Development of Micro Wired pH Electrode for Real-Time Monitoring for Gastroesophageal Reflux

학 술 논 문

277

위식도 역류 실시간 모니터링 마이크로 와이어 pH 전극 개발

김응보

·이규진

·소상균

·정연호

·박정호

·김남희

1한밭대학교 전자제어공학과, ²성균관대학교 의과대학 강북삼성병원 소화기내과

Development of Micro Wired pH Electrode for Real-Time Monitoring for Gastroesophageal Reflux

Eung-Bo Kim

, Kyu-Jin Lee

, Sang-Kyun So

, Yeun-Ho Joung

, Jung Ho Park

and Nam Hee Kim

1

Departments of Electronics and Control Engineering, Hanbat National University

2

Departments of Internal Medicine, Kangbuk Samsung Hospital, Sungkyunkwan University College of Medicine (Manuscript received 25 August 2017 ; revised 2 November 2017 ; accepted 22 November 2017)

Abstract: This paper presents an implantable pH measurement electrode for wireless gastroesophageal reflux mea- surement. Usually, gastroesophageal reflux is diagnosed by a catheter-type wire connection between the esophagus and the diagnostic device which brings many side effects such as restriction of daily living, pain, and discomfort in the nasal cavity and pharynx of patients. In order to solve these issues, researchers have been studied a wireless measurement method and a micro-sized pH electrode for human body insertion is necessary. Commercial glass pack- aged pH meter is formed by a sensing and a reference electrodes in a KCl solution. However, if the glass meter is inserted into the human body, there are risks of leakage of the solution, breakage of the glass package, injury of the body elements. Therefore, the solution should be solidified on the micro-sized noble metal wire which has a char- acteristic of biocompatible. After solidified wire fabrication, the designed meter was tested for feasibility of mea- surement and the result was well agreed with pH values of commercial pH meter. Potentials in pH 1 to 12 solution was measured to obtain the sensitivity of the sensor with linearity. And we have designed a simulation of gastroe- sophageal reflux with symptom frequency, interval, and duration time in pH 2 solution. The proposed sensor has capa- ble to get the same potential for 24 measurements in 3 days, and it has sensed same pH values of 2 for one hour with every 10 minutes. Furthermore, the sensor was survived for 48 hours with reasonable potentials in the acid solution.

Key words: GERD, pH electrode, Micro wire, Ir/IrOx, Sensor

I. 서 론

위식도 역류질환이란 식도 하부 괄약근의 기능저하로 위 의 내용물이 식도로 역류하여 환자가 불편함을 느끼거나 이 로 인하여 합병증을 유발하는 질환이다[1]. 미국 성인 대다 수는 다양한 성인병을 앓고 있으나 그 중에서 약 50%는 위 식도 역류질환의 대표적 증상인 가슴 쓰림을 경험하고 있으 며 이 중에서 27%는 가슴앓이로 인해 약물을 복용하고 있 다[2]. 위식도 역류질환은 일반적으로 서구의 질환으로 여겨 져 왔으나 현대인들의 서구적 음식 및 생활습관으로 국내에 서도 유병률이 점점 증가하고 있는 추세이다. 건강보험심사 Corresponding Author : Nam Hee Kim

Departments of Internal Medicine, Kangbuk Samsung Hospital, Sungkyunkwan University College of Medicine, Seoul, Korea

Kangbuk samsung hospital, 29, Saemunan-ro, Jongno-gu, Seoul, Korea

Tel: +82-2-2001-1870 / E-mail: [email protected]

이 연구는 연구재단(NRF-2017R1D1A1B03034376, 위식도 역류

질환의 실시간 진단을 위한 pH 무선 모니터링 시스템 개발)과제의

지원을 받아 수행하였음.

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평가원이 5년간(2008~2012) 위식도 역류질환의 진료인원 및 진료비에 대해 분석한 결과 진료인원은 2008년 199만 명이었던 것에 비해 2012년 336만 명으로 5년간 약 137 만 명(69%)이 증가하였으며 연평균 증가율은 14.2%로 나 타났다. 또한 총 진료비는 2008년 1,217억 원이었던 것이 2012 년 1,828억 원으로 5년 동안 약 611억 원(50.2%) 증 가 하였으며 연평균 증가율은 11.1%로 나타났다.

식도산도를 측정하기 위해서는 내시경 검사, 24시간 식도 산도검사 및 무선 식도산도검사를 진행한다. 내시경 검사는 위산의 역류로 인해 일어난 식도 조직의 손상 정도를 확인 할 수 있으며 그에 따라 바렛(Barrett)식도, 미란성 식도염 및 비미란성 역류 질환의 범주로 분류하지만 위식도 역류질 환을 가진 대부분의 환자가 내시경에서 이상소견이 관찰되 지 않으므로 진단에 한계가 존재한다[3]. 24시간 식도산도 검사는 약물치료에 반응이 없거나 비전형적인 증상을 가진 환자의 평가 및 수술시행 전 정상적인 산 노출 정도를 판단 하기 위해 시행된다[4]. 산을 측정하는 도관을 비강을 통해 하부식도괄약근 상부 5 cm에 위치시킨 후 삽입된 측정 장 치와 연결된 별도의 증상 기록 장치를 이용하여 환자가 증 상을 느낄 경우 측정기의 버튼을 눌러 증상과 역류와의 상 관관계를 분석하는 방식이다. 그러나 유선 식도산도검사의 경우 비강이나 이두부에 삽입되는 카데터로 인해 피검자는 식사나 운동과 같은 일상적인 생활에 불편함이 존재하여 검 사의 정확도가 떨어진다[5]. 또한 유선 검사는 24시간 동안 검사를 시행하지만 위식도 역류질환은 24시간 이내에 증상 이 나타나지 않을 수도 있다.

무선 식도산도검사는 상용화된 Medtronic Bravo와 연구 단계의 BEST(Batteryless Endoluminal Sensing Tele- meter) 센서가 있다. Bravo는 배터리가 포함된 센서를 딜 리버리(delivery) 기기를 이용하여 환자의 식도에 위치시킨 후 식도 벽에 부착·고정 시켜 측정하는 방식이다. 삽입된 센 서와 통신이 가능한 리더기가 존재하며 사용자가 증상을 기 록할 수 있어 기존의 검사방법보다 장시간 검사할 수 있다.

특히 유선이 아닌 무선통신 방식에 의해 비강에 가해진 부 작용을 없앴다. 하지만 센서를 식도 내벽에 직접 고정하므 로 고정 방법에 의한 천공, 통증, 가슴의 이물감과 같은 2 차 부작용을 발생시키고 식도의 심한 연동 운동에 의해 센 서가 식도벽으로부터 탈락하기도 한다. 이로 인해 현재는 거 의 사용하고 있지 않는 추세이다. BEST 센서는 배터리를 포함하지 않은 센서로 식도 벽에 고정한 후 자기 유도 방식 으로 외부에서 측정하는 것으로 배터리 없이 장시간 측정할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 센서의 전극 및 회로 부분 을 폴리머 재질의 기판에 반도체 공정으로 제작하여 공정이 복잡하고 기계적 내구성이 취약한 단점이 있으며 PDMS와 같은 물질로 센서 외부를 패키징하여 생체적합성은 획득하

였지만 생체 내에 삽입할 경우 생체의 거친 환경에 의해 물 질의 변형 및 밀폐성에 문제가 발생할 수 있다.

따라서 위식도 역류질환을 정확하게 측정 및 진단하기 위 해서는 피검사자에게 일상생활의 제한이나 부작용을 주지 않는 무선 방식을 통한 인체 삽입이 보다 효과적이며 24시 간 이상 측정이 가능해야만 진단의 정확도를 높일 수 있다.

본 논문에서는 인체 삽입이 가능한 마이크로 와이어 방식의 pH 측정 장치에 대한 내용을 담고 있으며 pH 측정을 위해 기준 전극과 센싱 전극으로 나누어 제작 후 상용 pH meter 와 비교 측정, 위식도 역류질환 증상과 유사한 조건에서 측 정 및 위식도 역류질환의 진단을 위한 측정이 가능한 것을 확인하였다.

II. 연구 방법

1. 전극 동작원리

본 논문에서 서술하는 pH 전극은 인체 삽입이 가능한 초 소형 사이즈로 제작하였으며 기준전극과 센싱전극으로 이루 어져있다. 두 전극 사이에서 발생하는 전위차를 통해 pH 측 정이 가능하며 일반적으로 pH를 측정하는 방법은 네른스트 방정식(nernst’s equation)인 식 (1)로 나타낸다[6].

식 (1)

여기서 E는 전위, E

는 표준전위, R은 기체상수(8.314472 J·K

·mol

), T는 절대온도, n은 반응에 관여하는 전자의 수, F는 패러데이 상수(96485.3383 C·mol

), Q 는 현재 상 태에서의 반응물의 농도·생성물의 농도이다. 식 (1)에서 온 도를 25

C 로 가정하는 경우 pH의 변화에 따라 전극 전위는 약 59 mV의 값이 변화하는 것이다. 제작되는 전극은 인체 삽입이 가능한 형태로 metal wire 형식으로 만들고자한다.

센싱전극의 경우 Ir/IrOx로 만들고자하며 전극의 pH 감지 전극 반응식은 식 (2)와 같다.

식 (2)

식 (2)에 네른스트 방정식에서 대입한 것과 마찬가지로 25

C 를 가정할 경우 pH 변화에 대한 전위는 59 mV/pH가 된다. 이론적으로 Ir/IrOx 전극은 pH 변화에 대한 전위변 화가 네른스트 식과 같은 특성을 나타낸다. 식 (2)를 이용 하여 제작한 기준전극과 센싱전극의 전위차를 이용한 pH 감지 반응식은 식 (3)과 같다.

식 (3) E E

RT

--- Q E nF ln →

– E

2.303RT --- nF log Q –

= =

E E

2.303RT

--- nF [ IrO

]

Ir

O

[ ]

--- 2.303RT --- nF log [ ] H

+

log –

=

V

V

2.303RT ---pH nF –

=

279 제작한 전극부는 식 (3)과 같이 기준전극의 전위(V

) 와 센

싱전극의 전위(V

) 를 측정하고 그 차이에 따라 비례하는 생체 내의 산도(pH)를 측정할 수 있다.

2. 전극 설계 및 제작

유리전극으로 구성된 기존의 pH meter는 높은 정확도를 갖고 있어 pH 측정에 널리 사용된다. 그러나 유리의 특성 으로 인해 파손 위험이 있으며 알칼리 및 HF 용액에 쉽게 영향을 받아 종종 느린 응답을 나타내고 현재 제조 기술로 소형화 및 평탄화하기가 어렵다[7-9]. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 센싱 및 기준 전극을 Ir/IrOx와 Ag/

AgCl 구성을 갖는 마이크로 와이어로 제작하였다.

마이크로 와이어 방식은 별도의 반도체 공정 없이도 초소 형 사이즈로 제작이 가능하며 반도체 공정을 거치지 않으므 로 공정 시간의 단축 및 공정의 간소화에 따른 비용 절감의 장점이 있다. 또한 전극 제작 시 고온 열처리 공정을 통해 생체 내에서 기계적으로 훨씬 안정적으로 측정이 가능하다.

반도체 공정을 통해 제작되는 BEST 센서와 같은 경우 다 양한 공정 시스템을 갖춰야하므로 그에 따른 장시간의 공정 이 요구되며 다양한 장비 구비에 따른 비용 상승의 문제점 도 있다. 또한 폴리머 기판 위에 반도체 공정을 통해 전극 을 제작하므로 기계적 내구성에 취약하다는 단점이 있다.

센싱전극에 사용된 Ir/IrOx oxide 전극의 장점은 기존의 유리 및 다른 금속 산화물 전극에 비해 250

C 의 고온, 고 압 및 가혹한 환경에서도 우수한 안정성을 나타내며[10-13]

비수용액에서도 빠른 응답을 나타낸다[14-15]. 수용성, 전도 성, 부식성 매체에서도 pH에 대해 신속하고 안전한 반응을 보이며 제조의 용이성, 작은 크기, 연속 검출이 가능한 특징 을 갖고 있다[16]. 또한 potential drift에 대한 민감도가 낮 고 고온 환경에서 높은 내구성을 보이므로 인체 삽입형으로 사용하기에 적합하다. Ir/IrOx oxide 전극을 만드는 방법은 electrochemical growth, electrodeposition, sputtering, sol-gel deposition, thermal oxidation process 등이 있으 며 본 논문에서는 thermal oxidation process 방식을 이 용하여 전극을 제작하였다.

Ir wire(0.25 mm in dia., 99.8%, Alfa AESAR) 를 약 25 mm 길이로 자른 후 hydrogen chloride(HCl)에서 초음 파 세정을 통해 wire 표면의 불순물을 제거하였다. 세정된

Fig. 1. Ir wires (a) before oxidation and (b) after oxidation.

그림 2. EDS로 분석한 Ir wire 표면 및 구성 원소 (a) 와 (b) 산화 전, (c)와 (d) 산화 후.

Fig. 2. Ir wire surface and composition of (a) and (b) before oxidation and (c) and (d) after oxidation analyzed by EDS.

280

wire는 sodium hydroxide(NaOH) 용액에 담가 적신 후 Rapid Thermal Process(RTP) 에서 800

C 로 산화시켰다.

상기의 공정은 Ir wire 표면에 그림 1(b)와 같이 흑색의 코 팅이 형성될 때까지 반복하였다. 그 후 산화된 Ir wire를 끓 는 DI water에 담가 불순물을 제거하고 산화막을 형성하 였다[17].

그림 2는 Ir wire의 산화 전과 산화 후의 Ir wire 표면 을 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy(EDS)로 분석 한 것으로 thermal deposition 공정을 통해 산화막이 형성 된 것을 알 수 있다. 산화가 된 전극은 측정이 용이하도록 한쪽 끝을 사포로 벗긴 후 전도성 은 에폭시(silver epoxy) 를 이용하여 wire와 연결하였다.

기준전극으로 사용하고자 하는 Ag/AgCl은 일반전기화학 실험 및 분석에 널리 사용되고 있으며 기준전극으로서의 안 정성, 사용의 용이성, 간단한 구조 등과 같은 장점을 가지고 있다. Ag wire(0.25 mm in dia., 99.8%, Alfa AESAR) 또한 약 25 mm 길이로 자른 후 sodium hypochlorite

(NaOCl) 에 담가 AgCl층을 형성하였다.

그림 3(b)을 보면 Ag wire를 NaOCl 처리한 후 앙금된 1 µm 이하의 AgCl 입자들이 형성된 것을 볼 수 있다. Ag/

AgCl wire 표면에 표준용액으로 사용되는 KCl을 고체화시 키기 위하여 실온에서 tetrahydrofuran(THF)에 potassium chloride(KCl) 을 포화시켰다. KCl은 이온농도가 높고 전기 저항이 낮으며 시료와 전해액 사이에 화학반응이 없어 전해 액으로 사용하기에 적합하다. 고정화전해액에 Ag/AgCl wire 를 담근 후 진공 상태의 유리 데시케이터에서 약 48시 간 동안 건조시킨후 KCl 염화이온의 누출을 방지하고 수소 이온을 통과시켜 고체의 KCl을 액체화시키기 위해 cation exchange 로 nafion(C

HF

O

S ·C

F

) 을 사용하였으며 건 조된 wire에 코팅하였다. Nafion은 높은 열에서 경화시킬 경우 안정성이 높아지며 이는 기준 전극을 보다 효율적으로 보호하며 증가된 재현성과 안정성을 제공한다[18]. Nafion 이 코팅된 wire는 오븐에서 100

C 로 1시간 동안 경화시킨 후 DI water에 담가 보관하였다.

그림 4는 기준전극 제작 후 SEM을 통해 전극의 표면을 관찰한 것으로 Ag wire에 고정화 전해액이 코팅된 것을 확 인할 수 있다.

그림 5는 측정을 위해 제작된 기준전극 Ag/AgCl과 Ir/

그림 3. SEM of (a) Ag wire (b) Ag/AgCl wire.

Fig. 3. SEM pictures of (a) Ag wire and (b) Ag/AgCl wire.

그림 4. (a) 전해액 고정화 필름과 (b) Ag wire.

Fig. 4. (a) Immobilized electrolyte coating layer and (b) Ag wire.

그림 5. 프로토타입 pH 전극.

Fig. 5. A prototype of pH electrodes.

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IrOx 센싱전극 모습이다. 제작된 전극은 보다 작게 또는 길 게 제작할 수 있으나 측정의 편리성을 위해 기준 전극은 측 정 도선에 은 에폭시로 연결하였으며 센싱전극은 산화막을 2 mm 를 벗긴 후 전기적으로 연결하였다. 은 에폭시를 도포 한 부위는 균열 방지를 위해 UV bioglue(3321, LOCTITE) 로 코팅하였다.

제작된 pH 센서의 성능 평가를 위해 pH meter와 비교 분석하였으며 다양한 위식도 역류질환 환경을 설계한 후 본 연구를 통해 개발한 전극의 측정가능성을 확인하였다. 각 실

험에서 제작한 전극의 기준값이 서로 다르게 나타났는데 이 는 측정 시 제작한 전극을 고정시키지 않고 개별 환경에서 진행하여 전극이 pH 용액에 일정하게 담기지 못해 발생한 오차로 판단된다.

III. 결과 및 고찰

1. 상용 pH meter와의 비교 측정 평가

제작된 전극의 pH 레벨에 따른 측정 가능성 확인을 위해

Fig. 7. A comparison of electromotive force between prototyped pH sensor and commercial pH meter according to pH level (a) pH 1 to pH 7 (b) pH 8 to pH 12.

그림 6. (a) pH 측정 시스템과 (b) pH 용액에 담긴 전극들.

Fig. 6. (a) The pH measurement system and (b) electrodes in pH solution.

그림 8. 64시간 모의 역류 증상에 대한 기전력 그래프.

Fig. 8. Electromotive force graph for 64 hours simulated reflux symptom.

282

pH 1 부터 12의 용액에서 실험을 진행하였다. 제작된 센서 성능 비교 분석을 위해 pH 측정 시 사용되고 있는 보편 상 용 pH meter와 측정값을 비교하였다.

그림 6(a)는 pH 측정 시스템으로 전극을 oscilloscope에 연결하여 pH 측정 시 발생하는 기전력을 획득하였다. 그림 6(b) 는 그림 6(a)의 빨간 점선 부분을 확대한 것으로 pH 측 정 시 제작한 전극과 상용 pH meter를 함께 담가 동일한 측정 환경을 만든 후 측정을 진행하였다.

그림 7은 제작한 전극 한 쌍과 상용 pH meter를 pH 1 부터 12의 용액에서 순차적으로 1회씩 측정하여 pH 용액 에 따른 기전력 값을 나타내는 그래프이다. 그림 7(a)를 보 면 pH 1부터 pH 7의 구간에서는 기전력 값이 56 mV와 59 mV 로 제작한 전극과 pH meter가 거의 동일하게 측정 되는 것을 볼 수 있다. 이는 제작한 전극이 높은 산도(pH 1~pH 4) 를 측정할 경우 pH meter와 동일하게 측정 가능 한 것을 나타낸다. 그림 7(b)는 pH 8부터 pH 12의 구간에 서는 pH meter와 제작한 전극의 기전력 값이 각각 54 mV 와 30 mV가 측정된 것을 볼 수 있다. pH 8부터 pH 12에 서 변화되는 pH 레벨에 따라 측정값이 서로 다른 이유는 제작한 전극을 각각의 pH 레벨에서 측정 후 pH 7에 담가 안정화시켜야 했으나 각 pH 레벨에서 포화 상태의 전극을 pH 1 부터 12까지 순차적으로 측정하여 발생한 오차로 판 단된다. 이러한 오차를 해결하기 위해 그림 8과 같이 pH 측 정시 안정화 단계 설정한 후 문제점을 해결할 수 있었다. 그 림 7에서의 결과를 분석하면 제작된 전극은 pH 레벨에 따 라 상용 pH meter와 비슷하게 변화를 나타냈으며 각 pH 레벨에 따른 기전력 값을 획득하였다.

2. 위식도 역류질환 증상에 대한 전극 성능 평가

현재 위식도 역류질환 진단 시 24시간 식도산도검사는 정 확한 위식도 역류의 기전을 확인하기에는 부족한 시간이므 로 정확한 진단을 위해서는 약 48시간의 장기간 기록이 가 능한 장치가 필요하다[5]. 본 실험에서는 약 48시간동안 20 번의 역류 증상을 가정하여 전극을 pH 2에 5분간 담근 후 센서 안정화를 위해 pH 7에 55분간 담그는 측정 사이클링 을 설계하였으며 pH 2에서 5분이 지난 후 기전력 측정하 였다.

그림 8은 시간당 1회 역류를 가정하여 약 64시간동안 20 번 측정한 데이터이다. 제작한 전극은 1시간 중 5분의 역류 발생에 대한 그래프로 64시간 동안 안정적으로 유사한 기 전력 값을 측정하였다. 상기 실험은 pH 7에서 급격하게 pH 2 로 변하는 식도 내부의 역류 상황을 가정한 것으로 제작한 전극이 이를 정확하게 측정할 수 있다고 해석되며 24시간 이후 48시간동안 발생하는 식도 내부의 역류를 감지할 수 있다고 판단된다. 전체적인 측정값은 약 8 mV (± 1%)가 변

했으나 이는 oscilloscope에서 발생하는 전기적 기계적 잡 음으로 인한 오차로 판단된다.

3. 최장 역류 시간에 대한 전극 성능 평가

위식도 역류질환을 앓고 있는 환자들은 하루에 여러 번의 역류를 느끼며 그 중 가장 길게 느껴지는 시간을 최장 역류 시간(longest time)이라고 한다. 일반적으로 최장 역류시간 은 기립 시 약 16분간 역류되는 것으로 보고되었다[19]. 본 실험에서는 16분인 기존의 최장 역류시간을 1시간으로 늘 려 진행하였다.

그림 9는 1시간동안 pH 2에 제작된 전극을 담가 10분 단 위로 측정한 기전력을 나타낸다. 측정 결과를 살펴보면 최 장역류 시간의 약 4배에 달하는 시간인 1시간동안 제작된 전극이 장시간 산(acid) 노출에서도 일정한 측정이 가능하 다는 것을 나타낸다. 전체적인 기전력 값은 약 5 mV 변하 였으나 이전 실험과 마찬가지로 실험 시 발생하는 오차로 분석할 수 있다.

4. 전극 내구성 평가

본 센서는 장시간 인체 내부에 삽입되어 위산을 측정하는 장치로 장시간 인체 내부에서 동작되어야 하므로 내구성 측 정이 반드시 필요한 것으로 판단된다. 일반적으로 위식도 역 류질환을 진단하기 위해 24시간동안 식도산도검사를 시행한

Fig. 9. Graph of electromotive force measured in pH 2 solution for 1 hour.

그림 10. 24시간 내구성 실험 결과.

Fig. 10. Experimental result for 24 hours durability.

283 다. 식도산도검사의 경우 pH 4 이하의 값이 측정될 경우, 이

를 역류로 판단하고 있으며 24시간동안 약 2시간의 역류가 발생한다고 보고되고 있다[19]. 위산의 역류는 24시간 연속 으로 일어나지 않지만 본 실험에서는 24시간 연속 역류가 일어난다는 가정 하에 실험을 진행하였으며 기존 식도산도 검사보다 가혹한 환경인 pH 2 용액에 전극을 담가 24시간 동안 10회에 걸쳐 측정하였다.

그림 10은 24시간 내구성 측정 결과를 나타낸다. 측정된 기전력 값은 처음 12시간동안 일정한 값을 측정하였으나 이 후 점차적으로 감소되는 것을 볼 수 있다. 이는 흐르지 않 는 용액에서 측정하여 전극 표면에 발생한 기포로 전극이 포화돼 정확도가 감소된 것으로 보인다. 그러나 일반적인 역 류(pH 4이하)보다 가혹한 환경인 pH 2에서 12시간동안 일 정한 값을 측정하였으며 이는 24시간동안 위식도 역류질환 환자가 겪는 역류시간인 2시간보다 6배 많은 수치이다. 결 과적으로 제작한 전극은 24시간동안 역류가 발생하여도 이 를 감지할 수 있는 것으로 판단된다. 전체적인 기전력 값은 24 시간에 걸쳐 약 40 mV 감소하였다. 이는 pH 1의 변화 량은 50 mV보다 작은 수치로 위산 변화 측정에 영향이 없 을 것으로 해석된다.

IV. 결 론

본 논문은 기존 인체 삽입형 위식도 역류 질환 진단 장치 의 문제점을 해결하기 위해 인체 삽입이 가능한 마이크로 와이어 방식의 pH 측정 전극 개발에 관한 것이다. 제작된 전극은 기준전극과 센싱전극으로 이루어져있으며 각각 Ag/

AgCl 과 Ir/IrOx로 제작되었다. 전극의 사이즈는 길이 약 25 mm, 직경 0.25 mm로 제작되었으며 상용 pH meter와 의 비교 측정을 통해 pH 농도에 따른 측정 가능성을 확인 하였다. 위식도 역류질환에서 발생하는 증상을 측정하기 위 해 내구성 테스트, 최장역류시간 테스트, 48시간 역류 테스 트를 진행하였다. 위식도 역류질환 환자가 겪는 최장역류시 간은 약 16분으로 본 논문에서는 시간을 4배로 늘려 1시간 동안 pH 2에서 10분 간격으로 측정을 진행하였으며 일정 한 값이 측정되는 것을 확인하였다. 위식도 역류증상과 비 슷한 환경인 시간당 1회의 역류를 구현하여 48시간동안 pH 7 에서 pH 2로 급격하게 변하는 조건에서도 일정한 기전력 이 측정되었다. 마지막으로 내구성 테스트 결과 pH 2에서 24 시간동안 기전력의 변화가 매우 작아 24시간 이상 측정 이 가능하다는 것을 확인하였다. 추후 제작한 전극과 무선 통신 회로의 결합을 통해 내시경술를 이용하여 인체 내 센 서를 삽입하고자하며 외부 리더기 제작을 통해 삽입된 센서 와 무선통신을 하고자한다. 인체 내에 삽입되는 센서는 quartz, polymer, polyurethane 등과 같은 생체적합성 및

내화학성을 갖는 물질로 생체로부터 완전 격리될 수 있도록 패키징하고자 한다. 완성된 전체 pH 시스템은 24시간 식도 산도검사에서 발생하던 식이제한, 운동제한 및 고통과 같은 부작용을 개선하고 48시간이상 장시간 측정을 통해 보다 정 확한 위식도역류질환 진단이 가능한 의료기기로의 활용하고 자한다. 또한 상기 시스템은 소변의 pH 농도 변화에 의한 요산석 발생 진단을 위한 방광 내 pH 측정 및 담즙의 역류 로 위염이 발생하는 담즙역류성위염 등과 같은 pH 측정이 필요한 질환에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

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