KR101436162B1

KR101436162B1 - 타액 분석 장치

Info

Publication number: KR101436162B1
Application number: KR1020080007814A
Authority: KR
Inventors: 강연재; 임귀삼; 구윤희; 조성문; 홍형기; 한성수; 현석정
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2014-09-01
Anticipated expiration: 2028-01-25
Also published as: KR20090081762A

Abstract

본 발명은 타액 분석 장치에 대한 것으로, 타액(saliva)에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하기 위한 타액 검출기와 상기 검출된 농도 관련 정보로부터 혈액 중의 상기 생화학 물질의 농도를 산출하는 타액 분석기를 포함하고, 상기 타액 검출기는 타액이 도입되는 도입부로부터 타액에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하는 검출부로 타액을 이송하는 이송부를 포함하되, 상기 이송부는 상기 기판 표면이 내부로 함몰된 요홈이거나 상기 기판 내부에 형성된 내부관인 것을 특징으로 하여, 도입된 타액이 밖으로 흘러나가거나 사방으로 흩어지는 일이 없이 일정한 양으로 검출부에 도달하게 함으로써, 정확하고 간단한 타액 분석을 가능하게 한다.

타액, 센서, 혈액

Description

타액 분석 장치{Salvia Analysis Apparatus}

본 발명은 타액 분석 장치에 대한 것으로, 특히 타액(saliva)에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하기 위한 것이며, 더욱 상세하게는 도입된 타액이 밖으로 흘러나가거나 사방으로 흩어지는 일이 없이 일정한 양으로 검출부에 도달하게 함으로써 정확하고 간단한 타액 분석을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

인간은 외부환경의 변화 또는 신체 내의 변화로 인해 체온, pH, 혈당, 혈압 등이 계속 변하지만, 피드백 작용으로 인해 항상성이 유지되므로 생명과 건강을 유지할 수 있다. 혈당은 혈액 속에 함유되어 있는 포도당의 농도로, 항상성을 유지하기 위해 항상 혈당 수치를 일정한 범위 내로 유지하여야 한다. 글루카곤, 인슐린, 아드레날린 등 호르몬들의 길항작용에 의해 혈당량이 일정하게 유지되는데, 이런 호르몬들의 분비에 이상이 발생하면 생기게 되는 병이 당뇨병이다.

포도당은 혈액 속에 함유되어 온 몸을 순환하고 있지만, 조직액과 림프액에도 함유 되어 있다. 그러므로 신체 내의 포도당의 농도는 혈액에서뿐만 아니라 조직액과 림프액에서도 측정할 수 있다.

체내의 포도당의 농도를 확인하기 위해 가장 많이 사용되고 있는 방법은, 보통 손가락 끝에서 바늘을 사용해 채혈을 한 후 광학 또는 전기화학 방법을 사용해 혈액 내 포도당의 농도를 측정하는 것이다. 그러나, 이 방법은 채혈시 통증을 유발하고 상처와 함께 2차 감염을 유발하기 때문에, 자주 혈당을 측정해야 하는 당뇨병 환자의 경우 사용에 어려움이 많다.

이와 관련하여, 일본공개특허 제2002-122562호에는 타액 도입부, 측정극과 대극으로 이루어진 전극계, 효소와 전자 수용체로 이루어진 타액 반응부 및 타액과 효소의 반응을 측정하는 검지부를 포함하는 타액용 바이오 센서(bio sensor)가 기재되어 있다.

그러나, 상기 일본공개특허 제2002-122562호에 따른 바이오 센서에서 상기 타액 도입부와 전극계 및 타액 반응부는 모두 일정한 평면상에(또는 타액 도입부가 전극계보다 낮게) 형성되어 있어서, 도입된 타액이 밖으로 흘러나가거나 사방으로 흩어지는 문제점을 가지고 있다. 또한, 상기 전극계의 대극이 측정극을 포함하는 복잡한 형태로 배치되어 있을 뿐만 아니라 상기 전극계보다 반응부의 면적이 넓어서, 도입된 타액이 측정극에 제대로 도달하지 못하는 경우 검출이 불가능할 수도 있는 문제 점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 분석 장치 내부로 도입된 타액이 밖으로 흘러나가거나 사방으로 흩어지는 일이 없이 일정한 양으로 검출부에 도달하게 함으로써, 정확하고 간단한 타액 분석을 가능하게 하는 타액 분석 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 도입된 타액이 일정한 양만큼 정확하고 용이하게 검출부에 도달할 수 있게 하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 타액과 반응하는 아민기를 가지는 효소와의 결합력을 높임으로써, 검출 감도가 우수한 타액 분석 장치를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타액 분석 장치는, 타액(saliva)에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하기 위한 타액 검출기와 상기 검출된 농도 관련 정보로부터 혈액 중의 상기 생화학 물질의 농도를 산출하는 타액 분석기를 포함하고, 상기 타액 검출기는 타액이 도입되는 도입부와 타액에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하는 검출부와 상기 도입부로부터 검출부로 타액을 이송하는 이송부를 포함하는 기판으로 이루어지며, 상기 이송부는 상기 기판 표면이 내부로 함몰된 요홈이거나 상기 기판 내부에 형성된 내부관인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 요홈이나 내부관은 상기 도입부와 검출부를 연결하는 단일 경로로 형성된 것이 바람직하고, 상기 요홈이나 내부관은 상기 도입부로부터 검출부 방향으로 아래로 기울어진 경사면을 가지는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 도입부와 검출부는 상기 요홈 상에 구비되는 것이 가능하다.

또한, 상기 타액 검출기는 타액으로부터 상기 생화학 물질을 제외한 다른 물질을 필터링(filtering) 하는 필터부를 더 포함할 수 있고, 상기 생화학 물질을 제외한 다른 물질은 타액 속에 포함된 점액성분, 고형성분, 세균, 효소 또는 고분자 물질일 수 있다. 이와 함께, 상기 필터부는 상기 요홈 상에서 도입부와 검출부 사이에 구비되는 것이 바람직하고, 0.1㎛ 내지 0.2㎛ 범위 내의 공극을 가지는 것이 더욱 바람직하다.

이와 더불어, 상기 타액 검출기는 검출부에 의해 검출된 타액이 수집되는 수집부를 더 포함하는 것이 가능하고, 상기 수집부는 원형으로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 요홈 상에서 검출부 다음에 구비되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 함께, 상기 검출부는 다수개일 수 있고, 다수개가 연속적으로 배치된 것이 가능하며, 상기 다수개의 검출부는 서로 다른 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

나아가, 상기 검출부는 타액에 포함된 생화학 물질의 농도에 따른 전류 변화로 관련 정보를 검출하는 센서(sensor)와 상기 센서에 전류를 흐르는 하는 전극을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 센서는 절연성 기재 표면에 탄소나노튜브(CNT)층이 형성되어 있고, 상기 탄소나노튜브층에는 타액과 반응하는 효소가 결합되어 있는 것이 가능하다. 또한, 상기 탄소나노튜브층은 알데히드기(COH-)와 카르복실기(COOH-) 중 어느 하나 이상의 작용기를 가지고, 상기 작용기에 아민기(H₂N-)를 가지는 효소가 결합되어 있는 것일 수 있다. 그리고, 상기 센서는 이산화규소(SiO₂)로 이루어진 기재 표면에 아민기(H₂N-) 또는 알데히드기(COH-)를 가진 실란계(silane) 시약이 증착되어, 알데히드기(COH-)와 카르복실기(COOH-) 중 어느 하나 이상의 작용기를 가지는 것을 특징으로 할 수도 있다.

계속해서, 상기 타액 분석기는 상기 타액 검출기에 의해 검출된 농도 관련 정보와 대응되는 혈액 중의 생화학 물질의 농도에 대한 정보를 가지고 있는 것이 바람직하고, 상기 산출된 생화학 물질의 농도를 외부로 나타내는 표시부를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

다음으로, 상기 타액 검출기와 타액 분석기는 서로 착탈 가능한 것일 수도 있다.

한편, 본 발명은 상술한 바와 같은 본 발명에 있어서, 구강으로부터 분비되는 타액을 채취하여 타액 검출기에 주입하는 타액 채취기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치일 수 있다.

여기서, 상기 타액 채취기는 타액을 모세관 현상에 의해 흡입할 수 있는 튜브인 것이 바람직하고, 상기 튜브는 0.2㎝ 내지 0.3㎝ 범위 내의 직경을 가지는 관인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 상기 튜브에는 튜브 내부 공기를 밖으로 유출시키는 공기유출구가 구비된 것이 가능하고, 상기 튜브의 일측에는 흡입된 타액을 타액 검출기에 밀어넣는 피스톤바가 구비된 것일 수도 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 본 발명은, 타액이 도입되는 도입부로부터 타액에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하는 검출부로 타액을 이송하는 이송부를 포함하되, 상기 이송부는 기판 표면이 내부로 함몰된 요홈이거나 상기 기판 내부에 형성된 내부관인 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치를 제공하여, 도입된 타액이 밖으로 흘러나가거나 사방으로 흩어지는 일이 없이 일정한 양으로 검출부에 도달하게 함으로 써, 정확하고 간단한 타액 분석을 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 타액을 이송하는 이송부로써 기판에 형성된 요홈 또는 내부관이 상기 도입부와 검출부를 연결하는 단일 경로로 가짐으로써, 도입된 타액을 일정한 양만큼 정확하게 검출부에 도달할 수 있게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 검출부의 센서는 절연성 기재 표면에 알데히드 및 카르복실기와 같은 작용기를 가짐으로써, 타액과 반응하는 아민기를 가지는 효소와의 결합력을 높일 수 있어서, 검출 감도를 우수하게 할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타액(saliva : 침) 분석 장치를 나타내는 사시도이고, 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타액 분석 장치(10)는 타액 검출기(100)와 타액 분석기(200)를 포함한다.

먼저, 상기 타액 검출기(100)는 타액에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하기 위한 것이고, 상기 타액 분석기(200)는 상기 타액 검출기(100)에 의해 검출된 농도 관련 정보로부터 인간의 혈액 중에 포함된 상기 생화학 물질의 농도를 산출하는 것이다. 산출된 결과는 타액 분석기(200)의 표시부(210)를 통하여 나타낼 수 있고, 상기 타액 검출기(100)와 타액 분석기(200)는 서로 착탈 가능하여 상기 타액 검출기(100)만을 교환하여 사용하는 것도 가능하다.

상기 생화학 물질이라 함은 인간의 생체 내에서 다양한 작용을 수행하는 생리 활성 물질을 모두 포함하고, 이하 본 명세서에는 상기 생화학 물질로써 글루코스(glucose)를 예로 들어 혈액 중의 혈당 농도를 산출하는 것을 예시하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 타액 분석 장치(10)에 포함되는 타액 검출기(100)의 일례를 나타내는 사시도이고, 여기에 도시된 바와 같이 상기 타액 검출기(100)는 기본적으로 기판(110)으로 이루어지며, 여기에는 타액 도입부(120)와 타액 검출부(130) 및 타액 이송부(140)가 포함된다. 상기 타액 검출기(100)를 이루는 기판(110) 재료는 특별히 제한되는 일이 없이 이 기술분야에서 알려진 모든 부재가 사용될 수 있다.

상기 타액 도입부(120)는 외부로부터의 타액을 본 발명에 따른 타액 검출기(100) 내부로 도입하기 위한 것이고, 상기 타액 검출부(130)는 타액에 포함된 글루코스의 농도 관련 정보를 검출하는 것이다. 이러한 타액 검출기(100)에 있어서, 본 발명은 상기 타액 도입부(120)로부터 타액 검출부(130)로 타액을 이송하는 이송부(140)를 포함하는 것이며, 상기 이송부(140)는 상기 기판(110) 표면이 식각에 의해 내부로 함몰된 요홈(┗┛) 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.

종래의 타액용 바이오 센서(bio sensor)에 의하는 경우, 타액 도입부, 측정극과 대극으로 이루어진 전극계, 효소와 전자 수용체로 이루어진 타액 반응부가 모두 일정한 평면상에(또는 타액 도입부가 전극계보다 낮게) 형성되어 있어서, 도입된 타액이 밖으로 흘러나가거나 사방으로 흩어지는 문제점을 가지고 있었지만, 본 발명에 따라 타액을 이송하는 이송부(140)가 기판(110) 표면의 내부로 함몰된 요홈 형태를 가지는 경우, 상기 도입부(120)로부터 이송되는 타액이 상기 요홈을 따라 가면서 방사(emit)되는 일이 없이 일정한 양으로 검출부(130)로 도달될 수 있고, 이에 따라 더욱 정확한 타액 분석이 가능하다.

여기서 상기 타액을 이송하는 이송부(140)는 다수개일 수도 있고, 상기 도입부(120)와 검출부(130)를 연결하는 하나의 단일 경로를 가질 수도 있으며, 상기 도입부(120)로부터 검출부(130)에 이르는 최단 경로, 즉 직선형 단일 경로를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 본 발명에 따르면, 이송부(140)의 요홈을 따라 이동하는 타액은 일정한 양만큼 정확하게 검출부(130)에 도달할 수 있어서, 종래와 같이 전 극계의 대극이 측정극을 포함하는 복잡한 형태로 배치되어 있거나 전극계보다 반응부의 면적이 넓음으로 인해 도입된 타액이 측정극에 도달하지 못하는 경우는 발생하지 않을 것이다.

그리고, 상기 이송부(140)의 요홈은 상기 도입부(120)로부터 검출부(130)까지 일정한 높이 또는 깊이를 가지는 것도 가능하고, 바람직하게는 상기 도입부(120)로부터 검출부(130) 방향으로 아래로 기울어진 경사면을 가지는 것이, 타액의 이동을 용이하게 하여 본 발명에 더욱 적합하다.

이와 함께, 상기 도입부(120)와 검출부(130)는 기판 표면에 구비되는 것도 가능하지만, 본 발명은 상기 이송부(140)가 기판(110)의 내부로 함몰된 요홈 형태를 가지는 것을 특징으로 하는바, 상기 도입부(120)와 검출부(130) 역시 상기 요홈 상에 구비되는 것이 가능하다. 이러한 본 발명에 의하면, 도입부(120)에 주입된 타액이 다시 도입부(120) 밖으로 유출되지 않을 것이고, 이송부(140)에서 검출부(130)로의 타액의 이동 뿐만 아니라 검출부(130)에서의 검출과정 역시 더욱 용이하고 정확하게 할 수 있다. 나아가, 제조과정 상에서도 요홈으로 형성되는 이송부(140)와 함께 생성이 가능하여 제조시간 및 단가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제조된 제품 형태로도 일정한 면을 가지는 기판 형태가 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 이송부(140)가 기판 내부로 함몰된 요홈을 가지는 것을 특징 으로 하는바, 상기 이송부(140)는 상기 기판 내부에 형성된 내부관으로 이루어지는 것도 가능하다. 상기 이송부(140)가 기판 내부에 형성된 내부관 형태를 가지는 경우에도, 상기한 요홈 형태를 가지는 경우와 마친가지로, 도입된 타액이 밖으로 흘러나가거나 사방으로 흩어지는 일이 없이 일정한 양으로 검출부(130)에 도달하게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 내부관 역시 상기 도입부(120)와 검출부(130)를 연결하는 단일 경로로 형성되는 것이 가능하고, 상기 도입부(120)로부터 검출부(130) 방향으로 아래로 기울어진 경사면을 가질 수 있으며, 상기 도입부(120)와 검출부(130) 또한 상기 요홈 상에 구비되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 외부로부터 상기 도입부(120)로 타액이 주입되면 주입된 타액은 이송부(140)를 따라 이동하면서 상기 검출부(130)로 흐르게 된다. 이 과정에서 본 발명에 따른 상기 타액 검출기(100)는 검출 대상이 되는 글루코스를 제외한 다른 생화학 물질을 걸러낼 수 있는 필터부(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 필터부(150)는 타액 중에 포함되어 있는 것으로 글루코스 측정을 저해하는 점액성분, 고형성분, 세균, 효소, 고분자 물질 등과 같은 측정저해 물질을 필터링한다. 이를 위하여, 상기 필터부(150)는 이송부(140)의 요홈 또는 내부관 상에서 상기 도입부(120)와 검출부(130) 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 필터부(150)는 0.1㎛ 내지 0.2㎛ 범위 내의 공극을 가지는 것이 상기한 측정저해 물질을 필터링 하기에 더욱 바람직하다. 상기 필터부(150)는 일정기간 또는 일정회수로 사용된 이후에, 필요에 따라 교환하는 것도 가능하다.

이어서, 상기 필터부(150)를 통과한 타액은 이송부(140)를 따라 계속 이동하면서 상기 검출부(130)에 도달하게 되고, 여기서 글루코오스의 농도 관련 정보가 검출된 다음, 다시 이송부(140)를 따라 이동하여 도 2에 나타난 바와 같은 수집부(160)로 모이게 된다. 상기 수집부(160)는 이송부(140)를 따라 검출부(130) 다음에 배치되어, 상기 검출부(130)에 의해 검출된 타액이 수집되는 곳이다. 이송부(140)를 따라 검출부(130)에 도달한 타액이 상기 검출부(130)에 의한 검출 이후에도 계속 검출부(130) 부근에 모여있게 되면, 검출의 정확성이 떨어질 뿐만 아니라 검출부(130) 센서 기능에 영향을 줄 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 타액 검출기(100)는 상기한 수집부(160)를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 수집부(160)는 점액질인 타액을 더욱 용이하게 하기 위하여 원형으로 이루어진 것이 더욱 바람직하다.

다음으로는, 본 발명에 따른 타액 분석 장치(10)의 타액 검출기(100)에 포함된 타액 검출부(130)에 대하여 설명한다. 상기 타액 검출부(130)는 타액에 포함된 글루코오스의 농도 관련 정보를 검출하는 것으로, 타액에 포함된 글루코오스 농도에 따른 전류 변화로 관련 정보를 검출하는 센서(131)와 상기 센서(131)에 전류를 흐르게 하는 전극(132)을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 타액 검출기(100)의 도입부(120)로 타액이 주입되면 주입된 타액은 이송부(140)를 따라 검출부(130)에 도달하게 되고, 이때 상기 검출부(130)의 센서(131)는 전극(132)을 통하여 유입된 전류 의 전기전도도 변화에 따라, 글루코스 농도에 비례하는 전류치를 출력한다. 상기 글루코오스의 농도 관련 정보라 함은 글루코스 농도에 비례하는 전류치일 수 있다. 이후에는, 본 발명에 따른 타액 분석 장치(10)의 타액 분석기(200)가 상기 검출된 농도 관련 정보로부터 혈액 중의 글루코오스 농도를 산출하는 것이다.

상기 검출부(130)는 하나 또는 다수개일 수 있고, 도 2에 나타난 바와 같이 다수개(2개)가 연속적으로 배치되는 것도 가능하다. 상기 검출부(130)가 다수개인 경우 동일한 대상 타액에 대하여 반복적인 확인 검출이 가능하고, 이러한 기능은 다수개의 검출부(130)가 연속적으로 배치되었을 때 더욱 간단하고 우수하게 달성될 수 있다. 나아가, 상기 다수개의 검출부는 서로 다른 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출할 수 있는데, 이는 상기 검출부(130)의 센서(131)에 다른 생화학 물질과 반응하는 효소를 구비시킴으로써 가능하다. 예를 들면, 어느 하나의 센서(131)에는 글루코오스 검출을 위한 글루코오스 산화효소를 구비시키고, 다른 하나의 센서(131)에는 상기 글루코오스 이외의 다른 생화학 물질 산화효소를 구비시킬 수 있다.

본 발명에 따른 검출부(130)로 사용되는 센서(131)는 소량의 샘플에서도 고감도 측정이 가능한 나노와이어, 나노튜브, 캔틸레버 등이 포함된 바이오센서일 수 있다. 이들 고감도 센서들은 외부 환경 변화에 민감하고, 본 발명은 시료의 양과 같은 외부 환경 요인에 의한 영향을 최소화하기 위하여, 검출부(130)에 검출되는 시료의 양을 약 200㎕ 정도로 제한할 수 있으며, 이를 위하여 본 발명에 따라 검출부(130)가 구비되는 영역(예를 들어, 검출부(130)가 구비되는 이송부(140) 상의 영역)은 대략 1㎝ * 1㎝ * 0.2㎝ 의 용적을 가지는 것이 바람직하다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 타액 검출부(130)의 센서(131) 구조 일례를 나타내는 평면도이고, 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타액 검출부(130)의 센서(131)는 기재(1311)의 양쪽에 양극 및 음극 단자(1312a, 1312b)가 구비되어 있다. 상기 기재(1311)는 절연성 기재로 이루어진 것이 바람직하고, 상기 양극 및 음극 단자(1312a, 1312b)는 도 2에 나타난 바와 같은 전극(132)으로부터 연결된 소스(source) 전극 및 드레인(drain) 전극이다. 그래서, 상기 양극 및 음극 단자(1312a, 1312b) 사이에는 전류가 흐르고 있고, 여기에는 타액과 반응하는 효소(1314)가 고정화물질인 링커(1313a)에 의해 결합되어 있다.

본 발명에서, 상기 링커(1313a)에 의해 효소(1314)를 센서(131) 기재(1311)에 결합시키는 방법은 크게 2가지를 사용할 수 있다. 즉, 상기 기재(1311) 표면에 탄소나노튜브층(CNT)(1313)을 형성하고 그 위에 비공유 또는 공유 결합에 의해 링커(1313a)를 구비시킨 다음 상기 구비된 링커(1313a)를 이용하여 효소(1314)를 결합시키는 방법(이하, '탄소나노튜브층 이용 방법'이라 함)과, 이산화규소(SiO₂)로 이루어진 기재(1311) 표면에 직접 실란계(silane) 시약을 증착시켜서 링커(1313a) 를 만들고 이렇게 만들어진 링커(1313a)에 효소(1314)를 결합시키는 방법(이하, 'SiO₂기판 이용 방법'이라 함)이다.

여기서, 상기 링커(1313a)는 효소(1314)를 결합시키기 위한 고정화 물질 또는 가교제로써, 상기 효소(1314)의 종류에 따라 다른 작용기를 가진다. 예를 들어, 상기 효소(1314)가 글루코오스와 반응하는 글루코오스 산화효소인 경우, 상기 글루코오스 산화효소는 아민기(H₂N-)를 가지고, 이에 따른 링커(1313a)는 상기 아민기(H₂N-)와의 결합을 위하여 알데히드기(COH-) 또는 카르복실기(COOH-)를 가지는 것이 바람직하다.

상기 효소(1314)로는 글루코오스 산화효소 이외에 산화 환원 효소, 가수 분해 효소를 비롯한 다양한 효소를 이용할 수 있고, 그 결과 글루코스(glucose) 이외의 생체 생화학 물질, 예를 들면 에탄올(ethanol), 유산, 요산, 요소, 중성 지방, 콜레스ㅌ테롤, 피루빈산 등을 분석하는 타액 분석 장치도 가능하다.

하기 표 1에서는 본 발명에 따라 타액 검출기의 센서에 효소를 결합시키는 방법으로써, 상기한 '탄소나노튜브층 이용 방법'과 'SiO₂ 기판 이용 방법'에 따른 링커형성방법과 원리를 정리하였다.

[표 1: 타액 검출기의 센서에 효소를 결합시키는 방법]

구분		링커형성방법	원리
탄소나노튜브층 이용 방법	비공유결합	CDI-Tween	- 탄소나노튜브 ↔ CDI-Tween : van-der-walls coupling - CDI-Tween ↔ H₂N-Enzyme
		Polymerization	폴리머를 중합하는 과정에 작용기 및 탄소나노튜브를 포함시킴으로써 탄소나노튜브 표면에 작용기가 도출된 폴리머층을 형성
	공유결합	Acid-oxidization	강산(황산, 질산 등)을 이용하여 탄소나노튜브 표면에 결함(defect)를 유도하고, 이렇게 생성된 결함에 작용기가 생성
		Plasma activation	플라즈마에 탄소나노튜브를 노출시킴으로써 탄소나노튜브 표면에 작용기를 생성
SiO₂ 기판 이용 방법	실란계(silane) 시약 처리	Silane-아민기	기판-SiOH ↔ RO-Si-R_n-NH ₂ ↔ HOC(CH₂)₃COH ↔ H₂N-Enzyme
		Silane-알데하드기	기판-SiOH ↔ RO-Si-R_n-COH ↔ H₂N-Enzyme

즉, 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 탄소나노튜브층 이용 방법은 기재(1311) 표면의 탄소나노튜브층(1313)에 비공유 결합 또는 공유 결합에 의해 특정한 작용기를 가지는 링커(1313a)를 구비시키는 것이고, 상기 비공유 결합은 CDI-Tween 를 사용하거나 폴리머화(Polymerization)에 의해 이루어지며, 상기 공유 결합은 산-산화(Acid-oxidization) 방법과 플라즈마 활성화(plasma activation) 방법에 의해 이루어진다.

구체적으로, 상기 CDI(carbodiimidazole)-Tween를 사용하여 상기 링커(1313a)를 구비시키는 방법은, 반데르발스 힘에 의해 탄소나노튜브층(1313) 표면에 CDI를 비공유 결합시키면, 상기 CDI-Tween가 효소(1314)의 아민기와 결합하는 것이다. 그리 고, 상기 폴리머화 방법은 폴리머를 중합하는 과정에 특정한 작용기를 가지는 링커(1313a) 및 탄소나노튜브(CNT)를 포함시킴으로써, 생성된 탄소나노튜브층(1313) 표면에 작용기를 도출시키는 것이다. 이러한 비공유 결합 방법은 탄소나노튜브(CNT)의 구조적 변형을 야기하지 않으므로 탄소나노튜브(CNT)의 형상 및 기계적 특성이 반응 전후 일정하지만 비교적 약한 결합력으로 인해 신호 전달 과정에서 손실이 있을 수 있다.

또한, 상기 산-산화(Acid-oxidization) 방법은 강산(황산, 질산 등)을 이용하여 탄소나노튜브층(1313) 표면에 결함을 유도하면, 이렇게 유도된 결함에는 작용기가 생성되어 효소의 아민기와 결합하는 것이다. 그리고, 상기 플라즈마 활성화(plasma activation) 방법은 탄소나노튜브층(1313) 플라즈마에 노출시킴으로써 탄소나노튜브 표면에 효소와 결합할 수 있는 작용기를 생성하는 것이다. 이러한 공유 결합 방법은 탄소나노튜브와 작용기간의 비교적 강한 결합력으로 인해 신호 전달 효율이 높고 효소가 안정하게 고정되나, 탄소나노튜브 표면에 생성되는 결함으로 인해 탄소나노튜브의 특성이 감소되는 단점이 있다.

본 발명에 따라 타액 검출기의 센서에 효소를 결합시키는 상기 'SiO₂ 기판 이용 방법'은 이산화규소(SiO₂)로 이루어진 기재 표면에 아민기(H₂N-) 또는 알데히드기(COH-)를 가진 실란계(silane) 시약을 증착시켜서, 알데히드기(COH-)와 카르복실 기(COOH-) 중 어느 하나 이상의 작용기를 가지는 센서(131)를 만드는 것이다. 즉, 상기 이산화규소(SiO₂)로 이루어진 기재에 APTES(3-aminopropyltriethoxysilane) 등의 아민기를 갖고 있는 실란(Silane)계 시약을 처리하거나, ATES(aldehydetriethoxysilane) 등의 알데하이드기를 갖고 있는 실란(Silane)계 시약 처리를 하여 작용기를 노출한 후 효소를 고정하는 것이다. SiO₂ 기판에 효소를 고정하면 탄소나노튜브의 특성은 유지하면서 탄소나노튜브 주변에서 일어나는 전자 전달 변화를 감지함으로 신호 전달이 잘 이루어지게 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 타액 검출기의 센서를 이용하여 표준액에 있는 글루코오스 농도를 측정한 결과이다. 센서(131)로는 상기 SiO₂ 기판 이용 방법에 따라 이산화규소(SiO₂)로 이루어진 기재에 APTES(3-aminopropyltriethoxysilane)의 아민기를 갖고 있는 실란(Silane)계 시약을 처리한 것을 사용하였다. 즉, SiO₂ 기판 표면에 ATES처리 후 글루코즈 산화효소(Glucose oxidase)를 고정시킨 다음, 포도당의 농도를 변화시키면서 전류변화를 측정하였다. 이때, 양극 및 음극 단자(1312a, 1312b) 사이의 전압차는 0.5V 이고, 게이트 전압은 0V 였다. 실험 결과, 본 발명에 따른 센서는 포도당 농도가 0.1㎎/㎗ 내지 2㎎/㎗ 인 경우의 변화를 감지할 수 있었고, 이는 본 발명에 따른 타액 검출기가 타액에 함유되어 있는 포도당을 유의한 범위 내로 측정할 수 있음을 확인한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 생화학물질의 농도에 따라 전류치가 변하는 과정을 설명하기 위한 상세도이다. 여기서, 효소(1314)로써는 글루코오스와 반응하는 글루코오스 산화효소(GOD)를 예로 들었고, 링커(1313a)로써는 SiO₂ 기판 표면에 증착되는 ATES를 예로 하였다. 본 발명에 따라 글루코오스를 포함하는 타액이 타액 검출부(130)의 센서(131)와 만나게 되면, 전해질인 타액은 상기 센서(131)에 결합된 글루코오스 산화효소(GOD)와 혼합되고, 상기 GOD가 촉매로 작용하여 글루코산(Gluconic acid)과 과산화수소(H₂O₂)가 만들어지는 반응이 수행된다. 이때, 양극 및 음극 단자(1312a, 1312b) 사이에는 전압이 인가되고 있고, 상기 반응에 의해 생성된 과산화수소(H₂O₂)에 의해 전기분해가 일어난다. 이에 따라, 상기 양극 및 음극 단자(1312a, 1312b) 사이에는 상기 생성된 과산화수소(H₂O₂)의 양에 비례하는 전류가 검출된다. 즉, 상기 과산화수소(H₂O₂)의 양이 검출되는 것이다. 상기 과산화수소(H₂O₂)의 양은 본 발명에 따른 타액 검출부(130)의 센서(131)와 반응하는 타액 속의 글루코스 양에 비례하는 것이고, 이에 따라 상기 검출되는 전류치가 타액 속의 글루코스 양에 비례하는 것이다.

이와 같이, 상기 타액 검출부(130)의 센서(131)에 의해 타액에 포함된 글루코스의 양 또는 농도와 관련된 정보가 검출되면, 이렇게 검출된 정보는 본 발명에 따른 타 액 분석기(200)에 의해 혈액 중의 글루코스 농도로 산출 가능하다. 이를 위하여, 상기 타액 분석기(200)는 상기 타액 검출기(100)에 의해 검출된 농도 관련 정보와 대응되는 혈액 중의 생화학 물질의 농도에 대한 정보를 가지고 있는 것이 바람직하다. 즉, 상기 타액 분석기(200)는 타액 중의 글루코오스 농도에 대응하는 혈액 중의 글루코오스 농도에 대한 정보를 가지고 있고, 이를 근거로 혈액 중의 글루코오스 농도를 산출하여, 산출된 생화학 물질의 농도를 표시부에 의해 외부로 나타내는 것이다.

도 6은 본 발명에 따라 타액 중의 글루코오스 농도와 혈액 중의 글루코오스 농도 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다. 본 발명자들은 혈액 내 글루코오스 농도와 타액에 함유되어 있는 글루코오스 농도의 상관 관계를 확인하기 위하여, 경구포도당검사(OGTT, Oral Glucose Tolerance Test)를 하였다. 실험은 공복 8시간 후 혈액 내 글루코오스 농도와 타액에 함유되어 있는 글루코오스 농도를 측정한 다음, 100㎎/㎗ 포도당 용액을 섭취한 후 시간에 따른 혈액 내 글루코오스 농도 변화와 타액에 함유되어 있는 글루코오스 농도 변화를 측정하였다.

그 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 포도당 용액을 섭취하기 전 혈액 내 글루코오스 농도는 약 80㎎/㎗ 였고, 타액에 함유되어 있는 글루코오스 농도는 0.8㎎/㎗ 였다. 그 다음 100㎎/㎗ 포도당 용액을 섭취한 후, 혈액 내 글루코오스 농도는 160㎎/㎗으로 올랐다가 시간이 지나면서 그 수치가 점점 떨어져서 포도당 용액 섭취 2 시간 후 혈액 내 글루코오스 농도는 100㎎/㎗ 였다. 타액에 함유되어 있는 글루코오스 농도도 위와 같은 경향을 보였다. 즉, 100㎎/㎗ 포도당 용액을 섭취한 후, 타액에 함유되어 있는 글루코오스 농도는 1.3㎎/㎗으로 올랐다가 시간이 지나면서 그 수치가 점점 떨어져서 포도당 용액 섭취 2시간 후에는 0.6㎎/㎗ 였다.

대체적으로, 타액에 포함된 글루코오스 농도는 0.4 ~ 1㎎/㎗로, 혈액에 있는 글루코오스 농도의 0.5~1% 정도인 것을 확인할 수 있고, 본 발명에 따른 타액 분석기(200)는 이러한 상관관계를 이용하여, 타액의 글루코스 농도로부터 혈액의 글루코스 농도를 산출하는 것이다.

한편, 도 7은 본 발명에 따라 타액 채취기(300)를 더 포함하는 타액 분석 장치(10)를 나타내는 사시도이고, 본 발명의 다른 실시형태는 상술한 바와 같은 본 발명에 있어서, 구강으로부터 분비되는 타액을 채취하여 타액 검출기(100)에 주입하는 타액 채취기(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 따른 타액 분석 장치(10)는 타액을 채취하는 채취기(300) 까지 포함함으로써, 구강 내부에서 용이하게 타액을 채취할 수 있게 하고, 타액이 외부환경에 의해 오염되지 않도록 해 준다.

도 8은 상기 타액 채취기(300)의 구성을 나타내는 상세도이고, 여기에 도시된 바와 같이, 상기 타액 채취기(300)는 기본적으로 타액을 흡입할 수 있는 튜브(310)로 이 루어져 있고, 상기 튜브(310)는 모세관 현상에 의해 자동으로 구강 내에 있는 타액을 흡입할 수 있다. 이를 위하여, 상기 튜브(310)는 0.2㎝ 내지 0.3㎝ 범위 내의 직경을 가지는 관인 것이 바람직하고, 튜브(310) 내부 공기를 밖으로 유출시키는 공기유출구(320)를 가지는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 타액 검출기(100)의 검출부(130)에서 1번의 반응에 적합한 타액의 양은 약 200㎕ 정도이고, 이를 위하여 타액 채취기(300)에 의해 채취되는 타액의 양은 약 300㎕ 내지 700㎕ 인 것이 바람직하며, 이에 따라 상기 튜브(310)는 약 10㎝ 정도의 길이를 가지는 것이 가장 바람직하다.

이와 함께, 상기 튜브(310)의 일측에는 흡입된 타액을 타액 검출기(100)에 밀어넣는 피스톤바(330)가 구비될 수 있고, 이를 이용하는 경우 상기 타액 채취기(300)에 의해 채취된 타액을 타액 검출기(100)의 도입부(120)로 오염없이 용이하게 주입할 수 있다.

도 9는 상기 타액 채취기(300)를 사용하는 상태를 설명하기 위한 모식도이고, 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타액 채취기(300)를 구강 내의 소정의 위치, 예를 들면, 침샘의 개구부에 넣으면 타액은 모세관 현상에 의해 타액 채취기(300)의 튜브(310) 내부로 흡수된다. 피검자는 본 발명에 따른 타액 채취기(300)를 혀 아래에 넣어 두는 것만으로 타액이 자동으로 상기 타액 채취기(300)에 수집되는 것 이다. 이 때문에, 본 발명은 용이하게 구강 내의 저해 물질을 제거할 수 있고, 생화학 물질의 측정 정밀도를 높일 수 있는 것이다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

상술한 본 발명에 의하는 경우, 채혈로 인한 통증이나 상처에 의한 2차 감염 없이 체내의 각종 생화학 물질의 농도(혈당)를 간단하고 정확하게 측정할 수 있는 타액 분석 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타액(saliva : 침) 분석 장치를 나타내는 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 타액 분석 장치(10)에 포함되는 타액 검출기(100)의 일례를 나타내는 사시도이고,

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 타액 검출부(130)의 센서(131) 구조 일례를 나타내는 평면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 타액 검출기(100)의 센서(131)를 이용하여 표준액에 있는 글루코오스 농도를 측정한 결과 그래프이고,

도 5는 본 발명에 따른 생화학물질의 농도에 따라 전류치가 변하는 과정을 설명하기 위한 상세도이고,

도 6은 본 발명에 따라 타액 중의 글루코오스 농도와 혈액 중의 글루코오스 농도 간의 상관관계를 나타내는 그래프이고,

도 7은 본 발명에 따라 타액 채취기(300)를 더 포함하는 타액 분석 장치(10)의 일례를 나타내는 사시도이고,

도 8은 본 발명에 따른 타액 채취기(300)의 구성 일례를 나타내는 상세도이고,

도 9는 본 발명에 따른 타액 채취기(300)를 사용하는 상태를 설명하기 위한 모식도이다.

Claims

타액(saliva)에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하기 위한 타액 검출기와 상기 검출된 농도 관련 정보로부터 혈액 중의 상기 생화학 물질의 농도를 산출하는 타액 분석기를 포함하고,

상기 타액 검출기는 타액이 도입되는 도입부와 타액에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하는 검출부와 상기 도입부로부터 검출부로 타액을 이송하는 이송부를 포함하는 기판으로 이루어지며,

상기 이송부는 상기 기판 표면이 내부로 함몰된 요홈이고,

상기 생화학 물질은 글루코스인 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 요홈은 상기 도입부와 검출부를 연결하는 단일 경로로 형성된 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 요홈은 상기 도입부로부터 검출부 방향으로 아래로 기울어진 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
타액(saliva)에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하기 위한 타액 검출기와 상기 검출된 농도 관련 정보로부터 혈액 중의 상기 생화학 물질의 농도를 산출하는 타액 분석기를 포함하고,

상기 타액 검출기는 타액이 도입되는 도입부와 타액에 포함된 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하는 검출부와 상기 도입부로부터 검출부로 타액을 이송하는 이송부를 포함하는 기판으로 이루어지며,

상기 이송부는 상기 기판 내부에 형성된 내부관이고,

상기 생화학 물질은 글루코스인 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제4항에 있어서, 상기 내부관은 상기 도입부와 검출부를 연결하는 단일 경로로 형성된 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 도입부와 검출부는 상기 요홈 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 타액 검출기는 타액으로부터 상기 생화학 물질을 제외한 다른 물질을 필터링(filtering) 하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제7항에 있어서, 상기 생화학 물질을 제외한 다른 물질은 타액 속에 포함된 점액성분, 고형성분, 세균, 효소 또는 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제7항에 있어서, 상기 필터부는 상기 요홈 상에서 도입부와 검출부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제7항에 있어서, 상기 필터부는 0.1㎛ 내지 0.2㎛ 범위 내의 공극을 가지는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 타액 검출기는 검출부에 의해 검출된 타액이 수집되는 수집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제11항에 있어서, 상기 수집부는 원형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제11항에 있어서, 상기 수집부는 상기 요홈 상에서 검출부 다음에 구비되는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 검출부는 다수개인 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 검출부는 다수개가 연속적으로 배치된 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제15항에 있어서, 상기 다수개의 검출부는 서로 다른 생화학 물질의 농도 관련 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 검출부는 타액에 포함된 생화학 물질의 농도에 따른 전류 변화로 관련 정보를 검출하는 센서(sensor)와 상기 센서에 전류를 흐르는 하는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제17항에 있어서, 상기 센서는 절연성 기재 표면에 탄소나노튜브(CNT)층이 형성되어 있고, 상기 탄소나노튜브층에는 타액과 반응하는 효소가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제18항에 있어서, 상기 탄소나노튜브층은 알데히드기(COH-)와 카르복실기(COOH-) 중 어느 하나 이상의 작용기를 가지고, 상기 작용기에 아민기(H₂N-)를 가지는 효소가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제17항에 있어서, 상기 센서는 이산화규소(SiO₂)로 이루어진 기재 표면에 아민기(H₂N-) 또는 알데히드기(COH-)를 가진 실란계(silane) 시약이 증착되어, 알데히드기(COH-)와 카르복실기(COOH-) 중 어느 하나 이상의 작용기를 가지는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 타액 분석기는 상기 타액 검출기에 의해 검출된 농도 관련 정보와 대응되는 혈액 중의 생화학 물질의 농도에 대한 정보를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 타액 분석기는 상기 산출된 생화학 물질의 농도를 외부로 나타내는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 타액 검출기와 타액 분석기는 서로 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 구강으로부터 분비되는 타액을 채취하여 타액 검출기에 주입하는 타액 채취기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제24항에 있어서, 상기 타액 채취기는 타액을 모세관 현상에 의해 흡입할 수 있는 튜브인 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제25항에 있어서, 상기 튜브는 0.2㎝ 내지 0.3㎝ 범위 내의 직경을 가지는 관인 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제25항에 있어서, 상기 튜브에는 튜브 내부 공기를 밖으로 유출시키는 공기유출구가 구비된 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.
제25항에 있어서, 상기 튜브의 일측에는 흡입된 타액을 타액 검출기에 밀어넣는 피스톤바가 구비된 것을 특징으로 하는 타액 분석 장치.