KR20190093442A - Non-invasive glucose biosensor and measuring method thereof - Google Patents
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Abstract
비침습 혈당 바이오센서 및 그 측정 방법이 개시된다. 비침습 혈당 바이오센서는 광을 발생시켜 혈액에 입력하는 광원, 혈액에 의해 발생되는 광 신호를 검출하는 광 감지기, 혈액에 의해 발생되는 소리 신호를 검출하는 소리 감지기, 그리고 광 신호 및 상기 소리 신호를 이용하여 혈당을 측정하는 제어부를 포함할 수 있다. A non-invasive blood glucose biosensor and a method of measuring the same are disclosed. The non-invasive blood glucose biosensor is a light source that generates light and inputs it into the blood, a light detector that detects an optical signal generated by the blood, a sound detector that detects a sound signal generated by the blood, and an optical signal and the sound signal. It may include a control unit for measuring blood sugar using.
Description
본 발명은 비침습 혈당 바이오센서 및 그 측정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a non-invasive blood glucose biosensor and a method of measuring the same.
바이오센서는 생물감지물질(bioreceptor)과 신호 변환기(signal transducer)로 구성되며 분석하고자 하는 바이오 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 센서이다. 생체감지물질로는 특징 바이오 물질과 선택적으로 반응 및 결합할 수 있는 효소, 단백질, 수용체, 세포, 조직 및 DNA 등이 사용되고 있다. 신호변환 방법으로는 전기화학(electrochemical), 형광, 광학, 발색 및 압전 등 다양한 물리화학적 방법이 사용되고 있다. The biosensor is composed of a bioreceptor and a signal transducer and is a sensor that can selectively detect the biomaterial to be analyzed. As biological sensing materials, enzymes, proteins, receptors, cells, tissues, DNA, etc., which can selectively react and bind with characteristic biomaterials, are used. As a signal conversion method, various physicochemical methods such as electrochemical, fluorescent, optical, color, and piezoelectric are used.
바이오센서의 응용 분야는 혈당, 당뇨, 암 등의 조기 진단 및 모니터링용 센서와 같은 의료 분야뿐만 아니라, 폐수의 페놀, 중금속, 농약, 인화물 및 질소화합물 측정에 이용되는 환경 분야가 있다. 그리고 바이오센서는 식품의 잔류 농약, 항생체 및 감염성 병균의 분석에 응용되며, 군대, 산업, 연구용 센서에 이르기까지 응용 분야가 매우 광범위하다. Applications of biosensors include medical applications such as sensors for early diagnosis and monitoring of blood sugar, diabetes, cancer, etc., as well as environmental fields used to measure phenols, heavy metals, pesticides, phosphides and nitrogen compounds in wastewater. Biosensors are also used for the analysis of pesticide residues, antibiotics and infectious germs in foods, and have a wide range of applications from military, industrial and research sensors.
일반적으로 바이오 물질을 감지하는 방법으로 사용되는 신호변환 방식은 전기화학적 방법과 광학적 방법으로 나눌 수 있다. In general, the signal conversion method used as a method for detecting biomaterials can be divided into electrochemical and optical methods.
전기화학적 방법은 샘플 내에 존재하는 바이오 물질로부터 나오는 미세한 신호를 감가지 위해, 증폭기 등의 기기를 이용하여 측정할 수 있는 전기 신호를 변환하여야 하므로, 바이오센서의 구성이 복잡하고 전자 장비의 가격이 비싼 단점이 있다. 또한, 분석하고자 하는 바이오 물질을 포함하고 있는 체액(혈액, 소변, 눈물 등) 샘플 내에 수 많은 이온들이 존재하고 이러한 이온들이 바이오센서의 전기적 신호에 많은 영향을 준다. 이에 따라, 전기화학적 방법은 선택성 및 재현성이 뛰어난 고감도의 우수한 바이오센서를 제작하는데 한계가 존재한다. The electrochemical method has to convert an electrical signal that can be measured using a device such as an amplifier in order to take a minute signal from the biomaterial present in the sample, so that the configuration of the biosensor is complicated and the electronic equipment is expensive. There are disadvantages. In addition, a large number of ions are present in the body fluid (blood, urine, tear, etc.) sample containing the biomaterial to be analyzed and these ions have a great influence on the electrical signal of the biosensor. Accordingly, the electrochemical method has a limitation in producing a high sensitivity excellent biosensor with excellent selectivity and reproducibility.
광학적 방법은 바이오 물질에 광을 입사시키고 이에 발생되는 광학 신호를 발광 소자 및 광 검출기를 이용하여 바이오 물질의 유무를 분석하는 방법이다. 이러한 광학적 방법은 전기적화학적 방법보다는 상대적으로 센서를 구성하기가 간편하고 샘플 내에 존재하는 이온들의 영향을 받지 않는다는 장점이 있어서, 바이오센서에서 많이 이용되고 있다. An optical method is a method of injecting light into a biomaterial and analyzing the presence or absence of the biomaterial by using a light emitting device and a light detector. Such an optical method is used in biosensors because it is relatively easy to construct a sensor and is not affected by ions present in a sample, rather than an electrochemical method.
바이오 물질을 검출하는 기존의 광학적 방법은 주로 항체(Antibody)에 형광 물질 등으로 표지(Label)를 한 후 이에 대응하는 항원(Antigen)을 검출하고, 바이오센서로부터 측정되는 형광의 세기에 비례하여, 분석하고자 하는 항원의 양을 정량적으로 검출하는 표지식 광학 바이오센서가 널리 사용되고 있다. Conventional optical methods of detecting biomaterials are mainly labeled with a fluorescent substance on an antibody, and then detect the corresponding antigen, and in proportion to the intensity of fluorescence measured from the biosensor, Labeled optical biosensors for quantitatively detecting the amount of antigen to be analyzed are widely used.
최근에는 형광 물질과 같은 표지 물질을 사용하지 않는 비표지식(Non-label) 바이오센서로서 표면 플라즈몬 바이오센서(Surface Plasmon Biosensor)에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 이러한 광학식 바이오센서는 광원에서 입력한 광의 변화를 스펙트로미터 또는 스캐너를 이용하여 측정하기 때문에, 바이오센서를 구성하는데 있어서 매우 복잡한 광학계가 필요하며, 소형, 대량 생산 및 저가의 비표지식 광학 바이오센서 제작이 어려울 수 있다. Recently, research and development on surface plasmon biosensors as non-label biosensors that do not use labeling materials such as fluorescent materials have been actively conducted. However, since the optical biosensor measures the change in the light input from the light source using a spectrometer or a scanner, a very complex optical system is required to construct the biosensor, and a small, mass production, and low-cost non-labeled optical biosensor is manufactured. This can be difficult.
혈당 바이오센서는 일반적으로 혈액을 채취하여 혈액 내에 존재하는 혈당 인자인 글루코스(Glucose) 농도를 전기적인 방식으로 분석한다. 그러나, 혈액 채취는 당뇨 환자(피검자)로 하여금 불안, 고통 및 번거로움을 수반할 뿐만 아니라 매일 많은 회수의 혈액 채취에 따른 오염 문제로 인하여 바이러스 등 다른 질병의 원인이 될 수 있다. 따라서 혈액 채취를 수반하지 않는 비침습 광학식 혈당 바이오센서에 대한 요구가 점점 늘어가고 있다. 또한, 당뇨병 진단 및 상시 모니터링을 위해서는 일반적으로 검사하는 혈액 내 혈당인자인 글루코스 뿐만 아니라 당화혈색소(HbA1c)에 대한 정밀한 분석이 필요하다. Blood glucose biosensors generally collect blood and analyze the concentration of glucose, a glucose factor present in the blood, in an electrical manner. However, blood sampling not only entails anxiety, pain, and hassle for diabetic patients (subjects), but can also cause other diseases such as viruses due to contamination problems caused by a large number of daily blood collections. Thus, there is an increasing demand for non-invasive optical glucose biosensors that do not involve blood sampling. In addition, for diagnosing diabetes and monitoring at all times, a precise analysis of glycated hemoglobin (HbA1c) as well as glucose, a blood glucose factor generally tested, is required.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구현이 간단하며 고감도인 비침습 혈당 바이오 센서 및 그 측정 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a simple and highly sensitive non-invasive blood glucose biosensor and measuring method thereof.
본 발명의 실시예에 따르면, 비침습 혈당 바이오 센서가 제공된다. 상기 비침습 혈당 바이오 센서는, 광을 발생시켜 혈액에 입력하는 광원, 상기 혈액에 의해 발생되는 광 신호를 검출하는 광 감지기, 상기 혈액에 의해 발생되는 소리 신호를 검출하는 소리 감지기, 그리고 상기 광 신호 및 상기 소리 신호를 이용하여, 혈당을 측정하는 제어부를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a non-invasive blood glucose biosensor is provided. The non-invasive blood glucose biosensor is a light source for generating light and input to the blood, a light detector for detecting an optical signal generated by the blood, a sound detector for detecting a sound signal generated by the blood, and the optical signal And a control unit for measuring blood sugar using the sound signal.
상기 소리 신호는 상기 혈액에 존재하는 당화혈색소에 의해 발생되는 신호일 수 있다. The sound signal may be a signal generated by glycated hemoglobin present in the blood.
상기 광 신호는 상기 당화혈색소에 의해 반사 및 산란되는 신호 중 적어도 하나의 신호일 수 있다. The optical signal may be at least one signal reflected and scattered by the glycated hemoglobin.
상기 광은 상기 당화혈색소가 가지는 고유한 광 흡수 파장에 대응하는 광일 수 있다. The light may be light corresponding to a unique light absorption wavelength of the glycated hemoglobin.
상기 제어부는 상기 소리 신호의 크기 및 면적 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 혈당을 측정할 수 있다. The controller may measure the blood sugar using at least one of a magnitude and an area of the sound signal.
상기 제어부는 상기 광 흡수 파장에 대응하는 상기 광 신호의 세기를 이용하여, 상기 혈당을 측정할 수 있다. The controller may measure the blood sugar using the intensity of the light signal corresponding to the light absorption wavelength.
상기 광원, 상기 광 감지기, 상기 소리 감지기, 그리고 상기 제어부가 설치되는 기판을 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include a substrate on which the light source, the light detector, the sound detector, and the controller are installed.
상기 기판은 유연한 기판일 수 있다. The substrate may be a flexible substrate.
상기 비침습 혈당 바이오센서는 인체의 피부 또는 혈관에 부착될 수 있다. The non-invasive blood glucose biosensor may be attached to the skin or blood vessels of the human body.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비침습 혈당 바이오센서가 제공된다. 상기 비침습 혈당 바이오센서는, 광을 발생시켜 혈액 내에 존재하는 당화혈색소에 입사시키는 광원, 상기 당화혈색소에 의해 발생되는 소리 신호를 검출하는 소리 감지기, 그리고 상기 소리 신호를 이용하여, 상기 당화혈색소를 측정하는 제어부를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a non-invasive blood glucose biosensor is provided. The non-invasive blood glucose biosensor is a light source that generates light and enters the glycated hemoglobin present in the blood, a sound detector for detecting a sound signal generated by the glycated hemoglobin, and the sound signal to the glycated hemoglobin. It may include a control unit for measuring.
상기 광은 상기 당화혈색소가 가지는 고유한 광 흡수 파장에 대응하는 광일 수 있다. The light may be light corresponding to a unique light absorption wavelength of the glycated hemoglobin.
상기 제어부는 상기 소리 신호의 크기 및 면적 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 당화혈색소의 농도를 측정할 수 있다. The controller may measure the concentration of glycated hemoglobin by using at least one of a magnitude and an area of the sound signal.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 비침습 혈당 바이오센서가 혈액 내에 존재하는 혈당을 측정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 광을 발생시켜 상기 혈액에 입력하는 단계, 상기 혈당에 의해 발생되는 광 신호를 검출하는 단계, 상기 혈당에 의해 발생되는 소리 신호를 검출하는 단계, 그리고 상기 광 신호 및 상기 소리 신호를 이용하여, 상기 혈당을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a method for measuring blood glucose present in blood by a non-invasive blood glucose biosensor is provided. The method includes generating light and inputting it into the blood, detecting an optical signal generated by the blood sugar, detecting a sound signal generated by the blood sugar, and detecting the optical signal and the sound signal. By using, the blood glucose may be measured.
상기 혈당은 당화혈색소일 수 있다. The blood sugar may be glycated hemoglobin.
상기 광 신호는 상기 당화혈색소에 의해 반사 및 산란되는 신호 중 적어도 하나의 신호일 수 있다. The optical signal may be at least one signal reflected and scattered by the glycated hemoglobin.
상기 측정하는 단계는, 상기 소리 신호의 크기 및 면적 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 혈당을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. The measuring may include measuring the blood sugar using at least one of a magnitude and an area of the sound signal.
상기 비침습 혈당 바이오센서는 인체의 피부 또는 혈관에 부착될 수 있다. The non-invasive blood glucose biosensor may be attached to the skin or blood vessels of the human body.
본 발명의 실시예에 따르면, 광 신호와 소리 신호를 이용하여 간단하게 혈당을 측정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, blood glucose may be measured simply by using an optical signal and a sound signal.
본 발명의 실시예에 따르면, 복잡한 광학계 없이 인체 피부에 간단하게 부착하는 비칩습 혈당 바이센서를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a non-chip wet blood glucose bisensor that is simply attached to human skin without complicated optical system.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서가 소리 신호를 이용하여 당화혈색소를 검출하는 원리를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서가 광 신호를 이용하여 당화혈색소를 검출하는 원리를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서가 혈당을 측정하는 방법을 나타내는 플오우차트이다. 1 is a view showing a non-invasive blood glucose biosensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph illustrating a principle of detecting glycated hemoglobin by using a sound signal of a non-invasive blood glucose biosensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph illustrating a principle of detecting glycated hemoglobin by using an optical signal in a non-invasive blood glucose biosensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of measuring blood glucose by a non-invasive blood glucose biosensor according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서는 광학 신호 및 소리 신호를 분석하여 혈액 내에 존재하는 혈당 바이오마커인 당화혈색소(HbA1c)를 고감도로 분석할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서는 인체 피부에 부착하거나 인체 내 혈관에 부착하여, 혈액 내에 존재하는 당화혈색소를 검출할 수 있다. 아래에서는 이러한 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서에 대해서 상세히 설명한다. The non-invasive blood glucose biosensor according to the embodiment of the present invention may analyze glycosylated hemoglobin (HbA1c), a blood glucose biomarker present in blood, by analyzing optical signals and sound signals with high sensitivity. Meanwhile, the non-invasive blood glucose biosensor according to an embodiment of the present invention may be attached to human skin or attached to blood vessels in the human body to detect glycated hemoglobin present in blood. Hereinafter, the non-invasive blood glucose biosensor according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a non-invasive
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)는 광원(100), 광 감지기(200), 소리 감지기(300), 제어부(400), 그리고 기판(500)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the non-invasive
광원(100)은 기판(500) 상에 설치되며, 광(빛)을 발생시킨다. 광원(100)에서 발생된 빛(광 신호)은 혈관(600)에 내부로 입사된다. 광원(100)은 실리콘 나노결정을 이용하여 기판(500) 상에 형성될 수 있거나 질화물 반도체 박막을 이용하여 기판(500) 상에 형성될 수 있다. 광원(100)은 당화혈색소(610)가 가지는 고유한 광 흡수 파장에 대응하는 광을 발생시킬 수 있다. The
광 감지기(200)는 기판(500) 상에 설치되며, 혈관(600) 내부로 입사된 광원(100)의 빛(광 신호)이 당화혈색소(610)에 의해 흡수되지 않고 반사 또는 산란된 광을 검출(감지)한다. 광 감기지(200)도 실리콘 나노결정을 이용하여 기판(500) 상에 형성될 수 있거나 질화물 반도체 박막을 이용하여 기판(500) 상에 형성될 수 있다.The
소리 감지기(300)는 기판(500) 상에 설치되며, 혈관(600) 내부로 입사된 광원(100)의 빛에 의해 당화혈색소(610)로부터 발생하는 소리(음향) 신호를 검출(감지)한다. 소리 감지기(300)는 압전 반도체 박막 또는 압전 고분자 박막을 이용하여 기판(500) 상에 형성될 수 있다. 당화혈색소(610)에 의해 발생되는 소리 신호는 초음파 일 수 있으므로, 소리 감기지(300)는 초음파 트랜스듀서(transducer)일 수 있다. The
혈관(600) 내부의 혈액에는 당화혈색소(HbA1c)(610) 및 각종 바이오마커(620)가 존재한다. 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)는 인체 피부 또는 혈관에 부착된다. 혈액 내 당화혈색소(HbA1c)(610)가 존재하는 경우, 광원(100)에서 발생된 광(빛)은 당화혈색소 농도에 따라 반사 또는 산란되는 빛의 양이 달라진다. 광 감지기(200)는 당화혈색소 농도에 따라 변동되는 광(빛) 신호의 세기를 측정(검출)한다. 그리고 혈액 내 당화혈색소(HbA1c)(610)가 존재하는 경우, 광원(100)에서 발생된 광(빛)이 당화혈색소에 입사될 시에 소리(음향) 신호를 발생시킨다. 소리 감지기(300)는 당화혈색소 농도에 따라 변동되는 소리(음향) 신호의 세기를 측정(검출)한다. In the blood inside the
제어부(400)는 기판(500) 상에 설치되며, 광원(100), 광 감지기(200) 그리고 소리 감지기(300)의 동작을 제어한다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(400)는 광 감지기(200)에 의해 감지된 광 신호의 세기 및 소리 감지기(300)에 의해 감지된 소리 신호의 세기를 이용하여, 혈액 속에 존재하는 당화혈색소 농도를 고감도로 정밀하게 검출 및 계산한다. The
한편, 기판(500)는 유연한 기판일 수 있으며 기판(500) 상에 광원(100), 광 감지기(200), 소리 감지기(300), 그리고 제어부(400)가 설치될 수 있다. 한편, 기판(500)은 유연한 중합체 기판일 수 있다.Meanwhile, the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)가 소리 신호를 이용하여 당화혈색소를 검출하는 원리를 나타내는 그래프이다. 2 is a graph illustrating a principle of detecting glycated hemoglobin by the non-invasive
혈액 내부에 함유되어 있는 다양한 종류의 질병 관련 바이오 마커들은 각각 고유한 광 흡수 파장을 갖고 있다. 혈당 인자인 당화혈색소는 가시광선 영역의 파장에서 광 흡수 특성을 가지고 있다. 당화혈색소에 일정한 주기를 가지는 가시광선 영역의 변조된 광이 입력되면, 당화혈색소를 구성하고 있는 분자들이 들뜬 상태로 되고, 이러한 들뜬 상태의 분자들이 충돌하여 열이 발생한다. 이와 같은 열의 변화는 소리(음파)를 발생시킨다. The various types of disease-related biomarkers contained in the blood each have a unique wavelength of light absorption. Glycated hemoglobin, a glycemic factor, has light absorption characteristics in the wavelength of visible light. When modulated light in the visible region having a predetermined period is input to the glycated hemoglobin, molecules constituting the glycated hemoglobin are excited, and these excited molecules collide with each other to generate heat. This change in heat generates sound (sound waves).
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광원(100)이 당화혈색소가 가지는 고유한 광 흡수 파장에 대응하는 광을 발생시켜 당화혈색소(610)에 입사시키면 소리 신호가 발생한다. 소리 감지기(300)는 이러한 소리 신호를 감지(검출)하고, 제어부(400)는 소리 감지기(300)가 감지(검출)한 소리 신호를 이용하여 당화혈색소를 감지할 수 있다. 도 2를 참조하면, 혈액 속에 존재하는 당화혈색소의 농도에 따라 소리 신호가 달라지는 것을 알 수 있다. 당화혈색소가 저 농도(S210)로 존재하고 있을 때보다 고 농도(S220)로 존재하고 있는 경우, 더욱 강한 소리(음파) 신호가 발생한다. 이러한 특성을 이용하여, 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)는 발생하는 소리(음파) 신호의 크기(예를 들면, PA1, PA2, PA3, PA4)와 파형이 가지는 면적(A1, A2, A3, A4) 중 적어도 하나를 이용하여, 혈액 속에 존재하는 당화혈색소를 고감도로 분석할 수 있을 뿐만 아니라 정량적으로 검출할 수 있다. Therefore, when the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)가 광 신호를 이용하여 당화혈색소를 검출하는 원리를 나타내는 그래프이다. 3 is a graph illustrating a principle of detecting glycated hemoglobin by the non-invasive
상기 도 2에서 설명한 바와 같이, 혈액 내부에 함유되어 있는 다양한 종류의 질병 관련 바이오 마커들은 각각 고유한 광 흡수 파장을 갖고 있다. 혈당 인자인 당화혈색소는 가시광선 영역의 파장에서 광 흡수 특성을 가지고 있다. 당화혈색소에 일정한 주기를 가지는 가시광선 영역의 변조된 광이 입력되면, 당화혈색소를 구성하고 있는 분자들은 광을 흡수하거나 광을 반사 및 산란시킨다. As described above with reference to FIG. 2, various kinds of disease-related biomarkers contained in the blood each have a unique light absorption wavelength. Glycated hemoglobin, a glycemic factor, has light absorption characteristics in the wavelength of visible light. When modulated light in the visible region having a predetermined period is input to the glycated hemoglobin, molecules constituting the glycated hemoglobin absorb light or reflect and scatter light.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광원(100)이 당화혈색소가 가지는 고유한 광 흡수 파장에 일치하는 광을 발생시켜 당화혈색소(610)에 입사시키면 흡수되지 않고 반사 또는 산란되는 광이 발생한다. 광 감지기(200)는 이러한 반사 또는 산란되는 광 신호를 검출(감지)하고, 제어부(400)는 광 감지기(200)가 검출한 광 신호를 이용하여 당화혈색소를 감지할 수 있다. 도 3을 참조하면, 당화혈색소가 고유하게 가지는 가시광선 파장(λ1)의 광 세기가 당화혈색소의 농도에 따라 달라지는 것을 알 수 있다. 당화혈색소가 저 농도(S310)로 존재하고 있을 때보다 고 농도(S320)로 존재하고 있는 경우, 더욱 강한 광 세기가 발생한다. 즉, 광 세기(I2)보다 광 세기(I1)이 더 크다. 이러한 특성을 이용하여, 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)는 가시광선 파장(λ1)에서의 광 세기를 이용하여, 혈액 속에 존재하는 당화혈색소를 고감도로 분석할 수 있을 뿐만 아니라 정량적으로 검출할 수 있다. Therefore, when the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)는 인체 피부에 부착되거나 인체 내 혈관에 부착되어, 광 신호뿐만 아니라 소리 신호를 이용하여, 혈액 내에 존재하는 혈당 인자인 당화혈색소를 검출한다. As described above, the non-invasive
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)가 혈당을 측정하는 방법을 나타내는 플오우차트이다. 4 is a flowchart illustrating a method of measuring blood glucose by the non-invasive
먼저, 비침습 혈당 바이오센서(1000)는 광을 발생시켜 혈관 내에 광을 입력한다(S410). 즉, 광원(100)은 당화혈색소(610)가 가지는 고유한 광 흡수 파장에 대응하는 광을 발생시켜, 혈관 내에 입력한다. First, the non-invasive
비침습 혈당 바이오센서(1000)는 당화혈색소(610)에 의해 발생되는 소리 신호를 검출한다(S420). 광원(100)으로부터 당화혈색소(610)에 입력(입사)되는 광은 당화혈색소(610)에서 소리 신호를 발생시키며, 소리 감지기(300)는 이러한 소리 신호를 검출(감지)한다. The non-invasive
비침습 혈당 바이오센서(1000)는 당화혈색소(610)에 의해 발생되는 광 신호를 검출한다(S430). 광원(100)으로부터 당화혈색소(610)에 입력(입사)되는 광은 당화혈색소(610)에서 광 신호(반사 또는 산란되는 광 신호)를 발생시키며, 광 감지기(200)는 이러한 광 신호를 검출(감지)한다.The non-invasive
비침습 혈당 바이오센서(1000)는 S420 단계에서 검출한 소리 신호, 그리고 S430 단계에서 검출한 광 신호를 이용하여, 당화혈색소를 검출 및 정량화한다(S440). 즉, 제어부(400)는 소리 감지기(300)가 검출한 소리 신호의 세기(또는 면적), 그리고 광 감지기(200)가 검출한 광 신호의 세기를 이용하여, 당화혈색소를 검출함과 동시에 당화혈색소의 농도(정량화)를 측정한다. The non-invasive
본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)는 광원(100), 광 감지기(200) 및 소리 감지기(300)를 이용하므로, 간단하고 소형으로 제작할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)는 복잡한 광학계가 필요 없으며 인체 피부에 간단하게 부착하여 사용할 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 비침습 혈당 바이오센서(1000)는 혈액 속에 존재하는 혈당 인자인 당화혈색소뿐만 아니라 단백질, DNA, 호르몬 등을 고감도 및 정량적으로 검출할 수 있다. Since the non-invasive
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
Claims (17)
상기 혈액에 의해 발생되는 광 신호를 검출하는 광 감지기,
상기 혈액에 의해 발생되는 소리 신호를 검출하는 소리 감지기, 그리고
상기 광 신호 및 상기 소리 신호를 이용하여, 혈당을 측정하는 제어부를 포함하는 비침습 혈당 바이오센서. A light source that generates light and enters the blood,
An optical sensor for detecting an optical signal generated by the blood,
A sound detector for detecting a sound signal generated by the blood, and
Non-invasive blood sugar biosensor comprising a control unit for measuring blood sugar using the light signal and the sound signal.
상기 소리 신호는 상기 혈액에 존재하는 당화혈색소에 의해 발생되는 신호인 비침습 혈당 바이오센서. The method of claim 1,
The sound signal is a signal generated by the glycated hemoglobin present in the blood non-invasive blood glucose biosensor.
상기 광 신호는 상기 당화혈색소에 의해 반사 및 산란되는 신호 중 적어도 하나의 신호인 비침습 혈당 바이오센서. The method of claim 2,
The optical signal is a non-invasive blood sugar biosensor of at least one of the signal reflected and scattered by the glycated hemoglobin.
상기 광은 상기 당화혈색소가 가지는 고유한 광 흡수 파장에 대응하는 광인 비침습 혈당 바이오센서. The method of claim 2,
The light is a non-invasive blood glucose biosensor that corresponds to the light absorption wavelength inherent in the glycated hemoglobin.
상기 제어부는 상기 소리 신호의 크기 및 면적 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 혈당을 측정하는 비침습 혈당 바이오센서. The method of claim 1,
The control unit measures the blood sugar using at least one of the size and area of the sound signal, non-invasive blood sugar biosensor.
상기 제어부는 상기 광 흡수 파장에 대응하는 상기 광 신호의 세기를 이용하여, 상기 혈당을 측정하는 비침습 혈당 바이오센서. The method of claim 4, wherein
The control unit measures the blood glucose using the intensity of the light signal corresponding to the light absorption wavelength, non-invasive blood glucose biosensor.
상기 광원, 상기 광 감지기, 상기 소리 감지기, 그리고 상기 제어부가 설치되는 기판을 더 포함하는 비침습 혈당 바이오센서.The method of claim 1,
The non-invasive blood glucose biosensor further comprising a substrate on which the light source, the light detector, the sound detector, and the controller are installed.
상기 기판은 유연한 기판인 비침습 혈당 바이오센서.The method of claim 7, wherein
The substrate is a non-invasive blood sugar biosensor that is a flexible substrate.
상기 비침습 혈당 바이오센서는 인체의 피부 또는 혈관에 부착되는 비침습 혈당 바이오센서. The method of claim 1,
The non-invasive blood sugar biosensor is a non-invasive blood sugar biosensor that is attached to the skin or blood vessels of the human body.
상기 당화혈색소에 의해 발생되는 소리 신호를 검출하는 소리 감지기, 그리고
상기 소리 신호를 이용하여, 상기 당화혈색소를 측정하는 제어부를 포함하는 비침습 혈당 바이오센서.A light source that generates light and enters glycated hemoglobin present in blood;
A sound detector for detecting a sound signal generated by the glycated hemoglobin, and
Non-invasive blood glucose biosensor comprising a control unit for measuring the glycated hemoglobin using the sound signal.
상기 광은 상기 당화혈색소가 가지는 고유한 광 흡수 파장에 대응하는 광인 비침습 혈당 바이오센서. The method of claim 10,
The light is a non-invasive blood glucose biosensor that corresponds to the light absorption wavelength inherent in the glycated hemoglobin.
상기 제어부는 상기 소리 신호의 크기 및 면적 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 당화혈색소의 농도를 측정하는 비침습 혈당 바이오센서. The method of claim 10,
The control unit is a non-invasive blood glucose biosensor for measuring the concentration of the glycated hemoglobin using at least one of the size and area of the sound signal.
광을 발생시켜 상기 혈액에 입력하는 단계,
상기 혈당에 의해 발생되는 광 신호를 검출하는 단계,
상기 혈당에 의해 발생되는 소리 신호를 검출하는 단계, 그리고
상기 광 신호 및 상기 소리 신호를 이용하여, 상기 혈당을 측정하는 단계를 포함하는 방법. A non-invasive blood glucose biosensor measures blood glucose present in blood,
Generating light and inputting it into the blood,
Detecting an optical signal generated by the blood sugar,
Detecting a sound signal generated by the blood sugar, and
Measuring the blood sugar using the light signal and the sound signal.
상기 혈당은 당화혈색소인 방법. The method of claim 13,
The blood glucose is glycated hemoglobin.
상기 광 신호는 상기 당화혈색소에 의해 반사 및 산란되는 신호 중 적어도 하나의 신호인 방법. The method of claim 14,
Wherein said optical signal is at least one of a signal reflected and scattered by said glycated hemoglobin.
상기 측정하는 단계는, 상기 소리 신호의 크기 및 면적 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 혈당을 측정하는 단계를 포함하는 방법. The method of claim 13,
The measuring comprises measuring the blood glucose using at least one of the magnitude and area of the sound signal.
상기 비침습 혈당 바이오센서는 인체의 피부 또는 혈관에 부착되는 방법. The method of claim 13,
The non-invasive blood glucose biosensor is attached to the skin or blood vessels of the human body.
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|---|---|---|---|---|
| KR20210004894A (en) | 2019-07-05 | 2021-01-13 | 주식회사 엘지생활건강 | System for diagnosing of skin condition based on an information of Skin Glycation And Recommendation System based on the information of Skin Glycation using the same |
-
2018
- 2018-02-01 KR KR1020180013076A patent/KR20190093442A/en not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
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Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20180201 |
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