u-EMS : 바이오 센서 네트워크 기반의 응급 구조 시스템

김홍규(Kim Hong Kyu),문승진(Moon Seung Jin) 한국정보과학회 2007 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.13 No.7

바이오센서는 생명공학 또는 의학 분야에서 사용되는 인간의 생체 신호를 감지할 수 있는 센서들로 의료기기에 주로 사용되는데, 최근 MEMS 기술의 발달로 작은 크기의 하드웨어에 센서 인터페이스, 프로세서, 무선통신, 배터리 등을 포함한 모듈을 센서노드(모트 : Mote)들로 구성된 센서기반 네트워크에서 바이오센서 네트워크로 응용분야를 확장하고 있다. 이에 본 논문에서는 바이오센서 기술과 센서네트워크 기술을 융합한 기술인 바이오 센서네트워크를 활용한 응급 구조 시스템의 설계 및 구현을 제안한다. 제안된 시스템에 사용된 바이오센서는 근전도(EKG), 혈압(Blood Pressure), 맥박(Heart Rate), 산소포화도(Pulse Oximeter), 혈당(Glucose)센서들로, 바이오센서에서 측정된 생체 신호를 센서네트워크 모트를 통해 데이타를 수집하고, 수집된 데이타를 이용하여 건강관리 측정 데이타로 활용하였으며 측정된 데이타는 무선단말기(PDA, 휴대폰), 전자액자 디스플레이장치 등에서 확인 가능하도록 구성하였다. 아울러, 제안한 u- 응급 구조 시스템의 유효성을 실험하기 위해서 사용자의 바이탈사인 정보와 주변 환경정보를 고려한 실험을 수행하였다. The bio-Sensors, which are sensing the vital signs of human bodies, are largely used by the medical equipment. Recently, the sensor network technology, which composes of the sensor interface for small-seize hardware, processor, the wireless communication module and battery in small sized hardware, has been extended to the area of bio-senor network systems due to the advances of the MEMS technology. In this paper we have suggested a design and implementation of a health care information system(called u-EMS) using a bio-sensor network technology that is a combination of the bio-sensor and the sensor network technology. In proposed system, we have used the following vital body sensors such as EKG sensor, the blood pressure sensor, the heart rate sensor, the pulse oximeter sensor and the glucose sensor. We have collected various vital sign data through the sensor network module and processed the data to implement a health care measurement system. Such measured data can be displayed by the wireless terminal(PDA, Cell phone) and the digital-frame display device. Finally, we have conducted a series of tests which considered both patient's vital sign and context-awared information in order to improve the effectiveness of the u-EMS.

나노-바이오 센서 기술과 특성

윤여홍(Yeo Heung Yun),허신(Shin Hur),이성철(Seong Cheol Lee) Korean Society for Precision Engineering 2008 한국정밀공학회지 Vol.25 No.11

생물학적 분석을 위한 종이기반의 밀폐된 미세유체센서의 제작

임민규 ( Min Kyu Im ),이미라 ( Mi Rha Lee ),수마야 ( Sumaiya Islam ),최영수 ( Young-soo Choi ),이경환 ( Kyeong-hwan Lee ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

현재까지 생체입자를 검출하고 분석하는 방법으로는 세포 배양, 세포 계수법, PCR 및 ELISA 등이 주로 사용되고 있다. 이러한 방법은 정밀도가 우수하여 생체입자의 정밀한 검출이 가능하지만 분석하는데 많은 시료 및 시간이 소요되어 신속한 진단이 어렵다는 단점이 있다. 최근 바이오센서 분야에서 소량의 생체 입자 검출 및 분석을 위해 주로 사용하고 있는 미세유체소자(Microfludic Device)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 기반으로 제작한 소형화 소자에 생물학적인 분석방법을 집적화하였다. MEMS기술에 의하여 제작된 미세유체소자는 제작 공정이 복잡하고 비용이 고가이므로 생체입자들을 검출할 수 있는 새로운 센서 개발의 필요성이 요구되고 있다. 종이 기반의 미세유체센서는 소자제작에 사용되는 재료의 확보가 용이하고 제작비용이 저렴하며 센서의 동작 및 운영이 간편하다. 또한, 센서 구동에 별도의 동력 장치가 필요하지 않고 비색법을 사용하여 육안 측정이 가능하므로 생체입자를 검출하는 센서로 매우 적합하다. 기존에 주로 사용되는 종이센서는 오픈 채널(Open Channel) 구조로 제작이 쉽고 생체 입자의 검출 시간이 빠르다는 장점을 가지고 있으나, 샘플 분석 중 외부환경으로부터 센서로 오염물질의 혼입 및 측정샘플의 증발과 같은 문제점이 발생하기 쉽다. 본 연구에서는 왁스 프린팅(Wax Printing) 방법 및 오르가미(Origami) 방법을 사용하여 쉽고 간단하게 밀폐 채널(Enclosed Channel)이 집적화된 종이센서 기반의 미세유체센서를 제작 하였고, 생물학적 생체입자를 분석에 활용하였다. 제안된 미세유체센서는 다양한 샘플을 단시간에 빠르게 측정하기 위해서 센서를 소형화하고 어레이 하였다.

웰니스 의류에 적용 가능한 바이오센서 동향 연구

김효진 한국디지털정책학회 2017 디지털융복합연구 Vol.15 No.11

최근 바이오센서 국내외 기술 개발동향 및 산업전망

김성은 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

바이오센서 기술은 생물 의약, 식품안전, 방위, 보안 및 환경 모니터링 분야에서 헬스케어, 산업혁명 4.0 시대에 중요한 미래 기술로 그 기대가 매우 크다. 최근의 바이오센싱 기술은 센싱인자의 정확한 분석 도구에 대한 연구개발을 이끌어내고 있으며, IT 기술과 나노기술의 성장과 더불어 BT기술의 융합으로 바이오센서 검출기술의 한계를 극복하고자 다양한 응용연구로 범위를 넓혀가고 있다. 이러한 결과로 나노, 화학 물질을 비롯한 폴리머에서 미생물, 세포, 조직에 이르기까지 다양한 바이오센서 개발이 진행되고 있다. 특히, 시대흐름에 맟춰 사물인터넷(IoT)과 바이오센서의 적용으로의 방향이 필연적이고 현재까지 단순한 센싱 인자에 대한 정량 정성 분석 기기에 연결된 모든 빅데이터를 활용하여 새로운 연구적 발견 및 산업 가치를 창출하는 시대 기술로 향하고 있다. 본 발표에서는 최근 바이오센서의 기술 국내외 개발 및 산업화 동향을 소개하면서 미래의 바이오센서 분야의 향후 발전 방향을 제시하고자 한다.

스마트폰의 바이오센서 개발에 응용

박진수 ( Jinsoo Park ),이호서 ( Hoseo Lee ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

스마트폰은 휴대형 컴퓨터라고 할 수 있을 정도로 정보의 처리와 저장 능력이 향상되었고, 인터넷 접속이 용이하고, 다양한 센서들을 갖추고 있다. 대다수 스마트폰에는 자이로스코프, GPS(global positioning system), 3축 가속도계, 근접 적외선 센서, 광센서 등이 내장되어있다. 더러는 자기장탐지기, 기압계, 온도계, 습도계, 심장박동계, 지문인식기를 내장한 모델들도 있다. 스마트폰은 이처럼 다양한 센서들을 다양한 응용프로그램을 구현하는데 사용한다. 특히 스마트폰에 내장된 CMOS(complementary metal-oxide -semiconductor)와 같은 광센서/카메라를 바이오센서 개발에사용한 사례들이 늘고 있다. 스마트폰의 광센서/카메라를 기반으로 하는 측정은 사용이 편리하고, 휴대가 간편하기 때문에 의료용, 식품 또는 환경의 안전성 측정을 위한 목적의 센서 개발에 빈번히 사용되고 있다. 스마트폰에 내장된 백색 광원 (White LED: light emitting diode)을 적절히 활용하면 별도의 광원 없이도 재현성 있는 센서 시스템을 구성할 수 있다는 장점도 있다. 본 발표는 최근 스마트폰 카메라를 이용하여 개발한 다양한 바이오센서 사례들을 소개한다. 의료용으로서 갑상선 자극 호르몬 (TSH: Thyroid stimulation hormone), 말라리아(malaria), 요로감염증(urinary tract infection) 등에 스마트폰 카메라가 검출부로 사용된 사례와 대표적인 식중독균인 살모넬라와 대장균 검출, 식육의 대장균 측정, 식품의 품질을 평가하는데 스마트폰 카메라와 자이로스코프가 사용된 사례, 실시간 유전자 증폭(realtime-PCR: polymerase chain reaction) 및 유전자 검출에 스마트폰 카메라가 사용된 사례 등을 소개한다. 스마트폰은 자기 위치를 GPS를 통해 확인이 가능하고, 인터넷 접속이 자유롭기 때문에 스마트폰을 기반하는 센서들로부터 획득한 정보들을 시간 및 위치정보와 연계하여 데이터를 누적하고 종합적인 의사결정을 내리는데 유용한 도구가 될 수 있을 것이다. 이들 사례를 통해 농업용 바이오센서를 개발함에 있어 스마트폰을 적극적으로 활용할 수 있도록 다양한 제안을 한다.

기술성장모형에 기반을 둔 기술수준평가 결과 및 시사점

한민규(Min-Kyu Han),김병수(Byoung Soo Kim),유지연(Jiyeon Ryu),변순천(Soon Cheon Byeon) 한국기술혁신학회 2010 기술혁신학회지 Vol.13 No.2

2008년 기술수준평가 대상기술 중 하나인 ‘바이오칩ㆍ센서기술’은 바이오 분야의 중점과학기술로서 세 가지 세부기술로 구성되어있다. 본 평가에서는 앞선 다른 수준평가의 한계를 극복하기 위하여 델파이와 함께 동태적 방법론(기술성장모형)을 분석틀로 사용하였다. 그 결과 바이오칩ㆍ센서기술은 ‘궁극의 기술’을 기준으로 한국 51.5%, 최고선진국(미국) 75.1%, 두 국가의 기술격차는 6.1년으로 분석되었으며, 5년 후에는 각각 60.1%, 78.4%, 4.3년이 될 것으로 예측되었다. 바이오 분야의 다른 기술과 비교했을 때, 해당 기술은 수준격차가 상대적으로 작았으며, 격차 역시 빠르게 좁혀질 것으로 나타났다. 이러한 특징은 세부기술 수준에서도 마찬가지였다. 설문 분석 결과 해당 기술의 강점은 전문인력 및 연구자금의 효과에 기인하는 것으로 나타났으며, 기초지원의 미비가 취약한 측면으로 지적되었다. 그 외에 이 기술이 상대적으로 신흥 분야이며, 집중적인 연구 활동이 이뤄지고 있다는 점 역시 높은 기술 수준의 요인으로 볼 수 있다. 따라서 바이오칩ㆍ센서 기술의 발전을 위해서는 이러한 강점을 더욱 지원하고, 약점을 보완하는 정책 방안이 필요할 것이다. In this paper, we analyze the result of the Technology Level Evaluation of ‘Biochip and biosensor (BB) Technology’ consisted of 3 sub-categorized technologies; biochip sensing (BS), lab on a chip and high-efficient customized health care technology. As an analysis tool, authors used a delphi (a repeated survey) and dynamic methodology with technology growth model to overcome limits of previous evaluations. As a result, levels of BB were evaluated 51.5% (Korea) and 75.1% (US), and the technology gap between two countries was 6.1 yrs. In 2013, these levels were expected to change to 60.1% (Korea), 78.4% (US) and 4.3 yrs, respectively. In comparison with other biotechnology, the gap of BB was smaller and expected to catch up with US faster. In the case of sub-categorized technologies, they showed the smallest gap and would have faster catch-up speed than other sub-categorized technologies in the Biotechnology field. Based on the result of the survey, relative superiority of BB in Korea was originated from competent researchers and research fund, but weak basic science would be weak points. We think that BB’s characteristic as an emerging technology and concentrated research activities on BB are additional strong points. This research proposes the supporting and supplemented points to promote the BB in Korea.

ME 바이오센서를 이용한 Escherichia coli K-12의 검출

임지섭 ( Ji Seob Lim ),민현정 ( Hyun Jung Min ),( B. A. Chin ),조병관 ( Byoung-kwan Cho ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

식품 유해 미생물로 인한 식중독 사고 중 병원성 대장균에 의한 식중독사고가 가장 빈번하다. 이는 부패된 고기류, 유제품 등을 부주위하게 다루거나 취식하므로 발생하게 된다. 최근 소비자들의 식품 및 농산물 안전성에 대한 관심이 높아지고 있어 농식품에 대한 신속하고 정확한 병원균 검출이 중요해지고 있다. 본 연구에서는 Metglas라고 불리는 자기 탄성체 리본 소재에 공진이 발생하도록 자기장을 걸어 자기변형현상을 유도하므로 식중독의 원인이 되는 E-Coli K-12를 측정할 수 있는 바이오센서를 개발하고자 하였다. 실험에 사용된 Metglas는 Metglas 2605 SA1 (Thickness=23μm, Metglas Co, USA) 이며 스퍼터를 이용하여 표면에 Ti와 Au를 10 nm와 100 nm 두께로 순차적으로 증착한 뒤에 250°C에서 어닐링 하여 Magnetoelastic (ME) 센서를 만들었다. 센서에서 나오는 신호는 네트워크 분석기(Network Analyzer 5061B, KEYSIGHT Co, Korea)를 사용하여 측정하였다. 사용된 E-Coli K-12 항체는 polyclonal antibody solution(20B04308, Agilent 33220A, Meridian Life Science)이며, PEI (Polyethyleneimine solution P3143 Sigma-Aldrich Co, USA)와 Streptavidin(S4762 Sigma-Aldrich Co, USA)는 항체를 ME센서에 고정하기 위해서 사용하였다. 식중독을 유발하는 Escherichia coli (E.coli) K-12가 센서에 부착되었을 때 2.34 MHz 주파수에서 약 0.4 MHz 정도의 위상차를 보였다. ME 바이오센서 기술은 식중독균인 Escherichia coli (E.coli) K-12검출에 가능성을 보였다.

당뇨병 진단용 고감도 ECL 바이오센서의 제작

정은영,이소라,최성호 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

최근에 Quantum dots 같은 반도체 nanocrystals은 사이즈에 따른 전자와 시각적 성질의 중요한 이점 때문에 많은 관심을 불러일으켰고, 이것은 생물학에서 감지, 인식에 응용되고 광범위하게 연구되었다. 이 연구에서 우리는 쉽고 안정한 합성방법을 사용하여 QDs을 친화적인 생체적합성을 지니도록 아미노산으로 캡핑했다. 또한 MWNT를 사용하여 고감도의 ECL 검출신호를 갖는 물리적 화학적으로 안정한 CdSe QDs 기반 ECL 바이오센서를 개발했다. 더 나아가, 당뇨병 질병에 주요 물질인 글루코스와 글루코스 옥시다제의 반응으로부터 최종 생성물인 H2O2를 ECL를 통한 검출 및 정량을 통하여 성공적인 ECL 바이오센서의 제작을 확인했다. 합성된 CdSe QDs은 DLS, TEM, UV, PL을 통해 특성평가 되었고, 바이오센서는 contact angle, XPS, AFM, ECL, SEM으로 특성 평가하였다. 그 결과 CdSe QDs기반 고감도 ECL 바이오센서는 당뇨병의 진단에 매우 유용할 것으로 판단된다.

COVID-19 검출용 바이오센서의 학제적 연구 현황 및 전망

이철호 한국전시산업융합연구원 2022 한국과학예술융합학회 Vol.40 No.5

2019년, 코로나바이러스-19의 출현으로 인하여 전세계 거의 모든 나라는 사회, 경제, 의료, 방역 시스템의 붕괴를 체감하며 인류는 다시 한번 바이러스의 위력에 경악하고 있다. 원인 병원체인 바이러스의 높은 치사율과 전파력 및빈번한 변이체의 출현을 인식한 WHO는 감염병 경보단계 중 최고 위험 단계인 팬데믹을 선언했다. 바이러스의신속한 초기 진단은 COVID-19 확산 방지를 위해 매우중요성하다고 생각된다. 지난 몇 년 동안 COVID-19 진단 키트 개발을 위한 부단한 노력에도 불구하고 POCT 의 현실화에는 아직 갈 길이 멀다고 판단된다. 본 리뷰에서는 바이오센서 분야의 양적 방대함을다 다룰 수 없어 최근 화두가 되고 있는 전기화학 및SPR 현상에 기반을 둔 바이오센서들을 중점적으로다루고자 한다. 전기화학 및 SPR 바이오센서와 같은신기술은 COVID-19 및 다양한 변이체들의 진단에가장 효율적인 것으로 최근 주목받고 있다. 특히, 나노 공학 기술과 연계한 바이오센서의 개발은 극미량의 바이러스를 초고감도로 검출할 수 있는 획기적인수단으로 자리매김할 것이다. 또한, 초첨단 바이오센서의 개발은 생명공학과 전자공학 및 기계공학 등 다양한 분야와의 학제적 연구의 기초적인 플랫폼을 제공할 것으로 사료된다.