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본 기술 문서는 “스마트폰연계 타액 중 다중 바이오마커기반 스트레스 분석기” 개발 사업의 수행결과로 나오는 결과 물중 스트레스 마커인 알파아밀라제 측정 기술에 관한 것이다. 본 기술은 비 침습 휴대용 스트레스 센서 기술구현을 위한3가지 핵심기술로 “모세관 바이오 칩 제작 기술”, “광 센서 제작 기술”, “모세관 바이오 칩 측정 및 데이터 처리 기술”을 포함한다. 각각의 기술은 “스마트폰연계 타액중 다중 바이오마커기반 스트레스 분석기”개발과 관련된 기술로 비 침습 휴대용 스트레스 센서 기술을 구현하기에 충분한 기술을 제공한다. 본 기술을 기반으로 개발될 비 침습 휴대용 스트레스 센서 기술은 스트레스를 비 침습인 타액을 사용하여 사용자가 쉽게 검진할 수 있다.

현대의 경쟁 사회는 어린아이에서 노인에 이르기까지 가중되는 정신적 부하로 인해 스트레스 환자가 증가 추세에 있고, 이는 막대한 사회적비용을 초래하고 있다. 기존 의료기관에서는 스트레스 진단의 주요 방법으로 문진법이 사용되는데, 문진 법은 전문가의 임상경험과 주관적 견해에 의존하기 때문에, 객관적 신뢰성이 담보된 분석법이 요구되고 있다. 그래서 기존의 스트레스 분석은 문진으로 이루어지고 있는, 주관적견해가 배재되지 못해서 객관성이 담보되는 스트레스 측정법의 개발이 요구된다. 스트레스 및 우울증 분석은 정신과에서 진행되기 때문에 정신과에 대한 사회의 낙인 인식으로 인한 정신과 방문의 기피현상으로 인해 스트레스 및 우울증의 분석과 치료에 있어서 골든타임을 놓임으로써, 개인적으로는 스트레스, 우울증이 심화되고 사회적으로는 이로 인한 비용이 증가된다. 따라서 일반개인도 정신병원을 내방하지 않고도 손쉽게 스트레스 및 우울증을 분석할 수 있는 센서를 개발함으로써 조기에 스트레스 및 우울증을 진단하여 신속한 치료로 연결하고 사회적으로는 천문학적인 사회비용의 절감에 기여하고 있다. 최근 이러한 필요에 따라 스트레스 마커 분석 연구는, lateral flow immunoassay (LFI)를 스마트폰에 연동한 형태로 발전중이나, 전처리 및 LFI-스마트폰 연계가 복잡하여 보다 간편한 포터블 스트레스 분석기 개발이 요구 된다. 그래서 비 침습으로 실버타운, 가정에서 손쉽게 사용하기 위한 포터불 분석 키트는 찾아보기가 힘들다. 그래서 본 기술을 통하여 현장에서 비 침습 타액을 통해 개인이 손쉽게 사용할 수 있는 스트레스 측정용 의료기기 진단기를 제작이 필요하다.

비 침습인 타액을 이용하여 스트레스를 측정 키트로 미세 모세관 내에 검출용 바이오 물질을 기능적으로 배치한 소형 키트로 현장에서 원터치 작동으로 누구나 손쉽게 사용할 있는 바이오센서이다. 미세 모세관 내에 알파아밀라제와 만났을 때 발색할 수 있는2-chloro-4-nitrophenyl-alpha-D-maltotrioside (CNPM)를 장착하였다. 알파 아밀라제의 검출은 2-chloro-4-nitrophenyl-alpha-D-maltotrioside (CNPM)와 알파 아밀라제가 반응하면 maltotrioside와 2-chloro-4-nitrophenol이 발생하는데 이때 2-chloro-4-nitrophenol의 absorption maximum이 405 nm로 노란 색을 띠게 되는 원리를 이용하여 광학적으로 분석이 가능하다. 알파 아밀라제 측정용 스마트폰연계용 포터블 측정의 구조는 측정부와 산출부로 되어있고 측정부는 Capillary biochip, 온도조절장치, LD-PD로 구성된 광센서부로 구성되어있고, 산출부는 PCB 기판, 전원, bluetooth 부분으로 구성되어있어서, 검출된 결과는 bluetooth를 통해 무선으로 스마트폰으로 전송이 된다. 알파 아밀라제 분석기의 구체적인구조는 광학적 측정부위에서 LD 부분은 LED 395nm를 이용하였고 이들에 대한 상세 스펙 및 구조 그리고 absorption spectrum은 광학 LD 개발 (LED 395nm 선정하여 405nm로 개발하였다. PD 부분의 광학시스템은 APDS-9002를 선정하여 광검출에 사용하였고 Spectrum 특성은 APDS-9002를 선정하여 400nm-640nm 검출 할 수 있는 광학 PD 개발에 있다. 이들 LD와 PD를 이용하여 capillary biochip을 측정할 수 있는 그리고 pen sensor 에 장착될 수 있는 구조에 대해서는 405nm LD/PD 장착 할 수 있게 구조적 광학설계되어 있고, 이들 LD/PD를 구조적으로 기능할 수 있도록 지그를 제작하여 연결하여 광측정 시스템부분을 완성하였다. 제어부에서 알파 아밀라제 측정을 위한 모든 제어를 담당하는 측정기의 PCB dp 대한 설계도는 amylase 측정기 PCB 설계 되어있으며 PCB 는 센서의 상단 바로 아래 부분에 위치한다. 이렇게 해서 제작된 시작품의 전면, 후면, 측면에 대한 사진과 손으로 손쉽게 잡고 사용할 수게 제작되어있다. 특히 디자인에 있어서 구조에서 보다 진보된 구조형태를 고안하였는데, 이는 측정기 상단부분인 디스플레이부분이 넓적하게 되어있고 또한 약간 각도가 있어서 손으로 잡고 사용하기 편하도록 제작되었으면 display 부분도 손으로 잡았을 때 자연스럽게 볼 수 있도록 제작되었다. 또한 일회용 반응액 저장 용기를 이용하는 방식은 시도된 바가 없는 원천적인 기술로서, 액체 상태의 반응액을 장기 보관하는 조건을 확보하고, 누수가 없는 밀폐 구조가 성공적으로 개발될 경우, 소형화된 정신건강 분석기술로의 기술적 파급효과가 클 것으로 판단된다. 바이오 모세관 칩에 모세관력 등을 이용한 수동형 반응액 이송방법은 새로운 시도로서 성공적으로 개발될 경우, 바이오물질간의 간섭억제를 통하여 정밀측정기술로의 기술적 파급효과가 클 것으로 판단된다. 특히, 자원이 부족한 환경에서 이용 시 큰 장점으로 부각될 수 있다.

단계 : 4 기술의 성숙도란?

○ 현대사회에서 만병의 근원이라 불리는 스트레스관리가 가능하게 되려면 국민의 건강한 삶과 행복에 기여되는 정신건강을 사무실환경이나 생활공간에서 자유롭게 행동하는 상태에서 분석이 가능한 기술들이 개발 되여야 하기 때문에 본 스트레스 측정 기술은 소형 의료 진단 키트를 제작하는데 적용할 수 있는 기술이며 우울증 및 침해 등 정신건강을 예진 할 수 있는 분야로 적용할 수 있다. 또한 위험/안전과 직결된 직업인의 휴식과 안전사고를 예방위한 체외 측정기기로 활용할 수 있다.
○ 모세관 바이오 칩 기술은 초 고감도 측정이 가능하기 때문에 고감도 측정이 필요로 하는 타액에서 측정되는 질병에 적용이 가능하다. 아직은 연구 초기 단계에 있지만, 타액 내 존재하는 스트레스 바이오 마커를 분석하는 연구가 많이 진행되고 있다. 스트레스 같은 정신건강 분석은 인체의 호르몬 분석을 통하여 측정하는 것이 가장 정확하며, 기존의 채혈이 필요한 혈액기반의 분석기술에서 채혈 없이 편리하게 채취가 가능한 타액, 땀 등의 체액으로 분석하는 기술로 발전하고 있다. 기존에 어려웠던 타액, 땀 기반의 정신건강 분석기술이 초고감도 및 고재현성 등 정밀측정 기술의 발달로 향후 소형화된 키트로 시장에 진입할 것으로 전망된다.

비 침습 휴대용 스트레스 센서 기술은 스트레스를 비 침습인 타액을 사용하여 사용자가 가정이나 실버타운 등 현장에서 쉽게 검진할 수 있음
A. 기술명 : 모세관 바이오 칩 제작 기술
- 모세관 내에 타액이 (알파 아밀라제) 유입 되었을 때 정량하기 위해 CNPM이 모세관 내에 동결 건조
B. 기술명 : 광 센서 제작 기술
- 발색된 모세관 바이오 칩을 노란색 발색정도를 정량화하기 위해 405nm LD를 모세관과 핀홀을 정렬 제작기술
C. 기술명 : 모세관 바이오 칩 측정 및 데이터 처리 기술
- 유입되는 타액 내에 존재하는 알파아밀라제효소와 CNPM이 반응하여 알파아밀라제효소 농도에 따라 발색정도를 측정기술
A. 기술명 : 모세관 바이오 칩 제작 기술
- CNPM Mix 제조 방법
- 미세 모세관 칩 내 CNPM Mix 동결건조 방법
B. 기술명 : 광 센서 제작 기술
- 발색된 모세관 바이오 칩을 측정할 수 있는 LD/PD 제작
- 미세모세관과 핀홀을 정렬 및 하우징 제작
- 포터블 알파-아밀라제 센서 키트 제작
C. 기술명 : 모세관 바이오 칩 측정 및 데이터 처리 기술
- 유입되는 타액 내에 존재하는 알파아밀라제효소와 CNPM이 반응하여
알파아밀라제효소 농도에 따라 발색정도를 측정기술

비독점적 통상실시권 계약체결일로부터 5 년간 ※ 착수기본료(단위:천원)

구분	중소기업	중견기업	대기업
착수기본료	25,000	50,000	50,000
매출정률사용료(%)	1.25	3.75	5

1 개월 / 300 천원정(부가세 별도)

기술개발 발표당시	바이오의료IT연구본부 김용준 (042-860-5615, junkim@etri.re.kr)
현재	진단치료기연구실 김용준 (042-860-5615, junkim@etri.re.kr)