KR100464141B1 - Biosensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로서, 이 바이오 센서는 전극, 상기 전극에 형성된 효소 층 및 상기 효소층 위에 형성된 효소 보호층을 포함한다. 이 효소 보호층은 상기 효소층위에 형성된 폴리트리플루오로클로로에틸렌을 포함하는 제 1 층, 상기 제 1 층 위에 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 제 2 층, 상기 제 2 층 위에 형성된 폴리트리플루오로클로로에틸렌을 포함하는 제 3 층, 상기 제 3 층 위에 형성된 불소계 이온 교환 수지를 포함하는 제 4 층을 포함한다.The present invention relates to a biosensor, the biosensor comprising an electrode, an enzyme layer formed on the electrode and an enzyme protective layer formed on the enzyme layer. The enzyme protective layer comprises a first layer comprising polytrifluorochloroethylene formed on the enzyme layer, a second layer comprising polytetrafluoroethylene formed on the first layer, and a polytrifluoro formed on the second layer. And a third layer comprising rochloroethylene, and a fourth layer comprising fluorine-based ion exchange resin formed on the third layer.

Description

바이오 센서{BIOSENSOR}Bio sensor {BIOSENSOR}

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선형 반응도가 넓고, 우수한 감응도를 갖는 바이오 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor, and more particularly, to a biosensor having a wide linear reactivity and excellent sensitivity.

[종래 기술][Prior art]

바이오 센서는 생체 물질이 전자 측정기기와 유기적으로 결합되어 임의의 시료 내의 화학적 정보를 쉽게 처리 가능한 전기적인 신호로 바꾸어주는 센서를 말한다. 상기 바이오 센서는 복잡한 화학적, 생물학적 처리를 할 필요가 없이 실시간으로 원하는 화학종의 정량적 정보를 매우 선택적으로 얻을 수 있다는 장점 때문에 널리 개발되고 있으며, 의학 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히 당뇨병과 같이 혈액 글루코스를 자주 모니터해야하는 질병에서 글루코스의 측정을 위한 바이오 센서에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.A biosensor refers to a sensor in which a biomaterial is organically coupled with an electronic measuring device to convert chemical information in an arbitrary sample into an easily processed electrical signal. The biosensors are widely developed and widely used in the medical field because of the advantage that the quantitative information of the desired chemical species can be obtained very selectively in real time without the need for complicated chemical and biological treatment. In particular, there are many studies on biosensors for measuring glucose in diseases in which blood glucose should be frequently monitored, such as diabetes.

글루코스 측정을 위한 바이오 센서는 생체 물질인 글루코스와 반응하는 효소를 제한된 부위, 일반적으로 전극에 고정화(immobilization)시킨 감응막(효소층)으로 분석 대상 물질인 글루코스의 농도를 측정한다.The biosensor for glucose measurement measures the concentration of glucose, an analyte, by using a sensitive membrane (enzyme layer) immobilized with enzymes that react with glucose, which is a biological substance, to a limited site, generally an electrode.

상기 전극 위에 효소층을 형성하는 방법은 전극을 폴리머 용액에 침지하고 건조하는 용매 코팅(casting)방법과 전기적인 폴리머화(electropolymerization)를 이용하는 방법이 있다. 이 중에서 전기적 폴리머화 방법이 사용할 전극의 기하구조(geometry) 및 면적에 상관없이 적용할 수 있고, 효소층 두께를 조절하거나 균일한 효소층을 형성하는 등의 장점이 있어서 용매 코팅법에 비하여 주로 사용되고 있다. 이러한 효소층은 글루코스 산화 효소와 모노머를 이용하여, 전기적 폴리머화를 실시하여, 모노머가 폴리머가 되면서 효소를 전극에 고정화시키는 방법을 이용하여 형성하였다. 최근에는 상기 바이오 센서에 첨가되는 효소의 양을 증가시키기 위해 폴리-L-라이신과 글루타알데하이드를 더욱 사용하고 있다. 아울러, 상기 폴리머로는 전도성 폴리머가 사용되다가, 투과-선택성(perm-selectivity) 및 재현성이 매우 우수한 비전도성 폴리머가 최근에는 주로 사용되고 있다.The method of forming an enzyme layer on the electrode includes a solvent coating method for immersing and drying the electrode in a polymer solution and a method using electrical electropolymerization. Among them, the electrical polymerization method can be applied regardless of the geometry and area of the electrode to be used, and it is mainly used in comparison with the solvent coating method because it has the advantage of controlling the thickness of the enzyme layer or forming a uniform enzyme layer. have. Such an enzyme layer was formed by using a method of immobilizing an enzyme on an electrode while performing electrical polymerization by using a glucose oxidase and a monomer to form a polymer as a monomer. Recently, poly-L-lysine and glutaaldehyde are further used to increase the amount of enzyme added to the biosensor. In addition, a conductive polymer is used as the polymer, and a non-conductive polymer having excellent perm-selectivity and reproducibility is mainly used recently.

상기 글루코스 측정용 바이오 센서의 전극 구조 및 작동 원리를 도 1에 간략하게 나타내었다. 도 1에 나타낸 것과 같이, 바이오 센서는 백금 전극 위에, 내부 층(inner layer), 효소층 및 외부 층(outer layer)으로 구성되어 있으며, 산소에 의해 상기 효소층에 있는 글루코스 산화 효소(GOD)의 산화 환원 반응이 일어나고, 이 산화 환원 반응에 따라 농도를 측정할 샘플 내에 존재하는 글루코스가글로콘산(gluconic acid)으로 전환되면서, 산소는 H2O2로 전환되었다가, 백금 전극에 전자를 주고 다시 산소와 H+이온으로 전환되어, 이 산소가 계속해서 글루코스의 산화 환원 반응을 유도하는데 사용된다. 결과적으로 상기 H2O2에 의해 전자가 발생함에 따른 전류 변화를 측정하여 글루코스의 농도를 측정한다. 이때, 아스코르브산과 아세트아미노펜 등과 같이 글루코스 이외에 산화될 수 있는 물질들의 방해가 있을 수 있다.The electrode structure and operating principle of the biosensor for glucose measurement are briefly shown in FIG. 1. As shown in FIG. 1, the biosensor is composed of an inner layer, an enzyme layer and an outer layer on a platinum electrode, and is composed of glucose oxidase (GOD) in the enzyme layer by oxygen. The redox reaction takes place and the oxygen is converted to H 2 O 2 , which is then converted into H 2 O 2 , giving electrons to the platinum electrode as it is converted into glucose gluconic acid present in the sample to be measured according to the redox reaction. Again converted to oxygen and H + ions, this oxygen is subsequently used to induce the redox reaction of glucose. As a result, the concentration of glucose is measured by measuring a change in current as electrons are generated by the H 2 O 2 . At this time, there may be interference of substances that may be oxidized in addition to glucose, such as ascorbic acid and acetaminophen.

이와 같이, 바이오 센서는 상기 효소층에 존재하는 산소에 의해 반응이 발생함에 따라 센서의 감응도(sensitivity)에 산소의 영향이 크다. 이에 따라 산소 공급을 증가시키기 위한 연구가 Gough에 의하여 연구되었다[Gough, D. A., Lucisano, J. Y., Tse, P. H. S. Two-Dimentional Enzyme Electrode Sensor for Glusoce, Anal. Chem. 57, 2351, 1985]. 또한, Wang 및 Lu은 산소 용해도가 매우 높은 폴리트리플루오로클로로에틸렌을 산소 내부 공급원으로 사용하였다[Wang, J., Lu, F., Oxygen-Rich Oxidase Enzyme Electrodes for Operation in Oxygen-Free Solutions. J. Am. Chen. Soc. 120, 1048, 1998]. 그러나 이러한 타입의 센서는 아직 당뇨병 환자의 글루코스 농도를 측정하기 위하여 인체에 성공적으로 이식되지 못하고 있다.As described above, the biosensor has a large influence of oxygen on the sensitivity of the sensor as the reaction occurs by the oxygen present in the enzyme layer. Accordingly, a study to increase the oxygen supply has been studied by Gough [Gough, D. A., Lucisano, J. Y., Tse, P. H. S. Two-Dimentional Enzyme Electrode Sensor for Glusoce, Anal. Chem. 57, 2351, 1985]. Wang and Lu also used polytrifluorochloroethylene with very high oxygen solubility as the oxygen internal source [Wang, J., Lu, F., Oxygen-Rich Oxidase Enzyme Electrodes for Operation in Oxygen-Free Solutions. J. Am. Chen. Soc. 120, 1048, 1998]. However, this type of sensor has not yet been successfully implanted into the human body to measure glucose levels in diabetics.

또한, Zhang 등은 감응도 및 선형도(linearity)를 조절하여, 산소에 의한 영향이 거의 없는 폴리우레탄 외부 층을 갖는 글루코스 센서를 제조하였다. 이러한 폴리우레탄 층은 산소 확산에는 영향을 미치지 않으면서 글루코스 확산만을 방지하는 베리어(barrier)로서 작용하므로 상대적으로 산소 공급을 증가시킬 수 있다.Zhang et al. Also adjusted the sensitivity and linearity to produce a glucose sensor having a polyurethane outer layer with little effect of oxygen. This polyurethane layer acts as a barrier to prevent glucose diffusion only without affecting oxygen diffusion, thus increasing the oxygen supply relatively.

그러나 최근까지도 니들 타입 글루코스 센서용으로 적당한 선형 반응도를 나타내며, 산소에감응도가 우수한 비전도성 폴리머를 이용한 글루코스 센서는 개발되지 않았다. 더욱이, 지금까지 개발된 바이오 센서는 선형 반응 범위가 좁고, 효소층이 유기 용매에 의해 활성을 잃기가 쉬운 문제점이 있다.However, until recently, a glucose sensor using a non-conductive polymer exhibiting a linear linear reactivity and excellent oxygen sensitivity has not been developed. Moreover, the biosensors developed so far have a narrow linear reaction range, and the enzyme layer has a problem in that it is easy to lose activity by an organic solvent.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 넓은 선형 반응도를 나타내고, 산소 공급이 원활하여 우수한 감응도를 나타내는 바이오 센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a biosensor that exhibits a wide linear reactivity and exhibits excellent sensitivity by smoothly supplying oxygen.

본 발명의 다른 목적은 이식가능한 바이오 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an implantable biosensor.

도 1은 글루코스 측정용 바이오 센서의 구조 및 작동 원리를 간단히 나타낸 도면.1 is a simplified diagram showing the structure and operating principle of the biosensor for glucose measurement.

도 2는 본 발명의 일 예인 글루코스 측정용 바이오 센서의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a biosensor for measuring glucose as an example of the present invention.

도 3은 본 발명의 바이오 센서의 단면을 나타낸 SEM 사진.Figure 3 is a SEM photograph showing a cross section of the biosensor of the present invention.

도 4는 본 발명의 비교예 1 및 실시예 1의 글루코스 측정용 바이오 센서와 종래 효소 보호층이 없는 글루코스 측정용 바이오 센서의in vitro글루코스 농도 측정 데이터.4 is in vitro glucose concentration measurement data of the glucose measurement biosensors of Comparative Examples 1 and 1 of the present invention and the glucose measurement biosensor without a conventional enzyme protective layer.

도 5a 내지 5f는 본 발명의 바이오 센서의 제조 공정 순서에 따른 표면 형태(morphology) 변화를 나타내는 SEM사진.5a to 5f are SEM photographs showing surface morphology change according to the manufacturing process sequence of the biosensor of the present invention.

도 6a는 본 발명의 바이오 센서의 혈청 및 인산 완충액에서의in vitro전류-시간 반응도를 나타낸 그래프.Figure 6a is a graph showing the in vitro current-time response in serum and phosphate buffer of the biosensor of the present invention.

도 6b는 글루코스 6mM을 포함하는 혈청에서의in vitro전류-시간 반응도를 나타낸 그래프.6B is a graph showing in vitro current-time response in serum containing glucose 6 mM.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예 1 및 2의 바이오 센서의 표면 형태를 각각 나타내는 SEM 사진.7A and 7B are SEM photographs showing surface shapes of the biosensors of Examples 1 and 2 of the present invention, respectively.

도 8은 본 발명의 효소 보호층을 갖는 바이오 센서와 종래 효소 보호층을 갖지 않는 바이오 센서의 산소 효과를 알아보기 위한 다양한 산소 장력 하에서의 검량선(calibration curve)을 나타낸 그래프.8 is a graph showing a calibration curve under various oxygen tensions to determine the oxygen effects of a biosensor having an enzyme protective layer of the present invention and a biosensor without a conventional enzyme protective layer.

도 9는 본 발명의 바이오 센서의 수명 안정성을 나타낸 그래프.9 is a graph showing the life stability of the biosensor of the present invention.

도 10은 본 발명의 바이오 센서의in vivo테스트에서 얻어진 센서 시그널 측정 결과를 나타낸 그래프와 글루코미터로 측정된 글루코스 농도를 나타낸 그래프.10 is a graph showing a sensor signal measurement result obtained in the in vivo test of the biosensor of the present invention and a graph showing glucose concentration measured by a glucometer.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전극, 상기 전극에 형성된 효소층 및 상기 효소층 위에 형성된 효소 보호층을 포함하는 바이오 센서로서, 상기 효소 보호층은 상기 효소층위에 형성된 폴리트리플루오로클로로에틸렌을 포함하는 제 1 층; 상기 제 1 층 위에 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 제 2 층; 상기 제 2 층 위에 형성된 폴리트리플루오로클로로에틸렌을 포함하는 제 3 층; 상기 제 3 층 위에 형성된 불소계 이온 교환 수지를 포함하는 제 4 층을 포함하는 것인 바이오 센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a biosensor comprising an electrode, an enzyme layer formed on the electrode and an enzyme protective layer formed on the enzyme layer, the enzyme protective layer is polytrifluorochloroethylene formed on the enzyme layer A first layer comprising a; A second layer comprising polytetrafluoroethylene formed on the first layer; A third layer comprising polytrifluorochloroethylene formed on the second layer; It provides a biosensor comprising a fourth layer comprising a fluorine-based ion exchange resin formed on the third layer.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로서, 비전도성 폴리머를 사용하여, 넓은선형 반응도를 나타내며 이식가능한 바이오 센서에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a biosensor, and relates to a biosensor that exhibits a broad linear reactivity using a nonconductive polymer.

본 발명의 바이오 센서는 전극, 이 전극 위에 형성된 효소층, 이 효소층위에 형성된 효소 보호층으로 구성된다. 이 효소 보호층은 상기 효소층위에 형성된 폴리트리플루오로클로로에틸렌(Kel-F Oil)을 포함하는 제 1 층, 상기 제 1 층 위에 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 제 2 층, 상기 제 2 층 위에 형성된 폴리트리플루오로클로로에틸렌을 포함하는 제 3 층, 상기 제 3 층 위에 형성된 불소계 이온 교환 수지(perfluorinated ion exchange resin)를 포함하는 제 4 층으로 구성된다.The biosensor of the present invention comprises an electrode, an enzyme layer formed on the electrode, and an enzyme protective layer formed on the enzyme layer. The enzyme protective layer comprises a first layer comprising polytrifluorochloroethylene (Kel-F Oil) formed on the enzyme layer, a second layer comprising polytetrafluoroethylene formed on the first layer, and the second layer. And a third layer comprising polytrifluorochloroethylene formed on the layer, and a fourth layer comprising perfluorinated ion exchange resin formed on the third layer.

상기 전극으로는 일반적으로 글루코스 측정용 센서에서 전극으로 사용되는 테플론이 코팅된 백금(Pt)/이리듐(Ir) 합금 전극을 사용할 수 있으나, 이에 국한되지 않고, 테플론이 코팅되지 않은 백금 전극, 즘 전극, 카본 전극 등 모든 종류의 전극에도 적용될 수 있다.As the electrode, a Teflon-coated platinum (Pt) / iridium (Ir) alloy electrode, which is generally used as an electrode in a glucose measuring sensor, may be used, but is not limited thereto. It can be applied to all kinds of electrodes such as carbon electrode.

상기 효소층은 효소, 글루타알데하이드, 폴리-L-라이신 및 비전도성 폴리머를 포함한다. 상기 효소로는 글루코스 산화 효소(glucose oxidase)를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 우레아제(urease), 락테이트 옥시다제(lactate oxidase), 락테이트 디하이드로지네이즈(lactate dehydrogenase), 크라티네즈(creatinase) 등과 같은 효소들을 사용할 수도 있다. 상기 비전도성 폴리머로는 1,3-디아미노벤젠, 1,2-디아미노벤젠, 1,4-디아미노벤젠 등의 아미노 벤젠 계열 포리머 또는 2,3-디아미노나프탈렌과 같은 나프탈렌 계열 폴리머을 사용할 수 있다.The enzyme layer includes enzymes, glutaraldehyde, poly-L-lysine and nonconductive polymers. The enzyme may include, but is not limited to, glucose oxidase, urease, lactate oxidase, lactate dehydrogenase, chlorinese ( enzymes such as creatinase) may be used. As the non-conductive polymer, aminobenzene-based polymers such as 1,3-diaminobenzene, 1,2-diaminobenzene, 1,4-diaminobenzene, or naphthalene-based polymers such as 2,3-diaminonaphthalene may be used. have.

상기 효소 보호층에 사용된 폴리트리플루오로클로로에틸렌은 글루코스가 상기 효소층으로 확산되는 것을 방지하면서 산소 확산에는 영향을 미치지 않으므로 상기 효소층으로의 산소 공급을 증가시킬 수 있다. 따라서 효소의 산화 환원 반응이 활발하게 일어나서 바이오 센서의 감응도를 증가시킬 수 있다.The polytrifluorochloroethylene used in the enzyme protective layer can increase the oxygen supply to the enzyme layer since it does not affect the oxygen diffusion while preventing glucose from diffusing into the enzyme layer. Therefore, the redox reaction of the enzyme may occur actively to increase the sensitivity of the biosensor.

상기 폴리테트라플루오로에틸렌은 효소 보호층의 균일도를 향상시키는 역할을 하며, 상기 제 3 층의 폴리트리플루오로클로로에틸렌이 잘 코팅되도록 하는 역할을 하며, 상기 불소계 이온 교환 수지는 글루코스 확산을 방지하면서, 생체 적합성(biocompatibility)을 향상시키고, 바이오 센서의 수명을 향상시키는 역할을 하면서, 효소를 보호하는 역할을 한다.The polytetrafluoroethylene serves to improve the uniformity of the enzyme protective layer, and the polytrifluorochloroethylene of the third layer is well coated, and the fluorine-based ion exchange resin prevents glucose diffusion It protects enzymes while improving biocompatibility and improving biosensor life.

상기 효소 보호층은 단일층 보다는 제 4 층 구조가 넓은 선형 반응도를 나타내며, 바이오 센서의 수명을 향상시키고 생체 적합성을 향상시키므로 바람직하다.The enzyme protective layer is preferable because the fourth layer structure exhibits a wider linear reactivity than a single layer, and improves the lifespan and biocompatibility of the biosensor.

이러한 구조를 갖는 본 발명의 글루코스 측정용 바이오 센서는, 먼저 전극을 황산 중에서 1.6 내지 1.8 V의 전압으로 산화피막 처리를 하고, 순환전압전류법을 이용하여 표면 처리를 한 후, 이어서, 효소, 글루타알데하이드, 폴리-L-라이신 및 비전도성 폴리머를 포함하는 완충액에 침지한다. 이때, 전극으로 테플론이 코팅된 것을 사용할 경우에는 사용전에, 전극의 말단에서 적절한 길이 만큼 테플론을 제거하여 사용하는 것이 좋다.In the biosensor for glucose measurement of the present invention having such a structure, the electrode is first subjected to anodization at a voltage of 1.6 to 1.8 V in sulfuric acid, and then subjected to surface treatment using cyclic voltammetry, followed by enzymes and writing. Immerse in a buffer comprising rutaaldehyde, poly-L-lysine, and a non-conductive polymer. In this case, when using the Teflon-coated electrode as the electrode, it is preferable to remove the Teflon by the appropriate length from the end of the electrode before use.

이어서, 비전도성 폴리머를 0.2 V 에서 1.0 V 범위에서 0.002 V/s의 주사속도로 전기폴리머화를 실시한다. 상기 완충액에서 효소의 농도는 4.4 uM 내지 8.8 uM이고, 글루타알데하이드의 농도는 0.234 mM 내지 0.468 mM, 폴리-L-라이신의 농도는 0.221 mM 내지 0.442 mM이며, 비전도성 폴리머의 농도는 1 mM 내지 5 mM이 바람직하다. 상기 효소, 글루타알데하이드, 폴리-L-라이신 및 비전도성 폴리머의 농도가 상술한 범위를 벗어나는 경우에는, 전극에 감응막을 형성하기 전에 글루타알데하이드나 폴리-L-라시인의 과량으로 인해 반응이 너무 많이 진행되어 용액에 침전이 생길 수 있어 효소막 자체의 균일도가 저하되어 바람직하지 않다.The nonconductive polymer is then subjected to electropolymerization at a scanning rate of 0.002 V / s in the range of 0.2 V to 1.0 V. The concentration of enzyme in the buffer is 4.4 uM to 8.8 uM, the concentration of glutaaldehyde is 0.234 mM to 0.468 mM, the concentration of poly-L- lysine is 0.221 mM to 0.442 mM, the concentration of the non-conductive polymer is 1 mM to 5 mM is preferred. If the concentrations of the enzymes, glutaraldehyde, poly-L-lysine and non-conductive polymer are outside of the above-mentioned ranges, the reaction may occur due to the excess of glutaaldehyde or poly-L-rasine before forming a sensitive film on the electrode. Too much progress may result in precipitation in the solution, which lowers the uniformity of the enzyme membrane itself, which is undesirable.

상기 효소층이 형성된 전극을 폴리트리플루오로클로로에틸렌 용액에 침지하여 효소층 위에 효소 보호층인 폴리트리플루오로클로로에틸렌 제 1 층이 형성된다. 상기 폴리트리플루오로클로로에틸렌 용액에서 용매로는 에탄올 또는 2-프로판올과 같은 알콜을 사용할 수 있고, 농도는 5 내지 40%가 바람직하다. 폴리트리플루오로클로로에틸렌 용액의 농도가 5% 미만이면 막이 불충분하게 입혀져 바람직하지 않고, 40%를 초과하면, 막이 불균일하게 형성되거나 효소가 비활성화되어 바람직하지 않다.The electrode on which the enzyme layer is formed is immersed in a polytrifluorochloroethylene solution to form a polytrifluorochloroethylene first layer that is an enzyme protective layer on the enzyme layer. In the polytrifluorochloroethylene solution, an alcohol such as ethanol or 2-propanol may be used as a solvent, and the concentration is preferably 5 to 40%. If the concentration of the polytrifluorochloroethylene solution is less than 5%, the membrane is insufficiently coated, which is undesirable. If the concentration of the polytrifluorochloroethylene solution is more than 40%, the membrane is unevenly formed or the enzyme is inactivated, which is not preferable.

얻어진 전극을 다시 폴리테트라플루오로에틸렌 분산액으로 코팅하고, 폴리트리플루오로클로로에틸렌 용액으로 코팅하여, 효소층 위에 폴리트리플루오로클로로에틸렌 제 1 층, 폴리테트라플루오로에틸렌 제 2 층, 폴리트리플루오로클로로에틸렌 제 3 층을 차례로 형성한다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 분산액은 물에 분산되어 있는 것을 사용할 수 있고, 그 농도는 10 내지 60%가 바람직하다. 상기 제 3 층을 형성하기 위해 사용되는 폴리트리플루오로클로로에틸렌 용액은 상기 제 1 층을 형성할 때와 동일한 농도의 용액을 사용한다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 제 2 층의 두께는 2 내지 4㎛가 적당하다. 이 제 2 층의 두께가 4㎛보다 두꺼워지면, 재현성이 크게 떨어지고 막 자체도 균일하게 입혀지기 어렵고, 또한, 두께가 2㎛ 미만으로 너무 막이 얇게 입혀지면 1 차적으로 방해 물질들을 제거하고자하는 목적에 적절치 않게 되어 바람직하지 않다.The obtained electrode was again coated with a polytetrafluoroethylene dispersion, and then coated with a polytrifluorochloroethylene solution, and the polytrifluorochloroethylene first layer, the polytetrafluoroethylene second layer, and polytrifluor on the enzyme layer A third layer of chloroethylene is formed in turn. The polytetrafluoroethylene dispersion liquid can be used that is dispersed in water, the concentration is preferably 10 to 60%. The polytrifluorochloroethylene solution used to form the third layer uses a solution of the same concentration as when forming the first layer. The thickness of the second polytetrafluoroethylene layer is preferably 2 to 4 µm. When the thickness of this second layer is thicker than 4 mu m, the reproducibility is greatly degraded and the film itself is difficult to be uniformly coated. Also, when the thickness is too thin, the thickness is less than 2 mu m. It is not preferable because it is not appropriate.

이와 같이, 제 3 층까지 형성한 후, 다시 불소계 이온 교환 수지 용액으로 코팅하여 불소계 이온 교환 수지 제 4 층을 형성하여 바이오 센서를 제조한다. 상기 불소계 이온 교환 수지의 농도는 1 내지 5%가 바람직하며, 용매로는 물과 2-프로판올의 혼합 용매(예를 들어 1 : 1 부피비)를 사용할 수 있다.In this way, the third layer is formed, and then coated with a fluorine ion exchange resin solution to form a fourth layer of fluorine ion exchange resin to manufacture a biosensor. The concentration of the fluorine-based ion exchange resin is preferably 1 to 5%, and a mixed solvent of water and 2-propanol (for example, 1: 1 volume ratio) may be used as the solvent.

각 코팅 공정 후에는, 25 내지 35℃에서 1 내지 3시간 동안 건조하는 공정을 실시한다.After each coating process, the process of drying at 25-35 degreeC for 1-3 hours is performed.

본 발명의 바이오 센서는 글루코스 측정을 예로 들어 설명하였으나, 이에 반드시 국한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 모든 종류의 수용성 효소 및 생물학적 요소를 고체 전극 위에 고정시키는 형태의 바이오 센서의 제작에 응용될 수 있다.Although the biosensor of the present invention has been described using glucose measurement as an example, it is not necessarily limited thereto. That is, the present invention can be applied to the fabrication of biosensors in which all kinds of water soluble enzymes and biological elements are immobilized on a solid electrode.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(비교예 1 및 실시예 1)(Comparative Example 1 and Example 1)

1. 사용 물질1. Material used

글루코스 옥시다제(E.C. 1.1.3.4. 고순도, 250,000 유니트/g, O2타입 II-S 없는 것,Argellius niger), D-(+)-글루코스 및 아세트아미노펜(AP)은 Sigma 사것을 사용하였다. L-아스코르브산, 1,3-디아미노벤젠(99%), 글루타알데하이드(물 중에서 25 중량% 용액), 물중에 분산된 폴리테트라플루오로에틸렌(60%) 및 불소계 이온 교환 수지(Aldrich사)는 시판되는 것을 정제하지 않고 그대로 사용하였다. 폴리-L-라이신(23400의 분자량을 갖는 하이드로브로마이드 염)을 0.1M NaCl에 투석한 후 사용하였다. 폴리-L-라이신 용액을 4℃에서 저장한 후 사용하였다. 폴리트리플루오로클로로에탄올 오일은 Powdercheck(캐나다, 프레몬트)사 것을 사용하였다.Glucose oxidase (EC 1.1.3.4. High purity, 250,000 units / g, without O 2 type II-S, Argellius niger ), D-(+)-glucose and acetaminophen (AP) was used with Sigma. L-ascorbic acid, 1,3-diaminobenzene (99%), glutaraldehyde (25% by weight solution in water), polytetrafluoroethylene (60%) dispersed in water and fluorine ion exchange resin (Aldrich) ) Was used as it is without commercially available purification. Poly-L-lysine (hydrobromide salt with a molecular weight of 23400) was used after dialysis in 0.1M NaCl. The poly-L-lysine solution was used after storage at 4 ° C. As the polytrifluorochloroethanol oil, Powdercheck (Fremont, Canada) was used.

2. 장치2. Device

전기화학적 실험은 모델 cDAQ-1604 멀티채널 일정 전위 공급계(potentiostat, ELBIO Co., 서울)을 사용하였고, Ag/AgCl(3M KCl) 및 백금 선을 각각 참조극과 대극으로 사용하였다. 상기 제조된 전극의 표면 형태는 주사 전자 현미경(SEM)(모델 JSM 840-A)를 사용하여 관찰하였다.Electrochemical experiments were performed using a model cDAQ-1604 multichannel constant potential supply system (potentiostat, ELBIO Co., Seoul), and Ag / AgCl (3M KCl) and platinum lines were used as reference and counter electrodes, respectively. The surface morphology of the prepared electrode was observed using a scanning electron microscope (SEM) (model JSM 840-A).

3. 센서의 제조3. Manufacturing of the sensor

테플론-코팅된 백금-이리듐(Pt/Ir) 합금 와이어를 니들-타입 센서의 전극으로 사용하였다. 상기 와이어의 말단에서 테플론 코팅을 제거하였고, 제거된 면적은 1.72㎟(길이 3mm)였다. 테플론 코팅이 제거된 부분을 +1.6V에서 0.5M 황산으로 30초간 산화처리한 후, 0 내지 + 1.2V에서 100mV/s 속도로 전위 스윕(potential sweep) 25 사이클을 실시하였다. 얻어진 전극을 나노순수 탈이온수로 세척하고, 세척된 전극을 0.8mg/ml 글로코스 산화 효소, 2.5 × 10-4M 글루타알데하이드, 2.5 ×10-4M 폴리-L-라이신 및 5.0 ×10-3M 1,3-디아미노벤젠을 포함하는 인산완충액에침지하였다. 상기 인산완충액은 0.1M Na2HPO4, 0.15M NaCl 및 0.1g/l NaN3를 포함하고, pH는 7.4였다. + 0.2 내지 1.0V 사이에서 2mV/초의 속도로 5번 연속 사이클로 전기폴리머화를 실시하였다. 이때, 1,3-디아미노벤젠이 폴리머화되면서 효소층이 상기 전극에 고정화되었다.Teflon-coated platinum-iridium (Pt / Ir) alloy wire was used as the electrode of the needle-type sensor. The Teflon coating was removed at the end of the wire and the removed area was 1.72 mm 2 (3 mm long). The Teflon-coated portion was oxidized with 0.5 M sulfuric acid at +1.6 V for 30 seconds, followed by 25 cycles of potential sweep at 100 mV / s at 0 to +1.2 V. The obtained electrode was washed with nanopure deionized water, and the washed electrode was washed with 0.8 mg / ml glucose oxidase, 2.5 × 10 −4 M glutaaldehyde, 2.5 × 10 −4 M poly-L-lysine and 5.0 × 10 −. It was immersed in a phosphate buffer solution containing 3M 1,3-diaminobenzene. The phosphate buffer solution contained 0.1M Na 2 HPO 4 , 0.15M NaCl and 0.1g / l NaN 3 , pH was 7.4. Electropolymerization was carried out in five consecutive cycles at a rate of 2 mV / sec between +0.2 and 1.0V. At this time, the enzyme layer was immobilized on the electrode while 1,3-diaminobenzene was polymerized.

효소층이 형성된 전극을 이어서, 탈이온수로 세척한 후, 이를 20% 폴리트리플루오로클로로에틸렌 오일이 함유된 에탄올 용액에 담그고, 30% 폴리테트라플루오로에틸렌 용액에 침지하였다. 상기 전극을 다시 20% 폴리트리플루오로클로로에틸렌 오일이 함유된 에탄올 용액에 담그어 비교예 1의 글루코스 측정용 바이오 센서를 제조하였다.The electrode on which the enzyme layer was formed was then washed with deionized water, which was then immersed in an ethanol solution containing 20% polytrifluorochloroethylene oil and immersed in a 30% polytetrafluoroethylene solution. The electrode was again immersed in an ethanol solution containing 20% polytrifluorochloroethylene oil to prepare a biosensor for glucose measurement of Comparative Example 1.

또한, 효소층이 형성된 전극을 이어서, 탈이온수로 세척한 후, 이를 20% 폴리트리플루오로클로로에틸렌 오일이 함유된 에탄올 용액에 담그고, 30% 폴리테트라플루오로에틸렌 용액에 침지하였다. 상기 전극을 다시 20% 폴리트리플루오로클로로에틸렌 오일이 함유된 에탄올 용액에 담그고, 최종적으로, 전극을 1.5% 불소계 이온 교환 수지 용액으로 코팅하여 도 2에 나타낸 구조의 실시예 1의 글루코스 측정용 바이오 센서를 제조하였다.In addition, the electrode on which the enzyme layer was formed was then washed with deionized water, which was then immersed in an ethanol solution containing 20% polytrifluorochloroethylene oil and immersed in a 30% polytetrafluoroethylene solution. The electrode was again immersed in an ethanol solution containing 20% polytrifluorochloroethylene oil, and finally, the electrode was coated with a 1.5% fluorine-based ion exchange resin solution, and the glucose measurement bio of Example 1 having the structure shown in FIG. The sensor was prepared.

각 코팅 공정 후에, 상기 전극을 30℃ 진공 하에 1시간 동안 건조하였다.After each coating process, the electrode was dried under vacuum at 30 ° C. for 1 hour.

4. 상기 센서의in vitroin vivo물성 측정4. Measurement of in vitro and in vivo physical properties of the sensor

1)in vitro측정1) in vitro measurement

① 전극 표면 형태① Electrode surface shape

도 3에 실시예 1의 바이오 센서의 SEM 사진을 나타내었다. 바이오 센서의 효소 보호층의 전체 두께는 약 3㎛으로 나타났다. 비교적 밝은, Pt 위에 형성된 약 400nm의 박막층은 첫째 폴리트리플루오로클로로에틸렌 층으로 여겨지고, 최상층에 형성된 다른 밝은 층은 두 번째 폴리트리플루오로클로로에틸렌 및 불소계 이온 교환 수지 층으로 여겨진다. 상기 두 층 사이에 어두운 층은 폴리테트라플루오로에틸렌으로 여겨지며, 이 층의 두께는 약 2㎛이었다.3 shows an SEM photograph of the biosensor of Example 1. FIG. The total thickness of the enzyme protective layer of the biosensor was about 3 μm. A relatively bright, 400 nm thin film layer formed on Pt is considered the first polytrifluorochloroethylene layer and the other bright layer formed on the top layer is considered the second polytrifluorochloroethylene and fluorine-based ion exchange resin layer. The dark layer between the two layers is considered polytetrafluoroethylene and the thickness of this layer was about 2 μm.

② 효소 보호층의 글루코스 확산 제어 효과② Glucose Diffusion Control Effect of Enzyme Protective Layer

효소 보호층 구조에 따른 글루코스 확산 제어 효과를 알아보기 위하여, 상기 비교예 1 및 실시예 1과, 종래 폴리테트라플루오로에틸렌 효소 보호층만 있는 바이오 센서의 전류 반응도를 측정하여 그 결과를 도 4에 (b), (c) 및 (a)로 각각 나타내었다.In order to determine the glucose diffusion control effect according to the enzyme protective layer structure, the current reactivity of Comparative Example 1 and Example 1 and the biosensor with only the conventional polytetrafluoroethylene enzyme protective layer was measured and the results are shown in FIG. 4. (b), (c) and (a) are shown, respectively.

상기 실험은 바이오 센서를 인산 완충액 15ml(pH 7.4 37℃)를 함유하는 온도-조절가능한 셀에 침지하였다. 상기 인산 완충액으로는 0.15M NaCl 및 0.1g/L NaN3를 포함하는 0.1M 인산 완충액을 사용하였다.The experiment immersed the biosensor in a temperature-controlled cell containing 15 ml of phosphate buffer (pH 7.4 37 ° C.). As the phosphate buffer, 0.1 M phosphate buffer containing 0.15 M NaCl and 0.1 g / L NaN 3 was used.

상기 바이오 센서를 전류 측정을 위하여 동일 전위를 인가하면서 기본 전류가 안정화될 때까지 상기 인산 완충액에 침지시켰다. 이어서, 200초당 1, 3, 6, 9, 12, 15, 18 및 21mM의 글루코스를 상기 셀에 투입하여, 바이오 센서의 전류 반응도를 측정하였다. 아울러, 산화가능한 다른 물질의 간섭에 대한 영향을 알아보기 위하여, 아스코르브산(도 4에서 AA)과 아세트아미노페논(도 4에서 AP)을 첨가하였다.The biosensor was immersed in the phosphate buffer until the base current stabilized while applying the same potential for current measurement. Subsequently, 1, 3, 6, 9, 12, 15, 18, and 21 mM glucose was added to the cell per 200 seconds to measure the current reactivity of the biosensor. In addition, ascorbic acid (AA in FIG. 4) and acetaminophenone (AP in FIG. 4) were added to examine the effect on the interference of other oxidizable materials.

도 4에 나타낸 것과 같이, 선형 반응 범위는 21mM로 확산된 반면에 감응도는 다소 낮아졌으며, 그 효과는 실시예 1이 월등함을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, the linear response range was diffused to 21 mM, while the sensitivity was somewhat lowered, and the effect of Example 1 was superior.

③ 전극 제조 공정에서 표면 형태 변화③ Surface shape change in electrode manufacturing process

도 5a 내지 도 5f는 상기 센서 제조 공정 동안 전극 표면의 형태 변화를 나타내었다. 도 5a는 코팅층이 없는 기본 Pt 전극의 SEM 사진으로 표면에 수십 나노미터의 스크래치된 크랙이 보인다. 상기 기본 Pt 전극에 효소층이 형성된 SEM 사진을 도 5b에 나타내었다. 도 5b에 나타낸 것과 같이, 1,3-디아미노벤젠의 전기적폴리머화로 인한 효소 증착은 글루코스 산화 효소를 입자형 필름으로 고정시킴을 알 수 있다. 아울러, 상기 효소층은 매우 얇아서, 기본 Pt 표면 위에 형성된 수십 나노미터의 스크래치된 크랙이 없어지지 않고 일부가 보임을 알 수 있다. 이 효소층은 54nm 정도였다.5a to 5f show the shape change of the electrode surface during the sensor manufacturing process. FIG. 5A is a SEM photograph of a basic Pt electrode without a coating layer showing scratches of several tens of nanometers on its surface. An SEM image of the enzyme layer formed on the basic Pt electrode is shown in FIG. 5B. As shown in Figure 5b, it can be seen that the enzyme deposition due to the electropolymerization of 1,3-diaminobenzene fixes the glucose oxidase into the particulate film. In addition, the enzyme layer is very thin, and it can be seen that the scratches of several tens of nanometers formed on the basic Pt surface do not disappear and are partially visible. This enzyme layer was about 54 nm.

상기 효소층 위에 폴리트리플루오로클로로에틸렌 오일 층이 형성된 SEM 사진을 도 5c에 나타내었다. 상기 폴리트리플루오로클로로에틸렌 오일도 입자 형태로 코팅되므로, 폴리(1,3-디아미노벤젠) 층 표면을 전부 커버하지 않음을 알 수 있다.A SEM photograph of the polytrifluorochloroethylene oil layer formed on the enzyme layer is shown in FIG. 5C. Since the polytrifluorochloroethylene oil is also coated in the form of particles, it can be seen that the poly (1,3-diaminobenzene) layer does not cover the entire surface.

도 5c의 구조를 갖는 전극을 폴리테트라플루오로에틸렌으로 코팅하면, 이 폴리테트라플루오로에틸렌이 매우 미세한 입자이므로 상기 폴리트리플루오로클로오에틸렌 층을 균질하게 코팅할 수 있어서 매우 균일한 코팅층을 형성할 수 있다(도 5d). 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 층은 또한 폴리트리플루오로클로로에틸렌 증착을 위한 우수한 하부층으로서 역할을 한다.When the electrode having the structure of FIG. 5C is coated with polytetrafluoroethylene, since the polytetrafluoroethylene is very fine particles, the polytrifluorochloroethylene layer can be uniformly coated to form a very uniform coating layer. This can be done (FIG. 5D). The polytetrafluoroethylene layer also serves as an excellent underlayer for polytrifluorochloroethylene deposition.

도 5e에 나타낸 SEM 사진은 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 층 위에 코팅된 폴리트리플루오로클로로에틸렌 층을 나타낸 것으로서, 상기 폴리(1,3-디아미노벤젠) 위에 형성된 첫 번째 폴리트리플루오로클로로에틸렌 층과 비교하여, 좀더 치밀한 층을 형성함을 알 수 있다. 이에 따라 폴리트리플루오로클로로에틸렌 층으로 코팅된 센서는 감소된 산소 효과를 나타낼 것을 예측할 수 있다.The SEM photograph shown in FIG. 5E shows a polytrifluorochloroethylene layer coated on the polytetrafluoroethylene layer, the first polytrifluorochloroethylene layer formed on the poly (1,3-diaminobenzene) As can be seen, it forms a more dense layer. It can thus be expected that a sensor coated with a polytrifluorochloroethylene layer will exhibit a reduced oxygen effect.

도 5f는 상기 폴리트리플루오로클로로에틸렌 층 위에 불소계 이온 교환 수지가 코팅된 것을 나타낸 SEM 사진으로서, 폴리트리플루오로클로로에틸렌 층에 비하여 보다 작은 입자 크기로 좀더 치밀하게 증착됨을 알 수 있다.Figure 5f is a SEM photograph showing a fluorine-based ion exchange resin is coated on the polytrifluorochloroethylene layer, it can be seen that more compactly deposited with a smaller particle size than the polytrifluorochloroethylene layer.

이와 같이, 실시예 1의 바이오 센서는 효소 보호층인 외부 층이 치밀한 구조를 갖음에 따라, 이를 통한 질량 이동율이 감소되고 따라서 산소 효과가 감소될 것으로 예측된다. 또한, 상기 치밀한 구조는 혈청의 응집에 대하여 안전성을 부여할 수 있다.As such, in the biosensor of Example 1, as the outer layer, which is the enzyme protective layer, has a dense structure, it is expected that the mass transfer rate will be reduced and thus the oxygen effect will be reduced. In addition, the compact structure can impart safety against aggregation of serum.

④ 감응도 및 반응 시간 측정④ Measurement of sensitivity and reaction time

표 1에 비교예 1의 폴리트리플루오로클로로에틸렌/폴리테트라플루오로에틸렌/폴리트리플루오로클로로에틸렌 효소 보호층을 갖는 바이오 센서와 실시예 1의 폴리트리플루오로클로로에틸렌/폴리테트라플루오로에틸렌/폴리트리플루오로클로로에틸렌/불소계 이온 교환 수지 효소 보호층을 갖는 바이오 센서에 대한 감응도, 전류 및 반응 시간을 측정하여 그 결과를 나타내었다. 각 기본 전류는 30분 내에서 안정화되고, 1.0nA 내에서 재현될 수 있는 것으로 판명되었다.Table 1 shows the biosensor having the polytrifluorochloroethylene / polytetrafluoroethylene / polytrifluorochloroethylene enzyme protective layer of Comparative Example 1 and the polytrifluorochloroethylene / polytetrafluoroethylene of Example 1 The sensitivity, current, and reaction time for the biosensor with a polytrifluorochloroethylene / fluorine-based ion exchange resin enzyme protective layer were measured and the results are shown. Each base current stabilized within 30 minutes and was found to be reproducible within 1.0 nA.

효소 보호층Enzyme protective layer 기본 전류a[nA/㎟]Basic current a [nA / ㎡] 감응도b[nA/mM/㎟]Sensitivity b [nA / mM / mm2] 반응시간(T90%)Response time (T 90% ) 간섭e/nA/㎟Interference e / nA / ㎡ 아스코르브산(0.11mM)Ascorbic Acid (0.11 mM) 아세트아미노펜(0.17mM)Acetaminophen (0.17 mM) 비교예 1Comparative Example 1 0.8 ±0.4(n=7)0.8 ± 0.4 (n = 7) 2.8 ±0.8(n=7)2.8 ± 0.8 (n = 7) < 5초c <5 seconds c < 60초d <60 seconds d 0.50.5 0.00.0 실시예 1Example 1 0.5 ±0.2(n=7)0.5 ± 0.2 (n = 7) 1.6 ±0.6(n=7)1.6 ± 0.6 (n = 7) < 5초c <5 seconds c < 60초d <60 seconds d 0.20.2 0.00.0

상기 표 1에서,In Table 1 above,

a: 기본 전류는 30분 이내에 안정화되었다.a: The base current stabilized within 30 minutes.

b: 1-6mM 농도 범위 초과b: 1-6 mM concentration range exceeded

c: 교반 상태c: stirring

d: 정지 상태d: stationary

e: 간섭은 혈액 중에 최대 생리학적 농도에서 첨가e: Interference added at maximum physiological concentration in the blood

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 비교예 1 및 실시예 1의 바이오 센서에 대한 감응도는 각각 2.8 ±0.8 및 1.6 ±0.6nA/mM㎟으로 실시예 1의 감응도가 더 우수함을 알 수 있다. 상기 센서의 반응 시간(t90%)은 고정 용액에서는 60 초 미만이고, 일정하게 교반되는 용액에서는 5초 미만이었다.As shown in Table 1, the sensitivity of the biosensors of Comparative Example 1 and Example 1 is 2.8 ± 0.8 and 1.6 ± 0.6 nA / mm 2 mm 2, respectively, it can be seen that the sensitivity of Example 1 is better. The reaction time (t 90% ) of the sensor was less than 60 seconds in fixed solution and less than 5 seconds in constantly stirred solution.

⑤ 혈청 테스트⑤ serum test

도 6a에, 실시예 1의 바이오 센서에 대한 인산 완충액(a) 및 희석하지 않은 혈청(b)에서 전류 시간 반응도를 측정하여 나타내었다. 상기 센서에 대한 기본 전류는 30초 내에서 안정화되었다. 인산 완충액에서의 결과와 비교하여 혈청에서의 안정화 시간이 길었다. 상기 반응도가 다소 감소되었으나, 농축된 글루코스 용액을 첨가함에 따라 상기 글루코스 농도에 비례하여 전류가 증가되었고 상기 혈청 테스트하는 동안 안정하였다.In FIG. 6A, the current time responsiveness in the phosphate buffer (a) and undiluted serum (b) for the biosensor of Example 1 was measured and shown. The base current for the sensor stabilized within 30 seconds. The stabilization time in serum was longer compared to the results in phosphate buffer. Although the reactivity was somewhat reduced, the current increased in proportion to the glucose concentration with the addition of the concentrated glucose solution and was stable during the serum test.

상기 센서를 혈청에서 테스트한 후, 상기 표면 형태를 SEM을 사용하여 조사하였다(비교예 1: 도 7a, 실시예 1: 7b). 그 결과 상기 반응도의 감소는 도 7a 및 7b에 나타낸 것과 같이 센서의 표면에 생체성분이 부착됨에 따른 것으로 여겨진다.After testing the sensor in serum, the surface morphology was examined using SEM (Comparative Example 1: FIG. 7A, Example 1: 7B). As a result, the decrease in reactivity is believed to be due to the attachment of the biocomponent to the surface of the sensor as shown in FIGS. 7A and 7B.

상기 혈청 테스트를 실시한 후,in vitro에서 연속적인 모니터링을 위한 안정성을 6mM 글루코스를 포함하는 혈청에서 실시하여 그 결과를 도 6b에 나타내었다. 전류 반응은 15 시간을 넘는 동안 전류값의 감소가 거의 없으므로 안정하였다(도 6b).After the serum test, the stability for continuous monitoring in vitro was performed in serum containing 6 mM glucose and the results are shown in FIG. 6B. The current response was stable since there was little decrease in the current value for more than 15 hours (FIG. 6B).

⑥ 산소 효과⑥ oxygen effect

상기 실험은 실시예 1 및 종래 효소 보호층이 없는 바이오 센서를 인산 완충액 15ml(pH 7.4 37℃)를 함유하는 온도-조절가능한 셀에 침지하였다. 상기 인산 완충액으로는 0.15M NaCl 및 0.1g/L NaN3를 포함하는 0.1M 인산 완충액을 사용하였다.The experiment immersed the biosensor without Example 1 and the conventional enzyme protective layer in a temperature-controlled cell containing 15 ml of phosphate buffer (pH 7.4 37 ° C.). As the phosphate buffer, 0.1 M phosphate buffer containing 0.15 M NaCl and 0.1 g / L NaN 3 was used.

산소 효과는 다양한 분압의 산소-질소 혼합 가스를 상기 인산 완충액 내로 버블링하여, 측정된 검량선 결과를 도 8에 나타내었다. 상기 실험 중에, 일정한 산소 분압을 셀의 대기 및 용액을 통하여 유지되도록 하였다. 산소 분압은 DO 미터(Pentagon 777, BioTel Co.,)로 측정하였다.The oxygen effect was measured by bubbling various partial pressures of oxygen-nitrogen mixed gas into the phosphate buffer, and the measured calibration curve results are shown in FIG. 8. During the experiment, a constant oxygen partial pressure was maintained through the atmosphere and solution of the cell. Oxygen partial pressure was measured by a DO meter (Pentagon 777, BioTel Co.,).

도 8에서, 효소 보호층이 없는 센서(○(공기), □(40mmHg), △(15mmHg))가 공기, 40 및 15mmHg의 기울기 차이가 큼에 따라 약간의 산소 의존성을 갖는 것을알 수 있으며, 반면에 상기 외부 층을 갖는 센서(●(공기), ■(40mmHg), ▲(15mmHg))는 공기, 40 및 15mmHg의 기울기 차이가 작음에 따라 비교적 산소 독립성을 갖음이 명확하게 나타났다.In Figure 8, it can be seen that the sensor (○ (air), □ (40mmHg), △ (15mmHg) without the enzyme protective layer has a slight oxygen dependence as the difference in the slope of the air, 40 and 15mmHg is large, On the other hand, the sensor (● (air), ■ (40mmHg), ▲ (15mmHg)) having the outer layer is clearly shown to have relatively oxygen independence as the inclination difference between air, 40 and 15mmHg is small.

⑦ 수명 테스트⑦ Life test

효소 보호층 여부에 따른 바이오 센서의 수명 특성을 알아보기 위하여, 효소 보호층이 있는 실시예 1의 바이오 센서와 효소 보호층이 없는 종래 바이오 센서를 6mM 글루코스를 포함하는 인산 완충액 15ml(pH 7.4 37℃)를 함유하는 온도-조절가능한 셀에 침지하였다. 도 9에 전류량을 측정하여 나타내었다.In order to examine the life characteristics of the biosensor according to the enzyme protective layer, the biosensor of Example 1 having the enzyme protective layer and the conventional biosensor without the enzyme protective layer were used in 15 ml of phosphate buffer containing 6 mM glucose (pH 7.4 37 ° C.). It was immersed in a temperature-controlled cell containing). 9 shows the measured amount of current.

2)in vivo실험2) in vivo experiment

① 센서 감응도① Sensor sensitivity

400-500g의 10개의 암컷 Sprague Dawley사 랫트에 케타민 50mg을 근육내 주사하여 마취시켰다. 마취된 랫트 목을 면도한 후, 인드웰링 카테터(indwelling catheter)를 경부 혈관 및 경동맥에 삽입하였다. 등 부위를 1.5cm 절개하고, 이 부위를 통하여 실시예 1의 글루코스 센서를 피하 조직 삽입하였다. 센서를 삽입한 후, 50% 글루코스 용액(300mg/kg 체중)을 20 내지 30초 간격으로 경부 정맥의 카테터에 주입하고, 혈액 샘플을 경동맥으로부터 수집하였다. 모든 혈액 샘플은 글루코스 분석기 II(Backman)을 사용하여 두 번씩 분석하였다.Ten female Sprague Dawley rats of 400-500 g were anesthetized by intramuscular injection of 50 mg of ketamine. After shaving the anesthetized rat neck, an indwelling catheter was inserted into the cervical vessels and carotid arteries. A 1.5 cm incision was made in the back, and the glucose sensor of Example 1 was inserted into the subcutaneous tissue through this area. After insertion of the sensor, a 50% glucose solution (300 mg / kg body weight) was injected into the catheter of the cervical vein at 20-30 second intervals and blood samples were collected from the carotid artery. All blood samples were analyzed twice using Glucose Analyzer II (Backman).

글루코스 농도 증가에 따른 전류 시그널을 측정하였으며, 이를 센서 감응도로 하였다. 이 결과를 도 10에 나타내었다.in vivo에서 센서로 측정한 전류값(센서를 몸에 이식한 상태에서 일정한 전위를 가해주어 글루코스 농도를 측정한 값)은 도 10에 선으로 나타냈고, 글루코미터로 측정한 글루코스 농도 결과(쥐의 혈당값으로, 상술한 일정한 전위를 가해줄 때 피를 취해서 측정한 혈당값임)는 도 10에 ○로 나타냈다. 도 10에서, 센서 전류가 60 분 이내 및 50% 글루코스 1ml를 주입에 대한 반응도에서 안정화되고, 시그날 감소가 점진적으로 나타났다.The current signal was measured with increasing glucose concentration, which was defined as sensor sensitivity. This result is shown in FIG. The current value measured by the sensor in vivo (the glucose concentration measured by applying a constant potential while the sensor is implanted in the body) is shown by a line in FIG. 10, and the glucose concentration result measured by the glucose meter (in rats). The blood glucose value, which is the blood glucose value measured by taking blood when the above-described constant potential is applied, is shown in FIG. In FIG. 10, the sensor current was stabilized in response to infusion within 60 minutes and 1 ml of 50% glucose, and a signal decrease gradually appeared.

본 발명은 전기폴리머화로 제조된 글루코스 센서의 선형 반응 범위를 확장하기 위하여, 폴리트리플루오로클로로에틸렌 박막에 기초한 새로운 외부 층의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 바이오 센서의 감응도는 1.6 ±0.6nA/mA㎟이었으며, 이는 종래 알려진in vivo에서 글루코스 센서를 위한 최적의 감응도와 일치한다. 본 발명에서 사용한 불소계 이온 교환 수지에 따라 생체 적합성이 향상되었으며, 산소 값의 변화에 영향을 받지 않는다.The present invention provides a process for the preparation of new outer layers based on polytrifluorochloroethylene thin films to extend the linear response range of glucose sensors produced by electropolymerization. The sensitivity of the biosensor of the present invention was 1.6 ± 0.6 nA / mA mm 2, which is consistent with the optimal sensitivity for glucose sensors in the known in vivo . The biocompatibility is improved according to the fluorine-based ion exchange resin used in the present invention, and is not affected by the change in oxygen value.

Claims (2)

전극;electrode; 상기 전극에 형성된 효소층;An enzyme layer formed on the electrode; 상기 효소층 위에 형성된 효소 보호층An enzyme protective layer formed on the enzyme layer 을 포함하는 바이오 센서로서,As a biosensor comprising: 상기 효소 보호층은 상기 효소층위에 형성된 폴리트리플루오로클로로에틸렌을 포함하는 제 1 층;The enzyme protective layer comprises a first layer comprising polytrifluorochloroethylene formed on the enzyme layer; 상기 제 1 층 위에 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 제 2 층;A second layer comprising polytetrafluoroethylene formed on the first layer; 상기 제 2 층 위에 형성된 폴리트리플루오로클로로에틸렌을 포함하는 제 3 층; 및A third layer comprising polytrifluorochloroethylene formed on the second layer; And 상기 제 3 층 위에 형성된 불소계 이온 교환 수지를 포함하는 제 4 층을 포함하며,A fourth layer comprising a fluorine-based ion exchange resin formed on the third layer, And 상기 효소는 글루코스 산화효소인 글루코스 측정용 바이오 센서.The enzyme is a glucose sensor for measuring glucose oxidase. 삭제delete
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220111015A (en) * 2021-02-01 2022-08-09 한림대학교 산학협력단 Earring type blood glucose measuring apparatus, system, and control method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950004906A (en) * 1993-07-21 1995-02-18 배순훈 Noise reduction circuit for weak signal reception
US5540828A (en) * 1987-06-08 1996-07-30 Yacynych; Alexander Method for making electrochemical sensors and biosensors having a polymer modified surface
US5593852A (en) * 1993-12-02 1997-01-14 Heller; Adam Subcutaneous glucose electrode
US5804048A (en) * 1996-08-15 1998-09-08 Via Medical Corporation Electrode assembly for assaying glucose
KR20010036848A (en) * 1999-10-12 2001-05-07 염윤희 Reaction membrane for bio senser and manufacturing method corresponding the same
KR20010064276A (en) * 1999-12-27 2001-07-09 오길록 Enzyme electrode sensor and manufacturing method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5540828A (en) * 1987-06-08 1996-07-30 Yacynych; Alexander Method for making electrochemical sensors and biosensors having a polymer modified surface
KR950004906A (en) * 1993-07-21 1995-02-18 배순훈 Noise reduction circuit for weak signal reception
US5593852A (en) * 1993-12-02 1997-01-14 Heller; Adam Subcutaneous glucose electrode
US5804048A (en) * 1996-08-15 1998-09-08 Via Medical Corporation Electrode assembly for assaying glucose
KR20010036848A (en) * 1999-10-12 2001-05-07 염윤희 Reaction membrane for bio senser and manufacturing method corresponding the same
KR20010064276A (en) * 1999-12-27 2001-07-09 오길록 Enzyme electrode sensor and manufacturing method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220111015A (en) * 2021-02-01 2022-08-09 한림대학교 산학협력단 Earring type blood glucose measuring apparatus, system, and control method
KR102513821B1 (en) * 2021-02-01 2023-03-23 한림대학교 산학협력단 Earring type blood glucose measuring apparatus, system, and control method

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