KR100740363B1 - 효소 고정을 이용한 생체 특성 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효소의 활성을 이용하여 인식물질을 측정하는 바이오 센서에서 효소의 최적 활성 온도가 유지되는 효소 고정을 이용한 생체 특성 측정 장치에 관한 것이다. 상기 생체 특성 측정 장치는 효소가 고정된 바이오센서부에 면상 발열체를 장착하여 효소의 최적 활성 온도를 센서 본체의 알고리즘 상의 간접적인 보정이 아닌 직접적으로 센서부의 온도를 보정하는 바이오 센서 장치이다. 또한, 상기 생체특성장치는 효소의 산화 환원 반응을 이용하여 글루코스를 추출하는 글루코스 채혈 측정기의 스트립이며, 상기 스트립에는 유입된 혈액과 작용하는 효소의 최적 활성온도를 유지시키기 위한 발열부가 특히 구비되어있다. 또한 상기 생체 특성 측정 장치는 글루코스 무채혈 측정기의 패치이며, 상기 패치는 친수성 겔 디스크에 포함된 효소의 최적 활성온도를 유지하기 위한 발열부를 특히 구비하고 있다. 본 발명에 의하면 스트립 또는 패치에 포함된 발열부에 소정의 전류를 인가하여 빠른 시간 안에 효소 활성 부위 부분만을 발열시킬 수 있으므로 정확하고 직접적인 온도 보정이 가능해지는 효과를 기대할 수 있다.

면상 발열체, 효소, 바이오 센서, 고정, 온도, 스트립

Description

효소 고정을 이용한 생체 특성 측정 장치 {Apparatus for measuring bionics property using fixed enzyme}

도 1은 온도에 따른 일반적인 효소 활성도를 도시한 그래프이다.

도 2는 효소의 최적 활성 온도가 유지되는 글루코스 채혈 측정기의 스트립 구성을 보여주는 분해 사시도이다.

도 3은 효소의 최적 활성 온도가 유지되는 글루코스 무채혈 측정기의 패치 구성을 보여주는 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명에서 온도 보정을 실시하였을 경우에 포도당의 농도를 측정한 실시예이다.

도 5는 본 발명에서 면상 발열체를 이용하여 온도 보정을 할 경우에 시간에 따른 온도 변화와 온도 상승속도를 측정한 그래프를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

200 - 글루코스 무채혈 측정기의 패치 215 - 면상발열체

203 - 프린트회로기판 218 - 리드선

206a, 206b - 겔 디스크 224 - 점착제필름

209 - 겔틀

212 - 겔 디스크 수용 구멍

300 - 글루코스 채혈 측정기의 스트립

303 - 상판 324 - 스트립인식전극

306 - 기준전극 327 - 혈액면적고정 절연체

309 - 공기배출구 330 - 작업전극

312 - 중판 333 - 리드선

315 - 혈액삽입유로 336 - 면상발열체 절연체

318 - 혈액인식전극 339 - 면상발열체

321 - 하판

본 발명은 바이오 센서의 효소 최적 활성 온도가 직접적으로 보정되는 바이오 센서부에 관한 것으로, 상세하게는 시중에 판매 중인 면상 발열체를 바이오 센서에 결합하여 분석물질이 효소와 반응할 경우에 효소가 최대 활성을 가지는 온도로 유지시키도록 하는 센서의 효소 최적 활성 온도가 유지되는 바이오 센서 장치에 관한 것이다.

종래의 시료 내의 분석 물질의 양을 측정하는 기기 중에는 혈액 내 글루코스 양을 측정하는 혈당 측정기가 있으며, 이러한 측정기에는 채혈을 하여 측정을 하는 채혈 측정식 바이오 센서와 채혈하지 않고 혈액 내의 글루코오스 양을 측정하는 채혈 측정식 바이오 센서가 있다.

채혈하지 않고 혈중 분석물의 농도를 측정하는 측정기로써, 대한민국 등록특허 제10-453483호에서는 글루코스 추출장치용 패치 및 그 제작방법이 개시되어 있으며, 대한민국 공개공보 제2001-0067623호에서는 전기삼투압을 이용한 무채혈 글루코스 추출법이 개시되어 있다. 채혈하여 혈중 분석물의 농도를 측정하는 측정기로써 대한민국 등록특허 제10-0490185호에서는 혈중 글루코스 함량 측정용 시약 스트립이 개시되어있다.

상기와 같은 종래의 채혈 또는 무채혈 효소 바이오 센서는 고분자 등의 지지체에 효소를 고정하고 효소의 기질 특이적 반응을 이용하여 미소 전류를 인가하면, 이때 발생 되는 나노~수십 나노 암페어의 전류 신호를 검출하여 특정 기질을 정량함으로써 사용하였다. 하지만 이러한 효소 바이오 센서는 기존의 유린어넬리신스 센서, 분광기 센서에 비하여 감도나 기질특이성에 있어서 우수한 장점이 있지만, 효소 반응을 이용한다는 점에서 기술적인 문제점이 있었다. 왜냐하면 효소는 생체반응을 촉매하는 단백질로써 그 pH, 온도 등에 의하여 그 활성이 좌우되기 때문에 혈액 내의 글루코스의 양을 측정하기 위한 채혈 측정식 바이오 센서의 경우에는 단순 채혈을 할 경우에 실제 혈액의 온도와 스트립내의 혈액이 삽입될 때의 온도가 상이함으로 정확한 혈당량 측정에 오차가 생기는 문제점이 있었고, 계절에 따 른 온도 변화로 일관성있는 측정치를 얻기가 어려운 생기는 문제점이 있었기 때문이다.

이를 보완하기 위하여 종래에는 글루코스 채혈 측정식 바이오 센서의 경우 스트립부의 온도를 일정하게 유지시키기 위하여 적당한 저장통에 해당 측정기를 보관하고 채혈 측정시에만 결합하여 사용하는 방법이 제안되었으나 이러한 방법은 번거로울 뿐만 아니라, 시간이 지남에 따라 해당 측정기의 스트립부의 온도 유지가 힘들다는 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 효소 고정을 이용한 생체 특성 측정 장치에 있어서 글루코스옥시디아제 등의 효소가 최대 활성을 가지는 온도를 유지시키기 위하여 소정의 발명부를 구비하여 해당 발열부를 통해 빠른 시간 안에 효소 활성 부위 부분만을 가열함으로써 정확하고 직접적인 온도 보정이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

시료에 포함된 분석 물질과 효소와의 반응 전류를 측정하기 위한 기준전극 및 분석물질과 효소와의 반응을 위하여 소정의 전압을 인가하기 위한 작업전극이 형성된 절연체 기판과, 상기 기준전극 및 작업전극에 걸쳐 있으며 상기 분석물질과 반응하여 그 물질의 농도에 상응하는 양의 전하를 발생시키는 효소가 고정되어있는 전기화학적 효소 바이오센서와,상기 바이오 센서의 효소의 최적 활성 온도를 유지시키기 위한 면상발열체와 상기 면상발열체에 전압을 인가하기 위한 리드선을 구비하는 발열부를 구비한다.

이때, 상기 생체 특정 장치는 효소의 산화 환원 반응을 이용하여 글루코스를 추출하는 글루코스 채혈 측정기의 스트립이며, 상기 스트립은, 작업전극 또는 기준전극 중의 하나와 혈액이 주입될 경우 내부에 존재하는 공기를 배출하는 공기 배출구를 구비하는 상판과, 상기 유입된 혈액이 소정의 양 만큼 수용될 수 있도록 형성된 홈 형상의 혈액 삽입 유로(流路)를 구비하는 중판과, 작업전극 또는 기준전극 중의 다른 하나와 발열부를 구비하는 하판을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 글루코스 채혈 측정기의 스트립은 상기 혈액 삽입 유로의 길이만큼의 효소를 인쇄하여 효소를 고정시키는 효소 고정판을 더 포함하며, 상기 효소 고정판는 상기 스트립의 상판 또는 하판에 부착되는 것이 바람직하다.

상기 발열부는, 상기 스트립의 하판에 나란하게 양극과 음극으로 구분되어 장착되는 리드선과, 상기 리드선에 연결되어 있으면서 상기 리드선에 전압이 인가되면 소정의 열량을 발생시켜 효소의 최적 활성 온도를 유지시키는 면상 발열체로 구성된다.

상기 면상 발열체는 사용하고자 하는 효소 활성에 따라 해당 효소의 온도 조건에 적합하도록 발열체의 성분 조성, 면적, 길이, 두께 중 어느 하나 이상이 결정되는 것을 특징으로 하며, 상기 효소 활성의 최대 활성 온도는 35도 내지 40도인 것이 바람직하며, 상기 리드선은 은, 금, 탄소를 포함하는 도전성 전극으로 구성되 는 것이 바람직하다.

상기 하판은 상기 유로를 통해 수용된 혈액 중 일부를 소정의 면적으로 고정하기 위한 혈액 면적 고정 절연체를 더 포함하며 상기 면상 발열체는 하판에 실크스크린 방식, SMT 방식, 에어브러쉬 방식, 진공증착 방식, 스퍼터 방식, 전기 방사 방식 중 어느 하나의 방식으로 부착되며, 상기 혈액 면적 고정 절연체의 면적과 대응되게 형성되어 하판의 하단에 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 생체 특정 장치는 효소의 산화 환원 반응을 이용하여 글루코스를 추출하는 글루코스 무채혈 측정기의 패치이며, 상기 패치는, 글루코스를 추출하기 위해 사용되는 전기적인 전극이 프린트되어 있는 프린트 회로기판과, 글루코스와 반응하여 과산화 수소를 생성할 수 있는 효소를 고정한 전극과 친수성 겔 또는 효소를 각각 함유하고 있는 두 개의 친수성 겔 디스크와, 상기 두 개의 친수성 겔 디스크를 수용하기 위한 두 개의 구멍을 구비하는 겔틀과, 상기 틀의 구멍과 대응하는 부분에 구멍이 형성되어 있으며, 상기 틀과 동일한 형태로 틀의 하측에 부착되어 상기 겔 디스크를 지지하는 점착제필름을 구비하며, 상기 발열부는 상기 프린트 회로와 상기 친수성 겔 디스크의 사이에 장착되는 것이 바람직하다.

상기 발열부는, 상기 친수성 겔 디스크와 대응되도록 면 형상으로 형성된 두 개의 면상 발열체와, 상기 두 개의 면상 발열체에 효소의 최적 활성 온도를 유지하기 위한 소정의 전압을 인가하는 리드선을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 리드선은 은, 금, 탄소를 포함하는 도전성 전극으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 면상 발열체는 사용하고자 하는 효소 활성에 따라 해당 효소의 온도 조 건에 적합하도록 발열체의 성분 조성, 면적, 길이, 두께 중 어느 하나 이상이 결정되는 것이 바람직하며 상기 효소의 최적 활성 온도는 35도 내지 40도인 것이 바람직하다. 또한, 상기 면상 발열체는 상기 절연판에 실크스크린 방식, SMT 방식, 에어브러쉬 방식, 진공증착 방식, 스퍼터 방식, 전기 방사 방식 중 어느 하나의 방식으로 부착된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 온도에 따른 일반적인 효소 활성도를 도시한 그래프이다. 먼저 본 발명에 적용되는 바이오 센서의 측정 방법을 알아보고 상기 도 1의 그래프를 참고로 온도에 따른 효소 활성도 변화 및 바이오 센서에서의 온도 효과를 살펴보기로 한다.

체액 내의 분석 물질의 양을 측정하는 바이오 센서로는 채혈식 측정기가 있으며, 작동원리는 비색 방법(colorimetric method) 또는 전기화학적 방법(electrochemical method)에 기초하고 있다. 비색 방법의 경우에는 혈액 시료의 운반, 전처리, 시료의 양, 반응 시간 및 발색 개시 시간 등에서 발색의 강도가 변화될 수 있으므로 이들을 정확히 조절해야 할 뿐만 아니라, 혈액응고 또는 요산(uric acid), 아스코르부산(ascorbic acid) 및 빌리루빈(bilirubin) 등의 방해물질에 의하여 방해받을 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 이러한 점을 보완하여 제안된 것이 전기화학적 방법이다.

전기화학적 방법은 높은 선택성과 감도를 가지며, 시료가 혼탁하더라도 시료를 별도의 전처리 없이 사용 가능하며 단시간 내에 정확한 측정이 가능한 장점이 있다. 하지만 이러한 전기 화학적 방법은 효소 반응을 이용한다는 점에서 기술적인 문제가 있었다. 왜냐하면, 이러한 효소는 생체 반응을 촉매하는 단백질로써 그 pH, 온도 등에 의하여 그 활성이 좌우되며 그 결과 다른 pH, 온도에서는 그 측정치가 실제 값보다 틀리게 측정되어 커다란 오차를 보이게 되는 문제가 있었다. 따라서 바이오 센서에 있어서 효소가 최대로 활성되는 pH, 온도 조건을 유지해 줄 수 있는지 여부가 중요한 사실로 떠오르게 되었으며, 이러한 취지로 본 발명이 제안된 것이다.

효소고정화 바이오 센서와 같은 바이오 센서에서의 효소의 특성은 미량으로 큰 효과를 나타내며 단백질이 주성분이다. 이때 어느 한 가지 기질에는 한 가지 효소만이 작용하는 성질인 기질특성도 가진다. 바이오 센서에서 효소의 가장 최적의 활성을 위해 필요한 최적온도 35도에서 가장 잘 작용하며 40도 이상에서는 변성이 되며, 온도가 5도에서 40도에 서는 10도씩 상승할 때마다 반응속도는 2배씩 증가한다. 우리 몸의 생체 반응은 효소에 의하여 이루어지며, 체온 범위(37도), 1기압, 1중성 내지 5.1pH 범위에서 화학반응이 잘 진행된다. 동일하게 비색법, 광도법, 전기화학식 바이오 센서에서도 효소의 촉매작용을 사용하게 되는데, 이때 효소는 기질과 결합하여 효소- 기질복합체를 형성함으로써 활성화 에너지를 낮추어 화학반응을 일으키게 된다. 즉, 생물체 내의 적당한 조건, 즉 적당한 온도와 pH에서만 작용을 하게 된다.

도 1에서는 위에서 설명한 효소의 활성 패턴을 실제 실험을 통해 확인한 결과의 그래프를 도시하고 있다. 즉, 분석물질 용액의 온도가 10도 정도일 경우에는 측정 전류 값이 산화 환원 반응이 제대로 이루어지지 않아 3nA정도의 낮은 값을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 20도인 경우에는 이보다 효소 활성이 조금 나아져서 측정 전류 값이 11nA 정도로 분석물질 용액의 온도가 10도일 때보다 효소 활성이 좀더 나아짐을 볼 수 있다. 또한, 분석물질 용액이 우리 혈액의 온도와 비슷한 체온범위 37도일 경우에는 효소 활성이 최대가 되어 측정 전류 값이 21nA의 높은 값을 보이고 있음을 확인할 수 있으며, 분석물질 용액이 효소가 변성되는 40도 이상 온도인 45도가 되면 효소 활성이 다시 감도되어 측정 전류 값이 15nA로 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

즉, 상기 도 1의 그래프에 의하면 효소 최적 활성 온도는 35도 내지 37도임을 알 수 있으며, 효소 활성 바이오 센서에서 적당한 온도와 pH를 유지하는 것이 무엇보다 중요하다는 사실을 알 수 있다.

따라서, 이하에서는 효소의 최적 활성 온도를 유지시키기 위해 제안된 본 발명의 글루코스 채혈 측정기의 스트립 및 글루코스 무채혈 측정기의 패치에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 효소의 최적 활성 온도가 유지되는 글루코스 무채혈 측정기의 패치 구성을 도 2의 분해 사시도를 참고하여 설명한다.

본 발명의 글루코스 무채혈 측정기의 패치(200)는 프린트 회로기판(203)과, 겔 디스크(206a, 206b)와, 겔틀(209)과, 점착제필름(224)으로 구성된다.

프린트 회로기판(203)에는 혈액 내의 글루코스를 추출하기 위해 사용되는 전기적인 전극이 프린트되어 있으며, 효소를 고정한 전극과 친수성 겔 또는 효소를 각각 함유하고 있는 두 개의 친수성 겔 디스크(206a, 206b)는 상기 글루코스와 반응하여 과산화 수소를 생성할 수 있는 효소를 각각 함유하고 있다.

발열부는 상기 두 개의 겔 디스크의 위치와 대응하는 부분에 형성되어 있으며 효소 활동이 최적이 되는 온도를 유지시키는 역할을 수행한다. 이러한 발열부는 상기 친수성 겔 디스크(206a, 206b)와 대응되도록 면 형상으로 형성된 2개의 면상 발열체(215)와, 두 개의 면상 발열체(215)와 연결되어 있으면서 각 면상 발열체(215)에 소정의 전압을 인가하기 위한 리드선(218)으로 구성될 수 있다. 이때, 상기 리드선(218)은 양극과 음극으로 구분되어 형성되되, 은, 금, 탄소를 포함한 도전성 전극으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 면상 발열체(215)는 사용하고자 하는 효소 활성에 따라 해당 효소의 온도 조건에 적합하도록 발열체의 성분 조성, 면적, 길이, 두께, 저항을 자유롭게 조절할 수 있다. 즉, 효소의 최적 활성온도인 35도 내지 40도를 유지하기 위하여 발열체의 면적, 저항 등을 일정하게 유지시켜줌으로써 해당 온도를 장시간 동안 유지할 수 있다.

또한, 이때 각 면상 발열체(215) 및 리드선(218)은 프린트 회로기판(203)의 하단면에 실크스크린 방식, SMT 방식, 에어브러쉬 방식, 진공증착 방식, 스퍼터 방식, 전기 방사 방식 중 어느 하나의 방식으로 부착될 수 있다.

또한 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 면상 발열체 인쇄패드(221)는 상기 두 개의 친수성 겔 디스크(206a, 206b)를 수용하기 위한 겔틀(209)의 안쪽 부분 즉, 겔틀(209)의 각 구멍과 상기 두 개의 친수성 겔 디스크(206a, 206b)가 맞닿는 부분에 부착되도록 형성되는 것도 가능하다.

또한 본 발명의 글루코스 채혈 측정기의 스트립(200)에는 상기 두 개의 친수성 겔 디스크를 수용할 수 있는 두 개의 구멍(212)을 가지고 있는 겔틀(209)과, 상기 겔틀(209)과 같은 형태로 틀의 하측에 부착되고, 상기 접촉 구멍에 대응하는 부분에 구멍이 형성되어 있으며, 상기 겔 디스크를 지지하기 위한 점착제필름(224)을 더 구비한다.

다음으로, 효소의 최적 활성 온도가 유지되는 글루코스 채혈 측정기의 스트립 구성을 도 3의 분해 사시도를 참고하여 살펴보기로 한다.

도 3은 효소의 최적 활성 온도가 유지되는 글루코스 채혈 측정기의 스트립 구성을 보여주는 분해 사시도이다.

본 발명의 글루코스 채혈 측정기의 스트립(300)은 상판(303), 중판(312), 하판(321)으로 구성되어 결합된다.

상판(303)은 공기배출구(309)와, 유입된 혈액에 포함된 글루코스와 효소와의 반응 전류를 측정하기 위한 기준 전위를 제공하는 기준전극(reference electrode)(306)을 구비하고 있다. 이때 상기 기준전극(306)은 경우에 따라 하판(321)에 구비되는 것도 가능하다

중판(312)은 혈액이 소정의 양만큼 수용될 수 있도록 형성된 홈 형상의 혈액 삽입 유로(流路)(315)를 구비하고 있으며, 이는 상판에 부착되어 있는 공기배출구(309)와 연결되어있으며, 상기 공기배출구(309)는 혈액이 주입될 때에 스트립 내에 존재하는 공기를 배출하는 역할을 수행한다.

하판(321)은 혈액 중의 글루코스와 효소와의 반응 전류를 측정하기 위해 해당 혈액에 소정의 전압을 인가하기 위한 작업전극(330) 및 효소의 최적 활성 온도를 유지시키기 위한 발열부를 구비하고 있다. 또한, 상기 작업전극(330)은 상기 상판(303)에 구비되는 것도 가능하다. 이러한 발열부는 금, 은, 탄소를 포함하는 도전성 전극으로 구성되어 효소 바이오 센서(300)의 하판 하단면에 양극과 음극으로 구분되어 부착되는 리드선(333)과, 상기 리드선(333)에 전압이 인가됨에 따라 효소에 소정의 열량을 제공하는 면상 발열체(339)로 구성되며, 여기에 온도보상 적용 부위가 절연이 필요한 경우에는 해당 부위를 절연처리하는 면상 발열체 절연체(336)를 더 구비할 수 있다. 이와 같은 면상 발열체(339)는 실크스크린 방식, SMT 방식, 에어브러쉬 방식, 진공증착 방식, 스퍼터 방식, 전기 방사 방식 중에 어느 한가지 방식으로 인쇄되어 하판(321)에 부착되는 것이 가능하다.

이때, 상기 면상 발열체(339)는 면적, 길이, 두께에 따라 저항이 결정되는데 해당 면적, 길이, 두께는 혈액 면적 고정 절연체(327)의 크기와 비례하게 형성되는 것이 바람직하다. 이때 상기 저항값은 측정기 본체의 소비전력(W)을 전력(W)= 전압(V)*전류(A)의 수식을 이용하여 구한 뒤에, 이를 줄의 법칙 즉, RI²=VI=V²/R=W의 수식을 이용하여 구할 수 있다.

상기 하판(321)은 상기 중판(312)에 구비되어있는 혈액 삽입 유로(315)를 통하여 수용된 혈액 중의 일부를 소정의 면적으로 고정하기 위한 혈액 면적 고정 절연체(327)를 더 구비할 수 있으며, 상기 하판(321)에 구비되어 있는 작업전극(working electrode)(330)은 상기 혈액 면적 고정 절연체(327)에 접촉되어 형성된다.

또한 상기 하판(321)은 상기 상판(303)의 혈액 유입을 인식하기 위한 혈액인식 전극(318)과, 스트립 인식을 위한 스트립 인식 전극(324)을 더 구비할 수 있으며, 이렇게 상판(303), 중판(312), 하판(321)이 형성되면 이에 사용효소를 가두고 이를 표면 고정화 방법 등으로 효소를 고정화한 효소 고정판과 센서 결합공정을 거쳐 채혈 측정식 바이오 센서가 완성된다. 이때 상기 효소 고정판은 혈액 삽입 유로(315)의 길이 만큼의 효소를 인쇄하여 글루코스 채혈 측정기의 스트립(300)의 상판(303) 또는 하판(321)에 구비되는 것이 바람직하다.

이렇게 구성된 글루코스 채혈 측정기의 스트립(300)에 대하여 스트립(300)의 리드선(333)에 전압이 인가되면, 상기 리드선(333)과 연결되어 있는 면상 발열체(339)의 온도는 단시간에 높아지게 된다. 따라서 스트립 내에 혈액이 주입될 경우에 미리 적정한 37도의 온도로 높아져 있는 면상 발열체(339)로 인하여 온도가 상이함에 따라 생기는 혈당량 측정에서의 오차는 발생하지 않게 된다. 또한, 적정한 온도로 상승된 면상 발열체(339)는 상기 리드선(333)에 계속해서 일정한 전압이 인가될 경우에 효소 활성이 최대가 되는 적정 온도를 유지하게 되며, 이에 따라 효소 바이오 센서의 성능은 향상된다. 이때 상기 면상 발열체는 30도 내지 40도에서 체내 활성이 최대인 옥시다아제, 아밀라아제, 말타아제와 같은 효소가 고정된 바이오 센서에 활용되는 것이 바람직하다.

이상 설명한 본 발명의 스트립 또는 패치를 장착한 바이오 센서를 이용하여 혈중 포도당 농도를 측정한 일 실시예를 도 4를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스트립이 장착된 바이오 센서에 있어서 온도 보정 효과를 알아보기 위하여 45.0mg/dL의 포도당 표준 용액을 이용하여 22도와 32도에서 포도당의 결과치를 측정하였다. 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이 32도의 온도에서는 측정한 포도당의 결과치가 44.6±0.52mL/dL 이었으며 측정 온도에 대하여 보정을 실시하지 않은 22도의 온도에서는 측정한 포도당의 결과치가 39.5±0.90mg/dL로 표준 용액의 농도보다 11.1% 낮았으며 표준 편차의 폭도 넓게 나타났다. 즉, 22도의 온도에서 효소활성도가 32도의 온도에서의 효소 활성도보다 떨어짐을 알 수 있으며, 효소 활성에 적정한 온도에서 측정된 포도당의 농도가 더욱 정확한 측정치를 나타냄을 볼 수 있다.

즉, 도 4에서 볼 수 있듯이 기존의 바이오 센서에는 온도 보정이 제대로 되지 않아 표준 용액의 농도보다 11/1%나 낮은 오차 값이 생겼다. 반면에 본 발명은 효소 활성 최대화를 위하여 면상 발열체를 이용하여 스트립 자체에 직접 발열을 가하여 효소 활성 부위만을 발열시킴으로써 온도 조건을 적절하게 보정하고 pH조건을 만족시켜 알고리즘 적용의 오차 한계를 효과적으로 극복할 수 있음을 알 수 있다.

다음으로, 본 발명의 스트립 또는 패치를 장착한 바이오 센서에서 측정 대상 혈액의 시간에 따른 온도 변화를 살펴보기로 한다. 참고로, 도 5는 본 발명에서 면상 발열체를 이용하여 온도 보정을 할 경우에 시간에 따른 온도 변화와 온도 상승속도를 측정한 그래프를 도시하고 있다.

도 5에서는 29 옴의 저항을 가지는 면상 발열체에 3V의 전압을 인가하면서 시간에 따른 온도변화와 온도 상승 속도를 측정하였다. 3V의 일정한 전압을 면상 발열체에 인가하면 해당 면상 발열체는 초기에는 도면에서와 같이 급속하게 온도의 상승이 일어나며 80초 이후로는 약 37도의 온도에서 온도가 평형에 도달하게 된다. 즉, 사용자가 면상 발열체에 해당 면상 발열체에의 면적과 길이 두께, 저항에 따라 일정한 전압을 인가하면 해당 전압의 양에 따라 면상 발열체의 온도가 단시간 안에 상승하게 되며, 면상 발열체의 일정한 면적과 저항을 동일하게 유지해주면 동일한 전력에서 장시간 효소 활성이 최대가 되는 37도 정도의 온도를 일정하게 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.

결국, 종래의 글루코스 채혈 측정식 바이오 센서의 경우 스트립부의 온도를 일정하게 유지시키기 위하여 적당한 저장통에 해당 측정기를 보관하고 채혈 측정식시에만 결합하여 사용하는 방법으로 글루코스 채혈 측정식을 하였기 때문에 시간이 지남에 따라 해당 측정기의 스트립부의 온도 유지가 힘들어서 측정치에 오차가 생기는 문제점이 있었으나, 본 발명의 스트립에 경우에는 면상 발열체의 일정한 면적과 저항만 동일하게 유지시켜주면 저 전력으로 장시간 효소 활성이 최대가 되는 37 도의 온도를 일정하게 유지할 수 있음을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 몇가지 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

이상 설명한 것처럼 본 발명에 따르면, 효소 고정을 이용한 생체 특성 측정 장치에 있어서 분석 물질의 효소가 최대 활성을 가지는 온도를 유지시키기 위하여 소정의 발열부를 포함시키고, 해당 발열부에 전류를 인가하여 빠른 시간 안에 효소 활성 부위 부분만을 발열시킴으로써 정확하고 직접적인 최적 활성 온도의 유지가 가능해진다.

Claims (15)

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11. 시료에 포함된 분석 물질과 효소와의 반응 전류를 측정하기 위한 기준전극 및 분석물질과 효소와의 반응을 위하여 소정의 전압을 인가하기 위한 작업전극이 형성된 절연체 기판과, 상기 기준전극 및 작업전극에 걸쳐 있으며 상기 분석물질과 반응하여 그 물질의 농도에 상응하는 양의 전하를 발생시키는 효소가 고정되어있는 전기화학적 효소 바이오센서와, 상기 바이오 센서의 효소의 최적 활성 온도를 유지시키기 위한 면상발열체와, 상기 면상발열체에 전압을 인가하기 위한 리드선을 구비하는 발열부를 구비하는 생체 특성 측정 장치에 있어서,

    상기 생체 특성 장치는 효소의 산화 환원 반응을 이용하여 글루코스를 추출하는 글루코스 무채혈 측정기의 패치이며,

    상기 패치는, 글루코스를 추출하기 위해 사용되는 전기적인 전극이 프린트되어 있는 프린트 회로기판과, 글루코스와 반응하여 과산화 수소를 생성할 수 있는 효소를 각각 함유하고 있는 두 개의 친수성 겔 디스크와, 상기 두 개의 친수성 겔 디스크를 수용하기 위한 두 개의 구멍을 구비하는 겔틀과, 상기 틀의 구멍과 대응하는 부분에 구멍이 형성되어 있으며, 상기 틀과 동일한 형태로 틀의 하측에 부착되어 상기 겔 디스크를 지지하는 점착제필름을 구비하며,

    상기 발열부는 상기 친수성 겔 디스크와 대응되도록 면 형상으로 형성된 두 개의 면상 발열체와, 상기 두 개의 면상 발열체에 효소의 최적 활성 온도를 유지하기 위한 소정의 전압을 인가하는 리드선을 포함하여 이루어지며, 상기 프린트 회로와 상기 친수성 겔 디스크의 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 효소 고정을 이용한 생체 특성 측정 장치.
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13. 제 11항에 있어서,

    상기 면상 발열체는 사용하고자 하는 효소 활성에 따라 해당 효소의 온도 조건에 적합하도록 발열체의 성분 조성, 면적, 길이, 두께 중 어느 하나 이상이 결정되는 것을 특징으로 하는 효소 고정을 이용한 생체 특성 측정 장치.
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15. 제 11항에 있어서,

    상기 면상 발열체는 상기 절연판에 실크스크린 방식, SMT 방식, 에어브러쉬 방식, 진공증착 방식, 스퍼터 방식, 전기 방사 방식 중 어느 하나의 방식으로 부착되는 것을 특징으로 하는 효소 고정을 이용한 생체 특성 측정 장치.

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