KR101552041B1 - Biosensor for urea measurement - Google Patents

Biosensor for urea measurement Download PDF

Info

Publication number
KR101552041B1
KR101552041B1 KR1020140040053A KR20140040053A KR101552041B1 KR 101552041 B1 KR101552041 B1 KR 101552041B1 KR 1020140040053 A KR1020140040053 A KR 1020140040053A KR 20140040053 A KR20140040053 A KR 20140040053A KR 101552041 B1 KR101552041 B1 KR 101552041B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
biosensor
liquid crystal
urease
measurement
urea
Prior art date
Application number
KR1020140040053A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박수영
칸마슈크
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
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 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020140040053A priority Critical patent/KR101552041B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101552041B1 publication Critical patent/KR101552041B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/62Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving urea
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/58Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving urea or urease
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

The present invention relates to a bio-sensor for measuring urea and, more specifically, to a bio-sensor for measuring urea effective for diagnosing uremia. It is possible to detect urea contained in a specimen in a short period of time without using a high-priced measuring instrument and also to detect urea even in a specimen comprising 5 mM of urea which is less concentrated than a conventional determining standard of uremia which is 7 mM.

Description

요소측정용 바이오센서{Biosensor for urea measurement}[0001] The present invention relates to a biosensor for urea measurement,

본 발명은 요소측정용 바이오센서로서, 보다 상세하게는 고가의 측정장치 없이 빠른 시간 안에 시료에 포함된 요소를 검출할 수 있으며, 통상적인 요독증의 판별 기준인 7 mM보다 낮은 농도인 5 mM의 요소를 포함하는 시료에서도 요소를 검출할 수 있어 요독증 판별에 효과적인 요소측정용 바이오센서에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor for element measurement, and more particularly, it is capable of detecting an element contained in a sample in a short time without an expensive measuring device, and is capable of detecting a component of 5 mM The present invention relates to a biosensor for element measurement, which is effective for discriminating uremia.

우리 인간은 많은 감각기관이 있어서 오감은 물론 통증, 온도감지 등 외부에서 오는 여러 가지 자극을 감지한다. 이러한 기능을 생명체에서는 감각기관이라 하며 기계나 기구는 센서라고 한다. 결국 바이오센서는 측정 대상물로부터 정보를 얻을 때, 생물학적 요소를 이용하거나 생물학적 체계를 모방하여 색, 형광, 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 신호로 변환시켜주는 시스템이라고 할 수 있다. 측정 대상물질, 센서에 고정된 생물학적 요소, 신호변환기 등으로 여러 형태로 구성될 수 있으며, 상기 신호변환기의 신호변환 방법으로 전기화학, 열, 광학, 역학적 방법 등 다양한 물리, 화학적 기법이 사용되고 있다.We humans have many sensory organs and sense various sensations from the outside such as pain, temperature sensation as well as the five senses. These functions are called sensory organs in living organisms, and machines or instruments are called sensors. Ultimately, a biosensor is a system that uses biological elements or imitates a biological system to convert it into recognizable signals such as color, fluorescence, and electrical signals when obtaining information from a measurement object. A biological element fixed to a sensor, a signal converter, and the like. Various physical and chemical techniques such as electrochemical, thermal, optical, and mechanical methods are used as the signal conversion method of the signal converter.

최초의 바이오센서는 1962년 클락이 포도당 측정을 위해 투석막을 이용하여 제작한 글루코스 센서로 알려져 있으며, 초창기에는 효소를 신호변환 소자에 고정하여 제작한 것이 대부분이었으나, 최근에는 분자생물학의 급속한 발달과 더불어 단일클론 항체나 항체-효소 결합체 등을 사용하여 제작한 센서들이 개발되어 사용되고 있다. 또한 대량의 유전정보를 초고속으로 처리하기 위한 DNA칩, 단백질칩과 같은 칩 센서에 대한 개발 연구들이 활기를 띠고 있으며 분자생물학기술, 나노기술 및 정보통신기술들이 융합된 첨단 센서들의 개발에 많은 노력이 집중되고 있다. The first biosensor was known as a glucose sensor made by Clark in 1962 using a dialysis membrane for measuring glucose. In the early days, most of the biosensors were made by fixing an enzyme to a signal conversion device. Recently, however, Sensors made using monoclonal antibodies or antibody-enzyme conjugates have been developed and used. In addition, development studies on chip sensors such as DNA chip and protein chip for processing a large amount of genetic information at high speed are vigorous, and efforts have been made to develop advanced sensors in which molecular biology technology, nanotechnology and information communication technology are combined It is concentrated.

이러한 바이오센서는 목적하는 물질의 존재 유무 또는 농도에 따른 물리적 또는 화학적인 반응을 전기적, 광학적 등의 방법으로 정량 또는 정성하는 것을 목적으로 한다. 바이오센서는 임상진단/의료용도가 전체 바이오센서 시장의 90 %정도를 차지하고 있고 이외에도 환경호르몬, 폐수의 BOD, 중금속, 농약과 같은 환경관련 물질의 검출 용도, 식품에 포함된 잔류농약, 항생제, 병원균, 중금속과 같은 유해한 물질의 검출에 사용되는 식품 안전성 검사용도, 사린, 탄저균과 같은 살상용 생화학 무기를 감지할 수 있는 군사적 용도, 발효공정에서 미생물의 성장조건을 제어하거나 화학/석유화학, 제약, 식품공정 등에서 발생하는 특정화학물질에 대한 모니터링 등 산업적 용도 및 생체물질 간의 결합에 대한 속도론적 분석과 같은 연구용 등 다양한 분야에 활용되고 있다.Such a biosensor is intended to quantify or qualify a physical or chemical reaction depending on the presence or concentration of a target substance by an electrical or optical method. The biosensor is used for the detection of environmental related substances such as environmental hormones, BOD of waste water, heavy metals, pesticides, residual pesticides contained in foods, antibiotics, pathogens , Food safety tests used for the detection of harmful substances such as heavy metals, military uses to detect biochemical weapons such as sarin and anthrax, control of microbial growth conditions in fermentation processes, chemical / petrochemical, pharmaceutical, Monitoring of specific chemical substances occurring in food processing, etc., and researches such as kinetics analysis of binding between biomaterials.

하지만 현재까지 적용하고 있는 바이오센서 기술은 검출하고자 하는 바이오 물질 인식을 위해서 다량의 샘플이 요구된다. 또한, 샘플을 분석하기 위하여 분석물 투입단계, 신호 발생 단계, 신호 증폭 단계, 복잡한 분석 결과 해석 단계 등 매우 복잡한 과정을 거쳐야만 하는 번거로움이 있고, 실생활에 적용하기에 매우 고가의 비용이 소요된다.However, the biosensor technology applied so far requires a large amount of samples to recognize the biomaterial to be detected. In addition, in order to analyze a sample, there is a complicated process such as an input step of an analyte, a signal generating step, a signal amplifying step, and a complicated analysis result interpretation step, and it takes a very complicated process.

이에 따라 최근에는 복잡한 단계가 필요 없는 간단하고 저렴한 극미량 인식 바이오센서의 연구가 활발하며 그 중에서도 액정을 사용한 바이오센서의 연구가 태동되고 있다. 액정으로 화학 물질이나 바이오 물질을 검출하는 것은 액정의 높은 검출감도, 저비용, 작은 크기, 그리고 쉽게 판독할 수 있는 장점들 때문에 많은 주목을 받고 있다. Recently, simple and inexpensive biosensors with very small amounts of recognition have been actively studied, which do not require complicated steps, and biosensors using liquid crystals are being studied. Detecting chemicals or biomaterials with liquid crystals has attracted much attention due to their high detection sensitivity, low cost, small size, and easy-to-read advantages.

이러한 액정의 장점을 바이오센서에 적용하고자 액정/물의 계면에서 바이오 물질의 흡착을 이용하여 바이오센서에 적용하는 시도가 있었으나 액정/물과의 계면을 이용한 바이오센서는 검출하고자 하는 바이오 물질과 반응성이 낮아 피검출 바이오 물질을 인식하기 어렵고 이에 따라 액정에 인식 여부가 전달되지 않는 문제점이 있다. In order to apply the advantage of liquid crystal to a biosensor, an attempt has been made to apply the biosensor to a biosensor by using adsorption of a biosensor at a liquid crystal / water interface. However, a biosensor using a liquid crystal / water interface has a low reactivity with a biosensor There is a problem that it is difficult to recognize the biomolecule to be detected and thus the recognition is not transmitted to the liquid crystal.

이에 따라 다양한 자극에 민첩하게 반응하기 위해서는 액정/물과의 계면을 기능화(functionalization) 할 필요가 있고 종래에는 이를 위해 액정/물의 계면을 유화제(surfactant)를 사용하여 액정의 배향을 조절하였다. 그러나 유화제는 바이오 물질 (DNA, RNA, 단백질 등)과 결합을 하지 않고 액정과의 결합력도 크지 않을 뿐만 아니라 여러 자극에 기능화하기 힘들기 때문에 액정/물의 계면을 기능화하는데 적합하지 않다는 문제점이 있다.
Accordingly, it is necessary to functionalize the interface with the liquid crystal / water in order to react rapidly to various stimuli. Conventionally, the liquid crystal / water interface is controlled by using an surfactant to orient the liquid crystal. However, emulsifiers do not bond with biomaterials (DNA, RNA, proteins, etc.) and have a problem in that they are not suitable for functionalizing the liquid crystal / water interface because they are not only capable of binding to liquid crystals,

한편, 요소(urea)는 카바마이드(Carbamide), 다이아마이노메탄알(Diaminomethanal)이라고도 하며, 몸속에서 단백질이 분해되고 나면 암모니아가 생성된다. 그런데 암모니아는 독성이 있어 몸속에 오랫동안 머물면 해로운 물질이므로, 포유류와 양서류는 간에서 오르니틴회로를 통해 암모니아를 요소로 전환시키고, 이를 배설기관에 보내 얼마간 저장되었다가 체외로 배출한다. On the other hand, urea is also called carbamide, or diaminomethanal, and ammonia is produced when proteins are decomposed in the body. However, since ammonia is toxic, it is a harmful substance to stay in the body for a long time, so mammals and amphibians convert the ammonia into urea through the ornithine in the liver and send it to the excretory organ for storage for some time and then to the outside of the body.

그러나, 소변으로 배출되어야 할 노폐물(요독)이 배출되지 못하면서 발생되는 증상들을 포괄적으로 통상 요독증이라 하며, 요독의 경우 혈액을 타고 전신으로 영향을 미치기 때문에 매우 위험한 질병 중 하나이다. 또한, 혈액은 전신 건강을 책임진다고 해도 과언이 아닐 정도로, 혈액순환을 통해 구석구석의 노폐물을 배출하고 산소/영양/수분물질을 공급하여 각 세포들에 활력을 주고 그 기능을 유지하는 역할을 하는데, 이는 신장이 있기 때문에 가능하다. 신장은 순환을 마친 혈액이 회수해 온 물질을 통과시켜 체외로 배출하는 역할을 하며, 이로 인해 혈액은 다시 맑은 상태를 되게 된다. 때문에 요독증의 문제는 소변과 관계한 부위, 그리고 그 중에서도 신장의 기능저하가 원인인 경우가 대부분이라 할 수 있다. However, the symptoms that occur when the waste (uremia) to be discharged into the urine can not be discharged are collectively referred to as uremia in general, and the uremia is one of very dangerous diseases because it affects the whole body in blood. In addition, blood is responsible for systemic health, so it is not an exaggeration to circulate the waste through the circulation of all the waste and oxygen / nutrition / water supply to supply each cell and function to maintain the role , Which is possible because of height. The kidneys have the role of circulating blood through the recovered material and discharging it out of the body, resulting in a clear state of blood. Therefore, the problem of uraemia is related to urine, and most of all, it is caused by a decrease in kidney function.

한편, 어떤 원인에서든 신장이 망가지면서 그 기능을 수행하지 못하는 것을 신부전증이라 명하는데, 신부전증에 의한 핍뇨(oliguria)가 1주일 정도 지속될 경우, 요독 증상은 더욱 거세지는 것으로 알려져 있지만, 만성 신부전증의 경우 신장이 서서히 망가지면서 소변 양이 줄어드는 것은 이후의 문제로 핍뇨가 아니더라도 신부전이 진행되는 과정상에서 서서히 요독증이 뒤따르는 것으로 알려져 있다.On the other hand, renal failure is defined as the failure of renal failure in any cause. Renal insufficiency is known to cause more severe uremic symptoms when oliguria lasts for about 1 week. However, chronic kidney failure It is known that the gradual decline in urine volume due to the breakdown of urine is a gradual uremia followed by progression of kidney failure even if it is not oliguria.

그러나, 상술한 바와 같은 만성 신부전증 및/또는 요독증 검사는 통상적으로 피검사 및/또는 소변 검사로 진행하게 되는데 이 결과를 확인하는데 특별한 장치 및/또는 시간이 걸리는 문제가 있어 빠른 시간에 특별한 장치 없이도 시료에서 요소를 검출할 수 있는 자가 요소 측정기의 연구개발이 필요한 실정이다.However, the chronic renal failure and / or uremia test as described above usually proceeds by a blood test and / or a urine test. Since there is a problem that a special device and / or time is required to confirm the result, It is necessary to research and develop a self -

이에 대해, 한국등록특허 특0141779호(공개일자: 1996년03월22일)에는 요소가수분해효소 반응결과 생성되는 암모늄이온과 바이카보네이트 이온을 측정하여 요소 측정의 감도가 향상된 요소측정용 바이오센서 및 그 제조방법에 관하여 기재하고 있다. 그러나, 상기 등록특허의 바이오센서를 이용하여 요소를 측정할 경우 요소측정 결과를 확인할 수 있는 측정기 또는 분석기가 필요하며, 시료의 요소 함유를 확인하는데 시간이 걸리는 문제점이 있었다.On the other hand, Korean Patent Registration No. 0141779 (published on March 22, 1996) discloses a biosensor for element measurement having improved sensitivity of element measurement by measuring ammonium ion and bicarbonate ion produced as a result of urease hydrolysis reaction and And a manufacturing method thereof is described. However, when the element is measured using the biosensor of the above-mentioned patent, a measuring instrument or an analyzer capable of confirming the element measurement result is required, and it takes time to check the element content of the sample.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 요소측정용 바이오센서는 만성 신부전증 및/또는 요독증을 판별하는 기준 농도인 7 mM보다 낮은 5 mM의 요소를 포함하는 시료에서 요소에 민감하게 반응하여 이에 대한 반응을 빠른 시간에 특별히 장비없이 사람의 눈으로 확인할 수 있고, 간단하게 요소 측정 이전으로 초기화할 수 있는 액정/물의 계면이 기능화된 요소측정용 바이오센서를 제공하고자 한다.Disclosure of the Invention The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a biosensor for element measurement, which comprises a sample containing 5 mM of element lower than 7 mM, which is a reference concentration for discriminating chronic renal failure and / A liquid crystal / water interfacial functionalized biosensor capable of confirming the response to the liquid crystal / water reaction in a short period of time without any equipment,

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 액정공중합체; 및 요소분해효소(urease)를 포함하는 요소측정용 바이오센서를 제공한다: The present invention relates to a liquid crystal copolymer represented by the following formula (1): And a urease. The biosensor for element measurement comprises:

Figure 112014032230942-pat00001
Figure 112014032230942-pat00001

상기 화학식 1에서 n은 1 ~ 2000의 정수이고, m은 1 ~ 2000의 정수이며, P는 1 ~ 50인 정수이고, R1 은 -COOR5, -C(CH3)2Ph 또는 -CH(CH3)Ph이고, R5 는 수소원자, 탄소수 1 ~ 6인 직쇄형 알킬기 또는 탄소수 3 ~ 6인 분쇄형 알킬기이고, R2는 탄소수 6 ~ 10인 방향족 탄화수소이고, R3

Figure 112014032230942-pat00002
또는
Figure 112014032230942-pat00003
이고, A는 탄소수 1 ~ 3인 알킬기이고, R4 는 -CN 또는 -R6-CN 이고, R6 은 탄소수 1 ~ 6인 직쇄형 알킬기, 탄소수 3 ~ 6인 분쇄형 알킬기, 탄소수 5 ~ 6인 사이클릭 알킬기 또는 탄소수 6 ~ 10인 방향족 탄화수소이다.Wherein n is an integer of 1 to 2000, m is an integer of 1 to 2000, P is an integer of 1 to 50, R 1 is -COOR 5 , -C (CH 3 ) 2 Ph or -CH CH 3) Ph, and, R 5 is a hydrogen atom, a straight alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or having from 3 to 6 grinding alkyl group, R 2 is is a 6 to 10 carbon atoms in an aromatic hydrocarbon, R 3
Figure 112014032230942-pat00002
or
Figure 112014032230942-pat00003
R is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, R 4 is -CN or -R 6 -CN, R 6 is a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, An aromatic cyclic alkyl group or an aromatic hydrocarbon having 6 to 10 carbon atoms.

본 발명의 바람직한 일실시예는 상기 액정공중합체는 블록공중합체일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the liquid crystal copolymer may be a block copolymer.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예는 상기 액정공중합체와 요소분해효소는 공유결합되어 있을 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the liquid crystal copolymer and the urease may be covalently bonded.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예는 상기 요소측정용 바이오센서는 소수성 물질층을 포함하는 기재부; 상기 기재부의 상부에 액정단량체를 포함하는 액정부; 및 상기 액정부 상부에 상기 액정공중합체 및 요소분해효소를 포함하는 센서부; 를 더 포함할 수 있다.In yet another preferred embodiment of the present invention, the biosensor for element measurement includes a substrate including a hydrophobic material layer; A liquid portion including a liquid crystal monomer on an upper portion of the substrate portion; And a sensor part including the liquid crystal copolymer and urease on the liquid part; As shown in FIG.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예는 상기 소수성 물질층은 옥타에실디메틸(3-트리메톡시실리프로필)암모늄클로라이드(octadecyldimethyl(3-trimethoxy silylpropyl) ammonium chloride, DMOAP) 및 옥타데실트리크로로실란(octadecyl trichlorosilanem, OTS)로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the hydrophobic material layer is made of octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride (DMOAP) and octadecyltrichlorosilane octadecyl trichlorosilanem, OTS).

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예는 상기 액정단량체는 사이클로헥산-플로리나이트 바이페닐과 플루리나이트 터페닐의 혼합액(cyclohexane-fluorinated biphenyls 와 fluorinated terphenyls의 혼합액; TL205), 4-옥실-4'-시아노바이페닐(4-n-octyl-4'-cyano-biphenyl, 8CB), 및 4-시아노-4'-펜틸바이페닐(4-cyano-4'-pentylbiphenyl, 5CB)로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있다.Another preferred embodiment of the present invention the liquid crystal monomer is cyclohexane-Flory nitro-biphenyl and flat Metalurgs nitro emitter mixture of phenyl (cyclohexane-fluorinated biphenyls and a mixture of fluorinated terphenyls; TL 2 0 5) , 4- oxyl- 4-cyano-4'-cyano-biphenyl, 8CB) and 4-cyano-4'-pentylbiphenyl (5CB) ≪ / RTI >

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예는 상기 요소측정용 바이오센서는 요소 측정용 시료를 첨가하는 본체부; 상기 요소 측정용 시료의 유입을 위한 유입부; 및In still another preferred embodiment of the present invention, the biosensor for element measurement includes a body portion to which a sample for element measurement is added; An inlet for introducing the sample for elemental measurement; And

상기 요소 측정용 시료의 배출을 위한 배출부; 를 더 포함할 수 있다.A discharging portion for discharging the sample for element measurement; As shown in FIG.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예는 상기 센서부에 요소 결합 시, 액정부의 액정단량체의 배향변화에 따른 복굴절 변화를 측정하여, 요소를 정성 분석하고, 상기 정성분석은 생리학적 조건인 pH 7보다 낮은 pH에서는 편광현미경 측정 시 밝은 이미지를 나타내고, 생리학적 조건인 pH 7보다 높은 pH에서는 편광현미경 측정 시 어두운 이미지를 나타내는 경향을 분석하여 수행할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the element is subjected to qualitative analysis by measuring a birefringence change according to the orientation change of the liquid crystal monomer in the liquid crystal unit when the element is coupled to the sensor unit, and the qualitative analysis is performed at pH 7 It can be performed by analyzing the tendency of showing a dark image when a polarizing microscope is measured at a pH higher than the physiological condition pH 7, which is a bright image when a polarizing microscope is measured at a low pH.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예는 상기 정성분석은 pH 6 ~ 8에서 수행할 수 있다. In another preferred embodiment of the present invention, the qualitative analysis can be performed at pH 6-8.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예는 제1항에 있어서, 상기 요소측정용 바이오센서는 하기 수학식 1로 표시되는 액정공중합체 단위 면적당 포함하는 요소분해효소의 양이 10 ~ 20일 수 있다:In another preferred embodiment of the present invention, the biosensor for elemental measurement may have an amount of urease of 10-20 in a unit area of a liquid crystal copolymer represented by the following formula (1): < EMI ID =

Figure 112014032230942-pat00004
Figure 112014032230942-pat00004

상기 수학식 1에서 Nurease는 액정공중합체 단위 면적당 포함하는 요소분해효소의 양이고, Cimb는 고정된 요소분해효소의 양이며, Na는 아보가드로수인 6.02×1023이고, A는 액정공중합체의 면적(㎚2)이며, Murease는 요소분해효소의 분자량인 4.8×105 ~ 5.5×105(g/mol)의 정수이다.In the above formula (1), N urease is the amount of urease contained per unit area of the liquid crystal copolymer, C imb is the amount of fixed urease, Na is the number of Avogadro, 6.02 × 10 23 , A is the amount of urea (Nm 2 ), and M urease is an integer of 4.8 × 10 5 to 5.5 × 10 5 (g / mol), which is the molecular weight of urease.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예는 상기 액정공중합체는 단분자막 형태일 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the liquid crystal copolymer may be in the form of a monomolecular film.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예는 상기 요소측정용 바이오센서는 요소 농도가 5 mM 이상으로 포함하는 시료 중에서 요소 검출이 가능할 수 있다.
In still another preferred embodiment of the present invention, the biosensor for elemental measurement may be capable of detecting an element in a sample containing an urea concentration of 5 mM or more.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 요소측정용 바이오센서를 이용한 요독증(uremia) 진단 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a uremia diagnostic method using the biosensor for element measurement as described above.

나아가, 본 발명은 상술한 바와 같은 요소측정용 바이오센서를 이용한 신부전증 진단 방법을 제공한다.
Furthermore, the present invention provides a method for diagnosing renal failure using the biosensor for element measurement as described above.

이하, 본 발명의 용어를 설명한다.Hereinafter, terms of the present invention will be described.

본 발명의 "H-P배향"은 요소측정용 바이오센서의 액정이 수직배향(Homeotropic)에서 수평배향(Planer)으로 배향이 변화하는 것을 의미하며, 반대로 P-H배향은 수평배향(Planer)에서 수직배향(Homeotropic)으로 배향이 변하는 것을 의미한다.The term "HP alignment" of the present invention means that the orientation of the liquid crystal of the biosensor for elemental measurement changes from a homeotropic state to a horizontal orientation. On the contrary, the PH orientation is a homeotropic state in a planar state ). ≪ / RTI >

본 발명의 요소측정용 바이오센서는 만성 신부전증 및/또는 요독증을 판별하는 기준 농도인 7 mM보다 낮은 5 mM의 요소를 포함하는 시료에서 요소에 민감하게 반응하여 이에 대한 반응을 빠른 시간에 특별히 장비없이 사람의 눈으로 확인할 수 있는 요소측정용 바이오센서를 제공하는 효과가 있다.The biosensor for elemental measurement of the present invention is sensitive to urea in a sample containing 5 mM urea lower than 7 mM, which is a reference concentration for determining chronic renal failure and / or uremia, There is an effect of providing a biosensor for element measurement which can be confirmed by human eyes.

또한, 본 발명은 요소를 센서가 인식한 이후 요소측정용 바이오센서를 요소 인식 전 상태로 즉각적이고 간단하게 초기화할 수 있어 센서의 재사용을 용이하게 할 수 있는 요소측정용 바이오센서를 제공하는 효과가 있다.In addition, the present invention provides an element measuring biosensor capable of instantly and simply initializing a biosensor for element measurement after the element is recognized by the sensor, and for facilitating the reuse of the sensor have.

나아가, 본 발명은 상술한 바와 같은 요소측정용 바이오센서를 사용하여 빠른 시간 내에 간단하게 요독증 및/또는 신부전증을 진단하는 방법을 제공하는 효과가 있다.Furthermore, the present invention provides a method for diagnosing uremia and / or renal failure in a short time using a biosensor for element measurement as described above.

도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 요소측정용 바이오센서의 단면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일구현예에 따른 요소측정용 바이오센서의 단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일구현예에 따른 요소측정용 바이오센서의 단면도이다.
도 4는 실험예 1에서 요소분해효소 고정량 측정을 위해 사용한 요소분해효소 용액의 검량선이다.
도 5는 실험예 1에서 측정한 액정 공중합체 단위 면적당 고정된 요소분해효소의 밀도이다.
도 6은 실시예 8에서 측정한 적색염료로 라벨링한 요소분해효소 용액, 요소분해효소 및 로다민 123의 적외선 흡수 스펙트럼이다.
도 7은 실험예 2에서 측정한 실시예 8 또는 비교예 1의 바이오센서의 POM 이미지이다.
도 8은 실험예 3에서 요소 검출능 평가를 위해 측정한 POM(편광 광학 현미경) 이미지이다.
도 9는 실험예 4에서 본 발명의 바이오센서의 요소 검출 민감도 측정 평가를 위해 측정한 POM 이미지이다.
도 10은 실험예 5에서 실제 혈액을 이용하여 본 발명의 바이오센서의 요소 검출능을 평가한 POM 이미지이다.
도 11은 실험예 6에서 본 발명의 바이오센서의 시간에 따른 안정성을 측정한 그래프이다.
도 12는 실험예 7에서 8 mM의 요소를 포함하는 용액을 주입하고 일정 시간 후의 POM 이미지이다.
도 13은 실험예 7에서 주입한 요소 용액의 농도에 따른 평균 그레이스케일 강도 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic cross-sectional view of a biosensor for element measurement according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic cross-sectional view of a biosensor for element measurement according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a biosensor for element measurement according to another embodiment of the present invention.
4 is a calibration curve of the urease solution used for the measurement of the amount of ureaase fixation in Experimental Example 1. FIG.
5 is the density of the fixed urease per unit area of the liquid crystal copolymer measured in Experimental Example 1. Fig.
6 is an infrared absorption spectrum of the urease solution, urease, and rhodamine 123 labeled with the red dye measured in Example 8. Fig.
7 is a POM image of the biosensor of Example 8 or Comparative Example 1 measured in Experimental Example 2. FIG.
8 is a POM (polarized light microscope) image measured for the evaluation of the urea detection ability in Experimental Example 3. Fig.
9 is a POM image measured in Experimental Example 4 for the measurement and evaluation of the element detection sensitivity of the biosensor of the present invention.
10 is a POM image obtained by evaluating the element detection capability of the biosensor of the present invention using actual blood in Experimental Example 5. FIG.
11 is a graph illustrating stability of the biosensor of the present invention measured over time according to Experimental Example 6. FIG.
12 is a POM image after a certain time after injecting a solution containing 8 mM of urea in Experimental Example 7. FIG.
13 is a graph showing the average gray scale intensity change according to the concentration of the urea solution injected in Experimental Example 7. FIG.

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

상술한 바와 같이, 종래에는 시료에서 요소를 측정하기 위해서는 검출 결과를 확인할 수 있는 장비가 필요하고, 빠른 시간 안에 검출 결과를 확인하기 힘든 문제점이 있었다.
As described above, conventionally, in order to measure an element in a sample, equipment for confirming the detection result is required, and it is difficult to confirm the detection result in a short time.

이에 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 액정공중합체; 및 요소분해효소(urease)를 포함하는 요소측정용 바이오센서를 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.Accordingly, the present invention relates to a liquid crystal copolymer represented by the following formula (1): And a urease. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems by providing a biosensor for element measurement.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112014032230942-pat00005
Figure 112014032230942-pat00005

(단, 상기 화학식 1에서 n은 1 ~ 2000의 정수이고, m은 1 ~ 2000의 정수이며, P는 1 ~ 50인 정수이고, R1 은 -COOR5, -C(CH3)2Ph 또는 -CH(CH3)Ph이고, R5 는 수소원자, 탄소수 1 ~ 6인 직쇄형 알킬기 또는 탄소수 3 ~ 6인 분쇄형 알킬기이고, R2는 탄소수 6 ~ 10인 방향족 탄화수소이고, R3

Figure 112014032230942-pat00006
또는
Figure 112014032230942-pat00007
이고, A는 탄소수 1 ~ 3인 알킬기이고, R4 는 -CN 또는 -R6-CN 이고, R6 은 탄소수 1 ~ 6인 직쇄형 알킬기, 탄소수 3 ~ 6인 분쇄형 알킬기, 탄소수 5 ~ 6인 사이클릭 알킬기 또는 탄소수 6 ~ 10인 방향족 탄화수소이다.)(Wherein n is an integer of 1 to 2000, m is an integer of 1 to 2000, P is an integer of 1 to 50, R 1 is -COOR 5 , -C (CH 3 ) 2 Ph or and -CH (CH 3) Ph, R 5 is a hydrogen atom, a straight-chain alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or 3 to 6 grinding alkyl group, R 2 is an aromatic hydrocarbon having 6 to 10, R 3 is
Figure 112014032230942-pat00006
or
Figure 112014032230942-pat00007
R is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, R 4 is -CN or -R 6 -CN, R 6 is a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, An aromatic cyclic alkyl group or an aromatic hydrocarbon having 6 to 10 carbon atoms.

이를 통해 만성 신부전증 및/또는 요독증을 판별하는 기준 농도인 7 mM보다 낮은 5 mM의 요소를 포함하는 시료에서 요소에 민감하게 반응하여 이에 대한 반응을 빠른 시간에 특별히 장비없이 사람의 눈으로 확인할 수 있는 요소측정용 바이오센서를 제공하는 효과가 있으며, 요소를 센서가 인식한 이후 요소측정용 바이오센서를 요소 인식 전 상태로 즉각적이고 간단하게 초기화할 수 있어 센서의 재사용을 용이하게 할 수 있는 요소측정용 바이오센서를 제공하는 효과가 있다.
This allows sensitive samples to react with urea in a sample containing 5 mM lower than the reference concentration of 7 mM, which is used to identify chronic renal failure and / or uremia, It has an effect of providing a biosensor for element measurement. After the element is recognized by the sensor, the biosensor for element measurement can be instantly and simply initialized before the element recognition, There is an effect of providing a biosensor.

도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 요소측정용 바이오센서(100)의 단면 개략도이고, 이에 대해 설명하면, 소수성 물질층을 포함하는 기재부(101); 상기 기재부의 상부에 액정단량체를 포함하는 액정부(102); 및 상기 액정부 상부에 액정공중합체 및 요소분해효소를 포함하는 센서부(103);를 포함할 수 있다.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a biosensor 100 for element measurement according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the biosensor 100 includes a substrate 101 including a hydrophobic material layer; A liquid portion 102 including a liquid crystal monomer on the substrate portion; And a sensor unit 103 including a liquid crystal copolymer and an urease on the liquid crystal unit.

구체적으로 먼저 상기 기재부(101)에 대해 설명한다.Specifically, the description unit 101 will be described first.

상기 기재부는 기재(104)의 상부에 소수성 물질층(105)이 코팅되어 있을 수 있고, 상기 기재는 기재로 사용할 있는 것이면 무엇이든 가능하며, 바람직하게는 유리기판일 수 있다. The substrate may be coated with a hydrophobic material layer 105 on the upper side of the substrate 104, and the substrate may be any substrate that can be used as the substrate, preferably a glass substrate.

상기 소수성 물질층은 상기 액정부의 액정을 수직 배향시키는 역할을 하며, 통상적으로 바이오센서의 액정에 첨가할 수 있는 물질이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 옥타에실디메틸(3-트리메톡시실리프로필)암모늄클로라이드 (octadecyldimethyl(3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, DMOAP) 및 옥타데실트리크로로실란(octadecyltrichlorosilanem, OTS)로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 옥타데실트리크로로실란을 포함할 수 있다.
The hydrophobic material layer serves to vertically align the liquid crystal of the liquid crystal unit and is not particularly limited as long as it can be added to the liquid crystal of the biosensor. Preferably, octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) And may include at least one member selected from the group consisting of octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride (DMOAP) and octadecyltrichlorosilanem (OTS), and more preferably octadecyltrichlorosilane .

다음, 액정부(102)에 대해 설명한다. Next, the description will be made as to the solution unit 102. Fig.

본 발명에서 액정부는 배향을 통해 요소 검출을 가능하게 하는 역할을 하며, 통상적으로 바이오센서의 액정에 첨가할 수 있는 물질이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 사이클로헥산-플로리나이트 바이페닐과 플루리나이트 터페닐의 혼합액(cyclohexane-fluorinated biphenyls 와 fluorinated terphenyls의 혼합액; TL205), 4-옥실-4'-시아노바이페닐(4-n-octyl-4'-cyano-biphenyl, 8CB) 및 4-시아노-4'-펜틸바이페닐(4-cyano-4'-pentylbiphenyl, 5CB)로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 4-시아노-4'-펜틸바이페닐을 포함할 수 있다.The liquid crystal unit in the present invention plays a role in enabling element detection through orientation and is not particularly limited as long as it can be added to liquid crystals of a biosensor. Preferably, the liquid crystal unit is composed of cyclohexane-flurinite biphenyl and flurinite a mixture of terphenyls (cyclohexane-fluorinated mixture of biphenyls and terphenyls fluorinated; TL 2 0 5), 4-cyano-4'-oxyl Novi phenyl (4-n-octyl-4' -cyano-biphenyl, 8CB) and 4- Cyano-4'-pentylbiphenyl, 5CB), and more preferably 4-cyano-4'-pentylbiphenyl (5CB) .

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 액정부는 상기 액정단량체들이 쌓여서 형성되어 있을 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the liquid crystal portion may be formed by accumulating the liquid crystal monomers.

다음 센서부(103)에 대해 설명한다.Next, the sensor unit 103 will be described.

본 발명의 센서부는 요소와 결합하여 요소의 존재 여부를 인식할 수 있는 역할을 하며, 하기 화학식 1로 표시되는 액정공중합체; 및 요소분해효소(urease);를 포함한다.The sensor unit of the present invention is capable of recognizing the presence or absence of an element in combination with the element, and includes a liquid crystal copolymer represented by the following formula (1); And urease. ≪ / RTI >

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112014032230942-pat00008
Figure 112014032230942-pat00008

상기 화학식 1에서 n은 1 ~ 2000의 정수일 수 있고, 바람직하게는 100 ~ 1000의 정수일 수 있고, 더욱 바람직하게는 200 ~ 500의 정수일 수 있다. In Formula 1, n may be an integer of 1 to 2000, preferably an integer of 100 to 1000, and more preferably an integer of 200 to 500.

또한, m은 1 ~ 2000의 정수일 수 있으며, 바람직하게는 10 ~ 300의 정수일 수 있고, 더욱 바람직하게는 15 ~ 100의 정수일 수 있다. Also, m may be an integer of 1 to 2000, preferably an integer of 10 to 300, and more preferably an integer of 15 to 100.

나아가, P는 1 ~ 50인 정수일 수 있고, 바람직하게는 5 ~ 20인 정수일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 10 ~ 12의 정수일 수 있다. Furthermore, P may be an integer of 1 to 50, preferably an integer of 5 to 20, and more preferably an integer of 10 to 12.

더불어, R1 은 -COOR5, -C(CH3)2Ph 또는 -CH(CH3)Ph일 수 있고, 바람직하게는 -COOR5일 수 있고, R5 는 수소원자, 탄소수 1 ~ 6인 직쇄형 알킬기 또는 탄소수 3 ~ 6인 분쇄형 알킬기일 수 있고, 바람직하게는 수소원자일 수 있다. In addition, R 1 may be -COOR 5 , -C (CH 3 ) 2 Ph or -CH (CH 3 ) Ph, preferably -COOR 5 , and R 5 is a hydrogen atom, A linear alkyl group or a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, preferably a hydrogen atom.

또한, R2는 탄소수 6 ~ 10인 방향족 탄화수소일 수 있으며, R3

Figure 112014032230942-pat00009
또는
Figure 112014032230942-pat00010
일 수 있고, 바람직하게는
Figure 112014032230942-pat00011
일 수 있다. R < 2 > may be an aromatic hydrocarbon having 6 to 10 carbon atoms, and R < 3 >
Figure 112014032230942-pat00009
or
Figure 112014032230942-pat00010
, And preferably
Figure 112014032230942-pat00011
Lt; / RTI >

나아가, A는 탄소수 1 ~ 3인 알킬기일 수 있고, R4 는 -CN 또는 -R6-CN 일 수 있고, 바람직하게는 -CN일 수 있다. Furthermore, A may be an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 4 may be -CN or -R 6 -CN, preferably -CN.

더불어, R6 은 탄소수 1 ~ 6인 직쇄형 알킬기, 탄소수 3 ~ 6인 분쇄형 알킬기, 탄소수 5 ~ 6인 사이클릭 알킬기 또는 탄소수 6 ~ 10인 방향족 탄화수소일 수 있으며, 바람직하게는 탄소수 6 ~ 10인 ?항족 탄화수소일 수 있다.
In addition, R 6 may be a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, a cyclic alkyl group having 5 to 6 carbon atoms, or an aromatic hydrocarbon having 6 to 10 carbon atoms, It may be an aliphatic hydrocarbon.

상기 탄소수 1 ~ 6인 직쇄형 알킬기는 메탄(methane), 에탄(ethane), n-프로판(n-propane), n-부탄(n-butane), n-펜탄(n-pentane) 또는 n-핵산(n-haxane)을 포함하는 것이다.The straight-chain alkyl group having 1 to 6 carbon atoms may be any one of methane, ethane, n-propane, n-butane, n-pentane, (n-haxane).

상기 탄소수 3 ~ 6인 분쇄형 알킬기는 프로판(propane), 이소-부탄(iso-butane), 이소-펜탄(iso-pentane), 네오-펜탄(neno-pentane), 2-메틸펜탄(2-methylpentane), 3-메틸펜탄(3-methylpentane), 2,3-디메틸부탄(2,3-dimethylbutane) 또는 2,2-디메틸부탄(2,2-dimethylbutane)을 포함하는 것이다.The branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms is preferably selected from the group consisting of propane, iso-butane, iso-pentane, neo-pentane, 2-methylpentane 3-methylpentane, 2,3-dimethylbutane, or 2,2-dimethylbutane.

상기 탄소수 5 ~ 6인 사이클릭 알킬기는 사이클로 펜탄(Cyclopentane), 메틸사이클로펜탄(methylcyclopentane) 또는 사이클로 핵산(Cyclohaxane)을 포함하는 것이다.The cyclic alkyl group having 5 to 6 carbon atoms includes cyclopentane, methylcyclopentane, or cyclohexane.

상기 탄소수 6 ~ 10인 방향족 탄화수소는 예를 들면, 벤젠(benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), 올소-자일렌(ortho-xylene), 메타-자일렌(meta-xylene), 파라-자일렌(para-xylene), 1,2,3-트리메틸벤젠(1,2,3-trimethylbenzene), n-프로필벤젠(n-propylbenzene), 쿠멘(Cumene), 1-메틸-2-에틸-벤젠(1-methyl-2-ethyl-benzene), 1-메틸-3-에틸-벤젠(1-methyl-3-ethyl-benzene), 1-메틸-4-에틸-벤젠(1-methyl-4-ethyl-benzene), 테트라메틸벤젠(Tetramethylbenzene), 디에틸벤젠(diethylbenzene), t-부틸벤젠(t-buthylbenzene) 또는 n-부틸벤젠(n-buthylbenzene) 등일 수 있다.
The aromatic hydrocarbons having 6 to 10 carbon atoms include, for example, benzene, toluene, ethylbenzene, ortho-xylene, meta-xylene, para - para-xylene, 1,2,3-trimethylbenzene, n-propylbenzene, cumene, 1-methyl- Benzene, 1-methyl-2-ethylbenzene, 1-methyl-3-ethylbenzene and 1-methyl- ethyl-benzene, tetramethylbenzene, diethylbenzene, t-buthylbenzene or n-buthylbenzene.

상기 센서부는 액정공중합체 및 요소 분해효소를 포함하는 것이라면 그 함량을 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 하기 수학식 1로 표시되는 액정공중합체 단위 면적당 포함하는 요소분해효소의 양이 10 ~ 20일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 하기 수학식 1로 표시되는 액정공중합체 단위 면적당 포함하는 요소분해효소의 양이 13 ~ 18일 수 있다.The content of the urease is not particularly limited as long as it contains a liquid crystal copolymer and an urease, but preferably the amount of the urease per unit area of the liquid crystal copolymer represented by the following formula (1) And more preferably the amount of the urease to be contained per unit area of the liquid crystal copolymer represented by the following formula (1) may be 13 to 18.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014032230942-pat00012
Figure 112014032230942-pat00012

(이때, 상기 수학식 1에서 Nurease는 액정공중합체 단위 면적당 포함하는 요소분해효소의 양이고, Cimb는 고정된 요소분해효소의 양이며, Na는 아보가드로수인 6.02×1023이고, A는 액정공중합체의 면적(㎚2)이며, Murease는 요소분해효소의 분자량인 4.8×105 ~ 5.5×105(g/mol)의 정수이다.)( Wherein , N urease is the amount of urease which is contained per unit area of the liquid crystal copolymer, C imb is the amount of fixed urease, Na is the number of Avogadro, 6.02 × 10 23 , A is (㎚ 2 ) of the liquid crystal copolymer, and Murease is an integer of 4.8 × 10 5 to 5.5 × 10 5 (g / mol), which is the molecular weight of the urease.

도 5에서 확인되는 바와 같이, 첨가하는 요소분해효소의 농도가 증가하여도 상기 수학식 1로 표시되는 액정공중합체 단위 면적당 포함하는 요소분해효소는 0.2를 초과할 수 없는 것을 알 수 있었다.
As can be seen from FIG. 5, even when the concentration of the urease to be added is increased, it can be understood that the urease enzyme contained per unit area of the liquid crystal copolymer represented by the formula 1 can not exceed 0.2.

본 발명의 일구현예에서는 액정 공중합체를 막으로 형성하여 액정부 상부에 결합하였다.In one embodiment of the present invention, the liquid crystal copolymer is formed as a film and bonded to the liquid portion.

상술한 바와 같이, 액정 공중합체 막을 제조하여 사용할 경우, 통상적인 고분자 막의 두께라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 단분자막일 수 있다.As described above, when a liquid crystal copolymer film is prepared and used, the thickness is not particularly limited as long as it is a typical thickness of the polymer film, but it may preferably be a monomolecular film.

만약, 상기 액정 공중합체 막이 단분자막이 아닐 경우, 액정 공중합체의 일부가 액정부와 결합을 형성하기 힘든 문제가 발생할 수 있다.
If the liquid crystal copolymer film is not a monomolecular film, a problem may arise that a part of the liquid crystal copolymer hardly bonds with the liquid crystal.

상기 액정공중합체는 액정부와 친화성이 있는 부분;과 요소와 친화성이 있는 부분;을 포함한다. 상기 액정부와 친화성이 있는 부분은 "-COO(CH2)PR3"의 기능기이고, 상기 요소와 친화성이 있는 부분은 "-COOH"의 기능기이다. The liquid crystal copolymer includes a portion having affinity with the liquid portion and a portion having affinity with the element. The portion having affinity with the liquid portion is a functional group of "-COO (CH 2 ) PR 3 ", and the portion having affinity with the element is a functional group of "-COOH".

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 액정공중합체의 "-COO(CH2)PR3"의 기능기 및 "-COOH"의 기능기의 일부는 액정부에 포함될 수 있으며, 상기 액정부에 포함되지 않는 "-COOH"의 기능기 일부는 요소 분해효소와 결합할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the functional group of "-COO (CH 2 ) PR 3 " and the functional group of "-COOH" of the liquid crystal copolymer may be included in the liquid component and may be included in the liquid component Some of the functional groups of "-COOH" which can not be bound to urease can be combined.

본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 상기 액정공중합체와 요소 분해효소는 공유결합을 형성할 수 있다. 상기 공유결합은 "-COOH"의 기능기 일부와 요소 분해효소가 결합하여 형성된 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the liquid crystal copolymer and the urease can form a covalent bond. The covalent bond may be formed by a combination of a functional group of "-COOH" and an urease.

상기 액정공중합체와 요소분해효소의 공유결합으로 인해, 본 발명의 요소측정용 바이오센서는 5 mM의 요소를 포함하는 시료 중에서도 요소를 검출할 수 있는 민감도를 보였다.
Due to the covalent bonding between the liquid crystal copolymer and the urease, the biosensor for elemental measurement of the present invention showed sensitivity to detect the element in samples containing 5 mM of urea.

상기 요소분해효소(urease)는 요소를 가수분해하여 암모니아와 이산화탄소를 생성하는 반응에 관계하는 효소로서, 통상적으로 판매 및/또는 합성할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는다.
The urease is an enzyme involved in the reaction of hydrolyzing an urea to produce ammonia and carbon dioxide, and is not particularly limited as long as it can be commercially sold and / or synthesized.

본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 액정공중합체는 블록 공중합체일 수 있으며, 만약, 상기 액정공중합체가 블록 공중합체이면 액정과 물 계면에서 층(layer)을 만들 수 있는 장점이 있다.
According to another embodiment of the present invention, the liquid crystal copolymer may be a block copolymer, and if the liquid crystal copolymer is a block copolymer, a layer may be formed at the interface between the liquid crystal and the water .

본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 센서부(103)에 요소 결합 시, 액정부(102)의 액정단량체의 배향변화에 따른 복굴절 변화를 측정하여, 요소를 정성 분석하였다.According to another embodiment of the present invention, the birefringence change according to the orientation change of the liquid crystal monomer in the liquid portion 102 is measured at the time of element coupling to the sensor portion 103, and the element is qualitatively analyzed.

도 8에서 확인되는 바와 같이, 상기 정성분석은 생리학적 조건인 pH 7에서 편광현미경 측정 시 밝은 이미지를 나타내고, 생리학적 조건인 pH 7보다 높은 pH인 pH 10에서는 편광현미경 측정 시 어두운 이미지를 나타내었다.
As can be seen from FIG. 8, the qualitative analysis showed a bright image at the measurement of the polarizing microscope at pH 7, which is a physiological condition, and a dark image at the measurement of the polarization microscope at pH 10, which is higher than the physiological condition, pH 7 .

또한, 상기 정성분석은 통상적으로 바이오센서를 사용하는 조건이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 pH 6 ~ 8에서 수행할 수 있다.
In addition, the qualitative analysis is not particularly limited as long as the biosensor is used, but it is preferably performed at pH 6 to 8.

한편, 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 요소 센서는 요소를 포함하는 수용액을 포함하는 본체부; 상기 수용액의 유입을 위한 유입부; 및 상기 수용액의 배출을 위한 배출부;를 더 포함할 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, an element sensor of the present invention includes: a body portion including an aqueous solution containing an element; An inlet for introducing the aqueous solution; And a discharge unit for discharging the aqueous solution.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 요소 센서의 단면도이며, 이를 참고하여 설명하면, 유리기판(204) 일면의 중앙에 기재부(101), 액정부(102) 및 센서부(103)가 순차적으로 적층되어 있고, 상기 센서부(103)에 이격 대향되도록 상대기판(205)을 배치시키고, 그 사이에 실리콘 고무(206)로 고정시킨다. 그리고 유기기판(204)과 상대기판(205) 사이의 공간에 요소를 함유하는 수용액을 포함하는 본체부(201)가 형성되며, 상기 본체부 수용액의 조성을 변경시킬 수 있도록 실리콘 고무(206) 측단에 구비된 유입부 및 배출부(202, 203)가 있다.
2 is a cross-sectional view of an element sensor according to another preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a substrate part 101, a liquid part 102, and a sensor part 103 And the counterpart substrate 205 is disposed so as to be spaced apart from the sensor section 103 and fixed with the silicone rubber 206 therebetween. A body 201 including an aqueous solution containing an element is formed in a space between the organic substrate 204 and the counter substrate 205. The body 201 is formed on the side of the silicone rubber 206 so as to change the composition of the body aqueous solution There are provided an inlet portion and an outlet portion 202, 203, respectively.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.

[[ 실시예Example ]]

준비예Preparation Example . 액정 공중합체의 합성. Synthesis of liquid crystal copolymer

준비예Preparation Example 1: 중합체 합성 1: polymer synthesis

19.380 ㎎(0.0641 mmol)의 S-메톡시카르보닐페닐메틸 디티오벤조에이트(s-methoxycarbonylphenylmethyl dithiobenzoate) 및 5.469 ㎎(0.0192 mmol)의 2,2'-아조비시소부티로니트릴(2,2'-azobisisobutyronitrile; AIBN)을 디메틸포름아마이드 1.5 ㎖에 넣고 밀폐된 플라스크에서 혼합한 후, 펌프를 사용하여 플라스크에 형성된 가스를 제거하였다. 이후 상기 플라스크에 1.456 ㎖(10 mmol)의 터트-부틸 아크릴레이트(Tert-butyl acrylate; Aldrich사 제품, 98%) 및 1.463 ㎖의 DMF(Aldrich사 제품)의 혼합액을 주입하고, 상기 플라스크를 70 ℃ 오일 배스(bath)에서 18.5시간 동안 정치하였다.19.380 mg (0.0641 mmol) of s-methoxycarbonylphenylmethyl dithiobenzoate and 5.469 mg (0.0192 mmol) of 2,2'-azobisisobutyronitrile (2,2'- azobisisobutyronitrile (AIBN) were placed in 1.5 ml of dimethylformamide, mixed in a closed flask, and then the gas formed in the flask was removed using a pump. Then, a mixed solution of 1.456 ml (10 mmol) of Tert-butyl acrylate (98% by Aldrich) and 1.463 ml of DMF (manufactured by Aldrich) was injected into the flask, And allowed to stand in an oil bath for 18.5 hours.

상기 정치 이후 상기 플라스크에 생성된 반응물을 500 ㎖의 메탄올(Aldrich사 제품)/물 혼합액(1/1, v/v)에 부어 침전시켰다. 이후 침전된 반응물(poly(tBA)-CTA(PtBA-CTA))을 10 ㎖의 THF(Aldrich사 제품)을 이용하여 정제하고, 다시 500 ㎖의 메탄올/물 혼합액(1/1, v/v)에 침전시켜 침전물을 얻었다. 이를 25 ℃에서 12시간 동안 건조하여 0.90g(52%)의 중합체를 수득하였다. 상기 중합체(PtBA)의 중합과정은 하기 반응식 1에 나타내었다.After the standing, the reaction product formed in the flask was poured into 500 ml of methanol (manufactured by Aldrich) / water mixture (1/1, v / v) to precipitate. Then, the precipitated reaction product (poly (tBA) -CTA (PtBA-CTA)) was purified by using 10 ml of THF (Aldrich), 500 ml of a methanol / water mixture (1/1, v / v) To obtain a precipitate. This was dried at 25 < 0 > C for 12 hours to give 0.90 g (52%) of polymer. The polymerization process of the polymer (PtBA) is shown in the following reaction formula (1).

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112014032230942-pat00013
Figure 112014032230942-pat00013

상기 중합체의 수평균 분자량(Mn)은 2.65 ×104이고, 중량평균 분자량/수평균 분자량(Mw/Mn)은 1.21이었다.
The polymer had a number average molecular weight (Mn) of 2.65 x 10 4 , and a weight average molecular weight / number average molecular weight (Mw / Mn) of 1.21.

준비예Preparation Example 2: 액정 공중합체 전구체 제조 2: Preparation of liquid crystal copolymer precursor

0.688 ㎎(0.0042 mmol)의 2,2'-아조비시소부티로니트릴(2,2'-azobisisobutyronitrile; AIBN), 83.85 ㎎(0.20 mmol)의 4-시아노바이페닐-4- 옥시언데실아크릴레이트(4-cyanobiphenyl-4-oxyundecylacrylate; LC11) 및 상기 준비예 1에서 수득한 중합체 110.9 ㎎(0.0042 mmol)을 밀폐된 플라스크에 넣고, 혼합하였다. 이후 펌프를 이용하여 상기 플라스크에 형성된 가스를 제거하고, DMF(0.32 ㎖)을 플라스크에 첨가하고, 상기 플라스크를 70 ℃ 오일 챔버에서 40시간 동안 정치하였다. 이후 상기 플라스크에 생성된 반응물은 500 ㎖의 메탄올/물 혼합액(1/1, v/v)을 첨가하여 침전시키고, 침전된 침전물을 수득하고, 25 ℃에서 12시간 건조하여 125 ㎎(52%)의 액정 공중합체 전구체(PtBA-b-LCP)를 수득하였다. 상기 액정 공중합체 전구체 합성 과정은 하기 반응식 2에 나타냈다.0.868 mg (0.0042 mmol) of 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN) and 83.85 mg (0.20 mmol) of 4-cyanobiphenyl-4-oxyndecyl acrylate 4-cyanobiphenyl-4-oxyundecylacrylate; LC11) and 110.9 mg (0.0042 mmol) of the polymer obtained in Preparation Example 1 were placed in a sealed flask and mixed. Subsequently, the gas formed in the flask was removed using a pump, DMF (0.32 ml) was added to the flask, and the flask was left to stand in a 70 占 폚 oil chamber for 40 hours. Then, the reaction product formed in the flask was precipitated by adding 500 ml of a methanol / water mixture (1/1, v / v), and precipitated precipitate was obtained. After drying at 25 ° C for 12 hours, 125 mg (52% Of a liquid crystal copolymer precursor (PtBA-b-LCP). The process for synthesizing the liquid crystal copolymer precursor is shown in the following Reaction Scheme 2.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112014032230942-pat00014
Figure 112014032230942-pat00014

(상기 반응식 2에서

Figure 112014032230942-pat00015
이다.)(Reaction Scheme 2)
Figure 112014032230942-pat00015
to be.)

상기 액정 공중합체 전구체의 수평균 분자량(Mn)은 3.27 ×104이고, 중량평균 분자량/수평균 분자량(Mw/Mn)은 1.27이었다.
The liquid crystal copolymer precursor had a number average molecular weight (Mn) of 3.27 x 10 4 and a weight average molecular weight / number average molecular weight (Mw / Mn) of 1.27.

준비예Preparation Example 3: 액정 공중합체 제조 3: Preparation of liquid crystal copolymer

상기 준비예 2 단계에서 수득한 액정 공중합체 전구체 0.1 g 및 트리플로로아세틱 엑시드(trifluoroacetic acid; TFA, Aldrich사 제품, 99 %) 1 ㎖를 디클로로메탄(dichloromethane; DCM, Aldrich사 제품) 5.0 ㎖에 녹이고, 25 ℃에서 24시간 동안 교반하여 반응시켰다. 이후 500 ㎖의 에틸 에테르(ethyl ether)를 첨가하여 침전물을 얻었고, 상기 침전물을 25 ℃에서 24시간 동안 진공건조하여 액정 공중합체를 제조하였다. 상기 액정 공중합체 제조과정은 하기 반응식 3에 나타내었다.0.1 g of the liquid crystal copolymer precursor obtained in Step 2 of Preparation Example and 1 ml of trifluoroacetic acid (TFA, manufactured by Aldrich, 99%) were dissolved in 5.0 ml of dichloromethane (DCM, manufactured by Aldrich) , And the mixture was reacted by stirring at 25 DEG C for 24 hours. Then 500 ml of ethyl ether was added A precipitate was obtained, and the precipitate was vacuum-dried at 25 캜 for 24 hours to prepare a liquid crystal copolymer. The process for preparing the liquid crystal copolymer is shown in the following reaction formula (3).

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure 112014032230942-pat00016
Figure 112014032230942-pat00016

(상기 반응식 3에서

Figure 112014032230942-pat00017
이다.)(Reaction Scheme 3)
Figure 112014032230942-pat00017
to be.)

상기 액정 공중합체의 중량평균 분자량/수평균 분자량(Mw/Mn)은 1.14이었다.
The weight average molecular weight / number average molecular weight (Mw / Mn) of the liquid crystal copolymer was 1.14.

준비예Preparation Example 4: 액정 공중합체 단분자막 제조 4: Production of liquid crystal copolymer monomolecular film

상기 준비예 3에서 제조한 액정 공중합체 2 ㎎을 디옥산(dioxane) 1.2 ㎖ 및 톨루엔(toluene) 0.8 ㎖를 포함하는 용액에 첨가하고, 60 ℃에서 2일 동안 용해하여 최종 농도 1 ㎎/㎖의 용액을 제조하였다. 2 mg of the liquid crystal copolymer prepared in Preparation Example 3 was added to a solution containing 1.2 ml of dioxane and 0.8 ml of toluene and dissolved at 60 ° C for 2 days to give a final concentration of 1 mg / Solution.

Langmuir-Blodgett(LB) KSV Layer builder(핀란드 소재 KSV Instruments Ltd.사 제품, 모델명 AAA100178) 및 KSV minimicro trough에 상기 용액을 도포하여 단분자막을 제조하였다. 상기 단분자막은 17 ㎝ × 5 ㎝(가로 × 세로)로 제작하였고, 상기 단분자막의 표면에서 공기/액체의 표면압은 마이크로 발란스(micro balance)가 달려있는 웰헬미 플라이트(wilhelmy plate)로 측정하였다. The solution was applied to a Langmuir-Blodgett (LB) KSV Layer builder (model AAA100178 from KSV Instruments Ltd., Finland) and a KSV minimicro trough to prepare a monolayer. The monomolecular film was fabricated with 17 cm x 5 cm (width x length), and the surface pressure of the air / liquid on the surface of the monomolecular film was measured with a wilhelmy plate equipped with a micro balance.

KSV Layer builder로 측정하여 상기 공기/액체의 표면압이 0에 도달하였을 때, 상기 용액 100 ㎕를 도포하여, 1시간 정도 정치하여 액정 공중합체 단분자막을 제조하였다. 이후 제조한 액정 공중합체 단분자막을 물에 침지하고, 이후 layer builder 의 barrier가 이동하면서 계면의 monolayer를 압축시키며 35 mN/m의 밀도가 되도록 조절하였다.
When the surface pressure of the air / liquid reached 0 as measured with a KSV Layer builder, 100 μl of the solution was applied and allowed to stand for about 1 hour to prepare a liquid crystal copolymer monolayer. Then, the monomolecular layer of the liquid crystal copolymer was immersed in water, and then the barrier of the layer builder was moved to compress the monolayer at the interface and adjusted to a density of 35 mN / m.

준비예Preparation Example 5 5

요소(urea), N-(3-디메틸아미노프로필)-N-에틸칼보디이미드 하이드로클로라이드(N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride; EDC.HCl), N-하이드록시설포석신이미드 소듐 염(N-hydroxysulfosuccinimide sodium salt; NHS), N-N,디메틸포름아미드(N-N,dimethylformamide; DMF), 아스코르브산(ascorbic acid), 요산(uric acid), 트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid; TFA, 99%), 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane; OTS), 메탄올(methanol), 디클로로메탄(dichloromethane; DCM) 및 요소분해효소(urease, type Ⅲ, E.C. 3.5.1.5, 질량평균분자량 4.8×105 g/mol)는 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)사에서 구매하여 사용하였다. 또한, 4-시아노-4-펜틸바이페닐(4-cyano-4-pentylbiphenyl; 5CB, 100%)는 TCI사(일본 소재)에서 구매하여 사용하였다.
(Urea), N- (3-dimethylaminopropyl) -N-ethyl carbodiimide hydrochloride (EDC.HCl), N-hydroxysuccinimide hydrochloride N-hydroxysulfosuccinimide sodium salt (NN), dimethylformamide (NN), ascorbic acid, uric acid, trifluoroacetic acid (TFA, 99% ), Octadecyltrichlorosilane (OTS), methanol, dichloromethane (DCM) and urease, type III, EC 3.5.1.5, mass average molecular weight 4.8 × 10 5 g / mol ) Were purchased from Sigma-Aldrich. Further, 4-cyano-4-pentylbiphenyl (5CB, 100%) was purchased from TCI (Japan) and used.

실시예Example 1. 요소측정용 바이오센서 제조 1. Biosensor manufacturing for element measurement

실시예Example 1-1:  1-1: 기재부The substrate portion 제조 Produce

12 ㎜ × 8 ㎜(가로 × 세로) 크기의 슬라이드 글래스(Slide glass, 독일 Duran group 제품)를 피라나 용액(piranha solution, H2SO4 및 H2O2을 7:3 부피비로 혼합된 혼합액)으로 세척하고 증류수로 추가 세척 후 질소로 건조시켰다. 톨루엔 150 ㎖에 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, 이하 OTS) 150 ㎕를 첨가하여 혼합액을 제조한 후, 상기 슬라이드 글래스를 혼합액으로 코팅하고, 50 ℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 상기 OTS가 코팅된 글래스를 순차적으로 톨루엔, 아세톤, 에탄올 및 탈이온수를 이용하여 세척한 후 질소 하에서 건조시켜, 기재부(OTS가 코팅된 글래스)를 제조하였다.
(Piranha solution, mixed solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 in a volume ratio of 7: 3) of a slide glass (Slide glass, manufactured by Duran group, Germany) having a size of 12 mm × 8 mm , Further washed with distilled water and dried with nitrogen. 150 μl of octadecyltrichlorosilane (hereinafter, OTS) was added to 150 ml of toluene to prepare a mixed solution. The slide glass was coated with a mixed solution and reacted at 50 ° C for 1 hour. The OTS-coated glass was sequentially washed with toluene, acetone, ethanol and deionized water, and then dried under nitrogen to prepare a substrate (OTS-coated glass).

실시예Example 1-2:  1-2: 액정부[0043] 제조 Produce

상기 실시예 1-1에서 제조한 기재부를 일반 글래스 위에 배치하고 에폭시 접착제로 접착하였다. The base material prepared in Example 1-1 was placed on an ordinary glass and bonded with an epoxy adhesive.

구리 그리드(grid)는 구멍의 폭은 285 ㎛, 구멍 간격은 340 ㎛, 바의 두께는 55 ㎛, 그리드 사이즈는 3.05 ㎜이고, 그리드 두께 18 ㎛의 Ted Pella사 제품을 사용하였다.The copper grid used was a product of Ted Pella having a hole width of 285 μm, a hole spacing of 340 μm, a bar thickness of 55 μm, a grid size of 3.05 mm, and a grid thickness of 18 μm.

상기 구리 그리드는 아세틱 엑시드, 에탄올 및 아세톤로 세척한 후 상기 기재부 위에 놓고, 상기 구리 그리드에 1㎕의 4-시아노-4'-펜틸바이페닐(4-cyano-4'-pentylbiphenyl, 이하 5CB)을 떨어뜨린 후 모세관으로 상기 구리 그리드에 들어가지 않은 5CB를 제거하였다.
The copper grid was washed with acetic acid, ethanol and acetone, and then placed on the substrate. To the copper grid, 1 μl of 4-cyano-4'-pentylbiphenyl 5CB) was dropped, and 5CB which did not enter the copper grid was removed with a capillary.

실시예Example 1-3:  1-3: 센서부The sensor unit 제조 Produce

준비예 4에서 제조한 액정 공중합체 단분자막을 상기 실시예 1-2에서 제조한 액정부의 구리 그리드 위에 올려놓았다. 이후 2㎜ 두께의 실리콘 스페이서(spacer)(80 ㎜ × 30 ㎜, 가로 × 세로)를 일반 글라스 양 끝단에 놓고 상기 실리콘 스페이서 상부에 상대 기판을 올려놓고, 상기 실리콘 스페이서 사이에 공간이 있는 두 개의 일반 글라스(유리 기판 및 상대 기판)를 클립으로 고정시켰다. 이후 상기 실리콘 스페이서 양단에 용액 주입용 주사 바늘 2개를 찔러넣어 주입구 및 배출구를 만들어 본체부를 완성하였다. 상기 본체부의 단면도는 도면 3에 나타내었다. 본체부의 내부부피는 0.4 ㎖로 제조하였다.
The liquid crystal copolymer monomolecular film prepared in Preparation Example 4 was placed on a copper grid of the liquid crystal portion prepared in Example 1-2. Thereafter, a 2 mm thick silicon spacer (80 mm x 30 mm, width x length) was placed on both ends of the ordinary glass, and the counter substrate was placed on top of the silicon spacer. The glass (glass substrate and counter substrate) was fixed with a clip. Then, two injection needles for solution injection were inserted into both ends of the silicon spacer to form an injection port and an exhaust port, thereby completing the body part. A sectional view of the main body is shown in Fig. The internal volume of the body was 0.4 ml.

이후 상기 액정 공중합체 단분자막에 요소분해효소(urease)를 고정하여 센서부를 제조하였다.Then, the urease was fixed to the liquid crystal copolymer monolayer to prepare a sensor unit.

0.4M의 N-(3-디메틸아미노프로필)-N-에틸칼보디이미드 하이드로클로라이드(N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride; EDC.HCl, Sigma Aldrich사 제품) 및 0.1M의 N-하이드록시설포석신이미드 소듐 솔트(N-hydroxysulfosuccinimide sodium salt; NHS, Sigma Aldrich사 제품)을 상기 본체부의 주입부를 통해 주입하고 4 ℃에서 1시간 동안 정치하였다. 이후 6 ㎖의 요소분해효소 용액을 더 첨가하여 12시간 동안 반응시켜 요소분해효소 및 액정 공중합체를 포함하는 센서부를 제조하였다. 상기 센서부 제조과정은 하기 반응식 4에 나타냈다.(3-dimethylaminopropyl) -N-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC.HCl, manufactured by Sigma Aldrich) and 0.1 M of N- (3-dimethylaminopropyl) -N-ethylcarbodiimide hydrochloride N-hydroxysulfosuccinimide sodium salt (NHS, manufactured by Sigma Aldrich) was injected through the injection part of the body part and allowed to stand at 4 캜 for 1 hour. Then, 6 ml of urease solution was further added and reacted for 12 hours to prepare a sensor portion including urease and liquid crystal copolymer. The process of manufacturing the sensor part is shown in the following reaction formula (4).

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

Figure 112014032230942-pat00018
Figure 112014032230942-pat00018

상기 요소분해효소 용액은 증류수 1000 ㎖에 요소분해효소 0.96 g을 첨가하여 농도 2 μM로 제조하여 사용하였다.
The urease solution was prepared by adding 0.96 g of urease to 1000 ㎖ of distilled water to make a concentration of 2 μM.

실시예Example 2 .  2 .

증류수 1000 ㎖에 요소분해효소 1.92 g을 첨가하여, 농도 4 μmol의 요소분해효소 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 요소측정용 바이오센서를 제조하였다.
A biosensor for urea measurement was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1.92 g of urease was added to 1000 ml of distilled water and 4 탆 ol of urea solution was used.

실시예Example 3.  3.

증류수 1000 ㎖에 요소분해효소 2.88 g을 첨가하여, 농도 6 μmol의 요소분해효소 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 요소측정용 바이오센서를 제조하였다.
A biosensor for urea measurement was prepared in the same manner as in Example 1, except that 2.88 g of urease was added to 1000 ml of distilled water and 6 탆 ol of urea solution was used.

실시예Example 4.  4.

증류수 1000 ㎖에 요소분해효소 5.28 g을 첨가하여, 농도 11 μmol의 요소분해효소 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 요소측정용 바이오센서를 제조하였다.
A biosensor for urea measurement was prepared in the same manner as in Example 1, except that 5.28 g of urease was added to 1000 ml of distilled water and 11 탆 ol of urea solution was used.

실시예Example 5.  5.

증류수 1000 ㎖에 요소분해효소 10.0 g을 첨가하여, 농도 21 μmol의 요소분해효소 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 요소측정용 바이오센서를 제조하였다.
A biosensor for urea measurement was prepared in the same manner as in Example 1 except that 10.0 g of urease was added to 1000 mL of distilled water and a 21 탆 ol urea solution of urea was used.

실시예Example 6.  6.

증류수 1000 ㎖에 요소분해효소 20.1 g을 첨가하여, 농도 42 μmol의 요소분해효소 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 요소측정용 바이오센서를 제조하였다.
A biosensor for urea measurement was prepared in the same manner as in Example 1, except that 20.1 g of urease was added to 1000 ml of distilled water and 42 탆 ol of urea solution was used.

실시예Example 7.  7.

증류수 1000 ㎖에 요소분해효소 30.2 g을 첨가하여, 농도 63 μmol의 요소분해효소 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 요소측정용 바이오센서를 제조하였다.
A biosensor for urea measurement was prepared in the same manner as in Example 1, except that 30.2 g of urease was added to 1000 ml of distilled water and that a urea solution having a concentration of 63 탆 ol was used.

실험예Experimental Example 1.  One. 센서부의The sensor 요소분해효소 고정량 측정 Determination of urea enzyme-fixed amount

실시예 1 내지 7에서 제조한 요소측정용 바이오센서의 센서부의 액정 공중합체 단분자막에 고정된 요소분해효소의 양을 측정하기 위해, 분광광도계(UV-vis spectrometer)를 이용하여 광학 밀도를 측정하였다.Optical density was measured using a spectrophotometer (UV-vis spectrometer) to measure the amount of urease enzyme immobilized on the liquid crystal copolymer monolayer of the sensor part of the biosensor for element measurement prepared in Examples 1 to 7.

구체적으로, 액정공중합체 단위 면적당 고정된 요소분해효소의 밀도는 하기 수학식 1을 이용하여 계산하였다.Specifically, the density of the urease enzyme fixed per unit area of the liquid crystal copolymer was calculated using the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014032230942-pat00019
Figure 112014032230942-pat00019

상기 수학식 1에서 Nurease는 액정공중합체 단위 면적당 포함하는 요소분해효소의 양이고, Cimb는 고정된 요소분해효소의 양이며, Na는 아보가드로수인 6.02×1023이고, A는 액정공중합체의 면적(㎚2)이며, Murease는 사용한 요소분해효소의 분자량인 4.9×105 g/mol이다.In the above formula (1), N urease is the amount of urease contained per unit area of the liquid crystal copolymer, C imb is the amount of fixed urease, Na is the number of Avogadro, 6.02 × 10 23 , A is the amount of urea (㎚ 2 ), and M urease is 4.9 × 10 5 g / mol, the molecular weight of the urease used.

상기 Cimb는 실시예 1 내지 7의 센서부 제조를 위해 요소분해효소 용액의 주입 전과 후의 요소분해효소 용액의 흡광도를 276 ㎚의 파장에서 최대 흡광도를 측정한 후 도면 4에 기재되어 있는 요소분해효소 용액의 검량선을 이용하여 요소분해효소 용액의 주입 전과 후의 농도 변화를 통해 계산하였다. 계산 결과인 Nurease과 Cureas(사용한 요소분해효소 용액의 농도)의 그래프를 도면 5에 나타냈다.
The above C imb indicates the absorbance of the urease solution before and after the injection of the urease solution for the production of the sensor part of Examples 1 to 7 by measuring the maximum absorbance at a wavelength of 276 ㎚, The concentration of the urease solution was calculated using the calibration curve of the solution before and after the injection. A graph of N urease and C ureas (concentration of used urease solution), which is a calculation result, is shown in FIG.

도 5에서 확인되는 바와 같이, 요소분해효소 용액의 농도가 증가할수록 액정공중합체의 단위 면적당 고정된 요소분해효소의 양은 증가하는 것을 알 수 있었다. 그러나, 사용한 요소분해효소 용액의 농도가 21 μM을 초과하는 경우, 사용한 요소분해효소 용액의 농도 대비 고정된 요소분해효소의 양이 증가하지 않아 경제적이지 않은 것을 확인할 수 있었다.
As shown in FIG. 5, it was found that the amount of ureaase fixed per unit area of the liquid crystal copolymer was increased as the concentration of the urease solution was increased. However, when the concentration of the used urease solution was more than 21 M M, the amount of urease was not increased compared with the concentration of the used urease solution, which was not economical.

비교예Comparative Example 1. One.

준비예 4에서 제조한 액정 공중합체 단분자막을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 바이오센서를 제조하였다.
A biosensor was prepared in the same manner as in Example 5, except that the liquid crystal copolymer monomolecular film prepared in Preparation Example 4 was not used.

실시예Example 8.  8.

인산완충식염수(PBS buffer; pH7)에 0.4M의 EDC.HCl 및 0.1M의 NHS을 첨가하고 4 ℃에서 1 시간 동안 정치한 PBS 용액에 요소분해효소 20 μM을 첨가하였다. 이후 로다민 123(Rhodamin 123) 1 ㎎을 첨가하고 25 ℃에서 400 rpm으로 12 시간 동안 교반하여 적색염료로 라벨링한 요소분해효소 용액을 제조하였다. 이후 적색염료로 라벨링한 요소분해효소 용액, 요소분해효소 및 로다민 123의 분광광도계(UV-vis spectrometer)를 이용하여 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 측정 결과는 도면 6에 나타냈다.
0.4 M EDC.HCl and 0.1 M NHS were added to phosphate buffered saline (PBS buffer, pH 7), and 20 μM urease was added to the PBS solution at 4 ° C. for 1 hour. Then, 1 mg of Rhodamin 123 was added and stirred at 25 ° C and 400 rpm for 12 hours to prepare an urease solution labeled with a red dye. Then, the infrared absorption spectrum was measured using a urea enzyme solution labeled with a red dye, urease, and a UV-vis spectrometer of Rhodamine 123. The measurement results are shown in Fig.

도 6에서 확인되는 바와 같이, 로다민 123은 500 ㎚에서 강한 흡광도를 보였으며, 요소분해효소는 276 ㎚에서 강한 흡광도를 보였다. 또한, 적색염료로 라벨링한 요소분해효소(UreaseRhodamin)은 로다민 123과 요소분해효소의 아미드 결합에 의해 요소분해효소의 최대 흡수 피크인 276 ㎚가 263 ㎚로 이동한 것을 확인할 수 있으며, 로다민 123의 최대 흡수 피크인 500 ㎚에서 강한 흡광도를 보여 적색염료로 성공적으로 라벨링된 것을 확인할 수 있었다.
As can be seen in FIG. 6, rhodamine 123 showed strong absorbance at 500 nm, and urease showed strong absorbance at 276 nm. In addition, the urease Rhodamin labeled with red dye showed that the maximum absorption peak of urease, 276 ㎚, was shifted to 263 ㎚ by the amide bond between rhodamine 123 and urease, 123 showed a strong absorbance at 500 nm which is the maximum absorption peak, indicating that it was successfully labeled with a red dye.

이후 상술한 바와 같이 적색염료로 라벨링한 요소분해효소를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 바이오센서를 제조하였다.
Then, a biosensor was prepared in the same manner as in Example 5, except that the urease enzyme labeled with red dye was used as described above.

실험예Experimental Example 2. 요소분해효소 고정화 2. urease immobilization

실시예 8 또는 비교예 1에서 제조한 바이오센서의 형광이미지를 측정하여 고정된 요소분해효소를 확인하였다. Fluorescence images of the biosensor prepared in Example 8 or Comparative Example 1 were measured to confirm immobilized urease.

구체적으로, 형광 현미경(Nikon eclipse, E600p02, japan)을 이용하여 450 ~ 490 ㎚를 조사하여 실시예 8 또는 비교예 1에서 제조한 바이오센서의 형광 이미지를 관측하였다. 관찰 결과인 실시예 8 또는 비교예 1의 바이오센서의 형광 이미지는 도면 7에 나타냈다. 도 7a는 실시예 8의 바이오센서의 형광 이미지이고, 도 7b는 비교예 1의 바이오센서의 형광 이미지이다.
Specifically, fluorescence images of the biosensor prepared in Example 8 or Comparative Example 1 were observed by irradiating 450 to 490 nm using a fluorescence microscope (Nikon eclipse, E600p02, japan). The fluorescence image of the biosensor of Example 8 or Comparative Example 1 as an observation result is shown in FIG. FIG. 7A is a fluorescence image of the biosensor of Embodiment 8, and FIG. 7B is a fluorescence image of the biosensor of Comparative Example 1. FIG.

도 7에서 확인되는 바와 같이, 실시예 8의 바이오센서는 비교예 1의 바이오센서의 검은 이미지와 달리, PAA 사슬을 녹색으로 확인할 수 있었으며, 이로 인해 구리 그리드에 요소분해효소가 고정된 것을 알 수 있었다.
7, unlike the black image of the biosensor of Comparative Example 1, the biosensor of Example 8 was able to confirm the PAA chain in green, which indicated that the urease was immobilized on the copper grid there was.

비교예Comparative Example 2.  2.

요소분해효소 용액을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 동일한 방법으로 바이오센서를 제조하였다.
A biosensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the urease solution was not used.

실험예Experimental Example 3. 요소 검출 3. Element detection

실시예 5 또는 비교예 2에서 제조한 바이오센서의 주입구를 통해 증류수(pH 7), pH 10의 인산완충용액(PBS buffer) 또는 20 mM의 요소를 포함하는 DI water를 유입하고 편광 광학 현미경 이미지를 통해 요소 검출능을 평가하였다.DI water containing distilled water (pH 7), phosphate buffer solution (PBS buffer) of pH 10 or 20 mM urea was flowed through the inlet of the biosensor prepared in Example 5 or Comparative Example 2, and a polarized light microscope image The element detection ability was evaluated.

구체적으로, 편광 광학 현미경 이미지는 편광 광학 현미경(polarized optical microscope; POM, Leitz, ANA-006, Germany)를 이용하여 교차된 편광판(crossed polarizers) 하에서 CCD 카메라(Samwon, STC-TC83USB, Korea)를 사용하여 측정하였다. 관찰한 편광 광학 현미경 이미지는 도면 8에 나타냈다. Specifically, a polarized light microscope image was obtained by using a CCD camera (Samwon, STC-TC83USB, Korea) under crossed polarizers using a polarized optical microscope (POM, Leitz, ANA-006, Germany) Respectively. An observed polarized light microscope image is shown in FIG.

도 8a는 pH 7의 증류수를 실시예 5의 바이오센서에 주입한 이미지이고, 도 8b는 20 mM의 요소 용액을 실시예 5의 바이오센서에 주입한 이미지이고, 도 8c는 pH 10의 인산완충용액을 실시예 5의 바이오센서에 주입한 이미지이고, 도 8d는 비교예 2의 바이오센서에 20 mM의 요소 용액을 주입한 이미지이다.
8A is an image obtained by injecting distilled water of pH 7 into the biosensor of Example 5, FIG. 8B is an image of 20 mM of urea solution injected into the biosensor of Example 5, FIG. 8C is an image of phosphate buffer FIG. 8D is an image obtained by injecting 20 mM urea solution into the biosensor of Comparative Example 2. FIG.

도 8에서 확인되는 바와 같이, (a)에서는 pH 7의 증류수에 의한 액정의 수평배향(Planer)을 확인할 수 있었다. 이로 인해, 통상적인 혈액의 pH인 7에서 수평 배향되는 것을 알 수 있었다.As can be seen from FIG. 8, in (a), the horizontal alignment of the liquid crystal by the distilled water of pH 7 was confirmed. As a result, it was found that the liquid was horizontally aligned at a pH of 7, which is a normal blood.

반면, (c)에서는 pH 10의 인산완충용액에 의해 수직배향을 유지하는 것을 확인할 수 있었는데 이는 효소 반응에 의해 pH가 증가하였기 때문인 것으로 판단된다.On the other hand, in (c), it was confirmed that the vertical orientation was maintained by the phosphate buffer solution of pH 10 because the pH was increased by the enzyme reaction.

또한, 같은 농도의 요소용액을 추가한 (b)와 (d)를 비교하면, 요소분해효소를 고정한 실시예 5의 바이오센서는 요소용액의 주입할 경우, 요소분해효소의 효소 반응에 의해 수직배향이 유지되는 것을 확인할 수 있어 요소 검출에 적합한 것을 알 수 있었다. 그러나, 요소분해효소가 고정되지 않은 비교예 2의 바이오센서는 요소용액을 주입하여도 수평배향으로 수평-수직배향(P-H) 변화를 확인할 수 없어 요소 검출에 적합하지 않은 것을 알 수 있었다.
In comparison of (b) and (d) in which the urea solution of the same concentration was added, the biosensor of Example 5 in which the urease was immobilized had a vertical orientation It can be confirmed that it is suitable for element detection. However, the biosensor of Comparative Example 2, in which the urease was not immobilized, could not confirm the horizontal-vertical orientation (PH) change in the horizontal orientation even when the urea solution was injected.

실험예Experimental Example 4. 요소농도에 따른 검출 민감도 측정 4. Detection sensitivity according to urea concentration

실시예 5에서 제조한 요소측정용 바이오센서의 주입부에 2 mM, 3 mM, 5 mM, 8 mM, 20 mM 또는 80 mM의 요소를 포함하는 DI water를 주입하고 실험예 3과 동일한 방법으로 편광 광학 현미경 이미지를 통해 요소 검출능을 평가하였다. 측정한 편광 광학 현미경 이미지는 도면 9에 나타냈으며, 도 9a는 2 mM 요소 용액을 주입한 것이고, 도 9b는 3 mM 요소 용액을 주입한 것이고, 도 9c는 5 mM 요소 용액을 주입한 것이고, 도 9d는 8 mM 요소 용액을 주입한 것이고, 도 9e는 20 mM 요소 용액을 주입한 것이고, 도 9f는 80 mM 요소 용액을 주입한 것이다.
DI water containing 2 mM, 3 mM, 5 mM, 8 mM, 20 mM or 80 mM of urea was injected into the injection part of the biosensor for element measurement prepared in Example 5, The element detection ability was evaluated through an optical microscope image. 9A is a 2 mM urea solution injected, FIG. 9B is a 3 mM urea solution injected, FIG. 9C is a 5 mM urea solution injected, and FIG. 9d is the injection of 8 mM urea solution, FIG. 9e is injection of 20 mM urea solution, and FIG. 9f is injection of 80 mM urea solution.

도 9에서 확인되는 바와 같이, 초기 수평배향(Planer)은 2 mM 이하의 요소 용액에서는 변화하지 않는 것을 알 수 있었으며, 3 mM 요소 용액을 주입할 경우, 액정이 약간 어두워진 것을 확인할 수 있었다(도 9a 및 도 9b 참조). As can be seen in FIG. 9, the initial horizontal alignment (Planer) was not changed in the urea solution of 2 mM or less, and it was confirmed that when the 3 mM urea solution was injected, the liquid crystal became slightly dark 9a and 9b).

또한, 주입하는 요소 용액의 농도가 5 mM로 증가하였을 때 액정의 수평배향이 수직배향으로 완전히 바뀌는 것을 확인할 수 있었다(도 9c 참조). 이는 5 mM 보다 높은 농도의 요소 용액을 주입할 경우도 동일한 결과인 것을 도 9d 내지 9f에서 확인할 수 있었다. In addition, it was confirmed that when the concentration of the injected urea solution was increased to 5 mM, the horizontal alignment of the liquid crystal completely changed to the vertical alignment (see FIG. 9C). It can be seen from Figs. 9d to 9f that the same result is obtained when the urea solution having a concentration higher than 5 mM is injected.

이로 인해, 본 발명의 요소측정용 바이오센서는 5 mM보다 높은 농도의 요소를 포함하는 시료에서 요소를 측정하기에 적합한 것을 확인할 수 있었다. 이는 통상적으로 요독증(uraemia) 환자를 진단하는 기준인 7 mM보다 낮은 것으로 본 발명의 요소측정용 바이오센서가 요독증 및/또는 신부전증 진단에 적합한 것을 알 수 있었다.
Therefore, it was confirmed that the biosensor for element measurement of the present invention is suitable for measuring the element in a sample containing a concentration higher than 5 mM. Which is lower than 7 mM, which is a standard for diagnosing uraemia patients, indicating that the biosensor of the present invention is suitable for the diagnosis of uremia and / or renal failure.

실험예Experimental Example 5. 혈액 시료를 이용한 요소 검출 5. Element detection using blood samples

실험에 사용된 혈액은 건강한 기부자에 의해 제공되었으며, 상기 혈액의 미생물 활성(microbial activity)을 배제하기 위해 365 ㎚ 파장의 자외선을 15 분 동안 처리하고, 이후 1 시간 이후에 실험에 사용하였다. The blood used in the experiment was provided by a healthy donor. Ultraviolet rays of 365 nm wavelength were treated for 15 minutes and then 1 hour later to exclude the blood microbial activity.

실시예 5의 요소측정용 바이오센서의 주입부에 상술한 바와 같이 처리한 혈액(하기 '정상 혈액'으로 표기함), 상기 혈액에 5 mM의 요소를 첨가한 과요소 혈액 또는 40 mM의 헤모글로빈, 0.2 mM의 아스코르브산 및 5 mM의 요소를 포함하는 DI water를 주입하여 실험예 3과 동일한 방법으로 편광 광학 현미경 이미지를 통해 요소 검출능을 평가하였다. 측정한 편광 광학 현미경 이미지는 도면 10에 나타냈으며, 도 10a는 정상혈액을 주입한 것이고, 도 10b는 과요소 혈액을 주입한 것이고, 도 10c는 헤모글로빈, 아스코르브산(비타민C) 및 요소 혼합용액(40 mM의 헤모글로빈, 0.2 mM의 아스코르브산 및 5 mM의 요소 혼합)을 주입한 것이다.
The blood (hereinafter referred to as "normal blood") treated as described above was added to the injection unit of the biosensor for elemental measurement of Example 5, supernatant blood or 40 mM hemoglobin supplemented with 5 mM urea, 0.2 mM ascorbic acid and 5 mM urea was injected to evaluate the urea detection ability through a polarized light microscope image in the same manner as in Experimental Example 3. [ 10B is a graph showing the result of injection of blood and supernatant. FIG. 10C is a graph showing the results of a fluorescence microscope image obtained by adding hemoglobin, ascorbic acid (vitamin C) and urea mixture solution (FIG. 40 mM hemoglobin, 0.2 mM ascorbic acid, and 5 mM urea).

도 10에서 확인되는 바와 같이, (a)에서는 본 발명의 요소측정용 바이오센서의 최소 검출 농도보다 낮은 요소를 포함하는 정상 혈액에서는 액정의 배향이 변화하지 않는 것을 알 수 있었다. 또한, (b)에서는 본 발명의 요소측정용 바이오센서의 최소 검출 농도인 5 mM의 요소를 포함하여 액정의 배향이 수평배향에서 수직배향으로 변화한 것(P-H 배향 변화)을 확인할 수 있었다.
As can be seen from FIG. 10, in (a), it was found that the orientation of the liquid crystal did not change in the normal blood containing the element lower than the minimum detection concentration of the biosensor for elemental measurement of the present invention. In (b), it was confirmed that the orientation of the liquid crystal was changed from the horizontal orientation to the vertical orientation (change in the PH orientation) including the minimum detection concentration of 5 mM of the biosensor for element measurement of the present invention.

나아가, 혈액은 헤모글로빈(hemoglobin)과 아스코르브산(ascorbric acid; AA)를 포함하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 아스코르브산은 전기 활성을 가져 전기화학적 요소 센서에서 간섭을 유발하고, 이로 인해 P-H 배향 변화를 유발하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 발명의 요소측정용 바이오센서에서 헤모글로빈과 아스코르브산의 P-H 배향 변화 효과를 입증하기 위해 40 mM의 헤모글로빈 및 0.2 mM의 아스코르브산을 포함하는 DI water을 이용하여 실험을 수행하였다. 상기 헤모글로빈 및 아스코르브산의 농도는 혈액에서 포함할 수 있는 최대 농도를 사용하였다. Furthermore, blood is known to contain hemoglobin and ascorbic acid (AA). However, it has been known that ascorbic acid has electro-activity, causing interference in an electrochemical element sensor, thereby causing a P-H orientation change. Therefore, in order to demonstrate the effect of the P-H orientation change of hemoglobin and ascorbic acid in the biosensor for elemental measurement of the present invention, experiments were performed using DI water containing 40 mM hemoglobin and 0.2 mM ascorbic acid. The concentration of hemoglobin and ascorbic acid was the maximum concentration that could be contained in blood.

도 10c에서 확인되는 바와 같이, 이는 과요소 혈액을 주입한 (b)의 결과와 유사한 것으로 액정의 수평배향이 수직배향으로 변화한 것을 알 수 있었다. 이 결과는 본 발명의 요소측정용 바이오센서는 헤모글로빈과 아스코르브산에 의한 전기화학적 간섭이 거의 없는 것을 확인한 것으로, 종래 전기화학적 요소 센서보다 본 발명의 요소측정용 바이오센서가 요소 측정에 보다 적합한 것을 확인한 결과이다.
As can be seen in FIG. 10C, it was found that the horizontal alignment of the liquid crystal changed to the vertical alignment similar to the result of (b) in which the hyperfractionated blood was injected. This result confirms that the biosensor for element measurement of the present invention has substantially no electrochemical interference due to hemoglobin and ascorbic acid. It was confirmed that the biosensor for element measurement of the present invention is more suitable for element measurement than the electrochemical element sensor of the prior art Results.

실험예Experimental Example 6. 바이오센서의 안정성 측정 6. Stability measurement of biosensor

효소를 포함하는 바이오센서는 안정성이 중요 요소이기 때문에, 실시예 5에서 제조한 요소측정용 바이오센서의 안정성을 측정하였다.Since the stability of the biosensor containing the enzyme is an important factor, the stability of the biosensor for elemental measurement prepared in Example 5 was measured.

구체적으로, 실시예 5에서 제조한 요소측정용 바이오센서를 25 ℃ 및 pH 7에서 보관 일자에 따른 평균 그레이스케일 강도를 이미지를 흑백으로 바꾼후 평균 RGB 수치를 측정하였고, 측정 결과를 도면 11에 나타냈다. 75 mesh의 TEM grid cell을 사용하였다.
Specifically, the average gray scale intensity of the element measuring biosensor prepared in Example 5 at 25 ° C and pH 7 was changed to black and white, and the average RGB value was measured. The measurement results are shown in FIG. 11 . A 75 mesh TEM grid cell was used.

도 11에서 확인되는 바와 같이, 10일 동안 평균 그레이스케일 강도의 변화는 없는 것을 알 수 있었으며, 10일 이후 실험예 4와 동일한 방법으로 5 mM의 요소를 포함하는 용액을 주입하여 요소 검출능을 측정한 결과, 보관을 시작한 10일 전과 동일한 결과를 확인할 수 있었다(결과 기재하지 않음).11, it was found that there was no change in the average gray scale intensity for 10 days. After 10 days, a solution containing 5 mM of element was injected in the same manner as in Experimental Example 4 to measure the element detection ability As a result, the results were the same as 10 days before the start of storage (results not shown).

이로 인해, 본 발명의 요소측정용 바이오센서는 높은 안정성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
Thus, it was confirmed that the biosensor for elemental measurement of the present invention exhibits high stability.

실험예Experimental Example 7. 검출 속도 측정 7. Detection speed measurement

요소측정용 바이오센서의 요소 검출 속도 측정을 위해서, 실시예 5에서 제조한 요소측정용 바이오센서의 주입부에 2 mM, 3 mM, 5 mM, 8 mM, 20 mM 또는 80 mM의 요소를 포함하는 DI water를 주입하고 실험예 3과 동일한 방법으로 편광 광학 현미경을 이용하여 바이오센서 액정의 수직배향이 수평배향으로 바뀌는 시간을 측정하였다. In order to measure the element detection rate of the biosensor for element measurement, it was confirmed that the element containing the elements of 2 mM, 3 mM, 5 mM, 8 mM, 20 mM or 80 mM DI water was injected and the time for the vertical orientation of the biosensor liquid crystal to change to the horizontal orientation was measured using a polarized light microscope in the same manner as in Experimental Example 3. [

상기 농도 중 8 mM의 요소를 포함하는 DI water를 주입한 결과를 도면 12에 나타냈으며, 도 12ⅰ는 용액 주입 후 5초 후, 도 12ⅱ는 용액 주입 후 25초 후, 도 12ⅲ는 용액 주입 후 50 초 후, 도 12ⅳ는 용액 주입 후 100 초 후, 도 12ⅴ는 용액 주입 후 200 초 후 및 도 12ⅵ는 용액 주입 후 450 초 후 바이오센서 액정의 편광 광학 현미경 이미지이다.FIG. 12 shows the result of injecting DI water containing 8 mM of the above concentration. FIG. 12 (i) shows the results after 5 seconds, FIG. 12 After 12 seconds, 100 seconds after the injection of the solution, after 120 seconds after the injection of the solution, and after 120 seconds after the injection of the solution, the image of the biosensor liquid crystal was taken by the polarized light microscope.

상술한 바와 같은 다른 농도에서 시간에 따른 평균 그레이스케일 강도는 이미지를 흑백으로 바꾼후 평균 RGB 수치를 측정하였으며, 측정 결과는 도면 13에 나타냈다. 도 13ⅰ는 3 mM의 요소를 포함하는 용액, 도 13ⅱ는 5 mM의 요소를 포함하는 용액, 도 13ⅲ는 8 mM의 요소를 포함하는 용액, 도 13ⅳ는 20 mM의 요소를 포함하는 용액, 도 13ⅴ는 20 mM의 요소를 포함하는 용액, 도 13ⅵ은 80 mM의 요소를 포함하는 용액을 주입한 바이오센서의 결과이다.
The average grayscale intensity over time at different concentrations as described above was measured after changing the image to black and white, and the average RGB value was measured. The measurement results are shown in FIG. Figure 13 (iii) is a solution containing 3 mM urea, Figure 13 (ii) is a solution containing 5 mM urea, Figure 13 (iii) is a solution containing 8 mM urea, Figure 13 Is a result of a biosensor in which a solution containing 20 mM urea is injected, and Fig. 13 vi is a solution containing 80 mM urea.

도 12에서 확인되는 바와 같이, 액정의 수직배향은 요소를 포함하는 용액 주입 후 서서히 바이오센서의 가장자리부터 수평배향으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 용액 주입 5 분 후 바이오센서의 액정 대부분이 수평배향된 것을 확인할 수 있었다.
As can be seen in FIG. 12, it was confirmed that the vertical alignment of the liquid crystal gradually changed from the edge of the biosensor to the horizontal orientation after the solution containing the element was injected. Especially, it was confirmed that most of the liquid crystals of the biosensor were horizontally oriented after 5 minutes of solution injection.

도 13에서 확인되는 바와 같이, 주입한 요소 용액의 농도가 높아질수록 수직배향의 액정이 빠른 속도로 수평배향되는 것을 알 수 있었다. 또한, 사용한 용액의 농도별 포화값의 절반에 이르는 시간(thalf)는 5 mM의 요소 용액은 250초, 8 mM의 요소 용액은 160초, 20 mM의 요소 용액은 63초, 80 mM의 요소 용액은 24 초로 나타났다. 이는 사용한 용액의 요소 농도가 증가할수록 thalf가 감소하는 것은 바이오센서에 고정된 요소분해효소가 요소를 효과적으로 분해한다는 것을 확인한 결과였다.
As can be seen in FIG. 13, it can be seen that as the concentration of the injected urea solution increases, the liquid crystals in the vertical alignment are horizontally aligned at a high speed. In addition, the time (t half ) to half the saturation value of the concentration of the used solution is 250 seconds for 5 mM urea solution, 160 seconds for 8 mM urea solution, 63 seconds for 20 mM urea solution, The solution appeared 24 seconds. The decrease in t half as the urea concentration of the used solution increased was a result of confirming that the urease enzyme immobilized on the biosensor effectively decomposed the urea.

상기 실시예, 비교예 및 실험예를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 요소측정용 바이오센서는 종래 바이오센서들로 측정하기 힘들었던 5 mM 이상의 요소를 검출할 수 있어 요독증 및/또는 신부전증 진단에 적용하기 매우 적합하며, 요소의 검출 여부를 특별한 장비 없이도 즉시 확인할 수 있는 효과를 알 수 있었다.As can be seen from the above Examples, Comparative Examples and Experimental Examples, the biosensor for element measurement of the present invention can detect urea above 5 mM, which was difficult to measure with conventional biosensors, It is very suitable to apply, and the effect of detecting element can be confirmed immediately without special equipment.

또한, 본 발명의 요소측정용 바이오센서는 요소를 센서가 인식한 이후에 요소 인식 전 상태로 즉각적이고 간단하게 초기화(pH 7의 증류수 주입)할 수 있어 요소측정용 바이오센서의 재사용을 용이하게 할 수 있는 장점을 확인할 수 있었다.
In addition, the biosensor for element measurement of the present invention can instantaneously and simply initialize (inject the distilled water at pH 7) into the pre-element recognition state after the element is recognized by the sensor, thereby facilitating the reuse of the biosensor for element measurement I was able to confirm the merit.

100: 요소측정용 바이오센서 101: 기재부 102 :액정부
102: 센서부 201: 본체부 202: 유입부
203: 배출부 204: 유리기판 205: 상대기판
206: 실리콘 고무
100: Biosensor for element measurement 101: Base material part 102: Liquid part
102: sensor part 201: main body part 202: inflow part
203: discharging portion 204: glass substrate 205:
206: Silicone rubber

Claims (14)

하기 화학식 1로 표시되는 액정공중합체; 및 요소분해효소(urease)를 포함하고,
상기 액정공중합체와 요소분해효소는 공유결합되어 있으며,
하기 수학식 1로 표시되는 액정공중합체 단위 면적당 포함하는 요소분해효소의 양이 10 ~ 20이고,
요소 농도가 5 mM ~ 7 mM 로 포함하는 시료 중에서 요소 검출이 가능한 것을 특징으로 하는 요소측정용 바이오센서;
[화학식 1]
Figure 112015041093535-pat00020

상기 화학식 1에서 n은 1 ~ 2000의 정수이고, m은 1 ~ 2000의 정수이며, P는 1 ~ 50인 정수이고, R1 은 -COOR5, -C(CH3)2Ph 또는 -CH(CH3)Ph이고, R5 는 수소원자, 탄소수 1 ~ 6인 직쇄형 알킬기 또는 탄소수 3 ~ 6인 분쇄형 알킬기이고, R2는 탄소수 6 ~ 10인 방향족 탄화수소이고, R3
Figure 112015041093535-pat00021
또는
Figure 112015041093535-pat00022
이고, A는 탄소수 1 ~ 3인 알킬기이고, R4 는 -CN 또는 -R6-CN 이고, R6 은 탄소수 1 ~ 6인 직쇄형 알킬기, 탄소수 3 ~ 6인 분쇄형 알킬기, 탄소수 5 ~ 6인 사이클릭 알킬기 또는 탄소수 6 ~ 10인 방향족 탄화수소이다.
[수학식 1]
Figure 112015041093535-pat00037

상기 수학식 1에서 Nurease는 액정공중합체 단위 면적당 포함하는 요소분해효소의 양이고, Cimb는 고정된 요소분해효소의 양이며, Na는 아보가드로수인 6.02×1023이고, A는 액정공중합체의 면적(㎚2)이며, Murease는 요소분해효소의 분자량인 4.8×105 ~ 5.5×105(g/mol)의 정수이다.
A liquid crystal copolymer represented by the following formula (1); And an urease,
The liquid crystal copolymer and the urease are covalently bonded,
The amount of urease to be contained per unit area of the liquid crystal copolymer represented by the following formula (1) is 10 to 20,
A biosensor for element measurement, characterized by being able to detect an element in a sample containing an urea concentration of 5 mM to 7 mM;
[Chemical Formula 1]
Figure 112015041093535-pat00020

Wherein n is an integer of 1 to 2000, m is an integer of 1 to 2000, P is an integer of 1 to 50, R 1 is -COOR 5 , -C (CH 3 ) 2 Ph or -CH CH 3) Ph, and, R 5 is a hydrogen atom, a straight alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or having from 3 to 6 grinding alkyl group, R 2 is is a 6 to 10 carbon atoms in an aromatic hydrocarbon, R 3
Figure 112015041093535-pat00021
or
Figure 112015041093535-pat00022
R is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, R 4 is -CN or -R 6 -CN, R 6 is a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, An aromatic cyclic alkyl group or an aromatic hydrocarbon having 6 to 10 carbon atoms.
[Equation 1]
Figure 112015041093535-pat00037

In the above formula (1), N urease is the amount of urease contained per unit area of the liquid crystal copolymer, C imb is the amount of fixed urease, Na is the number of Avogadro, 6.02 × 10 23 , A is the amount of urea (Nm 2 ), and M urease is an integer of 4.8 × 10 5 to 5.5 × 10 5 (g / mol), which is the molecular weight of urease.
제1항에 있어서, 상기 액정공중합체는 블록공중합체인 것을 특징으로 하는 요소측정용 바이오센서.The biosensor for elemental measurement according to claim 1, wherein the liquid crystal copolymer is a block copolymer. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 요소측정용 바이오센서는
소수성 물질층을 포함하는 기재부;
상기 기재부의 상부에 액정단량체를 포함하는 액정부; 및
상기 액정부 상부에 상기 액정공중합체 및 요소분해효소를 포함하는 센서부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요소측정용 바이오센서.
The biosensor according to claim 1,
A substrate portion including a hydrophobic material layer;
A liquid portion including a liquid crystal monomer on an upper portion of the substrate portion; And
A sensor part including the liquid crystal copolymer and urease on the liquid part;
Further comprising a biosensor for measuring an element.
제4항에 있어서, 상기 소수성 물질층은 옥타에실디메틸(3-트리메톡시실리프로필)암모늄클로라이드(octadecyldimethyl(3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride, DMOAP) 및 옥타데실트리크로로실란(octadecyltrichlorosilanem, OTS)로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 요소측정용 바이오센서.5. The method of claim 4, wherein the hydrophobic material layer is formed from octadecyldimethyl (3-trimethoxysilylpropyl) ammonium chloride (DMOAP) and octadecyltrichlorosilanem (OTS) Wherein the biosensor comprises at least one member selected from the group consisting of: 제4항에 있어서, 상기 액정단량체는 사이클로헥산-플로리나이트 바이페닐과 플루리나이트 터페닐의 혼합액(cyclohexane-fluorinated biphenyls 와 fluorinated terphenyls의 혼합액; TL205), 4-옥실-4'-시아노바이페닐(4-n-octyl-4'-cyano-biphenyl, 8CB), 및 4-시아노-4'-펜틸바이페닐(4-cyano-4'-pentylbiphenyl, 5CB)로 이루어진 군 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 요소측정용 바이오센서.The method of claim 4, wherein the liquid crystal monomer is cyclohexane-Flory nitro-biphenyl and flat Metalurgs nitro emitter mixture of phenyl (cyclohexane-fluorinated biphenyls and a mixture of fluorinated terphenyls; TL 2 0 5) , 4- cyano-4'-oxyl At least one group selected from the group consisting of 4-n-octyl-4'-cyano-biphenyl (8CB) and 4-cyano-4'-pentylbiphenyl And a biosensor for measuring an element. 제4항에 있어서, 상기 요소측정용 바이오센서는
요소 측정용 시료를 첨가하는 본체부;
상기 요소 측정용 시료의 유입을 위한 유입부; 및
상기 요소 측정용 시료의 배출을 위한 배출부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요소측정용 바이오센서.
5. The biosensor according to claim 4, wherein the element measuring biosensor
A main body portion to which a sample for element measurement is added;
An inlet for introducing the sample for elemental measurement; And
A discharging portion for discharging the sample for element measurement;
Further comprising a biosensor for measuring an element.
제4항에 있어서, 상기 센서부에 요소 결합 시, 액정부의 액정단량체의 배향변화에 따른 복굴절 변화를 측정하여, 요소를 정성 분석하고,
상기 정성분석은 생리학적 조건인 pH 7보다 낮은 pH에서는 편광현미경 측정 시 밝은 이미지를 나타내고, 생리학적 조건인 pH 7보다 높은 pH에서는 편광현미경 측정 시 어두운 이미지를 나타내는 경향을 분석하여 수행하는 것을 특징으로 하는 요소측정용 바이오센서.
5. The liquid crystal display device according to claim 4, wherein, when the element is coupled to the sensor unit, the birefringence change according to the orientation change of the liquid crystal monomer in the liquid crystal unit is measured,
The qualitative analysis is performed by analyzing a tendency of showing a bright image when a polarizing microscope is measured at a pH lower than a pH 7 which is a physiological condition and a tendency of showing a dark image at the time of measuring a polarizing microscope at a pH higher than a pH 7 which is a physiological condition Biosensor for element measurement.
제8항에 있어서, 상기 정성분석은 pH 6 ~ 8에서 수행되는 것을 특징으로 하는 요소측정용 바이오센서. 9. The biosensor for element measurement according to claim 8, wherein the qualitative analysis is performed at a pH of 6-8. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 액정공중합체는 단분자막 형태인 것을 특징으로 하는 요소측정용 바이오센서.The biosensor for element measurement according to claim 1, wherein the liquid crystal copolymer is in the form of a monomolecular film. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020140040053A 2014-04-03 2014-04-03 Biosensor for urea measurement KR101552041B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140040053A KR101552041B1 (en) 2014-04-03 2014-04-03 Biosensor for urea measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140040053A KR101552041B1 (en) 2014-04-03 2014-04-03 Biosensor for urea measurement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101552041B1 true KR101552041B1 (en) 2015-09-21

Family

ID=54247898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140040053A KR101552041B1 (en) 2014-04-03 2014-04-03 Biosensor for urea measurement

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101552041B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017126759A1 (en) * 2016-01-18 2017-07-27 한림대학교 산학협력단 Portable urea sensor module using insoluble urease immobilization porous support
KR20210120627A (en) 2020-03-27 2021-10-07 한림대학교 산학협력단 High-efficiency immobilized porous membrane for enzyme fixation and portable urea biosensor based on the same for use in flow conditions

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sensors and Actuators B: Chemical 193, 770-773 (2013. 12. 18. 공개)*

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017126759A1 (en) * 2016-01-18 2017-07-27 한림대학교 산학협력단 Portable urea sensor module using insoluble urease immobilization porous support
KR20170097800A (en) * 2016-01-18 2017-08-29 한림대학교 산학협력단 Portable Urea Sensor Module Using Urease-immobilized Insoluble Porous Support
KR101871781B1 (en) * 2016-01-18 2018-07-31 한림대학교 산학협력단 Portable Urea Sensor Module Using Urease-immobilized Insoluble Porous Support
KR20210120627A (en) 2020-03-27 2021-10-07 한림대학교 산학협력단 High-efficiency immobilized porous membrane for enzyme fixation and portable urea biosensor based on the same for use in flow conditions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ansari et al. Molecularly imprinted polymers for capturing and sensing proteins: Current progress and future implications
JP5476638B2 (en) Optical determination of glucose using boronic acid adduct-II (Bronic Acid Addacts-II)
Hendrickson et al. Bioresponsive hydrogels for sensing applications
Du et al. Hydrogel-based optical ion sensors: Principles and challenges for point-of-care testing and environmental monitoring
JP5209424B2 (en) Quencher precursor composition
KR100663713B1 (en) Novel colorimetric sensor using polydiacetylene supramolecule
Li et al. Development of boronic acid grafted random copolymer sensing fluid for continuous glucose monitoring
JP2004536279A5 (en)
Khan et al. Liquid crystal-based glucose biosensor functionalized with mixed PAA and QP4VP brushes
Sahin et al. Highly sensitive and reusable mercury (II) sensor based on fluorescence quenching of pyrene moiety in polyacrylamide-based cryogel
Williams et al. Glutathione-S-transferase fusion protein nanosensor
Wang et al. Recyclable DNA-derived polymeric sensor: ultrasensitive detection of Hg (II) ions modulated by morphological changes
D'Agata et al. A new ultralow fouling surface for the analysis of human plasma samples with surface plasmon resonance
Zhao et al. Highly efficient ratiometric extracellular oxygen sensors through physical incorporation of a conjugated polymer and PtTFPP in graft copolymers
Qian et al. Distinguishing commercial beers using a solution-based sensor array derived from nanoscale polydiacetylene vesicles
Dehghani et al. Neutral pH monosaccharide receptor based on boronic acid decorated poly (2-hydroxyethyl methacrylate): Spectral Methods for determination of glucose-binding and ionization constants
Dolak et al. A novel lanthanide-chelate based molecularly imprinted cryogel for purification of hemoglobin from blood serum: An alternative method for thalassemia diagnosis
El-Sharif et al. Application of thymine-based nucleobase-modified acrylamide as a functional co-monomer in electropolymerised thin-film molecularly imprinted polymer (MIP) for selective protein (haemoglobin) binding
Sharrett et al. Exploring the use of APTS as a fluorescent reporter dye for continuous glucose sensing
Lee et al. Transition-metal dichalcogenide artificial antibodies with multivalent polymeric recognition phases for rapid detection and inactivation of pathogens
KR101552041B1 (en) Biosensor for urea measurement
ES2336948T3 (en) SENSOR.
KR101494542B1 (en) Gloucose sensor
US8389290B2 (en) Biosensor device for sensing amphipathic analytes
KR101782949B1 (en) Liquid crystal-based glucose biosensor functionalized with mixed PAA and QP4VP brushes

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180822

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190827

Year of fee payment: 5