KR101613779B1 - Localized surface plasmon resonance sensor with plasmonic probe functionalized by graphene oxide, method for preparing the same, and method and apparatus for detecting aromatic volatile organic compounds using the same - Google Patents

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KR101613779B1 KR1020140023316A KR20140023316A KR101613779B1 KR 101613779 B1 KR101613779 B1 KR 101613779B1 KR 1020140023316 A KR1020140023316 A KR 1020140023316A KR 20140023316 A KR20140023316 A KR 20140023316A KR 101613779 B1 KR101613779 B1 KR 101613779B1
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Abstract

플라즈모닉 탐침체인 금속 나노 입자를 그래핀 산화물로 기능화 시켜 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서를 제조하고, 이를 방향족 휘발성 유기화합물의 검출에 이용한다. 이에 따라, 친화도가 낮은 방향족 휘발성 유기 화합물과 금속 나노 입자 탐침체간 파이-파이 상호 작용(pi-pi stacking)을 통해 결합력을 높일 수 있다. 또한, 암시야 현미경을 이용하여 단일 플라즈모닉 탐침체의 LSPR 특성 변화를 관찰함으로써 방향족 휘발성 유기 화합물을 높은 재현성과 민감도로 감지할 수 있다. 또한, 종래와 달리 기판 제작 단계를 간소화 할 수 있고, 단위 입자 수준에서의 분석을 통해 분석에 사용되는 샘플의 부피를 현저히 감소시킴으로써, 소량의 실제 시료를 간단하게 분석할 수 있다. Localized surface plasmon resonance (LSPR) sensors are fabricated by functionalizing the plasmonic probe metal nanoparticles with graphene oxide, which is used for the detection of aromatic volatile organic compounds. Accordingly, the binding force can be increased through pi-pi stacking between the aromatic volatile organic compound having a low affinity and the metal nanoparticle probe. In addition, by observing changes in the LSPR characteristics of a single plasmonic turbidimetry using a darkfield microscope, aromatic volatile organic compounds can be detected with high reproducibility and sensitivity. In addition, unlike the prior art, it is possible to simplify the manufacturing steps of the substrate, and by analyzing at the unit particle level, the volume of the sample used in the analysis is significantly reduced, so that a small amount of actual sample can be simply analyzed.

Description

그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체를 가지는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서와 그 제조 방법 및 해당 센서를 이용한 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 방법 및 장치{Localized surface plasmon resonance sensor with plasmonic probe functionalized by graphene oxide, method for preparing the same, and method and apparatus for detecting aromatic volatile organic compounds using the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a local surface plasmon resonance (LSPR) sensor having a plasmonic probe functionalized with graphene oxide, a method for producing the same, and a method and apparatus for detecting an aromatic volatile organic compound using the sensor , method for preparing the same, and method and apparatus for detecting aromatic volatile organic compounds using the same}

본 명세서는 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉(Plasmonic) 탐침체를 가지는 국부적 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance: LSPR) 센서와 그 제조 방법, 및 해당 센서를 이용한 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a localized surface plasmon resonance (LSPR) sensor having a plasmonic probe functionalized with graphene oxide, a method for producing the same, and an aromatic volatile organic compound detection system using the sensor .

일반적으로, 나노미터 (nm) 크기(예컨대, 100nm 이하)의 금속 나노 입자는 외부에서 입사되는 특정한 주파수(파장)의 빛에 의하여 나노입자 전도대에 있는 전자들의 집단적인 진동(collective oscillation)이 일어나 전기 쌍극자 특성을 띠게 된다. 그 결과, 금속 나노입자는 해당 주파수(파장) 영역의 빛을 강하게 흡수 및 산란을 하는데, 이를 국부적 표면 플라즈몬 공명(Localized Surface Plasmon Resonance: 이하, LSPR이라고 표시할 수 있다)이라고 한다. Generally, metal nanoparticles of nanometer (nm) size (for example, 100 nm or less) are collectively oscillated by electrons in the nanoparticle conduction band due to light of a specific frequency (wavelength) Dipole characteristics. As a result, the metal nanoparticles strongly absorb and scatter light in the corresponding frequency (wavelength) region, which is referred to as Localized Surface Plasmon Resonance (hereinafter, referred to as LSPR).

금속 나노입자의 외부 입사광에 대한 흡광도(extinction)특성, 즉 흡수 및 산란 밴드의 세기나 주파수(파장) 등은, 금속 나노입자의 종류, 크기, 모양에 따라 결정되는 특성을 가지고 있다. 뿐만 아니라, 흡수 및 산란 파장은 금속 나노입자의 외부환경, 즉 금속 나노입자 표면에 존재하는 주변 물질의 굴절률 변화에 크게 영향을 받는데, 이러한 성질을 이용하여 생체분자 및 화학물질을 검출하는 바이오, 화학 센서 분야 등에 널리 응용되고 있다.The extinction characteristics of metal nanoparticles with respect to external incident light, that is, the intensity and frequency (wavelength) of absorption and scattering band are determined depending on the type, size and shape of the metal nanoparticles. In addition, the absorption and scattering wavelengths are greatly influenced by the change in the refractive index of the surrounding environment of the metal nanoparticles, that is, the surface of the metal nanoparticles. By using such properties, biomolecules and chemicals Sensor field and so on.

 금속 나노입자의 LSPR에 의한 산란과 흡수는 프리즘이나 회절격자와 같은 복잡한 광학적 장비 없이 단순 투과분광학적 방법에 의하여 측정이 가능하다. 또한, 금속 나노 입자의 LSPR은 온도에 민감하지 않으며, 검출 속도가 빠르고, 비표지(label-free) 방식에 의하여 검출이 이루어지며, 물질의 환경 변화를 광학적인 방법으로 관찰할 수 있다는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 단일 나노입자를 관찰할 수 있기 때문에 높은 민감도를 가지며, 다양한 모양, 크기, 조성을 가지는 나노입자를 통해 LSPR 특성을 조절할 수 있기 때문에 LSPR 센서를 디자인함에 있어 유연성을 가진다. The scattering and absorption by LSPR of metal nanoparticles can be measured by simple transmission spectroscopy without complex optical equipment such as prisms or diffraction gratings. In addition, the LSPR of metal nanoparticles is not sensitive to temperature, has a high detection speed, is detectable by a label-free method, and has an advantage of observing environmental changes of a material by an optical method . In addition, the ability to observe single nanoparticles allows flexibility in the design of LSPR sensors because of their high sensitivity and ability to control LSPR characteristics through nanoparticles of various shapes, sizes, and compositions.

 한편, 방향족 휘발성 유기 화합물(Aromatic Volatile Organic Compounds)은 상온에서 매우 높은 증기압을 가지는 유기물질 중 벤젠고리를 가지고 있는 액체 또는 기체상 유기화합물의 총칭이다. 이들은 끓는점이 낮아 대기 중으로 쉽게 증발되며, 액체연료, 파라핀, 건축재료, 세탁용제, 페인트, 살충제 등 생활 주변에서 흔히 사용되는 물질이다. On the other hand, Aromatic Volatile Organic Compounds are a generic term for liquid or gaseous organic compounds having a benzene ring among organic substances having a very high vapor pressure at room temperature. They are easily evaporated into the atmosphere due to their low boiling point and are commonly used in the living environment, such as liquid fuels, paraffin, building materials, laundry solvents, paints, pesticides.

대표적인 방향족 휘발성 유기 화합물로는 톨루엔(Toluene)을 비롯하여 벤젠(Benzene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), 자일렌(Xylene), 스타이렌(Styrene) 등이 있다. 이러한 방향족 휘발성 유기 화합물은 주로 호흡 및 피부를 통해 인체에 흡수되며 급성중독일 경우 호흡곤란, 무기력, 두통, 구토 등을 초래하며, 만성중독일 경우 혈액장애, 빈혈 등을 일으킬 수 있다. 이러한 위험성 때문에 생활 전반에서 두루 사용되고 있는 방향족 휘발성 유기 화합물을 탐지 및 관찰할 수 있는 기술 개발이 매우 중요하다. 이러한 기술들 중 하나가 금속 나노입자의 LSPR 특성을 이용한 검출 방법이다.Representative aromatic volatile organic compounds include toluene, benzene, ethylbenzene, xylene, styrene, and the like. These aromatic volatile organic compounds are mainly absorbed by the human body through respiration and skin, and it can cause dyspnea, lethargy, headache, vomiting, etc. in acute middle-aged Germany, and hematological disorders, anemia etc. in chronic Germany. Because of these risks, it is very important to develop technologies that can detect and observe aromatic volatile organic compounds that are widely used throughout life. One of these techniques is the detection method using the LSPR characteristics of metal nanoparticles.

기존의 LSPR을 이용한 방향성 휘발성 유기화합물의 검출의 예로 비특허문헌 1이 있다. 해당 문헌에서는 여러 종류의 금속 나노입자의 표면에 방향족 휘발성 유기화합물을 무작위적으로 흡착(absortion)시킨 뒤 LSPR 센서를 이용하여 검출하는 방식이다.Non-Patent Document 1 is an example of detection of a directional volatile organic compound using a conventional LSPR. In this document, aromatic volatile organic compounds are randomly adsorbed on the surface of various types of metal nanoparticles and then detected using an LSPR sensor.

그러나, 본 발명자들의 연구 결과에 따르면, 상기 기술의 경우 물질을 검출하기 위해서 여러 종류의 나노입자, 특히 나노 쉘과 같은 복잡한 구조를 갖는 입자의 합성 및 많은 수의 기판 제작이 선행되어야 하는 불편함이 있다. 뿐만 아니라, 고농도의 샘플과 플라즈모닉 탐침체 간의 무작위적 흡착(absorption)으로 인해 낮은 재현성과 민감도를 보이며, 단일 입자 측정에 기반하고 있지 않기 때문에 측정하고자 하는 샘플의 부피가 많이 필요하다는 단점을 가지고 있다. However, according to the research results of the present inventors, in the case of the above-mentioned technology, it is inconvenient to synthesize various types of nanoparticles, especially nanoparticles having a complex structure, and to manufacture a large number of substrates in order to detect a substance have. In addition, it exhibits low reproducibility and sensitivity due to random adsorption between a high concentration sample and a plasmonic turbidimetry, and it is disadvantageous in that it requires a large volume of sample to be measured since it is not based on single particle measurement .

따라서, 복잡한 나노구조체의 합성 및 많은 수의 기판 제작이 필요하지 않으면서도, 금속 나노입자와 방향족 휘발성 유기화합물 간의 결합력은 높으며, 소량의 시료에서도 검출이 가능한 방향족 휘발성 유기화합물 검출 시스템의 개발이 요구된다.
Accordingly, there is a need to develop an aromatic volatile organic compound detection system capable of detecting a small amount of a sample even though a complex nano structure is synthesized and a large number of substrates are not required, and the binding force between the metal nanoparticles and the aromatic volatile organic compound is high .

A vapor sensor array using multiple localized surface plasmon resonance bands in a single UV-vis spectrum K.-J. Chen, et al., Talanta (2010), 81, 1670-1675A vapor sensor array using multiple localized surface plasmon resonance bands in a single UV-vis spectrum K.-J. Chen, et al., Talanta (2010), 81, 1670-1675

본 발명의 구현예들은, 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 국부적 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 방향족 휘발성 유기 화합물을 높은 민감도를 가지고 간단하게 검출할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다. Embodiments of the present invention are to solve the above-mentioned problems and provide a system that can easily detect an aromatic volatile organic compound with high sensitivity using local surface plasmon resonance phenomenon.

구체적으로, 플라즈모닉 탐침체인 금속 나노 입자를 그래핀 산화물로 기능화시키는 기술을 제공함으로써 금속 나노 입자 탐침체와 방향족 휘발성 유기 화합물간의 화학적 결합(pi-pi stacking)을 이용하여 금속 나노 입자 탐침체와 방향족 휘발성 유기 화합물간의 친화력을 높이고, 단일 입자 수준에서의 측정을 통해 분석에 사용되는 시료의 부피를 현저히 줄이면서, 신호의 민감도와 재현성을 높일 수 있으며 제조 과정이 매우 간단한, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체를 가지는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서와 그 제조 방법 및 해당 센서를 이용한 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
Specifically, by providing a technique of functionalizing metal nanoparticles as plasmonic probes with graphene oxide, it is possible to form metal nanoparticles by the chemical bonding (pi-pi stacking) between the metal nanoparticle probe and the aromatic volatile organic compound, It is possible to increase the affinity between volatile organic compounds and to increase the sensitivity and reproducibility of the signal while significantly reducing the volume of the sample used for the analysis by measuring at a single particle level, A local surface plasmon resonance (LSPR) sensor having a monstrous stagnation, a manufacturing method thereof, and a method and apparatus for detecting an aromatic volatile organic compound using the sensor.

본 발명의 구현예들에서는, 일측면에서, 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서로서, 금속 나노 입자에 그래핀 산화물이 결합되어 기능화된 플라즈모닉 탐침체를 포함하는 것을 특징으로 하는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서를 제공한다. In embodiments of the present invention, in one aspect, a local surface plasmon resonance (LSPR) sensor is provided that includes a plasmonic probe that is functionalized by binding of graphene oxide to metal nanoparticles. LSPR) sensor.

예시적 구현예에서, 상기 금속 나노 입자는 양전하를 띄는 것이고, 상기 그래핀 산화물은 음전하를 띄는 것이며, 정전기적 인력(electrostatic interaction)에 의하여 금속 나노 입자와 그래핀 산화물이 결합된 것이다.In an exemplary embodiment, the metal nanoparticles are positively charged, the graphene oxide is negatively charged, and the metal nanoparticles are coupled to the graphene oxide by electrostatic interaction.

예시적인 구현예에서, 상기 금속 나노 입자 크기는 10-100nm이고, 바람직하게는 20-80nm이다. In an exemplary embodiment, the metal nanoparticle size is 10-100 nm, preferably 20-80 nm.

예시적인 구현예에서, 상기 그래핀 산화물 크기는 200nm 이하이다. In an exemplary embodiment, the graphene oxide size is 200 nm or less.

예시적인 구현예에서, 상기 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서는 기판 상에 금속 나노 입자가 고정된 것이고, 상기 금속 나노 입자에 그래핀 산화물이 결합된 것이다.In an exemplary embodiment, the local surface plasmon resonance (LSPR) sensor is one in which metal nanoparticles are immobilized on a substrate, and the metal nanoparticles are bound to graphene oxide.

예시적인 구현예에서, 상기 기판은 표면 처리된 유리 기판이다.In an exemplary embodiment, the substrate is a surface treated glass substrate.

예시적인 구현예에서, 상기 금속은 Au, Ag, Pt, Pd 또는 Cu에서 선택되는 하나 이상이다.In an exemplary embodiment, the metal is at least one selected from Au, Ag, Pt, Pd or Cu.

예시적인 구현예에서, 상기 상기 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출에 사용된다.In an exemplary embodiment, the local surface plasmon resonance (LSPR) sensor is used to detect aromatic volatile organic compounds.

본 발명의 구현예들에서는, 다른 일측면에서, 금속 나노 입자에 그래핀 산화물을 결합하여 기능화하는 단계를 포함하는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서 제조 방법을 제공한다.In embodiments of the present invention, in another aspect, there is provided a method of manufacturing a local surface plasmon resonance (LSPR) sensor comprising bonding and functionalizing graphene oxide to metal nanoparticles.

예시적인 구현예에서, 상기 제조 방법은, 기판 상에 금속 나노 입자를 고정화하는 단계; 및 고정화된 금속 나노 입자 상에 그래핀 산화물을 결합하는 단계;를 포함한다. In an exemplary embodiment, the method comprises: immobilizing metal nanoparticles on a substrate; And bonding graphene oxide onto the immobilized metal nanoparticles.

예시적인 구현예에서, 상기 제조 방법은, 양전하를 띄는 금속 나노 입자를 합성하는 단계; 및 음전하를 띄는 그래핀 산화물을 합성하는 단계;를 더 포함한다.In an exemplary embodiment, the method comprises: synthesizing positively charged metal nanoparticles; And synthesizing a graphene oxide having a negative charge.

예시적인 구현예에서, 상기 제조 방법은, 양전하를 띄는 10-100 nm 크기의 금속 나노 입자를 합성하는 단계; 음전하를 띄는 200 nm 이하의 크기의 그래핀 산화물을 합성하는 단계; 표면 처리된 유리 기판 상에 합성된 금속 나노 입자를 고정화시키는 단계; 및 유기 기판 위에 고정화된 금속 나노 입자에 그래핀 산화물을 결합시키는 단계;를 포함한다.In an exemplary embodiment, the method comprises: synthesizing positively charged metal nanoparticles of 10-100 nm in size; Synthesizing a graphene oxide having a size of 200 nm or less with a negative charge; Immobilizing the synthesized metal nanoparticles on the surface-treated glass substrate; And bonding the graphene oxide to the metal nanoparticles immobilized on the organic substrate.

본 발명의 구현예들에서는, 또 다른 일측면에서, 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치로서, 상기 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서를 포함하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치를 제공한다.In an embodiment of the present invention, in another aspect, there is provided an apparatus for detecting aromatic volatile organic compounds, comprising: a local surface plasmon resonance (LSPR) sensor;

예시적인 구현예에서, 그래핀 산화물로 기능화된 금속 나노 입자는 방향족 휘발성 유기 화합물과 화학적 결합(pi-pi stacking)될 수 있다.In an exemplary embodiment, the metal nanoparticles functionalized with graphene oxide may be pi-pi stacked with an aromatic volatile organic compound.

본 발명의 구현예들에서는, 또 다른 일측면에서, 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치의 제조 방법으로서, 상기 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서 제조 방법을 포함하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치의 제조 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing an aromatic volatile organic compound detection apparatus comprising the above-described method of manufacturing a local surface plasmon resonance (LSPR) sensor do.

본 발명의 구현예들에서는, 또 다른 일측면에서, 상기 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서를 이용한 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 방법을 제공한다.In embodiments of the present invention, in another aspect, there is provided a method for detecting aromatic volatile organic compounds using the local surface plasmon resonance (LSPR) sensor.

예시적인 구현예에서, 상기 검출 방법은, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호 변화의 측정을 통해 방향족 휘발성 유기 화합물을 검출한다. In an exemplary embodiment, the detection method detects an aromatic volatile organic compound through measurement of a Rayleigh scattering signal change of a plasmonic droplet functionalized with graphene oxide.

예시적인 구현예에서, 상기 검출 방법은, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체의 표면에 검출하고자 하는 방향족 휘발성 유기 화합물을 노출시키는 단계; 방향족 휘발성 유기 화합물의 노출 전과 후 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호를 측정하는 단계; 및 측정된 신호에서 레일리-산란 스펙트럼의 파장 변화를 통해 방향족 휘발성 유기 화합물을 검출하는 단계;를 포함한다. In an exemplary embodiment, the method comprises exposing an aromatic volatile organic compound to be detected to a surface of a plasmonic droplet functionalized with graphene oxide; Measuring a Rayleigh scattering signal of the plasmonic droplet before and after exposure of the aromatic volatile organic compound; And detecting the aromatic volatile organic compound through the wavelength change of the Rayleigh scattering spectrum in the measured signal.

예시적인 구현예에서, 상기 검출 방법은, 방향족 휘발성 유기 화합물의 노출 전과 후 암시야 현미경을 사용하여 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호를 측정한다.
In an exemplary embodiment, the detection method measures the Rayleigh scattering signal of the plasmonic droplet using a dark-field microscope both before and after exposure of the aromatic volatile organic compound.

본 발명의 구현예들에서는, 플라즈모닉 탐침체인 금속 나노 입자를 그래핀 산화물로 기능화 시킴으로써, 친화도가 낮은 방향족 휘발성 유기화합물과 금속 나노 입자 탐침체간 결합력을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 단일 플라즈모닉 탐침체의 LSPR 특성 변화 관찰을 함으로써 방향족 휘발성 유기화합물을 민감하게 감지할 수 있다. 또한, 기판 제작 단계 간소화와 분석 시 사용되는 분석물의 부피를 현저히 감소시킴으로써, 소량의 실제 시료를 간단하게 분석할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다. 이를 통해 주변에 존재하는 유해한 방향족 휘발성 유기화합물을 효과적으로 탐지할 수 있다.In embodiments of the present invention, functionalization of the metal nanoparticles as plasmonic probes with graphene oxide can greatly enhance the binding force between the aromatic volatile organic compound having a low affinity and the metal nanoparticle probe. In addition, it is possible to sensitively detect aromatic volatile organic compounds by observing changes in LSPR characteristics of a single plasmonic turbidimetric system. Further, by simplifying the substrate manufacturing process and significantly reducing the volume of the analyte used in the analysis, it is possible to provide a system that can easily analyze a small amount of actual sample. This makes it possible to effectively detect harmful aromatic volatile organic compounds present in the surroundings.

본 발명의 구현예들에 따른 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체는, 그래핀 산화물의 전기적, 광학적 성질 및 생체 적합성 등을 활용하여, 분자단위의 화학적, 생물학적 물질 및 환경 오염물질 검출에 이용되는 바이오센서 분야 전반에 다양한 방식으로 응용될 수 있다.
Plasmonic precipitates functionalized with graphene oxide according to embodiments of the present invention are utilized for the detection of chemical, biological, and environmental contaminants in molecular units, utilizing the electrical, optical properties, and biocompatibility of graphene oxides Can be applied in various ways throughout the biosensor field.

도 1은 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 방향족 휘발성 유기화합물 검출을 위한 LSPR 센서 시스템 개념을 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용된 플라즈모닉 탐침체로 사용한 금 나노입자의 주사전자현미경(TEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 그래핀 산화물의 주사전자현미경(TEM) 사진(도 3a)과 라만 신호이다(도 3b).
도 4는 본 발명의 실시예에서 사용된 금속 나노입자(GNP)와 그래핀 산화물(GO)의 제타 전위 결과이다.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예에 있어서 단일 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호 변화를 나타낸 대표적인 그래프로, 도 5a는 그래핀 산화물로 기능화 되지 않은 플라즈모닉 탐침체(비교예)에 톨루엔을 노출시킨 뒤 각 단계별로 측정한 결과이며, 도 5b는 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체(실시예)에 톨루엔을 노출시킨 뒤 측정한 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예에 있어서 5개의 개별적인 플라즈모닉 탐침체의 톨루엔 처리 전 후 레일리-산란 신호 변화의 평균값이다.
1 is a schematic diagram illustrating the concept of an LSPR sensor system for the detection of aromatic volatile organic compounds according to exemplary embodiments of the present invention.
2 is a scanning electron microscope (TEM) photograph of gold nanoparticles used as a plasmonic probe used in an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a scanning electron microscope (TEM) photograph (Figure 3a) and Raman signal of the graphene oxide used in an embodiment of the present invention (Figure 3b).
Fig. 4 shows the zeta potential results of the metal nanoparticles (GNP) and the graphene oxide (GO) used in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a variation of a Rayleigh scattering signal of a single plasmonic sample in the comparative example and the example of the present invention. FIG. 5 (a) is a graph showing the change of the Rayleigh- And FIG. 5B shows the results of measurement after exposing toluene to the plasmonic test piece (example) functionalized with graphene oxide.
Figure 6 is an average value of the Rayleigh-scattering signal changes after the toluene treatment of the five individual plasmonic turbidites in the comparative examples and the examples of the present invention.

이하 본 발명의 구현예들을 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

본 명세서에서 기능화란 플라즈모닉 탐침체로 사용되는 금속 나노 입자 표면에 그래핀 산화물이 결합하는 것을 의미한다. Functionalization in this specification means that graphene oxide binds to the surface of metal nanoparticles used as a plasmonic probe.

본 발명의 구현예들에서는, 일 측면에서, 금속 나노 입자에 그래핀 산화물을 결합하여 기능화된 플라즈모닉 탐침체를 포함하는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서를 제공한다. Embodiments of the present invention, in one aspect, provide a local surface plasmon resonance (LSPR) sensor comprising a plasmonic probe functionalized by binding graphene oxide to metal nanoparticles.

국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서의 플라즈모닉 탐침체인 금속 나노 입자를 그래핀 산화물로 기능화 시키는 방식을 통해, 친화도가 낮은 방향족 휘발성 유기화합물과 금속 나노 입자 탐침체간 친화력(결합력)을 크게 높일 수 있다. 이에 따라서 신호의 민감도와 재현성을 크게 향상할 수 있다.The affinity (cohesion) between a low affinity aromatic volatile organic compound and a metal nanoparticle probe can be greatly increased through the functionalization of metal nanoparticles, which are plasmonic probes of a local surface plasmon resonance (LSPR) sensor, with graphene oxide . Accordingly, the sensitivity and reproducibility of the signal can be greatly improved.

도 1은 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 방향족 휘발성 유기화합물 검출을 위한 LSPR 센서 시스템 개념을 설명하는 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating the concept of an LSPR sensor system for the detection of aromatic volatile organic compounds according to exemplary embodiments of the present invention.

기판 예컨대 표면 처리된 유리 기판 위에 양전하를 띄는 금속 나노 입자(플라즈모닉 탐침체)를 고정시킨 뒤, 음전하를 띄는 그래핀 산화물을 정전기적 인력(electrostatic interaction)을 이용하여 해당 탐침체의 표면에 결합(부착)시켜 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체를 형성한다. After a metal nanoparticle (a plasmonic tampon) with a positive charge is fixed on a substrate, for example, a surface-treated glass substrate, a negative charge of graphene oxide is bonded to the surface of the tamping body by electrostatic interaction To form a plasmonic turbine functionalized with graphene oxide.

그래핀 산화물로 표면이 기능화 되지 않은 플라즈모닉 탐침체는 방향족 휘발성 유기화합물과 친화력이 약한 것에 비하여, 그래핀 산화물로 표면이 기능화된 금속 나노입자의 경우 방향족 휘발성 유기화합물과 화학적 결합인 파이-파이 상호작용(pi-pi stacking)이 가능하며, 이를 통해 검출 물질인 방향족 유기 화합물과 탐침체의 결합력이 높아진 것을 확인할 수 있다. 또한, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호의 변화는 그래핀 산화물로 기능화 되지 않은 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 변화보다 크게 된다.In the case of metal nanoparticles whose surface is functionalized with graphene oxide, the plasmonic tamping material whose surface is not functionalized with graphene oxide has a weak affinity with an aromatic volatile organic compound, whereas in the case of metal nanoparticles functionalized with graphene oxide, (Pi-pi stacking) can be performed, and it can be confirmed that the binding force between the aromatic organic compound and the probe is increased. In addition, the change in the Rayleigh scattering signal of the plasmonic droplet functionalized with graphene oxide is greater than the Rayleigh scattering change of the plasmonic droplet not functionalized with graphene oxide.

예시적인 구현예에서, 상기 금속 나노 입자 크기는 제한되지 않지만 10-100nm이고, 바람직하게는 20-80nm이다. 10nm 미만의 경우 광학적 측정 장비인 암시야 현미경을 통한 측정이 어렵다. 이러한 측면에서 10nm 이상이 바람직하고, 20nm 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 100nm 이하의 금속 나노 입자에서 LSPR 현상이 일어날 수 있다. 또한 80nm 이하의 크기가 암시야 현미경에서의 측정이 용이하므로, 80nm 이하가 바람직하다. In an exemplary embodiment, the metal nanoparticle size is not limited, but is 10-100 nm, preferably 20-80 nm. In the case of less than 10 nm, it is difficult to measure with an optical microscope, which is an optical measuring instrument. In this respect, the thickness is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more. On the other hand, LSPR phenomenon can occur in metal nanoparticles of 100 nm or less. Further, since the size of 80 nm or less is easy to measure in a dark field microscope, it is preferably 80 nm or less.

또한, 상기 그래핀 산화물 크기는 200nm 이하이고, 사용에 적절한 크기는 예컨대 20nm 이상 200nm 이하이다. The size of the graphene oxide is 200 nm or less, and the size suitable for use is, for example, 20 nm or more and 200 nm or less.

상기 금속은 특별히 제한되지 않지만, Au, Ag, Pt, Pd 또는 Cu에서 선택되는 하나 이상이며, 특히 Au일 수 있다.The metal is not particularly limited, but may be at least one selected from Au, Ag, Pt, Pd or Cu, and may be Au in particular.

본 발명의 구현예들에서는, 다른 일 측면에서, 금속 나노 입자에 그래핀 산화물을 결합하여 기능화하는 단계를 포함하는 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서 제조 방법을 제공한다.In embodiments of the present invention, in another aspect, there is provided a method of manufacturing a local surface plasmon resonance (LSPR) sensor comprising bonding and functionalizing graphene oxide to metal nanoparticles.

예시적인 구현예에서, 상기 제조 방법은, 양전하를 띄는 예컨대 10-100 nm 크기, 바람직하게는 20-80nm의 금속 나노 입자를 합성하는 단계, 음전하를 띄는 200 nm 이하의 크기의 그래핀 산화물을 합성하는 단계, 기판 예컨대 표면 처리된 유리 기판 상에 합성된 금속 나노 입자를 고정화시키는 단계 및 상기 기판 위에 고정화된 금속 나노 입자에 그래핀 산화물을 결합시켜 기능화하는 단계를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the method comprises the steps of synthesizing metal nanoparticles having a positive charge of, for example, 10-100 nm in size, preferably 20-80 nm, synthesizing graphene oxides of sub- , Immobilization of the metal nanoparticles synthesized on the substrate, for example, the surface-treated glass substrate, and functionalization of graphene oxide by bonding the metal nanoparticles immobilized on the substrate to each other.

본 발명의 구현예들에서는, 또 다른 일측면에서, 상기 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서를 포함하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치를 제공한다. In embodiments of the present invention, in another aspect, there is provided an aromatic volatile organic compound detection device comprising the local surface plasmon resonance (LSPR) sensor.

해당 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치는 상기 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서를 방향족 휘발성 유기 화합물에 노출시켜 방향족 휘발성 유기 화합물을 검출한다.The apparatus for detecting an aromatic volatile organic compound detects the aromatic volatile organic compound by exposing the local surface plasmon resonance (LSPR) sensor to an aromatic volatile organic compound.

본 발명의 구현예들에서는, 또 다른 일측면에서, 상기 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서를 이용한 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 방법을 제공한다.In embodiments of the present invention, in another aspect, there is provided a method for detecting aromatic volatile organic compounds using the local surface plasmon resonance (LSPR) sensor.

예시적인 구현예에서, 상기 검출 방법은, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호 변화의 측정을 통해 방향족 휘발성 유기 화합물을 검출할 수 있다.In an exemplary embodiment, the detection method can detect an aromatic volatile organic compound through measurement of a Rayleigh scattering signal change of a plasmonic droplet functionalized with graphene oxide.

상술하면, 플라즈모닉 탐침체, 즉 금속 나노입자의 외부 입사광에 대한 산란 특성은 금속 나노 입자 표면에 존재하는 주변 물질의 굴절률 변화에 크게 영향을 받는다. 본 발명의 구현예들에 있어서 그래핀 산화물로 기능화한 플라즈모닉 탐침체에 검출 물질인 방향족 유기 화합물이 결합함으로써 금속 나노입자 주위의 굴절률이 변화하게 되고, 이에 따른 레일리-산란 신호의 변화를 측정함으로써 방향족 유기 화합물을 검출할 수 있다. In other words, the scattering property of the plasmonic tamping material, that is, the incident light of the metal nanoparticles, is largely influenced by the refractive index change of the surrounding material existing on the surface of the metal nanoparticles. In the embodiments of the present invention, the refractive index of the metal nanoparticles changes due to binding of the aromatic organic compound, which is a detection substance, to the plasmonic sample functionalized with the graphene oxide, and the change of the Rayleigh scattering signal is measured Aromatic organic compounds can be detected.

예시적인 구현예에서, 상기 검출 방법은, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체의 표면에 검출하고자 하는 방향족 휘발성 유기 화합물을 노출시키는 단계, 방향족 휘발성 유기 화합물의 노출 전과 후 예컨대 암시야 현미경을 이용하여 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호를 측정하는 단계, 및 측정된 신호에서 레일리-산란 스펙트럼의 파장 변화를 통해 방향족 휘발성 유기 화합물을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the detection method comprises the steps of exposing an aromatic volatile organic compound to be detected to the surface of a plasmonic droplet functionalized with graphene oxide, before and after exposure of the aromatic volatile organic compound, for example, using a dark field microscope Measuring a Rayleigh scattering signal of the plasmonic droplet, and detecting the aromatic volatile organic compound through a wavelength change of the Rayleigh scattering spectrum in the measured signal.

이와 같이 본 발명의 구현예들에서는 예컨대 암시야 현미경을 이용하여 단일 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호를 측정함으로써 방향족 휘발성 유기화합물을 높은 민감도로 감지할 수 있다. As described above, in the embodiments of the present invention, the aromatic volatile organic compounds can be detected with high sensitivity by measuring the Rayleigh scattering signal of a single plasmonic probe using, for example, a dark field microscope.

또한, 본 발명의 구현예들에서는, 종래와 달리, 여러 개의 기판을 따로 제작할 필요 없이 하나의 기판에서 순차적으로 물질을 첨가하는 방식을 사용함으로서 간단한 기판 제작 및 분석 과정을 제공할 수 있다. 또한, 단위 입자 수준에서의 분석을 통해 분석에 사용되는 샘플의 부피를 현저히 감소시킴으로써, 소량의 실제 시료를 간단하게 분석할 수 있다.
Also, in embodiments of the present invention, it is possible to provide a simple substrate fabrication and analysis process by using a method of sequentially adding a material to a substrate without separately preparing a plurality of substrates. Further, by analyzing at the unit particle level, the volume of the sample used in the analysis is significantly reduced, so that a small amount of actual sample can be simply analyzed.

이하, 실시예 및 실험을 통하여 더욱 상세히 설명하지만, 이하에 기재된 내용에 본 발명이 한정되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Experiments, but the present invention is not limited to the following description.

[실시예][Example]

<양전하를 띄는 금 나노입자의 제조>&Lt; Preparation of gold nanoparticles having positive charge >

증류수 37.5 ml에 60 nm 구형 금 나노입자 용액 12.5 ml를 균일하게 교반시켜 섞어주었다. 다음으로 0.2 M 농도를 가지는 NH3OH·H20 용액 0.281 ml를 혼합용액에 주입하였다. 그리고 1% 농도를 가지는 HAuCl4·3H2O 0.5 ml를 방울 방울(dropwise) 천천히 혼합용액에 넣어준 후 10분간 반응시켰다. 12.5 ml of a 60 nm spherical gold nanoparticle solution was uniformly stirred in 37.5 ml of distilled water. Next, 0.281 ml of a NH 3 OH-H 2 O solution having a concentration of 0.2 M was injected into the mixed solution. Then, 0.5 ml of HAuCl 4 · 3H 2 O having a concentration of 1% was slowly added dropwise slowly to the mixed solution and reacted for 10 minutes.

도 2는 본 발명의 실시예에서 사용된 플라즈모닉 탐침체로 사용한 금 나노입자의 주사전자현미경(TEM) 사진이다. 도 2에서 알 수 있듯이, 해당 금 나노 입자 크기는 평균 80 nm 이다(60nm 구형 금 나노 입자가 성장하여 80nm로 된 것이다).
2 is a scanning electron microscope (TEM) photograph of gold nanoparticles used as a plasmonic probe used in an embodiment of the present invention. As can be seen in FIG. 2, the average size of the gold nanoparticles is 80 nm (60 nm spherical gold nanoparticles grow to 80 nm).

<음전하를 띄는 그래핀 산화물의 제조>&Lt; Preparation of graphene oxide having negative charge >

그래파이트 산화물(Graphite oxide) 0.05g을 황산 50 ml에 넣은 후 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 다음으로 과망간산칼륨(KMnO4) 0.15g을 추가적으로 넣었다. 3시간 동안 반응을 시킨 후 교반을 멈추었다. 상기 과정의 온도는 모두 45℃에서 진행되었다. 0.05 g of graphite oxide was added to 50 ml of sulfuric acid, and the mixture was stirred to be uniformly mixed. Next, 0.15 g of potassium permanganate (KMnO 4 ) was further added. After stirring for 3 hours, stirring was stopped. The temperature of the above process was all 45 ° C.

교반을 멈춘 혼합 용액을 이중 반응기로 옮긴 뒤 실린지를 이용하여 과산화수소수(H202) 100 ml를 20분 동안 천천히 주입하였다. 과산화수소수를 주입한 후 1시간 동안 균일하게 교반시켰다. After stopping the stirring, the mixed solution was transferred to a double reactor, and 100 ml of aqueous hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was slowly injected for 20 minutes using a syringe. Hydrogen peroxide water was injected and stirred uniformly for 1 hour.

상기 과정의 온도는 5℃에서 진행되었다. 교반을 멈춘 후 1시간 동안 추가적으로 초음파처리(Sonication)를 해주었다. The temperature of the process was 5 &lt; 0 &gt; C. Stirring was stopped and additional sonication was performed for 1 hour.

초음파처리 후 원심분리와 세척을 통한 후처리 과정을 진행한 후 증류수에 분산하여 보관하였다. 추가적으로 200 nm 실린지 필터를 이용하여 증류수에 분산되어 있는 그래핀 산화물을 걸렀다. 이 과정을 통해 그래핀 산화물을 200 nm 이하로 줄일 수 있다.       Ultrasonic treatment was followed by centrifugation and washing, followed by dispersion in distilled water. In addition, graphene oxide dispersed in distilled water was passed through a 200 nm syringe filter. Through this process, the graphene oxide can be reduced to 200 nm or less.

도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 그래핀 산화물의 주사전자현미경(TEM) 사진(도 3a)과 라만 신호이다(도 3b). 해당 그래핀 산화물의 크기는 평균 200 nm 이하이다. 라만 신호에서 표시된 D, G 밴드를 통해 그래핀 산화물임을 확인할 수 있다. Figure 3 is a scanning electron microscope (TEM) photograph (Figure 3a) and Raman signal of the graphene oxide used in an embodiment of the present invention (Figure 3b). The size of the graphene oxide is 200 nm or less on average. It can be confirmed that graphene oxide is present through the D and G bands shown in the Raman signal.

도 4는 본 발명의 실시예에서 사용된 금속 나노입자(GNP: gold nano particle)와 그래핀 산화물(GO: graphene oxide)의 제타 전위 결과이다. 플라즈모닉 탐침체로 사용한 금속 나노입자는 양전하를, 그래핀 산화물은 음전하를 나타냄을 알 수 있다.  
FIG. 4 is a graph showing the zeta potential of the gold nanoparticles (GNP) and the graphene oxide (GO) used in the embodiment of the present invention. It can be seen that the metal nanoparticles used in the plasmonic probe exhibit positive charge and the graphen oxide exhibits negative charge.

<그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체의 제조 및 방향족 휘발성 유기화합물의 검출>&Lt; Preparation of plasmonic turbidimetric functionalized with graphene oxide and detection of aromatic volatile organic compounds >

금 나노입자를 유리 슬라이드에 고정화시키기 전에 먼저 유리 기판을 부피대비 5 % 농도의 MPTMS [(3-mercaptopropyl)trimethoxysilane] 용액에 담근다. 2시간 동안의 처리시간을 가진 유리 슬라이드를 꺼내어 에탄올로 씻어낸 후 질소 가스로 건조시켰다. 다음으로 금 나노입자를 고정화시키기 위하여 표면이 개질된 유리 슬라이드에 양전하를 띄는 80 nm의 크기를 가지는 구형 금 나노입자 용액 200 ul를 떨어뜨리고 30초간 처리한 뒤, 증류수를 이용하여 남아있는 금 나노입자 용액을 제거하였다. Before immersing gold nanoparticles in a glass slide, immerse the glass substrate in a solution of MPTMS [(3-mercaptopropyl) trimethoxysilane] at a concentration of 5% by volume. A glass slide with a treatment time of 2 hours was taken out, rinsed with ethanol and dried with nitrogen gas. Next, to immobilize the gold nanoparticles, 200 μl of a spherical gold nanoparticle solution having a positively charged 80 nm size was dropped on a surface-modified glass slide, and the solution was treated for 30 seconds. Then, the remaining gold nanoparticles The solution was removed.

개질된 유리 기판에 고정화 된 80 nm의 크기를 가지는 구형 금 나노입자의 레일리-산란 스펙트럼을 암시야 현미경을 사용하여 측정하였다. The Rayleigh-scattering spectrum of spherical gold nanoparticles having a size of 80 nm immobilized on a modified glass substrate was measured using a dark-field microscope.

동일한 유리 슬라이드에서 금 나노입자가 고정화 된 위치에 음전하를 띄고 200 nm 이하의 크기를 가지는 그래핀 산화물 용액 200 ul를 떨어뜨렸다. 30분간 처리한 뒤, 남아있는 그래핀 산화물 용액을 증류수를 이용하여 깨끗하게 제거한 후, 암시야 현미경을 사용하여 유리 슬라이드에 고정화되어 있는 그래핀 산화물로 기능화된 금 나노입자의 레일리-산란 스펙트럼을 측정하였다. On the same glass slide, 200 μl of a graphene oxide solution having a size of 200 nm or less with a negative charge at a position where gold nanoparticles were immobilized was dropped. After the treatment for 30 minutes, the remaining graphene oxide solution was cleanly removed using distilled water, and then the Rayleigh scattering spectrum of gold nanoparticles functionalized with graphene oxide immobilized on the glass slide was measured using a dark-field microscope .

동일한 유리 기판을 1 mM의 농도를 가지는 톨루엔 용액에 처리한 후, 깨끗하게 씻어내고 건조시켰다. 다음으로, 톨루엔이 결합한 그래핀 산화물로 기능화된 금 나노입자의 레일리-산란 스펙트럼을 암시야 현미경을 사용하여 측정하였다. 측정한 모든 스펙트럼은 정규화(Normalization) 과정을 통해 처리하였다.
The same glass substrate was treated with a toluene solution having a concentration of 1 mM, then cleaned and dried. Next, the Rayleigh-scattering spectrum of gold nanoparticles functionalized with toluene-bound graphene oxide was measured using a dark-field microscope. All measured spectra were processed through a normalization process.

[비교예][Comparative Example]

상기 실시예와 동일하게 유기 기판 상에 금 나노 입자를 준비하되, 음전하를 띄는 그래핀 산화물로 기능화하지 않았다. In the same manner as in the above example, gold nanoparticles were prepared on an organic substrate, but were not functionalized with a negatively charged graphene oxide.

그래핀 산화물로 기능화되지 않은 금 나노 입자가 고정된 유리 기판 상에 1 mM의 농도를 가지는 톨루엔 용액을 처리한 후, 깨끗하게 씻어내고 건조시켰다. 그래핀 산화물로 기능화되지 않은 금 나노입자의 레일리-산란 스펙트럼을 암시야 현미경을 사용하여 측정하였다. 측정한 모든 스펙트럼은 정규화(Normalization) 과정을 통해 처리하였다.
A toluene solution having a concentration of 1 mM was treated on a glass substrate fixed with gold nanoparticles not functionalized with graphene oxide, and then washed and dried. The Rayleigh-scattering spectrum of gold nanoparticles that were not functionalized with graphene oxide was measured using a dark-field microscope. All measured spectra were processed through a normalization process.

도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예에 있어서 단일 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호 변화를 나타낸 대표적인 그래프이다. 5 is a representative graph showing the change of the Rayleigh scattering signal of a single plasmonic probe in the comparative example and the example of the present invention.

도 5a는 그래핀 산화물로 기능화 되지 않은 플라즈모닉 탐침체[비교예: GNP]에 톨루엔을 노출(1hr, 24hr)시킨 뒤 각 단계별로 측정한 결과이며, 도 5b는 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체[실시예: GNP/GO]에 톨루엔을 노출(1hr, 24hr)시킨 뒤 측정한 결과를 나타낸다. 참고로, 도 5a의 붉은 색으로 표시된 GNP는 도 5b에서 GNP에 GO를 처리하는 시간과 같은 시간 동안 방치한 GNP를 의미한다. 5A is a graph showing the results of measurement of each step after exposure (1 hr, 24 hr) of toluene to a plasmonic turbidimetric function (comparative example: GNP) not functionalized with graphene oxide, and FIG. (1 hr, 24 hr) in toluene (Example: GNP / GO). For reference, the GNP indicated in red in FIG. 5A means the GNP left in the same time as the time for processing the GO in the GNP in FIG. 5B.

도 5a의 비교예 경우에 비하여 도 5b의 실시예의 경우 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호가 확연히 변한 것을 확인할 수 있다. In comparison with the comparative example of FIG. 5A, the Rayleigh-scattering signal of the plasmonic turbid body is clearly changed in the embodiment of FIG. 5b.

이와 같이 레일리-산란 신호의 평균 변화를 통해, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호 변화(빨간색)를 확인할 수 있으며, 이를 통해 방향족 유기 화합물(본 실시예의 경우 톨루엔)을 검출할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. As described above, the average change of the Rayleigh scattering signal enables to confirm the Rayleigh scattering signal change (red) of the plasmonic droplet functionalized with graphene oxide, thereby detecting the aromatic organic compound (toluene in this embodiment) Can be done.

도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예에 있어서 5개의 개별적인 플라즈모닉 탐침체의 톨루엔 처리 전 후 레일리-산란 신호 변화의 평균값이다. Figure 6 is an average value of the Rayleigh-scattering signal changes after the toluene treatment of the five individual plasmonic turbidites in the comparative examples and the examples of the present invention.

도 6에서 검은색은 비교예인 그래핀 산화물로 기능화 되지 않은 플라즈모닉 탐침체(Bare GNP)의 레일리-산란 신호의 변화이고, 빨간색은 그래핀 산화물로 기능화된 실시예의 플라즈모닉 탐침체(GNP/GO)의 산란 신호의 변화이다. 톨루엔의 농도는 1 mM이며, 처리시간은 1시간과 24시간이다. 도 6에서도 비교예와 달리 실시예의 경우 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호가 확연히 변한 것을 확인할 수 있다.In FIG. 6, black is a variation of the Rayleigh scattering signal of the plasmonic turbidimetry (Bare GNP) not functioning as a comparative example of graphene oxide and red is the plasmonic turbidity (GNP / GO) of the embodiment functionalized with graphene oxide ). &Lt; / RTI &gt; The concentration of toluene is 1 mM and the treatment time is 1 hour and 24 hours. In FIG. 6, it can be seen that the Rayleigh scattering signal of the plasmonic turbid body is significantly changed in the embodiment unlike the comparative example.

Claims (18)

국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서를 포함하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치로서,
상기 국부적 표면 플라즈몬 공명 (LSPR) 센서는 양전하의 리간드가 존재하는 금속 나노 입자에 음전하를 띠는 그래핀 산화물이 결합되어 기능화된 플라즈모닉 탐침체를 포함하는 것이고,
그래핀 산화물이 결합되어 기능화된 금속 나노 입자는 방향족 휘발성 유기 화합물과 파이-파이 상호 작용 (pi-pi stacking)하는 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치.
1. An aromatic volatile organic compound detection device comprising a local surface plasmon resonance (LSPR) sensor,
The local surface plasmon resonance (LSPR) sensor includes a plasmonic tampon which is functionalized by binding of a negatively charged graphene oxide to a metal nanoparticle having a positively charged ligand,
Wherein the metal nanoparticles functionalized with graphene oxide are pi-pi stacked with the aromatic volatile organic compound.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노 입자 크기는 10-100nm이고, 상기 그래핀 산화물 크기는 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the metal nanoparticle size is 10-100 nm and the graphene oxide size is 200 nm or less.
제 1 항에 있어서,
상기 국부적 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 센서는 기판 상에 금속 나노 입자가 고정된 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the local surface plasmon resonance (LSPR) sensor comprises metal nanoparticles immobilized on a substrate.
제 4 항에 있어서,
상기 기판은 표면 처리된 유리 기판인 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the substrate is a surface-treated glass substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 금속은 Au, Ag, Pt, Pd 또는 Cu에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the metal is at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Pt, Pd, and Cu.
삭제delete 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치의 제조 방법으로서,
양전하의 리간드가 존재하는 금속 나노 입자 표면에 음전하를 띠는 그래핀 산화물을 결합하여 기능화하는 단계를 포함하고,
그래핀 산화물이 결합되어 기능화된 금속 나노 입자는 방향족 휘발성 유기 화합물과 파이-파이 상호 작용 (pi-pi stacking)하는 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치의 제조 방법.
A method for producing an aromatic volatile organic compound detection apparatus,
And binding and functionalizing a graphene oxide having a negative charge on the surface of the metal nanoparticle in which a positively charged ligand is present,
Wherein the metal nanoparticles functionalized with graphene oxide are pi-pi stacked with aromatic volatile organic compounds. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 15. &lt; / RTI &gt;
제 8 항에 있어서,
상기 제조 방법은, 기판 상에 금속 나노 입자를 고정화하는 단계; 및 기판에 고정화된 금속 나노 입자 상에 그래핀 산화물을 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The method comprises: immobilizing metal nanoparticles on a substrate; And bonding the graphene oxide to the metal nanoparticles immobilized on the substrate. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt;
제 9 항에 있어서,
상기 제조 방법은, 양전하를 띄는 금속 나노 입자를 합성하는 단계; 및 음전하를 띄는 그래핀 산화물을 합성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The method comprises: synthesizing positive metal nanoparticles; And synthesizing a graphen oxide having a negative charge on the surface of the substrate.
제 10 항에 있어서,
상기 제조 방법은, 양전하를 띄는 10-100 nm 크기의 금속 나노 입자를 합성하는 단계; 음전하를 띄는 200 nm 이하의 크기의 그래핀 산화물을 합성하는 단계; 표면 처리된 유리 기판 상에 합성된 금속 나노 입자를 고정화시키는 단계; 및 유기 기판 위에 고정화된 금속 나노 입자에 그래핀 산화물을 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The method comprises: synthesizing metal nanoparticles of 10-100 nm in size that are positively charged; Synthesizing a graphene oxide having a size of 200 nm or less with a negative charge; Immobilizing the synthesized metal nanoparticles on the surface-treated glass substrate; And bonding graphene oxide to the metal nanoparticles immobilized on the organic substrate. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt;
삭제delete 삭제delete 삭제delete 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 방법으로서,
제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 장치를 이용하여 방향족 휘발성 유기 화합물을 검출하는 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 방법.
A method for detecting an aromatic volatile organic compound,
A method for detecting an aromatic volatile organic compound, which comprises detecting an aromatic volatile organic compound using the apparatus for detecting an aromatic volatile organic compound according to any one of claims 1 to 6.
제 15 항에 있어서,
상기 검출 방법은, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호 변화의 측정을 통해 방향족 휘발성 유기 화합물을 검출하는 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the detection method detects an aromatic volatile organic compound by measuring a change in a Rayleigh scattering signal of a plasmonic turbidimetric functioned with graphene oxide.
제 16 항에 있어서,
상기 검출 방법은, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 탐침체의 표면에 검출하고자 하는 방향족 휘발성 유기 화합물을 노출시키는 단계; 방향족 휘발성 유기 화합물의 노출 전과 후 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호를 측정하는 단계; 및 레일리-산란 스펙트럼의 파장 변화를 통해 방향족 휘발성 유기 화합물을 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 방법.
17. The method of claim 16,
The detection method comprises: exposing an aromatic volatile organic compound to be detected to a surface of a plasmonic tamping material functionalized with graphene oxide; Measuring a Rayleigh scattering signal of the plasmonic droplet before and after exposure of the aromatic volatile organic compound; And detecting the aromatic volatile organic compound through the wavelength change of the Rayleigh-scattering spectrum.
제 17 항에 있어서,
상기 검출 방법은, 방향족 휘발성 유기 화합물의 노출 전과 후 암시야 현미경을 사용하여 플라즈모닉 탐침체의 레일리-산란 신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 방향족 휘발성 유기 화합물 검출 방법.
18. The method of claim 17,
Wherein the detection method comprises measuring a Rayleigh scattering signal of a plasmonic turbidimetry using a dark field microscope before and after exposure of the aromatic volatile organic compound.
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