KR101288921B1 - Method of functionalization of single-walled carbon nanotube field-effect transistor, trimethylamine sensor using the same, and measuring method of seafood freshness using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법, 이에 의하여 제조된 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 트리메틸아민 검출 센서 및 이를 이용한 해산물 신선도 측정 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a functionalization method of a single-walled carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide, a trimethylamine detection sensor comprising a single-walled carbon nanotube field effect transistor manufactured thereby, and a seafood freshness measuring method using the same.
최근 다양한 응용분야에서 나노물질 등을 이용하여 표적 물질을 검출 및 분석하는 센서에 대한 관심이 집중되고 있다. 현재 개발되고 있는 후각 센서는 대부분 반도체, 또는 고분자 물질들의 조합으로 이루어져 있는 것이 대부분이다. 이들 센서에서는 특이성(specificity)의 관점에서 인간 후각 시스템에 비하여 여전히 열등하여 개별 분석물(analyte) 또는 화학종에 대하여 선택도가 높지 않다.
Recently, attention has been focused on sensors for detecting and analyzing target materials using nanomaterials in various applications. Most olfactory sensors currently being developed are made of a combination of semiconductor or polymeric materials. These sensors are still inferior to the human olfactory system in terms of specificity and do not have high selectivity for individual analytes or species.
고선택도 바이오 센서에 있어서 각종 나노구조체 기반의 트랜지스터, 특히 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터(swCNT-FETs)가 광범위하게 연구되어 왔으나, 생체 전자코 어플리케이션에 대해서 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터가 이용되지는 못하였다.
Various nanostructure-based transistors, especially single-wall carbon nanotube-field effect transistors (swCNT-FETs), have been extensively studied in high-selectivity biosensors, but single-walled carbon nanotube-field effects for bioelectronic nose applications have been studied. Transistors were not used.
종래 개발된 후각센서 시스템은 1990년대 중반부터 상업적으로 출시되어 오고 있다. 대표적인 예로, 프랑스의 알파 모스(Alpha MOS)사에서 최초로 출시된 모형으로 FOX2000이 있으며, GEMINI, KRONOS, PROMETHEUS 등의 모델도 출시되어 있다. 또한 영국의 아로마(Aroma)사에서도 전도성 고분자를 이용한 후각센서가 개발되어 있으며 미국의 시라노 사이언스(Cyrano Science)사에서는 고분자 전도체 칩을 이용한 휴대용 후각센서를 출시하였다 (이덕동, 후각센서기술과 응용, 제어계측, 20-23, 2003). 이러한 모델들은 모두 인위적으로 개발된 탄소-폴리머 복합체나, 반도체 물질 등을 사용함으로써 냄새를 검출하지만, 냄새 검출의 정확도나 검출을 원하는 특정 냄새에 대한 특이성에 한계가 있다. The conventionally developed olfactory sensor system has been commercially available since the mid-1990s. For example, FOX2000 is the first model released by France's Alpha MOS, and GEMINI, KRONOS, and PROMETHEUS are also available. In addition, Aroma in the UK has developed olfactory sensors using conductive polymers, and Cyrano Science in the USA has launched a portable olfactory sensor using polymer conductor chips (Lee, Duk-Dong, Olfactory Sensor Technology, Application and Control). Metrology, 20-23, 2003). All of these models detect odors by using artificially developed carbon-polymer composites, semiconductor materials, etc., but there are limitations in the accuracy of odor detection and specificity for specific odors to be detected.
이를 해결하기 위해 생명체에서 냄새를 맡기 위해 존재하는 후각 수용체 중 펩타이드를 이용함으로써 본래 단백질이 가진 특이성과 정확도를 그대로 이용하기 위한 노력이 있어 왔으며, 실제로 수정미량저울(quartz crystal microbalance; QCM)에 동물의 후각 기관의 세포 조직을 분리 정제하여 코팅시킴으로서 후각센서로 이용한 경우가 보고되어 있다 (Tzong-Zeng Wu, Biosensors & Bioelectronics , 14, 9-18, 1999). 그러나, 이 방법은 동물의 세포조직을 직접 분리하여 후각센서로 사용하기 때문에 대량생산이 불가능하다는 단점이 있다.
In order to solve this problem, efforts have been made to use the specificity and accuracy of the original protein by using peptides among olfactory receptors that are present to smell in living organisms, and in fact, the quartz crystal microbalance (QCM) It has been reported that the tissues of the olfactory organs are separated and purified and used as olfactory sensors (Tzong-Zeng Wu, Biosensors & Bioelectronics , 14, 9-18, 1999). However, this method has a disadvantage in that mass production is impossible because animal tissue is directly separated and used as an olfactory sensor.
상한 해산물의 섭취는 패혈증 및 위장염과 같은 심각한 건강 문제를 야기할 수 있다. 따라서 해산물 품질을 현장에서 실시간으로 결정하는 데 관심이 증가하고 있으며, 이는 상한 해산물에서 발생하는 휘발성 화합물의 민감하고 선택적인 검출을 만족해야 한다. 많은 연구를 통하여 사후 해산물에서 트리메틸-N-산화물의 분해에 의해 트리메틸아민의 양이 증가하기 때문에, 트리메틸아민은 해산물의 품질 측정을 위한 효과적인 지표로 사용될 수 있다고 보고된 바 있다. 트리메틸아민을 검출하기 위하여, 기체 크로마토그래피-질량분광법(GC-MS), 이온 이동도 분석법(IMS) 및 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)의 분석 기법이 일반적으로 사용되어왔다. 이러한 기술은 정확한 정량 분석의 장점을 가지고 있지만, 복잡한 전처리 공정, 대형 장치, 및 복잡한 검출 방법의 측면에서 현장에서의 실시간으로 결정을 하기 위한 응용에 어려움을 보이고 있다. 전자 및 생체 모방 후각 센서에 관심과 개발을 지속되고 있으나 민감도와 선택도에 대한 제한은 여전히 남아 실용화를 위하여 극복해야 할 문제로 남아있다.
Intake of spoiled seafood can cause serious health problems such as sepsis and gastroenteritis. Therefore, there is a growing interest in determining the quality of seafood on site in real time, which must satisfy the sensitive and selective detection of volatile compounds from high-end seafood. Many studies have reported that trimethylamine can be used as an effective indicator for the quality measurement of seafood because the amount of trimethylamine is increased by the decomposition of trimethyl-N-oxide in post-seafood. In order to detect trimethylamine, analytical techniques of gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), ion mobility analysis (IMS) and high performance liquid chromatography (HPLC) have been generally used. While this technique has the advantage of accurate quantitative analysis, it presents challenges for making real-time decisions in the field in terms of complex pretreatment processes, large apparatus, and complex detection methods. Interest and development in electronic and biomimetic olfactory sensors continue, but limitations on sensitivity and selectivity still remain to be overcome for practical use.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 민감도와 선택도가 높은 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법, 이에 의하여 제조된 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 트리메틸아민 검출 센서 및 이를 이용한 해산물 신선도 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention provides a method of functionalizing a single-walled carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide having high sensitivity and selectivity to solve the above problems, and trimethyl including a single-walled carbon nanotube field effect transistor manufactured thereby. An object of the present invention is to provide an amine detection sensor and a seafood freshness measurement method using the same.
상술의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 명확해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 상세한 설명을 생략하기로 한다.
The above objects, features, and advantages will be apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings, and as a result, those skilled in the art to which the present invention pertains may easily facilitate the technical idea of the present invention. It could be done. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 The present invention has been made to solve the above problems
i)기판, 상기 기판상에 형성된 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)로 이루어진 반도체 채널, 및 상기 반도체 채널의 양 단에 형성된 소스-드레인 전극을 포함하는 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터를 준비하는 단계; i) preparing a single-walled carbon nanotube-field effect transistor comprising a substrate, a semiconductor channel consisting of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) formed on the substrate, and source-drain electrodes formed at both ends of the semiconductor channel. step;
ii)펩타이드 말단에 아미노산 클러스터를 결합시키는 단계; 및 ii) binding an amino acid cluster to the peptide end; And
iii)상기 아미노산 클러스터가 결합된 펩타이드가 상기 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터의 반도체 채널 표면에 자기 조립(self assembly)되어 코팅되는 단계;를 포함하는 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법을 제공한다.
iii) self-assembled peptides comprising the amino acid cluster is bonded to the surface of the semiconductor channel of the single-walled carbon nanotube-field effect transistor; self-assembled peptide comprising a single-walled carbon nanotube electric field A method of functionalizing an effect transistor is provided.
본 발명에 있어서, 상기 i) 단계의 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터는 공지된 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터를 사용하는 것이 가능하다. In the present invention, the single-wall carbon nanotube-field effect transistor of step i) can use a single-wall carbon nanotube-field effect transistor commonly used in the art.
즉, 기판은 실리콘 웨이퍼, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판, Ⅱ-Ⅵ족 반도체 기판, 에피텍셜 성장된 SiGe기판, 유리, 석영, 금속 및 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.That is, the substrate may be selected from the group consisting of a silicon wafer, a III-V semiconductor substrate, a II-VI semiconductor substrate, an epitaxially grown SiGe substrate, glass, quartz, metal, and plastic, but is not limited thereto. Preferably a silicon wafer.
실리콘 기판상에 옥타데실트리클로로사일렌(OTS), 옥타데실트리에톡시실란(OTE), 및 옥타데칸사이올(ODT)로 이루어진 군으로부터 선택되는 일 이상의 분자로 이루어진 자기조립단분자층(Self-assembled monolayers, SAM)을 상기 기판상에 패터닝할 수 있다. 기판 표면에 생성된 규칙적으로 잘 정렬된 유기 분자막을 뜻하는 것으로, 카르복실기(-COOH) 및/또는 하이드록실기(-OH) 중 어느 하나를 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게는 SAM 형성용 물질은 비극성 말단기를 갖는 OTS일 수 있다.Self-assembled monolayers composed of one or more molecules selected from the group consisting of octadecyltrichlorosilene (OTS), octadecyltriethoxysilane (OTE), and octadecanecyol (ODT) on a silicon substrate , SAM) can be patterned on the substrate. It means a regularly aligned organic molecular film produced on the surface of the substrate, preferably having one of a carboxyl group (-COOH) and / or a hydroxyl group (-OH). Preferably, the material for forming a SAM may be OTS having a nonpolar end group.
패터닝 방법은 제한되지 않으며, 예를 들어 마이크로컨택 프린팅(microcontact printing), 포토리소그래피(photopithgraphy), 딥-펜 나노리소그래피(dip-pen nanolithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 이온-빔 리소그래피(ion-beam lithgraphy), 나노 그래프팅(nano grafting), 나노 쉐이빙(nanoshaving) 또는 STM 리소그래피(STM lithography)에 의하여 이루어질 수 있다. 바람직하게는 포토리소그래피일 수 있다.The patterning method is not limited, for example, microcontact printing, photolithography, dip-pen nanolithography, e-beam lithography, ion-beam lithography It may be accomplished by ion-beam lithgraphy, nano grafting, nanoshaving or STM lithography. Preferably may be photolithography.
반도체 채널은 나노 구조체 중 단일벽 탄소나노튜브(swCNTs)로 이루어질 수 있다. swCNTs는 sp2 탄소로 구성된 육각 벌집 구조의 흑연판이나 나노 사이즈의 직경을 갖는 실린던 형태로 감겨져 있는 탄소 동소체로서, 탄소나노튜브의 표면을 개질하고 기능성을 부여하는 기능기화(functionalization)할 수 있다. The semiconductor channel may be formed of single-walled carbon nanotubes (swCNTs) among nanostructures. swCNTs are hexagonal honeycomb graphite plates composed of sp2 carbon or carbon allotrope wound in a cylinder shape having a nano-sized diameter. The swCNTs can be functionalized to modify the surface of carbon nanotubes and impart functionality.
패터닝된 기판을 swCNTs함유 용액 (일반적으로 디클로로벤젠 중의 0.1mg/ml)에 침지하고, 패터닝되지 않은 부위인 노출된 기판상에 swCNTs 선택적으로 흡착된다. 그런 다음, 소스 전극 및 드레인 전극을 포토리소그래피를 이용하여 형성함으로써 swCNT-FET 를 제작한다.
The patterned substrate is immersed in a swCNTs containing solution (generally 0.1 mg / ml in dichlorobenzene) and swCNTs are selectively adsorbed onto the exposed substrate, which is the unpatterned site. The swCNT-FET is then fabricated by forming the source and drain electrodes using photolithography.
상기 반도체 채널을 제외한 기판상에 형성된 자기조립단분자막 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성할 수 있다. 즉, 소스 전극 및 드레인 전극은 기판상에 직접 형성될 수도 있고, 자기조립단분자막 상에 형성될 수도 있다. Source and drain electrodes may be formed on the self-assembled monolayer formed on the substrate except for the semiconductor channel. That is, the source electrode and the drain electrode may be formed directly on the substrate, or may be formed on the self-assembled monolayer.
상기 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 독립적으로 백금, 금, 크롬, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라듐, 티타늄, 몰리브덴, 납, 이리듐, 로듐, 코발트, 텅스텐, 탄탈륨, 어븀, 이터븀, 사마륨, 이트륨, 가돌륨, 터븀, 세륨, 및 이들의 혼합물 또는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 티타늄 및 금 일 수 있다.
The source electrode and the drain electrode are each independently platinum, gold, chromium, copper, aluminum, nickel, palladium, titanium, molybdenum, lead, iridium, rhodium, cobalt, tungsten, tantalum, erbium, ytterbium, samarium, yttrium, valent It may be made of a metal selected from the group consisting of dolium, terbium, cerium, and mixtures or alloys thereof. Preferably titanium and gold.
상기 기판 및 전극의 표면은 이후 펩타이드가 물리적, 화학적으로 흡착 또는 부착되는 것을 용이하게 하기 위해 기판 및 전극의 표면을 개질할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극의 표면은 아미노기, 카르복실기, 옥소기 및 싸이올기 등의 반응성 작용기 또는 링커 분자를 포함하도록 개질될 수 있다
The surface of the substrate and the electrode can then modify the surface of the substrate and the electrode to facilitate the physical or chemical adsorption or attachment of the peptide. For example, the surface of the electrode may be modified to include reactive functional groups or linker molecules such as amino groups, carboxyl groups, oxo groups and thiol groups.
이후 ii)단계에서는 ii)펩타이드 말단에 아미노산 클러스터를 결합시킨다. 본 발명의 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법에 있어서, 상기 펩타이드의 C 말단은 상기 아미노산 클러스터와 결합하고, 타말단은 센서로 검출하고자 하는 물질에 특징적으로 결합하는 것을 특징으로 한다.
Thereafter, in step ii), the amino acid cluster is coupled to the end of the peptide. In the method of functionalizing a single-walled carbon nanotube field effect transistor using the self-assembled peptide of the present invention, the C terminus of the peptide binds to the amino acid cluster, and the other end binds characteristically to a substance to be detected by a sensor. It features.
이때, 상기 아미노산은 상기 반도체 채널 표면과 π-stacking 이 가능한 방향족 작용기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 아미노산은 페닐알라닌, 트립토판 및 티로신으로 이루어진 그룹에서 선택되며, 이중 페닐알라닌이 바람직하다. In this case, the amino acid is characterized in that it comprises an aromatic functional group capable of π-stacking with the semiconductor channel surface. Specifically, the amino acid is selected from the group consisting of phenylalanine, tryptophan and tyrosine, of which phenylalanine is preferable.
본 발명의 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법에 있어서, 상기 아미노산 클러스터는 상기 아미노산을 3개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다. In the functionalization method of a single-walled carbon nanotube field effect transistor using the self-assembled peptide of the present invention, the amino acid cluster is characterized in that it comprises three or more amino acids.
본 발명에 있어서, 상기 펩타이드는 검출을 원하는 물질과 특이적으로 결합하는 펩타이드라면 제한없이 사용될 수 있다. 본 발명의 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법에 있어서, 상기 펩타이드는 아미노산을 10 개 내지 15 개 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 크기의 펩타이드는 말단에 부착된 상기 아미노산 클러스터에 의하여 결합력이 높아지면서, 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반 센서에 자기 조립되게 된다. In the present invention, the peptide may be used without limitation so long as it is a peptide that specifically binds to a substance to be detected. In the method of functionalizing a single-walled carbon nanotube field effect transistor using the self-assembled peptide of the present invention, the peptide comprises 10 to 15 amino acids. Peptides of this size are self-assembled in a single-walled carbon nanotube-field effect transistor-based sensor as the binding force is increased by the amino acid cluster attached to the terminal.
본 발명의 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법에 있어서, 상기 펩타이드는 트리메틸아민과 특이적으로 결합하는 것을 특징으로 한다. 상기 트리메틸아민과 특이적으로 결합하는 펩타이드는 특별히 한정되지 않으며, NQLANLSFSDLC 로 표시되는 것이 가능하다.
In the functionalization method of a single-walled carbon nanotube field effect transistor using the self-assembled peptide of the present invention, the peptide is characterized in that it specifically binds to trimethylamine. The peptide that specifically binds to the trimethylamine is not particularly limited and may be represented by NQLANLSFSDLC.
본 발명에 있어서, 상기 iii)단계에서는 상기 후각 수용체 펩타이드와 결합된 상기 아미노산 클러스터의 방향족 작용기와 상기 swCNTs 와의 π-π스태킹 (π-π stacking)에 의하여 상기 후각 수용체 펩타이드가 탄소나노튜브 표면에 자기조립에 의해 고정화되어, 상기 탄소나노튜브 표면에 나노 두께의 후각 수용체 펩타이드가 나노코팅된다.
In the present invention, in step iii), the olfactory receptor peptide is magnetized on the surface of the carbon nanotube by π-π stacking between the aromatic functional group of the amino acid cluster coupled with the olfactory receptor peptide and the swCNTs. Immobilized by assembly, nano-thick olfactory receptor peptides are nano-coated on the surface of the carbon nanotubes.
본 발명은 또한, 본 발명의 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법에 의하여 기능화된 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반 트리메틸아민 검출 센서를 제공한다. The present invention also provides a single-walled carbon nanotube-field effect transistor based trimethylamine detection sensor functionalized by a method for functionalizing a single-walled carbon nanotube field effect transistor using the self-assembled peptide of the present invention.
본 발명의 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반 센서를 이용한 트리메틸아민 검출 센서는 상기 냄새 물질 내의 트리메틸아민의 농도가 10fM 이상에서 냄새 물질 내의 트리메틸아민의 검출이 가능하다. 본 발명의 기능화된 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반 트리메틸아민 검출 센서는 페닐알라닌 클러스터를 트리메틸아민 특이적 후각 수용체 펩타이드에 결합시키므로써, 냄새 물질에 대한 민감도가 향상되어 트리메틸아민 10fM 이상에서 트리메틸아민을 검출할 수 있다The trimethylamine detection sensor using the single-walled carbon nanotube-field effect transistor based sensor of the present invention can detect trimethylamine in the odorous substance when the concentration of trimethylamine in the odorous substance is 10 fM or more. The functionalized single-walled carbon nanotube-field effect transistor-based trimethylamine detection sensor of the present invention binds phenylalanine clusters to trimethylamine-specific olfactory receptor peptides, thereby improving sensitivity to odorous substances, resulting in trimethylamine at 10 fM or higher. Can be detected
트리메틸아민이 상기 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반 센서를 이용한 트리메틸아민 검출 센서내의 후각 수용체 분자에 결합되면, 수용체 분자의 평형은 음전하를 갖는 활성 수용체 형태로 이동하게 된다. 활성 상태로 변화된 후각 수용체 분자의 음전하에 의하여 금속 전극과 단일벽 탄소 나노튜브(swCNTs) 사이의 접촉 저항이 변화(modulation)되어 컨덕턴스(conductance)의 저하를 야기하게 된다. When trimethylamine is bound to the olfactory receptor molecule in the trimethylamine detection sensor using the single-walled carbon nanotube-field effect transistor based sensor, the equilibrium of the receptor molecule shifts to the negatively charged active receptor form. The negative charge of the olfactory receptor molecules changed into the active state modulates the contact resistance between the metal electrode and the single-walled carbon nanotubes (swCNTs), leading to a decrease in conductance.
즉, 후각 수용체 펩타이드를 포함하는 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반 트리메틸아민 검출 센서를 제작하고, 샘플을 반응시켜 샘플 내 냄새 물질과 후각 센서 내 수용체 펩타이드의 반응 여부에 따라 컨덕턴스의 변화량을 검출함으로써 트리메틸아민의 존부를 확인할 수 있다. That is, a single-walled carbon nanotube-field effect transistor-based trimethylamine detection sensor including an olfactory receptor peptide is fabricated, and the sample is reacted to detect a change in conductance depending on whether or not the odorous substance in the sample reacts with the receptor peptide in the olfactory sensor. The presence or absence of trimethylamine can be confirmed by doing this.
본 발명에 따르면 이와 같이 후각 수용체와 냄새 물질의 결합에 의한 수용체의 형태 변화에 기인하여 발생하는 단일벽 탄소 나노튜브(swCNTs) 접합 상의 정전기적 섭동(electrostatic perturbation)에 근거하여 높은 민감도 및 선택도로 냄새 물질을 검출할 수 있다.
According to the present invention, odor with high sensitivity and selectivity based on electrostatic perturbation on single-walled carbon nanotubes (swCNTs) junctions caused by the change in the shape of the receptor by the binding of the olfactory receptor and the odorous substance. The substance can be detected.
본 발명은 또한, 본 발명의 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반 트리메틸아민 검출 센서를 이용한 트리메틸아민의 농도 측정, 즉, 해산물 신선도를 측정하는 방법을 제공한다. 트리메틸아민은 해산물이 부패할 때 특이적으로 생성되는 것으로, 본 센서는 트리메틸아민을 선택적으로 검출함으로써 다른 종류의 식품으로부터 상한 해산물을 구별할 수 있다.The present invention also provides a method for measuring the concentration of trimethylamine, ie, seafood freshness, using the single-walled carbon nanotube-field effect transistor based trimethylamine detection sensor of the present invention. Trimethylamine is produced specifically when seafood decays, and the sensor can distinguish high-end seafood from other types of food by selectively detecting trimethylamine.
즉, 트리메틸아민 특이적 후각 수용체 펩타이드를 포함하는 단일벽 탄소 나노튜브(swCNTs) 기반 후각 센서를 샘플과 반응시켜 시간의 변화에 따라 시그널을 얻는 과정을 포함할 수 있다. 구체예에서, 트리메틸아민 특이적 후각 수용체 펩타이드(NQLSNLSFSDLCFFF)를 포함하는 단일벽 탄소 나노튜브(swCNTs) 기반 후각 센서를 제작하는 과정 및 상기 후각수용체 펩타이드와 특이적으로 반응하는 트리메틸아민을 포함하는 상한 해산물 샘플을 SWCNT-FET기반 후각 센서에 반응시켜 시간의 변화에 따라 컨덕턴스의 변화량을 얻는 과정일 수 있다.
That is, a single wall carbon nanotube (swCNTs) -based olfactory sensor containing trimethylamine-specific olfactory receptor peptides may be reacted with a sample to obtain a signal according to a change in time. In an embodiment, the process of making a single-walled carbon nanotube (swCNTs) based olfactory sensor comprising trimethylamine specific olfactory receptor peptide (NQLSNLSFSDLCFFF) and a capping seafood comprising trimethylamine that specifically reacts with the olfactory receptor peptide The sample may be reacted with a SWCNT-FET based olfactory sensor to obtain a change in conductance with time.
본 발명의 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법에 따르면 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터를 검출을 원하는 물질과 특이적으로 결합할 수 있는 펩타이드로 기능화하는데 있어서, 상기 펩타이드에 방향족 작용기를 포함하는 아미노산을 결합시킴으로써, 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 표면을 별도로 기능화하지 않아도 하나의 과정으로 자기 조립 펩타이드를 이용하여 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화할 수 있게 된다. According to the functionalization method of a single-walled carbon nanotube field effect transistor using the self-assembled peptide of the present invention, in the functionalization of a single-walled carbon nanotube-field effect transistor as a peptide capable of specifically binding to a substance to be detected, the By binding amino acids containing aromatic functional groups to peptides, the single-walled carbon nanotube field effect transistors can be functionalized using self-assembled peptides in a single process without the functionalization of single-walled carbon nanotube-field effect transistor surfaces. do.
또한, 본 발명의 제조 방법에 의하여 제조된 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반 후각 센서는 냄새 물질 중에 트리메틸아민과 특이적으로 결합하며, 실시간으로 fM의 범위까지 트리메틸아민의 고특이적 검출이 가능한 생체 전자코로 활용될 수 있는 센서로서, 이를 이용하여 해산물의 신선도를 높은 민감도로 측정 할 수 있다.
In addition, the single-walled carbon nanotube-field effect transistor based olfactory sensor manufactured by the manufacturing method of the present invention specifically binds trimethylamine in an odorous substance, and enables high-specific detection of trimethylamine up to the range of fM in real time. As a sensor that can be utilized as a possible bioelectronic nose, it can be used to measure the freshness of seafood with high sensitivity.
도 1은 트리메틸아민의 검출을 위한 후각 수용체가 코팅된 SWCNT-FET를 나타낸다.
도 2는 형광염료 사진을 통해 FITC 복합 펩타이드를 고정화한 것을 확인한 이미지를 나타낸다.
도 3은 후각 수용체 펩타이드가 고정화된 SWCNT-FET 채널과 후각 수용체 펩타이드가 고정화되지 않은 SWCNT-FET 채널의 AFM 이미지를 나타낸다.
도 4는 후각 수용체 펩타이드가 코팅된 SWCNT-FET를 사용하여 샘플 용액으로부터 트리메틸아민의 민감도 및 선택도의 높은 검출 결과를 나타낸다.
도 5는 후각 수용체 펩타이드가 코팅된 SWCNT-FET를 사용하여 상한 해산물로부터 트리메틸아민의 검출 결과를 나타낸다.1 shows a SWCNT-FET coated with olfactory receptors for the detection of trimethylamine.
Figure 2 shows the image confirmed that the FITC complex peptide immobilized through a fluorescent dye picture.
3 shows AFM images of SWCNT-FET channels immobilized with olfactory receptor peptides and SWCNT-FET channels immobilized with olfactory receptor peptides.
4 shows high detection results of the sensitivity and selectivity of trimethylamine from sample solution using SWCNT-FET coated with olfactory receptor peptides.
Figure 5 shows the results of detection of trimethylamine from high-end seafood using SWCNT-FET coated with olfactory receptor peptides.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 아래 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the present invention is not limited by the following examples.
제조예Manufacturing example 1> 1> SWCNTSWCNT -- FETFET 의 제작Production
단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터(swCNT-FET)는 당해 기술분야에서 통상의 기술자에게 공지된 포토리소그래피(photolithography) 방법으로 제작되었다. Single-walled carbon nanotube-field effect transistors (swCNT-FETs) have been fabricated by photolithography methods known to those skilled in the art.
무극성 부분을 구성하기 위하여 실리콘 웨이퍼를 포함하는 실리콘(SiO2)기판 상에 포토리소그래피(photolithography)를 이용하여 옥타데실트리클로로사일렌 자기조립단분자층(OTS SAM)을 패터닝하였다. 그리고, 정제된 swCNTs를 초음파 진동으로 디클로로벤젠에 분산시켜 0.05 mg/mL swCNTs 현탁액을 만들어, OTS 패터닝된 기판을 상기 현탁액에 약 10 초 가량 담가두었다. 상기 침지 과정 동안, swCNTs는 노출된 SiO2 부분에 특이적으로 흡수되었다. 디클로로벤젠을 완전히 헹구었다. 후에, Ti(10nm)/Au(20nm) 전극을 통상의 포토리소그래피 과정을 통하여 제작하였고 용액과의 접촉을 방지하기 위해 절연포토리지스트 층(insulating photoresist layer (DNR))을 씌웠다. 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 갭 간격은 6μM로 하였다.
The octadecyltrichlorosilylene self-assembled monolayer (OTS SAM) was patterned by photolithography on a silicon (SiO 2 ) substrate including a silicon wafer to form a nonpolar portion. Purified swCNTs were then dispersed in dichlorobenzene by ultrasonic vibration to form a 0.05 mg / mL swCNTs suspension, and the OTS patterned substrate was immersed in the suspension for about 10 seconds. During the soaking process, swCNTs were specifically absorbed in the exposed SiO 2 moiety. Dichlorobenzene was rinsed thoroughly. Afterwards, a Ti (10 nm) / Au (20 nm) electrode was fabricated through a conventional photolithography process and covered with an insulating photoresist layer (DNR) to prevent contact with the solution. The gap spacing between the source electrode and the drain electrode was 6 µM.
<< 실시예Example 1> 1> SWCNTSWCNT -- FETFET 에 on 펩타이드Peptides 고정 조건 확인 Fixed Condition Check
페닐알라닌의 결합 갯수에 따른 swCNTs 채널에 아미노산 클러스터가 결합된 후각 수용체 펩타이드의 고정 조건을 확립하기 위해서 아미노산으로 페닐알라닌을 사용하고, 글리신에 결합된 페닐알라닌의 갯수를 변화시키면서 형광이미지를 측정하였다. Fluorescence images were measured by changing the number of phenylalanine bound to glycine and using phenylalanine as an amino acid to establish the immobilization conditions of olfactory receptor peptides bound to the swCNTs channel according to the number of binding of phenylalanine.
후각 수용체 펩타이드 대신 글리신을 사용하고, 상기 글리신에 각각 0 내지 3개의 페닐알라닌을 갖는 네 종류의 FITC-복합 펩타이드(GG, GGF, GGFF, 및 GGFFF)는 90% 이상의 순도를 가지는 PEPTRON(www.peptron.com)에 의하여 합성되었다. 글리신은 FITC와 페닐알라닌의 링커로 사용하기 위해 함께 합성되었다. 상기 페닐알라닌과 결합된 후각 수용체 펩타이드는 탈이온수 (DW)에서 1mg/mL 농도로 현탁되었다. 그리고, 상기 네 개의 FITC-펩타이드는 고정화 효율을 분석할 때 동일한 수로 처리하기 위해 동일한 농도(1mM)에서 현탁되었다. 현탁된 펩타이드는 -20℃ 에서 동결시켰고, 사용하기 직전에 녹여서 사용하였다.
Four kinds of FITC-complex peptides (GG, GGF, GGFF, and GGFFF), each having glycine in place of the olfactory receptor peptide and having 0 to 3 phenylalanine in the glycine, have a PEPTRON (www.peptron. com). Glycine was synthesized together for use as a linker of FITC and phenylalanine. The olfactory receptor peptide coupled with phenylalanine was suspended at 1 mg / mL in deionized water (DW). In addition, the four FITC-peptides were suspended at the same concentration (1 mM) for treatment with the same number when analyzing immobilization efficiency. Suspended peptides were frozen at −20 ° C. and dissolved prior to use.
고정화된 네 FITC-펩타이드로부터 발광되는 형광 염료는 형광 현미경(Olympus)를 사용하여 이미지화 하였다. 형광 강도는 상기 이미지로부터 Image J(NIH)를 사용하여 분석되었으며, 최대 강도에 의하여 표준화되었다. Fluorescent dyes emitted from four immobilized FITC-peptides were imaged using fluorescence microscopy (Olympus). Fluorescence intensity was analyzed using Image J (NIH) from the image and normalized by maximum intensity.
swCNTs 채널을 FITC-복합 펩타이드 현탁액으로 처리하고 헹구는 단계를 거친 후, 도2 (b)에서 보여지는 것과 같이 녹색 형광을 띄고 있음을 관찰하였다. 밝은 부분이 형광을 띄는 부분이므로 FITC-펩타이드가 라인 패터닝된 swCNTs 채널 부분 내에 특이적으로 고정화된 것을 확인할 수 있다. 상기 과정에서, 펩타이드의 말단에 페닐알라닌를 추가하는 경우 swCNTs 상에 단일 단계로 고정화 할 수 있음을 알 수 있다.
After treating and rinsing the swCNTs channel with the FITC-complex peptide suspension, it was observed that green fluorescence was observed as shown in Fig. 2 (b). Since the bright part is a fluorescent part, it can be seen that the FITC-peptide is specifically immobilized in the line patterned swCNTs channel part. In the above process, it can be seen that the addition of phenylalanine at the end of the peptide can be immobilized in a single step on the swCNTs.
도2(c)는 도2(b)에서 각각의 swCNTs 채널로부터 발광되는 형광의 강도를 표준화한 그래프를 보여준다. 도2(c)에서 합성된 네 종류의 펩타이드 가운데 세 개의 페닐알라닌의 결합된 펩타이드가 가장 밝은 형광을 보였으며, 하나의 페닐알라닌만이 결합된 펩타이드 보다 5배 이상 효율적으로 swCNTs 채널 상에 고정화된 것을 확인하였다. 이 결과는 세 개의 페닐알라닌의 방향 고리의 π-시스템이 펩타이드를 고정화하는데 가장 효과적이라는 것을 의미한다.
FIG. 2 (c) shows a graph normalizing the intensity of fluorescence emitted from each swCNTs channel in FIG. 2 (b). Of the four peptides synthesized in FIG. 2 (c), the three peptides of the phenylalanine bound peptide showed the brightest fluorescence, and only one phenylalanine was immobilized on the swCNTs channel more than five times more efficiently than the peptide to which the peptide was bound. It was. This result means that the π-system of the aromatic ring of three phenylalanines is most effective for immobilizing the peptide.
<< 실시예Example 2> 후각 수용체 2> olfactory receptors 펩타이드와Peptides and 페닐알라닌의 복합체 제작 및 고정화 Complex Preparation and Immobilization of Phenylalanine
본 실시예에서는 후각 수용체 펩타이드로서 (NQLSNLSFSDLCFFF)를 사용하고, 방향족 작용기를 가지는 아미노산으로서 페닐 알라닌을 3개 결합시켜서 사용하였다. In this example, (NQLSNLSFSDLCFFF) is used as the olfactory receptor peptide, As the amino acid having an aromatic functional group, three phenylalanines were used in combination.
상기 페닐알라닌과 결합된 후각 수용체 펩타이드를 SWCNT-FET 에 고정시키기 위하여, 후각 수용체 펩타이드가 현탁된 1.5μL 의 탈이온수를, 제작된 칩의 swCNTs 채널 영역에 4시간 동안 두었다. 4시간 동안, 후각 수용체 펩타이드는 swCNTs 표면에 자기 조립(self-assembly)을 통하여 2-3 nm 정도의 나노 두께의 단일층으로 코팅되었다. 그 후 칩을 탈이온수에 3~4회 헹구어 결합되지 않은 후각 수용체 펩타이드를 제거하였다(도1).
In order to fix the olfactory receptor peptide bound to the phenylalanine to the SWCNT-FET, 1.5 μL of deionized water in which the olfactory receptor peptide was suspended was placed in the swCNTs channel region of the fabricated chip for 4 hours. For 4 hours, the olfactory receptor peptides were coated with a nanolayer monolayer on the order of 2-3 nm through self-assembly on the swCNTs surface. The chip was then rinsed 3-4 times in deionized water to remove unbound olfactory receptor peptides (FIG. 1).
<< 실험예Experimental Example 1> 1> AFMAFM 에 의한 후각 수용체 Olfactory receptors by 펩타이드와Peptides and 페닐알라닌의 복합체 고정화 확인 Confirmation of Complex Immobilization of Phenylalanine
전계 효과 트랜지스터의 표면에 페닐알라닌과 결합된 후각 수용체 펩타이드가 고정되는지 여부를 고정후의 표면 구조가 변화하는 것으로 확인하기 위해 페닐알라닌과 결합된 후각 수용체 펩타이드를 고정하기 전과 후의 두 AFM 이미지(도3(a) 및 도3(b))를 비교하였다. AFM 이미징은 불규칙적인 모드내 AFM 시스템(MFP-3D, Asylum Research )을 사용하는 외기 조건에서 수행되었다. Two AFM images before and after fixing phenylalanine-linked olfactory receptor peptides to confirm that the surface structure after fixation determines whether or not the olfactory receptor peptides are immobilized on the surface of the field effect transistor (Fig. 3 (a)). And FIG. 3 (b)). AFM imaging was performed under ambient conditions using an AFM system in irregular mode (MFP-3D, Asylum Research).
도 3(c)에서 보는 바와 같이 후각 수용체 펩타이드가 고정화된 swCNTs의 밝기는 이를 후각 수용체 펩타이드를 처리하지 않은 swCNTs 보다 강도가 높았다.As shown in FIG. 3 (c), the brightness of swCNTs to which olfactory receptor peptides were immobilized was higher than that of swCNTs not treated with olfactory receptor peptides.
또한 swCNTs의 높이가 후각 수용체 펩타이드 고정화 과정에 의하여 높아진 것을 확인하였다. 특히, 도 3(c)에 나타난 바와 같이 단면의 높이가 균일하게 2~3nm 향상되었다. 이는 15개의 아미노산에 의한 α-헬릭스 구조의 후각 수용체 펩타이드의 예상되는 높이는 대약 2 내지 3nm이며, 후각 수용체 펩타이드는 단층으로 균일하게 코팅된 것을 나타낸다.
It was also confirmed that the height of swCNTs was increased by the olfactory receptor peptide immobilization process. In particular, as shown in Fig. 3 (c), the height of the cross section was uniformly improved by 2-3 nm. This indicates that the expected height of the olfactory receptor peptide of the α-helix structure by 15 amino acids is approximately 2-3 nm, and the olfactory receptor peptide is uniformly coated with a single layer.
<< 실험예Experimental Example 2> 2> SWCNTSWCNT -- FETFET 기반 후각 센서의 트리메틸아민의 농도 변화에 따른 민감도 확인 Sensitivity Verification of Trimethylamine Concentration in the Sensor Based Olfactory Sensors
페닐알라닌과 결합된 후각 수용체 펩타이드의 단층이 형성된 후, 결합된 화합물의 존재를 확인할 수 있는 것으로 소스 전극과 드레인 전극 사이의 저항을 측정하였다. After the monolayer of the olfactory receptor peptide bound with phenylalanine was formed, the resistance between the source electrode and the drain electrode was measured to confirm the presence of the bound compound.
전계 효과 트랜지스터에서 채널에 화합물이 결합될 경우 소스 전극과 드레인 전극 사이의 저항을 증가하지만, 게이트 포텐셜과 반응하는 전계효과 트랜지스터의 특성은 유지된다. 전기적 측정은 probe station (MS tech)과 Keithley 2636A 소스미터를 이용하여 수행되었다. 실험을 위하여 트레인 전극과 소스 전극 사이에 0.1V의 전압이 적용되고 반면 게이트 전압은 접지되었다.
In a field effect transistor, when a compound is coupled to a channel, the resistance between the source electrode and the drain electrode increases, but the characteristics of the field effect transistor reacting with the gate potential are maintained. Electrical measurements were performed using a probe station (MS tech) and a Keithley 2636A source meter. For the experiment, a voltage of 0.1V was applied between the train and source electrodes while the gate voltage was grounded.
트리메틸아민과 후각 수용체 펩타이드의 반응에 따른 컨덕턴스의 변화량을 실시간으로 측정하였다. 탈이온수 49.5μL는 swCNTs 채널에 두고, 샘플 용액을 첨가하였다. 1fM 내지 1nM의 농도 범위의 트리메틸아민을 SWCNT-FET에 후각 수용체 펩타이드를 처리한 것과 처리하지 않은 것에 각각 반응시켰다. 컨덕턴스의 감소는 10fM의 트리메틸아민에서부터 확인할 수 있었으며, 트리메틸아민의 농도가 증가함에 따라 컨덕턴스가 보다 감소하였다(도4(a)). The change in conductance according to the reaction of trimethylamine and olfactory receptor peptide was measured in real time. 49.5 μL of deionized water was placed in the swCNTs channel and sample solution was added. Trimethylamine in the concentration range of 1 fM to 1 nM was reacted with the SWCNT-FET with and without the olfactory receptor peptide, respectively. The reduction in conductance was confirmed from trimethylamine of 10 fM, and the conductance was further decreased as the concentration of trimethylamine was increased (Fig. 4 (a)).
5회에 걸쳐 측정하였으며 평균과 표준편차에 의하여 계산된 직선을 도4(b)에 나타내었다. 트리메틸아민 100μM의 용액을 주입한 경우, 포화 상태에 도달하였다. Measured five times and the straight line calculated by the average and the standard deviation is shown in Figure 4 (b). When a solution of 100 μM of trimethylamine was injected, saturation was reached.
또한 상기 반응은 포화된 수치를 표준화하여 랭뮤어등온모델(Langmuir isotherm model)을 이용하였다. 랭뮤어등온 방정식으로부터 평형상수를 계산하여 6.04×1010 M-1 값을 얻었다. 상기 결과로부터, 우리는 본 발명이 10fM와 같은 낮은 농도의 트리메틸아민을 민감하게 검출할 수 있음을 확인하였다.
In addition, the reaction used a Langmuir isotherm model by standardizing the saturated value. The equilibrium constant was calculated from the Langmuir isothermal equation to give a value of 6.04 × 10 10 M −1 . From the above results, we confirmed that the present invention can sensitively detect low concentrations of trimethylamine, such as 10 fM.
<< 실험예Experimental Example 3> 3> SWCNTSWCNT -- FETFET 기반 후각 센서의 트리메틸아민에 대한 선택도 확인 Selectivity Selection for Trimethylamine in the Base Olfactory Sensors
페닐알라닌과 결합된 후각 수용체 펩타이드가 처리되지 않은 것과 페닐알라닌과 결합된 후각 수용체 펩타이드가 처리된 SWCNT-FET를 사용하여 다른 분자들로부터 트리메틸아민의 검출할 수 있는지 실시간으로 확인하였다. The SWCNT-FET treated with the olfactory receptor peptide bound with phenylalanine and the olfactory receptor peptide bound with phenylalanine was used in real time to detect trimethylamine from other molecules.
탈이온수 내 트리메틸아민, 트리에틸아민, 디메틸아민, 2-메틸-1프로판올, 아세트산에틸, 에탄올, 메탄올, 아세트산을 첨가하여 100μM 용액을 준비하였으며, 탈이온수와 1:10으로 희석하였다. 트리메틸아민, 트리에틸아민, 디메틸아민, 2-메틸-1프로판올, 아세트산에틸, 에탄올, 메탄올, 아세트산은 모두 sigma사에서 구입하였다. 상기 용액들은 사용될 때까지 4℃에서 저장되었다. 1nM의 트리메틸아민, 1nM의 트리에틸아민, 1nM의 디메틸아민, 1nM의 2-메틸-1프로판올, 1nM의 아세트산에틸, 1nM의 에탄올, 1nM의 메탄올, 1nM의 아세트산은 컨덕턴스의 변화를 일으키지 않았으나, 1pM의 트리메틸아민 용액은 컨덕턴스의 변화를 급격하게 일으켰다(도4(c)). A 100 μM solution was prepared by adding trimethylamine, triethylamine, dimethylamine, 2-methyl-1propanol, ethyl acetate, ethanol, methanol, acetic acid in deionized water, and diluted with deionized water to 1:10. Trimethylamine, triethylamine, dimethylamine, 2-methyl-1propanol, ethyl acetate, ethanol, methanol and acetic acid were all purchased from sigma. The solutions were stored at 4 ° C. until used. 1 nM trimethylamine, 1 nM triethylamine, 1 nM dimethylamine, 1 nM 2-methyl-1propanol, 1 nM ethyl acetate, 1 nM ethanol, 1 nM methanol, 1 nM acetic acid did not cause changes in conductance, but 1 pM Trimethylamine solution caused a sharp change in conductance (Fig. 4 (c)).
또한, 센서의 트리메틸아민 선택능을 정량적으로 확인하기 위하여 1nM의 트리메틸아민 용액의 반응 강도를 1nM의 다른 조성물의 반응 강도와 비교한 결과를 도4(d)에 나타내었다. 트리메틸아민으로부터 발생한 강도는 다른 조성물의 강도에 비해 적어도 10배 가량 높은 수치를 가졌다.
In addition, in order to quantitatively confirm the trimethylamine selectivity of the sensor, the result of comparing the reaction intensity of 1 nM trimethylamine solution with that of other compositions of 1 nM is shown in FIG. 4 (d). The strength resulting from trimethylamine had a value that was at least 10 times higher than that of other compositions.
<< 실험예Experimental Example 4> 4> SWCNTSWCNT -- FETFET 기반 후각 센서의 상한 해산물 Capping Seafood in Sensor Based Olfactory Sensors 검출능Detectability 확인 Confirm
<< 실험예Experimental Example 4-1> 상한 해산물 샘플의 제작 4-1> Production of High End Seafood Samples
본 발명에 의하여 제조된 후가 센서를 이용하여 실제로 상한 해산물 샘플로부터 트리메틸아민 검출능을 측정하였다. The trimethylamine detectability was measured from the actually upper seafood sample using the post value sensor manufactured by this invention.
상한 해산물 표본을 제작하기 위하여, 세 종류의 신선한 해산물 굴(국산), 새우(태국산), 바닷가재(캐나다산)을 지역 시장에서 구매하였다. 신선한 해산물은 갈아서 표본 오차를 줄였고, 25℃ 15mL 팔콘 튜브(Falcon tube)내에 저장하였다. 0 내지 4일 동안 저장한 뒤, 해산물 1mg당 탈이온수 1mL를 첨가하고 상한 해산물의 액체를 짜는 단계를 통해 액체를 얻었다. 실험을 수행하기 전에 상기 액체 일부는 추가적으로 탈이온수와 1:100으로 희석하였다.
To produce high-end seafood specimens, three fresh seafood oysters (domestic), shrimp (Thailand), and lobster (Canada) were purchased at the local market. Fresh seafood was ground to reduce sample error and stored in a 25 ° C. 15 mL Falcon tube. After storage for 0 to 4 days, 1 mL of deionized water was added per 1 mg of seafood and the liquid was obtained by squeezing the liquid of the capped seafood. Some of the liquid was further diluted 1: 100 with deionized water before conducting the experiment.
<< 실험예Experimental Example 4-2 샘플 희석> 4-2 Sample Dilution>
1:100으로 희석된 샘플은 후각 수용체 펩타이드가 코팅되지 않은 SWCNT-FET 기반 후각 센서에 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 제작된 샘플은 첫번째로 후각 수용체 펩타이드가 코팅되지 않은 SWCNT-FET에 처리되었으며 상한 해산물 내에 포함된 다양한 조성물들이 컨덕턴스에 비특이적으로 영향을 미치는지 확인하였다. 세 가지의 상한 해산물 샘플을 후각 수용체 펩타이드가 코팅되지 않은 SWCNT-FET에 처리한 후 컨덕턴스 변화량을 측정한 결과, 어떠한 감지된 반응도 나타나지 않았다.
Samples diluted 1: 100 were found to have no effect on SWCNT-FET based olfactory sensors without olfactory receptor peptides. The fabricated samples were first treated with SWCNT-FETs that were not coated with olfactory receptor peptides and confirmed that the various compositions contained in high-end seafood had nonspecific effects on conductance. Three high-end seafood samples were treated with SWCNT-FETs that were not coated with olfactory receptor peptides and then measured for conductance changes, indicating no detected response.
<< 실험예Experimental Example 4-3> 4-3> SWCNTSWCNT -- FETFET 의 상한 굴 샘플에 대한 민감도 확인Sensitivity to high-end oyster samples
2일 동안 상한 굴 샘플을 반복적으로 처리하면서 실시간으로 컨덕턴스의 변화량을 측정하였다. 제작된 샘플을 SWCNT-FET 기반 후각 센서에 처리하고 컨덕턴스 변화를 관찰하였다(도5(a)). 급격한 컨덕턴스 감소는 상기 실험에서 트리메틸아민 용액으로부터 얻어진 반응과 유사하였다. 이것은 실시간으로 상한 굴로부터 트리메틸아민의 검출능을 보여준다. The change in conductance was measured in real time while repeatedly processing the upper oyster sample for 2 days. The fabricated sample was processed in a SWCNT-FET based olfactory sensor and the change in conductance was observed (Fig. 5 (a)). The sharp decrease in conductance was similar to the reaction obtained from the trimethylamine solution in this experiment. This shows the detectability of trimethylamine from the upper oysters in real time.
상기 측정이 끝난 후, 탈이온수로 3~4회 칩을 헹구었다. 이후, 헹구어진 칩은 기준에 다시 안정화 될 때까지 그 위에 탈이온수를 두어 보관하였다. 이 과정에서, 동일한 샘플에 대하여 네 번 실험을 반복하고 일정한 반응을 관찰하였다. 특히, 네 번의 반응 강도로부터 표준편차는 3 %이내였으며, 이는 상기 측정이 재현될 수 있다는 것을 의미한다.
After the measurement, the chip was rinsed 3-4 times with deionized water. The rinsed chips were then stored with deionized water on top of them until they stabilized again to the reference. In this process, the experiment was repeated four times for the same sample and a constant reaction was observed. In particular, the standard deviation from the four reaction intensities was within 3%, meaning that the measurement could be reproduced.
<< 실험예Experimental Example 4-4> 4-4> SWCNTSWCNT -- FETFET 기반 후각 센서의 상한 굴, 새우, 및 Oysters, shrimp, and capping of the olfactory sensor 바닥가재Lobster 샘플에 대한 민감도 확인 Check Sensitivity to Samples
2일 동안 상한 굴, 1일 동안 상한 새우, 및 2일 동안 상한 바닷가재 샘플을 처리하여 컨덕턴스의 급격한 감소를 관찰하였다. 0~4일 동안 상한 굴, 새우, 및 바닷가재의 처리에 의한 컨덕턴스 변화를 실시간으로 측정하였다(도5(b)). 반응 강도는 트리메틸아민의 양의 증가에 의하여 부패의 정도에 따라 증가하였다. 증가 경향은 3~5차례 반복하여 정량적으로 나타내었다. 적은 표준편차로부터, 본 센서는 상기 측정이 재현될 수 있다는 것을 가리킨다(도5(c)). 또한 본 센서는 샘플 용액 내 반응 강도를 트리메틸아민의 측정 농도로 변환할 수 있는 성질을 이용하여 해산물 품질의 결정하는데 사용할 수 있다.
A sharp decrease in conductance was observed by treatment of cold oysters, cold shrimp for 1 day, and cold lobster samples for 2 days. The conductance change by the treatment of the upper oyster, shrimp, and lobster for 0-4 days was measured in real time (Fig. 5 (b)). The reaction strength increased with the degree of rot by increasing the amount of trimethylamine. The increase tendency was quantitatively repeated three to five times. From small standard deviations, this sensor indicates that the measurement can be reproduced (Fig. 5 (c)). The sensor can also be used to determine seafood quality using the ability to convert the reaction strength in a sample solution to the measured concentration of trimethylamine.
<< 실험예Experimental Example 4-5> 4-5> SWCNTSWCNT -- FETFET 기반 후각 센서의 상한 굴, 새우, 및 Oysters, shrimp, and capping of the olfactory sensor 바닥가재Lobster 샘플에 대한 선택도 확인 Check selectivity for sample
상한 해산물을 구별하는 능력을 확인하기 위하여, 우리는 추가적으로 다른 종류의 상한 식품들을 상기의 상한 해산물 제작 과정에 따라 제작하였다. 우유(국산), 토마토(국산), 브로콜리(국산), 및 소고기(국산)는 지역 시장에서 구매하였다. 상기 식품을 갈아서 표본 오차를 줄였고, 25℃ 15mL 팔콘튜브(Falcon tube) 내에 저장하였다. 0 내지 4일 동안 저장한 뒤, 해산물 1mg당 탈이온수 1mL를 첨가하여 상한 해산물의 액체를 짜는 단계를 통해 액체를 얻었다. 실험을 수행하기 전에, 상기 액체 일부는 추가적으로 탈이온수와 1:100으로 희석하였다.
To ascertain the ability to distinguish high-end seafood, we additionally produced other types of high-end foods according to the high-end seafood production process above. Milk (domestic), tomatoes (domestic), broccoli (domestic), and beef (domestic) were purchased at local markets. The food was ground to reduce sample error and stored in a 25 ° C. 15 mL Falcon tube. After storage for 0-4 days, 1 mL of deionized water per 1 mg of seafood was added to squeeze the liquid of the high-end seafood to obtain a liquid. Before performing the experiment, some of the liquid was further diluted 1: 100 with deionized water.
4일 동안 상한 네 종류의 다른 식품 샘플, 신선한 굴 샘플 및 2일 동안 상하게 한 굴 샘플을 주입한 후, 실시간 컨덕턴스 변화량을 측정하였다. 상기 네 종류의 다른 식품은 상한 우유, 토마토, 브로콜리, 소고기 및 신선한 굴은 컨덕턴스에서 어떠한 영향을 보이지 않았다(도5(d)). 반면, 2일 상한 굴은 급격한 컨덕턴스 감소를 보였다. 상기 결과에 비추어, 본 센서는 다른 상한 식품으로부터 특이적으로 상한 해산물을 구별할 수 있으며 해산물 부패의 정도를 결정할 수 있다.After injecting four different food samples, fresh oyster samples and spoiled oyster samples for four days, the real-time conductance changes were measured. The four other foods did not show any effect on conductance from spoiled milk, tomatoes, broccoli, beef and fresh oysters (Fig. 5 (d)). On the other hand, two-day upper oysters showed a sharp decrease in conductance. In light of the above results, the sensor can distinguish specifically spoiled seafood from other spoiled foods and determine the extent of seafood spoilage.
Claims (12)
펩타이드 말단에 아미노산 클러스터를 결합시키는 단계; 및
상기 아미노산 클러스터가 결합된 펩타이드가 상기 단일벽 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터의 반도체 채널 표면에 자기 조립(self assembly)되어 코팅되는 단계;를 포함하는 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법.
Preparing a single-walled carbon nanotube-field effect transistor comprising a substrate, a semiconductor channel comprising a single-walled carbon nanotube (SWCNT) formed on the substrate, and a source-drain electrode formed at both ends of the semiconductor channel;
Binding an amino acid cluster to the peptide end; And
Single-walled carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide comprising a step of self-assembling the peptide is coupled to the amino acid cluster is bonded to the surface of the semiconductor channel of the single-walled carbon nanotube-field effect transistor How to functionalize.
상기 아미노산은 상기 반도체 채널 표면과 π-stacking 이 가능한 방향족 작용기를 포함하는 것인 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법.
The method of claim 1,
The amino acid is a method of functionalizing a single-walled carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide that comprises an aromatic functional group capable of π-stacking with the semiconductor channel surface.
상기 아미노산은 페닐알라닌, 트립토판 및 티로신으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것인 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법.
The method of claim 1,
The amino acid is a method of functionalizing single-walled carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide that is selected from the group consisting of phenylalanine, tryptophan and tyrosine.
상기 아미노산은 페닐알라닌인 것인 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법.
The method of claim 1,
The amino acid is a phenylalanine method of functionalizing a single-wall carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide.
상기 아미노산 클러스터는 상기 아미노산을 3개 이상 포함하는 것인 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법.
The method of claim 1,
The amino acid cluster is a functional method of a single-walled carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide containing three or more amino acids.
상기 펩타이드는 C 말단은 상기 아미노산 클러스터와 결합하고, 타말단은 센서로 검출하고자 하는 물질에 특징적으로 결합하는 것인 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법.
The method of claim 1,
The peptide is C-terminal is coupled to the amino acid cluster, the other end is characterized in that the binding to the material to be detected by the sensor characterized in that the single-wall carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide.
상기 펩타이드는 트리메틸아민과 특이적으로 결합하는 것인 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법.
The method according to claim 1,
The peptide is a method of functionalizing a single-wall carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide that specifically binds to trimethylamine.
상기 펩타이드는 아미노산을 10 개 내지 15 개 포함하는 것인 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법.
The method of claim 1,
The peptide is a method of functionalizing a single-walled carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide containing 10 to 15 amino acids.
상기 펩타이드는 NQLANLSFSDLC 로 표시되는 것인 자기 조립 펩타이드를 이용한 단일벽 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터의 기능화 방법.
The method of claim 1,
The peptide is a method of functionalizing a single-walled carbon nanotube field effect transistor using a self-assembled peptide that is represented by NQLANLSFSDLC.
Trimethylamine detection sensor comprising a single-walled carbon nanotube field effect transistor functionalized by any one of claims 1 to 9.
냄새 물질 내의 트리메틸아민의 농도가 10fM 이상에서 냄새 물질 내의 트리메틸아민의 검출이 가능한 것을 특징으로 하는 트리메틸아민 검출 센서
11. The method of claim 10,
Trimethylamine detection sensor, characterized in that the detection of trimethylamine in the odorous substance when the concentration of trimethylamine in the odorous substance is 10 fM or more
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