KR-102961149-B1 - ELECTROCHEMICAL BIOSENSOR STRUCTURE FOR DETECTING METABOLITE MATERIALS IN SWEAT

Abstract

본 발명은 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체가 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체는 서로 다른 효소가 고정되어 있는 복수개의 나노바이오센서가 결합되는 직육면체 형상의 본체를 포함하고, 상기 본체는, 상기 복수개의 나노바이오센서가 상호 이격되어 결합되는 복수개의 삽입부가 형성되어 있는 전방의 제 1 면; 및 상기 제 1 면에 결합되는 상기 복수개의 나노바이오센서의 효소와 반응되도록 상기 땀의 시료가 주입되는 복수개의 주입구가 형성되어 있는 상방의 제 2 면; 을 포함한다.

Inventors

• 이진영
• 홍엽중
• 김동섭

Assignees

• 상명대학교 천안산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20230509

Claims (8)

1. 서로 다른 효소가 고정되어 있는 복수개의 나노바이오센서가 결합되는 직육면체 형상의 본체를 포함하고, 상기 본체는, 상기 복수개의 나노바이오센서가 상호 이격되어 각각삽입되어 결합되거나 제거하여 분리되도록 하는 복수개의 삽입부가 형성되어 있는 전방의 제 1 면; 및 상기 제 1 면에 결합되는 상기 복수개의 나노바이오센서의 효소와 반응되도록 땀의 시료가 주입되는 복수개의 주입구가 형성되어 있는 상방의 제 2 면; 을 포함하고, 상기 삽입부와 상기 주입구가 연결되는 부위에는 상기 삽입부에 삽입된 상기 나노바이오센서의 효소와 상기 땀의 시료의 반응이 이루어지는 반응 공간이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체.
2. 서로 다른 효소가 고정되어 있는 복수개의 나노바이오센서가 결합되는 직육면체 형상의 본체를 포함하고, 상기 본체는, 상기 복수개의 나노바이오센서가 상호 이격되어 각각 삽입되어 결합되거나 제거하여 분리되도록 하는 복수개의 삽입부가 형성되어 있는 전방의 제 1 면; 및 상기 제 1 면에 결합되는 상기 복수개의 나노바이오센서의 효소와 반응되도록 땀의 시료가 주입되는 복수개의 주입구가 형성되어 있는 상방의 제 2 면; 을 포함하고, 상기 복수개의 주입구는 상기 땀의 시료가 하방으로 이동되는 제 1 이동 채널이 각각 연결되어 있고, 상기 삽입부와 상기 제 1 이동 채널의 하단부가 연결되는 부위에는 상기 삽입부에 삽입된 상기 나노바이오센서의 효소와 상기 땀의 시료의 반응이 이루어지는 반응 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체.
3. 서로 다른 효소가 고정되어 있는 복수개의 나노바이오센서가 결합되는 직육면체 형상의 본체를 포함하고, 상기 본체는, 상기 복수개의 나노바이오센서가 상호 이격되어 각각 삽입되어 결합되거나 제거하여 분리되도록 하는 복수개의 삽입부가 형성되어 있는 전방의 제 1 면; 및 상기 제 1 면에 결합되는 상기 복수개의 나노바이오센서의 효소와 반응되도록 땀의 시료가 주입되는 주입구가 일측 부위에 형성되어 있는 상방의 제 2 면; 을 포함하고, 상기 복수개의 나노바이오센서의 효소는 상기 땀의 시료와 각각 반응하여 상기 땀의 대사물질의 독립적인 검출이 가능한 것을 특징으로 하는 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 주입구는 상기 땀의 시료가 상기 제 2 면에서 하방으로 이동하여 측방향으로 이동되는 제 2 이동 채널이 연결되어 있고, 상기 제 2 이동 채널에서 상기 땀의 시료가 하방으로 이동되는 제 3 이동 채널이 상호 이격되어 연결되어 있으며, 상기 삽입부와 상기 제 3 이동 채널의 하단부가 연결되는 부위에는 상기 나노바이오센서의 효소와 상기 땀의 시료의 반응이 이루어지는 반응 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체.
5. 서로 다른 효소가 고정되어 있는 복수개의 나노바이오센서가 결합되는 직육면체 형상의 본체를 포함하고, 상기 본체는, 상기 복수개의 나노바이오센서가 상호 이격되어 각각 삽입되어 결합되거나 제거하여 분리되도록 하는 복수개의 삽입부가 형성되어 있는 전방의 제 1 면; 및 상기 제 1 면에 결합되는 상기 복수개의 나노바이오센서의 효소와 반응되도록 땀의 시료가 주입되는 주입구가 형성되어 있는 측방향의 제 3 면; 을 포함하고, 상기 복수개의 나노바이오센서의 효소는 상기 땀의 시료와 각각 반응하여 상기 땀의 대사물질의 독립적인 검출이 가능한 것을 특징으로 하는 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 주입구는 상기 땀의 시료가 측방향으로 이동되는 제 4 이동 채널이 연결되어 있고, 상기 제 4 이동 채널에서 상기 땀의 시료가 하방으로 이동되는 제 5 이동 채널이 상호 이격되어 연결되어 있으며, 상기 삽입부와 상기 제 5 이동 채널의 하단부가 연결되는 부위에는 상기 나노바이오센서의 효소와 상기 땀의 시료의 반응이 이루어지는 반응 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체.
7. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 대사물질은 포도당, 젖산, 요산을 포함하는 것을 특징으로 하는 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체.
8. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 주입구에는 시료가 수용되는 완충 버퍼 용액 저장 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체.

Description

땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체 {ELECTROCHEMICAL BIOSENSOR STRUCTURE FOR DETECTING METABOLITE MATERIALS IN SWEAT} 본 발명은 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 검출 대사물질들(포도당, 젖산, 요산)이 서로 독립적인 검출이 가능한 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에 관한 것이다. 일반적으로 물질대사(metabolism)(신진대사)는 넓은 의미로서 분자를 형성하는 반응(동화작용; anabolism)과 분자를 분해하는 반응(이화작용; catabolism)을 포함한 세포 내의 모든 화학 활동을 의미한다. 물질대사는 세포가 다양한 화학 반응을 통해 에너지를 변환하는 방법으로, 물질대사는 세포에서 에너지를 관리하여 다양한 세포기능을 실행하기 위해 음식을 에너지로 변환하고, 세포 구성요소를 만들기 위한 에너지를 생산하고 노폐물을 제거한다. 물질대사에 의해 발생되는 땀은 땀샘에서 분비되고, 땀샘은 피부의 진피 속에 묻혀 있는 가늘고 긴 관으로, 그 끝은 둘둘 말린 관처럼 뭉친 덩어리로 되어 있으며, 이런 관 주위를 모세 혈관이 그물처럼 둘러싸고 있다. 땀은 노폐물을 배출하되, 땀샘 주위에 많은 모세 혈관이 둘러싸고 있어서 혈액 속의 노폐물을 걸러 낸다. 땀의 99%는 물이며, 나트륨(Na), 염소(Cl), 칼륨(K), 마그네슘(Mg), 요산(uric acid), 젖산(Lactic acid), 포도당(glucose) 등의 성분들이 극미량 포함되어 있다. 대한민국 등록특허공보 제10-2021-0081915호에는 포도당 검출을 위한 바이오센서의 전극 및 이의 제조방법이 개시되어 있다. 종래기술은 전기 전도성이 우수한 나노섬유 상에 포도당 검출에 필요한 금속 나노입자 및 효소 나노입자 복합체가 위치함으로써 선택성 및 민감도가 높아, 체액 내 미량의 포도당을 검출하도록 되어 있다. 그러나, 종래기술은 포도당 하나의 성분을 검출하도록 되어 있어 다른 성분을 검출하기 위해서는 추가 검출 과정이 별도 수행되어야 하는 단점이 있다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 나노바이오센서가 삽입되어 있는 상태를 나타내는 평면 모식도이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 땀의 시료가 이동하게 되는 내부 구조를 나타내는 정면 모식도이다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체를 나노바이오센서가 삽입되어 있는 상태를 나타내는 평면 모식도이다. 도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 땀의 시료가 이동하게 되는 내부 구조를 나타내는 정면 모식도이다. 도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 나노바이오센서가 삽입되어 있는 상태를 나타내는 평면 모식도이다. 도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 땀의 시료가 이동하게 되는 내부 구조를 나타내는 정면 모식도이다. 도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체를 나타내는 측면 모식도이다. 도 8은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 나노바이오센서가 삽입되어 있는 상태를 나타내는 평면 모식도이다. 도 9는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 땀의 시료가 이동하게 되는 내부 구조를 나타내는 정면 모식도이다. 도 10은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체를 나타내는 측면 모식도이다. 이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 나노바이오센서가 삽입되어 있는 상태를 나타내는 평면 모식도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 땀의 시료가 이동하게 되는 내부 구조를 나타내는 정면 모식도이다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 제 1 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체(100)는 서로 다른 효소가 고정되어 있는 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)가 결합되는 직육면체 형상의 본체(110)를 포함하여 구성되어 있다. 제 1 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체(100)의 본체(110)는 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)가 상호 이격되어 결합되는 복수개의 삽입부(126)가 형성되어 있는 전방의 제 1 면(111) 및 제 1 면(111)에 결합되는 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)의 효소와 반응되도록 주사기에 의해 땀의 시료가 주입되는 주입구(122)가 형성되어 있는 상방의 제 2 면(112)을 포함하여 구성되어 있다. 복수개의 삽입부(126)는 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)의 외형의 크기로 형성되어 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)가 각각 삽입된다. 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)의 효소는 땀의 시료와 각각 반응하여 땀의 대사물질의 독립적인 검출이 가능하다. 여기서, 대사물질은 포도당, 젖산, 요산을 포함한다. 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)가 삽입되는 삽입부(126)와 주입구(122)가 연결되는 부위에는 나노바이오센서의 효소와 땀의 시료의 반응이 이루어지는 반응 공간(150)이 각각 형성되어 있다. 반응 공간(150)에 나노바이오센서(10, 20, 30)의 반응 전극 부위가 위치하며 땀의 시료가 공급된다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체를 나노바이오센서가 삽입되어 있는 상태를 나타내는 평면 모식도이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 땀의 시료가 이동하게 되는 내부 구조를 나타내는 정면 모식도이다. 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체(200)는 서로 다른 효소가 고정되어 있는 복수개의 나노바이오센서가 결합되는 직육면체 형상의 본체(210)를 포함하여 구성되어 있다. 제 2 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체(200)의 본체(210)는 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)가 상호 이격되어 결합되는 복수개의 삽입부(226)가 형성되어 있는 전방의 제 1 면(211) 및 제 1 면(211)에 결합되는 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)의 효소와 반응되도록 땀의 시료가 주입되는 복수개의 주입구(222)가 형성되어 있는 상방의 제 2 면(212)을 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 복수개의 주입구(222)는 땀의 시료가 하방으로 이동되는 제 1 이동 채널(231)이 각각 연결되어 있다. 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)가 삽입되는 삽입부(226)와 주입구(222)가 연결되는 부위에는 나노바이오센서의 효소와 땀의 시료의 반응이 이루어지는 반응 공간(250)이 각각 형성되어 있다. 반응 공간(250)에 나노바이오센서(10, 20, 30)의 반응 전극 부위가 위치하며 복수개의 주입구(222)를 통해 땀의 시료가 주입되어 제 1 이동 채널(231)을 통해 하방으로 이동하여 반응 공간(250)에서 나노바이오센서의 효소와 땀의 시료의 반응이 이루어진다. 도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 나노바이오센서가 삽입되어 있는 상태를 나타내는 평면 모식도이고, 도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체에서 땀의 시료가 이동하게 되는 내부 구조를 나타내는 정면 모식도이며, 도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체를 나타내는 측면 모식도이다. 도 5 내지 도 7을 함께 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체(300)는 서로 다른 효소가 고정되어 있는 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)가 결합되는 직육면체 형상의 본체(310)를 포함하여 구성되어 있다. 제 3 실시 예에 따른 땀에서의 대사물질 검출용 전기화학적 나노바이오센서 구조체(300)의 본체(310)는 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)가 상호 이격되어 결합되는 복수개의 삽입부(326)가 형성되어 있는 전방의 제 1 면(311) 및 제 1 면(311)에 결합되는 복수개의 나노바이오센서(10, 20, 30)의 효소와 반응되도록 땀의 시료가 주입되는 주입구(322)가 형성되어 있는 상방의 제 2 면(312)을 포함하여 구성되어 있다. 주입구(322)는 땀의 시료가 상방의 제 2 면(312)에서 하방으로 이동하여 측방향으로 이동되는 제 2 이동 채널(332)이 연결되어 있다. 주입구(322)에는 내측으로 직경이 좁아지며 시료가 수용되는 완충 버퍼 용액 저장 공간(324)이 형성되어 제 2 이동 채널(332)에 연결된다. 그리고, 제 2 이동 채널(332)에서 땀의 시료가 하방으로 이동되는 제 3 이동 채