KR20210127757A - 니들 타입 바이오 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학식 센싱 방식의 니들 타입 바이오 센서에 관한 것으로, 첨단부에 연결된 내부 유로를 포함하는 중공형 마이크로 니들, 상기 내부 유로에 구비되며 특정 타겟 물질과 결합하여 형광 발색하는 형광 센서 및 상기 형광 센서의 발색을 감지하는 리더기를 포함하고, 상기 내부 유로는 상기 첨단부에 연결된 일단의 직경이 넓어지는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
Description
본 발명은 니들 타입 바이오 센서에 관한 것이다. 구체적으로, 중공형 마이크로 니들에 형광 센서를 고정하는 기술 분야에 적용이 될 수 있다.
혈당 조절 장애를 가지고 있는 당뇨병 환자는 혈당 측정기를 이용하여 하루에 수회 혈당을 측정하고 약 또는 인슐린을 주사하게 되는데, 기존의 혈액을 이용한 혈당 측정기는 측정 시 통증이 유발됨과 동시에, 정확한 혈당의 변화폭을 확인할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 혈당 변화폭이 큰 환자의 경우 측정 결과에 대한 약물 투여 및 대비가 어려워 연속 혈당 측정기(Continuous Glucose Monitoring System, CGMS)에 개발 요구가 높아지고 있는 추세이다.
기존의 연속 혈당 측정기로는 전기화학 방식과 광학방식이 있다.
전기 화학 방식은 전극에 혈당 측정용 효소가 도포 되고, 이를 체내 삽입 후 전기화학 시그널을 측정 하여 결과값을 알려주는 방식이다. 전기 화학 방식은 효소 기반의 측정 방식으로 장시간 사용이 불가능하다는 단점이 있다. (현 기술 수준으로는 최대 2주간 사용이 가능)
광학 방식은 광학 센서에서 발광하는 빛을 감지하여 결과값을 알려주는 방식이다. 광학 박식은 장시간 사용 및 감도 면에서 전기 화학 방식 보다 유리한 장점이 있다. 다만, 기존의 광학 방식은 광학 센서를 체내에 삽입 또는 제거에 절개시술이 필요하고, 배터리 용량의 한계상 최대 180일을 넘지 못해 사용 기간에 대한 한계가 여전이 있었다. 관련하여, 도 1은 기존의 광학 방식의 연속 혈당 측정기에서 체내에 삽입되는 광학 센서의 일 실시예를 도시하고 있으며, 도 2은 체내에 삽입된 광학 센서의 발광을 외부 리더기를 통해 감지하는 일 실시예를 도시하고 있다.
따라서, 최근에는 기존의 광학 방식의 연속 혈당 측정기의 사용기간 한계 및 절개 시술이 요구되는 단점을 극복하고자 마이크로 니들을 이용한 광학 방식의 연속 혈당 측정기가 고려되고 있는 실정이다.
마이크로 니들을 이용한 광학 방식의 연속 혈당 측정기는 절개 시술 없이 탈부착이 가능하여 환자들의 공포와 상처 및 감염의 대한 위험성을 절감할 수 있는 장점이 있으며, 배터리 교체의 용이성으로 장시간 적용이 가능하다는 장점이 있다.
다만, 마이크로 니들을 이용항 광학 방식의 연속 혈당 측정기에서 혈당 센서를 마이크로 니들에 고정하는데 어려움이 있어 이에 대한 솔루션이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제 및 기타 본 발명의 명세서를 통해 기타 문제들 역시 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 중공형 마이크로 니들에 형광 센서 물질을 고정하는데 목적이 있다.
본 발명은 중공형 마이크로 니들에 형광 센서 물질을 정량 고정하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라, 피부에 삽입되는 일단에 특정 타겟 물질과 선택적 결합하여 형광 변화하는 형광 수용체를 포함하는 마이크로 니들 및, 상기 마이크로 니들의 타단에 구비되어 상기 형광 수용체가 발현하는 광을 통해 상기 특정 타겟 물질을 감지하는 리더기를 포함하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 형광 센서는 용액 상태로 상기 내부 유로의 일단에서 주입된 후 상기 내부 유로의 형상에 따라 겔화되며, 상기 내부 유로의 직경 차이로 상기 내부 유로에 고정되는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 내부 유로는 내부 직경이 불연속적으로 가변되는 단턱을 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 내부 유로는 상기 단턱을 상기 내부 유로의 일단에서 기 설정 거리 떨어진 위치에 포함하고, 상기 형광 센서는 상기 내부 유로의 일단에서 상기 단턱까지 구비되는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 내부 유로는 상기 직경이 넓어지는 구간을 상기 내부 유로의 일단에서 상기 단턱 사이에 구비하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 니들 타입 바이오 센서 제조 방법에 있어서, 첨단부에 연결된 내부 유로를 포함하는 중공형 마이크로 니들을 제조하는 단계, 상기 내부 유로의 일단으로 용액 상태의 형광 센서를 주입하는 단계, 및 상기 내부 유로에 주입된 상기 형광 센서를 겔화하여 고정하는 단계를 포함하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 중공형 마이크로 니들 제고 단계는 상기 내부 유로를 친수성 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 형광 센서를 주입하는 단계는 용액 상태의 상기 형광 센서를 모세관 현상을 통해 상기 내부 유로로 주입하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 중공형 마이크로 니들 제조 단계는, 상기 내부 유로에서 상기 첨단부에 연결된 일단의 직경보다 직경이 넓어지는 구간을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 형광 센서를 겔화하여 고정하는 단계는 용액 상태의 상기 형광 센서를 온도, 시간 및 UV 중 적어도 하나를 이용하여 겔화하는 단계를 포함하고, 상기 내부 유로는 상기 내부 유로의 직경 차리오 겔화된 상기 형광 센서가 유출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 중공형 마이크로 니들 제조 단계는 상기 내부 유로에서 내부 직경이 불연속적으로 가변되는 단턱을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 형광 센서를 주입하는 단계는 상기 내부 유로의 일단에서 상기 단턱까지 상기 형광 센서를 주입하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 중공형 마이크로 니들에 형광 센서을 고정하여 피부에 삽입된 상태에서 형광 센서가 체내로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 중공형 마이크로 니들에 형광 센서를 정량 고정하여, 형광 발색의 정도를 통해 모니터링 물질의 농도을 측정할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 기존의 광학 방식의 연속 혈당 측정기에서 체내에 삽입되는 광학 센서의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 2은 체내에 삽입된 광학 센서의 발광을 외부 리더기를 통해 감지하는 일 실시예를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 4는 도 3의 리더기를 확대한 도면이다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 7 및 8는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 형광 센서를 중공형 마이크로 니들에 유입하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 유입된 형광 센서를 고정하기 위한 중공형 마이크로 니들의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 형광 센서를 정량 유입하기 위한 중공형 마이크로 니들의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 형광 물질의 발광 정도에 따라 리더기를 통해 감지한 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 체내에 삽입된 광학 센서의 발광을 외부 리더기를 통해 감지하는 일 실시예를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 4는 도 3의 리더기를 확대한 도면이다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 7 및 8는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 형광 센서를 중공형 마이크로 니들에 유입하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 유입된 형광 센서를 고정하기 위한 중공형 마이크로 니들의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 형광 센서를 정량 유입하기 위한 중공형 마이크로 니들의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 형광 물질의 발광 정도에 따라 리더기를 통해 감지한 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "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.
바이오 센서는 어떤 물질이나 에너지의 존재를 감지할 수 있는 생물학적 물질로 정의될 수 있지만 최근 바이오 센서는 보다 더 넓은 의미로 사용되어 실제 화학센서와 구분이 쉽지 않은 경우가 종종 있다. 따라서, 본 발명은 바이오 센서에 한정되어 설명되지 않고, 광범위하게 화학 센서로 통칭될 수 있음은 물론이다.
화학 센서는 사람의 감각 중 하나를 이용하여 에너지나 물질의 존재를 알려줄 수 있는 장치로 정의될 수 있는데, 분석하고자 하는 물질 혹은 에너지를 감지하는 방법에는 형광, 색변화, 전기화학적 분석 방법이 이용될 수 있다.
광학식 측정 방식은 특정 물질과 결합한 형광 센서가 광원에서 조사된 빛에 자극되어 발생하는 광량을 측정하여 특정 물질의 존재를 확인하는 방식이다.
광학식 측정 방식은 10^-9M 농도에서도 신호를 관찰할 수 있는 뛰어난 감도, 비교적 간단한 측정 방법 등의 장점을 가지고 있다.
다만, 기존의 광학식 측정 방식은 절개 시술을 통해 형광 센서 부분을 체내 삽입 및 제거하는 단점이 있으며, 배터리 한계로 사용 기간이 짧은 문제가 있었다.
본 발명은 마이크로 니들을 이용하여 형광 센서를 체내에 삽입하여 절개 시술을 생략하고, 배터리가 삽입되는 부분이 체외로 노출됨으로써 사용 기간의 한계를 해결할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 일 실시예를 도시하고 있다.
본 발명의 니들 타입 바이오 센서는 첨단부에 연결된 내부 유로(211)를 포함하는 중공형 마이크로 니들(210), 내부 유로(211)에 구비되어 특정 타겟 물지(420)과 결합하여 형광 발생하는 형광 센서(410) 및 형광 센서의 발색을 감지하는 리더기(300)를 포함할 수 있다.
본 발명의 니들 타입 바이오 센서는 피부에 탈부착 가능하며, 피부에 부착시 마이크로 니들(210)이 표피(Epidrmins)를 지나 진피(Demis)까지 침투하여 형광 센서(410)가 진피에 존재하는 특정 물질(420)과 반응할 수 있다.
본 발명의 형광 센서(410)는 특정 물질(420)과 결합하여 형광 반응하는 물질 일 수 있다. 형광 센서(410)가 형광 반응하는 가장 보편적인 방식은 분석하고자 하는 이온 혹은 물질이 형광 센서(410)와 결합하여 형광 반응하는 방식이다. 다만, 경우에 따라서는 지시약(indicator)과 결합한 형광 센서(410)가 특정 물질(420)과 결합 시 지시약(indicator)가 분리되면서 형광 반응하는 방식이 이용될 수 있다. 경우에 따라서는 형광 반응이 아니라 흡광 반은 또는 변색 반응 방식이 이용될 수 있다.
본 발명의 형광 센서(410)는 용액상태에서 내부 유로(211)에 모세관 현상을 이용하여 유입되고, 겔화되어 고정될 수 있다. 형광 센서(410)를 고정하는 방식은 도 8이하에서 구체적으로 설명한다.
본 발명의 리더기(300)는 형광 센서(410)에서 발현되는 광을 감지하여 특정 물질(420)의 유무 및 농도를 감지할 수 있다.
본 발명의 리더기(300)는 마이크로 니들(210)에 결합되어 피부에 삽입되지 않고 외부로 노출될 수 있다. 경우에 따라서는, 리더기(300)는 마이크로 니들(210)에 탈부착할 수 있도록 결합되어, 필요에 따라 마이크로 니들(210)을 교체할 수 있다. 리더기(300)에 결합되는 마이크로 니들(210)은 타겟팅하는 특정 물질(420)에 따라 상이한 형광 센서(410)를 포함할 수 있다. 마이크로 니들(210)은 타겟팅하는 특정 물질(420)의 정보를 표시하는 표지부(230)를 포함할 수 있으며, 리더기(300)는 상기 표지부(230)를 통해 특정 물질(420)와 관련된 정보를 획득할 수 있다. 이하, 리더기(300)의 구체적인 구조를 살펴본다.
도 4는 도 3의 리더기(300)를 확대한 도면이다.
본 발명의 리더기(300)는 마이크로 니들(210)이 피부에 삽입된 상태에서 외부광을 차폐하는 하우징(310), 하우징(310)에 실장되며, 형광 센서(410)에 광을 조사하는 광원(322) 및 형광 반응하는 형광 센서(410)에서 발현하는 광을 수신하는 수광부(321)를 포함할 수 있다.
본 발명의 광원(322)은 특정 파장을 발생시키는 LED(Light-Emitting Diode)일 수 있다.
본 발명의 수광부(321)는 포토 다이오드(Photo Diode)를 포함하고, 형광 센서(410)가 형광 반응하여 발현하는 광을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 형광 반응하여 발현되는 광은 광원(322)에서 조사되는 광보다 파장이 상이하다. 따라서, 수광부(321)는 형광 반응하여 발현되는 광을 필터링하는 필터부(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명의 리더기(300)는 광원(322)과 수광부(321)를 구비하는 인쇄회로 기판(320)을 포함할 수 있으며, 인쇄회로기판(320)은 구동 IC(330), 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU, 340), 통신부(350) 및 전원공급부(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 마이크로 컨트롤러(340)는 외부 입력에 대응하여 구동 IC(330)를 통해 광원(322)과 수광부(321)를 구동할 수 있다. 외부 입력은 전원 on/off 장치(미도시)에 대응될 수 있으며, on/off 장치는 하우징(310)의 외면에 구비될 수 있다.
본 발명의 마이크로 컨트롤러(340)는 수광부(321)에서 발생한 전기 신호를 통해 체내에 포함된 특정 타겟 물질(320)의 존부 또는 정량에 대응되는 데이터를 생성할 수 있으며, 외부 기기와 유선 또는 무선 통신하는 통신부(350)를 통해 상기 데이터를 송신할 수 있다.
본 발명의 통신부(350)는 외부 기기와 니들 타입 바이오 센서 사이, 들 타입 바이오 센서와 다른 니들 타입 바이오 센서 사이, 또는 니들 타입 바이오 센서와 외부 서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 통신부(350)는 니들 타입 바이오 센서를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 외부 기기는 통신부(350)를 통해 수신한 데이터를 출력하는 디스플레이부 및 수신한 데이터를 연속적으로 저장하는 메모리를 포함하는 범용 모바일 기기일 수 있다. 또한, 외부 기기는 축적된 데이터를 통해 맞춤형 의료 서비스를 제공하는 외부 서버와 연결되어, 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서를 부착한 사용자에게 맞춤형 의료 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명의 리더기(300)는 하우징(310) 외면에 데이터를 출력하는 디스플레이부, 경고음을 알리는 알람부 및 온도를 감지하는 온도 센서 중 적어도 하나를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 리더기(300)는 마이크로 니들(210)에 구비된 표지부(230)에 포함된 정보를 근거리 무선 통신을 통해 수신할 수 있다. 여기서 표지부(230)에 포함된 정보는 타겟팅 되는 특정 물질(420)의 종류, 형광 센서(410)의 형광 반응에 따라 수신된 광량을 특정 물질(420)의 정량에 대응하는 파라미터를 포함할 수 있다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서의 다른 실시예를 도시하고 있다.
구체적으로, 도 5는 고형 마이크로 니들(220)를 포함하는 니들 타입 바이오 센서를 도시하고 있다.
본 발명의 고형 마이크로 니들(220)는 도 3의 마이크로 니들(210)과 달리 내부 유로(211)를 포함하지 않고, 형광 센서(410)가 첨단부를 구성하는 마이크로 니들 일 수 있다.
본 발명의 고형 마이크로 니들(220)은 형광 센서(410)의 형광 반응을 리더기(300)의 수광부가 감지할 수 있도록 투명 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 고형 마이크로 니들(220)은 리더기(300)에 고정될 수 있으며, 경우에 따라서 리더기(300)에 탈부착 될 수 있다. 고형 마이크로 니들(220)은 형광 센서(410)와 반응하는 특정 물질(420)에 대한 정보를 포함하는 표지부(230)을 포함할 수 있다. 본 발명의 리더기(300)는 표지부(230)에 포함된 정보를 근거리 무선 통신을 통해 수신할 수 있다. 여기서 표지부(230)에 포함된 정보는 타켓팅 되는 특정 물질(420)의 종류, 형광 센서(410)의 형광 반응에 따라 수신된 광량을 특정 물질(420)의 정량에 대응하는 파라미터를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 6은 멀티 마이크로 니들(240)을 포함하는 니들 타입 바이오 센서를 도시하고 있다.
본 발명의 멀티 마이크로 니들(240)은 도 3의 마이크로 니들(210)을 복수개(210a 내지 210e) 포함하는 마이크로 니들일 수 있다. 경우에 따라서는 도 5의 고형 마이크로 니들(220)을 복수개 포함하는 마이크로 니들일 수 있다.
본 발명의 멀티 마이크로 니들(240)은 복수의 마이크로 니들(210a 내지 210e) 각각에 다른 형광 센서를 포함할 수 있다. 보수의 마이크로 니들(210a 내지 210e) 각각에 다른 형광 센서는 각각 다른 특징 물질과 결합하여 형광 반응할 수 있다. 리더기(300)는 복수의 마이크로 니들(210a 내지 210e)에서 형광 반응하는 마이크로 니들을 분별하여 체내 특정 물질의 종류 및 농도를 분별할 수 있다.
본 발명의 니들 타입 바이오 센서는 피부에 부탁하는 패드 형식으로 제작될 수 있으므로, 멀티 마이크로 니들(240)을 이용하는 경우 하나의 패드를 통해 복수의 검사가 가능하다는 장점이 있다.
도 7 및 8는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 형광 센서를 중공형 마이크로 니들에 유입하는 방법을 설명하는 도면이다. 이하에서는 중공형 마이크로 니들(210)에 형광 센서(410)을 고정화하는 방법을 살펴본다.
본 발명의 마이크로 니들(210)은 첨단부에 연결된 내부 유로를 포함하고, 내부 유로에는 형광 센서를 포함한다. 본 발명의 니들 타입 바이오 센서는 마이크로 니들(210)의 첨단부가 체내에 삽입되도록 피부에 부착될 수 있다. 마이크로 니들(210)을 통해 체내에 삽입된 형광 센서는 특정 물질과 결합하여 형광 반응할 수 있다. 이때, 형광 센서는 마이크로 니들(210)에서 이탈되어 체내에 유입되지 않도록 고정될 필요가 있다.
본 발명의 형광 센서(410)를 중공형 마이크로 니들(210)에 고정하는 방법은 다음과 같다.
본 발명의 형광 센서(410)는 용액 상태가 될 수 있도록 용매에 녹인다. (도 7(a)) 용액 상태의 형광 센서(410)는 겔화 될 수 있는 용액에 혼합시킨다.(도 7(b)) 보로닉 기반의 형광 센서가 용이하게 마이크로 니들(210)의 내부 유로로 유입될 수 있도록 마이크로 니들(210)의 내부 유로를 친수성 처리 한다.(도 7(c)) 친수성 처리된 내부 유로로 형광 센서(410)를 유입한다. 이때, 형광 센서(410)은 모세관 현상을 이용하여 마이크로 니들(210)의 내부 유로로 유입될 수 있다. 경우에 따라서는, 외부 압력을 높여 형광 센서(410)을 내부 유로로 유입할 수 있다. (도 7(d)) 용액 상태로 마이크로 니들(210)의 내부 유로로 유입된 형광 센서(410)는 겔화 되어 마이크로 니들(210)에 고정될 수 있다. 용액 상태로 마이크로 니들(210)의 내부 유로로 유입된 형광 센서(410)는 온도, 시간 및 UV 중 적어도 하나를 이용하여 겔화 될 수 있다. (도 7(e))
본 발명의 니들 타입 바이오 센서를 제작하는 전체 프로세서는 다음과 같다.
본 발명은 첨단부에 연결된 내부 유로를 포함하는 중공형 마이크로 니들을 제조한다.(S201) 본 발명의 마이크로 니들은 내부 유로에 형광 센서가 유입된 상태에서 체내에 삽입될 수 있다. 마이크로 니들을 통해 체내에 삽입된 형광 센서는 체내 특정 물질과 결합하여 형광 반응할 수 있다. 본 발명의 마이크로 니들은 액체 상태의 형광 센서가 용이하게 유입될 수 있도록 내부 유로가 친수성 처리 될 수 있다. 마이크로 니들의 내부 유로는 유입된 형광 센서가 겔화되어 고정될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 이와 관련하여 도 9 및 도 10에서 구체적으로 살펴본다.
본 발명은 형광 센서가 용액 상태가 될 수 있도록 용매에 녹이고, 용액 상태의 형광 센서를 겔화 될 수 있는 용액과 혼합할 수 있다. 이후 용액 상태의 형광 센서는 본 발명의 마이크로 니들의 내부 유로에 주입될 수 있다. (S202) 용액 상태의 형광 센서는 모세관 현상에 의해 마이크로 니들의 내부 유로에 유입되거나, 압렵 차이를 이용하여 내부 유로로 유입될 수 있다. 이때, 마이크로 니들의 내부 유로는 친수성 처리되어 동일 성질의 형광 센서가 용이하게 유입될 수 있다.
본 발명의 형광 센서는 마이크로 니들의 내부 유로에 유입된 상태에서 겔화되어 고정될 수 있다. (S203) 액체 상태의 형광 센서는 온도를 변화시키거나, 시간을 경과시키거나, 특정 파장을 쬐어 겔화시킬 수 있다. 겔화된 형광 센서는 마찰력에 의해 마이크로 니들의 내부 유로에 고정될 수 있다. 또한 본 발명의 마이크로 니들은 형광 센서가 고정될 수 있는 구조를 가질 수 있는데 이와 관련하여서는 도 9 및 도 10을 통해 구체적으로 살펴본다.
본 발명의 마이크로 니들은 형광 센성의 형광 반응을 유도 및 감지하는 리더기에 결합될 수 있다. (S204) 본 발명의 니들 타입 바이오 센서는 마이크로 니들이 체내에 삽입되고 리더기가 외부로 노출된 상태로 피부에 패치 형태로 부착될 수 있다. 본 발명의 니들 타입 바이오 센서는 패치 형태로 피부에 부착하여 사용하므로 별도의 걸개 시술이 필요하지 않다. 또한, 본 발명은 체내에 삽입되는 마이크로 니들이 미세 크기로 부착 시 고통을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 니들 타입 바이오 센서는 리더기에 배터리 교체 부를 포함하여, 피부에 부착된 상태에서도 배터리를 교체할 수 있다.
이하에서 본 발명의 마이크로 니들에 겔화된 형광 센서를 고정하기 위한 내부 유로의 구조를 살펴본다.
도 9는 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 유입된 형광 센서를 고정하기 위한 중공형 마이크로 니들의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 니들 타입 바이오 센서에 관한 것으로 첨단부에 연결된 내부 유로(211)을 포함하는 중공형 마이크로 니들(210), 내부 유료(211)에 구비되며 특정 타겟 물질과 결합하여 형광 반응하는 형광 센서(410) 및, 형광 센서(410)의 발색을 감지하는 리더기(300, 도 3 참조)를 포함할 수 있다.
본 발명의 내부 유로(410)는 마이크로 니들(210)의 첨단부에 연결된 일단의 직경(h1) 보다 직경이 넓어지는 구간을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 9(a)는 본 발명의 내부 유로(211)의 직경이 첨단부에서 점진적으로 증가하는 실시예를 도시하고 있다. 본 발명의 내부 유로(410)는 첨단부의 직경(h1) 보다 내부 직경(h2)이 넓어 역삼각형의 구조를 가질 수 있다. 내부 유로(410)에 구비된 형광 센서(410)는 역삼각형의 내부 유로(211)의 형상을 따라 겔화되어 내부 유로(211)에 고정될 수 있다. 즉, 본 발명은 내부 유로(211)가 첨단부를 기준으로 역삼 각형의 형상을 가져 형광 센서(410)가 체내로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 9(b)는 내부 유로(211)가 첨단부에서 일정한 직경을 가지는 구간(213)을 가지고, 이후 첨단부의 직경(h1)보다 넓은 직경(h2)을 가질 수 있다. 내부 유로(211)가 첨단부에서 일정한 직경을 가지는 구간(213)을 가지는 경우 액체 상태의 형광 센서(410)가 내부 유로(211)로 모세관 현상에 의해 보다 용이하게 유입될 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 9(c)는 내부 유로(211)는 직경 가변이 불 연속적일 수 있다. 즉, 본 발명의 내부 유로는 (211)는 내부 직경이 불연속적으로 가변되는 단턱을 포함할 수 있다. 마이크로 니들(210)이 미세 크기인 점을 고려하면 단턱을 이용하여 내부 유로의 직경을 증가하는 것이 제작 공정을 용이하게 할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 형광 센서를 정량 유입하기 위한 중공형 마이크로 니들의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 리더기(300, 도 3)에서 형광 센서(410)의 형광 반응을 감지하여 내부 특정 물질의 유무를 감지할 수 있으며, 형광 반응 정도를 통해 특정 물질의 농도를 감지할 수 있다. 리더기(300)에서 형광 센서(410)의 형광 반응 정도를 통해 특정 물질의 농도를 감지하기 위해서는 형광 센서(410)가 내부 유로(211)에 정량 유입되어 고정될 필요가 있다.
본 발명은 형광 센서(410)가 내부 유로(211)에 정량 유입될 수 있도록 내부 직경이 불연속적으로 가변되는 단턱(213)을 포함할 수 있다. 액체 상태의 형광 센서(410)는 첨단부에서 내부 유로(211)로 모세현상을 통해 유입될 수 있다. 이때, 내부 유로(211)로 유입된 형광 센서(410)는 직경이 불연속적으로 가변되는 단턱(213)까지는 연속적으로 유입되지만 단턱(213) 부근에서 유입 현상이 멈출 수 있다. 본 발명은 단턱(213)을 처단부에서 기 설정 거리에 구비함으로써 형광 센서(410)를 마이크로 니들에 정량 고정할 수 있다. 본 발명은 마이크로 니들(210)에 정량으로 형광 센서(410)를 고정함으로써 형광 반응을 정도를 통해 특정 물질의 농도를 감지할 수 있다.
본 발명은 마이클 니들(210)의 내부 유로(211)에 단턱(213)을 포함하여 형광 센서(410)을 정량 유입하며, 첨단부에서 단턱(213) 사이에 직경이 넓어지는 구간을 포함하여 겔화된 형광 센서(410)를 내부 유로(211)에 고정할 수 있다. 구체적으로, 도 10은 내부 유로(211)에서 첨단부의 직경(h1)이 연속적으로 증가하는 실시예를 도시하고 있다. 다만, 내부 유로(211)의 내부 직경은 첨단부에서 단턱(213)까지 도 9와 같이 증가할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 니들 타입 바이오 센서에서, 형광 물질의 발광 정도에 따라 리더기를 통해 감지한 데이터를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 마이크로 니들(211)은 형광 센서(410)를 정량 포함하고 있어, 형광 반응의 정도를 감지하여 특정 물질의 농도를 측정하는 실험 테이터를 도시하고 있다.
구체적으로 도 11(a) 내지 도 11(c)는 체내에 특정 물질의 농도에 따라 마이크로 니들의 발광 정도 및 리더기에서 획득하는 데이터를 도시하고 있다. 본 발명은 리더기를 통해 획득한 데이터를 통해 체내의 특정 물질의 유무 및 농도를 확인할 수 있다.
본 발명의 리더기는 형광 센서의 발광 정도를 실시간으로 측정하여 체내 특정 물질의 농도를 실시간으로 측정하고 측정된 데이터를 사용자에게 실시간으로 제공할 수 있다.
특정 타겟 물질은 연속적으로 측정되는 대상으로 글루코스(glucose), 콜레스테롤(cholesterol), 염증 반응 표지자, 쪼는 면역 반응 표지자 중 적어도 하나일 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
Claims (11)
- 첨단부에 연결된 내부 유로를 포함하는 중공형 마이크로 니들;
상기 내부 유로에 구비되며 특정 타겟 물질과 결합하여 형광 발색하는 형광 센서; 및
상기 형광 센서의 발색을 감지하는 리더기;를 포함하고,
상기 내부 유로는
상기 첨단부에 연결된 일단의 직경보다 직경이 넓어지는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서. - 제1항에 있어서,
상기 형광 센서는
용액 상태로 상기 내부 유로의 일단에서 주입된 후 상기 내부 유로의 형상을 따라 겔화되며, 상기 내부 유로의 직경 차이로 상기 내부 유로에 고정되는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서. - 제1항에 있어서,
상기 내부 유로는
내부 직경이 불연속적으로 가변되는 단턱을 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서. - 제3항에 있어서,
상기 내부 유로는
상기 단턱을 상기 내부 유로의 일단에서 기 설정 거리 떨어진 위치에 포함하고,
상기 형광 센서는
상기 내부 유로의 일단에서 상기 단턱까지 구비되는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서. - 제4항에 있어서,
상기 내부 유로는
상기 직경이 넓어지는 구간을 상기 내부 유로의 일단에서 상기 단턱 사이에 구비하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서. - 니들 타입 바이오 센서 제조 방법에 있어서,
첨단부에 연결된 내부 유로를 포함하는 중공형 마이크로 니들 제조 단계;
상기 내부 유로의 일단으로 용액 상태의 형광 센서를 주입하는 단계; 및
상기 내부 유로에 주입된 상기 형광 센서를 겔화하여 고정하는 단계;를 포함하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 중공형 마이크로 니들 제조 단계는
상기 내부 유로를 친수성 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 형광 센서를 주입하는 단계는
용액 상태의 상기 형광 센서를 모세관 현상을 통해 상기 내부 유로로 주입하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 중공형 마이크로 니들 제조 단계는
상기 내부 유로에서 상기 첨단부에 연결된 일단의 직경보다 직경이 넓어지는 구간을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 형광 센서를 겔화하여 고정하는 단계는
용액 상태의 상기 형광 센서를 온도, 시간 및 UV 중 적어도 하나를 이용하여 겔화하는 단계를 포함하고,
상기 내부 유로는
상기 내부 유로의 직경 차이로 겔화된 상기 형광 센서가 유출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 중공형 마이크로 니들 제조 방법은
상기 내부 유로에서 내부 직경이 불연속적으로 가변되는 단턱을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 형광 센서를 주입하는 단계는
상기 내부 유로의 일단에서 상기 단턱가지 상기 형광 센서를 주입하는 것을 특징으로 하는 니들 타입 바이오 센서 제조 방법.
Applications Claiming Priority (1)
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