KR101140090B1 - 생물화학물질 검출용 센서전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

생물화학물질 검출용 센서전극 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101140090B1
KR101140090B1 KR1020100012559A KR20100012559A KR101140090B1 KR 101140090 B1 KR101140090 B1 KR 101140090B1 KR 1020100012559 A KR1020100012559 A KR 1020100012559A KR 20100012559 A KR20100012559 A KR 20100012559A KR 101140090 B1 KR101140090 B1 KR 101140090B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor electrode
detecting
biochemical
nanocomposite
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020100012559A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110092879A (ko
Inventor
김화정
박해준
박상현
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020100012559A priority Critical patent/KR101140090B1/ko
Publication of KR20110092879A publication Critical patent/KR20110092879A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101140090B1 publication Critical patent/KR101140090B1/ko

Links

Images

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

도전성 집전체; 및 금속으로 이루어진 중심부, 및 상기 중심부를 감싸도록 상기 중심부의 표면에 형성되어 있고, 무기물질 및 전도성 폴리머로 이루어진 주변부를 포함하는 나노복합체가 상기 도전성 집전체의 적어도 일면에 형성되어 있는 나노복합체 층을 포함하는 생물화학물질 검출용 센서전극이 개시된다.

Description

생물화학물질 검출용 센서전극 및 이의 제조방법{SENSOR ELECTRODE FOR MONITORING BIOLOGICAL-CHEMICAL MATERIALS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 센서전극에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 생물학, 음식, 제약, 치료, 약품 및 환경 분석 등의 다양한 산업분야에 사용되는 센서전극으로서, 우수한 센싱 효율, 높은 안정성 및 저렴한 제조비용 등의 장점을 가진 생물화학물질 검출용 센서전극 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 바이오 센서란, 생물학적 감응을 전기적인 신호로 전환하여 검출(detection)하기 위해 필요로 하는 트랜스더스(electronic transducer) 역할을 하는 전극센서를 의미한다. 바이오 센서가 감지 또는 측정하는 것들 중에 대표적인 것으로서 과산화수소가 있다. 과산화수소는 호흡하는 생물환경내에서 발생하는 활성산소종 (Reactive oxygen species)의 한 종류로서 생물학적 반응에 있어서 매우 중요하게 생물학적 대사 조절에 관여하는 중간체이며, 산업적으로는 강력한 산화제로서 다양한 유기화합물 및 의료용 살균제의 합성에도 사용되는 물질이다. 따라서, 과산화수소의 검출은 생물학, 음식, 제약, 치료, 약품 및 환경분석 등의 다양한 산업분야에 있어서 매우 중요하다.
지난 10년간 금, 구리, 팔라듐-이리듐, 은 코발트를 포함한 금속나노복합재료 및 이산화망간(MnO2)과 같은 금속 산화물 또는 전극 표면의 호스라디시 페록시다제 효소(HRP enzyme)와 같은 바이오 분자들에 의해 제조된 여러가지 바이오 센서들에 대한 연구가 진행되어 왔다.
즉, 기존 또는 현존하는 화학센서에서, 민감성과 특이적 선택성을 높이기 위해 센서물질로 사용될 수 있는 다양한 물질들을 연구과정으로서 나노수준의 물질들을 구성성분들간의 다양한 구조적, 형태적 결합을 가진 나노복합체로 만들어 응용하는 과정에서 바이오 센서들에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 더 나아가서 생체내의 단백질등을 포함한 바이오 분자, 내지는 효소반응을 응용한 부가적인 효소고정 등이 바이오센서 제조에 있어서 중요한 연구대상이 되고 있다.
그러나, 금속나노복합재료 및 금속산화물에 의해 제조된 비효소 고정전극의 경우에는 낮은 민감성, 낮은 특이적 선택성, 불안정한 표면구조 및 반응시의 구조 변동성 등의 문제가 있다. 또한, 호스라디시 페록시다제 효소(HRP enzyme)와 같은 바이오 분자로 표면처리하여 제조된 효소 고정전극의 경우, 복잡한 개질, 안정화 프로토콜의 필요, 낮은 안정성, 금속 나노복합재료에의 고정에서 발생되는 효소의 실(불)활화 (loss of enzyme activity) 등을 나타내는 문제가 있다.
따라서, 높은 특이적 선택성과 민감성을 갖추고 높은 검출효율을 나타내면서 공정이 단순하고 안정적이며, 비용이 저렴한 과산화수소 검출용 바이오 센서 등을 포함하는 생물화학물질 검출용 센서전극에 대한 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 생물화학물질의 전기분석검출에 있어서, 높은 감수성, 안정성, 저렴한 비용, 신속성 및 단순성 등을 달성할 수 있는 생물화학물질 검출용 센서전극을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 도전성 집전체; 및 금속으로 이루어진 중심부, 및 상기 중심부를 감싸도록 상기 중심부의 표면에 형성되어 있고, 무기물질 및 전도성 폴리머로 이루어진 주변부를 포함하는 나노복합체가 상기 도전성 집전체의 적어도 일면에 형성되어 있는 나노복합체 층을 포함하는 생물화학물질 검출용 센서전극을 제공한다.
본 발명은 또한, 금속 전구체 화합물, 도전성 모노머 및 무기질염을 혼합하여 반응용액을 준비하는 단계; 상기 반응용액에 가스를 주입하여 상기 반응용액을 버블링하는 단계; 버블링시킨 상기 반응용액에 감마선을 조사하는 단계; 및 상기 제조된 나노복합체 용액을 ITO 유리 표면에 드랍핑(dropping)한 후 스핀 코터(spin coater)를 사용하여 코팅하는 단계를 포함하는 생물화학물질 검출용 센서전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 다양한 산업분야에 사용되는 과산화수소를 본 발명에서 제안한 센서전극을 사용하여 검출하는 경우, 검출 농도는 벌크 수준에서부터 미세농도인 마이크로 및 나노수준까지 검출할 수 있으며 이는 특히 생물체내 또는 생물체외에서 발생되는 미세농도의 과산화수소를 검출하고자 할 경우에 센서전극의 감수성, 안정성, 단순성 및 검출에 있어서 신속성, 정확성 등을 향상시킬 수 있고, 생물화학물질 검출용 바이오 센서의 제조비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노복합체 및 센서전극과 이들의 제조과정을 나타낸 것이다;
도 2는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 용매에서 Ag-PANI-silica 나노복합체(a), 폴리아닐린(b), nano-Ag(c) 및 실리카(d)의 UV-VIS 스펙트럼을 나타낸 그래프이다;
도 3은 Ag-PANI-silica 나노복합체(d), 폴리아닐린(a), nano-Ag(b) 및 실리카(c)의 FE-SEM 이미지 및 EDX 데이타를 나타낸 사진이다;
도 4는 비처리된 대조구로서 ITO glass(control) 전극, Ag-PANI-silica 나노복합체 전극(b), 폴리아닐린 전극(c), nano-Ag 전극(a) 및 실리카 전극(d)의 표면 접촉각을 나타낸 사진이다;
도 5는 각각 0 mM (black line), 0.5 mM (red line), and 5 mM (green line) 과산화수소 용액에서 에서 Ag-PANI-silica 센서전극(d), 폴리아닐린 전극(b), nano-Ag(a) 및 실리카 전극(c)의 순환전압전류(Cyclic voltammograms) 값을 나타낸 그래프이다;
도 6은 다양한 농도의 과산화수소 용액에서 Ag-PANI-silica 나노복합체를 포함하는 전극의 순환전압전류(Cyclic voltammograms) 값을 나타낸 그래프이다;
도 7은 다양한 농도의 과산화수소 용액에서 HRP 효소가 고정된 Ag-PANI-silica 나노복합체를 포함하는 센서전극의 순환전압전류(Cyclic voltammograms) 값을 나타낸 그래프이며, 도 7의 그래프에 삽입된 그래프는 0 mM 과산화수소 용액(a) 및 0.5 mM 과산화수소 용액(b)에서의 HRP만이 고정된 ITO 전극의 순환전압전류(Cyclic voltammograms) 값을 나타낸 그래프이다;
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 생물화학물질 검출용 센서전극은
도전성 집전체; 및 금속으로 이루어진 중심부, 및 상기 중심부를 감싸도록 상기 중심부의 표면에 형성되어 있고, 무기물질 및 전도성 폴리머로 이루어진 주변부를 포함하는 나노복합체가 상기 도전성 집전체의 적어도 일면에 형성되어 있는 나노복합체 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 화학물질 검출용 센서전극은 금속, 유기물 및 무기물로 이루어진 나노복합체를 포함하는 나노복합체층에 의해 높은 전기전도성을 유지하면서, 다양한 화학물질 및 생체분자의 고정이 용이하도록, 표면특성이 개선되므로, 생물화학물질에 대한 높은 검출 효율성, 안정성 및 검출효과의 신속성을 나타낸다.
또한, 상기 센서전극은 생물화학물질의 검출에 있어서 우수한 표면특성을 나타내면서도, 나노복합체를 형성하는 금속, 유기물 및 무기물로 이루어진 혼합 용액을 감마선 처리하여 나노복합체를 제조한 후 도전성 집전체에 코팅하는 단순한 방법으로 나노복합체 층을 형성할 수 있으므로, 센서전극의 제조 비용을 절감할 수 있다. 본 실시예에서 상기 나노복합체 층의 표면은 친수성을 가지며 이러한 표면 특성은 생물화학물질의 센싱 민감성 및 특이적 선택성을 높이기 위해 다양한 물질 또는 생체분자들의 표면 개질 및 고정화시, 그 방법을 유리하게 할 수 있고 그 효율을 높일 수 있으므로 과산화수소 용액 등의 다양한 생물화학물질에 대한 검출 성능을 증가시키게 된다.
상기 센서전극의 표면에는 생물화학물질 검출의 효율성을 더욱 높일 수 있도록, 생체 효소층 및 센싱하고자 하는 물질에 상응하는 다른 생체분자를 더 형성할 수 있다.
이 경우, 상기 생체 효소층은 예를 들어 생물체의 세포에서 산화반응의 작용하는 산화 효소(oxidase)를 사용할 수 있으며, 더 구체적으로 산화 효소로서 호스라디시 페록시다제(horseradish peroxidase, HRP)를 사용할 수 있다.
상기 나노복합체의 주변부의 구조는 특별히 제한되지 않으며, 전도성 모노머의 혼합용액에 방사선을 조사하여 형성된 구조의 복합체(complex)인 것이 바람직하다.
상기 나노복합체의 입경크기는 도전성 집전체의 표면특성을 개선시킬 수 있도록, 5 내지 100 nm의 입경크기인 것이 바람직하며, 5 내지 50 nm의 입경크기인 것이 더 바람직하며, 대략 30 nm의 입경크기인 것이 가장 바람직하다.
상기 도전성 집전체는 전기전도성을 갖는 집전체이면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide, ITO)유리(glass)를 사용할 수 있다.
상기 금속은 바람직하게는 환원성 금속을 사용할 수 있다. 예컨대 상기 내부는 은, 구리, 금, 백금, 팔라듐, 니켈 등의 환원성 금속을 포함할 수 있다. 상기 외부는 전도성 폴리머 및 무기물질로 이루어지고, 전도성 폴리머와 무기물질은 적어도 단일 또는 일부가 서로 화학적으로 결합되어 있다. 예컨대, 전도성 폴리머와 무기물질이 크로스링킹 (cross-linking)된 복합적 구조를 갖거나 순차적으로 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.
상기 전도성 폴리머는 전도성을 갖는 폴리머를 포함하는 포괄적인 개념으로 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 이들 각각의 유도체들 및 상기 성분들의 코폴리머(copolymer) 로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 무기물질은 전도성 조절 및 금속 나노입자의 안정화, 고정화를 위해서 사용되는 것으로, 예컨대 상기 무기물질로는 실리카, 실리콘 등의 규소(Si) 함유 물질이나 메탈로이드 화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 생물화학물질 검출용 센서전극은 다양한 종류의 생물화학물질들에 대한 검출 및 분석에 사용될 수 있으며 바람직하게는 생물체내 또는 생물체외의 과산화수소 검출용 센서전극으로 사용될 수 있다.
본 발명은 또한,
금속 전구체 화합물, 도전성 모노머 및 무기질염을 혼합하여 반응용액을 준비하는 단계;
상기 반응용액에 가스를 주입하여 상기 반응용액을 버블링하는 단계; 및
상기 버블링된 반응용액에 방사선을 조사한 후 수득된 나노복합체를 도전성 집전체의 표면에 코팅하여 나노복합체층을 형성하는 단계를 포함하는 생물화학물질 검출용 센서전극의 제조방법을 제공한다.
상기 반응용액을 준비하는 단계는, 구체적으로 상기 금속 전구체 화합물, 상기 도전성 모노머 및 상기 무기질염을 각각 준비하는 단계로부터 시작될 수 있다.
상기 금속 전구체 화합물은 은, 금, 구리, 니켈, 백금 및 팔라듐 등의 금속염을 포함하며, 예컨대 질산은, 황산은, 염화은, 염화구리, 질산구리 및 질산니켈 등을 사용할 수 있다. 상기 도전성 모노머는 아닐린(aniline), 티오펜(thiophene), 피롤(pyrrole), 및 아세틸렌(acetylene) 등을 사용할 수 있다. 상기 무기질염은 소듐실리케이트(Na2SiO3) 등의 실리콘함유 금속염을 사용할 수 있다.
상기 금속 전구체 화합물, 도전성 모노머 및 무기질염이 각각 준비된 후에는 이들을 혼합한다. 이때, 혼합이 충분히 이루어질 정도로 수행되면 되므로 그 혼합 시간에 특별한 제한은 없다. 상기 반응용액을 혼합한 후에는 상온에서 정치시킨다.
다음으로, 상기 반응용액에 가스를 주입하여 상기 반응용액을 버블링 한다. 상기 가스는 반응용액을 버블링 하는데 사용되는 것으로, 질소 등과 같은 불활성 가스를 사용할 수 있다. 버블링 시간은 버블링이 충분히 이루어질 정도로 수행되면 되나, 작업성 및 공정 효율성을 고려하여 약 5분 내지 30분 동안 수행될 수 있다.
다음으로, 버블링된 반응용액을 방사선을 처리하여 나노구조의 유무기금속 복합체를 제조하는데, 방사선의 종류에 특별한 제한은 없으나, 예컨대 감마선을 조사할 수 있으며, 감마선의 조사량은 1~100 kGy 이다. 제조된 나노복합체를 도전성 집전체의 표면에 예를 들어, 스핀코터를 사용하는 것과 같은 코팅방법에 의해 코팅함으로써, 나노복합체 층을 포함하고 있는 센서전극을 제조한다.
한편, 상기 생물화학물질검출용 센서전극의 제조방법은 상기 나노복합체를 도전성 집전체 표면에 코팅한 단계 이 후, 나노복합체 층에 호스라디시 페록시다제(horseradish peroxidase, HRP)를 도포하여 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하 실시예의 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나 본 발명의 보호 범위가 이러한 실시예의 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노복합체 및 센서전극과 이들의 제조과정을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 나노복합체(Ag-PANI-silica)는 금속 전구체로서 질산은(AgNO3)(120), 유기물로서 아닐린(110) 및 무기물로서 소듐실리케이트(130)가 용매에 혼합된 상태에서 질소가스 버블링 되고, 감마선 조사에 의해 제조됨으로써, 금속으로 이루어진 내부(121) 및 내부(121)의 표면에서 내부(121)를 감싸도록 형성되어 있는 유기물(111) 및 무기물(131)로 이루어진 Ag-PANI-silica 복합체를 포함하는 나노복합체 층이 도전성 집전체 상에 형성된다.
또한, ITO 도전성 집전체(210)에 상기 나노복합체(Ag-PANI-silica)(220)가 포함된 나노 복합체(221) 용액을 스핀 코팅법에 의해 ITO 도전성 집전체(210)에 도포함으로써, 나노복합체(221)가 형성된 센서전극(230)이 얻어진다. 이러한 센서전극(230)에 생체친화성 재료로서 호스라디시 페록시다제(HRP)를 물리적 방법에 의해 추가로 형성함으로써, 또 다른 형태의 HRP 가 더 고정된 과산화수소 검출용 센서전극(250)을 제조한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
대략 200 ml의 3차 증류수에 일정농도의 질산은(AgNO3)(1.0g), 아닐린(aniline) 단량체(1.0 ml), 소듐실리케이트(Na2SiO3)(1.0 g) 및 이소프로필알콜(IPA)(12 ml)을 순차적으로 넣고 교반하여 반응용액을 제조하였다. 반응용액을 상온에서 약 1시간 30분 가량 정치시킨 후, 산소를 제거하기 위해 상기 반응용액에 질소가스를 주입하여 약 30분간 버블링 시켰다.
산소가 제거된 상기 반응용액을 30 kGy 의 60Co 감마선((-irradiator)을 조사하여 liquid 상태의 나노복합체(Ag-PANI-silica)를 제조하였고 이를 원심분리하여 펠렛 부분을 64 (C의 진공 건조기에서 24 시간동안 건조시킴으로 파우더 형태로 수득하였다. 상기 파우더 형태의 나노복합체가 용해된 액체를 spin coater (3000 rpm, 25 s, 1 mg/ml in ethanol)를 사용하여 ITO glass 집전체 표면에 스핀코팅하고 상온건조 함으로써, 과산화수소 검출용 생물화학바이오 센서전극을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서 제조된 센서전극의 표면에 HRP 효소(호스라디시 페록시다제 효소) 용액(1 mg/ml in buffer)을 적하(dropping)하고, 상온에서 1 시간 동안 상온건조하여 저장함으로써, HRP 효소가 고정된 생물화학물질 검출용 센서전극을 제조하였다.
실시예 1 및 실시예 2 센서전극의 테스트 결과
실시예 1 에서 제조된 센서전극의 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)용매에서의 UV-VIS 스펙트럼(a), 및 폴리아닐린(b), nano-Ag(c) 및 실리카(d)의 UV-VIS 스펙트럼을 측정하여 도 2에 나타내었다.
Ag-PANI-silica 나노복합체의 SPR(surface plasmon resonance) 피크는 관찰되지 않았다. 한편, 나노사이즈의 Ag-PANI-silica 복합체의 흡수피크는 262, 368 nm에서 드러났으며, 600 to 800 nm에서의 흡수피크는 서서히 감소하여 밴드의 인텐시티(intensity)는 줄어드는 경향을 보였다.
일반적으로, UV-VIS spectrum에서 나노금속입자의 고유한 SPR 특성으로 인해 특정 파장영역인 400 nm근방에서 샤프한 흡수피크를 나타낸다. 반면, Ag-PANI-silica 나노복합체의 경우, 중심부의 nano-Ag와 이를 둘러싼 PANI 또는 PANI-silica의 복합적 결합에 의해 UV-VIS spectrum에서 nano-Ag의 SPR 현상이 사라졌다.
즉, nano-Ag의 피크세기가 감소하는 방향으로 전환되었다. 이것은 일반적인 nano-Ag의 SPR 피크에 반해 Ag-PANI-silica 나노복합체는 구조적 형성 결합특성에 의한 UV-VIS spectrum에서 red shift가 존재함을 나타낸다.
실시예 1 에서 제조된 센서전극의 FE-SEM 이미지 및 EDX 데이타(d), 및 폴리아닐린(a), nano-Ag(b) 및 실리카(c)의 FE-SEM 이미지 및 EDX 데이타를 측정하여 도 3에 나타내었다.
Ag-PANI-silica 나노복합체의 표면 몰포로지(morphology)는 대개 구형의 입자형태로 형성되었으며 이 구형의 나노입자의 직경은 평균 30 nm의 것임을 알 수 있다.
실시예 1 에서 제조된 센서전극의 표면 접촉각(b), 및 폴리아닐린 전극(c), nano-Ag 전극(a) 및 실리카 전극(d)의 표면 접촉각을 측정하여 도 4에 나타내었다.
ITO glass 전극 표면의 표면 접촉각은 70(이고, ITO glass 표면에 폴리아닐린(c), nano-Ag(a) 및 실리카(d)로 각각 개질된 전극의 표면 접촉각은 각각 51(, 46(, and 12(를 나타내었다. Ag-PANI-silica로 개질하여 제조한 Ag-PANI-silica 센서전극의 표면 접촉각은 23(를 나타내었다.
실시예 1 에서 제조된 Ag-PANI-silica 센서전극(d), 폴리아닐린 전극(b), nano-Ag 전극(a) 및 실리카 전극(c)을 각각 0.0 mM (black line), 0.5 mM (red line), and 5 mM (green line) 농도의 과산화수소 용액에서 순환전압전류(Cyclic voltammetry)법을 이용하여 센싱 능력을 측정하여 도 5에 나타내었다.
도 5의 a), b), c)의 전류밀도변화를 나타내는 cyclic voltammogram의 경우, 그래프 면적 및 특정 potential에서의 변화가 전혀 없었으며 전극의 종류에 대해 각각 nano-Ag 전극 (a), 폴리아닐린 전극(b), 실리카 전극(c)의 고유한 그래프만을 보여줌으로써 과산화수소를 측정하는 센서로의 기능을 보여주지 못하고 있음을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 Ag-PANI-silica 나노복합체의 구성성분이 되는 각각의 재료를 단일하게 전극으로 제조하여 센서전극으로 사용할 경우, 각각의 폴리아닐린 전극(b), nano-Ag 전극(a) 및 실리카 전극(c)은 과산화수소를 검출할 수 있는 바이오센서의 기능을 할 수 없음을 확인할 수 있다. 그러나, Ag-PANI-silica 복합체 전극의 피크 전류밀도변화를 나타낸 도 5의 d) 그래프의 경우, cyclic voltammogram의 면적 및 특정 potential에서 그래프의 변화를 관찰할 수 있고 이러한 전류밀도의 변화는 충분히 과산화수소의 센싱에 있어서 좋은 반응을 보여줌을 확인할 수 있다.
실시예 1 에서 제조된 Ag-PANI-silica 센서전극을 다양한 농도의 과산화수소 용액에서 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)을 이용하여 각각 센싱 반응에 적용시켜 측정된 순환전압전류(cyclic voltammograms) 값들을 도 6에 나타내었다.
실시예 2 에서 제조된 HRP/Ag-PANI-silica 센서전극을 다양한 농도의 과산화수소 용액에서 순환전압전류법(Cyclic voltammetry)을 이용하여 각각 센싱 반응에 적용시켜 측정된 순환전압전류 (cyclic voltammograms) 값들을 도 7에 나타내었다. 도 7의 그래프에 삽입된 그래프는 0 mM 과산화수소 용액(a) 및 0.5 mM 과산화수소 용액(b)에서의 HRP만이 고정된 ITO 전극의 순환전압전류(Cyclic voltammograms) 값을 나타낸 그래프를 나타낸다.
도 6 및 도 7을 참조하면, Ag-PANI-silica 나노복합체 전극 및 HRP 효소 고정된 Ag-PANI-silica 나노복합체 센서전극은 각각 -0.57 V에서의 -0.63 V에서 과산화수소 농도의 증가에 비례하여 전류밀도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터 Ag-PANI-silica 나노복합체 센서전극 및 HRP 효소 고정된 Ag-PANI-silica 복합체 센서전극은 과산화수소의 센싱에 있어서 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다.
부호의 간단한 설명
110: 아닐린 모노머
111: 폴리아닐린
120: 질산은
121: 은
130: 소듐실리케이트
131: 실리카

Claims (20)

  1. 도전성 집전체; 및
    금속으로 이루어진 중심부, 및 상기 중심부를 감싸도록 상기 중심부의 표면에 형성되어 있고, 무기물질 및 전도성 폴리머로 이루어진 주변부를 포함하는 나노복합체가 상기 도전성 집전체의 적어도 일면에 형성되어 있는 나노복합체 층을 포함하는 생물화학물질 검출용 센서전극
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노복합체 층의 표면은 친수성인 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서전극은 상기 나노복합체 층상에 형성된 생체 효소층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 생체 효소층은 산화 효소 및 센싱하고자 하는 물질에 상응하는 다른 생체분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노복합체는 금속염, 무기물질 및 도전성 모노머 혼합용액에 방사선을 조사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노복합체는 5 내지 100 nm 의 입경 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 집전체는 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide, ITO) glass 인 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속은 환원성 금속인 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속은 은, 구리, 금, 백금 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 무기물은 규소(Si) 함유 물질인 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 폴리머는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 이들 각각의 유도체들 및 상기 성분들의 코폴리머(copolymer) 로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 폴리머와 상기 무기물은 적어도 일부가 서로 화학적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 센서전극은 과산화수소 검출용 센서 전극인 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극.
  15. 금속 전구체 화합물, 도전성 모노머 및 무기질염을 혼합하여 반응용액을 준비하는 단계;
    상기 반응용액에 가스를 주입하여 상기 반응용액을 버블링하는 단계; 및
    상기 버블링된 반응용액에 방사선 조사를 한 후 수득된 나노복합체를 도전성 집전체의 표면에 코팅하여 나노복합체 층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 생물화학물질 검출용 센서전극의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 나노복합체층의 형성단계 이 후, 상기 나노복합체 층에 호스라디시 페록시다제(horseradish peroxidase, HRP)를 도포하여 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 방사선은 감마선을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 감마선의 총 조사량은 1~100 kGy 인 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극의 제조방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 센서전극의 제조는 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극의 제조방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 가스는 질소가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물화학물질 검출용 센서전극의 제조방법.

KR1020100012559A 2010-02-10 2010-02-10 생물화학물질 검출용 센서전극 및 이의 제조방법 KR101140090B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100012559A KR101140090B1 (ko) 2010-02-10 2010-02-10 생물화학물질 검출용 센서전극 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100012559A KR101140090B1 (ko) 2010-02-10 2010-02-10 생물화학물질 검출용 센서전극 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110092879A KR20110092879A (ko) 2011-08-18
KR101140090B1 true KR101140090B1 (ko) 2012-05-07

Family

ID=44929657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100012559A KR101140090B1 (ko) 2010-02-10 2010-02-10 생물화학물질 검출용 센서전극 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101140090B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101840948B1 (ko) * 2016-12-23 2018-05-04 영남대학교 산학협력단 나노 복합체, 이를 포함하는 코팅용 조성물, 나노 복합체의 제조 장치 및 방법
KR102130384B1 (ko) * 2018-04-24 2020-07-07 한국원자력연구원 바이오센서 전극의 제조방법, 바이오센서 전극, 및 이를 포함하는 바이오 센서
KR102093211B1 (ko) * 2018-07-06 2020-03-25 한남대학교 산학협력단 플라즈마를 이용한 바이오센서의 제조방법
KR102300186B1 (ko) * 2018-08-30 2021-09-10 서울대학교산학협력단 2전극 시스템 및 이를 포함하는 바이오 센서
WO2020046065A1 (ko) * 2018-08-30 2020-03-05 서울대학교 산학협력단 2전극 시스템 및 이를 포함하는 바이오 센서
KR102338344B1 (ko) * 2019-12-12 2021-12-09 광운대학교 산학협력단 비효소 방식의 금속-폴리머-탄소 나노 복합 소재 전극을 기반으로 한 전기화학식 당센서 및 그 제조 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007524087A (ja) 2003-12-30 2007-08-23 インテル・コーポレーション 生体試料をアッセイするためにラマン活性プローブ構築物を使用するための方法および装置
KR100869909B1 (ko) 2007-06-10 2008-11-21 한국과학기술원 금 나노입자 단층막 기반의 바이오칩을 이용한 단백질과 생체분자간의 반응 검출방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007524087A (ja) 2003-12-30 2007-08-23 インテル・コーポレーション 生体試料をアッセイするためにラマン活性プローブ構築物を使用するための方法および装置
KR100869909B1 (ko) 2007-06-10 2008-11-21 한국과학기술원 금 나노입자 단층막 기반의 바이오칩을 이용한 단백질과 생체분자간의 반응 검출방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAKARLA RAGHAVA REDDY et al., Journal of Nanoscience and Technology, Vol. 8, pp. 5632-5639, 2008. *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110092879A (ko) 2011-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hui et al. Synthesis and electrochemical sensing application of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)-based materials: A review
Shetti et al. Nanostructured titanium oxide hybrids-based electrochemical biosensors for healthcare applications
Esmaeeli et al. Copper oxide-polyaniline nanofiber modified fluorine doped tin oxide (FTO) electrode as non-enzymatic glucose sensor
Chowdhury et al. Highly sensitive electrochemical biosensor for glucose, DNA and protein using gold-polyaniline nanocomposites as a common matrix
Liu et al. Hydrogen peroxide biosensor based on the direct electrochemistry of myoglobin immobilized on silver nanoparticles doped carbon nanotubes film
Prakash et al. Polymer thin films embedded with metal nanoparticles for electrochemical biosensors applications
Dhawan et al. Recent developments in urea biosensors
Qiu et al. Synthesis and characterization of ferrocene modified Fe3O4@ Au magnetic nanoparticles and its application
Xiao et al. Nanocomposites: from fabrications to electrochemical bioapplications
Lakshmi et al. Electrochemical detection of uric acid in mixed and clinical samples: a review
KR101140090B1 (ko) 생물화학물질 검출용 센서전극 및 이의 제조방법
Narang et al. A non-enzymatic sensor for hydrogen peroxide based on polyaniline, multiwalled carbon nanotubes and gold nanoparticles modified Au electrode
Wang et al. Synthesis of redox polymer nanobeads and nanocomposites for glucose biosensors
Pundir et al. Quantitative analysis of hydrogen peroxide with special emphasis on biosensors
Lee et al. Electrochemical activity of glucose oxidase on a poly (ionic liquid)–Au nanoparticle composite
Shan et al. Colloidal laponite nanoparticles: extended application in direct electrochemistry of glucose oxidase and reagentless glucose biosensing
Dong et al. Exploiting multi-function metal-organic framework nanocomposite Ag@ Zn-TSA as highly efficient immobilization matrixes for sensitive electrochemical biosensing
Sheng et al. Electrodeposition of Prussian blue nanoparticles on polyaniline coated halloysite nanotubes for nonenzymatic hydrogen peroxide sensing
Ma et al. Amperometric hydrogen peroxide biosensor based on the immobilization of HRP on DNA–silver nanohybrids and PDDA-protected gold nanoparticles
Elewi et al. Hydrogen peroxide biosensor based on hemoglobin-modified gold nanoparticles–screen printed carbon electrode
Manesh et al. One-pot construction of mediatorless bi-enzymatic glucose biosensor based on organic–inorganic hybrid
Singh et al. Fabrication of amperometric bienzymatic glucose biosensor based on MWCNT tube and polypyrrole multilayered nanocomposite
Wang et al. TiC nanoparticles-chitosan composite film for the direct electron transfer of myoglobin and its application in biosensing
CN102183561A (zh) 球腔微电极阵列生物传感器及其制备方法
Marcisz et al. Electrochemical chemo‐and biosensors based on microgels immobilized on electrode surface

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141230

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160324

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170329

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 7