초록

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본 논문은 시료의 양을 최소화하고 혈중 요소 및 혈당 농도에 대한 정확한 측정을 위하여 최근에 개발된 전기화학형 마이크로 전극형 센서의 간략한 소개 및 전기적인 특성에 관하여 요약하는 것에서 출발하여 센서로부터 전기신호를 발생시키는 signal conditioning 회로의 설계, microprocessor를 이용한 digital 값으로의 변환 및 data 취득, 취득한 data를 측정된 혈당량 및 요소량으로의 변환 저장 display까지의 휴대용 계측기의 prototype 개발에 관하여 기술한다. 이 계측기는 미량의 혈액채취 한번으로 농도를 측정하는 측정모드와, 측정된 data를 찾아보기 위한 검색모드로 작동시킬 수 있다. Microprocessor의 기능을 최대한 사용하여 측정기의 크기를 소형화하였으며 LCD(Liquid crystal display)틀 채택하는 등 저전력 회로로 구현하였다.

본 논문은 시료의 양을 최소화하고 혈중 요소 및 혈당 농도에 대한 정확한 측정을 위하여 최근에 개발된 전기화학형 마이크로 전극형 센서의 간략한 소개 및 전기적인 특성에 관하여 요약하는 것에서 출발하여 센서로부터 전기신호를 발생시키는 signal conditioning 회로의 설계, microprocessor를 이용한 digital 값으로의 변환 및 data 취득, 취득한 data를 측정된 혈당량 및 요소량으로의 변환 저장 display까지의 휴대용 계측기의 prototype 개발에 관하여 기술한다. 이 계측기는 미량의 혈액채취 한번으로 농도를 측정하는 측정모드와, 측정된 data를 찾아보기 위한 검색모드로 작동시킬 수 있다. Microprocessor의 기능을 최대한 사용하여 측정기의 크기를 소형화하였으며 LCD(Liquid crystal display)틀 채택하는 등 저전력 회로로 구현하였다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법

문제 정의

• 본 논문에서는 성인병인 당뇨병 및 신장병의 조기진단 및 환자의 상태 감시를 위해서 채취혈액의 양을 최소화하고 혈중 요소 및 혈당농도에 대한 정확한 측정을 위하여 최근에 개발된 전기화학형 마이크로 전극형 센세1, 2]의 간략한 소개 및 전기적인 특성에 관하여 요약하는 것에서 출발하여 센서로부터 전기신호를 발생시키는 signal conditioning 회로의 설계. micmprocessoi'를 이용한 digital 값으로의 변환 및 data 취득, 취득 한 data를 측정된 요소량 및 혈당량으로의 변환, 저장, display까지의 휴태용 계측기의 prototype 개발에 관하여 기술하였다.
• 본 논문에서는 성인병인 당뇨병 및 신장병의 조기진단 및 환자의 상태 감시를 위해서 채취혈액의 양을 최소화하고 혈중 요소 및 혈당농도에 대한 정확한 측정을 위하여 최근에 개발된 전기화학형 마이크로 전극형 센세1, 2]의 간략한 소개 및 전기적인 특성에 관하여 요약하는 것에서 출발하여 센서로부터 전기신호를 발생시키는 signal conditioning 회로의 설계. micmprocessoi'를 이용한 digital 값으로의 변환 및 data 취득, 취득 한 data를 측정된 요소량 및 혈당량으로의 변환, 저장, display까지의 휴태용 계측기의 prototype 개발에 관하여 기술하였다.
• 본 논문에서는 신장병의 조기 진단을 위하여 체내의 요소농도를 정확하게 측정하는 바이오 센서의 개 발W과 당뇨병의 지표 물질인 혈당량의 농도를 전기 화학적인 방법으로 측정할 수 있는 센서의 개발[2]에 기반을 두고 이의 활용에 중점을 둔 휴대용 계측기 개발에 관하여 논한다.

제안 방법

• Data 취득 시 센서의 출력이 화학작용의 미세한 변화 및 전기적인 잡음 등의 영향으로 변화가 있을 수 있으므로 이러한 일시적인 출력의 변동에 따른 편차를 줄이기 위하여 용액 투입 후 9.6초부터 10.0초까지 0.1 초 간격으로 sampling 하여 5개의 데이터를 취득하여 평균치를 사용하게 하였다.
• 계측기에 처음에 요소 센서가 삽입되면 용액이 없는 상태에서는 화학작용이 없으므로 sensor 출력 전류는 OkA이며 용액이 투입되면 sensor 출력전류 가 50pA 이상의 peak 치를 나타내고 점차 하락하여 출력 전류가 안정화되는 특성이 있으므로 이러한 특성에 맞게 data를 취득하게 하였다.
• LCD는 그림과 같이 연결하였으며, 스위치 입력은 PB0, PB1, PB2를 사용하였다. 동작 주파수는 4MHz이며 건전지의 사용을 위해 45V의 전원 전압으로 설계하였다.
• 전원회로는 건전지를 사용하므로 시간 경과에 따라 전원 전압의 변동이 생기게 된다. 따라서 센서에 공급되는 기준전압 생성에 Zener diode를 사용하여 안정화된 전압을 공급하였다.
• 마이크로프로세서는 ADC를 항상 작동시키며 요소 센서의 출력 전류를 감시하고 있다가 5011A 이상이 감지되면 혈액이 투입된 start 시점으로 인식하고 이 시점부터 10초가 경과한 후에 sensor의 출력 값 을 읽어 들여 사용하도록 하였다.
• 센서와 연결되는 회로에서는 센서의 출력 신호를 감지하여 연산증폭기(opamp)를 이용하여 증폭하고 Analog-to-Digital Conversion(ADC) 하여 프로그래밍을 통해 센서의 비선형 특성을 보상하고 LCD에 표시하게 하였다’
• 연산증폭기 opampl^ 기준전극에 0.6V를 가하기 위한 회로이며, opamp2는 상대 전극에 전류를 흐르게 하는 회로이며, opamp3은 0V가 인가된 작업 전극에서 전류를 채취하여 전압으로 1차 변환하는 회로이며, opamp4는 그 변환 된 전압을 마이크로프로세서에 내장된 AQ의 입력전압 범위에 맞게 가변 저항기 VR1의 사용으로 offset 전압을 보상하고 VR2로 gain을 조절하도록 하였다.
• 그림 8은 마이크로프로세서와 LCD의 주변 회로 이다. 온도 센서는 마이크로프로세서의 ADC0, 요소 센서는 ADC₁, 혈당 센서는 ADC₂에 각각 연결하여 구성하였다. LCD는 그림과 같이 연결하였으며, 스위치 입력은 PB0, PB1, PB2를 사용하였다.
• Signal conditioning 회로에서의 센서 회로 출력전압은 마이크로프로세서에 내장된 10-bit ADC에 의하여 digital count로 변환된다. 이 digital 값을 프로그램에 의하여 선형보간법을 채택하여 비선형성을 보정하였다. 그림 7은 이 변환을 꺽은선 그래프로 보여준다.
• 그림 5의 회로는 요소 센서의 signal condi­ tioning 회로를 보여준다. 제작한 요소 센서의 기준 전극에 0.6V를 인가하는 회로를 만들었고, 작업 전극 에는 0V를 가하도록 하여 측정을 하였다.

대상 데이터

• 개발 시 주요 부품은 40-pin 마이크로프로세서 IC 1개, 8-pin opamp IC 6개, 8~pin 온도 센서 IC 1개, LCD module 1개, sensor holder 1개 등을 사용하였다. 1 OcmX 10cm 크기의 PCB(Printed Circuit Board) 상에 시험용으로 제작하였으며 여유가 많아 제품 개 발 시 더욱 축소시켜 초소형으로 제작이 가능하다.
• 개발 시 주요 부품은 40-pin 마이크로프로세서 IC 1개, 8-pin opamp IC 6개, 8~pin 온도 센서 IC 1개, LCD module 1개, sensor holder 1개 등을 사용하였다. 1 OcmX 10cm 크기의 PCB(Printed Circuit Board) 상에 시험용으로 제작하였으며 여유가 많아 제품 개 발 시 더욱 축소시켜 초소형으로 제작이 가능하다.
• 용액이 투여되는 즉시 작업 전극에서의 전류는 peak 치를 나타내고 시간이 지날수록 차츰 낮아지며 점차 안정화되는 특성을 보인다. 그림 2는 시험용액을 사용하여 농도 변화에 따른 센서줄력 전류의 즉정치를 보여준다, 혈당 농도는 임상학적 체내농도를 고려한 1〜lOmmol 까지의 시험 용액을 사용하였다.
• 마이크로프로세서는 8-bit CPU 외에 8-channel의 10-bit ADC, 프로그램 저장을 위한 ROM 및 RAM을 내장하고 있는 것[기으로 선정하였다. 다기능 마이크로프로세서 IC의 사용으로 계측기의 회로를 초 소형화시킬 수 있었고 전력 소모도 적게 하여.

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이 논문을 인용한 문헌

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