KR20220111205A - 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서 - Google Patents

무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20220111205A
KR20220111205A KR1020220013183A KR20220013183A KR20220111205A KR 20220111205 A KR20220111205 A KR 20220111205A KR 1020220013183 A KR1020220013183 A KR 1020220013183A KR 20220013183 A KR20220013183 A KR 20220013183A KR 20220111205 A KR20220111205 A KR 20220111205A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
communication
unit
photodiode
flexible
lightweight
Prior art date
Application number
KR1020220013183A
Other languages
English (en)
Inventor
박진우
임창진
로스엠마누엘 트라이엠블로
전준우
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Publication of KR20220111205A publication Critical patent/KR20220111205A/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A61B5/14551Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
    • A61B5/14552Details of sensors specially adapted therefor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1491Heated applicators
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/683Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6832Means for maintaining contact with the body using adhesives
    • A61B5/6833Adhesive patches
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02Operational features
    • A61B2560/0204Operational features of power management
    • A61B2560/0214Operational features of power management of power generation or supply
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0271Thermal or temperature sensors
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/16Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
    • A61B2562/164Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted in or on a conformable substrate or carrier

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일측면이 신체의 일부와 접촉되어, 신체의 산소분압에 대한 센싱 신호를 제공하는 센서부, 센서부와 연결되어 센싱 정보를 생성하는 신호처리부, 센싱 정보를 무선으로 송신하는 무선통신부, 및 센서부, 신호처리부 및 무선통신부 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 배터리인 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서{Flexible and lightweight transcutaneous Oxygen pressure sensors with Wireless distance Communication}
본 발명은, 무선 원거리 통신이 가능한 경량화된 경피성 산소분압 센서에 관한 것으로, 신체 일부에 접촉하여 산소분압을 측정하고, 산소분압에 대한 센싱 정보를 무선으로 통신하여 원격으로 모니터링할 수 있는 무선 원거리 통신이 가능한 경량화된 경피성 산소분압 센서에 관한 것이다.
종래의 산소 센서는, 센서부, 전압공급부 및 기타 부가 장치들이 유선으로 연결되어 있었다. 이러한 산소 센서는, 만성질환을 겪는 착용자를 실시간으로 질환을 모니터링하고 적시에 대처해야 하므로, 의료지원 서비스와의 연계가 필수적이다.
그러나 전압공급부 및 기타 부가 장치는 일반적으로 부피가 매우 크고, 무게가 무거워 착용자가 산소 센서를 착용한 상태에서 움직일 수 있는 범위가 제한적이기 때문에, 사용성이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 센서 플랫폼을 구성하는 소자들 즉 광원, 검출기, 히터, 원격 센싱 장치 등 소자 양전극마다 연결된 복수의 전선으로 인해서 착용자의 움직임이 협소하게 제한되고, 착용자의 움직임에 의해 센서에 장력이 가해져 센싱 정확도가 떨어지는 문제가 있었다. 더하여, 착용자의 움직임에 의해 소자와 전극간의 접촉 불량이 발생할 수 있으며, 이는 센서의 수명단축을 유발하는 문제를 내포하고 있었다.
또한, 경피성 산소분압 센서 자체는 유연(flexible)하고 신체 어느 부위에나 부착이 가능하지만, 센서 동작을 위한 부가적인 장치들, 즉 광전류 또는 광전압 값을 증폭하면서 노이즈를 제거하는 광증폭기(Photoamplifier), 측정된 전류 또는 전압 데이터를 수집하는 데이터 수집모듈(Data acquistion module) 및 장치에 전압을 공급해주는 파워소스미터(Power source meter)등은 큰 부피와 무거운 무게로 인해 신체에 부착이 불가능한 문제 또한 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에 기존 센싱 필름에서 발생하는 빛을 광전류(nA) 및 광전압(mV) 값으로 측정하고 Stern-Volmer 공식을 통해서 전류 및 전압의 세기 변화를 통해 산소기체에 대한 민감도를 계산하는 방식을 도입하는 기술이 시도되었다. 즉, 산소농도에 대한 민감도인 Io/I 및 V0/V 값을 이용하여 산소 분압값을 환산하는 기술인데, 그러나, 종래기술의 단점은 부피가 크고 무거우며 고가의 장비인 Photoamplifier를 사용해야 한다. 한편 PCB에 모듈화해도 전류 및 전압 소스인 광신호를 증폭하는 회로 구성은 매우 복잡하여 모듈의 사이즈가 증가하는 문제를 해결할 수 없었다.
한국공개특허 제 10-2020-0125128호("경피성 산소분압 센서가 내장된 모바일 디바이스 센서 플랫폼", 2020.11.04.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 신체 일부에 접촉하여 산소분압을 측정하고, 산소분압에 대한 센싱 정보를 무선으로 통신하여 원격으로 모니터링할 수 있는 무선 원거리 통신이 가능한 경량화된 경피성 산소분압 센서에 관한 것이다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서는 일측면이 신체의 일부와 접촉되어, 신체의 산소분압에 대한 센싱 신호를 제공하는 센서부, 센서부와 연결되어 센싱 정보를 생성하는 신호처리부, 센싱 정보를 무선으로 송신하는 무선통신부, 및 센서부, 신호처리부 및 무선통신부 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 배터리인 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 센서부는, 일측면이 신체의 일부와 직접 접촉되는 센싱필름, 산소센싱필름의 일측면의 대향면 상부에 위치하며, 마이크로-엘이디(μ-LED)가 포함된 발광부, 및 유기-포토다이오드(Organic-photodiode, OPD) 또는 무기-포토다이오드(Inorganic- photodiode, IPD)가 포함된 수광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 신호처리부는, 유기-포토다이오드(Organic-photodiode, OPD)의 P-N단자에 역바이어스 전압을 인가하는 정전압 회로, 유기-포토다이오드와 정전압 회로 사이에 직렬로 구비된 저항, 및 저항 양단의 전압을 기초로 유기-포토다이오드의 수광량에 해당하는 센싱 정보를 출력하는 출력 회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 무선통신부는, 블루투스 통신, 와이파이 통신, LF통신, RF 통신, LTE 통신, 5G통신, 지그비, EnOcean통신, Wi-SUN통신 중 적어도 하나의 통신 방식으로 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 유기-포토다이오드는, 홀수송층 내에 Triton X 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따른 본 발명은, 유연하여 굴곡진 신체 부위에도 용이하게 부착이 가능함과 동시에, 부피가 작고 가벼우며, 센서와 모든 보조 장치들이 일체형으로 이루어지기 때문에 높은 정확도, 신뢰성 및 안정성을 가진 산소분압 센서를 제공할 수 있다. 또한, 4차 산업혁명의 의학계 패러다임에 맞게 저산소증 관련 질환의 재택 자가 진단과 만성질환의 실시간 장기 모니터링을 가능하게 함으로써 국민 보건 향상과 의료비용 절감을 도모할 수 있는 큰 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 분리사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 단면도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 바람직한 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
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.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 목적은, 가볍고 유연하며 생체적합성이 높고, 사용자(환자) 뿐 아니라, 보호자와 간호사 및 의사 등 전문 의료인에게 사용자의 생체 측정 정보, 구체적으로 산소분압을 실시간으로 확인할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일측면이 신체의 일부와 접촉되어, 신체의 산소분압에 대한 센싱 신호를 제공하는 센서부, 센서부와 연결되어 센싱 정보를 생성하는 신호처리부, 센싱 정보를 무선으로 송신하는 무선통신부, 및 센서부, 신호처리부 및 무선통신부 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 배터리인 전원공급부를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 센서부(100)는 일측면이 피부 및 장기의 일부와 접촉될 수 있으며, 더욱 바람직하게 신체의 일부에 부착되어 부착 표면의 산소분압을 측정하는 것일 수 있다. 도 1에는, 본 발명의 센서부(100)가 손목에 부착된 것, 도 2에는 본 발명의 센서부(100)가 손가락에 부착되어 유연하게 굴곡진 것이 도시되었다.
또한, 배터리는, 리튬 이온 배터리 및 리튬 폴리머 배터리일 수 있다.
또한, 센서부(100)는, 일측면이 신체의 일부와 직접 접촉되는 센싱필름(130), 상기 센싱필름(130)의 일측면의 대향면 상부에 위치하며, 마이크로-엘이디(μ-LED)115)가 포함된 발광부(110), 및 유기-포토다이오드(Organic-photodiode, OPD)(125)가 포함된 수광부(120)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 실시 예에서 수광부(120)는 유기-포토다이오드(125)를 포함하는 것으로 기재되어 있으나, 수광부(120)는 무기-포토다이오드(inorganic-photodiode, IPD)를 포함할 수도 있다. 즉 유기-포토다이오드 또는 무기-포토다이오드 모두 경피성 산소분압 센서의 수광부(120)에 적용될 수 있다.
이하 본 실시 예에서는, 수광부(120)가 유기-포토다이오드(125)를 포함하는 것을 기준으로 설명하기로 한다.
이러한 센서부(100)는, 피부 및 장기 등 부착한 상태에서 주변의 빛과 산소 등 외부 환경에 독립적으로 피부에서 발생하는 산소분압을 정확하게 측정해야 하며, 피부의 굴곡진 부분에도 용이하게 부착할 만큼 각 소자가 높은 유연성을 가져야 측정된 산소분압 정보가 높은 신뢰도를 가질 수 있다. 또한, 피부 및 장기에 부착하기 때문에, 높은 생체 적합성(biocompatibility)을 가져야 한다.
이를 위하여 구체적으로, 센싱필름(130)은 측정대상의 피부 등 신체에 부착되는 것으로, 측정대상은 사람 또는 동물일 수 있다. 센싱필름(130)은 피부로부터 공급된 산소를 감지하기 위한 것으로, 고분자 매트릭스, 형광체 및 산란체를 함유함에 따라 유연하면서도 생체에 무해하며, 내부 산란체로 인해 고감도로 산소 센싱이 가능하다. 이러한 센싱필름(130)은 10㎛이상 20㎛이하의 두께로 제작될 수 있다.
한편, 상기 유기-포토다이오드(125)는 유연성을 가진 수광부 기판(121)에 매립되는 것일 수 있다. 여기서, 상기 수광부 기판(121)은, 더욱 바람직하게 유연 폴리머 기판일 수 있으며, 그 두께가 50㎛일 수 있다. 상기 유기-포토다이오드(125)는 상기 수광부 기판(121)에 용액공정을 통해 매립되는 것일 수 있다. 이러한 구성으로, 상기 수광부(120)는 유연하면서도 얇고, 가볍게 제작될 수 있다.
또한, 상기 수광부(120)는, 적어도 하나의 유기-포토다이오드(125)를 포함할 수 있으며, 바람직하게 유기-포토다이오드(125)는 복수 개일 수 있다.
상기 발광부(110)는, 광원으로써 마이크로-엘이디(115)를 사용함으로써, 종래 광원인 OLED에 비해 히터부(150)의 열 및 광원의 작동에 의한 열 등에 의해 광원의 수명이 감소하는 문제를 방지할 수 있다. 히터부(150)에 대해서는 이후 설명한다.
상기 발광부(110)는, 적어도 하나의 마이크로-엘이디(115)를 포함할 수 있으며, 바람직하게 복수개의 마이크로-엘이디(115)가 복수 개일 수 있다. 또한, 바람직하게 복수개의 마이크로-엘이디(115)가 발광부 기판(111)에 배열될 수 있다.
상기 발광부(110) 및 상기 수광부(120)를 포함한 광검출부는 센싱필름(130)에 흡착된 산소 농도에 따라 다르게 나타나는 전류 신호를 전압 신호로 바꾸어 원격 센싱 및 증폭한다. 상기 발광부는, 센싱필름(130)에 광을 조사할 수 있다.
한편, 상기 센서부(100)는, 상기 센싱필름(130) 및 상기 발광부(110)의 일측 사이에 위치하며, 외부로부터 상기 발광부(110) 및 수광부(120)로의 산소를 차단하는 산소차단막(140) 및 상기 수광부(120)의 타측 상부에 적층되며, 외부로부터 입사되는 광을 차단하는 광차폐막(170)을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 센서부는, 상기 센싱 필름 및 상기 광검출부 사이에 위치하며, 상기 센싱필름과 접촉되는 피부에 열에너지를 공급하는 투명박막 형태의 히터부이며, 주변의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 히터부(150)는, 상기 센싱필름(130)과 접촉되는 피부에 열에너지를 공급함으로써, 측정값의 신뢰도를 높일 수 있다. 더욱 구체적으로, 히터부(150)가 접촉된 피부 등 신체를 가열하면, 가열된 피부 밑을 지나는 혈액의 흐름이 증가되고, 이에 따라 센싱필름(130) 측으로 확산되는 산소분압을 원활하게 증가시킬 수 있다. 따라서 더욱 신뢰성 있는 측정범위에서 산소분압을 측정할 수 있다.
또한, 상기 온도 센서는 온도센서 칩 또는 써머커플일 수 있다.
또한, 신호처리부는, 유기-포토다이오드(Organic-photodiode, OPD)의 P-N단자에 역바이어스 전압을 인가하는 정전압 회로, 유기-포토다이오드와 정전압 회로 사이에 직렬로 구비된 저항, 및 저항 양단의 전압을 기초로 유기-포토다이오드의 수광량에 해당하는 센싱 정보를 출력하는 출력 회로부를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, P-N단자에 역바이어스 전압을 인가하는 것은 P단자에 인가되는 전압이 N단자에 인가되는 전압에 비해서 더 낮은 것을 의미한다. 이로 인하여, 유기-포토다이오드가 빛을 받지 않는 경우 일반적인 다이오드와 같이 동작하여 전류가 흐르지 않게 되고, 빛을 받으면, 역방향(N에서 P방향) 전류가 입사 광량에 비례하여 흐르게 된다.
한편 상기 신호처리부(200)는, 수정된 Stern-Volmer식에 의해 출력이득을 산출할 수 있다. Stern-Volmer식은, 광세기와 산소농도 사이의 방정식으로, 하기 수식 1과 같이 표현된다.
[수식 1]
Figure pat00001
여기서, I o 는 무산소 상태일 때 광전류세기(V 0는 무산소 상태일 때 광전압세기), I는 산소 농도가 C일 때 광전류 및 광전압세기, K SV 는 광소멸 효율로 표현되는 광소멸 상수((μmol L-1)-1), C는 산소의 농도(μmol L-1)이다.
종래에는, 센싱필름에서 발생하는 빛에서 광전류(nA) 및 전압(mV)을 측정하고, 상기 수식 1(Stern-Volmer 식)로 전류 및 전압의 밝기 변화에 따른 산소 기체의 민감도를 계산하였다. 그러나 이러한 방법은, 광전류 및 광전압을 증폭하고 노이즈를 제거하는 광증폭기, 데이터를 수집하는 데이터 수집 모듈, 전압을 공급하는 파워소스미터 등을 포함하기 때문에, 고가이며 부피를 줄일 수 없어 신체 부착이 어려운 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 아래 수식 2와 같이 광전류 및 광전압을 기준한 수정된 two-site model 기반 Stern-Volmer 식으로, 상기한 광증폭기, 데이터 수집 모듈, 파워소스미터 중 적어도 하나를 포함하지 않아도 되기에, 원격 센싱 및 증폭, 전압공급 회로 구성을 소형화할 수 있으며, 경량화할 수 있는 큰 효과가 있다.
[수식 2]
Figure pat00002
상기 수식 2의 파라미터 정의는 아래와 같다.
I 0 , I : luminescence intensities of a probe in the absence and presence of O2
V 0 , V : voltage detected proportional to V 0 and V, respectively, at the [O2] indicated in the subscript
[O2] : O2 concentration in system
f 1,f 2 : the fractions of the O2 molecules uniformly and nonuniformly in contact with the PtOEP dye molecules
K 1 sv and K 2 sv : Stern-Volmer constants when O2 molecules uniformly and nonuniformly encounter the PtOEP dye molecules
한편, 상기 신호처리부(200)는, 사용자로부터 입력 또는 외부 제어기의 제어신호에 기초하여, 상기 히터부(150)의 온도를 제어할 수 있다.
산소분압 센서는 피부에 접촉하여 산소분압을 측정해야 하는데, 피부층의 가장 겉표면인 각질층 중 장벽 형태의 지질층의 구조에 막혀 산소가 원활하게 피부로 발생하지 않는다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 신호처리부(200)는 상기 히터부(150)가 피부층에 약 37℃~ 44℃ 정도의 열을 가하도록 상기 히터부(150)를 제어하여, 산소분압 센서와 접촉된 피부의 표면에 산소가 충분히 발생시켜 측정도를 향상시킬 수 있다.
또한, 측정 대상에 따라 37℃~ 44℃가 뜨겁다고 느끼거나, 어린 아이 등 피부가 연약한 경우 온도에 의해 상해를 입을 수 있기에 측정된 산소 농도는 피부의 온도에 따라 달라질 수 있기 때문에, 상기 히터부(150)의 온도를 구간을 나누어 컨트롤할 수 있도록 한다.
바람직하게, 온도에 따라 37℃이상 40℃이하의 제1구간, 40℃이상 42℃이하의 제2구간, 및 42℃이상 44℃이하의 제3구간으로 나눌 수 있으며, 사용자로부터 입력 또는 외부 제어기의 제어 신호에 기초하여 제 1 내지 3 구간 중 하나를 선택할 수 있다.
또한, 무선통신부(300)는, 블루투스 통신, 와이파이 통신, LF통신, RF 통신, LTE 통신, 5G통신, 지그비, EnOcean통신, Wi-SUN통신 중 적어도 하나의 통신 방식으로 통신하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 무선통신부(300)는 무선 통신을 위한 송신기(310) 및 수신기(320)를 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 무선통신부(300)는 블루투스 통신할 수 있으며, 상기 송신기는 블루투스 송신기일 수 있다.
무선통신부(300)에서 블루투스 송신기(310)를 통해 송신한 정보는 외부 기기의 블루투스 수신기로 수신되며, 외부기기에 포함되거나 외부기기에 연결된 디스플레이를 통해 산소 분압값을 그래픽 화하여 사용자, 보호자 및 의사에게 제공할 수 있다.
또한, 유기-포토다이오드는, 홀수송층 내에 Triton X 구조를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, Triton X 구조는, 26개의 수소와, 16개의 탄소, 2개의 산소로 이루어진 친수성 폴리에틸렌 옥사이드 사슬과 방향족 탄화수소 친유성 또는 소수성 그룹을 갖는 비이온성 계면 활성제이다.
이러한 Triton X 구조로 인하여, 유기-포토다이오드의 홀수송층 내 빠른 결정화 및 안정화할 수 있어 홀수송층 상단의 광흡수층에 포함된 블렌드 형태의 도너 억셉터 계면을 더욱 안정적이고 균일하게 형성시켜 소자의 성능이 향상될 수 있는 큰 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 센서부
110 : 발광부
111 : 발광부 기판
115 : 마이크로-엘이디
119 : 광필터
120 : 수광부
121 : 수광부 기판
125 : 유기-포토다이오드
130 : 센싱필름
140 : 산소차단막
150 : 히터부
151 : 전극
160 : 온도 센서
170 : 광차폐막
200 : 신호처리부
300 : 무선통신부
310 : 블루투스 송신기
400 : 전원공급부
410 : 배터리

Claims (5)

  1. 일측면이 신체의 일부와 접촉되어, 신체의 산소분압에 대한 센싱 신호를 제공하는 센서부;
    상기 센서부와 연결되어 센싱 정보를 생성하는 신호처리부;
    상기 센싱 정보를 무선으로 송신하는 무선통신부; 및
    상기 센서부, 상기 신호처리부 및 상기 무선통신부 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 배터리인 전원공급부;를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    일측면이 신체의 일부와 직접 접촉되는 센싱필름;
    상기 센싱필름의 일측면의 대향면 상부에 위치하며, 마이크로-엘이디(μ-LED)가 포함된 발광부; 및
    유기-포토다이오드(Organic-photodiode, OPD) 또는 무기-포토다이오드(Inorganic-photodiode, IPD)가 포함된 수광부;를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    상기 유기-포토다이오드(Organic-photodiode, OPD)의 P-N단자에 역바이어스 전압을 인가하는 정전압 회로;
    상기 유기-포토다이오드와 상기 정전압 회로 사이에 직렬로 구비된 저항; 및
    상기 저항의 양단의 전압을 기초로 상기 유기-포토다이오드의 수광량에 해당하는 센싱 정보를 출력하는 출력 회로부;를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 무선통신부는,
    블루투스 통신, 와이파이 통신, LF통신, RF 통신, LTE 통신, 5G통신, 지그비, EnOcean통신, Wi-SUN통신 중 적어도 하나의 통신 방식으로 통신하는 것
    을 특징으로 하는 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 유기-포토다이오드는, 홀수송층 내에 Triton X 구조를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서.
KR1020220013183A 2021-02-01 2022-01-28 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서 KR20220111205A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210014297 2021-02-01
KR1020210014297 2021-02-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220111205A true KR20220111205A (ko) 2022-08-09

Family

ID=82653692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220013183A KR20220111205A (ko) 2021-02-01 2022-01-28 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20220111205A (ko)
WO (1) WO2022164265A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200125128A (ko) 2019-04-26 2020-11-04 연세대학교 산학협력단 경피성 산소분압 센서가 내장된 모바일 디바이스 센서 플랫폼

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2278818T3 (es) * 2000-11-23 2007-08-16 Sentec Ag Sensor y procedimiento para medir parametros fisiologicos.
KR101665871B1 (ko) * 2014-08-06 2016-10-12 연세대학교 산학협력단 광루미네선스 기반의 웨어러블 센서 플랫폼 및 이를 이용한 원격 센싱장치
KR20180050293A (ko) * 2015-08-10 2018-05-14 트리나미엑스 게엠베하 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위한 유기 검출기
WO2020162487A1 (ja) * 2019-02-06 2020-08-13 コニカミノルタ株式会社 生体撮像装置及び生体計測装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200125128A (ko) 2019-04-26 2020-11-04 연세대학교 산학협력단 경피성 산소분압 센서가 내장된 모바일 디바이스 센서 플랫폼

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022164265A1 (ko) 2022-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11029198B2 (en) Alternative approach for UV sensing
EP2811905B1 (en) Digital asic sensor platform
US20080114227A1 (en) Analysis device for in vivo determination of an analyte in a patient's body
AU749033B2 (en) Apparatus and method for noninvasive glucose measurement
CN102176864A (zh) 分光镜传感器
US20180325376A1 (en) Remotely powered sensor with antenna location independent of sensing site
US10278622B2 (en) Device for non-invasive measurement of blood sugar level
Valdastri et al. Wireless implantable electronic platform for chronic fluorescent-based biosensors
KR20180003227A (ko) 유기 광 감지소자 기반의 비침습형 생체 센서
Costanzo et al. A noninvasive miniaturized transcutaneous oxygen monitor
US20230113642A1 (en) Systems and Methods of Optical Transcutaneous Oxygenation Monitoring
US20220039708A1 (en) Pulse oximetry using ambient light
KR20220111205A (ko) 무선 원거리 통신이 가능한 유연 및 경량화 경피성 산소분압 센서
Seo et al. Diaper-embedded urinary tract infection monitoring sensor module powered by urine-activated batteries
US11350872B1 (en) Footsmart mat
US20180098733A1 (en) Non-invasive glucose monitoring system
US20210106316A1 (en) Wearable blood gas monitor
US20230035741A1 (en) Transcutaneous gaseous measurement device
CN220275597U (zh) 一种基于激光透射式的血糖检测系统及血糖仪
CA3233997A1 (en) Transcutaneous gaseous measurement device
KR101785831B1 (ko) 생체신호 검침 시스템
US20220287597A1 (en) Detecting and correcting for interference in an analyte monitoring system
Ibrahim et al. An Optimized Non-Invasive Blood Glucose and Temperature Body Measurement System
EP3506533B1 (en) Sensing apparatus and system
Dehkhoda et al. LED-based temperature sensor

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal