KR101226790B1

KR101226790B1 - 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서 및 그를 이용한 센서 시스템

Info

Publication number: KR101226790B1
Application number: KR1020027014033A
Authority: KR
Inventors: 에버알도카를로스 베난시오; 라디슬라우마틴 네토; 안토니오쥬니어 리울; 페르난도죠세페티 폰세카; 루이즈헨리쿠에 카파렐리마토소; 사리타베라 멜로; 데이빗마틴 테일러
Original assignee: 엠프레사 브라질레이라 데 페스퀴사 아그로페쿠아리아-엠브라파
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2013-01-28
Also published as: KR20030014667A; US20040009585A1; JP4215510B2; CN1457429A; CN1325907C; AR036328A1; EP1362236B1; JP2004518974A; JP2007292780A; EP1362236A1; WO2002066970A1

Abstract

본 발명의 목적은 총괄적 선별성 개념에 기초하여 향상된 감수성 및 선별성을 가지고 혼합물을 검출하고 평가하는 수단을 제공하는 것이다. 첫번째 구체예는 두개의 센서 유닛을 포함하는데, 그 센서 유닛은 (a) 분석 대상인 혼합물에 특유한 물질들에 대한 물리화학적 친화도를 갖는 막 형성 물질로 된 초미세 필름의 두 개 이상의 단층으로 둘러싸인 교차지된 전극 또는 미세전극으로서 상기 막 형성 물질은 복합 폴리머 전도체, 복합 물질 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전극 또는 미세전극, 및 (b) 선택적으로 코팅되지 않은 교차지된 전극 또는 미세전극으로 구성되어 있다. 또다른 구체예는 센서 시스템에 관한 것으로서 (1) 전기 신호를 발생시키는 적어도 두개의 센서 유닛, (2) 분석 대상인 물질과 접촉하고 있는 센서 유닛에 의해 방출되어 교류 측정에 의해 얻어진 전기 신호의 수신 수단 및 (3) 다른 센서 유닛에 의해 형성된 반응 패턴 배열을 분석하기 위한 측정값 처리 수단을 포함하되, 상기 (1)의 센서 유닛은 (a) 분석 대상인 혼합물에 특유한 물질들에 물리화학적 친화도를 갖는 막 형성 물질로 된 초미세 필름의 두개 이상의 단층으로 코팅된 교차지된 전극 또는 미세전극으로서, 상기 막 형성 물질은 복합 폴리머 전도체, 복합 물질 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전극 또는 미세전극, 및 선택적으로 (b) 코팅되지 않은 교차지된 전극 또는 미세전극으로 구성된 것을 특징으로 한다. 그 센서는 인간 섭취 목적의 산물의 맛을 분석하고 품질을 모니터링하는 분석에 사용될 수 있다. 특히 음료 및 액상 음식에 사용되며, 수질 및 환경 보전을 모니터링 할 목적으로 천연 공급원(강, 호수, 연못 등) 유래의 물 내의 부식물질 및 다른 오염물질(유기 또는 무기)을 평가하고 검출하는 데에 이용될 수 있다.

교차지된 전극, 센서, 맛, 부식물질, 수질, 검출, 복합 폴리머 전도체, 복합 물질, 센서 시스템, 교류, 전기 신호

Description

총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서 및 그를 이용한 센서 시스템{Sensor for analysis of mixtures by global selectivity and its use in sensor system}

본 발명은 교차지(交差指)된(interdigitated) 전극들 또는 미세전극들, 그들중 일부는 총괄적 선별성 효과에 기초한 물질들의 평가 및 검출을 위해서 복합 폴리머 전도체들 및 그 복합 폴리머 전도체들과 다른 복합 물질들과의 혼합물로 제조된 초미세 필름으로 코팅되어 있는 전극들 또는 미세전극들로 구성된 다양한 센서 유닛으로 형성된 센서 시스템에 관한 것이다. 측정 시스템은 분석되어질 매질 내에 담그어진 센서 시스템의 전기적 신호(이는 교류(AC)의 전기적 측정에 의해 얻어짐) 의 반응 패턴을 분석하는 것에 기초를 두고 있다. 그 센서는 다른 용도들 중에서도 인간이 섭취하는 음식물, 특히 음료 및 액상 식품의 맛을 분석하고 품질을 모니터링하기 위한 용도로 사용될 수 있으며, 수질을 모니터링하고 환경을 보존하기 위해서 자연 공급원(강, 호수, 연못 등) 유래의 물에 존재하는 부식물질 및 다른 오염물질들(유기 또는 무기)의 평가 및 검출에 사용될 수 있다.

혼합물 속에 있는 구성성분들을 평가하고 검출할 필요 때문에 물과 공기와 같이 인간에게 필수적인 물질들 그리고 음식, 음료 및 약제와 같은 소비품의 품질 을 콘트롤할 수 있도록 하는 감도가 높고 복잡한 기구들의 개발이 증가되어 왔다. 이러한 목적들을 위해 개발된 센서들은 검출될 물질의 유형과 그 물질들의 혼합물 내에서의 양에 따라 다양한 구성을 갖는다. 그러나 한 세트의 특징들을 다룰 때에는 오염의 관능검사이던지 아니면 농도이던지 간에 개개 구성성분의 검출이 관심이 있다기 보다는 상기 구성성분들의 조합, 예컨대 종종 맛, 냄새, 오염의 전체 효과(즉 인간 음용수에 존재하는 부식물질)의 평가가 더 관심의 대상이 된다. 이러한 평가는 총괄적(global) 선별성 효과로 알려져 있다.

물에 용해되어 있는 유기 물질(주로 부식물질로 구성된)이 존재하면 수질에 큰 영향을 미치게 되는데, 그 이유는 염소 처리 동안 종종 삼할로겐화된 화합물, 특히 트리-할로메탄과 같은 발암 물질이 형성되기 때문이다. 부식물질의 존재로 야기되는 나쁜 수질의 큰 원인은 브라질을 포함하는 많은 국가에서 토양을 이식하고 투입하는 기술이 여전히 제어되지 않은 채로 행해지고 있기 때문이다(Resk, D.V.S. ; II Encontro Brasileiro sobre Substancias Humicas, p50, Sao Carlos, SP, 1997 참조). 실제로 천연자원을 부적절하게 이용하면 독성 물질에 의한 토양 및 물의 직접적인 오염을 통해서, 아니면 숲의 파괴로 인한 침식 및 미사퇴적(silting)을 통해서 환경이 파괴된다. 따라서 그러한 파괴의 정도를 모니터링하는 것이 매우 중요하다. 그러나 현재 알려진 장치는 아주 제한된 용도만을 가지고 있는데 그 이유는 그들의 이용이 실험실에 국한되어 있고 이로 인해 다양한 장소에 존재하는 물질들을 분석할 수가 없기 때문이다. 따라서 필드에서 직접 사용될 수 있는 저렴하고 조작이 간편한 장치의 개발이 절실히 요구되었다.

따라서 부식물질들이 천연수(금속들과 복합된 형태로)의 공급원 내에 다양한 과정 중에 존재하며 토양 중에(영양분 및 해충을 포함한 채로) 존재한다는 사실과 그 부식물질들을 저농도로 유지하는 것이 중요하다는 관점에서 보면, 이러한 부식물질들을 검출하는 것은 환경 파괴를 막기 위한 기본적인 전제일 뿐만 아니라 도시 지역에서 소비될 물의 처리에 있어서의 지침으로서 작용한다. 따라서 부식물질의 존재를 검출하는 센서를 제공하는 것이 이상적인 상황을 가져올 것이다. 그 센서는 그 부식물질들을 그들의 기원에 따라 그리고 그들의 부식 특성의 인지를 통해 다양한 카테고리로 선별한다. 그리고 그 부식물질들의 구성성분들 또는 정확한 화학적 조성을 개별적으로 구별하지 않으면서 그것들의 분류와 정량화를 가능하게 할 것이다. 액체 및 가스 크로마토그래피, 원소의 화학적 분석 및 다양한 다른 물리화학적 테크닉들과 같은 더 복잡한 기구들(D.A.SKOOG 및 D.M.WEST, Principles of Instrumental Analysis, 4th Ed., Philadelphia; Saunders College Publishing(1992) 참조)은 그 분야에서 사용 허가 여부와 관계없이 분석의 복잡성, 측정에 요구되는 시간 및 높은 작동 비용 때문에 단점이 많다.

부식물질들을 전체적으로 평가 및 검출할 필요가 있는 경우라면, 전체적인 맛의 평가가 인간의 섭취나 가축의 섭취를 위한 음료 및 음식의 품질 조절에 매우 중요할 것이다. 왜냐하면 제품의 상업적 가치는 동물이 그 먹이의 맛을 받아들이느냐 아니냐에 달려있기 때문이다. 실제로 신맛, 짠맛, 단맛, 쓴맛 및 우마미 단백질 맛(umami proteic flavour)의 다른 맛을 유발하는 물질들은 주로 지질과 단백질로 구성되어 있는 혀의 특정 도관내에서 발견되는 생물학적 멤크레인에서 검출된다. 다시 말하면, 인간의 냄새와 맛의 감각은 맛과 냄새 각각을 유발하는 각 물질들을 구별할 수는 없고 다만 상기 언급한 "총괄적 선별성"의 개념을 통해 뇌에 의해 인지된 기본적인 패턴을 인식할 뿐이다. 이 경우에 만족할 만한 유일한 센서 시스템은 다양한 타입의 음료들, 예컨대 커피나 와인의 품질을 그들의 맛에 따라 다른 카테고리로 선별하고 총괄적 방식으로 그것들을 정량화함으로써 저렴하고 신속하게 품질을 평가할 수 있는 것이다.

종래의 화학적 센서들은 특정 화합물의 인지에 근거하기 때문에 용액 중의 부식물질의 인지나 혼합물 내에 다양한 구성성분들이 존재함으로써 맛을 내는 물질들을 인지하는 데에는 사용할 수가 없다.

토양 및 수계에 존재하는 부식물질들과 유기 물질들의 평가와 검출의 경우, 다양한 센서들이 존재하며 그것들은 특허 문헌에 기재되어 있다. US 5,044,756 특허는 실시간에 유기 물질을 검출하는 센서(광원을 사용함)와 평가되어질 유기 물질을 포함하는 토양의 특정 영역을 스캔하는 것을 통해 다이나믹한 모드로 작동하는 검출기가 기재되어 있다. 얻어진 광 신호는 가공되어 각 타입의 토양에 대한 특정 수학적 분석을 생산해낸다. 그러나, 그러한 방법은 고상 샘플에 제한되기 때문에 수중에 존재하는 부식물질의 검출에는 사용되지 않는다. JP 05079988은 화학적 루미네센스를 이용하여 부식산을 검출하고 정량하는 신속한 방법으로서 과산화수소 및 포름알데히드를 샘플에 첨가하고 pH를 알칼리(수산화나트륨)으로 조정한 후 최종적으로 화학적 루미네센스를 측정(루미네센스의 최대 파장을 이용하여)하여 부식산의 검출과 정량화하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는 루미네센스의 스펙 트럼이 증폭된 전기 신호의 형태로 추출되어 기록된다. 광전자증배기 및 증폭기를 사용함으로써 얻어진 루미네센스의 강도는 공지의 부식산 농도(보정 곡선)에 대해 얻어진 것과 비교된다. 이러한 타입의 센서는 비교적 높은 비용이 들며 복잡한 장비가 필요하며 필드 테스트를 위한 요건과는 부합하지 않는 처리들을 포함한다.

맛의 평가에 관해서 공지의 센서들은 맛의 기본 표준의 운송 및 인식을 가능하게 하는 천연 멤브레인과 함께 사용된 물질의 흡수를 찾는 생물학적 검출을 모방하는 것에 기초를 두고 있다. 이러한 센서들은 두가지 주요한 타입으로 구분되는데, 첫번째 타입은 지질의 특성에 기초를 두고 있으며 맛의 자연적 과정 중에 개입한다. 두번째 타입은 용액(미네랄 워터 및 와인) 중에 존재하는 이온을 결정하는 것이다. 그 첫번째 타입은 일반적으로 폴리머 매트릭스(비닐 폴리클로라이드와 같이 일반적으로 비전도성임) 상에서 신호를 변환시키는 지질 화합물의 분산에 의해 형성된다(US 5,482,855, US 5,302,262, JP 05099896, JP 06174688, JP 10078406, JP10267894, K. Toko, Measur. Sci. Technol. 9, p.1919(1998); K.Toko, H. Akyiama, K. Chisaki, S. Ezaki, T. Iiyota, K. Yamafuji, Sensors and Materials, Vol. 9, N5, p.321(1997), S. Ezaki, H. Kunihiro, Sensors and Materials, Vol. 11, N8, p.447(1999) 참조). 이 타입의 센서는 맛(그것은 단맛, 짠맛, 신맛, 쓴맛의 기본적인 맛을 구별하며, 맥주, 커피, 미네랄 워터, 우유, 와인, 쉐이크의 다양한 유형들을 구별한다), 수질, 강의 오염 모두를 측정할 수 있다(H. Sakai, S. Iyiama, K. Toko, Sensors and Actuators B, Vol. 66, p.251(2000), 특허 US 5,482,855, US 5,302,262 참조). 그러나 막의 안정성, 특정 유형의 표면에의 약한 부착력 및 폴리머 층의 상대적으로 큰 두께로 인한 시스템의 소형화의 어려움과 관련된 다양한 단점들로 인해 센서가 생물학적 검출의 한계점 이하 농도에서도 맛을 구별하기에는 부적당하였다. 두번째 타입의 센서는 분산된 비결정질의 반도체를 포함하는 선별적 막(즉, 분산된 반도체를 포함하는 PVC 막) 및 종래의 전극들을 포함하는 선별적 막을 사용함으로써 용액 중의 이온을 검출하는 범위 내에서 작동한다(C. DiNatale, A. Macagnano, F. Davide, A. 'Damico, A. Legin, Y. Vlasov, A. Rudnitskaya, B. Selenov, Sensors and Actuators B Vol. 44, p.423(1997); A. Legin, A. Rudnitskaya, Y. Vlasov, C. DiNatale, E. Mazzone, A.'Damico, Electroanalysis, Vol. 11, N10, p.814(1999); A. Legin, A. Rudnitskaya, Y. Vlasov, C. DiNatale, E. Mazzone, A.'Damico, Sensors and Actuators B, Vol. 65, p.232(2000)). 그러나 이러한 센서는 커피와 같은 비극성 물질이나 사카로스와 같이 전해질을 형성하지 않는 물질들의 검출은 불가능하다.

더 최근에 내장된 전기 전도체 폴리머, 더 간단하게는 전도성 폴리머에 기초한 센서가 제안되었다. 전기 자극에 대해 전기적으로 활성있게 반응하는 것을 별론으로 하면 이러한 폴리머들은 다른 물질의 검출을 위한 센서에서 감수성 있는 변환기(transducer) 물질로서 사용될 수 있다.

전도성 폴리머를 이용한 센서는 일반적으로 이러한 물질들의 필름을 소정 구조의 금속 또는 반도체 전극 위에 형성함으로써 제조되었다(H.E. Endres, S. Drost, Sensors and Actuators B, Vol. 4, p.95-98(1991), T.Hofmann, K. Schrode, J.Zacheja, J.Binder, Sensors and Actuators B, Vol. 37, p.37-42(1996) 참조). 지금까지 개발된 다수의 장치들은 가스계를 위한 것이었고 폴리머 전도체의 사용에 기초로 한 것이거나(US 4,887,455, US 5,417,100, US 5,536,473) 더 일반적으로는 종래의 폴리머 또는 그것과는 화학적 조성이 다른 물질들, 예컨데 폴리스티렌, 폴르(A-메틸 스티렌), 폴리(스티렌-아크릴로니트릴), 폴리(스티렌-말레익 무수물), 폴리(스티렌-알릴 알코올), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리(4-페놀비닐릭), 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비스 페놀 카보네이트)를 갖는 유기 폴리머 전도체(일반적으로는 폴리피롤)의 혼합물을 갖는 다양한 센서들의 배열에 의해 구성된다. 이러한 조성상의 차이로 인해 화학물질이 이 장치의 표면에 흡수되면 분석될 각 샘플의 독특한 반응 패턴을 나타내면서 다양한 전기 저항을 발생시키게 된다. 따라서 다수의 이러한 센서들은 다른 물질들에 분산된 같은 폴리머 전도체를 가지며 휘발성 화학 물질의 순수한 증기 뿐만 아니라 이러한 증기들의 이원성 혼합물까지도 구별할 수 있고(US 5,951,846, US 5,959,191, US 5,571,401), 다른 타입의 유체(액체 또는 기체)에 존재하는 분석 대상 물질까지도 구별할 수 있다(US 6,010,616).

실제로 공지된 센서로는 혼합물 구성성분의 검출이 가능하지만 일부 타입의 아로마 센서(전기적 코)를 제외하고는 통상 그룹을 특징짓지는 못한다. 특정 클래스의 화학적 조성물을 검출하고 정량화하는 새로운 개념이 시도되고 있고, 이것이 총괄적 선별성 개념이다(K. Toko, Measurement Sci. Technol., v.9, p.1919, 1998; K. Toko, Sensors and Actuators B, v.64, p.205, 2000). 이 개념은 센서 시스템을 구성하는 다양한 센서 유닛의 배열을 이용함으로써 다양한 클래스의 화합물을 특징 짓는 반응 패턴의 인지에 기초한 것이다. 이러한 배열에서 각 센서 유닛은 다른 유닛과는 다른 물질들로 구성되고 특정 그룹의 화합물에 독특한 반응을 나타낸다. 따라서 그 시스템은 특정 화합물의 "핑거 프린트"를 제작할 수 있다.

그러나, 이 테크닉이 갖는 주요한 어려움은 생물학적 한계를 뛰어넘는 감수성, 즉 매우 유사한 특징들을 갖는 화합물을 구별하도록 하는 감수성을 얻는 것이다.

또 다른 주목할 사항은 공지의 센서 시스템은 종종 직류(DC)를 사용하는 구성성분들에 의해 센서 유닛으로부터 받은 전기 신호를 다룬다(F. Musio, M.C. Ferrara, Sensors and Actuators B, Vol. 41, p.97-103(1997); M.E.H. Amrani, P.A. Paine, IEE Proc. Sci. Meas. Technol. Vol. 146, N2, p.95-101(1999) 참조). 한편, 가스의 검출을 위한 폴리머 전도체에 기초한 센서에서 교류(AC)로 측정하는 것은 직류로 측정하는 것 보다 훨씬 효율적이기 때문에 유익하다. DC 테크닉이 갖는 단점 중 하나는 실험 파라미터의 시스템 변이를 위해 너무 많은 시간이 필요로 하다는 점이다. AC 변조는 더 우수한 실험적 융통성을 발휘한다. DC 테크닉의 또다른 단점은 폴리머 물질에 기초한 시스템에서 전기적 변이가 매우 낮지만, 이것을 AC와 함께 작동하는 구성성분들을 통해서는 측정될 수 있는 반면에(WO 98/19153), DC에서는 검출하기가 어렵다는 점이다. 이와는 별개로, AC 측정은 샘플 내에서 이온화된 화학물질 타입들의 움직임을 피할 수 있기 때문에 비파괴적이다. 그 움직임 현상은 전기적 성질을 비가역적으로 변경시킬 수 있다. 따라서 교류를 사용하면 사용되는 센서의 수를 줄일 수 있고 이로써 장치의 크기도 줄일 수 있으며, 직류로부 터 얻어진 것보다 더 감수성 있고 정확한 측정이 가능하다. 교류에서의 이러한 임피던스 분광학은 많이 공지되어 있고 미각 센서에서 전위차계 측정(K. Toko, Measur. Sci. Technol. Vol.9, p,1919-1936 (1998); K. Toko, Biosensors and Bioelectronics, Vol. 13, p.701-709 (1998); A. Legin, A. Rudnitskaya, Y. Vlasov, C.DiNatale, E. Mazzone, A.'Damico, Electroanalysis, Vol. 11, N10, p.814-820(1999); K. Toko, T. Matsuno, K. Yamafuji, K. Hayashi, H. Ikezaki, K. Sato, R. Toukubo, Biosensors and Bioelectronics, Vol. 9, p. 359-364(1994); S. Iiyama, K. Toko, K. Yamafuji, Agric. Biol. Chem. Vol. 50, N11, p.2709-2714 (1986) 참조) 및 전압전류계 (S. Iiyama, Y. Miyasaki, K. Hayashi, K. Toko, K. Yamafuji, H. Ikezaki, K. Sato, Sensors and Materials, Vol. 4, N1, p.21-27 (1992); I. Winquist, P. Wide, I. Lundstrom, Analytica Chimica Acta, Vol.357, N1/2, p.21 (1997) 참조)와 비교할 때 더 발전적이다. 그 이유는 실험 데이타를 얻기가 간편하기 때문 뿐만이 아니라 비-전해질성 물질을 갖는 폴리머에 기초한 장치에서 작은 신호 변이를 검출하기 때문이기도 하다.

현재 구입가능한 센서들의 성능이 좋지 않기 때문에, 공지의 센서 시스템의 감수성 및 선별성을 높일 필요가 절실하다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 증가된 감수성 및 선별성을 갖는 총괄적 선별성 개념에 기 초하여 혼합물을 검출하고 평가하는 수단을 제공하는 것이다.

첫번째 구체예는 적어도 두개의 센서 유닛을 포함하는, 총괄적 선별성에 의해 혼합물을 분석하는 센서에 관한 것으로서, 그 센서는 (a) 분석 대상인 혼합물에 특유한 물질들에 대한 물리화학적 친화도를 갖는 막 형성 물질로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅된 교차지된(interdigited) 전극 또는 미세전극들; 및 선택적으로 (b) 코팅되지 않은 교차지된 전극 또는 미세전극들로 구성되어 있는데, 여기서 상기 막 형성 물질은 복합 폴리머 전도체, 복합 물질 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 한다.

두번째 구체예는 적어도 두개의 센서 유닛을 포함하는, 총괄적 선별성에 의해 혼합물을 분석하는 맛 센서로서, 그 센서는 (a) 선택적으로 하나 이상의 복합 물질과 조합된 복합 폴리머 전도체로 된 초미세 필름으로 하나 이상의 단층으로 코팅된 교차지된 전극 또는 미세전극 및 (b) 맛을 구성하는 물질들에 대한 물리화학적 친화도를 갖는 하나 이상의 복합 물질로 된 초미세 필름으로 하나 이상의 단층으로 코팅된 교차지된 전극 또는 미세전극, 및 선택적으로 (c) 코팅되지 않은 교차지된 전극 또는 미세전극들로 구성되는 것을 특징으로 한다.

세번째 구체예는 총괄적 선별성에 의한 액상계의 분석을 위해 부식물질들을 검출하는, 적어도 두개의 센서 유닛을 포함하는 센서에 관한 것으로서, 그 센서 유닛은 (a) 분석 대상인 물질에 존재하는 부식물질에 대한 물리화학적 친화도를 갖는 한 복합 폴리머 전도체, 선택적으로 하나 이상의 복합 물질과 조합된 형태의 복합 폴리머 전도체로 된 초미세 필름으로 하나 이상의 단층으로 코팅된 교차지된 전극 또는 미세전극, 및 선택적으로 (b) 코팅되지 않은 교차지된 전극 또는 미세전극으로 구성된 것을 특징으로 한다.

네번째 구체예는 센서 시스템에 관한 것으로서, 그 센서 시스템은 (1) 전기 신호를 생산하는 두개 이상의 센서 유닛, (2) 분석 대상 물질과 접촉하고 있는 센서 유닛에 의해 방출되고 교류의 측정에 의해 얻어진 전기 신호를 수신하는 수단, 및 (3) 다른 센서 유닛에 의해 형성된 반응 패턴의 배열을 분석하기 위한 측정량을 가공하는 수단을 포함하며, 상기 (1)의 센서 유닛은 (a) 분석 대상 혼합물에 특유한 물질에 대한 물리화학적 친화도를 갖는 막 형성 물질로 된 초미세 필름으로 하나 이상의 단층으로 싸여진 교차지된 전극 또는 미세전극 및 선택적으로 (b) 코팅되지 않은 교차지된 전극 또는 미세전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 교차지된 전극의 한 유형을 도시한 것이다.

도 2는 가시적 UV의 영역에서 부식물질을 갖는 폴리(o-에톡시아닐린)의 형성을 나타내는 스펙트럼이다.

도 3은 부식물질을 갖는 경우와 갖지 않은 경우 각각 버퍼 용액에 담긴 센서 유닛 2, 5 및 6에 대한 주파수와 전기 용량의 관계에 있어 차이를 도시한 그래프이다.

도 4는 센서 유닛 2, 6, 8 및 9(예컨대 20mg/L의 부식물질을 함유하는 인산 버퍼 용액에 담긴)에 대한 전기 용량의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 5는 pH 5.4의 인산 버퍼 용액 및 부식물질을 함유하는 버퍼에 대해 1kHz에서 얻어진 전기 용량값을 나타낸 그래프이다.

도 6은 다른 농도들의 부식물질의 존재 하에서 센서 유닛 6의 다른 반응을 전체 결과로 나타낸 그래프이다.

도 7은 도 5에 나타낸 데이타에 대해 주요 구성성분의 다변량 분석("주요 구성성분 분석-PCA(Principle Component Analysis)")을 나타낸 것이다. (a)는 다른 부식물질(풀브산(fulvic acid), 부식산) 사이의 분리를 나타내고 (b)는 이러한 부식물질의 다른 농도를 나타낸다.

도 8은 NaCl 5mM 용액의 경우 맛을 위한 6개의 센서 유닛들로 구성된 한 군의 반응을 나타낸 것으로서, 미세전극의 전기 용량과 주파수의 관계에 관한 것이다.

도 9는 짠맛(NaCl 및 KCl), 신맛(HCl) 및 사카로스의 단맛에 대한 특징적인 반응 패턴을 나타낸 그래프이다.

도 10은 짠맛(NaCl) 및 사카로스의 단맛에 대한 특징적인 반응 패턴을 나타낸 그래프이다.

도 11은 인간의 기관에 의한 검출에 있어서의 한계점(5mM) 이하의 농도까지도 포함하는 다양한 농도에서 짠맛(NaCl 및 KCl)의 다른 반응 패턴을 나타낸 그래프이다.

도 12는 미네랄 워터 샘플에서 전기용량 반응 신호(400Hz에서의)를 나타낸 그래프이다.

도 13은 카밀레차의 샘플에서 전기용량 반응 신호(400Hz)를 나타낸 그래프이다.

도 14는 커피 샘플에서 전기용량 반응 신호(400Hz)를 나타낸 그래프이다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 이해를 돕기 위해서 중요한 용어들은 다음과 같이 정의한다:

@ 총괄적 선별성 - 물질들 사이에서 발생하는 시너지 효과 또는 억제 효과와 같은 화합물 효과로 귀결되는 다양한 타입의 물질들의 조합 또는 혼합물을 정량화하는 것을 나타낸다. 맛, 냄새, 부식물질과 같은 유기 물질에 의한 오염이 이러한 화합물 효과의 일례이다. 단층으로 코팅된 초미세 필름이란, 그 단층을 Å 수준의 두께로 조절할 수 있는 조건하에서 코팅함으로써 얻어진 미세 단층을 말한다. 본 발명에 있어서는 단층의 두께는 5 내지 500Å으로 다양하다.

@ 복합 폴리머 전도체 - 본질적으로 전기 신호에 전도성이 있는 물질들의 능력을 말하는 것으로서, 그러한 물질들은 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(예컨대 이중결합, 방향성 고리 또는 헤테로 방향성 고리 또는 삼중결합)을 갖는 유기 폴리머, 즉, 폴리아닐린; 폴리피롤; 폴리아세틸렌; 폴리디아세틸렌; 폴리티오펜; 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT); 폴리이소티오나프탈렌; 폴리헤테로아릴렌비닐린(그 안의 헤테로아릴렌기는 티오펜, 퓨란 또는 피롤이 될 수 있다); 폴리-p-페닐렌, 폴리프탈로시아닌 및 그 유사체, 그 유도체 및 그들의 혼합물을 포함한다.

@ 복합 물질 - 화합물 효과에 특유한 물질 그룹과 화학적으로(가역적 복합) 및/또는 물리적으로(가역적 흡착) 결합할 수 있는 성질을 갖으며 그 물질에 전기 변환기(electric transductor) 성질을 부여할 수 있는 구조를 가진 물질을 말한다. 전형적인 예로는 지질을 들 수 있는데, 이는 맛에 특유한 물질 그룹과 결합할 수 있다. 또 다른 예로는 리그닌을 들 수 있는데, 이는 유기 물질에 의한 수질 및 토양 오염의 원인인 부식물질과 결합할 수 있다.

@ 혼합물에 특유한 물질 - 맛, 냄새 및 유기 물질에 의한 오염과 같은 특정 화합물 효과를 야기하는 물질 그룹을 말한다. 예컨대 부식물질(부식산 및 풀브산) 및 맛을 야기하는 물질들(단맛, 짠맛, 쓴맛 및 신맛) 또는 냄새(가스 및 증기)를 말한다.

본 발명의 주요한 특징 중 하나는 복합 물질들 및 복합 폴리머 전도체, 또는 그 둘의 혼합물에 기초한 다양한 복합 시스템으로 이루어진 초미세 필름을 사용하는 것이다. 이는 맛과 유기 물질에 의한 오염을 특히 액상계의 분석에 의해 인지할 수 있다. 작업시 작은 두께의 필름이 필요한데, 그 이유는 센서 장치의 감수성은 폴리머 필름의 두께에 의해 상당히 감소되기 때문이다(E. Stussi, R. Stella, D. De Rossi, Sensors and Actuators B, Vol. 43, N1, p.180(1997), WO 98/19153).

전도성 폴리머는 모든 범위의 반도체를 포함하며 절연체부터 전도체까지 다양한 범위의 전기 전도도 값을 나타내는 성질을 갖는 것으로 잘 알려져 있다. 이러한 만능성으로 인해 그 폴리머들은 트랜지스터, 캐패시터 및 다이오드와 같은 다양한 전기 장치에서 종래의 무기 반도체 대신 사용할 수 있을 뿐 아니라 그 폴리머들은 전기적으로 활성이어서 전기 자극에 반응하기 때문에 다양한 물질의 검출을 위 한 센서에서 감수성 있는 변환기 물질로서 사용할 수도 있다.

본 발명에서 사용하기 위한 적절한 전도성 폴리머는 US 5,494,609, US 5,368,717, US 5,356,660, US 5,290,483, US 4,877,646 및 US 4,803,096 특허들과 같은 많은 참고문헌들에 기재되어 있다. 바람직한 폴리머는 복합 폴리머 전도체에 대한 정의 부분에서 언급하였다. 특히 폴리피롤 및 폴리아닐린 및 그 유도체가 바람직하다.

본 발명에서 전도성 폴리머는 또한 복합 물질과 조합되어 초미세 단층 필름을 형성할 수 있다.

유기 물질에 의한 수질 또는 토양의 오염을 평가하고 검출하는 경우에, 바람직한 복합 물질로는 술폰산화된 리그닌, 복합 유기산(캄퍼술폰산(camphosulphonic acid), 톨루엔술폰산 및 복합 성질을 갖는 유사한 화합물들), 금속 이온들(구리, 철, 알루미늄 등)을 포함하는 복합체를 들 수 있다. 그 이유는 상기 복합 물질의 예들은 부식물질의 패턴을 인식할 수 있으면서도 그 복합 물질을 포함하는 센서가 농업 분야, 환경 제어 분야, 가정 및 산업적 소비를 위한 수처리 분야에서 사용될 것이기 때문이다. 최근에는 부식물질과 유사한 구조를 갖는 물질들 - 예컨대 술폰산화된 리그닌- 을 사용하면 혼합물 내에서 부식물질을 검출해 낼 때 만들어지는 전기 신호를 변환시키기가 용이해지고, 따라서 예컨대 물 및 토양의 오염 수준을 측정하는 센서의 감수성을 증가시키는 데에 중요하다는 것이 밝혀졌다.

맛을 평가하기 위한 목적인 경우에 적절한 복합 물질은 각 맛(단맛, 쓴맛, 짠맛 및 신맛)의 그룹적 특징들에 특유한 물질과 결합하는 물질이다. 바람직한 예 로서는 스테아린산, 카프로산 및 카프릴산과 같은 지질 화합물, 또는 금속 복합체와 같은 다른 물질 및 라이소자임 등의 효소를 들 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 센서는 복합 폴리머 전도체의 성질과 복합 물질과의 컨져게이션에 기초를 두고 있다. 그 물질들의 본래 성질로 인해서 그 컨져게이션은 센서 장치의 반응 패턴을 현저한 증가시키며 따라서 효과적인 센서 장치의 제작에 필수적인 기본적이고 필수적인 특징들인 감수성과 선별성을 증가시킨다. 또한 방해 반응의 효과를 감소시킬 수 있다. 실제로 그 복합 폴리머 전도체는 원하는 물질에 대해 감수성이 있는 물질로서 작용할 뿐만 아니라 이 자극에 의해 생성된 전기 신호를 변환하는 작용까지 한다. 그리고 실온에서 기능하므로 이산화주석과 같은 반도체에 기초한 종래의 시스템의 경우와는 다르다. 또한 셀프-어셈블리 테크닉 및 Langmuir-Blodgett 테크닉과 같은 표준 테크닉에 의해 폴리머 필름의 형태로 제조되므로 제조가 쉽다. 그 폴리머 막은 또한 특정 촉매적 성질을 갖는 효소, 복합제 및 금속과 같은 원하는 특정 분자를 고정시키기 위한 지지체 매트릭스로서 작용할 수 있다.

본 발명의 센서 유닛은 교자치된 미세전극들 상에 초미세 필름을 침적함으로써 제조된다. 다양한 침적 시스템이 사용될 수 있다. 그 중에서도 셀프-어셈블리 테크닉 및 Langmuri-Blodgett(LB) 테크닉이 바람직한 예 중 하나가 될 수 있다.

셀프 어셈플리 테크닉은 쉽게 적용할 수 있고 복잡한 장비를 필요로 하지 않는다는 장점을 갖는다. 이렇게 간단함에도 불구하고, 이 방법은 단층 또는 이중층으로서 다른 기재들에 적용할 수 있는 제어된 두께를 갖는 초미세 필름을 제조할 수 있다(W.B. Stockton and M.F. Rubner, Macromolecules, v.30, p.2717, 1997; Cheung, W.B. Stockton and M.F. Rubner, Macromolecules, v.30, p.2717, 1997; K. Ariga, Y.Lvov and T.Kunitake, J.Am. Chem. Soc., v.31, p.4309 1998; L.G. Paterno, L.H.C. Mattoso and O.N. Oliveira Jr. Quimica Nova Vol. 24, n.2, p.228-235 2001). 이 테크닉에서 사용되는 방법은 기본적으로 고상 기재-화학적으로 변형된-를 고분자전해질(고분자양이온 및/또는 고분자음이온)을 함유하는 용액 중에 침지시키는 것을 포함한다. 이와 같이 담그면 각 고분자전해질 용액에서 교대로 셀프-장착된 필름이 형성되며, 이로써 이중층(폴리양이온/폴리음이온) 또는 고분자전해질 중 하나로부터 단일층이 형성된다. 셀프-어셈블된 초미세 필름은 고상 기재로서 사용된 교차지된 전극 또는 미세전극 위에 형성된다. 초순수의 사용이 본 공정에 필수적이다. 그 고상 기재 및 고분자 전해질을 함유하는 용액 중에서 최근에 형성된 층에 의해 형성된 유닛의 침지 시간은 1분 내지 30분으로 다양하다. 바람직한 시간은 1, 3 및 10분이다.

Langmuir-Blodgett(LB) 테크닉 또한 본 발명에 사용하기에 적합하다. 이것은 전문자들에게 매우 잘 알려져 있는 방법이다(G.G. Roberts, in "Lanmuir-Blodgett Films", Plenum Press Pub., New York(1990) 참조). 간단하게 말하면 이 테크닉은 미리 클로로포름과 같은 휘발성 유기 용매에 용해된 유기 물질들을 미량주사기 또는 미세피펫을 사용하여 서브액상에 뿌리는 것을 포함한다. 그 서브액상은 통상 초순수이다. 그 유기 용매는 뿌린 후 수분이 지나면 증발되고 침적 대상 물질의 단층만이 남게 되며, 이는 물 표면의 전체 범위를 덮는다. 이 단계에서 그 필름은 Langmuir 필름으로 불리운다. Langmuir 통이라고 하는 특별한 장비의 사용을 통해 서브액상에서 이러한 분자들이 점유하는 유용한 면적은 한쌍의 이동성 장벽을 이용한 단층의 압축을 통해 감소될 수 있다. 고상 기재(예컨대, 교차지된 전극)를 성공적으로 서브액상에 침지하고 제거함으로써 이러한 필름들을 물의 표면으로부터 고상 기재의 표면으로 이동시킬 있다. Langmuir-Blodgett 필름으로 불리우는 초미세 필름의 두께 및 구조를 결정하는 것이 이 공정의 제어이다. 따라서 이들은 분자 수준에서 행해지고 조절된다. 종종 적용되는 압축 속도는 1 내지 10mm/min의 범위이지만, 이 테크닉의 특징적인 침적 속도는 0.5 내지 10mm/분 사이이다.

단층의 두께는 작아야 하는데, 특히 5 내지 500Å이어야 한다는 것은 아무리 강조해도 지나치지 않는다. 바람직하게는 단층에 의해 침적된 초미세 필름은 1 내지 20개의 층으로 구성되며 최대 500Å의 두께를 갖는다. 그러나 더 바람직하게는 필름은 약 10개의 층으로 구성되며 각각은 약 20Å의 두께를 갖는다.

폴리머 필름을 침적시키기 위해서 다른 테크닉이 사용될 수도 있다. 예컨대 침적 대상 물질을 소정의 각진동수로 회전하는 고상 기재 위에 용액의 형태로 뿌림으로써 코팅이 될 수 있다. 이 때 필름의 두께는 기재의 회전 속도를 조정함으로써 조절될 수 있다(일명 스핀 코팅이라고 함). 또한 전기중합반응에 의해 폴리머 필름이 형성될 수도 있으며, 용액의 형태로 물질을 뿌린 후 용매를 증발시키고 기재상에 코팅만을 남기는 소위 캐스팅법에 의해 고상 기재 표면을 코팅할 수도 있다. 그 외의 다른 방법들은 T. Skotheim, R. Elsenbaumer, J.R. Reynolds, "Handbook of Conducting Polymers", Marcel Dekker, New York(1998)에 나타나 있다.

본 발명에 따른 센서의 제조에서 고상 기재로서 사용되는 전극 또는 미세전극은 금속, 바람직하게는 금, 백금, 구리, 알루미늄 또는 다른 전도성 물질로 제조된 것이며 가장 바람직한 것은 금이다. 상기 전극은 교차지의 형태로 유리 상에 놓여지며 센서의 구성성분들 및 그 응용분야에 적합한 수, 구조 및 크기를 가질 수 있다.

그룹의 특성들을 평가하기 위해 다른 특성들을 갖는 센서 유닛을 결합시키는 개념은 본 발명의 센서 어셈블리의 기본이다. 따라서 센서 유닛의 조합은 코팅이 되지 않은 교차지된 금속 전극 또는 미세전극으로 구성된 센서 유닛을 복합 전도성 폴리머, 복합 물질 및 그들의 혼합물로 된 초미세 필름으로 코팅된 교차지된 금속 전극 및 미세전극을 포함하는 센서 유닛과 조합하면 매우 유사한 특징을 가질 때 조차도 혼합물들 사이에 차이를 구별해낼 것이다. 그 이유는 각각의 센서 유닛은 다른 것과는 구별되는 전기적 반응 패턴을 만들어 낼 것이고 그 전체 반응을 분석하면 분석 대상인 액체의 "핑거프린트"를 얻을 수 있기 때문이다. 예컨대, 맛의 검출 및 평가를 위해서 코팅되지 않은 교차지된 금속 전극 또는 미세전극을 다음의 (a), (b) 및 (c)를 포함하는 센서 유닛과 결합하는 것이 가능할 것이다. 여기서 (a)는 지질과 같은 복합 물질로 된 초미세 필름으로 코팅된 교차지된 금속 전극 또는 미세전극이고; (b)는 폴리아닐린 또는 폴리피롤과 같은 복합 전도성 폴리머로 된 초미세 필름으로 코팅된 교차지된 금속 전극 또는 미세전극이며; (c)는 복합 물질과 복합 전도성 폴리머가 조합되어 형성된 초미세 필름으로 코팅된 교차지된 금속 전극 또는 미세전극을 말한다. 그러나 본 발명에 의한 센서 배열을 이용하여 유기 물질에 의한 수질 오염을 검출할 때에는 코팅되지 않은 교차지된 금속 전극 또는 미세전극으로 구성된 센서 유닛을 아래 (a), (b) 및 (c)를 포함하는 센서 유닛과 조합할 수 있다. 여기서 (a)는 술폰산화된 리그닌과 같은 복합 물질로 된 초미세 필름으로 코팅된 교차지된 금속 전극 또는 미세전극이고; (b) 폴리아닐린, 폴리(o-에톡시아닐린) 또는 폴리피롤과 같은 복합 전도성 폴리머로 된 초미세 필름으로 코팅된 교차지된 금속 전극 또는 미세전극이며; (c)는 복합 물질과 복합 전도성 폴리머가 조합하여 형성된 초미세 필름으로 코팅된 교차지된 금속 전극 또는 미세전극을 말한다.

본 발명의 바람직한 구체예를 보이기 위할 목적으로 하기 실시예들을 기재한다. 그러나 하기 실시예들에 기재된 절차들은 본 발명을 실시하는 수단들을 나타낸 것일 뿐이므로 본질적인 특징을 유지하고 기재된 검출 방법의 작업 한계 내에서 이루어지는 한, 조건, 단계 또는 사용된 재료들의 변경은 본 발명의 범위 내에 속한다는 것은 당업자들에게 자명할 것이다.

<실시예1 : 교차지된 전극 또는 미세전극 상의 필름의 침착>

금으로 제조되고, 1mm 너비를 가지며, 1mm의 간격을 두고 있고, 70nm의 금속 층 두께를 가지며, 2 내지 100개의 가지(digit) 범위 내에서 작동하기에 적절한 구조를 갖는 전극을 유리 위에 장착하였다. 상기 언급한 바와 같이, 센서의 목적에 따라 다른 크기 및 구조가 가능하다. 예컨대 전극이 10㎛의 너비를 갖고 10㎛의 간 격을 가지며 0.1㎛ 두께의 금속층을 가지며 도 1에 나타난 바와 같은 25쌍으로 유리 상에 장착될 수 있다. 도1에서 (1)은 금 전극을 나타내며, (2)는 유리 베이스 및 그림자 지역을 나타내고, (3)은 광-민감성 재료가 보호 코팅된 것과 전극의 필요한 부분만이 노출된 것을 나타낸다.

(A) 셀프-어셈블리 테크닉에 의한 침적:

고분자음이온(술폰산화된 리그닌) 및 고분자양이온(폴리(o-에톡시아닐린))과 같은 복합 물질을 함유하는 pH 5.0의 염산 수용액 상에 전극을 택일적으로 침지시켰다. 그 용액의 농도는 1×10^-5 내지 1×10^-2mol/L의 범위였고, 가장 최상인 농도는 통상 1×10^-3mol/L이었다. 침지는 1 내지 20개의 교대적 단층들, 통상 각각 약 20Å의 두께를 갖는 10개의 단층들을 얻을 때까지 계속하여 최종적으로 약 500Å의 최대 두께를 갖는 셀프-장착된 초미세 필름을 얻었다. 모든 이러한 용액들은 MilliPore사의 Milli-Q?시스템으로부터 얻어진 초순수로 제조하였다. 침지 시간은 각각 고분자음이온 및 고분자 양이온을 함유하는 두 용액 내에서 모두 3분간이었다. 전극은 침지 시간을 1, 3 및 10분으로 다양하게 하여 pH 3.0 또는 5.0의 염산 수용액 상에서 제조하였는데, 그 수용액은 각각 폴리(o-에톡시아닐린), 또는 폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+염산, 또는 폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+캄퍼술폰산, 또는 폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+톨루엔술폰산을 함유하며, 이를 이용하여 상기 전극 위에 각각 폴리(o-에톡시아닐린), 또는 폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+염산, 또는 폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+캄퍼술폰산, 또는 폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+톨루엔술폰산으로 된 셀프-장착된 필름 한층을 얻었다. 이 방식으로 얻어진 센서 유닛을 먼저 센서 유닛 제조에 사용되었던 복합 물질을 함유하는 용액의 각 pH 값에 따라 pH 3.0 또는 5.0의 염산 수용액 중에 침지하여 3분간 세척하였다. 최종적으로 센서 유닛은 MilliPore사로부터 구입한 Milli-Q?로부터 제조된 초순수에 담그고 20분간 세척하였다.

(B) LB 테크닉에 의한 침적

미리 휘발성 유기 용매(여기서는 클로로포름을 사용함) 중에 용해된 필름 형성 물질(복합 전도성 폴리머, 복합 물질 또는 그 혼합물)을 미량주사기 또는 미세피펫을 이용하여 Langmuir 통의 서브액상에 뿌렸다. 다 뿌린 후 수분 이내에 유기 용매는 증발해버리고 물 표면의 전체 범위를 덮는 침적 물질로 된 단층이 형성되었다. 이동할 수 있는 한쌍의 벽으로 그 단층을 압축하여 필름 형성 물질 분자에 의해 점유된 유용한 부분을 감소시켰다. 낮은 압축 속도가 사용되는데(1 내지 10mm/min), 이는 전도성 폴리머들이 고상 전극 표면으로 이동하는 것을 촉진한다. 침적 속도는 0.5 내지 10mm/min의 범위였다.

<실시예 2 : 수질 오염 정도를 샘플에 존재하는 부식물질 분석을 통해 평가하기 위한 센서 유닛의 제조>

센서 유닛이 상기 실시예1에 기재된 테크닉(셀프 어셈블리 및 LB)에 따라 제조되었는데, 그 센서 유닛은 Langmuir-Blodgett 테크닉을 이용하여 전극에 침적된 폴리아닐린(16-머) 및 폴리피롤(Ppy)로 된 5개의 순수 단층들을 갖고 있었고, 셀프-어셈블리 테크닉을 이용하여 폴리(o-에톡시아닐린) 및 술폰산화된 리그닌으로 된 셀프-어셈블된 필름을 갖고 있었다. 이러한 필름들은 교차지된 전극들의 노출된 유용한 부분만을 덮고 있었다. 금속 와이어를 상부에 납땜하여(이 또한 금으로), 그 장치를 주파수 반응 분석기에 연결하였다.

하기 표1은 제조된 센서 유닛을 나타낸다. 그 센서 유닛은 부식물질을 위한 센서를 통합할 수 있다. 하기 표 1은 복합 전도성 폴리머 및 복합 물질들을 기초로 한 전자 혀를 위한 센서 유닛을 나타낸다.

센서 유닛	전극 상에 침적된 필름의 타입
1	없음 (폴리머 코팅이 안된 교차지된 전극)
2	POEA (폴리(o-에톡시아닐린)필름, 1분의 침지로 셀프-어셈블리를 통해 제조됨)
3	POEA (폴리(o-에톡시아닐린)필름, 3분의 침지로 셀프-어셈블리를 통해 제조됨)
4	POEA (폴리(o-에톡시아닐린)필름, 10분의 침지로 셀프-어셈블리를 통해 제조됨)
5	POEA+SL+HCl (폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+염산 필름, 폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+염산의 복합체를 함유하는 용액으로부터 셀프-어셈블리를 통해 제조됨)
6	POEA+SL+CSA (폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+캄퍼술폰산 필름, 폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+캄퍼술폰산의 복합체를 함유하는 용액으로부터 셀프-어셈블리를 통해 제조됨)
7	POEA+SL+TSA (폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+톨루엔술폰산 필름, 폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌+톨루엔술폰산의 복합체를 함유하는 용액으로부터 셀프-어셈블리를 통해 제조됨)
8	POEA/SL (폴리(o-에톡시아닐린)+술폰산화된 리그닌 셀프-장착된 필름, 5개의 이중층을 가짐)
9	올리고머 16-머(PANI)(폴리아닐린의 올리고머, Langmuir-Blodgett 테크닉 LB를 이용하여 얻어짐, 15층을 가짐)

<실시예3: 본 발명에 따른 센서 유닛에 사용되는 전도성 폴리머의 복합 성질의 증명>
부식물질 및 전도성 폴리머 사이에 존재하는 상호작용은 UV-Vis(ultra-violet and Visible) 영역에서 분광법 테크닉을 이용하여 190 내지 1000nm에서 확인되었다. 도 2는 폴리(o-에톡시아닐린)의 부식물질과의 복합체 형성을 확인할 수 있는 UV-Vis 영역에서의 스펙트럼을 나타낸다.

삭제

이 시스템에서 부식물질의 분석을 pH 5.0(염산으로 조정된)의 수용액 내에서 수행하였다. 그러한 시스템은 부식물질을 위한 광학 센서로서 사용될 수 있다.

다양한 용액들이 부식물질 분석을 위해 제조되었다. 그 용액들은 다음과 같다. (1) pH 5.0의 HCl 수용액(참고 1); (2) pH 5.0이고 POEA의 농도가 각각 1.0×10^-5mol/L 및 5.0×10^-5mol/L인 HCl 수용액; 및 (3) pH 5.0이고 POEA의 농도가 각각 1.0×10^-5mol/L 및 5.0×10^-5mol/L이며 부식물질의 농도가 각각 5, 10 및 30mg/L인 HCl 수용액. 동일한 세트의 용액을 염산을 pH 5.4의 인산 버퍼로 치환하여 제조하였다. 하기 세개의 다른 부식물질이 분석되었다: Aldrich 회사로부터 구입한 부식산, Jaboticabal/SP(브라질)로부터 얻은 퍼플 라토소일(purple latosoil) 유래의 부식산 및 Campinas/SP(브라질)로부터 얻은 부식성 옥시소일(distrophic oxysoil) 유래의 풀브산.

센서 시스템의 작동은 UV-Vis 영역에서 상기 기재한 용액 (2) 및 (3)에 대해 190 내지 1000nm 사이에서의 흡수 스텍트럼을 얻음으로써 확인하였다. 흡수 스펙트 럼을 얻기 위한 표준 용액은 염산 수용액(pH 5.0에서 작동하는 센서 시스템의 경우) 및 인산 버퍼(pH 5.4에서 작동하는 센서 유닛의 경우)이었다. 용액 (2) 및 (3)으로부터 얻은 스펙트럼을 그 용액에 존재하는 폴리머의 폴라로닉 밴드의 움직임에 대해 비교함으로써 전도성 폴리머와 부식물질의 복합체 형성을 밝혔으며 이로써 부식물질의 검출이 가능하였다.

도 2에서는 pH 5.0에서 작동하는 센서 시스템으로 얻은 결과로서 5, 10 및 30mg/L의 다른 농도의 Aldrich 유래의 부식산의 존재를 검출한 것이다. 그 같은 결과가 다른 부식물질, 부식산(HA)의 상품(ALDRICH) 및 풀브산(FA)의 존재하에서 얻어졌다. 이는 각각 POEA와 HA(ALDRICH)의 복합체 및 POEA와 FA의 복합체의 형성을 입증하는 것이다. 이러한 결과는 POEA와 부식물질 사이의 복합체 형성이 있다는 것을 나타내며 명확히 이는 수중의 부식물질 존재를 모니터링 함에 있어서 이러한 성질(즉, 복합체 형성이 POEA 필름의 전기적 성질을 변경한다는 것)을 이용하는 것이 중요하다는 것을 입증하는 것이다.

<실시예4: 본 발명에 따른 센서 시스템을 이용한 부식물질 분석>

실시예2에서 얻어진 센서 유닛은 분석 대상 물질(부식물질)과 접촉하고 있는 센서 유닛에 의해 방출되어 교류 측정을 통해 얻어진 전기 신호를 수신하는 수단을 또한 포함하며, 표1(실시예2 참조)에 포함된 다른 센서 유닛의 배열에 대한 반응 패턴 분석을 위한 측정값 처리 수단을 더 포함한다. 이 방식으로 형성된 장치는 다른 기원(지역)의 부식물질들을 분석하는 데에 이용되었다. 그 결과는 도 3 내지 도6에 나타나 있다.

세가지 다른 부식물질이 분석되었다. 부식산 샘플 두개와 풀브산 샘플 하나였다. 이들은 다른 지역의 토양으로부터 추출된 것이었다. 이러한 샘플들의 용액을 초순수(MilliPore사의 Milli-Q?시스템으로부터 얻음)로 제조하였다. 전기 반응은 임피던스 분석기(앞에서 언급함)를 통해 얻었다. 이로써 센서 시스템은 주파수와의 함수로 미세전극의 전기 용량의 형태로 제공되는 반응 패턴을 얻었다. 이것은 분석되는 부식물질의 각 타입의 구별되는 특징이다. 그 결과는 도 3 및 4에 나타나 있다. 확인되는 바와 같이, 각 센서 유닛에 대해 얻어진 반응은 용액중에 존재하는 부식물질의 양에 비례하였다. 이는 정량 분석의 가능성을 입증하는 것이다. 도 3은 부식물질(15mg/L의 부식산(ALDRICH))이 있거나 없는 버퍼 용액에 침지된 센서 유닛 2, 5 및 6의 주파수에 대한 전기용량의 차이를 나타낸다. 이 도면은 부식물질이 있는 용액과 없는 용액 간에 큰 주파수 간격만큼 차이를 명확히 나타낸다. 도 4는 20mg/L의 부식물질(부식산(ALDRICH))을 함유하는 인산 버퍼 용액에 침지된 센서 유닛 2, 6, 8 및 9에 대한 다양한 전기 용량을 나타낸다. 이 도면에서는 센서 유닛들이 부식물질을 함유하는 동일한 용액에 대해 다른 전기 용량값을 나타내는 것이 관찰된다. 이러한 반응은 선별성을 강조는데, 그 센서 유닛들은 부식물질을 함유하는 다른 용액에 대해서 특이한 반응을 나타내기 때문에 다른 부식물질을 구별할 수 있게 된다.

부식물질 분석은 하나의 주파수만을 선택하여 수행될 수 있다. 그 주파수는 분석 대상인 물질에 대해 더 선택적인 반응을 하는 범위로 최적화된 것이다.

도 5 및 도 6은 고정된 주파수 1kHz에서 부식물질을 분석하기 위한 9개의 센 서 유닛(상기 표1에 나타난 바와 같은)의 어셈블리에 대한 전기 용량 반응을 나타낸다. 도 5에 도시된 다양한 센서 유닛들 중에 신호를 구별하는 것이 분석될 용액 각각에 대해 체계적이고 특징적이며 또한 재현가능하다. 도 5는 pH 5.4의 인산 버퍼 용액 및 부식 용액을 함유하는 같은 버퍼 용액에 대해 1kHz에서 얻어진 전기 용량치를 나타낸다. 풀브산(부식 옥시소일/Campinas/SP) 및 부식산(ALDRICH)에 대해 나타낸 값은 다른 센서 유닛을 사용함으로써 얻어진 "핑거 프린트"이다. 이것은 두개의 다른 용액을 구별한다. 도 6은 다른 농도의 부식물질(부식산(ALDRICH)) 존재 하에서 센서 유닛6의 다른 반응을 전체적으로 도시한 것이다. 부식물질의 농도는 5 내지 20mg/L로 다양하다. 도 6에 나타난 결과는 센서 시스템이 다양한 부식물질의 농도를 구별할 수 있고 또한 그 시스템을 부식물질의 존재를 정량하는 데에 이용할 수 있다는 것을 나타낸다. 더욱이 각 농도에 대해 다른 반응 패턴이 관찰되므로 부식물질의 다른 농도별로 구별될 수 있다.

도 7은 도 5에 나타낸 데이타에 대한 주요 구성성분의 다변량 분석("주요 구성성분 분석-PCA(Principle Component Analysis)")을 나타낸 것이다. 이 시스템은 다른 부식물질들(풀브산 및 부식산 - 도 7a 참조)의 분리를 나타내며 또한 이러한 부식물질의 다른 농도를 나타낸다(상업적 구입한 부식산인 ALDRICH, 도7b 참조).

단지 한 물질만을 양적 분석하는 것이 중요한 것과 마찬가지로, 다양한 물질들 중에서 질적 분석을 하는 것도 중요한데, 본 센서는 매우 만족할 만한 방식으로 그것을 수행한다. 이 경우에 그 장치는 센서 유닛으로부터 형성되어야 한다. 각 센서 유닛의 수 및 필름 조성은 분석될 부식물질의 특성에 따라 최적화되어야만 한 다.

본 발명에 따른 측정 방법을 통해 아무 문제 없이 다른 부식물질들을 구별할 수 있으며, 신경망 분석을 위한 것과 같은 적절한 소프트웨어를 사용하여 쉽게 정량화할 수 있다(J.W.Gardner, E.L. Hines, H.C. Tang, Sensors and Actuators B, Vol. 9, p.9-15(1992)). 이것이 가능한 것은 물질들의 농도 차이는 센서의 신호 반응의 차이로 나타나기 때문이다. 또한 분석된 부식물질에 따라 각 센서 유닛에 대한 다른 반응 감수성을 나타낸다. 예컨대 센서 4, 5, 6, 7 및 8은 풀브산에 대해 더 큰 감수성을 보인다.

<실시예5 : 맛을 평가하기 위한 센서 유닛의 확보>

상기 실시예1에 기재된 테크닉(셀프-어셈블리 및 LB)에 따라 폴리아닐린(16-머) 및 폴리피롤(Ppy)의 올리고머로 이루어진 5개의 순수한 단층을 가진 센서 유닛을 제조하였다. 또한 상기 폴리머들과 스테아린산이 혼합된 필름을 Langmuir Blodgett 테크닉을 사용하여 전극 상에 침적시켰다. 이러한 필름들이 교차지된 전극들의 노출된 유용한 부분들만을 덮도록 하였다. 금속 와이어를 상부 스퀘어로 납땜하여(이 또한 금으로) 그 장치와 측정 장치를 연결하였다. 하기 표 2는 전도성 폴리머와 복합 물질에 기초한 전자 혀에 대한 센서 유닛이다.

센서 유닛	전극 상에 침적된 필름의 유형
1	없음(폴리머 코팅 없는 교차지된 전극)
2	스테아린산
3	폴리아닐린(올리고머 16-머)
4	Ppy(폴리피롤)
5	폴리아닐린(올리고머 16-머)/스테아린산
6	Ppy(폴리피롤)/스테아린산

<실시예6: 본 발명에 따른 센서 시스템을 사용한 맛(단맛, 짠맛, 신맛 및 쓴맛)의 분석>

실시예5에서 얻어진 센서 유닛은 분석되어질 음료와 접촉하는 센서 유닛에 의해 방출되고 교류 측정을 통해 얻어진 전기 신호를 수신하는 수단 및 표 2에 포함된 다른 센서 유닛의 배열의 반응 패턴 분석을 위한 측정값을 처리하는 수단을 포함하는 센서 시스템으로 구성하였다. 이 방식으로 형성된 장치를 다양한 맛을 분석하는 데에 사용하였다.

본 발명에 따른 센서 유닛의 성질을 확인하기 위하여, 단일 용질을 함유하는 용액의 전기적 측정을 먼저 하였다. 도 8은 NaCl 5mM의 용액에 대해 6개의 센서 유닛들(표2에 나타난 바와 같은)의 배열의 반응을 주파수 함수의 미세전극의 전기 용량의 형태로 나타낸 것이다. 전기적 반응은 임피던스 분석기(상기 언급한 바와 같음)를 사용함으로써 얻었다. 각 센서 유닛들은 분석될 물질에 대해서 뚜렷하고 특징적인 반응 패턴을 얻었고, 이는 물질의 맛의 유형을 특징화하는 한 패턴으로 이용된다.

다양한 물질들 중에서 한 물질을 정성적 및 정량적 차이로 분석하는 것은 똑같이 중요한데, 이는 본 발명에 의한 센서 시스템을 이용하면 가능하다. 각 센서 유닛의 수 및 필름 조성은 분석될 음료의 특성에 따라 최적화되어야 한다.

도 9는 짠맛을 나타내는 NaCl 및 KCl, 신맛을 나타내는 HCl 및 단맛을 나타내는 사카로스를 갖는 분석될 각 물질들에 대해 각각 다르고 특징적인 반응 패턴을 얻었음을 나타낸다. 사카로스는 전해질을 형성하지 않기 때문에 극성인 다른 물질들에 비하여 반응 신호 강도가 크게 차이가 나므로 사카로스에 대한 결과는 다른 결과들보다 훨씬 낮다. 분석될 용액들을 탈이온수 또는 초순수로 제조하였다. 단지 하나의 전기적 반응 측정 주파수를 사용하여 맛 분석을 하면 분석 시간을 단축시키고 그 필드에서의 사용을 최적화시킬 수 있다.

다른 농도의 짠맛과 단맛 사이의 분리가 본 발명에 의한 측정 방법을 통해 아무런 문제없이 수행될 수 있다. 도 10은 이 가능성을 도시한다.

상기 언급한 바와 같이 신경망 분석을 위한 것과 같은 적절한 소프트웨어를 사용하여 정량화를 쉽게 할 수 있다. 또한 분석될 물질의 "맛" 특성에 따라 각 센서 유닛에 대한 특징적인 반응 감수성이 있다. 예컨대, 센서 4, 5 및 6은 단맛에 대해 더 큰 감수성을 갖음을 알 수 있다. 앞에서 언급했듯이, 이 센서 유닛들의 조성은 분석될 시스템에 따라 최적화될 수 있다. 각 센서 유닛에 대해 얻어진 반응 신호는 액상(수용액)에 존재하는 물질의 농도에 비례한다. 100mM 및 300mM와 같은 더 큰 농도의 NaCl 및 사카로스 용액 또한 측정하였다. 다양한 센서 간의 신호 차이는 분석될 각각의 용액에 대해 체계적이고 특징적이며 재현가능하다.

이러한 센서의 배열에 관한 또 다른 흥미로운 관점은 그것이 NaCl과 KCl과 같이 다른 농도(인간 유기체가 검출할 수 있는 한계 이하의 농도(5mM)를 포함하는)의 두 유형의 염 사이를 구별할 수도 있다는 것이다. 이는 다른 발명의 문헌에 보 고되어 있다. C. Pfaffman(Handbook of Physiology, sec. 1, Neurophysiology, Vol. 1, J.Field pub. American Physiological Society, Washington DC - 1959)에 따르면, 인체에 의해 검출 가능한 수용액 중의 NaCl 최소 농도는 10mM이다. 도 11은 이 가능성을 잘 입증한다.

본 발명의 시스템 유형들은 당업계에 자명한 정도의 변형을 포함하여 일반적으로 음료를 평가하기 위해 사용될 수 있다. 실용적 목적의 예로서 이 센서 시스템은 미네랄 워터, 카밀레차 및 커피와 같은 구별되는 유형을 분석할 수 있다.

도 11, 12 및 13은 센서가 음료에 침지될 때의 전기 용량 반응 신호(400Hz)를 도시한다. 분석 대상인 음료의 각 유형에 따라 매우 다르고 특징적인 반응 패턴이 얻어졌다. 미네랄 워터 회사로부터의 정보를 통해 상기 얻어진 결과들이 더욱 확증되었는데, 그 이유는 대부분의 미네랄 염을 함유하는 것은 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이 더 큰 전기 신호를 나타내기 때문이다. 이는 분석된 카밀레차가 꿀을 함유하던지 아닌지에 관계없이(제조업자에 의해 제공된 정보) 맛에서만 차이가 있다는 것을 입증한다. 도 14는 두 타입의 커피의 차이를 나타내는데 하나는 집에서 볶은 커피이고 다른 하나는 산업적으로 생산된 커피이다. 만일 본 발명에 의한 센서 없이 비전문가에 의해 분석된다면 물, 차 및 커피 샘플 간의 맛의 차이를 구별해내는 것은 실제로 불가능하다는 점을 강조할 필요가 있다. 이것은 이 장치에 의해 제공되는 반응의 감수성을 강하게 나타내는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 장치가 유사한 물질들간의 차이를 구별하는 데에 있어 인간의 생물학적인 시스템보다도 더 감수성이 있다는 것이 입증된 것이다.

교류(AC)의 측정으로 센서 시스템에서 복합 전도성 폴리머 및 복합 물질들로 제조된 다양한 다른 센서 유닛으로 구성된 배열을 사용하는 상기 실시예들에서 얻어진 결과들은 현재의 "전자 혀"(단지 지질 및 전위차 판독에 기초한)보다 훨씬 큰 감수성을 제공한다. 본 발명에 사용되는 폴리머는 산성 용액의 경우 더 정확한 변이값을 검출할 수 있는데, 그 이유는 이러한 물질들을 도핑하는 과정이 특정 pH 값에서 행해지기 때문이다. 그러한 결과들에 따르면 본 발명에 의한 센서는 음식의 품질을 평가하는 목적 뿐만 아니라 화장품, 의약품, 향수 등의 분석을 위한 시스템에서도 사용될 수 있다.

또한 강조할 필요가 있는 점은 본 발명에 의한 센서 시스템은 비용이 저렴하며 쉽게 재현할 수 있는 구성을 갖는 것을 특징으로 한다는 점이다.

본 발명에 의한 센서는 음식의 품질을 평가하는 목적 뿐만 아니라 화장품, 의약품, 향수 등의 분석을 위한 시스템에서도 사용될 수 있다.

Claims

두개 이상의 센서 유닛을 포함하는 총괄적 선별성(global selectivity)에 의한 혼합물 분석 센서로서,

(a) 분석 대상인 혼합물에 특유한 물질들에 대한 물리화학적 친화도를 가지는 막 형성 물질로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극으로서, 상기 막 형성 물질은 ⅰ)폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 유기 폴리머들로 구성된 군으로부터 선택되는 전도성 폴리머, ⅱ)샘플 성분 복합 형성 물질 및 ⅲ)그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 두 개 이상의 센서 유닛 중 제1 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들;

(b) 상기 두 개 이상의 센서 유닛 중 제2 센서 위에 형성되는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들을 포함하며,

상기 초미세 필름은, 1 내지 20개의 단층들로 구성되며 각 층은 5 내지 500Å의 두께를 갖으며, 상기 초미세 필름의 최대 두께는 500Å인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 서로 맞물린 전극 또는 미세전극은, 금, 백금, 구리 또는 알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된 금속으로 제조된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
삭제
제 1항에 있어서, 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 상기 유기 폴리머는, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리이소티오나프탈렌, 폴리-헤테로아릴렌비닐린, 폴리-p-페닐렌, 폴리프탈로시아닌, 그 유도체 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 폴리-헤테로아릴렌비닐린의 헤테로아릴렌의 기는 티오펜, 퓨란 또는 피롤인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 각 단층은, 20Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 초미세 필름은, 10개의 단층들로 구성된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 샘플 성분 복합 형성 물질은 지질 화합물, 복합 형성 금속들 및 효소들, 술폰산화된 리그닌, 복합 형성 유기산 및 복합 형성 금속 이온들 및 그 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
제 9 항에 있어서, 상기 지질 화합물은 스테아린산, 카프로산 및 카프릴산으로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
제 10 항에 있어서, 상기 지질 화합물은 스테아린산인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
삭제
삭제
제 9 항에 있어서, 상기 복합 형성 유기산은 캄퍼술폰산 및 톨루엔술폰산으로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
제 9항에 있어서, 상기 복합 형성 금속 이온은, 구리, 철 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
적어도 세개 이상의 센서 유닛을 포함한 총괄적 선별성(global selectivity)에 의한 액상계 분석용 맛 센서로서,

(a) 전도성 폴리머로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극으로서, 상기 전도성 폴리머는 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 유기 폴리머들로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 세 개 이상의 센서 유닛 중 제1 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들;

(b) 맛을 구성하는 물질들에 물리화학적 친화도를 갖는 하나 이상의 복합 물질들로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅되며, 상기 세 개 이상의 센서 유닛 중 제2 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들; 및

(c) 맛을 구성하는 물질들에 물리화학적 친화도를 갖는 복합 물질과 복합 전도성 폴리머로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅되며, 상기 세 개 이상의 센서 유닛 중 제3 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들을 포함하며,

상기 초미세 필름은, 1 내지 20개의 단층들로 구성되며 각 층은 5 내지 500Å의 두께를 갖으며, 상기 초미세 필름의 최대 두께는 500Å인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 16 항에 있어서, 상기 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들은, 금, 백금, 구리 또는 알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된 금속으로 제조된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 16 항에 있어서, 상기 전도성 폴리머는, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리이소티오나프탈렌, 폴리-헤테로아릴렌비닐린, 폴리-p-페닐렌, 폴리프탈로시아닌, 그 유도체 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 유기 폴리머이며, 상기 폴리-헤테로아릴렌비닐린의 헤테로아릴렌의 기는 티오펜, 퓨란 또는 피롤인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 18 항에 있어서, 상기 전도성 폴리머는 폴리아닐린 또는 폴리피롤 중 하나인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 16 항에 있어서, 상기 복합 물질은, 스테아린산, 카프로산 및 카프릴산으로 구성된 군으로부터 선택된 지질 화합물인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 20 항에 있어서, 상기 지질 화합물은 스테아린산인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 16 항에 있어서, 여섯개 이상의 센서 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 22 항에 있어서, 상기 센서는 6개의 센서 유닛을 포함하는 센서로서, 그 6개의 센서 유닛은 ⅰ)상기 6개의 센서 유닛의 하나 위에 형성된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극, ⅱ) 상기 6개의 센서 유닛의 하나 위에 형성되며, 샘플 성분 복합 형성 물질로 된 초미세 필름으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극, ⅲ) 상기 6개의 센서 유닛의 두개 상에 형성되며, 전도성 폴리머로 된 초미세 필름으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극 및 ⅳ) 상기 6개의 센서 유닛의 두개 상에 형성되며, 상기 전도성 폴리머의 혼합물 및 적어도 하나의 샘플 성분 복합 형성 물질로 구성된 초미세 필름으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
삭제
제 16항에 있어서, 각 단층은 20Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 16항에 있어서, 상기 초미세 필름은 10개의 단층들로 구성된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
삭제
두 개 이상의 센서 유닛을 포함하는, 총괄적 선별성(global selectivity)에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서로서,

상기 센서 유닛은,

(a) 전도성 폴리머로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극으로서, 상기 전도성 폴리머는 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 유기 폴리머들로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 두 개 이상의 센서 유닛 중 제1 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들; 및

(b) 맛을 구성하는 물질들에 물리화학적 친화도를 갖는 하나 이상의 복합 물질들로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅되며, 상기 두 개 이상의 센서 유닛 중 제2 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들을 포함하며,

상기 초미세 필름은, 1 내지 20개의 단층들로 구성되며 각 층은 5 내지 500Å의 두께를 갖으며, 상기 초미세 필름의 최대 두께는 500Å인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 28 항에 있어서, 상기 서로 맞물린 전극 또는 미세전극은, 금, 백금, 구리 또는 알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된 금속으로 제조된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 28 항에 있어서, 상기 전도성 폴리머는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리이소티오나프탈렌, 폴리-헤테로아릴렌비닐린, 폴리-p-페닐렌, 폴리프탈로시아닌, 그 유도체 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 유기 폴리머이며, 상기 폴리-헤테로아릴렌비닐린의 헤테로아릴렌의 기는 티오펜, 퓨란 또는 피롤인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 28 항에 있어서, 상기 전도성 폴리머는, 폴리아닐린 또는 폴리(o-에톡시아닐린) 중 하나인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 28 항에 있어서, 상기 복합 물질은 술폰산화된 리그닌 및 복합 유기산으로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 28 항에 있어서, 상기 초미세 필름은 고분자음이온 및 고분자양이온의 셀프-장착된 교번 층에 의해 얻어진 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 33 항에 있어서, 상기 고분자음이온은 술폰산화된 리그닌이며, 상기 고분자양이온은 폴리(o-에톡시아닐린)인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 28 항에 있어서, 상기 센서는 적어도 9개의 센서 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 35 항에 있어서, 상기 센서는 9개의 센서 유닛을 포함하는 센서로서, 그 9개의 센서 유닛은 ⅰ)상기 9개의 센서 유닛의 하나 위에 형성된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극, ⅱ) 상기 9개의 센서 유닛의 네개 상에 형성되며, 전도성 폴리머로 된 초미세 필름으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극 및 ⅳ) 상기 9개의 센서 유닛의 네개 상에 형성되며, 상기 전도성 폴리머의 혼합물 및 적어도 하나의 샘플 성분 복합 형성 물질로 구성된 초미세 필름으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
삭제
제 28 항에 있어서, 상기 각 단층은 20Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 28 항에 있어서, 상기 초미세 필름은 10개의 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
삭제
(1) 전기 신호를 생성하는 두개 이상의 센서 유닛;

(2) 분석 대상인 물질과 접촉하는 상기 센서 유닛으로부터 생성되는 교류 전류 전기적 신호를 수신하여 측정하는 수단; 및

(3) 상기 교류 전류 전기적 신호의 데이터를 처리하고, 다른 센서 유닛에 의해 형성된 배열로부터 얻어진 반응 패턴을 분석하기 위한 수단을 포함하는 센서 시스템이며,

상기 (1)의 센서 유닛은,

(a) 분석 대상인 혼합물에 특유한 물질들에 물리화학적 친화도를 갖는 막 형성 물질로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극을 포함하는 전기 신호를 생성하는 두개 이상의 센서 유닛 중 제1 센서 유닛이며, 상기 막 형성 물질은 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 유기 폴리머들로 구성된 군으로부터 선택되는 전도성 폴리머, 샘플 성분 복합 형성 물질 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되며,

(b) 서로 맞물린 전극 또는 미세전극을 포함하는 전기 신호를 생성하는 두개 이상의 센서 유닛 중 제2 센서 유닛을 포함하며, 상기 초미세 필름은, 1 내지 20개의 단층들로 구성되며 각 층은 5 내지 500Å의 두께를 갖으며, 상기 초미세 필름의 최대 두께는 500Å인 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
두개 이상의 센서 유닛을 포함하는 총괄적 선별성(global selectivity)에 의한 혼합물 분석 센서로서,

분석 대상인 혼합물에 특유한 물질들에 대한 물리화학적 친화도를 가지는 막 형성 물질로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극으로서, 상기 막 형성 물질은 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 유기 폴리머들로 구성된 군으로부터 선택되는 전도성 폴리머, 샘플 성분 복합 형성 물질 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 두 개 이상의 센서 유닛 중 하나에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들을 포함하며,

상기 초미세 필름은, 1 내지 20개의 단층들로 구성되며 각 층은 5 내지 500Å의 두께를 갖으며, 상기 초미세 필름의 최대 두께는 500Å인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 혼합물 분석 센서.
적어도 네개 이상의 센서 유닛을 포함한 총괄적 선별성(global selectivity)에 의한 액상계 분석용 맛 센서로서,

(a) 전도성 폴리머로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극으로서, 상기 전도성 폴리머는 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 유기 폴리머들로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 네 개 이상의 센서 유닛 중 제1 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들;

(b) 맛을 구성하는 물질들에 물리화학적 친화도를 갖는 하나 이상의 복합 물질들로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅되며, 상기 네 개 이상의 센서 유닛 중 제2 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들;

(c) 상기 네 개 이상의 센서 유닛 중 제3 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들; 및

(d) 맛을 구성하는 물질들에 물리화학적 친화도를 갖는 복합 물질과 복합 전도성 폴리머로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅되며, 상기 네 개 이상의 센서 유닛 중 제4 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들을 포함하며,

상기 초미세 필름은, 1 내지 20개의 단층들로 구성되며 각 층은 5 내지 500Å의 두께를 갖으며, 상기 초미세 필름의 최대 두께는 500Å인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 23항에 있어서,

상기 센서 유닛의 두 개 상에 형성된 상기 맞물린 전극 또는 미세전극에 코팅된 상기 초미세 필름의 상기 전도성 폴리머는 상기 두개의 센서 유닛 모두 동일한 전도성 폴리머인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 23항에 있어서,

상기 센서 유닛의 두 개 중 제1 센서 유닛에 형성된 상기 맞물린 전극 또는 미세전극에 코팅된 상기 초미세 필름의 상기 전도성 폴리머는 상기 센서 유닛의 두 개 중 제2 센서 유닛과 다른 전도성 폴리머인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 23항에 있어서,

상기 센서 유닛의 두 개 중 제1 센서 유닛에 형성된 상기 맞물린 전극 또는 미세전극에 코팅된 상기 초미세 필름의 상기 전도성 폴리머의 혼합물 및 적어도 하나의 샘플 성분 복합 형성 물질은 상기 센서 유닛의 두 개 중 제2 센서 유닛과 동일한 혼합물인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
제 23항에 있어서,

상기 센서 유닛의 두 개 중 제1 센서 유닛에 형성된 상기 맞물린 전극 또는 미세전극에 코팅된 상기 초미세 필름의 상기 전도성 폴리머의 혼합물 및 적어도 하나의 샘플 성분 복합 형성 물질은 상기 센서 유닛의 두 개 중 제2 센서 유닛과 다른 혼합물인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 맛 센서.
세 개 이상의 센서 유닛을 포함하는, 총괄적 선별성(global selectivity)에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서로서,

상기 센서 유닛은,

(a) 전도성 폴리머로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극으로서, 상기 전도성 폴리머는 폴리-컨져게이트된 π 결합 시스템(poly-conjugated π bonding systems)을 갖는 유기 폴리머들로 구성된 군으로부터 선택되며, 상기 세 개 이상의 센서 유닛 중 제1 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들; 및

(b) 맛을 구성하는 물질들에 물리화학적 친화도를 갖는 하나 이상의 복합 물질들로 된 초미세 필름이 하나 이상의 단층으로 코팅되며, 상기 세 개 이상의 센서 유닛 중 제2 센서 위에 형성된 것을 특징으로 하는 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들; 및

(c) 상기 세 개 이상의 센서 유닛 중 제3 센서 위에 형성된 서로 맞물린 전극 또는 미세전극들을 포함하며,

상기 초미세 필름은, 1 내지 20개의 단층들로 구성되며 각 층은 5 내지 500Å의 두께를 갖으며, 상기 초미세 필름의 최대 두께는 500Å인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 36항에 있어서,

상기 센서 유닛의 네 개 상에 형성된 상기 맞물린 전극 또는 미세전극에 코팅된 상기 초미세 필름의 상기 전도성 폴리머는 상기 네 개의 센서 유닛 모두 동일한 전도성 폴리머인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 36항에 있어서,

상기 센서 유닛의 네 개 중 하나에 형성된 상기 맞물린 전극 또는 미세전극에 코팅된 상기 초미세 필름의 상기 전도성 폴리머는 상기 다른 센서 유닛의 상기 초미세 필름의 전도성 폴리머와 다른 전도성 폴리머인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 36항에 있어서,

상기 센서 유닛의 네 개 중 제1 센서 유닛에 형성된 상기 맞물린 전극 또는 미세전극에 코팅된 상기 초미세 필름의 상기 전도성 폴리머의 혼합물 및 적어도 하나의 샘플 성분 복합 형성 물질은 상기 다른 센서 유닛의 상기 초미세 필름과 동일한 혼합물인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.
제 36항에 있어서,

상기 센서 유닛의 네 개 중 제1 센서 유닛에 형성된 상기 맞물린 전극 또는 미세전극에 코팅된 상기 초미세 필름의 상기 전도성 폴리머의 혼합물 및 적어도 하나의 샘플 성분 복합 형성 물질은 상기 다른 센서 유닛의 상기 초미세 필름의 혼합물과 다른 혼합물인 것을 특징으로 하는 총괄적 선별성에 의한 액상계 분석용 부식물질 검출 센서.