KR20230008596A - 광학 분석을 이용한 혈액 분석 장치 - Google Patents
광학 분석을 이용한 혈액 분석 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230008596A KR20230008596A KR1020220053675A KR20220053675A KR20230008596A KR 20230008596 A KR20230008596 A KR 20230008596A KR 1020220053675 A KR1020220053675 A KR 1020220053675A KR 20220053675 A KR20220053675 A KR 20220053675A KR 20230008596 A KR20230008596 A KR 20230008596A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- blood sample
- light
- blood
- unit
- analysis device
- Prior art date
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004159 blood analysis Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 25
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims abstract description 82
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000000306 component Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000012503 blood component Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000013215 result calculation Methods 0.000 claims description 5
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims description 4
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 claims description 3
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 claims description 3
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 claims description 3
- 238000004092 self-diagnosis Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 2
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 206010061818 Disease progression Diseases 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000005750 disease progression Effects 0.000 description 1
- 238000000835 electrochemical detection Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 230000035931 haemagglutination Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
- G01N33/49—Blood
Abstract
본 발명은 혈액 성분 분석이 가능한 혈액 분석 장치로서, 혈액 시료를 담지하는 플레이트; 상기 플레이트의 상기 혈액 시료에 광을 조사하는 광 조사부; 상기 플레이트 하단에서 상기 광 조사부와 대향하여 위치하며, 상기 광 조사부로부터 조사되어 상기 혈액 시료를 통과한 광을 수광하는 수광부; 및 상기 수광부에 수광된 광의 세기에 기초하여 상기 혈액 시료의 흡광도를 통해 상기 혈액 시료의 성분을 분석하는 분석부를 포함하여, 신속하고 정확한 분석이 가능하며, 소형으로 제작되어 가정에서 지속적인 자가진단이 가능한 특징이 있다.
Description
본 발명은 혈액의 성분을 분석할 수 있는 분석 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혈액을 구성하는 성분의 광흡수력이 상이한 특징을 이용한 혈엑 분석 장치에 관한 것이다.
혈액은 신체 내부의 세포에 산소와 영양소를 공급하고 세포에 신진대사에 의해 발생하는 이산화탄소 및 노폐물을 회수하여 운반하는 체액으로, 적혈구, 백혈구, 혈장, 혈소판과 저온 침전물 등으로 구성된다. 혈액을 구성하는 각 조성성분은 각각 상이한 기능을 하며, 건강한 사람의 경우 그 조성이 일정하게 유지된다. 그러나 질병이나 외부 병원균의 침입이 발생한 경우에 조성성분이 변화한다. 따라서, 혈액 조성성분의 변화를 분석하면, 환자의 건강 상태 또는 질병의 진행도를 가늠할 수 있다. 그러므로 환자의 건강 상태를 계속적으로 모니터링하고 질병을 진단하는데 있어 혈액 성분의 변화를 계속적으로 추적하는 것이 수반되어야 한다. 특히, 수술 등의 응급 상황에서는 더욱 조성성분에 대한 고속 판별 기술이 요구되고 있는 실정이다.
혈액 성분을 모니터링하는 것이 중요하므로 종래에도 다양한 검출 방법이 연구되었다. 다른 주파수의 함수로서 전기적 특성의 변화를 기반으로 하는 전기화학적 검출방법이 일반적이다. 전기화학적 접근방법의 장점은 임상 진단 및 치료 목적에 필요한 다양한 매개변수(예를들어, 포도당 농도, 적혈구 응집, 혈액 세포의 기하학적 구조)를 감지할 수 있다는 것이다. 그러나 이 방법은 진단을 위해 후처리가 필요하여 시간이 길게 소요되고 복잡한 과정이 필요하다는 한계를 가진다. 또한, 측정 시스템이 방대하여 소형화에 바람직하지 않다.
이에 대안적인 전략으로, 최근 광학적 검출방법이 등장했다. 광학적 방법은 분석물질과 광신호의 상호작용을 기반으로 산란, 형광, 흡수와 같은 물리적 현상을 이용하는 방법이다. 이러한 방법은 고감도의 결과를 산출할 수 있으나, 여전히 복잡하고 값비싼 신호 처리 장비로 인해 이 전략을 다양한 환경에서 사용할 수 없다는 한계를 가진다.
이렇듯 종래 검출방법들은, 과량의 혈액 시료가 요구되어 소량으로는 분석이 어렵고, 혈액 시료 이외에 별도의 희석액 또는 화학반응물을 필요로 하며, 분석을 위해 고가의 분석 장비가 필요할뿐더러 혈액 시료 분석에 장시간이 소요되는 등의 단점이 있다.
이에, 본 출원인은 병원 또는 분석 기관 등에 내방하지 않고서도 빠르게 혈액 성분을 분석할 수 있도록 분석 장치에 대한 추가적인 연구 개발을 진행하였다.
본 발명은 혈액의 성분을 분석할 수 있는 분석 장치로서, 소량의 시료로 분석가능하며, 짧은 시간 내에 성분 분석이 가능한 분석 장치를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 앞에서 언급한 과제들로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 혈액 성분 분석이 가능한 혈액 분석 장치로서, 혈액 시료를 담지하는 플레이트; 상기 플레이트의 상기 혈액 시료에 광을 조사하는 광 조사부; 상기 플레이트 하단에서 상기 광 조사부와 대향하여 위치하며, 상기 광 조사부로부터 조사되어 상기 혈액 시료를 통과한 광을 수광하는 수광부; 및 상기 수광부에 수광된 광의 세기에 기초하여 상기 혈액 시료의 흡광도를 통해 상기 혈액 시료의 성분을 분석하는 분석부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 분석부는, 상기 플레이트에 상기 혈액 시료가 담지되기 전, 조사된 광에 의한 기준 전류 측정하는 기준 전류부; 상기 혈액 시료의 성분별 최대 흡광 파장, 흡광도 또는 전류 변화율 데이터가 저장된 데이터베이스; 및 상기 혈액 시료의 흡광에 의해 변화된 전류와 상기 기준 전류부의 상기 기준 전류를 비교하여, 상기 혈액 시료의 성분을 산출하는 결과 산출부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 분석부는, 상기 혈액 시료의 흡광도에 따른 전류 신호의 변화를 통해 상기 혈액 시료의 성분을 분석할 수 있다.
바람직하게, 상기 분석부는, 상기 수광부를 통해 상기 혈액 시료로부터 생성된 흡광 스펙트럼의 최대 흡광 지점 또는 흡광도를 분석하여 상기 혈액 시료의 성분을 정량 또는 정성적으로 분석할 수 있다.
바람직하게, 상기 광 조사부 또는 상기 수광부는, 자외선 영역의 광을 조사 또는 수광하며, 상기 분석부는, 상기 혈액 시료의 자외선 영역의 흡광을 기반으로 상기 혈액 시료의 조성을 분석할 수 있다.
바람직하게, 상기 수광부는, 복수의 자가 동력식 광센서를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 광센서는, 폴리스티렌 설포네이트(PEDOT:PSS) 필름, SnO2 QD 필름, F8BT 필름 및 Ag 전극이 적층되어 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 광센서는, SnO2 QD 필름과 F8BT 필름이 F8BT/SnO2 QDs 30mg/ml 농도로 이종접합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 극소량의 혈액 시료만으로 혈액 성분 분석이 가능하다. 혈액 성분 분석을 위해 희석액, 화학반응물 등과 같은 별도의 재료나 고가의 분석 장비가 필요하지 않으며, 별도의 전처리 과정을 요하지 않으므로 분석이 빠르고 용이하며, 경제적인 장점이 있다. 본 발명의 분석 장치는 소형으로 제작될 수 있으므로, 병원 등에 내원하지 않고 자가진단이 가능하여 시간 및 장소에 구애받지 않는다. 그러므로, 가정용 또는 웨어러블 기기로 사용되어 지속적으로 건강 상태 모니터링이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 광학적 신호의 감소에 따른 전류 신호 변화를 측정하므로, 광학 센서의 반응 속도에 기초하여 초고속 검출이 가능하다.
본 발명에 따르면, 혈액 조성성분의 흡광 파장 영역의 차이를 이용하여 각기 다른 파장의 빛을 조사하였을 때의 흡광도 감소폭을 기초로 조성성분의 정성 및 정량 분석이 가능하여 분석 정확도가 높다는 장점을 가진다. 뿐만아니라, 본 발명은 자가동력 구동 방식의 원리에 기초하여 다양한 웨어러블 플랫폼에 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 혈액 분석 장치를 나타낸다.
도 2는 혈액 성분에 따른 흡광도 그래프를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예로서, 파장이 다른 UV 조명하에서 혈액 시료별 흡광도와 광센서의 전류 응답 감소 폭 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광센서의 구성 및 광센서의 SnO2 QD 농도에 따른 전류-전압 특성 및 전류-시간 특성의 차이를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예로서, 혈액 성분에 따른 전류 변화 그래프를 나타낸다.
도 2는 혈액 성분에 따른 흡광도 그래프를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예로서, 파장이 다른 UV 조명하에서 혈액 시료별 흡광도와 광센서의 전류 응답 감소 폭 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광센서의 구성 및 광센서의 SnO2 QD 농도에 따른 전류-전압 특성 및 전류-시간 특성의 차이를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예로서, 혈액 성분에 따른 전류 변화 그래프를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 혈액 분석 장치(1)를 나타낸다.
혈액 분석 장치(1)는 소량의 혈액 시료를 통해 혈액의 성분을 분석할 수 있다. 혈액 분석 장치(1)는 광 조사부(10), 플레이트(20), 수광부(30) 및 분석부(50)를 포함할 수 있다.
광 조사부(10)는 플레이트(20)에 담지된 혈액 시료에 광을 조사할 수 있다. 광 조사부(10)는 전 주파수 영역의 광을 조사할 수 있으며, 보다 상세하게 자외선 영역의 광을 조사할 수 있다.
플레이트(20)는 혈액 시료를 담지할 수 있다. 플레이트(20)는 수광부(30)의 상단에 위치하여, 광 조사부(10)로부터 조사되는 광이 플레이트(20)를 통과하여 수광부(30)로 전달될 수 있다. 플레이트(20)는 수광부(30)와 결합될 수 있다.
수광부(30)는 플레이트(20) 하단에서 광 조사부(10)와 대향하여 위치하며, 광 조사부(10)로부터 조사되어 혈액 시료를 통과한 광을 수광할 수 있다. 수광부(30)의 상단은 플레이트(20)와 결합되어 광검출 기능을 하는 하나의 구성으로 제작될 수 있다.
수광부(30)는 복수의 자가 동력식 광센서(310)를 포함할 수 있으며, 광센서(310)를 통해 플레이트(20)에 담지된 혈액 시료가 흡광하지 않고 통과된 광을 흡수할 수 있다. 수광부(30)에서 흡수된 광에 대한 데이터는 분석부(50)로 전송되어 흡광 파장 또는 세기가 분석될 수 있다. 특히, 수광부(30)는 광 조사부(10)로부터 자외선 영역의 광을 수광할 수 있다.
분석부(50)는 수광부(30)에 수광된 광의 세기에 기초하여 혈액 시료의 흡광도를 통해 혈액 시료의 성분을 분석할 수 있다. 분석부(50)는 수광부(30)와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있으며, 수광부(30)에서 수광된 광에 대한 데이터를 전송받을 수 있다. 분석부(50)는 혈액 시료의 자외선 영역의 흡광을 기반으로 혈액 시료의 조성을 분석할 수 있다.
분석부(50)는 기준 전류부(510), 데이터베이스(530), 결과 산출부(550)를 포함하여, 혈액 시료의 흡광도에 따른 전류 신호의 변화를 통해 혈액 시료의 성분을 분석할 수 있다. 보다 상세하게, 분석부(50)는 수광부(30)를 통해 혈액 시료로부터 생성된 흡광 스펙트럼의 최대 흡광 지점 또는 흡광도를 분석하여 혈액 시료의 성분을 정량 또는 정성적으로 분석할 수 있다.
기준 전류부(510)는 플레이트(20)에 혈액 시료가 담지되기 전, 조사된 광에 의한 기준 전류 측정할 수 있다. 이는 플레이트(20) 자체의 광 흡수율을 측정한 것으로, 이후 혈액 시료가 흡사한 광의 세기 등과 비교되는 기준이 될 수 있다.
데이터베이스(530)는 혈액 시료의 성분별 최대 흡광 파장, 흡광도 또는 전류 변화율 데이터를 저장할 수 있다. 특정 성부의 조성비를 갖는 혈액 시료의 흡광 데이터를 보유하여 새로운 분석 대상 혈액 시료를 분석하는데 활용함으로써, 분석 정확도를 높이고 분석 시간을 단축시킬 수 있다.
결과 산출부(550)는 혈액 시료의 흡광에 의해 변화된 전류와 기준 전류부(510)의 기준 전류를 비교하여, 혈액 시료의 성분을 분석할 수 있다. 결과 산출부(550)는 혈액 시료의 흡광 결과를 분석할 때, 플레이트(20) 자체의 광 흡수율을 제외함으로써 분석 정확도를 높일 수 있다.
도 2는 혈액 성분에 따른 흡광도 그래프를 나타낸다.
빛은 파장에 따라 자외선(UV), 가시광선(Vis), 적외선(IR)으로 구분된다. 그중 자외선은 일반 환경에서 다른 파장보다 간섭이 적다. 다양한 바이오 물질은 UV 영역에서 강하고 특정한 흡수 신호를 가지며, 특히 혈액을 구성하는 성분은 각각 광을 흡수하는 영역이 달라서, 성분이 다른 혈액 시료는 흡광 스펙트럼이 파장별로 다르다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 자외선을 이용한 분석을 수행한다.
도 2는 다음과 같은 분리 과정을 통해 조성이 다른 혈액 시료인 SA1, SA2, SA3의 광흡광도와 대조군인 PBS의 광흡광도를 비교한다. 각 혈액 시료 샘플은 서로 다른 농도의 WBC, RBC 및 PLT가 포함된다. SA1은 WBC와 PLT의 농도가 가장 높고, SA2는 RBC 함량이 가장 높다. SA3는 모든 혈액 성분이 가장 낮다.
도 2를 참고하면, 모든 혈액 시료는 일반적으로 다른 수준으로 전체 자외선 영역을 흡수한다. 다만, SA1 내지 SA3는 혈액 성분이 상이하므로 최대로 흡수하는 자외선 파장 영역과 자외선을 흡수하는 정도가 상이하다. 자외선 흡수 정도는 SA2가 가장 높고, SA1, SA3가 그 뒤를 잇는다. SA2는 최대 410nm에서 뚜렷한 피크를 나타냈으며, 이는 SA2가 RBC 함량이 가장 높은데, RBC는 강한 광 흡수하기 때문이다. 이렇듯, 특정 혈액 시료가 최대로 흡수하는 영역의 자외선 파장과 흡수된 자외선양을 분석함으로써 해당 혈액 시료의 성분에 대한 정량 및 정성 분석이 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시 예로서, 파장이 다른 UV 조명하에서 혈액 시료별 흡광도와 광센서(310)의 전류 응답 감소 폭 변화를 나타낸 그래프이다. 보다 상세하게, 도 3a는 UV-C(파장 254nm)를 조사한 그래프이며, 도 3b는 UV-A(파장 365nm)를 조사한 경우이다. 도 3을 참고하면, 다른 파장의 자외선(254nm, 365nm)을 조사하여 자외선이 혈액 시료를 투과 후 센서에 전달되었을 때, 발생하는 광전류의 값이 혈액 시료의 흡광도와 일치하는 양상으로 나타남을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광센서(310)의 구성 및 광센서(310)의 SnO2 QD 농도에 따른 전류-전압 특성 및 전류-시간 특성의 차이를 나타낸다. 보다 상세하게, 도 4a는 광센서(310)의 구성을 나타낸다. 도 4b는 F8BT 단층막으로 구성된 경우이며, 도 4c는 F8BT/SnO2 QDs 30mg/ml, 도 4d는 F8BT/SnO2 QDs 60mg/ml, 도 4e는 F8BT/SnO2 QDs 90mg/ml 이중층 필름인 경우이다. 도 4b 내지 도 4e는 UV-A(365nm) 및 UV-C(254nm)에서 각 분광 응답도를 포함한다.
광센서(310) 제작
수광부(30)에 마련된 복수의 광센서(310)는 폴리스티렌 설포네이트(PEDOT:PSS) 필름, SnO2 QD 필름, F8BT 필름 및 Ag 전극이 적층되어 구성될 수 있다. 먼저 석영 기판을 탈이온수, 에탄올 및 IPA로 세척하고 N2 가스로 건조시킨다. PEDOT:PSS 필름을 120℃에서 1시간 동안 2400rpm으로 30초간 코팅한다. SnO2 QD와 F8BT 용액은 순차 스핀 코팅 공정을 통해 SnO2/F8BT 이종접합된다. SnO2 QD와 F8BT 용액을 3000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅한 다음, 120rpm에서 공기 중에서 어닐링한다. 1시간 동안 접합된 SnO2/F8BT 필름을 안정화시킨다. 마지막으로, 상부 Ag 패턴 전극을 열 증발(다중 열 증발 시스템, 3×10-6 Torr의 진공 수준)을 통해 100nm 두께로 증착시킨다. SnO2 QD 필름의 두께는 코팅 용액 농도를 변화시켜 조절할 수 있다.
혈액 시료 준비
3명의 시험자로부터 각각 혈액 샘플을 추출하고, 2단계 원심분리 공정이 있는 분리 키트를 사용하여 분리하였다. 각 혈액을 키트에 개별적으로 주입하고 1차 원심분리 사이클을 통해 3층으로 나누었다. 역류를 방지하기 위해 버피 코트를 조정한 후, 키트의 용액을 부드럽게 재현탁시켰다. 마지막으로 2차 원심분리 과정을 거쳐 정제된 혈액을 추출하였다.
UV 광자에 의해 생성된 광전류는 SnO2 QDs 필름으로 급격히 증가한다. SnO2 층의 두께는 코팅 용액 농도를 변화시켜 조절할 수 있다. 전류-전압 특성에서 단일 F8BT(폴리머 재료는 p-형 특성을 나타냄) 필름은 어두운 상태에서와 광이 있는 상태에서 거의 동일한 전자 성능을 나타낸다. 한편, SnO2(n형 반도체 특성을 가짐)로 이루어진 이중막은 추가 바이어스 조건에서 암전류 값에 비해, p-n 접합 다이오드와 유사하게 나타났고 광전류가 최대 100배까지 증가하였다.
도 4b는 SnO2층이 없는 F8BT 단층막으로, 도 4b 내지 도4e 중 SnO2층의 두께가 가장 얇으므로, SnO2층에서 F8BT 층으로 전달되는 캐리어의 전체 양이 가장 적다. 따라서, 도 4b는 정류 특성을 양호하며 암전류 값은 매우 낮다. 그러나 동시에 반송파 농도가 낮기 때문에 광전류는 크게 증가하지 않는다.
도 4c의 F8BT/SnO2 QDs 30mg/ml인 광센서(310)로서, 자외선 영역의 UV-C(파장 254nm)과 UV-A(파장 365nm)에서 가장 최적화된 분광 응답도를 보인다. UV-A 및 UV-C에서 각각 580nA 및 160nA이다.
도 4c는 F8BT/SnO2 QDs 60mg/ml으로, SnO2 필름이 적절한 두께 비율인 경우이다. 이 경우, 캐리어 농도가 증가함에 따라 암전류 값이 약간 증가하지만, 이러한 효과는 광캐리어의 재결합을 방지하는 전위차를 형성하고 광전류 생성을 향상시킨다.
도 4a와 비교하여, SnO2층이 F8BT 필름에 비해 매우 두꺼운 도 4d의 경우에는, SnO2 필름의 캐리어가 공핍 영역보다 과도하게 크기 때문에 바이어스가 인가된 상태에서 누설 전류가 상대적으로 증가한다. 또한 과도한 두께는 캐리어 재조합 및 투과율 손실의 가능성을 증가시켜 불안정한 광캐리어 생성 및 전송을 유발한다.
도 5는 본 발명의 실시 예로서, 혈액 성분에 따른 전류 변화 그래프를 나타낸다. 도 5를 참고하면, 초 단위의 아주 빠른 속도의 검출이 가능하며, 구동 전압을 인가하지 않아도 매우 민감하게 혈액 성분의 차이를 판단할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1: 혈액 분석 장치
10 : 광 조사부
20 : 플레이트
30 : 수광부
310 : 광센서
50 : 분석부
510 : 기준 전류부
530 : 데이터베이스
550 : 결과 산출부
10 : 광 조사부
20 : 플레이트
30 : 수광부
310 : 광센서
50 : 분석부
510 : 기준 전류부
530 : 데이터베이스
550 : 결과 산출부
Claims (8)
- 혈액 성분 분석이 가능한 혈액 분석 장치로서,
혈액 시료를 담지하는 플레이트;
상기 플레이트의 상기 혈액 시료에 광을 조사하는 광 조사부;
상기 플레이트 하단에서 상기 광 조사부와 대향하여 위치하며, 상기 광 조사부로부터 조사되어 상기 혈액 시료를 통과한 광을 수광하는 수광부; 및
상기 수광부에 수광된 광의 세기에 기초하여 상기 혈액 시료의 흡광도를 통해 상기 혈액 시료의 성분을 분석하는 분석부를 포함하는 혈액 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분석부는,
상기 플레이트에 상기 혈액 시료가 담지되기 전, 조사된 광에 의한 기준 전류 측정하는 기준 전류부;
상기 혈액 시료의 성분별 최대 흡광 파장, 흡광도 또는 전류 변화율 데이터가 저장된 데이터베이스; 및
상기 혈액 시료의 흡광에 의해 변화된 전류와 상기 기준 전류부의 상기 기준 전류를 비교하여, 상기 혈액 시료의 성분을 산출하는 결과 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분석부는,
상기 혈액 시료의 흡광도에 따른 전류 신호의 변화를 통해 상기 혈액 시료의 성분을 분석하는 것을 특징으로 하는 혈액 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 분석부는,
상기 수광부를 통해 상기 혈액 시료로부터 생성된 흡광 스펙트럼의 최대 흡광 지점 또는 흡광도를 분석하여 상기 혈액 시료의 성분을 정량 또는 정성적으로 분석하는 것을 특징으로 하는 혈액 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광 조사부 또는 상기 수광부는,
자외선 영역의 광을 조사 또는 수광하며,
상기 분석부는,
상기 혈액 시료의 자외선 영역의 흡광을 기반으로 상기 혈액 시료의 조성을 분석하는 것을 특징으로 하는 혈액 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 수광부는,
복수의 자가 동력식 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 분석 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 광센서는,
폴리스티렌 설포네이트(PEDOT:PSS) 필름, SnO2 QD 필름, F8BT 필름 및 Ag 전극이 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하는 혈액 분석 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 광센서는,
SnO2 QD 필름과 F8BT 필름이 F8BT/SnO2 QDs 30mg/ml 농도로 이종접합된 것을 특징으로 하는 혈액 분석 장치.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210089304 | 2021-07-07 | ||
| KR1020210089304 | 2021-07-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230008596A true KR20230008596A (ko) | 2023-01-16 |
Family
ID=85109868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220053675A KR20230008596A (ko) | 2021-07-07 | 2022-04-29 | 광학 분석을 이용한 혈액 분석 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230008596A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200020671A (ko) | 2017-05-22 | 2020-02-26 | 브로리스 센서 테크놀로지, 유에이비 | 혈액 구성성분 농도 레벨의 실시간 모니터링을 위한 튜닝가능형 하이브리드 iii-v/iv 레이저 센서 시스템 온 칩 |
| JP6987110B2 (ja) | 2013-03-12 | 2021-12-22 | アボット・ラボラトリーズAbbott Laboratories | 白血球を分析するための試薬、システム、及び方法 |
-
2022
- 2022-04-29 KR KR1020220053675A patent/KR20230008596A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6987110B2 (ja) | 2013-03-12 | 2021-12-22 | アボット・ラボラトリーズAbbott Laboratories | 白血球を分析するための試薬、システム、及び方法 |
| KR20200020671A (ko) | 2017-05-22 | 2020-02-26 | 브로리스 센서 테크놀로지, 유에이비 | 혈액 구성성분 농도 레벨의 실시간 모니터링을 위한 튜닝가능형 하이브리드 iii-v/iv 레이저 센서 시스템 온 칩 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Elucidating the detectivity limits in shortwave infrared organic photodiodes | |
| Jacoutot et al. | Infrared organic photodetectors employing ultralow bandgap polymer and non‐fullerene acceptors for biometric monitoring | |
| Wojciechowski et al. | Organic photodiodes for biosensor miniaturization | |
| EP1455641A1 (en) | Method and device for monitoring analyte concentration by optical detection | |
| Negi et al. | Organic LED based light sensor for detection of ovarian cancer | |
| Fiaccabrino et al. | On-chip generation and detection of electrochemiluminescence | |
| GB2563581A (en) | Device | |
| Simões et al. | Non‐Fullerene Acceptor Organic Photodetector for Skin‐Conformable Photoplethysmography Applications | |
| PT103561A (pt) | Sistema de detecção e quantificação de matéria biológica constituído por um ou mais sensores ópticos e uma ou mais fontes luminosas, processo associado e respectivas utilizações | |
| US20180224378A1 (en) | Optical detection unit | |
| Santos et al. | Performance of hydrogenated amorphous silicon thin film photosensors at ultra-low light levels: Towards attomole sensitivities in lab-on-chip biosensing applications | |
| US9683933B2 (en) | Method and apparatus for detecting an analyte | |
| Noroozi et al. | A graphene/Si Schottky diode for the highly sensitive detection of protein | |
| Thepudom et al. | Surface plasmon resonance-enhanced photoelectrochemical sensor for detection of an organophosphate pesticide chlorpyrifos | |
| De Biasio et al. | Ethylene gas sensing using non-dispersive infrared spectroscopy | |
| CN111707635A (zh) | 一种等离子体刻蚀测量有机膜深度方向上组分分布的方法 | |
| Park et al. | Facile, Real‐Time Identification of Blood Components with Self‐Powered Organic–Inorganic Heterostructure Photodetectors | |
| KR20230008596A (ko) | 광학 분석을 이용한 혈액 분석 장치 | |
| US11650161B2 (en) | Metabolite detection apparatus and corresponding detection method | |
| CN111220667B (zh) | 一种光寻址电化学传感器及其制备方法和检测方法 | |
| Salem et al. | Elucidation the effectiveness of acridine orange as light-harvesting layer for photosensing applications: Structural, spectroscopic and electrical investigations | |
| US20140375985A1 (en) | Optical angle measurement | |
| US20100291703A1 (en) | Biosensor | |
| JPWO2018175346A5 (ko) | ||
| KR20110111970A (ko) | 과일당도측정 집적광센서 및 측정방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |