KR101967652B1 - Paper Based Electrochemical Bio Sensor for Drought Diagnostic and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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KR101967652B1
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최영수
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이미라
임민규
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전남대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 측정샘플의 프롤린 농도를 검출하여 가뭄 여부를 판단하는 가뭄 진단용 전기화학적 바이오 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측정 샘플의 전기적 특성을 측정하는 전기화학적인 방법을 통해서 현장에서 신속하게 프롤린을 고감도로 검출할 수 있으며 저비용으로 제작할 수 있는 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical biosensor for drought diagnosis and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to an electrochemical biosensor for detecting a drought condition by detecting the concentration of proline in a measurement sample, To a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis capable of rapidly detecting proline with high sensitivity and at low cost, and a method of manufacturing the same.

Description

가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서 및 그 제조방법{Paper Based Electrochemical Bio Sensor for Drought Diagnostic and Manufacturing Method Thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis,

본 발명은 측정샘플의 프롤린 농도를 검출하여 가뭄 여부를 판단하는 가뭄 진단용 전기화학적 바이오 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측정 샘플의 전기적 특성을 측정하는 전기화학적인 방법을 통해서 현장에서 신속하게 프롤린을 고감도로 검출할 수 있으며 저비용으로 제작할 수 있는 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical biosensor for drought diagnosis and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to an electrochemical biosensor for detecting a drought condition by detecting the concentration of proline in a measurement sample, To a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis capable of rapidly detecting proline with high sensitivity and at low cost, and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 식물이나 작물(이하 '작물'이라 한다)은 이동이 불가하기 때문에, 생장하는 내내 다양한 환경 요인들로부터 영향을 받게 된다.Generally, plants and crops (hereinafter referred to as "crops") are not able to move, so they are affected by various environmental factors throughout their growth.

특히, 다양한 환경 요인 중 가뭄, 고염(high salinity), 중금속, 냉해, 고온 및 오존 등과 같은 환경장애, 즉 작물이 환경 스트레스에 직면하게 되고, 이러한 환경장애는 작물의 생장과 발달의 제한 요인이 된다.In particular, among environmental factors, environmental problems such as drought, high salinity, heavy metals, cold weather, high temperature and ozone, that is, crops are faced with environmental stress, and such environmental disorder is a limiting factor of crop growth and development .

이와 같이 작물이 환경장애에 영향을 받게 되면, 작물 세포 내 세포질에 아미노산의 일종인 프롤린을 축적하는 것으로 알려져 있고, 이러한 프롤린은 환경장애 즉 환경 스트레스에 대해 작물이 생장하는데 있어서 매우 중요한 물질이며, 단백질의 합성뿐만 아니라 광합성 효율, 개화시기 및 배유 발달에 아주 중요한 신호 분자로 알려지고 있다.It is known that when crops are affected by environmental disturbances, proline is accumulated in the cytoplasm of crop cells, which is an amino acid. Such proline is very important for the growth of crops against environmental disorder, Is known to be a very important signal molecule for photosynthetic efficiency, flowering time, and endosperm development.

따라서, 환경장애에 따라 세포질에 축적되는 프롤린의 농도 변화를 이용하여 환경장애가 작물의 생장에 얼마나 큰 영향을 미치는지 측정하여 알 수 있었다.Therefore, we could know the effect of environmental disturbance on the growth of crops by using the concentration change of proline in the cytoplasm according to environmental disorder.

하지만, 이러한 측정은 채취한 작물을 실험실로 가져가야만 이루어질 수 있으며 분석 시간이 많이 소요되어, 작물의 생장 측정 및 분석이 늦어질 뿐 아니라 환경장애에 대한 작물의 생장 상태를 현장에서 실시간으로 모니터링할 수 없는 단점이 있었다.However, these measurements can only be made if the harvested crops are taken to the laboratories. It takes a long time to analyze and not only slows the growth and analysis of the crops, but also monitors the growth status of the crops There was no disadvantage.

이상 설명한 바와 같은 환경장애가 작물의 생장에 미치는 영향에 대한 기술은 특허문헌 1에 자세히 기재되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.A description of the effect of the environmental disorder on the growth of crops as described above is described in detail in Patent Document 1, so that a detailed description thereof will be omitted.

한편, 본 발명자는 상기와 같은 문제를 해결하고자 많은 투자와 연구를 계속한 끝에 채취한 식물을 실험실로 옮기지 않고 현장에서 바로 분석할 수 있는 기술을 개발하여, "환경장애 현장 진단키트"라는 명칭으로 특허출원하였으며, 이는 특허등록 제10-1579045호(이하 '선행문헌 1'이라 칭함)로 등록된 바 있다.On the other hand, the inventor of the present invention has developed a technology capable of directly analyzing the plant, which has been collected after a lot of investment and research in order to solve the above problems, without moving the plant to the laboratory, Patent application, and it is registered as patent registration No. 10-1579045 (hereinafter referred to as "Prior Art 1").

선행문헌 1은 환경장애에 따른 작물의 생장상태를 현장에서 실시간으로 측정하기 위한 진단키트로서, 진단키트는, 현장에서 채취한 작물의 샘플을 흡수하는 종이센서; 종이센서가 투입되어 구비되는 본체; 본체 내에 구비되어 종이센서를 히팅하는 히터; 및 본체에 구비되어 히팅되는 종이센서의 발색반응을 촬영할 수 있는 카메라를 갖는 스마트폰;을 포함한다.Prior art 1 is a diagnostic kit for real-time measurement of the growth status of crops due to environmental disturbances. The diagnostic kit includes a paper sensor for absorbing a sample of crops collected in the field; A main body having paper sensors inserted therein; A heater provided in the body for heating the paper sensor; And a smart phone having a camera capable of photographing a color reaction of a paper sensor provided in the main body and being heated.

이를 통해, 상기 선행문헌 1은 채취한 작물을 별도의 분석과정 없이 현장에서 실시간으로 측정하여 모니터링 할 수 있게 됨으로써 환경장애에 따른 작물의 생장 상태를 현장에서 신속하게 모니터링 할 수 있고, 그에 따른 후속 조치를 신속하게 취할 수 있어 작물 관리 비용을 최소화할 수 있으며, 생산량 개선의 효과가 있다.Accordingly, in the prior art 1, the crop can be measured and monitored in real time on site without any additional analysis, so that the growth status of crops due to environmental disturbances can be monitored quickly in the field, It is possible to minimize the cost of managing the crops and improve the production amount.

또한, 본 발명자는 선행문헌 1에서, 본체에 종이센서를 투입할 때, 종이센서가 구겨지거나 또는 고정되지 않아 정해진 위치를 이탈함으로써, 카메라를 통해 찍을 수 없는 문제점과 정해진 위치에서 이탈되면 전체적으로 열이 전달되지 않으므로 열효율이 낮아지고 이로 인해 진단이 원활하게 진행되지 않는 문제점을 해결하기 위하여, 가뭄이나 저온 또는 수분 스트레스 현상 등의 환경장애에 따른 작물의 생장 및 생육 상태를 현장에서 신속하게 측정할 수 있도록 한 탈부착형 센서모듈을 구비한 "환경장애 예방용 진단키트"를 개발하여 특허출원하였으며, 이는 특허등록 제10-1699667호(이하 '선행문헌 2'라 칭함)로 등록된 바 있다.In addition, the present inventor has found that, in the prior art document 1, when the paper sensor is inserted into the main body, the paper sensor is not wrinkled or fixed, In order to solve the problem that the thermal efficiency is low and the diagnosis is not smoothly proceeded because it is not transmitted, in order to quickly measure the growth and growth condition of crops due to environmental problems such as drought and low temperature or moisture stress phenomenon Developed a diagnostic kit for preventing environmental disorder with a detachable sensor module and applied for a patent. This patent was registered as a patent registration No. 10-1699667 (hereinafter referred to as "Prior Art 2").

선행문헌 2는 환경장애에 따른 작물의 생장상태를 현장에서 실시간으로 측정하기 위한 진단키트로서, 진단키트는, 현장에서 채취한 작물의 샘플을 흡수하는 종이센서; 히터와 온도센서가 집적화된 센서모듈을 포함하는 한편, 상기 종이센서를 구속하는 센서모듈조립체; 상기 센서모듈조립체가 삽입되어 결합되는 본체: 상기 본체에 구비되는 한편, 히팅되는 종이센서의 발색반응을 촬영할 수 있는 카메라를 갖는 스마트폰;을 포함하되, 상기 종이센서는 상기 센서모듈조립체가 상기 본체에 결합되어 통전될 때 발색반응을 일으키도록 구성된다.Prior art 2 is a diagnostic kit for real-time measurement of the growth status of crops due to environmental disturbances. The diagnostic kit includes a paper sensor for absorbing a sample of crops collected at the site; A sensor module assembly including a sensor module integrated with a heater and a temperature sensor, the sensor module assembly restricting the paper sensor; And a smartphone having a camera which is provided in the main body and is capable of photographing a coloring reaction of a paper sensor to be heated, wherein the paper sensor comprises a sensor module assembly, And is configured to cause a color reaction when energized.

이를 통해 선행문헌 2는 본체에 별도의 거치대를 형성할 필요가 없고, 스마트폰의 종류나 크기에 상관없이 호환될 수 있는 효과를 유지하면서 구조의 간단화 및 상기 본체에 착탈이 용이하며, 종이센서가 상기 본체내부로 구비될 때, 위치가 탈선되거나 또는 구겨짐이 발생되지 않아 상기 스마트폰을 통해 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, in the prior art document 2, there is no need to form a separate stand in the main body, and it is possible to simplify the structure and to easily attach and detach the main body while maintaining the compatibility effect regardless of the type and size of the smartphone, There is no derailment or wrinkle in the position when the mobile phone is installed inside the main body, so that it can be easily measured through the smartphone.

또한, 센서모듈 상부에 종이센서가 구비되는 한편, 본체 내부에 센서모듈조립체가 삽입될 때만 통전됨으로써, 히터의 열에너지 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, a paper sensor is provided on the upper part of the sensor module, and only when the sensor module assembly is inserted into the body, electric energy is prevented from being wasted by the heater.

상기한 선행문헌 1과 선행문헌 2에서는 닌히드린 반응을 이용하여 프롤린을 검출하는 종이센서를 개시하고 있으며, 이 종이센서는 오픈채널을 통해 샘플이 흐르도록 하고 비색법으로 프롤린을 검출하고 있다.In the above-mentioned prior art documents 1 and 2, a paper sensor for detecting proline by using a ninhydrin reaction is disclosed. The paper sensor detects a proline by a sample through the open channel and by a colorimetric method.

여기서, 닌히드린 반응은 단백질의 아미노산이 닌히드린과 반응하여 청자색 내지 적자색으로 발색하는 것을 나타내지만, 작물에 포함된 프롤린의 경우에는 닌히드린과 반응하여 발색하게 된다. 따라서, 센서부에 나타낸 색상을 비교함으로써 프롤린의 양을 정량적으로 검출할 수 있게 된다.Herein, the ninhydrin reaction indicates that the amino acid of the protein reacts with ninhydrin to develop a bluish purple to red purple color, but in the case of proline contained in the crop, it reacts with ninhydrin to develop color. Therefore, it is possible to quantitatively detect the amount of proline by comparing the colors shown in the sensor unit.

상기한 선행문헌 1과 선행문헌 2의 종이센서를 이용하여 프롤린을 검출하는 방법은 저가이면서 현장진단이 가능하다는 장점은 있지만 측정의 감도가 떨어지는 단점이 있다.The method of detecting proline using the paper sensor of the prior art 1 and the preceding document 2 is advantageous in that it is inexpensive and can be diagnosed on the spot, but the sensitivity of the measurement is low.

또, 프롤린 농도의 측정시 종이센서를 이용하지 않고 닌히드린 반응 기반의 비색법을 사용하여 색상의 변화를 스펙트로미터를 사용한 흡광도 변화를 측정하는 방법도 사용되고 있다. 하지만, 스펙트로미터를 사용하여 프롤린 농도 측정하는 경우 감도는 우수하지만 장비가 고가이고 휴대가 불가능하여 현장에서 사용하기가 어렵다는 단점이 있다.In addition, a method of measuring the change of color using a spectrophotometer by using a ninhydrin reaction-based colorimetric method without using a paper sensor in the measurement of proline concentration is also used. However, when the concentration of proline is measured using a spectro meter, the sensitivity is excellent, but it is disadvantageous that it is difficult to use in the field because the equipment is expensive and can not be carried.

KRKR 10-136154910-1361549 B1B1 KRKR 10-157904510-1579045 B1B1 KRKR 10-169966710-1699667 B1B1

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 프롤린 농도에 따라 저항값이 달리지는 측정 샘플의 전기적 특성을 측정하는 전기화학적인 방법을 통해서 현장에서 신속하게 프롤린을 고감도로 검출할 수 있으면서도 저비용으로 제작할 수 있는 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and it is an object of the present invention to provide an electrochemical method for measuring electrical characteristics of a measurement sample, The present invention provides a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis, which can be detected with high sensitivity and can be manufactured at low cost, and its manufacturing method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서는 측정 샘플이 로딩될 수 있도록 일정 크기의 용기부(15)가 형성되고 상기 용기부(15)를 제외한 나머지 부분은 종이에 왁스가 침투되어 형성된 몸체(10)와; 일측 단부가 상기 용기부(15)에 위치하도록 상기 몸체(10)의 상측에 일정 간격을 두고 형성되는 한 쌍의 전극(20)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis according to the present invention includes a container unit 15 having a predetermined size so that a measurement sample can be loaded, A body 10 formed by infiltrating the body 10; And a pair of electrodes 20 formed on the upper side of the body 10 at predetermined intervals so that one end thereof is located in the container unit 15. [

또한, 상기 전극(20)은 전기적 전도성을 갖는 전도성 에폭시로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrode 20 is formed of a conductive epoxy having electrical conductivity.

그리고, 본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서의 제조방법은, 기본 기판이 되는 종이(11)에 왁스 프린터를 이용하여 용기부(15)와 접기 라인(16)이 구비된 패턴을 왁스(12)로 인쇄하는 단계와; 핫 플레이트를 이용하여 왁스(12)를 녹이고 녹은 왁스(12)가 종이(11)의 하부까지 침투되도록 하는 단계와; 오리가미 방법으로 왁스가 침투된 종이(13)를 접어 용기부(15)가 구비된 몸체(10)를 완성하는 단계와; 상기 몸체(10)의 상부에 용기부(15)에 연결된 한 쌍의 전극(20)을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis according to the present invention is a method for manufacturing a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis, wherein a pattern provided with a container section (15) and a folding line (16) 12); Dissolving the wax (12) using a hot plate and allowing the molten wax (12) to penetrate to the bottom of the paper (11); Folding the wax-impregnated paper (13) by an orgasmic method to complete the body (10) provided with the container part (15); And forming a pair of electrodes 20 connected to the container unit 15 on the body 10.

또한, 상기 전극(20)은 상기 몸체(10)의 상측에 전극 형성 구멍(30')이 구비된 섀도 마스크(30)를 부착한 후 전기적 전도성을 갖는 전도성 에폭시를 도포하고, 전도성 에폭시가 경화하면 섀도 마스크(30)를 탈착하는 스텐실 기법에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.The electrode 20 is formed by attaching a shadow mask 30 having an electrode forming hole 30 'on the upper side of the body 10, and then applying a conductive epoxy having electrical conductivity. When the conductive epoxy is cured And is formed by a stencil technique in which the shadow mask 30 is detached.

또한, 상기 섀도 마스크(30)는 종이(31)에 캐드 프로그램에 의해 설계된 전극 형성부(32')를 제외한 나머지 부분이 왁스(32)로 이루어진 패턴 형상을 왁스 프린터로 인쇄한 후, 핫 플레이트를 이용하여 왁스(32)를 녹이고 녹은 왁스(32)가 종이(31)의 하부까지 침투되도록 한 다음, 왁스가 침투된 종이(33)에서 왁스가 침투하지 않은 영역의 종이(31)를 잘라내 제거하는 방식으로 제작되는 것을 특징으로 한다.The shadow mask 30 is formed by printing a pattern shape of the wax 32 on the paper 31 except for the electrode forming portion 32 'designed by the CAD program with a wax printer, The wax 32 is melted and melted so that the wax 32 penetrates to the lower portion of the paper 31 and then the paper 31 in the region where the wax is not infiltrated is cut off from the paper 33 into which the wax has penetrated, And the like.

또한, 상기 왁스가 침투된 종이(33)에서 왁스가 침투되지 않은 영역의 종이(31)를 잘라낼 때 크래프트 커터를 사용하는 것을 특징으로 한다.Further, a kraft cutter is used to cut the paper 31 in the area where the wax is not infiltrated from the paper 33 into which the wax is infiltrated.

또한, 종이(11)(31)에 도포된 왁스(12)(32)를 녹일 때 핫플레이트를 이용하여 120℃의 온도로 160초 동안 가열하는 것을 특징으로 한다.When the waxes 12 and 32 applied to the paper 11 and 31 are melted, they are heated at a temperature of 120 DEG C for 160 seconds using a hot plate.

본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서 및 그 제조방법에서는 측정 샘플의 프롤린 농도에 따라 달라지는 저항을 측정하여 프롤린 농도를 검출하게 되므로 신속하고 정확하게 프롤린 농도를 검출할 수 있음은 물론 주재료가 종이로 이루어져 제조 비용이 대폭 절감되는 효과가 있다.In the paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis of the present invention, the concentration of proline is detected by measuring the resistance depending on the concentration of proline in the measurement sample. Therefore, it is possible to rapidly and accurately detect the concentration of proline, So that the manufacturing cost is significantly reduced.

또한, 전극을 형성하기 위한 섀도 마스크 역시 종이에 왁스를 프린팅하여 제조함에 따라 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.Also, the shadow mask for forming the electrode is also manufactured by printing wax on paper, thereby reducing manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서가 도시된 구성도
도 2는 본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서의 제조방법이 도시된 공정도
도 3은 본 발명의 요부인 섀도 마스크의 제조과정을 나타낸 공정도
도 4는 프롤린 농도에 따른 전류-전압 곡선(IV Curve)이 도시된 그래프
도 5는 프롤린 농도에 따른 저항값의 변화가 도시된 그래프1 is a schematic view showing a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis of the present invention
Fig. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis of the present invention
3 is a process diagram showing a manufacturing process of a shadow mask which is a main part of the present invention
4 is a graph showing current-voltage curves (IV Curve) according to proline concentration
Fig. 5 is a graph showing changes in resistance value according to proline concentration

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우에는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the term used in the present invention selects the general term that is widely used at present, there is also a term selected by the applicant in a specific case. In this case, the term used in the present invention is not a name of a simple term, It is necessary to understand the meaning.

이하, 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 측정 샘플이 로딩될 수 있도록 일정 크기의 용기부(15)가 형성되고 상기 용기부(15)를 제외한 나머지 부분은 종이에 왁스가 침투되어 형성된 몸체(10)와; 일측 단부가 상기 용기부(15)에 위치하도록 상기 몸체(10)의 상측에 일정 간격을 두고 형성되는 한 쌍의 전극(20);으로 이루어진다.As shown in FIG. 1, a paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis of the present invention includes a container unit 15 having a predetermined size so that a measurement sample can be loaded, A body 10 formed by infiltrating wax into the body 10; And a pair of electrodes 20 formed on the upper side of the body 10 at predetermined intervals so that one end thereof is located in the container unit 15. [

여기서, 상기 몸체(10)에 형성되는 용기부(15)는 특별한 용기 형태로 형성된 것이 아니라 왁스가 침투하지 않은 종이 부분이며, 종이는 다공성 재질로 용액을 함유할 수 있으므로 측정 샘플의 용액이 로딩되는 용기로 사용될 수 있다. 그리고, 상기 전극(20)은 전기적 전도성을 갖는 전도성 에폭시로 형성되는 것이 바람직하다. 전도성 에폭시는 특별한 상품이 아닌 상용의 전도성 에폭시로서, 전기전도도가 우수하고 종이에 잘 접착하는 제품이면 어떤 상품을 사용하더라도 무방하다. The container portion 15 formed in the body 10 is not formed in a special container form but is a paper portion that does not infiltrate the wax. Since the paper may contain a solution with a porous material, the solution of the measurement sample is loaded It can be used as a container. The electrode 20 is preferably formed of a conductive epoxy having electrical conductivity. Conductive epoxy is a commercial conductive epoxy that is not a special product. It can be any product that has excellent electrical conductivity and adheres well to paper.

상기와 같이 구성된 본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서는 소스미터에 연결하여 전류 및 전압 변화를 측정함으로써 측정 샘플의 프롤린 농도를 검출하게 된다.The paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis of the present invention having the above-described structure is connected to a source meter and detects the concentration of proline in the measurement sample by measuring current and voltage changes.

식물에 존재하는 프롤린은 가뭄을 진단할 수 있는 바이오 마커로 사용되고 있으며, 식물에 존재할 때 양전하를 띠고 있으므로 전기적인 에너지를 운반할 수 있는 하나의 운반자 역할을 하게 된다. 따라서, 측정 샘플 내의 프롤린 농도가 높으면 양전하수가 많아져 측정 샘플의 전기적인 저항이 낮아지고, 프롤린 농도가 낮으면 양전하수가 작아지므로 측정 샘플의 전기적인 저항이 증가한다. 따라서, 이러한 전기적 특성을 이용하면 측정 샘플 내의 프롤린 농도를 신속하고 빠르게 고감도로 검출할 수 있게 된다. Proline, which is present in plants, is used as a biomarker to diagnose drought. It is positively charged when present in plants, and therefore acts as a carrier to transport electrical energy. Therefore, when the concentration of proline in the sample to be measured is high, the number of positive charges increases and the electrical resistance of the sample to be measured is low. When the concentration of proline is low, the electrical resistance of the sample to be measured increases. Therefore, by using such electrical characteristics, the concentration of proline in the measurement sample can be detected quickly and quickly with high sensitivity.

용기부(15)에 측정샘플과 일정 농도의 설포살리실산을 혼합하여 로딩하고, 센서의 전극(20)을 소스미터에 연결한 후, 소스미터에 전압을 인가하고 전류를 측정하여 두 전극 사이의 저항을 측정함으로써, 프롤린의 농도를 검출한다. 이때, 상기 설포살리실산은 대략 1% 농도의 것을 사용하는 것이 바람직하다. A measurement sample and a certain concentration of sulfosalicylic acid are mixed and loaded in the container section 15, and the electrode 20 of the sensor is connected to the source meter. Then, a voltage is applied to the source meter and a current is measured, The concentration of proline is detected. At this time, the sulfosalicylic acid preferably has a concentration of about 1%.

한편, 상기한 본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서를 제조하기 위한 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 기본 기판이 되는 종이(11)에 왁스 프린터를 이용하여 용기부(15)와 접기 라인(16)이 구비된 패턴을 왁스(12)로 인쇄하는 단계와; 핫플레이트를 이용하여 120℃의 온도로 160초 동안 가열하여 왁스(12)를 녹이고 녹은 왁스(12)가 종이(11)의 하부까지 침투되도록 하는 단계와; 오리가미 방법으로 왁스가 침투된 종이(13)를 접어 용기부(15)가 구비된 몸체(10)를 완성하는 단계와; 상기 몸체(10)의 상부에 용기부(15)에 연결된 한 쌍의 전극(20)을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 2, the paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis according to the present invention comprises a paper 11 as a base substrate and a container unit 15 using a wax printer. Printing the pattern provided with the fold line (16) with the wax (12); Heating the wax 12 by using a hot plate at a temperature of 120 DEG C for 160 seconds so that the molten wax 12 penetrates to the lower portion of the paper 11; Folding the wax-impregnated paper (13) by an orgasmic method to complete the body (10) provided with the container part (15); And forming a pair of electrodes 20 connected to the container unit 15 on the body 10.

여기서, 상기 전극(20)은 상기 몸체(10)의 상측에 전극 형성 구멍(30')이 구비된 섀도 마스크(30)를 부착한 후 전기적 전도성을 갖는 전도성 에폭시를 도포하고, 전도성 에폭시가 경화하면 섀도 마스크(30)를 탈착하는 스텐실 기법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.Here, the electrode 20 is formed by attaching a shadow mask 30 having an electrode forming hole 30 'on the upper side of the body 10, applying a conductive epoxy having electrical conductivity, and when the conductive epoxy is cured It is preferable that the shadow mask 30 is formed by a stencil technique in which the shadow mask 30 is detached.

즉, 본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서는 왁스 프린팅 기법과, 오리가미 방법 및 섀도 마스크를 이용한 스텐실 기법에 의해 제작되는 것이다. 스텐실 기법은 글자나 무늬, 그림 따위의 모양을 오려 낸 후, 그 구멍에 물감을 넣어 그림을 찍어내는 방법을 의미한다.That is, the paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis of the present invention is manufactured by the wax printing technique, the origin method, and the stencil technique using the shadow mask. The stencil technique means to cut out the shape of letters, patterns, and pictures, then to paint the holes to take pictures.

여기서, 상기 섀도 마스크(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 종이(31)에 캐드 프로그램에 의해 설계된 전극 형성부(32')를 제외한 나머지 부분이 왁스(32)로 이루어진 패턴 형상을 왁스 프린터로 인쇄한 후, 핫플레이트를 이용하여 120℃의 온도로 160초 동안 가열하여 왁스(32)를 녹이고 녹은 왁스(32)가 종이(31)의 하부까지 침투되도록 한 다음, 왁스가 침투된 종이(33)에서 왁스가 침투하지 않은 영역의 종이(31)를 잘라내 제거하는 방식으로 제작된다. As shown in FIG. 3, the shadow mask 30 has a pattern 31 made of a wax 32 on the paper 31 except for the electrode forming portion 32 ' The wax 32 is melted by heating the wax 32 at a temperature of 120 DEG C for 160 seconds using a hot plate so that the molten wax 32 penetrates to the lower portion of the paper 31. Then, 33 by cutting out the paper 31 in the area where the wax does not penetrate.

상기 왁스가 침투된 종이(33)에서 왁스가 침투되지 않은 영역의 종이(31)를 잘라낼 때에는 크래프트 커터를 사용하는 것이 바람직하다. 크래프트 커터는 캐드 프로그램에 의해서 설계된 디자인에 따라 자동으로 정밀하게 종이를 잘라주는 기계를 의미한다.It is preferable to use a kraft cutter when cutting the paper 31 in the area where the wax is not infiltrated from the paper 33 into which the wax is infiltrated. The Kraft Cutter is a machine that automatically and precisely cuts paper according to the design designed by the CAD program.

다시 말해서, 상기한 본 발명의 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서는 다음의 공정을 통해 제조된다.In other words, the paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis of the present invention described above is manufactured through the following process.

바이오 센서의 제작 전에 전극을 형성하기 위한 섀도 마스크(30)를 제작한다. 상기 섀도 마스크(30)는 다양한 재료로 제작될 수 있으나, 본 발명에서는 종이를 이용하여 제작한다. 상기 섀도 마스크(30)는 전도성 에폭시로 전극을 형성하기 위하여 사용되는 것으로, 사용될 섀도 마스크의 막혀 있는 부분이 전도성 에폭시를 투과시키지만 않으면 된다. 따라서, 본 발명에서는 값이 저렴한 종이를 재료로 사용하여 왁스 프린팅 방법으로 섀도 마스크(30)를 제작한다.A shadow mask 30 for forming electrodes is fabricated before fabrication of the biosensor. The shadow mask 30 may be made of various materials, but in the present invention, it is made of paper. The shadow mask 30 is used to form electrodes with conductive epoxy, so that the clogged portion of the shadow mask to be used must pass through the conductive epoxy. Accordingly, in the present invention, the shadow mask 30 is manufactured by a wax printing method using a low-cost paper as a material.

먼저, 섀도 마스크(30)의 기본 기판으로 종이(31)를 준비한 후, 이 종이(31) 위에 왁스 프린터를 사용하여 왁스(32)를 캐드 프로그램으로 설계된 패턴으로 인쇄한다. 종이(31) 위에 왁스(32)를 프린팅하는 이유는 종이(31)가 다공성 재질이어서 액체류가 묻으면 투과되기 때문에, 왁스(32)를 프린팅하여 액체류가 투과되지 않도록 하기 위한 것이다. 이에 따라, 전극 형성부(32')를 제외하고 왁스(32)가 인쇄된다.First, a paper 31 is prepared as a basic substrate of the shadow mask 30, and then the wax 32 is printed on the paper 31 in a designed pattern using a CAD program. The reason for printing the wax 32 on the paper 31 is to print the wax 32 so that the liquid does not permeate because the paper 31 is porous and permeates when the liquid is impregnated. Thus, the wax 32 is printed except for the electrode forming portion 32 '.

이어, 인쇄된 왁스(32)가 종이 내부로 침투되도록 핫 플레이트를 이용하여 120℃의 온도로 160초 동안 가열함으로써 왁스(32)를 녹여 종이(31)의 내부로 침투시킨다. 마지막으로 왁스가 침투된 종이(33)에서 크래프트 커터를 사용하여 왁스가 침투하지 않는 영역의 종이(31)을 정밀하게 잘라내면, 전극 형성 구멍(30')이 구비된 섀도 마스크(30)가 완성된다.Next, the wax 32 is melted and infiltrated into the paper 31 by heating the printed wax 32 at a temperature of 120 DEG C for 160 seconds using a hot plate so that the wax 32 penetrates into the paper. Finally, when the paper 31 in the region where the wax does not penetrate is precisely cut using the kraft cutter in the paper 33 into which the wax has permeated, the shadow mask 30 provided with the electrode forming hole 30 ' do.

상기 섀도 마스크(30)의 제작이 완료되면, 이를 이용하여 종이기반 전기화학적 바이오 센서를 제작한다.When the production of the shadow mask 30 is completed, a paper-based electrochemical biosensor is manufactured using the shadow mask 30.

먼저, 기본 기판으로 종이(11)를 준비한 후, 왁스 프린터를 사용하여 종이 위에 왁스(12)를 캐드 프로그램으로 설계된 패턴 형상으로 인쇄한다. 그리고, 인쇄된 왁스(12)를 종이(11)의 내부로 침투시키기 위하여, 핫 플레이트를 이용하여 120℃의 온도로 160초 동안 가열함으로써 왁스(12)가 종이(11)의 하부까지 침투되도록 한다. 이어, 종이접기 라인(16)을 따라 왁스가 침투된 종이(13)를 접어서 접착제로 완벽하게 붙여주면, 용기부(15)가 형성된 몸체(10)가 완성된다.First, the paper 11 is prepared as a base substrate, and then the wax 12 is printed on a paper using a wax printer in a pattern shape designed with a CAD program. Then, in order to infiltrate the printed wax 12 into the inside of the paper 11, the wax 12 is heated to a temperature of 120 DEG C for 160 seconds using a hot plate so that the wax 12 penetrates to the lower portion of the paper 11 . Then, the paper 13 into which the wax has penetrated along the paper folding line 16 is folded and adhered completely with an adhesive to complete the body 10 in which the container portion 15 is formed.

다음으로 측정 샘플의 전기적인 특성을 평가하기 위한 전극을 스텐실 기법을 이용하여 형성한다. 즉, 미리 제작된 섀도 마스크(30)를 몸체(10)의 상면에 접착한 후, 전기적인 전도성을 갖는 전도성 에폭시를 평평하게 발라주고, 전도성 에폭시가 충분히 경화되면 상기 몸체(10)로부터 섀도 마스크(30)를 탈착하여 전극(30)이 상기 몸체(10)의 상면에 돌출된 센서의 제작을 완료한다.Next, an electrode for evaluating the electrical characteristics of the measurement sample is formed using a stencil technique. That is, a previously prepared shadow mask 30 is adhered to the upper surface of the body 10, and then a conductive epoxy having electrical conductivity is flattened. When the conductive epoxy is sufficiently cured, the shadow mask 30 30 are attached to the upper surface of the body 10 to complete the fabrication of the sensor protruding from the upper surface of the body 10.

이상의 과정을 통해 완성된 본 발명의 가뭄진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서의 검증을 위하여 소스미터를 연결하고 측정 샘플의 프롤린 농도를 변화시켜 가면서 전압에 따른 전류의 변화와 저항값을 측정하였다.In order to verify the paper-based electrochemical biosensor for drought diagnosis according to the present invention, a source meter was connected and the change of the current according to the voltage and the resistance value were measured while varying the concentration of proline in the measurement sample.

이를 위하여 다양한 농도의 설포살리실산 용액을 제조함과 아울러, 설포살리실산 용액과 닌히드린 용액이 결합된 혼합용액을 제조한 후, 제조된 각각의 용액에 다른 농도의 프롤린을 혼합하여 프롤린 농도에 따른 샘플의 전류 변화를 확인하였다. 즉, 설포살리실산 용액과 닌히드린 용액이 결합된 혼합용액에 프롤린을 혼합한 후 비색법으로 프롤린의 농도를 검출하고, 해당 농도의 프롤린을 종이기반 전기화학적 바이오 센서의 용기부에 설포살리실산 용액과 혼합하여 로딩한 후 소스미터를 이용하여 전류-전압 곡선(I-V 커브)을 도출하였다.To this end, a mixed solution of sulfosalicylic acid solution and ninhydrin solution was prepared. Various solutions of proline were added to each of the prepared solutions to prepare samples of proinsulin Current change was confirmed. That is, the proline is mixed with the mixed solution in which the sulfosalicylic acid solution and the ninhydrin solution are combined, the concentration of proline is detected by the colorimetric method, and the proline of the concentration is mixed with the sulfosalicylic acid solution in the container portion of the paper-based electrochemical biosensor After loading, a current-voltage curve (IV curve) was derived using a source meter.

실험결과 종이기반 전기화학적 바이오 센서를 이용하여 프롤린을 용해시킬 수 있는 다양한 용액 중 1% 농도의 설포살리실산 용액을 사용하여 측정한 실험결과로부터 프롤린을 고감도로 검출할 수 있음이 확인되었다. 따라서, 프롤린을 고감도로 검출하기 위해서는 1% 농도의 설포살리실산 용액을 사용하는 것이 바람직하다.As a result, it was confirmed that proline can be detected with high sensitivity from the results of measurement using 1% concentration of sulfosalicylic acid solution in various solutions capable of dissolving proline by using paper - based electrochemical biosensor. Therefore, in order to detect proline with high sensitivity, it is preferable to use a 1% concentration of sulfosalicylic acid solution.

참고로, 도 4는 1% 농도의 설포살리실산 용액에 녹아있는 프롤린의 농도에 따른 전류-전압 곡선이고, 도 5는 1% 농도의 설포살리실한 용액에 녹아있는 프롤린 농도에 따른 저항 변화를 나타내고 있다.4 is a current-voltage curve according to the concentration of proline dissolved in a 1% concentration sulfosalicylic acid solution, and FIG. 5 shows a resistance change according to the concentration of proline dissolved in a 1% concentration sulfosalicylic solution have.

도 4와 도 5를 참조하면, 프롤린의 농도에 관계없이 전압에 따른 전류의 변화가 선형으로 나타나 있어 프롤린이 저항으로 작용하고, 프롤린의 농도가 높아질수록 기울기가 커지는 것으로부터 프롤린의 농도와 저항이 반비례함을 확인된다. 따라서, 소스미터(50)와 전기화학적 바이오 센서를 이용하여 측정샘플의 저항을 측정하면 프롤린 농도를 검출할 수 있게 된다. 4 and 5, regardless of the concentration of proline, the change in current varies linearly with voltage, so that the proline acts as a resistor and the higher the concentration of proline, the larger the slope becomes. Inversely proportional. Therefore, by measuring the resistance of the measurement sample using the source meter 50 and the electrochemical biosensor, the concentration of proline can be detected.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Various modifications and variations will be possible without departing from the spirit of the invention. Therefore, the scope of the present invention should be construed as being covered by the scope of the appended claims, and technical scope within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

10...몸체
11...종이
12...왁스
13...왁스가 침투된 종이
15...용기부
20..전극
30...섀도 마스크
30'...전극 형성 구멍
31...종이
32...왁스
32'...전극 형성부
33...왁스가 침투된 종이10 ... body
11 ... paper
12 ... wax
13 ... wax-impregnated paper
15 ... container
20. Electrode
30 ... shadow mask
30 '... Electrode forming hole
31 ... paper
32 ... wax
32 '... electrode forming portion
33 ... wax-impregnated paper

Claims (7)

기본 기판이 되는 종이(11)에 왁스 프린터를 이용하여 용기부(15)와 접기 라인(16)이 구비된 패턴을 왁스(12)로 인쇄하는 단계와; 핫 플레이트를 이용하여 왁스(12)를 녹이고 녹은 왁스(12)가 종이(11)의 하부까지 침투되도록 하는 단계와; 오리가미 방법으로 왁스가 침투된 종이(13)를 접어 용기부(15)가 구비된 몸체(10)를 완성하는 단계와; 상기 몸체(10)의 상부에 용기부(15)에 연결된 한 쌍의 전극(20)을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서의 제조방법으로서,
용기부(15)에는 측정샘플과 1% 농도의 설포살리실산을 혼합하여 로딩함으로써, 설포살리실산에 의해 측정샘플로부터 추출된 프롤린이 그 농도에 따라 전기적 저항을 띄도록,
상기 전극(20)은 상기 몸체(10)의 상측에 전극 형성 구멍(30')이 구비된 섀도 마스크(30)를 부착한 후 전기적 전도성을 갖는 전도성 에폭시를 도포하고, 전도성 에폭시가 경화하면 섀도 마스크(30)를 탈착하는 스텐실 기법에 의해 형성되고,
상기 섀도 마스크(30)는 종이(31)에 캐드 프로그램에 의해 설계된 전극 형성부(32')를 제외한 나머지 부분이 왁스(32)로 이루어진 패턴 형상을 왁스 프린터로 인쇄한 후, 핫 플레이트를 이용하여 왁스(32)를 녹이고 녹은 왁스(32)가 종이(31)의 하부까지 침투되도록 한 다음, 왁스가 침투된 종이(33)에서 왁스가 침투하지 않은 영역의 종이(31)를 잘라내 제거하는 방식으로 제작되고,
상기 왁스가 침투된 종이(33)에서 왁스가 침투되지 않은 영역의 종이(31)를 잘라낼 때 크래프트 커터를 사용하고,
상기 종이(11)(31)에 도포된 왁스(12)(32)를 녹일 때 핫플레이트를 이용하여 120℃의 온도로 160초 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 가뭄 진단용 종이기반 전기화학적 바이오 센서의 제조방법.Printing a pattern having a container portion (15) and a folding line (16) with a wax (12) on a paper (11) as a base substrate; Dissolving the wax (12) using a hot plate and allowing the molten wax (12) to penetrate to the bottom of the paper (11); Folding the wax-impregnated paper (13) by an orgasmic method to complete the body (10) provided with the container part (15); And forming a pair of electrodes (20) connected to the container part (15) on the upper part of the body (10), the method comprising:
In the container unit 15, a mixture of the measurement sample and sulfosalicylic acid at a concentration of 1% is loaded so that the proline extracted from the measurement sample by the sulfosalicylic acid is electrically resisted according to its concentration,
The electrode 20 is formed by attaching a shadow mask 30 provided with an electrode forming hole 30 'on the upper side of the body 10, and then applying a conductive epoxy having electrical conductivity. When the conductive epoxy is cured, Is formed by a stencil technique for detaching the stencil 30,
The shadow mask 30 is formed by printing a pattern of the wax 32 on the paper 31 except for the electrode forming portion 32 'designed by the CAD program with a wax printer, The wax 32 is melted and melted so that the wax 32 penetrates to the lower portion of the paper 31 and then the paper 31 in the region where the wax is not infiltrated is cut out And,
A kraft cutter is used to cut the paper 31 in the area where the wax is not infiltrated from the paper 33 into which the wax is infiltrated,
Wherein the wafers (12) (32) coated on the paper (11) (31) are heated at a temperature of 120 ° C for 160 seconds using a hot plate when the wafers (12) Way. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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