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KR20190000761A - Apparatus for micro-dialysis of interstitial fluid using electroosmotic pump and operating method thereof - Google Patents

Apparatus for micro-dialysis of interstitial fluid using electroosmotic pump and operating method thereof Download PDF

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KR20190000761A
KR20190000761A KR1020170118379A KR20170118379A KR20190000761A KR 20190000761 A KR20190000761 A KR 20190000761A KR 1020170118379 A KR1020170118379 A KR 1020170118379A KR 20170118379 A KR20170118379 A KR 20170118379A KR 20190000761 A KR20190000761 A KR 20190000761A
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KR
South Korea
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electrode
microdialysis
fluid
electroosmotic pump
perfusion
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신운섭
김석준
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서강대학교산학협력단
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Abstract

Provided is an interstitial fluid microdialysis apparatus based on an electroosmotic pump. The apparatus comprises: an electroosmotic pump which includes a first electrode and a second electrode provided on both sides of a membrane and a fluid path unit, and alternately generates suction force and discharge power by alternately supplying polarities of a voltage to the first and second electrodes; a first transfer line and a second transfer line which have one end coupled to the fluid path unit of the electroosmotic pump and alternately transfers the suction force and the discharge power to a perfusion fluid; a reservoir which stores the perfusion fluid and discharges the perfusion fluid along a discharge path inserted and coupled to the other end of the first transfer line; a micro-dialysis (MD) probe which including an inlet path which has one end injected into an object to perform microdialysis of an interstitial fluid, and is inserted into the other end of the second transfer line to insert the perfusion fluid, and a discharge path which discharges the perfusion fluid after the microdialysis; and a sensor which has a discharge path of the MD probe inserted and coupled to one side surface to inject the perfusion fluid after microdialysis through the discharge path and measures biometric information from the perfusion fluid after the microdialysis.

Description

전기삼투펌프를 이용한 세포간액을 미세투석하는 세포간액 미세투석장치 및 그 작동 방법 {APPARATUS FOR MICRO-DIALYSIS OF INTERSTITIAL FLUID USING ELECTROOSMOTIC PUMP AND OPERATING METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an intra-cellular microdialysis device for microdialysis of intracellular fluid using an electroosmotic pump, and an operation method thereof. [0002]

본 발명은 전기삼투펌프를 이용한 세포간액(ISF, interstitial fluid)을 미세투석(micro-dialysis)하는 세포간액 미세투석 장치 및 그 작동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an intracellular microdialysis device for micro-dialysis of an interstitial fluid (ISF) using an electroosmosis pump and an operation method thereof.

전기삼투펌프(electroosmotic pump)는 모세관 또는 다공성막의 양단에 전극을 이용하여 전압을 걸었을 때 생기는 전기삼투현상에 의해 유체가 이동하는 것을 이용한 펌프로서 일반 펌프와는 달리 기계적으로 움직이는 부분이 없어 무소음이며, 걸어준 전압에 비례하여 효과적으로 유속을 조절할 수 있는 장점이 있다.Electroosmotic pump is an electroosmotic pump that uses fluid to move due to electroosmotic phenomenon when a voltage is applied to both ends of capillary or porous membrane by electrode. Unlike general pump, there is no mechanical moving part and noiseless , The flow rate can be effectively controlled in proportion to the applied voltage.

종래의 전기삼투펌프에서는 화학적으로 안정된 백금을 전극재료로 사용하고 있는데, 수용액을 유체로 사용하는 경우, (+)극에서는 물의 산화반응에 의한 산소가스가 지속적으로 발생하고, (-)극에서는 물의 환원반응에 의한 수소가스가 지속적으로 발생한다. In the conventional electroosmotic pump, chemically stable platinum is used as an electrode material. When an aqueous solution is used as a fluid, oxygen gas is continuously generated by the oxidation reaction of water at the (+) electrode and water Hydrogen gas generated by the reduction reaction continuously occurs.

이와 같은 산화반응과 환원반응에 따른 전자 및 이온의 이동은 전기삼투 펌프에서 유체를 지속적으로 이동시키기 위해 필수적인 현상이다. 이와 같이 백금 전극을 사용하여 전기삼투 펌프를 구현한 경우에는 위의 반응에 의해 생 성된 가스가 다공성막의 작은 기공들에 끼이는 현상으로 인해 안정된 유속의 구현이 어렵고, 산소 가스와 수소 가스가 동시에 유체 내에 지속적으로 발생하기 때문에 안전성 문제로 닫힌계(closed-loop)의 구현이 어렵기 때문에 실제적인 활용에 어려움이 있다. The movement of electrons and ions due to such oxidation and reduction reactions is an essential phenomenon for the continuous movement of fluid in an electroosmotic pump. In the case where the electroosmotic pump is implemented using the platinum electrode as described above, it is difficult to realize a stable flow rate due to the phenomenon that the gas generated by the above reaction is trapped in the small pores of the porous membrane, It is difficult to implement a closed-loop system because of the safety problem.

가스발생 없이 안정적이며 안전하게 작동하는 전기삼투펌프는 가스가 발생하지 않는 반응을 활용하여 전극물질을 구성한 경우 가능하다. 예를 들어 은/산화은 전극반응을 활용한 경우, (+)극에서는 은의 산화반응이 일어나며, (-)극에서는 산화은의 환원반응이 일어난다. 이 경우에 전극은 전극 반응에 참여하는 물질이 된다. 그러나 이러한 소모형 전극(consumable electrode)을 전기삼투펌프에 적용한 경우는 전극물질의 제한된 양 때문에 전기삼투펌프를 이용해 이동시킬 수 있는 유체의 양이 제한된다는 문제가 있다. An electroosmotic pump that operates stably and safely without generating a gas is possible if the electrode material is constructed using a gas-free reaction. For example, when the silver / silver oxide electrode reaction is utilized, the oxidation reaction of silver occurs at the (+) electrode and the reduction reaction of silver oxide occurs at the (-) electrode. In this case, the electrode becomes a material participating in the electrode reaction. However, when such a consumable electrode is applied to an electroosmosis pump, there is a problem that the amount of fluid that can be transferred using the electroosmotic pump is limited due to a limited amount of electrode material.

그러므로 종래 기술로 전기삼투펌프를 이용하여 가스발생 없이 안전하게 장시간 다량의 유체를 안정적으로 이동시키는 것은 어려움이 있었다. 즉, 소모용 전극 반응(consumable electrode reaction)을 적용한 전기삼투펌프의 경우 전극활성물질량이 제한되어 있기 때문에 이 양으로 구현할 수 있는 전극반응으로 소량의 유체를 일회용으로 이동시키는 데에는 적합하지만, 유체를 지속적으로 이동시키는 데에는 적합하지 않은 문제점을 가지고 있었다.Therefore, it has been difficult to stably transfer a large amount of fluid for a long period of time safely and safely without using a conventional osmosis pump. That is, the electroosmotic pump employing the consumable electrode reaction is suitable for moving a small amount of fluid in a disposable manner due to the electrode reaction that can be performed in this amount because the amount of the electrode active material is limited. However, And thus it is not suitable for moving the light source to the light source.

한편, 몸 안에서 세포 간액(interstitial fluid)은 혈관과 조직 사이에서 영양분과 산소 등을 공급하고 노폐물이나 이산화탄소를 다시 정맥으로 운반하는 등 몸 안에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 때문에 세포간액은 혈장과 매우 유사한 조성으로 이루어져 있으며 몸의 상태를 진단할 수 있는 여러 가지 중요한 정보를 가지고 있다. 따라서, 세포간액을 이용하여 다양한 형태의 진단, 검사, 모니터링이 가능하다.Meanwhile, the interstitial fluid in the body plays a very important role in the body, supplying nutrients and oxygen between blood vessels and tissues, and transporting waste and carbon dioxide back into the vein. Therefore, the intracellular fluid is very similar in composition to plasma and has various important information to diagnose the condition of the body. Therefore, it is possible to diagnose, test and monitor various types of cells using intercellular fluid.

이처럼 세포간액은 진단에 있어서 가장 직접적인 검사대상 중 하나이며, 이에 따라 세포간액을 추출하거나 투석하여 진단에 응용하려는 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중 한 연구(Life Science. 2002, p 2457)를 참조하면, 외경 0.64 mm인 폴리이미드(polyimide)재질의 고분자 섬유(MWCO 20 kDa, CMA 60)를 통해 세포간액을 투석하였으며, 세포간액의 당 농도를 측정한 바 있다. 그러나 이 연구 보고에서는 흡입하는 펌프가 소형화되지 못하여 실험의 규모가 크고 복잡한 장비들이 사용된다는 한계가 있었다. 또 다른 연구(A. Merinari Diagnosis)에서는 "GlucoMen® Day"라는 이름으로 미세투석(micro-dialysis)을 통해 당 농도를 측정하는 연속 혈당 장치를 개발하였다. 그러나 이 연구 또한 연동 펌프(peristaltic pump)를 사용하여 장치의 크기가 커지는 등 상용성이 떨어진다는 문제점이 있었다.In this way, intercellular fluid is one of the most direct test objects for diagnosis, and various studies are being conducted to extract intercellular fluid or to apply it to diagnosis by dialysis. In one study (Life Science. 2002, p 2457), intercellular fluid was dialyzed through polyimide polymeric fibers (MWCO 20 kDa, CMA 60) with an outer diameter of 0.64 mm, The concentration was measured. However, in this study report, there was a limitation in that the suction pump could not be miniaturized, and large scale and complex equipment was used. Another study (A. Merinari Diagnosis) developed a continuous glucose device that measures glucose levels through micro-dialysis under the name "GlucoMen® Day". However, this study also has a problem that the compatibility is low such as the size of the apparatus is increased by using a peristaltic pump.

미국등록특허 제 8246541 호 (발명의 명칭: Real-time microdialysis system)United States Patent No. 8246541 entitled " Real-time microdialysis system "

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미세투석 프로브와 초소형 전기삼투펌프에 기반하여 세포간액을 미세투석하며, 세포간액을 대상으로 미세투석과 검교정을 함께 시행할 수 있는 세포간액 미세투석 장치 및 그 작동 방법을 제공하고자 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method for microdialysis of intracellular fluid based on a microdialysis probe and a microelectronic osmotic pump, And to provide a microdialysis apparatus and an operation method thereof. It should be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면은, 멤브레인(membrane) 양측에 구비된 제1 및 제2 전극과 유체경로부를 포함하며, 제1 및 제2 전극에 전압의 극성이 교번하여 공급됨에 따라 흡입력과 배출력을 교번하여 발생시키는 전기삼투펌프; 전기삼투펌프의 유체경로부에 일단부가 체결되어 관류액(perfusion fluid)에 흡입력과 배출력을 교번하여 전달하는 제1 이송라인 및 제2 이송라인; 관류액을 저장하며, 제1 이송라인의 타단부에 삽입 결합된 배출로를 따라 관류액을 배출하는 레저버(reservoir); 일단부가 대상체에 주입되어 세포간액을 미세투석하며, 제2 이송라인의 타단부에 삽입 결합되어 관류액을 인입하는 인입로와, 미세투석 후의 관류액을 배출하는 배출로를 포함하는 MD 프로브(micro-dialysis probe); 일 측면으로 MD 프로브의 배출로가 삽입 결합되어 배출로를 통해 미세투석 후의 관류액을 인입하고, 미세투석 후의 관류액으로부터 생체 정보를 측정하는 센서를 포함하는 전기삼투펌프 기반의 세포간액 미세투석 장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display apparatus including a first electrode and a second electrode provided on both sides of a membrane, and a fluid path portion, An electric osmotic pump alternately generating a suction force and a discharge power as the polarities are alternately supplied; A first conveyance line and a second conveyance line, one end of which is connected to the fluid path portion of the electroosmosis pump to alternately deliver the suction force and the fold output to the perfusion fluid; A reservoir for storing the perfusion liquid and discharging the perfusion liquid along the discharge path inserted and coupled to the other end of the first transfer line; An MD probe having micro-dialyzed intercellular fluid once injected into the subject and inserted into the other end of the second transfer line to introduce the perfusion fluid and a discharge passage for discharging the perfusion fluid after the microdialysis -dialysis probe); An electroosmotic pump-based intracellular microdialysis device comprising a sensor for inserting a discharge passage of an MD probe into the one side and introducing a perfusion fluid after fine dialysis through a discharge passage and measuring biometric information from the perfusion fluid after microdialysis Lt; / RTI >

또한, 본 발명의 제2 측면은, 전원 공급부; 흡입력과 배출력을 교번하여 발생시키는 전기삼투펌프; 다공성고분자섬유 및 바늘 중 적어도 하나를 포함하고, 전기삼투펌프의 흡입력과 배출력의 반복 발생에 따라 관류액을 인입하여 세포간액을 미세투석하고, 미세투석 후의 관류액을 배출하는 MD 프로브(micro-dialysis probe); 및 미세투석 후의 관류액으로부터 생체 정보를 측정하는 센서를 포함하는 전기삼투펌프 기반의 세포간액 미세투석 장치를 제공한다. 이때, 전기삼투펌프는, 유체의 이동을 허용하는 멤브레인과 멤브레인의 양측에 각각 배치되고, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질로 형성되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 전원 공급부는, 제1 전극 및 제2 전극 각각에 전압의 극성을 교번하여 공급함으로써, 전기삼투펌프의 흡입력 및 배출력을 교번하여 발생시킨다. According to a second aspect of the present invention, there is provided a power supply apparatus comprising: a power supply unit; An electric osmotic pump for alternately generating a suction force and a discharge power; A porous polymeric fiber, and a needle, and a microdialysis device for introducing the perfusion fluid according to the repeated generation of the suction force and the discharge power of the electro-osmotic pump to perform microdialysis of the intercellular fluid and discharging the perfusion fluid after the microdialysis, dialysis probe); And a sensor for measuring biometric information from the perfusion fluid after fine dialysis. The present invention also provides an electroosmotic pump-based intracellular microdialysis device comprising: At this time, the electroosmotic pump includes a membrane and a first electrode and a second electrode, which are disposed on both sides of the membrane and allow movement of the fluid, and are formed of a porous material to allow movement of the fluid, The polarity of the voltage is alternately supplied to each of the first electrode and the second electrode, thereby alternately generating the suction force and the discharge power of the electroosmotic pump.

또한, 본 발명의 제3 측면은, (a) 검교정 모드에 대응하여 펄스 전압 및 펄스 시간을 조정하는 단계; (b) 전기삼투펌프의 제1 전극 및 제2 전극에 서로 다른 극성의 전압을 교번하여 공급하여, 관류액을 미세투석 프로브로 이동시키는 단계; (c) 미세투석 프로브에서 미세투석을 수행한 후, 미세투석 후의 관류액으로부터 생체 정보를 측정하는 단계; (d) 미세투석 후의 관류액의 유속이 임계값을 초과하면, 측정된 생체 정보를 기초로 검교정을 수행하는 단계; (e) 측정 모드에 대응하여 펄스 전압 및 펄스 시간을 조정하는 단계를 포함하는 세포간액 미세투석 장치의 동작 방법을 제공한다. 이때, (d) 단계에서, 미세투석 후의 관류액의 유속이 임계값을 초과하지 않으면, 상기 방법은 (b) 및 (c) 단계는 반복 수행한다. According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: (a) adjusting a pulse voltage and a pulse time corresponding to a calibration mode; (b) alternately supplying voltages of different polarities to the first and second electrodes of the electroosmotic pump to move the perfusion liquid to the microdialysis probe; (c) performing microdialysis in the microdialysis probe, and then measuring biometric information from the perfusion solution after microdialysis; (d) performing calibrating based on the measured biometric information if the flow rate of the perfusion fluid after fine dialysis exceeds a threshold value; (e) adjusting a pulse voltage and a pulse time corresponding to the measurement mode. At this time, if the flow rate of the perfusion liquid after the microdialysis in step (d) does not exceed the threshold, the method repeats steps (b) and (c).

본 발명의 제4 측면은, 상기 제3 측면의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.A fourth aspect of the present invention provides a computer-readable recording medium on which a program for implementing the method of the third aspect is recorded.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 유체가 통과하는 멤브레인의 양측에 배치된 양 전극이 가역적인 전기화학반응을 일으키는 물질로 구성된 전기삼투펌프를 사용함으로써, 기계적으로 움직이는 부분이 없어 무소음이며, 인가된 전압에 비례하여 효과적으로 유속을 조절할 수 있다. 이러한 전기삼투펌프의 흡입력/배출력에 의해 세포간액을 연속적으로 미세투석할 수 있어 효과적이다. 또한 장치 내의 유속을 변경하여 미세투석과 검/교정을 함께 시행할 수 있는 효과가 있다.According to the above-described object of the present invention, there is no mechanical moving part and noiseless sound is obtained by using an electroosmotic pump composed of a material in which both electrodes disposed on both sides of the membrane through which the fluid passes cause a reversible electrochemical reaction, The flow rate can be effectively controlled in proportion to the applied voltage. The suction power / drain output of the electroosmotic pump is effective because the intercellular fluid can be continuously microdialed. In addition, the flow rate in the device can be changed to effect microdialysis and gum / calibration together.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기삼투펌프 기반 세포간액 미세투석 장치를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 A 영역의 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송경로부의 사시도이다
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송경로부의 후면도이다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기삼투펌프의 구성을 도시한다.
도 2e 및 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기삼투펌프의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기삼투펌프의 가역적인 전기화학 반응에 따라 유체의 흐름이 변경되는 일례를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 B 영역의 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 MD 프로브의 구성을 도시한다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서가 당 농도를 측정하는 일례이다.
도 5a는 하부 케이스의 상면도이이다.
도 5b 및 도 5c는 각각 하부 케이스의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치에서의 관류액 흐름을 도시한 개요도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치에서의 관류액 흐름을 도시한 개요도이다.
도 8은 도 7의 세포간액 미세투석 장치의 레저버&웨이스트백의 구성을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치를 사용하여 당 농도를 측정한 실험 결과의 일례이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치를 사용하여 자동 검정 및 교정을 처리한 실험 결과의 일례이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치가 검교정 및 미세투석을 함께 수행하는 동작을 설명하기 위한 블록도 및 순서도를 도시한다.
FIG. 1 illustrates an electroosmotic pump-based intercellular microdialysis device according to an embodiment of the present invention.
2A is a cross-sectional view of region A of FIG. 1 according to one embodiment of the present invention.
2B is a perspective view of the conveyance path portion according to an embodiment of the present invention
2C is a rear view of the conveyance path portion according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2D shows the construction of an electroosmotic pump according to an embodiment of the present invention.
2E and 2F are views for explaining the operation principle of the electroosmosis pump according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates an example in which the fluid flow is changed according to the reversible electrochemical reaction of the electroosmotic pump according to an embodiment of the present invention.
4A is a cross-sectional view of region B of FIG. 1 according to one embodiment of the present invention.
4B shows a configuration of an MD probe according to an embodiment of the present invention.
4C is an example in which the sensor according to an embodiment of the present invention measures glucose concentration.
5A is a top view of the lower case.
5B and 5C are side views of the lower case, respectively.
6 is a schematic diagram showing a flow of a perfusion liquid in an intercellular fluid microdialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a flow of a perfusion liquid in an intercellular fluid microdialysis apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG.
8 shows the configuration of a reservoir & waist bag of the intercellular fluid microdialysis apparatus of Fig.
9 is an example of an experimental result of measuring sugar concentration using an intercellular microdialysis device according to an embodiment of the present invention.
10 is an example of an experimental result obtained by performing an automatic test and calibration using an intercellular fluid microdialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 11 and 12 are a block diagram and a flowchart for explaining an operation of the intercellular microdialysis device according to an embodiment of the present invention to perform both calibrating and microdialysis.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

본 발명 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. In the entire specification of the present invention, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not necessarily the case that it is "directly connected", but also "electrically connected" .

본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.In the entire specification of the present invention, when a member is located on another member, this includes not only a case where a member is in contact with another member but also a case where another member exists between the two members.

본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout the specification of the present invention, when a part is referred to as " including " an element, it is understood that it may include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the present disclosure are used in their numerical value or in close proximity to their numerical values when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meanings are presented, Accurate or absolute numbers are used to prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used in the specification of the present invention does not mean " step for.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기삼투펌프 기반의 세포간액 미세투석 장치를 도시한다. FIG. 1 illustrates an intracellular fluid microdialysis apparatus based on an electroosmosis pump according to an embodiment of the present invention.

도 1에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기삼투펌프 기반의 세포간액 미세투석 장치(10)로서 대상체(object)로부터 세포간액을 미세투석하기 위한 다양한 모듈을 포함한다. 1, an electroosmotic pump-based intercellular microdialysis apparatus 10 according to an embodiment of the present invention includes various modules for microdialysis of intracellular fluid from an object.

도 1을 참조하면, 전기삼투펌프 기반의 세포간액 미세투석 장치(10)는 세포간액을 미세투석하는 미세투석 프로브(micro-dialysis probe, 이하, 'MD 프로브'라 함)(11), 관류액(perfusion fluid)을 저장하는 레저버(reservoir)(12), 전기삼투현상에 의해 흡입력 및 배출력을 교번하여 발생시키는 전기삼투펌프(13), 상기 흡입력 및 배출력을 관류액(perfusion fluid)에 전달하는 제1 및 제2 이송라인(14a, 14b)를 포함하는 이송경로부(14), 미세투석 후의 관류액으로부터 생체 정보를 감지하는 센서(16) 및 미세투석 후의 관류액을 최종 저장하는 웨스트백(waste-bag)(17)을 포함한다. 1, an electroosmotic pump-based intercellular microdialysis apparatus 10 includes a micro-dialysis probe (hereinafter referred to as "MD probe") 11 for microdialysis of intercellular fluid, a reservoir 12 for storing perfusion fluid, an electroosmotic pump 13 for alternately generating a suction force and a discharge power by the electroosmosis phenomenon, A transfer path 14 including first and second transfer lines 14a and 14b for transferring microdialysis, a sensor 16 for sensing biometric information from the perfusion solution after microdialysis, and a waist for finally storing the perfusion solution after microdialysis And a waste-bag (17).

이 외에도, 전술한 하나 이상의 구성 요소를 수납하는 하부 케이스(18), 세포간액 미세투석 장치(10)의 동작을 제어하는 제어 회로(미도시), 구성 요소들로 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시) 및 상부 케이스(미도시)를 더 포함한다.(Not shown) for controlling the operation of the intercellular microdialysis apparatus 10, a power supply unit (not shown) for supplying power to the components, And an upper case (not shown).

이하에서는, 세포간액 미세투석 장치(10)는 미세투석 전의 관류액을 이동시키는 구성요소들로 이뤄진 A 영역과 미세투석 후의 관류액을 이동시키는 구성요소들로 이뤄진 B 영역으로 구분하여 설명한다. 이때, A 영역은 레저버(12), 전기삼투펌프(13) 및 이송경로부(14)로 구성되며, B 영역은 MD 프로브(11), 센서(16) 및 웨이스트백(17)으로 구성된다. 그러나 상기한 A 영역 및 B 영역은 설명의 편의를 위해 구분되는 것으로서, 세포간액 미세투석 장치(10)는 A 및 B 영역이 혼합되어 구현될 수 있으며, A 및 B 영역의 구성요소들은 서로 유기적으로 결합되어 동작되어야 한다는 것은, 본 발명의 당업자에게 용이하게 이해될 수 있을 것이다.Hereinafter, the intercellular microdialysis system 10 will be divided into the A region consisting of the components for moving the perfusion solution before microdialysis and the B region composed of the components for moving the perfusion solution after microdialysis. At this time, the area A is composed of the reservoir 12, the electroosmotic pump 13 and the conveyance path part 14, and the area B is composed of the MD probe 11, the sensor 16 and the waste bag 17 . However, the A region and the B region are categorized for the convenience of explanation. The intercellular microdialysis apparatus 10 can be realized by mixing A and B regions, and the components of the A region and the B region are organically It should be understood by those skilled in the art that the present invention should be combined and operated.

먼저, A 영역에 포함된 구성요소들 및 A 영역에서의 관류액 이동에 대해 상세히 살펴본다. First, the components contained in the region A and the movement of the perfusion fluid in the region A will be described in detail.

도 2a는 도 1의 A 영역의 단면도이다. 2A is a cross-sectional view of region A of Fig.

도 2a 를 참조하면, 레저버(12)는 외부의 기체 및 이온에 대해 차단가능한 소재로서 관류액을 저장하는 저장용기이며, 관류액이 배출되는 배출로(12a)를 갖는다. 여기서, 관류액은 탈이온수일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 2A, the reservoir 12 is a storage container for storing a perfusion liquid as a material that can be shielded against external gases and ions, and has a discharge passage 12a through which a perfusion liquid is discharged. Here, the perfusion liquid may be deionized water, but is not limited thereto.

배출로(12a)의 끝단부는 이송경로부(14)의 제1 이송라인(14a)의 일단부에 삽입 결합된다. 이때, 제1 이송라인(14a)의 일단면에는 체결 부재(42a)가 구비되어, 배출로(12b)의 끝단과 체결된다. 한편, 체결 부재(42a)에는 오링(oring)(43a)이 결합되어 간극을 방지할 수 있다. 이때, 오링(43a)은 원형의 고리로서, 천연고무, 합성고무, 합성 수지 등으로 구성될 수 있다. The end of the discharge passage 12a is inserted into one end of the first transfer line 14a of the transfer path portion 14. [ At this time, a fastening member 42a is provided at one end face of the first conveyance line 14a and is fastened to the end of the discharge passage 12b. Meanwhile, an O-ring 43a is coupled to the fastening member 42a to prevent a gap. At this time, the O-ring 43a is a circular ring and may be composed of natural rubber, synthetic rubber, synthetic resin, or the like.

관류액은 제1 이송라인(14a)을 통해 전달되는 전기삼투펌프(13)의 흡입력에 의해 배출로(12a)를 따라 배출되어, 제1 이송라인(14a)으로 이동된다. The perfusion liquid is discharged along the discharge path 12a by the suction force of the electroosmotic pump 13, which is transferred through the first transfer line 14a, and is moved to the first transfer line 14a.

이송경로부(14)는 전기삼투펌프(13)에 타단부가 체결되어 이송대상유체(즉, 관류액)에 전기삼투펌프(13)의 흡입력 및 배출력을 교번하여 전달하는 제 1 및 제 2 이송라인(14a, 14b)을 포함한다. 이때, 이송경로부(14)는 제 1 및 제 2 이송라인(14a, 14b)을 수납하여 지지하는 케이스(14c)를 포함하며, 제 1 및 제 2 이송라인(14a, 14b)과 케이스(14c)는 일체형으로 구비될 수 있다. The conveying path portion 14 is connected to the electroosmotic pump 13 at the other end thereof so that the suction force and the discharge power of the electroosmotic pump 13 are alternately transmitted to the fluid to be conveyed Transfer lines 14a and 14b. The conveying path portion 14 includes a case 14c for receiving and supporting the first and second conveying lines 14a and 14b and the first and second conveying lines 14a and 14b and the case 14c May be provided integrally.

도 2b는 이송경로부(14)의 사시도이며, 도 2c는 이송경로부(14)의 후면도이다. 도 2b를 참조하면, 케이스(14c)의 일면에는 제1 및 제2 이송라인(14a, 14b)의 일단부가 케이스(14c) 외부로 노출되도록 하는 개구부(도 2b의 21, 22)가 구비되며, 타면에는 제1 및 제2 이송라인(14a, 14b)의 타단부가 전기삼투펌프(13)의 유체경로부와 결합 가능하도록 제1 및 제2 이송라인(14a, 14b)의 타단부를 노출시키는 개구부(도 2c의 23)가 구비된다. 또한, 이송경로부(14) 및 전기삼투펌프(13)는 서로 체결된 상태로 하부 케이스(18)에 수납될 수 있으며, 전기삼투펌프(13)의 일단부 및 이송경로부(14)의 타단부에는 서로 결합 가능하도록하는 체결 수단이 각각 포함될 수 있다. 이때, 전기삼투펌프(13)와 이송경로부(14)는 일체형으로 구비될 수도 있다.Fig. 2B is a perspective view of the conveying path portion 14, and Fig. 2C is a rear view of the conveying path portion 14. Fig. 2B, openings (21 and 22 in FIG. 2B) for exposing one end of the first and second transfer lines 14a and 14b to the outside of the case 14c are provided on one surface of the case 14c, And the other end of the first and second transfer lines 14a and 14b is exposed on the other surface so that the other end of the first and second transfer lines 14a and 14b can engage with the fluid path portion of the electroosmotic pump 13 An opening (23 in Fig. 2C) is provided. The conveying path portion 14 and the electroosmotic pump 13 can be housed in the lower case 18 in a state where they are fastened to each other and the one end portion of the electroosmotic pump 13 and the other end portion of the conveying path portion 14 The end portions may include fastening means that can be coupled with each other. At this time, the electroosmotic pump 13 and the conveyance path unit 14 may be integrally provided.

이송경로부(14)의 제1 및 제2 이송라인(14a, 14b)의 일단부 또는 양단부에는 유체의 흐름 방향을 허용하거나 제한하도록 개폐되는 제1 및 제2 개폐장치(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 개폐장치(미도시)는 전기삼투펌프(13)의 흡입력 및 배출력에 동기화되어 레저버(15)의 관류액이 일방향으로 이동하도록 상호 반대로 개폐되며, 예시적으로 밸브, 보다 구체적으로는 일방향으로만 유체의 흐름을 허용하는 체크밸브(check valve)일 수 있다.First and second open / close devices (not shown) are provided at one end or both ends of the first and second transfer lines 14a and 14b of the transfer path unit 14 to open or close the fluid flow direction to allow or restrict the fluid flow direction . Such an opening / closing device (not shown) is synchronized with the suction force and the discharge output of the electroosmotic pump 13, and is opened / closed in the opposite direction so that the perfusion liquid of the reservoir 15 moves in one direction, and is illustratively a valve, more specifically, The check valve may be a check valve that allows the flow of the fluid only to the outside.

구체적으로, 전기삼투펌프(13)에서 흡입력이 발생되면, 제1 이송라인(14a)에 구비된 제1 개폐장치는 개방되고 제2 이송라인(14b)에 구비된 제2 개폐장치는 차단됨으로써, 관류액은 제1 이송라인(14a)으로 인입되어 전기삼투펌프(13)로 이동된다. 반대로 전기삼투펌프(13)에서 배출력이 발생되면, 제1 개폐장치는 차단되고 제2 개폐장치가 개방되어, 관류액은 제2 이송라인(14b)을 통해 반대방향으로 흐른다. 제2 이송라인(14b)의 일단부에는 MD 프로브(11)의 인입로(inlet)(11a)가 삽입 결합되므로, 관류액은 인입로(11a)를 통해 MD 프로브(11)로 이동된다. Specifically, when the suction force is generated in the electroosmotic pump 13, the first opening and closing device provided on the first conveying line 14a is opened and the second opening and closing device provided on the second conveying line 14b is blocked, The perfusion liquid is drawn into the first transfer line 14a and transferred to the electroosmotic pump 13. On the contrary, when a discharge power is generated in the electroosmotic pump 13, the first opening and closing device is shut off and the second opening and closing device is opened, and the perfusion liquid flows in the opposite direction through the second conveyance line 14b. Since the inlet 11a of the MD probe 11 is inserted and coupled at one end of the second transfer line 14b, the perfusion liquid is transferred to the MD probe 11 through the inlet path 11a.

도 2d 내지 2f는 전기삼투펌프(13)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.2d to 2f are views for explaining the operation principle of the electroosmotic pump 13. Fig.

먼저, 도 2d를 참조하면, 전기삼투펌프(13)는 멤브레인(203), 멤브레인(203)의 양측에 각각 마련된 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)을 포함하며, 각 전극(201, 202)을 격납하여 각 전극(201, 202)으로 전원을 전달하는 스트립(strip)(204, 205)을 포함한다. 스트립(204, 205)은 전원 공급부(미도시)와의 연결부재(204a, 205a)를 구비하여, 전원 공급부(미도시)로부터 공급된 전원을 전극(201, 202)으로 전달한다. Referring to FIG. 2D, the electroosmotic pump 13 includes a membrane 203, a first electrode 201 and a second electrode 202 provided on both sides of the membrane 203, and each electrode 201 202 for supplying power to the electrodes 201, 202, respectively. The strips 204 and 205 are provided with connecting members 204a and 205a to a power supply unit (not shown) to transmit power supplied from a power supply unit (not shown) to the electrodes 201 and 202.

전기삼투펌프(13)는 멤브레인(203)과, 제1 및 제2 전극(201, 202) 사이의 유체 흐름을 통해 흡입력 및 배출력을 발생시킨다. The electroosmotic pump 13 generates a suction force and an abdomen output through fluid flow between the membrane 203 and the first and second electrodes 201, 202.

구체적으로, 멤브레인(203)은 유체가 이동하는 유체경로부(209)에 설치되며, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성된다. 예시적으로, 멤브레인(203)은 약 0.1 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 크기의 입상물의 형태를 가지는 실리카(silica), 유리(glass) 등을 이용하여 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 예시적으로, 멤브레인(203)은 디스크 멤브레인일 수 있고, MEA(membrane electrode assembly)일 수도 있으며, 이외에도 다양한 형태의 다공성 재질이나 구조를 가지는 것일 수 있다. Specifically, the membrane 203 is installed in the fluid path portion 209 through which the fluid moves, and is formed of a porous material or structure to allow the fluid to move. Illustratively, membrane 203 may be fabricated using, but not limited to, silica, glass, or the like, in the form of particulate matter having a size of from about 0.1 microns to about 5 microns. Also, illustratively, the membrane 203 may be a disk membrane, a membrane electrode assembly (MEA), or may have various other porous materials or structures.

제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 유체경로부(209) 상에서 멤브레인(203)의 양측에 각각 마련되며, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 음이온 고분자가 혼입된 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 멤브레인(203)에 의해 간격이 일정하게 유지된다. 멤브레인(203)과 마찬가지로 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성된다.The first electrode 201 and the second electrode 202 are provided on both sides of the membrane 203 on the fluid path portion 209. The first electrode 201 and the second electrode 202 are formed by mixing an anionic polymer Based conductive polymer. In addition, the first electrode 201 and the second electrode 202 are kept constant in spacing by the membrane 203. Like the membrane 203, the first electrode 201 and the second electrode 202 are formed of a porous material or structure to allow movement of the fluid.

각 전극(201, 202)에 전압이 공급되면, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)의 전압 차이에 의해, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)에 산화환원 반응이 일어나 전하균형이 깨지게 되는데, 이 때, 전극 내에서 양이온이 이동됨으로써 전하균형을 맞추게 된다. 이때 제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 중 어느 하나는 전기화학 반응을 통해 양이온을 발생시키고, 다른 하나는 양이온을 소모할 수 있다. 여기서, 전기화학 반응 시 발생되고 소모되는 양이온은 1가 양이온일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수소 이온(H+), 나트륨 이온(Na+), 칼륨 이온(K+) 등과 같이 다양한 이온을 포함할 수 있다. When a voltage is applied to each of the electrodes 201 and 202, a redox reaction is caused between the first electrode 201 and the second electrode 202 due to a voltage difference between the first electrode 201 and the second electrode 202 And the charge balance is broken. At this time, the positive ions are moved in the electrode to balance the charge. At this time, any one of the first electrode 201 and the second electrode 202 may generate positive ions through the electrochemical reaction, and the other may consume the positive ions. The cation generated during the electrochemical reaction may be a monovalent cation, but the present invention is not limited thereto. It may include various ions such as hydrogen ion (H +), sodium ion (Na +), potassium ion (K + have.

이러한 산화환원 반응에 따른 이온의 이동이 멤브레인(203)을 통해 이루어지면 유체가 유체경로부(209)를 따라 이동될 수 있다. 멤브레인(203)은 유체뿐만 아니라, 이온의 이동도 허용할 수 있다. 따라서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 유체와 이온은 전극(201, 202)에 전원이 공급되면, 멤브레인(203)의 일측에서 타측으로, 또는 타측에서 일측으로 이동될 수 있다. The fluid can be moved along the fluid path portion 209 when the ions are moved through the membrane 203 in accordance with the oxidation-reduction reaction. Membrane 203 may allow movement of ions as well as fluids. Accordingly, as shown in FIG. 2E, the fluid and ions can be moved from one side of the membrane 203 to the other, or from one side to the other, when the electrodes 201 and 202 are supplied with power.

또한, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)에는 전도성 고분자가 전착될 수 있다. 전기삼투펌프(13)는 전도성 고분자가 거대음이온 고분자, 즉 음이온 고분자를 포함하므로, 전극(201, 202)의 산화환원 반응 시, 음이온 고분자는 고정되어 이동될 수 없기 때문에, 유체 중에 있는 양이온이 이동하며 전하균형을 맞추게 된다. 즉, (-) 전극의 환원반응 시, 전도성 고분자 매트릭스가 중성이 되면, 고정된 음이온 고분자의 전하균형을 맞추기 위해 유체 중에 존재하는 양이온이 혼입되어 들어오게 된다. 다시 말해, 전극(201, 202)의 산화환원 반응 시 음이온 고분자는 이동되지 않고, 유체 내의 양이온이 이동한다. 이러한 양이온은 음전하로 대전된 멤브레인(203)과 인력이 작용하여 쉽게 멤브레인(203)을 통과할 수 있게 되므로 빠른 속도의 산화환원 반응을 야기할 수 있다. 이는, 전기삼투펌프(13)가 빠른 속도로 유체를 이동시킬 수 있음을 의미한다. The conductive polymer may be electrodeposited on the first electrode 201 and the second electrode 202. Since the electroosmotic pump 13 includes a large anion polymer, that is, an anionic polymer, the anion polymer can not be fixed and moved during the redox reaction of the electrodes 201 and 202, And balance the charge. That is, when the conductive polymer matrix is neutralized during the reduction reaction of the (-) electrode, the cation existing in the fluid is mixed in order to balance the charge of the fixed anion polymer. In other words, during the redox reaction of the electrodes 201 and 202, the anionic polymer does not move but the cations in the fluid move. These cations can cause a rapid oxidation / reduction reaction since the negatively charged membrane 203 can be easily attracted to the membrane 203 by the attraction force. This means that the electroosmotic pump 13 can move the fluid at a high speed.

이때, 전도성 고분자는 음이온 고분자를 포함하는 유체에서 단량체의 중합반응을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 음이온 고분자가 존재하는 유체에서 단량체를 산화시키면, 유체 상에 있던 음이온 고분자가 혼입되며 중합반응이 진행되므로, 양이온 고분자-음이온 고분자로 이루어진 고분자 복합체가 합성될 수 있다. 또는, 전도성 고분자는 전기화학적 산화 또는 산화제를 이용한 화학적 산화 등을 통해 합성될 수 있다. 이 외에도, 전도성 고분자는 전기 전도성을 가지거나 음전하를 띠는 다양한 고분자일 수 있다.At this time, the conductive polymer may be formed through the polymerization of monomers in a fluid containing an anionic polymer. For example, when a monomer is oxidized in a fluid in which an anionic polymer is present, the anionic polymer in the fluid is mixed and the polymerization reaction proceeds, so that a polymer complex composed of a cationic polymer-anionic polymer can be synthesized. Alternatively, the conductive polymer may be synthesized through electrochemical oxidation or chemical oxidation using an oxidizing agent. In addition, the conductive polymer may be a variety of polymers having electrical conductivity or negatively charged.

또한, 전극(201, 202)은 탄소 나노 구조체를 추가 포함할 수 있다. 탄소 나노 구조체는 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 탄소 나노입자(carbon nanoparticle), 풀러렌(fullerene), 흑연(graphite) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 탄소 나노 구조체 중 탄소나노튜브가 포함된 전도성 고분자의 복합체를 전착시킨 전극에서는, 보다 안정적이고 빠른 속도로 산화환원 반응이 일어날 수 있다.In addition, the electrodes 201 and 202 may further include a carbon nanostructure. The carbon nanostructure may include, but is not limited to, carbon nanotubes (CNTs), graphenes, carbon nanoparticles, fullerenes, graphite, and the like. In an electrode in which a complex of a conductive polymer containing carbon nanotubes among carbon nanostructures is electrodeposited, a redox reaction can be more stably and rapidly performed.

한편, 제1 전극(201)과 제2 전극(202)에 포함된 전도성 고분자는 가역적인 전기화학 반응을 일으키는 것일 수 있다. 즉, 제1 전극(201)과 제2 전극(202)은 각각 정반응과 역반응이 모두 일어날 수 있다. 이러한 전기삼투펌프(13)의 가역적인 전극반응은, 전원 공급부(미도시)가 제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 각각에 전압의 극성을 교번하여 공급함으로써 이루어질 수 있다. Meanwhile, the conductive polymer included in the first electrode 201 and the second electrode 202 may cause a reversible electrochemical reaction. That is, both the first electrode 201 and the second electrode 202 may have both a forward reaction and a reverse reaction. The reversible electrode reaction of the electroosmotic pump 13 can be achieved by alternately supplying a voltage polarity to each of the first electrode 201 and the second electrode 202 by a power supply unit (not shown).

도 2f는 가역적인 전기화학 반응에 따라 유체의 흐름이 변경되는 일례를 도시한다. 200-1에 도시된 바와 같이, 제1 전극(201)에 (+) 전압을 공급하고, 제2 전극(202)에 (-) 전극을 공급하여, (+) 전극(즉, 제1 전극(201))에서 (-) 전극(즉, 제2 전극(202))으로 유체를 이동시킬 수 있으며, 이를 교번시키면, 200-2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(201)에 (-) 전압을 공급하고, 제2 전극(202)에 (+) 전극을 공급하여, (+) 전극(즉, 제2 전극(202))에서 (-) 전극(즉, 제1 전극(201))으로 유체를 이동시킬 수 있다.FIG. 2F shows an example in which the flow of the fluid is changed in accordance with the reversible electrochemical reaction. The positive electrode is supplied to the first electrode 201 and the negative electrode is supplied to the second electrode 202 as shown in FIG. (-) electrode (that is, the second electrode 202) from the first electrode 201 to the negative electrode (second electrode 202) (I.e., the first electrode 201) from the positive electrode (that is, the second electrode 202) to the positive electrode (i.e., the first electrode 201) by supplying the positive electrode to the second electrode 202, .

그리고 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 가역적인 전극반응을 하는 전극물질을 활용함으로써, 유체 흐름을 바꿀 수 있을 뿐만 아니라, 전극반응이 역방향으로 일어남에 따라 정반응에 의해 소모된 전극활성물질을 원래의 상태로 되돌릴 수 있다. 이와 같이, 전극(201, 202)은 소모 및 재생을 반복함으로써, 전기삼투펌프(13)의 수명을 늘릴 수 있다. In addition, the first electrode 201 and the second electrode 202 can change the fluid flow by utilizing an electrode material that performs a reversible electrode reaction. In addition, as the electrode reaction occurs in the opposite direction, The active material can be returned to its original state. Thus, the life of the electroosmotic pump 13 can be increased by repeating the consumption and the regeneration of the electrodes 201, 202.

한편, 전원 공급부(미도시)는 전압의 극성을 교번하여 공급하기 위해, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 각각에 직류 전압을 공급하기 위한 직류공급장치(미도시)와 각 전극(202, 203)에 공급되는 직류 전압의 극성을 설정된 시간마다 교번하여 전환시키는 전환장치(미도시)를 포함하여 구현될 수 있다. 이를 통해, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 각각에 걸리는 전압을 지속적으로 설정된 시간마다 반대 극성으로 바꿔줄 수 있다. 그러나, 전술한 예에 한정되는 것은 아니며, 전원 공급부(미도시)는 일정한 주기로 교반 전류를 공급하는 교류공급장치(미도시)로 구현될 수도 있다. The power supply unit (not shown) supplies a DC voltage to each of the first electrode 201 and the second electrode 202 in order to alternately supply the polarity of the voltage. (Not shown) for alternating the polarity of the DC voltage supplied to the switches 202 and 203 at predetermined time intervals. Accordingly, the voltage applied to each of the first electrode 201 and the second electrode 202 can be continuously changed to the opposite polarity every predetermined time. However, the present invention is not limited to the above-described example, and the power supply unit (not shown) may be implemented with an alternating current supplying device (not shown) supplying a stirring current at a constant cycle.

전술한 바와 같은 유체의 이동에 의해 전기삼투펌프(13)에는 흡입력 및 배출력이 교번하여 발생하며, 발생된 흡입력 및 배출력은 전기삼투펌프(13)에 체결된 이송경로부(14)로 전달되어 관류액을 이동시킨다. 이때, 전기삼투펌프(13)는 유체와 관류액을 분리하기 위한 격리재(도 2d의 206)를 포함한다. 도 2d를 다시 살펴보면, 격리재(206)는 유체와 관류액이 섞이는 것이 방지되도록 유체가 들어있는 공간과 관류액이 이동하는 공간을 구획하면서, 유체의 이동에 의해 발생되는 흡입력 및 배출력을 관류액에 효과적으로 전달한다. 이와 같은 격리재는, 비제한적 예시로서, 오일 갭(oil gap)을 형성하도록 하는 오일, 탄성을 가진 얇은 막으로 이루어지는 고무나 금속판 등의 다이아프램, 고분자막, 슬라이더 등을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 전기삼투펌프(13)의 타단부에서도 격리재(207) 및 커버(208)가 구비되어, 유체경로부(209)의 유체가 외부로 유출되는 것을 막는다. The suction force and the discharge power are alternately generated in the electroosmotic pump 13 by the movement of the fluid as described above and the generated suction force and the discharge power are transmitted to the conveyance path portion 14 fastened to the electroosmotic pump 13 Thereby moving the perfusion liquid. At this time, the electroosmotic pump 13 includes an insulator (206 in Fig. 2D) for separating the fluid and the perfusion liquid. Referring to FIG. 2D, the separator 206 separates a space containing the fluid and a space through which the perfusion liquid moves so that the fluid and the perfusion liquid are prevented from being mixed, and the suction force and the discharge power, Effectively. Such an isolation material may include diaphragms, polymer membranes, sliders, and the like, such as rubber or metal plate made of an oil for forming an oil gap or a thin film having elasticity, as a non-limiting example. An isolation material 207 and a cover 208 are also provided at the other end of the electroosmotic pump 13 to prevent the fluid in the fluid path portion 209 from flowing out to the outside.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 관류액이 전기삼투펌프(13)의 흡입력 및 배출력을 통해 일방향으로 이동되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a view for explaining the principle in which the perfusion liquid is moved in one direction through the suction force and the fold output of the electroosmosis pump 13 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 전기삼투펌프(13)의 도 3의 도면 상에서 상측에 위치하는 제1 전극(201)에 (-) 전압을, 하측에 위치하는 제2 전극(202)에 (+) 전압을 걸어주면, 흡입력이 발생한다. 이러한 흡입력에 의해 관류액은 ① 방향으로 이동된다. 이때, 제2 이송라인(14b)의 제2 개폐장치는 차단되어, 제2 이송라인(14b)에는 흡입력이 전달되지 않도록 한다. 3, a negative (-) voltage is applied to the first electrode 201 located on the upper side of the electroosmosis pump 13 in FIG. 3 of the electroosmosis pump 13, a negative (+) voltage is applied to the second electrode 202 located on the lower side, A suction force is generated. By this suction force, the perfusion liquid is moved in the direction (1). At this time, the second opening and closing device of the second conveying line 14b is shut off and the suction force is not transmitted to the second conveying line 14b.

반대로, 전기삼투펌프(13)의 상측에 위치하는 제1 전극(201)에 (+) 전압을, 하측에 위치하는 제2 전극(202)에 (-) 전압을 걸어주면, 가역적인 전기화학 반응에 의해 반대 방향으로의 배출력이 발생한다. 따라서, 전기삼투펌프(13)로 인입된 관류액은 제2 이송라인(14b)을 거쳐 ② 방향으로 이동된다. 이때, 제1 이송라인(14a)의 제1 개폐장치는 차단되어, 제1 이송라인(14a)에는 배출력이 전달되지 않도록 한다. 따라서, ② 방향으로 이동된 관류액은 MD 프로브(11)의 인입로(11a)를 따라 MD 프로브(11)로 이동된다. On the contrary, when a positive voltage is applied to the first electrode 201 located on the upper side of the electroosmosis pump 13 and a negative voltage is applied to the second electrode 202 located on the lower side, reversible electrochemical reactions A multiplication output in the opposite direction is generated. Therefore, the perfusion liquid drawn into the electroosmotic pump 13 is moved in the direction (2) through the second transfer line 14b. At this time, the first opening and closing device of the first conveying line 14a is cut off so that the folding output is not transmitted to the first conveying line 14a. Therefore, the perfusion liquid moved in the direction 2 is moved to the MD probe 11 along the inlet path 11a of the MD probe 11.

이하에서는, 도 1의 B 영역에 배치된 MD 프로브(11), 센서(16) 및 웨이스트백(17)의 구성 및 동작에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the configuration and operation of the MD probe 11, the sensor 16, and the waste bag 17 arranged in the region B of Fig. 1 will be described in detail.

도 4a는 도 1의 B 영역의 단면도이다. 4A is a cross-sectional view of the region B in Fig.

먼저, MD 프로브(11)는 일단부가 대상체에 주입되어 세포간액을 미세투석하며, 관류액이 인입되는 인입로(inlet)(11a)와 미세투석 후의 관류액(즉, 세포간액이 희석된 관류액)이 배출되는 배출로(outlet)(11b)를 포함한다. 이때, 인입로(11a)는 이송경로부(14)의 제2 이송라인(14b)의 일단면에 체결된다. 도 2a를 다시 참조하면, 인입로(11a)의 끝단부는 제2 이송라인(14b)의 끝단면에 삽입 결합되며, 제2 이송라인(14b)의 일단면에는 체결 부재(42b)가 구비되어, 인입로(11a)의 끝단과 체결된다. 또한, 체결 부재(42b)에는 오링(43b)이 결합되어 간극을 방지할 수 있다. First, the MD probe 11 is infiltrated into a subject once, and the intracellular fluid is microdialyzed. The MD probe 11 is supplied with an inlet 11a into which a perfusion liquid is introduced and a perfusion fluid after microdialysis (that is, And a discharge outlet 11b through which the gas is discharged. At this time, the inlet passage 11a is fastened to one end face of the second conveyance line 14b of the conveyance path portion 14. Referring to FIG. 2A again, the end of the inlet passage 11a is inserted into the end surface of the second transfer line 14b, and the one end surface of the second transfer line 14b is provided with a fastening member 42b, And is fastened to the end of the inlet passage 11a. In addition, an O-ring 43b is coupled to the fastening member 42b to prevent a gap.

그리고 배출로(11b)의 끝단부는 센서(16)의 일 측으로 삽입되어 센서(16)에 삽입 결합된다. 이때, 배출로(11b)의 끝단부과 센서(16) 일측에는 체결 장치가 구비될 수 있다. The end of the discharge passage 11b is inserted into one side of the sensor 16 and inserted into the sensor 16. At this time, a fastening device may be provided at one end of the discharge passage 11b and at the sensor 16 side.

MD 프로브(11)의 일단부는 다공성고분자섬유 및/또는 바늘로 형성되며, 대상체에 주입될 수 있도록 하부 케이스(19)를 관통하여 외부로 노출된다(도 5b 및 도 5c 참조). 예시적으로, MD 프로브(11)는 피부의 진피층 이상의 깊이(예컨대, 637 um 이상)로 주입될 수 있도록 일정 길이(예컨대, 0.1~10cm)를 하부 케이스(18)의 외부로 노출될 수 있다.One end of the MD probe 11 is formed of a porous polymer fiber and / or a needle, and is exposed to the outside through the lower case 19 so as to be injected into a target body (see FIGS. 5B and 5C). Illustratively, MD probe 11 can be exposed over the dermal layer of the skin depth (e.g., 637 u than m) a predetermined length (e.g., 0.1 ~ 10cm) to be introduced into the outside of the lower case 18 .

그리고 해당 일단부에서는 세포간액이 미세투석된다. 도 4b는 MD 프로브(11)의 구성을 도시한다. 도 4b를 참조하면, MD 프로브(11)의 인입로(11a) 및 배출로(11b) 각각은 제1 튜브(411) 및 제2 튜브(412)와 체결된다. In the corresponding part, intercellular fluid is microdialyzed. Fig. 4B shows the configuration of the MD probe 11. Fig. Referring to FIG. 4B, each of the inlet passage 11a and the discharge passage 11b of the MD probe 11 is fastened to the first tube 411 and the second tube 412.

제1 튜브(411)의 일단부는 인입로(11a)에 체결되며, 타단부는 MD 프로브(11)의 끝단에서 제2 튜브(412)의 일단부와 상호 연결된다. 이에 따라 인입로(11a)를 통해 제1 튜브(411)로 인입된 관류액은 제2 튜브(412)로 이동된다. 이때 관류액의 이동은 전기삼투펌프(13)의 흡입력 및 배출력이 교번하여 반복 발생됨에 따른 것이다. One end of the first tube 411 is fastened to the inlet passage 11a and the other end is connected to one end of the second tube 412 at the end of the MD probe 11. Accordingly, the perfusion liquid drawn into the first tube 411 through the inlet passage 11a is moved to the second tube 412. [ At this time, the movement of the perfusion liquid is caused by the repetition of the suction force and the discharge power of the electroosmotic pump 13 alternately.

제2 튜브(412)는 MD 프로브(11)의 끝단에서 제1 튜브(411)와 연결되며, 이때 제2 튜브(412)의 외측면은 반투과성막(semi-permeable membrane)(403)으로 형성되어 대상체에 접촉한다. 이때, 반투과성막은 유체/이온이 이동가능한 기공을 포함하며, 기공의 크기에 따라 수-수십 kDa범위까지 투석 가능하다. 제2 튜브(32)에서는 반투과성막 내외부의 농도 차로 인해, 대상체 내의 세포간액이 제2 튜브(412) 내로 확산되어 관류액에 희석된다. The second tube 412 is connected to the first tube 411 at the end of the MD probe 11 and the outer surface of the second tube 412 is formed of a semi-permeable membrane 403 And contacts the object. At this time, the semi-permeable membrane includes pores capable of moving fluids / ions and can be dialyzed to several to several ten kDa depending on the size of pores. In the second tube 32, the intercellular fluid in the subject is diffused into the second tube 412 and diluted in the perfusion liquid due to the difference in concentration between the inside and the outside of the semipermeable membrane.

예시적으로, 반투과성막은 셀룰로스 아세테이트(Cellulose acetate), 셀룰로스 디아세테이트(Cellulose diacetate), 쿠프로판(Cuprophan), 헤모판(Hemophan), 등의 셀룰로스 계열, 폴리설폰(Polysulfone), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), PAN-메틸 설포네이트(PAN-methyl sulfonate), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 설폰화 폴리설폰(Sulphonated polysulphone), 폴리아미드(Polyamide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리비닐설파이드(poly vinyl sulfide), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene), 폴리아민(polyamine), 폴리에틸렌옥사이드(poly ethylene oxide), 폴리에스테르설폰(polyethersulfone), 폴리스티렌설포네이트(poly styrene sulfonate), 폴리아크릴산 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 폴리비닐설포네이트(poly vinyl sulfonate) 또는 폴리(아크릴아미드-2-메틸-프로판설포네이트)(poly(acrylamide-2-methyl-propanesulfonate) 등의 합성 고분자로 이뤄질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Illustratively, the semi-permeable membrane is made of a cellulose series such as cellulose acetate, cellulose diacetate, Cuprophan, Hemophan, etc., polysulfone, polyacrylonitrile Polyacrylonitrile, PAN-methyl sulfonate, polymethyl methacrylate, sulphonated polysulphone, polyamide, polycarbonate, polyvinyl sulphide poly vinyl sulfide, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyamine, poly ethylene oxide, polyethersulfone, poly styrene sulfonate, polyacrylic acid polyacrylic acid polyacrylic acid, polyvinyl sulfonate or poly (acrylamide-2-methyl-propanesulfonate) 2-methyl-propanesulfonate), but the present invention is not limited thereto.

한편, 미세투석 후의 관류액은 배출로(11b)를 통해 이동되어 센서(16)로 인입된다. 이후, 미세투석 후의 관류액은 센서(16)를 거쳐 최종적으로 웨이스트백(17)에 저장된다. On the other hand, the perfusion liquid after fine dialysis is moved through the discharge passage 11b and enters the sensor 16. Thereafter, the perfusion liquid after the microdialysis is finally stored in the waste bag 17 via the sensor 16.

웨이스트백(17)은 외부의 기체 및 이온에 대해 차단가능한 소재로서 미세투석 후의 관류액을 저장하는 저장 용기로 구성되며, 웨이스트백 케이스(17b)에 의해 수납 지지된다. 이때 웨이스트백 케이스(17b)에는 센서(16)가 수납될 수 있는 중공이 형성되어 있어, 센서(16)의 타 측면에 웨이스트백(17)의 인입로(17d)가 안정적으로 삽입 결합되도록 지지한다. 한편, 센서(16)와 웨이스트백(17)은 일체로 형성될 수도 있다. The waste bag 17 is constituted of a storage container for storing the perfusion solution after microdialysis as a material which can be shielded against external gases and ions, and is received and supported by the waste bag case 17b. At this time, the waste bag case 17b is provided with a hollow in which the sensor 16 can be housed, so that the inflow path 17d of the waste bag 17 is stably inserted into the other side surface of the sensor 16 . On the other hand, the sensor 16 and the waste bag 17 may be integrally formed.

센서(16)는, 앞서 설명한 바와 같이, 일 측면에 MD 프로브(11)의 배출로(11b)가 삽입 결합되고, 타 측면에 웨이스트백(17)의 인입로(17d)가 삽입 결합되어, 웨이스트백 케이스(17b)에 수납 지지된다. 한편, 웨이스트백 케이스(17b)는 제어 회로(401)와 전원 공급부(402)가 격납되는 PCB(printed circuit board)(19)를 더 수납할 수도 있다. As described above, the sensor 16 has the discharge path 11b of the MD probe 11 inserted into one side and the insertion path 17d of the waste bag 17 inserted into the other side, And is accommodated and supported in the back case 17b. Meanwhile, the waste back case 17b may further contain a PCB (printed circuit board) 19 in which the control circuit 401 and the power supply unit 402 are housed.

센서(16)는 관류액으로부터 생체 정보를 측정한다. 이때, 측정되는 생체 정보는 센서(16)에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 당 농도, 젖산 농도 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The sensor 16 measures biometric information from the perfusion fluid. At this time, the measured biometric information may vary depending on the sensor 16, and may be, for example, sugar concentration, lactic acid concentration, and the like, but is not limited thereto.

도 4c는 센서(16)의 일 예로서 당 농도를 측정하는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 4C is a diagram for explaining a case of measuring the sugar concentration as an example of the sensor 16.

도 4c를 참조하면, 센서(16)는 미세투석 후의 관류액이 흐르는 반응 챔버(16e), 반응 챔버(16e) 내에서 관류액에 접촉되도록 설치되는 레퍼런스 전극(예컨대, Ag/AgCl)(16a) 및 카운터 전극(예컨대, Pt)(16c)을 포함하며, 각 전극 사이에는 절연막(16b)이 배치된다. 이때 각 전극의 일단면은 센서(16) 일면에 배치된 전도성 부재(403)에 접촉하며, 전도성 부재(403)가 전원 공급부(402)를 통해 공급받은 전압을 공급받는다. 전도성 부재(403)는 전도성 고무일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 4C, the sensor 16 includes a reaction chamber 16e through which the perfusion liquid flows after microdialysis, a reference electrode (for example, Ag / AgCl) 16a provided so as to contact the perfusion liquid in the reaction chamber 16e, And a counter electrode (e.g., Pt) 16c, and an insulating film 16b is disposed between the electrodes. At this time, one end face of each electrode is in contact with the conductive member 403 disposed on one side of the sensor 16, and the conductive member 403 is supplied with the voltage supplied through the power supply unit 402. The conductive member 403 may be a conductive rubber, but is not limited thereto.

레퍼런스 전극(16a)은 전압이 스윕되는 경우 작업 전극의 전위 변화를 읽어내는 기준이 되며, 카운터 전극(16c)은 전위 조절에 의해 전자가 흐르게 되는 통로다. 여기서, 개회로 전위란 아무런 전압을 가하지 않은, 일종의 회로가 끊어져 있는 상태에서 단백질 박막의 고유 특성과 전해질의 고유 특성에 의해 일정 전위 차가 형성되게 되고 구성된 시스템이 자연적으로 평형에 이르는 특정 전위를 가지게 된다는 것을 의미한다. 상기 원리를 역으로 이용하여, 특정 시스템의 개회로 전위를 알고 있을 때 개회로 전위를 시스템에 인가하면 시스템을 인위적으로 평형 상태에 근접하게 만들 수 있게 된다. 즉, 단백질 박막에 특정 환원 전위가 인가되어 단백질 박막이 전해질로부터 전자를 받아 환원 되었을 경우, 여기에 개회로 전위를 인가하면 단백질 박막이 본래의 자연적 평형 상태로 돌아가면서 흘러 들어갔던 여분의 전자를 내보내게 된다는 것을 의미한다. 반대로 단백질 박막이 전자를 내보내며 산화되었던 경우에 있어서도 개회로 전위가 인가되면 흘러나왔던 전자들이 다시 흘러 들어가면서 본래의 전위 상태로 돌아가게 된다. 센서(16)는 이러한 전위 상태 변화에 따른 전류량을 계측하여 관류액 내의 당 농도를 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 당 농도는 제어 회로(401)로 전달된다. When the voltage is swept, the reference electrode 16a serves as a reference for reading the potential change of the working electrode. The counter electrode 16c is a path through which electrons flow by adjusting the potential. Here, the potential of the open circuit is a constant potential difference formed by the intrinsic characteristics of the protein thin film and the intrinsic properties of the electrolyte, in the state where no voltage is applied, a kind of circuit is cut off and a system constituted naturally has a specific potential reaching equilibrium . Using this principle in reverse, applying the open-circuit potential to the system when the open-circuit potential of a particular system is known allows the system to artificially approach the equilibrium state. That is, when a specific reduction potential is applied to the protein thin film and the protein thin film is reduced by receiving electrons from the electrolyte, if the open circuit potential is applied thereto, the protein thin film returns to the original natural equilibrium state, . On the other hand, when the protein thin film is oxidized by emitting electrons, when the open-circuit potential is applied, the electrons flowing back are returned to the original potential state. The sensor 16 can measure the sugar concentration in the perfusion liquid by measuring the amount of current in accordance with the change in the potential state. The sugar concentration thus measured is transmitted to the control circuit 401.

한편, 센서(16)는 레퍼런스 전극(16a)의 표현에 형성된 글루코오스 감응막(16d)을 더 포함할 수 있으나, 필수적인 것은 아니다. On the other hand, the sensor 16 may further include a glucose sensing film 16d formed in the expression of the reference electrode 16a, but is not essential.

도 5a는 하부 케이스(18)의 상면도이이며, 도 5b 및 도 5c는 하부 케이스(18)의 측면도이다. 5A is a top view of the lower case 18, and Figs. 5B and 5C are side views of the lower case 18. Fig.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 하부 케이스(18)는 MD 프로브(11), 전기삼투펌프(13), 이송경로부(14), 레저버(15)가 수납될 수 있도록 개방된 복수의 개구부(501, 502, 503)를 구비하며, 각 구성 요소 간에 관류액이 이송되는 튜브(또는, 관)(즉, 레저버(12)의 배출로(12b), MD 프로브(11)의 인입로(11a) 및 배출로(11b))를 고정시키는 지지부(505)를 포함한다. 또한, 하부 케이스(18)는 MD 프로브(11)의 일단부(즉, 다공성고분자섬유 및/또는 바늘)가 삽입 관통될 수 있는 홀(hole)(506)을 포함한다. 웨이스트백(17)은 하부 케이스(18)의 밑면에 끼움 결합되며, 하부 케이스(18)는 웨이스트백(17)을 지지하기 위한 지지대(508)를 포함한다. 5A to 5C, the lower case 18 includes a plurality of openings for accommodating the MD probe 11, the electroosmotic pump 13, the conveyance path portion 14, and the reservoir 15, (That is, a discharge path 12b of the reservoir 12), an inlet path of the MD probe 11 (an outlet path of the reservoir 12, 11a and the discharge passage 11b). The lower case 18 also includes a hole 506 through which one end of the MD probe 11 (i.e., the porous polymer fibers and / or the needle) can be inserted. The waste bag 17 is fitted to the bottom surface of the lower case 18 and the lower case 18 includes a support 508 for supporting the waste bag 17.

또한, 하부 케이스(18)는 상부 케이스(미도시)와 끼움 결합될 수 있는 체결부(37)를 포함한다. Further, the lower case 18 includes a fastening portion 37 that can be fitted to an upper case (not shown).

한편, 구현예에 따라 세포간액 미세투석 장치(10)는 제어 회로(401)에서 처리된 정보를 외부로 출력할 수 있는 USB 포트를 더 구비할 수 있으며, 하부 케이스(18)는 USB 포트가 외부로 노출될 수 있도록 개구부(도 5c의 509)를 포함할 수 있다. The intercellular microdialysis apparatus 10 may further include a USB port capable of outputting information processed by the control circuit 401 to the outside, and the lower case 18 may include a USB port (Fig. 5C).

도 6은 도 1내지 도 5에서 전술한 세포간액 미세투석 장치(10)에서의 관류액 흐름을 도시한 개요도이다. FIG. 6 is a schematic diagram showing the flow of perfusion liquid in the intercellular fluid microdialysis apparatus 10 described above with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.

도 6을 참조하면, 도 6에 도시된 짧은 점선은 미세투석 전의 관류액 이동을 나타내며, 긴 점선은 미세투석 후의 관류액 이동을 나타낸다. 전기삼투펌프(13)의 흡입력 및 배출력이 교번하여 발생됨에 따라 레저버(12)의 관류액은 전기삼투펌프(13)를 거쳐 MD 프로브(11)로 이동되며, MD 프로브(11)에서는 대상체로부터 세포간액을 미세투석한다. 즉, 대상체의 세포간액은 MD 프로브(11)로 확산되어 관류액에 희석되며, 미세투석 후의 관류액이 센서(16)를 거쳐 웨이스트백(17)으로 이동된다. Referring to FIG. 6, the short dashed line shown in FIG. 6 represents the perfusion fluid movement before microdialysis, and the long dotted line represents the perfusion fluid movement after microdialysis. As the suction force and the discharge power of the electroosmotic pump 13 are alternately generated, the perfusion liquid of the reservoir 12 is transferred to the MD probe 11 through the electroosmotic pump 13, and in the MD probe 11, Lt; RTI ID = 0.0 > intercellular < / RTI > That is, the intercellular fluid of the subject diffuses into the MD probe 11 and is diluted with the perfusion liquid, and the perfusion fluid after the microdialysis moves to the waist bag 17 via the sensor 16.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치(10a)에서의 관류액 흐름을 도시한 개요도이다. FIG. 7 is a schematic diagram showing the flow of perfusion liquid in the intercellular fluid microdialysis apparatus 10a according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 레저버와 웨이스트백은 하나의 저장 공간 내에서 유연막에 의해 구분되는 서로 다른 공간일 수 있다. 즉, 레저버와 웨이스트백은 일체형으로 구현될 수 있다. 미세투석에 의해 미량의 세포간액이 관류액에 섞이므로, 세포간액 미세투석 장치(10a) 내의 유량은 크게 변화하지 않는다. 따라서 도 7에서와 같이 레저버와 웨이스트백을 일체형으로 결합하여 구현하는 것이 가능하며, 이를 통해 세포간액 미세투석 장치(10a)를 보다 소형화할 수 있다. Referring to FIG. 7, the reservoir and the waste bag may be different spaces separated by the flexible film in one storage space. That is, the reservoir and the waste bag can be integrally implemented. Since a minute amount of intracellular fluid is mixed with the perfusion solution by microdialysis, the flow rate in the intercellular fluid microdialysis device 10a does not change greatly. Therefore, as shown in FIG. 7, it is possible to combine the reservoir and the waste bag in an integrated manner, thereby making it possible to further miniaturize the intracellular microdialysis apparatus 10a.

예시적으로, 레저버&웨이스트백(70)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 내부에 구비된 유연막(70a)에 의해 구분되는 서로 다른 저장 공간(제1 저장 공간 및 제1 저장 공간)을 포함하며, 제1 저장 공간에는 미세투석 전의 관류액이 저장되고, 제2 저장 공간에는 미세투석 후의 관류액이 저장된다. 구동 초기에는 미세투석 전의 관류액이 저장된 제1 저장 공간이 레저버&웨이스트백(70)의 부피 대부분을 차지하나, 구동이 진행됨에 따라 미세투석 후의 관류액이 점점 증가하여 상기 제1 저장 공간의 부피는 감소하고 제2 저장 공간의 부피가 증가한다. 유연막(70a)은 각 저장 공간의 부피가 변화에 따라 유연하게 변형된다. Illustratively, the reservoir & waist bag 70 has different storage spaces (the first storage space and the first storage space) defined by the flexible film 70a provided therein, as shown in FIG. 8 The perfusion fluid before fine dialysis is stored in the first storage space, and the perfusion fluid after fine dialysis is stored in the second storage space. In the initial stage of driving, the first storage space storing the perfusion solution before fine dialysis occupies most of the volume of the reservoir & waist bag 70, but as the driving progresses, the perfusion solution after fine dialysis gradually increases, The volume decreases and the volume of the second storage space increases. The flexible film 70a is flexibly deformed as the volume of each storage space changes.

한편, 관류액의 유속은 전기삼투펌프(13)의 흡입 및 배출을 반복하는 사이클을 조정함으로서 조절될 수 있다. 예시적으로, 제어 회로(401)는 전기삼투펌프(13)로 인가되는 펄스 전압 및 펄스 시간을 변경하여 흡입 및 배출 사이클을 조정할 수 있다. 이를 통해, 세포간액 미세투석 장치(10)는 관류액의 유속을 조정하여, 투석량(즉, 세포간액 확산량)을 조절할 수 있으며, 나아가 자체적으로 검교정을 수행할 수 있다. On the other hand, the flow rate of the perfusion liquid can be adjusted by adjusting the cycle of repeating the suction and discharge of the electroosmotic pump 13. Illustratively, the control circuit 401 can adjust the suction and discharge cycles by changing the pulse voltage and pulse time applied to the electroosmotic pump 13. Accordingly, the intracellular microdialysis apparatus 10 can adjust the flow rate of the perfusate, adjust the dialysis amount (i.e., the amount of intercellular fluid diffusion), and further calibrate itself.

MD 프로브(11)에서의 미세투석은 관류액의 유속에 영향을 많이 받는다. 따라서 유속을 빠르게 할 경우 MD 프로브(11) 내에서 농도가 평형에 이르는 정도가 극히 낮아져, 관류액 자체(즉, 세포간액에 희석되지 않은 관류액)가 배출로(11b)로 이동된다. 이렇게 이동된 관류액은 센서(16)로 인입되므로, 세포간액 미세투석 장치(10)는 측정된 관류액 자체의 농도를 기초로 검교정을 수행할 수 있다. 또한, 투석에 적절한 유속이 어느 정도인지를 결정할 수 있다. The microdialysis in the MD probe 11 is greatly influenced by the flow rate of the perfusion liquid. Therefore, when the flow velocity is increased, the degree of the concentration in the MD probe 11 reaching equilibrium becomes extremely low, and the perfusion liquid itself (that is, the perfusion liquid not diluted in the intracellular fluid) is moved to the discharge passage 11b. Since the perfusate thus moved is introduced into the sensor 16, the intercellular microdialysis device 10 can perform the calibrating based on the concentration of the perfusate itself measured. In addition, it is possible to determine the degree of flow rate suitable for dialysis.

이후, 세포간액 미세투석 장치(10)는 유속을 다시 느리게 하여 세포간액을 미세투석할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치(10)는 유속을 조정함으로써, 검교정 및 미세투석을 함께 시행하여, 효율적으로 대상체의 생체 정보를 측정할 수 있다. Thereafter, the intracellular microdialysis unit 10 can slow down the flow rate and microdialysis the intercellular fluid. Thus, the intracellular fluid microdialysis apparatus 10 according to the embodiment of the present invention can perform the calibration and the microdialysis together by adjusting the flow velocity, thereby efficiently measuring the biometric information of the subject.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치(10)를 사용하여 생체 정보(당 농도)를 측정한 실험 결과의 일례이다.9 is an example of an experimental result of measuring biometric information (glucose concentration) using the intercellular fluid microdialysis apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

도 9에서, 실험을 위한 전기삼투펌프는 전극으로는 산화 시킨 탄소 전극을 사용하였고, 다공성 멤브레인으로는 실리카 나노입자를 압착시켜 만든 멤브레인을 사용하였다. 또한, 투석부(MD 프로브의 일단부)에는 시중에 판매되고 있는 길이 18 mm, 외경 0.24 mm, 6 kDa 이상의 분자를 투과시키지 않는 쿠프로판(cuprophane) 재질의 MD 프로브(CMA 11)를 사용하였으며, 투석 대상으로는 생리 식염수에 포도당을 용해시켜 만든 인공 세포간액이 사용되었다. 그리고 관류액으로는 탈 이온수가 사용되었다. In FIG. 9, the electroosmotic pump for the experiment uses a carbon electrode oxidized as an electrode, and a membrane made by pressing silica nanoparticles as a porous membrane. A commercially available MD probe (CMA 11) having a length of 18 mm, an outer diameter of 0.24 mm and a cuprophane material which does not transmit molecules of 6 kDa or more was used as a dialysis part (one end of the MD probe) Artificial interstitial fluid made by dissolving glucose in physiological saline was used as a dialysis target. Deionized water was used as a perfusion solution.

실시 방법으로는, 인공 세포간액에 MD 프로브를 담근 후 전기삼투펌프에 2분에 1회 ± 2.5 V를 5초 동안 반복적으로 걸어 인입로(inlet)와 배출로(outlet)로 관류액을 흐르게 하여, 그 결과 인공 세포간액의 포도당 농도에 따라 미세투석 후의 관류액의 당 농도가 변하는 것을 확인하였다. 이처럼 전기삼투펌프를 사용하여 미세 투석이 가능하다.As an implementation method, the MD probe was immersed in the artificial intracellular fluid, and then the electroosmotic pump was repeatedly applied with 2.5 V for 5 seconds once every 2 minutes to flow the infusion liquid through the inlet and outlet As a result, it was confirmed that glucose concentration of peritoneal fluid after microdialysis changes according to glucose concentration in interstitial fluid. Such an electroosmotic pump can be used for microdialysis.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치를 사용하여 자동 검정 및 교정을 처리한 실험 결과의 일례이다.10 is an example of an experimental result obtained by performing an automatic test and calibration using an intercellular fluid microdialysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도10의 실험에서는, 앞서 도 9에서의 실험에서와 같은 MD 프로브(즉, CMA 11)를 사용하고 관류액의 유속을 조절하면서, 인공 세포간액으로부터 미세투석을 시행하였다. 단, 이 경우는 유속 조절을 위하여 주사기 펌프를 사용하였다.In the experiment of FIG. 10, microdialysis was performed from the artificial intracellular fluid while controlling the flow rate of the perfusion liquid using the MD probe (i.e., CMA 11) as in the experiment of FIG. In this case, a syringe pump was used to adjust the flow rate.

도 10의 실험에서는, 도 9에서와 마찬가지로, 인공 세포간액의 당 농도에 따라 관류액의 농도가 상관성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 유속이 높아질수록 당 농도 평형은 낮아지는 경향이 확인되었으며, 약 6 μL/min이상의 유속에서는 15 % 이내로 매우 낮은 정도로만 당 농도가 평형에 이르는 것이 확인되었다.In the experiment of Fig. 10, it can be confirmed that the concentration of the perfusion liquid shows a correlation with the sugar concentration of the artificial intracellular fluid as in Fig. The higher the flow rate, the lower the sugar concentration equilibrium, and it was confirmed that the sugar concentration reached equilibrium only at a very low level of 15% or less at a flow rate of about 6 μL / min or more.

본 실험에 사용된 전기삼투펌프의 경우 약 6-10 μL/min의 순간 유속까지 낼 수 있다. 그러므로 전기삼투펌프를 이용하여 유속을 조절하면, 느린 유속에서는 미세투석하여 당 농도를 측정하면서, 빠른 유속에서는 관류액의 당 농도를 측정하여 검교정을 수행할 수 있다. In the case of the electroosmotic pump used in this experiment, a flow rate of about 6-10 μL / min can be achieved. Therefore, by adjusting the flow rate using an electroosmotic pump, it is possible to perform calibration by measuring the sugar concentration of the perfusate at a high flow rate while measuring the glucose concentration by microdialysis at a slow flow rate.

도 11및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치(10)가 검교정 및 미세투석을 함께 수행하는 동작을 설명하기 위한 블록도 및 순서도를 도시한다. FIGS. 11 and 12 show a block diagram and a flowchart for explaining the operation in which the intercellular microdialysis device 10 according to an embodiment of the present invention performs the calibration and the microdialysis together.

먼저, 제어 회로(401)는 검교정 모드에 대응하여 전원 공급부(402)로 공급되는 펄스 전압 및 펄스 시간을 조정한다(S1200). 이때, 펄스 전압 및 펄스 시간은, 세포간액 미세투석 장치(10) 내의 관류액의 유속이 증가하도록(약 6-10 μL/min) 펄스 전압을 상향 조정하고, 펄스 시간을 단축될 수 있다. First, the control circuit 401 adjusts the pulse voltage and the pulse time supplied to the power supply unit 402 in accordance with the calibration mode (S1200). At this time, the pulse voltage and the pulse time can be shortened by adjusting the pulse voltage so that the flow rate of the perfusion liquid in the intercellular microdialysis device 10 is increased (about 6-10 μL / min).

이어서, 제어 회로(401)는 조정된 펄스 전압 및 펄스 시간을 기초로, 전기삼투펌프(13)의 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)에 서로 다른 극성의 전압을 교번하여 공급함으로써, 관류액을 이동시킨다(S1210). Subsequently, the control circuit 401 alternately supplies voltages of different polarities to the first electrode 201 and the second electrode 202 of the electroosmosis pump 13 based on the adjusted pulse voltage and pulse time , The perfusion liquid is moved (S1210).

예시적으로, 제어 회로(401)는 전원 공급부(402)를 제어함으로써, 전기삼투펌프(13)의 제1 전극(201)에 (-) 전압을, 제2 전극(202)에 (+) 전압을 걸어준다. 이에 따른 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)에서의 전기화학 반응에 의해 양이온이 이동함으로써, 전기삼투펌프(13)에는 (+) 전극(즉, 제2 전극(202))에서 (-) 전극(즉, 제1 전극(201))으로 유체를 이동시키려는 흡입력이 발생된다. 이어서, 제어 회로(401)는 전기삼투펌프(13)의 제1 전극(201)에 (+) 전압을, 제2 전극(202)에 (-) 전압을 걸어준다. 이에 따라, 제1 및 제2 전극(201, 202)에 가역적인 전기화학 반응을 유도한다. 따라서 전기삼투펌프(13)에는 S1210에서와 반대방향으로 양이온이 이동하며, 이는 제1 전극(201)에서 제2 전극(202)으로 유체를 이동시키는 배출력을 발생시킨다. Illustratively, the control circuit 401 controls the power supply 402 so that the negative voltage is applied to the first electrode 201 of the electroosmosis pump 13, the positive voltage (+) voltage is applied to the second electrode 202, . The positive ions are moved by the electrochemical reaction between the first electrode 201 and the second electrode 202 and the positive osmotic pump 13 is driven by the positive electrode (that is, the second electrode 202) -) electrode (i.e., the first electrode 201). Then, the control circuit 401 applies a (+) voltage to the first electrode 201 of the electroosmosis pump 13 and a negative (-) voltage to the second electrode 202. Thus, a reversible electrochemical reaction is induced in the first and second electrodes 201 and 202. Therefore, positive ions move in the electroosmotic pump 13 in the direction opposite to that in S1210, which generates a discharge power for moving the fluid from the first electrode 201 to the second electrode 202. [

흡입력 및 배출력이 발생됨에 따라, 레저버(12)의 관류액은 이송경로부(14) 및 전기삼투펌프(13)를 거쳐 MD 프로브(11)의 인입로(11a)로 인입된다. 이때, 이송경로부(14)의 제1 및 제2 이송라인(14a, 14b)에 구비된 제1 및 제2 개폐장치는 상호 반대로 작용한다. As the suction force and the drainage output are generated, the perfusion liquid of the reservoir 12 is drawn into the inlet passage 11a of the MD probe 11 through the conveying path portion 14 and the electroosmotic pump 13. At this time, the first and second open / close devices provided on the first and second transfer lines 14a and 14b of the transfer path unit 14 act in opposite directions.

이후, MD 프로브(11)로 인입된 관류액은 대상체에 주입된 MD 프로브(11)의 하단부로 이동되어 미세투석된다. Thereafter, the perfusion liquid drawn into the MD probe 11 is moved to the lower end of the MD probe 11 injected into the subject and is microdialyzed.

미세투석 후의 관류액은 MD 프로브(11)의 배출로(11b)로 통해 센서(16)로 이동된다. 센서(16)에서는, 제어 회로(401)의 제어에 의해, 전기화학적 검출 방법에 기반하여 생체 정보(예컨대, 당 농도)가 측정된다(S1230). The perfusion liquid after fine dialysis is transferred to the sensor 16 through the discharge path 11b of the MD probe 11. [ In the sensor 16, under the control of the control circuit 401, the biometric information (for example, glucose concentration) is measured based on the electrochemical detection method (S1230).

이때 관류액의 유속이 빠르면, MD 프로브(11) 내에서 농도가 평형에 이르는 정도가 극히 낮아져, 관류액 자체가 배출로(11b)를 거쳐 센서(16)로 이동된다. 따라서, S1240 단계에서 관류액의 유속이 임계값(예컨대, 6 μL/min)을 초과하면, 제어 회로(401)는 검교정 모드로 인지하여, 센서(16)에서 측정된 생체 정보를 기초로 검교정을 수행한다(S1250). At this time, if the flow velocity of the perfusion liquid is high, the degree of concentration in the MD probe 11 reaching equilibrium becomes extremely low, and the perfusion liquid itself moves to the sensor 16 via the discharge passage 11b. Therefore, when the flow velocity of the perfusion liquid exceeds the threshold value (for example, 6 L / min) in step S1240, the control circuit 401 recognizes the calibration mode and performs calibration based on the biometric information measured by the sensor 16 (S1250).

이후, 제어 회로(401)는 측정 모드에 대응하여 전원 공급부(402)로 공급되는 펄스 전압 및 펄스 시간을 조정한다(S1260). 즉, 제어 회로(401)는 펄스 전압 및 펄스 시간을 조정하여 세포간액 미세투석 장치(10) 내의 관류액의 유속을 미세투석 가능한 정도로 감소시킬 수 있다. 이를 위해, 제어 회로(401)는 펄스 전압을 하향 조정하고, 펄스 시간을 연장한다. Thereafter, the control circuit 401 adjusts the pulse voltage and the pulse time supplied to the power supply unit 402 in response to the measurement mode (S1260). That is, the control circuit 401 can adjust the pulse voltage and the pulse time so as to reduce the flow rate of the perfusion liquid in the intercellular fluid microdialysis device 10 to a degree that can be microdialyzed. To this end, the control circuit 401 down-adjusts the pulse voltage and extends the pulse time.

그러나 S1240 단계에서 관류액의 유속이 임계값 이하이면, 제어 회로(401)는 측정 모드로 인지하여, 센서(16)에서 측정된 생체 정보를 메모리(미도시)에 저장하거나 모니터링/분석을 수행하며, 반복적으로 전기삼투펌프(13)의 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)에 서로 다른 극성의 전압을 교번하여 공급할 수 있다(S1210).However, if the flow velocity of the perfusion liquid is less than the threshold value in step S1240, the control circuit 401 recognizes the measurement mode, stores the biometric information measured by the sensor 16 in a memory (not shown) or performs monitoring / analysis , Voltages of different polarities may be alternately supplied to the first electrode 201 and the second electrode 202 of the electroosmosis pump 13 repeatedly (S1210).

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 세포간액 미세투석 장치 및 그 작동 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독 가능매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. The intercellular fluidic microdialysis apparatus and its operation method according to an embodiment of the present invention described above may be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer such as a program module executed by a computer . Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. The computer-readable medium may also include computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.

본 발명의 시스템 및 방법은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍처를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.While the systems and methods of the present invention have been described with reference to particular embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general purpose hardware architecture.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

10: 세포간액 미세투석 장치
11: MD 프로브(micro-dialysis probe)
11a: MD 프로브 인입로 11b: MD 프로브 배출로
12: 레저버(reservoir) 12a: 레저버 배출로
13: 전기삼투펌프 14: 이송경로부
14a: 제1 이송라인 14b: 제2 이송라인
14c: 이송라인 케이스
16: 센서(sensor) 17: 웨이스트백(waste-bag)
17b: 웨이스트백 케이스 17d: 웨이스트백 유입로
18: 하부 케이스
19: PCB(printed circuit board)
43a, b: 오링(oring)
201, 202: 전극 203: 멤브레인(membrane)
70: 레저버&웨이스트백(reservoir&waste-bag)
10: Intracellular microdialysis device
11: MD-probe (micro-dialysis probe)
11a: MD probe inlet path 11b: MD probe outlet path
12: reservoir 12a: reservoir discharging path
13: Electrolytic pump 14: Feed path part
14a: first conveyance line 14b: second conveyance line
14c: Feed line case
16: sensor 17: waste-bag
17b: waist bag case 17d: waist bag inflow path
18: Lower case
19: printed circuit board (PCB)
43a, b: Oring,
201, 202: electrode 203: membrane,
70: Reservoir & waste-bag

Claims (29)

전기삼투펌프(electroosmotic-pump)에 기반한 세포간액 미세투석 장치에 있어서,
멤브레인(membrane) 양측에 구비된 제1 및 제2 전극과 유체경로부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 전극에 전압의 극성이 교번하여 공급됨에 따라 흡입력과 배출력을 교번하여 발생시키는 전기삼투펌프;
상기 전기삼투펌프의 유체경로부에 일단부가 체결되어 관류액(perfusion fluid)에 상기 흡입력과 배출력을 교번하여 전달하는 제1 이송라인 및 제2 이송라인;
상기 관류액을 저장하며, 상기 제1 이송라인의 타단부에 삽입 결합된 배출로를 따라 상기 관류액을 배출하는 레저버(reservoir);
일단부가 대상체에 주입되어 세포간액을 미세투석하며, 상기 제2 이송라인의 타단부에 삽입 결합되어 상기 관류액을 인입하는 인입로와, 미세투석 후의 관류액을 배출하는 배출로를 포함하는 MD 프로브(micro-dialysis probe); 및
일 측면으로 상기 MD 프로브의 배출로가 삽입 결합되어 상기 배출로를 통해 상기 미세투석 후의 관류액을 인입하고, 상기 미세투석 후의 관류액으로부터 생체 정보를 측정하는 센서를 포함하는 세포간액 미세투석 장치.
In an intercellular microdialysis device based on an electroosmotic pump,
A first electrode and a second electrode provided on both sides of a membrane, and a fluid path portion, wherein polarities of voltages are alternately supplied to the first and second electrodes, ;
A first transfer line and a second transfer line, one end of which is connected to the fluid path portion of the electroosmotic pump to alternately deliver the suction force and the discharge power to the perfusion fluid;
A reservoir for storing the perfusion liquid and discharging the perfusion liquid along an exit passage inserted and coupled to the other end of the first transfer line;
An MD probe which comprises an inlet for once injecting the additional substance into the subject to perform microdialysis of the intercellular fluid and inserted into the other end of the second transfer line to draw the perfusion fluid and a discharge passage for discharging the perfusion fluid after fine dialysis (micro-dialysis probe); And
And a sensor for inserting a discharge passage of the MD probe into the one side and introducing the perfusion liquid after the microdialysis through the discharge passage and measuring biometric information from the perfusion liquid after the microdialysis.
제 1 항에 있어서,
상기 세포간액 미세투석 장치는
상기 센서의 타 측면에 인입로가 삽입 결합되어, 상기 미세투석 후의 관류액을 인입하여 저장하는 웨이스트백(waste-bag)을 더 포함하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
The method according to claim 1,
The intercellular microdialysis device
Further comprising a waste bag which is inserted into the other side of the sensor so as to draw in and store the perfusion solution after the microdialysis.
제 2 항에 있어서,
상기 센서는 상기 웨이스트백이 수납 지지되는 웨이스트백 케이스에 형성된 중공에 수납되는 것인 세포간액 미세투석 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the sensor is housed in a hollow formed in a waste back case in which the waist bag is received and supported.
제 2 항에 있어서,
상기 레저버와 상기 웨이스트백은 하나의 저장 공간 내에서, 유연막에 의해 구분되는 서로 다른 공간인 것인 세포간액 미세투석 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the reservoir and the waste bag are different spaces separated by a flexible membrane in one storage space.
제 1 항에 있어서,
상기 MD 프로브의 인입로와 배출로는 각각 제1 튜브(tube)와 제2 튜브와 체결되며,
상기 제1 튜브와 상기 제2 튜브는 상기 MD 프로브의 끝단에서 상호 연결되는 것인 세포간액 미세투석 장치.
The method according to claim 1,
The inlet and outlet passages of the MD probe are respectively connected to a first tube and a second tube,
Wherein the first tube and the second tube are interconnected at an end of the MD probe.
제5 항에 있어서,
상기 대상체에 접촉되는 상기 제2 튜브의 외측면은 반투과성막(semi-permeable membrane)으로 형성되는 것인 세포간액 미세투석 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the outer surface of the second tube contacting the subject is formed as a semi-permeable membrane.
제 1 항에 있어서,
상기 센서는 상기 미세투석 후의 관류액이 흐르는 반응 챔버, 카운터 전극, 레퍼런스 전극 및 절연체를 포함하며,
상기 카운터 전극 및 상기 레퍼런스 전극의 일단면은 전도성 부재에 접촉하여, 상기 전도성 부재를 통해 전압을 공급받는 것인 세포간액 미세투석 장치.
The method according to claim 1,
The sensor includes a reaction chamber through which the perfusion liquid flows after the microdialysis, a counter electrode, a reference electrode, and an insulator,
Wherein one end face of the counter electrode and the reference electrode contacts a conductive member and is supplied with a voltage through the conductive member.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극은 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질로 형성되며,
상기 전기삼투펌프는
상기 유체와 상기 관류액을 분리하기 위한 격리재를 더 포함하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
The method according to claim 1,
The first and second electrodes are formed of a porous material to allow movement of the fluid,
The electroosmotic pump
Further comprising an isolation material for separating the fluid and the perfusion liquid.
제1 항에 있어서,
상기 전기삼투펌프는
상기 제1 및 제2 전극을 격납하여 상기 제1 및 제2 전극 각각으로 전원을 전달하는 스트립(strip)을 더 포함하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
The method according to claim 1,
The electroosmotic pump
Further comprising a strip for storing the first and second electrodes and delivering power to the first and second electrodes, respectively.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 이송라인 및 상기 제2 이송라인 각각에는 유체의 흐름을 허용하거나 차단하는 제1 개폐장치 및 제2 개폐장치가 설치되며,
상기 제1 개폐장치 및 상기 제2 개폐장치의 개폐는 상호 반대로 작용하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first transfer line and the second transfer line are respectively provided with a first opening / closing device and a second opening / closing device for allowing or blocking the flow of the fluid,
Wherein the opening and closing of the first opening and closing device and the opening and closing of the second opening and closing device are opposite to each other.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 이송라인 및 상기 제2 이송라인은 체크 밸브(check valve)인 것인 세포간액 미세투석 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first transfer line and the second transfer line are check valves.
전기삼투펌프(electroosmotic-pump)에 기반한 세포간액 미세투석 장치에 있어서,
전원 공급부;
흡입력과 배출력을 교번하여 발생시키는 전기삼투펌프;
다공성고분자섬유 및 바늘 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 전기삼투펌프의 흡입력과 배출력의 반복 발생에 따라 관류액을 인입하여 세포간액을 미세투석하고, 미세투석 후의 관류액을 배출하는 MD 프로브(micro-dialysis probe); 및
상기 미세투석 후의 관류액으로부터 생체 정보를 측정하는 센서를 포함하되,
상기 전기삼투펌프는,
유체의 이동을 허용하는 멤브레인과 상기 멤브레인의 양측에 각각 배치되고, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질로 형성되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며,
상기 전원 공급부는,
상기 제1 전극 및 제2 전극 각각에 전압의 극성을 교번하여 공급함으로써, 상기 전기삼투펌프의 흡입력 및 배출력을 교번하여 발생시키는 것인 세포간액 미세투석 장치.
In an intercellular microdialysis device based on an electroosmotic pump,
Power supply;
An electric osmotic pump for alternately generating a suction force and a discharge power;
A porous polymeric fiber, and a needle, wherein the permeation fluid is drawn in accordance with the repeated generation of the suction force and the discharge power of the electroosmotic pump to perform microdialysis of the intercellular fluid and discharging the perfusion fluid after the microdialysis -dialysis probe); And
And a sensor for measuring biometric information from the perfusion solution after the microdialysis,
The electroosmotic pump comprises:
A first electrode and a second electrode disposed on both sides of the membrane, the first electrode and the second electrode being made of a porous material to allow movement of the fluid,
The power supply unit,
Wherein a polarity of a voltage is alternately supplied to each of the first electrode and the second electrode so that a suction force and a discharge power of the electric osmotic pump are alternately generated.
제 12 항에 있어서,
상기 세포간액 미세투석 장치는
상기 관류액을 저장하고, 상기 전기삼투펌프의 흡입력에 의해 상기 관류액을 배출하는 레저버(reservoir); 및
상기 센서와 연결되어, 상기 센서로부터 이동된 상기 미세투석 후의 관류액을 최종 저장하는 웨이스트백(waste-bag)을 더 포함하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
13. The method of claim 12,
The intercellular microdialysis device
A reservoir for storing the perfusion fluid and discharging the perfusion fluid by a suction force of the electroosmotic pump; And
Further comprising a waste-bag connected to the sensor for finally storing the perfusion solution after the microdialysis moved from the sensor.
제 13 항에 있어서,
상기 세포간액 미세투석 장치는
상기 전기삼투펌프의 유체경로부에 일단부가 연결되고, 상기 레저버 및 MD 프로브에 타단부가 각각 연결되어 상기 관류액에 상기 전기삼투펌프의 흡입력 및 배출력을 교번하여 전달하는 제1 이송라인 및 제2 이송라인을 포함하며,
상기 제1 이송라인 및 상기 제2 이송라인 각각은 유체의 흐름을 허용하거나 제한하도록 개폐되어 상기 관류액이 일방향으로 이동되도록 하는 제1 개폐장치 및 제2 개폐장치를 포함하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
14. The method of claim 13,
The intercellular microdialysis device
A first transfer line connected to the fluid path portion of the electroosmotic pump and connected to the reservoir and the MD probe at the other end to alternately transfer the suction force and the discharge power of the electroosmosis pump to the perfusion liquid, A second transfer line,
Wherein the first transfer line and the second transfer line each include a first opening and closing device and a second opening and closing device that are opened or closed to permit or restrict fluid flow so that the perfusion liquid moves in one direction. Device.
제 14 항에 있어서,
상기 제1 개폐장치 및 제2 개폐장치의 개폐는 상호 반대로 작용하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
15. The method of claim 14,
Wherein the opening and closing of the first opening and closing device and the opening and closing of the second opening and closing device are opposite to each other.
제 15 항에 있어서,
상기 전기삼투펌프에서 흡입력이 발생되면, 상기 제1 개폐장치는 열리고 상기 제2 개폐장치는 닫힘으로써, 상기 관류액이 상기 제1 이송라인을 통해 상기 레저버로부터 상기 전기삼투펌프로 이동되는 것인 세포간액 미세투석 장치.
16. The method of claim 15,
Wherein when the suction force is generated in the electroosmotic pump, the first opening and closing device is opened and the second opening and closing device is closed so that the perfusion liquid is moved from the reservoir to the electroosmotic pump through the first transfer line Intracellular microdialysis device.
제 15 항에 있어서,
상기 전기삼투펌프에서 배출력이 발생되면, 상기 제1 개폐장치는 닫히고 상기 제2 개폐장치는 열림으로써, 상기 관류액이 상기 제2 이송라인을 통해 상기 전기삼투펌프로부터 상기 MD 프로브로 이동되는 것인 세포간액 미세투석 장치.
16. The method of claim 15,
The first opening and closing device is closed and the second opening and closing device is opened so that the perfusion liquid is moved from the electroosmotic pump to the MD probe through the second transfer line when the discharge output is generated in the electroosmotic pump An intracellular sodium microdialysis device.
제 12 항에 있어서,
상기 세포간액 미세투석 장치는
제어 회로를 더 포함하며,
상기 제어 회로는
상기 전기삼투펌프로 인가되는 펄스 전압 및 펄스 시간을 조정하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
13. The method of claim 12,
The intercellular microdialysis device
Further comprising a control circuit,
The control circuit
Wherein the pulse voltage and the pulse time applied to the electroosmotic pump are adjusted.
제 18 항에 있어서,
상기 제어 회로는
상기 전기삼투펌프로 인가되는 펄스 전압을 상향 조정하고, 상기 펄스 시간을 단축하여, 상기 관류액의 유속을 증가시켜 검교정을 수행하고,
상기 전기삼투펌프로 인가되는 펄스 전압을 하향 조정하고, 상기 펄스 시간을 연장하여, 상기 관류액의 유속을 감소시켜 세포간액을 미세투석하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
19. The method of claim 18,
The control circuit
Adjusting the pulse voltage applied to the electroosmotic pump upward, shortening the pulse time, increasing the flow rate of the perfusion liquid to perform calibrating,
Wherein the pulse voltage applied to the electroosmotic pump is adjusted downward and the pulse time is extended to reduce the flow rate of the perfusion liquid to micro-dialyze the intracellular fluid.
제 12 항에 있어서,
상기 흡입력 및 배출력은
상기 제1 전극 및 제2 전극에서의 가역적인 전기화학 반응에 의해 발생되며,
상기 제1 전극 및 제2 전극의 가역적인 전기화학 반응은 전하균형이 맞추어지는 방향으로 양이온이 이동됨으로써 일어나는 것인 세포간액 미세투석 장치.
13. The method of claim 12,
The suction force and the discharge power
Wherein the second electrode is formed by reversible electrochemical reaction at the first electrode and the second electrode,
Wherein the reversible electrochemical reaction of the first electrode and the second electrode occurs by moving the cation in a direction in which charge balance is achieved.
제 20 항에 있어서,
상기 가역적인 전기화학 반응에 의해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각은 소모 및 재생이 반복되는 것인 세포간액 미세투석 장치.
21. The method of claim 20,
Wherein the first electrode and the second electrode are repeatedly consumed and regenerated by the reversible electrochemical reaction.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 음이온 고분자가 혼입된 전도성 고분자를 포함하는 것인 세포간액 미세투석 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the first electrode and the second electrode comprise a conductive polymer having an anionic polymer incorporated therein.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 탄소 나노 구조체를 포함하는 것인 전기삼투펌프 기반 세포간액 미세투석 장치.
13. The method of claim 12,
Wherein the first electrode and the second electrode comprise carbon nanostructures.
전기삼투펌프(electroosmotic-pump)에 기반한 세포간액 미세투석 장치의 동작 방법에 있어서,
(a) 검교정 모드에 대응하여 펄스 전압 및 펄스 시간을 조정하는 단계;
(b) 전기삼투펌프의 제1 전극 및 제2 전극에 서로 다른 극성의 전압을 교번하여 공급하여, 관류액을 미세투석 프로브(micro-dialysis probe)로 이동시키는 단계;
(c) 상기 미세투석 프로브에서 미세투석을 수행한 후, 미세투석 후의 관류액으로부터 생체 정보를 측정하는 단계;
(d) 상기 미세투석 후의 관류액의 유속이 임계값을 초과하면, 상기 측정된 생체 정보를 기초로 검교정을 수행하는 단계; 및
(e) 측정 모드에 대응하여 펄스 전압 및 펄스 시간을 조정하는 단계를 포함하되,
상기 (d) 단계에서, 상기 미세투석 후의 관류액의 유속이 임계값을 초과하지 않으면, 상기 (b) 및 (c) 단계를 반복 수행하는 것인 동작 방법.
A method of operating an intercellular microdialysis device based on an electroosmotic pump,
(a) adjusting a pulse voltage and a pulse time corresponding to the calibration mode;
(b) alternately supplying voltages of different polarities to the first electrode and the second electrode of the electroosmotic pump to move the perfusion liquid to a micro-dialysis probe;
(c) performing microdialysis in the microdialysis probe, and then measuring biometric information from the perfusion solution after microdialysis;
(d) performing calibrating based on the measured biometric information if the flow rate of the perfusion liquid after the microdialysis exceeds a threshold value; And
(e) adjusting the pulse voltage and pulse time corresponding to the measurement mode,
In the step (d), if the flow rate of the perfusion solution after the microdialysis does not exceed the threshold value, the steps (b) and (c) are repeated.
제 24 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 펄스 전압은 상향 조정되며, 상기 펄스 시간은 단축되는 것인 동작 방법.
25. The method of claim 24,
In the step (a)
Wherein the pulse voltage is adjusted upward and the pulse time is shortened.
제 24 항에 있어서,
상기 (e) 단계에서,
상기 펄스 전압은 하향 조정되며, 상기 펄스 시간은 연장되는 것인 동작 방법.
25. The method of claim 24,
In the step (e)
Wherein the pulse voltage is adjusted downward and the pulse time is extended.
제 24 항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에서는 가역적인 전기화학 반응이 발생하는 것인 동작 방법.
25. The method of claim 24,
Wherein a reversible electrochemical reaction occurs at the first electrode and the second electrode.
제 27 항에 있어서,
상기 가역적인 전기화학 반응에 의해, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각은 소모 및 재생이 반복되는 것인 동작 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the reversible electrochemical reaction causes each of the first electrode and the second electrode to be repeatedly consumed and regenerated.
제 24 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.28. A computer-readable recording medium on which a program for implementing the method of any one of claims 24 to 28 is recorded.
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