KR101927413B1 - 옵토드를 이용한 전해질의 이온 측정 장치 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

옵토드에 일정한 pH환경을 제공할 수 있는 전해질의 이온 측정 장치 및 전해질의 이온 측정 방법을 제공한다.

Description

옵토드를 이용한 전해질의 이온 측정 장치 및 이의 용도{Device for detecting ion of electrolyte using optode and use thereof}
옵토드를 이용한 전해질의 이온 측정 장치 및 이를 이용한 전해질의 이온 측정 방법에 관한 것이다.
전해질 이온의 농도를 측정하는 방법으로, 이온선택 전극법(ion-selective electrode, ISE), 발광광도계(flame emission spectrophotometer, FES), 원자 흡수 광도계(atomic absoptionspectrophotometer, AAS) 등의 방법이 있다. 발광광도계는 방사되는 빛을 측정한 뒤 정량 및 정성 측정하는 방법으로 분석기가 저렴하지만 분석기가 크며, 플레임 가스가 필요하다는 단점이 있다. 최근에는 발광광도계, 원자 흡수 광도계 및 효소법은 측정이 번거로워 일반검사실에는 거의 사용하지 않고 있으며, 이온선택 전극법이 가장 많이 사용되고 있다. 이 방법은 작동 전극(working electrode)과 기준 전극(reference electrode) 사이의 포텐셜 변화를 측정하여 이온의 농도를 측정하는 방법이다. 이온선택 전극법은 다른 방법에 비해 검체의 탁도에 영향을 받지 않아 전혈을 직접 분석할 수 있으며 적은 양의 채혈로도 측정이 가능하므로 환자에게 충격을 주지 않는다. 그러나 유지 관리를 위해 여러 종류의 시약과 전극 및 각종 소모품들을 주기적으로 교체해 사용해야 하므로 번거로움이 많다.
전해질의 양이온의 한 예로, 혈액에 존재하는 나트륨(Na+), 칼륨(K+), 칼슘(Ca2 +), 마그네슘(Mg2 +) 등이 있으며, 전해질의 음이온의 예는 염소(Cl-), 중탄산염(HCO3 -), 황(SO4 2 -) 등이 있다. 혈액 내 전해질의 이온의 양은 항상성에 의해 일정한 농도를 유지하고 있으며, 체내 대사조절 과정과 밀접한 관련이 있다. 따라서 전해질의 이온 농도를 측정함으로써 신장과 내분비 기관의 질환 및 각종 약물에 의한 전해질의 이온 불균형에 대한 진단이 가능하며, 이러한 진단은 전해질의 이온 농도를 교정하는 기준이 될 수 있다.
일 양상은 옵토드를 이용한 시료 중 전해질의 이온 측정 장치를 제공한다.
다른 양상은 상기 전해질의 이온 측정 장치를 이용한 전해질의 이온 측정 방법을 제공한다.
일 양상은 제1 기판에 위치한 옵토드(optode) 및 제1 기판과 서로 바라보는 제2 기판에 위치한 버퍼를 포함하는 전해질의 이온 측정 장치를 제공한다.
본 명세서에 있어서, 용어 "전해질(electrolyte)"은 그 물질을 전기 전도성으로 만들 수 있는 유리 이온을 포함하는 물질을 나타낸다. 전해질의 예는 산, 염기 또는 염을 포함할 수 있다. 용어 "염(salts)"이란 산과 염기의 중화반응으로부터 생성된 이온 화합물(ionic compounds)를 포함한다. 이들은 양이온 및 음이온으로 구성되어 있어 그 산물은 전기적 중성이다. 용융 염(molten salts) 및 물 중 NaCl과 같은 용해된 염을 포함하는 용액은 전해질(electrolytes)이라고 하며, 전기 전도성을 가진다. 산 또는 염기 용액은 pH 3 내지 9일 수 있다. 상기 산은 유기 산 또는 무기 산일 수 있다. 유기 산은 포름산, 아세트산, 젖산, 시트르산, 옥살산 또는 이들의 조합일 수 있다. 무기 산은 염산, 질산, 인산, 황산 붕산 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 염기는 유기 염기 또는 무기 염기일 수 있다. 유기 염기는 피리딘, 메틸아민, 이미다졸, 히스티딘 또는 이들의 조합일 수 있다. 무기 염기는 암모니아, 암모늄 히드록시드, 암모늄 카르보네이트 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 옵토드는 이온을 포함하는 전해질과 반응하여 색깔 변화를 수행하는 인디케이터(indicator) 물질을 포함할 수 있다. 상기 옵토드는 광학적 이온 센서(optical ion sensor)를 포함할 수 있다. 상기 옵토드는 이오노포어 및 크로모이오노포어를 포함할 수 있다. 상기 옵토드는 폴리머, 가소제, 첨가물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 더 포함할 수 있다. 상기 이오노포어는 칼륨 이오노포어 III(BME-44), 소듐 이오노포어 IV, 소듐 이오노포어 V, 소듐 이오노포어 VI, 칼슘 이오노포어 III, 칼슘 이오노포어 IV, 클로라이드 이오노포어 III 또는 니트라이트 이오노포어 I를 포함할 수 있다.
상기 버퍼는 HEPS 버퍼, MES 버퍼, ADA 버퍼, 비트-트리스(bit-tris) 버퍼, 트리스(Tris) 버퍼, 포르메이트 버퍼, 소듐 포스페이트 버퍼, 시트레이트 버퍼, MOPS 버퍼, ACES 버퍼, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 버퍼의 pH는 2 내지 10, 2.5 내지 9.5, 3 내지 9, 3.5 내지 8.5, 4 내지 8, 4.5 내지 7.5, 5 내지 7, 또는 5.5 내지 6.5일 수 있다.
상기 옵토드 및/또는 버퍼는 복수의 옵토드 및/또는 버퍼의 어레이를 포함할 수 있다. 용어 "어레이(array)"는 제1 기판 및/또는 제2 기판에 일정한 간격으로 제작된 옵토드 및/또는 버퍼의 배열 상태를 의미한다. 상기 배열은 옵토드 및/또는 버퍼가 일정하게 배열되어 있는 것, 예를 들면 평행하게 또는 어긋나게 일정하게 배열되어 있는 것일 수 있다.
상기 전해질의 이온 측정 장치는 제1 기판과 제2 기판 사이에 스페이서를 더 포함할 수 있다. 상기 스페이서 간의 길이는 상기 옵토드가 위치한 면적의 폭보다 더 길 수 있다.
상기 전해질의 이온 측정 장치는 유입구를 더 포함할 수 있다. 상기 유입구는 제2 기판에 배치될 수 있다. 상기 전해질의 이온 측정 장치는 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 필터는 제2 기판에 배치될 수 있다.
상기 전해질의 이온 측정 장치는 제1 기판 또는 제2 기판의 표면에 차폐 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 전해질의 이온 측정 장치는 상기 옵토드의 주변에 차폐 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 차폐 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리우레탄, 에폭시, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 폴리에틸렌은 초저밀도 폴리에틸렌(VDLPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 차폐물질은 상기 옵토드가 도포된 후, 그 도포된 옵토드의 주변에 도포될 수 있다. 상기 차폐 물질은 상기 옵토드에 대하여 높은 접촉각을 가질 수 있다. 상기 접촉각은 30 내지 60°, 예를 들면 35 내지 60°, 40 내지 60°, 45 내지 60°, 50 내지 60°, 또는 55 내지 60°일 수 있다.
상기 차폐 물질은 도료를 더 포함할 수 있다. 상기 도료는 소수성 또는 친수성 도료일 수 있다.
제1 기판은 함몰부를 더 포함할 수 있다. 상기 함몰부에 상기 옵토드를 포함할 수 있다. 상기 함몰부는 옵토드의 주변에 형성될 수 있다.
제1 기판은 돌출부를 더 포함할 수 있다. 상기 돌출부는 옵토드의 주변에 형성될 수 있다. 상기 돌출부의 높이는 1 내지 100, 2 내지 90, 4 내지 80, 6 내지 70, 8 내지 60, 10 내지 50, 12 내지 40, 14 내지 20, 또는 15 내지 18 um일 수 있다. 상기 돌출부 물질은 상기 옵토드에 대하여 높은 접촉각을 가질 수 있다. 상기 접촉각은 30 내지 60°, 예를 들면 35 내지 60°, 40 내지 60°, 45 내지 60°, 50 내지 60°, 또는 55 내지 60°일 수 있다. 상기 돌출부 물질은 상기 접촉각을 가지도록 당업자가 적절하게 선택할 수 있다. 상기 돌출부 물질은 차폐 물질일 수 있다.
상기 버퍼는 첨가물(additive)을 더 포함할 수 있다. 상기 첨가물은 소듐 도데실 술페이트 (sodium dodecyl sulfate, SDS), 세틸트리메틸암모늄 브로미드 (Cetyltrimethylmfammonium bromide, CTAB), 소듐 도데실벤젠술페이트 (Sodium dodecylbensenesulfate), 3-[(3-콜아미도프로필)디메틸암모니오]-1-프로판술포네이트 (3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate, Chaps), 3-[(3-콜아미도프로필)디메틸암모니오]-2-히드록시-프로판술포네이트 (3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]-2-hydroxy-1-propanesulfonate, Chapso), Triton X-100 (폴리에틸렌 글리콜 p-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-페닐 에테르), Triton X-405 (폴리에틸렌 글리콜 터트-옥틸페닐 에테르), Triton X-114 (폴리에틸렌 글리콜 p-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-페닐 에테르), 폴리 에틸렌 글리콜 (Poly Ethylene Glycol, PEG), 수크로스, 소르비톨, 글리세롤, 덱스트란, 키토산, 셀룰로오스, 락토스, 자일리톨, 만니톨, 말토스, 이노시톨, 트레할로스, 글루코스, 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrollidone, PVP), 폴리아크릴아미드 (Polyacrylamide, PAA), 폴리비닐알코올 (Polyvinylalcohol, PVA), 폴리(스티렌술폰산) (Poly(styrenesulfonic acid)), 폴리(비닐 아세테이트) (Poly(vinyl acetate)), 폴리(메타크릴산) (Poly(methacrylicacid)), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 첨가물의 농도는 상기 버퍼의 0 내지 25, 0 내지 20, 0 내지 15, 0 내지 10, 0 내지 5, 0 내지 3, 0.01 내지 25, 0.01 내지 20, 0.01 내지 15, 0.01 내지 10, 0.01 내지 5, 0.01 내지 3%일 수 있다. 상기 SDS, CTAB, 소듐 도데실벤젠술페이트, Chaps, 또는 Chapso의 농도는 상기 버퍼의 0 내지 10, 0 내지 8, 0 내지 6, 0 내지 5, 0 내지 4, 0 내지 3, 0 내지 2, 0.01 내지 10, 0.01 내지 8, 0.01 내지 6, 0.01 내지 5, 0.01 내지 4, 0.01 내지 3, 또는 0.01 내지 2%일 수 있다. 상기 PEG, 수크로스, 소르비톨, 글리세롤, 덱스트란, 키토산, 또는 셀룰로오스의 농도는 상기 버퍼의 0 내지 15, 0 내지 13, 0 내지 10, 0 내지 8, 0 내지 5, 0 내지 3, 0.01 내지 15, 0.01 내지 13, 0.01 내지 10, 0.01 내지 8, 0.01 내지 5, 또는 0.01 내지 3%일 수 있다. 상기 PVP, PAA, PVA, 폴리(스티렌술폰산), 폴리(비닐 아세테이트), 또는 폴리(메타크릴산)의 농도는 상기 버퍼의 0 내지 25, 0 내지 20, 0 내지 15, 0 내지 13, 0 내지 10, 0 내지 8, 0 내지 5, 0 내지 3, 0.01 내지 25, 0.01 내지 20, 0.01 내지 15, 0.01 내지 13, 0.01 내지 10, 0.01 내지 8, 0.01 내지 5, 또는 0.01 내지 3%일 수 있다.
상기 전해질의 이온 측정 장치는 측정부를 더 포함할 수 있다. 상기 측정부는 상기 전해질의 이온 측정 장치의 옵토드의 색의 변화를 광학방식으로 측정할 수 있다.
다른 양상은 시료를 전해질의 이온 측정 장치에 유입하는 단계; 및 상기 전해질의 이온 측정 장치의 옵토드와 시료간의 반응을 검출하는 단계를 포함하는 전해질의 농도 측정 방법으로서, 상기 전해질의 이온 측정 장치는 제1 기판에 위치한 옵토드 및 제1 기판과 서로 바라보는 제2 기판에 위치한 버퍼를 포함하는 것인 전해질의 농도 측정 방법을 제공한다.
상기 방법에 있어서, 상기 시료를 필터에 통과시키는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 전해질의 이온 측정 장치, 옵토드, 및 버퍼에 대한 내용은 상기 전해질의 이온 측정 장치, 옵토드, 및 버퍼에 관해 기술한 바와 같다. 상기 버퍼는 첨가물을 더 포함할 수 있다. 상기 첨가물에 대한 내용은 상기 첨가물에 관해 기술한 바와 같다.
상기 방법에 있어서, 옵토드, 버퍼, 및/또는 차폐 물질을 기판에 도포하는 방법은 드롭 방법, 바 도포 방법을 통한 픽앤플레이스(pick and place) 방법, 잉크젯 방법, 및 스핀 코팅 방법으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다.
일 양상에 따른 전해질의 이온 측정 장치 및/또는 전해질의 이온 측정 방법에 의하면 상기 장치 내부에 버퍼가 위치하므로 옵토드를 이용한 전해질의 이온 측정시 분석하고자 하는 샘플에 별도의 전처리 없이 상기 옵토드에 일정한 pH환경을 제공할 수 있다.
일 양상에 따른 전해질의 이온 측정 장치 및/또는 전해질의 이온 측정 방법에 의하면, 시간이 경과함에 따른 전해질 이온의 측정 감도가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
일 양상에 따른 전해질의 이온 측정 장치에 의하면, 옵토드를 이용한 검출 방법을 채택함으로써, 복잡한 전극 구조가 필요하지 않으므로 상기 전해질의 이온 측정 장치의 소형화가 가능하다.
도 1은 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 주요부분을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 유입구에 필터가 포함된 전해질의 이온 측정장치를 나타낸 도면이다.
도 3 및 4는 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판의 상층부에 도포된 옵토드 및 제2 기판의 하층부에 도포된 버퍼를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 도포된 옵토드의 주변에 차폐 물질을 더 포함하는 제1 기판을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 도포된 옵토드 주변에 차폐물질을 더 포함하는 제1 기판을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 포함된 함몰부를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 포함된 돌출부 및 초기 메니스커스(meniscus)에서의 도포된 옵토드를 나타낸 도면이다.
도 9는 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 포함된 돌출부 및 평형 메니스커스(meniscus)에서의 도포된 옵토드를 나타낸 도면이다.
도 10은 전해질의 이온 측정 장치를 이용하여 샘플 내의 칼륨 이온의 농도에 따라 측정된 흡광도의 차이를 나타내는 도면이다.
도 11은 버퍼가 도포된 전해질의 이온 측정 장치와 버퍼를 도포하지 않은 전해질의 이온 측정 장치를 이용하여 샘플 내의 칼륨 이온의 농도에 따라 측정된 흡광도의 차이를 나타내는 도면이다.
도 12는 시간의 경과에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 칼륨 이온의 농도별 흡광도 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 차폐 페인트 물질을 교체한 후 시간의 경과에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 칼륨 이온의 농도별 흡광도 측정 결과를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 주요부분을 나타낸 도면이다. 도 1에 의하면, 전해질의 이온 측정 장치(100)는 제1 기판(110), 제1 기판과 이격되어 배치된 제2 기판(120), 제1 기판과 제2 기판의 이격된 사이에 배치된 스페이서(130)를 포함할 수 있다. 또한, 전해질의 이온 측정 장치(100)는 제1 기판, 제2기판, 및 스페이서로 둘러싸진 내부 공동(cavity)을 포함할 수 있다. 상기 내부 공동은 전해질의 이온 측정 장치의 챔버 또는 채널로 사용될 수 있다.
제1 기판(110) 및/또는 제2 기판(120)의 일 면은 차폐물질(230)이 도포될 수 있다. 상기 차폐물질은 어떤 물질이 제1 기판 및/또는 제2 기판을 따라 외부로 침출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 차폐물질에 대한 내용은 상기 차폐물질에 관해 기술한 바와 같다.
제1 기판(110)에 위치한 옵토드(210) 및 제1 기판과 서로 바라보는 제2 기판(120)에 위치한 버퍼(220)를 포함할 수 있다. 상기 옵토드(210)는 제1 기판(110)의 일 면에 위치할 수 있다. 상기 옵토드(210)는 제1 기판(110)의 일 면에 도포될 수 있다. 상기 버퍼(220)는 제2 기판(120)의 일 면에 위치할 수 있다. 제1 기판에 위치한 옵토드와 제2 기판에 위치한 버퍼는 서로 바라볼 수 있게 위치할 수 있다. 상기 버퍼(220)는 제2 기판(120)의 일 면에 도포될 수 있다. 옵토드 및/또는 버퍼는 상기 차폐물질이 도포된 제1 기판 및/또는 제2 기판의 면에 위치할 수 있다. 상기 차폐물질은 옵토드 및/또는 버퍼가 외부로 침출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 도포에 대한 내용은 상기 도포에 관해 기술한 바와 같다. 서로 인접한 스페이서(130)간의 거리(A)는 도포된 옵토드(210) 및/또는 버퍼(220) 면적의 가장 긴 단면의 길이보다 더 길 수 있다. 이는 옵토드(210)가 스페이서(130)와 접촉하여, 상기 스페이서를 통하여 외부로 침출되는 것을 방지하기 위한 것이다.
본 명세서에서, 상기 옵토드(210)는 옵토드를 포함한 혼합물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 상기 버퍼(220)는 버퍼를 포함한 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 버퍼를 포함한 혼합물은 첨가물을 포함할 수 있다. 상기 첨가물에 대한 내용은 상기 첨가물에 관해 기술한 바와 같다. 상기 옵토드 및 버퍼는 상기 내부 공동에 위치하여 전해질의 이온 측정을 위한 반응에 관여할 수 있다. 상기 내부 공동을 이하 '반응부 '라고 한다. 상기 버퍼는 상기 내부 공동에 유입된 시료와 반응하여 내부 공동 내에 일정한 pH를 제공할 수 있다. 이는 옵토드 내부의 크로모이오노포어(chromoionophore)의 초기 프로톤 부가 상태(pronation state)를 일정하게 유지시킬 수 있다. 상기 시료는 상기 옵토드와 반응하여 시료 내 전해질의 이온 농도를 측정할 수 있다.
상기 제1 기판 및 제2 기판은 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS), 사이클로올레핀코폴리머(cycle olefin copolymer, COC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetharcylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌카보네이트(polypropylene carbonate, PPC), 폴리에테르설폰(polyether sulfone, PES), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-hydroxyethyl metacrylate, HEMA), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 그의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 재질을 포함할 수 있다.
도 2는 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 유입구에 필터가 포함된 전해질의 이온 측정장치를 나타낸 도면이다. 도 2에 의하면, 전해질의 이온 측정 장치(100)는 시료가 유입되기 위한 유입구를 더 포함할 수 있다(도시되지 않음). 상기 시료는 표적물질을 포함하는 시료일 수 있다. 상기 유입구에 필터(140)가 배치될 수 있다. 상기 필터는 상기 시료로부터 표적 물질을 투과시킬 수 있다. 상기 필터는 당해 기술분야에서 널리 이용되는 필터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 혈액이 상기 전해질의 이온 측정 장치로 유입되는 경우, 상기 필터는 혈장을 상기 반응부로 투과시킬 수 있다. 상기 시료는 펌프를 이용하여 유입될 수 있다. 펌프는 압력작용을 이용하여 시료를 수송하는 것일 수 있다. 펌프는 당해 기술분야에서 널리 이용되는 펌프를 사용할 수 있다.
도 3 및 4는 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판의 상층부에 도포된 옵토드 및 제2 기판의 하층부에 도포된 버퍼를 나타낸 도면이다. 도 3에 의하면, 제1 기판(110)은 복수의 옵토드(210)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 옵토드는 복수의 옵토드의 어레이일 수 있다. 도 4에 의하면, 제2 기판(120)은 복수의 버퍼(220)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 버퍼는 복수의 버퍼의 어레이일 수 있다. 제1 기판에 도포된 복수의 옵토드의 어레이와 제2 기판에 도포된 복수의 버퍼의 어레이는 동일할 수 있다. 제1 기판과 제2 기판이 이격하여 서로 마주보게 위치하는 경우, 제1 기판에 도포된 옵토드와 제2 기판에 도포된 버퍼는 서로 마주볼 수 있으며, 서로 마주보는 옵토드와 버퍼가 한 쌍을 이룰 수 있다. 상기 옵토드 및/또는 버퍼의 어레이는 측정하려는 이온의 종류, 옵토드의 종류, 버퍼의 종류, 제1 기판의 면적, 제2기판의 면적, 도포되는 옵토드 및/또는 버퍼의 면적에 따라 다양할 수 있다.
도 5는 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 도포된 옵토드의 주변에 차폐 물질을 더 포함하는 제1 기판을 나타낸 도면이다. 도 5에 의하면, 제1 기판(110)의 일면은 도포된 옵토드(210)의 주변에 차폐 물질(330)을 더 포함할 수 있다. 상기 차폐물질(330)은 도포된 옵토드(210) 중 일부가 외부로 퍼지는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 차폐물질(330)은 도포된 옵토드의 중심부에서 멀어지는 방향에 도포될 수 있다. 상기 차폐물질(330)은 도포된 옵토드(210)와 이격되어 도포될 수 있다. 상기 차폐물질(330)은 도포된 옵토드(210)와 접촉되는 상태로 도포될 수 있다.
도 6은 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 도포된 옵토드 주변에 차폐물질을 더 포함하는 제1 기판을 나타낸 도면이다. 도 6에 의하면, 제1 기판(110)의 일면은 도포된 옵토드(210)의 주변에 차폐 물질(330)을 더 포함할 수 있다. 상기 옵토드(210)의 도포 후 그 주변에 상기 차폐물질(330)을 도포할 수 있다. 상기 차폐물질(330)은 도포된 옵토드의 중심부에서 멀어지는 방향에 도포될 수 있다. 상기 차폐물질(330)은 도포된 옵토드(210)와 이격되어 도포될 수 있다. 상기 차폐물질(330)은 도포된 옵토드(210)와 접촉되는 상태로 도포될 수 있다.　상기 도포는 프린팅 방법으로 형성될 수 있다. 상기 프린팅 방법은 이중스크린 프린팅 방법을 포함할 수 있다. 상기 차폐물질(330)은 옵토드에 대하여 높은 접촉각을 가지므로 도포된 옵토드의 형상을 일정하게 만들어줄 수 있다.
도 7은 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 포함된 함몰부를 나타낸 도면이다. 도 7에 의하면, 제1 기판(110)은 제1 기판의 일면에 함몰부(190)를 포함할 수 있다. 상기 함몰부(190)는 제1 기판에 도포된 옵토드의 중심부를 기준으로 하여 옵토드의 외부에 배치될 수 있다.
도 8은 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 포함된 돌출부 및 초기 메니스커스(meniscus)에서의 도포된 옵토드를 나타낸 도면이다. 도 8에 의하면, 제1 기판(110)은 제1 기판의 일면에 돌출부(180)를 포함할 수 있다. 상기 돌출부의 높이(h)는 약 15 ㎛일 수 있다.
도 9는 일 구체예에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 포함된 돌출부 및 평형 메니스커스에서의 도포된 옵토드를 나타낸 도면이다. 도 9에 의하면, 평형 메니스커스에서 도포된 옵토드(180)가 상기 돌출부의 상부면에 위치할 수 있다. 상기 돌출부 물질에 대한 옵토드(210)의 접촉각 크기에 따라 도포된 옵토드(210)의 메니스커스가 달라질 수 있다. 옵토드(210)에 대해 높은 접촉각을 가지는 돌출부(180)의 경우, 옵토드가(210) 돌출부(180)의 경계 밖으로 넘어가지 않게 하여, 상기 옵토드의 도포 후 옵토드(210)가 균일한 형상을 가질 수 있도록 한다. 상기 접촉각은 30 내지 60°일 수 있다.
실시예 1: 전해질의 이온 측정 장치를 이용한 칼륨 농도별 흡광도의 변화
3.4 mg의 칼륨 이오노포어 I(Valinomycin, Fluka) , 크로모이오노포어인 1.2 mg의 ETH 5294 (N-Octadecanoyl-Nile blue, Fluka), 1 mg의 K-TpClPB (Potassium tetrakis(4-chlorophenyl)borate, Fluka), 14 mg의 PVC(polyvinyl chloride), 및 92 ul의 DOS (Bis(2-ethylhexyl)sebacate, Fluka)를 250 uL의 시클로헥사논에 녹여 옵토드 혼합물을 준비하였다. 전해질의 이온 측정 장치의 제1 기판에 상기 옵토드 혼합물을 드롭 방식으로 떨어뜨린 뒤 하룻밤 동안 건조시켰다. 전해질의 이온 측정 장치의 제2 기판에 pH 5.5, 150 mM, MES/ADA (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid/ N-(2-Acetamido)iminodiacetic Acid)버퍼에 소르비톨 0.3%, chaps 3%, 및 PVP 3%을 추가한 용액을 도포하여 밤새 건조시켰다. 옵토드 혼합물이 도포된 면을 위로 하여, 제1 기판을 아래에 위치하고, 제1 기판의 위에 제2 기판을 위치시키고, 스페이서 시트가 제1 기판 및 제2 기판이 만드는 공간에 위치시켜, 제1 기판 및 제2 기판의 일부와 체결하여 전해질의 이온 측정 장치를 제조하였다. 버퍼가 도포된 제2 기판의 일면은 제1 기판의 옵토드 혼합물이 도포된 면과 서로 바라보게 전해질의 이온 측정 장치를 제조하였다. 제2 기판의 일부는 홀(hole)을 가져, 상기 홀이 시료가 유입되는 유입구일 수 있다.
제조된 전해질의 이온 측정 장치의 유입구에 샘플을 압력을 가하여 유입시켰다. 8 ~ 10 Kpa 압력으로 샘플이 채널을 통해 지나가면서 도포된 옵토드와 반응하였다. 도 10은 전해질의 이온 측정 장치를 이용하여 샘플 내의 칼륨 이온의 농도에 따라 측정된 흡광도의 차이를 나타내는 도면이다. 도 10에 의하면, 630 nm 파장에서 샘플 내의 칼륨농도가 클수록 흡광도가 감소하였다.
실시예 2: 도포된 버퍼의 존재 여부에 따른 칼륨 농도별 흡광도의 분별력 차이 비교
실시예 1에서 사용한 옵토드 혼합물과 동일한 조성의 혼합물을 준비하여 칼륩 옵토드를 도포한 후, 제2 기판에 550 mM 비스-트리스/HCl, 소르비톨 0.1%, chaps 0.7%, PVP 4%의 버퍼를 도포한 전해질의 이온 측정 장치와 도포하지 않은 전해질의 이온 측정 장치 두 가지를 준비하였다. SST (Serum Separation Tube) 혈액 샘플에 일정한 농도의 칼륨 이온을 추가하여 630 nm 파장에서 칼륨 이온의 농도별 감별력의 차이를 비교하였다. 도 11은 버퍼가 도포된 전해질의 이온 측정 장치와 버퍼를 도포하지 않은 전해질의 이온 측정 장치를 이용하여 샘플 내의 칼륨 이온의 농도에 따라 측정된 흡광도의 차이를 나타내는 도면이다. 도 11에 의하면, 제2 기판에 버퍼를 도포하여 전해질의 이온 측정 장치 내에서 최적화된 pH환경을 일정하게 유지한 경우 칼륨 이온의 농도별 감별력이 있음을 확인하였다. 반면에, 버퍼가 도포되지 않은 전해질의 이온 측정 장치는 상기 칼륨 이온의 농도별 감별력의 경향성이 없음을 확인하였다.
실시예 3: 옵토드성분의 침출로 인한 옵토드의 성능저하
실시예 1의 전해질의 이온 측정 장치와 동일한 전해질의 이온 측정 장치를 제조하였다. 상기 전해질의 이온 측정 장치의 옵토드가 도포된 시간의 경과에 따라 샘플 내의 칼륨 이온의 농도에 따른 흡광도를 측정하였다. 도 12는 시간의 경과에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 칼륨 이온의 농도별 흡광도 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 12에 의하면, 옵토드의 도포 시간이 경과할수록, 칼륨 이온의 농도별 감별력이 떨어짐을 확인하였다. 이는 옵토드를 도포한 후 시간이 지날수록 옵토드의 성분 일부가 주변으로 침출되어 흘러나가기 때문이다.
실시예 4: 차폐 페인트 물질 교체로 옵토드의 안정성 향상 확인결과
차폐 페인트(shielding paint) 물질을 폴리우레탄 계열의 폴리우레탄, 에폭시, 또는 아크릴로 교체한 후 옵토드를 도포한 후 3주 동안, 실시예 3과 동일한 과정으로 샘플 내의 칼륨 이온의 농도에 따른 흡광도를 측정하였다. 도 13은 차폐 페인트 물질을 교체한 후 시간의 경과에 따른 전해질의 이온 측정 장치의 칼륨 이온의 농도별 흡광도 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 13에 의하면, 옵토드의 도포 시간이 경과할수록, 칼륨 이온의 농도별 감별력이 거의 떨어지지 않음을 확인하였다. 상기 차폐 페인트 물질인 폴리우레탄 계열의 폴리머 물질의 옵토드의 안정성을 확인할 수 있었다. 이는 상기 폴리우레탄 계열의 폴리머 물질이 옵토드 물질이 침출되는 것을 상당히 방지하여 전해질의 이온 측정의 감도를 유지했음을 알 수 있다. 또한, 상기 옵토드의 안정성이 3주간 거의 유지되는 것을 알 수 있다.
100: 전해질의 이온 측정 장치
110: 제1 기판 120: 제2 기판
130: 스페이서 140: 필터
150: 유입구 180: 돌출부
190: 함몰부 210: 옵토드
220: 버퍼 230, 330: 차폐 물질

Claims (20)

  1. 제1 기판에 위치한 옵토드 및 제1 기판과 서로 바라보는 제2 기판에 위치한 버퍼를 포함하는 전해질의 이온 측정 장치로서, 상기 이온 측정 장치는 제1 기판, 제1 기판과 이격되어 배치된 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판의 이격된 사이에 배치된 스페이서, 및 제1 기판, 제2기판, 및 스페이서로 둘러싸진 내부 공동(cavity)을 포함하고, 상기 버퍼는 상기 내부 공동에 유입된 시료와 반응하여 내부 공동 내에 pH를 제공하기 위한 것으로서, 상기 pH는 2 내지 10인 것이고, 제1 기판에 위치한 옵토드와 제2 기판에 위치한 버퍼는 서로 바라보는 것인 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전해질의 이온 측정 장치는 복수의 옵토드 또는 버퍼의 어레이를 포함하는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 스페이서 간의 길이는 상기 옵토드가 위치한 면적의 폭보다 더 긴 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전해질의 이온 측정 장치는 필터를 더 포함하는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 제1기판 또는 제2 기판의 표면에 차폐 물질을 더 포함하는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 옵토드의 주변에 차폐 물질을 더 포함하는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  8. 청구항 6 또는 7에 있어서, 상기 차폐 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리우레탄, 에폭시, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 차폐 물질은 도료를 더 포함하는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 제1 기판은 함몰부 또는 돌출부를 더 포함하는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 함몰부 또는 돌출부는 옵토드의 주변에 형성되는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 버퍼는 HEPS 버퍼, MES 버퍼, ADA 버퍼, 비트-트리스(bit-tris) 버퍼, 트리스(Tris) 버퍼, 포르메이트 버퍼, 소듐 포스페이트 버퍼, 시트레이트 버퍼, MOPS 버퍼, ACES 버퍼, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  13. 삭제
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 버퍼는 첨가물(additive)을 더 포함하는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 첨가물은 소듐 도데실 술페이트 (sodium dodecyl sulfate, SDS), 세틸트리메틸암모늄 브로미드 (Cetyltrimethylmfammonium bromide, CTAB), 소듐 도데실벤젠술페이트 (Sodium dodecylbensenesulfate), 3-[(3-콜아미도프로필)디메틸암모니오]-1-프로판술포네이트 (3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate, Chaps), 3-[(3-콜아미도프로필)디메틸암모니오]-2-히드록시-프로판술포네이트 (3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]-2-hydroxy-1-propanesulfonate, Chapso), Triton X-100 (폴리에틸렌 글리콜 p-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-페닐 에테르), Triton X-405 (폴리에틸렌 글리콜 터트-옥틸페닐 에테르), Triton X-114 (폴리에틸렌 글리콜 p-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-페닐 에테르), 폴리 에틸렌 글리콜 (Poly Ethylene Glycol, PEG), 수크로스, 소르비톨, 글리세롤, 덱스트란, 키토산, 셀룰로오스, 락토스, 자일리톨, 만니톨, 말토스, 이노시톨, 트레할로스, 글루코스, 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrollidone, PVP), 폴리아크릴아미드 (Polyacrylamide, PAA), 폴리비닐알코올 (Polyvinylalcohol, PVA), 폴리(스티렌술폰산) (Poly(styrenesulfonic acid)), 폴리(비닐 아세테이트) (Poly(vinyl acetate)), 폴리(메타크릴산) (Poly(methacrylicacid)), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 첨가물의 농도는 상기 버퍼의 20% 이하인 것인 전해질의 이온 측정 장치.
  17. 시료를 전해질의 이온 측정 장치에 유입하는 단계; 및
    상기 전해질의 이온 측정 장치의 옵토드와 시료간의 반응을 검출하는 단계를 포함하는 전해질의 농도 측정 방법으로서,
    상기 전해질의 이온 측정 장치는 청구항 1의 전해질의 이온 측정 장치인 것인 전해질의 농도 측정 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 전해질의 이온 측정 장치는 복수의 옵토드 또는 버퍼의 어레이를 포함하는 것인 방법.
  19. 청구항 17에 있어서, 상기 버퍼는 HEPS 버퍼, MES 버퍼, ADA 버퍼, 비트-트리스(bit-tris) 버퍼, 트리스(Tris) 버퍼, 포르메이트 버퍼, 소듐 포스페이트 버퍼, 시트레이트 버퍼, MOPS 버퍼, ACES 버퍼, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  20. 청구항 17에 있어서, 상기 버퍼는 첨가물(additive)을 더 포함하는 것인 방법.
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