당뇨 환자가 사용하는 혈당 측정 센서에서 혈액 속 포도당이 효소와 반응하여 전자를 방출하고, 이것이 전류로 변환되는 전기화학적 원리는 무엇인가요?

Question

당뇨 환자가 사용하는 혈당 측정 센서에서 혈액 속 포도당이 효소와 반응하여 전자를 방출하고, 이것이 전류로 변환되는 전기화학적 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

혈당 측정 센서는 포도당이 효소와 반응하여 전자를 방출하는 과정을 전기화학적으로 이용합니다. 센서 내부에는 포도당 산화 효소가 포함되어 있는데, 혈액 속 포도당이 이 효소와 만나면 산화 반응이 일어나면서 글루콘산과 과산화수소가 생성됩니다. 생성된 과산화수소는 전극 표면에서 다시 산화·환원 반응을 일으키며 전자를 내놓습니다. 이 전자가 전극을 통해 흐르면서 전류가 발생하고, 그 전류의 크기가 혈액 속 포도당 농도와 비례하게 됩니다. 결국 센서는 이 전류를 측정하여 디지털 신호로 변환하고, 이를 혈당 수치로 표시합니다.

즉, 혈당 측정기의 원리는 포도당이 효소와 반응해 생긴 화학적 변화를 전기적 신호로 바꾸어, 혈당 농도를 수치화하는 전기화학적 과정이라고 할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

당뇨 환자가 사용하는 혈당 측정 센서는 산화-환원 반응을 이용한 생체 감지 기술인데요, 크게 효소 반응, 전자 이동, 전류 생성, 농도 계산의 순서로 이루어집니다. 우선 센서 내부에는 포도당과 선택적으로 반응하는 효소가 고정되어 있는데요, 혈액 속 포도당이 효소와 만나면 포도당은 산화되면서 전자를 잃고, 효소는 그 전자를 받아 환원됩니다. 즉, 혈액 속 포도당이 화학 반응을 일으키며 전자를 내놓는 것입니다. 다음 단계에서 방출된 전자가 센서 내부의 전극으로 이동하면 아주 작은 전류가 발생하게 됩니다. 전류는 전자가 한 방향으로 흐르는 현상이기 때문에 포도당이 많을 수록 더 많은 전자가 이동하게 되고, 전류 역시 커지게 됩니다.

이때 센서는 이 미세한 전류의 세기를 측정하는데요, 전류의 크기와 혈당 농도 사이의 관계를 미리 계산해 둔 기준값과 비교하여 현재 혈액 속 포도당 농도를 숫자로 표시합니다. 따라서 화면에서 보는 혈당 수치는 이렇게 화학 반응을 전기 신호로 바꾸어 얻어진 결과라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.