KR101981844B1 - Chemical snesor comprising hydrogel detecting target substnace using color change and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 색변화를 이용하여 표적물질을 검출하는 하이드로젤을 포함하는 화학 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되고, 색변화 반응을 유도하는 반응기 또는 기능성 리간드가 결합된 하이드로젤을 포함하는 화학 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 하이드로젤을 포함하는 화학 센서 및 그 제조방법에 따르면, 하이드로젤(hydrogel)과 섬유형 다공성 지지체를 동시에 사용하여 그 내부가 매우 균질하고 표면적이 넓은 다공성 구조가 형성되어 색변화를 이용하여 표적물질을 검출하는 고감도 화학 센서를 구현할 수 있다.
또한, 하이드로젤의 다공성 조절로 크기가 큰 간섭물질의 필터 효과를 얻을 수 있어서 간섭인자의 영향을 최소화하기 용이하고, 동시에 반응이 일어나는 리셉터(리간드)를 매우 밀도있게 구성함으로써 간단하고 쉽게 고감도 화학 센서 구현이 가능하다. The present invention relates to a chemical sensor including a hydrogel for detecting a target substance using color change and a method for producing the same, and more particularly, to a chemical sensor including a hydrogel for detecting a target substance using color change, A reactor or a functional ligand, and a process for producing the same.
According to the chemical sensor including the hydrogel of the present invention and the method for producing the same, a hydrogel and a fibrous porous support are simultaneously used to form a porous structure having a very homogeneous inside and a wide surface area, A sensitive chemical sensor for detecting a target substance can be implemented.
In addition, by adjusting the porosity of the hydrogel, it is possible to obtain a filter effect of a large-sized interference substance, thereby easily minimizing the influence of interference factors, and structuring the receptor (ligand) Implementation is possible.
Description
본 발명은 색변화를 이용하여 표적물질을 검출하는 하이드로젤을 포함하는 화학 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되고, 색변화 반응을 유도하는 반응기 또는 기능성 리간드가 결합된 하이드로젤을 포함하는 화학 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical sensor including a hydrogel for detecting a target substance using color change and a method for producing the same, and more particularly, to a chemical sensor including a hydrogel for detecting a target substance using color change, A reactor or a functional ligand, and a process for producing the same.
종래의 색센서(colorimetric sensor) 스트립은 도 1과 같은 유리 섬유(glass fiber) 멤브레인 상에 색변화를 일으키는 화학반응을 유도하는 것이 일반적이었다. 소변 검사 스트립지와 같이 유리 섬유(glass fiber) 상에 화학반응이 일어나도록 염료처리를 하고 타겟 화학인자가 존재할 경우 색깔이 바뀌도록 유도한다. 화학반응에 의한 색변화로 타겟 인자의 유무와 농도를 정량적으로 정성적으로 확인하는 것이다. 유리 섬유는 성긴 구조로 수십 nm 이하의 화학인자들이 반응하기에는 용액상에서 반응 하는 것과 큰 차이가 없으며 단지 용액이 흘러가지 못하게 머금고 있는 역할을 해준다. Conventional colorimetric sensor strips generally lead to chemical reactions that cause color change on a glass fiber membrane as in Fig. Like urine test strips, they are dyed so that chemical reactions take place on glass fibers and the colors change when there are target chemical factors. Quantitative and qualitative confirmation of presence and concentration of target factors by color change by chemical reaction. Fiberglass is a coarse structure, which does not make much difference from reaction in solution in response to chemical elements of several tens of nanometers or less, but it plays a role of preventing solution from flowing out.
색센서의 감도를 높이려면 작은 부피 상에 높은 밀도로 화학반응 인자가 존재하도록 하는 것이 필요한데 용액에서는 밀도로만 조절되므로 분석을 위해 추가되는 반응액이 들어가게 되면 반응 인자들의 밀도는 그만큼 떨어지게 된다. 반응액의 추가에 관계없이 화학반응 인자가 동일한 위치에서 고밀도로 존재하게 하면 높은 감도로 측정하는 것이 가능해진다. In order to increase the sensitivity of the color sensor, it is necessary to make the chemical reaction factor exist in a small volume on the high density. In the solution, the density of the reaction factors is decreased by adding the added reaction solution for analysis. Regardless of the addition of the reaction solution, when the chemical reaction factors are present in the same position at a high density, it becomes possible to measure with high sensitivity.
유리 섬유도 그런 역할을 하는데 유리 섬유 가닥 사이에 매우 큰 빈공간이 존재하므로 한계가 있다. 이러한 빈 공간을 통해 분석액 내에 크기가 큰 혈구나 세포 등이 자유롭게 드나들 수 있어서 소변이나 혈액검사시 이들에 의한 영향을 받기도 하고 여타의 간섭물질의 영향을 많이 받을 가능성이 크다는 문제점이 있었다. Glass fiber also plays such a role, but there is a limit because there is a very large empty space between glass fiber strands. In such an empty space, large blood cells and cells can freely enter the analytical solution, which may be affected by urine or blood during testing, and is likely to be influenced by other interfering substances.
따라서 본 발명의 목적은 하이드로젤(hydrogel)과 백본(backbone) 구조인 유리 섬유 또는 셀룰로오스 등의 섬유형 다공성 지지체를 동시에 사용하여 그 내부가 매우 균질하고 표면적이 넓은 다공성 구조가 형성되도록 함으로써 색변화를 이용하여 표적물질을 검출하는 하이드로젤을 포함하는 화학 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a porous structure in which a hydrogel and a fibrous porous support such as a glass fiber or a cellulose, which is a backbone structure, are simultaneously used to form a porous structure having a very homogeneous inside and a wide surface area, And to provide a chemical sensor including the hydrogel for detecting a target substance using the same.
본 발명의 다른 목적은 하이드로젤의 다공성 조절로 간섭인자의 영향을 최소화하면서 반응이 일어나는 리간드를 매우 밀도있게 구성함으로써 간단하게 감도를 향상시킬 수 있는 하이드로젤을 포함하는 화학 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a chemical sensor including a hydrogel which can easily increase the sensitivity by forming a ligand in which the reaction takes place in a very dense manner while minimizing the influence of interference factors by controlling the porosity of the hydrogel, .
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서는 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되고, 색변화 반응을 유도하는 반응기 또는 기능성 리간드가 결합된 하이드로젤을 포함할 수 있다.In order to accomplish the above object, a chemical sensor including a hydrogel according to a preferred embodiment of the present invention is packed in an inner space between fibrous porous supports, and a reactor or functional ligand Gt; hydrogel < / RTI >
본 발명에 따른 화학 센서의 일 실시예에서, 상기 하이드로젤은, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리하이드록시에틸 메타크릴레이드, 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 히알루론산, 아가 및 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자를 포함하는 용액을 상기 섬유형 다공성 지지체에 혼합하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되어 형성된 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the chemical sensor according to the present invention, the hydrogel is selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyhydroxyethyl methacrylate, poly (N, N-ethylaminoethyl methacrylate) Wherein the fibrous porous support is filled with a solution containing at least one polymer selected from the group consisting of lactic acid, agar, and chitosan into the fibrous porous support and filling the space between the fibrous porous supports.
본 발명에 따른 화학 센서의 일 실시예에서, 상기 하이드로젤은, PEG-DA(polyethylene glycol diacrlyate) 시약, Methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester 및 폴리머 반응을 촉박시키는 광 개시제를 포함하는 용액을 섬유형 다공성 지지체에 혼합하고, 상기 용액이 혼합된 섬유형 다공성 지지체에 자외선을 조사하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되어 형성된 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the chemical sensor according to the present invention, the hydrogel comprises a solution comprising a PEG-DA (polyethylene glycol diacrityate) reagent, a methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester and a photoinitiator, The porous support is mixed with the porous support, and the fiber-like porous support mixed with the solution is irradiated with ultraviolet rays to be filled in the internal space between the fibrous porous supports.
본 발명에 따른 화학 센서의 일 실시예에서, 상기 반응기 또는 기능성 리간드는 1-Naphthylethylenediamine이고, 상기 1-Naphthylethylenediamine은 표적물질에 존재하는 아질산 이온(nitrite)과 Sulfanilamide가 반응하여 생성된 화합물과 결합하여 Azo기를 발색단으로 하는 색소를 생성하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the chemical sensor according to the present invention, the reactor or the functional ligand is 1-Naphthylethylenediamine, and the 1-Naphthylethylenediamine is combined with a nitrite produced in the target material by reaction with sulfanilamide to produce Azo Wherein the dye is a chromophore.
본 발명에 따른 화학 센서의 일 실시예에서, 상기 섬유형 다공성 지지체는 유리 섬유인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the chemical sensor according to the present invention, the fibrous porous support is a glass fiber.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서의 제조방법은, 섬유형 다공성 지지체를 준비하는 단계; 및 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리하이드록시에틸 메타크릴레이드, 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 히알루론산, 아가 및 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자를 포함하는 용액을 상기 섬유형 다공성 지지체에 혼합하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 하이드로젤이 충진되어 형성되는 단계;를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a chemical sensor including a hydrogel, comprising: preparing a fibrous porous support; And at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyhydroxyethyl methacrylate, poly (N, N-ethylaminoethyl methacrylate), hyaluronic acid, agar and chitosan And mixing the solution with the fibrous porous support to form a hydrogel in the inner space between the fibrous porous supports.
본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에서, 상기 형성된 하이드로젤에 색변화 반응을 유도하는 반응기 또는 기능성 리간드를 구비하는 화합물을 포함하는 용액을 혼합하여 상기 반응기 또는 기능성 리간드가 상기 하이드로젤에 고정화되는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the production method according to the present invention, a solution containing a compound having a functional ligand or a reactor for inducing a color change reaction is mixed with the formed hydrogel, and the reactor or the functional ligand is immobilized on the hydrogel Step;
본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에서, 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 하이드로젤이 충진되어 형성되는 단계는, 상기 고분자를 포함하는 용액이 혼합된 섬유형 다공성 지지체에 자외선을 조사하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 하이드로젤이 충진된 형태로 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the manufacturing method according to the present invention, the step of filling the internal space between the fibrous porous supports with hydrogel is performed by irradiating ultraviolet rays to the fibrous porous support in which the solution containing the polymer is mixed And forming a hydrogel filled in an inner space between the fibrous porous supports.
본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에서, 상기 반응기 또는 기능성 리간드를 구비하는 화합물을 포함하는 용액은, 1-Naphthylethylenediamine, Na2CO3 및 PBS buffer 용액을 혼합한 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the process according to the present invention, the solution containing the compound having the reactive group or the functional ligand is characterized by mixing 1-Naphthylethylenediamine, Na2CO3 and PBS buffer solution.
본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에서, 상기 1-Naphthylethylenediamine은 표적물질에 존재하는 아질산 이온(nitrite)과 Sulfanilamide가 반응하여 생성된 화합물과 결합하여 Azo기를 발색단으로 하는 색소를 생성하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the 1-Naphthylethylenediamine is combined with a compound formed by the reaction of nitrite (nitrite) present in the target material with sulfanilamide to generate a dye having azo group as a chromophore do.
본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에서, 상기 고분자를 포함하는 용액은, PEG-DA(polyethylene glycol diacrlyate) 시약, Methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester 및 폴리머 반응을 촉발시키는 광 개시제를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the process according to the invention, the solution comprising the polymer comprises a PEG-DA (polyethylene glycol diacrityate) reagent, a methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester and a photoinitiator which triggers the polymer reaction .
본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에서, 상기 섬유형 다공성 지지체는 유리 섬유인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the production method according to the present invention, the fibrous porous support is a glass fiber.
본 발명의 하이드로젤을 포함하는 화학 센서 및 그 제조방법에 따르면, 하이드로젤(hydrogel)과 섬유형 다공성 지지체를 동시에 사용하여 그 내부가 매우 균질하고 표면적이 넓은 다공성 구조가 형성되어 색변화를 이용하여 표적물질을 검출하는 고감도 화학 센서를 구현할 수 있다.According to the chemical sensor including the hydrogel of the present invention and the method for producing the same, a hydrogel and a fibrous porous support are simultaneously used to form a porous structure having a very homogeneous inside and a wide surface area, A sensitive chemical sensor for detecting a target substance can be implemented.
또한, 하이드로젤의 다공성 조절로 크기가 큰 간섭물질의 필터 효과를 얻을 수 있어서 간섭인자의 영향을 최소화하기 용이하고, 동시에 반응이 일어나는 리셉터(리간드)를 매우 밀도있게 구성함으로써 간단하고 쉽게 고감도 화학 센서 구현이 가능하다. In addition, by adjusting the porosity of the hydrogel, it is possible to obtain a filter effect of a large-sized interference substance, thereby easily minimizing the influence of interference factors, and structuring the receptor (ligand) Implementation is possible.
도 1은 유리 섬유(glass fiber) 구조를 나타내는 사진(x100배)이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서를 제조하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학 센서에 있어서 하이드로젤이 다양한 위치에 형성되는 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유리 섬유에 하이드로젤을 형성하기 전의 유리 섬유 구조를 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유리 섬유에 하이드로젤을 형성한 후의 유리 섬유 구조를 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 NO2 -(nitrite)를 검출하기 위하여 1-Naphthylethylenediamine을 하이드로젤에 고정화하는 방법을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 표준 NO2 - 농도에 의한 화학 센서의 색출력 및 미지의 시료에 의한 색변화를 나타내는 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 NO2 - 이외의 다른 표적물질에 반응하는지의 여부에 대하여 실험한 결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 NC membrane 상에 하이드로젤을 형성시켜 제작한 하이드로젤 멤브레인의 다공성 구조를 나타내는 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서를 이용하여 색변화에 의한 표적물질을 검출하는 사용예를 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 리더기로 색변화 수치를 측정하는 사용예를 나타낸다.1 is a photograph (x100 times) showing a glass fiber structure.
FIG. 2 is a flow chart for manufacturing a chemical sensor including a hydrogel according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing a structure in which a hydrogel is formed at various positions in a chemical sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph showing a glass fiber structure before forming a hydrogel in the glass fiber according to the embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing a glass fiber structure after hydrogel is formed on the glass fiber according to the embodiment of the present invention.
6 is a schematic view showing a method of immobilizing 1-Naphthylethylenediamine in a hydrogel to detect NO 2 - (nitrite) according to an embodiment of the present invention.
7 is a photograph showing the color output of the chemical sensor by the standard NO 2 - concentration and the color change due to the unknown sample according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a photograph showing the result of an experiment on whether or not it reacts with other target substances other than NO 2 - according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph showing a porous structure of a hydrogel membrane prepared by forming a hydrogel on an NC membrane according to an embodiment of the present invention.
10 is a schematic diagram showing an example of using a chemical sensor including a hydrogel according to an embodiment of the present invention to detect a target substance by color change.
11 shows an example of the use of a color reader to measure a color change value in a digital reader according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서를 제조하는 순서도이고, 도 3은 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학 센서에 있어서 하이드로젤이 다양한 위치에 형성되는 구조를 나타내는 모식도이다.FIG. 2 is a flow chart for manufacturing a chemical sensor including a hydrogel according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure in which a hydrogel is formed at various positions in a chemical sensor according to an embodiment of the present invention. Fig.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서는 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되고, 색변화 반응을 유도하는 반응기 또는 기능성 리간드가 결합된 하이드로젤을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A chemical sensor including a hydrogel according to a preferred embodiment of the present invention is characterized by including a reactor filled with a space between the fibrous porous supports and inducing a color change reaction or a hydrogel to which a functional ligand is bound .
본 발명에 따른 화학 센서의 일 실시예에서, 상기 하이드로젤은, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리하이드록시에틸 메타크릴레이드, 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 히알루론산, 아가 및 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자를 포함하는 용액을 상기 섬유형 다공성 지지체에 혼합하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되어 형성된 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the chemical sensor according to the present invention, the hydrogel is selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyhydroxyethyl methacrylate, poly (N, N-ethylaminoethyl methacrylate) Wherein the fibrous porous support is filled with a solution containing at least one polymer selected from the group consisting of lactic acid, agar, and chitosan into the fibrous porous support and filling the space between the fibrous porous supports.
바람직하게는, 상기 하이드로젤은, PEG-DA(polyethylene glycol diacrlyate) 시약, Methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester 및 폴리머 반응을 촉박시키는 광 개시제를 포함하는 용액을 섬유형 다공성 지지체에 혼합하고, 상기 용액이 혼합된 섬유형 다공성 지지체에 자외선을 조사하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되어 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the hydrogel is prepared by mixing a solution comprising a PEG-DA (polyethylene glycol diacrityate) reagent, a methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester and a photoinitiator to facilitate the polymer reaction into a fibrous porous support, And the mixed fiber-type porous support is filled in an internal space between the fibrous porous supports by irradiating ultraviolet rays.
이때, 상기 하이드로젤 혼합 용액은 PEG-DA(polyethylene glycol) diacrlyate 시약, Acryl-NHS(Methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester) 및 폴리머반응을 촉박시키는 광 개시제(photo initiator, Darocur 1173) 용액을 적절한 비율로 혼합하여 제조할 수 있다.At this time, the hydrogel mixture solution was prepared by mixing PEG-DA (polyethylene glycol) diacrityate reagent, Acryl-NHS (Methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester) and photo initiator (Darocur 1173) .
상기 하이드로젤 혼합 용액을 유리 섬유에 떨어뜨린 후 UV를 조사하면 중합 반응(polymerization)이 진행되어 하이드로젤이 형성되고, 반응에 참여하지 않은 것을 증류수로 세척하여 씻어낸다. 일 예로, PEG-DA(분자량 700) 20%, Acryl-NHS(10mM) 10%, 광 개시제 1%, 증류수 69%로 혼합하여 UV를 조사하면 하이드로젤이 형성되며, 다공성을 조절하기 위해 PEG-DA의 비율을 조절할 수 있고, 분자량이 크거나 작은 것을 사용하는 것도 가능하다. When the hydrogel mixture solution is dropped on the glass fiber and irradiated with UV light, polymerization is progressed to form a hydrogel, and the unincorporated water is washed with distilled water and washed. For example, a mixture of 20% of PEG-DA (molecular weight 700), 10% of Acryl-NHS (10 mM), 1% of photoinitiator, and 69% of distilled water is mixed and irradiated with UV to form a hydrogel. The ratio of DA can be adjusted, and it is also possible to use one having a larger or smaller molecular weight.
이때 의도한 영역에 하이드로젤을 형성하기 위하여 유리 섬유의 상부에 마스크(Mask)를 형성하여 자외선을 조사하는 것이 바람직하다.At this time, in order to form the hydrogel in the intended area, it is preferable to form a mask on the upper part of the glass fiber and irradiate ultraviolet rays.
본 발명에 따른 화학 센서의 일 실시예에서, 상기 섬유형 다공성 지지체는 유리 섬유 또는 셀룰로오스가 바람직하다. 즉, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서는 유리 섬유에 하이드로젤 혼합 용액을 투입하고 자외선(UV)을 조사하면 상기 유리 섬유의 내부 공간에 하이드로젤이 고밀도로 충진된다. In one embodiment of the chemical sensor according to the invention, the fibrous porous support is preferably glass fiber or cellulose. That is, referring to FIG. 2, the chemical sensor including the hydrogel according to the present invention is characterized in that a hydrogel mixed solution is introduced into glass fibers and irradiated with ultraviolet rays (UV) to fill the inner space of the glass fibers with high- do.
본 발명에 따른 화학 센서의 일 실시예에서, 상기 반응기 또는 기능성 리간드는 1-Naphthylethylenediamine이고, 상기 1-Naphthylethylenediamine은 표적물질에 존재하는 아질산 이온(nitrite)과 Sulfanilamide가 반응하여 생성된 화합물과 결합하여 Azo기를 발색단으로 하는 색소를 생성하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the chemical sensor according to the present invention, the reactor or the functional ligand is 1-Naphthylethylenediamine, and the 1-Naphthylethylenediamine is combined with a nitrite produced in the target material by reaction with sulfanilamide to produce Azo Wherein the dye is a chromophore.
도 3을 참조하면, 유리 섬유에 하이드로젤이 형성되는 위치에 대한 다양한 구현 예가 도시되어 있는데, 이들은 하이드로젤이 유리 섬유에 형성되는 위치 또는 부위를 설명하기 위한 예시이며, 본 발명에 따른 화학 센서가 도 3에서 도시된 형태에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 3, there are shown various embodiments of the position where the hydrogel is formed on the glass fiber, which is an example for explaining the position or the site where the hydrogel is formed on the glass fiber, and the chemical sensor according to the present invention It is not limited to the form shown in Fig.
따라서, 본 발명의 화학 센서에 있어서 하이드로젤이 형성되는 위치는 유리 섬유 내부 공간에 형성되는 것이 바람직하나(도 3의 a), 이에 제한되는 것은 아니며, 유리 섬유의 상부(도 3의 b), 기판의 상부(도 3의 c) 또는 기판 상부에 형성된 유리 섬유의 상부에 하이드로젤이 형성되고 상기 하이드로젤과 일정 거리 이격된 위치에 흡수지가 형성된 구조(도 3의 d) 등 다양한 구현예가 가능할 수 있다.Therefore, in the chemical sensor of the present invention, the position where the hydrogel is formed is preferably formed in the inner space of the glass fiber (Fig. 3 (a)), but not limited thereto, (C in FIG. 3) or a structure in which a hydrogel is formed on the glass fiber formed on the substrate and the absorbent paper is formed at a position spaced apart from the hydrogel by a certain distance (FIG. 3 (d) have.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유리 섬유에 하이드로젤을 형성하기 전의 유리 섬유 구조를 나타내는 사진이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유리 섬유에 하이드로젤을 형성한 후의 유리 섬유 구조를 나타내는 사진이다.FIG. 4 is a photograph showing a glass fiber structure before the hydrogel is formed on the glass fiber according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph showing the glass fiber structure after hydrogel is formed on the glass fiber according to the embodiment of the present invention. It is a photograph which shows.
도 4 및 도 5는 유리 섬유를 백본(back-bone) 구조로 활용하여 유리 섬유 사이의 내부 공간을 하이드로젤로 충진시키는 실시예를 설명하는 것이다. 도 5를 참조하면, 유리 섬유사의 내부 공간에 하이드로젤이 형성되어 있다. 상기 하이드로젤의 다공성 특성으로 하이드로젤의 갈라진 사이 사이에 유리 섬유가 드러나 보이지만 이는 SEM 사진을 찍기 위해 건조되면서 형성된 것으로, 본 발명의 실질적인 구조적 특성과 관련하여 본 발명에 따른 하이드로젤 내부는 균질한 10nm 내외의 다공성 박막으로 구성되어 있다.FIGS. 4 and 5 illustrate an embodiment in which glass fiber is used as a back-bone structure to fill the internal space between glass fibers with a hydrogel. Referring to FIG. 5, a hydrogel is formed in the inner space of the glass fiber yarn. As a result of the porosity of the hydrogel, the glass fibers may be exposed between the cracks of the hydrogel, but this is formed by drying for photographing the SEM. In relation to the substantial structural characteristics of the present invention, And is composed of a porous film inside and outside.
본 발명에 따른 화학 센서의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기 또는 기능성 리간드는 1-Naphthylethylenediamine이고, 상기 1-Naphthylethylenediamine은 표적물질에 존재하는 아질산 이온(NO2 -, nitrite)과 Sulfanilamide가 반응하여 생성된 화합물과 결합하여 Azo기를 발색단으로 하는 색소를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment of the chemical sensor according to the present invention, the reactor or the functional ligand is 1-Naphthylethylenediamine, and the 1-Naphthylethylenediamine is produced by reacting nitric acid (NO 2 - , nitrite) present in the target material with sulfanilamide To form a dye having an azo group as a chromophore in combination with the compound.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 NO2 -(nitrite)를 검출하기 위하여 1-Naphthylethylenediamine을 하이드로젤에 고정화하는 방법을 나타내는 모식도이다.6 is a schematic view showing a method of immobilizing 1-Naphthylethylenediamine in a hydrogel to detect NO 2 - (nitrite) according to an embodiment of the present invention.
도 6은 NO2 -(nitrite)를 검출하는 Azo dye 반응을 나타낸다. 본 발명에 따른 하이드로젤은 1-Naphthylethylenediamine이 고정화될 수 있는 말단 기능기가 하이드로젤 내에 많이 존재하는 구조가 된다. 여기에 1-Naphthylethylenediamine을 고정화하기 위해 100mM의 1-Naphthylethylenediamine과 Na2CO3 200mM을 PBS buffer 용액 1ml에 혼합하여 충분히 섞은 후 미리 만들어둔 하이드로젤에 떨어뜨려 2시간 이상 충분히 반응시킨다. 반응이 완료되면 증류수로 세척한다. 이렇게 되면 1-Naphthylethylenediamine가 하이드로젤에 고정화된 구조가 만들어지게 된다. 상기 1-Naphthylethylenediamine가 하이드로젤 백본의 사이 사이에 고정되므로 반응 용액의 흐름에 영향을 받지 않으므로 표적 물질의 검출의 정확성을 높일 수 있는 장점이 있다.FIG. 6 shows the Azo dye reaction for detecting NO 2 - (nitrite). The hydrogel according to the present invention has a structure in which a terminal functional group capable of immobilizing 1-Naphthylethylenediamine is present in a large amount in the hydrogel. To immobilize 1-Naphthylethylenediamine, 100 mM of 1-Naphthylethylenediamine and 200 mM of Na2CO3 are mixed in 1 ml of PBS buffer solution. After thorough mixing, the mixture is placed in a pre-made hydrogel for sufficient reaction for 2 hours or more. When the reaction is complete, wash with distilled water. This results in a structure in which 1-Naphthylethylenediamine is immobilized on the hydrogel. Since the 1-Naphthylethylenediamine is immobilized between the hydrogel backbones, it is not affected by the flow of the reaction solution, so that the accuracy of detection of the target substance can be improved.
이와 같이 형성된 하이드로젤 내에 1-Naphthylethylenediamine이 고정된 상태가 되면 NO2 - 검출이 가능한 화학 센서가 된다. 도 6을 참조하여, 본 발명의 화학 센서를 이용하여 NO2 - 를 검출하는 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저 NO2 -(nitrite)와 Sulfanilamide가 반응한다. Sulfanilamide가 존재하면 1-Naphthylethylenediamine과 반응하여 Azo Dye가 만들어지면서 색(540nm)을 내게 되는데, NO2 -(nitrite)가 존재하지 않으면 sulfanilamide는 1-Naphthylethylenediamine과 반응할 수 없는 구조여서 색깔을 띠지 않는다. 이는 용액상에서 일어나는 반응으로 시약은 buffer 용액에서 자유롭게 움직이게 된다. When 1-Naphthylethylenediamine is immobilized in the hydrogel thus formed, it becomes a chemical sensor capable of detecting NO 2 - . Referring to FIG. 6, a method for detecting NO 2 - using the chemical sensor of the present invention will be described below. First, NO 2 - (nitrite) reacts with sulfanilamide. When sulfanilamide is present, it reacts with 1-Naphthylethylenediamine to produce azo dye (540 nm). If NO 2 - (nitrite) is not present, sulfanilamide does not react with 1-Naphthylethylenediamine. This is a reaction that takes place in solution, and the reagent is free to move in the buffer solution.
다음으로, NO2 -를 검출하려면, 검출하고자 하는 시약, NO2 -가 함유되었을 검사 대상 시료 및 Sulfanilamide를 미리 반응시킨다. 시약, Sulfanilamide 및 PBS buffer를 1:1:8의 비율로 섞는 것이 바람직하다. 혼합한 후 하이드로젤에 떨어뜨리거나 묻혀서 색변화를 관찰한다. NO2 -의 양에 따라 색의 짙기가 다르게 출력되어 NO2 -를 정량적으로 검출할 수 있다.Next, in order to detect NO 2 - , the reagent to be detected, the sample to be contained containing NO 2 - , and the sulfanilamide are reacted in advance. Reagent, Sulfanilamide, and PBS buffer at a ratio of 1: 1: 8. After mixing, drop or dip into the hydrogel to observe the color change. NO 2 - can be quantitatively detected by outputting the color intensity differently depending on the amount of NO 2 - .
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 표준 NO2 - 농도에 의한 화학 센서의 색출력 및 미지의 시료에 의한 색변화를 나타내는 사진이다.7 is a photograph showing the color output of the chemical sensor by the standard NO 2 - concentration and the color change due to the unknown sample according to the embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서를 이용하여 NO2 - 성분을 검출한 색반응 결과를 보여준다. 도 7에 의하면 매우 균질한 색출력을 보여준다는 것을 알 수 있으며, 유리 섬유 내 하이드로젤이 형성된 곳에서만 색반응이 일어나 1-Naphthylethylenediamine의 고정화가 하이드로젤 내에 잘 이루어졌음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, the color reaction results of detecting the NO 2 - component using the chemical sensor including the hydrogel according to the present invention are shown. 7 shows a very homogeneous color output. It can be seen that the color reaction occurs only in the place where the hydrogel in the glass fiber is formed, and immobilization of 1-naphthylethylenediamine is well performed in the hydrogel.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 NO2 - 이외의 다른 표적물질에 반응하는지의 여부에 대하여 실험한 결과를 나타낸 사진이다. 도 8에 의하면, NO2 - 이외에 CO3 -, SO3 -, NO3 - 등의 다른 시약엔 반응성이 없다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 1-Naphthylethylenediamine를 고정화한 NO2 - 측정용 화학 센서는 NO2 - 이외의 다른 화학 성분에 반응성이 거의 없다는 점에서 매우 높은 선택성을 가지고 있음을 확인하였다.FIG. 8 is a photograph showing the result of an experiment on whether or not it reacts with other target substances other than NO 2 - according to an embodiment of the present invention. According to Fig. 8, it can be confirmed that other reagents such as CO 3 - , SO 3 - , NO 3 - and the like are not reactive in addition to NO 2 - . Therefore, it was confirmed that the chemical sensor for measuring NO 2 - immobilized 1-Naphthylethylenediamine according to the present invention has very high selectivity in that it has little reactivity with other chemical components other than NO 2 - .
한편, 본 발명에 따른 하이드로젤에 Azo dye 이외에 다른 색변화 화학반응을 유도하면 다른 물질을 검출할 수 있는 화학 센서로 적용하는 것도 가능하다. 즉, 하이드로젤에 색변화에 참여하는 일부 화학 시약을 공유결합으로 고정시키게 되면 NO2 - 를 측정하는 실시예에서 보여주듯이 균질한 색변화 출력을 하는 좋은 성능의 화학 센서를 제작할 수 있다. 또한 색변화 이외에 형광반응을 유도하여 여타의 화학센서나 바이오센서로 적용하는 것도 가능하다. It is also possible to apply a chemical sensor capable of detecting other substances by inducing color change chemical reactions other than Azo dye to the hydrogel according to the present invention. That is, if a certain chemical reagent participating in the color change is fixed to the hydrogel by a covalent bond, a chemical sensor having a good performance of producing a homogeneous color change output as shown in the embodiment for measuring NO 2 - can be manufactured. It is also possible to induce a fluorescence reaction in addition to color change and apply it to other chemical sensors or biosensors.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 NC membrane 상에 하이드로젤을 형성시켜 제작한 하이드로젤 멤브레인의 다공성 구조를 나타내는 사진이다. 도 9를 참조하면, NC 멤브레인 상에 형성시킨 하이드로젤 멤브레인이 하이드로젤이 없는 멤브레인에 비하여 더 촘촘한 다공성 구조가 형성되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 다공성의 표면적을 더욱 극대화하는 것이 가능하여 더 높은 감도의 색변화를 감지하는 화학 센서로 응용할 수 있다. 9 is a photograph showing a porous structure of a hydrogel membrane prepared by forming a hydrogel on an NC membrane according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, it can be seen that the hydrogel membrane formed on the NC membrane has a more dense porous structure than the membrane without the hydrogel. Therefore, it is possible to further maximize the surface area of the porous body, and thus it can be applied as a chemical sensor for detecting a color change of higher sensitivity.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서를 이용하여 색변화에 의한 표적물질을 검출하는 사용예를 나타내는 모식도이다. 도 10의 a를 참조하면, 분석하려는 시료(표적물질을 포함하는 시료)를 상기 화학 센서의 표면에 떨어뜨리면 흡수지의 흡입력에 의하여 색변화 반응을 유도하는 반응기 또는 기능성 리간드가 결합된 하이드로젤에 상기 시료 성분이 유입되어 색변화를 일으키게 된다. 도 10의 b를 참조하면, 분석하려는 시료(표적물질을 포함하는 시료)를 상기 화학 센서의 표면에 떨어뜨리면, 흡수지의 흡입력에 의하여 상기 시료 성분이 1차로 반응시약 A와 반응하여 반응 결과물을 생성하고, 이어서 색변화 반응을 유도하는 반응기 또는 기능성 리간드가 결합된 하이드로젤에 상기 반응 결과물이 유입되어 반응시약 B와 결합하여 색변화를 일으키게 된다.10 is a schematic diagram showing an example of using a chemical sensor including a hydrogel according to an embodiment of the present invention to detect a target substance by color change. Referring to FIG. 10A, when a sample to be analyzed (a sample containing a target substance) is dropped on the surface of the chemical sensor, a reactor or a hydrogel to which a functional ligand is bound is induced The sample component is introduced and the color change is caused. Referring to FIG. 10B, when a sample to be analyzed (a sample including a target substance) is dropped on the surface of the chemical sensor, the sample component firstly reacts with the reaction reagent A by the suction force of the absorbent paper, And then the reaction product is introduced into a reaction vessel or a hydrogel to which a functional ligand is bound to induce a color change reaction and binds with the reaction reagent B to cause a color change.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 리더기로 색변화 수치를 측정하는 사용예를 나타낸다. 도 11의 a는 디지털 리더기에 관한 것으로, 본 발명에 따른 화학센서를 스트립 형태로 구현한 스트립 검사지를 디지털 리더기의 케이스 하판 중앙부에 위치시키고, 상기 스트립 검사지의 상부에 대응되는 위치에 케이스 상판의 색측정 헤드부를 구비하고 있다. 도 11의 b를 참조하면, 상기 디지털 리더기의 LED에 의하여 조사된 광으로부터 반사된 광을 PD(Photo Detector) 소자로 검출하고, 이로부터 측정된 값을 기 입력된 정량 커브와 비교하여 색정보를 디지털 수치로 변환하여 출력할 수 있다.11 shows an example of the use of a color reader to measure a color change value in a digital reader according to an embodiment of the present invention. 11A is a perspective view of a digital reader according to an embodiment of the present invention. FIG. 11A is a perspective view of a digital reader unit according to the present invention, And a measurement head unit. Referring to FIG. 11B, the light reflected by the LED of the digital reader is detected by a PD (Photo Detector), and the measured value is compared with the input quantitative curve to obtain color information It can be converted into a digital value and output.
이와 같은 본 발명에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서의 제조방법에 대해서 도 2 및 도6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method of manufacturing a chemical sensor including the hydrogel according to the present invention will now be described with reference to FIGS. 2 and 6. FIG.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서의 제조방법은, 섬유형 다공성 지지체를 준비하는 단계; 및 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리하이드록시에틸 메타크릴레이드, 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 히알루론산, 아가 및 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자를 포함하는 용액을 상기 섬유형 다공성 지지체에 혼합하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 하이드로젤이 충진되어 형성되는 단계;를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a chemical sensor including a hydrogel according to a preferred embodiment of the present invention includes: preparing a fibrous porous support; And at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyhydroxyethyl methacrylate, poly (N, N-ethylaminoethyl methacrylate), hyaluronic acid, agar and chitosan And mixing the solution with the fibrous porous support to form a hydrogel in the inner space between the fibrous porous supports.
본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에서, 상기 형성된 하이드로젤에 색변화 반응을 유도하는 반응기 또는 기능성 리간드를 구비하는 화합물을 포함하는 용액을 혼합하여 상기 반응기 또는 기능성 리간드가 상기 하이드로젤에 고정화되는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the production method according to the present invention, a solution containing a compound having a functional ligand or a reactor for inducing a color change reaction is mixed with the formed hydrogel, and the reactor or the functional ligand is immobilized on the hydrogel Step;
여기서, 상기 반응기 또는 기능성 리간드를 구비하는 화합물을 포함하는 용액은, 1-Naphthylethylenediamine, Na2CO3 및 PBS buffer 용액을 혼합한 것을 특징으로 한다.Here, the solution containing the compound having the above-mentioned reactor or the functional ligand is characterized by mixing 1-Naphthylethylenediamine, Na2CO3 and PBS buffer solution.
이때, 상기 1-Naphthylethylenediamine은 표적물질에 존재하는 아질산 이온(nitrite)과 Sulfanilamide가 반응하여 생성된 화합물과 결합하여 Azo기를 발색단으로 하는 색소를 생성하는 것을 특징으로 한다.At this time, the 1-Naphthylethylenediamine is characterized by forming a dye having azo group as a chromophore by binding with a nitrite produced in the target material and a compound formed by the reaction of sulfanilamide.
또한 본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에서, 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 하이드로젤이 충진되어 형성되는 단계는, 상기 고분자를 포함하는 용액이 혼합된 섬유형 다공성 지지체에 자외선을 조사하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 하이드로젤이 충진된 형태로 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, in one embodiment of the manufacturing method according to the present invention, the step of filling the internal space between the fibrous porous supports with hydrogel is performed by irradiating ultraviolet rays onto the fibrous porous support in which the solution containing the polymer is mixed And forming a hydrogel filled in an inner space between the fibrous porous supports.
상기 고분자를 포함하는 용액은, PEG-DA(polyethylene glycol diacrlyate) 시약, Methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester 및 폴리머 반응을 촉발시키는 광 개시제를 포함하는 것을 특징으로 한다.The solution containing the polymer is characterized by including a PEG-DA (polyethylene glycol diacrityate) reagent, a methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester, and a photoinitiator that triggers a polymer reaction.
본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에서, 상기 섬유형 다공성 지지체는 유리 섬유인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the production method according to the present invention, the fibrous porous support is a glass fiber.
본 발명의 하이드로젤을 포함하는 화학 센서 및 그 제조방법에 따르면, 하이드로젤(hydrogel)과 유리 섬유 또는 셀룰로오스 등의 섬유형 다공성 지지체를 동시에 사용하여 그 내부가 매우 균질하고 표면적이 넓은 다공성 구조가 형성되어 색변화를 이용하여 표적물질을 검출하는 고감도 화학 센서를 구현할 수 있다.According to the chemical sensor including the hydrogel of the present invention and the method of manufacturing the same, a hydrogel and a fibrous porous support such as glass fiber or cellulose are simultaneously used to form a porous structure having a very homogeneous inside and a wide surface area A high-sensitivity chemical sensor that detects a target substance using a color change can be implemented.
또한, 하이드로젤의 다공성 조절로 크기가 큰 간섭물질의 필터 효과를 얻을 수 있어서 간섭인자의 영향을 최소화하기 용이하고, 동시에 반응이 일어나는 리셉터(리간드)를 매우 밀도있게 구성함으로써 간단하고 쉽게 고감도 화학 센서 구현이 가능하다. In addition, by adjusting the porosity of the hydrogel, it is possible to obtain a filter effect of a large-sized interference substance, thereby easily minimizing the influence of interference factors, and structuring the receptor (ligand) Implementation is possible.
즉, 하이드로젤의 다공성은 물과 화학인자를 매우 잘 통과시킬 수 있을 정도로 작지만 표면적이 매우 크고, 다공성의 크기가 매우 작아서 화학인자 뿐만아니라 10nm 내외의 항체, 항원 등의 단백질은 잘 통과할 수 있으나 1um 이상의 세포나 미생물은 통과하기가 어려워 필터 역할을 하므로 간섭물질에 의한 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한 하이드로젤은 NH2- 말단이나 Acryl 말단 등 화학기능기 처리가 용이하므로 바이오센서나 화학센서로 활용할 경우 리셉터나 probe를 고정화하기가 용이하고 매우 밀도가 높게 형성하는 것이 가능하여 감도가 우수한 센서를 구현하기가 용이하다. In other words, the porosity of the hydrogel is small enough to pass water and chemical factors very well, but the surface area is very large and the size of the porosity is so small that proteins such as antibodies and antigens of about 10 nm as well as chemical factors can pass well Cells or microorganisms of more than 1 um are difficult to pass through, so that they act as a filter, so that the effect of interference substances can be minimized. In addition, the hydrogel is easy to treat chemical functional groups such as NH2-terminal or Acryl end. Therefore, when used as a biosensor or a chemical sensor, it is easy to immobilize the receptor or probe and can form a very dense sensor. It is easy to do.
본 발명에 따른 하이드로젤은 다공성 크기를 조절하기가 용이하므로 그 장점을 취하면서도 유리 섬유 등 섬유형 다공성 지지체의 백본(back-bone) 구조를 활용할 수 있어서 두꺼운 막으로 제작하는 것이 용이하다.Since the hydrogel according to the present invention can easily adjust the size of the porosity, the back-bone structure of the fibrous porous support such as glass fiber can be utilized while taking advantage of the hydrogel.
또한, 본 발명에 따른 하이드로젤을 포함하는 화학 센서는 하이드로젤을 이용하여 유리 섬유 등의 섬유형 다공성 지지체 사이의 빈공간을 채워 매우 밀도가 높은 화학 반응인자를 고정화할 수 있는 장점이 있다. 하이드로젤만을 사용할 경우 유리 섬유 등의 섬유형 다공성 지지체 멤브레인과 같이 두껍고 큰 크기의 멤브레인을 형성하기 어렵지만 유리 섬유 등의 섬유형 다공성 지지체 멤브레인 상에 hydrogel을 형성하여 섬유형 다공성 지지체 크기의 멤브레인을 유지한채 더욱 밀도가 높은 화학 반응인자 고정화가 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 유리 섬유는 한 실시예일 뿐 NC(Nitro Cellulose) 멤브레인을 back-bone 구조로 활용하여 그 내부 포어구조를 하이드로젤이 채우는 방식으로 활용하는 것도 가능하다. In addition, the chemical sensor including the hydrogel according to the present invention is advantageous in that a highly dense chemical reaction factor can be immobilized by filling a void space between fibrous porous supports such as glass fibers by using a hydrogel. When hydrogel alone is used, it is difficult to form a thick and large-sized membrane such as a fiber-type porous support membrane such as glass fiber. However, hydrogel is formed on a fibrous porous support membrane such as glass fiber to maintain a membrane of a fibrous porous support size. More dense chemical reaction factor immobilization is possible. The glass fiber according to the embodiment of the present invention is only one embodiment, and it is also possible to utilize NC (nitrocellulose) membrane as a back-bone structure and to fill the inner pore structure with hydrogel.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be apparent to those skilled in the art that changes may be made.
Claims (12)
상기 1-나프틸에틸렌디아민(1-Naphthylethylenediamine)이 결합된 하이드로젤은, 상기 1-나프틸에틸렌디아민, Na2CO3 및 PBS(phosphate buffer saline) 버퍼 용액을 혼합한 혼합액을 하이드로젤과 반응시켜 형성되고,
상기 하이드로젤은, PEG-DA(polyethylene glycol diacrlyate) 시약, Methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester 및 폴리머 반응을 촉박시키는 광 개시제를 포함하는 용액을 섬유형 다공성 지지체에 혼합하고, 상기 용액이 혼합된 섬유형 다공성 지지체에 자외선을 조사하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되어 형성된 것을 특징으로 하는 하이드로젤을 포함하는 아질산 이온 검출용 화학 센서.
A hydrogel bonded with 1-naphthylethylenediamine, which is filled in an inner space between the fibrous porous support and induces a color change reaction,
The hydrogel to which 1-naphthylethylenediamine is bound is formed by reacting a mixed solution obtained by mixing 1-naphthylethylenediamine, Na2CO3, and PBS (phosphate buffer saline) buffer solution with a hydrogel,
The hydrogel may be prepared by mixing a solution containing a PEG-DA (polyethylene glycol diacrityate) reagent, a methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester and a photoinitiator which accelerates the polymer reaction into a fibrous porous support, Type porous support is irradiated with ultraviolet rays to be filled in an inner space between the fibrous porous supports, thereby forming a chemical sensor for detecting nitrite ions.
폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리하이드록시에틸 메타크릴레이드, 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 히알루론산, 아가 및 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자를 포함하는 용액을 상기 섬유형 다공성 지지체에 혼합하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 충진되어 형성된 것을 특징으로 하는 하이드로젤을 포함하는 아질산 이온 검출용 화학 센서.
The hydrogel according to claim 1,
A solution containing at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyhydroxyethyl methacrylate, poly (N, N-ethylaminoethyl methacrylate), hyaluronic acid, agar and chitosan Wherein the fibrous porous support is packed in an inner space between the fibrous porous support and the fibrous porous support.
상기 1-Naphthylethylenediamine은 표적물질에 존재하는 아질산 이온(nitrite)과 Sulfanilamide가 반응하여 생성된 화합물과 결합하여 Azo기를 발색단으로 하는 색소를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이드로젤을 포함하는 아질산 이온 검출용 화학 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the 1-Naphthylethylenediamine is combined with a nitrite produced in the target material by reaction with sulfanilamide to produce a dye having azo group as a chromophore, and a chemical sensor for detecting nitrite ions .
상기 섬유형 다공성 지지체는 유리 섬유인 것을 특징으로 하는 하이드로젤을 포함하는 아질산 이온 검출용 화학 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the fibrous porous support is a glass fiber.
폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리하이드록시에틸 메타크릴레이드, 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 히알루론산, 아가 및 키토산으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자를 포함하는 용액을 상기 섬유형 다공성 지지체에 혼합하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 하이드로젤이 충진되어 형성되는 단계; 및
색변화 반응을 유도하는 1-나프틸에틸렌디아민(1-Naphthylethylenediamine), Na2CO3 및 PBS(phosphate buffer saline) 버퍼 용액을 혼합한 혼합액을 상기 하이드로젤과 반응시켜 상기 1-나프틸에틸렌디아민(1-Naphthylethylenediamine)이 상기 하이드로젤에 고정화되는 단계;를 포함하고,
상기 고분자를 포함하는 용액은,
PEG-DA(polyethylene glycol diacrlyate) 시약, Methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester 및 폴리머 반응을 촉발시키는 광 개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로젤을 포함하는 아질산 이온 검출용 화학 센서의 제조방법.
Preparing a fibrous porous support;
A solution containing at least one polymer selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyhydroxyethyl methacrylate, poly (N, N-ethylaminoethyl methacrylate), hyaluronic acid, agar and chitosan Mixing the fibrous porous support with the fibrous porous support to form a hydrogel in the inner space between the fibrous porous supports; And
A mixed solution of 1-naphthylethylenediamine, Na2CO3 and PBS buffer solution inducing a color change reaction is reacted with the hydrogel to form 1-naphthylethylenediamine (1-naphthylethylenediamine) ) Is immobilized on the hydrogel,
The solution containing the polymer may contain,
A method of manufacturing a chemical sensor for detecting nitrite ions, comprising: a hydrogel comprising a PEG-DA (polyethylene glycol diacrityate) reagent, a methacrylic acid N-hydroxy-succinimide ester and a photoinitiator for triggering a polymer reaction.
상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 하이드로젤이 충진되어 형성되는 단계는,
상기 고분자를 포함하는 용액이 혼합된 섬유형 다공성 지지체에 자외선을 조사하여 상기 섬유형 다공성 지지체 사이의 내부 공간에 하이드로젤이 충진된 형태로 형성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로젤을 포함하는 아질산 이온 검출용 화학 센서의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the step of filling the inner space between the fibrous porous supports with the hydrogel comprises:
Further comprising the step of irradiating ultraviolet rays to the fibrous porous support mixed with the solution containing the polymer to form a hydrogel filled in the internal space between the fibrous porous supports A method for manufacturing a chemical sensor for detecting nitrite ions.
상기 1-나프틸에틸렌디아민은 표적물질에 존재하는 아질산 이온(nitrite)과 Sulfanilamide가 반응하여 생성된 화합물과 결합하여 Azo기를 발색단으로 하는 색소를 생성하는 것을 특징으로 하는 하이드로젤을 포함하는 아질산 이온 검출용 화학 센서의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the 1-naphthylethylenediamine is combined with a compound produced by the reaction of nitrite present in the target substance with sulfanilamide to produce a dye having azo group as a chromophore. For manufacturing a chemical sensor.
상기 섬유형 다공성 지지체는 유리 섬유인 것을 특징으로 하는 하이드로젤을 포함하는 아질산 이온 검출용 화학 센서의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the fibrous porous support is a glass fiber. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
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