며, 이때, 사용자의 건강상태가 정상범위를 벗어나면(체내 당 농도 이상) 간단한 건강관리법을 제공함과 동시에 사용자가 보호자 및 의사에게 데이터를 송신할 수 있도록 정보를 제공할 수 있다. 이때, 사용자의 측정 부위와 장치(101)의 부착이 원활하지 않아 신호가 미약하거나, 장치(101)와 단말기의 접촉이 잘 이루어지지 않아 신호가 미약한 경우 사용자에게 문제점을 전달하여 원활한 측정이 이루어지도록 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 알림부(400)는 디스플레이를 통하여 상기 측정부(300)에서 측정된 색을 체액의 당 농도로 변환하여 사용자에게 시각적으로 나타내는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 혈당의 실시간 모니터링 방법은 상기 반응한 체액을 일정 주기마다 외부로 방출시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 체액은 상기 마이크로 니들(220) 부분에서 반응하여 다시 인체 내로 흡수될 수도 있으나, 마이크로 니들(220)을 통해 고분자 매트릭스(250)까지 추출되어 반응되는 것일 수도 있다. 즉, 고분자 매트릭스(250) 내에서 반응된 체액의 경우 다시 인체 내로 흡수되지 않고 고분자 매트릭스(250) 내에서 머무르는 경우가 있을 수 있는데 이 경우에는 일정 주기 후의 체액에 포함된 당의 농도를 측정하기 위하여 이미 반응한 체액을 외부로 방출시켜줘야 한다. 이를 위하여 상기 센서부(200)는 일측이 미세하게 외부에 개방되어 있는 형태일 수 있으며, 사용자가 상기 센서부(200)를 누름으로써 상기 체액을 외부로 방출시키는 것일 수도 있고, 펌프를 이용하여 상기 체액을 외부로 방출시키는 것일 수도 있다.
101: 실시간 모니터링 장치
110: 피부
200: 센서부
220: 마이크로 니들
230: 효소
240: 코팅층
250: 고분자 매트릭스
260: 발색체
270: 접착부
290: 필름
300: 측정부
400: 알림부

Claims (14)

  1. 인체의 피부에 침습하는 마이크로 니들을 포함하는 센서부;
    상기 센서부에서 발생하는 색을 측정하는 측정부; 및
    상기 측정부에서 측정된 색을 사용자에게 알리는 알림부;
    를 포함하고,
    상기 센서부는 상기 인체의 피부 내 체액에 포함된 당과 반응하여 색을 발현하는 것을 특징으로 하는 실시간 혈당 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 당의 농도에 따라 상이한 색을 가역적으로 발현하는 것을 특징으로 하는 실시간 혈당 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 당의 농도에 따라 상이한 색을 가역적으로 발현하는 고분자 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 혈당 모니터링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스는 상기 마이크로 니들의 상부에 접해있는 것을 특징으로 하는 실시간 혈당 모니터링 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 체액에 포함된 당과 반응하는 효소를 포함하는 것인 실시간 혈당 모니터링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 효소는 글루코오스 산화효소인 것인 실시간 혈당 모니터링 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 마이크로 니들의 상부에 접해있는 고분자 매트릭스를 포함하는 것인 실시간 혈당 모니터링 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 체액에 포함된 당과 효소의 반응으로 생성된 전자, 과산화수소 또는 pH 변화를 감지하여 상이한 색을 가역적으로 발현하는 발색체를 포함하는 것인 실시간 혈당 모니터링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발색체는 자성 나노입자, 루테늄 복합체, 발색성 지시약, 염료, 파라히드록시 페닐 초산, 렉틴 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 실시간 혈당 모니터링 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 실시간 혈당 모니터링 장치는 상기 반응한 체액을 일정 주기마다 외부로 방출시키는 것을 특징으로 하는 것인 실시간 혈당 모니터링 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 실시간 혈당 모니터링 장치는 상기 측정부 및 알림부를 제어하는 제어부; 및
    상기 측정부, 알림부 및 제어부에 필요한 전력을 공급하기 위한 전원부;
    를 더 포함하는 것인 실시간 혈당 모니터링 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 실시간 혈당 모니터링 장치는 상기 측정부에 의해 측정된 신호를 증폭하기 위한 증폭기; 및
    상기 증폭기에서 증폭된 신호를 디지털화 하기 위한 A/D 컨버터;
    를 더 포함하는 것인 실시간 혈당 모니터링 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 알림부는 디스플레이를 통하여 상기 측정부에서 측정된 색을 체액의 당 농도로 변환하여 사용자에게 시각적으로 나타내는 것을 특징으로 하는 실시간 혈당 모니터링 장치.
  14. 제1항의 실시간 혈당 모니터링 장치를 이용하여,
    상기 마이크로 니들을 인체의 피부에 침습시키는 단계;
    상기 인체의 피부 내 체액에 포함된 당이 상기 센서부와 반응하여 색을 발현시키는 단계;
    상기 발현된 색을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 색을 사용자에게 알리는 단계;
    를 포함하는 혈당의 실시간 모니터링 방법.
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