Development of potentiostat for human-body mounted portable diagnostic devices

Abstract

현재 생의학 분야에서는 많은 연구들이 진행되어, 값싸고 높은 성능을 가진 분석장비들이 연구 및 개발되고 있다. 특히 분석 장비 및 시스템은 10cm x 10cm 이하로 소형화되면서 보편화 되었다. 소형화된 분석 장비들은 낮은 전력과 작은 수량의 부품을 사용하며, 값싼 비용으로 제작할 수 있는 장점을 가지고 있다. 전기화학 센서에서 신호를 검출할 수 있는 장치들은 MCU를 사용하여 신호를 다각적으로 분석할 수 있게 되었다. 휴대하기 쉽도록 개발 상용장비는 i-STAT 분석기, Sandia’s MicrochemLab biotoxin detector, 혈액 분석기 등을 예로 들 수 있다. 소형 분석 장비들은 삶에 편리함을 제공하며, 위험에 처한 사람들을 빠르게 도와줄 수 있고, 생활 환경을 분석하는데 사용되기도 한다. 휴대용 포텐시오스텟은 기본적으로 회로의 부품의 수를 최소화하고 크기도 소형으로 제작되어야 하며, 저전력으로 작동되도록 개발되어야 한다. 이러한 선행연구결과들로 휴대형 디바이스는 낮은 가격으로 제조가 가능해졌으며, 내부 USB, 블루투스, 시리얼포트를 이용하여 스마트폰과 컴퓨터등 다양한 통신 방법으로 분석이 가능해졌다. 인체 부착형 포텐시오스텟이 아닌 기존 선행연구 결과들로 개발된 포텐시오스텟에는 동시에 다수의 마커를 분석할 수 없는 단점을 가지고 있다. 선행연구의 멀티포텐시오스텟은 다수의 공간에서 동시에 사용하여 측정가능 하지만 한 개의 공간에서 다수의 마커를 측정하기는 어려운 실정이다. 본 연구의 고감도 포텐시오스텟은 동시에 4개의 작업전극에서 측정이 가능하며, 10㎕의 적은 용액에서, 22㎁까지 측정이 가능하다. 인체 부착형 진단기기로 사용할 수 있도록 센서와 신호 검출되는 포트 부분이 일체형인 포텐시오스텟을 개발하였다. 이를 통해 질병 발생 여부를 확인할 수 있는 프로토콜 및 휴대용 어플리케이션 개발의 기초 연구로 사용할 수 있으며, 초미세 신호를 증폭 및 필터할 수 있는 회로와 무선통신 장치를 하나의 모듈로 통합하여 많은 종류의 휴대용 현장진단장치 개발이 가능하다. 즉, 본 연구에서 개발한 포텐시오스텟을 이용하여 산화 환원반응을 기초로 하는 진단 및 예방 장치에 크게 기여할 것으로 기대된다.|The interesting thing is increasing about personal healthcare and an aging society. As a result, The POCT(Point-Of-Care Testing) market is growing rapidly. There are a variety of POCT devices, of which potentiostat is often used to measure precise components. Numerous potentiostats can be easily accessible. However, a portable potentiostat with the highly accurate sensor is not easily accessible. However, Potentiostat, which can be attached to a human body, has a limited range of measurement range. The high-sensitivity potentiostat developed in this study enables the measurement of multiple markers in the one chamber and the analysis data can be checked in real time. Also, It can be communication with a computer or smartphone by internal USB, Bluetooth or Serial port. and then The potentiostat developed the compact size (23㎜ x 40㎜) by minimizing the number of components through FPGA development. and then We checked the high reliability(correlation coefficient: 0.94) and row detection limited(20nA). We make the sensor by using FR-4 material and then We found the stable pattern in the variable sensor pattern. It can be useful change the pattern and connect to the line. Also, It doesn’t break from high elasticity. Our device will have a positive influence on POCT and potentiostat market.